專(zhuān)利名稱(chēng)：共振衍生環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種在電磁共振中，位于發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的用于能量傳遞的LC諧振環(huán)，稱(chēng)之為共振衍生環(huán)。
背景技術(shù)：
共振衍生環(huán)在電磁共振中具有接力或橋梁的作用，它不但可以增強(qiáng)電磁共振的傳輸功率，加大電磁共振的距離，還能改變電 磁共振傳遞的方向。在已有專(zhuān)利“共振衍生環(huán)201020523538. 8”中，共振衍生環(huán)的結(jié)構(gòu)形式單一，耦合方式單調(diào)，能量分布密度有限，承受電壓低，共振幅度不可控等，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了它在實(shí)際應(yīng)用的針對(duì)性和靈活性。本發(fā)明從實(shí)際出發(fā)，全面解決了上述問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所示的共振衍生環(huán)，是在電磁共振中介于發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的相對(duì)獨(dú)立的LC諧振環(huán)，它吸收來(lái)自發(fā)射線(xiàn)圈的能量后產(chǎn)生共振，再將能量發(fā)射出去，其特征是共振衍生環(huán)是由一個(gè)等效電感L和一個(gè)等效電容C串聯(lián)而成的封閉的諧振環(huán)，即等效電感L的兩端分別與等效電容C的兩個(gè)電極相連，組成一個(gè)LC諧振回路，這個(gè)串聯(lián)回路的諧振頻率與發(fā)射線(xiàn)圈的工作頻率即發(fā)射頻率相同，與接收線(xiàn)圈的諧振頻率即接收頻率也相同，回路工作于共振狀態(tài)；共振衍生環(huán)在物理上是相對(duì)獨(dú)立的，沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)與發(fā)射電路相連，也沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)與接收電路相連；共振衍生環(huán)的作用是傳遞能量，實(shí)現(xiàn)能量的接力效應(yīng)。共振衍生環(huán)的組成形式等效電容包括單獨(dú)一個(gè)電容；兩個(gè)和兩個(gè)以上電容按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電容；等效電感包括單獨(dú)一個(gè)電感；兩個(gè)和兩個(gè)以上電感按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電感；電感包括空心線(xiàn)圈、繞在骨架上和磁芯上的線(xiàn)圈；因此，共振衍生環(huán)的組成就有多種形式，可常用的形式如下1，基本LC形式即一個(gè)電感與一個(gè)等效電容首尾串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)；2，C-L-C形式一個(gè)電感與兩個(gè)等效電容依次串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)；3，L-C-L形式兩個(gè)電感與一個(gè)等效電容依次串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)；4，L-L-C-C形式兩個(gè)電感串聯(lián)后，與兩個(gè)串聯(lián)的電容再串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)；5, L-C-L-C形式一個(gè)電感與一個(gè)等效電容串聯(lián)后，與另一個(gè)電感串聯(lián),再與另一個(gè)等效電容串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)。其它形式，不能枚舉。共振衍生環(huán)的耦合形式共振衍生環(huán)是相對(duì)獨(dú)立的封閉回路，它與發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的耦合分為1，自由耦合共振衍生環(huán)與發(fā)射線(xiàn)圈及接收線(xiàn)圈之間。沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)連接，也沒(méi)有磁芯耦合，中間介質(zhì)可以是真空、空氣、水及其它非金屬材料。2，共振衍生環(huán)與發(fā)射線(xiàn)圈通過(guò)磁芯耦合，即共振衍生環(huán)上的至少一個(gè)線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈繞在同一個(gè)磁芯上可用于并聯(lián)型發(fā)射回路，以提高發(fā)射功率和效率。3，共振衍生環(huán)與接收線(xiàn)圈通過(guò)磁芯耦合，即共振衍生環(huán)上的至少一個(gè)線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈繞在同一個(gè)磁芯上可用于串聯(lián)型接收回路，以提高接收功率和效率。共振衍生環(huán)的控制通過(guò)對(duì)共振衍生環(huán)的控制，可以有效地調(diào)節(jié)能量的傳遞量，實(shí)現(xiàn)合理利用電能，實(shí)現(xiàn)的方法是將共振衍生環(huán)的某個(gè)結(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，在斷開(kāi)處串聯(lián)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，這個(gè)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，共振衍生環(huán)工作，斷開(kāi)時(shí)，共振衍生環(huán)停振。控制形式有 I，外部控制從共振衍生環(huán)的外部提供一個(gè)電壓給電子開(kāi)關(guān)，來(lái)控制共振衍生環(huán)的工作狀態(tài)。2，內(nèi)部控制從共振衍生環(huán)的任意兩點(diǎn)取出一部分電，給電子開(kāi)關(guān)使用，并對(duì)這兩點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，共振衍生環(huán)停振，電子開(kāi)關(guān)接通，共振衍生環(huán)工作。共振衍生環(huán)的能量的輸出共振衍生環(huán)可以當(dāng)作諧振終端使用。共振衍生環(huán)是一個(gè)能量的接力環(huán)，它的任何兩點(diǎn)均有負(fù)載能力，必要時(shí)，可以從共振衍生環(huán)上取出一些能量，提供給某個(gè)負(fù)載使用，共振衍生環(huán)上的任意兩個(gè)連接點(diǎn)都可以輸出電能，有區(qū)別的是，不同的連接點(diǎn)，其電壓和電流有區(qū)別；如果是交流型負(fù)載，如白熾燈泡，可以直接連接在共振衍生環(huán)上使用，如果負(fù)載是直流型負(fù)載，則需要整流、濾波甚至穩(wěn)壓后給負(fù)載供電。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供了多種共振衍生環(huán)的實(shí)現(xiàn)方式，并能有效地的控制和輸出共振衍生環(huán)上的能量，提高了基于電磁共振的無(wú)線(xiàn)供電的功率、效率和距離，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)甚至日常工作中的非接觸式無(wú)線(xiàn)供電。

附圖I是共振衍生環(huán)的基本組成原理圖。附圖2A-2D是共振衍生環(huán)四種組成形式原理圖。附圖3A-3C是共振衍生環(huán)的三種耦合方式原理圖附圖4是共振衍生環(huán)上能量輸出的原理圖。附圖5是共振衍生環(huán)的控制基本原理圖。附圖6是共振衍生環(huán)的自我供電的振幅控制原理圖。附圖I中，L為等效電感，C為等效電容。附圖2A、2B、2C和2D中、L1、L2為電感，CU C2為等效電容。附圖3A、3B、3C中，LT為發(fā)射線(xiàn)圈，CT為發(fā)射電容，LR為接收線(xiàn)圈，CRl、CR2為輸出電容；L1、L2均為電感，Cl、C2均為等效電容，箭頭表示能量傳遞方向。附圖4中，L為電感，C為等效電容，BIRG為整流橋，C6表示濾波電容，R表示負(fù)載。[0039]附圖5中，L為電感，C1、C2為等效電容，K為電子開(kāi)關(guān)。附圖6中L為電感，Cl、C2為等效電容，K為電子開(kāi)關(guān)、COMP為比較器，Dff為穩(wěn)壓管、BIRG為整流全橋，C6為濾波電容，R1-R6為電阻。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例，進(jìn)一步說(shuō)明了共振衍生環(huán)的原理和應(yīng)用方法。實(shí)例一、共振衍生環(huán)的組成形式。圖I中，一個(gè)等效電感L與一個(gè)等效電容C首尾相連，組成一個(gè)串聯(lián)型LC諧振回路，諧振頻率與發(fā)射線(xiàn)圈的工作頻率同，這里的等效電感L的包括單獨(dú)一個(gè)電感；兩個(gè)和兩個(gè)以上電感按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電感，電感包括空心線(xiàn)圈、繞在骨架上和磁芯上的線(xiàn)圈，如圖2A和圖2B中的電感LI，還有圖2C和圖2D中的電感LI和電感L2 ;這里的 等效電容C的包括單獨(dú)一個(gè)電容；兩個(gè)和兩個(gè)以上電容按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電容，如圖2A-2D中的等效電容Cl和電容等效C2?？沙Ｓ玫墓舱裱苌h(huán)的組成形式主要有LC；C-L-C ； L-C-L, L-L-C-C ； L-C-L-C ；鑒于等效電容及等效電感都可以按串聯(lián)、并聯(lián)甚至混聯(lián)的不同方式進(jìn)行連接，因此，在組成上就有許多種方式，這里不能一一枚舉。實(shí)例二、共振衍生環(huán)在A(yíng)GV無(wú)線(xiàn)充電中的應(yīng)用。AGV是Automatic Guided Vehicle即無(wú)人搬運(yùn)車(chē)的縮寫(xiě)，AGV是一種移動(dòng)工業(yè)設(shè)備，動(dòng)力來(lái)自車(chē)內(nèi)的電池，如果采用有線(xiàn)充電則需要人工操作，如果采用無(wú)線(xiàn)充電，則可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，附圖3B是無(wú)線(xiàn)充電的基本原理，其中等效電感LI與等效電容Cl串聯(lián)形成一個(gè)共振衍生環(huán)，接收線(xiàn)圈LR及輸出電容CRl、CR2組成電能輸出回路，發(fā)射線(xiàn)圈LT與發(fā)射電容CT組成發(fā)射回路；這里，共振衍生環(huán)的等效電感LI與接收線(xiàn)圈LR繞在同一個(gè)磁芯上，共振衍生環(huán)吸收來(lái)自發(fā)射回路的磁能后轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)生共振，能量由等效電感LI再發(fā)射，經(jīng)磁芯耦合，將能量傳遞給接收線(xiàn)圈LR，能量經(jīng)輸出電容CRl和CR2輸出給充電電路，經(jīng)變頻處理后,給AGV的電池充電。實(shí)例三、共振衍生環(huán)在遠(yuǎn)距離發(fā)射中的應(yīng)用。附圖3A中，線(xiàn)圈LT和電容CT組成的發(fā)射回路是一個(gè)電流型發(fā)射回路，當(dāng)工作于諧振狀態(tài)下，回路的總電流處于最小狀態(tài)，因此發(fā)射功率也就最?。挥傻刃щ娙軨l和C2，等效電感LI和L2相互串聯(lián)組成了一個(gè)L-C-L-C形式的共振衍生環(huán)，其中等效電感LI與發(fā)射線(xiàn)圈LT繞在同一個(gè)磁芯上，因此，共振衍生環(huán)就能吸收發(fā)射回路的能量，傳遞到等效電感L2中再發(fā)射，在幅度提高了發(fā)射功率。 實(shí)例四、共振衍生環(huán)作諧振終端使用。在附圖4中，等效電感L與等效電容C組成一個(gè)LC諧振回路，從回路中的兩個(gè)連接點(diǎn)取出交流電，經(jīng)整流橋BIRG整流后，由濾波電容C6濾波，給負(fù)載R供電，如果R為L(zhǎng)ED，即可發(fā)光，若將這些LED安裝在等效電感L的四周，但照亮了整個(gè)共振衍生環(huán)，這時(shí)共振衍生環(huán)就變成一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)光的環(huán)。實(shí)例五、共振衍生環(huán)功率控制中的應(yīng)用。由于共振衍生環(huán)具有電能拉力功能，即吸收后再發(fā)射功能，相當(dāng)于一個(gè)橋梁，實(shí)現(xiàn)能量的接力傳遞，控制共振衍生環(huán)的傳遞功率，便可以控制無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)的能量傳輸量，控制形式有1，外部控制如圖5所示，電子開(kāi)關(guān)K串聯(lián)在由電感LI和等效電容Cl、C2組成的共振衍生環(huán)中，EF兩點(diǎn)是外部供電點(diǎn)，只要提供一個(gè)電壓給電子開(kāi)關(guān)K，便可以接通電子開(kāi)關(guān)K，這時(shí)，共振衍生環(huán)正常工作，否則共振衍生環(huán)不工作。2，內(nèi)部控制從共振衍生環(huán)的任意兩個(gè)連接點(diǎn)取出一部分電能，給電子開(kāi)關(guān)K使用，并對(duì)這兩點(diǎn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，電子開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，共振衍生環(huán)停振，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)，電子開(kāi)關(guān)K接通，共振衍生環(huán)工作。附圖6所示，等效電感LI與等效電容Cl和C2組成共振衍生環(huán)，將其中任意一個(gè)連接點(diǎn)斷開(kāi)，串聯(lián)電子開(kāi)關(guān)K，這時(shí)，共振衍生環(huán)便受控于電子開(kāi)關(guān)K，當(dāng)電子開(kāi)關(guān)K接通時(shí)，共振衍生環(huán)工作，當(dāng)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，共振衍生環(huán)停振。圖6中，電子開(kāi)關(guān)的控制端與比較器COMP的輸出端相連，比較器COMP的同相端，有個(gè)由電阻R4、R5組成參考電壓電路，比較器COMP的反相端，電阻R2、R3組成電壓采樣電路；從等效電感L的兩端取出交流電，經(jīng)BIRG整流和電容C6濾波后，為放大器COMP供電，當(dāng)比較器COMP的反相端電壓高過(guò)同相端時(shí)，比較器COMP輸出高電平，將電子開(kāi)關(guān)K關(guān)斷， 共振衍生環(huán)停振；反之，共振衍生環(huán)持續(xù)工作。這里的電子開(kāi)關(guān)包括繼電器、FET管、IGBT組成的雙向開(kāi)關(guān)。
權(quán)利要求1.一種共振衍生環(huán)，是在電磁共振中介于發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的相對(duì)獨(dú)立的LC諧振環(huán)，它吸收發(fā)射線(xiàn)圈的能量后產(chǎn)生共振，再將能量發(fā)射出去，其特征是它由一個(gè)等效電感L和一個(gè)等效電容C串聯(lián)而成，即等效電感L的兩端分別與等效電容C的兩個(gè)電極相連，組成一個(gè)LC諧振回路，它在物理上是相對(duì)獨(dú)立的，沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)與發(fā)射電路相連，也沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)與接收電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的共振衍生環(huán)，其特征是等效電容包括單獨(dú)一個(gè)電容；兩個(gè)和兩個(gè)以上電容按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電容；等效電感包括單獨(dú)一個(gè)電感；兩個(gè)和兩個(gè)以上電感按串聯(lián)、并聯(lián)，甚至混聯(lián)形成的電感；電感包括空心線(xiàn)圈、繞在骨架上和磁芯上的線(xiàn)圈；因此，共振衍生環(huán)的組成就有多種形式，可常用的形式如下 .1，基本LC形式即一個(gè)電感與一個(gè)等效電容首尾串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)； . 2，C-L-C形式一個(gè)電感與兩個(gè)等效電容依次串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)； .3，L-C-L形式兩個(gè)電感與一個(gè)等效電容依次串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)； .4，L-L-C-C形式兩個(gè)電感串聯(lián)后，與兩個(gè)串聯(lián)的電容再串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)； . 5，L-C-L-C形式一個(gè)電感與一個(gè)等效電容串聯(lián)后，與另一個(gè)電感串聯(lián)，再與另一個(gè)等效電容串聯(lián)，形成一個(gè)封閉的諧振環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)是相對(duì)獨(dú)立的封閉回路，它與發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的耦合分為1，自由耦合共振衍生環(huán)與發(fā)射線(xiàn)圈及接收線(xiàn)圈之間，沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)連接，也沒(méi)有磁芯耦合，中間介質(zhì)可以是真空、空氣、水及其它非金屬材料；.2，共振衍生環(huán)與發(fā)射線(xiàn)圈通過(guò)磁芯耦合，即共振衍生環(huán)上的至少一個(gè)線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈繞在同一個(gè)磁芯上；3，共振衍生環(huán)與接收線(xiàn)圈通過(guò)磁芯耦合，即共振衍生環(huán)上的至少一個(gè)線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈繞在同一個(gè)磁芯上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的共振衍生環(huán)，其特征是將共振衍生環(huán)的某個(gè)結(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，在斷開(kāi)處串聯(lián)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制共振衍生環(huán)工作，電子開(kāi)關(guān)的控制方式有兩種外部控制和內(nèi)部控制；外部控制就是從共振衍生環(huán)的外部提供一個(gè)電壓使電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，內(nèi)部控制是從共振衍生環(huán)提供電壓并用一個(gè)比較器對(duì)這個(gè)電壓進(jìn)行比較，通過(guò)比較器的輸出端來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)的通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的共振衍生環(huán)，其特征是控制共振衍生環(huán)的電子開(kāi)關(guān)包括繼電器、FET管、IGBT組成的雙向開(kāi)關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的共振衍生環(huán)，其特征是共振衍生環(huán)是一個(gè)能量的接力環(huán)，可以當(dāng)作一個(gè)諧振終端使用，它的任何兩個(gè)連接點(diǎn)均有負(fù)載能力，可以從這兩點(diǎn)上取出一些電能，提供給負(fù)載使用。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型所示的共振衍生環(huán)，它由一個(gè)等效電感L和一個(gè)等效電容C串聯(lián)而成的封閉的諧振環(huán)，即等效電感L的兩端分別與等效電容C的兩個(gè)電極相連，組成一個(gè)LC諧振回路，它有吸收電能然后再發(fā)射的功能，它有多種組成方式，并有多種能量的耦合方式，共振衍生環(huán)的任意兩個(gè)連接點(diǎn)上均可以輸出電能，共振衍生環(huán)的工作是可控的。本實(shí)用新型提供了多種共振衍生環(huán)的實(shí)現(xiàn)方式，并能有效地的控制和輸出共振衍生環(huán)上的能量，提高了基于電磁共振的無(wú)線(xiàn)供電的功率、效率和距離，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)甚至日常工作中的非接觸式無(wú)線(xiàn)供電。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202475041SQ20122008341
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者朱斯忠 申請(qǐng)人:朱斯忠