CN108092416B - 无线电力传送器及其控制电力的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种无线电力传送器及其控制电力的方法。无线电力传送器包括电源装置，该电源装置将AC电力供应到无线电力传送器；和传输线圈，该传输线圈通过谐振将AC电力传送到无线电力接收器的接收线圈。无线电力传送器基于传输线圈和接收线圈之间的耦合状态控制要被传送到无线电力接收器的传输电力。

Description

无线电力传送器及其控制电力的方法
本申请是2013年9月26日提交的申请号为201310445293.X、申请日 为2013年9月26日、标题为“无线电力传送器及其控制电力的方法”的 专利申请的分案申请。
技术领域
实施例涉及一种无线电力传输技术。更加特别地，本公开涉及一 种用于取决于无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合状态控制 传输电力以最大化电力传输效率的方法。
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 动机或者变换器，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须刀是基于电磁感应原理而被充电的。电磁 感应指的是其中电压被感应使得当在导体周围的磁场变化时电流流动 的现象。虽然围绕小型装置电磁感应技术的商业化已经有了快速的进 步，但是其电力传输距离短。
至今，无线能量传输方案包括基于除了电磁感应之外的磁谐振和 短波射频的远程通讯技术。
最近，在无线电力传输技术当中，采用谐振的能量传输方案已经 被广泛地使用。
然而，根据现有技术的采用谐振的能量传输方案，可以取决于无 线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合状态变化电力传输效率。
因此，需要有通过反映无线电力传送器和无线电力接收器之间的 耦合状态最大化电力传输效率的方案。
发明内容
实施例提供一种取决于无线电力传送器和无线电力接收器之间的 耦合状态最大化电力传输效率的方法。
实施例提供一种通过检测无线电力传送器和无线电力接收器之间 的耦合系数取决于无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合系数 控制传输电力的方法。
根据一个实施例，提供一种无线电力传送器，该无线电力传送器 通过无线电力接收器将电力传送到负载。无线电力传送器包括电源单 元，该电源单元将AC电力供应到无线电力传送器；和传输线圈，该传 输线圈通过谐振将AC电力传送到无线电力接收器的接收线圈。无线电 力传送器基于传输线圈和接收线圈之间的耦合状态控制要被传送到无 线电力接收器的传输电力。
根据一个实施例，一种通过无线电力接收器控制无线电力传送器 的电力以将电力传送到负载的方法，包括：检测无线电力传送器和无 线电力接收器之间的耦合状态；基于耦合状态调节传输电力；以及通 过谐振将被调节的传输电力传送到负载。
如上所述，能够提供一种根据无线电力传送器和无线电力接收器 之间的耦合状态通过控制传输电力最大化电力传输效率的方法。
根据实施例，无线电力传送器和无线电力接收器之间的耦合系数 被检测并且基于该耦合系数确定最佳的接收电力。能够根据被确定的 接收电力通过控制传输电力来最大化电力传输效率。
同时，下面在实施例的描述中将会直接地和含蓄地描述任何其它 的各种作用。
附图说明
图1是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的结构的框图。
图2是示出根据一个实施例的无线电力传输系统的等效电路图。
图3是解释根据一个实施例的控制电力的方法的流程图。
图4是示出为了满足最大电力传输效率的耦合系数和负载阻抗之 间的关系的图。
图5是示出当负载是电池时为了满足最大电力传输效率的耦合系 数和负载阻抗之间的关系的示例的图。
图6是示出当负载是电池时在被施加到电池的电压和电流之间的 关系的图。
图7是示出当负载是电池时在被施加到电池的电力的数量和负载 阻抗之间的关系的图。
图8是示出当负载是电池时为了满足最大电力传输效率的在耦合 系数和负载之间的关系的图。
图9是示出根据另一实施例的无线电力传输系统的结构的框图。
图10是解释根据另一实施例的控制电力的方法的梯形图。
图11是解释根据另一实施例的控制电力的方法的流程图。
图12是解释其中当第一输出电压被施加到AC电力生成单元时的 电流值、耦合系数、第二输出电压、以及优选的电流范围相互对应的 查找表的视图。
图13是解释根据另一实施例的检测耦合系数的方法的流程图。
图14是解释为了改变输出阻抗开关被断开的情况的视图。
图15是解释为了改变输出阻抗开关被短路的情况的视图。
图16是解释根据又一实施例的控制电力的方法的流程图。
图17是解释在根据图16的实施例的控制电力的方法中使用的查 找表的视图。
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 员能够与实施例一起容易地工作。
根据本发明，通过电磁感应传输电力的方案可以意味着具有相对 低的Q值的紧密耦合方案，并且通过谐振传送电力的方案可以意味着 具有相对高的Q值的松散耦合方案。
根据一个实施例，在紧密耦合方案中被用于电力传输的频带可以 是处于100kHZ至300kHZ的范围内，并且在松散耦合方案中被用于 电力传输的频带可以是6.78MHz和13.56MHz中的一个。然而，为了 说明性目的提供了上面的数值。
另外，根据实施例的通过谐振传送电力的松散耦合方案可以包括 直接耦合方案和感应耦合方案。
根据直接耦合方案，无线电力传送器和无线电力接收器中的每一 个通过使用一个谐振线圈直接执行电力传输。根据感应耦合方案，无 线电力传送器通过两个传输线圈将电力传送到包括两个接收线圈的无 线电力接收器。
图1是示出根据一个实施例的无线电力传输系统10的结构的框 图，并且图2是示出根据一个实施例的无线电力传输系统10的等效电 路图。
参考图1，无线电力传输系统10可以包括电源装置100、无线电 力传送器200、无线电力接收器300、以及负载400。
根据一个实施例，电源装置100可以如在图1中所示被设置为与 无线电力传送器200分离，或者可以被包括在无线电力传送器200中。
参考图1，电源装置100可以包括电源单元110、开关120、DC-DC 转换器130、电力传输状态检测单元140、振荡器150、AC电力生成单 元160、控制单元180、以及存储单元170。
电源单元110可以将DC电力供应给电源装置100的各个组件。 电源单元110可以被设置为与电源装置100分离。
根据一个实施例，无线电力传送器200可以通过使用谐振将电力 传送到无线电力接收器300。可以通过包括稍后要描述的传输感应线圈 单元211和传输谐振线圈单元212基于感应耦合方案实现无线电力传 送器200的传输线圈，或者可以通过仅包括一个传输感应线圈单元211 基于直接耦合方案实现无线电力传送器200的传输线圈。开关120可 以使电源单元110与DC-DC转换器130相连接，或者使DC-DC转换 器130与电源单元110断开连接。通过控制单元180的断开信号或者 短路信号可以断开或者短路开关120。根据一个实施例，根据无线电力 传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输状态通过控制单元 180的操作可以断开或者短路开关120。
DC-DC转换器130可以将从电源单元110接收到的DC电压转换 成具有预定的电压值的DC电压以被输出。
在将从电源单元110接收到的DC电压转换成AC电压之后， DC-DC转换器130可以上升或者下降并且整流被转换的AC电压，并 且输出具有预定的电压值的DC电压。
DC-DC转换器130可以开关调节器或者线性调节器。
线性调节器是用于接收输入电压以输出所要求的数量的电压并且 将剩余数量的电压释放为热的转换器。
开关调节器是能够通过脉冲宽度调制(PWM)方案调节输出电压 的转换器。
电力传输状态检测单元140可以检测无线电力传送器200和无线 电力接收器300之间的电力传输状态。根据一个实施例，电力传输状 态检测单元140可以通过检测电力传输状态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。在这样的情况下，耦合状态 可以表示无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的距离以及 无线电力传送器200和无线电力接收器300的位置中的至少一个。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元140可以基于在电源装 置100中流动的电流检测电力传输状态。为此，电力传输状态检测单 元140可以包括电流传感器。电流传感器可以测量在电源装置100中 流动的电流，并且可以基于该电流检测无线电力传送器200和无线电 力接收器之间的耦合状态。耦合状态可以被表达为无线电力传送器200 的传输谐振线圈单元212和无线电力接收器300的接收谐振线圈311 之间的耦合系数。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元140可以测量当从 DC-DC转换器130输出的DC电压被施加到AC电力生成单元160时 流动的电流的强度，但是实施例不限于此。换言之，电力传输状态检 测单元140可以测量从AC电力生成单元160输出的电流的强度。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元140可以包括电流变换 器(CT)。根据一个实施例，被施加到AC电力生成单元的电流的强 度可以被用于找到无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的 距离。根据一个实施例，被施加到AC电力生成单元160的电流的强度 可以用作表示无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的耦合 状态的指数。电力传输状态检测单元140可以将表示检测到的电流的 强度的信号传送到控制单元180。
虽然图1示出电力传输状态检测单元140被设置为与控制单元180 分离，但是电力传输状态检测单元140可以被包括在控制单元180中。
振荡器150可以生成具有预定的频率的AC信号并且将AC信号 应用于AC电力生成单元160。
AC电力生成单元160可以通过使用从DC-DC转换器130接收到 的DC电压和AC信号生成AC电力。
AC电力生成单元160可以放大从振荡器150产生的AC信号。通 过DC-DC转换器130要被放大的AC信号的数量可以取决于DC电压 的强度而变化。
根据一个实施例，AC电力生成单元160可以包括推拉型双 MOSFET。
控制单元180可以控制电源装置100的整体操作。
控制单元180可以控制DC-DC转换器130使得预设的DC电压被 施加到AC电力生成单元160。
控制单元180可以从电力传输状态检测单元140接收与当从 DC-DC转换器130输出的DC电压被施加到AC电力生成单元160时 流动的电流的强度有关的信号，并且通过使用与接收到的电流的强度 有关的信号调节从DC-DC转换器130输出的DC电压和从振荡器150 输出的AC信号的频率中的至少一个。
控制单元180从电力传输状态检测单元140接收表示被施加到AC 电力生成单元160的电流的强度的信号，以确定无线电力接收器是否 存在。换言之，控制单元180可以基于被施加到AC电力生成单元160 的电流的强度确定能够从无线电力传送器200接收电力的无线电力接 收器300的存在。
控制单元180可以控制振荡器150以生成具有预定的频率的AC 信号。预定的频率可以指的是当通过使用谐振执行电力传输时无线电 力传送器200和无线电力接收器300的谐振频率。
存储单元170可以存储彼此相对应的被施加到AC电力生成单元 160的电流的强度、无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的 耦合系数、以及从DC-DC转换器130输出的DC电压。换言之，存储 单元170可以以查找表的形式存储三个值。
控制单元180可以在存储单元170中搜索与被施加到AC电力生 成单元160的电流的强度相对应的耦合系数和从DC-DC转换器130输 出的DC电压，并且可以控制DC-DC转换器130使得搜索到的DC电 压可以被输出。
无线电力传送器200从AC电力生成单元160接收AC电力。
当基于感应耦合方案实现无线电力传送器200时，无线电力传送 器200可以包括构成稍后要描述的在图2中示出的传输单元210的传 输感应线圈单元211和传输谐振线圈单元212。
当基于直接耦合方案实现无线电力传送器200时，无线电力传送 器200可以仅包括稍后要描述的在图2中示出的传输单元210的组件 当中的传输感应线圈单元211。
传输谐振线圈单元212可以通过使用谐振将从传输感应线圈单元 211接收到的AC电力传送到无线电力接收器300。在这样的情况下， 无线电力接收器300可以包括在图2中示出的接收谐振线圈L3和接收 感应线圈L4。
参考图2，无线电力传输系统10可以包括电源装置100、无线电 力传送器200、无线电力接收器300、以及负载400。
电源装置100包括参考图1描述的所有的组件，并且组件基本上 包括参考图1描述的功能。
无线电力传送器200可以包括传输单元210和检测单元220。
传输单元210可以包括传输感应线圈单元211和传输谐振线圈单 元212。
从电源装置100生成的AC电力被传送到无线电力传送器200，并 且被传送到与无线电力传送器200一起进行谐振的无线电力接收器 300。通过整流单元320在无线电力接收器300中接收到的电力被传送 到负载400。
负载400可以意味着可再充电电池或者需要电力的其它的预定的 装置。根据实施例，电池400的负载阻抗可以被表达为“RL”。根据 一个实施例，负载400可以被包括在无线电力接收器300中。
电源装置100可以将具有预定的频率的AC电力供应给无线电力 传送器200。电源装置100可以供应在无线电力传送器200和无线电力 接收器300之间的谐振中具有谐振频率的AC电力。
传输单元210可以包括传输感应线圈单元211和传输谐振线圈单 元212。
传输感应线圈单元211被连接到电源装置100，并且通过从电源 装置100接收到的电力AC电流流动通过传输感应线圈单元211。如果 AC电流流动通过传输感应线圈单元211，则AC电流由于电磁感应甚 至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。通过谐振被感应到传输谐振线圈单元212的电力被传送到与无线 电力传送器200一起形成谐振电路的无线电力接收器300。
通过谐振，在互感匹配的两个LC电路之间能够传送电力。因为 传输谐振线圈单元212被松散地耦合接收谐振线圈单元311，所以当与 通过电磁感应在紧密地耦合方案的情况下传送的电力相比较时，通过 谐振传送的电力能够被更远地传送。因此，无线电力传送器200和无 线电力接收器300具有较高的自对准程度使得无线电力传送器200和 无线电力接收器300以较高的效率传送电力。
无线电力传送器200的传输谐振线圈单元212可以通过磁场将电 力传送到无线电力接收器300的接收谐振线圈单元311。
详细地，传输谐振线圈单元212和接收谐振线圈单元311被相互 电磁松散地耦合。
因为传输谐振线圈单元212被松散地耦合接收谐振线圈单元311， 所以在无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的电力传输效 率能够被显著地提高。
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。 在这样的情况下，电容器C1的电容是被调节用于在谐振频率下的操作 的值。
电容器C1的一个端子被连接到电源装置100的一个端子，并且电 容器C1的相对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的相对端子被连接到电源装置100的相对端子。
传输谐振线圈单元212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的一个端子的相对端子。电阻器R2的相 对端子被连接到电容器C2的相对端子。电阻器R2的电阻表示传输谐 振线圈L2中的功率损耗的数量，并且电容器C2的电容是被调节用于 在谐振频率下的操作的值。
检测单元220可以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。根据一个实施例，基于传输谐振线圈单元212和接 收谐振线圈单元311之间的耦合系数可以检测耦合状态。在这样的情 况下，检测单元220可以通过测量输入阻抗检测耦合系数，并且稍后 将会描述其详情。
无线电力接收器300可以包括接收单元310和整流单元320。
无线电力接收器300可以嵌入在诸如蜂窝电话、鼠标、膝上型计 算机、以及MP3播放器的电子电器中。
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。
接收谐振线圈单元311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的一个端子的相对端子。电阻器R3的相 对端子被连接到电容器C3的相对端子。电阻器R3的电阻表示在传输 谐振线圈L3中的功率损耗的数量，并且电容器C3的电容是被调节用 于在谐振频率下的操作的值。
接收感应线圈单元312包括接收感应线圈L4和电容器C4。接收 感应线圈L4包括被连接到电容器C4的一个端子的一个端子。接收感 应线圈C4的相对端子被连接到整流单元320的相对端子。电容器C4的相对端子被连接到整流单元320的一个端子。
接收谐振线圈单元311和传输谐振线圈单元212以谐振频率保持 谐振状态。换言之，接收谐振线圈单元311和传输谐振线圈单元212 被相互谐振耦合使得AC电流流动通过接收谐振线圈单元311。因此， 接收谐振线圈单元311可以通过非辐射方案从无线电力传送器200接 收电力。
接收感应线圈单元312通过电磁感应从接收谐振线圈单元311接 收电力，并且通过整流单元320整流在接收感应线圈单元312接收到 的电力并且将其发送到负载400。
整流单元320可以从接收感应线圈单元312接收AC电力并且将 接收到的AC电力转换成DC电力。
整流单元320可以包括整流电路(未示出)和平滑电路(未示出)。
整流电路可以包括二极管和电容器以将从接收感应线圈单元312 接收到的AC电力转换成DC电力并且将该DC电力发送到负载400。
平滑电路可以平滑被整流的输出。平滑电路可以包括电容器。
负载400可以接收从整流单元320整流的DC电力。
负载400可以是预定的可再充电电池或者需要DC电力的装置。 例如，负载400可以指的是蜂窝电话的电池，但是实施例不限于此。
根据一个实施例，负载400可以被包括在无线电力接收器300中。
在无线电力传输中品质因数和耦合系数是重要的。
品质因数可以指的是可以被存储在无线电力传送器或者无线电力 接收器附近的能量的指数。
品质因数可以根据操作频率ω以及线圈的形状、尺寸以及材料而 变化。品质因数可以被表达为下述等式，Q＝ω*L/R。在上述等式中，L 指的是线圈的电感并且R指的是与在线圈中引起的功率损耗的量相对 应的电阻。
品质因数可以具有0至无穷大的值。
耦合系数表示在传输线圈和接收线圈之间的电磁耦合的程度，并 且具有0至1的范围的值。
耦合系数可以取决于传输线圈和接收线圈之间的相对位置和距离 而变化。
无线电力传送器200可以通过带内通信或者带外通信与无线电力 接收器300交换信息。
带内通信指的是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。无 线电力接收器300可以进一步包括开关并且通过开关的切换操作可以 接收或者可以不接收从无线电力传送器200传送的电力。因此，无线 电力传送器200能够通过检测在无线电力传送器200中的消耗的电力 的数量识别无线电力接收器300的接通信号或者断开信号。
详细地，通过使用电阻器和开关无线电力接收器300可以通过调 节在电阻器中吸收的电力的数量改变在无线电力传送器200消耗的电 力。无线电力传送器200可以通过检测电力消耗的变化获取无线电力 接收器300的状态信息。开关可以被串联地连接到电阻器。根据一个 实施例，无线电力接收器300的状态信息可以包括关于无线电力接收 器300中的当前充电数量和充电数量的变化的信息。
更加详细地，如果开关被断开，则在电阻器中吸收的电力变成零， 并且在无线电力传送器200中消耗的电力被减少。
如果开关被短路，则在电阻器中吸收的电力变成大于零，并且在 无线电力传送器200中消耗的电力被增加。如果无线电力接收器重复 上述操作，则无线电力传送器200检测在其中消耗的电力以与无线电 力接收器300进行数字通信。
无线电力传送器200通过上述操作接收无线电力接收器300的状 态信息使得无线电力传送器200能够传送适合的电力。
相反地，无线电力传送器200可以包括电阻器和开关以将无线电 力传送器200的状态信息传送到无线电力接收器300。根据一个实施例， 无线电力传送器200的状态信息可以包括关于要从无线电力传送器200 供应的电力的最大数量、从无线电力传送器200接收电力的无线电力 接收器300的数目以及无线电力传送器200的可用电力的数量的信息。
带外通信指的是通过除了谐振频率带之外的特定的频率带执行的 以便交换对于电力传输所必需的信息的通信。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电力传输所需 的信息。带外通信模块可以被安装在电源装置中。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 的短距离通信技术，但是实施例不限于此。
在下文中，将会参考图3至图8详细地描述根据一个实施例的控 制电力的方法。
图3是解释根据一个实施例的控制电力的方法的流程图。图4是 示出耦合系数和负载阻抗之间的关系以便于满足最大电力传输效率的 图。图5是示出当负载是电池时为了满足最大电力传输效率的耦合系 数和负载阻抗之间的关系的示例的图。图6是示出当负载是电池时被 施加到电池的电压和电流之间的关系的图。图7是示出当负载是电池 时被施加到电池的电力的数量和负载阻抗之间的关系的图。图8是示 出当负载是电池时为了满足最大电力传输效率的耦合系数和负载之间 的关系的图。
在下文中，将会参考图3以及图1和图2描述控制电力的方法。
无线电力传送器200测量输入阻抗(步骤S101)。输入阻抗可以 是第一输入阻抗Z1。第一输入阻抗Z1可以是当如在图2中所示从电 源装置100到无线电力传送器200看时的阻抗。根据一个实施例，检 测单元220可以通过使用从电源装置200输入到无线电力传送器200 的电压和电流测量第一输入阻抗Z1。
再次参考图3，检测单元220通过使用输入阻抗检测无线电力传 送器200和无线电力接收器300之间的耦合状态(步骤S103)。根据 一个实施例，可以通过测量传输谐振线圈L2和接收谐振线圈L3之间 的耦合系数可以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。在这样的情况下，耦合系数K2表示传输谐振线圈L2和 接收谐振线圈L3之间的电磁耦合度。耦合系数K2可以取决于无线电 力传送器200和无线电力接收器300之间的距离、无线电力传送器200 和无线电力接收器的方向，以及无线电力传送器200和无线电力接收 器的位置中的至少一个而变化。
检测到的耦合状态可以被用于控制要通过无线电力传送器200被 传送到无线电力接收器300的电力。根据一个实施例，随着无线电力 传送器200和无线电力接收器300之间的磁耦合变弱，无线电力传送 器200可能增加要被传送到无线电力接收器300的电力的数量，并且 随着无线电力接收器200和无线电力接收器300之间的磁耦合被加强 可能减少要被传送到无线电力接收器300的电力的数量。
在下文中，将会描述检测耦合状态，特别地，耦合系数的方法。
参考图2，第三输入阻抗Z3可以指的是当从接收谐振线圈单元311 到接收感应线圈单元312看时的阻抗，并且可以被表达为等式1。
等式1
Figure BDA0001484186610000161
在等式1中，ω表示当传输谐振线圈L2和接收谐振线圈L3进行 谐振时的谐振频率，并且M3指的是在接收谐振线圈L3和接收感应线 圈L4之间的互感。另外，ZL指的是输出阻抗。输出阻抗ZL可以等于 负载400的阻抗RL。
通过等式2可以计算互感M3。
等式2
Figure BDA0001484186610000162
在等式2中，K3表示接收谐振线圈L3和接收感应线圈L4之间的 耦合系数并且是固定值。因为接收谐振线圈L3的电感和接收感应线圈 L4的电感是固定值，所以互感M3是固定值。
因为谐振频率ω、互感M3、负载阻抗ZL、接收感应线圈L4的电 感、以及电容器的电容C4是固定值，所以第三输入阻抗Z3具有固定的 值。
基于频域表达等式1，并且基于频域表达下面的等式。
第二输入阻抗Z2指的是当从无线电力传送器200到无线电力接收 器300看时的阻抗，并且可以被表达为等式3。
等式3
Figure BDA0001484186610000171
在等式3中，M2指的是传输谐振线圈L2和接收谐振线圈L3之间 的互感，并且C3指的是当接收谐振线圈单元311被转换成等效电路时 表达的电容器。另外，R3将在接收谐振线圈L3中出现的功率损耗的 数量表达为电阻。
电容器C3的电容、接收谐振线圈L3的电感、第三输入阻抗Z3、 以及电阻器R3是固定值。
可以通过等式4计算互感M2。
等式4
Figure BDA0001484186610000181
在等式4中，因为传输谐振线圈L2的电感和接收谐振线圈L3的电 感是固定值，所以互感可以取决于传输谐振线圈L2和接收谐振线圈L3之间的耦合系数K2而变化。
因此，如果等式1中的第三输入阻抗Z3被等式3取代，则可以表 达与互感M2有关的第二输入电阻Z2，并且可以取决于互感M2而变化。
第一输入阻抗Z1指的是当从电源装置100到无线电力传送器200 看时的阻抗，并且可以被表达为等式5。
等式5
Figure BDA0001484186610000182
在等式5中，M1指的是传输感应线圈L1和传输谐振线圈L2之间 的互感。
通过等式6可以计算互感M1。
等式6
Figure BDA0001484186610000183
在等式6中，因为传输谐振线圈L1的电感、传输感应线圈L2的电 感、以及传输谐振线圈L1和传输感应线圈L2之间的耦合系数K1是固 定值，所以互感M1具有固定值。
虽然传输谐振线圈L1的电感、电容器C1的电容、互感M1、传输 谐振线圈L2的电感、电容器C2、以及电阻器R2具有固定的值，则第 二输入阻抗Z2可以取决于互感M2而变化。
如果等式2被等式3取代，则第一输入阻抗Z1可以被表达为与互 感M2有关。
检测单元220可以通过使用在用于在步骤S101中测量的第一输入 阻抗Z1的等式中的第一输入阻抗Z1计算互感M2，并且可以通过被计 算的互感M2和等式4检测耦合系数K2。
将会参考图13描述检测耦合系数K2的另一方案。
再次参考图3，无线电力传送器200决定与检测到的耦合状态相 对应的接收电力(步骤S105)。在这样的情况下，经确定的接收电力 可以指的是负载400必须接收以便于最大化无线电力传送器200和负 载400之间的电力传输效率的电力。
在下文中，将会描述检测耦合系数K2并且决定取决于耦合系数 K2负载400必须接收的接收电力的方案。
参考图2，通过下面的等式7可以计算电力传输效率。
等式7
Figure BDA0001484186610000191
在等式7中，Pin可以指的是通过电源装置100被传送到无线电力 传送器200的传输电力，并且Pout可以指的是在负载400中消耗的电力 和在负载400中接收到的接收电力。I1是流动通过负载400的电流。
电流I1是被输入到无线电力传送器200的电流同时用作流动通过 传输感应线圈单元211的电流。
可以通过下面的过程计算电流I1。
当流动通过接收谐振线圈单元311的电流被表示为I3时，电流I3可以被表达为下面的等式8。
等式8
Figure BDA0001484186610000201
当流动通过传输谐振线圈单元212的电流被表示为I2时，电流I2可以被表达为下面的等式9。
等式9
Figure BDA0001484186610000202
当流动通过传输感应线圈单元211的电流被表示为I1时，电流I1可以被表达为下面的等式10。
等式10
Figure BDA0001484186610000203
等式8被等式9取代，并且等式9的取代结果被等式10取代。接 下来，等式10的取代结果和被表示为互感M2的第一输入阻抗Z1被等 式7取代。在这样的情况下，获得与电力传输效率有关的等式11。
等式11
Figure BDA0001484186610000211
等式11被布置为等式12。
等式12
Figure BDA0001484186610000212
传输谐振线圈单元212的品质因数Q2被表达为下面的等式13，并 且接收谐振线圈单元311的品质因数Q3被表达为等式14。
等式13
Figure BDA0001484186610000213
等式14
Figure BDA0001484186610000214
当等式13和等式14被等式12取代时，取代结果被布置为等式 15。
等式15
Figure BDA0001484186610000221
为了计算方便，x被取代为等式16，并且m被取代为等式17。
等式16
Figure BDA0001484186610000222
等式17
m＝k2 2Q2Q3
如果等式16和等式17被是用于电力传输效率的等式的等式15取 代，则电力传输效率被布置为等式18。
等式18
Figure BDA0001484186610000223
如果等式18被相对于x区分以便于获得最大化电力传输效率的条 件，则可以获得下面的等式19。
等式19
Figure BDA0001484186610000231
当x被表达为下面的等式20时满足最大化等式19中的电力传输 效率的条件。
等式20
Figure BDA0001484186610000232
如果等式16中的x和等式17中的m被等式20取代，则获得下 面的等式21。
等式21
Figure BDA0001484186610000233
当相对于RL布置等式21时，获得下面的等式22。
等式22
Figure BDA0001484186610000234
换言之，当负载400的阻抗RL具有与等式22相同的值时，电力 传输效率被最大化。在这样的情况下，可以计算如在等式23中所示的 电力传输效率。
等式23
Figure BDA0001484186610000241
换言之，当负载400的阻抗RL与被表达为等式22的相同时，能 够获得如等式23的最大电力传输效率。
参考等式22，满足最大化电力传输效率的条件的负载400的阻抗 RL可以取决于耦合系数K2而变化。
详细地，耦合系数K2和负载400的阻抗之间的关系被示出为图4 中的图。
在图4中，x轴表示耦合系数K2并且y轴表示负载阻抗。
参考图4，随着耦合系数K2被增加，负载阻抗被减少。随着耦合 系数K2被减少，负载阻抗被增加。换言之，当负载阻抗取决于耦合系 数K2而变化时能够最大化电力传输效率。详细地，当随着耦合系数被 增加负载阻抗被减少并且随着耦合系数减少负载阻抗被增加时能够最 大化电力传输效率。
耦合系数K2可以取决于相互有关的无线电力传送器200和无线电 力接收器300之间的距离以及无线电力传送器200和无线电力接收器 300之间的位置中的一个而变化。因此，为了获得最大电力传输效率， 负载400的阻抗可以变化。
图5是以详细的数值示出耦合系数K和负载阻抗之间的关系的图。
当耦合系数K2是0.05时负载阻抗是13.3Ω，当耦合系数K2是 0.10时负载阻抗是8Ω，并且当耦合系数K2是0.25时负载阻抗是5Ω。 因此，如果负载阻抗随着耦合系数K2被增加而减少则电力传输效率被 最大化。
通常，负载400可以包括蜂窝电话的电池。电池的阻抗可以取决 于被施加到电池的电力的数量而变化。在这样的情况下，例如，负载 400可以包括蜂窝电话的电池，但是实施例不限于此。如果负载400的 阻抗取决于被施加到负载400的电力的数量而变化，则负载400可以 包括各种类型的电池。
图6示出作为被施加到电池的电压的函数的电流的图。
电池的阻抗RL可以被表达为下面的等式24。
等式24
Figure BDA0001484186610000251
在等式24中，V表示被施加到电池的电压，并且I表示流动通过 电池的电流。
如果4V的电压被施加到电池，则被施加到电池的电力的数量是 1.2W(4V x0.3A)。在这样的情况下，电池的阻抗变成13.3Ω(4V/0.3 A)。
如果4.583V的电压被施加到电池时，被施加到电池的电力的数量 变成2.0W(4.583V x 0.437A)。在这样的情况下，电池的阻抗变成大于 10.5Ω(4.458V/0.437 A)。
如果5V的电压被施加到电池，则被施加到电池的电力的数量变成 5.0W(5V x1.0A)，并且电池的阻抗变成5.0Ω(5V/1A)。
换言之，如上所述，电池的阻抗可以取决于被施加到电池的电力 的数量而变化。
另外，当基于上述结果满足最大电力传输效率的负载阻抗和被施 加到电池的电力的数量之间的关系被表示为曲线图时，该曲线图被表 示为如在图7中所示。
在图7中，x轴表示被施加到电池的电力的数量，并且y轴表示 电池(负载)的阻抗。
如在图7中所示，电池的阻抗可以取决于被施加到电池的电力的 数量而变化。
在这样的情况下，当将图5与图7进行比较时，在图5和图7中 示出的曲线图相互相似。详细地，参考图5，随着耦合系数K2被增加 负载的阻抗被减少，并且随着耦合系数K2被减少负载的阻抗被增加。 参考图7，随着被施加到电池的电力的数量被增加电池的阻抗被减少， 并且随着被施加到电池的数量被减少电池的阻抗被增加。在图5和图7 中示出的曲线图的波形彼此非常相似。
换言之，如果无线电力传输系统10采用具有取决于被施加到负载400的电力的数量而变化的阻抗的诸如电池的负载400，则在耦合系数 K2和负载400的接收电力之间建立特定的对应的关系。在这样的情况 下，如果传输电力被调节以建立耦合系数K2与负载400的接收电力之 间的特定的对应关系，则能够满足获得图5中示出的最大电力传输效 率的条件。
换言之，为了获得最大传输效率，负载阻抗必须取决于耦合系数 K2而调节。通过控制如在图7中示出的电力的数量，负载阻抗的调节 是可能的。换言之，如果可以取决于耦合系数K2决定电池的接收电力， 并且传输电力被调节使得电池接收被决定的接收电力，满足图5的最 大化电力传输效率的条件，使得能够获得最大电力传输效率。
如图8中的曲线图所示可以表示相对应的关系。
参考图8，示出作为耦合系数K的函数的在电池中接收到的接收 电力作为曲线图。如果当耦合系数是0.05时在电池中接收到的电力的 数量是1.2W时，则当耦合系数K2是0.10时在电池中接收到的电力的 数量是2.0W，并且当耦合系数K2是0.25时在电池中接收到的电力的 数量是5W，满足获得在图5中示出的最大电力传输效率的条件。
最后，为了获得最大电力传输效率，必须被发送到负载400的接 收电力必须取决于耦合系数K2而决定。
根据一个实施例，无线电力传送器200可以进一步包括存储与耦 合系数K2相对应的接收电力的存储单元(未示出)。无线电力传送器 200对存储单元搜索与耦合系数K2相对应的接收电力并且决定接收电 力。
参考图3，无线电力传送器200确定通过负载400接收到的当前 接收电力(步骤S107)。因为在没有电力损耗的情况下无线电力接收 器300可以将从无线电力传送器200接收到的电力发送到负载400，所 以通过无线电力接收器300接收到的电力被假定为等于通过负载400 接收到的电力。
无线电力传送器200可以通过各种方案确定通过负载400接收到 的当前接收电力。
根据一个实施例，无线电力传送器200可以通过在图2中描述的 带外通信决定通过负载400接收到的当前接收电力。详细地，无线电 力传送器200通过带外通信请求通过无线电力接收器300接收到的当 前接收信息的信息并且接收对请求的响应，从而确定当前接收电力。
根据一个实施例，无线电力传送器200可以通过测量在无线电力 传送器200中流动的电流的强度确定在负载400中接收到的当前接收 电力。在这样的情况下，无线电力传送器200可以包括在图1中描述 的电源装置100。例如，在无线电力传送器200内部流动的电流的强度 可以与通过负载400接收到的当前接收电力有关。详细地，当无线电 力传送器200和无线电力接收器300之间的距离恒定时，随着通过负 载400接收到的电力的数量被增加在无线电力传送器200内部流动的 电流的强度可能被增加，并且随着通过负载400接收到的电力的数量 被减少在无线电力传送器200内部流动的电流的强度可能被减少。
无线电力传送器200可以包括存储单元170以存储彼此相对应的 在无线电力传送器200内部流动的电流的强度和通过负载400接收到 的电力。无线电力传送器200可以通过搜索存储单元170找到与电流 的强度相对应的接收电力并且确定通过负载400接收到的当前接收电 力。
因此，无线电力传送器200确定是否被确定的接收电力等于被决 定的接收电力(步骤S109)。
如果确定被确定的接收电力不同于被决定的接收电力，则无线电 力传送器200决定要被传送到无线电力接收器300的传输电力(步骤 S111)。换言之，无线电力传送器200可以决定与被决定的接收电力 相对应的传输电力以便于获得最大电力传输效率。
无线电力传送器200控制要被传送到无线电力接收器300的传输 电力以便于将被决定的传输电力传送到无线电力接收器300(步骤 S113)。根据一个实施例，无线电力传送器200可以通过控制电源单 元110以将电力供应到电源装置100控制传输电力，并且将会参考图9 和图10详细地描述其详情。
根据又一实施例，无线电力传送器200可以通过测量在无线电力 传送器200内部流动的电流控制传输电力，并且将会参考图11和图12 描述其详情。
无线电力传送器200可以从电源装置100接收被决定的传输电力 并且将传输电力传送到无线电力接收器300。因此，负载400可以从无 线电力接收器300接收满足最大电力传输效率的接收电力。
如上所述，根据实施例，无线电力传送器200传送传输电力以最 大化电力传输效率，并且负载400可以接收使电力传输效率最大化的 接收电力，使得电力传输效率能够被最大化。
在下文中，通过合并参考图1至图8进行的描述将会参考图9和 图10描述根据另一实施例的控制电力的方法。特别地，图9和图10 示出在图3的步骤S113中控制传输电力的方案。
图9是示出根据另一实施例的无线电力传输系统的结构的框图。 图10是解释根据另一实施例的控制电力的方法的梯形图。
无线电力传输系统20可以包括电源装置500、无线电力传送器 900、以及无线电力接收器300。
无线电力接收器300具有与参考图1至图2描述的相同的组件和 结构。
无线电力传送器900可以从电源装置500接收DC电力。详细地， 无线电力传送器900将电压控制信号传送到电源装置500以接收被调 节的DC电压。
无线电力传送器900可以进一步包括传输单元910、电力传输状 态检测单元930、振荡器940、AC电力生成单元950、控制单元960、 存储单元970、以及DC切断单元980。
电力传输状态检测单元930可以检测无线电力传送器900和无线 电力接收器300之间的电力传输状态。根据一个实施例，电力传输状 态检测单元930可以基于在电源装置100内部流动的电流检测电力传 输状态。为此，电力传输状态检测单元930可以使用电流传感器。当 从电源装置500接收到的DC电压被施加到AC电力生成单元950时电 流传感器可以检测流动通过电路的电流并且测量检测到的电流的强 度。然而，电力传输状态检测单元930的测量点不限于此，但是可以 包括稍后要描述的AC电力生成单元950的输出点。
在无线电力传送器900内部流动的电流的强度可以取决于无线电 力传送器900和无线电力接收器300之间的电力传输状态而变化。稍 后将会描述电力传输状态的详情。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元930可以包括电流变换 器(CT)。
振荡器940可以生成具有预定的频率的AC信号。当稍后描述的 传输单元910通过谐振将电力传送到无线电力接收器300时，振荡器 940可以生成具有谐振频率的AC信号以允许被包括在传输单元910中 的传输谐振线圈以谐振频率操作并且将AC信号传送到AC电力生成单 元950。从振荡器940生成的AC信号被施加到AC电力生成单元950。
AC电力生成单元950可以基于从振荡器940接收到的AC信号通 过使用从电源装置500的AC-DC转换器510接收到的DC电力生成AC 电力。
AC电力生成单元950可以放大从振荡器940接收到的AC信号。 根据一个实施例，AC信号的放大程度可以取决于被施加到AC电力生 成单元950的DC电压的强度而变化。
根据一个实施例，AC电力生成单元950可以包括推拉型双 MOSFET。
控制单元960可以控制无线电力传送器900的整体操作。
控制单元960可以检测无线电力传送器900和无线电力接收器300 之间的电力传输状态变化。控制单元960可以检测电力传输状态变化 以决定要从电源装置500接收到的DC电力，并且可以将电力控制信号 传送到电源装置500以便于通过PLC方案接收被决定的DC电力。根 据一个实施例，电力传输状态可以与无线电力传送器900和无线电力 接收器300之间的距离以及其中无线电力传送器900和无线电力接收 器300所位于的方向有关。
根据一个实施例，电力传输状态可以与无线电力接收器300的电 力接收状态有关。例如，如果在无线电力接收器300中充电的电力小 于电力的参考数量，则无线电力接收器300可以通过带外通信请求无 线电力传送器900传送比正被传送的当前电力大的电力。然而，无线 电力传送器900可以决定与请求相对应的要被传送到无线电力接收器 300的传输电力。无线电力传送器900可以确定与被决定的传输电力相 对应的要从电源装置500接收的DC电力，并且可以控制电源装置500 以便于接收被确定的DC电力。其后，无线电力传送器900可以从电源 装置500接收被决定的DC电力并且将DC电力转换成AC电力以被传 送到无线电力接收器300。
控制单元960可以通过经由电力传输状态检测单元930接收电力 传输状态的信息来检测无线电力传送器900和无线电力接收器300之 间的耦合状态。根据一个实施例，如果电力传输状态检测单元930是 电流传感器，则控制单元960可以通过电流传感器接收电流的强度并 且基于电流的强度检测无线电力传送器900和无线电力接收器之间的 距离。
控制单元960可以通过使用检测到的距离决定要从电源装置接收 到的DC电压。控制单元960可以将包括被决定的DC电压的信息的电 压控制信号传送到电源装置500。在这样的情况下，通过PLC方案在 无线电力传送器900和电源装置500之间传送电压控制信号。PLC方 案是通过采用供应电力的电力线作为媒介在数百kHz到数十MHz的高 频信号上承载数据的技术。换言之，在没有单独地安装专用的通信线 的情况下通过经受布线工作的电力线可以执行PLC方案。
根据一个实施例，控制单元960可以基于电流的强度确定无线电 力传送器900和无线电力接收器300之间的距离。
根据一个实施例，控制单元960可以基于电流的强度替代被确定 的距离来决定要从电源500接收到的DC电压。
存储单元970可以以查找表的形式存储相互对应的通过电力传输 状态检测单元930的电流传感器测量的电流的强度和在无线电力传送 器900和无线电力接收器300之间的距离。
存储单元970可以以查找表的形式存储相互对应的通过电力传输 状态检测单元930的电流传感器测量的电流的强度和通过无线电力传 送器900要从电源装置500接收到的DC电压。
存储单元970可以以查找表的形式存储相互对应的电力传输状态 检测单元930的电流传感器中的电流的强度、在无线电力传送器900 和无线电力接收器300之间的距离、以及通过无线电力传送器900要 从电源装置500接收到的DC电压。
DC切断单元980可以切断被施加到控制单元960的DC信号。根 据一个实施例，DC切断单元980可以包括电容器。
传输单元910可以将从AC电力生成单元950输出的AC电力无 线地传送到无线电力接收器300。
电源装置500可以包括AC-DC转换器510、控制单元520、以及 DC切断单元530。根据一个实施例，电源装置500可以包括适配器以 将从外部设备接收到的AC电力转换成DC电力。
AC-DC转换器510可以将从外部设备接收到的AC电压转换成具 有预定的大小的DC电压。在这样的情况下，从外部接收到的AC电压 可以具有220V的强度和60Hz的频率，但是实施例不限于此。控制单 元520从无线电力传送器900接收电压控制信号以控制AC-DC转换器 510输出通过无线电力传送器900决定的DC电压。换言之，控制单元 520可以生成电压控制信号以控制AC-DC转换器510使得输出与通过 无线电力传送器900测量的电流的强度相对应的DC电压。在这样的情 况下，AC-DC转换器510可以通过接收电压输出信号将从外部接收到 的AC电压转换成具有预定的大小的DC电压并且输出DC电压。
DC切断单元530可以切断被施加到控制单元520的DC信号。根 据一个实施例，DC切断单元530可以包括电容器。
图10是解释根据另一实施例的控制电力的方法的梯形图。
在下文中，将会通过合并图9的描述来描述根据另一实施例的控 制电力的方法。
参考图10，电力传输状态检测单元930的电流传感器可以测量流 动通过无线电力传送器900内部的电流的强度(步骤S201)。电力传 输状态检测单元930的电流传感器可以通过检测在无线电力传送器900 内部流动的电流测量检测到的电流的强度。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元930的电流传感器可以 测量被输入到在图9中示出的AC电力生成单元950的电流的强度。另 外，根据另一实施例，虽然电力传输状态检测单元930的电流传感器 可以测量从AC电力生成单元950输出的电流的强度，但是实施例不限 于此。换言之，电流传感器可以测量在无线电力传送器900内部流动 的电流的强度。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元930的电流传感器可以 包括CT。CT可以通过将较高强度的电流降低到较低强度的电流测量 流动通过电路的较高强度的电流。换言之，CT可以通过将流动通过电 路的电流变换为与流动通过电路的电流成比例的电流来测量流动通过 电路的电流。更详细地，CT可以包括初级绕组、次级绕组、以及铁芯。 如果由于经过铁芯的磁通量电磁感应现象出现，则初级电流可以被变 换成与CT比率成比例的次级电流，并且可以测量被变换的次级电流。
根据一个实施例，电力传输状态检测单元930的电流传感器可以 包括绕线型(wound-type)CT、条型(bar-type)CT、贯穿型(through-type) CT、三级绕组(tertiarywinding)CT、多芯CT中的一个。
根据一个实施例，通过电力传输状态检测单元930的电流传感器 测量的电流的强度可以取决于无线电力传送器900和无线电力接收器 300之间的距离而变化。换言之，通过电力传输状态检测单元930的电 流传感器测量的电流的强度的增加指的是无线电力传送器900比较靠 近无线电力接收器。通过电力传输状态检测单元930的电流传感器测 量的电流的强度的减少指的是无线电力传送器900逐渐地远离无线电 力接收器。
无线电力传送器900和无线电力接收器300之间的距离可以指的 是在被包括在装置中的线圈之间的距离。
控制单元960可以基于被测量的电流的强度确定无线电力传送器 900和无线电力接收器300之间的距离(步骤S203)。无线电力传送 器900可以基于通过控制单元960测量的电流的强度确定无线电力传 送器900和无线电力接收器300之间的距离。根据一个实施例，存储 单元970可以以查找表的形式存储相互对应的被测量的电流的强度和 距离，并且控制单元960可以通过搜索存储单元970确定与被测量的 电流的强度相对应的距离。
控制单元960基于被确定的距离决定要从电源装置500接收到的 DC电压(步骤S205)。
根据一个实施例，控制单元960可以基于被测量的电流的强度替 代距离决定要从电源装置500接收到的DC电压。在这样的情况下，步 骤S203可以被省略。换言之，如果存储单元970存储相互对应的要通 过无线电力传送器900接收到的DC电压和被测量的电流的强度，则控 制单元960可以通过搜索存储单元970决定与被测量的电流的强度相 对应的要通过无线电力传送器900接收到的DC电压。
根据又一实施例，存储单元970可以存储通过电力传输状态检测 单元930测量的电流的强度、无线电力传送器900和无线电力接收器 300之间的距离、以及要从电源装置500接收到的DC电压。
无线电力传送器900将基于被决定的DC电压的电压控制信号传 送到电源装置500(步骤S207)。根据一个实施例，电压控制信号可 以是控制电源装置500使得无线电力传送器900可以从电源装置500 接收被决定的DC电压的信号。
根据一个实施例，无线电力传送器900可以通过PLC方案与电源 装置500进行通信。无线电力传送器900可以通过PLC方案将电压控 制信号传送到电源装置500。PLC方案是通过采用供应电力的电力线作 为媒介在数百kHz到数十MHz的高频信号上承载数据的技术。换言之， 在没有单独地安装专用的通信线的情况下通过经受布线工作的电力线 可以执行PLC方案。
如上所述，当根据实施例通过PLC方案传送电压控制信号时，没 有要求要传送电压控制信号的附加的电力线，使得能够节省成本。换 言之，根据实施例，因为通过使用用作媒介以在电源装置500和无线 电力传送器900之间传输电力的电力线来收发电压控制信号，所以不 需要附加的电力线。
另外，根据实施例，因为在没有DC-DC转换器将DC电压转换成 预定的电压的情况下通过PLC方案可以调节从电源装置500接收到的 DC电压，所以能够大大地节省无线电力传送器900的制造成本。
在其中无线电力传送器900将电压控制信号传送到电源装置500 的过程期间，DC切断单元980可以切断被施加到控制单元960的DC 信号。无线电力传送器900从电源装置500接收DC电压。如果DC电 压被施加到控制单元960，则控制单元960可能被损坏。因此，DC切 断单元980切断DC电压以保护控制单元960。
根据一个实施例，DC切断单元980可以包括电容器。电容器的阻 抗可以被表达为Xc＝1/2πfC。如果DC信号被施加到电容器(频率f＝0)， 则阻抗变成无穷大以切断DC信号。
因为通过无线电力传送器900传送到电源装置500的电压控制信 号是AC信号，所以控制单元960可以将电压控制信号传送到电源装置 500，而不论DC切断单元980如何。
电源装置500从无线电力传送器900接收电压控制信号并且根据 接收到的电压控制信号生成电压控制信号以输出要被传送到无线电力 传送器900的DC电压(步骤S209)。电源装置500可以生成电压控 制信号以通过控制单元520输出要被传送到无线电力传送器900的DC 电压。控制单元520可以将电压控制信号传送到AC-DC转换器510。
在其中电源装置500从无线电力传送器900接收电压控制信号的 过程期间，电源装置500的DC切断单元530可以切断被施加到控制单 元960的DC信号。电源装置500的AC-DC转换器510将DC电压传 送到无线电力传送器900。如果DC电压被施加到控制单元520，则控制单元520可能被损坏。因此，DC切断单元530可以切断DC电压以 保护控制单元520。
根据一个实施例，DC切断单元530可以包括电容器。电容器的阻 抗可以被表达为Xc＝1/2πfC。如果DC信号被施加到电容器(频率 f＝0)，则阻抗变成无穷大以切断DC信号。
电源装置500通过从控制单元520接收电压控制信号调节DC电 压(步骤S211)。电源装置500可以通过经由AC-DC转换器510接收 电压控制信号调节要被传送到无线电力传送器900的DC电压。AC-DC 转换器510可以基于电压控制信号将从外部施加的AC电压转换成预定 的DC电压并且输出DC电压。
电源装置500将被调节的DC电压传送到无线电力传送器900(步 骤S213)。电源装置500可以将通过AC-DC转换器510调节的DC电 压传送到无线电力传送器900。
AC电力生成单元950基于从振荡器940接收到的具有预定的频率 的AC信号将接收到的DC电力转换成AC电力(步骤S215)。
AC电力生成单元950将输出的AC电力传送到传输单元910(步 骤S217)。
通过谐振在传输单元910中接收到的AC电力可以被传送到无线 电力接收器300。
因为根据如上所述的实施例的从电源装置供应的电力可以取决于 无线电力传送器和无线电力接收器之间的电力传输环境而受控制，所 以不需要附加的DC-DC转换器。因此，能够显著地节省无线电力传送 器的制造成本。
在下文中，通过合并参考图1至图8进行的描述将会参考图11和 图12描述根据另一实施例的控制电力的方法。特别地，图11和图12 示出在图3的步骤S113中控制传输电力的方案。
图11是解释根据另一实施例的控制电力的方法的流程图。图12 是解释其中相互对应的当第一输出电压被施加到AC电力生成单元时 的电流值、耦合系数、第二输出电压、以及优选的电流范围的查找表 的视图。
无线电力传送器200的描述与图1的相同。在这样的情况下，无 线电力传送器200可以包括电源装置100的所有组件。
首先，控制单元180控制DC-DC转换器130使得被施加到AC电 力生成单元160的电压被调节成第一输出电压(步骤S301)。在这样 的情况下，第一输出电压可以指的是预设的DC电压。
其后，当从DC-DC转换器130输出的DC电压被施加到AC电力 生成单元160时电力传输状态检测单元140的电流传感器可以测量被 施加到AC电力生成单元160的电流的强度(步骤S303)。被施加到 AC电力生成单元160的电流的强度可以取决于无线电力传送器200和 无线电力接收器300之间的电力传输状态而变化。根据一个实施例， 电力传输状态可以指的是无线电力传送器200和无线电力接收器300 之间的距离、以及无线电力传送器200和无线电力接收器300的方向。 换言之，电力传输状态可以指的是在无线电力传送器200和无线电力 接收器300之间的耦合状态。
根据本发明，耦合状态可以被共同地称为由于无线电力传送器200 和无线电力接收器300之间的距离以及无线电力传送器200和无线电 力接收器300之间的位置关系与传输线圈和接收线圈之间的耦合系数 有关的指数。换言之，根据本发明的耦合状态可以被共同地称为与诸 如流动通过无线电力传送器200的电流的数量和无线电力传送器200 的输入阻抗的耦合系数有关的所有指数。
根据一个实施例，电力传输状态可以指的是无线电力接收器300 的电力接收状态的信息。
另外，被施加到AC电力生成单元160的电流的强度可以与在接 收谐振线圈单元311和无线电力传送器200的传输谐振线圈单元212 之间的耦合系数有关。耦合系数指的是在传输谐振线圈单元212和接 收谐振线圈单元311之间的电磁耦合的程度，并且具有0至1的范围。
同时，控制单元180确定被测量的电流的强度是否等于或者大于 阈值(步骤S305)。根据一个实施例，为了说明性目的阈值可以是100 mA。阈值可以指的是检测无线电力接收器300所需要的最小电流值。 换言之，如果被测量的电流的强度等于或者大于阈值，则无线电力接 收器300可以被视为被检测。如果被测量的电流的强度小于阈值，则 无线电力接收器300被视为没有被检测。
如果被测量的电流的强度等于或者大于阈值，则控制单元180决 定与被测量的电流的强度相对应的第二输出电压(步骤S307)。控制 单元180可以通过搜索存储单元170中的与被施加到AC电力生成单元 160的电流的强度相对应的DC电压确定第二输出电压。根据一个实施 例，第二输出电压可以指的是将电力传送到无线电力接收器300所需 要的电压。
其后，控制单元180控制DC-DC转换器130以将被决定的第二输 出电压施加到AC电力生成单元160(步骤S309)。DC-DC转换器130 在控制单元180的控制下输出第二输出电压并且将第二输出电压传送 到AC电力生成单元160。
其后，电流传感器270再次测量被施加到AC电力生成单元160 的电流的强度(步骤S311)。
其后，控制单元180可以确定被测量的电流的强度是否是处于优 选的电流范围内(步骤S313)。在这样的情况下，优选的电流范围可 以指的是当第二输出电压被施加到AC电力生成单元160时与第二输出 电压相对应的电流范围。优选的电流范围可以随着第二输出电压被增 加而增加。随着第二输出电压被减少，则第二输出电压的范围可能被 减少。
控制单元180可以对存储单元170搜索与第二输出电压相对应的 优选的电流范围，并且可以确定被测量的电流的强度是否处于优选的 电流范围内。
如果被测量的电流的强度是处于优选的电流范围，则控制单元180 在预定的时间内待机(步骤S315)并且返回到步骤S311。换言之，控 制单元180可以测量被施加到AC电力生成单元160的电流的强度并且 定期确定被测量的电流的强度是否对应于被施加到AC电力生成单元 160的第二输出电压。
同时，如果在步骤S105中测量的电流的强度小于阈值，则控制单 元180控制DC-DC转换器130以将第一输出电压调节为0V(步骤 S317)。
换言之，如果被测量的电流的强度小于阈值，则控制单元180确 定无线电力接收器300没有被检测并且从而将第一输出电压调节为 0V。如果被施加到AC电力生成单元160的电压是0V，则无线电力传 送器200没有将电力传送到无线电力接收器300。
其后，如果无线电力接收器300没有被检测，则无线电力传送器 200能够防止无意义的电力损耗。
同时，如果第一输出电压被调节为0V，则控制单元180在0.1秒 钟内待机(步骤S319)。在这样的情况下，为了说明性目的提供0.1 秒钟。
如果0.1秒钟流逝，则控制单元180返回到步骤S301使得被施加 到AC电力生成单元160的DC电压被调节为第一输出电压。
同时，如果在步骤S313中测量的电流的强度不是处于优选的电流 范围内，则控制单元180返回到步骤S307。换言之，控制单元180可 以控制DC-DC转换器130使得与在步骤S113中测量的电流的强度相 对应的第二输出电压被施加到AC电力生成单元160。在步骤S313中 测量的电流的强度可以指的是无线电力接收器300的电力接收状态。
例如，如果在步骤S313中测量的电流的强度被测量小于优选的电 流范围，则无线电力传送器200和无线电力接收器300之间的距离可 以被视为较短。因此，控制单元180可以控制DC-DC转换器130以将 更加减少了一个水平的DC电压施加到AC电力生成单元160，从而减 少被传送到无线电力接收器300的传输电力的数量。
如上所述，根据根据实施例的控制电力的方法，基于被施加到AC 电力生成单元160的电流的强度检测无线电力接收器300的电力接收 状态，并且可以更多地调节传输电力的数量以便于传送与电力接收状 态相对应的电力。因此，能够最大化电力传输效率并且能够减少电力 损耗的数量。
图12是解释其中相互对应的当第一输出电压被施加到AC电力生 成单元时测量的电流值、耦合系数、第二输出电压、以及优选的电流 范围的查找表的视图。
图12的查找表被存储在存储单元17中。
如果当第一输出电压被施加到AC电力生成单元160时通过电力 传输状态检测单元140测量的电流等于或者大于100mA，则无线电力 接收器300被视为被检测。
为了说明性目的，第一输出电压可以是12V。
如果当第一输出电压被施加到AC电力生成单元160时通过电力 传输状态检测单元140测量的电流等于或者大于120mA，则无线电力 传送器200的传输谐振线圈单元212和无线电力接收器300的接收谐 振线圈单元311的耦合系数对应于0.05。在这样的情况下，控制单元 180确定无线电力接收器300远离无线电力传送器200，并且控制 DC-DC转换器130使得被施加到AC电力生成单元160的DC电压变 成28V(第二输出电压)。
其后，当被施加到AC电力生成单元160的DC电压被保持在28V 时，控制单元180确定被施加到AC电力生成单元160的电流是否满足 751mA至800mA的优选的电流范围的条件。
如果被施加到AC电力生成单元160的电流超出优选的电流范围， 则第一输出电压(12V)被施加到用于电流的测量的AC电力生成单元 160。如果被测量的电流的值是180mA，当与被测量的电流的值是120 mA的情况进行比较时控制单元180确定无线电力传送器200更加靠近 无线电力接收器300。
虽然在上面的示例中无线电力传送器200和无线电力接收器300 之间的距离已经被描述了与电流的强度有关，但是诸如其中无线电力 传送器200和无线电力接收器300位于的方向的各种电力传输状态可 以被考虑。
如上所述，无线电力传送器200通过考虑诸如离无线电力接收器 300的距离和与无线电力接收器300有关的方向的各种电力传输状态调 节被传送到无线电力接收器300的电力，从而最大化电力传输效率并 且防止电力损耗。
在下文中，通过合并参考图1至图3描述的描述将会参考图13至 图15描述根据另一实施例的检测耦合系数的方案。
图13是解释根据另一实施例的检测耦合系数的方案的流程图。图 14是解释开关SW被断开以便于改变输出阻抗ZL的情况的视图。图15 是解释开关SW被短路以便于改变输出阻抗ZL的情况的视图。
在下文中，将会参考图13描述根据另一实施例的检测耦合系数的 方案。
首先，无线电力接收器300改变输出阻抗(步骤S401)。输出阻 抗ZL可以指的是当从接收单元310看负载400时测量的阻抗。无线电 力接收器300可以包括开关SW，并且可以通过开关SW改变输出阻抗。 开关SW的一个端子被连接到电容器C4，并且开关SW的相对端子被 连接到负载400的一个端子。电容器C4的相对端子被连接到负载400 的一个端子。
参考图14，无线电力接收器300将断开信号传送到开关SW以断 开开关SW。如果开关SW被断开，则输出阻抗ZL可以被表达为等式 25。
等式25
Figure BDA0001484186610000441
如果假定在等式1、等式3、以及等式5中电阻器R2和R3具有非 常小的值电阻器R2和R3被决定为0Ω，并且传输感应线圈L1和电容器 C1、传输谐振线圈L2和电容器C2、接收谐振线圈L3和电容器C3、以 及接收感应线圈L4和电容器C4的值以上面所有的线圈和电容器以谐振频率ω进行谐振的方式进行设置，则等式5中的第一输入阻抗Z1可以 被布置为等式26。
等式26
Figure BDA0001484186610000451
通过使用等式2、等式4、以及等式6，等式26可以被布置为下 面的等式27。
等式27
Figure BDA0001484186610000452
如果接收感应线圈L4和电容器C4的值被决定使得接收感应线圈 L4和电容器C4以谐振频率ω进行谐振，并且输出阻抗ZL被等式27取 代，则第一输入阻抗ZL被布置为下面的等式28。
等式28
Figure BDA0001484186610000453
参考图15，无线电力接收器300通过传输短路信号短路开关SW。 如果开关SW被短路，则输出阻抗ZL变成0，并且第一输入阻抗Z1被 布置为等式29。
等式29
Figure BDA0001484186610000461
无线电力接收器300通过将控制信号施加到开关SW在预定的时 段在预定的时间内短路开关SW。为了说明性目的，时段可以是1秒钟， 并且预定的时间可以是100us。
其后，检测单元220测量输入阻抗(步骤S403)。根据一个实施 例，检测单元220可以通过使用从电源装置100输入到无线电力传送 器200的电流和电压测量第一输入阻抗Z1。
其后，检测单元220可以通过使用被测量的输入阻抗检测传输单 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。换言之，参考等式29和等式30，因为除了耦合系数K2之外 的所有变量具有固定的值，所以如果第一输入阻抗Z1被测量则可以检 测耦合系数K2。
在下文中，将会参考图16至图17描述根据又一实施例的控制电 力的方法。
图16是解释根据又一实施例的控制电力的方法的流程图。图17 是解释在根据图16的实施例的控制电力的方法中使用的查找表的视 图。
参考图16，无线电力传送器200测量输入阻抗(步骤S501)。
检测单元220通过使用被测量的输入阻抗检测传输谐振线圈单元 212和接收谐振线圈单元311之间的耦合系数(步骤S503)。因为检 测耦合系数的方案与参考图3和图13描述的相同，所以检测耦合系数 的方案的详情被省略。
无线电力传送器200搜索与检测到的耦合系数相对应的传输电力 (步骤S505)。无线电力传送器200的存储单元170以查找表的形式 与耦合系数相对应的存储根据耦合系数的传输电力。无线电力传送器 200对存储单元170搜索与检测到的耦合系数相对应的传输电力。
将会参考图17描述查找表。
参考图17，能够示出其中距离、输入测试电流、耦合系数、负载 阻抗、接收电力、电力传输效率以及传输电力相互对应的查找表。
在这样的情况下，距离可以指的是无线电力传送器200和无线电 力接收器300之间的距离。详细地，在无线电力传送器200和无线电 力接收器300之间的距离可以是在图2中示出的传输谐振线圈单元212 和接收谐振线圈单元311之间的距离。参考图17，随着无线电力传送 器200和无线电力接收器300之间的距离变长，耦合系数可能被减少。
输入测试电流是被施加到无线电力传送器200的电流。
电力传输效率可以指的是在无线电力传送器200和无线电力接收 器300之间的电力传输效率，或者无线电力传送器200和负载400之 间的电力传输效率。
负载阻抗可以指的是负载400的阻抗以获得最大电力传输效率。 可以识别的是负载阻抗和耦合系数之间的关系与在图4中示出的曲线 图的特性相同。
接收电力是通过负载400接收到的电力。接收电力表示负载400 必须接收以便于获得最大电力传输效率的电力。
传输电力是能够从无线电力传送器200传送到无线电力接收器 300以便于获得最大电力传输效率的电力。
无线电力传送器200可以对查找表搜索与检测到的耦合系数相对 应的传输电力。
无线电力传送器200可以决定通过搜索获得的传输电力作为要被 传送到负载400的传输电力(步骤S507)。换言之，无线电力传送器 200可以决定与检测到的耦合系数相对应的传输电力以获得最大电力 传输效率。
无线电力传送器200控制传输电力以便于将被决定的传输电力传 送到负载400(步骤S509)。根据一个实施例，无线电力传送器900 可以通过控制将电力供应到无线电力传送器900的电源装置500使用 控制传输电力的方案，并且已经参考图9和图10描述了其详情。
根据又一实施例，无线电力传送器200可以通过测量在无线电力 传送器200内部流动的电流控制传输电力，并且已经参考图11和图12 描述了其详情。
根据又一实施例的控制电力的方案，因为通过耦合系数的检测和 存储单元的搜索能够确定传输电力，所以组件的构造是简单的，并且 控制电力的过程简单。
可以以在计算机中执行并且在计算机可读介质中存储的程序的形 式实现根据实施例的控制电力的方法。计算机可读介质包括ROM、 RAM、CD-ROM、磁带、软盘、以及光学数据存储设备。此外，计算 机可读记录介质可以以载波的形式实现(例如，通过因特网的传输)。
计算机可读记录介质可以分布在通过网络相互连接的计算机系统 中，并且可以在计算机可读记录介质中存储和执行以分布方案通过计 算机可读取的代码。本领域的程序员可以容易地推导用于实现方法的 功能程序、代码、以及码段。

Claims (18)

1.一种无线电力传送器，包括：
电源单元，所述电源单元将第一AC电力供应到所述无线电力传送器；
传输线圈，所述传输线圈通过谐振将所述第一AC电力作为第一传输电力传送到无线电力接收器的接收线圈；
检测单元，所述检测单元检测所述传输线圈和所述接收线圈之间的耦合系数，
存储单元，所述存储单元存储查找表；以及
控制单元，
其中，所述查找表包括在所述传输线圈和所述接收线圈之间的耦合系数、以及与所述耦合系数相对应的要被传送到所述无线电力接收器的传输电力，
其中，所述控制单元基于所述查找表调节所述第一传输电力，使得通过在所述查找表中存储的相应耦合系数来确定所述调节的第一传输电力，
其中当所述耦合系数从第一耦合系数增加到第二耦合系数时所述控制单元将所述电源单元的所述第一AC电力增加到第二AC电力以将所述第一传输电力增加到与最大电力传输效率相对应的第二传输电力，
其中当所述耦合系数从所述第一耦合系数减少到第三耦合系数时所述控制单元将所述电源单元的第一AC电力减少到第三AC电力以将所述第一传输电力减少到与最大电力传输效率相对应的第三传输电力，以及
其中所述第二传输电力大于所述第一传输电力，并且所述第一传输电力大于所述第三传输电力。
2.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述控制单元根据所述耦合系数决定要通过负载接收到的第一接收电力并且控制所述传输电力使得被决定的第一接收电力被传送到所述负载。
3.根据权利要求2所述的无线电力传送器，其中所述控制单元确定通过所述负载当前接收到的第二接收电力，并且控制所述传输电力使得如果所述第二接收电力不同于所述第一接收电力则所述第一接收电力被传送到所述负载。
4.根据权利要求3所述的无线电力传送器，其中所述控制单元通过检测所述耦合系数确定所述第二接收电力。
5.根据权利要求4所述的无线电力传送器，其中所述控制单元通过与所述无线电力接收器的带内通信或者带外通信确定所述第二接收电力。
6.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述检测单元测量当从电源单元到所述无线电力传送器看时获得的输入阻抗并且基于被测量的输入阻抗检测所述耦合系数。
7.根据权利要求6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通过测量所述无线电力传送器的所述输入阻抗检测所述耦合系数。
8.根据权利要求6所述的无线电力传送器，其中所述控制单元搜索与检测到的耦合系数相对应的传输电力以将搜索到的传输电力传送到所述无线电力接收器。
9.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述电源单元接收DC电力以输出所述第一AC电力，并且所述控制单元通过调节从所述电源单元输出的所述第一AC电力控制所述传输电力。
10.根据权利要求9所述的无线电力传送器，其中所述电源单元通过电力线通信传送电力控制信号以控制DC电力。
11.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述电源单元包括AC电力生成单元，所述AC电力生成单元通过接收DC电力生成所述第一AC电力，并且
所述控制单元基于被输入到第一AC电力生成单元或者从第一AC电力生成单元输出的电流的强度确定所述耦合系数并且根据被确定的耦合系数控制所述传输电力。
12.一种控制无线电力传送器的电力的方法，所述方法包括：
经由传输线圈，通过谐振将第一AC电力作为第一传输电力传送到无线电力接收器的接收线圈；
存储查找表；
检测所述无线电力传送器的所述传输线圈和所述无线电力接收器的所述接收线圈之间的耦合系数；
对所述查找表搜索与所述检测到的耦合系数相对应的所述第一传输电力，
基于所述查找表调节所述第一传输电力，使得通过在所述查找表中存储的相应耦合系数来确定所述调节的第一传输电力；
当所述耦合系数从第一耦合系数增加到第二耦合系数时，将电源单元的所述第一AC电力增加到第二AC电力以将所述第一传输电力增加到与最大电力传输效率相对应的第二传输电力，以及
当所述耦合系数从所述第一耦合系数减少到第三耦合系数时，将所述电源单元的第一AC电力减少到第三AC电力以将所述第一传输电力减少到与最大电力传输效率相对应的第三传输电力，
其中所述第二传输电力大于所述第一传输电力，并且所述第一传输电力大于所述第三传输电力，以及
其中，所述查找表包括在所述传输线圈和所述接收线圈之间的耦合系数、以及与所述耦合系数相对应的要被传送到所述无线电力接收器的传输电力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一传输电力的调节包括：
确定与所述耦合系数相对应的要通过负载接收到的第一接收电力；和
调节所述第一传输电力使得被确定的第一接收电力被传送到所述负载。
14.根据权利要求13所述的方法，其中调节所述第一传输电力使得被确定的第一接收电力被传送到所述负载的步骤包括：
确定通过所述负载当前接收到的第二接收电力，
将所述第一接收电力与所述第二接收电力进行比较，以及
调节所述第一传输电力使得如果所述第一接收电力不同于所述第二接收电力作为比较结果则所述第一接收电力被传送到所述负载。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定通过所述负载当前接收到的第二接收电力的步骤包括通过与所述无线电力接收器的带内通信或者带外通信确定所述第二接收电力。
16.根据权利要求14所述的方法，其中确定通过所述负载当前接收到的第二接收电力的步骤包括通过测量在电源单元内部流动的电流的强度确定所述第二接收电力。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一传输电力的调节包括通过搜索存储所述耦合系数和与所述耦合系数相对应的第一传输电力的存储单元来确定所述第一传输电力。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述耦合系数的检测包括通过使用所述无线电力传送器的输入阻抗检测所述耦合系数。
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