CN103051068B - 无线电力中继器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线电力中继器。一种根据实施例的、用于将电力从无线电力传送器传递到无线电力接收器的无线电力中继器，包括被与无线电力传送器谐振耦合以将接收到的电力传递到无线电力接收器的中继器谐振单元，和具有要根据被施加到无线电力中继器的压力而转换的形状，以调节从中继器谐振单元传递到无线电力接收器的磁场的量的第一屏蔽单元。
Description
相关申请的交叉引用
该申请要求由此通过引用而被以其整体并入该申请中的、题目为“无线电力继电器设备、无线电力中继器、用于传送无线电力的无线电力传输系统和方法（WIRELESS POWER RELAY APPARATUS,WIRELESS POWER REPEATER,WIRELESS POWERTRANSMITTING SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTINGWIRELESS POWER）”的、在2011年10月11日提交的韩国专利申请No.10-2011-0103820的权益。
技术领域
本公开涉及一种无线电力中继器。
背景技术
无线电力传输或者无线能量传递指的是向所期望的装置以无线方式传递电能的技术。在19世纪，已经广泛地使用了采用电磁感应原理的电动机或者变压器并且然后已经提出了用于通过辐射电磁波诸如无线电波或者激光而传送电能的方法。实际上，频繁地在日常生活中使用的电动牙刷或者电动剃须刀是基于电磁感应原理而被充电的。直至现在，使用磁感应、谐振和短波长射频的长距离传输已经被用作无线能量传递方案。
近来，在无线电力传送技术中，已经广泛地使用了使用谐振的能量传送方案。
因为在使用谐振的无线电力传输系统中，通过线圈以无线方式传递在无线电力传送器（或者无线电力中继器）和无线电力接收器之间产生的电信号，所以使用者可以容易地对于电器诸如便携式装置充电。
然而，即使在无线电力接收器未被置于此处的位置中，无线电力传送器（或者无线电力中继器）也产生磁场，使得电力传输的效率降低。
此外，在使用谐振的无线电力传送方案中，从传送侧（或者中继侧）产生的磁场可以对于人类健康施加不良的影响。
发明内容
该实施例提供一种能够增加在无线电力中继器和无线电力接收器之间的电力传输效率并且最小化对人体有害的磁场生成的无线电力中继器。
根据该实施例，提供一种用于将电力从无线电力传送器传递到无线电力接收器的无线电力中继器。该无线电力中继器包括与无线电力传送器谐振耦合以将接收到的电力传递到无线电力接收器的中继器谐振单元；以及具有要根据被施加到无线电力中继器的压力而转换的形状，以调节从中继器谐振单元传递到无线电力接收器的磁场的量的第一屏蔽单元。
根据该实施例，提供一种用于将电力从无线电力传送器传递到无线电力接收器的无线电力中继器。该无线电力中继器包括彼此邻近地布置的多个中继单元，其中中继单元中的至少一个包括：与无线电力传送器谐振耦合以将接收到的电力传递到无线电力接收器的中继器谐振单元；以及具有要根据被施加到无线电力中继器的压力而转换的形状，以调节从中继器谐振单元传递到无线电力接收器的磁场的量的第一屏蔽单元。
根据该实施例，能够实现以下效果。
第一，能够通过转换无线电力中继器的结构而改进电力传输效率。
第二，能够通过部分地屏蔽从传送单元或者中继单元产生的磁场而减轻对于人类健康的不良影响。
附图说明
图1是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的示图；
图2是示出根据一个实施例的传输感应线圈的等效电路的电路图；
图3是示出根据一个实施例的电源和传送单元的等效电路的电路图；
图4是示出根据一个实施例的接收谐振线圈、接收感应线圈、整流电路和负载的等效电路的电路图；
图5是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的框图；
图6是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的配置示例的示图；
图7是示出根据一个实施例的无线电力中继器的框图；
图8是示出根据第一实施例的无线电力中继器的配置的示图；
图9是示出根据第二实施例的无线电力中继器的配置的示图；以及
图10是示出根据第三实施例的无线电力中继器的配置的示图。
具体实施方式
在说明书和权利要求中使用的术语和单词不应该被解释成通常使用的字典含义，而是应该基于本发明人可以正确地定义术语概念从而以最佳方式解释本发明的事实被解释为与本发明的技术范围有关。
因此，在附图中描绘的实施例和配置仅仅是为了示意性的意图而不代表实施例的全部技术范围，从而应该理解，在提交该申请时，可以存在各种等价形式和修改。
图1示出根据一个实施例的无线电力传输系统。
从电源10产生的电力被提供给传送单元20，从而电力通过谐振而被传递到与传送单元20谐振、即具有与传送单元20相同的谐振频率值的接收单元30。被传递到接收单元30的电力经由整流电路40而被传递到负载50。负载50可以是电池或者需要电力的预定设备。
详细地，电源10是用于供应具有预定频率的AC电的AC电源。
传送单元20包括传送线圈21和传输谐振线圈22。传送线圈21连接到电源10，从而AC电流流过传送线圈21。当AC电流流过传送线圈21时，由于电磁感应，AC电流被感应到与传送线圈21物理地隔开的传输谐振线圈22。被传递到传输谐振线圈22的电力通过谐振而传送到与传送单元20形成谐振电路的接收单元30。
可以使用在彼此阻抗匹配的两个LC电路之间的谐振传递电力。与通过电磁感应的那些相比，使用谐振的电力传递能够在更高效率下以更长的距离传递电力。
接收单元30包括接收谐振线圈31和接收线圈32。在接收谐振线圈31处接收通过传输谐振线圈22传送的电力，从而交流电流过接收谐振线圈31。被传递到接收谐振线圈31的电力通过电磁感应而被传递到接收线圈32。被传递到接收线圈32的电力通过整流电路40而被整流并且被传递到负载50。
图2是根据该实施例的传送线圈21的等效电路图。如在图2中所示，传送线圈21可以包括电感器L1和电容器C1，并且形成具有适当的电感值和适当的电容值的电路。电容器C1可以是可变电容器。传送单元20可以控制该可变电容器，从而传送单元20可以执行阻抗匹配。同时，传输谐振线圈22、接收谐振线圈31和接收线圈32的等效电路可以等同于在图2中描绘的电路。
图3是根据该实施例的电源10和传送单元20的等效电路图。如在图3中所示，传送线圈21和传输谐振线圈22中的每一个可以包括电感器L1或者L2和电容器C1或者C2。
图4是根据该实施例的接收谐振线圈31、接收线圈32、整流电路40和负载50的等效电路图。
如在图4中所示，接收谐振线圈31和接收线圈32中的每一个可以包括具有预定电感值和预定电容值的电感器L3或者L4和电容器C3或者C4。整流电路40可以包括二极管D1和整流电容器C5，从而整流电路40将交流（AC）电转换成直流（DC）电并且输出DC电。虽然负载50由1.3V DC电表示，但是负载50可以是电池或者需要DC电的其它装置。
图5是示出根据一个实施例的无线电力传输系统结构的一个示例的视图。图6是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的第一和第二示例配置的示图。
参考图5，无线电力传输系统包括无线电力传送器100和无线电力中继器200，并且通过无线电力中继器200将电力传递到无线电力接收器300。
无线电力传送器100可以包括传送线圈和传输谐振线圈。传送线圈连接到AC电源，该AC电源连接到外部，并且来自AC电源的AC电流流过传送线圈。当AC电流流过传送线圈时，AC电流通过电磁感应而被感应到与传送线圈物理地隔开的传输谐振线圈。被传递到传输谐振线圈的电力通过谐振而被传递到与无线电力传送器100构成谐振电路的无线电力中继器200。即，无线电力传送器100从连接到外部且与传输谐振线圈耦合的AC电源接收电力，并且以非径向（non-radial）方案将接收到的电力传递到无线电力中继器200。
无线电力中继器200可以向无线电力接收器300传送从无线电力传送器100接收到的电力。从无线电力中继器200到无线电力接收器300的电力的传送过程可以与在无线电力传送器100和无线电力中继器200之间的传送过程相同。
中继器谐振单元70执行从无线电力传送器100接收到的电力并且使用谐振向无线电力接收器300传递电力的功能。
图6是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的配置示例的示图。
参考图6（a），多个无线电力中继器200可以被顺序地布置于基板上。无线电力中继器200中的至少一个可以包括中继单元210和第一屏蔽单元230。
利用被施加到无线电力中继器200的顶侧的压力来转换中继单元210的形状，从而被从中继单元210传递到无线电力接收器300的磁场的量和要被泄漏到外部的磁场的量可得以调节。
如果无线电力接收器300位于无线电力中继器200的顶侧上，则无线电力接收器300将压力施加于其上的无线电力中继器的形状被压缩地转换。被压缩地转换的无线电力中继器200可以被转换成有效地屏蔽从中继单元210产生的磁场的结构。
无线电力接收器300可以被安装在位于无线电力中继器上的、诸如鼠标、便携式电话或者遥控器（remote controller）的电子装置上。无线电力接收器300包括用于通过对电力进行整流而使用从无线电力中继器200接收到的电力的整流电路。
图6（b）是示出其中无线电力中继器200替代无线电力传送器100的实施例的、无线电力传输系统的配置示例。
无线电力中继器200不是通过来自分离的无线电力传送器100的谐振来接收电力，而是通过电源10接收电力。
无线电力中继器200向无线电力接收器300传送接收到的电力。无线电力中继器200的其它操作与以上示出的相同。
图7是示出根据一个实施例的无线电力中继器的框图。无线中继器200包括中继单元210和第一屏蔽单元230。
中继单元210包括中继线圈211和中继电容器212。
中继单元210可以向无线电力接收器300传送从无线电力传送器100接收到的电力。中继线圈211通过与无线电力传送器100的传输谐振线圈谐振而接收电力。
第一屏蔽单元230的形状通过被施加到无线电力中继器200的顶侧的压力来转换，从而被传递到无线电力接收器300的磁场的量和要被泄漏到外部的磁场的量可得以调节。
可以根据被施加到无线电力中继器200的顶侧的压力转换第一屏蔽单元230的形状，从而可以改变从中继单元210产生的磁场的方向。即，可以根据被施加到无线电力中继器200的顶侧的压力转换第一屏蔽单元230的形状。如果第一屏蔽单元230的形状被转换，则第一屏蔽单元230改变从中继单元210产生的磁场的方向从而可以减小要被泄漏到无线电力接收器300的位置之外的磁场的量，这将在以后参考图8到10详细地描述。
第一屏蔽单元230可以具有柱形弹簧结构或者锥形弹簧结构。
当压力被施加到无线电力中继器200的顶侧时，随着第一屏蔽单元230被压缩地转换，与其中压力未被施加到无线电力中继器200的顶侧的情形相比较，被传递到无线电力接收器300的磁场的量可以增加，这将在以后参考图8到10详细描述。
在无线电力接收器300位于无线电力中继器200的顶侧上的情形中，压力被施加到无线电力中继器200的顶侧。
当压力未被施加到无线电力中继器200的顶侧时，第一屏蔽单元230可以被松弛地转换以屏蔽从中继单元210产生的磁场。
无线电力中继器200可以进一步包括第二屏蔽单元220。
第二屏蔽单元220连接到第一屏蔽单元230，并且可以具有容纳中继单元210的形状或者具有柱形形状或者六面体形状中的一个。然而，实施例不限于以上形状。即，如果第二屏蔽单元220能够容纳中继单元210，则第二屏蔽单元220可以具有各种形状。
第一屏蔽单元230和第二屏蔽单元220可以包括用于屏蔽从中继单元210产生的磁场的铁氧体（ferrite）。
图8是示出根据第一实施例的无线电力中继器的配置的示图。
无线电力中继器200包括中继单元210、第一屏蔽单元230，和第二屏蔽单元220。
参考图8（a）和（b），第一屏蔽单元230具有锥形弹簧结构，并且第二屏蔽单元220连接到第一屏蔽单元230并且具有容纳中继单元210的柱形形状。图8的箭头方向指的是形成磁场的方向，并且箭头的宽度指的是磁场的强度。
图8（a）示出压力未被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300未被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。当第一屏蔽单元230被松弛地转换以具有松弛转换结构时，如由图8（a）所示磁通量线（magnetic fluxline）示意地，在从中继单元210产生的磁场中，第一屏蔽单元230可以部分地屏蔽朝向上侧、左侧和右侧的磁场。即，当无线电力接收器300并不位于无线电力中继器200的顶侧上时，因为第一屏蔽单元230具有松弛转换结构，所以第一屏蔽单元230可以改变从中继单元210产生的磁场的方向以减小要被泄漏到外部的磁场的量。如果要被泄漏到外部的磁场的量减小，则可以减小被施加到人体的磁场。
在从中继单元210产生的磁场中，第二屏蔽单元230可以屏蔽朝向左侧和右侧的磁场。
如上所述，当无线电力接收器300未被设置在无线电力中继器200的顶侧上时，无线电力中继器200可以有效地屏蔽从中继单元210产生的磁场，由此保护人体。
图8（b）示出压力被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。当第一屏蔽单元230被压缩地转换以具有压缩转换结构时，具有弹簧结构的第一屏蔽单元230的卷绕间隔可以是致密的。参考图8（b）所示磁通量线，与图8（a）的磁通量线相比较，在磁场的强度增加的状态下，从中继单元210产生的磁场朝向上方。
相应地，中继单元210可以以集中方式将磁场传递到无线电力接收器300从而有效的电力传输是可能的。同时地，无线电力中继器200可以通过第一压缩转换屏蔽单元230和第二柱形屏蔽单元220屏蔽要被泄漏到无线电力中继器200的左侧和右侧的磁场。
图9是示出根据第二实施例的无线电力中继器的配置的示图。
无线电力中继器200包括中继单元210、第一屏蔽单元230，和第二屏蔽单元220。
参考图9（a）和（b），第一屏蔽单元230具有柱形弹簧结构，并且第二屏蔽单元220连接到第一屏蔽单元230并且具有容纳中继单元210的柱形形状。图9的箭头方向指的是磁场的方向，并且箭头的宽度指的是磁场的强度。
图9（a）示出压力未被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300未被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。当第一屏蔽单元230被松弛地转换以具有松弛转换结构时，如由图9（a）所示磁通量线示意地，在从中继单元210产生的磁场中，第一屏蔽单元230可以屏蔽朝向上侧、左侧和右侧的磁场。即，当无线电力接收器300并不位于无线电力中继器200的顶侧上时，因为第一屏蔽单元230具有松弛转换结构，所以第一屏蔽单元230可以改变从中继单元210产生的磁场的方向以减小要被泄漏到外部的磁场的量。
在从中继单元210产生的磁场中，第二屏蔽单元230可以屏蔽朝向左侧和右侧的磁场。
如上所述，当无线电力接收器300被设置在无线电力中继器200的顶侧上时，无线电力中继器200可以有效地屏蔽从中继单元210产生的磁场以防止磁场对于人体施加不良影响。
图9（b）示出压力被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。因为第一屏蔽单元230被压缩地转换以具有压缩转换结构，所以第一屏蔽单元230的间隔可以是致密的。参考图9（b）所示磁通量线，与图9（a）的磁通量线相比较，在磁场的强度增加的状态下，从中继单元210产生的磁场朝向上方。
相应地，中继单元210可以以集中方式将磁场传递到无线电力接收器300从而有效的电力传输是可能的。同时地，无线电力中继器200可以通过第一压缩转换屏蔽单元230和第二柱形屏蔽单元220屏蔽要被泄漏到无线电力中继器200的左侧和右侧的磁场。
图10是示出根据第三实施例的无线电力中继器的配置的示图。
无线电力中继器200包括中继单元210和第一屏蔽单元230。
参考图10（a）和（b），第一屏蔽单元230具有锥形弹簧结构并且具有容纳中继单元210的形状。图10的箭头方向指的是磁场的方向，并且箭头的宽度指的是磁场的强度。与图8的无线电力中继器不同，根据本发明第三实施例的无线电力中继器200并不包括第二屏蔽单元220，而是仅仅包括第一屏蔽单元230，并且第一屏蔽单元230具有容纳中继单元210的形状。
图10（a）示出压力未被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300未被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。因为第一屏蔽单元230被松弛地转换以具有松弛转换结构，所以在从中继单元210产生的磁场中，如图10（a）所示磁通量线示意地，第一屏蔽单元230可以屏蔽朝向上侧、左侧和右侧的磁场。
如上所述，当无线电力接收器300被设置在无线电力中继器200的顶侧上时，无线电力中继器200可以有效地屏蔽从中继单元210产生的磁场，由此保护人体。
图10（b）示出压力被施加到无线电力中继器200的顶侧的状态，这示出了在无线电力接收器300被设置在无线电力中继器200上的状态下无线电力中继器200的结构。因为第一屏蔽单元230被压缩地转换以具有压缩转换结构，所以第一屏蔽单元230的间隔可以是致密的。参考图10（b）所示磁通量线，与图10（a）的磁通量线相比较，在磁场的强度增加的状态下，从中继单元210产生的磁场朝向上方。
相应地，中继单元210可以以集中方式将磁场传递到无线电力接收器300从而有效的电力传输是可能的。同时地，无线电力中继器200可以通过第一压缩转换屏蔽单元230屏蔽要被泄漏到外部的磁场。
虽然已经参考其多个示意性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域技术人员能够设计将落入本公开的原理的精神和范围内的多个其它的修改和实施例。更加具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，在主题组合布置的构件和/或布置中，各种变化和修改都是可能的。除了构件和/或布置的变化和修改，对于本领域技术人员而言，可替代的使用也将是明显的。
本领域技术人员将会清楚，能够在本发明中实现各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖本发明的修改和变化，假设它们落入所附权利要求及其等效形式的范围内。
因此，在图中描绘的实施例和配置仅仅是为了示意性的意图，而不代表实施例的全部技术范围，从而应该理解，在提交该申请时，可能存在各种等价形式和修改。
Claims (16)
1.一种用于将电力从无线电力传送器传递到无线电力接收器的无线电力中继器，所述无线电力中继器包括：
中继器谐振单元，所述中继器谐振单元与所述无线电力传送器谐振耦合以将接收到的电力传递到所述无线电力接收器；以及
第一屏蔽单元，所述第一屏蔽单元具有要根据被施加到所述无线电力中继器的压力而转换的形状，以调节从所述中继器谐振单元传递到所述无线电力接收器的磁场的量，
第二屏蔽单元，所述第二屏蔽单元连接到所述第一屏蔽单元，并且具有用于容纳所述中继器谐振单元的形状，
其中，当压力被施加到所述无线电力中继器的顶侧时，所述第一屏蔽单元被压缩地转换而被容纳到所述第二屏蔽单元中。
2.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中，当压力未被施加到所述无线中继器的顶侧时，所述第一屏蔽单元被松弛地转换到所述第二屏蔽单元的外侧。
3.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中，当所述第一屏蔽单元被压缩地转换时，与其中压力未被施加到所述无线电力中继器的顶侧的情形相比较，被传递到所述无线电力接收器的磁场的量增加。
4.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中，所述第一屏蔽单元被松弛地转换以调节要被泄漏到外部的磁场的量。
5.根据权利要求4所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元被松弛地转换以改变从所述中继器谐振单元产生的磁场的方向，使得要被泄漏到外部的磁场的量得以调节。
6.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元具有柱形弹簧结构或者锥形弹簧结构。
7.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中所述第二屏蔽单元具有柱形形状和六面体形状中的一个。
8.根据权利要求1所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元和所述第二屏蔽单元包括铁氧体。
9.一种用于将电力从无线电力传送器传递到无线电力接收器的无线电力中继器，所述无线电力中继器包括：
彼此邻近地布置的多个中继单元，
其中所述中继单元中的至少一个包括：
中继器谐振单元，所述中继器谐振单元与所述无线电力传送器谐振耦合以将接收到的电力传递到所述无线电力接收器；以及
第一屏蔽单元，所述第一屏蔽单元具有要根据被施加到所述无线电力中继器的压力而转换的形状，以调节从所述中继器谐振单元传递到所述无线电力接收器的磁场的量，
第二屏蔽单元，所述第二屏蔽单元连接到所述第一屏蔽单元，并且具有用于容纳所述中继器谐振单元的形状，
其中，当压力被施加到所述无线电力中继器的顶侧时，所述第一屏蔽单元被压缩地转换而被容纳到所述第二屏蔽单元中。
10.根据权利要求9所述的无线电力中继器，其中，当压力未被施加到所述无线中继器的顶侧时，所述第一屏蔽单元被松弛地转换到所述第二屏蔽单元的外侧。
11.根据权利要求9所述的无线电力中继器，其中，当所述第一屏蔽单元被压缩地转换时，从而与其中压力未被施加到所述无线电力中继器的顶侧的情形相比较，被传递到所述无线电力接收器的磁场的量增加。
12.根据权利要求9所述的无线电力中继器，其中，所述第一屏蔽单元被松弛地转换以调节要被泄漏到外部的磁场的量。
13.根据权利要求12所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元被松弛地转换以改变从所述中继器谐振单元产生的磁场的方向，使得要被泄漏到外部的磁场的量得以调节。
14.根据权利要求9所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元具有柱形弹簧结构或者锥形弹簧结构。
15.根据权利要求9所述的无线电力中继器，其中所述第二屏蔽单元具有柱形形状和六面体形状中的一个。
16.根据权利要求15所述的无线电力中继器，其中所述第一屏蔽单元和所述第二屏蔽单元包括铁氧体。
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