一种射频能量收集系统线圈及其制造方法与流程

1.发明涉及纺织物通信设备技术领域，具体为一种射频能量收集系统线圈及其制造方法。


背景技术：

2.随着无线通信技术的不断发展，射频能量正从世界上数十亿计的无线发射器中发射而出，这些发射器包括移动电话、移动电话基站、路由器等。这些能量中有很大一部分是可以被收集的，利用这些能量为一些低功耗的设备供电，或直接为电池充电是可以降低设备对充电的需求。
3.而近年来,超低功耗、低电压电子元器件及电路的大量出现以及现实生活中大量不易更换电池的电子微系统比如各种可穿戴式设备和智能服装的广泛使用，引起了人们对环境射频能量收集技术研究的广泛关注；当前，环境射频能量收集的研究及应用主要在低功耗且不易更换电池的无线传感网络节点及植入式电子设备等方面。目前已有的无线充电线圈多为金属丝绕制或印刷于硬质基材上，缺乏柔性，在应用上会有局限，特别是应用于智能服装和可穿戴产品等与人体直接接触的设备上时，其耐久性差，无法水洗；作为可穿戴式设备或智能服装的部件使用时，舒适性差。


技术实现要素：

4.发明的目的在于提供一种射频能量收集系统线圈及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种射频能量收集系统线圈，包括：基底部分与天线部分，所述的基底部分采用基底纱线编织而成，所述的天线部分采用导电纱线编织而成。
6.进一步的，所述的基底部分与天线部分采用无虚线提花技术连接，具体有两种连接方式，一种是天线部分的导电纱线单独形成一部分组织并与基底部分镶拼成天线形状；另一种是天线部分的导电纱线与基底部分的基底纱线共同编织堆叠形成天线形状。
7.一种射频能量收集系统线圈的制造方法，其具体步骤如下：
8.第一步，原料准备：原料一为基底纱线，原料二为导电纱线；
9.所述的基底纱线由已知各种天然、合成及再生纤维组成，包括但不限于棉、麻、丝、毛、涤纶、锦纶、腈纶、芳纶、粘胶、醋酯等纯纺或混纺纱线；
10.所述的导电纱线由各种含导电材质纱线组成，包括但不限于金属、金属镀层聚合物、导电聚合物、包含或覆盖金属或导电聚合物或纳米碳材的聚合物以及液态金属聚合物复合体；
11.第二步，通过织造的方法制备出面料，所述面料由原料一基底纱线编织的基底部分与原料二导电纱线编织的天线部分组成，其中天线部分堆叠或镶嵌在基底部分上，天线部分构成需要的各种天线造型；
12.第三步，所述的基底部分可以制成双面织物，即由一种基底纱线单独织成织物的一面，而另一面由同种或异种基底纱织造，在需要形成天线图案的地方采用织造的方法形成天线结构；
13.第四步，在形成了特定图案后，将能量收集系统与织物上导电纱线连接起来，目的在于确保天线与系统产生电性连接，连接的方式包括但不局限于焊接，导电胶粘接、导电魔术贴；
14.第五步，对系统以及其与织物天线连接区域使用涂层的方法封装起来，涂层的材质可以是环氧基、丙烯酸基、聚氨酯基或有机硅基树脂的混合物。
15.进一步的，所述的天线部分镶拼在基底部分上的编织方法为，在一横列上，导纱器对选择的最后一针在基底纱线垫纱后就停止了运动，之后另一把导纱器带动另一种导电纱线继续编织成，最后由导纱器带动基底纱继续编织，该过程可以根据设计的导电纱图案进行多次重复；且该镶拼方式包含缠绕方式与集圈方式。
16.进一步的，所述的天线部分堆叠在基底部分上的编织方法为，在一横列上，导纱器对选择的最后一针比如基底纱垫纱后继续运动，之后另一把导纱器带动另一种导电纱线，两种纱线同时继续编织成，该过程可以根据设计的导电纱图案进行多次重复。
17.与现有技术相比，发明的有益效果是：本发明的射频能量收集系统线圈的制造方法，用编织的方法制造纺织天线；选用的选针与纱线变换相结合的针织提花技术，在获得期望的天线形状时，可以保证导电纱线的连续性，不剪线，织物背面也无浮线；利用此技术可实现导电纤维/纱线特定几何形状的排布织造。使用这种编织方法，在获得期望的天线形状时，可以保证导电纱线的连续性，不剪线，织物背面也无浮线；原料来源广泛，现在有很多具有良好导电性能和织造性能的纱线商品化销售；产品应用方式灵活，既可以单独作为能量收集系统的天线使用，又可以作为嵌有天线的面料的一部分，同时也可以通过“织可穿”工艺制成含有天线的服装；可以使用现有的设备进行生产，生产效率高，成本低；制得的天线织物具有良好的舒适性，透气柔软；耐久性好，可水洗。
18.本发明可以在一块织物上形成射频能量收集系统的天线，或者直接由“织可穿”形成带有射频能量收集线圈的服装，这种天线可用来形成射频能量收集系统，用于给电子设备、传感器等供电，或用于给储能设备充电，该织物柔软，具有良好的穿着舒适性和耐洗性。
附图说明
19.图1为发明镶拼结构缠绕方式的结构示意图；
20.图2为发明镶拼结构集圈方式的结构示意图；
21.图3为发明堆叠结构的结构示意图；
22.图4与图5为发明实施例一结构示意图；
23.图6与图7为发明实施例二结构示意图；
24.图中：1-基底纱线；2-导电纱线。
具体实施方式
25.下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中
的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
26.请参阅图1-7，发明提供了一种射频能量收集系统线圈，包括：基底部分与天线部分，所述的基底部分采用基底纱线编织而成，所述的天线部分采用导电纱线编织而成。
27.进一步的，所述的基底部分与天线部分采用无虚线提花技术连接，具体有两种连接方式，一种是天线部分的导电纱线单独形成一部分组织并与基底部分镶拼成天线形状；另一种是天线部分的导电纱线与基底部分的基底纱线共同编织堆叠形成天线形状。
28.一种射频能量收集系统线圈的制造方法，其具体步骤如下：
29.第一步，原料准备：原料一为基底纱线，原料二为导电纱线；
30.所述的基底纱线由已知各种天然、合成及再生纤维组成，包括但不限于棉、麻、丝、毛、涤纶、锦纶、腈纶、芳纶、粘胶、醋酯等纯纺或混纺纱线；
31.所述的导电纱线由各种含导电材质纱线组成，包括但不限于金属、金属镀层聚合物、导电聚合物、包含或覆盖金属或导电聚合物或纳米碳材的聚合物以及液态金属聚合物复合体；
32.第二步，通过织造的方法制备出面料，所述面料由原料一基底纱线编织的基底部分与原料二导电纱线编织的天线部分组成，其中天线部分堆叠或镶嵌在基底部分上，天线部分构成需要的各种天线造型；
33.第三步，所述的基底部分可以制成双面织物，即由一种基底纱线单独织成织物的一面，而另一面由同种或异种基底纱织造，在需要形成天线图案的地方采用织造的方法形成天线结构；
34.第四步，在形成了特定图案后，将能量收集系统与织物上导电纱线连接起来，目的在于确保天线与系统产生电性连接，连接的方式包括但不局限于焊接，导电胶粘接、导电魔术贴；
35.第五步，对系统以及其与织物天线连接区域使用涂层的方法封装起来，涂层的材质可以是环氧基、丙烯酸基、聚氨酯基或有机硅基树脂的混合物。
36.进一步的，所述的天线部分镶拼在基底部分上的编织方法为，在一横列上，导纱器对选择的最后一针在基底纱线垫纱后就停止了运动，之后另一把导纱器带动另一种导电纱线继续编织成，最后由导纱器带动基底纱继续编织，该过程可以根据设计的导电纱图案进行多次重复；且该镶拼方式包含缠绕方式与集圈方式。
37.进一步的，所述的天线部分堆叠在基底部分上的编织方法为，在一横列上，导纱器对选择的最后一针比如基底纱垫纱后继续运动，之后另一把导纱器带动另一种导电纱线，两种纱线同时继续编织成，该过程可以根据设计的导电纱图案进行多次重复。
38.实施方式一：
39.如图5为天线整体示意图，图形示意区域可以是单行或单列的导电纱，也可以是由导电纱多次往复形成的多行或多列导电纱构成的区域。图6为其中一种的纱线布置方式。形成的到天线与能量收集系统之间通过导电粘合剂粘接产生电连接。同时，连接区域正反两面的部分均采用聚氨酯涂层覆盖。
40.织物天线的制造过程：
41.原料：基底纱：纯棉纱线32s/1，导电纱：镀银尼龙纱线。
42.设备：全自动电脑横机
43.编织时，在基底纱区域，机头带动基底纱进行编织，而导电纱的织针此时不进行编织，停留在区域边缘。同样的，在导电纱区域，机头带动导电纱进行编织，而基底纱的织针此时不进行编织，停留在区域边缘。这样每一横列由几种线圈组成就有集中不同的纱线覆盖在织物的反面。由于编织时，基底纱和导电纱对应不同的导纱器，为了将两个不同区域边缘纵行相连，两种纱需要在区域间的同一根针上形成连接组织。把一个横列中各导纱器引导的纱所编织的线圈连接起来，可采用线圈、集圈、添纱或双线圈等方式实现。
44.实施方式二：
45.如图7为天线整体示意图，图形示意区域可以是单行或单列的导电纱，也可以是由导电纱多次往复形成的多行或多列导电纱构成的区域。图7为其中一种的纱线布置方式。天线与能量收集系统之间通过焊接产生电连接。同时，连接区域正反两面的部分均采用聚氨酯涂层覆盖。
46.织物天线的制造过程：
47.原料：基底纱：纯棉纱线32s/1，导电纱：不锈钢纱线ktfb 100/1。
48.设备：双针床全自动电脑横机
49.编织时，由基底纱线在一针床织造，形成织物的一面，而另外一面由相同或不同种类的基底纱，加上导电纱织造形成。两面织物之间使用基底纱线发生接结，最终构成一块织物。在含有导电纱的一面的基底纱区域，机头带动基底纱进行编织，而导电纱的织针此时不进行编织，停留在区域边缘。同样的，在导电纱区域，机头带动导电纱进行编织，而基底纱的织针此时不进行编织，停留在区域边缘。这样每一横列由几种线圈组成就有集中不同的纱线覆盖在织物的反面。由于编织时，基底纱和导电纱对应不同的导纱器，为了将两个不同区域边缘纵行相连，两种纱需要在区域间的同一根针上形成连接组织。把一个横列中各导纱器引导的纱所编织的线圈连接起来，可采用线圈、集圈、添纱或双线圈等方式实现。
50.尽管已经示出和描述了发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。