TWI559340B - 無線電力傳輸器及其傳輸電力之方法 - Google Patents

Description

無線電力傳輸器及其傳輸電力之方法

本發明係主張關於2011年11月25日申請之韓國專利案號10-2011-0124419之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明係關於一種無線電力傳輸器及其傳輸電力之方法。

無線電力傳輸(wireless power transmission)或無線能量傳輸(wireless energy transfer)係指一種將電能無線傳輸至所需裝置之技術。在1800年代間，根據電磁感應(electromagnetic induction)原理之電動馬達或變壓器已被廣泛利用，及後來藉由發射電磁波傳輸電能之方法，例如無線電波或雷射，已被提出。事實上，常常被利用在日常生活中的電動牙刷或電動刮鬍刀係根據電磁感應原理充電。目前，利用電磁感應長距離傳輸、共振以及短波長無線電頻率已被利用為無線能量傳輸的方案。

近來，在無線電力傳輸的技術中，使用共振的能量傳輸方法已被廣泛利用。

因為根據共振的無線電力傳輸系統藉由線圈以無線方式傳輸形成於傳輸端及接收端之電氣信號，使用者能夠輕易對電子元件充電，例如：可攜式電子裝置。

然而，根據一電流無線充電技術，只有單一可攜式接收器藉由單一電源充電，且電力傳輸和接收端之間的距離非常侷限。

尤其，為能以無線方式對複數個電器用品充電，共振線圈之區域可能需要增加(韓國待審專利公開號No.10-2010-0026075)。在此情況下，甚至在沒有無線電力接收器的區域中將產生不需要的磁場，所以呈現非常低的電力傳輸效率，且增加洩漏到外部的有害電磁場洩漏，因此將發 生有害人體的問題。

本發明提供一種無線電力傳輸器及其傳輸電力之方法，其藉由選擇性運作至少一共振線圈，而能夠增加電力傳輸效率並能將有害磁場的輻射量降至最低。

本發明提供一種有效地傳輸電力之方法，其藉由與無線電力接收器之共振頻率匹配即使是共振頻率藉由選擇性運作共振線圈而改變時。

根據實施例，其係提供一種無線電力傳輸器以無線傳輸電力到一無線電力接收器。無線電力傳輸器包含一傳輸線圈以接收來自一電力供應裝置之電力、以及一傳輸共振單元利用共振以傳輸接收自傳輸線圈的電力到無線電力接收器。傳輸共振單元包含一內部環圈、以及一外部環圈與該內部環圈連接並圍繞著該內部環圈。

根據實施例，其係提供一種無線電力傳輸器之傳輸電力方法以無線方式傳輸電力到一無線電力接收器。該方法包含偵測無線電力接收器之接近狀態；根據偵測結果，在複數個共振線圈中，運作對應偵測出無線電力接收器所在之區域的一共振線圈；以及藉由對應偵測出無線電力接收器所在之區域的共振線圈使用共振來傳輸電力到無線電力接收器。

用以進行無線電力傳輸器傳輸電力之方法的一程式可被儲存在一記錄媒體中。

如上所述，實施例具有以下功效。

第一，電力傳輸效率能夠藉由僅選擇性運作有無線電力接收器之區域的共振線圈而增加，而且有害磁場的輻射量能夠減少。

第二，藉由插入一可變電感及一可變電容，共振頻率能夠保持固定，因此電力傳輸效率能夠增加。

同時，其它的功效將直接或間接揭示於以下本發明所揭示之較佳實施例中。

100‧‧‧電力供應裝置

200‧‧‧無線電力傳輸器

210‧‧‧傳輸感應線圈

220‧‧‧傳輸共振線圈

230‧‧‧傳輸線圈

300‧‧‧無線電力接收器

310‧‧‧接收共振線圈

320‧‧‧接收感應線圈

330‧‧‧整流單元

340‧‧‧負載

410‧‧‧分散線圈

411‧‧‧電感

412‧‧‧電容

420‧‧‧傳輸共振單元

421‧‧‧第一共振線圈

422‧‧‧第二共振線圈

423‧‧‧第三共振線圈

424‧‧‧內部環圈

425‧‧‧外部環圈

430‧‧‧開關單元

431‧‧‧第一開關

432‧‧‧第二開關

433‧‧‧第三開關

440‧‧‧偵測器

450‧‧‧控制器

L1~L4‧‧‧電感

C1~C4‧‧‧電容

D1‧‧‧二極體

S10~S50‧‧‧步驟

圖1係根據一實施例繪示一無線電力傳輸系統的視圖； 圖2係根據一實施例繪示一傳輸感應線圈之等效電路的電路圖；圖3係根據一實施例繪示一電力供應裝置和一傳輸器之等效電路的電路圖；圖4係根據一實施例繪示一接收共振線圈、一接收感應線圈、一整流器和一負載之等效電路的電路圖；圖5係根據一實施例繪示一無線電力傳輸器之結構的視圖；圖6係根據一實施例繪示該無線電力傳輸器的電路圖；圖7係根據一實施例繪示藉由使用該無線電力傳輸器無線傳輸電力之方法的流程圖；圖8係根據一實施例繪示調整共振頻率之方法的流程圖；圖9係根據一實施例繪示藉由使用包含環形共振線圈之一無線電力傳輸器偵測磁場強度的模擬結果；以及圖10係繪示如圖9所示之無線電力傳輸器之部分的磁場強度圖形。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，使所屬技術領域中具有通常知識者，可以輕易實施本發明之內容，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明。

圖1係根據一實施例繪示一無線電力傳輸系統的視圖。

參照圖1，該無線電力傳輸系統包含一電力供應裝置100、一無線電力傳輸器200、一無線電力接收器300、以及一負載340。

根據一實施例之電力供應裝置100可構成無線電力傳輸器200。

無線電力傳輸器200可包含一傳輸感應線圈(transmission induction coil)210和一傳輸共振線圈220。

無線電力接收器300可包含一接收共振線圈310、一接收感應線圈320、以及一整流單元330。

電力供應裝置100具有的兩個端點與傳輸感應線圈210之兩 個端點連接。

傳輸共振線圈220與傳輸感應線圈210可藉由一預設間距而分隔開。

接收共振線圈310與接收感應線圈320可藉由一預設間距而分隔開。

接收感應線圈320之兩個端點與整流單元330之兩個端點連接，而負載340與整流單元330之兩個端點連接。根據一實施例，負載340可被包含在無線電力接收器300中。

產生自電力供應裝置100的電力被傳輸到無線電力傳輸器200。在無線電力傳輸器200中被接收之電力被傳輸到無線電力接收器300，無線電力接收器300由於共振現象(resonance phenomenon)，亦即具有與無線電力傳輸器200相同的共振頻率，而與無線電力傳輸器200發生共振。

於下文中，電力傳輸過程將進一步進行說明。

電力供應裝置100產生具有預設頻率的交流電並傳輸該交流電力到無線電力傳輸器200。

傳輸感應線圈210及傳輸共振線圈220係互相電感耦合(inductively coupled)。換言之，如果交流電流由於接收自電力供應裝置100之電力而流過傳輸感應線圈210，透過電磁感應，交流電流被感應到與傳輸感應線圈210實體分開的傳輸共振線圈220。

於此，利用共振，傳輸共振線圈220所接收之電力被傳輸到無線電力接收器300，無線電力接收器300與無線電力傳輸器200產生一共振電路。

利用共振，電力能夠被傳輸在互相阻抗匹配的兩個LC電路之間。相較於電力藉由電感傳輸，利用共振所傳輸的電力能夠被傳輸的更遠且更高的效率。

接收共振線圈310利用共振接收來自傳輸共振線圈220之電力。由於接收的電力，交流電流流過接收共振線圈310。接收共振線圈310所接收之電力被傳輸到接收感應線圈320，接收感應線圈320透過電磁感應而與接收共振線圈310電感耦合。接收感應線圈320所接收之電力藉由整流單元330整流並被傳輸到負載340。

根據一實施例，傳輸感應線圈210、傳輸共振線圈220、接收共振線圈310、以及接收感應線圈320可為圓形、橢圓形、以及矩形，但實施例並非限定於此。

無線電力傳輸器200的傳輸共振線圈220可藉由磁場而傳輸電力到無線電力接收器300的接收共振線圈310。

詳細而言，傳輸共振線圈220與接收共振線圈310係共振耦合，因此傳輸共振線圈220及接收共振線圈310以共振頻率運作。

傳輸共振線圈220和接收共振線圈310之間的共振耦合能夠大幅改善無線電力傳輸器200和無線電力接收器300之間的電力傳輸效率。

品質因數(quality factor)及耦合係數(coupling coefficient)對無線電力傳輸來說極為重要。換言之，隨著品質因數和耦合係數之值的增加，電力傳輸效率能夠逐漸被改善。

品質因數可指儲存於一無線電力傳輸器200或一無線電力接收器300附近之能量指標(index of energy)。

品質因數可根據線圈之運作頻率w以及形狀、尺寸和材料而改變。品質因數可表示為等式，Q=w*L/R。在上述等式中，L為線圈之電感量而R為對應在線圈中所造成之電力損失量(quantity of power loss)的電阻。

品質因數之值可為0到無窮大(infinity)。無線電力傳輸器200及無線電力接收器300之間的電力傳輸效率能隨著品質因數的增加而改善。

耦合係數表示一傳輸線圈和一接收線圈間的電感磁性耦合程度(degree of inductive magnetic coupling)，其值為0到1。

耦合係數可根據傳輸線圈及接收線圈之間的相對位置及距離而改變。

圖2係根據一實施例繪示一傳輸感應線圈210之等效電路的電路圖。

如圖2所示，傳輸感應線圈210可包含一電感L1和一電容C1，而具有一所需電感量和一所需電容量的電路可由電感L1及電容C1所構成。

傳輸感應線圈210可構成電容C1的兩個端點與電感L1的 兩個端點相連接的一等效電路。換言之，傳輸感應線圈210可構成電感L1與電容C1並聯的一等效電路。

電容C1可為一可變電容，且藉由調整電容C1之電容量可進行阻抗匹配。傳輸共振線圈220、接收共振線圈310以及接收感應線圈320的等效電路可具有與圖2相同之等效電路。

圖3係根據一實施例繪示一電力供應裝置100和一無線電路傳輸器200之等效電路的電路圖。

如圖3所示，傳輸感應線圈210及傳輸共振線圈220可分別藉由具有預設電感量及電容量之電感L1和L2及電容C1和C2所構成。

圖4係根據一實施例繪示無線電力接收器300之等效電路的電路圖。

如圖4所示，接收共振線圈310及接收感應線圈320可分別藉由具有預設電感量及電容量之電感L3和L4，及電容C3和C4所構成。

整流單元330可轉換接收自接收感應線圈320的交流電力成為直流電力以傳送該直流電力到負載340。

詳細而言，整流單元330可包含一整流器及一平流電路(smoothing circuit)。根據一實施例，該整流器可包含一矽整流器且可等效為如圖4所示之二極體D1。

該整流器能轉換接收自接收感應線圈320的交流電力成為直流電力。

藉由移除包含在由整流器所轉換之直流電力的交流分量(AC components)，平流電路能輸出一平滑直流電力。根據一實施例，如圖4所示，該平流電路可包含一整流電容C5，但是實施例並非限定於此。

負載340可為一預設充電電池或需要直流電力的一裝置。例如：負載340可為一電池。

無線電力接收器300可配置在需要電力的一電子裝置，例如：手機、桌上型電腦或滑鼠。因此，接收共振線圈310及接收感應線圈320可具有與電子元件相符的形狀。

無線電力傳輸器200可透過帶內通訊(in-band communication)或帶外通訊(out-of-band communication)而與無線電力接收 器300交換資訊。

帶內通訊係指透過具有使用在無線電力傳輸之頻率的信號，而在無線電力傳輸器200及無線電力接收器300之間來交換資訊的通訊。無線電力接收器300可進一步包含一開關且可透過該開關的切換作業接收或不接收傳輸自無線電力傳輸器200的電力。因此，無線電力傳輸器200能藉由偵測在無線電力傳輸器200中的電力耗損量來辨識包含在無線電力接收器300中的開啟信號(on-signal)或關閉信號(off-signal)。

詳細而言，藉由使用電阻和開關來調整在電阻中被吸收的電力，無線電力接收器300可改變在無線電力傳輸器200中的電力耗損。藉由偵測電力耗損之變化，無線電力傳輸器200可獲得無線電力接收器300之狀態資訊。該開關可與電阻串聯。根據一實施例，無線電力接收器300之狀態資訊可包含有關在無線電力接收器300中目前的充電量(charge amount)資訊及充電量的變化。

詳細而言，當開關為斷開(open)，被電阻吸收的電力變為零，而在無線電力傳輸器200中的電力耗損係為減少。

如果該開關為短路，在電阻中被吸收的電力變成大於零，且無線電力傳輸器200之電力耗損係為增加。如果無線電力接收器300重複以上作業，無線電力傳輸器200偵測其中的電力耗損並與無線電力接收器300產生數位通訊。

藉由以上作業，無線電力傳輸器200接收無線電力接收器300的狀態資訊，因而無線電力傳輸器200能傳輸足夠的電力。

反之，無線電力傳輸器200可包含一電阻和一開關以傳輸無線電力傳輸器200的狀態資訊到無線電力接收器300。根據一實施例，無線電力傳輸器200的狀態資訊可包含有關將被供給至無線電力傳輸器200之最大電力、接收自無線電力傳輸器200之電力的無線電力接收器300數量以及無線電力傳輸器200之可用的電力的資訊。

於下文中，將說明帶外通訊。

帶外通訊係指透過有別於共振頻帶(resonance frequency band)之一特定頻帶所進行的通訊，以交換電力傳輸需要的資訊。無線電力傳輸器200及無線電力接收器300能配置有帶外通訊模組以交換電力傳輸 需要的資訊。該帶外通訊模組可設置於電力供應裝置中。在一實施例，該帶外通訊模組可利用一短距離通訊技術，例如藍芽、Zigbee、無線區域網路(WLAN)或近場無線通訊(NFC)，但實施例並非限定於此。

圖5係根據一實施例繪示一無線電力傳輸器200之結構的視圖。

於下文中，根據一實施例的無線電力傳輸器200將參照圖1到圖4進行說明。

參照圖5，無線電力傳輸器200可包含一傳輸線圈230、一分散線圈(distribution coil)410、一傳輸共振單元420、一開關單元430、一偵測器440、以及一控制器450。

傳輸共振單元420可包含至少一共振線圈。

舉例而言，如圖5所示，傳輸共振單元420可包含一第一共振線圈421和一第二共振線圈422。

雖然，圖5繪示包含兩個共振線圈的無線電力傳輸器200，但實施例並非限定於此。換言之，無線電力傳輸器200可包含至少兩個共振線圈。

雖然，開關單元430包含兩個開關，但實施例並非限定於此。換言之，開關單元430可包含至少兩個開關。每個共振線圈與每個開關可互相成對。

傳輸線圈230可接收來自電力供應裝置100的交流電力。

分散線圈410可透過電磁感應接收來自傳輸線圈230的交流電力，以及可傳輸所接收的電力到傳輸共振單元420。

分散線圈410可傳輸電力到傳輸共振單元420之第一共振線圈421和第二共振線圈422或傳輸到第一共振線圈421和第二共振線圈422的其中一者。藉由使用接收自傳輸線圈230的交流電力，分散線圈410可供給電流到第一共振線圈421和第二共振線圈422。

傳輸共振單元420可接收來自分散線圈410的電力，並利用共振來傳輸接收的電力到無線電力接收器。分散線圈410及第一共振線圈421和第二共振線圈422可由如圖2所示之傳輸感應線圈210的等效電路圖所實現。根據一實施例，第一共振線圈421及第二共振線圈422可繞線至 少一圈以形成一環形，該環形可為一多角形，例如：圓形、橢圓形、或矩形，但實施例並非限定於此。圖5顯示第一共振線圈421和第二共振線圈422具有長方形的環狀。

第一共振線圈421及第二共振線圈422可進一步包含可變電容(未繪示)以調整其共振頻率。

根據一實施例，分散線圈410及第一共振線圈421和第二共振線圈422可具有一多重線圈結構(multi-tap structure)。根據該多重線圈結構，假設第一共振線圈421總共繞線五圈，藉由一預設間距，第一共振線圈421之外部環圈425與第一共振線圈421之內部環圈424分隔開，並且外部環圈的繞線匝數不同於內部環圈的繞線匝數。如圖5所示，根據一實施例，第一共振線圈421的外部環圈425可繞線三圈，而第一共振線圈421之內部環圈424可繞線兩圈，但實施例並非限定於此。

分散線圈410可透過一導線而與第一共振線圈421及第二共振線圈422串接。換言之，分散線圈410可與串聯的第一共振線圈421及第二共振線圈422電性連接。

開關單元430可將分散線圈410與傳輸共振單元420連接，或可將分散線圈410與傳輸共振單元420分開。

詳細而言，根據控制器450的驅動信號，第一開關431可將分散線圈410與第一共振線圈421電性連接或將分散線圈410與第一共振線圈421電性分離。根據一實施例，該開關可為根據微機電系統(MEMS)技術製造的開關。根據該MEMS，透過一半導體製程技術，一3-D結構形成在一矽基板上。

偵測器440可偵測無線電力接收器的接近狀態。當無線電力接收器接近傳輸共振單元420時可被偵測器440偵測到。

詳細而言，每個偵測器440可被提供在每一第一共振線圈421及每一第二共振線圈422中之一端，以偵測在提供在第一共振線圈421及第二共振線圈422之上的無線電力接收器。

根據一實施例，偵測器440可為用來偵測且被提供在每一共振線圈之一端的一線圈，以測量由每一共振線圈所形成之一磁場的強度。詳細而言，偵測器440可藉由測量由第一共振線圈421和第二共振線圈422 所形成的磁場強度來偵測無線電力接收器300。

根據一實施例，當由第一共振線圈412和第二共振線圈422所形成的磁場強度超過一臨界值時，偵測器440可判斷偵測到無線電力接收器。該臨界值可表示偵測無線電力接收器需要的最小磁場。舉例而言，如果無線電力接收器被提供在第一共振線圈412之上時，由於利用共振，電力傳輸可在第一共振線圈412和無線電力接收器之間進行，由第一共振線圈412所形成的磁場強度將可增加。在本例中，偵測器440可測量磁場強度以及如果所測得的磁場強度等於或大於該臨界值時，判斷已測得無線電力接收器。偵測器440可包含一磁性感應器。

控制器450可控制無線電力傳輸器200的所有作業。尤其，控制器450可產生一驅動信號以控制開關單元430，所以只有對應無線電力接收器之偵測區域的共振線圈能被選擇性運作。

根據驅動信號，開關單元430可將分散線圈410與傳輸共振單元420電性連接或與傳輸共振單元420電性分離。根據一實施例，當偵測器440偵測到無線電力接收器設置在傳輸共振單元420之第一共振線圈421之上時，控制器450根據該偵測結果產生一驅動信號以斷開(open)開關單元430的第一開關431，並傳輸所產生的驅動信號到第一開關431。之後，第一開關431將分散線圈410與第一共振線圈421電性連接，且分散線圈410傳輸電力到第一共振線圈421。因此，利用共振，無線電力接收器可接收來自第一共振線圈421的電力。

如果偵測器440偵測到該些無線電力接收器設置在第一共振線圈421和第二共振線圈422之上時，控制器450產生開路(open)信號以將第一開關431和第一共振線圈421電性連接，及將第二開關432和第二共振線圈422電性連接，所以該些開路信號被傳輸到第一開關431和第二開關432。因此，分散線圈410係與第一共振線圈421和第二共振線圈422電性連接，而第一共振線圈421和第二共振線圈422分別利用共振來傳輸電力到無線電力接收器。

根據一實施例，控制器450依序傳輸週期性驅動信號到第一開關431及第二開關432以偵測無線電力接收器。換言之，控制器450產生驅動信號以斷開第一開關431，所以第一開關431能被斷開(open)。之後， 控制器450判斷利用共振藉由透過分散線圈410傳輸電力到第一共振線圈421的電力傳輸在第一共振線圈421及第一無線電力接收器之間進行。

在本例中，控制器450可控制電力供應裝置100以傳輸微電力(micro-power)到第一共振線圈421。如果在第一共振線圈421和第一無線電力接收器之間產生電力傳輸，控制器450可判斷有電力傳輸，並控制電力供應裝置100，所以電力供應裝置100增加被傳輸到第一共振線圈421的電力量。如果在第一共振線圈421和第一無線電力接收器之間沒有產生電力傳輸時，控制器450判斷在第一共振線圈421和第一無線電力接收器之間並未產生電力傳輸，並產生驅動信號以斷開第二開關432，所以第二開關432係斷開(open)。根據一實施例，如果在第一共振線圈421和第一無線電力接收器之間沒有產生電力傳輸時，未偵測到第一無線電力接收器。此外，根據一實施例，如果在第一共振線圈421和第一無線電力接收器之間沒有產生電力傳輸時，第一無線電力接收器之電池充電超過一預設值。

之後，控制器450判斷在第二共振線圈422和第二無線電力接收器之間是否產生電力傳輸。如果控制器450確定在第二共振線圈422和第二無線電力接收器之間產生電力傳輸時，控制器450可控制電力供應裝置100所以增加從第二共振線圈422傳輸到第二無線電力接收器之電力量。

如上所述，藉由只選擇性地運作在無線電力接收器之區域的共振線圈，能改善電力傳輸的效率。此外，當所有的共振線圈運作時，對人體有害的磁場輻射量能夠減少。

圖6係根據一實施例繪示該無線電力傳輸器200的電路圖。

圖6繪示如圖5所示之無線電力傳輸器200等效電路的電路圖。如圖6所示之傳輸線圈230並未描繪於圖5中。傳輸線圈230的兩個端點與電力供應裝置100之相對應端點連接。傳輸線圈230可接收來自電力供應裝置100的電力，且透過電磁感應可傳輸所接收的交流電力到分散線圈410。

分散線圈410可傳輸接收自傳輸線圈230的交流電力到傳輸共振單元420。

尤其，分散線圈410可分散接收自傳輸線圈230之交流電力 到第一到第三共振線圈421,422,423中的至少一者。

分散線圈410可包含一電感411和一電容412。電感411可包含一固定電感或一可變電感，而電容412可包含一可變電容。

無線電力傳輸器200之共振頻率可藉由電感411的電感量和電容412的電容量而被調整。

第一到第三共振線圈421,422,423分別對應第一到第三開關431,432,433，所以第一到第三共振線圈421,422,423可互相電性連接或電性分離。電感411和電容412係相互串連連接，並串聯連接開關431,432,433。根據一實施例，電感411可透過一微機電系統(MEMS)技術製造。如果第一到第三無線電力接收器的至少一者被偵測在第一到第三共振線圈431,432,433之上時，共振頻率可根據同步運作之共振線圈的數量而改變。在本例中，即使共振頻率已改變，電感411和電容412能固定維持該共振頻率，因而透過共振的電力傳輸能平穩的維持。因為電容412的電容量範圍有限，藉由將電感411與電容412串連連接，電感量能被調整，因而共振頻率能被調整。換言之，即使複數個共振線圈係互相連接以改變電感量，透過電容412和電感411，該共振頻率能被固定維持。藉由改變電容412的電容量和電感411的電感量，控制器450能夠調整該共振頻率。

以下等式表示無線電力傳輸器200的共振頻率係保持固定(constantly maintained)。假定對應該些共振線圈之電感的數目為m，電感的電感量為L1到Lm，分散線圈410之電感411的電感量為L，而電容412的電容量為C，當所有的電感相互串連，共振頻率w可以以下之等式1表示。

如等式1所示，總電感量可根據該些共振線圈的連接狀態(連接數量)而改變，因而無線電力傳輸器200的共振頻率w可被改變。如果共振頻率w根據該些共振線圈的連接或分開而改變時，透過共振的電力傳輸將可能不會穩定進行。因此，控制器450透過電感411和電容412改變電感量L及電容量C以持續維持該共振頻率，因而共振頻率w藉由該些共振線圈的連接或分開而會不受影響。

雖然實施例已描述電感411和電容412係與該些共振線圈串聯連接，但可只有電感411和電容412的其中之和該些共振線圈串聯連接。

此外，每一共振線圈可進一步包含一額外的電容(capacitor)，而共振頻率可藉由包含在共振線圈內的電容而被調整。

因為如上所述之藉由加入電感411及電容412於無線電力傳輸器200中能固定維持共振頻率，所以因共振頻率的變化(variation)所造成的電力傳輸效率問題能被解決。

圖7係根據一實施例繪示透過無線電力傳輸器200無線傳輸電力之方法的流程圖。

首先，偵測器440判斷是否在一第一區域偵測到一第一無線電力接收器(步驟S101)。偵測器440可包含用來偵測的一線圈。用來偵測的該線圈可設置於每一共振線圈之一表面上。在本例中，該第一區域可指第一共振線圈421能偵測到提供在第一無線電力接收器中之接收共振線圈的範圍。根據一實施例，該第一區域可根據第一共振線圈421的繞線匝數以及第一共振線圈421的直徑(diameter)而改變。

如果偵測到該第一無線電力接收器，控制器450斷開與第一共振線圈421互相成對的第一開關431(步驟S103)。當第一開關431斷開後，第一共振線圈421係與分散線圈410連接如圖6所示。如果第一開關431為開路(open)，分散線圈410傳輸電力到第一共振線圈421，而透過共振，第一共振線圈421傳輸電力到第一無線電力接收器(步驟S105)。

之後，偵測器440判斷是否在該第二區域偵測到該第二無線電力接收器(步驟S107)。在本例中，該第二區域可指第二共振線圈422能偵測提供在第二無線電力接收器中之接收共振線圈的範圍。根據一實施例，該第二區域可根據第二共振線圈422的繞線匝數以及第二共振線圈422的直徑(diameter)而改變。

如果偵測到第二無線電力接收器，控制器450斷開與第二共振線圈422互相成對的第二開關432(步驟S109)。如果第二開關432為開路(open)，第二共振線圈422係與分散線圈410連接如圖6所示。如果第二開關432為開路，分散線圈410傳輸電力到第一共振線圈421，而透過共振，第二共振線圈422傳輸電力到第二無線電力接收器(步驟S111)。

如上所述，根據實施例之無線傳輸電力之方法，只有對應偵測到無線電力傳輸器的共振線圈被選擇性運作，從而防止共振線圈在沒有無線電力接收器之區域所造成的電力損失。另外，洩漏到外部危害人體之有害影響的磁場輻射量得以減少。

圖8係根據一實施例繪示調整共振頻率之方法的流程圖。

首先，控制器450判斷是否偵測到至少一無線電力接收器(步驟S201)。為偵測無線電力接收器，用來偵測的一線圈可被設置於每一共振線圈的一表面上。進一步細節說明請參考圖5和圖6。

如果偵測到無線電力接收器，控制器450將對應於受偵測的無線電力接收器之共振線圈並與共振線圈互相成對的開關串聯到分散線圈410(步驟S203)。當只有兩個無線電力接收器受偵測，控制器450只連接到受偵測區域的兩個共振線圈。

之後，控制器450判斷無線電力傳輸器200的共振頻率是否改變(步驟S205)。換言之，藉由共振線圈相互串連，無線電力傳輸器200的電感量可被改變，因此無線電力傳輸器200的共振頻率能夠改變。

如果控制器450判斷無線電力傳輸器200的共振頻率已改變，控制器450改變電感411的電感量及/或電容412的電容量(步驟S207)。控制器450改變電感411的電感量及電容412的電容量，因此無線電力傳輸器200的共振頻率與無線電力接收器之共振頻率匹配。在本例中，無線電力傳輸器200可及早取得該無線電力接收器之共振頻率的資訊。

如上所述，根據一實施例之調整無線電力傳輸器之共振頻率的方法，由於藉由加入電感411和電容412至無線電力傳輸器200中，共振頻率得以固定維持，而有關於因共振頻率之變化所造成之電力傳輸效率的問題得以被解決。

圖9係根據一實施例繪示當使用包含環形共振線圈之一無線電力傳輸器200偵測一磁場強度的模擬結果。

圖9顯示藉由使用一ANSYS公司的電磁波分析工具”HFSS”，並於距離地面10cm所偵測到之磁場強度的模擬結果。

在圖9中，x軸表示無線電力傳輸器200之縱向(longitudinal direction)部分，y軸表示無線電力傳輸器200之橫向(transverse direction)部 分，及z軸表示垂直無線電力傳輸器200的方向。

根據該模擬結果，磁場只有在第一共振線圈421及第二共振線圈422附近感應(induced)。

換言之，當無線電力傳輸器200透過第一共振線圈421和第二共振線圈422進行電力傳輸時，磁場可集中在第一共振線圈421和第二共振線圈422的附近。在本例中，當無線電力接收器設置第一共振線圈421或第二共振線圈422之上時，無線電力傳輸器200能有效傳輸電力到無線電力接收器。

圖10係繪示如圖9所示之無線電力傳輸器200之部分的磁場強度圖形。

圖10(a)係顯示根據一x軸在一位置之磁場強度(單位；H(A/m))的圖形，該位置為從原點算起，沿著y和z軸距離15cm和10cm的位置。

如圖10(a)所示，第一共振線圈421之一區域的磁場強度(大致上距離x軸65cm到80cm)大於沒有第一共振線圈421之區域的磁場強度。尤其，在具有一多重線圈結構之第一共振線圈421之內部環圈(inner loop)區域(距離x軸70cm到80cm)之磁場強度超過7H，因此當無線電力接收器位於第一共振線圈421的內部環圈時，電力傳輸效率能被大幅改善。

圖10(b)係顯示根據一y軸在一位置之磁場強度(單位；H(A/m))的圖形，該位置為從原點算起，分別沿著x和z軸距離45cm和10cm的位置。

如圖10(b)所示，第二共振線圈422之一區域的磁場強度(大致上距離x軸65cm到80cm)大於沒有第二共振線圈422之區域的磁場強度。尤其，在具有一多重線圈結構之第二共振線圈422之內部環圈區域(inner loop)(距離y軸50cm到60cm)之磁場強度為約7H，因此當無線電力接收器位於第二共振線圈422的內部環圈時，電力傳輸效率能被大幅改善。

根據一實施例之調整無線電力傳輸器之共振頻率的方法可被製作成可在電腦執行之程式(program)的形式並儲存於電腦可讀取(computer-readable)的記錄媒體中。該電腦可讀取記錄媒體包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀光碟、磁帶、軟磁碟、以及光學資料 儲存裝置。另外，電腦可讀取記錄媒體可由例如透過網路傳輸(transmission over the Internet)之載波(carrier wave)形式而實現。

另外，透過一分散案，電腦可讀取記錄媒體係分佈於透過網路互相連接的電腦系統以儲存及執行電腦可讀取的編碼(codes)。另外，用以實現該方法的功能程式、編碼、及程式區段(code segments)能由電腦程式編寫者根據本發明揭示之內容輕易推斷。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電力供應裝置

230‧‧‧傳輸線圈

340‧‧‧負載

410‧‧‧分散線圈

420‧‧‧傳輸共振單元

421‧‧‧第一共振線圈

422‧‧‧第二共振線圈

424‧‧‧內部環圈

425‧‧‧外部環圈

430‧‧‧開關單元

431‧‧‧第一開關

432‧‧‧第二開關

440‧‧‧偵測器

450‧‧‧控制器

Claims (13)

1. 一種無線電力傳輸器，係以無線傳輸電力至一無線電力接收器，該無線電力傳輸器包含：一傳輸線圈，接收來自一電力供應裝置的一電力；一分散線圈透過電磁感應接收來自該傳輸線圈的該電力，以及傳輸所接收的該電力到一傳輸共振單元；該傳輸共振單元，包括複數個共振線圈，且經由共振頻率以接收自該分散線圈的該電力並且傳輸該電力至該無線電力接收器，該些共振線圈彼此之間具有間隔，以及一控制器，其用以運作一開關單元選擇性運作該些共振線圈中對應偵測到該無線電力接收器之一區域的至少一共振線圈，其中該分散線圈電性連接該些共振線圈；其中每一該些共振線圈包含：一內部環圈；以及一外部環圈與該內部環圈連接並圍繞著該內部環圈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，其中該內部環圈和該外部環圈係藉由將一導線繞線至少一圈所形成，且該內部環圈的一繞線匝數係等於或不同於該外部環圈的一繞線匝數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，其中該內部環圈和該外部環圈具有一圓形、一矩形、以及一橢圓形的其中之一形狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，其中該開關單元包含複數個開關，且每一該開關與每一該共振線圈互相成對，以將對應偵測到該無線電力接收器之該區域的該共振線圈與該分散線圈連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，其中該分散線圈包含一電感以及一電容以固定維持用來與該無線電力接收器電力傳輸的一共振頻率。
6. 如申請專利範圍第4項所述之無線電力傳輸器，其中在該些共振線圈中對應偵測到該無線電力接收器之該區域的該共振線圈係與該分散線圈串聯連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，更包含一偵測器以偵測該無線電力接收器的一接近狀態。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無線電力傳輸器，其中該偵測器包含一線圈用來偵測形成於每一該共振線圈的一磁場強度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無線電力傳輸器，其中每一該開關係為一微機電系統開關。
10. 一種一無線電力傳輸器無線傳輸電力至一無線電力接收器的電力傳輸方法，該方法包含：偵測該無線電力接收器之一接近狀態；在偵測到有該無線電力接收器的一區域中，運作該區域中複數個共振線圈的至少一共振線圈；藉由一分散線圈傳輸由一傳輸線圈所接收的電力至運作中的該共振線圈，透過一共振頻率傳輸該電力至該無線電力接收器；其中該分散線圈電性連接該些共振線圈；其中在偵測到有該無線電力接收器的該區域中，運作該區域中該些共振線圈包括該區域中之該些共振線圈的切換，其中每一該些共振線圈包含一內部環圈，以及一外部環圈與該內部環圈連接並圍繞著該內部環圈。
11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，更包含：根據該共振線圈的運作，判斷該無線電力傳輸器之該共振頻率的一改變狀態；以及根據該共振頻率的該改變狀態，如果該無線電力傳輸器之該共振頻率改變時，匹配該無線電力傳輸器的該共振頻率與該無線電力接收器的 一共振頻率。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中如果該無線電力傳輸器之該共振頻率改變時，匹配該無線電力傳輸器的該共振頻率與該無線電力接收器的一共振頻率包含：檢查該改變的共振頻率；以及藉由使用一電感及一電容，改變該檢查的共振頻率成該無線電力接收器的該共振頻率。
13. 一種記錄媒體，具有一程式以執行如申請專利權項第9項到第12項其中一項之一無線電力傳輸器傳輸電力之方法。