CN102545312A - 利用磁场通信的多节点无线充电系统的充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够利用磁场通信有效地对多个节点进行充电的利用磁场通信的多节点无线充电系统的充电方法，准备用于无线充电的磁场通信协议，并据此选择适当的无线充电设备而充电适当时间。本发明的无线充电方法包括如下步骤：发送汇合请求帧的步骤；从上述无线充电设备接收汇合响应帧的步骤；发送充电要求请求帧的步骤；从上述无线充电设备接收充电要求响应帧的步骤；发送充电准备请求帧的步骤；在对于上述充电准备请求帧的充电要求响应帧的接收区间内，发送电力的步骤。

Description

利用磁场通信的多节点无线充电系统的充电方法
技术领域
本发明涉及一种无线充电系统，更具体地，涉及一种能够利用磁场通信有效地对多个节点进行充电的利用磁场通信的多节点无线充电系统的充电方法(Charging method of multi-node wireless charging system usingmagnetic field communication)。
背景技术
作为通过无线传递能量的无线电力传输技术，正在采用利用磁感应现象的无线充电系统。
例如，电动牙刷或无线剃须刀等利用电磁感应原理进行充电，最近，正推出能够利用电磁感应对手机或PDA、MP3播放器、笔记本电脑等便携设备进行充电的无线充电产品。
但是，通过磁场使电流从一个线圈流过另一个线圈的磁感应方式对线圈之间的距离以及相对位置非常敏感，因而就算两个线圈之间的距离只隔开或错开一点儿，也会导致传输效率急速降低。由此，这种磁感应方式的充电系统具有只能在几厘米以下的近距离使用的缺点。
另一方面，美国专利7,741,735号公示出了一种基于共振场的衰减波结合的非放射型能量传递方式。它所利用的原理是，两个具有相同频率的共振体与周围的其它非共振体互不影响，但具有要相互耦合的倾向，它被介绍为与现有的电磁感应相比，能够向更远的地方传递能量的技术。
但是，在利用共振来无线传输能量的系统中存在多个接收方的情况下，由于电力传输到形成共振的所有接收设备，因而不经济。
发明内容
本发明是在如上所述的技术背景下提出的，本发明所要解决的技术课题在于，提供一种能够利用磁场通信有效地对多个节点进行充电的利用磁场通信的多节点无线充电系统的充电方法。
为了解决上述课题，在本发明中，准备用于无线充电的磁场通信协议，并据此选择适当的无线充电设备而充电适当时间。
本发明一侧面的利用磁场通信的多节点无线充电方法，在包括无线电力发送装置和与上述无线电力发送装置相隔离的多个无线充电设备在内的多节点无线电力传输系统中，利用磁场通信由上述无线电力发送装置对上述无线充电设备进行充电，包括如下步骤：发送汇合请求帧的步骤；从上述无线充电设备接收汇合响应帧的步骤；发送充电要求请求帧的步骤；从上述无线充电设备接收充电要求响应帧的步骤；发送充电准备请求帧的步骤；在对于上述充电准备请求帧的充电要求响应帧的接收区间期间，发送电力的步骤。
在这里，上述充电要求响应帧包括上述无线充电设备的节点ID和充电数据信息；接收到上述充电要求请求帧的上述无线充电设备在划分成多个时隙的响应区间发送上述充电要求响应帧。
上述充电要求请求帧包括待充电的特定无线充电设备的节点ID；上述充电准备请求帧包括上述无线充电设备的节点ID、时隙编号、充电周期信息。
优选地，在上述发送电力的步骤中，还发送待充电的上述无线充电设备的节点ID；上述充电要求响应帧的接收区间划分成多个时隙；在上述发送电力的步骤中，利用上述多个时隙中的一个以上的时隙来发送电力。
本发明另一侧面的利用磁场通信的多节点无线充电方法，在包括无线电力发送装置和与上述无线电力发送装置相隔离的多个无线充电设备在内的多节点无线电力传输系统中，利用磁场通信由无线充电设备接收无线电力，包括如下步骤：从上述无线电力发送装置接收汇合请求帧的步骤；发送汇合响应帧的步骤；从上述无线电力发送装置接收充电要求请求帧的步骤；发送充电要求响应帧的步骤；从上述无线电力发送装置接收充电准备请求帧的步骤；在对于上述充电准备请求帧的充电要求响应帧的接收区间期间，从上述无线电力发送装置接收电力的步骤。
上述充电要求请求帧包括待充电的特定无线充电设备的节点ID；上述发送充电要求响应帧的步骤，由具有与所接收的上述充电要求请求帧的节点ID一致的节点ID的上述无线充电设备来进行。
根据本发明，由于基于磁场通信，因而能够进行对于充电节点的历史管理以及状态管理，并由于能够根据充电状况来控制无线能量传输时间或强度等，因而能够实现有效的无线充电系统。
附图说明
图1是简要表示本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统的整体结构的框图。
图2是表示本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统的无线电力供应装置和无线充电设备的结构的框图。
图3是表示本发明实施例的磁场通信的超帧的结构的图。
图4是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法的流程图。
图5是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法中所使用的充电要求请求超帧的结构的图。
图6是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法中所使用的充电准备请求超帧的结构的图。
具体实施方式
参照后文中与附图一同详细说明的实施例，会更加明确本发明的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法。但是，本发明不局限于以下所要揭示的实施例，而能够通过各种互不相同的方式实施，本实施例仅用以使得本发明的揭示内容更加完整，有助于本发明所属技术领域的普通技术人员完整地了解本发明范围，本发明仅由权利要求书的范围进行定义。另一方面，本说明书中所使用的术语只用以说明实施例，并不用以限定本发明。在本说明书中，只要未作特殊说明，单数型还包括复数型。说明书中所使用的“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)……在内的”不排除所涉及的构成要素、步骤、动作和/或元件存在或追加一个以上的其它构成要素、步骤、动作和/或元件。
下面，将参照附图对本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线能量传输系统包括：无线电力供应装置100，其通过磁共振感应方式而无线供应电力；多个无线充电设备200_1、200_2、……、200_N，它们位于与无线电力供应装置100隔离规定距离的位置，并通过无线从无线电力供应装置100接收电力。
磁共振感应方式是一种通过发送天线与接收天线之间的共振来使能量的无线传输效率最大化的方法。为此，使无线电力供应装置100与无线充电设备200之间的共振频率匹配而形成共振信道，并通过该共振信道发送无线电力。
无线电力供应装置100通过与无线充电设备200_1、200_2、……、200_N进行磁场通信，能够接收包括充电设备的识别信息、种类、位置或充电状态在内的无线充电设备200_1、200_2、……、200_N的信息，并基于这种充电信息向无线充电设备200_1、200_2、……、200_N传输电力。
无线电力供应装置100能够采用固定型或移动型实现，以固定型实现的情况下，在室内能设置于天花板或桌子等家具等，在室外则能以植入(implant)方式设置于公交站或地铁站等，无线电力供应装置100还能设置于汽车或火车、地铁等移动体的内部。无线电力供应装置100采用移动型实现的情况下，既可以由无线电力供应装置100自身作为额外的移动型装置实现，也可以像笔记本电脑的盖等那样作为其它数码设备的一部分实现。
无线充电设备200_1、200_2、……、200_N可包括各种手机终端、数码相机、笔记本电脑等配有电池的所有数码设备，也可以成为配置于地下、水中、建筑物内部等不易接近的地方的传感器以及测量仪器等电子设备。
图2是表示本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统的无线电力供应装置和无线充电设备的结构的框图。
如图2所示，本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统的无线电力供应装置100包括：电力变换部120，其从外部的电力供应源接收电力来将其变换成具有无线电力供应装置100与无线充电设备200之间的共振频带的AC电力；磁场通信调制解调器130，其利用磁场通信协议来进行与无线充电设备200间的磁场通信；发送天线110，其利用磁共振感应方式来将来自电力变换部140的AC电力和来自磁场通信调制解调器120的数据发送至无线充电设备200；控制部130，其对电力变换部140以及磁场通信调制解调器120等无线电力供应装置100的构成要素进行控制。
本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统的无线充电设备200包括：接收天线210，其利用磁共振感应方式从无线电力供应装置100接收电力和数据；磁场通信调制解调器230，其利用磁场通信协议进行与无线电力供应装置100间的磁场通信；电力管理部220，其管理电力接收；控制部240，其对电力管理部以及磁场通信调制解调器230等无线充电设备200的构成要素进行控制；电池250，其利用所接收的电力进行充电。
在本发明实施例的利用磁共振感应方式的多节点无线充电系统中，无线电力供应装置100和无线充电设备200通过利用磁场通信调制解调器130、230的磁场通信来实现有效的无线充电。
下面，将对本发明实施例的多节点无线充电系统的网络构成要素进行说明。
磁场区域网络(Magnetic Field Area Network；MFAN)是在低频带(30KHz～300KHz)利用磁场信号来收发信息的无线网络。无线通信的动作中心频率为128KHz，调制方式采用二相移相键控(Binary Phase ShiftKeying；BPSK)方式或幅度键控(Amplitude Shift Keying；ASK)方式。为了实现数据传输率的多样化，通过采用曼彻斯特(Manchester)编码和电平不归零制(Non-Return-to-Zero Level；NRZ-L)编码，来在数米的距离内提供数Kbps的数据传输率。参与MFAN的设备根据其作用分为MFAN-C(Coordinator，协调器)和MFAN-N(Node，节点)。一个MFAN内只存在一个MFAN-C，以MFAN-C为中心由多个MFAN-N装置形成网络。MFAN-C用于管理MFAN-N的汇合以及分离、解除。在MFAN中，使用时分多址(Time Division Multiple Access；TDMA)方式。MFAN-C用于管理在MFAN中的接入，在MFAN-N的接入时，根据MFAN-C的判断来分配时间资源。
构成MFAN的重要构成要素可分为时间性要素和物理性要素。时间性要素是指由请求区间、响应区间、无效区间构成的超帧，物理性要素是指由MFAN-C和MFAN-N构成的网络。物理性要素的最基本要素是节点。节点的种类有用于管理网络的MFAN-C和作为网络的构成要素的MFAN-N。
在本发明实施例的利用磁场通信的多节点无线充电系统中，无线电力传输装置100成为协调器，无线充电设备200成为节点。
图3是表示本发明实施例的磁场通信的超帧的结构的图。
如图3所示，一个超帧由请求区间、响应区间、自主区间构成，请求区间和响应区间的长度可变。超帧通过由协调器在请求区间传输响应请求包而开始。响应请求包中具有与能够在响应区间期间传输响应包的节点有关的信息，节点使用响应请求包中的信息在响应区间期间传输响应包。在自主区间，即使没有协调器的请求，节点也能够向协调器传输数据。
图4是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法的流程图。
如图4所示，由无线电力传输装置(协调器)100发送汇合请求(步骤S410)。于是，可充电范围内的无线充电设备(节点)200将汇合响应发送至无线电力传输装置100(步骤S420)。
如果汇合结束，无线电力传输装置100就发送充电要求请求(步骤S430)，希望充电的无线充电设备200发送充电要求响应(步骤S440)。
接收对充电要求请求作出的响应的无线电力传输装置100发送充电准备请求(步骤S450)，并且在接下来的无线充电设备200的充电准备响应区间期间，对相应的无线充电设备200进行无线充电(步骤S460)。
下面，将对充电要求请求超帧以及充电准备请求超帧的结构进行更详细的说明。
图5是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法中所使用的充电要求请求超帧的结构的图。
如上所述，在汇合过程510结束之后进行充电要求请求520。当无线电力传输装置100通过请求区间发送充电要求请求522时，无线充电设备200判断所接收的包来通过响应区间传输充电要求响应，而无线电力传输装置100则接收对充电要求作出的响应。该充电要求响应524中含有无线充电设备200的节点ID和充电数据信息。并且，无线电力传输装置100在发送充电要求请求包时还可向特定节点发送充电要求请求。
图6是表示本发明实施例的利用磁场通信的无线充电方法中所使用的充电准备请求超帧的结构的图。
接收到对充电要求请求作出的响应的无线电力传输装置100在请求区间将充电准备请求532传输给无线充电设备200。充电准备请求帧532中含有各节点ID和时隙编号、充电周期等信息。发送充电准备请求的无线电力传输装置100在充电准备响应区间534期间，在预定好的时间向无线充电设备200传输能量。
根据本发明，由于基于磁场通信，因而能够进行对于充电节点的履历管理以及状态管理，并由于能够根据充电状况来控制无线能量传输时间或强度等，因而能够实现有效的无线充电系统。
以上，以优选的实施例为基准对本发明进行了说明，但本发明的装置以及方法不局限于上述的实施例，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，能够进行各种修改或变形。由此，只要属于本发明的主旨，这些修改或变形就属于所附的权利要求书的范围内。

Claims (13)

1.一种利用磁场通信的多节点无线充电方法，在包括无线电力发送装置和与上述无线电力发送装置相隔离的多个无线充电设备在内的多节点无线电力传输系统中，利用磁场通信由上述无线电力发送装置对上述无线充电设备进行充电，其特征在于，包括如下步骤：
发送汇合请求帧的步骤；
从上述无线充电设备接收汇合响应帧的步骤；
发送充电要求请求帧的步骤；
从上述无线充电设备接收充电要求响应帧的步骤；
发送充电准备请求帧的步骤；
在对于上述充电准备请求帧的充电要求响应帧的接收区间期间，发送电力的步骤。
2.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，上述充电要求响应帧包括上述无线充电设备的节点ID和充电数据信息。
3.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，接收到上述充电要求请求帧的上述无线充电设备在划分成多个时隙的响应区间发送上述充电要求响应帧。
4.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，上述充电要求请求帧包括待充电的特定无线充电设备的节点ID。
5.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，上述充电准备请求帧包括上述无线充电设备的节点ID、时隙编号、充电周期信息。
6.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，在上述发送电力的步骤中，还发送待充电的上述无线充电设备的节点ID。
7.根据权利要求1所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，
上述充电要求响应帧的接收区间划分成多个时隙；
在上述发送电力的步骤中，利用上述多个时隙中的一个以上的时隙来发送电力。
8.一种利用磁场通信的多节点无线充电方法，在包括无线电力发送装置和与上述无线电力发送装置相隔离的多个无线充电设备在内的多节点无线电力传输系统中，利用磁场通信由无线充电设备接收无线电力，其特征在于，包括如下步骤：
从上述无线电力发送装置接收汇合请求帧的步骤；
发送汇合响应帧的步骤；
从上述无线电力发送装置接收充电要求请求帧的步骤；
发送充电要求响应帧的步骤；
从上述无线电力发送装置接收充电准备请求帧的步骤；
在对于上述充电准备请求帧的充电要求响应帧的接收区间期间，从上述无线电力发送装置接收电力的步骤。
9.根据权利要求8所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，上述充电要求响应帧包括上述无线充电设备的节点ID和充电数据信息。
10.根据权利要求8所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，接收到上述充电要求请求帧的上述无线充电设备在划分成多个时隙的响应区间发送上述充电要求响应帧。
11.根据权利要求8所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，
上述充电要求请求帧包括待充电的特定无线充电设备的节点ID；
上述发送充电要求响应帧的步骤，由具有与所接收的上述充电要求请求帧的节点ID一致的节点ID的上述无线充电设备来进行。
12.根据权利要求8所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，上述充电准备请求帧包括上述无线充电设备的节点ID、时隙编号、充电周期信息。
13.根据权利要求8所述的利用磁场通信的多节点无线充电方法，其特征在于，
上述充电要求响应帧的接收区间划分成多个时隙；
在上述接收电力的步骤中，利用上述多个时隙中的一个以上的时隙来接收电力。
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