CN103296782A

CN103296782A - 共振衍生环

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Publication number: CN103296782A
Application number: CN2012100578120A
Authority: CN
Inventors: 朱斯忠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明所示的共振衍生环，它由一个等效电感L和一个等效电容C串联而成的封闭的谐振环，即等效电感L的两端分别与等效电容C的两个电极相连，组成一个LC谐振同路，它有吸收电能然后再发射的功能，它有多种组成方式，并有多种能量的耦合方式，共振衍生环的任意两个连接点上均可以输出电能，共振衍生环的工作是可控的。本发明提供了多种共振衍生环的实现方式，并能有效地的控制和输出共振衍生环上的能量，提高了基于电磁共振的无线供电的功率、效率和距离，可广泛应用于工业、农业甚至日常工作中的非接触式无线供电。

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

共振衍生环在电磁共振中具有接力或桥梁的作用，它不但可以增强电磁共振的传输功率，加大电磁共振的距离，还能改变电磁共振传递的方向。

在已有专利“共振衍生环201020523538.8”中，共振衍生环的结构形式单一，耦合方式单调，能量分布密度有限，承受电压低，共振幅度不可控等，这些问题严重影响了它在实际应用的针对性和灵活性。

本发明从实际出发，全面解决了上述问题。

发明内容

本发明所示的共振衍生环，是在电磁共振中介于发射线圈与接收线圈之间的相对独立的LC谐振环，它吸收来自发射线圈的能量后产生共振，再将能量发射出去，其特征是：共振衍生环是由一个等效电感L和一个等效电容C串联而成的封闭的谐振环，即等效电感L的两端分别与等效电容C的两个电极相连，组成一个LC谐振回路，这个串联同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，回路工作于共振状态；共振衍生环在物理上是相对独立的，没有导线与发射电路相连，也没有导线与接收电路相连；共振衍生环的作用是：传递能量，实现能量的接力效应。

共振衍生环的组成形式：

等效电容包括：单独一个电容；两个和两个以上电容按串联、并联，甚至混联形成的电容；

等效电感包括：单独一个电感；两个和两个以上电感按串联、并联，甚至混联形成的电感；

电感包括空心线圈、绕在骨架上和磁芯上的线圈；

因此，共振衍生环的组成就有多种形式，可常用的形式如下：

1，基本LC形式：即一个电感与一个等效电容首尾串联，形成一个封闭的谐振环；

2，C-L-C形式：一个电感与两个等效电容依次串联，形成一个封闭的谐振环；

3，L-C-L形式：两个电感与一个等效电容依次串联，形成一个封闭的谐振环；

4，L-L-C-C形式：两个电感串联后，与两个串联的电容再串联，形成一个封闭的谐振环；

5，L-C-L-C形式：一个电感与一个等效电容串联后，与另一个电感串联，再与另一个等效电容串联，形成一个封闭的谐振环。

其它形式，不能一一枚举。

共振衍生环的耦合形式：共振衍生环是相对独立的封闭回路，它与发射线圈和接收线圈的耦合分为：

1，自由耦合：共振衍生环与发射线圈及接收线圈之间，没有导线连接，也没有磁芯耦合，中间介质可以是：真空、空气、水及其它非金属材料。

2，共振衍生环与发射线圈通过磁芯耦合，即共振衍生环上的至少一个线圈与发射线圈绕在同一个磁芯上：可用于并联型发射回路，以提高发射功率和效率。

3，共振衍生环与接收线圈通过磁芯耦合，即共振衍生环上的至少一个线圈与接收线圈绕在同一个磁芯上：可用于串联型接收回路，以提高接收功率和效率。

共振衍生环的控制：

通过对共振衍生环的控制，可以有效地调节能量的传递量，实现合理利用电能，实现的方法是：将共振衍生环的某个结点断开，在断开处串联一个电子开关，这个开关接通时，共振衍生环工作，断开时，共振衍生环停振。控制形式有：

1，外部控制：从共振衍生环的外部提供一个电压给电子开关，来控制共振衍生环的工作状态。

2，内部控制：从共振衍生环的任意两点取出一部分电，给电子开关使用，并对这两点电压进行比较，当电压超过设定值时，电子开关断开，共振衍生环停振，电子开关接通，共振衍生环工作。

共振衍生环的能量的输出：

共振衍生环可以当作谐振终端使用。共振衍生环是一个能量的接力环，它的任何两点均有负载能力，必要时，可以从共振衍生环上取出一些能量，提供给某个负载使用，共振衍生环上的任意两个连接点都可以输出电能，有区别的是，不同的连接点，其电压和电流有区别；如果是交流型负载，如白炽灯泡，可以直接连接在共振衍生环上使用，如果负载是直流型负载，则需要整流、滤波甚至稳压后给负载供电。

本发明的有益效果：

本发明提供了多种共振衍生环的实现方式，并能有效地的控制和输出共振衍生环上的能量，提高了基于电磁共振的无线供电的功率、效率和距离，可广泛应用于工业、农业甚至日常工作中的非接触式无线供电。

附图说明

附图1是共振衍生环的基本组成原理图。

附图2A-2D是共振衍生环四种组成形式原理图。

附图3A-3C是共振衍生环的三种耦合方式原理图。

附图4是共振衍生环上能最输出的原理图。

附图5是共振衍生环的控制基本原理图。

附图6是共振衍生环的自我供电的振幅控制原理图。

附图1中，L为等效电感，C为等效电容。

附图2A、2B、2C和2D中，L1、L2为电感，C1、C2为等效电容。

附图3A、3B、3C中，LT为发射线圈，CT为发射电容，LR为接收线圈，CR1、CR2为输出电容；L1、L2均为电感，C1、C2均为等效电容，箭头表示能量传递方向。

附图4中，L为电感，C为等效电容，BIRG为整流桥，C6表示滤波电容，R表示负载。

附图5中，L为电感，C1、C2为等效电容，K为电子开关。

附图6中，L为电感，C1、C2为等效电容，K为电子开关，COMP为比较器，DW为稳压管，BIRG为整流全桥，C6为滤波电容，R1-R6为电阻。

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应用方法。

实例一、共振衍生环的组成形式。

图1中，一个等效电感L与一个等效电容C首尾相连，组成一个串联型LC谐振回路，谐振频率与发射线圈的工作频率同，这里的等效电感L的包括：单独一个电感；两个和两个以上电感按串联、并联，甚至混联形成的电感，电感包括空心线圈、绕在骨架上和磁芯上的线圈，如图2A和图2B中的电感L1，还有图2C和图2D中的电感L1和电感L2；这里的等效电容C的包括：单独一个电容；两个和两个以上电容按串联、并联，甚至混联形成的电容，如图2A-2D中的等效电容C1和电容等效C2。

可常用的共振衍生环的组成形式主要有：

LC；C-L-C；L-C-L，L-L-C-C；L-C-L-C；

鉴于等效电容及等效电感都可以按串联、并联甚至混联的不同方式进行连接，因此，在组成上就有许多种方式，这里不能一一枚举。

实例二、共振衍生环在AGV无线充电中的应用。

AGV是Automatic Guided Vehicle即无人搬运车的缩写，AGV是一种移动工业设备，动力来自车内的电池，如果采用有线充电则需要人工操作，如果采用无线充电，则可以实现全自动化，附图3B是无线充电的基本原理，其中等效电感L1与等效电容C1串联形成一个共振衍生环，接收线圈LR及输出电容CR1、CR2组成电能输出回路，发射线圈LT与发射电容CT组成发射回路；这里，共振衍生环的等效电感L1与接收线圈LR绕在同一个磁芯上，共振衍生环吸收来自发射回路的磁能后转化为电能，产生共振，能量由等效电感L1再发射，经磁芯耦合，将能量传递给接收线圈LR，能量经输出电容CR1和CR2输出给充电电路，经变频处理后，给AGV的电池充电。

实例三、共振衍生环在远距离发射中的应用。

附图3A中，线圈LT和电容CT组成的发射回路是一个电流型发射回路，当工作于谐振状态下，回路的总电流处于最小状态，因此发射功率也就最小；由等效电容C1和C2，等效电感L1和L2相互串联组成了一个L-C-L-C形式的共振衍生环，其中等效电感L1与发射线圈LT绕在同一个磁芯上，因此，共振衍生环就能吸收发射回路的能量，传递到等效电感L2中再发射，在幅度提高了发射功率。

实例四、共振衍生环作谐振终端使用。

在附图4中，等效电感L与等效电容C组成一个LC谐振回路，从回路中的两个连接点取出交流电，经整流桥BIRG整流后，由滤波电容C6滤波，给负载R供电，如果R为LED，即可发光，若将这些LED安装在等效电感L的四周，但照亮了整个共振衍生环，这时共振衍生环就变成一个无线发光的环。

实例五、共振衍生环功率控制中的应用。

由于共振衍生环具有电能拉力功能，即吸收后再发射功能，相当于一个桥梁，实现能量的接力传递，控制共振衍生环的传递功率，便可以控制无线供电系统的能量传输量，控制形式有：

1，外部控制：如图5所示，电子开关K串联在由电感L1和等效电容C1、C2组成的共振衍生环中，EF两点是外部供电点，只要提供一个电压给电子开关K，便可以接通电子开关K，这时，共振衍生环止常工作，否则共振衍生环不工作。

2，内部控制：从共振衍生环的任意两个连接点取出一部分电能，给电子开关K使用，并对这两点电压进行比较，当电压超过设定值时，电子开关K断开，共振衍生环停振，当电压低于设定值时，电子开关K接通，共振衍生环工作。附图6所示，等效电感L1与等效电容C1和C2组成共振衍生环，将其中任意一个连接点断开，串联电子开关K，这时，共振衍生环便受控于电子开关K，当电子开关K接通时，共振衍生环工作，当电子开关断开时，共振衍生环停振。图6中，电子开关的控制端与比较器COMP的输出端相连，比较器COMP的同相端，有一个由电阻R4、R5组成参考电压电路，比较器COMP的反相端，电阻R2、R3组成电压采样电路；从等效电感L的两端取出交流电，经BIRG整流和电容C6滤波后，为放大器COMP供电，当比较器COMP的反相端电压高过同相端时，比较器COMP输出高电平，将电子开关K关断，共振衍生环停振；反之，共振衍生环持续工作。

这里的电子开关包括继电器、FET管、IGBT组成的双向开关。

Claims

1.一种共振衍生环，是在电磁共振中介于发射线圈与接收线圈之间的相对独立的LC谐振环，它吸收发射线圈的能量后产生共振，再将能量发射出去，其特征是：它由一个等效电感L和一个等效电容C串联而成，即等效电感L的两端分别与等效电容C的两个电极相连，组成一个LC谐振回路，它在物理上是相对独立的，没有导线与发射电路相连，也没有导线与接收电路相连。

2.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：等效电容包括：单独一个电容；两个和两个以上电容按串联、并联，甚至混联形成的电容；等效电感包括：单独一个电感；两个和两个以上电感按串联、并联，甚至混联形成的电感；电感包括空心线圈、绕在骨架上和磁芯上的线圈；因此，共振衍生环的组成就有多种形式，可常用的形式如下：

3.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环是相对独立的封闭同路，它与发射线圈和接收线圈的耦合分为：1，自由耦合：共振衍生环与发射线圈及接收线圈之间，没有导线连接，也没有磁芯耦合，中间介质可以是：真空、空气、水及其它非金属材料；2，共振衍生环与发射线圈通过磁芯耦合，即共振衍生环上的至少一个线圈与发射线圈绕在同一个磁芯上；3，共振衍生环与接收线圈通过磁芯耦合，即共振衍生环上的至少一个线圈与接收线圈绕在同一个磁芯上。

4.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：将共振衍生环的某个结点断开，在断开处串联一个电子开关，通过这个开关来控制共振衍生环工作，电子开关的控制方式有两种：外部控制和内部控制；外部控制就是从共振衍生环的外部提供一个电压使电子开关导通，内部控制是从共振衍生环提供电压并用一个比较器对这个电压进行比较，通过比较器的输出端来控制电子开关的通断。

5.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：控制共振衍生环的电子开关包括继电器、FET管、IGBT组成的双向开关。

6.根据权利要求1所述的共振衍生环，其特征是：共振衍生环是一个能量的接力环，可以当作一个谐振终端使用，它的任何两个连接点均有负载能力，可以从这两点上取出一些电能，提供给负载使用。