無線能量傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】一種用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器包括：諧振變壓器，其具有發(fā)送線圈和諧振電容器；橋式電路，用于激勵(lì)所述諧振變壓器。此外，所述發(fā)送器還包括反饋，用于根據(jù)所述接收器關(guān)于所述發(fā)送線圈的幾何位置變化來控制所述橋式電路。
【專利說明】無線能量傳輸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線能量傳輸。本發(fā)明尤其涉及一種在發(fā)送器與接收器之間的感應(yīng)式能量傳輸。

【背景技術(shù)】
[0002]小型電設(shè)備(例如手電筒或者蓄電池起子器)可以包括電池，以便與地點(diǎn)無關(guān)地運(yùn)行。如果電池要再次充電，則可以應(yīng)用無線能量傳輸，在該無線能量傳輸中，例如電源包括發(fā)送器，并且小型電設(shè)備包括接收器。所述發(fā)送器包括發(fā)送線圈，并且所述接收器包括接收線圈。所述兩個(gè)線圈為了能量傳輸而相互感應(yīng)地耦合，其方式是:小型電設(shè)備如此設(shè)置在電源上，使得所述接收線圈平放在所述發(fā)送線圈的電磁影響區(qū)域內(nèi)。所述發(fā)送線圈被置于電振蕩，從而在所述發(fā)送線圈的影響區(qū)域內(nèi)形成了電磁交變場，由該電磁交變場借助于接收線圈可以獲得電流。所獲得的電流被處理并且應(yīng)用于對(duì)小型設(shè)備充電。
[0003]電源通?；谥C振變壓器構(gòu)造，該諧振變壓器借助于橋式電路來激勵(lì)，并且除了發(fā)送線圈之外還包括諧振電容器。通過周期性的激勵(lì)形成了電振蕩，該電振蕩理想地相應(yīng)于諧振變壓器的諧振頻率。此外，然而所述諧振頻率與接收線圈關(guān)于發(fā)送線圈的相對(duì)布置有關(guān)。如果小型設(shè)備經(jīng)歷了關(guān)于電源的運(yùn)動(dòng)(例如以通過使用或者通過行駛的機(jī)動(dòng)車上的外界振動(dòng)所造成的偶然的位置變化的形式)，則諧振頻率也發(fā)生變化。如果橋式電路設(shè)置用于使所述諧振變壓器盡可能以該諧振變壓器自身的諧振頻率被激勵(lì)，則可以要求激勵(lì)頻率的頻繁地變化。
[0004]如果這種變化足夠頻繁地實(shí)現(xiàn)，則該變化(特別是當(dāng)該變化具有較大的數(shù)值時(shí))可能會(huì)導(dǎo)致電源設(shè)備的部件的過載。激勵(lì)的調(diào)節(jié)可能變得不穩(wěn)定，并且在持續(xù)負(fù)載的情況下可能甚至在電源上或接收器上產(chǎn)生物理損害。如果設(shè)置了保險(xiǎn)電路以限制頻繁的或劇烈的調(diào)節(jié)影響，則可能會(huì)過早觸發(fā)該調(diào)節(jié)影響并且使能量傳輸在電池還未實(shí)現(xiàn)完全充電的時(shí)間點(diǎn)上結(jié)束。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)是:提出一種用于無線能量傳輸?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)對(duì)于接收器關(guān)于發(fā)送器的位置變化不敏感。
[0006]本發(fā)明借助于具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的一種發(fā)送器、一種系統(tǒng)和一種方法解決所述任務(wù)。從屬權(quán)利要求給出優(yōu)選的實(shí)施方式。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一種用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器包括:諧振變壓器，其具有發(fā)送線圈和諧振電容器；以及橋式電路，用于激勵(lì)所述諧振變壓器。此外，所述發(fā)送器包括一種反饋，該反饋用于根據(jù)接收器關(guān)于發(fā)送線圈的幾何布置的變化來控制所述橋式電路。
[0008]根據(jù)本發(fā)明能夠以改善的方式使所述發(fā)送線圈的控制的頻繁且尤其周期性的變化降低或在該變化對(duì)于發(fā)送器的單個(gè)組成部件的作用方面消弱。因此，特別是能夠允許將發(fā)送器應(yīng)用于移動(dòng)的環(huán)境、例如機(jī)動(dòng)車上。
[0009]優(yōu)選的是，所述反饋設(shè)置用于:基于所述諧振變壓器(即所述發(fā)送線圈或者所述諧振電容器)的電運(yùn)行參數(shù)來控制所述橋式電路。優(yōu)選的是，所述電運(yùn)行參數(shù)特別是可以包括電流或電壓。所述電運(yùn)行參數(shù)能夠輕易地獲取并且能夠表明所述諧振變壓器的諧振頻率。特別的是，當(dāng)頻率確定的、對(duì)諧振變壓器的其它影響(例如負(fù)載、頻率和激勵(lì))恒定時(shí)，接收器關(guān)于發(fā)送線圈的布置或該布置的變化可以由運(yùn)行參數(shù)確定。以這種方式能夠使諧振變壓器自身作為傳感器應(yīng)用，而無需設(shè)置附加的傳感器。因此，所描述的經(jīng)改善的位置獨(dú)立性能夠僅以較少的額外耗費(fèi)可實(shí)現(xiàn)。
[0010]在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述反饋包括:解調(diào)器，用于提供運(yùn)行參數(shù)的平均值；微分器，用于確定所述運(yùn)行參數(shù)的平均值的變化。所述解調(diào)器能夠確定所述電運(yùn)行參數(shù)的包絡(luò)線，而同時(shí)所述微分器將該包絡(luò)線對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，以便產(chǎn)生表明所述布置變化的信號(hào)。
[0011]有利的是，所述解調(diào)器能夠提供負(fù)的輸出信號(hào)，而所述微分器是反相式。反相式微分器能夠在電路技術(shù)上被更簡易地操作。所述解調(diào)器能夠在一個(gè)實(shí)施方式中僅相應(yīng)地分析處理所述運(yùn)行參數(shù)的負(fù)的半波，從而自動(dòng)地形成負(fù)的輸出信號(hào)。通過所描述的布置能夠在不丟失重要信息的情況下實(shí)現(xiàn)簡易化地提供表明幾何布置的變化的信號(hào)。
[0012]所述發(fā)送器可以包括控制裝置，以便以控制頻率來控制所述橋式電路，其中，控制裝置設(shè)置用于使控制頻率適配于所述幾何布置，并且所述控制頻率的適配頻次與所述幾何布置的變化相關(guān)。在諧振變壓器的諧振頻率的調(diào)節(jié)中的干擾(正如該干擾可能是由于接收器關(guān)于發(fā)送線圈的變化的布置所導(dǎo)致的)能夠通過這樣的方法來實(shí)現(xiàn)頻次更少、強(qiáng)度更弱或者速度更慢。特別的是，因此能夠保護(hù)發(fā)送器的構(gòu)件以免過載。如果接收器關(guān)于發(fā)送器的相對(duì)位置強(qiáng)烈或頻繁地變化，則用于控制所述諧振頻率的調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)范圍也能夠因此被保持。
[0013]優(yōu)選的是，適配頻次與線圈相互幾何布置的變化成正比。在此，為了確定所述變化，可替代地能夠提出變化頻次、變化速度或者變化的量。
[0014]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述反饋包括這樣的裝置:如果所述幾何布置在時(shí)間上的變化超過預(yù)定的值，則該裝置用于使所述橋式電路失活。由此能夠在接收器關(guān)于發(fā)送器的位置變化對(duì)于發(fā)送器的運(yùn)行或者運(yùn)行安全提出疑問之前使發(fā)送器關(guān)斷。
[0015]一種用于能量傳輸?shù)南到y(tǒng)包括上述發(fā)送器和用于布置在發(fā)送線圈的范圍內(nèi)的接收器。在此，接收器優(yōu)選如此設(shè)置，使得接收器的能量吸收在時(shí)間上的變化小于該接收器相對(duì)于發(fā)送線圈的相對(duì)布置在時(shí)間上的變化。這些特征有規(guī)律地通過接收器內(nèi)部的恒定或者非常緩慢變化的用電器來滿足。特別的是，接收器能夠包括電池、燈或者加熱器作為用電器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的用于控制一種用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器(其中，所述發(fā)送器包括:諧振變壓器，該諧振變壓器具有發(fā)送線圈和諧振電容器；橋式電路，用于激勵(lì)所述諧振變壓器)的方法包括如下步驟:確定接收器關(guān)于發(fā)送線圈的幾何布置的變化；根據(jù)所確定的變化來控制用于激勵(lì)所述諧振變壓器的橋式電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在參考所屬附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中示出了:
[0018]圖1用于無線能量傳輸?shù)南到y(tǒng)；
[0019]圖2用于控制圖1中的發(fā)送器的電路；和
[0020]圖3方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出了用于無線能量傳輸?shù)南到y(tǒng)100。系統(tǒng)100包括發(fā)送器105和接收器110，所述發(fā)送器和所述接收器相互感應(yīng)地耦合。所述耦合可以通過芯(特別是軟磁的芯)來支持。
[0022]在發(fā)送器105的接口 115上施加有直流電壓。兩個(gè)可控式開關(guān)120形成了半橋125。所述可控式開關(guān)120例如可以包括晶體管，并且替代于所述半橋125也可以應(yīng)用其它橋式電路(例如H橋)。所述兩個(gè)開關(guān)120在所述兩個(gè)接口 115之間串聯(lián)并且可以借助于控制裝置130來單獨(dú)地?cái)嚅_或者閉合?？刂蒲b置130設(shè)置用于交替地閉合這些開關(guān)120，其中，例如通過觀察周期性的停機(jī)時(shí)間(在該停機(jī)時(shí)間期間這些開關(guān)120都沒有被閉合)避免所述兩個(gè)開關(guān)都處于閉合的狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施方式中，控制裝置130包括電壓控制的振蕩器(壓控振蕩器，VC0)?？刂蒲b置130也可以設(shè)置用于:在需要時(shí)，所述兩個(gè)開關(guān)120同時(shí)斷開，并且因此使得通過發(fā)送線圈140的磁場的產(chǎn)生被停頓或停止。
[0023]所述兩個(gè)開關(guān)120之間有分接頭，該分接頭引導(dǎo)至諧振變壓器135，所述諧振變壓器包括發(fā)送線圈140與諧振電容器145的串聯(lián)電路?？刂蒲b置130與諧振變壓器135連接，以便根據(jù)所述諧振變壓器135的電運(yùn)行參數(shù)來執(zhí)行斷開和閉合所述開關(guān)120。在此，周期性的電能從接口 115因此引導(dǎo)至諧振變壓器135，從而該諧振變壓器開始了電地振蕩并且在發(fā)送線圈140的區(qū)域內(nèi)構(gòu)建電磁交變場。
[0024]接收器110包括接收線圈150、控制裝置155和用電器160。用電器160示例性示出為電池，所述電池可以借助于控制裝置155和接收線圈150充電。在其它實(shí)施方式中，用電器160也例如可以包括電阻負(fù)載(如燈、加熱器或者其它用電器)，與諧振變壓器135的振蕩相比，所述用電器的功率消耗僅緩慢地變化。
[0025]接收線圈150位于發(fā)送線圈140的電磁影響區(qū)域內(nèi)。也就是說，接收線圈150與發(fā)送線圈140磁性地耦合，其中，可以設(shè)有芯(以一件式或兩件式構(gòu)型的軟磁銜鐵)，用于改善所述發(fā)送線圈140與接收線圈150的感應(yīng)耦合。
[0026]接收器110不必關(guān)于發(fā)送器105或發(fā)送線圈140完全剛性地設(shè)置。更確切地說，接收器110可以關(guān)于發(fā)送器105執(zhí)行周期性的或者非周期性的運(yùn)動(dòng)，因此可以干擾所述發(fā)送線圈140與所述接收線圈150之間的能量傳送。通過這種相對(duì)的布置變化可以改變所述諧振變壓器135的諧振頻率。
[0027]圖2示出了用于控制圖1的發(fā)送器105的電路200。在此，接收器110通過該接收器的接收線圈150僅簡化地表示。
[0028]與圖1中示出的實(shí)施方式相比，此處實(shí)現(xiàn)了從諧振變壓器135經(jīng)由解調(diào)器205以及串聯(lián)的微分器210至控制裝置130的反饋。所述解調(diào)器205設(shè)置用于，基于諧振變壓器135的電參數(shù)(特別是發(fā)送線圈140或諧振電容器145上的電流或電壓)來確定這樣的包絡(luò)線:所述包絡(luò)線表示在忽略所述諧振變壓器的周期性振蕩的情況下針對(duì)諧振變壓器135上的電流或電壓的大小。也就是說，調(diào)解器205提供了直流電壓信號(hào)，該直流電壓信號(hào)表明所述諧振變壓器135上的交變電壓或交變電流。
[0029]在所示的實(shí)施方式中，調(diào)解器205包括:一個(gè)二極管215、兩個(gè)電阻220和一個(gè)電容器225。該示例性示出的調(diào)解器205在該調(diào)解器的原則上的結(jié)構(gòu)中相應(yīng)于針對(duì)非周期性信號(hào)的無線接收器中的調(diào)解器。
[0030]二極管215設(shè)置在封鎖方向上，從而通過調(diào)解器205所提供的信號(hào)僅涉及到諧振變壓器135上的電運(yùn)行參數(shù)的負(fù)半波，并且因此一直為負(fù)。在不同于所示實(shí)施方式的其它方案中，然而調(diào)解器205也可以設(shè)置用于提供正的輸出信號(hào)。
[0031]微分器210是反相式的類型。所述微分器包括一個(gè)放大器230、兩個(gè)電阻235和一個(gè)電容器240。放大器230可以以優(yōu)選的方式包括運(yùn)算放大器。微分器210的其它實(shí)施方式同樣是可能的，并且非強(qiáng)制要求的是:精確地應(yīng)用構(gòu)造元件230至240的所示的布線。
[0032]微分器210設(shè)置用于，對(duì)提供給該微分器的輸入信號(hào)根據(jù)時(shí)間求導(dǎo)。在此，通過所述電阻235和所述電容器240來確定用于求導(dǎo)的時(shí)間常數(shù)。微分器210提供一信號(hào)作為輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)表明了該微分器自身的輸入信號(hào)的變化?？偟膩碚f，在圖2的上述電路中，微分器210的輸出信號(hào)表明了諧振變壓器135的運(yùn)行狀態(tài)。如果所示的電路200處于起振的狀態(tài)中(在該起振的狀態(tài)中，諧振變壓器135的電負(fù)載、頻率和激勵(lì)為恒定的)，則微分器210的輸出端上所提供的輸出信號(hào)表明了:接收器110或接收線圈150關(guān)于所述發(fā)送器105或發(fā)送線圈140的位置發(fā)生變化。
[0033]所述信號(hào)被提供至控制裝置130，該控制裝置根據(jù)是否存在位置變化來調(diào)整頻率，所述控制裝置以該頻率來控制所述可控式開關(guān)120。特別的是，頻次可以與通過所述微分器210來提供的信號(hào)相關(guān)，所述開關(guān)120的控制頻率以該頻次適配于諧振變壓器135上的變化的狀態(tài)。因此，如果接收器110關(guān)于發(fā)送器105正好存在位置變化，則特別是可以更頻繁地適配所述控制。
[0034]圖3示出了用于控制圖1或2之一的用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器105的方法300的流程圖。在第一步驟中，探測所述諧振變壓器135的電運(yùn)行參數(shù)。接著，在步驟310中，所探測到的運(yùn)行參數(shù)被解調(diào)，以便獲取這樣的信號(hào):該信號(hào)表明了諧振變壓器135上的振蕩或該諧振變壓器的諧振頻率。然后，在步驟315中，被解調(diào)的信號(hào)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，以便提供另一信號(hào)，該另一信號(hào)表明了諧振回路中的電流或電壓的振幅變化。在下一步驟320中，基于步驟315中所提供的信號(hào)來控制這樣的頻率的適配的頻次:控制裝置130以所述頻率來斷開和閉合所述開關(guān)120。接著，方法300返回至步驟305并且可以重新執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器(105)，包括: -諧振變壓器(135)，其具有發(fā)送線圈(140)和諧振電容器；和 -橋式電路(125)，用于激勵(lì)所述諧振變壓器(135)； 其特征在于: -設(shè)置一反饋(205，210) (205，210)，用于根據(jù)一接收器(110)關(guān)于所述發(fā)送線圈(140)的幾何布置的變化來控制所述橋式電路(125)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)送器(105)，其中，所述反饋(205，210)設(shè)置用于:基于所述發(fā)送線圈(140)的或者所述諧振電容器(145)的電運(yùn)行參數(shù)來控制所述橋式電路(125)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)送器(105)，其中，所述反饋(205，210)包括:解調(diào)器(205)，用于提供所述運(yùn)行參數(shù)的平均值；微分器(210)，用于確定所述運(yùn)行參數(shù)的平均值的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)送器(105)，其中，所述解調(diào)器(205)提供負(fù)的輸出信號(hào)，并且所述微分器(210)是反相式。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)送器(105)，其還包括控制裝置(130)，用于以控制頻率來控制所述橋式電路(125)，其中，所述控制裝置(130)設(shè)置用于使所述控制頻率適配于所述幾何布置，并且所述控制頻率的適配頻次與所述幾何布置的變化相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)送器(105)，其中，所述適配頻次與所述幾何布置的變化成正比。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)送器(105)，其中，所述反饋(205，210)包括一裝置(130)，如果所述幾何布置在時(shí)間上的變化超過了預(yù)定值，則該裝置使所述橋式電路(125)失活。
8.一種用于能量傳輸?shù)南到y(tǒng)(100)，其包括:根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)送器(105)和用于布置在所述發(fā)送線圈(140)區(qū)域內(nèi)的接收器(110)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述接收器(110)的能量吸收在時(shí)間上的變化小于所述接收器相對(duì)于所述發(fā)送線圈(140)的相對(duì)布置的變化。
10.一種用于控制用于無線能量傳輸?shù)陌l(fā)送器(105)的方法(300)，其中，所述發(fā)送器(105)包括:諧振變壓器(135)，所述諧振變壓器具有發(fā)送線圈(140)和諧振電容器；橋式電路(125)，用于激勵(lì)所述諧振變壓器(135);所述方法具有以下步驟: 一確定(305，310，315) —接收器(110)關(guān)于所述發(fā)送線圈(140)的幾何布置的變化；和 一根據(jù)所確定的變化來控制(320)用于激勵(lì)所述諧振變壓器(135)的橋式電路(125)。
【文檔編號(hào)】H02J5/00GK104205550SQ201380018905
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
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