專利名稱：多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，尤其涉及一種多個(gè)發(fā)射機(jī)對(duì)單個(gè)接收機(jī)進(jìn)行高效率無線能量傳輸?shù)难b置，可應(yīng)用在小功率、中功率及大功率無線充電中，以實(shí)現(xiàn)在相同距離下，比傳統(tǒng)的單發(fā)單收式的無線充電具有更高效率和更高功率的充電特性，同時(shí)減輕了單個(gè)發(fā)射機(jī)的負(fù)荷，降低了大功率無線充電裝置的設(shè)計(jì)難度。
背景技術(shù)：
無線充電是近幾年非常熱門的研究方向，從早期的感應(yīng)式的能夠無線充電的電動(dòng)牙刷及電動(dòng)剃須刀到后來的能夠?yàn)槭謾C(jī)充電的Powermat ( “無線充電板”)無線充電套裝，再到后來的Palm pre (胖梨智能無線充電手機(jī))無線充電手機(jī)，如今市面上已經(jīng)有不少品牌的無線充電器，無論從充電功率、充電效率或者使用便捷性方面都有了不小的提高，2010 年9月I日，全球首個(gè)推動(dòng)無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織—無線充電聯(lián)盟在北直宣布將Qi(無線充電聯(lián)盟)無線充電國際標(biāo)準(zhǔn)率先引入蟲星，目前也與各大公司聯(lián)合推出了符合Qi標(biāo)準(zhǔn)的各類型的手機(jī)無線充電器，但是這些產(chǎn)品的有效無線充電距離都不遠(yuǎn)(在Icm以內(nèi))，即都要求待充電設(shè)備與發(fā)射裝置即充電板緊貼。大功率的無線充電裝置由于對(duì)發(fā)射裝置的功率放大模塊有較高的功率及效率要求，目前仍然在研究當(dāng)中。我們所發(fā)明的多發(fā)單收式無線能量傳輸裝置能夠解決大功率無線充電中單個(gè)發(fā)射機(jī)負(fù)荷過大的問題，通過多個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)向接收機(jī)提供無線能量來降低單個(gè)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)難度，在提高了總輸出功率的情況下能進(jìn)一步大幅度提高傳輸效率。同時(shí)由于本實(shí)用新型能夠保持相同傳輸效率的情況下延長(zhǎng)傳輸距離，也同樣適用于小功率及中功率無線充電應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是提供一種多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置能夠解決大功率無線充電中單個(gè)發(fā)射機(jī)負(fù)荷過大的問題，通過多個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)向接收機(jī)提供無線能量來降低單個(gè)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)難度，在提高了總輸出功率的情況下能進(jìn)一步大幅度提高傳輸效率。同時(shí)由于本實(shí)用新型能夠保持相同傳輸效率的情況下延長(zhǎng)傳輸距離，也同樣適用于小功率及中功率無線充電應(yīng)用。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置；其中每個(gè)發(fā)射裝置包括高頻功率源和發(fā)射線圈Lt，還包括發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與高頻功率源兩端相連接，另一側(cè)與發(fā)射線圈Lt兩端相連接；發(fā)射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ；接收裝置包括接收線圈Lr和負(fù)載RL，還包括接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與接收線圈Lr兩端相連接，另一側(cè)與負(fù)載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ；所述的發(fā)射裝置用于將高頻功率源產(chǎn)生的高頻振蕩功率信號(hào)以近場(chǎng)電磁波的形式發(fā)射出去；所述的接收裝置用于接收發(fā)射裝置中發(fā)射線圈發(fā)出的高頻振蕩功率信號(hào)，然后經(jīng)過整流濾波后傳遞給負(fù)載RL。優(yōu)選的，所述發(fā)射裝置為3個(gè)，分別為第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置和第三發(fā)射裝置；每個(gè)發(fā)射裝置的發(fā)射線圈為第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ；第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ；第一發(fā)射線圈Ltl、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合系數(shù)分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 在相同的距離下，相比傳統(tǒng)單發(fā)單收式的無線能量傳輸方式，本實(shí)用新型可以顯著提高無線能量傳輸效率，同時(shí)提高傳輸功率，降低了單個(gè)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，為大功率無線能量傳輸提供了可行性；在相同的傳輸效率下，相比單發(fā)單收式的無線能量傳輸方式，本實(shí)用新型可以顯著延長(zhǎng)無線能量傳輸距離，使得遠(yuǎn)距離無線能量傳輸成為可能。

圖I為本實(shí)用新型裝置的系統(tǒng)框圖；圖2為本實(shí)用新型中兩個(gè)發(fā)射機(jī)一個(gè)接受機(jī)情況下的電路圖；圖3為本實(shí)用新型的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率隨發(fā)射機(jī)數(shù)量變化而變化的曲線圖；圖4為本實(shí)用新型提供的一種串并聯(lián)式的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的多發(fā)單收式的無線能量傳輸電路圖；圖5為本實(shí)用新型的兩發(fā)單收和單發(fā)單收的仿真及理論對(duì)比圖；圖6為本實(shí)用新型的兩發(fā)單收和單發(fā)單收的實(shí)驗(yàn)及理論對(duì)比圖；圖7為本實(shí)用新型的兩發(fā)單收的考慮發(fā)射機(jī)之間耦合的效率以及輸入阻抗隨耦合系數(shù)ktlt2變化的曲線圖；圖8為本實(shí)用新型的兩發(fā)單收的考慮發(fā)射機(jī)之間耦合的效率以及輸入阻抗隨耦合系數(shù)ktlt2變化的曲線圖(已通過減小發(fā)射端阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中等效電容解決輸入阻抗匹配的問題)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。參見圖1，本實(shí)用新型提供的多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置；其中每個(gè)發(fā)射裝置包括高頻功率源和發(fā)射線圈Lt，還包括發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與高頻功率源兩端相連接，另一側(cè)與發(fā)射線圈Lt兩端相連接；發(fā)射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ；接收裝置包括接收線圈Lr和負(fù)載RL，還包括接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與接收線圈Lr兩端相連接，另一側(cè)與負(fù)載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ；[0028]所述的發(fā)射裝置用于將高頻功率源產(chǎn)生的高頻振蕩功率信號(hào)以近場(chǎng)電磁波的形式發(fā)射出去；所述的接收裝置用于接收發(fā)射裝置中發(fā)射線圈發(fā)出的高頻振蕩功率信號(hào)，然后經(jīng)過整流濾波后傳遞給負(fù)載RL。所述發(fā)射裝置為3個(gè)，分別為第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置和第三發(fā)射裝置；每個(gè)發(fā)射裝置的發(fā)射線圈為第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ;第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ；第一發(fā)射線圈Ltl、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合系數(shù)分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。首先我們不考慮發(fā)射機(jī)之間的耦合 這里先討論兩個(gè)發(fā)射機(jī)，一個(gè)接收機(jī)的情況，如圖2所示根據(jù)基爾霍夫電壓定律，首先對(duì)左邊兩個(gè)發(fā)射機(jī)和右邊的接收機(jī)列KCL方程
/ , ,I \ _
V1 = I11 Rotl τ JttsL1 i--I 十 IttiI3Mclie
\JtoCeqtl/*
V. = Lf Rot. + JtoL. + ~-—I + JoLM^
夏3 (Reqr + Rpr 十 Ιω[3 ^)十 JtoIiMtlr 十 JtoI2Mt2ir = O其中Vl和V2分別是發(fā)射機(jī)I和發(fā)射機(jī)2的高頻功率源發(fā)出的正弦波的電壓幅度值，II、12和13分別是發(fā)射機(jī)I、發(fā)射機(jī)2和接收機(jī)的環(huán)路電流，Ceqtl和Ceqt2分別是發(fā)射機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用戴維南等效定理等效后的等效電容，和分別是接收機(jī)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用戴維南等效定理等效后的等效電容和等效電阻，Mtli和Mt2i分別是發(fā)射機(jī)I和發(fā)射機(jī)2與接收機(jī)之間的互感。在諧振狀態(tài)時(shí)
￥ι = 1IiiPti -r JwI3Mtlr
-ι —~|~ Ι Γα
a-s. P^ 3 h I
!sCReqr+ Rpr) + ωΙ1ΜΠΓ +JMl2Mt2r = 0考慮兩個(gè)發(fā)射機(jī)相同且與接收機(jī)距離相等的情況
V1 = Y2
Mtll, = Mt2r
R ,=R _
pfcPtl rvPtS[0047]l1=l2[0048] R1=R2[0049]我們得到
權(quán)利要求1.一種多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，其特征在于該裝置包括至少兩個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置； 其中每個(gè)發(fā)射裝置包括高頻功率源和發(fā)射線圈Lt，還包括發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與高頻功率源兩端相連接，另一側(cè)與發(fā)射線圈Lt兩端相連接；發(fā)射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt ； 接收裝置包括接收線圈Lr和負(fù)載RL，還包括接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與接收線圈Lr兩端相連接,另一側(cè)與負(fù)載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr ； 所述的發(fā)射裝置用于將高頻功率源產(chǎn)生的高頻振蕩功率信號(hào)以近場(chǎng)電磁波的形式發(fā)射出去； 所述的接收裝置用于接收發(fā)射裝置中發(fā)射線圈發(fā)出的高頻振蕩功率信號(hào)，然后經(jīng)過整流濾波后傳遞給負(fù)載RL。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，其特征在于所述發(fā)射裝置為3個(gè)，分別為第一發(fā)射裝置、第二發(fā)射裝置和第三發(fā)射裝置；每個(gè)發(fā)射裝置的發(fā)射線圈為第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ;第一發(fā)射線圈LU、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3 ； 第一發(fā)射線圈Ltl、第二發(fā)射線圈Lt2和第三發(fā)射線圈Lt3與接收線圈之間的耦合系數(shù)分別為ktlr、kt2r及ktn3，所述能量傳輸裝置工作在諧振頻率ω。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種多發(fā)單收式的無線能量傳輸裝置，該裝置包括至少兩個(gè)發(fā)射裝置和一個(gè)接收裝置；其中每個(gè)發(fā)射裝置包括高頻功率源和發(fā)射線圈Lt，還包括發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與高頻功率源兩端相連接，另一側(cè)與發(fā)射線圈Lt兩端相連接；發(fā)射線圈Lt包括高頻寄生電阻Rpt；接收裝置包括接收線圈Lr和負(fù)載RL,還包括接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，該接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)與接收線圈Lr兩端相連接，另一側(cè)與負(fù)載RL相連接；其中接收線圈Lr包括高頻寄生電阻Rpr。本實(shí)用新型可以顯著延長(zhǎng)無線能量傳輸距離，使得遠(yuǎn)距離無線能量傳輸成為可能。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202565039SQ201220193938
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者崔鐵軍, 劉碩, 陳林輝, 凌昕彤, 陳維舟, 譚杭波, 周永春 申請(qǐng)人:東南大學(xué)