无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统的制作方法

无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统的制作方法
【专利摘要】本公开涉及一种无线电力传输领域中的无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统。即，无线电力发送器被配置成以无线方式将电力传输到无线电力接收器，发送器被配置成：第一线圈，其被配置成将电流转换成磁通量；第二线圈，其被配置成在平面上与第一线圈相邻；第三线圈，其被配置成具有不同于第一和第二线圈的形状并且具有分别重叠第一和第二线圈的至少一部分；以及控制器，其被配置成确定在第一、第二和第三线圈中要被激活的线圈。
【专利说明】无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统

【技术领域】
[0001] 本说明书涉及一种无线电力传输领域中的无线电力传输方法、设备以及系统。

【背景技术】
[0002] 近年来，以无线方式不接触地将电能供应给无线电力接收器的方法已被用于替代 以有线方式供应电能的传统方法。以无线方式接收能量的无线电力接收器可由接收的无线 电力直接驱动，或电池可通过使用接收的无线电力充电，进而允许无线电力接收器由充电 的电力驱动。
[0003] 为了使得在以无线方式传输电力的无线电力发送器和以无线方式接收电力的无 线电力接收器之间平稳地进行无线电力传输，涉及无线电力传输的技术要进行标准化。
[0004] 作为无线电力传输技术标准化的一部分，管理用于磁感应无线电力传输技术的无 线电力协会（WPC)在2010年4月12日公布了用于在无线电力传输中互通的标准文献"系 统描述无线电力传输，第1卷，低功率，部分1 :接口定义，版本1.00候选版1(RC1)"。
[0005] 作为另一个技术标准化协会的电力联盟成立于2012年3月，研发了接口标准的生 产线，并且公布了基于用于提供感应和谐振功率的感应耦合技术的标准文献。
[0006] 在我们的生活中频繁地遇到使用电磁感应的无线充电方法，例如，在电牙刷、无线 咖啡机等上商业化地使用。
[0007] WPC1. 1标准和PMA1. 1标准已经公布，但是它们存在接收器必须正确地布置在充 电线圈上以及标准之间的互通性不好的问题。因此，需要研发一种在无线充电标准之间具 有互通性的发送器。


【发明内容】

[0008] 因此，详细说明的一个方面提供无线电力传输方法、无线电力发送器以及无线充 电系统，其能够提供在WPC标准和PMA标准之间的互通性。
[0009] 详细说明的另一个方面提供新类型的多线圈解决方案，其通过与无线充电领域中 的不同标准符合的单个线圈的组装能够扩展接收器位置的自由度。
[0010] 详细说明的一个方面提供无线电力传输方法、无线电力发送器和无线充电系统， 其能够提供WPC标准和PMA标准之间的互通性。为此，配置成以无线方式将电力传输到无 线电力接收器的无线电力发送器可包括配置成将电流转换成磁通量的第一线圈、配置成在 平面上临近于该第一线圈的第二线圈、配置成具有与该第一和第二线圈不同形状并且具有 分别重叠该第一和第二线圈的至少部分的第三线圈，以及配置成确定该第一、第二和第三 线圈之中的要被激活的线圈的控制器。
[0011] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可选择性地将多个电压中的一个施 加到该第三线圈。
[0012] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可控制驱动电路单元。该驱动电路 单元可包括连接到第一电容器的第一开关，以及连接到第二电容器的第二开关。该第一电 容器和该第二电容器可被并联连接到该第三线圈。
[0013] 根据本文公开的一个示例性实施例，根据标准是否对应于彼此不同的第一标准或 第二标准，该第一和第二开关可被控制以将多个电压中的一个施加到该第三线圈。
[0014] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可将输入电压施加到该第一、第二 和第三线圈中的至少一个，并且在标准检测之后，可升高或降低输入电压以对应于该标准。
[0015] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可确定在该标准是第一标准时要控 制该第一、第二或第三线圈中的哪一个，并且在该标准是第二标准时通过升高施加到该第 三线圈的输入电压而执行频率控制。
[0016] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第一和第二线圈可以是符合第一标准输入 电压被施加到的线圈，并且该第三线圈可被设定以使得高于该输入电压的电压被施加到 其。
[0017] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第一和第二线圈可以是符合第一标准对其 执行频率控制或电压控制的线圈，并且该第三线圈可以是符合该第一标准对其执行电压控 制的线圈。
[0018] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第一和第二线圈可以被缠绕成其中至少部 分是直的（线性的）四边形形状，并且该第三线圈可以被缠绕成圆形形状。
[0019] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第一和第二线圈可以由单层构成，并且第 三线圈可以以线圈在其内侧处连接并被缠绕成多层的方式由多层构成。
[0020] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第三线圈可以是符合该第一标准和该第二 标准两者的线圈，并且该第一和第二线圈可以是符合该第一标准的线圈。
[0021] 根据本文公开的一个示例性实施例，被配置成以无线方式将电力传输到无线电力 接收器的无线电力传输方法，可包括将输入电压施加到第一、第二和第三线圈中的至少一 个，检测施加到该无线电力接收器的标准以对应于该输入电压，并且在该标准是第一标准 时检测从该第一、第二和第三线圈中要被驱动的线圈，以及在该标准是第二标准时驱动该 第三线圈。
[0022] 根据本文公开的一个示例性实施例，在该标准是该第一标准时，要被驱动的线圈 的检测可以被执行以检测要被驱动的线圈是否是被缠绕成四边形形状的线圈或被缠绕成 圆形形状的线圈。
[0023] 根据本文公开的一个示例性实施例，在该要被驱动的线圈是缠绕成圆形形状的线 圈时该输入电压可被升高，并且在该要被驱动的线圈是缠绕成四边形形状的线圈时该输入 电压可被维持。
[0024] 根据本文公开的一个示例性实施例，在该标准是该第二标准时该输入电压可被升 高并且该频率控制可被执行。
[0025] 根据本文公开的一个示例性实施例的无线充电系统可包括配置成以无线方式传 输电力的发送器，以及配置成以无线方式接收电力的接收器，其中，所述发送器可包括配置 成将电流转换成磁通量的第一线圈、配置成在平面上临近于该第一线圈的第二线圈、配置 成具有与该第一和第二线圈不同形状并且具有分别重叠该第一和第二线圈的至少部分的 第三线圈，以及配置成确定该第一、第二和第三线圈之中的要被激活的线圈的控制器。
[0026] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可选择性地将多个电压中的一个施 加到该第三线圈。
[0027] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可将输入电压施加到该第一、第二 和第三线圈中的至少一个，并且在标准检测之后，可升高或降低输入电压以对应于该标准。
[0028] 根据本文公开的一个示例性实施例，该第一和第二线圈可以被缠绕成其中至少部 分是直的（线性的）四边形形状，并且该第三线圈可以被缠绕成圆形形状。
[0029] 根据本文公开的另一个示例性实施例，被配置成以无线方式将电力传输到无线电 力接收器无线电力发送器，可包括配置成以无线方式将电力传输到该无线电力接收器的电 力传输单元、具有电性连接到该电力传输单元的多个电容器并且配置成通过改变该电容器 的电连接而支持多个频率中的每一个的电路单元、以及配置成检测无线电力接收器支持的 通信标准并且控制该电容器的电连接以使得该电路单元在对应于该检测的通信标准的频 率下操作的控制器。
[0030] 根据本文公开的一个示例性实施例，为了在多个电容器之中以无线方式传输电 力，该电路单元可改变包含在谐振电路中的电容器的数量。
[0031] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电路单元可包括电连接到该电力传输单元 的第一电容器、并联连接到该第一电容器的第二电容器以及连接到该第二电容器的开关。 该控制器可使用该开关控制该第二电容器的电连接。
[0032] 根据本文公开的一个示例性实施例，在检测的通信标准是无线电力协会（WPC)通 信标准时该控制器可导通该开关，并且在检测的通信标准是电力联盟（PMA)通信标准时关 闭该开关。
[0033] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可以顺序的方式产生符合不同通信 标准的信号，以检测无线电力接收器支持的通信标准。
[0034] 根据本文公开的一个示例性实施例，该信号可包括符合第一通信标准的第一信号 以及符合第二通信标准的第二信号。该控制器可使用该无线电力接收器对该第一和第二信 号中的一个的响应确定该无线电力接收器是否支持第一通信标准或第二通信标准。
[0035] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可控制多个电容器的电连接以使得 在一个通信标准被确定时该电路单元操作在对应于该确定的一个通信标准的频率范围内。
[0036] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可升高或降低该输入电压以使得在 一个通信标准被确定时电路单元可支持该确定的一个通信标准。
[0037] 根据本文公开的一个不例性实施例，该控制器可在一个通信标准被确定时基于该 确定的通信标准执行关于该电力传输单元的频率控制和电压控制中的一个。
[0038] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电路单元可包括连接到第一电容器的第一 开关，以及连接到第二电容器的第二开关。该第一电容器和该第二电容器可以并联连接，并 且该控制器可使用该第一和第二开关控制该第二电容器的电连接。
[0039] 根据本文公开的一个示例性实施例，在该通信标准符合WPC时，该控制器控制该 第一和第二开关以使得该第一和第二电容器两者电连接到该电力传输单元，并且在该通信 标准符合PMA时，控制该第一和第二开关以使得该第一和第二电容器中的一个电连接到该 电力传输单兀。
[0040] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电力传输单元可以是对其执行频率控制或 电压控制的符合WPC的A13线圈。
[0041] 根据本文公开的一个示例性实施例，被配置成以无线方式将电力传输到无线电力 接收器的无线电力传输方法，可包括以顺次方式产生符合第一通信标准的第一信号和符合 第二通信标准的第二信号，以便检测该无线电力接收器支持的通信标准，使用该接收器对 该第一和第二信号中的一个的响应，从该第一和第二通信标准中确定该无线电力接收器支 持的通信标准，以及控制多个电容器的电连接以使得根据该确定的通信标准在多个频带中 的一个下以无线方式传输电力。
[0042] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电容器的电连接的控制可被执行来确定在 符合确定的通信标准的响应电路中要被使用的电容器的数量。
[0043] 根据本文公开的一个示例性实施例，可提供第一电容器和第二电容器。开关可被 连接到该第二电容器。在该确定的通信标准是WPC通信标准时，该电容器的电连接的控制 可被执行以导通该开关。
[0044] 根据本文公开的一个示例性实施例，该方法可进一步包括根据该确定的通信标准 升商或降低输入电压。
[0045] 根据本文公开的一个示例性实施例，无线充电系统可包括配置成以无线方式传输 电力的发送器，以及配置成以无线方式接收来自该发送器的电力的接收器。这里，该发送器 可包括配置成以无线方式将电力传输到该接收器的电力传输单元，具有多个电连接到该电 力传输单元的电容器的电路单元，并且其被配置成通过改变该电容器的电连接来支持多个 频率中的每一个，以及配置成检测该无线电力接收器支持的通信标准的控制器，并且其控 制该电容器的电连接以使得该电路单元在对应于该检测的通信标准的频率下操作。
[0046] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电力传输单元可被配置成符合WPC的A13 的线圈。该控制器可确定包含在符合该接收器符合的通信标准的谐振电路中的电容器的数 量。
[0047] 根据本文公开的一个示例性实施例，该电路单元可进一步包括连接到该多个电容 器的至少部分的开关，并且该控制器可使用该开关确定在谐振电路中要被使用的电容器。 [0048] 根据本文公开的一个示例性实施例，该控制器可以顺序的方式产生符合不同通信 标准的信号以便检测该接收器支持的标准。
[0049] 本申请进一步所应用的范围从后面给出的详细说明中将变得显而易见。然而，应 当理解在表征了本公开的优选实施例时，该详细说明以及特定示例仅作为例证给出，因此 落在本公开的精神和范围内的各种变型和修改对本领域技术人员来说从详细说明中将变 得显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0050] 被包括以提供对本公开的进一步理解并且并入和构成本说明书的一部分的附图， 示出示例性实施例并且与说明书一起用来解释本公开的原理。
[0051] 在附图中：
[0052] 图1是示例性地示出根据本发明的实施例的无线电力发送器和无线电力接收器 的示例性视图；
[0053] 图2A和2B分别是示出可在本文公开的实施例中使用的无线电力发送器和无线电 力接收器的配置的示例性框图；
[0054] 图3是示出其中根据感应耦合方法以无线方式将电力从无线电力发送器传输到 无线电力接收器的概念的视图；
[0055] 图4A和4B是示出可在本文公开的实施例中使用的磁感应方法中的无线电力发送 器和无线电力接收器的部分的框图；
[0056] 图5是示出根据可在本文公开的实施例中使用的感应耦合方法接收电力的被配 置成具有一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图；
[0057] 图6是示出根据谐振耦合方法以无线方式从无线电力发送器将电力传输到无线 电力接收器的概念的视图；
[0058] 图7A和7B是示出可在本文公开的实施例中使用的谐振方法中无线电力发送器和 无线电力接收器的部分的框图；
[0059] 图8是示出根据可在本文公开的实施例中使用的谐振耦合方法接收电力被配置 成具有一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图；
[0060] 图9是示出通过以本文公开的无线方式传输电力中的无线电力信号的调制和解 调来在无线电力发送器和电子装置之间发送和接收分组的概念的视图；
[0061] 图10是示出发送和接收在以本文公开的无线方式传输电力中的电力控制消息的 配置的视图；
[0062] 图11是示出在本文公开的无线电力传输中执行的调制和解调后的信号形式的视 图；
[0063] 图12是示出包括在根据本文公开的实施例中的无接触（无线）电力传输方法中 使用的电力控制消息的分组的视图；
[0064] 图13是示出根据本文公开的实施例中无线电力发送器和无线电力接收器的操作 阶段的视图；
[0065] 图14到18是示出包括在无线电力发送器100和无线电力接收器之间的电力控制 消息的分组的结构的视图；
[0066] 图19是示出将电力从无线电力发送器传输到至少一个无线电力接收器的方法的 概念图；
[0067] 图20和21是分别示出具有由单个线圈的组件的发送器的发送单元的平面图和前 视图；
[0068] 图22A和22B是在图20中示出的第一类型线圈的平面图和前视图；
[0069] 图23A和23B是在图20中示出的第二类型线圈的平面图和前视图；
[0070] 图24A和24B是示出图21的发送器的示例性变形的前视图；
[0071] 图25是示出用于驱动（操作）发送器的方法的流程图；
[0072] 图26是示出图25的操作方法的一个实施例的详细流程图；
[0073] 图27是实现图26的操作方法的电路的结构视图；
[0074] 图28和29是无线电力发送器的框图以及示出操作发送器以无线方式将电力传输 到支持两个不同标准的接收器的方法的流程图；
[0075] 图30是示出可用在无线电力发送器中的线圈的概念图；
[0076] 图31是实现在符合不同标准的无线电力发送器中无线传输电力的方法的电路的 结构视图；
[0077] 图32是示出无线电力发送器是否支持符合两个不同标准的通信的测试结果的曲 线图；
[0078] 图33是示出检测在无线电力发送器中的通信标准的方法的流程图；
[0079] 图34是示出根据图33的测试结果的曲线图；以及
[0080] 图35是示出构造无线电力发送器的电路系统视图的另一个方法的电路系统视 图。

【具体实施方式】
[0081] 本文公开的技术可被适用于无线电力传输（无接触的电力传输）。然而，本文公开 的技术不限于此，而还可适用于所有类型的电力传输系统和方法，除了使用以无线方式传 输电力的方法和设备之外的，该技术的技术精神可适用于的无线充电电路和方法。
[0082] 应当注意到本文使用的技术术语仅用于描述特定实施例，但不是限制本发明。还 有，除非特定的定义，否则本文使用的技术术语应当理解为本领域所属技术人员普通理解 的含义，并且不应当有太宽或太窄的解释。而且，如果本文使用的技术术语是错的术语而不 能正确地表达本发明的精神，进而它们应当由本领域技术人员所适当地理解的技术术语代 替。此外，使用在本发明中的普通术语应当基于词典或上下文的定义解释，并且不应当有太 宽或太窄的解释。
[0083] 顺便提及的，除非清楚地使用，否则单数中的表达包含复数含义。在本申请中，术 语"包括"和"包含"不应当理解为必须包含本文公开的所有要素或步骤，并且应当理解为 包含其要素或步骤中的一些或应当理解为进一步包含额外的要素或步骤。
[0084] 此外，用于构成在下面说明中公开的要素的后缀"模块"或"单元"仅仅想要易于 描述说明书，并且该后缀自身不给出任何特殊含义或功能。
[0085] 而且，包含诸如第一、第二等序数的术语可被用于描述各种要素，但是要素不应受 这些术语的限制。该术语的目的仅用于将该要素区别于其它要素。例如，在不脱离本发明 的正确的范围情况下，第一要素可被称为第二要素，并且类似地，第二要素可被称为第一要 素。
[0086] 在下文中，本发明的优选实施例将参考附图详细地描述，并且相同或相似要素用 相同的附图标记指示而不管附图中的标记，并且它们多余的描述将被省略。
[0087] 而且，在本发明的描述中，在关于本领域所属技术人员判定无关本发明的要旨的 已公开的已知技术的特定描述时详细的描述将被省略。还有，应当注意到附图的示出仅用 于易于理解发明的精神，并且因此它们不应理解为通过附图限制本发明的精神。
[0088] 定义
[0089] 多对一通信：在一个发送器（Tx)和多个接收器（Rx)之间的通信
[0090] 单向通信：仅从接收器将要求的消息发送给发送器
[0091] 这里，发送器和接收器分别指代与发送单元（装置）和接收单元（装置）相同。下 文中，那些术语可被一起使用。
[0092] 图1-无线电力发送器和无线电力接收器的概念视图
[0093] 图1是概念地示出根据本发明的实施例的无线电力发送器和无线电力接收器的 示例性视图。
[0094] 参照图1，无线电力发送器100可以是配置成以无线方式传输无线电力接收器200 要求的电力的电力传输设备。
[0095] 而且，无线电力发送器100可以是配置成通过以无线方式传输电力为无线电力接 收器200的电池充电的无线充电设备。其中无线电力发送器100是无线充电设备的情况稍 后将参照图9进行描述。
[0096] 此外，无线电力发送器100可被实现成将电力以不接触状态传输到需要电力的无 线电力接收器200的各种形式的设备。
[0097] 无线电力接收器200是通过以无线方式接收来自无线电力发送器100的电力的装 置。而且，无线电力接收器200可使用接收到的无线电力为电池充电。
[0098] 另一方面，如本文所述的以无线方式接收电力的电子装置应当宽泛地解释为包括 除了诸如键盘、鼠标、音频-视觉辅助装置等等输入/输出装置之外的便携式电话、蜂窝式 电话、智能电话、个人数字助理（PDA)、便携式多媒体播放器（PMP)、平板、多媒体装置等等。 [0099] 如稍后所述的无线电力接收器200可以是移动通信终端（例如便携式电话、蜂窝 式电话以及平板等）或多媒体装置。
[0100] 另一方面，无线电力发送器100可在不与无线电力接收器200互相接触的情况下 使用一个或多个无线电力传输方法以无线方式传输电力。换句话说，无线电力发送器100 可使用基于通过无线电力信号的磁感应现象的感应耦合方法和基因通过在特定频率处的 无线电力信号的电磁谐振现象的磁谐振耦合方法中的至少一个来传输电力。
[0101] 感应耦合方法中的无线电力传输是使用初级线圈和次级线圈以无线方式传输电 力的技术，并且指的是通过由磁感应现象通过变化的磁场将电流从一个线圈感应到另一个 线圈来传输电力。
[0102] 感应耦合方法中的无线电力传输指的是在其中无线电力接收器200根据从无线 电力发送器100发送的无线电力信号产生谐振以通过谐振现象将电力从无线电力发送器 1〇〇传输到无线电力接收器200的技术。
[0103] 下文中，根据本文公开的实施例的无线电力发送器100和无线电力接收器200将 被详细地描述。在对随后每一个附图中组成元件的附图标记的分配中，相同的附图标记将 被用于相同的组件，即使它们示出在不同的图中。
[0104] 图2A和2B是示出可以在本文公开的实施例中使用的无线电力发送器100和无线 电力接收器200的配置的示例性框图。
[0105] 无线电力发送器
[0106] 参考图2A，无线电力发送器100可包括电力传输单元110。电力传输单元110可 包括电力转换单元111和电力传输控制单元112。
[0107] 电力转换单元111通过将从传输侧电源单元190供应的电力转换成无线电力信号 而将其传输到无线电力接收器200。由电力转换单元111传输的无线电力信号以具有振荡 特性的磁场或电磁场的形式产生。为此目的，电力转换单元111可被配置成包括用于产生 无线电力信号的线圈。
[0108] 电力转换单元111可包括根据每个电力传输方法产生不同类型的无线电力信号 的组成元件。例如，电力转换单元111可包括用于形成变化磁场以将电流感应到无线电力 接收器200的次级线圈的初级线圈。而且，电力转换单元111可包括用于形成具有特定谐振 频率以根据谐振耦合方法产生无线电力接收器200中的谐振频率的磁场的线圈（或天线）。
[0109] 而且，电力转换单元111可使用前述的感应耦合方法和谐振耦合方法中的至少一 个传输电力。
[0110] 在包括在电力转换单元111中的组成元件之中，用于感应耦合方法的那些稍后将 参考图4和5进行描述，并且用于谐振耦合方法的那些将参考图7和8进行描述。
[0111] 另一方面，电力转换单元111可进一步包括用于控制使用的频率、施加的电压、施 加的电流等的特性以形成无线电力信号的电路。
[0112] 电力传输控制单元112控制包含在电力传输单元110中的每一个组成元件。电力 传输控制单元112可被实现成集成在用于控制无线电力发送器100的另一个控制单元（未 示出）中。
[0113] 另一方面，无线电力信号可以到达的区域可被划分为两种类型。首先，有源区表示 穿过其将电力传输到无线电力接收器200的无线电力信号通过的区域。其次，半有源区表 示在其中无线电力发送器100可检测无线电力接收器200的存在的感兴趣的区域。这里， 电力传输控制单元112可检测无线电力接收器200是否被放置在有源区或检测区或从该区 移出。特别地，电力传输控制单元112可使用由电力转换单元111或这里单独提供的传感 器形成的无线电力信号检测无线电力接收器200是否被放置在有源区或检测区中。例如， 电力传输控制单元112可通过监视用于形成无线电力信号的电力特性是否由无线电力信 号改变检测无线电力接收器200的存在，其受存在于检测区中的无线电力接收器200的影 响。然而，有源区和检测区可根据诸如感应耦合方法、谐振耦合方法等等无线电力传输方法 而改变。
[0114] 电力传输控制单元112可执行识别无线电力接收器200的过程或根据无线电力接 收器200存在的检测结果确定是否启动无线电力传输。
[0115] 而且，电力传输控制单元112可确定用于形成无线电力信号的电力转换单元111 的频率、电压和电流中的至少一个特性。特性的确定可通过在无线电力发送器100-侧处 的条件下或在无线电力接收器200 -侧处的条件下执行。
[0116] 电力传输控制单元112可接收来自无线电力接收器200的电力控制消息。基于接 收的电力控制消息电力传输控制单元112可确定电力转换单元111的频率、电压和电流中 的至少一个特性，并且基于电力控制消息额外地执行其它控制操作。
[0117] 例如，电力传输控制单元112可根据包含在无线电力接收器200中的整流的电量 信息、充电状态信息和识别信息中的至少一个的电力控制消息，确定用于形成无线电力信 号的频率、电压和电流中的至少一个特性。
[0118] 而且，正如使用电力控制消息的另一种控制操作，基于该电力控制消息无线电力 发送器100可执行与无线电力传输关联的特别的控制操作。例如，无线电力发送器100可 接收与无线电力接收器200关联的、通过电力控制消息听觉或视觉地输出的信息，或接收 装置之间认证所需的信息。
[0119] 在示例性实施例中，电力传输控制单元112可通过无线电力信号接收电力控制消 息。在另一个示例性实施例中，电力传输控制单元112可通过用于接收用户数据的方法接 收电力控制消息。
[0120] 为了接收前述电力控制消息，无线电力发送器100可进一步包括电连接到电力转 换单元111的调制/解调单元113。调制/解调单元113可调制已经由无线电力接收器200 调制的无线电力信号并使用其接收电力控制消息。
[0121] 另外，电力传输控制单元112可通过在无线电力发送器100包括的通信器件（未 示出）通过接收包含中电力控制消息的用户数据来获得电力控制消息。
[0122] [用于支持带内双向通信]
[0123] 在根据本文公开的示例性实施例的允许双向通信的无线电力传输环境下，电力传 输控制单元112可将数据传输到无线电力接收器200。由电力传输控制单元112传输的数 据可被传输以请求无线电力接收器200发送电力控制消息。
[0124] 无线电力接收器
[0125] 参考图2B，无线电力接收器200可包括电源单元290。电源单元290提供无线电 力接收器200的操作所需的电力。电源单元290可包括电力接收单元291和电力接收控制 单元292。
[0126] 电力接收单元291以无线方式接收从无线电力发送器100传输的电力。
[0127] 电力接收单元291可包括根据无线电力传输方法接收无线电力信号所需要的组 成元件。而且，电力接收单元291可根据至少一种无线电力传输方法接收电力，并且在此情 况下，电力接收单元291可包括每一种方法所需要的组成元件。
[0128] 首先，电力接收单元291可包括用于接收以具有振荡特性的磁场或电磁场的形式 传输的无线电力信号的线圈。
[0129] 例如，作为根据感应耦合方法的组成元件，电力接收单元291可包括由变化的磁 场电流被感应到的次级线圈。在示例性实施例中，作为根据谐振耦合方法的组成元件，电力 接收单元291可包括其中通过具有特定谐振频率的磁场产生谐振现象的电路和线圈。
[0130] 在另一个示例性实施例中，在电力接收单元291根据至少一种无线电力传输方法 接收电力时，电力接收单元291可被实现为通过使用线圈接收电力，或实现为通过使用根 据每种电力传输方法不同地形成的线圈接收电力。
[0131] 在包含在电力接收单元291中的组成元件之中，用于感应耦合的方法的那些稍后 将参考图4进行描述，并且用于谐振耦合的方法的那些稍后将参考图7进行描述。
[0132] 另一方面，电力接收单元291可进一步包括整流器和稳压器以将无线电力信号转 换成直流电。而且，电力接收单元291可进一步包括用于防止由接收的电力信号产生过电 压或过电流的电路。
[0133] 电力接收控制单元292可控制包含在电源单元290中的每个组成元件。
[0134] 特别地，电力接收控制单元292可将电力控制消息传输到无线电力发送器100。电 力控制消息可指示无线电力发送器100开始或终止无线电力信号的传输。而且，电力控制 消息可指示无线电力发送器100控制无线电力信号的特性。
[0135] 在示例性实施例中，电力接收控制单元292可通过无线电力信号和用户数据中的 至少一个传输电力控制消息。
[0136] 为了传输前述电力控制消息，无线电力接收器200可进一步包括电连接到电力接 收单元291的调制/解调单元293。类似于无线电力发送器100的情况，调制/解调单元 293可被用于通过无线电力信号传输电力控制消息。电力通信调制/解调单元293可被用 作控制流经无线电力发送器100的电力转换单元111的电流和/或电压的器件。下文中， 允许电力通信调制/解调单元113或293分别处在无线电力发送器100的一侧和处在无线 电力接收器200的一侧的、被用于通过无线电力信号发送和接收电力控制消息的方法将被 描述。
[0137] 由电力转换单元111形成的无线电力信号被电力接收单元291接收。此时，电力 接收控制单元292控制处在无线电力接收器200 -侧的电力通信调制/解调单元293以 调制无线电力信号。例如，电力接收控制单元292可执行调制过程以使得通过改变连接到 电力接收单元291的电力通信调制/解调单元293的电抗而改变从无线电力信号接收的电 量。从无线电力信号接收的电量的变化导致用于形成无线电力信号的电力转换单元111的 电流和/或电压的变化。此时，处在无线电力发送器100 -侧的调制/解调单元113可检 测电流和/或电压的变化以执行解调过程。
[0138] 换句话说，电力接收控制单元292可产生包括意欲被传输到无线电力发送器100 的电力控制消息的分组并且可调制无线电力信号以允许分组被包含在其中，并且电力传输 控制单元112可基于执行电力通信调制/解调单元113的解调过程的结果而对分组进行解 码以获得包含在分组中的电力控制消息。
[0139] 此外，电力接收控制单元292可通过包含在无线电力接收器200中的通信器件 (未示出）通过传输包含电力控制消息的用户数据将电力控制消息传输到无线电力发送器 100。
[0140] [用于支持带内双向通信]
[0141] 在根据本文公开的示例性实施例的允许双向通信的无线电力传输环境下，电力接 收控制单元292可接收数据到无线电力发送器100。由无线电力发送器100传输的数据可 被传输以请求无线电力接收器200发送电力控制消息。
[0142] 此外，电源单元290可进一步包括充电器298和电池299。
[0143] 从电源单元290接收用于操作的电力的无线电力接收器200可被从无线电力发送 器100传输的电力操作，或使用传输的电力通过对电池299充电并且然后接收充电电力而 操作。此时，电力接收控制单元292可控制充电器298使用传输的电力执行充电。
[0144] 下文中，说明书将给出适用于本文公开的示例性实施例的无线电力发送器和无线 电力接收器。首先，允许无线电力发送器根据感应耦合方法将电力传输到电子装置的方法 将参考图3到5进行描述。
[0145] 感应耦合方法
[0146] 图3是示出其中根据感应耦合方法将电力从无线电力发送器传输到电子装置的 概念的视图。
[0147] 在无线电力发送器100的电力以感应耦合方法传输时，如果流经处在电力传输单 元110中的初级线圈的电流强度发生改变，则穿过初级线圈的磁场可通过电流发生变化。 该变化的磁场在无线电力接收器200中的次级线圈处产生感应电动势。
[0148] 根据前述的方法，无线电力发送器100的电力转换单元111可包括在磁感应中作 为初级线圈操作的发送（Tx)线圈1111a。而且，无线电力接收器200的电力接收单元291 可包括在磁感应中作为次级线圈操作的接收（Rx)线圈2911a。
[0149] 首先，无线电力发送器100和无线电力接收器200以在无线电力发送器100 -侧 的发送线圈111 la和在无线电力接收器200 -侧的接收线圈彼此临近放置这样的方式而布 置。然后，如果电力传输控制单元112控制发送线圈（Tx线圈）1111a的电流变化，则接收 单元291使用感应到接收线圈（Rx线圈）2911a的电动势力控制电力被供应给无线电力接 收器200。
[0150] 通过感应耦合方法的无线电力传输的效率很少受频率特性的影响，但是受到包括 每个线圈的无线电力发送器100和无线电力接收器200之间的对准和距离的影响。
[0151] 另一方面，为了执行感应耦合方法的无线电力传输，无线电力发送器100可被配 置成包括以平面形式的接口表面（未示出）。一个或多个电子装置可被放置在接口表面的 上部处，并且发送线圈1111a可被安装在接口表面的下部处。在这种情况下，安装在接口表 面的下部处的发送线圈1111a和放置在接口表面的上部处的无线电力接收器200的接收线 圈2911a之间形成小尺寸的垂向间隔，并且因而线圈之间的距离变得足够小以有效地实现 符合感应耦合方法进行的无接触电力传输。
[0152] 而且，对准指示符（未示出）指示其中无线电力接收器200被放置在接口表面的 上部处的位置。对准指示符指示无线电力接收器200的位置，其中在安装在接口表面的下 部处的发送线圈1111a和接收线圈2911a之间的对准可被适当地实现。对准指示符可替代 地为简单的标记，或可形成为用于引导无线电力接收器200的位置的突出结构的形式。另 夕卜，对准指示符可以形成为诸如安装在接口表面的下部处的磁铁的磁体的形式，因而引导 线圈通过相互的磁性而被合适地安排到安装在无线电力接收器200中的具有相反极性的 磁体。
[0153] 另一方面，无线电力发送器100可形成为包含一个或多个发送线圈。无线电力发 送器100可选择地使用在该一个或多个发送线圈之中的与无线电力接收器200的接收线圈 2911a合适配置的某些线圈以提高电力传输效率。包含一个或多个发送线圈的无线电力发 送器100稍后参考图5进行描述。
[0154] 下文中，适用于本文公开的实施例的使用感应耦合方法的无线电力发送器和无线 电力接收器的配置将详细地描述。
[0155] 感应耦合方法中的无线电力发送器和电子裝置
[0156] 图4是示出可以在本文公开的实施例中使用的磁感应方法中无线电力发送器100 和无线电力接收器200的部分的框图。包含在无线电力发送器100的电力传输单元110的 配置将参考图4A描述，并且包含在无线电力接收器200中的电源单元290的配置将参考图 4B描述。
[0157] 参考图4A，无线电力发送器100的电力转换单元111可包括发送（Tx)线圈1111a 和逆变器1112。
[0158] 根据如上所述的电流变化，发送线圈1111a可形成对应于无线电力信号的磁场。 发送线圈1111a可替换地实现为平面螺旋型或圆柱螺线管型。
[0159] 逆变器1112将从电源单元190获得的DC输入转换成AC波形。由逆变器1112转 换的AC电流驱动包括发送线圈1111a和电容器（未示出）的谐振电路以在发送线圈1111a 中形成磁场。
[0160] 此外，电力转换单元111可进一步包括定位单元1114。
[0161] 定位单元1114可移动或转动发送线圈1111a以提高使用感应稱合方法的无接触 电力传输的有效性。如上所述，这是因为包括初级线圈和次级线圈的无线电力发送器1〇〇 和无线电力接收器200之间的对准和距离可影响使用感应耦合方法的电力传输。特别地， 当无线电力接收器200没有存在在无线电力发送器100的有源区域中时定位单元1114可 被使用。
[0162] 此外，定位单元1114可包括驱动单元（未示出），用于移动发送线圈1111a以使 得无线电力发送器100的发送线圈1111a和无线电力接收器200的接收线圈2911a的中心 到中心的距离在预定的范围内，或转动发送线圈1111a以使得发送线圈1111a和接收线圈 2911a的中心彼此重叠。
[0163] 为此目的，无线电力发送器100可进一步包括由用于检测无线电力接收器200的 位置的传感器构成的检测单元（未示出），以及电力传输控制单元112可基于从位置检测传 感器接收的无线电力接收器200的位置信息控制定位单元1114。
[0164] 而且，为此，电力传输控制单元112可通过电力通信调制/解调单元113接收关于 无线电力接收器200的对准或距离的控制信息，并基于接收的关于对准或距离的控制信息 控制定位单元1114。
[0165] 如果电力转换单元111被配置成包括多个发送线圈，则定位单元1114可确定多个 线圈中的哪一个要被用于电力传输。包括多个发送线圈的无线电力发送器100的配置稍后 将参考图5进行描述。
[0166] 另一方面，电力转换单元111可进一步包括电力感测单元1115。在无线电力发送 器100 -侧的电力感测单元1115监视流进发送线圈1111a中的电流或电压。电力感测单 元1115被提供用于检查无线电力发送器100是否正常操作，并且因而电力感测单元1115 可检测从外部供应的电力的电压和电流，以及检查该检测的电压或电流是否超过阈值。尽 管未示出，电力感测单元1115可包括用于检测从外部供应的电力的电压或电流的电阻器 和用于将检测的电力的电压值或电流值与阈值进行比较以输出比较结果的比较器。基于电 力感测单元1115的检查结果，电力传输控制单元112可控制开关单元（未示出）以切断应 用到发送线圈1111a的电力。
[0167] 参考图4B，无线电力接收器200的电源单元290可包括接收（Rx)线圈2911a和整 流器2913。
[0168] 通过形成在发送线圈1111a中的磁场的变化，电流被感应进接收线圈2911a中。接 收线圈2911a的实现类型可以是类似于发送线圈1111a的平面螺旋型或圆柱螺线管型。
[0169] 而且，串联或并联电容器可被配置成连接到接收线圈2911a以提高无线电力接收 的有效性或执行谐振检测。
[0170] 接收线圈2911a可以是单个线圈或多个线圈的形式。
[0171] 整流器2913对电流执行全波整流以将交流电转换成直流电。例如，整流器2913 可实现为由四个二极管构成的全桥整流器或使用有源部件的电路。
[0172] 此外，整流器2913可进一步包括用于将被整流的电流转换成更平和稳定的直流 电的稳压器。而且，整流器2913的输出电力被供应给电源单元290的每个组成元件。而且， 整流器2913进一步包括用于将输出DC电力转换成合适的电压以将其调节成每个组成元件 (例如，诸如充电器298的电路）所需电力的DC-DC转换器。
[0173] 电力通信调制/解调单元293可被连接到电力接收单元291，并且可被配置有电阻 元件，其中电阻关于直流电变化，并且可被配置有电容元件，其中电抗关于交流电变化。电 力接收控制单元292可改变电力通信调制/解调单元293的电阻或电抗以调制电力接收单 元291接收到的无线电力信号。
[0174] 另一方面，电源单元290可进一步包括电力感测单元2914。在无线电力接收器200 一侧的电力感测单元2914监视由整流器2913整流的电力的电压和/或电流，并且如果作 为监视结果整流的电力的电压和/或电流超过阈值，则电力接收控制单元292将电力控制 消息传输到无线电力发送器1〇〇以传输合适的电力。
[0175] 被配置为何括一个或多个发送线圈的无线电力发送器
[0176] 图5是示出被配置成根据可在本文公开的实施例中使用的感应耦合方法接收电 力的具有一个或多个发送线圈的无线电力发送器的框图。
[0177] 参考图5,根据本文公开的实施例的无线电力发送器100的电力转换单元111可包 括一个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n。一个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n可 以是部分重叠初级线圈的阵列。有源区可以由一个或多个发送线圈中的一些来确定。
[0178] -个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n可被安装在接口表面的下部处。而且， 电力转换单元111可进一步包括用于建立和释放一个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n 中的一些的连接的多路复用器。
[0179] 在检测放置在接口表面的上部处的无线电力接收器200的位置之后，电力传输控 制单元112可考虑无线电力接收器200的检测位置来控制多路复用器1113,因而允许在一 个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n之中的可被放置在与无线电力接收器200的接收线 圈2911a的感应耦合关系的线圈彼此连接。
[0180] 为此目的，电力传输控制单元112可获得无线电力接收器200的位置信息。例如， 通过在无线电力发送器100中提供的位置检测单元（未示出），电力传输控制单元112可获 得接口表面上的无线电力接收器20的位置。对于另一个示例，电力传输控制单元112可交 替地接收分别指示来自接口表面上的对象的无线电力信号的强度的电力控制消息或指示 使用一个或多个发送线圈lllla-Ι到lllla-n的对象的识别信息的电力控制消息，并且基 于该接收的结果确定其是否位于临近于一个或多个发送线圈中的哪一个，因而获得无线电 力接收器200的位置信息。
[0181] 另一方面，在无线电力发送器100以无线方式将电力传输到无线电力接收器200 时，作为接口表面的部分的有源区可表示具有高效的磁场能通过的部分。此时，形成穿过有 源区的磁场的单个发送线圈或一个或多个发送线圈的组合可被指定为初级单元。此外，电 力传输控制单元112可基于检测到的无线电力接收器200的位置而确定有源区，并且建立 对应于有源区的初级单元的连接以控制多路复用器1113,因而允许无线电力接收器200的 接收线圈2911a和属于初级单兀的线圈被放直为感应稱合关系。
[0182] 而且，电力转换单元111可进一步包括用于控制阻抗以形成具有连接到其的线圈 的谐振电路的阻抗匹配单元（未示出）。
[0183] 下文中，允许无线电力发送器根据谐振耦合的方法传输电力的方法将参考图6到 8进行公开。
[0184] 谐振耦合方法
[0185] 图6是示出根据谐振耦合方法将电力以无线方式从无线电力发送器传输到电子 装置的概念的视图。
[0186] 首先，谐振将如下简要地描述。谐振指的是在周期性地接收与振动系统的固有频 率相同频率的外力时，振动的振幅显著地增加的现象。谐振是发生在诸如机械振动、电振动 等等各种振动处的现象。一般地，在将来自外部的振动力施加到振动系统时，如果其固有频 率与外部施加力的频率相同，则振动变强，因此增加宽度。
[0187] 根据相同的原理，在预定距离内彼此分离的多个振动体以相同频率振动时，多个 振动体彼此谐振，并且在此情况下，导致多个振动体之间的电阻减小。在电子电路中，谐振 电路可用电感器和电容器构成。
[0188] 在无线电力发送器100根据感应耦合方法传输电力时，具有特定振动频率的磁场 由电力传输单元110中的交流电流电力形成。如果谐振现象通过形成的磁场发生在无线电 力接收器200中，则电力由无线电力接收器200中的谐振现象产生。
[0189] 谐振频率由下面等式1中的公式确定。
[0190] [等式 1]
[0191]

【权利要求】
1. 一种无线电力发送器，所述无线电力发送器被配置成以无线方式将电力传输到无线 电力接收器，所述发送器包括： 第一线圈，所述第一线圈被配置成将电流转换成磁通量； 第二线圈，所述第二线圈被配置成在平面上临近于所述第一线圈； 第三线圈，所述第三线圈被配置成与所述第一和第二线圈具有不同的形状并且具有分 别重叠所述第一和第二线圈的至少一部分，以及 控制器，所述控制器被配置成确定在所述第一、第二和第三线圈中要被激活的线圈。
2. 根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述控制器选择性地将多个电压中 的一个施加到所述第三线圈。
3. 根据权利要求2所述的无线电力发送器，其中，所述控制器控制驱动电路单元，以及 其中，所述驱动电路单元包括连接到第一电容器的第一开关，以及连接到第二电容器 的第二开关以及并联连接到所述第三线圈的所述第一电容器和所述第二电容器。
4. 根据权利要求3所述的无线电力发送器，其中，根据标准是否对应于彼此不同的第 一标准或第二标准，控制所述第一和第二开关以将所述多个电压中的一个施加到所述第三 线圈。
5. 根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述控制器将输入电压施加到所述 第一、第二和第三线圈中的至少一个，并且在所述标准的检测之后，升高或降低所述输入电 压以对应于所述标准。
6. 根据权利要求5所述的无线电力发送器，其中，所述控制器在所述标准是所述第一 标准时确定要控制所述第一、第二和第三线圈中的哪一个，并且在所述标准是所述第二标 准时通过升高施加到所述第三线圈的所述输入电压执行频率控制。
7. 根据权利要求6所述的无线电力发送器，其中，所述第一和第二线圈是符合所述第 一标准施加有所述输入电压的线圈，以及 其中，所述第三线圈被设定以使得高于所述输入电压的电压被施加到所述第三线圈。
8. 根据权利要求6所述的无线电力发送器，其中，所述第一和第二线圈是符合所述第 一标准对其执行频率控制或电压控制的线圈，以及 其中，所述第三线圈是符合所述第一标准对其执行所述电压控制的线圈。
9. 根据权利要求1所述的无线电力发送器，其中，所述第一和第二线圈被缠绕成其中 至少部分是直的（线性的）四边形形状，以及 其中，所述第三线圈被缠绕成圆形形状。
10. 根据权利要求9所述的无线电力发送器，其中，所述第一和第二线圈由单层构成， 以及 其中，所述第三线圈以所述线圈在其内侧处连接并且被缠绕成多层的方式由多层构 成。
11. 根据权利要求9所述的无线电力发送器，其中，所述第三线圈是符合所述第一标准 和所述第二标准二者的线圈，以及 其中，所述第一和第二线圈是符合所述第一标准的线圈。
12. -种无线电力传输方法，所述方法被配置成以无线方式将电力传输到无线电力接 收器，所述方法包括： 将输入电压施加到所述第一、第二和第三线圈中的至少一个， 检测应用到所述无线电力接收器的标准以对应于所述输入电压， 在所述标准是第一标准时检测从所述第一、第二和第三线圈中要被驱动的线圈，以及 在所述标准是第二标准时驱动所述第三线圈。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，在所述标准是所述第一标准时，检测要被驱动 的线圈被执行以检测要被驱动的线圈是否是被缠绕成四边形形状的线圈或被缠绕成圆形 形状的线圈。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，在所述要被驱动的线圈是被缠绕成所述圆形 形状的线圈时升高所述输入电压，以及在所述要被驱动的线圈是被缠绕成四边形形状的线 圈时维持所述输入电压。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中，在所述标准是所述第二标准时升高所述输入 电压并且执行频率控制。
16. -种无线充电系统： 发送器，所述发送器被配置成以无线方式传输电力，以及 接收器，所述接收器被配置成以无线方式接收电力， 其中，所述发送器包括： 第一线圈，所述第一线圈被配置成将电流转换成磁通量； 第二线圈，所述第二线圈被配置成在平面上临近于所述第一线圈； 第三线圈，所述第三线圈被配置成具有与所述第一和第二线圈不同的形状并且具有分 别重叠所述第一和第二线圈的至少一部分，以及 控制器，所述控制器被配置成确定所述第一、第二和第三线圈中要被激活的线圈。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制器选择性地将多个电压中的一个施 加到所述第三线圈。
18. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述控制器将输入电压施加到所述第一、第二 和第三线圈中的至少一个，并且在所述标准的检测之后，升高或降低所述输入电压以对应 于所述标准。
19. 根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一和第二线圈被缠绕成其中至少部分 是直的（线性的）四边形形状，以及所述第三线圈被缠绕成圆形形状。
【文档编号】H02J17/00GK104218685SQ201410391815
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2013年6月3日
【发明者】朴镇茂, 李在成, 李至贤, 徐丁教, 朴镐万 申请人:Lg电子株式会社