一種集成無線充電功能的可穿戴設備及其充電方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N集成無線充電功能的可穿戴設備及其充電方法，包括殼體，控制模塊，顯示模塊和電源模塊，所述控制模塊實現可穿戴設備的基本功能；所述顯示模塊通過OLED顯示屏對可穿戴設備輸出信息進行顯示；所述電源模塊提供可穿戴設備工作時的電壓，電源模塊集成有無線充電功能，包括小型接收天線，轉換電路和可充電電池。本申請?zhí)岢龅囊环N集成無線充電功能的可穿戴設備，體積小巧，適用于空間有限的小型的可穿戴設備。
【專利說明】
一種集成無線充電功能的可穿戴設備及其充電方法
技術領域
[0001] 本申請涉及可穿戴設備領域，尤其涉及一種集成無線充電功能的可穿戴設備及其 充電方法。
【背景技術】
[0002] 可穿戴設備產品具有科技含量高和時尚、便攜的特點，受到越來越多消費者的青 睞，也成為當下最熱門消費類電子產品。目前的可穿戴產品均采用有線式充電方式，小巧的 外觀配置粗長的充電線，實際使用中十分不方便，降低了用戶體驗。
[0003] 因此，無線充電技術得到推廣發(fā)展。目前存在的無線充電方式有電磁感應式、磁共 振式、無線電波式、電場耦合式四種，其中電磁感應式適合近距離供電。但是，現有的無線充 電設備需要專用的發(fā)射電路和發(fā)射天線，電路設計復雜，天線體積較大，成本偏高。
[0004] 因此，如何設計一種小型的、有效的無線充電系統(tǒng)并將其集成到可穿戴設備中成 為目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N集成無線充電功能的可穿戴設備，包括殼體，控制模 塊，顯示模塊和電源模塊，其中：
[0006] 控制模塊實現對可穿戴設備的控制功能；
[0007] 顯示模塊通過0LED顯示屏對可穿戴設備輸出信息進行顯示；
[0008] 電源模塊提供可穿戴設備工作時的電壓，其中，電源模塊集成有無線充電功能，包 括小型接收天線，轉換電路和可充電電池，其中：
[0009] 小型接收天線，接收靠近可穿戴設備的讀卡器發(fā)射的正弦波信號，并將所述正弦 波信號轉換為交流電信號；
[0010] 轉換電路，對所述交流電信號進行直流轉換和濾波處理；
[0011] 可充電電池，接收轉換電路輸出的電流并存儲。
[0012] 優(yōu)選地，所述無線充電模塊在可穿戴設備處于運動狀態(tài)下能夠產生電流。
[0013] 優(yōu)選地，所述電源模塊還包括運動生電模塊，使可穿戴設備在運動狀態(tài)下能夠產 生電流，包括：
[0014] 磁場生成單元，在所述可穿戴設備運動過程中，產生磁感線；
[0015] 切割單元，切割所述磁場生成單元所產生的磁感線而產生電流；
[0016] 電流傳輸單元，將電流導入可穿戴設備的可充電電池中。
[0017] 優(yōu)選地，所述顯示模塊還包括設置在0LED顯示屏下方的太陽能薄膜，所述太陽能 薄膜接收光線照射，將光能轉變?yōu)殡娔?，光電流導入可充電電池?br>[0018] 優(yōu)選地，所述可充電電池容量為20mA左右。
[0019] 優(yōu)選地，所述小型接收天線將銅絲繞制若干圈后直接印刷在PCB板上。
[0020] 優(yōu)選地，所述小型接收天線的調制頻率為3~15MHz。
[0021] 本申請還保護一種充電方法，包括：
[0022] 步驟S1、集成有無線充電功能的可穿戴設備靠近讀卡器；
[0023] 步驟S2、可穿戴設備中的小型接收天線接收讀卡器發(fā)出的正弦波信號，天線的線 圈中產生感應交流電信號；
[0024] 步驟S3、將天線線圈中產生的感應交流電信號轉換為直流電信號；
[0025]步驟S4、進一步濾除直流電信號中的高頻信號；
[0026] 步驟S5、將電流充入可穿戴設備的可充電電池中。
[0027] 優(yōu)選地，所述運動生電模塊的工作過程包括：
[0028]步驟S601、人體運動，帶動可穿戴設備運動；
[0029]步驟S602、運動生電模塊中的滑動導軌固定，運動生電模塊中的連接導桿隨人體 運動沿滑動導軌相對滑動；
[0030]步驟S603、連接導桿帶動切割導片在磁感線中開始運動；
[0031 ]步驟S604、切割導片切割第一極板和第二極板間的磁感線；
[0032]步驟S605、切割導片內產生感應電流；
[0033] 步驟S606、電流經過傳輸單元流入可充電電池。
[0034]優(yōu)選地，所述太陽能電池薄膜吸收光能轉化為電能的工作過程包括：
[0035]步驟S201、光照射條件下，太陽能電池薄膜吸收光能；
[0036]步驟S202、太陽能電池薄膜內束縛載流子發(fā)生受激躍迀或輻射，產生自由電子或 空穴，形成感光電流；
[0037]步驟S203、感光電流經柔性電路板到達太陽能電池集成電路板；
[0038]步驟S204、太陽能電池集成電路板對電流進行穩(wěn)壓處理；
[0039] 步驟S205、電流經電池連接器最終流入可充電電池。
[0040] 本申請?zhí)岢龅囊环N集成無線充電功能的可穿戴設備，體積小巧，適用于空間有限 的小型的可穿戴設備。
【附圖說明】
[0041] 為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。
[0042] 圖1是本申請一種集成無線充電功能的小型可穿戴設備的結構圖；
[0043]圖2是小型接收天線結構圖；
[0044]圖3是顯示模塊結構圖；
[0045]圖4是運動生電模塊結構圖；
[0046]圖5是小型無線充電系統(tǒng)的結構圖；
[0047]圖6是可穿戴設備的充電過程圖；
[0048]圖7是波形發(fā)生電路原理圖；
[0049]圖8是運動生電模塊的工作過程圖；
[0050]圖9是太陽能電池薄膜接收光能轉化為電能的工作過程圖。
[0051 ] 附圖標記說明：
[0052] 1-外殼，2-顯示模塊，3-控制模塊，4-電源模塊，5-可充電電池，6-運動生電模塊， 7_無線充電模塊，8-小型發(fā)射天線，9-小型接收天線；10-讀卡器電源，11-射頻終端，12-可 穿戴產品，13-轉換電路，14-放大環(huán)節(jié);15-反饋網絡，16-開關。
【具體實施方式】
[0053]下面將結合本申請實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清除、完 整的描述。
[0054] 本申請?zhí)峁┮环N集成無線充電功能的可穿戴設備，如圖1所示，包括殼體1，控制模 塊3,顯示模塊2和電源模塊5,其中：
[0055] 控制模塊3實現對可穿戴設備的控制功能。
[0056] 具體的，所述可穿戴設備可以是智能手環(huán)，智能耳機，智能卡片、智能手表等具有 一個或多個功能應用的便攜設備。
[0057] 顯示模塊2通過0LED顯示屏對可穿戴設備的輸出信息進行顯示。
[0058]電源模塊4提供可穿戴設備工作時的電壓。
[0059] 具體的，所述電源模塊4集成有無線充電功能，包括小型接收天線9,轉換電路13和 可充電電池5,其中：
[0060] 小型接收天線9,接收靠近可穿戴設備的讀卡器發(fā)射的正弦波信號，并將所述正弦 波信號轉換成交流電信號；
[0061 ]轉換電路13，包括整流電路和濾波電路，其中：
[0062] 整流電路，將小型接收天線9感應生成的交流電信號轉換為直流電信號；
[0063] 濾波電路，進一步濾除轉換后直流電信號中的高頻雜訊。
[0064] 可充電電池5,接收轉換電路13輸出的電流并存儲。
[0065] 具體的，所述小型接收天線9包括多種形式，可以是帶貼片型、線圈型和偶極子型， 如圖2中所示為線圈型天線，采用銅線按照一定的形狀繞制若干圈，在銅線的兩端加激勵 源，同時直接印刷在PCB板上。
[0066] 具體的，所述線圈形狀可以是矩形線圈，也可以是圓形型圈，也包括其他根據有限 空間繞制的其他形狀。
[0067] 具體的，所述小型接收天線9的調制頻率為3~15MHz。
[0068] 具體的，所述小型接收天線9設計和選用時需對電感求值，電感為當天線內通過交 流電時，在導線的內部及其周圍會產生交變磁通，導線的磁通量與生產此磁通的電流之比， 用L表示，以RL串聯電路為例，天線電感的理論計算公式如下：
[0069] Z = R+j?L (1)
[0070] Im(Z)= ?L = 23ifL (2)
(3)
[0072]其中，Z為線圈天線的阻抗，R為阻抗實部，表示電阻，co是交流信號的角頻率，^為 阻抗虛部，求出阻抗虛部，就可以獲得電感值，又： (4)
[0074] 由式(4)可以看出，天線的頻率跟電感L和電容C有關，天線尺寸越大，則線圈的電 感也就越大，相對電容就更小，當天線的電感大于5yH時，則不容易使匹配到合適的電容C 值。
[0075] 小型接收天線9的線圈匝與匝之間保留間隙。
[0076] 為了保證磁通量大，使得裝置與讀卡器之間的通信效果好，需要選擇性的設置線 圈匝數和線圈長度，本申請使用如下公式設置線圈匝數和長度：
[0077] 0=BXS (5)
[0078] O =B X S X cos 0 (6)
[0079] 其中為通信線圈感應磁力線的磁通量，S為線圈圍成的面積，B為磁感應強度；當線 圈與磁感線垂直時，使用公式(5)計算;當線圈與磁感線的夾角為0時，使用公式(6)計算。
[0080] 本申請使用如下公式計算磁感應強度：
(7)
[0082]其中B為磁感應強度，N為線圈匝數，I為產生的信號電流強度，Le為線圈長度。使用 上述公式(7)計算B。
[0083]當磁通量一定時，依據上述公式(5)(6)和(7)計算出優(yōu)選的線圈長度和匝數。
[0084]具體的，所述無線充電系統(tǒng)僅支持對小型可穿戴設備進行充電。
[0085]具體的，所述小型無線充電系統(tǒng)僅支持配置有可充電電池容量為20mA左右的小型 可穿戴設備。
[0086]具體的，所述可穿戴設備內集成有無線充電功能，是指將無線充電系統(tǒng)的接收端 集成到所述可穿戴設備中，包括：
[0087]小型接收天線9,接收靠近可穿戴設備的讀卡器發(fā)射的正弦波信號，并將其轉換成 交流電信號；
[0088]轉換電路13,包括整流電路和濾波電路，其中：
[0089]整流電路，將小型接收天線9感應生成的交流電信號轉換為直流電信號；
[0090] 濾波電路，進一步濾除轉換后直流電信號中的高頻雜訊
[0091] 可充電電池5,接收轉換電路13輸出的電流并存儲。
[0092] 具體的，該可穿戴設備的充電過程如圖6所示，包括：
[0093] 步驟S1、集成有無線充電功能的可穿戴設備靠近讀卡器；
[0094] 步驟S2、可穿戴設備中的小型接收天線接收讀卡器發(fā)出的正弦波信號，天線的線 圈中產生感應交流電信號；
[0095] 步驟S3、將天線線圈中產生的感應交流電信號轉換為直流電信號；
[0096]步驟S4、進一步濾除直流電信號中的高頻信號；
[0097] 步驟S5、將電流充入可穿戴設備的可充電電池中。
[0098] 所述小型接收天線9可以與設置在可穿戴設備內的NFC天線共用。
[0099] 所述小型無線充電系統(tǒng)還包括發(fā)射端11，所述發(fā)射端11可以是讀卡器，或其他發(fā) 出射頻信號的射頻終端。
[0100] 具體的，所述小型無線充電系統(tǒng)的發(fā)射端由使用簡單的波形發(fā)生電路、放大電路、 小型發(fā)射天線組成，其中：
[0101] 所述波形發(fā)生電路用于產生電壓信號；
[0102] 所述放大電路對電壓信號進行放大；
[0103] 所述小型發(fā)射天線將電壓信號以電磁波的形式射入外部空間；
[0104] 具體的，所述波形發(fā)生電路可以是RC振蕩電路、LC振蕩電路或晶體振蕩電路，如圖 7所示為一種波形發(fā)生電路201的方框圖，包括放大環(huán)節(jié)14和反饋網絡15。圖中開關10置于2 的位置，當去掉后仍有穩(wěn)定的輸出，其中反饋信號代替了放大電路的輸入信號，由公式(8) ~（10):
[0105] .良=尤馬 （8)
[0106] Uf=FU0 (9)
[0107] 4=ASi,F^ (10)
[0108]得出自激振蕩的條件是：
[0109] AuF=lBP： K F = 1
[0110] 即需滿足：
[0111] (D 幅度條件:AUF=1;
[0112] (2)相位條件:n是整數；
[0113]所述無線充電模塊在可穿戴設備處于運動狀態(tài)下能夠產生電流。
[0114] 具體的，所述電源模塊4還包括運動生電模塊6,使可穿戴設備在運動狀態(tài)下能夠 產生電流，如圖4所示，包括：
[0115] 磁場發(fā)生單元，在所述可穿戴設備運動過程中產生磁感線，包括相對設置的第一 極板601、第二極板602及所述第一極板601和第二極板602間的磁感線603。
[0116] 導片切割單元，切割所述磁場生成單元所產生的磁感線603而產生電流，包括至少 一個切割導片604及與所述切割導線604電性連接的固定端的連接支桿609及滑動導軌608。
[0117] 電流傳輸單元，將電流導入可充電電池5,所述電流傳輸單元包括與切割導片604 電連接的連接導線606和傳輸電路607,所述傳輸電路607連接可充電電池5,為可充電電池5 提供直流電。
[0118] 根據圖4,人體運動，帶動可穿戴設備運動，滑動導軌608固定，則連接支桿609隨人 體運動產生沿滑動導軌608的相對滑動，所述連接支桿609帶動切割導片604在磁感線603中 運動，即切割導片604隨著人體運動切割第一極板601和第二極板602間的磁感線603,這時 切割導片604內產生感應電流，電流經過傳輸單元流入可充電電池5。
[0119] 具體的，運動生電模塊的工作過程如圖8所示，包括：
[0120] 步驟S601、人體運動，帶動可穿戴設備運動；
[0121]步驟S602、運動生電模塊中的滑動導軌固定，運動生電模塊中的連接導桿隨人體 運動沿滑動導軌相對滑動；
[0122] 步驟S603、連接導桿帶動切割導片在磁感線中開始運動；
[0123] 步驟S604、切割導片切割第一極板和第二極板間的磁感線；
[0124] 步驟S605、切割導片內產生感應電流；
[0125] 步驟S606、電流經過傳輸單元流入可充電電池。
[0126] 所述顯示模塊還包括設置在0LED顯示屏201下方的太陽能電池薄膜202,所述太陽 能電池薄膜202接收光線照射，將光能轉變?yōu)殡娔?，光電流導入可充電電地?br>[0127] 所述0LED顯示屏201采用柔性顯示屏對可穿戴設備輸出信息進行顯示。
[0128] 所述0LED顯示屏201整合太陽能電池充電功能。
[0129] 所述顯示模塊2的結構參見圖3所示，包括顯示屏201、太陽能能電池薄膜202、、柔 性電路板203、太陽能電池集成電路板204和電池連接器205組成。
[0130] 所述顯示屏201下表面有可吸收光能的太陽能薄膜202,所述顯示屏201下表面與 太陽能薄膜202膠粘連接或靜電吸附方式連接。
[0131] 所述太陽能電池集成電路板204連接太陽能電池薄膜202和可充電電池5,所述太 陽能電池集成電路板204用于接收所述太陽能薄膜202傳遞的電能，并對所述電能穩(wěn)壓處 理，將穩(wěn)壓處理后的電能傳遞給所述可充電電池5。
[0132] 所述柔性電路板203和所述太陽能電池集成電路板204電連接，所述太陽能電池集 成電路板204與所述電池連接器205連接。
[0133] 具體的，所述太陽能電池薄膜吸收光能轉化為電能的工作過程如圖9所示，包括：
[0134] 步驟S201、光照射條件下，太陽能電池薄膜吸收光能；
[0135] 步驟S202、太陽能電池薄膜內束縛載流子發(fā)生受激躍迀或輻射，產生自由電子或 空穴，形成感光電流；
[0136] 步驟S203、感光電流經柔性電路板到達太陽能電池集成電路板；
[0137] 步驟S204、太陽能電池集成電路板對電流進行穩(wěn)壓處理；
[0138] 步驟S205、電流經電池連接器最終流入可充電電池。
[0139] 盡管已描述了本申請的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例以及落入本申請范圍的所有變更和修改。顯然，本領域的技術人員可以對本申請 進行各種改動和變型而不脫離本申請的精神和范圍。這樣，倘若本申請的這些修改和變型 屬于本申請權利要求及其等同技術的范圍之內，則本申請也意圖包含這些改動和變型在 內。
【主權項】
1. 一種集成無線充電功能的可穿戴設備，包括殼體，控制模塊，顯示模塊和電源模塊， 其中： 控制模塊實現對可穿戴設備的控制； 顯示模塊通過OLED顯示屏對可穿戴設備輸出信息進行顯示； 電源模塊提供可穿戴設備工作時的電壓； 其中，電源模塊集成有無線充電功能，包括小型接收天線，轉換電路和可充電電池，其 中： 小型接收天線，接收靠近可穿戴設備的讀卡器發(fā)射的正弦波信號，并將所述正弦波信 號轉換為交流電信號； 轉換電路，對所述交流電信號進行直流轉換和濾波處理； 可充電電池，接收所述轉換電路輸出的電流并存儲。2. 如權利要求1所述的可穿戴設備，其特征在于:所述電源模塊還包括運動生電模塊， 在可穿戴設備處于運動狀態(tài)下能夠產生電流。3. 如權利要求2所述的可穿戴設備，其特征在于:所述運動生電模塊包括： 磁場生成單元，在所述可穿戴設備運動過程中產生磁感線； 切割單元，切割所述磁場生成單元所產生的磁感線而產生電流； 電流傳輸單元，將電流導入可充電電池。4. 如權利要求1所述的可穿戴設備，其特征在于:所述顯示模塊還包括設置在OLED顯示 屏下方的太陽能電池薄膜，所述太陽能電池薄膜接收光線照射，將光能轉變?yōu)殡娔?，光電?導入可充電電池。5. 如權利要求1所述的可穿戴設備，其特征在于:所述可充電電池容量為20mA左右。6. 如權利要求1所述的可穿戴設備，其特征在于:所述小型接收天線將銅絲繞制若干圈 后直接印刷在PCB板上。7. 如權利要求1所述的可穿戴設備，其特征在于:所述小型接收天線的調制頻率為3~ 15MHz〇8. -種可穿戴設備的充電方法，包括如下步驟： 步驟S1、集成有無線充電功能的可穿戴設備靠近讀卡器； 步驟S2、可穿戴設備中的小型接收天線接收讀卡器發(fā)出的正弦波信號，天線的線圈中 產生感應交流電信號； 步驟S3、將天線線圈中產生的感應交流電信號轉換為直流電信號； 步驟S4、進一步濾除直流電信號中的高頻信號； 步驟S5、將電流充入可穿戴設備的可充電電池中。9. 如權利要求8所述的充電方法，其特征在于：可穿戴設備還包括運動生電模塊，所述 運動生電模塊為該可穿戴設備充電的過程包括： 步驟S601、人體運動，帶動可穿戴設備運動； 步驟S602、運動生電模塊中的滑動導軌固定，運動生電模塊中的連接導桿隨人體運動 沿滑動導軌相對滑動； 步驟S603、連接導桿帶動切割導片在磁感線中開始運動； 步驟S604、切割導片切割第一極板和第二極板間的磁感線； 步驟S605、切割導片內產生感應電流； 步驟S606、電流經過傳輸單元流入可充電電池。10.如權利要求8所述的充電方法，其特征在于:可穿戴設備還包括太陽能電池膜，所述 太陽能電池膜吸收光能轉化為電能的工作過程包括： 步驟S201、光照射條件下，太陽能電池薄膜吸收光能； 步驟S202、太陽能電池薄膜內束縛載流子發(fā)生受激躍迀或輻射，產生自由電子或空穴， 形成感光電流； 步驟S203、感光電流經柔性電路板到達太陽能電池集成電路板； 步驟S204、太陽能電池集成電路板對電流進行穩(wěn)壓處理； 步驟S205、電流經電池連接器最終流入可充電電池。
【文檔編號】H02J7/32GK105958584SQ201610388632
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】胡文彬, 底明輝
【申請人】恒寶股份有限公司