利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置，包括高频耦合供电线圈、高频功率信号发生器和电子显示标签受电模块，该高频耦合供电线圈设置于电子显示标签受电模块的周围，并与高频功率信号发生器连接，高频功率信号发生器产生高频交流信号，该高频交流信号通过所述高频耦合供电线圈时产生交变磁场，所述电子显示标签受电模块感应该交变磁场，通过振荡调谐获得电能，为电子显示标签供电。本实用新型解决了电子显示标签在实际应用中对供电的需求，实现了电子显示标签通过非接触耦合的方式获得稳定，充足，可靠的电源供应。
【专利说明】利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电子显示标签供电装置，尤其涉及一种利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置。
【背景技术】
[0002]目前在仓储，物料，零售等行业中，采用具备新型电子墨水，TFT液晶显示屏幕的电子显示标签正在逐步替代传统纸质标签。由于电子显示标签具有更新速度快，管理效率高，差错率低，运行费用低的优势，成为未来仓储，物料，零售商业领域的信息显示的首选。
[0003]但是在仓储，物流，零售商业领域，运用电子显示标签时，标签如何获得长期，充足，可靠的电能供应成为一个难题。传统的电池供电方式受电池容量，尺寸，寿命，环境，更换成本等诸多限制。
[0004]由于电子显示标签体积小，外形薄，现有技术中通常只能采用微型纽扣电池供电。微型纽扣电池最多只能提供数百毫安小时的供电，电池满足标签广2年的工作需求。一旦电子显示标签的电池电能耗尽，就需要人工加以更换才能继续工作。电池供电不仅限制了标签的功能发挥，且更换电池需要花费大量人工，材料和时间，严重制约电子显示标签的推广应用。
[0005]为电子显示标签提供的长期，稳定，可靠的供电需求，成为一项关键的技术难点。
[0006]本专利采用高频耦合供电方式是为了解决超市电子标签长期使用中的电源供应，而专门设计的一种非接触式的电源传输和转换方式。采用导轨无线耦合供电方式，使得电子货架标签完全摆脱对纽扣电池的依赖，确保电子显示标签可以无限制的长期运行，不需要再受供电电量的限制。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中电子货架标签需要使用电池，无法长期运行的缺陷，提供一种不受电池电量限制的利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0009]提供一种利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置，该装置包括高频耦合供电线圈、高频功率信号发生器和电子显示标签受电模块；该高频耦合供电线圈设置于电子显示标签受电模块的周围，并与高频功率信号发生器连接，高频功率信号发生器产生高频交流信号，该高频交流信号通过所述高频耦合供电线圈时产生交变磁场，所述电子显示标签受电模块感应该交变磁场，通过振荡调谐获得电能，为电子显示标签供电。
[0010]本实用新型所述的装置中，所述电子显示标签的周围设有安装导轨，所述高频耦合供电线圈置于该安装轨道内，所述电子显示标签具有全封闭的外壳，所述电子显示标签受电模块置于该外壳内。
[0011]本实用新型所述的装置中，所述电子显示标签受电模块包括受电感应线圈，该受电感应线圈连接电桥整流，该电桥整流将受电感应线圈中产生交流电压转变为直流电压，并经滤波电容滤波后输出给电子显示标签。
[0012]本实用新型所述的装置中，所述高频耦合供电线圈为间距10-100毫米，最大长度5米的矩形回路。
[0013]本实用新型所述的装置中，所述高频功率信号发生器包括电源、谐振式RF功率放大器、调谐及阻抗匹配网络、ESD/EMI防护和采样及反馈调节电路。
[0014]本实用新型所述的装置中，所述电源为12~24伏特的低压直流电源。
[0015]本实用新型产生的有益效果是:本实用新型通过高频信号发生器，交流供电线圈，环绕导轨的组合设计，解决了电子显示标签在实际应用中对供电的需求，实现了电子显示标签通过非接触耦合的方式获得稳定，充足，可靠的电源供应；本实用新型使得电子显示标签可以摆脱对电池的依赖，电子显示标签在整个使用寿命周期内不需要安装和更换电池，显著降低了电子显示标签的使用成本；本实用新型实现了电子显示标签通过非接触耦合方式供电，电子显示标签可以做成全封闭设计，提高了电子显示标签对应用环境的适应能力，提高了标签的使用寿命，降低了维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型实施例利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置的结构示意图一 ；
[0018]图2是本实用新型实施例的利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置的示意图二；
[0019]图3是本实用新型实施例在矩形回路内产生交变磁场的示意图；
[0020]图4是本实用新型实施例高频信号发生器的结构示意图；
[0021]图5是本实用新型实施例电子显示标签受电模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0023]如图1所示，本实用新型实施例利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置包括高频耦合供电线圈20、高频功率信号发生器10和电子显示标签受电模块30，该高频耦合供电线圈20设置于电子显示标签受电模块30的周围，并与高频功率信号发生器连接，高频功率信号发生器10产生高频交流信号，该高频交流信号通过所述高频耦合供电线圈时产生交变磁场，所述电子显示标签受电模块30感应该交变磁场，通过振荡调谐获得电能，为电子显示标签40供电。
[0024]如图2所示，本实用新型的一个实施例中，所述电子显示标签40的周围设有安装导轨，该安装轨道为环绕轨道。所述高频耦合供电线圈20置于该安装导轨内，所述电子显示标签受电模块30 (图2中未示出)置于所述电子显示标签40内部。
[0025]本实用新型的一个较佳实施例中，可利用高频电缆构成一个间距l(T100mm (视电子显示标签的外形尺寸需要而定)，最大长度5m的矩形回路(即高频耦合供电线圈20)，作为供电侧的耦合，如图3所示。
[0026]向供电侧的耦合回路(即矩形回路)注入高频交流电流，则在耦合回路的上方形成如图3所示的磁场结构,该磁场会随着高频电流而高速震荡。
[0027]此时，将此高频耦合供电线圈20嵌入放置货架标签的安装轨道，就可以利用线圈内部的交变磁场为电子显示标签供电。矩形回路长度不能太长，以高频电流的波长为参照，一旦明显超过十分之一波长，则电流传输的驻波效应显现出来，会导致各位置的电子显示标签所能获得的供电差别明显，部分电子显示标签得不到有效的供电。根据目前的计算，矩形回路长度最好在5m以内，在现实中这也可以满足绝大部分货架的实际需求，对于超长型货架，可以分成多个段落，每段落单独设置高频耦合供电线圈20。
[0028]考虑现场使用的条件，为高频耦合供电线圈20供电的电源最好是安全电源，避免潜在的安全隐患，因此考虑用直流24V或者36V供电。需要开发高频电源用于驱动轨道的线圈，该电源从24V或者36V取得电源，转换为高频电流注入高频耦合供电线圈20内。因为矩形回路长度和所驱动的标签数量不定，因此该电源必须是恒流输出，或者具备自动调谐功能，能够根据安装轨道长度及所驱动标签的数量自动的设定注入的功率，避免无谓的功率消耗。
[0029]本实用新型实施例中，高频功率信号源发生器采用谐振式工作原理，如图4所示，所述高频功率信号发生器10包括电源、谐振式RF功率放大器、调谐及阻抗匹配网络、ESD/EMI防护和采样及反馈调节电路。
[0030]供电侧的核心设备是高频功率信号发生器，高频信号发生器产生的高频电流注入高频耦合供电线圈20，高频耦合供电线圈20产生高频交变磁场。由于环绕导轨的长度和承载的标签数量是可变的，因此高频功率信号发生器必须具备自动调谐能力，能够根据高频耦合供电线圈20的阻抗和电子显示标签的数量自动动态调整注入的高频电流，以避免产生线圈调谐偏差，降低功率损耗，提高供电效率。
[0031]考虑到标签工作现场的安全性要求，高频信号发生器输入电源为12-24V直流电源，在安全电压范围之内，可以确保无触电人身安全风险。
[0032]本实用新型实施例的高频信号发生器采用静电防护ESD，电磁兼容防护EMI设计，由于高频耦合供电线圈20是一个开放式的耦合天线，在传输高频能量的同时也容易向外界辐射高频骚扰(可能干扰通信频段)，也容易受到外部的静电放电、电子打火等干扰，为避免内部元件损坏或者功能异常，因此需要采用防护措施，确保运行可靠性和安全性。
[0033]根据实际测试试验表明，高频信号发生器产生频率360KHz的高频电流，环绕导轨50mm间距,供电侧最大输入功率16W时，能够驱动5m长度的环绕导轨，每米导轨上最多可以有15个标签，导轨上总共可以有50个标签，每个标签可获得3V，30毫安的稳定电源供应。
[0034]如图5所示,所述电子显示标签受电模块包括受电感应线圈，该受电感应线圈连接电桥整流，该电桥整流将受电感应线圈中产生交流电压转变为直流电压，并经滤波电容滤波后输出给电子显示标签。
[0035]为获得足够的供电功率，高频耦合供电线圈20内的电流、频率，受电感应线圈的线圈面积、匝数、谐振频率、阻抗匹配都必须达到较优化的状态。
[0036]原则上高频耦合供电线圈20电流越大，频率越高，受电感应线圈面积和匝数越大，所能获得的供电功率就越高。但实际上考虑高频耦合供电线圈20频率的限制以及调谐、匹配的可行性，以及受电感应线圈匝数受到限制，获取的功率也有一定的限度，经计算，比较实际的功率在50-200mW范围内。
[0037]根据粗略估算，高频耦合供电线圈20的电流1A，受电感应线圈面积大约在5cm2，在谐振良好的状态下，可以获得3.3V/30mA的供电。
[0038]如图2所示，电子显示标签安装在长条形的货架环绕导轨上，通过在环绕导轨内嵌入的高频耦合供电线圈，向高频耦合供电线圈注入高频电流，在高频耦合供电线圈内形成如图3所示的磁场，受电感应线圈感应高频耦合供电线圈内产生的交变磁场，并产生交流电，经转换后变为直流电，就可以为电子显示标签供电。
[0039]本实用新型较佳实施例中，将电子显示标签安装到固定的环绕导轨上，但是两者之间没有任何金属接触和电路导通，而是通过空间电磁场的感应实现电能的传输，这样极大提高了电子显示标签的安装效率，确保供电的可靠性。
[0040]在环绕导轨中预先埋设高频线圈，然后通过高频功率信号发生器向高频线圈内注入高频电流，从而在电子显示标签与环绕导轨接触部位产生局部高能量的交变电磁场。电子显示标签通过非接触的电磁能量耦合的方式，解决了电子显示标签的供电问题，实现电子显示标签终身不需要更换电池，极大提高了电子显示标签的工作效率和效能。
[0041]由于实现了非接触的供电方式，电子显示标签不需要考虑更换电池，也不需要外接电源插口，因此电子显示标签可以做成全封闭的外壳，受电感应线圈设置在该封闭的外壳内，在高温，高湿，腐蚀性等环境下，这样的设计具有非常明显的优势。
[0042]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种利用空间电磁耦合为电子显示标签进行非接触供电的装置，该装置包括高频耦合供电线圈、高频功率信号发生器和电子显示标签受电模块；该高频耦合供电线圈设置于电子显示标签受电模块的周围，并与高频功率信号发生器连接，高频功率信号发生器产生高频交流信号，该高频交流信号通过所述高频耦合供电线圈时产生交变磁场，所述电子显示标签受电模块感应该交变磁场，通过振荡调谐获得电能，为电子显示标签供电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子显示标签的周围设有安装导轨，所述高频耦合供电线圈置于该安装导轨内；所述电子显示标签具有全封闭的外壳，所述电子显不标签受电模块置于该外壳内。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电子显示标签受电模块包括受电感应线圈，该受电感应线圈连接电桥整流，该电桥整流将受电感应线圈中产生交流电压转变为直流电压，并经滤波电容滤波后输出给电子显示标签。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述高频耦合供电线圈为间距10-100毫米，最大长度5米的矩形回路。
5.根据权 利要求1所述的装置，其特征在于，所述高频功率信号发生器包括电源、谐振式RF功率放大器、调谐及阻抗匹配网络、ESD/EMI防护和采样及反馈调节电路。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源为12~24伏特的低压直流电源。
【文档编号】H02J17/00GK203761148SQ201420147181
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】孙玉昕 申请人:武汉工程大学