无线电力发送器及其电力传输方法_2

文档序号:8945247阅读:来源:国知局
1描述的电力接收单元30、整流电路 40、以及负载50,并且可以被安装在诸如便携式终端的电子设备中。
[0043] 电源单元11产生具有用于能量传输用途的特定频率的AC电力,并且可以通过切 换单元14将该AC电力发送到传输谐振单元20。
[0044] 检测电力施加单元12可以产生用于检测无线电力接收器60的位置的检测电力并 且将检测电力提供到切换单元14。根据一个实施例,检测电力可以是用于检测设置在衬垫 25上的无线电力接收器60的微电力。在该情况下,如果传输谐振单元20具有相同的谐振 频率,则检测电力可以是具有与谐振频率相同的频率的AC电力。
[0045] 电流测量单元13通过施加的检测电力测量从无线电力发送器100产生的内部电 流,并且测量的电流可以被供应到控制器15。在该情况下,控制器15可以基于测量的电流 检测无线电力接收器60的位置。
[0046] 在下文中,将会描述控制器15基于测量的电流检测无线电力接收器60的位置的 原理。
[0047] 在下面的描述中,假定被包括在每个传输谐振单元20中的传输谐振线圈单元22 由于彼此并联地连接的电感器和电容器而具有自谐振频率H,并且传输谐振单元20具有 相同的自谐振频率fl。
[0048] 如果具有谐振频率fl的检测电力被施加到各个传输谐振单元20,则因为各个传 输谐振单元20的电容器和电感器以自谐振频率fl出现在开路状态(open state)下,使得 阻抗最大化,因此在无线电力发送器100中测量的电流被最小化。
[0049] 如果无线电力接收器60接近传输谐振单元20,则传输谐振单元的电感分量Ll和 无线电力接收器的电感分量L2彼此耦合,从而互感分量被定义为下述等式1。
[0050] 等式 1
[0052] 在等式1中,k表示耦合系数,1^表示与无线电力接收器60的位置相对应的传输 谐振单元20的自感,并且L 2表示无线电力接收器60的自感。
[0053] 在与无线电力接收器60的位置相对应的传输谐振单元20和无线电力接收器之间 产生的互感分量M改变传输谐振单元20和无线电力接收器60的自谐振频率n,并且改变 的自谐振频率被称为互变谐振频率(mutual-change resonant frequency) f2。
[0054] 换言之,如果无线电力接收器60位于特定传输谐振单元20上,则互变谐振频率f2 可以指在特定传输谐振单元20和无线电力接收器60的互感分量之间改变的谐振频率。
[0055] 与无线电力接收器60的位置相对应的传输谐振单元20的电感器和电容器在互变 谐振频率f2下不具有最大的阻抗值。因此,如果将具有自谐振频率fl的检测电力施加到 靠近无线电力接收器60的传输谐振单元20,则在无线电力发送器100中测量的电流增加。
[0056] 另外,随着无线电力接收器60更近地接近特定传输谐振单元20,在无线电力发送 器1〇〇中测量的电流或者互变谐振频率f 2逐渐地增加。控制器15基于互变谐振频率f2 或者电流的变化来确定无线电力接收器60是否接近特定传输谐振单元20。
[0057] 为了将从检测电力施加单元12接收到的检测电力顺序地供应到传输谐振单元 20,切换单元14执行切换操作。换言之,切换单元14根据控制器15的控制将检测电力顺 序地供应到传输谐振单元20,从而能够检测无线电力接收器60的位置。
[0058] 另外,切换单元14可以以将在电源单元11中产生的电力供应到特定传输谐振单 元20的方式执行切换操作。换言之,切换单元14以将电力供应到与无线电力接收器60的 位置相对应的传输谐振单元20并且不供应到剩余的传输谐振单元20的方式执行切换操 作。
[0059] 传输谐振单元20可以以格子或者矩阵的形式布置在衬垫25上。换言之,可以以 将衬垫25的区域划分为多个均匀的区域的形式布置传输谐振单元20。
[0060] 另外,传输谐振单元20具有相同的形状和相同的大小,但是本发明不限于此。同 时,虽然根据本实施例以格子形式设置了总共12个传输谐振单元20,但是本公开不限于 此。
[0061] 另外,每个传输谐振单元20包括传输线圈单元21和传输谐振线圈单元22。
[0062] 传输线圈单元21被连接到切换单元14,并且具有在其中流动的AC电流以产生磁 场。另外,通过电磁感应现象,传输线圈单元21将磁场发送到与传输线圈单元21物理地隔 开的传输谐振线圈单元22。
[0063] 如果传输谐振线圈单元22从传输线圈单元21接收磁场,则AC电流被感应到传输 谐振线圈单元22。另外,传输谐振线圈单元22通过谐振现象将被存储在其中的能量供应到 无线电力接收器60。在该情况下,为了通过谐振的无线电力传输,传输谐振线圈单元22的 自谐振频率必须与设置在无线电力接收器60中的接收谐振线圈单元(未示出)的自谐振 频率相匹配。
[0064] 传输谐振线圈单元22包括电容器22a,并且电容器22a可以是具有固定的电容的 固定电容器或者具有可变的电容的可变电容器。
[0065] 如果传输谐振线圈单元22的电容器22a是可变电容器,则控制器15可以通过改 变传输谐振线圈单元22的电容器22a的电容来调整谐振频率。
[0066] 例如,假定无线电力接收器60具有固定的自谐振频率,则无线电力发送器100可 以调整传输谐振线圈单元22的可变电容器22a的电容以具有与无线电力接收器60的谐振 频率相等的谐振频率。在该情况下,控制器15可以预先存储无线电力接收器60的谐振频 率的彳目息。
[0067] 同时,如果传输谐振线圈单元22的电容器22a是固定电容器,则电容器22a的电 容可以被预设为传输谐振线圈单元22的谐振频率与无线电力接收器60的谐振频率相等的 程度。
[0068] 控制器15可以控制无线电力发送器100的总体操作。
[0069] 控制器15可以执行控制操作以通过存在于衬垫25上的、与无线电力接收器60的 位置相对应的特定传输谐振单元20将电力发送到无线电力接收器60。
[0070] 例如,如在图5中所示,可以以具有三行和四列的3X4矩阵来布置传输谐振单元 20,并且无线电力接收器60可以位于设置在第二行和第一列、第二行和第二列、第三行和 第一列、以及第三行和第二列中的传输谐振单元20上。
[0071] 在该情况下,控制器15控制切换单元14以仅通过设置在第二行和第一列、第二行 和第二列、第三行和第一列、以及第三行和第二列的位置处的传输谐振单元20来将电力发 送到无线电力接收器60。
[0072] 另外,控制器15可以执行控制操作,从而仅通过设置在第二行和第二列的位置处 的、与无线电力接收器60重叠最大的传输谐振单元20将电力发送到无线电力接收器60。
[0073] 通过上述程序,无线电力发送器100能够通过与无线电力接收器60的位置相对应 的传输谐振单元20将能量传输集中在该无线电力接收器60上。因此,可以防止不必要的 电力消耗。
[0074] 同时,控制器15可以以查找表的形式预先存储根据测量的电流的互变谐振频率。 通过该查找表,控制器15能够基于来自电流测量单元13的检测电流来检测互变谐振频率 f2,并且可以控制电源单元11使得电源单元11产生具有互变谐振频率f2的AC电力。
[0075] 另外,控制器15顺序地控制传输谐振单元20,同时监测从电流测量单元13供应的 电流的信息。另外,控制器15可以基于电流的信息来检测无线电力接收器60在衬垫25上 的位置。
[0076] 例如,控制器15通过控制切换单元14而将具有自谐振频率H的检测电力施加到 设置在第一行和第一列的位置处的传输谐振单元20。然后,如果从电流测量单元13接收电 流的信息,则控制器15识别存在于设置在第一行和第一列的位置处的传输谐振单元20上 的无线电力接收器60。
[0077] 控制器15对各个传输谐振单元20顺序地执行上述程序以确定无线电力接收器60 是否存在于衬垫25的相关传输谐振单元20所在的区域上。
[0078] 另外,控制器15可以预先地设定阈值,以便在与传输谐振单元20相对应的区域中 确定无线电力接收器所在的区域。如果无线电力接收器60位于多个区域上,则可以在遍布 该区域设置的所有传输谐振单元20中检测电流的量的变化。
[0079] 控制器15可以通过设定阈值来确定位于与无线电力接收器重叠最大的区域处的 传输线圈单元。因此,控制器15可以仅在从电流测量单元13接收到的电流超过预设的阈 值时确定无线电力接收器60位于相关的传输谐振单元20上。
[0080] 如果已经完全地检测无线电力接收器60的位置,则控制器15通过与无线电力接 收器60的位置相对应的传输谐振单元20来发送能量。换言之,控制器15通过控制切换单 元14来将从电源单元11产生的AC电力供应到有关的传输谐振单元20。
[0081] 无线电力发送器100通过电源单元11产生具有互变谐振频率f2的AC电力,以通 过与无线电力接收器60的位置相对应的传输谐振单元20来发送能量。换言之,利用互变 谐振频率f2替代自谐振频率fl来实现实际能量传输
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