专利名称：用于感应式能量传送的装置及方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的用于感应式能量传送的装置及根据权利要求4的用于运行这种装置的方法。
背景技术：
用于感应式能量传送的装置及方法已由现有技术公知。这种装置用于对小型电装置的蓄电池充电。在此情况下使用一个磁场在一个发送单元(充电站)与一个接收单元(蓄电池组)之间传送能量。公知的用于感应式能量传送的装置通常被构造为谐振转换器，谐振转换器基本上由一个谐振电容及一个谐振电感组成，它们构成一个谐振变压器。谐振变压器的谐振频率由谐振电容器及谐振电感来确定。为了使能量可由充电站向接收单元传送，在充电站的谐振电感与接收单元的一个线圈之间需要一个感应式耦合。该感应式耦合通常存在于数毫米至几厘米的短距离上。在谐振感应耦合的情况下发送单元与接收单元之间的距离在保持相对高的效率的条件下可以加大。其中通过谐振的感应式耦合能以足够好的效率进行能量传送的、几何形状确定的及空间上有限的区域被称为接口。在感应式充电时不能排除外来物在接口的区域中来到发送单元与接收单元之间。视在用于能量传送的交变磁场内的外来物的材料、几何形状及位置而定外来物可被很强地加热。基于外来物中取决于物理特性的感应电压将产生出涡流损耗及-主要在铁磁材料中-产生出反复磁化的损耗及磁滞损耗。已经公知了:在发送单元与接收单元之间的接口在几何结构上这样地构成，以致使外来物的无意进入变得困难。此外由DE 10 2005 045 360 Al公知了，在存在外来物的情况下这样地提高发送单元的电源电压的频率，以致虽有外来物发送单元的发送振荡回路中的振荡幅值仍取得一个最大值。然而其中外来物在一定情况下被加热到一个高的温度，这可导致外来物、发送单元和或接收单元的损坏。并且对于在其周围中的人员有受伤危险的威胁。
发明内容
因此本发明的任务在于提出一种改进的用于感应式能量传送的装置。该任务将通过具有权利要求1的特征的装置来解决。本发明的另一任务在于给出一种用于运行这种用于感应式能量传送的装置的方法。该任务将通过具有权利要求4的特征的方法来解决。在从属权利要求中给出了优选的进一步构型。根据本发明的用于感应式能量传送的装置包括:一个具有一个电感及一个电容的振荡回路；一个用于在振荡回路中激励电振荡的功率组件，及一个用于确定功率组件的输入电流的确定单元。此外该装置还包括一个装置单元，该装置单元被构成来改变振荡回路的谐振频率。该装置以有利的方式构成，即使在接口区域中存在很小的外来物也能可靠地被识别。为此本发明利用了:外来物中吸收的功率及由此功率损耗随着交变磁场的上升而增大。因此当对于外来物的识别使用一个频率，该频率明显地高于为传送能量所使用的频率时，能可靠地检测外来物的存在。在该装置的一个优选的实施形式中装置单元被构成来改变振荡回路的电容。振荡回路电容的改变可有利地用很小的电路技术成本通过一个附加电容的串联或并联来实现。在该装置的另一优选的实施形式中装置单元被构成来改变振荡回路的电感。有利地振荡回路的电感的改变仅需要很小的电路技术成本。根据本发明的用于运行感应式能量传送装置的方法具有以下步骤:改变该装置的振荡回路的谐振频率；确定该装置的功率组件的输入电流；将该输入电流与一个阈值相比较，以便推断出在该装置与一个能量接收器之间存在一个外来物。该方法有利地允许即使对小的外来物也能可靠地检测。由此有利地提高了用于感应式能量传送的装置的安全性及
可靠性。在该方法的一个实施形式中，当输入电流超过阈值时，则推断出在该装置与能量接收器之间存在一个外来物。有利地功率组件的一个超过阈值的输入电流是对由在该装置与能量接收器之间的外来物吸收的能量的一个可靠指示。合乎要求的是，谐振频率被改变到250kHz与IMHz之间的一个值上。有利地该频率范围明显地远离用于能量传送的在25kHz与150kHz之间的频率范围及通过试验已证实其适合于识别小的外来物。在该方法的一个实施形式中，谐振频率通过振荡回路的电容的改变来改变。有利地振荡回路的电容的改变可用小的电路技术成本来实现。在该方法的另一实施形式中，谐振频率通过振荡回路的电感的改变来改变。有利地振荡回路的电感的改变也可用小的电路技术成本来实现。在该方法一个优选的实施形式中，在该装置开始对能量接收器传送能量前实施该方法。由此将有利地保证:一个可能在该装置与能量接收器之间的外来物不会通过能量传送而被加热。在该方法的一个附加的进一步构型中，在对能量接收器传送能量的期间周期性重复地实施该方法。由此也可有利地识别一个外来物后来进入到该装置与能量接收器之间的区域中。
现在借助附图来详细I描述本发明。附图中表示:图1:一个感应式能量传送系统的概图；及图2:该感应式能量传送系统的一个简化的电路装置。
具体实施例方式图1以极其概要的示图表示一个用于感应式能量传送的系统100。该用于感应式能量传送的系统100包括一个用于感应式能量传送的装置110及一个能量接收器120。用于感应式能量传送的装置Iio例如可为一个充电装置或一个充电盘。能量接收器120例如可为一个无电缆的小型电装置。能量接收器120可为一个电牙刷或一个移动式电话机。用于感应式能量传送的装置110被构成来:对能量接收器120的一个储能器、例如一个电池组或蓄电池组充电，而在用于感应式能量传送的装置110与能量接收器120之间无电缆连接。为此用于感应式能量传送的装置110具有一个发送单元111。能量接收器120具有一个接收单元121。发送单元111及接收单元121被这样地构成，即它们彼此可一直接近直到一个小距离。在图1所示的例中发送单元111及接收单元121均构造有平的表面。由此能量接收器120可被放置在用于感应式能量传送的装置110上以便使接收单元121接近发送单元111。通过用于感应式能量传送的装置110的发送单元111与能量接收器120的接收单元121构成的空间区域被称为接口 130。在从用于感应式能量传送的装置110向能量接收器120传送能量的期间在接口 130的区域中不允许有任何物品。否则该物品在能量传送期间会被加热，这可导致物品、用于感应式能量传送的装置110和/或能量接收器120的损坏及在其周围的人员受伤的危险。但在图1所示的例中一个外来物140位于用于感应式能量传送的装置110的发送单元111与能量接收器120的接收单元121之间的接口 130的区域中。用于感应式能量传送的系统100必需识别出该外来物140及中断装置110与能量接收器120之间的能量传送，以防止外来物140被加热。图2表示感应式能量传送的系统100的一个概示的电路装置。所表示的是用于感应式能量传送的装置110的发送单元111的电路部分和能量接收器120的接收单元121的电路部分。用于感应式能量传送的装置110的发送单元111包括一个具有发送线圈260及一个第一电容器270的振荡回路250。第一电容器270的一个第一电接触点与一个地接触点232连接。第一电容器270的第二接触点与发送线圈260的第一接触点连接。发送线圈260的第二接触点与一个功率组件230连接，在图2所示的例中该功率组件被构成半桥。功率组件230包括一个第一开关233及一个第二开关234。通过第二开关234的打开及第一开关222的闭合可使发送线圈260的第二接触点260与一个电源电压接触点231连接。通过第一开关222的打开及第二开关234的闭合及可使发送线圈260的第二接触点与一个地接触点232连接。用于感应式能量传送的装置110的发送单元111的第一控制装置210负责第一开关233及第二开关234的打开及闭合。该第一控制装置210例如可包括一个微控制器或一个微计算机。第一控制装置210这样地转换开关233，234，以致在每一时刻至多开关233，234中的一个开关闭合，即电导通。如果第一开关233闭合，则一个第一电流流过振荡回路250的发送线圈260并将振荡回路250的第一电容器270充电到电源电压接触点231上所持有的电源电压。如果第一开关233打开及第二开关234闭合，则一个第二电流流过发送线圈260，该第二电流使第一电容器270对地接触点232放电。因此通过开关233，234交替地及周期性地打开及闭合可在振荡回路250中激励出一个周期性的交变电流。如果第一控制装置210使开关233，234打开及闭合的频率相应于由发送线圈260的电感值与第一电容器270的电容值确定的振荡回路250的谐振频率，则在振荡回路250中流过的交变电流的振幅将达到一个最大值。用于感应式能量传送的装置110的发送单元111具有一个电流测量装置240，该电流测量装置被构成来确定功率组件230的输入电流。在图2所示的例中电流测量装置240被设置在第一开关233与电源电压接触点231之间。但该电流测量装置240例如也可被设置在功率组件230与发送线圈260之间。流过发送线圈260的交变电流在接口 130的区域中引起了一个由发送线圈260产生的交变磁场。能量接收器120的接收单元121具有一个接收线圈132，该接收线圈被设置成靠发送单元111的发送线圈260这样地近，以致通过发送线圈260产生的交变磁场在接收线圈122中感应出一个交变电流。在接收单元121的接收线圈122中感应出的该交变电流将由能量接收器120用来对储能器充电。为了在用于感应式能量传送的装置110与能量接收器120之间传送能量，第一控制装置210用一个频率来对功率组件230进行开关，该频率例如在25kHz与150kHz之间。由此在振荡回路中也以该频率激励出一个振荡。如果如图1中所示的、在接口 130的区域中有一个外来物140，则由用于感应式能量传送的装置110发送的能量的一部分被外来物140吸收。由此外来物140被加热。结果是功率组件230的输入电流增大，这可借助电流测量装置240检测出来。但是如果外来物140本身很小时，则由外来物140吸收的功率可能很小。在此情况下功率组件230的输入电流的增大的检测被证实是不可靠的。然而被外来物140吸收的能量随着由用于感应式能量传送的装置110产生的交变磁场的频率的升高而升高。因此被外来物140的吸收所引起的功率组件230的输入电流的升高也随着在发送单元111的振荡回路250中激励振荡的频率的增大而增大。功率组件230输入电流的升高及由此外来物140的存在性在高频时比在低频时易于检测，所述频率是用于在用于感应式能量传送的装置110与能量接收器120之间的能量传送的频率。因此，用于感应式能量传送的装置110被这样构成，即为了识别一个可能存在的外来物140将增高在振荡回路250中激励的电振荡的频率。为此振荡回路250的谐振频率增高。用于感应式能量传送的装置110的发送单元111具有一个第二电容器280，该第二电容器可借助一个第三开关290与第一电容器270并联。在一个变换的实施形式中也可用一个附加线圈与振荡回路250的发送线圈260串联或与该发送线圈260并联。一个第二控制装置220被设置来打开及闭合第三开关290。第二控制装置220及第一控制装置210也可构成一个共同的控制装置。通过由振荡回路250去除第二电容器280 (和/或在振荡回路250中接入或去除一个附加的电感)使振荡回路250的谐振频率移动到一个较高的频率上。该较高的频率例如可在250kHz与IMHz之间的范围中。如果振荡回路250的谐振频率移动到一个较高的值，则第一控制装置210以同样高的频率操作功率组件230的开关233，234，以便在振荡回路250中以较高频率产生振荡。在存在外来物140的情况下在较高频率时被外来物140吸收的功率增大，这通过功率组件230的输入电流的上升可以发觉。发送单元借助电流测量装置240测定功率组件230的输入电流及将该输入电流的量与一个固定的阈值相比较。如果输入电流的大小超过该阈值，则可推断出外来物140的存在。在此情况下将不允许进行由用于感应式能量传送的装置110向能量接收器120的能量传送，因为否则将担心外来物140过量地被加热。但如果用电流测量装置240测定的功率组件230的输入电流低于该阈值，则就不存在外来物140。在此情况下通过开关290的闭合及由此在振荡回路中接入第二电容器280再使振荡回路250的谐振频率下降到较低值上。接着便进行从用于感应式能量传送的装置110向能量接收器120的感应式能量传送。所述的用于检测外来物140的方法可在用于感应式能量传送的装置110开始向能量接收器120传送能量前由该装置来实施。所述的检验也可在由装置110向能量接收器120进行能量传送期间周期性重复地执行。例如可每分钟进行该检验。两个相继的检验之间的时间间隔也可动态地适配。例如当测定的输入电流接近阈值时，可较频繁地执行检验。
权利要求
1.用于感应式能量传送的装置(110)，包括: 一个振荡回路(250)，它具有一个电感(260)及一个电容(270)； 个用于在振汤回路(250)中激励电振汤的功率组件(230)； 及一个用于确定功率组件(230)的输入电流的确定单元(240)； 其特征在于:该装置(110)包括一个装置单元(220 )，该装置单元被构成来改变振荡回路(250)的谐振频率。
2.根据权利要求1的装置(110)，其中，所述装置单元(220)被构成来改变振荡回路(250)的电容(270，280)。
3.根据以上权利要求中一项的装置(110)，其中，所述装置单元(220)被构成来改变振荡回路(250)的电感(260)。
4.用于运行用于感应式能量传送的装置(110)的方法，其中，该方法具有以下步骤: -改变装置(I 10)的振荡回路(250)的谐振频率； -确定装置(I 10)的功率组件(230)的输入电流； -将该输入电流与一个阈值相比较，以便推断出在该装置(110)与一个能量接收器(120)之间存在一个外来物(140)。
5.根据权利要求4的方法，其中，当输入电流超过阈值时，则推断出在装置(110)与能量接收器(120)之间存在一个外来物(140)。
6.根据权利要求4或5的方法，其中，谐振频率被改变到在250kHz与IMHz之间的一个值上。
7.根据权利要求4至6中一项的方法，其中，谐振频率通过振荡回路(250)的电容(270,280)的改变来改变。
8.根据权利要求4至7中一项的方法，其中，谐振频率通过振荡回路(250)的电感(260)的改变来改变。
9.根据权利要求4至8中一项的方法，其中，在装置(110)开始对能量接收器(120)传送能量之前实施该方法。
10.根据权利要求4至9中一项的方法，其中，在向能量接收器(120)传送能量期间周期性重复地实施该方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于感应式能量传送的装置，该装置包括一个具有一个电感及一个电容的振荡回路；一个用于在振荡回路中激励电振荡的功率组件及一个用于确定功率组件的输入电流的确定单元。其中该装置还包括一个装置单元，该装置单元被构成来改变振荡回路的谐振频率。
文档编号H02J17/00GK103138405SQ20121047268
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月20日 优先权日2011年11月23日
发明者G·洛尔, J·马克 申请人:罗伯特·博世有限公司