[发明专利]ICPT系统、部件和设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及设计感应耦合电能传输（ICPT）系统的电能发射器和接收器的方法，以及由这些方法产生的发射器、接收器和系统。

背景技术

非接触供电系统定义

非接触供电系统包括非接触电能发射器和一个或多个非接触电能接收器，其中该非接触电能发射器包括利用来自电源的交流电供电的导通路径。这些非接触电能接收器邻接该导通路径，但是与该导通路径电流隔离。非接触电能接收器包括拾波线圈，在该拾波线圈中，由通过导电路径生成的交流磁场感应电压，并且经由电能调节来给电负载供电。拾波线圈通常通过使用调谐电容器被调谐，以增加系统的电能传输能力。

传统的耦合设计缺点

ICPT系统一般地具有称为轨道的导通元件，该导通元件利用来自高频变换器的交流电被供电；这被称为电能发射器。一个或多个次级设备（其可被称为电能接收器）邻接轨道，但是与该轨道电流隔离地设置。电能接收器具有拾波线圈，在该拾波线圈中，由与轨道相关联的交流磁场感应电压，并且电能接收器给诸如电池或电子设备供电。拾波线圈通常通过使用调谐电容器被调谐，以增加电能接收器的电能传输能力。

现有ICPT系统的问题在于当系统被用在金属环境中时对轨道和拾波耦合的设计。ICPT系统需要调谐轨道和拾波线圈来匹配系统频率，以优化系统的电能传输能力。该调谐可以是被动的（也就是单独地通过无功分量选择来完成）或主动的（也就是通过分量选择和进一步使用无功元件的补偿来调谐）。

当轨道和拾波线圈被放置在金属环境中时，这些轨道和拾波线圈的有效电感和调谐电容要求维持最大电能传输变化。如果系统被主动地调谐并且变化在系统的主动调谐带宽之内，则这可以被补偿。被主动调谐的系统的缺点是它们要求附加的无功元件，这些附加的无功元件可以根据调谐带宽和所要求的功率定额而是相当大的。

被动调谐的系统可以针对改变被补偿，然而补偿水平取决于被机械周边干扰的磁场水平，这可以在系统工作期间改变。

现有技术的ICPT系统的当前状态一般而言被紧密耦合（也就是＞＞60%），并且通过在附近引入金属对象而被影响。由于该紧密耦合要求，这些系统具有非常有限的范围和失配公差，这也要求复杂的机械安装（参见：http://www.vahleinc.com/contactless_power_supply.html和US 2007/0188284）。

会值得期望的是提供如下设计的ICPT系统、部件和方法：该设计减少这些问题或至少给公众提供有用的选择。

发明内容

根据一个示例性实施例，提供有一种设计感应耦合电能传输系统的电能发射器的方法，其包括如下步骤：

a.确定具有相关联的金属外壳的发射线圈的电感；以及

b.基于在步骤a中所确定的电感来设计该发射线圈的发射器电路。

根据另一示例性实施例，提供有一种设计用于感应耦合电能传输系统的电能接收器的方法，该感应耦合电能传输系统包括电能发射器和电能接收器，其中该方法包括以下步骤：

a.确定具有相关联的金属外壳的接收线圈的电感；以及

b.基于发射器的谐振频率和在步骤a中所确定的电感来设计接收器电路。

根据另一示例性实施例，提供有一种用于感应耦合电能传输系统的电能发射器，该电能发射器包括：

a.具有相关联的金属外壳的发射线圈；以及

b.用于该发射线圈的发射器电路，其中考虑相关联的金属外壳的作用，该发射器电路被设计用于操作发射线圈。

根据另一示例性实施例，提供有一种用于感应耦合电能传输系统的电能接收器，该电能接收器包括：

a.具有相关联的金属外壳的接收线圈；以及

b.用于该接收线圈的接收电路，其中考虑到相关联的金属外壳的作用，该接收电路被设计用于操作接收线圈。

也提供有一种感应耦合电能传输系统，该感应耦合电能传输系统包括这样的电能发射器和/或接收器。

附图说明

被并入和构成本说明书的部分的附图图示了本发明的实施例，并且与本发明的在上面给出的一般描述和下面给出的实施例的详细描述一起用来解释本发明的原理。

图1示出了感应耦合电能传输系统的一般性示意图；

图2示出了金属外壳中的发射线圈的透视顶视图；以及

图3示出了图2中所示的发射线圈的透视后视图。

具体实施方式