TWI658670B - Wireless charging management system - Google Patents

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TWI658670B
TWI658670B TW106116626A TW106116626A TWI658670B TW I658670 B TWI658670 B TW I658670B TW 106116626 A TW106116626 A TW 106116626A TW 106116626 A TW106116626 A TW 106116626A TW I658670 B TWI658670 B TW I658670B
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劉向明
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統量電能股份有限公司
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Abstract

本發明係揭露一種無線充電管理系統,包含至少一個無線充電裝置與至少一個可攜式無線儲電裝置。無線充電裝置包含一個一次側磁芯與一個一次側繞組,可攜式無線儲電裝置包含一個二次側磁芯、一個二次側繞組、一個第一充電器與一個第一電池。在二次側磁芯與一次側磁芯互相接觸以形成一封閉磁路時,一次側磁芯、一次側繞組、二次側磁芯與二次側繞組組成一滑動變壓器,滑動變壓器把一次側輸入的交流電壓轉換到二次側,成為輸出交流電壓。二次側繞組連接到第一充電器,第一充電器再與第一電池連接,以接收輸出交流電壓,並藉此對第一電池充電。

Description

無線充電管理系統
本發明係關於一種管理系統,且特別關於一種無線充電管理系統。
按,無線充電,又稱作感應充電、非接觸式感應充電,是利用近場感應,也就是電感耦合,由充電器將能量傳送至用電的裝置,該裝置使用接收到的能量對電池進行充電,並同時供其本身運作之用;由於充電器與用電裝置之間係以電感耦合傳送能量,兩者之間不需使用電線連接,因此充電器及用電裝置都可以做到無導電接點外露,令其在使用上相較於有線充電更具有便利性和可靠性。
無線充電系統之原理即係為電磁感應。當一個線圈有電流通過時,會產生磁場。磁場可用磁力線來表達。磁力線是一種閉合的線條。磁力線密度越高的區域磁場就越強。一個線圈產生的磁場強度,不光和線圈的大小,形狀,匝數有關,而且和磁芯的導磁率有關。如果導磁率越高,線圈產生的磁場越強,而且磁力線總是向導磁率高的區域集中。當通過線圈對的電流是交流時,兩個線圈之間可用磁場進行磁場耦合。當磁芯為空氣時,由於空氣的導磁率很低,一次側線圈產生的磁場不強,而且磁力線很發散,一次側線圈產生的磁力線中只有很少一部份到二次側線圈,用這樣的方式是不能有效率地傳輸電磁功率的。即使增加一次側線圈的電流,二次側線圈得到的電磁功率會大一些,但效率仍很低,還會因磁力線的發散對環境造成影響,如果交流電流的頻率高於10千赫茲,會產生無線電干擾。即使頻率低於10千赫茲,也會對周圍環境造成影響,如有金屬物體,它會因渦流而發熱,甚至會人體產生不良影響。
因此,本發明係在針對上述的困擾,提出一種無線充電管理系統,以解決習知所產生的問題。
本發明的主要目的,在於提供一種無線充電管理系統,其利用滑動變壓器來進行無線充電,以達到高傳輸功率和高效率。
為達上述目的,本發明提供一種無線充電管理系統,包含至少一個無線充電裝置與至少一個可攜式無線儲電裝置,無線充電裝置對可攜式無線儲電裝置充電。無線充電裝置包含一個一次側磁芯與一個一次側繞組,一次側繞組設於一次側磁芯上,並接收一驅動交流電壓。可攜式無線儲電裝置包含一個二次側磁芯、一個二次側繞組、一個第一充電器與一個第一電池。二次側繞組設於二次側磁芯上,在二次側磁芯與一次側磁芯互相接觸以形成一封閉磁路(closed magnetic loop)時,一次側磁芯、一次側繞組、二次側磁芯與二次側繞組組成一滑動變壓器(sliding transformer),滑動變壓器把驅動交流電壓轉換成二次側繞組的輸出交流電壓。第一充電器連接到二次側繞組,以接收輸出交流電壓,並將此轉換為一輸出直流電壓。第一電池連接到第一充電器,第一充電器利用輸出直流電壓對第一電池充電。
在本發明之一實施例中,一次側磁芯與二次側磁芯為非晶合金(amorphous alloy) 鐵芯,驅動交流電壓之頻率為400~1000赫茲。
在本發明之一實施例中,可攜式無線儲電裝置設於電動載具上,例如電動腳踏車。
在本發明之一實施例中,一次側磁芯與二次側磁芯為C形、U形、E形或罐形。
在本發明之一實施例中,一次側磁芯具有二個第一接觸端,二次側磁芯具有二個第二接觸端,二個第二接觸端上分別設有二層非磁性(non-magnetic)保護膜,第二接觸端透過非磁性保護膜接觸第一接觸端。
在本發明之一實施例中,非磁性保護膜之材質為油漆、塑膠或尼龍。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含一個外盒、一個內盒、複數根彈簧與一塊平板。外盒具有一個第一內部空間及其連通之一個第一開口,內盒具有一個第二內部空間及其連通之一個第二開口。五條彈簧設於第一內部空間中,每一彈簧連接外盒與內盒,以安裝內盒於第一內部空間中,且使得第二開口朝向第一開口。有一平板垂直地豎立在內盒之內底面,並位於第二內部空間中,平板之表面相對第二開口,一次側磁芯與一次側繞組設於第二內部空間中,一次側磁芯設於平板之表面上,第一接觸端朝向第二開口。可攜式無線儲電裝置更包含一安裝盒,其係具有一個第三內部空間。安裝盒之外形對應第二開口之形狀,二次側磁芯與二次側繞組設於第三內部空間中,且二次側磁芯之第二接觸端穿透安裝盒。在第二接觸端透過非磁性保護膜接觸第一接觸端時,安裝盒置入第二開口中。
在本發明之一實施例中,第二開口為喇叭開口。
在本發明之一實施例中,外盒之內側面相對第一開口,內側面具有一滑板,彈簧之其中一者的一端設於滑板上,另一端固定於內盒上。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含一溫度感測器與一 加熱器。溫度感測器設於第一內部空間中,並偵測第一內部空間之溫度。在第一內部空間之溫度低於一溫度預設值時,溫度感測器產生一溫控訊號。加熱器連接溫度感測器,且受溫度感測器控制,加熱器設於第一內部空間中,加熱器接收溫控訊號,被通電以提升第一內部空間之溫度。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含二個彈簧鉸鏈、二扇門板與二個近接感測器。門板分別透過彈簧鉸鏈設於外盒上,以封閉第一開口。近接感測器設於外盒之內表面,並分別靠近彈簧鉸鏈。在彈簧鉸鏈利用門板打開第一開口時,近接感測器發出安裝盒進入外盒的信號。
在本發明之一實施例中,每一近接感測器為磁性感測器或紅外線感測器。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含一驅動電路,其係連接到一次側繞組,並提供驅動交流電壓。
在本發明之一實施例中,無線充電管理系統更包含一個網路控制器與一個電源供應裝置。網路控制器會產生一供電訊號,電源供應裝置和網路控制器與驅動電路相連接,並接收供電訊號,以據此使電源供應裝置產生一直流供應電壓。驅動電路接收直流供應電壓,且將其轉換為驅動交流電壓。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含一個第一無線傳輸器與一個壓力感測器。第一無線傳輸器設於第一內部空間,並連接網路控制器。壓力感測器連接第一無線傳輸器,一次側磁芯透過壓力感測器設於平板之表面上。在一次側磁芯與二次側磁芯對壓力感測器施壓時,壓力感測器產生一觸發訊號。可攜式無線儲電裝置更包含一個第二無線傳輸器與一個處理器。第二無線傳輸器設於第三內部空間中,處理器連接第一電池與第二無線傳輸器,並紀錄第一電池之識別資訊。處理器透過第一無線傳 輸器與第二無線傳輸器接收觸發訊號,並藉此透過第一無線傳輸器與第二無線傳輸器傳送識別資訊給網路控制器,網路控制器根據識別資訊產生供電訊號。
在本發明之一實施例中,網路控制器設有一預設格式,在預設格式與對應的識別資訊之格式符合時,網路控制器產生供電訊號。
在本發明之一實施例中,無線充電管理系統更包含一個儲存裝置,其係連接網路控制器,儲存裝置存有曾在此無線充電裝置充過電的複數個第一電池識別資料。網路控制器比對第一電池識別資料與存在儲存裝置的識別資訊,在識別資訊對應第一電池識別資料之其中一者時,網路控制器產生供電訊號。
在本發明之一實施例中,無線充電管理系統更包含至少一個雲端伺服器,其係透過網際網路連線網路控制器,雲端伺服器存有複數個第二電池識別資料。網路控制器傳送識別資訊至雲端伺服器,以比對第二電池識別資料與識別資訊。在第二電池識別資料之其中一者與識別資訊對應時,雲端伺服器傳送一供電請求(request)給網路控制器,網路控制器利用供電請求產生供電訊號。
在本發明之一實施例中,第一無線傳輸器與第二無線傳輸器為紅外線傳輸器或短距離無線電收發器,如積體電路匯流排(I2C)。
在本發明之一實施例中,無線充電裝置更包含一個電源控制器,其係連接電源供應裝置與驅動電路,並接收直流供應電壓以產生一個第一數位訊號、一個第二數位訊號、一個第三數位訊號與一個第四數位訊號,一次側繞組具有一個第一端與一個第二端。驅動電路更包含一個電感器、一個第一電子開關、一個第二電子開關、一個第三電子開關與一個第四電子開關。電感器具有一個第三端與一個第四端,第三端 連接第二端。第一電子開關連接於接地端與第一端之間,並連接電源控制器,且接收第一數位訊號。第二電子開關連接電源供應裝置與第一端之間,並連接電源控制器,且接收第二數位訊號。第三電子開關連接電源供應裝置與第四端之間,並連接電源控制器,且接收第三數位訊號。第四電子開關連接於接地端與第四端之間,並連接電源控制器,且接收第四數位訊號。第一數位訊號、第二數位訊號、第三數位訊號與第四數位訊號分别控制第一電子開關、第二電子開關、第三電子開關與第四電子開關,以利用電感器轉換直流供應電壓為驅動交流電壓。
在本發明之一實施例中,電源供應裝置更包含一個第二電池、一個風力發電器、一個第二充電器、一個太陽能板、一個第三充電器、一個整流器、一個電源管理電路與一個電動清洗器。第二電池提供第一直流電壓,風力發電器轉換風力為第一電能。第二充電器連接第二電池與風力發電器,以利用第一電能對第二電池充電。太陽能板轉換太陽能為第二電能,第三充電器連接第二電池與太陽能板,以利用第二電能對第二電池充電。整流器接收一交流市電,以將其轉換為第二直流電壓。電源管理電路連接網路控制器、驅動電路、第二電池與整流器,並偵測第一直流電壓,且接收供電訊號。在第一直流電壓大於或等於一第一電壓預設值時,電源管理電路根據供電訊號選擇第一直流電壓為直流供應電壓。在第一直流電壓小於第一電壓預設值時,電源管理電路根據供電訊號選擇第二直流電壓為直流供應電壓。電動清洗器之位置對應太陽能板之位置,並連接網路控制器,網路控制器控制電動清洗器清洗太陽能板。
在本發明之一實施例中,電動清洗器為電動雨刷。
在本發明之一實施例中,第一充電器更包含一個整流電路、 一個電壓比較器、一個直流升壓器與一個充電電路。整流電路連接二次側繞組,並接收輸出交流電壓,以將此轉換為第三直流電壓。電壓比較器連接整流電路、直流升壓器與充電電路,並接收第三直流電壓。在第三直流電壓小於一個第二電壓預設值時,電壓比較器傳送第三直流電壓給直流升壓器,直流升壓器增加第三直流電壓,以產生第四直流電壓。充電電路連接第一電池,在第三直流電壓大於或等於第二電壓預設值時,電壓比較器傳送第三直流電壓給充電電路,充電電路轉換第三直流電壓或第四直流電壓為輸出直流電壓輸出。
在本發明之一實施例中,二次側繞組停止輸出上述之輸出交流電壓時,直流升壓器連接一外部供電器,外部供電器提供外部直流電壓給直流升壓器。直流升壓器增加外部直流電壓,以產生第五直流電壓。充電電路利用第五直流電壓對第一電池充電。
茲為使 貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識,謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明,說明如後:
10‧‧‧無線充電裝置
12‧‧‧可攜式無線儲電裝置
14‧‧‧電源供應裝置
16‧‧‧儲存裝置
18‧‧‧網路控制器
20‧‧‧雲端伺服器
22‧‧‧一次側磁芯
24‧‧‧一次側繞組
26‧‧‧外盒
28‧‧‧內盒
30‧‧‧彈簧
32‧‧‧平板
34‧‧‧溫度感測器
36‧‧‧加熱器
38‧‧‧電動彈簧鉸鏈
40‧‧‧門板
42‧‧‧近接感測器
44‧‧‧驅動電路
46‧‧‧第一無線傳輸器
48‧‧‧壓力感測器
50‧‧‧電源控制器
52‧‧‧二次側磁芯
54‧‧‧二次側繞組
56‧‧‧第一充電器
58‧‧‧第一電池
60‧‧‧安裝盒
62‧‧‧非磁性保護膜
64‧‧‧第二無線傳輸器
66‧‧‧處理器
68‧‧‧第一內部空間
70‧‧‧第一開口
72‧‧‧第二內部空間
74‧‧‧第二開口
76‧‧‧第三內部空間
78‧‧‧滑軌
80‧‧‧電感器
82‧‧‧第一電子開關
84‧‧‧第二電子開關
86‧‧‧第三電子開關
88‧‧‧第四電子開關
90‧‧‧第二電池
92‧‧‧風力發電器
94‧‧‧第二充電器
96‧‧‧太陽能板
98‧‧‧第三充電器
100‧‧‧整流器
102‧‧‧電源管理電路
104‧‧‧電動清洗器
106‧‧‧整流電路
108‧‧‧電壓比較器
110‧‧‧直流升壓器
112‧‧‧充電電路
114‧‧‧外部供電器
第1圖為本發明之無線充電管理系統之電路方塊圖。
第2圖為本發明之外盒及其內部元件之側視圖。
第3圖為本發明之外盒及其內部元件之前視圖。
第4圖為本發明之安裝盒及其內部元件之側視圖。
第5圖為本發明之安裝盒及其內部元件之前視圖。
第6圖為本發明之驅動電路之電路方塊圖。
第7圖為本發明之一次側電流之波形圖。
第8圖為本發明之電源供應裝置之電路方塊圖。
第9圖為本發明之第一充電器之電路方塊圖。
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的,於圖式與說明書中,相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中,基於簡化與方便標示,形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是,未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件,為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
以下請參閱第1圖、第2圖、第3圖、第4圖與第5圖,以下介紹本發明之無線充電管理系統,其係包含至少一個無線充電裝置10、至少一個可攜式無線儲電裝置12、一個電源供應裝置14、一個儲存裝置16、一個網路控制器18與至少一個雲端伺服器20,無線充電裝置10對可攜式無線儲電裝置12充電。在此實施例中,無線充電裝置10、可攜式無線儲電裝置12與雲端伺服器20之數量分別以一為例,且儲存裝置16係為硬體,如硬碟。可攜式無線儲電裝置12設於電動載具上,例如電動腳踏車。無線充電裝置10包含一個一次側磁芯22、一個一次側繞組24、一個外盒26、一個內盒28、複數彈簧30、一塊平板32、一個溫度感測器34、一個加熱器36、二個彈簧鉸鏈38、二扇門板40、二個近接感測器42、一個驅動電路44、一個第一無線傳輸器46、一個壓力感測器48與一個電源控制器50,可攜式無線儲電裝置12包含一個二次側磁芯52、一個二次側繞組54、一個第一充電器56、一個第一電池58、一個安裝盒60、二層非磁性保護膜62、一個第二無線傳輸器64與一個處理器66。舉例來說,彈簧30之數量為五根,每一近接感測器42為紅外線感測器或 磁性感測器,磁性感測器例如為磁簧開關,第一無線傳輸器46與第二無線傳輸器64為紅外線傳輸器或短距離無線電收發器,如積體電路匯流排(I2C)。
一次側繞組24設於一次側磁芯22上,並接收一驅動交流電壓DA。一次側磁芯22與二次側磁芯52為非晶合金(amorphous alloy)鐵芯,驅動交流電壓之頻率為400~1000赫茲。二次側繞組54設於二次側磁芯52上,在二次側磁芯52與一次側磁芯22互相接觸以形成一封閉磁路(closed magnetic loop)時,一次側磁芯22、一次側繞組24、二次側磁芯52與二次側繞組54組成一滑動變壓器(sliding transformer),以提高充電效率,並避免交流磁場外洩所造成的不良影響。由於鐵磁性材料的導磁率很高,可高達空氣的導磁率數千倍至多,所以一次側繞組24可以在不很大的電流情況下,產生較強的磁場,而且磁力線都集中在一次側磁芯22與二次側磁芯52裡,大部分都可達到二次側繞組54,這樣既有很高的傳輸效率,可在90%以上,而且磁力線都在一次側磁芯22與二次側磁芯52之內部,對環境影響很小。滑動變壓器轉換驅動交流電壓DA為一輸出交流電壓OA,以利用二次側繞組54輸出輸出交流電壓OA。第一充電器56連接二次側繞組54,以接收輸出交流電壓OA,並將此轉換為一輸出直流電壓OD。第一電池58連接第一充電器56,第一充電器56利用輸出直流電壓OD對第一電池58充電。
電動腳踏車需要至少150瓦以上之傳輸功率,無線充電必需滿足這一個基本要求。安裝在電動腳踏車上的設備都要求以輕為好,同樣傳輸200瓦的功率,如果滑動變壓器之工作頻率用50赫茲,所需的鐵芯重量為1.5公斤,而滑動變壓器之工作頻率用400赫茲,鐵芯的重量為0.32公斤,幾乎只有50赫茲的五分之一。當工作頻率在400赫茲到1000赫茲時,一般電源變壓器用的矽鋼片會產生很大的損耗,變壓器的效率會大大降低,而使用非 晶合金可避免這種損耗。使用這樣的工作頻率的另一個優點是絕對不會產生無線電干擾。根據國際無線電干擾特別委員會(CISPRA)的規定,無線電干擾頻率的下限頻率為10千赫茲。而滑動變壓器的工作頻率遠低於此下限頻率。由於現在的電動腳踏車上用上了越來越多的通信設備,由於滑動變壓器選用了400赫茲到1000赫茲的範圍,即使在某種意外的情況下,滑動變壓器和通信系統發生了耦合,也不會造成無線電干擾。
一次側磁芯22與二次側磁芯52為C形、U形、E形或罐形。一次側磁芯22具有二個第一接觸端,二次側磁芯52具有二個第二接觸端,二個第二接觸端上分別設有二層非磁性(non-magnetic)保護膜62,第二接觸端透過非磁性保護膜62接觸第一接觸端。非磁性保護膜62之材質為油漆、塑膠或尼龍。非磁性保護膜62之厚度為10-4米的數量級,這對變壓器效率的影響很小,但非磁性保護膜62防止二次側磁芯52鏽蝕,對提高系統的可靠性有很大幫助。
外盒26具有一個第一內部空間68及其連通之一個第一開口70,內盒28具有一個第二內部空間72及其連通之一個第二開口74,其中第二開口74例如為喇叭開口。外盒26、內盒28與安裝盒60由非磁性材料製成。彈簧30設於第一內部空間68中,每一彈簧30連接外盒26與內盒28,以安裝內盒28於第一內部空間68中,且第二開口74朝向第一開口70。平板32垂直豎立在內盒28之內底面,並位於第二內部空間72中,平板32之表面相對第二開口74,一次側磁芯22與一次側繞組24設於第二內部空間72中,一次側磁芯22設於平板32之表面上,一次側磁芯22之第一接觸端朝向第二開口74。安裝盒60具有一個第三內部空間76。安裝盒60之外形對應第二開口74之形狀,二次側磁芯52與二次側繞組54設於第三內部空間76中,且二次側磁芯52之第二接觸端穿透安裝盒60。在第二接觸端透過非磁性保護膜62接觸一次側磁芯22 之第一接觸端時,安裝盒60置入第二開口74中。外盒26之內側面相對第一開口70,此內側面具有一滑板78,彈簧30之其中一者設於滑板78,並固定於內盒28上。第二開口74之四個角與安裝盒60之四個角都是圓弧形,且配合彈簧30之彈力,彈簧30能在滑板78上滑動。因此,當安裝盒60進入第二開口74時,內盒28不斷根據安裝盒60之位置與方向調整自己的位置與方向,使二次側磁芯52容易透過非磁性保護膜62接觸一次側磁芯22。
溫度感測器34設於第一內部空間68中,並偵測第一內部空間68之溫度。在第一內部空間68之溫度低於一溫度預設值時,溫度感測器34產生一溫控訊號。加熱器36連接溫度感測器34,且受溫度感測器34控制,並設於第一內部空間68中,加熱器36接收溫控訊號,被通電以提升第一內部空間68之溫度。舉例來說,當第一內部空間68之溫度小於攝氏零度時,溫度感測器34產生溫控訊號,使加熱器36通電以提升第一內部空間68之溫度,以提高無線充電管理系統之可靠性。
門板40分別透過彈簧鉸鍊38設於外盒26上,以封閉第一開口70,來防止雨或雪進入第一內部空間68與第二內部空間72。近接感測器42設於外盒26之內表面,並分別靠近彈簧鉸鏈38。在彈簧鉸鏈38利用門板40打開第一開口70時,近接感測器42發出安裝盒60進入外盒26的信號讓無線充電裝置10準備進行無線充電。由於在第一開口70未打開前,無線充電裝置10不會提供電力,以大幅降低功率損失,並提高充電效率。
驅動電路44連接一次側繞組24,並提供驅動交流電壓DA。網路控制器18產生一供電訊號PE,電源供應裝置14連接網路控制器18與驅動電路44,並接收供電訊號PE,以據此產生一直流供應電壓DS。電源控制器50連接電源供應裝置14與驅動電路44,並接收直流供應電壓 DS。驅動電路44接收直流供應電壓DS,電源控制器50控制驅動電路44轉換直流供應電壓DS為驅動交流電壓DA。第一無線傳輸器46設於第一內部空間68,並連接網路控制器18。壓力感測器48連接第一無線傳輸器46,一次側磁芯22透過壓力感測器48設於平板32之表面上。在一次側磁芯22與二次側磁芯52對壓力感測器48施壓時,壓力感測器48產生一觸發訊號T。第二無線傳輸器64設於第三內部空間76中,處理器66連接第一電池58與第二無線傳輸器64,並紀錄第一電池58之識別資訊ID。處理器66透過第一無線傳輸器46與第二無線傳輸器64接收觸發訊號T,並藉此透過第一無線傳輸器46與第二無線傳輸器64傳送識別資訊ID給網路控制器18,網路控制器18根據識別資訊ID產生供電訊號PE。此時封閉磁路已形成,無線充電裝置10開始進行無線充電。
網路控制器18有三種方式產生供電訊號PE。網路控制器18設有一預設格式,在預設格式對應識別資訊ID之格式時,網路控制器18產生供電訊號PE。此外,儲存裝置16連接網路控制器18,儲存裝置16存曾在此無線充電裝置10充過電的複數的第一電池識別資料。網路控制器18比對第一電池識別資料與識別資訊ID,在識別資訊ID對應第一電池識別資料之其中一者時,網路控制器18產生供電訊號PE。最後,雲端伺服器20透過網際網路連線網路控制器18,雲端伺服器20存有複數第二電池識別資料。網路控制器18傳送識別資訊ID至雲端伺服器20,以比對第二電池識別資料與識別資訊ID。在第二電池識別資料之其中一者與識別資訊ID對應時,雲端伺服器20傳送一供電請求R給網路控制器18,網路控制器18利用供電請求R產生供電訊號PE。
以下介紹本發明之無線充電管理系統之運作過程。首先,門板40 封閉第一開口70。當彈簧鉸鏈38利用門板40打開第一開口70時,近接感測器42安裝盒60進入外盒26的,要求無線充電裝置10準備進行無線充電。接著,安裝盒60置入在第二開口74中,使二次側磁芯52之第二接觸端透過非磁性保護膜62接觸一次側磁芯22之第一接觸端,以形成一封閉磁路。當一次側磁芯22與二次側磁芯52對壓力感測器48施壓時,壓力感測器48產生觸發訊號T。處理器66透過第一無線傳輸器46與第二無線傳輸器64接收觸發訊號T,並藉此透過第一無線傳輸器46與第二無線傳輸器64傳送識別資訊ID給網路控制器18。網路控制器18先比對儲存裝置16中的第一電池識別資料與識別資訊ID,在識別資訊ID對應第一電池識別資料之其中一者時,網路控制器18產生供電訊號PE。若識別資訊ID未對應第一電池識別資料之其中一者時,網路控制器18傳送識別資訊ID至雲端伺服器20,以比對第二電池識別資料與識別資訊ID。在第二電池識別資料之其中一者與識別資訊ID對應時,雲端伺服器20傳送供電請求R給網路控制器18,網路控制器18利用供電請求R產生供電訊號PE。同時,網路控制器18將識別資訊ID存入儲存裝置16中,以供下次使用。若識別資訊ID未對應第一電池識別資料之其中一者,且網路又故障時,網路控制器18判斷預設格式是否對應識別資訊ID之格式,若是,則網路控制器18產生供電訊號PE,並將識別資訊ID存入儲存裝置16中,待網路恢復時,將識別資訊ID送往雲端伺服器20。若網路控制器18判斷預設格式未對應識別資訊ID之格式,網路控制器18停止運作。
電源供應裝置14接收供電訊號PE,以據此產生直流供應電壓DS。驅動電路44與電源控制器50接收直流供應電壓DS,電源控制器50控制驅動電路44轉換直流供應電壓DS為驅動交流電壓DA。一次側磁芯 22、一次側繞組24、二次側磁芯52與二次側繞組54轉換驅動交流電壓DA為輸出交流電壓OA,以利用二次側繞組54輸出上述之輸出交流電壓OA。第一充電器56接收輸出交流電壓OA,並將此轉換為一輸出直流電壓OD。第一充電器56利用輸出直流電壓OD對第一電池58充電。當第一電池58被充飽時,處理器66透過第二無線傳輸器64與第一無線傳輸器46通知網路控制器18,使網路控制器18停止輸出供電訊號PE,則無線充電裝置10不再對可攜式無線儲電裝置12充電。最後,安裝盒60離開第一開口70與第二開口74時,門板40關閉第一開口70。
除了識別資訊ID外,處理器66亦可擷取第一電池58之剩餘電量與充放電記錄。若可攜式無線儲電裝置12設於電動腳踏車上,則處理器66係擷取電動腳踏車之性能參數,如行車距離、電動馬達之耗電量與電動腳踏車之位置。處理器66亦可將擷取到之資訊透過第二無線傳輸器64、第一無線傳輸器46與網路控制器18傳送給雲端伺服器20,以進行電動腳踏車之群體管理,例如計算車輛密度與流動性。
請參閱第6圖。電源控制器50接收直流供應電壓DS以產生一個第一數位訊號D1、一個第二數位訊號D2、一個第三數位訊號D3與一個第四數位訊號D4,一次側繞組24具有一個第一端與一個第二端。驅動電路44更包含一個電感器80、一個第一電子開關82、一個第二電子開關84、一個第三電子開關86與一個第四電子開關88。為了提高效率以及降低驅動電路44本身的功耗,驅動電路44都使用半導體開關元件。但半導體開關元件的速度很快,導通時電阻很小,一旦導通,電流很快達到穩定值,但是變壓器的原理需要一次側有連續變化的電流,所以要插入一個合適的電感器。電感器80具有一個第三端與一個第四端,第三端連接一次側繞組24之第二端。第一電子開關82連接於接地端與一次側繞組24之第一端 之間,並連接電源控制器50,且接收第一數位訊號D1。第二電子開關84連接電源供應裝置14與一次側繞組24之第一端之間,並連接電源控制器50,且接收第二數位訊號D2。第三電子開關86連接電源供應裝置14與電感器80之第四端之間,並連接電源控制器50,且接收第三數位訊號D3。第四電子開關88連接於接地端與電感器80之第四端之間,並連接電源控制器50,且接收第四數位訊號D4。第一數位訊號D1、第二數位訊號D2、第三數位訊號D3與第四數位訊號D4分别控制第一電子開關82、第二電子開關84、第三電子開關86與第四電子開關88,以利用電感器80轉換直流供應電壓DS為驅動交流電壓DA。
請參閱第6圖與第7圖。在第一時段T1中,第二電子開關84和第四電子開關88導通,第一電子開關82和第三電子開關86關閉,電流從電源供應裝置14通過第二電子開關84、一次側繞組24、電感器80與第四電子開關88至接地端,由於電感器80的作用,電流由小到大緩慢變化,此過程中,電源供應裝置14不光對一次側繞組24提供能量,也把能量存儲在電感器80中。在第二時段T2中,第二電子開關84從導通變關閉,第一電子開關82由關閉變導通,第四電子開關88保持導通狀態,第三電子開關86保持關閉狀態。存儲在電感器80中的能量通過第四電子開關88至接地端,電流由一次側繞組24流向電感器80,也就是對一次側繞組24繼續提供能量,但電流從大變小。在第三時段T3中,第一電子開關82繼續保持導通,第二電子開關84繼續保持關閉,第三電子開關86由關閉變成導通,第四電子開關88由導通變成關閉,電流從電源供應裝置14通過第三電子開關86、電感器80、一次側繞組24與第一電子開關82至接地端,由於電感器80的作用,電流由小到大緩慢變化,此過程中,電源供應裝置14不光對一次側繞組24提供能量,也把能量存儲在電感器80中。在第四時段T4中,第一電子開關82保持導通,第二電子開關84 保持關閉,第三電子開關86由導通變關閉,第四電子開關88由關閉變導通。存儲在電感器80中的能量通過一次側繞組24與第一電子開關82流向接地端,第四電子開關88放電,也就是對一次側繞組24繼續提供能量,電流仍從電感器80流向一次側繞組24,但電流從大變小。從第7圖的通過一次側繞組24之一次側電流之波形中可以看到,此一次側電流之優點是電流波形正負對稱,平均值很小,可減小鐵芯的飽和,達到最大的電流振幅。此一次側電流係用來產生上述之驅動交流電壓。
請參閱第8圖。電源供應裝置14更包含一個第二電池90、一個風力發電器92、一個第二充電器94、一個太陽能板96、一個第三充電器98、一個整流器100、一個電源管理電路102與一個電動清洗器104。第二電池90提供第一直流電壓V1,風力發電器92轉換風力為第一電能E1。第二充電器94連接第二電池90與風力發電器92,以利用第一電能E1對第二電池94充電。太陽能板96轉換太陽能為第二電能E2,第三充電器98連接第二電池90與太陽能板96,以利用第二電能E2對第二電池90充電。整流器100接收一交流市電G,以將其轉換為第二直流電壓V2。電源管理電路102連接網路控制器18、驅動電路44、電源控制器50、第二電池90與整流器100,並偵測第一直流電壓V1,且接收供電訊號PE。在第一直流電壓V1大於或等於一第一電壓預設值時,電源管理電路102根據供電訊號PE選擇第一直流電壓V1為直流供應電壓DS。在第一直流電壓V1小於第一電壓預設值時,電源管理電路102根據供電訊號PE選擇第二直流電壓V2為直流供應電壓DS。當風力發電器92和太陽能板96可以滿足電力要求時不使用交流市電G,只有當風力發電器92和太陽能板不能滿足電力要求上才轉換到使用交流市電G,如此把電耗的費用降到最低。電動清洗器104之位置對應太陽能板96之位置,並連接網路控制器18,網路控制器18控制電動清洗器104清洗太陽能板96。舉例來說,電動清洗器 104為電動雨刷,網路控制器18控制電動雨刷定期清洗太陽能板96,以提升太陽能板96之轉換效率。
請參閱第9圖。第一充電器56更包含一整流電路106、一個電壓比較器108、一個直流升壓器110與一個充電電路112。整流電路106連接二次側繞組54,並接收輸出交流電壓OA,以將此轉換為第三直流電壓V3。電壓比較器108連接整流電路106、直流升壓器110與充電電路112,並接收第三直流電壓V3。在第三直流電壓V3小於一個第二電壓預設值時,電壓比較器108傳送第三直流電壓V3給直流升壓器110,直流升壓器110增加第三直流電壓V3,以產生第四直流電壓V4,進而提高管理系統之可靠性。充電電路112連接第一電池58,在第三直流電壓V3大於或等於第二電壓預設值時,電壓比較器108傳送第三直流電壓V3給充電電路112,充電電路112轉換第三直流電壓V3或第四直流電壓V4為輸出直流電壓OD輸出。
直流升壓器110具有一備用插孔。當二次側繞組54停止輸出輸出交流電壓OA時,直流升壓器110透過備用插孔連接一外部供電器114。外部供電器114提供外部直流電壓EX給直流升壓器110。直流升壓器110增加外部直流電壓EX,以產生第五直流電壓V5。充電電路112利用第五直流電壓V5對第一電池58充電。
綜上所述,本發明利用滑動變壓器來進行無線充電,以達到高傳輸功率。
以上所述者,僅為本發明一較佳實施例而已,並非用來限定本發明實施之範圍,故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾,均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (24)

  1. 一種無線充電管理系統,包含:至少一無線充電裝置,包含:一個一次側磁芯;以及一個一次側繞組,設於該一次側磁芯上,並接收一驅動交流電壓;以及至少一個可攜式無線儲電裝置,該至少一個無線充電裝置對該至少一個可攜式無線儲電裝置充電,該至少一個可攜式無線儲電裝置包含:一個二次側磁芯;一個二次側繞組,設於該二次側磁芯上,在該二次側磁芯與該一次側磁芯互相接觸以形成一封閉磁路(closed magnetic loop)時,該一次側磁芯、該一次側繞組、該二次側磁芯與該二次側繞組組成一滑動變壓器(sliding transformer),該滑動變壓器轉換該驅動交流電壓為一輸出交流電壓,以利用該二次側繞組輸出該輸出交流電壓,該一次側磁芯具有二第一接觸端,該二次側磁芯具有二第二接觸端,該二第二接觸端上分別設有二非磁性(non-magnetic)保護膜,該些第二接觸端透過該些非磁性保護膜接觸該些第一接觸端;一個第一充電器,連接該二次側繞組,以接收該輸出交流電壓,並將此轉換為一輸出直流電壓;以及一個第一電池,連接該第一充電器,該第一充電器利用該輸出直流電壓對該第一電池充電。
  2. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該一次側磁芯與該二次側磁芯為非晶合金(amorphous alloy)鐵芯,該驅動交流電壓之頻率為400~1000赫茲。
  3. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該至少一個可攜式無線儲電裝置設於電動載具上。
  4. 如請求項3所述之無線充電管理系統,其中該電動載具為電動腳踏車。
  5. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該一次側磁芯與該二次側磁芯為C形、U形、E形或罐形。
  6. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該非磁性保護膜之材質為油漆、塑膠或尼龍。
  7. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含:一個外盒,具有一第一內部空間及其連通之一第一開口;一個內盒,具有一第二內部空間及其連通之一第二開口;複數根彈簧,設於該第一內部空間中,每一該彈簧連接該外盒與該內盒,以安裝該內盒於該第一內部空間中,且該第二開口朝向該第一開口;以及一塊平板,垂直豎立在該內盒之內底面,並位於該第二內部空間中,該平板之表面相對該第二開口,該一次側磁芯與該一次側繞組設於該第二內部空間中,該一次側磁芯設於該平板之該表面上,該些第一接觸端朝向該第二開口;以及該至少一個可攜式無線儲電裝置更包含一個安裝盒,其係具有一個第三內部空間,該安裝盒之外形對應該第二開口之形狀,該二次側磁芯與該二次側繞組設於該第三內部空間中,且該二次側磁芯之該些第二接觸端穿透該安裝盒,在該些第二接觸端透過該些非磁性保護膜接觸該些第一接觸端時,該安裝盒置入該第二開口中。
  8. 如請求項7所述之無線充電管理系統,其中該第二開口為喇叭開口。
  9. 如請求項7所述之無線充電管理系統,其中該外盒之內側面相對該第一開口,該內側面具有一滑板,該些彈簧之其中一者設於該滑板上,並固定於該內盒上。
  10. 如請求項7所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含:一個溫度感測器,設於該第一內部空間中,並偵測該第一內部空間之溫度,在該第一內部空間之該溫度低於一溫度預設值時,該溫度感測器產生一溫控訊號;以及一個加熱器,連接該溫度感測器,且受該溫度感測器控制,並設於該第一內部空間中,該加熱器接收該溫控訊號,以提升該第一內部空間之該溫度。
  11. 如請求項7所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含:二個彈簧鉸鏈;二扇門板,分別透過該些彈簧鉸鏈設於該外盒上,以封閉該第一開口;以及二個近接感測器,設於該外盒之內表面,並分別靠近該些彈簧鉸鏈,在該些彈簧鉸鏈利用該些門板打開該第一開口時,該些近接感測器發出該安裝盒進入該外盒的信號。
  12. 如請求項11所述之無線充電管理系統,其中每一該近接感測器為紅外線感測器或磁性感測器。
  13. 如請求項11所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含一個驅動電路,其係連接該一次側繞組,並提供該驅動交流電壓。
  14. 如請求項13所述之無線充電管理系統,更包含:一個網路控制器,產生一供電訊號;以及一個電源供應裝置,連接該網路控制器與該驅動電路,並接收該供電訊號,以據此產生一直流供應電壓,該驅動電路接收該直流供應電壓,且將其轉換為該驅動交流電壓。
  15. 如請求項14所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含:一個第一無線傳輸器,設於該第一內部空間,並連接該網路控制器;以及一個壓力感測器,連接該第一無線傳輸器,該一次側磁芯透過該壓力感測器設於該平板之該表面上,在該一次側磁芯與該二次側磁芯對該壓力感測器施壓時,該壓力感測器產生一觸發訊號;以及該至少一個可攜式無線儲電裝置更包含:一個第二無線傳輸器,設於該第三內部空間中;以及一個處理器,連接該第一電池與該第二無線傳輸器,並紀錄該第一電池之識別資訊,該處理器透過該第一無線傳輸器與該第二無線傳輸器接收該觸發訊號,並藉此透過該第一無線傳輸器與該第二無線傳輸器傳送該識別資訊給該網路控制器,該網路控制器根據該識別資訊產生該供電訊號。
  16. 如請求項15所述之無線充電管理系統,其中該網路控制器設有預設格式,在該預設格式對應該識別資訊之格式時,該網路控制器產生該供電訊號。
  17. 如請求項15所述之無線充電管理系統,更包含一個儲存裝置,其係連接該網路控制器,該儲存裝置存有複數個第一電池識別資料,該網路控制器比對該些第一電池識別資料與該識別資訊,在該識別資訊對應該些第一電池識別資料之其中一者時,該網路控制器產生該供電訊號。
  18. 如請求項15所述之無線充電管理系統,更包含至少一個雲端伺服器,其係透過網際網路連線該網路控制器,該至少一個雲端伺服器存有複數個第二電池識別資料,該網路控制器傳送該識別資訊至該至少一個雲端伺服器,以比對該些第二電池識別資料與該識別資訊,在該些第二電池識別資料之其中一者與該識別資訊對應時,該至少一個雲端伺服器傳送一供電請求給該網路控制器,該網路控制器利用該供電請求產生該供電訊號。
  19. 如請求項15所述之無線充電管理系統,其中該第一無線傳輸器與該第二無線傳輸器為紅外線傳輸器。
  20. 如請求項14所述之無線充電管理系統,其中該至少一個無線充電裝置更包含一個電源控制器,其係連接該電源供應裝置與該驅動電路,並接收該直流供應電壓以產生一個第一數位訊號、一個第二數位訊號、一個第三數位訊號與一個第四數位訊號,該一次側繞組具有一第一端與一第二端,該驅動電路更包含:一個電感器,具有一第三端與一第四端,該第三端連接該第二端;一個第一電子開關,連接於接地端與該第一端之間,並連接該電源控制器,且接收該第一數位訊號;一個第二電子開關,連接該電源供應裝置與該第一端之間,並連接該電源控制器,且接收該第二數位訊號;一個第三電子開關,連接該電源供應裝置與該第四端之間,並連接該電源控制器,且接收該第三數位訊號;以及一個第四電子開關,連接於該接地端與該第四端之間,並連接該電源控制器,且接收該第四數位訊號,該第一數位訊號、該第二數位訊號、該第三數位訊號與該第四數位訊號分别控制該第一電子開關、該第二電子開關、該第三電子開關與該第四電子開關,以利用該電感器轉換該直流供應電壓為該驅動交流電壓。
  21. 如請求項14所述之無線充電管理系統,其中該電源供應裝置更包含:一個第二電池,提供第一直流電壓;一個風力發電器,轉換風力為第一電能;一個第二充電器,連接該第二電池與該風力發電器,以利用該第一電能對該第二電池充電;一個太陽能板,轉換太陽能為第二電能;一個第三充電器,連接該第二電池與該太陽能板,以利用該第二電能對該第二電池充電;一個整流器,接收一交流市電,以將其轉換為第二直流電壓;一個電源管理電路,連接該網路控制器、該驅動電路、該第二電池與該整流器,並偵測該第一直流電壓,且接收該供電訊號,在該第一直流電壓大於或等於一第一電壓預設值時,該電源管理電路根據該供電訊號選擇該第一直流電壓為該直流供應電壓,在該第一直流電壓小於該第一電壓預設值時,該電源管理電路根據該供電訊號選擇該第二直流電壓為該直流供應電壓;以及一個電動清洗器,其位置對應該太陽能板之位置,並連接該網路控制器,該網路控制器控制該電動清洗器清洗該太陽能板。
  22. 如請求項21所述之無線充電管理系統,其中該電動清洗器為電動雨刷。
  23. 如請求項1所述之無線充電管理系統,其中該第一充電器更包含:一個整流電路,連接該二次側繞組,並接收該輸出交流電壓,以將此轉換為第三直流電壓;一個電壓比較器,連接該整流電路、該直流升壓器與該充電電路,並接收該第三直流電壓;一個直流升壓器,在該第三直流電壓小於一第二電壓預設值時,該電壓比較器傳送該第三直流電壓給該直流升壓器,該直流升壓器增加該第三直流電壓,以產生第四直流電壓;以及一個充電電路,連接該第一電池,在該第三直流電壓大於或等於該第二電壓預設值時,該電壓比較器傳送該第三直流電壓給該充電電路,該充電電路轉換該第三直流電壓或該第四直流電壓為該輸出直流電壓輸出。
  24. 如請求項23所述之無線充電管理系統,其中該二次側繞組停止輸出該輸出交流電壓時,該直流升壓器連接一外部供電器,該外部供電器提供外部直流電壓給該直流升壓器,該直流升壓器增加該外部直流電壓,以產生第五直流電壓,該充電電路利用該第五直流電壓對該第一電池充電。
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