共振衍生環的製作方法
2023-12-03 09:31:16 1
專利名稱：共振衍生環的製作方法
技術領域：
本發明是一種在電磁共振中，位於發射線圈與接收線圈之間的用於能量傳遞的LC 諧振環，稱之為共振衍生環。
背景技術：
電磁共振是近年來膾炙人口的無線供電概念，通過電磁共振的磁能傳遞，能量在發射線圈和接收線圈之間實現了非接觸式的傳遞，這種「神奇」的能量傳遞將使很多電器設備脫掉「尾巴」。2010年9月，國際無線充電聯盟(Wireless Power Consortium)發布了第一個無線充電的工業標準，使得這種能量傳遞模式在多年的擔憂和爭論後以合法的身份亮相於世界，正式開啟了無線供電時代的大門。現有的無線供電，在原理上是電磁共振來實現的，即發射線圈和接收線圈均工作於同一頻率的諧振狀態，在硬體接口方面通常有三種方式，一種是一對一方式，即一個發射線圈給一個接收線圈供電；另一種是多對一方式，即多個發射線圈同時給一個接收線圈供電，還一種是一對多方式，即一個發射線圈同時給多個接收線圈供電。無論哪一種接口方式，傳輸距離都十分有限，通常只有數釐米或數十釐米，而且方向是固定的、單一的，這是磁場的特性決定的。但在現實生活中，常常需要一個較長距離或者較寬範圍的而且具有梯度分布的能量場，比如說，一個辦公桌面上可能擺放顯示器、音箱、檯燈、鍵盤和滑鼠等，這些用電器的功耗是不一樣的，在用無線供電的方式給它們提供電能的時候，就不能用一個發射源，而要用多個發射源給它們分別供電，這就可能導致以下多方面的問題幹擾與兼容問題、輻射與健康問題、成本問題、能效問題等。能否將一個發射源的能量按照不同的方向和梯度來分配能量，從而解決上述諸多問題？答案是肯定的，共振衍生環是可行的解決辦法。
發明內容
本發明是一種在電磁共振中，位於發射線圈與接收線圈之間的用於能量傳遞的LC 諧振環，稱之為共振衍生環，它由一個環形線圈L和一個無極性電容C串聯而成，即線圈的兩端分別與電容的兩個電極相連，這個串聯迴路的諧振頻率與發射線圈的工作頻率(即發射頻率)相同，與接收線圈的諧振頻率(即接收頻率)也相同，這樣，發射線圈、共振衍生環和接收線圈同時下作於同一頻率的諧振狀態(即共振)。當發射線圈工作時，共振衍生環接收來自發射線圈的能量，產生諧振，形成能量的二次發射，將能量傳遞給接收線圈，實現能量的無線傳輸。由於共振衍生環的作用，能量的傳遞過程將發生以下三個變化1、能量傳遞的距離加大；2、能量傳遞的方向由於發射線圈、共振衍生環和接收線圈的空間位置不同而發生改變；3、能量傳遞的密度與共振衍生環的品質有關，通過改變共振衍生環的品質可以實現能量的梯度分布。共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係電磁共振主要通過磁場來傳遞能量，由於磁場具有很強的方向性，且能量密度與距離的四次方成反比，因此，電磁共振中能量的傳遞距離是十分有限的，在不同方向上的能量分布的差異也是十分明顯的，通常， 在線圈平面的法線方向能量分布最強。共振衍生環、發射線圈和接收線圈的空間位置，將直接改變電磁共振的能量傳遞方向和能量密度，三者之間的空間位置關係有以下幾種1、發射線圈、共振衍生環和接收線圈在同一法線方向，即三個線圈上下平行。2、發射線圈、共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行，而接收線圈與共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊。3、發射線圈、共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊，而接收線圈與共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行。共振衍生環與發射線圈和接收線圈的數量關係一個發射線圈的能量可以傳遞給一個共振衍生環再傳遞給一個接收線圈；一個發射線圈的能量也可以傳遞給多個共振衍生環再傳遞給多個接收線圈。能量的梯度分布與共振衍生環的品質的關係來自發射線圈的能量是通過共振衍生環的二次發射傳遞給接收線圈的，因此，共振衍生環的品質直接影響到能量的分布密度。 線圈的品質可用品質因素來衡量，即Q = 2 π fL/R式中Q為品質因素，f為諧振頻率，L為共振衍生環的線圈的電感量，R為為共振衍生環的線圈的電阻。Q值越大，線圈的品質越高，二次發射的能力越強，反之越弱。R與線圈的材質、形狀和大小有關。共振衍生環的線圈形狀接收線圈是從共振衍生環獲得能量的，因此，共振衍生環的線圈的形狀就決定了接收線圈獲得能量的範圍，也就是說決定了接收線圈所在的用電器的使用範圍，反過來說，用電器的使用範圍就是以共振衍生環的線圈為邊界的，通常，共振衍生環的線圈形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形、不規則環形，彈簧狀等，雖然形狀不一，但都是由一根或一組多股導線繞(含漆包線)制而成的，線圈的兩端最後與一個電容串聯。本發明的有益效果共振衍生環不但能改變電磁共振的能量的傳遞方向，還能按照用電器的功耗需要來實現能量的梯度分布，從而實現一個能量發射源對多個用電器的合理的無線供電，充分利用了能源，提高了能效，減少了輻射和損耗，同時方便於管理，節省了成本(一個共振衍生環的成本只有一個發射源的成本的若干分之一)。
附圖1是共振衍生環的工作原理圖。附圖2是共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係之一。附圖3是共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係之二。附圖4是共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係之三。附圖5是筆記本電腦及其滑鼠的無線供電中，共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係示意圖。附圖6是無線供電辦公桌面中，一個能量發射源與多個共振衍生環的平面分布示意圖。附圖1中，L為線圈，C為無極性電容，L與C串聯組成一個LC諧振迴路。附圖2、3、4中，T為發射線圈，L為共振衍生環的線圈，R為接收線圈。圖中箭頭表示能量傳遞的方向。附圖5中，T為發射線圈，N為筆記本電腦內的接收線圈，L為共振衍生環的線圈， 它的作用是為滑鼠無線供電，M為滑鼠內的接收線圈。圖中箭頭表示能量傳遞的方向。附圖6中，T為發射線圈，S、L、K和M分別為四個共振衍生環的線圈，S是給桌面音箱無線供電的共振衍生環的線圈，L是給檯燈無線供電的共振衍生環的線圈，K是給鍵盤無線供電的共振衍生環的線圈，M是給滑鼠無線供電的共振衍生環的線圈。
具體實施例方式以下結合實例，進一步說明了共振衍生環的原理和使用方法。實例一、共振衍生環延長無線供電的距離這一功能在工藝品中的應用。設有一個工藝品由三部分組成底座、寶塔和塔頂上的夜明珠，要求通過無線供電為寶塔和夜明珠供電使它們內部發光。操作方法是採用如圖2所示的原理，發射線圈T置於一個底座內，它與發射電路相連，通電後電能由發射線圈T發出；在寶塔內放置一個共振衍生環，其線圈是L，L的兩端可以為LED等供電使其發光；在夜明珠內放置另一個LC諧振環，R是它的接收線圈，線圈的兩端同樣可以給LED供電使其發光。這樣，底座上的電能就通過共振的方式傳遞到了寶塔內，再由寶塔內的共振衍生環傳遞給夜明珠。這種無線供電的工藝品更突出了它的神奇，更具觀賞性。本例中，如果沒有寶塔內的共振衍生環的二次發射作用，能量是不能傳到頂部的夜明珠內的。實例二、共振衍生環在筆記本電腦及其滑鼠的無線供電中的應用。設有一個筆記本電腦桌(架)，其功能是當筆記電腦放置在上面，就能自動給電腦無線供電和充電，同時給外圍的滑鼠無線供電。如圖5所示，T為發射線圈，它和發射驅動電路全部安裝在筆記本電腦桌(架)的下面，通電後向上發射能量，N為筆記本電腦內的接收線圈，線圈兩端的交流電通過整流、濾波和穩壓後為筆記本供電；L為共振衍生環的線圈，它置於發射線圈T的旁邊，共振衍生環吸收來自發射線圈T的能量，產生二次發射，將能量傳遞給滑鼠；M為滑鼠內的接收線圈，接收線圈M位於共振衍生環線圈L的上方，接收來自共振衍生環的能量產生交流電，線圈兩端的交流電通過整流、濾波和穩壓後為滑鼠供電，滑鼠不再使用電池。實例三、無線供電的辦公桌面。要求給辦公桌上的所有用電器實現無線供電，包括顯示器、多媒體音箱、檯燈、鍵盤和滑鼠等，實現一個整潔、無線、安全的辦公桌面。如圖6所示，發射線圈T及其驅動電路置於桌面下，同時在發射線圈T的周邊放置四個共振衍生環，S、L、K和M分別為四個共振衍生環的線圈，S是給桌面音箱無線供電的共振衍生環的線圈，L是給檯燈無線供電的共振衍生環的線圈，K是給鍵盤無線供電的共振衍生環的線圈，M是給滑鼠無線供電的共振衍生環的線圈。在顯示器內放置一個諧振接收電路，工作時，置於發射線圈T的上方，接收來自發射線圈T的能量為顯示器供電；同樣，在多媒體音箱、檯燈、鍵盤和滑鼠內分別放置一個諧振接收電路，工作時，分別置於相應的共振衍生環的線圈上方，接收來自各個共振衍生環的能量，轉化為電能，實現無線供電。在解決了無線供電的基礎上，整合現有的無線音頻、無線視頻、無線網絡、無線滑鼠等，就實現了辦公桌面的徹底的無線化。
權利要求
1.一種在電磁共振中，位於發射線圈與接收線圈之間的用於能量傳遞的LC諧振環，稱之為共振衍生環，其特徵是它由一個環形線圈L和一個無極性電容C串聯而成，即線圈的兩端分別與電容的兩個電極相連，共振衍生環和發射線圈、接收線圈同時工作於共振狀態， 共振衍生環位於發射線圈和接收線圈之間，當發射線圈工作時，共振衍生環接收來自發射線圈的能量，產生諧振，形成能量的二次發射，將能量傳遞給接收線圈，實現能量的無線傳輸。
2.根據權利要求1所述的共振衍生環，其特徵是共振衍生環的線圈由一根或一組多股導線(含漆包線)繞制而成的。
3.根據權利要求1所述的共振衍生環，其特徵是共振衍生環的線圈形狀由用電器的使用範圍來決定的，最大使用範圍就是共振衍生環的線圈的邊界，通常，共振衍生環的線圈形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形、不規則環形，甚至彈簧狀。
4.根據權利要求1所述的共振衍生環，其特徵是共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關係有以下幾種一、發射線圈、共振衍生環和接收線圈在同一法線方向，即三個線圈上下平行；二、發射線圈、共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行，而接收線圈與共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊；三、發射線圈、共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊，而接收線圈與共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行，空間位置不同， 能量傳遞的方向也不同。
5.根據權利要求1所述的共振衍生環，其特徵是共振衍生環與發射線圈和接收線圈的數量關係是，一個發射線圈的能量可以傳遞給一個共振衍生環再傳遞給一個接收線圈， 一個發射線圈的能量也可以傳遞給多個共振衍生環再傳遞給多個接收線圈，使用不同品質的共振衍生環，可以實現能量的梯度分布。
全文摘要
本發明是一種在電磁共振中，位於發射線圈與接收線圈之間的用於能量傳遞的LC諧振環，稱之為共振衍生環，它由一個環形線圈L和一個無極性電容C串聯而成。共振衍生環、發射線圈和接收線圈同時工作於同一頻率的諧振狀態(即共振)，當發射線圈工作時，共振衍生環接收來自發射線圈的能量，產生諧振，形成能量的二次發射，將能量傳遞給接收線圈，實現能量的定向無線傳輸和能量的梯度分布。
文檔編號H02J17/00GK102386681SQ20101028050
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月5日 優先權日2010年9月5日
發明者朱斯忠 申請人:朱斯忠