CN103248094A - 一种增强型无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强型无线充电系统，包括无线发射部分、至少一个中继部分和无线接收部分。无线发射部分包括第一铁氧体和至少一个发射线圈，发射线圈与信号源连接；中继部分包括中继线圈和电路部分，中继线圈的两端与电路部分的两端相连形成一回路；无线接收部分包括接收线圈和第二铁氧体；第一线圈通电后产生第一磁通通过中继线圈，中继线圈产生第一感应电流，电路部分进行充电和放电，使得中继线圈产生第二磁通通过接收线圈，接收线圈从而获得能量对电池进行充电。本发明提供引入中继线圈及电容器，通过接受线圈的磁通量增加，使得可以实现的充电距离增加，铁氧体变薄从而节约空间，可以实现更薄的手机等终端应用；此外还引入控制部分增加中继线圈或发射线圈，实现自由位置充电。

Description

一种增强型无线充电系统

 

技术领域

本发明涉及手机充电系统的设计技术领域，尤其涉及一种增强型无线充电系统。

 

背景技术

无线终端，如PDA(Persional Digital Assistant)、手机等电源均由一块可充电的电池提供。现有的充电方式有：独立的电池充电底座，通过USB通用接口充电和无线充电。独立的电池充电底座方式需要至少两块电池，充电期间，电池不工作。通过USB通用接口充电方式仅需要一块电池，充电期间电池处于持续工作状态，但需要USB连接。无线充电实现了一块电池，没有任何连接线，随时充电。

近年来，无线充电的技术发展很快，并迅速地应用在各种电子设备中，如电动牙刷，电动剃须刀，手机，潜在应用还有电动汽车。如图1所示，现有技术中，无线充电的设备包括充电底座、被充电设备200，在充电底座和被充电设备中各包括一个线圈，在充电底座中的线圈为发射线圈11，被充电设备中的线圈为接收线圈202。如图2所示，现有技术中，接收线圈202与被充电设备中的电池204之间隔有第二铁氧体203，接收线圈202装配于电池后盖201之上。第二铁氧体203使发射线圈11磁通能够穿过接收线圈202。

通常被充电设备如手机等，现有技术需要的铁氧体厚度不小于0.5mm，提供无线充电的手机等通常需要更换更厚的后盖，不利于无线充电技术的推广，同时在超薄手机中很难实现。

 

发明内容

本发明为一种增强型无线充电系统, 用于对一被充电设备内的电池进行充电，其特征在于，包括：

无线发射部分，设置于一无线充电装置内，所述无线发射部分包括第一铁氧体和至少一个发射线圈，所述发射线圈与信号源连接；所述第一铁氧体设置于所述发射线圈的下方，用于将所述发射线圈与所述无线充电装置内的金属件间隔开；

至少一个中继部分，设置于所述无线充电装置内并位于所述发射线圈的上方，每个所述中继部分包括中继线圈和电路部分，所述电路部分包括一电容器，所述中继线圈的两端与所述电容器的两端相连形成一回路；

无线接收部分，设置于所述充电设备内，所述无线接收部分包括接收线圈和第二铁氧体，所述第二铁氧体设置于所述接收线圈和所述电池之间；

所述第一线圈通电后产生第一磁通，所述第一磁通通过所述中继线圈，所述中继线圈产生第一感应电流，所述电路部分周期性地进行充电和放电，使得所述中继线圈产生第二磁通；所述第二磁通通过所述接收线圈，所述接收线圈从而获得能量对所述电池进行充电。

一些实施例中，所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈并排设置于所述第一铁氧体的上方，所述中继线圈位于所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的之间位置的上方。

一些实施例中，所述电路部分还包括开关和控制部分，所述控制部分与所述中继线圈的两端相连，所述开关设置与所述回路上，所述开关控制所述回路的通断。

一些实施例中，所述中继部分的数量为两个，所述两个中继部分并排对称设置于所述发射线圈的上方。

一些实施例中，所述两个中继部分的电路部分还分别包括开关和控制部分；每个中继部分的控制部分与所述中继线圈的两端相连，所述开关设置于所述回路上，所述开关控制所述回路的通断。

 

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比：

本发明引入中继线圈及电容器，使得通过接受线圈的磁通量增加，使得可以实现的充电距离增加，铁氧体变薄从而节约空间，可以实现更薄的手机等终端应用；此外还引入控制部分增加中继线圈或发射线圈，实现自由位置充电。

 

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为现有技术示意图；

图2现有技术中接收器组装图；

图3实施例一；

图4 现有技术磁通分布图；

图5实施例一上半周磁通分布图；

图6实施例一下半周磁通分布图；

图7本发明电流分布图；

图8本发明耦合示意图；

图9实施例二；

图10实施例二控制示意图；

图11实施例三。

符号说明：

10-无线发射部分

11-发射线圈

111-第一发射线圈

112-第二发射线圈

12-第一铁氧体

20-无线接收部分

200-被充电设备

201-电池后盖

202-接收线圈

203-第二铁氧体

204-电池

30-中继部分

31-中继线圈

32-电容器

33-电路部分

34-开关

35-控制部分

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图3-11，本发明提供的一种增强型无线充电系统，用于对一被充电设备内的电池进行充电,其包括无线发射部分10、中继部分30和无线接收部分20，中继部分30设置于无线发射部分10的上方，且无线发射部分10和中继部分30设置于一无线充电装置内，无线接收部分20设置于被充电设备内。

实施例一

参考图3，无线发射部分10包括发射线圈11和第一铁氧体10，第一铁氧体10设置于发射线圈11的下方，且第一铁氧体10将发射线圈11与无线充电装置内的其他金属器件间隔开，第一铁氧体10用于防止无线充电装置内设置的金属器件影响发射线圈11产生磁通。中继部分30包括中继线圈31和电路部分，电路部分包括一电容器32，电容器32的两端与中继线圈31的两端连接形成一回路，整个中继部分30位于发射线圈11的上方。无线接收部分20包括接收线圈202和第二铁氧体203，无线接收部分20设置于被充电设备内，被充电设备内包括有一电池204，第二铁氧体203设置于接收线圈202和电池204之间；此处第二铁氧体203的作用有两方面：一是增大通过接收线圈202的磁通，二是隔离电池与穿过接收线圈202的磁通；如果没有磁通穿过接收线圈202，接收线圈202将无法产生感应电流，也就是没有得到能量。第二铁氧体的作用是将空气中的磁通“吸”到其内部，因为第二铁氧体203位于接收线圈202之上，那么被“吸”来得磁通自然通过了接收线圈202。本实施例中，第二铁氧体203是具有一定厚度的，如果第二铁氧体203过薄，穿过接收线圈的磁通穿透过了第二铁氧体203，第二铁氧体上方的电池204就会发热，造成能量的额外损耗。第二铁氧体过薄的直接影响是能够“吸”空气中的磁通的能力减小 。如图4所示为现有技术中，将第二铁氧体厚度减薄后磁通分布图，可见第二铁氧体减薄后，磁通不再穿过接收线圈202，无线充电无法进行。本实施例中引入中继线圈及电容器，使得通过接受线圈的磁通量增加，从而使得可以实现的充电距离增加，第二铁氧体变薄从而节约空间，可以实现更薄的手机等终端应用。

在本实施例中，如果中继线圈和电容器的Q值（即品质因素）很高，能量最少损耗在中继线圈和电容器中，中继线圈产生的第二磁通M2理论上将近似等于发射线圈产生的磁通M1的两倍，所以本是实例中优选Q值大于100的电容器。当然也可根据具体情况而定，此处不做限制。

实施例一的工作原理如下：

无线发射部分10设置于无线充电设备内，发射线圈11与信号源连接获取电流，从而使得发射线圈11产生磁通。具体的，如图7中I1所示为信号源的电流周期图，既发射线圈11接收的电流周期图；如图5所示，为前二分之一周期（小于T/2）内发射线圈11产生的第一磁通M1，第一磁通M1通过中继线圈31，根据电磁感应原理，中继线圈31产生第一感应电流，第一感应电流存在于中继线圈31和电容器32组成的回路中，且第一感应电流的方向为从中继线圈31流向电容器32，对电容器32进行充电，电容器32是储能元件，所以电容器32将第一感应电流储存起来，第一感应电流对应于图7中I2 T/2之前的波形。同时中继线圈31产生的第一感应电流也将产生与第一磁通M1反向的感应磁通以阻止中继线圈中磁通的进一步增强。

如图6所示，为发射线圈11开始接收后二分之一周期（从T/2到 T）的电流时，中继线圈31产生与前半周期相反的第二感应电流，电容器32充电停止并开始放电，电容器32放电的电流的方向为从电容器32流向中继线圈31，电容器32放电的电流与第二感应电流方向相同，叠加后对应于图7中I2 T/2-T之间的波形。该叠加电流使中继线圈产生第二磁通M2，从而使得通过接收线圈202的磁通增强，穿过接收线圈202后，使得接收线圈203产生第三感应电流，如图7中I3所示，从而接收线圈203获得能量对被充电设备中内的电池进行充电。

参考图7为一个完整周期T中，发射线圈11、中继线圈31和接收线圈203 之间的电流关系。发射线圈11与信号源相连，其电流分布为完整的正弦信号I1 。中继线圈31充放电一个周期的电流I2与发射线圈11接收的电流I1方向相反。接收线圈203在中继线圈31充电的二分之一周期内几乎没有感应电流，从中继线圈31放电开始，接受线圈203内的电流I3增强，方向与中继线圈电流方向相反。

    参考图8为各线圈之间的耦合关系，发射线圈11与中继线圈31之间的耦合系数为K1，中继线圈31和接收线圈202之间的耦合系数为K2，其中0<K1，K2 <1。中继线圈的值为L，电容器32的值为C，中继线圈31的谐振频率为                                               ，中继线圈31谐振频率应接近发射线圈11和接收线圈203的谐振频率，使能量最大传输，电容器32 的值C可以调节，电容器32 也可为可调电容，此处不做限制。同时K1，K2 可以通过相对位置，高度调节，允许接收线圈相对202于发射线圈11存在一定位移偏差，使用时的被充电设备自由度得到提高。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上作出的改进，在本是实例中，无线发射部分10包括两个发射线圈，如图9所示。两个发射线圈分别为第一发射线圈111和第二发射线圈112，且第一发射线圈111和第二发射线圈112并排设置于第一铁氧体12的上方。中继线圈31位于第一发射线圈111和第二发射线圈112的中间的上方。在本实施例中，如图10所示，与中继线圈31两端相连的电路部分33上除电容器32外还设置有开关34和控制部分35。在本是实例中，中继线圈31具有双重的作用，可以作为备用发射线圈线圈使用，也可单独实现发射线圈的功能。除上述改进部分之外，本实施例的其余部分与实施例一相同。本实施例中，不仅保证了通过接受线圈的磁通量增加，同时还实现自由位置充电。

本实施例的工作原理如下：

接收线圈203可以自由地放于发射部分10和中继部分30的上方任意位置，控制部分35判接收线圈203的位置，根据此位置选择发射线圈中的第一发射线圈111或第二发射线圈112或者中继线圈31来与信号源连接。

具体的，当接收线圈203位于两个发射线圈11其中一个的上方，如位于图9中所示A位置上方，即位于第一发射线圈111的上方，控制部分35控制第一发射线圈111接收信号源发出的电流并且控制第二发射线圈112不工作，同时控制部分35控制开关34闭合，电容器32接通，实现如实施例一所述的充电过程；同样的接收线圈203若位于第二发射线圈112的上方，控制部分35控制第二发射线圈112发射能量并且控制第一发射线圈111不工作，同时控制部分35控制开关34闭合，电容器32接通，实现如实施例一所述的充电过程。

当接收线圈202位于中继线圈31上方，如图9中B位置上方，控制部分35控制中继线圈30接收信号源发出的电流，中继线圈31代替发射线圈作为备用发射线圈进行能量的传递，此时第一发射线圈111和第二发射线圈112不工作。

当接收线圈202位于发射线圈11与中继线圈31之间，如图9所示的C位置上方，则控制部分35控制与接收线圈202位置较近的发射线圈接收信号源发出的电流，同时中继线圈31在控制电路35的控制下工作，开关34闭合，中继线圈31与电容器32接通，实现如实施例一所述的充电过程。

实施例三

本实施例是在实施例一和实施例二的基础上作出的改进，如图11所示，在本是实例中包括两个中继部分和一个发射线圈，且每个中继部分包括有如实施例二中所述的电路部分，发射线圈11位于两个中继线圈31中间的下方，中继线圈同时具备发射线圈和中继线圈的双重作用，由电路部分33选择。除上述改进部分之外，本实施例的其余部分与实施例一相同。本实施例实现更多位置的自由充电。

本实施例的工作原理如下：

参考图11，当接收线圈的位置位于发射线圈11上方，如图11中所示的A位置的上方，发射线圈11接收信号源发出的电流，控制电路35控制开关34断开，且控制电路35控制两个中继线圈均不工作。

当接收线圈的位置位于两个中继线圈31其中之一上方，如图11中所示的B位置的上方，靠近接受线圈的一个中继线圈在控制电路35控制下代替发射线圈11接收信号源发出的电流，同时开关34断开，另一中继线圈和发射线圈不工作。

当接收圈位于其中一个中继线圈31和发射线圈11之间，如图11中所示的C位置的上方或者偏离中继线圈一定距离如D位置的上方，发射线圈11发射能量，中继线圈31在控制电路35 的控制下工作，开关34闭合，中继线圈31与电容器32接通，实现中继功能。

综上所述，本发明提供了一种增强型无线充电系统，用于对一被充电设备内的电池进行充电，该增强型无线充电系统包括无线发射部分、至少一个中继部分和无线接收部分。无线发射部分包括第一铁氧体和至少一个发射线圈，发射线圈与信号源连接；中继部分包括中继线圈和电路部分，中继线圈的两端与电路部分的两端相连形成一回路；无线接收部分包括接收线圈和第二铁氧体；第一线圈通电后产生第一磁通通过中继线圈，中继线圈产生第一感应电流，电路部分进行充电和放电，使得中继线圈产生第二磁通通过接收线圈，接收线圈从而获得能量对电池进行充电。本发明提供引入中继线圈及电容器，通过接受线圈的磁通量增加，使得可以实现的充电距离增加，铁氧体变薄从而节约空间，可以实现更薄的手机等终端应用；此外还引入控制部分增加中继线圈或发射线圈，实现自由位置充电。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围。尽管也已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。 

Claims (5)

1.一种增强型无线充电系统，用于对一被充电设备内的电池进行充电，其特征在于，包括：

无线发射部分，设置于一无线充电装置内，所述无线发射部分包括第一铁氧体和至少一个发射线圈，所述发射线圈与信号源连接；所述第一铁氧体设置于所述发射线圈的下方，用于将所述发射线圈与所述无线充电装置内的金属件间隔开；

至少一个中继部分，设置于所述无线充电装置内并位于所述发射线圈的上方，每个所述中继部分包括中继线圈和电路部分，所述电路部分包括一电容器，所述中继线圈的两端与所述电容器的两端相连形成一回路；

无线接收部分，设置于所述充电设备内，所述无线接收部分包括接收线圈和第二铁氧体，所述第二铁氧体设置于所述接收线圈和所述电池之间；

所述第一线圈通电后产生第一磁通，所述第一磁通通过所述中继线圈，所述中继线圈产生第一感应电流，所述电路部分周期性地进行充电和放电，使得所述中继线圈产生第二磁通；所述第二磁通通过所述接收线圈，所述接收线圈从而获得能量对所述电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的增强型无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈并排设置于所述第一铁氧体的上方，所述中继线圈位于所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的之间位置的上方。

3.根据权利要求2所述的增强型无线充电系统，其特征在于，所述电路部分还包括开关和控制部分，所述控制部分与所述中继线圈的两端相连，所述开关设置与所述回路上，所述开关控制所述回路的通断。

4.根据权利要求1所述的增强型无线充电系统，其特征在于，所述中继部分的数量为两个，所述两个中继部分并排对称设置于所述发射线圈的上方。

5.根据权利要求4所述的增强型无线充电系统，其特征在于，所述两个中继部分的电路部分还分别包括开关和控制部分；每个中继部分的控制部分与所述中继线圈的两端相连，所述开关设置于所述回路上，所述开关控制所述回路的通断。

Images