CN104205550A - 无线能量传输 - Google Patents

Abstract

一种用于无线能量传输的发送器包括：谐振变压器，其具有发送线圈和谐振电容器；桥式电路，用于激励所述谐振变压器。此外，所述发送器还包括反馈，用于根据所述接收器关于所述发送线圈的几何位置变化来控制所述桥式电路。

Description

无线能量传输

技术领域

本发明涉及一种无线能量传输。本发明尤其涉及一种在发送器与接收器之间的感应式能量传输。

背景技术

小型电设备(例如手电筒或者蓄电池起子器)可以包括电池，以便与地点无关地运行。如果电池要再次充电，则可以应用无线能量传输，在该无线能量传输中，例如电源包括发送器，并且小型电设备包括接收器。所述发送器包括发送线圈，并且所述接收器包括接收线圈。所述两个线圈为了能量传输而相互感应地耦合，其方式是：小型电设备如此设置在电源上，使得所述接收线圈平放在所述发送线圈的电磁影响区域内。所述发送线圈被置于电振荡，从而在所述发送线圈的影响区域内形成了电磁交变场，由该电磁交变场借助于接收线圈可以获得电流。所获得的电流被处理并且应用于对小型设备充电。

电源通常基于谐振变压器构造，该谐振变压器借助于桥式电路来激励，并且除了发送线圈之外还包括谐振电容器。通过周期性的激励形成了电振荡，该电振荡理想地相应于谐振变压器的谐振频率。此外，然而所述谐振频率与接收线圈关于发送线圈的相对布置有关。如果小型设备经历了关于电源的运动(例如以通过使用或者通过行驶的机动车上的外界振动所造成的偶然的位置变化的形式)，则谐振频率也发生变化。如果桥式电路设置用于使所述谐振变压器尽可能以该谐振变压器自身的谐振频率被激励，则可以要求激励频率的频繁地变化。

如果这种变化足够频繁地实现，则该变化(特别是当该变化具有较大的数值时)可能会导致电源设备的部件的过载。激励的调节可能变得不稳定，并且在持续负载的情况下可能甚至在电源上或接收器上产生物理损害。如果设置了保险电路以限制频繁的或剧烈的调节影响，则可能会过早触发该调节影响并且使能量传输在电池还未实现完全充电的时间点上结束。

发明内容

根据本发明的任务是：提出一种用于无线能量传输的技术，该技术对于接收器关于发送器的位置变化不敏感。

本发明借助于具有独立权利要求所述特征的一种发送器、一种系统和一种方法解决所述任务。从属权利要求给出优选的实施方式。

根据本发明的一种用于无线能量传输的发送器包括：谐振变压器，其具有发送线圈和谐振电容器；以及桥式电路，用于激励所述谐振变压器。此外，所述发送器包括一种反馈，该反馈用于根据接收器关于发送线圈的几何布置的变化来控制所述桥式电路。

根据本发明能够以改善的方式使所述发送线圈的控制的频繁且尤其周期性的变化降低或在该变化对于发送器的单个组成部件的作用方面消弱。因此，特别是能够允许将发送器应用于移动的环境、例如机动车上。

优选的是，所述反馈设置用于：基于所述谐振变压器(即所述发送线圈或者所述谐振电容器)的电运行参数来控制所述桥式电路。优选的是，所述电运行参数特别是可以包括电流或电压。所述电运行参数能够轻易地获取并且能够表明所述谐振变压器的谐振频率。特别的是，当频率确定的、对谐振变压器的其它影响(例如负载、频率和激励)恒定时，接收器关于发送线圈的布置或该布置的变化可以由运行参数确定。以这种方式能够使谐振变压器自身作为传感器应用，而无需设置附加的传感器。因此，所描述的经改善的位置独立性能够仅以较少的额外耗费可实现。

在一个特别优选的实施方式中，所述反馈包括：解调器，用于提供运行参数的平均值；微分器，用于确定所述运行参数的平均值的变化。所述解调器能够确定所述电运行参数的包络线，而同时所述微分器将该包络线对时间求导，以便产生表明所述布置变化的信号。

有利的是，所述解调器能够提供负的输出信号，而所述微分器是反相式。反相式微分器能够在电路技术上被更简易地操作。所述解调器能够在一个实施方式中仅相应地分析处理所述运行参数的负的半波，从而自动地形成负的输出信号。通过所描述的布置能够在不丢失重要信息的情况下实现简易化地提供表明几何布置的变化的信号。

所述发送器可以包括控制装置，以便以控制频率来控制所述桥式电路，其中，控制装置设置用于使控制频率适配于所述几何布置，并且所述控制频率的适配频次与所述几何布置的变化相关。在谐振变压器的谐振频率的调节中的干扰(正如该干扰可能是由于接收器关于发送线圈的变化的布置所导致的)能够通过这样的方法来实现频次更少、强度更弱或者速度更慢。特别的是，因此能够保护发送器的构件以免过载。如果接收器关于发送器的相对位置强烈或频繁地变化，则用于控制所述谐振频率的调节电路的调节范围也能够因此被保持。

优选的是，适配频次与线圈相互几何布置的变化成正比。在此，为了确定所述变化，可替代地能够提出变化频次、变化速度或者变化的量。

在一个实施方式中，所述反馈包括这样的装置：如果所述几何布置在时间上的变化超过预定的值，则该装置用于使所述桥式电路失活。由此能够在接收器关于发送器的位置变化对于发送器的运行或者运行安全提出疑问之前使发送器关断。

一种用于能量传输的系统包括上述发送器和用于布置在发送线圈的范围内的接收器。在此，接收器优选如此设置，使得接收器的能量吸收在时间上的变化小于该接收器相对于发送线圈的相对布置在时间上的变化。这些特征有规律地通过接收器内部的恒定或者非常缓慢变化的用电器来满足。特别的是，接收器能够包括电池、灯或者加热器作为用电器。

根据本发明的用于控制一种用于无线能量传输的发送器(其中，所述发送器包括：谐振变压器，该谐振变压器具有发送线圈和谐振电容器；桥式电路，用于激励所述谐振变压器)的方法包括如下步骤：确定接收器关于发送线圈的几何布置的变化；根据所确定的变化来控制用于激励所述谐振变压器的桥式电路。

附图说明

现在参考所属附图更详细地说明本发明，其中示出了：

图1用于无线能量传输的系统；

图2用于控制图1中的发送器的电路；和

图3方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于无线能量传输的系统100。系统100包括发送器105和接收器110，所述发送器和所述接收器相互感应地耦合。所述耦合可以通过芯(特别是软磁的芯)来支持。

在发送器105的接口115上施加有直流电压。两个可控式开关120形成了半桥125。所述可控式开关120例如可以包括晶体管，并且替代于所述半桥125也可以应用其它桥式电路(例如H桥)。所述两个开关120在所述两个接口115之间串联并且可以借助于控制装置130来单独地断开或者闭合。控制装置130设置用于交替地闭合这些开关120，其中，例如通过观察周期性的停机时间(在该停机时间期间这些开关120都没有被闭合)避免所述两个开关都处于闭合的状态。在一个实施方式中，控制装置130包括电压控制的振荡器(压控振荡器，VCO)。控制装置130也可以设置用于：在需要时，所述两个开关120同时断开，并且因此使得通过发送线圈140的磁场的产生被停顿或停止。

所述两个开关120之间有分接头，该分接头引导至谐振变压器135，所述谐振变压器包括发送线圈140与谐振电容器145的串联电路。控制装置130与谐振变压器135连接，以便根据所述谐振变压器135的电运行参数来执行断开和闭合所述开关120。在此，周期性的电能从接口115因此引导至谐振变压器135，从而该谐振变压器开始了电地振荡并且在发送线圈140的区域内构建电磁交变场。

接收器110包括接收线圈150、控制装置155和用电器160。用电器160示例性示出为电池，所述电池可以借助于控制装置155和接收线圈150充电。在其它实施方式中，用电器160也例如可以包括电阻负载(如灯、加热器或者其它用电器)，与谐振变压器135的振荡相比，所述用电器的功率消耗仅缓慢地变化。

接收线圈150位于发送线圈140的电磁影响区域内。也就是说，接收线圈150与发送线圈140磁性地耦合，其中，可以设有芯(以一件式或两件式构型的软磁衔铁)，用于改善所述发送线圈140与接收线圈150的感应耦合。

接收器110不必关于发送器105或发送线圈140完全刚性地设置。更确切地说，接收器110可以关于发送器105执行周期性的或者非周期性的运动，因此可以干扰所述发送线圈140与所述接收线圈150之间的能量传送。通过这种相对的布置变化可以改变所述谐振变压器135的谐振频率。

图2示出了用于控制图1的发送器105的电路200。在此，接收器110通过该接收器的接收线圈150仅简化地表示。

与图1中示出的实施方式相比，此处实现了从谐振变压器135经由解调器205以及串联的微分器210至控制装置130的反馈。所述解调器205设置用于，基于谐振变压器135的电参数(特别是发送线圈140或谐振电容器145上的电流或电压)来确定这样的包络线：所述包络线表示在忽略所述谐振变压器的周期性振荡的情况下针对谐振变压器135上的电流或电压的大小。也就是说，调解器205提供了直流电压信号，该直流电压信号表明所述谐振变压器135上的交变电压或交变电流。

在所示的实施方式中，调解器205包括：一个二极管215、两个电阻220和一个电容器225。该示例性示出的调解器205在该调解器的原则上的结构中相应于针对非周期性信号的无线接收器中的调解器。

二极管215设置在封锁方向上，从而通过调解器205所提供的信号仅涉及到谐振变压器135上的电运行参数的负半波，并且因此一直为负。在不同于所示实施方式的其它方案中，然而调解器205也可以设置用于提供正的输出信号。

微分器210是反相式的类型。所述微分器包括一个放大器230、两个电阻235和一个电容器240。放大器230可以以优选的方式包括运算放大器。微分器210的其它实施方式同样是可能的，并且非强制要求的是：精确地应用构造元件230至240的所示的布线。

微分器210设置用于，对提供给该微分器的输入信号根据时间求导。在此，通过所述电阻235和所述电容器240来确定用于求导的时间常数。微分器210提供一信号作为输出信号，该输出信号表明了该微分器自身的输入信号的变化。总的来说，在图2的上述电路中，微分器210的输出信号表明了谐振变压器135的运行状态。如果所示的电路200处于起振的状态中(在该起振的状态中，谐振变压器135的电负载、频率和激励为恒定的)，则微分器210的输出端上所提供的输出信号表明了：接收器110或接收线圈150关于所述发送器105或发送线圈140的位置发生变化。

所述信号被提供至控制装置130，该控制装置根据是否存在位置变化来调整频率，所述控制装置以该频率来控制所述可控式开关120。特别的是，频次可以与通过所述微分器210来提供的信号相关，所述开关120的控制频率以该频次适配于谐振变压器135上的变化的状态。因此，如果接收器110关于发送器105正好存在位置变化，则特别是可以更频繁地适配所述控制。

图3示出了用于控制图1或2之一的用于无线能量传输的发送器105的方法300的流程图。在第一步骤中，探测所述谐振变压器135的电运行参数。接着，在步骤310中，所探测到的运行参数被解调，以便获取这样的信号：该信号表明了谐振变压器135上的振荡或该谐振变压器的谐振频率。然后，在步骤315中，被解调的信号对时间求导，以便提供另一信号，该另一信号表明了谐振回路中的电流或电压的振幅变化。在下一步骤320中，基于步骤315中所提供的信号来控制这样的频率的适配的频次：控制装置130以所述频率来断开和闭合所述开关120。接着，方法300返回至步骤305并且可以重新执行。

Claims (10)

1.一种用于无线能量传输的发送器(105)，包括：

-谐振变压器(135)，其具有发送线圈(140)和谐振电容器；和

-桥式电路(125)，用于激励所述谐振变压器(135)；

其特征在于：

-设置一反馈(205，210)(205，210)，用于根据一接收器(110)关于所述发送线圈(140)的几何布置的变化来控制所述桥式电路(125)。

2.根据权利要求1所述的发送器(105)，其中，所述反馈(205，210)设置用于：基于所述发送线圈(140)的或者所述谐振电容器(145)的电运行参数来控制所述桥式电路(125)。

3.根据权利要求2所述的发送器(105)，其中，所述反馈(205，210)包括：解调器(205)，用于提供所述运行参数的平均值；微分器(210)，用于确定所述运行参数的平均值的变化。

4.根据权利要求3所述的发送器(105)，其中，所述解调器(205)提供负的输出信号，并且所述微分器(210)是反相式。

5.根据以上权利要求中任一项所述的发送器(105)，其还包括控制装置(130)，用于以控制频率来控制所述桥式电路(125)，其中，所述控制装置(130)设置用于使所述控制频率适配于所述几何布置，并且所述控制频率的适配频次与所述几何布置的变化相关。

6.根据权利要求5所述的发送器(105)，其中，所述适配频次与所述几何布置的变化成正比。

7.根据以上权利要求中任一项所述的发送器(105)，其中，所述反馈(205，210)包括一装置(130)，如果所述几何布置在时间上的变化超过了预定值，则该装置使所述桥式电路(125)失活。

8.一种用于能量传输的系统(100)，其包括：根据以上权利要求中任一项所述的发送器(105)和用于布置在所述发送线圈(140)区域内的接收器(110)。

9.根据权利要求8所述的系统(100)，其中，所述接收器(110)的能量吸收在时间上的变化小于所述接收器相对于所述发送线圈(140)的相对布置的变化。

10.一种用于控制用于无线能量传输的发送器(105)的方法(300)，其中，所述发送器(105)包括：谐振变压器(135)，所述谐振变压器具有发送线圈(140)和谐振电容器；桥式电路(125)，用于激励所述谐振变压器(135)；所述方法具有以下步骤：

─确定(305，310，315)一接收器(110)关于所述发送线圈(140)的几何布置的变化；和

─根据所确定的变化来控制(320)用于激励所述谐振变压器(135)的桥式电路(125)。