专利名称：使用多负载并联磁路中的共享磁通量的电磁装置及其操作方法
技术领域：
本申请总体上涉及作为DC负载的电流驱动器的电磁感应设备，并且更具体而言， 本申请涉及一种并联的多负载电路，在所述并联的多负载电路中磁通量被作为一个池而被共享，从而减少了输入AC功率。
背景技术：
Bruhn的US2009/008M08披露了一种在源设备与至少一个目标设备之间进行无线能量和/或数据传输的装置和方法，在该装置和方法中，在源设备侧，至少一个初级电路的至少一个初级线圈感应出电压；在目标设备侧，在至少一个次级电路的至少一个次级线圈中感应出电压；并且在至少一个谐振电路的至少一个线圈中感应出电压，该谐振回路被布置为与初级电路电隔离并且与次级电路电隔离。Tanaka的US2009/0058190披露了一种功率接收设备，该功率接收设备能够在非接触的情况下接收从功率发送设备发送的载波并且能够从接收的载波中获得电功率，该功率接收设备包括载波接收部，其至少包括一个通信天线，该通信天线具有预定的电感并且不装配中间抽头，该载波接收部用于接收载波并且生成对应于所述载波的感应电压；处理部，其基于所述感应电压生成驱动电压并且使用生成的驱动电压来执行数据处理；以及阻抗转换部，其用于对所述载波接收部与所述处理部之间的阻抗进行转换。Cook等人的US2009/0058189披露了一种低频率(例如，小于IMHz)的功率传输。 可以使用包括诸如绞合线等绞线在内的不同结构以各种方式发送功率。感应器还可以使用例如铁氧体的磁芯。还可以使用无源中继器。Cook等人的US2009/00512M披露了一种无线供电和充电天线系统。天线可以是高q环形天线。天线可以利用第一部分和第二部分之间的耦合。Yoda等人的US2009/0021219披露了 设置在非接触式功率传输系统的功率接收设备中的功率接收控制设备包括功率接收侧控制电路和功率供应控制信号输出端子，该功率接收侧控制电路控制功率接收设备的操作，而功率供应控制信号输出端子向充电控制设备供应功率供应控制信号，该功率供应控制信号对电池的功率供应进行控制。功率接收侧控制电路对从功率供应控制信号输出端子输出功率供应控制信号(ICUTX)的时刻进行控制。充电控制设备的操作是使用功率供应控制信号(ICUTX)来强迫控制的。Jin的US2008/0231120披露了一种非接触功率传输系统，其具有包括初级线圈的功率发送设备和包括次级线圈的功率接收设备，初级线圈和次级线圈彼此电磁耦合并且功率发送设备被配置为向功率接收设备发送电功率，其中所述次级线圈包含磁性物质，功率发送设备具有馈送部和自感检测部，所述馈送部用于向初级线圈馈送功率，而所述自感检测部用于在紧接着开始向初级线圈馈送之后检测初级线圈的自感的变化，其中基于自感检测部的检测结果来确定紧接着馈送部的开始馈送的馈送操作。Kuennen等人的US2008/0191638披露了一种以感应方式向负载提供功率的镇流
3器电路。该镇流器电路包括振荡器、驱动器、开关电路、谐振储能电路和电流感测电路。电流感测电路提供电流反馈信号给振荡器，该电流反馈信号表示谐振储能电路中的电流。电流反馈信号驱动镇流器电路的频率，以使该镇流器电路共振。镇流器电路优选包括以感应方式耦合到谐振储能电路的电流限制电路。当镇流器电路中的电流超过预定阈值或落在预定范围之外时，电流限制电路禁止镇流器电路。Baarman等人的US2008/0157603披露了一种感应式功率供应系统，用于使用唯一的识别频率来识别远程设备。该系统包括AIPS和能够以感应方式以不同频率向远程设备提供功率的储能电路，并且该系统还包括传感器，用于对远程设备在储能电路处的反射阻抗进行感测。该系统还包括多个不同的远程设备，每个远程设备具有唯一的谐振频率。在操作中，AIPS能够通过以下方式对存在于感应场中的远程设备的类型进行识别以多个唯一的识别频率向远程设备施加功率，直到远程设备响应于一个识别频率建立了共振。AIPS 包括控制器，该控制器通过评估传感器数据来辨认共振是何时建立起来的，其中传感器数据表示远程设备的反射阻抗。一旦确定了远程设备的身份，AIPS从存储器中取出远程设备的操作参数以确保有效率的操作并且辅助辨认故障状况。Gohara的US2002/0117896披露了一种装置，使得通过在车辆主体侧上的两个部件之间的互感的作用向拉门侧供应电功率。另外，装置被如此设置，使得引起各不相同的感应电动势，使其出现在次级侧馈电线圈中，并且为次级侧馈电线圈中的每一个进行电功率供应。装置被如此设置，使得第一存储部件和第二存储部件分别连接到次级侧馈电线圈，在次级侧馈电线圈之间放入整流器电路，从而供应与相应负载的特性需求相对应的电功率。Scheckel等人的US5349173披露了一种非接触式数据和能量传输装置，该装置包括固定部分和振荡器，固定部分具有至少一个用于数据和能量传输的线圈，振荡器连接到用于能量传输的至少一个线圈。可动部分具有至少一个用于数据和能量传输的线圈、至少一个连接在所述至少一个线圈的下游的整流器设备、以及至少一个连接到所述至少一个整流器设备的用于承载脉动操作电压的充电电容器。一对线圈用于能量传输，而一对线圈用于数据传输。可动部分的线圈任意地与固定部分的线圈相关联。在可动部分中设置用于通过以下方式从可动部分向固定部分发送数据的设备返回经由可动部分的一个能应用的线圈接收的、根据数据信号调制的能量的一部分，经由可动部分的线圈中的另一个线圈进行上述返回。Fells等人的W02009/027674披露了一种感应式功率传输系统，包括初级单元和能够与初级单元分开的次级设备，初级单元包括功率传输表面和超过两个的场发生器，每个场发生器用于生成电磁场，场发生器位于相对于功率传输表面的不同位置，次级设备包括具有次级线圈的功率接收器，该系统还包括确定模块，用于确定功率接收器相对于功率传输表面的位置和取向中的至少一个；以及控制模块，用于控制场生成器，使得根据该确定选择的至少一个第一场生成器和至少一个第二场生成器是有效的，并且它们相对于彼此基本上相反，从而经由次级线圈引导磁通量，由此向次级设备供应功率，并且还使得场生成器中的一个第三场生成器无效，使得与所有场生成器相比，较少的场生成器同时有效。上面描述的相关技术披露了包括功率传输系统、非接触式数据和能量传输系统和无线功率传输系统在内的多种感应电路。然而，现有技术没有披露本发明电路中的固有概念，本发明电路提供了一种在并联磁路中共享磁通量的手段。本申请与现有技术的不同之
4处在于提供了之前未知的优点，这些优点将在下面的发明内容部分中描述。
发明内容
本申请教导了在构造和使用方面的益处，这也引出了下面描述的目标。本申请描述的设备具有磁耦合到多个(至少两个)次级电路的初级线圈。每一个次级电路具有次级线圈和两个控制线圈，各个次级线圈是同轴缠绕、直线排列并且电气串联连接的，所述控制线圈彼此相反地缠绕。可以针对次级线圈各自的负载所需要的不同输出电压来缠绕次级线圈。每个次级电路中的串联线圈被布置成与电池和负载两者进行电气并联。放置二极管以确保电流流向电池的正极端子。电池可以由作为等效功能元件的电容器电路来代替。初级线圈和每个次级电路中的串联线圈在物理上被布置在并联的位置上， 并由此能够共享在并联的磁路布置上形成的磁通量。上述装置和使用方法的固有主要目标是提供现有技术未教导的优点。另一目标是提供一种能够满足多个可变负载的电流需求同时在其初级使用较少输入功率的磁通量共享感应电路。另一目标是提供这样一种能够根据其负载构造而显著减少输入功率需求的磁通量共享感应电路。另一目标是提供这样一种具有并联的物理线圈装备的磁通量共享感应电路。另一目标是提供这样一种磁通量共享感应电路，其中次级线圈由相邻的同轴缠绕的控制线圈来控制。通过下面结合附图进行的更加详细的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。附图通过示例的方式说明了本申请描述的装置及其使用方法的原理。
附图中示出了本发明的优选实施例中的至少一个优选实施例，在附图中图1是本申请描述的装置的示意图；图2是所述装置的线圈绕组、透磁铁芯和完整端结构的侧视图；以及图3是图2所示结构的端视图。
具体实施例方式上面描述的附图示出了至少一个最优、最佳模式实施例的上述装置及其使用方法，在下面的说明书中将对其进行进一步详细地说明。本领域普通技术人员能够在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本文描述的实施例进行各种变形和修改。因此，应当理解， 举例说明的实施例仅仅是为了示例的目的而提出的，而不应当将举例说明的实施例视为对本发明的装置及其使用方法的限制。参照图1的电气示意图，初级线圈P与次级电路A、B和C共享公共铁氧体结构(磁路)F，尽管一般不示出次级电路A、B和C的部件值和负载，但是次级电路A、B和C在它们的结构上彼此基本上是相同的，这将在下面描述。图1中描绘的三个次级电路A、B和C仅仅是如何实现本发明的一个示例，实际上，可以仅具有两个次级电路，并且在本发明的备选实施例中可以具有超过3个到无穷个次级电路。
初级线圈P由如图中所示的交流电流源供电。铁氧体结构F提供了铁芯10，在铁芯10上分别缠绕了初级线圈P和三个单独的次级线圈组件20 (图3)，次级线圈组件20在它们各自的次级电路A、B和C中提供了感应电流。初级线圈P作为在任何时刻都具有相对的N极和S极的电磁体来工作。这些极也出现在次级线圈组件20的铁芯的两端，这是因为次级线圈组件20与通过如图2所示的铁氧体端结构30的初级线圈P的铁芯并联，并且它们与铁芯10是一体的。每个次级线圈组件20包括次级线圈S和两个控制线圈Cl和C2，控制线圈Cl和 C2被缠绕成具有相同的形状、匝数等，但是控制线圈Cl和C2是彼此相反的缠绕的，即控制线圈Cl和C2彼此相反。所有三个线圈缠绕在公共铁芯10上，使得它们共享相同的磁通量以及它们被布线成电气串联连接和直线排列。另外，如图所示，每个控制线圈由电阻器R分流。现在参考次级电路A，将次级电路A作为所有三个次级电路的示例，线圈组件20的三个线圈，即C1、S和C2被放置成与电池Bat和负载L 二者并联。二极管D将线圈组件20 与电池Bat和负载L连接起来。如前所述，电路B和C均是以类似的方式布置的。在AC周期的一半期间，电池Bat的正极端子还有负载L从控制线圈Cl两端的分流电阻器R与二极管D的串联连接接收电流。在间隔的一半周期期间，由于二极管D，所以不存在电流。电池Bat在其负载L的两端提供恒定的DC电压。电池Bat的当前消耗取决于负载L的阻抗变化。在AC周期的导通的一半期间，线圈组件C1、S和C2对电池消耗进行瞬间补偿。当电池Bat充满电时，分流器R两端的电流增大，从而增大了在其控制线圈Cl中的磁通量，该磁通量与流经次级线圈S的公共磁通量池的磁通量相对，从而切断到电池Bat 的电流流动。当这个发生时，次级线圈S处的磁场坍塌，或者至少部分坍塌，从而产生了反向电流，该反向电流生成了附加到初级线圈P的铁芯10中的磁通量的磁通量。这限制了初级线圈P中的电流流动，使得包括初级线圈P和次级电路A、B和C的整个系统所需要的总 AC功率比在单独驱动情况下三个次级电路所需要的总功率少。上面详细描述的实现方式被认为与记录的现有技术相比是有新颖性的，并且上面详细描述的实现方式被认为对于所述装置及其使用方法的至少一个方面的操作和实现上面描述的目标而言是至关重要的。本说明书中使用的用于描述当前实施例的词语不仅应当从这些词语的一般定义的意义来理解，而且本说明书中使用的用于描述当前实施例的词语还通过本说明书中的特殊定义包括通常定义的意义的范围之外的结构、材料或动作。这样， 如果在本说明书的上下文中元件能够被理解为包括一个以上的意义，那么它的使用必须被理解成是由本说明书支持的所有可能意义和由描述该元件的词语支持的所有可能意义的上位概念。本文描述的词语的定义或绘制的元件不仅意在包括明确阐述的元件的组合，而且还意在包括以基本相同的方式执行基本相同的功能而获得基本相同的结果的所有等效结构、材料或动作。因此，在这种意义上，应当预料到，可以将描述的任一元件及其各个实施例等效替换为两个或更多个元件，并且可以将权利要求中的两个或更多个元件替换为一个单个元件。本领域普通技术人员所能想到的要求保护的客体的变化(现在已知的或后来想
6出的)都被清楚地视为是所要保护的范围及其各个实施例内的等效物。因此，将本领域普通技术人员现在或后来知道的明显替换定义为在所限定元件的范围内。这样，本公开应当被理解为包括上面具体说明和描述的内容、概念上等效的内容、能够明显替换的内容以及包括本质思想的内容。 本说明书的范围应当仅结合所附权利要求书来理解，并且这里清楚的是，每个发明人都认为所要求保护的客体是想要获得专利权的客体。
权利要求
1.一种电磁电路，包括初级线圈，所述初级线圈被缠绕在透磁材料的初级铁芯上，所述初级铁芯由AC电压供电；至少两个次级电路，每个次级电路具有缠绕在透磁材料的次级铁芯上的次级线圈组件，所述初级铁芯和所述次级铁芯被布置为并联的磁路；所述线圈组件中的每一个线圈组件包括与一对控制线圈串联缠绕在公共的所述次级铁芯上的次级线圈，所述控制线圈被放置在所述次级线圈的相对的侧上，其中所述控制线圈彼此相反地缠绕，并且所述控制线圈中的每一个由电阻器分路；每一个所述次级电路还提供位于所述线圈组件与电池和负载的电气并联布置之间的二极管。
2.一种用于具有并联负载的电路的能量节约方法，所述方法包括以下步骤a)利用AC电压为缠绕在透磁材料的初级铁芯上的初级线圈进行供电；b)在至少两个次级电路中感应出电压，所述次级电路中的每一个次级电路提供线圈组件，所述线圈组件包括与一对控制线圈串联缠绕在透磁材料的公共次级铁芯上的次级线圈，所述控制线圈被放置在所述次级线圈的相对的侧上，其中所述控制线圈彼此相反地缠绕，并且所述控制线圈均由电阻器分路；c)将所述初级铁芯和所述次级铁芯布置为并联的磁路；以及d)将来自每个线圈组件的电流经由二极管引导到电池和负载。
全文摘要
磁通量共享磁路具有并联布置的包括独立负载的次级电磁电路。AC驱动的初级将电流传送到次级电路以维持次级电路的电池中的电荷。电池将DC电流传送到负载，同时次级线圈提供电池充电电流以维持电池中的电荷。当电池或负载不汲取电流时，将磁通量传送到磁路中的磁通量池，从而减少输入AC功率消耗。
文档编号H02M7/00GK102439834SQ201080020031
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月4日 优先权日2009年5月6日
发明者R·德拉科那 申请人:维尔德供电有限公司