磁共振无线电能传输天线、发射装置、接收装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及无线电能传输的技术领域，尤其涉及用于磁共振无线电能传输的天线、以及包括该天线的发射装置、接收装置及传输系统。该天线包括多个天线线圈，该多个天线线圈彼此串联连接，并围绕多个天线线圈中的一个天线线圈排列。根据上述配置，使得用于磁共振无线电能传输的天线具有良好的平面一致性并具有较广的覆盖范围，并且由该天线产生的电磁场在空间上更加均衡，从而可提高磁共振无线电能传输的性能和效率，同时能够减少无线电能传输时的EMI干扰。
【专利说明】
磁共振无线电能传输天线、发射装置、接收装置及系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及无线电能传输的技术领域，尤其涉及用于磁共振无线电能传输的天线、以及包括该天线的发射装置、接收装置及传输系统。
【背景技术】
[0002]近年来，无线电能传输技术发展迅速，并且越来越多地应用于各种电子装置中。无线电能传输技术作为通过电磁场或者电磁波进行能量传输的技术，目前主要有三种比较成熟的技术:第一种，电磁感应技术;第二种，无线电波技术；以及第三种，磁共振技术。电磁感应技术的原理在于，发射端线圈通过一定频率的交流电发射电能，接收端线圈通过该电能经由电磁感应产生电流，从而将电能从发射端转移到接收端。无线电波技术的原理在于，发射端向空中发射微波能量，接收端收集微波能量，从而将电能从发射端转移到接收端。磁共振技术的原理在于，使在同一频率工作的发射端天线和接收端天线在该特定频率上发生磁共振，从而将电能从发射端转移到接收端。
[0003]在这三种技术中，电磁感应技术虽然其效率较高，但其要求发射端线圈与接收端线圈被准确地对准，工作范围较小，且容易使外来金属产生涡流发热因而存在着安全性问题。此外，无线电波技术虽然其传输距离远且可工作范围大，但其不仅效率非常低且传输功率做不大，而且存在着较严重的辐射问题。相对于上述两种无线电能传输技术，磁共振技术得到了改善和平衡。
[0004]天线是磁共振无线电能传输装置中的重要部件，其通常是一个天线线圈。在磁共振无线电能传输装置中，天线不但直接影响着整个装置的性能和效率，还对电磁干扰的水平起着至关重要的作用。
【实用新型内容】
[0005]根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于磁共振无线电能传输的天线，其包括多个天线线圈，该多个天线线圈彼此串联连接，并围绕多个天线线圈中的一个天线线圈排列。
[0006]多个天线线圈可以多边形或圆形分布的方式围绕一个天线线圈排列。
[0007]多个天线线圈可以正方形分布的方式围绕一个天线线圈排列。
[0008]多个天线线圈可以多层分布的方式围绕一个天线线圈排列。
[0009]多个天线线圈中的每个均可缠绕为具有多边形或圆形横截面的线圈。
[0010]多个天线线圈中的每个均可缠绕为具有正方形横截面的线圈。
[0011]根据本实用新型的另一方面，提供了一种磁共振无线电能发射装置，其包括上述天线。
[0012]该发射装置还可包括:电源输入单元，与外部电源的连接以从外部电源接收直流电力;DC-DC转换单元，从电源输入单元接收直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换;功率放大电路，从DC-DC转换单元接收经DC-DC转换的直流电力，并且对接收到的直流电力进行功率放大并将经功率放大的直流电力传输至天线以使得天线基于接收到的直流电力发射无线电能能量；以及匹配电路，布置在功率放大电路与天线之间并且用于天线与功率放大电路的阻抗匹配。
[0013]根据本实用新型的另一方面，提供了一种磁共振无线电能接收装置，其包括上述天线。
[0014]该接收装置还可包括:整流电路，经由天线接收无线电能能量，并将接收到的无线电能能量整流成直流电力;DC-DC转换单元，从整流电路接收经整流的直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换;输出控制单元，从DC-DC转换单元接收经DC-DC转换的直流电力，并且向外部负载输出接收到的直流电力；以及匹配电路，布置在天线与整流电路之间并且用于天线与整流电路的阻抗匹配。
[0015]根据本实用新型的另一方面，提供了一种磁共振无线电能传输系统，其包括上述磁共振无线电能发射装置和磁共振无线电能接收装置。
[0016]根据本实用新型，用于磁共振无线电能传输的天线具有良好的平面一致性并具有较广的覆盖范围，并且由该天线产生的电磁场在空间上更加均衡，从而可提高磁共振无线电能传输的性能和效率，同时能够减少无线电能传输时的EMI干扰。
【附图说明】
[0017]图1示出了根据本实用新型的实施方式的磁共振无线电能传输系统的示意性框图；以及
[0018]图2示出了图1中所示磁共振无线电能发射装置和接收装置中的天线的示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。可以理解，所述附图和详细说明只是对本申请优选实施方案的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。
[0020]图1示出了根据本实用新型的实施方式的磁共振无线电能传输系统的示意性框图。如图1中所示，磁共振无线电能传输系统1000可包括磁共振无线电能发射装置200和磁共振无线电能接收装置100。磁共振无线电能传输系统1000的电能传输谐振频率可工作在I SM频段，例如6.78MHz，但也适合于其它I SM频段。
[0021]参照图1，磁共振无线电能发射装置200可包括天线210、匹配电路220、功率放大电路230、DC-DC转换单元240、电源输入单元250。
[0022]电源输入单元250可与外部电源连接，并控制与外部电源的导通和关断，以从外部电源接收直流电力。
[0023]DC-DC转换单元240可与电源输入单元250连接，以从电源输入单元250接收直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换。可选地，DC-DC转换单元240可为升压电路或降压电路。
[0024]功率放大电路230可与DC-DC转换单元240连接，以从DC-DC转换单元240接收经DC-DC转换的直流电力，并且对接收到的直流电力进行功率放大。
[0025]天线210可与功率放大电路230连接，以从功率放大电路230接收经功率放大的直流电力，并且基于该直流电路发射无线电能能量。天线210的具体结构将在下文中参照图2进行更加详细的描述。
[0026]匹配电路220可布置在功率放大电路230与天线210之间，并且用于功率放大电路230与天线210的阻抗匹配，以提高效率。
[0027]根据本申请的一个实施例，磁共振无线电能发射装置200还可包括保护电路260、控制单元270和无线通信电路280。
[0028]保护电路260可用于监测工作电流、工作电压和工作温度，并且在工作电流超过电流阈值时生成过流信息，在工作电压超过电压阈值时生成过压信息以及在工作温度超过温度阈值时生成过温信息。
[0029]无线通信电路280可利用例如蓝牙或者NFC技术通信与磁共振无线电能接收装置100中的无线通信电路180构成通信系统，以进行信息传递。所传递的信息可包括认证信息、配置信息、能量信息和供电状态信息。供电状态信息可例如为给电池充电时的电池状态等，无线电能接收装置100所需求的电能大小等。通信系统可保证两个装置之间正确安全工作。
[0030]保护电路260可用于监测工作电流、工作电压和工作温度，并实行相关过流、过压和过温保护。例如，保护电路260可在工作电流超过电流阈值时生成过流信息，在工作电压超过电压阈值时生成过压信息以及在工作温度超过温度阈值时生成过温信息。不仅如此，保护电路260也可进行欠压、短路等保护作用。
[0031]控制单元270可从无线通信电路280和保护电路260接收信息，并基于所接收到的信息对电源输入单元250、DC-DC转换单元240和功率放大电路230进行控制。例如，控制单元270可通过PffM控制功率放大电路230以使得其振荡频率为6.78MHz。
[0032]再参照图1，磁共振无线电能接收装置100可包括天线110、匹配电路120、整流电路130、DC-DC转换单元140、输出控制单元150。
[0033]天线110可从磁共振无线电能发射装置200接收无线电能能量。天线110的具体结构将在下文中参照图2进行更加详细的描述。
[0034]整流电路130可从天线110接收无线电能能量，并将接收到的无线电能能量整流成直流电力。
[0035]DC-DC转换单元140可与整流电路130连接，以从整流电路130接收经整流的直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换。可选地，DC-DC转换单元140可为升压电路或降压电路。
[0036]输出控制单元150可与DC-DC转换单元140连接，以从DC-DC转换单元140接收经DC-DC转换的直流电力，并且与外部负载连接并控制与外部负载的导通和关断，以向外部负载输出接收到的直流电力。
[0037]匹配电路120可布置在天线110与整流电路130之间，并且用于整流电路130与天线110的阻抗匹配。
[0038]根据本申请的一个实施例，磁共振无线电能接收装置100还可包括保护电路160、控制单元170和无线通信电路180。
[0039]无线通信电路180可利用例如蓝牙或者NFC技术通信与磁共振无线电能发射装置200中的无线通信电路280构成通信系统，以进行信息传递。所传递的信息可包括认证信息、配置信息、能量信息和供电状态信息。
[0040]保护电路160可用于监测工作电流、工作电压和工作温度，并实行相关过流、过压和过温保护。例如，保护电路160可在工作电流超过电流阈值时生成过流信息，在工作电压超过电压阈值时生成过压信息以及在工作温度超过温度阈值时生成过温信息。不仅如此，保护电路260也可进行欠压、短路等保护作用。
[0041]控制单元170可从无线通信电路180和保护电路160接收信息，并基于所接收到的信息对整流电路130、DC-DC转换单元140和输出控制单元150进行控制。
[0042]图2示出了图1中所示磁共振无线电能发射装置和接收装置中的天线的示意图。根据本实用新型，磁共振无线电能传输系统中的发射装置和接收装置的天线均可采用如图2所示的天线的结构和配置。
[0043]如图2中所示，根据本实用新型的实施方式用于磁共振无线电能传输的天线2000可包括多个天线线圈2100。多个天线线圈2100可彼此串联连接，并围绕其中一个天线线圈排列。
[0044]根据上述配置，使得用于磁共振无线电能传输的天线具有良好的平面一致性并具有较广的覆盖范围，并且由该天线产生的电磁场在空间上更加均衡，从而可提高磁共振无线电能传输的性能和效率，同时能够减少无线电能传输时的EMI干扰。
[0045]多个天线线圈2100可以正方形分布的方式围绕一个天线线圈排列。虽然在图2中示出了以正方形分布的方式排列的多个天线线圈2100，但本实用新型不限于此，其也可采用其它形状分布的方式，例如，可以圆形分布的方式或者以任意其它多边形分布的方式排列。
[0046]再参照图2，多个天线线圈2100可以多层分布的方式围绕一个天线线圈排列。
[0047]此外，如图2所示，多个天线线圈2100中的每个均可缠绕为具有正方形横截面的线圈。虽然在图2中示出了多个天线线圈2100中的每个均缠绕为具有正方形横截面的线圈，但本实用新型不限于此，其也可采用其它形状的线圈，例如，其可为圆形横截面的线圈或者任意其它多边形横截面的线圈。
[0048]可以理解，磁共振无线电能传输系统中的发射装置和接收装置的天线的结构和配置可完全相同，也可不同。例如，发射装置的天线中的天线线圈可采用以正方形分布的方式排列，而接收装置的天线中的天线线圈可采用以圆形分布的方式排列，反之亦可。再例如，发射装置的天线中的每个天线线圈可缠绕为具有圆形横截面，而接收装置的天线中的每个天线线圈可缠绕为具有正方形横截面，反之亦可。
[0049]以上参照示例性的实施方式对本申请进行了描述，应该理解，上述的实施方式并不应视为对本申请范围的限制。本领域技术人员可在不偏离本申请的精神和范围的前提下对上述的实施方式进行各种修改与变形。本申请的保护范围由权利要求限定。
【主权项】
1.一种用于磁共振无线电能传输的天线，其特征在于，包括: 多个天线线圈，所述多个天线线圈彼此串联连接，并围绕所述多个天线线圈中的一个天线线圈排列。2.如权利要求1所述的天线，其特征在于， 所述多个天线线圈以多边形或圆形分布的方式围绕所述一个天线线圈排列。3.如权利要求1所述的天线，其特征在于， 所述多个天线线圈以正方形分布的方式围绕所述一个天线线圈排列。4.如权利要求1-3中任一项所述的天线，其特征在于， 所述多个天线线圈以多层分布的方式围绕所述一个天线线圈排列。5.如权利要求1-3中任一项所述的天线，其特征在于， 所述多个天线线圈中的每个均缠绕为具有多边形或圆形横截面的线圈。6.如权利要求1-3中任一项所述的天线，其特征在于， 所述多个天线线圈中的每个均缠绕为具有正方形横截面的线圈。7.一种磁共振无线电能发射装置，其特征在于，包括: 如权利要求1-6中任一项所述的天线。8.如权利要求7所述的发射装置，其特征在于，还包括: 电源输入单元，与外部电源连接以从所述外部电源接收直流电力； DC-DC转换单元，从所述电源输入单元接收直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换; 功率放大电路，从所述DC-DC转换单元接收经DC-DC转换的直流电力，并且对接收到的直流电力进行功率放大并将经功率放大的直流电力传输至所述天线以使得所述天线基于接收到的直流电力发射无线电能能量;以及 匹配电路，布置在所述功率放大电路与所述天线之间并且用于所述天线与所述功率放大电路的阻抗匹配。9.一种磁共振无线电能接收装置，其特征在于，包括: 如权利要求1-6中任一项所述的天线。10.如权利要求9所述的接收装置，其特征在于，还包括: 整流电路，经由所述天线接收无线电能能量，并将接收到的无线电能能量整流成直流电力； DC-DC转换单元，从所述整流电路接收经整流的直流电力，并对接收到的直流电力进行DC-DC转换； 输出控制单元，从DC-DC转换单元接收经DC-DC转换的直流电力，并且向外部负载输出接收到的直流电力；以及 匹配电路，布置在所述天线与所述整流电路之间并且用于所述天线与所述整流电路的阻抗匹配。11.一种磁共振无线电能传输系统，其特征在于，包括: 如权利要求7或8所述的磁共振无线电能发射装置；以及 如权利要求9或10所述的磁共振无线电能接收装置。
【文档编号】H02J50/20GK205647045SQ201620324036
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】陈伟明
【申请人】惠州志顺电子实业有限公司