CN105119357A - 一种远距离无线充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远距离无线充电设备，所述的远距离无线充电设备为一种非接触式感应充电设备，所述的远距离无线充电设备包括能量发射模块、能量转接模块和能量接收模块，所述的能量发射模块的输入端耦接至外部工频交流电源，用于将输入的电能转换成磁场能发射出去；所述的能量转接模块至少设置一个，所述能量转接模块的输入端耦接至能量发射模块的输出端，能量转接模块用于转接能量发射模块发射的磁场能，延长无线充电距离；所述的能量接收模块的输入端耦接能量转接模块的输出端，能量接收模块用于接收能量转接模块转接的磁场能，并转换成电能为用电设备电池充电。解决目前无线充电器传输距离短，使用不便的问题。

Description

一种远距离无线充电设备

技术领域

本发明涉及无线传输技术领域，具体涉及一种远距离无线充电设备，主要是针对延长能量无线传输距离设计，使手机、Pad和笔记本电脑等便携式电子设备充电更方便。

背景技术

目前，手机、MP3和笔记本电脑等便携式电子设备进行充电主要采用的是一端连接交流电源，另一端连接便携式电子设备充电电池的传统充电方式。这种充电方式有很多不利的地方，首先频繁的插拔很容易损坏接头，另外也可能带来触电的危险，而且插拔数据线使用起来极不方便，在没有电源的地方，如果手机没电，根本没办法充电，影响用户的使用。

因此，实现无线充电，能量传输效率高，便于携带成为充电系统的研究方向之一。无线充电技术在不使用连线的情况下能够给电子设备充电，能够为手机、Pad和笔记本电脑等便携式设备提供一种便利的解决方案，其消费市场有巨大潜力。

CN204391866中公开了一种带有无线充电电磁转换的手机，该手机内置放最少一块叠合体，以及给手机充电的充电器内安装至少一片定位装置，所述的定位装置被一级线圈的绕线按顺序缠绕，叠合体安装在二级线圈的下面。当手机需要充电放在充电器上时，控制模块把电源直接输送到一级线圈，定位装置产生电磁，叠合体向定位装置移动，使一二级线圈垂直叠合后，控制模块把电源改成持续的通断状态，使一级线圈变成震荡工作，有效保证二级线圈能够有效的接收一级线圈的振荡变化，提高二级线圈的输出效率，节省市电和缩短充电时间。实现一二级线圈的可靠叠合，以保证充电的传输效率。

虽然上述专利技术实现了无线充电，但其无线传输距离很短，使用起来还是有很多不方便的地方，目前很多研制的无线充电器都存在传输距离短，使用不便的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种远距离无线充电设备，所述的远距离无线充电设备，使用能量转接模块来延长能量的传输距离，并且在设置这三个模块时，保证他们的谐振频率相同，以实现电能的高效率传输，从而延长无线充电的距离，实现远距离无线充电，使用更加方便，用以解决目前无线充电器传输距离短，使用不便的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种远距离无线充电设备，所述的远距离无线充电设备为一种非接触式感应充电设备，所述的远距离无线充电设备包括能量发射模块、能量转接模块和能量接收模块，所述的能量发射模块的输入端耦接至外部工频交流电源，用于将输入的电能转换成磁场能发射出去；

所述的能量转接模块至少设置一个，所述能量转接模块的输入端耦接至能量发射模块的输出端，能量转接模块用于转接能量发射模块发射的磁场能，延长无线充电距离；

所述的能量接收模块的输入端耦接能量转接模块的输出端，能量接收模块用于接收能量转接模块转接的磁场能，并转换成电能为用电设备电池充电。

本申请的技术方案通过能量转接模块来延长充电距离，能量转接模块的个数根据需要延长的距离设置，从而整体延长充电距离，实现远距离充电的目的，解决目前充电方式不方便地问题。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的能量发射模块包括第一整流电路、逆变电路和初级串联谐振电路，所述第一整流电路的交流输入端连接工频交流电源，所述第一整流电路的直流输出端连接逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的交流输出端连接初级串联谐振电路，所述的串联谐振电路将交流电转变为磁场能发射出去。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的能量转接电路包括次级串联谐振电路，所述的次级串联谐振电路的个数根据充电距离的大小设置，且至少设置一个，所述的次级谐振电路与初级谐振电路耦合，接收初级谐振电路发出的磁场能，并再次将所述磁场能发射出去，实现能量的转接。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的能量接收模块包括终极串联谐振电路和第二整流电路，所述的终极串联谐振电路与次级串联谐振电路耦合，接收次级串联谐振电路转接的磁场能，将磁场能转变为交流电输出给第二整流电路的交流输入端，所述第二整流电路的直流输出端连接用电设备电池。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的初级串联谐振电路由初级绕组和第一电容串联组成，所述次级串联谐振电路由次级绕组和第二电容串联组成，所述终极串联谐振电路由终极绕组和第三电容串联组成。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述初级串联谐振电路、次级串联谐振电路以及终极串联谐振电路的谐振频率相等。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述能量转接模块设置的个数为：

n＝L/l

其中，L表示需要延长的充电距离，n表示设置的能量转接模块的个数，l表示每个转接模块能够延长的充电距离。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述逆变电路的工作频率与初级串联谐振电路的谐振频率相等。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的第一整流电路和第二整流电路均采用全桥整流电路。

进一步地，根据本发明所述的远距离无线充电设备，所述的远距离无线充电设备用于充电的用电设备包括手机、iPad以及平板电脑。

本发明达到的有益效果：本发明的无线充电器可以随时随地进行充电，避免没有电源插头无法充电的情况发生，而且远距离无线充电设备采用能量转接模块来转接发射模块发出的能量，并传送给接收模块，从而延长充电距离，能量转接模块的个数可以根据充电距离的大小设置，并且保证三个模块之间的谐振频率相同，实现电能的高效率传输，达到远距离充电的目的，使用更加方便。

附图说明

图1是本发明远距离无线充电设备的结构原理图；

图2是本发明能量发射模块的电路原理图；

图3是本发明能量转接模块的电路原理图；

图4是本发明能量接收模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。

无线充电设备是由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。相比传统的充电方式，无线充电使用起来相对便捷，但是目前关于无线充电的研制，存在充电距离短的问题，给用户造成一定的不便。

为解决上述问题，本申请设计的无线充电设备是一种能够远距离充电的无线充电设备，如图1所示，所述的远距离无线充电设备为一种非接触式感应充电设备，包括能量发射模块、能量转接模块和能量接收模块，所述的能量发射模块的输入端耦接至外部工频交流电源，用于将输入的电能转换成磁场能发射出去。所述能量转接模块的输入端耦接至能量发射模块的输出端，能量转接模块用于转接能量发射模块发射的磁场能，延长无线充电距离，所述的能量转接模块至少设置一个。所述的能量接收模块的输入端耦接能量转接模块的输出端，能量接收模块用于接收能量转接模块转接的磁场能，并转换成电能为用电设备电池充电，用于远距离充电的用电设备包括手机、iPad以及平板电脑。

如图2所示，所述的能量发射模块包括第一整流电路、逆变电路和初级串联谐振电路，所述的第一整流电路为全桥整流电路D1，所述的逆变电路由Q1、Q2、Q3和Q4组成，所述的初级串联谐振电路由初级线圈L1和和第一电容串联组成，所述第一整流电路的交流输入端连接工频交流电源，所述第一整流电路的直流输出端连接逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的交流输出端连接初级串联谐振电路，所述的串联谐振电路将交流电转变为磁场能发射出去。

所述的能量发射模块工作时，在输入端将工频交流电经全桥整流电路D1转换成直流电，然后经过逆变电路转换成频率为f的高频交流电，供给初级绕组L1，初级绕组L1与第一电容C1串联构成初级串联谐振，发出频率为f的交变磁场，将电能转化为磁场能。

根据串联谐振时：得到频率f为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}}$

能量发射模块通过电磁感应原理将电能转换成磁场能发射出去，因此，只要逆变电路工作在谐振频率f，就能保证初级绕组、次级绕组在耦合时能量损失最小，以实现高效率传输电能。

如图3所示，所述的能量转接电路包括次级串联谐振电路，所述的次级串联谐振电路由次级绕组L2与第二电容C2串联组成，所述的次级串联谐振电路的个数根据充电距离的远近设置，且至少设置一个。所述的次级谐振电路与初级谐振电路耦合，接收初级谐振电路发出的磁场能，并再次将所述磁场能发射出去，实现能量的转接。

所述能量转接模块是用来延长无线充电距离的，能量转接模块设置的个数n可根据需延长的充电距离设置，具体为：

n＝L/l

其中，L表示需要延长的充电距离，n表示设置的能量转接模块的个数，l表示每个转接模块能够延长的充电距离。

次级线圈L2与第二电容C2串联构成串联谐振，谐振频率：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_2{C}_2}}$

工作时，初级线圈L1发射的能量，经次级线圈L2耦合接收后，再次将能量以相同的谐振频率发射出去，实现能量的转接。

如图4所示，所述的能量接收模块包括终极串联谐振电路和第二整流电路，所述的第二整流电路也是全桥整流电路，即D2，所述的终极串联谐振电路由终极线圈L3和第三电容C3串联组成，所述的终极串联谐振电路与次级串联谐振电路耦合，接收次级串联谐振电路转接的磁场能，将磁场能转变为交流电输出给第二整流电路的交流输入端，所述第二整流电路的直流输出端连接用电设备的电池。

能量接收模块用来感应能量转接模块发射的磁场能，并将该磁场能转化为频率为f的交流电，最后再将频率为f的交流电整流为充电电池所需要的直流电，为电池充电。

终级线圈L3与第三电容C3串联构成串联谐振，谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_2{C}_2}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_3{C}_3}}$

能量转接模块的次级线圈L2发射的能量，由终极线圈L3接收，将磁场能转换成电能，并将接收到的高频电流经整流电路转换为充电电池所需要的直流电，为电池充电。

本发明的无线充电器采用能量转接模块来转接发射模块发出的能量，并传送给接收模块，从而延长充电距离，而且可以随时随地进行充电，避免没有电源插头无法充电的情况发生，能量转接模块的个数可以根据充电距离的大小设置，并且保证三个模块的谐振频率相同，实现电能的高效率传输，达到远距离充电的目的，使用更加方便。

Claims (9)

1.一种远距离无线充电设备，所述的远距离无线充电设备为一种非接触式感应充电设备，其特征在于：所述的远距离无线充电设备包括能量发射模块、能量转接模块和能量接收模块，所述的能量发射模块的输入端耦接至外部工频交流电源，用于将输入的电能转换成磁场能发射出去；

所述的能量转接模块至少设置一个，所述能量转接模块的输入端耦接至能量发射模块的输出端，能量转接模块用于转接能量发射模块发射的磁场能，延长无线充电距离；

所述的能量接收模块的输入端耦接能量转接模块的输出端，能量接收模块用于接收能量转接模块转接的磁场能，并转换成电能为用电设备电池充电。

2.根据权利要求1所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述的能量发射模块包括第一整流电路、逆变电路和初级串联谐振电路，所述第一整流电路的交流输入端连接工频交流电源，所述第一整流电路的直流输出端连接逆变电路的直流输入端，所述逆变电路的交流输出端连接初级串联谐振电路，所述的串联谐振电路将交流电转变为磁场能发射出去；其所述的初级串联谐振电路由初级绕组和第一电容串联组成。

3.根据权利要求1所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述的能量转接模块包括次级串联谐振电路，所述的次级串联谐振电路的个数根据充电距离的大小设置，且至少设置一个，所述的次级谐振电路与初级谐振电路耦合，接收初级谐振电路发出的磁场能，并再次将所述磁场能发射出去，实现能量的转接；所述的次级串联谐振电路由次级绕组和第二电容串联组成。

4.根据权利要求1所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述的能量接收模块包括终极串联谐振电路和第二整流电路，所述的终极串联谐振电路与次级串联谐振电路耦合，接收次级串联谐振电路转接的磁场能，将磁场能转变为交流电输出给第二整流电路的交流输入端，所述第二整流电路的直流输出端连接用电设备电池；所述的终极串联谐振电路由终极绕组和第三电容串联组成。

5.根据权利要求2、3或4所述的远距离无线充电设备，其特征在于所述初级串联谐振电路、次级串联谐振电路以及终极串联谐振电路的谐振频率相等。

6.根据权利要求3所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述能量转接模块设置的个数为：

n＝L/l

其中，L表示需要延长的充电距离，n表示设置的能量转接模块的个数，l表示每个转接模块能够延长的充电距离。

7.根据权利要求2所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述逆变电路的工作频率与初级串联谐振电路的谐振频率相等。

8.根据权利要求2或4所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述的第一整流电路和第二整流电路均采用全桥整流电路。

9.根据权利要求1-8任一项所述的远距离无线充电设备，其特征在于，所述的远距离无线充电设备用于充电的用电设备包括手机、iPad以及平板电脑。