一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置的製作方法
2023-06-25 06:31:11
專利名稱：一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無線供電裝置，尤其是一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置。
背景技術：
所謂無線供電裝置是指那些以無線方式為電子設備提供電能的供電設備。採用無線供電，不僅可以省去導 線和避免明線插座接頭，而且允許受電設備具備運動特徵，在某些特殊供電場合(如手機、膝上電腦等)具有相對於傳統供電電線網絡的特殊優勢。無線供電裝置可以分輻射型和非輻射型兩大類。輻射型無線供電裝置通過發射天線將交流電波輻射到自由空間中，再通過接收天線將自由空間中特定頻率的電磁波加以收集，以實現電能的無線傳送。非輻射型無線供電裝置通過近場耦合的方式，利用交流電場或者交流磁場的電磁感應原理來實現電能的無線傳送。在諸如室內等複雜環境中，若綜合考慮供電距離以及環境對供電系統的影響，交流磁場耦合是無線供電的首選方案。採用磁耦合的無線供電技術，根據其磁場耦合特徵可分為感應型、共振型與非共振型三類。感應型無線供電技術嚴重依賴於其收發端之間的耦合係數，為保證較高的供電效率，其供電距離一般很短。共振型無線供電技術以收發端之間發生電磁共振為條件，可在滿足高的供電效率的前提下，可比感應型無線供電技術具有更長的供電距離。非共振型無線供電，可實現與共振型無線供電相同的供電效率與供電距離，但其不依賴於收發端之間的電磁共振效應，因此可以是多頻或者寬頻工作的，並且具有更好的安全與可靠性。根據共振型與非共振型磁耦合無線供電的原理，高的供電效率受供電端線圈的線路損耗和供電端線圈與受電端線圈之間的互感係數的影響較大。為提高供電效率，供電端與受電端線圈應採用損耗儘可能低的導線來製作，這並不利於降低無線供電系統的製作成本。同時，為增大兩端線圈之間的互感係數，一般採取增加供電端線圈與受電端線圈匝數的方法，或減小兩端線圈之間的距離。但是，增加線圈的匝數一般造成線路損耗增加和降低工作頻率，使得提高供電效率很難有效得以提高。
發明內容本實用新型的針對現有技術的不足，提出了一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置。本實用新型一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置包括多個供電端耦合線圈迴路、多個受電端耦合線圈迴路和高頻交流電源。所述的多個供電端耦合線圈迴路並聯連接，同時將並聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成供電端線圈陣列；所述的多個受電端耦合線圈迴路串聯連接，同時將串聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成受電端線圈陣列；將供電端線圈陣列與受電端線圈陣列進行相對放置，兩陣列平面為平行關係，以構成無線傳電部件，供電端線圈與高頻交流電源並聯連接，所述的供電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，在該線圈的兩個接頭處，將電容器件串聯到其中一個接頭，或同時串聯到兩個接頭上；所述的受電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，將該線圈從中部斷開，在此開口處將電容器件與線圈進行並聯連接； 本實用新型具有的有益的效果是通過將供電端線圈迴路組合為陣列，有效降低電能在供電端線圈迴路上的輻射損耗，也對線圈產生的交流磁場的發散效果起到了抑制作用，對供電距離為線圈陣列典型尺寸的2倍到10倍範圍內的中距離無線供電效果明顯；通過將受電端線圈迴路進行串聯組合，將受電端線圈迴路上的感應交流電動勢進行疊加，在保持低輻射阻抗的同時，供電容量和供電效率都得到有效提升；無線供電裝置的供電效率和供電容量可通過擴展陣列單元數得到顯著提高，實現無線供電系統的模組化設計；原則上，只要線圈迴路陣列的陣元數足夠多，則可在任意距離上實現超過90%的供電效率；不要求兩端線圈發生共振，因此製作容易、控制與維護方便、成本低廉。
圖I是採用螺旋式線圈串聯組合電容器件構造供電端線圈迴路的示意圖；圖2是採用螺旋式線圈在其中部截斷處並聯組合電容器件構造受電端線圈迴路的不意圖；圖3是通過用非共振磁耦合的供電端線圈迴路陣列和受電端線圈迴路陣列構建無線供電裝置的電路原理示意圖。
具體實施方式
如圖3所示，一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置包括多個供電端耦合線圈迴路、多個受電端耦合線圈迴路和高頻交流電源。多個供電端耦合線圈迴路並聯連接，同時將並聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成供電端線圈陣列；多個受電端耦合線圈迴路串聯連接，同時將串聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成受電端線圈陣列；將供電端線圈陣列與受電端線圈陣列進行相對放置，兩陣列平面為平行關係，以構成無線傳電部件，供電端線圈與高頻交流電源並聯連接。如圖I所示，供電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，在該線圈的兩個接頭處，將電容器件串聯到其中一個接頭，或同時串聯到兩個接頭上；如圖2所示，受電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，將該線圈從中部斷開，在此開口處將電容器件與線圈進行並聯連接；如圖3所示，通過用非共振磁耦合的供電端線圈迴路陣列和受電端線圈迴路陣列構建無線供電裝置的電路原理示意圖。如圖中所示，本實施例包含一高頻交流電源，與高頻交流電源相連的供電端線圈迴路陣列3X3陣列，與供電端3X3線圈迴路陣列發生磁耦合的受電端線圈迴路陣列2X2陣列，以及與所述受電端線圈迴路陣列相連的負載單元。具體實施中，高頻交流電源產生穩定的交流電壓；交流電壓施加在供電端線圈迴路陣列上，產生空間分布的交流磁場，空間的磁場分布和磁場密度通過供電端線圈迴路陣列3X3陣列控制；交流磁力線穿過受電端線圈迴路陣列2X2陣列平面後，受電端各線圈迴路上產生感應同頻交流電壓；受電端各線圈迴路上的感應交流電壓經過串聯疊加後，為負載單元提供電力。在本實施例中，供電端線圈與受 電端線圈不具有共振特徵，其製作導線、線圈尺寸均可不同。在本實施例中，供電端線圈迴路陣列與受電端線圈迴路陣列也可採用非平行放置，但穿過受電端線圈迴路平面的磁力線越多，供電效率越高。在本實施例中，供電端線圈迴路亦可採用為MX N陣列，受電端線圈迴路亦可為PXQ陣列，其中M、N、P、Q為任意正整數。在本實施例中，供電端與受電端線圈迴路陣列陣元在平面內亦可為非周期排列。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，凡是根據本實用新型實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於權利要求範圍內。
權利要求1. 一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置，包括多個供電端耦合線圈迴路、多個受電端耦合線圈迴路和高頻交流電源，其特徵在於 所述的多個供電端耦合線圈迴路並聯連接，同時將並聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成供電端線圈陣列；所述的多個受電端耦合線圈迴路串聯連接，同時將串聯連接的各線圈在一個平面內進行陣列排列，各線圈的環繞取向相同，且線圈軸向均垂直於平面，構成受電端線圈陣列； 將供電端線圈陣列與受電端線圈陣列進行相對放置，兩陣列平面為平行關係，以構成無線傳電部件，供電端線圈與高頻交流電源並聯連接； 所述的供電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，在該線圈的兩個接頭處，將電容器件串聯到其中一個接頭，或同時串聯到兩個接頭上； 所述的受電端耦合線圈迴路採用良導線製作單個螺旋式線圈，將該線圈從中部斷開，在此開口處將電容器件與線圈進行並聯連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用非共振磁耦合線圈陣列構建無線供電裝置，現有技術中的無線供電裝置的供電效率較低，本實用新型採用良導線製作單個線圈，組合電容器件構造高頻工作的供電端與受電端耦合線圈迴路；將多個供電端與受電端耦合線圈迴路進行排列，通過無線供電裝置對供電效率和供電容量的要求決定兩端線圈迴路陣列的各自陣元數；供電端各線圈迴路採用並聯的形式與電源控制單元連接；受電端各線圈迴路採用串聯的形式與用電控制單元連接；電源控制單元提供的交流電能通過供電端線圈迴路陣列與受電端線圈迴路陣列之間的磁耦合效應，以無線方式傳送至用電控制單元，為終端負載提供電能。本實用新型製作容易、控制與維護方便、成本低廉，供電效率高。
文檔編號H02J17/00GK202798169SQ20122037515
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者彭亮 申請人:杭州電子科技大學