用于无线功率传输的设备和方法技术

为无线功率传输系统的功率接收器或功率发射器的设备经由功率传输信号传输功率：所述设备包括功率传输线圈(103、107)和通信天线(207、307)，所述功率传输线圈用于接收或生成所述功率传输信号，所述通信天线用于经由通信信号与所述率接收器(105)或所述功率发射器(101)通信。所述通信天线(207、307)与所述功率传输线圈(103、107)交叠。磁屏蔽元件(503、505)被定位在所述功率传输线圈(103、107)与所述通信天线(207、307)之间。控制器(201、301)控制所述设备在功率传输间隔期间执行功率传输并且在通信时间间隔期间执行通信，所述功率传输间隔和通信时间间隔是不相交的。所述磁屏蔽元件(503、505)包括被布置为在功率传输间隔期间以饱和模式操作并且在通信时间间隔期间以非饱和模式操作的磁屏蔽材料。和模式操作的磁屏蔽材料。和模式操作的磁屏蔽材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率传输的设备和方法


[0001]本专利技术涉及无线功率传输系统，并且具体地但非排他地涉及用于支持高功率无线功率传输，例如用于支持厨房用具，的设备和方法。

技术介绍

[0002]大多数目前的电气产品需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也显著不同，并且当前大多数设备被提供有其自己的专用电源，导致典型的用户具有大量不同的电源，每个电源专用于特定设备。尽管内部电池的使用可以避免在使用期间对有线连接到电源的需要，但是这仅仅提供了部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。电池的使用也可能显著增加设备的重量以及潜在的成本和尺寸。
[0003]为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器线圈感应地传输到个体设备中的接收器线圈。
[0004]经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要应用在初级发射器电感器/线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间分离初级发射器线圈和次级接收器线圈，基于松散耦合变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。
[0005]这样的布置允许在不要求进行任何有线或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在所述水平表面上以便进行供电。
[0006]此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为Qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须彼此专用。Qi标准还包括用于允许操作适于具体功率接收器设备(例如，取决于具体功率消耗)的特定功能。
[0007]Qi规范是由无线电力联盟开发的并且例如能够在其网站找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。
[0008]在功率传输系统(诸如Qi)中，被生成以向功率接收器传输所需水平的功率的电磁场经常是非常可观的。在许多情况下，这样的强场的存在会对周围环境具有影响。例如，无线功率传输的潜在问题是功率可能无意地被转移到例如碰巧位于功率发射器附近的金属物体。
[0009]为了支持高效的无线功率传输，无线功率传输系统(诸如基于Qi的系统)利用功率发射器与功率接收器之间的实质通信。最初，Qi仅支持使用功率传输信号的负载调制的从
功率接收器到功率发射器的通信。然而，标准的发展已经引入双向通信，并且许多功能由功率接收器与功率发射器之间的通信交换来支持。在许多系统中，从功率发射器到功率接收器的通信通过调制功率传输信号来实现。然而，也已经提出使用独立于功率传输信号并且不使用功率传输信号作为正被调制的载波的通信功能。例如，功率发射器与功率接收器之间的通信可以通过短程通信系统(诸如RFID/NFC通信方法)来实现。
[0010]在许多情况下，使用单独通信方法可以提供改善的性能，并且可以例如提供具有更高通信可靠性和对正在进行的功率传输的降低影响的更快通信。然而，使用单独通信方法的具体挑战是功率传输功能和操作趋向于干扰通信，并且可以引起通信性能的显著退化。
[0011]因此，改善的功率传输设备和方法因此将会是有利的，具体地，允许增加的灵活性、降低的成本、降低的复杂性、改善的通信、向后兼容性、改善的功率传输操作、功率传输与通信之间的降低的干扰和/或改善的性能的方法将会是有利的。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术试图优选地单独地或以任何组合减轻、缓解或者消除上文所提到的缺点中的一个或多个。
[0013]根据本专利技术的方面，提供了一种用于使用电磁功率传输信号的、从功率发射器到功率接收器的无线功率传输的设备，所述设备是所述功率发射器和所述功率接收器中的一个，所述设备包括：功率传输线圈，其用于接收或生成所述功率传输信号；通信天线，其用于经由通信信号与为所述功率接收器和所述功率发射器中的另一个设备的互补设备通信，所述通信天线与所述功率传输线圈交叠；磁屏蔽元件，其被定位在所述功率传输线圈与所述通信天线之间；控制器，其用于控制所述设备在功率传输间隔期间执行功率传输并且在通信时间间隔期间执行通信；其中，所述磁屏蔽元件包括具有饱和点的磁屏蔽材料，使得其在功率传输间隔期间以饱和模式操作并且在通信时间间隔期间以非饱和模式操作；所述饱和点对应于比由所述通信信号在所述通信时间间隔期间生成的磁场强度更高并且比由所述功率传输信号在所述功率传输时间间隔期间生成的磁场强度更低的磁场强度；并且所述功率传输线圈和所述通信天线被布置使得所述通信天线在功率传输操作期间被定位在所述功率传输线圈与所述互补设备的功率传输线圈之间。
[0014]在许多场景下，本专利技术可以提供改善的性能。在许多实施例中，其可以允许功率传输线圈之间和通信天线之间的紧密耦合，同时允许这些是交叠的，并且潜在地具有共同轴。在许多实施例中，该方法可以提供改善的通信和/或改善的功率传输。该方法可以减少或减轻功率传输线圈对通信操作和对被用于通信的电磁信号的影响。该方法可以在通信期间实现通信天线与功率传输线圈之间的分隔而不引入功率传输的不可接受的退化。在许多实施例中，功率传输线圈对通信的影响可以被实质上减少，同时仅引入对功率传输的可忽略的影响。
[0015]磁屏蔽元件可以被布置为通过具有对应于比由通信天线在通信时间间隔期间生成的磁场强度更高并且比由功率传输线圈在功率传输时间间隔期间生成的磁场强度更低的磁场强度的饱和点而在功率传输间隔期间以饱和模式操作并且在通信时间间隔期间以非饱和模式操作。饱和点可以针对比在通信时间间隔期间在磁屏蔽元件中生成的最大场强
度更高但是比在功率传输时间间隔期间在磁屏蔽元件中生成的(最小)场强度更低的磁场强度。在许多实施例中，该操作通过将磁屏蔽元件设计为具有在从100mT至1T的范围内并且通常在从200mT至400mT的范围内的饱和点来实现。
[0016]磁屏蔽元件的饱和点可以是磁屏蔽元件中的这样的场强度：针对该场强度，磁导率被降至针对0T的磁场强度的磁导率的1/10
th
。
[0017]如果场强度在饱和点之上，磁屏蔽材料通常可以被认为饱和，并且如果场强度在饱和点之下，被认为不饱和。
[0018]通信天线可以与功率线圈交叠，使得通信天线的至少一部分在设备的功率传输线圈与互补设备的功率传输线圈之间以便两个设备用于功率传输的标称/最佳定位。功率传输线圈可以具有中心轴，并且可以具体地具有在垂直于该轴的平面中的实质上平面布置。通信天线可以与功率线圈交叠，使得通信天线的至少一部分落在通过沿轴的方向平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于使用电磁功率传输信号的、从功率发射器(101)到功率接收器(105)的无线功率传输的设备，所述设备是所述功率发射器(101)和所述功率接收器(105)中的一个，所述设备包括：功率传输线圈(103、107)，其用于接收或生成所述功率传输信号；通信天线(207、307)，其用于经由通信信号与为所述功率接收器(105)和所述功率发射器(101)中的另一个设备的互补设备通信，所述通信天线(207、307)与所述功率传输线圈(103、107)交叠；磁屏蔽元件(503、505)，其被定位在所述功率传输线圈(103、107)与所述通信天线(207、307)之间；控制器(201、301)，其用于控制所述设备在功率传输间隔期间执行功率传输并且在通信时间间隔期间执行通信；其中，所述磁屏蔽元件(503、505)包括具有饱和点的磁屏蔽材料，使得其在功率传输间隔期间以饱和模式操作并且在通信时间间隔期间以非饱和模式操作；所述饱和点对应于比由所述通信信号在所述通信时间间隔期间生成的磁场强度更高并且比由所述功率传输信号在所述功率传输时间间隔期间生成的磁场强度更低的磁场强度；并且所述功率传输线圈(103、107)和所述通信天线(207、307)被布置使得所述通信天线(207、307)在功率传输操作期间被定位在所述功率传输线圈(103、107)与所述互补设备的功率传输线圈之间。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)是具有不超过1mm的厚度的片元件。3.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽材料是铁氧体材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备是所述功率接收器(105)，并且所述互补设备是所述功率发射器(101)。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备是所述功率发射器(101)，并且所述互补设备是所述功率接收器(105)。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述通信天线(207、307)是具有不少于30cm2的面积的平面天线。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述功率传输线圈(103、107)的面积不少于50cm2。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述通信天线(207、307)和所述功率传输线圈(103、107)是平面线圈。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述通信天线(207、307)和所述功率传输线圈(103、107)是同轴的。10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述功率传输间隔和所述通信时间间隔是不相交的。11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)的所述饱和点在从100mT至1T的范围内。12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述磁屏蔽元件(503、505)的所述饱和
点在从200mT至400mT的范围内。13.一种无线功率传输系统，包括：功率发射器(101)，其包括：第一功率传输线圈(103)，其用于生成功率传输信号以将功率传输到功率接收器；第一通信天线(207)，其用于经由通信信号与所述功率接收器(105)通信，所述第一通信天线(207)与所述第一功率传输线圈(103)交叠；第一磁屏蔽元件(503)，其被定位在所述第一功率传输线圈(103)与所述第一通信天线(207)之间；第一控制器(203)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：