專利名稱：以非接觸方式充電的無(wú)線充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線充電器，特別涉及利用非接觸方式給便攜電子設(shè)備電池充電的無(wú) 線充電器。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，手機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，簡(jiǎn)稱 “PDA”)等便攜設(shè)備內(nèi)部都裝有可以反復(fù)充電的電池，以便在移動(dòng)中使用。為了給電池充電，通常需要有外接的充電器。常見(jiàn)的充電器一方面與電源連接以 獲得電能輸入，另一方面通過(guò)接觸端子與便攜設(shè)備連接，將低壓直流電輸出給便攜設(shè)備，為 電池充電。要使用這種外接的充電器，必須要在便攜設(shè)備的表面設(shè)置接觸端子。接觸端子露 在外面會(huì)影響便攜設(shè)備的外觀，而且可能會(huì)被外部異物污染而發(fā)生接觸不良的問(wèn)題。甚至 有時(shí)候還會(huì)因?yàn)槭褂谜叩氖韬霭l(fā)生短路現(xiàn)象，使電池被完全放電。為解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了以非接觸方式充電的無(wú)線充電器。非接觸方式充電就是把高頻率工作的充電線圈放置在充電器中，把受電線圈放置 在充電對(duì)象(如便攜設(shè)備、電池等)中。通過(guò)電感耦合，將能量從充電線圈傳遞給受電線圖， 再由受電線圈給電池充電。這種電感耦合的非接觸充電方式已經(jīng)在一些領(lǐng)域，比如電動(dòng)牙刷，電動(dòng)剃須刀上 使用。電感耦合式充電的效率與耦合的磁束密度呈正比，因此對(duì)充電線圈和受電線圈的 相對(duì)位置有較高的要求。如果充電器只為一種特定外型和體積的充電對(duì)象充電，可以通過(guò)在充電器上設(shè)置 特定的結(jié)構(gòu)保證充電器和充電對(duì)象的相對(duì)位置固定，進(jìn)而保證了充電線圈和受電線圈的相 對(duì)位置固定。但是，為了節(jié)約材料，保護(hù)環(huán)境，通常要求一個(gè)非接觸式充電器可以為多種外型和 體積的充電對(duì)象充電，這樣就無(wú)法通過(guò)特定的結(jié)構(gòu)精確限制充電對(duì)象的位置，而且也不可 能要求用戶每次都將充電對(duì)象精密地放置到充電器之上。若充電對(duì)象的放置位置不理想， 充電效率將大大降低，電池充滿電所需的時(shí)間將極大地延長(zhǎng)。尤其手機(jī)、微型投影機(jī)等便攜 式電子設(shè)備有快速充電的需求，因此位置偏差引起的充電時(shí)間變長(zhǎng)問(wèn)題更為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，能夠防止因充電器 和充電對(duì)象的相對(duì)位置不佳而降低無(wú)線充電效率的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種以非接觸方式充電的無(wú)線充 電器，包括用于發(fā)射電能的充電線圈，還包括旋轉(zhuǎn)軸，充電線圈能夠以該旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；
信號(hào)發(fā)射器，用于發(fā)射探測(cè)信號(hào)，該探測(cè)信號(hào)遇到充電對(duì)象后被反射；信號(hào)接收器，用于接收被充電對(duì)象反射的探測(cè)信號(hào)；定位單元，用于根據(jù)信號(hào)接收器接收到的探測(cè)信號(hào)判定充電對(duì)象的位置；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用于根據(jù)定位單元判定的充電對(duì)象位置，驅(qū)動(dòng)充電線圈以旋轉(zhuǎn)軸為中 心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于為無(wú)線充電器增加旋轉(zhuǎn)軸，使充電線圈能夠繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，信號(hào)發(fā)射器發(fā)出探 測(cè)信號(hào)，被充電對(duì)象反射后由信號(hào)接收器接收，根據(jù)接收情況判定充電對(duì)象的位置，據(jù)此轉(zhuǎn) 動(dòng)充電線圈，無(wú)論充電對(duì)象放在充電器的任意方向，充電器都可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)指向充電對(duì)象， 維持充電線圈和充電對(duì)象中的受電線圈磁束密度正交，通過(guò)電感耦合防止充電效率降低。進(jìn)一步地，不同長(zhǎng)度的接收鏡筒使兩個(gè)接收單元具有不同的指向角，充電對(duì)象相 對(duì)于充電器位置的不同，收到的被反射的探測(cè)信號(hào)也會(huì)不同，從而能夠判知充電對(duì)象的相 對(duì)位置。進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置每次旋轉(zhuǎn)的角度小于接收單元的指向角，可以防止出現(xiàn)無(wú)限 反復(fù)左右搖擺的現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中無(wú)線充電器構(gòu)造簡(jiǎn)略圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中充電器的磁束放射線圈構(gòu)造簡(jiǎn)略圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中超聲波發(fā)射器指向角的簡(jiǎn)略圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施方式中接受鏡筒長(zhǎng)度變化，收信角度的差異說(shuō)明圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施方式中無(wú)線充電器的工作算法的簡(jiǎn)略圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施方式中充電對(duì)象內(nèi)充電線圈的構(gòu)造簡(jiǎn)略圖。圖紙上主要標(biāo)記的簡(jiǎn)單說(shuō)明10 超聲波發(fā)射器 20，30 超聲波接收器40 旋轉(zhuǎn)軸50 鐵氧體60:收信鏡筒100:旋轉(zhuǎn)體
具體實(shí)施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化 和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，在本發(fā)明實(shí)施方式中，放置有充電線圈(又可稱為1級(jí)線 圈)的無(wú)線充電器和放置有受電線圈(又可稱為2級(jí)線圈)的充電對(duì)象，要調(diào)整到互相指向 的范圍內(nèi)，防止充電效率急劇降低。也就是說(shuō)，無(wú)線充電器相對(duì)于具備有受電線圈的充電對(duì) 象，持續(xù)修改發(fā)生磁場(chǎng)的充電線圈的指向，讓充電線圈與受電線圈通過(guò)電感耦合進(jìn)行充電， 維持比較高的充電效率。
本發(fā)明實(shí)施方式涉及一種以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，包括充電線圈，用于以電磁波的形式發(fā)射電能。旋轉(zhuǎn)軸，充電線圈能夠以該旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)。具體的物理結(jié)構(gòu)可以有很多種，例 如，整個(gè)充電器的主體部分(含充電線圈)由旋轉(zhuǎn)軸的一端頂起，旋轉(zhuǎn)軸的另一端落在一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，用于發(fā)射探測(cè)信號(hào)，該探測(cè)信號(hào)遇到充電體后被反射。探測(cè)信號(hào)可以 是多種多樣的，優(yōu)選地是超聲波，也可以是紅外線、微波等，只要遇到物體會(huì)被反射，反射波 容易被探測(cè)的就可以。信號(hào)接收器，用于接收被充電體反射的探測(cè)信號(hào)。信號(hào)接收器包含兩個(gè)接收單元， 分別具有不同長(zhǎng)度的接收鏡筒，用于接收被充電體反射的信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)。接收鏡 筒的長(zhǎng)度可以根據(jù)接收單元的所需的指向角和探測(cè)信號(hào)的頻率設(shè)計(jì)。定位單元，用于根據(jù)信號(hào)接收器接收到的探測(cè)信號(hào)判定充電體的位置。定位單 元可以是一個(gè)處理器結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)，如用中央處理器(CentralftOcessing Unit，簡(jiǎn)稱 “CPU”)，數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal ftOcessor，簡(jiǎn)稱“DSP”)等，也可以用一個(gè)專用 的芯片以純硬件方式實(shí)現(xiàn)。定位單元根據(jù)兩個(gè)接收單元收到的信號(hào)判定充電體的位置。不同長(zhǎng)度的接收鏡筒 使兩個(gè)接收單元具有不同的指向角，充電體相對(duì)于充電器位置的不同，收到的被反射的探 測(cè)信號(hào)也會(huì)不同，從而能夠判知充電體的相對(duì)位置。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用于根據(jù)定位單元判定的充電體位置，驅(qū)動(dòng)充電線圈以旋轉(zhuǎn)軸為中心 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，可以用微型電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，配合簡(jiǎn)單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。為無(wú)線充電器增加旋轉(zhuǎn)軸，使充電線圈能夠繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出探 測(cè)信號(hào)，被充電體反射后由信號(hào)接收器接收，根據(jù)接收情況判定充電體的位置，據(jù)此轉(zhuǎn)動(dòng)充 電線圈，無(wú)論充電體放在充電器的任意方向，充電器都可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)指向充電體，維持充電 線圈和充電體中的受電線圈磁束密度正交，通過(guò)電感耦合防止充電效率降低。以下以超聲波為例，結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的無(wú)線充電器構(gòu)造簡(jiǎn)略圖。如圖1所示，在以旋轉(zhuǎn)軸GO) 為中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體(100)的前方存在磁束密度放射面，該放射面上面有著超聲波發(fā)射器 (10)和超聲波接收器00，30)。超聲波發(fā)射器(10)就是信號(hào)發(fā)生器，超聲波接收器00， 30)就是信號(hào)接收器，20、30分別是兩個(gè)接收單元。定位單元和轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在旋轉(zhuǎn)體(100)中， 圖1中沒(méi)有明確示出。上述旋轉(zhuǎn)體(100)以超聲波識(shí)別充電對(duì)象的位置，讓上述放射面向著充電對(duì)象旋 轉(zhuǎn)。為了達(dá)到此目的，需要判斷上述充電對(duì)象的位置，判斷位置可以使用紅外線或超聲波接 收器。指向角(或稱“半角”)不依賴于傳感器種類。超聲波的指向角是聲場(chǎng)主瓣和相鄰 副瓣聲壓為零的那個(gè)方向與中心線軸間的夾角。超聲波的接收頻率受外型影響很大。使用 頻率高的端子指向角變小聲壓變高，現(xiàn)在使用最多的是頻率在SRF40(共振頻率40Khz)，指 向角大約在士 30度左右。圖3是上述SRF40的指向角的簡(jiǎn)略圖，放射角大約在60度左右。 對(duì)于紅外線，可以調(diào)節(jié)發(fā)光體和透鏡之間的距離來(lái)調(diào)整指向角。發(fā)光體和透鏡之間距離變 短時(shí)波越廣，離越變長(zhǎng)時(shí)波變窄傳的更遠(yuǎn)。
如此利用超聲波所具有的指向角的范圍，即可大致判定充電對(duì)象的位置。這樣超聲波可以利用入出指向角的范圍就可以預(yù)測(cè)到充電對(duì)象的位置。圖4中說(shuō)明了利用上述超聲波來(lái)判斷充電對(duì)象位置的原理。在圖4中顯示了超聲 波發(fā)射器(10)和兩個(gè)超聲波接收器00、30)。如上敘述，超聲波的指向角大小會(huì)根據(jù)接收 器的外形受到影響。如圖4所示，超聲波接收器的兩個(gè)形象相互不同。超聲波接收器00) 的接收筒的長(zhǎng)度比超聲波接收器(30)的接收筒的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，因此超聲波接收器的指向角 大小比超聲波接收器(30)的為小。圖4是利用上述的超聲波判斷充電對(duì)象的原理示意圖。圖4上可以看到超聲波發(fā) 射器(10)和2個(gè)超聲波接收器00、30)。如上所講，超聲波指向角的大小受接收器的外觀 的影響很大。圖4所示超聲波接受器2個(gè)的形狀都不同。超聲波接收器00)的接收鏡筒 長(zhǎng)度比超聲波接收器(30)的接收鏡筒長(zhǎng)，所以超聲波接收器指向角的大小比超聲波接收 器(30)小。如圖4所示，充電對(duì)象位置在前上方時(shí)，超聲波發(fā)射器(10)發(fā)出的超聲波被充電 對(duì)象反射后，超聲波接收器00)是收不到反射波的，但超聲波接收器(30)是可以收到的。 要是充電對(duì)象在正前方的位置，超聲波接收器00)和超聲波接收器(30)都可以接收到反 射波。充電對(duì)象位置在左前方的時(shí)候，2個(gè)超聲波接收器都收不到反射波。調(diào)節(jié)接收鏡筒的長(zhǎng)度和超聲波的頻率，把第一個(gè)超聲波接收器的指向角設(shè)為20 度，即把接收角調(diào)到40度，把第二個(gè)接收指向角設(shè)為60度，即把接收角調(diào)到120度時(shí)，無(wú)線 充電器的前方120度范圍內(nèi)可以把充電對(duì)象的位置大概檢測(cè)出來(lái)。本發(fā)明實(shí)施方式的目的 是控制在前方接收角40度范圍內(nèi)。要想控制在前方30的接收范圍時(shí)，要把第一個(gè)超聲波 接收器的接收角度調(diào)整為30度。在接收反射的超聲波時(shí)，充電對(duì)象不在前方接收范圍時(shí)，判斷上述充電對(duì)象的相 對(duì)位置在左方還是右方非常重要。圖5是在本發(fā)明實(shí)施方式中調(diào)整無(wú)線充電器和充電對(duì)象之間指向方向的說(shuō)明圖， 把作為充電對(duì)象的便攜設(shè)備放置在上述無(wú)線充電器的前方，打開充電器后的工作圖。最理想狀態(tài)是無(wú)線充電器處于待機(jī)(stand-by)狀態(tài)，成為充電對(duì)象的便攜設(shè)備 上帶有超聲波發(fā)射器，要是成為充電準(zhǔn)備狀態(tài)，就會(huì)發(fā)生超聲波。收到充電信號(hào)的超聲波后，上述無(wú)線充電器內(nèi)部的控制IC就會(huì)判斷是結(jié)束充電 信號(hào)還是要求充電信號(hào)，如果是要求充電信號(hào)，上述無(wú)線充電器會(huì)發(fā)出超聲波信號(hào)，接著接 收反射波。接收的反射波經(jīng)過(guò)判讀，決定上述充電對(duì)象是否在第一個(gè)超聲波接收器的接收范 圍，是在左側(cè)還是右側(cè)。根據(jù)上述的判讀結(jié)果和上述決定的位置，無(wú)線充電器以旋轉(zhuǎn)軸為中心，以很小的 角度旋轉(zhuǎn)。接著再次發(fā)出和接收超聲波，反復(fù)上述過(guò)程，上述無(wú)線充電器會(huì)朝著上述充電對(duì) 象和上述第一個(gè)超聲波接收器的接收角度里指向。指向一致時(shí)就可以開始充電，上述無(wú)線 充電器會(huì)向前方放射磁束。上述的無(wú)線充電器以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)的少量角度要比第一個(gè)超聲波接收指向 角的大小要小，要是大了可能會(huì)無(wú)限反復(fù)左右搖擺。在本發(fā)明實(shí)施方式中，設(shè)定以10度為單位旋轉(zhuǎn)，比第一個(gè)超聲波接收器的指向角大小20度還要小。圖2是上述無(wú)線充電器的磁束放射面中內(nèi)置的充電線圈的概略圖。如圖2所示， 將在磁束放射面上露出的線圈分為兩部分，并且進(jìn)行并聯(lián)。這是由于與線圈呈垂直方向的 磁束密度，在線圈平行方向上與線圈距離呈現(xiàn)反比，因此在中心部添加另一個(gè)線圈進(jìn)行二 重配置進(jìn)行并聯(lián)，可以降低上述衰減現(xiàn)象。圖2是上述無(wú)線充電器為磁束放射面里內(nèi)置的充電線圈的簡(jiǎn)略圖。如圖2所示， 放置磁束放射面的線圈分成2部分并列連接。圖6是在充電對(duì)象內(nèi)置的充電線圈的簡(jiǎn)略圖，在線圈和電容內(nèi)部包含鐵氧體，以 提高磁束鎖交效率，提升充電效果。雖然通過(guò)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā) 明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，包括用于發(fā)射電能的充電線圈，其特征在于， 還包括旋轉(zhuǎn)軸，所述充電線圈能夠以該旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)；信號(hào)發(fā)射器，用于發(fā)射探測(cè)信號(hào)，該探測(cè)信號(hào)遇到充電對(duì)象后被反射；信號(hào)接收器，用于接收被所述充電對(duì)象反射的探測(cè)信號(hào)；定位單元，用于根據(jù)所述信號(hào)接收器接收到的探測(cè)信號(hào)判定所述充電對(duì)象的位置；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用于根據(jù)所述定位單元判定的充電對(duì)象位置，驅(qū)動(dòng)所述充電線圈以所述旋 轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，其特征在于，所述信號(hào)接 收器包含兩個(gè)接收單元，分別具有不同長(zhǎng)度的接收鏡筒，用于接收被充電對(duì)象反射的探測(cè) 信號(hào)；所述定位單元根據(jù)兩個(gè)接收單元接收探測(cè)信號(hào)的情況判定所述充電對(duì)象的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，其特征在于，所述探測(cè)信 號(hào)為超聲波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，其特征在于，所述探測(cè)信 號(hào)為紅外線。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝置每次旋轉(zhuǎn)的角度小于任意一個(gè)所述接收單元的指向角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的以非接觸方式充電的無(wú)線充電器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)裝 置每次旋轉(zhuǎn)的角度為10度。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)線充電器，公開了一種以非接觸方式充電的無(wú)線充電器。本發(fā)明中，為無(wú)線充電器增加了旋轉(zhuǎn)軸，使充電線圈能夠繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，信號(hào)發(fā)射器發(fā)出探測(cè)信號(hào)，被充電對(duì)象反射后由信號(hào)接收器接收，根據(jù)接收情況可以判定充電對(duì)象的位置，據(jù)此轉(zhuǎn)動(dòng)充電線圈，無(wú)論充電對(duì)象放在充電器的任意方向，充電器都可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)指向充電對(duì)象，維持充電線圈和充電對(duì)象中的受電線圈磁束密度正交，通過(guò)電感耦合防止充電效率降低。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102130473SQ201010005208
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者樸尚榮, 權(quán)星澤, 權(quán)赫烈 申請(qǐng)人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司