移动充电的未来

移动充电的未来（共5篇）

移动充电的未来 篇1

0 引言

传统的电力传输主要通过导线, 在一般情况下合理有效, 但是装置的电池采用插头接触式充电方式, 频繁的拔插会产生电火花。近年来, 随着i Pad, i Phone等对电量充满“饥渴”的移动消费电子产品的兴起, 研发无线充电等突破性充电技术的需求日益提高。目前市场的无线充电方式大多是采用QI协议的电磁感应方式, 这种方式距离远, 功率小, 不适合快速充电。

2007年美国麻省理工大学在无线能量传输中引进共振技术使在无线传输距离、效率上有所突破[1,2,3,4]。本文结合电磁场等相关领域理论研究的新成果, 提出了一个新型的无线充电方案, 并成功的制作出了这一实物原型。

1 系统硬件设计

1.1 系统原理框图

系统原理框图如图1所示, 其由发射与接收两部分组成。发射端主要由AD/DC转换器、驱动电路、保护电路、阻抗匹配、发射线圈以及RFID与DDS模块组成。接收端则先进行阻抗匹配以使信号强度达到最大, 然后再由AD/DC反解码, 最后稳压输出至负载。

1.2 发射部分

(1) 驱动模块 (见图2)

驱动模块完成丙类信号的放大。其中过零比较器将DDS信号源产生的正弦波变成方波, 方波通过24个并联的非门增强驱动电流, 驱动两个并联的场效应管。

(2) DDS信号源模块

DDS电路控制丙类功放电路产生大功率正弦信号, 同时使正弦信号的频率与线圈共振的频率相同, 然后经过过零比较器输出方波, 加载在发射线圈上。本设计中使用AD9850。

(3) RFID识别模块

本系统采用RFID技术来识别防止因误加热充电器以外的金属等而发生危险。识别工作无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。其工作原理框图如图3所示。

在本RFID识别系统中, 读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号, 当标签进入发射天线工作区域时接收到RF载波, 产生感应电流, 标签获得能量被激活, 将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从标签发来的载波信号, 经天线调节器传送到读写器, 读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到STM32主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性, 从而决定是否对该卡进行充电。

1.3 接收部分

接收部分原理图如图4所示。接收电路主要由整流部分和稳压部分组成。接收电路采用全桥整流电路。二极管选用肖特基二极管MBR20100, 该二极管导通压降为0.3 V, 最高整流频率为30 MHz。稳压电路采用开关电源芯片LM2577和LM2596完成稳压。输入电压先经LM2577升压至40 V, 然后经LM2596降压至设定的输出电压。

2 系统软件设计

系统流程图如图5所示。首先进入待机模式, 发送端开始探寻待充电设备, 若探寻成功, 则探测对方ID, 初步认证是否为有效的可充电移动设备, 若为有效设备, 则发送端检测充电产品信息, 对产品信息进行进一步认证。然后发送端进入工作模式, 根据接收到的产品信息给待充电设备充电, 将发送端电源提供的直流电通过谐振变换器转换为高频交流信号, 使发射线圈在周围一定距离的空间范围内产生磁场很小, 但高频变化很大的电磁场。接收端线圈位于这个电磁场中时, 发射线圈磁通量的高频变化在接收线圈中产生一定幅值的高频感应电动势。通过加在接收线圈端的桥式整流及电容滤波电路, 就可以为可充电电池提供直流供电输出, 从而实现了电能的无线传输。

3 实验分析与结果

根据磁耦合共振无线能量传输机理, 系统谐振频率是影响传输距离的最直接因素[5,6], 谐振频率越高, 电流的变化率就越大, 发射的磁场就越强, 传输的距离相应就越远。但是当线圈固有频率较高时, 粗导线线圈会受到趋肤效应的影响, 而使导线的利用率降低, 传输效率降低。因此, 我们必须要考虑趋肤效应对传输距离的影响。

为了实验的可对比性, 图6所示为在整个实验过程中只对一对发射接收线圈进行调频, 使发射接收线圈达到谐振状态, 此时, 接收端电压与信号驱动频率关系。将发射线圈发射电压调整到15 V, 线圈参数如表1所示, 线圈固有频率为1063 k Hz, 固定发射线圈和接收线圈之间距离为11 cm, 然后将输入信号频率, 以及线圈同时进行调频, 每隔1 MHz记录一次传输距离, 实验数据记录如表1所示。

图7所示为系统测试图, 图中左边负载为一额定电压为12 V的灯泡, 从图中可以看到, 灯泡完全正常工作。连续测试10小时后, 系统仍然能够正常工作, 足以证明我们系统的可靠性。

4 结束语

本文提出了一套基于磁耦合共振技术的无线电能传输的解决方案。该技术通过磁场的近场耦合, 使接收线圈和发射线圈产生共振, 来实现能量的无线传输, 由于该技术实现能量传输的基本原理是共振, 只有谐振频率相同的谐振体才会受到影响, 而人体作为非磁性物体, 暴露在强磁场环境中不会受到任何危害, 充分体现了其非辐射性的优势。实验测得系统最远距离能超过1 m。此外, 本系统把RFID认证技术应用于无线能量传输上, 提高无线供电的安全性。采用RFID技术来识别防止因误加热充电设备以外的金属等而发生危险。另外, 无线充电系统可根据各终端的种类改变性能指标, 以应对因终端不同而异的供电电压、电流及极性。该系统具有很大的潜在商用价值。

摘要：无线充电是一种方便安全的新技术, 无需任何物理上的连接, 就能把电能无接触的传输给负载。提出一种基于电磁谐振式无线电能传输的方案, 应用射频识别技术构建一套全新的无线充电系统, 以提高传输效率和减小电磁辐射, 同时也提高传输的安全性。

关键词：无线供电,电磁共振,智能充电,磁耦合,电能传输

参考文献

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[5]张雪松, 朱超甫, 李忠富.基于微带天线的能量传输技术及其性能研究[J].电子与信息学报, 2007, 29 (1) :232-235.

[6]武瑛, 严陆光, 徐善纲.新型无接触电能传输系统的稳定性分析[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (5) :63-66.

边移动，边充电 篇2

目前占据主流地位的无线充电技术联盟—例如Qi以及PMA标准，主要基于电磁感应技术。它们聚焦的是摆脱“线”的束缚，但电子设备在进行充电时都必须与充电设备相接触。虽然接触时的充电功率很高，但是一旦二者之间出现一定的距离，充电功率就会大幅下降。比如Qi标准，如果移动设备在10厘米之外，其充电功率只有10%。

而Energous的Wattup技术则主要专注于如何摆脱距离的束缚—某种意义上，这才会带来更加真实的无线充电体验。

Wattup技术基于频率在5.7至5.8千赫兹的无线电波。整套装置由发射器和接收器组成。发射器发射电磁波，当连有接收器的设备进入其发送范围时，就会聚集射频电波为该设备充电。接收器通过Wi-Fi和低功耗蓝牙设备接入发送器，帮助发射器对设备完成定位。这使得发射器能够向设备所在方位集中能量发射无线电波，保证远距离的充电功率。

这套装置使装有接收器的电子设备在距离发射器15英尺（约4.6米）范围内，都可以进行充电，即发射器发射的电量可以覆盖30英尺的直径范围。当然，移动设备距离发射器越近，接收到的电量越多，充电的速度也就越快。

比如，当电子设备与发射器零距离时，可以接收4焦/秒的电量—跟有线充电没有差别；距离发射器5至10英尺时，接收2焦/秒的电量—跟使用电脑的USB接口进行充电的电量类似；而当电子设备距离发射器10至15英尺时，能够接收1焦/秒的电量。

除了最远至15英尺的充电距离，相比其他无线充电技术，Wattup技术还实现了最多同时给4台设备充电的可能，且每台设备接收的电量并不会产生折损。也就是说，在10至15英尺范围内，它可以同时给4台设备充电，而且每台设备接收的电量仍是1焦/秒。

“Energous想做的事情就是将充电这一主动的过程变成一个被动过程。人们在厨房做饭、机场候机或者咖啡厅休闲的时候，只要在Wattup发射器的有效范围内，都可以进行充电，”Energous公司CEO Stephen R. Rizzone对《第一财经周刊》说，“这是移动化解决方案中的最后一个问题。”Rizzone在2013年10月加入Energous，他在数字通信领域已经有超过35年的销售和管理经验。

据他介绍，Energous诞生的原因是“CTO兼创始人Michael Leabman着实厌烦了给孩子们的玩具不断更换电池，于是他开始寻求一种可以让他的生活变得轻松一点的无线充电方式。”

拥有麻省理工学院电子工程本科学位以及硕士学位的Leabman毕业后首先进入了美国国防部工作，在那里，他研究的主要领域是多频天线。30个月之前，他创办了Energous。而这已经不是他第一次创业，Truthpass Wireless和Data Runway Inc.两家通信领域的公司都是由他创办的。

不过，研发听起来有些超前的Wattup技术，对于一个目前全职员工只有8人的公司来说不是一件容易的事。解决如何将离散的部件集成到芯片上，就耗费了其不少的时间。而Wattup技术是否会产生大量辐射，对人体健康是否有负面影响，也是令人担心的问题。

虽然这一技术还未获得美国相关健康机构的认证，但Rizzone表示，他对该技术的安全性很有信心。

智能手机拥有1至2根天线，一般来说人们只会用到1根，接收的电量是2焦/秒。而基于无线电波的Wattup技术采用的是多天线设计。所以，用多根天线发射2焦/秒的电量到手机中的1根天线上，其电量的集中程度会比手机天线电量的集中程度小得多。

另外，手机发射信号的频率很高，所以穿透能力很强。但是Wattup技术利用的是墙面反射，不具备很强的穿透能力。“如果你认为手机是安全的，那么Wattup技术对人体的影响程度根本比不上手机对人体的影响程度。”Rizzone说。

2015年1月，Energous将向其潜在合作商展示它的技术。预计明年年底，Wattup技术会实现真正的商业化，并且会正式推向市场。

今年10月，Energous已和中国家电厂商海尔达成了一项合作协议，Energous会把自己的Wattup技术嵌入到海尔的各种家用电器中。“我们会和海尔一起合作开发带有Wattup发射器的家电产品，我觉得里面有很强大的商业潜能。”Rizzone说。

这家美国初创公司另一个已经确定的合作伙伴是Dialog半导体有限公司。Dialog会为各种便携式设备提供集成电路。与这家公司的合作，有助于Energous将技术加载到更多产品上—不仅是智能手机、平板电脑，还有目前流行的各式各样的可穿戴设备，其24小时随时佩戴的使用方式，正需要Wattup这种技术。

然而，要对抗Qi、PMA标准这样的强大联盟，Energous光有看起来稍有优势的技术远远不够，所以，它正在试图构建一个完整的无线充电生态圈。目前Energous在和超过100家的公司洽谈。它们涉及的领域包括消费电子、半导体晶片、无线运营商、仓储式连锁超市等等。Rizzone表示，它们要覆盖整个消费电子产品生态。

今年3月已登陆纳斯达克的Energous似乎也颇受资本市场的青睐，目前其股价为9.71美元，市值达到了6722万美元。它正计划进行再融资，目标是2000万美元。此前，它已经筹得了3100万美元。

而想挑战主流无线充电技术联盟的不只Energous，美国一家名为Ubeam的公司正在研发一种利用超声波给移动设备进行充电的颠覆性技术：它先将充电器里面的电能转化为人耳听不到的超声波，然后用另一边的设备捕捉这些超声波讯号，并将其转化为电能—同Wattup技术类似，移动设备和充电器同样可以相隔一定的距离。

为了实现这一技术，需要发射器以及充电器两套设备，充电器的厚度不超过5毫米，可以做成墙体装饰物。而接收器Ubeam希望能做成类似于手机保护套的形式，如此，即便是在充电状态中，使用者也可以在房间里随意走动了。

不过，曾承诺两年时间实现技术商业化的Ubeam，其想法目前还处在一个非常初级的阶段，比如对于如何解决超声波无法穿透墙体的问题，它就没有给出答案。一名物理学家还曾撰写了一篇名为《现今的投资者为什么要将1000万美元巨款投给一个完全违背物理原理的项目？》的文章，质疑Ubeam的技术违反物理学的相关原理。

而美国WiTricity公司采用的是电磁共振的无线充电技术，可视为对早期电磁感应充电技术的升级。

根据电磁感应原理，如果给一个环形线圈加一个交流电信号，那么在这个环形线圈周围就会产生一个交变磁场，当另外一个线圈靠近这个环形线圈的时候，交变磁场就会让另一个环形线圈产生电流。电磁谐振让这两个线圈通过交变磁场来互相传递能量。两个线圈的磁场耦合频率与其固有频率非常接近的时候，就能发生共振耦合。电磁共振技术发射出的能量比电磁感应技术更大，同时，充电设备距离发射器也可以有一定的距离。

事实上，高通的无线充电技术也是基于电磁共振，而以该技术为基础建立的A4WP联盟，已经成为Qi和PMA之外的另一个无线技术标准。现在，高通正将这一有着更高灵活性的技术进行升级，并运用到行驶中的汽车上。

今年9月13日，国际汽联电动方程式锦标赛（FIA Formula E Championship）首站赛事在鸟巢的周边赛道举行。此次的安全领航车、医疗车及服务车就搭载了高通这一名为Halo的无线充电技术，赛道两旁的接收板会在电动车及混合动力车疾驰而过的瞬间为其充电。

这一技术还具有异物侦测和生物体保护的功能。例如，在充电过程中，不小心把饮料洒在充电板上，或者小猫小狗跑到充电板上时，这一技术都可以侦测到，并自动中断充电，同时向用户发送通知。

移动充电的未来 篇3

轮式移动机器人的动力来源主要采用高品质机载蓄电池组, 因此需要在电能不足的情况下自主进行充电。目前应用比较广泛的充电方式如普通直插式充电[1]、利用光伏发电原理充电[2]、利用激光导航对接充电[3]、利用磁轨道导航对接充电[4]、采用传感器辅助定位法充电[5]、采用车载充电连接器与地面电源连接充电[6]、使用红外传感器和超声波传感器相结合充电[7]以及非接触感应即利用电磁感应原理[8]来给蓄电池充电等。本文结合变电站定轨机器人巡视系统的实际应用需要, 以及轮式机器人行程和载重等需要, 提出了一种新型实用的电源自动对接方法。所提方法类比人获取电源插头的行为, 机器人装载的电源对接控制器首先控制机器人的机械手水平向后伸出, 接着通过无线电信号遥控馈电装置带动电源线及特制电源插座进行靠近机械手方向的水平横向移动, 在电源线和机械手接触后, 进一步控制电源线横向移动以实现特制电源插座在机械手上的高度调节。这种方法实现了特制电源插座在三维空间坐标的准确定位。从而, 只要轮式机器人停泊在指定区域, 尽管存在停泊偏差以及轮胎气压变化引起的机械手离地面高度偏差, 机械手均能实现电极抓取、插入和拔出的准确控制, 完成机器人自主充电电源自动对接——分离的完整过程。本文对上述对接方法的实现进行了详细叙述。

本装置充分考虑到轮式机器人需配置较大容量的蓄电池和充电电流较大的特点, 又融合了轮式机器人停泊位置可能具有较大误差的情况, 要求电源对接装置的电极接触面大且具有较大的压力, 从而设计出能够自动伸缩的机械手来获取电源, 进行充电。本文提出的技术方案已经申请国家发明专利。

1 电源自动对接装置

1.1 装置组成

轮式机器人自主充电的电源自动对接装置, 如图1所示, 包括悬挂的馈电装置和车载的受电装置。馈电装置包括电动机a、丝杠、滑块、滑轨、左限位开关、右限位开关、电线悬挂杆、电线悬挂环、电源线、特制电源插座、悬挂弹簧、悬挂钢丝和无线控制器。受电装置包括电动机b、丝杠、滑块、滑轨、支撑座、梳状机械手、电极插槽、前限位开关、后限位开关和对接控制器。

1.2 装置原理

轮式机器人自主充电的电源自动对接装置采用类比人获取电源插头和插接电源的行为, 当机器人回到舱位准备充电时, 装设在机器人上的电源对接控制器首先控制机器人的机械手水平向后伸出, 接着通过无线电信号遥控装设在机器人舱位中的馈电装置带动电源线及特制电源插座进行靠近机械手方向的水平横向移动, 在电源线和机械手接触后, 进一步控制电源线横向移动以实现特制电源插座在机械手上的高度调节。

假设机械手向后水平伸出的方向为Y轴正方向, 电源线靠近机械手横向移动的方向为X轴负方向, 电源线和机械手的相交点为坐标原点O, Z轴垂直XOY平面且通过O点, 向上为Z轴正方向。机械手抓住特制电源插座情况如图2所示。

从图2可以看出, 满足下面3个条件可以实现特制电源插座的准确抓取: (1) 当机械手向后伸出, 其顶端的Y坐标大于0且有足够裕度; (2) 电源线自X坐标大于0且有足够裕度的位置向X轴反方向移动, 并能够在X负半轴继续移动; (3) 特制电源插座初始位置的Z坐标应小于0且有足够裕度。当满足上述3个条件时, 这种方法可实现特制电源插座在空间三维坐标中的准确定位。从而, 只要轮式机器人停泊在指定区域, 尽管存在停泊偏差以及轮胎气压变化引起的机械手离地面高度偏差, 机械手均能实现特制电源插座抓取和插拔的准确控制。

1.3 工作过程

本装置的工作过程如下:按上述原理, 当轮式机器人电力不足需要补充电能时, 轮式机器人自动停泊到指定区域, 首先对接控制器控制梳状机械手向后伸出, 直到滑块触碰到后限位开关, 电机b停止转动;随后对接控制器发出无线电信号, 启动馈电装置动作, 电动机a驱动丝杠转动, 带动滑块和下方的电源线和特制电源插座向左移动, 电源线与梳状机械手接触后, 由于机械手的阻挡, 电源线的继续左移导致特制电源插座上升, 直到特制电源插座触碰到梳状机械手任意圆弧底面的三个触觉传感器, 对接控制器发出无线电信号, 控制电动机a停止转动, 随之滑块和下方的电源线停止向左移动;接着, 对接控制器启动受电装置的电动机b, 驱动丝杠反向转动, 带动滑块返回, 梳状机械手及特制电源插座前移, 将特制电源插座引至电极插槽, 直到碰到槽位限位开关, 电机b停止转动;进一步, 对接控制器启动电动推杆将插头推向特制电源插座, 直到触碰插入限位开关, 电动推杆停止;至此, 电源电路连通, 对接控制器再发出无线电信号要求合上电源开关, 馈电装置中的无线电控制器接收到关合信号后, 控制电源开关合上, 机器人即处于充电状态。

充电完成后, 对接控制器首先发出无线电信号要求断开电源开关, 且待馈电装置断开电源后, 再进行与上述相反的控制, 即完成将电源插头拔出、将特制电源插座推出电极槽位且机械手向后伸出、发出无线电信号要求馈电装置带动电源线及特制插座右移、收回机械手这4个步骤。

2 关键部件

2.1 梳状机械手

梳状机械手包括机械手臂、梳状板和触觉传感器, 如图3所示。梳状板上分布有多个圆弧状的梳孔。梳状板与水平面呈一定角度, 梳孔之间的连接处为圆弧, 以方便电源线进入。每个梳孔均布有触觉传感器, 触觉传感器的工作原理是:当特制电源插座被拉入梳状板的任意梳孔时, 特制电源插座与三个触觉传感器接触形成两个通路使对接控制器检测到两路电信号, 以确认特制电源插座已经进入机械手的梳孔。当对接控制器感知特制电源插座已经抓取, 即启动电动机b, 带动梳状机械手缩回, 将特制电源插座拉入电极插槽。

2.2 特制电源插座

特制电源插座如图4所示, 包括铝合金圆锥外壳、绝缘支座、铜管电极、铜环电极、钢丝绳固定扣和绝缘垫片, 其组装图如图4 (a) 所示。铝合金圆锥外壳上段为内空的圆锥体, 下段为有内螺纹的圆柱体, 如图4 (b) 所示;绝缘支座为用阻燃ABS或尼龙等绝缘材料制成的与铝合金圆锥外壳配合的带有外螺纹的圆柱体, 顶端带有圆柱体凸台, 中心有下段直径较大、上段直径较小的轴向通孔, 该绝缘支座下端面还刻有环形槽, 在环形槽上布置四个对称的轴向通孔, 如图4 (c) 所示;铜管电极用铜棒制成, 上段直径较小且顶端有螺纹成为接线柱之一、下段直径较大且中心有电极插孔, 如图4 (d) 所示;铜环电极由下铜环、上铜环和四个铜螺钉构成, 下铜环较厚、环上四个固定孔带螺纹且螺孔不贯穿, 上铜环略薄且其四个固定通孔无螺纹, 四个铜螺钉中的三个可用普通铜螺钉, 其中一个为带接线柱的特制铜螺钉, 如图4 (e) 所示;钢丝绳固定扣用于固定钢丝绳, 为市面上可购置件;绝缘垫片为带穿线孔的绝缘材料圆片, 用于隔离钢丝绳固定扣和铜接线柱。

2.3 电极插槽

电极插槽包括插槽、插头、电动推杆、槽位限位开关和插入限位开关, 如图5所示。插槽是U型不锈钢凹槽, 槽口为喇叭口, 方便特制电源插座入槽。插头中间是针形电极, 外围为环形电极, 两电极与特制电源插座的两个电极相匹配, 该插头有电动推杆驱动插入或拔出;槽位限位开关用于感应特制电源插座入槽状态;插入限位开关用于感应插头插入状态。

2.4 对接控制器

对接控制器以微处理器作为控制核心, 能够检测机械手触觉感应信号、机械手前后限位信号、特制电源插座入槽信号和插头插入信号, 具有无线电通信接口, 并有控制机械手伸缩和电动推杆运动的控制输出接口, 其电气原理框图如图6所示。

2.5无线控制器

馈电装置的无线控制器以微处理器作为控制核心, 能够检测馈电装置滑块的左右限位信号, 具有无线电通信接口, 并有控制滑块左右移动的控制输出接口和控制馈电电源开关分合闸的输出接口, 其电气原理框图如图7所示。

3结束语

轮式移动机器人自主充电电源自动对接装置, 是实现移动机器人能够及时补充能源, 从而能够完成继续作业任务不可缺少的关键装置。本文提出和实现的电源自动对接装置采用了类比人获取电源插座和插入电源的行为, 能够在多种因素的影响下实现特制电源插座的空间三维坐标准确定位, 并且设计的插座和插头能够满足大容量蓄电池的充电需要。随着机器人技术的发展, 充电电源自动对接技术也将不断发展, 本文研究的机器人充电电源自动对接装置也将得到进一步改进, 以更好地适应各种实际应用场合。

摘要：机器人自主充电技术是一项具有广泛应用前景的技术。在进行原理分析和实验验证的基础上, 提出了一种新型实用的电源自动对接方法。所提方法类比人获取电源插头和插接电源的行为, 当机器人回到舱位准备充电时, 装设在机器人上的电源对接控制器首先控制机器人的机械手水平向后伸出, 接着通过无线电信号遥控装设在机器人舱位中的馈电装置带动电源线及特制电源插座进行靠近机械手方向的水平横向移动, 在电源线和机械手接触后, 进一步控制电源线横向移动以实现特制电源插座在机械手上的高度调节。这种方法实现了特制电源插座在空间三维坐标中的准确定位。从而, 只要轮式机器人停泊在指定区域, 尽管存在停泊偏差以及轮胎气压变化引起的机械手离地面高度偏差, 机械手均能实现特制电源插座抓取和插拔的准确控制。

关键词：机器人,电源插座空间自动定位方法,充电电源自动对接技术,机械手,特制电源插座

参考文献

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[2]石建军.基于光伏转换的移动机器人自动充电系统设计[D].长沙:湖南大学, 2010.

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[7]郑智聪.自动充电机器人[D].福州:福建农林大学, 2007.

未来,我们怎样充电 篇4

简单便捷的人力充电

能源专家表示，随着可再生能源技术的进步，将来每个人都可以收集人体运动所产生的能量，诸如走路、慢跑、骑车、跳舞、打拳等活动所消耗的能量，通过相匹配的“机械能——电能”转换装置，将它转化成电能。这样，人们就可以用它们对随身携带的电器装置进行充电，不再白白浪费能量。

例如，人们可以在自行车车轮的辐条上安装一个小型设备，当他们蹬着车轮前行时，这个设备可以给几个电池同时充电。一路下来，所产生的电量不仅可以充满诸如手机、iPad、笔记本电脑等电器，而且储存在电池中的多余电量，甚至可以用来点亮家中的几盏电灯；又如，人们可以用手指对电器装置进行充电，当一种采用被称之为“手指发电电池”的手机没电时，使用者可以将电池卡在手指头上甩动，转动130圈就能提供约2分钟的通话时间或者25分钟的待机时间；再如，一种手摇发电收音机已作为时髦的“礼品”摆上了卖场的货架，这种收音机在电池电量耗尽的情况下，人们可以摇动机身上的摇柄发电，1分钟摇动120转产生的电量足够听40分钟的调频音乐节目，你说潮不潮!

另辟蹊径的道路充电

在大力倡导绿色环保交通的今天，电动助力车、电动汽车和电动公交车纷纷上路，但是车辆电池充电成了普及使用的一个瓶颈。以色列技术人员修建了一条会发电的神奇公路，这是一种在普通路面的沥青中植入大量压电晶体的发电方式，通过汽车驶过时产生的压电效应转来发电，并将电力输送到路边的充电站，供来往电动汽车充电。据统计，每1公里的路面大约可产生约100—400千瓦的电力。我国有高速公路4，1万公里，如果全部采用这种道路充电技术。那么，电动汽车驶上高速公路就再也不用发愁了。

无独有偶，韩国科研人员另辟蹊径。发明了一种新型环保公共交通系统，该系统最大的亮点是一条条能为行驶中车辆“充电”的道路。这种被人们亲切地叫做“网上电动车”的系统已在首尔一个游乐场内完成了试验，3辆供游客乘坐的电动汽车可以方便地通过埋在道路下的电力传送带。边开边对电池进行充电，它的电池只有普通电动车的1／3大小。这样，既可以免除燃油汽车排放二氧化碳等废气的污染，又可以减少车辆充电所耽误的时间和不便，你说奇不奇!

构思巧妙的体温充电

最近，科研人员找到了利用人体体温热量转换成电能的一种方法。它可以将商厦、办公楼、大卖场等人员密集场所人体所散发的热量收集起来，并置换为电能，用于照明、电脑办公、电器充电。甚至供空调设备来调节室内温度。在瑞典斯德哥尔摩中央车站通风系统中，就安装了一个热交换器，由它将人体散发的热量转换成电能，然后再用它将水加热并泵到大街对面一座办公楼的供暖系统中。每天25万旅客体温所产生的热量，使该办公楼的电量费用减少了25％。

科学家们还发明了一种袖珍温差电池，它可以将人体体温的热能直接转化为电能，继而为小型助听器、微型收音机、迷你电视机等袖珍家用电器提供工作电源。而不必再为其电池充电而犯愁。加入体温充电行列的还有一种用体温供电的手表，手表的底盖就是一块微型温差电池，手腕温度所产生的电能，足以维持手表准确地走时，而无需像普通电子手表那样定期更换电池。无独有偶，科学家还发明了一款不需要使用电池，仅靠人体自身热量就能工作的MP3播放器。这款新潮的MP3看上去就像一张创可贴，但里面却五脏俱全，有播放／停止键和扬声器。它不需要夹在领子上或放在口袋里，只要贴在皮肤上就可以播放美妙的音乐了，你说妙不妙!

神奇无比的血液发电

可能你不会想到，人类的血液居然也能与电能“搭上”关系。科学家告诉人们，这是因为血液中有一些神奇的化学物质。它在发生化学反应时就会产生能量，人们可将它转变为电能。根据这一原理，医学专家已研制成功一种奇妙的人体生化电池，这种电池体积极小，可以通过手术植入人的血管或脏器附近。它不僅可以昼夜不停地发电，而且一点也不影响人体的正常生理活动。于是乎，这种人体生化电池便成了安装心脏起搏器病人的最理想选择，病人可以免除因电池耗尽而重新手术的痛苦。

心跳发电是英国科学家在血液发电基础上的又一种创意，他们已经成功地研制出了一种依靠心跳震动的微型发电机。这种迷你型心跳震动发电机的工作原理十分简单，它是通过心跳震动，使两个磁铁之间的线圈来回运动，从而产生电流。它既可以用来为手机随时随地充电，也可以为心脏起搏器电池充电。科学家们甚至希望，今后能利用这种高效发电机为其他各种便携式电器装置充电。届时，手机使用者只要将手机放在心脏附近的口袋中。就可以很方便地为手机充电了，你说神不神!

移动充电的未来 篇5

关键词：X射线机,充电原理,快速检修

0 引言

意大利VILLA移动式X射线机主要由微机控制电路、组合机头、车架组成; 具有功能强大、操作简单、移动性好、安全可靠的特点, 适用于急诊室、手术室、住院病房等。意大利VILLA公司生产的VISITOR T15机型、功率为15 k W, 使用单相220 V电源可以输出50 ~ 200 m A、40 ~125 k V的X射线, 该机的高压电路采用高频逆变技术, 逆变器前级采用电容充电方式供电, 逆变电路使用绝缘栅双极型晶体管 ( IGBT) 作为功率开关管。控制面板可显示相关数据和信息, 可调节k V, m As两项曝光参数。

1 电容充放电电路及原理

由于随机未提供详细的电路图, 根据用户操作手册提供的原理框图和故障处理信息, 按照实物画出电容充电板基本电路原理图见附图1所示。该机整个充放电电路由市电滤波、全桥式整流、稳压直流滤波、PWM控制、DC - DC高频变换、放电电路、充电电容组、充电状态检测组成。

市电220V/50Hz经交流滤波, 全桥整流器整流, TH1三端双向可控硅稳压, C52 - C54直流滤波, 得到320V的直流电压, 作为开关变换器的电源, 保险F2起过载保护作用。通过由CPU控制25KHz的PWM高频方波脉冲驱动TR2、Q10、Q11、C61、C62、TR4输出 ± 340V直流电压, 实现DC - DC的控制变换。供2组, 每组6个, 共12个17000μF /350V储能电容充电。黄色的B4 - Ld6、B4 - Ld7指示TR2的工作状态。绿色的B4 - Ld3 ( + VC) 、B4 - Ld4 ( - VC) 经R106、R121分压指示全部电容的电压, 当小于± 35V时, 灯熄灭。电容组部分 ( CAPACITORS BATTERY) 的每个电容并联1个Ld ( Ld1 - 6) 指示每个电容充电状态, 当电压大于280VDC时亮起, 否则不亮, 每个电容串联1个快速保险丝, 用于电流短路时保护电容。电流互感器L2检测TR4初级电流。DISCHARGE CONTROL、Q5、TR3、TH2、PB1、R1 ( 80Ω /150W) 组成放电电路, 其中PB1为手动放电开关, R1为放电电阻, DC1为手动放电信号检测与输出。D26、R107 - 109和SCR STATE DETECTOR组成放电状态检测电路输出信号至CPU。

2 故障快速检修案例

2. 1 故障现象

临床报使用时出现死机现象, 到达现场检修时机器正常, 此种情况重复出现。

2. 2 分析与检修

此种故障间歇发生, 时有时无, 无报错信息, 常发生在当天首次开机时, 检修时故障现象消失, 较难查找故障点。根据经验此类故障主要由接触不良, 连接点氧化, 元器件老化处于临界点, 或软件不稳定造成的。先用直观法, 检查各Ld指示是否正常, 电路之间的连接是否良好, 电路板上是否存在虚焊脱焊现象, 是否存在氧化点。经查没有发现以上异常情况。由于机器检修时, 能正常开机工作, 未能模拟出故障现象, 暂排除控制电路和软件故障。使用万用表测量主电路个点的输入输出电压。当测量到电容充电电路时, 测得正极端充电电容组的电压340V, 负极端充电电容组的 电压310V, 正常状态 下, 二组电压 都应为340V。说明负极端电容组有部分电容出现老化, 储能性能降低, 属于元器件老化处于临界点。出现前述故障现象, 一般应考虑更换电容。由于是进口机器, 采用的电容容量较高 ( 17000μF, 350V) , 较难快速采购到该元件。根据测得值, 判断老化情况不是很严重, 故采用二组电容组之间, 互换部分电容, 达到快速维修的目的。互换后, 开机测试, 测得正负极端电压分别为338V、337V, 虽比正常电压略低, 但能达到正负极充电电压平衡, 机器能正常工作, 使用2年该故障现象未再出现。

3 小结

对于此种间歇性故障现象, 往往在初始阶段对我们维修工程师造成不小的困惑, 在临床初始报修时, 无功而返。因此要求我们工程师在充分了解机器的工作原理基础上, 熟悉机器内部的电路, 这样有助于在无明确故障现象的情况下, 分部分段的查找故障点。快速有效的修复故障是我们的追求, 当我们碰到有些元器件一时无法采购到时, 就可以考虑采用调换法, 在机器内部挖潜。本案例就是利用此方法, 达到快速修复机器的目的。

参考文献

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