CN104124772B - 无线电能传输系统、发射端、接收端及其唤醒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线电能传输系统及其发射端和接收端，包含接收端和发射端，发射端包含电源模块和控制模块，其中，接收端包含磁性部件；发射端还包含磁场感应模块，磁场感应模块用于感应磁性部件所带来的磁场变化，并将磁场变化的讯号传递给控制模块，控制模块根据磁场变化的讯号控制发射端为工作状态或者待机状态。本发明的无线电能传输系统及其发射端和接收端可以实现灵敏可靠的待机唤醒，而且体积较小、成本较低。

Description

无线电能传输系统、发射端、接收端及其唤醒方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种无线电能传输系统、发射端、接收端及其唤醒方法。
背景技术
现有的无线充电系统发射端在没有接收端的情况下也进行持续能量发射，造成能量损失，同时对外界环境的电磁辐射干扰也会增大，难以满足电器产品能效等级的要求，因此系统必须要有待机状态。在待机状态下，系统对外不发射能量或发射少量的能量。一旦有接收端放置在发射端上或者预定接收范围内，系统要能够从待机状态进行唤醒到工作状态。
待机唤醒一般有手动开关控制、接触式开关控制、间歇式能量发射根据反馈进行唤醒、独立的通讯模块等几种方式。
手动开关控制使发射端系统从待机状态转到工作状态，可以在接收端不进行工作时完全关掉发射端电源，这种方式完全不对外发射能量，但是需要用户手动打开开关，不能自动感应，效果上不够智能。
采用接触式开关控制，待机时只需要给开关提供微弱电能，接收端放置在发射端上时，自动触发发射端上的接触式开关，进行待机唤醒，但是这种方式要求接收端和发射端进行紧密接触才能实现，而且容易引起误操作。
无线充电系统发射端采用间歇式能量发射，根据发射线圈电压/电流的变化或者采用数字通讯来判断有没有接收端，这种方式智能虽然识别程度高，但是会造成待机时能量损失，功耗较大。采用独立的通讯模块需要给模块持续供电，也会使待机功耗变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线电能传输系统、发射端、接收端及其唤醒方法，能够实现灵敏可靠智能的待机唤醒。
本发明公开一种无线电能传输系统，包含接收端和发射端，所述发射端包含电源模块和控制模块，
所述接收端包含磁性部件；
所述发射端还包含磁场感应模块，
所述磁场感应模块用于感应所述磁性部件所带来的磁场变化，并将所述磁场变化的讯号传递给所述控制模块，所述控制模块根据所述磁场变化的讯号控制所述发射端为工作状态或者待机状态。
优选地，当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电。
优选地，当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电，并且所述控制模块停止脉冲宽度调制输出。
优选地，所述磁场感应模块包含磁性传感器，所述磁性传感器设置在所述发射端的发射线圈的预定位置或者设置在所述发射端的电路部分上。
优选地，所述磁性传感器通过导线与所述发射端的电路部分连接或者直接与所述发射端的电路部分接触。
优选地，所述磁性部件以单点或多点设置在所述接收端的接收线圈的预定位置或者设置在所述接收端的电路部分上。
本发明还公开了一种无线电能传输系统的发射端，所述发射端包含电源模块和控制模块，
所述发射端还包含磁场感应模块，所述磁场感应模块用于感应磁场变化，并将所述磁场变化的讯号传递给所述控制模块，
所述控制模块根据所述磁场变化的讯号控制所述发射端为工作状态或者待机状态。
优选地，当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电。
优选地，当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电，并且所述控制模块停止脉冲宽度调制输出。
本发明又公开了一种无线电能传输系统的接收端，所述接收端包含电路部分和接收线圈，其特征在于，所述接收端包含磁性部件。
本发明又公开了一种无线电能传输系统的唤醒方法，所述唤醒方法包含：
在待机状态时，发射端的磁性传感器通过感应磁场变化判断接收端是否放置在预定接收范围内，若否，则继续保持所述待机状态，若是，唤醒所述待机状态进入工作状态；
在所述工作状态中，所述发射端进行能量发射给所述接收端；
所述磁性传感器通过感应磁场变化判断所述接收端是否离开所述预定接收范围，若否，则继续进行能量发射，若是，则持续设定时间，然后进入所述待机状态。
优选地，在进入所述工作状态时，判断所述接收端是否合法的接收端，若是，则所述发射端进行能量发射给合法的所述接收端，若否，则提示异物，并且所述磁性传感器通过感应磁场变化判断所述异物是否取走，若是，则进入所述待机状态。
本发明提供的无线电传输系统、发射端、接收端及其唤醒方法，通过在发射端放射磁场感应模块，在接收端放置磁性部分，可以实现灵敏可靠的待机唤醒，而且体积较小、成本较低。
附图说明
图1是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的结构框图；
图2是根据本发明的无线电能传输系统的待机唤醒方法的流程图；
图3a是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第一结构的示意图；
图3b是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第二结构的示意图；
图3c是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第三结构的俯视示意图；
图3d是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第三结构的侧视示意图；
图4是根据本发明的无线电能传输系统的接收端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
图1是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的结构框图。如图1所示，本发明提供一种无线电能传输系统（简称系统），包含接收端和发射端，接收端包含磁性部件，发射端包含电源模块10和控制模块12；发射端还包含磁场感应模块11，磁场感应模块11用于感应磁性部件所带来的磁场变化，并将磁场变化的讯号传递给控制模块12，控制模块12根据磁场变化的讯号控制发射端为工作状态或者待机状态。
其中，无线电能传输系统通过发射端可以用来对接收端进行无线充电，从图1中可以看出，无线充电系统的发射端除包括一般无线充电系统结构中存在的电源模块10、控制模块12、驱动模块13、逆变模块15、反馈模块14及谐振模块16外，还包括磁场感应模块11。磁场感应模块11通过感应磁场变化输出电平变化或电压变化讯号，并将此讯号传递至控制模块12，控制模块12根据磁场变化的讯号控制发射端应该处于工作状态还是处于待机状态。
优选地，当控制模块12控制发射端为待机状态时，电源模块10只给控制模块12和磁场感应模块11供电，更优选地，控制模块12同时停止脉冲宽度调制（PWM），此时发射线圈无能量发射，这样可以实现系统的低待机功耗。
磁场感应模块11主要包含磁性传感器（例如霍尔传感器）及外围电路，磁性传感器可以为数字型传感器或者模拟型传感器，数字型传感器输出电平变化讯号，模拟传感器输出电压变化讯号。磁性传感器设置在发射端的发射线圈的预定位置或者设置在发射端的电路部分上，通常磁性传感器通过导线与发射端的电路部分连接或者直接与发射端的电路部分接触。
磁性部件通常由磁性材料制成，例如汝铁硼等材料。磁性部件可以以单点或多点设置在接收端的接收线圈的预定位置或者设置在接收端的电路部分上，即可以单点或多点设置在接收线圈中的预定位置，或者设置接收线圈附近的预定位置，还可以设置在接收端的电路部分上。磁性部件可以为圆柱形、长方体或者是接收线圈屏蔽层等各种形式和形状。
另外，需要注意的是，磁性传感器的灵敏度以及磁性材料的磁性强度要根据发射端的发射线圈和接收端的接收线圈在正常工作距离下，发射端能够感应出接收端为适宜。感应距离不能太远，容易造成误启动；感应距离也不能太近，不然接收端放置时不能从待机状态中唤醒。
图2是根据本发明的无线电能传输系统的待机唤醒方法的流程图。如图2所示，本发明还提供该无线电能传输系统的唤醒方法，该唤醒方法包含：
S201步骤：在充电器初始化完成，无线电能传输系统进入待机状态后，发射端的磁场感应模块11通过感应磁场变化判断接收端是否放置在预定接收范围内，若否，则继续保持待机状态，若是，唤醒待机状态进入工作状态。
S202步骤，在工作状态中，发射端进行能量发射给接收端。优选地，在工作状态中，判断接收端是否合法的接收端，若是，则发射端进行能量发射给合法的接收端，若否，则提示异物，并且磁性传感器通过感应磁场变化判断异物是否取走，若是，则进入待机状态。这里，“合法的接收端”为含有磁性部件的接收端，而非单独的磁性部件或者含有磁性部件的其他物品。判断接收端是否“合法的接收端”，可以通过区分合法的接收端和非合法的接收端的磁性变化强度来进行判断，也可以通过发射端和接收端的信号确认来进行判断，以及采用本领域常用的其他判断方式。
S203步骤，磁场感应模块11通过感应磁场变化判断接收端是否离开预定接收范围，若否，则继续进行能量发射，若是，则持续设定时间，然后进入待机状态。
其中，控制模块12控制发射端处于工作状态还是待机状态，当没有接收端放置在预定接收范围时，发射处于待机状态，当有接收端放置在预定接收范围内或者接收端刚拿走很短的时间（即设定时间）内，系统为工作状态，当接收端拿走后一段时间（即设定时间）后，系统进入待机状态，该设定时间由控制模块12确定。
在工作状态中，控制模块12控制电源模块10为所有模块进行供电，并且控制模块12输出脉冲宽度调制（PWM）到驱动模块13，发射线圈发射能量到接收端。优选地，当为待机状态时，发射端的电源模块10只给控制模块12和磁场感应模块11供电，并且控制模块12停止PWM输出，此时发射线圈无能量发射，这样可以实现系统的低待机功耗。
本发明的无线电能传输系统及其唤醒方法通过在发射端增加设置磁场感应模块11，在接收端增加设置磁性部件，可以实现灵敏可靠的待机唤醒，而且磁场感应模块11的磁性传感器技术成熟、体积小、成本较低，对发射端的体积及成本影响都比较小，增加的磁性材料体积也小、成本也较低，易于在接收端中添加。另外，本发明通过在待机模式时只给控制模块12和磁场感应模块11供电，并且控制模块12停止PWM输出，可以实现系统的低待机功耗。
图3a是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第一结构的示意图；图3b是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第二结构的示意图；图3c是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第三结构的俯视示意图；图3d是根据本发明的无线电能传输系统的发射端的第三结构的侧视示意图。
如图1和图3a-图3d所示,本发明还提供一种无线电能传输系统的发射端，发射端包含电源模块10和控制模块12，发射端还包含磁场感应模块11，磁场感应模块11用于感应磁场变化，并将磁场变化的讯号传递给控制模块12，控制模块12根据磁场变化的讯号控制发射端为工作状态或者待机状态。
无线充电系统的发射端除包括一般无线充电系统结构中存在的电源模块10、控制模块12、驱动模块13、逆变模块15、反馈模块14及谐振模块16外，还包括磁场感应模块11。磁场感应模块11通过感应磁场变化输出电平变化或电压变化讯号，并将此讯号传递至控制模块12，控制模块12根据磁场变化的讯号控制发射端应该处于工作状态还是处于待机状态。
优选地，当控制模块12控制发射端为待机状态时，电源模块10只给控制模块12和磁场感应模块11供电，更优选地，控制模块12同时停止脉冲宽度调制（PWM），此时发射线圈无能量发射，这样可以实现系统的低待机功耗。
磁场感应模块11主要包含磁性传感器31（例如霍尔传感器）31及外围电路，如图3a-图3d所示，磁性传感器31设置在发射端的发射线圈32的预定位置或者设置在发射端的电路部分33上。进一步地，磁性传感器31通过导线与发射端的电路部分33连接或者直接与发射端的电路部分32接触。
当发射端的电路部分33和发射线圈32分离时，如图3a所示，磁性传感器31可以设置在发射端的电路部分32上，并且直接与发射端的电路部分32接触，如图3b所示，磁性传感器31也可以设置发射线圈32中的预定位置，并且通过导线与发射端的电路部分33电连接。当发射端的电路部分33和发射线圈32重叠放置，如图3c和图3d所示，磁性传感器31也可以在发射端的电路部分33，并直接与发射端的电路部分33接触。
其中，磁性传感器31可以为数字型传感器或者模拟型传感器，数字型传感器输出电平变化讯号，模拟传感器输出电压变化讯号。
下面为无线电能传输系统的发射端的工作方法流程：在充电器初始化完成，无线电能传输系统进入待机状态后，发射端的磁场感应模块11通过感应磁场变化判断接收端是否放置在预定接收范围内，若否，则继续保持待机状态，若是，唤醒待机状态进入工作状态；在工作状态中，发射端进行能量发射给接收端；磁场感应模块11通过感应磁场变化判断接收端是否离开预定接收范围，若否，则继续进行能量发射，若是，则持续设定时间，然后进入待机状态。优选地，在工作状态中，需要先判断接收端是否合法的接收端，若是，则发射端进行能量发射给合法的接收端，若否，则提示异物，并且磁性传感器通过感应磁场变化判断异物是否取走，若是，则进入待机状态。这里，“合法的接收端”为含有磁性部件的接收端，而非单独的磁性部件或者含有磁性部件的其他物品。判断接收端是否“合法的接收端”，可以通过区分合法的接收端和非合法的接收端的磁性变化强度来进行判断，也可以通过发射端和接收端的信号确认来进行判断，以及采用本领域常用的其他判断方式。
其中，控制模块12控制发射端处于工作状态还是待机状态，当没有接收端放置在预定接收范围内时，发射端处于待机状态，当有磁性部件而非含有磁性部件的合法的接收端放置在预定接收范围内时，则提示异物，而当合法的接收端放置在预定接收范围内或者合法的接收端刚拿走很短的时间（即设定时间）内，系统为工作状态，当合法的接收端拿走后一段时间（即设定时间）后，系统又进入待机状态，该设定时间由控制模块12确定。
在工作状态中，控制模块12控制电源模块10为所有模块进行供电，并且控制模块12输出脉冲宽度调制（PWM）到驱动模块13，发射线圈发射能量到接收端。优选地，当为待机状态时，发射端的电源模块10只给控制模块12和磁场感应模块11供电，并且控制模块12停止PWM输出，此时发射线圈无能量发射，这样可以实现系统的低待机功耗。
本发明的无线电能传输系统的发射端通过增加设置磁场感应模块11，可以实现灵敏可靠的待机唤醒，而且磁场感应模块11的磁性传感器技术成熟、体积小、成本较低，对发射端的体积及成本影响都比较小。另外，本发明通过在待机模式时只给控制模块12和磁场感应模块11供电，并且控制模块12停止PWM输出，可以实现系统的低待机功耗。
图4是根据本发明的无线电能传输系统的接收端的结构示意图。如图4所示，本发明又提供一种无线电能传输系统的接收端，接收端包含电路部分43和接收线圈42，而且包含磁性部件41。磁性部件41以单点或多点设置在接收端的接收线圈42的预定位置或者设置在接收端的电路部分43上。磁性部件41通常由磁性材料制成，例如汝铁硼等材料，可以设置在接收线圈中的预定位置，或者设置接收线圈附近的预定位置，还可以设置在接收端的电路部分上。磁性部件可以为圆柱形、长方体或者是接收线圈屏蔽层等各种形式和形状。
本发明的无线电能传输系统的接收端增加设置磁性部件体积小、成本较低，易于在接收端中添加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无线电能传输系统，包含接收端和发射端，所述发射端包含电源模块和控制模块，其特征在于，
所述接收端包含磁性部件，其中，磁性部件是圆柱形、长方体或者是接收线圈屏蔽层，以单点或多点设置在所述接收端的接收线圈的预定位置或者设置在所述接收端的电路部分上，其中，所述磁性部件是由磁性材料制成，所述磁性材料的磁性强度根据所述发射端的发射线圈和所述接收端的接收线圈正常工作距离确定；
所述发射端还包含磁场感应模块，所述磁场感应模块用于感应所述磁性部件所带来的磁场变化，并将所述磁场变化的讯号传递给所述控制模块，
所述磁场感应模块包含磁性传感器，所述磁性传感器设置在所述发射端的发射线圈的预定位置或者设置在所述发射端的电路部分上；所述磁性传感器通过导线与所述发射端的电路部分连接或者直接与所述发射端的电路部分接触；
所述控制模块根据所述磁场变化的讯号控制所述发射端为工作状态或者待机状态，当确定在预定接收范围内不存在所述接收端时，控制所述发射端处于待机状态，当确定在所述预定接收范围内存在所述接收端或者在所述接收端离开所述预定接收范围的设定时间内，控制所述发射端处于工作状态，在确定所述接收端离开所述预定接收范围的所述设定时间之后，控制所述发射端进入待机状态，其中，所述设定时间由控制模块确定；
其中，所述发射端在工作状态时，先判断所述接收端是否为合法的接收端，若是，则所述发射端进行能量发射给所述合法的接收端，若否，则提示异物，并且磁性传感器通过感应磁场变化判断所述异物是否取走，若是，则进入所述待机状态；所述合法的接收端为含有磁性部件的接收端，通过区分合法的接收端和非合法的接收端的磁性变化强度来进行判断，或者通过发射端和接收端的信号确认来进行判断；
当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电，并且所述控制模块停止脉冲宽度调制输出。
2.一种无线电能传输系统的唤醒方法，其特征在于，基于权利要求1所述的无线电能传输系统，所述唤醒方法包含：
在待机状态时，发射端的磁性传感器通过感应磁场变化判断接收端是否放置在预定接收范围内，若否，则继续保持所述待机状态，若是，唤醒所述待机状态进入工作状态；
在所述工作状态中，所述发射端进行能量发射给所述接收端；
所述磁性传感器通过感应磁场变化判断所述接收端是否离开所述预定接收范围，若否，则继续进行能量发射，若是，则持续设定时间，然后进入所述待机状态；
在进入所述工作状态时，先判断所述接收端是否为合法的接收端，若是，则所述发射端进行能量发射给合法的所述接收端，若否，则提示异物，并且所述磁性传感器通过感应磁场变化判断所述异物是否取走，若是，则进入所述待机状态，
其中，所述合法的接收端为含有磁性部件的接收端，通过区分合法的接收端和非合法的接收端的磁性变化强度来进行判断，或者通过发射端和接收端的信号确认来进行判断；当所述控制模块控制所述发射端为待机状态时，所述电源模块只给所述控制模块和所述磁场感应模块供电，并且所述控制模块停止脉冲宽度调制输出。
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