CN109302853B - 无线充电装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种无线充电装置和方法，其中即使当接收单元的内线圈和传输单元的内线圈不平行定位时，接收单元也可以充电。为此，本发明的实施例公开了一种无线充电装置和方法，包括：传输单元，其包括在施加电力时产生磁场的第一线圈；接收单元，其包括第二线圈，并且当产生第一线圈的磁场时，其使用在第二线圈中感应的感应电流对电池充电；位置感测单元，测量第一线圈和第二线圈的位置信息；以及转换单元，其根据第一线圈和第二线圈的位置信息转换磁场方向。

Description

无线充电装置和方法
技术领域
本发明涉及无线充电装置及其方法。
背景技术
诸如蜂窝电话、智能手机等的移动设备不仅提供基本通信功能，还提供各种功能，包括无线互联网连接、电子组织器功能、多媒体镜头、回放功能、游戏功能、数字广播等等。为了便携性，移动设备通常配备有电池，因此需要定期对电池再充电。一般而言，使用电缆的有线充电通常用于对电池充电。然而，随着无线电力传输(wireless power transfer,WPT)技术的最新进展，能够对电池进行无线充电的无线充电装置正在变得商业化和被推广。
WPT可大致分为电磁感应方法和共振方法。即使电极之间没有直接接触，电磁感应方法也能够在电极彼此非常靠近的情况下进行电力传输/接收。因此，仅当传输能量的传输单元(通常也称为无线充电板)和接收能量的接收单元(例如，诸如智能手机这样的电子设备)被彼此接触时，才能执行充电。即使传输单元和接收单元彼此不接触，共振方法也能够通过向位于距电源预定距离的电子设备供应电力来进行充电。
同时，电磁感应方法的问题在于，仅当接收单元的内线圈和传输单元的内线圈平行定位时，才能执行接收单元中的充电。
发明内容
解决的技术问题
本发明的实施例提供了一种无线充电装置及其方法，其中即使当接收单元的内线圈和传输单元的内线圈不平行定位时，接收单元也可以充电。
技术方案
根据本发明实施例的使用电磁感应的无线充电装置包括：传输单元，其包括：在被施加电力时产生磁场的第一线圈；接收单元，其包括第二线圈，并且当产生第一线圈的磁场时，使用在第二线圈中感应的感应电流对电池充电；位置感测单元，其测量第一线圈和第二线圈的位置信息；以及转换单元，其根据第一线圈和第二线圈的位置信息转换磁场方向。
转换单元可包括至少两对第一电磁体和第二电磁体，第一电磁体和第二电磁体设置成在第一线圈和第二线圈之间彼此面对。
接收单元可以包括陀螺仪传感器，并且位置感测单元可以基于陀螺仪传感器的位置信息测量第一线圈和第二线圈的位置信息。
位置感测单元可以通过分别顺序操作两对电磁体中的至少一对然后获得关于接收单元的充电效率的反馈来基于最高效率点的信息测量第一线圈和第二线圈的位置信息，在该最高效率点处接收单元的充电效率变得最高。
传输单元、位置传感单元和转换单元可以安装在杯状保持件形式的壳体内。
传输单元可以包括近场通信(NFC)标签，并且可以通过利用接收单元执行NFC标记来打开磁场产生路径。
传输单元可以包括质量感测单元，并且当质量感测单元测量到大于或等于预设的第一质量的质量时，可以打开磁场产生路径。
当未接收到关于接收单元的充电效率的反馈或未执行充电时，传输单元可以关闭磁场产生路径。
位置感测单元可以实时跟踪第一线圈和第二线圈的位置信息，并且转换单元可以根据第一线圈和第一线圈的位置信息的变化实时转换磁场的方向。
根据本发明的实施例的无线充电方法包括通过向传输单元施加电力来通过第一线圈产生磁场、测量第一线圈和第二线圈的位置信息、以及通过转换单元根据第一线圈和第二线圈的位置信息来转换磁场的方向。
在转换磁场方向中，转换单元可以包括至少两对第一电磁体和第二电磁体，所述第一电磁体和第二电磁体设置成在第一线圈和第二线圈之间彼此面对，并且所述转换单元可以通过操作根据第一线圈和第二线圈的位置信息选择的一对或多对电磁体来转换磁场的方向。
在测量第一线圈和第二线圈的位置信息中，基于接收单元的陀螺仪传感器的位置信息可以测量第一线圈和第二线圈的位置信息。
在测量第一线圈和第二线圈的位置信息中，可以通过分别顺序操作接收单元的电磁体对中的至少一对然后获得关于接收单元的充电效率的反馈来基于最高效率点的信息测量第一线圈和第二线圈的位置信息，在所述最高效率点处所述接收单元的充电效率变得最高。
有益效果
在根据本发明的无线充电装置和方法中，即使接收单元的内线圈和传输单元的内线圈没有平行定位，也可以执行接收单元中的充电。
附图说明
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的无线充电装置的透视图。
图2是示意性地示出图1的无线充电装置的分解透视图。
图3是示意性地示出根据本发明的实施例的无线充电装置的接收单元的平面图。
图4至图6依次示出了使用根据本发明实施例的无线充电装置的无线充电方法。
图7至10依次示出了使用根据本发明另一实施例的无线充电装置的无线充电方法。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例，使得本领域技术人员可以容易地实施本发明。
如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。另外，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。另外，如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包含或包括”指定所述特征、数字、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
应当理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些构件、元件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或部分与另一个区分开。
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的无线充电装置的透视图。图2是示意性地示出图1的无线充电装置的分解透视图。图3是示意性地示出根据本发明的实施例的无线充电装置的接收单元的平面图。
参考图1至图3，根据本发明实施例的无线充电装置包括供电单元1、壳体10、传输单元100、转换单元200、位置感测单元300和接收单元400。
供电单元1从外部电源(例如，商用AC电源)向根据本发明实施例的无线充电装置供应电能，以在传输单元100和接收单元400之间执行无线充电。这里，由供电单元1供应的电力连接到根据预设条件打开或关闭的开关(未示出)。
壳体10包括底部11和从底部11向上延伸的侧壁部12。为了稍后将描述的转换单元200的布置，底部11优选地形成为盘形，并且侧壁部12优选地形成为基本上圆柱形。也就是说，壳体10形成为一种杯状保持件，以便之后应用于配备有杯状保持件的车辆或家具。
传输单元100优选地形成在底部11的内部，并且将从供电单元1提供的电力转换为无线电力信号，以然后将转换的无线电力信号传输到接收单元400。由传输单元100传输的无线电力信号可以以具有振荡特性的磁场或电磁场的形式形成。为此，传输单元100可以包括产生无线电力信号的第一线圈。这里，传输单元100的第一线圈磁耦合到接收单元400的第二线圈，并且在第一线圈和第二线圈之间产生感应电动势。这里，近场通信(NFC)标签13设置在壳体10的底部11或侧壁部分12中，并且利用稍后将要描述的接收单元400的NFC芯片执行NFC标记，从而打开传输单元100中的磁场产生路径。
转换单元200包括电磁体对，电磁体对包括多个设置成围绕侧壁部分12彼此面对的第一电磁体211,221,231和241和第二电磁体212,222,232和242。虽然为了便于解释说明示出了包括四个电磁体对211,212,221,222,231,232,241和242的转换单元200，但是，本发明并不将电磁体对211,212,221,222,231,232,241和242的数量限制为本文所公开的数量。
这里，可以根据将在稍后被描述的通过位置感测单元300测量的在传输单元100的第一线圈和接收单元400的第二线圈之间的位置信息(例如，平行度、旋转方向等)选择性地激活在转换单元200的电磁体对211,212,221,222,231,232,241和242中选择的至少一个电磁体对。
转换单元200的至少一个电磁体对211,212,221,222,231,232,241和242中的每一个产生辅助磁场以将传输单元100的第一线圈和接收单元400的第二线圈之间的磁场方向转换至期望的方向。
位置感测单元300可以向/从接收单元400无线地传输/接收信息。也就是说，位置感测单元300基于从接收单元400传输的至少一条单个信息测量传输单元100的第一线圈和接收单元400的第二线圈之间的位置信息(例如，平行度，旋转方向等)。
接收单元400可以是移动设备，诸如蜂窝电话、智能手机等，其使用结合在移动设备中的电池作为电源，并且接收单元400可以包括近场通信(NFC)芯片410、陀螺仪传感器420、第二线圈430和电池(未示出)。
NFC芯片410在与NFC标签13接触时执行NFC标记来同步传输单元100与接收单元400，以允许传输单元100和接收单元400彼此传输/接收信息。
陀螺仪传感器420是测量角速度的传感器。陀螺仪传感器420测量旋转角度并基于X轴、Y轴和Z轴中的一个来数字化每单位时间旋转的接收单元400的角度值。
第二线圈430磁耦合到接收单元100的第一线圈并且电连接到电池(未示出)。也就是说，如上所述，使用电磁感应引入第二线圈430的感应电流对电池充电。这里，在第二线圈430和电池之间形成电路单元(未示出)以将感应电流转换为电池所需的电力。
接下来，将参考图4至图6描述使用根据本发明实施例的无线充电装置的无线充电方法。
图4至图6依次示出了使用根据本发明实施例的无线充电装置的无线充电方法。
首先参考图4，当接收单元400定位成与其中安装有传输单元100的壳体10相邻时，在接收单元400的NFC芯片410与NFC标签13之间执行NFC标记，同步传输单元100和接收单元400以用于信息的传输/接收，并且打开提供给传输单元100的电力。
接下来，参考图5，电力施加到传输单元100，并且从传输单元100的第一线圈到壳体10的上部产生磁场M。
这里，位置感测单元300接收由接收单元400的陀螺仪传感器420数字化的接收单元400的位置信息，将接收的位置信息与由安装在壳体10的底部11处的陀螺仪传感器(未示出)数字化的位置信息进行比较，并使用接收的位置信息和在壳体10的陀螺仪传感器中数字化的位置信息之间的差异来识别接收单元400的位置信息。
接下来，参考图6，在测量接收单元400的位置信息之后，在转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中基于测量的位置信息选择接收单元400的充电效率最高处的一个或多个电磁对体211和212，然后对其进行操作。因此，转换磁场M'的方向，并且产生从传输单元100到接收单元400的电磁感应，从而对接收单元400的电池充电。
在图5和图6中，位置感测单元300实时跟踪由陀螺仪传感器420测量的位置信息，以然后选择性地操作与转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中的测量位置信息相对应的电磁体，从而以最高效率对接收单元400的电池充电。
另外，在图5和图6中，位置感测单元300还可以跟踪接收单元400的充电效率变得最高的最高效率点，同时不使用陀螺仪传感器420而直接依次操作转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中的一对或多对。此后，位置感测单元300选择性地操作与最高效率点对应的一个电磁体对211和212，从而转换磁场M'的方向，以产生从传输单元100到接收单元400的电磁感应，从而为接收单元400的电池充电。
在图5和图6中，位置感测单元300通过顺序操作从转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中选择的一个或多个电磁体对来对于每个预设时段分别跟踪接收单元400的充电效率变得最高的最高效率点，并且选择性地操作与最高充电效率点对应的电磁体对，从而以最高效率对接收单元400的电池充电。
接下来，将参考图7至图10描述使用根据本发明实施例的无线充电装置的无线充电方法。
图7至10顺序地示出了使用根据本发明另一实施例的无线充电装置的无线充电方法。
相对地参考图5和图7，鉴于质量感测单元14的配置，根据本发明另一实施例的无线充电装置与根据本发明一实施例的无线充电装置不同。因此，以下对根据本发明另一实施例的无线充电装置及其方法的描述将集中在质量感测单元14上。另外，在描述根据本发明另一实施例的无线充电装置及其方法时，与图4所示的无线充电装置及其方法的功能部件相同或相似的功能部件用相同的附图标记表示，并且不再给出其详细的描述。
参考图7至图10，质量感测单元14可以形成为整体上与壳体10的底部11对应的单个单元，或者可以形成为多个分离的单元。质量感测单元14感测插入壳体10中的质量块2,400是否具有大于或等于预设的第一质量的质量，以使传输单元100与质量块2,400同步，以用于彼此传输/接收信息。另外，质量感测单元14打开供应给传输单元100的电力以对质量块2,400进行无线充电。然而，当不能实现传输单元100与质量块2,400之间的同步并且不能检测到质量块2,400的充电效率时，可以确定质量块2,400是不能充电的物体。相应地，切断供应给传输单元100的电力，并且终止无线充电过程。
首先参考图7，质量感测单元14感测到质量块400(即，接收单元)插入壳体10中。然后，根据从质量感测单元14检测到的质量感测信号向传输单元100供应电力以然后产生磁场M，并且尝试在传输单元100和质量块400之间进行同步。
如果同步成功，则质量块400被确定为接收单元400。然后，位置感测单元300接收由接收单元400的陀螺仪传感器420数字化的接收单元400的位置信息，将数字化位置信息与安装在壳体10的底部11处的陀螺仪传感器(未示出)中数字化的位置信息进行比较，并使用从陀螺仪传感器420接收的位置信息和在壳体10的陀螺仪传感器中数字化的位置信息之间的差异来识别接收单元400的位置信息。
接下来，参考图8，在测量接收单元400的位置信息之后，在转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中基于测量的位置信息选择接收单元400的充电效率最高处的一个或多个电磁体对211和212，然后进行操作。因此，转换磁场M'的方向，并且产生从传输单元100到接收单元400的电磁感应，从而对接收单元400的电池充电。
在图7和图8中，位置感测单元300实时跟踪由陀螺仪传感器420测量的位置信息，以然后选择性地操作与转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中的测量位置信息相对应的电磁体，从而以最高效率对接收单元400的电池充电。
另外，在图7和图8中，位置感测单元300跟踪接收单元400的充电效率变得最高的最高效率点，同时在不使用陀螺仪传感器420的情况下直接顺序地操作转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中的一对或多对。此后，选择对应于最高效率点的一个电磁体对211和212然后进行操作。因此，转换了磁场M'的方向，并且产生从传输单元100到接收单元400的电磁感应，从而对接收单元400的电池充电。
在图7和图8中，位置感测单元300通过顺序操作从转换单元200的电磁体211,212,221,222,231,232,241和242中选择的一个或多个电磁体对来对于每个预设时段分别跟踪接收单元400的充电效率变得最高的最高效率点，并且选择性地操作与最高效率点对应的电磁体对，从而以最高效率对接收单元400的电池充电。
参考图9，质量感测单元14检测到质量块2插入壳体10中。然后，根据从质量感测单元14检测到的质量感测信号向传输单元100供电，因此产生磁场M，并且尝试在传输单元100和质量块2之间进行同步。
然而，如果没有成功执行传输单元100和质量块2之间的同步，如图10所示，由质量感测单元14检测到的质量块2被确定为不能被充电的物体。相应地，切断提供给传输单元100的电力，并且终止无线充电过程。
尽管已经描述了前述实施例来实践根据本发明的无线充电装置及其方法，但是这些实施例是出于说明性目的而提出的，并不用于限制本发明。本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变型。
工业适用性
本发明涉及无线充电装置及其方法。

Claims (12)

1.一种使用电磁感应的无线充电装置，所述无线充电装置包括：
传输单元，其包括在施加电力时产生磁场的第一线圈；
接收单元，其包括第二线圈，并且当产生第一线圈的磁场时，所述接收单元使用在第二线圈中感应的感应电流对电池充电；
位置感测单元，其测量第一线圈和第二线圈的位置信息；以及
转换单元，其根据第一线圈和第二线圈的位置信息而转换磁场的方向，
其中，所述转换单元包括至少两对第一电磁体和第二电磁体，所述第一电磁体和第二电磁体设置在所述第一线圈和所述第二线圈之间，并且每对第一电磁体和第二电磁体被设置使得第一电磁体的磁极和第二电磁体的磁极彼此面对。
2.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述接收单元包括陀螺仪传感器，并且所述位置感测单元基于陀螺仪传感器的位置信息测量所述第一线圈和第二线圈的位置信息。
3.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述位置感测单元通过分别顺序操作转换单元的所述至少两对第一电磁体和第二电磁体中的至少一对、然后获得关于接收单元的充电效率的反馈来得到所述接收单元的充电效率变得最高的最高效率点，并且操作与所述最高效率点对应的电磁体对从而转换磁场的方向。
4.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述传输单元、所述位置感测单元和所述转换单元安装在杯状保持件形式的壳体中。
5.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述传输单元包括近场通信(NFC)标签，并且通过利用接收单元执行近场通信标签来打开磁场产生路径。
6.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述传输单元包括质量感测单元，并且当所述质量感测单元测量到大于或等于预设的第一质量的质量时，打开磁场产生路径。
7.如权利要求6所述的无线充电装置，其中，当未接收到关于所述接收单元的充电效率的反馈或未执行充电时，所述传输单元关闭磁场产生路径。
8.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述位置感测单元实时跟踪所述第一线圈和第二线圈的位置信息，并且所述转换单元根据所述第一线圈和所述第二线圈的位置信息的变化实时转换磁场的方向。
9.一种无线充电方法，其利用包括在传输单元中的第一线圈和包括在接收单元中的第二线圈之间的电磁感应，所述无线充电方法包括：
通过向传输单元施加电力而通过第一线圈产生磁场；
测量第一线圈和第二线圈的位置信息；以及
根据第一线圈和第二线圈的位置信息，通过转换单元转换磁场的方向，
其中，所述转换单元包括至少两对第一电磁体和第二电磁体，所述第一电磁体和第二电磁体设置在所述第一线圈和所述第二线圈之间，并且每对第一电磁体和第二电磁体被设置使得第一电磁体的磁极和第二电磁体的磁极彼此面对。
10.如权利要求9所述的无线充电方法，其中，对于磁场方向转换，所述转换单元通过操作根据第一线圈和第二线圈的位置信息选择的一对或多对电磁体来转换磁场的方向。
11.如权利要求10所述的无线充电方法，其中，对于测量第一线圈和第二线圈的位置信息，基于接收单元的陀螺仪传感器的位置信息测量第一线圈和第二线圈的位置信息。
12.如权利要求10所述的无线充电方法，其中，通过顺序地分别操作转换单元的所述至少两对第一电磁体和第二电磁体中的至少一对、然后获得关于接收单元的充电效率的反馈来得到所述接收单元的充电效率变得最高的最高效率点，并且与所述最高效率点对应的电磁体对被操作从而转换磁场的方向。
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