CN108711945A - 一种多线圈无线充电设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多线圈无线充电设备及方法，包括若干线圈，每一线圈拥有唯一编号，线圈分为若干层，每一层线圈若干且具有盲区，该盲区有其他层的线圈填补，每一线圈通过相应的跳线与供电单元连接。通过该设备可以实现终端在不同的摆放位置下高效的充电。

Description

一种多线圈无线充电设备及方法

技术领域

本发明涉及一种无线充电技术，特别是一种多线圈无线充电设备及方法。

背景技术

随着技术的发展，电子移动设备的无线充电的现有技术是通过电磁感应来实现电能的无线传输，基于电磁感应的无线充电，发射端和接收端的线圈的位置对线圈的耦合性影响很大，进而对无线充电的接收端的位置要求很高。因此，发射端线圈和接收端线圈的错位很大程度的影响到充电效率，而现有的无线充电器只有一个发射线圈无法对接收线圈在不同位置的设备进行充电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多线圈无线充电设备及方法，通过该设备和方法可以实现终端在不同的摆放位置下高效的充电，也可以实现一台充电设备对多个终端的充电。

实现本发明目的的技术方案为：一种多线圈无线充电设备，包括若干线圈，每一线圈拥有唯一编号，线圈分为若干层，每一层线圈若干且具有盲区，该盲区有其他层的线圈填补，每一线圈通过相应的跳线与供电单元连接。

采用上述设备，对所有线圈划分区域，同一区域中的线圈一个时刻仅有一个线圈工作，不同区域中的线圈同一时刻可以同时工作。

采用上述设备，同一区域中的不同线圈分时工作。

一种多线圈无线充电方法，当终端放置于某一线圈上时，充电过程包括：采用轮循的方式检测线圈耦合信号，若有耦合信号则检测该线圈相邻线圈是否也有耦合信号；对存在耦合信号的线圈获取线圈发射功率；获取终端接收功率；获取接收功率和每一发射功率间的差值。仅为最小差值对应的线圈供电。

采用上述方法，对所有线圈划分区域，当不同终端放置于同一区域的不同线圈上时，仅为最小差值对应的线圈供电更改为为差值第一小和第二小对应的线圈进行分时供电。

采用上述方法，对所有线圈划分区域，当不同终端放置于不同区域的线圈上时，为每一区域的最小差值对应的线圈同时供电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)无线充电设备包括若干层线圈，每一层线圈的数量不等，且所有层线圈组合在一起不会存在盲区，对于终端不同的摆放位置，总会存在一理想的线圈为终端供电；(2)对摆放的比较临近的终端，该设备采用分时的方式对终端进行轮换充电，减少同时充电之间的相互干扰；(3)对摆放相对较远的终端，该设备可以同时进行充电，提高充电效率。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明充电单元外部结构示意图。

图2为本发明充电单元分解示意图。

图3为线圈组合示意图。

图4为本发明无线充电控制单元、充电单元及个线路组合示意图。

图5为本发明一种实施例的线圈示意图。

图6为图4第一层线圈和第三层线圈组合的有效区域示意图。

图7为图4第一层线圈和第三层线圈组合的盲区示意图。

图8为图4中萨斯年曾线圈组合示意图。

图9为图4实施例跳线布设图。

图10为线圈划分为两个区域A、B示意图。

具体实施方式

本发明涉及的多线圈无线充电设备利用设备上的Tx线圈与待充电终端上Rx线圈间的电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。

本发明涉及的线圈并非仅如附图中所提及的圆形，也可以为方形或多边形，但圆形的线圈在同样的耗材下耦合面积最大。

本发明涉及的充电盲区为单个线圈以外，或多个线圈之间不重叠且没有电磁场的区域。

结合图1、图2，一种多线圈无线充电设备，该设备的充电单元包括若干线圈、上盖17、底座18和支架19。

上盖17和底座18的底面平行设置且围成承载支架19的内腔，支架19固定于该内腔中。

该若干线圈设置于支架上，每一线圈通过跳线与外部供电装置连接。

若干线圈分层设置，每一层布设的线圈数量不完全相同。每一层线圈之间存在盲区，该盲区由其他层的线圈填补。

结合图3，本发明的一种线圈布设方式如下：

(1)每一层线圈不重叠；

(2)每层线圈在上盖17或底座18上进行投影，相邻层的相邻线圈投影之间部分重叠；

(3)线圈投影间无盲区。

如果Tx线圈的重叠面积过大效率会降低，如果Tx线圈重叠的面积过小容易产生盲区。

根据上述线圈的布设方法，可以避免只包含一个线圈的无线充电设备充电有效区域小的问题，也可以避免仅有一行线圈的无线充电设备之间存在充电盲区的问题。

结合图10，本发明将所有的线圈的投影划分区域。不同区域的线圈可以同时供电，相同区域的线圈仅能轮时工作。

结合图4，本发明还包括无线充电控制单元，无线充电控制单元与充电单元之间设置电流检测线路、线圈电压检测线路、驱动线路、LC谐振线路、解调线路、温度检测线路、Q值检测线路。

所述电流检测电路是通过采样流过功率线路的电流，判断当前工作回路电流值，从而判断线路的工作电流是否在正常范围内，如果电流出现异常，无线充电控制电路会关断充电，达到过流保护的目的。

所述线圈电压检测电路用于检测当前线圈上工作的电压值，如果出现线圈电压异常，无线充电控制电路会关断充电，达到保护的目的。

所述驱动线路、谐振电路构成为充电单元传输功率的线路，由场效应管、电容和线圈组成。

所述解调线路将线圈上耦合到的接收端通信信号进行解调，将解调后的信号反馈给无线充电控制单元。

所述温度侦测电路通过负温度系数电阻实现侦测产品的实时温度。

Q值检测线路通过判断当前的温度是否适合产品正常工作，或者其他异常状态，当温度过高时，无线充电控制电路将会关断整个系统，从而达到温度保护的目的。

无线充电控制单元设置I2C通讯接口和LED灯控制线路。

无线充电控制单元通过I2C通讯接口与其他芯片或其他产品进行实时通讯，提供产品目前的工作状态和工作参数。

无线充电控制单元通过LED控制线路控制LED亮灭，来显示工作状态。

无线充电控制单元和充电单元相互配合，完成对一个终端充电的目的。具体方法如下：

步骤S101，解调线路遍历每个Tx线圈是否有终端的Rx线圈与该线圈进行耦合；若检测到某一线圈感应到有Rx线圈放入后，则查询相邻线圈是否感应到Rx线圈；

步骤S102，获取所有感应到Rx线圈的Tx线圈的发射功率；

步骤S103，Rx线圈所在终端与无线充电控制单元通信连接发送接受功率信息；

步骤S104，获取步骤S104和步骤S103的接收功率和每一发射功率间的差值，差值最小表示该Tx线圈效率最高；

步骤S105，无线充电控制单元选择效率最高的Tx线圈编号的Tx线圈进行工作，其他线圈停止工作。

在步骤S101中，通过轮循为每个线圈通电，若某一Tx线圈通电后感应到Rx线圈，即耦合，则发出信号至解调线路，解调线路经过解调，将线圈的编号传递至无线充电控制单元。

步骤S102中，通过电流检测线路、线圈电压检测线路获取的电流值和电压值计算得到Tx线圈的发射功率。

步骤S103中，要求待充电终端具备识别接收功率计算的能力，并将获取的接受功率通过I2C通讯接口发送至无线充电控制单元。

步骤S104中，一个Tx线圈效率高，代表其发射功率应该与终端接收功率最为相近，即终端的Rx线圈该Tx线圈的重心偏移最小。

本发明涉及的充电设备可以实现对若干个终端同时供电，对若干个终端同时充电又可以分为对相邻线圈放置的不同终端进行充电，和对不相邻的线圈放置不同的终端进行充电。

对相邻线圈同时放入待充电终端进行充电的具体方法如下：

步骤S201，解调线路遍历每个Tx线圈是否有终端的Rx线圈与该线圈进行耦合；若检测到某一线圈感应到有Rx线圈放入后，则查询相邻线圈是否感应到Rx线圈；

步骤S202，获取所有感应到Rx线圈的Tx线圈的发射功率；

步骤S203，对每一Rx线圈所在终端，其与无线充电控制单元通信连接发送该终端所接受功率信息；

步骤S204，获取步骤S204和步骤S203的接收功率和每一发射功率间的差值；

步骤S205，无线充电控制单元选择差值第一小和第二小的Tx线圈编号的Tx线圈进行分时工作，其他线圈停止工作，此时线圈应当为相邻线圈。

在步骤S201中，通过轮循为每个线圈通电，若某一Tx线圈通电后感应到Rx线圈，即耦合，则发出信号至解调线路，解调线路经过解调，将线圈的编号传递至无线充电控制单元。

步骤S202中，通过电流检测线路、线圈电压检测线路获取的电流值和电压值计算得到Tx线圈的发射功率。

步骤S203中，要求待充电终端具备识别接收功率计算的能力，并将获取的接受功率通过I2C通讯接口发送至无线充电控制单元。

步骤S204中，如果一个终端的Rx线圈与一相应的Tx线圈的中心偏移最小，则该Tx线圈对该终端的充电效率最高。

步骤205中，所述分时工作即选中的Tx线圈轮流被通电，并不同时工作。由于相邻的Tx线圈如果同时供电产生的磁场会有干扰，可以采用分时充电的机制避免相互干扰。

对不相邻线圈即不同区域同时放入待充电终端进行充电的具体方法如下：

步骤S301，解调线路遍历每个Tx线圈是否有终端的Rx线圈与该线圈进行耦合；若检测到某一线圈感应到有Rx线圈放入后，则查询相邻线圈是否感应到Rx线圈；

步骤S302，获取所有感应到Rx线圈的Tx线圈的发射功率；

步骤S303，对每一Rx线圈所在终端，其与无线充电控制单元通信连接发送该终端所接受功率信息；

步骤S304，获取步骤S304和步骤S303的接收功率和每一发射功率间的差值；

步骤S305，无线充电控制单元选择差值第一小和第二小的Tx线圈编号的Tx线圈同时进行工作，其他线圈停止工作。

在步骤S301中，通过轮循为每个线圈通电，若某一Tx线圈通电后感应到Rx线圈，即耦合，则发出信号至解调线路，解调线路经过解调，将线圈的编号传递至无线充电控制单元。

步骤S302中，通过电流检测线路、线圈电压检测线路获取的电流值和电压值计算得到Tx线圈的发射功率。

步骤S303中，要求待充电终端具备识别接收功率计算的能力，并将获取的接受功率通过I2C通讯接口发送至无线充电控制单元。

步骤S304中，如果一个终端的Rx线圈与一相应的Tx线圈的中心偏移最小，则该Tx线圈对该终端的充电效率最高。

步骤305中，所述同时工作即选中的Tx线圈同时被通电。

当检测到金属异物放入时，报告给无线充电控制单元，无线充电控制单元停止对应区域停止工作，非本区域仍可正常工作。可以通过温度侦测电路检测金属温度，从而停止该区域线圈的供电。

实时检测环境温度和线圈表面温度，当发现异常时汇报给处理芯片，无线充电控制单元根据温度采取不同的处理机制。比如环境温度过高如30℃，采用如5W低功率模式充电，减少手机发热，使得手机处理最佳工作状态；当环境温度较低时如26℃以下，采用大于5W的功率进行快充，缩短充电时间；线圈表面异常高温时进入过温保护状态，防止金属异物检测失败情况下表面温度过高。

实施例一

一种多线圈无线充电设备，其充电单元包括若干线圈、上盖1、底座6和支架3。上盖1和底座6的底面平行设置且围成承载支架3的内腔，支架3一个且固定于该内腔中。线圈设置三层，其中第一层6个Tx线圈，第二层4个Tx线圈，第三层6个Tx线圈。

结合图5，第一层线圈中的各Tx线圈设置方法如下：第一线圈1分别与第二线圈2、第三线圈3、第四线圈4、第六线圈6相切，第二线圈2与第三线圈3相切，第四线圈4、第六线圈6相切，第五线圈5与第四线圈4、第六线圈6相切。第二线圈2、第三线圈3位于该层最左侧，第一线圈1位于第二线圈2的右侧，第四线圈4、第六线圈6位于第一线圈1右侧，第五线圈5位于第四线圈4的右侧。

第二层线圈中的各Tx线圈设置方法如下：第八线圈8和第十线圈10相切且设置于第七线圈7和第九线圈9之间且与第七线圈7、第九线圈9相切。

第三层线圈中的各Tx线圈设置方法如下：第十二线圈12与第十一线圈11、第十三线圈13相切，第十一线圈11与第十三线圈13相切，第十六线圈16与第十一线圈11、第十三线圈13、第十四线圈14、第十六线圈16相切，第十四线圈14与第十六线圈16相切。第十二线圈12位于该层的最左侧，第十一线圈11、第十三线圈13位于第十二线圈12的右侧，第十六线圈16位于第十三线圈13的右侧，第十四线圈14、第十六线圈16位于第十六线圈16右侧。

三层Tx线圈投影至上盖17上。图6所示，第一层线圈与第三层线圈的投影组合时，阴影为交叠部分，该部分为有效的充电区域。图7中所示第一层线圈和第三层线圈组合后有四处盲区，图中阴影所示，该盲区若有终端的Rx线圈存在，充电效率很低。结合图8，第二层线圈与第一层、第三层线圈组合，填补了盲区。

结合图9，第一层线圈、第二层线圈跳线放置在第一层线圈与第二层线圈之间，第三层线圈跳线放置在第二层线圈与第三层线圈之间。

经过本实施例的设计，在无线充电时，无需考虑终端在上盖17上的摆放位置，即终端可以横摆或竖摆，都可以在某一线圈相对正上方。多层线圈交叠的面积不影响某一工作中的线圈正常使用。

Claims (10)

1.一种多线圈无线充电设备，包括若干线圈，其特征在于，

每一线圈拥有唯一编号，

线圈分为若干层，

每一层线圈若干且具有盲区，该盲区有其他层的线圈填补，

每一线圈通过相应的跳线与供电单元连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，对所有线圈划分区域，同一区域中的线圈一个时刻仅有一个线圈工作，不同区域中的线圈同一时刻可以同时工作。

3.根据权利要求2所述设备，其特征在于，同一区域中的不同线圈分时工作。

4.根据权利要求1或2或3所述的设备，其特征在于，每一层的线圈之间无交叠区域。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，线圈为圆形线圈且每一层相邻线圈相切。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，线圈设置于支架(19)上，支架(19)设置于由上盖(17)和底座(18)围成的内腔中。

7.一种采用权利要求1所述设备的充电方法，其特征在于，当终端放置于某一线圈上时，充电过程包括：

采用轮循的方式检测线圈耦合信号，若有耦合信号则检测该线圈相邻线圈是否也有耦合信号；

对存在耦合信号的线圈获取线圈发射功率；

获取终端接收功率；

获取接收功率和每一发射功率间的差值。

仅为最小差值对应的线圈供电。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所有线圈划分区域，当不同终端放置于同一区域的不同线圈上时，仅为最小差值对应的线圈供电更改为为差值第一小和第二小对应的线圈进行分时供电。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所有线圈划分区域，当不同终端放置于不同区域的线圈上时，为每一区域的最小差值对应的线圈同时供电。

10.根据权利要求7或8或9所述的方法，其特征在于，对线圈供电时实时检测环境温度、线圈表面温度；

当环境温度高于最高阈值时，降低充电功率至最低功率阈值；

当环境温度低于最低阈值时，升高充电功率至最高功率阈值；

当线圈表面温度高于预设阈值时，停止对线圈的供电直至线圈温度低于预设阈值时重新对线圈进行供电。