可调整位置的线圈模块及其控制方法 |
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| 申请号 | CN202211403616.4 | 申请日 | 2022-11-10 | 公开(公告)号 | CN117955264A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 富达通科技股份有限公司; | 发明人 | 蔡明球; 詹其哲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种线圈模 块 及其控制方法，所述线圈模块用于一感应式电源供应器，并包括一第一线圈、一处理器及一控制件。该处理器耦接于该第一线圈，用来侦测该第一线圈上分别对应于多个坐标点的多个谐振 频率 。该控制件耦接于该处理器，用来根据该多个谐振频率来控制该第一线圈的 位置 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种线圈模块，用于一感应式电源供应器，其特征在于，该线圈模块包括： |
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| 说明书全文 | 可调整位置的线圈模块及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及一种感应式电源供应器的线圈模块，尤其涉及一种可用于感应式电源供应器的可调整位置的线圈模块及其控制方法。 背景技术[0002] 在感应式电源供应(也称为无线充电)的应用中，通常是在固定的位置上安装一供电装置，而受电装置设置于可移动的电子设备中(例如手机、电动车等)，当该电子设备靠近供电装置后开始进行感应，以将电能传送至电子设备内部电池进行蓄电。供电端与受电端各自包括一线圈，而电能的传递是通过线圈进行发送和接收。一般来说，线圈传送能量的效率随着线圈之间距离的增加而递减，也就是说，供电端与受电端之间的线圈距离愈短则效率愈高。 [0003] 以电动车的无线充电感应为例，在理想状况下，当车辆停止后，车上的接收线圈位置应落在发送线圈的正上方。然而，实际情况是驾驶人往往无法精准控制车辆停放的位置，使得接收线圈偏离发送线圈的正上方。如图1所示，位于地面上的发送线圈TX固定设置于发送平台的中央位置，而因为车辆停放的误差，使得车上的接收线圈RX落在发送平台左下方，导致充电效率低落。 [0004] 为了解决线圈偏移的问题，现有技术一般采取两种方法。第一种方法是设置尺寸较大的发送线圈，以在接收线圈的位置偏移时仍可完整涵盖在加大的发送线圈的感应范围内。第二种方法是，将线圈绕制为矩形或正方形，以在固定的长宽限制之下加大感应面积，感应面积愈大则传送电能的效率愈高。然而，加大的线圈会导致成本的增加，而矩形或正方形的线圈在车辆斜停的情况下仍可能面临线圈无法完整重叠的情况，如图2所示。再者，矩形/正方形的线圈也存在不易生产以及电磁场强度分配不均的问题。 [0005] 其它的传统作法还包括，提供更清楚的指示来引导驾驶人开到正确的位置，或者设置自动驾驶的功能来控制车辆停放至正确的位置上。然而，驾驶人手动驾驶的方式导致较差的用户体验，而自动驾驶需要搭配复杂的硬件/软件演算法，也存在车辆自动驾驶功能与充电站的相容性问题。 [0006] 鉴于此，实有必要提出一种能够有效使无线充电的发送线圈与接收线圈对准且容易实作的方法，以提升无线充电的效率。 发明内容[0007] 因此，本发明的主要目的即在于提出一种可调整位置的线圈模块及其控制方法，其中，电力发送平台上设置有可移动的发送线圈，能够藉由侦测接收线圈的位置来调整发送线圈的位置，以达到最佳的充电效率。 [0008] 本发明的一实施例公开了一种线圈模块，用于一感应式电源供应器，该线圈模块包括一第一线圈、一处理器及一控制件。该处理器耦接于该第一线圈，用来侦测该第一线圈上分别对应于多个坐标点的多个谐振频率。该控制件耦接于该处理器，用来根据该多个谐振频率来控制该第一线圈的位置。 [0009] 本发明的另一实施例公开了一种控制方法，用于一感应式电源供应器的一线圈模块，该线圈模块包括一第一线圈。该控制方法包括下列步骤：侦测该第一线圈上分别对应于多个坐标点的多个谐振频率；以及根据该多个谐振频率来控制该第一线圈的位置。附图说明 [0010] 图1为接收线圈与发送线圈出现偏移的示意图。 [0011] 图2为车辆斜停的情况下线圈无法完整重叠的示意图。 [0012] 图3为发送线圈在平台上移动以对准接收线圈的示意图。 [0013] 图4为本发明实施例一线圈模块的示意图。 [0014] 图5为本发明实施例一控制流程的流程图。 [0015] 图6为本发明实施例控制电路的一种详细实施方式的示意图。 [0016] 其中，附图标记说明如下： [0017] TX、TX’ 发送线圈 [0018] RX、RX’ 接收线圈 [0019] 40 线圈模块 [0020] 1 线圈 [0021] 2 平台 [0022] 3 控制电路 [0023] 21 X轴位移杆 [0024] 22 Y轴位移杆 [0025] 31 处理器 [0026] 50 控制流程 [0027] 502～520 步骤 [0029] 34、35 谐振电容 具体实施方式[0031] 本发明的线圈模块中设置有可自动调整位置的线圈(如发送线圈)，可根据相应线圈(如接收线圈)的位置来进行调整，使得两线圈之间达到最佳的感应距离(即最小距离)，借此实现无线充电的最佳效率。在电动车充电的应用中，可在发送平台上设置可自动调整位置的发送线圈，当车辆停妥后不需刻意移动或对准充电位置，而是由发送线圈移动到接收线圈的正下方以进行电力传送，可达到最佳的充电效率和良好的用户体验。 [0032] 再者，在线圈能够自动对准的情况下，可将线圈绕制为圆形来提高生产的便利性及电磁场强度的均匀性，且不需要花费多余的成本来设置较大尺寸的发送线圈。如此一来，在车辆斜停的状况下也能使线圈完全对齐。如图3所示，发送线圈TX’与接收线圈RX’均绕制为圆形，且发送线圈TX’可在平台上移动以对准接收线圈RX’。当圆形的发送线圈TX’与接收线圈RX’的圆心对齐的情况下可达到最佳的电力传输效率。 [0033] 欲控制发送线圈对准车辆上的接收线圈，其技术关键在于如何正确地判断接收线圈的所在位置。本发明采用了根据线圈的谐振频率来侦测线圈距离的技术，由于线圈的设置都需要搭配磁性材料，当接收线圈上的磁性材料靠近发送线圈时，会降低发送线圈的谐振频率，且距离愈近则谐振频率愈低。因此，藉由谐振频率的侦测，供电端可准确判断接收线圈的位置，以调整发送线圈的位置使其尽可能靠近接收线圈。即，在电动车充电的应用中，可调整设置于地面上的发送线圈使其移动到车辆上的接收线圈的正下方，使线圈完全重叠并达到最佳的充电效率。关于侦测谐振频率并据此判断线圈距离的实施方式可参考中国专利申请号CN 107834712及CN 109888932的说明，在此不详述。 [0034] 图4为本发明实施例一线圈模块40的示意图。线圈模块40包括一线圈1、一平台2及一控制电路3。线圈1设置于平台2上，其可由一或多条导线绕制而成。优选地，线圈1绕制为圆形，其电磁场强度具备良好的均匀性。平台2上设置有一X轴位移杆21及一Y轴位移杆22，作为用来控制线圈1移动的控制件。X轴位移杆21可控制线圈1沿着X轴方向进行位移，Y轴位移杆22可控制线圈1沿着Y轴方向进行位移。X轴位移杆21及Y轴位移杆22可通过例如螺杆或机械手臂来实现，并受控于马达或其它控制器以进行移动，但不限于此。在一实施例中，也可在平台2的底座上设置一移动板，并将线圈1设置于移动板上，藉由一控制件通过例如机械式、磁吸式、液压式、或电动式等不同方式来控制移动板在底座上前后左右移动。控制电路3可用来控制线圈1的运作，其包括一处理器31。处理器31耦接于平台2上的线圈1及控制件，可用来侦测线圈1的谐振频率，并据此控制线圈1的位置。 [0035] 在一实施例中，线圈模块40可以是一发送线圈模块，其可耦接至一供电源(未示出)，用来接收来自于供电源的电力。线圈1为一发送线圈，其可在感应到一接收线圈靠近时，通过无线充电的方式将能量传送到接收线圈。通过谐振频率的侦测，处理器31可判断接收线圈的位置，从而控制线圈1移动并靠近接收线圈，以提升无线充电的效率。 [0036] 在一实施例中，可在平台2上利用二维坐标来控制线圈1的位置，其包括多个坐标点，通过X轴位移杆21及Y轴位移杆22的控制，使得线圈1在多个坐标点之间移动。举例来说，平台2上可设置50×50个坐标点，以阵列形式布置成50列及50行，因此处理器31可根据侦测到的谐振频率，控制线圈1到达50×50个坐标点中具有最低谐振频率的一目标坐标点。 [0037] 图5为本发明实施例一控制流程50的流程图。控制流程50可实现于用来控制线圈的一处理器(如图4的处理器31)，用来控制线圈1移动并对准另一线圈。如图5所示，控制流程50包括下列步骤： [0038] 步骤502：当线圈1位于坐标点(x,y)时，侦测线圈1以取得其谐振频率为Fx_y。 [0039] 步骤504：控制线圈1沿x轴移动至坐标点(x+1,y)，并侦测线圈1以取得其谐振频率为F(x+1)_y。 [0040] 步骤506：控制线圈1沿相反方向移动至坐标点(x‑1,y)，并侦测线圈1以取得其谐振频率为F(x‑1)_y。 [0041] 步骤508：比较谐振频率Fx_y、F(x+1)_y与F(x‑1)_y，以判断谐振频率最低者。 [0042] 步骤510：控制线圈1移动至上述最低谐振频率所对应的坐标点(x’,y)。 [0043] 步骤512：当线圈1位于坐标点(x’,y)时，侦测线圈1以取得其谐振频率为Fx’_y。 [0044] 步骤514：控制线圈1沿y轴移动至坐标点(x’,y+1)，并侦测线圈1以取得其谐振频率为Fx’_(y+1)。 [0045] 步骤516：控制线圈1沿相反方向移动至坐标点(x’,y‑1)，并侦测线圈1以取得其谐振频率为Fx’_(y‑1)。 [0046] 步骤518：比较谐振频率Fx’_y、Fx’_(y+1)与Fx’_(y‑1)，以判断谐振频率最低者。 [0047] 步骤520：控制线圈1移动至上述最低谐振频率所对应的坐标点(x’,y’)。 [0048] 处理器31可在开始充电之前短暂驱动线圈以产生谐振并侦测谐振频率，也可在充电过程中暂停驱动，使得线圈上产生谐振并侦测谐振频率。根据控制流程50，处理器31可分别取得对应于多个坐标点的不同谐振频率，并从中取得具有最低谐振频率的目标坐标点，再将线圈1移动至该目标坐标点。在一实施例中，平台2上设置有50×50个坐标点，而线圈1的位置以(x,y)表示，其中x、y分别为1～50之间的正整数。(x,y)可用来表示线圈1的中心所在的坐标点，或其它可代表线圈1位置的坐标点。 [0049] 详细来说，假设线圈1起初位于坐标点(x,y)。在步骤502～510中，处理器31可控制线圈1在X方向的三个相邻坐标点(x,y)、(x+1,y)及(x‑1,y)上分别进行谐振频率侦测，并从该三个坐标点中取出对应于最低谐振频率的目标坐标点，再将线圈1移动至该目标坐标点。在步骤510执行完毕之后，线圈1可到达坐标点(x’,y)的位置，而x’为x、x+1、x‑1当中对应于最低谐振频率者。接着，在步骤512～520中，处理器31可控制线圈1在Y方向的三个相邻坐标点(x’,y)、(x’,y+1)及(x’,y‑1)上分别进行谐振频率侦测，并从该三个坐标点中取出对应于最低谐振频率的目标坐标点，再将线圈1移动至该目标坐标点。而在步骤520执行完毕之后，线圈1可到达坐标点(x’,y’)的位置，而y’为y、y+1、y‑1当中对应于最低谐振频率者。 [0050] 随后，控制流程50可回到步骤502，再次依序执行X方向及Y方向的位移。如此一来，在经过数次循环之后，线圈1即可到达最佳充电位置。以汽车充电站的发送线圈为例，其可藉由控制流程50的运作而到达电动车上的接收线圈的正下方，可实现最优化的充电效率。 [0051] 一般来说，线圈谐振频率约为数十仟赫兹(kHz)的等级，且处理器31最少只需要两个或三个谐振周期的时间即可取得谐振周期长度并计算谐振频率。因此，处理器31具备快速侦测谐振频率的能力，可在1秒内进行数百次的侦测。在此情形下，只需要花费极少的时间，即可将线圈1移动至最佳充电位置。 [0052] 此外，在充电过程中，处理器31可周期性地暂停驱动线圈1，并且在暂停驱动的期间取得线圈1的谐振频率。在此情形下，即使对应的接收线圈在充电期间移动或改变位置，发送线圈(即线圈1)仍可持续追踪接收线圈的位置，以维持最佳的充电效率。 [0053] 值得注意的是，本发明的主要精神之一在于侦测线圈谐振频率，并据此移动发送线圈的位置以追踪接收线圈。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，上述实施例是应用于例如汽车充电站的发送线圈，用以追踪电动车上的接收线圈。而在其它实施例中，侦测线圈谐振频率及控制线圈移动的方法也可应用于接收线圈，用以追踪相应的发送线圈位置。此外，控制流程50的步骤仅为本发明众多实施方式的其中一种。举例来说，在另一实施例中，也可先控制线圈1沿Y轴方向移动，再沿X轴方向移动。或者，也可在单一方向执行多次趋近并找出对应于最低谐振频率的X(或Y)坐标之后，再沿着垂直方向执行多次趋近并找出最佳Y(或X)坐标。关于搜寻最低谐振频率的详细实施方式不应用以限制本发明的范畴。 [0054] 在一实施例中，还可进一步简化搜寻最低谐振频率的步骤。举例来说，处理器31可在线圈1位于坐标点(x,y)时取得谐振频率Fx_y，接着控制线圈1沿X方向移动至坐标点(x+1,y)并取得谐振频率F(x+1)_y，处理器31并比较谐振频率Fx_y与F(x+1)_y，再根据比较结果来控制线圈1回到坐标点(x,y)或停留在坐标点(x+1,y)(相当于控制流程50中省略步骤506)。若谐振频率Fx_y大于F(x+1)_y时，可控制线圈1停留在坐标点(x+1,y)，再向(x+2,y)的方向继续侦测；若谐振频率F(x+1)_y大于Fx_y时，可控制线圈1回到坐标点(x,y)，再向(x‑1,y)的方向继续侦测。在尚未找到最佳位置之前，谐振频率必然是向最佳位置的方向持续递减，因此，处理器31只需要比较相邻两个坐标点的相应谐振频率，并且向谐振频率较低的方向继续搜寻即可。相同的运作方式也可套用于Y方向的谐振频率侦测，在此不赘述。 [0055] 在一实施例中，处理器31可持续执行上述侦测相邻位置的多个谐振频率的步骤，以在接收线圈的位置改变时，可控制发送线圈快速移动至最佳坐标点。在另一实施例中，为减少控制件的损耗，可通过演算法设计来降低线圈1的移动频率。举例来说，当处理器31搜寻到具有最低谐振频率的一最佳坐标点之后(例如所有相邻坐标点所对应的谐振频率都大于该最佳坐标点的谐振频率)，可控制线圈1到达最佳坐标点，接着判断线圈1在该最佳坐标点上的谐振频率是否发生变化。若侦测到线圈1在当前坐标点(即最佳坐标点)的谐振频率超过一预定长度的时间未发生变化时，即可指示控制件停止移动线圈1，直到侦测到线圈1的谐振频率再次发生变化为止。也就是说，若谐振频率不变则代表线圈之间的距离不变，即接收线圈未改变位置，因此可控制发送线圈维持在相同位置，持续通过最佳的效率进行充电，并减少不必要的线圈移动。 [0056] 同时，处理器31仍应持续周期性地侦测线圈1的谐振频率，并且在侦测到谐振频率发生变化时，判断接收线圈的位置改变，从而指示控制件重新开始执行根据谐振频率来调整线圈位置的步骤。 [0057] 图6为本发明实施例控制电路3的一种详细实施方式的示意图。在此例中，线圈模块40为发送线圈模块，且线圈1为发送线圈。控制电路3包括处理器31、驱动器32及33、谐振电容34及35、以及一信号处理电路37。详细来说，谐振电容34及35耦接于线圈1，用以搭配线圈1进行谐振。驱动器32及33可通过全桥或半桥驱动的方式，输出驱动信号来驱动线圈1产生并发送能量。处理器31除了可侦测线圈1的谐振频率并据此控制线圈1的位置以外，还可用来处理并控制控制电路3中的各项运作。处理器31可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器(microprocessor)、单片机(Microcontroller Unit，MCU)，或可由其它类型的处理装置或运算装置来实现。信号处理电路37耦接于线圈1及处理器31之间，可用来接收并处理来自于线圈1的线圈信号，并将线圈信号转换成处理器31可判读的形式，使得处理器31可通过判读线圈信号来侦测谐振频率。举例来说，信号处理电路37可从线圈信号的波形中撷取出频率信息，并将其传送至处理器31；或者，信号处理电路37可对线圈信号进行采样，以产生数字值并将其传送至处理器31；信号处理电路37也可选择性设置分压电路，用以降低线圈信号的电平，以符合处理器31可接收的电压电平。 [0058] 综上所述，本发明提出了一种可用于感应式电源供应器的可调整位置的线圈模块及其控制方法。其中，处理器可侦测线圈的谐振频率，并根据谐振频率来控制线圈移动至最佳充电位置，以实现最优化的充电效率。在一实施例中，线圈模块为设置于汽车充电站的发送线圈模块，其中的发送线圈设置于地面上的充电平台，可在平台上的多个坐标点之间移动，当电动车停放在充电站时，处理器可藉由侦测线圈的谐振频率来判断电动车上的接收线圈的位置，并将发送线圈移动至接收线圈的正下方(即最靠近的距离)，使充电效率达到最优化。 [0059] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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