谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型

摘要

本发明涉及一种六面体内无线供电的发射模型，属于无线供电技术领域。其由分别位于X平面、Y平面、Z平面上的发射线圈及谐振电容组合而成的单一谐振发射环组成，发射线圈由三个方形发射子线圈相互垂直组合而成。或由一个方形主动谐振发射环和五个位于六面体边缘的方形从动谐振发射环组合而成，相邻的两个线圈总有一边相互靠近，六个线圈围成一个六面体形状，每个谐振发射环都与相邻的谐振发射环单边耦合。本发明所述的谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，适用于普通六面体房间内无线供电，它结构简单，却可以形成无盲点的3D磁场，处于这个磁场中无线供电电器，可以自由地获得电能，全面解决了电器使用中的自由、防水、安全性问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种六面体内无线供电的发射模型，属于无线供电技术领域。

背景技术

在一些六面体的建筑或设备中，需要对一些移动电器进行无线供电，即需要在这样的建筑物中形成一个将这个六面体全包围的磁场覆盖区，在这个六面体内的移动电器，在区域内的任何一点都可以通过无线供电的方式获得适量的电能。

针对将六面体全包围形成完善的磁场覆盖区这种情形，面前尚没有建立合适完善的六面体内无线供电的发射模型。

发明内容

本发明针对六面体全包围形成完善的磁场覆盖区这种情形，建立一个合适完善的六面体内无线供电的谐振线圈耦合3D无极六面体发射模型。

本发明采用以下技术实现方案：

本发明提供针对六面体环境中给电器无线供电的3D六面体发射模型，称为谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，实现方式主要有两种：

第一种模型

一种谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，由分别位于X平面、Y平面、Z平面上的发射线圈及谐振电容组合而成的单一谐振发射环组成，即由一个发射线圈与一个谐振电容串联或并联组成，其中发射线圈由三个发射子线圈相互垂直组合而成，三个发射子线圈均为方形，形状相同、大小相等，分别位于X平面、Y平面、Z平面；三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联和并联，串联或并联后形成的等效线圈称为发射线圈；谐振电容是一个单体电容，或者是由几个单体电容组成的等效电容；

当发射谐振环工作时，位于X平面的发射子线圈通电后，在X平面的两侧形成向一个磁场，位于Y平面的发射子线圈通电后，在Y平面的两侧形成向一个磁场，位于Z平面的发射子线圈通电后，在Z平面的两侧形成向一个磁场，这样便六面体覆盖的区域内形成了一个全方位的3D磁场，在这个3D磁场内，放置一个接收谐振环，不论接收线圈处于什么方位，也不论接收线圈的平面如何，接收线圈都能切割磁力线产生电能，实现无线供电。

第二种模型

一种谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，由一个主动谐振发射环和五个位于六面体边缘的从动谐振发射环组合而成；无论是主动谐振发射环还是从动谐振发射环，其线圈均为方形，相邻的两个线圈总有一边相互靠近，六个线圈围成一个六面体形状，每个谐振发射环都与相邻的谐振发射环通过单边耦合的方式，实现电--磁—电—磁的能量传递和转换过程，最后形成一个六面体形状的磁场覆盖区；

在这个3D磁场内，放置一个接收谐振环，不论接收线圈处于什么方位，也不论接收线圈的平面如何，接收线圈都能切割磁力线产生电能，实现无线供电；

这里，主动谐振发射环是一个有源LC谐振环，其它五个从动谐振环均为无源LC谐振环。

本发明定义如下

（定义一）根据绕制方式的不同，线圈分为松散型线圈和紧密型线圈，线圈中每一圈之间有空隙的称为松散型线圈，反之，如果每一圈相邻的绕线都紧贴则称之为紧密型线圈。

（定义二）工作于谐振状态下的线圈与电容的连接有两种连接方式：串联和并联，谐振状态下这种由一个线圈与一个电容的组合称之为谐振环，无线供电系统中至少有两个谐振环，一个是发射谐振环，它由一个发射线圈和一个电容串联或并联组成，另一个是接收谐振环，它由一个接收线圈和一个电容串联或并联而成。

（定义三）一个等效线圈由两个或两个以上的子线圈串联或并联组成，一个等效电容由两个或两个以上的电容串联或并联而成。

（定义四）法线，指的是经过线圈平面的中心并且垂直于线圈平面的线。

本发明所述的谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，适用于普通六面体房间内无线供电，它结构简单，却可以形成无盲点的3D磁场，处于这个磁场中无线供电电器，可以自由地获得电能，全面解决了电器使用中的自由、防水、安全性问题。

附图说明

图1是一个方形谐振环结构示意图，由一个线圈和一个电容串联组成。

图2是由1个方形主动谐振发射环和5个位于六面体边缘的方形从动谐振发射环组合而成的谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型结构示意图，LC1、LC2、LC3、LC4、LC5、LC6表示六个谐振环。

图3是由1个方形主动谐振发射环和5个方形从动谐振发射环组合而成的谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型原理图，电感L1和电容C1组成主动发射谐振环LC1，电感L2和电容C2组成从动发射谐振环LC2，电感L3和电容C3组成从动发射谐振环LC3，电感L4和电容C4组成从动发射谐振环LC4，电感L5和电容C5组成从动发射谐振环LC5，电感L6和电容C6组成从动发射谐振环LC6。

图4是一个方形发射线圈结构示意图。

图5是由三个发射子线圈相互垂直组合而成的谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型结构示意图，L1、L2、L3分别表示位于X平面、Y平面、Z平面上的一个发射子线圈，三个子线圈分别位于X平面、Y平面、Z平面上。

图6A是图5所示3D无极六面体发射模型的LC谐振发射环并联型原理图，L1、L2、L3表示三个发射子线圈，C表示谐振电容或等效谐振电容，三个发射子线圈全部并联，然后与谐振电容C并联。

图6B是图5所示3D无极六面体发射模型的LC谐振发射环串联型原理图，L1、L2、L3表示三个发射子线圈，C表示谐振电容或等效谐振电容，三个发射子线圈全部串联，然后与谐振电容C串联。

图6C是图5所示3D无极六面体发射模型的LC谐振发射环一种混合型原理图，L1、L2、L3表示三个发射子线圈，C表示谐振电容或等效谐振电容，三个发射子线圈全部并联，然后与谐振电容C串联。

图6D是图5所示3D无极六面体发射模型的LC谐振发射环另一种混合型原理图，L1、L2、L3表示三个发射子线圈，C表示谐振电容或等效谐振电容，三个发射子线圈全部串联，然后与谐振电容C并联。

具体实施方式

以下结合实例对上述谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型作进一步说明：

谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，第一种实现方式是由分别位于X平面、Y平面、Z平面上的发射线圈及谐振电容组合而成的单一谐振发射环组成，具有图6A-图6D共4种谐振环连接形式。X平面、Y平面、Z平面均相互垂直。

以上四种谐振环不论哪一种，当发射谐振环工作时，法线与X轴重合的发射子线圈通电后，在该子线圈平面的两侧、X轴方向上形成向一个磁场，同时，法线与Y轴重合的发射子线圈通电后，在该子线圈平面的两侧、Y轴方向上形成向一个磁场，同样，法线与Z轴重合的发射子线圈通电后，在该子线圈平面的两侧、Z轴方向上形成向一个磁场，这样便在三个发射子线圈覆盖的球形区域内形成了一个全方位的3D磁场；在这个3D磁场内，放置一个接收谐振环，不论接收线圈处于什么方位，也不论接收线圈的平面如何，接收线圈都能切割磁力线产生电能，实现无线供电。

谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，第二种实现方式是由一个主动谐振发射环和五个位于六面体边缘的从动谐振发射环组合而成，参见图1-图3；

主动发射谐振环LC1是一个有源谐振环，当它工作时，与它相邻的四个从动谐振环LC2、LC3、LC5、LC6通过单边耦合产生谐振，能量自主动谐振环LC1传到这四个从动谐振环中，在主动谐振环LC1的对面是从动谐振环LC4，它分别有一边与从动谐振环LC2、LC3、LC5、LC6相邻，通过单边耦合，这四个谐振环的能量最后传递到从动谐振环LC4中，这样，在这六个谐振环包围的六面体区域内形成了一个3D磁场覆盖区，在这个3D磁场内，放置一个接收谐振环，不论接收线圈处于什么方位，也不论接收线圈的平面如何，接收线圈都能切割磁力线产生电能，实现无线供电。

实施例1：单一谐振环的3D无极六面体发射模型在普通住房中的应用

普通住房通常都是立方体空间，在房间的中心处找一点作为原点，同时参考房间的墙面定出X平面、Y平面和Z平面，在这三个平面上分别布上一个线圈并固定，作为发射子线圈，然后选择图6中的一种接法，确定谐振电容的大小，这样发射谐振环就做好了，谐振环通电工作后，整个房间内形成一了个3D磁场，可以为房间内的所有无线供电设备供电，电器不再受电线的牵制，可以自由移动，同时电器与电网完全分离，没有物理上的电线连接，即使电器损坏也不会引起电网短路，更不会引起火灾等安全事故。

实施例2、一个主动谐振发射环与五个从动谐振环在普通住房中的应用

在一个六面体的普通房间内，选择一面墙作为主墙面，在这个墙面布上主动发射谐振环并固定，在另外五个墙面分别布上一个从动谐振环并固定。当主动谐振环通电工作后，其它五个从动谐振环全部产生谐振，即共振，因此整个房间内形成了一个无盲点的3D磁场，房间内的无线供电设备在任意点都可以获得能量实现无线供电。

实施例3、单一谐振环的变通应用

上述的单一谐振环中有三个子线圈和一个谐振电容，变通的应用方法是：将子线圈改为六个，在房间的六个墙面上分别布一个子线圈，然后选择按照图6的一种接法，确定谐振电容的大小，形成一个谐振环，谐振环工作后，将产生与三个子线圈组成的单一谐振环相同的效果。

以上本发明实施例所述的谐振线圈耦合的3D六面体发射模型适用于普通六面体房间内无线供电，结构简单，却可以形成无盲点的3D磁场，处于这个磁场中无线供电电器，可以自由地获得电能，全面解决了电器使用中的自由、防水、安全性问题。