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    • 专利摘要:
    本发明创造提供了一种EMSR电磁能量发射与接收系统，所述发射端还包括供能箱，所述函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路均设置于供能箱内；所述接收端还包括换能筒，所述功率接收电路、电‑机换能装置均安装于换能筒内，所述换能筒通过安装板固定安装于机器人本体上，所述换能筒用于为机器人本体的工作工具提供机械能；所述设备箱与换能筒通过功率发射电路和功率接收电路无线连接。本发明创造所述的EMSR电磁能量发射与接收系统利用供能箱对换能箱的无线供电，并通过换能箱的结构设计实现了电能与机械能的巧妙转换，有效解决了机器人在特殊环境下作业的供电问题。
    公开号:CN214337654U
    申请号:CN202023313358.XU
    申请日:2020-12-30
    公开日:2021-10-01
    发明作者:张献；祝丽花
    申请人:Tianjin Polytechnic University；
    IPC主号:H02J50-10
    专利说明:
    [n0001] 本发明创造属于电磁能技术领域，尤其是涉及一种EMSR电磁能量发射与接收系统。
    [n0002] 磁致伸缩材料、形状记忆材料和压电材料不但能够对外界或内部的物理、化学变化具有感知能力，同时能够针对发生的变化作出响应，在传感器与执行器领域具有广泛应用，因此成为新型功能材料的代表。其中利用磁致伸缩效应制成的电-磁-机高精度快速微位移执行器具有易于集成、微型化、智能化等优点，目前被广泛应用于现代精密加工、建筑工程、机器人、医学和航空航天等领域。EMSR系统就是利用超磁致伸缩材料的这种特性将电磁能转换为同频率的机械能以为不易拖带电线的微型管道机器人进行供电。
    [n0003] 本申请是在本申请人在以拥有的专利的基础上的进一步应用，主要应用于微型机器人，此次申请的侧重点是针对接收端的设计延伸，本申请人在先获得专利权的申请号为201220140247.X，专利名称为EMSR电磁能量发射与接收系统，审查员可以参考该专利的内容，以便了解本申请的技术方案。
    [n0004] 有鉴于此，本发明创造旨在提出一种EMSR电磁能量发射与接收系统，以实现EMSR电磁能量发射与接收系统在微型机器人上的应用。
    [n0005] 为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
    [n0006] 一种EMSR电磁能量发射与接收系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括沿信号传输方向依次连接的函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路，所述接收端包括沿信号传输方向依次连接的功率接收电路、电-机换能装置，其特征在于：所述发射端还包括供能箱，所述函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路均设置于供能箱内；
    [n0007] 所述接收端还包括换能筒，所述功率接收电路、电-机换能装置均安装于换能筒内，所述换能筒通过安装板固定安装于机器人本体上，所述换能筒用于为机器人本体的工作工具提供机械能；所述供能箱与换能筒通过功率发射电路和功率接收电路无线连接。
    [n0008] 进一步的，所述换能筒包括外筒和内筒，所述外筒焊接或粘接于安装板的一侧，安装板的另一侧与机器人本体固定，所述内筒设置于外筒的内侧，且外筒的内壁与内桶的外壁之间形成用于容纳功率接收电路的电感线圈的环形空间；
    [n0009] 所述内筒与外筒之间通过固设在二者端部的环形端盖固定连接；
    [n0010] 所述电-机换能装置包括导向筒、超磁致伸缩棒料以及固定在超磁致伸缩棒料两端的偏置永磁体，所述导向筒的外壁与内筒的内壁贴合设置，且相对滑动连接，所述导向筒的端部设有挡板，所述挡板与一端的偏置永磁体固定连接，所述挡板的另一侧设有传动杆，通过所述传动杆为机器人本体的工作工具提供机械能。
    [n0011] 进一步的，所述外筒、内筒、导向筒、挡板均为绝缘材质结构件；
    [n0012] 所述环形端盖与外筒和内筒通过沉孔螺栓固定连接。
    [n0013] 进一步的，所述换能筒还包括圆盖，所述圆盖设置在外筒远离环形端盖的一端，所述圆盖与外筒通过螺栓固定连接。
    [n0014] 进一步的，所述电-机换能装置还包括用于监测超磁致伸缩棒料运行的压电传感器，所述压电传感器固定安装在圆盖的内侧，所述压电传感器远离圆盖的一侧还固设有压板，所述压板为圆形板，所述压板与远离挡板一侧的偏置永磁体抵接；
    [n0015] 所述压板的外径与内筒的内径相对应，所述压板设置在内筒的内侧；
    [n0016] 所述圆盖上设有压电传感器的出线孔。
    [n0017] 进一步的，所述外筒的内侧还设有浇注体，与所述电感线圈配合设置的并联电容浇筑固定在浇筑体的内部。
    [n0018] 进一步的，所述导向筒还对应设有弹性复位装置；
    [n0019] 所述弹性复位装置包括复位弹簧，所述安装板上固设有固定板，所述固定板上开有与传动杆对应的圆孔，所述复位弹簧套接在传动杆的外侧，且一端与固定板固定连接，所述挡板向外侧延伸形成环形的阻挡部，所述阻挡部的外径大于内筒的内径，所述复位弹簧的另一端与阻挡部的外侧面固定连接。
    [n0020] 相对于现有技术，本发明创造所述的EMSR电磁能量发射与接收系统具有以下优势：
    [n0021] (1)本发明创造所述的EMSR电磁能量发射与接收系统利用供能箱对换能箱的无线供电，并通过换能箱的结构设计实现了电能与机械能的巧妙转换，有效解决了机器人在特殊环境下作业的供电问题。
    [n0022] (2)本发明创造所述的EMSR电磁能量发射与接收系统通过对换能筒的巧妙设计，有效增加了电能与机械能的转换率，实现传动杆按照一定频率伸缩，然后配合机器人本体上的传动结构可驱动工作工具运行。
    [n0023] 构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
    [n0024] 图1为本发明创造实施例所述的接收端整体结构图；
    [n0025] 图2为本发明创造实施例所述的接收端剖面图；
    [n0026] 图3为本发明创造实施例所述的发射与接收系统的原理框图。
    [n0027] 附图标记说明：
    [n0028] 1、机器人本体；2、安装板；21、固定板；3、内筒；4、传动杆；5、复位弹簧；6、外筒；61、浇注体；7、电感线圈；8、压电传感器；9、压板；10、超磁致伸缩棒料；11、偏置永磁体；12、环形端盖；13、导向筒；131、阻挡部；14、圆盖。
    [n0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
    [n0030] 在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
    [n0031] 在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
    [n0032] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
    [n0033] 如图1至图3所示，一种EMSR电磁能量发射与接收系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括沿信号传输方向依次连接的函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路，所述接收端包括沿信号传输方向依次连接的功率接收电路、电-机换能装置，其特征在于：所述发射端还包括供能箱，所述函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路均设置于供能箱内；
    [n0034] 所述接收端还包括换能筒，所述功率接收电路、电-机换能装置均安装于换能筒内，所述换能筒通过安装板2固定安装于机器人本体1上，所述换能筒用于为机器人本体1的工作工具提供机械能；所述供能箱与换能筒通过功率发射电路和功率接收电路无线连接。
    [n0035] 如图1、图2所示，所述换能筒包括外筒6和内筒3，所述外筒6焊接或粘接于安装板2的一侧，安装板2的另一侧与机器人本体1固定，所述内筒3设置于外筒6的内侧，且外筒6的内壁与内桶的外壁之间形成用于容纳功率接收电路的电感线圈7的环形空间；
    [n0036] 所述内筒3与外筒6之间通过固设在二者端部的环形端盖12固定连接；
    [n0037] 所述电-机换能装置包括导向筒13、超磁致伸缩棒料10以及固定在超磁致伸缩棒料10两端的偏置永磁体11，所述导向筒13的外壁与内筒3的内壁贴合设置，且相对滑动连接，所述导向筒13的端部设有挡板，所述挡板与一端的偏置永磁体11固定连接，所述挡板的另一侧设有传动杆4，通过所述传动杆4为机器人本体1的工作工具提供机械能。
    [n0038] 所述外筒6、内筒3、导向筒13、挡板均为绝缘材质结构件；所述环形端盖12与外筒6和内筒3通过沉孔螺栓固定连接。
    [n0039] 所述换能筒还包括圆盖14，所述圆盖14设置在外筒6远离环形端盖12 的一端，所述圆盖14与外筒6通过螺栓固定连接。
    [n0040] 所述电-机换能装置还包括用于监测超磁致伸缩棒料10运行的压电传感器8，所述压电传感器8固定安装在圆盖14的内侧，所述压电传感器8远离圆盖14的一侧还固设有压板9，所述压板9为圆形板，所述压板9与远离挡板一侧的偏置永磁体11抵接；
    [n0041] 所述压板9的外径与内筒3的内径相对应，所述压板9设置在内筒3的内侧；所述圆盖上设有压电传感器8的出线孔。压电传感器8通过连接线配合模数转换电路连接上位机，实现对电-机换能装置工作监测。
    [n0042] 所述外筒6的内侧还设有浇注体61，与所述电感线圈7配合设置的并联电容浇筑固定在浇筑体61的内部。
    [n0043] 所述导向筒还对应设有弹性复位装置，当断电时，复位弹簧5可以实现超磁致伸缩棒料10和偏置永磁体11的复位；所述弹性复位装置包括复位弹簧5，所述安装板2上固设有固定板21，所述固定板21上开有与传动杆4 对应的圆孔，所述复位弹簧5套接在传动杆4的外侧，且一端与固定板21 固定连接，所述挡板向外侧延伸形成环形的阻挡部131，所述阻挡部131的外径大于内筒3的内径，所述复位弹簧5的另一端与阻挡部131的外侧面固定连接。
    [n0044] 工作原理：
    [n0045] 首先由函数信号发生器按照功率发射电路所预定的工作频率发出正弦波信号，该信号在本系统中设定为10kHz。然后由功率放大器将该信号放大为一功率信号，经过限流保护环节后，向功率发射电路进行供电，功率发射电路发生电磁谐振，并通过无线电能传输技术将电磁能传送到功率接收电路。而后功率接收电路获得电能，并在密绕线圈中间产生一定磁场强度的空间电磁场。超磁致伸缩棒料10在该电磁场中产生磁致伸缩效应，将电磁能转换为同一频率的机械能。本实施例中仅展现了通过电-机换能装置实现对传动杆4的伸缩运动，传动杆4可以配合机器人本体1上的传动结构实现更多形式的运行，用于驱动机器人本体1的工作工具运行。
    [n0046] 以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
    权利要求:
    Claims (7)
    [0001] 1.EMSR电磁能量发射与接收系统，包括发射端和接收端，所述发射端包括沿信号传输方向依次连接的函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路，所述接收端包括沿信号传输方向依次连接的功率接收电路、电-机换能装置，其特征在于：所述发射端还包括供能箱，所述函数信号发生器、功率放大器、功率发射电路均设置于供能箱内；
    所述接收端还包括换能筒，所述功率接收电路、电-机换能装置均安装于换能筒内，所述换能筒通过安装板固定安装于机器人本体上，所述换能筒用于为机器人本体的工作工具提供机械能；所述供能箱与换能筒通过功率发射电路和功率接收电路无线连接。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：
    所述换能筒包括外筒和内筒，所述外筒焊接或粘接于安装板的一侧，安装板的另一侧与机器人本体固定，所述内筒设置于外筒的内侧，且外筒的内壁与内桶的外壁之间形成用于容纳功率接收电路的电感线圈的环形空间；
    所述内筒与外筒之间通过固设在二者端部的环形端盖固定连接；
    所述电-机换能装置包括导向筒、超磁致伸缩棒料以及固定在超磁致伸缩棒料两端的偏置永磁体，所述导向筒的外壁与内筒的内壁贴合设置，且相对滑动连接，所述导向筒的端部设有挡板，所述挡板与一端的偏置永磁体固定连接，所述挡板的另一侧设有传动杆，通过所述传动杆为机器人本体的工作工具提供机械能。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：所述外筒、内筒、导向筒、挡板均为绝缘材质结构件；
    所述环形端盖与外筒和内筒通过沉孔螺栓固定连接。
    [0004] 4.根据权利要求2所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：所述换能筒还包括圆盖，所述圆盖设置在外筒远离环形端盖的一端，所述圆盖与外筒通过螺栓固定连接。
    [0005] 5.根据权利要求4所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：所述电-机换能装置还包括用于监测超磁致伸缩棒料运行的压电传感器，所述压电传感器固定安装在圆盖的内侧，所述压电传感器远离圆盖的一侧还固设有压板，所述压板为圆形板，所述压板与远离挡板一侧的偏置永磁体抵接；
    所述压板的外径与内筒的内径相对应，所述压板设置在内筒的内侧；
    所述圆盖上设有压电传感器的出线孔。
    [0006] 6.根据权利要求2所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：所述外筒的内侧还设有浇注体，与所述电感线圈配合设置的并联电容浇筑固定在浇筑体的内部。
    [0007] 7.根据权利要求2所述的EMSR电磁能量发射与接收系统，其特征在于：所述导向筒还对应设有弹性复位装置；
    所述弹性复位装置包括复位弹簧，所述安装板上固设有固定板，所述固定板上开有与传动杆对应的圆孔，所述复位弹簧套接在传动杆的外侧，且一端与固定板固定连接，所述挡板向外侧延伸形成环形的阻挡部，所述阻挡部的外径大于内筒的内径，所述复位弹簧的另一端与阻挡部的外侧面固定连接。
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    同族专利:
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