一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，其由高频方波发生器通过隔直电容给矩形柔性线圈供电，在矩形柔性线圈内产生随时间变化的电流；覆盖于圆柱形物体表面后，矩形线圈的左右两条边重合，且流过的电流方向相反，因此在圆柱体内产生的磁场相互抵消；矩形线圈上下两条边的电流围成圆形，在圆柱体内产生随时间变化的磁场，磁场在圆柱体内部的线圈中感应出电压，内部线圈与谐振电容产生谐振，感应电压谐振后经二极管全桥整流电路变为脉动的直流电压，再经过稳压元件稳压至传感器供电所需电压值即可实现给圆柱体内部的传感器供电，其结构简单，成本低且易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路
本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路。
技术介绍
随着科学技术的发展，越来越多的移动设备、便携设备和植入式设备在人们生活中获得广泛应用，这些产品包括在消费电子领域的手机、笔记本电脑，医疗仪器领域的植入式医疗设备以及电动汽车等。然而，这些可移动设备的供电问题是当今需要解决的重要问题之一。传统的有线输电方式存在电线摩擦、老化等问题，影响用电设备的寿命和用电安全。此外，有线方式不能满足一些特殊应用场合的需要，如植入式医疗设备的充电。无线电能传输方式可以很好地解决这些问题，由于其利用电磁场耦合进行无线输电，不仅省去电线和插座，还使得电能利用更加灵活、宽广。同时，传统的有线供电方式难以满足位于圆柱体内部的传感器的供电需求，需要通过无线供电方式给其供电。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术提供了一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，能够通过外部电源给位于圆柱体内的传感器供电。一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，包括柔性线圈和高频方波发生器；所述高频方波发生器与柔性线圈相连接，其用于产生高频方波电压并加载至柔性线圈上；所述柔性线圈固定在圆柱体侧面上且与圆柱体内部线圈电磁耦合，从而实现电能的无线传输用以为圆柱体内部传感器供电；所述柔性线圈由导线按顺时针或逆时针单向绕制成矩形轮廓，其沿圆柱体侧面围成一圈后使得轮廓左右两条边相接重合。进一步地，所述柔性线圈采用柔性PCB板制作，即导线沿着PCB板边沿按顺时针或逆时针单向绕制，从而得到一矩形轮廓的柔性线圈。进一步地，所述高频方波发生器包括直流源、Boost升压电路、逆变电路和隔直电容；其中，Boost升压电路的输入侧与直流源连接，Boost升压电路的输出侧与逆变电路的直流侧连接，逆变电路交流侧的一端与隔直电容的一端相连，隔直电容的另一端与柔性线圈的一端相连，柔性线圈的另一端与逆变电路交流侧的另一端相连。进一步地，所述圆柱体内部还包括二极管整流电路、谐振电容以及稳压元件，所述谐振电容与内部线圈并联后与二极管整流电路的交流侧连接，所述二极管整流电路的直流侧与稳压元件和传感器并联。进一步地，所述柔性线圈与隔直电容工作于非谐振状态。本专利技术无线电能传输电路的原理为：由高频方波发生器通过隔直电容给矩形柔性线圈供电，在矩形柔性线圈内产生随时间变化的电流；固定于圆柱形物体表面后，矩形柔性线圈的左右两条边重合，且流过的电流方向相反，因此在圆柱体内产生的磁场相互抵消；矩形柔性线圈上下两条边的电流围成圆形，在圆柱体内产生随时间变化的磁场，磁场在圆柱体内部线圈中感应出电压，内部线圈与谐振电容产生谐振，感应电压谐振后经二极管全桥整流电路变为脉动的直流电压，再经过稳压元件稳压至传感器供电所需电压值即可实现向圆柱体内部传感器供电。本专利技术通过矩形柔性线圈，实现对圆柱体内传感器的供电，解决了圆柱体内部传感器的供电问题，其结构简单，成本低且易于实现。附图说明图1为柔性线圈在圆柱形物体表面的布置示意图。图2为高频方波发生器与柔性线圈的连接结构示意图。图3为圆柱体内部电路结构示意图。图4为圆柱体内部电路的输出电压波形示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，包括矩形柔性线圈和高频方波发生器；其中，矩形柔性线圈覆盖于圆柱形物体的表面，向其内部的传感器供电，如图1所示；高频方波发生器产生高频方波电压，输出端通过隔直电容与矩形柔性线圈相连。矩形柔性线圈的导线集中沿柔性PCB板边沿按顺时针或逆时针单向绕制，在圆柱形物体表面围成一圈后，矩形柔性线圈的左右两条边重合。如图2所示，高频方波发生器由12V直流电压源、升压电路、逆变电路和隔直电容C1组成，其中升压电路采用Boost升压电路结构，将12V直流电压升压至100V；逆变电路由四个MOS管Q1～Q4组成，其中Q1和Q4采用驱动信号1，Q2和Q3采用驱动信号2，驱动信号1和驱动信号2均为占空比50％，频率100kHZ的方波驱动信号，但相位相差180度；逆变电路的输出为100kHZ，峰值200V的方波电压；逆变电路输出电压通过隔直电容C1加至矩形柔性线圈，从而给圆柱体内传感器供电。本实施例中圆柱体内部电路如图3所示，包括圆柱体内部线圈、二极管全桥整流电路和稳压元件，仿真电路中原副边耦合系数为0.2，原边线圈电感为100uH，副边线圈电感为1mH，谐振电容为2.5uF，品质因数为20，因此串联电阻值为30Ω。按照实例中的参数进行仿真，得到的输出电压波形如图4所示，输出电压为16.3V的直流电压，经过稳压元件可以给圆柱体内部传感器提供稳定的直流电压。本实施方式中由高频方波发生器通过隔直电容给矩形柔性线圈供电，在矩形柔性线圈内产生随时间变化的电流；固定于圆柱形物体表面后，矩形柔性线圈的左右两条边重合，且流过的电流方向相反，因此在圆柱体内产生的磁场相互抵消；矩形柔性线圈上下两条边的电流围成圆形，在圆柱体内产生随时间变化的磁场，磁场在圆柱体内部线圈中感应出电压，内部线圈与谐振电容产生谐振，感应电压谐振后经二极管全桥整流电路变为脉动的直流电压，再经过稳压元件稳压至传感器供电所需电压值即可实现向圆柱体内部传感器供电。上述对实施例的描述是为便于本
的普通技术人员能理解和应用本专利技术。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本专利技术不限于上述实施例，本领域技术人员根据本专利技术的揭示，对于本专利技术做出的改进和修改都应该在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，其特征在于：包括柔性线圈和高频方波发生器；所述高频方波发生器与柔性线圈相连接，其用于产生高频方波电压并加载至柔性线圈上；所述柔性线圈固定在圆柱体侧面上且与圆柱体内部线圈电磁耦合，从而实现电能的无线传输用以为圆柱体内部传感器供电；所述柔性线圈由导线按顺时针或逆时针单向绕制成矩形轮廓，其沿圆柱体侧面围成一圈后使得轮廓左右两条边相接重合。

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱体内部传感器供电的无线电能传输电路，其特征在于：包括柔性线圈和高频方波发生器；所述高频方波发生器与柔性线圈相连接，其用于产生高频方波电压并加载至柔性线圈上；所述柔性线圈固定在圆柱体侧面上且与圆柱体内部线圈电磁耦合，从而实现电能的无线传输用以为圆柱体内部传感器供电；所述柔性线圈由导线按顺时针或逆时针单向绕制成矩形轮廓，其沿圆柱体侧面围成一圈后使得轮廓左右两条边相接重合。2.根据权利要求1所述的无线电能传输电路，其特征在于：所述柔性线圈采用柔性PCB板制作，即导线沿着PCB板边沿按顺时针或逆时针单向绕制，从而得到一矩形轮廓的柔性线圈。3.根据权利要求1所述的无线电能传输电路，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫睿，陈宏，朱越，钱中南，吴建德，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33