TWI520462B - 無線電能傳輸裝置與方法 - Google Patents

Description

無線電能傳輸裝置與方法

本揭露係關於一種無線電能傳輸裝置與方法，特別是一種使用多個線圈供電的無線電能傳輸裝置與方法。

一般來說，顯示裝置的設置地點應以方便使用者觀看為主，但是較佳的設置地點往往不一定有電源插座可供使用，且會面臨電源線可能影響美觀的問題。舉日常生活中的實際例子來說，假設預定將電視掛設在牆的正中央，而電源插座在牆的底部，除了可能需要另外使用延長線，電視的電源線也將面臨無處隱藏的窘境。

為了解決前述電視不易連接至電源插座的問題，業界提出了非接觸式供電的手段。然而，非接觸式供電的技術中，電視與電源供電端需要被設置在精確的位置，若產生對位不準確或者位置偏移的問題，供電效率會大幅降低，且使得傳遞功率不足。

有鑑於以上的問題，本發明提出一種無線電能傳輸裝置與方法，可藉由調整無線電能傳輸裝置中多個線圈供電的電 能，改善遠端裝置與無線電能傳輸裝置對位不準確或者位置偏移時，供電效率低落的問題。

本發明實施例提供一種無線電能傳輸方法，用以提供電能至一遠端裝置。於所述無線電能傳輸方法中，首先致能無線傳輸模組中第一主線圈以傳輸第一電能至遠端裝置，第一主線圈依據第一主線圈與遠端裝置的相對位置感應有第一感應訊號。以及，致能無線傳輸模組中第二主線圈以傳輸第二電能至遠端裝置，第二主線圈依據第二主線圈與遠端裝置的相對位置感應有第二感應訊號。並且，依據第一感應訊號及第二感應訊號調整第一電能及/或第二電能的大小。

依據本發明又一實施例，於依據第一感應訊號及第二感應訊號調整第一電能及/或第二電能的大小之步驟中，首先分別換算第一感應訊號以及第二感應訊號，以產生第一數值與第二數值。接著，至少依據第一數值與第二數值，計算第一比例關係。接著，依據第一比例關係以控制驅動模組的多個開關。在此，於依據第一比例關係以控制驅動模組的些開關之步驟中，係依據第一比例關係更改所述多個開關的占空比(duty ratio)，以改變第一電流路徑或第二電流路徑之導通時間，其中第一電流路為致能第一主線圈之電流路徑，第二電流路徑為致能第二主線圈之電流路徑。此外，更依據第一比例關係查找開關致能對照表以更改所述多個開關的占空比。

依據本發明的一實施例，於分別換算第一感應訊號 以及第二感應訊號，以產生第一數值與第二數值的步驟中，首先分別對第一感應訊號之電壓訊號和第一感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生第一數值。以及，分別對第二感應訊號之電壓訊號和第二感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生第二數值。

另外，本發明再一實施例提供一種無線電能傳輸裝置，用以提供電能至遠端裝置。所述無線電能傳輸裝置具有無線傳輸模組、驅動模組以及傳輸控制單元。無線傳輸模組具有第一主線圈與第二主線圈，第一主線圈用以傳輸第一電能至遠端裝置，並依據第一主線圈與遠端裝置的相對位置感應有第一感應訊號，第二主線圈用以傳輸第二電能至遠端裝置，並依據第二主線圈與遠端裝置的相對位置感應有第二感應訊號。驅動模組電性連接無線傳輸模組，用以分別致能無線傳輸模組中第一主線圈及第二主線圈。傳輸控制單元用以依據第一感應訊號及第二感應訊號控制驅動模組，以調整第一電能及/或第二電能的大小。

依據本發明的一實施例，驅動模組包含第一至第四開關，第一及第二開關電性連接第一主線圈，用以控制第一主線圈兩端的電壓，第三及第四開關電性連接第二主線圈，用以控制第二主線圈的電壓。傳輸控制單元更依據第一感應訊號及第二感應訊號控制第一至第四開關的占空比以調整第一電能及/或第二電能的大小。

依據本發明的一實施例，傳輸控制單元具有訊號轉 換單元與訊號控制單元。訊號轉換單元電性連接無線傳輸模組，用以分別換算第一感應訊號以及第二感應訊號，以產生第一數值與第二數值。訊號控制單元電性連接訊號轉換單元，至少依據第一數值與第二數值，計算第一比例關係，且訊號控制單元依據第一比例關係控制驅動模組的多個開關。在此，訊號控制單元係依據第一比例關係更改所述多個開關的占空比(duty ratio)，以改變第一電流路徑或第二電流路徑之導通時間，其中第一電流路徑為致能第一主線圈之電流路徑，第二電流路徑為致能第二主線圈之電流路徑。此外，訊號控制單元更依據第一比例關係查找開關致能對照表以更改所述多個開關的占空比。

依據本發明的一實施例，其中訊號轉換單元更用以分別對第一感應訊號之電壓訊號和第一感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生第一數值，以及分別對第二感應訊號之電壓訊號和第二感應訊號之電流訊號以加權方式，以產生第二數值。

綜上所述，本發明所揭露的無線電能傳輸裝置與方法，藉由偵測無線電能傳輸裝置中多個線圈的感應訊號，計算出多個線圈的感應訊號的比例關係，從而依據所述比例關係決定提供給對應線圈的電能大小。藉此，本發明改善了遠端裝置與無線電能傳輸裝置對位不準確或者位置偏移時，供電效率低落的問題。

以上關於本揭露內容的說明及以下的實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

1‧‧‧無線電能傳輸裝置

10‧‧‧無線傳輸模組

102‧‧‧第一主線圈

104‧‧‧第二主線圈

12‧‧‧驅動模組

122‧‧‧直流電源

14‧‧‧傳輸控制單元

142‧‧‧訊號轉換單元

1422a、1422b‧‧‧整流器

1424a、1424b‧‧‧增益調整器

1426a、1426b‧‧‧加法器

144‧‧‧訊號控制單元

1442‧‧‧比較器

1444‧‧‧占空比決定器

1446‧‧‧驅動訊號產生器

2‧‧‧遠端裝置

202‧‧‧副線圈

3‧‧‧無線電能傳輸裝置

30‧‧‧無線傳輸模組

302‧‧‧第一主線圈

304‧‧‧第二主線圈

306‧‧‧第三主線圈

32‧‧‧驅動模組

322‧‧‧直流電源

34‧‧‧傳輸控制單元

342‧‧‧訊號轉換單元

344‧‧‧訊號控制單元

C1~C3、CS‧‧‧電容

D1~D3‧‧‧感應訊號

S1~S6‧‧‧開關

SV_P1~SV_P3‧‧‧電壓訊號

Si_P1~Si_P3‧‧‧電流訊號

V_C1~V_C3‧‧‧數值

V_S1~V_S6‧‧‧驅動訊號

第1圖係依據本發明一實施例的無線電能傳輸裝置的功能方塊圖。

第2圖係依據本發明另一實施例的無線電能傳輸裝置的電路示意圖。

第3A圖係依據本發明一實施例的傳輸控制單元的功能方塊圖。

第3B圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的功能方塊圖。

第3C圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的電路示意圖。

第3D圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的功能方塊圖。

第4A圖係依據本發明一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。

第4B圖係依據本發明另一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。

第4C圖係依據本發明另一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。

第5圖係依據本發明一實施例的無線電能傳輸方法的流程圖。

第6圖係依據本發明另一實施例的無線電能傳輸方法的部分流程圖。

第7圖係依據本發明再一實施例的無線電能傳輸裝置的電路示意圖。

第8A圖係依據本發明一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖。

第8B圖係依據本發明另一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖。

第8C圖係依據本發明再一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖。

第9圖係依據本發明再一實施例的無線電能傳輸方法的流程圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明的技術內容並據以實施，且依據本說明書所揭露的內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關的目的及優點。以下的實施例係進一步詳細說明本發明的觀點，但非以任何觀點限制本發明的範疇。

請參考第1圖，第1圖係依據本發明一實施例的無線電能傳輸裝置的功能方塊圖。如第1圖所示，無線電能傳輸裝置1用以提供電能至遠端裝置2，且本實施例的精神係於無線電能傳輸裝置1能夠主動偵測出遠端裝置2對位不準確的問題，並據以調整傳輸至遠端裝置2的電能。遠端裝置2可以例如為手持 通訊裝置、平板電腦、電視機或其他家電等。

無線電能傳輸裝置1具有無線傳輸模組10、驅動模組12以及傳輸控制單元14。無線傳輸模組10具有第一主線圈(未繪示於第1圖)與第二主線圈(未繪示於第1圖)，第一主線圈與第二主線圈分別用以傳輸第一電能與第二電能至遠端裝置2。在此，無線傳輸模組10依據第一主線圈與遠端裝置2的相對位置感應有第一感應訊號，並依據第二主線圈與遠端裝置2的相對位置感應有第二感應訊號。

於實務上，遠端裝置2具有副線圈(未繪示於第1圖)，第一主線圈與第二主線圈係做為一次側的感應線圈，而遠端裝置2的副線圈係做為二次側的感應線圈。也就是說，電能係從一次側的感應線圈傳輸到二次側的感應線圈，且無線傳輸模組10能夠直接偵測自己(一次側)的感應線圈所承載的電壓與電流成分，據以對應產生感應訊號。

驅動模組12電性連接無線傳輸模組10，用以分別致能無線傳輸模組10中的第一主線圈及第二主線圈。於實務上，驅動模組12係用以選擇性地導通電能至第一主線圈及第二主線圈，據以提供電壓與電流給第一主線圈及第二主線圈。此外，傳輸控制單元14用以依據第一感應訊號及第二感應訊號控制驅動模組12，以調整第一電能及/或第二電能的大小。於原理上，傳輸控制單元14係依據第一感應訊號及第二感應訊號，分別計算第一主線圈及第二主線圈對遠端裝置2的副線圈的感應磁場強度關 係。舉例來說，所述感應磁場強度關係應用線圈耦合關係與線圈互感關係加以判斷，於所屬技術領域具有通常知識者應可以明白，本實施例在此不予贅述。

以實際的電路結構來說，請參考第2圖，第2圖係依據本發明另一實施例的無線電能傳輸裝置的電路示意圖。如圖所示，無線傳輸模組10中除了第一主線圈102及第二主線圈104之外，第一主線圈102還可串聯可調式電容(諧振補償電容)C1，而第二主線圈104亦串聯可調式電容(諧振補償電容)C2。在此，可調式電容C1與C2當然也可以用並聯的方式分別電性連接第一主線圈102與第二主線圈104，本實施例在此不加以限制。

承接上述，所述可調式電容C1與C2用以依據遠端裝置2的副線圈202的兩端點之電容值CS，以及副線圈202之電感值而調整其電容值。於所屬技術領域具有通常知識者可知，藉由增加了可調式電容C1與C2，應可以改變第一主線圈102、第二主線圈104與副線圈202的電磁共振頻率。藉此，第一主線圈102、第二主線圈104可分別與遠端裝置2的副線圈202電磁共振以傳輸第一電能及第二電能。

驅動模組12係可以包括直流電源122與多個開關S1~S6。於實務上，開關S1與S2電性連接第一主線圈102，開關S3與開關S4電性連接第一主線圈102與第二主線圈104，而開關S5與S6電性連接第二主線圈104，所述開關S1~S6可為一種開關電晶體。開關S1、開關S2、開關S3與開關S4搭配可用以 控制第一主線圈102兩端的電壓，開關S3、開關S4、開關S5與開關S6搭配可用以控制第二主線圈104兩端的電壓。在本實施例中，開關S1與開關S2串聯，開關S3與開關S4串聯而開關S5與開關S6串聯，第一主線圈102的一端電性耦接開關S1與開關S2之間，第一主線圈102的另一端電性耦接開關S3與開關S4之間。第二主線圈104的一端電性耦接開關S5與開關S6之間，第二主線圈104的另一端電性耦接開關S3與開關S4之間。於一個例子中，驅動模組12係為一種換流器用以調整輸出至第一主線圈102及第二主線圈104的電壓。

從實際操作的角度來說，首先無線傳輸模組10會依據第一主線圈102與遠端裝置2的副線圈202相對位置，感應有第一感應訊號(舉例來說，包含了電壓訊號SV_P1與電流訊號Si_P1)，同樣的，無線傳輸模組10依據第二主線圈104與遠端裝置2的副線圈202的相對位置，感應有第二感應訊號(舉例來說，包含了電壓訊號SV_P2與電流訊號Si_P2)。接著，傳輸控制單元14將會分析第一感應訊號及第二感應訊號，據以控制開關S1至開關S6的占空比以調整第一電能及/或第二電能的大小。其中，電壓訊號SV_P1係關聯於第一主線圈102兩端的電壓，而電流訊號Si_P1係關聯於流經第一主線圈102的電流。也就是第一感應訊號的電壓可以被用作電壓訊號SV_P1而第一感應訊號的電流可以被用做電流訊號Si_P1，而電壓訊號SV_P2與電流訊號Si_P2類同。

舉例來說，傳輸控制單元14內部又可以區分有訊號 轉換單元142與訊號控制單元144，請一併參考第2圖與第3A圖，第3A圖係依據本發明一實施例的傳輸控制單元的功能方塊圖。如圖所示，傳輸控制單元14具有互相電性連接的訊號轉換單元142與訊號控制單元144，訊號轉換單元142可分別換算第一感應訊號(如電壓訊號SV_P1與電流訊號Si_P1)以及第二感應訊號(如電壓訊號SV_P2與電流訊號Si_P2)，以產生第一數值SV_C1與第二數值SV_C2。於一個例子中，訊號轉換單元142更用以分別對第一感應訊號之電壓訊號SV_P1和電流訊號Si_P1以加權方式計算，以產生第一數值V_C1。訊號轉換單元142更用以分別對第一感應訊號之電壓訊號SV_P1和電流訊號Si_P1以加權方式計算，以產生第一數值V_C1。以同樣的方法，訊號轉換單元142也同樣地對第二感應訊號之電壓訊號SV_P2和電流訊號Si_P2進行同樣的處理，從而產生第二數值V_C2。

以實際的例子來說，請參考第3B圖，第3B圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的功能方塊圖。如第3B圖所示，訊號轉換單元142中可具有整流器1422a與1422b、增益調整器1424a與1424b、加法器1426a與1426b。本實施例係以一組整流器1422a、增益調整器1424a與加法器1426a為例，這組整流器1422a、增益調整器1424a與加法器1426a係用以接收電壓訊號SV_P1與電流訊號Si_P1以計算出第一數值V_C1。當然，另一組整流器1422b、增益調整器1424b與加法器1426b係用以接收電壓訊號SV_P2與電流訊號Si_P2以計算出第二數值V_C2。

於實務上，其中一組的整流器1422a、增益調整器1424a與加法器1426a的電路實施如第3C圖的例子，但本發明不以此為限。請參考第3C圖，第3C圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的電路示意圖。如第3C圖所示，整流器1422a可例如是一種整流二極體，分別將輸入的電壓訊號SV_P1與電流訊號Si_P1整流後輸出，整流過後的電壓訊號V_P1與電流訊號i_P1係各對應一個電壓數值。增益調整器1424a可具有電阻R1~R4以及放大器OP1~OP2，藉由設計電阻R1~R4之電阻值的大小，可分別改變電壓訊號SV_P1(其對應的電壓數值)與電流訊號Si_P1(其對應的電壓數值)的增益倍率，本實施例在此不予贅述。另外，加法器1426a可具有電阻R5~R8以及放大器OP3，用以接收增益調整器1424a的輸出(即放大器OP1~OP2放大後的電壓數值)，加總後得到前述的第一數值V_C1。

當然，訊號轉換單元142中另一組的整流器1422b、增益調整器1424b與加法器1426b亦可同前述電路設計，從而分別對第二感應訊號之電壓訊號V_P2和電流訊號i_P2以加權方式計算，以產生第二數值V_C2，本實施例在此不予贅述。在取得第一數值V_C1以及第二數值V_C2之後，訊號控制單元144係依據第一數值V_C1以及第二數值V_C2計算驅動訊號V_S1~V_S6，驅動訊號V_S1~V_S6係分別用以控制開關S1至開關S6的導通與否。

以實際的例子來說，請參考第3D圖，第3D圖係依據本發明一實施例的訊號控制單元的功能方塊圖。如第3D圖所 示，訊號控制單元144係可具有比較器1442、占空比決定器1444以及驅動訊號產生器1446。實務上，比較器1442係接收第一數值V_C1以及第二數值V_C2，並計算出第一比例關係，使得占空比決定器1444可依據第一比例關係更改開關S1至開關S6的占空比(duty ratio)，以改變致能第一主線圈102之電流路徑的導通時間，或者改變致能第二主線圈104之電流路徑的導通時間。驅動訊號產生器1446可依據占空比決定器1444的判斷結果，控制驅動模組12中的開關S1至開關S6是否導通或截止。在此，所述第一比例關係可以直接是第一數值V_C1比上第二數值V_C2的比例關係，又或者可以是基於第一數值V_C1與第二數值V_C2而加以修飾過的比例關係。

詳細來說，第一主線圈102及第二主線圈104分別受控於驅動電壓(也就是第一、二主線圈兩端的電壓)，且驅動電壓之電壓波形導通時間(包括正向導通與負向導通)越長，即代表所傳遞的功率越大。除此之外，占空比決定器1444更可依據第一比例關係查找一個預先儲存好的開關致能對照表，以查表的方式更改開關S1~S4的占空比。當傳輸控制單元14提供驅動訊號給開關S1至開關S6，控制開關S1至開關S6分別依序切換導通與截止，即可提供對應的電壓於第一主線圈102及第二主線圈104。換句話說，傳輸控制單元14可以藉由控制開關S1至開關S6，調整每個一次側感應線圈(第一主線圈102及第二主線圈104)的輸出功率。在此，本實施例不限制所述驅動訊號的性質，例如驅動 訊號可能是一種時序可變、導通時間可變與/或頻率可變的驅動訊號。

於一個例子中，若無線電能傳輸裝置1與遠端裝置2沒有對位不準確的問題時，第一比例關係應指示第一主線圈102與遠端裝置2的副線圈202的距離相同於第二主線圈104與遠端裝置2的副線圈202的距離。此時，傳輸控制單元14分別控制驅動模組12中的開關S1至開關S4中的一個或多個開關，使得第一主線圈102及第二主線圈104的輸出功率相等。請參考第4A圖，第4A圖係依據本發明一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。如第4A圖所示，當第一主線圈102、第二主線圈104與副線圈202等距時，訊號控制單元144可以控制驅動訊號V_S1~V_S6的占空比使得第一主線圈102的跨壓(V_d1)對應導通時間T1，第二主線圈104的跨壓(V_d2)對應導通時間T₂，此時導通時間T₁等於導通時間T₂。

實作上，開關S1與開關S2基本上不會同時導通，開關S3與開關S4基本上不會同時導通，開關S5與開關S6基本上不會同時導通。舉例來說，當開關S1導通而開關S4及/或開關S6導通的時候，跨壓V_d1的電壓值會大於零。當開關S1與開關S3導通時，跨壓V_d1的電壓值等於零。當開關S2導通，且開關S3及/或開關S5導通的時候，跨壓V_d1的電壓值小於零。當開關S5導通，且開關S2及/或開關S4導通的時候，跨壓V_d2的電壓值小於零。當開關S5與開關S3導通的時候，跨壓V_d2的電壓值 等於零。當開關S6導通，且開關S1及/或開關S3導通的時候，跨壓V_d2的電壓值大於零。簡而言之，開關S1至開關S6的導通與否與跨壓V_d1及跨壓V_d2的關係可以整理為下列表一。因此，訊號控制單元144可以在任意時間點依據下表一來控制開關S1至開關S6的導通與否(甚或調整佔空比)，從而調整跨壓V_d1與跨壓V_d2的電壓值乃至於波形。

反之，若無線電能傳輸裝置1與遠端裝置2存在著對位不準確的問題，例如第一比例關係指示了第一主線圈102與遠端裝置2的副線圈202相對位置較近，換言之，遠端裝置2的 副線圈202與第一主線圈102產生的磁場耦合比較好，而第二主線圈104與遠端裝置2的副線圈202的相對位置較遠時，傳輸控制單元14可以控制第一主線圈102提供較多電能(或輸出較大功率)給遠端裝置2的副線圈202。請參考第4B圖，第4B圖係依據本發明另一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。如第4B圖所示，當第一主線圈102比第二主線圈104更靠近副線圈202時，訊號控制單元144控制驅動訊號V_S1~V_S6的占空比，使導通時間T₃大於導通時間T₄。

另一方面，若第一主線圈102與遠端裝置2的副線圈202的相對位置較遠，即遠端裝置2的副線圈202與第二主線圈104產生的磁場耦合比較好時，傳輸控制單元14可以控制第二主線圈104提供較多電能(或輸出較大功率)給遠端裝置2的副線圈202。請參考第4C圖，第4C圖係依據本發明另一實施例的驅動訊號占空比的示意圖。如第4C圖所示，當第二主線圈104比第一主線圈102更靠近副線圈202時，訊號控制單元144控制驅動訊號V_S1~V_S6的占空比，使導通時間T₆大於導通時間T₅。

由此可知，本實施例之無線電能傳輸裝置1會選更對位較準確的一次側感應線圈(例如距離副線圈202較近的第一主線圈102或第二主線圈104)，並使其傳輸較高的電能，從而可以更有效率地傳輸電能給遠端裝置2。

為了使本發明之無線電能傳輸裝置更容易了解，以下搭配本發明之無線電能傳輸方法做進一步的說明。請一併參考 第2圖與第5圖，第5圖係依據本發明一實施例的無線電能傳輸方法的流程圖。如圖所示，於步驟S40中，驅動模組12致能無線傳輸模組10中第一主線圈102以傳輸第一電能至遠端裝置2，第一主線圈102依據第一主線圈102與遠端裝置2的相對位置感應有第一感應訊號。於步驟S42中，驅動模組12致能無線傳輸模組10中第二主線圈104以傳輸第二電能至遠端裝置2，第二主線圈104依據第二主線圈104與遠端裝置2的相對位置感應有第二感應訊號。接著，於步驟S44中，傳輸控制單元14依據第一感應訊號及第二感應訊號控制驅動模組12，以調整第一電能及/或第二電能的大小。請注意，步驟S40與S42並無先後順序之分，本實施例在此不加以限制。

此外，為了使本發明之傳輸控制單元更容易了解，以下搭配關聯於傳輸控制單元的無線電能傳輸方法做進一步的說明。請一併參考第2圖、第3A圖與第6圖，第6圖係依據本發明另一實施例的無線電能傳輸方法的部分流程圖。如圖所示，於步驟S442中，訊號轉換單元142分別換算第一感應訊號以及第二感應訊號，以產生第一數值V_C1與第二數值V_C2。接著於步驟S444中，訊號控制單元144至少依據第一數值V_C1與第二數值V_C2，計算第一比例關係。最後，於步驟S446中，訊號控制單元144再根據第一比例關係以控制驅動模組12的多個開關S1~S4。

雖然第2圖繪示了兩個一次側感應線圈(第一主線圈102及第二主線圈104)，但本發明實際上不限制一次側感應線 圈，例如可以有三個一次側感應線圈，而驅動模組則為三相換流器。再者，驅動模組不僅適用於三相換流器架構，亦可次用於n相換流器或其他變形架構之換流器應用。請參考第7圖，第7圖係依據本發明再一實施例的無線電能傳輸裝置的電路示意圖。如圖所示，無線電能傳輸裝置3同樣具有無線傳輸模組30、驅動模組32以及傳輸控制單元34。然而，無線傳輸模組30中除了第一主線圈302及第二主線圈304之外，更具有第三主線圈306。當然，第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306可分別串聯於可調式電容C1~C3，關於可調式電容C1~C3的描述與第2圖相同，本實施例在此不予贅述。

相較於第2圖的例子，由於無線傳輸模組30具有第三主線圈306，驅動模組32當然應具備更多的開關以控制第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306。在此，驅動模組32具有開關S1~S6，開關S1與S2電性連接第一主線圈302，開關S3與S4電性連接第二主線圈304，開關S5與S6電性連接第三主線圈306，所述開關S1~S6均可為開關電晶體。換句話說，開關S1與S2係用以控制第一主線圈302兩端的電壓，開關S3與S4係用以控制第二主線圈304兩端的電壓，開關S5與S6係用以控制第三主線圈306兩端的電壓。於本實施例，驅動模組32係為一種三相換流器用以調整輸出至第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306的電壓。

當無線電能傳輸裝置3欲傳輸電能至遠端裝置2 時，與第2圖的例子相同的是，每一個一次側感應線圈(第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306)同樣會分別感應有第一感應訊號(包含了電壓訊號V_P1與電流訊號i_P1)、第二感應訊號(包含了電壓訊號V_P2與電流訊號i_P2)與第三感應訊號(包含了電壓訊號V_P3與電流訊號i_P3)。傳輸控制單元34中的訊號轉換單元342會依據第一感應訊號、第二感應訊號與第三感應訊號分別計算出第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3。而傳輸控制單元34中的訊號控制單元344可以依據第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3計算出第二比例關係，所述第二比例關係可以直接是第一數值V_C1比上第二數值V_C2比上第三數值V_C3的比例關係，又或者可以是基於第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3而加以修飾過的比例關係。

同樣的，於計算出第二比例關係後，訊號控制單元344可依據第二比例關係更改開關S1~S6的占空比(duty ratio)，以改變致能第一主線圈302、第二主線圈304或第三主線圈306之電流路徑的導通時間。當然，訊號控制單元344更可依據第二比例關係查找開關致能對照表，以查表的方式更改開關S1~S6的占空比，藉以調整每個一次側感應線圈(第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306)的輸出功率。

於一個例子中，若第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3分別是5、2.5、2.5時，訊號控制單元344則控制第一主線圈302對應開關的占空比在80%，第二、三主線圈304、306 對應開關的占空比在40%。於另一個例子中，若第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3分別是4.5、2.5、2時，訊號控制單元344則控制第一主線圈302對應開關的占空比在70%，第二主線圈304對應開關的占空比在39%，第三主線圈306對應開關的占空比在31%。於再一個例子中，若第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3分別是4、1、2時，訊號控制單元344則控制第一主線圈302對應開關的占空比在60%，第二主線圈304對應開關的占空比在15%，第三主線圈306對應開關的占空比在30%。

請注意，上述的多個例子中，訊號控制單元344係以第一數值V_C1為參考基準，於設定好第一主線圈302對應開關的占空比後，再參考第二數值V_C2與第三數值V_C3分別對比第一數值V_C1的比例，設定第二、三主線圈304、306對應開關的占空比。當然，訊號控制單元344除了可以使用在第一數值V_C1、第二數值V_C2與第三數值V_C3間對應有最大值者(或對應有最大輸出功率的線圈)為參考基準外，同樣可以使用對應有最小值或中間值者為參考基準，本實施例不加以限制。

從實際操作的角度來說，第一主線圈302、第二主線圈304以及第三主線圈306可以在無線傳輸模組30中於同一個平面上排列成三角形(任意三角形或正三角形)。較佳的是，也可以分別排列在一個虛擬圓的圓周邊緣上，任兩個主線圈之間的距離相等(正三角形)。於安裝無線電能傳輸裝置3時，若預先將所述虛擬圓的圓心係對準於遠端裝置2，將有助於無線電能傳輸裝置3 傳輸電能給遠端裝置2。然而，就算遠端裝置2未能正對所述虛擬圓的圓心，或遠端裝置2甚至在所述虛擬圓之外，無線電能傳輸裝置3也能夠藉由前述偵測第一感應訊號、第二感應訊號與第三感應訊號，計算第二比例關係，調整每個一次側感應線圈(第一主線圈302、第二主線圈304與第三主線圈306)輸出功率等步驟，以最有效率的方式將電能傳輸給遠端裝置2。

請參考第8A圖，第8A圖係依據本發明一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖。如第8A圖所示，當副線圈202與第一主線圈302、第二主線圈304、第三主線圈306均等距時，驅動訊號V_S1~V_S2、驅動訊號V_S3~V_S4、驅動訊號V_S5~V_S6的占空比相等，從而第一主線圈302、第二主線圈304、第三主線圈306均有相同的導通時間。

但是，當遠端裝置2設置偏斜時，請參考第8B與8C圖，第8B圖係依據本發明另一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖，第8C圖係依據本發明再一實施例的第一主線圈、第二主線圈、第三主線圈與副線圈的相對關係示意圖。如第8B圖所示，當第一主線圈302比第二主線圈304、第三主線圈306更靠近副線圈202時，即遠端裝置2的副線圈202與第一主線圈302產生的磁場耦合比較好，此時驅動訊號V_S1~V_S2的占空比應被給定較大的數值，使得第一主線圈302相較於第二主線圈304與第三主線圈306應有更長的導通時間。另一方面，若如第8C圖中遠端裝置2的副線圈202 與第二主線圈304產生的磁場耦合比較好時，此時驅動訊號V_S3~V_S4的占空比應被給定較大的數值，使得第二主線圈304相較於第一主線圈302與第三主線圈306應有更長的導通時間。

為了使第7圖之無線電能傳輸裝置更容易了解，以下搭配本發明之無線電能傳輸方法做進一步的說明。請一併參考第7圖與第9圖，第9圖係依據本發明再一實施例的無線電能傳輸方法的流程圖。如圖所示，於步驟S50中，驅動模組32致能無線傳輸模組30中第一主線圈302以傳輸第一電能至遠端裝置2，第一主線圈302依據第一主線圈302與遠端裝置2的相對位置感應有第一感應訊號D1。於步驟S52中，驅動模組32致能無線傳輸模組30中第二主線圈304以傳輸第二電能至遠端裝置2，第二主線圈304依據第二主線圈304與遠端裝置2的相對位置感應有第二感應訊號D2。於步驟S54中，驅動模組32致能無線傳輸模組30中第三主線圈306以傳輸第三電能至遠端裝置2，第三主線圈306依據第三主線圈306與遠端裝置2的相對位置感應有第三感應訊號D3。接著，於步驟S56中，傳輸控制單元34依據第一感應訊號D1、第二感應訊號D2及第三感應訊號D3控制驅動模組12，以調整第一電能、第二電能及/或第三電能的大小。請注意，步驟S50~S54並無先後順序之分，本實施例在此不加以限制。

綜上所述，本發明所揭露的無線電能傳輸裝置與方法，藉由偵測無線電能傳輸裝置中多個線圈的感應訊號，計算出 多個線圈的感應訊號的比例關係，從而依據所述比例關係決定提供給對應線圈的電能大小。藉此，不論遠端裝置的相對位置是在無線電能傳輸裝置中多個線圈的中心點或者偏離於多個線圈外，本發明都可以改善遠端裝置與無線電能傳輸裝置對位不準確或者位置偏移時，供電效率低落的問題。

雖然本發明以前述的實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明的精神和範圍內，所為的更動與潤飾，均屬本發明的專利保護範圍。關於本發明所界定的保護範圍請參考所附的申請專利範圍。

1‧‧‧無線電能傳輸裝置

10‧‧‧無線傳輸模組

102‧‧‧第一主線圈

104‧‧‧第二主線圈

12‧‧‧驅動模組

122‧‧‧直流電源

14‧‧‧傳輸控制單元

142‧‧‧訊號轉換單元

Sv_p1~Sv_p2‧‧‧電壓訊號

Si_p1~Si_p2‧‧‧電流訊號

144‧‧‧訊號控制單元

2‧‧‧遠端裝置

202‧‧‧副線圈

C1~C3、CS‧‧‧電容

S1~S6‧‧‧開關

V_d1~V_d2‧‧‧跨壓

V_C1~V_C2‧‧‧數值

Claims (17)

1. 一種無線電能傳輸方法，用以提供電能至一遠端裝置，所述無線電能傳輸方法包括：致能一無線傳輸模組中一第一主線圈以傳輸一第一電能至該遠端裝置，該第一主線圈依據該第一主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第一感應訊號；致能該無線傳輸模組中一第二主線圈以傳輸一第二電能至該遠端裝置，該第二主線圈依據該第二主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第二感應訊號；以及依據該第一感應訊號及該第二感應訊號調整該第一電能及/或該第二電能的大小。
2. 如請求項1所述之無線電能傳輸方法，於依據該第一感應訊號及該第二感應訊號調整該第一電能及/或該第二電能的大小之步驟中，包括：分別換算該第一感應訊號以及該第二感應訊號，以產生一第一數值與一第二數值；至少依據該第一數值與該第二數值，計算一第一比例關係；以及依據該第一比例關係以控制一驅動模組的多個開關。
3. 如請求項2所述之無線電能傳輸方法，於依據該第一比例關係以控制該驅動模組的該些開關之步驟中，包括：依據該第一比例關係更改該些開關的占空比(duty ratio)，以改變一第一電流路徑或一第二電流路徑之導通時間，其中該第一電流路徑為致能該第一主線圈之電流路徑，該第二電流路徑為致能該第二主線圈之電流路徑。
4. 如請求項3所述之無線電能傳輸方法，其中係依據該第一比例關係查找一開關致能對照表以更改該些開關的占空比。
5. 如請求項2所述之無線電能傳輸方法，其中於分別換算該第一感應訊號以及該第二感應訊號，以產生該第一數值與該第二數值的步驟中，包括：分別對該第一感應訊號之電壓訊號和該第一感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生該第一數值；以及分別對該第二感應訊號之電壓訊號和該第二感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生該第二數值。
6. 如請求項1所述之無線電能傳輸方法，其中依據該第一感應訊號及該第二感應訊號調整該第一電能及/或該第二電能的大小包括當該遠端裝置較接近該第一主線圈而較遠離該第二主線圈時，增加該第一電能。
7. 如請求項1所述之無線電能傳輸方法，更包括：致能該無線傳輸模組中一第三主線圈以傳輸一第三電能至該遠端裝置，該第三主線圈依據該第三主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第三感應訊號；以及依據該第一感應訊號、該第二感應訊號及該第三感應訊號調整該第一電能、該第二電能及/或該第三電能的大小。
8. 一種無線電能傳輸裝置，用以提供電能至一遠端裝置，所述無線電能傳輸裝置包括：一無線傳輸模組，包含：一第一主線圈，用以傳輸一第一電能至該遠端裝置，並依據該第一主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第一感應訊號；以及 一第二主線圈，用以傳輸一第二電能至該遠端裝置，並依據該第二主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第二感應訊號；一驅動模組，電性連接該無線傳輸模組，該驅動模組用以分別致能該無線傳輸模組中該第一主線圈及該第二主線圈；以及一傳輸控制單元，用以依據該第一感應訊號及該第二感應訊號控制該驅動模組，以調整該第一電能及/或該第二電能的大小。
9. 如請求項8所述之無線電能傳輸裝置，其中該驅動模組包含一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一第五開關與一第六開關，該第一開關及該第二開關電性連接該第一主線圈的一端，該第三開關及該第四開關電性連接該第一主線圈的另一端與該第二主線圈的一端，該第五開關及該第六開關電性連接該第二主線圈的另一端，用以控制該第一主線圈與該第二主線圈的電壓；該傳輸控制單元更用以依據該第一感應訊號及該第二感應訊號控制該第一開關至該第六開關的占空比以調整該第一電能及/或該第二電能的大小。
10. 如請求項8所述之無線電能傳輸裝置，其中該傳輸控制單元包含：一訊號轉換單元，電性連接該無線傳輸模組，該訊號轉換單元用以分別換算該第一感應訊號以及該第二感應訊號，以產生一第一數值與一第二數值；以及一訊號控制單元，電性連接該訊號轉換單元，該訊號控制單元至少依據該第一數值與該第二數值，計算一第一比例關係，該訊號控制單元並用以依據該第一比例關係控制該驅動模組的多個開關。
11. 如請求項10所述之無線電能傳輸裝置，其中該訊號控制單元更用以依據該第 一比例關係更改該些開關的占空比(duty ratio)，以改變一第一電流路徑或一第二電流路徑之導通時間，其中該第一電流路徑為致能該第一主線圈之電流路徑，該第二電流路徑為致能該第二主線圈之電流路徑。
12. 如請求項11所述之無線電能傳輸裝置，其中該訊號控制單元更用以依據該第一比例關係查找一開關致能對照表以更改該些開關的占空比。
13. 如請求項10所述之無線電能傳輸裝置，其中該訊號轉換單元更用以分別對該第一感應訊號之電壓訊號和該第一感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生該第一數值，以及分別對該第二感應訊號之電壓訊號和該第二感應訊號之電流訊號以加權方式計算，以產生該第二數值。
14. 如請求項8所述之無線電能傳輸裝置，其中該無線傳輸模組更包含一可調式電容，電性耦接該第一主線圈，該至少一可調式電容用以依據該遠端裝置的一副線圈的兩端點之電容值以及該副線圈之電感值而調整其電容值，以改變該第一主線圈與該副線圈的電磁共振頻率，該第一主線圈更用以分別與該遠端裝置的該副線圈電磁共振以傳輸該第一電能。
15. 如請求項8所述之無線電能傳輸裝置，其中該無線傳輸模組更包含一第三主線圈，用以傳輸一第三電能至該遠端裝置，並依據該第三主線圈與該遠端裝置的相對位置感應有一第三感應訊號，該驅動模組更用以致能該無線傳輸模組中該第三主線圈，該傳輸控制單元更用以依據該第一感應訊號、該第二感應訊號及該第三感應訊號控制該驅動模組以調整該第一電能、該第二電能及/或該第三電能的大小。
16. 如請求項15所述之無線電能傳輸裝置，其中該驅動模組包含一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一第五開關及一第六開關，該第一開 關及該第二開關電性連接該第一主線圈的一端與該第三主線圈的一端，該第三開關及該第四開關電性連接該第一主線圈的另一端與該第二主線圈的一端，該第五開關及該第六開關電性連接該第二主線圈的另一端與該第三主線圈的另一端，用以控制該第一主線圈、該第二主線圈及該第三主線圈兩端的電壓；該傳輸控制單元更用以依據該第一感應訊號、該第二感應訊號及該第三感應訊號控制該驅動模組以調整該第一電能、該第二電能及/或該第三電能的大小包含該傳輸控制單元依據該第一感應訊號及該第二感應訊號控制該第一開關至該第六開關的占空比，以使該第一開關、該第三開關及該第五開關至少其中之任二具有不同的導通時間，以調整該第一電能、該第二電能及/或該第三電能的大小。
17. 如請求項15所述之無線電能傳輸裝置，其中該第一主線圈、該第二主線圈以及該第三主線圈於該無線傳輸模組中係排列成一三角型形狀、一正三角形形狀，或依據一個圓的圓周設置該第一主線圈、該第二主線圈以及該第三主線圈於該無線傳輸模組中的位置。