[发明专利]无线电力发射器、无线电力发射系统和用于驱动无线电力发射系统的方法

说明书

提供了无线电力发射器、对应的电力发射系统和用于驱动这种系统的方法。电力发射器允许高发射效率并维持允许的工作频率。因此，发射器包括两个发射线圈、开关电路和阻抗电路。有效发射线圈和阻抗电路建立其谐振频率可以经由开关电路调整的谐振电路。

本发明涉及无线电力发射器（例如可以在无线电力发射系统中使用的发射器）、以及用于驱动无线电力发射系统的两种方法。特别地，本发明涉及用于向无线电力接收器的改进电力发射的无线电力发射器。

无线电力发射器和无线电力发射系统可以用于朝向设备传输电力而无需物理连接。例如，诸如移动通信设备的手持设备或汽车可以经由这种发射器和发射系统被提供以电力。

无线电力发射系统的固有问题是相对于电力接收器的电力发射器的通常不可再生布置。例如，如果利用电力发射器将电力发射到具有电力接收器的汽车，则横向和水平距离以及定向上的偏离实际上是不可避免的。然而，发射器和接收器之间的距离的偏离会引起发射系统的电感的改变，并且改变了发射系统和接收器系统之间的磁耦合，从而导致增加的电流损失和降低的效率。

从US 2012/0025623 A1中可以知道感应电力接收器。从WO 2009/114671 A1中可以知道感应电源系统。

然而，仍然存在对具有减少的电流损失和提高的效率以及改进的可靠性但不需要附加的空间并且具有可易于执行的控制系统的电力发射器和电力发射系统的需要。此外，存在对支持互操作性即在多个不同环境中的不同电力发射器与不同电力接收器的协作以及发射器和接收器之间的相对布置的系统的需要。

为此，提供了根据独立权利要求1的无线电力发射器、无线电力发射系统、以及用于驱动无线电力发射系统的方法。从属权利要求提供了优选和实施例。

无线电力发射器包括逆变器、阻抗电路、具有第一发射线圈和第二发射线圈的电感电路。此外，无线电力发射器包括开关电路。阻抗电路和电感电路建立谐振电路。逆变器向谐振电路提供AC电力。开关电路可以将第一发射线圈和/或第二发射线圈耦合到阻抗电路，以改变谐振电路的谐振频率并将AC电力的频率保持在规定范围内。

无线电力发射器的逆变器被用作电力源。逆变器从外部电路环境接收电力。从环境接收的电力可以是被提供例如50Hz或60Hz的常规频率的电力。需要满足的规范可以是将逆变器的工作频率限制到可以包括81到90kHz之间的频率的特定频率范围。逆变器可以包括H桥电路，用于将低频（例如DC电力）的电力变换为上述频率范围的电力。用于生成AC电力的H桥电路是工作频率被改变以将频率维持在上述频率范围内的元件。

电感电路可以包括另外的发射线圈。电感电路的发射线圈可以是不同类型的。例如，第一和第二发射线圈以及可能另外的发射线圈中的每一个可以是单螺旋型线圈或双螺旋型线圈。双螺旋型线圈包括一个接一个地布置的两个线圈段。双螺旋型线圈的两个线圈段可以串联电连接并一起工作，以使耦合磁场具有优选的形状，即，在不希望的位置处具有降低的场强。

因此，电感电路的发射线圈可以选自单螺旋线圈和双螺旋型线圈。

已经发现，电力发射器和无线电力接收器之间的距离的变化或无线电力接收器相对于无线电力发射器的定向的变化不仅会导致降低的电力传输效率而且会导致谐振电路的谐振频率的改变。虽然发射效率的降低通常是不希望的但如果效率没有降低太多也是可接受的，使逆变器的工作频率移出上述频率范围的频率变化可能不是可接受的。上述无线电力发射器具有将工作频率保持在上述允许频率范围内的能力（因为发射器具有至少两个发射线圈）和改变谐振电路的谐振频率的能力。开关电路可以将第一发射线圈耦合到阻抗电路，从而产生具有第一谐振频率的谐振电路。此外，开关电路可以将第二发射线圈而不是第一发射线圈耦合到阻抗电路，以提供具有第二谐振频率的谐振电路。第二谐振频率可以与第一谐振频率不同。如果发现向两个线圈提供AC电力的逆变器的工作频率不能将工作频率保持在允许的频率范围内，则作为代替可以使用相应的其他发射线圈来将工作频率移向允许的频率范围。此外，如果第一发射线圈和第二发射线圈具有不同的几何形状，例如内径和外径，则可以通过改变开关的位置来改变发射系统和接收器系统之间的磁耦合。