CN109687595A - 非接触式供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式供电电路，包括原级电路和次级电路，所述原级电路通过电磁耦合向所述次级电路传输能量，其中，所述原级电路和所述次级电路分别具有至少一个发射线圈和至少一个接收线圈且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈法向同向或者具有第一夹角，其特征在于，所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的数量之和大于两个。以这样的方式，能够设置多于一个接收线圈或者多于一个发射线圈，这将能够使得接收效率或者发射效率得到提升，此外，由于能够设置多于一个接收线圈或者发射线圈，那么，单个的线圈的尺寸相对来说能够做得更小，这使得其受安装位置的尺寸的限制变小，从而能够适应不同大小的用电器的非接触式供电。

Description

非接触式供电电路

本申请是申请日2013年5月9日提出的、申请号为201310170480.1的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及供电技术领域，更为具体地，涉及一种非接触式供电电路。

背景技术

很多的电子和电气设备都由固定的主体和活动部件组成，比如在家用电器中，有洗衣机门、冰箱门等转动部件，还有冰箱抽屉等推拉型活动部件，随着终端用户对设备的易用性和外观有了越来越高的要求，许多的控制和显示功能都集成在这些活动部件上，通常它们所需的电能主要通过特定的连线装置通过铰链用电线物理连接的方式从设备主体传输到活动部分。这样的连线装置给设备的生产装配带来了挑战，同时由于这些活动部件的相对位置在使用中会不断的发生改变，在设备的使用过程中也容易出现物理磨损从而导致一些安全、设备寿命及保养的问题。

为此，在电子和电气设备的设计中引入了非接触式传输电能的方式，其原理就是通过线圈之间的电磁耦合来实现，这样的电路通常包括电能发射端和电能接收端。发射端主要包括一个谐振电路和一个发射线圈；而接收端主要包括一个接收线圈、谐振电路、整流电路和直流变压器给负载供电。负载既可以是可充电电池，也可以是一个电能消耗装置或模块。电能通过发射端线圈和接收端的线圈之间的电场或磁场耦合实现非接触式传输，因此发射线圈和接收线圈之间的耦合方式对电能的传输起到了关键的作用。

然而，目前常规的做法是使用中让一个发射线圈和一个接收线圈之间直接对应。但是在实际的应用中，线圈的尺寸会受到安装位置和使用环境的限制，此外，一对一的线圈耦合效率也会随着线圈位置的改变而改变，这必然使得电能的传输功率和效率等也都会受到限制，而且不能满足某些应用场合的需求。

发明内容

根据上述对背景技术以及存在的技术问题的理解，为了适应不同的功率要求、不同的效率要求、性能安全要求、不同的安装环境要求等，本发明提出了一种基于多线圈匹配的非接触式供电电路，在依据本发明的不同的实现形式中分别对发射和接收线圈采用多种组合方式和相应的电路来实现。

本发明提出了一种非接触式供电电路，包括原级电路和次级电路，所述原级电路通过电磁耦合向所述次级电路传输能量，其中，所述原级电路和所述次级电路分别具有至少一个发射线圈和至少一个接收线圈且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈法向同向或者具有第一夹角，其特征在于，所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的数量之和大于两个。

以这样的方式，能够设置多于一个接收线圈或者多于一个发射线圈，这将能够使得接收效率或者发射效率得到提升，此外，由于能够设置多于一个接收线圈或者发射线圈，那么，单个的线圈的尺寸相对于只用一个接收线圈或者发射线圈的情形来说能够做得更小，这使得其受安装位置的尺寸的限制变小，从而能够适应不同大小的用电器的非接触式供电。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈能够相对于所述至少一个发射线圈平移运动。

以这样的方式使得依据本发明所述的非接触式供电电路能够适用于能够平移运动的物体，例如背景技术中所提及的冰箱抽屉等相对平移运动的两个物体，依据本发明所述的原级电路和次级电路分别位于相对平移运动的两个物体之上，从而使得其在移动中保持稳定的供电。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈能够相对于所述至少一个发射线圈旋转运动。

以这样的方式使得依据本发明所述的非接触式供电电路能够适用于能够旋转运动的物体，例如背景技术中所提及的冰箱门等相对旋转运动的两个物体，依据本发明所述的原级电路和次级电路分别位于相互旋转运动的两个物体之上，从而使得其在移动中保持稳定的供电。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个发射线圈与所述至少一个接收线圈相间设置。以这样的方式能够确保较好的耦合，有利于改善电能传输效率。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈与所述至少一个发射线圈法向同向。以这样的方式能够确保较好的耦合，有利于改善电能传输效率。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈的法向与所述至少一个发射线圈的法向平行，并且所述至少一个接收线圈能够围绕所述至少一个发射线圈的所述法向旋转或者所述至少一个发射线圈能够围绕所述至少一个接收线圈的所述法向旋转。以这样的方式能够将依据本发明所述的非接触式供电电路应用于原级线圈绕次级线圈或者次级线圈绕原级线圈旋转的方案。

在依据本发明的一个实施例中，所述次级电路包含整流器，所述整流器被构造为将由所述至少一个接收线圈所产生的电压整流为直流电。以这样的方式能够将由次级线圈感应所产生的交流电转变为直流电，从而适应需求用直流电的用电器的需求。

在依据本发明的一个实施例中，所述次级电路还包含耦合至所述整流器的直流变压器，所述直流变压器被构造为将经整流器整流的电压转换为负载所需电压。以这样的方式，能够为相应的直流用电器提供合适的直流电压。

在依据本发明的一个实施例中，所述负载为可充电电池。以这样的方式能够以次级线圈所感应产生的电能为可充电电池充电，从而将电能储存起来以备后用。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈的数量大于等于两个并且相互之间串联连接。可选地，所述至少一个发射线圈的数量大于等于两个并且相互之间并联连接。替代地或者附加地，所述至少一个发射线圈的数量大于等于两个并且相互之间串联连接。以这样的方式能够提高依据本发明所述的非接触式供电电路的发射功率或者发射效率。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的两个实施例的电路原理图100；

图2a和图2b示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的两个实施例的线圈放置示意图200；

图3a和图3b示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的另两个实施例的线圈放置示意图300；

图4a和图4b示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的能够平移运动的线圈设置的两个实施例的示意图400；以及

图5a和图5b示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的能够旋转运动的线圈设置的两个实施例的示意图500。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置(模块)或步骤。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示出的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

图1示出了本发明提出了一种非接触式供电电路，包括原级电路和次级电路，原级电路通过电磁耦合向次级电路传输能量，其中，原级电路和次级电路分别具有至少一个发射线圈120和至少一个接收线圈130且至少一个发射线圈120和至少一个接收线圈130法向同向或者具有第一夹角，至少一个发射线圈120和至少一个接收线圈130的数量之和大于两个。从图1可以看出，整个电路是上下对称的，其中，在原级电路侧具有一个电源110，其分别为两个并联的回路供电，其中一个回路是160，而另一个回路便是由C1、Rs1以及线圈120组成的。原级电路通过电磁耦合分别向次级线圈130或者附加的回路170的接收线圈发射能量，而次级电路在产生电能后分别经过整流器140和变压器150的转换后转变为具有一定电压的直流电，以供用电器Rs使用。

然而，在图1中所示出的实施例仅仅是示例性的而非限制性的。只要其原理如图1所示，而且至少一个发射线圈120和至少一个接收线圈130的数量之和大于两个，那么这样的电路便落入了本发明所主张的权利范围之内。也就是说，本领域的技术人员应当理解，原级电路的两个发射回路的连接方式也能够是串联连接的，从而使得两个发射回路合并为一个具有两个线圈的发射回路(并且此时用于滤波的两套电容和电阻只需保留一套便可)；相应地，次级电路的两个接收回路也能够是并联的，从而相互作为备用电路用于补充。

此外，图1所示出的实施例中的线圈的数量也仅仅是示例性的而非限制性的，也就是说，只要总的线圈的数量大于两个便可，例如一个发射线圈和至少两个接收线圈的组合、至少两个发射线圈和一个接收线圈的组合以及至少两个发射线圈和至少两个接收线圈的组合均落入本发明的保护范围之内。

由于单个线圈承载的功率是有限的，为了提高系统的总体功率，采用多个发射线圈和接收线圈，并且相应的有不同的电路组合：在依据本发明的一个实施例中，至少一个接收线圈的数量大于等于两个并且相互之间串联连接。可选地，至少一个发射线圈的数量大于等于两个并且相互之间并联连接。替代地或者附加地，至少一个发射线圈的数量大于等于两个并且相互之间串联连接。以这样的方式能够提高依据本发明所述的非接触式供电电路的发射功率或者发射效率。

以这样的方式，能够设置多于一个接收线圈或者多于一个发射线圈，这将能够使得接收效率或者发射效率得到提升，此外，由于能够设置多于一个接收线圈或者发射线圈，那么，单个的线圈的尺寸相对于只用一个接收线圈或者发射线圈的情形来说能够做得更小，这使得其受安装位置的尺寸的限制变小，从而能够适应不同大小的用电器的非接触式供电。

非接触式供电中电能的传输效率主要由发射线圈和接收线圈之间的磁场耦合强度决定，因此通过将多个接收线圈放置在单个发射线圈的周围，使接收线圈能接收到足够多的磁通量，提高发射线圈的磁通利用率，从而提高效率。

以下将借助接下来的附图说明本发明的线圈是如何适应不同的应用场景的，其中，线圈的位置摆置尤为重要。

图2a和图2b示出了依据本发明所述的非接触式供电电路的线圈放置的一个实施例200，从图2a可以看出，第一线圈210放置在第二线圈220的两边，从而利用两个第二线圈大大地提高了能量传输效率。

在此，本领域的技术人员应当理解，此处的发射线圈同样能够像接收线圈那样为两个或者更多个，从而提高发射功率，在改善效率的同时也提高整个传输的功率的绝对数值，以满足更大功率需求的负载的需要。具体地，如图2b所示，第一线圈210与第二线圈220相间放置。

在依据图2a和图2b所述的实施例中，至少一个发射线圈与至少一个接收线圈相间设置。以这样的方式能够确保较好的耦合，有利于改善电能传输效率。在上述实施例中，至少一个接收线圈与至少一个发射线圈法向同向。以这样的方式能够确保较好的耦合，有利于改善电能传输效率。

然而，其他的放置形式也是可以的，例如，如图3a和图3b所示出的依据本发明所述的非接触式供电电路的线圈摆置300那样，第一线圈310a、310b以及310c与第二线圈320(图3a)或者320a、320b以及320c对置，如此便能提高电能传输效率或者绝对功率。

以下将针对不同的应用场景介绍依据本发明所述的非接触式供电电路的具体实施例中的线圈的相对位置。

图4a和图4b示出了至少一个接收线圈能够相对于至少一个发射线圈平移运动的实施例400。如图所示，第一线圈410a、410b以及410c形成了一个通道以供第二线圈420(图4a)或者第二线圈420a、420b通过，这样一来，第一线圈和第二线圈便能相对地平移运动了，这对于诸如冰箱抽屉的应用尤其是有利的，即以这样的方式使得依据本发明所述的非接触式供电电路能够适用于能够平移运动的物体，例如背景技术中所提及的冰箱抽屉等相对平移运动的两个物体，依据本发明所述的原级电路和次级电路分别位于相对平移运动的两个物体之上，从而使得其在移动中保持稳定的供电。

图5a和图5b示出了至少一个接收线圈能够相对于至少一个发射线圈旋转运动的实施例500。如图所示，第一线圈510a、510b、510c、510d、510e以及510f围绕着第二线圈520(图5a)或者第二线圈520a、520b、520c、520d、520e以及520f，这样一来，第一线圈和第二线圈便能相对地旋转运动了，这对于诸如冰箱旋转门的应用尤其是有利的，即以这样的方式使得依据本发明所述的非接触式供电电路能够适用于能够旋转运动的物体，例如背景技术中所提及的冰箱门等相对旋转运动的两个物体，依据本发明所述的原级电路和次级电路分别位于相互旋转运动的两个物体之上，从而使得其在移动中保持稳定的供电。

在依据本发明的一个实施例中，所述至少一个接收线圈的法向与所述至少一个发射线圈的法向平行，并且所述至少一个接收线圈能够围绕所述至少一个发射线圈的所述法向旋转或者所述至少一个发射线圈能够围绕所述至少一个接收线圈的所述法向旋转。以这样的方式能够将依据本发明所述的非接触式供电电路应用于原级线圈绕次级线圈或者次级线圈绕原级线圈旋转的方案。

在依据本发明的一个实施例中，其中次级电路的负载为可充电电池。以这样的方式能够以次级线圈所感应产生的电能为可充电电池充电，从而将电能储存起来，以备后用。

在介绍依据图2-图5所述的实施例时，仅使用了第一线圈和第二线圈的概念，这是因为，这里的第一线圈并不一定只能是发射线圈，而且第二线圈也并不一定只能是接收线圈。相反地，只要第一线圈和第二线圈一个是发射线圈，一个是接收线圈便可。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (23)

1.一种供电电路，包括：

具有至少一个发射线圈的初级电路；和

具有至少一个接收线圈的次级电路，所述至少一个接收线圈与所述至少一个发射线圈间隔开；其中

所述初级电路和所述次级电路电磁耦合，并且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的总量大于两个，多个发射线圈被设置在至少一个接收线圈的两侧，或者多个接收线圈被设置在至少一个发射线圈的两侧。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述至少一个发射线圈的法线方向与所述至少一个接收线圈的法线方向相同。

3.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述至少一个发射线圈的法线方向与所述至少一个接收线圈的法线方向具有第一角度。

4.根据权利要求1所述的供电电路，其中多个接收线圈与多个发射线圈相对设置。

5.根据权利要求1所述的供电电路，其中多个发射线圈被定位以形成通道。

6.根据权利要求5所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈被设置在所述通道内并且能够在所述通道内平移运动。

7.根据权利要求1所述的供电电路，其中多个发射线圈被定位以形成环形。

8.根据权利要求7所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈被设置在所述发射线圈环内，并且能够相对于所述发射线圈环旋转运动。

9.根据权利要求8所述的供电电路，其中多个接收线圈被定位以形成环形。

10.根据权利要求8所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈的法线方向平行于所述发射线圈的所述法线方向，并且所述至少一个接收线圈能够围绕所述至少一个发射线圈的所述法线方向旋转运动，或者所述发射线圈能够围绕所述至少一个接收线圈的所述法线方向旋转运动。

11.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述次级电路还包括电连接至所述至少一个接收线圈的整流器。

12.根据权利要求11所述的供电电路，其中所述次级电路还包括电连接至所述整流器的变压器。

13.根据权利要求12所述的供电电路，其中所述次级电路还包括电连接至所述变压器的负载。

14.根据权利要求13所述的供电电路，其中所述负载是可充电电池。

15.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈的数量大于或等于两个，并且所述接收线圈被串联连接。

16.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述至少一个发射线圈的数量大于或等于两个，并且所述发射线圈被并联连接。

17.根据权利要求1所述的供电电路，其中所述至少一个发射线圈的数量大于或等于两个，并且所述发射线圈被串联连接。

18.一种供电电路，包括：

具有至少一个发射线圈的初级电路；和

具有至少一个接收线圈的次级电路，所述至少一个接收线圈与所述至少一个发射线圈间隔开，并且所述至少一个发射线圈的法线方向与所述至少一个接收线圈的法线方向具有第一角度；其中

所述初级电路和所述次级电路电磁耦合，并且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的总量大于两个。

19.一种供电电路，包括：

具有至少一个发射线圈的初级电路；和

具有至少一个接收线圈的次级电路，所述至少一个接收线圈与所述至少一个发射线圈间隔开，其中

所述初级电路和所述次级电路电磁耦合，并且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的总量大于两个，多个发射线圈被定位以形成通道，并且所述至少一个接收线圈被设置在所述通道内，并且能够在所述通道内平移运动。

20.一种供电电路，包括：

具有至少一个发射线圈的初级电路；和

具有至少一个接收线圈的次级电路，所述至少一个接收线圈与所述至少一个发射线圈间隔开，其中

所述初级电路和所述次级电路电磁耦合，并且所述至少一个发射线圈和所述至少一个接收线圈的总量大于两个，多个发射线圈被定位以形成环形。

21.根据权利要求20所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈被设置在所述发射线圈环内，并且能够相对于所述至少一个发射线圈旋转运动。

22.根据权利要求21所述的供电电路，其中多个接收线圈被定位以形成环形。

23.根据权利要求21所述的供电电路，其中所述至少一个接收线圈的所述法线方向平行于所述发射线圈的所述法线方向，并且所述至少一个接收线圈能够围绕所述至少一个发射线圈的所述法线方向旋转运动，或者所述发射线圈能够围绕所述至少一个接收线圈的所述法线方向旋转运动。