TWI784287B - 無線電力傳輸設備及無線電力傳輸方法 - Google Patents

無線電力傳輸設備及無線電力傳輸方法 Download PDF

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Abstract

一種無線電力傳輸設備，包括配置為向配置為沿行進軌道移動的車輛提供交流電的交流電供應單元；將車輛及交流電供應單元彼此連接的電力線纜，該電力線纜將電力從交流電供應單元傳輸至車輛；及設置在電力線纜上的電容控制單元，該電容控制單元具有根據電力線纜的長度可變的電容值，以保持諧振頻率值恆定。因此，無論電力線纜的長度如何均可保持諧振頻率值恆定。

Description

無線電力傳輸設備及無線電力傳輸方法
本發明涉及一種無線電力傳輸設備及無線電力傳輸方法。更具體地，本發明涉及一種配置為藉由供電線纜來接收電力的無線電力傳輸設備，該供電線纜沿行進軌道佈置並可沿行進軌道移動。
在製造半導體裝置的過程中，諸如晶圓、印刷電路板(PCB)、個體化的半導體晶片及半導體封裝的裝置可藉由諸如導引車(RGV)、架空起重傳輸(OHT)設備等的無人搬運系統進行運輸。特別地，OHT傳輸設備可包括配置成可沿著安裝在無塵室天花板上的行進軌道移動的多個運輸車輛。電源部可藉由無線電力傳輸方式經由沿著行進軌道安裝的電源線纜為運輸車輛提供電力。
為了實現無線電力傳輸方式，可使用無線電力傳輸設備來供電。在此，電源可使用固定值的諧振頻率，例如在9.72MHz。
例如，行進軌道可劃分為用於為運輸車輛供電的多個部分。用於為運輸車輛供電的電力線纜可安裝在每個部分中，並沿著行駛軌道佈置。安裝 在每個部分中的電力線纜可分別連接到電源部。另外，行進軌道的長度可根據每個製造設備而變化。
隨著電力線纜長度的改變，可能需要藉由改變電力線纜的電容值或電感值來使諧振頻率的固定值保持恆定。例如，如果電力線纜相對較長，可改變電力線纜的電容值。或者，當電力線纜相對較短時，可藉由額外地串聯連接電感器來增加電力線纜的電感值。
為了改變電容值或電感值，操作者可能需要額外地工作。因此，可能需要花費大量的時間及精力來安裝或改變無線電力傳輸設備。
本發明提供一種無線電力傳輸設備，其能夠實現根據電力線纜的長度可變的電容值。
本發明提供一種無線電力傳輸方法，其能夠實現根據電力線纜的長度可變的電容值。
根據本發明的示例實施例，一種無線電力傳輸設備包括配置為向配置為沿行進軌道移動的車輛提供交流電的交流電供應單元；將車輛及交流電供應單元彼此連接的電力線纜，該電力線纜從交流電供應單元向車輛傳輸電力；及設置在電力線纜上的電容控制單元，該電容控制單元具有根據電力線纜的長度可變的電容值，以保持諧振頻率值恆定。
在一示例實施例中，電容控制單元可包括可變電容部。
在此，可變電容部可包括電容器及配置為選擇性地將電容器耦接到電力線纜的開關的至少一個對。
而且，多個電容器可以可操作地彼此並聯連接。
在一示例實施例中，還設置了開關單元，該開關單元耦接到電容控制單元，該開關單元配置為導通/斷開開關。
在一示例實施例中，電容控制單元還可包括耦接到可變電容部的可變電感部。
在此，可變電感部可包括電感器及配置為串聯耦接到電容器的開關的至少一個對。
而且，多個電容器可以可操作地彼此串聯連接。
另外，開關及電容器的對可彼此並聯耦接，還可設置耦接到電容控制單元的開關單元，該開關單元配置為導通/斷開開關。
在一示例實施例中，還可設置耦接到電力線纜的測量感測器，該測量感測器配置為測量根據電力線纜的長度而變化的電感值。
根據本發明的示例實施例，公開了一種無線電力傳輸方法，其中確認提供用來向運輸車輛傳輸電力的電力線纜的長度。然後，根據電力線纜的長度來調節設置在電力線纜上並連接在運輸車輛及交流電供應單元之間的電容控制單元的電容值，以保持諧振頻率值恆定。然後，使用諧振頻率值經由電力線纜從交流電供應單元向運輸車輛提供電力。
在一示例實施例中，調整電容控制單元的電容值可包括利用包括在電容控制單元中的可變電容部。
在此，利用包括在電容控制單元中的可變電容部可包括藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到電容器的開關來選擇性地將至少一個電容器連接到電力線纜。
在此，開關及電容器可串聯耦接以形成電容器-開關的至少一個對。
而且，藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到電容器的開關來選擇性地將至少一個電容器連接到電力線纜可包括依序增加開關導通的數量。
在一示例實施例中，調節電容控制單元的電容值還可包括利用並聯耦接到可變電容部的可變電感部。
在此，利用可變電感部可包括藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到電感器的開關來選擇性地將至少一個電感器連接到電力線纜。
在一示例實施例中，多個電容器可以可操作地彼此串聯連接，並且多個開關中的每一個可操作地並聯耦接到每個電容器，以限定開關-電容器的對，其中利用可變電容部可包括藉由導通/斷開每個開關來改變電容的值。
在一示例實施例中，測量電感值可包括利用配置為測量根據電力線纜的長度而變化的電感值的測量感測器。
根據本發明的示例實施例，一種無線電力傳輸設備包括配置為向配置為沿行進軌道移動的車輛提供交流電的交流電供應單元；將車輛及交流電供應單元彼此連接的電力線纜，電力線纜從交流電供應單元向車輛傳輸電力；及設置在電力線纜上的電容控制單元，該電容控制單元具有根據電力線纜的長度可變的電容值，以保持諧振頻率值恆定，其中，電容控制單元包括彼此並聯耦接的多個電容器，以及配置為將每個電容器選擇性地耦接至電力線纜的多個開關。
根據本發明如上所述的示例實施例，無線電力傳輸設備設置有電容控制單元，該電容控制單元配置為根據電力線纜的長度來調節電容值。因此，無線電力傳輸設備可在無需操作員額外操作的情況下保持固定的諧振頻率值恆定。
另外，還提供了用於測量根據電力線纜的長度的電感值的測量感測器，使得電容控制單元可容易地調節電感值。
本發明的以上概述並不旨在描述本發明的每個所示出的實施例或每個實施方式。以下的詳細描述及申請專利範圍更具體地舉例說明了這些實施例。
10:無線電力傳輸設備
110:交流電供應單元
150:電容控制單元
170:電力線纜
180:測量感測器
190:開關單元
151:可變電容部
156:可變電感部
157:並聯耦接部
157a:可變電容部
157b:可變電感部
159:串聯耦接部
159a:可變電容單元
159b:可變電感部
CP1、CP2、CPn:電容器
LP1、LP2、LPn:電感器
SWLS1、SWLS2、SWLSn、SWCS1、SWCS2、SWCSn:開關
結合圖式，根據以下描述可更詳細地理解示例實施例，其中：圖1是根據本發明一示例實施例的無線電力傳輸設備的方塊圖；圖2是圖1中所示的電容控制部的一個示例的電路圖；圖3是圖1中所示的電容控制部的另一示例的電路圖；圖4是圖1中所示的電容控制部的又一示例的電路圖；以及圖5是根據本發明一示例實施例的無線電力傳輸方法的流程圖。
雖然各種實施例可做出各種修改及替代形式，但其細節已藉由示例在圖式中示出並將詳細描述。然而，應理解，本發明不是將要求保護的發明 限於所描述的特定實施例。相反，本發明涵蓋了落入本發明主題由申請專利範圍限定的實質及範圍內的所有修改、等同形式及替代形式。
在下文中，將參照圖式詳細描述關於電纜管道單元及具有該電纜管道單元的OHT的具體實施例。然而，本發明可以不同形式實施，且不應解釋為限於本文描述的實施例。相反，提供這些實施例使得本發明是透徹及完整的，並向本領域技術人員充分傳達本發明的範圍。相同的圖式符號在全文中指代相同的元件。在圖式中，為了圖示清楚，誇大了層及區域的尺寸。
諸如第一、第二等的術語可用於描述各種元件，但由上述術語描述的上述元件不應受到限制。上述術語僅用於區分一個元件與另一個元件。例如，在本發明中，在不脫離範圍的情況下，第一元件可類似地命名為第二元件，第二元件也可類似地命名為第一元件。
本文使用的術語僅用於描述特定示例性實施例的目的，並不旨在限制本發明的構思。如本文所使用的，單數形式“一”及“該”也旨在包括複數形式，除非上下文清楚地另外表明。還應理解，當在本說明書中使用術語“包括”時，表明所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件的存在，但並不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其組合的存在或附加。
除非另有定義，否則本文中使用的所有術語(包括技術及科學術語)具有與本發明構思所屬領域的普通技術人員通常理解相同的含義。還應理解，諸如常用詞典中定義的那些術語應解釋為具有與其在相關領域上下文中相一致的含義，且不應以理想化或過度形式化的方式解釋，除非本文中明確定義。
圖1是根據本發明一示例實施例的無線電力傳輸設備的方塊圖。
參照圖1，根據本發明的示例實施例的無線電力傳輸設備100包括電力線纜170、交流電供應單元110及電容控制單元150。無線電力傳輸設備100可向配置為可沿軌道移動的運輸車輛供電。無線電力傳輸設備藉由無線電力 傳輸方法以固定值的諧振頻率向運輸車輛供電。諧振頻率值包括例如9.74kHz或9.92kHz。無線電力傳輸方法可包括高性能感應電力傳輸方法。
電力線纜170沿著軌道延伸。電力線纜170可具有根據軌道長度而調節的長度。例如，如果特定的製造設施具有相對較大的面積，則軌道的長度可為大約30至75m。因此，電力線纜170可具有相對較長的長度。結果，無線電力傳輸設備100包括具有相對高的電感值的電力線纜170。
交流電供應單元110連接到電力線纜170的一端。交流電供應單元110可包括整流器(未示出)及振盪器(未示出)。因此，交流電供應單元110可產生具有特定的諧振頻率值的交流電。
電容控制單元150設置在電力線纜170上。電容控制單元150可設置在電力線纜170的線上。
電容控制單元150設置為具有可變的電容值。即，當電力線纜170較長時，電力線纜170可具有較高的電感值，為了使無線電力傳輸設備100能夠維持恆定的諧振頻率值，需要電容控制單元150減小電容值。可參照圖2及3詳細描述用於實現電容控制單元150的電路。
在一示例實施例中，電容控制單元150可具有可變的電感值。即，電容控制單元150可在其中設置有可操作地彼此連接的多個電感器。
在一示例實施例中，可附加地設置開關單元190。開關單元190可控制包括在電容控制單元150中的開關。因此，無線電力傳輸設備100可保持諧振頻率值恆定。
在一示例實施例中，可進一步包括測量感測器180，其用於測量無線電力傳輸設備100根據電力線纜110長度變化的電感值。因此，可根據測量的電感值來調節電容調節單元150的電感值或電容值。例如，測量感測器180包括LCR儀錶。
根據本發明的示例實施例，無線電力傳輸設備100包括電容調整單元150，使得可根據電力線纜110的長度來調整電容值。因此，無線電力傳輸設備100可在無需操作員額外操作的情況下保持諧振頻率值的恆定。
圖2是圖1中所示的電容控制部的一個示例的電路圖。
參照圖1及圖2，電容控制單元150包括可實現可變電容值的可變電容部151。
可變電容部151包括多個電容器CP1、CP2至CPn以及多個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn，開關配置為可選擇地將電容器CP1、CP2至CPn中的每一個連接至電力線纜110。
在此，連接電容器CP1、CP2至CPn中的每一個以彼此並聯操作。而且，使用多個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn將第一至第n電容器CP1、CP2至CPn彼此並聯連接。在此，n為3以上的自然數。可變電容值可隨著彼此並聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量增加而增加。相反，隨著彼此並聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量減少，可變電容值可減小。
結果，可變電容值可根據彼此並聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量而改變。
在此，開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個及電容器CP1、CP2至CPn中的每一個可操作地串聯連接以限定一對。第一至第n開關SWCS1、SWCS2至SWCSn可分別導通/斷開電容器CP1、CP2至CPn中彼此對應的每一個。在此，n為3以上的自然數。
因此，電容器CP1、CP2至CPn可根據開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中每一個的導通/斷開操作而並聯連接至電力線纜170或從電力線纜170斷開。
開關單元190可選擇性地導通/斷開開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個。因此，開關單元190可藉由將開/關信號提供給開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個來控制每個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn。
電容控制單元150還可包括可實現可變電感值的可變電感部156。
可變電感部156包括多個電感器LP1、LP2至LPn及多個開關SWLS1,SWLS2至SWLSn，其配置為將電感器LP1、LP2至LPn中的每一個選擇性地連接到電力線纜110。
在此，電感器LP1、LP2至LPn中的每一個選擇性地連接以彼此並聯操作。而且，第一至第n電感器LP1、LP2至LPn使用多個開關SWLS1,SWLS2至SWLSn彼此並聯連接。在此，n為3以上的自然數。可變電感值可隨著彼此並聯連接的電感器LP1、LP2至LPn的數量的增加而減小。相反，隨著彼此並聯連接的電感器LP1、LP2至LPn的數量減少，可變電感值可增加。
因此，可變電感值可根據彼此並聯連接的電感器LP1、LP2至LPn的數量而改變。
在此，開關SWLS1,SWLS2至SWLSn中的每一個以及電感器LP1、LP2至LPn中的每一個可操作地串聯連接以限定一對。第一至第n開關SWLS1,SWLS2至SWLSn可分別導通/斷開電感器LP1、LP2至LPn中彼此對應的每一個。在此，n為3以上的自然數。
例如，如果製造設備佔用相對較小的面積，則軌道的長度可小於30m。因此，電力線纜110可相對較短。因此，包括短的電力線纜110的無線電力傳輸設備100可具有相對較低的電感值。
在這種情況下，可變電感部156可補償低電感值，使得電容控制單元150可保持電感值恆定。
圖3是圖1中所示的電容控制部的另一示例的電路圖。
參照圖1及圖3，電容控制單元150包括可實現可變電容值的可變電容部151。
可變電容部151包括多個電容器CP1、CP2至CPn以及多個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn，其配置為將電容器CP1、CP2至CPn中的每一個選擇性地連接至電力線纜110。
在此，連接電容器CP1、CP2至CPn中的每一個以彼此串聯操作。而且，使用多個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn將第一至第n電容器CP1、CP2至CPn彼此串聯連接。在此，n為3以上的自然數。可變電容值可隨著彼此串聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量的增加而減小。相反，隨著彼此並聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量減少，可變電容值可增加。
因此，可變電容值可根據彼此並聯連接的電容器CP1、CP2至CPn的數量而改變。
在此，開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個以及電容器CP1、CP2至CPn中的每一個可操作地並聯連接以限定一對。第一至第n開關SWCS1、SWCS2至SWCSn可分別導通/斷開電容器CP1、CP2至CPn中彼此對應的每一個。在此，n為3以上的自然數。
因此，電容器CP1、CP2至CPn可根據開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中每一個的導通/斷開操作而串聯連接到電力線纜170或從電力線纜170斷開，使得可變電容部151可具有可變的電容值。
開關單元190可選擇性地導通/斷開開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個。因此，開關單元190可藉由將開/關信號提供給開關SWCS1、SWCS2至SWCSn中的每一個來控制每個開關SWCS1、SWCS2至SWCSn。
在一示例實施例中，電容控制單元150還可包括可實現可變電感值的可變電感部156。
可變電感部156可串聯耦接到可變電容部151。
可變電感部156包括電感器LP1及串聯耦接到電感器LP1的開關SWLS1的至少一個對。可變電感部156可包括彼此並聯連接、具有電感器及開關的多個對。
可變電感部156可包括多個電感器LP1、LP2至LPn以及多個開關SWLS1、SWLS2至SWLSn，其配置為將電感器LP1、LP2至LPn中的每一個選擇性地連接至電力線纜110。
在此，電感器LP1、LP2至LPn中的每一個選擇性地連接以彼此串聯操作。而且，第一至第n電感器LP1、LP2至LPn使用多個開關SWLS1、SWLS2至SWLSn彼此串聯連接。
圖4是圖1中所示的電容控制部的又一示例的電路圖。
參照圖1及圖4，電容控制單元150可具有可變的電容值。
電容控制單元150包括並聯耦接部157及串聯耦接部159。
並聯耦接部157包括可變電容部157a及可變電感部157b。可變電容部157a包括電容器CP1及串聯耦接到電容器CP1的開關SWCS1的至少一個對。多個電容器-開關對可彼此並聯耦接。可變電感部157b包括電感器LP1及串聯耦接到電容器LP1的開關SWLS1的至少一個對。多個電感器-開關對可彼此並聯耦接。
另一方面，串聯耦接部159包括具有可變電容值的可變電容部159a及可變電感部159b。可變電容單元159a可包括彼此並聯連接的開關及電容器的多個對。開關及電容器的多個對彼此串聯耦接。而且，可變電感部159b包括彼此並聯連接的開關及電感器的至少一個對。開關及電容器的多個對彼此串聯耦接以彼此連接。
圖5是根據本發明的示例實施例的無線電力傳輸方法的流程圖。
參照圖1、2及5，公開了根據本發明的示例實施例的無線電力傳輸方法。在S110，確認提供用於傳輸電力到運輸車輛的電力線纜的長度。
測量感測器180配置為測量根據電力線纜170的長度而變化的電感值。
然後，在S130，調整電容控制單元150的電容值。電容控制單元150設置在電力線纜170上，並根據電力線纜170的長度而連接在運輸車輛10及交流電供應單元110之間，以保持諧振頻率值恆定。
電容控制單元150設置為具有可變電容值。即，電力線纜170較長時，電力線纜170可具有較高的電感值，為了使無線電力傳輸設備100能夠維持恆定的諧振頻率值，需要電容控制單元150減小電容值。
為了調整電容控制單元150的電容值，可利用包括在電容控制單元150中的可變電容部151。
可變電容部151可包括電容器及開關的至少一個對。
可變電容部151具有與關於圖1至圖4描述相同的元件。為避免冗餘，省略對可變電容部151的進一步描述。
為了藉由導通/斷開可操作地並聯連接到電容器的至少一個開關將至少一個電容器連接到電力線纜，開關依序地導通以增加導通的開關數量。
參照圖1、2及5，可變電容部151設置有彼此可操作地串聯連接的多個電容器以及分別可操作地並聯耦接到每個電容器的多個開關以限定一對開關-電容器。
在此，可變電容部151可藉由導通/斷開各開關來改變電容值。
然後，使用恆定的諧振頻率值經由電力線纜170將電力從交流電供應單元110提供給運輸車輛10。
儘管已經參考特定實施例描述了無線電力傳輸設備及無線電力傳輸方法，但它們並不限於此。因此，本領域技術人員應容易地理解，在不脫離本發明由所附申請專利範圍限定的實質及範圍的情況下，可對其進行各種修改及改變。
10:無線電力傳輸設備
110:交流電供應單元
150:電容控制單元
170:電力線纜
180:測量感測器
190:開關單元

Claims (18)

  1. 一種無線電力傳輸設備，其特徵在於，包括：配置為向車輛提供交流電的交流電供應單元，該車輛配置為沿行進軌道移動；使該車輛及該交流電供應單元彼此連接的電力線纜，該電力線纜將電力從該交流電供應單元傳輸至該車輛；設置在該電力線纜上的電容控制單元，該電容控制單元具有根據該電力線纜的長度可變的電容值，以保持諧振頻率值恆定；以及耦接到該電力線纜的測量感測器，該測量感測器配置為測量根據該電力線纜的長度而變化的電感值，以將該電感值傳輸至該電容控制單元。
  2. 如請求項1記載的無線電力傳輸設備，其中該電容控制單元包括可變電容部。
  3. 如請求項2記載的無線電力傳輸設備，其中該可變電容部包括電容器及配置為選擇性地將該電容器耦接到該電力線纜的開關的至少一個對。
  4. 如請求項3記載的無線電力傳輸設備，其中多個電容器可操作地彼此並聯連接。
  5. 如請求項3記載的無線電力傳輸設備，還包括耦接到該電容控制單元的開關單元，該開關單元配置為導通/斷開該開關。
  6. 如請求項2記載的無線電力傳輸設備，其中該電容控制單元還包括耦接到該可變電容部的可變電感部。
  7. 如請求項6記載的無線電力傳輸設備，其中該可變電感部包括電感器及開關的至少一個對，其配置為串聯耦接到該電容器。
  8. 如請求項3記載的無線電力傳輸設備，其中多個電容器可操作地彼此串聯連接。
  9. 如請求項8記載的無線電力傳輸設備，其中開關及電容器的對彼此並聯耦接，還包括耦接到該電容控制單元的開關單元，該開關單元配置為導通/斷開該開關。
  10. 一種無線電力傳輸方法，其特徵在於，包括：確認提供用來向運輸車輛傳輸電力的電力線纜的長度；根據該電力線纜的長度來調整設置在該電力線纜上並連接在該運輸車輛及交流電供應單元之間的電容控制單元的電容值，以保持諧振頻率值恆定；使用該諧振頻率值經由該電力線纜從該交流電供應單元向該運輸車輛提供電力，其中確認電力線纜的長度包括利用配置為測量根據該電力線纜的長度而變化的電感值的測量感測器，以將該電感值傳輸至該電容控制單元。
  11. 如請求項10記載的方法，其中調整該電容控制單元的電容值包括利用包括在該電容控制單元中的可變電容部。
  12. 如請求項10記載的方法，其中利用包括在該電容控制單元中的該可變電容部包括藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到該電容器的開關來選擇性地將至少一個電容器連接到該電力線纜。
  13. 如請求項12記載的方法，其中該開關及該電容器串聯耦接以形成至少一個電容器-開關的對。
  14. 如請求項13記載的方法，其中藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到該電容器的開關來選擇性地將至少一個電容器連接到該電力線纜包括依序增加開關導通的數量。
  15. 如請求項11記載的方法，其中調節該電容控制單元的電容值還包括利用並聯耦接到該可變電容部的可變電感部。
  16. 如請求項15記載的方法，其中利用該可變電感部包括藉由導通/斷開至少一個可操作地並聯連接到該電感器的開關來選擇性地將至少一個電感器連接到該電力線纜。
  17. 如請求項11記載的方法，其中多個電容器可操作地彼此串聯連接，並且多個開關各可操作地並聯耦接到該電容器中的每一個，以限定開關-電容器的對，其中利用該可變電容部包括藉由導通/斷開每個該開關來改變電容值。
  18. 一種無線電力傳輸設備，其特徵在於，包括：配置為向車輛提供交流電的交流電供應單元，該車輛配置為沿行進軌道移動；將該車輛及該交流電供應單元彼此連接的電力線纜，該電力線纜將電力從該交流電供應單元傳輸至該車輛；設置在該電力線纜上的電容控制單元，該電容控制單元具有根據該電力線纜的長度可變的電容值，以保持諧振頻率值恆定；以及耦接到該電力線纜的測量感測器，該測量感測器配置為測量根據該電力線纜的長度而變化的電感值，以將該電感值傳輸至該電容控制單元， 其中該電容控制單元包括彼此並聯耦接的多個電容器，以及配置為將每個該電容器選擇性地耦接至該電力線纜的多個開關。
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