专利名称：无线自动定向充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种充电装置，特别涉及到一种用于对各种可充电电池进行无线自动检测、定位、自动充电的充电装置。
本实用新型的优点和效果在于能够对一定范围内电子设备的可充电电池进行无线定向、检测和自动充电，无需任何人为操作，只要该电子设备在充电器的自动定向、检测和充电的范围内，即使该电子设备所处的位置被一般的物体所遮挡，充电器都能对其进行无线定向、检测和充电，在夜间休息的时候充电器将电池充满电后供白天工作时使用。本实用新型工作可靠，电路和执行机构简单，能耗低、效率高、使用范围很广等优点。
图2-电池充电电路、电压检测、模数转换及通讯发射电路图。
图3-充电器通讯数字脉冲接收、识别信号和复位信号处理电路图。
图4-横向扫描定位伺服电路图。
图5-纵向扫描定位伺服电路图。
图6-充电电路图。
图7-充电器工作电源控制电路图。
图8-抛物面发射天线控制执行机构主视图。
图9-抛物面发射天线控制执行机构侧视图。
如图2所示，平面微波接收电路1的输出分为三路，第一路输入到充电电压检测电路4中，第二路输入到充电电压模数转换电路6中，第三路输入到电池充电电路2中，模数转换电路6连接通讯信号发射电路7，电池电压检测电路3输出连接开关三极管5，开关三极管5输出至充电电压模数转换电路6。
如图3所示，数字通讯信号接收电路8输出分为两路，第一路连接微分电路9，微分电路9接充电电压识别电路10，充电电压识别电路10接定位区间处理电路11，第二路连接前复位电路12、后复位电路13。
如图4横向扫描伺服定位电路所示，横向扫描限位电路14输出接积分电路15，积分电路15的输出端连接电路16中的“或”门电路输入端，电路16输出端连接电路17、电路20中计数器的Cp端，电路17中计数器的Q0输出端经反相电路18输入到横向扫描定位驱动电路19中方向控制三极管的基极；电路17的中计数器Q0输出端和电路20中计数器Q1输出端连接横向加法脉冲处理电路22中的“与”门输入端，电路20中计数器Q2输出端连接横向减法脉冲处理电路23中的“与”门输入端，横向加法脉冲处理电路22和横向减法脉冲处理电路23的输出分别与横向扫描定位运算电路24中可逆计数器的+cp和-cp端相连接，横向扫描定位运算电路24的输出端与横向定位控制电平输出电路25中“与”门输入端相连接，其输出端与横向扫描定位电源控制电路26中控制三极管的基极相连接，定位区间数字转换电路21的输出端分别与横向加法脉冲处理电路22以及横向减法脉冲处理电路23中的“与”门输入端相接。
如图5纵向扫描伺服定位电路所示，纵向扫描限位电路27的输出端和充电电压识别脉冲选通电路29的输出端分别与电路28中的“或”门输入端相连接，电路28的输出端与电路30中计数器的cp端相连接，电路30中计数器的Q0输出端经反相电路31反相后，与纵向定位驱动电路32中的方向控制三极管的基极相连，电路30中计数器的Q0、Q1输出端与纵向加法脉冲处理电路34中“与”门输入端相连，Q2输出端分别与纵向减法脉冲处理电路35中“与”门电路输入端、纵向扫描定位电平输出电路37输入端连接，纵向加法脉冲处理电路34、纵向减法脉冲处理电路35的输出端与纵向扫描定位运算电路36中可逆计数器的+cp、-cp端相连接，纵向扫描定位运算电路36的输出端与纵向扫描定位电平输出电路37中的“与”门输入端连接，纵向扫描定位电平输出电路37的输出端与纵向扫描定位电源控制电路38中的三极管基极相连，定位区间数字转换电路33的输出端分别与纵向加法脉冲处理电路34、纵向减法脉冲处理电路35中的“与”门输入端相连接。 为定位区间数字转换的时钟脉冲发生器。
如图6所示，将纵向限位脉冲输入到逻辑处理电路39中计数器的cp端，将横向、纵向扫描定位控制电平⑩、 输入到逻辑处理电路39中的“或非”门输入端，将逻辑处理电路39的两个输出端分别与微波控制电路40和42中的“与”门、反相器输入端相连，微波控制电路40和42的输出端分别与扫描继电器41、充电继电器43中的三极管基极相连接。
如图7所示，无线充电器中的电源光控电路中，光线检测电路44的输出端与电源控制电路45中继电器的驱动线圈相连接。
如图8、图9的控制执行机构主侧视图、侧视图所示，发射天线是抛物面微波发射天线，横向扫描定位机构是由横向驱动电机46及变速器47、主轴55、横向扫描旋转圆盘48、横向限位光电组合管53组成；纵向扫描机构是由纵向扫描驱动电机49及变速器50、副轴54、纵向限位光电组合管51、发射天线52组成。横向旋转圆盘48是用大螺母固定在主轴55上的，纵向扫描机构都是安装在横向扫描旋转圆盘48上的，发射天线52用螺母固定在副轴54上的。当无线充电器扫描时，横向驱动电机46旋转经变速器47变速后使主轴55转动，驱动横向旋转圆盘48和纵向扫描机构随主轴一起在横向360度范围内旋转；纵向扫描工作时，由纵向扫描驱动电机49旋转经变速器50变速后使副轴54旋转，副轴54旋转驱动发射天线52在180度范围内旋转，横向扫描驱动电机46和纵向扫描驱动电机49是由伺服电路进行控制的。
无线充电器及无线接收器在具体工作时首先由图7中充电器电源控制电路中光线检测电路44检测到周围环境没有光线(夜间)时，其输出端由高电平变为低电平，使电源控制电路45中电源控制继电器闭合；将电源电压供给图4中的横向扫描驱动电路19、图5中的纵向扫描驱动电路32、图6中的扫描继电器41、充电继电器43及图3中的通讯信号复位电路12、电源复位电路13；在这里，设定该充电器在夜间工作，因为此时人们已经睡觉，需要充电的电器位置相对比较固定，如手机、笔记本电脑、随身听等放在桌上，如图7电路取消或旁路，则将成为全天候的充电器，但已无电或需要充电的电器如手机、随身听可能还在人的身上，随着人的走动而移动，使无线充电器不断寻找，充电时又因离开有效充电范围而断掉，效果可能不理想，故设定在夜晚比较合适。
当电源电压接通时，图3中的电源复位电路13产生复位脉冲③，将复位脉冲③加到图4中电路17、20、24中计数器的复位端和图5中电路30、36中计数器的复位端进行清零；图4中横向扫描定位控制电平输出电路25输出的电平⑩由低电平变为高电平，通过横向扫描电源控制电路26将电源电压送入横向扫描驱动电路19中，使无线充电器开始横向扫描；此时，图5中纵向扫描定位控制电平输出电路37输出的电平 为低电平，无线充电器将不进行纵向扫描。
在横向360度范围内扫描过程中，当扫描到周围有需要充电的电池时，图2中可充电电池的通讯信号发射电路7就会立即向周围发射数字脉冲请求信号；图3中无线充电器的通讯接收电路8将接收到的数字脉冲请求信号经放大整形后，通过微分电路9进行微分处理，变换为脉冲宽度相同的正脉冲，将变换后的正脉冲通过两个不同积分时间常数的积分电路输入到充电电压识别电路10中运算放大器的同相和反相输入端进行运算，当充电电压增加时，电路10不输出识别脉冲①，当充电电压减小时，电路10输出识别脉冲①，识别脉冲①通过图4中电路16与横向扫描定位控制电平⑩“与”门逻辑后加到电路17和电路20中计数器的cp端进行计数；电路17中计数器的Q0输出端经电路18反相后加到横向扫描定位驱动电路19中，控制图8、图9中横向扫描驱动电机46的旋转方向；每当充电电压识别脉冲①出现一个正脉冲时，横向扫描的扫描方向将改变一次，当充电电压识别脉冲①出现第三个脉冲时，电路17中计数器Q0的输出电平⑤和电路20中计数器Q1的输出电平⑥同时为高电平，电平⑤和电平⑥通过横向加法计数脉冲处理电路22中的“与”门电路将区间数字脉冲加到加法处理电路22中计数器的cp端，再经微分电路变换为二分频的负脉冲，在横向扫描定位运算电路24中进行加法运算，与此同时，电路20中计数器的Q2输出的低电平⑦使横向减法脉冲处理电路23的输出端始终为高电平，横向扫描定位运算电路24中可逆计数器只进行加法运算。当充电电压识别脉冲①出现第四个脉冲时，电路17中计数器Q0输出电平⑤和电路20中计数器Q1输出电平⑥同时由高电平变为低电平，使横向加法处理电路22的输出端始终处于高电平，而电路20中计数器Q2的输出电平⑦由低电平变为高电平，使横向减法脉冲处理电路23输出定位区间数字负脉冲，并加到横向扫描定位运算电路24中可逆计数器的减法输入端，使可逆计数器进行减法运算，当减法计数到定位区间数字脉冲个数的一半时，可逆计数器的输出将全为零，横向扫描定位运算电路24的输出电平和电路20中计数器Q2输出电平⑦，将通过横向扫描定位控制电平输出电路25中的与门电路使横向扫描控制电平⑩由高电平变为低电平，电路26中三极管将切断横向扫描驱动电路19中的电源，使图8、图9中发射天线52在对充电目标进行四次横向扫描确认后定位在扫描区间的中心位置，也就是充电电压最大的方位上。在此同时，横向扫描定位控制电平⑩通过电路21中“与”门电路切断电路21输出的定位区间数字脉冲，横向扫描定位运算电路24将停止运算，使横向扫描运算电路24中可逆计数器的所有输出端锁定在零状态，横向扫描定位控制电平⑩还通过电路16中与门电路使电路17、20、中计数器输出端保持在最后的状态不变。
当横向扫描定位后，横向扫描控制电平⑩加到图5中纵向扫描定位控制电平输出电路37中，使纵向扫描定位控制电平 和 由低电平变为高电平，纵向扫描电源控制电路38中的三极管导通，将电源供给纵向扫描驱动电路32中的驱动三极管集电极，使图8、图9中纵向扫描驱动电机49开始旋转，驱动微波发射天线52沿纵向180度范围内扫描，在纵向扫描定位过程中，图3中电路10输出的充电压识别脉冲①输入到图5电路30中计数器的cp端并开始计数，从电路30中计数器的Q0输出的纵向扫描定位方向控制脉冲通过反相电路31加到纵向扫描定位驱动电路32中的方向控制三极管的基极，来控制纵向扫描定位的方向，每当充电电压识别信号①出现一个脉冲时，纵向扫描的方向将会改变一次，当充电电压识别信号①出现第三个脉冲时，电路30中计数器的Q0和Q1输出电平和将同时为高电平，将使纵向加法脉冲处理电路34中的计数器对扫描定位区间数字脉冲进行二分频，再经微分电路处理后输出二分频的扫描定位区间数字负脉冲 负脉冲 加到纵向扫描定位运算电路36中可逆计数器的加法输入端进行加法计算，在此同时，电路30中计数器Q2输出的低电平使纵向减法脉冲处理电路35的输出信号 始终为高电平，纵向扫描定位运算电路36中可逆计数器只进行加法运算。当充电电压识别信号①出现第四个脉冲时，电路30中计数器的Q0输出电平和Q1的输出电平将同时由高电平变为低电平，而Q2输出电平由低电平变为高电平，此时纵向加法脉冲处理电路34的输出信号 将始终为高电平，而纵向减法脉冲处理电路35的输出信号 为定位区间数字负脉冲，纵向扫描定运算电路36中可逆计数器中只进行减法运算，当减法计数到定位区间数字脉冲个数的一半时，电路36中可逆计数器的输出端将会全为零，纵向扫描定位运算电路36输出电平和电路30中计数器Q2的输出电平同时加到纵向扫描定位控制电平输出电路37中，使纵向扫描定位控制电平 和 同时由高电平变为低电平，扫描定位电源控制电路38中三极管由导通变为截止，纵向停止扫描，使图8中微波天线52在对充电目标进行四次纵向扫描确认后，最终定位在充电电压最大的方位上。当纵向扫描定位控制电平 由高电平变为低电平时，电路33将停止输出定位区间数字脉冲，使纵向扫描定位运算电路36中可逆计数器的全部输出端锁定在零状态，同时纵向扫描定位控制电平 通过电路29中的与门电路，使电路30中计数器的Q0、Q1、Q2输出端保持最后的状态不变。
当横向和纵向完成最终定位后，即寻找到需要充电的可充电电池后，图4中横向扫描定位控制电平⑩和图5中纵向扫描定位控制电平 全为低电平，通过图6逻辑处理电路39中“或非”门逻辑后使输出端由低电平变为高电平，通过微波控制电路40和42使扫描继电器41断开而充电继电器43闭合，使图8、图9中发射天线52发射出的微波由扫描定位时的小功率微波切换为较大功率的微波，发射天线52将微波电能远远不断的送到图2中电路1中的平面微波接收天线，经电池充电电路2对可充电电池进行充电。
当可充电电池充满电后，图2中电池电压检测电路3的输出电平由低电平变为高电平，三极管5将由导通变为截止，充电电压模数转换电路6和通讯信号发射电路7将停止工作；图3中无线充电器的接收电路8接收不到通讯信号发射电路7发射出的数字脉冲通讯信号后，其输出端将没有数字脉冲输出，此时，复位信号处理电路12和13输出一个复位脉冲对图4中电路17、20、24和图5中电路30、36中的计数器进行复位，复位后无线充电器将重复刚开始工作的扫描过程来寻找处于其它方位并需要充电的可充电电池；当图5中纵向扫描限位电路27输出信号输出两个限位脉冲时(此时表示发射天线52已对周围各个方位进行了扫描，没有需要充电时目标)，图6中逻辑处理电路39中计数器的Q1输出端将由低电平变为高电平，输出电平反相后加到微波控制电路40和电路42中，使微波控制电路40和电路42输出端同时为低电平，扫描定位并使扫描继电器41和充电继电器43全部断开，无线充电器将停止微波的发射；图4中横向扫描驱动电路19和图5中纵向扫描驱动电路32也将停止工作，充电器将等待下一次复位后重新工作；当图7中光线检测电路44检测到有光线(白天)时，其输出将由低电平变为高电，电源控制继电器45将切断除光电检测电路44的工作电源以外其它所有电路的电源。
定位区间脉冲②是由图3中电路11将充电电压识别脉冲①微分处理后输出的，两个定位区间脉冲之间的时间差反映了充电电压从减小—增大—减小时间的长短，图4中电路21和图5中电路33是定位区间数字脉冲转换电路。
图4中横向扫描限位电路14输出的限位脉冲，经反相后输出的脉冲④加到图5中纵向扫描定位控制电平输出电路37的或门输入端，横向每扫描360度时，发射天线52就沿纵向偏转一定的角度，使无线充电器中发射天线52发射出的扫描微波能够扫描到各个方位，改变电路15中积分时间常数就能改变发射天线52沿纵向偏转的角度大小。
具体实施中，平面微波接收天线兼做电子设备的外壳，这样既节省了安装的空间，又能对电子设备起到屏蔽作用，减小微波对电子元件的影响。由于电压检测电路和充电电压模数转换电路以及数字脉冲通讯发射电路中电子元件简单、能耗低，体积小，这些电路可以安装在电子设备的主板上，也可以集成到电池中，都不影响原有的体积，也不增加能耗。
本实用新型采用小型磁控管产生频率为2.45GHz的微波，用直径为10cm左右的抛物面天线将微波聚焦成直径为8cm左右的微波束对电池进行扫描和充电。
本实用新型并不局限于用微波进行电能充电。
无线充电器设置在室内天花板上比较好，这样范围大一点；无线充电器以微波进行充电；无线充电器设置在一个防护罩内，但该防护罩必须能够透射微波。
权利要求1.无线自动定向充电器，其特征在于无线接收器与可充电电池连接，与无线充电器匹配，无线接收器包括接收天线、电池充电电路、电压检测电路、模数转换电路、通讯发射电路，接收天线输出分别接电压检测电路、模数转换电路、电池充电电路，模数转换电路输出接通讯发射电路，无线充电器包括无线发射器、充电器接收电路、充电电路，充电器接收电路有通讯脉冲接收电路、信号识别电路，通讯脉冲接收电路输出接信号识别电路，信号识别电路接充电电路，充电电路接无线发射器。
2.根据权利要求1所述的无线自动定向充电器，其特征在于无线发射器包括发射天线与发射天线控制机构，发射天线控制机构有横向扫描定位机构、纵向扫描定位机构、定位伺服电路，横向扫描定位机构由横向驱动电机及变速器、主轴、横向扫描旋转圆盘、横向限位光电管组成，横向扫描旋转圆盘固定在主轴上，纵向扫描定位机构由纵向扫描驱动电机及变速器、副轴、纵向限位光电管组成，纵向扫描机构均设置在横向扫描圆盘上，发射天线固定在副轴上，定位伺服电路有横向扫描定位伺服电路、纵向扫描伺服电路，输入接信号识别电路，输出分别接发射天线控制机构的横向扫描定位机构、纵向扫描定位机构。
3.根据权利要求1或2所述的无线自动定向充电器，其特征在于在充电器接收电路中设置光控电路，其中的光线检测电路输出接电源控制电路。
专利摘要本实用新型涉及一种用于对可充电电池进行无线自动检测、定位并自动充电的充电装置。本实用新型采用无线接收器与可充电电池连接，与无线充电器匹配，无线接收器有接收天线、充电电路、电压检测电路、模数转换电路及通讯发射电路，无线充电器有无线发射器、接收电路、充电电路，无线发射器包括发射天线及控制机构，控制机构有横向和纵向扫描定位机构、横向与纵向伺服电路，以及与控制电路相对应的驱动电机及变速器、主轴、圆盘、副轴、光电管等，互相发射、接收，进行寻找、检测并充电。工作可靠，结构简单，效率高，使用范围广。
文档编号H02J7/00GK2595049SQ0228645
公开日2003年12月24日 申请日期2002年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者徐龙成 申请人:徐龙成