CN103259340B

CN103259340B - 无线电力传送器、无线电力接收器、及电力传输方法

Info

Publication number: CN103259340B
Application number: CN201310052554.1A
Authority: CN
Inventors: 裵守镐
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: EP2629395A3; TWI587597B; TW201340530A; JP2013172640A; US9966998B2; US20130214612A1; JP6284706B2; CN103259340A; EP2629395A2

Abstract

本发明提供一种无线电力传送器、无线电力接收器、及电力传输方法。一种以无线方案将电力传送到无线电力接收器的无线电力传送器包括：传送线圈，该传送线圈被配置成使用谐振将由电源供应的电力传送到无线电力接收器的接收线圈；和检测单元，该检测单元被配置成使用无线电力传送器的输入阻抗检测传送线圈和接收线圈之间的耦合状态。

Description

无线电力传送器、无线电力接收器、及电力传输方法

技术领域

本实施例涉及一种无线电力传送器、无线电力接收器、以及无线电力传输系统的电力传输方法。

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无线地传递电能的技术。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诸如无线电波或者激光的电磁波而传送电能的方法。实际上，在日常生活中频繁地使用的电动牙刷或者电动剃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，在无线电力传输技术中，已经广泛地使用了使用谐振的能量传输方案。

因为在使用谐振的无线电力传送系统中通过线圈无线传递在无线电力传送器和无线电力接收器之间产生的电信号，所以用户可以容易地对于诸如便携式装置的电器充电。

在韩国未经审查的专利公开No.10-2006-0031526，标题为“Bidirectionalchargeablewirelesschargingpadandbatterypack（双向可充电的无线充电器和电池组）”中描述了无线电力传输技术的示例，其实现具有简单结构和高耦合系数的分离式变压器以检测被安装在无线充电器的顶表面上的便携式装置或者电池组，并且基于检测结果监视和控制充电的状态。

然而，因为连接到接收器侧的负载侧的阻抗或者接收器侧的线圈的电感固定，所以传送器侧和接收器侧之间的耦合状态变化使得电力传输效率被降低。

发明内容

实施例提供一种能够通过有效地检测无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合状态来主动地（actively）控制负载侧的阻抗的无线电力传送器、无线电力接收器、以及无线电力传送系统的无线电力传输方法。

实施例提供能够通过有效地检测无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合有效状态变化被包括在无线电力接收器中的线圈的电感的无线电力传送器、无线电力接收器、以及无线电力传送系统的无线电力传输方法。

根据实施例，提供一种无线电力传送器，该无线电力传送器以无线方案将电力传送到无线电力接收器，该无线电力传送器包括：传送线圈，该传送线圈被配置成，使用谐振将由电源供应的电力传送到无线电力接收器的接收线圈；和检测单元，该检测单元被配置成使用无线电力传送器的输入阻抗检测传送线圈和接收线圈之间的耦合状态。

检测单元可以在固定无线电力接收器的输出阻抗之后通过测量无线电力传送器的输入阻抗检测耦合状态。

无线电力传送器可以进一步包括传输感应线圈，该传输感应线圈与传送线圈耦合以使用电磁感应将由电源供应的电力传送到传送线圈，其中在无线电力接收器的输出阻抗被去除之后检测单元可以使用测量的无线电力传送器的输入阻抗和传输感应线圈的电感检测传送线圈和接收线圈之间的耦合系数。

检测单元可以在固定无线电力接收器的输出阻抗之后检测耦合状态，并且通过带内通信或者带外通信将关于用于调节无线电力接收器的阻抗的耦合状态的信息传送到无线电力接收器。

检测单元可以在固定无线电力接收器的输出阻抗之后检测耦合状态，并且基于传送线圈和接收线圈之间的耦合状态确定无线电力接收器的阻抗变化信息并且将被确定的阻抗变化信息传送到无线电力接收器。

无线电力接收器的阻抗变化信息可以包括与接收电力的接收线圈耦合的接收感应线圈的电感变化信息和负载侧的阻抗变化信息中的一个。

根据实施例，提供一种无线电力接收器，该无线电力接收器以无线方案从无线电力传送器接收电力，无线电力接收器包括：接收线圈，该接收线圈使用谐振从无线电力传送器的传送线圈接收电力；和阻抗变化单元，该阻抗变化单元变化被配置成变化无线电力接收器的输出阻抗以便检测传送线圈和接收线圈之间的耦合状态。

阻抗变化单元可以包括开关，该开关用于去除无线电力接收器的输出阻抗。

无线电力接收器可以进一步包括可变接收感应线圈，该可变接收感应线圈基于传送线圈和接收线圈之间的耦合状态变化电感。

可变接收感应线圈可以包括：多个感应器，所述多个感应器被相互串联地连接；和多个开关，所述多个开关分别并联地连接到感应器。

无线电力接收器可以进一步包括负载阻抗变化单元，该负载阻抗变化单元被配置成基于传送线圈和接收线圈之间的耦合状态变化负载侧的阻抗。

负载阻抗变化单元可以包括电池管理IC（BMIC）和DC-DC转换器中的一个。

根据实施例，提供一种将电力传递到负载侧的无线电力传送系统的无线电力传输方法，该无线电力传输方法包括：变化无线电力接收器的输出阻抗；根据变化的无线电力接收器的输出阻抗测量无线电力传送器的输入阻抗；以及使用测量的无线电力传送器的输入阻抗检测无线电力传送器的传送线圈和无线电力接收器的接收线圈之间的耦合状态。

变化无线电力接收器的输出阻抗的步骤可以包括固定输出阻抗。

变化输出阻抗的步骤可以包括通过将并联地连接到负载侧的开关短接来去除无线电力接收器的输出阻抗。

检测耦合状态的步骤可以包括在去除输出阻抗之后使用测量的无线电力传送器的输入阻抗和与接收线圈耦合的接收感应线圈的电感检测传送线圈和接收线圈之间的耦合系数。

无线电力传输方法可以进一步包括基于传送线圈和接收线圈之间的检测到的耦合状态变化负载侧的阻抗。

无线电力传输方法可以进一步包括基于传送线圈和接收线圈之间的检测到的耦合状态变化将电力传送到负载侧的接收感应线圈的电感。

无线电力传输方法可以进一步包括经由无线电力传送器通过带内通信或者带外通信将关于检测到的耦合状态的信息传送到无线电力接收器。

记录介质被记录有用于执行无线电力传输方法的程序。

根据实施例，能够通过经由无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合状态的有效检测调节负载侧的阻抗来提高无线电力传送系统的电力传输效率。

根据实施例，能够通过经由无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合状态的检测通过改变被包括在无线电力接收器中的线圈的电感来提高无线电力传送系统的电力传输效率。

同时，在本公开的实施例的下述描述中可以直接地或者间接地公开其它各种效果。

附图说明

图1是示出根据实施例的谐振无线电力传送系统的配置的图；

图2是示出根据实施例的输出阻抗变化单元的开关断开（open）的状态的电流图；

图3是示出根据实施例的输出阻抗变化单元的开关短接（short）的状态的电路图；

图4是图示根据实施例的调节负载侧的阻抗的方法的图；

图5是图示根据实施例的无线电力传送系统的无线电力传输方法的流程图；

图6是其中根据实施例的其中相互对应地存储了耦合系数和负载侧的阻抗的查找表的示例；

图7是图示根据另一实施例的无线电力传送系统的配置的图；

图8至图11是图示当接收感应线圈单元的电感是固定的时根据谐振频率的电力传输效率的图；

图12至图15图示当根据耦合系数电感变化单元变化接收感应线圈的电感时根据谐振频率的电力传输效率的图；

图16是完整地示出图8至图15的结果的图；

图17图示根据实施例的电感变化单元的配置的示例的图；以及

图18是图示根据另一实施例的无线电力传送系统的无线电力传输方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将会参考附图详细地描述实施例使得本领域的技术人员能够容易地与实施例协作。

图1是示出根据实施例的谐振无线电力传送系统1000的配置的图。

参考图1，无线电力传送系统1000可以包括：电源100、无线电力传送器200、无线电力接收器300、以及负载侧400。

无线电力传送器200可以包括传送单元210和检测单元220。

传送单元210可以包括传输感应线圈单元211和传输谐振线圈单元212。

无线电力接收器300可以包括接收单元310、输出阻抗变化单元320、以及负载阻抗调节单元330。

接收单元310可以包括接收谐振线圈单元311和接收感应线圈单元312。

电源100可以将电力供应到无线电力传送器200。电源100可以将AC电力供应到无线电力传送器200。

从电源100产生的电力被传送到无线电力传送器200。在无线电力传送器200中接收到的电力被传送到无线电力接收器300，该无线电力接收器300由于谐振现象与无线电力传送器200谐振。从无线电力传送器200到无线电力接收器300的电力通过整流器电路（未示出）被传送到负载侧400。负载侧400可以包括可充电电池或者需要电力的其它装置。在本实施例中负载侧400的阻抗被表示为“ZLO”。在实施例中，负载侧400可能指的是将电力供应到电子设备的电池。

在实施例中，负载侧400可以被包括在无线电力接收器300中。

更加详细地，电源100可以将具有预定的频率的AC电力供应到无线电力传送器200。

无线电力传送器200的传送单元210可以包括传输感应线圈单元210和传输谐振线圈单元212。

传输感应线圈单元211被连接到电源100，并且通过来自于电源100的AC电流，AC电流流过传输感应线圈单元211。当AC电流流过传输感应线圈单元211时，AC电流由于电磁感应被感应到与传输感应线圈单元211物理地隔开的传输谐振线圈单元212。

传输谐振线圈单元212可以使用谐振将来自于传输谐振线圈单元212的电力传送到无线电力接收器300的接收谐振线圈单元311。

可以使用谐振在相互阻抗匹配的两个LC电路之间传递电力。与通过电磁感应的相比较，使用谐振的电力传递能够以较高的效率将电力传递到较长的距离。

传输感应线圈单元211可以包括传输感应线圈L1和电容器C1。电容器C1的电容可以具有固定的值。

电容器C1的一个端子可以被连接到电源100的一个端子，并且电容器C1的另一个端子被连接到传输感应线圈L1的一个端子。传输感应线圈L1的另一个端子可以被连接到电源100的另一个端子。

传输谐振线圈单元212可以包括传输谐振线圈L₂、电容器C₂、以及电阻器R₂。传输谐振线圈L₂可以包括被连接到电容器C₂的一个端子的一个端子和被连接到电阻器R₂的一个端子的另一个端子。电阻器R₂的另一个端子可以被连接到电容器C₂的另一个端子。电阻器R₂的电阻表示传输谐振线圈L₂的功率损耗的量。

检测单元220可以检测当在电源100处朝向无线电力传送器200看时测量的阻抗的第一输入阻抗Z₁。可以使用电源100的两端电压和流过电源100的电路的电流检测第一输入阻抗Z₁。

检测单元220可以使用第一输入阻抗Z₁检测无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的耦合状态。在实施例中，可以基于传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数获得耦合状态。耦合系数表示传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的电磁耦合的程度，并且可以通过传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的位置、方向以及距离中的至少一个变化。

检测单元220可以使用第一输入阻抗Z₁检测传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂。

检测单元220可以通过改变输出阻抗检测传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂。详细地，当输出阻抗变成零时，检测单元220可以基于变成零的输出阻抗检测耦合系数。在实施例中，输出阻抗可以表示从接收单元310向负载侧400看的阻抗。

检测单元220可以基于变成零的输出阻抗测量第一输入阻抗，并且然后使用第一输入阻抗Z₁检测耦合系数k₂。

耦合系数k₂表示传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的电磁耦合的程度，并且可以通过在无线电力传送系统1000中的无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的距离、方向以及位置中的至少一个变化。

由于耦合系数k₂中的变化，可以变化谐振的无线电力传送系统1000中的电力传递效率。无线电力传送系统1000主动地控制负载侧400的阻抗使得可以根据耦合系数k₂中的变化来改进电力传递效率。

为了主动地控制负载侧400的阻抗，需要传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂。下面将会描述传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂。

无线电力接收器300包括接收单元310、输出阻抗变化单元320、以及负载阻抗调节单元330。无线电力接收器300可以进一步包括控制单元（未示出）。

接收谐振线圈单元311可以包括接收谐振线圈L₃、电容器C₃、以及电阻器R₃。接收谐振线圈L₃可以包括被连接到电容器C₃的一个端子的一个端子和被连接到电阻器R₃的一个端子的另一个端子。电阻器R₃的另一个端子可以被连接到电容器C₂的另一个端子。电阻器R₃的电阻表示由于接收谐振线圈L₃的功率损耗引起的被损耗的功率的量。

接收感应线圈单元312包括接收感应线圈L4和电容器（未示出），该接收感应线圈L4具有连接到阻抗变化单元320的两个端子的两个端子。接收感应线圈单元312可以形成具有适当的电感和电容值的电路。

接收谐振线圈单元311可以以谐振频率保持与传输谐振线圈单元212的谐振状态。即，接收谐振线圈单元311被松散地耦合传输谐振线圈单元212使得AC电流流过。因此，无线电力传送器200可以以非辐射方案将电力传送到无线电力接收器300。

接收感应线圈单元312可以通过电磁感应从接收谐振线圈单元311接收电力，并且在通过整流器电路（未示出）整流电力之后在接收感应线圈单元312处接收到的电力可以被传递到负载侧400。

输出阻抗变化单元320可以包括开关SW和电容器C₄。开关SW可以包括被连接到电容器C₄的一个端子的一个端子和被连接到负载侧400的一个端子的另一个端子。负载侧400的另一个端子被连接到电容器C₄的另一个端子。

输出阻抗变化单元320可以变成从接收感应线圈L₄向负载侧400看的输出阻抗Z_L。输出阻抗变化单元320可以通过开关SW变化输出阻抗使得可以变化第一输入阻抗Z₁。

在预定时段可以将开关SW短接预定时间。预定时段可以是一秒并且预定时间可以是100us，但是实施例不限于此。

控制单元（未示出）将控制信号施加到开关SW使得允许开关SW断开或者短接。

负载阻抗调节单元330可以基于传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂变化负载侧400的阻抗。

负载阻抗调节单元330可以通过两种方法变化负载侧400的阻抗。将会参考图4和图5描述两种方法。

在下文中，将会参考图2和图3描述通过测量经由输出阻抗变化单元320变化的第一输入阻抗Z₁检测传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂的方法。

第三输入阻抗Z₃表示在接收谐振线圈L₃处向负载侧400看的测量的阻抗并且可以表达为等式1：

[等式1]

Z_{3} = \frac{w^{2} M_{3}^{2}}{Z_{L} + jw L_{4}}

其中“w”表示传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂的谐振频率，并且“M₃”可以是接收谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的互感。此外，“Z_L”可以表示输出阻抗。等式1基于频域并且下面将会描述的等式也基于频域。

第二输入阻抗Z₂表示在无线电力传送器200处向无线电力接收器300看的测量的阻抗并且可以被表达为等式2。

[等式2]

Z_{2} = \frac{{jw}^{3} C_{3} M_{2}^{2}}{1 - w^{2} L_{3} C_{3} + jw C_{3} (Z_{3} + R_{3})}

其中“M₂”可以表示传输谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的互感，并且“C₃”可以表示是与接收谐振线圈单元311相对应的等效电路的电容器。此外，“R₃”表示与通过接收谐振线圈L₃的功率损耗引起的功率损耗的量。

虽然电容器C₃和泄露电阻器R₃可以具有固定的值，但是互感M₂可以根据传输谐振线圈L₂和接收谐振线圈L₃之间的耦合系数k₂变化。

第一输入阻抗Z₁是当在电源100处看无线电力传送器200时测量的阻抗并且可以被表达为等式3。

[等式3]

Z_{1} = jw L_{1} + \frac{1}{jw C_{1}} + \frac{{jw}^{3} C_{2} M_{1}^{2}}{1 - w^{2} L_{2} C_{2} + jw C_{2} (Z_{2} + R_{2})}

其中“M₁”可以表示是传输感应线圈L₁和传输谐振线圈L₂之间的互感。

如果假定R₁和R₂具有非常小的值，则R₁和R₂可以变成“0”（零）。另外，如果第一输入阻抗Z₁被选择使得传输感应线圈L₁和电容器C₁之间、传输谐振线圈L₂和电容器C₂之间、以及接收谐振线圈L₃和电容器C₃之间的谐振以相同的频率w发生，第一输入阻抗Z₁可以被表达为等式4。

[等式4]

Z_{1} = \frac{M_{1}^{2} M_{3}^{2}}{M_{2}^{2}} \frac{w^{2}}{Z_{L} + j w L_{4}}

此外，如果下述等式5和等式7被应用于等式4，等式4可以被表达为等式8。

[等式5]

M_{1} = k_{1} \sqrt{L_{1} L_{2}}

其中“M₁”可以表示传输感应线圈L₁和传输谐振线圈L₂之间的互感。“k₁”可以表示传输感应线圈L₁和传输谐振线圈L₂之间的耦合系数。

[等式6]

M_{2} = k_{2} \sqrt{L_{2} L_{3}}

其中“M₂”可以表示传输谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的互感。“k₂”可以表示传输谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的耦合系数。

[等式7]

M_{3} = k_{3} \sqrt{L_{3} L_{4}}

其中“M₃”可以是接收谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的互感。“k₃”是接收谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的耦合系数。

如果下述等式5至7被应用于等式4，则等式4可以被表达为等式8。

[等式8]

Z_{1} = \frac{k_{1}^{2} k_{3}^{2}}{k_{2}^{2}} \frac{w^{2} L_{1} L_{4}}{Z_{L} + jw L_{4}}

参考等式8，随着输出阻抗Z_L变化，第一输入阻抗Z₁可以变化。将会参考图2和图3详细地描述此过程。

控制单元（未示出）可以将控制信号施加到输出阻抗变化单元320使得输出阻抗变化单元320被控制。控制信号可以包括用于允许开关SW断开或者短接的驱动信号。

在下文中，将会参考图2和图3描述根据开关SW是否断开或者短接的输出阻抗Z_L和第一输入阻抗Z₁的变化。

图2是示出根据实施例的阻抗变化单元320的开关SW断开的状态的电路图。

当开关SW断开时，输出阻抗变化单元320可以被表达为在图2中描写的电路图。

在这样的情况下，输出阻抗Z_L可以被表达为等式9。

[等式9]

Z_{L} = ZL 0 + \frac{1}{{jwC}_{4}}

如果接收感应线圈L₄和电容器C₄的值被选择以允许接收感应线圈L₄和电容器C₄以谐振频率w相互谐振，则等式8的第一输入阻抗Z₁被表达为等式10：

[等式10]

Z_{1} = \frac{k_{1}^{2} k_{3}^{2}}{k_{2}^{2}} \frac{w^{2} L_{1} L_{4}}{ZL 0}

在等式10中，“k₁”可以表示传输感应线圈L₁和传输谐振线圈L₂之间的耦合系数，并且“k₃”可以表示接收谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的耦合系数。“k₁”和“k₃”可以是固定的和已知的。

谐振频率w、传输感应线圈L₁的电感、以及接收感应线圈L₄的电感可以是固定的和已知的。然而，可以通过无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的位置、方向以及距离变化耦合系数k₂。当具有可变的阻抗的负载被使用时，负载侧400的阻抗ZLO可以被改变，难以检测耦合系数k₂。

在下文中，将会参考图3描述检测耦合系数k₂的过程。

图3是图示阻抗变化单元320的开关SW短接的状态的电路图。

当开关SW短接时，输出阻抗变化单元320可以被表达为在图3中描写的电路图。

在这样的情况下，输出阻抗Z_L可以被表达为等式11。

[等式11]

Z_L=0

如果接收感应线圈L₄和电容器C₄被选择以在谐振频率w相互谐振，则等式8的第一输入阻抗Z₁可以被表达为等式12。

[等式12]

Z_{1} = \frac{k_{1}^{2} k_{3}^{2}}{k_{2}^{2}} (- jw L_{1})

“k₁”可以表示传输感应线圈L₁和传输谐振线圈L₂之间的耦合系数，并且“k₃”可以表示接收谐振线圈L₃和接收感应线圈L₄之间的耦合系数。“k₁”和“k₃”可以是固定的和已知的。

谐振频率w和传输感应线圈L₁的电感可以是固定的和已知的。

因此，如果通过检测单元220测量第一输入阻抗Z₁，则可以获得耦合系数k₂。在实施例中，当被输入到无线电力传送器200的电压是恒定的时，检测单元200检测被输入到无线电力传送器200的电流使得可以测量第一输入阻抗Z₁。

如果获得耦合系数k₂，则可以通过基于耦合系数k₂变化负载侧400的阻抗来增加电力传递效率。可以通过主动地控制变化负载侧400的阻抗。下面将会参考图4描述调节负载侧400的阻抗的方法。

特别地，当在开始电力传输之前或者在将电力传送到无线电力接收器300时有必要定期地检测传输谐振线圈L2和接收谐振线圈L3之间的耦合系数k₂时，如图3中所示，开关SW短接使得耦合系数k₂可以被获得。

当开关SW短接时，电力没有从无线电力传送器200传送到负载侧400。因此，当在传送电力时检测到耦合系数时，有必要减少开关SW短接的状态的时间。在实施例中，在一秒的时段，开关SW可以短接100us。在这样的情况下，电力传输的故障比率是没有引起对电力传输的严重影响的1/10000。

图4是图示根据实施例的调节负载侧的阻抗的方法的图。

无线电力接收器300的负载阻抗调节单元330可以根据检测到的耦合系数k₂调节负载侧400的阻抗。可以通过使用下述两种方法来实现调节负载侧400的阻抗的方法。

一个方法是，在使用电池管理IC（BMIC）331被连接到负载侧400的一个端子和另一个端子之后通过BMIC调节负载侧400的阻抗。

BMIC331是调节流过电池的电流的量的装置。

参考图4（a），负载侧400的阻抗可以被表达为下述等式13。

[等式13]

ZLO = \frac{V_{C}}{I_{C}}

其中，I_C表示通过BMIC调节的电流，并且V_C表示被施加到负载侧400的电压。在这样的情况下，负载侧400可以表示用于提供操作电子设备所必需的电力的电池。

当V_C的值是已知的时，可以通过BMIC331调节被输入到负载侧400的电流IC使得可以通过等式13调节负载侧400的阻抗ZLO。

另一方法是，通过使用位于负载侧400的一个端子和另一个端子处的DC-DC转换器332调节负载侧400的阻抗。

DC-DC转换器332执行将直流电压转换成另一直流电压的功能并且被分类成切换型和直线型。优选地，可以使用切换型的DC-DC转换器。切换型允许通过使用开关电路将通过整流AC电流产生的不稳定的直流转换成脉冲电流使输出侧获得适当的电流。

参考图4（b），负载侧400的阻抗可以被表达为下述等式14。在这样的情况下，负载侧400的阻抗ZLO可以被替换为R_in，并且现有的负载阻抗ZLO可以是固定的。

[等式14]

R_{in} = E_{d} {(\frac{V_{in}}{V_{out}})}^{2} ZLO

其中，E_d表示DC-DC转换器332的效率，V_out表示被施加到负载阻抗ZLO的电压，V_in表示被施加到负载侧400的电压，并且R_in可以表示当看DC-DC转换器332时测量的阻抗。

通常，因为DC-DC转换器332的效率E_d、施加到负载侧400的电压V_in、以及现有的负载阻抗具有固定的值，所以无线电力接收器300可以改变被施加到负载阻抗ZLO的电压，从而调节被替代的负载侧400的负载阻抗R_in。

图5是图示根据实施例的无线电力传送系统的无线电力传输方法的流程图。

在下文中，将会结合图1至图4的描述来描述根据实施例的无线电力传输方法。

首先，在步骤S101中，无线电力接收器300的输出阻抗变化单元320变化输出阻抗。如在图1中所示，输出阻抗Z_L意味着当从接收单元310向负载侧400看时测量的阻抗。在实施例中，输出阻抗变化单元320可以包括开关SW，并且可以通过使用开关SW变化输出阻抗。

输出阻抗变化单元320将短接信号施加到开关SW使得在预定时段开关SW可短接预定时间。预定时段可以是一秒并且预定时间可以是100us，但是实施例不限于此。变化输出阻抗的过程与在图2和图3中图示的相同，并且因此其详细描述被适当地省略。

接下来，无线电力传送器200的检测单元220基于变化的输出阻抗测量从电源100到无线电力传送器200看的输入阻抗（S103）。在实施例中，当被输入到无线电力传送器200的电压是已知的时，检测单元220可以检测被输入到无线电力传送器200的电流以基于检测到的输入电流测量第一输入阻抗Z₁。

然后，无线电力传送器200的检测单元220可以使用测量到的输入阻抗检测传送单元210的传输谐振线圈L₂和接收单元310的接收谐振线圈L₃之间的耦合系数（S105）。通过检测单元220检测耦合系数的过程与在图3中图示所图示的相同。

其后，无线电力接收器300从无线电力传送器200接收检测到的耦合系数（S107）。无线电力接收器300可以通过带内通信或者带外通信从无线电力传送器200接收耦合系数。实施例已经图示从无线电力传送器200传送到无线电力接收器300的信息是关于耦合系数的信息，但是被传送的信息不限于此。即，被传送的信息可以包括表示传送谐振线圈和接收谐振线圈之间的耦合状态的信息，和关于基于耦合状态通过无线电力接收器300变化的负载侧400的阻抗的信息。

带内通信可以指的是，用于通过具有在无线电力传输中使用的频率的信号在无线电力传送器200和无线电力接收器300之间交换信息的通信。

带外通信指的是，为了交换对于电力传输所必需的信息通过不同于谐振频带的特定频带执行的通信。无线电力传送器200和无线电力接收器300能够被装备有带外通信模块以交换对于电力传输所必需的信息。带外通信模块可以被安装在电源设备中。在一个实施例中，带外通信模块可以使用诸如蓝牙、紫蜂（Zigbee）、WLAN或者NFC的短程通信技术，但是实施例不限于此。

随后，无线电力接收器300可以基于接收到耦合系数确定负载侧400的阻抗（S109）。无线电力接收器可以进一步包括存储单元（未示出），其中相互对应地存储了耦合系数和负载侧400的阻抗。无线电力接收器300可以从无线电力传送器200接收检测到的耦合系数，并且可以使用接收到的耦合系数确定负载侧400的阻抗。将会参考图6详细地描述。

图6是根据实施例的其中相互对应地存储了耦合系数和负载侧400的阻抗的查找表的示例。

参考图6，负载侧400的耦合系数和阻抗相互对应。即，无线电力接收器300的存储单元（未示出）存储查找表，其中相互对应地存储了耦合系数和负载侧400的阻抗，使得无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效率被最大化。

无线电力接收器300可以从无线电力传送器200接收检测到的耦合系数以搜索与接收到的耦合系数相对应的负载侧400的阻抗。无线电力接收器300可以通过搜索确定负载侧400的阻抗。

在实施例中，存储单元（未示出）可以被包括在无线电力传送器200中。即，无线电力传送器200可以存储其中相互对应地存储了耦合系数和负载侧400的阻抗的查找表。无线电力传送器200可以确定与检测到的耦合系数相对应的阻抗，并且可以通过带内通信或者带外通信将关于被确定的负载阻抗的信息传送到无线电力接收器300。因为关于被确定的负载阻抗的信息是关于根据检测到的耦合系数变化的负载阻抗的信息，所以关于被确定的负载阻抗的信息可能指的是无线电力接收器300的阻抗变化信息。

无线电力接收器300的负载阻抗调节单元330可以使用从无线电力传送器200接收到的关于负载阻抗的信息变化负载侧400的阻抗。

再次参考图5，无线电力接收器300根据被确定的阻抗调节负载侧400的阻抗（S111）。

无线电力接收器300根据被调节的负载侧400的阻抗从无线电力传送器200接收电力（S113）。

如上所述，实施例能够通过基于传输谐振线圈L₂和接收单元310的接收谐振线圈L₃之间的检测到的耦合系数变化负载侧400的阻抗提高电力传输效率。

在下文中，描述根据无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的耦合系数变化接收感应线圈单元312的电感的实施例。

在下文中，结合图1至图3的描述将会描述根据另一实施例的无线电力传送系统及其无线电力传输方法。

图7是图示根据另一实施例的无线电力传送系统的配置的图。

参考图7，根据另一实施例的无线电力传送系统1000可以包括：电源100、无线电力传送器200、无线电力接收器300、以及负载侧400。

电源100和无线电力传送器200具有与在图1中示出的电源100和无线电力传送器200基本上相同的功能，并且因此其详细描述被适当地省略。

无线电力接收器300可以包括接收单元310、电感变化单元313、输出阻抗变化单元320、存储单元340、以及控制单元350。

接收谐振线圈单元311可以通过与传输谐振线圈单元212的谐振耦合从传输谐振线圈单元213接收电力。接收谐振线圈单元311和接收感应线圈单元312具有与在图1中图示的相同的配置。

输出阻抗变化单元320可以从下面要描述的电感变化单元313到负载侧400看的输出阻抗Z_L。

电感变化单元313可以通过电磁感应从接收感应线圈单元311接收电力，并且可以将接收到的电力传递到负载侧400。

电感变化单元313可以基本上对应于在图1中图示的接收感应线圈单元。

当从无线电力接收器200接收耦合系数k₂时，电感变化单元313可以根据接收到的耦合系数k₂变化接收感应线圈单元的电感。电感变化单元313可以是用于变化接收感应线圈单元312的电感的可变接收感应线圈。根据耦合系数k₂变化电感以便于最大化无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效率。这将会参考图8至图15进行描述。

存储单元304可以存储相互对应的耦合系数k₂和接收感应线圈单元312的电感。即，无线电力接收器300的存储单元340存储查找表，在查找表中相互对应地存储了耦合系数k₂和接收感应线圈单元312的电感，使得无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效率被最大化。

无线电力接收器300可以从无线电力传送器200接收检测到的耦合系数以从存储单元340搜索与接收到的耦合系数相对应的接收感应线圈单元312的电感，并且可以通过搜索确定接收感应线圈单元312的电感。

在实施例中，存储单元340可以被包括在无线电力传送器200中。即，无线电力传送器200可以存储其中相互对应地存储了耦合系数和接收感应线圈单元312的电感的查找表。无线电力传送器200可以确定与检测到的耦合系数相对应的接收感应线圈单元312的电感，并且可以通过带内通信或者带外通信传送关于被确定的电感的信息。因为关于确定的接收感应线圈单元312的电感的信息是关于根据检测到的耦合系数变化的接收感应线圈单元312的电感的信息，所以关于被确定的接收感应线圈单元312的电感的信息可能指的是无线电力接收器300的阻抗变化信息。

无线电力接收器300的电感变化单元313可以使用来自于无线电力传送器200的关于确定的电感的信息变化接收感应线圈单元312的电感。

在下文中，将会参考图8至图15描述根据接收感应线圈单元312的电感的电力传输效率的变化。

图8至图11是图示当如在图1中所图示的接收感应线圈单元312的电感是固定的时根据谐振频率的电力传输效率的图。图12至图15是图示当电感变化单元313根据耦合系数k₂变化接收感应线圈的电感时根据谐振频率的电力传输效率的图。

假定在图8至图11中接收感应线圈的电感是5uH，并且在图8至图11中谐振频率是308KHz。然而，实施例并不限于308KHz。

在实施例中，当无线电力传送器200以无线方案将电力传送到接收单元310时，从无线电力传送器200传送到接收单元310的电力可以具有各种频带。在实施例中各种频带可以是三种类型的频带。

第一频带可以是在110KHz至205KHz的范围内，并且可以具有在是无线方案中的通过电磁感应传送电力的技术规范的无线供电联盟（WPC）中使用的频带。

第二频带可以是6.78MHz，或者可以具有在是无线方案中的通过谐振传送电力的技术规范的无线电力联盟（A4WP）中使用的频带。

第三频带可以是处于206KHz至300KHz的范围内，并且可以具有在是无线方案中的通过电磁感应传送电力的技术规范的电源事项联盟（PMA）中使用的频带。

然而，上述频带仅是示例性目的。

在图8至图15中，水平轴指示频率（单元：MHz），并且垂直轴指示无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效率（单元：%）。

首先，图12是与图8进行比较，其中耦合系数k₂是0.1。

参考图8，当接收感应线圈L₄的电感被固定为5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率大约是58%。在图12的情况下，当接收感应线圈L₄的电感变成20uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率大约是85%。在与谐振频率（308KHz）相类似的频带下电力传输效率基本上保持恒定。

即，如果接收感应线圈L₄的电感对应于耦合系数k₂而变化，则可以确认电力传输效率被提高。

接下来，当耦合系数k₂是0.05时，图13与图9相比较。

参考图9，当接收感应线圈L₄的电感被固定为5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率大约是75%。在图13的情况下，当接收感应线圈L₄的电感变成5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率被增加到大约75%，与图9的相同。

即，在耦合系数k₂是0.05的情况下，如果接收感应线圈L₄的电感是5uH，则在谐振频带优化电力传输效率。

然后，图14与图10相比较，其中耦合系数k₂是0.03。

参考图10，当接收感应线圈L₄的电感被固定到5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率大约是68%。在图14的情况下，当接收感应线圈L₄的电感被变成4uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率被增加到大约68%，与图10的相类似，但是在大于谐振频率（308KHz）的频带下电力传输效率可能被提高。

即，当接收感应线圈L₄的电感对应于耦合系数k₂而变化时，电力传输效率可能被提高。

其后，图15与图11相比较，其中耦合系数k₂是0.01。

参考图11，当接收感应线圈L₄的电感被固定为5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率大约是27%。在图15的情况下，当接收感应线圈的电感L₄变成1.5uH时，在谐振频率（308KHz）处的电力传输效率被增加到大约34%，使得效率能够被提高。

图16是完整地示出图8至图15的结果的图。

图16是图示在固定接收感应线圈L₄的电感的情况下和在根据耦合系数k₂变化电感的情况下的电力传输效率E的变化的图。

参考图16，图形A图示当接收感应线圈L₄的电感是固定的时根据耦合系数k₂中的变化的电力传输效率E的变化。图形B图示当通过电感变化单元313根据耦合系数k₂变化接收感应线圈L₄的电感时根据耦合系数k₂的电力传输效率E的变化。

如在图16中所图示的，与固定接收感应线圈L₄的电感的情况相比较，在通过电感变化单元313根据耦合系数k₂变化接收感应线圈L₄的电感的情况可以提高电力传输效率E。

再次描述图7。

为了变化在图1中示出的接收感应线圈L₄的电感可以不同地实现电感变化单元313。在实施例中，电感变化单元313可以通过多个感应器和多个开关变化接收感应线圈L₄的电感。将会参考图17描述电感变化单元313的配置。

图17是图示根据实施例的电感变化单元313的配置的示例的图。

参考图17，根据实施例的电感变化单元313可以包括多个感应器313a和多个开关313b。电感变化单元313可以包括四个感应器和四个开关，但是实施例不限于四个感应器和四个开关。

感应器313a的电感可以相互相同或者相互不同。

各个感应器313a的一个端子被并联地连接到各个开关313b。感应器313a被相互串联地连接使得电感可能被增加。感应器313a被相互并联地连接使得电感可以被减少。

无线电力接收器300的控制单元350可以从无线电力传送器200接收耦合系数k₂，并且可以确定与接收到的耦合系数k₂相对应的电感。

电感变化单元313可以根据被确定的电感通过短接或者断开开关313b中的至少一个变化电感变化单元313的电感。当四个开关313b都断开时，四个感应器313a可以被相互串联地连接。串联连接的感应器可以对应于图1的接收感应线圈单元312。

电感变化单元313可以通过感应器313a的组合获取被确定的电感。因此，在无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效率可以被优化。

再次参考图7，存储单元340可以存储相互对应的耦合系数k₂和接收感应线圈的电感。即，存储单元340可以以查找表的形式存储相互对应的耦合系数k₂和接收感应线圈的电感。

控制单元350可以控制无线电力接收器300的整体操作。

特别地，控制单元350可以将控制信号施加到电感变化单元313的各自开关313b使得接收感应线圈的电感对应于通过检测单元220检测到的耦合系数k₂。在实施例中，控制信号可以是要被传送到至少一个开关的断开或者短接信号。

图18是图示根据另一实施例的无线电力传送系统的无线电力传输方法。

在下文中，将会参考图1至图17描述根据另一实施例的无线电力传送系统的无线电力传输方法。

首先，步骤S201至S207与在图5中图示的步骤S101至S107相同，并且因此其详细描述被适当地省略。

无线电力接收器300基于从无线电力传送器200接收到的耦合系数确定接收感应线圈的电感（S209）。在实施例中，无线电力接收器300可以从无线电力传送器200接收检测到的耦合系数以搜索与接收到的耦合系数相对应的接收感应线圈的电感。无线电力接收器300可以通过搜索确定接收感应线圈的电感。

然后，无线电力接收器300的电感变化单元313根据被确定的电感变化接收感应线圈的电感（S211）。变化电感的方法与在图17中图示的相同。

无线电力接收器300根据在接收感应线圈的电感中的变化从无线电力传送器200接收电力。

虽然已经描述本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明应不限于这些示例性实施例而是在如在下文中声称的本发明的精神和范围内能够由本领域的普通技术人员进行各种更改和修改。

在实施例中，通过电磁感应传送电力的方法可以意味着具有相对低的Q值的紧密耦合。通过谐振传送电力的方法可以意味着具有相对高的Q的松散耦合。

Claims

1.一种无线电力传送器，所述无线电力传送器以无线方案将电力传送到无线电力接收器，所述无线电力传送器包括：

传送线圈，所述传送线圈被配置成使用谐振将由电源供应的电力传送到所述无线电力接收器的接收线圈；和

检测单元，所述检测单元被配置成根据所述无线电力接收器的变化的输出阻抗测量无线电力传送器的输入阻抗，并且使用所述无线电力传送器的输入阻抗检测所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合状态，

其中所述检测单元被配置成通过带内通信或者带外通信将关于用于调节所述无线电力接收器的阻抗的耦合状态的信息传送到所述无线电力接收器。

2.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中使用所述电源的两端电压和流过所述电源的电路的电流检测输入阻抗。

3.根据权利要求1所述的无线电力传送器，进一步包括传输感应线圈，所述传输感应线圈与所述传送线圈耦合以使用电磁感应将由电源供应的电力传送到所述传送线圈，

其中在所述无线电力接收器的输出阻抗被去除之后所述检测单元使用测量的所述无线电力传送器的输入阻抗和所述传输感应线圈的电感检测所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合系数。

4.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述检测单元在固定所述无线电力接收器的输出阻抗之后检测所述耦合状态。

5.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述检测单元在固定所述无线电力接收器的输出阻抗之后检测所述耦合状态，基于所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合状态确定所述无线电力接收器的阻抗变化信息，并且将确定的阻抗变化信息传送到所述无线电力接收器。

6.根据权利要求5所述的无线电力传送器，其中所述无线电力接收器的阻抗变化信息包括与接收电力的接收线圈耦合的接收感应线圈的电感变化信息和负载侧的阻抗变化信息中的一个。

7.一种以无线方案从无线电力传送器接收电力的无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：

接收线圈，所述接收线圈被配置成使用谐振从所述无线电力传送器的传送线圈接收电力；

阻抗变化单元，所述阻抗变化单元变化被配置成变化所述无线电力接收器的输出阻抗以便检测所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合状态；以及

负载阻抗调节单元，所述负载阻抗调节单元被配置成根据基于从所述无线电力传送器的变化的输出阻抗而检测的耦合状态，变化负载侧的阻抗，

其中所述阻抗变化单元包括开关，所述开关用于变化所述无线电力接收器的输出阻抗。

8.根据权利要求7所述的无线电力接收器，进一步包括可变接收感应线圈，所述可变接收感应线圈被配置成基于所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合状态变化电感。

9.根据权利要求8所述的无线电力接收器，其中所述可变接收感应线圈包括：多个感应器，所述多个感应器被相互串联地连接；和多个开关，所述多个开关被分别并联地连接到所述感应器。

10.根据权利要求7所述的无线电力接收器，其中所述负载阻抗变化单元包括电池管理IC(BMIC)和DC-DC转换器中的一个。

11.一种将电力传递到负载侧的无线电力传送系统的无线电力传输方法，所述无线电力传输方法包括：

变化无线电力接收器的输出阻抗；

根据变化的无线电力接收器的输出阻抗测量无线电力传送器的输入阻抗；以及

使用测量的无线电力传送器的输入阻抗检测所述无线电力传送器的传送线圈和所述无线电力接收器的接收线圈之间的耦合状态；以及

通过带内通信或者带外通信将关于用于调节所述无线电力接收器的阻抗的耦合状态的信息传送到所述无线电力接收器，

其中，所述输入阻抗当通过电源看时被测量。

12.根据权利要求11所述的无线电力传输方法，其中变化无线电力接收器的输出阻抗的步骤包括固定所述输出阻抗。

13.根据权利要求12所述的无线电力传输方法，其中固定所述输出阻抗的步骤包括通过将并联地连接到所述负载侧的开关短接来去除所述无线电力接收器的输出阻抗。

14.根据权利要求13所述的无线电力传输方法，其中检测耦合状态的步骤包括在去除所述输出阻抗之后使用测量的无线电力传送器的输入阻抗和与所述接收线圈耦合的接收感应线圈的电感检测所述传送线圈和所述接收线圈之间的耦合系数。

15.根据权利要求11所述的无线电力传输方法，进一步包括基于所述传送线圈和所述接收线圈之间的检测到的耦合状态变化所述负载侧的阻抗。

16.根据权利要求11所述的无线电力传输方法，进一步包括基于所述传送线圈和所述接收线圈之间的检测到的耦合状态变化将所述电力传送到所述负载侧的接收感应线圈的电感。