CN102386681A

CN102386681A - 共振衍生环

Info

Publication number: CN102386681A
Application number: CN2010102805026A
Authority: CN
Inventors: 朱斯忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-05
Filing date: 2010-09-05
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明是一种在电磁共振中，位于发射线圈与接收线圈之间的用于能量传递的LC谐振环，称之为共振衍生环，它由一个环形线圈L和一个无极性电容C串联而成。共振衍生环、发射线圈和接收线圈同时工作于同一频率的谐振状态(即共振)，当发射线圈工作时，共振衍生环接收来自发射线圈的能量，产生谐振，形成能量的二次发射，将能量传递给接收线圈，实现能量的定向无线传输和能量的梯度分布。

Description

共振衍生环

技术领域

本发明是一种在电磁共振中，位于发射线圈与接收线圈之间的用于能量传递的LC谐振环，称之为共振衍生环。

背景技术

电磁共振是近年来脍炙人口的无线供电概念，通过电磁共振的磁能传递，能量在发射线圈和接收线圈之间实现了非接触式的传递，这种“神奇”的能量传递将使很多电器设备脱掉“尾巴”。2010年9月，国际无线充电联盟(Wireless Power Consortium)发布了第一个无线充电的工业标准，使得这种能量传递模式在多年的担忧和争论后以合法的身份亮相于世界，正式开启了无线供电时代的大门。

现有的无线供电，在原理上是电磁共振来实现的，即发射线圈和接收线圈均工作于同一频率的谐振状态，在硬件接口方面通常有三种方式，一种是一对一方式，即一个发射线圈给一个接收线圈供电；另一种是多对一方式，即多个发射线圈同时给一个接收线圈供电，还一种是一对多方式，即一个发射线圈同时给多个接收线圈供电。无论哪一种接口方式，传输距离都十分有限，通常只有数厘米或数十厘米，而且方向是固定的、单一的，这是磁场的特性决定的。但在现实生活中，常常需要一个较长距离或者较宽范围的而且具有梯度分布的能量场，比如说，一个办公桌面上可能摆放显示器、音箱、台灯、键盘和鼠标等，这些用电器的功耗是不一样的，在用无线供电的方式给它们提供电能的时候，就不能用一个发射源，而要用多个发射源给它们分别供电，这就可能导致以下多方面的问题：干扰与兼容问题、辐射与健康问题、成本问题、能效问题等。

能否将一个发射源的能量按照不同的方向和梯度来分配能量，从而解决上述诸多问题？答案是肯定的，共振衍生环是可行的解决办法。

发明内容

本发明是一种在电磁共振中，位于发射线圈与接收线圈之间的用于能量传递的LC谐振环，称之为共振衍生环，它由一个环形线圈L和一个无极性电容C串联而成，即线圈的两端分别与电容的两个电极相连，这个串联回路的谐振频率与发射线圈的工作频率(即发射频率)相同，与接收线圈的谐振频率(即接收频率)也相同，这样，发射线圈、共振衍生环和接收线圈同时下作于同一频率的谐振状态(即共振)。当发射线圈工作时，共振衍生环接收来自发射线圈的能量，产生谐振，形成能量的二次发射，将能量传递给接收线圈，实现能量的无线传输。

由于共振衍生环的作用，能量的传递过程将发生以下三个变化：1、能量传递的距离加大；2、能量传递的方向由于发射线圈、共振衍生环和接收线圈的空间位置不同而发生改变；3、能量传递的密度与共振衍生环的品质有关，通过改变共振衍生环的品质可以实现能量的梯度分布。

共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系：电磁共振主要通过磁场来传递能量，由于磁场具有很强的方向性，且能量密度与距离的四次方成反比，因此，电磁共振中能量的传递距离是十分有限的，在不同方向上的能量分布的差异也是十分明显的，通常，在线圈平面的法线方向能量分布最强。共振衍生环、发射线圈和接收线圈的空间位置，将直接改变电磁共振的能量传递方向和能量密度，三者之间的空间位置关系有以下几种：1、发射线圈、共振衍生环和接收线圈在同一法线方向，即三个线圈上下平行。2、发射线圈、共振衍生环在同一法线方向，两个线圈上下平行，而接收线圈与共振衍生环在同一平面上，或邻近或重叠。3、发射线圈、共振衍生环在同一平面上，或邻近或重叠，而接收线圈与共振衍生环在同一法线方向，两个线圈上下平行。

共振衍生环与发射线圈和接收线圈的数量关系：一个发射线圈的能量可以传递给一个共振衍生环再传递给一个接收线圈；一个发射线圈的能量也可以传递给多个共振衍生环再传递给多个接收线圈。

能量的梯度分布与共振衍生环的品质的关系：来自发射线圈的能量是通过共振衍生环的二次发射传递给接收线圈的，因此，共振衍生环的品质直接影响到能量的分布密度。线圈的品质可用品质因素来衡量，即Q＝2πfL/R

式中Q为品质因素，f为谐振频率，L为共振衍生环的线圈的电感量，R为为共振衍生环的线圈的电阻。Q值越大，线圈的品质越高，二次发射的能力越强，反之越弱。R与线圈的材质、形状和大小有关。

共振衍生环的线圈形状：接收线圈是从共振衍生环获得能量的，因此，共振衍生环的线圈的形状就决定了接收线圈获得能量的范围，也就是说决定了接收线圈所在的用电器的使用范围，反过来说，用电器的使用范围就是以共振衍生环的线圈为边界的，通常，共振衍生环的线圈形状可以为圆形、椭圆形、三角形、四边形、多边形、不规则环形，弹簧状等，虽然形状不一，但都是由一根或一组多股导线绕(含漆包线)制而成的，线圈的两端最后与一个电容串联。

本发明的有益效果：共振衍生环不但能改变电磁共振的能量的传递方向，还能按照用电器的功耗需要来实现能量的梯度分布，从而实现一个能量发射源对多个用电器的合理的无线供电，充分利用了能源，提高了能效，减少了辐射和损耗，同时方便于管理，节省了成本(一个共振衍生环的成本只有一个发射源的成本的若干分之一)。

附图说明

附图1是共振衍生环的工作原理图。

附图2是共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系之一。

附图3是共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系之二。

附图4是共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系之三。

附图5是笔记本电脑及其鼠标的无线供电中，共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系示意图。

附图6是无线供电办公桌面中，一个能量发射源与多个共振衍生环的平面分布示意图。

附图1中，L为线圈，C为无极性电容，L与C串联组成一个LC谐振回路。

附图2、3、4中，T为发射线圈，L为共振衍生环的线圈，R为接收线圈。图中箭头表示能量传递的方向。

附图5中，T为发射线圈，N为笔记本电脑内的接收线圈，L为共振衍生环的线圈，它的作用是为鼠标无线供电，M为鼠标内的接收线圈。图中箭头表示能量传递的方向。

附图6中，T为发射线圈，S、L、K和M分别为四个共振衍生环的线圈，S是给桌面音箱无线供电的共振衍生环的线圈，L是给台灯无线供电的共振衍生环的线圈，K是给键盘无线供电的共振衍生环的线圈，M是给鼠标无线供电的共振衍生环的线圈。

具体实施方式

以下结合实例，进一步说明了共振衍生环的原理和使用方法。

实例一、共振衍生环延长无线供电的距离这一功能在工艺品中的应用。

设有一个工艺品由三部分组成：底座、宝塔和塔顶上的夜明珠，要求通过无线供电为宝塔和夜明珠供电使它们内部发光。操作方法是：采用如图2所示的原理，发射线圈T置于一个底座内，它与发射电路相连，通电后电能由发射线圈T发出；在宝塔内放置一个共振衍生环，其线圈是L，L的两端可以为LED等供电使其发光；在夜明珠内放置另一个LC谐振环，R是它的接收线圈，线圈的两端同样可以给LED供电使其发光。这样，底座上的电能就通过共振的方式传递到了宝塔内，再由宝塔内的共振衍生环传递给夜明珠。这种无线供电的工艺品更突出了它的神奇，更具观赏性。本例中，如果没有宝塔内的共振衍生环的二次发射作用，能量是不能传到顶部的夜明珠内的。

实例二、共振衍生环在笔记本电脑及其鼠标的无线供电中的应用。

设有一个笔记本电脑桌(架)，其功能是：当笔记电脑放置在上面，就能自动给电脑无线供电和充电，同时给外围的鼠标无线供电。

如图5所示，T为发射线圈，它和发射驱动电路全部安装在笔记本电脑桌(架)的下面，通电后向上发射能量，N为笔记本电脑内的接收线圈，线圈两端的交流电通过整流、滤波和稳压后为笔记本供电；L为共振衍生环的线圈，它置于发射线圈T的旁边，共振衍生环吸收来自发射线圈T的能量，产生二次发射，将能量传递给鼠标；M为鼠标内的接收线圈，接收线圈M位于共振衍生环线圈L的上方，接收来自共振衍生环的能量产生交流电，线圈两端的交流电通过整流、滤波和稳压后为鼠标供电，鼠标不再使用电池。

实例三、无线供电的办公桌面。

要求给办公桌上的所有用电器实现无线供电，包括显示器、多媒体音箱、台灯、键盘和鼠标等，实现一个整洁、无线、安全的办公桌面。

如图6所示，发射线圈T及其驱动电路置于桌面下，同时在发射线圈T的周边放置四个共振衍生环，S、L、K和M分别为四个共振衍生环的线圈，S是给桌面音箱无线供电的共振衍生环的线圈，L是给台灯无线供电的共振衍生环的线圈，K是给键盘无线供电的共振衍生环的线圈，M是给鼠标无线供电的共振衍生环的线圈。在显示器内放置一个谐振接收电路，工作时，置于发射线圈T的上方，接收来自发射线圈T的能量为显示器供电；同样，在多媒体音箱、台灯、键盘和鼠标内分别放置一个谐振接收电路，工作时，分别置于相应的共振衍生环的线圈上方，接收来自各个共振衍生环的能量，转化为电能，实现无线供电。

在解决了无线供电的基础上，整合现有的无线音频、无线视频、无线网络、无线鼠标等，就实现了办公桌面的彻底的无线化。

Claims

1.一种在电磁共振中，位于发射线圈与接收线圈之间的用于能量传递的LC谐振环，称之为共振衍生环，其特征是：它由一个环形线圈L和一个无极性电容C串联而成，即线圈的两端分别与电容的两个电极相连，共振衍生环和发射线圈、接收线圈同时工作于共振状态，共振衍生环位于发射线圈和接收线圈之间，当发射线圈工作时，共振衍生环接收来自发射线圈的能量，产生谐振，形成能量的二次发射，将能量传递给接收线圈，实现能量的无线传输。

2.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环的线圈由一根或一组多股导线(含漆包线)绕制而成的。

3.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环的线圈形状由用电器的使用范围来决定的，最大使用范围就是共振衍生环的线圈的边界，通常，共振衍生环的线圈形状可以为圆形、椭圆形、三角形、四边形、多边形、不规则环形，甚至弹簧状。

4.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环与发射线圈、接收线圈的空间位置关系有以下几种：一、发射线圈、共振衍生环和接收线圈在同一法线方向，即三个线圈上下平行；二、发射线圈、共振衍生环在同一法线方向，两个线圈上下平行，而接收线圈与共振衍生环在同一平面上，或邻近或重叠；三、发射线圈、共振衍生环在同一平面上，或邻近或重叠，而接收线圈与共振衍生环在同一法线方向，两个线圈上下平行，空间位置不同，能量传递的方向也不同。

5.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环与发射线圈和接收线圈的数量关系是，一个发射线圈的能量可以传递给一个共振衍生环再传递给一个接收线圈，一个发射线圈的能量也可以传递给多个共振衍生环再传递给多个接收线圈，使用不同品质的共振衍生环，可以实现能量的梯度分布。