无线能量传输的制作方法与工艺

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和接收器之间的无线能量传输，以便向接收器馈给电能。

背景技术：
例如为了给小型电设备的电池进行充电而不为此使用通向充电设备的有线接口，已知将作为发送器的充电设备和作为接收器的小型电设备感应地相互耦合，从而能够电磁地传输电能。在此，发送器包括用于产生电磁交变场的发送线圈，并且接收器包括用于将电磁交变场转换为电流的接收线圈。用于电能量传输的常用发送器无法识别接收器是否位于电磁影响范围中。发送器不顾及所述情况地产生交变场，由此可能产生不必要的能量消耗。能够导电的或可磁化的物体可以在存在接收器或者不存在接收器的情况下位于发送器的电磁影响范围中，所述物体可以通过交变场加热并且因此危害运行安全。已经建议，由发送器通过交换消息来实现接收器的识别，然而这种解决方案的开销是可观的。US4,942,352示出一种无线能量传输系统，其中设有磁开关，所述磁开关的状态将接收器的存在通知给发送器，从而发送器仅仅在存在接收器的情况下提供电磁交变场。US5,536,979示出一种用于可重复充电的小型电设备的充电设备，其中充电设备的发送线圈与小型设备的接收线圈借助于衔铁磁耦合，其中所述衔铁的一部分保留在小型设备中，从而其可以和小型设备一起远离充电设备。如果小型设备不位于发送线圈的电磁影响范围中，则通过远离可以减小由充电设备提供的交变场。

技术实现要素：
本发明基于以下任务：提出用于无线能量传输的发送器和系统，所述发送器和所述系统允许当没有接收器位于发送器的电磁影响范围中时简单地减小由发送器提供的电磁交变场。本发明的另一任务在于提出用于控制用于无线能量传输的发送器的相应方法。本发明借助于具有独立权利要求的特征的发送器、系统和方法来解决这些任务。从属权利要求又给出优选实施方式。根据本发明的用于无线能量传输的发送器包括谐振回路，所述谐振回路包括用于提供电磁交变场的发送线圈和用于提供流过发送线圈的振荡电流的触发装置和用于根据发送线圈的电感的改变来控制所述振荡电流的振幅的控制设备。可以在电路技术上容易地并且以较大可靠性确定发送线圈的电感或者所述电感的改变。不需要实现用于在发送器和接收器之间交换消息的主动系统。由此例如可以通过发送器向以下接收器馈电：所述接收器包括电池，所述电池如此深地放电，使得无法实现与发送器的通信。由所确定的电感或者其改变可以推断出在发送线圈的影响范围中存在接收器，从而可以在不存在接收器的情况下减小通过发送线圈转换为电磁交变场的电功率。有利地，可以将发送器与商业上常用的用于无线能量传输的接收器相组合，而无需接收器方面的改变。既不需要用于检测发送器的存在的机械元件，也不需要用于发送器和接收器之间的消息交换的设备。可以在不存在接收器的情况下降低发送器的能量消耗，并且可以降低由在存在或不存在接收器的情况下位于发送线圈的电磁影响范围中的可磁化的或能够导电的物体的发热引起的危险。此外，所述确定可以是稳健的并且相对于另一个源的电磁干扰而言是抗干扰的。优选地，谐振回路还包括谐振电容并且控制设备包括用于跨接谐振电容的设备，以便减小振荡电流的振幅。这种电路可以将流过发送线圈的振荡电流的振幅简单地降低到接近零的值。由此，可以在不存在接收器的情况下使发送器过渡到节能模式中，所述接收器可以通过打开跨接设备容易地从所述节能模式又过渡到正常运行中。在一种特别优选的实施方式中，控制设备设置用于：如果所确定的电感或所确定的电感改变指示在发送线圈的电磁影响范围中不存在用于无线能量传输的接收器，则跨接谐振电容。在一种实施方式中，控制设备设置用于基于振荡电流的频率的改变来确定发送线圈的电感的改变。为此，可以确定频率并且将其与预先确定的阈值进行比较。在另一种实施方式中，控制设备设置用于基于发送线圈的阻尼的改变来确定发送线圈的电感的改变。可以根据电参数来确定阻尼并且将所确定的值与一个阈值进行比较。在其他实施方式中，也可以确定发送线圈处的其他电参数并且将其单独地或者在关联之后与一个阈值进行比较，以便确定应如何控制振荡电流的振幅。在此，优选力求二元的决定，从而控制设备或者不限制振荡电流或者将振荡电流限制到最小值。在另一种实施方式中，发送器包括用于在谐振电容器跨接期间将谐振回路与外部电路电分离的分离设备。由此，谐振回路可以在跨接时间期间更少地电负载，从而其振荡能力未受损害或者在不存在接收器的情况下也能够实现流过发送线圈的振荡电流的进一步减小。分离设备可以包括可控开关，所述可控开关优选可以与以上所述的跨接设备被共同操作。替代地，分离设备可以包括二极管，所述二极管在导通方向上从外部电路引向谐振回路，从而当外部电路上的电压比谐振回路上的电压足够低时所述分离设备阻断。由此可以实现简单的和自激活的分离设备。根据本发明的用于无线能量传输的系统包括所描述的发送器和用于将电磁交变场转换为电能的接收器，其中所述系统设置用于当接收器位于所述发送器的电磁影响范围中时将能量从发送器传输到接收器上。根据本发明的用于控制用于无线能量传输的发送器的方法包括检测发送器的谐振回路的发送线圈的电感的改变以及根据所述改变控制流过发送线圈的振荡电流的振幅的步骤。所述方法可以容易地在借助于常用的电子技术结构元件的情况下实现。在一种变型方案中，所述方法也可以通过控制设备、尤其可编程的微处理控制的设备实现。附图说明现在参照附图更详细地描述本发明，附图示出：图1：用于无线能量传输的系统；图2：在谐振电容器跨接的情况下图1中的发送器的等效电路图；图3：用于控制图1和图2中的发送器的方法的流程图。具体实施方式图1示出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能够感应地相互耦合。发送器105包括谐振回路115，所述谐振回路由发送线圈120和触发装置125构成。在所示示例性实施方式中，触发装置125包括两个可控开关135和140，例如由晶体管构成，所述两个可控开关成对地配置有两个二极管145和150。各一个开关135、140与一个二极管145、150并联。此外，触发装置125包括控制装置155，以便交替地闭合开关135和140。谐振回路115优选还包括谐振电容器160。控制设备165设置用于控制流过发送线圈120的电流。在所示优选实施方式中，控制设备165与可控开关170连接，所述可控开关与谐振电容器160并联连接。谐振回路115由在可选的中间回路电容器175上施加的电压馈电。借助开关180或替代地也借助二极管185，中间回路电容器175或者谐振回路115可以与外部的（未示出）电路连接或者与其分离。在此，当开关170闭合时，开关180优选打开。开关170、180例如可以由晶体管构成。接收器110包括接收线圈190和用电器195，所述用电器在图1的示图中示例性地包括可充电的蓄电池和充电调节器。接收器110例如可以由小型电设备构成，其蓄电池能够无线地在发送器105处进行充电，其方式是，接收线圈190被置于发送器105的发送线圈120的电磁影响范围中。发送器105优选是用于与电能馈给网络连接的电源部件的一部分。谐振回路115优选设置用于以固有频率振荡，所述固有频率主要取决于发送线圈120的电感和谐振电容器160的电容。为了激励振荡，控制装置155交替地闭合开关135或140。为此，控制装置155能够对在发送线圈120上施加的电压进行采样并且将其与一个或两个阈值进行比较。通过交替闭合开关135或140，以在中间回路电容器175上施加的电能向谐振回路115馈电。谐振回路115产生流过发送线圈120的近乎正弦形的振荡电流，并且发送线圈120在其附近环境中提供电磁交变场。所述附近环境在这里也称为电磁影响范围。如果接收器110的接收线圈190位于发送线圈120的电磁影响范围中，则在接收线圈190中感应出振荡电流，所述振荡电流能够由用电器195消耗。提供所述电流所需的能量从发送线圈120的电磁交变场中获取。发送线圈120的电感随着接收线圈190与发送线圈120的距离而改变或者通过在电磁影响范围中存在接收线圈190而改变。如果电感发生改变，则谐振回路115的谐振频率也发生改变。控制设备165设置用于当接收线圈190不位于发送线圈120的电磁影响范围中时在谐振频率改变或者在谐振电容器110上施加的电压的频率改变的情况下减小流过发送线圈120的电流。为此，控制设备闭合开关170，从而谐振电容器160短路。这一方面导致以下效果：谐振回路115的谐振频率偏移一个大的量值，并且另一方面发送线圈120上的电压不再达到控制装置155的一个或多个阈值，从而开关135和140永久打开。图2示出当接收器110位于发送线圈120的影响范围以外并且谐振电容器160借助开关170跨接时图1中的发送器105的等效电路图。在这种情况下，开关180也是打开的或者二极管185是阻断的，从而在示图中省去这两个元件和与其连接的部件。中间回路电容器175上的直流电压通过电压源205建模。省去了两个开关135和140和控制它们的控制装置155。保留具有寄生电容210和215的二极管145和150。同样省去了中间回路电容器160、跨接中间回路电容器的开关170和控制设备165。发送线圈120具有寄生电容220。发送线圈120的电感可由接收线圈190与发送线圈120的距离影响，其中考虑：距离在所示情况中过大，以便对发送线圈的电感产生值得一提的影响。在图2中示出的电路相应于典型的电路电源部件。剩余的谐振回路115倾向于通过寄生电容210，215和220来振荡。然而，所形成的振荡由于与图1中的谐振电容器160的电容相比较小的有效电容210至220具有高得多的谐振频率，并且所导致的振荡具有小得多的振幅。通过具有减小的激励的谐振回路115的高频振荡，一方面流过发送线圈120的电流的振幅降低，另一方面谐振回路115优选继续处于振荡中从而谐振回路115处的电特性——尤其是发送线圈120处的振荡频率或阻尼能够用于电感120的确定。如果发送线圈120的电感通过接近接收器110的接收线圈190又发生改变，则能够打开图1中的开关170，以便在正常运行中以激活的谐振电容器160重新运行发送器105。图3示出用于控制图1和图2中的发送器105的方法300的流程图。方法300在步骤305或310之一中开始。在步骤305中确定发送器105的谐振回路115的频率的改变，在步骤310中确定发送线圈120的阻尼的改变。两个步骤都具有确定发送线圈120的电感的改变的目的。在替代的实施方式中，也可以基于另一电参数来进行发送线圈120的电感的确定。在接下来的步骤315中检验：改变是否超过预先确定的阈值。在一种替代实施方式中，可以在步骤305或310中也进行指示发送线圈120的电感的参数的绝对确定，其中在步骤315中进行所确定的值与预先确定的阈值的比较。根据比较结果，方法300或者以步骤320继续或者以步骤325继续，在步骤320中借助开关170跨接谐振电容器160并且可选地打开开关180，在步骤325中通过开关170释放谐振电容器160并且可选地闭合开关180。随后方法300返回到初始，并且能够以步骤305或310之一开始新的流程。