无线充电器设备和无线充电方法

无线充电器设备和无线充电方法
【专利摘要】本发明涉及无线充电器设备和无线充电方法。无线充电器设备包括主控单元和一个或一个以上的电能发射单元，主控单元与电能发射单元之间以及电能发射单元之间通过接口可拆卸地连接；主控单元包括电源管理模块和总控模块，电源管理模块将所获得的直流或交流电转换为主控单元内部所需的电能，并将转换后的电能输出至接口，进而通过接口传输给电能发射单元；总控模块采用主从模式总线的方式与电能发射单元通过接口相连，控制和管理主控单元和电能发射单元的操作；电能发射单元利用接收到的电能发射电磁波。本发明的无线充电器设备具有可扩展、可组合、多功能的特点，使用方便，灵活性强。
【专利说明】无线充电器设备和无线充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线充电技术，具体地说，涉及可扩展的多功能无线充电器设备以及使用这种无线充电器设备进行无线充电的方法。
【背景技术】
[0002]当今市场中，存在种类繁多的便携式电子设备，大部分的便携式电子设备都配备有可充电电池，以维持便携式电子设备在移动中的工作。于是，不可避免地需要经常对电池进行充电。为了给电池充电，通常需要外接一充电器。常见的充电器都是有线的，其一端与固定的电源连接，获得电能输入，另一端通过接触端子与便携式电子设备连接，将经过转换的低压直流电输给便携式电子设备的可充电电池，为其充电。
[0003]这种充电器除了与固定的电源连接外，还需要电源线连接到便携式电子设备。此夕卜，在便携式电子设备的表面也需要设置与充电器连接的接触端子。接触端子暴露在外面，影响便携式电子设备的外观。更重要的是，接触端子可能会被外部的异物污染而导致接触不良，更有甚者发生短路，致使电池被完全放电。
[0004]随着无线技术的发展，一些充电器的设备制造商开始研究并制造能够对电池进行无线充电的充电器设备。无线充电的便利之处在于，无需将便携式电子设备连接到任何电线上，也不需要在充电器和便携式电子设备上设置用于彼此连接的接触端子，具有安全性高、防水、无长连接线的优点，即放即充，免去接线的烦恼，方便用户的使用。
[0005]目前的无线充电技术主要是采用电磁感应原理，通过线圈进行能量耦合来实现能量的传递，被充电对象与电源之间采用非接触的方式。
[0006]常见的无线充电器设备在外形上类似于一个平板。图1示出一个传统无线充电器设备的立体示意图。如图1所示，无线充电器设备10具有外壳11，外壳11的上表面形成无线充电平台12，无线充电平台12具有初级线圈(或者称为发射线圈)，在充电时，被充电对象放置在无线充电平台12上。外壳11上还可以具有形成在外壳11前面的开关13和用于显示充电状态的LED指示灯14。当然，无线充电器设备10还具有与固定电源连接的电插头(未示出)，以获得直流或交流电能输入。
[0007]图2示出上述传统无线充电器设备10的控制框图。如图2所示，无线充电器设备10大体上可以包括电源管理模块101、充电控制模块102、振荡电路103、功率放大器104、发射线圈(也称为初级线圈)105和传感模块106。
[0008]无线充电器设备10的电源管理模块101从外部的固定电源处获得直流或交流电能，将其转换为内部所需的电压，供其它模块和电路使用，例如提供给充电控制模块102、振荡电路103等。振荡电路103在充电控制模块102的控制下将电源管理模块101提供的电能变成高频交流信号，该信号经功率放大电路104放大，被提供给发射线圈105，发射线圈105利用经放大的高频信号发射电磁波。其中，充电控制模块102是根据传感模块106提供的信息对振荡电路103进行控制的，传感模块106检测发射线圈105的电压，将其转换成电流，发送给充电控制模块102，充电控制模块102对电流信息进行处理，并据此进行相应的控制，例如判断是否启动充电、是否需要调节振荡频率等。
[0009]对应的被充电设备设置有接收感应线圈(也叫次级线圈)和充电转换电路，接收感应线圈接收发射线圈105发射的电磁波，经充电转换电路转换成所需电压，提供给可充电电池,进行充电。
[0010]这种无线充电技术的充电效率与耦合的磁束密度呈正比，因此，对发射线圈和接收线圈的大小、形状以及相对位置和距离有较高的要求。于是，通常针对不同的充电对象，设置特定结构的无线充电器设备和特定大小、形状的发射线圈，以此保证无线充电器设备与被充电对象的相对位置和距离以及兼容性。也就是说，一种类型的无线充电器设备通常都只能为一种特定外形和尺寸的特定被充电对象进行充电。
[0011]然而，目前，便携式电子设备种类繁多，大小形状也各异，小尺寸的有耳机、MP3，中等尺寸的有游戏机、手机、照相机等，大尺寸的有平板电脑、笔记本电脑等。针对不同尺寸和外形的便携式电子设备设计不同尺寸的无线充电器设备，会造成携带以及使用上的不便，也造成资源浪费。
[0012]此外，在利用当前的无线充电器设备进行无线充电时，被充电设备需要精密地放置在无线充电器设备上，与无线充电器设备保持固定的位置和距离，一般来说，这个工作距离不超过几个厘米，否则就无法充电或导致充电时间极大延长，进而使得充电效率大大降低。这种限制对用户造成了极大的不便，因为在充电期间基本无法使用该被充电设备。
[0013]另一方面，这种一体机平台样式的无线充电器设备不能实时有效地监控、管理被充电设备的情况，例如充电效率、充电模式等等，而且所有的操作都需要用户在无线充电器平台上手动进行，例如调整被充电设备的位置、选择充电模式等等。这都导致了现有无线充电器设备的灵活性很差。

【发明内容】

[0014]针对上述问题，本发明提出一种无线充电的解决方案。根据该方案的无线充电器设备具有可扩展、可组合、多功能的特点，使用方便，灵活性强。其中，无线充电器设备包括主控单元和一个或一个以上的可以与主控单元组合的可拆卸电能发射单元。电能发射单元可以是为大小、形状各异的各种便携式电子设备提供充电电能的充电单元。主控单元与电能发射单元组合成适应各种类型、各种大小、各种形状的便携式电子设备的无线充电器设备。各个电能发射单元可以拆卸，便于携带；可以组装，便于扩展。
[0015]本发明的无线充电器设备包括主控单元和一个或一个以上的电能发射单元，主控单元与电能发射单元之间以及电能发射单元之间通过接口可拆卸地连接；
[0016]所述主控单元包括:电源管理模块和总控模块，
[0017]所述电源管理模块将所获得的直流或交流电转换为所述主控单元内部所需的电能，并将转换后的电能输出至所述接口，进而通过接口传输给所述电能发射单元；
[0018]所述总控模块采用主从模式总线的方式与所述电能发射单元通过所述接口相连，控制和管理所述主控单元和所述电能发射单元的操作；
[0019]所述电能发射单元利用接收到的电能发射电磁波。
[0020]其中，所述主控单元进一步包括:发射模块，其用于从所述电源管理模块接收电能，并发射电磁波，所述发射模块包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中，
[0021]所述传感模块用于检测发射线圈的信息；
[0022]所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述振荡电路和所述功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号；
[0023]所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将所述电源管理模块转换后的电能转换成高频信号，提供给所述功率放大器；
[0024]所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给所述发射线圈；
[0025]所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
[0026]进一步地，所述电能发射单元包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中，
[0027]所述传感模块用于检测所述电能发射单元的发射线圈的信息；
[0028]所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述电能发射单元的振荡电路和功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号；
[0029]所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将来自所述主控单元的、通过电源接口传输来的电压转换成高频信号，提供给功率放大器；
[0030]所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给发射线圈；
[0031]所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
[0032]所述主控单元还可以进一步包括:无线接入点模块，其为被充电设备与另一无线设备之间、所述主控单元与另一无线设备之间的数据通信提供路径，使得另一无线设备在被充电设备充电期间操作被充电设备，并通过控制所述主控单元来控制所述电能发射单元的无线充电。所述无线接入点模块包括:天线、无线接收发射端、无线基带和数据处理器。
[0033]所述接口包括但不限于嵌入式接口、接触式接口、插入式接口、卡扣式接口等。
[0034]本发明还提供一种无线充电器设备，其包括主控单元，该主控单元包括:
[0035]电源管理模块，用于将所获得的直流或交流电转换为所述主控单元内部所需的电倉泛;
[0036]发射模块，用于从所述电源管理模块接收电能，并发射电磁波；
[0037]总控模块，用于控制和管理所述主控单元的操作；和
[0038]无线接入点模块，用于构建无线网络，与所述总控模块相连并交互，为被充电设备与另一无线设备之间、所述总控模块与另一无线设备之间的数据通信提供路径，使得另一无线设备在被充电设备充电期间操作被充电设备。
[0039]所述发射模块包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中，
[0040]所述传感模块用于检测发射线圈的信息；
[0041]所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述振荡电路和所述功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号；
[0042]所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将所述电源管理模块转换后的电能转换成高频信号，提供给所述功率放大器；
[0043]所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给所述发射线圈；
[0044]所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。[0045]所述无线接入点模块包括:天线、无线接收发射端、无线基带和数据处理器。
[0046]所述无线充电器设备进一步包括:一个或一个以上的电能发射单元，其中，所述主控单元与所述电能发射单元之间以及所述电能发射单元之间通过接口可拆卸地连接；
[0047]所述电源管理模块将转换后的电能输出至所述接口，进而通过接口传输给所述电能发射单元；
[0048]所述总控模块采用主从模式总线的方式与所述电能发射单元通过所述接口相连，控制和管理所述主控单元和所述电能发射单元的操作；
[0049]所述电能发射单元利用从所述电源管理模块接收到的电能发射电磁波。
[0050]所述电能发射单元包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中，
[0051]所述传感模块用于检测所述电能发射单元的发射线圈的信息；
[0052]所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述电能发射单元的振荡电路和功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号；
[0053]所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将来自通过电源接口传输来的电压转换成高频信号，提供给功率放大器；
[0054]所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给发射线圈；
[0055]所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
[0056]所述接口可以包括但不限于:嵌入式接口、接触式接口、插入式接口、卡扣式接口。
[0057]本发明还提供了使用以上无线充电器设备的无线充电方法，包括以下步骤:
[0058]无线充电器设备进行系统初始化，其中，所述无线充电器设备包括主控单元和一个或多个与主控单元可拆卸连接的电能发射单元；
[0059]设置充电模式；
[0060]检测被充电设备；
[0061]轮训所述主控单元和所述电能发射单元，获取所述主控单元和所述电能发射单元的充电信息；
[0062]判断所述主控单元和所述电能发射单元的充电模式是主动充电模式还是被动充电模式；
[0063]在主动充电模式的情况下，所述主控单元和所述电能发射单元根据预定方式进行无线充电；
[0064]在被动充电模式的情况下，所述主控单元和所述电能发射单元从所述无线充电器设备的总控模块接收指令并根据指令进行无线充电。
[0065]所述方法进一步包括:
[0066]所述无线充电器设备的无线接入点模块建立无线网络；
[0067]所述被充电设备以及另一无线设备接入所述无线网络；
[0068]所述总控模块将所获取的所述主控单元和所述电能发射单元的充电信息经由所述无线网络发送给所述另一无线设备；
[0069]所述另一无线设备经由所述无线网络发送指令给所述总控模块。
[0070]所述指令包括但不限于以下指令:指示常速充电的指令、指示快速充电的指令、指示慢速充电的指令、指示启动充电的指令、指示停止充电的指令。[0071]所述另一无线设备借助所述无线网络利用远程客户端控制应用进行操作和使用所述被充电设备。
[0072]判断所述主控单元和所述电能发射单元是主动充电模式还是被动充电模式的步骤和设置充电模式的步骤可以在充电过程中实时进行。
[0073]上述的无线接入点模块采用的技术包括但不限于WiF1、Bluetooth、UffB, ZigBee,IrDA等，以及光传输技术、声传输技术等。
[0074]通过在无线充电器设备中包括无线接入点模块，可以使被充电设备与其它无线电子设备(另一无线设备)进行无线数据通信。这样，当被充电设备放在无线充电器设备上进行充电的时候，用户可以使用其它无线电子设备(例如，PC或其它移动设备)通过无线接入点模块(无线数据传输单元)访问和使用被充电设备。例如，被充电设备的信息(包括但不限于系统信息、屏幕信息、键盘信息、语音信息等)被加载到其它无线电子设备上，这样，该无线电子设备可以实时仿真被充电设备。于是，用户可以在被充电设备正在进行无线充电的过程中，不直接接触和移动被充电设备，就可以继续使用它，从而降低对用户的限制，方便用户的使用和操作。
[0075]进一步地，利用上述无线接入功能，无线充电器设备还可以实时观测、控制和管理各个无线充电器平台，获取其上所有正在充电的被充电设备的状况，例如，正在充电的被充电设备的数量、充电效率、充电完成的时间，是否有金属异物在充电器平台上等等，还可以借此控制各个无线充电器平台的各种充电模式，例如，开启充电、关断充电、正常速度充电、快速充电、慢速充电等。因此，本发明的无线充电器设备灵活性强，适应性好。
【专利附图】

【附图说明】
[0076]图1是传统的基于电磁感应原理的无线充电器设备的立体示意图。
[0077]图2是传统的基于电磁感应原理的无线充电器设备的控制框图。
[0078]图3是根据本发明一个实施例的无线充电器设备的控制框图。
[0079]图4是根据本发明另一个实施例的主控单元的控制框图。
[0080]图5是根据本发明的示例性无线充电器设备的主控单元与电能发射单元的连接示意图。
[0081]图6是根据本发明的示例性无线充电器设备的主控单元与电能发射单元的若干种组合方式的示意图。
[0082]图7A是本发明的无线充电器设备实现无线数据通信和无线充电的应用控制框图。
[0083]图7B是根据本发明的示例性无线充电器设备的无线数据通信示意图。
[0084]图7C是其它无线电子设备利用无线接入点功能控制和使用被充电设备的示意性流程图。
[0085]图8是根据本发明的示例性充电过程的示意性流程图。
[0086]图9是利用本发明的无线接入点功能控制电能发射单元的充电过程的示意性流程图。
【具体实施方式】[0087]下面，结合附图详细描述本发明的实施例。
[0088]图3示出根据本发明一个实施例的无线充电器设备的控制框图。
[0089]如图3所示，根据本发明的无线充电器设备包括主控单元200和一个或一个以上的电能发射单元，在本例中，示出三个电能发射单元220、230和240。
[0090]各个电能发射单元均可拆卸地与主控单元200连接，其连接方式可以采用但不限于嵌入式、接触式、插入式、卡扣式等各种接口。接口是主控单元200与电能发射单元220、230,240的连接点，主控单元200提供的电能经电源布线传送到该接口，进而传送到电能发射单元220、230、240。在主控单元200与各个电能发射单元传输数据和控制信息的总线(可以称为数据总线)也都布线至接口处，在主控单元200与各个电能发射单元通过嵌入式、接触式、插入式、卡扣式等各种接口方式进行连接时，数据传输路径形成。于是，可以在主控单元200与各个电能发射单元之间传输数据和控制信息等。需要说明的是，在主控单元与各个电能发射单元之间传输数据和控制信息的总线可以采用主从模式的连接方式，包括但不限于I2C、SPI等。
[0091]也就是说，物理位置上，主控单元200与电能发射单元之间的电源连接点和总线连接点都形成在接口处，然而电源布线和总线布线是分开进行的。此外，各电能发射单元之间也可以通过接口互连，类似地，各电能发射单元之间的电源连接点和总线连接点也形成在接口处，然而它们内部的电源布线和总线布线也是分开进行的。
[0092]主控单元200从外部电源处获得直流或交流电，进行无线充电的管理，与一个或一个以上的电能发射单元220、230和240进行数据交互，并为它们提供电能输入。
[0093]电能发射单元220与主控单元200组合使用，从主控单元200接收电能，通过对接收的电能进行处理，对外发射电磁波，为所针对的充电对象进行无线充电。电能发射单元230和240的设计原理和功能与电能发射单元220基本相同，但它们可以针对不同的充电对象进行无线充电。例如，电能发射单元220可以被设计成为耳机无线充电，而电能发射单元230和240可以被设计成分别为苹果手机和个人数字助手(PDA)无线充电。
[0094]进一步参见图3，主控单元200包括电源管理模块201、充电控制模块202、振荡电路203、功率放大器204、发射线圈205、传感模块206和总控模块207。
[0095]总控模块207负责整个无线充电器设备的维护、控制和管理，例如，初始化系统、与各个电能发射单元进行数据交互等。在主控单元200中，总控模块207连接到充电控制模块202。总控模块207还通过数据总线连接到各电能发射单元，具体是连接到各个电能发射单元的充电控制模块，用于轮训所有充电控制模块的充电信息，并可以控制所有充电控制模块。总控模块207与各个充电控制模块的数据和控制信息等的交互采用但不限于主从模式的总线方式，包括但不限于I2C、SPI等。
[0096]电源管理模块201接收通过主控单元200的电源插头(未示出)从外部电源处获得的直流或交流电，将所接收的直流或交流电转换成内部所需的电能，供其它模块和电路使用，例如将转换后的电能提供给充电控制模块202、振荡电路203等。通常，主控单元200通过电源插头连接到传统的家用电源上，例如，220V的交流电压，电源管理模块201将220V的交流电压转换成主控单元200内部所需的例如12V的直流电压。
[0097]充电控制模块202根据传感模块206输出的信号控制振荡电路203、功率放大器204和发射线圈205的操作，以便为发射线圈205提供合适的电能。例如，充电控制模块202可以控制操作以关断充电模式、减少充电电流、调节振荡频率等，还通过对传感模块206输出的信号进行处理，可以判断接近无线充电器设备的物品是否是对应的被充电对象，等等。
[0098]振荡电路203用作振荡器，将电源管理模块201转换后的电能转换成高频信号，提供给功率放大器204。
[0099]功率放大器204对接收到的高频信号进行放大，输出给发射线圈205。
[0100]发射线圈205利用经放大的高频信号发射电磁波。
[0101]传感模块206用于检测发射线圈205的信息，并将该信息发送给充电控制模块202，供其使用，以便充电控制模块202可以据此判断和控制对被充电设备的充电。传感模块206可以是电压/电流(V/I)传感模块，其用于检测发射线圈205的电压，并将电压转换成电流信号，输出给充电控制模块202进行处理。由于在进行无线充电时，发射线圈205与被充电设备的接收线圈相互作用，所以发射线圈205的电压电流等信息间接反映了被充电设备的相关信息。
[0102]以上，充电控制模块202、振荡电路203、功率放大器204和发射线圈205以及传感模块206可以共同构成主控单元200的发射模块，用于将电源管理模块201转换后的电能转换成电磁波，对被充电设备进行无线充电。
[0103]包括上述发射模块的主控单元200自身就可以作为无线充电平台，通过对接收到的直流或交流电进行处理，以无线方式向特定类型和尺寸的被充电对象发射电磁波，为被充电设备提供电能，进行无线充电。
[0104]除了图3所示的上述模块之外，主控单元还可以包括无线接入点模块。图4示出包括无线接入点模块的主控单元的控制框图。该主控单元通过包括无线接入点模块来实现无线数据传输，使得其它无线电子设备(例如，台式计算机、PDA、平板电脑、笔记本电脑、各种带有无线功能的移动终端等)可以利用该无线数据传输功能操作被充电设备，而不必移动和接触被充电设备，另外，还可以利用此功能控制各个电能发射单元上的被充电设备的无线充电。这里，其它无线电子设备指的是被充电设备之外的无线电子设备。
[0105]具体地，图4所示的主控单元300与图3所示的主控单元200相比,进一步包括无线接入点模块，其包括无线接收发射端301，无线基带302，数据处理器303和天线304。天线304连接在无线接收发射端301上，接收和发射信号。无线接收发射端301，无线基带302，数据处理器303和天线304组合在一起，实现无线路由器的功能。其它无线电子设备可以利用这些模块访问和接入被充电设备，进而使用被充电设备。这样，用户在被充电设备正在进行无线充电的过程中，不用移动和触摸被充电设备，就可以继续使用被充电设备。其中，无线接入点模块可以采用WiF1、Bluetooth、UWB、ZigBee、IrDA等技术,还可以采用光传输技术、声传输技术等。需要说明的是，无线接入点模块所采用的技术不限于以上提及的这些，只要能实现被充电设备与其它无线电子设备的通信以及其它无线电子设备与主控单元300的通信，都可以被无线接入点模块所使用。
[0106]如图4所示，无线接入点模块的数据处理器303还连接到总控模块207，这样，其它无线电子设备通过无线接入点模块可以实现对被充电设备的控制，例如，总控模块207监控各个电能发射单元以及主控单元的充电信息，通过无线接入点模块发送给其它无线电子设备，其它无线电子设备对此做出判断，形成指令，并将指令通过无线接入点模块发送给总控模块207，进而发送给主控单元和/或各个电能发射单元，从而实现对各自被充电设备的无线充电情况的控制。
[0107]进一步地，主控单元200和/或300还可以包括LED灯(未示出)。LED灯受控于电源管理模块201和充电控制模块202，用于指示主控单元200的工作状态，例如，主控单元200是否连接到外部电源，主控单元200是否向外发射电磁波，主控单元200所连接的哪个电能发射单元在工作，等等。在主控单元300包括无线接入点模块时，LED灯还可以指示无线接入点模块是否工作，等等。LED灯可以是一个指示灯，也可以是LED阵列，包括多个LED灯，分别指示上述各种及其它信息。
[0108]再次参见图3，来描述电能发射单元的构成。如上所述，电能发射单元220、230和240的设计原理和功能基本相同。于是，仅以电能发射单元220为例详细描述其构成。
[0109]如图3所示，电能发射单元220包括振荡电路221、功率放大器222、发射线圈223、传感模块224和充电控制模块225。电能发射单元220还可以进一步包括用于指示工作状态的LED灯(未示出)。
[0110]振荡电路221、功率放大器222、发射线圈223、传感模块224和充电控制模块225的工作模式与主控单元200或300中的振荡电路203、功率放大器204、发射线圈205、传感模块206和充电控制模块202的工作模式基本相同。例如，当被充电设备放置在电能发射单元220上时，传感模块224检测发射线圈223的电压，转换成电流，提供给充电控制模块225，充电控制模块225基于这些信息进行控制(例如，开启充电、停止充电、快充、慢充等)，并指令振荡电路221将从主控单元接收到的电能转化成高频信号，经功率放大器222放大，进而发送给发射线圈223，对外发射电磁波，给相应的被充电设备充电。
[0111]电能发射单元220、230、240可以直接通过接口(例如嵌入式、接触式、插入式和/或卡口式等各种接口)与主控单元200或300相连，以获得电能以及形成与主控单元之间的数据传输路径。电能发射单元220、230、240还可以与其它邻近的电能发射单元通过接口相连，以桥接到主控单元200或300，获得电能以及形成与主控单元之间的数据传输路径。它们之间的连接关系可以进一步参见图5和图6。
[0112]图5根据本发明的示例性无线充电器设备的主控单元与电能发射单元的连接示意图。二者之间的连接主要包括两部分:传递电能的电源线的连接以及传递数据的总线的连接。无论是电源线的连接还是总线的连接都是通过接口进行的，接口包括但不限于嵌入式接口、接触式接口、插入式接口和/或卡口式接口等。
[0113]如上所述，主控单元的电源管理模块将来自外部的直流或交流电转换为内部所需的电能，该电能经主控单元内部的电源线传输给各个所需的模块，如图5所示，电源线还环绕在主控单元的周围，延伸至在主控单元的适当位置(例如，主控单元这个平台的四边)所设置的接口(例如，嵌入式、接触式、插入式和/或卡口式等各种接口)。接口用于与电能发射单元的相应接口相连，以将主控单元的电能传递给电能发射单元。类似地，电能发射单元的周围也环绕有电源线，适当的位置也设置有接口，以便与其它电能发射单元和主控单元组合连接。
[0114]主控单元通过环绕的电源线和接口将产生的电能传递给与之相连的电能发射单元。然后，该电能发射单元再通过环绕在自身单元上的电源线和接口将电能传递给其相邻近的其它电能发射单元，依次类推，所有电能发射单元都将获得自身所需的电能，如图5所示。于是，一个主控单元可以与若干个(图5示出5个)电能发射单元组合，从而可以对多个不同类型、不同尺寸的被充电设备进行充电。
[0115]总线的连接和布线方式也类似与电源线。从主控单元的总控模块延伸的总线可以与电源线一起环绕在主控单元的周围，延伸至在主控单元的适当位置(例如，主控单元这个平台的四边)所设置的接口(例如，嵌入式、接触式、插入式和/或卡口式等各种接口)。接口与电能发射单元的相应接口相连，电能发射单元的周围也环绕有总线，与电源线一起延伸至在适当位置设置的接口处。于是，主控单元与各电能发射单元之间以及各个电能发射单元之间的数据通信路径就此形成。
[0116]图6是根据本发明的示例性无线充电器设备中主控单元和电能发射单元的若干种组合方式的示意图。
[0117]如图6所示，示出了主控单元与若干个电能发射单元的五种组合方式(1)_(5)，它们分别形成了为不同被充电对象进行无线充电的无线充电器设备。例如，组合方式(1)-(3)所示的主控单元与电能发射单元分别排成一排、排成两排、排成十字架的样式。它们还可以排列成如图6中的组合方式(4)和(5)所示的样式，需要说明的是，在这种组合方式下，还需要连接板，用以将主控单元和电能发射单元连接和支撑起来，连接板除了起到支架的作用，还起到将电源线、数据总线相连的作用。所述组合方式并不局限于所示的这五种，根据所使用的场合、地点、用途等的不同，可以进行任意形式的组合。
[0118]下面，描述本发明无线充电器设备的使用。
[0119]首先，参见图7A，其示出运行在无线充电器设备、被充电设备和用于控制被充电设备的其它无线电子设备上的控制应用。利用该应用，本发明的无线充电器设备、被充电设备和其它无线电子设备可以相互通信，实现灵活、方便的无线充电。
[0120]如图所示，适用于本发明无线充电技术的控制应用包括但不限于:总控应用1.0、系统初始化模块1.1、充电控制应用1.2、主控单元问询模块1.3、电能发射单元应答模块
1.4、主控单元控制模块1.5、无线通信模块1.6、系统维护模块1.7、充电监控模块1.8、远程客户端控制模块1.9。
[0121]总控应用1.0运行在主控单元的总控模块中，主要用于整个无线充电器设备的总体管理和控制。
[0122]系统初始化模块1.1运行在主控单元的总控模块中，主要用于初始化主控单元和与之相连的各个电能发射单元。
[0123]充电控制应用1.2运行在主控单元的充电控制模块(如果有的话)中和电能发射单元的充电控制模块中，主要用于处理来自于被充电设备的信息，并对充电模式进行设置与控制。
[0124]主控单元问询模块1.3运行在主控单元的总控模块中，用于轮训主控单元和所有电能发射模块的充电信息。
[0125]电能发射单元应答模块1.4运行在电能发射单元的充电控制模块中，用于对来自主控单元的问询进行响应，提供自身的充电信息等。
[0126]主控单元控制模块1.5运行在主控单元的总控模块中，向主控单元和各个电能发射模块发送充电模式指令(被动充电模式)，控制主控单元和各个电能发射模块的充电模式。
[0127]无线通信模块1.6运行在主控单元的无线接入点模块中，主要用于与被充电设备以及控制被充电设备的其它无线电子设备的无线通信。
[0128]系统维护模块1.7运行在主控单元的总控模块和电能发射单元的充电控制模块中，主要用于本身的维护。
[0129]充电监控模块1.8运行在主控单元的总控模块中，主要用于与其它无线电子设备通信来监控充电模式。
[0130]远程客户端控制模块1.9运行在被充电设备和需要控制被充电设备的其它无线电子设备上，用于它们之间的相互通信，利用该模块其它无线电子设备可以远程登陆到被充电设备，进行操作和使用被充电设备。
[0131]接下来，参见图7B和图7C来描述本发明无线充电器设备中无线接入点功能的使用。
[0132]出于描述方便和图示清楚的目的，考虑到主控单元501自身也可以作为无线充电器设备使用，所以仅在图7B中示出无线充电器设备的主控单元501，且所示的主控单元501包括无线接入点模块，用以实现无线数据传输功能。毫无疑问，连接有电能发射单元的实施例也落入本发明的范围，在这种情况下，被充电设备放置在电能发射单元上进行无线充电，而相关信息的无线传输仍由主控单元控制完成。
[0133]被充电设备502放置于主控单元501上，正在进行无线充电。其它无线电子设备503包括但不限于个人电脑(PC)、平板电脑(PAD)、个人数字助理(PDA)、移动设备等各种具有无线数据传输功能的设备。主控单元501作为无线接入点，它将被充电设备502和其它无线电子设备503通过无线方式连接起来，在其它无线电子设备503上运行远程客户端控制程序，就可以对被充电设备502 (包括但不限于屏幕、语音、图像、存储、文件管理等)进行实时的控制和管理，操作其它无线电子设备503就好像操作被充电设备502 —样。这样，即使被充电设备502处于正在充电的状态，无法直接使用，但是通过其它无线电子设备503，借助本发明的无线充电器设备，同样可以操作和使用被充电设备502。
[0134]参见图7C,描述其它无线电子设备(例如，PC) 503访问被充电设备(例如,手机)502的过程，其中，被充电设备502正在无线充电器设备上进行无线充电，并且无线充电器设备、其它无线电子设备和被充电设备分别加载并运行了图7A所示的控制应用。
[0135]首先，在被充电设备502上和其它无线电子设备503上安装图7A所示的远程客户端控制模块1.9，其可以采用各种端对端通信协议。
[0136]使用时，主控单元的总控模块中的系统初始化模块1.1首先进行系统初始化，无线接入点模块的无线通信模块1.6启动建立无线网络，被充电设备502和其它无线电子设备503通过主控单元501的天线、无线接收发射端、无线基带和数字处理器接入所形成的无线接入点网络，其中，被充电设备502被分配以IP地址。
[0137]其它无线电子设备503在该无线接入点网络中找到被充电设备502的IP地址，并利用远程客户端控制模块1.9进行远程登录，通过远程客户端控制模块1.9可以实时地在其它无线电子设备503的屏幕上显示被充电设备502的操作界面，进而可以对被充电设备进行文件、应用程序、外设等进行操作。
[0138]当不需要使用其它无线电子设备503，或被充电设备502充电完毕可以使用时，只需要在其它无线电子设备503上退出远程客户端控制模块应用程序即可。
[0139]需要说明的是，一个其它无线电子设备503可以通过远程客户端控制模块登录和使用多个被充电设备502，多个其它无线电子设备503也可以通过远程客户端控制模块登录同一个被充电设备502。
[0140]参见图8和图9，分别描述主动模式的充电过程以及利用无线接入点功能进行被动充电的过程。
[0141]被充电设备放置于充电平台(包括主控单元形成的充电平台，以及各个电能发射单元形成的充电平台)上之后即自行充电的方式，称为主动充电模式或简称主动模式。在这种模式下，被充电设备置于充电平台上，电能发射单元或主控单元的充电控制模块根据来自传感模块的信号检测到被充电设备，然后，根据预定的程式控制振荡电路、功率放大器和发射线圈进行充电(快充、慢充等)，直至充电完成。
[0142]被充电设备放置于充电平台上之后不是自行充电的方式，称为被动充电模式或简称被动模式。在这种模式下，主控单元和电能发射单元的充电控制模块接收通过总线传输来的主控单元中总控模块的指令，根据指令设置充电方式，例如快充、慢充等，进而执行充电。
[0143]参见图8，当电能发射单元与主控单元组合在一起，准备对被充电设备进行无线充电时，主控单元的总控模块首先执行系统初始化，启动无线充电器设备的各种控制功能和电路功能。此时，电能发射单元通过接口从主控单元接收电能。
[0144]主控单元或电能发射单元的发射线圈检测到被充电设备；
[0145]主控单元或电能发射单元检测是否是采用主动模式进行充电；充电模式是在系统初始化后，由相应单元的充电控制模块设置的，通常而言，默认是主动模式；并且，充电模式是可以在充电过程中随时设置的。
[0146]在采用主动模式进行充电的情况下，主控单元或电能发射单元根据自身充电控制模块的预定程序和指令，发射电磁波，对被充电设备实施无线充电。
[0147]在不采用主动模式而是采用被动模式进行充电的情况下，主控单元和电能发射单元的充电控制模块通过接口从主控单元的总控模块接收指令(例如，由于时间紧迫，采用快充模式)，并根据指令控制振荡电路、功率放大器和发射线圈等，对被充电设备实施无线充电。
[0148]进一步地，在充电过程中，主控单元或电能发射单元实时检测和设置充电模式，判断是主动模式还是被动模式，根据判断结果，采用相应的模式充电。
[0149]参见图9，当主控单元包括无线接入点模块时，还可以进一步利用无线接入点模块的无线传输功能，通过其它无线电子设备对被充电设备的充电情况进行检测和控制。
[0150]例如，多个电能发射单元与主控单元组合，准备对多个被充电设备进行无线充电时，主控单元的总控模块首先执行系统初始化并设置充电模式，启动无线充电器设备的各种控制功能和电路功能。此时，各个电能发射单元通过接口直接或间接从主控单元接收电能，各个电能发射单元的总线与主控单元的总线也通过接口形成完整的数据传输路径。
[0151]这样，无线接入点模块建立无线网络，其它无线电子设备与主控单元，主要是其中的总控模块，建立无线连接。
[0152]此时，主控单元的总控模块对主控单元和各个电能发射单元的充电控制模块进行扫描问询，主控单元和各个电能发射单元的充电控制模块对此加以应答，将充电信息通过总线发送给主控单元。[0153]主控单元的总控模块将充电信息转发给通过无线网络建立连接的其它无线电子设备。
[0154]其它无线电子设备将控制命令发给主控单元的总控模块。例如，准备给手机充电的电能发射单元采用被动充电模式，并要进行快速充电，而给手提电脑充电的电能发射单元采用主动充电模式。
[0155]然后，主控单元的总控模块判断主控单元和各个电能发射单元的充电模式，对于采用主动模式进行充电的，主控单元和各电能发射单元自行进行充电，对于采用被动模式进行充电的，主控单元的总控模块就将来自其它无线电子设备的控制命令发给相应的主控单元和电能发射单元。
[0156]在充电过程中，还可以实时检测充电模式，判断是主动模式还是被动模式，根据判断结果，采用相应的模式充电。例如，用户可能因为有急用，而希望快些对手提电脑进行充电，此时，用户可以通过其它无线电子设备发送一个快充指令给主控单元的总控模块，主控单元的总控模块将该快充指令发给正在给手提电脑充电的电能发射单元，于是，该电能发射单元的充电控制模块根据指令调整振荡电路的频率等实施快速充电。
[0157]可见，利用本发明的包括主控单元和多个与主控单元可拆卸组装的电能发射单元的无线充电器设备，可以对多个电子设备同时充电，主控单元与电能发射单元之间可扩展、可组合、可拆卸，使用方便，便于携带。利用主控单元的无线接入点功能，还可以利用其它无线电子设备控制和使用所有这些被充电设备，于是，可以实时观测、控制和管理无线充电器平台，灵活性强，适应性好。
[0158]需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指夕卜，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【权利要求】
1.一种无线充电器设备，其特征在于，包括主控单元和一个或一个以上的电能发射单元，主控单元与电能发射单元之间以及电能发射单元之间通过接口可拆卸地连接； 所述主控单元包括:电源管理模块和总控模块， 所述电源管理模块将所获得的直流或交流电转换为所述主控单元内部所需的电能，并将转换后的电能输出至所述接口，进而通过接口传输给所述电能发射单元； 所述总控模块采用主从模式总线的方式与所述电能发射单元通过所述接口相连，控制和管理所述主控单元和所述电能发射单元的操作；所述电能发射单元利用接收到的电能发射电磁波。
2.如权利要求1所述的无线充电器设备，其特征在于，所述主控单元进一步包括:发射模块，用于从所述电源管理模块接收电能，并发射电磁波，所述发射模块包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中， 所述传感模块用于检测发射线圈的信息； 所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述振荡电路和所述功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号； 所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将所述电源管理模块转换后的电能转换成高频信号，提供给所述功率放大器； 所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给所述发射线圈； 所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
3.如权利要求1所述的无线充电器设备，其特征在于，所述电能发射单元包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中， 所述传感模块用于检测所述电能发射单元的发射线圈的信息； 所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述电能发射单元的振荡电路和功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号； 所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将来自所述主控单元的、通过所述接口传输来的电压转换成高频信号，提供给功率放大器； 所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给发射线圈； 所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
4.如权利要求1-3中任一项所述的无线充电器设备，其特征在于，所述主控单元进一步包括:无线接入点模块，其为被充电设备与另一无线设备之间、所述主控单元与另一无线设备之间的数据通信提供路径，使得另一无线设备在被充电设备充电期间操作被充电设备，并通过控制所述主控单元来控制所述电能发射单元所提供的无线充电。
5.如权利要求4所述的无线充电器设备，其特征在于，所述无线接入点模块包括:天线、无线接收发射端、无线基带和数据处理器。
6.如权利要求1所述的无线充电器设备，其特征在于，所述接口是嵌入式接口、接触式接口、插入式接口或卡扣式接口。
7.一种无线充电器设备，其特征在于，包括主控单元，该主控单元包括: 电源管理模块，用于将所获得的直流或交流电转换为所述主控单元内部所需的电能； 发射模块，用于从所述电源管理模块接收电能，并发射电磁波； 总控模块，用于控制和管理所述主控单元的操作；和无线接入点模块，用于构建无线网络，与所述总控模块相连并交互，为被充电设备与另一无线设备之间、所述总控模块与另一无线设备之间的数据通信提供路径，使得另一无线设备在被充电设备充电期间操作被充电设备。
8.如权利要求7所述的无线充电器设备，其特征在于，所述发射模块包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中， 所述传感模块用于检测发射线圈的信息； 所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述振荡电路和所述功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号； 所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将所述电源管理模块转换后的电能转换成高频信号，提供给所述功率放大器； 所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给所述发射线圈； 所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
9.如权利要求7或8所述的无线充电器设备，其特征在于，所述无线接入点模块包括:天线、无线接收发射端、无线基带和数据处理器。
10.如权利要求7或8所述的无线充电器设备，其特征在于，所述无线充电器设备进一步包括:一个或一个以上的电能发射单元， 其中，所述主控单元与所述电能发射单元之间以及所述电能发射单元之间通过接口可拆卸地连接； 所述电源管理模块将转换后的电能输出至所述接口，进而通过接口传输给所述电能发射单元；` 所述总控模块采用主从模式总线的方式与所述电能发射单元通过所述接口相连，控制和管理所述主控单元和所述电能发射单元的操作； 所述电能发射单元利用从所述电源管理模块接收到的电能发射电磁波。
11.如权利要求10所述的无线充电器设备，其特征在于，所述电能发射单元包括:传感模块、充电控制模块、振荡电路、功率放大器和发射线圈，其中， 所述传感模块用于检测所述电能发射单元的发射线圈的信息； 所述充电控制模块根据所述传感模块检测到的发射线圈的信息来控制所述电能发射单元的振荡电路和功率放大器，以便为发射线圈提供合适的信号； 所述振荡电路用于在所述充电控制模块的控制下，将来自通过电源接口传输来的电压转换成高频信号，提供给功率放大器； 所述功率放大器对接收到的高频信号进行放大，输出给发射线圈； 所述发射线圈利用经放大的高频信号发射电磁波。
12.如权利要求10所述的无线充电器设备，其特征在于，所述接口是嵌入式接口、接触式接口、插入式接口或卡扣式接口。
13.一种无线充电的方法，其特征在于，包括以下步骤: 无线充电器设备进行系统初始化，其中，所述无线充电器设备包括主控单元和一个或多个与主控单元可拆卸连接的电能发射单元，所述主控单元包括总控模块； 设置充电模式； 检测被充电设备；轮训所述主控单元和所述电能发射单元，获取所述主控单元和所述电能发射单元的充电信息； 判断所述主控单元和所述电能发射单元的充电模式为主动充电模式还是被动充电模式； 在主动充电模式的情况下，所述主控单元和所述电能发射单元根据预定方式进行无线充电； 在被动充电模式的情况下，所述主控单元和所述电能发射单元从所述总控模块接收指令并根据指令进行无线充电。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括: 所述主控单元所包括的无线接入点模块建立无线网络； 所述被充电设备以及另一无线设备接入所述无线网络； 所述总控模块将所获取的所述主控单元和所述电能发射单元的充电信息经由所述无线网络发送给所述另一无线设备； 所述另一无线设备经由所述无线网络发送指令给所述总控模块。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，所述指令包括以下指令之一:指示常速充电的指令、指示快速充电的指令、指示慢速充电的指令、指示启动充电的指令、指示停止充电的指令。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述另一无线设备借助所述无线网络利用远程客户端控制应用操作 和使用所述被充电设备。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，判断所述主控单元和所述电能发射单元的充电模式是主动充电模式还是被动充电模式的步骤和设置充电模式的步骤是在充电过程中实时进行的。
【文档编号】H02J7/00GK103457332SQ201310465266
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】万霞 申请人:平湖凌云信息科技有限公司