專利名稱：一種級聯(lián)無線充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線充電技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種級聯(lián)無線充電裝置。適用于對家用電器、手持移動設(shè)備無線供電。
背景技術(shù)：
隨著電動汽車、高鐵、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及電子設(shè)備在越來越多場合的應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線供電方式暴露出了諸多局限，而蓄電池式供電又造成了大量的資源浪費和環(huán)境污染，大電流接觸式供電的本身線損與反復(fù)插拔線損嚴(yán)重，受環(huán)境溫度和空氣濕度影響明顯，且容易產(chǎn)生火花，供電方式的改革勢在必行。而傳統(tǒng)無線供電方式輻射性強(qiáng)、傳輸效率低、傳輸距離近、發(fā)送頻率和接收頻率必須相同或在一定范圍之內(nèi)， 發(fā)送線圈和接收線圈需配套使用，不能只更換其中之一，并且不同頻率的電磁波能量不能夠中轉(zhuǎn)，限制了無線供電相關(guān)應(yīng)用的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種級聯(lián)無線充電裝置，可以對不同頻率的電磁波能量信號進(jìn)行中轉(zhuǎn)，增加了無線傳輸距離，有效解決了復(fù)雜布線帶來的問題，消除了線材老化所帶來的安全隱患。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施一種級聯(lián)無線充電裝置，包括發(fā)射模塊和接收模塊，還包括中繼模塊，中繼模塊包括第三無線收發(fā)單元、發(fā)射匹配單元、接收匹配單元、耦合線圈、發(fā)射線圈、接收線圈和電源單元，發(fā)射模塊和接收模塊分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元，第三無線收發(fā)單元分別通過發(fā)射匹配單元和接收匹配單元對發(fā)射線圈的阻抗和接收線圈的阻抗進(jìn)行匹配，發(fā)射線圈接收發(fā)射模塊發(fā)射的電磁波能量信號并耦合到耦合線圈， 耦合線圈將電磁波能量信號分別傳遞給電源單元和接收線圈，接收線圈將電磁波能量信號傳遞到接收模塊。如上所述的發(fā)射匹配單元包括發(fā)射頻率調(diào)整單元和第一阻抗匹配單元，發(fā)射頻率調(diào)整單元根據(jù)從第三無線收發(fā)單元得到的發(fā)射端頻率信號通過第一阻抗匹配單元對發(fā)射線圈的阻抗進(jìn)行匹配。如上所述的接收匹配單元包括接收頻率調(diào)整單元和第二阻抗匹配單元，接收頻率調(diào)整單元根據(jù)從第三無線收發(fā)單元得到的接收端頻率信號通過第二阻抗匹配單元對接收線圈的阻抗進(jìn)行匹配。如上所述的發(fā)射模塊包括第一無線收發(fā)單元，所述的接收模塊包括第二無線收發(fā)單元，第一無線收發(fā)單元和第二無線收發(fā)單元分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到中繼模塊。如上所述的電源單元包括AC/DC單元、充電控制單元和電源，AC/DC單元將從耦合線圈的到電磁波能量信號轉(zhuǎn)換成電能并通過充電控制單元將電能儲存到電源。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果1.結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定；2.可以對不同頻率的電磁波能量信號進(jìn)行中轉(zhuǎn)，增加了無線傳輸距離；3.有效解決了復(fù)雜布線帶來的問題，消除了線材老化所帶來的安全隱患。


圖1為一種級聯(lián)無線充電裝置的原理示意圖。圖2為圖1中發(fā)射匹配單元的原理示意圖。圖3為圖1中接收匹配單元的原理示意圖。圖4為圖1中電源單元的原理示意圖。圖中1-發(fā)射模塊；2-接收模塊；3-中繼模塊；101-第一無線收發(fā)單元；201-第二無線收發(fā)單元；301-第三無線收發(fā)單元；302-發(fā)射匹配單元；303-接收匹配單元； 304-耦合線圈；305-AC/DC單元；306-充電控制單元；307-電源；308-發(fā)射頻率調(diào)整單元； 309-第一阻抗匹配單元；310-發(fā)射線圈；311-接收頻率調(diào)整單元；312-第二阻抗匹配單元；313-接收線圈；314-電源單元。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述實施例如圖1、圖2、圖3所示，一種級聯(lián)無線充電裝置，包括發(fā)射模塊1、接收模塊2、中繼模塊3，中繼模塊3包括第三無線收發(fā)單元301、發(fā)射匹配單元302、接收匹配單元303、耦合線圈304、發(fā)射線圈310、接收線圈313和電源單元314，發(fā)射模塊1和接收模塊2分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元301，第三無線收發(fā)單元301分別通過發(fā)射匹配單元302和接收匹配單元303對發(fā)射線圈310的阻抗和接收線圈313的阻抗進(jìn)行匹配，發(fā)射線圈310接收發(fā)射模塊1發(fā)射的電磁波能量信號并耦合到耦合線圈304， 耦合線圈304將電磁波能量信號分別傳遞給電源單元314和接收線圈313，接收線圈313將電磁波能量信號傳遞到接收模塊2。發(fā)射匹配單元302包括發(fā)射頻率調(diào)整單元308和第一阻抗匹配單元309，發(fā)射頻率調(diào)整單元308根據(jù)從第三無線收發(fā)單元301得到的發(fā)射端頻率信號通過第一阻抗匹配單元 309對發(fā)射線圈310的阻抗進(jìn)行匹配。接收匹配單元303包括接收頻率調(diào)整單元311和第二阻抗匹配單元312，接收頻率調(diào)整單元311根據(jù)從第三無線收發(fā)單元301得到的接收端頻率信號通過第二阻抗匹配單元 312對接收線圈313的阻抗進(jìn)行匹配。發(fā)射模塊1通過第一無線收發(fā)單元101將發(fā)射端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元301，第三無線收發(fā)單元301將發(fā)射端頻率信號傳遞給發(fā)射頻率調(diào)整單元308，發(fā)送頻率調(diào)整單元308根據(jù)發(fā)射端頻率信號計算發(fā)射端信號頻率值，并通過發(fā)射端信號頻率值計算發(fā)射線圈310需要匹配的阻抗，并控制第一阻抗匹配單元309內(nèi)的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率。由于場效應(yīng)管在不同的開關(guān)頻率下，導(dǎo)通電阻不一樣，從而實現(xiàn)對發(fā)射線圈310的阻抗匹配。 阻抗匹配后的發(fā)射線圈310可以順利接收發(fā)射模塊1發(fā)射的電磁波能量信號，并將電磁波能量信號耦合到耦合線圈304，耦合線圈304將電磁波能量信號分別傳遞給電源單元314和接收線圈313。接收模塊2通過第二無線收發(fā)單元201將接收端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元301，第三無線收發(fā)單元301將接收端頻率信號傳遞給接收頻率調(diào)整單元311，接收頻率調(diào)整單元311根據(jù)接收端頻率信號計算接收端信號頻率值，并通過接收端信號頻率值計算接收線圈313需要匹配的阻抗，并控制第二阻抗匹配單元312內(nèi)的場效應(yīng)管的開關(guān)頻率，從而實現(xiàn)對接收線圈313的阻抗匹配。阻抗匹配后的接收線圈313將通過耦合線圈304接收到的電磁波能量信號發(fā)送到接收模塊2，實現(xiàn)電磁波能量信號的中轉(zhuǎn)。發(fā)送頻率調(diào)整單元308根據(jù)發(fā)射端信號頻率值計算發(fā)射線圈310需要匹配的阻抗和接收頻率調(diào)整單元311根據(jù)接收端信號頻率值計算接收線圈313需要匹配的阻抗是基于如下公式/ =如2
2nQ4LC式中f為信號頻率，L為線圈電感；C為線圈分布電容^ =投-1; 為線圈表現(xiàn)的阻抗；R。為線圈分布電容表現(xiàn)的阻抗；η為圓周率。如圖4所示，電源單元314包括AC/DC單元305、充電控制單元306和電源307，AC/ DC單元305將從耦合線圈304的到電磁波能量信號轉(zhuǎn)換成電能并通過充電控制單元306將電能儲存到電源307，電源307給中繼模塊3供電。相對于傳統(tǒng)的磁共振無線充電裝置，本發(fā)明在發(fā)射模塊1和接收模塊1中間增加了中繼模塊3。該中繼模塊3不需要外部供電，目的是自適應(yīng)接收中轉(zhuǎn)發(fā)射模塊1和接收模塊1的不同電磁波能量信號，使發(fā)射模塊1和接收模塊1的電磁波能量信號的頻率不同時，也能夠進(jìn)行能量中轉(zhuǎn)。并且節(jié)約能量傳輸中所需線材，從而減少了銅、鋁等不可再生的有色金屬資源的浪費，并避免其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物以及廢棄一次性電池對環(huán)境的污染，達(dá)到了大幅節(jié)能減排的目的。本發(fā)明耗材少、成本低，適用于對家用電器、手持移動設(shè)備無線供電，擺脫了線纜、電源適配器和充電器的束縛，有效解決了復(fù)雜布線帶來的問題，消除了線材老化所帶來的安全隱患，同時也滿足了在電動汽車、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)學(xué)機(jī)械等特殊場合的供電需要。發(fā)射模塊1和接收模塊2是兩個帶有無線收發(fā)模塊的無線能量傳輸裝置。第一無線收發(fā)單元101、第二無線收發(fā)單元201、第三無線收發(fā)單元301由通用的無線傳輸模塊 RF2410組成。發(fā)射頻率調(diào)整單元308和接收頻率調(diào)整單元311可由DDS信號發(fā)生器實現(xiàn)。 發(fā)射線圈310、接收線圈313和耦合線圈304為漆包線繞制而成。AC/DC單元305由通用整流橋及濾波電容電感電路實現(xiàn)。電源由普通可充電池組成。
權(quán)利要求
1.一種級聯(lián)無線充電裝置，包括發(fā)射模塊(1)和接收模塊(2)，其特征在于還包括中繼模塊(3)，中繼模塊(3)包括第三無線收發(fā)單元(301)、發(fā)射匹配單元(302)、接收匹配單元(303)、耦合線圈(304)、發(fā)射線圈(310)、接收線圈(313)和電源單元(314)，發(fā)射模塊 (1)和接收模塊(2)分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元(301)，第三無線收發(fā)單元(301)分別通過發(fā)射匹配單元(302)和接收匹配單元(303)對發(fā)射線圈(310)的阻抗和接收線圈(313)的阻抗進(jìn)行匹配，發(fā)射線圈(310)接收發(fā)射模塊(1) 發(fā)射的電磁波能量信號并耦合到耦合線圈(304)，耦合線圈(304)將電磁波能量信號分別傳遞給電源單元(314)和接收線圈(313)，接收線圈(313)將電磁波能量信號傳遞到接收模塊⑵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)無線充電裝置，其特征在于所述的發(fā)射匹配單元(302)包括發(fā)射頻率調(diào)整單元(308)和第一阻抗匹配單元(309)，發(fā)射頻率調(diào)整單元(308) 根據(jù)從第三無線收發(fā)單元(301)得到的發(fā)射端頻率信號通過第一阻抗匹配單元(309)對發(fā)射線圈(310)的阻抗進(jìn)行匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)無線充電裝置，其特征在于所述的接收匹配單元(303)包括接收頻率調(diào)整單元(311)和第二阻抗匹配單元(312)，接收頻率調(diào)整單元(311) 根據(jù)從第三無線收發(fā)單元(301)得到的接收端頻率信號通過第二阻抗匹配單元(312)對接收線圈(313)的阻抗進(jìn)行匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)無線充電裝置，其特征在于所述的發(fā)射模塊(1)包括第一無線收發(fā)單元(101)，所述的接收模塊(2)包括第二無線收發(fā)單元(201)，第一無線收發(fā)單元(101)和第二無線收發(fā)單元(201)分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到中繼模塊(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)無線充電裝置，其特征在于所述的電源單元(314) 包括AC/DC單元(305)、充電控制單元(306)和電源(307)，AC/DC單元(305)將從耦合線圈(304)的到電磁波能量信號轉(zhuǎn)換成電能并通過充電控制單元(306)將電能儲存到電源 (307)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種級聯(lián)無線充電裝置，裝置中發(fā)射模塊和接收模塊分別將發(fā)射端頻率信號和接收端頻率信號發(fā)送到第三無線收發(fā)單元，第三無線收發(fā)單元分別通過發(fā)射匹配單元和接收匹配單元對發(fā)射線圈的阻抗和接收線圈的阻抗進(jìn)行匹配，發(fā)射線圈接收發(fā)射模塊發(fā)射的電磁波能量信號并耦合到耦合線圈，耦合線圈將電磁波能量信號分別傳遞給電源單元和接收線圈，接收線圈將電磁波能量信號傳遞到接收模塊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定；可以對不同頻率的電磁波能量信號進(jìn)行中轉(zhuǎn),增加了無線傳輸距離；有效解決了復(fù)雜布線帶來的問題，消除了線材老化所帶來的安全隱患。
文檔編號H02J7/00GK102270886SQ20111021221
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者張東華, 梁曦, 梁金峰, 賀智軼 申請人:武漢中原電子集團(tuán)有限公司