一種多負載自偵測三維無線供電系統及方法與流程

2023-06-15 07:23:51 1

本發明屬於無線供電領域，尤其涉及一種多負載自偵測三維無線供電系統及方法。

背景技術：

世界進入數字時代，手機、電腦、相機、智能穿戴設備、虛擬實境設備等各種數碼電子產品充斥著人們的生活，而且現在的電子產品越來越追求輕、薄、短、小的設計理念，影響產品體積外觀的一個很重要的因素就是電池系統的設計。

當前市場上電子產品多採用在電子產品中安裝充電電池，然後在充電時通過外接充電器給充電電池進行充電。此種充電方式有如下弊端：

1、使用者需要隨身攜帶充電器，不僅給使用者帶來不便更佔用空間；

2、充電器的接口不統一，如安卓和蘋果設備的接口標準不一樣，使用兩種不同電子產品需要購買多個不同的充電器，浪費資源；

3、一個充電器只能給一個設備充電，不能同時給多臺設備充電。

此外，現有技術中存在利用電磁感應來進行無線充電的產品，雖然通過無線充電可以免去充電線，但是在充電過程中依然有如下弊端：

1、無線電能傳輸的發射端只能進行單一頻率的一對一能量傳輸，產品的普遍適用性較差；

2、發射端在無能量傳輸情況下依然有較大功耗，會造成能源浪費；

3、接收端不能自動調整匹配外部發射端的傳輸功率，當發射端變化或者傳輸距離變化時，會極大影響能量傳輸的效率。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供的一種多負載自偵測三維無線供電系統及方法，自動偵測三維空間內負載的接入狀況，自動匹配負載、自動調整發射端頻率，實現三維空間內的電能傳輸。

為解決上述技術問題，本發明提供一種多負載自偵測三維無線供電系統，其特殊之處在於：包括位於三維空間內的發射裝置、位於負載上的接收裝置，所述發射裝置包括信號處理器，分別與信號處理器進行數據交換的信息接收/發射端以及DC/AC，還包括分別與DC/AC相連的PFC、諧振發射端，所述接收裝置包括充電模態提供處理器、分別與充電模態提供處理器相連的諧振接收端以及信息發射/接收端、與諧振接收端相連的AC/DC，所述諧振發射端與諧振接收端通過諧振頻率通信，所述信息接收/發射端與信息發射/接收端之間進行數據交互。

進一步地，所述信號處理器還連接有為其供電的內部供電I，其中，內部供電I及PFC均和外部電源相連。

進一步地，所述充電模態提供處理器還連接有為其供電的內部供電II，在AC/DC和內部供電II之間連接負載的電池組。

進一步地，所述負載為多個，每個負載上的接收裝置均與同一個三維空間內的發射裝置無線連接。

本發明還提供一種多負載自偵測三維無線供電方法，其特殊之處在於，具體採用如下步驟進行：

S1、負載進入發射裝置所位於的無線供電場景內，發射裝置偵測到有負載進入，開始以工作頻率發射信號；

S2、位於負載上的接收裝置偵測發射裝置提供的發射信號，自動調整接收頻率，使之與工作頻率進行匹配，並存儲匹配的數據，發射裝置和接收裝置依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸；

S3、當充電電量達到負載的設定值時，接收裝置停止充電並反饋信號至發射裝置；

S4、當發射裝置偵測到無負載接入，降低發射頻率，保留低頻偵測狀態等待需充電負載的接入。

進一步地，對於步驟S1中的同一個負載，若再次進入同一發射裝置所位於的無線供電場景內，在步驟2中，位於同一個負載上的接收裝置偵測到此時無線供電場景的數據，直接提取負載記憶體中的存檔數據進行功率匹配，發射裝置和接收裝置依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸。

進一步地，負載為多個，當多個負載同時進入同一發射裝置所位於的無線供電場景內，在步驟S2中發射裝置和接收裝置之間無線電能傳輸具體為：

各負載的接收裝置分別偵測發射裝置提供的發射信號，自動調整接收頻率進行匹配，並存儲匹配數據，發射裝置和各接收裝置之間依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸。

本發明與現有技術相比，其有益之處在於：

1、本發明具有自動偵測功能，具體提現在兩部分：第一，發射裝置自動偵測場景內的接收裝置接入狀況，在無接收裝置接入或者接入數量較少時，自動關閉發射裝置或者降低發射裝置頻率，可以降低能量損耗；第二，接收端裝置在進入場景後先動態偵測發射裝置的發射頻率，然後自動調整接收頻率與之匹配，再開始能量傳輸；

2、本發明具有自動記憶功能，接裝裝置具有自動學習能力,像WIFI一樣，可以記錄不同的場景頻率，當再次進入相同場景時，接收裝置自動從記憶體中提取頻率等參數，優先使用該頻率進行自動匹配連接，可以不用二次偵測，節約充電準備時間。

3、本發明中的多個負載可以同步執行電能傳輸，一個發射端可以對應多個接收端的同步進行能量傳輸。

附圖說明

圖1是本發明系統原理圖；

圖2是本發明系統工作流程。

具體實施方式

以下參照附圖1至附圖2，給出本發明的具體實施方式，用來對本發明做進一步說明。

附圖1為本發明中的無線供電系統原理圖，無線供電系統的供電場景為三維空間，包括位於三維空間內的發射裝置、位於負載上的接收裝置，所述發射裝置包括信號處理器，分別與信號處理器進行數據交換的信息接收/發射端以及DC/AC，還包括分別與DC/AC相連的PFC、諧振發射端，所述接收裝置包括充電模態提供處理器、分別與充電模態提供處理器相連的諧振接收端以及信息發射/接收端、與諧振接收端相連的AC/DC。

所述諧振發射端與諧振接收端通過諧振頻率通信，信息處理器與信息接收/發射端實現整個無線供電過程中產生的充電模態信息交換，所述信息接收/發射端與信息發射/接收端之間進行數據交互，將充電模態信息發送至充電模態提供處理器，便於負載記憶當前充電模態。信息接收/發射端與信息發射/接收端之間實現充電模態數據的一發一收，一收一發。

在本發明中，PFC是用來進行功率因數校正，功率因數指的是有效功率與總耗電量之間的關係，也就是有效功率除以總耗電量的比值。 基本上功率因素可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。功率因數是用來衡量用電設備用電效率的參數，低功率因數代表低電力效能。為了提高用電設備功率因數的採用PFC進行功率因數校正。

所述信號處理器還連接有為其供電的內部供電I，其中，內部供電I及PFC均和外部電源相連。本發明中，DC/AC為用於將低頻直流變為高頻交流的DC/AC轉換器，用來對電流的功率及功率進行調整。而外部電源為220V或380V的交流電。

所述充電模態提供處理器還連接有為其供電的內部供電II，在AC/DC和內部供電II之間連接負載的電池組。在本實施例中AC/DC用來將高頻交流變為低頻直流，供接收裝置內部使用。

根據本發明的無線供電系統原理，其供電的方法可以歸納為「散場發射、集場接收」，對進入供電場景中的單個負載或多個負載，以及同一負載再次進入相同供電場景時的供電情況分別進行介紹。

實施例1：

本實施例中對一個發射裝置，一個負載的情況進行說明，如附圖1所示。

在負載上設置有接收裝置，接收裝置上的無線電能接收模塊配合發射裝置進行信號的處理，無線電能接收模塊包含諧振接收端、AC/DC、充電模態提供處理器、信息發射端/接收端。

進入無線供電場景後，發射裝置偵測到有負載進入，開始通過諧振發射端以工作頻率發射信號，在本實施例中所謂工作頻率就是發射端中默認的進行無線能量傳輸的最佳頻率。

接收裝置通過諧振接收端偵測到來自諧振發射端的發射信號，自動調整接收頻率進行匹配，並在記憶體中存儲匹配數據，發射裝置和接收裝置依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸，在本實施例中記憶體是指充電模態提供處理器，充電中的各種數據均存放在內。

在負載充電的過程中，當充電電量達到負載最高設定值時，接收裝置停止充電並將該停止充電狀態通過反饋信號的方式發送給發射裝置，此時，即使負載位於無線供電場景內，但是沒有需要充電的負載偵測發射裝置的信號，相當於無負載接入狀態，可以認為發射裝置偵測到在無線供電場景內無負載接入。此時，諧振發射端降低發射頻率，保留低頻偵測狀態。

在本實施例中，最高設定值為負載固有的特性，每個負載的充電參數不同，根據具體的參數來判斷充電電量情況。在本實施例中低頻不是指工作頻率，低頻狀態的發射頻率比工作頻率要小很多。本實施例中的低頻狀態只能起到偵測作用，目的是為了節能。

實施例2

本實施例中對一個發射裝置，一個負載的情況進行說明，當該負載為再次進入同一個發射裝置所處的無線供電場景內，具體供電過程如下，整體過程類似與實施例1，但是不再對發射信號進行偵測匹配。

當相同負載再次進入相同無線供電場景時，接收裝置偵測到場景數據，無需再次偵測匹配，直接提取記憶體中的存檔數據進行功率匹配，發射裝置和接收裝置依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸，在本實施例中記憶體是指充電模態提供處理器，充電中的各種數據均存放在內。

在負載充電的過程中，當充電電量達到負載最高設定值時，接收裝置停止充電並將該停止充電狀態通過反饋信號的方式發送給發射裝置，此時，即使負載位於無線供電場景內，但是沒有需要充電的負載偵測發射裝置的信號，相當於無負載接入狀態，可以認為發射裝置偵測到在無線供電場景內無負載接入。此時，諧振發射端降低發射頻率，保留低頻偵測狀態。

在本實施例中，最高設定值為負載固有的特性，每個負載的充電參數不同，根據具體的參數來判斷充電電量情況。

實施例3

本實施例中對一個發射裝置，多個負載的情況進行說明，當多個負載進入同一個發射裝置所處的無線供電場景內，具體供電過程如下，整體過程類似與實施例1，此處負載選擇5個為例進行說明。

當5個帶無線電能接收模塊的負載同時進入同一發射裝置覆蓋的範圍內，進入無線供電場景後，發射裝置偵測到有負載進入，發射裝置的諧振發射端維持工作頻率持續發射信號，各負載的接收裝置通過諧振接收端偵測到來自同一諧振發射端的發射信號，自動調整各自的接收頻率進行匹配，並在各自記憶體中存儲匹配數據，發射裝置和每個接收裝置依照匹配的無線充電信號進行無線電能傳輸。在本實施例中記憶體是指每個負載內的充電模態提供處理器，充電中的各種數據均存放在內。

在各負載充電的過程中，當充電電量達到相應負載最高設定值時，相應的接收裝置停止充電並將該停止充電狀態通過反饋信號的方式發送給發射裝置，此時，發射裝置與未完成充電的負載之間進行調整，使得當前狀態滿足剩餘負載的充電要求，直到全部的負載充電電量都達到自身最高設定值時，所有的負載位於無線供電場景內，但是沒有需要充電的負載偵測發射裝置的信號，相當於無負載接入狀態，可以認為發射裝置偵測到在無線供電場景內無負載接入。此時，諧振發射端降低發射頻率，保留低頻偵測狀態。

在本實施例中，最高設定值為負載固有的特性，每個負載的充電參數不同，根據具體的參數來判斷充電電量情況。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。