DE102013224826A1

DE102013224826A1 - Verfahren, Vorrichtung und Systeme für drahtloses Übertragen/Empfangen von Leistung

Info

Publication number: DE102013224826A1
Application number: DE102013224826.1A
Authority: DE
Inventors: Kyung-Goo Moh; Sung-Woo MOON; Pyung-Woo YEON
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-06-18
Also published as: KR20140077591A; US20140167520A1; CN103872789B; KR101965252B1; US9396870B2; CN103872789A

Abstract

Verfahren, Vorrichtungen und Systeme für drahtloses Übertragen/Empfangen von Leistung. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, ein System für drahtlose Leistungsübertragung, ein drahtloses Leistungssystem sowie ein Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung. Eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß der Erfindung beinhaltet eine Quellenspule (L1) sowie eine Resonanzspule (L2), die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist. Die Quellenspule überträgt Leistung während eines ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung. Während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, überträgt die Quellenspule die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Resonanzspule, und die Resonanzspule überträgt die von der Quellenspule empfangene Leistung in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung. Verwendung z. B. für Mobiltelefone.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, ein System für drahtlose Leistungsübertragung, ein drahtloses Leistungssystem sowie ein Verfahren für drahtlose Leistungsübertragung.
Ein drahtloser Leistungsübertragungstyp wird in einen Typ elektromagnetischer Induktion und einen Magnetresonanztyp klassifiziert. Der Typ elektromagnetischer Induktion verwendet die Induktion einer elektromotorischen Kraft in einer Spule auf einer Lastseite mittels eines magnetischen Flusses, der in einer Spule auf einer Quellenseite erzeugt wird, und der Magnetresonanztyp verwendet eine Resonanz eines magnetischen Feldes zwischen einer Übertragungsresonanzspule und einer Empfangsresonanzspule.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens, einer Vorrichtung und von Systemen für drahtloses Übertragen/Empfangen von Leistung zugrunde, die in der Lage sind, selektiv Typen einer elektromagnetischen Induktion und/oder Magnetresonanztypen in einer neuartigen Weise zu verwenden, während Schwierigkeiten, die im Stand der Technik zu finden sind, vermieden oder verringert werden.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 oder 3, einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang mit den Merkmalen des Anspruchs 7, eines Systems zur drahtlosen Leistungsübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, eines Verfahrens zur drahtlosen Leistungsübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie eines drahtlosen Leistungssystems mit den Merkmalen des Anspruchs 21. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, deren Wortlaut hiermit durch Verweis aufgenommen ist, um unnötige Textwiederholung zu vermeiden.
Die Erfindung stellt Vorrichtungen für drahtlose Leistungsübertragung bereit, die Leistung übertragen, wobei sie selektiv Typen einer elektromagnetischen Induktion und/oder Magnetresonanztypen verwenden. Die Erfindung stellt Vorrichtungen für drahtlosen Leistungsempfang bereit, die Leistung empfangen, wobei sie selektiv Typen einer elektromagnetischen Induktion und/oder Magnetresonanztypen verwenden. Die Erfindung stellt Systeme für drahtlose Leistungsübertragung bereit, die Leistung übertragen und/oder empfangen, wobei sie selektiv Typen einer elektromagnetischen Induktion und/oder Magnetresonanztypen verwenden. Die Erfindung stellt Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung bereit, die Leistung übertragen, wobei sie selektiv Typen einer elektromagnetischen Induktion und/oder Magnetresonanztypen verwenden.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine Quellenspule und/oder eine Resonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist.
Die Quellenspule kann Leistung während eines ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung übertragen. Die Quellenspule kann die Leistung in dem elektromagnetischen Induktionstyp zu der Resonanzspule übertragen, und die Resonanzspule überträgt die von der Quellenspule empfangene Leistung während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Resonanzspule während des ersten Intervalls kurzgeschlossen sein, und/oder die Resonanzspule ist während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht kurzgeschlossen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann sich die Resonanzspule während eines ersten Intervalls im Leerlauf befinden, und/oder die Resonanzspule befindet sich während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht im Leerlauf.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine Quellenspule, die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion überträgt, eine Resonanzspule, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist und die Leistung in einem Magnetresonanztyp überträgt, und/oder einen Schalter beinhalten, der mit der Resonanzspule parallel geschaltet ist. Während eines ersten Intervalls kann sich der Schalter in einem EIN-Zustand befinden, und/oder die Resonanzspule empfängt möglicherweise die Leistung von der Quellenspule nicht. Während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, kann sich der Schalter in einem AUS-Zustand befinden, und/oder die Resonanzspule kann die Leistung von der Quellenspule empfangen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Quellenspule die Leistung während des ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung übertragen, und/oder die Resonanzspule kann die von der Quellenspule empfangene Leistung während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung übertragen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Resonanzspule während des ersten Intervalls kurzgeschlossen sein, und/oder die Resonanzspule ist während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht kurzgeschlossen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine Quellenspule, die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion überträgt, eine Resonanzspule, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist, um die Leistung in einem Magnetresonanztyp zu übertragen, und/oder einen Schalter beinhalten, der mit der Resonanzspule in Serie geschaltet ist. Der Schalter kann sich in einem AUS-Zustand befinden, und/oder die Resonanzspule empfängt während eines ersten Intervalls die Leistung möglicherweise nicht von der Quellenspule. Der Schalter kann sich in einem EIN-Zustand befinden, und/oder die Resonanzspule kann die Leistung während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, von der Quellenspule empfangen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Quellenspule die Leistung während des ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung übertragen, und/oder die Resonanzspule kann die von der Quellenspule empfangene Leistung während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung übertragen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann sich die Resonanzspule während des ersten Intervalls im Leerlauf befinden, und/oder die Resonanzspule befindet sich während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht im Leerlauf.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang eine Lastspule und/oder eine Resonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Lastspule gekoppelt ist. Die Lastspule kann Leistung während eines ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion von einem Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfangen. Während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, kann die Resonanzspule die Leistung in einem Magnetresonanztyp von dem Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfangen, und/oder die Lastspule kann die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von der Resonanzspule empfangen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Resonanzspule während des ersten Intervalls kurzgeschlossen sein, und/oder die Resonanzspule ist während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht kurzgeschlossen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann sich die Resonanzspule während des ersten Intervalls im Leerlauf befinden, und/oder die Resonanzspule befindet sich während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, möglicherweise nicht im Leerlauf.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein System für drahtlose Leistungsübertragung eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, die Leistung überträgt, und/oder eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhalten, die eine Lastspule beinhaltet, um die Leistung von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung zu empfangen. Die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung kann eine Quellenspule und/oder eine Übertragungsresonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist. Die Quellenspule kann die Leistung während eines ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Lastspule übertragen. Während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, kann die Quellenspule die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Übertragungsresonanzspule übertragen, und/oder die Übertragungsresonanzspule kann die von der Quellenspule empfangene Leistung in einem Magnetresonanztyp zu der Lastspule übertragen.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung ein Übertragen von Leistung zu einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang in einem Typ elektromagnetischer Induktion unter Verwendung einer Quellenspule und/oder ein Übertragen der Leistung zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang in einem Magnetresonanztyp unter Verwendung einer Übertragungsresonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein drahtloses Leistungssystem eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung; und/oder eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhalten.
Die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung kann so konfiguriert sein, dass sie während eines ersten Intervalls Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang überträgt. Die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung kann des Weiteren so konfiguriert sein, dass sie während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, Leistung in einem Magnetresonanztyp zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang überträgt.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine Quellenspule und/oder eine erste Resonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang eine Lastspule und/oder eine zweite Resonanzspule beinhalten, die induktiv mit der Lastspule gekoppelt ist.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das drahtlose Leistungssystem des Weiteren einen dritten Schalter parallel zu der zweiten Resonanzspule beinhalten. Der dritte Schalter kann so konfiguriert sein, dass er die zweite Resonanzspule selektiv kurzschließt.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das drahtlose Leistungssystem des Weiteren einen vierten Schalter in Serie zu der zweiten Resonanzspule beinhalten. Der vierte Schalter kann so konfiguriert sein, dass er die zweite Resonanzspule selektiv in den Leerlauf versetzt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen
1 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
2 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
3 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
4 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
5 ein Blockdiagramm ist, das die Steuerkonfiguration einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
6 ein Schaltbild ist, das erläutert, dass die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung von 5 eine Steuerinformation empfängt;
7 ein Blockdiagramm ist, das die Steuerkonfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung schematisch darstellt;
8 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang schematisch darstellt;
9 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang schematisch darstellt;
10 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang schematisch darstellt;
11 ein Schaltbild ist, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang schematisch darstellt;
12 ein Blockdiagramm ist, das die Steuerkonfiguration einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang schematisch darstellt;
13 ein Schaltbild ist, das erläutert, dass die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang von 12 eine Steuerinformation überträgt;
14 ein Blockdiagramm ist, das die Steuerkonfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang darstellt;
15 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Leistungsübertragung in einem Typ elektromagnetischer Induktion in einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung erläutert;
16 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Leistungsübertragung in einem Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung erläutert;
17 ein Diagramm ist, das ein Tracking einer Resonanzfrequenz in dem Verfahren für drahtlose Leistungsübertragung von 16 erläutert;
18 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Leistungsempfang in einem Typ elektromagnetischer Induktion in einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erläutert;
19 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Leistungsempfang in einem Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erläutert;
20 ein Diagramm ist, das eine Leistungseffizienz eines Systems für drahtlose Leistungsübertragung erläutert;
21 ein Blockdiagramm ist, das die Konfiguration eines elektronischen Systems schematisch darstellt, das eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung beinhaltet;
22 ein Blockdiagramm ist, das die Konfiguration eines elektronischen Systems schematisch darstellt, das eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhaltet;
23 ein Blockdiagramm ist, das ein System für drahtlose Leistungsübertragung erläutert; und
24 ein konzeptionelles Diagramm ist, das Übertragung und Empfang von Leistung durch ein System für drahtlose Leistungsübertragung erläutert.
Nunmehr wird auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, in denen sich gleiche Bezugszeichen durchweg auf gleiche Komponenten beziehen.
1 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet eine Vorrichtung 1 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform eine Quellenspannung Vs, eine Quellenspuleneinheit 11 sowie eine Resonanzspuleneinheit 12a. Die Quellenspannung Vs führt der Quellenspuleneinheit 11 Wechselstrom(AC)-Leistung zu.
Die Quellenspuleneinheit 11 beinhaltet eine Quellenspule L1, einen ersten Widerstand R1 sowie eine erste Kapazität C1. Die Quellenspule L1 empfängt die Leistung von der Quellenspannung Vs und überträgt die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion nach außen. Der erste Widerstand R1 kann ein parasitärer Widerstand der Quellenspule L1 sein, und die erste Kapazität C1 kann eine parasitäre Kapazität der Quellenspule L1 sein.
Die Resonanzspuleneinheit 12a beinhaltet eine Übertragungsresonanzspule L2, einen zweiten Widerstand R2 sowie eine zweite Kapazität C2. Die Übertragungsresonanzspule L2 überträgt die Leistung in einem Magnetresonanztyp nach außen. Der zweite Widerstand R2 kann ein parasitärer Widerstand der Übertragungsresonanzspule L2 sein, und die zweite Kapazität C2 kann eine parasitäre Kapazität der Übertragungsresonanzspule L2 sein.
Die Quellenspule L1 der Quellenspuleneinheit 11 und die Übertragungsresonanzspule L2 der Resonanzspuleneinheit 12a sind induktiv miteinander gekoppelt. Hierbei bedeutet die induktive Kopplung, dass eine Mehrzahl von Spulen durch wechselseitige Induktanz gekoppelt sind, wobei wenigstens ein Teil des magnetischen Flusses, der von einem durch eine erste Spule fließenden Strom erzeugt wird, mit einer zweiten Spule verbunden ist und somit in der zweiten Spule ein Strom induziert wird. Demgemäß kann die Quellenspule L1 die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Übertragungsresonanzspule L2 übertragen. Das Bezugszeichen ”k12”, das in 1 dargestellt ist, bezeichnet einen Kopplungskoeffizienten der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2.
Ein erster Schalter S1 ist parallel zu der Übertragungsresonanzspule L2 geschaltet, um die Übertragungsresonanzspule L2 kurzzuschließen. Wenn sich der erste Schalter in einem EIN-Zustand befindet, ist die Übertragungsresonanzspule L2 kurzgeschlossen, und wenn sich der erste Schalter S1 in einem AUS-Zustand befindet, ist die Übertragungsresonanzspule L2 nicht kurzgeschlossen.
Wenn in 1 die Übertragungsresonanzspule L2 kurzgeschlossen ist und der zweite Widerstand R2 ausreichend klein ist, zum Beispiel wenn eine Frequenz ω der Beziehung ωL >> R2 genügt, wird eine Phasendifferenz zwischen dem Strom, der durch die Übertragungsresonanzspule L2 fließt, und der Spannung über die Übertragungsresonanzspule L2 hinweg etwa 90 Grad, und die effektive Leistung wird null. In diesem Fall wird die Leistung nicht von der Quellenspule L1 zu der Übertragungsresonanzspule L2 übertragen.
Demgemäß befindet sich bei einem ersten Mal der erste Schalter S1 in der Vorrichtung 1 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform in einem EIN-Zustand, und die Übertragungsresonanzspule L2 ist kurzgeschlossen. Somit kann die Übertragungsresonanzspule L2 die Leistung von der Quellenspule L1 nicht empfangen, und die Quellenspule L1 kann die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion nach außen übertragen. Weiter befindet sich bei einem zweiten Mal, das sich von dem ersten Mal unterscheidet, der erste Schalter S1 in einem AUS-Zustand, und die Übertragungsresonanzspule L2 ist nicht kurzgeschlossen. Demgemäß kann die Übertragungsresonanzspule L2 die Leistung von der Quellenspule L1 empfangen, und die Übertragungsresonanzspule L2 kann die empfangene Leistung in einem Magnetresonanztyp nach außen übertragen.
2 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 1 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 2 beinhaltet eine Vorrichtung 2 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform des Weiteren einen AC/DC-Wandler 13, einen Treiber 14 sowie ein Anpassungsnetzwerk 15. Der AC/DC-Wandler 13 wandelt AC-Leistung, welche die Quellenspannung Vs zuführt, in Gleichstrom(DC)-Leistung um.
Der Treiber 14 wandelt die DC-Leistung, die von dem AC/DC-Wandler 13 umgewandelt wurde, in ein drahtloses Leistungssignal um, steuert die Frequenz und führt der Quellenspule L1 das drahtlose Leistungssignal zu. Der Treiber 14 kann einen Inverter beinhalten, zum Beispiel eine Halbbrückenschaltung, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals, das der Quellenspule L1 zugeführt wird, kann gemäß einer Schaltfrequenz der Halbbrückenschaltung gesteuert werden.
Das Anpassungsnetzwerk 15 ist ein Netzwerk, um die Impedanz an die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang anzupassen, welche die Leistung von außen empfängt.
3 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 3 beinhaltet eine Vorrichtung 3 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform eine Quellenspannung Vs, eine Quellenspuleneinheit 11 sowie eine Resonanzspuleneinheit 12b. Die Quellenspannung Vs führt der Quellenspuleneinheit 11 eine AC-Leistung zu.
Die Quellenspuleneinheit 11 beinhaltet eine Quellenspule L1, einen ersten Widerstand R1 sowie eine erste Kapazität C1. Die Quellenspule L1 empfängt die Leistung von der Quellenspannung Vs und überträgt die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion nach außen. Der erste Widerstand R1 kann ein parasitärer Widerstand der Quellenspule L1 sein, und die erste Kapazität C1 kann eine parasitäre Kapazität der Quellenspule L1 sein.
Die Resonanzspuleneinheit 12b beinhaltet eine Übertragungsresonanzspule L2, einen zweiten Widerstand R2 sowie eine zweite Kapazität C2. Die Übertragungsresonanzspule L2 überträgt die Leistung in einem Magnetresonanztyp nach außen. Der zweite Widerstand R2 kann ein parasitärer Widerstand der Übertragungsresonanzspule L2 sein, und die zweite Kapazität C2 kann eine parasitäre Kapazität der Übertragungsresonanzspule L2 sein.
Die Quellenspule L1 der Quellenspuleneinheit 11 und die Übertragungsresonanzspule L2 der Resonanzspuleneinheit 12b sind induktiv miteinander gekoppelt. Demgemäß kann die Quellenspule L1 die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Übertragungsresonanzspule L2 übertragen. Das Bezugszeichen ”k12”, das in 3 dargestellt ist, bezeichnet einen Kopplungskoeffizienten der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2.
Ein zweiter Schalter S2 ist in Serie zu der Übertragungsresonanzspule L2 geschaltet, um die Übertragungsresonanzspule L2 in den Leerlauf zu versetzen. Wenn sich der zweite Schalter S2 in einem EIN-Zustand befindet, befindet sich die Übertragungsresonanzspule L2 nicht im Leerlauf, und wenn sich der zweite Schalter S2 in einem AUS-Zustand befindet, befindet sich die Übertragungsresonanzspule L2 im Leerlauf.
Wenn sich in 3 die Übertragungsresonanzspule L2 im Leerlauf befindet, wird der Strom, der durch die Übertragungsresonanzspule L2 fließt, null, und die effektive Leistung wird null. Demgemäß wird selbst in diesem Fall die Leistung nicht von der Quellenspule L1 zu der Übertragungsresonanzspule L2 übertragen. Wenn die Frequenz jedoch hoch ist, ist es notwendig, den Punkt zu betrachten, dass die parasitäre Kapazität der Übertragungsresonanzspule L2 groß wird.
Demgemäß befindet sich bei einem ersten Mal der zweite Schalter S2 in der Vorrichtung 3 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform in einem AUS-Zustand, und die Übertragungsresonanzspule L2 befindet sich im Leerlauf. Somit kann die Übertragungsresonanzspule L2 die Leistung von der Quellenspule L1 nicht empfangen, und die Quellenspule L1 kann die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion nach außen übertragen. Weiter befindet sich bei einem zweiten Mal, das sich von dem ersten Mal unterscheidet, der zweite Schalter S2 in einem EIN-Zustand, und die Übertragungsresonanzspule L2 befindet sich nicht im Leerlauf. Demgemäß kann die Übertragungsresonanzspule L2 die Leistung von der Quellenspule L1 empfangen, und die Übertragungsresonanzspule L2 kann die empfangene Leistung in einem Magnetresonanztyp nach außen übertragen.
4 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 3 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 4 beinhaltet eine Vorrichtung 4 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform des Weiteren einen AC/DC-Wandler 13, einen Treiber 14 sowie ein Anpassungsnetzwerk 15. Der AC/DC-Wandler 13 wandelt AC-Leistung, welche die Quellenspannung Vs zuführt, in eine Gleichstrom(DC)-Leistung um.
Der Treiber 14 wandelt die DC-Leistung, die von dem AC/DC-Wandler 13 umgewandelt wurde, in ein drahtloses Leistungssignal um, steuert die Frequenz und führt der Quellenspule L1 das drahtlose Leistungssignal zu. Der Treiber 14 kann einen Inverter beinhalten, zum Beispiel eine Halbbrückenschaltung, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Frequenz des drahtlosen Leistungssignals, das der Quellenspule L1 zugeführt wird, kann gemäß einer Schaltfrequenz der Halbbrückenschaltung gesteuert werden.
Das Anpassungsnetzwerk 15 ist ein Netzwerk, um die Impedanz an die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang anzupassen, welche die Leistung von außen empfängt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerkonfiguration einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 5 beinhaltet eine Vorrichtung 100 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform eine Quelle 110 und eine Übertragungseinheit 120.
Die Quelle 110 beinhaltet eine Quellenspannung Vs und einen Schaltkreis für die Messung einer zugeführten Leistung (nicht dargestellt). In den Vorrichtungen 1 bis 4 für drahtlose Leistungsübertragung, wie in den 1 bis 4 dargestellt, kann die Quellenspannung Vs bei der Quelle 110 angeordnet sein. Der Schaltkreis für die Messung einer zugeführten Leistung kann einen Wert einer zugeführten Leistung messen, welche die Quellenspannung Vs der Quellenspule L1 zuführt. Der Schaltkreis für die Messung einer zugeführten Leistung kann den gemessenen Wert der zugeführten Leistung an eine Steuereinheit 121 der Übertragungseinheit 120 übertragen, die später zu beschreiben sind.
Die Vorrichtung 100 für drahtlose Leistungsübertragung kann eine Mehrzahl von Übertragungseinheiten 120 beinhalten. Wenngleich 5 drei Übertragungseinheiten 120 darstellt, sind die beispielhaften Ausführungsformen nicht darauf beschränkt.
Die Übertragungseinheit 120 beinhaltet die Steuereinheit 121, einen Kommunikator (Comm) 123 sowie einen Leistungswandler 122.
Der Leistungswandler 122 wandelt die Leistung, die von der Quelle 110 zugeführt wird, in ein drahtloses Leistungssignal um und überträgt die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion oder in einem Magnetresonanztyp zu einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang. In den Vorrichtungen 1 bis 4 in den 1 bis 4 für drahtlose Leistungsübertragung können die Quellenspuleneinheit 11 sowie die Resonanzspuleneinheiten 12a und 12b bei dem Leistungswandler 122 angeordnet sein.
Die Steuereinheit 121 empfängt eine Steuerinformation von dem Kommunikator 123, der später zu beschreiben ist, und steuert einen Arbeitspunkt des Leistungswandlers 122. Hierbei kann der Arbeitspunkt zum Beispiel einen Strom, der durch die Übertragungsresonanzspule L2 fließt, sowie Resonanzfrequenzen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule beinhalten. Die Steuereinheit 121 kann die Leistung steuern, die von der Quelle 110 zugeführt wird.
Der Kommunikator 123 empfängt die Steuerinformation von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang. Der Kommunikator 123 kann die Steuerinformation durch Demodulation einer reflektierten Last empfangen. Der Kommunikator 123 überträgt die empfangene Steuerinformation zu der Steuereinheit 121. Die Steuerinformation kann zum Beispiel einen Wert einer Zielleistung, die in der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erforderlich ist, und einen Wert einer empfangenen Leistung beinhalten, die zu der Last der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird. Ein Verfahren zum Empfangen der Steuerinformation von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
6 ist ein Diagramm, das erläutert, dass die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung von 5 eine Steuerinformation empfängt. Bezugnehmend auf 6 ist ein Messsensor D1 an der Übertragungsresonanzspule L2 des Leistungswandlers 122 installiert. Der Messsensor D1 kann den Strom I2, der durch die Übertragungsresonanzspule L2 fließt, und/oder die Spannung V2 der Übertragungsresonanzspule L2 messen.
Der Kommunikator 123 kann die Steuerinformation durch Demodulation der reflektierten Last basierend auf dem Stromwert und/oder dem Spannungswert empfangen, der von dem Messsensor D1 gemessen wird. Die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang kann die reflektierte Last durch Modulation der Last modulieren, was später zu beschreiben ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerkonfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 5 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 7 beinhaltet eine Vorrichtung 200 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform eine Quelle 210 sowie eine Übertragungseinheit 220. Die Übertragungseinheit 220 beinhaltet eine Steuereinheit 221, einen Kommunikator (Comm) 223 sowie einen Leistungswandler 222.
Bezugnehmend auf 7 kann der Kommunikator 223 in einer Vorrichtung 200 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform ein Kommunikationsnetzwerk bilden, das von dem Kommunikator der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang getrennt ist, und kann verschiedene Typen von Nachrichten übertragen und/oder empfangen. Die verschiedenen Typen von Nachrichten können zum Beispiel einen Wert einer Zielleistung, die in der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erforderlich ist, einen Wert einer empfangenen Leistung, die auf die Last der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird, sowie einen Übertragungstyp der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung beinhalten. Anders als bei der in 5 dargestellten Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung verwendet die Vorrichtung 200 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform nicht die Demodulation der reflektierten Last.
8 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 8 beinhaltet eine Vorrichtung 5 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform eine Resonanzspuleneinheit 21a, eine Lastspuleneinheit 22 und eine Last RL.
Die Resonanzspuleneinheit 21a beinhaltet eine Empfangsresonanzspule L3, einen dritten Widerstand R3 sowie eine dritte Kapazität C3. Die Empfangsresonanzspule L3 empfängt Leistung von außen in einem Magnetresonanztyp. Der dritte Widerstand R3 kann ein parasitärer Widerstand der Empfangsresonanzspule L3 sein, und die dritte Kapazität C3 kann eine parasitäre Kapazität der Empfangsresonanzspule L3 sein.
Die Lastspuleneinheit 22 beinhaltet eine Lastspule L4, einen vierten Widerstand R4 sowie eine vierte Kapazität C4. Die Lastspule L4 empfängt die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von außen und führt der Last RL die empfangene Leistung zu. Der vierte Widerstand R4 kann ein parasitärer Widerstand der Lastspule L4 sein, und die vierte Kapazität C4 kann eine parasitäre Kapazität der Lastspule L4 sein. Die Last RL empfängt die Leistung von der Lastspule L4.
Die Empfangsresonanzspule L3 der Resonanzspuleneinheit 21a und die Lastspule L4 der Lastspuleneinheit 22 sind induktiv miteinander gekoppelt. Demgemäß überträgt die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Lastspule L4. Das in 8 dargestellte Bezugszeichen ”k34” bezeichnet einen Kopplungskoeffizienten der Empfangsresonanzspule L3 und der Lastspule L4.
Ein dritter Schalter S3 ist parallel zu der Empfangsresonanzspule L3 geschaltet, um die Empfangsresonanzspule L3 kurzzuschließen. Wenn sich der dritte Schalter S3 in einem EIN-Zustand befindet, ist die Empfangsresonanzspule L3 kurzgeschlossen, und wenn sich der dritte Schalter S3 in einem AUS-Zustand befindet, ist die Empfangsresonanzspule L3 nicht kurzgeschlossen.
Wenn in 8 die Empfangsresonanzspule L3 kurzgeschlossen ist, liegt die effektive Leistung der Empfangsresonanzspule L3 nahe bei null, und in diesem Fall empfängt die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung nicht von außen, was im Wesentlichen der gleiche wie der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Fall ist.
Demgemäß befindet sich bei dem ersten Mal der dritte Schalter S3 in der Vorrichtung 5 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform in einem EIN-Zustand, und die Empfangsresonanzspule L3 ist kurzgeschlossen. Demgemäß kann die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung nicht von außen empfangen, und die Lastspule L4 kann die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von außen empfangen. Weiter befindet sich bei dem zweiten Mal, das sich von dem ersten Mal unterscheidet, der dritte Schalter S3 in einem AUS-Zustand, und die Empfangsresonanzspule L3 ist nicht kurzgeschlossen. Demgemäß kann die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung in einem Magnetresonanztyp von außen empfangen, und die Lastspule L4 kann die empfangene Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von der Empfangsresonanzspule L3 empfangen.
9 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch dargestellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 8 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 9 beinhaltet eine Vorrichtung 6 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform des Weiteren ein Anpassungsnetzwerk 23, einen Gleichrichter 24 sowie einen DC/DC-Wandler 25.
Das Anpassungsnetzwerk 23 ist ein Netzwerk zum Anpassen der Impedanz an die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, welche die Leistung von außen überträgt.
Der Gleichrichter 24 wandelt die AC-Leistung, die von der Lastspule L4 zugeführt wird, in eine DC-Leistung um. Der Gleichrichter 24 kann zum Beispiel eine Vollbrückenschaltung beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der DC/DC-Wandler 25 steuert den Pegel der DC-Leistung, die von dem Gleichrichter 24 umgewandelt wurde, und führt die umgewandelte Leistung der Last RL zu.
10 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 10 beinhaltet eine Vorrichtung 7 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform eine Resonanzspuleneinheit 21b, eine Lastspuleneinheit 22 sowie eine Last RL.
Die Resonanzspuleneinheit 21b beinhaltet eine Empfangsresonanzspule L3, einen dritten Widerstand R3 sowie eine dritte Kapazität C3. Die Empfangsresonanzspule L3 empfängt die Leistung in einem Magnetresonanztyp von außen. Der dritte Widerstand R3 kann ein parasitärer Widerstand der Empfangsresonanzspule L3 sein, und die dritte Kapazität C3 kann eine parasitäre Kapazität der Empfangsresonanzspule L3 sein.
Die Lastspuleneinheit 22 beinhaltet eine Lastspule L4, einen vierten Widerstand R4 sowie eine vierte Kapazität C4. Die Lastspule L4 empfängt die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von außen und führt der Last RL die empfangene Leistung zu. Der vierte Widerstand R4 kann ein parasitärer Widerstand der Lastspule L4 sein, und die vierte Kapazität C4 kann eine parasitäre Kapazität der Lastspule L4 sein. Die Last RL empfängt die Leistung von der Lastspule L4.
Die Empfangsresonanzspule L3 der Resonanzspuleneinheit 21b und die Lastspule L4 der Lastspuleneinheit 22 sind induktiv miteinander gekoppelt. Demgemäß kann die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Lastspule L4 übertragen. Das in 8 dargestellte Bezugszeichen ”k34” bezeichnet einen Kopplungskoeffizienten der Empfangsresonanzspule L3 und der Lastspule L4.
Ein vierter Schalter S4 ist in Serie mit der Empfangsresonanzspule L3 geschaltet, um die Empfangsresonanzspule L3 in den Leerlauf zu versetzen. Wenn sich der vierte Schalter S4 in einem EIN-Zustand befindet, befindet sich die Empfangsresonanzspule L3 nicht im Leerlauf, und wenn sich der vierte Schalter S4 in einem AUS-Zustand befindet, befindet sich die Empfangsresonanzspule L3 im Leerlauf.
Wenn sich in 10 die Empfangsresonanzspule L3 im Leerlauf befindet, liegt die effektive Leistung der Empfangsresonanzspule L3 nahe null, und in diesem Fall empfängt die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung nicht von außen, was im Wesentlichen der gleiche wie der vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Fall ist.
Demgemäß befindet sich bei dem ersten Mal der vierte Schalter S4 in der Vorrichtung 7 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform in einem AUS-Zustand, und die Empfangsresonanzspule L3 befindet sich im Leerlauf. Demgemäß kann die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung nicht von außen empfangen, und die Lastspule L4 kann die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von außen empfangen. Weiter befindet sich bei dem zweiten Mal, das sich von dem ersten Mal unterscheidet, der vierte Schalter S4 in einem EIN-Zustand, und die Empfangsresonanzspule L3 befindet sich nicht im Leerlauf. Demgemäß kann die Empfangsresonanzspule L3 die Leistung in einem Magnetresonanztyp von außen empfangen, und die Lastspule L4 kann die Leistung, die von der Empfangsresonanzspule L3 empfangen wird, in einem Typ elektromagnetischer Induktion empfangen.
11 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 10 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 11 beinhaltet eine Vorrichtung 8 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform des Weiteren ein Anpassungsnetzwerk 23, einen Gleichrichter 24 sowie einen DC/DC-Wandler 25.
Das Anpassungsnetzwerk 23 ist ein Netzwerk zum Anpassen der Impedanz an die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, welche die Leistung von außen überträgt.
Der Gleichrichter 24 wandelt die AC-Leistung, die von der Lastspule L4 zugeführt wird, in eine DC-Leistung um. Der Gleichrichter 24 kann zum Beispiel eine Vollbrückenschaltung beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der DC/DC-Wandler 25 steuert den Pegel der DC-Leistung, die von dem Gleichrichter 24 umgewandelt wurde, und führt der Last RL die umgewandelte Leistung zu.
12 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Bezugnehmend auf 12 beinhaltet eine Vorrichtung 300 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform einen Empfänger 310 sowie eine Last 320.
Der Empfänger 310 beinhaltet eine Steuereinheit 311, einen Kommunikator (Comm) 313 sowie einen Leistungsaufnehmer 312. Der Leistungsaufnehmer 312 empfängt das drahtlose Leistungssignal von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung in einem Typ elektromagnetischer Induktion oder in einem Magnetresonanztyp, wandelt das drahtlose Leistungssignal in eine Leistung um, um die Leistung der Last 320 zuzuführen. In den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 5 bis 8 in den 8 bis 11 für drahtlosen Leistungsempfang können die Resonanzspuleneinheit 21a oder 21b und die Lastspuleneinheit 22 bei dem Leistungsaufnehmer 312 angeordnet sein.
Die Steuereinheit 311 überträgt eine Steuerinformation zu dem Kommunikator 313, der später zu beschreiben ist, und steuert einen Arbeitspunkt des Leistungsaufnehmers 312. Hierbei kann der Arbeitspunkt zum Beispiel einen Strom oder eine Spannung, der/die an die Last RL abgegeben wird, sowie Resonanzfrequenzen der Empfangsresonanzspule L3 beinhalten. Die Steuereinheit 311 kann die Leistung steuern, die der Last 320 zugeführt wird.
Der Kommunikator 313 überträgt eine Steuerinformation zu der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung. Der Kommunikator 313 kann die Steuerinformation durch Modulation einer reflektierten Last übertragen. Die Steuerinformation kann zum Beispiel einen Wert einer Zielleistung, die in der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erforderlich ist, und einen Wert einer empfangenen Leistung beinhalten, die zu der Last der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird. Ein Verfahren für ein Übertragen der Steuerinformation zu der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
13 ist ein Diagramm, das erläutert, dass die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang von 12 eine Steuerinformation überträgt. Bezugnehmend auf 13 ist ein Modulator 26 zwischen einer Lastspuleneinheit 22 eines Leistungsaufnehmers 312 und der Last RL installiert. Der Modulator 26 beinhaltet eine Modulationskapazität Cm und einen Modulatorschalter Sm.
Der Modulator 26 verbindet die Modulationskapazität Cm mit der Last RL, indem der Modulatorschalter Sm ein-/ausgeschaltet wird, und moduliert die reflektierte Last, indem die Last RL moduliert wird. Der Kommunikator 313 kann die reflektierte Last gemäß der von der Steuereinheit 311 empfangenen Steuerinformation modulieren.
Die Last 320 beinhaltet die Last RL und einen Schaltkreis für die Messung einer empfangenen Leistung (nicht dargestellt). In den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 5 bis 8 für drahtlosen Leistungsempfang, die in den 8 bis 11 dargestellt sind, kann die Last RL bei der Last 320 angeordnet sein. Der Schaltkreis für die Messung der empfangenen Leistung kann einen Wert einer empfangenen Leistung messen, welche die Last RL von der Lastspule L4 empfängt. Der Schaltkreis für die Messung der empfangenen Leistung kann den gemessenen Wert der empfangenen Leistung zu einer Steuereinheit 311 eines Empfängers 310 übertragen.
14 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerkonfiguration einer weiteren Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch darstellt. Der einfachen Erläuterung halber wird die detaillierte Erläuterung um einen Punkt herum durchgeführt, der sich von jenem in 12 dargestellten unterscheidet. Bezugnehmend auf 14 beinhaltet eine Vorrichtung 400 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform einen Empfänger 410 sowie eine Last 420. Der Empfänger 410 beinhaltet eine Steuereinheit 411, einen Kommunikator (Comm) 413 sowie einen Leistungsaufnehmer 412.
Bezugnehmend auf 14 kann der Kommunikator 413 in einer Vorrichtung 400 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform ein Kommunikationsnetzwerk bilden, das von dem Kommunikator der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung getrennt ist, und kann verschiedene Typen von Nachrichten übertragen und/oder empfangen. Die verschiedenen Typen von Nachrichten können zum Beispiel einen Wert einer Zielleistung, die in der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang erforderlich ist, einen Wert einer empfangenen Leistung, die zu der Last der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird, sowie einen Übertragungstyp der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung beinhalten. Anders als die in 12 dargestellte Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang verwendet die Vorrichtung 400 für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dieser Ausführungsform die Modulation der reflektierten Last nicht.
Im Folgenden wird ein Leistungsübertragungsverfahren beschrieben, das selektiv einen Typ elektromagnetischer Induktion und einen Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen verwendet.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Leistungsübertragung in einem Typ elektromagnetischer Induktion in einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Bezugnehmend auf die 5, 7 und 15 überträgt ein Leistungswandler 122 oder 222 als erstes eine Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (Operationsschritt S510). Zu diesem Zeitpunkt ist eine Übertragungsresonanzspule L2 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung kurzgeschlossen oder befindet sich im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Dann empfängt ein Kommunikator 123 oder 223 einen Wert einer empfangenen Leistung, die zu einer Last RL übertragen wird, von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (Operationsschritt S520). Zu diesem Zeitpunkt kann ein Wert einer Übertragungsleistung gemessen werden, die zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird. Zum Beispiel kann ein Schaltkreis für die Messung einer zugeführten Leistung den Wert der zugeführten Leistung messen, die eine Quellenspannung Vs einer Quellenspule L1 entsprechend dem Wert der Übertragungsleistung zuführt, die zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird.
Dann ermittelt eine Steuereinheit 121 oder 221, ob eine Leistungsübertragungseffizienz kleiner als eine Referenzeffizienz ist (Operationsschritt S530). Hierbei zeigt die Leistungsübertragungseffizienz ein Verhältnis des Wertes der Übertragungsleistung zu dem Wert der empfangenen Leistung an.
Wenn die Leistungsübertragungseffizienz kleiner als die Referenzeffizienz ist, schaltet die Steuereinheit 121 oder 221 den Übertragungstyp von dem Typ elektromagnetischer Induktion auf den Magnetresonanztyp um (Operationsschritt S540). Zu diesem Zeitpunkt ist eine Übertragungsresonanzspule L2 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung nicht kurzgeschlossen oder befindet sich nicht im Leerlauf. Der Kommunikator 123 oder 223 kann eine Übertragungstypumschaltinformation an die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen.
Wenn andererseits die Leistungsübertragungseffizienz größer als die Referenzeffizienz ist, hält die Steuereinheit 121 oder 221 den Typ elektromagnetischer Induktion als den Übertragungstyp aufrecht und wiederholt den Operationsschritt S510.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein Leistungsübertragungsverfahren in einem Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Bezugnehmend auf die 5, 7 und 16 legt bei Anfangsbedingungen die Steuereinheit 121 oder 221 ”k12” als einen Referenzkopplungskoeffizienten fest (Operationsschritt S610). Hierbei bezeichnet ”k12” einen Kopplungskoeffizienten der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2. In diesem Fall kann der Kopplungskoeffizient zwischen der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2 zum Beispiel mittels eines Abstands zwischen der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2 gesteuert werden, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Dann überträgt der Leistungswandler 122 oder 222 die Leistung zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang in einem Magnetresonanztyp (Operationsschritt S620). Zu diesem Zeitpunkt ist die Übertragungsresonanzspule L2 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung nicht kurzgeschlossen oder befindet sich nicht im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Daraufhin empfängt der Kommunikator 123 oder 223 einen Wert einer empfangenen Leistung, die von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang zu einer Referenzlast übertragen wird (Operationsschritt S630). Zu diesem Zeitpunkt kann die Last RL mit der Referenzlast in der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang festgelegt werden. Des Weiteren kann ein Wert einer Übertragungsleistung gemessen werden, die zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird. Ein Schaltkreis für die Messung einer zugeführten Leistung kann zum Beispiel den Wert der zugeführten Leistung messen, die eine Quellenspannung Vs einer Quellenspule L1 entsprechend dem Wert der Übertragungsleistung zuführt, die zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird.
Danach ermittelt eine Steuereinheit 121 oder 221 k23 gemäß dem Wert der empfangenen Leistung (Operationsschritt S640). Hierbei bezeichnet ”k23” den Kopplungskoeffizienten zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und einer Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang. In diesem Fall kann die Steuereinheit 121 oder 221 die Leistungsübertragungseffizienz berechnen und k23 bestimmen, welcher der Leistungsübertragungseffizienz entsprecht. Dazu kann eine Tabelle, in der k23 gemäß der Leistungsübertragungseffizienz oder eine Funktion mit k23 als ihrem Faktor aufgezeichnet ist, in der Steuereinheit 121 oder 221 gespeichert werden.
Dann legt die Steuereinheit 121 oder 221 einen Übertragungsparameter gemäß dem ermittelten k23 fest (Operationsschritt S650). Hierbei kann der Übertragungsparameter zum Beispiel einen Kopplungskoeffizienten k12 zwischen der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2, eine Resonanzfrequenz zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und einer Empfangsresonanzspule L3 sowie eine zugeführte Leistung der Quellenspannung Vs beinhalten. In diesem Fall kann der Kommunikator 123 oder 223 den festgelegten Übertragungsparameter zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen.
Daraufhin überträgt der Leistungswandler 122 oder 222 die Leistung in einem Magnetresonanztyp gemäß dem festgelegten Übertragungsparameter zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (Operationsschritt S660). In diesem Fall kann die Resonanzfrequenz zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule L3 in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang geändert werden.
Danach ändert die Steuereinheit 121 oder 221 die Resonanzfrequenz zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule L3 gemäß k23 und verfolgt die Änderung der Resonanzfrequenz (Operationsschritt S670). Bezugnehmend auf 17 kann mit einer Änderung des Abstands zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang die Resonanzfrequenz zwischen der Übertragungsresonanzspule L2 und der Empfangsresonanzspule L3, welche die maximale Leistungsübertragungseffizienz (PTE) erreicht, zu einem ersten Zeitpunkt eine Frequenz f0 sein oder kann zu einem zweiten Zeitpunkt in mehrere Frequenzen f1 und f2 geändert werden. Zu diesem Zeitpunkt verfolgt die Steuereinheit 121 oder 221 c1(f0–f1) oder c2(f2–f0) als die Variation der Resonanzfrequenz.
Dann ermittelt die Steuereinheit 121 oder 221, ob die Variation der Resonanzfrequenz größer als die Referenzvariation ist (Operationsschritt S680). In diesem Fall kann die Referenzvariation mittels einer Funktion ermittelt werden, die den Kopplungskoeffizienten zwischen der Quellenspule L1 und der Übertragungsresonanzspule L2 als ihren Faktor aufweist.
Wenn die Variation der Resonanzfrequenz größer als die Referenzvariation ist, schaltet die Steuereinheit 121 oder 221 daraufhin den Übertragungstyp von dem Magnetresonanztyp zu dem Typ elektromagnetischer Induktion um (Operationsschritt S690). In diesem Fall ist die Übertragungsresonanzspule L2 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung kurzgeschlossen oder befindet sich im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Wenn andererseits die Variation der Resonanzfrequenz kleiner als die Referenzvariation ist, hält die Steuereinheit 121 oder 221 den Magnetresonanztyp als den Übertragungstyp aufrecht und wiederholt den Operationsschritt S660.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Leistungsempfang beschrieben, das selektiv einen Typ elektromagnetischer Induktion und einen Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen verwendet.
18 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Leistungsempfang in dem Typ elektromagnetischer Induktion in einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Bezugnehmend auf 18 empfängt als erstes ein Leistungsaufnehmer 312 oder 412 eine Leistung in dem Typ elektromagnetischer Induktion von einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung (Operationsschritt S710). Zu diesem Zeitpunkt ist eine Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang kurzgeschlossen oder befindet sich im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Dann überträgt ein Kommunikator 313 oder 413 einen Wert einer empfangenen Leistung, die zu einer Last RL übertragen wird, zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (Operationsschritt S720). Ein Schaltkreis für die Messung einer empfangenen Leistung kann zum Beispiel den Wert der empfangenen Leistung messen, die eine Last RL von einer Lastspule L4 empfängt.
Daraufhin ermittelt der Kommunikator 313 oder 413, ob eine Information für ein Umschalten des Übertragungstyps von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfangen wird (Operationsschritt S730).
Wenn die Information für ein Umschalten des Übertragungstyps empfangen wird, schaltet eine Steuereinheit 311 oder 411 den Übertragungstyp von dem Typ elektromagnetischer Induktion zu dem Magnetresonanztyp um (Operationsschritt S740). Zu diesem Zeitpunkt ist die Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang nicht kurzgeschlossen oder befindet sich nicht im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Wenn andererseits die Information für ein Umschalten des Übertragungstyps nicht empfangen wird, wiederholt die Steuereinheit 311 oder 411 den Operationsschritt S710.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Leistungsempfang in einem Magnetresonanztyp in einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Bezugnehmend auf 19 legt eine Last 320 oder 420 die Last RL als eine Referenzlast fest (Operationsschritt S810). Die Last RL der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang kann in Abhängigkeit von den Operationen verschiedener Typen von Bestandteilselementen eines elektronischen Systems geändert werden, das die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhaltet, und in diesem Fall wird die Last mit einem gewünschten Wert (der vorgegeben sein kann oder nicht) der Referenzlast festgelegt.
Dann empfängt der Leistungsaufnehmer 312 oder 412 die Leistung in einem Magnetresonanztyp von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung (Operationsschritt S820). Zu diesem Zeitpunkt ist die Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang nicht kurzgeschlossen oder befindet sich nicht im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Daraufhin überträgt der Kommunikator 313 oder 413 den Wert der empfangenen Leistung, die zu der Referenzlast übertragen wird, zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang (Operationsschritt S830). Der Schaltkreis für die Messung einer empfangenen Leistung kann zum Beispiel den Wert der empfangenen Leistung messen, welche die Referenzlast von der Lastspule L4 empfängt.
Dann empfängt der Leistungsaufnehmer 312 oder 412 die Leistung in einem Magnetresonanztyp von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung (Operationsschritt S840). Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuereinheit 121 oder 221 der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung k23 bestimmen und einen Übertragungsparameter gemäß dem ermittelten k23 festlegen, um die Leistung zu übertragen. Wenn notwendig, kann der Kommunikator 313 oder 413 die Information für den festgelegten Übertragungsparameter von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfangen, und die Steuereinheit 311 oder 411 kann den Übertragungsparameter der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß der empfangenen Information festlegen.
Dann ermittelt der Kommunikator 313 oder 413, ob die Information für ein Umschalten des Übertragungstyps von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfangen wird (Operationsschritt S850).
Wenn die Information für ein Umschalten des Übertragungstyps empfangen wird, schaltet eine Steuereinheit 311 oder 411 den Übertragungstyp von dem Magnetresonanztyp zu dem Typ elektromagnetischer Induktion um (Operationsschritt S860). Zu diesem Zeitpunkt ist die Empfangsresonanzspule L3 der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang kurzgeschlossen oder befindet sich im Leerlauf, wie vorstehend gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
Wenn andererseits die Information für ein Umschalten des Übertragungstyps nicht empfangen wird, wiederholt die Steuereinheit 311 oder 411 den Operationsschritt S840.
20 ist ein Diagramm, das eine Leistungseffizienz eines Systems für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen erläutert. Bezugnehmend auf 20 wird die Leistungsübertragungseffizienz hoch, wenn der drahtlose Leistungsübertragungstyp der Typ elektromagnetischer Induktion ist und die Quellenspule der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und die Lastspule der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang eine gute Ausrichtung aufweisen. Wenn jedoch die Ausrichtung der Quellenspule und der Lastspule nicht gut ist oder wenn die Quellenspule und die Lastspule voneinander getrennt sind, wird die Leistungsübertragungseffizienz abrupt reduziert. In 20 bezeichnet P1 die Leistungsübertragungseffizienz bei dem Typ elektromagnetischer Induktion.
Der Magnetresonanztyp zeigt eine vergleichsweise höhere Leistungsübertragungseffizienz als der Typ elektromagnetischer Induktion, selbst wenn der Abstand zwischen der Übertragungsresonanzspule und der Empfangsresonanzspule groß ist. Wenn jedoch der Abstand zwischen der Übertragungsresonanzspule und der Empfangsresonanzspule klein ist, zeigt der Magnetresonanztyp eine vergleichsweise geringere Leistungsübertragungseffizienz als der Typ elektromagnetischer Induktion. In 20 bezeichnet P2 die Leistungsübertragungseffizienz des Magnetresonanztyps.
Gemäß den Vorrichtungen 1 bis 4 für drahtlose Leistungsübertragung und/oder den Vorrichtungen 5 bis 8 für drahtlosen Leistungsempfang wird die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion übertragen, wenn der Abstand zwischen der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang kleiner als der Referenzabstand dref ist und die Spulenausrichtung gut ist (I), während die Leistung in einem Magnetresonanztyp übertragen wird, wenn der Abstand zwischen der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang größer als der Referenzabstand dref ist oder die Spulenausrichtung nicht gut ist (II).
Im Folgenden wird ein elektronisches System beschrieben, das eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung und eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet.
21 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines elektronischen Systems schematisch darstellt, das eine Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet. Bezugnehmend auf 21 beinhaltet ein elektronisches System 9 eine Steuereinheit 930, eine Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung 910, einen Speicher 920, eine Vorrichtung 940 für Leistungsübertragung sowie einen Bus 950. Die Steuereinheit 930, die E/A-Vorrichtung 910, die Vorrichtung 940 für Leistungsübertragung und/oder der Speicher 920 sind durch den Bus 950 miteinander gekoppelt. Der Bus 950 entspricht Pfaden, über die Daten übertragen werden.
Die Steuereinheit 930 kann wenigstens einen von einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor, einem Mikrocontroller und logischen Elementen beinhalten, die ähnliche Funktionen ausführen können. Die E/A-Vorrichtung 910 kann eine Kleintastatur, eine Tastatur sowie eine Anzeigevorrichtung beinhalten. Der Speicher 920 kann Daten und/oder Befehle speichern. Die Vorrichtung 940 für Leistungsübertragung kann die Leistung nach außen übertragen. Wenngleich nicht dargestellt, kann das elektronische System 9 des Weiteren einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) mit hoher Geschwindigkeit und/oder einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM) als einen Betriebsspeicher zum Verbessern des Betriebs der Steuereinheit 930 beinhalten.
Die Vorrichtungen 1 bis 4 für drahtlose Leistungsübertragung können als ein Teil der Vorrichtung 940 für Leistungsübertragung bereitgestellt sein.
22 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines elektronischen Systems schematisch darstellt, das eine Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet. Bezugnehmend auf 22 beinhaltet ein elektronisches System 10 eine Steuereinheit 1040, eine Eingabe-/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung 1010, einen Speicher 1020, eine Schnittstelle 1030, eine Leistungsversorgungsvorrichtung 1050, eine Vorrichtung 1060 für Leistungsempfang sowie einen Bus 1070. Die Steuereinheit 1040, die E/A-Vorrichtung 1010, der Speicher 1020, die Schnittstelle 1030 und/oder die Leistungsversorgungsvorrichtung 1050 sind durch den Bus 1070 miteinander gekoppelt. Der Bus 1070 entspricht Pfaden, über die Daten übertragen werden.
Die Steuereinheit 1040 kann wenigstens einen von einem Mikroprozessor, einem digitalen Signalprozessor, einem Mikrocontroller und logischen Elementen beinhalten, die ähnliche Funktionen ausführen können. Die E/A-Vorrichtung 1010 kann eine Kleintastatur, eine Tastatur sowie eine Anzeigevorrichtung beinhalten. Der Speicher 1020 kann Daten und/oder Befehle speichern. Die Schnittstelle 1030 kann derart funktionieren, dass sie Daten zu einem Datenübertragungsnetzwerk überträgt oder Daten von dem Datenübertragungsnetzwerk empfängt. Die Schnittstelle 1030 kann von einem verdrahteten oder von einem drahtlosen Typ sein. Die Schnittstelle 1030 kann zum Beispiel eine Antenne oder einen verdrahteten/drahtlosen Sendeempfänger beinhalten. Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1050 kann die Leistung der Steuereinheit 1040, der E/A-Vorrichtung 1010, dem Speicher 1020 und der Schnittstelle 1030 zuführen. Die Leistungsversorgungsvorrichtung 1050 kann zum Beispiel eine Batterie beinhalten. Die Vorrichtung 1060 für Leistungsempfang kann die drahtlose Leistung von außen empfangen und die drahtlose Leistung zu der Leistungsversorgungsvorrichtung 1050 übertragen. Wenngleich nicht dargestellt, kann das elektronische System 10 des Weiteren einen DRAM mit hoher Geschwindigkeit und/oder einen SRAM als einen Betriebsspeicher zum Verbessern des Betriebs der Steuereinheit 1040 beinhalten.
Die Vorrichtungen 5 bis 8 für drahtlosen Leistungsempfang können als ein Teil der Vorrichtung 1060 für Leistungsempfang bereitgestellt sein.
Das elektronische System 10 kann auf einen PDA (Personal Digital Assistant), einen tragbaren Computer, ein Webtablet, ein schnurloses Telefon, ein Mobiltelefon, ein digitales Musikabspielgerät, eine Speicherkarte oder sämtliche elektronischen Geräte angewendet werden, die Informationen in drahtlosen Umgebungen übertragen und/oder empfangen können.
23 ist ein Blockdiagramm, das ein System für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erläutert. Bezugnehmend auf 23 beinhaltet ein System 11 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform eine Vorrichtung 1110 für drahtlose Leistungsübertragung und eine Vorrichtung 1120 für drahtlosen Leistungsempfang.
Die Vorrichtung 1110 für drahtlose Leistungsübertragung kann mit Bestandteilselementen der Vorrichtungen für drahtlose Leistungsübertragung der 1 bis 4 bereitgestellt sein. Des Weiteren kann die Vorrichtung 1110 für drahtlose Leistungsübertragung mit einer Quellenspannung, einer Quellenspule sowie einem parasitären Widerstand und einer parasitären Kapazität der Quellenspule bereitgestellt sein.
Die Vorrichtung 1120 für drahtlosen Leistungsempfang kann mit Bestandteilselementen der Vorrichtungen für drahtlosen Leistungsempfang der 8 bis 11 bereitgestellt sein. Des Weiteren kann die Vorrichtung 1120 für drahtlosen Leistungsempfang mit einer Last, einer Lastspule sowie einem parasitären Widerstand und einer parasitären Kapazität der Lastspule bereitgestellt sein.
Das System 11 für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein System mit drei Spulen oder ein System mit vier Spulen beinhalten. Exemplarisch kann das System mit drei Spulen ein System sein, bei dem eine von einer Übertragungsresonanzspule und einer Empfangsresonanzspule existiert und lediglich eine von einer Vorrichtung 1110 für drahtlose Leistungsübertragung und einer Vorrichtung 1120 für drahtlosen Leistungsempfang die Betriebsart umschalten kann. Exemplarisch kann das System mit vier Spulen ein System sein, bei dem sowohl die Übertragungsresonanzspule als auch die Empfangsresonanzspule existieren und sowohl die Vorrichtung 1110 für drahtlose Leistungsübertragung als auch die Vorrichtung 1120 für drahtlosen Leistungsempfang die Betriebsart umschalten kann.
24 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Übertragung und einen Empfang einer Leistung durch ein System für drahtlose Leistungsübertragung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erläutert. In einem System für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform kann eine Vorrichtung 1210 für drahtlose Leistungsübertragung Leistung in einer kontaktlosen Weise zu einer Vorrichtung 1220 für drahtlosen Leistungsempfang übertragen. Als die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang bezeichnet das Bezugszeichen ”1120” ein Mobiltelefon. Die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann auf einen Tabletpersonalcomputer (PC) und einen Notebookcomputer angewendet werden. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang in dem System für drahtlose Leistungsübertragung gemäß dieser Ausführungsform auf weitere, nicht veranschaulichte Vorrichtungen mit integrierten Schaltkreisen angewendet werden kann.
Wenngleich beispielhafte Ausführungsformen genauer gezeigt und beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen in Form und Details darin ohne Abweichen von Inhalt und Umfang der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, wie durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung mit – einer Quellenspule (L1); und – einer Resonanzspule (L2), die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist; – wobei die Quellenspule während eines ersten Intervalls Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung überträgt und – wobei die Quellenspule die Leistung während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Resonanzspule überträgt und die Resonanzspule die von der Quellenspule empfangene Leistung in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung überträgt.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung mit – einer Quellenspule (L1), die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion überträgt; – einer Resonanzspule (L2), die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist und die Leistung in einem Magnetresonanztyp überträgt; und – einem Schalter (S1), der parallel zu der Resonanzspule geschaltet ist; – wobei sich der Schalter während eines ersten Intervalls in einem EIN-Zustand befindet und die Resonanzspule die Leistung von der Quellenspule nicht empfängt und – wobei sich der Schalter während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem AUS-Zustand befindet und die Resonanzspule die Leistung von der Quellenspule empfängt.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung mit – einer Quellenspule (L1), die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion überträgt; – einer Resonanzspule (L2), die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist, um die Leistung in einem Magnetresonanztyp zu übertragen; und – einem Schalter (S2), der in Serie mit der Resonanzspule geschaltet ist; – wobei sich der Schalter während eines ersten Intervalls in einem AUS-Zustand befindet und die Resonanzspule die Leistung von der Quellenspule nicht empfängt und – wobei sich der Schalter während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem EIN-Zustand befindet und die Resonanzspule die Leistung von der Quellenspule empfängt.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Quellenspule die Leistung während des ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung überträgt und wobei die Resonanzspule die von der Quellenspule empfangene Leistung während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Magnetresonanztyp in den Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung überträgt.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, wobei die Resonanzspule während des ersten Intervalls kurzgeschlossen ist und wobei die Resonanzspule während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, nicht kurzgeschlossen ist.
Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, wobei sich die Resonanzspule während des ersten Intervalls im Leerlauf befindet und wobei sich die Resonanzspule während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, nicht im Leerlauf befindet.
Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang mit – einer Lastspule (L4); und – einer Resonanzspule (L3), die induktiv mit der Lastspule gekoppelt ist; – wobei die Lastspule während eines ersten Intervalls Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von einem Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfängt und – wobei während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, die Resonanzspule die Leistung in einem Magnetresonanztyp von dem Außenraum der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung empfängt und die Lastspule die Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion von der Resonanzspule empfängt.
Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang nach Anspruch 7, – wobei die Resonanzspule während des ersten Intervalls kurzgeschlossen ist und wobei die Resonanzspule während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, nicht kurzgeschlossen ist oder – wobei sich die Resonanzspule während des ersten Intervalls im Leerlauf befindet und wobei sich die Resonanzspule während des zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, nicht im Leerlauf befindet.
System für drahtlose Leistungsübertragung mit – einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung, die Leistung überträgt; und – einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang, die eine Lastspule beinhaltet, um die Leistung von der Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung zu empfangen; – wobei die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine solche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung, das umfasst: – Übertragen von Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang unter Verwendung eine Quellenspule; und – Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang unter Verwendung einer Übertragungsresonanzspule, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 10, – wobei das Übertragen der Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion beinhaltet, dass die Übertragungsresonanzspule kurzgeschlossen wird, und wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp beinhaltet, dass die Übertragungsresonanzspule nicht kurzgeschlossen wird, oder – wobei das Übertragen der Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion beinhaltet, dass die Übertragungsresonanzspule in den Leerlauf versetzt wird, und wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp beinhaltet, dass die Übertragungsresonanzspule nicht in den Leerlauf versetzt wird.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Übertragen der Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion ein Empfangen eines Werts einer empfangenen Leistung, die eine Last der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang empfängt, von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhaltet.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 12, wobei das Übertragen der Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion des Weiteren ein Messen eines Werts einer Übertragungsleistung beinhaltet, die zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang übertragen wird.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 13, wobei das Übertragen der Leistung in einem Typ elektromagnetischer Induktion des Weiteren ein Umschalten eines Leistungsübertragungstyps zu dem Magnetresonanztyp beinhaltet, wenn eine Leistungsübertragungseffizienz gemäß dem Wert der Übertragungsleistung und dem Wert der empfangenen Leistung kleiner als eine Referenzeffizienz ist.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp ein Ändern einer Resonanzfrequenz der Übertragungsresonanzspule und einer Empfangsresonanzspule gemäß einem Kopplungskoeffizienten der Übertragungsresonanzspule und der Empfangsresonanzspule der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhaltet.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 15, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp des Weiteren ein Verfolgen der Änderung der Resonanzfrequenz der Übertragungsresonanzspule und der Empfangsresonanzspule beinhaltet.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 16, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp des Weiteren ein Umschalten eines Leistungsübertragungstyps zu dem Typ elektromagnetischer Induktion beinhaltet, wenn eine Variation der Resonanzfrequenz der Übertragungsresonanzspule größer als eine Referenzvariation ist.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp ein Festlegen eines Kopplungskoeffizienten der Quellenspule und der Übertragungsresonanzspule auf einen Referenzkopplungskoeffizienten bei Anfangsbedingungen beinhaltet.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 18, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp des Weiteren ein Empfangen eines Werts einer empfangenen Leistung, die eine Referenzlast der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang empfängt, von der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang beinhaltet.
Verfahren zur drahtlosen Leistungsübertragung nach Anspruch 19, wobei das Übertragen der Leistung in einem Magnetresonanztyp des Weiteren ein Bestimmen eines Kopplungskoeffizienten der Übertragungsresonanzspule und einer Empfangsresonanzspule der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang gemäß dem Wert der empfangenen Leistung beinhaltet.
Drahtloses Leistungssystem mit – einer Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung; und – einer Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang; – wobei die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung so konfiguriert ist, dass sie Leistung während eines ersten Intervalls in einem Typ elektromagnetischer Induktion zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang überträgt und – wobei die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung des Weiteren so konfiguriert ist, dass sie Leistung während eines zweiten Intervalls, das sich von dem ersten Intervall unterscheidet, in einem Magnetresonanztyp zu der Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang überträgt.
Drahtloses Leistungssystem nach Anspruch 21, – wobei die Vorrichtung für drahtlose Leistungsübertragung eine Quellenspule und eine erste Resonanzspule beinhaltet, die induktiv mit der Quellenspule gekoppelt ist, und/oder – wobei die Vorrichtung für drahtlosen Leistungsempfang eine Lastspule und eine zweite Resonanzspule beinhaltet, die induktiv mit der Lastspule gekoppelt ist.
Drahtloses Leistungssystem nach Anspruch 22, – das des Weiteren einen ersten Schalter parallel zu der ersten Resonanzspule beinhaltet, wobei der erste Schalter so konfiguriert ist, dass er selektiv die erste Resonanzspule kurzschließt, und/oder – das des Weiteren einen zweiten Schalter in Serie mit der ersten Resonanzspule beinhaltet, wobei der zweite Schalter so konfiguriert ist, das er selektiv die erste Resonanzspule in den Leerlauf versetzt.