無(wú)線電力傳送器及其控制電力的方法
【專利摘要】公開(kāi)一種無(wú)線電力傳送器及其控制電力的方法。無(wú)線電力傳送器包括電源裝置，該電源裝置將AC電力供應(yīng)到無(wú)線電力傳送器；和傳輸線圈，該傳輸線圈通過(guò)諧振將AC電力傳送到無(wú)線電力接收器的接收線圈。無(wú)線電力傳送器基于傳輸線圈和接收線圈之間的耦合狀態(tài)控制要被傳送到無(wú)線電力接收器的傳輸電力。
【專利說(shuō)明】無(wú)線電力傳送器及其控制電力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施例涉及一種無(wú)線電力傳輸技術(shù)。更加特別地，本公開(kāi)涉及一種用于取決于無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)控制傳輸電力以最大化電力傳輸效率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線電力傳輸或者無(wú)線能量傳遞指的是向所期望的裝置無(wú)線地傳遞電能的技術(shù)。在19世紀(jì)，已經(jīng)廣泛地使用了采用電磁感應(yīng)原理的電動(dòng)機(jī)或者變換器，并且然后已經(jīng)提出了用于通過(guò)輻射諸如無(wú)線電波或者激光的電磁波而傳送電能的方法。實(shí)際上，在日常生活中頻繁地使用的電動(dòng)牙刷或者電動(dòng)剃須刀是基于電磁感應(yīng)原理而被充電的。電磁感應(yīng)指的是其中電壓被感應(yīng)使得當(dāng)在導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)變化時(shí)電流流動(dòng)的現(xiàn)象。雖然圍繞小型裝置電磁感應(yīng)技術(shù)的商業(yè)化已經(jīng)有了快速的進(jìn)步，但是其電力傳輸距離短。
[0003]至今，無(wú)線能量傳輸方案包括基于除了電磁感應(yīng)之外的磁諧振和短波射頻的遠(yuǎn)程通訊技術(shù)。
[0004]最近，在無(wú)線電力傳輸技術(shù)當(dāng)中，采用諧振的能量傳輸方案已經(jīng)被廣泛地使用。
[0005]然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的采用諧振的能量傳輸方案，可以取決于無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)變化電力傳輸效率。
[0006]因此，需要有通過(guò)反映無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)最大化電力傳輸效率的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]實(shí)施例提供一種取決于無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)最大化電力傳輸效率的方法。
[0008]實(shí)施例提供一種通過(guò)檢測(cè)無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合系數(shù)取決于無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合系數(shù)控制傳輸電力的方法。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種無(wú)線電力傳送器，該無(wú)線電力傳送器通過(guò)無(wú)線電力接收器將電力傳送到負(fù)載。無(wú)線電力傳送器包括電源單元，該電源單元將AC電力供應(yīng)到無(wú)線電力傳送器；和傳輸線圈，該傳輸線圈通過(guò)諧振將AC電力傳送到無(wú)線電力接收器的接收線圈。無(wú)線電力傳送器基于傳輸線圈和接收線圈之間的耦合狀態(tài)控制要被傳送到無(wú)線電力接收器的傳輸電力。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種通過(guò)無(wú)線電力接收器控制無(wú)線電力傳送器的電力以將電力傳送到負(fù)載的方法，包括:檢測(cè)無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)；基于耦合狀態(tài)調(diào)節(jié)傳輸電力；以及通過(guò)諧振將被調(diào)節(jié)的傳輸電力傳送到負(fù)載。
[0011]如上所述，能夠提供一種根據(jù)無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)通過(guò)控制傳輸電力最大化電力傳輸效率的方法。
[0012]根據(jù)實(shí)施例，無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合系數(shù)被檢測(cè)并且基于該率禹合系數(shù)確定最佳的接收電力。能夠根據(jù)被確定的接收電力通過(guò)控制傳輸電力來(lái)最大化電力傳輸效率。
[0013]同時(shí)，下面在實(shí)施例的描述中將會(huì)直接地和含蓄地描述任何其它的各種作用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖2是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的等效電路圖。
[0016]圖3是解釋根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制電力的方法的流程圖。
[0017]圖4是示出為了滿足最大電力傳輸效率的耦合系數(shù)和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系的圖。
[0018]圖5是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)為了滿足最大電力傳輸效率的耦合系數(shù)和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系的示例的圖。
[0019]圖6是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)在被施加到電池的電壓和電流之間的關(guān)系的圖。
[0020]圖7是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)在被施加到電池的電力的數(shù)量和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系的圖。
[0021]圖8是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)為了滿足最大電力傳輸效率的在耦合系數(shù)和負(fù)載之間的關(guān)系的圖。
[0022]圖9是示出根據(jù)另一實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0023]圖10是解釋根據(jù)另一實(shí)施例的控制電力的方法的梯形圖。
[0024]圖11是解釋根據(jù)另一實(shí)施例的控制電力的方法的流程圖。
[0025]圖12是解釋其中當(dāng)?shù)谝惠敵鲭妷罕皇┘拥紸C電力生成單元時(shí)的電流值、耦合系數(shù)、第二輸出電壓、以及優(yōu)選的電流范圍相互對(duì)應(yīng)的查找表的視圖。
[0026]圖13是解釋根據(jù)另一實(shí)施例的檢測(cè)耦合系數(shù)的方法的流程圖。
[0027]圖14是解釋為了改變輸出阻抗開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)的情況的視圖。
[0028]圖15是解釋為了改變輸出阻抗開(kāi)關(guān)被短路的情況的視圖。
[0029]圖16是解釋根據(jù)又一實(shí)施例的控制電力的方法的流程圖。
[0030]圖17是解釋在根據(jù)圖16的實(shí)施例的控制電力的方法中使用的查找表的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]在下文中，將會(huì)參考附圖詳細(xì)地描述實(shí)施例使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠與實(shí)施例一起容易地工作。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)電磁感應(yīng)傳輸電力的方案可以意味著具有相對(duì)低的Q值的緊密耦合方案，并且通過(guò)諧振傳送電力的方案可以意味著具有相對(duì)高的Q值的松散耦合方案。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在緊密耦合方案中被用于電力傳輸?shù)念l帶可以是處于IOOkHZ至300kHZ的范圍內(nèi)，并且在松散耦合方案中被用于電力傳輸?shù)念l帶可以是6.78MHz和
13.56MHz中的一個(gè)。然而，為了說(shuō)明性目的提供了上面的數(shù)值。
[0034]另外，根據(jù)實(shí)施例的通過(guò)諧振傳送電力的松散耦合方案可以包括直接耦合方案和感應(yīng)耦合方案。
[0035]根據(jù)直接耦合方案，無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器中的每一個(gè)通過(guò)使用一個(gè)諧振線圈直接執(zhí)行電力傳輸。根據(jù)感應(yīng)耦合方案，無(wú)線電力傳送器通過(guò)兩個(gè)傳輸線圈將電力傳送到包括兩個(gè)接收線圈的無(wú)線電力接收器。
[0036]圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的框圖，并且圖2是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)10的等效電路圖。
[0037]參考圖1，無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)10可以包括電源裝置100、無(wú)線電力傳送器200、無(wú)線電力接收器300、以及負(fù)載400。
[0038]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電源裝置100可以如在圖1中所示被設(shè)置為與無(wú)線電力傳送器200分離，或者可以被包括在無(wú)線電力傳送器200中。
[0039]參考圖1，電源裝置100可以包括電源單元110、開(kāi)關(guān)120、DC-DC轉(zhuǎn)換器130、電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140、振蕩器150、AC電力生成單元160、控制單元180、以及存儲(chǔ)單元170。
[0040]電源單元110可以將DC電力供應(yīng)給電源裝置100的各個(gè)組件。電源單元110可以被設(shè)置為與電源裝置100分離。
[0041]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，無(wú)線電力傳送器200可以通過(guò)使用諧振將電力傳送到無(wú)線電力接收器300?？梢酝ㄟ^(guò)包括稍后要描述的傳輸感應(yīng)線圈單元211和傳輸諧振線圈單元212基于感應(yīng)耦合方案實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳送器200的傳輸線圈，或者可以通過(guò)僅包括一個(gè)傳輸感應(yīng)線圈單元211基于直接耦合方案實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳送器200的傳輸線圈。開(kāi)關(guān)120可以使電源單元110與DC-DC轉(zhuǎn)換器130相連接，或者使DC-DC轉(zhuǎn)換器130與電源單元110斷開(kāi)連接。通過(guò)控制單元180的斷開(kāi)信號(hào)或者短路信號(hào)可以斷開(kāi)或者短路開(kāi)關(guān)120。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的電力傳輸狀態(tài)通過(guò)控制單元180的操作可以斷開(kāi)或者短路開(kāi)關(guān)120。
[0042]DC-DC轉(zhuǎn)換器130可以將從電源單元110接收到的DC電壓轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定的電壓值的DC電壓以被輸出。
[0043]在將從電源單元110接收到的DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓之后，DC-DC轉(zhuǎn)換器130可以上升或者下降并且整流被轉(zhuǎn)換的AC電壓，并且輸出具有預(yù)定的電壓值的DC電壓。
[0044]DC-DC轉(zhuǎn)換器130可以開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器或者線性調(diào)節(jié)器。
[0045]線性調(diào)節(jié)器是用于接收輸入電壓以輸出所要求的數(shù)量的電壓并且將剩余數(shù)量的電壓釋放為熱的轉(zhuǎn)換器。
[0046]開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器是能夠通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)方案調(diào)節(jié)輸出電壓的轉(zhuǎn)換器。
[0047]電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的電力傳輸狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單兀140可以通過(guò)檢測(cè)電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合狀態(tài)。在這樣的情況下，耦合狀態(tài)可以表示無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的距離以及無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300的位置中的至少一個(gè)。
[0048]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以基于在電源裝置100中流動(dòng)的電流檢測(cè)電力傳輸狀態(tài)。為此，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以包括電流傳感器。電流傳感器可以測(cè)量在電源裝置100中流動(dòng)的電流，并且可以基于該電流檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)。耦合狀態(tài)可以被表達(dá)為無(wú)線電力傳送器200的傳輸諧振線圈單元212和無(wú)線電力接收器300的接收諧振線圈311之間的耦合系數(shù)。
[0049]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以測(cè)量當(dāng)從DC-DC轉(zhuǎn)換器130輸出的DC電壓被施加到AC電力生成單元160時(shí)流動(dòng)的電流的強(qiáng)度，但是實(shí)施例不限于此。換言之，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以測(cè)量從AC電力生成單元160輸出的電流的強(qiáng)度。
[0050]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單兀140可以包括電流變換器(CT)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，被施加到AC電力生成單元的電流的強(qiáng)度可以被用于找到無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的距離。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，被施加到AC電力生成單元160的電流的強(qiáng)度可以用作表示無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合狀態(tài)的指數(shù)。電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以將表示檢測(cè)到的電流的強(qiáng)度的信號(hào)傳送到控制單元180。
[0051]雖然圖1示出電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140被設(shè)置為與控制單元180分離，但是電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140可以被包括在控制單元180中。
[0052]振蕩器150可以生成具有預(yù)定的頻率的AC信號(hào)并且將AC信號(hào)應(yīng)用于AC電力生成單元160。
[0053]AC電力生成單元160可以通過(guò)使用從DC-DC轉(zhuǎn)換器130接收到的DC電壓和AC信號(hào)生成AC電力。
[0054]AC電力生成單元160可以放大從振蕩器150產(chǎn)生的AC信號(hào)。通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器130要被放大的AC信號(hào)的數(shù)量可以取決于DC電壓的強(qiáng)度而變化。
[0055]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，AC電力生成單元160可以包括推拉型雙MOSFET。
[0056]控制單元180可以控制電源裝置100的整體操作。
[0057]控制單元180可以控制DC-DC轉(zhuǎn)換器130使得預(yù)設(shè)的DC電壓被施加到AC電力生成單元160。
[0058]控制單元180可以從電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140接收與當(dāng)從DC-DC轉(zhuǎn)換器130輸出的DC電壓被施加到AC電力生成單元160時(shí)流動(dòng)的電流的強(qiáng)度有關(guān)的信號(hào)，并且通過(guò)使用與接收到的電流的強(qiáng)度有關(guān)的信號(hào)調(diào)節(jié)從DC-DC轉(zhuǎn)換器130輸出的DC電壓和從振蕩器150輸出的AC信號(hào)的頻率中的至少一個(gè)。
[0059]控制單元180從電力傳輸狀態(tài)檢測(cè)單元140接收表示被施加到AC電力生成單元160的電流的強(qiáng)度的信號(hào)，以確定無(wú)線電力接收器是否存在。換言之，控制單元180可以基于被施加到AC電力生成單元160的電流的強(qiáng)度確定能夠從無(wú)線電力傳送器200接收電力的無(wú)線電力接收器300的存在。
[0060]控制單元180可以控制振蕩器150以生成具有預(yù)定的頻率的AC信號(hào)。預(yù)定的頻率可以指的是當(dāng)通過(guò)使用諧振執(zhí)行電力傳輸時(shí)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300的諧振頻率。
[0061]存儲(chǔ)單元170可以存儲(chǔ)彼此相對(duì)應(yīng)的被施加到AC電力生成單元160的電流的強(qiáng)度、無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合系數(shù)、以及從DC-DC轉(zhuǎn)換器130輸出的DC電壓。換言之，存儲(chǔ)單元170可以以查找表的形式存儲(chǔ)三個(gè)值。
[0062]控制單元180可以在存儲(chǔ)單元170中搜索與被施加到AC電力生成單元160的電流的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的耦合系數(shù)和從DC-DC轉(zhuǎn)換器130輸出的DC電壓，并且可以控制DC-DC轉(zhuǎn)換器130使得搜索到的DC電壓可以被輸出。
[0063]無(wú)線電力傳送器200從AC電力生成單元160接收AC電力。
[0064]當(dāng)基于感應(yīng)耦合方案實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳送器200時(shí)，無(wú)線電力傳送器200可以包括構(gòu)成稍后要描述的在圖2中示出的傳輸單元210的傳輸感應(yīng)線圈單元211和傳輸諧振線圈單元212。
[0065]當(dāng)基于直接耦合方案實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力傳送器200時(shí)，無(wú)線電力傳送器200可以僅包括稍后要描述的在圖2中示出的傳輸單元210的組件當(dāng)中的傳輸感應(yīng)線圈單元211。
[0066]傳輸諧振線圈單元212可以通過(guò)使用諧振將從傳輸感應(yīng)線圈單元211接收到的AC電力傳送到無(wú)線電力接收器300。在這樣的情況下，無(wú)線電力接收器300可以包括在圖2中示出的接收諧振線圈L3和接收感應(yīng)線圈L4。
[0067]參考圖2，無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)10可以包括電源裝置100、無(wú)線電力傳送器200、無(wú)線電力接收器300、以及負(fù)載400。
[0068]電源裝置100包括參考圖1描述的所有的組件，并且組件基本上包括參考圖1描述的功能。
[0069]無(wú)線電力傳送器200可以包括傳輸單元210和檢測(cè)單元220。
[0070]傳輸單元210可以包括傳輸感應(yīng)線圈單元211和傳輸諧振線圈單元212。
[0071]從電源裝置100生成的AC電力被傳送到無(wú)線電力傳送器200，并且被傳送到與無(wú)線電力傳送器200 —起進(jìn)行諧振的無(wú)線電力接收器300。通過(guò)整流單元320在無(wú)線電力接收器300中接收到的電力被傳送到負(fù)載400。
[0072]負(fù)載400可以意味著可再充電電池或者需要電力的其它的預(yù)定的裝置。根據(jù)實(shí)施例，電池400的負(fù)載阻抗可以被表達(dá)為“RL”。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，負(fù)載400可以被包括在無(wú)線電力接收器300中。
[0073]電源裝置100可以將具有預(yù)定的頻率的AC電力供應(yīng)給無(wú)線電力傳送器200。電源裝置100可以供應(yīng)在無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的諧振中具有諧振頻率的AC電力。
[0074]傳輸單元210可以包括傳輸感應(yīng)線圈單元211和傳輸諧振線圈單元212。
[0075]傳輸感應(yīng)線圈單元211被連接到電源裝置100，并且通過(guò)從電源裝置100接收到的電力AC電流流動(dòng)通過(guò)傳輸感應(yīng)線圈單元211。如果AC電流流動(dòng)通過(guò)傳輸感應(yīng)線圈單元211，則AC電流由于電磁感應(yīng)甚至被感應(yīng)到與傳輸感應(yīng)線圈單元211物理地隔開(kāi)的傳輸諧振線圈單元212。通過(guò)諧振被感應(yīng)到傳輸諧振線圈單元212的電力被傳送到與無(wú)線電力傳送器200 —起形成諧振電路的無(wú)線電力接收器300。
[0076]通過(guò)諧振，在互感匹配的兩個(gè)LC電路之間能夠傳送電力。因?yàn)閭鬏斨C振線圈單元212被松散地耦合接收諧振線圈單元311，所以當(dāng)與通過(guò)電磁感應(yīng)在緊密地耦合方案的情況下傳送的電力相比較時(shí)，通過(guò)諧振傳送的電力能夠被更遠(yuǎn)地傳送。因此，無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300具有較高的自對(duì)準(zhǔn)程度使得無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300以較高的效率傳送電力。
[0077]無(wú)線電力傳送器200的傳輸諧振線圈單元212可以通過(guò)磁場(chǎng)將電力傳送到無(wú)線電力接收器300的接收諧振線圈單元311。
[0078]詳細(xì)地，傳輸諧振線圈單元212和接收諧振線圈單元311被相互電磁松散地耦合。
[0079]因?yàn)閭鬏斨C振線圈單元212被松散地耦合接收諧振線圈單元311，所以在無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的電力傳輸效率能夠被顯著地提高。
[0080]傳輸感應(yīng)線圈單元211可以包括傳輸感應(yīng)線圈LI和電容器Cl。在這樣的情況下，電容器Cl的電容是被調(diào)節(jié)用于在諧振頻率下的操作的值。[0081]電容器Cl的一個(gè)端子被連接到電源裝置100的一個(gè)端子，并且電容器Cl的相對(duì)端子被連接到傳輸感應(yīng)線圈LI的一個(gè)端子。傳輸感應(yīng)線圈LI的相對(duì)端子被連接到電源裝置100的相對(duì)端子。
[0082]傳輸諧振線圈單元212包括傳輸諧振線圈L2、電容器C2、以及電阻器R2。傳輸諧振線圈L2包括被連接到電容器C2的一個(gè)端子的一個(gè)端子和被連接到電阻器R2的一個(gè)端子的相對(duì)端子。電阻器R2的相對(duì)端子被連接到電容器C2的相對(duì)端子。電阻器R2的電阻表示傳輸諧振線圈L2中的功率損耗的數(shù)量，并且電容器C2的電容是被調(diào)節(jié)用于在諧振頻率下的操作的值。
[0083]檢測(cè)單元220可以檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合狀態(tài)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，基于傳輸諧振線圈單元212和接收諧振線圈單元311之間的耦合系數(shù)可以檢測(cè)耦合狀態(tài)。在這樣的情況下，檢測(cè)單元220可以通過(guò)測(cè)量輸入阻抗檢測(cè)耦合系數(shù)，并且稍后將會(huì)描述其詳情。
[0084]無(wú)線電力接收器300可以包括接收單元310和整流單元320。
[0085]無(wú)線電力接收器300可以嵌入在諸如蜂窩電話、鼠標(biāo)、膝上型計(jì)算機(jī)、以及MP3播放器的電子電器中。
[0086]接收單元310可以包括接收諧振線圈單元311和接收感應(yīng)線圈單元312。
[0087]接收諧振線圈單元311包括接收諧振線圈L3、電容器C3、以及電阻器R3。接收諧振線圈L3包括被連接到電容器C3的一個(gè)端子的一個(gè)端子和被連接到電阻器R3的一個(gè)端子的相對(duì)端子。電阻器R3的相對(duì)端子被連接到電容器C3的相對(duì)端子。電阻器R3的電阻表示在傳輸諧振線圈L3中的功率損耗的數(shù)量，并且電容器C3的電容是被調(diào)節(jié)用于在諧振頻率下的操作的值。
[0088]接收感應(yīng)線圈單元312包括接收感應(yīng)線圈L4和電容器C4。接收感應(yīng)線圈L4包括被連接到電容器C4的一個(gè)端子的一個(gè)端子。接收感應(yīng)線圈C4的相對(duì)端子被連接到整流單元320的相對(duì)端子。電容器C4的相對(duì)端子被連接到整流單元320的一個(gè)端子。
[0089]接收諧振線圈單元311和傳輸諧振線圈單元212以諧振頻率保持諧振狀態(tài)。換言之，接收諧振線圈單元311和傳輸諧振線圈單元212被相互諧振耦合使得AC電流流動(dòng)通過(guò)接收諧振線圈單元311。因此，接收諧振線圈單元311可以通過(guò)非輻射方案從無(wú)線電力傳送器200接收電力。
[0090]接收感應(yīng)線圈單元312通過(guò)電磁感應(yīng)從接收諧振線圈單元311接收電力，并且通過(guò)整流單元320整流在接收感應(yīng)線圈單元312接收到的電力并且將其發(fā)送到負(fù)載400。
[0091]整流單元320可以從接收感應(yīng)線圈單元312接收AC電力并且將接收到的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力。
[0092]整流單元320可以包括整流電路(未示出)和平滑電路(未示出)。
[0093]整流電路可以包括二極管和電容器以將從接收感應(yīng)線圈單元312接收到的AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力并且將該DC電力發(fā)送到負(fù)載400。
[0094]平滑電路可以平滑被整流的輸出。平滑電路可以包括電容器。
[0095]負(fù)載400可以接收從整流單元320整流的DC電力。
[0096]負(fù)載400可以是預(yù)定的可再充電電池或者需要DC電力的裝置。例如，負(fù)載400可以指的是蜂窩電話的電池，但是實(shí)施例不限于此。[0097]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，負(fù)載400可以被包括在無(wú)線電力接收器300中。
[0098]在無(wú)線電力傳輸中品質(zhì)因數(shù)和耦合系數(shù)是重要的。
[0099]品質(zhì)因數(shù)可以指的是可以被存儲(chǔ)在無(wú)線電力傳送器或者無(wú)線電力接收器附近的能量的指數(shù)。
[0100]品質(zhì)因數(shù)可以根據(jù)操作頻率ω以及線圈的形狀、尺寸以及材料而變化。品質(zhì)因數(shù)可以被表達(dá)為下述等式，Q= ω *L/R。在上述等式中，L指的是線圈的電感并且R指的是與在線圈中弓I起的功率損耗的量相對(duì)應(yīng)的電阻。
[0101]品質(zhì)因數(shù)可以具有O至無(wú)窮大的值。
[0102]耦合系數(shù)表示在傳輸線圈和接收線圈之間的電磁耦合的程度，并且具有O至I的范圍的值。
[0103]耦合系數(shù)可以取決于傳輸線圈和接收線圈之間的相對(duì)位置和距離而變化。
[0104]無(wú)線電力傳送器200可以通過(guò)帶內(nèi)通信或者帶外通信與無(wú)線電力接收器300交換信息。
[0105]帶內(nèi)通信指的是通過(guò)具有在無(wú)線電力傳輸中使用的頻率的信號(hào)在無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間交換信息的通信。無(wú)線電力接收器300可以進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)并且通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換操作可以接收或者可以不接收從無(wú)線電力傳送器200傳送的電力。因此，無(wú)線電力傳送器200能夠通過(guò)檢測(cè)在無(wú)線電力傳送器200中的消耗的電力的數(shù)量識(shí)別無(wú)線電力接收器300的接通信號(hào)或者斷開(kāi)信號(hào)。
[0106]詳細(xì)地，通過(guò)使用電阻器和開(kāi)關(guān)無(wú)線電力接收器300可以通過(guò)調(diào)節(jié)在電阻器中吸收的電力的數(shù)量改變?cè)跓o(wú)線電力傳送器200消耗的電力。無(wú)線電力傳送器200可以通過(guò)檢測(cè)電力消耗的變化獲取無(wú)線電力接收器300的狀態(tài)信息。開(kāi)關(guān)可以被串聯(lián)地連接到電阻器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，無(wú)線電力接收器300的狀態(tài)信息可以包括關(guān)于無(wú)線電力接收器300中的當(dāng)前充電數(shù)量和充電數(shù)量的變化的信息。
[0107]更加詳細(xì)地，如果開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，則在電阻器中吸收的電力變成零，并且在無(wú)線電力傳送器200中消耗的電力被減少。
[0108]如果開(kāi)關(guān)被短路，則在電阻器中吸收的電力變成大于零，并且在無(wú)線電力傳送器200中消耗的電力被增加。如果無(wú)線電力接收器重復(fù)上述操作，則無(wú)線電力傳送器200檢測(cè)在其中消耗的電力以與無(wú)線電力接收器300進(jìn)行數(shù)字通信。
[0109]無(wú)線電力傳送器200通過(guò)上述操作接收無(wú)線電力接收器300的狀態(tài)信息使得無(wú)線電力傳送器200能夠傳送適合的電力。
[0110]相反地，無(wú)線電力傳送器200可以包括電阻器和開(kāi)關(guān)以將無(wú)線電力傳送器200的狀態(tài)信息傳送到無(wú)線電力接收器300。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，無(wú)線電力傳送器200的狀態(tài)信息可以包括關(guān)于要從無(wú)線電力傳送器200供應(yīng)的電力的最大數(shù)量、從無(wú)線電力傳送器200接收電力的無(wú)線電力接收器300的數(shù)目以及無(wú)線電力傳送器200的可用電力的數(shù)量的信息。
[0111]帶外通信指的是通過(guò)除了諧振頻率帶之外的特定的頻率帶執(zhí)行的以便交換對(duì)于電力傳輸所必需的信息的通信。無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300能夠被裝備有帶外通信模塊以交換電力傳輸所需的信息。帶外通信模塊可以被安裝在電源裝置中。在一個(gè)實(shí)施例中，帶外通信模塊可以使用諸如藍(lán)牙、紫蜂(Zigbee)、WLAN或者NFC的短距離通信技術(shù)，但是實(shí)施例不限于此。[0112]在下文中，將會(huì)參考圖3至圖8詳細(xì)地描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制電力的方法。
[0113]圖3是解釋根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制電力的方法的流程圖。圖4是示出耦合系數(shù)和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系以便于滿足最大電力傳輸效率的圖。圖5是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)為了滿足最大電力傳輸效率的耦合系數(shù)和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系的示例的圖。圖6是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)被施加到電池的電壓和電流之間的關(guān)系的圖。圖7是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)被施加到電池的電力的數(shù)量和負(fù)載阻抗之間的關(guān)系的圖。圖8是示出當(dāng)負(fù)載是電池時(shí)為了滿足最大電力傳輸效率的耦合系數(shù)和負(fù)載之間的關(guān)系的圖。
[0114]在下文中，將會(huì)參考圖3以及圖1和圖2描述控制電力的方法。
[0115]無(wú)線電力傳送器200測(cè)量輸入阻抗(步驟S101)。輸入阻抗可以是第一輸入阻抗Zl0第一輸入阻抗Zl可以是當(dāng)如在圖2中所示從電源裝置100到無(wú)線電力傳送器200看時(shí)的阻抗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)單元220可以通過(guò)使用從電源裝置200輸入到無(wú)線電力傳送器200的電壓和電流測(cè)量第一輸入阻抗Zl。
[0116]再次參考圖3，檢測(cè)單元220通過(guò)使用輸入阻抗檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合狀態(tài)(步驟S103)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以通過(guò)測(cè)量傳輸諧振線圈L2和接收諧振線圈L3之間的耦合系數(shù)可以檢測(cè)無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的耦合狀態(tài)。在這樣的情況下，耦合系數(shù)K2表示傳輸諧振線圈L2和接收諧振線圈L3之間的電磁耦合 度。耦合系數(shù)K2可以取決于無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的距離、無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器的方向，以及無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器的位置中的至少一個(gè)而變化。
[0117]檢測(cè)到的耦合狀態(tài)可以被用于控制要通過(guò)無(wú)線電力傳送器200被傳送到無(wú)線電力接收器300的電力。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，隨著無(wú)線電力傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的磁耦合變?nèi)?，無(wú)線電力傳送器200可能增加要被傳送到無(wú)線電力接收器300的電力的數(shù)量，并且隨著無(wú)線電力接收器200和無(wú)線電力接收器300之間的磁耦合被加強(qiáng)可能減少要被傳送到無(wú)線電力接收器300的電力的數(shù)量。
[0118]在下文中，將會(huì)描述檢測(cè)耦合狀態(tài)，特別地，耦合系數(shù)的方法。
[0119]參考圖2，第三輸入阻抗Z3可以指的是當(dāng)從接收諧振線圈單元311到接收感應(yīng)線圈單元312看時(shí)的阻抗，并且可以被表達(dá)為等式I。
[0120]等式I
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)線電力傳送器，包括: 電源單元，所述電源單元將AC電力供應(yīng)到所述無(wú)線電力傳送器；和 傳輸線圈，所述傳輸線圈通過(guò)諧振將所述AC電力傳送到無(wú)線電力接收器的接收線圈， 其中所述無(wú)線電力傳送器基于所述傳輸線圈和所述接收線圈之間的耦合狀態(tài)控制要被傳送到所述無(wú)線電力接收器的傳輸電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述無(wú)線電力傳送器根據(jù)所述耦合狀態(tài)決定要通過(guò)負(fù)載接收到的第一接收電力并且控制所述傳輸電力使得被決定的第一接收電力被傳送到所述負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述無(wú)線電力傳送器確定通過(guò)所述負(fù)載當(dāng)前接收到的第二接收電力，并且控制所述傳輸電力使得如果所述第二接收電力不同于所述第一接收電力則所述第一接收電力被傳送到所述負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述耦合狀態(tài)是所述傳輸線圈和所述接收線圈之間的耦合系數(shù)，并且所述無(wú)線電力傳送器通過(guò)檢測(cè)所述耦合系數(shù)確定所述第二接收電力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述無(wú)線電力傳送器通過(guò)與所述無(wú)線電力接收器的帶內(nèi)通信或者帶外通信確定所述第二接收電力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電力傳送器，進(jìn)一步包括檢測(cè)單元，所述檢測(cè)單元檢測(cè)所述無(wú)線電力傳送器和所述無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述耦合狀態(tài)是所述傳輸線圈和所述接收線圈之間的耦合系數(shù)，并且 所述檢測(cè)單元測(cè)量當(dāng)從電源裝置到所述無(wú)線電力傳送器看時(shí)獲得的輸入阻抗并且基于被測(cè)量的輸入阻抗檢測(cè)所述耦合系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述檢測(cè)單元在固定所述無(wú)線電力接收器的輸出阻抗之后通過(guò)測(cè)量所述無(wú)線電力傳送器的輸入阻抗檢測(cè)所述耦合狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線電力傳送器，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)相互對(duì)應(yīng)的耦合系數(shù)和傳輸電力，其中所述無(wú)線電力傳送器搜索與檢測(cè)到的耦合系數(shù)相對(duì)應(yīng)的傳輸電力以將搜索到的傳輸電力傳送到所述無(wú)線電力接收器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述電源單元從電源單元接收DC電力以輸出AC電力，并且所述無(wú)線電力傳送器通過(guò)調(diào)節(jié)從所述電源單元輸出的AC電力控制所述傳輸電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述電源單元通過(guò)電力線通信傳送電力控制信號(hào)以控制從所述電源單元輸出的DC電力。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電力傳送器，其中所述電源單元包括AC電力生成單元，所述AC電力生成單元通過(guò)從所述電源單元接收DC電力生成AC電力，并且 所述無(wú)線電力傳送器基于被輸入到所述AC電力生成單元或者從所述AC電力生成單元輸出的電流的強(qiáng)度確定所述耦合狀態(tài)并且根據(jù)被確定的耦合狀態(tài)控制所述傳輸電力。
13.—種控制無(wú)線電力傳送器的電力的方法，所述方法包括: 檢測(cè)所述無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的耦合狀態(tài)； 基于所述耦合狀態(tài)調(diào)節(jié)傳輸電力；以及通過(guò)諧振將被調(diào)節(jié)的傳輸電力傳送到負(fù)載。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述傳輸電力的調(diào)節(jié)包括: 確定與所述耦合狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的要通過(guò)所述負(fù)載接收到的第一接收電力；和 調(diào)節(jié)所述傳輸電力使得被確定的第一接收電力被傳送到所述負(fù)載。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中調(diào)節(jié)所述傳輸電力使得被確定的第一接收電力被傳送到所述負(fù)載的步驟包括: 確定通過(guò)所述負(fù)載當(dāng)前接收到的第二接收電力， 將所述第一接收電力與所述第二接收電力進(jìn)行比較，以及 調(diào)節(jié)所述傳輸電力使得如果所述第一接收電力不同于所述第二接收電力作為比較結(jié)果則所述第一接收電力被傳送到所述負(fù)載。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定通過(guò)所述負(fù)載當(dāng)前接收到的第二接收電力的步驟包括通過(guò)與所述無(wú)線電力接收器的帶內(nèi)通信或者帶外通信確定所述第二接收電力。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定通過(guò)所述負(fù)載當(dāng)前接收到的第二接收電力的步驟包括通過(guò)測(cè)量在電源裝置內(nèi)部流動(dòng)的電流的強(qiáng)度確定所述第二接收電力。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述耦合狀態(tài)的檢測(cè)包括檢測(cè)所述無(wú)線電力傳送器的傳輸線圈和所述無(wú)線電力接收器的接收線圈之間的耦合系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述傳輸電力的調(diào)節(jié)包括通過(guò)搜索用于存儲(chǔ)所述耦合系數(shù)和與所述耦合系數(shù) 相對(duì)應(yīng)的傳輸電力的存儲(chǔ)單元來(lái)確定所述傳輸電力。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述耦合狀態(tài)的檢測(cè)包括通過(guò)使用所述無(wú)線電力傳送器的輸入阻抗檢測(cè)所述耦合狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103683527SQ201310445293
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月26日
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