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CN117977827A - 用于对接收器装置充电的系统和方法 - Google Patents

用于对接收器装置充电的系统和方法 Download PDF

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CN117977827A
CN117977827A CN202410005180.6A CN202410005180A CN117977827A CN 117977827 A CN117977827 A CN 117977827A CN 202410005180 A CN202410005180 A CN 202410005180A CN 117977827 A CN117977827 A CN 117977827A
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CN
China
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frequency
coil
voltage
excitation
resonator
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Application number
CN202410005180.6A
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P·维加延
S·拉马钱德拉帕尼克
D·阿拉文德
A·K·拉古纳坦
V·M·艾尔
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General Electric Intellectual Property Licensing Co ltd
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

本申请公开了一种用于对一个或多个接收器装置充电的充电板(130，402，502)。充电板(130，402，502)包括能够在第一频带操作的至少一个第一谐振器线圈(136)和能够在第二频带操作的至少一个第二谐振器线圈(138)。而且，充电板(130，402，502)包括磁耦连至至少一个第一谐振器线圈(136)和至少一个第二谐振器线圈(138)的至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)。此外，充电板(130，402，502)包括激励单元(110，302)，激励单元(110，302)操作耦连至至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)，并被配置成经由至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动至少一个第一谐振器线圈(136)和至少一个第二谐振器线圈(138)。

Description

用于对接收器装置充电的系统和方法
技术领域
本发明的实施例一般涉及无线功率传输系统，并且更具体地涉及用于对接收器装置充电的系统和方法。
背景技术
通常，功率传输系统广泛用来将功率从电源传输至一个或多个接收器装置，比方说例如移动装置、生物医学装置和便携式消费者装置。通常，功率传输系统可以是基于接触的功率传输系统或者无线功率传输系统。在某些需要即时或连续功率传输而互连电线是不方便的应用中，无线功率传输系统是期望的。
在无线功率传输系统中，使用充电装置将输入功率变换成可传输功率，可传输功率再被传送以对接收器装置中的一个或若干电池充电。而且，这些接收器装置与无线频率标准之一兼容。例如，目前有三个有竞争力的频率标准：无线功率联盟(A4WP)、无线功率协会(WPC)和功率事务联盟(PMA)。在100kHz到200kHz的频率范围内定义WPC标准(Qi)。在200kHz到400kHz的频率范围内定义PMA标准。另外，在大约7MHz的频率定义A4WP标准。常规的充电装置不能用来对在不同频率标准操作的接收器装置充电。
因此，存在对在不同的频率标准操作的接收器装置充电的改进的系统和方法的需求。
发明内容
根据本发明的一个实施例，公开了一种充电板。充电板包括能够在第一频带操作的至少一个第一谐振器线圈。而且，充电板包括能够在第二频带操作的至少一个第二谐振器线圈。另外，充电板包括磁耦连至至少一个第一谐振器线圈和至少一个第二谐振器线圈的至少一个励磁线圈。此外，充电板包括激励单元，激励单元操作耦连至至少一个励磁线圈，并被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈和至少一个第二谐振器线圈。
优选的，激励单元还被配置成：从控制单元接收第一频率控制信号和第二频率控制信号中的至少一个；如果接收第一频率控制信号，则将输入功率的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压；以及如果接收第二频率控制信号，则将输入功率的DC电压变换成具有来自第二频带的频率的第二AC电压。
优选的，激励单元被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈，以将具有来自第一频带的频率的第一AC电压传输至第一接收器装置。
优选的，激励单元被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第二谐振器线圈，以将具有来自第二频带的频率的第二AC电压传输至第二接收器装置。
优选的，充电板还包括：第一层，第一层包括至少一个第一谐振器线圈；以及第二层，第二层包括至少一个第二谐振器线圈。
优选的，充电板还包括单个层，单个层包括至少一个第一谐振器线圈和至少一个第二谐振器线圈。
优选的，激励单元只包括单个变换器，单个变换器被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈和至少一个第二谐振器线圈。
优选的，至少一个第一谐振器线圈和至少一个第二谐振器线圈一个堆叠在另一个之上。
根据本发明的另一实施例，公开了一种无线充电装置。无线充电装置包括充电板，充电板包括激励单元，激励单元被配置成将输入功率的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压和具有来自第二频带的频率的第二AC电压中的至少一个。而且，充电板包括传送单元，传送单元操作耦连至激励单元，其中，传送单元包括电耦连至激励单元的至少一个励磁线圈；至少一个第一谐振器线圈，至少一个第一谐振器线圈磁耦连至至少一个励磁线圈，并被配置成传送具有来自第一频带的频率的第一AC电压；以及至少一个第二谐振器线圈，至少一个第二谐振器线圈磁耦连至至少一个励磁线圈，并被配置成传送具有来自第二频带的频率的第二AC电压。此外，无线充电装置包括控制单元，控制单元耦连至激励单元，并被配置成将第一频率控制信号和第二频率控制信号中的至少一个供给至激励单元。
优选的，控制单元被配置成供给调制信号，调制信号包括第一频率控制信号和第二频率控制信号中的至少一个。
优选的，激励单元被配置成：如果接收第一频率控制信号，则将输入功率的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压；以及如果接收第二频率控制信号，则将输入功率的DC电压变换成具有来自第二频带的频率的第二AC电压。
优选的，激励单元被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈，以将具有来自第一频带的频率的第一AC电压传送至第一接收器装置。
优选的，至少一个第一谐振器线圈磁耦连至第一接收器装置中的接收器线圈，以将具有来自第一频带的频率的第一AC电压传送至第一接收器装置。
优选的，激励单元被配置成经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第二谐振器线圈，以将具有来自第二频带的频率的第二AC电压传送至第二接收器装置。
优选的，至少一个第二谐振器线圈磁耦连至第二接收器装置中的接收器线圈，以将具有来自第二频带的频率的第二AC电压传送至第二接收器装置。
根据本发明的另一实施例，公开了一种用于对一个或多个接收器装置充电的方法。方法包括由激励单元接收第一频率控制信号和第二频率控制信号中的至少一个。而且，方法包括如果接收第一频率控制信号，则由激励单元将输入功率的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压。另外，方法包括如果接收第二频率控制信号，则由激励单元将输入功率的DC电压变换成具有来自第二频带的频率的第二AC电压。另外，方法包括经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈，以将具有来自第一频带的频率的第一AC电压传送至第一接收器装置。而且，方法包括经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第二谐振器线圈，以将具有来自第二频带的频率的第二AC电压传送至第二接收器装置。
优选的，方法还包括：由控制单元将第一频率控制信号和第二频率控制信号中的至少一个发送至激励单元；以及由电源将具有DC电压的输入功率供应至激励单元。
优选的，方法还包括：如果从控制单元接收第一频率控制信号，则由激励单元经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第一谐振器线圈；以及如果从控制单元接收第二频率控制信号，则由激励单元经由至少一个励磁线圈驱动至少一个第二谐振器线圈。
优选的，方法还包括：由第一接收器装置接收具有来自第一频带的频率的第一AC电压，以对第一接收器装置中的至少一个电池充电。
优选的，方法包括：由第二接收器装置接收具有来自第二频带的频率的第二AC电压，以对第二接收器装置中的至少一个电池充电。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，会更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的字符代表图中的相同零件，其中：
图1是根据本发明的实施例的无线功率传输系统的框图表示；
图2是根据本发明的实施例的无线功率传输系统的示意表示；
图3是根据本发明的另一实施例的无线功率传输系统的示意表示；
图4是根据本发明的实施例具有第一谐振器和第二谐振器线圈的充电板的图解表示；
图5是根据本发明的另一实施例具有第一谐振器和第二谐振器线圈的充电板的图解表示；
图6是根据本发明的实施例具有磁耦连至接收器装置的第一谐振器和第二谐振器线圈的充电板的图解表示；和
图7是图解说明根据本发明的实施例用于对多个接收器装置充电的方法的流程图；以及
图8是根据本发明的实施例不同的控制信号的图形表示。
具体实施方式
如本文后面详细描述的，公开了用于对一个或多个无线接收器装置充电的系统和方法的各个实施例。具体地，本文中公开的系统和方法使用激励单元，其能够驱动第一谐振器和第二谐振器线圈，实现基于不同频率标准设计的无线接收器装置的充电。
除非另外定义，否则本文中使用的科技术语具有由此说明书所属的领域内的普通技术人员通常理解的相同含义。本文中使用的术语“第一”、“第二”等不表示任意次序、数量或重要性，而是用来区分一个元件与另一个元件。同样，术语“一(a)”和“一(an)”并不表示数量的限制，而是表示至少一个所引用项目的存在。术语“或”表示是包括性的，表示一、一些或所有的所列项目。本文中“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”和其变形的使用表示包括其之后所列的项目以及其等同物还有附加项目。术语“连接”和“耦连”不局限于物理或机械连接或耦连，可以包括无论是直接或间接的电连接或耦连。而且，术语“电路”和“电路系统”和“控制单元”可以包括或者单个部件或者多个部件，其或者是有源的和/或无源的，被连接或另外耦连在一起以提供描述的功能。此外，如本文中使用的术语操作耦连包括有线耦连、无线耦连、电耦连、磁耦连、无线电通信、基于软件的通信或其组合。
图1是根据本发明的实施例的无线功率传输系统100的图解表示。无线功率传输系统100用来将电功率从电源102传送至一个或多个接收器装置，诸如移动装置、生物医学装置和便携式消费者装置。具体地，在汽车行业，车辆包括一个或多个充电板(chargingpad)，这些充电板用于将电功率从电源102供应至移动装置，象蜂窝电话、膝上型计算机、加热通风和空调(HVAC)单元等。在一个实施例中，无线功率传输系统100还可以被称作非接触功率传输系统。
在图示的实施例中，无线功率传输系统100包括无线充电装置104，无线充电装置104无线耦连至第一接收器装置106和第二接收器装置108。可以注意，无线功率传输系统100不局限于第一接收器装置106和第二接收器装置108，可以包括任何个数的接收器装置。
第一和第二接收器装置106、108可以与无线频率标准之一兼容。例如，接收器装置之一可以与无线功率联盟(A4WP)标准兼容，该标准在大约7MHz的频率定义。类似地，另一接收器装置可以与无线功率协会(WPC)标准(Qi)兼容，该标准在100kHz到200kHz的频率范围内定义。接收器装置之一可以与功率事务联盟(PMA)标准兼容，该标准在200kHz到400kHz的频率范围内定义。其它接收器装置之一可以与航空燃料联盟标准兼容，该标准在大约6.7MHz的频率定义。为了易于理解本发明的实施例，第一接收器装置106被认为与第一频率标准兼容，诸如在大约6.7MHz的频率定义的航空燃料联盟标准。第一频率标准还可以被称作高频标准。类似地，第二接收器装置108被认为与第二频率标准兼容，诸如在100kHz到200kHz的频率范围内定义的WPC标准。第二频率标准也可以称作低频标准。可以注意，接收器装置106、108可以是任何频率标准，不局限于本文中讨论的频率标准。同样，与任意个频率标准兼容的任意个接收器装置可以被认为用于充电。
在与每个接收器装置/小器具(gadget)的不同频率标准兼容的常规功率传输系统中，充电装置不可能在其相应的频率标准下将功率供应至每个接收器装置。在常规的功率传输系统之一中，使用对每个频率标准具有专用变换器和专用频率线圈的单独的充电装置，将功率供应至相应的接收器装置。然而，对于每个频率标准使用单独的充电装置可能实质上提高常规的功率传输系统的生产准备成本和维修成本。
为了克服与常规系统关联的上面的问题/缺点，示例性功率传输系统100包括无线充电装置104，无线充电装置104被配置成对任意频率标准的第一和第二接收器装置106、108充电。无线充电装置104包括充电板130和控制单元112，他们用于将电功率从电源102供应至第一和第二接收器装置106、108。充电板130可以被称作电外壳，一个或多个接收器装置106、108可以放置于其上以对相应的接收器装置106、108中的一个或多个电池充电。在一个实施例中，控制单元112可以位于充电板130内。在另一实施例中，控制单元112可以位于充电板130外部。另外，充电板130包括激励单元和传送单元114。在一个实施例中，激励单元110可以包括一个或多个变换器(未显示)，其用于将期望频率的电功率提供至第一和第二接收器装置106、108。
激励单元110电耦连至电源102和控制单元112。电源102被配置成将具有DC电压的输入功率120供应至激励单元110。在一些实施例中，输入功率120可以在从大约1W到200W的范围内。在一个实施例中，电源102可以是无线充电装置104的一部分。在另一实施例中，电源102可以位于无线充电装置104外部。
而且，激励单元110被配置成从电源102接收具有DC电压的输入功率120。而且，激励单元110被配置成将输入功率120的DC电压变换成具有在第一频带中的频率的第一AC电压和/或具有在第二频带中的频率的第二AC电压。可以注意，第一频带可以被称作从大约4MHz到大约9MHz的频率范围。以类似的方式，第二频带可以被称作从大约100kHz到大约1MHz的频率范围。同样，可以注意到，术语“在第一频带中的频率”和“第一频率”可以在下面的说明书中互换使用。类似地，术语“在第二频带中的频率”和“第二频率”在下面的说明书中可以互换使用。
另外，激励单元110被配置成从控制单元112接收第一频率控制信号122和/或第二频率控制信号124。如果从控制单元112接收第一频率控制信号122，则激励单元110被配置成将输入功率120的DC电压变换成具有第一频率的第一AC电压。以类似方式，如果从控制单元112接收第二频率控制信号124，则激励单元110被配置成将输入功率120的DC电压变换成具有第二频率的第二AC电压。在一个示例中，第一和第二AC电压可以在从大约5伏到50伏的范围内。在下面参照图2和3更加详细地解释关于将DC电压变换成第一AC电压或第二AC电压的细节。
在一个实施例中，控制单元112被配置成以规则的时间间隔向激励单元110交替地发送第一频率控制信号122和第二频率控制信号124。在一个特定的实施例中，控制单元112被配置成发送包括第一频率控制信号122和第二频率控制信号124的调制信号。在另一实施例中，控制单元112被配置成向激励单元110中的不同的成套开关同时发送第一频率控制信号122和第二频率控制信号124。
激励单元110还被配置成向传送单元114传送具有第一AC电压或第二AC电压的输入功率。传送单元114包括电耦连至激励单元110的一个或多个励磁线圈132、134。除了励磁线圈132、134之外，传送单元114包括一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138。一个或多个第一谐振器线圈136磁耦连至励磁线圈132和第一接收器装置106中的第一接收器线圈140。类似地，一个或多个第二谐振器线圈138磁耦连至励磁线圈134和第二接收器装置108中的第二接收器线圈142。在一个实施例中，一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138可以一个堆叠在另一个上。而且，单个励磁线圈可以用来驱动一个或多个第一谐振器线圈136和/或一个或多个第二谐振器线圈138。在另一实施例中，一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138可以并排位于相同平面或不同平面上。
而且，励磁线圈132、134和一个或多个第一和第二谐振器线圈136、138用来向接收器装置106、108无线地传送具有第一AC电压或第二AC电压的输入功率。具体地，如果激励单元110将DC电压变换成具有第一频率的第一AC电压，则励磁线圈132和一个或多个第一谐振器线圈136被同时激励以向第一接收器装置106的第一接收器线圈140传送具有第一AC电压的输入功率。以类似方式，如果激励单元110将DC电压变换成具有第二频率的第二AC电压，则励磁线圈134和一个或多个第二谐振器线圈138被同时激励以向第二接收器装置108的第二接收器线圈142传送具有第二AC电压的输入功率。有利的是，在充电装置104中的谐振器线圈136、138有利于将功率传送到接收器装置106、108和无线充电装置104之间的更长的距离。在一个实施例中，接收器装置106、108和无线充电装置104之间的距离可以在从大约10mm到大约100mm的范围内。
而且，第一和第二接收器装置106、108被配置成使用具有第一频率的第一AC电压或具有第二频率的第二AC电压，以对在第一和第二接收器装置106、108中包括的一个或多个电池126、128充电。在一个实施例中，第一和第二接收器装置106、108，诸如移动电话和膝上型计算机可以基于为第一和第二接收器装置106、108设计的频率标准磁耦连至第一谐振器线圈136和/或第二谐振器线圈138。例如，如果第一接收器装置106被设计成第一频率标准，诸如航空燃料联盟标准，则第一接收器装置106从第一谐振器线圈116接收具有第一频率的第一AC电压。类似地，如果第二接收器装置108设计成第二频率标准，诸如WPC标准，则第二接收器装置108从第二谐振器线圈118接收具有第二频率的第二AC电压。在一个示例中，第一和第二接收器装置106、108可以放置在充电板130上以对第一和第二接收器装置106、108中的电池126、128充电。
因此，通过使用示例性无线功率传输系统100，单个充电装置104被配置成用磁方式将功率传输至与一个或多个频率标准兼容的第一和第二接收器装置106、108。
参照图2，描绘了根据本发明的另一实施例的无线功率传输系统100的示意表示。无线功率传输系统100用来将输入功率120从电源102传送至第一和第二接收器装置106、108。
无线功率传输系统100包括无线充电装置104、第一接收器装置106和第二接收器装置108。无线充电装置104无线耦连至第一接收器装置106和第二接收器装置108。第一接收器装置106和第二接收器装置108可以与无线频率标准之一兼容。
而且，无线充电装置104包括充电板130和控制单元112，他们用于将电功率从电源102供应至第一和第二接收器装置106、108。充电板130包括激励单元110和传送单元114。可以注意，无线功率传输系统100可以包括其它部件，不局限于图2中所示的部件。
在图示的实施例中，激励单元110只包括单个变换器216，其电耦连至电源102并被配置成从电源102接收具有DC电压的输入功率120。单个变换器216被定义为具有单个DC或线频率输入的电连接装置。可以注意，激励单元110可以包括任意个变换器，不局限于如图2中描绘的单个变换器。而且，单个变换器216包括第一开关208、第二开关210，排列形成半桥逆变器电路的多个二极管212和多个电容器214。第一和第二开关208、210，二极管212和电容器214电耦连在激励单元110的输入端子217和输出端子218之间。在一个实施例中，开关208、210可以包括电子开关，诸如MOSFET或IGBT。可以注意，开关208、210可以包括其它半导体开关，不局限于MOSFET和IGBT。而且，第一开关208和第二开关210相互互补操作。例如，如果在持续时间Ton内第一开关208被激活，则在此持续时间Ton内第二开关210被禁止。类似地，如果在持续时间Toff内第二开关210被激活，则在此持续时间Toff内第一开关208被禁止。
而且，控制单元112被配置成向第一开关208和第二开关210交替和重复地发送第一频率控制信号122和第二频率控制信号124。在一个实施例中，控制单元112可以基于励磁线圈202的特性的变化生成第一和第二频率控制信号122、124。例如，如果第一接收器装置106和/或第二接收器装置108放置在充电板130上，则诸如励磁线圈202中的电流的特征可能变化。而且，励磁线圈202的特征的变化可以由控制单元112使用以生成第一和第二频率控制信号122、124。
而且，控制单元112在第一时间段内向第一开关208发送第一频率控制信号122。同时，控制单元112在第一时间段内向第二开关210发送与第一频率控制信号122互补的信号。在一个示例中，第一频率控制信号122可以具有大约7MHz的高开关脉冲频率。在第一时间段中，第一开关208和第二开关210相互互补操作，以将输入功率120的DC电压变换成具有第一频率的第一AC电压。在一个实施例中，第一频率可以在从大约4MHz到大约9MHz的范围内。在一个特定的实施例中，第一开关208和第二开关210被配置成基于第一频率控制信号122调制输入功率120的DC电压，以在激励单元110的输出端子218处生成具有第一频率的第一AC电压。
以类似方式，控制单元112在第二时间段内将第二频率控制信号124发送至第一开关208。同时，控制单元112在第二时间段内将与第二频率控制信号互补的信号发送至第二开关210。在一个实施例中，第二频率控制信号124可以具有大约200kHz的低开关脉冲频率。在第二时间段中，第一开关208和第二开关210相互互补操作以将输入功率120的DC电压变换成具有第二频率的第二AC电压。在一个实施例中，第二频率可以在从大约100kHz到大约1MHz的范围内。在一个实施例中，第一开关208和第二开关210被配置成基于第二频率控制信号124调制输入功率120的DC电压，以在激励单元110的输出端子218处提供具有第二频率的第二AC电压。
而且，具有第一AC电压或第二AC电压的输入功率从激励单元110传送至传送单元114。传送单元114包括励磁线圈202，励磁线圈202电耦连至激励单元110的输出端子218。可以注意，励磁线圈202可以与图1中所示的励磁线圈132、134之一类似。而且，传送单元114包括一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138。为便于图示，只有一个第一谐振器线圈136和一个第二谐振器线圈138被示出。第一谐振器线圈136磁耦连至励磁线圈202和第一接收器装置106中的第一接收器线圈140。第一谐振器线圈136和励磁线圈202用来将具有第一AC电压的功率传输至第一接收器装置106中的第一接收器线圈140。而且，具有第一AC电压的功率然后从第一接收器线圈140经由功率调节器232传送至电负载228，诸如第一接收器装置106中的电池。
以类似方式，第二谐振器线圈138磁耦连至励磁线圈202和第二接收器装置108中的第二接收器线圈142。第二谐振器线圈138和励磁线圈202用来将具有第二AC电压的功率传输至第二接收器装置108中的第二接收器线圈142。而且，具有第二AC电压的功率然后从第二接收器线圈142经由功率调节器234传送至电负载230，诸如第二接收器装置108中的电池。在另一实施例中，传送单元112可以包括两个励磁线圈，其中一个励磁线圈磁耦连至第一谐振器线圈136，而另一励磁线圈磁耦连至第二谐振器线圈138。
在无线功率传输系统100的正常操作期间，控制单元112被配置成周期性地和/或交替地将第一频率控制信号122和第二频率控制信号124发送至激励单元110。具体地，控制单元112在第一时间段内将第一频率控制信号122发送至第一开关208，并且将与第一频率控制信号122互补的信号发送至第二开关210。而且，在第一时间段中，第一开关208和第二开关210基于第一频率控制信号122的开关脉冲在ON(接通)状态和OFF(关断)状态之间切换，以将输入功率的DC电压变换成具有第一频率的对应的第一AC电压。可以注意，ON状态可以称作开关208、210被激活的状态。OFF状态可以称作开关208、210被禁止的状态。
而且，具有第一AC电压的输入功率可以用来同时地激励励磁线圈202和第一谐振器线圈136。具体地，励磁线圈202可以生成与第一AC电压对应的磁场。而且，生成的磁场可以经由第一谐振器线圈136向第一接收器线圈140聚集。在一个实施例中，第一谐振器线圈136和一个或多个电容器可以用来增强由励磁线圈202生成的磁场。随后，第一接收器线圈140被配置成接收增强的磁场，并将增强的磁场变换成具有第一AC电压的输入功率。在一个实施例中，第一谐振器线圈136用来增强励磁线圈202和第一接收器线圈140之间的磁耦连。第一接收器线圈140将具有第一频率的第一AC电压经由功率调节器232传送至电负载228。
而且，在第一时间段结束时，控制单元112在第二时间段内将第二频率控制信号122发送至第一开关208，并将与第一频率控制信号122互补的信号发送至第二开关210。而且，在第二时间段内，第一开关208和第二开关210基于第二频率控制信号124的开关脉冲在ON状态和OFF状态之间切换，以将输入功率的DC电压变换成具有第二频率的对应的第二AC电压。
而且，具有第二AC电压110的输入功率可以用来同时激励励磁线圈202和第二谐振器线圈138。具体地，励磁线圈202可以生成与第二AC电压对应的磁场。而且，生成的磁场可以经由第二谐振器线圈138朝第二接收器线圈142聚集。在一个实施例中，第二谐振器线圈138和一个或多个电容器可以用来增强由励磁线圈202生成的磁场。随后，第二接收器线圈142被配置成接收增强的磁场，并将增强的磁场变换成具有第二AC电压的输入功率。在一个实施例中，第二谐振器线圈138用来增强在励磁线圈202和第二接收器线圈142之间的磁耦连。之后，第二接收器线圈142将具有第二频率的第二AC电压经由功率调节器234传送至电负载230。在一个实施例中，控制单元112将第一频率控制信号122和第二频率控制信号124交替地发送至激励单元110，以向相应的接收器装置106、108传送具有第一频率的第一AC电压和具有第二频率的第二AC电压。
在示例性功率传输系统100中，激励单元110驱动第一谐振器线圈136和第二谐振器线圈138以将功率从电源102传输至不同频率标准的接收器装置106、108。
参照图3，描绘了根据本发明的另一实施例的无线功率传输系统300的示意表示。除了激励单元302包括具有全桥逆变器电路的单个变换器304，传送单元114包括第一励磁线圈310和第二激励器312之外，图3的无线功率传输系统300类似于图2的无线功率传输系统100。具体地，单个变换器304包括第一开关臂306和第二开关臂308。第一开关臂306被配置成从控制单元112接收第一频率控制信号122，第二开关臂308被配置成从控制单元112接收第二频率控制信号124。在此实施例中，第一频率控制信号122是具有大约6.7MHz的高开关脉冲频率的连续信号，第二频率控制信号124是具有大约200kHz的低开关脉冲频率的连续信号。
如果接收第一频率控制信号122，则第一开关臂306被激活。而且，第一开关臂306被配置成将输入功率120的DC电压变换成具有第一频率的第一AC电压。在一个实施例中，此第一频率可以在从大约4MHz到大约9MHz的范围内。具有第一频率的第一AC电压被传送至第一励磁线圈310，第一励磁线圈310又将具有第一AC电压的功率经由第一谐振器线圈136磁传输至第一接收器装置106。在一个实施例中，第一谐振器线圈136增强具有第一AC电压的功率，使得第一接收器装置106可以没有或有可忽略的功率损耗地接收功率。
以类似方式，如果接收第二频率控制信号124，则第二开关臂308被激活。而且，第二开关臂308被配置成将输入功率120的DC电压变换成具有第二频率的第二AC电压。在一个实施例中，第二频率可以在从大约100kHz到大约1MHz的范围内。具有第二频率的第二AC电压被传送至第二励磁线圈312，第二励磁线圈312又将具有第二AC电压的功率经由第二谐振器线圈138磁传输至第二接收器装置108。在一个实施例中，第二谐振器线圈138增强具有第二AC电压的功率，使得第二接收器装置108可以没有或有可忽略的功率损耗地接收此功率。
参照图4，描绘了根据示例性实施例充电板402的示意表示。充电板402可以类似于图1的充电板130。而且，充电板402包括一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138。具体地，充电板402包括第一层404和第二层406，第一层404具有一个或多个第一谐振器线圈136，第二层406具有一个或多个第二谐振器线圈138。第一和第二层404、406可以被称作具有一个或多个频率线圈的电载体。第一层404和第二层406在充电板402中位置相互邻近。在一个实施例中，第一层404可以包括以并联配置和/或串联配置排列的多个第一谐振器线圈136。类似地，第二层406可以包括以并联配置和/或串联配置排列的多个第二谐振器线圈138。在又一实施例中，充电板402还可以包括激励单元110，激励单元110能够独立地经由相应的励磁线圈132、134驱动一个或多个第一谐振器线圈136和/或一个或多个第二谐振器线圈138。
一个或多个第一频率线圈116和一个或多个第二频率线圈118在充电板402内一个堆叠在另一个上。以一个或多个第一频率线圈116和一个或多个第二频率线圈118设置在充电板402内的预定位置之下的方式，接收器装置被放置在充电板402的顶表面上的预定位置。激励单元110基于接收器装置的频率标准驱动一个或多个第一频率线圈116和/或一个或多个第二频率线圈118。
参照图5，描绘了根据另一实施例的充电板502的示意表示。充电板502包括单个层504，层504具有一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138。具体地，第一谐振器线圈136和第二谐振器线圈138交替位于充电板502的单个层504中。在一个实施例中，一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138嵌入充电板502内。在又一实施例中，第一谐振器线圈136和/或第二谐振器线圈138可以是以一个或多个期望图案排列的线圈阵列。单个层504可以被称作具有不同的频率线圈的电载体。
参照图6，描绘了根据示例性实施例的充电板402的示意表示。充电板402包括第一层404和第二层406，第一层404具有一个或多个第一谐振器线圈136，第二层406具有一个或多个第二谐振器线圈138。而且，第一谐振器线圈136磁耦连至第一接收器装置106，第二谐振器线圈138磁耦连至第二接收器装置108。在一个实施例中，充电板402包括第一和第二接收器装置所位于的表面。在另一实施例中，一个或多个第一谐振器线圈136和一个或多个第二谐振器线圈138可以并排位于相同的平面上或不同的平面上。
参照图7，描绘了根据本发明的实施例图解说明用于对多个接收器装置充电的方法的流程图。参照图1和2描述方法700。在步骤702，激励单元110从控制单元112接收第一频率控制信号122和第二频率控制信号124中的至少一个。具体地，控制单元112将第一频率控制信号122和第二频率控制信号124交替、重复地发送至激励单元110。电源102将具有DC电压的输入功率120供应至激励单元110。
随后，在步骤704，如果接收第一频率控制信号122，则激励单元110将输入功率120的DC电压变换成具有第一频率的第一AC电压。具体地，控制单元112在第一时间段内将第一频率控制信号122发送至第一开关208，并将与第一频率控制信号122互补的信号发送至第二开关210。而且，在第一时间段内，激励单元110中的第一开关208和第二开关210基于第一频率控制信号122的开关脉冲在ON状态和OFF状态之间切换，以将输入功率的DC电压变换成具有第一频率的相应的第一AC电压。在一个实施例中，第一频率可以在从大约4MHz到大约9MHz的范围内。
而且，在步骤706，如果接收第二频率控制信号124，则激励单元110将输入功率的DC电压变换成具有第二频率的第二AC电压。具体地，控制单元112在第二时间段内可以将第二频率控制信号122发送至第一开关208，并将与第一频率控制信号122互补的信号发送至第二开关210。而且，在第二时间段内，激励单元110中的第一开关208和第二开关210基于第二频率控制信号124的开关脉冲在ON状态和OFF状态之间切换，以将输入功率的DC电压变换成具有第二频率的相应的第二AC电压。在一个实施例中，第二频率可以在从大约100kHz到大约1MHz的范围内。
在步骤708，单个变换器110经由至少一个励磁线圈132驱动至少一个第一谐振器线圈136以将具有来自第一频带的频率的第一AC电压传送至第一接收器装置106。具体地，至少一个第一谐振器线圈136增强具有第一AC电压的功率，使得第一接收器线圈140可以无任何功率损耗地接收此功率。而且，第一AC电压由功率调节器232调节，并供应至负载230，诸如在第一接收器装置106中的电池。
而且，在步骤710，激励单元110经由至少一个励磁线圈134驱动至少一个第二谐振器线圈138以将具有来自第二频带的频率的第二AC电压传送至第二接收器装置108。具体地，至少一个第二谐振器线圈138增强具有第二AC电压的功率，使得第二接收器线圈142可以无任何功率损耗地接收此功率。而且，第二AC电压由功率调节器234调节，并供应至负载230，诸如在第二接收器装置108中的电池。
根据本文中讨论的示例性实施例，示例性系统和方法促进使用激励单元110对任何频率标准的接收器装置充电。
参照图8，示出根据本发明的各方面不同的控制信号的图形表示。附图标记802代表从控制单元传送至激励单元以将输入功率的DC电压变换成第一AC电压的第一频率控制信号。第一频率控制信号802在由806代表的第一时间段中包括多个开关脉冲804。而且，附图标记808代表从控制单元传送至激励单元以将输入功率的DC电压变换成第二AC电压的第二频率控制信号。第二频率控制信号808在由820代表的第二时间段内包括单个开关脉冲810。应当注意在本文中，第二频率控制信号808在第二时间段820内包括更多的开关脉冲。然而，在第二时间段820内第二频率控制信号808的开关脉冲的数目小于在第一时间段806内第一频率控制信号802的开关脉冲的数目。附图标记812代表调制信号，其包括第一频率控制信号814和第二频率控制信号816。具体地，第一频率控制信号814在第一时间段806中生成，第二频率控制信号816在第二时间段820中生成。
尽管在本文中已经图示和描述了本公开的仅某些特征，但许多变形和变化是本领域技术人员容易想到的。因此，要理解所附权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有这些变形和变化。

Claims (10)

1.一种充电板(130，402，502)，包括：
能够在第一频带操作的至少一个第一谐振器线圈(136)；
能够在第二频带操作的至少一个第二谐振器线圈(138)；
磁耦连至所述至少一个第一谐振器线圈(136)和所述至少一个第二谐振器线圈(138)的至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)；以及
激励单元(110，302)，所述激励单元(110，302)操作耦连至所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)，并被配置成经由所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动所述至少一个第一谐振器线圈(136)和所述至少一个第二谐振器线圈(138)。
2.根据权利要求1所述的充电板(130，402，502)，其特征在于，所述激励单元(110，302)还被配置成：
从控制单元(112)接收第一频率控制信号(122)和第二频率控制信号(124)中的至少一个；
如果接收所述第一频率控制信号(122)，则将输入功率(120)的DC电压变换成具有来自所述第一频带的频率的第一AC电压；以及
如果接收所述第二频率控制信号(124)，则将所述输入功率(120)的DC电压变换成具有来自所述第二频带的频率的第二AC电压。
3.根据权利要求2所述的充电板(130，402，502)，其特征在于，所述激励单元(110，302)被配置成经由所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动所述至少一个第一谐振器线圈(136)，以将具有来自所述第一频带的频率的所述第一AC电压传输至第一接收器装置(106)。
4.根据权利要求2所述的充电板(130，402，502)，其特征在于，所述激励单元(110，302)被配置成经由所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动所述至少一个第二谐振器线圈(138)，以将具有来自所述第二频带的频率的所述第二AC电压传输至第二接收器装置(108)。
5.根据权利要求1所述的充电板(130，402，502)，还包括：
第一层(404)，所述第一层(404)包括所述至少一个第一谐振器线圈(136)；以及
第二层(406)，所述第二层(406)包括所述至少一个第二谐振器线圈(138)。
6.根据权利要求1所述的充电板(130，402，502)，还包括单个层(504)，所述单个层(504)包括所述至少一个第一谐振器线圈(136)和所述至少一个第二谐振器线圈(138)。
7.根据权利要求1所述的充电板(130，402，502)，其特征在于，所述激励单元(110，302)只包括单个变换器(216，304)，所述单个变换器(216，304)被配置成经由所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动所述至少一个第一谐振器线圈(136)和所述至少一个第二谐振器线圈(138)。
8.根据权利要求1所述的充电板(130，402，502)，其特征在于，所述至少一个第一谐振器线圈(136)和所述至少一个第二谐振器线圈(138)一个堆叠在另一个之上。
9.一种无线充电装置，包括：
充电板(130，402，502)，所述充电板(130，402，502)包括：
激励单元(110，302)，所述激励单元(110，302)被配置成将输入功率(120)的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压和具有来自第二频带的频率的第二AC电压中的至少一个；以及
传送单元(114)，所述传送单元(114)操作耦连至所述激励单元(110，302)，其中，所述传送单元(114)包括：
电耦连至所述激励单元(110，302)的至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)；
至少一个第一谐振器线圈(136)，所述至少一个第一谐振器线圈(136)磁耦连至所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)，并被配置成传送具有来自所述第一频带的频率的所述第一AC电压；
至少一个第二谐振器线圈(138)，所述至少一个第二谐振器线圈(138)磁耦连至所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)，并被配置成传送具有来自所述第二频带的频率的所述第二AC电压；以及
控制单元(112)，所述控制单元(112)耦连至所述激励单元(110，302)，并被配置成将第一频率控制信号(122)和第二频率控制信号(124)中的至少一个供给至所述激励单元(110，302)。
10.一种方法，包括：
由激励单元(110，302)接收第一频率控制信号(122)和第二频率控制信号(124)中的至少一个；
如果接收所述第一频率控制信号(122)，则由所述激励单元(110，302)将输入功率(120)的DC电压变换成具有来自第一频带的频率的第一AC电压；
如果接收所述第二频率控制信号(124)，则由所述激励单元(110，302)将所述输入功率(120)的DC电压变换成具有来自第二频带的频率的第二AC电压；
经由至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动至少一个第一谐振器线圈(136)，以将具有来自所述第一频带的频率的所述第一AC电压传送至第一接收器装置(106)；以及
经由所述至少一个励磁线圈(132，134，202，310，312)驱动至少一个第二谐振器线圈(138)，以将具有来自所述第二频带的频率的所述第二AC电压传送至第二接收器装置(108)。
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