CN106899089A - 非接触式功率传递系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种非接触式功率传递系统。非接触式功率传递系统包含第一功率交换器线圈，其配置成交换功率。非接触式功率传递系统还包含第一功率转换器，其在操作上耦合到第一功率交换器线圈，并且配置成将直流功率以系统频率转换成交流功率。非接触式功率传递系统还包含控制器，其配置成控制第一功率转换器的操作状态，以便以系统频率改变提供给第一功率交换器线圈的交流功率。

Description

非接触式功率传递系统及其控制方法
技术领域
本说明书的实施例涉及功率传递系统，以及更具体来说涉及非接触式功率传递系统及其控制方法。
背景技术
非接触式功率传递系统用来将功率从一个位置传送到另一个位置，而无需两个位置之间的物理连接、例如导线。非接触式功率传递系统可基于其操作原理来分类为电感耦合系统以及基于谐振的耦合系统。
电感耦合系统是众所周知的，并且基于感应原理进行工作。但是，在这类电感耦合系统中，功率能够仅在两个紧密耦合线圈之间传送。此外，电感耦合系统具有不良功率传输效率。
基于谐振的耦合系统采用谐振线圈，其以系统频率来操作，以经由磁场在两个位置之间传送功率。这类基于谐振的耦合系统用来通过较长距离传送功率，并且因而用于各种应用中。在这类应用中，基于谐振的耦合系统用来向负载提供功率，其中系统频率基于负载的功率额定而改变。此外，对于基于谐振的耦合系统的应用、例如对电池进行充电，系统频率可基于用于对负载进行充电的所要求的负载功率而改变。在这类应用中，所要求的负载功率在单个充电循环期间对相同负载而改变；以及系统频率在单个充电循环期间对相同负载基于在单个充电循环中的不同时刻的所要求的负载功率来改变。系统频率中的这类变化引起对基于谐振的耦合系统的功率传输效率的不合需要影响，因为基于谐振的耦合系统的功率传输效率取决于谐振线圈进行操作的频率。
发明内容
简言之，按照本说明书的一个方面，提供一种非接触式功率传递系统。非接触式功率传递系统包含第一功率交换器线圈，其配置成交换功率。非接触式功率传递系统还包含第一功率转换器，其在操作上耦合到第一功率交换器线圈，并且配置成将直流功率转换成以系统频率的交流功率。非接触式功率传递系统还包含控制器，其配置成控制第一功率转换器的操作状态，以便以系统频率改变提供给第一功率交换器线圈的交流功率。
在本说明书的另一方面中，提供一种非接触式功率传递的方法。该方法包含以系统频率来操作第一功率交换器线圈。该方法还包含检测第二功率交换器线圈。该方法还包含使用第一功率转换器来以系统频率生成交流功率。该方法还包含经由磁场把来自第一功率交换器线圈的交流功率以系统频率传递给第二功率交换器线圈。该方法还包含控制工作在系统频率的第一功率转换器的操作状态的时间周期用于改变由第一功率转换器所生成的交流功率，其中控制第一功率转换器的操作状态包括变更第一功率转换器的激活状态的第一时间周期，并且变更第一功率转换器的停用状态的第二时间周期，以改变由第一功率转换器所生成的交流功率。
在本说明书的又一方面中，提供一种非接触式功率传递系统。非接触式功率传递系统包含第一功率转换器，其配置成将从功率源所接收的直流功率以系统频率转换成交流功率。非接触式功率传递系统还包含第一功率交换器线圈，其在操作上耦合到第一功率转换器，并且配置成从第一功率转换器接收交流功率。非接触式功率传递系统还包含第二功率交换器线圈，其配置成经由磁场以系统频率从第一功率交换器线圈来接收交流功率。非接触式功率传递系统还包含第二功率转换器，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈，并且配置成将交流功率转换成传送给负载的输出直流功率。非接触式功率传递系统还包含传感器，其在操作上耦合到第二功率转换器，并且配置成测量输出直流功率的至少电压。非接触式功率传递系统还包含控制器，其在操作上耦合到第一功率转换器，并且配置成控制第一功率转换器的操作状态用于基于从传感器所接收的至少感测的电压来改变由第一功率转换器所生成的交流功率。
本发明提供一组技术方案,如下:
1. 一种用于非接触式功率传递的方法，包括：
以系统频率来操作(252)第一功率交换器线圈(20;120;160)；
检测(254)第二功率交换器线圈(24;124;164)；
使用第一功率转换器(12;112;152)来以所述系统频率生成(256)交流功率；
经由磁场把来自所述第一功率交换器线圈(20;120;160)的所述交流功率以所述系统频率传递(258)给所述第二功率交换器线圈(24;124;164)；以及
控制(260)工作在所述系统频率的所述第一功率转换器(12;112;152)的操作状态的时间周期用于改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率，其中控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态包括变更所述第一功率转换器(12;112;152)的激活状态的第一时间周期，并且变更所述第一功率转换器(12;112;152)的停用状态的第二时间周期，以改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率。
2. 如技术方案1所述的方法，其中，控制(260)所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态的所述时间周期用于改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率包括基于所要求的负载功率来控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态的所述时间周期。
3. 如技术方案2所述的方法，还包括测量位于所述第二功率交换器线圈(24;124;164)与负载(30;130;170)之间的第一结点(34;134;174)处的至少电压，并且基于至少感测的电压来改变所述交流功率。
4. 如技术方案1所述的方法，其中，检测所述第二功率交换器线圈(24;124;164)包括使用所述第一功率转换器(12;112;152)来生成偏置功率，并且将所述偏置功率从所述第一功率交换器线圈(20;120;160)传送给所述第二功率交换器线圈(24;124;164)。
5. 如技术方案4所述的方法，还包括使用第二偏置处理单元(144;184)从所述第一功率交换器线圈(120;160)来接收所述偏置功率，并且向控制器(138;178)传送表示所述第二功率交换器线圈(124;164)的存在的信号。
6. 一种非接触式功率传递系统，包括：
第一功率转换器(12;112;152)，配置成将从功率源(14;114;154)所接收的直流功率以系统频率转换成交流功率；
第一功率交换器线圈(20;120;160)，在操作上耦合到所述第一功率转换器(12;112;152)，并且配置成从所述第一功率转换器(12;112;152)接收所述交流功率；
第二功率交换器线圈(24;124;164)，配置成经由磁场以所述系统频率从所述第一功率交换器线圈(20;120;160)来接收所述交流功率；
第二功率转换器(26;126;166)，在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(24;124;164)，并且配置成将所述交流功率转换成传送给负载(30;130;170)的输出直流功率；
传感器(32;132;172)，在操作上耦合到所述第二功率转换器(26;126;166)，并且配置成测量位于所述第二功率转换器(26;126;166)与所述负载(30;130;170)之间的第一结点(34;134;174)处的至少电压；以及
控制器(38;138;178)，在操作上耦合到所述第一功率转换器(12;112;152)，并且配置成控制所述第一功率转换器(12;112;152)的操作状态用于基于从所述传感器(32;132;172)所接收的至少感测的电压来改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率。
7. 如技术方案6所述的非接触式功率传递系统，其中，所述操作状态包括所述第一功率转换器(12;112;152)的激活状态和停用状态，以及所述控制器(38;138;178)配置成控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述激活状态的第一时间周期和所述第一功率转换器(12;112;152)的所述停用状态的第二时间周期。
8. 如技术方案6所述的非接触式功率传递系统，还包括第一偏置处理单元(140;180)，其在操作上耦合到所述控制器(138;178)，其中所述第一偏置处理单元(140;180)配置成从所述功率源(114;154)向所述控制器(138;178)提供操作功率。
9. 如技术方案6所述的非接触式功率传递系统，还包括第二偏置处理单元(144;184)，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(124;164)，以及配置成接收由所述第一功率交换器线圈(120;160)所传送的偏置功率，并且向所述控制器(138;178)传送表示所检测的第二功率交换器线圈(124;164)的信号。
10. 如技术方案9所述的非接触式功率传递系统，还包括偏置线圈(186)，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(164)和所述第二偏置处理单元(184)，以及其中所述偏置线圈(186)配置成从第一功率交换器线圈(160)接收所述偏置功率，并且将所述偏置功率传送给所述第二偏置处理单元(184)用于检测所述第二功率交换器线圈(164)。
11. 如技术方案9所述的非接触式功率传递系统，还包括偏置变压器（236），其配置成从所述第一功率交换器线圈（210）接收所述偏置功率，并且将所述偏置功率传送给所述第二偏置处理单元（234）用于检测所述第二功率交换器线圈（214），其中所述偏置变压器（236）的一次绕组（238）在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈（214），以及所述偏置变压器（236）的二次绕组（240）在操作上耦合到所述第二偏置处理单元（234）。
如技术方案9所述的非接触式功率传递系统，其中，所述第二偏置处理单元（234）是切换模式电源。
本发明提供另一组技术方案,如下:
1. 一种非接触式功率传递系统，包括：
第一功率交换器线圈，配置成交换功率；
第一功率转换器，在操作上耦合到所述第一功率交换器线圈，并且配置成将直流功率以系统频率转换成交流功率；以及
控制器，配置成控制所述第一功率转换器的操作状态，以便以所述系统频率改变提供给所述第一功率交换器线圈的交流功率。
2. 如技术方案1所述的非接触式功率传递系统，其中，所述操作状态包括所述第一功率转换器的激活状态和所述第一功率转换器的停用状态。
3. 如技术方案2所述的非接触式功率传递系统，其中，所述控制器控制所述第一功率转换器的所述激活状态的第一时间周期和所述第一功率转换器的所述停用状态的第二时间周期。
4. 如技术方案1所述的非接触式功率传递系统，还包括第二功率交换器线圈，其中所述第二功率交换器线圈配置成从所述第一功率交换器线圈来接收所述交流功率。
5. 如技术方案4所述的非接触式功率传递系统，还包括第二功率转换器，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈，并且配置成将所述交流功率转换成输出直流功率。
6. 如技术方案5所述的非接触式功率传递系统，其中，所述第二功率转换器在操作上耦合到负载，并且其中所述负载配置成接收所述输出直流功率。
7. 如技术方案6所述的非接触式功率传递系统，还包括传感器，其在操作上耦合在所述第二功率转换器与所述负载之间的第一结点处，并且配置成测量所述第一结点处的至少电压。
8. 如技术方案7所述的非接触式功率传递系统，其中，所述控制器从所述传感器接收至少感测的电压，并且其中所述控制器基于至少所述感测的电压来控制所述第一功率转换器的所述操作状态。
9. 如技术方案4所述的非接触式功率传递系统，还包括第一偏置处理单元，其在操作上耦合到所述控制器，并且配置成从功率源向所述控制器提供操作功率。
10. 如技术方案4所述的非接触式功率传递系统，还包括第二偏置处理单元，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈，其中所述第二偏置处理单元配置成检测从所述第一功率交换器线圈所接收的偏置功率。
11. 如技术方案10所述的非接触式功率传递系统，还包括偏置线圈，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈和所述第二偏置处理单元，以及其中所述偏置线圈配置成从第一功率交换器线圈接收所述偏置功率，并且将所述偏置功率传送给所述第二偏置处理单元用于检测所述第二功率交换器线圈。
12. 如技术方案10所述的非接触式功率传递系统，还包括偏置变压器，其配置成从所述第一功率交换器线圈接收所述偏置功率，并且将所述偏置功率传送给所述第二偏置处理单元用于检测所述第二功率交换器线圈，其中所述偏置变压器的一次绕组在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈，以及所述偏置变压器的二次绕组在操作上耦合到所述第二偏置处理单元。
13. 如技术方案12所述的非接触式功率传递系统，其中，所述第二偏置处理单元是切换模式电源。
14. 一种用于非接触式功率传递的方法，包括：
以系统频率来操作第一功率交换器线圈；
检测第二功率交换器线圈；
使用第一功率转换器来以所述系统频率生成交流功率；
经由磁场把来自所述第一功率交换器线圈的交流功率以所述系统频率传递给所述第二功率交换器线圈；以及
控制工作在所述系统频率的所述第一功率转换器的操作状态的时间周期用于改变由所述第一功率转换器所生成的所述交流功率，其中控制所述第一功率转换器的所述操作状态包括变更所述第一功率转换器的激活状态的第一时间周期，并且变更所述第一功率转换器的停用状态的第二时间周期，以改变由所述第一功率转换器所生成的所述交流功率。
15. 如技术方案14所述的方法，其中，控制所述第一功率转换器的所述操作状态的所述时间周期用于改变由所述第一功率转换器所生成的所述交流功率包括基于所要求的负载功率来控制所述第一功率转换器的所述操作状态的所述时间周期。
16. 如技术方案15所述的方法，还包括测量位于所述第二功率交换器线圈与负载之间的第一结点处的至少电压，并且基于至少感测的电压来改变所述交流功率。
17. 如技术方案14所述的方法，其中，检测所述第二功率交换器线圈包括使用所述第一功率转换器来生成偏置功率，并且将所述偏置功率从所述第一功率交换器线圈传送给所述第二功率交换器线圈。
18. 如技术方案17所述的方法，还包括使用第二偏置处理单元从所述第一功率交换器线圈来接收所述偏置功率，并且向控制器传送表示所述第二功率交换器线圈的存在的信号。
19. 一种非接触式功率传递系统，包括：
第一功率转换器，配置成将从功率源所接收的直流功率以系统频率转换成交流功率；
第一功率交换器线圈，在操作上耦合到所述第一功率转换器，并且配置成从所述第一功率转换器接收所述交流功率；
第二功率交换器线圈，配置成经由磁场以所述系统频率从所述第一功率交换器线圈来接收所述交流功率；
第二功率转换器，在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈，并且配置成将所述交流功率转换成传送给负载的输出直流功率；
传感器，在操作上耦合到所述第二功率转换器，并且配置成测量位于所述第二功率转换器与所述负载之间的第一结点处的至少电压；以及
控制器，在操作上耦合到所述第一功率转换器，并且配置成控制所述第一功率转换器的操作状态用于基于从所述传感器所接收的至少感测的电压来改变由所述第一功率转换器所生成的所述交流功率。
20. 如技术方案19所述的非接触式功率传递系统，其中，所述操作状态包括所述第一功率转换器的激活状态和停用状态，以及所述控制器配置成控制所述第一功率转换器的所述激活状态的第一时间周期和所述第一功率转换器的所述停用状态的第二时间周期。
21. 如技术方案19所述的非接触式功率传递系统，还包括第一偏置处理单元，其在操作上耦合到所述控制器，其中所述第一偏置处理单元配置成从所述功率源向所述控制器提供操作功率。
如技术方案19所述的非接触式功率传递系统，还包括第二偏置处理单元，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈，以及配置成接收由所述第一功率交换器线圈所传送的偏置功率，并且向所述控制器传送表示所检测的第二功率交换器线圈的信号。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，将变得更好理解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似字符在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照本说明书的方面的非接触式功率传递系统的框图表示；
图2A是描绘按照本说明书的方面的用于在图1的非接触式功率传递系统中生成交流功率的频率信号的图形表示；
图2B是描绘按照本说明书的方面的用于在图1的非接触式功率传递系统中生成交流功率的控制信号的图形表示；
图2C是描绘按照本说明书的方面的用于在图1的非接触式功率传递系统中生成交流功率的调制信号的图形表示；
图3是描绘按照本说明书的方面的被执行以使用图1的非接触式功率传递系统中的第一功率转换器来生成2.8千瓦的交流功率的模拟的示范图形表示；
图4是描绘按照本说明书的方面的被执行以使用图1的非接触式功率传递系统中的第一功率转换器来生成280瓦特的交流功率的模拟的示范图形表示；
图5是按照本说明书的方面的配置成检测第二功率交换器线圈的图1的非接触式功率传递系统的实施例的框图表示；
图6是按照本说明书的方面的包含配置成检测第二功率交换器线圈的偏置线圈的图5的非接触式功率传递系统的另一个实施例的框图表示；
图7是按照本说明书的方面的包含配置成检测第二功率交换器线圈的偏置变压器的图5的非接触式功率传递系统的又一个实施例的框图表示；以及
图8是表示按照本说明书的方面的用于使用非接触式功率传递系统的非接触式功率传递的方法中涉及的步骤的流程图。
具体实施方式
本说明书的方面包含非接触式功率传递系统以及用于使用非接触式功率传递系统的非接触式功率传递的方法。非接触式功率传递系统包含第一功率转换器，其配置成将从功率源所接收的直流功率以系统频率转换成交流功率。如本文所使用的,术语“系统频率”表示操作非接触式功率传递系统的频率。非接触式功率传递系统还包含第一功率交换器线圈，其在操作上耦合到第一功率转换器，并且配置成从第一功率转换器接收交流功率。此外，非接触式功率传递系统包含第二功率交换器线圈，其配置成经由磁场以系统频率从第一功率交换器线圈来接收交流功率。此外，非接触式功率传递系统还包含第二功率转换器，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈，并且配置成将交流功率转换成输出直流功率，其中直流功率可传送给负载。此外，非接触式功率传递系统还包含传感器，其在操作上耦合到位于第二功率转换器与负载之间的第一结点。传感器配置成感测第一结点处的至少电压或电流。非接触式功率传递系统还包含控制器，其在操作上耦合到第一功率转换器，并且配置成控制第一功率转换器的操作状态用于基于从传感器所接收的至少感测的电压或感测的电流来改变由第一功率转换器所生成的交流功率。
除非另由限定，否则本文所使用的技术和科学术语具有与由本公开所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。如本文所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或重要性，但是而是用来区分一个元件与另一个。另外，术语“一”和“一个”并不表示数量的限制，但是而是表示存在引用项的至少一个。术语“或者”意味着包含在内，并且意味着所列项的一个、一些或全部。本文中使用“包含”、“包括”或“具有”及其变化意味着囊括以下列示项及其等效体以及附加项。术语“交换”和“传递”可在本说明书中可互换地使用，并且传达相同含意。除非另有指定，否则术语“交换”为了本说明书的目的而可定义为功率的非接触式交换。
图1是按照本说明书的一个方面的非接触式功率传递系统10的框图表示。非接触式功率传递系统10包含第一功率交换器线圈20和第二功率交换器线圈24，其中非接触式功率传递系统10实现功率从第一功率交换器线圈20到第二功率交换器线圈24的传递。非接触式功率传递系统10的操作的另外细节稍后在本说明书中论述。
非接触式功率传递系统10包含第一功率转换器12，其在操作上耦合到直流功率源14。第一功率转换器12从直流功率源14接收直流功率(通常通过参考数字16表示)，并且基于非接触式功率传递系统10的系统频率将直流功率16转换成交流功率(通常通过参考数字18表示)。第一功率转换器12在操作上耦合到第一功率交换器线圈20，并且将交流功率18传送给第一功率交换器线圈20。第一功率交换器线圈20接收交流功率18，并且基于所接收的交流功率18来生成磁场22。非接触式功率传递系统10还包含第二功率交换器线圈24。位于离第一功率交换器线圈20所确定的距离的第二功率交换器线圈24接收由第一功率交换器线圈20所生成的磁场22，并且将磁场22转换成表示由第一功率转换器12所生成的交流功率18的对应交流功率19。如本文所使用的,术语“所确定的距离”表示预期交流功率18一直要传送到的距离。在某些实施例中，第一功率交换器线圈20和第二功率交换器线圈24可以是谐振线圈。在一个示例中，第一功率交换器线圈20可将磁场22传送给多个第二功率交换器线圈24。在另一个示例中，多个第一功率交换器线圈20可将磁场22传送给第二功率交换器线圈24。上述配置的每个基于应用来应用，其中使用非接触式功率传递。例如，第一功率交换器线圈20可充当发射器，并且可按照非接触式方式将功率传递给设置在对应装置中的多个第二功率交换器线圈24。此外，多个第二功率交换器线圈24的每个可按照类似时间间隔同时地或者使用调制技术按照相同或不同时间间隔依次地接收交流功率19。
此外，第一功率交换器线圈20和第二功率交换器线圈24可配置成在不同实施例中基于系统要求作为发射器线圈或者接收器线圈进行操作。在一些实施例中，第一功率交换器线圈20和第二功率交换器线圈24可同时充当发射器和接收器，从而允许功率、数据或两者的同时双向交换。在一个实施例中，非接触式功率传递系统10还可包含场聚焦元件(图1中未示出)，以增强第一功率交换器线圈20与第二功率交换器线圈24之间的磁耦合。在相同或不同实施例中，一个或多个转发器谐振器(图1中未示出)可添加到非接触式功率传递系统10，以增加第一功率交换器线圈20与第二功率交换器线圈24之间的所确定的距离用于功率的非接触式交换。在一些实施例中，场聚焦元件、一个或多个转发器谐振器或两者可在操作上耦合到第一功率交换器线圈20、第二功率交换器线圈24或者其组合。
此外，在非接触式功率传递系统10中，第二功率交换器线圈24在操作上耦合到第二功率转换器26。第二功率转换器26配置成接收由第二功率交换器线圈24所传送的交流功率19。此外，第二功率转换器26可将交流功率19转换成输出直流功率28，其用来操作在操作上耦合到非接触式功率传递系统10的负载。在操作期间，要求功率(又称作负载功率)来驱动负载30。由负载30所要求的负载功率可基于在特定时间的负载30的条件随时间而改变。例如，如果负载30是被放电的电池，则用于对电池进行充电的所要求的负载功率可取决于由电池所消耗的放电或充电的程度。具体来说，例如，与在电池被充电90%至95%时电池的所要求的负载功率相比，用于对电池进行充电的所要求的负载功率在电池被几乎放电时是较高的。
此外，传感器32在操作上耦合在第二功率转换器26与负载30之间的第一结点34处。传感器32感测第一结点34处的至少电压36。可注意，在一些实施例中，传感器32可配置成感测结点34处的其他电气参数、例如但不限于电流。第一结点34处的电压基于由负载30所要求的负载功率来引起。相应地，结点34处的感测的电压36表示由负载30所要求的功率。此外，将表示感测的电压36的信号37传送给非接触式功率传递系统10中的控制器38。在一个实施例中，非接触式功率传递系统10可包含数据发射器，其在操作上耦合到传感器32用于向控制器38传送表示感测的电压36的信号37。此外，非接触式功率传递系统10可包含数据接收器，其在操作上耦合到控制器38用于从数据发射器来接收表示感测的电压36的信号37。在这类实施例中，表示感测的电压36的信号37以数据频率(其与系统频率不同)来传送。
控制器38从传感器32接收感测的电压36，并且基于感测的电压36来计算由负载30所要求的负载功率。此外，控制器38确定输出直流功率28，其相当于所要求的负载功率。此外，基于用来驱动负载30所要求的所确定输出直流功率28，控制器38计算交流功率18，其被要求由第一功率转换器12来生成。在一些实施例中，处理单元(图1中未示出)可在操作上耦合到控制器38、传感器32或两者用于计算所要求的负载功率、输出直流功率28或交流功率18，其被要求由第一功率转换器12基于感测的电压36来生成。此外，在这些实施例的一些中，表示被要求由第一功率转换器12来生成的负载功率、输出直流功率28或交流功率18的信号可由处理单元传送给控制器38，基于其，控制器可控制第一功率转换器12。基于需要由第一功率转换器12来生成的交流功率18，控制器38控制第一功率转换器12的操作状态，以促进所要求的交流功率18的生成。操作状态可以是第一功率转换器12的激活状态或者第一功率转换器12的停用状态。此外，控制器38控制与第一功率转换器12的激活状态关联的第一时间周期以及与第一功率转换器12的停用状态关联的第二时间周期。
如上文所使用的,术语“激活状态”可定义为第一功率转换器12的状态，其中第一功率转换器12以系统频率生成交流功率18。这种激活状态与占空比调制技术、例如脉宽调制技术不同。激活状态的第一时间周期取决于由负载所要求的负载功率，并且可基于负载功率要求而改变。相比之下，占空比调制技术包含固定的占空比，其还包含可在固定的占空比内改变的“ON”时间间隔和“OFF”时间间隔。因此，激活状态的第一时间周期与占空比不同，由此使激活状态不同于占空比调制。
类似地，如上文所使用的,术语“停用状态”可定义为第一功率转换器12的状态，其中第一功率转换器12不生成交流功率18。这种停用状态与占空比调制技术、例如脉宽调制技术不同。停用状态的第二时间周期取决于由负载所要求的负载功率，并且可基于负载功率要求而改变。相比之下，占空比调制技术包含固定的占空比，其还包含可在固定的占空比内改变的“ON”时间间隔和“OFF”时间间隔。因此，停用状态的第二时间周期与占空比不同，由此使停用状态不同于占空比调制。
控制器38以系统频率来操作第一功率转换器12，并且变更第一时间周期和第二时间周期用于生成交流功率18的脉冲，其由第一功率交换器线圈20传送给第二功率交换器线圈24。这种配置允许非接触式功率传递系统10对于所要求的负载功率的不同值工作在固定的系统频率，由此改进非接触式功率传递系统10的功率传递效率。在一个实施例中，所要求的输出直流功率28是由第一功率转换器12所生成的交流功率18的脉冲的平均值。下面论述非接触式功率传递系统的操作的另外细节。
图2A-2C是描绘用于在图1的非接触式功率传递系统10中生成交流功率18的系统频率信号的图形表示。参照图2A，图表42表示系统频率44，其中第一图表的X轴46表示时间，以及Y轴48表示系统频率44。
图2B中，图表50表示用于控制图1的第一功率转换器12的操作状态的控制信号52，其中X轴54表示时间，以及Y轴56表示第一功率转换器12的操作状态。
参照图2C，第三图表58表示基于系统频率44和控制信号52的调制信号60，其中X轴62表示时间，以及Y轴64表示调制信号60。
从第一图表42、第二图表50和第三图表58的组合读数能够看到，第一功率转换器12在第一时间间隔66内以系统频率44工作在激活状态中。此外，在第二时间间隔68中，第一功率转换器12工作在停用状态中，其中没有由第一功率转换器12生成交流功率。随后，在第三时间间隔69中，第一功率转换器12再次工作在激活状态中，由此以系统频率44生成交流功率18。这类时间间隔66、68、69由控制器38来控制，以基于由负载所要求的功率来改变由第一功率转换器12所生成的交流功率18。
图3是按照本说明书的方面的使用第一功率转换器12来生成交流功率18的方法的示范图形表示70。图形表示70描绘被执行以使用第一功率转换器12来生成2.8千瓦的交流功率18的模拟，其中X轴72表示单位为毫秒的时间，以及Y轴74表示单位为伏特的转换器电压。
如所图示，在第一时间间隔76中，第一功率转换器12工作在激活状态中，其在第一功率转换器12的输出处生成电流78，由此生成交流功率18的第一脉冲79。此外，在由控制器38发起第一功率转换器12的停用状态时，第一功率转换器12中的电流78在过渡时间周期80期间衰退。
在第二时间间隔82期间，第一功率转换器12处于停用状态中，其中电流78为零。类似地，在第三时间间隔84中，第一功率转换器12再次工作在激活状态中，由此在第一功率转换器12的输出处生成电流78。因此，第一功率转换器12在第三时间间隔84中生成交流功率18的第二脉冲85。第一脉冲79和第二脉冲85向第一功率交换器线圈20提供预期交流功率18。
控制器38控制描绘第一功率转换器12的激活状态和停用状态的时间间隔76、82和84的时长，以便以系统频率44(参见图2A)生成预期交流功率18。
图4表示描绘被执行以使用第一功率转换器12来生成280瓦特的交流功率18的模拟的另一个示范图形表示90。在图形表示90中，X轴92表示单位为毫秒的时间，以及Y轴94表示单位为伏特的第一转换器电压。
如能够看到，在第一时间间隔96中，第一功率转换器12工作在激活状态中，其在第一功率转换器12的输出处生成电流98，由此生成交流功率18的第一脉冲97。此外，在发起第一功率转换器12的停用状态时，第一功率转换器12中的电流98在过渡时间周期100期间衰退。可注意，图形表示90中的第一时间间隔96小于图形表示70中的第一时间间隔76，这使控制器38能够控制第一功率转换器12来生成与图3的第一脉冲79相比的第一脉冲97中的更小交流功率18。
在第二时间间隔102期间，第一功率转换器12处于停用状态中，其中电流98为零。可注意，那个图形表示90中的第二时间间隔102大于图形表示70中的第二时间间隔82。此外，在第三时间间隔104中，第一功率转换器12再次工作在激活状态中，由此在第一功率转换器12的输出处生成电流98。第一功率转换器12在第三时间间隔104期间生成交流功率18的第二脉冲105。可注意，图形表示90中的第一时间间隔96和第三时间间隔104小于图形表示70中的第一时间间隔76和第三时间间隔84，这使控制器38能够控制第一功率转换器12来生成与图3的第一脉冲79和第二脉冲85相比的第一脉冲97和第二脉冲105中的更小交流功率18。
图5是按照本说明书的方面的非接触式功率传递系统110的实施例的框图表示。非接触式功率传递系统110包含第一功率交换器线圈120和第二功率交换器线圈124，其中非接触式功率传递系统110实现功率从第一功率交换器线圈120到第二功率交换器线圈124的传递。非接触式功率传递系统110的操作的另外细节稍后在本说明书中论述。
非接触式功率传递系统110包含第一功率转换器112，其在操作上耦合到直流功率源114。第一功率转换器112从直流功率源114接收直流功率(通常通过参考数字116表示)，并且基于非接触式功率传递系统110的系统频率将直流功率116转换成交流功率(通常通过参考数字118表示)。第一功率转换器112在操作上耦合到第一功率交换器线圈120，并且将交流功率118传送给第一功率交换器线圈120。第一功率交换器线圈120接收交流功率118，并且基于交流功率118来生成磁场122。非接触式功率传递系统110还包含第二功率交换器线圈124。位于离第一功率交换器线圈120所确定的距离的第二功率交换器线圈124接收由第一功率交换器线圈120所生成的磁场122，并且将磁场122转换成表示由第一功率转换器112所生成的交流功率118的对应交流功率119。第二功率交换器线圈124接收由第一功率交换器线圈120所生成的磁场122，并且将磁场122转换成表示由第一功率转换器112所生成的交流功率118的交流功率119。此外，第二功率交换器线圈124在操作上耦合到第二功率转换器126。第二功率转换器126配置成接收由第二功率交换器线圈124所传送的交流功率119，并且将交流功率119转换成输出直流功率128，其用来操作在操作上耦合到非接触式功率传递系统110的负载130。
此外，传感器132在操作上耦合在第二功率转换器126与负载130之间的第一结点134处。传感器感测第一结点134处的至少电压136。此外，将表示感测的电压136的信号137传送给非接触式功率传递系统110中的控制器138。控制器138从传感器132接收表示感测的电压136的信号137，并且基于感测的电压136来计算由负载130所要求的负载功率。此外，控制器138确定输出直流功率128，其相当于所要求的负载功率。此外，基于用来驱动负载130所要求的输出直流功率128，控制器138计算交流功率118，其被要求由第一功率转换器112来生成。基于需要由第一功率转换器112来生成的交流功率118，控制器138控制第一功率转换器112的操作状态，以生成所要求的交流功率118。操作状态可以是第一功率转换器112的激活状态或者第一功率转换器112的停用状态。此外，控制器138控制与第一功率转换器112的激活状态关联的第一时间周期以及与第一功率转换器112的停用状态关联的第二时间周期。
非接触式功率传递系统110还包含第一偏置处理单元140，其在操作上耦合到控制器138。第一偏置处理单元140配置成从功率源114向控制器138提供操作功率141。在非接触式功率传递系统110的空闲状态期间，控制器138控制第一功率转换器112来生成偏置功率，其经由第一功率交换器线圈120传送给第二功率交换器线圈124。如上文所使用的,术语“偏置功率”可定义为低于在非接触式功率传递系统110的操作期间所传送的交流功率的功率。这种偏置功率用于在非接触式功率传递系统110的空闲状态期间检测非接触式功率传递系统110中的第二功率交换器线圈124的目的，并且形成在非接触式功率传递系统110的操作期间传送给第二功率交换器线圈124的交流功率118的一部分。此外，非接触式功率传递系统110还包含第二偏置处理单元144，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈124，其中第二偏置处理单元144配置成经由第二功率交换器线圈124从第一功率交换器线圈120来接收表示偏置功率142的偏置功率143。第二偏置处理单元144从第二功率交换器线圈124接收偏置功率143，其进一步用来激活传感器132用于测量第一结点134处的电压。偏置功率143还用来生成表示至少感测的电压136的信号146，并且将信号146传送给控制器138。在一个实施例中，非接触式功率传递系统110可包含无线通信套件，其可使用偏置功率142来激励，以生成并且向控制器138传送信号146。控制器138接收表示信号146的信号147，并且认识到第二功率交换器线圈124可用于传递功率。
图6是本说明书的非接触式功率传递系统150的实施例的框图表示。非接触式功率传递系统150包含第一功率交换器线圈160和第二功率交换器线圈164，其中非接触式功率传递系统150实现功率从第一功率交换器线圈160到第二功率交换器线圈164的传递。非接触式功率传递系统150的操作的另外细节稍后在本说明书中论述。
非接触式功率传递系统150包含第一功率转换器152，其在操作上耦合到直流功率源154。第一功率转换器152从直流功率源154接收直流功率(通常通过参考数字156表示)，并且基于系统频率将直流功率156转换成交流功率(通常通过参考数字158表示)。第一功率转换器152在操作上耦合到第一功率交换器线圈160，并且将交流功率158传送给第一功率交换器线圈160。第一功率交换器线圈160接收交流功率158，并且基于交流功率158来生成磁场162。非接触式功率传递系统150还包含第二功率交换器线圈164。位于离第一功率交换器线圈160所确定的距离的第二功率交换器线圈164接收由第一功率交换器线圈160所生成的磁场162，并且将磁场162转换成表示由第一功率转换器152所生成的交流功率158的对应交流功率159。第二功率交换器线圈164接收由第一功率交换器线圈160所生成的磁场162，并且将磁场162转换成表示由第一功率转换器152所生成的交流功率158的交流功率159。此外，第二功率交换器线圈164在操作上耦合到第二功率转换器166。第二功率转换器166配置成接收由第二功率交换器线圈164所传送的交流功率158，并且将交流功率159转换成输出直流功率168，其用来操作在操作上耦合到非接触式功率传递系统150的负载170。
此外，传感器172在操作上耦合在第二功率转换器166与负载170之间的第一结点174处。传感器172感测第一结点174处的至少电压176。此外，将表示感测的电压176的信号177传送给非接触式功率传递系统150中的控制器178。控制器178从传感器172接收表示感测的电压176的信号177，并且基于感测的电压176来计算由负载170所要求的负载功率。此外，控制器178确定输出直流功率168，其相当于所要求的负载功率。此外，基于用来驱动负载170所要求的输出直流功率168，控制器178计算交流功率158，其被要求由第一功率转换器152来生成。基于需要由第一功率转换器152来生成的交流功率158，控制器178控制第一功率转换器152的操作状态，以生成所要求的交流功率158。操作状态可以是第一功率转换器152的激活状态或者第一功率转换器152的停用状态。此外，控制器178控制与第一功率转换器152的激活状态关联的第一时间周期以及与第一功率转换器152的停用状态关联的第二时间周期。
非接触式功率传递系统150还包含第一偏置处理单元180，其在操作上耦合到控制器178。第一偏置处理单元180配置成从功率源154向控制器178提供操作功率181。操作功率181用来操作控制器178。在非接触式功率传递系统150的空闲状态期间，控制器178控制第一功率转换器152来生成偏置功率182，其经由第一功率交换器线圈160传送给第二功率交换器线圈164。此外，非接触式功率传递系统150还包含第二偏置处理单元184，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈164，其中第二偏置处理单元184配置成接收表示从第一功率交换器线圈160所接收的偏置功率182的偏置功率183。非接触式功率传递系统150还包含偏置线圈186，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈164和第二偏置处理单元184，其中偏置线圈186配置成从第一功率交换器线圈160接收偏置功率183，并且将偏置功率183传送给第二偏置处理单元184。第二偏置处理单元184从第二功率交换器线圈164接收偏置功率183，其进一步用来激活传感器172用于测量第一结点174处的电压。偏置功率183还用来生成表示至少感测的电压176的信号188，并且将信号188传送给控制器178。在一个实施例中，非接触式功率传递系统150可包含无线通信套件，其可使用偏置功率183来激励，以生成并且向控制器178传送信号188。控制器178接收表示信号188的信号189，并且认识到第二功率交换器线圈164可用于传递功率。
图7是按照本说明书的方面的非接触式功率传递系统200的实施例的框图表示。非接触式功率传递系统200包含第一功率交换器线圈210和第二功率交换器线圈214，其中非接触式功率传递系统200实现功率从第一功率交换器线圈210到第二功率交换器线圈214的传递。非接触式功率传递系统200的操作的另外细节稍后在本说明书中论述。
非接触式功率传递系统200包含第一功率转换器202，其在操作上耦合到直流功率源204。第一功率转换器202从直流功率源204接收直流功率(通常通过参考数字206表示)，并且基于系统频率将直流功率206转换成交流功率(通常通过参考数字208表示)。第一功率转换器202在操作上耦合到第一功率交换器线圈210，并且将交流功率208传送给第一功率交换器线圈210。第一功率交换器线圈210接收交流功率208，并且基于交流功率208来生成磁场212。非接触式功率传递系统200还包含第二功率交换器线圈214。位于离第一功率交换器线圈210所确定的距离的第二功率交换器线圈214接收由第一功率交换器线圈210所生成的磁场212，并且将磁场212转换成表示由第一功率转换器202所生成的交流功率208的对应交流功率209。第二功率交换器线圈214接收由第一功率交换器线圈210所生成的磁场212，并且将磁场212转换成表示由第一功率转换器202所生成的交流功率208的交流功率209。此外，第二功率交换器线圈214在操作上耦合到第二功率转换器216。第二功率转换器216配置成接收由第二功率交换器线圈214所传送的交流功率208，并且将交流功率209转换成输出直流功率218，其用来操作在操作上耦合到非接触式功率传递系统200的负载220。
此外，传感器222在操作上耦合在第二功率转换器216与负载220之间的第一结点224处。传感器222感测第一结点224处的至少电压226。此外，将表示感测的电压226的信号227传送给非接触式功率传递系统200中的控制器228。控制器228从传感器222接收表示感测的电压226的信号227，并且基于感测的电压226来计算由负载220所要求的负载功率。此外，控制器228确定输出直流功率218，其相当于所要求的负载功率。此外，基于用来驱动负载220所要求的输出直流功率218，控制器228计算交流功率208，其被要求由第一功率转换器202来生成。基于需要由第一功率转换器202来生成的交流功率208，控制器228控制第一功率转换器202的操作状态，以生成所要求的交流功率208。操作状态可以是第一功率转换器202的激活状态或者第一功率转换器202的停用状态。此外，控制器228控制与第一功率转换器202的激活状态关联的第一时间周期以及与第一功率转换器202的停用状态关联的第二时间周期。
非接触式功率传递系统200还包含第一偏置处理单元230，其在操作上耦合到控制器228。第一偏置处理单元230配置成从功率源204向控制器228提供操作功率。在非接触式功率传递系统200的空闲状态期间，控制器228控制第一功率转换器202来生成偏置功率232，其经由第一功率交换器线圈210传送给第二功率交换器线圈214。此外，非接触式功率传递系统200还包含第二偏置处理单元234，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈214，其中第二偏置处理单元234配置成接收从第一功率交换器线圈210所接收的偏置功率232。非接触式功率传递系统200还包含偏置变压器236。偏置变压器236包含一次绕组238，其在操作上耦合到第二功率交换器线圈214，并且配置成从第一功率交换器线圈210接收偏置功率232。偏置变压器236还包含二次绕组240，其在操作上耦合到第二偏置处理单元234，并且配置成将偏置功率232传送给第二偏置处理单元234。在一个实施例中，第二偏置处理单元234可包含切换模式电源。第二偏置处理单元234从第二功率交换器线圈214接收偏置功率233，其进一步用来激活传感器222用于测量第一结点224处的电压。偏置功率233还用来生成表示至少感测的电压226的信号242，并且将信号242传送给控制器228。在一个实施例中，非接触式功率传递系统200可包含无线通信套件，其可使用偏置功率233来激励，以生成并且向控制器228传送信号242。控制器228接收表示信号243的信号243，并且认识到第二功率交换器线圈164可用于传递功率。
图8是表示按照本说明书的方面的使用本说明书的非接触式功率传递系统、例如图5的非接触式功率传递系统110的非接触式功率传递的方法250中涉及的步骤的流程图。方法250包含在步骤252中以系统频率来操作第一功率交换器线圈120。方法250还包含在步骤254中检测第二功率交换器线圈124。在一个实施例中，生成使用第一偏置处理单元140的偏置功率，并且将偏置功率142从第一功率交换器线圈120传送给第二功率交换器线圈124。在另一个实施例中，来自第一功率交换器线圈120的偏置功率使用第二偏置处理单元144来接收，以及将表示所检测的第二功率交换器线圈124的信号146传送给控制器138。
方法250还包含在步骤256中使用第一功率转换器112来以系统频率生成交流功率118。方法250还包含在步骤258中经由磁场122把来自第一功率交换器线圈120的交流功率118以系统频率传递给第二功率交换器线圈124。方法250还包含在步骤260中使用控制器138来控制第一功率转换器112的操作状态的时间周期用于改变由第一功率转换器112所生成的交流功率118，其中控制第一功率转换器112的操作状态包括变更第一功率转换器112的激活状态的第一时间周期，并且变更第一功率转换器112的停用状态的第二时间周期，以改变由第一功率转换器112所生成的交流功率118。在一个实施例中，第一功率转换器112的操作状态的时间周期基于由负载130所要求的负载功率来控制用于改变由第一功率转换器112所生成的交流功率118。在另一个实施例中，感测位于第二功率交换器线圈124与负载130之间的第一结点134处的电压，并且基于至少感测的电压136来改变交流功率118。
要理解，熟练技工将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性，并且所述的各种特征以及各特征的其他已知等效体可由本领域的技术人员来混合和匹配，以便按照本说明书的原理来构成附加系统和技术。因此要理解，所附权利要求书意图涵盖如落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变化。
虽然在本文中本发明的仅某些特征已被图示和描述，但本领域的技术人员将会想到多种修改和变化。因此要理解，所附权利要求书意图涵盖如落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于非接触式功率传递的方法，包括：
以系统频率来操作(252)第一功率交换器线圈(20;120;160)；
检测(254)第二功率交换器线圈(24;124;164)；
使用第一功率转换器(12;112;152)来以所述系统频率生成(256)交流功率；
经由磁场把来自所述第一功率交换器线圈(20;120;160)的所述交流功率以所述系统频率传递(258)给所述第二功率交换器线圈(24;124;164)；以及
控制(260)工作在所述系统频率的所述第一功率转换器(12;112;152)的操作状态的时间周期用于改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率，其中控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态包括变更所述第一功率转换器(12;112;152)的激活状态的第一时间周期，并且变更所述第一功率转换器(12;112;152)的停用状态的第二时间周期，以改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，控制(260)所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态的所述时间周期用于改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率包括基于所要求的负载功率来控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述操作状态的所述时间周期。
3.如权利要求2所述的方法，还包括测量位于所述第二功率交换器线圈(24;124;164)与负载(30;130;170)之间的第一结点(34;134;174)处的至少电压，并且基于至少感测的电压来改变所述交流功率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，检测所述第二功率交换器线圈(24;124;164)包括使用所述第一功率转换器(12;112;152)来生成偏置功率，并且将所述偏置功率从所述第一功率交换器线圈(20;120;160)传送给所述第二功率交换器线圈(24;124;164)。
5.如权利要求4所述的方法，还包括使用第二偏置处理单元(144;184)从所述第一功率交换器线圈(120;160)来接收所述偏置功率，并且向控制器(138;178)传送表示所述第二功率交换器线圈(124;164)的存在的信号。
6.一种非接触式功率传递系统，包括：
第一功率转换器(12;112;152)，配置成将从功率源(14;114;154)所接收的直流功率以系统频率转换成交流功率；
第一功率交换器线圈(20;120;160)，在操作上耦合到所述第一功率转换器(12;112;152)，并且配置成从所述第一功率转换器(12;112;152)接收所述交流功率；
第二功率交换器线圈(24;124;164)，配置成经由磁场以所述系统频率从所述第一功率交换器线圈(20;120;160)来接收所述交流功率；
第二功率转换器(26;126;166)，在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(24;124;164)，并且配置成将所述交流功率转换成传送给负载(30;130;170)的输出直流功率；
传感器(32;132;172)，在操作上耦合到所述第二功率转换器(26;126;166)，并且配置成测量位于所述第二功率转换器(26;126;166)与所述负载(30;130;170)之间的第一结点(34;134;174)处的至少电压；以及
控制器(38;138;178)，在操作上耦合到所述第一功率转换器(12;112;152)，并且配置成控制所述第一功率转换器(12;112;152)的操作状态用于基于从所述传感器(32;132;172)所接收的至少感测的电压来改变由所述第一功率转换器(12;112;152)所生成的所述交流功率。
7.如权利要求6所述的非接触式功率传递系统，其中，所述操作状态包括所述第一功率转换器(12;112;152)的激活状态和停用状态，以及所述控制器(38;138;178)配置成控制所述第一功率转换器(12;112;152)的所述激活状态的第一时间周期和所述第一功率转换器(12;112;152)的所述停用状态的第二时间周期。
8.如权利要求6所述的非接触式功率传递系统，还包括第一偏置处理单元(140;180)，其在操作上耦合到所述控制器(138;178)，其中所述第一偏置处理单元(140;180)配置成从所述功率源(114;154)向所述控制器(138;178)提供操作功率。
9.如权利要求6所述的非接触式功率传递系统，还包括第二偏置处理单元(144;184)，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(124;164)，以及配置成接收由所述第一功率交换器线圈(120;160)所传送的偏置功率，并且向所述控制器(138;178)传送表示所检测的第二功率交换器线圈(124;164)的信号。
10.如权利要求9所述的非接触式功率传递系统，还包括偏置线圈(186)，其在操作上耦合到所述第二功率交换器线圈(164)和所述第二偏置处理单元(184)，以及其中所述偏置线圈(186)配置成从第一功率交换器线圈(160)接收所述偏置功率，并且将所述偏置功率传送给所述第二偏置处理单元(184)用于检测所述第二功率交换器线圈(164)。
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