基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置，包括依次连接的磁共振无线电能发射模块、若干磁共振发射天线、若干接收天线和磁共振无线电能接收模块；磁共振无线电能发射模块用于将直流电源转换为射频能量，并控制工作方式；磁共振发射天线用于将射频能量转换为空间中分布的电抗场；接收天线用于将电抗场转换为射频能量；磁共振无线电能接收模块用于将射频能量转换为直流功率，并为负载进行充电或供电。本发明专利技术中的发射天线为多组天线，当其中一个作为主发射天线时，其他天线作为中继耦合天线，收发天线均采用立体多层绕线结构，收发天线尺寸差异较大，适用于为续航能力有限和无法进行有线供电的微型设备充电供电。微型设备充电供电。微型设备充电供电。

【技术实现步骤摘要】
基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置


[0001]本专利技术属于无线电能传输
，具体涉及一种基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的小型消费电子产品、物联网传感器、工业传感器和微型诊疗设备等电子设备越来越普及，然而大多数该类设备仍然依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现充电，充电线的物理连接限制了该类设备使用的方便性，而充电口的存在成为了该类设备的进一步小型化的设计瓶颈，另外，通过插拔插头有线充电的方式也对设备的防水防潮设计提出了很高的要求，增加了加工成本，并存在用电安全隐患。因此，越来越多的该类电子设备开始探索无线充电的方式为其进行充电。目前行业内公认的无线充电技术主要分为三类，一种是WPC联盟主推的QI标准，也称为磁感应耦合技术，另一种是Airfuel联盟主推的磁谐振耦合技术，还有一种是电磁辐射式无线输能技术。相比于磁感应技术，磁谐振合技术在充电距离、空间自由度、一对多充和功率扩展上有明显优势；相比于电磁辐射式无线输能技术，磁谐振耦合技术在能量转化效率、传输功率和电磁安全方面更具备实用价值。
[0003]然而当收发天线尺寸差异较大，充电接收端需在一个较大的立体空间范围内自由充电时，磁谐振技术的应用存在着设计难度；例如，对于小型设备放置于收纳盒中无线充电的应用场景，由于内置于设备内部的接收天线尺寸相对于收纳盒尺寸很小，要做到真正意义的随放随充，随取随用，往往需要被充设备在收纳盒构成的三位立体空间内任意位置任意角度都能维持稳定高效的无线充电，整体能量转换效率均衡，这对磁谐振系统收发天线的设计提出了较高挑战；又例如用于医学诊疗的胶囊内镜，全称为智能肠镜胶囊消化道内镜系统，胶囊内置摄像头依赖于胶囊内部锂电池供电，由于胶囊尺寸很小，导致该电池容量很小，续航能力不够，而人体肠道很长，胶囊需要采集图像信息的时间较长，目前胶囊内镜只能采用降低采集频率即图像帧数的方式来延长内镜的有效工作时间，但降低采集频率会导致胶囊错过真正病灶区域而无法获取真实有效的诊疗数据。由于胶囊内镜在人体内行走路径较长，且需完全密封来避免感染，无法采用有线连接的方式为其进行二次充电，无线充电成为了延长胶囊续航能力和增加胶囊诊疗精度和可靠性的唯一方式。而将磁谐振技术应用于胶囊内镜的无线充电时，同样存在着收发天线尺寸差异较大，胶囊需在人体胃肠系统构成的三维立体空间内自由移动，在任意位置、任意角度时需维持高效稳定的无线充电的技术难题。
[0004]为了解决以上技术难题，本专利技术提出了一种采用多天线切换的三维立体磁谐振无线电能传输系统设计方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前磁共振无线电能传输技术在实际应用中，当被充设
备尺寸较小，且需在一个较大的立体空间范围内自由充电并保持相对稳定的能量转换效率时，收发端设计上存在的技术难题。为构建一个较大的无线充电立体区域，发射天线尺寸也需较大，而当被充设备尺寸较小时，收发天线的尺寸存在较大差异，从而导致被充设备在发射天线构成的三位立体空间内很难维持稳定的无线充电效果，整体能量转换效率随位置和角度的变化较明显。针对该技术问题，本专利技术提出了一种基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置包括依次连接的磁共振无线电能发射模块、若干磁共振发射天线、若干接收天线和磁共振无线电能接收模块；磁共振无线电能发射模块用于将直流电源转换为射频能量，发送至磁共振发射天线，并控制无线充电传输装置的工作方式；磁共振发射天线用于将射频能量转换为空间中分布的电抗场；接收天线用于与磁共振发射发射天线产生磁共振耦合，将空间中的电抗场转换为射频能量；磁共振无线电能接收模块用于将射频能量转换为直流功率，并为负载进行充电或供电。
[0007]进一步地，磁共振无线电能发射模块包括电源适配器、稳压电路、发射蓝牙检测电路、调频电路、驱动电路、射频功放电路、若干LC匹配网络、若干主路开关、若干发射谐振电容、若干中继耦合电容和若干电容切换开关；电源适配器、稳压电路和发射蓝牙检测电路依次通信连接；稳压电路分别与调频电路和射频功放电路通信连接；调频电路通过驱动电路和射频功放电路通信连接；射频功放电路、LC匹配网络和主路开关依次通信连接；主路开关通过发射谐振电容和中继耦合电容与电容切换开关通信连接；发射蓝牙检测电路还分别与主路开关和电容切换开关通信连接；电容切换开关和磁共振发射天线通信连接。
[0008]进一步地，电源适配器用于将220V交流电转换为直流电源，并为磁共振无线电能发射模块供电；稳压电路用于对输入电压进行稳压；发射蓝牙检测电路用于采集接收天线位置，并控制切换无线充电传输装置的工作方式，其工作方式包括谐振匹配和中继耦合匹配；调频电路用于调整发射工作频率，并将直流转换为射频信号；驱动电路用于驱动射频功放电路；射频功放电路用于放大无线电能的功率；LC匹配网络和串并联谐振电容组与磁共振发射天线一一对应组成发射LC串并联谐振电路，用于确定无线充电传输装置的谐振频率；其中，当LC匹配网络和串并联谐振电容组与磁共振发射天线一一对应组成若干组谐振发射天线时，其中一部分磁共振发射天线的工作频率采用谐振频率，其余磁共振发射天线均与中继耦合电容连接，组成若干组工作频率为中继耦合匹配频率的中继耦合天线；发射谐振电容和磁共振发射天线一一对应组成LC串联谐振电路，通过调整发射谐振电容的参数控制无线充电传输装置的谐振频率；
中继耦合电容和磁共振发射天线一一对应组成LC串联中继耦合谐振电路，通过调整中继耦合电容的参数控制无线充电传输装置的中继耦合频率；主路开关用于切换无线充电传输装置的射频主路通断；电容切换开关用于切换发射谐振电容和中继耦合电容。
[0009]进一步地，磁共振无线电能接收模块包括依次连接的接收谐振网络、整流稳压电路、滤波电路、接收蓝牙控制电路、电源管理电路和负载；接收谐振网络和接收天线连接；接收谐振网络和接收天线组成接收LC串并联谐振电路，并用于将射频能量转换为交流信号；整流稳压电路用于对交流信号进行整流稳压；滤波电路用于滤除脉动直流电压中的交流成分，保留其直流成分，降低输出电压纹波系数；接收蓝牙控制电路用于与发射蓝牙检测电路进行通信，使发射蓝牙检测电路根据接收天线的位置控制无线充电传输装置的工作方式；电源管理电路用于对负载进行充电供电。
[0010]进一步地，磁共振发射天线缠绕于三维多面体外壁上，其包括若干组发射线圈和若干能量馈入口；能量馈入口固定设置于每组发射线圈上；每组发射线圈采用第一缠绕方式、第二缠绕方式或第三缠绕方式缠绕于三维多面体外壁上。
[0011]进一步地，第一缠绕方式中，若干组发射线圈平行排列在三维多面体外壁上；能量馈入口固定设置于每组发射线圈中的一条发射线圈上。
[0012]进一步地，第二缠绕方式中，每组发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，第一发射线圈和第二发射线圈在预设长度内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置，其特征在于，包括依次连接的磁共振无线电能发射模块、若干磁共振发射天线、若干接收天线和磁共振无线电能接收模块；所述磁共振无线电能发射模块用于将直流电源转换为射频能量，发送至磁共振发射天线，并控制无线充电传输装置的工作方式；所述磁共振发射天线用于将射频能量转换为空间中分布的电抗场；所述接收天线用于与磁共振发射发射天线产生磁共振耦合，将空间中的电抗场转换为射频能量；所述磁共振无线电能接收模块用于将射频能量转换为直流功率，并为负载进行充电或供电。2.根据权利要求1所述的基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置，其特征在于，所述磁共振无线电能发射模块包括电源适配器、稳压电路、发射蓝牙检测电路、调频电路、驱动电路、射频功放电路、若干LC匹配网络、若干主路开关、若干发射谐振电容、若干中继耦合电容和若干电容切换开关；所述电源适配器、稳压电路和发射蓝牙检测电路依次通信连接；所述稳压电路分别与调频电路和射频功放电路通信连接；所述调频电路通过驱动电路和射频功放电路通信连接；所述射频功放电路、LC匹配网络和主路开关依次通信连接；所述主路开关通过发射谐振电容和中继耦合电容与电容切换开关通信连接；所述发射蓝牙检测电路还分别与主路开关和电容切换开关通信连接；所述电容切换开关和磁共振发射天线通信连接。3.根据权利要求2所述的基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置，其特征在于，所述电源适配器用于将220V交流电转换为直流电源，并为磁共振无线电能发射模块供电；所述稳压电路用于对输入电压进行稳压；所述发射蓝牙检测电路用于采集接收天线位置，并控制切换无线充电传输装置的工作方式，其工作方式包括谐振匹配和中继耦合匹配；所述调频电路用于调整发射工作频率，并将直流转换为射频信号；所述驱动电路用于驱动射频功放电路；所述射频功放电路用于放大无线电能的功率；所述LC匹配网络和串并联谐振电容组与磁共振发射天线一一对应组成发射LC串并联谐振电路，用于确定无线充电传输装置的谐振频率；其中，当LC匹配网络和串并联谐振电容组与磁共振发射天线一一对应组成若干组谐振发射天线时，其中一部分磁共振发射天线的工作频率采用谐振频率，其余磁共振发射天线均与中继耦合电容连接，组成若干组工作频率为中继耦合匹配频率的中继耦合天线；所述发射谐振电容和磁共振发射天线一一对应组成LC串联谐振电路，通过调整发射谐振电容的参数控制无线充电传输装置的谐振频率；所述中继耦合电容和磁共振发射天线一一对应组成LC串联中继耦合谐振电路，通过调整中继耦合电容的参数控制无线充电传输装置的中继耦合频率；所述主路开关用于切换无线充电传输装置的射频主路通断；所述电容切换开关用于切换发射谐振电容和中继耦合电容。
4.根据权利要求2所述的基于多天线切换的三维多面体磁谐振无线充电传输装置，其特征在于，所述磁共振无线电能接收模块包括依次连...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻易强，
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：