CN113572273A - 无线充电装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种无线充电装置和系统，包括至少一个电磁波发射器，被配置为在所述无线充电装置的工作区域内发射电磁波；还包括铺设在工作区域地面的第一电磁感应模块，被配置为将电能转换为磁能；所述第一电磁感应模块包括多个第一电磁感应线圈，每个所述第一电磁感应线圈前端均安装有接收器，所述接收器用于接收所述电磁波发射器发射的电磁波，接收器还连接至供电电路，用于将接收器接收的电磁波转换为直流电并向第一电磁感应线圈供电。根据本申请实施例提供的技术方案，通过将电磁感应和无线电波两种技术相结合进行无线充电，通过两种充电方式的相互弥补，使得该充电装置能够满足远距离和高功率的充电，在工作区域内均可实现充电的功能。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电装置和系统。
背景技术
全自动化智能生产产线中物料都是依靠产线机器人进行搬运、生产和转移，但是，由于电池电量的限制，机器人需要不定期返回充电桩进行电量补给，这就造成了成本增加以及效率降低的问题。
传统无线充电方式的局限性都非常高，例如无线电波充电方式虽然距离传输相对较远可以传输10米以上，但是功率较小且传输过程中损耗较大，无法满足搬运机器人的充电功率要求；电磁感应无线充电方式虽然功率相对较高，但是传输距离较小，只能保证10厘米以内的可靠充电。
因此，传统无线充电技术的缺陷十分明显：无法达到远距离能量传输、充电方式只能点对点(1VS.1)、传播过程中功耗损失巨大以及充电效率低下等问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种无线充电装置和系统。
第一方面，提供一种无线充电装置，包括至少一个电磁波发射器，被配置为在所述无线充电装置的工作区域内发射电磁波；
还包括铺设在工作区域地面的第一电磁感应模块，被配置为将电能转换为磁能；所述第一电磁感应模块包括多个第一电磁感应线圈，每个所述第一电磁感应线圈前端均安装有接收器，所述接收器用于接收所述电磁波发射器发射的电磁波，所述接收器还连接至供电电路，所述供电电路用于将接收器接收的电磁波转换为直流电并向所述第一电磁感应线圈供电。
第二方面，提供一种无线充电系统，包括上述无线充电装置，和可移动待充电设备，所述可移动待充电设备底部包括被配置为接收电磁波的第二电磁感应模块，所述第二电磁感应模块还被配置为将接收的电磁波转换为电能。
根据本申请实施例提供的技术方案，通过将电磁感应和无线电波两种技术相结合进行无线充电，通过两种充电方式的相互弥补，使得该充电装置能够满足远距离和高功率的充电，在工作区域内均可实现充电的功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本实施例中无线充电装置结构示意图；
图2为本实施例中全桥LC谐振电路图；
图3为本实施例中升压电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本实施例提供一种无线充电装置，包括至少一个电磁波发射器3，被配置为在所述无线充电装置的工作区域内发射电磁波；
还包括铺设在工作区域地面的第一电磁感应模块1，被配置为将电能转换为磁能；
所述第一电磁感应模块1包括多个第一电磁感应线圈，每个所述第一电磁感应线圈前端均安装有接收器，所述接收器用于接收所述电磁波发射器发射的电磁波，所述接收器还连接至供电电路，所述供电电路用于将接收器接收的电磁波转换为直流电并向所述第一电磁感应线圈供电。
本申请中通过电磁波发射器发射电磁波，并通过设置在第一电磁感应线圈上的接收器接收相应的电磁波，进一步的通过供电电路将对应的磁能转换为电能，还在地面铺设第一电磁感应模块，通过该第一电磁感应模块进行电磁感应方式的无线充电，通过两种充电方式进行相互弥补，使得该充电装置能够满足远距离和高功率充电，在工作区域内均可实现充电的功能；
本实施例中通过电磁波发射器发射电磁波，将磁能转换成电能，向第一电磁感应模块提供恒流源，第一电磁感应模块进一步的将电能转换为磁能，设置在需要充电的设备上的对应的电磁感应模块接收电磁波并将磁能转换为电能向待充电的设备充电，通过无线电波的方式向第一电磁感应模块提供电流源，因此可以将第一电磁感应模块铺设在工作区域的地面上，无需进行复杂线路的设置，安装设置简单易操作。
进一步的，还包括设置在所述工作区域周边的金属隔档2，被配置为反射所述电磁波发射器1发射的电磁波；
所述接收器被配置为接收所述金属隔档反射的电磁波。
如图1所示，本实施例还在工作区域的四周设置金属隔档，通过该金属隔档将电磁波发射器发射的电磁波进行反射，使得电磁波能够覆盖整个工作区域，其中可以根据工作区域的大小进行电磁波发射器数量的设定，图1中给出了两个电磁波发射器，分别设置在工作区域相对的两端，发射的电磁波通过金属隔档的反射覆盖整个工作区域；
还在第一电磁感应线圈的前端安装接收器，该接收器为蚊型接收器，通过该接收器接收电磁波发射器发射的和金属隔档反射的电磁波，进行无线电波的获取，同时该金属隔档需要设置为光滑的表面，使得电磁波接触到金属挡墙的表面时产生波的全反射，能够尽量减少能量的消耗；优选的采用金属铜进行金属隔档的制备。
进一步的，多个所述第一电磁感应线圈并联连接；
所述金属隔档内设有第二电磁感应线圈，所述第二电磁感应线圈与所述第一电磁感应线圈串联连接。
本实施例中将第一电磁感应线圈进行并联，使得每一个第一电磁感应线圈得到同样的电压输入，待充电设备在任意一个第一电磁感应线圈的上方均能实现同样功率的充电效率；还在金属隔档内设置第二电磁感应线圈，进一步的通过该第二电磁感应线圈将无法反射的电磁波进行接收和利用，将第二电磁感应线圈与第一电磁感应线圈进行串联，利用工作区域内无法反射的电磁波进行二次发电，从而加大充电效率和减少功耗损失；
设置在金属挡墙内的第二电磁感应线圈可以是一个或者多个，根据工作区域的大小确定第二电磁感应线圈的个数。
进一步的，所述金属隔档高度不低于所述电磁波发射器的高度。
本实施例中通过设置金属隔档对电磁波发射器发射的电磁波进行反射，该金属隔档高度设置的略高于电磁波发射器的高度即可，同时该金属隔档设置在工作区域的四周，对电磁波进行反射，也可以设置在相对的两面，如图1所示的情况，该工作区域为规则的矩形，沿长度方向设置相对的两个金属隔档进行电磁波的反射即可，能够保证电磁波覆盖整个工作区域。
进一步的，所述金属隔档高度为9cm-11cm。
本实施例中的无线充电装置主要应用在全自动化智能生产线中，通常用来为搬运机器人进行充电，优选的将金属隔档高度设置为10cm，满足无线充电的需求。
进一步的，所述电磁波发射器包括微控制单元和全桥LC谐振电路，
所述全桥LC谐振电路包括电压输入端，所述电压输入端连接有串联连接的第一开关S1和第二开关S2，所述电压输入端还连接有串联连接的第三开关S3和第四开关S4，所述第一开关S1和所述第三开关S3之间连接有串联的调谐电容Cs和调谐电感Ls，所述第三开关S3和所述第四开关S4之间连接有耦合绕组；
所述微控制单元用于控制所述全桥LC谐振电路上的第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4闭合或断开。
如图2所示，本实施例中的电磁波发射器采用功率全桥LC谐振电路，其中通过微控制单元控制上述开关的闭合或者断开实现谐振电路不同功能，其中可以根据不同的功率需求，可以利用下面的公司进行调谐电容Cs和调谐电感Ls的确定：
CS＝nCLΔULfr/(4U0f)；LS＝C0/(nπ2CLΔULfrf)；其中，Cs为调谐电容值；n为脉冲变压器变比；CL为负载电容；UL为每次放电负载电容电压下降值；U0为初级储能电容充电电压；fr为充电重复频率；f为谐振频率；Ls为谐振电感值。
进一步的，所述供电电路包括谐振电路、整流电路和升压电路，将所述接收器接收的交变电流转换为直流电和对直流电进行放大。
本实施例中将接收器连接至谐振电路和整流电路，将接收到交变电流转换成直流电，进一步的通过BOOST升压电路进行电流放大。
进一步的，所述升压电路包括电压输入端Vin和电压输出端Vout，所述电压输入端Vin与所述电压输出端Vout之间顺次连接有电感L和二极管D1，
所述电压输入端Vin与接地端之间顺次连接有第一电阻R1和稳压二极管D2，所述稳压二极管D2负极连接至所述第一电阻R1；
所述电压输出端Vout与接地端之间连接有串联的第二电阻R2和第三电阻R3，所述电压输出端Vout与接地端之间还连接有负载电阻RL和电容C；
所述二极管D1正极连接至晶体管Q1漏极，晶体管Q2栅极连接至可变脉冲宽度调制器，晶体管Q1源极接地；所述可变脉冲宽度调制器还连接至运放输出端，所述运放负极连接至稳压二极管D2负极，所述运放正极连接至第二电阻R2和第三电阻R3之间。
如图3所示，本实施例提供了升压电路的具体电路结构，通过上述升压电路对电流进行放大，利用无法反射的电磁波进行二次发电，加大充电效率和减少功耗损失。
本实施例通过将无线电波充电和电磁感应充电相结合，使得搬运机器人在工作区域进行工作的时候进行充电，提升搬运机器人的工作效率，同时两种充电方式相结合，提升无线充电的范围和效率；同时还增加金属隔档进行电磁波的反射，减少电磁波的功耗损失。
本实施例还提供一种无线充电系统，包括上述的无线充电装置，和可移动待充电设备，所述可移动待充电设备底部包括被配置为接收电磁波的第二电磁感应模块，所述第二电磁感应模块还被配置为将接收的电磁波转换为电能。
本实施例中的无线充电系统包括发射端和接收端，本实施例中通常应用在全自动化智能生产线中，可移动待充电设备为搬运机器人，在机器人底部安装用来接收电磁波的第二电磁感应模块，通过该第二电磁感应模块将磁能转换成电能。
进一步的，相邻所述第一电磁感应线圈之间的距离小于待充电设备长度。
本实施例中为了使得带充电设备，例如搬运机器人能够在工作区域的任何地方都可以进行充电，因此将多个第一电磁感应线圈排列放置，相邻的第一电磁感应线圈之间的距离小于待充电设备的长度，即搬运机器人能够在任意位置均处于第一电磁感应线圈上。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种无线充电装置，其特征在于：
包括至少一个电磁波发射器，被配置为在所述无线充电装置的工作区域内发射电磁波；
还包括铺设在工作区域地面的第一电磁感应模块，被配置为将电能转换为磁能；
所述第一电磁感应模块包括多个第一电磁感应线圈，每个所述第一电磁感应线圈前端均安装有接收器，所述接收器用于接收所述电磁波发射器发射的电磁波，所述接收器还连接至供电电路，所述供电电路用于将接收器接收的电磁波转换为直流电并向所述第一电磁感应线圈供电。
2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于：
还包括设置在所述工作区域周边的金属隔档，被配置为反射所述电磁波发射器发射的电磁波；
所述接收器还被配置为接收所述金属隔档反射的电磁波。
3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，多个所述第一电磁感应线圈并联连接；
所述金属隔档内设有第二电磁感应线圈，所述第二电磁感应线圈与所述第一电磁感应线圈串联连接。
4.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述金属隔档高度不低于所述电磁波发射器的高度。
5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述金属隔档高度为9cm-11cm。
6.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述电磁波发射器包括微控制单元和全桥LC谐振电路，
所述全桥LC谐振电路包括电压输入端，所述电压输入端连接有串联连接的第一开关和第二开关，所述电压输入端还连接有串联连接的第三开关和第四开，所述第一开关和所述第三开关之间连接有串联的调谐电容和调谐电感，所述第三开关和所述第四开关之间连接有耦合绕组；
所述微控制单元用于控制所述全桥LC谐振电路上的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关闭合或断开。
7.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述供电电路包括谐振电路、整流电路和升压电路，将所述接收器接收的交变电流转换为直流电和对直流电进行放大。
8.根据权利要求7所述的无线充电装置，其特征在于，所述升压电路包括电压输入端和电压输出端，所述电压输入端与所述电压输出端之间顺次连接有电感和二极管，
所述电压输入端与接地端之间顺次连接有第一电阻和稳压二极管，所述稳压二极管负极连接至所述第一电阻；
所述电压输出端与接地端之间连接有串联的第二电阻和第三电阻，所述电压输出端与接地端之间还连接有负载电阻和电容；
所述二极管正极连接至晶体管漏极，晶体管栅极连接至可变脉冲宽度调制器，晶体管源极接地；所述可变脉冲宽度调制器还连接至运放输出端，所述运放负极连接至稳压二极管负极，所述运放正极连接至第二电阻和第三电阻之间。
9.一种无线充电系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的无线充电装置，和可移动待充电设备，所述可移动待充电设备底部包括被配置为接收电磁波的第二电磁感应模块，所述第二电磁感应模块还被配置为将接收的电磁波转换为电能。
10.根据权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，相邻所述第一电磁感应线圈之间的距离小于待充电设备长度。
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