專利名稱：單向傳輸的無線供電天線模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊。
背景技術：
基于電磁共振的無線供電是一種非接觸式電能傳輸技術，其工作方式是用一個 LC諧振電路將電能轉化為磁能向外發射，用另一個LC諧振電路接收磁能轉化為電能，這兩個諧振電路工作于同一頻率下，因此將這種諧振叫作電磁共振。通常，由于磁場的傳輸局限于兩個磁極之間，磁場的傳輸距離較短，尤其是交變磁場，磁場只布于線圈平面的兩側，磁場強度與距離的四次方成反比，隨著距離的增加，磁場強度急劇減少，因此，電磁共振的效率相當低，在較大距離時，甚至接近于零，即使是近距離 (如幾個毫米)狀態下，效率也往往不足50%，造成能量的大量浪費。如何才能做到既增加電磁共振的傳輸距離，同時又能夠提高電能的傳輸效率？具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊是一個較為理想的解決方案。
發明內容
一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導層、線圈層和絕緣面板組成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊。天線模塊中的線圈層為天線模塊的主體，它是由導線(通常為漆包線)繞制而成的平面線圈，若模塊用作于發射，線圈將電能轉化為磁能向外發射，若用作于接收，線圈吸收磁能轉化為電能，供負載使用。本天線模塊中的線圈，以平面方式繞制，可用一條單股線， 也可以用一條多股線，甚至可以用兩條單股線或多股線并繞。用多股線代替單股線的目的是為了減少線圈本身的渦流，即減少銅損。在小功率收、發狀態下，可直接使用單股線，在大功率狀態下，使用多股線，以提高線圈品質，提高線圈的收能力。磁導層由高頻導磁材料組成，它緊貼于線圈的一側，其作用有三，一是增強導磁能力，加大磁場密度；二是減少線圈的銅損，降低線圈的工作溫度；三是改變線圈一側的磁場的傳遞方向。通常，線圈通電后，線圈的兩側產生強度相等、方向相反的磁場，并沿著線圈的法線方向傳遞，磁導層的加入，原來向法線方向傳遞的磁場被磁導層吸收后，沿著磁導層的平面向四周擴散，即平行于線圈平面由內向外擴散，對線圈層形成半包圍狀態，這樣，線圈切割的磁力線大幅增加，效率明顯提高。由于磁導層的作用，原來雙向磁場變成了單向磁場，這樣的天線模塊，若用于發射，則只能單向發射，且發射距離增大，效率得以提高，若用于接收則只能單向接收，且接收能力增強。使用時，發射天線模塊和接收天線模塊相對放置，能量將在兩個模塊間高效傳遞。磁導層可是一整塊導磁材料，也可以是由多塊小的導磁材料拼接而成。磁導層的材料品質除了與材料本身的特性有關，還與厚度和面積有關。磁導層的另一側貼在金屬基板上，金屬基板除了用于固定其它各層外，還有屏蔽功能，它吸收從磁導層泄漏的少量磁場，形成渦流，這對減少輻射是必要的，另外金屬基板還具有散熱功能。
絕緣面板貼在線圈層的表面，對線圈起著保護作用，同時起著絕緣作用，這是重要的安全的措施。這種單向傳輸功能的無線供電天線模塊，實現了單向發射和單向接收，能量只在發射線圈和接收線圈之間傳遞，效率高、損耗小，傳輸距離遠，而且輻射小。
圖1是單向傳輸的無線供電天線模塊的右視示意圖。圖2是單向傳輸的無線供電天線模塊的分解示意圖。圖3是單向傳輸的無線供電天線模塊在發射和接收應用中的關系示意圖。圖4是單向傳輸的無線供電天線模塊的發射電路原理圖。圖5是單向傳輸的無線供電天線模塊的接收電路原理圖之一。圖6是單向傳輸的無線供電天線模塊的接收電路原理圖之二。圖1中，I為金屬基板，M為磁導層，L為線圈層，P為絕緣面板。圖2中，I為金屬基板，M為磁導層，L為線圈層，P為絕緣面板。 圖3中，R為接收天線模塊，T為發射天線模塊，兩個模塊結構的組成部分相同和連接順序都相同，但在使用中相向放置。其中I為金屬基板，M為磁導層，L為線圈層，P為絕緣面板。圖中箭頭表示電能傳遞的方向，即從發射天線模塊T向接收天線模塊R。圖4中，L代表發射天線模塊，C為諧振電容，IC為驅動芯片，Vt是諧振電壓，Vd是 IC的工作電壓。圖5中，L代表接收天線模塊，C為諧振電容，D1、D2、D3和D4為整流二極管，C2為濾波電容。Vo為輸出電壓。圖6中，線圈Ll和線圈L2雙線并繞，在同一天線模塊內，代表接收天線模塊，C為諧振電容，Dl和D2為整流二極管，IC為接收管理芯片，C2為濾波電容，Vo為輸出電壓，Vk 為IC的工作電壓。
具體實施例方式以下結合實例對單向傳輸的無線供電天線模塊作進一步說明。實例一、單向傳輸的無線供電天線模塊的制作。根據圖1和圖2所示，找好或制作好四種材料金屬基板I，磁導層M，線圈層L， 絕緣面板P。絕緣面板P為非金屬材料，如塑料板、玻璃纖維板等，厚度因材料不同而異，通常為0. 5-2MM，面積根據實際需要而定，比如用于顯示器的無線供電，可用方形面板，邊長約 10-20CM。線圈層L是用漆包線繞制的線圈盤，線圈盤的最大直徑不超過絕緣面板P的尺寸， 線圈層L所用的漆包線可以是一條或兩條以上的單股線，也可以是一條或兩條以上的多股線，小功率狀態下，可用單股線，大功率狀態下用多股線，通常，發射天線用一條漆包線，接收天線用一條或兩條以上漆包線；線圈層L的匝數由工作電壓決定，電壓高，匝數大，反之則小。磁導層M為高頻導磁材料，總面積不超過絕緣面板P的面積，厚度根據實際功率的需要而定，大功率收發時，磁導層M就厚些，小功率收發時，磁導層M就薄些，一般在0. 1-20MM 之間。金屬基板I，是一塊金屬平板，材料可以為銅、鋁、鐵或不銹鋼等，用于固定其它各層，同時，它吸收從磁導層泄漏的少量磁場，形成渦流不再向外發射，故具有一定的屏蔽功能， 另外金屬基板I還具有散熱功能，它比其它幾層材料要長些，多出部分用于安裝發射或接收電路板，并成為電路板的散熱器。然后用粘合劑將上述各層依次粘牢，就成了無線供電的天線模塊，它具有單向發射或單向接收功能。實例二、用本天線模塊制作無線供電的單向發射模塊。圖4中，發射天線模塊L的兩端與諧振電容C的兩端并聯組成一個LC諧振發射回路，在芯片IC的驅動下將來自發射電源Vd的能量以電磁波的方式向絕緣面板P的表面發射出去。芯片IC可用VOXxxMPxx系列無線供電發射芯片，這是一種具有固定頻率的高頻開關芯片，電路十分簡單，只要提供一個工作電壓Vd即可。芯片IC和諧振電容C及電路板均固定在天線模塊的金屬基板I上，并利用金屬基板I作為芯片IC的散熱片，這樣就成一個完整的無線供電的單向發射模塊。實例三、用本天線模塊制作無線供電的單向接收模塊。單向接收模塊之一如圖5所示，接收天線模塊L，與諧振電容C并聯后，經過由 D1、D2、D3和D4組成的全橋整流，再由電容C2濾波，就得到直流電源Vo，這些元件直接用一塊電路固定在天線模塊的金屬基板I上，組成一個完整的無線供電的單向接收模塊，可以直接給負載供電。單向接收模塊之二 如圖6所示，接收天線模塊L中有兩個線圈Ll和L2，雙線并繞，這兩個線圈的首尾相連并抽頭作為地線，諧振電容C沒有與線圈直接并聯，而是先與控制IC串聯后再與線圈組并聯，IC可用VOXxxKxA系列無線供電接收芯片，這樣LC的諧振狀態受到IC的控制，就可以輸出一個相對穩定的電壓，經過由Dl和D2組成的全橋整流，再由電容C2濾波，就得到直流電源Vo，這些元件直接用一塊電路固定在天線模塊的金屬基板I 上，組成一個完整的無線供電的單向接收模塊，可以直接為負載提供電源。實例四、本天線模塊在實際工作中的位置關系。如圖3所示，圖中發射天線模塊T向上發射電能，接收天線模塊R置于天線模塊T 的上方，相對放置并保持一定的距離，接收天線模塊R就能持續接收電能為負載供電。
權利要求
1.一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導層、線圈層和絕緣面板組成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊。
2.根據權利要求1所述的具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，其磁導層由高頻導磁材料組成，它緊貼于線圈的一側，吸收線圈法線方向的磁場并改變磁場的傳遞方向，使原來具有雙向發射或雙向接收功能的線圈，變成為只有單向發射或單向接收功能的線圈。
3.根據權利要求1所述的具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，其線圈通常以平面方式繞制，可用一條單股導線繞制，也可以用一條多股導線繞制，甚至可以用兩條單股導線或多股導線并繞。
4.根據權利要求1所述的具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，其基板為金屬平板，它除了用作固定磁導層、線圈層和絕緣面板外，與線圈并聯的諧振電容及其控制電路也可以固定在金屬基板上，并利用這塊基板作為散熱片，從而組成具有發射功能或接收功能的無線供電模塊。
全文摘要
一種具有單向傳輸功能的無線供電天線模塊，它由金屬基板、磁導層、線圈層和絕緣面板組成，各層之間依次通過粘合劑粘合，形式一個具有固定形狀的模塊。這種單向傳輸功能的無線供電天線模塊，實現了單向發射和單向接收，能量只在發射線圈和接收線圈之間傳遞，效率高、損耗小，傳輸距離遠，而且輻射小。
文檔編號H02J17/00GK102403803SQ20101028471
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月8日 優先權日2010年9月8日
發明者朱斯忠 申請人:朱斯忠