CN104269941B - 无线充电系统及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线充电调节系统，它包括有中间固定板、发送（接收）线圈底板和线圈、固定座等。其中，中间固定板垂直固装在固定座上，固定座底部设有控制器；中间固定板中心部位设有丝杆螺母，边缘处设有滑杆套筒；滑杆套筒内活动套装有滑杆，滑杆两端分别与电机固定板、底板相连接；电机传动轴穿过电机固定板与联轴器一端连接，联轴器另一端与丝杆一端连接，丝杆穿过丝杆螺母后活动套装在线圈底板和线圈一侧的轴承内，线圈底板和线圈另一侧为共振线圈底板，共振线圈底板上嵌入或者粘贴共振线圈，当电机转动时带动发送（接收）线圈底板和线圈平移，从而实现发送（接收）线圈与发送（接收）端共振线圈之间的距离发生变化，而发送端与接收端2个共振线圈之间的距离保持不变，发送（接收）线圈与发送（接收）端共振线圈之间的距离变化起到调节阻抗变化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，尤其是指一种无线充电系统及其调节方法。
背景技术
磁共振方式由美国麻省理工学院(MIT)物理学家马林·索尔贾希克(MarinSoljacic)于2007年进行了验证，自此受到了广泛关注。他们利用两个铜制线圈作为电磁共振器，其中一个发送线圈附在传送电力方，另一个接收线圈在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过两个电磁共振器电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导，该无线传输方式成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。该“中继器模式”无线方式包括四个线圈，其中中继器为两个磁共振器为两个较大线圈，主要产生磁共振，发送线圈和接收线圈为两个小线圈，发送线圈是电力输入端，而接收线圈电力输出端。电能首先从发送端到一个中继器共振器，在从中继器共振器跳到下一个中继器共振器，最后可以高效的进入接收端。这项技术允许设备在距离适配器最远可达几米远的地方进行无线充电，这也是采用这种方式比其它无线方式的优点。在实际充电过程中，发射端和接收端的距离是不确定的，距离的变化会对传输效率产生很大的影响，会造成传输效率的急剧下降。虽然可以通过修改电感或电容的方法来改善传输效率，但是实际上修改电感值和电容值存在很大难度。
目前共振式无线充电系统，主要针对某个常用的距离进行优化设计，但是当发射端和接收端距离发送变化时，无线能量传输效率会有很大的波动，甚至造成效率急剧下降。而在这种情况下提高传输效率的方法包括：（1）修改线圈本身的电感值，（2）修改电路中电容、电感等。在实际产品中这两种方法都难以实现。这也是无线充电系统无法大规模使用的原因之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、通过调节发送（接收）线圈与发送（接收）端共振线圈之间的距离达到改变电路阻抗的目的，使得阻抗匹配达到最佳，无线传输的频率在一定小范围内变化，充电效率可以得到明显提高的无线充电系统及其调节方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：无线充电调节系统，发送端包括发送线圈和发送端共振线圈，接收端包括接收线圈和接收端共振线圈，其中发送线圈和接收线圈位于两侧（一般尺寸较小），发送端和接收端共振线圈（一般尺寸较大）位于中间。无线充电调节系统，它包括有中间固定板、共振线圈、共振线圈底板、电机、电机固定板、丝杆、联轴器、丝杆螺母、滑杆、滑杆套筒、发送（接收）线圈底板和线圈、固定座等。其中，中间固定板垂直固装在固定座上，固定座底部设有控制器；中间固定板中心部位设有丝杆螺母，边缘处设有滑杆套筒；滑杆套筒内活动套装有滑杆，滑杆两端分别与电机固定板、底板相连接；电机安装在电机固定板上，电机传动轴穿过电机固定板与联轴器一端连接，联轴器另一端与丝杆一端连接，丝杆穿过丝杆螺母后活动套装在发送（接收）线圈底板和线圈一侧的轴承内，发送（接收）线圈底板和线圈另一侧为发送（接收）端共振线圈底板，发送（接收）端共振线圈底板上嵌入或者粘贴发送（接收）端共振线圈，当电机转动时带动发送（接收）线圈底板和线圈平移，从而实现发送（接收）线圈与发送（接收）端共振线圈之间的距离发生变化，而发送端与接收端2个共振线圈之间的距离保持不变，发送（接收）线圈与发送（接收）端共振线圈之间的距离变化起到调节阻抗变化的目的。
上述无线充电系统的调节方法，它包括有以下步骤：
1）开始无线充电；
2）发射端和接收端控制器测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方的电流和电压，计算传输效率；
3）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步；
4）控制器驱动电机调节发送（接收）线圈与发送（接收）共振线圈之间距离；
5）同时小幅度调节交变电源输出频率；
6）发射端和接收端控制器测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方的电流和电压，计算传输效率；
7）在调节过程中，控制器通过声音或者LED数码管等提示调节过程；
8）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步，重复操作；
9）直到传输效率达到理想的传输效率，停止发送（接收）线圈与发送（接收）共振线圈之间的距离调节，并停止调节电源输出频率，并控制器通过声音或者LED数码管等提示调节结束；
10）继续充电。
所述的控制器内设有电机驱动电路、无线通信模块、提示与显示模块；其中，无线通信模块用于发射端和接收端无线通信，通过无线通信接收对方端的状态；提示显示模块在调节过程中通过光电方式给予用户以提示。
本方案设计的可调节距离线圈设计放置在发射端和接收端，最佳共振频率会在小范围内变化，当调节发送（接收）线圈与发送（接收）共振线圈之间距离达到阻抗匹配时，无线充电效率达到最高，这时系统可以通过LED、数码管或者声音等进行提示。同时本发明专利通过调节线圈距离来调节阻抗变化，从而起到调节效率和输出功率的作用，该调节距离方法实现简单，调节速度快、调节范围大。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的另一个方向示意图。
图3为本发明的线圈示意图。
图4为本发明的充电原理图。
图5为本发明的调节流程图。
图6为线圈调节示意图。
具体实施方式
下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1至附图6，发送端包括发送线圈和发送端共振线圈，接收端包括接收线圈和接收端共振线圈，其中发送线圈和接收线圈位于两侧（一般尺寸较小），发送端和接收端共振线圈（一般尺寸较大）位于中间。本实施例所述的无线充电调节系统包括有中间固定板1、发送（接收）端共振线圈2、发送（接收）端共振线圈底板3、电机4、电机固定板5、丝杆6、联轴器7、丝杆螺母8、滑杆9、滑杆套筒10、发送（接收）线圈底板和线圈11、固定座12。其中，中间固定板1垂直固装在固定座12上，固定座12底部设有控制器；中间固定板1中心部位设有丝杆螺母8，边缘处设有滑杆套筒10；滑杆套筒10内活动套装有滑杆9，滑杆9两端分别与电机固定板5、发送（接收）端共振线圈底板3相连接；电机4安装在电机固定板5上，电机4传动轴穿过电机固定板5与联轴器7一端连接，联轴器7另一端与丝杆6一端连接，丝杆6穿过丝杆螺母8后活动套装在发送（接收）线圈底板和线圈11一侧的轴承13内，发送（接收）线圈底板和线圈11另一侧为发送（接收）端共振线圈底板3，发送（接收）端共振线圈底板3上嵌入或者粘贴发送（接收）端共振线圈2，当电机转动时带动发送（接收）线圈底板和线圈11平移，从而实现发送（接收）线圈11与发送（接收）端共振线圈2之间的距离发生变化，而发送端与接收端两个共振线圈2之间的距离保持不变，发送（接收）线圈11与发送（接收）端共振线圈2之间的距离变化起到调节阻抗变化的目的。
本方案的线圈部分可以由条状、实心圆、空心圆、扁平状、编织带状的导电材料制成类似于平面螺旋或者柱状螺旋等形状，制造材料包括从铜、铝、金、银、锌和导电聚合物等材料，底板部分主要起到隔离、屏蔽和支撑作用，制造材料包括高频铁氧体、铝板、PCB基板等材料等，线圈可以嵌入或者粘贴在底板上。且螺旋部分的绕组的匝数根据需要可以从4-50匝，内径可以根据需要从0-100mm以上，内径可以根据需要从10-1000mm以上。
发送（接收）线圈底板和共振器线圈底板部分可以制成方形，圆形等各种形状，起到隔离、屏蔽和支撑等作用，避免线圈和地板下面设备相互干扰，或者对外部环境造成影响。线圈的内圈和外圈外端部通过电线、电缆直接连接到输入电源或者输出整流桥、负载两端。
电机可以选择步进电机、有刷直流电机等各种电机，本发明实例选择步进电机，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位转动角度，转动角度可以准确换算成移动距离。
电机的输出轴通过联轴器与丝杆连接，丝杆在丝杆螺母中转动带动电机、电机固定板、线圈与底板等作为一个整体平行移动。长滑杆两端分别与电机固定板和线圈底板固定，滑杆中间通过中间固定板的滑杆套筒，电机、电机固定板、线圈与底板等可以作为一个整体在套筒中自由滑动。该结构传动平稳、噪音小、可以保证线圈与底板保持平行移动。
上述结构的调节方法为：
1）开始无线充电；
2）发射端和接收端控制器测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方端的电流和电压，计算传输效率；
3）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步；
4）控制器驱动电机调节发送（接收）线圈与发送（接收）共振线圈之间距离；
5）同时小幅度调节交变电源输出频率；
6）发射端和接收端控制器测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方端的电流和电压，计算传输效率；
7）在调节过程中，控制器通过声音或者LED数码管等提示调节过程；
8）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步，重复操作；
9）直到传输效率达到理想的传输效率，停止发送（接收）线圈与发送（接收）共振线圈之间的距离调节，并停止调节电源输出频率，并控制器通过声音或者LED数码管等提示调节结束；
10）继续充电。
Claims (3)
1.无线充电调节系统，其特征在于：它包括有中间固定板（1）、共振线圈（2）、共振线圈底板（3）、电机（4）、电机固定板（5）、丝杆（6）、联轴器（7）、丝杆螺母（8）、滑杆（9）、滑杆套筒（10）、收发线圈机构（11），固定座（12）;其中，中间固定板（1）垂直固装在固定座（12）上，固定座（12）底部设有控制器；中间固定板（1）中心部位设有丝杆螺母（8），边缘处设有滑杆套筒（10）；滑杆套筒（10）内活动套装有滑杆（9），滑杆（9）两端分别与电机固定板（5）、收发线圈机构（11）相连接；电机（4）安装在电机固定板（5）上，电机（4）传动轴穿过电机固定板（5）与联轴器（7）一端连接，联轴器（7）另一端与丝杆（6）一端连接，丝杆（6）另一端穿过丝杆螺母（8）后活动套装在收发线圈机构（11）一侧的轴承（13）内，收发线圈机构（11）另一侧为共振线圈底板（3），共振线圈底板（3）上嵌入或者粘贴有共振线圈（2），当电机转动时带动收发线圈机构（11）平移，从而实现收发线圈机构（11）与共振线圈（2）之间的距离发生变化，而发送端与接收端两个共振线圈（2）之间的距离保持不变，收发线圈机构（11）与共振线圈（2）之间的距离变化起到调节阻抗变化的目的。
2.无线充电系统的调节方法，其特征在于：它包括有以下步骤：
1）开始无线充电；
2）发射端和接收端控制器测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方的电流和电压，计算传输效率；
3）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步；
4）控制器驱动电机调节发送线圈与发送共振线圈之间距离，或者控制器驱动电机调节接收线圈与接收共振线圈之间距离；
5）同时小幅度调节交变电源输出频率；
6）发射端和接收端控制器继续测试当前的发射端与接收端电量的电流和电压；发射端和接收端通过无线通信得到对方的电流和电压，计算传输效率；
7）在调节过程中，控制器通过声音或者LED数码管提示调节过程；
8）如果传输效率达到理想的传输效率，则保持设置继续充电；如果效率比较低，转到第4步，重复操作；
9）直到传输效率达到理想的传输效率，停止发送线圈与发送共振线圈之间的距离调节，或者停止接收线圈与接收共振线圈之间的距离调节，并停止调节电源输出频率，控制器通过声音或者LED数码管提示调节结束；
10）继续充电。
3.根据权利要求1所述的无线充电调节系统，其特征在于：控制器内设有电机驱动电路、无线通信模块、提示与显示模块；其中，无线通信模块用于发射端和接收端无线通信，通过无线通信接收对方端的状态；提示显示模块在调节过程中通过光电方式给予用户以提示。
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