CN205565905U - 谐振线圈耦合的3d球体模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种谐振线圈耦合的3D球体模型，属于无线供电领域，其包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。本实用新型可以解决球体环境中使用电器的无线供电问题，不仅可以解决用电器在水平移动和垂直移动时的无线供电，也能解决用电器处于任意状态下的无线供电，提高了电器的自由度和安全性，也为电器的防水密封带来方便。

Description

谐振线圈耦合的3D球体模型

技术领域

本实用新型涉及一种球体3D空间内无线供电的发射模型，属于无线供电领域。

背景技术

在一些球体的建筑或设备中，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球形的磁场覆盖区，在这个区域内的移动电器，当它任意移动时，在区域内的任何一点都可以对它实现无线供电。本实用新型针对这种情形建立一个无线供电的发射模型。

实用新型内容

本实用新型是针对球体环境中，电器任意移动时无线供电的3D球形发射模型，称为谐振线圈耦合的3D球体模型。

本实用新型采用以下技术实现方案：

谐振线圈耦合的3D球体模型，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。

进一步，上述三个发射子线圈的平面相互垂直。

进一步，所述三个发射子线圈的形状相同、大小相等。

谐振线圈耦合的3D球体模型，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互组合而成，三个发射子线圈的法线有任意2个分别与X轴、Y轴或Z轴重合，另外一个发射子线圈的法线与3轴中剩余的轴之间形成一夹角，三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。

进一步，上述三个发射子线圈的平面有2个相互垂直，剩余一个与其他2个不垂直。

进一步，所述三个发射子线圈的形状相同、大小相等。

谐振线圈耦合的3D球体模型，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互组合而成，三个发射子线圈的法线有任意1个与X轴、Y轴或Z轴重合，另外二个发射子线圈的法线与3轴中剩余的2轴之间分别形成一夹角，三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。

进一步，上述三个发射子线圈的平面均不相互垂直。

进一步，上述发射子线圈的形状可以为圆形、椭圆形或其他形状。

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轴重合或具有一夹角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轴重合或具有一夹角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。

本实用新型定义如下

（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***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。

实施效果：本实用新型所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，可以解决球体环境中使用电器的无线供电问题，不仅可以解决用电器在水平移动和垂直移动时的无线供电，也能解决用电器处于任意状态下的无线供电，提高了电器的自由度和安全性，也为电器的防水密封带来方便。

附图说明

图1为发射谐振环中的发射线圈示意图，L1、L2、L3表示发射线圈的三个发射子线圈，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的平面相互垂直。

图2A是一个并联型的LC谐振环原理图，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2B是一个串联型的LC谐振环原理图，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2C是一个混合型的LC谐振环原理图，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2D是一个混合型的LC谐振环原理图，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。

图3为实施例1发射谐振环中的发射线圈以及接收谐振环中的接收线圈示意图，L1、L2、L3表示发射线圈的三个发射子线圈，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的平面相互垂直；LR表示接收谐振环中的接收线圈，这是一个单一的平面线圈。

图4为实施例2发射谐振环中的发射线圈以及接收谐振环中的接收线圈示意图，L1、L2、L3表示发射线圈的三个发射子线圈，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的平面相互垂直；LR表示接收谐振环中的接收线圈，这也是一个由三个接收子线圈组成的球形立体线圈。

具体实施方式

以下结合附图采用实例对上述谐振线圈耦合的3D球体模型作进一步说明：

附图1为发射谐振环中的发射线圈示意图，发射线圈由三个发射子线圈L1、L2、L3相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的形状相同、大小相等，线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，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等效线圈，如附图2A-2D所示，图2A中，三个发射子线圈L1、L2、L3全部并联，同时与谐振电容C并联，组成一个并联型的LC谐振环；图2B中，三个发射子线圈L1、L2、L3全部串联，同时与谐振电容C串联，组成一个串联型的LC谐振环；图2C中，三个发射子线圈L1、L2、L3全部并联，然后与谐振电容C串联，组成一个串联型的LC谐振环；图2D中，三个发射子线圈L1、L2、L3全部串联，然后与谐振电容C并联，组成一个并联型的LC谐振环。

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。

实施例1

平面型谐振接收环在本谐振线圈耦合的3D球体模型中的应用。

附图3中，组成发射线圈的三个发射子线圈L1、L2、L3相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的形状相同、大小相等，线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，谐振线圈工作后，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，置于这个磁场中的平面型谐振接收环LR，不论它的方位如何，都能切割至少一个发射子线圈产生的磁场，从而产生电能，为用电器供电。本实施例发射子线圈的形状为圆形，也可以为椭圆形或其他形状。

实施例2

立体型谐振接收环在本谐振线圈耦合的3D球体模型中的应用。

附图4中，组成发射线圈的三个发射子线圈L1、L2、L3相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴、Z轴重合，三个发射子线圈的形状相同、大小相等，线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，谐振线圈工作后，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，置于这个磁场中的球形谐振接收环，它的谐振接收天线LR是由三个接收子线圈组成的球形立体接收线圈，不论它的方位如何，都能同时切割三个发射子线圈产生的磁场，从而产生电能，为用电器供电。

球形立体接收线圈的结构与本3D球形发射模型中的发射线圈的结构相同，具有相同的绕制方法。

球形谐振接收环，由于它具有球形立体接收线圈，因此比平面型谐振接收环具有更高的效率。

本实施例发射子线圈的形状为圆形，也可以为椭圆形或其他形状。

实施例3

谐振线圈耦合的3D球体模型，它由一个发射谐振环组成，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组合而成，三个发射子线圈的形状相同、大小相等，三个发射子线圈的法线有任意2个分别与X轴、Y轴或Z轴重合，另外一个发射子线圈的法线与3轴中剩余的轴之间形成一夹角，即上述三个发射子线圈的平面有2个相互垂直，剩余一个与其他2个不垂直。三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。本实施例发射子线圈的形状为圆形，也可以为椭圆形或其他形状。

实施例4

谐振线圈耦合的3D球体模型，它由一个发射谐振环组成，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组合而成，三个发射子线圈的形状相同、大小相等，三个发射子线圈的法线有任意1个与X轴、Y轴或Z轴重合，另外二个发射子线圈的法线与3轴中剩余的2轴之间分别形成一夹角，即上述三个发射子线圈的平面均不相互垂直。三个发射子线圈相互连接的方式有两种：串联或并联，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。本实施例发射子线圈的形状为圆形，也可以为椭圆形或其他形状。

本实用新型上述实施例的谐振线圈耦合的3D球体模型，可以解决球体环境中的用电器的无线供电问题，不仅可以解决用电器在水平移动和垂直移动时的无线供电，也能解决用电器处于任意状态下的无线供电，提高了电器的自由度和安全性，也为电器的防水密封带来方便。

Claims (8)

1.谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互垂直组合而成，三个发射子线圈的法线分别与X轴、Y轴和Z轴重合，三个发射子线圈相互串联或并联，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。

2.根据权利要求1所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，所述三个发射子线圈的平面相互垂直。

3.谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互组合而成，三个发射子线圈的法线有任意2个分别与X轴、Y轴或Z轴重合，另外一个发射子线圈的法线与3轴中剩余的轴之间形成一夹角，三个发射子线圈相互串联或并联，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。

4.根据权利要求3所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，所述三个发射子线圈的平面有2个相互垂直，剩余一个与其他2个不垂直。

5.根据权利要求1或2或3所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，所述三个发射子线圈的形状相同、大小相等。

6.根据权利要求1或2或3所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，所述发射子线圈的形状为圆形或椭圆形。

7.谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，包括一个发射谐振环，发射谐振环包括串联或并联的发射线圈与谐振电容，发射线圈由三个发射子线圈相互组合而成，三个发射子线圈的法线有任意1个与X轴、Y轴或Z轴重合，另外二个发射子线圈的法线与3轴中剩余的2轴之间分别形成一夹角，三个发射子线圈相互串联或并联，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。

8.根据权利要求7所述的谐振线圈耦合的3D球体模型，特征在于，所述三个发射子线圈的平面均不相互垂直。