[發明專利]共振衍生環

無效

• 申請號: 201010280502.6
• 申請日: 2010-09-05
• 公開（公告）號: CN102386681A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 朱斯忠
• 申請（專利權）人: 朱斯忠
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種在電磁共振中，位于發射線圈與接收線圈之間的用于能量傳遞的LC諧振環，稱之為共振衍生環。

背景技術

電磁共振是近年來膾炙人口的無線供電概念，通過電磁共振的磁能傳遞，能量在發射線圈和接收線圈之間實現了非接觸式的傳遞，這種“神奇”的能量傳遞將使很多電器設備脫掉“尾巴”。2010年9月，國際無線充電聯盟(Wireless?Power?Consortium)發布了第一個無線充電的工業標準，使得這種能量傳遞模式在多年的擔憂和爭論后以合法的身份亮相于世界，正式開啟了無線供電時代的大門。

現有的無線供電，在原理上是電磁共振來實現的，即發射線圈和接收線圈均工作于同一頻率的諧振狀態，在硬件接口方面通常有三種方式，一種是一對一方式，即一個發射線圈給一個接收線圈供電；另一種是多對一方式，即多個發射線圈同時給一個接收線圈供電，還一種是一對多方式，即一個發射線圈同時給多個接收線圈供電。無論哪一種接口方式，傳輸距離都十分有限，通常只有數厘米或數十厘米，而且方向是固定的、單一的，這是磁場的特性決定的。但在現實生活中，常常需要一個較長距離或者較寬范圍的而且具有梯度分布的能量場，比如說，一個辦公桌面上可能擺放顯示器、音箱、臺燈、鍵盤和鼠標等，這些用電器的功耗是不一樣的，在用無線供電的方式給它們提供電能的時候，就不能用一個發射源，而要用多個發射源給它們分別供電，這就可能導致以下多方面的問題：干擾與兼容問題、輻射與健康問題、成本問題、能效問題等。

能否將一個發射源的能量按照不同的方向和梯度來分配能量，從而解決上述諸多問題？答案是肯定的，共振衍生環是可行的解決辦法。

發明內容

本發明是一種在電磁共振中，位于發射線圈與接收線圈之間的用于能量傳遞的LC諧振環，稱之為共振衍生環，它由一個環形線圈L和一個無極性電容C串聯而成，即線圈的兩端分別與電容的兩個電極相連，這個串聯回路的諧振頻率與發射線圈的工作頻率(即發射頻率)相同，與接收線圈的諧振頻率(即接收頻率)也相同，這樣，發射線圈、共振衍生環和接收線圈同時下作于同一頻率的諧振狀態(即共振)。當發射線圈工作時，共振衍生環接收來自發射線圈的能量，產生諧振，形成能量的二次發射，將能量傳遞給接收線圈，實現能量的無線傳輸。

由于共振衍生環的作用，能量的傳遞過程將發生以下三個變化：1、能量傳遞的距離加大；2、能量傳遞的方向由于發射線圈、共振衍生環和接收線圈的空間位置不同而發生改變；3、能量傳遞的密度與共振衍生環的品質有關，通過改變共振衍生環的品質可以實現能量的梯度分布。

共振衍生環與發射線圈、接收線圈的空間位置關系：電磁共振主要通過磁場來傳遞能量，由于磁場具有很強的方向性，且能量密度與距離的四次方成反比，因此，電磁共振中能量的傳遞距離是十分有限的，在不同方向上的能量分布的差異也是十分明顯的，通常，在線圈平面的法線方向能量分布最強。共振衍生環、發射線圈和接收線圈的空間位置，將直接改變電磁共振的能量傳遞方向和能量密度，三者之間的空間位置關系有以下幾種：1、發射線圈、共振衍生環和接收線圈在同一法線方向，即三個線圈上下平行。2、發射線圈、共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行，而接收線圈與共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊。3、發射線圈、共振衍生環在同一平面上，或鄰近或重疊，而接收線圈與共振衍生環在同一法線方向，兩個線圈上下平行。

共振衍生環與發射線圈和接收線圈的數量關系：一個發射線圈的能量可以傳遞給一個共振衍生環再傳遞給一個接收線圈；一個發射線圈的能量也可以傳遞給多個共振衍生環再傳遞給多個接收線圈。

能量的梯度分布與共振衍生環的品質的關系：來自發射線圈的能量是通過共振衍生環的二次發射傳遞給接收線圈的，因此，共振衍生環的品質直接影響到能量的分布密度。線圈的品質可用品質因素來衡量，即Q＝2πfL/R

式中Q為品質因素，f為諧振頻率，L為共振衍生環的線圈的電感量，R為為共振衍生環的線圈的電阻。Q值越大，線圈的品質越高，二次發射的能力越強，反之越弱。R與線圈的材質、形狀和大小有關。

共振衍生環的線圈形狀：接收線圈是從共振衍生環獲得能量的，因此，共振衍生環的線圈的形狀就決定了接收線圈獲得能量的范圍，也就是說決定了接收線圈所在的用電器的使用范圍，反過來說，用電器的使用范圍就是以共振衍生環的線圈為邊界的，通常，共振衍生環的線圈形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形、不規則環形，彈簧狀等，雖然形狀不一，但都是由一根或一組多股導線繞(含漆包線)制而成的，線圈的兩端最后與一個電容串聯。