專利名稱：單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊。
背景技術(shù)：
基于電磁共振的無線供電是一種非接觸式電能傳輸技術(shù)，其工作方式是用一個 LC諧振電路將電能轉(zhuǎn)化為磁能向外發(fā)射，用另一個LC諧振電路接收磁能轉(zhuǎn)化為電能，這兩 個諧振電路工作于同一頻率下，因此將這種諧振叫作電磁共振。通常，由于磁場的傳輸局限于兩個磁極之間，磁場的傳輸距離較短，尤其是交變磁 場，磁場只布于線圈平面的兩側(cè)，磁場強(qiáng)度與距離的四次方成反比，隨著距離的增加，磁場 強(qiáng)度急劇減少，因此，電磁共振的效率相當(dāng)?shù)停谳^大距離時，甚至接近于零，即使是近距離 (如幾個毫米)狀態(tài)下，效率也往往不足50%，造成能量的大量浪費(fèi)。如何才能做到既增加電磁共振的傳輸距離，同時又能夠提高電能的傳輸效率？具 有單向傳輸功能的無線供電天線模塊是一個較為理想的解決方案。發(fā)明內(nèi)容—種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導(dǎo)層、線圈層和絕 緣面板組成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊；模塊中的線圈 層與外部驅(qū)動電路相連，將電能轉(zhuǎn)化為磁能向線圈的兩側(cè)發(fā)射，但由于磁導(dǎo)層吸收了線圈 一側(cè)的磁場并改變磁場的傳遞方向，因此，線圈只能向另一側(cè)發(fā)射磁場，從而實現(xiàn)了單向傳 輸?shù)墓δ?。天線模塊中的線圈層為天線模塊的主體，它是由導(dǎo)線(通常為漆包線)繞制而成 的平面線圈，若模塊用作于發(fā)射，線圈將電能轉(zhuǎn)化為磁能向外發(fā)射，若用作于接收，線圈吸 收磁能轉(zhuǎn)化為電能，供負(fù)載使用。本天線模塊中的線圈，以平面方式繞制，可用一條單股線， 也可以用一條多股線，甚至可以用兩條單股線或多股線并繞。用多股線代替單股線的目的 是為了減少線圈本身的渦流，即減少銅損。在小功率收、發(fā)狀態(tài)下，可直接使用單股線，在大 功率狀態(tài)下，使用多股線，以提高線圈品質(zhì)，提高線圈的收能力。磁導(dǎo)層由高頻導(dǎo)磁材料組成，它緊貼于線圈的一側(cè)，其作用有三，一是增強(qiáng)導(dǎo)磁能 力，加大磁場密度二是減少線圈的銅損，降低線圈的工作溫度；三是改變線圈一側(cè)的磁場 的傳遞方向。通常，線圈通電后，線圈的兩側(cè)產(chǎn)生強(qiáng)度相等、方向相反的磁場，并沿著線圈的 法線方向傳遞，磁導(dǎo)層的加入，原來向法線方向傳遞的磁場被磁導(dǎo)層吸收后，沿著磁導(dǎo)層的 平面向四周擴(kuò)散，即平行于線圈平面由內(nèi)向外擴(kuò)散，對線圈層形成半包圍狀態(tài)，這樣，線圈 切割的磁力線大幅增加，效率明顯提高。由于磁導(dǎo)層的作用，原來雙向磁場變成了單向磁 場，這樣的天線模塊，若用于發(fā)射，則只能單向發(fā)射，且發(fā)射距離增大，效率得以提高，若用 于接收則只能單向接收，且接收能力增強(qiáng)。使用時，發(fā)射天線模塊和接收天線模塊相對放 置，能量將在兩個模塊間高效傳遞。磁導(dǎo)層可是一整塊導(dǎo)磁材料，也可以是由多塊小的導(dǎo)磁材料拼接而成。磁導(dǎo)層的材料品質(zhì)除了與材料本身的特性有關(guān)，還與厚度和面積有關(guān)。磁導(dǎo)層的另一側(cè)貼在金屬基板上，金屬基板除了用于固定其它各層外，還有屏蔽功能，它吸收從磁導(dǎo)層泄漏的少量磁場，形成渦流，這對減少輻射是必要的，另外金屬基板 還具有散熱功能。絕緣面板貼在線圈層的表面，對線圈起著保護(hù)作用，同時起著絕緣作用，這是重要 的安全的措施。這種單向傳輸功能的無線供電天線模塊，實現(xiàn)了單向發(fā)射和單向接收，能量只在 發(fā)射線圈和接收線圈之間傳遞，效率高、損耗小，傳輸距離遠(yuǎn)，而且輻射小。
圖1是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的右視示意圖。圖2是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的分解示意圖。圖3是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊在發(fā)射和接收應(yīng)用中的關(guān)系示意圖。圖4是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的發(fā)射電路原理圖。圖5是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的接收電路原理圖之一。圖6是單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的接收電路原理圖之二。圖1中，I為金屬基板，M為磁導(dǎo)層，L為線圈層，P為絕緣面板。圖2中，I為金屬基板，M為磁導(dǎo)層，L為線圈層，P為絕緣面板。圖3中，R為接收天線模塊，T為發(fā)射天線模塊，兩個模塊結(jié)構(gòu)的組成部分相同和連 接順序都相同，但在使用中相向放置。其中I為金屬基板，M為磁導(dǎo)層，L為線圈層，P為絕 緣面板。圖中箭頭表示電能傳遞的方向，即從發(fā)射天線模塊T向接收天線模塊R。圖4中，L代表發(fā)射天線模塊，C為諧振電容，IC為驅(qū)動芯片，Vt是諧振電壓，Vd是 IC的工作電壓。圖5中，L代表接收天線模塊，C為諧振電容，D1、D2、D3和D4為整流二極管，C2為 濾波電容。Vo為輸出電壓。圖6中，線圈Ll和線圈L2雙線并繞，在同一天線模塊內(nèi)，代表接收天線模塊，C為 諧振電容，Dl和D2為整流二極管，IC為接收管理芯片，C2為濾波電容，Vo為輸出電壓，Vk 為IC的工作電壓。
具體實施方式
以下結(jié)合實例對單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊作進(jìn)一步說明。實例一、單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊的制作。根據(jù)圖1和圖2所示，找好或制作好四種材料金屬基板I，磁導(dǎo)層M，線圈層L， 絕緣面板P。絕緣面板P為非金屬材料，如塑料板、玻璃纖維板等，厚度因材料不同而異， 通常為0. 5-2匪，面積根據(jù)實際需要而定，比如用于顯示器的無線供電，可用方形面板，邊 長約10-20CM。線圈層L是用漆包線繞制的線圈盤，線圈盤的最大直徑不超過絕緣面板P 的尺寸，線圈層L所用的漆包線可以是一條或兩條以上的單股線，也可以是一條或兩條以 上的多股線，小功率狀態(tài)下，可用單股線，大功率狀態(tài)下用多股線，通常，發(fā)射天線用一條漆 包線，接收天線用一條或兩條以上漆包線；線圈層L的匝數(shù)由工作電壓決定，電壓高，匝數(shù) 大，反之則小。磁導(dǎo)層M為高頻導(dǎo)磁材料，總面積不超過絕緣面板P的面積，厚度根據(jù)實際 功率的需要而定，大功率收發(fā)時，磁導(dǎo)層M就厚些，小功率收發(fā)時，磁導(dǎo)層M就薄些，一般在 0. 1-20MM之間。金屬基板I，是一塊金屬平板，材料可以為銅、鋁、鐵或不銹鋼等，用于固定 其它各層，同時，它吸收從磁導(dǎo)層泄漏的少量磁場，形成渦流不再向外發(fā)射，故具有一定的屏蔽功能，另外金屬基板I還具有散熱功能，它比其它幾層材料要長些，多出部分用于安裝 發(fā)射或接收電路板，并成為電路板的散熱器。然后用粘合劑將上述各層依次粘牢，就成了無線供電的天線模塊，它具有單向發(fā) 射或單向接收功能。實例二、用本天線模塊制作無線供電的單向發(fā)射模塊。圖4中，發(fā)射天線模塊L的兩端與諧振電容C的兩端并聯(lián)組成一個LC諧振發(fā)射回 路，在芯片IC的驅(qū)動下將來自發(fā)射電源Vd的能量以電磁波的方式向絕緣面板P的表面發(fā) 射出去。芯片IC可用VOXxxMPxx系列無線供電發(fā)射芯片，這是一種具有固定頻率的高頻開 關(guān)芯片，電路十分簡單，只要提供一個工作電壓Vd即可。芯片IC和諧振電容C及電路板均 固定在天線模塊的金屬基板I上，并利用金屬基板I作為芯片IC的散熱片，這樣就成一個 完整的無線供電的單向發(fā)射模塊。實例三、用本天線模塊制作無線供電的單向接收模塊。單向接收模塊之一如圖5所示，接收天線模塊L，與諧振電容C并聯(lián)后，經(jīng)過由 D1、D2、D3和D4組成的全橋整流，再由電容C2濾波，就得到直流電源Vo，這些元件直接用一 塊電路固定在天線模塊的金屬基板I上，組成一個完整的無線供電的單向接收模塊，可以 直接給負(fù)載供電。單向接收模塊之二 如圖6所示，接收天線模塊L中有兩個線圈Ll和L2，雙線并 繞，這兩個線圈的首尾相連并抽頭作為地線，諧振電容C沒有與線圈直接并聯(lián)，而是先與控 制IC串聯(lián)后再與線圈組并聯(lián)，IC可用VOXxxKxA系列無線供電接收芯片，這樣LC的諧振狀 態(tài)受到IC的控制，就可以輸出一個相對穩(wěn)定的電壓，經(jīng)過由Dl和D2組成的全橋整流，再由 電容C2濾波，就得到直流電源Vo，這些元件直接用一塊電路固定在天線模塊的金屬基板I 上，組成一個完整的無線供電的單向接收模塊，可以直接為負(fù)載提供電源。實例四、本天線模塊在實際工作中的位置關(guān)系。如圖3所示，圖中發(fā)射天線模塊T向上發(fā)射電能，接收天線模塊R置于天線模塊T 的上方，相對放置并保持一定的距離，接收天線模塊R就能持續(xù)接收電能為負(fù)載供電。
權(quán)利要求1.一種單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導(dǎo)層、線圈層和絕緣面板組 成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊，其磁導(dǎo)層由高頻導(dǎo)磁材料組 成，它緊貼于線圈的一側(cè)，吸收線圈法線方向的磁場并改變磁場的傳遞方向，使原來具有雙 向發(fā)射或雙向接收功能的線圈，變成為只有單向發(fā)射或單向接收功能的線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊，其線圈通常以平面方式繞 制，可用一條單股導(dǎo)線繞制，也可以用一條多股導(dǎo)線繞制，甚至可以用兩條單股導(dǎo)線或多股 導(dǎo)線并繞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向傳輸?shù)臒o線供電天線模塊，其基板為金屬平板，它除了 用作固定磁導(dǎo)層、線圈層和絕緣面板外，與線圈并聯(lián)的諧振電容及其控制電路也可以固定 在金屬基板上，并利用這塊基板作為散熱片，從而組成具有發(fā)射功能或接收功能的無線供 電模塊。
專利摘要一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導(dǎo)層、線圈層和絕緣面板組成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊，這種單向傳輸功能的無線供電天線模塊，實現(xiàn)了單向發(fā)射和單向接收，能量只在發(fā)射線圈和接收線圈之間傳遞，效率高、損耗小，傳輸距離遠(yuǎn)，而且輻射小。
文檔編號H02J17/00GK201839103SQ201020531789
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月12日
發(fā)明者朱斯忠 申請人:朱斯忠