CN104600851A - 无线电力中继设备和包含该设备的套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线电力中继设备和包含该设备的套。该无线电力中继设备能够通过在无线充电系统内中继无线电力提高充电效率。无线电力中继设备可包括：基板；形成在基板上的线圈；以及包括至少一个电子元件并电连接至线圈的电路单元。

Description

无线电力中继设备和包含该设备的套

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年10月31日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2013-0131338的权益，通过引用将其公开内容结合于此。

技术领域

本发明涉及无线电力中继设备和包含该设备的套，并且更具体地，涉及能够通过中继无线充电系统内的无线电力来提高充电效率的无线电力中继设备，以及包含该无线电力中继设备的套。

背景技术

在无线电力传输技术中或者在用于将电能无线传输至设备的无线能量传输技术中，1800年代后期人们开始使用利用电磁感应原理的电动机和变压器。从那时起，已尝试辐射诸如无线电波或激光束的电磁波来传输电能的各种方法。

最近，已开发出将诸如移动电话、笔记本电脑、个人数字助理等便携式电子设备以无线方案(非接触方案)电耦合至充电器以利用来自充电器的能量对便携式电子设备充电的方法。

在无线充电方法中，操作在高频的初级电路被配置在充电器中，并且次级电路被配置在蓄电池侧上，即，在便携式电子设备或者蓄电池中，这样使得通过感应耦合将充电器的电流(即，能量)提供给便携式电子设备的蓄电池。

利用感应耦合的无线充电方法已用于一些应用(例如，在电动牙刷、电动剃须刀等中)。

在这样的无线充电方法中，充电效率根据充电器与移动电话等的蓄电池或布置蓄电池的位置之间的距离显著变换。即，在用户没有将移动电话布置在充电器上的最佳位置的情况下，会延长充电时间。

【现有技术文献】

(专利文献1)韩国专利特开No.2013-0035873

发明内容

本发明的一个方面可提供一种能够提高充电效率的无线电力中继设备，以及包含该设备的套。

根据本发明的一个方面，无线电力中继设备可包括：基板；形成在基板上的线圈；以及包括至少一个电子元件并且电连接至线圈的电路单元。

线圈可形成于基板的一个表面或者两个表面上。

电路单元可布置在基板的一个表面上，并且线圈可穿透基板，使得其两端电连接至电子元件。

无线电力中继设备进一步可包括电连接至线圈的阻抗匹配电路。

阻抗匹配电路可包括：具有不同的设定阻抗值的阻抗匹配单元；以及根据由线圈接收的无线电力的状态从阻抗匹配单元中选择适当的阻抗值的控制单元。

阻抗匹配电路进一步可包括整流由线圈所接收的无线电力并且将所整流的电力提供至控制单元的整流单元。

阻抗匹配电路进一步可包括感测由整流单元所整流的电流以检测无线电力传输信号的状态并且将所检测的无线电力传输信号的状态传输至控制单元的检测单元。

阻抗匹配单元进一步可包括根据控制单元的控制选择阻抗匹配单元的阻抗值的开关单元。

根据本发明的另一方面，无线电力中继设备耦接套可包括：电子设备的套；以及耦接至该套的无线电力中继设备。

无线电力中继设备可被嵌入该套。

套可包括：耦接至电子设备的套体；以及覆盖电子设备的前表面的盖。

无线电力中继设备可附接盖的一个表面。

无线电力中继设备可附接于套体的底面。

电子设备可包括便携式终端。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本公开内容的上述和其他方面、特征、以及其他优点将变得更为清晰易懂，其中：

图1是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输系统的等效电路的示图；

图2是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输系统的透视图；

图3是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备的透视图；

图4是示意性地示出了使用根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备的示例的透视图；

图5是示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施方式的无线电力中继设备的透视图；

图6是图5的无线电力中继设备的功能框图；以及

图7至图9是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的套和便携式终端的示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使本发明详尽和完整，并且向本领域中的技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，为清楚起见，元件的形状和尺寸可被放大，并且将通篇使用相同参考标号来指代相同的或者相应的元件。

图1是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输系统的等效电路的示图。

参照图1，由电源10产生的电力可被传输至无线电力传输设备的传输单元20并且接着通过磁谐振现象被传输至与传输单元20谐振的无线电力接收设备的接收单元30。传输至接收单元30的电力可通过整流电路40被传输至负载50。负载50可以是蓄电池或需要电力的任何设备。

更详细地，电源10可以是提供具有预定频率的交流(AC)电力的AC电源。

传输单元20可包括传输线圈21和用于传输的谐振线圈22。传输线圈21可被连接至电源10并且具有流动在其中的AC电流。当AC电流流入传输线圈21时，通过电磁感应，AC电流也可流入与传输线圈21物理间隔开的用于传输的谐振线圈22。传输至用于传输的谐振线圈22的电力可通过磁谐振传输至与传输单元20形成谐振电路的接收单元30。

与通过电磁感应在较高的效率进行电力传输相比，通过作为在具有彼此匹配的阻抗的两个LC电路之间传输电力的现象的磁谐振的电力传输可将电力传输到更远距离。

接收单元30可包括用于接收的谐振线圈31和接收线圈32。由用于传输的谐振线圈22传输的电力可被用于接收的谐振线圈31接收，使得AC电力流入用于接收的谐振线圈31。传输至用于接收的谐振线圈31的电力可通过电磁感应被传输至接收线圈32。传输至接收线圈32的电力可通过整流电路40传输至负载50。

同时，传输线圈21可包括电感器L1和电容器C1，这就构造了具有适当的电感值和电容值的电路。电容器C1可以是可变电容器，并且可通过调整可变电容器来执行阻抗匹配。此外，其同样可应用于以下描述的用于传输的谐振线圈22、用于接收的谐振线圈31、接收线圈、以及无线电力中继设备200的等效电路。

图2是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力传输系统的透视图；以及图3是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备的透视图。

参照图2和图3，根据本示例性实施方式的无线电力传输系统1可包括：无线充电设备100，该设备是无线电力传输设备；便携式终端300，该便携式终端是无线电力接收设备；以及中继无线电力的无线电力中继设备200。

无线充电设备100可包括用于传输的传输线圈21和谐振线圈22，如图1所示。传输线圈21可连接至AC电源10并且具有流动在其中的AC电流。当AC电流流入传输线圈21时，通过电磁感应，AC电流也可流入与传输线圈21物理间隔开的用于传输的谐振线圈22。传输至用于传输的谐振线圈22的电力可通过磁谐振被传输至无线电力中继设备200。

即，无线充电设备100可从连接至外部的AC电源接收电力并且可利用磁谐振以非辐射的方案将传输至用于传输的谐振线圈22的电力传输至无线电力中继设备200。

在这个方案中，无线充电设备100可将电力传输至无线电力中继设备200并且也可将电力传输至便携式终端300。

便携式终端300是无线电力接收设备，可被放(seated)在无线充电设备100的上表面上。

便携式终端300可包括用于接收的谐振线圈31和接收线圈32，如图1所示。用于接收的谐振线圈31可接收由用于传输的谐振线圈22所传输的电力，并且传输至用于接收的谐振线圈31的电力可通过电磁感应被传输至接收线圈32。传输至接收线圈32的电力可被整流电路40整流并且然后可存储在便携式终端300的电池中或被用作驱动便携式终端300的电力。

无线电力中继设备200可将从无线充电设备100接收的电力传输至便携式终端300。这样的电力传输过程可与无线充电设备100和无线电力中继设备200之间的电力传输过程相同。

因此，无线电力中继设备200可用作传输电力至无线电力接收设备，同时从无线电力传输设备接收电力的中继。

根据本示例性实施方式的无线电力中继设备200可被布置在便携式终端300附近或者插入便携式终端300和无线充电设备100之间。可选地，无线电力中继设备可附接便携式终端300的套。

无线电力中继设备200可包括：具有绝缘性能的基板201，安装在基板201的一个表面上或者嵌入基板201的一个表面中并且被配置为与无线充电设备100磁谐振的线圈210，以及电路单元220。这里，电路单元220可包括至少一个电子元件212。

根据本示例性实施方式的无线电力中继设备200可具有形成为容易携带的卡(例如，信用卡等)的形状的一般外形。

关于作为绝缘基板的基板201，例如，可使用印刷电路板(PCB)、陶瓷基板、预成型基板、直接敷铜(DBC)基板或者绝缘金属基板(IMS)。

具体地，作为根据本示例性实施方式的基板201，可使用具有较薄厚度并且具有形成在其上的布线图案的挠性PCB，诸如薄膜、印刷电路板等。

线圈210可在基板201的至少一个表面上形成为布线图案的形状。根据本示例性实施方式的线圈210可在基板201的两个表面或者任意一个表面上形成为涡流形状并且可具有连接至电路单元220(即，电子元件212)的两端。

根据本示例性实施方式的线圈210可穿透基板201，使得其两端可电连接至电路单元220。更详细地，大部分布线图案可形成在基板的一个表面上，并且一些布线图案可形成在基板201的另一个表面上。为此，根据本示例性实施方式至少一个导电通孔202可形成于基板201中。

根据本示例性实施方式的线圈210的一部分可形成在基板201的另一个表面上以便将布置在中心处的线圈210的一端引导至线圈210的外部。在这种情况下，线圈210可通过导电通孔202移动至基板201的另一个表面，可被延伸至线圈210的外部，并且然后通过导电通孔202移动至基板201的一个表面。

然而，根据本示例性实施方式的线圈210不限于以上提及的构造，而是可以改变成各种形状。例如，具有相同形状的线圈210可形成在基板201的两个表面上，并且相应的线圈210的两端可彼此电连接以一般地构造并联电路。可选地，布置在中心处的线圈210的一端可彼此电连接以一般地构造串联电路。

同时，尽管作为本示例性实施方式的一个实例，已经描述了具有一般矩形涡流形状的线圈210的情况，但本发明不限于此，而是可以应用各种不同形状。例如，线圈210可具有圆性涡流形状，多边形涡流形状等。

此外，根据需要，线圈210可包括形成在其上的绝缘保护层(例如，树脂绝缘层(未示出))以便从外部保护线圈210。

同时，根据本示例性实施方式的线圈210不限于以上提及的构造，而是也可具有将其嵌入基板201中的形式。

此外，尽管作为根据本示例性实施方式的线圈210的实例，已经描述了通过将具有优良导电性的金属薄膜层压在基板210上来形成导线分布图案，但本发明不限于此，而是可应用不同的方式形成导线图案。例如，蜿蜒成涡流形状并接着附接到基板201或者嵌入基板201的导线可用作线圈210。

电路单元220可包括至少一个电子元件212，该电子元件212被安装在基板201上并且电连接至线圈210。这里，根据需要，电子元件212可以是电容器或者可以是各种电子元件的组合。

即使在便携式终端300位于难以从无线充电设备100平稳地接收电力的位置的情况下，如上所述的无线电力中继设备200也可改善便携式终端300的电力传输效率。

图4是示意性地示出了使用根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备的实例的透视图。如图4所示，在作为无线电力接收设备的便携式终端300没有位于作为无线电力传输设备的无线充电设备100上的适当位置，而是布置在适当位置之外的情况下，基本上难以完成电力传输。

然而，在将无线电力中继设备200布置在便携式终端300和无线充电设备100之间的情况下，在这样的状态中，无线充电设备100可将电力传输至无线电力中继设备200。此外，无线电力中继设备200可再次将所接收的电力传输至便携式终端300。因此，便携式终端300可接收从无线充电设备100非正常接收的电力。

即，在使用根据本示例性实施方式的无线电力中继设备200的情况下，即使便携式终端300没有位于精确位置，也可以显著提高充电效率。

此外，在将无线电力中继设备200布置在便携式终端300和无线充电设备100之间的情况下，如图2所示，由无线充电设备100产生的电力可通过无线电力中继设备200被尽可能多地集中在便携式终端上。因此，电力泄漏可显著减少，使得可以提高无线充电效率。

同时，尽管已经描述了作为本示例性实施方式的无线电力接收设备的实例的便携式终端300，但无线电力接收设备不限于此，而是可以是诸如个人数字助理(PDA)、便携式MP3播放器、光盘(DC)播放器等的各种小型电子设备。

此外，尽管已被描述了作为本示例性实施方式的一个实例的具有矩形卡的形状的无线电力中继设备200的情况，但无线电力中继设备200不限于具有以上提及的形状，而是可具有诸如圆形、椭圆形、多边形等的各种形状。

此外，尽管作为本示例性实施方式中的一个实例，已经描述了形成为卡的形状的无线电力中继设备200的情况，但无线电力中继设备根据需要也可形成为三维形状。

同时，本发明不局限于上述的示例性实施方式，而是可以对其进行各种修改。

图5是示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施方式的无线电力中继设备的透视图；以及图6是图5的无线电力中继设备的功能框图。

参照图5和图6，在根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400中，电路单元220可包括阻抗匹配电路。

当便携式终端、无线充电设备和无线电力中继设备之间的距离或位置改变时，可产生便携式终端、无线充电设备和无线电力中继设备的阻抗之间的差值，使得无线电力传输效率劣化。

因此，根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400可包括阻抗匹配电路220以便显著减少阻抗之间的差值。这里，阻抗匹配电路可包括整流单元230、检测单元240、控制单元250和阻抗匹配单元270。

整流单元230可包括整流电路，并且可将通过线圈210接收的传输信号整流为直流(DC)。为此，整流单元230可包括整流二极管、稳流器(regulator)等。

通过整流单元230获得的电力可被提供给控制单元250和检测单元240并被用来驱动控制单元250和检测单元240。即，根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400可获得并使用来自由线圈210接收的无线电力的电力。因此，根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400不需要包括诸如电池的单独的驱动源。

检测单元240可检测无线电力传输信号的波形改变。例如，检测单元240可接收并监测由整流单元230整流的传输信号。此外，检测单元240可将检测结果传输至控制单元250。

控制单元250可基于检测单元240的检测结果控制阻抗匹配单元270以具有最佳阻抗值。这可以通过控制开关单元260执行。

阻抗匹配单元270可具有通过诸如电容器、电阻器等的元件预先设定的不同阻抗值。此外，阻抗匹配单元270可以在取决于开关单元260的切换的最佳阻抗值下连接至线圈210以完成阻抗匹配。

即，控制单元250可基于通过检测单元240获得的信息切换开关单元260以设定适当的阻抗值，由此匹配无线电力中继设备400的阻抗。因此，传输效率可以关于电流状态进行优化。

在如上述所配置的根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400从无线充电设备100接收无线电力的过程中(参见图2)，无线电力中继设备400的检测单元240可连续地监测无线电力传输信号的波形。

当在阻抗之间出现差值时，由无线电力中继设备400接收的无线电力传输信号的波形也发生变换。因此，检测单元240可检测无线电力传输信号的波形的改变并且将检测结果传输至控制单元。

因此，控制单元250可基于检测单元240的输出控制开关单元260以将阻抗匹配至最佳阻抗值。

同时，尽管作为本示例性实施方式的一个实例，已经描述了阻抗匹配电路仅包括在无线电力中继设备中的情况，但本公开不限于此。即，为了将无线电力中继设备和无线电力接收设备的阻抗彼此匹配，无线电力接收设备也可以包括阻抗匹配电路。此外，无线电力传输设备根据需要也可以包括阻抗电路。

可通过包括有源元件和无源元件的多个电子元件来实施这些阻抗匹配电路。此外，可以以其中如本示例性实施方式中描述的一般将它们安装在基板201上或者他们中的至少一个被嵌入在基板201中的形式来实施这些电子元件。在这种情况下，根据本示例性实施方式的无线电力中继设备400的基板201可以是具有形成在其一个表面或内部的布线图案的电路板201。

同时，根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备可被整体耦接至便携式终端的套。

图7至图9是示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的套和便携式终端的示图。

参照图7和图8，包括盖520的翻动套或日记本式套可用作根据本示例性实施方式的套500。

详细地，根据本示例性实施方式的套500可包括：套体510，具有与其耦接的便携式终端300；覆盖并保护便携式终端300的前表面的盖520；以及附接于盖520的一个表面的无线电力中继设备200。

如图8所示，当执行充电时将套500的盖520向便携式终端300的后面折叠之后，在将根据本示例性实施方式的套500放在无线充电设备100上时，无线电力中继设备200可被放置于在便携式终端300和无线中继设备100之间。因此，可自然地提高便携式终端300和无线充电设备之间的无线充电效率。

此外，参照图9，根据本示例性实施方式的套500可以是不具有盖的保护罩。在这种情况下，无线电力中继设备200可附接于套500的底面。此外，尽管未示出，但无线电力中继设备200也可附接至套500的后面(底面的相对面)。

然而，本发明不必限于以上提及的构造，而是可以进行各种修改。例如，无线电力中继设备也可嵌入套体或盖的底面中以便不暴露于外部。此外，可进行各种应用。例如，在套中形成插入口袋(insertion packet)，并且无线电力中继设备插入该插入口袋，这样使得无线电力中继设备可容易地耦接至套并且可容易地与套分离。

如上所述，在使用根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备的情况下，即使便携式终端没有位于精确位置，也可以改善充电效率。

此外，根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备包括不需要驱动源的阻抗匹配电路，借此可根据几种情形提供最佳充电效率。

此外，根据本发明的示例性实施方式的无线电力中继设备可被耦接至便携式终端的套，从而与套整体形成。因此，无线电力中继设备可始终与便携式终端一起携带，这样使得无线电力中继设备丢失的风险显著下降并且在需要无线电力中继设备时容易使用无线电力中继设备。

尽管以上已经使出并描述了示例性实施方式，但对本领域技术人员将显而易见的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可对本发明做出修改和变型。

例如，尽管作为实施例的上述示例性实施方式已经描述了用于便携式终端的无线电力中继设备，但根据本发明的无线电力中继设备不限于此，而是可以广泛应用于能够通过对其充电来使用的所有电子设备以及能够传输和接收电力的所有电力传输和接收设备。

Claims (14)

1.一种无线电力中继设备，包括：

基板；

线圈，形成于所述基板上；以及

电路单元，包括至少一个电子元件并且电连接至所述线圈。

2.根据权利要求1所述的无线电力中继设备，其中，所述线圈形成于所述基板的一个表面或者两个表面上。

3.根据权利要求1所述的无线电力中继设备，其中，所述电路单元布置在所述基板的一个表面上，并且所述线圈穿透所述基板，使得所述线圈的两端电连接至所述电子元件。

4.根据权利要求1所述的无线电力中继设备，进一步包括：电连接至所述线圈的阻抗匹配电路。

5.根据权利要求4所述的无线电力中继设备，其中，所述阻抗匹配电路包括：

阻抗匹配单元，具有不同的设定阻抗值；以及

控制单元，根据由所述线圈接收的无线电力的状态从所述阻抗匹配单元中选择适当的阻抗值。

6.根据权利要求5所述的无线电力中继设备，其中，所述阻抗匹配电路进一步包括：整流单元，所述整流单元整流由所述线圈接收的所述无线电力并且将所整流的所述电力提供至所述控制单元。

7.根据权利要求6所述的无线电力中继设备，其中，所述阻抗匹配电路进一步包括：检测单元，所述检测单元感测由所述整流单元整流的电流以检测无线电力传输信号的状态并且将所检测的所述无线电力传输信号的所述状态传输至所述控制单元。

8.根据权利要求7所述的无线电力中继设备，其中，所述阻抗匹配单元进一步包括：开关单元，所述开关单元根据所述控制单元的控制选择所述阻抗匹配单元的阻抗值。

9.一种无线电力中继设备耦接套，包括：

电子设备的套；以及

耦接至所述套的无线电力中继设备。

10.根据权利要求9所述的无线电力中继设备耦接套，其中，所述无线电力中继设备被嵌入在所述套中。

11.根据权利要求9所述的无线电力中继设备耦接套，其中，所述套包括：

耦接至所述电子设备的套体；以及

覆盖所述电子设备的前表面的盖。

12.根据权利要求11所述的无线电力中继设备耦接套，其中，所述无线电力中继设备附接于所述盖的一个表面。

13.根据权利要求11所述的无线电力中继设备耦接套，其中，所述无线电力中继设备附接于所述套体的底面。

14.根据权利要求9所述的无线电力中继设备耦接套，其中，所述电子设备包括便携式终端。