CN201839103U - 单向传输的无线供电天线模块 - Google Patents

Abstract

一种具有单向传输功能的无线供电天线模块，它由金属基板、磁导层、线圈层和绝缘面板组成，各层之间依次通过粘合剂粘合，形式一个具有固定形状的模块，这种单向传输功能的无线供电天线模块，实现了单向发射和单向接收，能量只在发射线圈和接收线圈之间传递，效率高、损耗小，传输距离远，而且辐射小。

Description

单向传输的无线供电天线模块 

技术领域

本发明涉及一种具有单向传输功能的无线供电天线模块。 

背景技术

基于电磁共振的无线供电是一种非接触式电能传输技术，其工作方式是：用一个LC谐振电路将电能转化为磁能向外发射，用另一个LC谐振电路接收磁能转化为电能，这两个谐振电路工作于同一频率下，因此将这种谐振叫作电磁共振。 

通常，由于磁场的传输局限于两个磁极之间，磁场的传输距离较短，尤其是交变磁场，磁场只布于线圈平面的两侧，磁场强度与距离的四次方成反比，随着距离的增加，磁场强度急剧减少，因此，电磁共振的效率相当低，在较大距离时，甚至接近于零，即使是近距离(如几个毫米)状态下，效率也往往不足50％，造成能量的大量浪费。 

如何才能做到既增加电磁共振的传输距离，同时又能够提高电能的传输效率？具有单向传输功能的无线供电天线模块是一个较为理想的解决方案。 

发明内容

一种具有单向传输功能的无线供电天线模块，它由金属基板、磁导层、线圈层和绝缘面板组成，各层之间依次通过粘合剂粘合，形式一个具有固定形状的模块；模块中的线圈层与外部驱动电路相连，将电能转化为磁能向线圈的两侧发射，但由于磁导层吸收了线圈一侧的磁场并改变磁场的传递方向，因此，线圈只能向另一侧发射磁场，从而实现了单向传输的功能。 

天线模块中的线圈层为天线模块的主体，它是由导线(通常为漆包线)绕制而成的平面线圈，若模块用作于发射，线圈将电能转化为磁能向外发射，若用作于接收，线圈吸收磁能转化为电能，供负载使用。本天线模块中的线圈，以平面方式绕制，可用一条单股线，也可以用一条多股线，甚至可以用两条单股线或多股线并绕。用多股线代替单股线的目的是为了减少线圈本身的涡流，即减少铜损。在小功率收、发状态下，可直接使用单股线，在大功率状态下，使用多股线，以提高线圈品质，提高线圈的收能力。 

磁导层由高频导磁材料组成，它紧贴于线圈的一侧，其作用有三，一是增强导磁能力，加大磁场密度：二是减少线圈的铜损，降低线圈的工作温度；三是改变线圈一侧的磁场的传递方向。通常，线圈通电后，线圈的两侧产生强度相等、方向相反的磁场，并沿着线圈的法线方向传递，磁导层的加入，原来向法线方向传递的磁场被磁导层吸收后，沿着磁导层的平面向四周扩散，即平行于线圈平面由内向外扩散，对线圈层形成半包围状态，这样，线圈切割的磁力线大幅增加，效率明显提高。由于磁导层的作用，原来双向磁场变成了单向磁场，这样的天线模块，若用于发射，则只能单向发射，且发射距离增大，效率得以提高，若用于接收则只能单向接收，且接收能力增强。使用时，发射天线模块和接收天线模块相对放置，能量将 在两个模块间高效传递。 

磁导层可是一整块导磁材料，也可以是由多块小的导磁材料拼接而成。 

磁导层的材料品质除了与材料本身的特性有关，还与厚度和面积有关。 

磁导层的另一侧贴在金属基板上，金属基板除了用于固定其它各层外，还有屏蔽功能，它吸收从磁导层泄漏的少量磁场，形成涡流，这对减少辐射是必要的，另外金属基板还具有散热功能。 

绝缘面板贴在线圈层的表面，对线圈起着保护作用，同时起着绝缘作用，这是重要的安全的措施。 

这种单向传输功能的无线供电天线模块，实现了单向发射和单向接收，能量只在发射线圈和接收线圈之间传递，效率高、损耗小，传输距离远，而且辐射小。 

附图说明

图1是单向传输的无线供电天线模块的右视示意图。 

图2是单向传输的无线供电天线模块的分解示意图。 

图3是单向传输的无线供电天线模块在发射和接收应用中的关系示意图。 

图4是单向传输的无线供电天线模块的发射电路原理图。 

图5是单向传输的无线供电天线模块的接收电路原理图之一。 

图6是单向传输的无线供电天线模块的接收电路原理图之二。 

图1中，I为金属基板，M为磁导层，L为线圈层，P为绝缘面板。 

图2中，I为金属基板，M为磁导层，L为线圈层，P为绝缘面板。 

图3中，R为接收天线模块，T为发射天线模块，两个模块结构的组成部分相同和连接顺序都相同，但在使用中相向放置。其中I为金属基板，M为磁导层，L为线圈层，P为绝缘面板。图中箭头表示电能传递的方向，即从发射天线模块T向接收天线模块R。 

图4中，L代表发射天线模块，C为谐振电容，IC为驱动芯片，Vt是谐振电压，Vd是IC的工作电压。 

图5中，L代表接收天线模块，C为谐振电容，D1、D2、D3和D4为整流二极管，C2为滤波电容。Vo为输出电压。 

图6中，线圈L1和线圈L2双线并绕，在同一天线模块内，代表接收天线模块，C为谐振电容，D1和D2为整流二极管，IC为接收管理芯片，C2为滤波电容，Vo为输出电压，Vk为IC的工作电压。 

具体实施方式

以下结合实例对单向传输的无线供电天线模块作进一步说明。 

实例一、单向传输的无线供电天线模块的制作。 

根据图1和图2所示，找好或制作好四种材料：金属基板I，磁导层M，线圈层L，绝缘面板P。绝缘面板P为非金属材料，如塑料板、玻璃纤维板等，厚度因材料不同而异，通常为0.5-2MM，面积根据实际需要而定，比如用于显示器的无线供电，可用方形面板，边长约10-20CM。线圈层L是用漆包线绕制的线 圈盘，线圈盘的最大直径不超过绝缘面板P的尺寸，线圈层L所用的漆包线可以是一条或两条以上的单股线，也可以是一条或两条以上的多股线，小功率状态下，可用单股线，大功率状态下用多股线，通常，发射天线用一条漆包线，接收天线用一条或两条以上漆包线；线圈层L的匝数由工作电压决定，电压高，匝数大，反之则小。磁导层M为高频导磁材料，总面积不超过绝缘面板P的面积，厚度根据实际功率的需要而定，大功率收发时，磁导层M就厚些，小功率收发时，磁导层M就薄些，一般在0.1-20MM之间。金属基板I，是一块金属平板，材料可以为铜、铝、铁或不锈钢等，用于固定其它各层，同时，它吸收从磁导层泄漏的少量磁场，形成涡流不再向外发射，故具有一定的屏蔽功能，另外金属基板I还具有散热功能，它比其它几层材料要长些，多出部分用于安装发射或接收电路板，并成为电路板的散热器。 

然后用粘合剂将上述各层依次粘牢，就成了无线供电的天线模块，它具有单向发射或单向接收功能。 

实例二、用本天线模块制作无线供电的单向发射模块。 

图4中，发射天线模块L的两端与谐振电容C的两端并联组成一个LC谐振发射回路，在芯片IC的驱动下将来自发射电源Vd的能量以电磁波的方式向绝缘面板P的表面发射出去。芯片IC可用VOXxxMPxx系列无线供电发射芯片，这是一种具有固定频率的高频开关芯片，电路十分简单，只要提供一个工作电压Vd即可。芯片IC和谐振电容C及电路板均固定在天线模块的金属基板I上，并利用金属基板I作为芯片IC的散热片，这样就成一个完整的无线供电的单向发射模块。 

实例三、用本天线模块制作无线供电的单向接收模块。 

单向接收模块之一：如图5所示，接收天线模块L，与谐振电容C并联后，经过由D1、D2、D3和D4组成的全桥整流，再由电容C2滤波，就得到直流电源Vo，这些元件直接用一块电路固定在天线模块的金属基板I上，组成一个完整的无线供电的单向接收模块，可以直接给负载供电。 

单向接收模块之二：如图6所示，接收天线模块L中有两个线圈L1和L2，双线并绕，这两个线圈的首尾相连并抽头作为地线，谐振电容C没有与线圈直接并联，而是先与控制IC串联后再与线圈组并联，IC可用VOXxxKxA系列无线供电接收芯片，这样LC的谐振状态受到IC的控制，就可以输出一个相对稳定的电压，经过由D1和D2组成的全桥整流，再由电容C2滤波，就得到直流电源Vo，这些元件直接用一块电路固定在天线模块的金属基板I上，组成一个完整的无线供电的单向接收模块，可以直接为负载提供电源。 

实例四、本天线模块在实际工作中的位置关系。 

如图3所示，图中发射天线模块T向上发射电能，接收天线模块R置于天线模块T的上方，相对放置并保持一定的距离，接收天线模块R就能持续接收电能为负载供电。 

Claims (4)

1.一种单向传输的无线供电天线模块，它由金属基板、磁导层、线圈层和绝缘面板组成，各层之间依次通过粘合剂粘合，形式一个具有固定形状的模块。

2.根据权利要求1所述的单向传输的无线供电天线模块，其磁导层由高频导磁材料组成，它紧贴于线圈的一侧，吸收线圈法线方向的磁场并改变磁场的传递方向，使原来具有双向发射或双向接收功能的线圈，变成为只有单向发射或单向接收功能的线圈。

3.根据权利要求1所述的单向传输的无线供电天线模块，其线圈通常以平面方式绕制，可用一条单股导线绕制，也可以用一条多股导线绕制，甚至可以用两条单股导线或多股导线并绕。

4.根据权利要求1所述的单向传输的无线供电天线模块，其基板为金属平板，它除了用作固定磁导层、线圈层和绝缘面板外，与线圈并联的谐振电容及其控制电路也可以固定在金属基板上，并利用这块基板作为散热片，从而组成具有发射功能或接收功能的无线供电模块。 

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