CN107492440A - 一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，包括第一电路板、第二电路板、磁屏蔽板以及金属屏蔽板，各电路板通过合理的组合结构与尺寸设计保证其在任何使用场合下实现高效的能量传输，并对周围设备不产生影响，本发明克服了现有屏蔽装置的传输效率和屏蔽效能之间难以二者同时兼顾的缺点，在保证屏蔽效能的同时传输效率依然高效。
Description
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电磁屏蔽效能的无线电能传输装置。
背景技术
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。
传统的无线能量传输装置在靠近金属之后，由于收发线圈周围的强磁场作用，金属体将会产生感应涡流，涡流不仅会在金属体内产生热效应损耗能量，如果是金属外壳的用电设备还可能影响其正常工作，另外涡流还会在空间产生反向磁场，将会与收发线圈的磁场产生抵消效果，进一步地削弱收发线圈之间的耦合系数，传输距离和传输效率。
为了使无线能量传输装置很好地适用于任何金属场合，同时增大发射线圈和接收线圈之间的耦合系数，可以在发射线圈和接收线圈后面加上高磁导率的铁氧体磁片，它相对于高频磁场呈现低阻抗的特点，可以有效地给磁场提供回路，导引磁场的传播路径，使磁场沿着铁氧体磁片在收发线圈之间的空间内汇聚，增大了耦合系数。这样通过铁氧体磁片后泄露的磁场将大大减小，由于金属在交变磁场中将产生涡流效应，在铁氧体后放置一块金属屏蔽片，泄露的磁场将产生涡流，并在空间激励起反向磁场，与泄露磁场相抵消，能进一步地屏蔽掉未经铁氧体导引的部分剩余磁场，可以很好的保证电子设备不受线圈泄露磁场的影响。为了实现上述目的宁波微鹅电子科技有限公司公开了一种电磁屏蔽结构及具有电磁屏蔽结构的电能传输装置(宁波微鹅电子科技有限公司，电磁屏蔽结构及具有电磁屏蔽结构的电能传输装置，中国发明专利，申请号201510382163.5，申请日期2015.07.02)通过设置适当的磁片层和铜片层，并将磁片弯折成特定结构把金属屏蔽层尽可能多的包裹起来实现电磁屏蔽效果。但是他们在装置的传输效率和屏蔽效果之间难以二者同时兼顾，他们的屏蔽装置表现出传输效率低的缺点，同时由于磁片层与铜片层外形结构的堆叠和包裹的特性导致该电磁屏蔽装置体积较大，加工复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的是在于克服上述技术存在的不足，在无线供电时，隔离高频磁场对用电设备的影响，有效增加收发线圈之间的耦合系数，并且在做到屏蔽效果的同时能保证无线电能传输装置依然拥有极高的传输效率，提供一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，保证其在任何使用场合下实现高效的能量传输，对周围设备不产生影响，同时实现其结构的集成化、轻量化、平面化和低成本化。
本发明的目的及解决其技术问题是采用如下技术方案：一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，包括第一电路板，第二电路板，收发端磁屏蔽板，金属屏蔽板；收发电路板，磁屏蔽板，金属屏蔽板从上至下依次层叠并通过绝缘胶粘接在一起。
进一步的，所述第一电路板由印制在第一介质基片上表面激励线圈，金属连接线和印制在第一介质基板下表面呈平面螺旋结构的辐射线圈以及贯穿介质基板的两个金属化通孔组成，并配合焊接在上表面的相应位置上的两个匹配电容和一个谐振电容构成完整收发电路，所述的第二电路板由上下均无任何电路结构的纯介质基板构成，其根据收发线圈之间磁强的不同而厚度取值不同。
进一步的，所述的第一电路板与第二电路板的外边框长宽一致，厚度各异；磁屏蔽板其外边框长宽大于第一电路板与第二电路板外边框长宽的1.2倍，其厚度取值为0.1mm到1mm，相对磁导率值位于100到300之间；所述的金属屏蔽板其外边框长宽大于第一电路板与第二电路板外边框长宽，但是小于磁屏蔽板的外边框长宽。
综上所述，本发明的一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，在常规的收发线圈之后依次加纯介质基板，磁屏蔽板，金属屏蔽板，一定厚度的纯介质基板可以将磁场纵向拉伸，通过选取高磁导率，低损耗的磁屏蔽材料，可以有效地为高频磁场提供一条低阻抗通路，导引磁场的传播路径，使收发线圈之间的磁场更加汇聚，有效地增加了耦合系数，金属屏蔽板由于受到泄露磁场的作用产生涡流效应并产生反向磁场，进一步地抵消泄露磁场，保证该装置后的用电设备的正常使用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明所采用的收发线圈为四线圈结构，由印制在单层平面介质基板的上下面并按照一定设计组合而成，谐振电容与匹配电容的调配互不影响，更加简单方便，收发线圈与纯介质基板，磁屏蔽板以及金属屏蔽板依次层叠在一起，注重装置的整体化设计，电路板与屏蔽板都是采用平面结构，没有复杂的外形结构，具有加工装配简便、体积小、成本低等优点。
(2)本发明为了兼顾屏蔽效能与传输效率的同时最佳，在线圈电路结构和屏蔽层之间加入了一块一定厚度的纯介质板，使收发电路与屏蔽层之间相距一个纯介质板的厚度，这样可以保证屏蔽效果的同时明显的提升传输效率，这是现有技术所不能比拟的。
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展开示意图。
图2是本发明的第一电路板结构展开示意图。
图3是本发明在13.56MHz传输效率图。
具体实施方式
如图1的总体结构展开示意图所示，一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置包括第一电路板1、第二电路板2、磁屏蔽板3以及金属屏蔽板4。所述的第一电路板由印制在长度120mm，宽度100mm，厚度为1.6mm的FR4介质基板的上表面的第一电路组合结构、下表面的第二电路组合结构以及两个贯穿介质基板的金属化通孔组合而成；所述的第二电路板2由上下均无任何电路结构的纯介质基板组成，其长度和宽度与第一电路板尺寸一致，厚度为2mm；所述的磁屏蔽板3是磁导率值为150，低损耗的铁氧体磁材料，其外边框长宽大于第一电路板1与第二电路板2外边框长宽的1.2倍，厚度为1mm；所述的金属屏蔽板4其外边框长宽大于第一电路板1与第二电路板2外边框长宽，但是小于磁屏蔽板3的外边框长宽，其厚度取值为0.3mm；所述的第一电路板1、第二电路板2、磁屏蔽板3以及金属屏蔽板4从上至下依次层叠并通过绝缘胶粘接在一起。
进一步的，如图2的第一电路板结构展开示意图所示，所述的第一组合电路结构由输入输出端口9、激励线圈10、第一匹配电容11、第二匹配电容12、连接线13以及谐振电容14组成；所述的激励线圈10由一段宽度为5mm的圆弧和两段宽度为2mm的直金属条组成，所述的连接线13是一段宽度为1mm且中心留有1mm间隙的直金属条；所述的第二组合电路结构由呈平面螺旋结构的辐射线圈15组成，其线宽为3mm，线间距为1mm，圈数为8圈；所述的连接线13靠近输入输出端口9并且位于激励线圈10的中心线上，两端通过两个金属化通孔16连接到辐射线圈15的始端和末端；所述的谐振电容14位于连接线13中心间隙上；所述的第一匹配电容11和第二匹配电容12前后级联到输入输出端口9上，与激励线圈10呈并联连接；所述的第一电路板虽然其内部金属电路结构尺寸各不相同，但具有相同的厚度，厚度为0.035mm。
图3给出了本具体实施中该装置在13.56MHz的传输效率图，其最大效率达到72％，与现有技术中具有屏蔽效能的无线能量传输装置想对比，传输效率更高。
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)
1.一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，包括：第一电路板(1)、第二电路板(2)、磁屏蔽板(3)以及金属屏蔽板(4)；其特征在于：所述的第一电路板(1)由第一介质基板(5)、印制在第一介质基板(5)上表面的第一组合电路结构(6)以及印制在第一介质基板(5)下表面的第二组合电路结构(7)组成；所述的第二电路板(2)由上下均无任何电路结构的纯介质基板(8)组成；所述的第一电路板(1)、第二电路板(2)、磁屏蔽板(3)以及金属屏蔽板(4)从上至下依次层叠并通过绝缘胶粘接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，其特征在于：所述的第一组合电路结构(6)由输入输出端口(9)、激励线圈(10)、第一匹配电容(11)、第二匹配电容(12)、连接线(13)以及谐振电容(14)组成；所述的第二组合电路结构(7)由呈平面螺旋结构的辐射线圈(15)组成；所述的连接线(13)靠近输入输出端口(9)并且位于激励线圈(10)的中心线上，两端通过两个金属化通孔(16)连接到辐射线圈(15)的始端和末端；所述的谐振电容(14)位于连接线(13)中心上；所述的第一匹配电容(11)和第二匹配电容(12)前后级联到输入输出端口上，与激励线圈(10)呈并联连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽效能的无线电能传输装置，其特征在于：所述的第一电路板(1)与第二电路板(2)的面积大小一致，厚度各异；所述的磁屏蔽板(3)其外边框长宽大于第一电路板(1)与第二电路板(2)外边框长宽的1.2倍，其厚度取值为0.1mm到1mm，相对磁导率值位于100到300之间；所述的金属屏蔽板(4)其外边框长宽大于第一电路板(1)与第二电路板(2)外边框长宽，但是小于磁屏蔽板(3)的外边框长宽，其厚度取值不超过1mm。
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