CN204103540U - 头戴式电子设备用无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴式电子设备用无线充电系统，所述头戴式电子设备上设有电源，并配备有用于放置头戴式电子设备的盒体，所述系统包括充电电源、与充电电源相连的发射线圈以及与发射线圈相匹配的接收线圈，所述充电电源和发射线圈设置在盒体内，所述接收线圈设置在头戴式电子设备上，并与头戴式电子设备的电源相连；在头戴式电子设备放入盒体时，盒体内的发射线圈与头戴式电子设备上的接收线圈进行电磁耦合形成通路，使充电电源的能量通过这个通路在接收线圈回路中产生感应电流，给头戴式电子设备的电源充电。本实用新型利用超近距离的感应电流可以实现快速充电，而无需携带额外的供电设备，明显减少了整个充电系统的重量和体积。

Description

头戴式电子设备用无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及一种无线充电系统，尤其是一种头戴式电子设备用无线充电系统，属于无线充电技术领域。

背景技术

无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电磁场耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无物理导电接点外露。Qi国际无线充电标准就是用的这一技术，基本原理是在发送端和接收端都设一个线圈，发送端线圈连接有线电源，并产生电磁场能量，接收端线圈感应到这个电磁场能量，从而传输点留给设备电池充电。电磁感应技术的缺点就是使用距离较短，随着距离的增加，电能损耗会变得很大。

利用电磁场耦合进行能量的传输的方式主要涉及到了麦克斯韦方程理论和法拉第电磁感应定律。

1)麦克斯韦方程

1、第一个等式是法拉第电磁感应定律，表明变化的磁场可以产生电流。

2、第二个等式是全电流安培环路定理，表明变化的电场和电流可以激励磁场。

3、第三个等式是高斯定律，表明穿过任意闭曲面的电通量等于该闭曲面所包含的电荷量。

4、第四个等式是高斯磁定律，表明穿过任意闭曲面的磁通量为零。

$\left\{\begin{array}{c}\▿\×\stackrel{\→}{E}=-\frac{\∂\stackrel{\→}{B}}{\∂t}\\ \▿\×\stackrel{\→}{H}=\stackrel{\→}{J}+\frac{\∂\stackrel{\→}{D}}{\∂t}\\ \▿\·\stackrel{\→}{D}=\mathrm{\ρ}\\ \▿\·\stackrel{\→}{B}=0\end{array}\right.$

2)电磁感应定律

因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象，不能全面概括电磁感现象：闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：因磁通量变化产生感应电动势的现象。传统上有两种改变通过电路的磁通量的方式。至于感应电动势时，改变的是自身的磁场，例如改变生成场的电流(就像变压器那样)。而至于动生电动势时，改变的是磁场中的整个或部分电路的运动，例如像在同极发电机中那样。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提供一种结构简单、使用方便，可以使头戴式电子设备独立完成无线充电的头戴式电子设备用无线充电系统。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

头戴式电子设备用无线充电系统，所述头戴式电子设备上设有电源，并配备有用于放置头戴式电子设备的盒体，其特征在于：所述系统包括充电电源、与充电电源相连的发射线圈以及与发射线圈相匹配的接收线圈，所述充电电源和发射线圈设置在盒体内，所述接收线圈设置在头戴式电子设备上，并与头戴式电子设备的电源相连；在头戴式电子设备放入盒体时，盒体内的发射线圈与头戴式电子设备上的接收线圈进行电磁耦合形成通路，使充电电源的能量通过这个通路在接收线圈回路中产生感应电流，给头戴式电子设备的电源充电。

作为一种优选方案，所述头戴式电子设备为电子眼镜，所配备的盒体为眼镜盒，所述发射线圈和接收线圈采用铜导线绕成。

作为一种优选方案，所述电子眼镜的镜框采用铁氧体材料制成，所述接收线圈缠绕在电子眼镜的镜片外围镜框上。

作为一种优选方案，所述电子眼镜的镜框采用电介质材料制成，在镜框的中间嵌入绕成镜框形状的软性PCB板，该软性PCB板上加工的铜导线作为接收线圈。

作为一种优选方案，所述绕成镜框形状的软性PCB板的头尾之间通过排线接头相连。

作为一种优选方案，所述盒体内的充电电源为直流电源。

作为一种优选方案，所述盒体内的充电电源为通过变压器降压进行充电的交流电源。

作为一种优选方案，所述头戴式电子设备的电源为锂聚合物电池。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型的无线充电系统可以应用于头戴式电子设备，特别是电子眼镜中，根据法拉第电磁感应定律，通过由内而外绕行的发射线圈铺设于眼镜盒内形成交互变化的功率电磁场，可以激励起感应电磁场，在最近距离架设缠绕有接收线圈的镜框，可以进行电磁耦合形成通路，使充电电源的能量通过这个通路在接收线圈回路中产生感应电流，该感应电流通过阻抗匹配给电子眼镜的电源充电，从而达到无线蓄能充电的目的。

2、本实用新型的无线充电系统，根据头戴式电子设备(如电子眼镜)的整体实用面积通常在50cm²，并且将设备放入盒体内是一个自然过程，由此产生超近距离的感应电流可以实现快速充电，而无需携带额外的供电设备，明显减少了整个充电系统的重量和体积。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的无线充电系统结构原理框图。

图2为本实用新型实施例1的无线充电系统的发射线圈设置在眼镜盒内的示意图。

图3为本实用新型实施例1的无线充电系统的接收线圈缠绕在眼镜片外围镜框的示意图。

图4为本实用新型实施例1的无线充电系统中发射线圈与接收线圈的电磁耦合原理图。

图5为本实用新型实施例2的无线充电系统的软性PCB板结构示意图。

其中，1-充电电源，2-发射线圈，3-接收线圈，4-眼镜盒，5-电子眼镜，6-镜框，7-镜片，8-电源，9-排线接头。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的头戴式电子设备为电子眼镜(如智能眼镜、蓝牙眼镜等)，该电子眼镜上设有电源(电源为锂聚合物电池)，所配备的盒体为眼镜盒。

如图1～图3所示，本实施例的无线充电系统包括充电电源1、与充电电源1相连的两个发射线圈2以及与发射线圈2相匹配的两个接收线圈3，所述发射线圈2和接收线圈3采用铜导线绕成，所述充电电源1为直流电源，其设置在眼镜盒4内，眼镜盒4内还设有铁氧体材料，所述发射线圈2缠绕在铁氧体材料上，眼镜盒4内也可以不设置铁氧体材料，直接将绕好的发射线圈2设置在眼镜盒4内；电子眼镜5的镜框6采用铁氧体材料制成，接收线圈3缠绕在电子眼镜5的左、右镜片7外围镜框6上，并与电子眼镜5的电源8相连。

本实施例的无线充电系统充电原理如下：

在电子眼镜5放入眼镜盒4时，眼镜盒4内的发射线圈2与镜框6上的接收线圈3进行电磁耦合形成通路，如图4所示，使充电电源1的能量通过这个通路在接收线圈3回路中产生感应电流，给电子眼镜5的电源8充电。

本实施例加载无线充电系统的电子眼镜设计过程如下：

1)根据镜框的形状设定具有标准几何外形的接收线圈回路；

2)设计全局对外屏蔽的眼镜盒，在与镜框正面耦合部分设定功率场的拓扑结构；

3)通过提取参数建立该拓扑结构和接收场路所形成的电磁场系统的模型，这一模型包括了一个稳态交变电磁场输入和静态感生电流输出总量的函数关系；

4)通过麦斯韦方程组，推导磁通和结构的关系，最大功率输出得到一组结构关键参数的综合方程，求解得到基本的功率电路布线结构；

5)通过实验得到最佳结果并且设计匹配电路完成结构和布局。

实施例2：

本实施例的主要特点是：所述电子眼镜5的镜框6采用电介质材料制成，在镜框6的中间嵌入绕成镜框6形状的软性PCB板，该软性PCB板如图5所示，其头尾之间通过排线接头9相连，板上加工的铜导线作为接收线圈3。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例的主要特点是：所述眼镜盒4内的充电电源1为通过变压器降压进行充电的交流电源。其余同实施例1。

以上所述，仅为本实用新型较佳的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，如无线充电系统还可以用在其他与电子眼镜结构相似的头戴式电子设备上，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.头戴式电子设备用无线充电系统，所述头戴式电子设备上设有电源，并配备有用于放置头戴式电子设备的盒体，其特征在于：所述系统包括充电电源、与充电电源相连的发射线圈以及与发射线圈相匹配的接收线圈，所述充电电源和发射线圈设置在盒体内，所述接收线圈设置在头戴式电子设备上，并与头戴式电子设备的电源相连；在头戴式电子设备放入盒体时，盒体内的发射线圈与头戴式电子设备上的接收线圈进行电磁耦合形成通路，使充电电源的能量通过这个通路在接收线圈回路中产生感应电流，给头戴式电子设备的电源充电。

2.根据权利要求1所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述头戴式电子设备为电子眼镜，所配备的盒体为眼镜盒，所述发射线圈和接收线圈采用铜导线绕成。

3.根据权利要求2所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述电子眼镜的镜框采用铁氧体材料制成，所述接收线圈缠绕在电子眼镜的镜片外围镜框上。

4.根据权利要求2所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述电子眼镜的镜框采用电介质材料制成，在镜框的中间嵌入绕成镜框形状的软性PCB板，该软性PCB板上加工的铜导线作为接收线圈。

5.根据权利要求4所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述绕成镜框形状的软性PCB板的头尾之间通过排线接头相连。

6.根据权利要求1所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述盒体内的充电电源为直流电源。

7.根据权利要求1所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述盒体内的充电电源为通过变压器降压进行充电的交流电源。

8.根据权利要求1所述的头戴式电子设备用无线充电系统，其特征在于：所述头戴式电子设备的电源为锂聚合物电池。