无线功率传输的制作方法

本发明涉及无线功率传输，并且特别地但非排他地涉及例如用于支撑厨房器具的高功率水平功率传输。

背景技术：

1、当今的大多数电气产品需要专用的电接触以便从外部功率供应供电。然而，这往往是不切实际的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用功率供应，导致通常用户具有大量不同的功率供应，每个功率供应专用于特定设备。尽管使用内部电池可以避免在使用期间对有线连接到功率供应的需要，但这仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量和潜在的成本和尺寸。

2、为了提供显著改进的用户体验，已经提出使用无线功率供应，其中，功率从功率发射器设备中的发射器线圈感应地传输到各个设备中的接收器线圈。

3、通过磁感应的功率发射是众所周知的概念，主要应用于在初级发射器线圈与次级接收器感应器/线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合的变压器的原理，这些之间的无线功率传输变得可能。

4、这样的布置允许到设备的无线功率传输，而不需要进行任何电线或物理电连接。实际上，它可以简单地允许将设备放置在发射器线圈附近或之上，以便从外部再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，在该水平表面上可以简单地放置设备以便被供电。

5、此外，可以有利地设计这样的无线功率传输布置，使得功率发射器设备可以与一系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经定义了称为qi规范的无线功率传输方法，并且目前正在进一步开发。该方法允许符合qi规范的功率发射器设备与也满足qi规范的功率接收器设备一起使用，而不是必须来自同一制造商或必须对彼此专用。qi标准还包括用于允许操作适应特定功率接收器设备的一些功能(例如，取决于特定的功率抽取)。

6、在ep3161 933b1和jp2011062008a中提供了无线功率传输系统的示例。

7、qi规范由无线功率联盟(wireless power consortium)开发，并且更多信息可以在他们的网站上找到：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，在其上特别是可以找到定义的规范文档。

8、无线功率联盟(wireless power consortium)已经在qi规范的基础上继续开发了ki规范(也称为无绳厨房规范)，其旨在向厨房器具提供安全、可靠且有效的无线功率传输。ki支持高达2.2kw的高得多的功率水平。

9、为了支持有效的无线功率传输，无线功率传输系统(诸如基于qi和ki的系统)利用功率发射器与功率接收器之间的实质通信。最初，qi仅支持使用功率传输信号的负载调制从功率接收器到功率发射器的通信。然而，标准的开发已经引入了双向通信，并且许多功能由功率接收器与功率发射器之间的通信交换支持。在许多系统中，通过调制功率传输信号来实现从功率发射器到功率接收器的通信。

10、然而，由于这往往不太适合于更高的功率水平，因此诸如ki的系统使用独立于功率传输信号并且不使用功率传输信号作为由数据调制的载波的通信功能。特别地，功率发射器和功率接收器之间的通信可以通过诸如特别地使用基于nfc(近场通信)的通信技术的短程通信系统来实现。

11、在许多情况下，使用专用通信功能可以提供改进的性能，并且可以例如提供具有更高通信可靠性的更快通信以及对正在进行的功率传输的降低的影响。

12、在许多实施例中，功率接收器可以包括提供与nfc非接触式智能卡类似的通信功能的nfc通信功能，所述nfc非接触式智能卡通常是用于使用读取器的调谐天线与接收器的谐振电路之间的电磁耦合进行非接触式通信的小型设备。在许多情况下，智能卡是由谐振电路中感应的信号供电的无源设备。类似地，在一些情况下，诸如在启动期间，功率接收器的nfc通信功能可以由nfc载波供电。

13、然而，尽管使用诸如nfc的专用通信功能可以在许多情况下提供有利的性能和操作，但是它可能不是在所有情况下都是最佳的。在许多情况下，通信可靠性可能不是完美的，并且通信可能包括一些错误和/或可能需要显著降低数据速率来实现足够低的误码率。

14、因此，改进的功率传输方法将是有利的，特别地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改进的功率传输操作、增加的可靠性、减少的通信错误、改进的通信和/或改进的性能的方法将是有利的。

技术实现思路

1、因此，本发明寻求单独地或以任何组合来优选地减弱、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种用于经由感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器；所述功率发射器包括：输出电路，其包括发射器线圈，所述发射器线圈被布置为响应于驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；驱动器，其被布置为生成所述驱动信号；通信器，其被布置为使用幅值调制向所述功率接收器发射消息，并且使用负载调制从所述功率接收器接收消息；控制器，其用于控制所述驱动器生成所述驱动信号以将重复时间帧应用于所述功率传输信号，所述重复时间帧包括至少一个功率传输间隔和至少一个通信时间间隔，在所述至少一个功率传输间隔期间，所述功率传输信号被布置为将功率传输到所述功率接收器，在所述至少一个通信时间间隔期间，没有驱动信号被施加到所述输出电路；以及同步器，其被布置为控制功率发射器在功率传输时间间隔期间从功率发射器向功率接收器发射第一消息的至少部分，并且在通信时间间隔期间从功率接收器接收响应消息。

3、本发明可以在许多实施例中提供改进的性能，并且特别地可以在许多实施例中提供功率发射器与功率接收器之间的改进的通信，并且可以在许多实施例中提供改进的功率传输。

4、该方法可以通过在干扰减轻/防止与其他不利影响之间提供改进的权衡来提供改进的性能。发明人已经认识到，尽管从功率传输信号到通信功能的干扰可能是不利的，但是不必完全分离通信和功率传输，而是可以通过引入并利用通信和调制中的不对称性以提供干扰和通信性能与对一般功率传输的影响等之间的改进的权衡的更仔细分离来实现改进的性能。

5、在许多场景中，该方法可以允许减轻和减少来自功率传输操作的干扰，同时减少对功率传输的影响。在许多场景中，该方法还可以提供改进的电噪声和/或可以允许降低的机械噪声。

6、该方法可以允许减少其中没有驱动信号被馈送/施加到输出电路的通信时间间隔的持续时间，并且可以减少对功率传输的中断。在许多实施例中，可以在对通信性能没有不可接受的影响的情况下实现这种降低，并且实际上在许多应用中，可能仅导致对通信可靠性的非常小的影响。该方法可以允许从功率传输信号到通信的一些干扰，但是可以将这样的干扰限制到更可靠的幅值通信，同时确保使用不太可靠的负载调制的通信可以不经受来自功率传输信号的干扰。

7、通信器可以被布置为使用由通信器生成的通信载波的幅值调制来向功率接收器发射消息。通信器可以被布置为通过解调由通信器生成的通信载波的负载调制来从功率接收器接收消息。通信载波与功率传输信号不同。通信载波可以具有与驱动信号/功率传输信号的频率不同的频率。通信载体可以具有比驱动信号/功率传输信号的(可能最大)频率更高并且通常不小于10、100、500倍的频率。

8、重复时间帧可以是周期性时间帧。重复时间帧可以具有固定或可变的重复频率/周期。功率传输信号可以在功率传输时间间隔期间是活动的/开启的，并且在通信时间间隔期间是不活动的/关闭的。驱动信号可以在功率传输时间间隔期间是活动的/接通的，并且在通信时间间隔期间是不活动的/关断的。

9、同步器可以被布置为控制功率发射器在第一重复时间帧的功率传输时间间隔期间从功率发射器向功率接收器发射第一消息的至少一部分，并且在第一重复时间帧的通信时间间隔期间从功率接收器接收响应消息。

10、响应消息可以是对第一消息进行响应的消息。响应消息可以是由第一消息引起的消息，并且可以是一组消息中的消息，其中，功率接收器需要响应于第一消息而发射该组消息中的至少一个消息。响应消息可以是来自功率接收器的对第一消息的确认消息。

11、通信器可以被布置为使用与功率传输信号不同的通信载波与功率接收器通信。

12、同步器可以被布置为控制装置在第一重复时间帧的第一功率传输时间间隔期间从功率发射器向功率接收器发射第一消息的至少一部分，并且在第一重复时间帧的第一通信时间间隔期间从功率接收器接收响应消息。

13、第一消息也可以被称为转发消息或查询消息。

14、根据本发明的任选的特征，所述同步器被布置为响应于所述通信时间间隔的定时属性而调整发射所述第一消息的定时。

15、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。定时属性可以具体地是第一消息发射的开始时间、结束时间和/或持续时间。

16、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为调整所述通信时间间隔的定时属性。

17、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。定时属性可以具体地是通信时间间隔的开始时间、结束时间和/或持续时间。

18、在一些实施例中，同步器被布置为调整功率传输时间间隔的定时属性。定时属性可以具体地是功率传输时间间隔的开始时间、结束时间和/或持续时间。

19、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为响应于所述第一消息的属性而调整发射所述第一消息的定时和所述通信时间间隔的所述定时属性中的至少一个。

20、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。

21、根据本发明的可选特征，所述第一消息的所述属性是以下中的至少一个：所述第一消息的长度；以及对所述第一消息的至少一个预定响应消息的属性。

22、根据本发明的可选特征，所述定时属性是所述通信时间间隔的持续时间。

23、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。

24、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为响应于用于传送所述第一消息和所述响应消息中的至少一个的传送速率而调整述持续时间。

25、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。

26、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为响应于所述响应消息的属性而调整所述定时属性。

27、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。第二消息的属性可以具体地是响应消息的发射持续时间和长度中的至少一个。

28、根据本发明的可选特征，所述驱动器由变化的功率供应信号供应，并且所述同步器被布置为响应于所述变化的功率供应信号中的变化的定时而调整所述定时属性。

29、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作，并且可以具体地减少中断对功率传输信号的影响。

30、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为将所述通信时间间隔的中心时间与所述变化的功率供应信号的信号最小值对齐。

31、这可以在许多实施例中提供特别有利的操作和/或性能，并且可以例如在一些实施例中最小化中断对功率传输信号的影响，并且可以例如对例如由功率接收器作出响应的延迟的变化提供增加的裕度和鲁棒性。

32、根据本发明的可选特征，所述通信时间间隔的持续时间不超过1毫秒。

33、根据本发明的可选特征，所述同步器被布置为响应于检测到所述响应消息的结束而终止所述通信时间间隔。

34、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。

35、根据本发明的可选特征，所述功率传输时间间隔包括紧接在所述通信时间间隔之前的断电间隔，并且所述同步器被布置为将所述第一消息的发射定时为在所述断电间隔期间至少部分地被发射。

36、在许多实施例中，这可以提供改进的性能和/或操作。

37、根据本发明的一个方面，提供了一种操作经由感应功率传输信号向功率接收器无线地提供功率的功率发射器的方法；所述功率发射器包括：输出电路，其包括发射器线圈，所述发射器线圈被布置为响应于驱动信号被施加到所述输出电路而生成所述功率传输信号；并且所述方法包括：生成所述驱动信号；使用幅值调制向所述功率接收器发射消息，并且使用负载调制从所述功率接收器接收消息；控制所述驱动器生成所述驱动信号以将重复时间帧应用于所述功率传输信号，所述重复时间帧包括至少一个功率传输间隔和至少一个通信时间间隔，在所述至少一个功率传输间隔期间，所述功率传输信号被布置为将功率传输到所述功率接收器，在所述至少一个通信时间间隔期间，没有驱动信号被施加到所述输出电路；并且控制功率发射器在功率传输时间间隔期间从功率发射器向功率接收器发射第一消息的至少部分，并且在通信时间间隔期间从功率接收器接收响应消息。

38、参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面、特征和优势将变得显而易见并将得以阐述。