CN103036261B - 充电装置及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电装置及其充电方法，该充电装置包括控制器、线性电源电路和充电电极，所述充电装置还包括与线性电源电路呈并联关系的开关电源电路，开关电源电路的输入端和输出端分别与第一开关和充电电极连接；线性电源电路的输出端与控制器连接，控制器通过第一开关控制开关电源电路的连接与断开；所述充电装置还设有分别与控制器和充电电极相连接的感测单元，当充电电极与充电设备对接时，所述感测单元产生感应并发送感测信号给控制器，控制器依据所述感测信号控制第一开关的断开与闭合。本发明采用线性电源电路为充电装置的控制器供电，采用开关电源电路为机器人等用电设备充电，有效地解决了机器人等用电设备的快速充电问题。

Description

充电装置及其充电方法

技术领域

本发明涉及充电装置及其充电方法，特别涉及能给机器人等用电设备自动、快速充电的充电装置及其充电方法。 

背景技术

机器人等用电设备，例如智能吸尘器等，通常是依靠其自身携带的蓄电池供电，由于蓄电池的电量有限，而机器人等用电设备的控制系统、驱动装置以及直接执行工作任务的机械装置在工作的过程中均需消耗电能，因此，一次充电后，用电设备通常工作不了多久，就需要再次充电。以前，用电设备的充电是通过人工来完成的。用人工充电的方法固然能解决用电设备的充电问题，但不利于节省人力资源。特别是在没有人及时为用电设备充电的情况下，用电设备会因电能的消耗而无法正常工作。为了节省人力资源并提高用电设备的工作效率，人们在对用电设备的控制系统进行改进的同时，发明了针对机器人等用电设备的充电装置。目前，实现用电设备充电的技术方案大致如下： 

在充电装置中设有红外充电引导信号装置、线性变压器及其对应的充电电路——线性电源电路，在机器人等用电设备的工作时间，所述红外充电引导信号装置不间断地向外发送红外充电引导信号；在用电设备的控制系统中设有电量检测装置和红外信息接收装置；当用电设备所携带的蓄电池的电压高于或等于其正常工作电压的下限时，所述红外信息接收装置是关闭的，当所述蓄电池的电压低于其正常工作电压的下限时，所述电量检测装置会将电压信号发送至用电设备的终端控制模块，所述终端控制模块就会指令用电设备停止工作，并向所述红外信息接收装置发送开启指令；所述红外信息接收装置开启后，便会接收充电装置发送的红外充电引导信号。在红外充电引导信号的引导下，所述终端控制模块会向机器人的驱动系统发出前进、后退、转向等指令，使用电设备找到充电装置。当用电设备的充电电极与充 电装置的充电电极对接后，充电装置就会给用电设备所携带的蓄电池充电，与此同时，其红外信息接收装置会自动关闭。当用电设备的蓄电池的电量充满后，所述电量检测装置会将电量充满的信息发送至用电设备的终端控制模块，所述终端控制模块便会发出指令，驱动用电设备脱离充电装置。此外，就帮助用电设备寻找特定的目标而言，现有技术除了采用红外传感器外，还公开了采用霍尔传感器、光电传感器等其他导航装置的技术方案。 

总的说来，现有的充电装置能够解决机器人等用电设备的自动充电问题。但是，现有的充电装置不能稳妥地解决用电设备的快速充电问题，其原因在于，现有的充电装置主要采用线性电源电路给用电设备充电。线性电源电路的电路元件适于在低压的状态下工作，具有持续工作时间长和使用寿命长的优点，但在满足用电设备的快速充电方面，线性电源电路具有较大的局限性。例如，为了实现快速充电，现有的充电装置往往需要将线性变压器的功率做得很大，而线性变压器的功率越大，充电装置的体积和质量也越大，从而给消费者带来某些不便，如不便于携带、占用更多的空间等；更为严重的是，线性变压器的能量转换效率不高，工作过程中会产生比较多的热能，若将线性变压器的功率做得很大，将导致线性变压器发热更严重，其结果不仅会造成电能的浪费，而且容易损坏充电装置。 

与线性电源电路不同，开关电源电路具有功率大、效率高和体积小的优点，因而能满足用电设备快速充电的需要。然而，开关电源电路也存在持续工作时间较短的缺陷。其原因在于，开关电源电路是在高压下工作，其电容等电路元件在长时间的高压环境下容易被击穿而损坏。通常，充电装置一天24小时都与220伏特的工作电压相连，以便随时给机器人等用电设备充电，由于开关电源电路不适于长时间地持续工作，因此，尽管人们早已认识到开关电源电路能够解决用电设备的快速充电问题，并且在人工充电装置中已经使用了开关电源电路，但是，在本发明之前，人们尚未将开关电源电路成功地应用到能给机器人等用电设备自动、快速充电的充电装置中。 

发明内容

鉴于以上所述背景技术所存在的问题，本发明要解决的技术问题在于，提供一种充电装置及其充电方法，所述充电装置不仅能给机器人等用电设备自动、快速充电，而且轻便、节能、安全、使用寿命长。 

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的： 

本发明的充电装置包括控制器、线性电源电路和充电电极，所述充电装置还包括与线性电源电路呈并联关系的开关电源电路，所述开关电源电路的输入端和输出端分别与第一开关和所述充电电极连接； 

所述线性电源电路的输出端与所述控制器连接；所述控制器通过所述第一开关控制所述开关电源电路的连接与断开； 

所述充电装置还设有分别与所述控制器和充电电极相连接的感测单元，所述感测单元感测充电电极是否与用电设备对接，当所述充电电极与用电设备对接时，所述感测单元产生感应并发送相应的感测信号给所述控制器，该控制器依据感测信号控制所述第一开关使之闭合，当所述充电装置未给用电设备充电时，所述第一开关断开。 

在上述技术方案的基础上，本发明可进一步采用下述技术方案来更好地解决本发明所要解决的技术问题： 

所述感测单元为电流感测电路或者电压感测电路；当所述电流感测电路感测到充电回路中的电流大于或等于控制器内预设的电流阈值时，或者当所述电压感测电路感测到所述充电电极的电压大于或等于控制器内预设的电压阈值时，所述控制器控制所述第一开关使之闭合。 

所述感测单元也可为碰撞开关，当所述充电电极与用电设备对接时，所述充电电极压迫并触发所述碰撞开关，使得碰撞开关发送感测信号到控制器，所述控制器依据感测信号控制所述第一开关使之闭合。 

进一步地，所述感测单元还可为电磁传感器或者压力传感器，当所述充电电极与用电设备对接时，所述电磁传感器感测到所述充电电极的移动并将对应产生感测信号发送给控制器，或者所述压力传感器感测到所述充电电极对其产生的压力并将对应产生的感测信号发送给控制器。 

进一步地，所述控制器内置或外接计时器，所述计时器用于计算 所述第一开关的闭合时间，当所述计时器的累积时间等于控制器内置的阈值时间时，所述控制器控制所述第一开关使之断开。 

进一步地，所述充电装置还设有电池电量检测单元，所述电池电量检测单元分别与充电电极和控制器连接，所述电池电量检测单元检测所述充电电极后，将用电设备的电池电量信号传送给控制器，所述控制器依据用电设备已充满电时的电池电量信号控制第一开关使之断开。需要说明的是，电池电量检测单元与前述电流感测电路或者电压感测电路的作用是不同的。具体地说，电流感测电路或者电压感测电路所要解决的技术问题是判断充电电极是否与用电设备对接，而电池电量检测单元所要解决的技术问题是判断用电设备的蓄电池是否已充满电。此外，在该技术方案中，电池电量检测单元与电流感测电路或者电压感测电路之间的关系为并联。 

进一步地，所述电池电量检测单元为电压检测单元，所述电压检测单元用于检测所述充电电极的电压。 

进一步地，所述充电装置还设有第二开关，所述线性电源电路的输出端通过所述第二开关与充电电极连接；当控制器断开第一开关时，第二开关闭合，当控制器断开第二开关时，第一开关闭合。 

进一步地，在所述充电装置中设有位置导航装置，所述位置导航装置与所述线性电源电路的输出端相连接。 

进一步地，所述位置导航装置为红外线发射器、磁信号发射装置或光信号发射装置。 

进一步地，在所述充电装置中还设有充电指示灯，所述充电指示灯与所述线性电源电路的输出端相连接。 

在上述各技术方案中，所述线性电源电路的作用是给本发明充电装置的控制器和其他起控制作用的元器件供电；所述开关电源电路的作用给机器人等用电设备自动、快速供电。尽管线性电源电路和开关电源电路均为现有技术中已有的电路，但现有技术中的充电装置是采用线性电源电路给用电设备充电，而本发明则是采用线性电源电路给控制器和其他起控制作用的元器件供电，采用开关电源电路给机器人等用电设备自动、快速充电。这是本发明充电装置区别于现有技术中的充电装置的本质特征。 

本发明还可以采用另一技术方案： 

本发明的充电装置包括控制器、线性电源电路和充电电极；所述充电装置还包括与线性电源电路呈并联关系的开关电源电路，开关电源电路的输入端和输出端分别与第一开关和充电电极连接； 

线性电源电路的输出端与所述控制器连接；该控制器通过所述第一开关控制开关电源电路的连接与断开； 

所述充电装置还设有与所述控制器相连接的感测单元，当充电电极与用电设备对接时，所述感测单元产生感应并发送相应的感测信号给控制器，控制器依据感测信号控制第一开关使之闭合，当所述充电装置未给用电设备充电时，第一开关断开。 

本发明还公开了一种使用本发明充电装置给用电设备充电的方法，该方法包括下述步骤： 

a、线性电源电路给控制器供电； 

b、充电电极对接用电设备； 

c、感测单元产生感应并发送感测信号给控制器； 

d、控制器控制第一开关闭合，开关电源电路给用电设备充电。 

本发明充电装置能产生以下有益效果： 

1、不仅能够给机器人等用电设备快速充电，而且能耗低、重量轻、体积小。本发明之所具有这样的技术效果，其原因在于，当需要给机器人快速充电时，本发明采用开关电源电路给机器人等用电设备快速充电。由于开关电源电路具有转换效率高，耗电少，稳压范围宽，重量轻、体积小的优点，因此，采用开关电源电路给用电设备充电能够产生上述有益效果。 

2、经久耐用、安全可靠。本发明不是简单地以开关电源电路替代线性电源电路，而是在采用开关电源电路作为给机器人充电的主要技术手段的同时，保留了线性电源电路。本发明充电装置中的线性电源电路能以较小的电能来维持充电装置的控制系统所需要的电能，从而有效地避免了长时间地、持续地使用开关电源电路，其效果是使开关 电源电路的使用寿命和平均无故障时间大幅度延长。特别是，在本发明充电装置增设了第二开关的情况下，本发明充电装置还能以涓流充电(小电量充电)的方式给机器人等用电设备的蓄电池补充充电，使得蓄电池一直处于满电量的状态，从而有效地提高机器人等用电设备的工作时间。 

本发明充电装置由于同时设有线性电源电路和开关电源电路，且分别在充电前、充电时、充满电后及时切换具体的电源电路来分别给充电装置自身的控制系统和用电设备供电，从而兼有线性电源电路和开关电源电路各自的优点，克服了线性电源电路和开关电源电路各自的缺点。 

附图说明

图1是本发明充电装置的实施例1、实施例2和实施例3的后视图； 

图2是本发明充电装置的实施例1的电路结构框图； 

图3是图1的纵剖面图； 

图4是本发明充电装置给用电设备充电时的示意图； 

图5是本发明充电装置中的线性电源电路的结构框图； 

图6是本发明充电装置中的开关电源电路的结构框图。 

具体实施方式

以下结合附图具体说明本发明的实施例。 

实施例1 

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，充电装置1包括控制器2、线性电源电路3和充电电极9，充电装置1还包括与线性电源电路3呈并联关系的开关电源电路4，开关电源电路4的输入端和输出端分别与第一开关10和充电电极9连接，开关电源电路4上设有逆变器6，逆变器亦称为高频变压器，其作用是将直流电转化为交流电。 

线性电源电路3的输出端与控制器2连接，线性电源电路3上设有线性变压器5；控制器2通过第一开关10控制开关电源电路4的连接与断开。 

充电装置1还设有分别与控制器2和充电电极9相连接的感测单元11，感测单元11的作用是感测充电电极9是否与用电设备7的对接 电极8对接，当充电电极9与用电设备7的对接电极8对接时，感测单元11产生感应并发送相应的感测信号给控制器2，控制器2依据感测信号控制第一开关10使之闭合，当充电装置1未给用电设备充电时，第一开关10断开。需要指出的是，感测单元11与充电电极9之间的连接方式不限于电性连接，其还也可以采用机械连接，例如，感测单元11采用碰撞开关时的连接方式便属于机械连接。 

线性电源电路3的作用是给控制器2和感测单元11等起控制作用的元器件供电，开关电源电路4的作用是给用电设备7充电。 

当第一开关10闭合时，充电装置1通过开关电源电路4给用电设备7充电，当充电装置1未给用电设备7充电时，第一开关10断开。 

在本实施例中，感测单元11可以采用现有技术中各种成熟的感测电路，如电流感测电路或者电压感测电路，也可以采用碰撞开关，还可以采用电磁传感器或者压力传感器。 

当所述电流感测电路感测到充电回路中的电流大于或等于控制器2内预设的电流阈值时，或者当所述电压感测电路感测到充电电极9的电压大于或等于控制器内预设的电压阈值时，控制器2控制第一开关10使之闭合。控制器2内预设的电流阈值或者电压阈值可以根据用电设备7的功率确定。 

在感测单元11为碰撞开关的情况下，充电装置11的充电电极9对接用电设备7的对接电极8时，充电电极9压迫并触发所述碰撞开关，使得碰撞开关发送感测信号到控制器2，控制器2依据感测信号控制第一开关10使之闭合。 

在感测单元11为电磁传感器或者压力传感器的情况下，当充电电极9对接用电设备7的对接电极8时，所述电磁传感器感测到充电电极9移动并将对应产生的感测信号发送给控制器2，或者所述压力传感器感应到充电电极9对其产生的压力并将对应产生的感测信号发送给控制器2，控制器2依据感测信号控制第一开关10使之闭合。 

在本实施例中，开关电源电路、线性电源电路、电流感测电路、电压感测电路、碰撞开关、电磁传感器或者压力传感器均可采用现有技术中已有的各种电路或元器件。 

为了准确判断用电设备是否已充满电，本实施例还可采用下述技术手段。 

控制器2内置或外接计时器，所述计时器用于计算第一开关10的闭合时间，当所述计时器的累积时间等于控制器内置的阈值时间时，控制器2控制第一开关10断开，从而停止给用电设备7充电。控制器2内置的阈值可以根据用电设备的功率确定。 

除了采用所述计时器外，充电装置1还可通过设置电池电量检测单元来判断用电设备是否已充满电，所述电池电量检测单元分别与充电电极9和控制器2连接，所述电池电量检测单元检测充电电极9后，将用电设备7的电池电量信号传送给控制器2，控制器2依据用电设备7已充满电时的电池电量信号控制第一开关10使之断开。在本实施例中，所述电池电量检测单元可以采用电压检测单元，所述电压检测单元用于检测充电电极9的电压，并根据充电电极9的电压判断用电设备的蓄电池是否已充满电。 

需要说明的是，判断用电设备的蓄电池是否已充满电为早已成熟的技术，故对具体的实现电路本实施例不再详述。此外，由于相当一部分部分机器人的控制系统本身就具有判断其蓄电池是否已充满电的功能，因此，对于这部分机器人来说，充电装置1中也可以不设置判断用电设备是否已充满电的元器件。 

实施例2 

在实施例2中，充电装置1所包括的元器件、电路连接关系及其工作原理与实施例1基本相同，两者的区别在于，在实施例2中，充电装置1还设有第二开关(图中未示出)，线性电源电路3的输出端通过第二开关与充电电极9连接；当控制器2断开第一开关10时，第二开关闭合。 

增设第二开关的意义在于，当用电设备7的蓄电池已充满电后，如果用电设备7无需立即投入工作，则可由控制器2断开第一开关10，并使第二开关闭合，从而由线性电源电路3以涓流充电的方式给用电设备7补充充电，从而维持用电设备7的满电量状态。而当用电设备7 需要快速充电时，控制器2断开第二开关，同时使第一开关10闭合，从而以开关电源电路4给用电设备7充电。 

在本实施例中，可采用计时器或者电池电量检测单元来判断开关电源电路4是否已给用电设备7充满电，其工作原理与实施1相同。 

需要说明的是，当开关电源电路4给用电设备7充满电后，用电设备7究竟是继续由本发明充电装置以涓流充电方式继续给其充电，还是离开本发明充电装置并投入工作，取决于用电设备7内部控制系统的程序设置。例如，如果用电设备7内部控制系统的程序设置确定其夜晚不工作的话，那么用电设备7在充满电后，就不会离开本发明充电装置，从而由本发明充电装置中的线性电源电路3以涓流电的形式给其补充充电，以便维持其满电量。 

实施例3 

本实施例与实施例1、2的区别在于感测单元与其他元器件之间的连接关系不同。具体地说，在本实施例中，感测单元仅与控制器2连接，而未与充电电极9连接。具体地说，当感测单元采用电磁传感器或磁感应传感器时，所述感测单元可以不用和充电电极9连接。 

例如，可以在用电设备7的对接电极8附近设置磁信号发射器，当用电设备7的对接电极8和充电装置1的充电电极9对接时，所述磁信号传感器即可感测到相应的磁信号，并将感测信号发送给控制器2，控制器2依据感测信号控制第一开关10使之关闭。 

又如，还可在充电装置的充电电极附近处设置电磁传感器，当用电设备7的对接电极8移动并与充电装置1的充电电极9对接时，所述电磁传感器可感测到对接电极8与充电电极9对接，并将相应的感测信号发送给控制器2，控制器2依据感测信号控制第一开关10使之关闭。 

以上结合附图介绍了本发明的具体实施方式。需要强调的是，上述实施例只是本发明优选的实施方式，本领域技术人员根据本发明说明书公开的内容能够认识到本发明在实施的过程中有多种变型，例如，可在所述充电装置内增设位置导航装置，所述位置导航装置与所述线 性电源电路的输出端相连接，所述位置导航装置为红外线发射器、磁信号发射装置或光信号发射装置；又如，还可在所述充电装置中增设充电指示灯，所述充电指示灯与线性电源电路3的输出端相连接。此外，虽然本发明主要解决的是自动充电座的快速充电问题，但是，对于需要人工操作完成用电设备充电的非自动充电装置，本发明所采用的用开关电源电路给用电设备充电，用线性电源电路给充电装置的控制系统充电的技术方案同样适用。 

总之，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (14)

1.一种充电装置(1)，包括控制器(2)、线性电源电路(3)和充电电极(9)，其特征在于：

充电装置(1)还包括与线性电源电路(3)呈并联关系的开关电源电路(4)，开关电源电路(4)的输入端和输出端分别与第一开关(10)和充电电极(9)连接；

线性电源电路(3)的输出端与控制器(2)连接，控制器(2)通过第一开关(10)控制开关电源电路(4)的连接与断开；

充电装置(1)还设有分别与控制器(2)和充电电极(9)相连接的感测单元(11)，感测单元(11)用于感测充电电极(9)是否与用电设备(7)对接；当充电电极(9)与用电设备(7)对接时，感测单元(11)产生感应并发送相应的感测信号给控制器(2)，控制器(2)依据感测信号控制第一开关(10)使之闭合，当充电装置(1)未给用电设备充电时，第一开关(10)断开。

2.如权利要求1所述的充电装置(1)，其特征在于：感测单元(11)为电流感测电路或者电压感测电路；当所述电流感测电路感测到充电回路中的电流大于或等于控制器(2)内预设的电流阈值时，或者当所述电压感测电路感测到所述充电电极的电压大于或等于控制器(2)内预设的电压阈值时，控制器(2)控制第一开关(10)使之闭合。

3.如权利要求1所述的充电装置(1)，其特征在于：感测单元(11)为碰撞开关，当充电电极(9)与用电设备(7)对接时，充电电极(9)压迫并触发所述碰撞开关，使得碰撞开关发送感测信号到控制器(2)，控制器(2)依据感测信号控制第一开关(10)使之闭合。

4.如权利要求1所述的充电装置(1)，其特征在于：感测单元(11)为电磁传感器或者压力传感器，当充电电极(9)与用电设备(7)对接时，所述电磁传感器感测到充电电极(9)的移动并将对应产生的感测信号发送给控制器(2)，或者所述压力传感器感测到充电电极(9)对其产生的压力并将对应产生的感测信号发送给控制器(2)，控制器(2)依据上述感测信号中的任何一种感测信号，控制第一开关(10)使之闭合。

5.如权利要求1所述的充电装置(1)，其特征在于：控制器(2)内置或外接计时器，所述计时器用于计算第一开关(10)的闭合时间，当所述计时器的累积时间等于控制器(2)内置的阈值时间时，控制器(2)控制第一开关(10)使之断开。

6.如权利要求1所述的充电装置(1)，其特征在于：所述充电装置还设有电池电量检测单元，所述电池电量检测单元分别与充电电极(9)和控制器(2)连接，所述电池电量检测单元检测充电电极(9)后，将用电设备(7)的电池电量信号传送给控制器(2)，控制器(2)依据已充满电时的电池电量信号控制第一开关(10)使之断开。

7.如权利要求6所述的充电装置(1)，其特征自在于：所述电池电量检测单元为电压检测单元，所述电压检测单元用于检测充电电极(9)的电压。

8.如权利要求5、6或者7所述的充电装置(1)，其特征在于：所述充电装置还设有第二开关(11)，线性电源电路(3)的输出端通过第二开关(11)与充电电极(9)连接；当控制器(2)断开第一开关(10)时，第二开关(11)闭合，当控制器(2)断开第二开关(11)时，第一开关(10)闭合。

9.如权利要求1-7任一项所述的充电装置(1)，其特征在于：在所述充电装置中设有位置导航装置，所述位置导航装置与线性电源电路(3)的输出端相连接。

10.如权利要求9所述的充电装置(1)，其特征在于：所述位置导航装置为红外线发射器、磁信号发射装置或光信号发射装置。

11.如权利要求1-7任一项所述的充电装置(1)，其特征在于：在所述充电装置中还设有充电指示灯，所述充电指示灯与线性电源电路(3)的输出端相连接。

12.一种充电装置(1)，包括控制器(2)、线性电源电路(3)和充电电极(9)，其特征在于：

充电装置(1)还包括与线性电源电路(3)呈并联关系的开关电源电路(4)，开关电源电路(4)的输入端和输出端分别与第一开关(10)和充电电极(9)连接；

线性电源电路(3)的输出端与控制器(2)连接，控制器(2)通过第一开关(10)控制开关电源电路(4)的连接与断开；

充电装置(1)还设有与控制器(2)相连接的感测单元，当充电电极(9)与用电设备(7)对接时，所述感测单元产生感应并发送相应的感测信号给控制器(2)，控制器(2)依据感测信号控制第一开关(10)使之闭合，当充电装置(1)未给用电设备充电时，第一开关(10)断开。

13.如权利要求12所述的充电装置(1)，其特征在于：所述感测单元为电磁传感器或磁感应传感器。

14.一种使用充电装置给用电设备充电的方法，其特征在于，所述充电方法包括下述步骤：

a、线性电源电路给控制器供电；

b、充电电极对接用电设备；

c、感测单元产生感应并发送感测信号给控制器；

d、控制器控制第一开关闭合，开关电源电路给用电设备充电。