一種模塊化無線供電書桌的設計

翟亞東 黃澤賢 邵立子

摘 ?要：現如今插排的大量的使用，造成了家庭中的電路過于凌亂，最終可能會有比較大的安全隱患。與導線連接的供電方式相比，無線充電更加的安全方便。本文提供了一種基于QI無線充電系統的模塊化無線充電式書桌的設計思路。

關鍵詞：無線充電;模塊化

一、無線充電的簡介

無線充電技術其實并不是一項新興的技術。早在1890年在尼古拉·特斯拉就已經做了有關無線充電的設想，早期的交流發電技術其實就是現代化無線充電技術的雛形。但是當時由于交流電沒有廣泛的被人們所接受，無線充電技術也便沒有受到人類的重視。

近幾年來，由于蘋果手機推出了自己的具有無線充電功能的手機，又重新將這一技術引入了大眾們的視野，受到了社會各界的廣泛關注。

現在常用的無線充電技術主要有兩種方式。一種是小功率的電磁感應式無線充電，其基本原理是首先在初級線圈產生一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從發射端傳送到接收端。另一種為大功率的諧振式無線充電技術，諧振式充電利用的磁共振原理，首先使供電線圈的處于自諧振狀態，諧振頻率與受電線圈的諧振頻率一致時，受電線圈也處于自諧振狀態，則兩個線圈就會交換彼此的能量，從而進行供電。

二、QI無線充電系統簡介

QI無線充電系統屬于利用電磁感應原理進行近距離小功率的無線供電的方式。它主要由基站和移動設備兩大部分組成。基站可以包含一個或多個發射端，發射端將提供用以接收的能量。移動設備包含一個接收端用來提供電能給用電器，接收器還將為發射器提供信息。發射器內有能量轉換單元，將電能轉換為無線能源信號，接收器內的能量收集單元則將無線能源信號轉換為電能。接收器將根據需要將電能輸送至負載，發射器根據接收器的需要適配能量傳遞。

三、無線充電書桌的設計

（一）結構部分

該書桌主要由主體部分和可更換模塊部分兩部分構成。

1.主體部分

書桌主體部分上方由一塊可以進行翻轉的非導磁性蓋板，蓋板在翻轉時可將書桌上方進行完全覆蓋，蓋板下方是有矩陣式切割盲孔的書桌主體，每一個盲孔上有兩個同心環形電級。書桌內部設有總開關，變壓模塊，單片機，藍牙模塊，n*m的矩陣電路，以及繼電器模塊。每一個矩陣電路的節點處接入繼電器的輸入端，盲孔上的電級接入繼電器的輸出端。選通單片機的輸出口接入與繼電器輸入端相連的矩陣電路，選通單片機的輸入口接入藍牙模塊。

2.可更換模塊部分

另外一部分為內部鑲嵌了QI發射端的可更換模塊部分，木塊的形狀與孔洞相匹配。木塊的下方是QI發射端的兩同心環形電極，在可更換模塊部分放入主體部分后，QI發射端的兩極可以與孔洞上的兩極對應相連。在書桌上的盲孔可以根據需要來進行含有QI發射端的可更換模塊的接入。

（二）控制原理

打開總開關后，變壓器將220V的交流電轉換成5V直流電進而實現對矩陣電路與單片機的供電。

使用時人們將書桌上的蓋板掀開，同時將所需要的可更換模塊部分置于書桌的主體部分孔洞的內部，關閉蓋板后孔洞上的兩極將與可更換模塊上的兩極對應相連。之后通過藍牙的連接，進而通過手機APP對書桌上的可更換模塊中的QI發射端進行選通，進而進行對無線供電區域的選通。同時將小燈泡，小風扇等用電器與QI接收端相連接，將QI接收端置于用電器底部，從而只要將用電器放在選通區域上即可通過QI無線充電裝置的輸入輸出端的感應來完成對家具的無線供電或者將支持無線充電的手機放在書桌上從而對支持無線充電手機進行供電。

在QI發射器損壞時，僅僅需要將蓋板掀開，然后對含有QI發射端的可更換模塊部分進行更換即可。

四、創新點及應用

1、通過模塊化的設計思路，使得在某一QI線圈損壞后可以直接對其進行更換，從而大大減低的檢修的成本。

2、由于供電部分與用電裝置之間以磁場的方式傳送能量，兩者之間不用導線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導電接點外露，保證了使用上的安全。

3.該設計采用了藍牙模塊的選通性的控制，可以通過APP控制所需要進行無線供電的區域，從而可以實現對小家電的遠程操控。

4.QI無線充電系統的標準化使得未來一些加入QI接收端模塊的電器如筆記本電腦，數碼相機等可以利用該模塊化書桌進行無線供電，從而減少了外出人員攜帶笨重充電器的負擔。

參考文獻

[1] ?單寶燈 諧振式無線充電研究 [J] 科技資訊，1672-3791（2017）06（b）-0030-03

[2] ?王國輝 無線充電技術及其特殊應用前景[J]. 電子產品世界，2014（7）：21-24

作者簡介：翟亞東（1998-）男，漢族，鄭州大學機械工程學院2016級學生。