基于pcb諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，尤其涉及一種基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置。包括輸入電源，具有一輸出端，高頻發(fā)射電源，具有一輸入端和一輸出端；電磁共振線圈，具有一輸入端和一輸出端；整流及負(fù)載電路；與現(xiàn)有技術(shù)相比，電磁共振發(fā)射線圈和電磁共振接收線圈完全相同，電磁共振發(fā)射線圈在共振帶寬頻率內(nèi)的衰減率、電磁共振接收線圈在共振帶寬頻率內(nèi)的衰減率均降低，提高了能量傳輸效率。
【專利說(shuō)明】基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，尤其涉及一種基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電能傳輸主要通過(guò)導(dǎo)線連接，在一般情況下合理有效。近年來(lái)，隨著平板電腦、手機(jī)通訊、相機(jī)等對(duì)電量充滿“饑渴”的移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品的興起，研發(fā)無(wú)線充電等突破性充電技術(shù)的需求日益提高。
[0003]無(wú)線電能傳輸技術(shù)又稱無(wú)接觸電能傳輸技術(shù)，早在1890年，由塞爾維亞裔美國(guó)著名電氣工程師、物理學(xué)家尼古拉.特斯拉提出。利用電磁波感應(yīng)原理及相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送和接收端用相應(yīng)的線圈來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來(lái)進(jìn)行充電的的一項(xiàng)技術(shù)，按照電能傳輸原理的不同，無(wú)線電能傳輸分為:電磁感應(yīng)式、電磁共振式和電磁福射式。
[0004]國(guó)際無(wú)線充電聯(lián)盟于2010年7月發(fā)布Qi標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)便攜式終端充電設(shè)備的生產(chǎn)和制造進(jìn)行了行規(guī)范，其應(yīng)用的是電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸原理通電。最初由英國(guó)一家公司發(fā)明了一種新型無(wú)線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標(biāo)墊，這個(gè)“鼠標(biāo)墊”里裝有密集的小型線圈陣列，可產(chǎn)生磁場(chǎng)，將能量傳輸給裝有專用接收線圈的電子設(shè)備，進(jìn)行充電，并能同時(shí)給多個(gè)設(shè)備充電。利用非接觸“電磁感應(yīng)”來(lái)進(jìn)行無(wú)線供電傳輸技術(shù)受到很多限制。比如變壓器繞組的位置，氣隙的寬度，使得磁場(chǎng)會(huì)隨著距離的增加而快速衰減。如果要增加供電距離，只能加大磁場(chǎng)的強(qiáng)度。然而，磁場(chǎng)強(qiáng)度太大一方面會(huì)增加電能的消耗，另一方面可能會(huì)導(dǎo)致附近使用磁信號(hào)來(lái)記錄信息的設(shè)備失效。所以其有效傳輸距離只有幾厘米，所以這種無(wú)線電力傳輸只適用于短距離電能傳輸。
[0005]電磁共振式無(wú)線電能傳輸是由麻省理工學(xué)院的研究人員提出，與Qi標(biāo)準(zhǔn)所使用的電磁感應(yīng)式傳輸不同，電磁共振式傳輸不會(huì)向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射的磁場(chǎng)，強(qiáng)度和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度相似，不會(huì)對(duì)人體和周圍設(shè)備產(chǎn)生不良影響，其有效傳輸距離為幾十厘米到幾米，但是整個(gè)電磁共振式傳輸裝置是在高頻狀態(tài)下工作，導(dǎo)致無(wú)線電能傳輸?shù)男瘦^低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有電磁共振線圈技術(shù)的缺陷，提供一種基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，包括
[0007]-輸入電源，具有一輸出端，
[0008]-高頻發(fā)射電源，具有一輸入端和一輸出端；
[0009]-電磁共振線圈，具有一輸入端和一輸出端；
[0010]—整流及負(fù)載電路；
[0011]所述輸入電源連接輸入電源負(fù)載的一端，所述輸入電源負(fù)載的另一端連接所述高頻發(fā)射電源輸入端；
[0012]所述高頻發(fā)射電源的輸出端通過(guò)輸入串聯(lián)諧振電容連接所述電磁共振線圈的輸入端，所述電磁共振線圈的輸出端通過(guò)輸出串聯(lián)諧振電容連接所述整流及負(fù)載電路；
[0013]所述電磁共振線圈包括電源線圈、電磁共振發(fā)射線圈、電磁共振接收線圈和負(fù)載線圈，所述電源線圈、所述電磁共振發(fā)射線圈、所述電磁共振接收線圈和所述負(fù)載線圈之間形成耦合連接，所述電源線圈連接所述輸入串聯(lián)諧振電容，所述電源線圈與所述輸入串聯(lián)諧振電容形成輸入串聯(lián)諧振，所述負(fù)載線圈連接所述輸出串聯(lián)諧振電容，所述負(fù)載線圈與所述輸出串聯(lián)諧振電容之間形成輸出串聯(lián)諧振。
[0014]所述電磁共振發(fā)射線圈與所述電磁共振接收線圈完全相同。[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，所述電源線圈、所述電磁共振發(fā)射線圈、所述電磁共振接收線圈與所述負(fù)載線圈均采用PCB板線圈。
[0016]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述PCB板線圈包括PCB板和PCB線圈，所述PCB線圈固定設(shè)置于所述PCB板上，所述PCB線圈設(shè)有線圈第一輸出端和線圈第二輸出端。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述PCB線圈的導(dǎo)線寬度為所述PCB線圈半徑的 10%~15%。
[0018]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述PCB線圈的材質(zhì)為銅線。作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述PCB板線圈采用單層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
[0019]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述PCB板線圈采用N層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈，N≥2且N≤6。
[0020]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述N層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈為N個(gè)單層PCB線圈結(jié)構(gòu)通過(guò)所述線圈第一輸出端和所述線圈第二輸出端串聯(lián)而成。
[0021]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述電磁共振發(fā)射線圈為開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)。開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)的電磁共振發(fā)射線圈為單層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB線圈或N層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
[0022]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述電磁共振發(fā)射線圈為閉環(huán)結(jié)構(gòu)。閉環(huán)結(jié)構(gòu)的電磁共振發(fā)射線圈為N層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
[0023]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述電磁共振發(fā)射線圈為3-6層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
[0024]作為進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明所述電磁共振發(fā)射線圈為3層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
[0025]有益效果:
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027](I)電磁共振發(fā)射線圈和電磁共振接收線圈完全相同，電磁共振發(fā)射線圈在共振帶寬頻率內(nèi)的衰減率、電磁共振接收線圈在共振帶寬頻率內(nèi)的衰減率均降低，提高了能量傳輸效率。
[0028](2)所述電源線圈、所述電磁共振發(fā)射線圈、所述電磁共振接收線圈與所述負(fù)載線圈均為PCB板線圈，PCB板線圈具有抗干擾特性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，提高無(wú)線電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性
[0029](3)所述電磁共振發(fā)射線圈、電磁共振接收線圈為開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)。開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)的電磁共振發(fā)射線圈、電磁共振接收線圈電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受外部電路連接方式影響，抗干擾能力。
[0030](4)所述電磁共振發(fā)射線圈、電磁共振接收線圈為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，閉環(huán)結(jié)構(gòu)的電磁共振發(fā)射線圈、電磁共振接收線圈，寄生電容參數(shù)穩(wěn)定，共振頻率低，能夠提高電磁共振發(fā)射線圈與電磁共振接收線圈之間的能量轉(zhuǎn)換效率。
[0031](5)所述PCB線圈的導(dǎo)線寬度為所述PCB線圈半徑的10%~15%。采用此種寬度的導(dǎo)線，能夠有效減少寄生電容的電容值，降低共振頻率，提高電磁共振發(fā)射線圈與電磁共振接收線圈之間的能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)方框圖；
[0033]圖2是本發(fā)明電磁共振線圈電路開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明PCB結(jié)構(gòu)單層PCB線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖4是本發(fā)明PCB結(jié)構(gòu)N層PCB線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖5是本發(fā)明PCB結(jié)構(gòu)N層PCB線圈的進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6是本發(fā)明電磁共振線圈電路閉環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0039]如圖1所示，基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:包括
[0040]-輸入電源I，具有一輸出端，
[0041]-高頻發(fā)射電源3,具有一輸入端和一輸出端；
[0042]-電磁共振線圈5,具有一輸入端和一輸出端；
[0043]—整流及負(fù)載電路7；
[0044]所述輸入電源I連接輸入電源負(fù)載2的一端，所述輸入電源負(fù)載2的另一端連接所述高頻發(fā)射電源3輸入端；
[0045]所述高頻發(fā)射電源3的輸出端通過(guò)輸入串聯(lián)諧振電容4連接所述電磁共振線圈5的輸入端，所述電磁共振線圈5的輸出端通過(guò)輸出串聯(lián)諧振電容6連接整流及負(fù)載電路7 ;
[0046]如圖2所示，所述電磁共振線圈5包括電源線圈8、電磁共振發(fā)射線圈9、電磁共振接收線圈10和負(fù)載線圈11，所述電源線圈8、電磁共振發(fā)射線圈9、電磁共振接收線圈10和負(fù)載線圈11之間形成耦合連接，所述電源線圈8連接所述輸入串聯(lián)諧振電容4，所述電源線圈8與所述輸入串聯(lián)諧振電容4形成輸入串聯(lián)諧振，所述負(fù)載線圈11連接所述輸出串聯(lián)諧振電容6 ;所述負(fù)載線圈11與所述輸出串聯(lián)諧振電容6之間形成輸出串聯(lián)諧振。
[0047]所述電磁共振發(fā)射線圈9與所述電磁共振接收線圈10完全相同。
[0048]本發(fā)明中，磁共振線圈的耦合方程如下
【權(quán)利要求】
1.基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:包括 -輸入電源(I)，具有一輸出端， ——高頻發(fā)射電源(3)，具有一輸入端和一輸出端； -電磁共振線圈(5),具有一輸入端和一輸出端； ——整流及負(fù)載電路⑵； 所述輸入電源(I)連接輸入電源負(fù)載(2) —端，所述輸入電源負(fù)載(2)的另一端連接所述高頻發(fā)射電源(3)輸入端； 所述高頻發(fā)射電源(3)的輸出端通過(guò)輸入串聯(lián)諧振電容(4)連接所述電磁共振線圈(5)的輸入端，所述電磁共振線圈(5)的輸出端通過(guò)輸出串聯(lián)諧振電容(6)連接整流及負(fù)載電路(7)； 所述電 磁共振線圈(5)包括電源線圈(8)、電磁共振發(fā)射線圈(9)、電磁共振接收線圈(10)和負(fù)載線圈(11)，所述電源線圈(8)、電磁共振發(fā)射線圈(9)、電磁共振接收線圈(10)和負(fù)載線圈(11)之間形成耦合連接，所述電源線圈⑶連接所述輸入串聯(lián)諧振電容⑷，所述負(fù)載線圈(11)連 接所述輸出串聯(lián)諧振電容(6)； 所述電磁共振發(fā)射線圈(9)與所述電磁共振接收線圈(10)完全相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述電源線圈(8)、電磁共振發(fā)射線圈(9)、電磁共振接收線圈(10)和負(fù)載線圈(11)均采用PCB板線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述PCB板線圈包括PCB板(12)和PCB線圈(13)，所述PCB線圈(13)固定設(shè)置于所述PCB板(12)上，所述PCB線圈(13)設(shè)有線圈第一輸出端(14)和線圈第二輸出端(15)，所述PCB線圈(13)的導(dǎo)線寬度為所述PCB線圈(13)半徑的10%~15%，所述PCB線圈(13)的材質(zhì)為銅線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述PCB結(jié)構(gòu)為單層PCB線圈(13)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述PCB結(jié)構(gòu)為N層PCB線圈(16)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈，N≥2且N≤6。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述N層PCB線圈(16)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈為N個(gè)單層的PCB線圈(13)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈通過(guò)所述線圈第一輸出端(14)和所述線圈第二輸出端(15)串聯(lián)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述電磁共振發(fā)射線圈(9)為開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)為單層PCB線圈(13)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈或N層PCB線圈(16)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述電磁共振發(fā)射線圈(9)為閉環(huán)結(jié)構(gòu)，閉環(huán)結(jié)構(gòu)為N層PCB線圈(16)結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述電磁共振發(fā)射線圈(9)為3-6層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于PCB諧振耦合線圈結(jié)構(gòu)的磁共振無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于:所述電磁共振發(fā) 射線圈(9)為3層PCB線圈結(jié)構(gòu)的PCB板線圈。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103928991SQ201410165728
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】童立青, 佘遠(yuǎn)漢, 汪思薇 申請(qǐng)人:慈溪市源順光電科技有限公司