专利名称：无线充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够以非接触(无线)方式向电子设备(比如包括可充电电池的移动电话)供电的非接触馈电型无线充电系统。
背景技术：
电磁感应方法已知是用于无线供电的方式。另一方面，近年来已经关注基于依赖电磁谐振现象的磁谐振的无线馈电和充电系统。通过如今广泛使用的电磁感应类型非接触馈电方法，功率的源和功率的目的地 (功率接收侧)必须共享磁通量。对于有效率的功率发送，功率的源和目的地被布置得彼此非常靠近。此外，耦合对准也是重要的。另一方面，基于电磁谐振现象的非接触馈电方法优点在于，由于电磁谐振现象的原理，其允许比电磁感应方法更长距离的功率发送，并且发送效率甚至不因稍微的不良对准而恶化太多。应该注意，电场谐振方法是基于电磁谐振现象的另一方法。使用磁谐振类型无线馈电系统，校准不是必要的，因此实现更长的馈电距离。顺带提及，近年来更频繁地携带紧凑便携式电子设备。这些移动设备(便携式设备)每个都包括通常定期充电以使用的辅电池。例如，在适用于通过电磁感应从功率发射机到功率接收机提供功率的以上的无线功率发送中，如果在功率发送期间在功率发射机与接收机之间提供能够生成涡流的外部对象(诸如硬币或钥匙等)，则这不仅产生功率损耗而且还产生外部对象自身的加热。因此，所考虑的方法是把温度传感器添加到发射机，从而测量温度作为对抗外部对象的加热的对策。例如，日本专利公开No. 2003-153457公开了一种非接触充电器，目的是不仅在将被充电设备的温度上升保持最小的同时在尽可能短的时间里执行充电，而且如果在充电部分中提供金属外部对象则还防止异常温度上升。此外，日本专利公开No. 2008-17^74公开了一种旨在提供改进的安全性的非接触充电器。该充电器使用在非接触充电器上的优化位置提供的温度感测元件进行该操作， 并且如果检测到放置在其上的对象的异常温度上升则立即停止充电。可以说，这些对策是针对存在一个功率发射机和一个功率接收机的情况严格设计的。
发明内容
然而，对于以非接触方式对多个设备进行充电的单个充电器的需求日益增加。在此情况下将必须的是每个均包括功率接收机的多个辅设备可以放置在包括功率发射机的主设备上，并且功率也可以被提供给辅设备中的每一个。
如果在如上所述配置的主设备上提供温度传感器，则必须知道所有外部对象的尺寸和位置。结果，将使用无限数量的温度传感器。这可能明显地影响成本，因此使得该选择远不可行。此外，功率发射机与接收机之间分布的磁力线可以被无限数量的温度传感器干扰，因此使得很可能功率发射机与接收机之间的效率(馈电效率)降低。如上所述，如果包括主设备的功率发射机与每个均包括辅设备的功率接收机之间存在外部对象(金属)，诸如硬币或钥匙等，则因为其暴露于功率发射机与接收机之间分布的强磁场而在外部对象中生成涡流。然而，虽然能够防止温度上升产生的外部对象的加热，但上述技术归因于较大数量的传感器可以导致更高的成本，并且导致较低的馈电效率。期望提供一种能够使用最少数量的传感器避免加热并且此外以高效率执行充电的无线充电系统。根据本发明第一模式的无线充电系统包括主设备和辅设备。主设备包括适用于无线地发送功率的功率发射机。辅设备包括适用于从所述功率发射机接收无线地发送的功率的功率接收机。所述辅设备还包括适用于检测在功率发射机和接收机之间的功率传输路径中的任何异常的传感器。本发明使用最少数量的传感器避免加热，并且此外允许高度有效充电。
图1是示出根据本发明实施例的无线充电系统的整个配置示例的图；图2是示出根据本发明实施例的包括外部对象检测器的无线充电系统的基本配置示例的框图；图3是示意性示出根据本发明实施例的功率发送和接收侧上的线圈之间的关系的示例的图；图4是示意性示出其中辅设备中的每一个中包括传感器的配置的图；图5是示出辅设备中的功率接收机、功率接收线圈和传感器的布置的示例的图；图6是示出根据本发明实施例的包括外部对象检测器的无线充电系统的另一配置示例的框图；图7A和图7B是示出在不同位置生成涡流的外部对象的示例的图；图8是示出功率发射机和接收机的功率发送和接收部分的基本谐振电路的示例的图；图9是示出其中改变功率接收侧上的谐振频率以停止辅设备的无线充电的示例的图；图10是示出其中打开功率接收侧上的谐振电路以停止辅设备的无线充电的示例的图；以及图11是示出其中改变功率接收侧上的阻抗以停止辅设备的无线充电的示例的图。
具体实施方式
本发明提供了一种无线充电系统10，包括主设备20，包括被配置为无线地发送功率的功率发射机21 ；以及辅设备30，包括被配置为接收从功率发射机无线地发送的功率的功率接收机31。辅设备30还包括被配置为检测在功率发射机21和功率接收机31之间的功率传输路径中的任何异常的传感器316。下文中结合实施例并参照附图对该无线充电系统进行具体描述。以下将参照附图给出本发明实施例的描述。应该注意，将按以下顺序给出描述。1.无线充电系统的基本配置2.功率发射机的配置示例3.功率接收机的配置示例4.功率接收机的另一配置示例5.防止辅设备接收功率的配置示例<1.无线充电系统的基本配置〉图1是示出根据本发明实施例的无线充电系统的总体配置示例的图。图2是示出根据本发明实施例的无线充电系统的基本配置示例的框图。图3是示意性示出根据本发明实施例的功率发送和接收侧上的线圈之间的关系的示例的图。无线充电系统10包括主设备20以及一个或多个辅设备30。主设备20充当包括显示器和无线电通信能力的无线充电器。辅设备30中的每一个是包括无线功率接收机的电子设备(便携式设备)。在该实施例中，包括图2所示例如以线圈制成的功率发射机21的主设备20具体地具有与图1所示的盘(垫)相似的结构。另一方面，要被放置在如图1所示的用于无线(非接触)充电的主设备20上的消费者电子设备被称为辅设备30。辅设备30中的每一个包括如图2所示例如以线圈制成的功率接收机31。多个辅设备30可以放置在用于对多个辅设备30同时或顺序供电的主设备20上。时分充电法可以用作对多个功率接收机的顺序非接触充电的手段。日本专利公开No. 2009-268311公开了一种时分充电方法作为对多个功率接收机的顺序非接触充电的手段。在此情况下，功率发射机21将时隙分配给一个或两个或更多个功率接收机，并且基于该分配来在每个时隙中有选择地将功率发送到一个或两个或更多个功率接收机。<2.功率发射机的配置示例>功率发射机21包括如图2所示的功率发送部211、反射检测部212、功率生成器和调制电路213、发送部214和控制部215。经由对来自AC (交流)电源22的AC功率进行转换的AC适配器23将DC (直流) 功率提供给功率发射机21。功率发送部211包括如图3所示充当谐振元件的谐振线圈2112。虽然也称为共鸣线圈，但在该实施例中称作谐振线圈。应该注意，功率发送部211可以包括充当馈电元件的馈电线圈2111。另一方面，功率发送部211可以包括为了频率校正或阻抗匹配的目的之电容器和电感器。
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馈电线圈2111例如是用被提供有AC电流的空心线圈形成的。谐振线圈2112是用通过电磁感应与馈电线圈2111耦合的空心线圈形成的。当谐振线圈2112的自谐振频率匹配功率接收机31的谐振线圈3112的自谐振频率时建立磁场谐振关系，因此允许高度有效功率发送。反射检测部212能够检测功率发送中发送的功率和反射的功率，并且将检测结果提供给控制部215。反射检测部212把由功率生成器生成的高频功率提供给功率发送部211。功率生成器和调制电路213生成用于无线功率发送的高频功率。功率生成器和调制电路213生成的高频功率经由反射检测部212被提供给功率发送部211。功率生成器和调制电路213能够对要经由发送部214无线地发送的信息进行调制。发送部214可以通过无线通信与功率接收机31交换控制信息以及对发送的功率和反射的功率的检测结果。然而，应该注意，如果如稍后描述的那样使用负载调制，则可以改变发送部214，以使得发送部214不能够从辅侧接收信息。蓝牙、RFID (射频识别)或另外的无线技术可以用于无线通信。响应于来自反射检测部212的检测结果，控制部215控制功率发送，以使用未示出的阻抗匹配能力实现高效率。换句话说，控制部215施行控制，从而谐振线圈2112的自谐振频率大概匹配功率接收机31的谐振线圈3112的自谐振频率，因此建立磁场谐振关系并且允许高效的功率发送。响应于来自反射检测部212的检测结果，例如，由于在此情况下由功率接收机31 进行的负载调制，控制部215确认异常(诸如温度上升或外部对象的存在等)已经被报告存在于主设备20与辅设备30之间。然后，控制部215施行控制，从而停止对可能有问题的辅设备30的功率发送。在此情况下，控制部215施行控制，从而功率被发送到另一辅设备30。另一方面， 在没有可用于接收功率的任何辅设备的情况下，控制部215可以停止功率发送本身。<3.功率接收机的配置示例>功率接收机31包括功率接收部311、整流电路312、稳压电路313、接收部314、功率接收等级检测部315、传感器部316、控制部317、负载调制电路318以及开关SWl和SW2。功率接收机31连接到可充电电池(辅电池)32，即移动电话或另外设备的负载。功率接收部311包括充当谐振元件的谐振线圈3112。应该注意，功率接收部311 可以包括充当馈电元件的馈电线圈3111。另一方面，功率接收部311可以包括为了频率校正或阻抗匹配的目的之电容器和电感器。通过电磁感应从谐振线圈3112将AC电流馈送给馈电线圈3111。谐振线圈3112是用通过电磁感应与馈电线圈3111耦合的空心线圈形成的。当谐振线圈3112的自谐振频率匹配功率发射机21的功率发送部211的谐振线圈2112的自谐振频率时建立磁场谐振关系，因此允许高效的功率接收。整流电路312将接收的AC功率整流为DC功率，并且将DC功率提供给稳压电路313。稳压电路313将从整流电路312提供的DC功率转换为与目标电子设备的规格兼容的DC电压，并且将稳定的DC电压提供给可充电电池(负载)32。接收部314接收从功率发射机21的发送部214无线地发送的控制信息以及关于对发送的功率和反射的功率的检测结果的信息，将这些信息提供给控制部317。功率接收等级检测部315接收经由开关SWl有选择地连接的稳压电路313的输出电压，将功率接收等级提供给控制部317。传感器部316被包括在图4所示的辅设备30中的每一个中，并且检测功率发射机 21与功率接收机31之间的功率传输路径中的任何异常。温度传感器或金属检测传感器被包括作为传感器部316。温度传感器检测温度或温度上升的速率。金属检测传感器检测功率发射机与接收机之间的金属(外部对象)的存在或不存在。此外，不仅在与构成功率接收机31的线圈相同的表面上而且还在该线圈中提供包括温度传感器或金属检测传感器的传感器部316，如图5所示。如果辅设备中的一个中的温度传感器检测到温度或温度上升的速率超过给定阈值，或如果金属检测传感器检测到功率发射机与接收机之间的金属的存在，则控制部317 施行控制以防止有问题的辅设备接收功率。例如，控制部317控制负载调制电路318，从而通过调制负载来控制功率状态。然后，控制部317施行控制，使得可以由发射机21的反射检测部212通知功率发射机21检测到外部对象。<4.功率接收机的另一配置示例>应该注意，接收部314可被图6所示的通信部319替代，从而控制部317可以通过无线通信通知功率发射机21检测到异常。在此情况下，不使用负载调制电路。如上所述，在该实施例中，辅设备30中的每一个包括适用于检测功率发射机与接收机之间的温度或温度上升的速率的温度传感器、或适用于检测功率发射机与接收机之间的金属(外部对象)的存在或不存在的金属检测传感器。在此情况下，不仅在与构成功率接收机31的线圈相同表面上而且还在该线圈中提供作为温度或金属检测传感器的传感器部 316。在无线(非接触)充电期间，如图7A和图7B所示，如果在包括主设备20的功率发射机21与包括辅设备30的功率接收机31之间的空间中存在外部对象(金属)40，诸如硬币或钥匙等，则以下情况可以产生。也就是说，因为外部对象40暴露于功率发射机与接收机之间分布的强磁场，所以在外部对象40中生成涡流。这导致外部对象40的温度上升，如果不采取对策则可能地产生热量的连续生成。在该实施例中，出于该原因，辅设备30中的每一个能够通过通信或负载调制通知主设备对所讨论的辅设备的非接触充电正确地还是不正确地进行。然后，如果辅设备30中的一个中的温度传感器检测到温度或温度上升的速率超过给定阈值，或如果金属检测传感器检测到功率发射机与接收机之间的金属(外部对象)40的存在，则防止讨论的辅设备30接收功率。另一方面，通过通信或负载调制，主设备20能够发现辅设备30的无线充电正确地还是不正确地进行。然后，如果通过无线充电辅设备30中的任一个未被正确地充电，则主设备20能够停止对讨论的辅设备的功率的提供，并且将功率提供给另外辅设备30。在不存在可用于接收功率的任何辅设备的情况下，主设备20也能够停止功率发送本身。这使得可以防止功率发射机与接收机之间存在的外部对象40的加热。如果在主设备20上但不是在功率发射机与任一接收机之间的空间(图7A和图 7B)中提供外部对象50，则该空间中分布的磁场明显比功率发射机与接收机之间的磁场更弱。因此，外部对象50的温度将仅稍微地上升。结果，当如上所述布置时外部对象可以加热是不太可能的。应该注意，各种类型的传感器可以用作温度传感器。这些不仅包括适用于通过与外部对象接触检测其温度的温度传感器(诸如电热调节器、热电偶和聚合体温度感测元件等)，而且还包括因为辅设备的各种几何形状使用例如可以测量温度而不与外部对象直接接触的红外辐射的非接触传感器。此外，辅设备30中的每一个可以包括不仅一个而是多个温度或金属检测传感器。 此外，辅设备30中的每一个可以包括温度传感器和金属检测传感器二者。此外，温度或金属检测传感器不仅可以包括在辅设备30中的每一个中而且还包括在主设备20中。图2或图6示出当以非接触和时分方式对多个功率接收机充电时根据以上实施例的外部对象检测系统的配置示例。如上所述，图2示出使用负载调制的外部对象检测系统的示例，图6示出使用通信的外部对象检测系统的示例。在图2所示的示例中，作为功率接收侧上的负载调制的结果，功率发送侧上的反射检测部212的检测结果的改变表现出来。这允许功率发射机21发现关于功率接收机31 的状态的消息而无需从功率接收机31传送的任何信息。在此，例如，开关SWl和SW2可以包括在导电类型方面彼此不同的MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)，但不限于此。<5.防止辅设备接收功率的配置示例〉在该实施例中，通过切换图2或图6所示的开关SW2可以实现如上所述的防止辅设备接收功率的能力。将参照图8、图9、图10和图11中所示的示意图描述该示例。图8示出功率发射机和接收机的发送和接收部的配置示例。在图8中，功率发送部211包括谐振线圈2112(即功率发送线圈)、以及与线圈串联从而在给定的频率可以实现串联谐振的谐振电容器C21。另一方面，功率接收部311包括谐振线圈3112(即功率接收线圈)、以及与线圈并联从而在与功率发送部211的频率相同或接近的频率可以实现并联谐振的谐振电容器 C31。应该注意，虽然使用以上描述的配置示例在下面将给出描述，但功率发送部不一定必需是串联谐振电路，功率接收部不一定必需是并联谐振电路。功率发送部可以是并联谐振电路，功率接收部可以是串联谐振电路。另一方面，我们假设功率发送侧上的阻抗和功率接收侧上的阻抗分别非常或更好地匹配在先前和后续级的部的阻抗。这种配置允许有效的无线(非接触)充电。因此，如果如图9所示使用开关SW2连接电容器来添加具有足够大的静电电容的谐振电容器C32，则功率接收侧上的谐振频率明显改变，因此使得可能停止无线(非接触) 充电。或者，如果谐振电容器C31包括多个电容器，则通过以多个电容器中的一些变为不工作的方式切换开关可以明显地改变功率接收侧上的谐振频率。这也使得可能停止无线(非接触)充电。或者，通过以断开如图10所示的功率接收部311的谐振区域的方式切换开关可以防止谐振发生在功率接收部311中。这使得可能停止非接触充电。此外，如图11所示，通过以把额外电阻R31添加到功率接收部311的方式切换开关，由于功率接收侧上的阻抗的改变而不满足匹配条件。这使得可能停止无线(非接触) 充电。如上所述，该实施例提供以下有益效果。在从单个主设备到多个辅设备进行非接触充电的情况下，如果通过在主设备中提供温度传感器防止主设备与辅设备之间的加热，则使用无限数量的这种温度传感器，可能导致非常高的成本。此外，有可能馈电效率可以降低。在该实施例中，由于根据需要仅在多个辅设备中而不是在主设备中提供很多温度或其它传感器，因此用最小数量的传感器避免加热。这与现有技术相比提供明显较小的成本，因此使馈电效率的降低最小。本发明包含的主题涉及于2010年8月13日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP2010-181M6中公开的主题，其完整内容通过引用而合并于此。本领域技术人员应该理解，可以根据设计需求和其它因素可以出现各种修改、组合、子组合和替代方式，只要它们在所附权利要求及其等同内容的范围内。
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权利要求
1.一种无线充电系统，包括主设备，包括被配置为无线地发送功率的功率发射机；以及辅设备，包括被配置为接收从所述功率发射机无线地发送的功率的功率接收机，其中，所述辅设备还包括被配置为检测在所述功率发射机和所述功率接收机之间的功率传输路径中的任何异常的传感器。
2.如权利要求1所述的无线充电系统，其中，所述主设备和所述辅设备中的每一个都包括被配置为基于所述辅设备的传感器的检测结果来阻止所述功率发射机与所述功率接收机之间的功率发送和接收的控制部。
3.如权利要求2所述的无线充电系统，其中，所述主设备包括以下控制部该控制部被配置为施加控制以使得功率被同时或顺序提供给每个都包括所述功率接收机的多个辅设备。
4.如权利要求3所述的无线充电系统，其中，所述主设备包括以下控制部在由所述辅设备中的传感器检测到与功率发送和接收有关的异常的情况下，该控制部能够停止对检测到异常的辅设备提供功率而向其它的辅设备提供功率，并且还能够在不存在任何可用于接收功率的辅设备的情况下停止功率发送本身。
5.如权利要求4所述的无线充电系统，其中，所述辅设备包括以下控制部该控制部被配置为在由所述辅设备中的传感器检测到与功率发送和接收有关的异常的情况下施加控制从而阻止所述辅设备接收功率。
6.如权利要求5所述的无线充电系统，其中，所述辅设备的控制部能够通过通信或负载调制来通知所述主设备所述辅设备的非接触充电正确地还是不正确地进行。
7.如权利要求6所述的无线充电系统，其中，所述主设备的控制部能够通过所述通信或负载调制来发现所述辅设备的非接触充电正确地还是不正确地进行。
8.如权利要求1所述的无线充电系统，其中，所述传感器不仅设置在与构成所述功率接收机的线圈相同的表面上，而且还设置在该线圈中。
9.如权利要求1所述的无线充电系统，其中，不仅在所述辅设备中而且还在所述主设备中设置传感器，以检测所述功率发射机与所述功率接收机之间的功率传输路径中的任何异常。
10.如权利要求1所述的无线充电系统，其中，所述传感器是被配置为检测所述功率发射机与所述功率接收机之间的温度或温度上升的速率的温度传感器或被配置为检测在所述功率发射机与所述功率接收机之间是否存在外部对象的金属检测传感器。
11.如权利要求10所述的无线充电系统，其中，所述传感器是接触或非接触传感器。
全文摘要
公开了一种无线充电系统，包括主设备，包括被配置为无线地发送功率的功率发射机；以及辅设备，包括被配置为接收从所述功率发射机无线地发送的功率的功率接收机，其中，所述辅设备还包括被配置为检测在功率发射机与接收机之间的功率传输路径中的任何异常的传感器。
文档编号H02J7/02GK102377224SQ20111022777
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月13日
发明者和田浩嗣, 宫本宗, 桥口宜明, 森康平, 浦本洋一 申请人:索尼公司