專利名稱：共振衍生環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種在電磁共振中，位于發(fā)射線圈與接收線圈之間的用于能量傳遞的LC 諧振環(huán)，稱之為共振衍生環(huán)。
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(fā)射線圈和接收線圈之間實現(xiàn)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(lián)盟(Wireless Power Consortium)發(fā)布了第 一個無線充電的工業(yè)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(xiàn)有的無線供電，在原理上是電磁共振來實現(xiàn)的，即發(fā)射線圈和接收線圈均工作 于同一頻率的諧振狀態(tài)，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(fā)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(fā)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(fā)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(shù)厘米或數(shù)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(xiàn)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(fā) 射源，而要用多個發(fā)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(fā)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(huán)是可行的解決辦法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種在電磁共振中，位于發(fā)射線圈與接收線圈之間的用于能量傳遞的LC 諧振環(huán)，稱之為共振衍生環(huán)，它由一個環(huán)形線圈L和一個無極性電容C串聯(lián)而成，即線圈的 兩端分別與電容的兩個電極相連，這個串聯(lián)回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的工作頻率(即發(fā) 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(fā)射線圈、共振衍生環(huán) 和接收線圈同時工作于同一頻率的諧振狀態(tài)(即共振)。當發(fā)射線圈工作時，共振衍生環(huán)接 收來自發(fā)射線圈的能量，產(chǎn)生諧振，形成能量的二次發(fā)射，將能量傳遞給接收線圈，實現(xiàn)能 量的無線傳輸。由于共振衍生環(huán)的作用，能量的傳遞過程將發(fā)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(fā)射線圈、共振衍生環(huán)和接收線圈的空間位置不同而發(fā)生 改變；3、能量傳遞的密度與共振衍生環(huán)的品質(zhì)有關，通過改變共振衍生環(huán)的品質(zhì)可以實現(xiàn) 能量的梯度分布。共振衍生環(huán)與發(fā)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(huán)、發(fā)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(fā) 射線圈、共振衍生環(huán)和接收線圈在同一法線方向，即三個線圈上下平行。2、發(fā)射線圈、共振 衍生環(huán)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(huán)在同一平面上，或鄰 近或重疊。3、發(fā)射線圈、共振衍生環(huán)在同一平面上，或鄰近或重疊，而接收線圈與共振衍生 環(huán)在同一法線方向，兩個線圈上下平行。共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈和接收線圈的數(shù)量關系一個發(fā)射線圈的能量可以傳遞給 一個共振衍生環(huán)再傳遞給一個接收線圈；一個發(fā)射線圈的能量也可以傳遞給多個共振衍生 環(huán)再傳遞給多個接收線圈。能量的梯度分布與共振衍生環(huán)的品質(zhì)的關系來自發(fā)射線圈的能量是通過共振衍 生環(huán)的二次發(fā)射傳遞給接收線圈的，因此，共振衍生環(huán)的品質(zhì)直接影響到能量的分布密度。 線圈的品質(zhì)可用品質(zhì)因素來衡量，即Q = 2 π fL/R式中Q為品質(zhì)因素，f為諧振頻率，L為共 振衍生環(huán)的線圈的電感量，R為為共振衍生環(huán)的線圈的電阻。Q值越大，線圈的品質(zhì)越高，二 次發(fā)射的能力越強，反之越弱。R與線圈的材質(zhì)、形狀和大小有關。共振衍生環(huán)的線圈形狀接收線圈是從共振衍生環(huán)獲得能量的，因此，共振衍生環(huán) 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(huán)的線圈為邊界的，通常，共振 衍生環(huán)的線圈形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、四邊形、多邊形、不規(guī)則環(huán)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(lián)。本發(fā)明的有益效果共振衍生環(huán)不但能改變電磁共振的能量的傳遞方向，還能按 照用電器的功耗需要來實現(xiàn)能量的梯度分布，從而實現(xiàn)一個能量發(fā)射源對多個用電器的合 理的無線供電，充分利用了能源，提高了能效，減少了輻射和損耗，同時方便于管理，節(jié)省了 成本(一個共振衍生環(huán)的成本只有一個發(fā)射源的成本的若干分之一)。

附圖1是共振衍生環(huán)的工作原理圖。附圖2是共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈、接收線圈的空間位置關系之一。附圖3是共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈、接收線圈的空間位置關系之二。附圖4是共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈、接收線圈的空間位置關系之三。附圖5是筆記本電腦及其鼠標的無線供電中，共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈、接收線圈 的空間位置關系示意圖。附圖6是無線供電辦公桌面中，一個能量發(fā)射源與多個共振衍生環(huán)的平面分布示 意圖。附圖1中，L為線圈，C為無極性電容，L與C串聯(lián)組成一個LC諧振回路。附圖2、3、4中，T為發(fā)射線圈，L為共振衍生環(huán)的線圈，R為接收線圈。圖中箭頭表 示能量傳遞的方向。[0020]附圖5中，T為發(fā)射線圈，N為筆記本電腦內(nèi)的接收線圈，L為共振衍生環(huán)的線圈， 它的作用是為鼠標無線供電，M為鼠標內(nèi)的接收線圈。圖中箭頭表示能量傳遞的方向。附圖6中，T為發(fā)射線圈，S、L、K和M分別為四個共振衍生環(huán)的線圈，S是給桌面 音箱無線供電的共振衍生環(huán)的線圈，L是給臺燈無線供電的共振衍生環(huán)的線圈，K是給鍵盤 無線供電的共振衍生環(huán)的線圈，M是給鼠標無線供電的共振衍生環(huán)的線圈。
具體實施方式
以下結(jié)合實例，進一步說明了共振衍生環(huán)的原理和使用方法。實例一、共振衍生環(huán)延長無線供電的距離這一功能在工藝品中的應用。設有一個工藝品由三部分組成底座、寶塔和塔頂上的夜明珠，要求通過無線供電 為寶塔和夜明珠供電使它們內(nèi)部發(fā)光。操作方法是采用如圖2所示的原理，發(fā)射線圈T置 于一個底座內(nèi)，它與發(fā)射電路相連，通電后電能由發(fā)射線圈T發(fā)出；在寶塔內(nèi)放置一個共振 衍生環(huán)，其線圈是L，L的兩端可以為LED等供電使其發(fā)光；在夜明珠內(nèi)放置另一個LC諧振 環(huán)，R是它的接收線圈，線圈的兩端同樣可以給LED供電使其發(fā)光。這樣，底座上的電能就 通過共振的方式傳遞到了寶塔內(nèi)，再由寶塔內(nèi)的共振衍生環(huán)傳遞給夜明珠。這種無線供電 的工藝品更突出了它的神奇，更具觀賞性。本例中，如果沒有寶塔內(nèi)的共振衍生環(huán)的二次發(fā) 射作用，能量是不能傳到頂部的夜明珠內(nèi)的。實例二、共振衍生環(huán)在筆記本電腦及其鼠標的無線供電中的應用。設有一個筆記本電腦桌(架)，其功能是當筆記電腦放置在上面，就能自動給電 腦無線供電和充電，同時給外圍的鼠標無線供電。如圖5所示，T為發(fā)射線圈，它和發(fā)射驅(qū)動電路全部安裝在筆記本電腦桌(架)的 下面，通電后向上發(fā)射能量，N為筆記本電腦內(nèi)的接收線圈，線圈兩端的交流電通過整流、濾 波和穩(wěn)壓后為筆記本供電；L為共振衍生環(huán)的線圈，它置于發(fā)射線圈T的旁邊，共振衍生環(huán) 吸收來自發(fā)射線圈T的能量，產(chǎn)生二次發(fā)射，將能量傳遞給鼠標；M為鼠標內(nèi)的接收線圈，接 收線圈M位于共振衍生環(huán)線圈L的上方，接收來自共振衍生環(huán)的能量產(chǎn)生交流電，線圈兩端 的交流電通過整流、濾波和穩(wěn)壓后為鼠標供電，鼠標不再使用電池。實例三、無線供電的辦公桌面。要求給辦公桌上的所有用電器實現(xiàn)無線供電，包括顯示器、多媒體音箱、臺燈、鍵 盤和鼠標等，實現(xiàn)一個整潔、無線、安全的辦公桌面。如圖6所示，發(fā)射線圈T及其驅(qū)動電路置于桌面下，同時在發(fā)射線圈T的周邊放置 四個共振衍生環(huán)，S、L、K和M分別為四個共振衍生環(huán)的線圈，S是給桌面音箱無線供電的共 振衍生環(huán)的線圈，L是給臺燈無線供電的共振衍生環(huán)的線圈，K是給鍵盤無線供電的共振衍 生環(huán)的線圈，M是給鼠標無線供電的共振衍生環(huán)的線圈。在顯示器內(nèi)放置一個諧振接收電 路，工作時，置于發(fā)射線圈T的上方，接收來自發(fā)射線圈T的能量為顯示器供電；同樣，在多 媒體音箱、臺燈、鍵盤和鼠標內(nèi)分別放置一個諧振接收電路，工作時，分別置于相應的共振 衍生環(huán)的線圈上方，接收來自各個共振衍生環(huán)的能量，轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)無線供電。在解決了無線供電的基礎上，整合現(xiàn)有的無線音頻、無線視頻、無線網(wǎng)絡、無線鼠 標等，就實現(xiàn)了辦公桌面的徹底的無線化。
權(quán)利要求1.一種共振衍生環(huán)，其特征是一種在電磁共振中，位于發(fā)射線圈與接收線圈之間的 獨立的LC諧振環(huán)，它由一個環(huán)形線圈L和一個無極性電容C串聯(lián)而成，即線圈的兩端分別 與電容的兩個電極相連，這個串聯(lián)回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的發(fā)射頻率相同，與接收線 圈的接收頻率也相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)的線圈由一根或一組多 股導線繞制而成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)的線圈形狀可以為圓形、 橢圓形、三角形、四邊形、多邊形和彈簧狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈、接收線圈的 空間位置關系有以下幾種一、發(fā)射線圈、共振衍生環(huán)和接收線圈在同一法線方向，即三個 線圈上下平行；二、發(fā)射線圈、共振衍生環(huán)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(huán)在同一平面上，可以鄰近也右以重疊；三、發(fā)射線圈、共振衍生環(huán)在同一平面 上，可以鄰近也可以重疊，而接收線圈與共振衍生環(huán)在同一法線方向，兩個線圈上下平行， 空間位置不同，能量傳遞的方向也不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)與發(fā)射線圈和接收線圈 的數(shù)量關系是，一個發(fā)射線圈的能量可以傳遞給一個共振衍生環(huán)再傳遞給一個接收線圈， 一個發(fā)射線圈的能量也可以傳遞給多個共振衍生環(huán)再傳遞給多個接收線圈。
專利摘要共振衍生環(huán)本實用新型是一種在電磁共振中，位于發(fā)射線圈與接收線圈之間的用于能量傳遞的LC諧振環(huán)，稱之為共振衍生環(huán)，它由一個環(huán)形線圈L和一個無極性電容C串聯(lián)而成。共振衍生環(huán)、發(fā)射線圈和接收線圈同時工作于同一頻率的諧振狀態(tài)(即共振)，當發(fā)射線圈工作時，共振衍生環(huán)接收來自發(fā)射線圈的能量，產(chǎn)生諧振，形成能量的二次發(fā)射，將能量傳遞給接收線圈，實現(xiàn)能量的定向無線傳輸和能量的梯度分布。
文檔編號H02J17/00GK201877894SQ201020523538
公開日2011年6月22日 申請日期2010年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月5日
發(fā)明者朱斯忠 申請人:朱斯忠