TW201941518A - 多單元感應式無線電力傳送系統 - Google Patents

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莎拉 洛倫妮 馬寇維克
馬克 Ｓ 藍傑利特
麥克 Ｆ 珍妮克
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Abstract

一種多單元感應式無線電力傳送系統包含多個發射元件。各該發射元件包含一或多個發射繞組及一或多個發射磁芯。該多單元感應式無線電力傳送系統亦包含多個接收元件。該等發射元件藉由一氣隙與該等接收元件分隔開。各該接收元件包含一或多個接收繞組及一或多個接收磁芯。

Description

多單元感應式無線電力傳送系統
本發明係關於電力傳送系統，且更具體而言係關於無線電力傳送系統。
感應耦合式電力傳送（inductively-coupled power transfer）在軍事及商業應用中受到認可。例如，正在發展的海下系統用於包含資料通訊網路、物體感測與偵測系統及載具中心系統（vehicle hub system）在內之多種軍事及商業應用。為達成此等廣泛的應用，傳統之感應耦合式電力傳送裝置旨在採用一簡單且穩健之電力介面來便利於實際能量傳送。
根據一非限制性實施例，一種多單元感應式無線電力傳送系統包含多個發射元件。各該發射元件包含一或多個發射繞組及一或多個發射磁芯。該多單元感應式無線電力傳送系統亦包含多個接收元件。該等發射元件藉由一氣隙與該等接收元件分隔開。各該接收元件包含一或多個接收繞組及一或多個接收磁芯。
根據另一非限制性實施例，一種電力轉換器系統包含一多單元感應式無線電力傳送系統，該多單元感應式無線電力傳送系統包含複數個發射元件、複數個接收元件、一發射電力轉換電路及一接收電力轉換電路。各該發射元件包含至少一個發射繞組及至少一個發射磁芯。各該接收元件包含至少一個接收繞組及至少一個接收磁芯。該發射電力轉換電路用以將一輸入電力訊號轉換成一發射電力訊號，以驅動該等發射元件。該接收電力轉換電路用以將在該等接收元件處接收之一所傳送電力訊號轉換成一輸出電力訊號，以驅動一電負載。
根據又一非限制性實施例，一種電力充電系統包含一充電站，該充電站能夠對與該充電站獨立地移動之一載具充電。該充電站包含複數個發射元件。各該發射元件包含至少一個發射繞組及至少一個發射磁芯。該載具包含複數個接收元件。各該接收元件包含至少一個接收繞組及至少一個接收磁芯。
根據再一非限制性實施例，提供一種控制一電力充電系統之方法。該方法包含藉由安裝於一充電站中之複數個發射元件中之至少一個發射元件來產生一磁場。該磁場係因應於對鄰近該至少一個發射元件中所包含之至少一個發射磁芯而配置之至少一個發射繞組供能而產生。該方法更包含將包含複數個接收元件中之至少一個接收元件之一載具靠近該磁場定位。該磁場對鄰近該至少一個接收元件中所包含之至少一個接收磁芯而配置之至少一個接收繞組供能。該方法更包含因應於對該至少一個接收元件供能而產生一輸出電力，並基於該輸出電力而對該載具之一電池充電。
藉由本發明之技術，會達成附加特徵及優點。在本文中詳細闡述本發明之其他實施例及態樣，且該等其他實施例及態樣被視為所主張發明之一部分。為更好地理解本發明之優點及特徵，參照說明及附圖。
已開發出便利於在一單個發射線圈與一單個接收線圈之間進行感應耦合式能量傳送之單單元電力傳送系統100（參見第1A圖至第1B圖）。此等單單元電力傳送系統100包含一單個發射（transmitting；XMT）元件102及一單個接收（receiving；RCV）元件104，該單個發射元件102及該單個接收元件104共同輸出一單相電力訊號10。發射元件102含有一發射線圈106及一發射磁芯108。接收元件104含有一接收線圈110及一接收磁芯112。發射元件102及接收元件104彼此分隔開一距離（d ），但可在彼此之間感應式地傳送能量。使用由一單相訊號驅動之單個單元會產生一強烈波動之輸入電力及輸出電力以及過多之雜散磁場116，進而導致低效之能量傳送（參見第2圖）。
本文中所述之各種非限制性實施例提供一種能夠在減少雜散磁場量之同時改良發射元件與接收元件間之電力傳送效率之多單元感應式無線電力傳送系統。如此一來，提供了一種與單單元電力傳送系統相較具有減少的量的能量傳送組件之感應式無線電力傳送系統。
現在轉至第3A圖及第3B圖，例示根據一非限制性實施例之一多單元單線圈感應式無線電力傳送系統300。多單元單線圈感應式無線電力傳送系統300包含一第一發射元件302a、一第二發射元件302b、一第一接收元件304a及一第二接收元件304b。第一發射元件302a及第二發射元件302b藉由一氣隙與第一接收元件304a及第二接收元件304b分隔開，該氣隙界定一分隔距離（d）。舉例而言，直徑為約60毫米（mm）至80毫米之發射元件302a及302b與直徑為約40毫米至60毫米之接收元件304a及304b間之距離（d）分別可例如介於約10毫米（mm）至約20毫米之範圍內。藉由提供多個發射元件302a及302b以及多個接收元件304a及304b，多單元感應式無線電力傳送系統300可輸出一多相（例如，二相）電力訊號305，而非一單相輸出電力訊號（參見第2圖）。
第一發射元件302a包含一第一發射繞組306a及一第一發射磁芯308a。第二發射元件302b包含一第二發射繞組306b及一第二發射磁芯308b。在至少一個實施例中，第一發射繞組306a相對於第一發射磁芯308a垂直配置（例如，堆疊），且第一發射繞組306a形成於一第一絕緣層320a（參見第3B圖）上。一氣隙可將第一發射繞組306a與第一發射磁芯308a分隔開一距離（d ）。類似地，第二發射繞組306b相對於第二發射磁芯308b垂直配置（例如，堆疊）。第二發射繞組306b形成於一第二絕緣層320b（參見第3B圖）上，且一氣隙可將第二發射繞組306b與第二發射磁芯308b分隔開一距離（d ）。
第一接收元件304a包含一第一接收繞組310a及一第一接收磁芯312a。第二接收元件304b包含一第二接收繞組310b及一第二接收磁芯312b。在至少一個實施例中，第一接收繞組310a相對於第一接收磁芯312a垂直配置（例如，堆疊）。第一接收繞組310a形成於一絕緣層322a（參見第3B圖）上，且一氣隙可將第一接收繞組310a與第一接收磁芯312a分隔開。類似地，第二接收繞組310b相對於第二接收磁芯312b垂直配置（例如，堆疊）。第二接收繞組310b形成於一第二絕緣層322b（參見第3B圖）上，且一氣隙可將第二接收繞組310b與第二接收磁芯312b分隔開。
發射磁芯308a及308b以及接收磁芯312a及312b可由各種磁性材料（例如一鎳-鋅鐵氧體材料、一錳-鋅鐵氧體材料或適合於一給定應用之一替代材料）形成。繞組306a及306b以及310a及310b可各自由一導電材料構成。在至少一個實施例中，發射繞組306a及306b以及接收繞組310a及310b具有一螺旋形狀，且分別被形成為直接位於各自之一絕緣層320a、320b、322a及322b上之一導電跡線。
實施多個單元（N）（即，多個發射元件302a及302b以及多個接收元件304a及304b）容許磁場400之交疊，藉此減少發射元件302a及302b與接收元件304a及304b間之電力波動（參見第4圖）。另外，雜散磁場402之量減少，藉此改良多單元感應式無線電力傳送系統300之能量發射效率。
雖然以上所述之多單元感應式無線電力傳送系統300被例示為在每一單獨之元件302a、302b、304a、304b中分別具有一單個繞組306a、306b、310a、310b，然而本發明並非僅限於此。轉至第5A圖及第5B圖，例如，其係為根據一非限制性實施例之一多單元雙線圈感應式無線電力傳送系統500。一第一發射元件302a包含複數個發射繞組306a及307a以及一或多個發射磁芯308a。一第二發射元件302b亦包含複數個發射繞組306b及307b以及一或多個發射磁芯308b。次級元件304a及304b係以一類似之方式被結構化。例如，一第一接收元件304a包含複數個接收繞組310a及311a以及一或多個發射磁芯312a。一第二接收元件304b亦包含複數個接收繞組310b及311b以及一或多個發射磁芯312b。雖然發射元件302a及302b以及接收元件304a及304b被例示為包含二個繞組，然而元件302a、302b、304a及304b可含有附加繞組（3個、5個、7個等）。發射元件302a及302b以及接收元件304a及304b其中之每一者亦可包含多個磁芯308a、308b、312a及312b。
雖然圖中未例示，然而一給定發射繞組306a至306b及307a至307b可相對於一單獨之發射磁芯而垂直配置。因此，一給定發射元件302a及302b中所包含之發射磁芯之數目與該給定發射元件302a及302b中所包含之發射繞組之數目匹配。類似地，一給定接收繞組310a至310b及311a至311b可相對於一單獨之接收磁芯而垂直配置。因此，一給定接收元件304a及304b中所包含之接收磁芯之數目與該給定接收元件304a及304b中所包含之接收繞組之數目匹配。
現在轉至第6圖，例示根據一非限制性實施例用以利用一多單元感應式無線電力傳送系統300而運行之一電力轉換器系統600。多單元感應式無線電力傳送系統300包含複數個發射元件302a及302b以及複數個接收元件304a及304b。各該發射元件302a及302b包含至少一個發射繞組306a及306b以及至少一個發射磁芯308a及308b。類似地，各該接收元件304a及304b包含至少一個接收繞組310a及310b以及至少一個接收磁芯312a及312b。在一或多個實施例中，發射元件302a及302b彼此串聯連接，而接收元件304a及304b彼此並聯連接。然而，應瞭解，在不背離本發明之範圍之條件下，發射元件302a及302b以及接收元件304a及304b可以其他配置而被連接。
電力轉換器系統600更包含一發射電力轉換電路602及一接收電力轉換器電路604。發射電力轉換電路602用以將一輸入直流（DC）電力訊號（VIN ）轉換成一發射交流（AC）電力訊號，該發射交流（AC）電力訊號驅動該等發射元件302a及302b以產生一磁場400。磁場400之能量跨越一氣隙傳送至接收元件304a及304b，其中該能量用於產生一電力訊號。
仍參照第6圖，發射電力轉換電路602被構造為一直流至交流（direct current-to-alternating current，DC-AC）轉換器，其具有連接至一直流原電源（DC prime power source）以接收輸入電力訊號（VIN ）之一輸入以及連接至發射元件302a及302b之一輸出。在至少一個實施例中，發射電力轉換電路602包含複數個開關Q1、Q2、Q3及Q4，該等開關Q1、Q2、Q3及Q4以一橋式配置而連接以形成一雙向雙主動橋（dual active bridge；DAB）電路之一第一橋606。開關Q1、Q2、Q3及Q4可使用各種切換裝置來實施，包含但不限於雙極電晶體、絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar transistor；IGBT）、二極體、繼電器、及P型或N型金屬氧化物半導體場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；MOSFET）。在一或多個實施例中，雙向雙主動橋電路606亦包含一共振電路608，共振電路608包含串聯連接之一電容器（CR1 ）及一感應器（LR ）。共振電路608可連接於該等開關（Q1至Q4）中之一對開關（例如，Q1及Q2）與該等發射元件（例如，306a及306b）中之一發射元件（例如，306a）之間。
接收電力轉換電路604用以將由該等接收元件304a及304b產生之所傳送電力訊號轉換成一輸出直流電力訊號（VOUT ），以驅動一電負載。接收電力轉換電路604被構造為一交流至直流轉換器，其具有連接至接收元件304a及304b以接收所傳送電力訊號之一輸入以及用以將直流輸出電力訊號（VOUT ）遞送至負載之一輸出。在至少一個實施例中，接收電力轉換電路604包含第二複數個開關Q5、Q6、Q7及Q8，該第二複數個開關Q5、Q6、Q7及Q8以一橋式配置而連接以形成雙向雙主動橋電路之一第二橋610。該第二複數個開關Q5、Q6、Q7及Q8可使用各種切換裝置來實施，包含但不限於雙極電晶體、絕緣閘雙極電晶體（IGBT）、二極體、繼電器、及P型或N型金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）。在至少一個實施例中，第二雙主動橋電路610包含一電容器（CR2 ），電容器（CR2 ）連接於接收元件304a及304b與該第二複數個開關（Q5至Q8）中之一對開關（例如，Q5及Q6）之間。
在一或多個實施例中，電力轉換器系統600更包含用以控制發射電力轉換電路602及接收電力轉換器電路604之一或多個電子硬體控制器612。在至少一個實施例中，控制器612可藉由經相移訊號來驅動單獨之元件302a至302b及304a至304b。訊號之相移角（phase shift angle）可被定義為φ =2πN ，其中「N 」係為由控制器612控制之發射元件302n及/或接收元件304n之數目。控制器612亦可針對用於驅動開關Q1至Q4及Q5至Q8之時脈切換頻率來主動調整發射元件302a及302b及/或接收元件304a及304b之相位，俾使發射電力轉換電路602及接收電力轉換器電路604各自以相同之相位運行。
控制器612亦可經由一回饋發射資料鏈路614獲得關於發射電力轉換電路602之回饋資訊。該回饋資訊可包含但不限於開關Q1至Q4之切換頻率、輸入電力（VIN ）、由發射電力轉換電路602產生之輸出電流、以及被遞送至發射元件302a及302b之經轉換電力訊號。基於回饋資料614，控制器612可產生一或多個控制訊號616來驅動開關Q1至Q4其中之一或多者。在至少一個實施例中，控制訊號616可係為一相移調變訊號，其主動調整開關Q1至Q4之切換時間。
類似地，控制器612可經由一回饋接收資料鏈路618獲得關於接收電力轉換電路604之回饋資訊。該回饋資訊可包含但不限於開關Q5至Q8之切換頻率、輸出電力（VOUT ）、由接收電力轉換電路604產生之輸出電流、以及由接收元件304a及304b產生之所傳送電力訊號。基於回饋資料618，控制器612可產生一或多個控制訊號620來驅動開關Q5至Q8其中之一或多者。在至少一個實施例中，控制訊號620可係為一相移調變訊號，其主動調整開關Q5至Q8之切換時間。
現在轉至第7A圖及第7B圖，例示根據一非限制性實施例實施一多單元感應式無線電力傳送系統之一電力充電系統700。電力充電系統700包含用以將能量傳送至一載具704之一充電站702。如此一來，可對與充電站702獨立且分開地移動之一載具704充電，以維持運行電力。載具704可包含一載人式載具或一非載人式載具（UV）。非載人式載具可包含但不限於非載人式航空載具（unmanned aerial vehicle；UAV）、非載人式水下載具（unmanned underwater vehicle；UUV）、或者其他類型之非載人式載具或無人機。在任何配置中，載具包含一可再充電電池（例如，一電負載），該可再充電電池因應於接收到由電力充電系統700產生之一輸出電力而被充電（即，被供能）。
充電站702包含複數個發射元件302及一電子硬體發射控制器706。各該發射元件302包含一或多個發射繞組306a及306b以及一或多個發射磁芯308。雖然圖中未例示，然而充電站702可包含一電力轉換器系統、或電力轉換器系統之一部分，例如，發射電力轉換電路，如本文中所述（參見第6圖）。因此，發射控制器706可針對用於驅動安裝於充電站702中之發射電力轉換電路之開關Q1至Q4之時脈切換頻率來設定相位。因此，充電站702可因應於對鄰近一發射元件中所包含（例如，發射電力轉換電路中所包含）之至少一個發射磁芯而配置之一或多個發射繞組供能而產生一磁場。
充電站702更包含用以接納載具704之一塢站（dock）708。在至少一個實施例中，塢站708被構造為一腔708，腔708之大小被設定成在其中接納載具704。如此一來，載具708可被操縱以移動至該腔中，藉此對接（例如，機械耦合）至充電站702（參見第7B圖）。一旦對接（docked），載具704可因應於接收到自充電站702無線傳送之電力而被再充電。雖然塢站708被闡述為形成於充電站702中之一腔，然而應瞭解，在不背離本發明之範圍之條件下，其他設計亦能夠將載具704與充電站702緊密靠近地機械耦合，以便利於進行無線電力傳送。
載具704包含複數個接收元件304及一接收控制器710。各該接收元件304包含一或多個接收繞組310a及310b以及一或多個磁芯312。雖然圖中未例示，然而載具704可包含一電力轉換器系統或電力轉換器系統之一部分，例如，接收電力轉換器電路，如本文中所述（參見第6圖）。接收電力轉換器電路可電性連接至安裝於載具704上之可再充電電池。因此，接收控制器710可針對用於驅動安裝於載具704中之接收電力轉換器電路之開關Q5至Q8之時脈切換頻率來設定相位。由接收電力轉換器電路產生之輸出電力然後被遞送至電池，俾使電池被再充電。
雖然發射元件302及接收元件304被例示為分別包含二個繞組306a至306b及310a至310b，然而應瞭解，各該元件302及304中可包含更多繞組。轉至圖8，舉例而言，發射元件302及接收元件304可分別各自包含三個繞組306a至306c及310a至310c。附加繞組可提供冗餘性並改良整體系統700之容錯性（fault-tolerance）。
在一較佳情景中，載具704將與充電站702對接，俾使接收元件304與發射元件302對準，且接收元件304（即，接收線圈310）之相位與發射元件302（即，發射線圈306）之相位匹配。然而，在機械對準並不使電訊號匹配時之某些情景中，可將被指派一給定接收相位（RCVN ）之一或多個接收元件304與被指派一給定發射相位（XMTN-L ）之一相應發射元件302對準。如第9A圖中所示，一第一發射元件302a被設定成一第一相位（例如，相位1），而一緊密靠近之第一接收元件304a最初被設定成一不同之相位（例如，相位5）。類似地，一第二發射元件302b被設定成一第二相位（例如，相位5），而一緊密靠近之第二接收元件304b最初被設定成一不同之相位（例如，相位1）。
轉至第9B圖，發射控制器706及接收控制器710可彼此通訊，以確定各該接收元件304之相位並判斷一給定接收元件304n之相位（RCVN ）是否與一給定發射元件302n之相位（XMTN ）匹配。當一或多個接收元件（例如，304a及304b）之相位與其相應之發射元件（例如，302a及302b）之相位不匹配時，發射控制器706及/或接收控制器710可調整各單元之相位。如此一來，可主動調整元件302及/或304之相位，俾使其彼此同相（即，相位匹配），如第9B圖中所示。舉例而言，接收元件304a可自相位5被重新配置成相位1，以與發射元件302a之相位匹配。類似地，接收元件304b可自相位1被重新配置成相位5，以與發射元件302b之相位匹配。因此，與其中發射元件之相位與接收元件之相位失配之一系統相較，輸出電力品質及充電效率可得以最佳化或改良。
發射控制器706及接收控制器710亦可彼此通訊，以判斷充電系統700是否損失一相位（例如，一線圈出故障）。第10A圖例如例示在一五相系統中所包含之一個相位損失（例如，一線圈出現故障）之後由一多單元感應式無線電力傳送系統產生之輸出電力。一相位之損失導致形成總輸出電力訊號之一不平衡相位，此引起低頻漣波（ripple）之增加、增加組件中之應力且降低電力傳送效率。漣波之增加亦可能阻止系統滿足電力品質要求及額定值。
當確定損失一相位（例如，一線圈出故障）時，發射控制器706及接收控制器710可識別損失之相位（即，出故障之線圈）且將剩餘之相位重新指派給一新的同步頻率，以恢復總輸出電力訊號之相位平衡。如此一來，以一較低相位恢復了相位平衡，此減少先前之漣波，如第10B圖中所示。發射控制器706及接收控制器710亦可啟用冗餘之單元或線圈，以替換所識別之出故障之單元或線圈。
如本文中所述，各種非限制性實施例提供一種能夠在減少雜散磁場量之同時減少發射元件與接收元件間之電力波動之多單元感應式無線電力傳送系統。可利用一電力轉換器系統來實施該多單元感應式無線電力傳送系統，該電力轉換器系統能夠主動調整用於驅動發射元件及/或接收元件之開關之相位及切換頻率。如此一來，提供了一種與單單元電力傳送系統相較具有改良之能量傳送效率之感應式無線電力傳送系統。
以下申請專利範圍中所有構件或步驟加功能元件之對應結構、材料、動作及等效內容皆旨在包含結合所具體主張之其他所主張元件來執行功能之任何結構、材料或動作。對本發明之說明係為進行例示及闡述而呈現，而非旨在係為詳盡的或將本發明限於所揭露之形式。此項技術中具有通常知識者將明瞭諸多潤飾及變化形式，此並不背離本發明之範圍及精神。選擇及闡述該等實施例係為了最佳地解釋本發明之原理及實際應用，並使此項技術中其他具有通常知識者能夠針對各種實施例來理解本發明，該等實施例具有適合於所設想的特定用途之各種潤飾。
儘管已闡述了本發明之較佳實施例，然而將理解，熟習此項技術者在現在及將來皆可作出屬於以下申請專利範圍之範疇內之各種改良及增強形式。此申請專利範圍應被理解為維持對首先闡述之發明之恰當保護。
100‧‧‧單單元電力傳送系統
102‧‧‧發射（XMT）元件
104‧‧‧接收（RCV）元件
105‧‧‧單相電力訊號
106‧‧‧發射線圈
108‧‧‧發射磁芯
110‧‧‧接收線圈
112‧‧‧接收磁芯
116‧‧‧雜散磁場
300‧‧‧多單元單線圈感應式無線電力傳送系統
302‧‧‧發射元件
302a‧‧‧第一發射元件
302b‧‧‧第二發射元件
304‧‧‧接收元件
304a‧‧‧第一接收元件
304b‧‧‧第二接收元件
305‧‧‧多相電力訊號
306a‧‧‧第一發射繞組
306b‧‧‧第二發射繞組
306c‧‧‧繞組
307a‧‧‧發射繞組
307b‧‧‧發射繞組
308‧‧‧發射磁芯
308a‧‧‧第一發射磁芯
308b‧‧‧第二發射磁芯
310a‧‧‧第一接收繞組
310b‧‧‧第二接收繞組
310c‧‧‧繞組
311a‧‧‧接收繞組
311b‧‧‧接收繞組
312‧‧‧磁芯
312a‧‧‧第一接收磁芯
312b‧‧‧第二接收磁芯
320a‧‧‧第一絕緣層
320b‧‧‧第二絕緣層
322a‧‧‧絕緣層
322b‧‧‧第二絕緣層
400‧‧‧磁場
402‧‧‧雜散磁場
500‧‧‧多單元雙線圈感應式無線電力傳送系統
600‧‧‧電力轉換器系統
602‧‧‧發射電力轉換電路
604‧‧‧接收電力轉換電路
606‧‧‧第一橋
608‧‧‧共振電路
610‧‧‧第二橋
612‧‧‧電子硬體控制器
614‧‧‧回饋發射資料鏈路
616‧‧‧控制訊號
618‧‧‧回饋接收資料鏈路
620‧‧‧控制訊號
700‧‧‧電力充電系統
702‧‧‧充電站
704‧‧‧載具
706‧‧‧電子硬體發射控制器
708‧‧‧塢站
710‧‧‧接收控制器
Cr1‧‧‧電容器
Cr2‧‧‧電容器
d‧‧‧分隔距離/距離
LR‧‧‧感應器
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8‧‧‧
VIN‧‧‧輸入直流（DC）電力訊號
VOUT‧‧‧輸出直流電力訊號
為更完整地理解本發明，現在參照以下簡單說明並結合附圖及詳細說明進行閱讀，其中相同參考編號表示相同部件：
第1A圖及第1B圖例示一單單元單線圈感應式無線電力傳送系統（single-cell, single-coil inductive wireless power transfer system）；
第2圖例示在一單單元單線圈感應式無線電力傳送系統中出現之磁耦合及雜散磁場（stray magnetic field）；
第3A圖及第3B圖例示根據一非限制性實施例之一多單元單線圈感應式無線電力傳送系統；
第4圖例示根據一非限制性實施例由一多單元單線圈感應式無線電力傳送系統引起的磁耦合增加及雜散磁場減少；
第5A圖及第5B圖例示根據一非限制性實施例之一多單元雙線圈感應式無線電力傳送系統；
第6圖例示根據一非限制性實施例用以驅動一多單元感應式無線電力傳送系統之一電力轉換器；
第7A圖例示根據一非限制性實施例包含一多單元雙線圈感應式無線接收系統之一自主非載人式載具（unmanned vehicle；UV）及包含一多單元雙線圈感應式無線發射系統之一非載人式載具充電系統；
第7B圖例示根據一非限制性實施例，第7A圖所示自主非載人式載具（UV）與非載人式載具充電系統對接；
第8圖例示根據一非限制性實施例包含一多單元三線圈感應式無線接收系統之一自主非載人式載具（UV）及包含一多單元三線圈感應式無線發射系統之一非載人式載具充電系統；
第9A圖例示包含具有接收線圈之多個單元之一自主非載人式載具（UV），該等接收線圈之相位相對於一非載人式載具充電系統之發射線圈而不對準；
第9B圖例示包含具有接收線圈之多個單元之自主非載人式載具（UV），該等接收線圈之相位被主動重新配置成相對於非載人式載具充電系統之發射線圈而同步；
第10A圖係為例示在一多單元感應式無線電力傳送系統中所包含之一相位訊號損失之後的輸出電力之訊號圖；以及
第10B圖係為在恢復多單元感應式無線電力傳送系統中之相位訊號之平衡之後的輸出電力之訊號圖。

Claims (26)

  1. 一種多單元感應式無線電力傳送系統，包含： 複數個發射元件，各該發射元件包含至少一個發射繞組及至少一個發射磁芯； 複數個接收元件，各該接收元件包含至少一個接收繞組及至少一個接收磁芯， 其中該等發射元件藉由一氣隙與該等接收元件分隔開。
  2. 如請求項1所述之多單元感應式無線電力傳送系統，其中該至少一個發射繞組包含一單個發射繞組，且該至少一個接收繞組包含一單個接收繞組。
  3. 如請求項1所述之多單元感應式無線電力傳送系統，其中該至少一個發射繞組包含複數個發射繞組，且該至少一個接收繞組包含複數個接收繞組。
  4. 如請求項3所述之多單元感應式無線電力傳送系統，其中該至少一個發射磁芯包含複數個發射磁芯，且該至少一個接收磁芯包含複數個接收磁芯。
  5. 如請求項1所述之多單元感應式無線電力傳送系統，其中該至少一個發射繞組位於一發射絕緣層上，且該至少一個接收繞組位於一接收絕緣層上。
  6. 如請求項5所述之多單元感應式無線電力傳送系統，其中該發射繞組及該接收繞組各自包含具有一螺旋形狀之一導電跡線。
  7. 一種電力轉換器系統，包含： 一多單元感應式無線電力傳送系統，包含複數個發射元件及複數個接收元件，其中各該發射元件包含至少一個發射繞組及至少一個發射磁芯，且各該接收元件包含至少一個接收繞組及至少一個接收磁芯； 一發射電力轉換電路，用以將一輸入電力訊號轉換成一發射電力訊號，以驅動該等發射元件；以及 一接收電力轉換電路，用以將在該等接收元件處接收之一所傳送電力訊號轉換成一輸出電力訊號，以驅動一電負載。
  8. 如請求項7所述之電力轉換器系統，其中該等發射元件藉由一氣隙與該等接收元件分隔開。
  9. 如請求項8所述之電力轉換器系統，其中該發射電力轉換電路係為一直流至交流（direct current-to-alternating current；DC-AC）轉換器，其具有連接至一原電源（prime power source）以接收該輸入電力訊號之一輸入以及連接至該等發射元件之一輸出。
  10. 如請求項9所述之電力轉換器系統，其中該直流至交流轉換器包含複數個開關，該等開關以一橋式配置（bridge configuration）而連接以形成構成一雙向雙主動橋（dual active bridge；DAB）電路之一第一橋。
  11. 如請求項9所述之電力轉換器系統，其中該接收電力轉換電路係為一交流至直流（AC-DC）轉換器，其具有連接至該等接收元件以接收該所傳送電力訊號之一輸入以及用以遞送該輸出電力訊號之一輸出。
  12. 如請求項11所述之電力轉換器系統，其中該交流至直流轉換器包含第二複數個開關，該第二複數個開關以一橋式配置而連接以形成該雙向雙主動橋（DAB）電路之一第二橋。
  13. 如請求項12所述之電力轉換器系統，其中該雙向雙主動橋（DAB）電路之該第一橋包含一濾波電路，該濾波電路連接於該第一複數個開關中之一對開關與該等發射元件中之一發射元件之間。
  14. 如請求項13所述之電力轉換器系統，其中該雙向雙主動橋（DAB）電路之該第二橋包含一電容器，該電容器連接於該第二複數個開關中之一對開關與該等接收元件中之一接收元件之間。
  15. 如請求項12所述之電力轉換器系統，其中該等發射元件彼此串聯連接，且該等接收元件彼此並聯連接。
  16. 一種電力充電系統，包含： 一充電站，包含複數個發射元件，各該發射元件包含至少一個發射繞組及至少一個發射磁芯；以及 一載具，用以與該充電站獨立地移動，該載具包含複數個接收元件，各該接收元件包含至少一個接收繞組及至少一個接收磁芯。
  17. 如請求項16所述之電力充電系統，其中該至少一個發射繞組包含複數個發射繞組，且該至少一個接收繞組包含複數個接收繞組。
  18. 如請求項17所述之電力充電系統，其中該充電站包含一發射控制器，該發射控制器用以設定用於驅動該等發射元件之至少一個發射時脈相位（transmitting clock phase），且該載具包含一接收控制器，該接收控制器用以設定用於驅動該等接收元件之至少一個接收時脈相位（receiving clock phase）。
  19. 如請求項18所述之電力充電系統，其中該發射控制器及該接收控制器至少其中之一確定該等發射元件其中之至少一個發射元件之一第一發射時脈相位及該等接收元件其中之至少一個接收元件之一第一接收時脈相位。
  20. 如請求項19所述之電力充電系統，其中因應於確定該至少一個接收元件之該第一接收時脈相位與該第一發射時脈相位不匹配，該發射控制器及該接收控制器至少其中之一調整該第一發射時脈相位及該第一接收時脈相位至少其中之一，俾使該第一發射時脈相位與該第一接收時脈相位匹配。
  21. 一種控制一電力充電系統之方法，該方法包含： 藉由安裝於一充電站中之複數個發射元件中之至少一個發射元件來產生一磁場，該磁場係因應於對鄰近該至少一個發射元件中所包含之至少一個發射磁芯而配置之至少一個發射繞組供能而產生；以及 將包含複數個接收元件中之至少一個接收元件之一載具靠近該磁場定位，以對鄰近該至少一個接收元件中所包含之至少一個接收磁芯而配置之至少一個接收繞組供能； 因應於藉由該磁場對該至少一個接收元件供能而產生一輸出電力訊號；以及 基於該輸出電力訊號而對該載具之一電池充電。
  22. 如請求項21所述之方法，其中該至少一個發射繞組包含複數個發射繞組，且該至少一個接收繞組包含複數個接收繞組。
  23. 如請求項22所述之方法，更包含藉由該充電站之一發射控制器來設定用於驅動該等發射元件之至少一個發射時脈相位，且藉由該載具之一接收控制器來設定用於驅動該等接收元件之至少一個接收時脈相位。
  24. 如請求項23所述之方法，更包含藉由該發射控制器及該接收控制器來確定該等發射元件中之至少一個發射元件之一第一發射時脈相位及該等接收元件中之至少一個接收元件之一第一接收時脈相位。
  25. 如請求項24所述之方法，更包含： 確定該至少一個接收元件之該第一接收時脈相位與該第一發射時脈相位不匹配；以及 藉由該發射控制器及該接收控制器至少其中之一來調整該第一發射時脈相位及該第一接收時脈相位至少其中之一，俾使該第一發射時脈相位與該第一接收時脈相位匹配。
  26. 如請求項24所述之方法，更包含： 識別該輸出電力訊號之一不平衡相位； 因應於確定該不平衡相位，確定該第一發射時脈相位及該第一接收時脈相位至少其中之一中的一損失之相位； 識別引起該損失之相位的一有故障之發射元件及一有故障之接收元件至少其中之一；以及 按照一新的同步頻率來重設剩餘之相位，以恢復該輸出電力訊號之相位平衡。
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