無線能量發射系統的製作方法

2023-05-06 02:40:41 1

專利名稱：無線能量發射系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及無線能量發射系統。
背景技術：
目前用於無線能量(電力)發射的初級線圈或能量發射裝置的種類較多。例如，在基於WPC標準的Al，A5類型發射器中，通過外加機械的定位或其它的引導措施(如增加磁鐵)來確保初級線圈與次級線圈(能量接收裝置)的準確對位。在基於WPC標準中的A2，A3類型發射器中，通過驅動電機來帶動初級線圈作橫向和縱向的機械運動，從而達到跟蹤接收線圈的目的，實現初級線圈與次級線圈的準確對位。此外，在基於WPC標準的BI，B2, B3類型發射器中，使用了多初級線圈陣列，根據檢測到的接收線圈位置，選擇初級線圈陣列中 離接收線圈最近的一個線圈投入工作，從而達到相對準確的對位。

實用新型內容針對現有技術中存在的一些問題，本申請提出了這樣一種能量發射系統，其可包括可控初級線圈單元，包括多個導體和多個可控開關，所述多個導體交叉設置，其中，每兩個交叉設置的導體之間設置有一個所述可控開關；以及控制器，選擇性地將一部分所述可控開關導通，從而使得所述多個導體中與導通的開關耦合的導體形成能量發射區(初級線圈環路)。根據上述的技術方案，在具體使用過程中，能夠使能量發送系統中的導體隨接收線圈(即，能量接收裝置)放置的位置不同而組合成不同的能量發射區，從而使能量發送裝置中的初級線圈單元和能量接收系統中的接收線圈始終保持對位，有利於提高系統的能量傳輸效率。

圖I為根據本申請一個實施方式的能量發射系統。圖2為圖I所示的可控初級線圈單元的具體示意圖。圖3為根據本申請另一個實施方式的能量發射系統。圖4(a)為根據本申請一個實施方式的在某一狀態下導體導通的狀態以及圖4(b)為圖4 Ca)中導體形成的電通路的單獨示意圖。圖5為根據本申請另一個實施方式掃描可控初級線圈單元的示例圖。圖6為根據本申請另一個實施方式的能量發射系統。
具體實施方式
如圖I所示為根據本申請一個實施方式的能量發射系統100。系統100包括可控初級線圈單元10和控制器20。可控初級線圈單元10可例如為電磁爐中的線圈、或其它任意通過無線方式向能量接收系統(未示出)發送能量的裝置。相應地，能量接收系統可例如為設置在電磁爐上的器皿、手機中內置的接收線圈，以及其它通過任意方式從可控初級線圈單元10接收能量的系統或裝置。圖2示出了根據本申請一個實施方式的可控初級線圈單元10，其中，出於如圖2所示，可控初級線圈單元10包括多個導體101和多個第一可控開關102。在圖2中，出於清楚和示意的目的，僅示出了 9個導體101和9個第一可控開關102。多個導體101交叉設置，並且在每兩個交叉設置的位置之間耦接有一個第一可控開關102。在一個實施方式中，多個交叉設置的導體101設置於至少兩層電路板上，在空間上以一定的角度相交(例如90度或其它角度)，但不直接接觸。多個導體可包括橫向設置的導體和縱向設置的導體，而且橫向設置的導體和縱向設置的導體設置於電路板的不同層。例如，所有橫向設置的導體設置在同一層，所有縱向設置的導體設置在另一層。而在另一實施方式中，為了增加導體的截面積，每個導體可採用多層並聯，具體層數可根據能量發射系統的額定電流進行調整。例如，如果每個導體採用3層電路板並聯時，則第1-3 (或第1，3，5)層電路板可 用來設置橫嚮導體，而第4-6 (或第2，4，6)層電路板可用來設置縱嚮導體。此外，導體可包括銅箔或並聯於銅箔上的金屬導體。第一可控開關102可例如為機械開關，例如繼電器。第一可控開關102還可例如為包括Mosfet或晶體三極體的電子開關。控制器20被配置為選擇性地將一部分第一可控開關102導通，從而使得多個導體中與導通的開關耦合的導體形成能量發射區(初級線圈環路)。能量發射區可例如具有線圈的形式。在該實施方式中，還可在系統100中設置能夠確定能量接收系統相對於線圈單元10的位置從而使得控制器20選擇與所確定的位置相對應的開關導通的裝置。圖3示出了根據本申請一個實施方式的能夠根據電路諧振原理確定能量接收系統相對於線圈單元10的位置的能量發射系統200。然而圖3所示的通過諧振原理工作的實施方式僅僅是本申請的一個示意性實施方式，而不是用來限制本申請。如圖3所示，系統200除了包括如上述系統100包括的可控初級線圈單元10和控制器20外，還可包括線圈控制及驅動電路30以及與初始線圈單元10串聯的諧振電容40。在該實施方式中，控制器20首先確定出能量接收系統相對於可控初級線圈單元10的位置，並選擇與確定出的位置對應的可控開關導通。例如，在待機狀態，控制器20，例如周期地，控制第一可控開關中預定個數的開關導通，從而使得與所閉合的第一可控開關耦接的導體形成用於確定是否有目標(能量接收系統)存在的能量發射系統的初始能量發射區(偵測線圈環路)。例如控制可控開關K1-K9 (如圖4 (a)所示)導通，從而組成初始線圈通路103，該通路對應於覆蓋整個可控初級線圈單元的(如圖4b)所示)偵測線圈環路。與此同時，控制器20發出I個很短的脈衝群通過線圈控制及驅動電路30加在所形成的線圈通路103的兩端103a和103b，以使得線圈通路103與串聯的諧振電容40諧振於第一頻率。隨後控制器20將檢測計算線圈通路103兩端的電壓。如果沒有目標存在於能量發射系統200的初偵測線圈環路範圍內，線圈通路103的諧振頻率就不會改變，線圈兩端的電壓就不會改變，相反，如果有目標存在於能量發射系統200的偵測線圈環路範圍內時，線圈通路103的諧振頻率就會改變，因此，控制器20檢測到的線圈電壓將會有所降低。當控制器20檢測到的電壓低於事先預設的門限值時，控制器20確定出目標已經存在於能量發射系統200的偵測線圈環路範圍內。一旦控制器20確定出目標已經存在於能量發射系統200的偵測線圈環路範圍內，它將再通過可控初級線圈的掃描搜尋運動進一步確定能量接收系統的位置。在一個實施方式中，在確定出能量接收系統已經存在於所述發射系統的偵測線圈環路範圍內後，控制器20按照以下原則對所述可控初級線圈單元進行掃描以確定出目標相對於所述可控初級線圈單元的位置I)在多個可控開關101中選擇第一組開關導通，並確定通過第一組開關及其相耦合的導體形成的線圈通路(初級線圈環路)從所述能量接收系統接收的反射能量的大小；例如，選擇第一組開關導通形成如圖5中標記為A的線圈通路(初級線圈環路)。同時，在控制器20的控制下，通過線圈控制及驅動電路40向初級線圈環路施加具有預定時長的脈衝群，從而使得該通路與串聯的諧振電容工作於第二諧振頻率，於是就會有少量的能量被轉移到 接收器的諧振電路中，當脈衝群結束後，這個被轉移的能量值會立即反射到發射端的可控初級線圈中。第二諧振頻率和上述的第一諧振頻率可以是相同的或者也可以是不相同的。2)選擇第二組開關，並確定出通過第二組開關及其相耦合的導體形成的初級線圈環路從所述能量接收系統接收的反射能量的大小；例如，可選擇與所述第一組開關相鄰的第二組開關導通，或者選擇與所述第一組開關具有一定距離的第二組開關導通。在該實施方式中，選擇第二組開關導通形成如圖5中標記為B的初級線圈環路。3)依此類推，按照圖5中箭頭所示的方向，對所述可控初級線圈單元中的預定個數的可控開關進行掃描；以及4)選擇反射能量最大時初級線圈環路作為向所述能量接收系統傳輸能量的傳輸線圈，並且在能量傳輸初期，可對所選擇的傳輸線圈做進一步的掃描，以確定出目標相對於初級線圈環路的精確位置。應該理解，可控初級線圈越靠近能量接收系統(能量接收線圈)，轉移到能量接收系統的諧振電路中的能量越多，因此，反射到可控初級線圈中的能量值也越高，反之，則越低。控制器20通過確定出可控初級線圈掃描到每個位置後反射到可控初級線圈中的能量值的大小，確定出接收線圈的大致位置，例如當控制器20確定出當可控初級線圈掃描運動到L位置時，反射到可控初級線圈中的能量值最大，則L位置所對應的能量發射區(初級線圈環路)就是目標對應的位置。此外，如圖6所示，在每個可控開關101和控制及驅動電路30之間還可耦合有多個第二可控開關50，每個第二可控開關50還與控制器耦合。當控制器20偵測到目標的存在後，就會通過埠 C(Kl-Kn)發出控制信號，控制相應的第一可控開關閉合，從而將所述多個導體中與導通的開關耦合的導體形成能量發射區(初級線圈環路)。同時，控制器20通過埠 ODfODn輸出目標偵測控制信號，控制與導通的第一開關對應的第二可控開關導通，從而使得控制器20發出的脈衝群能夠通過線圈控制及驅動電路30施加到所形成的通路的兩端。和上述提到的第一可控開關一樣，第二可控開關同樣可以是機械開關，或可以是包括Mosfet或晶體三極體的電子開關。以上參照附圖對本申請的示例性的實施方案進行了描述。本領域技術人員應該理解，上述實施方案僅僅是為了說明的目的而所舉的示例，而不是用來進行限制。凡在本申請的教導和權利要求保護範圍下所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本申請要求保護的 範圍內。
權利要求1.能量發射系統，其特徵在於，包括 可控初級線圈單元，包括多個導體和多個第一可控開關，所述多個導體交叉設置，其中，每兩個交叉設置的導體之間設置有一個所述第一可控開關；以及 控制器，選擇性地將一部分所述第一可控開關導通，從而使得所述多個導體中與導通的開關耦合的導體形成作為能量發射區的初級線圈環路。
2.如權利要求I所述的無線能量發射系統，其特徵在於，所述多個交叉設置的導體設置於至少兩層電路板上，且相互不直接接觸。
3.如權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述控制器確定出能量接收系統相對於所述可控初級線圈單元的位置，並選擇與所述位置對應的第一可控開關導通，從而使得所述多個導體中與導通的開關耦合的導體形成所述能量發射區。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於，，在待機狀態，所述控制器周期地控制所述第一可控開關中預定個數的開關導通，從而使得與所導通的開關耦接的導體形成用於確定是否有能量接收系統存在的初始能量發射區。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述初始能量發射區中與所導通的開關耦接的導體形成電通路，所述系統還包括 與所述可控初級線圈單元串聯的諧振電容；以及 線圈控制及驅動電路，向所述初始能量發射區施加預定時長的諧振脈衝群，以使得所述電通路與所述諧振電容進行諧振； 其中，所述控制器如果檢測到所述電通路的兩端的電壓低於預定閥值，則確定出已經有所述能量接收系統存在於所述初始能量發射區範圍內。
6.如權利要求5所述的系統，其特徵在於，在確定出所述能量接收系統已經存在於所述初始能量發射區的範圍內後，所述控制器按照以下原則對所述可控初級線圈單元進行掃描以確定出所述能量接收系統相對於所述可控初級線圈單元的位置 1)在所述多個第一可控開關中選擇第一組開關導通，並確定通過第一組開關及其相耦合的導體形成的電通路從所述能量接收系統接收的反射能量的大小； 2)在所述多個第一可控開關中選擇第二組開關，並確定出通過第二組開關及其相耦合的導體形成的電通路從所述能量接收系統接收的反射能量的大小； 3)依此類推，對所述多個第一可控開關中預定個數的開關進行掃描；以及 4)選擇反射能量最大時的電通路形成的作為能量發射區的初級線圈環路向所述能量接收系統轉移能量。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述步驟4)進一步包括 在能量轉移的初期，進一步在所形成的初級線圈環路進行掃描，以確定出所述能量接收系統相對於所述初級線圈環路的精確位置；以及 將所述精確位置對應的可控開關導通，形成最終向所述能量接收系統發射能量的能量發射區。
8.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，每次掃描過程中，所述線圈控制及驅動電路向當前掃描過程中形成的電通路的兩端施加預定時長的偵測脈衝群，從而使得偵測脈衝群的至少一部分能量被轉移到所述能量接收系統的諧振電路中，當所述偵測脈衝群結束後，所述控制器確定被轉移的能量反射回到該電通路中的能量的大小。
9.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述多個導通包括橫向設置的導體和縱向設置的導體，所述橫向設置的導體和所述縱向設置的導體設置於電路板的不同層。
10.如權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一可控開關為機械開關。
11.如權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述第一可控開關為包括Mosfet或晶體三極體的電子開關。
12.如權利要求1-11中任一項所述的系統，其特徵在於，還包括耦合於所述線圈控制及驅動電路和所述可控初級線圈單元之間的第二可控開關。
專利摘要一種無線能量發射系統，包括可控初級線圈單元，包括多個導體和多個第一可控開關，所述多個導體交叉設置，其中，每兩個交叉設置的導體之間設置有一個所述第一可控開關；以及控制器，選擇性地將一部分所述第一可控開關導通，從而使得所述多個導體中與導通的開關耦合的導體形成能量發射區(初級線圈環路)。
文檔編號H02J17/00GK202651905SQ201220303508
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者肖剛見, 牟世勇 申請人:惠州志順電子實業有限公司