CN102136763A - 一对多点的无线供电方法及非谐振式无线供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一对多点的无线供电方法，利用高频交变磁场在固定区域内辐射出磁力线；用构成封闭回路的线圈对高频磁力线进行切割，将切割线圈产生的交变电流经整流、滤波后对用电设备供电；其实现是由一高频交变磁场辐射单元和磁力切割接收单元组成，高频交变磁场在固定区域内辐射出磁力线，磁力切割接收单元切割磁力线产生交变电流，并将交变电流经整流、滤波后对用电设备供电，因采用了磁力线辐射和切割磁力线的方式进行能量交换，给电与受电双方无需构成谐振关系，从而做到了一对多点式无线供电的功能；并且双方线圈不存在同名端(相位)一致的要求，能量接收端可以接收范围内作任意方向摆放；可直接对电子设备供电，适用范围更广泛。
Description
技术领域：
本发明涉及一种一对多点的无线供电方法，以及实现该方法的非谐振式无线供电装置，其可用于对电池进行无触点充电或直接给电子设备供电。
背景技术：
电子产品所需的电能一般由电源电缆直接供给，由于电源电缆的限制，导致产品不方便移动，所以很多小功率的电子产品都使用可充电电池进行供电，而可充电电池同样需要用触点或插孔进行有线充电。然而目前有线充电的方式常常会因为各接触片脏污、磨损而无法正常充电，甚至因为触点间因接触不良而产生尖端放电效应，烧坏电子产品或发生安全事故。并且还有的电子产品不适用于有线供电或充电，(如防水电子产品、人体内移植的电子设备、内服式医疗诊断设备、手机和游戏控制器等需要频繁使用和充电的电子产品)。
当今国内外已有一些企业推出无触点充电方面的产品，但产品性能仍存在诸多不足，一是传输的距离极短，活动范围极小，发射与接收双方必须紧靠才行；二是发射与接收线圈的同名端(相位)必须相同，所以接收端不能作任意方向摆放；三是给电与受电双方必须产生谐振关系才行进行电能输送，所以只能一对一传输；四是输送的能量有限，只能用于电池的小电流充电。
发明内容：
本发明为克服了上述背景技术中的不足，提供了一种一对多点式无线供电方法及实现该方法的非谐振式无线供电装置；其采用了辐射磁力线和切割磁力线的方式进行能量交换，给电与受电双方无需构成谐振关系，就能实现一对多点式无线供电功能。
为了解决现有技术的不足，本发明采了如下技术方案：
一对多点的无线供电方法，其特征是，利用高频交变磁场在固定区域内辐射出磁力线；用构成封闭回路的线圈对高频磁力线进行切割，将切割线圈产生的交变电流经整流、滤波后对用电设备供电。
一种非谐振式无线供电装置，其特征是，包括高频交变磁场辐射单元和磁力切割接收单元，高频交变磁场在固定区域内辐射出磁力线，磁力切割接收单元切割磁力线产生交变电流，并将交变电流经整流、滤波后对用电设备供电。
中央处理器输出高频交流信号经电磁换能电路转换后，经由层叠式印刷换能板转换为高频交变磁场在其周围固定区域内辐射出磁力线；当磁力切割线圈处于辐射区域时，构成封闭回路的线圈因切割磁力线而产生交变电流，此交变电流经整流/滤波电路电路后转换为直流电源供用电设备和处理器使用。
所述的高频交变磁场辐射单元包括中央处理器、电磁换能电路、换能板和A/D信号转换电路；中央处理器接收A/D信号转换电路的控制信号，输出指定频率的高频脉冲信号至电磁换能电路；换能板与电磁换能电路连接，并接收来自电磁换能电路的输出功率以电磁能的形式向其周围的固定空间辐射出磁力线。
所述的电磁换能电路与中央处理器相连接并接收中央处理器的高频脉冲信号转换后输出信号驱动换能板工作。
所述换能板将来自电磁换能电路的输出功率以电磁辐射的方式向周围固定区域辐射出磁力线，达到能量输出的目的。
所述的换能板由多层印制铜铂通过环氧树脂压铸而成，各层间相互绝缘。
所述的A/D信号转换电路与中央处理器连接，同时接收来自磁电换能接收单元的AF调制信号，并将此AF信号解调、A/D转换后输出到中央处理器。
所述磁电换能接收单元，包括磁力切割线圈、整流/滤波电路和副处理器，其中磁力切割线圈与其回路电容构成一封闭的回路并对来自高频交变磁场辐射单元的高频交变磁场进行切割而产生交变电流。
所述的整流/滤波电路与磁力切割线圈连接，并将来自磁力切割线圈的交变电流整流/滤波后成直流电源。
副处理器与用电设备连接侦测其用电状态，并将此用电状态信号通过AF调制后回传给中央处理器后输出高频脉冲信号至电磁换能电路；副处理器直接与用电设备(如可充电电池)连接，并将用电设备的用电状态转换为AF调制信号回传到中央处理器作相关处理：如显示、休眠等动作。
本发明因采用了磁力线辐射和切割磁力线的方式进行能量交换，给电与受电双方无需构成谐振关系，从而做到了一对多点式无线供电的功能；并且双方线圈不存在同名端(相位)一致的要求，能量接收端可以接收范围内作任意方向摆放；同时在采用了特殊设计的层叠式印刷换能板，做到了在导体截面积相同的前提下，表层铜分子面积的最大化又不增大层叠式印刷换能板感抗的目的，实现了更高的传输功率因数，可对一般有用电需求的电子设备供电，可直接对电子设备供电，适用范围更广泛。
附图说明：
图1为高频交变磁场辐射单元的电路方框图；
图2为电磁换能电路的原理图；
图3为普通串联谐振输出电路的原理图；
图4为磁电换能接收单元的电路方框图；
图5为层叠式印刷换能板的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
本发明的非谐振式无线供电装置，包括图1所示的高频交变磁场辐射单元和图4所示的磁电换能接收单元；本发明利用高频交变磁场辐射单元在固定区域内辐射出磁力线；用构成封闭回路的线圈对高频磁力线进行切割，将切割线圈产生的交变电流经整流、滤波后对用电设备供电。
图1所示的高频交变磁场辐射单元，包括中央处理器1、电磁换能电路2、层叠式印刷换能板3和A/D信号转换电路4。
中央处理器1接收A/D信号转换电路4的控制信号，输出指定频率的高频脉冲信号至电磁换能电路2；电磁换能电路2与中央处理器1相连接，负责将来自中央处理1的高频脉冲信号转换为足够驱动层叠式印刷换能板3的功率输出。层叠式印刷换能板3与电磁换能电路2连接，并接收来自电磁换能电路2的输出功率以电磁能的形式向其周围的固定空间辐射出磁力线。具体的说，中央处理器1负责三个方面工作内容：一是输出指定频率的高频脉冲信号；二是接收来自A/D信号转换电路4的控制信号；三是根据接收到的控制信号对输出的高频脉冲做相应的处理、还通过LED显示屏显示工作状态。
图4所示的磁电换能接收单元，包括磁力切割线圈20、整流/滤波电路30和副处理器40。磁力切割线圈20与其回路电容构成一封闭的回路并对来自高频交变磁场辐射单元1的高频交变磁场进行切割而产生交变电流。整流/滤波电路30与磁力切割线圈20连接，将来自磁力切割线圈20的交变电流整流/滤波后成直流电源供副处理器40和用电设备使用。
A/D信号转换电路4与中央处理器1连接，并将接收来自磁电换能接收单元10的AF调制信号进行解调、A/D转换后输出到中央处理器1作相关处理。处理器40与整流/滤波电路30连接并获得工作电源。处理器40的另一功能是与用电设备连接，侦测其用电状态，并将此用电状态信号通过AF调制后发送给中央处理器1作相关处理后输出。如显示、休眠等动作。
本发明中电磁换能电路2(如图2所示)不同于国内外现有无触点充电设备所用串联式谐振(如图3所示)，采用了电源直接作用于输出线圈的高频发射方式：串联谐振电路是靠对串联于输出线圈的高频电容进行充/放电来为输出线圈提供能量，即输出的能量为高频电容充/放电时所储存的电能。电磁换能电路2的电源直接作用于层叠式印刷换能板3，不受高频电容充/放电能量大小的限制，可达到大功率/高效输出的目的。
如图5，本发明的层叠式印刷换能板3由多层印制铜铂通过环氧树脂压铸而成，铜铂的层数需根据具体功率要求来定，各层间相互绝缘。做到了在导体截面积相同的前提下，表层铜分子面积的最大化又不增大层叠式印刷换能板整体感抗的目的。(注：普通的多线并绕式线圈虽然增大了表层铜分子面积，但因为使用了多根细线而导致线圈的整体感抗升高，从而使流过线圈的电流减小)搭配具有高功率因数的电磁换能电路2，从而做到一点对多点进行无线供电的功能。
本发明采用磁力线辐射和切割磁力线的方式进行能量交换，给电与受电双方无需构成谐振关系，从而做到了一对多点式无线供电的功能；并且双方线圈不存在同名端(相位)一致的要求，能量接收端可以接收范围内作任意方向摆放；适用范围更广泛。
Claims (10)
1.一对多点的无线供电方法，其特征是，利用高频交变磁场在固定区域内辐射出磁力线；用构成封闭回路的线圈对高频磁力线进行切割，将切割线圈产生的交变电流经整流、滤波后对用电设备供电。
2.一种非谐振式无线供电装置，其特征是，包括高频交变磁场辐射单元和磁力切割接收单元，高频交变磁场辐射单元在固定区域内辐射出磁力线，磁力切割接收单元切割高频交变磁场辐射单元辐射的磁力线产生交变电流，并将交变电流经整流、滤波后对用电设备供电。
3.根据权利要求2所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述的高频交变磁场辐射单元包括中央处理器、电磁换能电路、换能板和A/D信号转换电路；中央处理器接收A/D信号转换电路的控制信号，输出指定频率的高频脉冲信号至电磁换能电路；换能板与电磁换能电路连接，并接收来自电磁换能电路的输出功率以电磁能的形式向其周围的固定空间辐射出磁力线。
4.根据权利要求3所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述的电磁换能电路与中央处理器相连接并接收中央处理器的高频脉冲信号转换后输出信号驱动换能板工作。
5.根据权利要求3所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述换能板将来自电磁换能电路的输出功率以电磁辐射的方式向周围固定区域辐射出磁力线，达到能量输出的目的。
6.根据权利要求3所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述的换能板由多层印制铜铂通过环氧树脂压铸而成，各层间相互绝缘。
7.根据权利要求2所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述磁电换能接收单元，包括磁力切割线圈、整流/滤波电路和副处理器，其中磁力切割线圈与其回路电容构成一封闭的回路并对来自高频交变磁场辐射单元的高频交变磁场进行切割而产生交变电流。
8.根据权利要求3所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述的A/D信号转换电路与中央处理器连接，同时接收来自磁电换能接收单元的AF调制信号，并将此AF信号解调、A/D转换后输出到中央处理器。
9.根据权利要求7所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，所述的整流/滤波电路与磁力切割线圈连接，并将来自磁力切割线圈的交变电流整流/滤波后成直流电源。
10.根据权利要求7所述的一种非谐振式无线供电装置，其特征是，副处理器与整流/滤波电路连接，从整流/滤波电路获得工作电源；副处理器与用电设备连接侦测其用电状态，并将此用电状态信号通过AF调制后回传给中央处理器后输出高频脉冲信号至电磁换能电路。
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