本發(fā)明涉及一種洗衣機(jī)內(nèi)部磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)，屬無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著無線技術(shù)的高速發(fā)展，新的無線能量傳輸機(jī)理的提出和人們對真正可以“無線使用”的便攜式設(shè)備和綠色能源系統(tǒng)的需求的增長，對于無線能量傳輸技術(shù)的研究和應(yīng)用已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的焦點(diǎn)。業(yè)界已經(jīng)開始嘗試將該技術(shù)應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钪械牡凸碾娮赢a(chǎn)品中，來替代原有的電源線實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的無線充電，給人們的生活帶來額外的便利，例如基于磁感應(yīng)耦合技術(shù)的無線充電牙刷和無線充電毯。

然而無線能量傳輸技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和市場潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于此。例如無線電能傳輸技術(shù)可被應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，以住宅為平臺，利用中距離無線電能傳輸技術(shù)、隱藏布線技術(shù)以及自動控制技術(shù)來徹底移除家居生活區(qū)域內(nèi)所有的電源線，對傳統(tǒng)家電及新興3c設(shè)備（computer電腦、communication通信設(shè)備和consumerelectronics消費(fèi)電子產(chǎn)品）進(jìn)行無線充電或者持續(xù)電能供給，提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術(shù)性，構(gòu)建高效、環(huán)保、節(jié)能的智能居住環(huán)境。

若將無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用在家電領(lǐng)域，對家電內(nèi)部的用電設(shè)備和傳感模塊進(jìn)行無線供電，可以解決傳統(tǒng)家電中照明、換氣、傳感等小功耗設(shè)備的布線及持續(xù)供電問題，有效降低產(chǎn)品的生產(chǎn)、組裝和后期維保成本，延長產(chǎn)品的使用壽命，徹底消除漏電、電弧導(dǎo)致的用電安全隱患和火災(zāi)隱患。無線電能傳輸技術(shù)還可以被應(yīng)用于新興電子產(chǎn)業(yè)，解決包括機(jī)器人、無人機(jī)、vr、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品的無線充電問題。

無線能量傳輸模式和機(jī)理大體可分為磁感應(yīng)耦合、電磁輻射和磁諧振耦合三種方式。和電磁輻射方式相比，磁諧振耦合方式在安全性、傳輸效率和成本上都具有優(yōu)勢；與磁感應(yīng)耦合方式相比，它在傳輸距離和穩(wěn)定性上具有優(yōu)勢。洗衣機(jī)依靠內(nèi)筒的高速旋轉(zhuǎn)來清洗衣物和脫水，但當(dāng)內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接電源線到筒內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行供電的方式勢必會造成供電線路的纏繞，無法對筒內(nèi)的用電設(shè)備進(jìn)行有效、安全和穩(wěn)定的供電，導(dǎo)致長期以來存在的洗衣機(jī)內(nèi)筒高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的震動問題無法得以有效解決，另外在智能家電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的各類監(jiān)控、傳感設(shè)備在洗衣機(jī)筒內(nèi)也無法應(yīng)用。

目前，由于洗衣機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)筒需要旋轉(zhuǎn)來清洗衣物和脫水，但當(dāng)內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接電源線到筒內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行供電的方式無可避免的會造成供電線路的纏繞，因此在智能家電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的各類監(jiān)控、照明、傳感設(shè)備在洗衣機(jī)筒內(nèi)無法得以應(yīng)用，另外長期以來存在的洗衣機(jī)內(nèi)筒高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的震動問題也無法得以有效解決。綜上所述，洗衣機(jī)內(nèi)部的供電問題嚴(yán)重影響了洗衣機(jī)智能化發(fā)展的進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，針對洗衣機(jī)運(yùn)行用電存在的問題，本發(fā)明提出一種洗衣機(jī)內(nèi)部磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)，給洗衣機(jī)提供無線電能，以解決內(nèi)部供電。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種洗衣機(jī)內(nèi)部磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射模塊和接收模塊。所述發(fā)射模塊用于無線電能發(fā)射，所述發(fā)射模塊包括射頻功放源和發(fā)射板，射頻功放源連接發(fā)射板；所述發(fā)射板為平面螺旋線圈結(jié)構(gòu)，共包含三層介質(zhì)基板和三層印刷電路；第一層介質(zhì)基板的頂面印刷有發(fā)射諧振線圈，第二層介質(zhì)基板的頂面印刷有寄生諧振線圈，第三層介質(zhì)基板的底面印刷有用于連接諧振線圈的微帶線。

所述接收模塊用于無線電能接收，所述接收模塊包括接收板、匹配電路、控制電路和整流穩(wěn)壓電路，所述接收板為平面螺旋線圈結(jié)構(gòu)，共包含三層介質(zhì)基板和三層印刷電路，可通過印刷電路工藝加工；第一層介質(zhì)基板的頂面印刷有發(fā)射諧振線圈，第二層介質(zhì)基板的頂面印刷有寄生諧振線圈，第三層介質(zhì)基板的底面印刷有用于連接諧振線圈的微帶線。

所述發(fā)射模塊的射頻功放源輸入端連接電源適配器；射頻功放源輸出端連接發(fā)射板；所述接收模塊的接收板連接匹配電路的輸入端；匹配電路的輸出端連接整流穩(wěn)壓集成電路的輸入端；控制電路連接整流穩(wěn)壓集成電路的控制端；整流穩(wěn)壓集成電路輸出端連接洗衣機(jī)內(nèi)部用電負(fù)載。

所述發(fā)射模塊的射頻功放源連接電源適配器后輸出所需工作頻率的電磁能量，電磁能量通過射頻線傳遞給發(fā)射板；所述發(fā)射板與接收板之間的同頻磁諧振耦合，電磁能量定向傳遞到接收板上；所述接收板接收到電磁能量后，再經(jīng)接收端匹配電路、控制電路和整流穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為直流功率輸出給用電設(shè)備。

所述發(fā)射板和接收板的匝數(shù)、尺寸、間距能在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以滿足不同尺寸、規(guī)格和型號的洗衣機(jī)的應(yīng)用需求。

所述發(fā)射板與接收板之間的無線能量傳輸效率均保持在90%以上；所述發(fā)射板和接收板的諧振頻率采用6.78mhz；所述磁諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的接收模塊提供3.3v、5v或12v的電壓輸出接口；所述系統(tǒng)能提供的無線供電總功率達(dá)100w。

所述發(fā)射板安裝在洗衣機(jī)外筒金屬皮帶盤內(nèi)；接收板安裝在洗衣機(jī)內(nèi)筒內(nèi)壁上。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用了平面型線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，通過金屬腔體內(nèi)的磁場定向分布，克服了洗衣機(jī)內(nèi)部大面積金屬壁對無線電能傳輸效率的影響，同時(shí)保證了當(dāng)洗衣機(jī)內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，無線電能可以高效、穩(wěn)定的通過發(fā)射板耦合到接收板上，然后通過接收端匹配電路、控制電路和整流穩(wěn)壓集成電路，將無線電能轉(zhuǎn)化為直流功率，對筒內(nèi)用電設(shè)備進(jìn)行供電，無線電能的有效傳輸距離可達(dá)20cm。本發(fā)明解決了洗衣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)筒內(nèi)部用電設(shè)備的供電問題。

附圖說明

圖1為洗衣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖2為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)安裝示意圖；

圖4為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)發(fā)射板第一層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)發(fā)射板第二層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)發(fā)射板第四層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)接收板第一層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)接收板第二層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)接收板第四層電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為洗衣機(jī)內(nèi)部無線供電系統(tǒng)收發(fā)板之間的傳輸效率圖；

圖中，101為洗衣機(jī)內(nèi)筒，102為洗衣機(jī)外筒，103為金屬皮帶盤；201為射頻功放源，202為發(fā)射板，203為接收板；401為發(fā)射板第一層介質(zhì)基板頂面的諧振線圈，402為發(fā)射板401諧振線圈連接發(fā)射板501寄生諧振線圈的通孔，dout_tx為發(fā)射板的外部直徑，din_tx為發(fā)射板的內(nèi)部直徑，wres_tx為401微帶線的寬度，sgap_tx為401微帶線之間的間隔寬度；501為發(fā)射板第二層介質(zhì)基板頂面的寄生諧振線圈，502為發(fā)射板501連接發(fā)射板401的通孔，dout_tx1為發(fā)射板的外部直徑，din_tx1為發(fā)射板的內(nèi)部直徑，wres_tx1為501微帶線的寬度，sgap_tx1為501微帶線之間的間隔寬度；601為發(fā)射板401和501相連的微帶線，位于發(fā)射板第四層介質(zhì)基板底部，602為連接401和501的通孔，603為發(fā)射板的諧振電容，dout_tx2為發(fā)射板的外部直徑，din_tx2為發(fā)射板的內(nèi)部直徑；701為接收板第一層介質(zhì)基板頂面的諧振線圈，702為接收板701諧振線圈連接接收板801寄生諧振線圈的通孔，dout_rx為接收板的外部直徑，din_rx為接收板的內(nèi)部直徑，wres_rx為701微帶線的寬度，sgap_rx為701微帶線之間的間隔寬度；801為接收板第二層介質(zhì)基板頂面的寄生諧振線圈，802為發(fā)射板801連接接收板701的通孔，dout_rx1為接收板的外部直徑，din_rx1為接收板的內(nèi)部直徑，wres_rx1為801微帶線的寬度，sgap_rx1為801微帶線之間的間隔寬度；901為接收板701和801相連的微帶線，位于接收板第四層介質(zhì)基板底部，902為連接701和801的通孔，903為接收板的諧振電容，dout_rx2為接收板的外部直徑，din_rx2為接收板的內(nèi)部直徑。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)用于洗衣機(jī)內(nèi)部用電設(shè)備的無線電能傳輸系統(tǒng)是由發(fā)射模塊和接收模塊兩部分組成。發(fā)射模塊包含射頻功放源201和用于發(fā)射無線電能的發(fā)射板202，接收模塊包含匹配電路、控制電路、整流穩(wěn)壓集成電路和用于接收無線電能的接收板203。系統(tǒng)的發(fā)射模塊和接收模塊分別連接電源適配器和負(fù)載，發(fā)射板采用厚度為1-1.6mm的四層印刷電路板加工，接收板采用1-1.2mm的四層印刷電路板加工。

根據(jù)圖3所示，本實(shí)施例中的功放源產(chǎn)生頻率為6.78mhz的電磁能量，通過安裝在洗衣機(jī)外筒金屬皮帶盤內(nèi)的發(fā)射板發(fā)射，然后通過收發(fā)板之間的同頻磁諧振耦合，定向傳遞到洗衣機(jī)內(nèi)筒內(nèi)壁的接收板上，再經(jīng)匹配電路、控制電路和整流穩(wěn)壓電路輸出給用電設(shè)備；本實(shí)施例設(shè)計(jì)的工作頻率不僅限于6.78mhz,工作頻率可在5mhz-20mhz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，接收模塊提供3.3v-12v多種電壓輸出接口，以符合不同用電設(shè)備的輸入電壓要求，系統(tǒng)提供的無線供電總功率可達(dá)100w，可為洗衣機(jī)內(nèi)筒的不同電子、電氣設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的無線電能供給。

如圖4至圖9所示，本實(shí)施例中的所有結(jié)構(gòu)均為平面化結(jié)構(gòu)，均采用印刷電路板工藝加工而成，在確定發(fā)射板和接收板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以后，對其添加相應(yīng)的諧振電容和匹配電路，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射板和接收板的同頻磁諧振。

根據(jù)圖4-圖9所示的結(jié)構(gòu)圖中的符號標(biāo)識，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，對此實(shí)施例中的設(shè)計(jì)采用如下幾何參數(shù)和電氣參數(shù)：

通過測試，洗衣機(jī)內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)仍然可以維持高效率的電能傳輸。

以5wled為例：