一种近场板及无线电能传输系统的制作方法

本实用新型涉及无线电传输技术领域，特别是涉及一种近场板及无线电能传输系统。

背景技术：

目前谐振式无线电能传输应用特别广泛，但随着接收线圈与发射线圈之间的距离增加，损耗在不断增大，其系统的传输效率也在不断减小。

R.Merlin提出了一种近场板，它是一个平面，其图案具有非周期性表面，在它的表面上是同心波纹金属板，这将对电磁波产生有益的干扰，进而聚集电磁波。该近场板的结构为长方形的铜板或圆形结构，仅适用于高频(几十兆至1G)发射线圈构成的无线电能传输系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的R.Merlin提出的的近场板只适用于高频发射线圈，不适用于低频发射线圈的问题，而提供一种近场板及无线电能传输系统,该近场板可实现对低频电磁波的聚集效果，可减少收线圈与发射线圈之间的损耗，提高无线电能传输系统的性能。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种近场板，包括介质板、铜圈环以及电容，其中：多个铜圈环同心设置在所述介质板的表面面，相邻的两个铜圈环之间形成有狭缝，最内部的铜圈环内形成有孔，每一铜圈环的环宽方向上形成有一断缝，所述电容的两端分别焊接在所述断缝的两侧。

在上述技术方案中，所述介质板为方形，所述孔为方形孔，所述铜圈环为“回”字形结构。

在上述技术方案中，所述近场板对PCB板进行腐蚀处理得到，所述狭缝和断缝都是利用蚀刻溶液对PCB板上铜进行腐蚀而形成。铜层厚度为70um。

在上述技术方案中，所述铜圈环的个数为三个，且三个铜圈环的宽度都相同。

在上述技术方案中，所述狭缝的宽度为所述方形孔的边长的一半。

本实用新型的另一方面，一种无线电能传输系统，包括发射线圈、接收线圈和设置在两者之间的近场板，所述近场板上的铜圈环朝向接收线圈一侧，其中所述发射线圈上串联有第一电容与电源，所述接收线圈上串联有第二电容。

在上述技术方案中，所述发射线圈和接收线圈的参数相同，所述近场板上电容的值由以下公式计算得出：

其中：f为发射线圈的频率，L为对应铜圈环的电感，C为电容。

本实用新型的另一方面，所述近场板在无线电能传输系统中的应用。

在上述技术方案中，将所述近场板添加到发射线圈和接收线圈之间，将所述接收线圈的电压值提高20-25％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

加有近场板的无线电能传输系统的电压值明显大于不加近场板的系统，接收线圈的电压值可以增加约24％。因此，仿真结果证明近场板应用于无线电能传输系统中，可以在传播过程中收集发射线圈发射的电磁波，增强接收线圈处的磁场，增加接收线圈的电压值，提高系统的传输效率。

附图说明

图1所示为近场板的结构示意图。

图2所示为无线电能传输系统的结构示意图。

图3所示为狭缝的宽度的优化结果。

图4所示为线圈的宽度的优化结果。

图5所示为近场板与发射线圈的距离的优化结果。

图6所示为加近场板与不加近场板的无线电能传输系统的接收电压比较结果。

图中：1-介质板，2-铜圈环，3-电容，4-狭缝，5-方形孔，6-断缝，7-发射线圈，8-接收线圈，9-近场板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种近场板，包括正方形的介质板1、同心设置在所述介质板上表面的多个“回”字形的铜圈环2以及焊接在所述铜圈环2上的电容3，相邻的两个铜圈环2之间形成有狭缝4，最内部的铜圈环2内形成有方形孔5，每一铜圈环的环宽方向上形成有一断缝6，所述电容3的两端分别焊接在所述断缝6的两侧。

该近场板适用于低频(5-8MHz)的发射线圈，可以实现由电感和电容元件组成的完全无源结构，它可以直接连接电容器，因此可以很容易地与发射线圈和接收线圈实现谐振，从而实现更高的传输效率。该结构设计简单轻便，有更广泛的应用价值。

每个铜圈环都可以外接电容，所接电容3的值可以由以下公式计算得出：

其中：f为发射线圈的频率，L为铜圈环2的电感，C为电容。

该近场板由普通PCB板腐蚀得到，其中狭缝4和断缝6都是利用传统蚀刻溶液对PCB板上铜进行腐蚀而形成的，蚀刻溶液可为三氯化铁或盐酸加双氧水。

实施例2

一种无线电能传输系统，包括发射线圈7、接收线圈8和设置在两者之间的如实施例1所述的近场板9。该近场板的加入可明显提高所述无线电能传输系统的传输效率。

实施例3

本实施例在实施例1或实施例2的基础上对狭缝的宽度进行优化。

取介质板的边长为170mm，断缝6为1cm，所述铜圈环2的个数为三个，且三个铜圈环2的宽度都相同，最内部的铜圈环2所接电容值为750pF左右，外部两个铜圈环2所接电容值在1000pF左右。所述方形孔5的边长为r，所述狭缝4的宽度为r/2，然后将近场板加入到无线电能传输系统中(发射线圈与接收线圈的距离是150mm，近场板与发射线圈是10mm，发射线圈与接收线圈的半径都是85mm，所述发射线圈上串联有第一电容(550pF)与电源(30V)，所述接收线圈上串联有第二电容(550pF))。得到以下结果：

当r/2＝2mm时，相应的电压值最大，这表明当r/2＝2mm时，可以获得更好的效果。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，对所述铜圈环2的宽度进行优化。

取r/2＝2mm，断缝6为1cm，最内部的铜圈环2所接电容值为750pF左右，外部两个铜圈环2所接电容值在1000pF左右，同样将该近场板加入到无线电能传输系统中(发射线圈与接收线圈的距离是150mm，近场板与发射线圈是25mm，发射线圈与接收线圈的半径都是85mm，所述发射线圈上串联有第一电容(550pF)与电源(30V)，所述接收线圈上串联有第二电容(550pF))得到图4所示的结果：

当d1＝d2＝d3＝28mm时，相应的电压值最大为560mV。因此，可以推断出当狭缝是2mm，中心方形孔的边长为4mm，每个线圈的宽度相同且为28mm时，接收线圈可以接收最大电压，并且无线电能传输系统可以实现最大传输效率。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上，对近场板与发射线圈的距离进行优化。

将d1＝d2＝d3＝28mm，狭缝是2mm，中心方形孔的边长为4mm，断缝6为1cm，最内部的铜圈环2所接电容值为750pF左右，外部两个铜圈环2所接电容值在1000pF左右的近场板加入到无线电能传输系统中，确定它与发射线圈的距离。如图2所示，最上面是接收线圈，最下面是发射线圈，所述发射线圈上串联有第一电容(550pF)与电源(30V)，所述接收线圈上串联有第二电容(550pF)，取发射线圈与接收线圈的距离为150mm，接收线圈与发射线圈的各个参数相同，其半径都是85mm。中间是近场板，它与发射线圈的距离是h。

对近场板与发射线圈的距离进行优化，得到以下结构：

近场板与发射线圈的距离为35mm时，接收线圈的电压值为569mV。

将近场板按照优化分析的结果进行设计，分别对加有近场板的无线电能传输系统和不加近场板的系统进行仿真。如图6所示，加有近场板的无线电能传输系统的电压值明显大于不加近场板的系统，其电压值可以增加约24％。因此，仿真结果证明近场板应用于无线电能传输系统中，可以在传播过程中收集发射线圈发射的电磁波，增强接收线圈处的磁场，增加接收线圈的电压值，提高系统的传输效率。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。