磁共振無線電能傳輸天線、發(fā)射裝置、接收裝置及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€、以及包括該天線的發(fā)射裝置、接收裝置及傳輸系統(tǒng)。該天線包括多個天線線圈，該多個天線線圈彼此串聯(lián)連接，并圍繞多個天線線圈中的一個天線線圈排列。根據(jù)上述配置，使得用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€具有良好的平面一致性并具有較廣的覆蓋范圍，并且由該天線產(chǎn)生的電磁場在空間上更加均衡，從而可提高磁共振無線電能傳輸?shù)男阅芎托?，同時能夠減少無線電能傳輸時的EMI干擾。
【專利說明】
磁共振無線電能傳輸天線、發(fā)射裝置、接收裝置及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€、以及包括該天線的發(fā)射裝置、接收裝置及傳輸系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展迅速，并且越來越多地應(yīng)用于各種電子裝置中。無線電能傳輸技術(shù)作為通過電磁場或者電磁波進(jìn)行能量傳輸?shù)募夹g(shù)，目前主要有三種比較成熟的技術(shù):第一種，電磁感應(yīng)技術(shù);第二種，無線電波技術(shù)；以及第三種，磁共振技術(shù)。電磁感應(yīng)技術(shù)的原理在于，發(fā)射端線圈通過一定頻率的交流電發(fā)射電能，接收端線圈通過該電能經(jīng)由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流，從而將電能從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端。無線電波技術(shù)的原理在于，發(fā)射端向空中發(fā)射微波能量，接收端收集微波能量，從而將電能從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端。磁共振技術(shù)的原理在于，使在同一頻率工作的發(fā)射端天線和接收端天線在該特定頻率上發(fā)生磁共振，從而將電能從發(fā)射端轉(zhuǎn)移到接收端。
[0003]在這三種技術(shù)中，電磁感應(yīng)技術(shù)雖然其效率較高，但其要求發(fā)射端線圈與接收端線圈被準(zhǔn)確地對準(zhǔn)，工作范圍較小，且容易使外來金屬產(chǎn)生渦流發(fā)熱因而存在著安全性問題。此外，無線電波技術(shù)雖然其傳輸距離遠(yuǎn)且可工作范圍大，但其不僅效率非常低且傳輸功率做不大，而且存在著較嚴(yán)重的輻射問題。相對于上述兩種無線電能傳輸技術(shù)，磁共振技術(shù)得到了改善和平衡。
[0004]天線是磁共振無線電能傳輸裝置中的重要部件，其通常是一個天線線圈。在磁共振無線電能傳輸裝置中，天線不但直接影響著整個裝置的性能和效率，還對電磁干擾的水平起著至關(guān)重要的作用。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€，其包括多個天線線圈，該多個天線線圈彼此串聯(lián)連接，并圍繞多個天線線圈中的一個天線線圈排列。
[0006]多個天線線圈可以多邊形或圓形分布的方式圍繞一個天線線圈排列。
[0007]多個天線線圈可以正方形分布的方式圍繞一個天線線圈排列。
[0008]多個天線線圈可以多層分布的方式圍繞一個天線線圈排列。
[0009]多個天線線圈中的每個均可纏繞為具有多邊形或圓形橫截面的線圈。
[0010]多個天線線圈中的每個均可纏繞為具有正方形橫截面的線圈。
[0011]根據(jù)本實用新型的另一方面，提供了一種磁共振無線電能發(fā)射裝置，其包括上述天線。
[0012]該發(fā)射裝置還可包括:電源輸入單元，與外部電源的連接以從外部電源接收直流電力;DC-DC轉(zhuǎn)換單元，從電源輸入單元接收直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換;功率放大電路，從DC-DC轉(zhuǎn)換單元接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且對接收到的直流電力進(jìn)行功率放大并將經(jīng)功率放大的直流電力傳輸至天線以使得天線基于接收到的直流電力發(fā)射無線電能能量；以及匹配電路，布置在功率放大電路與天線之間并且用于天線與功率放大電路的阻抗匹配。
[0013]根據(jù)本實用新型的另一方面，提供了一種磁共振無線電能接收裝置，其包括上述天線。
[0014]該接收裝置還可包括:整流電路，經(jīng)由天線接收無線電能能量，并將接收到的無線電能能量整流成直流電力;DC-DC轉(zhuǎn)換單元，從整流電路接收經(jīng)整流的直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換;輸出控制單元，從DC-DC轉(zhuǎn)換單元接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且向外部負(fù)載輸出接收到的直流電力；以及匹配電路，布置在天線與整流電路之間并且用于天線與整流電路的阻抗匹配。
[0015]根據(jù)本實用新型的另一方面，提供了一種磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)，其包括上述磁共振無線電能發(fā)射裝置和磁共振無線電能接收裝置。
[0016]根據(jù)本實用新型，用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€具有良好的平面一致性并具有較廣的覆蓋范圍，并且由該天線產(chǎn)生的電磁場在空間上更加均衡，從而可提高磁共振無線電能傳輸?shù)男阅芎托?，同時能夠減少無線電能傳輸時的EMI干擾。
【附圖說明】
[0017]圖1示出了根據(jù)本實用新型的實施方式的磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)的示意性框圖；以及
[0018]圖2示出了圖1中所示磁共振無線電能發(fā)射裝置和接收裝置中的天線的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為了更好地理解本申請，將參考附圖對本申請的各個方面做出更詳細(xì)的說明?？梢岳斫猓龈綀D和詳細(xì)說明只是對本申請優(yōu)選實施方案的描述，而非以任何方式限制本申請的范圍。
[0020]圖1示出了根據(jù)本實用新型的實施方式的磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)的示意性框圖。如圖1中所示，磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)1000可包括磁共振無線電能發(fā)射裝置200和磁共振無線電能接收裝置100。磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)1000的電能傳輸諧振頻率可工作在I SM頻段，例如6.78MHz，但也適合于其它I SM頻段。
[0021]參照圖1，磁共振無線電能發(fā)射裝置200可包括天線210、匹配電路220、功率放大電路230、DC-DC轉(zhuǎn)換單元240、電源輸入單元250。
[0022]電源輸入單元250可與外部電源連接，并控制與外部電源的導(dǎo)通和關(guān)斷，以從外部電源接收直流電力。
[0023]DC-DC轉(zhuǎn)換單元240可與電源輸入單元250連接，以從電源輸入單元250接收直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換?？蛇x地，DC-DC轉(zhuǎn)換單元240可為升壓電路或降壓電路。
[0024]功率放大電路230可與DC-DC轉(zhuǎn)換單元240連接，以從DC-DC轉(zhuǎn)換單元240接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且對接收到的直流電力進(jìn)行功率放大。
[0025]天線210可與功率放大電路230連接，以從功率放大電路230接收經(jīng)功率放大的直流電力，并且基于該直流電路發(fā)射無線電能能量。天線210的具體結(jié)構(gòu)將在下文中參照圖2進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。
[0026]匹配電路220可布置在功率放大電路230與天線210之間，并且用于功率放大電路230與天線210的阻抗匹配，以提高效率。
[0027]根據(jù)本申請的一個實施例，磁共振無線電能發(fā)射裝置200還可包括保護(hù)電路260、控制單元270和無線通信電路280。
[0028]保護(hù)電路260可用于監(jiān)測工作電流、工作電壓和工作溫度，并且在工作電流超過電流閾值時生成過流信息，在工作電壓超過電壓閾值時生成過壓信息以及在工作溫度超過溫度閾值時生成過溫信息。
[0029]無線通信電路280可利用例如藍(lán)牙或者NFC技術(shù)通信與磁共振無線電能接收裝置100中的無線通信電路180構(gòu)成通信系統(tǒng)，以進(jìn)行信息傳遞。所傳遞的信息可包括認(rèn)證信息、配置信息、能量信息和供電狀態(tài)信息。供電狀態(tài)信息可例如為給電池充電時的電池狀態(tài)等，無線電能接收裝置100所需求的電能大小等。通信系統(tǒng)可保證兩個裝置之間正確安全工作。
[0030]保護(hù)電路260可用于監(jiān)測工作電流、工作電壓和工作溫度，并實行相關(guān)過流、過壓和過溫保護(hù)。例如，保護(hù)電路260可在工作電流超過電流閾值時生成過流信息，在工作電壓超過電壓閾值時生成過壓信息以及在工作溫度超過溫度閾值時生成過溫信息。不僅如此，保護(hù)電路260也可進(jìn)行欠壓、短路等保護(hù)作用。
[0031]控制單元270可從無線通信電路280和保護(hù)電路260接收信息，并基于所接收到的信息對電源輸入單元250、DC-DC轉(zhuǎn)換單元240和功率放大電路230進(jìn)行控制。例如，控制單元270可通過PffM控制功率放大電路230以使得其振蕩頻率為6.78MHz。
[0032]再參照圖1，磁共振無線電能接收裝置100可包括天線110、匹配電路120、整流電路130、DC-DC轉(zhuǎn)換單元140、輸出控制單元150。
[0033]天線110可從磁共振無線電能發(fā)射裝置200接收無線電能能量。天線110的具體結(jié)構(gòu)將在下文中參照圖2進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。
[0034]整流電路130可從天線110接收無線電能能量，并將接收到的無線電能能量整流成直流電力。
[0035]DC-DC轉(zhuǎn)換單元140可與整流電路130連接，以從整流電路130接收經(jīng)整流的直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換?？蛇x地，DC-DC轉(zhuǎn)換單元140可為升壓電路或降壓電路。
[0036]輸出控制單元150可與DC-DC轉(zhuǎn)換單元140連接，以從DC-DC轉(zhuǎn)換單元140接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且與外部負(fù)載連接并控制與外部負(fù)載的導(dǎo)通和關(guān)斷，以向外部負(fù)載輸出接收到的直流電力。
[0037]匹配電路120可布置在天線110與整流電路130之間，并且用于整流電路130與天線110的阻抗匹配。
[0038]根據(jù)本申請的一個實施例，磁共振無線電能接收裝置100還可包括保護(hù)電路160、控制單元170和無線通信電路180。
[0039]無線通信電路180可利用例如藍(lán)牙或者NFC技術(shù)通信與磁共振無線電能發(fā)射裝置200中的無線通信電路280構(gòu)成通信系統(tǒng)，以進(jìn)行信息傳遞。所傳遞的信息可包括認(rèn)證信息、配置信息、能量信息和供電狀態(tài)信息。
[0040]保護(hù)電路160可用于監(jiān)測工作電流、工作電壓和工作溫度，并實行相關(guān)過流、過壓和過溫保護(hù)。例如，保護(hù)電路160可在工作電流超過電流閾值時生成過流信息，在工作電壓超過電壓閾值時生成過壓信息以及在工作溫度超過溫度閾值時生成過溫信息。不僅如此，保護(hù)電路260也可進(jìn)行欠壓、短路等保護(hù)作用。
[0041]控制單元170可從無線通信電路180和保護(hù)電路160接收信息，并基于所接收到的信息對整流電路130、DC-DC轉(zhuǎn)換單元140和輸出控制單元150進(jìn)行控制。
[0042]圖2示出了圖1中所示磁共振無線電能發(fā)射裝置和接收裝置中的天線的示意圖。根據(jù)本實用新型，磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)中的發(fā)射裝置和接收裝置的天線均可采用如圖2所示的天線的結(jié)構(gòu)和配置。
[0043]如圖2中所示，根據(jù)本實用新型的實施方式用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€2000可包括多個天線線圈2100。多個天線線圈2100可彼此串聯(lián)連接，并圍繞其中一個天線線圈排列。
[0044]根據(jù)上述配置，使得用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€具有良好的平面一致性并具有較廣的覆蓋范圍，并且由該天線產(chǎn)生的電磁場在空間上更加均衡，從而可提高磁共振無線電能傳輸?shù)男阅芎托?，同時能夠減少無線電能傳輸時的EMI干擾。
[0045]多個天線線圈2100可以正方形分布的方式圍繞一個天線線圈排列。雖然在圖2中示出了以正方形分布的方式排列的多個天線線圈2100，但本實用新型不限于此，其也可采用其它形狀分布的方式，例如，可以圓形分布的方式或者以任意其它多邊形分布的方式排列。
[0046]再參照圖2，多個天線線圈2100可以多層分布的方式圍繞一個天線線圈排列。
[0047]此外，如圖2所示，多個天線線圈2100中的每個均可纏繞為具有正方形橫截面的線圈。雖然在圖2中示出了多個天線線圈2100中的每個均纏繞為具有正方形橫截面的線圈，但本實用新型不限于此，其也可采用其它形狀的線圈，例如，其可為圓形橫截面的線圈或者任意其它多邊形橫截面的線圈。
[0048]可以理解，磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)中的發(fā)射裝置和接收裝置的天線的結(jié)構(gòu)和配置可完全相同，也可不同。例如，發(fā)射裝置的天線中的天線線圈可采用以正方形分布的方式排列，而接收裝置的天線中的天線線圈可采用以圓形分布的方式排列，反之亦可。再例如，發(fā)射裝置的天線中的每個天線線圈可纏繞為具有圓形橫截面，而接收裝置的天線中的每個天線線圈可纏繞為具有正方形橫截面，反之亦可。
[0049]以上參照示例性的實施方式對本申請進(jìn)行了描述，應(yīng)該理解，上述的實施方式并不應(yīng)視為對本申請范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不偏離本申請的精神和范圍的前提下對上述的實施方式進(jìn)行各種修改與變形。本申請的保護(hù)范圍由權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項】
1.一種用于磁共振無線電能傳輸?shù)奶炀€，其特征在于，包括: 多個天線線圈，所述多個天線線圈彼此串聯(lián)連接，并圍繞所述多個天線線圈中的一個天線線圈排列。2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于， 所述多個天線線圈以多邊形或圓形分布的方式圍繞所述一個天線線圈排列。3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于， 所述多個天線線圈以正方形分布的方式圍繞所述一個天線線圈排列。4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的天線，其特征在于， 所述多個天線線圈以多層分布的方式圍繞所述一個天線線圈排列。5.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的天線，其特征在于， 所述多個天線線圈中的每個均纏繞為具有多邊形或圓形橫截面的線圈。6.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的天線，其特征在于， 所述多個天線線圈中的每個均纏繞為具有正方形橫截面的線圈。7.一種磁共振無線電能發(fā)射裝置，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的天線。8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)射裝置，其特征在于，還包括: 電源輸入單元，與外部電源連接以從所述外部電源接收直流電力； DC-DC轉(zhuǎn)換單元，從所述電源輸入單元接收直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換; 功率放大電路，從所述DC-DC轉(zhuǎn)換單元接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且對接收到的直流電力進(jìn)行功率放大并將經(jīng)功率放大的直流電力傳輸至所述天線以使得所述天線基于接收到的直流電力發(fā)射無線電能能量;以及 匹配電路，布置在所述功率放大電路與所述天線之間并且用于所述天線與所述功率放大電路的阻抗匹配。9.一種磁共振無線電能接收裝置，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1-6中任一項所述的天線。10.如權(quán)利要求9所述的接收裝置，其特征在于，還包括: 整流電路，經(jīng)由所述天線接收無線電能能量，并將接收到的無線電能能量整流成直流電力； DC-DC轉(zhuǎn)換單元，從所述整流電路接收經(jīng)整流的直流電力，并對接收到的直流電力進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換； 輸出控制單元，從DC-DC轉(zhuǎn)換單元接收經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換的直流電力，并且向外部負(fù)載輸出接收到的直流電力；以及 匹配電路，布置在所述天線與所述整流電路之間并且用于所述天線與所述整流電路的阻抗匹配。11.一種磁共振無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求7或8所述的磁共振無線電能發(fā)射裝置；以及 如權(quán)利要求9或10所述的磁共振無線電能接收裝置。
【文檔編號】H02J50/20GK205647045SQ201620324036
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】陳偉明
【申請人】惠州志順電子實業(yè)有限公司