CN106230132A - 具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，包括功率发射单元，功率发射单元用于充电系统电能发射和产生高频谐振磁场；功率接收单元，功率接收单元用于接收功率发射单元发射的能量并整流成恒定直流电为电池供电；金属检测装置，包括金属检测线圈和金属检测电路；金属检测线圈与发射线圈和接收线圈均互相耦合；金属检测线圈与金属检测电路形成回路用于检测磁场中是否存在金属异物。本发明发射线圈采用多线圈阵列结构，适用于不同电子设备，具有通用性强，充电效率高。发射线圈既作为整个充电系统的能量发射单元，又为金属检测装置建立高频磁场，将无线充电系统与平衡线圈金属异物检测技术做到完美融合。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统。
背景技术
无线供电（无线传能）装置是在不依赖电线的情况下，能对电子设备等远距离充电的特殊装置。由于充电不需要物理上的连接，无线供电装置可以布置在各种场所，有效地保证了充电及时性，使其实用性和便利性大大增强。由此，无线供电技术将随时随地充电变为可能。
现有的无线传能技术至少包括以下五个方向：电磁感应式、电磁共振式、微波式、超声波式及激光式。
无线充电可以有效避免传统有线电能传输过程中产生火花与触电的危险，同时减少器件接触损耗和相应的机械磨损，对恶劣天气与环境的适应性较强。
传统的无线充电系统有金属混入磁场耦合区时，由于涡流效应金属会急剧升温，存在巨大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有金属物体检测功能，使用便捷、运行可靠、维护低成本、安全高效的带金属物体检测的多线圈无线充电系统，可用于不同的便携电子设备充电，具有通用性强，充电效率高的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，包括：
功率发射单元，包括依次连接的信息解调模块、功率控制模块、功率震荡模块、通讯线圈、RFID阅读器和发射线圈，电源模块为功率震荡模块提供输入电压；功率发射单元用于充电系统电能发射和产生高频谐振磁场；
功率接收单元，包括依次连接的接收线圈、信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块、电池和RFID电子标签；功率接收单元用于接收功率发射单元发射的能量并整流成恒定直流电为电池供电；
金属检测装置，包括金属检测线圈和金属检测电路；金属检测线圈与发射线圈和接收线圈均互相耦合；金属检测线圈与金属检测电路形成回路用于检测磁场中是否存在金属异物。
在上述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统中，所述发射线圈采用多线圈阵列结构，包括发射线圈阵列和线圈选择器，线圈选择器用于选择并使能发射线圈阵列中某一发射线圈使其发射一定频率的电磁波。
在上述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统中，所述发射线圈面积大于接收线圈面积。
在上述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统中，所述RFID阅读器配置多个RFID阅读天线，用于检测搜索信号；RFID阅读天线将检索到RFID电子标签信号，传至RFID阅读器，通过比对验证完成身份识别。
本发明具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统工作原理为：功率接收单元在进入和功率发射单元连线完成后，多线圈无线充电系统先完成充电初始化；当功率接收单元充电时，进入指定的充电位置，功率发射单元检测到功率接收单元进入到充电位置后，供电组件上电工作，发射线圈产生固定频率高频谐振磁场，具有相同谐振频率的接收线圈通过高频谐振磁场感生电动势，从而实现电能无线传输。当高频谐振磁场中混入金属异物时，金属检测装置通过平衡结构的金属检测线圈及时检测到磁场变化，切断供电线路，保证充电安全。
本发明的有益效果是：适用于不同的便携电子设备，通用性强，且充电效率高。采用射频身份识别技术RFID能提供高效智能的身份信息识别的服务，大大降低人工管理成本。功率接收单元在一个较大的水平自由度范围内都能达到能量高效传输，大大降低了对功率接收单元位置准确性的要求，使充电方式更加便捷。该无线充电系统对环境的适应性较强，维护要求较低，能有效地提供高效、便捷的充电服务。该无线充电系统能自动判断、识别并且适应电池使用的通信协议，具有较强兼容性，从而有效提升充电站的使用率。较大程度地满足功率接收单元同时自动充电的要求，保证功率接收单元始终有足够的电支持工作。将无线充电系统与平衡线圈金属异物检测技术做到完美融合。
附图说明
图1是本发明一个实施例带金属物体检测的多线圈无线充电系统的整体功能示意图；
图2是本发明一个实施例的发射线圈结构示意图；
图3是本发明一个实施例金属检测装置的结构示意图；
图4是本发明一个实施例通过RFID技术进行身份识别的工作流程示意图；
其中，1-功率发射单元、11-电源模块、12-信息解调模块、13-功率控制模块、14-功率震荡模块、15-通讯线圈、16-RFID阅读器、17-发射线圈；2-功率接收单元、21-接收线圈、22-信息调制模块、23-电池信息检测模块、24-整流稳压模块、25-电池、26-RFID电子标签。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本实施例采用如下技术方案：具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，包括：
功率发射单元1，包括依次连接的信息解调模块12、功率控制模块13、功率震荡模块14、通讯线圈15、RFID阅读器16和发射线圈17，电源模块11为功率震荡模块14提供输入电压；功率发射单元1用于无线充电系统电能发射和产生高频谐振磁场；
功率接收单元2，包括依次连接的接收线圈21、信息调制模块22、电池信息检测模块23、整流稳压模块24、电池25和RFID电子标签26；功率接收单元2用于接收功率发射单元1发射的能量并整流成恒定直流电为电池25供电；
金属检测装置，包括金属检测线圈和金属检测电路；金属检测线圈与发射线圈17和接收线圈21均互相耦合；金属检测线圈与金属检测电路形成回路用于检测磁场中是否存在金属异物。
在上述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统中，所述发射线圈17采用多线圈阵列结构，包括发射线圈阵列和线圈选择器，线圈选择器用于选择并使能发射线圈阵列中某一发射线圈使其发射一定频率的电磁波。所述发射线圈17面积大于接收线圈21面积。所述RFID阅读器16配置多个RFID阅读天线，用于检测搜索信号；RFID阅读天线将检索到RFID电子标签信号26，传至RFID阅读器16，通过比对验证完成身份识别。
具体实施时，功率发射单元1包括：依次连接的电源模块11，信息解调模块12，功率控制电路13，功率震荡模块14，通讯线圈15，RFID阅读器16，发射线圈17。功率接收单元2包括：依次连接的接收线圈21，信息调制模块22，电池信息检测模块23，整流稳压模块24，电池25，RFID电子标签26。
电源模块11为功率震荡模块14提供输入电压；信息解调模块12实现与功率接收单元2的无线电信息交互，并控制功率控制电路13；功率控制电路13控制功率震荡模块14的通断；功率震荡模块14将电源模块11输入的功率震荡为高频谐振电磁场；通讯线圈15接收来自接收线圈21通过电力载波传送的通信信息；RFID阅读器16检测RFID电子标签信号；发射线圈17发射功率震荡模块14震荡出的高频谐振电磁场；接收线圈21接收发射线圈17所发射的能量；信息调制模块22调制电池信息检测模块23所检测得到的电池信息，通过高频信号和通信通道发送至信息调制模块12；电池信息检测模块23检测电池25的电池电压等工作信息；整流稳压模块24将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向电池25供电；电池25储存电能，供工作检测使用；RFID电子标签26发送信号给RFID阅读器16已完成身份识别。
如图2所示，本实施例的发射线圈17采用多线圈阵列结构，该结构包括发射线圈阵列和线圈选择器，所述线圈选择器选择并使能某个发射线圈使其发射一定频率的电磁波。功率发射单元可以选择性地在阵列线圈结构中选择激活某几个离功率接收单元较近的发射线圈17，以减小电能损耗，提升电能传输效率。且采用发射线圈17面积大于接收线圈21面积的非对称设计方法，使功率接收单元2在一个较大的水平自由度范围内都能达到能量高效传输，大大降低了对功率接收单元2位置准确性的要求，使充电方式更加便捷 。
如图3所示，本实施例采用发射线圈17、接收线圈21和金属检测线圈组成的三线圈耦合的结构，发射线圈17既作为整个充电系统的能量发射单元，又为金属检测装置建立高频磁场，将无线充电系统与平衡线圈金属异物检测技术做到完美融合。所述金属检测线圈与金属检测电路形成回路来检测磁场中是否存在金属异物。
本实施例具体实现无线充电功能和金属物体检测功能的过程如下：功率接收单元2在和功率发射单元1连线完成后，无线充电系统先完成充电初始化。当功率接收单2元进行充电时，进入指定的充电位置，功率发射单元1检测到功率接收单元2进入到充电位置后，供电组件上电工作，发射线圈17产生固定频率高频谐振磁场，具有相同谐振频率的接收线圈21通过高频谐振磁场感生电动势，从而实现电能无线传输。当高频谐振磁场中混入金属异物时，金属检测装置通过平衡结构的金属检测线圈及时检测到磁场变化，切断供电线路，保证充电安全。功率发射单元与功率接收单元之间无导线连接，避免了充电过程的触电危险，同时整个过程实现自动充电，提高了充电效率。
如图4所示，为了实现无线充电系统能自动判断、识别并且适应电池使用的通信协议，提升功率发射单元和电池的兼容性，有效提升使用率，本实施例采用RFID技术进行身份识别。当RFID阅读天线检索到RFID电子标签26发射的信号后，信号传到RFID阅读器16分析，通过将信号中的电子标签序列号信息比对验证，进行身份信息验证，如果序列号正确，则通过信息验证，无线充电系统进入功率发射单元1与功率接收单元2电池的连线阶段，待连线完成后，电池将会进入正常充电状态。
本实施例无线充电系统对环境的适应性较强，维护要求较低，能有效地提供高效、便捷的充电服务。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，其特征在于，包括：
功率发射单元，包括依次连接的信息解调模块、功率控制模块、功率震荡模块、通讯线圈、RFID阅读器和发射线圈，电源模块为功率震荡模块提供输入电压；功率发射单元用于充电系统电能发射和产生高频谐振磁场；
功率接收单元，包括依次连接的接收线圈、信息调制模块、电池信息检测模块、整流稳压模块、电池和RFID电子标签；功率接收单元用于接收功率发射单元发射的能量并整流成恒定直流电为电池供电；
金属检测装置，包括金属检测线圈和金属检测电路；金属检测线圈与发射线圈和接收线圈均互相耦合；金属检测线圈与金属检测电路形成回路用于检测磁场中是否存在金属异物。
2.如权利要求1所述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈采用多线圈阵列结构，包括发射线圈阵列和线圈选择器，线圈选择器用于选择并使能发射线圈阵列中某一发射线圈使其发射一定频率的电磁波。
3.如权利要求2所述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈面积大于接收线圈面积。
4.如权利要求1所述的具有金属物体检测功能的多线圈无线充电系统，其特征在于，所述RFID阅读器配置多个RFID阅读天线，用于检测搜索信号；RFID阅读天线将检索到RFID电子标签信号，传至RFID阅读器，通过比对验证完成身份识别。
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