無線充電系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它包括有中間固定板、發(fā)送（接收）線圈底板和線圈、固定座等。其中，中間固定板垂直固裝在固定座上，固定座底部設(shè)有控制器；中間固定板中心部位設(shè)有絲桿螺母，邊緣處設(shè)有滑桿套筒；滑桿套筒內(nèi)活動套裝有滑桿，滑桿兩端分別與電機(jī)固定板、底板相連接；電機(jī)傳動軸穿過電機(jī)固定板與聯(lián)軸器一端連接，聯(lián)軸器另一端與絲桿一端連接，絲桿穿過絲桿螺母后活動套裝在線圈底板和線圈一側(cè)的軸承內(nèi)，線圈底板和線圈另一側(cè)為共振線圈底板，共振線圈底板上嵌入或者粘貼共振線圈，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動發(fā)送（接收）線圈底板和線圈平移，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送（接收）線圈與發(fā)送（接收）端共振線圈之間的距離發(fā)生變化，而發(fā)送端與接收端2個共振線圈之間的距離保持不變，發(fā)送（接收）線圈與發(fā)送（接收）端共振線圈之間的距離變化起到調(diào)節(jié)阻抗變化的目的。
【專利說明】無線充電系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線充電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種無線充電系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磁共振方式由美國麻省理工學(xué)院(MIT)物理學(xué)家馬林.索爾賈希克(MarinSoljacic)于2007年進(jìn)行了驗證，自此受到了廣泛關(guān)注。他們利用兩個銅制線圈作為電磁共振器，其中一個發(fā)送線圈附在傳送電力方，另一個接收線圈在接受電力方。當(dāng)傳送方送出某特定頻率的電磁波后，經(jīng)過兩個電磁共振器電磁場擴(kuò)散到接受方，電力就實(shí)現(xiàn)了無線傳導(dǎo)，該無線傳輸方式成功為一個兩米外的60瓦燈泡供電。該“中繼器模式”無線方式包括四個線圈，其中中繼器為兩個磁共振器為兩個較大線圈，主要產(chǎn)生磁共振，發(fā)送線圈和接收線圈為兩個小線圈，發(fā)送線圈是電力輸入端，而接收線圈電力輸出端。電能首先從發(fā)送端到一個中繼器共振器，在從中繼器共振器跳到下一個中繼器共振器，最后可以高效的進(jìn)入接收端。這項技術(shù)允許設(shè)備在距離適配器最遠(yuǎn)可達(dá)幾米遠(yuǎn)的地方進(jìn)行無線充電，這也是采用這種方式比其它無線方式的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際充電過程中，發(fā)射端和接收端的距離是不確定的，距離的變化會對傳輸效率產(chǎn)生很大的影響，會造成傳輸效率的急劇下降。雖然可以通過修改電感或電容的方法來改善傳輸效率，但是實(shí)際上修改電感值和電容值存在很大難度。
[0003]目前共振式無線充電系統(tǒng)，主要針對某個常用的距離進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，但是當(dāng)發(fā)射端和接收端距離發(fā)送變化時，無線能量傳輸效率會有很大的波動，甚至造成效率急劇下降。而在這種情況下提高傳輸效率的方法包括:(1)修改線圈本身的電感值，(2)修改電路中電容、電感等。在實(shí)際產(chǎn)品中這兩種方法都難以實(shí)現(xiàn)。這也是無線充電系統(tǒng)無法大規(guī)模使用的原因之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、通過調(diào)節(jié)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)端共振線圈之間的距離達(dá)到改變電路阻抗的目的，使得阻抗匹配達(dá)到最佳，無線傳輸?shù)念l率在一定小范圍內(nèi)變化，充電效率可以得到明顯提高的無線充電系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，發(fā)送端包括發(fā)送線圈和發(fā)送端共振線圈，接收端包括接收線圈和接收端共振線圈，其中發(fā)送線圈和接收線圈位于兩側(cè)(一般尺寸較小)，發(fā)送端和接收端共振線圈(一般尺寸較大)位于中間。無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它包括有中間固定板、共振線圈、共振線圈底板、電機(jī)、電機(jī)固定板、絲桿、聯(lián)軸器、絲桿螺母、滑桿、滑桿套筒、發(fā)送(接收)線圈底板和線圈、固定座等。其中，中間固定板垂直固裝在固定座上，固定座底部設(shè)有控制器；中間固定板中心部位設(shè)有絲桿螺母，邊緣處設(shè)有滑桿套筒；滑桿套筒內(nèi)活動套裝有滑桿，滑桿兩端分別與電機(jī)固定板、底板相連接；電機(jī)安裝在電機(jī)固定板上，電機(jī)傳動軸穿過電機(jī)固定板與聯(lián)軸器一端連接，聯(lián)軸器另一端與絲桿一端連接，絲桿穿過絲桿螺母后活動套裝在發(fā)送(接收)線圈底板和線圈一側(cè)的軸承內(nèi)，發(fā)送(接收)線圈底板和線圈另一側(cè)為發(fā)送(接收)端共振線圈底板，發(fā)送(接收)端共振線圈底板上嵌入或者粘貼發(fā)送(接收)端共振線圈，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動發(fā)送(接收)線圈底板和線圈平移，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)端共振線圈之間的距離發(fā)生變化，而發(fā)送端與接收端2個共振線圈之間的距離保持不變，發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)端共振線圈之間的距離變化起到調(diào)節(jié)阻抗變化的目的。
[0006]上述無線充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，它包括有以下步驟:
1)開始無線充電；
2)發(fā)射端和接收端控制器測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方的電流和電壓，計算傳輸效率；
3)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步；
4)控制器驅(qū)動電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間距離；
5)同時小幅度調(diào)節(jié)交變電源輸出頻率；
6)發(fā)射端和接收端控制器測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方的電流和電壓，計算傳輸效率；
7)在調(diào)節(jié)過程中，控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)過程；
8)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步，重復(fù)操作；
9)直到傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，停止發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間的距離調(diào)節(jié)，并停止調(diào)節(jié)電源輸出頻率，并控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)結(jié)束；
10)繼續(xù)充電。
[0007]所述的控制器內(nèi)設(shè)有電機(jī)驅(qū)動電路、無線通信模塊、提示與顯示模塊；其中，無線通信模塊用于發(fā)射端和接收端無線通信，通過無線通信接收對方端的狀態(tài)；提示顯示模塊在調(diào)節(jié)過程中通過光電方式給予用戶以提示。
[0008]本方案設(shè)計的可調(diào)節(jié)距離線圈設(shè)計放置在發(fā)射端和接收端，最佳共振頻率會在小范圍內(nèi)變化，當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間距離達(dá)到阻抗匹配時，無線充電效率達(dá)到最高，這時系統(tǒng)可以通過LED、數(shù)碼管或者聲音等進(jìn)行提示。同時本發(fā)明專利通過調(diào)節(jié)線圈距離來調(diào)節(jié)阻抗變化，從而起到調(diào)節(jié)效率和輸出功率的作用，該調(diào)節(jié)距離方法實(shí)現(xiàn)簡單，調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)范圍大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為圖1的另一個方向示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明的線圈示意圖。
[0012]圖4為本發(fā)明的充電原理圖。
[0013]圖5為本發(fā)明的調(diào)節(jié)流程圖。
[0014]圖6為線圈調(diào)節(jié)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合所有附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的較佳實(shí)施例為:參見附圖1至附圖6，發(fā)送端包括發(fā)送線圈和發(fā)送端共振線圈，接收端包括接收線圈和接收端共振線圈，其中發(fā)送線圈和接收線圈位于兩側(cè)(一般尺寸較小)，發(fā)送端和接收端共振線圈(一般尺寸較大)位于中間。本實(shí)施例所述的無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括有中間固定板1、發(fā)送(接收)端共振線圈2、發(fā)送(接收)端共振線圈底板3、電機(jī)4、電機(jī)固定板5、絲桿6、聯(lián)軸器7、絲桿螺母8、滑桿9、滑桿套筒10、發(fā)送(接收)線圈底板和線圈11、固定座12。其中，中間固定板1垂直固裝在固定座12上，固定座12底部設(shè)有控制器；中間固定板1中心部位設(shè)有絲桿螺母8，邊緣處設(shè)有滑桿套筒10 ;滑桿套筒10內(nèi)活動套裝有滑桿9，滑桿9兩端分別與電機(jī)固定板5、發(fā)送(接收)端共振線圈底板3相連接；電機(jī)4安裝在電機(jī)固定板5上，電機(jī)4傳動軸穿過電機(jī)固定板5與聯(lián)軸器7 —端連接，聯(lián)軸器7另一端與絲桿6 —端連接，絲桿6穿過絲桿螺母8后活動套裝在發(fā)送(接收)線圈底板和線圈11 一側(cè)的軸承13內(nèi)，發(fā)送(接收)線圈底板和線圈11另一側(cè)為發(fā)送(接收)端共振線圈底板3，發(fā)送(接收)端共振線圈底板3上嵌入或者粘貼發(fā)送(接收)端共振線圈2，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動發(fā)送(接收)線圈底板和線圈11平移，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送(接收)線圈11與發(fā)送(接收)端共振線圈2之間的距離發(fā)生變化，而發(fā)送端與接收端兩個共振線圈2之間的距離保持不變，發(fā)送(接收)線圈11與發(fā)送(接收)端共振線圈2之間的距離變化起到調(diào)節(jié)阻抗變化的目的。
[0016]本方案的線圈部分可以由條狀、實(shí)心圓、空心圓、扁平狀、編織帶狀的導(dǎo)電材料制成類似于平面螺旋或者柱狀螺旋等形狀，制造材料包括從銅、鋁、金、銀、鋅和導(dǎo)電聚合物等材料，底板部分主要起到隔離、屏蔽和支撐作用，制造材料包括高頻鐵氧體、鋁板、PCB基板等材料等，線圈可以嵌入或者粘貼在底板上。且螺旋部分的繞組的匝數(shù)根據(jù)需要可以從4-50膽，內(nèi)徑可以根據(jù)需要從0-100mm以上，內(nèi)徑可以根據(jù)需要從10-1000mm以上。
[0017]發(fā)送(接收)線圈底板和共振器線圈底板部分可以制成方形，圓形等各種形狀，起到隔離、屏蔽和支撐等作用，避免線圈和地板下面設(shè)備相互干擾，或者對外部環(huán)境造成影響。線圈的內(nèi)圈和外圈外端部通過電線、電纜直接連接到輸入電源或者輸出整流橋、負(fù)載兩端。
[0018]電機(jī)可以選擇步進(jìn)電機(jī)、有刷直流電機(jī)等各種電機(jī)，本發(fā)明實(shí)例選擇步進(jìn)電機(jī)，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位轉(zhuǎn)動角度，轉(zhuǎn)動角度可以準(zhǔn)確換算成移動距離。
[0019]電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與絲桿連接，絲桿在絲桿螺母中轉(zhuǎn)動帶動電機(jī)、電機(jī)固定板、線圈與底板等作為一個整體平行移動。長滑桿兩端分別與電機(jī)固定板和線圈底板固定，滑桿中間通過中間固定板的滑桿套筒，電機(jī)、電機(jī)固定板、線圈與底板等可以作為一個整體在套筒中自由滑動。該結(jié)構(gòu)傳動平穩(wěn)、噪音小、可以保證線圈與底板保持平行移動。
[0020]上述結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)方法為:
1)開始無線充電；
2)發(fā)射端和接收端控制器測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方端的電流和電壓，計算傳輸效率；
3)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步； 4)控制器驅(qū)動電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間距離；
5)同時小幅度調(diào)節(jié)交變電源輸出頻率；
6)發(fā)射端和接收端控制器測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方端的電流和電壓，計算傳輸效率；
7)在調(diào)節(jié)過程中，控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)過程；
8)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步，重復(fù)操作；
9)直到傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，停止發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間的距離調(diào)節(jié)，并停止調(diào)節(jié)電源輸出頻率，并控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)結(jié)束；
10)繼續(xù)充電。
【權(quán)利要求】
1.無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:它包括有中間固定板(I)、共振線圈(2)、共振線圈底板(3)、電機(jī)(4)、電機(jī)固定板(5)、絲桿(6)、聯(lián)軸器(7)、絲桿螺母(8)、滑桿(9)、滑桿套筒(10)、收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11),固定座(12);其中，中間固定板(I)垂直固裝在固定座(12)上，固定座(12)底部設(shè)有控制器；中間固定板(I)中心部位設(shè)有絲桿螺母(8)，邊緣處設(shè)有滑桿套筒(10);滑桿套筒(10)內(nèi)活動套裝有滑桿(9)，滑桿(9)兩端分別與電機(jī)固定板(5)、收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11)相連接；電機(jī)(4 )安裝在電機(jī)固定板(5 )上，電機(jī)(4 )傳動軸穿過電機(jī)固定板(5)與聯(lián)軸器(7) —端連接，聯(lián)軸器(7)另一端與絲桿(6) —端連接，絲桿(6)穿過絲桿螺母(8)后活動套裝在收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11) 一側(cè)的軸承(13)內(nèi)，收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11)另一側(cè)為共振線圈底板(3)，共振線圈底板(3)上嵌入或者粘貼有共振線圈(2)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11)平移，從而實(shí)現(xiàn)收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11)與共振線圈(2)之間的距離發(fā)生變化，而發(fā)送端與接收端兩個共振線圈(2)之間的距離保持不變，收發(fā)線圈機(jī)構(gòu)(11)與共振線圈(2)之間的距離變化起到調(diào)節(jié)阻抗變化的目的。
2.無線充電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，其特征在于:它包括有以下步驟: 1)開始無線充電； 2)發(fā)射端和接收端控制器測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方的電流和電壓，計算傳輸效率； 3)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步； 4)控制器驅(qū)動電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間距離； 5)同時小幅度調(diào)節(jié)交變電源輸出頻率； 6)發(fā)射端和接收端控制器繼續(xù)測試當(dāng)前的發(fā)射端與接收端電量的電流和電壓；發(fā)射端和接收端通過無線通信得到對方的電流和電壓，計算傳輸效率； 7)在調(diào)節(jié)過程中，控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)過程； 8)如果傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，則保持設(shè)置繼續(xù)充電；如果效率比較低，轉(zhuǎn)到第4步，重復(fù)操作； 9)直到傳輸效率達(dá)到理想的傳輸效率，停止發(fā)送(接收)線圈與發(fā)送(接收)共振線圈之間的距離調(diào)節(jié)，并停止調(diào)節(jié)電源輸出頻率，并控制器通過聲音或者LED數(shù)碼管等提示調(diào)節(jié)結(jié)束； 10)繼續(xù)充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:控制器內(nèi)設(shè)有電機(jī)驅(qū)動電路、無線通信模塊、提示與顯示模塊；其中，無線通信模塊用于發(fā)射端和接收端無線通信，通過無線通信接收對方端的狀態(tài)；提示顯示模塊在調(diào)節(jié)過程中通過光電方式給予用戶以提/Jn ο
【文檔編號】H02J17/00GK104269941SQ201410335622
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】陳新, 宋英博, 周元玲, 吳永祥 申請人:湖南人文科技學(xué)院