CN106026411A - 无线电力接收器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线电力接收器及其控制方法。根据实施例的无线电力接收器从无线电力发射器无线地接收电力。无线电力接收器包括：印制电路板，该印制电路板在预定区域中具有接收空间；接收线圈，该接收线圈被布置在印制电路板的接收空间中，用于从无线电力发射器接收电力；以及短程通信天线，该短程通信天线围绕接收线圈被布置在印制电路板上。

Description

无线电力接收器及其控制方法
本申请是2012年11月2日提交的申请号为201210432152.X，发明名称为“无线电力接收器及其控制方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种无线电力接收器及其控制方法。
背景技术
无线电力传输或者无线能量转移指的是向所期望的设备无线地转移电能的技术。在19世纪，已经广泛地使用了采用电磁感应原理的电动机或者变压器，并且然后已经提出了用于通过辐照诸如无线电波或者激光的电磁波而传输电能的方法。实际上，在日常生活中频繁地使用的电动牙刷或者电动剃刀是基于电磁感应原理而被充电的。直至现在，使用磁感应、共振和短波长射频的长距离传输已经被用作无线能量转移方案。
近来，在无线电力传输技术中，已经广泛地使用了采用谐振的能量传输方案。
因为在使用电磁感应的无线电力传输***中，通过线圈无线地转移在无线电力传输器和无线电力接收器之间产生的电信号，所以使用者可以容易地对诸如便携式设备的电器充电。
然而，由于组成接收侧的接收线圈、短程通信天线以及印制电路板中的每一个的厚度，电器的尺寸变得较大并且不容易将它们嵌入在电器中。具体地，增加与接收线圈、短程通信天线以及印制电路板的厚度相对应的电器的尺寸。
此外，当过电流流过短程通信模块时，难以有效地处理过电流。
此外，从接收线圈产生的磁场对电器的内部产生影响，使得电器发生故障。
发明内容
实施例通过适当地布置接收线圈、短程通信天线以及印制电路板来提供具有最小化的厚度的无线电力接收器。
实施例通过允许短程通信天线被包括在印制电路板中来提供具有被减少厚度的无线电力接收器。
实施例提供一种无线电力接收器，该无线电力接收器使用屏蔽单元来防止电器发生故障。
实施例提供一种无线电力接收器，该无线电力接收器通过使用保护单元保护短程通信模块来阻止过电流。
根据实施例的无线电力接收器从无线电力发射器无线地接收电力。该无线电力接收器包括：印制电路板，该印制电路板在预定区域中具有接收空间；接收线圈，该接收线圈被布置在印制电路板的接收空间中，用于从无线电力发射器接收电力；以及短程通信天线，该短程通信天线被布置在印制电路板上同时围绕接收线圈。
根据实施例的无线电力接收器从无线电力发射器无线地接收电力。无线电力接收器包括：短程通信天线，该短程通信天线用于执行短程通信；接收线圈，该接收线圈用于从无线电力发射器无线地接收电力；以及开关，该开关用于根据电力的接收来更改短程通信天线的传导状态，其中无线电力接收器根据电力的接收来断开或者闭合(short)开关。
一种根据实施例的控制无线电力接收器的方法，该无线电力接收器包括短程通信天线，该短程通信天线用于与外部通信，该方法包括：确定是否通过电磁感应从传输线圈接收到电力；当接收到电力时，断开更改短程通信天线的传导状态的开关；识别接收到的电力的量是否等于或者大于阈值；以及当接收到的电力的量等于或者大于阈值时，闭合开关。
根据实施例，通过适当地布置接收线圈、短程通信天线以及印制电路板能够最小化无线电力接收器的厚度。
根据实施例，能够通过防止过电流流入无线电力接收器来防止无线电力接收器被破坏，并且能够通过屏蔽磁场来防止无线电力接收器的故障。
附图说明
图1是示出根据实施例的无线电力传输***的视图；
图2是根据实施例的传输线圈的等效电路图；
图3是根据实施例的无线电力传输***的等效电路图；
图4是根据实施例的无线电力接收器的框图；
图5是示出根据实施例的无线电力接收器的配置的示例的视图；
图6是图示根据实施例的无线电力接收器的分解立体和截面图。
图7示出根据实施例的无线电力接收器的元件的布置的截面图；
图8是图示根据实施例的无线电力接收器的顶表面和底表面的视图；
图9是图示根据实施例的将屏蔽单元附接到无线电力接收器上的一个示例的视图；
图10是图示根据实施例的将屏蔽单元***到无线电力接收器中的一个示例的视图；以及
图11是图示根据实施例的无线电力接收器的控制方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本公开的示例性实施例，使得本领域的技术人员能够容易地理解本公开。
图1图示根据实施例的无线电力传输***。
从电源100产生的电力被提供给无线电力发射器200，使得通过电磁感应将电力转移到无线电力接收器300。
详细地，电源100是用于供应预定频率的AC电力的AC电源。
无线电力发射器200包括传输线圈210。传输线圈200被连接到电源100，使得AC电流流过传输线圈210。当AC电流流过传输感应线圈210时，由于电磁感应AC电流被感应到与传输线圈210物理上隔开的接收线圈310，使得AC电力被转移到无线电力接收器300。
在彼此阻抗匹配的两个LC电路之间可以通过电磁感应转移电力。通过电磁感应的电力传输可使得能够进行高效的电力传输。
无线电力接收器300可以包括接收线圈310、整流器电路320以及负载330。在实施例中，负载330可以不包括在无线电力接收器300中，而是可以单独地提供。通过电磁感应在接收线圈310处接收到通过传输线圈210传输的电力。通过整流器电路320将转移到接收线圈310的电力转移到负载330。
图2是根据实施例的传输线圈210的等效电路图。
如在图2中所示，传输线圈210可以包括电感器L1和电容器C1，并且形成具有适当的电感值和适当的电容值的电路。电容器C1可以是可变电容器。通过控制可变电容器，可以执行阻抗匹配。同时，接收线圈320的等效电路可以等同于在图2中描述的电路。
图3是根据实施例的无线电力传输***的等效电路图。
如在图3中所示，传输线圈210可以包括具有预定电感值的电感器L1和具有预定电容值的电容器C1。
此外，如在图3中所示，接收线圈310可以包括具有预定电感值的电感器L2和具有预定的电容值的电容器C2。整流器电路320可以包括二极管D1和整流电容器C3，使得整流器电路320将AC电力转换成DC电力并且输出该DC电力。
虽然负载330被表示为DC电源，但是负载330可以是要求DC电力的电池或者其它设备。
接下来，将参考图4至图10描述根据实施例的无线电力接收器。
图4是根据实施例的无线电力接收器的框图。图5是示出根据实施例的无线电力接收器的配置的示例的视图，图6是图示根据实施例的无线电力接收器的分解立体图和截面图，图7是示出根据实施例的无线电力接收器的元件的布置的截面图，图8是图示根据实施例的无线电力接收器的顶表面和底表面的视图，图9是图示根据实施例的将屏蔽单元附接到无线电力接收器上的一个示例的视图，并且图10是图示根据实施例的将屏蔽单元***到无线电力接收器中的一个示例的视图。
首先，参考图4，无线电力接收器300可以包括接收线圈310、短程通信天线340、开关350、保护单元360、短程通信模块370、屏蔽单元380、以及控制器390。
根据实施例的无线电力接收器300可以被安装在要求电力的终端或者电器中，诸如便携式终端、膝上型计算机、以及鼠标。
接收线圈310通过电磁感应从无线电力发射器200的传输线圈210接收电力。即，如果当AC电流流过传输线圈210时产生磁场，则通过所产生的磁场将电流感应到接收线圈310，使得AC电流从中流过。
在实施例中，接收线圈310可以被布置在印制电路板301的接收空间中。
通过缠绕导线数次可以提供接收线圈310。在实施例中，接收线圈310可以具有螺旋状，但是实施例不限于此。
短程通信天线340可以与能够执行短程通信的读取器通信。短程通信天线340可以执行向读取器传输信息和从其接收信息的天线的功能。在实施例中，短程通信天线340可以被布置在接收线圈310的外部。在实施例中，接收线圈310可以被布置在印制电路板301内部的接收空间中，并且短程通信天线340可以被布置为围绕印制电路板301上的接收线圈310。
将参考图6更加详细地描述以上配置。
参考在图6(a)中示出的无线电力接收器300的分解立体图，无线电力接收器300可以包括外壳302、印制电路板301、接收线圈301、短程通信天线340以及屏蔽单元380。在此，外壳302指的是便携式终端的外壳，但是实施例不限于此。稍后将描述屏蔽单元380。
参考图6(a)，可以识别到，接收线圈310被布置在印制电路板301的接收空间A中并且短程通信天线340被布置在印制电路板301上。即，接收线圈301可以被布置在设置在印制电路板301内部的接收空间A中，并且短程通信天线340可以围绕接收空间A被布置在印制电路板301的上侧处。
图6(b)是示出在图6(a)中图示的无线电力接收器300的元件的布置的截面图。
在实施例中，可以通过注塑成型将印制电路板301、接收线圈310以及短程通信天线340***外壳302中。此外，如上所述，短程通信天线340可以围绕被安置在接收空间A中的接收线圈310被布置在印制电路板301上的***处。
在下文中，将参考图7和图8更加详细地描述在接收线圈310、短程通信天线340以及印制电路板301当中的布置。
首先，参考图7，印制电路板301在其预定的区域中具有接收空间A。在实施例中，预定的区域可以包括印制电路板301的中心部分。在实施例中，印制电路板301的中心部分可以具有诸如矩形和圆形的多边形的接收空间。
接收线圈310被布置在印制电路板301的接收空间A中，并且通过电磁感应从传输感应线圈310接收电力。在实施例中，接收线圈310和印制电路板301可以被制造成使得接收线圈310的厚度可以等于印制电路板301的厚度或者接收线圈310的厚度可以小于印制电路板301的厚度。在这样的情况下，防止由于接收线圈310和短程通信天线340的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得能够容易地将无线电力接收器310嵌入便携式终端的外壳中。
在实施例中，接收线圈310可以被制造成具有与印制电路板310的接收空间A的形状相匹配的形状。例如，当印制电路板310的接收空间A的形状是矩形时，接收线圈310或者导线可以被缠绕成矩形。当印制电路板310的接收空间A的形状是圆形时，接收线圈310或者导线可以被缠绕成圆形。因此，接收线圈310或者导线可以具有各种形状。
短程通信天线340可以被包括在印制电路板301中并且可以被配置成围绕接收线圈310。在实施例中，短程通信天线340可以被制造成使得短程通信天线340可以被嵌入印制电路板301中，并且可以被配置成围绕具有诸如矩形或者圆形的各种形状的接收线圈310的***。在这样的情况下，能够防止由于印制电路板301和短程通信天线3430的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得可以容易地将无线电力接收器300安装在便携式终端的外壳中。
无线电力接收器300可以进一步包括屏蔽单元380，该屏蔽单元380用于屏蔽通过接收线圈310产生的磁场。在实施例中，屏蔽单元380可以被布置成覆盖接收线圈310所占据的区域。在实施例中，屏蔽单元380可以被布置在接收线圈310和短程通信天线340上，使得屏蔽单元380可以包括接收线圈310和短程通信天线340所占据的区域。
在实施例中，屏蔽单元380可以在其预定的区域中具有接收空间。放置在印制电路板301的顶表面上的无线充电电路375可以被布置在屏蔽单元380的接收空间中。无线充电电路375可以包括整流器电路，该整流器电路用于将AC电力转换成DC电力；电容器，该电容器用于消除噪声信号；以及主IC芯片，该主IC芯片用于执行用于无线电力接收的操作。
在实施例中，屏蔽单元380和无线充电电路375可以被制造成使得屏蔽单元380的厚度可以等于无线充电电路375的厚度或者屏蔽单元380的厚度可以小于无线充电电路375的厚度。在这样的情况下，能够防止由于屏蔽单元380和无线充电电路375的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得能够容易地将无线电力接收器300安装在便携式终端的外壳中。
图8(a)是示出根据实施例的无线电力接收器的底表面的视图并且图8(b)是示出根据实施例的无线电力接收器的顶表面的视图。
图8(a)图示根据实施例的印制电路板301、接收线圈310以及短程通信天线340的布置。印制电路板301在中心区域中具有接收空间A，并且具有矩形的接收线圈310被布置在接收空间A中。短程通信天线340被嵌入在印制电路板301中。在这样的情况下，能够防止由于印制电路板301和短程通信天线340的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得能够容易地将无线电力接收器安装在便携式终端的外壳中。
此外，接收线圈310和印制电路板301可以被制造成使得接收线圈310的厚度可以等于印制电路板301的厚度或者接收线圈310的厚度可以小于印制电路板301的厚度。在这样的情况下，能够防止由于接收线圈310和印制电路板301的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得能够容易地将无线电力接收器300安装在便携式终端的外壳中。
图8(b)图示根据实施例的无线充电电路375和屏蔽单元380的布置。屏蔽单元380可以在其预定的区域中具有接收空间，并且无线充电电路375可以被布置在屏蔽单元380的接收空间中。
在实施例中，屏蔽单元380和无线充电电路375可以被制造成使得无线充电电路375的厚度可以等于无线充电电路375的厚度或者屏蔽单元380的厚度可以小于无线充电电路375的厚度。在这样的情况下，能够防止由于屏蔽单元380和无线充电电路375的厚度而使无线电力接收器300的厚度增加，使得能够容易地将无线电力接收器300安装在便携式终端的外壳中。
再次参考图4，虽然各种技术能够被应用于在下面将描述的无线通信天线340和短程通信模块370中使用的短程通信协议，但是NFC(近场通信)可以优选地被用于无线通信天线340和短程通信模块370。NFC是用于通过13.56MHz的带宽在短范围内执行无线通信的技术。
开关350被连接到短程通信天线340并从下面要描述的控制器390接收断开或者闭合信号，使得开关350可以改变短程通信天线的导电状态。
如果确定从传输线圈320接收到电力，则开关350可以从控制器390接收断开信号，使得开关350可以阻止电流流过短程通信天线340。
如果无线电力接收器300被充电有等于或者高于阈值的电力，则开关350可以从控制器390接收闭合信号，使得开关350可以通过短程通信天线340传导电流，因此开关350可以允许短程通信天线340***作。
当等于或者高于阈值电流值的电流流过保护单元360时操作保护单元360，使得保护单元360可以阻止等于或者高于阈值电流值的电流被转移到短程通信模块370。
在实施例中，如在图5中所示，保护单元360可以包括至少一个齐纳二极管。齐纳二极管可以仅允许具有等于或者小于阈值电流值的电流流过电路。阈值电流值可以被不同地设置并且可以是极限值，在该极限值可以正常地操作短程通信模块370。
当转移到短程通信模块340的电流具有阈值电流值或者以上时，保护单元360可以改变流动方向或者电流的流动以防止过电流流过短程通信模块370。
参考图5，如果流过短程通信模块340的电流具有阈值电流值或者以上，则操作保护单元350。参考图5，当在A方向中流动的电流具有阈值电流值或者以上时，具有阈值电流值或者以上的电流流入安置在保护单元350的上侧处的齐纳二极管中。
在B方向上流动的电流具有阈值电流值或者以上的情况下，执行相同的程序。
具有阈值电流值或者以上的过电流流过齐纳二极管并且作为热能放电。即，保护单元360可以防止过电流流过短程通信模块370，使得可以防止通信模块370的损坏。
再次参考图4，短程通信模块370可以通过短程通信天线340接收电流。虽然各种类型的通信技术能够被应用于短程通信模块370，但是可以优选地使用NFC(近场通信)协议。
屏蔽单元380可以改变从接收线圈310产生的电磁的方向。屏蔽单元380可以吸收从接收线圈310产生的磁场并且可以将吸收的磁场作为热能放电。
即，因为屏蔽单元380可以改变从线圈310产生的磁场的方向或者吸收和放电作为热能的磁场，所以可以防止磁场对安装无线电力接收器300的电器内部的任何其它元件施加不好的影响。即，屏蔽单元380能够防止由应用到其它元件的磁场引起的故障。
屏蔽单元380可以包括铁素体，但是实施例不限于此。
屏蔽单元380可以被布置在无线电力接收器300的一侧处。
在下文中，将参考图9和图10描述无线电力接收器300上的屏蔽单元380的布置。
首先，参考图9，在短程通信天线340已经被布置在印制电路板301上之后，屏蔽单元380可以通过粘合剂被附接到印制电路板301的一侧。
参考图10，当执行将短程通信天线340布置在印制电路板301上的程序时，可以将屏蔽单元380***印制电路板301中。即，不同于图9，因为屏蔽单元380被布置在印制电路板301中，所以在没有执行将屏蔽单元380布置在印制电路板301的一侧处的程序的情况下可以在布置短程通信天线340的程序中包括布置屏蔽单元380的程序。即，如上所述，根据在图8中示出的实施例，当屏蔽单元380被***印制电路板301中时，可以减少与粘合剂303的厚度相对应的无线电力接收器300的整个厚度。因此，附接屏蔽单元380的单独的程序不是必要的，因此可以简化制造工艺。
再次参考图4，控制器390可以控制无线电力接收器300的整个操作。
控制器390可以根据电力的接收将无线电力接收器300的操作模式更改为充电模式或通信模式。在实施例中，充电模式可以是无线电力接收器300没有通过短程通信模块370与外部通信，而是从传输线圈210接收电力。通信模式可以是无线电力接收器300没有从传输线圈210接收电力，而是通过短程通信模块370与外部通信。
控制器390可以通过断开或者闭合开关350来更改短程通信天线340的传导状态。如果在开关350被闭合的状态下将电流感应到接收线圈310，则控制器390可以断开开关350以将无线电力接收器300的操作模式更改为充电模式。即，如果控制器390从传输线圈210接收电力，则控制器390断开开关350以防止电流流过短程通信天线340。在开关350被断开的状态中，如果电流没有感应到接收线圈310，则控制器390可以闭合开关350以将无线电力接收器300的操作模式更改为通信模式。即，如果控制器没有从传输线圈210接收电力，则控制器390可以闭合开关350以允许将电流感应到短程通信天线340。
为了更改短程通信天线340的传导状态，控制器390可以感测流过接收线圈310的电流。在另一实施例中，无线电力接收器300可以进一步包括单独的电流感测单元(未示出)，其能够感测被感应到接收线圈310的电流以感测流过接收线圈310的电流。
控制器390可以根据在无线电力接收器300处接收到的电力的量来断开或者闭合开关350。这将参考图11在下面加以描述。
图11图示根据实施例的无线电力接收器的控制方法的流程图。
在下文中，将参考图1至图10描述根据实施例的无线电力接收器的控制方法。
在步骤S101中，控制器390可以确定接收线圈310是否通过电磁感应从传输线圈210接收到电力。在实施例中，无线电力接收器300可以进一步包括检测单元(未示出)以确定是否接收到电力。检测线圈可以被用作检测单元。
在步骤S103中，如果确定接收线圈310通过电磁感应从传输线圈210接收到电力，则可以断开开关350，这更改了短程通信天线340的传导状态。即，控制器390可以将断开信号传输到开关350以防止电流流过短程通信天线340。在实施例中，当确定接收线圈310通过电磁感应从传输线圈210接收到电力时，无线电力接收器300可能处于充电模式中。当无线电力接收器300在充电模式中操作以从传输线圈310接收电力时，流过短程通信天线的电流必须被切断，因为在充电模式期间产生的磁场可能干扰短程通信模块370和外部之间的通信。
然后，在步骤S105中，控制器390可以确定在无线电力接收器300处接收到的电力的量是否大于阈值。在实施例中，虽然阈值对应于无线电力接收器300被充电100％的状态，但是阈值不限于此并且可以由用户不同地设置。
然后，在步骤S107中，当电力的量具有阈值或者以上时，控制器390允许开关被闭合。在这样的情况下，无线电力接收器300终止充电模式并且在通信模式中操作。
然后，在步骤S109中，控制器390确定流过短程通信天线340的电流是否等于或者大于阈值电流值。在步骤S111中，当流过短程通信天线340的电流等于或者大于阈值电流值时，可以更改电流流动方向。在实施例中，阈值电流值可以意指允许正常地操作短程通信的极限值。在实施例中，用户可以不同地设置阈值电流值。在实施例中，通过保护单元360可以执行电流流动方向的更改。在实施例中，保护单元360可以是齐纳二极管。如果具有阈值电流值或者以上的电流流动，则齐纳二极管执行作为热能使电流放电的功能。在这样的情况下，齐纳二极管可以防止过电流流过短程通信模块370，使得可以防止短程通信模块370的损坏。
虽然已经参考本公开的多个说明性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域技术人员能够设计将落入本公开的原理的精神和范围内的多个其它的修改和实施例。更加具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，在主题组合布置的构件和/或布置中，各种变化和修改都是可能的。除了构件和/或布置的变化和修改，对于本领域技术人员而言，可替代的使用也将是明显的。

Claims (14)

1.一种无线电力接收器，所述无线电力接收器从无线电力发射器无线地接收电力，所述无线电力接收器包括：
印制电路板；
接收线圈，所述接收线圈被布置在所述印制电路板上，所述接收线圈被配置为在充电模式中从所述无线电力发射器接收电力；
短程通信天线，所述短程通信天线围绕所述接收线圈被布置在所述印制电路板上，所述短程通信天线被配置为在通信模式中发射和接收信息；
屏蔽单元，所述屏蔽单元被布置在所述接收线圈和所述短程通信天线上；以及
控制器，所述控制器被配置为将所述无线电力接收器的操作模式更改为所述充电模式或所述通信模式。
2.根据权利要求1所述的无线电力接收器，进一步包括开关，所述开关被连接到所述短程通信天线，并且从所述控制器接收断开或闭合信号。
3.根据权利要求1所述的无线电力接收器，其中所述短程通信天线包括NFC(近场通信)天线。
4.根据权利要求2所述的无线电力接收器，其中所述控制器当接收到所述电力时断开所述开关，并且当没有接收到所述电力时闭合所述开关。
5.根据权利要求2所述的无线电力接收器，其中所述控制器被配置为：当接收到所述电力时，确定接收到的电力的量是否超过阈值；当所述接收到的电力的量大于所述阈值时，控制所述开关闭合；以及当所述接收到的电力的量小于所述阈值时，控制所述开关断开。
6.根据权利要求1所述的无线电力接收器，进一步包括无线充电电路，所述无线充电电路被连接到所述接收线圈。
7.根据权利要求1所述的无线电力接收器，进一步包括短程通信模块，所述短程通信模块被连接到所述短程通信天线。
8.一种无线电力接收器，所述无线电力接收器从无线电力发射器无线地接收电力，所述无线电力接收器包括：
接收线圈，所述接收线圈被布置在印制电路板的接收空间中，所述接收线圈被配置为在充电模式中从所述无线电力发射器接收电力；
短程通信天线，所述短程通信天线围绕所述接收线圈被布置在所述印制电路板中，所述短程通信天线被配置为在通信模式中发射和接收信息；
屏蔽单元，所述屏蔽单元被布置在所述接收线圈和所述短程通信天线上；以及
控制器，所述控制器被配置为将所述无线电力接收器的操作模式变更为所述充电模式或所述通信模式。
9.根据权利要求8所述的无线电力接收器，进一步包括开关，所述开关被连接到所述短程通信天线，并且从所述控制器接收断开或闭合信号。
10.根据权利要求8所述的无线电力接收器，其中所述短程通信天线包括NFC(近场通信)天线。
11.根据权利要求9所述的无线电力接收器，其中所述控制器当接收到所述电力时断开所述开关，并且当没有接收到所述电力时闭合所述开关。
12.根据权利要求9所述的无线电力接收器，其中所述控制器被配置为：当接收到所述电力时，确定接收到的电力的量是否超过阈值；当所述接收到的电力的量大于所述阈值时，控制所述开关闭合；以及当所述接收到的电力的量小于所述阈值时，控制所述开关断开。
13.根据权利要求8所述的无线电力接收器，进一步包括无线充电电路，所述无线充电电路被连接到所述接收线圈。
14.根据权利要求8所述的无线电力接收器，进一步包括短程通信模块，所述短程通信模块被连接到所述短程通信天线。
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