CN109924928A - 一种扫地机无线充电系统及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种扫地机无线充电系统及充电方法，扫地机无线充电系统包括移动主机和回充座，所述回充座上设有若干组磁感发射线圈，用于电磁的转换与发射，所述移动主机上设有所述磁感发射线圈相对应的磁感接收线圈，用于接收来自所述磁感发射线圈的磁电转换，所述磁感发射线圈与所述磁感接收线圈通过谐振给所述移动主机充电。无线充电系统通过磁感发射线圈与磁感接收线圈的谐振来实现电能的输送传递，采用的电磁感应方式传递电能，移动主机与回充座上都无安装外裸的金属极片。只要主机靠近回充座就能完成充电。有效的解决了裸露金属对于人与动物的触电安全隐患。解决了因外露金属的氧化引起的导电接触不良，从而解决工作的可靠性。

Description

一种扫地机无线充电系统及充电方法

技术领域

本发明涉及家用服务类型机器充电领域，更具体地说是指一种扫地机无线充电系统及充电方法。

背景技术

目前家用智能扫地机的充电方式，大都采用落地式的靠金属极片接触导电的方式充电，其使用中受到工作环境的影响很大，可靠性随着时间的推移逐渐变差。由于裸露的金属片与机内的电路相连接所致，使这种充电方式在使用中的安全性变的很差。

传统的家用智能扫地机的充电座都是采用外露金属极片与主机的外露金属极片相接触时导电来进行主机的电能补充充电，只是不同的型号扫地机的金属极片的位置不同而已，但都是离地面不高的位置，使用中由于极片离地面很近，很容易粘上污渍致使极片的导电性变差甚至无法接触导电。外露的金属极片也受到环境的影响很容易氧化而无法导电，使工作的可靠性变差。外露的金属片也是触电的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种扫地机无线充电系统及充电方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种扫地机无线充电系统，包括移动主机和回充座，所述回充座上设有若干组磁感发射线圈，用于电磁的转换与发射，所述移动主机上设有所述磁感发射线圈相对应的磁感接收线圈，用于接收来自所述磁感发射线圈的磁电转换，所述磁感发射线圈与所述磁感接收线圈通过谐振给所述移动主机充电。

其进一步技术方案为：所述回充座包括电源输入控制端和无线发射电路，所述无线发射电路一端与所述电源输入控制端相连接，另一端与所述磁感发射线圈相连接，所述无线发射电路用于推动所述磁感发射线圈发射电磁波。

其进一步技术方案为：所述无线发射电路包括控制芯片U2、激励芯片U4、激励芯片U7、驱动芯片Q2和驱动芯片Q3，所述控制芯片U2用于发射信号的产生与PWM整形，所述激励芯片U4和激励芯片U7用于发射脉冲，所述驱动芯片Q2和驱动芯片Q3用于发射线圈，所述控制芯片U2的10插脚与所述激励芯片U7相连接，所述控制芯片U2的11插脚与所述激励芯片U4相连接，所述激励芯片U4的7插脚与所述驱动芯片Q2相连接，所述激励芯片U7的8插脚与所述驱动芯片Q3相连接。

其进一步技术方案为：所述驱动芯片Q3包括谐振耦合电容C10、C11和C12，用于发射交流信号，所述C10、C11和C12三者并联连接，并联后的一端与所述驱动芯片Q3的D1端口相连接，并联后的另一端与所述磁感发射线圈的一端相连接。

其进一步技术方案为：所述移动主机包括无线接收电路、电池充电控制电路、电池和感应电源输出端，所述无线接收电路一端与所述磁感接收线圈相连接，另一端与所述电池充电控制电路相连接，所述无线接收电路与所述感应电源输出端相连接，所述电池充电控制电路一端与电池相连接，另一端与所述感应电源输出端相连接。

其进一步技术方案为：所述无线接收电路包括控制芯片U10、整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15、电容C33、C35、C36、C42、C62、C63和C64、二极管D10、D11和D12，所述C42、C62、C63和C64的一端均接地，另一端与所述感应电源输出端的正极相连接；所述整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15的源极均接地，所述电容C33的第一端连接所述磁感接收线圈，用于产生谐振，第二端连接所述二极管D10的正极；所述整流桥臂Q15的栅极连接有电阻R48，所述整流桥臂Q15的漏极与所述电容C35的第一端相连接，所述电容C35的第二端与所述二极管D11的正极相连接；所述整流桥臂Q13的栅极与所述二极管D12的负极相连接，所述整流桥臂Q13的漏极与所述二极管D11的正极相连接；所述整流桥臂Q14的栅极连接有电阻R46，所述整流桥臂Q14的漏极与所述电容C36的第一端相连接，所述电容C36的第二端与所述二极管D10的正极相连接；所述整流桥臂Q6的栅极与所述二极管D8的负极相连接，所述整流桥臂Q6的漏极与所述二极管D10的正极相连接；所述二极管D10和D11的负极与所述感应电源输出端的正极相连接。

其进一步技术方案为：所述二极管D10的负极与所述感应电源输出端的正极相连并与所述电池充电控制电路之间设有电容C61。

其进一步技术方案为：所述电池充电控制电路包括控制芯片U11、场效应管Q8、三极管Q10、电感L1和二极管D4和D5，所述场效应管Q8的漏极与所述电感L1的第一端相连接，所述电感L1的第二端与所述二极管D5的正极相连接；所述场效应管Q8的源极与三极管Q10的集电极相连接，所述三极管Q10的发射极一端与所述场效应管Q8的栅极相连接，另一端与所述二极管D4的正极相连接，所述二极管D4的负极与所述三极管Q10的基极相连接，所述二极管D4的负极与所述控制芯片U11的4插脚相连接。

一种扫地机无线充电方法，基于以上任意一项所述的一种扫地机无线充电系统，包括以下步骤：

所述移动主机检测电池电量；

当电池电量低于设定值时，所述移动主机进入到自动回充模式，所述移动主机移动；

所述移动主机跟据回充座的指引信号，慢慢的靠近回充座；

当所述移动主机移动到回充座的无线发射覆盖区域时与回充座内部的发射线圈谐振，把电能传递给移动主机充电控制电路，对电池进行充电。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明一种扫地机无线充电系统及充电方法，扫地机无线充电系统通过磁感发射线圈与磁感接收线圈的谐振来实现电能的输送传递，采用的电磁感应方式传递电能，移动主机与回充座上都无安装外裸的金属极片。只要主机靠近回充座就能完成充电。由于移动主机与回充座都不用外裸的金属极片，有效的解决了裸露金属对于人与动物的触电安全隐患。由于无裸露金属，解决了因外露金属的氧化引起的导电接触不良，从而解决工作的可靠性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种扫地机无线充电系统的电路框图；

图2为本发明一种扫地机无线充电系统的结构图；

图3为本发明一种无线发射电路的电路图；

图4为本发明一种无线接收电路的电路图；

图5为本发明一种电池充电控制电路的电路图。

附图标记

10 回充座 11 磁感发射线圈

12 无线发射电路 13 电源输入控制端

20 移动主机 21 磁感接收线圈

22 无线接收电路 23 电池充电控制电路

24 电池 25 感应电源输出端

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1到图5所示，一种扫地机无线充电系统，包括移动主机20和回充座10，回充座10上设有若干组磁感发射线圈11，用于电磁的转换与发射，移动主机20上设有磁感发射线圈11相对应的磁感接收线圈21，用于接收来自磁感发射线圈11的磁电转换，磁感发射线圈11与磁感接收线圈21通过谐振给移动主机20充电。通过磁感发射线圈11与磁感接收线圈21的谐振来实现电能的输送传递，由于线圈都是内置于机器内部的，通过靠近时的磁感谐振传输电能的，无需外露的金属部分从而可以完全有效的解决传统的充电座可靠性差安全性差等弊端。

具体地，如图1到图2所示，回充座10包括电源输入控制端13和无线发射电路12，无线发射电路12一端与电源输入控制端13相连接，另一端与磁感发射线圈11相连接，无线发射电路12用于推动磁感发射线圈11发射电磁波。

具体地，如图1到图3所示，无线发射电路12包括控制芯片U2、激励芯片U4、激励芯片U7、驱动芯片Q2和驱动芯片Q3，控制芯片U2用于发射信号的产生与PWM整形，激励芯片U4和激励芯片U7用于发射脉冲，驱动芯片Q2和驱动芯片Q3用于发射线圈，控制芯片U2的10插脚与激励芯片U7相连接，控制芯片U2的11插脚与激励芯片U4相连接，激励芯片U4的7插脚与驱动芯片Q2相连接，激励芯片U7的8插脚与驱动芯片Q3相连接。

具体地，如图3所示，驱动芯片Q3包括谐振耦合电容C10、C11和C12，用于发射交流信号，C10、C11和C12三者并联连接，并联后的一端与驱动芯片Q3的D1端口相连接，并联后的另一端与磁感发射线圈的一端相连接。

具体地，如图1到图3所示，当回充座10接上电源后，回充座10内部的方位发射信号会发射引导移动主机20自动回充的指引信号，同时U2会产生无线发射的PWM控制信号，通过U2的10、11脚发送到U4和U7的第二脚进行放大，再通过U4和U7的7、8脚把信号输出到Q2、Q3去推动无线发射磁感线圈发射电磁波。

具体地，如图1和图4所示，移动主机20包括无线接收电路22、电池充电控制电路23、电池24和感应电源输出端25，无线接收电路22一端与磁感接收线圈21相连接，另一端与电池充电控制电路23相连接，无线接收电路22与感应电源输出端25相连接，电池充电控制电路23一端与电池24相连接，另一端与感应电源输出端25相连接。

具体地，如图1和图4所示，磁感接收线圈21用于接收外部的无线发射电磁波，当主机工作到低电量时，通过内部电池充电控制电路23控制移动主机20移动，使机器进入到自动回充模式，移动主机20会跟据回充座10的指引信号，慢慢的靠近回充座10，当主机移动到回充座10的无线发射覆盖区域时与回充座10内部的发射线圈谐振，把电能传递给主机充电控制电路，对电池24进行充电。

具体地，如图1和图4所示，无线接收电路22包括控制芯片U10、整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15、电容C33、C35、C36、C42、C62、C63和C64、二极管D10、D11和D12，C42、C62、C63和C64的一端均接地，另一端与感应电源输出端的正极相连接；整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15的源极均接地，电容C33的第一端连接磁感接收线圈21，用于产生谐振，第二端连接二极管D10的正极；整流桥臂Q15的栅极连接有电阻R48，整流桥臂Q15的漏极与电容C35的第一端相连接，电容C35的第二端与二极管D11的正极相连接；整流桥臂Q13的栅极与二极管D12的负极相连接，整流桥臂Q13的漏极与二极管D11的正极相连接；整流桥臂Q14的栅极连接有电阻R46，整流桥臂Q14的漏极与电容C36的第一端相连接，电容C36的第二端与二极管D10的正极相连接；整流桥臂Q6的栅极与二极管D8的负极相连接，整流桥臂Q6的漏极与二极管D10的正极相连接；二极管D10和D11的负极与感应电源输出端的正极相连接。

具体地，如图4所示，二极管D10的负极与感应电源输出端25的正极相连并与电池充电控制电路23之间设有电容C61。

具体地，如图1和图4所示，当主机进入自动回充模式后，主机会跟据回充座10的方位指引信号移动，当主机通过回充座10的信号指引慢慢的移动到回充座10跟前后，主机前方顶部的无线接收磁感线圈也与回充座10内的无线发射磁感线圈靠近，主机无线接收磁感线圈和电路中的C33与回充座10的发射线圈产生谐振，并通过主机内部电路进行磁电转换，把无线电磁波转换成电能，并通过主机内部的U10产生的无线接收控制信号来驱动电路中的Q6、Q13、Q14、Q15四个整流桥臂的开关把交流信号进行整流，并通过电路中的C42、C62、C63、C64滤波把稳定的直流电源输送到后级的主机充电控制电路中。

具体地，如图1和图5所示，电池充电控制电路23包括控制芯片U11、场效应管Q8、三极管Q10、电感L1和二极管D4和D5，场效应管Q8的漏极与电感L1的第一端相连接，电感L1的第二端与二极管D5的正极相连接；场效应管Q8的源极与三极管Q10的集电极相连接，三极管Q10的发射极一端与场效应管Q8的栅极相连接，另一端与二极管D4的正极相连接，二极管D4的负极与三极管Q10的基极相连接，二极管D4的负极与控制芯片U11的4插脚相连接。

具体地，如图1和图5所示，无线感应的电信号通过无线接收电路22的磁电转换后整流滤波，得到的稳定直流电源输出到充电控制电路中的U11的3脚和Q8场效应管的源极上，U11内部产生的充电开关脉冲通过4脚输出，控制电路中的Q8、Q10的开关，L1和D5的续流来控制无线输入电源对后级电池组进行电能的补充。

具体地，如图1至图5所示，由于是采用的电磁感应方式传递电能，主机与回充座10上都无安装外裸的金属极片。只要主机靠近回充座10就能完成充电。由于主机与回充座10都不用外裸的金属极片，完全有效的解决了裸露金属对于人与动物的触电安全隐患。由于无裸露金属，完全解决了因外露金属的氧化引起的导电接触不良，从而解决工作的可靠性。

具体地，如图1至图5所示，此扫地机无线充电系统也适用于发射线圈与接收线圈在主机与回充座10的任意位置进行耦合传输电能。也适合用于扫地机的自动回充的无线发射线圈与接收线圈的各种形状谐振耦合传输电能。

一种扫地机无线充电方法，基于以上任意一项所述的一种扫地机无线充电系统，包括以下步骤：

移动主机20检测电池24电量；

当电池24电量低于设定值时，移动主机20进入到自动回充模式，移动主机20移动；

移动主机20跟据回充座10的指引信号，慢慢的靠近回充座10；

当移动主机20移动到回充座10的无线发射覆盖区域时与回充座10内部的发射线圈谐振，把电能传递给移动主机20充电控制电路，对电池24进行充电。

具体地，移动主机20的移动是通过扫地机无线充电系统里设有的主机CPU电路与左右轮驱动电路来进行控制的。

综上所述，本发明一种扫地机无线充电系统及充电方法，扫地机无线充电系统通过磁感发射线圈与磁感接收线圈的谐振来实现电能的输送传递，采用的电磁感应方式传递电能，移动主机与回充座上都无安装外裸的金属极片。只要主机靠近回充座就能完成充电。由于移动主机与回充座都不用外裸的金属极片，有效的解决了裸露金属对于人与动物的触电安全隐患。由于无裸露金属，解决了因外露金属的氧化引起的导电接触不良，从而解决工作的可靠性。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种扫地机无线充电系统，其特征在于，包括移动主机和回充座，所述回充座上设有若干组磁感发射线圈，用于电磁的转换与发射，所述移动主机上设有所述磁感发射线圈相对应的磁感接收线圈，用于接收来自所述磁感发射线圈的磁电转换，所述磁感发射线圈与所述磁感接收线圈通过谐振给所述移动主机充电。

2.根据权利要求1所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述回充座包括电源输入控制端和无线发射电路，所述无线发射电路一端与所述电源输入控制端相连接，另一端与所述磁感发射线圈相连接，所述无线发射电路用于推动所述磁感发射线圈发射电磁波。

3.根据权利要求2所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述无线发射电路包括控制芯片U2、激励芯片U4、激励芯片U7、驱动芯片Q2和驱动芯片Q3，所述控制芯片U2用于发射信号的产生与PWM整形，所述激励芯片U4和激励芯片U7用于发射脉冲，所述驱动芯片Q2和驱动芯片Q3用于发射线圈，所述控制芯片U2的10插脚与所述激励芯片U7相连接，所述控制芯片U2的11插脚与所述激励芯片U4相连接，所述激励芯片U4的7插脚与所述驱动芯片Q2相连接，所述激励芯片U7的8插脚与所述驱动芯片Q3相连接。

4.根据权利要求3所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述驱动芯片Q3包括谐振耦合电容C10、C11和C12，用于发射交流信号，所述C10、C11和C12三者并联连接，并联后的一端与所述驱动芯片Q3的D1端口相连接，并联后的另一端与所述磁感发射线圈的一端相连接。

5.根据权利要求1所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述移动主机包括无线接收电路、电池充电控制电路、电池和感应电源输出端，所述无线接收电路一端与所述磁感接收线圈相连接，另一端与所述电池充电控制电路相连接，所述无线接收电路与所述感应电源输出端相连接，所述电池充电控制电路一端与电池相连接，另一端与所述感应电源输出端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述无线接收电路包括控制芯片U10、整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15、电容C33、C35、C36、C42、C62、C63和C64、二极管D10、D11和D12，所述C42、C62、C63和C64的一端均接地，另一端与所述感应电源输出端的正极相连接；所述整流桥臂Q6、Q13、Q14和Q15的源极均接地，所述电容C33的第一端连接所述磁感接收线圈，用于产生谐振，第二端连接所述二极管D10的正极；所述整流桥臂Q15的栅极连接有电阻R48，所述整流桥臂Q15的漏极与所述电容C35的第一端相连接，所述电容C35的第二端与所述二极管D11的正极相连接；所述整流桥臂Q13的栅极与所述二极管D12的负极相连接，所述整流桥臂Q13的漏极与所述二极管D11的正极相连接；所述整流桥臂Q14的栅极连接有电阻R46，所述整流桥臂Q14的漏极与所述电容C36的第一端相连接，所述电容C36的第二端与所述二极管D10的正极相连接；所述整流桥臂Q6的栅极与所述二极管D8的负极相连接，所述整流桥臂Q6的漏极与所述二极管D10的正极相连接；所述二极管D10和D11的负极与所述感应电源输出端的正极相连接。

7.根据权利要求6所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述二极管D10的负极与所述感应电源输出端的正极相连并与所述电池充电控制电路之间设有电容C61。

8.根据权利要求5所述的一种扫地机无线充电系统，其特征在于，所述电池充电控制电路包括控制芯片U11、场效应管Q8、三极管Q10、电感L1和二极管D4和D5，所述场效应管Q8的漏极与所述电感L1的第一端相连接，所述电感L1的第二端与所述二极管D5的正极相连接；所述场效应管Q8的源极与三极管Q10的集电极相连接，所述三极管Q10的发射极一端与所述场效应管Q8的栅极相连接，另一端与所述二极管D4的正极相连接，所述二极管D4的负极与所述三极管Q10的基极相连接，所述二极管D4的负极与所述控制芯片U11的4插脚相连接。

9.一种扫地机无线充电方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项所述的一种扫地机无线充电系统，包括以下步骤：

所述移动主机检测电池电量；

当电池电量低于设定值时，所述移动主机进入到自动回充模式，所述移动主机移动；

所述移动主机跟据回充座的指引信号，慢慢的靠近回充座；

当所述移动主机移动到回充座的无线发射覆盖区域时与回充座内部的发射线圈谐振，把电能传递给移动主机充电控制电路，对电池进行充电。