信号传递系统技术方案

一种用于通过电感功率耦合(200)控制功率传递的信号传递系统，所述电感功率耦合包括连接到电源(240)的初级电感线圈(220)以及连接到电负载(280)的次级电感线圈(260)；所述系统包括：至少一个信号发生器(120)，其用于产生控制信号(5c)；至少一个发送器，其用于发送所述控制信号(5c)，以及至少一个接收器(160)，其用于接收所述控制信号(5c)。该信号传递系统可用于控制由电感耦合(200)提供的功率，以及检测和对准其两个线圈(220，260)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供用于通过电感功率耦合(inductive powercoupling)控制功率传 递的器件、系统和方法。
技术介绍
为安全起见，导电耦合的电源侧通常为母端(female part)，不具有由其突出的裸 露导电元件。连接到该器件的插头为具有裸露插稍的对应公端(male part)。插稍和插孔 的尺寸设计为儿童不能将其手指插入。在高质量的插座中，提供有接地连接，并且，只有当 具有较长接地插稍的插头插入时，才有可能将插稍(或任何其他)插入连接到负载电流的 带电线及零线的插孔内。但是，插座插孔具有危险性，儿童有时会设法将笔、插稍、以及其他 物体插入插座插孔，这有时会导致致命伤害。并且水也可导致短路，并造成电击。因此，可提供更为安全以及可靠的无插座功率出口(poweroutlet)，例如电感耦合 器(inductive coupler) 0电感功率耦合容许能量在不需连接线的情况下从电源传递给电 负载。电源连接到初级线圈，并跨初级线圈施加震荡电势，从而围绕该线圈感应震荡磁场。 该震荡磁场可在靠近初级线圈设置的次级线圈内感应震荡电流。通过该方式，电能可通过 电磁感应，从初级线圈传递到次级线圈，而不需要这两个线圈导电连接。当电能从初级线圈 感应地传递到次级线圈时，该对线圈称为感应耦合。因此，当次级线圈感应耦合到初级线圈 时，与该次级线圈串联的电负载可从电源获取能量。在扩展表面上的低功率电感功率传输系统并非是新的。在授予Hui的美国专利 No. 7，164，255中描述了这样一个示例。在Hui专利的系统中，设计了一种平面电感电池充 电系统，以确保对电子器件进行再充电。该系统包括具有充电表面的平面充电模块，在该充 电表面上设置有将被再充电的器件。在该充电模块内，并平行于该充电表面，提供了至少一 个初级绕组，优选地为初级绕组阵列。这些初级绕组将能量感应地耦合到在将被再充电的 器件内形成的次级绕组。这些系统足以用作为电池充电，这是因为它们典型地提供了相对 低的功率电感耦合。但是，应当理解，近似均一地在该单元整个区域上持续传送能量的延伸 基单元(extended base unit)，例如Hui专利的充电表面，并不适用于高能量系统。无插座出口不需要用于连接插稍的插孔，因此可比导电插座更为有效地伪装，并 看起来不那么突出。例如，初级电感线圈可隐藏于一个表面内。通常，无插座出口的不明显 外观是有益的。但是，相比传统功率出口而言，其较难被找出，这是不利的。用户必须通过 将次级线圈移至临近出口以定位该出口的位置之后，方能使用该出口。当功率出口在隐藏 表面(例如桌顶或墙壁)之后时，定位该插座的问题尤其关键，并且其位置在大区域内是可 调整的。在高功率系统中，定位移动源“热点”(hotspot)或插座是特别成问题的，因为该系 统内没有提供延伸的功率传送表面。另外，高功率初级线圈产生大的震荡磁场。当次级线 圈感应地耦合到初级线圈时，所产生的磁链(flux linkage)泄漏可导致功率被摄入次级线 圈内。当没有次级线圈聚焦该功率时，震荡磁场可产生将被传输的高能量的电磁波，这对其它器件是有害的。和其多余热量可容易地驱散的低功率系统(例如Hui专利的充电系统) 相反，未耦合的高功率初级线圈及其周围部分可具有危害性的热量。为了以有效的方式将功率提供给电器件，有必要控制该功率的某些参数。通过反 馈这些参数，例如工作电压、电流、温度等，可优化对电器件的电源供应，以最小化能量损 耗，并防止对器件的过度加热。所以，为控制功率等提供信号传递通道是有用的。因此，通常 在传统的导电电源供应系统内，沿功率输入通道在电源和负载器件之间提供通信通道。提 供这样通信通道的方法包括对该器件的导线连接，这些连接通常与电源线包覆于相同电缆 中，并通过常规的插稍、插座类型连接器，导电地连接到负载。防泄漏系统能够检测来自于电感功率源初级线圈的功率散发(power emanating)，并且如果已确定没有次级线圈耦合到初级线圈时，切断到初级线圈的电源。但 是，为防止当耦合有次级线圈时来自于初级线圈的功率消耗，在次级和初级线圈之间的通 信通道是有用的。但是，由于导电功率耦合内缺少连接线，因此导电通信通道是不切实可行 的。需要一种用于电感功率出口的控制系统，其能够定位隐蔽的功率出口，防止功率 出口的功率消耗，定位靠近功率出口的次级线圈，以及控制从功率出口到耦合到该功率出 口的次级线圈的功率传递。本专利技术强调了该需要。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面提供了用于通过电感功率耦合控制功率传递的信号传递系 统，所述电感功率耦合包括连接到电源的初级电感线圈以及连接到电负载的次级电感线 圈；所述系统包括a.至少一个信号发生器，其用于产生控制信号；b.至少一个发送器，其用于发送所述控制信号，以及c.至少一个接收器，其用于接收所述控制信号。可选并且优选地，该用于传送被编码数据的控制信号有关于包括以下项的组中的 至少一种d.所述电负载的存在；e.所述初级电感线圈的位置；f.所述次级电感线圈的位置；g.所述电负载所需的工作电压；h.所述电负载所需的工作电流；i.所述电负载所需的工作温度；j.所述电负载所需的工作功率；k.所述电负载的测量工作电压；1.所述电负载的测量工作电流；m.所述电负载的测量工作温度；η.所述电负载的测量工作功率；ο.输送给所述初级电感线圈的功率；p.由所述次级电感线圈接收的功率，以及q.用户识别码。在一个实施方式中，信号发生器包括连接到所述次级电感线圈的传输电路；该传 送器包括所述次级电感线圈，并且该接收器包括连接到接收电路的该初级电感线圈，其中 所述传输电路包括可选择地连接到所述次级电感线圈的辅助负载，以及所述接收电路包括 至少一个功率监测器，其用于监测提供给所述初级电感线圈的功率。在一个实施方式中，该传输电路进一步包括至少一个开关单元，其包括调制器， 用于将位元率信号与输入信号相调制，以产生调制信号；以及开关，用于根据所述调制信 号，间歇地将所述辅助负载连接到所述次级电感线圈，并且所述接收电路进一步包括至少 一个电流监测器，用于监测由所述初级电感线圈获取的初级电流，由此产生初级电流信号， 以及至少一个相关器，用于将所述初级电流信号与所述位元率信号交叉相关，由此产生输 出信号。·该信号传递系统可进一步由以下限定中的至少一种而被特征化·所述开关单元进一步包括控制器，其配置为将数据编码成所述输入信号；·所述开关单元进一步包括分频器；·所述电感功率耦合利用驱动频率传递能量，并且所述位元率频率是所述驱动频 率的整分数；·所述电感功率耦合为从包括以下项的组中选取的器件变压器，DC-DC转换器， AC-DC转换器，AC-AC转换器，驰返变压器，驰返转换器，全桥转换器，半桥转换器和正向转 换器；以及·所述初级电感线圈从所述次级电感线圈电隔离。在另一个实施方式中，该传输电路进一步包括半波整流器，并且该接收电路配置 成检测当所述次级电感线圈耦合到所述初级电感线圈时，供应给所述初级电感线圈的功率 中的二次谐波信号。可选地，多个所述初级电感线圈各连接到驱动器，并且该驱动器配置成可选择地 依次操作各初级电感线圈，从而识别哪个初级电感线圈最接近所述次级电感线圈。可选地，各初级电感线本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于通过电感功率耦合控制功率传递的信号传递系统，所述电感功率耦合包括连接到电源的初级电感线圈以及连接到电负载的次级电感线圈；所述系统包括：至少一个信号发生器，用于产生控制信号；至少一个发送器，用于发送所述控制信号，以及至少一个接收器，用于接收所述控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.03.22 US 60/907,132;2007.09.04 US 60/935,847;1.一种用于通过电感功率耦合控制功率传递的信号传递系统，所述电感功率耦合包括 连接到电源的初级电感线圈以及连接到电负载的次级电感线圈；所述系统包括至少一个信号发生器，用于产生控制信号； 至少一个发送器，用于发送所述控制信号，以及 至少一个接收器，用于接收所述控制信号。2.根据权利要求1所述的信号传递系统，所述用于传送被编码数据的控制信号有关于 包括以下项的组中的至少一种a.所述电负载的存在；b.所述初级电感线圈的位置；C.所述次级电感线圈的位置；d.所述电负载所需的工作电压e.所述电负载所需的工作电流f.所述电负载所需的工作温度g·所述电负载所需的工作功率h.所述电负载的测量工作电压i.所述电负载的测量工作电流j·所述电负载的测量工作温度k.所述电负载的测量工作功率1.输送给所述初级电感线圈的功率；m.由所述次级电感线圈接收的功率，以及η.用户识别码。3.根据权利要求1所述的信号传递系统，所述信号发生器包括连接到所述次级电感线圈的传输电路；所述传送器包括所述次级电感线圈，以及所述接收器包括连接到接收电路 的所述初级电感线圈，其中所述传输电路包括可选择地连接到所述次级电感线圈的辅助负载，以及所述接收电路包括至少一个功率监测器，其用于监测提供给所述初级电感线圈的功率。4.根据权利要求3所述的信号传递系统，其中所述传输电路进一步包括至少一个开关单元，其包括调制器，用于将位元率信号与输 入信号相调制，以产生调制信号；以及开关，用于根据所述调制信号，间歇地将所述辅助负 载连接到所述次级电感线圈，以及 所述接收电路进一步包括至少一个电流监测器，用于监测由所述初级电感线圈获取的初级电流，由此产生初级 电流信号，以及至少一个相关器，用于将所述初级电流信号与所述位元率信号交叉相关，由 此产生输出信号。5.根据权利要求4所述的信号传递系统，进一步由以下限定中的至少一种而被特征化 所述开关单元进一步包括控制器，其配置为将数据编码成所述输入信号； 所述开关单元进一步包括分频器； 所述电感功率耦合利用驱动频率传递能量，并且所述位元率频率是所述驱动频率的 整分数； 所述电感功率耦合为从包括以下项的组中选取的器件变压器，DC-DC转换器，AC-DC 转换器，AC-AC转换器，驰返变压器，驰返转换器，全桥转换器，半桥转换器和正向转换器； 以及 所述初级电感线圈从所述次级电感线圈电隔离。6.根据权利要求3所述的信号传递系统，其中所述传输电路进一步包括半波整流器，以及所述接收电路配置成检测当所述次级电感线圈耦合到所述初级电感线圈时，供应给所 述初级电感线圈的功率中的二次谐波信号。7.根据权利要求6所述的信号传递系统，其中多个所述初级电感线圈各连接到驱动 器，并且所述驱动器配置成可选择地依次操作各初级电感线圈，从而识别哪个初级电感线 圈最接近所述次级电感线圈。8.根据权利要求7所述的信号传递系统，其中各初级电感线圈可操作地位于多个功率 水平，并且所述驱动器配置为在低功率下可选择地操作各初级电感线圈，直到该最接近所 述次级电感线圈的初级电感线圈被识别，以及然后在高功率下操作所述最接近所述次级电 感线圈的初级电感线圈。9.一种用于监测所述功率传递效率的效率监测器，包括权利要求1中所述信号传递系 统，所述功率监测器进一步包括至少一个输入功率监测器，用于测量输送给所述初级电感线圈的输入功率；至少一个输出功率监测器，用于测量由所述次级电感线圈接收的输出功率；至少一个处理器，用于确定功率损耗指标，以及至少一个通信通道，...

【专利技术属性】
技术研发人员：约西·阿藏科，阿米尔·本沙洛姆，奥拉·格林沃尔德，阿里克·罗费，
申请(专利权)人：鲍尔马特有限公司，
类型：发明
国别省市：IL