CN105453378A - 受电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及同时实现了输电效率和安全性这两者的无线电力传输系统。一种受电设备(102,103)，包括：请求单元，用于从输电设备(101)请求电力；检测单元(305)，用于检测出所述输电设备(101)开始了所述请求单元所请求的电力的传输；天线(301)，用于接收从所述输电设备(101)以无线方式所传输的电力；负载单元(303)，用于使用经由所述天线(301)所接收到的电力来进行工作；以及切换单元(304)，用于根据所述检测单元(305)所进行的检测，来将所述天线(301)和所述负载单元(303)彼此断开的断开状态切换为所述天线(301)和所述负载单元(303)彼此连接的连接状态。

Description

受电设备

技术领域

本发明涉及无线电力传输技术。

背景技术

近来，已知的技术包括包含输电设备和受电设备的无线电力传输系统，其中该输电设备在无需使用连接器进行连接的情况下，以无线(非接触)方式传输电力，以及该受电设备接收从输电设备所供给的电力。专利文献1所公开的输电设备采用如下的技术，该技术用以例如在突然消耗了过剩电力或者在受电设备中需要过剩电力的情况下，通过在检测到过电流状态时限制供给至输电单元的电流来提高无线电力传输的安全性。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本特开2013-102666

发明内容

本发明提供一种受电设备，包括：请求单元，用于向输电设备请求电力；检测单元，用于检测出所述输电设备开始了所述请求单元所请求的电力的传输；天线，用于接收从所述输电设备以无线方式所传输的电力；负载单元，用于使用经由所述天线所接收到的电力来进行工作；以及切换单元，用于根据所述检测单元所进行的检测，来将所述天线和所述负载单元彼此断开的断开状态切换为所述天线和所述负载单元彼此连接的连接状态。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出无线电力传输系统的结构的图。

图2是示出输电设备的结构的图。

图3是示出受电设备的结构的图。

图4是无线电力传输系统的序列图。

图5是受电设备的流程图。

图6是示出受电设备的检测单元所检测到的电压波形的图。

具体实施方式

在无线电力传输系统中，在输电设备正向第一受电设备进行输电期间，在用户将第二受电设备放置在输电设备的输电区域中、并且在输电设备改变输电输出之前该第二受电设备开始进行受电的情况下，输电设备至少可能暂时进入过电流状态。在这种情况下，在如专利文献1那样、输电设备限制向输电单元的电流输入的情况下，第一受电设备变得不能以期望的电力水平进行受电，由此系统整体的输电效率下降。有鉴于上述问题，以下的实施例实现了在无线电力传输系统中同时实现输电效率和安全性这两者的状态。

第一实施例

图1是示出本实施例中的无线电力传输系统的结构的图。注意，根据本发明的无线电力传输系统使用磁共振方法来进行无线电力传输。磁共振方法是通过输电设备的谐振器(谐振元件)和受电设备的谐振器(谐振元件)之间的磁共振耦合来传输电力的方法。尽管在本实施例中说明了使用磁共振方法的无线电力传输系统的示例，但无线电力传输系统(非接触电力传输方法)不限于此，并且可以使用利用电磁感应、磁场共振、微波、激光或光等的电力传输方法。

参考图1，附图标记101表示输电设备，附图标记102表示第一受电设备，附图标记103表示第二受电设备。图2示出输电设备101的结构。参考图2，附图标记201表示供电单元，其中该供电单元201连接至输电设备101的电池或外部电源，并且向该设备整体供给电力。附图标记202表示设置单元，其中该设置单元设置输电设备101所传输的电力的上限。设置单元202限制施加至输电单元203的输入电压，使得传输的电力不会超过所设置的上限。输电单元203将从设置单元202输入的AC(交流)或DC(整流)电力转换成具有传输带中的频率的AC电力，并且将该AC电力经由输电天线204传输至受电设备。

附图标记205表示控制单元，其中该控制单元205控制输电设备101所包括的单元。包括中央处理单元(CPU)的控制单元205通过执行所存储的控制程序来控制硬件组件由此进行输电处理。附图标记206表示无线通信所用的通信单元。通信单元206与受电设备进行无线电力传输所用的控制信号的发送和接收。通信单元206具有例如符合蓝牙(Bluetooth，注册商标)4.0规格的通信功能。注意，通信单元206可以使用例如包括无线LAN(IEEE802.11系列)和近场通信(NFC)的其它通信标准。附图标记207表示用于进行控制单元205和设置单元202之间的控制信号的通信的控制线。附图标记208表示用于进行控制单元205和输电单元203之间的控制信号的通信的控制线。附图标记209表示用于进行控制单元205和通信单元206之间的控制信号的通信的控制线。

接着，图3示出第一受电设备102和第二受电设备103的结构。在该图中，附图标记301表示受电天线，其中该受电天线301用于从输电设备101无线地接收电力。附图标记302表示整流器电路，其中该整流器电路302用于对受电天线301所接收到的AC电力进行整流以获得DC电力。附图标记303表示负载单元，其中该负载单元303利用所接收到的电力进行工作。负载单元303例如可以是电池。附图标记304表示开关单元，其中该开关单元304使整流器电路302和负载单元303之间的连接在接通和断开之间切换。开关单元304将受电天线301和负载单元303之间的连接状态从断开状态切换为连接状态。在通过开关单元304的切换使整流器电路302连接至负载单元303的情况下，向负载单元303供给电力。在断开状态下，由于向负载单元303的电力供给停止，因此负载单元303没有进行工作。在连接状态下，负载单元303使用经由天线所接收到的电力来进行工作。附图标记305表示检测单元，其中该检测单元305检测整流器电路302和开关单元304之间的电压。

附图标记306表示控制单元，其中该控制单元306控制受电设备所包括的单元。控制单元306使用经由受电天线301所接收到的电力来进行工作。包括CPU的控制单元306通过执行所存储的控制程序来控制硬件单元，由此进行受电处理。附图标记307表示无线通信所用的通信单元。通信单元307与输电设备进行无线电力传输所用的控制信号的发送和接收。通信单元307使用经由受电天线301所接收到的电力来进行工作。通信单元307将请求输电的消息连同所请求的电力量一起发送至输电设备。通信单元307具有例如符合蓝牙(Bluetooth，注册商标)4.0规格的通信功能。注意，通信单元307可以使用例如包括无线LAN(IEEE802.11系列)和近场通信(NFC)的其它通信标准。附图标记308表示DC-DC电压转换单元，其中该DC-DC电压转换单元308将整流器电路302的输出转换成使得控制单元306和通信单元307能够进行工作的电压。附图标记309表示用于进行控制单元306和开关单元304之间的控制信号的通信的控制线，并且附图标记310表示用于进行控制单元306和检测单元305之间的控制信号的通信的控制线。附图标记311表示用于进行控制单元306和通信单元307之间的控制信号的通信的控制线。

接着，将参考图4～6来说明具有上述结构的无线电力传输系统的操作。这里，将说明在输电设备101正向第一受电设备102进行输电期间、开始向第二受电设备的输电的情况。图4是本实施例的无线电力传输系统的各设备之间的序列图。

首先，输电设备101在开始进行工作之后，将传输电力设置为初始设置的传输电力(S401)。为了便于说明，假定初始设置的传输电力是6W。输电设备101的控制单元205在设置单元202中设置6W。输电单元203开始传输控制单元306和通信单元307进行工作所需的认证所用的电力(S403)。第一受电设备102在开始进行工作之后，断开开关单元304，由此使整流器电路302和负载单元303彼此断开(S402)。第一受电设备102在放置于输电设备101上的情况下，接收认证所用的电力，并且将所接收到的电力供给至控制单元306和通信单元307。

第一受电设备102使用通信单元307向输电设备101通知认证请求(S404)。该认证请求可被视为请求输电设备进行输电的消息。认证请求包括请求要传输的电力量。注意，可以与认证请求同时或者在该认证完成之后发送所请求的电力的通知。为了便于说明，假定第一受电设备102所请求的电力是5W并且与认证请求同时发送请求电力的通知。

输电设备101的控制单元205在经由通信单元206从受电设备接收认证请求时进行认证。在该认证中，例如，输电设备和受电设备通信与无线电力传输所支持的规格有关的信息以判断在这两者之间是否存在相互相对应的无线电力传输所用的规格，并且基于所通信的信息来进行认证。此外，例如，输电设备和受电设备通信与在这两者之间可以传输和接收的各个电力有关的信息以判断这两者分别可以传输和接收的电力是否彼此相对应，并且基于所通信的信息来进行认证。此外，例如，输电设备和受电设备通信与在这两者之间要传输和接收的电力有关的协商所用的信息，并且基于所通信的信息来进行认证。

输电设备101判断按照输出上限的当前设置是否可以进行与所请求的电力相对应的电力传输。在该示例中，在输出上限为6W的状态下第一受电设备102请求5W的情况下，判断为按照输出上限的当前设置可以进行与所请求的电力相对应的电力传输。在判断为按照输出上限的当前设置不能进行与所请求的电力相对应的电力传输的情况下，重新设置输出上限。注意，在从受电设备所接收到的请求电力超过输电设备的能力的情况下，将认证拒绝发送至受电设备。

输电设备101的控制单元205判断认证是否成功，并且在判断为认证成功的情况下，将受电许可通知作为针对认证请求的应答经由通信单元206发送至第一受电设备102(S405)。注意，在认证失败的情况下，输电设备101发送认证拒绝通知作为针对认证请求的应答。

第一受电设备102在接收到作为针对认证请求的应答的受电许可通知时，判断为检测到了响应于所请求的电力的输电输出的改变而使开关单元304成为连接状态(S406)。可以认为，受电许可通知是用于指示将开关单元304切换为连接状态的信息。第一受电设备102接收从输电设备101传输来的电力并且将所接收到的电力供给至负载单元303(S407)。

假定在输电设备101正向第一受电设备102进行输电时第二受电设备103开始受电操作。第二受电设备103在开始进行工作之后，断开开关单元304，由此使整流器电路302和负载单元303彼此断开(S408)。第二受电设备103在放置于输电设备101上的情况下，接收从输电设备101传输来的电力的一部分，并且将所接收到的电力供给至控制单元306和通信单元307。第二受电设备103使用通信单元307向输电设备101通知认证请求(S409)。为了便于说明，假定第二受电设备103所请求的电力是5W并且发送了相应的请求电力的通知。接收到认证请求的输电设备101判断针对第二受电设备103的认证是否成功。输电设备101还判断按照输出上限的当前设置是否可以进行与所接收到的请求电力相对应的输电。在该示例中，由于正在输出上限是6W的状态下向第一受电设备102传输5W的电力，因此在加上第二受电设备103所请求的5W的电力的情况下，超过了输出上限。在判断为按照输出上限的当前设置不能进行与所接收到的请求电力相对应的输电的情况下，输电设备101重新设置当前的输出上限(S410)。在这种情况下，输电设备101的控制单元306将设置单元202中的设置改变为使得能够传输总共10W的电力的值(例如，12W)。注意，向第二受电设备103发送受电终止的通知(S410)。注意，在判断为按照输出上限的当前设置不能进行与所接收到的请求电力相对应的输电的情况下，输电设备101可以向请求了输电的受电设备发送通知消息，从而指示不开始用于将开关单元304切换为连接状态的控制。

输电设备101的控制单元205在通过在设置单元202中所进行的重新设置可以进行所请求的电力的传输的情况下，将受电许可通知经由通信单元307发送至第二受电设备103(S411)。第二受电设备103在接收到受电许可通知时，使开关单元304成为连接状态(S412)。然后，输电设备101还针对第二受电设备103开始输电，并且第二受电设备103开始从输电设备101接收5W的电力(S413)。注意，输电设备101定期监视输电输出，并且判断所设置的上限是否恰当。在输电变得小于或等于与输出上限相对应的阈值的情况下，使用通信单元206来确认是否存在任何受电设备。然后，根据被判断为存在的受电设备来进行重新设置以降低输出上限。该处理与受电设备被不期望地移除的情况相对应。注意，输电设备可以在从受电设备接收到受电终止消息时进行重新设置，以降低输出上限。

如上所述，根据本发明的受电设备在从输电设备接收到受电许可通知时，使受电天线连接至负载电路。换句话说，由于与输电设备考虑到向新的受电设备进行输电而开始输出同步地、受电设备开始增加电力消耗，因此输电设备进入过电流状态的发生情况减少。因而，由于输电设备不进入过电流状态，因此输电停止或输出电力减少的发生情况减少，并且在已受电的设备中输电效率降低的发生情况减少。这样，根据本实施例的无线电力传输系统，由于输电设备进入过电流状态的发生情况减少，因此提高了安全性，同时由于终止输电或限制输出电力的发生情况减少，因此传输效率的降低减少。

接着，将参考图5所示的流程图来说明第一受电设备102和第二受电设备103的操作。受电设备在开始进行工作之后(S601)，断开开关单元304并且使整流器电路302从负载单元303断开(S602)。在经由受电天线301接收到电力时，将所接收到的电力供给至控制单元306和通信单元307。然后，控制单元306将包括请求输电设备要供给的电力的认证请求经由通信单元307发送至输电设备(S603)。控制单元306基于经由通信单元307是接收到许可通知还是失败认证通知来判断输电设备所进行的认证是否成功(S604)。在认证失败的情况下，处理结束。在认证成功的情况下，控制单元306通过切换单元304的控制使整流器电路302和负载单元303彼此连接，并且开始将所接收到的电力供给至负载单元303(S605,S606)。控制单元306判断是否要终止受电(S607)。在判断为要终止受电的情况下，控制单元306向输电设备发送终止通知并且终止该处理(S608,S609)。可选地，可以在处理终止之前断开开关单元304。通过该操作，在下一受电处理中可以省略步骤S602的处理。

注意，在上述说明中，尽管受电设备响应于从输电设备接收到消息而接通/断开开关，但受电设备可以通过检测输电设备的传输电力的变化来开始进行受电。例如，受电设备可以基于第二受电设备103的检测单元305所获得的检测结果来接通开关单元304。参考图6，附图标记701表示相对于时间、检测单元305所获得的检测结果。在图6中，附图标记702表示输电设备101响应于来自受电设备的请求而开始增加输电输出的时间点。检测单元305检测到电压开始上升。如时间点703所示，电压检测单元305所检测到的电压上升并且达到稳定。作为检测单元305检测到电压的上升和电压达到稳定的结果，可以判断为输电设备101改变了输出上限。将说明第二受电设备103的控制单元306和通信单元307以5V和20mA进行工作的示例性情况。由于第二受电设备103的控制单元306和通信单元307消耗20mA，因此在输电设备101使输出增加了5W的情况下，检测单元305所检测到的电压上升为250V。可以采用如下的配置：在检测单元305所检测到的电压变为250V的情况下，判断为在输电设备101中输出上限的变化结束，并且通过控制并接通开关单元304来开始从输电设备101接收5W的电力。

可选地，可以采用如下的配置：设置了假定输电设备101改变输出上限的时间段，并且在经过了预定的时间段之后，第二受电设备103开始进行受电。

根据本实施例，同时实现了输电效率和安全性这两者。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储介质(例如，非瞬态计算机可读存储介质)上的计算机可执行指令以进行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能的系统或设备的计算机和通过下面的方法来实现本发明的实施例，其中，该系统或设备的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以进行上述实施例中的一个或多个的功能来进行上述方法。该计算机可以包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或其它电路中的一个或多个，并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络。例如可以从网络或存储介质将这些计算机可执行指令提供至计算机。该存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算机系统的存储器、光盘(诸如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM等)、闪速存储装置和存储卡等中的一个或多个。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求2013年8月9日提交的日本专利申请2013-166398的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (11)

1.一种受电设备，包括：

请求单元，用于向输电设备请求电力；

检测单元，用于检测出所述输电设备开始了所述请求单元所请求的电力的传输；

天线，用于接收从所述输电设备以无线方式所传输的电力；

负载单元，用于使用经由所述天线所接收到的电力来进行工作；以及

切换单元，用于根据所述检测单元所进行的检测，来将所述天线和所述负载单元彼此断开的断开状态切换为所述天线和所述负载单元彼此连接的连接状态。

2.根据权利要求1所述的受电设备，其中，所述检测单元所进行的检测是基于来自所述输电设备的针对所述请求单元所进行的请求的应答进行的。

3.根据权利要求1所述的受电设备，其中，所述检测单元所进行的检测是基于连接至所述天线的整流器电路的输出的电压进行的。

4.根据权利要求1所述的受电设备，其中，所述请求单元发送包括所请求的电力量的请求输电消息。

5.根据权利要求1所述的受电设备，其中，所述请求单元所进行的请求是使用无线通信来进行的。

6.根据权利要求1所述的受电设备，其中，所述请求单元所进行的请求是使用经由所述天线所接收到的电力来进行的。

7.根据权利要求1所述的受电设备，其中，在要终止受电的情况下，所述切换单元将所述天线和所述负载单元彼此连接的连接状态切换为所述天线和所述负载单元彼此断开的断开状态。

8.根据权利要求1所述的受电设备，其中，在所述断开状态下，所述负载单元不能进行工作。

9.根据权利要求1所述的受电设备，其中，在所述连接状态下，所述负载单元使用经由所述天线所接收到的电力来进行工作。

10.一种用于控制受电设备的控制方法，包括以下步骤：

向输电设备请求电力；

检测出所述输电设备开始了所请求的电力的传输；以及

根据所述检测，将天线和负载单元彼此断开的状态切换为所述天线和所述负载单元彼此连接的状态，其中所述天线用于接收从所述输电设备以无线方式所传输的电力，所述负载单元用于使用经由所述天线所接收到的电力来进行工作。

11.一种使受电设备执行根据权利要求10所述的控制方法的程序。