[实用新型]一种基于特斯拉线圈的改良型无线供电系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线供电系统，特别涉及一种用于可穿戴设备的无线供电系统。

背景技术

对于以特斯拉线圈为基础的无线供电系统而言，其电路模型都可以简化为两个通过空气电感耦合的谐振电路，如图1所示，这个模型中的初级电路由火花间隙和与之串联的初级电容C1、初级线圈L1和电路等效电阻R1组成；其中的火花间隙代表了一切可以输出高频电压信号的元器件或电路；次级电路主要由次级线圈L2、电路等效电阻R2和次级线圈顶端的寄生电容C2组成；寄生电容C2主要由次级线圈与接收端之间的空气组成。初级电路和次级电路通过电感耦合联系在一起，其互感系数为M。

当在电路无损耗的理想状态下，次级电路中可产生的发射电压可以表达为：

；

这其中k是初级线圈和次级线圈的耦合系数而ω₁和ω₂是未耦合时初级线圈和次级线圈的谐振频率，叫做开路频率；T是调谐率，定义为未耦合时两谐不振频率之比的平方。V₁是初级电容C1的初始电压，v₂是产生于寄生电容C2的交变电压，w₁和w₂是初级线圈和次级线圈耦合时二者的谐振频率。

这个公式显示出如果L2远大于L1，即次级线圈的匝数远高于初级线圈，那么次级线圈产生的电压在零时刻将会远高于初级线圈的电压。这意味着根据此原理可以产生一种高频高压的信号，而这种信号可以帮助无线充电发射平台把更多电能传递到更远的地方。由于高频电流的趋肤效应，该实用新型发射的电能在一定的能量范围内到达人体后只会在人体皮肤表皮传导而不会深入内部，从而避免了人体触电的可能。

现有的基于磁耦合原理的无线电力传输装置普遍需要发射端与接收端紧密贴合或相距极近才能实现有效的电力传输。这就限制了一些可穿戴式设备的灵活性和可移动性。而在传统的特斯拉线圈中，其发射端的信号发生电路与电源为一体式结构，不便于维护和硬件升级以及之后的功能拓展。并且其发射天线是全向天线，不能调整发射方向，这在一定场景如墙角等处会影响传输效率。另外，传统的特斯拉线圈也缺少与之配套的可移动式接收端。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于特斯拉线圈的改良型无线供电系统，使得能量发射方向可方便调节，且不损失传播能量。

本实用新型的目的是这样实现的：一种基于特斯拉线圈的改良型无线供电系统，包括发射单元和接收单元；所述发射单元用以向空间发射能量信号，所述接收单元用以接收发射单元发出的能量信号，所述发射单元包括振荡器、功率放大器、电源以及发射线圈，所述发射线圈包括初级线圈、次级线圈以及设置在次级线圈顶部的均压器，初级线圈与功率放大器相连，所述均压器为一个剖面呈圆环状的圆环结构，所述均压器经至少两段圆弧结构嵌套而成，所述均压器展开后为一个整圆环，嵌套收缩后为一个圆弧段。

本实用新型工作时，振荡器产生一个高频信号，通过功率放大器提升高频信号功率后传给发射天线以向空间中发射能量信号，电源为振荡器和功率放大器提供外部能源输入，接收单元可直接接收到能量信号，并将其进行储存或直接使用。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型通过将均压器加工成可相互嵌套的圆环结构，使用时，可通过嵌套圆弧结构来改变能量信号的发射方向，改变发射方向的同时，由于是嵌套结构，能量强度并不会改变，从而大大提高了能量的传输效率。本实用新型可用于可穿戴式设备的无线充电中。

作为本实用新型的进一步限定，所述接收单元包括接收线圈、电感和后端电路，所述接收线圈为一根弹性金属带，弹性金属带的一端连接有电感相连，形成谐振电路，谐振电路中电感的两端作为输出端接后端电路。由于发射单元直接发射电能，所以通过弹性金属带这种导体就可以直接接收，与一些磁耦合无线传输方案中的接收端需要电容和电感来构成谐振电路不同；由于此实用新型直接接收以电场为主导的能量信号，所以不需要电容而只需要一个电感即可构成谐振网络，从而节约成本，同时还能保证能量的传输效率。

作为本实用新型的进一步限定，所述弹性金属带展开时为长条状结构，卷曲后可缠绕在身体的手腕、腿部或头部。将弹性金属带加工成长条状结构配合弹性性能，使得接收单元的穿戴更加方便。

作为本实用新型的进一步限定，所述弹性金属带的表面贴有绝缘膜。避免弹性金属带对人体皮肤造成划伤。