能量高效的感应电能传输系统和方法

能量高效的感应电能传输系统和方法
【专利摘要】用于无线传输电能至电负载的感应电能传输系统和方法。该系统包括感应电能输出口和感应电能接收器。在操作期间，指令信号从感应电能输出口发送至感应电能接收器。当没有传输指令信号时，该系统被配置成停用，使得系统仅在工作期间抽取电能。
【专利说明】能量高效的感应电能传输系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提供能量高效的感应电能传输。更具体地，本发明涉及包含激活和终止机构的感应电能传输系统和方法。
【背景技术】
[0002]高效使用可利用的能量由于多个原因是非常重要的。在全球范围内，有着对于温室气体的释放可能使得全球变暖的不断增加的关注，温室气体诸如来自于燃烧化石燃料的二氧化碳。而且，能源是有限的。全球能源的稀缺连同地缘政治因素推高了能源的成本。因此，对于能源消费者，高效使用能源永远是更重要的预算考量。
[0003]电能传输中的能量损失主要由于载流导线的附带加热。在多种情况下，这是不可避免的，因为载流导线对于电气设备的供电是必不可少的，而载流导线具有电阻。它是克服这种电阻所做的功，其在导线中生成热。
[0004]在其它情况中，能量损失不是必须的。例如，电气设备常常保持不必要地运转和用于提供给没有被使用的设备的能量是真实地浪费。已经提出旨在减少由闲置设备所浪费的能量的量的各种创意。例如，能量之星是美国环境保护署和美国能量部的联合项目，其授予制造商在满足一定能量消耗标准的产品上显示可识别标志的权利。能量之星试图通过更好的能量管理减少能量消耗。
[0005]高效的能量管理减少能量浪费。例如，便携式电脑，其依赖搭载的电池供应的有限量的能量，使用各种策略来保持电力消耗至最小。因此，在电脑保持相当长时间的不工作之后，屏幕和硬盘驱动器自动关闭，类似地，当电脑与干线或网络断开时，网卡失能的。这种能量管理策略可以起到增加设备可以由其搭载的电池供电的时间长度的作用。
[0006]即使当与干线连接时，然而，高效使用能量是必须的。多种常用电器设备在低压DC上运转，和一般使用具有AC-DC电源适配器的变压器以控制提供至它的功率。能量之星估计单独在美国使用15亿个这种电源适配器用于设备诸如MP3播放器、个人数字助理(pda)、摄像机、数码相机、紧急照明设备、无线和移动电话。根据能量之星，这种电源适配器每年抽取约3000亿瓦特-小时的能量，其是美国的全国电费的约11%。
[0007]如果多个设备可以由单个电源适配器运转，这将极大地减少在使用中的电源适配器的数量。然而，通过单根线缆供应电力给多个设备不是简单的。连接到单个电源板的设备越多，电源板抽取的电流越大。因此，通过连接电源板到干线的单根线缆供应的电流增加。
[0008]根据其运载的电流的面积，由于线缆的加热的电力损失增加，因此来自于线缆的能量损失可以抛物线地增加。而且，缺乏有效的能量管理，如果太多设备从单根线缆中抽取电流，供应的电流可能超过预定的水平，由此启动断路器或使保险丝熔断。甚至更严重地，过量的电流可以导致线缆的过热，这是起火的常见原因。
[0009]进一步不必要的使用能量是具有搭载电池设备的供电。当具有可充电电池的电气设备诸如便携式电脑、电动剃须刀等等连接到干线，电源同时抽取以操作设备和也对电池进行充电。虽然电池需要定期地进行充电，即使部分充电的电池对于设备的供电是足够的。因此没有必要继续为搭载电池充电。
[0010]而且，对于电池充电超过操作设备所需要的水平的没有必要的消耗的电能增加了电费。当大量的这种设备被同时使用时，这是特别值得关注的。例如，对于举行会议的公司，当多个单独的便携式电脑被同时使用时。
[0011]电感耦合使得能量从电源传输到电负载，在其间没有有线连接。振荡电位通过初级感应器施加。这在初级感应器附近建立振荡磁场。振荡磁场可以在邻近初级感应器放置的次级感应器中感应次级振荡电位。以这种方式,通过电磁感应、在感应器之间没有导体连接，电能从初级感应器传输到次级感应器。
[0012]当电能从初级感应器传输到次级感应器时，据说感应器是感应耦合的。当次级感应器与初级感应器感应耦合时，与这种次级感应器串联有线连接的电负载可以从与初级感应器有线连接的电源抽取能量。
[0013]次级感应器中感应电压的强度根据提供到初级感应器的电位的振荡频率而变化。当振荡频率等于系统的共振频率时，感应电压是最强的。根据等式Λ = 2JjLC，振荡频率取决于系统的感应系数L和电各Co
[0014]已知的电能传输系统一般在感应耦合的共振频率传输电能。这可能是难于维持的，因为系统的共振频率在电能传输期间可能波动，例如，应答改变的环境条件或者初级线圈和次级线圈之间对准的变化。
[0015]除此之外，与共振传输有关的一个问题是关于高的传输电压。在高工作电压时，系统可以生成大量的热，导致高的电能损失以及对于热敏感组件的损坏。相应地，在共振电路中的电容器和晶体管可能需要是相对大的。
[0016]因此，仍然存在对于能量高效的感应电能传输系统的需求，其可以在工作期间产生较低的电能损失。本公开内容针对这种需求。

【发明内容】

[0017]根据本公开内容的一方面，提供感应电能输出口，用于传输电能到至少一个感应电能接收器。感应电能输出口包括至少一个有线连接到电源的初级感应器，初级感应器与感应电能接收器有联系的至少一个次级感应线圈形成感应耦合；和至少一个被配置成提供穿过初级感应器的振荡电压的激励器。
[0018]感应电能接收器可以包括至少一个次级感应线圈；和可操作监测穿过次级感应线圈的感应电压的输出调节器；检测激活电压脉冲；将感应电压与至少一个阈值比较；发送至少一种指令信号到感应电能输出口 ；和提供电能到电负载。
[0019]感应电能输出口可以是可操作地感应穿过感应电能接收器的次级感应线圈的激活电压脉冲，由此引发感应电能接收器发送识别信号到感应电能输出口，和开始从其中抽取电能。
[0020]任选地，感应电能接收器进一步包括可操作地生成至少一种指令信号的信号传输电路。传输电路可以包括至少一个辅助负载，其通过切换单元选择性地可连接到次级感应器，其中切换单元被配置成将辅助负载连接到具有特征频率的次级感应器，由此在具有特征频率的初级电压或初级电流中产生可检测峰的脉冲。[0021]任选地，含有脉冲的至少一种指令信号可以具有初级电压或初级电流中的峰的特征频率，其中感应电能输出口进一步包括:至少一个峰检测器，被配置成检测峰；和至少一个处理器，可操作地测定峰的特征频率。
[0022].在其它实施方式中，输出口进一步包括可操作地检测指令信号的信号检测器，和激励器可操作地实现选自以下的至少一种功能:
[0023].选择第一工作功率，如果信号检测器检测到第一指令信号；
[0024].选择第二工作功率，如果信号检测器检测到第二指令信号；
[0025].以第一增量增加工作功率，如果信号检测器检测到第三指令信号； [0026].以第二增量增加工作功率，如果信号检测器检测到第四指令信号；
[0027].以第一增量减小工作功率，如果信号检测器检测到第五指令信号；
[0028].以第二增量减小工作功率，如果信号检测器检测到第六指令信号；
[0029].在相同功率继续提供穿过初级感应器的振荡电压，如果信号检测器检测到第七指令信号；和
[0030]?停止提供穿过初级感应器的振荡电压，如果信号检测器检测到第八指令信号。[0031 ] 感应电能输出口可以进一步包括被配置成检测释放信号的触发传感器，释放信号指明可能的感应电能接 收器的接近度。
[0032]任选地，激活电压脉冲包括穿过至少八伏特的次级感应线圈的感应电压。在适当情况下，激活电压脉冲产生至少三毫安的电流。
[0033]根据公开内容的进一步方面，提供感应电能接收器，用于从至少一个感应电能输出口接收电能。感应电能接收器可以包括至少一个次级感应器，其用于与至少一个初级感应线圈形成感应耦合；和至少一个信号传输电路，其被配置成生成至少一种指令信号，指令信号通过与感应电能输出口相联系的信号检测器是可检测的，作为具有初级电压或初级电流中峰的特征频率的脉冲。当需要时，感应电能输出口可以被配置成激励穿过初级感应线圈的振荡电压持续有限的时间段，和停止激励振荡电压，如果在时间段中没有接收到指令信号；和在每个时间段中，传输电路可操作地发送至少一种指令信号到感应电能输出口。
[0034]任选地，时间段是在5毫秒和IO毫秒之间。
[0035]在一些实施方式中，至少一种指令信号包括终止信号，和感应电能输出口可操作地停止激励初级感应线圈，当检测到终止信号时。
[0036]在适当情况下，传输电路可以包括信号生成器，其可操作地生成至少一种具有选自以下至少一种的特征频率的的指令信号:250赫兹，500赫兹，I千赫兹，1.5千赫兹至5千赫兹和8千赫兹。
[0037]任选地，感应电能接收器进一步包括可操作地监测穿过次级感应器的感应电压的输出调节器；将感应电压与至少一个阈值比较；和提供电能到电负载。输出调节器可以进一步可操作地生成选自以下的至少一种指令信号:
[0038].约I千赫兹的起始脉冲指令感应电能输出口在第一工作功率激励初级感应线圈；
[0039].约8千赫兹的起始脉冲指令感应电能输出口在第二工作功率激励初级感应线圈；
[0040].约I千赫兹的脉冲指令感应电能输出口以第一增量增加工作频率；[0041].在约1.5千赫兹和约5千赫兹之间的脉冲指令感应电能输出口以第二增量增加工作功率；
[0042].约8千赫兹的脉冲指令感应电能输出口以第一增量减小工作频率；
[0043].约500赫兹的脉冲指令感应电能输出口在相同功率继续激励初级感应线圈；和
[0044].约250赫兹的脉冲指令感应电能输出口停止激励初级感应线圈。
[0045]在本公开内容的另一方面，教导感应传输电能的方法，包括:获得感应电能输出口，其包括:至少一个初级感应器，至少一个激励器和至少一个指令信号检测器；获得感应电能接收器，其包括:至少一个次级感应器和至少一个指令信号生成器；激励初级感应器持续有限的时间段；监测信号检测器；如果至少一个指令信号在该时间段期间由指令信号检测器检测到，那么重复激励初级感应器和监测信号检测器的步骤；和如果在该时间段期间没有接收到指令信号，那么终止激励器。任选地，时间段是在5毫秒和10毫秒之间。
[0046]个别地，该方法可以进一步包括以下当中的至少一个:
[0047].如果指令信号检测器检测到终止信号，那么终止激励器；
[0048].如果指令信号检测器检测到延续信号，那么用相同功率继续激励初级感应器；
[0049].如果指令信号检测到第一增加的功率信号，那么以第一增量值增加功率；
[0050].如果指令信号检测器检测到第二增加的功率信号，那么以第二增量值增加功率；和
[0051].如果指令信号检测器检测到减小的功率信号，那么以增量值减小功率。
[0052]在适当情况下，指令信号生成器包括信号传输电路，其可操作地从次级感应线圈抽取另外的电能，由此在初级电压或初级电流中生成可检测的峰。任选地，指令信号检测器包括被配置成检测初级电压或初级电流中峰的至少一个峰检测器；和可操作地测定峰的特征频率的至少一个处理器；
[0053]另外或可选地，该方法可以进一步包括以下中的至少一个:
[0054].如果峰检测器在具有第一特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器在第一工作功率工作；
[0055].如果峰检测器在具有第二特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器在第二工作功率工作；
[0056].如果峰检测器在具有第三特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器以第一增量增加工作功率；
[0057].如果峰检测器在具有第四特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器以第二增量增加工作功率；
[0058].如果峰检测器在具有第五特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器以第一增量减小工作功率；
[0059].如果峰检测器在具有第六特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器以第二增量减小工作功率；
[0060].如果峰检测器在具有第七特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器在相同功率继续工作；和
[0061].如果峰检测器在具有第八特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么激励器停止提供振荡电压。[0062]不同地，特征频率可以选自以下中的至少一种:250赫兹，500赫兹，I千赫兹，1.5
千赫兹至5千赫兹，8千赫兹等等。
[0063]本发明的其它实施方式针对提供感应电能传输系统,包括:至少一个感应电能输出口，其包括经过激励器有线连接至电源的至少一个初级感应线圈；初级感应线圈，其用于与至少一个有线连接到电负载的次级感应线圈形成耦合，与感应电能接收器相联系的次级感应线圈，其中激励器被配置成提供穿过初级感应线圈的激励电压，激励电压在显著不同于感应耦合的共振频率的传输频率振荡。任选地，激励器包括间歇地连接初级感应线圈至电源的切换单元。
[0064]任选地，传输频率位于感应电压与频率近似线性变化的范围内。任选地，激励器被配置成调整传输频率应答反馈信号。
[0065]任选地,感应电能输出口包括适合于检测第一信号和第二信号的信号检测器，和激励器被配置成:当检测器检测第一信号时，增加传输频率，而当检测器检测第二信号时，减小传输频率。反馈信号一般具有关于电负载的工作参数的数据。工作参数选自以下:电负载的需要的工作电压；电负载的需要的工作电流；电负载的需要的工作温度；电负载的需要的工作功率；电负载的测量的工作电压；电负载的测量的工作电流；电负载的测量的工作温度；电负载的测量的工作功率；递送到初级感应线圈的功率；由次级感应线圈接受的功率，和用户识别码。任选地，检测器选自以下:光学检测器，无线电接收器，音频检测器和电压峰检测器。
[0066]任选地，激励器进一步包括监测穿过初级线圈的初级电压的振幅的电压监测器。任选地，电压监测器被配置成检测初级电压的显著增加。
[0067]在其它实施方式中，激励电压在高于感应耦合的共振频率的传输频率振荡，其中初级感应线圈进一步有线连接至接收电路，其包括监测穿过初级线圈的初级电压的振幅的电压监测器，和次级感应线圈进一步有线连接至传输电路，传输电路用于连接至少一个电气元件至次级感应线圈，由此增加共振频率，使得控制信号可以从传输电路传输至接收电路。任选地，次级感应线圈有线连接至桥式整流器的两个输入，和电负载有线连接至桥式整流器的两个输出，其中传输电路有线连接至桥式整流器的一个输入和桥式整流器的一个输出。典型地，传输电路进一步包括调制器，其用于用输入信号调制位速率信号以产生调制信号，和开关，其用于根据调制信号间歇地连接电气元件至次级感应线圈。任选地，电压监测器进一步包括相关器，其用于将初级电压的振幅与产生输出信号的位速率信号相关。
[0068]在某些实施方式中，控制信号用于将反馈信号从次级感应线圈传输至初级感应线圈，调节穿过感应电源耦合的功率传输。激励器可以被配置成调节传输频率应答反馈信号。典型地，系统适合于传输第一信号和第二信号，和激励器被配置成:当第一信号由接收器接收时，增加传输频率，而当第二信号由接收器接收时，减少传输频率。
[0069]不同地，本发明的实施方式可以成为选自以下的至少一种应用的一部分:感应充电器，感应电源适配器，电动工具，厨房用具，浴室电器，电脑，媒体播放器，办公设备，植入设备，起搏器，追踪器和RFID感应充电器，感应电源适配器。
[0070]本发明的进一步的目的是教导调节电能传输的方法，其从经过激励器有线连接至电源的初级感应器线圈感应至有线连接至电负载的次级感应线圈，该方法包括以下步骤:(a)-在初始的传输频率ft提供振荡电压至初级感应线圈，初始的传输频率ft显著不同于系统的共振频率fK;(b)-在次级感应线圈感应次级电压；(C)-监测由电负载接收的功率；(d)-当监测功率偏离预定的范围，发送反馈信号；(e)-激励器接收反馈信号；(f)-激励器调节传输频率，和(g)-重复步骤(b) - (f)。
[0071]任选地，步骤(d)进一步包括:(dl)发送第一类型的反馈信号Sa至激励器，当功率下降到预定的下阈值以下的任何时候，和(d2)发送第二类型的反馈信号Sb至激励器，当功率超过预定的上阈值的任何时候。
[0072]根据优选的实施方式，初始传输频率ft比共振频率fK高，和步骤(f)进一步包括:(fl)当接收的反馈信号是第一类型Sa时，激励器以增量值-Sf1减小传输频率，和(f2)当接收的反馈信号是第二类型Sb时，激励器以增量值+ δ f2增加传输频率。
[0073]在还其它实施方式中，本发明涉及教导将信号从感应电能传输系统的次级感应线圈传输至初级感应线圈的另一种方法，所述方法包括以下步骤:步骤(i)-将初级感应线圈连接至监测穿过初级线圈的初级电压的振幅的电压监测器；步骤(ii)-将次级感应线圈连接至传输电路用于选择性增加感应电能传输系统的共振频率；步骤(iii)-在比共振频率高的初始传输频率提供振荡电压至初级感应线圈，由此在次级感应线圈中感应电压；步骤(iv)-使用传输电路调制位速率信号，用输入信号产生调制信号，和根据调制信号，间歇地连接电气元件至次级感应线圈，和步骤(V)-使用电压检测器将初级电压的振幅与产生输出信号的位速率信号相关。
【专利附图】

【附图说明】
[0074]为了更好的理解本发明以及显示它如何可以实现这种效果，只是举例来说明，将参照附图。
[0075]现在具体详细地参照附图，需要强调的是示出的细节是只是举例来说明和为了本发明的优选实施方式的说明性讨论的目的，并且为了提供相信是本发明的原理和概念方面的最有用和容易理解的描述而提出。在这点上，除了本发明必要的基本理解，并未试图更详细地显示本发明的结构细节；参照附图的描述使得本领域技术人员在实践中可以以数种形式如何来具体化。在附图中:
[0076]图1是显示根据本发明的实施方式具有反馈信号路径的感应电能传输系统的主要元件的方框图；
[0077]图2是感应电能传输系统的工作电压的振幅如何随着传输频率变化的图；
[0078]图3是表示便携式电脑从感应电能输出口抽取电能的示意图；
[0079]图4是根据本发明的另一个实施方式的感应电能传输系统的电路图，包括检测传输电压中大的增加的峰检测器；
[0080]图5是显示根据本发明的进一步实施方式通过改变在感应电能传输系统中的电能传输频率调节电能传输的方法的流程图；
[0081]图6是显示根据本发明的还另一个实施方式的具有感应反馈电路的感应电能传输系统的主要元件的方框图；
[0082]图7是显示工作电压随着传输频率变化如何被系统的共振频率的改变所影响的图；
[0083]图8是根据本发明还另一个实施方式的包括感应反馈电路的感应电能传输系统的电路图，其用于提供线圈到线圈信号传输，在线圈之间同时发生不间断地感应电能传输;
[0084]图9是显示根据本发明的还进一步的实施方式将信号从感应电能传输系统的次级感应线圈传输到初级感应线圈的方法的流程图；
[0085]图1OA是代表包含激活和终止机构的能量高效感应电能传输系统的选择组件的方框图；
[0086]图1OB是代表在待机模式和传输模式之间转变用于激活和终止能量高效感应电能传输系统的流程图；
[0087]图1lA是代表在能量高效感应电能输出口的感应电能输出口中从待机阶段到传输阶段的转变的可能方案的选择阶段的流程图；
[0088]图1lB是代表感应电能输出口的可能传输模式方案的流程图；和
[0089]图1lC是代表能量高效感应电能接收器的工作的流程图。
【具体实施方式】
[0090]现在参照图1，其显示根据本发明的另一个实施方式适合于在非共振频率传输电能的感应电能传输系统100的主要元件的方框图。感应电能传输系统100由配置成提供电能到远程次级单元300的感应电能输出口 200组成。感应电能输出口 200包括经过激励器230有线连接至电源240的初级感应线圈220。激励器230被配置成提供振荡激励电压到初级感应线圈220。
[0091]次级单元300包括有线连接至电负载340的次级感应线圈320，其感应耦合至初级感应线圈220。电负载340从电源240抽取电能。通讯电路120可以在与次级单元300相联系的发射器122和与感应电能输出口 200相联系的接收器124之间提供。通讯电路120可以提供反馈信号S等等到激励器230。
[0092]在一些实施方式中，提供电压峰检测器140来检测传输电压中大的增加。如以下描述，峰检测器140可以用于检测不规则性诸如次级单元200的去除、电源泄露、短路等等。
[0093]图2是显示感应电能传输系统的工作电压的振幅如何随着传输频率变化的图。需要说明的是，当传输频率等于系统的共振频率fK时，电压在其最高点，这个最大振幅已知为共振峰2。需要进一步说明的是图的斜坡在共振峰2的任一侧的区域4a、4b中最陡峭。因此，在感应传输系统中，其在或在共振周围工作，频率小的变化导致感应电压的大的变化。类似地，系统的共振频率小的改变产生感应电压的大的改变。由于这个原因，现有技术的共振感应传输系统对于环境条件的小的波动或者感应线圈之间的对准的变化是非常敏感的。
[0094]本发明的实施方式的具体特征是，激励器230(图1)被配置成和可操作地传输激励电压，其在显著不同于感应耦合的共振频率的传输频率振荡。任选地，选择传输频率位于接近线性区域6、8中的一个当中，在其中频率-振幅图的坡度是较小地陡峭。
[0095]本发明的实施方式的一种优点现在参照图3说明。示意图显示代表便携式电脑340经过次级电能接收单元300从感应电能输出口 200抽取电能。电能接收单元300包括与在次级电能输出口 200中的初级感应线圈220对准的次级感应线圈320。次级电源接收单元300的任何横向位移改变次级感应线圈320与初级感应线圈220之间的对准。由于改变对准，线圈对的组合感应系数改变，其反过来改变系统的共振频率。[0096]如果感应电能输出口 200在系统的共振频率传输电能，甚至小的横向移动将显著减小感应电压的振幅。与现有技术对比，在本发明的实施方式中，感应电能输出口 200在共振峰2的任一侧的区域6、8中之一中的频率传输电能(图2)，其中共振图的斜坡是非常浅的。因此，系统具有对于变化诸如横向移动的较大的容差。
[0097]在系统的固有共振频率以上的频率传输的感应电能输出口的实施方式的进一步特征是，如果系统的共振频率由于一些原因增加，那么传输电压急剧地增加。在优选的实施方式中，提供峰检测器140(图1)以监测电能输出口 200的传输电压，和被配置成检测传输电压的大的增加,表明共振频率的增加。
[0098]同样参考感应系统的共振式，Ir = 2JjLC，需要说明的是系统的感应系数L或电
容C任一的任何减小增加共振频率，和可以通过峰检测器140检测。
[0099]作为使用峰检测器140的实例，同样参照图3。将意识到桌上型环境中，导体诸如纸夹、金属尺、金属外壳的订书机、打孔机或任何金属物体可能在感应电能输出口 200和次级电能接收单元300之间引入。通过初级线圈220产生的共振磁场然后产生导体中的涡电流，加热该导体，并且由此消耗来自初级线圈220的电能。这种电能消耗可能是浪费和/或危险的。如上描述的电能消耗通常减小系统的感应系数L，由此增加其共振频率。
[0100]系统的感应系数L也可以通过去除次级感应线圈220、产生短路等等减小。峰检测器140，有线连接至感应电能输出口，可以检测传输电压大的增加的这些情况中任一个。如需要，电能传输系统可以被进一步配置成关闭、发出警告或其它方式保护使用者和系统，在峰检测器140检测传输电压增加的情况下。
[0101]图4是感应电能输出口 6200和次级单元6300的电路图。次级单元6300包括经过整流器6330有线连接至电负载6340的次级感应线圈6320。
[0102]感应电能输出口 6200包括由连接至电源6240的半桥变流器6230激励的初级线圈6220。半桥变流器6230被配置成在比系统的共振频率高的频率激励初级线圈6220，和峰检测器6140被配置成检测传输电压的增加。
[0103]虽然在图4中表现半桥变流器，需要说明的是其它可能的激励电路例如包括:DC至DC变流器，AC至DC变流器，AC至AC变流器，回扫变压器，全桥变流器，回扫变流器或正向变流器。
[0104]非共振传输的另一个优点是传输频率可以用于调节电能传输。现有技术的感应电能传输系统，一般通过改变传输电压的工作循环来调节电能传输。不同于现有技术系统，因为本发明的实施方式在不等于系统的共振频率的频率传输，激励器230可以被配置成通过调整传输频率调节电能传输。
[0105]参照图2说明调节。在本发明的实施方式中，可以选择传输频率是在4的低频值和的高频值之间的曲线的近似线性区域8中选择。在比系统的共振频率fK高的传输频率ft产生Vt的感应电压。感应电压可以通过减小传输频率增加，使得它更接近于共振频率fEo相反地,通过增加传输频率,可以减小感应电压,使得它进一步远离共振频率fK。例如，以δ f调整传输频率产生δ V的感应电压的改变。
[0106]在一些实施方式中，在次级单元300和感应电能输出口 200之间提供通讯电路120(图1)，以通讯需要的工作参数。在本发明工作参数的实施方式中，通讯电路120可以用于指明电负载340到激励器230的需要的传输频率。
[0107]通讯电路120可以进一步提供在电能传输期间的反馈信号。反馈传输可以通讯电负载240的需要或监测的工作参数，诸如:
[0108].电负载240需要的工作电压、电流、温度或功率，
[0109].在工作期间供应到电负载240的测量的电压、电流、温度或功率，
[0110].在工作期间由电负载240接收的测量电压、电流、温度或功率等等。
[0111]在一些实施方式中，激励器230中微控制器可以使用这种反馈参数来计算需要的传输频率和相应地调整激励器。可选地，可以提供简单的反馈信号，表明是否要求更大或更小的功率。
[0112]使用简单的反馈信号的功率调节方法的一个实例在图5的流程图中显示。方法包括以下步骤:
[0113]步骤(a)-激励器230提供在传输频率ft的振荡电压，传输频率ft比系统的共振
频率高。
[0114]步骤(b)-在次级线圈320中感应次级电压。
[0115]步骤(c)-次级单元300中的功率监测器监测由电负载340接收的功率。
[0116]步骤(d)-如果由电负载340接收的功率位于预定范围内，不采取动作。如果电负载340接收的功率在预定的范围以下，发送第一类型的反馈信号Sa至激励器。如果电负载340接收的功率在预定的范围以上，发送第二类型的反馈信号Sb至激励器。
[0117]步骤(e)-由激励器230接收反馈信号。
[0118]步骤(f)-如果接收的反馈信号是第一类型Sa，那么通过增量值+ Sfjl加传输频率。如果接收的反馈信号是第二类型Sb，那么以增量值-δ f2减小传输频率。
[0119]需要说明的是通过使用上述的功率调节方法，当负载接收的功率太高时，一系列第一类型Sa的反馈信号可以进行传输，直到功率减小进入可接受的范围中。类似地，当由电负载接受的功率太低时，一系列第二类型Sb的反馈信号将进行传输，直到功率增加进入可接受的范围中。需要说明的是正的增量值Sf1可以比负的增量值Sf2更大、更小或者相
坐寸O
[0120]可选地，可以使用利用频率调整的其它功率调节方法。例如，可以监测电负载的工作参数，和它们的值经过通讯电路120传输至电能输出口。在电能输出口中的处理器然后可以直接计算需要的传输频率。
[0121]上述方法，提及位于线性区域8 (图2)内的非共振传输频率，比共振峰2高。然而，将意识到，在可选的实施方式中，当传输频率位于共振曲线的较低的线圈区域中时，可以实现频率控制的功率调节。尽管如此，对于一些实施方式，优选在较高的线性8中选择传输频率，如上描述，特别是当需要峰检测时。
[0122]返回参照图1，可以使用各种发射器122和接收器124。对于感应系统这是常有的情况，当初级和次级线圈220、320是电位隔离时，例如，可以使用光耦合器。发光二极管作为发射器和在短距离中发送编码的光学信号至作为接收器的光敏晶体管。然而，光耦合器一般需要是对准的，使得在发射器和接收器之间有视线。系统中在发射器和接收器之间的对准可能是难于实现，光耦合可能是不合适的，优选地为替代系统，诸如由压电元件发射的超声信号或者无线电信号诸如蓝牙、WiFi等等。可选地，初级和次级线圈220、320自身可以作为发射器122和接收器124。
[0123]在某些实施方式中，光学发射器，诸如发光二极管(LED)，例如，包含在次级单元300内，和被设置成和可操作地传输能够穿透次级单元300和电能输出口 200的外壳的类型和强度的电磁辐射。光学接收器，诸如光电二极管、光电晶体管、光敏电阻等等，包含在接收电磁辐射的电能输出口 200内。
[0124]参照图6的方框图，它是本发明的某些实施方式的特定功能，感应通讯电路2120成为在感应电能输出口 2200和远程次级单元2300之间传输信号的感应电能传输系统2100的一部分。通讯电路2120被配置成在电能输出口 2200中产生输出信号Sa，当输入信号S入在没有中断输出口 2200到次级单元2300的感应电能传输情况下、由次级单元2300提供时。
[0125]感应电能输出口 2200包括经过激励器2230有线连接至电源2240的初级感应线圈2220。激励器2230被配置成提供振荡电压至初级感应线圈2220，一般在比系统的共振频率fK高的电压传输频率ft。
[0126]次级单元2300包括有线连接至电负载2340的次级感应线圈2320，其感应耦合至初级感应线圈2220。电负载2340从电源2240抽取电能。当电负载需要直流电供应时，例如，电化学电池等等的充电设备,可以提供整流器2330整流在次级线圈2320中感应的交流电信号。
[0127]提供感应通讯电路2120，其用于传输从次级感应线圈2320至初级感应线圈2220信号，同时没有中断从初级感应线圈2220至次级感应线圈2320的感应电能传输。通讯电路2120可以提供反馈信号至激励器2230。
[0128]感应通讯电路2120包括发射电路2122和接收电路2124。发射电路2122有线连接至次级感应线圈2320，任选地经过整流器2330，而接收电路2124有线连接至初级感应线圈 2220。
[0129]信号发射电路2122包括至少一个电元件2126，进行选择使得当它连接至次级感应线圈2320时，系统的共振频率fK增加。发射电路2122被配置成选择性地连接电元件2126至次级线圈2320。如以上说明，感应系数L或电容C的任何减小增加系统的共振频率。任选地，电元件2126可以是具有低电阻，例如，在50欧姆以下的电阻和任选地为I欧姆。
[0130]典型地，信号接收电路2124包括被配置成检测传输电压中大的增加的电压峰检测器2128。在系统中，如果电压传输频率ft比系统的共振频率&高，传输电压这种大的增加可以由共振频率fK的增加引起，由此表明电元件2126已经连接至次级线圈2320。因此，发射电路2122可以用于发送信号脉冲至接收电路2124，而编码的信号可以由这种脉冲构成。
[0131]根据一些实施方式，发射电路2122也可以包括用输入信号S入调制位速率信号的调制器(没有示出)。根据调制信号，电元件2126然后可以连接至次级感应线圈2320。接收电路2124可以包括用于解调调制信号的解调器(没有示出)。例如，电压峰检测器2128可以连接至相关器，其使得初级电压的振幅与位速率信号相关，由此产生输出信号Sa。
[0132]在其它实施方式中，可以提供多个电元件2126，其可以选择性地连接来感应初级电压的振幅中多个不同大小的电压峰。由峰检测器2128检测的电压峰的大小可以用于传输多个信号。[0133]图7是显示工作电压的振幅根据传输频率如何变化的图。需要说明的是，当传输频率等于系统的共振频率fK时，电压在其最高点，这个最大的振幅已知为共振峰2。如果系统的共振频率增加，产生新的共振峰2’。
[0134]根据本发明的另一个实施方式，感应电能传输系统2100在比系统的共振频率高的特定传输频率ft工作。正常的工作电压Vt通过电压峰检测器2128监测。当电元件2126连接至次级感应线圈2320时，系统的共振频率增加。因此，工作电压增加到更高的值Vt’。这种增加通过电压峰检测器2128检测。
[0135]需要说明的是与现有技术对比，如在Terry J.Parks和David S.Register的美国专利号5，455，466中描述的感应信号传输系统，本发明实现数据从次级线圈2320至初级线圈2220的传输，同时电能从初级线圈2220至次级线圈2320的感应传输。因此，信号传输系统可以用于提供实时功率调节的反馈信号。
[0136]图8显示根据本发明的另一个实施方式，感应电能输出口 7200和次级单元7300的示例性电路图。反馈电路7120用于提供线圈之间的传输信号，同时不间断感应电能传输。
[0137]感应电能输出口 7200包括连接至电源7240的半桥变流器7230激励的初级线圈7220。半桥变流器7230被配置成在高于系统的共振频率的频率激励初级感应线圈7220。次级单元7300包括有线连接至整流器7330的输入端!\、T2的次级线圈，和有线连接至整流器7330的输出端T3、T4的电负载7340。
[0138]感应反馈电路7120包括在次级单元7300中传输电路7122和在感应电能输出口7200中的接收电路7124 。传输电路7122包括经过功率MOSFET开关7125连接至整流器7330的电阻器7126。调制器7123可以提供至功率M0SFET7125的输入信号S人。
[0139]需要说明的是在该实施方式中传输电路7122有线连接至整流器7330的一个输入端T1和一个输出端Τ3。这种配置是特别有利的，因为即使当连接传输电路7122时，电阻器在AC周期的一半期间仅从系统抽取电能，由此显著地减小电能损失。
[0140]接收电路7124包括被配置成检测传输电压中增加的电压峰检测器7128，和产生输出信号S&的解调器7129。
[0141]现在参照图9，显示从感应电能传输系统的次级感应线圈至初级感应线圈传输信号的方法中的主要步骤的流程图。该方法包括以下步骤:
[0142]步骤(i)-连接初级感应线圈至监测穿过初级线圈的初级电压的振幅的电压监测器；
[0143]步骤(ii)-连接次级感应线圈至选择性地增加感应电能传输系统的共振频率的传输电路；
[0144]步骤(iii)-在比共振频率高的初始传输频率提供振荡电压至初级感应线圈，由此在次级感应线圈中感应电压；
[0145]步骤(iv)-使用传输电路用输入信号调制位速率信号，以产生调制的信号，和根据调制的信号将电元件间歇地连接至次级感应线圈，和
[0146]步骤(V)-使用电压检测器使初级电压的振幅与产生输出信号的位速率信号相互关联。
[0147]因此，感应通讯电路2120可以用于传输从次级感应线圈至初级感应线圈的反馈信号，用于调节如上述的穿过电能耦合的电能传输。
[0148]将意识到本发明的实施方式在广泛的应用中是有用的。感应电能接收器可以用于无线地提供电能用于各种各样的电气设备。本发明的实施方式可以与这种感应电能接收器成为一体。具体地，因为非共振传输使用较低的传输电压，非共振系统的热损失是较低的。因此，当并入高功率应用诸如电动工具、厨房用具、浴室电器、电脑、媒体播放器、办公设备等中时，本发明的实施方式可以是特别有用的。
[0149]当散热是困难时，例如当电能接收器具有小的尺寸或者用于热敏装置诸如测量设备时，减少的热损失，与本发明的非共振系统的实施方式有关，是特别有用的。同样地，期望的是植入活体中的设备不散逸大量的热进入体内。因此，非共振感应传输非常适合于植入设备，诸如起搏器、跟踪器等等。
[0150]也需要说明的是近年关于全球能量危机的威胁的公众关注已经使得更大的重点放在优化能量传输的效率。使用现有技术难于实现要求更高的规范，在这种情况下，本发明的实施方式可以用于提供具有非常低的能量损失的高的功率。因此，本发明是更大效率的驱动中重要的环节。
[0151]而且，本发明的实施方式在各种应用的任一中的感应电能传输系统中是有利地进行应用，在其中电能从初级线圈传输至远程次级线圈。除其它之外，这些应用包括:
[0152].使用充电电气设备的感应充电器，
[0153].用于电气设备供电的感应电源适配器，电气设备诸如计算机、电视、厨房设备、办公设备等等，
[0154].医疗应用，在其中电能远端传输至患者中植入的设备，
[0155].与远纟而RFID标签通讯，
[0156].军事应用，其中电能传输穿过厚的装甲钢板，
[0157].通讯或感应电能传输至埋在地下的次级感应线圈。
[0158].通讯或感应电能传输至淹没在水下的次级感应线圈,例如,在潜水艇应用中,和
[0159].通讯或感应电能至相对于初级线圈移动的次级线圈。
[0160]因此，通过使用在不同于系统的共振频率振荡的传输电压，感应电能传输系统具有比其它传输系统高的环境波动和感应线圈对准的容差，并且频率可以用于调节电能传输。而且，当传输频率比系统的共振频率高时，可以使用峰检测器表明危险和提供感应通讯电路。
[0161]能量高效的感应系统
[0162]现在参照图1OA的方框图，代表能量高效的感应电能传输系统1000的实施方式的选择的组件。感应电能传输系统1000包括感应电能输出口 1200和感应电能接收器1300，和被配置成在传输模式和待机模式之间切换。
[0163]在待机模式中，在转变为传输模式之前，系统1000可以使感应电能输出口 1200和感应电能接收器1300休眠，等候激活信号。在传输模式中，感应电能传输系统1000被配置成和可操作地从电源1240抽取电能至电负载1340，电源1240诸如干线供电、车辆用蓄电池、电力发电机、燃料电池等等。
[0164]将意识到，这种感应电能传输系统1000可以显著地减小与现有技术电能传输系统相关的电能损失。在待机模式期间，可以不从电源1240抽取电能或抽取很少电能。感应电能输出口 1200可以被配置成仅在存在合适的感应电能接收器1300切换至传输模式。而且，当不需要传输电能时，系统1000可以可操作地回复至待机模式。因此，仅当实际需要时，通过系统1000抽取电能。对于系统可以受用各种激活和终止方案，如以下描述。
[0165]现在参照流程图10B，感应电能传输系统1000通过多种途径可以在待机模式和传输模式之间切换。当在待机模式中时，感应电能输出口 1200或感应电能接收器1300可以被配置成等候激活信号。如果接收到这种激活信号，系统1000可以切换至传输模式。在适当情况下，系统1000的激活可以包含激活感应电能输出口 1200的初始的触发信号，和确认合适的感应电能接收器1300存在的认证流程。
[0166]当在传输模式中时，感应电能传输系统1000可以被配置成在感应电能接收器1300和感应电能输出口 1200之间周期性地传输信号，诸如，例如上述有关图5描述。
[0167]如以下细述，对于系统可以使用各种传输信号，例如，以某一间隔，指令可以从感应电能接收器1300发送至感应电能输出口 1200以增加功率，以某一间隔，减小功率，维持相同功率，终止功率传输等等。当没有接收到这种传输信号时，感应电能输出口 1200可以被配置成停止激励初级感应器1220，和回复至待机模式。
[0168]具体地，当终止信号在感应电能接收器1300和感应电能输出口 1200之间传输时，感应电能传输系统1000可以被配置成回复至待机模式。在适当情况下，当电负载1340不再需要电能时，感应电能接收器1300可以被配置成发送终止信号至感应电能输出口 1200。例如，当电负载1340是由感应充电器充电的电化学电池时，说明，当电池被完全充电时，可以生成终止信号。
[0169]将意识到，诸如本文公开的感应电能传输系统可以显著减小由休眠电源适配器、充电器等等抽取的电能的量。
[0170]返回参照图10A，系统1000可以包括触发机构1400和信号传输机构1120。在感应电能传输系统1000处于待机模式时，触发机构1400可以用于提供初始的触发生成激活信号，使得感应电能传输系统1000切换到传输模式。信号传输机构1120可以提供感应电能接收器1300的通道来发送指令信号到感应电能输出口 1200，指令信号诸如识别信号、认
证信号、传输信号、终止信号等等。
[0171]感应电能传输系统1000的感应电能输出口 1200包括初级感应器1220诸如初级感应线圈，例如，其经过激励器1230可连接至电源1240。激励器1230提供供应振荡电压至感应线圈1220所必须的电子学。感应电能接收器1300典型地包括次级感应器1320诸如次级感应线圈、调节器1330和电负载1340。
[0172]次级感应线圈1320被配置成与感应电能输出口 1200的初级感应线圈1220感应耦合。如需要，调节器1330可以包括整流器，以将通过次级线圈1320的交流电转换为供应电负载1340的直流信号。整流器1330可以是必须的，例如，当电负载1340包括待充电的电化学电池时。
[0173]触发机构1400可以控制电源1240和感应电能输出口 1200之间的连接。触发机构1400可以包括断路器1420和触发传感器1440。任选地，触发机构1400可以进一步包括提供电力的辅助电源1460，当感应电能输出口 1200与其电源1240断开时。各种辅助电源1460可以在触发机构1400的实施方式中使用，诸如电化学电池、电容器等等，其可以被配置成在感应电能输出口 1200与电源1240连接期间贮存能量，当感应电能输出口 1200中断是使用。其它辅助电源可以包括电生成元件诸如电池、压电元件、发电机等等。
[0174]断路器1420可以被配置成接收来自触发器和应答提供电源1240和感应电能输出口 1200之间的电连接的截止信号。各种断路器1420可以用于根据合适的需要中断感应电能输出口 1200与电源1240。例如，可以提供电子开关诸如场效应晶体管(MOSFET)等等，其门终端可以被配置成接收由触发传感器1440发送的电信号。其它断路器例如可以包括单刀开关、双刀开关、投掷开关等等。
[0175]触发传感器1440被配置成检测表明可能的感应电能接收器1300的接近度的释放信号。触发器1440可以被进一步配置成当检测到释放信号时，使断路器1420失效。任选地，并入感应电能接收器1300的激动器1480被配置成产生通过触发器1440可检测的释放信号。
[0176]在一个实施方式中，触发机构1400可以包括磁检测器诸如霍尔效应开关、簧片开关等等。磁开关可以被配置成检测由于与感应电能接收器1300相联系的激活磁场元件的接近的磁场的增加。将意识到霍尔效应开关可以被配置成检测与感应电能接收器1300相联系的对准磁体的接近，感应电能接收器1300进一步起到作为激活触发机构1400的磁元件1480的作用。将进一步意识到，如本领域技术人员将想到，其它磁性开关还可以在触发机构的其它实施方式中使用。还可以使用触发机构的其它实施方式，例如，如在待决专利申请PCT/IL2010/001013中 申请人:所描述，该专利通过引用并入本文。
[0177]信号传输系统1120可以包括感应反馈电路7120，诸如关于图8以上描述。感应电能接收器的调节器1330可以与传输电路1122通讯，传输电路1122包括信号生成器1123、切换单元1125和辅助负载1340。信号生成器1123可以是调制器7123，诸如在图8中描述。切换单元1125可以是M0SFET7125，诸如在图8中描述。不同地，辅助负载1126可以是电负载7126，诸如在图8中描述，虽然其它电元件诸如电容器、感应器等等可以可选地或另外地作为辅助负载1126。传输电路1122因此通过次级感应器1320可以调制抽取的电能。通过与感应电能输出口 1200相联系的信号检测器1124可以检测调制的电能。
[0178]感应电能输出口 1200包括含有峰检测器1128和处理器1129的信号检测器1124。峰检测器1128可以被配置成检测穿过初级感应器的初级电压或供应到初级感应器的初级电流中的峰。因此，当辅助负载连接至次级感应器1320时，峰检测器1128可以能够检测。处理器1129，诸如参照图8以上描述的解调器7129，可以提供用于测定峰脉冲的频率。
[0179]信号传输系统1120可以用于传输指令信号诸如识别信号、认证信号、传输信号、终止信号等等到感应电能输出口 1200，以具有特征频率的峰脉冲形式。
[0180]感应电能接收器1300的调节器1330与传输电路1122通讯，调节器1330可以包括控制器、整流器、电容器、微控制器、电压监测器等等。
[0181]调节器1330可以可操作地监测穿过次级感应器1320的感应次级电压，和可操作地比较感应电压与参考值。通过比较次级电压与阈值，调节器1330可以测定次级电压是否位于允许范围的值内。相应地，通过调节器1330可以选择指令信号，通过传输电路1122可以生成指令信号，指令感应电能输出口 1200调整穿过次级感应器1320的感应电压。
[0182]将意识到，在待机模式中没有感应电压穿过次级感应器1320。如在以下更详细地概述，在待机模式中，通过生成识别指令信号(ID信号)，调节器1320和传输电路1122可以进一步可操作地应答穿过次级感应器1320的激活电压脉冲。通过感应电能输出口 1200，可以检测ID信号，由此确认感应电能接收器1300的存在和任选地确认其需要的操作参数。
[0183]现在参照图11A，其显示在感应电能输出口中从待机相转变为传输相的可能方案的选择的阶段。在待机相中，休眠的感应电能输出口等候释放信号1002。释放信号说明感应电能输出口相容的感应电能接收器可以已经放置在传输范围内。这种释放信号尤其可以是在感应电能接收器中与触发磁体有联系的局部磁场的改变。相应地，在一个实施方式中，感应电能输出口并入被配置成检测局部磁场的改变的霍尔开关。根据合适的需要，本领域技术人员将容易想到其它释放信号机构，诸如使用压电元件、光传感器、音频传感器等等。
[0184]如果没有接收释放信号，输出口保持在待机模式1004中。当释放信号通过输出口检测时，开始认证流程1005，在该期间确认感应电能接收器的存在。认证流程可以以以下开始:初级感应器产生足够强度的初始电能以感应穿过感应电能接收器1006的次级感应器的激活电压脉冲。例如，初级电压可以被激励穿过初级感应器，使得八伏特的激活电压脉冲感应穿过次级感应器。
[0185]感应电能输出口可以是可操作地检测应答初始功率猝增1008的ID信号。如果感应电能输出口接收来自识别的感应电能接收器的ID信号应答，那么ID信号可以被确定1101和模式切换到传输模式1016。任选地，基于ID信号的特性，根据接收到什么样的ID信号，可以选择初始传输功率水平1012和用初始传输功率水平激励初级感应器1014。可选地，初始传输功率水平可以是初始功率猝增的传输功率水平。
[0186]任选地，在感应电能输出口回复待机模式之前，穿过初级感应器的初始功率猝增重复固定数量的迭代。不同地，初始功率猝增的激励电压可以是恒定或变化的。根据一种实施方式，感应电能输出口的激励器可以可操作地产生初始15毫秒猝增的振荡电压，穿过激励器可以重复，例如，每隔大约256毫秒。在大约5次迭代后，如果没有接收到ID信号，感应电能输出口可以回复至待机模式。
[0187]各种各样的ID信号可以在本公开的实施方式中使用，例如，如上描述，当感应电能输出口包括峰检测器时，传输电路可以用于调制穿过初级感应器的初级电压，或由初级感应器抽取的初级电流，其中脉冲峰具有可辨认的特征频率，其由识别的感应电能接收器生成。在一种实施方式中，ID信号可以具有选自500赫兹、I千赫兹和8千赫兹的特征频率的峰脉冲。ID信号的选择的特征频率可以进一步提供指令到感应电能输出口，例如，关于要求的传输参数、用户的具体数据、计费信息等等。
[0188]感应电压的功率水平可以通过调整激励电压的各种各样的参数进行调节。例如，当使用非共振功率传输时，诸如以上描述，功率水平可以通过选择的工作频率确定。任选地，通过减少在初始猝增期间的激励频率从476千赫兹至313千赫兹，可以稳定地增加穿过初级感应器的初始电压。可选地，通过调整激励电压的工作周期或振幅，可以选择功率水平。
[0189]现在参照图11B,其代表与感应电能输出口一起使用的可能的传输模式方案。任选地，通过图1lA的传输方案，可以开始这种方案，可选地，感应电能输出口可以以其它方式激活，诸如手动操作电源开关，连接至电力网供电等等。
[0190]在传输模式中，感应电能输出口可操作地可以可操作地激励初级感应器持续有限的时间段1020，例如，持续约10毫秒。在有限的时间段结束时，输出口可以可操作地终止操作1036，除非接收到指令信号1022。这种系统可以实现仅当需要时能量高效的感应电能输出口抽取电能，而当不需要时关闭。如果从感应电能接收器接收指令信号，可以识别信号1024和例如按照以下行事:
[0191].如果从感应电能接收器接收延续信号P-SAME1026，那么激励器可以继续激励感应器持续进一步的时间段；
[0192].如果从感应电能接收器接收第一功率增加信号P-UP1028，那么激励器可以以第一增量值增加功率水平1029 ；
[0193]?如果从感应电能接收器接收第二功率增加信号P-DUP1030，那么激励器可以以第二增量值增加功率水平1031 ；
[0194].如果从感应电能接收器接收功率减小信号P-D0WN1032，那么激励器可以以增量值减小功率水平1033 ;或者
[0195].如果从感应电能接收器接收终止信号END-SIG1034，那么激励器可以终止1036，由此停止激励初级感应器和感应电能输出口回复至待机模式。
[0196]为了更好说明传输方案和仅为了说明的目的，以下描述方案的实例，在其中感应电能输出口激励非共振传输电压。该方案也可以应用于共振传输系统。
[0197]指令信号可以包括调制峰脉冲，每个信号具有特征频率。在一种特定实施方式中，延续信号P-SAME可以具有500赫兹的特征频率，第一功率增加信号P-UP可以具有8千赫兹的特征频率，第二功率增加信号P-DUP可以具有1.5和5千赫兹之间的特征频率，终止信号END-SIG可以具有250赫兹的特征频率。将意识到可选地可以使用其它特征频率。实际上，如需要，其它指令信号，诸如另外的功率减小信号，例如，可以另外或可选地根据合适需要进行传输。
[0198]再次参照图2，如以上说明，当传输频率在系统的共振频率之上的非共振区域8选择时，次级感应器的输出功率可以通过以增量数量的增加或减小激励频率进行调节。根据一种实施方式，在该实施方式中传输频率是约10兆赫，可以从277千赫兹至357千赫兹等等的允许范围内选择增量频率步骤5f。
[0199]在一种系统中，感应电能输出口的激励器1230(图10)可以包括微控制器单元，其根据下式可操作地计算I增量频率值f；p+1- fop:
[0200]
【权利要求】
1.感应电能输出口，其用于传输电能到至少一个感应电能接收器，所述感应电能输出口包括: 至少一个有线连接到电源的初级感应器，所述初级感应器与所述感应电能接收器有联系的至少一个次级感应线圈形成感应稱合；和 至少一个被配置成提供穿过所述初级感应器的振荡电压的激励器； 所述感应电能接收器包括: 所述至少一个次级感应线圈；和 可操作监测穿过所述次级感应线圈的感应电压的输出调节器；检测激活电压脉冲；将所述感应电压与至少一个阈值比较；发送至少一种指令信号到感应电能输出口 ；和提供电能到电负载； 其中所述感应电能输出口可操作地感应穿过所述感应电能接收器的所述次级感应线圈的激活电压脉冲，由此引发所述感应电能接收器发送识别信号到所述感应电能输出口，和开始从其中抽取电能。
2.权利要求1所述的感应电能输出口，所述感应电能接收器进一步包括可操作地生成至少一种指令信号的信号传输电路，所述传输电路包括至少一个辅助负载，其通过切换单元选择性地可连接到所述次级感应器，其中所述切换单元被配置成将所述辅助负载连接到具有特征频率的所述次级感应器，由此在具有特征频率的初级电压或初级电流中产生可检测峰的脉冲。
3.权利要求1所述的感应电能输出口，含有脉冲的所述至少一种指令信号具有初级电压或初级电流中的峰的特征频率，其中所述感应电能输出口进一步包括: 至少一个峰检测器，被配置成检测所述峰；和 至少一个处理器，其可操作地测定所述峰的所述特征频率。
4.权利要求1所述的感应电能输出口，进一步包括可操作地检测所述指令信号的信号检测器，和所述激励器可操作地实现选自以下的至少一种功能: 选择第一工作功率，如果所述信号检测器检测到第一指令信号； 选择第二工作功率，如果所述信号检测器检测到第二指令信号； 以第一增量增加工作功率，如果所述信号检测器检测到第三指令信号； 以第二增量增加工作功率，如果所述信号检测器检测到第四指令信号； 以第一增量减小工作功率，如果所述信号检测器检测到第五指令信号； 以第二增量减小工作功率，如果所述信号检测器检测到第六指令信号； 在相同功率继续提供穿过所述初级感应器的所述振荡电压，如果所述信号检测器检测到第七指令信号；和 停止提供穿过所述初级感应器的所述振荡电压，如果所述信号检测器检测到第八指令信号。
5.权利要求1所述的感应电能输出口，进一步包括被配置成检测释放信号的触发传感器，释放信号指明可能的感应电能接收器的接近度。
6.权利要求1所述的感应电能输出口，其中所述激活电压脉冲包括穿过至少八伏特的所述次级感应线圈的感应电压。
7.权利要求1所述的感应电能输出口，其中所述激活电压脉冲产生至少三毫安的电流。
8.感应电能接收器，其用于从至少一个感应电能输出口接收电能，所述感应电能接收器包括: 至少一个次级感应器，其用于与至少一个初级感应线圈形成感应耦合；和至少一个信号传输电路，其被配置成生成至少一种指令信号，所述指令信号通过与所述感应电能输出口相联系的信号检测器是可检测的，作为具有初级电压或初级电流中峰的特征频率的脉冲； 其中: 所述感应电能输出口被配置成激励穿过所述初级感应线圈的振荡电压持续有限的时间段，和停止激励所述振荡电压，如果在所述时间段中没有接收到指令信号；和 在每个所述时间段中，所述传输电路可操作地发送至少一种指令信号到所述感应电能输出口。
9.权利要求8所述的感应电能接收器，其中所述时间段是在5毫秒和10毫秒之间。
10.权利要求8所述的感应电能接收器，其中至少一种指令信号包括终止信号，和所述感应电能输出口可操作地停止激励初级感应线圈，当检测到所述终止信号时。
11.权利要求8所述的感应电能接收器，其中所述传输电路包括信号生成器，其可操作地生成至少一种具有选自以下至少一种的特征频率的指令信号:250赫兹，500赫兹，I千赫兹，1.5千赫兹至5千赫兹和8千赫兹。
12.权利要求8所述的感应电能接收器，进一步包括可操作地监测穿过所述次级感应器的感应电压的输出调节器；将所述感应电压与至少一个阈值比较；和提供电能到电负载。
13.权利要求8所述的感应电能接收器，其中所述输出调节器进一步可操作地生成选自以下的至少一种指令信号: 约I千赫兹的起始脉冲指令感应电能输出口在第一工作功率激励所述初级感应线圈； 约8千赫兹的起始脉冲指令感应电能输出口在第二工作功率激励所述初级感应线圈； 约I千赫兹的脉冲指令感应电能输出口以第一增量增加工作频率； 在约1.5千赫兹和约5千赫兹之间的脉冲指令感应电能输出口以第二增量增加工作功率； 约8千赫兹的脉冲指令感应电能输出口以第一增量减小工作频率； 约500赫兹的脉冲指令感应电能输出口在相同功率继续激励初级感应线圈；和 约250赫兹的脉冲指令感应电能输出口停止激励初级感应线圈。
14.感应传输电能的方法,包括: 获得感应电能输出口，其包括:至少一个初级感应器，至少一个激励器和至少一个指令信号检测器； 获得感应电能接收器，其包括:至少一个次级感应器和至少一个指令信号生成器； 激励初级感应器持续有限的时间段； 监测所述信号检测器 ； 如果在所述时间段期间所述指令信号检测器检测到至少一个指令信号，那么重复激励所述初级感应器和监测所述信号检测器的步骤；和如果在所述时间段期间没有接收到指令信号，那么终止所述激励器。
15.权利要求14所述的方法，其中所述时间段是在5毫秒和10毫秒之间。
16.权利要求14所述的方法，进一步包括以下当中的至少一个: 如果所述指令信号检测器检测到终止信号，那么终止所述激励器； 如果所述指令信号检测器检测到延续信号，那么用相同功率继续激励初级感应器； 如果所述指令信号检测到第一增加的功率信号，那么以第一增量值增加功率； 如果所述指令信号检测器检测到第二增加的功率信号，那么以第二增量值增加功率；和 如果所述指令信号检测器检测到减小的功率信号，那么以增量值减小功率。
17.权利要求14所述的方法，其中: 所述指令信号生成器包括信号传输电路，其可操作地从所述次级感应线圈抽取另外的电能，由此在初级电压或初级电流中生成可检测的峰； 所述指令信号检测器包括被配置成检测初级电压或初级电流中峰的至少一个峰检测器；和可操作地测定所述峰的所述特征频率的至少一个处理器。
18.权利要求17所述的方法，进一步包括以下中的至少一个: 如果所述峰检测器在具有第一特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器在第一工作功率工作； 如果所述峰检测器在具有第二特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器在第二工作功率工作； 如果所述峰检测器在具有第三特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器以第一增量增加工作功率； 如果所述峰检测器在具有第四特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器以第二增量增加工作功率； 如果所述峰检测器在具有第五特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器以第一增量减小工作功率； 如果所述峰检测器在具有第六特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器以第二增量减小工作功率； 如果所述峰检测器在具有第七特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器在相同功率继续工作;和 如果所述峰检测器在具有第八特征频率的初级电压或初级电流中检测到峰，那么所述激励器停止提供所述振荡电压。
19.权利要求17所述的方法，其中所述特征频率选自以下中的至少一种:250赫兹，500赫兹，I千赫兹，1.5千赫兹至5千赫兹,和8千赫兹。
【文档编号】H02J5/00GK103975497SQ201180073935
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2011年9月5日 优先权日:2011年8月9日
【发明者】约西·阿藏科, 阿米拉·本-沙洛姆, 奥奥拉·格林沃尔德, 阿勒克·罗费, 艾尔弗雷德·莱博维茨, 穆提·阿舍里 申请人:鲍尔马特技术有限公司