一种无线充电系统及护理器具的制作方法

1.本实用新型涉及小家电领域，尤其涉及一种无线充电系统及护理器具。


背景技术：

2.电动牙刷需要由蓄电池来提供续航，由于电动牙刷、冲牙器等护理器具对防水要求较高，采用无线充电方式的充电系统可以无需预留插接口，较适于个人护理器具运用。由于电动牙刷、冲牙器等产品体积较小，充电电流以及充电温升受到充电面积影响较大，导致无线充电的线圈无法做得足够大。
3.目前，在有限的空间内，在保证安全的前提下，很难做到理想的充电电流。此外，市面上带无线充电系统的电动牙刷种类繁多，各厂商的无线充电系统往往不带协议，或者，仅采用私有协议。不带协议的无线充电系统需要将充电电流设置得比较小，从而避免遇到金属异物时大电流带来的高温危险。若采用私有协议的无线充电系统，则难以兼容该私有协议以外的无线充电设备接入无线充电系统使用，或者，仅能够以较弱的充电电流来使用，电动牙刷的充电效率低。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供了一种无线充电系统及护理器具。当使用这种无线充电系统时，能使电动牙刷在保障充电安全性的前提下，能获得较大的充电电流，提高充电效率，且充电灵活，便于使用。
5.本实用新型采用的技术方案是：提出一种无线充电系统，所述无线充电系统用于对电池充电，所述无线充电系统包括接收端、发射端及电磁波调节件，所述接收端包括接收线圈与集成了通讯模块的充电管理单元，所述接收线圈通过所述充电管理单元与所述电池电连接，所述通讯模块能接收并识别qi协议和私有协议中一者，所述发射端包括集成了第二通讯模块的第二充电管理单元，以及与所述第二充电管理单元电连接的发射线圈，所述第二通讯模块用于产生波形信号以形成所述私有协议，所述发射线圈用于与所述接收线圈通讯后将电能耦合传输至所述接收端，所述电磁波调节件设置在所述接收端和/或所述发射端，用于增大所述发射线圈与所述接收线圈的耦合系数。
6.优选地，所述电磁波调节件包括由软磁材料形成的结构层，所述结构层能定向控制磁导率，用于调节所述发射线圈与接收线圈的抗饱和磁场，从而降低所述发射线圈的磁损耗。
7.优选地，所述结构层为纳米晶软磁合金层。
8.优选地，所述电磁波调节件包括与所述结构层相连，且背离所述发射线圈和所述接收线圈的耦合侧设置的第二结构层，所述第二结构层由吸波材料形成，用于部分阻挡或者反射指向所述结构层的电磁波。
9.优选地，所述结构层呈薄片状设置，所述第二结构层呈涂层覆盖于所述结构层的外表面设置。
10.优选地，所述发射线圈的线径设置在0.2至0.7毫米之间，所述接收线圈的最外圈直径设置在25毫米以内。
11.优选第，所述发射端设置为一直处于低功耗扫描状态，一旦扫描到有磁场信号时，开始发送握手数据与接收端进行握手。
12.本实用新型还提出一种护理器具，所述护理器具包括主机、充电板及前述的无线充电系统，所述充电板能与电源相连，所述接收端设置在所述主机上，所述发射端设置在所述充电板上，所述充电板用以对所述发射线圈供电。
13.优选地，所述主机为电动牙刷。
14.优选地，所述主机为电动冲牙器。
15.本实用新型的无线充电系统及护理器具可以达到如下技术效果：接收端的接收线圈通过充电管理单元与电池电连接，接收线圈中的电流通过充电管理单元中的整流滤波模块转换为可用于对电池进行充电的直流电。数据处理子单元、整流滤波模块及通讯模块均整合在一个充电管理单元内，集约了护理器具内部空间占用。通讯模块能接收并识别qi协议和私有协议中一者，通过协议支撑，能够避免发射端产生的电磁波遇到金属异物时大电流带来的高温危险，使得接收端充电电流能够设置得比较大，从而提高了充电效率。通讯模块使得具有充电系统的护理器具既能在该厂家特定的无线充电板上进行充电，又能在符合qi的电子设备的无线充电板上进行充电，护理器具的适用范围较广，充电灵活方便。发射端的第二通讯模块用于产生波形信号以形成能供前述通讯模块识别的私有协议，使得仅具有该无线充电系统的护理器具能在厂家特定的无线充电板上进行充电，安全性较高。第二数据处理子单元和第二通讯模块整合在一个第二充电管理单元内，集约了发射板内部空间占用，便于实现整个充电系统的微型化。通讯模块建立通讯连接后，接收线圈用于感应电磁波而产生用于充电的电流，从而将发射端的电能耦合传输至接收端。并且，电磁波调节件用于增大发射线圈与接收线圈的耦合系数，进一步提高了充电效率。
16.附图标记
[0017][0018]
附图说明
[0019]
图1为本实用新型充电系统的内部结构示意图；
[0020]
图2为图1中充电管理单元的内部结构示意图；
[0021]
图3为图1中第二充电管理单元的内部结构示意图；
[0022]
图4为本实用新型充电系统一实施例的结构示意图；
[0023]
图5为本实用新型充电系统再一实施例的结构示意图；
[0024]
图6为本实用新型充电系统又一实施例的结构示意图；
[0025]
图7为本使用新型充电系统的实验数据。
[0026]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0027]
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0029]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0030]
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0031]
参照图1至图4所示，在本实用新型实施例中，提出一种无线充电系统，该无线充电系统可运用于个人护理器具，如：电动牙刷、冲牙器、洁面仪及按摩仪等，以对个人护理器具内的电池90充电，此处及下文的电池90均指可充电电池，下文以电动牙刷为例进行说明。无线充电系统包括接收端10、发射端20及电磁波调节件30，接收端10包括接收线圈11与集成了通讯模块121的充电管理单元12，接收线圈11通过充电管理单元12与电池90电连接，通讯模块121能接收并识别qi协议和私有协议中一者，发射端20包括集成了第二通讯模块211的第二充电管理单元21，以及与第二充电管理单元21电连接的发射线圈22，第二通讯模块211用于产生波形信号以形成私有协议，发射线圈22用于与接收线圈11通讯后将电能耦合传输至接收端10，电磁波调节件30设置在接收端10和/或发射端20，用于增大发射线圈22与接收线圈11的耦合系数。
[0032]
继续参照图1至图4所示，具体地，接收端10的接收线圈11通过充电管理单元12与电池90电连接，此处所述的电连接是指通过导线或电路板连接，接收线圈11的电流通过充电管理单元12中的整流滤波模块122转换为可用于对电池90进行充电的直流电。数据处理子单元123、整流滤波模块122及通讯模块121均整合在一个充电管理单元12内，此处充电管理单元12可以是微型控制器或芯片等，使得电动牙刷在安装接收端10时，仅需要安装一个
微型控制器或者一块芯片，芯片型号可以是cps4510，而无需额外附加特定的通讯芯片，极大地集约了接收端10在电动牙刷的内部空间占用。
[0033]
通讯模块121能接收并识别qi协议和私有协议中一者，特指通讯模块121能通过接收线圈11接收无线信号，并且能够通过通讯模块121来识别该无线信号中的协议。一方面，通讯模块121可以识别qi协议，与符合qi协议的发射端(图未示出)建立通讯连接；另一方面，通讯模块121可以识别私有协议，与符合私有协议的发射端20建立通讯连接。私有协议指一种厂家根据特定设备情况而设定的通讯协议。qi协议是指符合无线充电联盟对设备充电标准要求的一种公用通讯协议，此两种协议的内容均不作赘述。相较于无协议的无线充电系统而言，通过协议支撑，能够避免发射端20产生的电磁波遇到金属异物时产生的大电流带来高温危险，使得接收端10的充电电流能够设置得比较大，从而提高了充电效率。并且，通讯模块121使得具有充电系统的电动牙刷既能在该厂家特定的无线充电板上进行充电，又能在符合qi的无线充电板上进行充电，电动牙刷的适用范围较广，充电灵活方便。
[0034]
继续参照图1至图4所示，在本实用新型实施例中，发射端20的第二通讯模块211用于产生波形信号以形成能供前述通讯模块121识别的私有协议，使得仅具有该无线充电系统的电动牙刷能在厂家特定的无线充电板上进行充电，安全性较高。第二数据处理子单元212和第二通讯模块211整合在一个第二充电管理单元21内，此处第二充电管理单元21可以是微型控制器或芯片等，使得充电板仅需要安装一个微型控制器或者一块芯片，芯片型号可以是cps8510，无需额外附加特定的通讯芯片，极大集约了发射端20在发射板的内部空间占用，便于实现整个充电系统的微型化。
[0035]
此外，该无线充电系统的通讯方式采用了ask调制技术手段，当电池90电压充满之后，通讯模块121可以发送指令至第二通讯模块211，第二数据处理子单元212发送指令，使第二充电管理单元21降低发射功率，避免自激，降低功耗。当第二通讯模块211没有接收到正确的握手信号时，第二充电管理单元21将会进入异物检测模式，防止因金属异物产生的电子涡流造成发热现象，可以消除无线充电的一些安全性隐患。本领域技术人员通过本实用新型实施例及附图，获得等效变换的技术方案，均属于同样的技术构思。
[0036]
如下需要进一步说明，接收线圈11与设置在接收端10的电容组件(图未示出)电连接形成串连谐振电路，发射线圈22与设置在发射端20的电容组件(图未示出)电连接形成第二串联谐振电路，串连的方式可以有多种，在此不作详述。此处所述的电容组件可以指物理上的单体电容，也可以是由多个电容元件以并连的方式获得，使谐振电路能达到交流导通，并且，该谐振电路具有设定的谐振频率，设定的方式不作详述。通讯模块121建立通讯连接后，接收线圈11用于感应电磁波而产生对电容组件充放电的感应电势，利用电容器交流导通的特性，使谐振电路产生耦合电流，整流滤波模块122将该耦合电流转换为充电电流，从而将发射端20的电能耦合传输至接收端10。本领域技术人员通过本实用新型实施例及附图，获得相应的技术手段，以产生任何对本实用新型中谐振方式的电路改造，均属于本实用新型的保护范围，在此不一一赘述。
[0037]
参照图4至图6所示，需要特别阐明的是，电磁波调节件30可以单独设置在接收端10处，或者，电磁波调节件30可以单独设置在发射端20处，又或者，电磁波调节件30一并设置在接收端10和发射端20处。电磁波调节件30可以是磁片、导磁片、隔磁片、导磁块等，电磁波调节件30的材料可以是铁氧体等经过高温烧结获得的已知软磁性材料或已知隔磁材料，
电磁波调节件30可以通过定向控制磁导率来增大电磁波的强度，或者，通过反弹一些电磁波限制其到处散射的形式，用于增大发射线圈22与接收线圈11的耦合系数，进一步提高了充电效率。当然，也可以用于控制温升，降低充电系统周围器件的温度，在此不作详述。
[0038]
参照图1至图4所示，为了方便设置电磁波调节件30，在一个可供选择的实施例中，电磁波调节件30包括由软磁材料形成的结构层31，结构层31能定向控制磁导率，用于调节发射线圈22与接收线圈11的抗饱和磁场，从而降低发射线圈22的磁损耗。该结构层31可以设置在接收端10和/或发射端20，且背离发射线圈22和接收线圈11的耦合侧v(后文省略该标示)，或者，该结构层31可以设置在接收端10和/或发射端20，且位于发射线圈22和接收线圈11的耦合侧，又或者，该结构层31可以设置在接收端10和发射端20，且其一位于发射线圈22和接收线圈11的耦合侧，另一背离发射线圈22和接收线圈11的耦合侧等，在此不作详述。较佳地，结构层31为纳米晶软磁合金层，可以使得电磁波调节件30薄化。此处的纳米晶软磁合金层通过已知软磁性材料获得，可以进一步起到改善发射线圈22与接收线圈11的抗饱和磁场的作用，本领域技术人员通过本实用新型实施例及附图，获得等效变换的技术方案，均属于同样的技术构思。
[0039]
继续参照图1至图4所示，为了避免充电系统内部金属器件发热，在一个可供选择的实施例中，电磁波调节件30包括与结构层31相连，且背离发射线圈22和接收线圈11的耦合侧设置的第二结构层32，第二结构层32由已知的吸波材料形成，用于部分阻挡或反射指向结构层31的电磁波。通过限制电磁波朝背离发射线圈22和接收线圈11的耦合侧延伸，可以限制住电动牙刷和/或充电板的内部金属器件所产生的温升，起到一定的保护作用。
[0040]
继续参照图1、图4，以及图7所示，出于方便制造考虑，在一个可供选择的实施例中，结构层31呈薄片状设置，第二结构层32呈涂层覆盖于结构层31的外表面设置。通过该设置方式，充电系统能达到集约空间利用的目的。较佳地，考虑到均衡性，既能够获得较佳的充电电流与电感感抗，发射线圈22的线径设置在0.2至0.7毫米之间，发射线圈22的线径为0.5毫米时，可以获得较佳的充电电流与电感感抗。接收线圈11的最外圈直径设置在25毫米以内，以便于将接收线圈11安装在电动牙刷的底部。
[0041]
继续参照图1至图4所示，为了方便无线充电系统连接使用，在一个可供选择的实施例中，发射端20设置为一直处于低功耗扫描状态，一旦扫描到有磁场信号时，开始发送握手数据与接收端10进行握手。这样设置的好处是可以便于无线充电系统连接使用，且节约发射端20的功耗。
[0042]
本实用新型还提出一种护理器具，参照图1至图4所示，护理器具包括主机80、充电板70及前述的无线充电系统60，充电板70能与电源相连，此处的电源可以是市电等，充电板70用以对发射线圈22供电。接收端10设置在主机80上，是指接收端10可以固定在主机80的壳体上而实现整体安装。接收端10的接收线圈11通过充电管理单元12与电池90电连接，接收线圈11中的电流通过充电管理单元12中的整流滤波模块122转换为可用于对电池90进行充电的直流电。数据处理子单元123、整流滤波模块122及通讯模块121均整合在一个充电管理单元12内，集约了护理器具的内部空间。通讯模块121能接收并识别qi协议和私有协议中一者，通过协议支撑，能够避免发射端20产生的电磁波遇到金属异物时大电流带来的高温危险，使得接收端10的充电电流能够设置得比较大，从而提高了充电效率。通讯模块121使得具有充电系统的护理器具既能在该厂家特定的无线充电板上进行充电，又能在符合qi的
电子设备的无线充电板上进行充电，护理器具的适用范围较广，充电灵活方便。发射端20设置在充电板上，是指发射端20可以固定在充电板的壳体上而实现整体安装。发射端20的第二通讯模块211用于产生波形信号，以形成能供前述通讯模块121识别的私有协议，使得仅具有该无线充电系统的护理器具能在厂家特定的无线充电板上进行充电，安全性较高。第二数据处理子单元212和第二通讯模块211整合在一个第二充电管理单元21内，集约了发射板的内部空间，便于实现整个充电系统的微型化。通讯模块121建立通讯连接后，接收线圈11用于感应电磁波而产生用于充电的电流，从而将发射端20的电能耦合传输至接收端10。并且，电磁波调节件30用于增大发射线圈22与接收线圈11的耦合系数，进一步提高了充电效率。可供选择地，主机80为电动牙刷，或者，主机80为电动冲牙器，可以更好地利用该无线充电系统实现微型化。
[0043]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0044]
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。