专利名称：无线充电系统及无线充电方法
技术领域：
本发明涉及一种无线充电系统及无线充电方法。
背景技术：
近年来，随着电容器技术的发展，出现了能够储存静电荷形式的大量能量的电容器，如超电容、超级电容或者伪电容以及其他形式的能够存储静电荷的大量能量的电容器。 电容器是可替代电化学电池的替代的可充电装置，相较于普通的电化学类型的电池，电容器能够快速吸收能量，并且快速释放所存储的能量。如2009年6月3日公开的中国专利申请200780018215. 4中，公开了一种基于电容器的充电器及超级电容供电的螺丝批。在使用中，当所述螺丝批安装至所述充电器上后，螺丝批中的超级电容与充电器中的电容电性连接，充电器电容上的任何电荷被迅速分布在两个电容之间，快速对螺丝批中的超级电容充电，充电电流很大。当在电路中采用高电流时， 需要在充电电路的所有部件之间有良好的电接触。如果任意两个部件之间的接触不理想， 那么高电流可能导致在这些部件之间形成电弧，产生高温，可能损坏这些部件。为实现对接充电，充电装置和电气装置皆包括接触端子，并通过接触端子的连接，实现充电装置对电气装置的充电。在长期使用和插拔中，容易造成接触端子之间的接触不理想，从而导致在高电流充电时，接触端子之间产生高温甚至电弧，造成对接触端子的进一步损坏，最后导致整个器件的失效。并且，设置于充电装置及电气装置的接触端子一般为外露的，可能由于外部杂质引起的接触端子的污染而造成接触不良，或者用户的疏忽而发生短路，这会导致便携式电动工具内的电容器的完全放电。为解决上述问题，CN200780018215. 4提供了一种电接触件，保证螺丝批与充电器之间的良好接触。但随着使用时间的加长，螺丝批、电接触件、充电器三者的电接触端子之间的摩擦增多，不可避免会磨损，进而导致接触不可靠，造成短路等危险，同时该种相互接触式的充电方式使用起来非常不便，用户必须将螺丝批准确地安装到充电器上，才能实现充电，因此急需提供一种无需接触、不存在磨损、操作便捷的充电系统及充电方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种无线充电系统及无线充电方法，该无线充电系统及无线充电方法实现了一种非接触式的、安全可靠、操作便捷的无线充电方式。为实现上述目的，本发明提供的技术方案是一种无线充电系统，包括充电装置及电气装置，其中充电装置包括用以将给充电装置供电的外部交流电源转化为稳定的直流电源的AC-DC模块，电气装置包括为电气装置供电的存储电容，所述充电装置还包括振荡模块，用以将所述稳定的直流电源转化为高频交流电源；激励模块，用以放大所述高频交流电源；无线发射线圈，用以发射所述放大的高频交流电源；所述电气装置还包括无线接收线圈，用以接收所述无线发射模块发射出的放大的高频交流电源；整流模块，用以对所述无线接收线圈接收的电源整流；次级调控模块，用以调整所述整流模块输出，对所述存储电容充电ο优选地，所述充电装置还包括初级调控模块，所述电气装置还包括次级控制模块， 所述次级控制模块根据存储电容的充电状态，发出相应的控制信号给初级调控模块，调整所述振荡模块的工作。优选地，所述存储电容电压达到预设电压时，所述次级控制模块发出控制信号，控制振荡模块停止工作。优选地，所述次级控制模块发出的控制信号为红外信号。优选地，所述电气装置还包括发射红外信号的红外发射二极管，所述充电装置还包括接收红外信号的红外接收二极管。优选地，所述电气装置还包括第一识别元件，所述充电装置还包括第二识别元件，第一识别元件与第二识别元件相互识别后，初级调控模块控制振荡模块开始工作。优选地，所述第一识别元件为磁钢，所述第二识别元件为干簧管。优选地，所述电气装置为电动工具。本发明同时提供一种无线充电方法，该方法包括如下步骤将外部交流电源转化为直流电源；将所述直流电源转化为高频交流电源；将所述高频交流电源放大；将放大的高频交流电源发射出去；接收发射出来的高频交流电源；将接收的高频交流电源转化为直流电源；利用所述直流电源对存储电容充电。本发明同时提供另一种无线充电系统，该无线充电系统包括充电装置与电气装置，电气装置包括为其运行提供能量的存储电容，该充电装置通过无线方式为所述存储电容充电。本发明提供的无线充电系统及无线充电方法，避免了有线充电方式中充电装置与电动工具之间必须的可靠接触及由此造成的磨损，提高了充电装置的安全性、可靠性。同时由于充电装置与电动工具之间无需可靠接触，因此用户可以在较大范围内任意放置电动工具，但仍可实现可靠充电，因此提高了用户充电的便捷性。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明无线充电系统一较佳实施方式的示意图
图2是本发明图1所示无线充电系统的电路框图3是本发明图1所示无线充电系统的工作流程框图。
图示中的相关元件对应编号如下
10电气装置50充电装置
11工具壳体51红外接收二极管
12基座52发射电路控制单元
13存储电容53第二识别元件
14带状光带54无线发射线圈
15红外发射二极管55方形壳体
16第一识别元件56收容槽
17无线接收线圈57激励模块
18接收电路控制单元58共振检测模块
19整流模块59反馈模块
4
20取样模块21次级控制模块22驱动模块23次级调控模块
60初级调控模块 61初级控制模块 62 AC-DC 模块 63振荡模块
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。图1显示了本发明无线充电系统一较佳实施方式的结构示意图。该无线充电系统包括充电装置50及电气装置10，该电气装置10可以为螺丝批、电钻、电锤、打草机、割草机等各种电动工具。电气装置10包括工具壳体11，收容于工具壳体11内的马达，位于工具壳体11下方的基座12，收容于基座12内的存储电容13、红外发射二极管15、第一识别元件 16、接收电路控制单元18、无线接收线圈17，以及位于基座12外围的带状光带14。第一识别元件16可以为磁钢。存储电容13、红外发射二极管15、无线接收线圈17均与接收电路控制单元18电性连接，带状光带14沿基座12外围包裹红外发射二极管15，在红外发射二极管15发光时整个带状光带14都会发光，进而可扩大红外发射二极管15发光范围。所述充电装置50为平板形，包括方形壳体55，在方形壳体55表面形成的收容工具基座12的收容槽56，收容于方形壳体55内且位于收容槽56正下方的无线发射线圈54， 收容于方形壳体阳内与第一识别元件16位置相对应的第二识别元件53，收容于方形壳体 55内且位于与红外发射二极管15位置对应位置的红外接收二极管51，以及连接无线发射线圈54、红外接收二极管51、第二识别元件53的发射电路控制单元52。第二识别元件53 可以为干簧管。当电气装置10放置于充电装置50的收容槽56内，且第一识别元件16与第二识别元件53处于靠近位置时，在第一识别元件16的作用下第二识别元件53处于闭合状态，发射电路控制单元52 —旦检测到第二识别元件53处于闭合状态即可启动充电。详细的充电控制过程将结合图2与图3详细描述。图2为本发明无线充电系统的电路原理框图，图中标示50代表充电装置，本领域技术人员容易理解的是，充电装置50中涉及的电子元器件设置于发射电路控制单元52上。 如图所示，所述发射电路控制单元52包括AC-DC模块62、振荡模块63、激励模块57、共振检测模块58、反馈模块59、初级调控模块60、初级控制模块61。无线发射线圈54、红外接收二极管51及第二识别元件53均与发射电路控制单元52电性连接。充电装置50与AC电源连接后，AC电源经AC-DC模块62转化为直流电源为电路中的各模块供电。本领域技术人员可以理解的是，根据需要AC-DC模块62可将交流电源转为为任意需要的直流电源，如 12V、MVJ8V、36V等任意直流电源，在本实施例中为12V直流电源。经AC-DC模块62整流输出的12V直流电源主要分为两路，一路提供给振荡模块63，经振荡模块63将12V直流电源转化为高频方波。本领域技术人员熟知的是采用2MHz有源晶振作为振荡模块63，振荡模块63输出的方波经过二阶低通滤波器滤除高次谐波，得到稳定的正弦波输出。振荡模块63 输出的稳定正弦波经激励模块57放大，放大后的正弦波经无线发射线圈M发射出去。无线发射线圈M在发射经放大的正弦波的同时，可以感应到无线接收线圈17发射的无线共振信号，共振检测模块58将检测到的无线共振信号传递给反馈模块59，反馈模块59将共振检测模块58检测到的信号反馈给初级调控模块60，初级调控模块60根据反馈信号调整振
5荡模块63的振荡参数。12V直流电源的另一路提供给初级控制模块61。初级控制模块61 用于检测红外接收二极管51及第二识别元件53的工作状态，并根据检测结果进行处理判断，最后将判断结果传送给初级调控模块60，由初级调控模块60对振荡模块63进行控制。 此外初级控制模块61内还包含检测充电时间的充电时间控制单元，若检测到充电时间大于某一预设值则发出充电停止信号，并将信号传递给初级调控模块60，由初级调控模块60 控制振荡模块63停止振荡，从而停止无线发射线圈M的能量发射，从而停止对超级电容的充电过程。 图2中标示10代表电气装置，本领域技术人员容易理解的是，电气装置10中涉及的电子元器件设置于接收电路控制单元18上。如图所示，接收电路控制单元18包括整流模块19、取样模块20、次级控制模块21、次级调控模块^、驱动模块22。无线接收线圈17、 存储电容13、红外发射二极管15及第一识别元件16与接收电路控制单元18电性连接。无线接收线圈17用于接收无线发射线圈M发射的高频稳定正弦波，并将接收到的高频稳定正弦波传递给整流模块19。整流模块19用于对无线接收线圈17传递的高频正弦波进行整流，将高频稳定正弦波转化为直流。取样模块20及次级调控模块23均与整流模块19电性连接，同时取样模块20及次级调控模块23均与次级控制模块21电性连接，但整流模块19 与次级控制模块21没有直接的电性连接关系。其中取样模块20用于对当前整流模块19 的输出状态进行取样，并将取样到的输出状态反馈给次级控制模块21，同时次级控制模块 21采集当前存储电容13的充电状态参数，如充电电流、充电电压等，次级控制模块21根据当前存储电容13及整流模块19的电性状态生成相应的控制信号控制驱动模块22及次级调控模块23的工作状态。整流模块19的另一路输出，输出至次级调控模块23，次级调控模块23根据次级控制模块21的控制信号，调整整流模块19的输出，使其输出为适应当前超级电容状态的直流电，为存储电容13充电。当电气装置10放置于充电装置50的收容槽56 内，且在第一识别元件16的作用下第二识别元件53处于闭合状态时，接通AC输入电源，AC 电源经AC-DC模块62转化为直流电源，经振荡模块63将12V直流电源转化为高频方波，振荡模块63输出的稳定正弦波经激励模块57放大，放大后的正弦波经无线发射线圈M发射出去。无线接收线圈17接收无线发射线圈M发射的高频稳定正弦波，并将接收到的高频稳定正弦波传递给整流模块19，整流模块19对无线接收线圈17传递的高频正弦波进行整流，将高频稳定正弦波转化为直流，为存储电容13充电。优选地，无线发射线圈M与无线接收线圈17正对放置，若无线发射线圈M与无线接收线圈17相互偏离一定位置也可实现充电，仅仅会影响充电装置50的充电效率。随着充电过程的进行，存储电容13存储的电量逐渐升高，当次级控制模块21检测到存储电容13已充满，则关闭次级调控模块23，同时驱动模块22控制红外发射二极管15发光，红外接收二极管51接收到红外发射二极管15发出的红外光线后，将接收到的红外光线反馈给初级控制模块61，初级控制模块61即输出停止充电信号给初级调控模块60控制振荡模块63停止振荡，充电过程即停止。或者在充电过程中，红外发射二极管15没有发射红外光线，但位于初级控制模块61内的定时器检测到充电时间大于某一预设值，本实施例中的充电时间预设值为10秒，则初级控制模块61同样会发出停止充电信号至初级调控模块60控制振荡模块63停止振荡，充电过程即停止。优选地，红外接收二极管51处于与红外发射二极管15正对的位置，或者与带状光带14正对的位置，从而红外接收二极管51可更加准确地接收红外发射二极管15发射的红外光线。
图3所示为本发明无线充电系统的工作流程图，以下结合图3详细说明该无线充电系统工作的全过程。首先按照图1所示的位置，放置充电装置50及电气装置10，在此位置下，无线发射线圈M与无线接收线圈17对应靠紧，红外发射二极管15与红外接收接收二极管51对应靠紧，第一识别元件16与第二识别元件53对应靠紧。按照如上位置放置好充电装置50及电气装置10后，将充电装置50上电，AC电源输入，AC-DC模块62进行电源转化，将AC电源转换为直流12V电源，同时初级控制模块61 启动。初级控制模块61检测第二识别元件53是否闭合，若第二识别元件53断开，则转入 104步骤循环检测第二识别元件53是否闭合，直到检测到第二识别元件53闭合，则通过初级调控模块60控制振荡模块63启动，振荡模块63启动后，激励模块57启动，随后转入下一步骤108无线发射线圈M发出无线电能量。位于电气装置10内的无线接收线圈17接收无线电能量后，转入步骤整流模块19将交流无线电能量整成直流，同时无线接收线圈17 接收到无线能量后发出无线共振信号，共振检测模块58检测到无线共振信号后，转入步骤 112反馈检测信号，共振信号反馈至初级调控模块60后，转入步骤109初级调控模块60控制发射功率，进而控制无线发射线圈M发射的无线电能量。无线接收线圈17在接收到无线发射线圈M发射的无线能量后，工作流程分为两步，一步转入步骤203次级控制模块21 取样，并判断整流模块19有无电流产生，若无电流产生则返回步骤203继续取样，直到有电流产生，则转入步骤205打开次级调控模块23，次级调控模块23控制整流模块19输出恒定电流为超级电容充电，本实施例中，恒定的充电电流为5安培(A)。在步骤207中检测存储电容13电压是否大于或等于预设电压，本实施例选择的预设电压为5. 4伏特(V)，若存储电容13电压没有达到5. 4伏特(V)则继续充电，直到存储电容13电压大于或等于5. 4伏特 (V)，则转入步骤208关闭次级调控模块23，随后进入步骤209打开驱动模块22，驱动红外发射二极管15发光，即发出存储电容13充满信号。在步骤115中，若初级控制模块61检测到红外信号，转入步骤114控制初级调控模块60关闭无线电发射，无线发射线圈M停止无线电能量发射。在步骤115中，若初级控制模块61没有检测到红外信号，则无线发射线圈M持续发射无线电能量，充电过程继续。本领域技术人员很容易理解的是，根据本发明的构思，电气装置10也可以为手机、MP3、平板电脑、笔记本电脑等任何电气装置，其无线充电原理和方法与本发明构思基本相同。
权利要求
1.一种无线充电系统，包括充电装置及电气装置，其中充电装置包括用以将给充电装置供电的外部交流电源转化为稳定的直流电源的AC-DC模块，电气装置包括为电气装置供电的存储电容，其特征在于所述充电装置还包括振荡模块，用以将所述稳定的直流电源转化为高频交流电源；激励模块，用以放大所述高频交流电源；无线发射线圈，用以发射所述放大的高频交流电源；所述电气装置还包括无线接收线圈，用以接收所述无线发射模块发射出的放大的高频交流电源；整流模块，用以对所述无线接收线圈接收的电源整流；次级调控模块，用以调整所述整流模块输出，对所述存储电容充电。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于所述充电装置还包括初级调控模块，所述电气装置还包括次级控制模块，所述次级控制模块根据存储电容的充电状态，发出相应的控制信号给初级调控模块，调整所述振荡模块的工作。
3.根据权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于所述存储电容电压达到预设电压时，所述次级控制模块发出控制信号，控制振荡模块停止工作。
4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于所述次级控制模块发出的控制信号为红外信号。
5.根据权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于所述电气装置还包括发射红外信号的红外发射二极管，所述充电装置还包括接收红外信号的红外接收二极管。
6.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于所述电气装置还包括第一识别元件，所述充电装置还包括第二识别元件，第一识别元件与第二识别元件相互识别后，初级调控模块控制振荡模块开始工作。
7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于所述第一识别元件为磁钢，所述第二识别元件为干簧管。
8.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于所述电气装置为电动工具。
9.一种无线充电方法，该方法包括如下步骤将外部交流电源转化为直流电源；将所述直流电源转化为高频交流电源；将所述高频交流电源放大；将放大的高频交流电源发射出去；接收发射出来的高频交流电源；将接收的高频交流电源转化为直流电源；利用所述直流电源对存储电容充电。
10.一种无线充电系统，包括充电装置与电气装置，电气装置包括为其运行提供能量的存储电容，该充电装置通过无线方式为所述存储电容充电。
全文摘要
本发明涉及一种无线充电系统及无线充电方法。该无线充电系统包括充电装置及电气装置，其中充电装置包括AC-DC模块、振荡模块、激励模块、无线发射线圈，AC-DC模块将给充电装置供电的外部交流电源转化为稳定的直流电源，振荡模块将稳定的直流电源转化为高频交流电源，激励模块放大高频交流电源，无线发射线圈发射放大的高频交流电源；电气装置包括存储电容、无线接收线圈、整流模块、次级调控模块，存储电容给电气装置供电，无线接收线圈接收所述无线发射模块发射出的放大的高频交流电源，整流模块对无线接收线圈接收的电源整流，次级调控模块调整整流模块输出，对存储电容充电。该无线充电系统及无线充电方法提供了一种非接触式的、安全可靠、操作便捷的无线充电方式。
文档编号H02J15/00GK102315691SQ20101022501
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者张士松, 钟红风 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司