無線電力傳輸方法、無線電力發送器和無線充電系統的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種無線電力傳輸領域中的無線電力傳輸方法、無線電力發送器和無線充電系統。即，無線電力發送器被配置成以無線方式將電力傳輸到無線電力接收器，發送器被配置成：第一線圈，其被配置成將電流轉換成磁通量；第二線圈，其被配置成在平面上與第一線圈相鄰；第三線圈，其被配置成具有不同于第一和第二線圈的形狀并且具有分別重疊第一和第二線圈的至少一部分；以及控制器，其被配置成確定在第一、第二和第三線圈中要被激活的線圈。
【專利說明】無線電力傳輸方法、無線電力發送器和無線充電系統

【技術領域】
[0001] 本說明書涉及一種無線電力傳輸領域中的無線電力傳輸方法、設備以及系統。

【背景技術】
[0002] 近年來，以無線方式不接觸地將電能供應給無線電力接收器的方法已被用于替代 以有線方式供應電能的傳統方法。以無線方式接收能量的無線電力接收器可由接收的無線 電力直接驅動，或電池可通過使用接收的無線電力充電，進而允許無線電力接收器由充電 的電力驅動。
[0003] 為了使得在以無線方式傳輸電力的無線電力發送器和以無線方式接收電力的無 線電力接收器之間平穩地進行無線電力傳輸，涉及無線電力傳輸的技術要進行標準化。
[0004] 作為無線電力傳輸技術標準化的一部分，管理用于磁感應無線電力傳輸技術的無 線電力協會（WPC)在2010年4月12日公布了用于在無線電力傳輸中互通的標準文獻"系 統描述無線電力傳輸，第1卷，低功率，部分1 :接口定義，版本1.00候選版1(RC1)"。
[0005] 作為另一個技術標準化協會的電力聯盟成立于2012年3月，研發了接口標準的生 產線，并且公布了基于用于提供感應和諧振功率的感應耦合技術的標準文獻。
[0006] 在我們的生活中頻繁地遇到使用電磁感應的無線充電方法，例如，在電牙刷、無線 咖啡機等上商業化地使用。
[0007] WPC1. 1標準和PMA1. 1標準已經公布，但是它們存在接收器必須正確地布置在充 電線圈上以及標準之間的互通性不好的問題。因此，需要研發一種在無線充電標準之間具 有互通性的發送器。


【發明內容】

[0008] 因此，詳細說明的一個方面提供無線電力傳輸方法、無線電力發送器以及無線充 電系統，其能夠提供在WPC標準和PMA標準之間的互通性。
[0009] 詳細說明的另一個方面提供新類型的多線圈解決方案，其通過與無線充電領域中 的不同標準符合的單個線圈的組裝能夠擴展接收器位置的自由度。
[0010] 詳細說明的一個方面提供無線電力傳輸方法、無線電力發送器和無線充電系統， 其能夠提供WPC標準和PMA標準之間的互通性。為此，配置成以無線方式將電力傳輸到無 線電力接收器的無線電力發送器可包括配置成將電流轉換成磁通量的第一線圈、配置成在 平面上臨近于該第一線圈的第二線圈、配置成具有與該第一和第二線圈不同形狀并且具有 分別重疊該第一和第二線圈的至少部分的第三線圈，以及配置成確定該第一、第二和第三 線圈之中的要被激活的線圈的控制器。
[0011] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可選擇性地將多個電壓中的一個施 加到該第三線圈。
[0012] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可控制驅動電路單元。該驅動電路 單元可包括連接到第一電容器的第一開關，以及連接到第二電容器的第二開關。該第一電 容器和該第二電容器可被并聯連接到該第三線圈。
[0013] 根據本文公開的一個示例性實施例，根據標準是否對應于彼此不同的第一標準或 第二標準，該第一和第二開關可被控制以將多個電壓中的一個施加到該第三線圈。
[0014] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可將輸入電壓施加到該第一、第二 和第三線圈中的至少一個，并且在標準檢測之后，可升高或降低輸入電壓以對應于該標準。
[0015] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可確定在該標準是第一標準時要控 制該第一、第二或第三線圈中的哪一個，并且在該標準是第二標準時通過升高施加到該第 三線圈的輸入電壓而執行頻率控制。
[0016] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第一和第二線圈可以是符合第一標準輸入 電壓被施加到的線圈，并且該第三線圈可被設定以使得高于該輸入電壓的電壓被施加到 其。
[0017] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第一和第二線圈可以是符合第一標準對其 執行頻率控制或電壓控制的線圈，并且該第三線圈可以是符合該第一標準對其執行電壓控 制的線圈。
[0018] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第一和第二線圈可以被纏繞成其中至少部 分是直的（線性的）四邊形形狀，并且該第三線圈可以被纏繞成圓形形狀。
[0019] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第一和第二線圈可以由單層構成，并且第 三線圈可以以線圈在其內側處連接并被纏繞成多層的方式由多層構成。
[0020] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第三線圈可以是符合該第一標準和該第二 標準兩者的線圈，并且該第一和第二線圈可以是符合該第一標準的線圈。
[0021] 根據本文公開的一個示例性實施例，被配置成以無線方式將電力傳輸到無線電力 接收器的無線電力傳輸方法，可包括將輸入電壓施加到第一、第二和第三線圈中的至少一 個，檢測施加到該無線電力接收器的標準以對應于該輸入電壓，并且在該標準是第一標準 時檢測從該第一、第二和第三線圈中要被驅動的線圈，以及在該標準是第二標準時驅動該 第三線圈。
[0022] 根據本文公開的一個示例性實施例，在該標準是該第一標準時，要被驅動的線圈 的檢測可以被執行以檢測要被驅動的線圈是否是被纏繞成四邊形形狀的線圈或被纏繞成 圓形形狀的線圈。
[0023] 根據本文公開的一個示例性實施例，在該要被驅動的線圈是纏繞成圓形形狀的線 圈時該輸入電壓可被升高，并且在該要被驅動的線圈是纏繞成四邊形形狀的線圈時該輸入 電壓可被維持。
[0024] 根據本文公開的一個示例性實施例，在該標準是該第二標準時該輸入電壓可被升 高并且該頻率控制可被執行。
[0025] 根據本文公開的一個示例性實施例的無線充電系統可包括配置成以無線方式傳 輸電力的發送器，以及配置成以無線方式接收電力的接收器，其中，所述發送器可包括配置 成將電流轉換成磁通量的第一線圈、配置成在平面上臨近于該第一線圈的第二線圈、配置 成具有與該第一和第二線圈不同形狀并且具有分別重疊該第一和第二線圈的至少部分的 第三線圈，以及配置成確定該第一、第二和第三線圈之中的要被激活的線圈的控制器。
[0026] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可選擇性地將多個電壓中的一個施 加到該第三線圈。
[0027] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可將輸入電壓施加到該第一、第二 和第三線圈中的至少一個，并且在標準檢測之后，可升高或降低輸入電壓以對應于該標準。
[0028] 根據本文公開的一個示例性實施例，該第一和第二線圈可以被纏繞成其中至少部 分是直的（線性的）四邊形形狀，并且該第三線圈可以被纏繞成圓形形狀。
[0029] 根據本文公開的另一個示例性實施例，被配置成以無線方式將電力傳輸到無線電 力接收器無線電力發送器，可包括配置成以無線方式將電力傳輸到該無線電力接收器的電 力傳輸單元、具有電性連接到該電力傳輸單元的多個電容器并且配置成通過改變該電容器 的電連接而支持多個頻率中的每一個的電路單元、以及配置成檢測無線電力接收器支持的 通信標準并且控制該電容器的電連接以使得該電路單元在對應于該檢測的通信標準的頻 率下操作的控制器。
[0030] 根據本文公開的一個示例性實施例，為了在多個電容器之中以無線方式傳輸電 力，該電路單元可改變包含在諧振電路中的電容器的數量。
[0031] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電路單元可包括電連接到該電力傳輸單元 的第一電容器、并聯連接到該第一電容器的第二電容器以及連接到該第二電容器的開關。 該控制器可使用該開關控制該第二電容器的電連接。
[0032] 根據本文公開的一個示例性實施例，在檢測的通信標準是無線電力協會（WPC)通 信標準時該控制器可導通該開關，并且在檢測的通信標準是電力聯盟（PMA)通信標準時關 閉該開關。
[0033] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可以順序的方式產生符合不同通信 標準的信號，以檢測無線電力接收器支持的通信標準。
[0034] 根據本文公開的一個示例性實施例，該信號可包括符合第一通信標準的第一信號 以及符合第二通信標準的第二信號。該控制器可使用該無線電力接收器對該第一和第二信 號中的一個的響應確定該無線電力接收器是否支持第一通信標準或第二通信標準。
[0035] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可控制多個電容器的電連接以使得 在一個通信標準被確定時該電路單元操作在對應于該確定的一個通信標準的頻率范圍內。
[0036] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可升高或降低該輸入電壓以使得在 一個通信標準被確定時電路單元可支持該確定的一個通信標準。
[0037] 根據本文公開的一個不例性實施例，該控制器可在一個通信標準被確定時基于該 確定的通信標準執行關于該電力傳輸單元的頻率控制和電壓控制中的一個。
[0038] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電路單元可包括連接到第一電容器的第一 開關，以及連接到第二電容器的第二開關。該第一電容器和該第二電容器可以并聯連接，并 且該控制器可使用該第一和第二開關控制該第二電容器的電連接。
[0039] 根據本文公開的一個示例性實施例，在該通信標準符合WPC時，該控制器控制該 第一和第二開關以使得該第一和第二電容器兩者電連接到該電力傳輸單元，并且在該通信 標準符合PMA時，控制該第一和第二開關以使得該第一和第二電容器中的一個電連接到該 電力傳輸單兀。
[0040] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電力傳輸單元可以是對其執行頻率控制或 電壓控制的符合WPC的A13線圈。
[0041] 根據本文公開的一個示例性實施例，被配置成以無線方式將電力傳輸到無線電力 接收器的無線電力傳輸方法，可包括以順次方式產生符合第一通信標準的第一信號和符合 第二通信標準的第二信號，以便檢測該無線電力接收器支持的通信標準，使用該接收器對 該第一和第二信號中的一個的響應，從該第一和第二通信標準中確定該無線電力接收器支 持的通信標準，以及控制多個電容器的電連接以使得根據該確定的通信標準在多個頻帶中 的一個下以無線方式傳輸電力。
[0042] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電容器的電連接的控制可被執行來確定在 符合確定的通信標準的響應電路中要被使用的電容器的數量。
[0043] 根據本文公開的一個示例性實施例，可提供第一電容器和第二電容器。開關可被 連接到該第二電容器。在該確定的通信標準是WPC通信標準時，該電容器的電連接的控制 可被執行以導通該開關。
[0044] 根據本文公開的一個示例性實施例，該方法可進一步包括根據該確定的通信標準 升商或降低輸入電壓。
[0045] 根據本文公開的一個示例性實施例，無線充電系統可包括配置成以無線方式傳輸 電力的發送器，以及配置成以無線方式接收來自該發送器的電力的接收器。這里，該發送器 可包括配置成以無線方式將電力傳輸到該接收器的電力傳輸單元，具有多個電連接到該電 力傳輸單元的電容器的電路單元，并且其被配置成通過改變該電容器的電連接來支持多個 頻率中的每一個，以及配置成檢測該無線電力接收器支持的通信標準的控制器，并且其控 制該電容器的電連接以使得該電路單元在對應于該檢測的通信標準的頻率下操作。
[0046] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電力傳輸單元可被配置成符合WPC的A13 的線圈。該控制器可確定包含在符合該接收器符合的通信標準的諧振電路中的電容器的數 量。
[0047] 根據本文公開的一個示例性實施例，該電路單元可進一步包括連接到該多個電容 器的至少部分的開關，并且該控制器可使用該開關確定在諧振電路中要被使用的電容器。 [0048] 根據本文公開的一個示例性實施例，該控制器可以順序的方式產生符合不同通信 標準的信號以便檢測該接收器支持的標準。
[0049] 本申請進一步所應用的范圍從后面給出的詳細說明中將變得顯而易見。然而，應 當理解在表征了本公開的優選實施例時，該詳細說明以及特定示例僅作為例證給出，因此 落在本公開的精神和范圍內的各種變型和修改對本領域技術人員來說從詳細說明中將變 得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0050] 被包括以提供對本公開的進一步理解并且并入和構成本說明書的一部分的附圖， 示出示例性實施例并且與說明書一起用來解釋本公開的原理。
[0051] 在附圖中：
[0052] 圖1是示例性地示出根據本發明的實施例的無線電力發送器和無線電力接收器 的示例性視圖；
[0053] 圖2A和2B分別是示出可在本文公開的實施例中使用的無線電力發送器和無線電 力接收器的配置的示例性框圖；
[0054] 圖3是示出其中根據感應耦合方法以無線方式將電力從無線電力發送器傳輸到 無線電力接收器的概念的視圖；
[0055] 圖4A和4B是示出可在本文公開的實施例中使用的磁感應方法中的無線電力發送 器和無線電力接收器的部分的框圖；
[0056] 圖5是示出根據可在本文公開的實施例中使用的感應耦合方法接收電力的被配 置成具有一個或多個發送線圈的無線電力發送器的框圖；
[0057] 圖6是示出根據諧振耦合方法以無線方式從無線電力發送器將電力傳輸到無線 電力接收器的概念的視圖；
[0058] 圖7A和7B是示出可在本文公開的實施例中使用的諧振方法中無線電力發送器和 無線電力接收器的部分的框圖；
[0059] 圖8是示出根據可在本文公開的實施例中使用的諧振耦合方法接收電力被配置 成具有一個或多個發送線圈的無線電力發送器的框圖；
[0060] 圖9是示出通過以本文公開的無線方式傳輸電力中的無線電力信號的調制和解 調來在無線電力發送器和電子裝置之間發送和接收分組的概念的視圖；
[0061] 圖10是示出發送和接收在以本文公開的無線方式傳輸電力中的電力控制消息的 配置的視圖；
[0062] 圖11是示出在本文公開的無線電力傳輸中執行的調制和解調后的信號形式的視 圖；
[0063] 圖12是示出包括在根據本文公開的實施例中的無接觸（無線）電力傳輸方法中 使用的電力控制消息的分組的視圖；
[0064] 圖13是示出根據本文公開的實施例中無線電力發送器和無線電力接收器的操作 階段的視圖；
[0065] 圖14到18是示出包括在無線電力發送器100和無線電力接收器之間的電力控制 消息的分組的結構的視圖；
[0066] 圖19是示出將電力從無線電力發送器傳輸到至少一個無線電力接收器的方法的 概念圖；
[0067] 圖20和21是分別示出具有由單個線圈的組件的發送器的發送單元的平面圖和前 視圖；
[0068] 圖22A和22B是在圖20中示出的第一類型線圈的平面圖和前視圖；
[0069] 圖23A和23B是在圖20中示出的第二類型線圈的平面圖和前視圖；
[0070] 圖24A和24B是示出圖21的發送器的示例性變形的前視圖；
[0071] 圖25是示出用于驅動（操作）發送器的方法的流程圖；
[0072] 圖26是示出圖25的操作方法的一個實施例的詳細流程圖；
[0073] 圖27是實現圖26的操作方法的電路的結構視圖；
[0074] 圖28和29是無線電力發送器的框圖以及示出操作發送器以無線方式將電力傳輸 到支持兩個不同標準的接收器的方法的流程圖；
[0075] 圖30是示出可用在無線電力發送器中的線圈的概念圖；
[0076] 圖31是實現在符合不同標準的無線電力發送器中無線傳輸電力的方法的電路的 結構視圖；
[0077] 圖32是示出無線電力發送器是否支持符合兩個不同標準的通信的測試結果的曲 線圖；
[0078] 圖33是示出檢測在無線電力發送器中的通信標準的方法的流程圖；
[0079] 圖34是示出根據圖33的測試結果的曲線圖；以及
[0080] 圖35是示出構造無線電力發送器的電路系統視圖的另一個方法的電路系統視 圖。

【具體實施方式】
[0081] 本文公開的技術可被適用于無線電力傳輸（無接觸的電力傳輸）。然而，本文公開 的技術不限于此，而還可適用于所有類型的電力傳輸系統和方法，除了使用以無線方式傳 輸電力的方法和設備之外的，該技術的技術精神可適用于的無線充電電路和方法。
[0082] 應當注意到本文使用的技術術語僅用于描述特定實施例，但不是限制本發明。還 有，除非特定的定義，否則本文使用的技術術語應當理解為本領域所屬技術人員普通理解 的含義，并且不應當有太寬或太窄的解釋。而且，如果本文使用的技術術語是錯的術語而不 能正確地表達本發明的精神，進而它們應當由本領域技術人員所適當地理解的技術術語代 替。此外，使用在本發明中的普通術語應當基于詞典或上下文的定義解釋，并且不應當有太 寬或太窄的解釋。
[0083] 順便提及的，除非清楚地使用，否則單數中的表達包含復數含義。在本申請中，術 語"包括"和"包含"不應當理解為必須包含本文公開的所有要素或步驟，并且應當理解為 包含其要素或步驟中的一些或應當理解為進一步包含額外的要素或步驟。
[0084] 此外，用于構成在下面說明中公開的要素的后綴"模塊"或"單元"僅僅想要易于 描述說明書，并且該后綴自身不給出任何特殊含義或功能。
[0085] 而且，包含諸如第一、第二等序數的術語可被用于描述各種要素，但是要素不應受 這些術語的限制。該術語的目的僅用于將該要素區別于其它要素。例如，在不脫離本發明 的正確的范圍情況下，第一要素可被稱為第二要素，并且類似地，第二要素可被稱為第一要 素。
[0086] 在下文中，本發明的優選實施例將參考附圖詳細地描述，并且相同或相似要素用 相同的附圖標記指示而不管附圖中的標記，并且它們多余的描述將被省略。
[0087] 而且，在本發明的描述中，在關于本領域所屬技術人員判定無關本發明的要旨的 已公開的已知技術的特定描述時詳細的描述將被省略。還有，應當注意到附圖的示出僅用 于易于理解發明的精神，并且因此它們不應理解為通過附圖限制本發明的精神。
[0088] 定義
[0089] 多對一通信：在一個發送器（Tx)和多個接收器（Rx)之間的通信
[0090] 單向通信：僅從接收器將要求的消息發送給發送器
[0091] 這里，發送器和接收器分別指代與發送單元（裝置）和接收單元（裝置）相同。下 文中，那些術語可被一起使用。
[0092] 圖1-無線電力發送器和無線電力接收器的概念視圖
[0093] 圖1是概念地示出根據本發明的實施例的無線電力發送器和無線電力接收器的 示例性視圖。
[0094] 參照圖1，無線電力發送器100可以是配置成以無線方式傳輸無線電力接收器200 要求的電力的電力傳輸設備。
[0095] 而且，無線電力發送器100可以是配置成通過以無線方式傳輸電力為無線電力接 收器200的電池充電的無線充電設備。其中無線電力發送器100是無線充電設備的情況稍 后將參照圖9進行描述。
[0096] 此外，無線電力發送器100可被實現成將電力以不接觸狀態傳輸到需要電力的無 線電力接收器200的各種形式的設備。
[0097] 無線電力接收器200是通過以無線方式接收來自無線電力發送器100的電力的裝 置。而且，無線電力接收器200可使用接收到的無線電力為電池充電。
[0098] 另一方面，如本文所述的以無線方式接收電力的電子裝置應當寬泛地解釋為包括 除了諸如鍵盤、鼠標、音頻-視覺輔助裝置等等輸入/輸出裝置之外的便攜式電話、蜂窩式 電話、智能電話、個人數字助理（PDA)、便攜式多媒體播放器（PMP)、平板、多媒體裝置等等。 [0099] 如稍后所述的無線電力接收器200可以是移動通信終端（例如便攜式電話、蜂窩 式電話以及平板等）或多媒體裝置。
[0100] 另一方面，無線電力發送器100可在不與無線電力接收器200互相接觸的情況下 使用一個或多個無線電力傳輸方法以無線方式傳輸電力。換句話說，無線電力發送器100 可使用基于通過無線電力信號的磁感應現象的感應耦合方法和基因通過在特定頻率處的 無線電力信號的電磁諧振現象的磁諧振耦合方法中的至少一個來傳輸電力。
[0101] 感應耦合方法中的無線電力傳輸是使用初級線圈和次級線圈以無線方式傳輸電 力的技術，并且指的是通過由磁感應現象通過變化的磁場將電流從一個線圈感應到另一個 線圈來傳輸電力。
[0102] 感應耦合方法中的無線電力傳輸指的是在其中無線電力接收器200根據從無線 電力發送器100發送的無線電力信號產生諧振以通過諧振現象將電力從無線電力發送器 1〇〇傳輸到無線電力接收器200的技術。
[0103] 下文中，根據本文公開的實施例的無線電力發送器100和無線電力接收器200將 被詳細地描述。在對隨后每一個附圖中組成元件的附圖標記的分配中，相同的附圖標記將 被用于相同的組件，即使它們示出在不同的圖中。
[0104] 圖2A和2B是示出可以在本文公開的實施例中使用的無線電力發送器100和無線 電力接收器200的配置的示例性框圖。
[0105] 無線電力發送器
[0106] 參考圖2A，無線電力發送器100可包括電力傳輸單元110。電力傳輸單元110可 包括電力轉換單元111和電力傳輸控制單元112。
[0107] 電力轉換單元111通過將從傳輸側電源單元190供應的電力轉換成無線電力信號 而將其傳輸到無線電力接收器200。由電力轉換單元111傳輸的無線電力信號以具有振蕩 特性的磁場或電磁場的形式產生。為此目的，電力轉換單元111可被配置成包括用于產生 無線電力信號的線圈。
[0108] 電力轉換單元111可包括根據每個電力傳輸方法產生不同類型的無線電力信號 的組成元件。例如，電力轉換單元111可包括用于形成變化磁場以將電流感應到無線電力 接收器200的次級線圈的初級線圈。而且，電力轉換單元111可包括用于形成具有特定諧振 頻率以根據諧振耦合方法產生無線電力接收器200中的諧振頻率的磁場的線圈（或天線）。
[0109] 而且，電力轉換單元111可使用前述的感應耦合方法和諧振耦合方法中的至少一 個傳輸電力。
[0110] 在包括在電力轉換單元111中的組成元件之中，用于感應耦合方法的那些稍后將 參考圖4和5進行描述，并且用于諧振耦合方法的那些將參考圖7和8進行描述。
[0111] 另一方面，電力轉換單元111可進一步包括用于控制使用的頻率、施加的電壓、施 加的電流等的特性以形成無線電力信號的電路。
[0112] 電力傳輸控制單元112控制包含在電力傳輸單元110中的每一個組成元件。電力 傳輸控制單元112可被實現成集成在用于控制無線電力發送器100的另一個控制單元（未 示出）中。
[0113] 另一方面，無線電力信號可以到達的區域可被劃分為兩種類型。首先，有源區表示 穿過其將電力傳輸到無線電力接收器200的無線電力信號通過的區域。其次，半有源區表 示在其中無線電力發送器100可檢測無線電力接收器200的存在的感興趣的區域。這里， 電力傳輸控制單元112可檢測無線電力接收器200是否被放置在有源區或檢測區或從該區 移出。特別地，電力傳輸控制單元112可使用由電力轉換單元111或這里單獨提供的傳感 器形成的無線電力信號檢測無線電力接收器200是否被放置在有源區或檢測區中。例如， 電力傳輸控制單元112可通過監視用于形成無線電力信號的電力特性是否由無線電力信 號改變檢測無線電力接收器200的存在，其受存在于檢測區中的無線電力接收器200的影 響。然而，有源區和檢測區可根據諸如感應耦合方法、諧振耦合方法等等無線電力傳輸方法 而改變。
[0114] 電力傳輸控制單元112可執行識別無線電力接收器200的過程或根據無線電力接 收器200存在的檢測結果確定是否啟動無線電力傳輸。
[0115] 而且，電力傳輸控制單元112可確定用于形成無線電力信號的電力轉換單元111 的頻率、電壓和電流中的至少一個特性。特性的確定可通過在無線電力發送器100-側處 的條件下或在無線電力接收器200 -側處的條件下執行。
[0116] 電力傳輸控制單元112可接收來自無線電力接收器200的電力控制消息。基于接 收的電力控制消息電力傳輸控制單元112可確定電力轉換單元111的頻率、電壓和電流中 的至少一個特性，并且基于電力控制消息額外地執行其它控制操作。
[0117] 例如，電力傳輸控制單元112可根據包含在無線電力接收器200中的整流的電量 信息、充電狀態信息和識別信息中的至少一個的電力控制消息，確定用于形成無線電力信 號的頻率、電壓和電流中的至少一個特性。
[0118] 而且，正如使用電力控制消息的另一種控制操作，基于該電力控制消息無線電力 發送器100可執行與無線電力傳輸關聯的特別的控制操作。例如，無線電力發送器100可 接收與無線電力接收器200關聯的、通過電力控制消息聽覺或視覺地輸出的信息，或接收 裝置之間認證所需的信息。
[0119] 在示例性實施例中，電力傳輸控制單元112可通過無線電力信號接收電力控制消 息。在另一個示例性實施例中，電力傳輸控制單元112可通過用于接收用戶數據的方法接 收電力控制消息。
[0120] 為了接收前述電力控制消息，無線電力發送器100可進一步包括電連接到電力轉 換單元111的調制/解調單元113。調制/解調單元113可調制已經由無線電力接收器200 調制的無線電力信號并使用其接收電力控制消息。
[0121] 另外，電力傳輸控制單元112可通過在無線電力發送器100包括的通信器件（未 示出）通過接收包含中電力控制消息的用戶數據來獲得電力控制消息。
[0122] [用于支持帶內雙向通信]
[0123] 在根據本文公開的示例性實施例的允許雙向通信的無線電力傳輸環境下，電力傳 輸控制單元112可將數據傳輸到無線電力接收器200。由電力傳輸控制單元112傳輸的數 據可被傳輸以請求無線電力接收器200發送電力控制消息。
[0124] 無線電力接收器
[0125] 參考圖2B，無線電力接收器200可包括電源單元290。電源單元290提供無線電 力接收器200的操作所需的電力。電源單元290可包括電力接收單元291和電力接收控制 單元292。
[0126] 電力接收單元291以無線方式接收從無線電力發送器100傳輸的電力。
[0127] 電力接收單元291可包括根據無線電力傳輸方法接收無線電力信號所需要的組 成元件。而且，電力接收單元291可根據至少一種無線電力傳輸方法接收電力，并且在此情 況下，電力接收單元291可包括每一種方法所需要的組成元件。
[0128] 首先，電力接收單元291可包括用于接收以具有振蕩特性的磁場或電磁場的形式 傳輸的無線電力信號的線圈。
[0129] 例如，作為根據感應耦合方法的組成元件，電力接收單元291可包括由變化的磁 場電流被感應到的次級線圈。在示例性實施例中，作為根據諧振耦合方法的組成元件，電力 接收單元291可包括其中通過具有特定諧振頻率的磁場產生諧振現象的電路和線圈。
[0130] 在另一個示例性實施例中，在電力接收單元291根據至少一種無線電力傳輸方法 接收電力時，電力接收單元291可被實現為通過使用線圈接收電力，或實現為通過使用根 據每種電力傳輸方法不同地形成的線圈接收電力。
[0131] 在包含在電力接收單元291中的組成元件之中，用于感應耦合的方法的那些稍后 將參考圖4進行描述，并且用于諧振耦合的方法的那些稍后將參考圖7進行描述。
[0132] 另一方面，電力接收單元291可進一步包括整流器和穩壓器以將無線電力信號轉 換成直流電。而且，電力接收單元291可進一步包括用于防止由接收的電力信號產生過電 壓或過電流的電路。
[0133] 電力接收控制單元292可控制包含在電源單元290中的每個組成元件。
[0134] 特別地，電力接收控制單元292可將電力控制消息傳輸到無線電力發送器100。電 力控制消息可指示無線電力發送器100開始或終止無線電力信號的傳輸。而且，電力控制 消息可指示無線電力發送器100控制無線電力信號的特性。
[0135] 在示例性實施例中，電力接收控制單元292可通過無線電力信號和用戶數據中的 至少一個傳輸電力控制消息。
[0136] 為了傳輸前述電力控制消息，無線電力接收器200可進一步包括電連接到電力接 收單元291的調制/解調單元293。類似于無線電力發送器100的情況，調制/解調單元 293可被用于通過無線電力信號傳輸電力控制消息。電力通信調制/解調單元293可被用 作控制流經無線電力發送器100的電力轉換單元111的電流和/或電壓的器件。下文中， 允許電力通信調制/解調單元113或293分別處在無線電力發送器100的一側和處在無線 電力接收器200的一側的、被用于通過無線電力信號發送和接收電力控制消息的方法將被 描述。
[0137] 由電力轉換單元111形成的無線電力信號被電力接收單元291接收。此時，電力 接收控制單元292控制處在無線電力接收器200 -側的電力通信調制/解調單元293以 調制無線電力信號。例如，電力接收控制單元292可執行調制過程以使得通過改變連接到 電力接收單元291的電力通信調制/解調單元293的電抗而改變從無線電力信號接收的電 量。從無線電力信號接收的電量的變化導致用于形成無線電力信號的電力轉換單元111的 電流和/或電壓的變化。此時，處在無線電力發送器100 -側的調制/解調單元113可檢 測電流和/或電壓的變化以執行解調過程。
[0138] 換句話說，電力接收控制單元292可產生包括意欲被傳輸到無線電力發送器100 的電力控制消息的分組并且可調制無線電力信號以允許分組被包含在其中，并且電力傳輸 控制單元112可基于執行電力通信調制/解調單元113的解調過程的結果而對分組進行解 碼以獲得包含在分組中的電力控制消息。
[0139] 此外，電力接收控制單元292可通過包含在無線電力接收器200中的通信器件 (未示出）通過傳輸包含電力控制消息的用戶數據將電力控制消息傳輸到無線電力發送器 100。
[0140] [用于支持帶內雙向通信]
[0141] 在根據本文公開的示例性實施例的允許雙向通信的無線電力傳輸環境下，電力接 收控制單元292可接收數據到無線電力發送器100。由無線電力發送器100傳輸的數據可 被傳輸以請求無線電力接收器200發送電力控制消息。
[0142] 此外，電源單元290可進一步包括充電器298和電池299。
[0143] 從電源單元290接收用于操作的電力的無線電力接收器200可被從無線電力發送 器100傳輸的電力操作，或使用傳輸的電力通過對電池299充電并且然后接收充電電力而 操作。此時，電力接收控制單元292可控制充電器298使用傳輸的電力執行充電。
[0144] 下文中，說明書將給出適用于本文公開的示例性實施例的無線電力發送器和無線 電力接收器。首先，允許無線電力發送器根據感應耦合方法將電力傳輸到電子裝置的方法 將參考圖3到5進行描述。
[0145] 感應耦合方法
[0146] 圖3是示出其中根據感應耦合方法將電力從無線電力發送器傳輸到電子裝置的 概念的視圖。
[0147] 在無線電力發送器100的電力以感應耦合方法傳輸時，如果流經處在電力傳輸單 元110中的初級線圈的電流強度發生改變，則穿過初級線圈的磁場可通過電流發生變化。 該變化的磁場在無線電力接收器200中的次級線圈處產生感應電動勢。
[0148] 根據前述的方法，無線電力發送器100的電力轉換單元111可包括在磁感應中作 為初級線圈操作的發送（Tx)線圈1111a。而且，無線電力接收器200的電力接收單元291 可包括在磁感應中作為次級線圈操作的接收（Rx)線圈2911a。
[0149] 首先，無線電力發送器100和無線電力接收器200以在無線電力發送器100 -側 的發送線圈111 la和在無線電力接收器200 -側的接收線圈彼此臨近放置這樣的方式而布 置。然后，如果電力傳輸控制單元112控制發送線圈（Tx線圈）1111a的電流變化，則接收 單元291使用感應到接收線圈（Rx線圈）2911a的電動勢力控制電力被供應給無線電力接 收器200。
[0150] 通過感應耦合方法的無線電力傳輸的效率很少受頻率特性的影響，但是受到包括 每個線圈的無線電力發送器100和無線電力接收器200之間的對準和距離的影響。
[0151] 另一方面，為了執行感應耦合方法的無線電力傳輸，無線電力發送器100可被配 置成包括以平面形式的接口表面（未示出）。一個或多個電子裝置可被放置在接口表面的 上部處，并且發送線圈1111a可被安裝在接口表面的下部處。在這種情況下，安裝在接口表 面的下部處的發送線圈1111a和放置在接口表面的上部處的無線電力接收器200的接收線 圈2911a之間形成小尺寸的垂向間隔，并且因而線圈之間的距離變得足夠小以有效地實現 符合感應耦合方法進行的無接觸電力傳輸。
[0152] 而且，對準指示符（未示出）指示其中無線電力接收器200被放置在接口表面的 上部處的位置。對準指示符指示無線電力接收器200的位置，其中在安裝在接口表面的下 部處的發送線圈1111a和接收線圈2911a之間的對準可被適當地實現。對準指示符可替代 地為簡單的標記，或可形成為用于引導無線電力接收器200的位置的突出結構的形式。另 夕卜，對準指示符可以形成為諸如安裝在接口表面的下部處的磁鐵的磁體的形式，因而引導 線圈通過相互的磁性而被合適地安排到安裝在無線電力接收器200中的具有相反極性的 磁體。
[0153] 另一方面，無線電力發送器100可形成為包含一個或多個發送線圈。無線電力發 送器100可選擇地使用在該一個或多個發送線圈之中的與無線電力接收器200的接收線圈 2911a合適配置的某些線圈以提高電力傳輸效率。包含一個或多個發送線圈的無線電力發 送器100稍后參考圖5進行描述。
[0154] 下文中，適用于本文公開的實施例的使用感應耦合方法的無線電力發送器和無線 電力接收器的配置將詳細地描述。
[0155] 感應耦合方法中的無線電力發送器和電子裝置
[0156] 圖4是示出可以在本文公開的實施例中使用的磁感應方法中無線電力發送器100 和無線電力接收器200的部分的框圖。包含在無線電力發送器100的電力傳輸單元110的 配置將參考圖4A描述，并且包含在無線電力接收器200中的電源單元290的配置將參考圖 4B描述。
[0157] 參考圖4A，無線電力發送器100的電力轉換單元111可包括發送（Tx)線圈1111a 和逆變器1112。
[0158] 根據如上所述的電流變化，發送線圈1111a可形成對應于無線電力信號的磁場。 發送線圈1111a可替換地實現為平面螺旋型或圓柱螺線管型。
[0159] 逆變器1112將從電源單元190獲得的DC輸入轉換成AC波形。由逆變器1112轉 換的AC電流驅動包括發送線圈1111a和電容器（未示出）的諧振電路以在發送線圈1111a 中形成磁場。
[0160] 此外，電力轉換單元111可進一步包括定位單元1114。
[0161] 定位單元1114可移動或轉動發送線圈1111a以提高使用感應稱合方法的無接觸 電力傳輸的有效性。如上所述，這是因為包括初級線圈和次級線圈的無線電力發送器1〇〇 和無線電力接收器200之間的對準和距離可影響使用感應耦合方法的電力傳輸。特別地， 當無線電力接收器200沒有存在在無線電力發送器100的有源區域中時定位單元1114可 被使用。
[0162] 此外，定位單元1114可包括驅動單元（未示出），用于移動發送線圈1111a以使 得無線電力發送器100的發送線圈1111a和無線電力接收器200的接收線圈2911a的中心 到中心的距離在預定的范圍內，或轉動發送線圈1111a以使得發送線圈1111a和接收線圈 2911a的中心彼此重疊。
[0163] 為此目的，無線電力發送器100可進一步包括由用于檢測無線電力接收器200的 位置的傳感器構成的檢測單元（未示出），以及電力傳輸控制單元112可基于從位置檢測傳 感器接收的無線電力接收器200的位置信息控制定位單元1114。
[0164] 而且，為此，電力傳輸控制單元112可通過電力通信調制/解調單元113接收關于 無線電力接收器200的對準或距離的控制信息，并基于接收的關于對準或距離的控制信息 控制定位單元1114。
[0165] 如果電力轉換單元111被配置成包括多個發送線圈，則定位單元1114可確定多個 線圈中的哪一個要被用于電力傳輸。包括多個發送線圈的無線電力發送器100的配置稍后 將參考圖5進行描述。
[0166] 另一方面，電力轉換單元111可進一步包括電力感測單元1115。在無線電力發送 器100 -側的電力感測單元1115監視流進發送線圈1111a中的電流或電壓。電力感測單 元1115被提供用于檢查無線電力發送器100是否正常操作，并且因而電力感測單元1115 可檢測從外部供應的電力的電壓和電流，以及檢查該檢測的電壓或電流是否超過閾值。盡 管未示出，電力感測單元1115可包括用于檢測從外部供應的電力的電壓或電流的電阻器 和用于將檢測的電力的電壓值或電流值與閾值進行比較以輸出比較結果的比較器。基于電 力感測單元1115的檢查結果，電力傳輸控制單元112可控制開關單元（未示出）以切斷應 用到發送線圈1111a的電力。
[0167] 參考圖4B，無線電力接收器200的電源單元290可包括接收（Rx)線圈2911a和整 流器2913。
[0168] 通過形成在發送線圈1111a中的磁場的變化，電流被感應進接收線圈2911a中。接 收線圈2911a的實現類型可以是類似于發送線圈1111a的平面螺旋型或圓柱螺線管型。
[0169] 而且，串聯或并聯電容器可被配置成連接到接收線圈2911a以提高無線電力接收 的有效性或執行諧振檢測。
[0170] 接收線圈2911a可以是單個線圈或多個線圈的形式。
[0171] 整流器2913對電流執行全波整流以將交流電轉換成直流電。例如，整流器2913 可實現為由四個二極管構成的全橋整流器或使用有源部件的電路。
[0172] 此外，整流器2913可進一步包括用于將被整流的電流轉換成更平和穩定的直流 電的穩壓器。而且，整流器2913的輸出電力被供應給電源單元290的每個組成元件。而且， 整流器2913進一步包括用于將輸出DC電力轉換成合適的電壓以將其調節成每個組成元件 (例如，諸如充電器298的電路）所需電力的DC-DC轉換器。
[0173] 電力通信調制/解調單元293可被連接到電力接收單元291，并且可被配置有電阻 元件，其中電阻關于直流電變化，并且可被配置有電容元件，其中電抗關于交流電變化。電 力接收控制單元292可改變電力通信調制/解調單元293的電阻或電抗以調制電力接收單 元291接收到的無線電力信號。
[0174] 另一方面，電源單元290可進一步包括電力感測單元2914。在無線電力接收器200 一側的電力感測單元2914監視由整流器2913整流的電力的電壓和/或電流，并且如果作 為監視結果整流的電力的電壓和/或電流超過閾值，則電力接收控制單元292將電力控制 消息傳輸到無線電力發送器1〇〇以傳輸合適的電力。
[0175] 被配置為何括一個或多個發送線圈的無線電力發送器
[0176] 圖5是示出被配置成根據可在本文公開的實施例中使用的感應耦合方法接收電 力的具有一個或多個發送線圈的無線電力發送器的框圖。
[0177] 參考圖5,根據本文公開的實施例的無線電力發送器100的電力轉換單元111可包 括一個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n。一個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n可 以是部分重疊初級線圈的陣列。有源區可以由一個或多個發送線圈中的一些來確定。
[0178] -個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n可被安裝在接口表面的下部處。而且， 電力轉換單元111可進一步包括用于建立和釋放一個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n 中的一些的連接的多路復用器。
[0179] 在檢測放置在接口表面的上部處的無線電力接收器200的位置之后，電力傳輸控 制單元112可考慮無線電力接收器200的檢測位置來控制多路復用器1113,因而允許在一 個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n之中的可被放置在與無線電力接收器200的接收線 圈2911a的感應耦合關系的線圈彼此連接。
[0180] 為此目的，電力傳輸控制單元112可獲得無線電力接收器200的位置信息。例如， 通過在無線電力發送器100中提供的位置檢測單元（未示出），電力傳輸控制單元112可獲 得接口表面上的無線電力接收器20的位置。對于另一個示例，電力傳輸控制單元112可交 替地接收分別指示來自接口表面上的對象的無線電力信號的強度的電力控制消息或指示 使用一個或多個發送線圈lllla-Ι到lllla-n的對象的識別信息的電力控制消息，并且基 于該接收的結果確定其是否位于臨近于一個或多個發送線圈中的哪一個，因而獲得無線電 力接收器200的位置信息。
[0181] 另一方面，在無線電力發送器100以無線方式將電力傳輸到無線電力接收器200 時，作為接口表面的部分的有源區可表示具有高效的磁場能通過的部分。此時，形成穿過有 源區的磁場的單個發送線圈或一個或多個發送線圈的組合可被指定為初級單元。此外，電 力傳輸控制單元112可基于檢測到的無線電力接收器200的位置而確定有源區，并且建立 對應于有源區的初級單元的連接以控制多路復用器1113,因而允許無線電力接收器200的 接收線圈2911a和屬于初級單兀的線圈被放直為感應稱合關系。
[0182] 而且，電力轉換單元111可進一步包括用于控制阻抗以形成具有連接到其的線圈 的諧振電路的阻抗匹配單元（未示出）。
[0183] 下文中，允許無線電力發送器根據諧振耦合的方法傳輸電力的方法將參考圖6到 8進行公開。
[0184] 諧振耦合方法
[0185] 圖6是示出根據諧振耦合方法將電力以無線方式從無線電力發送器傳輸到電子 裝置的概念的視圖。
[0186] 首先，諧振將如下簡要地描述。諧振指的是在周期性地接收與振動系統的固有頻 率相同頻率的外力時，振動的振幅顯著地增加的現象。諧振是發生在諸如機械振動、電振動 等等各種振動處的現象。一般地，在將來自外部的振動力施加到振動系統時，如果其固有頻 率與外部施加力的頻率相同，則振動變強，因此增加寬度。
[0187] 根據相同的原理，在預定距離內彼此分離的多個振動體以相同頻率振動時，多個 振動體彼此諧振，并且在此情況下，導致多個振動體之間的電阻減小。在電子電路中，諧振 電路可用電感器和電容器構成。
[0188] 在無線電力發送器100根據感應耦合方法傳輸電力時，具有特定振動頻率的磁場 由電力傳輸單元110中的交流電流電力形成。如果諧振現象通過形成的磁場發生在無線電 力接收器200中，則電力由無線電力接收器200中的諧振現象產生。
[0189] 諧振頻率由下面等式1中的公式確定。
[0190] [等式 1]
[0191]

【權利要求】
1. 一種無線電力發送器，所述無線電力發送器被配置成以無線方式將電力傳輸到無線 電力接收器，所述發送器包括： 第一線圈，所述第一線圈被配置成將電流轉換成磁通量； 第二線圈，所述第二線圈被配置成在平面上臨近于所述第一線圈； 第三線圈，所述第三線圈被配置成與所述第一和第二線圈具有不同的形狀并且具有分 別重疊所述第一和第二線圈的至少一部分，以及 控制器，所述控制器被配置成確定在所述第一、第二和第三線圈中要被激活的線圈。
2. 根據權利要求1所述的無線電力發送器，其中，所述控制器選擇性地將多個電壓中 的一個施加到所述第三線圈。
3. 根據權利要求2所述的無線電力發送器，其中，所述控制器控制驅動電路單元，以及 其中，所述驅動電路單元包括連接到第一電容器的第一開關，以及連接到第二電容器 的第二開關以及并聯連接到所述第三線圈的所述第一電容器和所述第二電容器。
4. 根據權利要求3所述的無線電力發送器，其中，根據標準是否對應于彼此不同的第 一標準或第二標準，控制所述第一和第二開關以將所述多個電壓中的一個施加到所述第三 線圈。
5. 根據權利要求1所述的無線電力發送器，其中，所述控制器將輸入電壓施加到所述 第一、第二和第三線圈中的至少一個，并且在所述標準的檢測之后，升高或降低所述輸入電 壓以對應于所述標準。
6. 根據權利要求5所述的無線電力發送器，其中，所述控制器在所述標準是所述第一 標準時確定要控制所述第一、第二和第三線圈中的哪一個，并且在所述標準是所述第二標 準時通過升高施加到所述第三線圈的所述輸入電壓執行頻率控制。
7. 根據權利要求6所述的無線電力發送器，其中，所述第一和第二線圈是符合所述第 一標準施加有所述輸入電壓的線圈，以及 其中，所述第三線圈被設定以使得高于所述輸入電壓的電壓被施加到所述第三線圈。
8. 根據權利要求6所述的無線電力發送器，其中，所述第一和第二線圈是符合所述第 一標準對其執行頻率控制或電壓控制的線圈，以及 其中，所述第三線圈是符合所述第一標準對其執行所述電壓控制的線圈。
9. 根據權利要求1所述的無線電力發送器，其中，所述第一和第二線圈被纏繞成其中 至少部分是直的（線性的）四邊形形狀，以及 其中，所述第三線圈被纏繞成圓形形狀。
10. 根據權利要求9所述的無線電力發送器，其中，所述第一和第二線圈由單層構成， 以及 其中，所述第三線圈以所述線圈在其內側處連接并且被纏繞成多層的方式由多層構 成。
11. 根據權利要求9所述的無線電力發送器，其中，所述第三線圈是符合所述第一標準 和所述第二標準二者的線圈，以及 其中，所述第一和第二線圈是符合所述第一標準的線圈。
12. -種無線電力傳輸方法，所述方法被配置成以無線方式將電力傳輸到無線電力接 收器，所述方法包括： 將輸入電壓施加到所述第一、第二和第三線圈中的至少一個， 檢測應用到所述無線電力接收器的標準以對應于所述輸入電壓， 在所述標準是第一標準時檢測從所述第一、第二和第三線圈中要被驅動的線圈，以及 在所述標準是第二標準時驅動所述第三線圈。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，在所述標準是所述第一標準時，檢測要被驅動 的線圈被執行以檢測要被驅動的線圈是否是被纏繞成四邊形形狀的線圈或被纏繞成圓形 形狀的線圈。
14. 根據權利要求13所述的方法，其中，在所述要被驅動的線圈是被纏繞成所述圓形 形狀的線圈時升高所述輸入電壓，以及在所述要被驅動的線圈是被纏繞成四邊形形狀的線 圈時維持所述輸入電壓。
15. 根據權利要求12所述的方法，其中，在所述標準是所述第二標準時升高所述輸入 電壓并且執行頻率控制。
16. -種無線充電系統： 發送器，所述發送器被配置成以無線方式傳輸電力，以及 接收器，所述接收器被配置成以無線方式接收電力， 其中，所述發送器包括： 第一線圈，所述第一線圈被配置成將電流轉換成磁通量； 第二線圈，所述第二線圈被配置成在平面上臨近于所述第一線圈； 第三線圈，所述第三線圈被配置成具有與所述第一和第二線圈不同的形狀并且具有分 別重疊所述第一和第二線圈的至少一部分，以及 控制器，所述控制器被配置成確定所述第一、第二和第三線圈中要被激活的線圈。
17. 根據權利要求16所述的系統，其中，所述控制器選擇性地將多個電壓中的一個施 加到所述第三線圈。
18. 根據權利要求16所述的系統，其中，所述控制器將輸入電壓施加到所述第一、第二 和第三線圈中的至少一個，并且在所述標準的檢測之后，升高或降低所述輸入電壓以對應 于所述標準。
19. 根據權利要求16所述的系統，其中，所述第一和第二線圈被纏繞成其中至少部分 是直的（線性的）四邊形形狀，以及所述第三線圈被纏繞成圓形形狀。
【文檔編號】H02J17/00GK104218685SQ201410391815
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2013年6月3日
【發明者】樸鎮茂, 李在成, 李至賢, 徐丁教, 樸鎬萬 申請人:Lg電子株式會社