本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線充電發(fā)送裝置、接收裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

移動機器人采用自主充電方式可以延長機器人的自治時間，增加其活動范圍，實現(xiàn)多個任務動作的連續(xù)。

當前移動機器人的應用中，自主充電都采用的是有線接觸方式，需要機器人本身具有金屬插頭，而且具備較高的定位精度，來完成機器人底部插頭和墻體插座的對接。

采用有線接觸方式自主充電的機器人需要安裝有較為笨重的充電插頭和復雜的充電結(jié)構(gòu)，同時機器人需要較高的定位精度，來完成充電時的對接，其系統(tǒng)的可靠性難以得到保證，而且對接過程比較復雜，用時較長，嚴重影響用戶的體驗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決采用有線接觸方式自主充電需要安裝笨重的充電插頭和復雜的充電結(jié)構(gòu)，以及充電對接困難的問題，提供一種無線充電發(fā)送裝置、接收裝置、系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種無線充電發(fā)送裝置，包括：

發(fā)送諧振單元，用于產(chǎn)生具有諧振頻率的電磁信號；

功率因數(shù)校正單元，為無橋升壓功率因數(shù)校正電路，并且用于對發(fā)送諧振單元的功率因數(shù)校正；

發(fā)送檢測單元，用于檢測所述無線充電發(fā)送裝置的電壓和電流，并將檢測結(jié)果反饋到發(fā)送控制單元；以及

發(fā)送控制單元，用于控制所述無線充電發(fā)送裝置中各單元的運行，并基于所述檢測結(jié)果調(diào)整發(fā)送諧振單元的操作。

在一些實施例中，所述發(fā)送諧振單元還包括半橋諧振電路或全橋諧振電路，用于激勵所述發(fā)送諧振單元產(chǎn)生具有諧振頻率的電磁信號。

在一些實施例中，其特征在于，所述發(fā)送諧振單元還包括軟開關(guān)技術(shù)。

第二方面，本發(fā)明提供一種無線充電接收裝置，包括：

接收諧振單元，通過電磁感應接收來自無線充電發(fā)送裝置的電能；

整形電路，其與接收諧振單元連接，產(chǎn)生正弦電壓/電流波形；

DC/DC轉(zhuǎn)換單元，用于將接收諧振單元接收到的電能變換到適于接收端設備的充電電壓和充電電流；

接收檢測單元，用于檢測所述無線充電接收裝置的電壓和電流，并將檢測結(jié)果反饋到接收控制單元；以及

接收控制單元，用于控制所述無線充電接收裝置中各單元的運行，并基于所述檢測結(jié)果調(diào)整接收諧振單元的操作。

第三方面，本發(fā)明提供一種無線充電系統(tǒng)，包括以上所述的無線充電發(fā)送裝置和所述的無線充電接收裝置。

在一些實施例中，所述無線充電系統(tǒng)還包括通訊單元，用于采用幅值調(diào)制方式或定制化通訊協(xié)議，控制所述無線充電系統(tǒng)的發(fā)送裝置與接收裝置之間的無線通信。

第四方面，本發(fā)明提供一種無線充電方法，基于以上所述的無線充電系統(tǒng)，并且包括以下步驟：

發(fā)送控制單元基于來自發(fā)送檢測單元的檢測結(jié)果，切換無線充電發(fā)送裝置為待機模式或充電模式；

在充電模式時，發(fā)送控制單元控制無線充電發(fā)送裝置激勵發(fā)送諧振電路，并傳輸能量至無線充電接收裝置；

在待機模式時，發(fā)送控制單元控制無線充電發(fā)送裝置發(fā)送脈沖激勵，以維持發(fā)送諧振單元的諧振，并檢測是否有充電設備或異物的靠近。

在一些實施例中，所述無線充電方法還包括：

通訊單元通過接收控制單元控制調(diào)制電容與接收諧振單元的接通和斷開，改變接收裝置的頻率因數(shù)，以將認證信息調(diào)制到諧振波形中；

通訊單元控制無線充電發(fā)送裝置感應認證信息調(diào)制的諧振波形，并通過峰值解調(diào)和包絡解調(diào)方式，產(chǎn)生解調(diào)信號；

通訊單元和發(fā)送控制單元共同解析解調(diào)信號，并判斷能量接收裝置是否合法，合法則繼續(xù)功率傳輸，不合法則停止功率傳輸。

在一些實施例中，所述無線充電方法還包括：

在固定的充電周期后，發(fā)送控制單元根據(jù)當前接收功率和設定功率，計算出差值并且將該信息調(diào)制到諧振波形中；

通訊單元控制無線充電發(fā)送裝置接收無線充電接收裝置的當前接收功率和設定功率的差值信息，計算當前驅(qū)動頻率步長，并調(diào)整電路的工作頻率接近諧振頻率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的一種無線充電發(fā)送裝置、接收裝置、系統(tǒng)及方法，無需充電時的精確對接，即可完成自主充電，同時也不需要充電插頭，簡化了充電結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明一實施例的無線充電發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例的無線充電接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一實施例的無線充電方法示意圖。

附圖標記：1.發(fā)送控制單元、2.發(fā)送檢測單元、3.發(fā)送諧振單元、4.功率因數(shù)校正單元、5.接收諧振單元、6.整形電路、7.DC/DC轉(zhuǎn)換單元、8.接收檢測單元、9.接收控制單元。

【具體實施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實施例1

請參閱圖1，為本發(fā)明一實施例的無線充電發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，無線充電發(fā)送裝置包括發(fā)送控制單元1、發(fā)送檢測單元2、發(fā)送諧振單元3和功率因數(shù)校正單元4。

發(fā)送諧振單元3用于產(chǎn)生具有諧振頻率的電磁信號；

功率因數(shù)校正單元4為無橋升壓功率因數(shù)校正電路，并且用于對發(fā)送諧振單元3的功率因數(shù)校正；

發(fā)送檢測單元2用于檢測所述無線充電發(fā)送裝置的電壓和電流，并將檢測結(jié)果反饋到控制單元1；

發(fā)送控制單元1用于控制所述無線充電發(fā)送裝置中各單元(發(fā)送檢測單元2、發(fā)送諧振單元3和功率因數(shù)校正單元4等)的運行，并基于所述檢測結(jié)果調(diào)整發(fā)送諧振單元3的操作。

優(yōu)選地，發(fā)送諧振單元包括電感和電容，電感是多圈導線繞制的線圈。線圈的尺寸，形狀，排布方式根據(jù)實際應用調(diào)整，保證在固定軸向距離上有足夠強的磁場，考慮線圈集膚效應和鄰近效應，線圈的線徑，匝數(shù)，股數(shù)需要根據(jù)損耗要求和實際驅(qū)動頻率來計算。發(fā)送諧振單元還需要做電磁屏蔽，以此來減小對外部電路的電磁干擾。線圈底部需要放置鐵氧體等導磁材料來減小磁場對外界的影響，且其尺寸要略大于線圈尺寸。導磁材料底部需放置金屬平面，減小電場的干擾。發(fā)送諧振單元的電容可以采用陶瓷電容，需采用低溫漂材質(zhì)電容。諧振頻率通常設定在較低的頻率，例如100KHz量級，頻率過高會增加系統(tǒng)的電磁干擾，同時也會增大電路的開關(guān)損耗和線圈的交流阻抗，影響系統(tǒng)的效率，在系統(tǒng)尺寸允許的前提下，通常采用較低的諧振頻率。

進一步地，發(fā)送諧振單元3還包括半橋諧振電路或全橋諧振電路，用于激勵所述發(fā)送諧振單元1產(chǎn)生具有諧振頻率的電磁信號，在低功率無線充電時可以采用半橋諧振電路激勵，高功率無線充電時可以采用全橋諧振電路激勵。

進一步地，所述發(fā)送諧振單元3還包括軟開關(guān)技術(shù)，用以減小半橋諧振電路或全橋諧振電路的開關(guān)損耗，采用軟開關(guān)技術(shù)，使全部功率開關(guān)都工作在零電壓導通，極大地減小了開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的效率。

實施例2

請參閱圖2，為本發(fā)明一實施例的無線充電接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，無線充電接收裝置包括接收諧振單元5、整形電路6和DC/DC轉(zhuǎn)換單元7、接收檢測單元8和接收控制單元9。

接收諧振單元5通過電磁感應接收來自無線充電發(fā)送裝置的電能；

整形電路6與接收諧振單元5連接，產(chǎn)生平滑電壓波形；

DC/DC轉(zhuǎn)換單元7用于將接收諧振單元5接收到的電能變換到適于接收端設備的充電電壓和充電電流。采用隔離式軟開關(guān)拓補結(jié)構(gòu)，提高DC/DC電源的效率的同時還可以實現(xiàn)接收端電池部分和高壓諧振部分的電氣隔離；

接收檢測單元8用于檢測所述無線充電接收裝置的電壓和電流，并將檢測結(jié)果反饋到接收控制單元9；

接收控制單元9用于控制所述無線充電接收裝置中各單元(接收諧振單元5、整形電路6和DC/DC轉(zhuǎn)換單元7和接收檢測單元8)的運行，并基于所述檢測結(jié)果調(diào)整接收諧振單元5的操作。

實施例3

無線充電系統(tǒng)包括本發(fā)明提供的無線充電發(fā)送裝置和無線充電接收裝置。

所述無線充電發(fā)送裝置的結(jié)構(gòu)與實施例1相同，所述無線充電接收裝置的結(jié)構(gòu)與實施例2相同，此處不再贅述。

進一步地，無線充電系統(tǒng)還包括通訊單元，并且還用于采用幅值調(diào)制方式或定制化通訊協(xié)議，控制所述無線充電發(fā)送裝置與所述無線充電接收裝置之間的無線通信，用以保證任何時刻都有一個合理的功率傳輸。當無線充電接收裝置檢測到輸入功率小于設定功率時，會發(fā)送當前的差值給無線充電發(fā)送裝置，無線充電發(fā)送裝置接收到差值后，通過軟件上的環(huán)路控制算法，計算出驅(qū)動頻率的增量，增大輸出功率。采用幅值調(diào)制方式和定制化通訊協(xié)議，當無線充電接收裝置通過改變諧振電路的頻率因數(shù)，將編碼后的信號調(diào)制到諧振信號中；由于反射阻抗的效應，無線充電接收裝置諧振波形同樣會反映出相同變化形式的波形，無線充電發(fā)送裝置通過硬件電路/軟件算法進行解調(diào)，解析出控制信息，從而完成環(huán)路控制的計算。

實施例4

請參閱圖3，為本發(fā)明一實施例的無線充電方法示意圖。

如圖3所示，無線充電方法是基于本發(fā)明提供的無線充電系統(tǒng)，包括以下步驟：

S101：發(fā)送控制單元基于來自發(fā)送檢測單元的檢測結(jié)果，切換無線充電發(fā)送裝置為待機模式或充電模式；

S102：在充電模式時，發(fā)送控制單元控制無線充電發(fā)送裝置激勵發(fā)送諧振電路，并傳輸能量至無線充電接收裝置；

S1021：在待機模式時，發(fā)送控制單元控制無線充電發(fā)送裝置發(fā)送脈沖激勵，以維持發(fā)送諧振單元的諧振，并檢測是否有充電設備或異物的靠近。

進一步地，無線充電方法還包括：

S103：通訊單元通過接收控制單元控制調(diào)制電容與接收諧振單元的接通和斷開，改變接收裝置的頻率因數(shù)，以將認證信息調(diào)制到諧振波形中；

S104：通訊單元控制無線充電發(fā)送裝置感應認證信息調(diào)制的諧振波形，并通過峰值解調(diào)和包絡解調(diào)方式，產(chǎn)生解調(diào)信號；

S105：通訊單元和發(fā)送控制單元共同解析解調(diào)信號，并判斷能量接收裝置是否合法，合法則繼續(xù)功率傳輸，不合法則停止功率傳輸。

進一步地，無線充電方法還包括：

S106：在固定的充電周期后，發(fā)送控制單元根據(jù)當前接收功率和設定功率，計算出差值并且將該信息調(diào)制到諧振波形中；

S107：通訊單元控制無線充電發(fā)送裝置接收無線充電接收裝置的當前接收功率和設定功率的差值信息，計算當前驅(qū)動頻率步長，并調(diào)整電路的工作頻率接近諧振頻率。

優(yōu)選地，步驟S106中，固定的充電周期可設定為0.5ms。

本發(fā)明提供的無線充電系統(tǒng)，無需充電時的精確對接，即可完成自主充電，同時也不需要充電插頭，簡化了充電結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。