无线充电系统的制作方法

本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种无线充电系统。

背景技术：

传统的自动割草机包括机壳、移动装置、切割装置以及电池包，电池包能够为移动装置和切割装置提供工作所需电能。使用时，预先在草坪上设定供自动割草机移动的待切割区域，并将充电站设置在待切割区域内，在检测到电池包电量较低时，自动割草机能够自动返回充电站并与充电站内充电端子对接，实现对电池包的充电，后续检测到电池包内电量符合工作需求后，自动割草机将自动驶离充电站，继续完成对待切割区域内草坪的修剪。

现有的自动割草机由于充电站的阻挡，自动割草机无法切割充电站周围的草，造成该部分草坪不美观，且由于充电站的阻挡，造成充电站下方的草枯死，移动充电站时需要补种草皮，造成不便。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的自动割草机由于充电站的阻挡，不便于切割充电站周围草坪，且造成充电站下方草皮枯死，而补种草皮造成不便的问题，提供一种不会阻挡割草机切割且不会造成充电站下方草皮枯死的无线充电系统。

一种无线充电系统，包括自移动设备及无线充电站，所述自移动设备包括能量储存单元、无线电能接收装置、无线充电站位置识别模块、驱动模块及控制模块，所述无线电能接收装置与所述能量储存单元电性连接，所述无线充电站位置识别模块及所述驱动模块分别与所述控制模块连接，所述无线充电站包括无线电能发射装置，所述无线充电站至少部分位于所述自移动设备的移动范围内，所述无线充电站位置识别模块用于识别所述无线充电站的位置信息，并将所述无线充电站的位置信息发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述无线充电站的位置信息控制所述驱动模块使所述自移动设备向所述无线充电站移动。

上述的无线充电系统，相比现有的有线式充电方式，切割草坪完整且美观，避免了充电站下方的草坪枯死而需要补种草皮，造成不便的问题发生。此外，避免了充电极片与电源端子裸露易被空气、雨水等腐蚀而无法使用的问题，且相比有线式充电方式，降低了定位对接结构的复杂性，降低了成本。

在其中一实施例中，所述无线充电站的顶部低于所述自移动设备的底部。

在其中一实施例中，所述无线充电站位于地面以下。

在其中一实施例中，当所述自移动设备位于所述充电位置，所述无线电能发射装置与所述无线电能接收装置之间的间距大于等50毫米，小于等于100毫米。

在其中一实施例中，当所述自移动设备位于所述充电位置，所述无线电能发射装置与所述无线电能接收装置之间的间距大于等于60毫米，小于等于80毫米。

在其中一实施例中，所述无线充电接收装置的电能接收端的面积小于所述无线充电发射装置的电能发射端的面积。

在其中一实施例中，所述无线充电接收装置的电能接收端的面积为80～120平方厘米，所述无线电能发射装置的电能发射端的面积为156～235平方厘米。在其中一实施例中，所述无线充电系统还包括接合结构，所述接合结构包括接合部及与所述接合部相配的配合部，所述接合部设置于所述自移动设备，所述配合部设置于所述无线充电站，当所述自移动设备移动至充电位置，所述接合部与所述配合部配合，使所述自移动设备停泊于所述充电位置。

在其中一实施例中，所述自移动设备还包括机壳，所述接合部设置于所述机壳底部。

在其中一实施例中，所述自移动设备还包括机壳，所述机壳包括纵长方向，所述接合部位于所述机壳的所述纵长方向的一端或一侧。

在其中一实施例中，所述无线充电站包括表征所述无线充电站边界线的引导线，所述自移动设备还包括两个用于找寻所述引导线的边界线传感器，两个所述边界线传感器设置于所述自移动设备。

在其中一实施例中，所述自移动设备还包括充电信号检测模块，所述充电信号检测模块与所述无线电能接收装置连接，用于检测所述无线电能接收装置接收的信号强度，以判断所述自移动设备是否处于充电位置；所述充电信号检测模块还与控制模块连接，用于根据所述无线电能接收装置接收的信号强度控制所述驱动模块驱动所述自移动设备移动至充电位置。

在其中一实施例中，所述充电信号检测模块根据所述无线电能接收装置接收的信号强度判断所述自移动设备距所述充电位置的距离，所述控制模块根据所述距离或所述距离的变化，控制所述驱动模块，使所述自移动设备朝向所述充电位置移动。

在其中一实施例中，当所述自移动设备距所述充电位置的距离降低至预设距离，所述控制模块控制所述驱动模块降低所述自移动设备的移动速度。

在其中一实施例中，所述充电信号检测模块检测所述无线电能接收装置接收的信号强度处于预设范围内，所述控制模块判断所述自移动设备处于所述充电位置，并控制所述驱动模块使所述自移动设备停泊在所述充电位置。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的无线充电系统的结构框图；

图2为本发明第一实施例中一实施方式中的无线充电系统的自移动设备根据无线充电站的位置规划行驶路径的原理示意图；

图3为本发明第一实施例中另一实施方式中的无线充电系统的自移动设备根据无线充电站的位置规划行驶路径的原理示意图；

图4为本发明第二实施例中的无线充电系统的自移动设备与无线充电站的位置关系图；

图5为本发明第三实施例中的无线充电系统的自移动设备与无线充电站的位置关系图；

图6为本发明第四实施例中的无线充电系统的自移动设备与无线充电站的位置关系图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明第一实施例中的无线充电系统10，包括无线充电站12及自移动设备14。该自移动设备14在一定的区域内移动，该无线充电站12位于该自移动设备14可以到达的区域范围内，以为该自移动设备14充电。本实施例中，该自移动设备14为自动割草机，该自移动设备14在待切割区域内，也即需要加工的草坪的范围内移动。

其中，请一并参阅图2，该自移动设备14包括机壳141、移动装置142、切割装置(图未示)、能量储存单元143及无线电能接收装置144。具体地，该能量储存单元143为电池包，该能量储存单元143固定于机壳141，并与移动装置142及切割装置电性连接，以提供移动装置142及切割装置运行所需电力。能量存储单元还与无线电能接收装置144连接，以自无线电能接收装置144获取充电电力。

移动装置142包括移动机构以及驱动移动机构运转的移动电机，本实施例中，该移动机构包括滚轮，滚轮设置于机壳141下方以支撑机壳141，移动电机固定于机壳141内，并与能量储存单元143电性连接，电机获取能量储存单元143的输出电力后，驱动前述的滚轮滚动，而带动该自移动设备14移动。切割装置包括切割刀盘及驱动切割刀盘转动的切割电机，切割电机固定于机壳141内，并与能量存储单元电性连接，切割电机输出轴延伸并穿过机壳141的底部，从而使得切割刀盘位于机壳141的下方。切割电机获取能量储存单元143的电力后驱动切割刀盘转动，实现自移动设备14在待切割区域自由移动的同时，对待切割区域进行自动修剪。

其中，该无线充电站12包括电压转换模块122及无线电能发射装置124，该无线电能发射装置124通过电压转换模块122自外部电源20获取交相应的电压信号，并与无线电能接收装置144耦合而产生能量交互。具体地，该无线电能发射装置124采用磁感线圈，该无线电能接收装置144也采用磁感线圈，在无线电能发射装置124和无线电能接收装置144对齐时，通过电磁感应、磁场共振、无线电波或微波等能量传递方式，实现将外部电源20所输出的电力传递至无线电能接收装置144，以完成对能量储存单元143的充电。

在一个实施例中，该无线充电站12位至少部分位于自移动设备的移动范围内。具体地，该无线充电站12可以位于自移动设备14移动范围的边界处，也可以位于自移动设备14的移动范围内。本实施例中，该无线充电站12位于该自移动设备14的移动范围的边界处，该无线电能发射装置124全部位于地面以下。如此，由于该无线充电站12可位于自移动设备14的移动范围边界处或全部位于待切割区域的地面以下，该自移动设备14在待切割区域内移动返回至无线充电站12进行充电，切割盘不会触碰无线充电站12，相比现有的有线式充电站，切割草坪完整且美观，避免了充电站下方的草坪枯死而需要补种草皮，造成不便的问题发生。此外，避免了充电极片与电源端子裸露易被空气、雨水等腐蚀而无法使用的问题，且相比有线式充电站，降低了定位对接结构的复杂性，降低了成本。

与此同时，有线式充电站与自移动设备的对接一般要求自移动设备朝着固定的方位进入充电站进行对接，这导致自移动设备进入充电站附近会有一段固定的行走轨迹，导致自移动设备将轨迹上的草碾死的情况发生。而本申请中的无线充电系统10，自移动设备根据所处位置按照任意路径行进到无线充电站12的无线电能发射装置124上方，避免出现采用有线充电方式碾死草的情况。

应当理解的是，该无线充电站12位于该自移动设备14的移动范围的边界处是指，该无线充电站12可位于自移动设备14的移动范围的边界外，也可以位于自移动设备14的移动范围的边界内，或者跨边界设置，即部分位于前述的移动范围内，部分位于该移动范围的边界外。

在一个实施例中，该无线电能接收装置144的电能接收端的面积小于无线充电发射装置的电能发射端的面积。如此，可保证无线电能接收装置144与无线电能发射装置124在不需要精确对接的条件下也能够以较大充电效率进行充电。

进一步地，该无线电能发射装置124位于地面以下，该无线电能发射装置的电能发射端面积为156-235平方厘米之间，无线电能接收装置的电能接收端面面积为80-120平方厘米之间。具体地，无线充电接收装置的电能接收端面积为100平方厘米，无线电能发射装置的电能发射端面积为196平方厘米，该自移动设备14位于充电位置时，该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144之间的间距大于等于50毫米，小于等于100毫米。通过此设置，可保证充电电能的传输功率在50～100w的功率范围内，有60％以上的传输效率。作为一种优选地实施方式，该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144之间的间距可大于等于60毫米，小于等于80毫米。通过此设置，可保证充电电能的传输功率在50～100w的功率范围内，有相对较高的传输效率，可达70％～85％的传输效率，又能很好地满足自动割草机的产品功能及造型要求。较佳地，该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144之间的间距大致为70毫米。如此，可保证两者之间的传输功率达到较佳状态，保证充电效率。

可以理解，该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144之间的间距大致为70毫米是指，该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144之间的间距可为70毫米，亦可略大于70毫米，亦可略小于70毫米。也就是说，以70毫米为基准，在一定范围内波动。

进一步地，该切割刀盘相对机壳的距离可调。具体地，切割电机输出轴延伸并穿过机壳141的底部，切割刀盘与切割电机的输出轴连接，并位于机壳141的下方，切割刀盘连接于切割电机输出轴的位置可调，以使相对机壳的距离可调。在该无线电能发射装置124位于地面以下时，可在无线电能发射装置124上方种植草。

在一个实施例中，该自移动设备14包括无线充电站位置识别模块146、控制模块145及驱动模块147，该无线充电站位置识别模块146与控制模块145连接，该控制模块145与驱动模块147连接。该无线充电站位置识别模块146用于识别该无线充电站12的位置信息，并将该无线充电站12的位置信息发送给控制模块145，该控制模块145根据该无线充电站12的位置信息控制驱动模块147使该自移动设备14向该无线充电站12移动。

在一个实施方式中，该无线充电站位置识别模块146可为绝对定位的gps模块，对应地，无线充电站12设有与无线充电识别模块146通信连接的无线充电定位模块126。用户安装好无线充电站12后，对自移动设备和无线充电站12的位置进行调试匹配，无线充电站位置识别模块146对无线充电站12的位置信息进行存储。当自移动设备14需要回归充电时，控制模块145以无线充电站位置识别模块146存储的无线充电站12的位置为目标点，控制自移动设备14向该目标点移动，从而便于后续的精确对接。

在另外一些实施方式中，该无线充电站位置识别模块146还可为其他相对定位模块，例如蓝牙模块、zigbee模块、wifi模块、超声波模块或uwb定位模块中的一种。其中，蓝牙模块、zigbee模块及wifi模块可通过rssi定位算法来得到自移动设备14和无线充电站12之间的相对距离。而超声波模块及uwb定位模块可通过tof测距方法获得自移动设备14和无线充电站12之间的相对距离。

为便于理解，下面将以具体实施例对相对定位模块进行说明，如图2所示，设置多点beacon，初始时将自移动设备14放置在无线充电站12，使无线电能发射装置124与无线电能接收装置144位置匹配，然后无线充电站位置识别模块146记住该点的绝对位置或相对位置。当自移动设备14接到回归指令，例如电池欠压、作息时间到、雨水传感器出发、人为操作等，则无线充电站位置识别模块146通过计算得出自移动设备14的坐标位置及与无线充电站12的相对距离，控制模块145根据该自移动设备14的坐标位置及与无线充电站12的相对距离，选择最优路径(例如最短路劲)控制驱动模块向无线充电站12移动，便于后续的精确对接。

需要说明的是，该无线充电站位置识别模块146用于初步定位，而自移动设备14与无线充电站12之间的精确对准调整依赖于其他结构，后续将详细说明。

在又一个实施方式中，该无线充电站12包括表征该无线充电站12边界线的引导线16，该无线充电站位置识别模块146包括两个用于找寻该引导线16的边界线传感器141，两个边界线传感器141对称设置于该自移动设备14的两侧。该引导线16用来表征该无线充电站12边界，在该自移动设备14沿无线充电站12的边界线移动时，两个边界线传感器141可以实时比对接收的边界线信号的强度大小或比对位置，从而由控制模块145控制驱动模块147缓慢调整自移动设备14的滚轮，使边界线纵向地位于该自移动设备14的中心位置。

其中，该引导线16在设置时，可以在无线充电站12周围设置半径为1米甚至更小的引导线16。具体地，该引导线16可为对外发射电磁信号的磁引导线16，该边界线传感器141为电磁信号传感器，引导原理与agv导引原理类似。在另一个实施方式中，该引导线16还可为金属线，则该边界线传感器141也可为金属探测仪。在又一个实施方式中，例如该引导线16为图形引导线16，则边界传感器可为摄像头。

为便于理解，下面将以具体实施例对相对定位模块进行说明，如图3所示，当自移动设备14接到回归指令，例如电池欠压、作息时间到、雨水传感器出发、人为操作等，控制模块145控制驱动模块147使自移动设备14沿直线行驶，并沿逆时针或顺时针朝向无线充电站12跨线行走。其中，跨线行走是指该自移动设备14沿边界线移动时，两个边界线传感器141可以实时比对接收的边界线信号的强度大小或比对位置，从而由控制模块145控制驱动模块147缓慢调整自移动设备14，使边界线纵向地位于该自移动设备14的中心位置。

应当理解的是，当该无线充电站位置识别模块146用于初定位时，无线充电站位置识别模块146可以找到无线充电站12，但该自移动设备14无法确定无线电能发射装置124与无线电能接收装置144是否对齐，也即该自移动设备14是否位于前述的充电位置。

在一个实施例中，该自移动设备14还包括充电信号检测模块148，充电信号检测模块148与无线电能接收装置144连接，用于检测无线电能接收装置144接收的信号强度，以判断自移动设备14是否处于充电位置。充电信号检测模块148还与控制模块145连接，用于根据无线电能接收装置144接收的信号强度控制驱动模块147驱动自移动设备移动至充电位置。

具体地，该控制模块145根据充电信号检测模块148检测到的无线电能接收装置144接收的信号强度来判断该自移动设备14到充电位置的距离，控制模块145根据该距离或距离的变化，控制驱动模块147使自移动设备14朝该充电位置移动。

进一步地，控制模块145还可根据信号强度的变化控制驱动模块147向充电位置移动过程中的加速、减速及停止。具体地，当自移动设备14距充电位置的距离降低至预设距离，说明靠近充电位置，控制模块145控制驱动模块147降低自移动设备14的移动速度。当该信号强度处于预设范围内，说明到达充电位置，该控制模块145控制驱动模块147使自移动设备14最终停止移动，停泊在该充电位置，并与用于接合的接合部及配合部共同提高对接的精度及成功率。

需要指出的是，当自移动设备14距充电位置的距离降低至预设距离，控制模块145控制驱动模块147降低自移动设备14的移动速度，其中该预设距离是指充电信号检测模块148检测到有充电信号的距离。

应当理解的是，本实施例中，该充电位置是指无线电能发射装置124与无线电能接收装置144对齐时，自移动设备14与无线充电站12之间的相对位置。通常情况下，磁感应式无线充电接受偏差范围较小，甚至需要严格对齐，但磁共振式无线充电可接受的偏差范围较大。因此，充电位置为一个范围而非确定的点，当该信号强度处于预设范围内，在该范围内该无线电能发射装置124与无线电能接收装置144可能未完全对齐，有一定的偏差，但也能正常充电，经试验，无线电能发射装置124在下，无线电能接收装置144在上，左右偏移3厘米对充电效率的影响不大。

在一个实施例中，充电信号检测模块148还根据检测无线电能接收装置144接收的信号强度，控制无线电能接收装置144处于工作状态或休眠状态；当充电信号检测模块148检测无线电能接收装置接收的信号强度低于预设值，控制无线电能接收装置144处于休眠状态。如此，可避免能量浪费，且在自移动设备14不需要充电时，避免无线电能接收模块长时间处于工作状态，延长了设备的使用寿命。

图4示出了本发明第二实施例中的无线充电系统30，其与第一实施例中的无线充电系统10具有相似的结构，不同之处下面将以具体实施例进行说明。需要指出，为便于描述，相同的结构标号不作变更。

本实施例中的无线充电系统30与第一实施例中的无线充电系统10的不同之处在于无线充电站12设置的位置，以及增加了对接的结构。如图2所示，本实施例中的无线充电系统30的无线充电站12位于该自移动设备14的移动范围的边界处，该无线充电站12部分位于地面之上。

该无线充电系统30还包括接合结构(图未示)，该接合结构包括接合部及与接合部配合的配合部，该接合部设置于自移动设备14，该配合部设置于该无线充电站12。当该自移动设备14移动至充电位置，该接合部与该配合部配接，使自移动设备14停泊于该充电位置，该自移动设备14的无线电能接收装置144与该无线充电站12的无线电能发射装置124可对准。本实施例中，该配合部设置于无线充电站的顶部，该接合部位于机壳141的底部，配合部与接合部相互配合，使自移动设备14停泊于相应的充电位置。

可以理解，在其他一些实施例中，该无线电能发射装置124也可位于地面之上，在此不作限定。

本实施例中，该接合部可与机壳141的一体成型，该配合部用于与该部分配合而使自移动设备14定位于预设的位置。具体地，该配合部包括挡板，挡板与机壳141的接合导向并进行定位。当然，该接合部与配合部的结构不限定于此，例如，导轨与导槽的配合，或者配合部具有的导向面与接合部具有的接合面配合导向，限位块对接合部限位，从而定位该自移动设备14。总之，能实现一定程度的定位，使自移动设备14与无线充电站12之间可进行无线充电即可。

图5示出了本发明第三实施例中的无线充电系统40，其与第二实施例中的无线充电系统30具有相似的结构，不同之处下面将以具体实施例进行说明。需要指出，为便于描述，相同的结构标号不作变更。

本实施例中的无线充电系统40与第二实施例中的无线充电系统30的不同之处在于无线充电站12设置的位置，以及接合结构的设置不同。如图3所示，本实施例中的无线充电系统40的无线充电站12位于该自移动设备14的移动范围的边界处。

该机壳141包括纵长方向，该接合部位于所述机壳141的纵长方向的一端，该配合部位于地面之上。如此，在该自移动设备14与无线充电站12对接的过程中，使自移动设备14沿机壳141的纵长方向的一端的接合部与配合部接合，从而使该自移动设备14位于充电位置。

图6示出了本发明第四实施例中的无线充电系统50，与第二实施例中的无线充电系统30具有相似的结构，不同之处下面将以具体实施例进行说明。需要指出，为便于描述，相同的结构标号不作变更。

本实施例中的无线充电系统50与第二实施例中的无线充电系统30的不同之处在于无线充电站12设置的位置，以及接合结构的设置不同。如图3所示，本实施例中的无线充电系统50的无线充电站12位于该自移动设备14的移动范围的边界处。

该机壳141包括纵长方向，该接合部位于所述机壳141的纵长方向的一侧，该配合部位于地面之上。如此，在该自移动设备14与无线充电站12对接的过程中，使自移动设备14沿机壳141的纵长方向的一侧的接合部与配合部接合，从而使该自移动设备14位于充电位置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。