一种感应电能传输系统拾取装置，通过受控地改变拾取线圈感应电压（ｊωＭＩ）与调谐电容器Ｃ的电压之间的相位角来提供受控交流电。相位角可通过在选定时间段内保持调谐电容器Ｃ的电压基本恒定来改变。开关Ｓ１和Ｓ２可用来在选定时间段内将调谐电容器Ｃ的电压钳位在大致零伏。可操作第一开关Ｓ１来阻止调谐电容器上正电压的出现，并且第二开关Ｓ２可用于阻止调谐电容器上的电压变成负值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及感应电能传输(IPT)，并且具体但不仅仅涉及提供交流电源的应用。本专利技术也可用于提供直流电源。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供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。本专利技术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，本专利技术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专利技术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描述本专利技术的实施例，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是根据本专利技术一个实施例的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。图10是用于进一步包括用于提供直流输出的直流整流器的图3的电路的实际实现的电路图的一个例子。图11是用于适用于提供交流和直流两种输出的图3的电路的实际实现的电路图的一个例子。具体实施例方式图1是电力系统中公知的图，并且用于描述电能如何从发电机传输到另一个发电机或负载。所述第一发电机具有输出电压V1,并且通过电感L1连接到第二电压V2。如果V1 和V2之间的相位角是α，则传输功率为尸二·^!^ X其中，X是电感L1在工作频率的电抗。这是电力系统分析中用常见符号表示的通用公式ο在IPT系统中，该图可以如图2的电路中所示被解释得稍微不同。在这种情况下， V1是由流经IPT轨道的电流在拾取线圈L1中感应的电压。因此，V1 = j MI，其中I是轨道电流，V2现在是调谐电容器C上的电压，并且是IPT系统中的谐振电压。L1和C组成并联谐振电路。在所有常见情况下，V1和V2之间的角度，相位角α ‘，自然地由图2的电路在有负载情况下的工作来确定，负载由负载电阻器R表示，在电路中时常能得到。尽管由于所有电路元件是线性的，因此可以分析整个电路，但角度α ‘不能被观测。然而，在本专利技术的一个实施例中，两个新的电路元件，即开关S1和&，被添加到电路，如图3所示，它们和二极管D1和&串联。这些开关用于干扰电路的动作，从而相位角 α'被强迫为与自然发生的值不同的值。实现该效果的技术保持电压V2在选定时间段内为基本恒定的电平，例如钳位电压V2，从而其不过零，直到开关允许。因此，开关S1阻止调谐电容器C上正电压的出现，并且开关&阻止调谐电容器上的电压变成负值。工作中，这些开关开或关180度，但相对图4所示的电路的正常电压在相位上延迟。正常谐振电压和开关波形之间的重叠是θ，并且必须注意，这个θ不是作为图1中V1和V2之间的相位角的通用角α ‘，但改变θ迫使α ‘改变。当电路工作于实际负载时，拾取线圈上的感应电压j ωΜΙ不可观测，但轨道中的电流具有相同相位并且易于观测。开关S1在波形的负半周期的大部分接通(此时它无效)，并且在波形的正常的正半周期的一小部分接通，此时它阻止任何电压出现直到它切断。开关&以精确互补的方式在另外半周期中工作。两个开关都接通180度但完全不重叠。实际输出电压中在其角θ期间具有小平坦段，但对于高Q值情形，这些几乎没有。然而，波形仍然移位，因此传输的电能以可控的方式减少。因此，通过根据需要控制开关S1* &的触发在选定时间间隔内保持调谐电容器电压为希望的电平，可以实现Θ。在一个实施例中，调谐电容器电压在谐振电路的每个周期中的选定时间段被钳位。在其它实施例中，电容器电压可在选定周期中的选定的时间段被钳位。在一个实施例中，调谐电容器被钳位的电压为大致零伏。在电路的一个实际实施例中，轨道电流的相位由轨道中单独的传感器捕捉。然后， 使用锁相环，可产生精确的180度传导方波电压参考。将接着利用微处理器，根据需要延迟这些参考电压，以给出合适的波形以驱动开关来控制输出电压。开本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种由ＩＰＴ拾取装置提供交流电的方法，该拾取装置具有组成谐振电路的拾取线圈和调谐电容器，该方法包括改变拾取线圈感应电压与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的交流电的步骤。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·博伊斯，
申请(专利权)人：奥克兰联合服务有限公司，
类型：发明
国别省市：NZ
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