專利名稱：以非接觸方式充電的無線充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線充電器，特別涉及利用非接觸方式給便攜電子設(shè)備電池充電 的無線充電器。
背景技術(shù)：
一般來說，手機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，簡稱 “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。為解決這些問題，出現(xiàn)了以非接觸方式充電的無線充電器。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 在充電對象(如便攜設(shè)備、電池等)中。通過電感耦合，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，因此對充電線圈和受電線圈的 相對位置有較高的要求。如果充電器只為一種特定外型和體積的充電對象充電，可以通過在充電器上設(shè)置 特定的結(jié)構(gòu)保證充電器和充電對象的相對位置固定，進(jìn)而保證了充電線圈和受電線圈的相 對位置固定。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 體積的充電對象充電，這樣就無法通過特定的結(jié)構(gòu)精確限制充電對象的位置，而且也不可 能要求用戶每次 將充電對象精密地放置到充電器之上。若充電對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。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)間變長問題更為嚴(yán)重。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種以非接觸方式充電的無線充電器，能夠防止因充 電器和充電對象的相對位置不佳而降低無線充電效率的問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供了一種以非接觸方式充電的無 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)；[0014]信號(hào)發(fā)射器，用于發(fā)射探測信號(hào)，該探測信號(hào)遇到充電對象后被反射；信號(hào)接收器，用于接收被充電對象反射的探測信號(hào)；定位單元，用于根據(jù)信號(hào)接收器接收到的探測信號(hào)判定充電對象的位置；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)。本實(shí)用新型實(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 測信號(hào)，被充電對象反射后由信號(hào)接收器接收，根據(jù)接收情況判定充電對象的位置，據(jù)此轉(zhuǎn) 動(dòng)充電線圈，無論充電對象放在充電器的任意方向，充電器都可以通過旋轉(zhuǎn)指向充電對象， 維持充電線圈和充電對象中的受電線圈磁束密度正交，通過電感耦合防止充電效率降低。進(jìn)一步地，不同長度的接收鏡筒使兩個(gè)接收單元具有不同的指向角，充電對象相 對于充電器位置的不同，收到的被反射的探測信號(hào)也會(huì)不同，從而能夠判知充電對象的相 對位置。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)無限 反復(fù)左右搖擺的現(xiàn)象。


[0023]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方式中無線充電器構(gòu)造簡略圖；[0024]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施方式中充電器的磁束放射線圈構(gòu)造簡略圖；[0025]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施方式中超聲波發(fā)射器指向角的簡略圖；[0026]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施方式中接受鏡筒長度變化，收信角度的差異說明圖；[0027]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施方式中無線充電器的工作算法的簡略圖；[0028]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施方式中充電對象內(nèi)充電線圈的構(gòu)造簡略圖；[0029]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施方式中充電對象內(nèi)充電線圈的構(gòu)造簡略圖。[0030]圖紙上主要標(biāo)記的簡單說明[0031]10:超聲波發(fā)射器 20，30超聲波接收器[0032]21:超聲波接收器20的指向角31:超聲波接收器30的指向角[0033]具體實(shí)施方式
[0034]22 充電對象23 超聲波[0035]40 旋轉(zhuǎn)軸50 鐵氧體[0036]60 收信鏡筒100 旋轉(zhuǎn)體[0037]11 磁束密度放射的方向[0038]在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(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)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新 型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，在本實(shí)用新型實(shí)施方式中，放置有充電線圈(又可 稱為1級(jí)線圈)的無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，無線充電器相對于具備有受電
4線圈的充電對象，持續(xù)修改發(fā)生磁場的充電線圈的指向，讓充電線圈與受電線圈通過電感 耦合進(jìn)行充電，維持比較高的充電效率。本實(shí)用新型實(shí)施方式涉及一種以非接觸方式充電的無線充電器，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)
_t，ο信號(hào)發(fā)生器，用于發(fā)射探測信號(hào)，該探測信號(hào)遇到充電體后被反射。探測信號(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 容易被探測的就可以。信號(hào)接收器，用于接收被充電體反射的探測信號(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 筒的長度可以根據(jù)接收單元的所需的指向角和探測信號(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(Central Processing Unit，簡稱 “CPU”)，數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，簡稱“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，充電體相對于充電器位置的不同，收到的被反射的探 測信號(hào)也會(huì)不同，從而能夠判知充電體的相對位置。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，配合簡單的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。為無線充電器增加旋轉(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，無論充電體放在充電器的任意方向，充電器都可以通過旋轉(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)行說明。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的無線充電器構(gòu)造簡略圖。如圖1所示，在以旋轉(zhuǎn)軸 (40)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(20，30)。超聲波發(fā)射器(10)就是信號(hào)發(fā)生器，超聲波接收 器(20，30)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中沒有明確示出。上述旋轉(zhuǎn)體(100)以超聲波識(shí)別充電對象的位置，讓上述放射面向著充電對象旋 轉(zhuǎn)。為了達(dá)到此目的，需要判斷上述充電對象的位置，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的指向角的簡略圖，放射角大約在60度左右。對于紅外線，可以調(diào)節(jié)發(fā)光體和透鏡之間的距離來調(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)測到充電對象的位置。圖4中說明了利用上述超聲波來判斷充電對象位置的原理。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(20、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(20) 的接收筒的長度比超聲波接收器(30)的接收筒的長度更長，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(20、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(20)的接收鏡筒 長度比超聲波接收器(30)的接收鏡筒長，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 對象反射后，超聲波接收器(20)是收不到反射波的，但超聲波接收器(30)是可以收到的。 要是充電對象在正前方的位置，超聲波接收器(20)和超聲波接收器(30)都可以接收到反 射波。充電對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)，無線 充電器的前方120度范圍內(nèi)可以把充電對象的位置大概檢測出來。本實(shí)用新型實(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)，充電對象不在前方接收范圍時(shí)，判斷上述充電對象的相 對位置在左方還是右方非常重要。圖5是在本實(shí)用新型實(shí)施方式中調(diào)整無線充電器和充電對象之間指向方向的說 明圖，把作為充電對象的便攜設(shè)備放置在上述無線充電器的前方，打開充電器后的工作圖。最理想狀態(tài)是無線充電器處于待機(jī)(stand-by)狀態(tài)，成為充電對象的便攜設(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)過判讀，決定上述充電對象是否在第一個(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)上述過程，上述無線充電器會(huì)朝著上述充電對 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，上述無線 充電器會(huì)向前方放射磁束。[0067]上述的無線充電器以旋轉(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)無限反復(fù)左右搖擺。在本實(shí)用新型實(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是上述無線充電器為磁束放射面里內(nèi)置的充電線圈的簡略圖。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和圖7是在充電對象內(nèi)置的充電線圈的簡略圖，在線圈和電容(51)內(nèi)部包含 鐵氧體(50)，以提高磁束鎖交效率，提升充電效果。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置每次旋轉(zhuǎn)的角度小于任意一個(gè)接收單 元的指向角。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置每次旋轉(zhuǎn)的角度為10度。雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對本實(shí)用新型進(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)上對其作各種改變，而不 偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求一種以非接觸方式充電的無線充電器，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)射探測信號(hào)，該探測信號(hào)遇到充電對象后被反射；信號(hào)接收器，用于接收被所述充電對象反射的探測信號(hào)；定位單元，用于根據(jù)所述信號(hào)接收器接收到的探測信號(hào)判定所述充電對象的位置；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，分別具有不同長度的接收鏡筒，用于接收被充電對象反射的探測 信號(hào)；所述定位單元根據(jù)兩個(gè)接收單元接收探測信號(hào)的情況判定所述充電對象的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以非接觸方式充電的無線充電器，其特征在于，所述探測信 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線充電器，其特征在于，所述探測信 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。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無線充電器，公開了一種以非接觸方式充電的無線充電器。本實(shí)用新型中，為無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)出探測信號(hào)，被充電對象反射后由信號(hào)接收器接收，根據(jù)接收情況可以判定充電對象的位置，據(jù)此轉(zhuǎn)動(dòng)充電線圈，無論充電對象放在充電器的任意方向，充電器都可以通過旋轉(zhuǎn)指向充電對象，維持充電線圈和充電對象中的受電線圈磁束密度正交，通過電感耦合防止充電效率降低。
文檔編號(hào)H01M10/44GK201689948SQ20102000326
公開日2010年12月29日 申請日期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 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司