CN112865344A - 一种无线充电设备及充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线充电设备及充电方法，无线充电设备包括能量发射装置、安装能量发射装置的位置调节装置、用于采集能量发射装置发射的输出能量信息的第一采集装置、用于采集能量接收装置接收的接收能量信息的第二采集装置、与第一采集装置和第二采集装置进行通信的处理器以及与处理器和位置调节装置进行通信的控制器，控制器用于根据处理器计算出的实时能量损耗控制位置调节装置，以将能量发射装置和待充电设备调节到实时能量损耗等于设定值的目标相对位置。本发明公开的无线充电设备及充电方法，充电效率高，发热小。

Description

一种无线充电设备及充电方法

技术领域

本发明涉及充电技术领域，特别涉及一种无线充电设备及充电方法。

背景技术

无线充电设备是与用电装置之间以磁场传送能量，无须电线连接，即可 为用电装置进行充电的设备。现有的无线充电设备，存在充电效率低、发热 大的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种无线充电设备及充电方法，旨在解决现有 技术中充电效率低、发热大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的无线充电设备，包括：

能量发射装置，用于发射能量；

位置调节装置，安装有能量发射装置，位置调节装置用于调节能量发射 装置与待充电设备的相对位置，待充电设备具有能量接收装置；

第一采集装置，用于采集能量发射装置发射的输出能量信息；

第二采集装置，用于采集能量接收装置接收的接收能量信息；

与第一采集装置和第二采集装置进行通信的处理器，用于根据输出能量 信息和接收能量信息计算出实时能量损耗；

以及与处理器和位置调节装置进行通信的控制器，用于根据实时能量损 耗控制位置调节装置，以将能量发射装置和待充电设备调节到实时能量损耗 等于设定值的目标相对位置。

本发明提出的充电方法，采用上述的无线充电设备，该方法包括：

利用能量发射装置向待充电设备发射能量，以对待充电设备进行充电；

利用处理器根据第一采集装置采集到的输出能量信息和第二采集装置采 集到的接收能量信息，得到实时能量损耗；

判断实时能量损耗与设定值的大小关系；

若实时能量损耗大于设定值，则利用控制器控制位置调节装置调节能量 发射装置和待充电设备的相对位置，并返回执行利用第一采集装置采集输出 能量信息和利用第二采集装置采集接收能量信息的步骤，循环至实时能量损 耗等于设定值时，获得能量发射装置与待充电设备的目标相对位置，以使能 量发射装置与待充电设备保持目标相对位置。

在本发明技术方案中，通过第一采集装置采集能量发射装置发射的能量 信息，第二采集装置采集待充电设备的能量接收装置接收的能量信息，计算 出实时能量损耗，位置调节装置根据实时能量损耗与设置值的比较对能量发 射装置和待充电设备的相对位置进行调节，使能量发射装置和待充电设备调 节到能量损耗等于设置值的目标相对位置，在此位置，能量损耗小，充电发 热小，充电效率高，且对于能量发射装置和能量接收装置无干扰，可保证能 量发射装置和能量接收装置发射和接收能量的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的 附图。

图1为本发明提出的无线充电设备的实施例的示意图；

图2为本发明提出的具有壳体的无线充电设备的实施例的示意图；

图3为本发明提出的具有底座和放置座的无线充电设备的实施例的示意 图；

图4为本发明提出的用于汽车充电的无线充电设备的实施例的示意图；

图5为本发明提出的充电方法的步骤流程图；

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、 后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位 置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应 地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等 应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过 中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系， 除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义， 包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B 同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必 须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的 保护范围之内。

本申请提出一种无线充电设备及充电方法，充电效率高，发热小。

如图1-图4所示，在本发明提出的无线充电设备的实施例中，该无线充 电设备包括：

能量发射装置100，用于发射能量；

位置调节装置，安装有能量发射装置100，位置调节装置用于调节能量发 射装置100与待充电设备700的相对位置，待充电设备700具有能量接收装 置200；

第一采集装置300，用于采集能量发射装置100发射的输出能量信息；

第二采集装置400，用于采集能量接收装置200接收的接收能量信息，第 二采集装置400可设置于待充电设备700上；

与第一采集装置300和第二采集装置400进行通信的处理器500，用于根 据输出能量信息和接收能量信息计算出实时能量损耗；

以及与处理器500和位置调节装置进行通信的控制器900，用于根据实时 能量损耗控制位置调节装置，以将能量发射装置100和待充电设备700调节 到实时能量损耗等于设定值的目标相对位置。

在无线充电技术中，由于能量发射装置100和能量接收装置200对不准， 会造成充电效率低、发热大的问题。而若选用磁吸等装置确定待充电设备700 的充电位置，一是磁石会对能量发射装置100和能量接收装置200造成干扰， 影响充电效能，另外，不同型号的待充电设备700的能量接收装置200的位 置设置不同，通用性差。

待充电设备700可为手机、电动车、电脑等各种可进行无线充电的设备， 待充电设备700可放置于位置调节装置上，也可放置于其他固定的位置。

设置值可为能量发射装置100和待充电设备700之间发生相对移动所计 算出的实时能量损耗的最小值，在能量发射装置100和能量接收装置200能 够对正时，为能量发射装置100和能量接收装置200正对时的实时能量损耗， 能量发射装置100和能量接收装置200之间的距离尽量小。

设置值也可根据经验，预先设置的能量损耗较小的值；或者根据实验结 果，预先设置的该无线充电设备通过调节能量发射装置100和待充电设备700 的相对位置能够达到的能量损耗最小的值。

在上述实施例中，通过第一采集装置300采集能量发射装置100发射的 能量信息，第二采集装置400采集待充电设备700的能量接收装置200接收 的能量信息，计算出实时能量损耗，位置调节装置根据实时能量损耗与设置 值的比较对能量发射装置100和待充电设备700的相对位置进行调节，使能 量发射装置100和待充电设备700调节到能量损耗等于设置值的目标相对位 置，目标相对位置可为能量发射装置100和待充电设备700的能量接收装置 200正对的位置，在此位置，能量损耗小，充电发热小，充电效率高，且对于 能量发射装置100和能量接收装置200无干扰，可保证能量发射装置100和 能量接收装置200发射和接收能量的效率。本方案适用于能量接收装置200 设置在不同位置的各种待充电设备700和任何姿态放置的待充电设备700，充 电限制小。

作为上述实施例的进一步方案，能量发射装置100包括：

直流电源110；

与直流电源110电连接的逆变电路120，用于将从直流电源110流入的第 一直流电转换为第一交流电；

以及与逆变电路120电连接的发射线圈130，用于根据从逆变电路120流 入的第一交流电产生电磁场，并通过电磁场发射能量，以使得第一采集装置 300采集发射线圈130发射的能量信息。

能量接收装置200包括：

接收线圈210，用于根据电磁场产生第二交流电，并通过电磁场接收发射 线圈130发射的能量，第二采集装置400用于采集接收线圈210接收的能量；

与接收线圈210电连接的整流电路220，整流电路220用于将从接收线圈210流入的第二交流电转换为第二直流电；

以及与整流电路220电连接的充电负载230，第二直流电流入充电负载 230，通过充电负载230向待充电设备700进行充电。

在上述实施例的进一步方案中，通过逆变电路120，将第一直流电转换为 第一交流电，并使第一交流电流入发射线圈130中，使发射线圈130产生电 磁场，通过电磁场将能量发射出去。

第一采集装置300和第二采集装置400可为功率采集装置，分别对发射 线圈130和接收线圈210的第一交流电和第二交流电的功率信息进行采集， 进而确定能量信息。

第一采集装置300和第二采集装置400也可为电压或者电流采集装置， 分别对发射线圈130和接收线圈210的第一交流电和第二交流电的电压或者 电流信息进行采集，进而确定能量信息。

处理器500可包括无线充发射SOC芯片520和无线充接收SOC芯片510。

作为上述实施例的进一步方案，位置调节装置包括：

承载面630，用于放置待充电设备700；

安装面620，安装有能量发射装置100；

以及与控制器900进行通信的调节马达610，其输出端与承载面630和/ 或安装面620传动连接，用于调节安装面620上安装的能量发射装置100与 承载面630上放置的待充电设备700的相对位置。

在上述实施例的进一步方案中，通过调节马达610，可对承载面630和安 装面620的相对位置进行调节，进而调节安装面620上安装的能量发射装置 100和承载面630上放置的待充电设备700的相对位置，调节方便。

无线充电设备作为设置于桌面等平面上的充电设备时，作为上述实施例 的进一步方案，无线充电设备还包括：

壳体810，其顶面作为承载面630，调节马达610和能量发射装置100均 在壳体810内，调节马达610的固定端与壳体810固定连接；

设置于壳体810内的安装板820，其顶面作为安装面620，安装有能量发 射装置100，调节马达610的输出端与安装板820传动连接，调节马达610用 于调节安装板820上安装的能量发射装置100与壳体810顶面放置的待充电 设备700的相对位置。

如作为手机充电器时，将手机随意放置于壳体810的顶面上，第一采集 装置300采集壳体810内能量发射装置100发射的能量信息，第二采集装置 400采集手机的能量接收装置200接收的能量信息，根据第一采集装置300和 第二采集装置400采集到的信息计算得到实时能量损耗，调节马达610根据 实时能量损耗调节安装板820及其上安装的能量发射装置100的位置，直到 处于能量接收装置200与能量发射装置100正对或者实时能量损耗的最小值 位置，保证能量发射装置100和能量接收装置200以最大功率和最大效率传 送能量。

在上述实施例的进一步方案中，壳体810可对其内的调节马达610和能 量发射装置100起到保护作用，壳体810的顶面即作为承载面630用于放置 待充电设备700，可将待充电设备700随意的放置在壳体810的顶面，方便放 置，通过调节安装板820的位置使能量发射装置100与随意放置在壳体810 顶面的待充电设备700的能量接收装置200对正。

作为上述实施例的进一步方案，无线充电设备还包括：

底座830，具有安装面620，安装有能量发射装置100，具有与固定面连 接固定的连接固定件850，固定面可为墙面、柜面或者汽车中控台面等，调节 马达610的固定端与底座830固定连接；

放置座840，具有承载面630，调节马达610的输出端与放置座840传动 连接，调节马达610用于调节底座830上安装的能量发射装置100与放置座 840上放置的待充电设备700的相对位置。

连接固定件850可为卡扣、吸盘等结构，无线充电设备可作为车载或者 固定于其他固定面的充电设备。

如作为车载手机无线充电器时，底座830通过连接固定件850固定在汽 车内，手机随意横放或者竖放在放置座840上，第一采集装置300采集底座 830上能量发射装置100发射的能量信息，第二采集装置400采集放置座840 上放置的手机的能量接收装置200接收的能量信息，根据第一采集装置300 和第二采集装置400采集到的信息计算得到实时能量损耗，调节马达610根 据实时能量损耗调节放置座840及其上放置的手机的位置，直到处于能量接 收装置200与能量发射装置100正对或者实时能量损耗的最小值位置，保证 能量发射装置100和能量接收装置200以最大功率和最大效率传送能量。

在上述实施例的进一步方案中，底座830可固定在通过连接固定件850 能够固定的固定面上，固定后能量发射装置100位置不变，通过改变放置座 840及其上放置的待充电设备700的位置，改变能量发射装置100和能量接收 装置200的相对位置，能量发射装置100和能量接收装置200的相对位置的 可调节幅度大，可适用于各种不同型号的待充电设备700。

作为上述实施例的进一步方案，位置调节装置为至少具有第一平移方向 和第二平移方向二个方向自由度的调节装置，第一平移方向和第二平移方向 互相垂直。第一平移方向为X轴方向，第二平移方向为Y轴方向，调节马达 610可选用其输出端可在X轴方向和Y轴方向移动的二轴直线马达。此方案 适用于可在平面上改变能量发射装置100和待充电设备700相对位置的无线 充电设备，如放置于桌面上的无线充电设备、车载充电设备等。

在上述实施例的进一步方案中，可使能量发射装置100和待充电设备700 的相对位置在第一平移方向和第二平移方向上进行调节，利于能量发射装置 100和能量接收装置200对正，使能量损耗减小。

作为上述实施例的进一步方案，位置调节装置为至少具有第一平移方向、 第二平移方向和第三平移方向三个方向自由度的调节装置，第一平移方向与 第二平移方向互相垂直，第三平移方向分别与第一平移方向和第二平移方向 互相垂直。第一平移方向为X轴方向，第二平移方向为Y轴方向，第三平移 方向为Z轴方向。调节马达610可选用其输出端可在X轴方向、Y轴方向和 Z轴方向移动的三轴直线马达。此方案适用于可在三维空间内改变能量发射装 置100和待充电设备700相对位置的无线充电设备。

如在汽车充电领域，地面作为承载面630，调节马达610安装在地面上， 调节马达610的输出端与安装面620传动连接，汽车行驶到充电位置后，通 过调节马达610使安装面620上的能量发射装置100与汽车上的能量接收装 置200对正且靠拢，以便最大效率充电。

在上述实施例的进一步方案中，可使能量发射装置100和待充电设备700 的相对位置在第一平移方向、第二平移方向和第三平移方向上进行调节，利 于能量发射装置100和能量接收装置200对正并靠拢，使能量损耗减小。

如图1-图5所示，在本发明提出的充电方法的实施例中，采用上述的无 线充电设备，该方法包括：

利用能量发射装置100向待充电设备700发射能量，以对待充电设备700 进行充电；

利用处理器500根据第一采集装置300采集到的输出能量信息和第二采 集装置400采集到的接收能量信息，得到实时能量损耗；

判断实时能量损耗与设定值的大小关系；

若实时能量损耗大于设定值，则利用控制器900控制位置调节装置调节 能量发射装置100和待充电设备700的相对位置，并返回执行利用第一采集 装置300采集输出能量信息和利用第二采集装置400采集接收能量信息的步 骤，循环至实时能量损耗等于设定值时，获得能量发射装置100与待充电设 备700的目标相对位置，以使能量发射装置100与待充电设备700保持目标 相对位置。

在无线充电技术中，由于能量发射装置100和能量接收装置200对不准， 会造成充电效率低、发热大的问题。而若选用磁吸等装置确定待充电设备700 的充电位置，一是磁石会对能量发射装置100和能量接收装置200造成干扰， 影响充电效能，另外，不同型号的待充电设备700的能量接收装置200的位 置设置不同，通用性差。

待充电设备700可为手机、电动车、电脑等各种可进行无线充电的设备， 待充电设备700可放置于位置调节装置上，也可放置于其他固定的位置。

设置值可为能量发射装置100和待充电设备700之间发生相对移动所计 算出的实时能量损耗的最小值，在能量发射装置100和能量接收装置200能 够对正时，为能量发射装置100和能量接收装置200正对时的实时能量损耗。 能量发射装置100和能量接收装置200之间的距离尽量小。

设置值也可根据经验，预先设置的能量损耗较小的值；或者根据实验结 果，预先设置的该无线充电设备通过调节能量发射装置100和待充电设备700 的相对位置能够达到的能量损耗最小的值。

在上述实施例中，通过采集能量发射装置100发射的能量信息和待充电 设备700的能量接收装置200接收的能量信息，计算出实时能量损耗，位置 调节装置根据实时能量损耗与设置值的比较对能量发射装置100和待充电设 备700的相对位置进行调节，直到处于最佳充电位置，使能量发射装置100 和待充电设备700调节到能量损耗等于设置值的位置，最佳充电位置可为能 量发射装置100和待充电设备700的能量接收装置200正对的位置，在此位 置，能量损耗小，充电发热小，充电效率高；且对于能量发射装置100和能 量接收装置200无干扰，可保证能量发射装置100和能量接收装置200发射 和接收能量的效率。本方案适用于能量接收装置200设置在不同位置的各种 待充电设备700和任何姿态放置的待充电设备700，充电限制小。

作为上述实施例的进一步方案，设定值等于能量发射装置100和待充电 设备700处于各相对位置时所得到的实时能量损耗中的最小值。

在上述实施例的进一步方案中，可确保能量损耗最小，保证充电的最大 效率。

作为上述实施例的进一步方案，待充电设备700的能量接收装置200能 够接收到能量发射装置100发射的能量的区域为充电区域；

在利用能量发射装置100向待充电设备700发射能量之前，该方法还包 括：

使能量接收装置200处于充电区域内。

在上述实施例的进一步方案中，可减小位置调节装置的调节范围，便于 迅速调节到最佳充电位置，在待充电设备700的能量接收装置200处于充电 区域内后再使能量发射装置100发射能量，可避免能量浪费。

在位置调节步骤中，可仅进行沿第一平移方向的线性调整；也可进行沿 第一平移方向和第二平移方向的平面内的位置调整，其中，第一平移方向与 第二平移方向互相垂直；还可进行沿第一平移方向、第二平移方向和第三平 移方向的空间内的位置调整，其中，第一平移方向与第二平移方向互相垂直， 第三平移方向分别与第一平移方向和第二平移方向互相垂直。在确定实时能 量损耗的最小值的位置时，可依次对每一个平移方向上的实时能量损耗的最 小值的位置进行确定。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。

Claims (10)

1.一种无线充电设备，其特征在于，包括：

能量发射装置，用于发射能量；

位置调节装置，安装有所述能量发射装置，所述位置调节装置用于调节所述能量发射装置与待充电设备的相对位置，所述待充电设备具有能量接收装置；

第一采集装置，用于采集所述能量发射装置发射的输出能量信息；

第二采集装置，用于采集所述能量接收装置接收的接收能量信息；

与所述第一采集装置和所述第二采集装置进行通信的处理器，用于根据所述输出能量信息和所述接收能量信息计算出实时能量损耗；

以及与所述处理器和所述位置调节装置进行通信的控制器，用于根据所述实时能量损耗控制所述位置调节装置，以将所述能量发射装置和所述待充电设备调节到所述实时能量损耗等于设定值的目标相对位置。

2.如权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述能量发射装置包括：

直流电源；

与所述直流电源电连接的逆变电路，用于将从所述直流电源流入的第一直流电转换为第一交流电；

以及与所述逆变电路电连接的发射线圈，用于根据从所述逆变电路流入的所述第一交流电产生电磁场，并通过所述电磁场发射能量，以使得所述第一采集装置采集所述发射线圈发射的能量信息。

3.如权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述位置调节装置包括：

承载面，用于放置所述待充电设备；

安装面，安装有所述能量发射装置；

以及与所述控制器进行通信的调节马达，其输出端与所述承载面和/或所述安装面传动连接，用于调节所述安装面上安装的所述能量发射装置与所述承载面上放置的所述待充电设备的相对位置。

4.如权利要求3所述的无线充电设备，其特征在于，所述无线充电设备还包括：

壳体，其顶面作为所述承载面，所述调节马达和所述能量发射装置均在所述壳体内，所述调节马达的固定端与所述壳体固定连接；

设置于所述壳体内的安装板，其顶面作为所述安装面，安装有所述能量发射装置，所述调节马达的输出端与所述安装板传动连接，所述调节马达用于调节所述安装板上安装的所述能量发射装置与所述壳体顶面放置的所述待充电设备的相对位置。

5.如权利要求3所述的无线充电设备，其特征在于，所述无线充电设备还包括：

底座，具有所述安装面，安装有所述能量发射装置，具有与固定面连接固定的连接固定件，所述调节马达的固定端与所述底座固定连接；

放置座，具有所述承载面，所述调节马达的输出端与所述放置座传动连接，所述调节马达用于调节所述底座上安装的所述能量发射装置与所述放置座上放置的所述待充电设备的相对位置。

6.如权利要求1-5任一项所述的无线充电设备，其特征在于，所述位置调节装置为至少具有第一平移方向和第二平移方向二个方向自由度的调节装置，所述第一平移方向和所述第二平移方向互相垂直。

7.如权利要求1-5任一项所述的无线充电设备，其特征在于，所述位置调节装置为至少具有第一平移方向、第二平移方向和第三平移方向三个方向自由度的调节装置，所述第一平移方向与所述第二平移方向互相垂直，所述第三平移方向分别与所述第一平移方向和所述第二平移方向互相垂直。

8.一种充电方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的无线充电设备，所述方法包括：

利用所述能量发射装置向所述待充电设备发射能量，以对所述待充电设备进行充电；

利用所述处理器根据所述第一采集装置采集到的输出能量信息和所述第二采集装置采集到的接收能量信息，得到实时能量损耗；

判断所述实时能量损耗与设定值的大小关系；

若所述实时能量损耗大于所述设定值，则利用所述控制器控制所述位置调节装置调节所述能量发射装置和所述待充电设备的相对位置，并返回执行利用所述第一采集装置采集输出能量信息和利用所述第二采集装置采集接收能量信息的步骤，循环至所述实时能量损耗等于所述设定值时，获得所述能量发射装置与所述待充电设备的目标相对位置，以使所述能量发射装置与所述待充电设备保持所述目标相对位置。

9.如权利要求8所述的充电方法，其特征在于，所述设定值等于所述能量发射装置和所述待充电设备处于各相对位置时所得到的所述实时能量损耗中的最小值。

10.如权利要求8所述的充电方法，其特征在于，所述待充电设备的所述能量接收装置能够接收到所述能量发射装置发射的能量的区域为充电区域；

在所述利用所述能量发射装置向所述待充电设备发射能量之前，所述方法还包括：

使所述能量接收装置处于所述充电区域内。

Images