[发明专利]用于非接触式感应能量传输系统的电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于非接触式感应能量传输系统的电路，尤其涉及一种用于向移动装置供给电力的电路以及相关的充电电路。

背景技术

作为未来应用领域的技术发展的物理基础，感应能量传输的原理用于众多应用之中。图1示出了对感应能量传输系统的基本划分。用于非接触式感应能量传输的基本元件是松耦合导体，其表示基部中线圈与电路装置基座上的移动部中的线圈之间的磁耦合。在图1a的工作条件中，基部和移动部之间进行能量传输。一方面，该能量可以用于执行启用移动部的功能，另一方面，该能量可以缓存在蓄电池中(当前应用中所使用的蓄电池大多数为锂离子蓄电池，不过也可以使用诸如铅蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池等的其它类型的蓄电池)。如图1b所示，如果将移动部104从基部102移开，则会中断能量传输。然后移动部104由先前所充电的内部能量存储供电，或保持非活动状态直至再次接触基部102。

靠近基部102的移动部104的特定设置，使得能够在基部和移动部之间进行能量传输。这种感应充电系统的最常见的例子是电动牙刷，该电动牙刷可以在没有电流连接的情况下对作为移动部104的牙刷进行充电。

对于多种使用场合来说除去电流引线是非常重要的。在电源和接收装置（senke）之间的电连接的机械设置的要求高的应用中，尤其适合去除电引线，这种情况下可以通过应用感应能量传输(IE)来避免使用技术上复杂的插头和电缆。此外，在不通过应用外置连接器而使机械设置变得不必要的复杂的情况下，可以使基于感应能量传输技术的供能系统组件免受环境的影响。此外，存在考虑到技术可行性而必须避免应用电流连接的感应能量传输的应用领域，例如，在容易爆炸的环境中，或者在导电和/或腐蚀性介质中的系统组件的工作期间。此外，使用感应能量传输可以提高系统技术上的可靠性。这一方面可用于具有转动或可动部件的系统的情况，因为可以去除容易产生磨损的刮刷接触，并且另一方面可用于具有在任何其它情况下不得不针对多个插头调节尺寸的连接器的装置。

随着基于感应能量传输原理的技术方案的市场占有率的加大，应当对用户友好性方面进行强调。尤其在便携式电力接收装置的领域中，简化的操作给用户带来的这种附加价值变得尤为明显，用户仅需要将移动部放置在充电站即可开始对这些便携装置进行供电。

大部分的现有技术在感应能量传输的应用中包括电力接收装置和电源之间的信号反馈，由此，在初级侧能够以某种形式获知电流隔绝的次级侧的当前的电性态状。在初级侧使用这些信息以响应于次级侧的负载改变来改变初级侧的控制值(开关频率、占空比等)。该技术方案需要提供信息传输的通道。已知的技术上的实现方式（例如，DE3902618A1、DE10158794B4和US6912137B2）使用如图2所示的用于这种信号反馈的单独的物理通道。

从技术设置的角度看，该方法是复杂的，因为必须要受到结构的限制(移动部仅能以有限的程度相对于基部对准；在光路分别设置外部光学组件或光纤的情况下，必须使用透明材料；在使用分开的的磁耦合的情况下，第二对线圈是不可或缺的)，并且会产生组件和电路的其它额外花费。

在可选的方法中，用于能量传输本身的磁耦合与用于信号反馈的磁耦合是同一磁耦合(EP288791B1、EP982831A2)。该方法如图3所示。从初级侧绕组和次级侧绕组的结构的角度来看，这种已知的反馈方式被视为是有缺点的，这是由于初级侧绕组和次级侧绕组必须要同时适用于传输能量以及发送信号信息。

采用基于电磁波传播的支持无线的的技术方案(例如，US6436299B1)构成了其它的可选技术方案。图4示出了这种可选方案。

上述技术方案同样改善了结构上的技术效果。用于提供无线通道的必要组件一方面必须位于装置的部件中，特别地，必须将天线相对于彼此正确地放置。由此，从装置部件之间的相互对准的角度来看，操作期间会产生限制。此外，无线电信号的无线电通信恢复提高了对电路装置的要求。

在基部和移动部之间用于信息交换的通道可用的情况下，现有的技术方案采用了不同的调制方案(fm、am等)。无论系统使用何种信道，该无线电通信条件都提高了对系统的技术实现的要求。这是基于信号反馈的已知技术方案的另一严重缺点。