CN103151846A - 以定向和无线方式将电力输送给用电设备单元的家用电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及以定向和无线方式将电力输送给用电设备单元的家用电器，包括具有接收装置323的至少一个用电设备单元103，其中所述接收装置323用于以无线方式接收所输送的电力；以及具有多个发射元件301、302的电力输送装置127，其中所述电力输送装置127用于通过发射由所述发射元件301、302叠加的电磁场来以无线方式输送电力。

Description

以定向和无线方式将电力输送给用电设备单元的家用电器

[技术领域]

本发明涉及家用电器，尤其涉及包括至少一个用电设备单元的制冷设备，其中所述至少一个用电设备单元具有用于以无线方式接收所输送的电力的接收装置。

[背景技术]

在所属领域中，通过电磁场以无线方式将能量输送给位于家用电器的内部的用电设备单元的各种不同家用电器是已知的。

专利公布文件WO 2009/014885A1介绍了通过电感应来以无线方式将电力输送到制冷设备内的照明元件。

同样地，专利公布文件DE 102009040789A1介绍了以无线方式将电力输送给位于冰箱内部的电路。

专利公布文件KR 1020100044024A介绍了以无线方式将电力输送到位于冰箱门中的用电设备。

在所有此类设备中，能量或电力是以不定向方式输送到各个用电设备的。这会导致用电设备处的交变场的电力强度较低，且相应的用电设备只能接收到较低级别的电力。尤其是，最大可能输送路径只能十分短。

[发明内容]

本发明的目的在于，提供更有效率地以无线方式将电力输送到用电设备单元的家用电器，从而使得所述用电设备单元可使用较高的电力输入功率。

本发明的目的可通过具有独立权利要求所述的特征的方案来实现。本发明的优选实施例构成了附图、说明书和附属权利要求的主题。

根据本发明的一方面，本发明的目的可通过提供一种家用电器来实现。家用电器包括至少一个用电设备单元，其具有用于以无线方式接收所输送的电力的接收装置；以及具有多个发射元件的电力输送装置，其通过发射由所述发射元件叠加的电磁场来以无线方式输送电力。由于各个发射元件所发射的电磁场会叠加，因此可获得以下优点：可集合并集中接收器处的场能量。因此，接收器处会产生高场强的交变场，以此可实现在单位时间内输送大量的能量，并增加输送的距离。另一方面，可获得以下优点：对于未设置用电设备单元的位置，其中的交变场的场强很小，因此可防止电磁污染的形成。

在下文中，术语“家用电器”是指能够用于家庭管理环境中的任何电器。此类家用电器可为诸如冷藏箱、立式冷冻柜或卧式冷冻柜等制冷设备，或诸如洗衣机、转筒式干燥机、洗碗机或烹饪电器等其他家用电器。总而言之，所有将电力以无线方式输送给与其一起运行的用电设备单元是实用且可行的家用电器均可考虑使用本发明。

在一个优势性实施例中，电力输送装置被设置成可如此启动多个发射元件以可在用电设备单元所在的方向上进行选择性的电力输送。因此，可获得例如以下优点：可提高用电设备单元处的输送性能。

在另一个的优势性实施例中，家用电器中包括多个用电设备单元。优点在于：例如，用电设备单元可因此位于不同的位置。

在另一个的优势性实施例中，电力输送装置被设置成可如此启动所述多个发射元件：在多个用电设备单元所在的方向上同时进行选择性的电力传输。因此，可获得例如以下优点：在每个用电设备单元处的输送性能可被提高。

在另一个的优势性实施例中，电力输送装置被设置成可如此启动每个发射元件：独立于其它发射元件地选择由相关发射元件发射的场的相位。通过独立控制发射元件的相位，可获得以下优点：例如，输送性能可被尤为有效地集中在用电设备单元的相应位置。

在另一个的优势性实施例中，电力输送装置被设置成可如此启动每个发射元件：独立于其它发射元件地选择由相关发射元件发射的场的频率。同样地，通过独立控制发射元件的频率，可获得以下优点：输送性能可尤为有效地被集中在用电设备单元的所在位置。

在另一个的优势性实施例中，电力输送装置被设置成可如此启动每个发射元件：独立于其它发射元件而选择由相关发射元件发射的场的场强。同样地，通过单独控制发射元件的场强，可获得以下优点：可尤为有效地将输送性能集中在用电设备单元的所处位置。

在另一个的优势性实施例中，电力输送装置包括用以计算发射元件的启动的计算装置。因此，例如，可获得以下优点：可基于输入数据来灵活决定发射元件的启动，从而对用电设备单元提供高级别的输送性能。

在另一个的优势性实施例中，所述计算装置适于基于来自至少一个用电设备单元的位置信息而计算所述发射元件的启动。因此，可获得例如以下优点：随着用电设备单元的位置的进入，发射元件的启动可以被确定，从而为所述位置提供高级别的输送性能。

在另一个的优势性实施例中，发射元件包括至少一个线圈。因此，可获得例如以下优点：可尤为简便地产生电磁场。

在进一步的优势性实施例中，至少一个用电设备单元包括用于运行所述用电设备单元的能量储存器，所述能量储存器可通过所述电力输送装置再充电。因此，可获得例如以下优点：用电设备单元也可在电力输送中断的情况下运行。

在进一步的优势性实施例中，用电设备单元包括作为能量储存器的可再充电电池。因此，可获得例如以下优点：能够以尤为有效的方式来存储能量。

在进一步的优势性实施例中，至少一个用电设备单元包括用于以无线方式将数据从用电设备单元传输到家用电器的数据传输装置。因此，可获得例如以下优点：可在家用电器中处理源自用电设备单元的数据。

在进一步的优势性实施例中，家用电器包括用于以无线方式接收从用电设备单元传输的数据的接收装置。因此，可同样获得例如以下优点：可在家用电器中处理源自用电设备单元的数据。

在进一步的优势性实施例中，至少一个用电设备单元包括用于获取所输送的电力的电力水平的数据获取装置。因此，例如，通过获取所述电力水平，可获得以下优点：用电设备单元可基于所测量的电力水平，调整自身的电力消耗。

在进一步的优势性实施例中，所传输的数据包括关于电力水平的信息项。因此，例如，可获得以下优点：所获取的电力水平可用作家用电器进行进一步处理的基础。

在进一步的优势性实施例中，电力输送装置适于基于所接收到的关于电力级别的信息来控制由发射元件叠加的电磁场的发射。因此，可获得例如以下优点：可产生电力水平的反馈回路，藉此可使发射元件以电力水平被调整到最大水平的方式而启动。

在进一步的优势性实施例中，家用电器包括用于以无线方式将数据传输到用电设备单元的数据传输装置。因此，可获得例如以下优点：可将信息传输到用电设备单元。

在进一步的优势性实施例中，至少一个用电设备单元包括用于以无线方式接收从家用电器传输的数据的接收装置。因此，可同样获得例如以下优点：可将信息传输到用电设备单元。

在进一步的优势性实施例中，用电设备单元包括基于所接收到的数据控制所述用电设备单元的控制装置。因此，可同样获得例如以下优点：可通过家用电器控制用电设备单元。

[附图说明]

本发明的示例性实施例将在附图中进行图示，并在说明部分详细说明。

其中：

图1是根据现有技术的制冷设备的示意图；

图2是本发明的制冷设备的示意图；

图3是本发明的电力输送过程的示意图，所述电力输送是通过电力输送装置来进行的，其中所述电力输送装置包括多个发射元件；以及

图4是在制冷设备的内部以无线方式进行的电力输送过程的示意图。

[具体实施方式]

图1描绘的是根据现有技术的制冷设备101。制冷设备101包括冷藏室115和冷冻室117。冷藏室115用于在冻结点以上的温度中的冷却食品或其他物品，而冷冻室117用于在冷结点以下的温度中冷却食品或其他物品。制冷设备101包括压缩机121，其用于压缩冷冻剂，从而为冷藏室115和冷冻室117制冷。电子控制设备125用于控制制冷设备101及其各个模块。为了提供能量，制冷设备101包括电源电缆123。在制冷设备101的上部区域中设有显示单元113，显示单元113例如可用于显示冷藏室115或冷冻室117中的温度。

制冷设备101也包括多个用电设备单元103、105、107、109、111，这些用电设备单元可安排在制冷设备101的内部。例如，这些用电设备单元可采用以下形式：用于支持制冷设备101运行或控制制冷设备101的用以内部空间照明的光源、电路、温度传感器、湿度传感器，或者开关。但总的来说，此类用电设备单元可以是可用于制冷设备101中的任何用电设备。

供应自电源电缆123的电流通过输送线119输送到制冷设备101内部中的各个用电设备单元103、105、107、109和111。这会产生热桥效应，从而导致制冷设备101与外部环境热耦合。在制冷设备101内部产生的冷气会经由金属电缆传向外部，因而会产生热损失，此时所损失的是低温。

图2描绘的是本发明的制冷设备201。在该配置中，制冷设备201对应于根据现有技术的制冷设备101，但是本发明的制冷设备201的内部没有设置给用电设备单元103、105、107、109和111供电的电线。相反，制冷设备201包括电力输送装置127，用以以无线方式将电能或电力输送到各个用电设备单元103、105、107、109和111。此时，供应给用电设备单元103、105、107、109和111的电能是通过使用电磁感应改变电磁场来产生和传输的。

应了解，电磁感应(也称为法拉第感应，或就称为感应)表示，作为通过由线围成的区域中的磁通量发生改变的结果，沿着界定该区域的封闭线产生了电压，即所谓的边界电位或感应电压。

为实现这一目的，用电设备单元103、105、107、109和111包括用于接收被辐射的电力或电能的接收装置，接收装置与不断改变的电磁场关联。例如，这些接收装置可包括线圈，不断改变的电磁场可通过线圈来进行磁流动。因此，会产生无线方式的电力或能量输送，因此无需为供应电力而向用电设备单元103、105、107、109和111进行布线。

图3描绘的是通过本发明的电力输送装置127进行的电力输送，其中电力输送装置127包括多个发射元件，在这些发射元件中仅有两个发射元件标有参考标号。这些发射元件301和302中的每个都能够发射电磁场，以将电力或电能输送到用电设备单元103、105、107、109和111。在图3所示的实施例中，电力输送装置127包括六个发射元件301、302，这些发射元件以矩阵或场的形式排列。

但通常情况下，发射元件301、302的数量并不限于特定的数量，且基本上，可在电力输送装置127中设有两个或两个以上的发射元件301、302，从而向特定方向发射电力。各个发射元件301、302无需以矩阵或场的形式排列。例如，在另一项实施例中，在所有情况下，两个或两个以上的发射元件301和302可安排在制冷设备201的不同位置处，例如制冷设备的两侧壁。

由于这些发射元件301和302均发射单独的电磁场，因此各个发射元件301和302的场将在周围空间中相互叠加。这种状态称为叠加，或叠加原理。根据各个场的场相、频率以及强度，某些空间中可能出现磁场增强(相长干涉)或磁场削弱(相消干涉)的情况。这种情况可让电磁场集中在设置有用电设备单元103、105、107、109和111的位置，因此这些区域中的电力输送是最高的。例如，在所有情况下，如果发射元件排列在立方体一侧的中间，则在启动相同的发射元件时，立方体的中心的场强最大。使用相同的原理啊，根据发射元件的排列方式和启动情况，可在任何所需的空间区域内集中场强以进行电力输送。

发射元件301、302可包括谐振电路，其具有用于产生电磁交变场的电容和电感。例如，各个发射元件301和302的固有频率可改变，原因是其中包括可调整的电容，例如，可变或可调整的电容器或电容可在预定的界限内进行设置的电容二极管。

在替代性实施例中，谐振电路的固有频率通过可控电感来进行设置。在另一个实施例中，同时使用了可控电容和可控电感。通过同时控制电容和电感，可获得例如以下优点：可在较大的范围内对频率进行调整。总而言之，能够产生合适的电磁场以进行电能输送的任何电路和部件均可用作电力输送装置127的发射元件301和302。

可这样控制各个发射元件301和302：在制冷设备201的设有用电设备单元103、105、107、109和111的空间区域中发生相长干涉，而在未设有用电设备单元103、105、107、109和111的区域中发生相消干涉。这样，电磁场即可集中在设有用电设备单元103、105、107、109和111的位置上。例如，这可通过对发射元件301和302发射的场的频率、相和/或振幅进行控制来实现。与经由电磁场的未定向输送相比，这种方法可显著提高电力输送的效率。

电力输送装置127以选择性定向的方式将电磁电力输送到用电设备单元103、105和107。电力输送装置127将由发射元件301和302产生的电磁场在三个方向303、305和307上叠加，因此所述电磁场恰好在用电设备单元103、105和107的接收单元323、325和327所在的位置处具有高振幅313、315和317。例如，可在发射元件301和302上设有发射线圈或天线，以发射电磁场。但在一替代实施例中，也可提供可从各个发射元件向空间中发射电磁场的其他装置。

为了接收所发射的电磁场，各个用电设备单元103、105和107可包括接收单元323、325和327。例如，这些接收单元323、325和327可由天线或接收线圈构成，电磁场经由所述接收单元流动。每个接收单元均能够接收所发射的电力，并通过单独的电路使所接受的电力以输入电力的形式可被相应的用电设备单元103、105或107利用。

所发射的场可以如此叠加：向每个用电设备单元103、105和107输送能量同时发生，或者如此叠加：用电设备单元103、105和107中的一个接连得到能量或电力。

图4再次描述了本发明的制冷设备201，其中采用了参照图3描述的本发明的原理。电力输送装置127以选择性定向的方式将能量以无线方式输送给在三个方向303、305和307上的各个用电设备单元103、105和107。在另一项实施例中，电力仅以无线方式输送到一个用户设备单元，例如用电设备单元105。但在又一项进一步实施例中，电力也可以无线方式同时或按照时间顺序输送到所有用电设备单元103、105、107、109和111。

电力可以定向方式同时输送给多个用电设备单元103、105、107、109和111，因为在用电设备单元103、105、107、109和111所在的各个位置上，由发射元件301和302发射的场如此叠加以使这些位置同时拥有高场强。在一项替代性实施例中，电力首先输送给第一用电设备单元103。一段时间后，发射元件301和302被如此启动以使电力被输送给第二用电设备单元105。因此，在没有任何电力输送到相应用电设备单元的时间段内，用电设备单元103、105、107、109和111均有能量供应，这些能量供应可包括可重复充电的能量储存器，例如电容器。

每个发射元件301、302可以如此启动以使相应一个发射元件所发射的场的相位可独立于其它发射元件地被选择。例如，发射元件301可发射具有相位的电磁场，而发射元件302可同时发射具有相

的电磁场。通常情况下，如果使用了n个发射元件，其中n≥2，则每个发射元件i均可发射具有相

的场。因此，可获得以下优点：可尤为精确地将所发射的电力传送到相应用电设备单元103、105、107、109和111所在的位置。

每个发射元件301和302可进一步如此启动以可独立于其它发射元件地选择相应一个发射元件发射的场的频率。例如，发射元件301可发射具有频率f1的电磁场，而发射元件302可同时发射具有频率f2的电磁场。总之，如果使用了n个发射元件，其中n≥2，则每个发射元件i均可发射具有频率fi的场。因此，同样地，可获得以下优点：可尤为精确地将所发射的电力传送到相应用电设备单元103、105、107、109和111所在的位置。

每个发射元件301和302可进一步如此启动以可独立于其它发射元件地选择由相应一个发射元件发射的场的强度或场强。例如，发射元件301可发射具有场强I1的电磁场，而发射元件302可同时发射具有场强I2的电磁场。总之，如果使用了n个发射元件，其中n≥2，则每个发射元件i均可发射具有场强Ii的场。因此，同样地，可获得以下优点：可尤为精确地将所发射的电力传送到相应用电设备单元103、105、107、109和111所在的位置。

基于相、频率和场强这三个值而同时控制发射元件301和302尤为适用，因为这样可以尤为精确地将输送性能集中在各个用电设备单元所在的位置。

此外，制冷设备201可包括用于计算发射元件的启动的计算装置。计算装置可基于输出数据，计算每个发射元件的启动，例如频率、相和/或场强。例如，计算装置可进一步计算电力从电力输送装置127输送到各个用电设备单元的时间间隔。此类计算装置可例如由处理器、计算机或电路来实现。此外，计算装置可包括非易失性存储器，用以存储，例如用于控制发射元件301和302的表格和参数或其他参数。

对各个相、频率和场强的计算可例如基于来自至少一个用电设备单元的位置信息而进行。例如，如果用电设备单元103的位置已知，则可通过空间傅立叶变换来计算用于进行电力输送的各个发射元件的相、频率和场强。但在其他实施例中，也可采用其他计算方法。

每个用电设备单元可包括用以运行用电设备单元的能量储存器，能量储存器可通过电力输送装置来重复充电。其用途例如在于缓存电能，以过渡没有电力输送给相应用电设备单元的时间间隔，并经由能量储存器来维持电力供应。例如，此类能量储存器可由可再充电的电池、蓄电池或电容器构成。使用可再充电电池(例如锂电子电池)尤为有用，因此这可以储存足够的能量储备，从而在即使没有电力输送的较长阶段内，用电设备单元103也能够维持运行。

用电设备单元103可进一步包括用于以无线方式将数据从用电设备单元103传输到家用电器201的数据传输装置，而家用电器201通过以无线方式接收所传输的数据的接收装置来接收所述数据。制冷设备201可处理此类数据，将其储存在存储器中，并通过显示装置113来显示此类数据。

源自用电设备单元的数据可包括：例如一个LED的能量状态、充电状态、电力消耗水平、切换状态、老化状态，温度，湿度水平，时间，日期或其他数据，这些数据可以有效方式传输给制冷设备。例如，源自用电设备单元的温度数据可以无线方式传输到制冷设备，以通过电子方式确定温度，从而让制冷设备201能够基于所述温度控制压缩机以产生冷气。

数据传输装置和接收装置可例如由相应的电路形成，且经由WLAN或蓝牙来以无线方式进行互相通信，或以其他方式来互相通信。

以下情况下尤为有利：至少一个用电设备单元包括用于获取所输送的电力的电力水平的数据获取装置。用于获取电力水平的数据获取装置如此实施以使输送给用电设备单元的当前电力水平可以被捕获。通过捕获电力水平，可基于所获取的电力来控制用电设备单元103。

此外，关于电力水平的信息可经由所提供的数据传输装置传输给制冷设备。电力输送装置127可使用这些信息项来基于所接收到的关于电力水平的信息而控制由发射元件301、302叠加的电磁场的发射。这产生了针对电力水平的反馈回路，从而允许将输送到用电设备单元的电力调整到特定的值。此外，电力输送的输送方向的偏差可以很容易且动态地被更正，且输送过程不容易受到干涉的影响。

此外，制冷设备可包括用于以无线方式将数据从制冷设备传输到用电设备单元103的数据传输装置，而用电设备单元103通过接收装置来接收所述数据，其中所述接收装置用于以无线方式接收从家用电器201传输的数据。例如，同样地，数据传输装置和接收装置可经由WLAN或蓝牙来以无线方式互相进行通信，或以其他方式互相进行通信。

通过将数据传输到用电设备单元103，可对后者进行控制。为实现这一目的，用电设备单元103包括用于基于所接收到的数据而控制用电设备单元103的控制装置。例如，当用电设备单元用作内部空间的照明装置时，数据可从制冷设备201传输到用电设备单元103，其中所述用电设备单元103控制照明状态。

为了实现各种优势性效果，可对在说明书或附图中单独描述的本发明的各种特征进行任意组合。

Claims (20)

1.一种家用电器(201)，包括至少一个具有接收装置(323)的用电设备单元(103)，其中所述接收装置用于以无线方式接收电力，

其特征在于

包括具有多个发射元件(301、302)的电力输送装置(127)，用以通过发射由所述多个发射元件(301、302)叠加的电磁场(313)来以无线方式输送所述电力。

2.根据权利要求1所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)被设置成如此启动所述多个发射元件(301、302)：在至少一个用电设备单元(103)所在的方向上进行选择性电力输送。

3.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述家用电器(201)包括多个用电设备单元(103、105、107、109、111)。

4.根据权利要求3所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)被设置成如此启动所述多个发射元件(301、302)：在多个用电设备单元(103、105、107)所在的方向上同时进行选择性电力输送。

5.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)被设置成如此启动每个所述发射元件(301、302)：独立于其它发射元件(302)地选择由相应发射元件(301)发射的场的相位。

6.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)被设置成如此启动每个所述发射元件(301、302)：独立于其它发射元件(302)地选择相应发射元件(301)发射的场的频率。

7.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)被设置成如此启动每个所述发射元件(301、302)：独立于其它发射元件(302)地选择由相应发射元件(301)发射的场的场强。

8.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)包括用于计算所述发射元件(301、302)的启动的计算装置。

9.根据权利要求8所述的家用电器(201)，其特征在于，所述计算装置适于基于来自至少一个用电设备单元(103)的位置信息来计算所述发射元件(301、302)的启动。

10.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，至少一个发射元件(301)包括线圈。

11.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，至少一个用电设备单元(103)包括用于运行所述用电设备单元(103)的能量储存器，其中所述能量储存器可通过所述电力输送装置(127)再充电。

12.根据权利要求11所述的家用电器(201)，其特征在于，所述用电设备单元(103)包括作为能量储存器的可再充电电池。

13.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，至少一个用电设备单元(103)包括用于以无线方式将数据从所述用电设备单元(103)传输到所述家用电器(201)的数据传输装置。

14.根据权利要求13所述的家用电器(201)，其特征在于，所述家用电器(201)包括用于以无线方式接收从所述用电设备单元(103)传输的数据的接收装置。

15.根据权利要求14所述的家用电器(201)，其特征在于，至少一个用电设备单元(103)包括用于获取所传输的电力的电力水平的数据获取装置。

16.根据权利要求15所述的家用电器(201)，其特征在于，所传输的数据包括关于所述电力水平的信息项。

17.根据权利要求16所述的家用电器(201)，其特征在于，所述电力输送装置(127)适于基于所接收到的关于所述电力水平的信息来控制由所述发射元件(301、302)叠加的电磁场的发射。

18.根据以上任意一项权利要求所述的家用电器(201)，其特征在于，所述家用电器(201)包括用于以无线方式将数据传输给所述用电设备单元(103)的数据传输装置。

19.根据权利要求18所述的家用电器(201)，其特征在于，至少一个用电设备单元(103)包括用于以无线方式接收从所述家用电器(201)传输的数据的接收装置。

20.根据权利要求19所述的家用电器(201)，其特征在于，所述用电设备单元(103)包括用于基于所接收到的数据而控制所述用电设备单元(103)的控制装置。

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