TWI674727B - 無線能源獲取裝置及其供電管控方法 - Google Patents
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Abstract
一種無線能源獲取裝置及其供電管控方法。該無線能源獲取裝置包含用以感應射頻充電訊號以產生感應電能的射頻發電模組、用以儲存電能的電容模組,及電連接於射頻發電模組與電容模組的供電控制模組。透過該無線能源獲取裝置會於感應電能大於能耗裝置之能耗需求時,直接輸出該感應電能以驅動能耗裝置,並將驅動能耗裝置所剩餘的電能轉存於電容模組的供電管控設計,可減少該電容模組充電與放電時的能量轉換損耗,而能提高能源使用效率。
Description
本發明是有關於一種能源獲取裝置與供電管控方法,特別是指一種無線能源獲取裝置與一種無線能源獲取裝置之供電管控方法。
隨著無線充電技術的發展,無線充電已開始廣泛應用於行動裝置、電動車與家電等領域。其中,射頻(RF)充電技術的無線充電方式,是透過一個發射器發射一個無線電波,再由一個接收器無線感應該無線電波並產生電能,由於該發射器可同時對多個接收器進行充電,且無線充電距離已可拉長至4.5公尺以上,所以已逐漸成為無線充電領域的發展主流。
在目前的射頻充電技術中,該接收器都是設計成先將感應無線電波產生之電能儲存於一個儲電元件,例如儲存在鋰電池,然後再由該儲能元件換能輸出電能以驅動後端能耗裝置。但是此需先將電能換能儲存於儲能元件,再由儲能元件換能輸出電能的兩次換能設計,會造成部分電能的折損,而會影響其能源使用效率。
因此,本發明的目的,即在提供一種能改善先前技術之至少一個缺點的無線能源獲取裝置。
於是,本發明無線能源獲取裝置,適用於電連接一個能耗裝置,且可無線感應一個射頻充電訊號。該無線能源獲取裝置包含一個用以感應該射頻充電訊號以產生一個感應電能的射頻發電模組、一個用以儲存電能的電容模組,及一個電連接於該射頻發電模組與該電容模組且用以電連接於該能耗裝置的供電控制模組。該供電控制模組內建有可切換啟動之一個第一供電模式與一個第二供電模式,會於判斷該感應電能大於等於該能耗裝置之一個能耗需求時啟動該第一供電模式,會於判斷該感應電能小於該能耗需求時啟動該第二供電模式。於啟動該第一供電模式時,會控制該射頻發電模組輸出該感應電能以驅動該能耗裝置,且將該感應電能驅動該能耗裝置後所剩餘之電能儲存於該電容模組。於啟動該第二供電模式時,會控制該射頻發電模組輸出該感應電能,並控制該電容模組放電輸出一個輔助電能,且彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置。
因此,本發明的另一目的,即在提供一種能改善先前技術之至少一個缺點的無線能源之獲取與供電管控方法。
於是,本發明用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,包含以下步驟:步驟(A)使一無線能源獲取裝置感應一個射頻充電訊號以產生一個感應電能;及步驟(B)使該無線能源獲取裝置供電驅動一個能耗裝置。該步驟(B)包括以下子步驟:子步驟(B1)使該無線能源獲取裝置於該感應電能大於該能耗裝置的一個能耗需求時,啟動一個第一供電模式,而直接輸出該感應電能以驅動該能耗裝置,並將該感應電能驅動該能耗裝置後所剩餘之電能儲存於其內建的一個電容模組;及子步驟(B2)使該無線能源獲取裝置於該感應電能小於該能耗需求時啟動一個第二供電模式,而控制該電容模組放電輸出一個輔助電能,且彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置。
本發明之功效在於:透過該無線能源獲取裝置會於感應電能大於能耗需求時,直接輸出該感應電能以驅動能耗裝置,並將驅動能耗裝置所剩餘的電能轉存於電容模組的供電管控設計,可減少該電容模組充電與放電時的能量轉換損耗,而能提高能源使用效率。
本發明將就下面的實施例來做進一步說明,但應瞭解的是,該實施例僅是供例示說明用,而不應被解釋為本發明的實施上的限制,且類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1、2,本發明無線能源獲取裝置3的實施例,適用於電連接在一個外部電源900與一個能耗裝置800間,且能用以無線感應一個射頻充電裝置700無線發出的一個射頻充電訊號以產生電能。所述外部電源900例如但不限於市電、電池、太陽能發電設備、風力發電設備與發電機等,在本實施例中,該能耗裝置800是以電控門鎖樣式為例進行說明,但實施時,所述能耗裝置800例如但不限於行動裝置、門禁裝置、電動車輛與家電等。
該無線能源獲取裝置3包含一個射頻發電模組31、一個電容模組32,及一個電連接於該射頻發電模組31與該電容模組32且用以電連接於該能耗裝置800與該外部電源900的供電控制模組33。
該射頻發電模組31會感應該射頻充電訊號而產生並輸出一個感應電能。該電容模組32可被該供電控制模組33控制充電與放電,構成該電容模組32的主要儲能元件可以是超級電容,能與該射頻發電模組31及該供電控制模組33一起整合設置在一個電路板(圖未示)上,而能縮小整個無線能源獲取裝置3的體積,且有助於搭配使用之該能耗裝置800的小型化設計,但實施時不以此為限。由於射頻發電模組31可感應射頻充電訊號而產生該感應電能,以及該電容模組32可被控制充電與放電皆為習知技術,因此不再詳述。
該供電控制模組33包括一個電容充放電控制單元331,及一個供電控制單元332。該電容充放電控制單元331會分析該電容模組32所儲存之電力多寡而得到一個儲存電能,且能夠被該供電控制單元332控制啟動放電功能,而控制該電容模組32開始放電輸出該輔助電能,且會被該供電控制單元332控制啟動充電功能,而以該感應電能驅動該能耗裝置800後所剩餘之電能對該電容模組32充電。
該供電控制單元332內建有可切換啟動的一個第一供電模式、一個第二供電模式與一個第三供電模式,且預先設定有對應該電容模組32之電能多寡的一個放電閥值、一個低於該放電閥值的截止閥值,及一個大於該放電閥值的飽和閥值。該供電控制單元332會接收分析該射頻充電裝置700產生之該感應電能大小,且會根據該能耗裝置800之能耗需求與該感應電能之相對大小關係,以及根據該儲存電能與該放電閥值及該截止閥值間的相對大小關係,來決定切換啟動其中一種供電模式,而以該射頻發電模組31產生之該感應電能直接驅動該能耗裝置800,或者是以該感應電能搭配該電容模組32輸出之一個輔助電能來供電驅動該能耗裝置800,或者是以該感應電能搭配該外部電源900輸出之一個外部電能來供電驅動該能耗裝置800。
該供電控制單元332於收到該能耗裝置800的一個能耗需求時,例如該能耗裝置800切換至待機狀態時,或者是被驅動而自待機狀態啟動特定功能時,會分析該感應電能是否大於該能耗需求。該供電控制單元332會於判斷該感應電能大於該能耗需求時啟動該第一供電模式,會驅使該射頻發電模組31持續感應該射頻充電訊號以產生並輸出該感應電能,並以該感應電能直接驅動該能耗裝置800。
該供電控制單元332啟動該第一供電模式時,也會於分析判斷該儲存電能小於該飽和閥值時,控制該電容充放電控制單元331啟動充電功能,而以該感應電能驅動該能耗裝置800所剩餘的電能對該電容模組32進行充電,直至判斷該電容模組32的該儲存電能大於等於該飽和之閥值,才控制該電容充放電控制單元331關閉充電功能,而停止對該電容模組32充電。
該供電控制單元332於判斷該感應電能低於該能耗需求時,除了會控制該射頻發電模組31持續感應該射頻充電訊號以輸出該感應電能外,還會分析判斷該儲存電能是否大於等於該放電閥值,以決定要切換啟動該第二供電模式或該第三供電模式。
該供電控制單元332會於判斷該感應電能低於該能耗需求,且分析該儲存電能大於等於該放電閥值時,切換啟動該第二供電模式,會根據該感應電能與該能耗需求的電能差值,驅使該電容充放電控制單元331控制該電容模組32放電輸出大於或等於該電能差值的該輔助電能,且會彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置800。於該電容模組32放電輸出該輔助電能期間,該供電控制單元332會持續分析該儲存電能變化,會於判斷該電容模組32已放電至該儲存電能低於該截止閥值時,或者是判斷該儲存電能小於該電能差值時,驅使該電容充放電控制單元331關閉放電功能,也就是控制該電容模組32停止放電,並切換啟動該第三供電模式。
該供電控制單元332會於判斷該感應電能低於該能耗需求,且分析該儲存電能小於該放電閥值時,切換啟動該第三供電模式。該供電控制單元332於啟動該第二供電模式,並於該儲存電能下降至低於該截止閥值而切換至該第三供電模式時,或者直接切換啟動該第三供電模式時,會根據該感應電能與該能耗需求間的電能差值,控制該外部電源900輸出符合該電能差值的該外部電能,且該供電控制單元332會彙整該感應電能與該外部電能以驅動該能耗裝置800,此時,該供電控制單元332不會驅使該電容充放電控制單元331啟動充電功能,也就是該電容充放電控制單元331不會以該外部電能對該電容模組32充電。
本發明之該無線能源獲取裝置3於感應該射頻充電訊號進行發電並管控對該能耗裝置800的供電時,搭配使用之該射頻充電裝置700可處於持續發出該射頻充電訊號的情況,或者是處於該能耗裝置800被啟動特定功能時才被觸發而發出該射頻充電訊號的情況,或者是被設置成定時發出該射頻充電訊號的情況,但實施時,該射頻充電裝置700的運作情況不以上述態樣為限。
當該能耗裝置800發出一個能耗需求時,本發明用於無線能源獲取裝置之供電管控方法包含以下步驟:
步驟(一)感應發電。使該無線能源獲取裝置3感應該射頻充電訊號以產生並輸出該感應電能。該無線能源獲取裝置3可設計成於電連接之該能耗裝置800啟動特定功能而產生一個能耗需求時,才透過感應該射頻充電訊號以產生該感應電能,或者是設計成會定時或不定時感應該射頻充電訊號以產生該感應電能,但實施時不以上述作動方式為限。
步驟(二)供電控制。包括以下子步驟:
子步驟(2-1):使該無線能源獲取裝置3於該感應電能大於該能耗裝置800的該能耗需求時,啟動該第一供電模式,直接輸出該感應電能以驅動該能耗裝置800,並於判斷該電容模組32之該儲存電能低於該飽和閥值時,將該感應電能驅動該能耗裝置800後所剩餘之電能儲存於其內建的該電容模組32,直至該儲存電能大於等於該飽和閥值。
子步驟(2-2):使該無線能源獲取裝置3之該供電控制模組33於該感應電能小於該能耗需求,且判斷該電容模組32之該儲存電能大於等於該放電閥值時,切換啟動該第二供電模式,而控制該電容模組32放電輸出該輔助電能,並彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置800。並於判斷該電容模組32已放電至該儲存電能小於該截止閥值時,或者是判斷該儲存電能低於該能耗需求與該感應電能間之該電能差值時,控制該電容模組32停止放電,並切換啟動該第三供電模式,改為控制該外部電源900輸出該外部電能,且彙整該感應電能與該外部電能以驅動該能耗裝置800。
子步驟(2-3):使該無線能源獲取裝置3之該供電控制模組33於該感應電能小於該能耗需求,且在未啟動該第二供電模式情況下,判斷該電容模組32之該儲存電能小於該放電閥值時,切換啟動該第三供電模式,控制該射頻發電模組31持續感應輸出該感應電能,並控制該外部電源900輸出該外部電能,且彙整該感應電能與該外部電能以驅動該能耗裝置800。
在本實施例中,該供電控制單元332是於判斷該儲存電能大於等於該放電閥值時,才驅使該電容充放電控制單元331控制該電容模組32放電輸出該輔助電能,但實施時,在本發明之另一實施態樣中,也可改為該供電控制單元332是於判斷該儲存電能大於該截止閥值及/或大於該電能差值時,就驅使該電容充放電控制單元331控制該電容模組332放電出該輔助電能。
綜上所述,透過該無線能源獲取裝置3之供電管控設計,當該感應電能大於該能耗裝置800之該能耗需求時,會直接輸出該感應電能以驅動該能耗裝置800,並將驅動該能耗裝置800後剩餘的電能轉存於該電容模組32,且唯有在該感應電能小於該能耗需求時,才需轉換輸出該電容模組32儲存之電能,或者是取用該外部電源900之該外部電能,可減少該電容模組32充電與放電時的能量轉換損耗,而能提高無線能源獲取裝置3的能源使用效率。因此,確實可達到本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明的實施例而已,當不能以此限定本發明實施的範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
3‧‧‧無線能源獲取裝置
31‧‧‧射頻發電模組
32‧‧‧電容模組
33‧‧‧供電控制模組
331‧‧‧電容充放電控制單元
332‧‧‧供電控制單元
700‧‧‧射頻充電裝置
800‧‧‧能耗裝置
900‧‧‧外部電源
本發明的其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中: 圖1是本發明無線能源獲取裝置的一個實施例安裝在一個電控鎖,且搭配一個外部電源與一個射頻充電裝置使用時的架構示意圖;及 圖2是該實施例的功能方塊圖。
Claims (10)
- 一種無線能源獲取裝置,適用於電連接於一個能耗裝置,且可無線感應一個射頻充電訊號,該無線能源獲取裝置包含:一個射頻發電模組,用以感應該射頻充電訊號以產生一個感應電能;一個電容模組,用以儲存電能;及一個供電控制模組,電連接於該射頻發電模組與該電容模組,且用以電連接於該能耗裝置,內建有可切換啟動之一個第一供電模式與一個第二供電模式,會於判斷該感應電能大於等於該能耗裝置之一個能耗需求時啟動該第一供電模式,會於判斷該感應電能小於該能耗需求時啟動該第二供電模式,於啟動該第一供電模式時,會控制該射頻發電模組輸出該感應電能以驅動該能耗裝置,且將該感應電能驅動該能耗裝置後所剩餘之電能儲存於該電容模組,於啟動該第二供電模式時,會控制該射頻發電模組輸出該感應電能,並控制該電容模組放電輸出一個輔助電能,且彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置。
- 如請求項1所述之無線能源獲取裝置,其中,該供電控制模組設定有一個飽和閥值,會於判斷該儲存電能低於該飽和閥值時,將該感應電能驅動能耗裝置後所剩餘之電能對該電容模組充電。
- 如請求項1所述之無線能源獲取裝置,其中,該供電控制模組包括一個用以切換啟動該第一供電模式與該第二供電模式之供電控制單元,及一個用以控制該電容模組之充電與放電的電容充放電控制單元,該電容充放電控制單元可分析該電容模組之儲能狀態而得到一個儲存電能,該供電控制單元設定有一個放電閥值,且會於判斷該感應電能小於該能耗需求,並判斷該儲存電能大於等於該放電閥值時啟動該第二供電模式,而驅使該電容充放電控制單元控制該電容模組放電以出該輔助電能。
- 如請求項3所述之無線能源獲取裝置,還適用於電連接一個外部電源,其中,該供電控制模組是用以電連接於該外部電源與該能耗裝置間,該供電控制單元還內建有一個小於該放電閥值的截止閥值,且還內建有一個可被切換啟動之第三供電模式,該供電控制單元會於啟動該第二供電模式,且分析判斷該電容模組已放電至該儲存電能低於該截止閥值時,或者是分析判斷該儲存電能小於該能耗需求與該感應電能間的一個電能差值時,驅使該電容充放電控制單元控制該電容模組停止放電,並切換啟動該第三供電模式,而彙整該感應電能與該外部電源輸出之一個外部電能以驅動該能耗裝置。
- 如請求項4所述之無線能源獲取裝置,其中,該供電控制單元還會於判斷該感應電能小於該能耗需求,且在未啟動該第二供電模式情況下分析判斷該儲存電能低於該放電閥值時切換啟動該第三供電模式,而彙整該感應電能與該外部電源輸出之該外部電能以驅動該能耗裝置。
- 一種用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,包含以下步驟:步驟(A)使一無線能源獲取裝置感應一個射頻充電訊號以產生一個感應電能;及步驟(B)使該無線能源獲取裝置供電驅動一個能耗裝置,包括以下子步驟,子步驟(B1)使該無線能源獲取裝置於該感應電能大於該能耗裝置的一個能耗需求時,啟動一個第一供電模式,而直接輸出該感應電能以驅動該能耗裝置,並將該感應電能驅動該能耗裝置後所剩餘之電能儲存於其內建的一個電容模組,及子步驟(B2)使該無線能源獲取裝置於該感應電能小於該能耗需求時啟動一個第二供電模式,而控制該電容模組放電輸出一個輔助電能,且彙整該感應電能與該輔助電能以驅動該能耗裝置。
- 如請求項6所述之用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,其中,該子步驟(B1)是使該無線能源獲取裝置於該電容模組儲存之電能小於一個飽和閥值時,才將該感應電能驅動該能耗裝置後所剩餘之電能儲存於該電容模組。
- 如請求項6所述之用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,其中,該子步驟(B2)是使該無線能源獲取裝置於該電容模組儲存之電能大於等於一個放電閥值時才啟動該第二供電模式,而控制該電容模組輸出該輔助電能。
- 如請求項8所述之用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,其中,該子步驟(B2)還使該無線能源獲取裝置於啟動該第二供電模式,且判斷該電容模組已放電至其儲存之電能低於一個截止閥值時,或者是判斷該電容模組儲存之電能小於該能耗需求與該感應電能間的一個電能差值時,控制該電容模組停止放電,並切換啟動一個第三供電模式,而彙整該感應電能與一個外部電源輸出之一個外部電能以驅動該能耗裝置。
- 如請求項9所述之用於無線能源獲取裝置之供電管控方法,其中,該步驟(B)還包括一個子步驟(B3):使該無線能源獲取裝置於該感應電能小於該能耗需求,且在未啟動該第二供電模式情況下分析判斷該電容模組儲存之電能低於該放電閥值時,切換啟動該第三供電模式,而彙整該感應電能與該外部電源輸出之該外部電能以驅動該能耗裝置。
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