无线感应电能传输制造技术

一种感应电能传输系统，包括电能发射机（101）和电能接收机（105）。电能传送系统支持双方向通信。电能接收机（105）首先通过传送信号强度包发起强制性配置阶段，并且电能发射机和接收机随后操作（505,507）强制性配置阶段，其中选择用于电能发射机（101）和电能接收机（105）的第一组电能传输操作参数。电能接收机（105）随后传送（509）进入协商阶段的请求，并且电能发射机（101）通过传送确认来确认（511）所述请求。其随后进入协商阶段。电能接收机（105）响应于接收到确认消息而进入协商阶段。电能接收机（105）和电能发射机（101）随后通过执行协商阶段来确定（513,515）第二组操作参数。所述方法特别适合于Qi电能传输系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线感应电能传输
本专利技术涉及感应电能传输，并且特别地但非排他性地，涉及按照Qi无线电能传输 标准的感应电能传输系统。
技术介绍
正在使用的便携式和移动设备的数量和种类在上个十年中已经激增。例如，移动 电话、平板电脑、媒体播放器等等的使用变得无所不在。这样的设备一般由内部电池供电， 并且典型的使用场景通常需要对电池的再充电或者对设备的来自外部电源的直接有线供 电。 大多数现今的系统需要接线的和/或明显的电接触，从而从外部电源中得以供 电。然而，这往往是不实际的并且需要用户物理地插入连接器或者以其它方式建立物理电 接触。对用户而言，通过引入电线的长度，这往往也不方便。典型地，电能的需求也显著不 同，并且当前，为大多数设备提供它们自身的专用电源，其结果是一名典型的用户具有大量 不同的电源，且其每个专用于具体的设备。虽然内部电池的使用可以避免在使用期间对于 到电源的连接的需要，但是这仅提供了部分解决方案，因为电池将需要再充电(或者更换， 其是昂贵的)。电池的使用也可能大大增加重量，并且潜在地增加设备的成本和大小。 为了提供显著改进的用户体验，已经提出使用无线电源，其中电能从电能发射机 的发射机线圈感应地传输到各单个设备中的接收机线圈。 经由磁感应的电能传送是众所周知的概念，大多应用在变压器中，其具有在初级 发射机线圈和次级接收机线圈之间的紧耦合。通过在两个设备之间将初级发射机线圈和次 级接收机线圈分离，基于松耦合变压器的原理，在这些之间的无线电能传输变得可能。 这样的安排允许对设备进行无线电能传输，而不需要作出任何接线或者物理电连 接。实际上，它可以简单地允许设备被放置在邻近发射机线圈处或者在发射机线圈上面，从 而外部地再充电或者供电。例如，电能发射机设备可以被安排有水平表面，设备可以简单地 放置在其上从而得以供电。 此外，这样的无线电能传输安排可以被有利地设计，以使得电能发射机设备可以 与一系列电能接收机设备一同使用。特别地，已经定义了无线电能传输标准(其被熟知为Qi 标准)并且其当前正在被进一步开发。该标准允许满足Qi标准的电能发射机设备与同样满 足Qi标准的电能接收机设备一同使用，这些设备不必来自相同制造商或者必须对彼此而 言是专用的。Qi标准进一步包括一些功能性，其用于允许操作适配于具体电能接收机设备 (例如，取决于具体电能消耗)。 Qi标准由无线充电联盟（Wireless Power Consortium)所开发，并且可以例如在 他们的网站上找到更多信息：http://www. wirelesspowerconsortium. com/index. html，其 中特别地，可以找到已定义的标准文档。 Qi无线电能标准描述了电能发射机必须能够为电能接收机提供所保证的电能。所 需要的具体电能水平取决于电能接收机的设计。为了具体说明所保证的电能，定义了一组 测试电能接收机和负载条件，其描述了用于每一个条件的所保证的电能水平。 Qi最初定义了用于低电能设备的无线电能传输，所述低电能设备被认为是具有小 于5W的电能消耗的设备。落入该标准范围之内的系统使用在两个平面线圈之间的感应耦 合来将电能从电能发射机传输到电能接收机。在两个线圈之间的距离典型地是5毫米。可 能的是，将该范围扩展到至少40毫米。 然而，用来增加可用电能的工作正在进行中，并且特别地，所述标准被扩展到中等 电能设备，所述中等电能设备是具有大于5W的电能消耗的设备。 Qi标准定义了兼容设备必须满足的各种各样的技术需求、参数和操作程序。 通信 Qi标准支持从电能接收机到电能发射机的通信，因此使电能接收机能够提供可以允许 电能发射机适配于具体电能接收机的信息。在当前标准中，已经定义了从电能接收机到电 能发射机的单向通信链路，并且该方法是基于电能接收机作为控制元件的理念。为了准备 和控制在电能发射机和电能接收机之间的电能传输，电能接收机具体地将信息传递到电能 发射机。 通过电能接收机执行负载调制，实现了单向通信，其中由电能接收机应用到次级 接收机线圈的加载（loading )被改变以提供电能信号的调制。电特性中作为结果的改变(例 如，电流消耗的变化）可以被电能发射机检测和解码(解调制)。 因此，在物理层，从电能接收机到电能发射机的通信信道将电能信号用作数据载 波。电能接收器调制负载，该负载通过发射机线圈电流或者电压的幅度和/或相位的改变 而被检测。数据被格式化为字节或者分组。 在Qi无线电能规范(版本1. 0)第1部分的第6章中，可以找到更多信息。 虽然Qi使用单向通信链路，但是已经提出引入从电能发射机到电能接收机的通 信。然而，将这样的双向链路包括在内并不是微不足道的，并且这样的双向链路遭受到大量 的困难和挑战。例如，作为结果的系统仍然需要向下兼容，并且例如仍然需要支持不能够进 行双向通信的电能发射机和接收机。此外，在例如调制选项、电能变化、传送选项等等方面 的技术约束是非常有约束力的，因为它们需要适合于现有的参数。同样重要的是，保持低的 成本和复杂度，并且例如合期望的是，用于附加硬件的需求被最小化，使得检测是简单和可 靠的等等。同样重要的是，从电能发射机到电能接收机的通信不影响、降级、或者干扰从电 能接收机到电能发射机的通信。此外，首要的需求是通信链路不会不可接受地将系统的电 能传输能力降级。 相应地，许多挑战和困难与增强电能传输系统(诸如Qi)以包括双向通信相关联。 系统控制 为了控制无线电能传输系统，Qi标准具体说明了系统可以处于不同操作时间的若干阶 段或者模式。在Qi无线电能规范(版本1. 〇)的第1部分第5章中可以找到更多细节。 系统可以处在下列阶段： 诜择阶段 当系统未被使用时（即，当在电能发射机和电能接收机之间不存在耦合时（即，没有电 能接收机靠近电能发射机放置)），该阶段是典型的阶段。 在选择阶段，电能发射机可能处在待机（stand-by)模式，但是将进行感测以检测 目标的可能存在。相似地，接收机将等待电能信号的存在。 试通（ping)阶段 如果发射机检测到目标的可能存在，例如由于电容的改变，则系统将进到试通阶段，其 中电能发射机(至少间歇地）提供电能信号。这个电能信号由电能接收机检测，其进到将初 始包发送给电能发射机。具体地，如果电能接收机存在于电能发射机的接口上，则电能接收 机将初始信号强度分组传递到所述电能发射机。信号强度分组提供在电能发射机线圈和电 能接收机线圈之间的耦合程度的指示。信号强度分组由电能发射机检测。 识别和配置阶段 电能发射机和电能接收机随后进到识别和配置阶段，其中电能接收机传递至少一标识 符和所需要的电能。信息通过负载调制以多个数据分组进行传递。电能发射机在识别和配 置阶段期间维持恒定的电能信号，从而允许负载调制被检测到。具体地，为了这个目的，电 能发射机提供具有恒定幅度、频率和相位的电能信号（除了由负载调制导致的变化)。 在准备实际电能传输时，电能接收机可以应用所接收的信号来为其电子装置加 电，只不过它保持其输出负载断开连接。电能接收机将分组传递到电能发射机。这些分组 包括强制性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感应电能传输系统的操作的方法，所述感应电能传输系统包括电能发射机（101），其被安排用来生成用于电能接收机（105）的无线电能信号，所述感应电能传输系统基于电能信号的调制来支持在电能发射机（101）和电能接收机（105）之间的双方向通信，所述方法包括：电能接收机（105）通过将信号强度包传送给电能发射机（101）来发起强制性配置阶段；电能发射机（101）和电能接收机（105）操作（505，507）强制性配置阶段，其中选择用于电能发射机（101）和电能接收机（105）的第一组电能传输操作参数；电能接收机（105）传送（509）进入所请求的协商阶段的请求；电能发射机（101）通过将确认传送给电能接收机（105）来确认（511）进入所请求的协商阶段的请求；电能发射机（101）响应于接收到进入所请求的协商阶段的请求而进入所请求的协商阶段；电能接收机（105）响应于接收到来自电能发射机（101）的确认而进入所请求的协商阶段；电能接收机和电能发射机通过执行所请求的协商阶段来确定（513，515）第二组操作参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.03 EP 13162077.5;2012.06.29 US 61/6659891. 一种用于感应电能传输系统的操作的方法，所述感应电能传输系统包括电能发射机 (101 )，其被安排用来生成用于电能接收机（105)的无线电能信号，所述感应电能传输系统 基于电能信号的调制来支持在电能发射机（101)和电能接收机（105)之间的双方向通信， 所述方法包括： 电能接收机（105)通过将信号强度包传送给电能发射机（101)来发起强制性配置阶 段； 电能发射机（101)和电能接收机（105)操作（505, 507)强制性配置阶段，其中选择用于 电能发射机（101)和电能接收机（105)的第一组电能传输操作参数； 电能接收机（105)传送（509)进入所请求的协商阶段的请求； 电能发射机（101)通过将确认传送给电能接收机（105)来确认（511)进入所请求的协 商阶段的请求； 电能发射机（101)响应于接收到进入所请求的协商阶段的请求而进入所请求的协商阶 段； 电能接收机（105)响应于接收到来自电能发射机（101)的确认而进入所请求的协商阶 段； 电能接收机和电能发射机通过执行所请求的协商阶段来确定（513,515)第二组操作参 数。2. 根据权利要求1的方法，其中电能接收机（105)在电能传输阶段期间传送进入所请 求的协商阶段的请求。3. 根据权利要求1的方法，其中电能接收机（105)在进入电能传输阶段之前传送进入 所请求的协商阶段的请求。4. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中配置阶段（505, 507)包括电能接收机（105) 确定电能发射机（101)是否支持协商阶段，并且电能接收机（105)依赖于电能发射机（101) 是否支持协商阶段的确定而选择是否传送进入所请求的协商阶段的请求。5. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中第二组操作参数包括用于在电能发射机 (101)和电能接收机（105)之间的通信的通信参数。6. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中第二组操作参数包括用于从电能发射机 (101)到电能接收机（105)的电能传输的电能水平参数。7. 根据权利要求6的方法，其中该组操作参数包括所述发射机应当传送的所保证的电 能水平。8. 根据权利要求6的方法，其中电能水平参数是最大整流电平。9. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中第二组操作参数包括指示：电能发射机（101) 是否支持借助于重新配置请求而从电能传输阶段到配置阶段的转变。10. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中第二组操作参数包括指示：电能发射机 (101)是否支持借助于重新协商请求而从电能传输阶段到协商阶段的转变。11. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中当在协商阶段（513, 515)时，电能接收机 (105)和电能发射机（101)在若干协商循环中确定第二组参数，每个协商循环包括电能接收 机（105)传送具体说明操作参数的消息并且电能发射机（101)利用接受或者拒绝所述操作 参数的消息做出响应。12. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中当在协商阶段（513,515)时，电能发射机 (101)响应于接收到来自电能接收机（105)的电能控制错误消息而进到电能传输阶段。13. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中当在协商阶段（513, 515)时，电能接收机 (105)传送协商阶段终止消息，并且电能发射机（101)响应于接收到所述协商阶段终止消息 而终止协商阶段并且进入电能传输阶段。14. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中当在协商阶段（513,515)时，电能接收机 (105)响应于第二组参数不满足电能接收机需求的确定而传送电能结束消息，并且电能发 射机（101)被安排用来响应于接收到电能结束消息而终止协商阶段并且返回待机阶段。15. 根据权利要求1、2或者3的方法，其中当在协商阶段（513, 515)时，电能接收机 (105)传送电能控制错误消息并且在丢弃由协商阶段引入的参数改变之后进入电能传输阶 段，并且电能发射机（101)响应于接收到电能控制错误消息而终止协商阶段并且在丢弃由 协商阶段引入的参数改变之后进入电能传输阶段。16. 根据根据权利要求1、2或者3的方法，其中进入所请求的协商阶段的请求被包括在 配置阶段的消息中。17. 根据根据权利要求1、2或者3的方法，其中强制性配置阶段（505,507)按照Qi电 能传输标准版本1. 〇或者1. 1的规范来执行。18. -种感应电能传输系统的电能发射机（101)的操作的方法，所述感应电能传输系 统包括生成用于电能接收机（105)的无线电能信号的电能发射机（101)，所述感应电能传 输系统基于所述电能信号的调制来支持在电能发射机（101)和电能接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：A范瓦格宁恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL