TW201001866A - Circuitry for inductive power transfer - Google Patents

Description

201001866 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種電路，係用於感應式電 可攜式電力或電子裝置。 得移系統，例如，動力 【先前技術】 力轉移系統可包含兩個 藉其驅動一交流電，產 適合用於動力可攜式裝置中的感應式電 部份： • 一主要單元，具有至少一主要線圈， 生時變的磁通。 圈 .次要單元，可分祕社轉元，財次要線 當該次要線圈安置在主要賴所生之時變_通附近時， ===應出一交流電流，及因而電力可感應式地從主要 -般“，：人要早讀應轉移的電力至―外部賴，及該次要 早70可由-包含該負載之寄主體(次要裝置)加叫載。例如， 係可攜式㈣力或電子裝置，具有-可缝式電池。在這個情況下， 該負載可為電池充電器電路，用於充電該電池。在另一選擇中，該次 要單元可連同-合適的電池充電電路-起併人這類可充電式電池 = 要裝置)中。 吾人想要的是，這_統中的主要單元具有多數個主要線圈，例 如，以同時地轉移電力至多數個次要單元，或者提供相對於主要單元 位置之女置自由給予次要早元。亦即，吾人想要的是，使用單一主要 單元同時地轉移電力至兩個或更多的次要單元。1比1的主要線圈及 次要單元的關係，並非必要的，及本發明延伸至使用更多的主要線圈 201001866 用於轉移電力至一次要單元。 已知在一具有多數個線圈的感應式電力轉移系統中提供一主要 單元。然而，在這類已知主要單元中，事實上為具有單一線圈之主要 單元中，已證實有相關於成本、性能及複雜性的缺點。因此，吾人想 要的是，提供一種未有上述任一已證實缺點之用於主要單元的電路， 及包含這類電路之主要單元及感應式電子轉移系統。想要的是，提供 一種主要單元’其中多個主要線圈能加以驅動及有效地控制，而無需 明顯地產生該驅動及控制單一主要線圈所需要的電路複本(c〇py 〇f circuit) ^也想要的是，提供一種主要單元，其電路對於其與次要單元 關係的改變，或者，例如，在一次要單元及下一者之間的差異，係加 以去感應的(desensitized)。 【發明内容】 依照本發明第-觀點之實施例，提供—種電路，係用於感應式電 力轉移系統的主要單it，以產生-電磁場，進而藉由 式地轉移電力至一或更多之系統的次要單元，該或每 ===該電路包括:多數個可驅動部，每-該部係包括 要線圈或虛s又線圈(dummy c〇il);驅動裝置(如驅動 地供應驅動職給料個或至少兩健部，以造成料 = ^不出-或更多該已驅動部之主要或虛 ·、、、 操作地控制該電路，進而傾向於調 遽’可 :形’—部係並聯在—=具n::r 應；麟控制裝置係傾於調節每-該已驅動線圈的i特r共振回 每類線圈的特徵(例如電特徵)可為_ 或者隨著線社_訊號數量之魏而加以改_特|號數量， CMSf i-〇〇7Vft-«»7.〇〇〇«pe.〇〇7.()〇〇2.Sp#.fiMJ〇〇e 4 201001866 这些部可以永久地並聯在一起’或為了驅動而暫時地並聯在一 =例如，連同-開關。基於回饋的控制，例如，可以藉由微處理器 單元加以實施，其也可由這類開關的控制加以實施。 在-實施例中，每-可驅動部實f只包括—其主要線圈或虛設線 圈(dummy coil)。這類的實施例可為有利地，因為需要最小的重複線圈 以增加主要或虛設軸的數4。減少重複在價格方面係有利的，且在 相較於重複的驅動及控㈣路下，係能_練地控制。 該回饋仏號可為通常覆蓋該已驅動部之線圈的電塵或 之數量的指示。 該電路可包含-電容，係加以構形而通常串聯該些己驅動部。這 類電容可有效地諧調該部以具有共振回應。 —該電路可純構形，㈣於在—軸_ :該驅動訊號具有一特 j基本辭；該電容具有-特定的電容值；及已驅_該部係具有 、·’。合的特定（自我)錢值^該電路可加崎形，峨於在該驅動期 ^已驅動的該部係具有-結合的特定(自我)感應值。這類的電路可被 =在設財面賴綱，及賴的實施财舰方面可被認為是有 在-實施例中’已驅動部在驅動_⑽—軸内，並非在驅動 另-時期内驅動的部份。在這類實施例中，可能地加以選擇性地 =同時壯驅動不_部。例如，如果這_部係以_加以提供， 動4列對餘-供給電力之次要單元之位置的部份，射選擇性地驅 :特疋電容值可為-值，使已驅動部係在特定基本鮮下加以共 :亦即，在-實施财，特定電容值可加以選擇，以致電路在特定 置之部同時地加以驅動時，於該特定基本頻率下加以共振。電容可 201001866 具有固定的電容值及該驅動訊號可具有固定的基本頻率。 該部係加以構形而彼此地具有實質相同的電感，及該電路係加以 構形’峨在-驅動期間的—時段内所驅動的部之數量，係相同於該 驅動期間的另-時段内所驅動的部之數量。在這種情況下，己驅動之 主要線的數量可_間而不同，而己驅動之虛鱗_數量依相應的 方，而因時間加以改變^例如’想要的是，依照—或更多相對於在主 要單元内這類主躲圈之_之次要單元餘置/定位，在—特定時間 加以改變1^|員已驅動主要線圈(及甚至己驅動的數量)。在想要驅動較少 之主要線圈時’想要岐，驅動更多的虛設線圈，以補償己驅動之主 要線圈數量之損失。 在一實施例中，該電路係加以構形以致該已驅動之部具有一通常 的頻率回應’其具有兩個主要共振尖峰及位在其間的實質平坦的部， 或者某些其他簡有實質平坦的部，基於主要_及次要線圈之間的 ’該部並未明顯地改變電路中的有效電感。在這類的實施例中， 該驅動訊號具有-基本頻率，該頻率介於該主要共振尖峰及該平坦部 之間。 &驅動之部可加以構形，以致於其係通常串聯至_串聯的電容及 鎮疋電路(例如’- LC鎮定電路），及成串聯的電容及鎮定電路可加以 構形’進而已驅動之部通常具有一基本回應。 該電路係加以構形’以致已驅動之部係具有—組合的電感Li，及 該串聯的電容具有-電容Ci，及該^及&之值係加以構形，以致 f〇=l/(2II vLA)，其中f。係該基本頻率。 該鎮定電路具有—電感L2 Μ至f容Cl，及一電容<：2並聯至成 串聯的電容Cl及電感Li，及該L2AC2之值係加以構形，以致fG=l/(2 Π uLzC2)，其中f〇係該基本頻率。 201001866 該Lj L2之值可加以構形，以致該兩個主要共振尖峰的頻率係 充足地她’義在電路操作時，要顧及次要單元之間的輕合 而經驗_姐紐’其麟賴是實質地小。這可能在次要側有所 改變時，造成這類電路有效地穩定，並_穩統操作料管元件的 公差。Ll&L2之值係加以構形，以致1^2=4(大約）。 在-實施财，每-鶴之部係加赠形，而使其在轉時具有 回應，其具有兩魅要共振辨及位在其間的實f平坦的部或 某^其他⑼應具有實許坦之部，基敎要關及次躲圈之間的 =口’該部並未_地改變電路中的有效電感4賴的實施例中， 1動訊號具有—基本頻率，其頻率位在該主要共振尖峰及該平坦部 之間。 ，可购之部係加以獅，而在购時，彼此地具有實質相同這 2率回應。這可導致在設計及姉上_練，進轉致低成本實施。 ^如’可驅動部可具有彼此相同的構形。每—該可驅動之部包括一電 :串％至其線圈’及—鎮定電路(如Lc毅電路）’及在每—該可驅 ^部’其線圈、串聯的電容及其鎮定電路，係加以構形，進而在驅 —日、’可购之部具有賴頻率賴。例如，該主要顧之電感(或每 f線圈)係只質地相同於該虛設線圈之電感(或每一虛設線圈），串 二至村驅動部之電容，彼此係實f相同，該可驅動之部之内的鎮定 彼此地實質相同，及每—可驅動之部之内的線圈、串聯的電容 鎮定電路’伽實質相同之方式加以構形。 在每-該可軸之部之中，該線圈具有—電感Μ，及該串聯的電 复:有電谷Q，及1^及的值係加以構形，以致ί〇=ΐ/(2Π y LA)， ^ f。係、該基本頻率。在每—該可驅動之部之中，該鎮定電路具有一 及二L2串聯至電容Ci，及一電容Q並聯至成串聯的電容&及電感Li， 〜12及c2之值係加以構形，以致㈣即儿仰，其巾f。係該基 7 •〇〇7-00〇2\PB.〇〇7.〇〇〇2Sp#CM.J)ec 201001866 本頻率。 在每一該可驅動之部之中’該一之值係加以構形 ，以致該 固主要八，大峰的頻率係充足地相隔’進而在電路操作時，因主要 線圈及、=要單TG之間的輕合而經驗到的有效電感，其效率改變是實質 “要側有所改變時’造成這類電路有效地穩定，並能 Ά地操作而不官元件的公差。L】及L之值係加以構形 ，以致

Li/L2=4(大約）。 巧該電路係加以構形，以致該回饋訊號只從已驅動之部之一者取 :該回饋訊號係駐該部之主躲圈或虛設線圈上之職或電流或 垂二訊，之}日不〜、需要—個來自該部之__者的回饋訊號，基於控制 電路之簡要，係相的，進而減少成本。 該電_純_，邮從每—已驅狀部取得賴_訊號之 :及該控制裝置係可操作地依照一或更多該回饋訊號加以實行。 該=制裝置可操作驗照所有的_喊，或任何該魏之子集，加 以實施其控制，及可選擇地，依照從電路接收電能之次要單元的數量 及/或位置/定位加以實施。 在-實施例中，該電路係加以構形，因而從每—已驅動之部及/ =該縣-從該電路接收電能之次要單元，取得這類回饋訊號之隔 :母-或已驅動之部之—者，可包括—可控制攸件，及該控制裝 置係可操作地喊制饋峨，而藉由該可控制的元件進行該控制。 藉由這類實施例，可加以提供每一部的分離控制，或該部彼此相 墒控制。例如，控制裝置可為可操作地使用控制元件，加以調整已 驅動線圈彼此相對的特微(例如，線圈訊號）。 該或每_可㈣耕可為可變電抗。該鱗—可㈣元件可為可 變電谷。該絲-可_耕，纽祕該部之内找鷄訊號的基 U09炉QnCAS£0SP$~D〇n»OO，~OOO2\Pe^)O7.miXI»a.Oo< 201001866 本頻率的控制之下，係可操作的 器或半橋式電路。 * 。或每一該可控制元件射調式反相 該虛設線 主要線 每一可驅動部可具有—電容，串聯至其_，_ ==每—纽物輸，她输磁 =/可:以遮罩或加_十而在._放出輻射該 =:)之電感可實質地相同於該主要線圈(或每- 該顧在驅動時彼此具有相同祕性，或者，— 在驅動時，具有相異於-或更多其他之該線圈的極性。6道圈 依照本發_第二她點，提供—種電路，制於感應式電力轉 主要單元，以產生—即時改變的電磁場’進而藉由電磁感應 而”，、線式地轉移f力至系統的—次要單元，該次要單元係與主要單元 加以分隔，該電路包括：一可驅動部，包括一主要線圈；及驅動裝置(如 驅動電路），可操作地供應驅動訊號給T該可驅動部’該驅動訊號具有 了預定的基本鮮，使主要線生該電磁場，其巾··該可驅動之部 係加以構形，而使其在驅動時具有一頻率回應，其具有兩個主要共振 尖峰及位在其間的實質平坦的部，或某些其他回應有實質平坦的部 伤，基於主要線圈及次要線圈之間的耦合，該部並未明顯地改變電路 中的有效電感；及該驅動裝置係加以構形，以致該基本頻率係位在該 主要共振尖峰及該平坦部的頻率之間。 已驅動之部可加以構形’以致於其係通常串聯至一串聯的電容及 鎮定電路(例如，一 LC鎮定電路），及成串聯的電容及鎮定電路可加以 構形，進而已驅動之部通常具有一基本回應。 該主要線圈具有一電感（自我電感)L，及該串聯的電容具有一串 聯的電容心，及該^及匕之值係加以構形，以致f〇=l/(2II yLiQ)， 201001866 其中fG係該基本頻率。當可驅動部驅動時，該鎮定電路具有一電威“ 串聯至電容Q，及一電容C2並聯至成串聯的電容C!及主要線圈，及 該L2及C2之值係加以構形，以致f〇=1/(2n vL2C2)，其中f0係該基本 頻率。 該1^及L2之值係加以構形，以致該兩個主要共振尖峰的頻率係 充足地相隔，進而在電路操作時，因主要線圈及次要單元之間的耦合 而經驗到的有效電感，其效率改變是實質地小。該^及^之值係加 以構形，以致大約）。 依照本發明第三個觀點之實施例，提供一種主要線圈，係用於一 感應式電力轉移系統，包括前述本發明第一及第二觀點所述的線圈。 依照本發明第四個觀點之實施例，提供一種感應式電力轉移系 統，包括：一主要單元，可操作地產生一電磁場；及至少一次要單元， 可分離於該主躲®，絲以獅^無線式地魏在靠近主要單元時 產生之電韻應所生的電力，其帽主要單元包括前述本發明第一及 第一觀點所述的線圈。 吾人想到的是，本發明實施例的電路可加以構形成一種不具該線 圈之形式’以致該線圈有時在使麟，可在較遲的時間添加。本發明 因而延伸至前述之觀點’其不具有賴、_但係加以構麻與其連結。 本發明可加以延伸至前述電路範圍相對應之方法，主要單元，及 感應性電力轉移系統。 依照本發明進—步的齡，提供—主要單元，錢由電磁感應， 於充電—與社要單元分隔的次要裝置；該主要單元包含：至少兩 小要線圈，一伏特或電流或電力感應器；其中該主要單元測量在至 線圈巾賴轉或電流或電力，及驢交流糕或電_數量， 而維持至少兩個線圈處於實質相同的電麼、電流或電力。 10 Ci\&emk* 2009§S&n ζΛ$ε&Ρ^Ο〇7^007-00〇ζν>ί·〇〇7·0〇〇2.ίρ,.ς^ 201001866 依照本發-步的齡，減-種雜，藉 充電-與該主要單元分_次要裝置，該方法包括以下步^提供至 少兩個主要線圈·，感應在主要線圈上的電壓、電流或電力；調整電壓、 電流或電力’以致兩魅要線_轉在㈣相㈣龍、電流或電 力0 靜，提供—主要單元，其藉由電磁感應， 用於充電-能主要單元分_次躲置；社要單元包含·至少兩 個主要線圈；—交流電壓或電_合至該至少兩魅線圈；至少-個 可變電阻，麵合至至少—主. η士d旦★圈’電壓或電流或電力感應器，其 中以主要早①測量在至少―線财的該伏特錢流或電力，及調整交 的數量’ __至少兩個線圈處於實質相同的電壓、 電流或電力。 充電步峨點，提供—财法，糾_應，用於 2分_次要裝置，該方法包括以下步驟：提供至 改變叙合麵_之-者上⑽阻=：^結_主要線圈，及 成電力，彳wΜ 傳輪至該線圈之電壓、電流 次電力係此獨立於其他線圈而加以改變。 【實施方式】 ㈣f 了^^瞭解本發啊細，縣參照—細錢式電力轉移 糸、.先卜其縣悲崎財發明，但有胁增進實補的理解。 及-，意圖。系統1包含'主要單元(充電器_， 要早7L(在本例中，為一可攜式裝置)2〇〇。 102' -^11104' 要線圈108、一緩衝器110，及-微處理器單元(MPU)m。 11 C:谈2009颂例 CASCeWOOTV^ow.oo^y»^··#咖你 201001866 次要單元2GG包含-次要線圈2G2、電容2G4、整流器2()6、— dC/〇c 轉，器208及一負载210。緩衝器11〇可作為_尖峰細器，及可用於 測：!：主要線圈108上的尖峰電壓。 主要單70 1GG係加以構形喊生—電磁場，及該場在主要線圈⑽ 附近係可加域應(作為—水平毅直場，姆於主要單元献電表面 或電力轉移表面）應予瞭解的是，該場的構形係取決於主要線圈1〇8 的構形(物_局> 該電磁場可加錢綴系統丨中， 主要單元⑽附之需要電力的次要單元細。 在 主要單元100可具有任何合適的形式，例如具有一平坦的平△， 形成-電力轉移表面，於該表面上或附近，可安置該絲::次^元 在例子電磁場係可加以分佈在該表面上的電力轉移區，如 G „βΑ 2388716 ’其全部内容在此併入以供參考。應瞭解的是，這種主 要早讀形式可允許-或更多的次要單元2⑻同時地安置在主要單元 附近，以接收其電力。應瞭解的是，許多主要單元丨⑻的其他形式可 允許一或更ί之次要單元同時地安置在主要單元_，以接收其 電^主要單元UK)的其他可能形式為—置物架，於該上可安置該次 要單7G 200。樣的形式允許部份的次要裝置位在磁場之外，因而 有利的。 第二圖中的次要單元200係與主要單元1〇〇加以分隔，並且 次要線圈2〇2，其輕合至一電磁場，其在主要單元1〇〇靠近次要翠元 2〇〇 =，由主要單元腦產生。錢這個方式，電力能賊應式地從 主要早元⑽轉移至次要單元2〇〇,其間無需進行電力稱連接。 為了感應式轉移電力，t 而改變。因此，主要線圈108，如交流訊號。 由主要線圈108所生的磁場/通，應依時間 0係加以構形而提供依時改變的電訊給予

12 C:峨unie· 200» 颂伊>0 '«W-Sp.-c^ 201001866 主要線圈108及次要線圈202可具有任何穩定的 可藉由在高可通紐成形體(如亞繼或非晶金屬)^㈣’列、’ 形成。李支線(Litzwire)是—種特殊形式的金屬線，加二=j 些環境中。李支線可為多賴金屬線，，騎在、使用於這 及秘效應。該主要及次要線圈⑽，2〇2在，例如，尺寸於膚 核芯麵及物_局等方面，可彼此不同。多重_義几、 以使用，及主要及次要線_數量可彼此不同。 — 人要線圈了加 從第-圖可以得知，次要線圈係以—可攜錢置加以顯示， j一f要電力之物體。為了簡易起見，所圖示之可攜式裝置係相同 於第二早元，然而，第二單元-也可為—可攜式裳置的元件(如， 可拆式的)部件。因此，負載210可認為是次要單元2⑻的實際負載， 雖然其可與次要單元2〇〇加以分離。系統丨的主要單元⑽係顯示為 一充電器，其可操作地藉由電磁感應對可攜式裝置2〇〇加以充電。主 要單元可更為寬廣地考慮為-無線式電力供應。亦即，電池(或其他的 能源貯存電池)的充電只是這類主要單元的一個範例應用而已。/、 因而’次要單元200可被認為是第一圖中裝置的一個部件，例如， 只是次要線圈202，或次要線圈202、電容204、整流器206及DC/DC 轉化器208的組合。因此，次要單元200可連接至一外部負載(負載 210)，及可加以構形而供給感應式電力給予外部負载。次要單元2⑻ 可由一需要電力的物體(次要裝置)加以承載’如一可攜式電力或電子裝 置或一可再充電式電池。次要單元200及可由次要單元200加以供能 的該物體（次要裝置）之可能設計的進一步資訊，係可發現於 GB-A-2388716(如上文所述）。在GB-A-2388716中，這類次要單元可稱 為次要裝置。次要單元200只是顯示為一可攜式裝置以增進本發明的 理解。 在本發明的内容中，次要單元(及/或次要裝置，包含這類單元)可 C:\^eunice 2009§H®n CASi&^PM〇7V>8-e〇7-C002\PB-007-0〇m-Spt-Cha.Dcc 13 201001866 為任何需要電能的電力或電子裝置，及可為可攜式的這類裝置，例如 (但非排他性地）’手機、PDAs(個人數立助理），手提式電腦、個人聲音 裝置、MP3播放器及相似之類等，無線的頭部組合、車輛充電單元、 家庭用品’如廚房裝置、個人卡片，如信用卡及用於追踪商品的益線 式標簽。 ~ 在系統1的主要單元1〇〇中，DC/DC轉化器1〇2係加以連接而接 收-外部DC輸人’及可操作地向下反轉所接收的DC輸人成為較低 電壓VcMX/DC轉化器102可為一開關形式的高效率降壓轉化 ί &。DC/DC轉化器102係加以連接而驅動反相器104，其用於產生一 電壓作為輸出。反相器1G4可為—m〇sfet半橋，由相關的振盘 器（未示)加以驅動。 反相器104的AC電壓輸出係用於驅動主要感應_ 1〇8。電容 1〇6係串聯至主要線圈，及該線圈/電容的組合係加以構形以致立在 反相器1〇4的操作頻下(基本頻率），加以共振。在某些例子中，主要單 元100可不串聯共振的電容1〇6。為了降低用於驅動主要線圈之電力 驅動訊號(即反相H 104的輸出）中所出現的諸波，想要的是，在反相器 線圈108之間提供一 LC鎮定電路(未示）。在主要線圈108 、”、，’ ϋ電屢vpc，典型地係遠遠地大於Dc電壓Vd，因為反相 器之後的電路(即，包含主要線圈108及電容106)係加以構形而共振。 基於效率的理由，操作頻率可為蚊的，或可變的(即可調的” 事實上，解係可調整的，成為線圈碰之調節方法(即，線圈中電力 驅ίΐΐ的數量）。例如’如果主要線圈108係加以構形為共振的，則 可月b藉由頻率改變而改變驅動訊號的數量。 在系，1之次要單元綱中，次要線圈2〇2係連接至整流器· 之輸入，其㈣至電容辦，再—次地，這__電容組合係共振 201001866 的。在某些例子中，次要單元200可不串聯共振的電容204。在使用 時’次要線圈202提供接收自主要線圈108之電磁感應所生AC電壓， 給予整流器206。整流器206整流AC電壓’輸出一 DC電壓至DC/DC 轉化器208。DC/DC轉化器208向下轉化該線圏之已整流的電壓，以 匹配負載210所需要的輸入電壓。 在某些情況下，DC/DC轉化器208較佳地係一開關模式的轉化器 (相似於轉化器102)，而非線性的轉化器。開關模式的轉化器，相較於 線性轉化器，典型地能夠將一 DC電壓轉化成另一 DC電壓。線性轉 化器通常降低任何在阻抗上的過量電壓。因此，輸出及輸入電壓間的 差異愈大，效率愈小。在輸入電壓方面之效率上的差異，能夠造成電 力非獨立於輸入電壓，而由系統丨之次要單元2〇〇加以激出，這樣是 吾人不想要的。 可選擇地，次要單元200之DC/DC轉化器2〇8係加以構形而傳 輸-惶定的電壓至負載122。這個怪定電壓可藉由回饋環路(未示)加以 維持。例如，為了在不相關於DC/DC轉化器2〇8的輸入壓改變之下， 轉所需的負載210之輸入電壓Vbad，DC/〇c轉化器2()8的輸出電壓 可加以使用而㈣DC/DC轉化器的讀循卵尔yde)。 有夺了以改I負載21〇所需的電壓，例如，如果負载係一具 ^充電周期的電池時。這樣的電池，在這類的充電周射，可具有惶 ^流及蚊電壓的部份，因而，可瞭解的是，在不同的時期，可把 二點置，電流而非籠上。DC/DC轉化器可加以構形，維持負載 ^在确充電周期之不同部份上，所需之不同層次的負載電壓 錄而，所需的負載電壓Vba4型地係以相對較的時舰模(分)加以改 二此’經過一較短的時間(秒)，其顯示相對地較為恆定。然而，在 要，的時間規模(微秒)中，可能通常不經常地發生暫態(1_蜂次 早疋的移動，或某些次要單的特殊能力(如，假如其具有RF功能時， 15 201001866 例如，在一手提電話中），可造成這類的暫態。 除了測量主要線圈電壓vpc之外，系統1的主要單元100可加以 構形而決定經由主要線圈108激出之電力的數量，或者通過主要線圈 108的電流量。也就是說，調節可基於電壓、電流或電力度量。例如， 如果考慮電力的話，主要單元100能用於測量電壓Vd&DC/DC轉化 器102激出的電流id。在這個點上測量電壓及電流的優點是，訊號為 DC。在微處理器112中，相關的訊號可使用類比對數位轉化器(ADCs) 加以取樣(sampled)，及可進行低通濾波，進而降低噪音。可使用平均 值作為此濾波的一部份。接著，電壓Vd及電流Id，例如，可在微處理 器單元116内加以決定，及其可加以多工化(multipled)而決定所激出的 電力。 以下的描述詳細描述一些本發明範例實施例。應瞭解，其他實施 例也疋可能在後附申請專概圍之内。物綱於本文的實施例中， 相似的元件係、由相似的參考數字加註，因而省略重複的說明。因此， 要瞭解到’祕1的特徵及相義描述，藉由類推，可應關本發明。 第二圖係依照本發明—實施例之系統3⑻的示意圖。^統包 3要單元302及夕數個次要單元2〇〇。因而系统係可用於感 應式地同時地(或者一個接著一個，例如，無需用一裝置替換另一 供應電力給予兩個或更多的次要單元。 要瞭解的是，第二圖係以電路層次加以呈 實施例係絲錢路特徵。細

我E含一次要線圈202， 次要單元2〇〇可只為這 ’·s^wnn~o〇7~oomn4Xff-oo〇2xita.D〇< 16 201001866 類次要裝置的元件’及能夠使示意關單化。因此，在本發明一實施 例中人要單元2〇〇可相同於第一圖者。在本發明其他實施例中，第 二圖(及其他_中的次要科可減於第—财，及可彼此 同。 主要早70 3〇2係不同於第一圖中的主要單刚，其不同處在於包 含多數魅要« 1G8。主要線圈⑽係並聯在—起。賴在第二圖 中顯不三個這類的主要線圈，但要瞭解到，兩個或更多的這類線圈係 可加以提供的’線圈的數量是可多到，例如，1〇個或5〇個，或更多。 在第二_實_中’所示的兩魅要_ 1()8，其附近具有一 次要單元勘，及所示的第三主要線⑽附近並無次要單元篇。這只 是作為範例而已，及應瞭_，任何數量社要細⑽（或者為〇) 附近，可有-或更多的次要單元2〇〇，此取決於主要線圈1〇8的構形， 及需要電力之次要單元2〇〇的數量。主要線圈(取決於其構形)可同時地 轉移，力至多於-者的次要單元q目滅，次要料可_地從相同 主要單7L中一個以上的主要線圈上接收電力。 〃至少基於以下理由，第二圖的實施例是有利的。相較於第一圖的 範例系統’主要單元302藉由多數個主要線圈1〇8，無需大量的電路 重複’係賦予轉移電力的能力。具體地說，在主要單元观中，藉由 額外的並聯主要線圈108，給予額外的能力(相對於第一圖系統）。;照 這個方式，牵涉最小的額外成本及複雜度。 -般而言’以低重複電路提供㈣能力的實施例，較低比率部件 重複的實施例，可能需要較高比率(較高電力能力)的元件。一般而言， 相較於 '曰加7G件數量，想要使用較高比率的元件，可能有較低的成本。 進-步地’每-主要線目108的電壓可加以調整，無需提供額外 的電路，因為於所有並聯的主要線圈108，主要線圈電壓I係相同的。 17 2OOf^\0fieCAS£0\P$-0lffin-〇lf^-〇ao^s'(,O^'a〇O2'S^*'^,,a'^oc 201001866 因此，感應到的是並聯組合的尖峰電壓，及經由微處理器單元112回 饋，因而控制系統係加以安排，以致其維持所有的主要線圈1〇8於相 Π的、周整的電壓水準。第二圖系統係加以構形，而在所有主要線 圈108附近有負載(第二單元/裝置)時，或只在某些主要線圈1〇8附近 有負載時，加以操作。不同主要線圈108上有不同的負載時，第二圖 系統能加以操作。基於單一點上所感應的主要線圈電壓Vpc來加以調 整係了滿足的，因為主要線圈108彼此係並聯的。通常提供串聯的 電容106至所有的主要線圈1〇8。因此，主要線圈1〇8係加以構形而 在一想要的頻率加以共振(例如經調諧的）。想要的頻率可為反相器1〇4 產生其交流電的頻率(例如，交流電的基本頻率）。 第三圖係依照本發明一實施例之主要單元3〇6的示意圖。例如， 主要單元306可與第二圖實施例的主要單元3〇2交換使用。 主要單το 306相異於主要單元302之處在於設有一鎮定電路 3〇8。此外’很清楚地從第三圖看到，可以提供任何數量的彼此並聯的 主要線圈108。 鎮定電路308係提供於反相器104及電容1〇6與線圈1〇8組合之 間。鎮定電路308包含一感應器310及電容3〇2。因此，鎮定電路3〇8 了為LC鎮疋電路。感應器308係串聯在反相器及電容1〇6之間。 電容312係並聯至電容1〇6及線圈108之組合。 。在本實施例中，鎮定電路308係有利的，因為其作為低通的滤波 器’並降低在主要線圈1〇8之訊號中的揩波數量。這有助於降低或避 免由主要單元306產生不想要的無線波頻及電磁場干擾。基於主要單 兀操作穩定的觀點，及主要單元調節操作方面的觀 中設有鎮定電路观，也能是有利的。當主要單元具有在單一HZ 圈108時，及在主要單元具有多數個主要線圈時，均是真實的。這樣 18 Ci'Seuftfer CASf®Ve-007Ve-0O7-0OOW^O7.00〇2.sp*.cilp.Oec 201001866 ==_加_ ’ _適當地選擇元件價值，有利地改良系 、，充穩疋I·生。現在進一步地考慮鎮定電路3〇8的優點。 ^四圖為—__ ’祕瞭賴定電路在献式電力轉 之主要早TL中的利益。 第:A圖為第二_統之代紐部件的示意圖。吾人認為，在主 電流，以致主_⑽產生，場，感應式 ，力至-人要侧。亦認為，次要側的特徵係未知的，例如，在次 载，次要單元的數目等。也認為，在主要線圈1〇8中並 未調即訊就。重要地是，在第四A _路中，無鎮定電路。 杏、、係回應細⑽主要财的電路所生之頻麵示意圖。 示第四A ®電路可具有—共振反應，其具有單-的尖 側的顯示的曲線係代表—些方法，其中共振反應可能連同次要 加以改變(如，改變負载，次要單元數量等）。如圖所示，曲線 京^ ’在尖峰之兩側均可加以改變，或者可改變尖峰頻率，或者.、， 事只上，可能發生這些改變之組合。 瞭解的是，若主要側中的訊號係為—特定頻率(如，第四Β圖 者），則如果想要調整，例如，主要線圈上的電壓， ^ % ϋ在主要側上的顯著負擔。這個問題係存在於第四a圖 並且在第二圖中多重相亙並聯的主要線圈 、第四c圖為m統之部件範例的示_。再-次地，吾人認 為在主要側設有固定的交流電流，以致主要線圈1〇8產生一電磁。 感應式地轉移電力至次要側。亦認為，次要側的特徵係未知的，例如， 單元中的負载，次要單元的數目等。也認為，在主要線圈108 中並未調節訊號。然而在本例中，鎮定電路3〇8係存在於電路中。 19 201001866 圖。實:的=;:應^四。°圖之主要側中電路之頻率的代表性示意 其具有兩具有一共振尖峰， 法’其_反應可連同次要二===表:方 等）。如麻者，雖財峰_奸純 =數目 記），若有任何改變時中轉有~ 因此，右主要側中的訊號係經由選擇而在盒子x中A箱宕· 6 基本頻率，亦即，在相對_糾中心部在===定 主要線圈上的電壓，回應次要側改變而進行頻率二 應I在第四Α 這於f側的改變係去感 甚至/、有一主要線圈108加以提供時。 其中主要_—e ® ^ ’ 则鎮贿㈣細擬操作 至第四為3了^第五圖中電路的瞭解，相關的元件已經以相對應於第一 圖中的相同的參考數字加以註解。簡單地說，主要側電路係由 加以驅動’及包含感應器31〇(鎮定‘)及電容(儲能，c— 包含主要調=L!：(2n咖)。該電路進t

Cp) <為反相器lG4的開關頻率，該頻率典型地係i〇0〜 500kHz ’以妨無収電力齡顧。為 線圈嶋底感絲⑽或Lp)，可為單一的主要線圈ι〇8或多數^ 20 c：\seuB(c· 2〇wen〇pecASf0tfe-oave.〇〇7-eo〇hPfr〇〇7.O( 201001866 並聯的線圈(或者甚至串_線圈)。在第五圖帽外的標示為本模 指示。 、的 在該模擬中，感應器31〇(鎮定)及電容312(儲能），係由_ Ac 壓(從反相器1〇4提供)加以驅動’並能有效地作為一共振電源或用於 供-怪定的_電壓。這纽地獨立於小的元件誤差，料(如前文 述)操作係在頻率回應曲線的平坦區中進行，其介於兩個主要共振尖峰 之間）。 第六圖係基於第五圖電路之模擬結果的圖表。具體地說，第六圖 2--頻細應鱗，軸個配置其下方的參數值加魏得。參數的 私不係對應第五圖中者）。操作的頻率係加以選 323kHz(〇.323MHz)。 ‘ 從第六圖之實線曲線可見到，頻率回應係大於第四D圖中者，亦 即’其具有兩齡料峰，其具平坦之部份。兩主要尖峰 之間的鱗之巾心上，操作鮮323kHz係純聰，該處的曲線係實 f平，的。實線曲線顯示無次要單元時_應，及虛線曲線顯示存有 次要單元及其在全馬力下操作時回應。如可見者，曲線巾賴作點(在 平坦部份），並未明顯地在這個兩種情況中改變。 #在本發明一實施例巾，保每一對的元件’亦日夺，感應器及電 容312作為一對，及電容1〇6與主要線圈1〇8作為另一對，諧週至一 相同頻率f〇(藉由合適的選擇其賴及餘值），係有·，@為這樣維 持相同的基本共振曲線形狀。在這個限制下，增加鎮定感應器观的 電感比率(電感器比)至主要核芯1〇8的電感(即，‘几㈣），使共振尖峰 頻率更加地分隔，及降低鎮定感應器3〇8的電感，增加主要線圈中的 電流(基底電流，pad current)。下述的方程式係有用於瞭解這些關係。 共振尖峰係如下定位： 21 201001866

Lbal

Lpad 其中ΓΓ♦為ΐ峰角頻（在弧度中），為操作角頻(在弧度中）， 解中，Lbal為鎮定感應㈣的電感，及一 為主要線圈108的電感。 主要線圈108的電流大約由以下提供：

Ip ad:

Vinp ca〇*Lbal 其中vinp為輸人交流電壓的尖峰值，如第五圖所示。 主要線圈上尖峰電壓大約如下所示：

Vpad=

Lbal

Vbp為反相器104所生的基本頻率饵上的正弦成份）。這可認為係 相專於反相器執跡電壓(inverter rail voltage)乘以2/Π。 第七圖為一模擬結果的圖表，顯示共振尖峰分離區中感應器比的 效果。Y軸代表共振尖峰分離區中的頻率，其由中心頻率加以分隔。 中心頻率係位於第六圖之X軸的中心上。第八圖係模擬結果的圖表， 顯示鎮定感應器310之電感值對於主要線圈1〇8中電流(主要電流)的效 應。 基於上述，在本發明一實施例中，一用於設計第五圖電路之範例 設計方法，係如以下所述： 22 201001866 —步驟i:選擇鎮定感應器mo的電感值Ua丨，及儲能電容3i2的電 谷值ctank’以致該對係加以刺至頻率㈣(2π儿c)。也加以選擇主 要線圈108的感應值Lpad及該串聯共振電容的電容值^，以致該 對係制至-解f。。之後，選翻率作献撼⑽的開關頻率二 步驟2 .選擇-感應器比值“威⑽，以致該共振尖峰係有效地遠 離，進而元件誤差之效率是實質地小。己發現，u為^ 1/4時 約為可理解的起始點。 步驟3 :在主要線圈上所期望的電愿因而大約為：

Vpad = Vinp- 在主要線圈中的繞數係可加以選擇，而連同實際的反相電壓、主 要線圈電壓及主要賴紐，-同作功。反健及線圈電壓之選擇， 典型地係受到可得的舰、所制效率、成本及脈(電磁相容性) 等考量’而加以影響。設計平衡(designtmde_〇ffs)可意指，依照上述調 整步驟2中的所選比率。 步驟4:如果合適的話，進行整個設計的最終諸調。例如，鎮定 感應器310及儲能電容312對的共振頻率係可加以輕微地調整，允許 反相器FETs在所有誤差條件下使用零電壓開關。零電壓開關(zvs)的 使用，導致低開關噪音及降低損失。 ，以上的步驟可能需要在一實際情況中一起實施，或者，部份地重 複進行。在實際實行巾’躲元件鶴可有限_，贈元件值之選 擇並非完全自由的。 回到第四到第八® ’可瞭解岐，主要賴具有—自減應，Lpad 或Lp，其為線圈在絕緣(忽略寄生，，如内纏電容) 23 201001866 中的電抗。然而，當線圈係耦合至一次要單元中的次要線圈時，有效 的電感可出現差異，及可取決於次要線圈的電感，Ls，兩線圈之間的 耦合程度’及次要單元施加在負載的阻抗等，加以改變。因此，有效 感應似乎可相異於在絕緣中所測的電感。取決於耦合的強度，及因而 取決於主要及次要線圈共線對齊的程度，有效感應可加以改變。這也 可由次要負載，及因而時間改變，加以決定。這就是有效電感，其通 常決疋系統的共振效率。因此，如第四B圖，可能的是，操作頻有時， ，者甚至經常或一直是，相異於該時刻的共振頻率，以致於系統通常 疋稍微的”偏離共振”下運作。因此，第四D圖中的優點可能在於，該 系統精緻地在兩個共振尖峰之間加以運作，亦即，其設計於耗盡共振 (runoffresonance)。因此，系統可被認為對於所見的有效電感之改變， 有點免疫或去感應(亦即，實質穩定的）。 第九圖係本發明實施例系統350的示意圖。系統35〇相似於系統 300，包含主要單元352及多數個次要單元2〇〇。 一主要單元352通常係相同於主要單元3〇6，但是以下除外：其只 顯示，個主要線圈，及其顯示—具體範例的主要線圈1G8實施例。在 主要，7L 352中的每一主要線圈1〇8包含一條形的肥粒鐵片，作為主 要=心109 ’其周遭以相對應主要線圈1〇8加以纏繞，並沿其長度加 以刀佈。第九圖之系、统35〇之次要單元2〇〇内的次要線圈也可有 相似的構形。亦即，第九圖中每一次要單元·内的次要線圈2〇2包 含-條形的肥粒鐵片，作為一次要核芯2()3，其周遭以相對應的次要 線圈2〇2加以纏繞，並沿其長度加以分佈。 t本實施例中，若女置裝置時有某些位置的自由，則次要線圏 T核u 2〇3)在相較於主要線圈1〇8 (及核芯1〇9)日夺有務微地較小 在本發明的另—實施例中，主要線圈ig8的尺寸可相同於(或 稍微地較小於)次要線圈者。 24 201001866 在本實施例中，主要線圈108係物理地加以安排，以致其共享一 通用的線_，然而，它們係如此加以安排的，以致主要線圈附近， 彼此具有相對的極性。此由第九圖中兩個所示的主要線圈l〇8的線圈 末端加以示例，該兩者係彼此相鄰，及通常連結在一起，及相似地， 其最遠末端係通常相連在一起。這種佈局的一優點在於：主要線圈ΐθ8 所生的遠場(far.field)電磁場可加以取、;肖至__範圍，絲隱能降低主 要單兀352所造成之干擾者。在本發明的另一實施例中，主要線圈1〇8 旎依照不同方式加以安排，例如，側對側(side_by_side)。在另一實施例 主要細可全部均有蝴極性，或者可從分賴離相驅動系統加 以提供相反的極性。 在本實施例中，主要線圈108的安排，使其本發明傾向為前述之 置物架形式的主要單元。主要線圈1〇8的線可座落在置物架之下，造 成置物架本身作為電力轉移表面。接著，次要單元細可安排在置物 架上，感應式地接收其電力。 第十圖為本發明-主要單元362實施例之示意圖。如上文所述， 主要單元中主要線圈108的數目，在各個實施例中是可不同的。將上 述記在心裡，例如，主要單元362可與主要單元3〇2、3〇6及352，互 1 相交換使用。 主要單元362係相異於主要單元3〇6，其如下述。首先，包含有 鎮定電路308、電容106及主要線圈1〇8之一者的線圈部份，在每一 線圈108中係加以重複，及這些部份係並聯在一起。其次，緩衝ιι〇(尖 峰偵測），只連結至主要線圈1〇8的一者。 因此，在主要單元362中，鎮定電路係全部連接至反相器1〇4， 以致反相器104同時地加以驅動它們。這種主要單元362的構形是有 利的，其由於如上述的鎮定電路308的優點。亦即，反姆1〇4係加 25 201001866 以構形’級在每-並聯贿巾，係位在鮮喊轉之實質平坦部 份中的基本輸ϋ{頻.藉由構形並聯的部份，使它們彼此相似，可加 以安排的是，每-綱部份之鮮回觸實質平坦部份，其頻率係大 約落在相同位置。0此，並卿份的全雜合(及每—麵部份^個 體），對次要側之改變(如，次要單元2⑻之有/無，或者次要單元· 的類型等）’係去感應的。這是其巾的—個理由，為何可能調整每一主 要，圈ι〇8㈣壓，而同時只感應到線圈1〇8—者的電麼(在本例中， 為取上方的線圈1G8)。亦即，藉由調整—主要線圈⑽的操作，所有 主要線圈1G8的操作均受卿整^在每―主要、_⑽中，無需分離 地調整電路(例如，每—線圈⑽需要—分離的緩衝m及更複雜的 MPU 112) ’因此為有利的、成本低的(⑺贫评㈣、及較簡易的 (complexity-wise)。 第十圖係本發明主要單元372實施例的示意圖。例如，主要單 元372可與主要單元3〇2、306、352及362，交換使用。 主要單元372通常係相同於主要單元362，但是，每一線圈1〇8 係藉由緩衝器11G(㈣偵測)設有—回饋通路。進—步地，提供一配備 多重輸入的MPU 374，而非mpu 112。 …在本例藉由㈣DC/DC轉化器1〇2，由-或更多其感應到的 電壓主要單元372係可操作地感應每一主要線圈的電壓，及可 调整其操作。在某些例子巾，例如在只有—個次要單元時，為了 精確的控麵鎌圈，基概—特定主要賴1G8所祕酬電壓加 以控制調節，是有儀。在其蝴子+，藉由在不㈤時卿整不同線 ，1〇8上的電壓’係有利的。整體來看，在主要線圈372中係提供一 高能力的控制。 第十二至十五圖分別係主要線圈382、392、402及412的示意圖， 26 • 2009®ν^ΙΡβ CASf(SVe-007W>fl-007-0»21Pe-〇〇7.fl〇〇i.Sfw.ci 201001866 元 302、306 每二者係本翻的，不同實關。這些主要單元的每-者與主要單 352、362及372的任一者，均可交換使用。 每-主要線圈382、392、搬及412通常係相同於主要單元3〇2 , 祕除外。讀解献，馳纽㈣打算說__訊號 (感應電朗#作），可在任何主要單元巾數财職上加以取得。 在第十二圖之主要單元382中，提供一如主要單元3()2之AC電 壓感^但係由電容106及反相器1〇4之間加以提供。在第十三圖之 主要單元392中，-AC感應器394係提供於主要線圈上(作為一電流 變壓器）。在第十四圖的主要單元4〇2 t，— DC電壓感應係提供於 DC/DC轉化$ 1G2及反相器1G4之間。在第十五圖之主要單元412中， - DC電流感應(藉由串聯的電阻彻及可操作的增幅器叫，係提供 於DC/DC轉化器1〇2及反相器1〇4之間。 主要單元422通常係相似於主要單元372，但是，其並聯部份係 不具有鎮定電路(但另一實施例可包含這類鎮定電路)，及每一並聯部份 中的電容106係由可變電抗(可變電容)424加以取代。進一步地，主要 單元422具有一 MPU 426(取代MPU 112)，其對每一電壓感應有一輸 入(經由緩衝器110)，及對每一可變電抗424有一輸出，進而控制這些 電抗之值。 因此，在主要單元422中，每一並聯的部份具有串聯在一起的主 要線圈108及可變的電抗424。每一可變電抗424在本實施例中係以 可變電容加以實施’其由一電容陣列加以形成，可在MPU426的控制 下加以開關。可變電容可用，例如，MOSFETs或MEMs，加以製造。 可變電容的值係可由MPU 426加以控制。 可變電抗424中的電容值改變時，LC組合(主要線圈108及可變 電抗424) ’係受到諧週’以致該組合可進出共振。依照這個方式，基 27 201001866 於諧調LC組合的共振頻率，朝向或遠離反相器1〇4的基本頻率，相 關的尖峰線圈電壓可在控制下改變。 、因此’在主要單元422中，每-主要線圈⑽中的尖峰電壓係加 以感應，及這些回饋訊號可由MPU 426加以使用，而控制dc/dc轉 化器1〇2及可變的電抗424。要瞭解的是，雖然本文所討論的實施例 焦聚在賴的錢及難’在本糾之其他實關巾，可調整主要線 圈108中的電流或電力。 、 在主要單元422中，每一主要線圈1〇8並不必要具有可變電抗 # 424。例如，主要線圈108的一者係可具有固定的電容，如電容1〇6， 及其他者係可财可魏抗。主要、_ 1G8可齡㈣D〇OC轉化器 102 ’而彼此地共同賴整，及主要、_ 1()8可藉由控制可變的電抗 424，而彼此地共同地調整(及線圈1〇8連同固定的電容1〇6)。更加通 吊的疋’可變阻抗能加以運用(併入一電阻），然*，該阻抗所伴隨的損 失可能在某些實施例是不想要的。 、 第十七圖係本發明主要單元432實施例的示意圖。同前，主要單 元432可與先前所述的任何本發明實施例主要單元，交換使用。 主要單元432係同於主要單元似，但，其並聯部份並非由通常 的反相H 104加以驅動，而每—這類部份由半橋434加以驅動，同時， «亥半橋434通常由一驅動436及一振盪器438加以驅動。 把焦點放在主要單元422及432中的LC組合，可以瞭解的是， 存有形成可變電容的數個方法(例如，使用可變電抗或各種電容的串聯 及並聯組合）。可替換的是，由於改變L或c，將會改變全部的lc电 合’一串聯至可變電感中的固定電容，能加以使用^這可由一開關的 個體^^體陣列加以只現，或者，例如，藉由提供一纏繞在肥粒鐵上的 具有支線㈣之線圈，卩致纏繞組合的差異能加以縮短或加以選擇而

28 r'〇〇〇2\nO〇7.〇〇〇2.i 5P*<i>Q.〇QC 201001866 改變全體的電感。 第十八圖係依照本發明一實施例之主要線圈442的示意圖。如前 文所述，主要線圈442可與前述本發明任一主要單元實施例交換使用: 主要線圈442係相當接近主要線圈432，但是，其每一並聯部份 係提供自有的反相器104，而非半橋434(及驅動436與振盪器4对）。 進一步地，每一可變電抗424係由固定的電容1〇6加以取代。 為了提供每一並聯部份的可控制性，相似於第十七圖，每一反相 器係有可調式振盪器444 ’其可由ΜρυΑ%加以控制。因此，提供至 每一主要線圈108的驅動頻率(亦即，相關反相器1〇4的基本輸出頻” 能加以調整’使其朝向或遠離共振，進而調整其上方的Ac電壓(尖峰 電壓，或，例如’ RMS電壓）。如第十七圖中，每一主要線圈中的訊號 係由-緩衝器(尖峰偵測器)i i 〇加以感應，426係可操作地動態地 控制在其輸出的訊號’以執行系統控制/調整^因此，可選擇 性地控制DC/DC轉化器i 02的操作，及/或一或更多可調式振盈器⑽ 之操作。需要時，MPU426可操作地動態調整每一主要線圈⑽中的 電壓(或在其他實補巾，電流或魏），成為铸相_轉或者 的太進。 如别文所述’每-反相器1G4必須配備其本身的可調式振盈器 ^列如反相胃444之-者，能設有一固定頻的振蘯器，及其他者 可調式的振|器444。藉由控制DC/DC轉化器1〇2，主要線圈 t*起調正及藉由控制可調式振盈器444，主要線圈能相對 ;-者而加關整(及姆於設有峡雜魅之線圈 108)。 的主及二十圖係本發明實施例主要單元之充電表面上的可能 元200妒6 1〇8佈局之不意圖。在這類實施例中，想要的是，次要單 疋·能安置在賴將要被錢之主要單元錢表面上的任一處所， 29 CriSCwiic» 2009&,^Ρβ CA5E&fiB-0〇An-0〇7-〇〇〇2V^-007-0002.ipt.Cho. 201001866 任—處所。在這類例子中，相關駐要較可包含多數個主 在第十九®巾’該充電表轉有已雜之妹鐵賴· ^，在肥粒鐵背板452上已纏線圈㈣的陣列。在第二十圖中’ 46〇 ^ 及/HM已在《 PCB(印刷電路板)462上進行侧，下方可具有肥粒鐵 ir拓 二十圖中，每—六角形排列_可認為是一個體 ==64 要單元2GG之足跡，或者一併有這類單 即咸庙λ 關的待充電之主要單元之充電表面上(亦 即’感應式地由其接收電力）。 雷矣Γ瞭解的是，在某些實麵巾，次要單元的足跡可能小於充 上的充電面積’以致多數個次要單妨在同—時間加以充電。 =九圖及第二傾所示的陣财，可能將主要線圈⑽進行開啟 二’以致只ί某些線圈係在特定時間加以活化。當—主要線圈108 的敏牌番I:要的7^由開啟一導體(虛設線圈)來加以取代，以保留相同 偏_ 1’及保持系統於共振。這個概念可應用到任何前述的實施 2類赠況中，以形成新的本發明實施例，並且這個概念將於下文 加詳㈣刺。即使只有—做要單元正在接收電力 ，這個概念 兹-因為不同的主要線圈及甚至相異數目的主要線圈 ，需要 二:要早7G相對於充電表面之位置及定位而加以活化。因此，取決 類的位置/定位’不同的虛設線圈或不相數目的虛設線圈，可能需 要在不同時間加以活化，以維持系統共振。 虛⑶軸’’可為標準的電❹，其可較小於及較輕於主要線圈。 ▲地’匕們可加以防護，或設計而不轴射，進而不影響由主要線 的電磁場。虛設線圈可安置在主要單元中，遠離電力轉移區， 低任何由其產生之效應(熱、轴或其他者)。目此，藉由使用虛 201001866 設線圈’可能維持由驅動電路所見到之電感，而無需那此對已生電磁 場造成影響的虛設線圈。 第二十一圖係依照本發明一實施例之主要單元472的示意圖。如 上文所述’主要線圈472可與前述本發明任一主要單元實施例交換使 用。 如前文所述，“虛設線圈”的概念係可應用到任何前述的實施例， 及主要線圈472係本概念應用到第三圖之主要單元3%的一個例子。 如第二十一圖所示，每一主要線圈108係設有串聯的開關474， 以致其可開啟或關閉(例如在MPU 112控制之下）。提供一與主要線圈 108 (及開關474)並聯的相對應電感器476 (作為虛設線圈），其串聯到 開關478。因此，當一主要線圈108係關閉時，一電感器(虛設線圈)476, 可開啟，以便維持相同的並聯排列之主要線圈1〇8及電感器476的全 部電感。 上述的解釋假設在主要線圈108及電感器(虛設線圈）476之間的 電感關係為1 : 1。當考慮到主要線圈472時，一進一步的假設為，主 要線圈108及電感器(虛設線圈)476係有相同數目。雖然這在本發明之 一實施例中為真的，但是在其他實施例中並非為真。例如，在本發明 了實施例中，可知的是’在任可_下’只有—定數量的主要線圈108 係關閉的。在這個情況下，可能只提供雜定數量的電感器祝(該數 目係可小於主要線圈1〇8的數目）。此外，例如’在本發明另一實施例 中，可知的是，當主要線圈1〇8係關閉時，其一直有至少特定數目是 關閉的。在這個例子中，可能對電感器(虛設線圈）‘Μ之一者加以構 形’口以致其具有相同於特定數目主要線圈108 (該數目係大於的電 感:可瞭解的是’主要線圈1〇8及電感器(虛設線圈）⑽的其他安排係 可月的’而形成進—步之本發明實施例。 31 201001866 第二十二圖係本發明數個實施例之主要單元492的示意圖。 般而。主要單元482係打算用於說明，主要線圈1〇8及電感 器、虛設線圈} 476之開與關的概念，是如何應用到本發明的實施例。主 要早7G 482 &含-主要線圈⑽及電感器476的陣列，一驅動器_ 及:開關單元m。主要線圈⑽及電感器476通常係在一端經由開 關單元486加以連結至驅動器484的接地端。主要線目⑽及電咸器 2的另—端’經由開關單元486的㈣下，係選擇性地可連結i驅 益484的輸出1或輸出2。很明顯地，驅動器484係能具有任何數 目的輸出，及為方便起見，只有顯示出兩者。 主要單元482的構形通常係可應用到本文中所述的主要單元實施 例例如’主要線圈1〇8可為第十九或二十圖中的陣列。再者，例如， 在考慮驅動器484只配備-輸出(或只有其他未連結之輸出)時，主要線 及電感器476可為帛二十一圖中所示者，及該驅動器484能為 -十-圖中電路之其餘部份，同時，鶴輸出係、位在第二十一圖之 電容106及緩衝器11〇之間。 在驅動器484中提供多於一者之輸出的優點在於：主要線圈⑽ 及電感器476可組合控制，每—輸出—她合，以致(例如)—組能相對 於另-者，由不同的電壓加以調整。如第二十二圖中所示例者，任何 數目的主要線圈⑽及電感器476可，可連結至任何一個驅動器輸出。 第-十二圖係驅動器视的示意圖，其與驅動器484係可交互更 換形成本發明之實施例。應予瞭解的是，驅動器492係相同於第 -十二圖中的主要單元492，但是’主要線圈⑽係已經移除，只留 下輪出1及2，及半橋434之其餘的較低輸出係連結在一起，通常係 為了與第二十二圖之一般接地(c〇mm〇ngr〇und)的相容能力。因而，要 予以瞭解…_主要關⑽（或賴器祝），可在—電壓(經由輪 '•W2-Sp^cim.Chc 32 201001866 出1)下加以調整，及另一組的主要線圈(或電感器476)，可在另一電壓 (經由輸出2)加以調整。再一次地，如前文所述，調整可為電壓、電流 或電能調節。 以不同的主要線圈電壓加以調節不同的主要線圈1〇8，可用於供 應不同水準的電力，給予位在相同充電表面上的不同的負載(如不同種 類的次要單元200或次要裝置），或者至少用於感應式地從相同主要單 疋接收電力。這也能為有用的，因為主要單元及次要單元之間的耦合， 取決於次要單元姉於主要單元之位置及/或定位，能寬廣地加以改 變。再者，實際電容器及電感器間的公差，在一次要單元或裝置到下 一者間’能造成差異。 麵σ中的改變咸使次要單元/裝置必須配合一大的電塵輸入範 圍而且通^想要限制該次要單元/裝置必須配合之電壓範圍，以致其 可包含較低碰比的元件，進而降低成本及改良效率。觸觀點記在 心裡，在本發明的巾，主要及次要單元能加輯形而彼此流 通。例如，本發明—實施财，次要裝置能夠加賴形而流通於主要 皁70資訊，指示出其所需要的電力。在回應時，主要單元能加以構形， 因而調整侧的轉軸。應予承認的是，在某些實施财，這類的 流通係可能只需要單向麵，例如，從次要單元社要單元，然而， 更多的有活力的流通，是較優於雙向流通。 第^十四圖，本發明一實施例之主要單元5〇2的示意圖。主要單 ί電感582的示範性實現，其中所顯示的主要線圈108 立=(虛,又線圈)476之觸排(bank)，係加以分離(如第二十，，及 i，單元486的範例性實施。進一步地，其顯示的 :能由_504加以處理，其可為本發明之盆 他實_中之MPU，_部份，或與之分離。 ㈣之- 33 201001866 在本，明一實施例中，相似於第十八圖者，有利的是，可控制地 改變主要單7C上的驅動頻率。例如，如果次要單元係不包含dc/dc轉 化器’取喊之的是’其流通回髓訊至主要單元，翁述者係有利 的。例如’在-實施例中’對於—次要單元，主要單元能夠在一頻率 下’潛在地驅動-主要軸或—線圈，而對於—不同的次要單元，能 夠以不同的頻率，經由該些次要單元的_訊號，潛在地驅動一不同 的主要線。在這個方面，至少某些實施例可取得來自次要侧 (以及，或者可取而代之的，來自主要側的)的回饋訊號。 —應瞭解的是’本發明之其他實施例係可能地在後附巾請專利範圍 之範圍内。 【圖式簡單說明】 現在加以參考以下作為範例之圖式，其中： 第-圖係習知技術之感應性電力轉移系統之示意圖； 第二圖係依照本發明—實施例的系統之示意圖； 第三圖係依照本㈣-實細的主要單元之示意圖； 第四圖提供-組示意圖，有用於瞭解依照本發明一或更多實施例 的系統之主要單元中鎮定電路之優點； 第五圖係依照本發明—實施例的系統之示意圖，其有用於進行模 擬(performing simulations); 第六圖係基於第五圖電路而取得之模擬圖表； 第七圖係-模擬結果之圖表，顯示兩個共振尖峰間之分 應器比率之效果； ^ 在圖 第八圖係-模擬結果之圖表，顯示圖五電路中鎮定感應器， »W〇07-〇〇〇2.Spe.Che知 34 201001866 五電路之主要線圈的電流下，其感應值的效應； 第九圖係依照本發明一實施例的系統之示意圖； 第十圖係依照本發明—實施例的主要單元之示意圖； 第十-圖係依照本發明-實施例的主要單元之示意圖； 立第十二圖至第十五圖分別係本發明不同實施例之主要單元之示 意圖； 第十六圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖； 第十七圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖； 第十八圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖； 第十九圖及第二十圖係依照本發明某些實施例之主要單元的充 電表面上的可能的主要線圈佈局之示意圖； 第二十一圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖； 第二十二圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖； 第二十三圖係用於一依照本發明實施例的驅動器之示意圖； 第二十四圖係依照本發明一實施例的主要單元之示意圖。 35 C:\efwtlct 2009Sk@n CAS£&P»-0C7^007-O0OZ^007-0〇n-^Che.Oot 201001866 【主要元件符號說明】 1系統

100主要單元 104反相器 108主要線圈 110缓衝器 116微處理器單元 200次要單元 203次要核芯 206整流器 210負載 302主要單元 308鎮定電路 312電容 350系統 362主要單元 374 MPU 382、392、402及412主要線圈 394 AC感應器 416增幅器 424可變電抗(可變電容） 432主要單元 436驅動 442主要線圈 450肥粒鐵線圈 460印刷六角形螺旋線圈 1及2輸出 102DC/DC轉化器 106電容 109主要核芯 112微處理器單元(MPU) 122負載 202次要線圈 204電容 208DC/DC轉化器 300系統 306主要單元 310感應器 302電容 352主要單元 372主要單元 414電阻 422主要單元 426 MPU 434半橋 438振盪器 444可調式振盪器 452肥粒鐵背板 462PCB(印刷電路板） C:\(gietjnfe« 2009^©n CA5figV>e-007U>e-007-0002Ve-007-0002-Sp*-C«ie.Ooc 201001866 472主要單元 474開關 476電感器 478開關 482主要單元 484驅動器 486開關單元 492主要單元 492驅動器 504 MPU 502主要單元 37 CASfuniM 2009欲CAST叙lP0-OO7\W~OO7-OOO2\PB*〇O7.OOO2-Sp«.Che.i>oc

Claims (1)

1. 201001866 七、申請專利範圍： 1.…種制於感應式電力轉移纽之主要單元的電路，用以產 生-電磁場，進而藉由電磁感應而鱗式地轉移電力至__ =的次要單元’誠每-次要單與主要單元加时隔，該電路包 多數個可驅動部，每一該部係包括一主要線圈或虛設線圈； 、生驅動裝置，可操作地供應驅動訊號給予兩個或至少^個該部，以 造成這些具有該主要線圈之已驅動的該部，產生該電磁場；及 之心控制單元，依照—指示出—或更多該已驅動部之主要或虛設線圈 =特徵_饋訊號，可㈣雜繼，進_向於該回饋訊 就， 其中該電路係加以構形，以致於已驅動之該些部係並聯在一起並 且具有一諧調的共振回應；及 該控制裝置係傾於調節每一該已驅動線圈的這類特徵。 2.如申請專範圍第！項所述的電路，其中該線圈之特徵在於該 綠圈上之線圈訊號的數量。 * 3.如中請專範圍第！或2項所述的電路，其中每—該可驅動部 只質地只包括其該主要線圈或虛設線圈。 4. 如申請專範圍第3項所述的電路，其係加以構形，以致該回 貝[號係-通常在該已驅動部上之線圈的伏特訊號之數量的指示。 5. 如申請專範圍第3或4項所述的電路，其包括一電容，其係 加以構形而通常串聯已驅動之該些部。 6. 如申請專範圍第5項所述的電路，其係加以構形，以致於在 38 Crt^funic· CASf(®W-0O7Ve*007-0CO2VPfl-O0T-0002-SiK-Cha.0e« 201001866 一驅動期間，該已驅動訊號具有一特定的基本頻率； 該電容具有一特定的電容值；及 已驅動的該部係具有一結合的特定感應值。 7. 如申請專範圍第6項所述的電路，其係加以構形，以致於在 驅動期間，該已驅動部實質地永遠地具有經結合的特定感應值。 8. 如申請專範圍第6或7項所述的電路，其係加以構形，以致 於在驅動期間的-段時間内之該已驅動部，係不同在驅動期間的另一 段時間内驅動之部。 9. 如中請專範圍第6至8項中任-項所述的電路，其中該特定 的電容值縣如此之值，以致該已鶴部在航基本醉下共振。 10. 如申請專範圍第6至9項中任一項所述的電路，其中該電容 具有固㈣電容似其巾該㈣訊號具有@定的基本頻率° 11·如申„月專範圍第6至1〇項中任一項所述的電路，其中該部係 加以構形而彼此地具有實質相同的電感；及 該:路:加以構形，以致在一驅動期間的一_内所驅動的部之 數里，係相同於該驅動_的另—時段崎驅動的部之數量。 係加圍第3至U項中任—項所述的電路，其中該電路 係加以致該已驅動之部具有—通常_相應，其具有兩個主 要共振大峰及位在其㈣實質平坦的部；及 、 坦部2Γ。驗雜有—縣辭，鶴率條触要錄抖及該平 驅動之部係加以 ,13.如申„月專範圍第12項所述的電路，其中該已 構形’以致其通常係串聯至電容及鎮定電路；及 39 201001866 這類==容及_路_娜，㈣_，係通常有 14.如申請專範圍第13項所述的電路，其中： 該電路係加以構形，錢已驅動之部係具有—組合的電感[I ;及 該串聯的電容具有一電容Q;及 ^及Q之值係加以構形，以致㈣(2Π心），其中她基本 15·如申請專範圍第14項所述的電路，其中： 串聯==:，.至電容C' ’及，。並聯至成 =及Q之值係加以構形，以致㈣/(2n uL2C2)，其中她基本 16.如申請專範圍第15項所述的電路，該 二=’以致該兩個主要共振尖峰的頻率係充足地相隔，』而== :率二欠要單合而經驗到的有效電感，其 係力：申項所述的電路，其仏一 18·如申請專範圍第1或2項所述的電路，其中· 應， =動喊具有—基本_，其_位在社要尖峰及該平坦部 ®陳卿《咖*妳《咖*007懈知一 40 201001866 l9. *申5月專範圍第μ項所述的電路，其中該可驅動之部係加以 形’而在驅動時’彼此地具有實質相同這類頻率回應。 汝申π專範圍第18或19項所述的電路，其中該可驅動之部 彼此具有實質相同的構形。 ^ 21.如申請專範圍第18至20項中任一項所述的電路，其中每一 該可驅動之部包括一電容，串聯至其線圈，及一鎮定電路；及 ，在每-該可驅動之部，其線圈、串聯的電容及鎮定電路，係加以 構形，進而在驅動時，可驅動之部具有這_率回應。 22·如申請專範圍第21項所述的電路，其中： 該主要線圈之電感係實質地相同於該虛設線圈之電感； 串聯至該可驅動部之電容，彼此係實質相同； 該可驅動之部之内的鎮定電路係彼此地實質相同；及 母可驅動之部之内的線圈、串聯的電容及鎮定電路，係以實質 相同之方式加以構形。 23. 如申請專範圍第21或22項所述的電路，其中在每一該可驅 動之部之中： 該線圈具有一電感L! ’及該串聯的電容具有一電容Cl ;及 Ll及G的值係加以構形，以致f0=1/(2n yLlCl)，其中f〇係該基本頻 率。 24. 如申請專範圍第23項所述的電路’其中在每一該可驅動之部 之中： 該鎮定電路具有一電感h串聯至電容Q，及一電容（^並聯至成 串聯的電容c]及電感Ll ;及 201001866 該L2及C2之值係加以構形，以致f〇=1/(2n wL2C2)，其中f0係該 基本頻率。 25. 如申請專範圍第24項所述的電路，其中在每一該可驅動之部 之中： 該1^及Li之值係加以構形，以致該兩個主要共振尖峰的頻率係 充足地相隔，進而在電路操作時，因主要線圈及次要單元之間的辆合 而經驗到的有效電感，其效率改變是實質地小。 26. 如申請專範圍第24或25項所述的電路，其中在每一該可驅 動之部之中： Li及L2之值係加以構形，以致Li/l2=4(大約）。 27. 如申請專範圍第18至26項中任一項所述的電路，其中該電 路係加以構形，以致該回饋訊號只從已驅動之部之一者取得。 28. 如申請專範圍第27項所述的電路，其中該電路係加以構形， 以致該回饋訊號係覆蓋該部之主要線圈或虛設線圈上之電壓或電流或 電能訊號之指示。 ( 29.如申請專範圍第以至％項中任一項所述的電路，其中： _該電路係加以_，因而從每一已驅動之部取得這類回饋訊號之 隔離，及 該控制裝置射操作地健—或更找_訊號加以實行。 30.如申請專範圍第1或2項所述的電路，其中： 該電路係加以構形，因而從每—已驅動之部及/或，該或每一名 電路接收魏之:欠要單元，轉魏_峨之隔離； 每-或已驅動之部之—者，包括—可控制的元件；及 42 St ^ 2009&^©nCAS£^Pt-〇〇7\pQ.〇(ff.00〇2iip^.QQj.〇〇〇2-Spt-Cita.O〇< 201001866 的元件 該控制裝置係可操作地回應該回饋訊號，而藉由該 進行該控制。 卫制 31. 如申請專範圍第30項所述的電路，其中該控制装置係可 地使用該可控制元件，調整已驅動線圈彼此相關的特徵。”、 32. 如申請專範圍第30或31項所述的電路，其中該 。 控制元件係可變電抗。 、一該可 —33.如申請專範圍第3〇至；32項中任一項所述的電路，其中該 每一該可控制元件係可變電容。 、 _34.如申請專範圍第3〇或31項所述的電路，其中該或每一該可 控制元件，在改變其該部之内之該驅動訊號的基本頻率的 ， 係可操作的。 工Ρ 件孫二，專範圍第34項所述的電路，其中該或每—該可控制元 件係可調式反相器或半橋式電路。 36.如申研專乾圍第30至35項中任一項所述的電路，苴中每一 該可驅動部具有-電容，♦舰其_。 八 37·如申w專域前述任—項所述的電路，其中 線圈係一紐11 ’其在驅動時並不產生電磁場。 咸,杳銜*申。月專範圍則述任一項所述的電路，其中該虛設線圈之電 感係實質地相同於該主要線圈之電感。 図电 哕線圃範圍則述任一項所述的電路，其中加以構形，以致 該線圈在驅動時舰具有相同的極性。 40.如申請專範圍箭、+、/ ^ 任一項所述的電路，其中加以構形’以致 $夕之“’-圈在驅動時’具有相異於一或更多其他之該線圈的極 43 C:\Siuole9 iD09^<§fiB CA5£iB^-0O7\n-007-000Z\Pe-0O7-0002-Sp*'Clte.Doe 201001866 性0 生一二應統之主要單元的電路，用以產 *皁几„亥_人要早⑽與主要單元加以分隔，該電路包括. 一可驅動部，包括一主要線圈； 驅動裝置’可操作地供應驅動訊 具有一預定的基本頻率，触要、_產抄ϋΓ 動訊號 其中： 頻率回應，其 該可驅動之部係加以構形，而使其在驅動時具有一 八兩個主要共振尖峰及位在其間的實質平坦的部；及 及該==獅，峨财本鮮餘找主要共振尖峰 仪如申請專範圍第41項所述的電路，其中： 定電 在驅動時’該可驅動部之主要線圈係串聯至一電容及一鎧 路；及 ’、 該主躲目、|容及觀祕絲輯形，贿可 動時具有這類的頻率回應。 43. 如申請專範圍第42項所述的電路，其中： 該主要顧具有-賴Li，及料聯的電容具有—帛聯的電容 ，及 該Li及Q之值係加以構形，以致f〇=1/(2n v LiCi)，其中f〇係該 基本頻率。 44. 如申請專範圍第43項所述的電路，其中： 44 201001866 當可驅動部驅動時，該鎮定電路具有一電感l2串聯至電容Ci, 及一電容c2並聯至成串聯的電容c〗及主要線圈；及 該L2及C2之值係加以構形，以致f〇=l/(2n UL2C2)，其中f〇係該 基本頻率。 45. 如申請專範圍第44項所述的電路，其中該1^及乙2之值係加 以構形，以致該兩個主要共振尖峰的頻率係充足地相隔，進而在電路 操作時，因主要線圈及次要單元之間的耦合而經驗到的有效電感，其 效率改變是實質地小。 〜’、 46. 如申請專範圍第44或45項所述的電路，其中1^及L2之值 係加以構形，以致Ι^/ί2=4(大約）。 47. —種使用於一感應式電力轉移系統的主要線圈，其包括前述 任一項所述的線圈。 48· 一種感應式電力轉移系統’包括： —主要單元，可操作地產生一電磁場；及 至Γ、—次要單元，可分離於該主要線圈，係加以構形而無線式地 在罪近主要單元時產生之電磁感應所生的電力。 μ Γ.—麵合參考圖式實質描述於前文之主要單元或感應式電力 轉移系統的電路。 45 C:)€>fur><n 2009^,^PB CASES\fi6-007\PB-007^000Z\PKXI7O〇〇2-ipfc,taDee