CN105556799A

CN105556799A - 无线电力传送装置

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Publication number: CN105556799A
Application number: CN201480051080.1A
Authority: CN
Inventors: 裴守镐
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: Skramogai Technology Co ltd
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: KR20150017637A; JP2016529864A; WO2015020432A1; US9912198B2; EP3032701B1; DK3032701T3; JP6370906B2; KR102125917B1; US20160181870A1; EP3032701A4; CN105556799B; EP3032701A1

Abstract

根据本发明的一个实施例，一种用于无线地将电力传送到无线电力接收装置的无线电力传送装置包括：第一传送线圈，用于通过磁场将电力传送到无线电力接收装置；和第二传送线圈，用于通过磁场将电力传送到无线电力接收装置，并且布置在第一传送线圈的内侧，其中无线电力传送装置基于无线电力传送装置和无线电力接收装置之间的耦合状态通过第一传送线圈和第二传送线圈中的一个线圈将电力传送到无线电力接收装置。

Description

无线电力传送装置

技术领域

本发明涉及一种无线电力传送技术。

背景技术

对于用于以无线方式将电能传输到期望的装置的无线电力传送或无线能量传输技术，在十九世纪开始使用利用电磁感应原理的电动机或变压器。从此之后，已尝试用于传输电能的发射诸如激光的电磁波或无线电波的方法。

常用的电动牙刷和某些无线剃须刀也使用电磁感应原理进行充电。电磁感应指的是当导体周围的磁场改变时通过电压感生电流的现象。

与小型装置相关联，电磁感应技术已被迅速商业化，但是具有仅能够短距离传送电力的缺陷。迄今为止，除了电磁感应技术之外的以无线方式传输能量的唯一方法是使用谐振和短波无线电频率的长距离传送技术。

近年来，在这些无线电力传送技术中，利用谐振传输能量的方法被频繁使用。在使用谐振的无线电力传送系统中，以无线方式通过传送侧线圈和接收侧线圈传输电力，并且因此用户能够容易地对诸如便携式装置的电子装置充电。

特别地，电子装置被置于无线电力传送装置上以通过无线方式被充电，并且无线电力传送装置传统上仅通过其中包括的单个传送线圈来传送电力。为此原因，由于电子装置中包括的接收线圈的位置总是不同，因此电力传送效率会降低。

就是说，当无线电力传送装置中仅包括单个传送线圈时，根据接收线圈的位置可能存在磁通量抵消的区域，在这种情况下不能平滑地执行电力传送。

发明内容

[技术问题]

本发明的目的在于提供一种无线电力传送装置，其能够使用多个传送线圈使电力传送效率最大，即便无线电力接收装置中的接收线圈的位置改变。

[技术解决方案]

根据本发明的一个方面，一种用于以无线方式将电力传送到无线电力接收装置的无线电力传送装置包括：第一传送线圈，其被配置成通过磁场将电力传送到无线电力接收装置；和第二传送线圈，其被配置成通过磁场将电力传送到无线电力接收装置，并且设置在第一传送线圈内部，其中无线电力传送装置基于无线电力传送装置和无线电力接收装置之间的耦合状态通过第一传送线圈和第二传送线圈中的一个将电力传送到无线电力接收装置。

无线电力传送装置可以将第一传送线圈和设置在无线电力接收装置中的接收线圈之间的磁耦合与第二传送线圈和接收线圈之间的磁耦合进行比较，以便通过允许更好的磁耦合的线圈将电力传送到无线电力接收装置。

无线电力传送装置可以进一步包括电力传送检测单元，其被配置成检测无线电力传送装置和无线电力接收装置之间的耦合状态，并且电力传送检测单元可以测量在无线电力传送装置中流动的电流以检查耦合状态。

无线电力传送装置可以交替地操作第一传送线圈和第二传送线圈以测量在无线电力传送装置中流动的电流。

无线电力传送装置可以通过第一传送线圈和第二传送线圈中的、测得的电流具有较高的密度的线圈将电力传送到无线电力接收装置。

无线电力传送装置可以进一步包括交流(AC)电力生成单元，其被配置成使用AC信号和直流(DC)电力生成AC电力，并且AC电力生成单元可以包括第一放大部，用于将所生成的AC电力输出到第一传送线圈；以及第二放大部，用于将所生成的AC电力输出到第二传送线圈。

无线电力传送装置可以将在第一放大部被启用并且第二放大部被禁用时测得的电流与在第一放大部被禁用并且第二放大部被启用时测得的电流进行比较，以便将第一传送线圈和第二传送线圈中的一个确定为用于电力传送的线圈。

耦合状态可由第一传送线圈和设置在无线电力接收装置中的接收线圈之间的耦合系数，或者由第二传送线圈和设置在无线电力接收装置中的接收线圈之间的耦合系数指示。

第一传送线圈和第二传送线圈的尺寸可以被设定成使得在第一传送线圈和无线电力接收装置的接收线圈之间的耦合系数最小的点与在第二传送线圈和接收线圈之间的耦合系数最大的点一致。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的一个实施例的无线电力传送系统的示图。

图2是图示根据本发明的实施例的传送感应线圈的等效电路的示图。

图3是图示根据本发明的实施例的供电装置和无线电力传送装置的等效电路的示图。

图4是图示根据本发明的实施例的无线电力接收装置的等效电路的示图。

图5是图示根据本发明的实施例的供电装置的配置的示图。

图6是图示使用根据本发明的实施例的无线电力传送装置来传送电力的方法的流程图。

图7是用于说明当无线电力传送装置包括单个传送线圈时的传送线圈和接收线圈之间的布置的示图。

图8是图示根据传送线圈的中心和接收线圈的中心之间的距离的耦合系数的测量结果的示图。

图9是图示根据本发明的一个实施例的设置有两个传送线圈的无线电力传送装置的配置的示图。

图10是用于说明根据本发明的实施例的、根据第一传送线圈的中心和接收线圈的中心之间的距离以及第二传送线圈的中心和接收线圈的中心之间的距离的耦合系数的变化的示图。

图11是用于说明根据本发明的示例的通过电流测量确定用于向接收线圈传送电力的传送线圈的处理的示图。

图12是用于说明根据本发明的替选示例的通过电流测量确定用于向接收线圈传送电力的传送线圈的处理的示图。

具体实施方式

现将详细参照本发明的示例性实施例，在附图中示出了示例性实施例的示例，使得本领域普通技术人员可以容易地实现示例性实施例。

参照图1，无线电力传送系统可以包括供电装置100、无线电力传送装置200、无线电力接收装置300和负载400。

在一个示例中，供电装置100可以包括在无线电力传送装置200中。

无线电力传送装置200可以包括传送感应线圈210和传送谐振线圈220。

无线电力接收装置300可以包括接收谐振线圈310、接收感应线圈320和整流单元330。

供电装置100的两端连接到传送感应线圈210的两端。

传送谐振线圈220可以设置成与传送感应线圈210隔开特定距离。

接收谐振线圈310可以设置成与接收感应线圈320隔开特定距离。

接收感应线圈320的两端可以连接到整流单元330的两端，并且负载400可以连接到整流单元330的两端。在一个示例中，负载400可以包括在无线电力接收装置300中。

供电装置100生成的电力被传输到无线电力传送装置200。传输到无线电力传送装置200的电力可以被传输到无线电力接收装置300，由于谐振现象，无线电力接收装置300与无线电力传送装置200谐振，即谐振频率值可以被传输到无线电力接收装置300。

随后，将更详细地描述电力传送处理。

供电装置100可以生成具有预定频率的AC电力以将其传输到无线电力传送装置200。

传送感应线圈210可以感应耦合到传送谐振线圈220。就是说，当由于从供电装置100供给的电力使得交流电流在传送感应线圈210中流动时，通过电磁感应在物理隔开的传送谐振线圈220中也可以感应交流电流。

随后，传输到传送谐振线圈220的电力可以通过谐振被传输到无线电力接收装置300，无线电力接收装置300与无线电力传送装置200形成谐振电路。

电力可以通过谐振在阻抗彼此匹配的两个LC电路之间传送。这样，较之电磁感应，电力可以通过谐振以更高的效率在更长的距离上传输。

接收谐振线圈310可以通过谐振从传送谐振线圈220接收电力。由于接收到的电力，交流电流可以在接收谐振线圈310中流动，并且传输到接收谐振线圈310的电力可以通过电磁感应传输到感应耦合到接收谐振线圈310的接收感应线圈320。传输到接收感应线圈320的电力可以通过整流单元330进行整流并且被传输到负载400。

在该实施例中传送感应线圈210、传送谐振线圈220、接收谐振线圈310和接收感应线圈320中的每个可以具有盘旋结构或螺旋结构，但是本发明不限于此。

电力可以通过电场从无线电力传送装置200的传送谐振线圈220传送到无线电力接收装置300的接收谐振线圈310。

具体地，传送谐振线圈220和接收谐振线圈310可以通过谐振耦合以便在谐振频率操作。

通过传送谐振线圈220和接收谐振线圈310的谐振耦合可以显著提高无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的电力传送效率。

在该实施例中，当无线电力传送系统基于电磁感应执行电力传送时，无线电力传送装置200可以不包括传送谐振线圈220，并且无线电力接收装置300可以不包括接收谐振线圈310。

在无线电力传送中，质量因数和耦合系数是有意义的。就是说，在质量因数和耦合系数取较大的值时，可以提高电力传送效率。

质量因数可以意指在无线电力传送装置200或无线电力接收装置300附近积累的能量的指标。

质量因数可以根据操作频率(w)、形状、尺寸和线圈材料等变化。质量因数可由式Q＝w*L/R指示。这里，L是线圈的电感，并且R是与线圈自身中出现的电力损耗对应的电阻。

质量因数可以具有0至无穷的值，并且在质量因数增加时，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的电力传输效率可以提高。

耦合系数意指传送侧线圈和接收侧线圈之间的磁耦合的水平，并且在0至1的范围内。

耦合系数可以根据传送侧和接收侧之间的相对位置或距离而变化。

图2是图示根据本发明的实施例的传送感应线圈210的等效电路的示图。

如图2中所示，传送感应线圈210可以包括电感器L1和电容器C1，并且可以通过电感器和电容器由具有适当的电感值和电容值的电路构成。

传送感应线圈210可以由电感器L1的两端连接到电容器C1的两端的等效电路构成。就是说，传送感应线圈210可以由电感器L1并联连接到电容器C1的等效电路构成。

电容器C1可以是可变电容器，并且可以通过调整电容器C1的电容来执行阻抗匹配。传送谐振线圈220、接收谐振线圈310和接收感应线圈320的等效电路可以与图2中所示相似。

图3是图示根据本发明的实施例的供电装置100和无线电力传送装置200的等效电路的示图。

如图3中所示，传送感应线圈210和传送谐振线圈220可以分别包括具有预定的电感值和电容值的电感器L1和L2以及电容器C1和C2。

图4是图示根据本发明的实施例的无线电力接收装置300的等效电路的示图。

如图4中所示，接收谐振线圈310和接收感应线圈320可以分别包括具有预定的电感值和电容值的电感器L3和L4以及电容器C3和C4。

整流单元330可以将从接收感应线圈320传输的AC电力转换成DC电力，以便将经转换的DC电力传输到负载400。

具体地，整流单元330可以包括整流器和平滑电路。

在该实施例中，整流器可以是硅整流器，并且可以通过二极管DI等效，如图4中所示的那样。

整流器可以将从接收感应线圈320传输的AC电力转换成DC电力。

平滑电路可以去除整流器所转换的DC电力中包括的AC分量以便输出平滑的DC电力。在该实施例中，如图4中所示，整流器电容器C5可以用作平滑电路，但是本发明不限于此。

负载400可以是任何可再充电电池或者需要DC电力的装置。例如，负载400可以意指电池。

无线电力接收装置300可以安装在需要电力的电子装置中，诸如移动电话、笔记本电脑和鼠标。因而，接收谐振线圈310和接收感应线圈320可以具有适用于电子装置的形状。

无线电力传送装置200可以使用带内通信或带外通信与无线电力接收装置300交换信息。

带内通信指的是使用具有用于无线电力传送的频率的信号用于在无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间交换信息的通信。无线电力接收装置300可以进一步包括开关，并且可以通过开关的开关操作接收或不接收从无线电力传送装置200传送的电力。因而，无线电力传送装置200可以通过检测无线电力传送装置200消耗的电力量来识别无线电力接收装置300中包括的开关的开/关信号。

具体地，无线电力接收装置300可以使用电阻和开关来改变电阻吸收的电力量，并且可以改变无线电力传送装置200消耗的电力。无线电力传送装置200可以检测所消耗的电力的改变以获取无线电力接收装置300的状态信息。开关和电阻可以串联连接。在该实施例中，无线电力接收装置300的状态信息可以包括关于无线电力接收装置300的当前电荷量及其进展的信息。

更详细地，当开关断开时，电阻吸收的电力量变为0，并且无线电力传送装置200消耗的电力减少。

当开关被短路时，电阻吸收的电力量变为0，并且无线电力传送装置200消耗的电力增加。当在无线电力接收装置中重复操作时，无线电力传送装置200可以通过检测无线电力传送装置200消耗的电力量执行与无线电力接收装置300的数字通信。

无线电力传送装置200可以根据以上操作接收无线电力接收装置300的状态信息，并且可以传送适用于无线电力接收装置300的电力。

相反，无线电力传送装置200可以包括电阻和开关以便将无线电力传送装置200的状态信息传送到无线电力接收装置300。在该实施例中，无线电力传送装置200的状态信息可以包括关于可以从无线电力传送装置200传送的电力的最大供给量、被供给来自无线电力传送装置200的电力的无线电力接收装置的数目以及无线电力传送装置200的可用电力量的信息。

接下来，将描述带外通信。

带外通信指的是用于使用分立的频带而非谐振频带来交换电力传送所需的信息的通信。无线电力传送装置200和无线电力接收装置300可以包括带外通信模块以交换电力传送所需的信息。这种带外通信模块也可以被提供给供电装置。在该实施例中带外通信模块可以使用局域网系统，诸如蓝牙、Zigbee、无线LAN或NFC(近场通信)，但是本发明不限于此。

接下来，将参照图5描述根据本发明的实施例的供电装置的配置。将参照图1至4给出图5中的描述。

图5是图示根据本发明的实施例的供电装置的配置的示图。

参照图5，供电装置100可以包括供电单元110、振荡器130、电力传送检测单元140、AC电力生成单元150和控制单元170。

供电装置100可以包括在无线电力传送装置200中。相反，供电装置100可以包括无线电力传送装置200。

供电单元110可以向供电装置100的每个部件提供DC电力。

供电装置100可以将从供电单元110传输的DC电力转换成AC电力，并且将AC电力提供给无线电力传送装置200。

在一个示例中，当无线电力传送装置200使用谐振向无线电力接收装置300传送电力时，无线电力传送装置200包括传送感应线圈210和传送谐振线圈220。然而，当无线电力传送装置200使用电磁感应向无线电力接收装置300传送电力时，无线电力传送装置200可以仅包括传送感应线圈210。

振荡器130可以生成具有预定频率的AC信号并且将所生成的AC信号输出到AC电力生成单元150。

在一个示例中，当无线电力传送装置200使用谐振向无线电力接收装置300传送电力时，预定频率可以是谐振频率。就是说，振荡器130可以生成具有谐振频率的AC信号，使得无线电力传送装置200和无线电力接收装置300可以在谐振频率传输电力，并且可以向AC电力生成单元150输出所生成的AC信号。

在一个示例中，当无线电力传送装置200使用电磁感应向无线电力接收装置300传送电力时，振荡器130可以通过调节频率来调整提供给无线电力传送装置200的电力。就是说，当需要无线电力传送装置200减少或增加传输到无线电力接收装置300的电力时，振荡器130可以生成具有经调节的频率的AC信号并且可以将其输出到AC电力生成单元150。当使用电磁感应执行电力传送时，振荡器130可以通过调节频率来调整提供给无线电力传送装置200的电力，使得可以调整传输到无线电力接收装置300的电力。

电力传送检测单元140可以检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置之间的电力传送状态。在该实施例中，电力传送检测单元140可以检测电力传送状态以检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态。这里，耦合状态可以是无线电力传送装置200和无线电力接收装置之间的隔开距离、它们的位置和它们的方向中的至少一个。

在该实施例中，电力传送检测单元140可以通过供电装置100中流动的电流检测电力传送状态。为此，可以使用电流传感器。电流传感器可以测量在供电装置100中流动的电流，并且通过测得的电流可以检查无线电力传送装置200和无线电力接收装置之间的耦合状态。耦合状态可以由无线电力传送装置200的传送谐振线圈220和无线电力接收装置的接收谐振线圈之间的耦合系数指示。

电流传感器可以检测输入到AC电力生成单元150的电流并且可以测量检测到的电流的强度。然而，本发明不限于此。例如，电流传感器可以测量从AC电力生成单元150输出的电流、在供电装置100中流动的电流等。

此外，可以使用CT(电流变压器)作为电流传感器。电流传感器测量的电流的强度可以根据无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的电力传送状态变化。在该实施例中，电力传送状态可以是电力传送效率根据无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的距离及其方向的改变而变化的状态。

此外，电流传感器测量的电流的强度可以与无线电力传送装置200的传送谐振线圈220和无线电力接收装置300的接收谐振线圈310之间的耦合系数相关联。耦合系数意指传送谐振线圈220和接收谐振线圈310之间的电磁耦合的水平，并且在0至1的范围内。

当然，当使用电磁感应而非谐振执行电力传送时，电流传感器测量的电流的强度可以与传送感应线圈210和接收感应线圈320之间的耦合系数相关联。

例如，在施加到AC电力生成单元150的电流的强度增加时，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的距离可以减小。在该情况下，在测得的电流的强度增加时，耦合系数可以增加。相反，在施加到AC电力生成单元150的电流的强度减小时，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的距离可以增加。在该情况下，在测得的电流的强度减小时，耦合系数可以减小。

AC电力生成单元150可以通过使用从振荡器130输出的AC信号对从供电单元110提供的DC电力进行转换来生成AC电力，并且可以将所生成的AC电力提供给无线电力传送装置200。

AC电力生成单元150可以对从振荡器130输出的AC信号进行放大并且将其输出。由于从振荡器130输出的AC信号的幅度可能是小的，因此AC电力生成单元150可以进一步包括放大缓冲器，用于按预定幅度对从振荡器130输出的AC信号进行放大。

AC电力生成单元150可以具有推挽型结构。推挽型结构指的是其中一对开关、晶体管或任何电路块交替操作，使得在其输出部分处交替出现两个元件的响应。由于成对的电路块交替操作，如同它们被推挽，因而被称为推挽结构。

控制单元170可以控制供电装置100的整体操作。具体地，当无线电力传送装置200包括两个传送线圈时，控制单元170可以基于无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态从两个传送线圈中选择用于向无线电力接收装置300传送电力的线圈。后面将描述控制单元170的具体操作。

接下来，将参照图6至12描述使用根据本发明的实施例的无线电力传送装置来传送电力的方法。

参照图6，无线电力传送装置200的电力传送检测单元140检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态(S101)。电力传送检测单元140可以检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的电力传送状态。具体地，电力传送检测单元140可以通过检测电力传送状态来检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态。

在该实施例中，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态可以指示无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的磁耦合的水平。耦合状态可以意指根据无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的间隔距离、它们的角度和它们的位置中的至少一个而变化的状态。

此外，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态可以由无线电力传送装置200的传送线圈230和无线电力接收装置300的接收线圈350之间的耦合系数指示。在该实施例中，当无线电力传送装置200的传送线圈230和无线电力接收装置300的接收线圈350之间的耦合系数增加时，这可以意指无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态是较好的。当无线电力传送装置200的传送线圈230和无线电力接收装置300的接收线圈350之间的耦合系数减小时，这可以意指无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态是较差的。

在该实施例中，电力传送检测单元140可以通过在供电装置100中流动的电流来检测无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合状态。为此，可以使用电流传感器。电流传感器可以测量在供电装置100中流动的电流，并且通过测得的电流可以检查无线电力传送装置200和无线电力接收装置之间的耦合状态。电流传感器可以测量输入到AC电力生成单元150的电流或者从AC电力生成单元150输出的电流。

电流传感器测量的电流的强度可以与无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的耦合系数成比例。具体地，在电流传感器测量的电流的强度增加时，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的距离可以减小，并且因而耦合系数可以增加。相反，在电流传感器测量的电流的强度减小时，无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的距离可以增加，并且因而耦合系数可以减小。

控制单元170基于检测到的耦合状态(S103)在多个传送线圈中确定用于传送电力的传送线圈。在该实施例中，无线电力传送装置200可以包括多个传送线圈，并且包括作为第一传送线圈270和第二传送线圈290的两个传送线圈。

无线电力传送装置200的控制单元170可以基于检测到的耦合状态在两个传送线圈中确定允许无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的更好的耦合状态的传送线圈。将参照图7至10描述步骤S101至S103。

图7和8是用于说明耦合系数可以根据传送线圈230和接收线圈350之间的布置而变化的示图。图9和10是用于说明根据本发明的实施例的通过检查接收线圈350的位置来选择要启用的传送线圈的处理的示图。

具体地，图7是用于说明当无线电力传送装置200包括单个传送线圈230时的传送线圈230和接收线圈350之间的布置的示图。图7(a)图示了从顶部观察时的无线电力传送装置200和终端500之间的布置，而图7(b)图示了从前面观察时的无线电力传送装置200和终端500之间的布置。

参照图7(a)和(b)，具有接收线圈350的无线电力接收装置300可以设置在无线电力传送装置200上，并且接收线圈350可以通过无线的方式从无线电力传送装置200的传送线圈230接收电力。

在该实施例中，接收线圈350可以使用电磁感应或者使用谐振从传送线圈230接收电力。如果接收线圈350使用谐振从传送线圈230接收电力，则传送线圈230可以是图3中描述的传送谐振线圈220，并且接收线圈350可以是图4中描述的接收谐振线圈310。此外，无线电力传送装置200可以进一步包括传送感应线圈210，并且无线电力接收装置300可以进一步包括接收感应线圈320。

传送线圈230可以设置在传送垫板250上。传送垫板250可以包括磁性物质并且具有正方形，但是不限于此。

接收线圈350可以设置在终端500中。终端500可以是移动终端，诸如移动电话、智能电话、膝上型计算机、数字广播终端、PDA(个人数字助理)、PMP(便携式多媒体播放器)或者导航装置。

传送线圈230和接收线圈350之间的位置可以由传送线圈230形成的圆形的中心o1和接收线圈350形成的圆形的中心o3之间的距离f指示。当无线电力传送装置200被固定设置时，磁耦合的水平根据接收线圈350的位置变化而改变，并且因而传送线圈和接收线圈350之间的耦合系数可以变化。

将参照图8描述该情况。

图8是图示根据传送线圈230的中心和接收线圈350的中心之间的距离的耦合系数的测量结果的示图。

传送线圈230和接收线圈350之间的耦合系数与在传送线圈230中生成的磁通量的数量中的、穿过接收线圈350的内部的磁通量的数量成比例。这是因为，当在传送线圈230中生成的磁通量的数量中的、穿过接收线圈350的内部的磁通量的数量增加时，磁耦合的水平增加。

在图7(a)中，假设其中传送线圈230形成的圆形的面积与接收线圈350形成的圆形的面积重叠的区域被称为区域“A”，并且其中接收线圈350形成的圆形的面积与传送线圈230形成的圆形的面积不重叠的区域被称为区域“B”。在区域“A”的面积增加时，传送线圈230中生成的磁通量的数量中的、穿过接收线圈350的磁通量的数量增加。因此，传送线圈230和接收线圈350之间的耦合系数可以增加。相反，在区域“A”的描述减小并且区域“B”的面积增加时，传送线圈230中生成的磁通量的数量中的、穿过接收线圈350的磁通量的数量减小。因此，传送线圈230和接收线圈350之间的耦合系数可以减小。

就是说，如图8中所示，可以看到，随着传送线圈230的中心和接收线圈350的中心之间的距离增加，它们之间的耦合系数减小。由于耦合系数的减小意味着无线电力传送装置200和无线电力接收装置300之间的电力传送效率的劣化，因此有必要通过选择性地使用两个传送线圈来增加耦合系数，即便传送线圈230的中心和接收线圈350的中心之间的距离变化。

为此，本发明的实施例使用两个传送线圈增加耦合系数，即便接收线圈的位置变化。

参照图9，由附图标记200表示的无线电力传送装置可以包括传送垫板250、第一传送线圈270和第二传送线圈290。此外，无线电力传送装置200可以进一步包括作为图5中描述的供电装置100的部件的电力传送检测单元140、AC电力生成单元150和控制单元170。

第一传送线圈270和第二传送线圈290可以设置在传送垫板250上。无线电力传送装置200可以被固定地设置。

第一传送线圈270和第二传送线圈290中的每个可以是盘旋(helical)传送线圈和螺旋(spiral)传送线圈中的一个。此外，第一传送线圈270和第二传送线圈290中的每个可以具有圆形或正方形的形状。

第一传送线圈270形成的圆形的半径可以大于第二传送线圈290形成的圆形的半径。因而，第一传送线圈270形成的圆形的面积可以大于第二传送线圈290形成的圆形的面积。第二传送线圈290可以设置在第一传送线圈270内部。

第一传送线圈270和第二传送线圈290可以被布置成使得第一传送线圈270形成的圆形的中心与第二传送线圈290形成的圆形的中心一致，但是不限于此。例如，第一传送线圈270形成的圆形的中心可以与第二传送线圈290形成的圆形的中心不一致。

电力传送检测单元140可以检测无线电力传送装置200和可以设置在无线电力传送装置200上的无线电力接收装置300(或者设置有无线电力接收装置300的终端)之间的耦合状态。

控制单元170可以基于电力传送检测单元140检测到的耦合状态从第一传送线圈270和第二传送线圈290中确定用于向无线电力接收装置300的接收线圈传送电力的线圈。

AC电力生成单元150可以向第一传送线圈270和第二传送线圈290中的、通过控制单元170的控制而确定的传送线圈提供AC电力。

就是说，AC电力生成单元150可以使用从振荡器施加的AC信号和从供电单元110传输的AC电力来生成AC电力，并且可以将所生成的AC电力提供给所确定的传送线圈。

在下文中，将参照图10至12描述基于无线电力传送装置200检测到的耦合状态确定用于向无线电力接收装置传送电力的传送线圈的处理。

首先，图10是用于说明根据第一传送线圈的中心和接收线圈的中心之间的距离以及第二传送线圈的中心和接收线圈的中心之间的距离的耦合系数的变化的示图。

在图10中，第一传送线圈270形成的圆形的半径是23mm，并且第二传送线圈290形成的圆形的半径是10mm。

参照图10，K是图示根据第一传送线圈270形成的圆形的中心和接收线圈形成的圆形的中心之间的距离的耦合系数的变化的曲线图，并且H是图示根据第二传送线圈290形成的圆形的中心和接收线圈形成的圆形的中心之间的距离的耦合系数的变化的曲线图。

x轴指示传送线圈和接收线圈之间的距离(单位：mm)，并且y轴指示传送线圈和接收线圈之间的耦合系数。

当第一传送线圈270的中心和第二传送线圈290的中心之间的距离在0mm至3mm的范围内时，在通过第二传送线圈290传送电力时的耦合系数大于在通过第一传送线圈270传送电力时的耦合系数。因此，第二传送线圈290可以被确定为无线电力传送装置200中的用于电力传送的线圈。然而，当第一传送线圈270和第二传送线圈290之间的耦合系数等于或大于0.5时，电力传送效率没有明显的差别。因此，第一传送线圈270可以被确定为无线电力传送装置200中的用于电力传送的线圈，即便中心之间的距离在0mm至3mm的范围内。

当第一传送线圈270的中心和第二传送线圈290的中心之间的距离在3mm至16mm的范围内时，在通过第一传送线圈270传送电力时的耦合系数大于在通过第二传送线圈290传送电力时的耦合系数。因此，第一传送线圈270可以被确定为无线电力传送装置200中的用于电力传送的线圈。

当第一传送线圈270的中心和第二传送线圈290的中心之间的距离在超过16mm并且小于30mm的范围内时，在通过第二传送线圈290传送电力时的耦合系数大于在通过第一传送线圈270传送电力时的耦合系数。因此，第二传送线圈290可以被确定为无线电力传送装置200中的用于电力传送的线圈。

当第一传送线圈270的中心和第二传送线圈290的中心之间的距离在30mm至36mm的范围内时，在通过第一传送线圈270传送电力时的耦合系数大于在通过第二传送线圈290传送电力时的耦合系数。因此，第一传送线圈270可以被确定为无线电力传送装置200中的用于电力传送的线圈。

总之，在图10的无线电力传送装置200中，在区间“C”中电力可以通过第一传送线圈270被传送到接收线圈，在区间“D”中电力可以通过第二传送线圈290被传送到接收线圈，并且在区间“E”中电力可以通过第一传送线圈270被传送到接收线圈。

在一个示例中，第一传送线圈270形成的圆形的半径和第二传送线圈290形成的圆形的半径可以被设定为使得第一传送线圈270和接收线圈之间的耦合系数的值最小的点I与第二传送线圈290和接收线圈之间的耦合系数的值最优化(最大)的点J一致。在图10的实施例中，上述点是第一传送线圈270和接收线圈之间的距离以及第二传送线圈290和接收线圈之间的距离是25mm的点。原因如下。在第一传送线圈270形成的圆形的半径和第二传送线圈290形成的圆形的半径之间的差减小时，曲线图“H”接近曲线图“K”，并且因而不需要使用两个传送线圈。此外，在第一传送线圈270形成的圆形的半径和第二传送线圈290形成的圆形的半径之间的差增加时，曲线图“H”在x轴的左侧方向上移动，并且因而第二传送线圈290和接收线圈之间的耦合系数在第一传送线圈270和接收线圈之间的耦合系数最小的点处减小。

相似地，第二传送线圈290形成的圆形的半径可以具有相对于第一传送线圈270形成的圆形的半径的特定的比率。具体地，第二传送线圈290形成的圆形的半径可以具有相对于第一传送线圈270形成的圆形的半径的1/3至2/3的比率。原因如下。当第二传送线圈290形成的圆形的半径和第一传送线圈270形成的圆形的半径之间没有差异时，不需要使用两个传送线圈。此外，当第二传送线圈290形成的圆形的半径和第一传送线圈270形成的圆形的半径之间的差异过大时，在第一传送线圈290和接收线圈之间的耦合系数最小的点处，第二传送线圈290和接收线圈之间的耦合系数减小。

尽管在本发明的实施例中传送线圈和接收线圈中的每个已被描述为具有圆形的形状，但是其具有各种形状，诸如正方形。

传送线圈和接收线圈之间的耦合系数可以与电流传感器测得的电流的强度成比例。因此，在电流传感器测得的电流的强度增加时，耦合系数可以增加，并且在电流传感器测得的电流的强度减小时，耦合系数可以减小。

在使用耦合系数和测得的电流之间的比例关系时，在通过第一传送线圈270向接收线圈传送电力的情况下，电流传感器测得的电流具有与图10的曲线图“K”相似的形式，并且在通过第二传送线圈290向接收线圈传送电力的情况下，电流传感器测得的电流具有与图10的曲线图“H”相似的形式。

最终，为了在第一传送线圈270和第二传送线圈290中确定允许更好的耦合系数的线圈，有必要测量在供电装置中流动的电流。这将参照图11进行描述。

参照图11，电力传送检测单元140可以包括电流传感器，并且AC电力生成单元150可以包括第一放大部152和第二放大部154。

电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的电流。

第一放大部152和第二放大部154可以放大AC电力生成单元150使用AC信号和DC电力生成的AC电力，并且可以输出经放大的AC电力。

控制单元170可以执行以下操作以便从第一传送线圈270和第二传送线圈290中确定用于向接收线圈传送电力的线圈。

首先，控制单元170可以启用第一放大部152并且可以禁用第二放大部154。通过AC电力生成单元150的第一放大部152可以向第一传送线圈270提供AC电力，以便以无线方式向接收线圈传送电力。在该情况下，电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的第一电流的强度并且可以将测得的第一电流的强度传输到控制单元170。

随后，控制单元170可以禁用第一放大部152并且可以启用第二放大部154。通过AC电力生成单元150的第二放大部154可以向第二传送线圈290提供AC电力，以便以无线方式向接收线圈传送电力。在该情况下，电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的第二电流的强度并且可以将测得的第二电流的强度传输到控制单元170。

控制单元170可以使用测得的第一电流和第二电流的强度，从第一传送线圈270和第二传送线圈290中确定用于向接收线圈传送电力的线圈。如图10中所述，图10图示了根据中心之间的距离的耦合系数的关系。由于耦合系数与电流的强度成比例，因此控制单元170可以将第一电流的强度与第二电流的强度进行比较，并且可以将具有较高的电流强度的传送线圈确定为用于电力传送的线圈。就是说，这意味着将第一电流的强度与第二电流的强度进行比较，并且具有较高的电流强度的传送线圈允许更好的耦合系数。

接下来，图12是用于说明根据本发明的替选示例的通过电流测量确定用于向接收线圈传送电力的传送线圈的处理的示图。

参照图12，无线电力传送装置200可以进一步包括开关单元180。

开关单元180可以包括第一开关181和第二开关183。

电力传送检测单元140可以包括电流传感器，并且AC电力生成单元150可以包括单个放大部157。

电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的电流。

放大部157可以放大AC电力生成单元150使用AC信号和DC电力生成的AC电力，并且可以输出经放大的AC电力。

首先，控制单元170可以使第一开关181短路，并且可以断开第二开关183。通过放大部157可以向第一传送线圈270提供AC电力，以便以无线方式向接收线圈传送电力。在该情况下，电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的第一电流的强度并且可以将测得的第一电流的强度传输到控制单元170。

随后，控制单元170可以断开第一开关181，并且可以短接第二开关183。通过放大部157可以向第二传送线圈290提供AC电力，以便以无线方式向接收线圈传送电力。在该情况下，电流传感器可以测量施加到AC电力生成单元150的第二电流的强度并且可以将测得的第二电流的强度传输到控制单元170。

根据本发明的实施例，无线电力传送装置200可以通过第一传送线圈270和第二传送线圈290中的耦合系数更好的传送线圈向接收线圈传送电力，即便接收线圈的位置是变化的。此外，可以使没有平滑地执行电力传送的区域最小，并且可以扩展无线电力接收装置的充电区域。

将再次参照图6描述该处理。

无线电力传送装置200通过启用的传送线圈230向无线电力接收装置的接收线圈350传送电力(s105)。

随后，在无线电力传送装置200中可以重复步骤s101至s105中的处理。

根据本发明的实施例，无线电力传送装置200可以通过第一传送线圈270和第二传送线圈290中的允许更好的耦合系数的传送线圈向接收线圈传送电力，即便接收线圈的位置是变化的。因此，可以使电力传送效率最大。此外，可以使其中没有平滑地执行电力传送的区域最小，并且可以扩展无线电力接收装置的充电区域。

对于本领域技术人员将明显的是，在不偏离本发明的精神或范围的情况下可以在本发明中进行各种修改和变化。因而，本发明应涵盖本发明的落在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。

根据本发明的实施例的无线电力接收装置300可以安装到移动终端，诸如移动电话、智能电话、膝上型计算机、数字广播终端、PDA(个人数字助理)、PMP(便携式多媒体播放器)以及导航装置。

然而，对于本领域技术人员将明显的是，根据本发明的实施例的配置可以应用于固定终端，诸如数字电视和桌面型计算机，以及移动终端。

在本发明中，由于Q值相对低，因此使用电磁感应传送电力的方法可以意指紧密耦合的方法，并且由于Q值相对高，因此使用谐振传送电力的方法可以意指松弛耦合的方法。

[工业适用性]

本发明适用于以无线方式传送和接收电力的装置。

Claims

1.一种用于以无线方式将电力传送到无线电力接收装置的无线电力传送装置，包括：

第一传送线圈，其被配置成通过磁场将电力传送到所述无线电力接收装置；以及

第二传送线圈，其被配置成通过磁场将电力传送到所述无线电力接收装置，并且设置在所述第一传送线圈的内部，

其中所述无线电力传送装置基于所述无线电力传送装置和所述无线电力接收装置之间的耦合状态通过所述第一传送线圈和所述第二传送线圈中的一个将电力传送到所述无线电力接收装置。

2.根据权利要求1所述的无线电力传送装置，其中所述无线电力传送装置将所述第一传送线圈和设置在所述无线电力接收装置中的接收线圈之间的磁耦合与所述第二传送线圈和所述接收线圈之间的磁耦合进行比较，以便通过允许更好的磁耦合的线圈将电力传送到所述无线电力接收装置。

3.根据权利要求2所述的无线电力传送装置，进一步包括电力传送检测单元，其被配置成检测所述无线电力传送装置和所述无线电力接收装置之间的耦合状态，

其中所述电力传送检测单元测量在所述无线电力传送装置中流动的电流以检查所述耦合状态。

4.根据权利要求3所述的无线电力传送装置，其中所述无线电力传送装置交替地操作所述第一传送线圈和所述第二传送线圈以测量在所述无线电力传送装置中流动的电流。

5.根据权利要求4所述的无线电力传送装置，其中所述无线电力传送装置通过所述第一传送线圈和所述第二传送线圈中的、测得的电流具有较高的密度的线圈将电力传送到所述无线电力接收装置。

6.根据权利要求4所述的无线电力传送装置，进一步包括交流电力生成单元，其被配置成使用交流信号和直流电力生成交流电力，

其中所述交流电力生成单元包括：第一放大部，用于将所生成的交流电力输出到所述第一传送线圈；以及第二放大部，用于将所生成的交流电力输出到所述第二传送线圈。

7.根据权利要求6所述的无线电力传送装置，其中所述无线电力传送装置将在所述第一放大部被启用并且所述第二放大部被禁用时测得的电流与在所述第一放大部被禁用并且所述第二放大部被启用时测得的电流进行比较，以便将所述第一传送线圈和所述第二传送线圈中的一个确定为用于电力传送的线圈。

8.根据权利要求1所述的无线电力传送装置，其中所述耦合状态由所述第一传送线圈和设置在所述无线电力接收装置中的接收线圈之间的耦合系数，或者由所述第二传送线圈和设置在所述无线电力接收装置中的接收线圈之间的耦合系数指示。

9.根据权利要求8所述的无线电力传送装置，其中所述第一传送线圈和所述第二传送线圈的尺寸被设定成使得在所述第一传送线圈和所述无线电力接收装置的接收线圈之间的耦合系数最小的点与在所述第二传送线圈和接收线圈之间的耦合系数最大的点一致。