專利名稱：一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈及其使用方法。
背景技術(shù)：
面向無線充電的技術(shù)主要大致有如下四種方式:電磁感應(yīng)方式、電波方式、磁共振方式和電場耦合方式。其中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(Marin Soljacic)于2007年進(jìn)行了驗(yàn)證，自此受到了廣泛關(guān)注。這項(xiàng)技術(shù)利用了共振的原理，這表現(xiàn)為兩個(gè)振動頻率相同的物體能高效傳輸能量。利用磁共振方法可以在充電器與設(shè)備之間的空氣中傳輸電荷，線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振，實(shí)現(xiàn)電能高效傳輸?shù)募夹g(shù)。當(dāng)兩個(gè)物體的振動頻率相同時(shí)，它們傳遞能量的強(qiáng)度不會受到周圍事物的影響。電量只在以同一頻率共振的線圈之間傳輸，這項(xiàng)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。電磁共振充電的距離、效率都能滿足大部分使用的需要。美國WiTricity在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達(dá)到了90%。磁共振方法在理論上雖然不錯(cuò)，不過在實(shí)際設(shè)計(jì)中還是遇到了很多麻煩。發(fā)送線圈和接收線圈的諧振頻率必須保持一致，如果兩個(gè)線圈的諧振頻率有差異，系統(tǒng)的整個(gè)無線傳輸效率會有很大程度的降低。但是由于制造工藝等原因，在量產(chǎn)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)將發(fā)射與接收線圈共振頻率設(shè)計(jì)成一致非常困難，成品合格率難以控制，而且電路本身、寄生電容和外部物體等，都會影響到線圈的諧振頻率的變化，從而造成充電效率降低，導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。在線圈設(shè)計(jì)中調(diào)整線圈共振頻率的方式,還可以在電路中添加電感或電容的方法、或者在線圈外部添加鐵氧體、金屬片等方法來改變線圈的共振頻率，但是上述這幾種方法對線圈的品質(zhì)因子可能造成很大的影響，而且在實(shí)際設(shè)計(jì)和使用中并不容易完成，所以一般不被采用。目前在無線充電過程中輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，目前一般是通過調(diào)節(jié)輸出電壓或者調(diào)節(jié)電源的輸出頻率達(dá)到輸出功率的控制，而調(diào)節(jié)電壓或者調(diào)節(jié)電源的輸出頻率也存在難以實(shí)現(xiàn)、反應(yīng)緩慢等問題。目前的無線充電線圈設(shè)計(jì)一開始諧振頻率就已經(jīng)固定，但是由于制造和設(shè)計(jì)等的誤差，往往兩個(gè)線圈不會同時(shí)達(dá)到最佳諧振點(diǎn)，充電期間調(diào)節(jié)線圈的諧振頻率調(diào)節(jié)目前存在很多難題。

發(fā)明內(nèi)容
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、可有效提高無線充電的效率，并且可以方便快捷的調(diào)節(jié)無線充電功率輸出的無線充電線圈設(shè)計(jì)及其使用方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，它包括有步進(jìn)電機(jī)、蝸輪、蝸桿、發(fā)條線圈、線圈底板、電機(jī)驅(qū)動線、提醒裝置、控制器，線圈連線，其中，發(fā)條線圈采用 導(dǎo)電材料制成螺旋發(fā)條狀；步進(jìn)電機(jī)安裝在線圈底板下端，步進(jìn)電機(jī)由控制器的電機(jī)驅(qū)動線連接驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與蝸桿聯(lián)接，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪的軸桿穿過線圈底板通過蓋帽與安裝在線圈底板上的發(fā)條線圈內(nèi)圈聯(lián)接，線圈內(nèi)圈同時(shí)連接，發(fā)條線圈外端穿過線圈底板與線圈連線的中其中一條電源線聯(lián)接，控制器安裝在線圈底板上，提醒裝置聯(lián)接在控制器上。上述裝置的使用方法為:通過驅(qū)動電機(jī)帶動蝸輪、蝸桿傳動，從而引起發(fā)條線圈的轉(zhuǎn)動，發(fā)條線圈形狀發(fā)生變化，使得線圈的諧振頻率在一定范圍發(fā)生變化，當(dāng)調(diào)節(jié)到發(fā)射端線圈諧振頻率和接收端線圈諧振頻率達(dá)到一致時(shí)，發(fā)射端通過LED、數(shù)碼管或聲音進(jìn)行提示；在需要調(diào)節(jié)輸出功率時(shí)，也可以通過改變線圈的諧振頻率來得到實(shí)現(xiàn)。所述蓋帽通過粘連方式和發(fā)條線圈內(nèi)圈相連。所述發(fā)條線圈外圈通過底板上的固定銷固定，并與線圈連線的其中一條電源線連接。所述蝸輪、蝸桿傳動均帶有自鎖功能。所述發(fā)條線圈截面由條狀、實(shí)心圓、空心圓、扁平狀導(dǎo)線組成螺旋形狀，且螺旋部分的繞組匝數(shù)為4-50膽，內(nèi)徑為1-lOOmm，外徑為50-1000mm。本發(fā)明通過控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)線圈固有諧振頻率的變化，使接收與發(fā)送線圈諧振頻率一致，當(dāng)諧振頻率達(dá)到一致時(shí)，系統(tǒng)通過LED、數(shù)碼管或者聲音等進(jìn)行提示，從而無線傳輸效率得到顯著提高。通過調(diào)節(jié)線圈的諧振頻率可以避免因?yàn)樯a(chǎn)工藝問題、外部干擾、或者不同廠家的設(shè)備等造成 的共振頻率差異問題，使得的無線充電效率降低問題得到一個(gè)很好的解決方案。且本結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方便、快捷，調(diào)節(jié)范圍精度高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明位于無線充電接收端時(shí)的調(diào)節(jié)流程圖。圖3為本發(fā)明位于無線充電發(fā)射端時(shí)的調(diào)節(jié)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(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:
實(shí)施例1本裝置位于無線充電接收端時(shí):
參見附圖1和附圖2，本實(shí)施例所述的無線充電線圈裝置包括它包括有步進(jìn)電機(jī)1、蝸輪2、蝸桿3、發(fā)條線圈4、線圈底板5、電機(jī)驅(qū)動線6、提醒裝置7、控制器8，線圈連線9，其中，步進(jìn)電機(jī)I可采用直流電機(jī)或其它電機(jī)進(jìn)行替代，本實(shí)例例選擇步進(jìn)電機(jī)，通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位轉(zhuǎn)動角度的目的。步進(jìn)電機(jī)I安裝在線圈底板5下端，線圈底板5可以根據(jù)實(shí)際需要制成方形，圓形等形狀，其制造材料包括高頻鐵氧體、鋁板等屏蔽材料等。線圈底板5主要起到隔離與屏蔽作用，避免線圈和底板其它設(shè)備相互干擾，或者對外部環(huán)境造成影響。而步進(jìn)電機(jī)I的輸出軸通過聯(lián)軸器與蝸桿連接，蝸桿傳動相當(dāng)于螺旋傳動，為多齒哨合傳動，傳動平穩(wěn)、噪音很小，而且傳動具有自鎖性，其反向自鎖性可起避免發(fā)條線圈由于張力而導(dǎo)致反向轉(zhuǎn)動，甚至導(dǎo)致電機(jī)的反轉(zhuǎn)。發(fā)條線圈4可以由條狀、實(shí)心圓、空心圓、扁平狀、編織帶等組成螺旋形狀，并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1-1OOmm以上，內(nèi)徑可以根據(jù)需要從50_1000mm以上。發(fā)條線圈4的內(nèi)圈和外圈外端部通過線圈連線分別連接，其中線圈外端通過底板固定銷固定，發(fā)條線圈4內(nèi)圈和蝸輪2的軸桿之間通過鐵氧體蓋帽相連接。蓋帽可以采用塑料、高頻鐵氧體等非金屬材料制作。控制器8主要包括整流電路和穩(wěn)壓電路、電機(jī)的驅(qū)動、無線通信模塊等。整流電路和穩(wěn)壓電路對接收線圈接收到的電流進(jìn)行整流和穩(wěn)壓等，電機(jī)驅(qū)動主要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，接收端無線通信模塊負(fù)責(zé)發(fā)射端的無線通信。其調(diào)節(jié)流程為:
一、開始無線充電，接收端控制器測試當(dāng)前的接收電量的電流和電壓；
二、接收端控制器驅(qū)動電機(jī)調(diào)節(jié)線圈；
三、接收端控制器將調(diào)節(jié)情況無線反饋給發(fā)射端控制器，發(fā)射端控制器在顯示板上聲光提不調(diào)節(jié)情況；
四、接收端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應(yīng)的調(diào)節(jié)角度，比較是否達(dá)到最大功率或者所需功率？
五、當(dāng)達(dá)到最大功率或者所需功率時(shí)，接收端控制器停止調(diào)節(jié)線圈；
六、接收端控制器將調(diào)節(jié)完畢信號無線反饋給發(fā)射端控制器，發(fā)射端控制器在顯示板上聲光提示調(diào)節(jié)完畢；
七、無線充電繼續(xù)。實(shí)施例2本裝置位于無線充電發(fā)射端時(shí):
參見附圖1和附圖3，本實(shí)施例2與實(shí)施例1所不同的是:控制器8主要包括線圈的高頻電源輸出模塊、電機(jī)的驅(qū)動、無線通信模塊和顯示面板的驅(qū)動線路，控制器為了避免干擾可以放置在底板之下。高 頻電源輸出模塊輸出高頻交變電流分別通過線圈連線連接線圈4的外圈和內(nèi)圈；電機(jī)驅(qū)動主要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動；電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動渦輪、蝸桿的轉(zhuǎn)動并導(dǎo)致線圈結(jié)構(gòu)的變化；發(fā)射端無線通信模塊負(fù)責(zé)和接收端的無線模塊進(jìn)行無線信號通信；顯示面板的驅(qū)動線路主要為了顯示面板的LED、數(shù)碼管和蜂鳴器等的驅(qū)動電路。顯示面板通過排線與控制器連接，主要為了通過聲光方式提示用戶無線充電的狀態(tài)、包括目前無線模塊通信情況，充電是否正常、是否達(dá)到最佳充電效率等提示情況。本實(shí)施例的調(diào)節(jié)流程為:
一、開始無線充電，發(fā)射端控制器驅(qū)動電機(jī)調(diào)節(jié)線圈；
二、接收端控制器測試當(dāng)前的接收電量的電流和電壓；
三、接收端控制器將測試的接收電量的電流和電壓通過無線反饋給發(fā)射端控制器；
四、發(fā)射端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應(yīng)的調(diào)節(jié)角度，比較是否達(dá)到最大功率或者所需功率；
五、如果發(fā)射端控制器輸出交變電源頻率可以調(diào)節(jié)，可以通過調(diào)節(jié)電源頻率達(dá)到更加高的輸出效率，發(fā)射端控制器輸出交變電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；
六、接收端控制器測試當(dāng)前的接收電量的電流和電壓；
七、接收端控制器將測試的接收電量的電流和電壓通過無線反饋給發(fā)射端控制器；
八、發(fā)射端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應(yīng)的調(diào)節(jié)角度，比較是否達(dá)到最大功率或者所需功率；
九、如果達(dá)到最大功率或者所需功率，發(fā)射端控制器將調(diào)節(jié)完畢信號無線反饋給接收端控制器，發(fā)射端控制器在顯示板上聲光提示調(diào)節(jié)完畢；并繼續(xù)充電。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，其特征在于:它包括有步進(jìn)電機(jī)(I)、蝸輪(2)、蝸桿(3)、發(fā)條線圈(4)、線圈底板(5)、電機(jī)驅(qū)動線(6)、提醒裝置(7)、控制器(8)，線圈連線(9)，其中，發(fā)條線圈(4)采用導(dǎo)電材料制成螺旋發(fā)條狀；步進(jìn)電機(jī)(I)安裝在線圈底板(5 )下端，步進(jìn)電機(jī)由控制器(8)的電機(jī)驅(qū)動線(6)連接驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)(I)的輸出軸通過聯(lián)軸器與蝸桿(3)聯(lián)接，蝸桿(3)與蝸輪(2)嚙合，蝸輪(2)的軸桿穿過線圈底板(5)通過蓋帽與安裝在線圈底板(5)上的發(fā)條線圈(4)內(nèi)圈聯(lián)接，線圈(4)內(nèi)圈同時(shí)連接,發(fā)條線圈(4)外端穿過線圈底板(5)與線圈連線(9)的中其中一條電源線聯(lián)接，控制器(8)安裝在線圈底板(5)上，提醒裝置(7)聯(lián)接在控制器(8)上。
2.一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈的使用方法，其特征在于:通過驅(qū)動電機(jī)帶動蝸輪、蝸桿傳動，從而引起發(fā)條線圈的轉(zhuǎn)動，發(fā)條線圈形狀發(fā)生變化，使得線圈的諧振頻率在一定范圍發(fā)生變化，當(dāng)調(diào)節(jié)到發(fā)射端線圈諧振頻率和接收端線圈諧振頻率達(dá)到一致時(shí)，發(fā)射端通過LED、數(shù)碼管或聲音進(jìn)行提示；在需要調(diào)節(jié)輸出功率時(shí)，也可以通過改變線圈的諧振頻率來得到實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，其特征在于:所述蓋帽通過粘連方式和發(fā)條線圈內(nèi)圈(4)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，其特征在于:所述發(fā)條線圈(4)外圈通過底板上的固定銷固定，并與線圈連線(9)的其中一條電源線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，其特征在于:所述蝸輪(2)、蝸桿(3)傳動均帶有自鎖功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，其特征在于:所述發(fā)條線圈(4)截面由條狀、實(shí)心圓、空心圓、扁平狀導(dǎo)線組成螺旋形狀，且螺旋部分的繞組匝數(shù)為4-50阻，內(nèi)徑為1-1OOmm,夕卜徑為50-1000_。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可調(diào)節(jié)的無線充電線圈，它包括有發(fā)條線圈、線圈底板、提醒裝置、控制器，其中，發(fā)條線圈采用導(dǎo)電材料制成螺旋發(fā)條狀；步進(jìn)電機(jī)安裝在線圈底板下端，步進(jìn)電機(jī)由控制器的電機(jī)驅(qū)動線連接驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與蝸桿聯(lián)接，蝸桿與蝸輪嚙合，蝸輪的軸桿穿過線圈底板通過蓋帽與安裝在線圈底板上的發(fā)條線圈內(nèi)圈聯(lián)接，線圈內(nèi)圈同時(shí)連接，發(fā)條線圈外端穿過線圈底板與線圈連線的中其中一條電源線聯(lián)接，控制器安裝在線圈底板上，提醒裝置聯(lián)接在控制器上。本結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方便、快捷，調(diào)節(jié)范圍精度高。
文檔編號H01F5/00GK103248092SQ20131015832
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者陳新, 吳永祥, 宋英博, 周元玲 申請人:湖南人文科技學(xué)院