利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置，包括高頻耦合供電線圈、高頻功率信號發(fā)生器和電子顯示標(biāo)簽受電模塊，該高頻耦合供電線圈設(shè)置于電子顯示標(biāo)簽受電模塊的周圍，并與高頻功率信號發(fā)生器連接，高頻功率信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻交流信號，該高頻交流信號通過所述高頻耦合供電線圈時產(chǎn)生交變磁場，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊感應(yīng)該交變磁場，通過振蕩調(diào)諧獲得電能，為電子顯示標(biāo)簽供電。本發(fā)明解決了電子顯示標(biāo)簽在實(shí)際應(yīng)用中對供電的需求，實(shí)現(xiàn)了電子顯示標(biāo)簽通過非接觸耦合的方式獲得穩(wěn)定，充足，可靠的電源供應(yīng)。
【專利說明】利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子顯示標(biāo)簽供電裝置，尤其涉及一種利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在倉儲，物料，零售等行業(yè)中，采用具備新型電子墨水，TFT液晶顯示屏幕的電子顯示標(biāo)簽正在逐步替代傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽。由于電子顯示標(biāo)簽具有更新速度快，管理效率高，差錯率低，運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)勢，成為未來倉儲，物料，零售商業(yè)領(lǐng)域的信息顯示的首選。
[0003]但是在倉儲，物流，零售商業(yè)領(lǐng)域，運(yùn)用電子顯示標(biāo)簽時，標(biāo)簽如何獲得長期，充足，可靠的電能供應(yīng)成為一個難題。傳統(tǒng)的電池供電方式受電池容量，尺寸，壽命，環(huán)境，更換成本等諸多限制。
[0004]由于電子顯示標(biāo)簽體積小，外形薄，現(xiàn)有技術(shù)中通常只能采用微型紐扣電池供電。微型紐扣電池最多只能提供數(shù)百毫安小時的供電，電池滿足標(biāo)簽I?2年的工作需求。一旦電子顯示標(biāo)簽的電池電能耗盡，就需要人工加以更換才能繼續(xù)工作。電池供電不僅限制了標(biāo)簽的功能發(fā)揮，且更換電池需要花費(fèi)大量人工，材料和時間，嚴(yán)重制約電子顯示標(biāo)簽的推廣應(yīng)用。
[0005]為電子顯示標(biāo)簽提供的長期，穩(wěn)定，可靠的供電需求，成為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。
[0006]本專利采用高頻耦合供電方式是為了解決超市電子標(biāo)簽長期使用中的電源供應(yīng)，而專門設(shè)計(jì)的一種非接觸式的電源傳輸和轉(zhuǎn)換方式。采用導(dǎo)軌無線耦合供電方式，使得電子貨架標(biāo)簽完全擺脫對紐扣電池的依賴，確保電子顯示標(biāo)簽可以無限制的長期運(yùn)行，不需要再受供電電量的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中電子貨架標(biāo)簽需要使用電池，無法長期運(yùn)行的缺陷，提供一種不受電池電量限制的利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0009]提供一種利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置，該裝置包括高頻耦合供電線圈、高頻功率信號發(fā)生器和電子顯示標(biāo)簽受電模塊；該高頻耦合供電線圈設(shè)置于電子顯示標(biāo)簽受電模塊的周圍，并與高頻功率信號發(fā)生器連接，高頻功率信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻交流信號，該高頻交流信號通過所述高頻耦合供電線圈時產(chǎn)生交變磁場，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊感應(yīng)該交變磁場，通過振蕩調(diào)諧獲得電能，為電子顯示標(biāo)簽供電。
[0010]本發(fā)明所述的裝置中，所述電子顯示標(biāo)簽的周圍設(shè)有安裝導(dǎo)軌，所述高頻耦合供電線圈置于該安裝軌道內(nèi)，所述電子顯示標(biāo)簽具有全封閉的外殼，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊置于該外殼內(nèi)。
[0011]本發(fā)明所述的裝置中，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊包括受電感應(yīng)線圈，該受電感應(yīng)線圈連接電橋整流，該電橋整流將受電感應(yīng)線圈中產(chǎn)生交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，并?jīng)濾波電容濾波后輸出給電子顯示標(biāo)簽。
[0012]本發(fā)明所述的裝置中，所述高頻耦合供電線圈為間距10?100毫米，最大長度5米的矩形回路。
[0013]本發(fā)明所述的裝置中，所述高頻功率信號發(fā)生器包括電源、諧振式RF功率放大器、調(diào)諧及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、ESD/EMI防護(hù)和采樣及反饋調(diào)節(jié)電路。
[0014]本發(fā)明所述的裝置中，所述電源為12?24伏特的低壓直流電源。
[0015]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明通過高頻信號發(fā)生器，交流供電線圈，環(huán)繞導(dǎo)軌的組合設(shè)計(jì)，解決了電子顯示標(biāo)簽在實(shí)際應(yīng)用中對供電的需求，實(shí)現(xiàn)了電子顯示標(biāo)簽通過非接觸耦合的方式獲得穩(wěn)定，充足，可靠的電源供應(yīng)；本發(fā)明使得電子顯示標(biāo)簽可以擺脫對電池的依賴，電子顯示標(biāo)簽在整個使用壽命周期內(nèi)不需要安裝和更換電池，顯著降低了電子顯示標(biāo)簽的使用成本；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電子顯示標(biāo)簽通過非接觸耦合方式供電，電子顯示標(biāo)簽可以做成全封閉設(shè)計(jì)，提高了電子顯示標(biāo)簽對應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)能力，提高了標(biāo)簽的使用壽命，降低了維護(hù)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置的結(jié)構(gòu)不意圖一；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置的示意圖二；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施例在矩形回路內(nèi)產(chǎn)生交變磁場的示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例高頻信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施例電子顯示標(biāo)簽受電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置包括高頻耦合供電線圈20、高頻功率信號發(fā)生器10和電子顯示標(biāo)簽受電模塊30，該高頻耦合供電線圈20設(shè)置于電子顯示標(biāo)簽受電模塊30的周圍，并與高頻功率信號發(fā)生器連接，高頻功率信號發(fā)生器10產(chǎn)生高頻交流信號，該高頻交流信號通過所述高頻耦合供電線圈時產(chǎn)生交變磁場，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊30感應(yīng)該交變磁場，通過振蕩調(diào)諧獲得電能，為電子顯示標(biāo)簽40供電。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電子顯示標(biāo)簽40的周圍設(shè)有安裝導(dǎo)軌，該安裝軌道為環(huán)繞軌道。所述高頻耦合供電線圈20置于該安裝導(dǎo)軌內(nèi)，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊30 (圖2中未示出)置于所述電子顯示標(biāo)簽40內(nèi)部。
[0025]本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，可利用高頻電纜構(gòu)成一個間距10?IOOmm (視電子顯示標(biāo)簽的外形尺寸需要而定)，最大長度5m的矩形回路(即高頻耦合供電線圈20)，作為供電側(cè)的耦合，如圖3所示。
[0026]向供電側(cè)的耦合回路(即矩形回路)注入高頻交流電流，則在耦合回路的上方形成如圖3所示的磁場結(jié)構(gòu),該磁場會隨著高頻電流而高速震蕩。
[0027]此時，將此高頻耦合供電線圈20嵌入放置貨架標(biāo)簽的安裝軌道，就可以利用線圈內(nèi)部的交變磁場為電子顯示標(biāo)簽供電。矩形回路長度不能太長，以高頻電流的波長為參照，一旦明顯超過十分之一波長，則電流傳輸?shù)鸟v波效應(yīng)顯現(xiàn)出來，會導(dǎo)致各位置的電子顯示標(biāo)簽所能獲得的供電差別明顯，部分電子顯示標(biāo)簽得不到有效的供電。根據(jù)目前的計(jì)算，矩形回路長度最好在5m以內(nèi)，在現(xiàn)實(shí)中這也可以滿足絕大部分貨架的實(shí)際需求，對于超長型貨架，可以分成多個段落，每段落單獨(dú)設(shè)置高頻耦合供電線圈20。
[0028]考慮現(xiàn)場使用的條件，為高頻耦合供電線圈20供電的電源最好是安全電源，避免潛在的安全隱患，因此考慮用直流24V或者36V供電。需要開發(fā)高頻電源用于驅(qū)動軌道的線圈，該電源從24V或者36V取得電源，轉(zhuǎn)換為高頻電流注入高頻耦合供電線圈20內(nèi)。因?yàn)榫匦位芈烽L度和所驅(qū)動的標(biāo)簽數(shù)量不定，因此該電源必須是恒流輸出，或者具備自動調(diào)諧功能，能夠根據(jù)安裝軌道長度及所驅(qū)動標(biāo)簽的數(shù)量自動的設(shè)定注入的功率，避免無謂的功率消耗。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例中，高頻功率信號源發(fā)生器采用諧振式工作原理，如圖4所示，所述高頻功率信號發(fā)生器10包括電源、諧振式RF功率放大器、調(diào)諧及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、ESD/EMI防護(hù)和采樣及反饋調(diào)節(jié)電路。
[0030]供電側(cè)的核心設(shè)備是高頻功率信號發(fā)生器，高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電流注入高頻耦合供電線圈20，高頻耦合供電線圈20產(chǎn)生高頻交變磁場。由于環(huán)繞導(dǎo)軌的長度和承載的標(biāo)簽數(shù)量是可變的，因此高頻功率信號發(fā)生器必須具備自動調(diào)諧能力，能夠根據(jù)高頻耦合供電線圈20的阻抗和電子顯示標(biāo)簽的數(shù)量自動動態(tài)調(diào)整注入的高頻電流，以避免產(chǎn)生線圈調(diào)諧偏差，降低功率損耗，提高供電效率。
[0031]考慮到標(biāo)簽工作現(xiàn)場的安全性要求，高頻信號發(fā)生器輸入電源為12-24V直流電源，在安全電壓范圍之內(nèi)，可以確保無觸電人身安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例的高頻信號發(fā)生器采用靜電防護(hù)ESD，電磁兼容防護(hù)EMI設(shè)計(jì)，由于高頻耦合供電線圈20是一個開放式的耦合天線，在傳輸高頻能量的同時也容易向外界輻射高頻騷擾(可能干擾通信頻段)，也容易受到外部的靜電放電、電子打火等干擾，為避免內(nèi)部元件損壞或者功能異常，因此需要采用防護(hù)措施，確保運(yùn)行可靠性和安全性。
[0033]根據(jù)實(shí)際測試試驗(yàn)表明，高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率360KHz的高頻電流，環(huán)繞導(dǎo)軌50mm間距,供電側(cè)最大輸入功率16W時，能夠驅(qū)動5m長度的環(huán)繞導(dǎo)軌，每米導(dǎo)軌上最多可以有15個標(biāo)簽，導(dǎo)軌上總共可以有50個標(biāo)簽，每個標(biāo)簽可獲得3V，30毫安的穩(wěn)定電源供應(yīng)。
[0034]如圖5所示,所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊包括受電感應(yīng)線圈，該受電感應(yīng)線圈連接電橋整流，該電橋整流將受電感應(yīng)線圈中產(chǎn)生交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，并?jīng)濾波電容濾波后輸出給電子顯示標(biāo)簽。
[0035]為獲得足夠的供電功率，高頻耦合供電線圈20內(nèi)的電流、頻率，受電感應(yīng)線圈的線圈面積、匝數(shù)、諧振頻率、阻抗匹配都必須達(dá)到較優(yōu)化的狀態(tài)。
[0036]原則上高頻耦合供電線圈20電流越大，頻率越高，受電感應(yīng)線圈面積和匝數(shù)越大，所能獲得的供電功率就越高。但實(shí)際上考慮高頻耦合供電線圈20頻率的限制以及調(diào)諧、匹配的可行性，以及受電感應(yīng)線圈匝數(shù)受到限制，獲取的功率也有一定的限度，經(jīng)計(jì)算，比較實(shí)際的功率在50-200mW范圍內(nèi)。
[0037]根據(jù)粗略估算，高頻耦合供電線圈20的電流1A，受電感應(yīng)線圈面積大約在5cm2，在諧振良好的狀態(tài)下，可以獲得3.3V/30mA的供電。
[0038]如圖2所示，電子顯示標(biāo)簽安裝在長條形的貨架環(huán)繞導(dǎo)軌上，通過在環(huán)繞導(dǎo)軌內(nèi)嵌入的高頻耦合供電線圈，向高頻耦合供電線圈注入高頻電流，在高頻耦合供電線圈內(nèi)形成如圖3所示的磁場，受電感應(yīng)線圈感應(yīng)高頻耦合供電線圈內(nèi)產(chǎn)生的交變磁場，并產(chǎn)生交流電，經(jīng)轉(zhuǎn)換后變?yōu)橹绷麟姡涂梢詾殡娮语@示標(biāo)簽供電。
[0039]本發(fā)明較佳實(shí)施例中，將電子顯示標(biāo)簽安裝到固定的環(huán)繞導(dǎo)軌上，但是兩者之間沒有任何金屬接觸和電路導(dǎo)通，而是通過空間電磁場的感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸，這樣極大提高了電子顯示標(biāo)簽的安裝效率，確保供電的可靠性。
[0040]在環(huán)繞導(dǎo)軌中預(yù)先埋設(shè)高頻線圈，然后通過高頻功率信號發(fā)生器向高頻線圈內(nèi)注入高頻電流，從而在電子顯示標(biāo)簽與環(huán)繞導(dǎo)軌接觸部位產(chǎn)生局部高能量的交變電磁場。電子顯示標(biāo)簽通過非接觸的電磁能量耦合的方式，解決了電子顯示標(biāo)簽的供電問題，實(shí)現(xiàn)電子顯示標(biāo)簽終身不需要更換電池，極大提高了電子顯示標(biāo)簽的工作效率和效能。
[0041]由于實(shí)現(xiàn)了非接觸的供電方式，電子顯示標(biāo)簽不需要考慮更換電池，也不需要外接電源插口，因此電子顯示標(biāo)簽可以做成全封閉的外殼，受電感應(yīng)線圈設(shè)置在該封閉的外殼內(nèi)，在高溫，高濕，腐蝕性等環(huán)境下，這樣的設(shè)計(jì)具有非常明顯的優(yōu)勢。
[0042]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用空間電磁耦合為電子顯示標(biāo)簽進(jìn)行非接觸供電的裝置，該裝置包括高頻耦合供電線圈、高頻功率信號發(fā)生器和電子顯示標(biāo)簽受電模塊；該高頻耦合供電線圈設(shè)置于電子顯示標(biāo)簽受電模塊的周圍，并與高頻功率信號發(fā)生器連接，高頻功率信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻交流信號，該高頻交流信號通過所述高頻耦合供電線圈時產(chǎn)生交變磁場，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊感應(yīng)該交變磁場，通過振蕩調(diào)諧獲得電能，為電子顯示標(biāo)簽供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電子顯示標(biāo)簽的周圍設(shè)有安裝導(dǎo)軌，所述高頻耦合供電線圈置于該安裝導(dǎo)軌內(nèi)；所述電子顯示標(biāo)簽具有全封閉的外殼，所述電子顯不標(biāo)簽受電模塊置于該外殼內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電子顯示標(biāo)簽受電模塊包括受電感應(yīng)線圈，該受電感應(yīng)線圈連接電橋整流，該電橋整流將受電感應(yīng)線圈中產(chǎn)生交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，并?jīng)濾波電容濾波后輸出給電子顯示標(biāo)簽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述高頻耦合供電線圈為間距10?100毫米，最大長度5米的矩形回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述高頻功率信號發(fā)生器包括電源、諧振式RF功率放大器、調(diào)諧及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、ESD/EMI防護(hù)和采樣及反饋調(diào)節(jié)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述電源為12?24伏特的低壓直流電源。
【文檔編號】H02J17/00GK103872799SQ201410122583
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】孫玉昕 申請人:武漢工程大學(xué)