CN105846488A

CN105846488A - 磁感应充电设备

Info

Publication number: CN105846488A
Application number: CN201610062081.7A
Authority: CN
Inventors: Y.瓦西利夫; M.奇克
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: FR3032312A1; CN105846488B; KR20160094333A; FR3032312B1; US10700543B2; US20160226295A1; KR102534446B1

Abstract

本发明涉及一种磁感应充电设备（50），其包括连接到主线圈（61）的电源（60）。所述设备（50）包括在预定的主频率值范围内的不同的相应谐振频率的无源谐振电路（70、80、90、100）。每个无源谐振电路（70、80、90、100）包括次级线圈（71、81、91、101）。所述次级线圈（71、81、91、101）被布置在主线圈（61）的相应的不同区域中。所述电源（60）被适配为生成在所述预定的主频率值范围内的主频率的不同充电信号。

Description

磁感应充电设备

技术领域

本发明的领域是经由磁感应的充电领域。特别地，本发明涉及磁感应充电设备，其包括不同的相应谐振频率的充电区域。本发明也涉及用于经由磁感应来对接收器充电的方法。

背景技术

图1中示出了根据现有技术的磁感应充电设备10的示范性实施例的电气图。所述设备10包括电源11。所述电源11被连接到并联的三个分支。每个分支包括串联连接的电容器20、30、40，线圈21、31、41和开关22、32、42。

图2示出了图1的磁感应充电设备10的三个线圈21、31、41的几何布置。如由图2所图示的，所述线圈21、31、41是与三个不同的充电区域几何上相关联的。

由于所述开关22、32、42，所述设备10能够将所述电源11连接到分支中的任意一个，从而使对分支中的任意一个供应电力成为可能，这使经由磁感应来对面对线圈21、31、41中的任一个而放置的接收器充电成为可能。所述设备10也使将所述电源11连接到两个分支例如以便对跨立放置在所述设备10的两个邻近线圈21、31、41上的接收器充电成为可能。所述设备10也使将所述电源11连接到三个分支以便同时对三个线圈21、31、41供应电力成为可能。

根据现有技术的所述设备10包括一些缺点。

首先，所述设备10包括多个部件：三个电容器20、30、40，三个线圈21、31、41和三个开关22、32、42，这使所述设备10制造起来是昂贵的。

此外，当线圈21、31、41中的两个或三个被供应电力时，可能在线圈21、31、41的邻近处产生线圈21、31、41之间的耦合现象，这干扰了对面对线圈21、31、41中的一个而放置的接收器的经由磁感应的充电。

发明内容

本发明的目标是通过提出一种解决方案来完全或部分地克服现有技术的缺点，特别是上文陈述的那些缺点，所述解决方案使减少在磁感应充电设备中使用的部件数量和减少激活的线圈之间的耦合现象成为可能。

为了这个目的以及根据第一方面，通过本发明提出了一种磁感应充电设备，其包括连接到主线圈的电源。所述设备包括在预定的主频率值范围内的不同的相应谐振频率的无源谐振电路。每个无源谐振电路包括次级线圈。所述次级线圈被布置在所述主线圈的相应的不同区域中。所述电源被适配为生成在所述预定的主频率值范围内的主频率的不同充电信号。

所述充电设备（其是本发明的主题）因此使通过单独地修改充电信号的主频率来改变充电区域成为可能，这样做不需要使用开关。优选地，电源被适配为生成分别与不同无源谐振电路的谐振频率相等的主频率的不同充电信号。

当所述电源生成主频率f0的充电信号S0时，仅具有基本上等于f0的谐振频率的无源谐振电路进行谐振，其他无源谐振电路并未被激励。

这样的规定使每次仅激活所述主线圈的一个区域成为可能，从而使当至少两个无源谐振电路被激活时减小与所述无源谐振电路的所述次级线圈的耦合相联系的损失成为可能。

在本发明的特定实施例中，孤立考虑或根据任意技术上可能的组合来考虑，所述设备可以进一步包括下述特征中的一个或多个。

在本发明的特定实施例中，所述充电设备包括布置在所述主线圈的相应区域中的彼此没有任何重叠的至少两个次级线圈。

这样的规定使获得所述主线圈的不同区域成为可能，在所述主线圈的不同区域中所述无源谐振电路具有相应不同的谐振频率。

根据优选实施例，所述充电设备包括布置在所述主线圈的相应区域中的具有部分重叠的至少两个次级线圈。

在本发明的优选实施例中，所述充电设备包括布置在同一个平面中的至少两个次级线圈。所述同一个平面有利地平行于所述主线圈的平面。

根据本发明的有利特征，所述充电设备包括布置在不同平面中的至少两个次级线圈。所述不同平面有利地平行于所述主线圈的平面。

根据第二个方面，通过本发明提出了一种用于实施所述充电设备的经由磁感应来对接收器充电的方法。所述方法包括下述步骤：

· 接连生成在所述预定的主频率值范围内的不同主频率的充电信号，

· 针对每个充电信号估计表示所述接收器的充电效率的量值，

· 选择用于所述接收器的所述充电信号，所述充电信号是使最大化所述接收器的充电效率成为可能的充电信号，

· 通过生成所选择的充电信号来对所述接收器充电。

这样的规定使通过修改充电信号的主频率来使接收器局部化（localize）成为可能。

附图说明

在阅读以下描述时，将更好地理解本发明，以下描述通过完全非限制性示例的方式来给出，并且参考图1至5来做出，图1至5示出了：

- 图1：根据现有技术的磁感应充电设备的示范性电气图的表示。

- 图2：现有技术的图1的磁感应充电设备的示范性线圈几何结构。

- 图3：根据本发明的磁感应充电设备的示范性电气图的表示。

- 图4：根据本发明的磁感应充电设备的示范性线圈几何结构的图解表示。

- 图5：根据本发明的磁感应充电设备的与图4的几何结构不同的另一个示范性线圈几何结构的图解表示。

在这些附图中，从一个附图到另一个附图使用相同参考标记以指明相同或类似的要素。为了清楚起见，除非另行陈述，否则所示出的要素并非是按比例的。

具体实施方式

在图3中示出了根据本发明的磁感应充电设备50的示范性电气图。磁感应充电设备50例如可以是诸如由WPC（“无线电力协会”）或由PMA（“电力事务联盟”）所定义的设备。

图3的设备50包括连接到主线圈61的电源60，以及四个无源谐振电路70、80、90、100。

电源60能够接连地生成在预定的主频率值范围内的不同的相应主频率下的充电信号。例如，在诸如由WPC定义的设备50的情况下，所述范围与100kHz和200kHz之间的频率相对应。例如，在诸如由PMA定义的设备50的情况下，所述范围与200kHz和300kHz之间的频率相对应。在其余的描述中，考虑中的完全非限制性示例是WPC设备50的情况，以及因此所述电源60生成在100kHz和200kHz之间的主频率下的充电信号。例如，所述电源60适合于接连地生成基本上等于110kHz的主频率f0的充电信号S0、大约130kHz的主频率f1的充电信号S1、大约150kHz的主频率f2的充电信号S2、大约170kHz的主频率f3的充电信号S3，等等。

每个无源谐振电路70、80、90、100包括例如次级线圈71、81、91、101以及电容器72、82、92、102。无源谐振电路70、80、90、100并未由电源60来供应电力。每个无源谐振电路70、80、90、100在预定的主频率值的范围内（即在考虑中的示例中在100kHz和200kHz之间）的不同的谐振频率下进行谐振。要注意的是，由于由电源60供应电力的主线圈61和所述相关联的无源谐振电路之间的耦合，每个无源谐振电路的谐振频率是通过次级线圈并且通过所述无源谐振电路的电容器以及还通过主线圈61来确定的。无源谐振电路70、80、90、100的谐振频率彼此不同。例如，无源谐振电路70、80、90、100具有分别等于f0、f1、f2和f3的谐振频率。

在图3的本发明的非限制性示例中，设备50包括四个无源谐振电路70、80、90、100。一般而言，设备50（其是本发明主题）必须包括至少两个无源谐振电路70、80、90、100（诸如这些），其包括放置在主线圈61的不同区域中（即放置为至少部分地面对主线圈61）的次级线圈71、81、91、101。通过“放置为至少部分地面对主线圈”，要理解的是所述次级线圈71、81、91、101被至少部分地放置在所述主线圈61内侧或放置在所述主线圈61沿着所述主线圈61的轴的延伸内侧。

在图4的本发明优选示范性实施例中，无源谐振电路70、80、90、100的四个次级线圈71、81、91、101划分了主线圈61的四个不同的区域。在这个优选的示范性实施例中，四个区域具有相同尺寸，但在本发明的其他示范性实施例中，无源谐振电路70、80、90、100的次级线圈71、81、91、101的区域可以具有彼此不同的尺寸。在优选的示范性实施例中，无源谐振电路70、80、90、100的次级线圈71、81、91、101的尺寸基本上等同于要被充电的接收器的线圈的尺寸，这使提高充电效率成为可能。确实，当次级线圈和接收器线圈具有相同尺寸时，无源谐振电路70、80、90、100的次级线圈71、81、91、101中的一个和接收器的线圈之间的耦合是更大的。

在图3的本发明的优选示范性实施例中，无源谐振电路70、80、90、100的四个次级线圈71、81、91、101位于同一个平面中，该同一个平面平行于主线圈61的平面（例如在印刷电路板的相对侧面上），以及完全面对所述主线圈61。

在其他示范性实施例中（未示出），无源谐振电路70、80、90、100的四个次级线圈71、81、91、101位于面对主线圈61，但次级线圈71、81、91、101位于彼此平行并且平行于主线圈61的平面的不同的平面中。

当次级线圈71、81、91、101位于彼此平行并且平行于主线圈61的平面的不同平面中时，次级线圈71、81、91、101的某些区域可以具有部分重叠。

在图5中图示的本发明的示范性实施例中，除无源谐振电路70、80、90、100的四个次级线圈71、81、91、101外，设备50包括另一个无源谐振电路的第五个次级线圈111。在图5的示例中，四个次级线圈71、81、91、101位于同一个平面中并且面对主线圈61。在这个示例中，四个次级线圈71、81、91、101具有相同尺寸以及每个次级线圈71、81、91、101表示了面对着主线圈61的区域的1/4。有利地，第五次级线圈111位于与主线圈61的平面平行的平面中以及位于与四个次级线圈71、81、91、101的平面不同的平面中。优选地，第五次级线圈111位于具有与其他次级线圈71、81、91、101的区域中的至少一个部分重叠的区域。在由图5图示的示例中，第五次级线圈111位于具有与其他次级线圈71、81、91的区域中的每个部分重叠的区域。

本发明还涉及用于经由磁感应来对接收器充电的方法，其实施先前所描述的磁感应充电设备50。

在用于经由磁感应来对接收器充电的方法的实施方式的下面的描述中，如在本发明的这个非限制性实施例中，电源60在从100kHz到200kHz延伸的范围内在相应的不同主频率下生成充电信号，设备50是WPC充电设备。为了说明本发明的这个非限制性示例，无源谐振电路70、80、90、100被认为具有谐振频率f0、f1、f2、f3，其分别等于110kHz、130kHz、150kHz和170kHz。

该方法（其是本发明的主题）包括第一步骤，其用于经由电源60在100kHz到200kHz之间的不同的主频率下接连地生成充电信号。

在本发明的示范性实施方式中，首先，电源60生成等于110kHz的主频率f0的充电信号S0。然后，仅无源谐振电路70进行谐振，因为它的谐振频率是110kHz。因此，仅无源谐振电路70的充电区域被激活，未被激励的其他三个无源谐振电路80、90、100的充电区域没有被激活。接下来，电源60生成等于130kHz的主频率f1的充电信号S1。然后，仅无源谐振电路80的充电区域被激活，因为仅无源谐振电路80进行谐振，这是由于它的谐振频率是130kHz。电源60接下来生成等于150kHz的主频率f2的充电信号S2，然后生成等于170kHz的主频率f3的充电信号S3，等等。

该方法（其是本发明主题）的第二步骤在于针对生成的每个充电信号来估计表示接收器的充电效率的量值。表示该接收器的充电效率的量值的估计是通过取得由所述接收器接收到的功率和由电源60发出的功率之间的比值来确立的，以及可以实施被认为是本领域技术人员已知的方法。例如，由WPC定义的WPC规格Qi，要求充电效率等于或大于60%，以及为了这个目的对装置做出规定以随着时间的过去验证这个充电效率。

该方法（其是本发明主题）的第三步骤在于选择使最大化接收器的充电效率成为可能的充电信号。换言之，这个第三步骤相当于在生成的所有充电信号中确定使获得针对接收器充电效率的最大估计值成为可能的一个充电信号。的确理解的是，当所述接收器的线圈在激活的充电区域内侧时，接收器的充电效率原则上将是最大值，这取决于生成的充电信号的主频率。因此，通过选择使最大化充电效率成为可能的充电信号来确定接收器线圈所位于的充电区域。

该方法接下来包括第四步骤，其在于通过生成所选择的充电信号来对所述接收器充电。

要注意的是，在上述示范性实施方式中，仅已经生成等于无源谐振电路70、80、90、100的谐振频率的主频率的充电信号。更一般地，电源60扫描预定主频率值的范围。的确，在某些情况下，对于主频率可以获得最大充电效率，该主频率不一定是无源谐振电路70、80、90、100中的一个的谐振频率。特别地，当接收器的线圈正跨立邻近于所述充电设备50的充电区域时，可以是这种情况。

前述描述通过它的不同特征和它们的优点清楚地说明了本发明实现了已经设定的目标。特别地，该设备（其是本发明主题）不再包括开关，以及尤其使减少激活的相邻次级线圈之间的耦合成为可能，尤其如在本方法（其是本发明主题）中，每次激活一个单独的次级线圈。

Claims

1.一种磁感应充电设备（50），包括连接到主线圈（61）的电源（60），特征在于：

· 所述设备（50）包括在预定的主频率值范围内的不同的相应谐振频率（f0、f1、f2、f3）的无源谐振电路（70、80、90、100），每个无源谐振电路（70、80、90、100）包括次级线圈（71、81、91、101），

· 所述次级线圈（71、81、91、101）被布置在所述主线圈（61）的相应的不同区域中，

· 所述电源（60）被适配为生成在所述预定的主频率值范围内的主频率的不同充电信号。

2.根据权利要求1所述的充电设备（50），包括布置在所述主线圈（61）的相应区域中的彼此没有任何重叠的至少两个次级线圈（71、81、91、101）。

3.根据权利要求1或2所述的充电设备（50），包括布置在所述主线圈（61）的相应区域中的具有部分重叠的至少两个次级线圈（71、81、91、101）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的充电设备（50），包括布置在同一平面中的至少两个次级线圈（71、81、91、101）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的充电设备（50），包括布置在不同平面中的至少两个次级线圈（71、81、91、101）。

6.一种用于实施如权利要求1至5中任一项所要求保护的所述充电设备（50）的经由磁感应来对接收器充电的方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：

· 接连地生成在所述预定的主频率值范围内的不同主频率的充电信号，

· 选择将针对所述接收器的充电而生成的所述充电信号，所述充电信号是使最大化所述接收器的充电效率成为可能的充电信号，

· 通过生成所选择的充电信号来对所述接收器充电。