一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构制造技术

本发明专利技术公开了一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块，其中发射模块采用两个交叉线圈阵列式横向排列设计，线圈之间不重叠，使得接收线圈在发射线圈区域内横向及纵向不同位置的传输效率均衡，可以满足多个电子设备的无线充电和供电要求。本发明专利技术基于磁谐振耦合无线能量传输方案，采用了平面印刷电路板来加工收发模块的线圈结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本，为便携式计算机、通讯产品、消费电子产品和LED照明设备提供了一个稳定、高效的无线充电或无线电能供给方案。

【技术实现步骤摘要】
一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构
本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构的设计。
技术介绍
随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和消费电子产品、移动通信设备等已得到了广泛普及，然而传统的家用电器依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现供电，采用内置电池的电子设备也需要充电线与电源插座之间的有线连接来进行充电，因此我们随处能看到为这些电子设备提供电能供给的电线。这些电线不仅占据了我们的活动空间，限制了设备使用的方便性，而且产生了安全用电的隐患。所以，随着人们对可以完全无线使用的便携式设备和绿色能源系统的需求的不断增长，对于无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点。目前，该技术已逐渐被应用于人们日常生活中的低功耗电子产品中，替代原有的电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便利。例如基于磁感应耦合技术的无线充电牙刷和无线充电毯。然而无线能量传输技术的应用价值和市场潜力远远不止于此。例如无线能量传输技术在智能家居领域的应用将移颠覆传统家电及移动通信设备、电子消费产品的使用模式，以住宅为平台，利用中距离无线能量传输技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居安全性、便利性、舒适性和艺术性，构建高效、环保、节能的居住环境。另外，对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了给便携式计算机、通讯产品、消费电子产品和LED照明设备提供一个稳定、高效的无线充电或无线电能供给方案，提出了一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构。本专利技术的技术方案为：一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块；发射模块为三层平板型结构，其包括印刷于介质基板上的顶层印刷电路结构、中间层印刷电路结构和底层印刷电路结构；顶层印刷电路结构包括激励线圈，中间层印刷电路结构包括印刷在同一平面的第一连接微带线以及至少一个中间层发射谐振线圈，底层印刷电路结构包括印刷在同一平面的至少一个底层发射谐振线圈，中间层发射谐振线圈与底层发射谐振线圈呈交叉排列，且相邻的中间层发射谐振线圈和底层发射谐振线圈之间通过微带线连接；接收模块为平板型结构，其正面为接收谐振线圈，背面为寄生谐振线圈。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于磁谐振耦合无线能量传输方案，采用了平面印刷电路板来加工收发模块的线圈结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本。由本专利技术提供的发射模块和接收模块组成的无线能量传输系统可以实现传输距离为20mm-60mm、传输效率大于57％的无线电能传输。优选地，激励线圈为带缺口的四方螺旋环形线圈，其内部缺口处设置有第一连接点，其外部缺口处设置有第二连接点；激励线圈的最外一层线圈上设置有第一电磁能量输入端口和第二电磁能量输入端口，第一电磁能量输入端口和第二电磁能量输入端口之间并联设置有第一电容，第一电磁能量输入端口和第二电磁能量输入端口之间串联设置有第二电容。上述优选方案的有益效果是：本专利技术的顶层印刷电路结构可以增加收发线圈之间的耦合系数，在一定距离内可以增加整个系统对电能传输的总体效率。优选地，第一连接微带线的两端分别设置有第三连接点和第四连接点，第一连接点和第三连接点之间设置有通孔，第二连接点和第四连接点之间设置有通孔。每个中间层发射谐振线圈的结构相同，均包括第一发射谐振线圈、第二发射谐振线圈以及用于连接第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈的第二连接微带线；第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈均为带缺口的长方形线圈，第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈呈镜像对称设置，且两者的缺口相对设置，第一发射谐振线圈的缺口处设置有第五连接点，第二发射谐振线圈的缺口处设置有第六连接点。上述优选方案的有益效果是：本专利技术的中间层印刷电路结构可以增加收发线圈在整个发射平面的均衡性，使得整个发射面上的传输效率相差不大。优选地，每个底层发射谐振线圈的结构相同，均包括第三发射谐振线圈、第四发射谐振线圈以及用于连接第三发射谐振线圈和第四发射谐振线圈的谐振电容；第三发射谐振线圈和第四发射谐振线圈均为带缺口的长方螺旋环形线圈，第三发射谐振线圈和第四发射谐振线圈呈镜像对称设置，且两者的外部缺口相对设置，第三发射谐振线圈的内部缺口处设置有第七连接点，第四发射谐振线圈的内部缺口处设置有第八连接点；第五连接点和第七连接点之间设置有通孔，第六连接点和第八连接点之间设置有通孔。上述优选方案的有益效果是：本专利技术的底层印刷电路结构可以使得微带线的布线能够更多样化，使整个发射平面的磁力线均衡分布。优选地，发射模块的几何参数和电气参数设置如下：激励线圈的外部长度LLOOP_TX为50mm-150mm；激励线圈的外部宽度HLOOP_TX为50mm-150mm；激励线圈中微带线的宽度WLOOP_TX为2.5mm-8mm；激励线圈中相邻微带线之间的距离SLOOP_TX为0.5mm-3mm；第一发射谐振线圈的外部长度LRes1_TX为60mm-160mm；第一发射谐振线圈的外部宽度HRes1_TX为30mm-80mm；第一发射谐振线圈中微带线的宽度WRes1_TX为1mm-5mm；第二发射谐振线圈的外部长度LRes2_TX为60mm-160mm；第二发射谐振线圈的外部宽度HRes2_TX为30mm-80mm；第二发射谐振线圈中微带线的宽度WRes2_TX为1mm-5mm；第三发射谐振线圈的外部长度LRes3_TX为70mm-200mm；第三发射谐振线圈的外部宽度HRes3_TX为30mm-80mm；第三发射谐振线圈中微带线的宽度WRes3_TX为1mm-5mm；第三发射谐振线圈中相邻微带线之间的距离S1Res3_TX和S2Res3_TX为0.5mm-3mm；第四发射谐振线圈的外部长度LRes4_TX为70mm-200mm；第四发射谐振线圈的外部宽度HRes4_TX为30mm-80mm；第四发射谐振线圈中微带线的宽度WRes4_TX为1mm-5mm；第四发射谐振线圈中相邻微带线之间的距离S1Res4_TX和S2Res4_TX为0.5mm-3mm；发射模块的发射谐振电容值为100pF-520pF。上述优选方案的有益效果是：通过对发射模块中各个几何参数和电气参数的优化设置，在保证发射模块的小型化的同时，提高了激励线圈和各个发射谐振线圈之间的耦合强度以及发射谐振线圈本身的品质因子，以适用于电子消费产品、通讯设备和LED照明设备的无线充电能量信号的发射。优选地，接收谐振线圈和寄生谐振线圈均为带缺口的四方螺旋环形线圈；接收谐振线圈上设置有第九连接点，寄生谐振线圈上设置有第十连接点，第九连接点和第十连接点之间设置有通孔。上述优选方案的有益效果是：本专利技术的接收模块正背面线圈采用均采用四方螺线环形设计，背面的寄生谐振线圈增加了收发磁谐振线圈之间的耦合强度，在有效的距离内可以提高系统的传输效率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块；所述发射模块为三层平板型结构，其包括印刷于介质基板上的顶层印刷电路结构、中间层印刷电路结构和底层印刷电路结构；所述顶层印刷电路结构包括激励线圈(103)，所述中间层印刷电路结构包括印刷在同一平面的第一连接微带线(208)以及至少一个中间层发射谐振线圈，所述底层印刷电路结构包括印刷在同一平面的至少一个底层发射谐振线圈，所述中间层发射谐振线圈与底层发射谐振线圈呈交叉排列，且相邻的中间层发射谐振线圈和底层发射谐振线圈之间通过微带线连接；所述接收模块为平板型结构，其正面为接收谐振线圈(401)，背面为寄生谐振线圈(501)。

【技术特征摘要】
1.一种双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块；所述发射模块为三层平板型结构，其包括印刷于介质基板上的顶层印刷电路结构、中间层印刷电路结构和底层印刷电路结构；所述顶层印刷电路结构包括激励线圈(103)，所述中间层印刷电路结构包括印刷在同一平面的第一连接微带线(208)以及至少一个中间层发射谐振线圈，所述底层印刷电路结构包括印刷在同一平面的至少一个底层发射谐振线圈，所述中间层发射谐振线圈与底层发射谐振线圈呈交叉排列，且相邻的中间层发射谐振线圈和底层发射谐振线圈之间通过微带线连接；所述接收模块为平板型结构，其正面为接收谐振线圈(401)，背面为寄生谐振线圈(501)。2.根据权利要求1所述的双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，所述激励线圈(103)为带缺口的四方螺旋环形线圈，其内部缺口处设置有第一连接点(101)，其外部缺口处设置有第二连接点(102)；所述激励线圈(103)的最外一层线圈上设置有第一电磁能量输入端口(106)和第二电磁能量输入端口(107)，所述第一电磁能量输入端口(106)和第二电磁能量输入端口(107)之间并联设置有第一电容(104)，所述第一电磁能量输入端口(106)和第二电磁能量输入端口(107)之间串联设置有第二电容(105)。3.根据权利要求2所述的双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，所述第一连接微带线(208)的两端分别设置有第三连接点(201)和第四连接点(202)，所述第一连接点(101)和第三连接点(201)之间设置有通孔，所述第二连接点(102)和第四连接点(202)之间设置有通孔。4.根据权利要求2所述的双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，每个所述中间层发射谐振线圈的结构相同，均包括第一发射谐振线圈(206)、第二发射谐振线圈(209)以及用于连接第一发射谐振线圈(206)和第二发射谐振线圈(209)的第二连接微带线(207)；所述第一发射谐振线圈(206)和第二发射谐振线圈(209)均为带缺口的长方形线圈，所述第一发射谐振线圈(206)和第二发射谐振线圈(209)呈镜像对称设置，且两者的缺口相对设置，所述第一发射谐振线圈(206)的缺口处设置有第五连接点(205)，所述第二发射谐振线圈(209)的缺口处设置有第六连接点(204)。5.根据权利要求4所述的双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无线电能传输线圈结构，其特征在于，每个所述底层发射谐振线圈的结构相同，均包括第三发射谐振线圈(304)、第四发射谐振线圈(305)以及用于连接第三发射谐振线圈(304)和第四发射谐振线圈(305)的谐振电容(303)；所述第三发射谐振线圈(304)和第四发射谐振线圈(305)均为带缺口的长方螺旋环形线圈，所述第三发射谐振线圈(304)和第四发射谐振线圈(305)呈镜像对称设置，且两者的外部缺口相对设置，所述第三发射谐振线圈(304)的内部缺口处设置有第七连接点(302)，所述第四发射谐振线圈(305)的内部缺口处设置有第八连接点(301)；所述第五连接点(205)和第七连接点(302)之间设置有通孔，所述第六连接点(204)和第八连接点(301)之间设置有通孔。6.根据权利要求5所述的双交叉线圈阵列式磁谐振耦合无...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻易强，李伟，胡鹏飞，
申请(专利权)人：成都斯普奥汀科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51