一种小功率无线充电装置

摘要

本发明涉及机械电子的技术领域，更具体地，涉及一种小功率无线充电装置。一种小功率无线充电装置，括充电系统和光能发射系统；充电系统包括光电转换器、充电电池、充电控制器、无线电发射器、导向探头。光能发射系统包括无线电接收器、发射控制器、寻向机和电光转换器。本发明具有较高的能量传输效率，完全满足适当容量充电电池的充电需要；本发明可以有足够无线充电距离，突破电磁感应无线充电的局限，在有效空间内，充电电池任意放置在某一地方均得到有效自动充电，方便自动对适当容量充电电池进行充电。本发明全自动充电，省去人为动作的麻烦。本发明使用安全的光辐射功率，使用控制器控制，避免红外光对人体的热辐射潜在损伤。

权利要求

1.一种小功率无线充电装置，其特征在于，包括充电系统（10）和光能发射系统（20）；充电系统（10）包括光电转换器（101）、充电电池、充电控制器、无线电发射器、导向探头（105）；

光能发射系统（20）包括无线电接收器、发射控制器、寻向机（203）和电光转换器（204）；

所述的充电系统（10）的充电控制器采集到充电电池101的电能 不足的信息时，充电控制器触发无线电发射器发射请求充电的无线电信号，光能发射系统（20）的无线电接收器收到请求充电的无线电信号后，发射控制器启动寻向机（203）找到导向探头（105）的物理位置，并启动电光转换器（204），电光转换器（204）输出红外线光柱投射至导向探头（105）附近的光电转换器（101）受光面上产生电能，光转电能对充电电池进行充电，充电结束后，无线电发射器发射充电结束无线电信号，无线电接收器收到充电结束信号后，发射控制器关闭电光转换器（204）工作；所述的导向探头安装在光电转换器的受光面的中央位置；

所述的寻向机包括横向扫描枪、横向扫描马达、纵向扫描枪、纵向扫描马达，将横向扫描马达主轴装入横向扫描枪主轴锁孔，并使其固定；将纵向扫描马达主轴装入纵向扫描枪主轴锁孔，并使其固定；将纵向扫描枪和纵向扫描马达装入横向扫描枪枪臂锁槽，并使其固定，横向扫描马达主轴和纵向扫描马达主轴呈垂直状态，横向扫描枪和纵向扫描枪腔体内装有红外线发射器，红外线发射器发出的编码红外光线通过光路整形，从横向扫描枪的一个端面向外射出纵向“一”字型光束X，从纵向扫描枪的一个端面向外射出横向 “一”字型光束Y；将电光转换器固定安装在纵向扫描枪枪臂上；电光转换器将电能转换成红外光后，光经过光路组件聚焦成光柱，从电光转换器端面输出光柱S；光柱S与电光转换器中心轴线在一条直线上；横向扫描枪和纵向扫描枪中心轴线平行；红外线光束X的中心轴线和横向扫描枪中心轴线在一条直线上，电光转换器的输出光柱S与这条中心轴线保持平行，并保持有效的距离；红外线光束Y的中心轴线和纵向扫描枪中心轴线在一条直线上，电光转换器输出光柱S与这条中心轴线保持平行，并保持有效的距离；导向探头安装在光电转换器受光面中央位置，进行无线充电时，经过寻向机中横向扫描枪及纵向扫描枪的转动，电光转换器输出光柱S能够投射至导向探头附近的光电转换器受光面上产生电能，实现无线充电过程。

说明书

一种小功率无线充电装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机械电子的技术领域，更具体地，涉及一种小功率无线充电装置。

背景技术

[0002] 现代生活中，常采用电磁感应式电能传输，对器件进行无线充电。由于电磁感应传输的局限，电磁感应的能量传输只能在很短的距离内进行；在实验室中，用电磁辐射进行能量传输，因不可操作性及安全性问题，使这种无线充电一直得不到应用。

发明内容

[0003] 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种小功率无线充电装置，其可获得相对足够的无线充电功率，可以在较远距离内对适当容量的充电电池进行全自动无线充电。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种小功率无线充电装置，其中，包括充电系统（10）和光能发射系统（20）；充电系统（10）包括光电转换器（101）、充电电池、充电控制器、无线电发射器、导向探头（105）。光能发射系统（20）包括无线电接收器、发射控制器、寻向机（203）和电光转换器（204）；

[0005] 所述的充电系统（10）的充电电池在电能不足够时，充电控制器触发无线电发射器发射请求充电的无线电信号，光能发射系统（20）的无线电接收器收到请求充电的无线电信号后，发射控制器启动寻向机（203）找到导向探头（105）的物理位置，并启动电光转换器（204），电光转换器（204）输出红外线光柱投射至导向探头（105）附近的光电转换器（101）受光面上产生电能，光转电能对充电电池进行充电，充电结束后，无线电发射器发射充电结束无线电信号，无线电接收器收到充电结束信号后，发射控制器关闭电光转换器（204）工作。

[0006] 本发明中，充电系统10的充电控制器不间断采集充电电池的电能储备信息，充电控制器采集到充电电池的电能储备不足时，充电控制器通过无线电发射器向光能发射系统20发出“请求充电”的无线电信号，光能发射系统20收到“请求充电”的无线电信号后，启动寻向机203，寻向机203自动寻找光电转换器101的物理位置。发射控制器确认找到光电转换器101的物理位置后，启动电光转换器204，把电能转换成红外光，并把红外光有效聚焦成光柱，光柱在寻向机203协助下投射至光电转换器101的受光面上，光电转换器101把光能转换成电能，光转电能在控制器管理下对充电电池进行充电。在充电过程中，如有人体或异物阻挡红外光传输，充电系统10发射“充电意外中断”无线电信号，光能发射系统20收到信号后关闭电光转换器，停止发射光能，并重新启动寻向机203寻找光电转换器101的物理位置，直至再次充电。当充电完成，充电系统10向光能发射系统20发射“充电完成”的无线电信号，光能发射系统20收到无线电信号后，自动关闭电光转换器，一次充电完成。

[0007] 与现有技术相比，有益效果是：本发明具有较高的能量传输效率，完全满足适当容量充电电池的充电需要；本发明可以做到足够的无线充电距离，完全突破电磁感应无线充电的局限，在有效空间内，充电电池任意放置在某一地方均可以得到有效自动充电，可以方便自动的对适当容量的充电电池进行有效充电。本发明全自动充电，省去人为动作的麻烦。本发明使用安全的光辐射功率，并使用控制器控制，完全避免红外光对人体的热辐射潜在损伤。

附图说明

[0008] 图1是本发明的原理示意图。

[0009] 图2是充电系统10的功能模块图。

[0010] 图3是光能发射系统20的功能模块图。

[0011] 图4是寻向机203构件图。

[0012] 图5是寻向机203第一装配图。

[0013] 图6是寻向机203第二装配图。

[0014] 图7是寻向机203第三装配图。

[0015] 图8是寻向机203装配完成图。

[0016] 图9是寻向机203视图。

[0017] 图10是寻向机203第一原理图。

[0018] 图11是寻向机203第二原理图。

[0019] 图12是装备图。

[0020] 图13是构件图。

[0021] 图14是第一原理图。

[0022] 图15是第二原理图。

[0023] 图16是第三原理图。

[0024] 图17是第四原理图。

[0025] 图18是第五原理图

[0026] 图19是第六原理图。

[0027] 图20是第七原理图。

[0028] 图21是第八原理图。

[0029] 图22是第九原理图。

[0030] 图23是第十原理图。

[0031] 图24是第十一原理图。

[0032] 图25是第十二原理图。

具体实施方式

[0033] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

[0034] 如图1所示，一种小功率自动无线充电方法，包括充电系统10和光能发射系统20。充电系统10需要充电时，发射无线电请求信号，光能发射系统20收到充电请求后，自动寻找充电系统10的物理位置，并输出光柱S投射至充电系统10的光电转换器101受光面产生电能，光转电能在控制器管理下对充电电池102充电。

[0035] 图2所示为充电系统10功能模块图和工作示意图。充电系统10包括光电转换器101、充电电池、充电控制器、无线电发射器、导向探头105。图3所示为光能发射系统20功能模块图和工作示意图。光能发射系统20由无线电接收器、发射控制器、寻向机203和电光转换器204构成。

[0036] 如图2所示，充电控制器采集到充电电池的电能储备不足时，充电控制器通过无线电发射器向光能发射系统20发出“请求充电”的无线电信号；如图3所示，光能发射系统20的无线电接收器收到“请求充电”的信号后，光能发射系统20的发射控制器启动寻向机203，寻向机203协助寻找光电转换器101的物理位置，光发射系统20确认寻向机203准确找到光电转换器101的物理位置后，启动电光转换器204，把电能转换成红外光，并把红外光有效聚焦成光柱，光柱在寻向机203协助下投射至光电转换器101的受光面上，将光能转换成电能，光转电能在控制器管理下，对充电电池进行充电。光电转换器101是将光能转换成电能的器件，充电电池是储存电能的工具，充电控制器为微控制单元。电光转换器204包括将电能转换成红外光的器件和光路组件，发射控制器为微控制单元，无线电发射器和无线电接收器是无线电收发工具，寻向机203和导向探头105用于协助寻找光电转换器101的物理位置。

[0037] 图4所示为寻向机203构件图。寻向机203包括横向扫描枪203A、横向扫描马达203E、纵向扫描枪203B、纵向扫描马达203F。扫描马达自带驱动电路和变速箱。图5、图6、图7所示为寻向机构件装配图，如图5所示，将横向扫描马达203E主轴装入横向扫描枪203A主轴锁孔，并使其固定；如图6所示，将纵向扫描马达203F主轴装入纵向扫描枪203B主轴锁孔，并使其固定；如图7所示，将纵向扫描枪203B和纵向扫描马达203F装入横向扫描枪203A枪臂锁槽，并使其固定，图8所示为寻向机203。如图9视图所示，横向扫描马达203E主轴和纵向扫描马达203F主轴呈垂直状态。

[0038] 如图10所示，横向扫描枪203A和纵向扫描枪203B腔体内装有红外线发射器，红外线发射器发出的编码红外光线通过光路整形，从横向扫描枪203A的一个端面向外射出纵向“一”字型光束X，从纵向扫描枪203B的一个端面向外射出横向 “一”字型光束Y。在图10中，为了清楚描述扫描枪发射的红外线辐射空间，在寻向机视图基础上加入了红外线辐射空间模拟。图11所示为横向扫描枪203A和纵向扫描枪203B发射的红外线投射至幕墙上的效果图，如图所示，横向扫描枪203A投射出纵向“一”字型光带ZF，纵向扫描枪203B投射出横向“一”字型光带HF。如图12所示，将电光转换器204固定安装在纵向扫描枪203B枪臂上。如图13所示，电光转换器204将电能转换成红外光后，光经过光路组件聚焦成光柱，从电光转换器204端面输出光柱S。如图14所示，光柱S与电光转换器204中心轴线在一条直线上。如图15所示，横向扫描枪203A和纵向扫描枪203B中心轴线平行；红外线光束X的中心轴线和横向扫描枪203A中心轴线在一条直线上，电光转换器204的输出光柱S与这条中心轴线保持平行，并保持有效的距离；红外线光束Y的中心轴线和纵向扫描枪203B中心轴线在一条直线上，电光转换器输出光柱S与这条中心轴线保持平行，并保持有效的距离。如图16所示，启动横向扫描马达203E，横向扫描马达203E主轴按箭头所示方向转动，横向扫描枪203A在横向马达动力驱动下转动，红外光束X跟随转动扫描。如图17所示，启动纵向扫描马达203F，红外光束Y跟随纵向扫描马达203F同步转动扫描。

[0039] 如图18所示，导向探头105安装在光电转换器101的受光面的中央位置。如图19所示，将充电系统10放置在寻向机203扫描空间内，并使导向探头101能有效接收到寻向机203发射的红外线信号，横向扫描枪203A按箭头所示方向扫描，当横向扫描枪203A红外线信号扫描到导向探头101，发射控制器使横向扫描马达203E停止转动，横向扫描枪203A同步停转，使横向扫描枪203A发出的纵向“一”字型光带ZF停留在导向探头上。如图20所示，横向扫描枪203A保持停止位置不变，纵向扫描马达203F主轴按箭头所示方向转动，驱动纵向扫描枪203B按箭头所示方向纵向扫描，纵向扫描枪203B发射的横向“一”字型光带HF扫描到导向探头101，发射控制器使纵向扫描马达203F停止转动，纵向扫描枪203B停止转动，纵向扫描枪203B发出的横向“一”字型光带HF停留在导向探头105上。如图20所示，横向光带HF和纵向光带ZF相交点就是导向探头105物理位置。如图21所示，电光转换器204与横向扫描枪203A同步停转，光柱S跟随停转，光柱S跟随横向扫描枪203将光柱投射至导向探头横向坐标方向。如图22所示，在横向坐标方向固定状态下，光柱S在纵向扫描枪的动力驱动下与纵向扫描枪同步停转，电光转换器204输出光柱S在纵向扫描枪203B动力驱动下，使电光转换器204输出光柱S投射至导向探头105附近。导向探头105安装在光电转换器101受光面中央位置，电光转换器204输出光柱S将投射至导向探头105附近的光电转换器101受光面上。

[0040] 在本实施例中，所述的红外线设备，所述的电子技术均是公知技术，本例中不做详述；在本实施例中所述的光路和光路构件，均是公知技术，本例中不做详述。

[0041] 在本实施例中，电光转换器204的电光器件使用红外线激光二极管，红外线激光二极管自带驱动电路。光电转换器105使用砷化镓光电池组。在本实施例中，横向扫描马达203E和纵向扫描马达203F使用步进马达，并自带变速箱和驱动电路。充电电池使用锂电池，并自带控制电路。导向探头105使用红外线接收头。

[0042] 将本实施例中所有模组的电子线路和电缆有效连接。

[0043] 将充电系统10和光能发射系统20有效放置在不同的物理位置，并保持充电系统10的导向探头能够有效接收到寻向机203发射的红外线编码信号。

[0044] 如图2所示，充电控制器不间断采集充电电池的电能储备量，充电电池的电能信息和导向探头105接收到的红外线信号都被送到充电控制器，充电控制器根据不同的信号，通过无线电发射器发出相应的无线电信号。如图3所示，无线电接收器将接收到的无线电信号送到发射控制器，发射控制器根据不同的无线电信号，控制寻向机203和电光转换器204的工作。

[0045] 如图23所示，充电电池需要充电时，充电系统10通过无线电发射器发射“请求充电”的无线电信号A1。如图24所示，光能发射系统20通过无线电接收器收到“请求充电”的无线电信号A1后，信号送到发射控制器，发射控制器启动寻向机203工作，寻向机203首先启动横向扫描枪203A进行扫描，在扫描同时，横向扫描枪203A发射“横向扫描马达停止”的红外线编码信号X，横向扫描枪203A在扫描过程中，扫描到充电系统10的导向探头105，导向探头105接收到 “横向马达停止”的红外线编码信号X，信号送到充电控制器，充电控制器通过无线电发射器发射“横向扫描马达停止”的无线电信号A2。光能发射系统20通过无线电接收器收到“横向马达停止”无线电信号A2后，信号送到发射控制器，发射控制器停止横向扫描马达203E转动，横向扫描枪203A停止扫描，电光转换器204与横向扫描枪同步停转，使电光转换器204输出光柱S射向导向探头105的横向坐标方向，并停止在该方向。

[0046] 如图25所示，寻向机203在停止横向扫描的同时，纵向扫描枪203B和纵向扫描马达203F开始扫描，纵向扫描枪203B进行扫描的同时发射“纵向扫描马达停止”的红外线编码信号Y，在扫描过程中，纵向扫描枪203B发射的“纵向扫描马达停止”红外线编码信号Y扫描到导向探头105，导向探头105将接收到的“纵向扫描马达停止”信号传给充电控制器，充电控制器通过无线电发射器发射“纵向扫描马达停止”的无线电信号A3，无线电接收器在收到无线电信号A3后，信号送到发射控制器，发射控制器停止纵向扫描马达203F的转动，使纵向扫描枪203B发射出的红外线光带停止在导向探头105上。电光转换器204与横向扫描枪203B同步停转，使电光转换器204在纵向扫描枪203B和横向扫描枪203A动力驱动下找到输出光柱S投射目标。

[0047] 发射控制器确认横向坐标和纵向坐标都已成功找到后，发射控制器使横向扫描枪203A和纵向扫描枪203B保持停止时状态，并关闭寻向机203工作以节省能耗。同时启动电光转换器204，电光转换器204输出红外线激光光柱S，红外线激光光柱S投射至导向探头105附近的光电转换器101受光面，光电转换器101受到红外线激光辐射，产生电能，电能在控制器的管理下对充电电池进行充电。

[0048] 在充电过程中遇到意外中断，充电控制器将通过无线电发射器发射“意外中断”无线电信号，无线电接收器收到信号后，发射控制器即时关闭电光转换器204的工作，以节省能耗和提高系统安全性。同时，再次启动寻向机203工作，找到光电转换器101的准确位置后进行充电工作。

[0049] 当充电电池充电完成，充电控制器采集到充电电池充电已经足够时，充电控制器通过无线电发射器发射“充电完成”的无线电信号，无线电接收器收到“充电完成”的无线电信号后，发射控制器关闭电光转换器204工作。光发射系统20将置于待机状态，等待下一次“充电请求”无线电信号。一次充电完成。

[0050] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。