控制無線輸電設備中無線電力信號的方法及無線輸電設備的製作方法
2023-06-24 03:36:36
專利名稱：控制無線輸電設備中無線電力信號的方法及無線輸電設備的製作方法
技術領域：
本說明書涉及一種控制無線輸電設備中無線電力信號的方法以及使用該方法的無線輸電設備。
背景技術：
一般來講，電池組通過從外部充電設備接收電能為使處於充電狀態的可攜式終端運轉提供電力，該終端例如是可攜式電話或者個人數字助理(PDA)。該電池組包括用於充滿電力的蓄電池單元以及用於使該蓄電池單元充放電的電路，即用於向可攜式終端提供電力的電路。作為電池組與用於使電池組充電的充電設備之間的一種電連接方法，埠連接電源使用埠或者接線端通過接收通用電源並將電能轉化為與電池組相應的電壓和電流來為電池組提供電力。然而，如果根據該利用埠或者接線端的供電方法來提供電能，則會因為電池組與充電設備兩側的接線端具有不同的電勢差，而在充電設備與電池組接觸或相互分開時出現瞬間放電。特別是當外界物質積聚在兩側的接線端時會由於該瞬間放電而出現打火。同樣，電池組充滿的電力會由於潮溼而經由電池組的接線端向外部自放電。相應地，這會造成電池組壽命減少和性能劣化。為了解決上述問題，最近有人提出了一種採用無線輸電方法的非接觸式充電系統及其控制方法。
發明內容
本發明的一個實施例涉及提供一種控制無線輸電設備中無線電力信號的方法以及使用該方法的無線輸電設備，該方法可以穩定並有效地在無線輸電系統中提供電能。為了實現本發明的實施例，提供了一種控制無線輸電設備中無線電力信號的方法，該方法包括經由無線輸電設備的傳輸線圈發射目標探測信號；經由傳輸線圈接收響應該目標探測信號的目標響應信號；根據該目標響應信號向無線電力接收設備發射無線電力信號；通過傳輸控制器探測發射無線電力信號的傳輸線圈的電壓或電流；並且如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則該傳輸控制器改變無線電力信號。上述若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟可以包括如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則復位傳輸控制器的驅動器(drive driver)。上述若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟可以包括如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由傳輸控制器通過改變無線電力信號的頻率來改變電壓增益。上述若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟可以包括如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由傳輸控制器改變無線輸電設備的AC/DC變換器的輸入電壓。該傳輸線圈可以包括第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈，並且上述若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟可以包括經由該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈依次重新發射目標探測信號。第一子傳輸線圈可以是圓形線圈，第二子傳輸線圈可以是包圍該圓形線圈外表面的矩形線圈。第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈分別可以是相同尺寸的橢圓形線圈、圓形線圈、磁軌型線圈(track-type coil)或者圓矩形線圈。為了實現本發明的另一個實施例，提供了一種無線輸電設備，包括傳輸線圈，其配置為發射目標探測信號和無線電力信號；以及傳輸控制器，其配置為監測傳輸線圈的電流或電壓值，以及若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則改變無線電力信號。該傳輸控制器可以配置為若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則復位傳輸控制器的驅動器。該傳輸控制器可以配置為若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則通過經由傳輸控制器改變無線電力信號的頻率來改變電壓增益。該傳輸控制器可以配置為若傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由傳輸控制器改變無線輸電設備的AC/DC變換器的輸入電壓。 該傳輸線圈可以包括第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈，並且該傳輸控制器可以配置為經由該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈依次重新發射目標探測信號。該傳輸控制器可以配置為根據所重新發射的目標探測信號的響應信號選擇第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈中的任意一個並且經由選定的子傳輸線圈發射無線電力信號。該第一子傳輸線圈可以是圓形線圈，第二子傳輸線圈可以是包圍該圓形線圈外表面的矩形線圈。第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈分別可以是相同尺寸的橢圓形線圈、圓形線圈、磁軌型線圈或者圓矩形線圈。該設備還可以包括屏蔽芯體，其配置為在其中安裝第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈。該屏蔽芯體可以是由鐵素體製成的。該傳輸控制器還可以包括檢測裝置，其配置為探測傳輸線圈中的電流值。
圖1是表示根據示例性實施例的無線輸電系統的方框圖；圖2是描述根據示例性實施例的控制無線輸電設備中無線電力信號的方法的流程圖；圖3A和;3B表示了示例性實施例的無線輸電設備中使用的多個線圈的結構；圖4A是表示根據示例性實施例的無線輸電設備中使用的容納多個線圈的屏蔽芯體的平面圖；圖4B是表示根據示例性實施例的無線輸電設備中使用的容納多個線圈的屏蔽芯體的透視圖；圖5是描述根據示例性實施例的將無線電力信號控制方法應用於無線輸電設備的情況下獲得的效果的概念圖。
具體實施例方式下文中，參照附圖具體描述控制無線輸電設備中的無線電力信號的方法以及使用該方法的無線輸電設備。
具體實施方式
中對組成元件使用的後綴「模塊」、「_er」 「-or」是為了便於撰寫說明書。這些後綴可以替換使用，並且自身沒有相互截然不同的含義或作用。圖1是表示根據示例性實施例的無線輸電系統的結構圖。如圖1所示，根據示例性實施例的無線輸電系統包括無線輸電設備100和無線電力接收設備200。也就是說，當無線輸電設備100根據電磁感應原理向無線電力接收設備200發射無線電力信號時，接收該無線電力信號的無線電力接收設備200利用無線電力信號的電能使電池充電，並且將電能提供給與無線電力接收設備200相連的電子設備。下文中，將分別描述無線輸電設備100和無線電力接收設備200的構成。根據示例性實施例的無線輸電設備100包括傳輸線圈110和傳輸控制器120。作為主線圈的傳輸線圈110是根據電磁感應方法向無線電力接收設備200的接收線圈210發射無線電力信號的設備。在本示例性實施例中，可以採用兩個線圈，即第一子傳輸線圈111 和第二子傳輸線圈112。將參照圖3A和;3B具體描述第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112的配置。仍參照圖1，控制傳輸線圈110的傳輸控制器120包括目標探測器121、中央控制器122、切換控制器123、驅動器124、串聯共振轉換器125以及傳輸線圈電壓和電流探測器 126。該目標探測器121探測作為主線圈的傳輸線圈110的負載變化，作為確認裝置確定負載是否被無線電力接收設備200改變，並且過濾以處理從無線電力接收設備200發射的響應信號。也就是說，當接收到作為對經由傳輸線圈110發射的目標探測信號的響應信號的目標響應信號時，目標探測器121過濾該目標響應信號以處理它。同樣，目標探測器 121處理經由作為次級線圈的無線電力接收設備200的接收線圈210發射的充電探測信號。 充電探測信號是包括整流器220中測得的整流電壓信息的信號。中央控制器122接收以確認目標探測器121的確定結果，並且分析傳輸線圈110 中接收的目標響應信號，從而向驅動器124發射電力信號，該電力信號用於經由傳輸線圈 110發射無線電力信號。同樣，中央控制器122確定從傳輸線圈電壓和電流探測器1 獲得的相位值信息，這將在後面進行描述。根據該相位值信息，中央控制器122控制驅動器124 以改變無線電力信號。將更具體地描述傳輸線圈電壓和電流探測器126。也就是說，中央控制器122分析目標探測器121和傳輸線圈電壓和電流探測器126中過濾的數據信號，並且相應於分析後的數據信號控制驅動器124。而且，中央控制器122 生成目標探測信號以將其經由傳輸線圈110發射給無線電力接收設備200。切換控制器123控制第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112與串聯共振轉換器125之間的開關的切換操作。驅動器IM在控制器122的控制之下控制串聯共振轉換器125的操作。該串聯共振轉換器125在驅動器IM的控制之下生成用於發生希望的電力信號的傳輸電力，從而將所生成的傳輸電力提供給傳輸線圈110。換句話說，當中央控制器122將用於發射具有所需電力值的電力信號的電力控制信號發射給驅動器124時，該驅動器124 響應所發射的電力控制信號來控制串聯共振轉換器125的操作。該串聯共振轉換器125將對應於驅動器124的控制所要求的電力值的傳輸電力提供給傳輸線圈110，以便發射具有所要求強度的無線電力信號。此外，串聯共振轉換器125提供電力，從而在驅動器IM的控制之下分別經由第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112生成第一目標探測信號和第二目標探測信號。傳輸線圈電壓和電流探測器1 是用於探測傳輸線圈110的電壓或電流的相位值的組成元件。當無線電力接收設備200從充電位置移開時，傳輸線圈110的電壓或電流的相位值改變。通過探測該相位值探測到該無線電力接收設備的運動。當探測到的相位值大於預定值時，中央控制器122可以通過控制驅動器IM來改變無線電力信號的頻率值，或者可以通過控制交流(AC)/直流(DC)變換器130降低輸入電壓值，這將在後面進行描述，或者可以通過復位驅動器1 使傳輸控制器120初始化。另一方面，除了傳輸線圈電壓和電流探測器126之外，傳輸控制器還可以包括電流變換器(current transformer，未示出)， 其用於探測傳輸線圈中的電流值，從而更敏感、更精確地探測無線電力接收設備在無線輸電設備上的移動或位置。AC/DC變換器130是用於將220V或IlOV的交流(AC)電力轉變為預定電壓的直流 (DC)電力的設備。如上所述，通過中央控制器122的控制來改變AC/DC變換器130的輸出電壓值。通過接收電力信號，無線電力接收設備200被提供電能，該無線電力接收設備包括接收線圈210、整流器220和蓄電池單元模塊230。接收線圈210利用被發射的無線電力信號生成感應電力。整流器220整流感應電力並且蓄電池單元模塊230利用整流後的電力使蓄電池單元充電。蓄電池單元模塊230配置為包括保護電路，例如過電壓和過電流保護電路、溫度探測電路等等。蓄電池單元模塊230還包括用於收集並處理包括蓄電池單元充電狀態的信息的充電管理模塊。在具有上述構造的無線輸電系統中，下文中將描述根據示例性實施例的選擇並控制具有多個線圈的所述無線輸電設備100中的輸電線圈的方法。圖2是描述根據示例性實施例的控制無線輸電設備中無線電力信號的方法的流程圖。如圖2所示，在步驟Si，傳輸線圈110向無線電力接收設備發射目標探測信號。在步驟S2，傳輸線圈110經由傳輸線圈接收響應於目標探測信號的目標響應信號。傳輸控制器 120根據目標響應信號向無線電力接收設備發射無線電力信號。經由傳輸線圈110發射無線電力信號。同時，在步驟S3，傳輸控制器120的傳輸線圈電壓和電流探測器1 探測傳輸線圈的電壓或電流。在步驟S4和S5，如果探測到的傳輸線圈電壓或電流的相位值變為大於預定值(表示相位值的根本改變)，則傳輸控制器改變無線電力信號。也就是說，當所述電壓或所述電流的相位值變為大於預定值時，可以通過復位傳輸控制器的驅動器來復位傳輸控制器。另外，傳輸控制器可以通過改變無線電力信號的頻率來改變電壓增益。也就是說， 傳輸控制器可以改變電壓增益水平以降低或提高無線電力接收設備200的整流器220中探測到的電壓值。如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則傳輸控制器可以通過控制無線輸電設備的AC/DC變換器來降低或提高來自AC/DC變換器的輸入電壓。如果傳輸線圈由兩個線圈構成，即如果傳輸線圈包括第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈，則在復位傳輸控制器之後，傳輸控制器120經由該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈依次重新發射目標探測信號，並且通過根據目標探測信號的響應信號來選擇第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈中的任意一個來再次發射無線電力信號。根據具有上述構造的示例性實施例，儘管由於無線電力接收設備從傳輸線圈的外圍部分向中央部分移動而使電壓突然升高，但是可以穩定地提供電力，從而使保護無線電力接收設備成為可能。下文中，將參照圖3A和;3B詳細描述所述多個傳輸線圈的實例。圖3A和:3B表示了根據示例性實施例的無線電力傳輸設備100中使用的所述多個傳輸線圈的結構。如圖3A所示，在根據示例性實施例的具有多個線圈的無線輸電設備100中，第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112可以具有相同的形狀和尺寸，並且可以具有重疊的區域。如圖3A所示，第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112可以是不同幾何圖形的線圈，例如橢圓形線圈、圓形線圈、磁軌型線圈或者圓矩形線圈。如圖;3B所示，第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112中的每一個可以具有將圓形線圈與矩形線圈相組合的結構。也就是說，如圖3B所示，在第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112中，圓形線圈111-1和112-1配置在裡面，而矩形線圈111-2和112-2配置在圓形線圈111-1和112-1外面。如圖IBB所示的傳輸線圈具有作為圓形線圈優勢的輸電效率以及作為矩形線圈優勢的機動性或位置自由度。相應地，傳輸線圈可以減少無線電力接收設備200無法接收到電力的死區，並且同時保持輸電效率。下文中，將參照圖4A和4B詳細描述傳輸屏蔽芯體，在該傳輸屏蔽芯體上放置了如圖3A所示的使用的橢圓形線圈。圖4A是表示根據示例性實施例的容納無線輸電設備100中使用的多個線圈的屏蔽芯體的平面圖。圖4B是表示根據示例性實施例的容納無線輸電設備100中使用的線圈的屏蔽芯體的透視圖。如圖4A和4B所示，該屏蔽芯體140具有矩形盤的形狀。屏蔽芯體140包括第一凹部141，第一子傳輸線圈111置於該第一凹部；以及第二凹部142，第二子傳輸線圈112置於該第二凹部。如圖4A和4B所示，第一凹部141與第二凹部142之間形成階差。插入導線的孔141-1和142-1配置在每個凹部的側表面上和中心處。作為突起部分的固定部分 141-2和142-2配置在凹部141和142的每個中心處，以便固定傳輸線圈。屏蔽芯體可以包括無定形鐵素體、Mn-Zn (重量比為50 50)、Ni-Fe (重量比為80 20)以及精煉純金屬 (Fe-Si-Cu-Nb)中的至少一種。屏蔽芯體可以防止由於第一子傳輸線圈111和第二子傳輸線圈112生成的磁場造成的對無線輸電設備的控制器的損害，並且提高輸電效率。下文中，將參照圖5詳細描述根據示例性實施例的依照無線輸電設備的電力控制方法獲得的效果。圖5是描述將根據示例性實施例的無線電力信號控制方法應用於無線輸電設備時產生的效果的概念圖。如圖5所示，如果無線電力接收設備200位於位置A，則無線電力接收設備200經由第一子傳輸線圈111接收無線電力信號。然而，在任何情況下，如果無線電力接收設備 200迅速地移動到橢圓形第一子傳輸線圈111的中心處的位置B，並且電力沒有受到無線輸電設備100的控制，則無線電力接收設備200的電壓過大，從而造成問題，例如無線電力接收設備200的損壞或者蓄電池單元模塊230的爆炸。另一方面，當採用本發明時，可以通過探測由於無線電力接收設備200的瞬時移動而造成並在傳輸線圈110中測量到的電流或電壓相位值的變化，並且根據探測到的變化復位傳輸控制器來解決上述問題。還可以通過改變電壓增益或者降低從AC/DC變換器輸出的輸入電壓值來解決上述問題。根據上述構造，儘管由於無線電力接收設備從傳輸線圈的外圍部分移動到中央部分而使電壓突然增大，但仍可以穩定提供電能，從而使得能夠保護無線電力接收設備。本領域技術人員可以理解，上述用於控制無線輸電設備中的無線電力信號的方法以及使用該方法的無線輸電設備不局限用於上述示例性實施例的構造和方法。可以選擇性地組合和配置全部示例性實施例或一部分，以實現不同的修改。
權利要求
1.一種控制無線輸電設備中無線電力信號的方法，該方法包括 經由該無線輸電設備的傳輸線圈發射目標探測信號；經由該傳輸線圈接收響應該目標探測信號的目標響應信號； 根據該目標響應信號向無線電力接收設備發射無線電力信號； 通過傳輸控制器探測發射所述無線電力信號的所述傳輸線圈的電壓或電流；並且如果該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則該傳輸控制器改變無線電力信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則該傳輸控制器改變無線電力信號的步驟包括如果該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則復位所述傳輸控制器的驅動器。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟包括如果該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由傳輸控制器通過改變所述無線電力信號的頻率來改變電壓增益。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟包括如果該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由所述傳輸控制器改變所述無線輸電設備的AC/DC變換器的輸入電壓。
5.根據權利要求1所述的方法，其中該傳輸線圈包括 第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈，並且所述若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則所述傳輸控制器改變無線電力信號的步驟包括經由該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈依次重新發射目標探測信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其中該第一子傳輸線圈是圓形線圈，第二子傳輸線圈是包圍該圓形線圈外表面的矩形線圈。
7.根據權利要求5所述的方法，其中該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈分別是相同尺寸的橢圓形線圈、圓形線圈、磁軌型線圈或者圓矩形線圈。
8.一種無線輸電設備，包括傳輸線圈，其配置為發射目標探測信號和無線電力信號；以及傳輸控制器，其配置為監測所述傳輸線圈的電流或電壓值，以及若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則改變所述無線電力信號。
9.根據權利要求8所述的設備，其中該傳輸控制器配置為若該傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則復位該傳輸控制器的驅動器。
10.根據權利要求8所述的設備，其中該傳輸控制器配置為若所述傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由該傳輸控制器通過改變所述無線電力信號的頻率來改變電壓增益。
11.根據權利要求8所述的設備，其中該傳輸控制器配置為若所述傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則經由所述傳輸控制器改變無線輸電設備的AC/DC變換器的輸入電壓。
12.根據權利要求8所述的設備，其中該傳輸線圈包括第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈，並且該傳輸控制器配置為經由該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈依次重新發射目標探測信號。
13.根據權利要求12所述的設備，其中該傳輸控制器配置為根據所重新發射的目標探測信號的響應信號選擇第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈中的任意一個，並且經由所選擇的子傳輸線圈發射無線電力信號。
14.根據權利要求12所述的設備，其中該第一子傳輸線圈是圓形線圈，第二子傳輸線圈是包圍該圓形線圈外表面的矩形線圈。
15.根據權利要求12所述的設備，其中該第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈分別是相同尺寸的橢圓形線圈、圓形線圈、磁軌型線圈或者圓矩形線圈。
16.根據權利要求15所述的設備，還包括屏蔽芯體，其配置為在其中安裝第一子傳輸線圈和第二子傳輸線圈。
17.根據權利要求16所述的設備，其中該屏蔽芯體是由鐵素體製成的。
18.根據權利要求8所述的設備，其中該傳輸控制器還包括檢測裝置，該檢測裝置配置為探測所述傳輸線圈中的電流值。
全文摘要
本發明提供了一種控制無線輸電設備中無線電力信號的方法，該方法包括經由無線輸電設備的傳輸線圈發射目標探測信號；經由傳輸線圈接收響應該目標探測信號的目標響應信號；根據該目標響應信號向無線電力接收設備發射無線電力信號；通過傳輸控制器探測發射無線電力信號的傳輸線圈的電壓或電流；並且如果傳輸線圈的電壓或電流的相位值變為大於預定值，則該傳輸控制器改變無線電力信號。
文檔編號H02J7/02GK102457109SQ201110345159
公開日2012年5月16日 申請日期2011年11月4日 優先權日2010年11月4日
發明者鄭春吉, 鞠潤相 申請人:翰林Postech株式會社