三維無線電源的製作方法
2023-07-19 14:01:36
專利名稱：三維無線電源的製作方法
技術領域：
本發明是一種無線電源，特別是一種能向三維空間無線供電的電源，稱為三維無線電源。
背景技術：
無線供電以其方便性和安全性已逐步被人們認可，以電磁共振為基礎的無線供電，目前已初步進入實用階段，如手機的無線充電等就是例子。但目前的無線供電還局限於幾乎平面化的距離及小功率發射狀態，只能定點使用，使得無線供電的產品寥寥無幾，應用場所十分有限，並沒有達到預期效果。如何實現遠距離的無線供電？如何實現大範圍的無線供電？如何實現大功率的無線供電？本發明從實際出發，全面解決了上述問題。·發明內容本發明所示的三維無線電源，主要由三部分組成由發射線圈和發射電容組成的電磁發射環、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環，電磁發射環通常置於地面上，共振衍生環可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環置於用電器內，其特徵是電磁發射環，共振衍生環，磁電接收環三部分都是由一個用導線繞制的線圈和一個等效電容連接的LC諧振環，這三個LC諧振環中線圈與等效電容的連接方式有兩種一種是串聯，另一種是並聯；三個LC諧振環均工作於同一諧振頻率上，在結構上相對獨立，在空間位置上有重疊、覆蓋關係並有實際的磁場連接，卻沒有任何物理上的導體連接或機械接觸。電磁發射環將電能轉化為磁能對外發射，在這個磁能所覆蓋的空間內，放置共振衍生環，共振衍生環是完全獨立的LC諧振環，用於吸收來自電磁發射環的磁能並產生共振，將磁能集中後，按接力的方式進行二次發射，在共振衍生環的磁能覆蓋的空間內，放置磁電接收環，它將接收來自共振衍生環的磁能並轉化為電能，這些電能經處理後為用電器提供能量。電磁發射環所發射的能量來自一個電磁驅動器，電磁發射環的兩端與電磁驅動器的兩個輸出端相連，電磁發射環的諧振頻率與電磁驅動器的基頻相同。實際應用中，電磁發射環中的發射電容通常置於電磁驅動器內，只有發射線圈在電磁驅動器的外部，但發射線圈與發射電容的連接方式不變。電磁發射環的磁場覆蓋的空間與電磁發射環的面積和發射功率有關,在功率足夠的前提下，磁場的包圍空間約為以發射線圈為赤道的蘋果形，即高度大約為發射線圈的直徑或邊長的一半；電磁發射環的磁場在其覆蓋的空間有較為均勻的分布，但由於共振衍生環的加入，磁場在某個區域的分布密度和方向發生了變化，利用這一點，可以實現定向供電和集中對某個用電器提供較多的電能。材料發射線圈、共振線圈和接收線圈均是由導線繞制而成的線圈，如漆包線等。形狀關係電磁發射環，共振衍生環，磁電接收環三部分的形狀一致時具有最好的效率，即有相似的形狀，但大小可以不同，一般情況下，共振衍生環的尺寸不超過電磁發射環，磁電接收環的尺寸不超過共振衍生環；它們的主要形狀包括圓形、方形、跑道形。空間關係在一個房間內，由於大部分電器工作於地面和桌面上，因此，電磁發射環通常置於地面上(如果大部分用電器工作於高處，電磁發射環就安置於天花板上)，共振衍生環可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環置於用電器內。一個電磁發射環覆蓋的空間內可以放置一個以上的共振衍生環，一個共振衍生環覆蓋的空間內可以放置一個以上的磁電接收環；當在垂直於電磁發射環平面的方向上放置兩個或兩個以上的共振衍生環(不一定都在法線上)，磁能將從電磁發射環傳遞到第一個共振衍生環，通過共振衍生環的接力作用，將磁能傳遞到第二共振衍生環，甚至第三共振衍生環，最後傳遞到磁電接收環，能量的傳輸距離將是它們的接力距離的疊加，因此，一個電磁發射環實際上可以為一個以上的用電器在一定距離和範圍內進行磁場連接，實現較遠距離的無線供電。電能輸出磁電接收環的接收線圈的兩端與整流和濾波電路相連，接收線圈的兩端可以輸出交流電，經整流和濾波後，轉化為直流電輸出；這個直流電可以直接給帶有開關 電源的交流用電器供電，若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進行電壓轉換，或增加穩壓電路後方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過變壓器，直接連到原有的濾波後的電源兩端。當磁電接收環與共振衍生環綁定在一起時，磁電接收環中的接收電容可以不用，直接從接收線圈的兩端輸出交流電。本發明的有益效果由於共振衍生環的接力作用，能量可以在一定的空間內以磁場的方式傳遞到用電器內，本發明工作於安全頻段，實際測試在3米甚至更遠的距離內可以實現數瓦甚至數千瓦的電能供應，可以滿足大部分電器的使用需要，更重要的是，這種能量分布不是點對點，而是在一定的空間內，可以同時對多個用電器供電，因此可以實現整個辦公室或者整個房間的無線供電，實現無線辦公和無線家居的理想概念。
附圖IA和IB是三維無線電源的兩種基本組成原理圖。附圖2A和2B是電磁發射環與電磁驅動器之間的連接原理圖。附圖3A、3B和3C是電磁發射環，共振衍生環，磁電接收環在空間及數量上的分布示意圖。附圖4A和4B是兩種磁電接收原理圖。附圖5是無線供電辦公示意圖。附圖IA和IB中，CT表示發射電容，LT表示發射線圈，它們串聯或並聯，組成電磁發射環；CM表示共振電容，LM表示共振線圈，它們串聯組成共振衍生環；CR表示接收電容，LR表示接收線圈，它們並聯組成磁電接收環。附圖2A和2B中，D表示電磁驅動器，CT表示發射電容，LT表示發射線圈，發射電容CT與發射線圈LT組成的發射環的兩端直接與電磁驅動器D的兩個輸出端。附圖3A、3B和3C中，T表不一個電磁發射環，M1、M2和M3分別表不一個共振衍生環，R1、R2和R3分別表示一個磁電接收環。[0024]附圖4A和4B中，LR表示接收線圈，CR表示接收電容，它們組成磁電接收環；BG表示全橋整流管，Dl表示一個整流管，L2表示電感，C3表示濾波電容，RD表示一個接收控制器。附圖5中，T表示一個電磁發射環，M表示在桌子中有一個共振衍生環，Rl、R2、R3、R4和R5表不所在電器中分別有一個磁電接收環。
具體實施方式
以下結合實例，進一步說明了三維無線電源的原理和應用方法。實例一、三維無線電源的組成形式。附圖IA和IB中，發射電容CT，發射線圈LT，它們串聯或並聯組成電磁發射環，共 振電容CM，共振線圈LM，它們串聯組成共振衍生環，接收電容CR，接收線圈LR，它們並聯組成磁電接收環，這三個環相互獨立，沒有導線連接，也沒有任何機械接觸，電磁發射環通常置於地面上或天花板上，共振衍生環通常安置於桌子內，而磁電接收環必須放置在用電器內。實際應用中，從工程安裝的方便性和安全性出發，發射電容CT通常放在電磁驅動器內，只有發射線圈LT外置，但發射電容CT與發射線圈LT的連接關係不變，即串聯或並聯。實例二、三維無線電源的空間分布附圖3A中，在一個電磁發射環T的上方，放置了一個共振衍生環M，在共振衍生環M的上方，放置了兩個磁電接收環Rl和R2，Rl和R2代表兩個用電器，即一個電磁發射環T通過共振衍生環M的接力作用，將能量傳給了兩個用電器使用，並且沒有導線連接；附圖3B中，在一個電磁發射環T的上方，放置了二個共振衍生環Ml和M2，在共振衍生環Ml的上方放置了一個磁電接收環Rl,在共振衍生環M2的上方放置了一個磁電接收環R2，Rl和R2代表兩個用電器；附圖3C中，在一個電磁發射環T的上方，放置了二個共振衍生環Ml和M2，在共振衍生環Ml的上方放置了二個磁電接收環Rl和R2，而在在共振衍生環M3的上方放置了第三個共振衍生環M3和一個磁電接收環R3，磁電接收環Rl、R2和R3分別代表一個用電器，這樣，通過共振衍生環的接力作用，電能傳遞到較遠的距離的三個用電器內。實例三、辦公桌面的應用附圖5中，T是一個電磁發射環，電磁發射環T的線圈沿著房間的四周繞制(實際應用時，線圈可以埋在地下或地毯下)，在電磁發射環T的磁場覆蓋的空間內，放置了一個電風扇和一張辦公桌，在電風扇的底部放置了一個磁電接收環Rl，在辦公桌內放置了一個共振衍生環M，桌面上放置了音箱、顯示器、滑鼠和鍵盤，在音箱內放置了一個磁電接收環R3接收音箱工作所需要的電能，在顯示器內放置了一個磁電接收環R4接收顯示器工作所需要的電能，在鍵盤內放置了一個磁電接收環R5接收鍵盤工作所需要的電能，在滑鼠內放置了一個磁電接收環R2接收滑鼠工作所需要的電能，結果，房間內所有用電器都實現了無線供電，如果將顯示器的視頻信號和音箱的音頻信號採用無線連接，如WIFI連接，整個辦公室就可以實現無線化。實例四、磁電接收環與用電器的連接[0037]附圖4A中，磁電接收環的接收線圈LR與接收電容CR並聯，接收線圈LR兩端的交流電經整流器BG整流後，從電感L2流過，由濾波電容C濾波，轉化為直流電輸出；這個直流電可以直接給帶有開關電源的交流用電器供電，不必改變原有的開關電源的任何結構；若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進行電壓轉換，或增加LDO穩壓電路後方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過變壓器，直接連到原有的濾波後的電源兩端。附圖4B中，接收電容CR並沒有直接與接收線圈LR並聯，而是受控於接收控制器DR,接收控制器是一個壓控電子開關，當輸出電壓不足時，接收控制器DR完全導通，這時相當於接收電容CR直接與接收線圈LR並聯，電路工作於諧振狀態；當輸出電壓超過一定值時，接收控制器DR開路，這時相當於接收電容CR開路，諧振狀態被破壞，輸出電壓降低，以實現穩壓的目的；接收線圈LR兩端的交流電經整流器D整流後，流過電感L2後，由濾波電容C濾波，轉化為直流電輸出。·
權利要求1.一種三維無線電源，主要由三部分組成由發射線圈和發射電容組成的電磁發射環、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環，電磁發射環通常置於地面上，共振衍生環可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環置於用電器內，其特徵是電磁發射環，共振衍生環，磁電接收環都是分別由一個用導線繞制的線圈和一個等效電容連接的LC諧振環，這三個諧振環中線圈與等效電容連接方式有兩種一種是串聯，另一種是並聯；三個LC諧振環均工作於同一諧振頻率上，在結構上相對獨立，在空間位置上有重疊、覆蓋關係並有實際的磁場連接，卻沒有任何物理上的導體連接或機械接觸。
2.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是一個電磁發射環覆蓋的空間內可以放置一個以上的共振衍生環，一個共振衍生環覆蓋的空間內可以放置一個以上的磁電接收環；因此，一個電磁發射環實際上可以為一個以上的用電器進行磁場連接，實現無線供電。
3.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是在垂直於電磁發射環的平面方向上放置兩個或兩個以上的共振衍生環，磁能將從電磁發射環傳遞到第一個共振衍生環，通 過共振衍生環的接力作用，將磁能傳遞到第二共振衍生環，甚至第三共振衍生環，最後傳遞到磁電接收環，實現較遠距離的無線供電。
4.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是電磁發射環，共振衍生環，磁電接收環三部分的形狀一致時具有最好的效率，即有相似的形狀，主要形狀包括圓形、方形、跑道形，但大小可以不同，通常，共振衍生環的尺寸不超過電磁發射環，磁電接收環的尺寸不超過共振衍生環。
5.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是電磁發射環的兩端與電磁驅動器的兩個輸出端相連，電磁發射環的諧振頻率與電磁驅動器的基頻相同。
6.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是發射線圈、共振線圈和接收線圈均是由導線繞制而成的線圈。
7.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是當磁電接收環與共振衍生環綁定在一起時，磁電接收環中的接收電容可以不用，直接從接收線圈的兩端輸出交流電。
8.根據權利要求I所述的三維無線電源，其特徵是磁電接收環的接收線圈的兩端與整流和濾波電路相連，接收線圈的兩端可以輸出交流電，經整流和濾波後，輸出為直流電；這個直流電可以直接給帶有開關電源的交流用電器供電，若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進行電壓轉換，或增加穩壓電路後方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過變壓器，直接連到原有的濾波後的電源兩端。
專利摘要本實用新型所示的三維無線電源，主要由三部分組成由發射線圈和發射電容組成的電磁發射環、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環，電磁發射環通常置於地面上，共振衍生環可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環置於用電器內，三部分在結構上相對獨立，在空間位置上有重疊、覆蓋關係並有實際的磁場連接，卻沒有任何物理上的導體連接或機械接觸。藉助於共振衍生環的接力作用，能量可以在一定的空間內以磁場的方式傳遞到用電器內，可以同時對多個用電器供電，因此可以實現整個辦公室或者整個房間的無線供電，實現無線辦公和無線家居的理想概念。
文檔編號H02J17/00GK202524175SQ201220190819
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者朱斯忠 申請人:朱斯忠