專利名稱：干電池替代方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干電池替代方案，特別是一種使用法拉電容儲能和無線充電的干電池替代方案。
背景技術(shù)：
有不少的低功耗電器，比如說，手表、時鐘、遙控器、心臟起搏器、計算器、電話機(jī)等，為了使用的方便性，通常使用干電池供電。事實(shí)上，由于本身固有的缺陷，干電池對電器的損壞率是相當(dāng)高的，主要表現(xiàn)為以下幾方面1、由于干電池電極氧化，或電器中與干電池相連的電極氧化引起的接觸不良；2、干電池外殼破損，電解液泄漏，引起電極腐蝕和電器內(nèi)部的電路短路；3、使用干電池供電 的電器，因?yàn)樾枰鼡Q電池，不能采用密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電器的回潮和霉變；除此以外，使用干電池不但增加了使用成本、而且干電池的生產(chǎn)和使用均不環(huán)保，對環(huán)境有一定的破壞作用。能否不用干電池而解決此類電器的供電問題，以實(shí)現(xiàn)一個既環(huán)保、節(jié)能，方便、省錢又實(shí)用的供電方案？答案是肯定的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種干電池替代方案，它由無線充電器和電能存儲器兩部分組成，無線充電器將電能轉(zhuǎn)化為磁能向外發(fā)射能量，電能存儲器接收磁能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在法拉電容中，電能存儲器相當(dāng)于一個可充電電池，可以直接替代原有的干電池；無線充電器和電能存儲器在結(jié)構(gòu)上是完全分離的，兩者之間沒有物理上的任何電路連接；兩者之間的能量傳遞方式是電磁共振，即諧振狀態(tài)下的電磁感應(yīng)，當(dāng)它們相互靠近時，無線充電器就可以將電能轉(zhuǎn)化為磁能傳遞給電能存儲器，電能存儲器內(nèi)將磁能轉(zhuǎn)化電能為法拉電容充電，實(shí)現(xiàn)非接觸式充電。具體地說，無線充電器是一個電/磁轉(zhuǎn)化電路，主要由一個并聯(lián)的LC諧振發(fā)射回路與一個功率開關(guān)，即發(fā)射專用芯片串聯(lián)組成，這個功率開關(guān)元件是一種具有固定頻率的功率開關(guān)，內(nèi)置振蕩器和功率輸出管，夕卜部并聯(lián)的LC發(fā)射回路的頻率與發(fā)射芯片的頻率一致，整個電路工作于諧振狀態(tài)下，電能在發(fā)射線圈L的作用下，轉(zhuǎn)化為磁能，并向線圈的兩側(cè)發(fā)射出去，傳遞給電能存儲器；電能存儲器是一個具有與無線充電器相同諧振頻率的磁/電轉(zhuǎn)化電路，由一個接收線圈、一個接收控制芯片、整流濾波電路及法拉電容組成；控制芯片是專用的諧振接收電路，它共有三個引腳，I為輸入端，2為地，3為輸出端；接收電路采用半波整流，即接收線圈的一端接一個整流二極管，將電能先儲存于濾波電容中，再通過一個保護(hù)二極管，將電能儲存于法拉電容中供電器使用，這里，法拉電容相當(dāng)于一個電池，它具有體積小、容量大、充電速度快、壽命長、循環(huán)充電次數(shù)可以萬次以上、無污染等特點(diǎn)，是一種理想的儲能元件，法拉電容的正極相當(dāng)于電池的正極，它的負(fù)極相當(dāng)于電池的負(fù)極；接收控制芯片的輸入端和輸出端分別接在整流二極管的輸入端和輸出端，以控制接收電流的大小，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的，因此接收電路不再使用LDO電路。整個電能存儲器相當(dāng)于一個可充電電池，當(dāng)內(nèi)部的接收線圈與無線充電器的發(fā)射線圈靠近時，通常距離在5CM之內(nèi)，磁能就從發(fā)射線圈傳輸?shù)浇邮站€圈中，因?yàn)榘l(fā)射線圈發(fā)出的是一種交變磁場，所以在接收線圈的兩端就可以感應(yīng)出交流電壓，整流后就可以為法拉電容充電。由于交變磁場可以穿透所有非金屬介質(zhì)，即可以透過塑料、玻璃、水、空氣、木制品等，即可以透過電器的外殼，因此，采用本方案就可以實(shí)現(xiàn)非接觸充電。
發(fā)射芯片的輸出頻率決定整個方案的中心頻率，發(fā)射諧振回路的頻率，電能接收的諧振頻率，均以它為參考。根據(jù)不同電器內(nèi)部的不同結(jié)構(gòu)，發(fā)射線圈和接收線圈，有不同的大小和形狀，因此線圈的繞制方法有多種，包括I、平面線圈，即用一條漆包線在同一個平面上由內(nèi)向外繞制，這種線圈面積較大，但厚度很小(通常小于1MM)，適用于要求很薄的電路中使用。2、磁芯線圈，即用一條漆包線在一個磁芯上繞制，這種線圈面積小，但較厚。3、空芯線圈，即用一條漆包線在一個骨架上繞制，之后抽去骨架。4、敷銅線圈和FPC線圈，即印刷電路上的線圈或軟電路板上的線圈，屬于腐蝕而成的線圈，其最大特點(diǎn)是一致性高、穩(wěn)定性好。實(shí)際應(yīng)用時,發(fā)射線圈和接收線圈的大小、形狀存在著固定的關(guān)系兩個線圈的形狀基本一致，并盡量要求大小基本一致，以求得最佳的傳遞效率。無線充電器使用直流供電，電壓通常在DC24V以下，推薦使用DC5V供電，即USB電壓模式，因?yàn)檫@種供電模式中民用電器中的比例最大，兼容性強(qiáng)，使用起來更為方便。無線充電器是完全獨(dú)立的，由于元件少，可集中在一個小小的PCB上，發(fā)射線圈置于PCB的旁邊，整個電路可以裝入一個扁平外殼內(nèi)；電能存儲器通常不是一個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，而是整合在電器中，法拉電容的兩端直接為電器供電。本方案中，法拉電容的充電時間，主要由法拉電容的容量決定，對于微功耗的電器如，遙控器、鐘表和起搏器等，用IF的法拉電容，充電一次可以工作至少數(shù)周，甚至一年的時間，而每次充電的時間則只需要數(shù)秒至幾分鐘。本發(fā)明的實(shí)際效果本方案用電能存儲器取代了傳統(tǒng)的干電池，并采用無線供電的方式為法拉電容充電，既能快速充電，又徹底杜絕了電器使用中因?yàn)楦呻姵貛淼囊幌盗袉栴}，包括環(huán)境污染、接觸不良、電池漏液等，為用戶節(jié)省了使用成本，更為重要的是，如果在心臟起搏器這樣的電路中使用，就可以讓病人免受因?yàn)楦鼡Q干電池而不得不開刀的痛苦，還可以為病人省下不少的醫(yī)療費(fèi)，對病人的身心健康都是有益的。


圖I是干電池替代方案的工作原理圖。圖I中，虛框TX表示無線充電器，虛框RX表示電能存儲器，箭頭表示磁場方向，LI為發(fā)射線圈，Cl為諧振電容，ICl為發(fā)射芯片，Rl為電阻，C2為電源濾波電容；L2為接收線圈，IC2為接收控制芯片，C3為濾波電容，Dl為整流二極管，D2保護(hù)二極管，F(xiàn)C為法拉電容，T+為正極，T-為負(fù)極。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)例對干電池替代方案作進(jìn)一步說明。例一、遙控器的干電池替代方法。如圖I所示，干電池替代方案由兩部分組成無線充電器TX和電能存儲器RX，電能存儲器相當(dāng)于一個干電池，用于代替原來的干電池為遙控器供電。無線充電器包括發(fā)射線圈LI，諧振電容Cl，發(fā)射芯片IC1，電阻R1，濾波電容C2 ；電能存儲器包括接收線圈L2，接收控制芯片IC2，濾波電容C3，整流二極管D1、保護(hù)二極管D2，法拉電容FC，采用法拉電容FC作為儲能元件，直接為遙控器提供電能。無線充電器和電能存儲器是完全分離的，兩者之間沒有物理上的電路連接，實(shí)際應(yīng)用中，無線充電器作為一個獨(dú)立的供電底座置于遙控器的外部，電能存儲器包括法拉電容FC，置于遙控器的內(nèi)部，與遙控器整合成一體。 這里，電能發(fā)射芯片ICl是一個具有固定頻率并帶有功率輸出開關(guān)器件，型號為V0X05MP0U V0X12MP05等，它是一個三端功率器件，三個端口分別是電源正端、電源負(fù)端和功率輸出端；發(fā)射回路是由一個發(fā)射線圈LI與一個諧振電容Cl并聯(lián)組成的，這個回路的一端與電源Vc相連，另一端與電能發(fā)射芯片ICl的輸出端相連，當(dāng)電流從發(fā)射線圈LI中流過，由于電能發(fā)射芯片ICl的激勵作用，線圈LI將電流轉(zhuǎn)化為交變磁場，磁場向線圈的兩側(cè)發(fā)射出去；R1是發(fā)射芯片ICl的供電電阻，C2是供電電源的濾波電容；接收線圈L2的一端經(jīng)整流二極管Dl整流后，在濾波電容C3上變?yōu)橹绷麟姡缓笸ㄟ^二極管D2給法拉電容FC充電，二極管D2的作用是防止法拉電容FC中的電流倒流。IC2是一個諧振接收的專用芯片，如型號V0XR10D，它的輸入端和輸出端分別接收整流二極管Dl的輸入端和輸出端，以控制接收電流的大小，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的，因此接收電路不再使用LDO電路即穩(wěn)壓電路。發(fā)射線圈LI的制作方式平面線圈或空心線圈；接收線圈L2的制作方式印刷線圈，直接固定在遙控器的主板的下方。使用時，將遙控器放在無線充電器的上方，讓發(fā)射線圈LI和接收線圈L2靠近，無線充電器將電能轉(zhuǎn)化為交變磁能傳遞到遙控器中，電能存儲器接收磁能轉(zhuǎn)化為電能，給法拉電容FC快速充電，法拉電容FC相當(dāng)于一個電池，T+為正極，T-為負(fù)極，可以直接給遙控器供電。 例二、心臟起搏器的干電池的替代方法。心臟起搏器的電池通常植于胸前的皮膚下面，一般每隔一年的時間就要切開皮膚更換電池，這給病人帶來了更多的肉體上和精神上的痛苦，還有經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)。若采用本方案的供電方法，則可以不用手術(shù)，只要定期充電一次就可以補(bǔ)充電能，且充電時間只需要幾分鐘。如附圖I所示，無線充電器TX做成一個便攜式的外置充電板，電能存儲器RX當(dāng)作一個可充電的電池，用于取代原來的干電池，其中法拉電容使用IF的小體積電容。由于要植入人體皮膚內(nèi)，RX的電子元件和材料必須符合以下幾個條件微型化、最小厚度、環(huán)保無
咅、防腐。其工作原理與例一相同，唯有對元件和生產(chǎn)工藝的要求不同，不再重復(fù)。
使用時，手持無線充電器，將發(fā)射線圈LI靠近人體皮膚內(nèi)的接收線圈L2，并保持幾分鐘，然后移走無線充電器。例三、鐘表干電池的替代方法。原理如圖I所示，在鐘表內(nèi)，由于大量的金屬零件，可能會吸收來自無線充電器TX的能量，產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，因此，電能存儲器RX所用的接收線圈L2可以用體積小的磁芯線圈，同樣，無線充電器的發(fā)射線圈LI也是磁芯線圈，由于兩個磁芯線圈都比較小，因此，只能點(diǎn)對點(diǎn)充電，即發(fā)射線圈LI與接收線圈L2對齊，在電能發(fā)射的外殼上必須給鐘表一個可以固定的位置。特別聲明，這里所列舉的幾個例子是本發(fā)明的幾個典型示范，本發(fā)明包含它們在 內(nèi)，但不局限于此，微功耗的電器多種多樣，只要根據(jù)本發(fā)明的原理制作的干電池替代方案，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種干電池替代方案，方案由無線充電器和電能存儲器兩部分組成，其特征是，無線充電器和電能存儲器在結(jié)構(gòu)上是完全分離的，兩者之間沒有物理上的任何電路連接，無線充電器就可以將電能轉(zhuǎn)化為磁能傳遞給電能存儲器，電能存儲器內(nèi)將磁能轉(zhuǎn)化電能并儲存在法拉電容中；電能存儲器相當(dāng)于一個充電電池，可以直接替代原來的干電池； 具體地說，無線充電器是一個電/磁轉(zhuǎn)化電路，主要由一個并聯(lián)的LC諧振發(fā)射回路與一個功率開關(guān)，即發(fā)射專用芯片串聯(lián)組成，這個發(fā)射專用芯片是一種具有固定頻率的功率開關(guān)，內(nèi)置振蕩器和功率輸出管，外部并聯(lián)的LC發(fā)射回路的頻率與發(fā)射芯片的頻率一致，整個電路工作于諧振狀態(tài)下，電能在發(fā)射線圈L的作用下，轉(zhuǎn)化為磁能，并向線圈的兩側(cè)發(fā)射出去，傳遞給電能存儲器； 電能存儲器是一個具有與無線充電器相同諧振頻率的磁/電轉(zhuǎn)化電路，由一個接收線圈、一個接收控制芯片、整流濾波電路及法拉電容組成；接收電路采用半波整流，即接收線圈的一端接一個整流二極管，將電能先貯存于濾波電容中，再通過一個保護(hù)二極管，將電能 儲存于法拉電容中供電器使用，法拉電容的正極相當(dāng)于電池的正極，它的負(fù)極相當(dāng)于電池的負(fù)極；接收控制芯片的輸入端和輸出端分別接在整流二極管的輸入端和輸出端，以控制接收電流的大小，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干電池替代方案，其特征是無線充電器作為一個獨(dú)立的供電底座置于電器的外部，電能存儲器包括法拉電容FC,置于電器的內(nèi)部，替代原來的干電池，與電器整合成一體，無線充電器與電能存儲器靠近時，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干電池替代方案，其特征是所用的發(fā)射芯片為V0X05MP01，V0X12MP05 ;所用的接收控制芯片為V0XR10D。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干電池替代方案，其特征是所用的發(fā)射線圈和接收線圈可以選用以下結(jié)構(gòu)的一種或兩種平面線圈，磁芯線圈，空芯線圈，或敷銅線圈和FPC線圈。
全文摘要
本發(fā)明是一種干電池替代方案，它由無線充電器和電能存儲器兩部分組成，無線充電器將電能轉(zhuǎn)化為磁能向外發(fā)射能量，電能存儲器接收磁能轉(zhuǎn)化為電能并儲存在法拉電容中，電能存貯器相當(dāng)于一個可充電電池，可以直接替代原有的干電池，并采用無線供電的方式為法拉電容快速充電，徹底杜絕了電器使用中因?yàn)楦呻姵貛淼囊幌盗袉栴}，包括環(huán)境污染、接觸不良、電池漏液等，為用戶節(jié)省了使用成本，更為重要的是，如果在心臟起搏器這樣的電路中使用，就可以讓病人免受因?yàn)楦鼡Q干電池而不得不開刀的痛苦，并節(jié)省醫(yī)療費(fèi)，對病人的身心健康都是有益的。
文檔編號H02J7/02GK102751770SQ20111011484
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者朱斯忠 申請人:朱斯忠, 謝偉強(qiáng)