CN107425612A - 一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，包括一个发射端和多个接收端，当多个接收端平行并排正对放置在发射端的上方时，各接收端可以均匀地接收到发射端的能量，实现高效率的无线能量传输。本发明克服了一对一的无线充电装置在多个接收端应用场合时的局限性和一对多的无线充电装置难以做到效率均衡分配的缺点，并且具有电路调配简单和成本低的优点。

Description

一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，特别是涉及一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置。

背景技术

随着科技的发展与进步，不管是家庭用电设备还是个人电子产品的数量都在急剧的增长，这其中永远都摆脱不了的一个问题就是供电、充电的问题。传统的充电方法是通过有线的方式从电网取电传输至用电设备，随着用电设备的增多，各设备的充电线路相互缠绕，十分影响环境美观和用户体验，造成使用的不便。

无线能量传输技术是当前最活跃的研究方向之一，由于其方便可靠，安全高效的特点，在小型电子设备、电动交通工具、植入性医疗、智能家居等方面具有非常广阔的应用前景和发展空间。无线能量传输装置包括发射线圈和接收线圈，其工作原理是：发射线圈将高频电信号转化为磁场能量并在一定空间内均匀分布，接收线圈在此空间范围内感应耦合到磁场能量将产生高频感应电动势，后端通过整流稳压器为负载设备提供电能，进而完成无线电能传输。它是完全地通过无线的形式实现能量的传输取代了传统充电领域的电线，没有了线路的牵绊与束缚，使用更加方便。

现在的无线充电装置只能满足于一对一的使用的场合，在具有多个终端的时候，一对一的无线充电装置表现除了巨大的局限性。即使是具备一对多的无线充电装备也没有研究在具有多个相同接收端的时候如何做到总体效率最大，多个接收端的效率均衡化和接收端不同姿态时充电的变化情况。

发明内容

本发明的目的是在于解决现有技术一对一的无线充电装置在要求多个接收设备同时充电时表现出的局限性，以及对多个相同接收端时何如保证功率的均匀分配而提供一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置。

本发明的目的及解决其技术问题是采用如下技术方案：一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，包括：发射端与接收端；其特征在于：所述的发射端是由第一介质基板、印制在第一介质基板上表面的第一电路组合结构、印制在第一介质基板下表面的直金属条以及贯穿第一介质基板的两个金属化通孔组成；所述的接收端是由第二介质基板、印制在第二介质基板上表面的第二电路组合结构、印制在第二介质基板下表面的直金属条以及贯穿第二介质基板的两个金属化通孔组成。所述的接收端个数为N，N为大于等于1的整数，任意一个接收端平行正对放置在发射端上方时即可高效率接收由发射端提供的无线电能；任意一个接收端垂直放置时停止无线电能的接收。

进一步的，所述的第一组合电路结构由输入端口、辐射线圈、第一谐振匹配电容以及第二谐振匹配电容组成；所述的辐射线圈呈平面矩形螺旋结构，其始端和末端通过金属化通孔分别与直金属条的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第一谐振匹配电容串联在输入端口与辐射线圈之间；所述的第二谐振匹配电容通过两个倒L型金属枝节并联在输入端口的两端；所述的第二组合电路结构由输出端口、接收线圈、第三谐振匹配电容以及第四谐振匹配电容组成；所述的接收线圈呈平面矩形螺旋结构，其始端和末端通过金属化通孔分别与直金属条的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第三谐振匹配电容串联在输出端口与接收线圈之间；所述的第四谐振匹配电容通过两个倒L型金属枝节并联在输出端口的两端。

进一步的，所述的接收端相邻之间的间距大于其自身长度的五分之一；所述的发射端的长度和宽度大于N个接收端的总长度和总宽度。

综上所述，本发明的一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，通过合理优化的发射端线圈布局，在发射线圈上方产生均衡的磁场。当多个接收端同时并排平行放置于发射正上方时，能量可以均匀的传输到各接收端。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明提供了一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，发射线圈与接收线圈采用单线圈结构，各端只需两颗电容即可实现电路的谐振与收发链路的匹配，具有设计简单，成本低的优点。

(2)本发明采用磁谐振耦合技术，发射端与接收端谐振于相同频率，可以同时对多个接收端供电，且各接收端的充电效率一致，当接收端增多时，装置的传输总效率会升高，接收端位置在发射端磁场覆盖范围内可灵活移动。

本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的发射端结构展开示意图。

图3是本发明的接收端结构展开示意图。

图4是本发明工作于6.78MHz时多接收端的传输效率图。

具体实施方式

如图1的总体结构示意图所示，一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置包括：发射端1、接收端2；发射端1正上方平行并排放置了13个完全相同的接收端2，各接收端2之间的间距为5mm，发射端1的长度大于13个接收端2的总长度，宽度是单个接收端2的两倍。所述的发射端1是由材料为FR4，厚度为1.2mm第一介质基板3、印制在第一介质基板3上表面的第一电路组合结构4、印制在第一介质基板3下表面宽度为3mm的直金属条5以及贯穿第一介质基板直径为1.6mm的两个金属化通孔6组成；所述的接收端2是由材料为FR4，厚度为0.6mm的第二介质基板7、印制在第二介质基板7上表面的第二电路组合结构7、印制在第二介质基板7下表面宽度为1.5mm的直金属条9以及贯穿第二介质基板直径为1mm的两个金属化通孔10组成。

进一步的，如图2的发射端结构展开示意图与图3的所示接收端结构展开示意图，所述的第一组合电路结构4由输入端口11、辐射线圈12、第一谐振匹配电容13以及第二谐振匹配电容14组成；所述的辐射线圈12呈平面矩形螺旋结构，导线宽度3mm，相邻导线间距为1mm，圈数为3圈，其始端和末端通过金属化通孔6分别与直金属条5的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第一谐振匹配电容12串联在输入端口11与辐射线圈12之间；所述的第二谐振匹配电容14通过两个倒L型金属枝节并联在输入端口11的两端；所述的第二组合电路结构8由输出端口15、接收线圈16、第三谐振匹配电容17以及第四谐振匹配电容18组成；所述的接收线圈16呈平面矩形螺旋结构，导线宽度1.5mm，相邻导线间距为0.5mm，圈数为3圈，其始端和末端通过金属化通孔10分别与直金属条9的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第三谐振匹配电容17串联在输出端口15与接收线圈16之间；所述的第四谐振匹配电容18通过两个倒L型金属枝节并联在输出端口15的两端。

图4给出了本具体实施中该装置在6.78MHz的传输效率图，这13个接收端的功率传输效率保持着高度的一致，且它们的效率之和超过80％，在保持着效率的均匀分配的同时还保证的高效的传输效率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，包括：发射端(1)、接收端(2)；其特征在于：所述的发射端(1)是由第一介质基板(3)、印制在第一介质基板(3)上表面的第一电路组合结构(4)、印制在第一介质基板(3)下表面的直金属条(5)组成以及贯穿第一介质基板的两个金属化通孔(6)组成；所述的接收端(2)是由第二介质基板(7)、印制在第二介质基板(7)上表面的第二电路组合结构(8)、印制在第二介质基板(7)下表面的直金属条(9)以及贯穿第二介质基板的两个金属化通孔(10)组成；所述的接收端(2)个数为N，N为大于等于1的整数，任意一个接收端(2)平行正对放置在发射端(1)上方时即可高效率接收由发射端(1)提供的无线电能；任意一个接收端(2)垂直放置时停止无线电能的接收。

2.根据权利要求书1所述的一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述的第一组合电路结构(4)由输入端口(11)、辐射线圈(12)、第一谐振匹配电容(13)以及第二谐振匹配电容(14)组成；所述的辐射线圈(12)呈平面矩形螺旋结构，其始端和末端通过金属化通孔(6)分别于直金属条(5)的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第一谐振匹配电容(12)串联在输入端口(11)与辐射线圈(12)之间；所述的第二谐振匹配电容(14)通过两个倒L型金属枝节并联在输入端口(11)的两端；所述的第二组合电路结构(8)由输出端口(15)、接收线圈(16)、第三谐振匹配电容(17)以及第四谐振匹配电容(18)组成；所述的接收线圈(16)呈平面矩形螺旋结构，其始端和末端通过金属化通孔(10)分别于直金属条(9)的始端和末端相连构成闭合回路；所述的第三谐振匹配电容(17)串联在输出端口(15)与接收线圈(16)之间；所述的第四谐振匹配电容(18)通过两个倒L型金属枝节并联在输出端口(15)的两端。

3.根据权利要求书1所述的一种具有多接收端的磁谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述的接收端(2)相邻之间的间距大于其自身长度的五分之一；所述的发射端(1)的长度和宽度大于N个接收端(2)的总长度和总宽度。