[发明专利]检测无线感应电力传输中的线圈对准误差的方法和设备

说明书

一种用于检测谐振感应无线电力设备中的感应线圈对准误差的方法，包括叠加在初级感应线圈上的涡流线圈阵列、用于每个涡流线圈的开关装置、连接至次级感应线圈的电压检测器(如低功率整流器)、模数转换器、初级侧微控制器和次级侧微控制器，以及在车辆充电的实施方式中还包括车辆操作者接口。在线圈对准期间，初级侧感应线圈在低功率下操作。只有在相关联的开关装置被接通时，涡电流才在涡流线圈中流动。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月6日提交的美国临时申请第61/862,572号的权益，其公开内容的全部内容通过引用合并至本文中。

技术领域

本专利申请涉及通过谐振磁感应来传输电能。更具体地，本专利申请描述了以下方法和设备，该方法和设备用于检测谐振感应无线电力传递线圈的轴向未对准，并且提供对准误差大小和方向的指示，以便可以使对准误差最小化或消除，从而确保高效的无线电力传递。

背景技术

感应电力传输具有跨多个行业和市场的许多重要应用。图1示出了常规谐振感应电力传输系统的概念性表示。在图1中，DC供电电源10、逆变器12与谐振网络14协作，以提供施加于初级感应线圈16的交流电能源。初级感应线圈16与次级感应线圈18之间的磁耦合将能量传递至距初级感应线圈16被移动一定距离的次级感应线圈18。初级感应线圈16和次级感应线圈18构成松散耦合的空芯变压器。施加于初级感应线圈16的谐振增加了初级侧电感器电流，这产生了次级电感器电流中的磁通的相应增加，并且因此产生了从初级线圈传递至次级线圈的电力中的磁通的相应增加。次级电感器电流由谐振网络20处理，并且由高功率整流器22整流，以用于以常规方式施加至DC负载24。

高效的谐振感应无线电力传递要求由发送线圈所发出的磁通线中的很大一部分穿过接收线圈的周界所包围的区域，以使磁耦合最大化。轴向线圈未对准大大降低线圈至线圈的磁耦合，并且因此有损高效的电力传递。此外，轴向线圈未对准使线圈电感从预期的设计值更改，从而导致谐振损耗和附加的电力传递效率低下。

对于需要外部电源的无线源的电动车辆和电动混合动力车辆的制造商来说，线圈轴向对准误差是经常遇到的并且是呈现出关键问题。期望开发一种用于对车辆进行充电的系统，该系统识别线圈对准误差大小和方向，并且向人类驾驶员或非人类的设备提供转向信息，以便可以在最小线圈对准误差的情况下对车辆进行定位。本发明解决了在本领域中的这些需要。

发明内容

满足本领域中的上述需要的轴向对准误差检测设备和相关方法包括叠加在常规谐振感应无线电力传输系统的初级感应线圈上的若干(例如四个)弧段涡流线圈。涡流线圈周界的线性部分与初级感应线圈的前后和左右轴对准。每个弧段涡流线圈连接至桥式整流器和开关元件如场效应晶体管。开关元件由定序器单个地或一致地激活。

如在常规谐振感应无线电力传输系统中一样，在无线电力传输系统的车辆侧，次级感应线圈连接至谐振网络、高功率整流器和DC负载。本发明的轴向对准误差检测系统将包括低功率整流器的电压检测器、模数转换器(ADC)、数据链路、微控制器和车辆操作者接口添加至常规车辆侧谐振感应无线电力传输系统。

在操作中，在谐振感应无线电力传递设备的初级侧，通常由商用交流线电流来驱动直流电源。所产生的直流电力向倒相极供电，该倒相极在初级感应线圈和次级感应线圈的谐振频率下产生方形波形、矩形波形或正弦波形。如果定序器命令全部弧段涡流线圈开关元件进入断开状态，则涡流线圈实际上是开路的，无电流在弧段涡流线圈中流动，并且常规技术的谐振感应无线电力传递设备的操作不在很大程度受影响或被改变。