将电力电流转入到对准电磁体中的自对准无线电力传输系统技术方案

一种将电磁体和发射器线圈安装在移动板上的无线电力发射器。主直流电路中的电流由晶体管转入到所述电磁体中，所述晶体管控制通过所述电磁体的电流的大小和方向以控制由所述电磁体产生的电磁场的强度和极性。控制器初始将高栅极电压施加到晶体管上以致使发射器上的所述电磁体与接收器上的磁体产生最大吸引力，从而致使所述移动板将所述发射器线圈移动到与接收器线圈更接近的对准位置。在接收器和发射器上测量功率因数以估计无线电力传输效率。所述控制器随后将逐步减小栅极电压并再次测量所述功率因数以估计电力传输效率。继续调整所述栅极电压并优化所述电力传输效率直到最大值。最大值。最大值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将电力电流转入到对准电磁体中的自对准无线电力传输系统


[0001]本专利技术涉及无线电力传输系统，更具体地说，涉及电力传输系统的自对准。

技术介绍

[0002]传统上使用笨重的电缆和导线来向装置输送电力。近年来，无线电力传输逐渐被用来对电池供电的装置进行充电。例如，手机可以放置在支架上进行充电，所述支架将手机中的接收器与无线电力发射器进行对准。磁体可以用来改善电力发射器与接收器之间的对准位置。电力发射器与接收器可以通过时变电磁场来传输电力而无需导线。
[0003]图1展示了现有无线电力传输系统。电源102通过电缆或导线连接向发射器104输送电力。发射器104产生时变电流，所述时变电流作用于发射器线圈110以产生时变电磁场，所述时变电磁场在接收器线圈112中感应电流。接收器106将来自接收器线圈112的感应电流转换为对负载108供电的电流。
[0004]发射器线圈110和接收器线圈112必须彼此对准以使得无线电力传输能高效地进行。随着发射器线圈110与接收器线圈112之间距离的增加，接收器线圈112附近的电磁场强度减小，所传输的感应电流和电力也是如此。
[0005]发射器线圈110的中心轴应当与接收器线圈112的中心轴对准。当接收器线圈112相对于发射器线圈110侧向移动时，它们的中心轴不再对准，传输的感应电流和电力也将减少。
[0006]将电容器串联加入到线圈电路中，创建LC谐振电路。通过匹配发射器和接收器电路的谐振频率来无线传输电力。与通过使用电磁感应的非谐振电路来实现的情况相比，电磁谐振可以在更长的距离上无线传输电力。
[0007]图2A
‑
2B展示了电磁谐振无线电力传输效率随偏移的变化。在图2A中，随着发射器线圈110和接收器线圈112的中心轴沿X方向偏移的增加，电力传输效率逐渐减小。这是图1中的水平方向或X方向。当接收器线圈112沿Y方向移动并远离发射器线圈时，偏移也将增加。
[0008]对于使用电磁感应的无线电力传输，效率随着发射器和接收器之间距离的减小而单调增加。然而，对于使用电磁谐振的无线电力传输，当发射器和接收器太靠近时效率反而会减小。在图2B中，对于一个特定的、使用电磁谐振的无线电力传输系统，当发射器线圈110和接收器线圈112距离约16cm时传输效率达到最大。随着发射器线圈110与接收器线圈112之间的Z距离或间隙(在图1中的竖直方向)增加到超过此最大值时，电力传输效率会减小。当发射器线圈110和接收器线圈112太靠近时，例如小于16cm，电力传输效率也会减小。
[0009]取决于线圈的大小、形状以及由发射器提供的交变电流的特性，当发射器线圈110和接收器线圈112太靠近时，在发射器线圈110与接收器线圈112之间产生的耦合电磁场或互感磁通量会因反谐振而减小。这种过度耦合会导致磁通量泄漏，从而减小电力传输效率。
[0010]对于电磁谐振系统，简单地使接收器尽可能靠近发射器不一定能达到最大的电力传输效率。当它们太靠近时，电力传输效率下降并且较多能量转换成热。发射器和接收器可
能由于图2B中低效率的电力传输而过热。
[0011]发射器和接收器的设计可以引入防止发射器线圈110和接收器线圈112太靠近的物理间隔。然而，最大效率的Z距离并不是固定值，会随着例如温度、输入功率、输出功率等条件的改变而改变。另外，此间隔在机器人或运输系统中可能是不切实际的。
[0012]期望的是具有持续优化对准以优化效率的无线电力传输系统。期望主动对准发射器线圈和接收器线圈以提高电力传输效率。期望嵌入到发射器中的自对准系统。特别是在电磁谐振无线电力传输系统中，期望可以调整平面内X、Y距离和平面外Z距离以达到最大电力传输效率的自适应自对准系统。

技术实现思路

[0013]一方面，本专利技术提供了一种自对准无线电力发射器，包括：可移动部件；电磁体，所述电磁体固定到所述可移动部件；发射器线圈，所述发射器线圈固定到所述可移动部件，所述发射器线圈产生电力传输电磁场，当所述发射器线圈和位于接收器上的接收器线圈对准时，所述电力传输电磁场将电力传输到所述接收器线圈；晶体管，所述晶体管响应于施加于所述晶体管的栅极电压而将第一电流转入到所述电磁体中；控制器，所述控制器产生所述栅极电压，以调整由所述电磁体产生的对准电磁场的强度以调整由所述电磁体产生的所述对准电磁场施加于所述可移动部件的力以移动所述可移动部件来调整所述发射器线圈与所述接收器线圈之间的对准位置；以及电力转换器，所述电力转换器接收所述第一电流和绕过所述电磁体的第一旁路电流，所述电力转换器从所述第一电流和所述第一旁路电流产生第二电流；其中所述第二电流施加于所述发射器线圈且通过所述发射器线圈以产生所述电力传输电磁场；其中所述第一电流通过所述电磁体以产生所述对准电磁场，其中所述第一电流对所述电磁体供电并且至少部分地对所述电力转换器供电以对所述发射器线圈供电以向所述接收器传输电力，由此所述电磁体集成到无线电力传输系统电路中，所述电力电路对所述电力转换器供电以对所述发射器线圈供电。
[0014]另一方面，本专利技术提供了一种具有集成对准器的谐振无线电力发射器，其包括：发射器线圈，所述发射器线圈用于产生第一电磁场以向接收器无线传输电力；电容器，所述电容器与所述发射器线圈串联，所述电容器用于调整由所述发射器线圈决定的所述谐振无线电力发射器的谐振频率；可移动支架，所述可移动支架用于支撑所述发射器线圈并相对于发射器的固定部分移动所述发射器线圈；电磁体，所述电磁体固定到所述可移动支架，所述电磁体与接收器上的接收器磁体预对准且当所述电磁体被供能时与所述接收器磁体更精确对准；其中当所述电磁体被供能时所述电磁体将所述可移动支架从预对准位置移动到对准位置；其中所述可移动支架当处于所述对准位置时与当处于所述预对准位置时相比，所述发射器线圈具有向所述接收器上的接收器线圈的更高电力传输效率；第一电力装置，所述第一电力装置在正电力线上供应第一电力电流；第二电力装置，所述第二电力装置驱动交变电流进入所述发射器线圈，所述第二电力装置具有用于对所述第二电力装置供电以产生所述交变电流的第二电力输入；第一开关元件，所述第一开关元件连接于所述正电力线与所述第二电力输入之间，所述第一开关元件响应于第一栅极控制信号而将所述第一电力电流的至少一部分转入到所述电磁体中；以及控制器，所述控制器用于产生所述第一栅极控制信号，所述控制器调整所述第一栅极控制信号的电压以调整通过所述电磁体的电流以
调整所述电磁体与所述接收器磁体之间的磁力。
[0015]再另一方面，本专利技术提供了一种无线电力发射器，其包括：发射器线圈，所述发射器线圈当对准时向接收器中的接收器线圈无线传输电力；第一电磁体，所述第一电磁体通过可移动支架固定地附接到所述发射器线圈；所述无线电力发射器的刚性框架；在所述刚性框架与所述可移动支架之间的柔性连杆，当所述第一电磁体被供能时对所述接收器上的接收器磁体产生磁力，所述柔性连杆允许具有所述发射器线圈的所述可移动支架相对于所述刚性框架移动；第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自对准无线电力发射器，包括：可移动部件；电磁体，所述电磁体固定到所述可移动部件；发射器线圈，所述发射器线圈固定到所述可移动部件，所述发射器线圈产生电力传输电磁场，当所述发射器线圈和位于接收器上的接收器线圈对准时，所述电力传输电磁场将电力传输到所述接收器线圈；晶体管，所述晶体管响应于施加于所述晶体管的栅极电压而将第一电流转入到所述电磁体中；控制器，所述控制器产生所述栅极电压，以调整由所述电磁体产生的对准电磁场的强度以调整由所述电磁体产生的所述对准电磁场施加于所述可移动部件的力以移动所述可移动部件来调整所述发射器线圈与所述接收器线圈之间的对准位置；以及电力转换器，所述电力转换器接收所述第一电流和绕过所述电磁体的第一旁路电流，所述电力转换器从所述第一电流和所述第一旁路电流产生第二电流；其中所述第二电流施加于所述发射器线圈且通过所述发射器线圈以产生所述电力传输电磁场；其中所述第一电流通过所述电磁体以产生所述对准电磁场，其中所述第一电流对所述电磁体供电并且至少部分地对所述电力转换器供电以对所述发射器线圈供电以向所述接收器传输电力，由此所述电磁体集成到无线电力传输系统电路中，所述电力电路对所述电力转换器供电以对所述发射器线圈供电。2.根据权利要求1所述的自对准无线电力发射器，其中所述电力转换器是直流(DC)/交流(AC)逆变器；其中通过所述电磁体的所述第一电流是DC电流；其中通过所述发射器线圈的所述第二电流是AC电流；其中所述电磁体由DC供电且所述发射器线圈由AC供电。3.根据权利要求2所述的自对准无线电力发射器，还包括：AC/DC转换器，所述AC/DC转换器从AC电源接收AC供电，且产生包含作为DC的所述第一电流和所述第一旁路电流的DC输出；其中通过流过所述电磁体的DC电流执行对准；其中通过流过所述发射器线圈的AC电流执行向所述接收器的无线电力传输。4.根据权利要求3所述的自对准无线电力发射器，还包括具有所述接收器线圈的所述接收器；其中所述电磁体包括至少四个电磁体，所述至少四个电磁体各自固定到所述可移动部件上的不同位置；至少四个接收器磁体，所述至少四个接收器磁体固定到所述接收器上的不同位置，其中当所述接收器对准到所述发射器时，所述至少四个接收器磁体被定位成与所述发射器上的所述至少四个电磁体对准；其中所述晶体管包括至少四个晶体管，每一个晶体管用于响应来自所述控制器的栅极电压以控制通过所述至少四个电磁体中的一个的第一电流；
其中所述控制器产生控制所述至少四个晶体管的多个栅极电压信号。5.根据权利要求3所述的自对准无线电力发射器，其中所述晶体管连接于所述电磁体的第一端子与第二端子之间，其中所述第一旁路电流流过所述晶体管且所述第一电流流过所述电磁体，其中所述晶体管响应于来自所述控制器的所述栅极电压而调整所述第一电流与所述第一旁路电流的比率。6.根据权利要求3所述的自对准无线电力发射器，其中所述电磁体和所述晶体管包括多个可切换元件，其中每一个可切换元件包括：元件输入；元件输出；元件电磁体，所述元件电磁体具有连接到第一元件节点的第一端子和连接到第二元件节点的第二端子；在所述元件输入与所述第一元件节点之间的第一元件晶体管，所述第一元件晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第一栅极电压以控制通过所述第一元件晶体管的电流；在所述元件输入与所述第二元件节点之间的第二元件晶体管，所述第二元件晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第二栅极电压以控制通过所述第二元件晶体管的电流；在所述第一元件节点与所述元件输出之间的第三元件晶体管，所述第三元件晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第三栅极电压以控制通过所述第三元件晶体管的电流；在所述第二元件节点与所述元件输出之间的第四元件晶体管，所述第四元件晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第四栅极电压以控制通过所述第四元件晶体管的电流。7.根据权利要求6所述的自对准无线电力发射器，其中所述多个可切换元件还包括：第一可切换元件和第二可切换元件，所述第一可切换元件和第二可切换元件串联连接在所述AC/DC转换器与所述DC/AC逆变器之间的正电力线上；第三可切换元件和第四可切换元件，所述第三可切换元件和第四可切换元件串联连接在所述AC/DC转换器与所述DC/AC逆变器之间的电力返回线上。8.根据权利要求3所述的自对准无线电力发射器，其中所述电磁体和所述晶体管包括：第一双绕组电磁体，所述第一双绕组电磁体具有第一绕组和第二绕组，所述第一绕组具有连接到所述AC/DC转换器的正电力线的第一端子和连接到中间正节点的第二端子，所述第二绕组具有连接到所述AC/DC转换器的负电力线的第一端子和连接到中间负节点的第二端子；在所述AC/DC转换器的所述正电力线与所述中间正节点之间的第一正线晶体管，所述第一正线晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第一栅极电压以用于控制通过所述第一正线晶体管的电流；在所述AC/DC转换器的所述负电力线与所述中间负节点之间的第一负线晶体管，所述第一负线晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第二栅极电压以用于控制通过所述第一负线晶体管的电流；
第二双绕组电磁体，所述第二双绕组电磁体具有第一绕组和第二绕组，所述第一绕组具有连接到所述中间正节点的第一端子和连接到所述DC/AC逆变器的正电力线的第二端子，所述第二绕组具有连接到所述中间负节点的第一端子和连接到所述DC/AC逆变器的负电力线的第二端子；在所述中间正节点与所述DC/AC逆变器的所述正电力线之间的第二正线晶体管，所述第二正线晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第三栅极电压以用于控制通过所述第二正线晶体管的电流；以及在所述中间负节点与所述DC/AC逆变器的所述负电力线之间的第二负线晶体管，所述第二负线晶体管具有栅极，所述栅极从所述控制器接收第四栅极电压以用于控制通过所述第二负线晶体管的电流。9.根据权利要求1所述的自对准无线电力发射器，还包括：电容器，所述电容器与所述发射器线圈串联，所述电容器用于调整包含所述发射器线圈的发射器的谐振频率，其中当所述发射器线圈以所述谐振频率工作时与以比所述谐振频率高至少30％的第一非谐振频率工作时或以比所述谐振频率低至少30％的第二非谐振频率工作时相比，能更高效率传输电力；其中所述控制器初始产生初始栅极电压以施加于所述晶体管以致使所述电磁体产生初始对准电磁场，所述初始对准电磁场致使所述可移动部件将所述发射器线圈从预对准位置移动到初始对准位置；其中所述控制器随后调整所述栅极电压以调整所述对准电磁场以将所述可移动部件移动到新对准位置。10.根据权利要求9所述的自对准无线电力发射器，其中所述控制器将先前对准位置的先前电力传输效率与所述新对准位置的新电力传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏明璐，吴坤，高子阳，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：