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CN110277627A - 无线供电设备 - Google Patents

无线供电设备 Download PDF

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CN110277627A
CN110277627A CN201810205575.5A CN201810205575A CN110277627A CN 110277627 A CN110277627 A CN 110277627A CN 201810205575 A CN201810205575 A CN 201810205575A CN 110277627 A CN110277627 A CN 110277627A
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CN
China
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antenna
powering device
circular arc
shaped metal
wireless
Prior art date
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Pending
Application number
CN201810205575.5A
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English (en)
Inventor
王少永
宋玉明
冯玉林
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TAIKE ELECTRONICS (SHANGHAI) CO Ltd
Original Assignee
TAIKE ELECTRONICS (SHANGHAI) CO Ltd
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Publication date
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Priority to PCT/EP2019/055783 priority patent/WO2019175031A1/en
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Abstract

本发明公开一种无线供电设备,包括：一个底座，包括无线供电发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括无线供电接收线圈，天线，以及连接接口；一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞；一个应用设备，通过所述连接接口连接在所述扩展坞上。

Description

无线供电设备
技术领域
本发明涉及一种无线供电设备。
背景技术
在现有技术中，存在需要一边旋转一边工作的音/视频产品，通常采用滑环作为电能量和电信号的连接器。滑环与电刷的长时间摩擦会导致接触不良，从而引起产品的不稳定性。
智能家电或设备中常用的天线有偶极子天线，倒F天线等。这些天线结构简单，效率高，适用于一定距离的远场(R>>2D2/λ,R为两个互相传输信号的天线之间的距离，D为天线的最大外尺寸，λ为天线工作波长)通信。如今，随着无线供电技术在智能家电领域的越来越广泛地应用，对拥有高速传输速率、低远场辐射泄露的近距离通信的需求也越来越强烈。目前，NFC天线可以用于近距离通信，且其远场辐射功率低，但是由于其工作频率低，带宽窄，无法实现高速通信。另外，上述天线通常用于静止状态下的通信，当两个天线之间需要相互旋转时(例如，当一个天线安装在采用无线供电的无线高清摄像头上时，两个天线之间就会出现相对旋转运动)，由于上述NFC天线为线极化天线，且在旋转过程中两天线之间的距离常常变化较大，使得天线接收到的信号强度也剧烈变化。在现有技术中，通常通过提高发射功率来保证信号强度和信号接收质量，然而，提高发射功率，会导致通信信号泄漏到周围环境中，容易被他人窃听，降低了通信的安全保密性，因此，现有的这种天线不适用于那些具有严格的防窃听要求的安保设备。
发明内容
本发明的一个目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供一种无线供电设备,包括：一个底座，包括无线供电发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括无线供电接收线圈，天线，以及连接接口；一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞；一个应用设备，通过所述连接接口连接在所述扩展坞上。
根据本发明的另一个方面，提供一种无线供电产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
根据本发明的另一个方面，提供一种无线通信产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
根据本发明的另一个方面，提供一种可同时实现无线供电和无线通信的产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
在本发明的前述各个实例性的实施例中，发射天线和接收天线中的任一天线包括基板和形成在基板的上、下两个表面上的上、下两条圆弧形金属带。发射天线和接收天线可围绕同一个中心轴线转动。当发射天线和接收天线中的一个天线相对于另一个天线旋转时，发射天线和接收天线之间的距离不会发生变化，因此，在不提高发射功率的情况下也能保证信号强度和信号接收质量。而且，由于其无需提高发射功率，因此，天线的远场辐射能量很低，能够有效地防止通信信号泄漏到周围环境中，被他人窃听，从而提高了通信的保密安全性。
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
附图说明
图1显示根据本发明的一个实施例的发射天线从正面观看时的立体示意图；
图2显示根据本发明的一个实施例的发射天线从背面观看时的立体示意图；
图3显示根据本发明的一个实施例的发射天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻；
图4显示根据本发明的一个实施例的接收天线从正面观看时的立体示意图；
图5显示根据本发明的一个实施例的接收天线从背面观看时的立体示意图；
图6显示根据本发明的一个实施例的接收天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻；
图7显示图1所示的发射天线与图4所示的接收天线工作时的示意图；
图8显示根据本发明的一个实施例的可同时实现无线供电和无线通信的产品的示意图；
图9显示图8所示的产品的结构功能框图；
图10显示图9所示的产品的发射线圈或接收线圈的立体示意图；
图11显示线圈和天线的组装示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的一个总体构思，提供一种无线供电设备,包括：一个底座，包括无线供电发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括无线供电接收线圈，天线，以及连接接口；一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞；一个应用设备，通过所述连接接口连接在所述扩展坞上。
根据本发明的另一个总体构思，提供一种无线供电产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
根据本发明的另一个总体构思，提供一种无线通信产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
根据本发明的另一个总体构思，提供一种可同时实现无线供电和无线通信的产品，包括：一个底座，包括发射线圈，以及天线；一个扩展坞，包括接收线圈，天线，以及连接接口；和一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞，其中，所述扩展坞适于通过所述连接接口连接至一个应用设备。
根据本发明的另一个总体构思，提供一种天线，包括：基板；第一圆弧形金属带，形成在所述基板的一个表面上；和第二圆弧形金属带，形成在所述基板的另一个表面上。所述第一圆弧形金属带的一端为馈电端，另一端用于连接至射频电阻的一端，所述第二圆弧形金属带的一端为接地端，另一端用于连接至所述射频电阻的另一端。
图8显示根据本发明的一个实施例的可同时实现无线供电和无线通信的产品的示意图。图9显示图8所示的产品的结构功能框图。图10显示图9所示的产品的发射线圈或接收线圈的立体示意图；图11显示线圈和天线的组装示意图。
如图8至图11所示，在图示的实施例中，提出一种可以同时无线供电和无线通信的产品，该产品主要包括一个底座，一个扩展坞和一个可变音/视频设备(音频或视频设备)。其中底座由一个圆形发射线圈、一个圆形天线、供电电路和通信电路组成。扩展坞由一个圆形接收线圈、一个圆形天线、供电电路和通信电路组成。可变音/视频设备可以是摄像头、显示器、人机交互设备、广告牌和无人驾驶汽车的顶部雷达等。底座和扩展坞的圆形线圈和圆形天线分别共旋转轴放置。圆形线圈采用外圈和内圈相反方向的绕法以减少金属旋转轴上涡流损耗。圆形天线为近场圆极化天线，可以实现近距离高速无线通信，同时减小信号泄露对周围的影响。
如图8至图11所示，在图示的实施例中，扩展坞和可变音视频设备为有线电连接，两者组合完成后成为一个整体，相对位置不会改变；该组合体固定安装在穿过其中间的一根金属柱体上；金属柱体也穿过底座；底座与上述组合体之间无任何物理接触。
如图10所示，在图示的实施例中，发射线圈和接收线圈分别是由共面且同轴放置的两个子线圈串联而成。内外两个子线圈的绕线方向相反，于是，流过内外两个子线圈的电流的方向相反，从而电流产生的磁场在两个子线圈之间的环形区域是同向叠增加磁场强度，而在直径较小的子线圈的内部是反向抵消减小磁场强度的。因此在垂直穿过直径较小的子线圈内部的金属柱体上产生的涡流减小，同时，如果有金属物体放置于直径较大的子线圈的外围，在该金属物体上产生的涡流也较小。
在图示的实施例中，接收线圈的结构与发射线圈相同，但是接收线圈和发射线圈的尺寸可以不相同。发射线圈和接收线圈的形状不限于圆形，也可以是任意的多边形。线圈的一侧可以防置铁氧体磁片以增强发射线圈和接收线圈的耦合。
在本发明的一个实施例中，仿真和实验证明，采用内外绕线方向相反的线圈可以显著减小穿过线圈内部的金属物体(包括旋转轴和天线等)上的涡流功率至少20％。
如图11所示，在图示的实施例中，天线与线圈(发射天线1和发射线圈，接收天线2和接收线圈)同轴放置，它们的相对位置比较灵活。天线的直径既可以较小以放置于线圈的内部，也可以具有较大的直径放置于线圈的外部。
图1至图7显示了应用于图8至图9所示的产品中的天线的实施例。
如图1至图7所示，在图示的实施例中，天线由单层双面PCB板上下两条圆弧形金属带组成。两条金属带的一端是天线的馈电端，实际使用时连接射频芯片的射频地和射频引脚。另一端连接一个射频电阻。上下两条金属带形成了微带传输线，改变金属带的宽度可以改变微带传输线的特性阻抗。常用的射频芯片的输出特性阻抗为50欧姆，因此，该微带传输线的特性阻抗和端接的射频电阻都是50欧姆。但是，不排除有其他的阻抗值的传输线。金属带占据了几乎整圆的长度，仅仅在两个端面处有1～5mm的不连续。由于端接电阻与传输线的特性阻抗相等，当对天线馈电时，传输线内的电磁波为只向一个方向流动的行波，而传统远场天线工作在谐振状态，其内部的电磁场为驻波形式。该天线具有类似传输线的宽带宽，圆形的行波天线周围的电场为圆极化，极化方式不受其自身旋转角度的影响。如图2所示，当两个相同的天线平行且共轴近距离(R<<2D2/λ)放置时,一个天线发射的电磁波能够有效的被另一个天线接收到，通常接收到的信号强度远远大于无线芯片的接收灵敏度。同时，由于天线是近场天线，其远场辐射能量很低，远距离的信号截获难度很大。
图8至图11所示的产品为可同时实现无线供电和无线通信的产品。但是，本发明不局限于此，图8至图11所示的产品还可以用作仅用于实现无线供电的产品或者仅用于实现无线通信的产品。
下面将参照图1至图7来详细说明前述天线(天线1和天线2)的具体结构特征。
发射天线的实施例
图1至图3显示了根据本发明的一个实施例的发射天线10。图1显示根据本发明的一个实施例的发射天线从正面观看时的立体示意图；图2显示根据本发明的一个实施例的发射天线从背面观看时的立体示意图。
如图1和图2所示，在图示的实施例中，该发射天线主要包括：基板100、第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120。第一圆弧形金属带110形成在基板100的一个表面上。第二圆弧形金属带120形成在基板100的另一个表面上。
图3显示根据本发明的一个实施例的发射天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻130。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的一端111为馈电端，另一端112用于连接至射频电阻130的一端。第二圆弧形金属带120的一端121为接地端，另一端122用于连接至射频电阻130的另一端。
在实际应用时，第一圆弧形金属带110的一端111连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带120的一端121连接至射频芯片(未图示)的接地端。
在本发明的一个实例性的实施例中，前述基板100可以为电路板，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的两端111、112之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带120的两端121、122之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，前述电路板100可以呈圆形或圆环形。
接收天线的实施例
图4至图6显示了根据本发明的一个实施例的接收天线20。图4显示根据本发明的一个实施例的接收天线从正面观看时的立体示意图；图5显示根据本发明的一个实施例的接收天线从背面观看时的立体示意图。
如图4和图5所示，在图示的实施例中，该接收天线主要包括：基板200、第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220。第一圆弧形金属带210形成在基板200的一个表面上。第二圆弧形金属带220形成在基板200的另一个表面上。
图6显示根据本发明的一个实施例的接收天线的立体分解示意图，其中显示出了射频电阻230。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的一端211为馈电端，另一端212用于连接至射频电阻230的一端。第二圆弧形金属带220的一端221为接地端，另一端222用于连接至射频电阻230的另一端。
在实际应用时，第一圆弧形金属带210的一端211连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带220的一端221连接至射频芯片(未图示)的接地端。
在本发明的一个实例性的实施例中，前述基板200可以为电路板，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的两端211、212之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带220的两端221、222之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，前述电路板200可以呈圆形或圆环形。
发射装置的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种发射装置，该发射装置主要包括：发射天线、射频电阻和射频芯片。
发射天线可以为图1至图3所示的发射天线10。如图1至图3所示，该发射天线主要包括：基板100；第一圆弧形金属带110，形成在基板100的一个表面上；和第二圆弧形金属带120，形成在基板100的另一个表面上。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的一端111连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带120的一端121连接至射频芯片的接地端。第一圆弧形金属带110的另一端112连接至射频电阻130的一端，第二圆弧形金属带120的另一端122连接至射频电阻130的另一端。第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值等于射频电阻130的电阻值。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值可以在30欧姆至70欧姆的范围以内。
在本发明的另一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗的阻抗值以及射频电阻130的电阻值可以等于50欧姆。
在本发明的一个实例性的实施例中，可以通过改变第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的宽度和/或厚度来改变第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120的特性阻抗。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，基板100可以为电路板，第一圆弧形金属带110和第二圆弧形金属带120可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图1至图3所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带110的两端111、112之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带120的两端121、122之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
接收装置的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种接收装置，该接收装置主要包括：接收天线、射频电阻和射频芯片。
接收天线可以为图4至图6所示的接收天线20。如图4至图6所示，该接收天线主要包括：基板200；第一圆弧形金属带210，形成在基板200的一个表面上；和第二圆弧形金属带220，形成在基板200的另一个表面上。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的一端211连接至射频芯片(未图示)的馈电端，第二圆弧形金属带220的一端221连接至射频芯片的接地端。第一圆弧形金属带210的另一端212连接至射频电阻230的一端，第二圆弧形金属带220的另一端222连接至射频电阻230的另一端。第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值等于射频电阻230的电阻值。
在本发明的一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值可以在30欧姆至70欧姆的范围以内。
在本发明的另一个实例性的实施例中，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗的阻抗值以及射频电阻230的电阻值可以等于50欧姆。
在本发明的一个实例性的实施例中，可以通过改变第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的宽度和/或厚度来改变第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220的特性阻抗。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，基板200可以为电路板，第一圆弧形金属带210和第二圆弧形金属带220可以为印刷在电路板上的金属微带传输线。
如图4至图6所示，在图示的实施例中，第一圆弧形金属带210的两端211、212之间的距离在1mm～5mm的范围以内。第二圆弧形金属带220的两端221、222之间的距离在1mm～5mm的范围以内。
无线通信系统的实施例
在本发明的一个实例性的实施例中，还公开了一种无线通信系统，该无线通信系统主要包括：前述发射装置和前述接收装置。
图7显示图1所示的发射天线10与图4所示的接收天线20工作时的示意图。
如图7所示，在图示的实施例中，发射天线10和接收天线20具有共同的中心轴线Z。发射天线10和接收天线20中的至少一个可围绕中心轴线Z转动。
如图7所示，在图示的实施例中，发射天线和接收天线可围绕同一个中心轴线转动。当发射天线和接收天线中的一个天线相对于另一个天线旋转时，发射天线和接收天线之间的距离不会发生变化，因此，在不提高发射功率的情况下也能保证信号强度和信号接收质量。而且，由于其无需提高发射功率，因此，天线的远场辐射能量很低，能够有效地防止通信信号泄漏到周围环境中，被他人窃听，从而提高了通信的保密安全性。
在本发明的前述实施例中，发射天线和接收天线中的任一天线包括基板和形成在基板的上、下两个表面上的上、下两条圆弧形金属带。每条圆弧形金属带占据了几乎整圆的长度，仅仅在两个端面处有1～5mm的间距。两条圆弧形金属带的特性阻抗的阻抗值等于串联在两条圆弧形金属带之间的射频电阻的电阻值，因此，当对天线馈电时，每条圆弧形金属带内的电磁波为只向一个方向流动的行波，而传统远场天线工作在谐振状态，其内部的电磁场为驻波形式。本发明的天线具有类似传输线的宽带宽，圆形的行波天线周围的电场为圆极化，极化方式不受其自身旋转角度的影响。如图7所示，当两个天线平行且共轴近距离(R<<2D2/λ)放置时，一个天线发射的电磁波能够有效的被另一个天线接收到。同时，由于本发明的天线是近场天线，其远场辐射能量很低，远距离的信号截获难度很大。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (13)

1.一种无线供电设备,包括：
一个底座，包括无线供电发射线圈，以及天线；
一个扩展坞，包括无线供电接收线圈，天线，以及连接接口；
一个旋转轴，可用于枢轴转地连接所述底座与所述扩展坞；
一个应用设备，通过所述连接接口连接在所述扩展坞上。
2.如权利要求1所述的无线供电设备，其中所述旋转轴设置于底座上。
3.如权利要求1所述的无线供电设备，其中所述旋转轴设置于所述扩展坞上。
4.如权利要求1所述的无线供电设备，其中无线供电发射线圈采用环形，所述旋转轴穿过该环形线圈。
5.如权利要求1所述的无线供电设备，其中无线供电发射线圈采用外圈和内圈相反方向的绕法以减少金属旋转轴上涡流损耗。
6.如权利要求1所述的无线供电设备，其中无线供电接收线圈采用外圈和内圈相反方向的绕法以减少金属旋转轴上涡流损耗。
7.如权利要求1所述的无线供电设备，其中所述天线为近场通讯天线。
8.如权利要求1所述的无线供电设备，其中所述连接接口包括电源接口和网络接口。
9.如权利要求1所述的无线供电设备，其中所述应用设备为音频设备。
10.如权利要求9所述的无线供电设备，其中所述音视频设备为摄像头。
11.如权利要求9所述的无线供电设备，其中所述应用设备为视频设备。
12.如权利要求11所述的无线供电设备，其中所述视频设备为显示器。
13.如权利要求9所述的无线供电设备，其中所述应用设备为人机交互设备。
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