專利名稱：三維無(wú)線電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種無(wú)線電源，特別是一種能向三維空間無(wú)線供電的電源，稱為三維無(wú)線電源。
背景技術(shù)：
無(wú)線供電以其方便性和安全性已逐步被人們認(rèn)可，以電磁共振為基礎(chǔ)的無(wú)線供電，目前已初步進(jìn)入實(shí)用階段，如手機(jī)的無(wú)線充電等就是例子。但目前的無(wú)線供電還局限于幾乎平面化的距離及小功率發(fā)射狀態(tài)，只能定點(diǎn)使用，使得無(wú)線供電的產(chǎn)品寥寥無(wú)幾，應(yīng)用場(chǎng)所十分有限，并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無(wú)線供電？如何實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)線供電？如何實(shí)現(xiàn)大功率的無(wú)線供電？本發(fā)明從實(shí)際出發(fā)，全面解決了上述問(wèn)題。·發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所示的三維無(wú)線電源，主要由三部分組成由發(fā)射線圈和發(fā)射電容組成的電磁發(fā)射環(huán)、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環(huán)、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環(huán)，電磁發(fā)射環(huán)通常置于地面上，共振衍生環(huán)可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環(huán)置于用電器內(nèi)，其特征是電磁發(fā)射環(huán)，共振衍生環(huán)，磁電接收環(huán)三部分都是由一個(gè)用導(dǎo)線繞制的線圈和一個(gè)等效電容連接的LC諧振環(huán)，這三個(gè)LC諧振環(huán)中線圈與等效電容的連接方式有兩種一種是串聯(lián)，另一種是并聯(lián)；三個(gè)LC諧振環(huán)均工作于同一諧振頻率上，在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，在空間位置上有重疊、覆蓋關(guān)系并有實(shí)際的磁場(chǎng)連接，卻沒(méi)有任何物理上的導(dǎo)體連接或機(jī)械接觸。電磁發(fā)射環(huán)將電能轉(zhuǎn)化為磁能對(duì)外發(fā)射，在這個(gè)磁能所覆蓋的空間內(nèi)，放置共振衍生環(huán)，共振衍生環(huán)是完全獨(dú)立的LC諧振環(huán)，用于吸收來(lái)自電磁發(fā)射環(huán)的磁能并產(chǎn)生共振，將磁能集中后，按接力的方式進(jìn)行二次發(fā)射，在共振衍生環(huán)的磁能覆蓋的空間內(nèi)，放置磁電接收環(huán)，它將接收來(lái)自共振衍生環(huán)的磁能并轉(zhuǎn)化為電能，這些電能經(jīng)處理后為用電器提供能量。電磁發(fā)射環(huán)所發(fā)射的能量來(lái)自一個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)器，電磁發(fā)射環(huán)的兩端與電磁驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)輸出端相連，電磁發(fā)射環(huán)的諧振頻率與電磁驅(qū)動(dòng)器的基頻相同。實(shí)際應(yīng)用中，電磁發(fā)射環(huán)中的發(fā)射電容通常置于電磁驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，只有發(fā)射線圈在電磁驅(qū)動(dòng)器的外部，但發(fā)射線圈與發(fā)射電容的連接方式不變。電磁發(fā)射環(huán)的磁場(chǎng)覆蓋的空間與電磁發(fā)射環(huán)的面積和發(fā)射功率有關(guān),在功率足夠的前提下，磁場(chǎng)的包圍空間約為以發(fā)射線圈為赤道的蘋(píng)果形，即高度大約為發(fā)射線圈的直徑或邊長(zhǎng)的一半；電磁發(fā)射環(huán)的磁場(chǎng)在其覆蓋的空間有較為均勻的分布，但由于共振衍生環(huán)的加入，磁場(chǎng)在某個(gè)區(qū)域的分布密度和方向發(fā)生了變化，利用這一點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)定向供電和集中對(duì)某個(gè)用電器提供較多的電能。材料發(fā)射線圈、共振線圈和接收線圈均是由導(dǎo)線繞制而成的線圈，如漆包線等。形狀關(guān)系電磁發(fā)射環(huán)，共振衍生環(huán)，磁電接收環(huán)三部分的形狀一致時(shí)具有最好的效率，即有相似的形狀，但大小可以不同，一般情況下，共振衍生環(huán)的尺寸不超過(guò)電磁發(fā)射環(huán)，磁電接收環(huán)的尺寸不超過(guò)共振衍生環(huán)；它們的主要形狀包括圓形、方形、跑道形?？臻g關(guān)系在一個(gè)房間內(nèi)，由于大部分電器工作于地面和桌面上，因此，電磁發(fā)射環(huán)通常置于地面上(如果大部分用電器工作于高處，電磁發(fā)射環(huán)就安置于天花板上)，共振衍生環(huán)可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環(huán)置于用電器內(nèi)。一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)覆蓋的空間內(nèi)可以放置一個(gè)以上的共振衍生環(huán)，一個(gè)共振衍生環(huán)覆蓋的空間內(nèi)可以放置一個(gè)以上的磁電接收環(huán)；當(dāng)在垂直于電磁發(fā)射環(huán)平面的方向上放置兩個(gè)或兩個(gè)以上的共振衍生環(huán)(不一定都在法線上)，磁能將從電磁發(fā)射環(huán)傳遞到第一個(gè)共振衍生環(huán)，通過(guò)共振衍生環(huán)的接力作用，將磁能傳遞到第二共振衍生環(huán)，甚至第三共振衍生環(huán)，最后傳遞到磁電接收環(huán)，能量的傳輸距離將是它們的接力距離的疊加，因此，一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)實(shí)際上可以為一個(gè)以上的用電器在一定距離和范圍內(nèi)進(jìn)行磁場(chǎng)連接，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無(wú)線供電。電能輸出磁電接收環(huán)的接收線圈的兩端與整流和濾波電路相連，接收線圈的兩端可以輸出交流電，經(jīng)整流和濾波后，轉(zhuǎn)化為直流電輸出；這個(gè)直流電可以直接給帶有開(kāi)關(guān) 電源的交流用電器供電，若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，或增加穩(wěn)壓電路后方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過(guò)變壓器，直接連到原有的濾波后的電源兩端。當(dāng)磁電接收環(huán)與共振衍生環(huán)綁定在一起時(shí)，磁電接收環(huán)中的接收電容可以不用，直接從接收線圈的兩端輸出交流電。本發(fā)明的有益效果由于共振衍生環(huán)的接力作用，能量可以在一定的空間內(nèi)以磁場(chǎng)的方式傳遞到用電器內(nèi)，本發(fā)明工作于安全頻段，實(shí)際測(cè)試在3米甚至更遠(yuǎn)的距離內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)瓦甚至數(shù)千瓦的電能供應(yīng)，可以滿足大部分電器的使用需要，更重要的是，這種能量分布不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，而是在一定的空間內(nèi)，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)用電器供電，因此可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)辦公室或者整個(gè)房間的無(wú)線供電，實(shí)現(xiàn)無(wú)線辦公和無(wú)線家居的理想概念。

附圖IA和IB是三維無(wú)線電源的兩種基本組成原理圖。附圖2A和2B是電磁發(fā)射環(huán)與電磁驅(qū)動(dòng)器之間的連接原理圖。附圖3A、3B和3C是電磁發(fā)射環(huán)，共振衍生環(huán)，磁電接收環(huán)在空間及數(shù)量上的分布示意圖。附圖4A和4B是兩種磁電接收原理圖。附圖5是無(wú)線供電辦公示意圖。附圖IA和IB中，CT表示發(fā)射電容，LT表示發(fā)射線圈，它們串聯(lián)或并聯(lián)，組成電磁發(fā)射環(huán)；CM表示共振電容，LM表示共振線圈，它們串聯(lián)組成共振衍生環(huán)；CR表示接收電容，LR表示接收線圈，它們并聯(lián)組成磁電接收環(huán)。附圖2A和2B中，D表示電磁驅(qū)動(dòng)器，CT表示發(fā)射電容，LT表示發(fā)射線圈，發(fā)射電容CT與發(fā)射線圈LT組成的發(fā)射環(huán)的兩端直接與電磁驅(qū)動(dòng)器D的兩個(gè)輸出端。附圖3A、3B和3C中，T表不一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)，M1、M2和M3分別表不一個(gè)共振衍生環(huán)，R1、R2和R3分別表示一個(gè)磁電接收環(huán)。[0024]附圖4A和4B中，LR表示接收線圈，CR表示接收電容，它們組成磁電接收環(huán)；BG表示全橋整流管，Dl表示一個(gè)整流管，L2表示電感，C3表示濾波電容，RD表示一個(gè)接收控制器。附圖5中，T表示一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)，M表示在桌子中有一個(gè)共振衍生環(huán)，Rl、R2、R3、R4和R5表不所在電器中分別有一個(gè)磁電接收環(huán)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例，進(jìn)一步說(shuō)明了三維無(wú)線電源的原理和應(yīng)用方法。實(shí)例一、三維無(wú)線電源的組成形式。附圖IA和IB中，發(fā)射電容CT，發(fā)射線圈LT，它們串聯(lián)或并聯(lián)組成電磁發(fā)射環(huán)，共 振電容CM，共振線圈LM，它們串聯(lián)組成共振衍生環(huán)，接收電容CR，接收線圈LR，它們并聯(lián)組成磁電接收環(huán)，這三個(gè)環(huán)相互獨(dú)立，沒(méi)有導(dǎo)線連接，也沒(méi)有任何機(jī)械接觸，電磁發(fā)射環(huán)通常置于地面上或天花板上，共振衍生環(huán)通常安置于桌子內(nèi)，而磁電接收環(huán)必須放置在用電器內(nèi)。實(shí)際應(yīng)用中，從工程安裝的方便性和安全性出發(fā)，發(fā)射電容CT通常放在電磁驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，只有發(fā)射線圈LT外置，但發(fā)射電容CT與發(fā)射線圈LT的連接關(guān)系不變，即串聯(lián)或并聯(lián)。實(shí)例二、三維無(wú)線電源的空間分布附圖3A中，在一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)T的上方，放置了一個(gè)共振衍生環(huán)M，在共振衍生環(huán)M的上方，放置了兩個(gè)磁電接收環(huán)Rl和R2，Rl和R2代表兩個(gè)用電器，即一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)T通過(guò)共振衍生環(huán)M的接力作用，將能量傳給了兩個(gè)用電器使用，并且沒(méi)有導(dǎo)線連接；附圖3B中，在一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)T的上方，放置了二個(gè)共振衍生環(huán)Ml和M2，在共振衍生環(huán)Ml的上方放置了一個(gè)磁電接收環(huán)Rl,在共振衍生環(huán)M2的上方放置了一個(gè)磁電接收環(huán)R2，Rl和R2代表兩個(gè)用電器；附圖3C中，在一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)T的上方，放置了二個(gè)共振衍生環(huán)Ml和M2，在共振衍生環(huán)Ml的上方放置了二個(gè)磁電接收環(huán)Rl和R2，而在在共振衍生環(huán)M3的上方放置了第三個(gè)共振衍生環(huán)M3和一個(gè)磁電接收環(huán)R3，磁電接收環(huán)Rl、R2和R3分別代表一個(gè)用電器，這樣，通過(guò)共振衍生環(huán)的接力作用，電能傳遞到較遠(yuǎn)的距離的三個(gè)用電器內(nèi)。實(shí)例三、辦公桌面的應(yīng)用附圖5中，T是一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)，電磁發(fā)射環(huán)T的線圈沿著房間的四周繞制(實(shí)際應(yīng)用時(shí)，線圈可以埋在地下或地毯下)，在電磁發(fā)射環(huán)T的磁場(chǎng)覆蓋的空間內(nèi)，放置了一個(gè)電風(fēng)扇和一張辦公桌，在電風(fēng)扇的底部放置了一個(gè)磁電接收環(huán)Rl，在辦公桌內(nèi)放置了一個(gè)共振衍生環(huán)M，桌面上放置了音箱、顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)，在音箱內(nèi)放置了一個(gè)磁電接收環(huán)R3接收音箱工作所需要的電能，在顯示器內(nèi)放置了一個(gè)磁電接收環(huán)R4接收顯示器工作所需要的電能，在鍵盤(pán)內(nèi)放置了一個(gè)磁電接收環(huán)R5接收鍵盤(pán)工作所需要的電能，在鼠標(biāo)內(nèi)放置了一個(gè)磁電接收環(huán)R2接收鼠標(biāo)工作所需要的電能，結(jié)果，房間內(nèi)所有用電器都實(shí)現(xiàn)了無(wú)線供電，如果將顯示器的視頻信號(hào)和音箱的音頻信號(hào)采用無(wú)線連接，如WIFI連接，整個(gè)辦公室就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線化。實(shí)例四、磁電接收環(huán)與用電器的連接[0037]附圖4A中，磁電接收環(huán)的接收線圈LR與接收電容CR并聯(lián)，接收線圈LR兩端的交流電經(jīng)整流器BG整流后，從電感L2流過(guò)，由濾波電容C濾波，轉(zhuǎn)化為直流電輸出；這個(gè)直流電可以直接給帶有開(kāi)關(guān)電源的交流用電器供電，不必改變?cè)械拈_(kāi)關(guān)電源的任何結(jié)構(gòu)；若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，或增加LDO穩(wěn)壓電路后方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過(guò)變壓器，直接連到原有的濾波后的電源兩端。附圖4B中，接收電容CR并沒(méi)有直接與接收線圈LR并聯(lián)，而是受控于接收控制器DR,接收控制器是一個(gè)壓控電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)輸出電壓不足時(shí)，接收控制器DR完全導(dǎo)通，這時(shí)相當(dāng)于接收電容CR直接與接收線圈LR并聯(lián)，電路工作于諧振狀態(tài)；當(dāng)輸出電壓超過(guò)一定值時(shí)，接收控制器DR開(kāi)路，這時(shí)相當(dāng)于接收電容CR開(kāi)路，諧振狀態(tài)被破壞，輸出電壓降低，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的；接收線圈LR兩端的交流電經(jīng)整流器D整流后，流過(guò)電感L2后，由濾波電容C濾波，轉(zhuǎn)化為直流電輸出。·
權(quán)利要求1.一種三維無(wú)線電源，主要由三部分組成由發(fā)射線圈和發(fā)射電容組成的電磁發(fā)射環(huán)、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環(huán)、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環(huán)，電磁發(fā)射環(huán)通常置于地面上，共振衍生環(huán)可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環(huán)置于用電器內(nèi)，其特征是電磁發(fā)射環(huán)，共振衍生環(huán)，磁電接收環(huán)都是分別由一個(gè)用導(dǎo)線繞制的線圈和一個(gè)等效電容連接的LC諧振環(huán)，這三個(gè)諧振環(huán)中線圈與等效電容連接方式有兩種一種是串聯(lián)，另一種是并聯(lián)；三個(gè)LC諧振環(huán)均工作于同一諧振頻率上，在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，在空間位置上有重疊、覆蓋關(guān)系并有實(shí)際的磁場(chǎng)連接，卻沒(méi)有任何物理上的導(dǎo)體連接或機(jī)械接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)覆蓋的空間內(nèi)可以放置一個(gè)以上的共振衍生環(huán)，一個(gè)共振衍生環(huán)覆蓋的空間內(nèi)可以放置一個(gè)以上的磁電接收環(huán)；因此，一個(gè)電磁發(fā)射環(huán)實(shí)際上可以為一個(gè)以上的用電器進(jìn)行磁場(chǎng)連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是在垂直于電磁發(fā)射環(huán)的平面方向上放置兩個(gè)或兩個(gè)以上的共振衍生環(huán)，磁能將從電磁發(fā)射環(huán)傳遞到第一個(gè)共振衍生環(huán)，通 過(guò)共振衍生環(huán)的接力作用，將磁能傳遞到第二共振衍生環(huán)，甚至第三共振衍生環(huán)，最后傳遞到磁電接收環(huán)，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的無(wú)線供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是電磁發(fā)射環(huán)，共振衍生環(huán)，磁電接收環(huán)三部分的形狀一致時(shí)具有最好的效率，即有相似的形狀，主要形狀包括圓形、方形、跑道形，但大小可以不同，通常，共振衍生環(huán)的尺寸不超過(guò)電磁發(fā)射環(huán)，磁電接收環(huán)的尺寸不超過(guò)共振衍生環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是電磁發(fā)射環(huán)的兩端與電磁驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)輸出端相連，電磁發(fā)射環(huán)的諧振頻率與電磁驅(qū)動(dòng)器的基頻相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是發(fā)射線圈、共振線圈和接收線圈均是由導(dǎo)線繞制而成的線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是當(dāng)磁電接收環(huán)與共振衍生環(huán)綁定在一起時(shí)，磁電接收環(huán)中的接收電容可以不用，直接從接收線圈的兩端輸出交流電。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維無(wú)線電源，其特征是磁電接收環(huán)的接收線圈的兩端與整流和濾波電路相連，接收線圈的兩端可以輸出交流電，經(jīng)整流和濾波后，輸出為直流電；這個(gè)直流電可以直接給帶有開(kāi)關(guān)電源的交流用電器供電，若給直流用電器供電，通常需要使用DC/DC電路進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，或增加穩(wěn)壓電路后方可使用；若給只能使用50-60HZ交流的鐵芯變壓器的用電器供電，則需要繞過(guò)變壓器，直接連到原有的濾波后的電源兩端。
專利摘要本實(shí)用新型所示的三維無(wú)線電源，主要由三部分組成由發(fā)射線圈和發(fā)射電容組成的電磁發(fā)射環(huán)、由共振線圈和共振電容組成的共振衍生環(huán)、由接收線圈和接收電容組成的磁電接收環(huán)，電磁發(fā)射環(huán)通常置于地面上，共振衍生環(huán)可以隱蔽安放在桌面下，磁電接收環(huán)置于用電器內(nèi)，三部分在結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，在空間位置上有重疊、覆蓋關(guān)系并有實(shí)際的磁場(chǎng)連接，卻沒(méi)有任何物理上的導(dǎo)體連接或機(jī)械接觸。借助于共振衍生環(huán)的接力作用，能量可以在一定的空間內(nèi)以磁場(chǎng)的方式傳遞到用電器內(nèi)，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)用電器供電，因此可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)辦公室或者整個(gè)房間的無(wú)線供電，實(shí)現(xiàn)無(wú)線辦公和無(wú)線家居的理想概念。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202524175SQ201220190819
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者朱斯忠 申請(qǐng)人:朱斯忠