多發單收式的無線能量傳輸裝置的製作方法
2024-03-11 03:37:15
專利名稱：多發單收式的無線能量傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多發單收式的無線能量傳輸裝置，尤其涉及一種多個發射機對單個接收機進行高效率無線能量傳輸的裝置，可應用在小功率、中功率及大功率無線充電中，以實現在相同距離下，比傳統的單發單收式的無線充電具有更高效率和更高功率的充電特性，同時減輕了單個發射機的負荷，降低了大功率無線充電裝置的設計難度。
背景技術：
無線充電是近幾年非常熱門的研究方向，從早期的感應式的能夠無線充電的電動牙刷及電動剃鬚刀到後來的能夠為手機充電的Powermat ( 「無線充電板」)無線充電套裝，再到後來的Palm pre (胖梨智能無線充電手機)無線充電手機，如今市面上已經有不少品牌的無線充電器，無論從充電功率、充電效率或者使用便捷性方面都有了不小的提高，2010 年9月I日，全球首個推動無線充電技術的標準化組織—無線充電聯盟在北直宣布將Qi(無線充電聯盟)無線充電國際標準率先引入蟲星，目前也與各大公司聯合推出了符合Qi標準的各類型的手機無線充電器，但是這些產品的有效無線充電距離都不遠(在Icm以內)，即都要求待充電設備與發射裝置即充電板緊貼。大功率的無線充電裝置由於對發射裝置的功率放大模塊有較高的功率及效率要求，目前仍然在研究當中。我們所發明的多發單收式無線能量傳輸裝置能夠解決大功率無線充電中單個發射機負荷過大的問題，通過多個發射機同時向接收機提供無線能量來降低單個發射機的設計難度，在提高了總輸出功率的情況下能進一步大幅度提高傳輸效率。同時由於本實用新型能夠保持相同傳輸效率的情況下延長傳輸距離，也同樣適用於小功率及中功率無線充電應用。
發明內容技術問題本實用新型的目的是提供一種多發單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置能夠解決大功率無線充電中單個發射機負荷過大的問題，通過多個發射機同時向接收機提供無線能量來降低單個發射機的設計難度，在提高了總輸出功率的情況下能進一步大幅度提高傳輸效率。同時由於本實用新型能夠保持相同傳輸效率的情況下延長傳輸距離，也同樣適用於小功率及中功率無線充電應用。技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種多發單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個發射裝置和一個接收裝置；其中每個發射裝置包括高頻功率源和發射線圈Lt，還包括發射阻抗匹配網絡，該發射阻抗匹配網絡的一側與高頻功率源兩端相連接，另一側與發射線圈Lt兩端相連接；發射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ；接收裝置包括接收線圈Lr和負載RL，還包括接收阻抗匹配網絡，該接收阻抗匹配網絡的一側與接收線圈Lr兩端相連接，另一側與負載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ；所述的發射裝置用於將高頻功率源產生的高頻振蕩功率信號以近場電磁波的形式發射出去；所述的接收裝置用於接收發射裝置中發射線圈發出的高頻振蕩功率信號，然後經過整流濾波後傳遞給負載RL。優選的，所述發射裝置為3個，分別為第一發射裝置、第二發射裝置和第三發射裝置；每個發射裝置的發射線圈為第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ；第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ；第一發射線圈Ltl、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合係數分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。有益效果與現有技術相比，本實用新型具有以下優點 在相同的距離下，相比傳統單發單收式的無線能量傳輸方式，本實用新型可以顯著提高無線能量傳輸效率，同時提高傳輸功率，降低了單個發射機的發射功率，為大功率無線能量傳輸提供了可行性；在相同的傳輸效率下，相比單發單收式的無線能量傳輸方式，本實用新型可以顯著延長無線能量傳輸距離，使得遠距離無線能量傳輸成為可能。
圖I為本實用新型裝置的系統框圖；圖2為本實用新型中兩個發射機一個接受機情況下的電路圖；圖3為本實用新型的網絡傳輸效率隨發射機數量變化而變化的曲線圖；圖4為本實用新型提供的一種串並聯式的阻抗匹配網絡的多發單收式的無線能量傳輸電路圖；圖5為本實用新型的兩發單收和單發單收的仿真及理論對比圖；圖6為本實用新型的兩發單收和單發單收的實驗及理論對比圖；圖7為本實用新型的兩發單收的考慮發射機之間耦合的效率以及輸入阻抗隨耦合係數ktlt2變化的曲線圖；圖8為本實用新型的兩發單收的考慮發射機之間耦合的效率以及輸入阻抗隨耦合係數ktlt2變化的曲線圖(已通過減小發射端阻抗匹配網絡中等效電容解決輸入阻抗匹配的問題)。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。參見圖1，本實用新型提供的多發單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個發射裝置和一個接收裝置；其中每個發射裝置包括高頻功率源和發射線圈Lt，還包括發射阻抗匹配網絡，該發射阻抗匹配網絡的一側與高頻功率源兩端相連接，另一側與發射線圈Lt兩端相連接；發射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ；接收裝置包括接收線圈Lr和負載RL，還包括接收阻抗匹配網絡，該接收阻抗匹配網絡的一側與接收線圈Lr兩端相連接，另一側與負載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ；[0028]所述的發射裝置用於將高頻功率源產生的高頻振蕩功率信號以近場電磁波的形式發射出去；所述的接收裝置用於接收發射裝置中發射線圈發出的高頻振蕩功率信號，然後經過整流濾波後傳遞給負載RL。所述發射裝置為3個，分別為第一發射裝置、第二發射裝置和第三發射裝置；每個發射裝置的發射線圈為第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ;第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ；第一發射線圈Ltl、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合係數分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。首先我們不考慮發射機之間的耦合 這裡先討論兩個發射機，一個接收機的情況，如圖2所示根據基爾霍夫電壓定律，首先對左邊兩個發射機和右邊的接收機列KCL方程
/ , ,I \ _
V1 = I11 Rotl τ JttsL1 i--I 十 IttiI3Mclie
\JtoCeqtl/*
V. = Lf Rot. + JtoL. + ~-—I + JoLM^
夏3 (Reqr + Rpr 十 Ιω[3 ^)十 JtoIiMtlr 十 JtoI2Mt2ir = O其中Vl和V2分別是發射機I和發射機2的高頻功率源發出的正弦波的電壓幅度值，II、12和13分別是發射機I、發射機2和接收機的環路電流，Ceqtl和Ceqt2分別是發射機的阻抗匹配網絡運用戴維南等效定理等效後的等效電容，和分別是接收機的阻抗匹配網絡運用戴維南等效定理等效後的等效電容和等效電阻，Mtli和Mt2i分別是發射機I和發射機2與接收機之間的互感。在諧振狀態時
￥ι = 1IiiPti -r JwI3Mtlr
-ι —~|~ Ι Γα
a-s. P^ 3 h I
!sCReqr+ Rpr) + ωΙ1ΜΠΓ +JMl2Mt2r = 0考慮兩個發射機相同且與接收機距離相等的情況
V1 = Y2
Mtll, = Mt2r
R ,=R _
pfcPtl rvPtS[0047]l1=l2[0048] R1=R2[0049]我們得到
權利要求1.一種多發單收式的無線能量傳輸裝置，其特徵在於該裝置包括至少兩個發射裝置和一個接收裝置； 其中每個發射裝置包括高頻功率源和發射線圈Lt，還包括發射阻抗匹配網絡，該發射阻抗匹配網絡的一側與高頻功率源兩端相連接，另一側與發射線圈Lt兩端相連接；發射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ； 接收裝置包括接收線圈Lr和負載RL，還包括接收阻抗匹配網絡，該接收阻抗匹配網絡的一側與接收線圈Lr兩端相連接,另一側與負載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ； 所述的發射裝置用於將高頻功率源產生的高頻振蕩功率信號以近場電磁波的形式發射出去； 所述的接收裝置用於接收發射裝置中發射線圈發出的高頻振蕩功率信號，然後經過整流濾波後傳遞給負載RL。
2.根據權利要求I所述的多發單收式的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述發射裝置為3個，分別為第一發射裝置、第二發射裝置和第三發射裝置；每個發射裝置的發射線圈為第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ;第一發射線圈LU、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3 ； 第一發射線圈Ltl、第二發射線圈Lt2和第三發射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合係數分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。
專利摘要本實用新型提供了一種多發單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個發射裝置和一個接收裝置；其中每個發射裝置包括高頻功率源和發射線圈Lt，還包括發射阻抗匹配網絡，該發射阻抗匹配網絡的一側與高頻功率源兩端相連接，另一側與發射線圈Lt兩端相連接；發射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt；接收裝置包括接收線圈Lr和負載RL,還包括接收阻抗匹配網絡，該接收阻抗匹配網絡的一側與接收線圈Lr兩端相連接，另一側與負載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr。本實用新型可以顯著延長無線能量傳輸距離，使得遠距離無線能量傳輸成為可能。
文檔編號H02J17/00GK202565039SQ201220193938
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者崔鐵軍, 劉碩, 陳林輝, 凌昕彤, 陳維舟, 譚杭波, 周永春 申請人:東南大學