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CN112051914A - 一种基于无线传能技术的免插拔存储装置 - Google Patents

一种基于无线传能技术的免插拔存储装置 Download PDF

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CN112051914A
CN112051914A CN202010795124.9A CN202010795124A CN112051914A CN 112051914 A CN112051914 A CN 112051914A CN 202010795124 A CN202010795124 A CN 202010795124A CN 112051914 A CN112051914 A CN 112051914A
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CN
China
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wireless energy
energy transfer
unit
coil
component
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CN202010795124.9A
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李建贵
朱郭福
王隆扬
陈晨
刘珊
李强
柯少兴
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Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
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Publication date
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Abstract

本发明属于电子信息技术领域，公开了一种基于无线传能技术的免插拔存储装置，包括第一组件、第二组件，第一组件包括第一无线传能单元，第二组件包括第二无线传能单元、蓝牙单元、存储单元，第一无线传能单元用于接入主机的电源，并对外发送电能信息，第二无线传能单元用于接收电能信息，并为蓝牙单元、存储单元进行供电，蓝牙单元用于与主机进行数据传输，用于与存储单元进行数据读写，存储单元用于数据存储。本发明解决了现有技术中便携存储设备I/O接口带来的使用场景局限，以及插拔磨损带来的使用寿命缩短的问题，扩大了存储设备的应用场景，提高了存储设备的寿命。

Description

一种基于无线传能技术的免插拔存储装置
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于无线传能技术的免插拔存储装置。
背景技术
便携存储设备因其体积小、功耗低、存储介质稳定等诸多优势，在生活中得到了广泛的应用。随着信息技术的发展，对便携存储设备的寿命、稳定性以及通用性的要求也越来越高。
传统的便携存储设备如U盘，其USB接口限制了它的使用方式与范围，必须要求配套设备具备USB接口或其他相应I/O接口与配套转接线。同时，各类存储设备I/O接口大多为机械结构，因插拔磨损问题导致的接触不良也限制了其使用寿命。
发明内容
本申请实施例通过提供一种基于无线传能技术的免插拔存储装置，解决了现有技术中便携存储设备I/O接口带来的使用场景局限，以及插拔磨损带来的使用寿命缩短的问题。
本申请实施例提供一种基于无线传能技术的免插拔存储装置，包括：第一组件、第二组件；
所述第一组件包括第一无线传能单元；
所述第二组件包括第二无线传能单元、蓝牙单元、存储单元；
所述第一无线传能单元用于接入主机的电源，并对外发送电能信息；所述第二无线传能单元用于接收所述电能信息，并为所述蓝牙单元、所述存储单元进行供电；所述蓝牙单元用于与所述主机进行数据传输，用于与所述存储单元进行数据读写；所述存储单元用于数据存储。
优选的，所述第一组件位于所述主机的第一区域范围内，所述第二组件位于所述第一组件的第二区域范围内；
所述第一组件还包括发射端支撑板，所述第一无线传能单元固定安装在所述发射端支撑板上；
所述第二组件还包括接收端PCB板，所述第二无线传能单元、所述蓝牙单元、所述存储单元分别固定安装在所述接收端PCB板上。
优选的，所述第一无线传能单元包括发射线圈、逆变器、继电器、无线传能控制器；
所述逆变器用于将来自所述主机的直流电转化为高频交流电；所述逆变器的输出端通过所述继电器与所述发射线圈相连；所述无线传能控制器用于控制所述继电器不同的开关状态，控制所述发射线圈的通电或断电；
所述第二无线传能单元包括接收线圈、整流器；
所述整流器用于将来自所述接收线圈的高频交流电转化为直流电，并为所述蓝牙单元、所述存储单元供电。
优选的，所述第一组件还包括线圈识别监测模块，所述第二组件还包括标签电路；
所述标签电路用于接收来自所述线圈识别监测模块的识别信息，并发送反馈信息；
所述线圈识别监测模块用于根据所述反馈信息获得所述第二组件的电子标签信息，并根据所述电子标签信息调节所述第一无线传能单元的输出功率。
优选的，若所述线圈识别监测模块根据所述电子标签信息判定出所述第二组件为第一设备，则所述第一无线传能单元按第一供电策略为所述第二组件供电；
若所述线圈识别监测模块根据所述电子标签信息判定出所述第二组件为第二设备，则所述第一无线传能单元按第二供电策略为所述第二组件供电。
优选的，所述第一设备为具有免插拔存储功能的电子设备，所述第一供电策略为低功率供电策略；所述第二设备为具有无限充电功能的其他电子设备，所述第二供电策略为高功率供电策略。
优选的，所述发射线圈所处平面与所述接收线圈所处平面相距3cm以内；所述发射线圈、所述接收线圈的电感值为谐振频率下的最佳匹配值。
优选的，所述存储单元包括主控芯片、闪存颗粒。
优选的，所述蓝牙单元包括蓝牙芯片、第一PCB板；所述蓝牙芯片通过所述第一PCB板固定安装在所述接收端PCB板上。
优选的，所述第一组件放置在所述主机的顶面上，所述第二组件放置在所述第一组件的顶部。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置包括第一组件、第二组件，第一组件包括第一无线传能单元，第二组件包括第二无线传能单元、蓝牙单元、存储单元，第一无线传能单元用于接入主机的电源，并对外发送电能信息，第二无线传能单元用于接收电能信息，并为蓝牙单元、存储单元进行供电，蓝牙单元用于与主机进行数据传输，用于与存储单元进行数据读写，存储单元用于数据存储。相较于传统的插拔式存储设备，本发明设备采用无线传能技术为蓝牙模块与存储模块供电，替代了插拔式I/O接口，装置体积小，可与绝大部分蓝牙设备配对，适用范围广；采用蓝牙数据传输+无线传能的方法，体积较小，工作稳定可靠，同时摆脱了传统I/O接口对设备通用性的束缚，消除了因接口插拔磨损带来的接触不良问题，提高了数据传输的稳定性，扩大了存储设备的应用场景，提高了存储设备的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置的应用场景示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置中第一组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置中第二组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置的供电策略的实施方案图。
其中，1-主机、2-第一组件、3-第二组件；
21-发射线圈、22-逆变器、23-继电器、24-发射端支撑板、25-线圈识别监测模块；
31-接收线圈、32-整流器、33-蓝牙芯片、34-第一PCB板、35-主控芯片、36-闪存颗粒、37-接收端PCB板、38-标签电路。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置包括：第一组件2、第二组件3。所述第一组件2位于主机1的第一区域范围内，所述第二组件3位于所述第一组件2的第二区域范围内。
实际应用中，可以将所述第一组件2放置在所述主机1的顶面上，所述第二组件3放置在所述第一组件2的顶部。
参考图1-图3，所述第一组件2包括第一无线传能单元、发射端支撑板24；所述第一无线传能单元固定安装在所述发射端支撑板24上。
所述第二组件3包括第二无线传能单元、蓝牙单元、存储单元、接收端PCB板37；所述第二无线传能单元、所述蓝牙单元、所述存储单元分别固定安装在所述接收端PCB板37上。
所述第一无线传能单元用于接入主机1的电源，并对外发送电能信息；所述第二无线传能单元用于接收所述电能信息，并为所述蓝牙单元、所述存储单元进行供电；所述蓝牙单元用于与所述主机1进行数据传输，用于与所述存储单元进行数据读写；所述存储单元用于数据存储。
具体的，所述第一无线传能单元包括发射线圈21、逆变器22、继电器23、无线传能控制器(图中未具体标出)。
所述逆变器22用于将来自所述主机1的直流电转化为高频交流电；所述逆变器22的输出端通过所述继电器23与所述发射线圈21相连；所述无线传能控制器用于控制所述继电器23不同的开关状态，控制所述发射线圈21的通电或断电。
所述第二无线传能单元包括接收线圈31、整流器32。所述整流器32用于将来自所述接收线圈31的高频交流电转化为直流电，并为所述蓝牙单元、所述存储单元供电。
所述发射线圈21所处平面与所述接收线圈31所处平面相距3cm以内；所述发射线圈21、所述接收线圈31的电感值为谐振频率下的最佳匹配值，即无线传能系统总是工作在谐振频率点上，能量传输效率最大。
具体的，所述存储单元包括主控芯片35、闪存颗粒36。所述蓝牙单元包括蓝牙芯片33、第一PCB板34；所述蓝牙芯片33通过所述第一PCB板34固定安装在所述接收端PCB板37上。
优选的方案中，所述第一组件2还包括线圈识别监测模块25，所述第二组件3还包括标签电路38。所述标签电路38用于接收来自所述线圈识别监测模块25的识别信息，并发送反馈信息。所述线圈识别监测模块25用于根据所述反馈信息获得所述第二组件3的电子标签信息，并根据所述电子标签信息调节所述第一无线传能单元的输出功率。
若所述线圈识别监测模块25根据所述电子标签信息判定出所述第二组件3为第一设备，则所述第一无线传能单元按第一供电策略为所述第二组件3供电。若所述线圈识别监测模块25根据所述电子标签信息判定出所述第二组件3为第二设备，则所述第一无线传能单元按第二供电策略为所述第二组件3供电。
所述第一设备为具有免插拔存储功能的电子设备，所述第一供电策略为低功率供电策略；所述第二设备为具有无限充电功能的其他电子设备，所述第二供电策略为高功率供电策略，参见图4。
其中，低功率特指免插拔存储设备工作功率，与电脑USB2.0接口最大输出功率相等，为2.5W；高功率指常见电子设备如手机、平板的充电功率，为10W-20W。
为了更好地理解本发明，下面从另一角度对本发明进行解释说明。
本发明提供的一种基于无线传能技术的免插拔存储装置主要包括蓝牙单元、存储单元、无线传能单元三大部分。
所述蓝牙单元包括所述蓝牙芯片33、第一PCB板34。所述蓝牙单元固定在所述接收端PCB板37上，用于与所述主机1之间进行数据传输、与所述存储单元之间进行数据读写。
所述存储单元包括所述主控芯片35和所述闪存颗粒36。所述存储单元固定在所述接收端PCB板37上，用于数据存储。
所述无线传能单元包括分别设置在所述第一组件2上的发射线圈21、设置在所述第二组件3上的接收线圈31，以及供电控制组件。
所述供电控制组件包括所述逆变器22、所述继电器23、所述无线传能控制器，各器件之间通过导线连接。无线传能系统由所述主机1的电源接入直流电，经所述逆变器22后，输出高频交流电，所述逆变器22输出端再由所述继电器23与所述发射线圈21相连接，通过所述无线传能控制器控制所述继电器23的开关状态，控制所述发射线圈21的电流通断。
所述供电控制组件还包括所述整流器32，所述整流器32的前级连接所述接收线圈31，所述整流器32将所述接收线圈31中的高频交流电转化为直流电，为所述蓝牙单元和所述存储单元供电。
优选方案中，所述供电控制组件还包括所述线圈识别监测模块25，用于发出射频信号，通过耦合实现发射电路与接收电路间的不接触无线数据通信，从而获取目标接收电路(即所述第二组件3)的电子标签信息，进而控制发射电路(即所述第一组件2)调整输出功率，实现对不同电子设备的无线充电。
所述供电控制组件默认以满足免插拔存储设备工作的低功率供电策略工作，整个供电控制组件处于低功耗待机状态。当免插拔存储设备接入时，所述线圈识别监测模块25获取接收电路的电子标签信息，所述供电控制组件按默认的低功率供电策略为免插拔存储设备供电；当其他电子设备接入时，所述线圈识别监测模块25获取接收电路的电子标签信息，并控制供电控制组件调整输出功率，满足其他电子设备的充电需求。
所述的蓝牙单元采用低功耗蓝牙通信模块，可实现蓝牙5.0协议，用于与所述存储单元间的数据读写，以及与所述主机1间的数据接受与广播，其支持最高数据传输速率为2Mb/s。
所述存储单元的所述主控芯片35用于与所述蓝牙单元、所述闪存颗粒36间的数据读取与发送；所述闪存颗粒36用于数据的存储。
实际应用时，可以将所述发射端支撑板24安装在所述主机1的顶端，即将所述第一组件2安装在所述主机1的顶面上。此外，可以将所述第二组件3直接放置在所述第一组件2的顶面上。在所述主机1的蓝牙功能开启，且所述第二组件3置于所述第一组件2的感应区内时，所述线圈识别监测模块25经过磁感应产生电流并转化成一种具有特别频率的信号，所述第二组件3中的所述标签电路38通过接受所述线圈识别监测模块25传输来的微波信号，以及通过所述接收线圈31获取能量来对自身短暂供电，同时产生射频信号做出回应，所述线圈识别监测模块25识别供电设备身份，完成此次信息交换。确认目标后，所述逆变器22将所述主机1的电源的直流电转化为高频交流电，经过开启状态下的所述继电器23，给所述发射线圈21供电。因所述发射线圈21中得到的是处理后的高频交流电，而所述接收线圈31的频率与所述发射线圈21相同，故二者将发生共振，所述接收线圈31中的电流经所述整流器32处理后，将得到一定幅值大小的直流电，该直流电分别给所述蓝牙芯片33和所述主控芯片35供电，此时所述蓝牙芯片33与所述主控芯片35均处于工作状态，待与所述主机1的蓝牙配对完成，即可进行数据传输，实现本发明免插拔存储设备的功能。
当所述线圈识别监测模块25所识别的对象(即所述第二组件3)为有无线充电功能的手机等其他电子设备时，所述线圈识别监测模块25依照上述流程对电子设备内部的所述标签电路38进行识别，完成信息交换后，控制无线传能单元的供电控制组件对原有的供电策略进行调整，以满足不同电子设备充电需求。
综上，本发明提出一种基于无线传能技术的免插拔存储装置，相较于传统的插拔式存储设备，本发明设备采用无线传能技术为蓝牙模块与存储模块供电，替代了插拔式I/O接口，装置体积小，可与绝大部分蓝牙设备配对，适用范围广；采用蓝牙数据传输+无线传能的方法，体积较小，工作稳定可靠，同时摆脱了传统I/O接口对设备通用性的束缚，消除了因接口插拔磨损带来的接触不良问题，提高了数据传输的稳定性，扩大了存储设备的应用场景，提高了存储设备的寿命；此外，该无线传能技术供电策略能通过识别不同功率用电器，调整输出功率，实现一定功率范围内的便携电子设备无线充电，扩大了无线充电技术的应用场景，可同时满足小功率储存设备以及较大功率便携电子设备的充电需求，使得无线传能技术的应用更加便捷。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，包括：第一组件、第二组件；
所述第一组件包括第一无线传能单元；
所述第二组件包括第二无线传能单元、蓝牙单元、存储单元；
所述第一无线传能单元用于接入主机的电源，并对外发送电能信息；所述第二无线传能单元用于接收所述电能信息，并为所述蓝牙单元、所述存储单元进行供电；所述蓝牙单元用于与所述主机进行数据传输，用于与所述存储单元进行数据读写；所述存储单元用于数据存储。
2.根据权利要求1所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述第一组件位于所述主机的第一区域范围内，所述第二组件位于所述第一组件的第二区域范围内；
所述第一组件还包括发射端支撑板，所述第一无线传能单元固定安装在所述发射端支撑板上；
所述第二组件还包括接收端PCB板，所述第二无线传能单元、所述蓝牙单元、所述存储单元分别固定安装在所述接收端PCB板上。
3.根据权利要求1所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述第一无线传能单元包括发射线圈、逆变器、继电器、无线传能控制器；
所述逆变器用于将来自所述主机的直流电转化为高频交流电；所述逆变器的输出端通过所述继电器与所述发射线圈相连；所述无线传能控制器用于控制所述继电器不同的开关状态，控制所述发射线圈的通电或断电；
所述第二无线传能单元包括接收线圈、整流器；
所述整流器用于将来自所述接收线圈的高频交流电转化为直流电，并为所述蓝牙单元、所述存储单元供电。
4.根据权利要求1所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述第一组件还包括线圈识别监测模块，所述第二组件还包括标签电路；
所述标签电路用于接收来自所述线圈识别监测模块的识别信息，并发送反馈信息；
所述线圈识别监测模块用于根据所述反馈信息获得所述第二组件的电子标签信息，并根据所述电子标签信息调节所述第一无线传能单元的输出功率。
5.根据权利要求4所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，若所述线圈识别监测模块根据所述电子标签信息判定出所述第二组件为第一设备，则所述第一无线传能单元按第一供电策略为所述第二组件供电；
若所述线圈识别监测模块根据所述电子标签信息判定出所述第二组件为第二设备，则所述第一无线传能单元按第二供电策略为所述第二组件供电。
6.根据权利要求5所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述第一设备为具有免插拔存储功能的电子设备，所述第一供电策略为低功率供电策略；所述第二设备为具有无限充电功能的其他电子设备，所述第二供电策略为高功率供电策略。
7.根据权利要求3所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述发射线圈所处平面与所述接收线圈所处平面相距3cm以内；所述发射线圈、所述接收线圈的电感值为谐振频率下的最佳匹配值。
8.根据权利要求1所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述存储单元包括主控芯片、闪存颗粒。
9.根据权利要求2所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述蓝牙单元包括蓝牙芯片、第一PCB板；所述蓝牙芯片通过所述第一PCB板固定安装在所述接收端PCB板上。
10.根据权利要求2所述的基于无线传能技术的免插拔存储装置，其特征在于，所述第一组件放置在所述主机的顶面上，所述第二组件放置在所述第一组件的顶部。
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