电表的无线供电装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种电表的无线供电装置，其包括无线充电的发射模块和接收模块，无线充电的发射模块包括发射线圈、电磁波反射装置、电磁波折射装置以及定向发射天线，电磁波反射装置是半球形的金属薄片，放于发射线圈的左侧，电磁波折射装置安装在发射线圈右侧，将不同角度发射过来的电磁波通过折射改变角度使电磁波水平发射出去；接收模块包括定向接收天线与接收线圈，定向接收天线采集定向发射天线的电磁波，传递给接收线圈；接收线圈设置在电表的供电电路中。其优点是：由于电磁波反射装置的使用使得电磁波的利用效率得到提升，而定向接收天线不仅提高了采集到电磁波的效率，更加提高了电磁波的传送距离。也就是提高了无线充电的效率以及距离。
【专利说明】电表的无线供电装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及无线充电技术，具体涉及一种电表的无线供电装置。
【背景技术】
[0002]电表是我们生活中常见的电子产品，而现有的电表是直接通过电线从电源中得到供电，这样会有以下的缺陷:电表的安装位置会受到电线的制约；在有水的环境下会因为电表的漏电而导致电表的损害，甚至危害到用户。
[0003]无线充电技术源于无线电力输送技术。无线充电是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。无线充电技术是近来最为热门和最有潜在市场的技术之一。现有的无线充电技术主要通过三种方式:
I)电磁感应:通过初级和次级线圈感应产生电流，从而将能量从传输端转移到接收端，其主要技术核心为通过在两个足够接近的线圈之间产生感应电流来进行充电。该技术的缺点在于充电距离上的限制，传输效率较低，且存在发热问题。
[0004]2)电磁共振:利用在近场区域的电感或电容耦合在线圈之间传递能量。可以通过调整RLC电路的Q值来实现较高的能量传输效率，但随着距离的增加其传输效率迅速下降。
[0005]3)无线电波:利用接收电路捕捉空间中的无线电波能量，将从发送器传递出的无线电波转化为直流电，为负载设备充电。只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的"蚊型"接收器，就可将无线电波转化成直流电在约I米范围内为不同电子装置的电池充电。此技术的充电距离和充电效率仍然有限。
[0006]因此，无线充电的距离及效率在无线充电的过程中十分重要，所以确保无线充电的距离及效率十分有意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电表的无线供电装置，不仅能够很好地提高无线充电的效率，也能够让电表在使用过程中更加安全可靠。
[0008]本发明在解决技术问题时所采用的方案是:所述电表的无线供电装置包括无线充电的发射模块和无线充电的接收模块，所述无线充电的发射模块包括发射线圈、电磁波反射装置、电磁波折射装置以及定向发射天线，所述电磁波反射装置是半球形的金属薄片，电磁波反射装置放于发射线圈的左侧，且圆心与发射线圈的圆心重合，发射线圈竖直放置；所述的电磁波折射装置安装在发射线圈右侧，将不同角度发射过来的电磁波通过折射改变角度使电磁波水平发射出去，定向发射天线处于电磁波折射装置的右侧，采集电磁波并定向发送；所述无线充电的接收模块包括定向接收天线与接收线圈，所述定向接收天线采集定向发射天线的电磁波，传递给接收线圈，接收线圈产生感生电流；所述接收线圈是连接在负载电路上的一段线圈，设置在电表的供电电路中。
[0009]进一步的，所述定向接收天线顶端与接收线圈的圆心处于一条水平线上。
[0010]进一步的，所述发射线圈是接在交流回路中的一段闭合线圈，连接到交流市电。
[0011]进一步的，所述电磁波反射装置内表面涂覆有用于反射电磁波的材料。
[0012]在发射端通过电磁波反射装置将发射线圈的电磁波反射回球心方向，再通过折射装置将电磁波的角度变为水平发射，然后通过定向发射天线接收并发射电磁波信号；在接收端，通过定向接收天线接收到电磁波信号，并且在该信号所产生的磁场的作用下接收线圈产生电流，在这个感生电流作用下，电表就可以正常运行。
[0013]本发明的优点:由于电磁波反射装置的使用使得电磁波的利用效率得到提升，而且定向接收天线不仅提高了采集到电磁波的效率，更加提高了电磁波的传送距离。也就是提高了无线充电的效率以及距离。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的无线充电发射模块结构示意图。
[0015]图2为本发明的无线充电接收模块为电表供电的示意图。
[0016]图3为电磁波反射装置示意图。
[0017]图4为电磁波折射装置示意图。
[0018]图5为定向天线的信号辐射图，其中左侧为其水平方向信号辐射图，右侧为其垂直方向信号福射图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的以及优点更加清楚，下面参照具体附图对本发明进行详尽描述。
[0020]如图1所示，为了使电表能够实现长距离，高效率的无线充电的传输，本发明包括无线充电的发射模块和无线充电的接收模块，其中无线充电的发射模块包括发射线圈、电磁波反射装置、电磁波折射装置以及定向发射天线，所述无线充电的接收模块包括定向接收天线与接收线圈。
[0021]在本发明所述的无线充电发射装置中，所述发射线圈是接在交流回路中的一段闭合线圈，当有交流电通过此线圈的时候，由于交流电的电压大小和方向是随时间周期变化的，所以线圈周围也会产生大小和方向随时间变化的磁场，而这变化的磁场又会在空间中产生互相垂直的电场，这电场与磁场在空间中以电磁波的形式移动，从而达到传递能量的目的。
[0022]所述电磁波反射装置主要是空心半球形的金属薄片，其表面涂有一层能够很好地反射电磁波并能有效隔绝金属对电磁波的吸收的薄膜(比如:银纳米柱构成的薄膜)。由于电磁波是向四面八方传送的，随着距离的加大，它所覆盖的区域急速加大(与距离的立方成正比)，而电磁波的总能量不变，于是单位面积上的能量(能量密度)就越小(与距离的立方成反比)，而如果将此装置放于发射线圈左侧，且发射线圈的圆心与此装置的球心重合，发射线圈竖直放置，如图2所示的截面图，I为半球形的金属薄片，2为发射线圈。虽然发射线圈发射出来的电磁波会是四面八方传送的，但是电磁波经过反射面的反射之后，都会向着球心的方向继续传播，虽有一部分因为反射角度或者其他原因而导致电磁波未能收集到，但这种方法已经极大地提升了效率。
[0023]本发明中的电磁波的反射装置能够很好地将发射线圈发射出来的电磁波尽量反射回球心方向，并且在反射过程中有效地隔绝了金属的吸收电磁波的作用，所以很好地减少了电磁波在传递过程中能量的消耗。同时也能够使得接收端能接收到更多的电磁波，提高了供电的效率。
[0024]如图4所示，所述的电磁波折射装置3安装在发射线圈右侧，将不同角度发射过来的电磁波通过折射改变角度使电磁波水平发射出去。所述电磁波折射装置是由超材料片层构成的薄片，所述超材料片层包括超材料片层基材及周期排布于所述超材料片层基材表面的多个人造金属微结构，在人造金属微结构的表面上还有一层遮盖层。其中遮盖层与基材的厚度约为0.3毫米，人造金属微结构的厚度约为0.01毫米。因为电磁波会向折射率大的方向偏折，所以越往装置的中心靠拢，折射率应该越大。而遮盖层与基材的中间全部填充了空气，可以通过改变着二者之间的间距来改变空气的占空比，从而实现折射率的变化。
[0025]所述定向发射天线处于电磁波折射装置的右侧，采集电磁波并定向发送。定向发射天线是在发射线圈将电能转换成电磁波后经过反射与折射之后，将采集到的电磁波发射给定向接收天线。定向发射天线主要是将接收到的电磁波集中在一个方向发射出去，提高电磁波的接收效率。
[0026]在本发明所述的无线充电接收装置中，定向接收天线主要负责采集到有效的电磁波信号，然后将信号传递给接收线圈，由于是定向的接收天线，所以其在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而且能够增强信号强度，增加辐射功率的有效利用率，有很强的抗干扰的能力。可以将定向接收天线顶端调整与接收线圈的圆心处于一条水平线上，这样可以更好地提高电磁波利用效率。
[0027]由于定向的接收天线在其特定的接收方向范围内能够很好地接收到电磁波，定向天线的主要辐射范围像个倒立的不太完整的圆锥，如图5所示，左图为水平方向信号辐射图，右图为垂直方向信号辐射图。虽然其覆盖的范围小，但是由于电磁波已经经过电磁波反射装置的反射，所以基本能够将发射线圈所发射出的电磁波接收到，并且定向的接收天线还有一定的增强信号强度和防止干扰的作用，所以在接收端使用定向的接收天线可以很好的提高电磁波的接收效率和距离，从而也就提高了无线充电的效率和距离。
[0028]所述接收线圈是连接在负载电路上的一段线圈，设置在电表的供电电路中。当定向的接收天线接收到电磁波信号后，由于在接收线圈的附近的磁场是不断变化的，根据电磁感应原理可以知道如果一段闭合线圈内有大小方向随时间变化的磁场，那么此线圈内就会产生电流。同理在接收线圈上就会产生电流，这样就可以给负载端的电表进行供电，从而就可以使电表正常运行。
【权利要求】
1.电表的无线供电装置，包括无线充电的发射模块和无线充电的接收模块，其特征是:所述无线充电的发射模块包括发射线圈、电磁波反射装置、电磁波折射装置以及定向发射天线，所述电磁波反射装置是半球形的金属薄片，电磁波反射装置放于发射线圈的左侧，且圆心与发射线圈的圆心重合，发射线圈竖直放置；所述的电磁波折射装置安装在发射线圈右侧，将不同角度发射过来的电磁波通过折射改变角度使电磁波水平发射出去，定向发射天线处于电磁波折射装置的右侧，采集电磁波并定向发送；所述无线充电的接收模块包括定向接收天线与接收线圈，所述定向接收天线采集定向发射天线的电磁波，传递给接收线圈，接收线圈产生感生电流；所述接收线圈是连接在负载电路上的一段线圈，设置在电表的供电电路中。
2.如权利要求1所述电表的无线供电装置，其特征是，所述定向接收天线顶端与接收线圈的圆心处于一条水平线上。
3.如权利要求1所述电表的无线供电装置，其特征是，所述发射线圈是接在交流回路中的一段闭合线圈，连接到交流市电。
4.如权利要求1所述电表的无线供电装置，其特征是，所述电磁波反射装置内表面涂覆有用于反射电磁波的材料。
【文档编号】H02J17/00GK104242485SQ201410500449
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】纪志成, 吴定会, 全亚威, 戴月明 申请人:江南大学