CN110061571A - 一种高频微波式无线充电装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种高频微波式无线充电装置及其使用方法。本发明涉及一种高频微波式无线充电装置及其使用方法。外壳（1）的一侧设有插头（2），所述的外壳（1）内腔的顶面设有DC输入装置（3），所述的DC输入装置（3）的右侧设有过滤器（4），所述的过滤器（4）的右侧设有射频功率放大器（5），所述的射频功率放大器（5）的右侧设有的过载保护器（6），所述的过载保护器（6）的右侧设有控制装置（7）。本发明用以解决不能够调节发射线圈的高度和角度，使发射线圈与接收设备上的接收线圈契合度很小，导致能量传输效率很低，甚至发射线圈与接收线圈在同一水平面内并相互错开，不能够进行无线充电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频微波式无线充电装置及其使用方法。
背景技术
现阶段电能的传输主要以有线的方式进行(即利用电缆作为电能传输介质)，因此在电能传输过程中易发生损耗，降低传输效率；线路的老化及尖端放电等现象的发生也会影响用电设备的寿命和安全，同时在雨雪等恶劣环境下、人体植入式医疗器械及水下、矿井等作业条件下充电、维护困难、灵活性较差，以上传统有线充电的诸多弊端皆可以通过无线能量传输技术有效地得到解决，无线能量传输又称为非接触式电能传输，指的是将电能从电源侧传递到负载侧而不经过任何导线连接，由于省却了导线，因此具有更强的灵活性、更高的安全性和稳定性，更加符合未来社会发展趋势，现有磁耦合谐振式无线充电装置均为固定安装，不能够调节发射线圈的高度和角度，使发射线圈与接收设备上的接收线圈契合度很小，导致能量传输效率很低，甚至发射线圈与接收线圈在同一水平面内并相互错开，不能够进行无线充电。
发明内容
本发明的目的是提供一种高频微波式无线充电装置及其使用方法，用以解决不能够调节发射线圈的高度和角度，使发射线圈与接收设备上的接收线圈契合度很小，导致能量传输效率很低，甚至发射线圈与接收线圈在同一水平面内并相互错开，不能够进行无线充电的问题。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种高频微波式无线充电装置，外壳1的一侧设有插头2，所述的外壳1内腔的顶面设有DC输入装置3，所述的DC输入装置3的右侧设有过滤器4，所述的过滤器4的右侧设有射频功率放大器5，所述的射频功率放大器5的右侧设有的过载保护器6，所述的过载保护器6的右侧设有控制装置7，
所述的外壳1的上顶面设有固定套管8，所述的固定套管8的内部设有限位滑块9，所述的限位滑块9的顶面设有升降内管10，所述的升降内管10的外部套有定位块11，所述的定位块11的外表面设有限位齿12，所述的固定套管8的外表面右侧上端设有限位装置13，
所述的固定套管8的内壁设有限位弹片14，所述的限位弹片14的端部连接有牵引钢丝15的一端，所述的牵引钢丝15的另一端延伸至固定套管8的外部并连接有拉环16，所述的固定套管8的左侧面开设有通孔17，所述的通孔17内穿过牵引钢丝15，
所述的升降内管10的顶端延伸至固定套管8的外部并连接有连接头18，所述的连接头18的顶部通过固定螺栓20连接有连接板21，所述的固定螺栓20的前端设有操作杆22，所述的连接板21的右端设有聚能罩23，所述的聚能罩23的内壁连接有固定管24的一端，所述的固定管24的另一端连接安装壳25，所述的安装壳25的内壁设有聚能铁芯26，所述的聚能铁芯26的外部缠绕有发射线圈27，所述的安装壳25的上下两面均连接有加强杆28，所述的加强杆28的另一端与聚能罩23内壁连接。
进一步的，所述的限位装置13包括限位壳1301，所述的限位壳1301的左端贯穿固定套管8的侧面并延伸至固定套管8的内部，所述的限位壳1301的内部滑动连接有活塞1302，所述的活塞1302的左侧面设有限位板1303，所述的限位壳1301的左侧面开设有限位孔1304，所述的限位板1303的左端穿过限位孔1304延伸至限位壳1301的外部，所述的活塞1302的右侧面连接有牵引杆1305的一端，所述的牵引杆1305的另一端延伸至限位壳1301的外部并套接有牵引冒1307，所述的牵引杆1305的外表面活动套接有限位弹簧1306，所述的限位弹簧1306的两端分别于活塞1302的右侧面和限位壳1301内腔的右侧面。
进一步的，所述的限位板1303的左端面设有倾斜倒角，所述的限位板1303能与限位齿12啮合。
进一步的，所述的定位块11的形状呈锥形，所述的定位块11的顶端直径值大于其底端直径值。
进一步的，所述的固定套管8的顶面开设有升降孔19，所述的升降孔19的内径值大于定位块11的最大直径值。
进一步的，所述的限位弹片14向上弯曲变形，所述的限位弹片14的端部能与定位块11卡接。
有益效果：
1.本发明通过采用微波天线进行能量发射，使发射出的能量集中向一个方向，能量集中，有助于提高能量传输效率，通过向上提连接头，连接头通过升降内管带着定位块向上移动，通过定位块呈锥形的设置，使定位块向上移动的过程中为限位弹片提供一个向上的力，使限位弹片弹性弯曲，通过限位弹片自身的弹力，使限位弹片的一端向外弹出并通过定位块将升降内管卡主，完成该无线充电装置的高度调节，简单方便，容易操作。
2.本发明连接头通过固定螺栓与连接板固定连接，使人们能通过旋转固定螺栓调节聚能罩在垂直方向上的角度，通过固定螺栓上设置的操作杆，方便人们转动固定螺栓，调节方式简单，容易操作。
3.本发明通过牵引冒牵拉牵引杆，牵引杆通过活塞带着限位板向限位壳内移动，使限位板与限位齿分开，以便调节聚能罩在水平方向上的角度值，通过限位弹簧为活塞提供一个推力，使活塞能推着限位板向远离限位壳的方向移动，进而使限位板重新与相应的限位齿啮合，对定位块进行限位，从而对升降内管进行限位，完成聚能罩在水平方向上的角度调节，调节方式简单，容易操作。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的限位装置的内部结构示意图。
附图3是本发明的A处的结构放大示意图。
附图4是本发明的逻辑信号流程图。
附图5是本发明主控芯片的（a）单片机U6电路图，（b）外接晶振电路图，（c）RC串联电路图，（d）接口P1电路图。
附图6是本发明（a）H桥逆变电路图，（b）LC串联谐振电路图。
附图7是本发明（a）MOSFET电路U1的电路图，（b）MOSFET电路U5的电路图。
附图8是本发明方波延迟信号的（a）非门电路图，（b）电阻R1的电路图，（c）延迟器1的电路图，（d）延迟器2的电路图。
附图9是本发明的反馈信号放大电路图。
附图10是本发明（a）电源稳压电路图，（b）降压电路图。
1、外壳；2、插头；3、DC输入装置；4、过滤器；5、射频功率放大器；6、过载保护装置；7、控制装置；8、固定套管；9、限位滑块；10、升降内管；11、定位块；12、限位齿；13、限位装置；1301、限位壳；1302、活塞；1303、限位板；1304、限位孔；1305、牵引杆；1306、限位弹簧；1307、牵引冒；14、限位弹片；15、牵引钢丝；16、拉环；17、通孔；18、连接头；19、升降孔；20、固定螺栓；21、连接板；22、操作杆；23、聚能罩；24、固定管；25、安装壳；26、聚能铁芯；27、发射线圈；28、加强杆。
具体实施方式：
一种高频微波式无线充电装置，外壳1的一侧设有插头2，所述的外壳1内腔的顶面设有DC输入装置3，所述的DC输入装置3的右侧设有过滤器4，所述的过滤器4的右侧设有射频功率放大器5，所述的射频功率放大器5的右侧设有的过载保护器6，所述的过载保护器6的右侧设有控制装置7，
所述的外壳1的上顶面设有固定套管8，所述的固定套管8的内部设有限位滑块9，所述的限位滑块9的顶面设有升降内管10，所述的升降内管10的外部套有定位块11，所述的定位块11的外表面设有限位齿12，所述的固定套管8的外表面右侧上端设有限位装置13，
所述的固定套管8的内壁设有限位弹片14，所述的限位弹片14的端部连接有牵引钢丝15的一端，所述的牵引钢丝15的另一端延伸至固定套管8的外部并连接有拉环16，所述的固定套管8的左侧面开设有通孔17，所述的通孔17内穿过牵引钢丝15，
所述的升降内管10的顶端延伸至固定套管8的外部并连接有连接头18，所述的连接头18的顶部通过固定螺栓20连接有连接板21，所述的固定螺栓20的前端设有操作杆22，所述的连接板21的右端设有聚能罩23，所述的聚能罩23的内壁连接有固定管24的一端，所述的固定管24的另一端连接安装壳25，所述的安装壳25的内壁设有聚能铁芯26，所述的聚能铁芯26的外部缠绕有发射线圈27，所述的安装壳25的上下两面均连接有加强杆28，所述的加强杆28的另一端与聚能罩23内壁连接。
由聚能罩23、固定管24、安装壳25、聚能铁芯26、发射线圈27、加强杆28组成微波天线，采用微波天线进行能量发射，使发射出的能量集中向一个方向，能量集中，有助于提高能量传输效率。
进一步的，所述的限位装置13包括限位壳1301，所述的限位壳1301的左端贯穿固定套管8的侧面并延伸至固定套管8的内部，所述的限位壳1301的内部滑动连接有活塞1302，所述的活塞1302的左侧面设有限位板1303，所述的限位壳1301的左侧面开设有限位孔1304，所述的限位板1303的左端穿过限位孔1304延伸至限位壳1301的外部，所述的活塞1302的右侧面连接有牵引杆1305的一端，所述的牵引杆1305的另一端延伸至限位壳1301的外部并套接有牵引冒1307，所述的牵引杆1305的外表面活动套接有限位弹簧1306，所述的限位弹簧1306的两端分别于活塞1302的右侧面和限位壳1301内腔的右侧面。
进一步的，所述的限位板1303的左端面设有倾斜倒角，所述的限位板1303能与限位齿12啮合。
进一步的，所述的定位块11的形状呈锥形，所述的定位块11的顶端直径值大于其底端直径值。
进一步的，所述的固定套管8的顶面开设有升降孔19，所述的升降孔19的内径值大于定位块11的最大直径值。
进一步的，所述的限位弹片14向上弯曲变形，所述的限位弹片14的端部能与定位块11卡接。
工作原理：首先向上提连接头18，连接头18通过升降内管10带着定位块11向上移动，定位块11向上移动的过程中为限位弹片14提供一个向上的力，使限位弹片14向上弹性弯曲形变，然后限位弹片14在自身弹力作用下，使限位弹片14的一端向外弹出并通过定位块11将升降内管10卡住，使升降内管10只能向上升，不能下降，当需要向下调节升降内管10时，用手拿住聚能罩23，然后向外牵拉拉环16，拉环16通过牵引钢丝15牵拉限位弹片14，使限位弹片14向上弹性弯曲变形，然后限位弹片14与定位块11分开，此时向下移动聚能罩23至需要的高度，然后松开拉环16，限位弹片14在自身弹力作用下，使限位弹片14的一端向外弹出并通过定位块11将升降内管10卡住，完成该无线充电装置的高度调节，简单方便，容易操作，增加了发射线圈27与接收线圈之间的契合度，提高了能量传输效率，然后通过操作杆22旋转固定螺栓20，使连接板21能相对连接头18转动，然后调节聚能罩23在垂直方向上的角度，调节好之后反向转动固定螺栓20，使连接板21与连接头18连接紧密，调节方式简单，容易操作，进一步增加了发射线圈27与接收线圈之间的契合度，提高了能量传输效率，然后通过牵引冒1307牵拉牵引杆1305，牵引杆1305通过活塞1302带着限位板1303向限位壳1301内移动，使限位板1303与限位齿12分开，然后使聚能罩23在水平方向上转动，以便调节聚能罩23在水平方向上的角度值，调节好之后松开牵引冒1307，限位弹簧1306推动活塞1302向远离牵引冒1307的方向移动，使活塞1302能推着限位板1303向远离限位壳1301的方向移动，进而使限位板1303重新与相应的限位齿12啮合，对定位块11进行限位，从而对升降内管10进行限位，将调节好的角度固定好，完成聚能罩23在水平方向上的角度调节，调节方式简单，容易操作，再一次增加了发射线圈27与接收线圈之间的契合度，提高了能量传输效率。
其内部电路结构包括：
发射端主控模块将信号传输给DC-AC电路，所述的DC-AC电路将信号传输给反馈信号放大电路，所述的DC-AC电路与整流滤波及反馈信号电路磁耦合谐振，所述的整流滤波及反馈信号电路向接收端电压产生电路发送信号，所述的接收端电压产生电路向欠压自动关断模块发送信号，所述的欠压自动关断模块向负载待充电电池发送信号，所述的负载待充电电池反馈信号给接收端主控模块，所述的接收端主控模块还接收欠压自动关断模块的反馈信号。
图5-图10，相同字母端通过导线连接。
根据图5，该发射端主控芯片单片机采用上电自动复位结构，其复位结构由R28、C30构成，R28为上拉电阻，C30为滤波电容；发光二极管D8的作用是在调试时显示信号的状态，提供调试电路时使用；元件P1为单片机下载口，其中5V、RST、MOSI、MISO、SCK为并用端口，在单片机工作时为数据口I/O口，在单片机下载程序时为下载口；外接晶振为单片机工作提供所需振荡，C21、C27为滤波电容。
该主控芯片的主要功能是对后续电路产生所需占空比的方波信号，并根据接收端提供的反馈信号自动调节信号占空比，进而达到调节输出功率的目的，用来控制输出信号，进而达到控制整个电路的作用。
直流电DC采用学生电源获得。
根据图6：为了获得交流电压进而供给耦合线圈进行无线能量传输，采用H桥逆变电路，为学生电源提供DC信号（VCC）经过所涉及的电路转化成交流信号，最后供给LC串联谐振网络。
图中信号Vg1、Vg2、Vg3、Vg4为前端电路供给MOSIRF7832的栅极驱动电压，波形为方波，其中Vg1与Vg2互补，其工作原理为：当Vg1为高电平时，Vg2、Vg3为低电平，Vg4为高电平，此时Q1、Q4管导通，Q2与Q3管截止，电流流经Q1，L1，C14，Q3，最后进入到GND，通过前级产生的方波信号Vg1、Vg2、Vg3、Vg4来控制上述4个MOS管的开与关，进而导通两个对立的回路，这样就会在LC串联电路两端产生相应的交流方波，如果驱动信号频率与LC电路固定频率相匹配，驱动信号就会与LC串联电路产生谐振，当接收端的LC串联电路也有和前级相同的固有频率时，发射端与接收端就会产生谐振，电能就会通过磁耦合方式高效的传输到接收端，进而给后续电路处理，最终通过外置接口给电池充电，达到无线充电的目的。
根据图7：由于驱动方波信号来自于单片机，其虽然电压值达到了5V，但其电流驱动能力很弱，不足以驱动IRF7832MOS芯片，所以采用如图所示的芯片U1与芯片U5，通过该芯片，由前级过来的PWM信号就具有了对IRF7832MOS芯片的驱动能力，并会产生互补方波信号Vg1、Vg2及Vg3、Vg4，这4路行交替作用，来产生后续电路需要的交流电源。
根据图8：交流驱动源来自单片机U6的0-5V方波信号，输出端口为MOSI，
由于逆变电路需要互补的两个方波信号，通过要防止Q1与Q4、Q2与Q3同时打开，就需要两个全包络的方波信号，因此需要一个方波延迟信号电路，进而产生包络的方波信号，其中（a）为非门电路，（c）为延迟器1的电路图，（d）为延迟器2的电路图。
根据图9：在接收端充电的同时，也要时刻检测电池的充电情况，实时传送电池的电量情况给接收端的主控芯片，主控芯片通过发送编码给接收负载，这样便会产生接收端的电流变化，最终通过耦合的方式传递到发送端，在发送端产生微小的电流变化，发送端的微小的电流变化通过放大电路及自比较电路产生方波，为接收端发送的编码，最终方波传送到发送端主控芯片，通过预设电压的范围来使发送端主控芯片判断电池的电量情况，发送端主控芯片通过调整方波信号的占空比来控制发送端的功率大小，进而达到监控电池电量的效果。
根据图10：+5V电压采用AMS1117稳压芯片，该稳压芯片符合技术要求；
-5V电压采用LM2663芯片，该芯片符合技术要求。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高频微波式无线充电装置，其特征是：外壳（1）的一侧设有插头（2），所述的外壳（1）内腔的顶面设有DC输入装置（3），所述的DC输入装置（3）的右侧设有过滤器（4），所述的过滤器（4）的右侧设有射频功率放大器（5），所述的射频功率放大器（5）的右侧设有的过载保护器（6），所述的过载保护器（6）的右侧设有控制装置（7），
所述的外壳（1）的上顶面设有固定套管（8），所述的固定套管（8）的内部设有限位滑块（9），所述的限位滑块（9）的顶面设有升降内管（10），所述的升降内管（10）的外部套有定位块（11），所述的定位块（11）的外表面设有限位齿（12），所述的固定套管（8）的外表面右侧上端设有限位装置（13），
所述的固定套管（8）的内壁设有限位弹片（14），所述的限位弹片（14）的端部连接有牵引钢丝（15）的一端，所述的牵引钢丝（15）的另一端延伸至固定套管（8）的外部并连接有拉环（16），所述的固定套管（8）的左侧面开设有通孔（17），所述的通孔（17）内穿过牵引钢丝（15），
所述的升降内管（10）的顶端延伸至固定套管（8）的外部并连接有连接头（18），所述的连接头（18）的顶部通过固定螺栓（20）连接有连接板（21），所述的固定螺栓（20）的前端设有操作杆（22），所述的连接板（21）的右端设有聚能罩（23），所述的聚能罩（23）的内壁连接有固定管（24）的一端，所述的固定管（24）的另一端连接安装壳（25），所述的安装壳（25）的内壁设有聚能铁芯（26），所述的聚能铁芯（26）的外部缠绕有发射线圈（27），所述的安装壳（25）的上下两面均连接有加强杆（28），所述的加强杆（28）的另一端与聚能罩（23）内壁连接。
2.根据权利要求1所述的的一种高频微波式无线充电装置，其特征在于：所述的限位装置（13）包括限位壳（1301），所述的限位壳（1301）的左端贯穿固定套管（8）的侧面并延伸至固定套管（8）的内部，所述的限位壳（1301）的内部滑动连接有活塞（1302），所述的活塞（1302）的左侧面设有限位板（1303），所述的限位壳（1301）的左侧面开设有限位孔（1304），所述的限位板（1303）的左端穿过限位孔（1304）延伸至限位壳（1301）的外部，所述的活塞（1302）的右侧面连接有牵引杆（1305）的一端，所述的牵引杆（1305）的另一端延伸至限位壳（1301）的外部并套接有牵引冒（1307），所述的牵引杆（1305）的外表面活动套接有限位弹簧（1306），所述的限位弹簧（1306）的两端分别于活塞（1302）的右侧面和限位壳（1301）内腔的右侧面。
3.根据权利要求2所述的的一种高频微波式无线充电装置，其特征在于：所述的限位板（1303）的左端面设有倾斜倒角，所述的限位板（1303）能与限位齿（12）啮合。
4.根据权利要求1所述的的一种高频微波式无线充电装置，其特征在于：所述的定位块（11）的形状呈锥形，所述的定位块（11）的顶端直径值大于其底端直径值。
5.根据权利要求1所述的的一种高频微波式无线充电装置，其特征在于：所述的固定套管（8）的顶面开设有升降孔（19），所述的升降孔（19）的内径值大于定位块（11）的最大直径值。
6.根据权利要求1所述的的一种高频微波式无线充电装置，其特征在于：所述的限位弹片（14）向上弯曲变形，所述的限位弹片（14）的端部能与定位块（11）卡接。
7.利用权利要求1-6所述的的一种高频微波式无线充电装置的使用方法，其特征在于：首先向上提连接头（18），连接头（18）通过升降内管（10）带着定位块（11）向上移动，定位块（11）向上移动的过程中为限位弹片（14）提供一个向上的力，使限位弹片（14）向上弹性弯曲形变，然后限位弹片（14）在自身弹力作用下，使限位弹片（14）的一端向外弹出并通过定位块（11）将升降内管（10）卡住，使升降内管（10）只能向上升，不能下降，当需要向下调节升降内管（10）时，用手拿住聚能罩（23），然后向外牵拉拉环（16），拉环（16）通过牵引钢丝（15）牵拉限位弹片（14），使限位弹片（14）向上弹性弯曲变形，然后限位弹片（14与定位块（11）分开，此时向下移动聚能罩（23）至需要的高度，然后松开拉环（16），限位弹片（14）在自身弹力作用下，使限位弹片（14）的一端向外弹出并通过定位块（11）将升降内管（10）卡住，完成该无线充电装置的高度调节，然后通过操作杆（22）旋转固定螺栓（20），使连接板（21）能相对连接头（18）转动，然后调节聚能罩（23）在垂直方向上的角度，调节好之后反向转动固定螺栓（20），使连接板（21）与连接头（18）连接紧密，然后通过牵引冒（1307）牵拉牵引杆（1305），牵引杆（1305）通过活塞（1302）带着限位板（1303）向限位壳（1301）内移动，使限位板（1303）与限位齿（12）分开，然后使聚能罩（23）在水平方向上转动，以便调节聚能罩（23）在水平方向上的角度值，调节好之后松开牵引冒（1307），限位弹簧（1306）推动活塞（1302）向远离牵引冒（1307）的方向移动，使活塞（1302）能推着限位板（1303）向远离限位壳（1301）的方向移动，进而使限位板（1303）重新与相应的限位齿（12）啮合，对定位块（11）进行限位，从而对升降内管（10）进行限位，将调节好的角度固定好，完成聚能罩（23）在水平方向上的角度调节。
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