一种智能购物设备的无线充电系统的制作方法

本发明涉及购物设备技术领域，更具体地说，涉及一种智能购物设备的无线充电系统。

背景技术：

购物车在超市、书店、图书馆以及仓库等地广泛应用。若采用人工方式清点购物车物品，费时费力。近年来，人们已经尝试通过在购物车上增设智能设备，如增设自动识别设备来实现物品的自动清点。

智能设备的引入在提高物品清点效率的同时也带来了电源管理方面的问题。鉴于购物车所处位置的移动性，购物车上智能设备几乎只可采取电池供电的方式来提供能量。因可充电电池可循环利用，成本相对低廉，故其成为电池中优选的方案。现有的购物车可充电电池充电技术包括直充和离线充电两种方式：直充是采用有线方式充电，即购物车通过电源适配器直接接入电网进行充电，这种充电方式要求配备足够多的电源接入端口，裸露在外的电线还可能带来安全隐患，故对其充电过程必须实行专人管理，徒增人力成本；离线充电则是把可充电电池与购物车分离，将其安装到另外配备的专用充电装置中进行充电，这种充电方式需要配备备用电池，并且电池反复拆卸与安装操作也会导致人力成本增加与电池损耗。所以，现有的充电方式的缺陷阻碍了购物车智能化的应用推广，故其亟需改进。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能购物设备的无线充电系统，通过本发明提供的系统可以实现免拆卸无人值守无线自动充电，且通过一个发射电路，可以同时对多个购物设备的可充电电池进行充电，对电能进行了充分利用，提升了充电效率。

为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种智能购物设备的无线充电系统，包括安装在充电区域上的无线能量发射电路，多个中继电路，多个智能购物设备，设置在每一所述智能购物设备上的负载电路以及设置在每一所述智能购物设备上的用电模块，所述负载电路包括接收线圈以及可充电电池，所述可充电电池用于给所述用电模块供电；

在充电状态下，所述无线能量发射电路与多个所述中继电路依次耦合级联，每一所述中继电路的中继线圈与对应的接收线圈耦合连接，并通过可充电电池的充电端口给所述可充电电池充电。

进一步地，所述无线能量发射电路包括电源模块、逆变模块以及电源谐振模块，所述电源模块用于产生直流电压，所述逆变模块用于将所述直流电压转换为交流电压输入所述电源谐振模块中，所述无线能量发射电路通过所述电源谐振模块实现能量的发射。

进一步地，所述电源谐振模块包括相互串联的谐振电感lp1和发射线圈，以及与所述发射线圈并联，且与所述谐振电感lp1串联的电源补偿电容cp，所述发射线圈的线圈自感为lp，线圈内阻为rp。

进一步地，在充电状态下，所述系统包括n个依次耦合连接的中继电路，n≥2，其中，第1个中继电路与所述无线能量发射电路耦合，前n-1个每一所述中继电路中包括相互串联的中继线圈和中继补偿电容，第n个中继电路中包括相互串联的中继线圈、中继补偿电容和中继电阻r，第i个中继线圈的线圈自感为lsi，线圈内阻为rsi，与第i个中继线圈串联的中继补偿电容为csi，其中，i＝1,2…n。

进一步地，每一所述负载电路包括相互串联的接收线圈、负载补偿电容以及可充电电池，第i个接收线圈的线圈自感为lsoi，线圈内阻为rsoi，与第i个接收线圈串联的负载补偿电容为csoi，与第i个接收线圈串联的可充电电池的电阻为roi。

进一步地，在充电状态下，第i个所述中继线圈与级联构架中的前一个线圈之间的互感为mi，第i个所述中继线圈与对应的接收线圈之间的互感为moi，所述发射线圈、所述中继线圈和所述接收线圈的角频率为w，所述系统中的参数满足以下条件：

所述系统中各所述接收线圈的线圈内阻rsoi相等，各所述中继线圈的线圈内阻rsi相等，所述发射线圈与第1个中继线圈之间的互感以及各所述中继线圈之间的互感mi相等，各所述中继线圈与对应的接收线圈之间的互感moi相等，各所述负载电阻roi相等，且r＝wmi。

进一步地，所述智能购物设备为智能购物车或智能购物篮。

进一步地，当所述智能购物设备为智能购物车时，所述接收线圈设置在所述智能购物车的目标侧面上，所述目标侧面为与智能购物车的正常行驶方向相垂直的平面。

进一步地，当所述智能购物设备为智能购物篮时，所述接收线圈设置在所述智能购物篮的底面。

进一步地，每一所述中继电路同与其耦合连接的负载电路一起设置在对应的智能购物设备上。

在本发明提供的智能购物设备的无线充电系统中，无线能量发射电路产生的电能可以通过多个中继电路分别对多个购物设备上的可充电电池充电，解决了可充电电池按照现有技术应用到智能购物车领域出现的人力成本高、安全系数差、设备易磨损等问题，实现了智能购物设备可充电电池的免拆卸无人值守无线自动充电，为购物设备系统引入智能设扫清供电障碍，且通过一个发射电路可以同时对多个智能购物设备的可充电电池进行充电，对电能进行了充分利用，提升了充电效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例提供的智能购物设备的无线充电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的无线能量发射电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的智能购物设备的无线充电系统的等效电路示意图；

图4为本发明实施例提供的接收线圈在智能购物车上的一种设置示意图；

图5为本发明实施例提供的接收线圈在智能购物车上的另一种设置示意图；

图6为本发明实施例提供的接收线圈在智能购物篮上的一种设置示意图；

图7为本发明实施例提供的组合中继线圈和接收线圈的一种示意图；

图8为本发明实施例提供的系统在充电状态下的一种空间分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种智能购物设备的无线充电系统，以实现免拆卸无人值守无线自动充电，且通过一个发射电路，可以同时对多个购物设备的可充电电池进行充电，对电能进行了充分利用，提升了充电效率，请参见图1所示，本实施例提供的智能购物设备13的无线充电系统包括安装在充电区域上的无线能量发射电路11，多个中继电路12，多个智能购物设备13，设置在每一智能购物设备13上的负载电路131以及设置在每一智能购物设备13上的用电模块132，负载电路131包括接收线圈以及可充电电池，可充电电池用于给对应的用电模块132供电；在充电状态下，无线能量发射电路11与多个中继电路12依次耦合级联，每一中继电路12的中继线圈与对应的接收线圈耦合连接，无线能量发射电路11通过中继电路12的中继线圈将能量传输给中继电路12，中继电路12再通过中继线圈将能量传输给接收线圈，通过可充电电池的充电端口给可充电电池充电。

请参见图2所示，本实施例中的无线能量发射电路11包括电源模块111、逆变模块112以及电源谐振模块113，电源模块111用于产生直流电压，逆变模块112用于将该直流电压转换为交流电压输入电源谐振模块113中，无线能量发射电路11通过电源谐振模块113实现能量的发射。在一些实施例中，无线能量发射电路11中还可以包括连接在电源模块111和逆变模块112之间的dc/dc变换器，dc/dc变换器用于对电源模块产生的直流电压进行变压处理，此时，逆变模块112用于对该经变压处理后的直流电压进行逆变处理得到交流电压。

请参见图3所示，本实施例中的电源谐振模块包括相互串联的谐振电感lp1和发射线圈，以及与该发射线圈并联，且与该谐振电感lp1串联的电源补偿电容cp，所述发射线圈的线圈自感为lp，线圈内阻为rp。本实施例中的系统可以包括n个依次耦合连接的中继电路，n≥2，其中，第1个中继电路与无线能量发射电路耦合，请参见图3，本系统中的第n个中继电路从左到右依次耦合级联，这n个中继电路中的第1个是指左边第1个，左边开始计数的第2个则是指第2个中继电路，依次类推，前n-1个(也即是从左开始计数n-1个)每一中继电路中包括相互串联的中继线圈和中继补偿电容，第n个中继电路中包括相互串联的中继线圈、中继补偿电容和中继电阻r，第i个中继线圈的线圈自感为lsi，线圈内阻为rsi，与第i个中继线圈串联的中继补偿电容为csi，其中，i＝1,2…n。本实施例中的每一负载电路包括相互串联的接收线圈、负载补偿电容以及可充电电池，应当理解的是，在充电状态下，每一中继电路都与一个负载电路耦合，所以当充电状态下无线能量发射电路与n个中继电路依次耦合级联时，该无线能量发射电路也应当同时对n个智能购物设备的可充电电池充电。本实施例中第i个接收线圈的线圈自感为lsoi，线圈内阻为rsoi，与第i个接收线圈串联的负载补偿电容为csoi，与第i个接收线圈串联的可充电电池的电阻为roi。

在充电状态下，发射线圈与第1个中继线圈的互感以及各中继线圈之间的互感为mi，其中mi表示第i个中继线圈与级联构架中的前一个线圈之间的互感，本实施例中的级联构架是指由电源电路和多个中继电路组成的级联结构，每一中继线圈与对应的接收线圈之间的互感为moi，其中moi表示第i个中继线圈与对应的接收线圈之间的互感，发射线圈、中继线圈和接收线圈的角频率为w，本实施例所提供的系统中的参数满足以下条件：

系统中各接收线圈的线圈内阻rsoi相等，各中继线圈的线圈内阻rsi相等，发射线圈与第1个中继线圈之间的互感以及各中继线圈之间的互感mi相等，各中继线圈与对应的接收线圈之间的互感moi相等，各可充电电池的电阻roi相等，且r＝wmi。

所以假设：roi＝ro，则r＝wm。在一些实施例中，各中继线圈的线圈自感可以相等，各中继补偿电容可以相等，各接收线圈的线圈自感可以相等，各负载补偿电容可以相等。所以在配置本实施例提供的系统时，比较简单的做法可以是选取一批相同型号的线圈作为中继线圈，并选取相同型号的一批线圈作为接收线圈。

假设无线能量发射电路中逆变之前的直流电压为e，逆变后的交流电压的有效值为uac，则具有以下关系：

又由于所以系统的整体阻抗呈纯阻性。

所以每个接收线圈反射到对应的中继电路中的反射阻抗为：

在第n个中继电路中，由于lsn与csn谐振，则第n个中继电路的总阻抗为：

zsn＝zron+rsn+r(4)

则其余的n-1个中继电路中每个中继电路的总阻抗为：

由于无线能量发射电路中的谐振网络为l-c-l结构，根据式(2)，则发射线圈中的电流为：

则第1个中继电路中的电流为：

则其余的n-1个中继电路中的电流为：

则每个可充电电池上拾取到的电压为：

由于系统中各接收线圈的线圈内阻rsoi相等，各中继线圈的线圈内阻rsi相等，发射线圈与第1个中继线圈之间的互感以及各中继线圈之间的互感mi相等，各中继线圈与对应的接收线圈之间的互感moi相等，各可充电电池的电阻roi相等，则根据式(3)可以得到每个接收线圈反射到对应的中继电路中的阻抗都相等，则式(3)可以表示为：

zro＝zroi(i＝1,2…n)(10)

式(4)实质上等同于：

zsn＝zro+rs+r(11)

式(5)实质上等同于：

又由于r＝wm，所以式(12)可以转化为：

一般来说，中继线圈与接收线圈的互感m比较小，因此接收线圈到中继线圈的反射阻抗zro比较小，且相比较于r来说，中继线圈的内阻rs也较小，所以可以忽略rs与zro，则式(13)可以简化为：zsi＝zro+rs+r，所以可以得出每个中继电路中的总阻抗相等，即zsi＝zs(i＝1,2,n),由式(7)与式(8)可得：

所以每个中继电路中的电流相等，由式(9)，此时每个负载电路的可充电电池上拾取到的电压相等。由于副边线圈到中继线圈的反射阻抗zro相比较于r来说比较小，因此当负载电路的阻抗变化的时候，zro的变化并不会引起中继电路中阻抗很大的变化，因此，本实施例提供的系统可以降低系统输出关于负载变化的敏感性，增强系统的稳定性，并且可以使每一级可充电电池拾取到的电压都相等且保持恒定，若通过本实施例提供的系统为智能购物设备的可充电电池充电，则可以避免因为电池的阻值在充电的过程中发生变化而引起的系统崩溃。

本实施例中智能购物设备可以是智能购物车，也可以是智能购物篮，当智能购物设备为智能购物车时，优选的，负载电路中的接收线圈可以设置在智能购物车的目标侧面上，智能购物车的目标侧面是指智能购物车上的与该智能购物车的正常行驶方向相垂直的平面，比如，请参见图4所示，接收线圈可以设置智能购物车的前侧面上，又或者可以参见图5所示，设置在智能购物车的正侧面上，这样，在充电状态下，各智能购物车可以叠放，减小占据的空间的大小。当智能购物设备为智能购物篮时，负载电路中的接收线圈可以设置在智能购物篮的侧面，也可以设置在智能购物篮的底面，请参见图6所示。

在一种示例中，一个中继电路可以与一个负载电路一起设置在对应的智能购物设备上，一个智能购物车上的中继电路可以通过其中继线圈将接收到的电量传输给该智能购物车上的负载电路，从而给该智能购物车上的可充电电池进行充电，所以本示例中的每一智能购物设备上都设置有一组中继线圈和接收线圈，比如，可以参见图7所示，每一智能购物设备上的一组中继线圈71和接收线圈72可以按照如图7所示的方式进行设置，为便于理解，这里以智能购物设备为智能购物车为例进行具体阐述，每一组智能购物车的前侧面都设置有一组相互耦合的中继线圈和接收线圈，充电状态下的空间布置的部分示意图可以参见图8所示，每一行的充电区域上都设置有一个无线能量发射电路，用于为每一行上待充电的智能购物车提供充电电源，在充电状态下，每一行的智能购物车依次叠放，实现多级充电，根据上述介绍，最后一级的中继电路中串联了一个中继电阻r，所以为了便于区分，可以在串联有中继电阻r的智能购物车上设置醒目的标志，以提示应该将该智能购物车叠放在最后一级，当然在一些实施例中，各智能购物车可以基于预先设置的路径自动归位进行充电，此时只要设置中继电路上串联有中继电阻r的智能购物车的路径为行驶至每一行的最后即可。

在另外一种示例中，与智能购物设备上的接收线圈耦合的中继电路可以与该智能购物设备是分离的，只要将各中继线圈固定在充电区域上，在需要对智能购物车充电时，直接使智能购物车上的接收线圈靠近该中继线圈即可。

最后，还需要对本实施例中的用电模块进行说明，本实施例中的用电模块可以是设置在智能购物设备上的任意的需要用电的装置，比如，其可以是一种驱动装置，可充电电池通过对驱动装置供电可以驱动智能购物设备自动移动，比如自动移动到充电区域进行充电，也可以是一种结算装置，可充电电池通过对结算装置供电，可以实现账单的结算，使用户可以直接在购物设备上付账，而无需排队买单，使用户的生活更加便捷。

要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。