無(wú)線電力接收器和管理其電力的方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)為2013年2月21日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01310055842.2、發(fā)明名稱為"無(wú)線電力 接收器和管理其電力的方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[000；3] 本申請(qǐng)要求于2012年2月21日提交的標(biāo)題為"APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER AND SYSTEM FOR TRANSM口TING WIRELESS P0WER(用于接收無(wú)線電力的 設(shè)備和用于傳送無(wú)線電力的系統(tǒng)r的韓國(guó)專利申請(qǐng)No. 10-2012-0017295和于2012年3月5 日提交的標(biāo)題為 "APPARATUS FOR RECEIVING WIRELESS POWER AND SYSTEM FOR TRANSM口TING WIRELESS PO肥R AND MET冊(cè)D FOR DELIVERING WIRELESS PO肥R(用于接收 無(wú)線電力的設(shè)備和用于傳送無(wú)線電力的系統(tǒng)W及用于遞送無(wú)線電力的方法r的韓國(guó)專利 申請(qǐng)No. 10-2012-0022239,在此通過(guò)引用將其內(nèi)容整體合并在本申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本公開設(shè)及一種無(wú)線電力傳輸技術(shù)。更加特別地，本公開設(shè)及一種能夠最大化電 力傳輸中的電力傳輸效率的無(wú)線電力接收器和管理其電力的方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 無(wú)線電力傳輸或者無(wú)線能量傳遞指的是向所期望的設(shè)備無(wú)線地傳遞電能的技術(shù)。 在19世紀(jì)，已經(jīng)廣泛地使用了采用電磁感應(yīng)原理的電動(dòng)機(jī)或者變壓器，并且然后已經(jīng)提出 了用于通過(guò)福射諸如無(wú)線電波或者激光的電磁波而傳輸電能的方法。實(shí)際上，在日常生活 中頻繁地使用的電動(dòng)牙刷或者電動(dòng)剌刀是基于電磁感應(yīng)原理而被充電的。電磁感應(yīng)指的是 其中電壓被感應(yīng)使得當(dāng)在導(dǎo)體周圍的磁場(chǎng)變化時(shí)電流流動(dòng)的現(xiàn)象。雖然圍繞小型裝置電磁 感應(yīng)技術(shù)的商業(yè)化已經(jīng)有了快速的進(jìn)步，但是電力傳輸距離短。
[0006] 至今，無(wú)線電能傳輸方案包括基于除了電磁感應(yīng)之外的諧振和短波射頻的遠(yuǎn)程通 訊技術(shù)。
[0007] 最近，在無(wú)線電力傳輸技術(shù)當(dāng)中，采用諧振的電能傳輸方案已經(jīng)被廣泛地使用。 [000引在采用諧振的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)線圈無(wú)線地傳輸在無(wú)線電力傳送器 和無(wú)線電力接收器之間產(chǎn)生的電信號(hào)，所W用戶可W容易地對(duì)諸如便攜式裝置的電器充 電。
[0009] 然而，由于典型的無(wú)線電力接收器采用DC-DC轉(zhuǎn)換器，無(wú)線電力接收器不能克服與 電力傳輸效率有關(guān)的問(wèn)題和由尺寸造成的成本問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本公開提供一種無(wú)線電力接收器和管理其電力的方法，該無(wú)線電力接收器能夠增 加無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的電力傳輸?shù)男?，減少無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的成 本，并且減少無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的整體尺寸。
[0011] 本公開提供一種能夠最小化電力損耗的無(wú)線電力接收器和管理其電力的方法。
[0012] 本公開提供一種無(wú)線電力接收器和管理其電力的方法，該無(wú)線電力接收器能夠通 過(guò)檢測(cè)被供應(yīng)到負(fù)載的電力并且將檢測(cè)到的電力的狀態(tài)信息傳送到傳送器來(lái)調(diào)節(jié)被傳送 到負(fù)載的電力。
[0013] 本公開提供一種通過(guò)被傳送到負(fù)載的電力的檢測(cè)防止過(guò)電壓被施加到負(fù)載從而 保護(hù)負(fù)載的無(wú)線電力接收器，和管理其電力的方法。
[0014] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種無(wú)線電力接收器，該無(wú)線電力接收器從無(wú)線電力傳送 器無(wú)線地接收電力并且將電力傳送到負(fù)載。無(wú)線電力接收器包括接收單元，該接收單元從 無(wú)線電力傳送器接收AC電力，該無(wú)線電力傳送器從電源裝置接收電力;整流單元，該整流單 元將接收到的AC電力整流成DC電力；W及電力管理單元，該電力管理單元基于整流的DC電 力管理被傳送到負(fù)載的電力。
[0015] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種管理無(wú)線電力接收器中的電力的方法，所述無(wú)線電力 接收器從無(wú)線電力傳送器無(wú)線地接收電力并且將電力傳送到負(fù)載。該方法包括:從無(wú)線電 力傳送器接收AC電力，該無(wú)線電力傳送器從電源裝置接收電力;將AC電力整流成DC電力；W 及基于整流的DC電力管理被傳送到負(fù)載的電力。
[0016] 實(shí)施例具有下述效果。
[0017] 首先，無(wú)線電力傳送器和無(wú)線電力接收器之間的電力傳輸?shù)男誓軌虮辉黾樱瑹o(wú) 線電力傳輸系統(tǒng)的成本能夠被減少，并且無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的整體尺寸能夠被減少。
[0018] 第二，通過(guò)使用電力管理單元替代DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠最小化電力損耗。
[0019] 第=，被供應(yīng)到負(fù)載的電力被檢測(cè)，并且被檢測(cè)到的電力的狀態(tài)被傳送到無(wú)線電 力傳送器，使得被調(diào)節(jié)的電力能夠被供應(yīng)到負(fù)載。
[0020] 第四，被供應(yīng)到負(fù)載的電力被檢測(cè)，從而防止過(guò)電壓被施加到負(fù)載W保護(hù)負(fù)載。
[0021] 同時(shí)，在實(shí)施例的描述中將會(huì)直接地和間接地描述其它的各種效果。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的視圖；
[0023] 圖2是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的傳輸感應(yīng)線圈的等效電路的電路圖；
[0024] 圖3是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電源裝置和無(wú)線電力傳送器的等效電路的電路圖；
[0025] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的無(wú)線電力接收器的等效電路的電路圖；
[0026] 圖5是示出根據(jù)另一實(shí)施例的無(wú)線電力接收器的框圖；
[0027] 圖6是示出當(dāng)從圖5的DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入端子到負(fù)載看時(shí)獲得的阻抗的變化的視 圖；
[0028] 圖7是示出根據(jù)又一實(shí)施例的包括無(wú)線電力接收器的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的框圖；
[0029] 圖8是根據(jù)又一實(shí)施例的是無(wú)線電力接收器的組件的電壓限制單元的視圖；
[0030] 圖9是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的管理無(wú)線電力接收器的電力的方法的流程圖；
[0031 ]圖10示出根據(jù)又一實(shí)施例的無(wú)線電力接收器的結(jié)構(gòu)的視圖；
[0032] 圖11是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制器的結(jié)構(gòu)的視圖；
[0033] 圖12是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開關(guān)的各種結(jié)構(gòu)的視圖；W及
[0034] 圖13是示出根據(jù)電力管理單元和DC-DC轉(zhuǎn)換器被使用的情況的結(jié)構(gòu)、成本、W及效 率的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 在下文中，將會(huì)參考附圖詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)施例。
[0036] 圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的諧振型無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)1000的電路圖。
[0037] 參考圖1，無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)1000可W包括電源裝置100、無(wú)線電力傳送器200、無(wú) 線電力接收器300、W及負(fù)載400。
[0038] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電源裝置100可W被包括在無(wú)線電力傳送器200中。
[0039] 無(wú)線電力傳送器200可W包括傳輸感應(yīng)線圈210和傳輸諧振線圈220。
[0040] 無(wú)線電力接收器300可W包括接收諧振線圈310、接收感應(yīng)線圈320W及整流單元 330。
[0041 ]電源裝置100的兩個(gè)端子被連接到傳輸感應(yīng)線圈210的兩個(gè)端子。
[0042] 傳輸諧振線圈220可W與傳輸感應(yīng)線圈210隔開了預(yù)定的距離。
[0043] 接收諧振線圈310可W與接收感應(yīng)線圈320隔開了預(yù)定的距離。
[0044] 接收感應(yīng)線圈320的兩個(gè)端子被連接到整流單元330的兩個(gè)端子，并且負(fù)載400被 連接到整流單元330的兩個(gè)端子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，負(fù)載400可W被包括在無(wú)線電力接收器 300 中。
[0045] 從電源裝置100生成的電力被傳送到無(wú)線電力傳送器200。在無(wú)線電力傳送器200 中接收到的電力被傳送到無(wú)線電力接收器300,該無(wú)線電力接收器300由于諧振現(xiàn)象與無(wú)線 電力傳送器諧振，即，具有與無(wú)線電力傳送器200的諧振頻率相同的諧振頻率。
[0046] 在下文中，將更加詳細(xì)地描述電力傳輸過(guò)程。
[0047] 電源裝置100生成具有預(yù)定頻率的AC電力并且將該AC電力傳送到無(wú)線電力傳送器 200。
[0048] 傳輸感應(yīng)線圈210和傳輸諧振線圈220被相互電感禪合。換言之，如果AC電流由于 從電源裝置100接收到的電力而流過(guò)傳輸感應(yīng)線圈210,則AC電流將由于電磁感應(yīng)被感應(yīng)到 與傳輸感應(yīng)線圈210物理地隔開的傳輸諧振線圈220。
[0049] 其后，通過(guò)諧振，在傳輸諧振線圈220中接收到的電力被傳送到無(wú)線電力接收器 300,無(wú)線電力接收器300與無(wú)線電力傳送器200構(gòu)成諧振電路。
[0050] 通過(guò)諧振，在相互阻抗匹配的兩個(gè)LC電路之間能夠傳輸電力。當(dāng)與通過(guò)電磁感應(yīng) 傳輸?shù)碾娏ο啾容^時(shí)，能夠W較高的效率更遠(yuǎn)地傳輸通過(guò)諧振傳輸?shù)碾娏Α?br>[0051] 接收諧振線圈310通過(guò)諧振從傳輸諧振線圈220接收電力。AC電流由于接收到的電 力而流過(guò)接收諧振線圈310。由于電磁感應(yīng)，在接收諧振線圈310中接收到的電力被傳送到 與接收諧振線圈310電感禪合的接收感應(yīng)線圈320。在接收感應(yīng)線圈320中接收到的電力通 過(guò)整流單元330被整流并且被傳送到負(fù)載400。
[0052] 傳輸感應(yīng)線圈210、傳輸諧振線圈220、接收諧振線圈310、W及接收感應(yīng)線圈320可 W具有圓形、楠圓形、或者矩形的形狀，但是實(shí)施例不限于此。
[0053] 無(wú)線電力傳送器200的傳輸諧振線圈220可W通過(guò)磁場(chǎng)將電力傳送到無(wú)線電力接 收器300的接收諧振線圈310。
[0054] 詳細(xì)地，傳輸諧振線圈220和接收諧振線圈310被相互諧振禪合，使得傳輸諧振線 圈220和接收諧振線圈310在諧振頻率下操作。
[0055] 傳輸諧振線圈220和接收諧振線圈310之間的諧振禪合能夠顯著地提高無(wú)線電力 傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的電力傳輸效率。
[0056] 根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)執(zhí)行電力傳輸時(shí)，無(wú)線電力傳送 器200不包括傳輸諧振線圈220,并且無(wú)線電力接收器300不包括接收諧振線圈310。
[0057] 在無(wú)線電力傳輸中品質(zhì)因數(shù)和禪合系數(shù)是重要的。換言之，隨著品質(zhì)因數(shù)和禪合 系數(shù)的值被增加，能夠逐漸地提高電力傳輸效率。
[0058] 品質(zhì)因數(shù)可W指的是可W被存儲(chǔ)在無(wú)線電力傳送器200或者無(wú)線電力接收器300 附近的能量的指數(shù)。
[0059] 品質(zhì)因數(shù)可W根據(jù)工作頻率O W及線圈的形狀、尺寸W及材料而變化。品質(zhì)因數(shù) 可W被表達(dá)為下述等式，Q= ?*L/R。在上述等式中，L指的是線圈的電感并且R指的是與在 線圈中引起的功率損耗的量相對(duì)應(yīng)的電阻。
[0060] 品質(zhì)因數(shù)可W具有0至無(wú)窮大的值。隨著品質(zhì)因數(shù)的值被增加，能夠提高無(wú)線電力 傳送器200和無(wú)線電力接收器300之間的電力傳輸效率。
[0061] 禪合系數(shù)表示傳輸線圈和接收線圈之間的電感磁禪合的程度，并且具有0至1的 值。
[0062] 禪合系數(shù)可W根據(jù)傳輸線圈和接收線圈之間的相對(duì)位置和距離而變化。
[0063] 圖2是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的傳輸感應(yīng)線圈210的等效電路的電路圖。
[0064] 如在圖2中所示，傳輸感應(yīng)線圈210可W包括電感器Ll和電容器Cl,并且通過(guò)電感 器Ll和電容器Cl可W構(gòu)造具有所想要的電感和所想要的電容的電路。
[0065] 傳輸感應(yīng)線圈210可W被構(gòu)造成等效電路，其中電感器Ll的兩個(gè)端子被連接到電 容器Cl的兩個(gè)端子。換言之，傳輸感應(yīng)線圈210可W被構(gòu)造為電感器Ll被并聯(lián)地連接到電容 器Cl的等效電路。
[0066] 電容器Cl可W包括可變電容器，并且通過(guò)調(diào)整電容器Cl的電容可W執(zhí)行阻抗匹 配。傳輸諧振線圈22