专利名称：电气装置、无线电力传送装置、以及其电力传送方法
技术领域：
这里公开的本发明涉及一种电气装置、无线电力传送装置、以及其电力传送方法。
背景技术：
最近，使用中的电气产品的数量以及它们的性能已经显著增力卩。特别地，由于半导 体和显示技术中令人惊奇的进步，便携式电气装置已经小型化。然而，便携式电气装置的限 制在于，它们通过电线来接收电力。尽管使用充电器来对产品充电，但是由于产品有限的充 电容量，所以在产品使用预定的持续期间之后，应通过线缆对它再充电。为了克服这个限 制，正在开发各种无线充电技术。例如，可以使用射频(RF)或磁感应来对便携式电气装置 充电。特别地，使用磁感应对便携式电气装置充电被例示在菲利普(Philips)所生产的 电剃须刀中。由于无线地供应电力消除了水所引起的电短路的可能性，所以它可以安全地 使用。此外，消除麻烦的线缆非常有助于产品的审美改善。然而，磁感应具有非常短的充电 范围，这呈现了许多不便。为了克服后者，已经出现了使用射频(RF)或谐振充电的无线电 力传送技术。然而，使用RF的无线电力传送技术的限制在于，电力仅可能被传送到预设的方 向，这是因为需要用于将电波聚焦到一点的装置。此外，应该检查高电平RF信号是否对健 康造成有害影响。
发明内容
本发明提供了一种电气装置、无线电力传送装置、以及其电力传送方法。本发明还提供了一种能够解决由于外来物质而导致的过热和设计灵活性的限制 的无线电力传送装置。本发明的实施例提供了无线电力传送装置，包括电力线圈，其中施加了高频电 流；传送线圈，其中通过磁感应来感应高频电流，所述传送线圈被配置为当该传送线圈具有 与至少一个外部目标装置相同的谐振频率时、生成非辐射电磁波；以及谐振频率调整器，被 配置为调整传送线圈的谐振频率。在一些实施例中，谐振频率调整器可以调节传送线圈之间的距离，以校正传送线 圈的谐振频率。 在其他实施例中，谐振频率调整器可以通过在传送线圈之间插入电介质来校正传 送线圈的谐振频率。 在本发明的其他实施例中，用于从无线电力传送装置接收电力的电气装置包括接收线圈，被配置为当所述接收线圈具有与无线电力传送装置相同的谐振频率时、通过从 无线电力传送装置生成的非辐射电磁波来接收电力；以及加感线圈(loading coil)，被配 置为通过磁感应从接收线圈接收电力以将电力供应到每个目标装置，其中所述接收线圈具 有螺线(spiral)结构。在一些实施例中，所述电气装置可以还包括直流电(DC)转换器，用于将所供应 的电力转换为DC电力。在本发明的又一实施例中，提供了用于将电力从无线电力传送装置传送到目标装 置的电力传送方法，所述电力传送方法包括从无线电力传送装置生成交流电(AC)电力； 将所生成的AC电力调制到能无线传送的高频频带；并且通过当所述无线电力传送装置具 有与目标装置相同的谐振频率时生成的非辐射电磁波来传送调制的电力，其中所述无线电 力传送装置的谐振频率能够调整到与目标装置的谐振频率对应。
包括附图以提供本发明的进一步理解，并且所述附图合并在这个说明书的一部分 中、且构成这个说明书的一部分。附示了本发明的示范实施例，并且与描述一起用于说 明本发明的原理。在附图中图1是根据本发明的实施例的无线电力传送系统的视图；图2是图1的无线电力传送系统的平面视图；图3是根据本发明的实施例的用于改变传送线圈之间的距离的谐振频率调整器 的视图；图4是根据本发明的另一实施例的在传送线圈之间插入电介质(dielectric)的 谐振频率调整器的视图；图5A是根据本发明的实施例的目标装置的视图；图5B是根据本发明的另一实施例的目标装置的视图；图6是图示了谐振频率与接收线圈的匝数之间的关系的曲线图；以及图7是根据本发明的实施例的无线电力传送方法的流程图。
具体实施例方式下面将参考附图来更详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同 的形式来实施，并不应该被理解为限于这里陈述的实施例。相反地，提供这些实施例，从而 这个公开将是彻底和完整的，并且这些实施例将完全地向本领域的技术人员传达本发明的 范围。当根据本发明的无线电力传送装置具有与目标装置相同的谐振频率时，该无线电 力传送装置可实现电力传送。这样，当与典型的无线电力传送装置相比时，根据本发明的无 线电力传送装置可以不引起由于涡流(eddy current)而导致的过热，且易于设计。图1是根据本发明的实施例的无线电力传送系统的视图。参考图1，无线电力传送 系统10包括无线电力传送装置100，用于供应电力；以及多个目标装置200，从所述无线 电力传送装置100无线地接收电力，以使用所接收的电力。当根据本发明的无线电力传送 装置100具有与目标装置200相同的谐振频率时，所述无线电力传送装置100可实现电力传送。尽管在图1中图示了三个目标装置，但是这仅仅是部分目标装置的数目。参考图 2中图示的无线电力传送装置10的平面视图，图示了五个目标装置200。然而，本发明不限 于所述目标装置的数目。例如，根据本发明的无线电力传送系统10可包括至少一个目标 装置，用于在无线电力传送装置100具有与目标装置200相同的谐振频率时，从所述无线电 力传送装置100无线地接收电力。无线电力传送系统10可使用非辐射的无线能量传输技术来传送电力。根据非辐 射的无线能量传输技术，能量可以以与典型的电磁感应相比更长的距离、并且与典型的电 磁辐射相比更高的效率来传输。这个非辐射的无线能量传输技术是基于渐逝(evanescent) 波耦合，其中当两个媒体具有相同的谐振频率时，电磁波通过近电磁场而从一个介质传送 到另一介质。在这个情况下，能量仅仅在两个媒体具有相同的谐振频率时传输，并且未使用 的能量没有在大气中辐射，而是被重新吸收到电磁场中。这样，与其他电磁波不同，它对于 不同的外围装置或人没有危害。所述无线电力传送装置100是用于将电力无线传送到目标装置200的装置。这里， 所传送的电力可具有拥有特定频率的电磁波。此外，无线电力传送装置100可传送具有至 少一个或多个频率的电磁波。另外，无线电力传送装置100可断续地传送电力。特别地，本 发明的无线电力传送装置100可通过当无线电力传送装置100具有与目标装置200相同的 谐振频率时生成的非辐射电磁波来传送电力。无线电力传送装置100包括电力模块120、电力线圈140、传送线圈160、和谐振 频率调整器180。电力模块120是用于将交流电(AC)电力调制到高频频带的电路。电力模块120 可包括将大约60Hz的AC电力频率调制到具有MHz频带的频率的RF发生器(未示出)、 以及高电力放大器(未示出)。此外，电力模块120可包括内置匹配电路(未示出)，其允 许无线电力传送系统10实现阻抗匹配。无线电力传送系统10可使用匹配电路来最大程度 地传送电力。电力线圈140可使用具有大于大约3mm的直径的线圈，以减少它们的阻抗。电力 线圈140的匝数可以为1。尽管在图1中图示的电力线圈140的匝数为1，但是本发明不限 于所述电力线圈的匝数。传送线圈160可使用具有大于3mm的直径的线圈，以减少由于它们的阻抗而导致 的电力损耗。传送线圈160的匝数和匝距(turn distance)可被调节为与目标谐振频率对 应。例如，传送线圈160的匝数可以三圈(times)至十圈，而传送线圈160的匝距可位于大 约2cm和大约IOcm之间。由于传送线圈160可使用磁感应来传送电力，所以传送线圈160可 布置为最大程度地接近于电力线圈140。如图1所示，传送线圈160可具有螺旋(helical) 结构。谐振频率调整器180是用于校正传送线圈160的谐振频率的装置。通常，当具有 相同频率的物体被彼此接近地布置时，谐振频率可以被分开。谐振频率调整器180是用于 校正这种分开的精细谐振频率的装置。谐振频率调整器180可改变传送线圈160的匝距， 或者在传送线圈160之间插入电介质，以改变谐振频率。图3是根据本发明的实施例的用于改变传送线圈之间的距离的谐振频率调整器的视图。参考图3，谐振频率调整器180可使用垂直地移动的夹具(clamp)来调节传送线 圈160之间的距离，以校正谐振频率。可变电容器Cv可与传送线圈160串联连接，以形成 谐振环。图4是根据本发明的另一实施例的在传送线圈之间插入电介质的谐振频率调整 器的视图。参考图4，谐振频率调整器180a可包括固定部分181，用于固定传送线圈160 之间的距离；以及电介质部分182，穿过固定部分181，并插入在传送线圈160之间。谐振 频率调整器180a可被配置为将电介质部分182插入在传送线圈169之间以校正谐振频率。 根据本发明的固定部分181可调节传送线圈160之间的距离，像图3中图示的谐振频率调 整器180 —样。目标装置200是用于从无线电力传送装置100无线地接收电力的装置。特别地， 本发明的目标装置200可被配置为接收通过非辐射电磁波传送的电力。目标装置200可包 括各种电气装置，诸如移动电话和便携式计算机。可以在电气装置中提供使用通过非辐射 电磁波接收的电力来充电的电池。目标装置200可以与无线电力传送装置100的传送线圈160充分隔开，以防止磁 感应发生。此外，目标装置200可以布置在其中谐振无线电力传送效率更优越的距离内。隔 开的距离d可处于大约IOcm和大约30cm之间。使用磁感应技术来实现典型的无线电力传送装置。在典型的无线电力传送装置 中，通过布置在无线电力传送装置中的模块来将电力供应到初级线圈。初级线圈和次级线 圈使用磁感应来传送电力。供应到次级线圈的电力被用于操作装置。这里，当无线电力传 送装置非常接近于目标装置时，无线电力传送效率非常高。通常，传送距离可以为大约1_。 这样，典型的无线电力传送装置应该最大程度地接近于目标装置。磁感应可以有效地发生在传导材料中。特别地，磁感应可以非常有效地发生在磁 材料中。这样，在典型的无线电力传送装置中，如果外来物质落在源线圈上，则由于涡流而 导致生成热。结果，无线电力传送装置可能损坏。此外，难以设计典型的无线电力传送装置， 这是因为无线电力传送装置应该维持在非常接近于目标装置的距离处。另一方面，根据本发明的无线电力传送系统10可使用谐振频率，来实现无线传送 装置与目标装置之间的电力传送操作。结果，在根据本发明的无线电力传送系统10中，当 与使用磁感应来传送电力的典型无线电力传送装置相比时，即使外来物质落在无线电力传 送装置上，也可以不发生涡流。这样，可以不发生过热。此外，由于根据本发明的无线电力 传送系统10使用谐振频率来实现电力传送操作，所以可以调节无线电力传送装置与目标 装置之间的距离。结果，根据本发明的无线电力传送系统10可实现关于所述装置的改善的 设计灵活性。图5A是根据本发明的实施例的目标装置的视图。参考图5A，目标装置200可包 括接收线圈212、加感线圈214、和直流电(DC)转换器216。当无线电力传送装置100具有与目标装置200相同的谐振频率时，接收线圈212 可以从无线电力传送装置100的传送线圈160接收电力。如图2中所示，接收线圈212可 具有螺线结构。这么作是因为目标装置200应该是轻重量，以使它便于携带。通常，具有螺 线结构的线圈可能比螺旋结构具有相对更小的体积。具有大约0. 05mm到大约0. 20mm的薄线圈(thin coil)被插入到使用超声波而瞬间融化的PC板211中，以制造接收线圈212。这里，板211可以不仅仅包括PC板。例如， 板211可包括具有优秀的热属性的FRB板。由于目标装置200小，所以接收线圈212的匝 数应该上至大约40圈。接收线圈212不必使用超声波。例如，接收线圈212可如图5B所图示地使用铜电 镀来实现。加感线圈214可相邻地连接到接收线圈212，这是因为使用磁感应来在加感线圈 214与接收线圈212之间传送电力。加感线圈214可使用具有大约3mm直径的1匝线圈来 减少它们的阻抗。所述加感线圈214可将实际电力供应到目标装置200。DC转换器216是用于将从加感线圈214传送的AC电力转换为DC电力的电路。目 标装置200可包括DC转换器216，但是它也可以不包括。图6是图示了谐振频率与接收线圈的匝数之间的关系的曲线图。参考图6，当接收 线圈的匝数增加时，谐振频率降低。此外，当接收线圈的直径增加时，谐振频率降低。例如， 具有大约106mm直径的线圈具有最低的谐振频率，具有大约92mm直径的线圈具有中间的谐 振频率，而具有大约84mm直径的线圈具有最低的谐振频率。图7是根据本发明的实施例的无线电力传送方法的流程图。将参考图1至图7来 描述无线电力传送方法。在操作Sl 10中，无线电力传送装置100可生成AC电力。在操作S120中，可以将所 生成的AC电力调制到高频频带，该高频频带可通过RF发生器来无线地传送。在操作S130 中，当无线电力传送装置100具有与布置在无线电力传送装置100上的目标装置相同的谐 振频率时，可以生成非辐射的电磁波，并因此，可通过所生成的非辐射的电磁波来向目标装 置传送所调制的电力。这里，谐振频率调整器180和180a可执行调整操作，使得传送线圈 160具有与目标装置相同的谐振频率。如上所述，当无线电力传送装置具有与目标装置相同的谐振频率时，根据本发明 的无线电力传送装置可传送电力。因此，由于涡流而导致的过热可以不发生，并且可容易地 改变设计。上面公开的主题要被认为是说明性的，而不是限制性的，并且所附权利要求意欲 覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这种修改、增强、和其他实施例。这样，在法律 所允许的最大程度上，本发明的范围要由接下来的权利要求及其等效物的最广的可准许解 释来限定，并且不应该由前面的详细描述来约束或限制。
权利要求
一种无线电力传送装置，包括电力线圈，其中施加了高频电流；传送线圈，其中通过磁感应来感应高频电流，所述传送线圈被配置为当该传送线圈具有与至少一个外部目标装置相同的谐振频率时、生成非辐射电磁波；以及谐振频率调整器，被配置为调整传送线圈的谐振频率。
2.根据权利要求1的无线电力传送装置，其中谐振频率调整器调节传送线圈之间的距 离，以校正传送线圈的谐振频率。
3.根据权利要求1的无线电力传送装置，其中谐振频率调整器通过在传送线圈之间插 入电介质来校正传送线圈的谐振频率。
4.一种用于从无线电力传送装置接收电力的电气装置，包括接收线圈，被插入在使用超声波而瞬间融化的PC板211中，该接收线圈被配置为当所 述接收线圈具有与无线电力传送装置相同的谐振频率时、通过从无线电力传送装置生成的 非辐射电磁波来接收电力；以及加感线圈，被配置为通过磁感应从接收线圈接收电力，以将电力供应到每个目标装置， 其中所述接收线圈具有螺线结构。
全文摘要
提供了一种无线电力传送装置。该无线电力传送装置包括电力线圈，其中施加了高频电流；传送线圈，其中通过磁感应来感应高频电流，所述传送线圈被配置为当该传送线圈具有与至少一个外部目标装置相同的谐振频率时、生成非辐射电磁波；以及谐振频率调整器，被配置为调整传送线圈的谐振频率。当所述无线电力传送装置具有与目标装置相同的谐振频率时，它可以传送电力。因此，由于涡流而导致的过热可不发生，并且设计可容易地改变。
文档编号H02J17/00GK101902080SQ20091020971
公开日2010年12月1日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年5月28日
发明者姜承烈, 李明来, 李钟武, 田尚熏, 郑泰亨, 金勇海 申请人:韩国电子通信研究院