CN110679060B - 用于通用无线充电装置的传输组件及其方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种传输组件(114、214、334)，其被配置为在通用无线充电装置(102、200、302)中传输电力。所述传输组件(114、214、334)包括第一线圈(116、216、316)，其嵌入在印刷电路板(220)中并被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号。此外，所述传输组件(114、214、334)包括第二线圈(118、218、318)，其设置在印刷电路板(220)上并且被配置为传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，所述第二频率不同于所述第一频率，并且其中，具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置(104、106)进行无线充电。

Description

用于通用无线充电装置的传输组件及其方法
技术领域
本说明书的实施方式总体上涉及无线电力传输系统，更具体地，涉及无线电力传输系统中通用无线充电装置的传输组件。
背景技术
通常，电力传输系统广泛用于将电力从电源传输到一个或多个接收机装置，例如，移动装置、生物医学装置和便携式耗电装置。通常，电力传输系统是基于接触的电力传输系统或无线电力传输系统。在某些应用中，需要瞬时或连续的电力传输，但是互连电线不方便，无线电力传输系统是理想的。
在无线电力传输系统中，充电装置用于将输入电力转换成可传输电力，然后，无线传输可传输电力，以对接收机装置中的一个或多个电池充电。然而，每个接收机装置都与一个无线频率标准兼容。目前可用的频率标准包括具有Qi标准和空气燃料联盟(AFA)标准的无线电力联盟(WPC)。Qi标准的频率范围为100kHz至400kHz，而AFA标准的频率范围为6MHz至8MHz。此外，任何新的无线接收机装置的设计都需要使用这两种频率标准中的一个。
传统的充电装置仅以一种频率标准传输输入电力。因此，对于每个频率标准，单独的充电装置用来将电力传输到相应的接收机装置。然而，对于每个频率标准使用单独的充电装置大大增加了无线电力传输系统的设置成本和维护成本。
发明内容
简而言之，根据本说明书的一个方面，提出了一种传输组件，其被配置为在通用无线充电装置中传输电力。所述传输组件包括第一线圈，其嵌入在印刷电路板中并被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号。此外，所述传输组件包括第二线圈，其设置在印刷电路板(220)上，以传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，所述第二频率不同于所述第一频率，其中，具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置进行无线充电。
根据本说明书的另一方面，提出了一种用于从通用无线充电装置中的传输组件传输电力的方法。该方法包括由传输组件的第一线圈传输具有第一频率的第一AC电压信号，其中，所述第一线圈嵌入在印刷电路板(PCB)。此外，该方法包括由传输组件的第二线圈传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，所述第二频率不同于所述第一频率，其中，具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置进行无线充电。
根据本说明书的又一方面，提出了一种用于传输电力的通用无线充电装置。所述通用无线充电装置包括电源，其被配置为生成直流(DC)电压信号。此外，所述通用无线充电装置包括驱动器单元，其耦合到电源，并且被配置为将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号中的一个，其中，所述第二频率不同于所述第一频率。此外，所述通用无线充电装置包括传输组件，其耦合到驱动器单元，并且包括：第一线圈，其嵌入在印刷电路板(PCB)中，并且被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号；以及第二线圈，其设置在印刷电路板上，并且被配置为传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置进行无线充电。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将会更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是根据本说明书的各方面的无线电力传输系统的框图；
图2是根据本说明书的各方面的用于传输在图1的系统中使用的电力的通用无线充电装置的示意图；
图3是根据本说明书的各方面的包括图2的通用充电装置的图1的无线电力传输系统的一个实施方式的示意图；
图4是示出根据本说明书的各方面的使用图2的通用无线充电装置的传输组件来传输电力的方法的流程图；以及
图5是根据本说明书的各方面的在图2的通用充电装置中采用的传输组件的一个实施方式的图像。
具体实施方式
如下文将详细描述的，公开了用于对一个或多个无线接收机装置充电的系统和方法的各种实施方式。具体地，本文公开的系统和方法采用传输组件，该传输组件被配置为以一个或多个频率标准向无线接收机装置传输电力。更具体地，传输组件包括线圈结构，该线圈结构有助于以不同的频率标准传输电力。
图1是根据本说明书的各方面的无线电力传输系统100的框图。无线电力传输系统100用于将电力传输到一个或多个接收机装置，例如，移动装置、生物医学装置、便携式耗电装置等。例如，在汽车工业中，车辆包括一个或多个充电垫，用于将电力无线传输到移动装置，以给移动装置中的电池充电。移动装置可以是手机、膝上型电脑等。
在所示的实施方式中，无线电力传输系统100包括通用无线充电装置102，其无线耦合到第一接收机装置104和第二接收机装置106。可以注意到，术语“通用无线充电装置”、“无线充电装置”和“充电垫”在以下描述中可以互换使用。
此外，第一和第二接收机装置104、106可以与一个无线频率标准兼容。例如，一个接收机装置可以与空气燃料联盟(AFA)标准兼容，在从6MHz到8MHz的频率范围内定义该标准。类似地，另一接收机装置可以与具有Qi标准的无线电力联盟(WPC)兼容，在100kHz到400kHz的频率范围内定义Qi标准。为了便于解释，第一接收机装置104被认为与第一频率标准兼容，例如，AFA标准。类似地，第二接收机装置106被认为与第二频率标准兼容，例如，Qi标准。虽然第一和第二接收机装置104、106被描述为遵守两个当前可用的频率标准中的一个，但是可以注意到，接收机装置104、106可以遵守其他频率标准，并且不限于本文提到的频率标准。此外，尽管图1的当前预期配置将系统100描绘为包括两个接收机装置104、106，但是可以设想使用任何数量的与一个或多个频率标准兼容的接收机装置。
如前所述，在传统的电力传输系统中，充电装置仅在一个频率标准下操作，以向接收机装置传输电力。因此，对于每个频率标准，采用具有专用转换器和专用线圈的独立充电装置来将电力传输到相应的接收机装置。然而，对于每个频率标准使用单独的充电装置，大大增加了与传统电力传输系统的设置和维护相关的成本。此外，使用单独的充电装置给具有不同频率标准的接收机装置充电，对用户来说是不方便的。
为了克服与传统电力传输系统相关联的上述缺点，电力传输系统100包括示例性无线充电装置102。该无线充电装置102被配置为对具有不同频率标准的第一和第二接收机装置104、106进行充电，从而避免了对用于对遵循不同频率标准的接收机装置进行充电的单独充电装置的需求。具体地，无线充电装置102包括线圈结构，该线圈结构有助于对具有不同频率标准的接收机装置104、106进行充电。无线充电装置102可以称为充电垫或电气外壳，接收机装置104、106位于该充电垫或电气外壳上，用于对相应接收机装置104、106中的一个或多个电池进行充电。
此外，无线充电装置102包括电源108、驱动器单元110、控制单元112和传输组件114。驱动器单元110电耦合到电源108、控制单元112和传输组件114。电源108被配置为向驱动器单元110提供具有DC电压的输入电力。在一个示例中，输入电力可以在从大约1W到大约200W的范围内。在一个实施方式中，电源108可以是无线充电装置102的一部分。在另一实施方式中，电源108可以位于无线充电装置102的外部。可以注意到，在以下描述中，具有由电源108提供的DC电压的输入电力可以称为“DC电压信号”。
此外，控制单元112被配置为以规则的时间间隔生成第一控制信号和第二控制信号。在一个实施方式中，控制单元112可以基于用户输入数据或预先存储在控制单元112中的数据来生成第一和第二控制信号。在另一实施方式中，控制单元112可以基于传输组件114的特性的任何变化生成第一和第二控制信号。在一个示例中，传输组件114的特性包括传输组件114中的阻抗、电流和电压。更具体地，如果第一接收机装置104或第二接收机装置106靠近无线充电装置102，则传输组件114的特性可能改变。此外，由于第一接收机装置104引起的传输组件114的特性的任何变化不同于由于第二接收机装置106引起的传输组件114的特性的变化。此外，控制单元112可以监控传输组件114的特性变化，以识别传输组件114的特性变化的来源。通过示例，控制单元112可以将第一接收机装置104或第二接收机装置106识别为传输组件114的特性变化的源。如果第一接收机装置104被控制单元112识别，则控制单元112生成第一控制信号，以第一频率操作驱动器单元110。类似地，如果识别出第二接收机装置106，则控制单元112生成第二控制信号，以第二频率操作驱动器单元110。
此外，控制单元112被配置为将第一控制信号或第二控制信号传送到驱动器单元110。更具体地，如果第一接收机装置104靠近无线充电装置102，则控制单元112将第一控制信号传送给驱动器单元110，以第一频率操作驱动器单元110。驱动器单元110以第一频率操作，以第一频率将电力传输到第一接收机装置104。类似地，如果第二接收机装置106靠近无线充电装置102，则控制单元112将第二控制信号传送给驱动器单元110，以第二频率操作驱动器单元110。驱动器单元110以第二频率操作，以第二频率将电力传输到第二接收机装置106。
在某些实施方式中，如果接收机装置104、106两个都靠近无线充电装置102，则控制单元112可以识别两个接收机装置104、106的存在。在该实施方式中，控制单元112可以交替地和重复地将第一控制信号和第二控制信号传送到驱动器单元110，以交替地以第一频率和第二频率操作驱动器单元110，从而将电力传送到两个接收机装置104、106。为了便于理解，在以下描述中考虑检测/识别接收机装置104、106中的一个的存在并将相应的控制信号传送到驱动器单元110的实施方式。
此外，驱动器单元110被配置为从电源108接收DC电压信号。另外，驱动器单元110被配置为从控制单元112接收第一控制信号或第二控制信号。驱动器单元110被配置为基于第一控制信号或第二控制信号的接收来变换DC电压信号。通过示例，如果从控制单元112接收到第一控制信号，则驱动器单元110被配置为将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号。可以注意到，第一频率可以是对应于与第一频率标准相关联的频带的一个频率。在一个示例中，第一频率可以是大约6.8MHz。以类似的方式，如果从控制单元112接收到第二控制信号，则驱动器单元110被配置为将DC电压信号转换成具有第二频率的第二AC电压信号。可以注意到，第二频率可以是对应于与第二频率标准相关联的频带的一个频率。在一个示例中，第二频率可以是大约200kHz。此外，在一个示例中，第一和第二AC电压信号的幅度可以在从大约5伏到大约50伏的范围内。可以注意到，第一AC电压信号可以称为“高频信号”，第二AC电压信号可以称为“低频信号”。
在一个实施方式中，驱动器单元110可以包括桥电路，以将DC电压信号转换成第一AC电压信号或第二AC电压信号。此外，驱动器单元110被配置为将第一AC电压信号或第二AC电压信号传输到传输组件114。
如上所述，传输组件114被配置为将第一AC电压信号或第二AC电压信号无线传输到接收机装置104、106。可以注意到，用于对接收机装置104、106进行充电的电力以第一AC电压信号或第二AC电压信号的形式传输到接收机装置104、106。在一个实施方式中，传输组件114包括线圈结构和一个或多个电容器，其被配置为将第一AC电压信号或第二AC电压信号传输到接收机装置104、106。在图1的实施方式中，传输组件114中的线圈结构包括第一线圈116和第二线圈118，而一个或多个电容器包括第一电容器117和第二电容器119。此外，第一线圈116和第一电容器117耦合到驱动器单元110。在一个示例中，第一电容器117与第一线圈116串联耦合。类似地，第二线圈118和第二电容器119耦合到驱动器单元110。在一个示例中，第二电容器119与第二线圈118串联耦合。可以注意到，传输组件114可以包括多个第一线圈和多个第二线圈，并且不限于一个第一线圈116和一个第二线圈118。
根据本说明书的方面，第一线圈116嵌入在印刷电路板(PCB)(见图2)。此外，第一线圈116被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号。在一个实施方式中，第一线圈116可以嵌入在PCB中或者以一个或多个导电轨迹的形式印刷在PCB上。此外，第一线圈116和第一电容器117被设计成向具有第一频率的第一AC电压信号提供低阻抗，向具有第二频率的第二AC电压信号提供高阻抗。
另外，第二线圈118设置在PCB上。在一些其他实施方式中，第二线圈118可以设置在PCB的孔内。第二线圈118被配置为传输具有第二频率的第二AC电压信号。在一个实施方式中，第二线圈118是缠绕成期望形状的李兹线线圈。期望形状的一些示例包括但不限于圆形、椭圆形、8字形等。此外，第二线圈118和第二电容器119被设计成向具有第二频率的第二AC电压信号提供低阻抗，向具有第一频率的第一AC电压信号提供高阻抗。
此外，在一个实施方式中，第一线圈116和第二线圈118是同心的并且彼此共面。在一个示例中，第一线圈116可以沿着/围绕PCB的外围印刷和/或嵌入，并且第二线圈118被定位成使得第一线圈116围绕第二线圈118。此外，在另一实施方式中，第一线圈116和第二线圈118彼此相邻或者并排定位在同一平面上。将参考图2和3更详细地描述第一和第二线圈116、118的结构。
除了第一线圈116和第二线圈118之外，传输组件114包括屏蔽单元(未示出)，该屏蔽单元被配置为屏蔽无线充电装置102中的一个或多个组件免受与第一AC电压信号和第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场的影响。在一个示例中，部件包括电源108、驱动器单元110和控制单元112。可以理解，当第一AC电压信号和/或第二AC电压信号分别流经第一线圈116和第二线圈118时，可以生成AC磁场。在一个实施方式中，屏蔽单元可以耦合到第一线圈116或第二线圈118。在另一实施方式中，屏蔽单元可以由第一和第二线圈116、118共享。将参考图3更详细地描述屏蔽部件的方面。
如图1所示，第一接收机装置104包括第一接收机线圈120、第一整流器单元122和第一负载124。类似地，第二接收机装置106包括第二接收机线圈126、第二整流器单元128和第二负载130。此外，如前所述，第一和第二接收机装置104、106被配置为接收第一AC电压信号或第二AC电压信号形式的电力，以对相应的负载124、130(例如，第一和第二接收机装置104、106中的电池)进行充电。在一个实施方式中，负载124、130可以是无源负载，例如，电阻负载或其他类型的有源负载。
此外，在一个实施方式中，传输组件114中的第一线圈116可以无线耦合到第一接收机装置104中的第一接收机线圈120。此外，如果驱动器单元110生成具有第一频率的第一AC电压信号，则激励第一线圈116，以将具有第一频率的第一AC电压信号传输到第一接收机装置104中的第一接收机线圈120。此外，第一接收机装置104中的第一整流器单元122被配置为从第一接收机线圈120接收第一AC电压信号，并将第一AC电压信号转换成第一DC电压信号。第一DC电压信号用于对第一负载124(例如，第一接收机装置104中的电池)进行充电。
类似地，传输组件114中的第二线圈118无线耦合到第二接收机装置106中的第二接收机线圈126。此外，如果驱动器单元110生成具有第二频率的第二AC电压信号，则激励第二线圈118，以将具有第二频率的第二AC电压信号传输到第二接收机装置106中的第二接收机线圈126。此外，第二接收机装置106中的第二整流器单元128被配置为从第二接收机线圈126接收第二AC电压信号，并将第二AC电压信号转换成第二DC电压信号。此外，第二DC电压信号用于对第二负载130(例如，第二接收机装置106中的电池)进行充电。
如上所述实现具有示例性单个无线充电装置102的无线电力传输系统100允许向多个接收机装置(例如，第一和第二接收机装置104、106)无线传输/传送电力，其中，接收机装置与一个或多个频率标准兼容。因此，使用单个无线充电装置102有助于对符合不同频率标准的多个接收机装置进行充电，从而避免了当前可用充电装置的缺点。
参考图2，描绘了根据本说明书的各方面的用于传输电力的通用无线充电装置200的一个实施方式的示意图。通用无线充电装置200类似于图1的通用无线充电装置102。通用无线充电装置200包括电源208、驱动器单元210、控制单元212和传输组件214。参考图1的部件描述图2。
如图2所示，传输组件214包括第一线圈216、第一电容器217、第二线圈218、第二电容器219和印刷电路板(PCB)220。在一个示例中，PCB 220可以具有从大约1mm到大约3mm的厚度。此外，PCB 220可以具有从大约40mm到大约100mm的宽度和从大约40mm到大约100mm的长度。
此外，根据本说明书的方面，第一线圈216嵌入在PCB 220中，并且被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号。在图2的实施方式中，通过沿着PCB 220的外围嵌入和/或印刷一个或多个导电轨迹222而形成第一线圈216。此外，这些导电轨迹222可以具有确定的迹线宽度和迹线厚度，这有助于最小化传输第一AC电压信号的第一线圈216的尺寸。在一个示例中，第一线圈216的迹线宽度可以在约1mm至约10mm的范围内，并且第一线圈216的迹线厚度可以在约35微米至210微米的范围内。
此外，这些导电轨迹222以及第一电容器217被配置为向高频信号(例如，第一AC电压信号)提供低阻抗，以允许使用第一AC电压信号从传输组件214向接收机装置传输电力。此外，导电轨迹222以及第一电容器217被配置为向低频信号(例如，第二AC电压信号)提供非常高的阻抗，以使用第二AC电压信号阻止从传输组件214向接收机装置传输电力。因此，第一线圈216仅将具有第一频率的第一AC电压信号传输到接收机装置，例如，接收机装置104、106。
在另一实施方式中，第一线圈216可以嵌入在PCB 220中的多层(未示出)上。更具体地，导电轨迹222可以印刷在PCB 220中的多层上。在一个实施方式中，第一线圈216可以螺旋设置在PCB 220中的多层上。在另一实施方式中，第一线圈216可以螺旋地设置在PCB220中的一层或多层上。此外，这些层中的每一层中的导电轨迹222可以彼此耦合，以形成表示第一线圈216的线圈结构。该线圈结构用于生成对应于第一AC电压信号的AC磁场(见图3)。此外，因为第一线圈216印刷在PCB 220上和/或嵌入在PCB 220内，所以可以控制与第一线圈216相关联的一个或多个参数的任何变化，以增强第一AC电压信号的传输，同时最小化/减少第一AC电压信号传输期间的电力损耗。与第一线圈216相关联的参数包括线圈216的漏电感、线圈216的漏电电容、线圈216的电阻等。
此外，第二线圈218设置在PCB 220上或PCB 220的孔224内，并被配置为传输具有第二频率的第二AC电压信号。在一个实施方式中，第二线圈218是缠绕成期望形状的李兹线线圈。如前所述，期望形状的一些非限制性示例包括圆形、椭圆形、8字形等。此外，李兹线线圈218的厚度可以在从大约0.2mm到大约5mm的范围内。
在图2的实施方式中，如上所述，第一线圈216沿着PCB 220的外围嵌入。此外，在图2的示例中，孔224位于远离PCB 220外围的PCB 220的中心部分处/周围。因此，印刷在PCB220上/嵌入在PCB 220内的第一线圈216围绕PCB 220中的孔224。此外，李兹线线圈形式的第二线圈218位于PCB 220的孔224内。因此，由于第二线圈218位于PCB 220的孔224内，PCB220上的基板面的使用得到优化，从而提高了传输组件214的紧凑性。
此外，第二线圈218与第二电容器219一起被配置为向低频信号(例如，第二AC电压信号)提供低阻抗，以允许使用第二AC电压信号从传输组件214向接收机装置传输电力。以类似的方式，第二线圈218与第二电容器219一起被配置为向高频信号(例如，第一AC电压信号)提供高阻抗，以使用第二AC电压信号阻止从传输组件214向接收机装置传输电力。因此，第二线圈218仅将具有第二频率的第二AC电压信号传输到接收机装置104、106。此外，因为第二线圈218传输低频信号，例如，第二AC电压信号，所以与第二线圈218相关联的参数的变化对低频下的电力传输能力具有低影响。此外，当李兹线线圈用作第二线圈218时，第二线圈218中的集肤效应损耗、涡流损耗和邻近损耗可以显著降低，这又提高了传输第二AC电压信号的效率。
在图2的实施方式中，第一线圈216和第二线圈218共面并且彼此同心。在另一实施方式中，第一线圈216和第二线圈218可以彼此相邻定位或者并排定位。此外，在又一实施方式中，第一线圈216可以印刷在一个PCB上或嵌入一个PCB内，而第二线圈218可以设置在另一印刷电路板上。
上文提出的传输组件214的设计有助于减小传输组件214的尺寸。具体地，具有期望形状的第一线圈216印刷在PCB 220上或沿着PCB 220的外围嵌入，并且第二线圈218以期望形状缠绕并定位在PCB 220的中心。可以注意到，第一线圈216和第二线圈218可以以任何期望的方式设置在传输组件214中，并且不限于图2所示的结构。
除了第一线圈216和第二线圈218之外，传输组件214包括屏蔽单元226。在一个实施方式中，屏蔽单元226位于第一线圈216和第二线圈218下方。屏蔽单元226用于屏蔽通用无线充电装置200的部件(例如，驱动器单元210、控制单元212和电源208)免受由第一和/或第二线圈216、218生成的AC磁场的影响。参考图3更详细地描述屏蔽部件的方面。
此外，在图2的实施方式中，驱动器单元110包括彼此电耦合的转换子单元228和激励器子单元230。转换子单元228被配置为生成具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号。在一个示例中，转换子单元228包括全桥电路、半桥电路或其组合(未示出)。此外，转换子单元228电耦合到控制单元212和电源208。
如先前参考图1所述，控制单元212被配置为生成第一控制信号或第二控制信号。此外，驱动器单元210被配置为从电源208接收DC电压信号。此外，驱动器单元210被配置为响应于从控制单元212接收到第一控制信号或第二控制信号，使用DC电压信号并生成第一AC电压信号或第二AC电压信号。
因此，如果驱动器单元210从控制单元212接收到第一控制信号，则转换子单元228被配置为将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号。以类似的方式，如果驱动器单元210从控制单元212接收到第二控制信号，则转换子单元228被配置为将DC电压信号转换成具有第二频率的第二AC电压信号。在一个实施方式中，转换子单元228是电耦合到电源208并被配置为从电源208接收DC电压信号的单个转换器。术语单转换器是指具有单个DC输入的电耦合装置。此外，该单个转换器将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号和/或具有第二频率的第二AC电压信号。在传统的充电装置中，每个频率标准的专用转换器用于将电力传输到相应的接收机装置。然而，对于每个频率标准使用单独的转换器，大大增加了与传统电力传输系统的设置和维护相关的成本。在示例性无线充电装置200中，单个转换器用于向具有相同或不同频率标准的接收机装置传输电力。
在一个实施方式中，激励器子单元230用于将第一AC电压信号和/或第二AC电压信号从转换子单元228传输/传送到传输组件214。特别地，激励器子单元230包括一个或多个激励器线圈(未示出)，其电耦合到转换子单元228并磁耦合到传输组件214。可以注意到，术语“磁耦合”是指激励器子单元230中的激励器线圈和传输组件214中的相应线圈之间使用线圈之间的AC磁场的无线耦合。在该实施方式中，激励器子单元230中的激励器线圈磁耦合到传输组件214中的第一和第二线圈216、218。
如果激励器子单元230中的激励器线圈从转换子单元228接收到具有第一频率的第一AC电压信号，则第一线圈216和传输组件214中的相应电容器(未示出)以第一频率谐振，以生成对应于第一AC电压信号的AC磁场。此外，位于无线充电装置200附近的接收机装置(例如，第一接收机装置104)接收该AC磁场。此外，因为在图1的示例中，第一接收机装置104被设计成以第一频率标准操作，所以第一接收机装置104可以将接收到的AC磁场转换回第一AC电压信号，用于对第一接收机装置104中的电池进行充电。
以类似的方式，如果激励器子单元230中的激励器线圈从转换子单元228接收到具有第二频率的第二AC电压信号，则第二线圈218和传输组件214中的相应电容器(未示出)以第二频率谐振，以生成对应于第二AC电压信号的AC磁场。此外，位于无线充电装置200附近的接收机装置(例如，第二接收机装置106)接收该AC磁场。此外，因为在图1的示例中，第二接收机装置106被设计成以第二频率标准操作，所以第二接收机装置106可以将接收的AC磁场转换回相应的第二AC电压信号，用于对第二接收机装置106中的电池进行充电。
在另一实施方式中，转换子单元228可以直接耦合到传输组件214。通过示例，转换子单元228可以经由一根或多根电缆直接耦合到传输组件214。因此，在该示例中，在没有激励器子单元230的情况下，转换子单元228被配置为将第一AC电压信号和第二AC电压信号直接传输到传输组件214。特别地，传输组件214中的第一线圈216可以电耦合到转换子单元228，并且电感耦合到第一接收机装置104。此外，如果具有第一频率的第一AC电压信号由转换子单元228生成，则第一线圈216被第一AC电压信号激励，以将具有第一频率的第一AC电压信号传输到第一接收机装置104。
以类似的方式，传输组件214中的第二线圈218可以电耦合到转换子单元228，并且电感耦合到第二接收机装置106。此外，如果具有第二频率的第二AC电压信号116由转换子单元228生成，则第二线圈218被第二AC电压信号激励，以将具有第二频率的第二AC电压信号传输到第二接收机装置106。为了便于解释，在以下描述中考虑转换子单元228直接耦合到传输组件214的示例。
在通用无线充电装置200的操作期间，控制单元212可以生成第一控制信号和/或第二控制信号。在一个示例中，控制单元212可以基于用户输入数据或传输组件214的电流、电压和阻抗等特性的任何变化来生成第一控制信号和/或第二控制信号。此外，控制单元212向驱动器单元210传输第一控制信号和/或第二控制信号。
如果驱动器单元210接收到第一控制信号，则驱动器单元210中的转换子单元228将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号。此外，转换子单元228将具有第一频率的第一AC电压信号传输到传输组件214。在传输组件214接收到具有第一频率的第一AC电压信号之后，传输组件214中的第一线圈216和第一电容器217可以用第一频率激励，以生成对应于第一AC电压信号的AC磁场。此外，接收机线圈(例如，第一接收机装置104中的第一接收机线圈120)接收该AC磁场，并将该AC磁场转换回第一AC电压信号。此外，整流器单元(例如，第一接收机装置104中的第一整流器单元122)将该第一AC电压信号整流为第一DC电压信号。第一DC电压信号用于对负载(例如，第一接收机装置104中的第一负载124)进行充电。
类似地，如果驱动器单元210从控制单元212接收到第二控制信号，则驱动器单元210中的转换子单元228将DC电压信号转换成具有第二频率的第二AC电压信号。此外，转换子单元228将具有第二频率的第二AC电压信号传输到传输组件214。在传输组件214接收到具有第二频率的第二AC电压信号之后，传输组件214中的第二线圈218和第二电容器219可以用第二频率激励，以生成对应于具有第二频率的第二AC电压信号的AC磁场。此外，接收机线圈(例如，第二接收机装置106中的第二接收机线圈126)接收该AC磁场，并将该AC磁场转换回第二AC电压信号。此外，整流器单元(例如，第二接收机装置106中的第二整流器单元128)将该第二AC电压信号整流为第二DC电压信号。此外，第二DC电压信号用于对负载(例如，第二接收机装置106中的第二负载130)充电。
现在转到图3，描绘了根据本说明书的各方面的图1的无线电力传输系统100的一个实施方式的示意图300。无线电力传输系统300包括通用无线充电装置302和接收机装置304。接收机装置304可以是图1的接收机装置104、106中的一个。此外，通用无线充电装置302类似于图2的通用无线充电装置200。更具体地，通用无线充电装置302包括电源328、驱动器单元330、控制单元332和传输组件334。传输组件334包括第一线圈316、第一电容器317、第二线圈318和第二电容器319。另外，图3的通用充电装置302包括具有铁氧体层306的屏蔽单元324。
此外，接收机装置304包括整流器单元336和负载338。另外，接收机装置304包括接收机线圈310和具有铁氧体层314的屏蔽单元312。如图3所示，屏蔽单元324可操作地耦合到第一线圈316和第二线圈318中的至少一个，并且被配置为屏蔽无线电力传输系统300中的一个或多个组件免受由传输组件334中的第一线圈316和第二线圈318中的至少一个生成的AC磁场308的影响。此外，屏蔽单元324通过增强传输组件334中的第一和第二线圈216、218与接收装置304中的接收线圈310的磁耦合来增强传输组件334和接收装置304之间的耦合。可以理解，当第一AC电压信号和/或第二AC电压信号分别流经第一线圈316和第二线圈318时，可以生成AC磁场308。在一个实施方式中，屏蔽单元324可以位于第一线圈316和第二线圈318下方。在另一实施方式中，屏蔽单元324可以仅位于第一线圈316下方。
可以注意到，由线圈316、318生成的AC磁场308可以在诸如电源328、驱动器单元330等导电部件中感应涡流回路。涡流回路导致这些传导部件生成热量。此外，传输组件334中的线圈316、318和接收机装置304中的接收机线圈310之间的磁耦合或电感耦合可以导致通用无线充电装置302中的这些导电组件中的涡流回路，从而导致通用无线充电装置302中的电力损耗和电磁干扰(EMI)问题。屏蔽单元324用于防止由于AC磁场308而对通用无线充电装置302中的这些导电部件的任何负面影响，从而防止这些导电部件损坏。
此外，在当前预期的配置中，屏蔽单元324包括铁氧体层306，铁氧体层306被配置为降低与第一AC电压信号和第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场308的磁阻。AC磁场308磁阻的降低又有助于增强第一线圈216和第二线圈218中的至少一个与接收机装置304中的接收机线圈310的磁耦合。特别地，与线圈316、318周围的空气相比，铁氧体层306为AC磁场308提供了更大的磁导率。因此，铁氧体层306用于影响AC磁场308，以提高线圈316、318与接收机装置304的传输效率和磁耦合。此外，通过将铁氧体层306定位在线圈316、318下方，限制了AC磁场308撞击通用无线充电装置302中的导电部件。结果，可以显著降低第一AC电压信号和第二AC电压信号的涡流损耗和接近损耗。
在一个实施方式中，另一屏蔽单元312也可以位于接收机装置304中，以屏蔽接收机装置304中的一个或多个导电组件免受接收机装置304处的AC磁场308的影响。在图3的实施方式中，具有铁氧体层314的屏蔽单元312位于接收机线圈310上方，以防止AC磁场影响导电部件，例如，接收机装置304中的整流器单元336和负载338。
参考图4，示出了根据本说明书的各方面的使用通用无线充电装置的传输组件来传输电力的方法400的流程图。为了便于理解，参考图1-3的组件描述方法400。如前所述，通用无线充电装置200包括电源208、驱动器单元210、控制单元212和传输组件214。
方法400从步骤402开始，其中，传输具有第一频率的第一AC电压信号。特别地，传输组件214的第一线圈216用于向第一接收机装置104传输具有第一频率的第一AC电压信号。如前所述，第一线圈216嵌入在印刷电路板(PCB)220中。此外，当驱动器单元210生成具有第一频率的第一AC电压信号时，嵌入在PCB 220中的第一线圈216和第一电容器217以第一频率谐振，以将第一AC电压信号传输到第一接收机装置104。
此外，在步骤404，传输具有第二频率的第二AC电压信号。特别地，传输组件214的第二线圈218用于将具有第二频率的第二AC电压信号传输到第二接收机装置106。更具体地，第二线圈218可以是位于PCB 220的孔内的李兹线线圈。此外，当驱动器单元210生成具有第二频率的第二AC电压信号时，第二线圈218和第二电容器219以第二频率谐振，以将第二AC电压信号传输到第二接收机装置106。
此外，在步骤406，屏蔽通用无线充电装置200中的至少一个部件免受与第一AC电压信号和第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场的影响。更具体地，通用无线充电装置302包括屏蔽单元324，该屏蔽单元324耦合到第一线圈316和第二线圈318中的至少一个，并且被配置为屏蔽通用无线充电装置302中的一个或多个组件免受与第一AC电压信号和第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场308的影响。在某些实施方式中，屏蔽单元324包括铁氧体层306，铁氧体层306对AC磁场308的磁导率大于线圈316、318周围的空气。因此，铁氧体层306可以降低AC磁场308的磁阻，以增强线圈316、318和接收机装置304的磁耦合。在一个示例中，铁氧体层306可以影响AC磁场308沿着期望的方向聚焦，以提高传输效率并增强线圈316、318和接收机装置304的磁耦合。此外，沿着期望的方向聚焦AC磁场308，屏蔽通用无线充电装置302中的部件免受AC磁场308的影响。结果，可以保护这些部件免受无线充电装置200、302中的自发热和EMI问题，从而防止部件损坏。
图5是根据本说明书的各方面的在图2的通用充电装置中采用的传输组件的一个实施方式的图像500。图像500描绘了嵌入在PCB 220中的第一线圈216和设置在PCB 220的孔224中的第二线圈218。此外，屏蔽单元226位于第一线圈216和第二线圈218下方。
上文描述的示例性系统和方法的各种实施方式有助于传输具有不同频率的电压信号，从而能够对以不同频率标准操作的一个或多个无线接收机装置进行充电。结果，示例性电力传输系统的设置成本和维护成本显著降低。此外，上文描述的示例性系统和方法有助于将通用无线充电装置中的一个或多个组件与系统中生成的AC磁场屏蔽或绝缘。因此，降低了无线电力传输系统中部件上的自发热、EMI和/或其他应力，从而防止部件损坏。
虽然本文仅示出和描述了本公开的某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本说明书的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (20)

1.一种传输组件(114、214、334)，被配置为在通用无线充电装置(102、200、302)中传输电力，所述传输组件(114、214、334)包括
第一线圈(116、216、316)，所述第一线圈(116、216、316)嵌入在印刷电路板(220)中并被配置为传输具有第一频率的第一AC电压信号，
第二线圈(118、218、318)，所述第二线圈(118、218、318)设置在所述印刷电路板(220)上并且被配置为传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，所述第二频率不同于所述第一频率，
其中，具有所述第一频率的所述第一AC电压信号和具有所述第二频率的所述第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置(104、106)进行无线充电，并且
所述第一线圈与所述第二线圈各自单独地耦合到驱动器单元，
其中，所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号是基于第一控制信号和第二控制信号生成的，所述第一控制信号和所述第二控制信号是基于所述传输组件的特性的变化生成的，其中
所述第一AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第一接收机装置无线充电，并且所述第二AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第二接收机装置无线充电，
如果所述第一接收机装置或所述第二接收机装置靠近所述通用无线充电装置，所述特性变化，并且所述特性的变化用于识别所述第一接收机装置或所述第二接收机装置，并且
如果所述第一接收机装置被识别，则第一控制信号被生成，如果所述第二接收机装置被识别，则第二控制信号被生成。
2.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，还包括屏蔽单元(226、324)，所述屏蔽单元(226、324)耦合到所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的至少一个，并且被配置为屏蔽所述通用无线充电装置(102、200、302)中的至少一个部件免受与所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个相关联的交流(AC)磁场的影响。
3.根据权利要求2所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述屏蔽单元(226、324)包括铁氧体层(306)，所述铁氧体层被配置为降低与所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场的磁阻，以增强所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的至少一个与所述多个接收机装置(104、106，304)的磁耦合。
4.根据权利要求3所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述铁氧体层(306)位于所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的一个的下方，以减少所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个的涡流损耗和邻近损耗。
5.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第一线圈(116、216、316)嵌入在所述印刷电路板(220)的多层中，并且被配置为将具有所述第一频率的所述第一AC电压信号传输到所述多个接收机装置中的第一接收机装置(104)。
6.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第一线圈(116、216、316)被印刷在所述印刷电路板(220)上，并且其中，所述第一线圈(116、216、316)具有确定的迹线宽度和确定的迹线厚度。
7.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第二线圈(118、218、318)是以确定的形状缠绕并且位于所述印刷电路板(220)的孔上或孔内的李兹线线圈，并且其中，所述第二线圈(118、218、318)被配置为将具有所述第二频率的所述第二AC电压信号传输到所述多个接收机装置中的第二接收机装置(106)。
8.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第二线圈(118、218、318)具有从大约0.2mm到大约5mm的范围内的厚度。
9.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)是共面的并且彼此同心。
10.根据权利要求1所述的传输组件(114、214、334)，其中，所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)彼此相邻定位。
11.一种用于从通用无线充电装置(102)中的传输组件(114、214、334)传输电力的方法，所述方法包括：
由传输组件(114、214、334)的第一线圈(116、216、316)传输具有第一频率的第一AC电压信号，其中，所述第一线圈(116、216、316)嵌入在印刷电路板(PCB)(220)中；并且
由所述传输组件(114、214、334)的第二线圈(118、218、318)传输具有第二频率的第二AC电压信号，其中，所述第二频率不同于所述第一频率，
其中，具有所述第一频率的所述第一AC电压信号和具有所述第二频率的所述第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置(104、106)进行无线充电，并且
所述第一线圈与所述第二线圈各自单独地耦合到驱动器单元，
其中，所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号是基于第一控制信号和第二控制信号生成的，所述第一控制信号和所述第二控制信号是基于所述传输组件的特性的变化生成的，其中
所述第一AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第一接收机装置无线充电，并且所述第二AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第二接收机装置无线充电，
如果所述第一接收机装置或所述第二接收机装置靠近所述通用无线充电装置，所述特性变化，并且所述特性的变化用于识别所述第一接收机装置或所述第二接收机装置，并且
如果所述第一接收机装置被识别，则第一控制信号被生成，如果所述第二接收机装置被识别，则第二控制信号被生成。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过耦合到所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的至少一个的屏蔽单元(226、324)屏蔽所述通用无线充电装置(102、200、302)中的至少一个部件免受与所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场的影响。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括通过所述屏蔽单元(226、324)中的铁氧体层(306)降低与所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个相关联的所述AC磁场的磁阻，以增强所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的至少一个与所述多个接收机装置(104、106，304)的磁耦合。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括通过所述铁氧体层(306)减少所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个的涡流损耗和邻近损耗。
15.一种用于传输电力的通用无线充电装置(102、200、302)，包括：
电源(108、208、328)，被配置为生成直流(DC)电压信号；
驱动器单元(110、210、330)，耦合到所述电源(108、208、328)，并且被配置为将DC电压信号转换成具有第一频率的第一AC电压信号和具有第二频率的第二AC电压信号中的一个，其中，所述第二频率不同于所述第一频率；
传输组件(114、214、334)，其耦合到所述驱动器单元(110、210、330)，并且包括：
第一线圈(116、216、316)，嵌入在印刷电路板(PCB)(220)中，并且被配置为传输具有所述第一频率的所述第一AC电压信号；以及
第二线圈(118、218、318)，设置在所述印刷电路板(220)上，并且被配置为传输具有所述第二频率的所述第二AC电压信号，
其中，具有所述第一频率的所述第一AC电压信号和具有所述第二频率的所述第二AC电压信号用于对具有不同频率标准的多个接收机装置(104、106)进行无线充电，并且
所述第一线圈与所述第二线圈各自单独地耦合到驱动器单元，
其中，所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号是基于第一控制信号和第二控制信号生成的，所述第一控制信号和所述第二控制信号是基于所述传输组件的特性的变化生成的，其中
所述第一AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第一接收机装置无线充电，并且所述第二AC电压信号用于对所述多个接收机装置中的第二接收机装置无线充电，
如果所述第一接收机装置或所述第二接收机装置靠近所述通用无线充电装置，所述特性变化，并且所述特性的变化用于识别所述第一接收机装置或所述第二接收机装置，并且
如果所述第一接收机装置被识别，则第一控制信号被生成，如果所述第二接收机装置被识别，则第二控制信号被生成。
16.根据权利要求15所述的通用无线充电装置(102、200、302)，其中，所述传输组件(114、214、334)包括屏蔽单元(226、324)，所述屏蔽单元(226、324)耦合到所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)中的至少一个，并且被配置为至少屏蔽所述驱动器单元(110、210、330)和所述电源(108、208、328)免受与所述第一AC电压信号和所述第二AC电压信号中的至少一个相关联的AC磁场的影响。
17.根据权利要求15所述的通用无线充电装置(102、200、302)，还包括耦合到所述驱动器单元(110、210、330)和所述传输组件(114、
214、334)的控制单元(112、212、332)，其中，所述控制单元(112、
212、332)被配置为：
基于所述传输组件的特性的变化检测所述多个接收机装置(104、106)中的一个接收机装置；
基于所述多个接收机装置(104、106)中的所述一个接收机装置，生成第一控制信号和第二控制信号中的一个；并且
将所述第一控制信号和所述第二控制信号中的一个传送到所述驱动器单元(110、210、330)。
18.根据权利要求17所述的通用无线充电装置(102、200、302)，其中，所述驱动器单元(110、210、330)被配置为基于从所述控制单元(112、212、332)接收到所述第一控制信号，将所述DC电压信号转换成所述第一AC电压信号。
19.根据权利要求17所述的通用无线充电装置(102、200、302)，其中，所述驱动器单元(110、210、330)被配置为基于从所述控制单元(112、212、332)接收到所述第二控制信号，将所述DC电压信号转换成所述第二AC电压信号。
20.根据权利要求15所述的通用无线充电装置(102、200、302)，其中，所述第一线圈(116、216、316)和所述第二线圈(118、218、318)共面并且彼此同心。
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