用于无线功率输送的热学屏障的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线功率输送，并且特别但不排他地设及用于加热器具的无线功率输 送。
【背景技术】
[0002] 许多系统要求布线和/或电气接触W便向设备供应电功率。省略运些导线和接触 件提供改进的用户体验。传统地，运已经使用位于设备中的电池实现了，但是该方案具有若 干缺点，包括额外的重量、大体积和频繁对电池进行更换或再充电的需要。最近，使用无线 感应功率输送的方案已经接收到日益增加的兴趣。
[0003] 该增加的兴趣的部分归因于在过去十年中便携式和移动设备的数目和种类激增。 例如，移动电话、平板电脑、媒体播放器等的使用已经变得无所不在。运样的设备一般由内 部电池供电并且典型的使用场景通常要求对电池的再充电或从外部电源对设备的直接有 线供电。
[0004] 如所提及的，大多数当今的设备要求布线和/或明确的电气接触W从外部电源供 电。然而，运往往是不切实际的并且要求用户物理地插入连接器或W其它方式建立物理电 气接触。引入导线的长度对用户而言也往往是不方便的。典型地，功率要求也明显不同，并 且当前大多数设备设有它们自己的专用电源，导致典型用户具有大量不同的电源，其中每 一个电源专用于特定设备。尽管，内部电池可W防止对到外部电源的有线连接的需要，但是 该方案仅提供部分解决方案，因为电池将需要再充电（或更换，运是昂贵的）。电池的使用还 可能大幅增加设备的重量并且潜在地增加其成本和大小。
[0005] 为了提供明显改进的用户体验，已经提出使用无线电源，其中功率从功率传送器 设备中的传送器线圈感应输送至各个设备中的接收器线圈。
[0006] 经由磁感应的功率传送是公知的概念，其主要应用于具有初级传送器线圈与次级 接收器线圈之间的紧密禪合的变压器中。通过分离两个设备之间的初级传送器线圈和次级 接收器线圈，设备之间的无线功率输送基于松散禪合变压器的原理而成为可能。
[0007] 运样的布置允许到设备的无线功率输送，而无需任何导线或物理电气连接。事实 上，它可W简单地允许设备邻近于传送器线圈放置或放置在其顶部上W便在外部再充电或 供电。例如，功率传送器设备可W布置有水平表面，在该水平表面上可W简单地放置设备W 便供电。
[000引另外，运样的无线功率输送布置可W有利地设计成使得功率传送器设备可W与一 系列功率接收器设备一起使用。特别地，已经限定了被称为Qi规范的无线功率输送方案并 且其当前正在得到进一步发展。该方案允许满足Qi规范的功率传送器设备与同样满足Qi规 范的功率接收器设备一起使用，而运些不必来自相同制造商或者不必专用于彼此。Qi规范 进一步包括用于允许操作适应于特定功率接收器设备(例如取决于特定功率耗用）的某种 功能性。
[0009] Qi规范由无线电源联盟开发并且更多信息可W例如在他们的网站上找到： http: //www.wirelesspowerconsortium. com/index.html，其中特别地可 W找到所限定的 规范文档。
[0010] 为了支持功率传送器和功率接收器的交互工作和互操作性，优选的是运些设备可 W彼此通信，即如果支持功率传送器与功率接收器之间的通信并且优选地如果在两个方向 上支持通信，则是合期望的。
[0011] Qi规范支持从功率接收器到功率传送器的通信，从而使得功率接收器能够提供可 W允许功率传送器适应于特定功率接收器的信息。在当前规范中，已经限定了从功率接收 器到功率传送器的单方向通信链路并且该方案基于功率接收器作为控制元件的哲理。为了 准备和控制功率传送器与功率接收器之间的功率输送，功率接收器特别地向功率传送器传 达信息。
[0012] Qi规范正被开发W支持日益增加的高功率需求应用。例如，该规范旨在与消耗若 干千瓦功率的设备一起使用。
[0013] 例如，无线功率输送被预期越来越多地与例如诸如壶、揽拌机、食物处理机等之类 的厨房器具一起使用。特别地，设想到无线功率输送用于向各种加热设备提供功率。例如， 该概念被预期广泛地使用在例如支持壶的厨灶和借助于磁感应加热的平底锅中。
[0014] 事实上，设想到无线功率输送可W用于在诸如厨房之类的环境中提供灵活功率。 在许多场景中，预期的是提供无线输送的装置可W设计成支持用于加热的器具W及非加热 器具二者。相应地，提供无线输送的装置可W设计成例如具有带有不同热阻的不同区域或 表面。例如，一些区域可W设计成接收加热元件，而其它区域可W旨在用于非加热器具。
[0015] 作为具体示例，用于提供无线功率的厨房装置可W提供具有设计成对诸如壶和平 底锅之类的加热器具供电的区域和设计成向诸如揽拌器或食物处理机之类的非加热器具 提供功率的第二区域的表面(诸如厨房台面）。相应地，一个区域可W由具有高热学鲁棒性 的材料制成，而另一区域可W由易受高溫度伤害的材料制成。
[0016] 作为示例，图1图示了对非加热器具的无线功率提供的示例，并且图2图示了对加 热器具(诸如平底锅或壶）的无线功率提供的示例。
[0017] 在示例中，功率提供装置包括功率传送器101，其被示出为细分成电源103、传送器 线圈105和从电源103接收功率并且生成用于传送器线圈105的驱动信号的逆变器107。传送 器线圈105靠近于厨房工作台109定位或者集成在其内。在图1的示例中，非加热厨房器具 111位于工作台上，并且在图2的示例中，诸如壶之类的加热器具111位于工作台上。图2的加 热器具111具有加热元件201，其中功率传送器101可W感应满电流，其导致加热元件升溫。
[0018] 在示例中，工作台109可W划分成图2所图示的烹任区和图1所图示的食物准备区。 在示例中，烹任区可W包括感应烹任板，其通过磁感应加热例如壶或平底锅。平底锅或壶的 底部可W变得非常热并且烹任区可W布置成承受运样的溫度。例如，陶瓷烹任板可W承受 200°C或更高的溫度。
[0019] 同样地，准备区可W包括集成在工作台中W便对器具供电的功率传送器。然而，对 于该区域，所使用的材料典型地不耐高溫。例如，典型的厨房工作台可W由诸如木材或花岗 岩之类的材料制成。然而，运些材料可能具有低得多的耐热性并且在经受壶的高溫的情况 下可能受损。
[0020] 具有烹任区中和准备区中的无线功率传送器二者可W导致关于预期用户行为的 关注。用户将预期平底锅在处于厨灶上时变热。然而，他可能还期望使用准备区的功率传送 器W用于为加热器具供电。然而，运可能导致由高溫造成的对工作台的损伤。事实上，包括 加热的许多器具现在被认为，相比于烹任区，更多地属于准备区。例如，诸如烤箱、水壶、电 饭優等之类的器具现在典型地用在厨房工作台上而不是在炉子上。预期的是，由烹任区和 准备区提供的功能将继续越来越多地融合。
[0021] 因此，如果准备区的功率传送器生成可W由例如水壶或煎锅的加热器具接收的交 变磁通量场，则产生潜在的问题。运可能使平底锅或壶的下侧变得非常热（典型地由于加热 板或元件中的满电流的生成所致）。所生成的热量可W导致对工作台的损伤。
[0022] 另外，尽管加热器具可W典型地布置成例如通过控制功率输送信号的功率控制加 热元件的溫度，但是故障或错误场景可W潜在地导致不合期望地高的溫度，其可能潜在地 导致对表面的损伤。例如，使用功率控制回路调节功率输送信号的功率的溫度控制要求功 率接收器与功率传送器之间的可靠通信。如果发生通信错误，或者事实上如果通信链路丢 失，则溫度可能是未经调整的并且可能导致过高的溫度。如果功率传送器位于托盘或Ξ脚 架上W便保护表面，则可能发生运样的场景。运样的布置将固有地导致传送器与接收器线 圈之间的增加的距离并且运可W导致不可靠的负载调制通信。
[0023] 不合期望的溫度例如也可能由发生在加热器具中的故障而引起。例如，有故障的 溫度传感器可W导致其中功率输送信号感应满电流W及因而加热的加热板中的溫度总是 被测量为在目标溫度W下。作为结果，功率接收器将继续从功率传送器请求增加的功率，导 致加热板的溫度增加到超出合期望的水平。
[0024] 更一般地，越来越高功率水平的无线功率输送的应用的增加的灵活性和变化(其 中特别地功率输送可W支持加热的功率消耗设备）已经导致增加的风险和复杂性。特别地 对于使用无线功率输送的厨房场景，情况可能是运样，但是不限于运样的应用。
[0025] 因而，改进的无线功率输送方案将是有利的，并且特别地，允许增加的灵活性、降 低的损伤风险、对于不同应用和使用场景的改进的支持、附加安全性和特别地附加或改进 的过热保护、便利化的用户操作和/或改进的性能的方案将是有利的。
【发明内容】
[0026] 相应地，本发明设法优选地单个地或W任何组合方式缓解、减轻或消除W上提及 的缺点中的一个或多个。
[0027] 根据本发明的一方面，提供了一种用于无线功率输送系统的热学屏障，该热学屏 障包括:用于禪合到通过第一电磁信号供电的功率接收器的第一表面区域；用于禪合到提 供第二电磁信号的功率传送器的第二表面区域；W及包括包含电感器和电容器的谐振电路 的功率中继器，该功率中继器被布置成通过朝向第一表面区域集中第二电磁信号的能量来 生成第一电磁信号；用于接收溫度测量结果的接收器；W及用于通过调适谐振电路的性质 来控制第一电磁信号的第一水平的控制器，该控制器被布置成降低第一水平W用于增加溫 度测量结果的值。
[0028] 本发明可W允许例如通过无线功率输送加热的设备与和不充足的热保护相关联 的无线功率传送器一起使用，而同时确保高效的功率输送。
[0029] 特别地，使用常规热学屏障在大多数场景中将由于功率传送器的传送线圈与功率 接收器的接收元件(线圈/加热元件)之间的增加的距离和降低的禪合的缘故而导致大幅降 级的功率输送性能。本发明可W通过允许传送线圈与接收线圈之间的增加的距离来允许热 学屏障提供高效的热保护，同时仍旧确保传送线圈与接收线圈之间的高效的有效禪合。特 别地，谐振电路可W集中磁场，使得增加的通量穿过功率接收器接收元件（线圈/加热元 件）。谐振电路可W通过朝向第一表面区域引导、偏置或移动来自第二电磁信号的磁场线来 朝向第一表面区域集中能量。谐振电路可W有效地用作磁透镜。特别地，它可W使来自功率 传送器的磁场变形W提供通过第一表面区域/功率接收器的接收器接收元件的增加的通 量。
[0030] 本发明进一步可W引入溫度控制或保护，其可W独立于功率传送器。事实上，热学 屏障可W在许多实施例中提供附加的溫度控制和保护，其例如可W甚至在发生错误或故障 的情况下防止由功率传送器供电的加热器具的过热。
[0031] 例如，加热板可W通过功率输送信号供电并且溫度可W由从功率接收器到功率传 送器的功率控制回路来控制。然而，如果故障发生在例如功率传送器或功率接收器的功率 或溫度控制功能性中，运可W导致功率输送信号不被适当地控制并且可W导致功率输送信 号对于所期望的溫度而言太强。运可W导致溫度增加并且潜在地可W导致损伤。然而，如果 屏障提供有反映例如加热元件的溫度的溫度测量结果，运样的溫度增加或甚至失控可W被 检测到并且热学屏障在运样的场景中可W着手降低功率并且因而降低所得的溫度。该热学 屏障可W在许多实施例中提供额外的安全特征，并且特别地可W引入附加的过热保护。该 方案因此可W降低导致过热和潜在损伤的单点故障的风险。
[0032] 在许多实施例中，该方案可W允许更高效并且典型地更快的溫度控制/保护。特别 地，常规溫度调整(其中功率接收器控制来自功率传送器的功率输送信号的功率水平)相对 缓慢(并且典型地受功率控制回路的低更新频率限制）。
[0033] 该方案可W提供增强的用户体验并且可W例如允许热学屏障控制热学操作点，并 且特备地它可W允许热学屏障检测和解决例如过热场景。本发明可W允许改进的灵活性和 对于用于无线功率输送的增加种类的不同使用场景的支持。例如，它可W提供针对例如厨 房使用场景的改进的支持，其中无线功率传送器可W在由非耐热材料制成的工作台中提 供。
[0034] 在一些实施例中，热学屏障可W包括多个谐振电路，例如其具有分布在第一表面 区域与第二表面区域之间的电感器。
[0035] 第一表面区域和第二表面区域可W在热学屏障的相对(并且可能地大体平行的） 表面上。
[0036] 第一表面区域可W特别地通过布置成接收功率接收器而被布置成禪合到功率接 收器。第一表面区域可W布置成触碰、附接、连接到或静止在功率接收器的表面上，或者可 W提供用于将功率接收器定位在其上的表面区域。
[0037] 第二表面区域可W特别地通过布置成接收功率传送器而被布置成禪合到功率传 送器。第一表面区域可W布置成触碰、附接、连接到或静止在功率接收器的表面上，或者可 W提供用于将功率传送器定位在其上的表面区域。
[0038] 功率接收器可W在一些实施例中包括或存在于传导元件，并且特别地包括或存在 于传导加热元件。特别地，功率可W通过导致传导元件中的满电流的第一电磁信号来接收。
[0039] 第一电磁信号的第一水平可W例如是通量水平、通量密度水平或功率水平。
[0040] 在一些实施例中，控制器可W布置成控制第一水平W提供与溫度测量结果的期望 的绝对、增量或相对关系，并且特别地控制器可W布置成取决于溫度测量而增加或减小第 一水平。
[0041] 在一些实施例中，控制器可W布置成控制第一水平的最大值W提供与溫度测量结 果的期望的关系，并且特别地控制器可W布置成取决于