本實施方式涉及具有無線電力發(fā)送器的無線電力傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常，各種電子裝置采用電池并且通過使用電池中充電的電力而被驅(qū)動。在這種情況下，電子裝置的電池可以被更換或者再充電。電子裝置可以包括用于與外部充電設(shè)備進(jìn)行接觸以便對電池進(jìn)行充電的接觸端子。即，電子裝置通過接觸端子電連接至充電設(shè)備。然而，接觸端子可能暴露于電子裝置的外部，使得接觸端子可能會被污染或由于潮濕而短路。在這種情況下，接觸端子與充電設(shè)備之間可能會產(chǎn)生接觸錯誤，使得電子裝置的電池可能不會被充電。

為了解決上述問題，已經(jīng)提出了無線電力傳輸系統(tǒng)。

作為無需任何導(dǎo)線而通過空間傳輸電力的技術(shù)的無線電力傳輸系統(tǒng)使向移動裝置和數(shù)字家用電器供給電力的便利性最大化。

無線電力傳輸系統(tǒng)可以通過使用電池的再充電來經(jīng)由實時電力使用控制來節(jié)省能量，克服對電力供給的空間限制并且降低消耗的功率。

實現(xiàn)無線電力傳輸系統(tǒng)的方式通常分為磁感應(yīng)方式和磁共振方式。

磁感應(yīng)方式可以利用數(shù)百KHz的頻率，其中，磁感應(yīng)方式是以下非接觸式能量傳輸技術(shù)：其通過允許兩個線圈彼此緊密靠近并且允許電流流過另一線圈所產(chǎn)生的磁通量的介質(zhì)來在一個線圈處產(chǎn)生電動勢。

磁共振方式可以具有幾米或更多的可傳輸距離并且使用幾十MHz的帶寬，其中，磁共振方式是使用電場或磁場而不使用任何電磁波或電流的磁共振技術(shù)。

在發(fā)送電力的發(fā)送器與接收電力的接收器之間的電力傳輸效率、阻抗匹配以及無線電力傳輸系統(tǒng)中的目標(biāo)接收器的選擇方面，重要的是通過改變電力供給的電壓來生成無線電力傳輸系統(tǒng)所需的電壓。

然而，由于系統(tǒng)另外地包括用于對發(fā)送器和接收器中包括的線圈的電壓或電流進(jìn)行感測的電路以及用于通過發(fā)送器與接收器之間的通信來控制電壓的電路，所以系統(tǒng)的容量和復(fù)雜性增加。

另外，在包括磁感應(yīng)方式和磁共振方式的無線電力發(fā)送器中，由于電磁感應(yīng)方式和磁共振方式在輸出電壓的范圍和輸出類型方面彼此不同，所以無線電力發(fā)送器必需采用以電磁感應(yīng)方式驅(qū)動的變壓器和以磁共振方式驅(qū)動的變壓器——即兩個獨立的變壓器，使得電路設(shè)計的成本和復(fù)雜性增加。由于無線電力傳輸系統(tǒng)的電路復(fù)雜性增加，所以從無線電力發(fā)送器的部件產(chǎn)生的熱和電磁波可能會使部件的性能劣化。另外，從部件產(chǎn)生的熱和電磁波可能會使無線電力接收器劣化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實施方式提供了具有無線電力發(fā)送器的無線電力傳輸系統(tǒng)，其中，無線電力發(fā)送器能夠根據(jù)電力傳輸方式和效率來改變DC-DC變壓器的輸出電壓的振幅，而減小DC-DC變壓器的輸出電壓的誤差。

另外，實施方式提供了具有無線電力發(fā)送器的無線電力傳輸系統(tǒng)，其中，無線電力傳輸系統(tǒng)能夠通過對控制單元的輸出控制端口進(jìn)行可變控制來主動地控制DC-DC變壓器的輸出而不考慮DC-DC變壓器的特性。

另外，實施方式提供了具有無線電力發(fā)送器的無線電力傳輸系統(tǒng)，其中，無線電力發(fā)送器包括選擇單元，該選擇單元能夠通過使用一個變壓器和用于控制選擇單元的控制單元來適當(dāng)?shù)剡x擇磁感應(yīng)方式和磁共振方式中的一種方式。

另外，實施方式提供了具有改進(jìn)的性能的無線電力發(fā)送器。

另外，實施方式提供了具有阻擋電磁波功能的無線電力發(fā)送器。

另外，實施方式提供了具有輻射熱功能的無線電力發(fā)送器。

根據(jù)實施方式，提供了一種無線電力發(fā)送器，該無線電力發(fā)送器包括：基板；第一阻擋單元，該第一阻擋單元布置在基板上方并且由金屬材料形成；第二阻擋單元，該第二阻擋單元在所述第一阻擋單元上方；以及無線發(fā)送單元，該無線發(fā)送單元安裝在第一阻擋單元和第二阻擋單元中的至少一個上，其中，無線發(fā)送單元包括：包含第一發(fā)送線圈的第一無線發(fā)送單元；包含第二發(fā)送線圈的第二無線發(fā)送單元；以及控制單元，該控制單元根據(jù)電力傳輸方式進(jìn)行控制使得AC電力被輸出至無線發(fā)送單元中的一個無線發(fā)送單元的發(fā)送線圈。

根據(jù)實施方式，無線電力傳輸系統(tǒng)可以根據(jù)電力傳輸方式和效率來改變DC-DC變壓器的輸出電壓的振幅，而減小DC-DC變壓器的輸出電壓的誤差。

另外，根據(jù)實施方式，無線電力傳輸系統(tǒng)可以通過對控制單元的輸出控制端口進(jìn)行可變控制來主動地控制DC-DC變壓器的輸出而不考慮DC-DC變壓器的特性。

另外，根據(jù)實施方式，無線電力傳輸系統(tǒng)可以通過使用一個變壓器來選擇磁感應(yīng)方式和磁共振方式中的一種方式并且提供適當(dāng)?shù)碾娏Α?/p>

另外，根據(jù)實施方式的無線電力發(fā)送器，阻擋單元介于部件與無線發(fā)送單元之間以使部件與無線發(fā)送單元彼此隔離。即，阻擋單元阻擋從與部件對應(yīng)的無線發(fā)送單元產(chǎn)生的熱和電磁波。

附圖說明

圖1是示出應(yīng)用實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)的框圖。

圖2是示出根據(jù)實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖。

圖3是根據(jù)實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。

圖4是沿圖2的線A-A'截取的剖面圖。

圖5是示出根據(jù)另一實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖。

圖6是根據(jù)另一實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。

圖7是沿圖5的線B-B'截取的剖面圖。

圖8是示出根據(jù)又一實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖。

圖9是根據(jù)又一實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。

圖10是沿圖8的線C-C'截取的剖面圖。

圖11和圖12是示出根據(jù)實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器的框圖。

圖13是示出根據(jù)實施方式的傳輸類型選擇單元和電力變換單元的框圖。

圖14是示出根據(jù)實施方式的轉(zhuǎn)換單元和控制單元的框圖。

圖15是示出根據(jù)實施方式的控制器的子系統(tǒng)的框圖。

圖16是示出從檢測接收器的步驟到從發(fā)送器向接收器發(fā)送電力的步驟的過程的流程圖。

圖17是示出發(fā)送器天線系統(tǒng)中的線圈布置關(guān)系的剖面圖。

圖18是示出包括發(fā)送器天線的共振線圈和感應(yīng)線圈或者僅感應(yīng)線圈的線圈單元的圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖來描述實施方式。在下面描述中，為了說明的目的，相同的部件會被分配有相同的附圖標(biāo)記。如果確定了關(guān)于公知功能或配置的描述可能會使實施方式的主題不清楚，則將省略其細(xì)節(jié)。

圖1是示出應(yīng)用實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)的框圖。

參照圖1，根據(jù)實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)1包括無線電力發(fā)送器100和無線電力接收器1000。

無線電力發(fā)送器100連接至電源以從電源接收電力。無線電力發(fā)送器100以無線的方式發(fā)送電力。在這種情況下，無線電力發(fā)送器100可以發(fā)送AC電力。因此，無線電力發(fā)送器100以各種充電方式發(fā)送電力。在這種情況下，傳輸方式包括電磁感應(yīng)方式、共振方式和RF/微波輻射方式。即，至少一種充電方式被預(yù)先設(shè)置給無線電力發(fā)送器100。無線電力發(fā)送器100可以以預(yù)設(shè)充電方式發(fā)送電力。

無線電力接收器1000以無線方式接收電力。在這種情況下，無線電力接收器1000可以接收AC電力。無線電力接收器1000可以將AC電力變換成DC電力。在這種情況下，無線電力接收器1000根據(jù)各種充電方式接收電力。在這種情況下，接收方式包括電磁感應(yīng)方式、共振方式和RF/微波方式。即，至少一種充電方式被預(yù)先設(shè)置給無線電力接收器1000。無線電力接收器1000可以以預(yù)設(shè)充電方式接收電力。無線電力接收器1000可以通過使用電力來驅(qū)動。

圖2是示出根據(jù)實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖，其中，圖2的(a)是無線電力發(fā)送器的主透視圖，而圖2的(b)是無線電力發(fā)送器的后透視圖。圖3是示出根據(jù)第一實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。圖4是沿圖2的線A-A'截取的剖面圖。

參照圖2、圖3和圖4，實施方式的無線電力發(fā)送器100包括基板110、阻擋單元120、無線發(fā)送單元140和殼體160。

基板110支撐阻擋單元120和無線發(fā)送單元140。在這種情況下，基板110可以以平板結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)?；?10包括面對無線電力接收器的頂表面111和與頂表面111相反的底表面113。

基板110控制無線電力發(fā)送器100的整體操作?；?10可以由嵌入有多個傳輸線(未示出)的介電材料形成。在這種情況下，可以通過層疊多個介電層來實現(xiàn)基板110。例如，基板110可以是印刷電路板(PCB)?；?10包括多個部件115。在這種情況下，部件115安裝在基板110的底表面113上。部件115可以與傳輸線相接觸，使得傳輸線可以傳遞從部件115輸出的信號或輸入至部件115的信號。例如，部件115可以包括控制裝置、存儲裝置和供電裝置。

阻擋單元120在無線電力發(fā)送器100中將部件115與無線發(fā)送單元140彼此隔離。為此，阻擋單元120介于部件115與無線發(fā)送單元140之間。在這種情況下，阻擋單元120布置在基板110上。阻擋單元120包括第一阻擋單元123和第二阻擋單元127。

第一阻擋單元123布置在基板210上。在這種情況下，第一阻擋單元123面對基板110的頂表面111。即，第一阻擋單元123覆蓋110的頂表面111。在這種情況下，第一阻擋單元123緊密地布置在基板110的頂表面111上并且可以與基板110的頂表面111進(jìn)行接觸。

另外，第一阻擋單元123支撐第二阻擋單元127。在這種情況下，第一阻擋單元123在邊緣區(qū)域支撐第二阻擋單元127。第一阻擋單元123在邊緣區(qū)域耦接至第二阻擋單元127。在第一阻擋單元123的中央?yún)^(qū)域形成有接收部124。接收部124可以與第一阻擋單元123的頂表面111對應(yīng)地成凹形。另外，在第一阻擋單元123中形成有開口部125。開口部125穿過第一阻擋單元123。在這種情況下，開口部125可以暴露基板110的一部分。

另外，第一阻擋單元123由金屬材料形成。例如，金屬材料包括鋁(Al)和鎂(Mg)。第一阻擋單元123包括面對無線電力接收器的頂表面以及與頂表面相反而面對基板100的底表面。

第二阻擋單元127布置在第一阻擋單元123上。在這種情況下，第二阻擋單元127在邊緣區(qū)域耦接至第一阻擋單元123。第二阻擋單元127在中央?yún)^(qū)域與第一阻擋單元123間隔開。第二阻擋單元127可以具有平板形狀。

第二阻擋單元127由金屬材料形成。在這種情況下，第二阻擋單元127的金屬材料可以與第一阻擋單元123的金屬材料的相同或不同。例如，金屬材料包括鋁(Al)和鎂(Mg)。第二阻擋單元127包括面對無線電力接收器的頂表面和與頂表面相反而面對第一阻擋單元123的底表面。

無線電力發(fā)送器100的無線發(fā)送單元140以無線方式發(fā)送電力。在這種情況下，無線發(fā)送單元140以各種充電方式發(fā)送電力。在這種情況下，充電方式包括電磁感應(yīng)方式、共振方式和RF/微波輻射方式。將參照圖11至圖18來描述無線發(fā)送單元140的詳細(xì)配置和操作。

無線發(fā)送單元140安裝在阻擋單元120上。在這種情況下，無線發(fā)送單元140安裝在第一阻擋單元123與第二阻擋單元127中的至少一個上。即，無線發(fā)送單元140與基板110相對，而在其之間插入有阻擋單元120。無線發(fā)送單元140包括第一無線發(fā)送單元141和第二無線發(fā)送單元151。在這種情況下，第一無線發(fā)送單元141和第二無線發(fā)送單元151以相互不同的充電方式發(fā)送電力。

第一無線發(fā)送單元141以第一充電方式發(fā)送電力。例如，第一充電方式可以是電磁感應(yīng)方式，但是實施方式不限于此。第一無線發(fā)送單元141安裝在第一阻擋單元123上。第一無線發(fā)送單元141安裝在第一阻擋單元123上。第一無線發(fā)送單元141布置在第一阻擋單元123的接收部124中。另外，無線發(fā)送單元141安裝在第一阻擋單元123的頂表面上。第一無線發(fā)送單元141包括第一屏蔽構(gòu)件143和至少一個第一發(fā)送線圈145。

第一屏蔽構(gòu)件143在無線發(fā)送單元140中將第一阻擋單元123與第一發(fā)送線圈145彼此隔離。在這種情況下，第一屏蔽構(gòu)件143粘附至第一阻擋單元123的頂表面。第一屏蔽構(gòu)件143由鐵氧體形成。在這種情況下，第一屏蔽構(gòu)件143可以包括金屬粉末和樹脂材料。例如，作為軟磁性金屬粉末的金屬粉末可以包括鋁(Al)、金屬硅和鐵氧化物(FeO、Fe3O4、Fe2O3)。另外，作為熱塑性樹脂的樹脂材料可以包括聚烯烴彈性體。第一屏蔽構(gòu)件143包括面對無線電力接收器的頂表面以及與頂表面相反而與第一阻擋單元123相接觸的底表面。

第一發(fā)送線圈145明顯地在無線發(fā)送單元140中發(fā)送電力。在這種情況下，第一發(fā)送線圈145通過其兩端連接至基板110。在這種情況下，第一發(fā)送線圈145通過第一阻擋單元123的開口部125連接至基板110。第一發(fā)送線圈145發(fā)送從基板110接收到的電力。在這種情況下，當(dāng)操作第一發(fā)送線圈145時，在第一發(fā)送線圈145的周圍區(qū)域處形成電磁場。第一發(fā)送線圈145粘附至第一屏蔽構(gòu)件143。在這種情況下，第一發(fā)送線圈145粘附至第一屏蔽構(gòu)件143的頂表面。即，第一發(fā)送線圈145與第一阻擋單元123相對而在其間插入有第一屏蔽構(gòu)件143。

第二無線發(fā)送單元151以第二充電方式發(fā)送電力。例如，第二充電方式是共振方式，但是實施方式不限于此。另外，第二無線發(fā)送單元151安裝在第二阻擋單元127上。在這種情況下，第二無線發(fā)送單元151安裝在第二阻擋單元127的頂表面上。無線發(fā)送單元151包括第二屏蔽構(gòu)件153和至少一個第二發(fā)送線圈155。

第二屏蔽構(gòu)件153在無線發(fā)送單元140中將第二阻擋單元127與第二發(fā)送線圈155彼此隔離。在這種情況下，第二屏蔽構(gòu)件153粘附至第二阻擋單元127的頂表面。第二屏蔽構(gòu)件153由鐵氧體形成。在這種情況下，第二屏蔽構(gòu)件153可以包括金屬粉末和樹脂材料。例如，作為軟磁性金屬粉末的金屬粉末可以包括鋁(Al)、金屬硅和鐵氧化物(FeO、Fe3O4、Fe2O3)。另外，作為熱塑性樹脂的樹脂材料可以包括聚烯烴彈性體。第二屏蔽構(gòu)件153包括面對無線電力接收器的頂表面以及與頂表面相反而與第二阻擋單元127相接觸的底表面。

第二發(fā)送線圈155基本上在無線發(fā)送單元140中發(fā)送電力。在這種情況下，第二發(fā)送線圈155通過其兩端連接至基板110。第二發(fā)送線圈155發(fā)送從基板110接收到的電力。在這種情況下，當(dāng)操作第二發(fā)送線圈155時，在第二發(fā)送線圈155的環(huán)境區(qū)域處形成電磁場。第二發(fā)送線圈155粘附至第二屏蔽構(gòu)件153。在這種情況下，第二發(fā)送線圈155粘附至第二屏蔽構(gòu)件153的頂表面。即，第二發(fā)送線圈155與第二阻擋單元153相對而在其間插入有第二屏蔽構(gòu)件153。

殼體160支撐無線電力發(fā)送器100的基板110、阻擋單元120和無線發(fā)送單元140。殼體160可以接收基板110、阻擋單元120和無線發(fā)送單元140中的至少一個。殼體160可以耦接至阻擋單元120。在這種情況下，殼體160可以耦接到第一阻擋單元123的邊緣區(qū)域中。殼體160暴露阻擋單元120的至少一部分。另外，殼體160由塑料材料形成。

根據(jù)本實施方式，阻擋單元120介于部件115與無線發(fā)送單元140之間，以使部件與無線發(fā)送單元彼此隔離。當(dāng)操作部件115時，從部件115產(chǎn)生熱和電磁波。同樣地，當(dāng)操作無線發(fā)送單元140時，從無線發(fā)送單元140產(chǎn)生熱和電磁波。然而，阻擋單元120阻擋與部件115對應(yīng)的無線發(fā)送單元140的熱和電磁波。另外，阻擋單元120阻擋與無線發(fā)送單元140對應(yīng)的部件115的熱和電磁波。

圖5是示出根據(jù)另一實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖，其中圖5的(a)是無線電力發(fā)送器的主透視圖，以及圖5的(b)是無線電力發(fā)送器的后透視圖。圖6是根據(jù)另一實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。圖7是沿圖5的線B-B'截取的剖面圖。

參照圖5、圖6和圖7，實施方式的無線電力發(fā)送器200包括基板210、阻擋單元220以及無線發(fā)送單元240。在下面描述中，由于實施方式的基板210和無線發(fā)送單元240類似于上述實施方式的基板和無線發(fā)送單元，所以細(xì)節(jié)將被省略。

然而，根據(jù)實施方式，阻擋單元220布置在基板210的上部和下部。阻擋單元220包括上阻擋單元221和下阻擋單元231。

上阻擋單元221布置在基板210的上部。上阻擋單元221包括第一阻擋單元223和第二阻擋單元227。在下面描述中，由于第一阻擋單元223和第二阻擋單元227類似于上述實施方式的第一阻擋單元123和第二阻擋單元127，所以細(xì)節(jié)將被省略。

下阻擋單元231布置在基板210的下部。下阻擋單元231可以在邊緣區(qū)域中耦接至第一阻擋單元223。下阻擋單元231覆蓋基板210的底表面213。在這種情況下，下阻擋單元231在中央?yún)^(qū)域中與第一阻擋單元223間隔開。另外，下阻擋單元231將部件215密封在基板210的底表面213上。

下阻擋單元231由金屬材料形成。在這種情況下，下阻擋單元231的金屬材料可以與第一阻擋單元223的金屬材料相同或不同。下阻擋單元231的金屬材料可以與第二阻擋單元227的金屬材料相同或不同。例如，金屬材料包括鋁(Al)和鎂(Mg)，下阻擋單元231包括面對基板210的頂表面以及與頂表面相反的底表面。

根據(jù)本實施方式，阻擋單元220介于部件215與無線發(fā)送單元240之間，以使部件215與無線發(fā)送單元240彼此隔離。當(dāng)操作部件215時，從部件215產(chǎn)生熱和電磁波。同樣地，當(dāng)操作無線發(fā)送單元240時，從無線發(fā)送單元240產(chǎn)生熱和電磁波。然而，阻擋單元220阻擋與部件215對應(yīng)的無線發(fā)送單元240的熱和電磁波。另外，阻擋單元220阻擋與無線發(fā)送單元240對應(yīng)的部件215的熱和電磁波。另外，阻擋單元220將部件215密封在基板210的上部和下部上。因此，阻擋單元220更有效地將部件215與無線發(fā)送單元240彼此隔離。此外，阻擋單元220保護(hù)部件215免受外部物理影響。因此，減小了無線電力發(fā)送器100的厚度以使得可以減小無線電力發(fā)送器100的尺寸。

圖8是示出根據(jù)又一實施方式的無線電力發(fā)送器的透視圖，其中圖8的(a)是無線電力發(fā)送器的主透視圖，以及圖8的(b)是無線電力發(fā)送器的后透視圖。圖9是根據(jù)又一實施方式的無線電力發(fā)送器的分解透視圖。圖10是沿圖8的線C-C'截取的剖面圖。

參照圖8、圖9和圖10，實施方式的無線電力發(fā)送器300包括基板310、阻擋單元320、無線發(fā)送單元340和熱輻射單元370。在下面描述中，由于該實施方式的基板310、阻擋單元320和無線發(fā)送單元340類似于上述實施方式的基板、阻擋單元和無線發(fā)送單元，所以細(xì)節(jié)將被省略。

然而，熱輻射單元370輻射從無線電力發(fā)送器300產(chǎn)生的熱。為此，熱輻射單元370安裝在下阻擋單元331上。熱輻射單元370安裝在下阻擋單元331的底表面上。熱輻射單元370包括多個熱輻射銷371。在這種情況下，由于熱輻射單元370包括熱輻射銷371，所以熱輻射單元370具有擴(kuò)展的表面積。熱輻射銷371從下阻擋單元331延伸。

根據(jù)本實施方式，阻擋單元320介于部件315與無線發(fā)送單元340之間以使部件315與無線發(fā)送單元340彼此隔離。當(dāng)操作部件215時，從部件315產(chǎn)生熱和電磁波。同樣地，當(dāng)操作無線發(fā)送單元340時，從無線發(fā)送單元340產(chǎn)生熱和電磁波。然而，阻擋單元320阻擋與部件315對應(yīng)的無線發(fā)送單元340的熱和電磁波。另外，阻擋單元320阻擋與無線發(fā)送單元340對應(yīng)的部件315的熱和電磁波。另外，阻擋單元320將部件315密封在基板310的上部和下部上。此外，熱輻射單元370輻射熱。因此，阻擋單元320將部件315與無線發(fā)送單元340更有效地彼此隔離。另外，阻擋單元320保護(hù)部件315免受外部物理影響。

同時，盡管上面描述了包括第一無線發(fā)送單元141、241或341以及第二無線發(fā)送單元151、251或351的無線發(fā)送單元的示例，但實施方式不限于此。即，即使無線發(fā)送單元140、240或340包括第一無線發(fā)送單元141、241和341或者第二無線發(fā)送單元151、251和351中的至少一個，實施方式也可以被實現(xiàn)。換言之，無線發(fā)送單元140、240或340可以包括第一無線發(fā)送單元141、241和341或第二無線發(fā)送單元151、251和351中的至少一個。

在下文中，將參照圖11至圖18來詳細(xì)描述無線發(fā)送單元140、240或340的配置和操作。

在下面描述中，將附圖標(biāo)記140共同分配給根據(jù)實施方式分配有附圖標(biāo)記140、240和340的無線發(fā)送單元以用于方便和簡化描述的目的。關(guān)于具有附圖標(biāo)記140的無線發(fā)送單元的下面描述可以適用于所有無線發(fā)送單元140、240和340。

圖11和圖12是示出根據(jù)實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器的框圖。

參照圖11和圖12，構(gòu)成根據(jù)實施方式的無線電力傳輸系統(tǒng)1的無線電力發(fā)送器100的無線發(fā)送單元140可以包括發(fā)送電力變換器1401和發(fā)送天線1402。

發(fā)送電力變換器1401可以包括整流濾波單元1410、轉(zhuǎn)換單元1420、電力變換單元1430、控制單元1440和傳輸方式選擇單元1460。

整流濾波單元1410產(chǎn)生在下一階段中使用的DC電壓。DC電壓可以通過轉(zhuǎn)換單元1420提供至發(fā)送天線1402。

轉(zhuǎn)換單元1420可以基于控制信號來調(diào)整從整流濾波單元1410輸出的DC電力的水平。轉(zhuǎn)換單元1420可以使用半導(dǎo)體裝置如電力晶體管作為開關(guān)，以將DC輸入電壓變換成方波類型的電壓，使得轉(zhuǎn)換單元1420可以對經(jīng)變換的電壓進(jìn)行濾波以生成受控DC輸出電壓。

在這種情況下，可以通過控制開關(guān)的接通/斷開時間段來實現(xiàn)DC輸出電壓的控制。

由于對轉(zhuǎn)換單元1420的操作基于DC輸入到DC輸出的變換，所以轉(zhuǎn)換單元1420可以被稱為SMPS(開關(guān)模式電源)、DC-DC變壓器或DC-DC變換器。

轉(zhuǎn)換單元1420可以具有降壓變換器、升壓變換器和降壓升壓變換器中之一的特性，其中，降壓變換器的輸出電壓低于其輸入電壓，升壓變換器的輸出電壓高于其輸入電壓，降壓升壓變換器具有上述變換器的所有特性。

可以通過控制單元1440的控制信號來調(diào)整和控制從轉(zhuǎn)換單元1420輸出的DC電壓的水平。

控制單元1440可以被稱為微處理器、微控制單元或微型計算機(jī)。

控制單元1440可以通過考慮最大電力傳輸效率、接收器1000所需的電力量和接收器1000的當(dāng)前充電量來控制從轉(zhuǎn)換單元1420輸出的電壓。

另外，控制單元1440可以通過使用從存儲單元(未示出)讀取的算法、程序或應(yīng)用程序來調(diào)整轉(zhuǎn)換單元1420的輸出電壓并且控制發(fā)送單元140的整體操作。

發(fā)送電力變換器1401進(jìn)一步可以包括能夠與接收器1000的接收通信單元進(jìn)行通信的發(fā)送通信單元1441。

發(fā)送接收通信單元可以執(zhí)行雙向通信。例如，發(fā)送接收通信單元可以通過使用NFC(近場通信)、Zigbee通信、紅外通信、可見光通信、藍(lán)牙通信或BLE(藍(lán)牙低功耗)通信方式來執(zhí)行通信。

另外，通信單元可以在其間發(fā)送或接收電力信息，其中電力信息包括接收器1000的容量、電池剩余容量、充電循環(huán)數(shù)、使用量、電池容量和電池速率中的至少一個。發(fā)送通信單元1441可以發(fā)送用于控制接收器1000的充電功能的充電功能控制信號。

充電功能控制信號可以是用于控制接收器1000使得接收器1000的功能被啟用或禁用的控制信號。此外，電力信息可以包括關(guān)于電線充電端子的引入、從SA模式到NSA模式的切換以及錯誤情形發(fā)布的信息。

同時，如圖所示，發(fā)送電力變換器1401的發(fā)送通信單元1441可以執(zhí)行帶外通信或帶內(nèi)通信。

發(fā)送通信單元1441可以與控制單元1440分開。

電力變換單元1430可以通過幾十KHz至幾十MHz帶寬的開關(guān)脈沖信號來將一定水平的DC電壓變換成AC電壓以產(chǎn)生電力。即，電力變換單元1430將DC電壓變換成AC電壓，以產(chǎn)生在進(jìn)入充電區(qū)域的接收器1000中使用的“喚醒電力”或“充電電力”。

在這種情況下，喚醒電力表示0.1毫瓦特至1毫瓦特的低電力。充電電力表示在目標(biāo)接收器1000的負(fù)載中消耗的1毫瓦特至200瓦特的較大電力，其中充電電力是對接收器1000的電池進(jìn)行充電所必需的電力或被消耗以操作接收器1000的電力。

同時，電力變換單元1430可以包括用于根據(jù)開關(guān)脈沖信號對從轉(zhuǎn)換單元1420輸出的DC電壓進(jìn)行放大的電力放大器。

電力變換單元1430可以包括全橋或半橋逆變器。

另外，電力變換單元1430可以包括多個電力變換單元。

電力變換單元中的一個可以向感應(yīng)線圈提供AC電力，以便以磁感應(yīng)方式發(fā)送電力，而電力變換單元中的另一個可以向共振線圈提供AC電力，以便以磁共振方式發(fā)送電力。

電力變換單元可以根據(jù)傳輸方式分別生成具有相互不同頻率的AC信號。

匹配單元1450可以布置在后級并且包括至少一個無源元件和至少一個有源元件中的至少一個，以使在發(fā)送器100與接收器1000之間彼此阻抗匹配，使得電力傳輸效率可以最大化。

由匹配單元1450看到的阻抗可以被控制成允許輸出電力高效率或高輸出。匹配單元1450可以基于控制單元1440和發(fā)送通信單元1441的控制來控制阻抗。另外，匹配單元1450可以包括線圈和電容器中的至少一個?？刂茊卧?440和發(fā)送通信單元1441可以利用線圈和電容器中的至少一個來控制連接狀態(tài)，以執(zhí)行阻抗匹配。

發(fā)送天線1402可以包括感應(yīng)線圈和共振線圈中的至少一個。

當(dāng)無線電力傳輸系統(tǒng)1僅以磁感應(yīng)方式傳輸電力時，發(fā)送天線1402可以僅包括感應(yīng)線圈。當(dāng)無線電力傳輸系統(tǒng)1僅以電磁共振方式傳輸電力時，發(fā)送天線1402可以僅包括共振線圈。當(dāng)無線電力傳輸系統(tǒng)1以電磁感應(yīng)方式和電磁共振方式的混合來傳輸電力時，發(fā)送天線1402可以包括感應(yīng)線圈和共振線圈二者。

另外，可以提供單個感應(yīng)線圈或共振線圈或者多個感應(yīng)線圈或共振線圈。當(dāng)提供多個感應(yīng)線圈或共振線圈時，感應(yīng)線圈或共振線圈可以彼此重疊，并且通過考慮磁通量密度之間的偏差來確定重疊區(qū)域。

傳輸方式選擇單元1460可以被簡稱為選擇單元。傳輸方式選擇單元1460可以允許基于控制單元1440的選擇信號而將從轉(zhuǎn)換單元1420產(chǎn)生的電力被傳輸至共振線圈或感應(yīng)線圈。

當(dāng)傳輸方式選擇單元1460根據(jù)控制單元1440的選擇信號來選擇磁感應(yīng)方式作為傳輸電力的方式時，傳輸方式選擇單元1460可以將轉(zhuǎn)換單元1420連接至電力變換單元1430中的另一電力變換單元。

如圖12所示，用于接收從發(fā)送器140輸出的電力的接收器1000可以包括接收電力變換器1001和接收天線1002。

另外，接收天線1002可以以磁感應(yīng)方式或磁共振方式接收電力。接收電線1002可以包括至少一個感應(yīng)線圈或共振線圈。另外，接收天線1002可以與NFC天線設(shè)置在一起。

接收電力變換器1001可以包括匹配單元1110、整流單元1120、接收側(cè)變壓器1130、負(fù)載1140和接收側(cè)控制單元1150。

接收側(cè)控制單元1150可以包括接收側(cè)通信單元1151。接收側(cè)通信單元1151可以與接收側(cè)控制單元1150分開。

匹配單元1110執(zhí)行發(fā)送單元140與接收器1000之間的阻抗匹配。

整流單元1120對從接收天線1002輸出的AC電壓進(jìn)行整流以生成DC電壓。

接收側(cè)變壓器1130可以包括DC-DC變換器，并且將從整流單元1120輸出的DC電壓的水平調(diào)整成負(fù)載1140的容量。

負(fù)載1140可以包括電池、顯示器、音頻輸出電路、主處理器和各種傳感器。

接收側(cè)控制單元1150可以通過使用來自發(fā)送器100的發(fā)送單元140的喚醒電力而被激活。接收側(cè)控制單元1150可以與發(fā)送器100進(jìn)行通信，并且可以完全地控制接收器1000。

可以提供一個接收器1000或同時以無線方式從發(fā)送器100接收能量的多個接收器1000。即，在共振類型的無線電力傳輸系統(tǒng)中，多個目標(biāo)接收器1000可以從發(fā)送器100接收電力。

包括在發(fā)送器100的發(fā)送單元140中的匹配單元1450可以自適應(yīng)地執(zhí)行接收器1000之間的阻抗匹配。

同時，當(dāng)提供多個接收器1000時，可以建立相同的系統(tǒng)或相互不同的系統(tǒng)。

在下文中，將參照圖13來詳細(xì)地描述包括在圖11的發(fā)送器100的發(fā)送單元140中的發(fā)送選擇單元1460和電力變換單元1430的細(xì)節(jié)和操作。

電力變換單元1430可以包括第一電力變換單元1431和第二電力變換單元1432。

傳輸方式選擇單元1460可以根據(jù)控制單元1440的選擇信號來將從轉(zhuǎn)換單元1420提供的DC電力提供至第一電力變換單元1431和第二電力變換單元1432中的一個。

第一電力變換單元1431可以將從轉(zhuǎn)換單元1420提供的DC電力變換成具有頻率為kHz至MHz的AC電力，以向感應(yīng)線圈提供該AC電力。第二電力變換單元1432可以將從轉(zhuǎn)換單元1420提供的DC電力變換成具有頻率為kHz至15MHz的AC電力，以向共振線圈提供該AC電力。

盡管上面已經(jīng)描述了電力變換單元1430分別采用第一電力變換單元1431和第二電力變換單元1432以向感應(yīng)線圈提供具有第一頻率和第一振幅的第一AC電力以及向共振線圈提供具有第二頻率和第二振幅的第二AC電力，但可以通過使用單個電力變換單元1430根據(jù)控制單元4120的控制來生成具有相互不同的頻率的振幅的AC電力，并且可以分別將具有相互不同的頻率的振幅的AC電力提供至感應(yīng)線圈和共振線圈。

圖14是示出根據(jù)實施方式的轉(zhuǎn)換單元和控制單元的框圖。

參照圖14，轉(zhuǎn)換單元1420可以包括變壓器1421、控制器1422和配電器1423。

盡管在附圖中描繪了配電器1423包括在轉(zhuǎn)換單元1420中，但實施方式不限于此，并且配電器1423可以與轉(zhuǎn)換單元1420分開。

能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換單元1421的輸出電壓的控制單元1422可以接收反饋回至變壓器1421的輸出電壓的分壓電壓，以控制輸出電壓的誤差。

配電器1423對變壓器1421的輸出電壓進(jìn)行分壓以向控制器1422提供分壓電壓。

控制器1422可以向變壓器1421提供脈沖寬度基于配電器1423所分配的電壓而被調(diào)整(脈沖寬度調(diào)制：PWM)的方波脈沖，并且變壓器1421可以輸出水平根據(jù)方波脈沖的脈沖寬度而被調(diào)整的DC電壓。

配電器1423可以連接至控制單元1440的第一輸出控制端口OCP1和第二輸出控制端口OCP2。

控制單元1440可以根據(jù)電力傳輸方式向第一輸出控制端口OCP1或第二輸出控制端口OCP2輸出控制信號，以調(diào)整控制器1422的輸入端子電壓的值，使得變壓器1421的輸出電壓可以被控制。

圖15是示出根據(jù)實施方式的控制器的框圖。

參照圖15，控制單元1422的子系統(tǒng)可以包括誤差放大器1424、比較器1425和開關(guān)驅(qū)動單元1426。

誤差放大器1424基于配電器1423的分布電壓Vd來對變壓器1421的輸出電壓Vout的誤差進(jìn)行放大，并且輸出經(jīng)放大的電壓Vc。

誤差放大器1424可以包括第一運算放大器OP1。變壓器1421的輸出電壓通過配電器1423施加于第一運算放大器的反相端子，并且基準(zhǔn)電壓Vref施加于第一運算放大器的非反相端子。

誤差放大器1424將變壓器1421通過配電器1423的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，并且對作為比較結(jié)果的誤差進(jìn)行放大以將經(jīng)放大的誤差輸入至比較器1425。

比較器1425基于誤差放大器1424的輸出電壓Vc來生成方波脈沖。

比較器1425可以采用第二運算放大器OP2。誤差放大器1424的輸出電壓Vc施加于第二運算放大器OP2的非反相端子，并且三角波施加于第二運算放大器OP2的反相端子。

比較器1425可以將誤差放大器1424的輸出電壓Vc與三角波進(jìn)行比較以生成用于驅(qū)動變壓器1421的方波脈沖，并且比較器1425可以調(diào)整與變壓器1421的輸出誤差對應(yīng)的脈沖寬度以調(diào)整變壓器1421的輸出電壓Vout。

開關(guān)驅(qū)動單元1426可以基于比較器1425的輸出來驅(qū)動變壓器1421。即，變壓器1421中包括的開關(guān)被控制成接通或斷開，使得可以始終保持呈現(xiàn)給變壓器1421的電壓。

控制單元1422和變壓器1421可以被集成到轉(zhuǎn)換單元(集成芯片：IC)1420中。

如上所述，轉(zhuǎn)換單元1420可以反映預(yù)設(shè)電壓的誤差以輸出恒定電壓。然而，將對在需要改變轉(zhuǎn)換單元1420的輸出電壓時允許控制單元1440控制轉(zhuǎn)換單元1420的方式進(jìn)行描述。

配電器1423可以包括第一電阻器R1和第二電阻器R2，其中，第一電阻器R1連接至變壓器1421的輸出端子和誤差放大器1424的輸入端子(反相端子)，第二電阻器R2連接在誤差放大器1424的輸入端子(反相端子)與地之間。

優(yōu)選地是，第一電阻器R1與第二電阻器R2之間的關(guān)系是R1<R2。

在這種情況下，變壓器1421的分壓電壓Vd可以隨著第一電阻器R1和第二電阻器R2的值而被改變。檢驗該原理，由于將通過第一電阻器R1和第二電阻器R2對變壓器1421的輸出電壓Vout進(jìn)行分壓而獲得的分壓電壓Vd與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，并且對分壓電壓Vd與基準(zhǔn)電壓Vref之間的差進(jìn)行放大，所以當(dāng)分壓電壓Vd小于基準(zhǔn)電壓Vref時，誤差放大器1424的輸出水平Vc被以誤差放大器1421的反饋電阻Rf與輸入電阻Rin之比——即梯度Rf/Rin——增加。與此相反，當(dāng)分壓電壓Vd大于基準(zhǔn)電壓Vref時，誤差放大器1424的輸出電平Vc被以梯度Rf/Rin減小。

因此，盡管分壓電壓Vd可以根據(jù)第一電阻器R1和第二電阻器R2而被固定，但最終可以通過控制分壓電壓Vd來調(diào)整變壓器1421的輸出電壓。

上述功能可以由控制單元1440來執(zhí)行。

即，需要控制單元1440根據(jù)電力傳輸環(huán)境來調(diào)整變壓器1421的輸出電壓Vout。在這種情況下，由于第三電阻器R3或第四電阻器R4連接在控制單元1440的第一輸出控制端口OCP1和第二輸出控制端口OCP2中的一個與誤差放大器1424的輸入端子(反相端子)之間，所以調(diào)整從控制單元1440的第一輸出控制端口OCP1與第二輸出控制端口OCP2中的一個所輸出的電壓，使得施加于誤差放大器124的輸入端子的分壓電壓Vd可以被調(diào)整。

如上所述，根據(jù)調(diào)整分壓電壓Vd的方法，可以對輸出至第一輸出控制端口OCP1和第二輸出控制端口OCP2的電壓進(jìn)行調(diào)整來控制分壓電壓Vd。不同于上述方法，可以通過允許控制單元1440調(diào)整用作第三電阻器R3和第四電阻器R4的可變電阻器的電阻值的方式來控制分壓電壓Vd。

同時，可以根據(jù)控制單元1440的控制來改變分壓電壓Vd，使得可以基于分壓電壓Vd與基準(zhǔn)電壓Vref之間的比較來控制誤差放大器1424的輸出Vc的水平是被增加還是減小。

當(dāng)通過比較器1425將誤差放大器1424的輸出Vc與三角波進(jìn)行比較使得誤差放大器1424的輸出Vc的水平被增加時，比較器1425生成脈沖寬度被擴(kuò)展的方波。當(dāng)誤差放大器1424的輸出Vc的水平被減小時，比較器1425生成脈沖寬度被變窄的脈沖寬度。

同時，第一電阻器至第三電阻器R1、R2和R3之間的關(guān)系可以是R1<R3<R2和R1<R4<R2。

在下文中，將對傳輸方式選擇單元1460、控制單元1440和轉(zhuǎn)換單元1420之間的操作關(guān)系進(jìn)行描述。

當(dāng)無線電力傳輸系統(tǒng)1以磁感應(yīng)方式傳輸電力時，控制單元1440向第一輸出控制端口OCP1發(fā)送控制信號，使得分壓電壓值可以被調(diào)整并且轉(zhuǎn)換單元1420可以輸出與經(jīng)調(diào)整的分壓電壓值對應(yīng)的DC電壓。同時，控制單元1440可以控制傳輸方式選擇單元1460，以將從變壓器單元1420輸出的DC電壓提供至第一電力變換單元1431，使得從轉(zhuǎn)換單元1420提供的電力被傳輸至感應(yīng)線圈。

當(dāng)無線電力傳輸系統(tǒng)1以磁共振方式傳輸電力時，控制單元1440向第二輸出控制端口OCP2發(fā)送控制信號，使得分壓電壓值可以被調(diào)整并且轉(zhuǎn)換單元1420可以輸出與經(jīng)調(diào)整的分壓電壓值對應(yīng)的DC電壓。同時，控制單元1440可以控制傳輸方式選擇單元1460，以將從變壓器單元1420提供的電力施加于第二電力變換單元1432，使得從轉(zhuǎn)換單元1432提供的電力被傳輸至共振線圈。

因此，傳輸方式選擇單元1460可以基于控制單元1440的選擇控制信號來將需要感應(yīng)型輸出的情況與需要共振型輸出的情況彼此區(qū)分，使得從轉(zhuǎn)換單元1420提供的輸出被提供至對應(yīng)的線圈。

傳輸方式選擇單元1460可以采用模擬開關(guān)、MOSFET或晶體管來執(zhí)行切換操作。

即，傳輸方式選擇單元1460可以基于來自控制單元1440的選擇控制信號來選擇性地執(zhí)行將轉(zhuǎn)換單元1420電連接至感應(yīng)線圈或共振線圈的操作。

在下文中，將對以下方式進(jìn)行描述：由構(gòu)成發(fā)送器100的發(fā)送單元140的控制單元1440基于關(guān)于發(fā)送器100與接收器1000之間的通信的信息來控制轉(zhuǎn)換單元1420通過輸出控制端口的輸出電壓。

首先，將基于發(fā)送側(cè)通信單元1441和接收側(cè)通信單元1151的通信類型和通信信息來描述發(fā)送側(cè)控制單元1440的控制方式。

圖16是示出從檢測接收器的步驟到從發(fā)送器向接收器傳輸電力的步驟的過程的流程圖。

控制方式可以大致分為四個步驟，其包括檢測接收器1000的步驟S100(選擇)、確認(rèn)響應(yīng)的步驟S200(查驗(Ping))、識別和配置步驟S300和電力傳輸步驟S400。

檢測接收器1000的步驟S100生成用于允許發(fā)送器100檢測接收器1000的存在的信號，并且等到接收器1000的響應(yīng)。

在響應(yīng)確認(rèn)步驟S200中，接收器1000可以傳輸關(guān)于信號的強(qiáng)度的信息，以便允許發(fā)送器100基于該信息來確認(rèn)接收器1000的存在。

在識別和配置步驟S300中，接收器1000發(fā)送關(guān)于識別和所請求的電力的信息，并且發(fā)送器100配置并且準(zhǔn)備電力傳輸。

在電力傳輸步驟S400中，接收器1000傳輸控制信息，并且發(fā)送器開始傳輸電力。

當(dāng)在執(zhí)行所述四個步驟時信號被切斷或發(fā)生劣化，則過程可能會超時，使得過程返回至第一步驟。當(dāng)在傳輸電力時檢測到錯誤、接收器1000離開充電區(qū)域或者充電完成時，電力傳輸終止并且過程返回至第一步驟。

圖17是示出發(fā)送器的天線線圈的布置關(guān)系的圖。圖8是示出包括發(fā)送器天線的共振線圈和感應(yīng)線圈或者僅感應(yīng)線圈的線圈單元的圖。

如上面參照圖2至圖10所描述的，線圈單元可以是包括在無線發(fā)送單元中的第一發(fā)送線圈145和第二發(fā)送線圈155。另外，支撐第一發(fā)送線圈145和第二發(fā)送線圈155的支撐構(gòu)件可以是用于屏蔽電磁波的屏蔽構(gòu)件143和屏蔽構(gòu)件153。屏蔽構(gòu)件可以由鐵氧體形成。

第一發(fā)送線圈145和第二發(fā)送線圈155分別可以是感應(yīng)線圈和共振線圈。

無線電力傳輸系統(tǒng)可以安裝在用于車輛或EV(電動車輛)如PHEV(插入式混合動力電動車輛)以及便攜式電話或智能電話的無線充電系統(tǒng)上。另外，無線電力傳輸系統(tǒng)可以安裝在用于工業(yè)機(jī)器或家用電器的應(yīng)用上。

用于工業(yè)機(jī)器的應(yīng)用包括電驅(qū)動工具、無線傳感器或工業(yè)馬達(dá)的滑環(huán)(轉(zhuǎn)子)。家用電器包括TV、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、游戲主機(jī)、電動牙刷或可再充電電池。另外，無線電力傳輸系統(tǒng)可以適用于非接觸式IC卡或無源RFID。

盡管已經(jīng)參考若干說明性實施方式描述了實施方式，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計會落入本公開內(nèi)容的原理的精神和范圍內(nèi)的許多其他修改和實施方式。更具體地，在本公開內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在主題組合布置的組成部件和/或步驟方面的各種變型和修改是可能的。除了在組成部件和/或布置方面的變型和修改之外，替選使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也將是明顯的。