專利名稱：一種可調節的無線充電線圈及其使用方法
技術領域：
本發明涉及無線充電技術領域，尤其是指一種可調節的無線充電線圈及其使用方法。
背景技術：
面向無線充電的技術主要大致有如下四種方式:電磁感應方式、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院(MIT)物理學家馬林 索爾賈希克(Marin Soljacic)于2007年進行了驗證，自此受到了廣泛關注。這項技術利用了共振的原理，這表現為兩個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備之間的空氣中傳輸電荷，線圈和電容器則在充電器與設備之間形成共振，實現電能高效傳輸的技術。當兩個物體的振動頻率相同時，它們傳遞能量的強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，這項技術允許設備在距離適配器最遠可達幾米遠的地方進行無線充電。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到了90%。磁共振方法在理論上雖然不錯，不過在實際設計中還是遇到了很多麻煩。發送線圈和接收線圈的諧振頻率必須保持一致，如果兩個線圈的諧振頻率有差異，系統的整個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，在量產中系統設計將發射與接收線圈共振頻率設計成一致非常困難，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，導致電能的浪費。在線圈設計中調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因子可能造成很大的影響，而且在實際設計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行調節時，目前一般是通過調節輸出電壓或者調節電源的輸出頻率達到輸出功率的控制，而調節電壓或者調節電源的輸出頻率也存在難以實現、反應緩慢等問題。目前的無線充電線圈設計一開始諧振頻率就已經固定，但是由于制造和設計等的誤差，往往兩個線圈不會同時達到最佳諧振點，充電期間調節線圈的諧振頻率調節目前存在很多難題。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、可有效提高無線充電的效率，并且可以方便快捷的調節無線充電功率輸出的無線充電線圈設計及其使用方法。為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為:一種可調節的無線充電線圈，它包括有步進電機、蝸輪、蝸桿、發條線圈、線圈底板、電機驅動線、提醒裝置、控制器，線圈連線，其中，發條線圈采用 導電材料制成螺旋發條狀；步進電機安裝在線圈底板下端，步進電機由控制器的電機驅動線連接驅動，步進電機的輸出軸通過聯軸器與蝸桿聯接，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條線圈內圈聯接，線圈內圈同時連接，發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接，控制器安裝在線圈底板上，提醒裝置聯接在控制器上。上述裝置的使用方法為:通過驅動電機帶動蝸輪、蝸桿傳動，從而引起發條線圈的轉動，發條線圈形狀發生變化，使得線圈的諧振頻率在一定范圍發生變化，當調節到發射端線圈諧振頻率和接收端線圈諧振頻率達到一致時，發射端通過LED、數碼管或聲音進行提示；在需要調節輸出功率時，也可以通過改變線圈的諧振頻率來得到實現。所述蓋帽通過粘連方式和發條線圈內圈相連。所述發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。所述發條線圈截面由條狀、實心圓、空心圓、扁平狀導線組成螺旋形狀，且螺旋部分的繞組匝數為4-50膽，內徑為1-lOOmm，外徑為50-1000mm。本發明通過控制電機來實現線圈固有諧振頻率的變化，使接收與發送線圈諧振頻率一致，當諧振頻率達到一致時，系統通過LED、數碼管或者聲音等進行提示，從而無線傳輸效率得到顯著提高。通過調節線圈的諧振頻率可以避免因為生產工藝問題、外部干擾、或者不同廠家的設備等造成 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很好的解決方案。且本結構調節方便、快捷，調節范圍精度高。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明位于無線充電接收端時的調節流程圖。圖3為本發明位于無線充電發射端時的調節流程圖。
具體實施例方式下面結合所有附圖對本發明作進一步說明，本發明的較佳實施例為:
實施例1本裝置位于無線充電接收端時:
參見附圖1和附圖2，本實施例所述的無線充電線圈裝置包括它包括有步進電機1、蝸輪2、蝸桿3、發條線圈4、線圈底板5、電機驅動線6、提醒裝置7、控制器8，線圈連線9，其中，步進電機I可采用直流電機或其它電機進行替代，本實例例選擇步進電機，通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位轉動角度的目的。步進電機I安裝在線圈底板5下端，線圈底板5可以根據實際需要制成方形，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備相互干擾，或者對外部環境造成影響。而步進電機I的輸出軸通過聯軸器與蝸桿連接，蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒哨合傳動，傳動平穩、噪音很小，而且傳動具有自鎖性，其反向自鎖性可起避免發條線圈由于張力而導致反向轉動，甚至導致電機的反轉。發條線圈4可以由條狀、實心圓、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根據需要可以從4-50膽，內徑可以根據需要從1-1OOmm以上，內徑可以根據需要從50_1000mm以上。發條線圈4的內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，發條線圈4內圈和蝸輪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壓電路、電機的驅動、無線通信模塊等。整流電路和穩壓電路對接收線圈接收到的電流進行整流和穩壓等，電機驅動主要控制電機的轉動，接收端無線通信模塊負責發射端的無線通信。其調節流程為:
一、開始無線充電，接收端控制器測試當前的接收電量的電流和電壓；
二、接收端控制器驅動電機調節線圈；
三、接收端控制器將調節情況無線反饋給發射端控制器，發射端控制器在顯示板上聲光提不調節情況；
四、接收端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應的調節角度，比較是否達到最大功率或者所需功率？
五、當達到最大功率或者所需功率時，接收端控制器停止調節線圈；
六、接收端控制器將調節完畢信號無線反饋給發射端控制器，發射端控制器在顯示板上聲光提示調節完畢；
七、無線充電繼續。實施例2本裝置位于無線充電發射端時:
參見附圖1和附圖3，本實施例2與實施例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、電機的驅動、無線通信模塊和顯示面板的驅動線路，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的外圈和內圈；電機驅動主要控制電機的轉動；電機的轉動帶動渦輪、蝸桿的轉動并導致線圈結構的變化；發射端無線通信模塊負責和接收端的無線模塊進行無線信號通信；顯示面板的驅動線路主要為了顯示面板的LED、數碼管和蜂鳴器等的驅動電路。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、包括目前無線模塊通信情況，充電是否正常、是否達到最佳充電效率等提示情況。本實施例的調節流程為:
一、開始無線充電，發射端控制器驅動電機調節線圈；
二、接收端控制器測試當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射端控制器；
四、發射端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應的調節角度，比較是否達到最大功率或者所需功率；
五、如果發射端控制器輸出交變電源頻率可以調節，可以通過調節電源頻率達到更加高的輸出效率，發射端控制器輸出交變電源頻率進行調節；
六、接收端控制器測試當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射端控制器；
八、發射端控制器比較接收電量的電流和電壓，并記錄對應的調節角度，比較是否達到最大功率或者所需功率；
九、如果達到最大功率或者所需功率，發射端控制器將調節完畢信號無線反饋給接收端控制器，發射端控制器在顯示板上聲光提示調節完畢；并繼續充電。
權利要求
1.一種可調節的無線充電線圈，其特征在于:它包括有步進電機(I)、蝸輪(2)、蝸桿(3)、發條線圈(4)、線圈底板(5)、電機驅動線(6)、提醒裝置(7)、控制器(8)，線圈連線(9)，其中，發條線圈(4)采用導電材料制成螺旋發條狀；步進電機(I)安裝在線圈底板(5 )下端，步進電機由控制器(8)的電機驅動線(6)連接驅動，步進電機(I)的輸出軸通過聯軸器與蝸桿(3)聯接，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)上的發條線圈(4)內圈聯接，線圈(4)內圈同時連接,發條線圈(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接，控制器(8)安裝在線圈底板(5)上，提醒裝置(7)聯接在控制器(8)上。
2.一種可調節的無線充電線圈的使用方法，其特征在于:通過驅動電機帶動蝸輪、蝸桿傳動，從而引起發條線圈的轉動，發條線圈形狀發生變化，使得線圈的諧振頻率在一定范圍發生變化，當調節到發射端線圈諧振頻率和接收端線圈諧振頻率達到一致時，發射端通過LED、數碼管或聲音進行提示；在需要調節輸出功率時，也可以通過改變線圈的諧振頻率來得到實現。
3.根據權利要求1所述的一種可調節的無線充電線圈，其特征在于:所述蓋帽通過粘連方式和發條線圈內圈(4)相連。
4.根據權利要求1所述的一種可調節的無線充電線圈，其特征在于:所述發條線圈(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.根據權利要求1所述的一種可調節的無線充電線圈，其特征在于:所述蝸輪(2)、蝸桿(3)傳動均帶有自鎖功能。
6.根據權利要求1所述的一種可調節的無線充電線圈，其特征在于:所述發條線圈(4)截面由條狀、實心圓、空心圓、扁平狀導線組成螺旋形狀，且螺旋部分的繞組匝數為4-50阻，內徑為1-1OOmm,夕卜徑為50-1000_。
全文摘要
本發明提供一種可調節的無線充電線圈，它包括有發條線圈、線圈底板、提醒裝置、控制器，其中，發條線圈采用導電材料制成螺旋發條狀；步進電機安裝在線圈底板下端，步進電機由控制器的電機驅動線連接驅動，步進電機的輸出軸通過聯軸器與蝸桿聯接，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條線圈內圈聯接，線圈內圈同時連接，發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接，控制器安裝在線圈底板上，提醒裝置聯接在控制器上。本結構調節方便、快捷，調節范圍精度高。
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 優先權日2013年5月2日
發明者陳新, 吳永祥, 宋英博, 周元玲 申請人:湖南人文科技學院