CN103441579A - 无线充电能量发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电磁感应原理对可移动设备进行充电的无线充电能量发射装置。该无线充电能量发射装置包括有壳体和内置于该壳体内部的发射线圈、线圈驱动装置、位置检测单元以及控制电路，所述位置检测单元用于检测接收线圈的位置，所述控制电路用于控制线圈驱动装置将发射线圈移动至与所述接收线圈相电磁耦合的位置，所述线圈驱动装置包括有平移机构，所述平移机构具有一延伸部，在该延伸部上设置有可使所述发射线圈沿一半径作圆周摆动的旋转机构。设置在旋转机构上的发射线圈可借助平移机构和旋转机构的运动轨迹叠加，移动到充电区域内任何一个与接收线圈相电磁耦合的位置。

Description

无线充电能量发射装置

技术领域

本发明涉及一种利用电磁感应原理的无线充电能量发射装置，特别是涉及一种发射线圈可以根据待充电设备内接收线圈的位置而自适应移动耦合充电的发射装置。

 

背景技术

随着便携式电子设备的日益普及，必须准备专属的充电接头为其充电成为需要解决的一个问题,使用者不经意间就会囤积许多不同接头的充电装置，从而造成使用上的不便和资源的浪费。为了解决上述问题，无线充电技术应运而生，无线充电技术相比有线充电来说，其优势主要体现在便捷性和可通用性，它主要是采用电磁感应原理来给便携式电子设备充电，一般来说是在无线充电装置内设有连接于外部交流电源的发射线圈，通过与便携式电子设备内的接收线圈磁耦合进行电能传输，从而实现给内置电池进行充电。上述发射线圈可以是固定设置在无线充电装置内部，也可以是设置成可移动的方式；可移动的发射线圈相比固定设置的方式而言，可以移动到与接收线圈相对应的位置耦合充电，保证其充电效率（若发射线圈与接收线圈的位置存在偏离则会影响充电效率）。

目前现有技术中针对可移动发射线圈的无线充电装置已经提出了多种方案，例如申请号为201210491153.1的中国专利申请中记载了一种充电座，其包括相交叉设置的X方向引导棒、Y方向引导棒以及驱动X滑动部在X方向引导棒上移动的X轴伺服电机和驱动Y滑动部在Y方向引导棒上移动的Y轴伺服电机，X滑动部和Y滑动部相对固定的设置在一起，并且二者必须是同时移动的，充电线圈（即上述的发射线圈）便设置在X滑动部或者Y滑动部上面的平台上。但是这种充电线圈的驱动结构不仅结构比较复杂，而且充电线圈的移动运行不够稳定，特别是当X轴伺服电机和Y轴伺服电机同时动作时，X滑动部和Y滑动部的移动会存在干涉，可能会导致充电线圈被卡死的现象，造成无线充电装置功能失效。

另如申请号为201220526217.2的中国专利申请中记载了一种无线充电器，其中包括壳体、电路板、至少一用于发射电能的充电线圈及位移调节装置，位移调节装置包括旋转调节装置及伸缩调节装置，使充电线圈以一圆心旋转且同时于圆心所在直线上伸缩。但这种位移调节装置的缺陷在于：充电线圈的移动范围较小，仅仅局限于圆盘状底座的范围内，位移调节装置中的伸缩杆不能超出底座半径的范围，因此不能应用于比较大型的便携式电子设备的无线充电中。此外，由于底座圆心位置上凸柱的阻碍，上述充电线圈无法移动到壳体内的中间位置，这样当便携式电子设备中的接收线圈刚好放置于壳体的中间位置时，将会导致充电线圈无法正确对位而实现耦合充电，严重影响产品的实用性。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种充电线圈能在充电区域内的任意范围内移动且运行稳定的无线充电能量发射装置。

本发明的技术方案是：本发明涉及的无线充电能量发射装置是用于对具有接收线圈的待充电设备进行无线充电，包括有壳体和置于该壳体内部的发射线圈、线圈驱动装置、位置检测单元以及控制电路，所述位置检测单元用于检测接收线圈的位置，所述控制电路用于控制线圈驱动装置将发射线圈移动至与所述接收线圈相电磁耦合的位置，所述线圈驱动装置包括有平移机构，所述平移机构具有一延伸部，在该延伸部上设置有可使所述发射线圈沿一半径作圆周摆动的旋转机构。将旋转机构设置在平移机构上，可以通过旋转机构和平移机构的运动轨迹叠加，使发射线圈能够在壳体内可充电区域的范围内的任意位置移动。

具体来说，所述旋转机构包括一旋转电机和由该旋转电机驱动的摆动臂，所述发射线圈设置于该摆动臂上。

进一步，一般来说为了增大摆动距离，可将发射线圈设置在所述摆动臂末端，在该摆动臂末端的底部设有滚轮，可以保证摆动臂沿延伸部平稳的摆动。

具体来说，所述平移机构包括一平移滑块以及用于驱动该平移滑块沿导轨移动的平移电机，所述延伸部连接于该平移滑块上。

进一步所述平移机构还包括一传动组件，优选来讲，该传动组件可以由同轴固定设置的直齿轮部分和斜齿轮部分组成，在所述平移滑块上设有与该直齿轮部分相啮合的齿条，在所述平移电机输出端连接有与该斜齿轮部分相啮合的蜗杆。

本发明的另一技术特点是，在上述技术方案的基础上还包括一用于显示所述发射线圈移动轨迹的发光装置，显示位置随着发射线圈的移动而移动。

作为其中一个具体实施方式，所述发光装置为设置在所述发射线圈附近的LED发光源。

作为其中一个具体实施方式，所述发光装置包括光束发生器和一设置于发射线圈附近的斜反射面，该光束发生器产生的光束通过所述斜反射面反射至所述壳体外部。

进一步，在实际产品设计中所述延伸部可以是呈长条状或圆盘状或者其它形状。

进一步，在所述延伸部上相对所述平移滑块的另一侧连接有一辅助滑块，辅助滑块和平移滑块具有同样的高度，可使中间的延伸部沿水平移动。

进一步，所述壳体的上表面用于承载待充电设备，其上界定有用于放置待充电设备的充电区域，该充电区域可以基本上是壳体上表面的全部区域，也可以是部分区域。

优选的，所述充电区域呈由一个矩形以及两个对称半圆形所围成区域的形状，以适应内部发射线圈可能的移动轨迹。

本发明的有益效果是：由于本发明中的线圈驱动装置包括有平移机构和旋转机构，旋转机构是设置在平移机构上并可随着平移机构上的延伸部在壳体内部作直线移动，而发射线圈则可随着旋转机构在圆周平面内摆动，这样发射线圈在平移机构和旋转机构上运动轨迹的叠加使其能到达可充电区域内的任意位置，能适应壳体外部待充电设备任意摆放的随机性。此外，本发明还可以包括用于显示所述发射线圈移动轨迹的发光装置，其显示位置随着发射线圈的移动而移动，当待充电设备摆放到本发明的无线充电能量发射装置上时，使用者能从壳体外部观测到发光装置的显示光斑或光束随着发射线圈的移动轨迹一起移动，通过显示光斑或光束移动轨迹的指示效果来告知使用者移动线圈是否已经准确的移动到了预定的位置。

 

附图说明

图1是本发明实施例一的结构分解图；

图2是本发明实施例一壳体内部的结构示意图；

图3是本发明实施例一中平移机构的结构示意图；

图4是图3中A部分的局部示意图；

图5是本发明实施例一中旋转机构的结构示意图；

图6是本发明实施例一另一种变形结构的示意图；

图7是本发明实施例一中充电区域的示意图；

图8是本发明实施例二中发光装置的第一种结构形式；

图9是本发明实施例二中发光装置的第二种结构形式。

 

具体实施方式

本发明涉及的无线充电能量发射装置主要用于对智能手机、便携式电子产品、数码相机等移动设备进行充电，该移动设备内一般具有内置电池以及接收线圈，其接收线圈接收本发明的无线充电能量发射装置的电能，并对内置电池充电。除了上述的电子产品外，本发明还可以扩展为电动汽车实现无线充电。下面就以具体实施例对本发明的结构以及工作原理作进一步阐述：

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例的无线充电能量发射装置包括有壳体和置于该壳体内部的发射线圈3、线圈驱动装置、位置检测单元2以及控制电路，该壳体是由上壳体1和下壳体6组成，待充电的设备可放置在上壳体1的上表面进行充电。所述位置检测单元2集成于一线路板上，用于检测待充电设备内的接收线圈的位置，其线路板上具有检测电路，还包括有若干个可与接收线圈磁耦合的感应小线圈，位置检测单元2通过其上的感应小线圈来检测接收线圈的位置，其具体结构和电路可参照专利申请201210491153.1中的描述，在此不再赘述。所述控制电路集成于控制电路板7上，控制电路的作用是接收位置检测单元2提供的位置信号，并控制线圈驱动装置将发射线圈3移动至与接收线圈相电磁耦合的位置，发射线圈3连接有外部交流电源，发射线圈3和接收线圈之间通过电磁耦合实现电能传输。可以理解是，位置检测单元2和控制电路也可以是集成于同一块电路板上。

线圈驱动装置包括有平移机构5，平移机构5在壳体内部沿某一直线方向运动，可定义为X方向；该平移机构5具有一延伸部501，延伸部501也在驱动力作用下沿X方向水平移动。在该延伸部501上设置有可使所述发射线圈3沿一半径作圆周摆动的旋转机构4，也就是说，旋转机构4支撑于延伸部501上，发射线圈3设置在旋转机构4上，在旋转机构4的转矩力作用下，发射线圈3能以延伸部501上的某一点为圆心沿圆周平面内摆动。这样平移机构5和旋转机构4运动轨迹的叠加，能使发射线圈3到达预定充电区域内的任何位置，其移动范围在宽度方向上为发射线圈3摆动半径的两倍，在长度方向（平移机构5的移动方向上）为发射线圈3摆动半径的两倍再加上平移机构5可以移动的距离。其中平移机构5和旋转机构4为机械领域的常见形式，其具体结构可有多种方式，以下将优选以下方式对平移机构5和旋转机构4进行具体阐述。

如图2和图3所示，平移机构5包括平移滑块502、用于驱动该平移滑块502移动的平移电机503以及中间的延伸部501，所述延伸部501呈圆盘状并连接于该平移滑块502上，随着平移滑块502在X方向上移动，在延伸部501的中间部位设置有用于安装旋转机构4的安置腔508，旋转机构4中的电机等部件容置于该安置腔508内，旋转机构4的具体结构见后续的详细描述。可以理解的是，延伸部501也可以是类似圆盘的其它形状。平移滑块502在驱动力作用下可沿导轨506在X方向上移动，当在延伸部501尺寸较小的情况下，延伸部501的一侧可以直接固定在平移滑块502上随之一起移动，当然延伸部501和平移滑块502也可以是一体成型结构；但是当在延伸部501尺寸较大的情况下，为了保证延伸部501移动的平稳性，在延伸部501的另一侧还可以连接有一辅助滑块505，辅助滑块505可沿导轨507在X方向上移动，导轨507和导轨506相对平行设置。其中辅助滑块505和平移滑块502相对壳体底部具有同样的安装高度，这样可以使延伸部501在水平面内移动，从而可以使发射线圈3也能在水平面内平稳的运动。需要说明的是，在辅助滑块505侧也可以设置驱动装置，但要求辅助滑块505和平移滑块502必须是同步驱动。

平移滑块502的驱动方式在现有技术中有很多种形式，例如电机、气缸等机构。本实施例的具体驱动方式如图4所示，其包括有平移电机503，平移电机503呈卧式姿态设置，这样保证壳体具有较小的整体厚度，平移电机503的输出端连接有蜗杆504，在平移滑块502的边缘设置有齿条511。平移电机503与平移滑块502之间通过一传动组件来传递驱动力，该传动组件由同轴固定设置的直齿轮部分509和斜齿轮部分510组成，蜗杆504与该斜齿轮部分510相啮合，而直齿轮部分509与上述齿条511相啮合。当然可以理解的是，平移电机503与平移滑块502之间也可以通过机械领域中常用的同步带、螺杆配合螺母等方式来传递驱动力。

如图4所示的旋转机构4，其包括旋转电机402和由该旋转电机402驱动的摆动臂401，旋转电机402的输出端连接到摆动臂401的前端，旋转电机402外围设有电机护套403，用于安装以及保护旋转电机402，旋转电机402和电机护套403一同安装在延伸部501上的安置腔508内。发射线圈3设置于该摆动臂401的末端或者靠近末端的位置，从旋转电机402输出端位置到发射线圈3的安装中心点位置即为发射线圈3的摆动半径，优选来说，发射线圈3是安装在摆动臂401的末端（见图2）。该摆动臂401末端的底部还可以设有滚轮404，滚轮404安装在滚轮支座405上，滚轮404不但可以用于支撑摆动臂401，还可以保证摆动臂401沿着延伸部501平稳的摆动，相应的在延伸部501上还可以设置与滚轮404相匹配的摆动轨道（图中未示出）。同时滚轮404具有一定的高度，使摆动臂401的末端和前端在水平面内的同一高度，从而保证发射线圈3的运动轨迹在水平面内。

当位置检测单元2检测到接收线圈的位置时，将位置坐标信号反馈至控制电路，控制电路经过计算后以一定的平移进给量来驱动平移电机503和以一定的摆动角度来驱动旋转电机402，平移结构5和旋转机构4运动轨迹的叠加使发射线圈3能准确到达接收线圈的正下方。同时在平移机构5和旋转机构4附近均设置光电检测开关（图中未示出），用于检测其移动位置。需要说明是，上述的平移进给量以及摆动角度均与发射线圈3的摆动半径相关。一般来说，位置检测单元2是检测接收线圈中心点的坐标位置，发射线圈3和接收线圈之间也是按照中心点进行对位，因为只有按照中心点完全重叠的对位才能实现充电效率的最大化。

如图6所示，作为本实施例的另一种变形，在下壳体6的内部设置有平移结构5、旋转机构4以及发射线圈3，与上述方案的区别之处在于，连接在平移滑块502上的延伸部501呈一长条状（平移滑块502也可以设置在延伸部501的中间部位），旋转机构4中摆动臂401的转动圆心设置在延伸部501的中间位置或靠近中间的位置。由于长条状的延伸部501只有在一侧受到支撑力，因此在长度较大时还需要在另一侧设置辅助滑块。本结构的缺点在于，摆动臂401的末端无法形成有效的支撑，其长度不能设置得较大，因此这种结构只适用较小尺寸的无线充电发射装置上，其发射线圈3的移动范围较小。

如图7所示，在上壳体1的上表面上界定有用于放置待充电设备9的充电区域8，充电区域8可以是上壳体1的上表面的部分区域，也可以基本上是上表面的全部区域（如图1所示）。充电区域8呈由一个矩形801以及两个对称半圆形802、803所围成的类似体育场区域的形状，在充电时待充电设备9放置在该区域内的任意位置，发射线圈3可以移动到接收线圈10的正下方，实现电磁耦合充电。其中充电区域8相比周围的非充电区域可采用凹陷设计，或采用不同的颜色以示区分。同时充电区域8具有粗糙度较高的表面，可采用磨砂处理或者设有密布的凹坑或凸起，以增大充电区域8表面的摩擦系数，防止待充电设备9在外界干扰下轻易滑动而离开原来的位置，使接收线圈10失去充电位置。

实施例二：

本实施例是在实施例一的基础之上提出，该实施例中的无线充电能量发射装置还包括用于显示发射线圈3移动轨迹的发光装置，其显示位置随着发射线圈3的移动而移动。在上壳体1中至少充电区域8是由可透光的材料制成，发光装置的光线可以透过壳体到达外部，这样当发射线圈3在充电区域8范围内移动时，使用者可在壳体外部通过光斑的移动观测到发射线圈3的移动轨迹。

本实施例中的发光装置主要有两种实现方式，第一实现方式如图8所示，所述发光装置包括光束发生器11和斜反射面12，该光束发生器11可为低功率激光器或具有较远光束的LED灯，光束发生器11设置在摆动臂401的前端，光束发生器11产生的光束大致与摆动臂401平行，斜反射面12设置在摆动臂401末端发射线圈3附近，该斜反射面12的斜度优选为45度，这样光束发生器11产生的光束通过斜反射面12的发射并穿过上壳体1，使用者可根据上壳体1的上表面上射出光束的位置来判断发射线圈3的移动轨迹。

第二实现方式如图9所示，所述发光装置为设置在发射线圈3附件的多个LED点光源13，LED点光源13可设置在发射线圈3的周围或中心，当充电时使用者可在上壳体1的外部观测到LED点光源13的光线，并根据光斑的位置来判断发射线圈3的移动轨迹，直至发射线圈3移动到待充电设备的底部。

Claims (12)

1.一种无线充电能量发射装置，用于对具有接收线圈的待充电设备进行无线充电，包括有壳体和置于该壳体内部的发射线圈、线圈驱动装置、位置检测单元以及控制电路，所述位置检测单元用于检测接收线圈的位置，所述控制电路用于控制线圈驱动装置将发射线圈移动至与所述接收线圈相电磁耦合的位置，其特征在于：所述线圈驱动装置包括有平移机构，所述平移机构具有一延伸部，在该延伸部上设置有可使所述发射线圈沿一半径作圆周摆动的旋转机构。

2.根据权利要求1所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述旋转机构包括一旋转电机和由该旋转电机驱动的摆动臂，所述发射线圈设置于该摆动臂上。

3.根据权利要求2所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述发射线圈设置在所述摆动臂末端，在该摆动臂末端的底部设有滚轮。

4.根据权利要求1所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述平移机构包括一平移滑块以及用于驱动该平移滑块沿导轨移动的平移电机，所述延伸部连接于该平移滑块上。

5.根据权利要求4所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述平移机构还包括一传动组件，该传动组件由同轴固定设置的直齿轮部分和斜齿轮部分组成，在所述平移滑块上设有与该直齿轮部分相啮合的齿条，在所述平移电机输出端连接有与该斜齿轮部分相啮合的蜗杆。

6.根据权利要求1所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述无线充电能量发射装置还包括一用于显示所述发射线圈移动轨迹的发光装置，显示位置随着发射线圈的移动而移动。

7.根据权利要求6所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述发光装置为设置在所述发射线圈附近的LED发光源。

8.根据权利要求6所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述发光装置包括光束发生器和一设置于发射线圈附近的斜反射面，该光束发生器产生的光束通过所述斜反射面反射至所述壳体外部。

9.根据权利要求1至8任一项所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述延伸部呈长条状或圆盘状。

10.根据权利要求9所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：在所述延伸部上相对所述平移滑块的另一侧连接有一辅助滑块。

11.根据权利要求1至8任一项所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：在所述壳体的上表面上界定有用于放置待充电设备的充电区域。

12.根据权利要求11所述的无线充电能量发射装置，其特征在于：所述充电区域呈由一个矩形以及两个对称半圆形所围成区域的形状。

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