[发明专利]感应耦合交流电能传输

说明书

技术领域

本发明涉及感应电能传输(IPT)，并且具体但不仅仅涉及提供交流电源的应用。本发明也可用于提供直流电源。

背景技术

IPT系统现在广泛用于工业和其它领域，以在没有物理接触的情况下将电能从一个参考框架耦合到另一个。美国专利5,293,308的说明书描述了这种系统的一个例子，其内容通过引用并入本文。每当使用这种系统时，控制传输的电能的方法总是包括整流阶段，从而从IPT系统的实际输出是可能和用户负载相连接的受控直流电压。例如，如果用户需要交流电源，则IPT系统将被用于驱动逆变器，并且该逆变器的输出将被用来驱动用户的负载。在这些情况下，具有若干电能传输级：从初级轨道到(调谐)拾取线圈的IPT，利用使用某去耦技术的电能传输控制的从交流到直流的整流，从直流到交流的电力电子逆变，以及到用户负载的布线。由于在逆变级重新产生交流频率，这种方法具有显著优点；它能够提供来自负载的任何VAR需求，并且允许灵活操作。然而，它明显比从交流输入直接到同频率的受控交流输出的技术的效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供IPT拾取装置、拾取控制器或提供交流电源的系统，或者至少为公众提供有用的选择。

本发明的可替换目的或附加目的在于，使得能够进行从交流IPT轨道到在典型的5-250V宽范围内可控的同频交流输出的直接交流到交流电变换，并且该变换具有高效率、低畸变和优秀分辨率(典型地优于0.5伏)。

本申请公开主题的一个方面是提供一种方法，该方法从具有组成谐振电路的拾取线圈和调谐电容器的IPT拾取装置提供交流电，该方法包括改变拾取线圈感应电压和调谐电容器电压之间的相位角的步骤，以便向拾取装置的输出提供受控交流电。

在一些实施例中，通过在选定时间段内保持调谐电容器电压基本恒定来改变拾取线圈感应电压和调谐电容器电压之间的相位角。

在一些实施例中，改变选定时间段来改变该相位角。

在一些实施例中，保持调谐电容器电压基本恒定的步骤包括：将调谐电容器电压钳位在大致零伏。

在一些实施例中，将调谐电容器电压钳位的步骤包括：操作第一开关来阻止调谐电容器上的正电压的出现。

在一些实施例中，将调谐电容器电压钳位的步骤包括：操作第二开关来阻止调谐电容器上的电压变成负值。

在一些实施例中，该方法包括感测作为控制选定时间段的参考的调谐电容器上的电压的符号的改变的步骤。

在一些实施例中，该方法包括将拾取装置的输出与设定点进行比较，并增加或减少选定时间段来使拾取装置的输出朝向设定点改变的步骤。

本公开主题的另一个方面提供用于具有组成谐振电路的拾取线圈和调谐电容器的IPT拾取装置的控制器，所述控制器包括一个或多个开关来控制调谐电容器电压，从而改变拾取线圈感应电压和调谐电容器电压之间的相位角，由此拾取装置为拾取装置的输出提供受控交流电。

本公开主题的另一个方面提供包括组成谐振电路的拾取线圈和调谐电容器以及控制器的IPT拾取装置，该控制器改变拾取线圈感应电压和调谐电容器电压之间的相位角，从而为拾取装置的输出提供受控交流电。

在一些实施例中，整流器连接到交流输出以对受控交流电源整流，从而提供直流输出。

本公开主题的另一个方面提供IPT系统，该系统包括根据前述的任一IPT拾取装置或拾取控制器。

有利的是，这种电能传输方法可利用根本不使用电力电子器件来开关通过电能的技术，因此损耗小。

广义上说，本发明也可单个地或全体地在于本申请说明书中提及或指示的部分、元件和特征，在于所述部分、元件和特征中的两个或更多的任意或所有组合，并且其中，此处提及的特定整体具有本发明涉及的领域中的公知的等同物，这些公知的等同物被认为在此并入，就如同被单独地记载一样。

附图说明

通过例子结合附图1-11描述本发明的实施例，在附图中：

图1是公知的电力系统图。

图2是新应用到IPT系统的图1的图。

图3是根据本发明一个实施例的IPT拾取装置的电路图。

图4是根据图3的电路的关于时间绘制的电压的图。

图5示出了实验和仿真波形图。

图6示出了对于一系列θ和规格化的负载电阻的可观测Q值。

图7示出了图3的电路中电压和电流关系的例子，包括角θ和θ。

图8是关于(θ-90)度绘制的θ的图。

图9是对于用于如图3所示的电路的不同调谐电容器，关于相位延迟绘制的输出功率的图。