一种集成无线充电功能的可穿戴设备及其充电方法
【专利摘要】本申请提供一种集成无线充电功能的可穿戴设备及其充电方法，包括壳体，控制模块，显示模块和电源模块，所述控制模块实现可穿戴设备的基本功能；所述显示模块通过OLED显示屏对可穿戴设备输出信息进行显示；所述电源模块提供可穿戴设备工作时的电压，电源模块集成有无线充电功能，包括小型接收天线，转换电路和可充电电池。本申请提出的一种集成无线充电功能的可穿戴设备，体积小巧，适用于空间有限的小型的可穿戴设备。
【专利说明】
一种集成无线充电功能的可穿戴设备及其充电方法
技术领域
[0001] 本申请涉及可穿戴设备领域，尤其涉及一种集成无线充电功能的可穿戴设备及其 充电方法。
【背景技术】
[0002] 可穿戴设备产品具有科技含量高和时尚、便携的特点，受到越来越多消费者的青 睐，也成为当下最热门消费类电子产品。目前的可穿戴产品均采用有线式充电方式，小巧的 外观配置粗长的充电线，实际使用中十分不方便，降低了用户体验。
[0003] 因此，无线充电技术得到推广发展。目前存在的无线充电方式有电磁感应式、磁共 振式、无线电波式、电场耦合式四种，其中电磁感应式适合近距离供电。但是，现有的无线充 电设备需要专用的发射电路和发射天线，电路设计复杂，天线体积较大，成本偏高。
[0004] 因此，如何设计一种小型的、有效的无线充电系统并将其集成到可穿戴设备中成 为目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本申请提供一种集成无线充电功能的可穿戴设备，包括壳体，控制模 块，显示模块和电源模块，其中：
[0006] 控制模块实现对可穿戴设备的控制功能；
[0007] 显示模块通过0LED显示屏对可穿戴设备输出信息进行显示；
[0008] 电源模块提供可穿戴设备工作时的电压，其中，电源模块集成有无线充电功能，包 括小型接收天线，转换电路和可充电电池，其中：
[0009] 小型接收天线，接收靠近可穿戴设备的读卡器发射的正弦波信号，并将所述正弦 波信号转换为交流电信号；
[0010] 转换电路，对所述交流电信号进行直流转换和滤波处理；
[0011] 可充电电池，接收转换电路输出的电流并存储。
[0012] 优选地，所述无线充电模块在可穿戴设备处于运动状态下能够产生电流。
[0013] 优选地，所述电源模块还包括运动生电模块，使可穿戴设备在运动状态下能够产 生电流，包括：
[0014] 磁场生成单元，在所述可穿戴设备运动过程中，产生磁感线；
[0015] 切割单元，切割所述磁场生成单元所产生的磁感线而产生电流；
[0016] 电流传输单元，将电流导入可穿戴设备的可充电电池中。
[0017] 优选地，所述显示模块还包括设置在0LED显示屏下方的太阳能薄膜，所述太阳能 薄膜接收光线照射，将光能转变为电能，光电流导入可充电电池。
[0018] 优选地，所述可充电电池容量为20mA左右。
[0019] 优选地，所述小型接收天线将铜丝绕制若干圈后直接印刷在PCB板上。
[0020] 优选地，所述小型接收天线的调制频率为3~15MHz。
[0021] 本申请还保护一种充电方法，包括：
[0022] 步骤S1、集成有无线充电功能的可穿戴设备靠近读卡器；
[0023] 步骤S2、可穿戴设备中的小型接收天线接收读卡器发出的正弦波信号，天线的线 圈中产生感应交流电信号；
[0024] 步骤S3、将天线线圈中产生的感应交流电信号转换为直流电信号；
[0025]步骤S4、进一步滤除直流电信号中的高频信号；
[0026] 步骤S5、将电流充入可穿戴设备的可充电电池中。
[0027] 优选地，所述运动生电模块的工作过程包括：
[0028]步骤S601、人体运动，带动可穿戴设备运动；
[0029]步骤S602、运动生电模块中的滑动导轨固定，运动生电模块中的连接导杆随人体 运动沿滑动导轨相对滑动；
[0030]步骤S603、连接导杆带动切割导片在磁感线中开始运动；
[0031 ]步骤S604、切割导片切割第一极板和第二极板间的磁感线；
[0032]步骤S605、切割导片内产生感应电流；
[0033] 步骤S606、电流经过传输单元流入可充电电池。
[0034]优选地，所述太阳能电池薄膜吸收光能转化为电能的工作过程包括：
[0035]步骤S201、光照射条件下，太阳能电池薄膜吸收光能；
[0036]步骤S202、太阳能电池薄膜内束缚载流子发生受激跃迀或辐射，产生自由电子或 空穴，形成感光电流；
[0037]步骤S203、感光电流经柔性电路板到达太阳能电池集成电路板；
[0038]步骤S204、太阳能电池集成电路板对电流进行稳压处理；
[0039] 步骤S205、电流经电池连接器最终流入可充电电池。
[0040] 本申请提出的一种集成无线充电功能的可穿戴设备，体积小巧，适用于空间有限 的小型的可穿戴设备。
【附图说明】
[0041] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0042] 图1是本申请一种集成无线充电功能的小型可穿戴设备的结构图；
[0043]图2是小型接收天线结构图；
[0044]图3是显示模块结构图；
[0045]图4是运动生电模块结构图；
[0046]图5是小型无线充电系统的结构图；
[0047]图6是可穿戴设备的充电过程图；
[0048]图7是波形发生电路原理图；
[0049]图8是运动生电模块的工作过程图；
[0050]图9是太阳能电池薄膜接收光能转化为电能的工作过程图。
[0051 ] 附图标记说明：
[0052] 1-外壳，2-显示模块，3-控制模块，4-电源模块，5-可充电电池，6-运动生电模块， 7_无线充电模块，8-小型发射天线，9-小型接收天线；10-读卡器电源，11-射频终端，12-可 穿戴产品，13-转换电路，14-放大环节;15-反馈网络，16-开关。
【具体实施方式】
[0053]下面将结合本申请实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完 整的描述。
[0054] 本申请提供一种集成无线充电功能的可穿戴设备，如图1所示，包括壳体1，控制模 块3,显示模块2和电源模块5,其中：
[0055] 控制模块3实现对可穿戴设备的控制功能。
[0056] 具体的，所述可穿戴设备可以是智能手环，智能耳机，智能卡片、智能手表等具有 一个或多个功能应用的便携设备。
[0057] 显示模块2通过0LED显示屏对可穿戴设备的输出信息进行显示。
[0058]电源模块4提供可穿戴设备工作时的电压。
[0059] 具体的，所述电源模块4集成有无线充电功能，包括小型接收天线9,转换电路13和 可充电电池5,其中：
[0060] 小型接收天线9,接收靠近可穿戴设备的读卡器发射的正弦波信号，并将所述正弦 波信号转换成交流电信号；
[0061 ]转换电路13，包括整流电路和滤波电路，其中：
[0062] 整流电路，将小型接收天线9感应生成的交流电信号转换为直流电信号；
[0063] 滤波电路，进一步滤除转换后直流电信号中的高频杂讯。
[0064] 可充电电池5,接收转换电路13输出的电流并存储。
[0065] 具体的，所述小型接收天线9包括多种形式，可以是带贴片型、线圈型和偶极子型， 如图2中所示为线圈型天线，采用铜线按照一定的形状绕制若干圈，在铜线的两端加激励 源，同时直接印刷在PCB板上。
[0066] 具体的，所述线圈形状可以是矩形线圈，也可以是圆形型圈，也包括其他根据有限 空间绕制的其他形状。
[0067] 具体的，所述小型接收天线9的调制频率为3~15MHz。
[0068] 具体的，所述小型接收天线9设计和选用时需对电感求值，电感为当天线内通过交 流电时，在导线的内部及其周围会产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比， 用L表示，以RL串联电路为例，天线电感的理论计算公式如下：
[0069] Z = R+j?L (1)
[0070] Im(Z)= ?L = 23ifL (2)
(3)
[0072]其中，Z为线圈天线的阻抗，R为阻抗实部，表示电阻，co是交流信号的角频率，^为 阻抗虚部，求出阻抗虚部，就可以获得电感值，又： (4)
[0074] 由式(4)可以看出，天线的频率跟电感L和电容C有关，天线尺寸越大，则线圈的电 感也就越大，相对电容就更小，当天线的电感大于5yH时，则不容易使匹配到合适的电容C 值。
[0075] 小型接收天线9的线圈匝与匝之间保留间隙。
[0076] 为了保证磁通量大，使得装置与读卡器之间的通信效果好，需要选择性的设置线 圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：
[0077] 0=BXS (5)
[0078] O =B X S X cos 0 (6)
[0079] 其中为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线 圈与磁感线垂直时，使用公式(5)计算;当线圈与磁感线的夹角为0时，使用公式(6)计算。
[0080] 本申请使用如下公式计算磁感应强度：
(7)
[0082]其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用 上述公式(7)计算B。
[0083]当磁通量一定时，依据上述公式(5)(6)和(7)计算出优选的线圈长度和匝数。
[0084]具体的，所述无线充电系统仅支持对小型可穿戴设备进行充电。
[0085]具体的，所述小型无线充电系统仅支持配置有可充电电池容量为20mA左右的小型 可穿戴设备。
[0086]具体的，所述可穿戴设备内集成有无线充电功能，是指将无线充电系统的接收端 集成到所述可穿戴设备中，包括：
[0087]小型接收天线9,接收靠近可穿戴设备的读卡器发射的正弦波信号，并将其转换成 交流电信号；
[0088]转换电路13,包括整流电路和滤波电路，其中：
[0089]整流电路，将小型接收天线9感应生成的交流电信号转换为直流电信号；
[0090] 滤波电路，进一步滤除转换后直流电信号中的高频杂讯
[0091] 可充电电池5,接收转换电路13输出的电流并存储。
[0092] 具体的，该可穿戴设备的充电过程如图6所示，包括：
[0093] 步骤S1、集成有无线充电功能的可穿戴设备靠近读卡器；
[0094] 步骤S2、可穿戴设备中的小型接收天线接收读卡器发出的正弦波信号，天线的线 圈中产生感应交流电信号；
[0095] 步骤S3、将天线线圈中产生的感应交流电信号转换为直流电信号；
[0096]步骤S4、进一步滤除直流电信号中的高频信号；
[0097] 步骤S5、将电流充入可穿戴设备的可充电电池中。
[0098] 所述小型接收天线9可以与设置在可穿戴设备内的NFC天线共用。
[0099] 所述小型无线充电系统还包括发射端11，所述发射端11可以是读卡器，或其他发 出射频信号的射频终端。
[0100] 具体的，所述小型无线充电系统的发射端由使用简单的波形发生电路、放大电路、 小型发射天线组成，其中：
[0101] 所述波形发生电路用于产生电压信号；
[0102] 所述放大电路对电压信号进行放大；
[0103] 所述小型发射天线将电压信号以电磁波的形式射入外部空间；
[0104] 具体的，所述波形发生电路可以是RC振荡电路、LC振荡电路或晶体振荡电路，如图 7所示为一种波形发生电路201的方框图，包括放大环节14和反馈网络15。图中开关10置于2 的位置，当去掉后仍有稳定的输出，其中反馈信号代替了放大电路的输入信号，由公式(8) ~（10):
[0105] .良=尤馬 （8)
[0106] Uf=FU0 (9)
[0107] 4=ASi,F^ (10)
[0108]得出自激振荡的条件是：
[0109] AuF=lBP： K F = 1
[0110] 即需满足：
[0111] (D 幅度条件:AUF=1;
[0112] (2)相位条件:n是整数；
[0113]所述无线充电模块在可穿戴设备处于运动状态下能够产生电流。
[0114] 具体的，所述电源模块4还包括运动生电模块6,使可穿戴设备在运动状态下能够 产生电流，如图4所示，包括：
[0115] 磁场发生单元，在所述可穿戴设备运动过程中产生磁感线，包括相对设置的第一 极板601、第二极板602及所述第一极板601和第二极板602间的磁感线603。
[0116] 导片切割单元，切割所述磁场生成单元所产生的磁感线603而产生电流，包括至少 一个切割导片604及与所述切割导线604电性连接的固定端的连接支杆609及滑动导轨608。
[0117] 电流传输单元，将电流导入可充电电池5,所述电流传输单元包括与切割导片604 电连接的连接导线606和传输电路607,所述传输电路607连接可充电电池5,为可充电电池5 提供直流电。
[0118] 根据图4,人体运动，带动可穿戴设备运动，滑动导轨608固定，则连接支杆609随人 体运动产生沿滑动导轨608的相对滑动，所述连接支杆609带动切割导片604在磁感线603中 运动，即切割导片604随着人体运动切割第一极板601和第二极板602间的磁感线603,这时 切割导片604内产生感应电流，电流经过传输单元流入可充电电池5。
[0119] 具体的，运动生电模块的工作过程如图8所示，包括：
[0120] 步骤S601、人体运动，带动可穿戴设备运动；
[0121]步骤S602、运动生电模块中的滑动导轨固定，运动生电模块中的连接导杆随人体 运动沿滑动导轨相对滑动；
[0122] 步骤S603、连接导杆带动切割导片在磁感线中开始运动；
[0123] 步骤S604、切割导片切割第一极板和第二极板间的磁感线；
[0124] 步骤S605、切割导片内产生感应电流；
[0125] 步骤S606、电流经过传输单元流入可充电电池。
[0126] 所述显示模块还包括设置在0LED显示屏201下方的太阳能电池薄膜202,所述太阳 能电池薄膜202接收光线照射，将光能转变为电能，光电流导入可充电电地。
[0127] 所述0LED显示屏201采用柔性显示屏对可穿戴设备输出信息进行显示。
[0128] 所述0LED显示屏201整合太阳能电池充电功能。
[0129] 所述显示模块2的结构参见图3所示，包括显示屏201、太阳能能电池薄膜202、、柔 性电路板203、太阳能电池集成电路板204和电池连接器205组成。
[0130] 所述显示屏201下表面有可吸收光能的太阳能薄膜202,所述显示屏201下表面与 太阳能薄膜202胶粘连接或静电吸附方式连接。
[0131] 所述太阳能电池集成电路板204连接太阳能电池薄膜202和可充电电池5,所述太 阳能电池集成电路板204用于接收所述太阳能薄膜202传递的电能，并对所述电能稳压处 理，将稳压处理后的电能传递给所述可充电电池5。
[0132] 所述柔性电路板203和所述太阳能电池集成电路板204电连接，所述太阳能电池集 成电路板204与所述电池连接器205连接。
[0133] 具体的，所述太阳能电池薄膜吸收光能转化为电能的工作过程如图9所示，包括：
[0134] 步骤S201、光照射条件下，太阳能电池薄膜吸收光能；
[0135] 步骤S202、太阳能电池薄膜内束缚载流子发生受激跃迀或辐射，产生自由电子或 空穴，形成感光电流；
[0136] 步骤S203、感光电流经柔性电路板到达太阳能电池集成电路板；
[0137] 步骤S204、太阳能电池集成电路板对电流进行稳压处理；
[0138] 步骤S205、电流经电池连接器最终流入可充电电池。
[0139] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请 进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型 属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在 内。
【主权项】
1. 一种集成无线充电功能的可穿戴设备，包括壳体，控制模块，显示模块和电源模块， 其中： 控制模块实现对可穿戴设备的控制； 显示模块通过OLED显示屏对可穿戴设备输出信息进行显示； 电源模块提供可穿戴设备工作时的电压； 其中，电源模块集成有无线充电功能，包括小型接收天线，转换电路和可充电电池，其 中： 小型接收天线，接收靠近可穿戴设备的读卡器发射的正弦波信号，并将所述正弦波信 号转换为交流电信号； 转换电路，对所述交流电信号进行直流转换和滤波处理； 可充电电池，接收所述转换电路输出的电流并存储。2. 如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于:所述电源模块还包括运动生电模块， 在可穿戴设备处于运动状态下能够产生电流。3. 如权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于:所述运动生电模块包括： 磁场生成单元，在所述可穿戴设备运动过程中产生磁感线； 切割单元，切割所述磁场生成单元所产生的磁感线而产生电流； 电流传输单元，将电流导入可充电电池。4. 如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于:所述显示模块还包括设置在OLED显示 屏下方的太阳能电池薄膜，所述太阳能电池薄膜接收光线照射，将光能转变为电能，光电流 导入可充电电池。5. 如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于:所述可充电电池容量为20mA左右。6. 如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于:所述小型接收天线将铜丝绕制若干圈 后直接印刷在PCB板上。7. 如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于:所述小型接收天线的调制频率为3~ 15MHz〇8. -种可穿戴设备的充电方法，包括如下步骤： 步骤S1、集成有无线充电功能的可穿戴设备靠近读卡器； 步骤S2、可穿戴设备中的小型接收天线接收读卡器发出的正弦波信号，天线的线圈中 产生感应交流电信号； 步骤S3、将天线线圈中产生的感应交流电信号转换为直流电信号； 步骤S4、进一步滤除直流电信号中的高频信号； 步骤S5、将电流充入可穿戴设备的可充电电池中。9. 如权利要求8所述的充电方法，其特征在于：可穿戴设备还包括运动生电模块，所述 运动生电模块为该可穿戴设备充电的过程包括： 步骤S601、人体运动，带动可穿戴设备运动； 步骤S602、运动生电模块中的滑动导轨固定，运动生电模块中的连接导杆随人体运动 沿滑动导轨相对滑动； 步骤S603、连接导杆带动切割导片在磁感线中开始运动； 步骤S604、切割导片切割第一极板和第二极板间的磁感线； 步骤S605、切割导片内产生感应电流； 步骤S606、电流经过传输单元流入可充电电池。10.如权利要求8所述的充电方法，其特征在于:可穿戴设备还包括太阳能电池膜，所述 太阳能电池膜吸收光能转化为电能的工作过程包括： 步骤S201、光照射条件下，太阳能电池薄膜吸收光能； 步骤S202、太阳能电池薄膜内束缚载流子发生受激跃迀或辐射，产生自由电子或空穴， 形成感光电流； 步骤S203、感光电流经柔性电路板到达太阳能电池集成电路板； 步骤S204、太阳能电池集成电路板对电流进行稳压处理； 步骤S205、电流经电池连接器最终流入可充电电池。
【文档编号】H02J7/32GK105958584SQ201610388632
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】胡文彬, 底明辉
【申请人】恒宝股份有限公司