揭秘磁懸浮燈泡無(wú)線電力傳輸（附完整電路圖）

　　動(dòng)機(jī)：

　　我的目標(biāo)是建這么一個(gè)子系統(tǒng)，它能夠使一個(gè)電燈泡磁懸浮起來(lái)，而這燈泡通常是利用相匹配的無(wú)線共振變壓器供電。這個(gè)系統(tǒng)融合了兩種我最感興趣的科學(xué)現(xiàn)象：不穩(wěn)定系統(tǒng)的反饋穩(wěn)定化和無(wú)線電力傳輸。我相信這兩者在這系統(tǒng)里面能夠結(jié)合得非常好。

　　為了使一個(gè)燈泡懸浮起來(lái)，要去探索三個(gè)主要系統(tǒng)和研究一些技術(shù)。首先，設(shè)計(jì)一個(gè)相匹配的共振變壓器，靠它把電源從驅(qū)動(dòng)線圈無(wú)線發(fā)送到接收線圈，在無(wú)電源功率放大的情況下，大概可以在6英寸內(nèi)傳輸。第二，設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器系統(tǒng)去清除在磁懸浮檢測(cè)中遇到的典型問(wèn)題。最后，設(shè)計(jì)一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，這樣的話我就可以利用第二部分設(shè)置的傳感反饋去穩(wěn)定地把一個(gè)磁鐵懸浮在一個(gè)固定的位置。

　　實(shí)施：

　　大概的目標(biāo)裝置如右圖所示，一個(gè)帶著鐵磁芯的電磁體就放在裝置的頂部，這樣的話就可以使它的使用范圍擴(kuò)展到更往下的位置。在電磁體底部大概一英寸的位置，在那白熾燈泡里面安裝一小堆不可見(jiàn)的直徑0.5毫米的銣磁體。在電磁體的兩端分別裝有霍爾效應(yīng)傳感器，用來(lái)感應(yīng)燈泡的位置。

　　在電磁體周?chē)@著另一個(gè)線圈，初級(jí)共振變壓器線圈，次級(jí)線圈位于燈泡里面的銣磁體附近。我們用電源功率5瓦磨砂LED燈泡去代替50瓦德白熾燈以獲得同樣的光的亮度和感覺(jué)，而發(fā)熱和功率消耗則會(huì)相對(duì)減少。接收線圈和相對(duì)應(yīng)的電子設(shè)備則接到同樣位于燈泡內(nèi)底部的對(duì)應(yīng)的LED輸出。

　　系統(tǒng)元器件的具體信息在下面介紹

　　帶有可調(diào)共振變壓器的無(wú)線電源傳輸設(shè)備：

　　這個(gè)方案的第一部分包含了利用無(wú)線傳輸把電源從底部傳到漂浮物。變壓器通常是利用鐵磁芯通過(guò)在次級(jí)線圈中引起交流電，從而在兩個(gè)線圈間傳遞能量。如果沒(méi)有一個(gè)鐵磁芯去控制磁通量，普通的變壓器不能再任何范圍內(nèi)傳遞能量。在這個(gè)應(yīng)用里面，我們要求在三英寸左右距離能夠從底部向燈泡輕易的傳送能量。

　　為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，如圖所示，我們做了一個(gè)共振變壓力?，F(xiàn)在我們用一個(gè)信號(hào)發(fā)生器去產(chǎn)生一個(gè)低壓的交流信號(hào)，整個(gè)矩形波我們可以用555計(jì)時(shí)芯片輕易做到。我們首先繞一個(gè)線圈，這線圈的作用相當(dāng)于一個(gè)初級(jí)變壓器線圈和一個(gè)電感器。我繞的那個(gè)線圈大概有320豪亨，為了避開(kāi)其他的源干擾，同時(shí)希望在大概200KHZ范圍的頻率下工作，我選擇了一個(gè)容量大概為1NF的電纜耦合電容器。之后，我掃頻頻率發(fā)生器直到254KHZ的共振頻率。所有線圈內(nèi)的寄生電阻減少品質(zhì)因數(shù)Q，因此一個(gè)精確頻率變得不需要了。接下來(lái)，利用低壓標(biāo)準(zhǔn)線、低寄生電阻電容器和更高精度的共振頻率會(huì)達(dá)到一個(gè)更高的電壓裝換率。

　　設(shè)置了第一個(gè)共振LC線圈后，我檢查它的品質(zhì)因數(shù)。提供一個(gè)10V的交流電壓信號(hào)，在無(wú)負(fù)載的情況下，我可以在接收線圈得到30到40V的電壓。這給了我們從相匹配的共振中獲利的希望。次級(jí)線圈被設(shè)計(jì)成有一個(gè)很小的橫切面積，這就會(huì)使每次的轉(zhuǎn)換中有一個(gè)比較低的電感系數(shù)，以適合燈泡，同時(shí)還需要更多的轉(zhuǎn)換，這樣的話就會(huì)使電壓得到更大的提高，以提高變壓器的轉(zhuǎn)換比率。通過(guò)使用相同的電感和手動(dòng)調(diào)節(jié)小電容，共振器會(huì)差不多匹配，到最后，相互間就會(huì)產(chǎn)生一定的共鳴。

　　然后，在次級(jí)線圈上加上LED，配置和測(cè)試能夠順利工作的范圍。