CN114285184A - 一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统 - Google Patents

一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统 Download PDF

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CN114285184A CN202111666195.XA CN202111666195A CN114285184A CN 114285184 A CN114285184 A CN 114285184A CN 202111666195 A CN202111666195 A CN 202111666195A CN 114285184 A CN114285184 A CN 114285184A
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Abstract

本发明提供了一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统，包括立体式充电组件、电源模块，所述立体式充电组件包括方型体，所述方型体底面及垂直于底面的两个相邻侧面上均设置有发射线圈，形成立体式线圈组，所述方型体切除未设置发射线圈的三个侧面相交形成的夹角形成倾斜面；所述线圈与用于供电的电源模块连接。本发明所述的一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统，提供多种充电模式，可以将手机放置到方型体上进行静态充电，在人们拿起手机时也可动态调整进行充电，传输距离长，传输角度广，适应性强，为手机的无线充电提供极大的便捷性。

Description

一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统
技术领域
本发明属于无线充电领域，尤其是涉及一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统。
背景技术
在目前手机的动态无线充电过程中，当用户手机的接收角度发生偏移或动态情况下移动时，用户手机不能较好的接收到无线充电装置传输的能量，在手机充电效率下降的同时也增加了整个系统的电能损耗，损失的电能会导致手机电池严重发热。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统，以解决手机在偏移或动态移动过程中，无线充电传输效率的下降的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种自适应全向手机无线充电装置，为待充电的手机进行充电，包括立体式充电组件、电源模块，
所述立体式充电组件包括方型体，所述方型体底面及垂直于底面的两个相邻侧面上均设置有发射线圈，形成立体式线圈组，所述方型体切除未设置发射线圈的三个侧面相交形成的夹角形成倾斜面；
所述线圈与用于供电的电源模块连接。
进一步的，所述发射线圈为利兹线，发射线圈内环处设置有纳米晶材料。
进一步的，所述电源模块为36v交流电源，所述36v交流电源端与发射线圈串联形成线圈电路，所述线圈电路还串联设置有电容。
另一方面，本申请还根据上述的一种自适应全向手机无线充电装置提出一种对应的控制系统，包括蓝牙通信模块、控制模块，所述电源模块通过电源逆变电路与控制模块连接，所述控制模块与手机通过蓝牙模块连接；
所述控制模块通过逆变电路调节电源模块输出电压和频率，进而控制发射线圈上的电流幅值和相位角，使立体式线圈组在三维空间内合成垂直于手机接收端的矢量磁场。
进一步的，所述矢量磁场包括静态模式，立体式线圈组的三个发射线圈相互正交形成三维坐标系，设xOy面发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000026
xOz面发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000027
yOz面发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000028
磁感应强度B与的电流I之间的关系公式为：
Figure BDA0003448339480000021
设定磁感应强度B与电流I的关联系数为k，
Figure BDA0003448339480000022
设定方型体对应xOz面的外侧面为静态充电一区，方型体对应yOz面的外侧面为静态充电二区，方型体的倾斜面为静态充电三区；
仅静态充电一区工作时，静态充电一区发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000029
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000023
Figure BDA0003448339480000024
其中，
Figure BDA0003448339480000025
r13为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
仅静态充电二区工作时，静态充电二区发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000031
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000032
Figure BDA0003448339480000033
其中，
Figure BDA0003448339480000034
r22为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
静态充电三区工作时，三个发射线圈的电流分别为
Figure BDA0003448339480000035
Figure BDA0003448339480000036
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000037
B＝B31+B32+B33
其中，
Figure BDA0003448339480000038
r1为发射线圈中心到手机接收端的距离。
进一步的，所述矢量磁场还包括动态充电循环模式，
在动态充电循环模式调节下，三个发射线圈的电流相位角之间互差120度三组发射线圈电流合成在空间内产生一个动态的球形磁场，三个发射线圈的电流分别为i1(t)＝Ia1mcos(ωt)、i2(t)＝Ia2mcos(ωt+120°)、i3(t)＝Ia3mcos(ωt-120°)，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000041
B＝Ba1+Ba2+Ba3
其中，
Figure BDA0003448339480000042
ra1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
进一步的，所述矢量磁场还包括动态充电指示模式，
在动态充电指示模式调节下，三组发射线圈电流分别为
Figure BDA0003448339480000043
手机内部陀螺仪将手机位置信息通过蓝牙模块发送给控制模块，控制模块根据手机的位置信息调整发射线圈中的电流幅值与相位角大小，使其矢量合成的磁场方向与手机接收位置实时保持垂直状态；
所述位置信息包括手机在空间中与x轴夹角θ1、与y轴夹角θ2、z轴的夹角夹角θ3，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000044
其中，Ib1m为xOy面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib2m为xOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib3m为yOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Figure BDA0003448339480000051
rb1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
设定空间中点P为手机位置，当θ3小于45°时，令
Figure BDA0003448339480000059
此时I1的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000052
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000053
求得
Figure BDA0003448339480000054
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2小于45°时，令
Figure BDA00034483394800000510
此时I2的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000055
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000056
求得
Figure BDA0003448339480000057
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2当大于45°时，令
Figure BDA0003448339480000058
此时I3的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000061
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000062
求得
Figure BDA0003448339480000063
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3。
相对于现有技术，本发明所述的一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种自适应全向手机无线充电装置及控制系统，提供多种充电模式，可以将手机放置到方型体上进行静态充电，在人们拿起手机时也可动态调整进行充电，传输距离长，传输角度广，适应性强，为手机的无线充电提供极大的便捷性。
(2)本发明所述的动态充电循环模式调节下，三个发射线圈的电流相位角之间互差120度三组发射线圈电流合成在空间内产生一个动态的球形磁场，可以不受手机角度变化的影响，持续稳定的进行充电。
(3)本发明所述的动态充电工作模式下在一定距离范围内，根据手机位置信息的动态变化实时调整相位角及K值，使手机不受接收角度与动态移动的影响，可时时进行手机的无线充电，极大地增加了手机在充电过程中的灵活性以及用户对手机无线充电技术的使用体验。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种自适应全向手机无线充电装置示意图；
图2为本发明实施例所述的三个发射线圈相互正交形成的三维坐标系示意图；
图3为本发明实施例所述的动态充电指示模式控制流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种自适应全向手机无线充电装置，为待充电的手机进行充电，包括立体式充电组件、电源模块，
所述立体式充电组件包括方型体，所述方型体底面及垂直于底面的两个相邻侧面上均设置有发射线圈，形成立体式线圈组，所述方型体切除未设置发射线圈的三个侧面相交形成的夹角形成倾斜面；
所述线圈与用于供电的电源模块连接。
此结构发射的磁场在空间内所有方向上分布均匀且传输效率高。设置发射线圈的侧面和倾斜面均可进行充电，可同时支持多台手机进行充电。
如图1所示，所述发射线圈为利兹线，发射线圈内环处设置有纳米晶材料。
为了使无线充电装置中线圈发射的磁路防止外界磁场的干扰并增强发射磁场的强度，使用纳米晶材料对每组立体式密绕空心发射线圈内环处进行磁屏蔽处理。
所述发射线圈可选用但不限于方型密绕线圈、圆型密绕线圈。
如图1所示，所述电源模块为36v交流电源，所述36v交流电源端与发射线圈串联形成线圈电路，所述线圈电路还串联设置有电容。
电容达到谐振，线圈电感中的电流最大，达到的充电效果最好。
如图1、图2所示，另一方面，本申请还提出一种自适应全向手机无线充电装置的控制系统，其特征在于：包括蓝牙通信模块、控制模块，所述电源模块通过电源逆变电路与控制模块连接，所述控制模块与手机通过蓝牙模块连接；
所述控制模块通过逆变电路调节电源模块输出电压和频率，进而控制发射线圈上的电流幅值和相位角，使立体式线圈组在三维空间内合成垂直于手机接收端的矢量磁场。
如图1、图2所示，所述矢量磁场包括静态模式，立体式线圈组的三个发射线圈相互正交形成三维坐标系，设xOy面发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000098
xOz面发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000099
yOz面发射线圈的电流为
Figure BDA00034483394800000910
磁感应强度B与的电流I之间的关系公式为：
Figure BDA0003448339480000091
设定磁感应强度B与电流I的关联系数为k，
Figure BDA0003448339480000092
设定方型体对应xOz面的外侧面为静态充电一区1，方型体对应yOz面的外侧面为静态充电二区2，方型体的倾斜面为静态充电三区3；
仅静态充电一区1工作时，静态充电一区1发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000093
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000094
Figure BDA0003448339480000095
其中，
Figure BDA0003448339480000096
r13为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
仅静态充电二区2工作时，静态充电二区2发射线圈的电流为
Figure BDA0003448339480000097
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000101
Figure BDA0003448339480000102
其中，
Figure BDA0003448339480000103
r22为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
静态充电三区3工作时，三个发射线圈的电流分别为
Figure BDA0003448339480000104
Figure BDA0003448339480000105
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000106
B＝B31+B32+B33
其中，
Figure BDA0003448339480000107
r1为发射线圈中心到手机接收端的距离。
此处，近似将手机放置于倾斜面的中心位置，因此三个线圈中心到手机接收端的距离均为r1。
如图1、图2所示，所述矢量磁场还包括动态充电循环模式，
在动态充电循环模式调节下，三个发射线圈的电流相位角之间互差120度三组发射线圈电流合成在空间内产生一个动态的球形磁场，三个发射线圈的电流分别为i1(t)＝Ia1mcos(ωt)、i2(t)＝Ia2mcos(ωt+120°)、i3(t)＝Ia3mcos(ωt-120°)，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000111
B＝Ba1+Ba2+Ba3
其中，
Figure BDA0003448339480000112
ra1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
如图3所示，所述矢量磁场还包括动态充电指示模式，
在动态充电指示模式调节下，三组发射线圈电流分别为
Figure BDA0003448339480000113
手机内部陀螺仪将手机位置信息通过蓝牙模块发送给控制模块，控制模块根据手机的位置信息调整发射线圈中的电流幅值与相位角大小，使其矢量合成的磁场方向与手机接收位置实时保持垂直状态；
所述位置信息包括手机在空间中与x轴夹角θ1、与y轴夹角θ2、z轴的夹角夹角θ3，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure BDA0003448339480000114
其中，Ib1m为xOy面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib2m为xOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib3m为yOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Figure BDA0003448339480000121
rb1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
设定空间中点P为手机位置，当θ3小于45°时，令
Figure BDA0003448339480000122
此时I1的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000123
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000124
求得
Figure BDA0003448339480000125
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2小于45°时，令
Figure BDA0003448339480000126
此时I2的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000127
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000128
求得
Figure BDA0003448339480000129
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2当大于45°时，令
Figure BDA00034483394800001210
此时I3的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure BDA0003448339480000131
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure BDA0003448339480000132
求得
Figure BDA0003448339480000133
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3。
系统可根据手机位置信息的动态变化实时调整，始终保持手机内接收线圈垂直接收磁场电能，保持系统的高效传输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应全向手机无线充电装置，为待充电的手机进行充电，其特征在于：包括立体式充电组件、电源模块，
所述立体式充电组件包括方型体，所述方型体底面及垂直于底面的两个相邻侧面上均设置有发射线圈，形成立体式线圈组，所述方型体切除未设置发射线圈的三个侧面相交形成的夹角形成倾斜面；
所述线圈与用于供电的电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种自适应全向手机无线充电装置，其特征在于：所述发射线圈为利兹线，发射线圈内环处设置有纳米晶材料。
3.根据权利要求1所述的一种自适应全向手机无线充电装置，其特征在于：所述电源模块为36v交流电源，所述36v交流电源端与发射线圈串联形成线圈电路，所述线圈电路还串联设置有电容。
4.应用权利要求1-3任一所述的一种自适应全向手机无线充电装置的控制系统，其特征在于：包括蓝牙通信模块、控制模块，所述电源模块通过电源逆变电路与控制模块连接，所述控制模块与手机通过蓝牙模块连接；
所述控制模块通过逆变电路调节电源模块输出电压和频率，进而控制发射线圈上的电流幅值和相位角，使立体式线圈组在三维空间内合成垂直于手机接收端的矢量磁场。
5.根据权利要求4所述的一种自适应全向手机无线充电装置的控制系统，其特征在于：所述矢量磁场包括静态模式，立体式线圈组的三个发射线圈相互正交形成三维坐标系，设xOy面发射线圈的电流为
Figure FDA0003448339470000012
xOz面发射线圈的电流为
Figure FDA0003448339470000013
面发射线圈的电流为
Figure FDA0003448339470000014
磁感应强度B与的电流I之间的关系公式为：
Figure FDA0003448339470000011
设定磁感应强度B与电流I的关联系数为k，
Figure FDA0003448339470000021
设定方型体对应xOz面的外侧面为静态充电一区，方型体对应yOz面的外侧面为静态充电二区，方型体的倾斜面为静态充电三区；
仅静态充电一区工作时，静态充电一区发射线圈的电流为
Figure FDA0003448339470000028
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure FDA0003448339470000022
Figure FDA0003448339470000029
其中，
Figure FDA0003448339470000023
r13为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
仅静态充电二区工作时，静态充电二区发射线圈的电流为
Figure FDA00034483394700000210
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure FDA0003448339470000024
Figure FDA0003448339470000025
其中，
Figure FDA0003448339470000026
r22为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
静态充电三区工作时，三个发射线圈的电流分别为
Figure FDA0003448339470000027
Figure FDA0003448339470000031
矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure FDA0003448339470000032
B＝B31+B32+B33
其中，
Figure FDA0003448339470000033
r1为发射线圈中心到手机接收端的距离。
6.根据权利要求5所述的一种自适应全向手机无线充电装置的控制系统，其特征在于：所述矢量磁场还包括动态充电循环模式，
在动态充电循环模式调节下，三个发射线圈的电流相位角之间互差120度三组发射线圈电流合成在空间内产生一个动态的球形磁场，三个发射线圈的电流分别为i1(t)＝Ia1mcos(ωt)、i2(t)＝Ia2mcos(ωt+120°)、i3(t)＝Ia3mcos(ωt-120°)，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure FDA0003448339470000034
B＝Ba1+Ba2+Ba3
其中，
Figure FDA0003448339470000035
ra1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
ra3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离。
7.根据权利要求5所述的一种自适应全向手机无线充电装置的控制系统，其特征在于：所述矢量磁场还包括动态充电指示模式，
在动态充电指示模式调节下，三组发射线圈电流分别为
Figure FDA0003448339470000044
手机内部陀螺仪将手机位置信息通过蓝牙模块发送给控制模块，控制模块根据手机的位置信息调整发射线圈中的电流幅值与相位角大小，使其矢量合成的磁场方向与手机接收位置实时保持垂直状态；
所述位置信息包括手机在空间中与x轴夹角θ1、与y轴夹角θ2、z轴的夹角夹角θ3，矢量磁场的磁感应强度B与矢量磁场的电流I之间关系矩阵：
Figure FDA0003448339470000041
其中，Ib1m为xOy面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib2m为xOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Ib3m为yOz面发射线圈中电流的最大幅值；
Figure FDA0003448339470000042
rb1为xOy面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb2为xOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
rb3为yOz面发射线圈中心到手机接收端的距离；
设定空间中点P为手机位置，当θ3小于45°时，令
Figure FDA0003448339470000045
此时I1的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure FDA0003448339470000043
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure FDA0003448339470000051
求得
Figure FDA0003448339470000052
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2小于45°时，令
Figure FDA0003448339470000053
此时I2的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure FDA0003448339470000054
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure FDA0003448339470000055
求得
Figure FDA0003448339470000056
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3；
当θ3大于45°时且θ2当大于45°时，令
Figure FDA0003448339470000057
此时I3的幅值达到最大，发射线圈中其他电流的关系为：
Figure FDA0003448339470000058
通过调节电流幅值以及电压与电流之间的相位角，令：
Figure FDA0003448339470000059
求得
Figure FDA00034483394700000510
代入式子(1)中，获得B＝Bb1+Bb2+Bb3。
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