揭秘磁懸浮燈泡無線電力傳輸（附完整電路圖）

　　動機：

　　我的目標是建這么一個子系統(tǒng)，它能夠使一個電燈泡磁懸浮起來，而這燈泡通常是利用相匹配的無線共振變壓器供電。這個系統(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。

　　為了使一個燈泡懸浮起來，要去探索三個主要系統(tǒng)和研究一些技術(shù)。首先，設(shè)計一個相匹配的共振變壓器，靠它把電源從驅(qū)動線圈無線發(fā)送到接收線圈，在無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)計一個傳感器系統(tǒng)去清除在磁懸浮檢測中遇到的典型問題。最后，設(shè)計一個反饋控制系統(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)定地把一個磁鐵懸浮在一個固定的位置。

　　實施：

　　大概的目標裝置如右圖所示，一個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，用來感應(yīng)燈泡的位置。

　　在電磁體周圍繞著另一個線圈，初級共振變壓器線圈，次級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，而發(fā)熱和功率消耗則會相對減少。接收線圈和相對應(yīng)的電子設(shè)備則接到同樣位于燈泡內(nèi)底部的對應(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)共振變壓器的無線電源傳輸設(shè)備：

　　這個方案的第一部分包含了利用無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在次級線圈中引起交流電，從而在兩個線圈間傳遞能量。如果沒有一個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。

　　為了達到這個目標，如圖所示，我們做了一個共振變壓力?，F(xiàn)在我們用一個信號發(fā)生器去產(chǎn)生一個低壓的交流信號，整個矩形波我們可以用555計時芯片輕易做到。我們首先繞一個線圈，這線圈的作用相當于一個初級變壓器線圈和一個電感器。我繞的那個線圈大概有320豪亨，為了避開其他的源干擾，同時希望在大概200KHZ范圍的頻率下工作，我選擇了一個容量大概為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，因此一個精確頻率變得不需要了。接下來，利用低壓標準線、低寄生電阻電容器和更高精度的共振頻率會達到一個更高的電壓裝換率。

　　設(shè)置了第一個共振LC線圈后，我檢查它的品質(zhì)因數(shù)。提供一個10V的交流電壓信號，在無負載的情況下，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。次級線圈被設(shè)計成有一個很小的橫切面積，這就會使每次的轉(zhuǎn)換中有一個比較低的電感系數(shù)，以適合燈泡，同時還需要更多的轉(zhuǎn)換，這樣的話就會使電壓得到更大的提高，以提高變壓器的轉(zhuǎn)換比率。通過使用相同的電感和手動調(diào)節(jié)小電容，共振器會差不多匹配，到最后，相互間就會產(chǎn)生一定的共鳴。

　　然后，在次級線圈上加上LED，配置和測試能夠順利工作的范圍。