一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，包括发射板、接收板、第一控制电路板、第二控制电路板、以及十六根导电金属棒，接收板平行放置在发射板的上方并且距离任意可调，发射板和接收板的端口加载有调节阻抗匹配的电容，第一控制电路板和第二控制电路板通过金属棒连接；发射板和接收板之间充电距离改变时，第一控制电路板通过选择第二控制电路板中不同的调谐电容值来进行阻抗匹配，进而调节能量传输效率。本实用新型专利技术可用于手机、平板等移动设备的无线充电，其优点在于能量传输效率随距离变化可调，提高了用电设备的充电效率，线圈和控制电路均采用平面印刷结构，加工方便，成本较低。

A wireless energy transceiver with adjustable transmission efficiency with distance change

The wireless power transceiver device of the utility model discloses a transmission efficiency with the change of distance adjustable, including transmitting board, receiving board, the first control circuit and second control circuit board and a sixteen conductive metal rod receiving plate arranged in parallel above the emission plate and distance adjustable, transmitting board and port loading receiving board has a tuning capacitor impedance matching, the first control circuit and second control circuit board are connected by a metal rod; charging distance change between emission and receiving plate plate, tuning capacitance different first control circuit board through the second control circuit board in the value of impedance matching, and then adjust the energy transmission efficiency. The utility model can be used for wireless charging of mobile devices such as mobile phones and flat panels. The advantage is that the energy transmission efficiency can be adjusted with the distance change, and the charging efficiency of the electric equipment is improved. Both the coil and the control circuit adopt the planar printing structure, and the processing is convenient and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置
本技术属于无线能量传输
，涉及一种传输效率随距离变化可以调节的无线能量传输收发装置。
技术介绍
磁谐振耦合无线能量传输技术基于近场耦合，能量通过磁场的形式进行传播。美国科学家尼古拉·特斯拉在1899年就开始研究无线能量传输并建立了实验系统。2006年，美国麻省理工学院(MIT)MarinSoljacic教授率先提出利用磁场耦合谐振进行能量无线传输这一概念，从理论上分析了在非辐射磁近场两个具有相同谐振频率的物体通过谐振耦合的方式实现中等距离无线能量传输的可能性。继MIT提出磁谐振耦合无线能量传输之后，该领域成为这些年研究的热点，主要研究应用的领域包括中小功率的手机和平板电脑无线充电、智能家居中台灯和风扇等设备无线供电，中大功率的电动汽车和移动机器人无线充电等，目前该技术在市场上的拓展应用正在快速发展。当充电距离变化时如何继续保持高效率充电是磁谐振耦合无线能量传输系统中的关键技术之一，体现了无线能量传输系统的稳定性和实用性。充电距离的改变会导致阻抗失配，这样能量反射和损耗都很严重，进而使得能量传输效率剧烈下降，用电设备的充电效率降低，所以对于移动的充电设备，进行自适应阻抗匹配调节来实现能量传输效率随距离变化可调变得尤为关键。但是对于传统的磁谐振耦合无线能量传输系统，一旦收发线圈确定后，存在一个最佳距离点使得充电效率最高，当接收模块靠近或者远离发射模块的时候，能量传输效率都会急剧下降，进而导致充电效率降低。针对充电距离改变导致能量传输效率降低的问题，TakehiroImura等人提出一种通过等效电路分析来提高能量传输效率的方法(TakehiroImura,andYoichiHori.MaximizingAirGapandEfficiencyofMagneticResonantCouplingforWirelessPowerTransferUsingEquivalentCircuitandNeumannFormula.IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2011,vol.58)，在不同的充电距离处，通过改变功放源的特性阻抗来对发射线圈的输入端口进行阻抗匹配调节，从而实现在不同的距离点，系统仍然具有较高的能量传输效率。只是该方法需要改变功放源的内阻，实际中功放在设计的时候内阻就确定了，所以该方法实现起来比较困难。TeckChuanBeh等人提出通过阻抗匹配提高能量传输效率(TeckChuanBeh,TakehiroImura,MasakiKato.BasicStudyofImprovingEfficiencyofWirelessPowerTransferviaMagneticResonanceCouplingBasedonImpedanceMatching[J].2011)，当收发两个线圈之间距离不断变化进而导致整个系统匹配恶化时，通过调节匹配网络中的电容C1、C2来实现最大传输效率处于谐振频率点13.56MHz处。只是该方法需要同时调节两个电容，增加了调谐电路的难度，并且是通过手动调节，电容调谐电路没有和发射板进行集成，整个发射电路占用的体积太大。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，当充电距离改变时，只需调节发射端匹配网络中的一个并联电容就能够保持高效率的能量传输，通过添加控制电路实现自适应的阻抗匹配，无需手动调节电容，同时实现了发射线圈和电调控制电路的集成化。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，包括发射板、接收板、第一控制电路板、第二控制电路板、以及连接第一控制电路板和第二控制电路板的十六根导电金属棒；所述的发射板和第二控制电路板通过PCB印刷组合为一体，第一控制电路板和第二控制电路板相距一定距离并通过导电金属棒连接和相互固定；接收板平行放置在发射板的上方，接收板与发射板之间的垂直距离任意可调。进一步的，所述发射板包括第一介质基板、印刷在第一介质基板上面的第一组合电路结构、印刷在第一介质基板下面的第一金属铜片以及两个第一金属化通孔；所述第一组合电路结构包括第一平面螺旋线圈、第一匹配谐振电容、第二匹配谐振电容，第一平面螺旋线圈的首尾与第一金属铜片通过第一金属化通孔连接为闭合整体；所述接收板包括第二介质基板、印刷在第二介质基板上面的第二组合电路结构、印刷在第二介质基板下面的第二金属铜片以及两个第二金属化通孔；所述第二组合电路结构包括第二平面螺旋线圈、第三匹配谐振电容、第四匹配谐振电容，第二平面螺旋线圈的首尾与第二金属铜片通过第二金属化通孔连接为闭合整体。进一步的，所述第二控制电路板包括第三介质基板、印刷在第三介质基板上面的第三组合电路结构、印刷在第三介质基板下面的金属地板(23)、连接第三组合电路结构和金属地板的两个第三金属化通孔以及用于加载导电金属棒的16个第一圆形金属化通孔；所述第三组合电路结构包括8个相同的PIN控制电路单元、8个调谐电容、第三金属铜片、第四金属铜片以及第五金属铜片；每个PIN控制电路单元由两个PIN管、两个大电阻和两个隔直电容组成；所述PIN管和大电阻并联，PIN管和大电阻的一端连接调谐电容，另一端连接第一圆形金属化通孔，隔直电容的一端连接第一圆形金属化通孔，另一端连接第三金属铜片；所述调谐电容分别与PIN控制电路单元和第四金属铜片相连；所述第三金属铜片、第四金属铜片与发射板的第一平面螺旋线圈相连实现调谐电容与发射板的第一匹配谐振电容并联；第三金属铜片、第五金属铜片与金属地板通过第三金属化通孔连通。进一步的，所述第一控制电路板包括第四介质基板、印刷在第四介质基板上面的第四组合电路结构、印刷在第四介质基板下面的第五电路结构、第四金属化通孔、用于加载导电金属棒的16个第二圆形金属化通孔、第五金属化通孔、8个相同的第六金属化通孔以及8个相同的第七金属化通孔；所述第四组合电路结构包括8个相同场效应管控制单元、8位的移位寄存器、第一焊盘、第二焊盘；所述每个场效应管控制单元由1个场效应开关管、1个分压电阻和1个限流电阻组成；所述16个第二圆形金属化通孔由8个相同的低电压金属化通孔和8个相同的高电压金属化通孔组成；所述移位寄存器的8个引脚通过金属线与场效应管控制单元的限流电阻相连，限流电阻的另一端连接场效应开关管的栅极，分压电阻连接场效应开关管的漏极，场效应开关管的源极通过第七金属化通孔接地；低电压输入接入到第一焊盘，高电压输入接入到第二焊盘；所述第一焊盘通过金属线与8个低电压金属化通孔相连；所述第二焊盘通过第四金属化通孔与第五组合电路结构的第一金属线相连，第一金属线通过第五金属化通孔与第四组合电路结构中每个场效应管控制单元的分压电阻连接，分压电阻的另一端通过第六金属化通孔与第五组合电路结构的8根相同的第二金属线相连，8根相同的第二金属线分别与对应的高电压金属化通孔连接；导电金属棒通过第一控制电路板的16个第二圆形金属化通孔与第二控制电路板的16个第一圆形金属化通孔将第一控制电路板和第二控制电路板相互连接和固定，其中第二控制电路板和第一控制电路板相隔一定距离上下平行排列。本技术的优点和有益效果：(1)本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，包括发射板（1）、接收板（5）、第一控制电路板（4）、第二控制电路板（2）、以及连接第一控制电路板（4）和第二控制电路板（2）的十六根导电金属棒（3），其特征在于：所述的发射板（1）和第二控制电路板（2）通过PCB印刷组合为一体，第一控制电路板（4）和第二控制电路板（2）相距一定距离并通过导电金属棒（3）连接和相互固定；接收板（5）平行放置在发射板（1）的上方，接收板（5）与发射板（1）之间的垂直距离任意可调。

【技术特征摘要】
1.一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，包括发射板（1）、接收板（5）、第一控制电路板（4）、第二控制电路板（2）、以及连接第一控制电路板（4）和第二控制电路板（2）的十六根导电金属棒（3），其特征在于：所述的发射板（1）和第二控制电路板（2）通过PCB印刷组合为一体，第一控制电路板（4）和第二控制电路板（2）相距一定距离并通过导电金属棒（3）连接和相互固定；接收板（5）平行放置在发射板（1）的上方，接收板（5）与发射板（1）之间的垂直距离任意可调。2.根据权利要求1所述的一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，其特征在于：发射板（1）包括第一介质基板（12）、印刷在第一介质基板（12）上面的第一组合电路结构（11）、印刷在第一介质基板（12）下面的第一金属铜片（13）以及两个第一金属化通孔（14）；所述第一组合电路结构（11）包括第一平面螺旋线圈（111）、第一匹配谐振电容（112）、第二匹配谐振电容（113），第一平面螺旋线圈（111）的首尾与第一金属铜片（13）通过第一金属化通孔（14）连接为闭合整体；所述接收板（5）包括第二介质基板（52）、印刷在第二介质基板（52）上面的第二组合电路结构（51）、印刷在第二介质基板（52）下面的第二金属铜片（53）以及两个第二金属化通孔（54）；所述第二组合电路结构（51）包括第二平面螺旋线圈（511）、第三匹配谐振电容（512）、第四匹配谐振电容（513），第二平面螺旋线圈（511）的首尾与第二金属铜片（53）通过第二金属化通孔（54）连接为闭合整体。3.根据权利要求1所述的一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，其特征在于：第二控制电路板（2）包括第三介质基板（22）、印刷在第三介质基板（22）上面的第三组合电路结构（21）、印刷在第三介质基板（22）下面的金属地板（23）、连接第三组合电路结构（21）和金属地板（23）的两个第三金属化通孔（24）以及用于加载导电金属棒（3）的16个第一圆形金属化通孔（25）；所述第三组合电路结构（21）包括8个相同的PIN控制电路单元（210）、8个调谐电容（214）、第三金属铜片（215）、第四金属铜片（216）以及第五金属铜片（217）；所述每个PIN控制电路单元（210）由两个PIN管（211）、两个大电阻（212）和两个隔直电容（213）组成；所述PIN管（211）和大电阻（212）并联，PIN管（211）和大电阻（212）的一端连接调谐电容（214），另一端连接第一圆形金属化通孔（25）；所述隔直电容（213）的一端连接第一圆形金属化通孔（25），另一端连接第三金属铜片（215）；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林先其，袁图友，黄登祥，李立江，许冬冬，张廷钎，吴唅唅，常慧萍，
申请(专利权)人：林先其，袁图友，黄登祥，李立江，许冬冬，张廷钎，吴唅唅，常慧萍，
类型：新型
国别省市：四川,51