CN208158240U - 智能无线充电系统 - Google Patents

Abstract

一种智能无线充电系统，其特征在于，包括：发射模块、接收模块、控制器以及自动对准模块。所述控制器能控制机械手臂，进而调整第一线圈的位置及倾斜角度，所述控制器能够控制充电的开始、停止以及结束，所述控制器能调节充电的电压大小。充电结束后，控制器控制机械手臂回归原位，第一线圈回归原位，等待下一次充电。使得电流频率等于发射模块的固有频率，发射模块的固有频率等于接收模块的固有频率，实现发射模块到接收模块的磁耦合谐振式无线电能传输，实现高效率的无线电能传输。本实用新型的优点是：实现了无线充电系统的发射端线圈与接收端线圈的自动对准，通断电的自动控制，电压的自动调节，并且，自动化程度高，电能传输效率高，使用方便。

Description

智能无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电系统，尤其涉及一种智能无线充电系统。

背景技术

现有的无线充电系统，一般是单一发射端对单一接收端，发射端位置相对固定，而接收端位置通常是不确定的，或者说接收端与发射端的相对位置一般不固定，使得无线充电的电磁感应范围小，并且，充电的开始和结束都需要人工控制，其电压也需要人工手动调节，自动化程度低，使用不方便，充电效率低。因此，亟待提供一种自动化程度高、自动对准、实现高效率电能传输的智能无线充电系统。

发明内容

鉴于现有的无线充电系统存在的缺陷，有必要提供一种自动化程度高、自动对准、实现高效率电能传输的智能无线充电系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能无线充电系统，包括发射模块、接收模块、控制器以及自动对准模块。

所述发射模块包括磁芯、第一整流器、DC-DC转换器、逆变器、第一补偿电容、第一线圈以及第一线圈的电源开关。

所述接收模块包括第二线圈、第二补偿电容、第二整流器、电池。

所述自动对准模块包括机械手臂、接近传感器。

第一线圈与磁芯结合，以使得第一线圈的背对第二线圈一侧磁铁密度减弱，第一线圈的正对第二线圈一侧磁通密度加强。

所述第一补偿电容与固定于磁芯上的第一线圈并联后搭载于机械手臂上，所述第一线圈和所述磁芯都固定于机械手臂上。

所述接近传感器与控制器连接，所述机械手臂与控制器连接，接近传感器探测第二线圈所在位置以及倾斜角度并将位置信息反馈给控制器，进而控制器控制机械手臂使得机械手臂上的第一线圈逐渐靠近第二线圈，最终实现第一线圈的轴线与第二线圈的轴线几乎重合，实现发射端线圈和接收端线圈的自动对准。

第一线圈的电源开关与控制器连接，其中第一线圈的电源开关的通断有控制器控制，第一线圈与第二线圈对准后，控制器停止对机械手臂的调整控制，控制器启动连接第一线圈的电源开关，无线充电开始。

优选地，控制器能控制机械手臂，最终实现第一线圈与第二线圈自动对准，同时，控制器判断电池已经充满电后切断第一线圈的电源，进而实现控制充电的开始和结束，或者控制电源开关使其中途停止充电。并且，充电结束后，控制器控制机械手臂回归原位，等待下一次充电。

所述磁芯可以是倒T字形磁芯，或者倒T字形磁芯可以用E形磁芯替换，或者其他可以起到相似作用的磁芯。

所述的第一整流器、DC-DC转换器、逆变器组合在一起，其功能是，将接入的市电进行电流频率放大，用示波器可测出放大后的电流频率。

所述第一线圈与第二线圈对准后，第一线圈通入变频后的电流，第一线圈与第二线圈耦合，第二线圈上产生电流。

所述的第一线圈与第一补偿电容并联，所述第一线圈与逆变器相连，第二线圈与第二补偿电容并联，第二线圈与第二逆变器相连，第二逆变器与电池相连。

所述第一线圈与第一补偿电容并联后，调节第一线圈电感值，根据公式可计算出发射模块的固有频率，最后使得计算出的发射模块的固有频率等于或者接近于频率放大后的电流的频率，即发射模块的固有频率等于流过第一线圈的电流的频率。

所述第二线圈与第二补偿电容并联后，调节第二线圈电感值，根据公式可计算出接收模块的固有频率，最后使得计算出的接收模块的固有频率等于或者接近于发射模块的固有频率。

电流频率等于发射模块的固有频率，发射模块的固有频率等于接收模块的固有频率，实现发射模块到接收模块的磁耦合谐振式无线电能传输，实现高效率的无线电能传输。

本实用新型的有益效果是：实现了无线充电系统的发射端线圈与接收端线圈的自动对准，实现了自动控制充电的开始、停止和结束，实现了充电电压的自动调节，并且，自动化程度高，电能传输效率高，使用方便。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或者现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域其他普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本实用新型实施例的架构示意图。

图2是本实用新型实施例的电力传输原理图。

图3是本实用新型实施例的系统程序设计流程图。

图4是本实用新型实施例的第一线圈俯视图。

图5是本实用新型实施例中采用的倒T字形磁芯对磁通密度增强作用的效果图。

其中，电池1，第二整流器2，第二线圈3，第一线圈4，接近传感器5，控制器6，机械手臂7，第一整流器8，DC-DC转换器9，逆变器10，第一线圈的电源开关11，倒T字形磁芯12。

在整个附图和具体实施例中，相同的附图标号指代相同的元件。附图可以不按照比例绘制，并且，为了清楚、说明和方便，可能会夸大附图中的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域其他技术人员在没有作出创造性劳动的前提下获得的其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例的技术方案是：

一种智能无线充电系统，参照图1、图2，包括：发射模块、接收模块、控制器以及自动对准模块。

所述发射模块包括倒T字形磁芯12、第一整流器8、DC-DC转换器9、逆变器10、第一补偿电容C₁、第一线圈L₁ 4、第一线圈的电源开关12。

所述接收模块包括第二线圈L₂ 3、第二补偿电容C₂、第二整流器2、电池1。

所述自动对准模块包括机械手臂7、接近传感器5。

其中，控制器与发射模块连接，控制器与自动对准模块连接。控制器能控制DC-DC转换器从而控制充电电压的大小，控制器能控制机械手边的运动。

优选地，第一线圈采用盘式螺旋线圈结构，磁芯采用倒T字形磁芯，第一线圈盘绕于倒T字形磁芯上部分，以使得第一线圈的背对第二线圈一侧磁铁密度减弱，第一线圈的正对第二线圈一侧磁通密度加强。

所述第一补偿电容与固定于倒T字形磁芯12上的第一线圈4并联后搭载于机械手臂7上，接近传感器5的探测部分也固定于机械手臂7上，并且接近传感器5与第一线圈4同步移动，接近传感器与第一线圈的相对位置是不变化的。

所述接近传感器5与控制器6连接，接近传感器5探测第二线圈3所在位置以及倾斜角度并将位置信息反馈给控制器6，进而控制器6控制机械手臂7使得机械手臂上的第一线圈4逐渐靠近第二线圈3，最终实现第一线圈的轴线与第二线圈的轴线几乎重合，实现发射端线圈和接收端线圈的自动对准。

第一线圈与第二线圈对准后，控制器6停止对机械手臂7的调整控制，控制器启动连接第一线圈的电源开关11，无线充电开始。

优选地，控制器6能控制机械手臂7，最终实现第一线圈4与第二线圈3自动对准，同时，控制器6判断电池已经充满电后切断第一线圈的电源开关11，进而实现控制充电的开始和结束，或者控制电源开关11使其中途停止充电。并且，控制器能够根据接收到的电压调整信息对充电的电压进行调整。并且，充电结束后，控制器6控制机械手臂7回归原位，等待下一次充电。

所述的第一整流器8、DC-DC转换器9、逆变器10组合在一起，其功能是，将接入的市电进行电流频率放大，用示波器可测出放大后的电流频率f₀。其中，逆变器与第一线圈相连，逆变器出来的电流流入第一线圈。

所述第一线圈与第二线圈对准后，第一线圈通入变频后的电流，第一线圈与第二线圈耦合，第二线圈上产生电流。

所述的第一线圈与第一补偿电容并联，第二线圈与第二补偿电容并联。

所述第一线圈L₁与第一补偿电容C₁并联后，调节第一线圈电感值，根据公式可计算出发射模块的固有频率，最后使得计算出的发射模块的固有频率等于或者接近于频率放大后的电流的频率。

所述第二线圈L₂与第二补偿电容C₂并联后，调节第二线圈电感值，根据公式可计算出接收端模块的固有频率，最后使得计算出的接收模块的固有频率等于或者接近于发射模块的固有频率。

第一线圈、第二线圈是用李兹线绕成的盘式螺旋线圈，上下两层，每一层匝数为30，线圈外径20cm、内径3cm，所选李兹线规格为0.1mm×180股。

第一线圈双层李兹线盘式螺旋线圈的电感值为L₁＝86μH，第一补偿电容的电容为C₁＝450pF，带入公式得到f₁＝809.4kHz，用数字电桥再次调整李兹线盘式线圈的电感值：数字电桥的测量频率调到809kHz，电平电压1v，一边测量电感一边调整电感，使得双层李兹线螺旋线圈在该频率下的电感值为L₀＝86μH。根据调节第一线圈电感值的方法，调节第二线圈，使得第二线圈与第一线圈的材料、尺寸、电感值一样，最后，调节逆变器的逆变后的电流频率，使得电流频率等于发射模块的固有频率，发射模块的固有频率等于接收模块的固有频率，即f₀＝f₁＝f₂，最后实现发射模块到接收模块的磁耦合谐振式无线电能传输，实现高效率的无线电能传输。

本实用新型实施例特别强调，上述的倒T字形磁芯完全可以用E形磁芯替换，其作用效果相近，因此，本实用新型实施例采用的磁芯有倒T字形磁芯和E形磁芯，二者选其一即可。

本实用新型实施例实现自动对准、智能控制的步骤是：

需要无线充电时，第二线圈3靠近无线充电系统的发射端，接近传感器5探测第二线圈3的位置及倾斜角度，并将位置及角度信息反馈给控制器6，若控制器判断第一线圈4与第二线圈3未对准，则控制器6控制机械手臂使得机械手臂7上升、下降、左移、右移、旋转，使得第一线圈4靠近第二线圈3并试图与第二线圈3对准。本实用新型实施例再次强调的是：第一线圈4与接近传感器5的相对位置是不改变的，接近传感器5的探测部分随第一线圈4的移动而移动。接近传感器5再次探测第二线圈3位置，并将第二线圈位置信息再次反馈给控制器6，控制器再次控制机械手臂从而调整第一线圈4及其接近传感器5的位置，接近传感器5再次探测第二线圈3位置，若已经对准，则控制器6停止对机械手臂7的控制调整，执行下一步骤。

进一步地，控制器6判断第一线圈4与第二线圈3已经对准，启动第一线圈的电源开关11，充电开始。

进一步地，充电中途需要停止充电时，可以输入停止充电的指令，控制器收到指令后切断第一线圈的电源开关11，充电停止。如后面再有恢复充电的指令，控制器再次启动第一线圈的电源开关11，充电继续。

进一步地，控制器6接收反馈信息判断是否已经充满电，若当电池已经充满电，控制器6收到自动结束充电指令，控制器6控制并断开第一线圈的电源开关11，并且控制机械手臂7，使得机械手臂7以及第一线圈4回归原位，等待下一次无线充电。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的技术范围，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能无线充电系统，包括发射模块、接收模块，其特征在于，还包括控制器和自动对准模块；其中，所述控制器用于控制所述发射模块和所述自动对准模块，所述自动对准模块用于调整所述发射模块与所述接收模块的相对位置。

2.根据权利要求1所述的智能无线充电系统，其特征在于：

所述发射模块包括磁芯、第一整流器、DC-DC转换器、逆变器、第一补偿电容、第一线圈以及第一线圈的电源开关；

所述接收模块包括第二线圈、第二补偿电容、第二整流器、电池；

所述自动对准模块包括机械手臂、接近传感器；

所说控制器与所述发射模块连接，所述控制器与所述自动对准模块连接；

第一线圈与磁芯结合，用于将所述第一线圈的背对所述第二线圈一侧磁铁密度减弱，将所述第一线圈的正对所述第二线圈一侧磁通密度加强；

所述第一补偿电容与所述第一线圈并联后搭载于所述机械手臂上，所述磁芯搭载于所述机械手臂上。

3.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述接近传感器与所述第一线圈的相对位置是不变化的。

4.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述发射模块中第一整流器、DC-DC转换器、逆变器依次连接在一起，所述第一线圈与所述逆变器连接。

5.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述磁芯是倒T字形磁芯或者E形磁芯。

6.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述第一线圈的电源开关与控制器连接。

7.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述DC-DC转换器与控制器连接，所述机械手臂与控制器连接，所述接近传感器与控制器连接。

8.根据权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述第二线圈与所述第二补偿电容并联，所述第二线圈与所述第二整流器连接，所述第二整流器与所述电池连接。

9.根据权利要求1或者权利要求2所述的智能无线充电系统，其特征在于，所述发射模块的固有频率等于所述接收模块的固有频率，所述发射模块的固有频率等于流过第一线圈的电流的频率。