[发明专利]感应电能传输系统拾波电路

说明书

技术领域

本发明涉及感应耦合电能传输(ICPT或IPT)系统。更具体地说，本发明涉及消除对DC电感器需要的改进的IPT拾波电路。 

背景技术

IPT系统对于许多工业应用是公知的，并且在传统方法不能满意地执行例如打扫房间、搬家、材料处理以及电池充电方面具有特别的优点。 

基本IPT系统包括三个主要部件，即电源、通常包括细长导电路径的初级轨道或线圈、以及能量以无接触的方式从初级导电路径转移到其上的一个或多个拾波器。在美国专利说明书第5293308号(Boys等人)中描述了一种IPT系统的操作，其内容通过参考结合于此。 

图1示出了典型的IPT系统，在该系统中，电源1借助电感L_T以恒定电流I_T驱动细长“轨道”导体2。拾波电感器L₁通过来自截取通量的轨道导体的部分通量在其内感应电压。在输入到切换模式控制器电路5之前，利用拾波补偿电路3使该感应的电压谐振并利用整流器4使其整流，切换模式控制器电路5在输出端6处产生供电外部负载的DC输出电压。在大多数应用中，拾波补偿是在操作频率下调谐L₁的并联电容器，并且切换模式控制器以美国专利说明书5293308中描述的方式通过解耦拾波器来操作。在这些情况下，切换模式控制器是上变换器并且到切换模式控制器的输入是DC电感器以便整流器用作简单的扼流圈输入滤波器。 

如在图2中更详细地示出的那样，这种并联调谐的拾波控制器电路应用广泛且耐用。电容器C₁用于将拾波电感器L₁调谐到所需频率。DC电感器被引用为L_DC，并且滤波电容器C_DC设置在负载R两端。 开关S可以根据需要在大范围的切换频率下操作用来为特定应用控制从轨道到拾波线圈的功率通量。 

在操作中，通过开关S控制从轨道得到的功率以匹配负载电阻器R所需的功率。如果需要的输出功率高，那么对于较高百分比的时间S是“断开”，并且如果需要的输出功率低，那么对于较高百分比的时间S是“接通”。以这种方式，控制从初级导电路径到拾波电路的功率转移以使输出电压基本保持恒定，而同时负载可能变化。在实际中，输出电压被调节在所需值的±10％的范围内。对于电压的10％或更高，开关完全接通，而对于电压的10％或更低，开关完全断开。 

然而，在电路应用中，存在很多缺点： 

1.即使电路被完全调谐，在拾波线圈中流动的电流感应返回到轨道导体中的电压，其不与轨道导体中的电流完全同相，使得电路在轨道上并因此在电源上放置无功负载。 

2.DC电感器中的DC电流从拾波电路得到谐波电流并且轨道导体中的这些感应的谐波电压可能引起EMI/RFI，并且也降低了性能。在许多情况下，这些谐波由于DC电感器中的断续电流而引起并且该事件导致功率明显损失。因此需要大DC电感器来防止断续电流。 

3.拾波电路中的无功功率对拾波电路中的部件产生应力。 

4.DC电感器物理上较大，并且是昂贵的部件。 

发明内容

本发明的目的是提供一种克服或改良前述缺点中至少一个的IPT拾波电路、系统或方法。 

可选地，本发明的目的是提供一种至少为公众提供有用选择的IPT拾波电路、系统或方法。 

因此，在第一方面，本发明在于IPT拾波电路，具有： 

谐振电路，其包括拾波电感器和与拾波电感器并联的调谐电容； 

控制装置，用于控制向拾波电路的功率转移；以及 

功率调节阻抗，串联设置在谐振电路和控制装置之间，被选择成提供谐振电路中所需的功率因数。 

优选的是，所需的功率因数是整功率因数。 

优选的是，功率调节阻抗包括电感元件。在优选的实施例中，电感元件设置在谐振电路和整流器装置之间。 

优选的是，电感元件具有选择成与拾波电感器的电感基本相同幅值的电感。调谐电容可以包括多于一个连接成提供倍流器的电容元件。 

在优选实施例中，功率调节阻抗包括连接在电容元件中的两个的公共端和控制装置之间的电感元件。 

优选的是，功率调节阻抗包括连接在调谐电容和电感元件之间以补偿电路上的整流器装置的无功负载的补偿电容元件。补偿电容元件可以被选择成具有抵消电路的超前功率因数的电容电抗。 

另一方面，本发明在于IPT拾波电路，具有：