專利名稱：控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)和方法
控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)和方法
本申請是分案申請，其原案申請的申請?zhí)枮?00580015312.9, 申請日為2005年5月11日，發(fā)明名稱為"控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)"。
本發(fā)明涉及一種用于為例如便攜式電氣或電子裝置供電的控 制感應(yīng)功率傳j命系統(tǒng)和方法。
本申請要求由申請人于2004年5月11日^是交的第GB 0410503.7號和2005年2月10日提交的第GB 0502775.0號共同未
決的申請的優(yōu)先權(quán)，并將其每一個(gè)的全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
適合于為便攜式裝置供電的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)可包括兩部分
參初級單元，具有至少一個(gè)初級線圈，初級單元通過初級線圏 馬區(qū)動(dòng)交變電濟(jì)u，產(chǎn)生時(shí)變》茲通量。
*次級 裝置，可與初級單元分離，包4舌次級線圏。當(dāng)將次級線 圈》文置到4妄近由初級線圈產(chǎn)生的時(shí)變i茲通量處時(shí)，變4b的》茲通量在
次級線圏中感應(yīng)出交變電流，因此，可以將功率^v初級單元感應(yīng)地
傳輸?shù)酱渭壯b置。
通常，次級裝置向外部負(fù)載^是供傳輸?shù)墓β剩掖渭壯b置可以 被裝入包括負(fù)載的宿主對象(host object)中或由宿主對象攜帶。例 如，宿主對象可為具有可再充電的蓄電池或電池的便攜式電氣或電 子裝置。在這種情況下，負(fù)載可為用于給蓄電池或電池充電的蓄電池充電器電^各?？蛇x地，次級裝置可與適當(dāng)?shù)男铍姵爻潆娖麟娐芬?起集成到這種可再充電的電池或蓄電'池中。
在我們的英國專利7>開GB-A-2388716中描述了一類這種感應(yīng) 功率傳輸系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的顯著特征是初級單元的磁系的物理"開 放"性-磁路相當(dāng)大的部分穿過空氣。為了使初級單元能夠?yàn)椴煌?形狀和尺寸的次級裝置以及同時(shí)為多個(gè)次級裝置提供功率，這是必 不可少的。在GB-A-2389720中描述了這種"開i文"系統(tǒng)的另一實(shí) 例。
這種系統(tǒng)可能存在 一 些問題。第 一 個(gè)問題是初級單元不會有 100%的效率。例如，即^f吏在當(dāng)前不存在次級裝置時(shí)，或當(dāng)前沒有 需要充電的次級裝置時(shí)，電子設(shè)備中的開關(guān)損耗和在初級線圏中的 I2R損耗仍消耗功率。這樣很浪費(fèi)能量。優(yōu)選地，在這種情況下， 初級單元應(yīng)該進(jìn)入〗氐功一毛的"祠4幾;漠式"。
這種系統(tǒng)中的第二個(gè)問題是不能機(jī)械地防止外物被放入到初 級線圈附近，與線圈耦合。金屬制成的外物將在其中感應(yīng)渦流。這 些渦流趨向于起作用以排斥》茲通量，4旦因?yàn)椴臎_+具有電阻，因此流 動(dòng)的渦流將產(chǎn)生fR損耗，這將導(dǎo)致物體變熱。存在兩種變熱很顯 著的特殊情況
如果任一金屬的電阻很高，例如如果其不純或很薄。
參如果材料是鐵磁性的，例如鋼。這種材料具有高》茲導(dǎo)率，激 勵(lì)材料中的高磁通量密度，引起大的渦流，從而引起大的fR損耗。
在本申請中，這種引起功耗的外物被稱為"寄生負(fù)載"。優(yōu)選 地，當(dāng)存在寄生負(fù)載時(shí)初級單元應(yīng)進(jìn)入"關(guān)閉才莫式"，以避免4吏其 變熱。現(xiàn)有技術(shù)中已提出了解決這兩個(gè)問題的各種方法。 針對當(dāng)沒有次級裝置需要充電時(shí)不浪費(fèi)功率的第一個(gè)問題的
解決方案包括
參在EP0533247和US 6118249中，次級裝置在充電過禾呈中調(diào) 整其感應(yīng)負(fù)載，導(dǎo)致/人初級單元獲4尋的功率的相應(yīng)變化。這指示初 級單元不應(yīng)進(jìn)入4寺才幾狀態(tài)。
在EP1022840中，初級單元改變其驅(qū)動(dòng)器的頻率，乂人而改變 了與調(diào)諧的次級單元的耦合系lt。如果次級單元未獲取功率，則在 掃頻時(shí)獲取的功率沒有差別，因此初級單元進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
在US5536979中，初級單元4又測量初級線圈中流動(dòng)的功率， 且如果其低于閾值，則進(jìn)入脈沖調(diào)制待機(jī)狀態(tài)。
攀在US5896278中，初級單元包含4企測線圏，4企測線圏才艮據(jù)次 級裝置的位置將功率反饋耦合到4企測線圏中。如果次級裝置不存 在，則初級單元進(jìn)入4寺4幾才莫式。
攀在US5952814中，次級裝置具有配合初級單元中的插槽的枳』 械突起，將其激活。
參在US6028413中，初級單元驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線圏，并在次級單元中 具有相應(yīng)的兩個(gè)功率接收次級線圏。初級單元測量從每個(gè)初級線圈 傳送的功率，且如果其低于閾值則進(jìn)入待機(jī)模式。
針對寄生負(fù)載的第二個(gè)問題的解決方案包括
如上所述，在EP1022840中，初級單元改變其驅(qū)動(dòng)器的頻率。 在該系統(tǒng)中，次鄉(xiāng)及裝置是已調(diào)i皆的，因此該頻率變化將導(dǎo)致乂人初級單元取得的功率的變化。如果負(fù)載由一片金屬替代，則改變頻率將 不會有同樣效果，并且初級單元將進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。
如上所述，在US5952814中，次級裝置中的4建啟動(dòng)初級單元。 有支設(shè)如果存在次級裝置，則這將物理地排斥任何外物。
參如上所述，在US6028413中，初級單元通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)初級線 圈為次級裝置^是供功率。如果由兩個(gè)線圈^是供的電量不同，則初級 單元假定負(fù)載不是有效的次級裝置，并進(jìn)入關(guān)閉模式。
這些方法全部，i定初級單元和次級裝置之間是1: 1的關(guān)系。 因此，這些方法對于諸如GB-A-2388716中描述的可能同時(shí)存在一 個(gè)以上的次級裝置的那些系統(tǒng)來i兌是不夠的。例如，當(dāng)存在兩個(gè)次 級裝置，其中一個(gè)需要充電而另一個(gè)不需要時(shí)，這些方法將不起作 用。
這些方法中的一些還^f叚定有效的次級裝置的物理或電氣存在 意味著所有的外物均被次級裝置物理地排斥。不 一定是這種情況， 特別是如GB-A-2388716中所述，當(dāng)次級裝置可相對于初級單元隨 意方文置時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，提供了 一種控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中 感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，其中，感?yīng)功率傳輸系統(tǒng)包括初級單元， 可才乘作以產(chǎn)生電^茲場；以及至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離， 并且適合于當(dāng)次級裝置4妄近初級單元時(shí)與所述場耦合，4吏得次級裝 置可從初級單元感應(yīng)地接收功率，而不需要4皮此直4妄的導(dǎo)電接觸， 該方法包括將所述或每個(gè)次級裝置設(shè)置為空載狀態(tài)，在該狀態(tài)中， 基本防止了將次級裝置感應(yīng)接收到的任何功率提供給其實(shí)際負(fù)載； 以及在初級單元中，當(dāng)將所述或每個(gè)次級裝置i殳置為所述空載狀態(tài)時(shí)，測量從初級單元中獲取的功率，并根據(jù)所測量的功率限制或停 止來自初,及單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
因?yàn)樵诠β蕼y量期間次級裝置被設(shè)置為空載狀態(tài)，所以如果存 在相當(dāng)大的寄生負(fù)載，則可以很容易地從測量的功率中檢測出來。 如果這才羊的話，則初級單元可進(jìn)入關(guān)閉才莫式。例如，如果在空載狀 態(tài)下所測量的功率大于閾值，則將限制或停止電力供應(yīng)。
這種方法很方便，這是因?yàn)榇渭壯b置不必將其功率需求傳遞給
初l及單元，或初級單元不必扭j亍功率需求的《壬^可求和已知由于次
級裝置處于空載狀態(tài)，因此它們的總共的功率需求為零或至少很小 的值，該值是由次級裝置自身強(qiáng)加到初級單元上的任一寄生負(fù)載所
感應(yīng)的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中
感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，感?yīng)功率傳輸系統(tǒng)包4舌初級單元，可才喿作 以產(chǎn)生電不茲場；以及至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離，并且 適合于當(dāng)次級裝置4婁近初級單元時(shí)與所述場耦合，〗吏得可通過次級 裝置從初級單元感應(yīng)地接收功率，而不需要;f皮此直接導(dǎo)電接觸，該 方法包括在初級單元中，/人處于功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)次級 裝置中4妄收涉及有關(guān)的次級裝置的功率需求的信息；以及在初級單 元中，當(dāng)將電力供應(yīng)給具有功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)次級裝置 時(shí)，測量從初級單元中獲取的功率，并根據(jù)測量的功率和接收的功 率需求信息限制或停止來自初級單元的感應(yīng)功率傳輸。
在這種情況下，可^f艮據(jù)所述測量的功率與具有所述功率需求狀 態(tài)的次級裝置的各個(gè)功率需求的總和之差來限制或停止來自初級 單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。例如，在測量的功率超過所述總和多于閾偵— 的情況下，可限制或4亭止感應(yīng)電力供應(yīng)。這種方法具有優(yōu)于第一方面的方法的優(yōu)點(diǎn)，就是在功率測量期
間不必將次級裝置i殳置為空載狀態(tài)。因此，可向次級裝置的實(shí)際負(fù) 載持續(xù)提供功率。
當(dāng)然，在第一方面的方法中，功率測量周期可以非常短，偵_得 對負(fù)載的電力供應(yīng)的任何中斷都不易察覺。如果負(fù)載的中斷是個(gè)問 題，則可以在次級裝置中設(shè)置諸如電容器的能量存儲裝置，以在功 率測量周期期間維持對實(shí)際負(fù)載的電力供應(yīng)。
在第二方面的方法中，可以使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧椒▽⒐β市?求信息乂人每個(gè)次級裝置傳輸?shù)匠跫墕卧?一種用于所述或每個(gè)次級 裝置將其功率需求信息傳輸?shù)匠跫墕卧膬?yōu)選方法是RFID方法。 可選地，所述或每個(gè)次級裝置可通過改變由次級裝置強(qiáng)加到初級單 元上的負(fù)載，將其功率需求信息傳輸?shù)匠跫墕卧?br>
應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施本發(fā)明的第一和第二方面的方法^是供了不同的 才全測在一方面從初級單元獲取的功率與另一方面次級裝置需求的 功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的次級裝置，則與次級裝置需求 的總功率之間是否存在相當(dāng)大差別的方法。在該才企測之后，可限制 或停止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
在第一和第二方面的方法中，可以改變由次級裝置強(qiáng)加到初級 單元上的負(fù)載以將來自次級裝置的信號或信息傳遞到初級單元。例 如，可以這樣傳輸在第二方面中所需要的功率需求信息。
利用負(fù)載變化來通信的優(yōu)點(diǎn)是可以允許兩個(gè)或多個(gè)、或者可能 全部的次級裝置同時(shí)向初級單元^是供各項(xiàng)信息。例如，如果任何次 級裝置需要功率，則可以改變其負(fù)載。如果初級單元檢測到全部負(fù) 載沒有或基本沒有改變，則可以斷定沒有次級裝置需要功率，從而 進(jìn)入待機(jī)模式。類似地，初級單元將檢測任何負(fù)載變化的總和。如果來自每個(gè)單個(gè)次級裝置的負(fù)載變化與將^皮傳送到初級單元的一 些^^莫擬量(例如，次級裝置的功率需求或寄生負(fù)載)成比例，則在
功率測量中，將通過初級單元^r測各個(gè)才莫擬量的總和。這意^^未著可 以直接獲得總和，而無需在初級單元中進(jìn)行執(zhí)行起來將耗時(shí)和/或代 ^階高的額外處理。
除了檢測何時(shí)進(jìn)入關(guān)閉模式之外，還可能期望檢測進(jìn)入待機(jī)模 式的條件。例如，在第一方面的方法中，在測量的功率小于待機(jī)閾 值(不同于上述的關(guān)閉閾值)的情況下，可以限制或停止感應(yīng)電力供 應(yīng)。另一個(gè)可能性是所述或每個(gè)所述次級裝置向初級單元"^艮告指示 次級裝置是處于無功率需求狀態(tài)(該狀態(tài)中次級裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng) 前不需要來自初級單元的功率)還是功率需求狀態(tài)(該狀態(tài)中所述 實(shí)際負(fù)載當(dāng)前需要來自初級單元的功率)的狀態(tài)信息。然后，初級 單元根據(jù)所述或每個(gè)次級裝置報(bào)告的狀態(tài)信息來限制或停止來自 初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。例如，除非由至少一個(gè)次級裝置才艮告的 狀態(tài)信息表明其處于所述功率需求狀態(tài)，否則初級單元會限制或停 止感應(yīng)功率的傳輸。優(yōu)選地，為了響應(yīng)速度，兩個(gè)或多個(gè)次級裝置 同時(shí)向初級單元報(bào)告它們各自的狀態(tài)信息。如上所述， 一種方便的 可能性是使所述或每個(gè)次級裝置通過改變由其強(qiáng)加在初級單元上 的負(fù)載來報(bào)告其所述狀態(tài)信息。
通常，可以在不同的測量周期中執(zhí)行從初級單元獲取的功率的 兩個(gè)或多個(gè)測量。如果次級裝置與初級單元同步，則在一個(gè)測量周 期中，次級裝置會彼此表現(xiàn)不同，以使初級單元能夠沖企測兩個(gè)或多 個(gè)不同條件(這些條件下功率限制或停止是適當(dāng)?shù)?。
一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有三個(gè)測量周期。在第一個(gè)周期中，每個(gè)次 級裝置斷開，I負(fù)載(dummy load )。在第二個(gè)周期中，每個(gè)需要功 率的次級裝置接通其假負(fù)載。其他次級裝置斷開它們的假負(fù)載。在 第三個(gè)周期中，每個(gè)次級裝置均接通其，支負(fù)載。初級單元可以/人三個(gè)周期中的功率測量的比較中檢測出是存在需要關(guān)閉的相當(dāng)大的 寄生負(fù)載還是不存在需要功率的裝置，以適當(dāng)?shù)拇龣C(jī)。
也可以在測量周期內(nèi)改變負(fù)載。例如，可固定負(fù)載改變的幅度， 但可改變持續(xù)時(shí)間，以提供信息。
初級單元可能已登記了至少一個(gè)所述次級裝置的功率需求。在 這種情況下，從次級裝置傳輸?shù)墓β市枨笮畔⒖梢灾皇菢?biāo)識次級裝 置的信息。初級單元利用標(biāo)識信息來檢索裝置的登記的功率需求。 標(biāo)識信息可以是分配給次級裝置的代碼或類型、型號、或者序列號。 這可以減少傳輸?shù)匠跫墕卧男畔⒘坎⑻岣唔憫?yīng)速度和可靠性。
盡管每個(gè)處于功率接收狀態(tài)的次級裝置均以第二方面的方法 向初級單元傳輸功率需求信息，但如果希望的話，未處于功率需求 狀態(tài)的所述或每個(gè)所述次級裝置也可以向初級單元傳輸這種功率 需求信息。 一種可能性是使由不處于所述功率需求狀態(tài)的所述或每 個(gè)所述次級裝置傳輸?shù)墓β市枨笮畔⒈硎居纱渭壯b置強(qiáng)加在初級 單元上的寄生負(fù)載。于是，這可以用于使關(guān)閉檢測更可靠。當(dāng)處于 功率需求狀態(tài)時(shí)，功率需求信息也可能是次級裝置的實(shí)際負(fù)載與寄 生負(fù)載的功率需求的總和，而當(dāng)次級裝置沒有處于功率需求狀態(tài) 時(shí)，則功率需求信息僅是寄生負(fù)載的功率需求。
通常，理想地，限制和4亭止感應(yīng)電力供應(yīng)的條件的4全測要考慮 初級單元和次級裝置中的4壬4可損庫€。有多種方法實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。
一種方法是當(dāng)執(zhí)行所述檢測時(shí)，使用關(guān)于初級單元自身損耗的 第一補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償所述損庫毛。當(dāng)初級單元有歲丈地處于電,茲屏蔽 時(shí)，可以從初級單元所取得的測量結(jié)果中獲得部分或全部所述第一 補(bǔ)償信息。第一補(bǔ)償信息可以存儲在初級單元的校準(zhǔn)單元中。另 一種方法是當(dāng)執(zhí)行所述檢測時(shí)，使用關(guān)于由所述或每個(gè)次級 裝置強(qiáng)加到初級單元上的寄生負(fù)載的第二補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償所述或 每個(gè)次級裝置的所述寄生負(fù)載。所述或每個(gè)所述次級裝置優(yōu)選地將 其所述第二補(bǔ)償信息直接傳遞給所述初級單元，或者將其他信息傳 遞主會初級單元，初級單元/人所述其他/f言息中纟尋到所述第二補(bǔ)償孑言 息。如上文所述，次級裝置可以通過改變由其強(qiáng)力口到^刀級單元上的 負(fù)載，來將其所述第二補(bǔ)償信息或其所述其他信息傳遞給初級單 元。
特別方便、有效的方法是使所述或每個(gè)所述次級裝置具有表示 其所述寄生負(fù)載的假負(fù)載，次級裝置將所述寄生負(fù)載強(qiáng)加到所述初 級單元上，以改變由次級裝置強(qiáng)加到初級單元上的負(fù)載。
所述第一補(bǔ)償信息的部分或全部和/或所述第二補(bǔ)償信息的部 分或全部可以是在初級單元的制造和/或測試期間存儲在初級單元 中的信息。
當(dāng)初級單元的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行條件(例如，溫度)變化時(shí)，改
變所述第一和第二補(bǔ)償信息中的一個(gè)或兩個(gè)可能是有利的。次級裝
置可單獨(dú)或與另一個(gè)物體結(jié)合4吏用。例如，可以乂人宿主對象中去除
次級裝置。如果當(dāng)將其從宿主對象中去除或安裝到宿主對象中時(shí)可
以被供電，則裝置自身的寄生負(fù)載可能與裝置和宿主對象共同的寄
生負(fù)載很不同。為處理這種情況，可以根據(jù)裝置是單獨(dú)使用還是與 另 一物體一起使用來改變第二補(bǔ)償信息。
在許多實(shí)施方式中，次級裝置需要與初級單元同步運(yùn)^f亍。因此， 優(yōu)選地，是從初級單元向所述或每個(gè)所述次級裝置傳輸同步信號， 或者乂人所述或每個(gè)所述次級裝置向初級單元傳輸同步信號，以4吏初 級單元和所述或每個(gè)所述次級裝置的運(yùn)行同步。這可以通過調(diào)制施加到初級單元中的初級線圈的驅(qū)動(dòng)4言號4艮方侵j也實(shí)現(xiàn)?？梢在嗍褂妙l 率、振幅、或相位調(diào)制或它們的組合。
可以利用4艮多不同的才支術(shù)來測量由次《及裝置/人初級單元獲取 的功率。在一種才支術(shù)中，通過電驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)的初級線圈產(chǎn)生電石茲
的功率輸入端?？梢酝ㄟ^暫時(shí)斷開電源并在斷開期間4金測所述功率 輸入端處的變化，來測量從初級單元獲取的功率。變化可能是電壓 衰減。這種^支術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于沒有驅(qū)動(dòng)單元的電流流過的串連電阻。 這種串連電阻消 一毛相當(dāng)大的功率。
優(yōu)選地，將能量存儲在諸如連接至所述功率輸入端的電容器的 能量存儲單元中，使得在所述電源斷開時(shí)可以向所述功率輸入端持 續(xù)地提供功率。
如果電驅(qū)動(dòng)單元具有用于控制到初級線圏的驅(qū)動(dòng)器電流或功 率的反饋電路，則另一種測量獲取的功率的方法也是可用的。在這 種情況下，反饋電路中的反饋信號可以提供獲取的功率的測量，而 才艮本無需加入功率測量單元。
另 一種測量功率的方法包4舌在測量周期期間 <吏包^"所述初級 線圈的電路在非驅(qū)動(dòng)諧振(undriven resonating )條件下工作，在該 條件中，暫停將驅(qū)動(dòng)信號施加到初級線圈，使得存儲在電路中的能 量在所述周期期間衰減。然后，在所述周期期間進(jìn)行一次或多次這 種能量衰減的測量，并且使用這些測量來測量從初級單元獲取的功 率。
可以在相同條件下進(jìn)4亍兩次或者多次功率測量，并將這些結(jié)果 取平均值以提高精度。在操作中，可能希望將電磁場的場強(qiáng)設(shè)置為低于在運(yùn)行模式中 的最大值的值。在第二方面的方法中，初級單元具有來自每個(gè)次級 裝置的功率需求信息，從而可以根據(jù)次級裝置所需求的功率或者 (如果存在一個(gè)以上的次級裝置)次級裝置需求的總功率，容易地 設(shè)置場強(qiáng)。這樣，可以找到用于為次級裝置供電的最小功率輸出。 然而，還有實(shí)現(xiàn)類似結(jié)果的其他方式。例如，沒有獲4尋足夠功率的 次級裝置可以以某種方式調(diào)制其負(fù)載。初級單元可以以最大功率開 始運(yùn)行并減小功率，直至檢測到來自至少 一 個(gè)次級裝置的負(fù)載調(diào) 制。這樣可以以簡單、快捷的方式確定最小的功率。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，其
包括初級單元，可梯:作以產(chǎn)生電,茲場；至少一個(gè)次級裝置，可與 初級單元分離，并且當(dāng)次級裝置4妄近初級單元時(shí)適合于與所述場耦 合，以〗吏次級裝置可以,人初級單元感應(yīng)地接收功率，而無需4皮此直 接的導(dǎo)電接觸；裝置，用于檢測在一方面從初級單元獲取的功率與 另一方面次級裝置需求的功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的次級 裝置則與次級裝置需求的總功率之間是否存在相當(dāng)大差別；以及裝 置，在這種檢測之后，可操作以限制或停止來自初級單元的感應(yīng)電 力供應(yīng)。
沖艮據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，4是供了一種初級單元，用于還具有 可與初級單元分離的至少一個(gè)次級裝置的感應(yīng)功率傳4敘系統(tǒng)，初級 單元包括裝置，用于當(dāng)次級裝置4妄近初級單元時(shí)產(chǎn)生與所述至少 一個(gè)次級裝置耦合的電》茲場，使得次級裝置可以從初級單元感應(yīng)地 接收功率，而無需彼此直接的導(dǎo)電接觸；裝置，用于檢測在一方面 乂人初級單元獲耳又的功率與另一方面次級裝置需要的功率之間，或者 如果存在一個(gè)以上的次級裝置，則與次級裝置需要的總功率之間是 否存在相當(dāng)大差別；以及裝置，在這種檢測之后，可操作以限制或 4f止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，提供了一種次級裝置，用于包括產(chǎn)
生電》茲場的初級單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，次級裝置包括次級線 圈，適合于當(dāng)次級裝置接近初級單元時(shí)與所述初級單元產(chǎn)生的所述 場耦合，以使次級裝置可以從初級單元感應(yīng)地接收功率，而無需彼 此直接的導(dǎo)電接觸；負(fù)載連接裝置，連接至所述次級線圈，并適合 于當(dāng)使用次級裝置時(shí)將其連接至需要來自初級單元的功率的負(fù)載， 用于向負(fù)載提供這種感應(yīng)接收的功率；檢測裝置，用于檢測由初級 單元傳輸?shù)耐叫盘枺灰约翱刂蒲b置，響應(yīng)于同步信號的檢測，將 次級裝置設(shè)置為空載狀態(tài)，在該狀態(tài)下，基本防止了通過負(fù)載連接 裝置將任何感應(yīng)接收的功率提供到所述負(fù)載。
這可以纟是供一種適合用于實(shí)施上述本發(fā)明第一方面的方法的 次級裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，提供了 一種用于包括產(chǎn)生電i茲場的
初級單元的感應(yīng)功率傳ilr系統(tǒng)中的次級裝置，其包4舌次級線圏，
適合于當(dāng)次級裝置接近初級單元時(shí)與所述初級單元產(chǎn)生的所述場 耦合，以y使次級裝置可以乂人初級單元感應(yīng)地^妄收功率，而無需4皮此 直接的導(dǎo)電接觸；負(fù)載連接裝置，連接至所述次級線圏，并且當(dāng)使 用次級裝置時(shí)適合于連接至需要來自初級單元的功率的負(fù)載，用于 向負(fù)載提供這種感應(yīng)接收的功率；以及RFID通信裝置，可操作以 使用RFID通信方法將關(guān)于次級裝置的功率需求的信息^是供給初級 單元。
這可以纟是供一種適合用于實(shí)施上述本發(fā)明第二方面的方法的 次級裝置。在這種情況下，在功率測量期間，負(fù)載連接裝置沒有斷 開實(shí)際負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，提供了 一種控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng) 中感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，其中，感?yīng)功率傳l命系統(tǒng)包才舌初級單元，可l乘作以產(chǎn)生電》茲場；以及至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離， 并且適合于當(dāng)次級裝置4妄近初級單元時(shí)與所述場耦合，以^吏次級裝 置可以從初級單元感應(yīng)地j妄收功率，而無需;f皮此直^姿的導(dǎo)電^婁觸， 該方法包括在信息才是供階^殳，允許兩個(gè)或多個(gè)次級裝置同時(shí)向初 級單元4是供分別關(guān)于有關(guān)的次級裝置的信息；以及在初級單元解釋 同時(shí)提供的信息，并基于解釋的信息確定是否限制或停止來自初級 單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
這種方法可以允許從次級裝置快速地提供信息或信號，以能夠 快速地實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的限制或停止。
在一個(gè)實(shí)施例中，由每個(gè)次級裝置提供的信息表明有關(guān)的次級 裝置是否處于功率需求狀態(tài)(其中，次級裝置的實(shí)際負(fù)載需要來自初 級單元的功率)，并且初級單元確定由其纟是供的感應(yīng)功率是否應(yīng)該#皮 限制或停止，除非在信息提供階段由至少一個(gè)次級裝置提供的信息 表明其具有所述功率接收狀態(tài)。
由每個(gè)次級裝置提供的信息可以表示有關(guān)的次級裝置的模擬 量。在這種情況下，初級單元可從同時(shí)提供的信息中直接得到次級 裝置的各自模擬量之和。
^t擬量可表示由次級裝置自身強(qiáng)加在初級單元上的寄生負(fù)載。
模擬量可表示次級裝置的實(shí)際負(fù)載的功率需求。
才莫擬量可表示由次級裝置強(qiáng)加在初級單元上的總負(fù)載，所述總 負(fù)載包括次級裝置的實(shí)際負(fù)載和由次級裝置自身強(qiáng)加在初級單元 上的寄生負(fù)載。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述次級裝置通過改變由其強(qiáng)加在初級 單元上的負(fù)載來提供其所述信息。例如，在所述信息提供階段期間，每個(gè)所述次級裝置可以具有^f叚負(fù)載，次級裝置將^f艮負(fù)載選擇性地強(qiáng) 加在初級單元上。優(yōu)選地，^f叚負(fù)載表示所述^f莫擬量。不同的^f叚負(fù)載 可用于表示不同的模擬量，例如，功率需求和寄生負(fù)載。
在一個(gè)實(shí)施例中，在由初級單元確定的時(shí)間，每個(gè)所述次級裝 置均具有其所述信息提供階段。
才艮據(jù)本發(fā)明的第八個(gè)方面，提供了 一種控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)
中感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，其中，感?yīng)功率傳輸系統(tǒng)包4舌初級單元， 可操作以產(chǎn)生電,茲場；以及至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離， 并且適合于當(dāng)次級裝置接近初級單元時(shí)與所述場耦合，以使次級裝 置可以從初級單元感應(yīng)地接收功率，而無需4皮此直接的導(dǎo)電接觸， 其中方法包括以下步驟在報(bào)告階段，所述或每個(gè)所述次級裝置向 初級單元報(bào)告信息，其中，該信息表示次級裝置是處于無功率需求 狀態(tài)(該狀態(tài)中次級裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng)前不需要來自初級單元的功 率)還是功率需求狀態(tài)(該狀態(tài)中所述實(shí)際負(fù)載當(dāng)前需要來自初級 單元的功率)；以及所述初級單元才艮才居由所述或每個(gè)次級裝置在所 述報(bào)告階革殳才艮告的信息來確定應(yīng)該限制或停止其感應(yīng)電力供應(yīng)。
優(yōu)選地，在由初級單元確定的時(shí)間，所述或每個(gè)所述次級裝置 均具有其所述報(bào)告階段。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有至少兩個(gè)次級裝置，并且每個(gè)所述次級 裝置同時(shí)具有其所述報(bào)告階段。
所述或每個(gè)所述次級裝置可以通過改變由其強(qiáng)加在初級單元 上的負(fù)載來報(bào)告其所述信息。例如，在所述4艮告階段期間，所述或 每個(gè)次級裝置均可具有^f叚負(fù)載，次級裝置將4艮負(fù)載選擇性地強(qiáng)加在 初級單元上。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述報(bào)告階段期間，具有所述功率需求狀 態(tài)的所述或每個(gè)所述次級裝置強(qiáng)加其所述〗叚負(fù)載，以及在所述才艮告 階段期間，具有所述無功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)所述次級裝置不 強(qiáng)加其所述々I負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的第九個(gè)方面，提供了 一種用于包括產(chǎn)生電磁場的
初級單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中的次級裝置，次級裝置包括次級 線圏，適合于當(dāng)次級裝置4妄近初級單元時(shí)與所述初級單元產(chǎn)生的所 述場耦合，以使次級裝置可以從初級單元感應(yīng)地接收功率，而無需 彼此直4妄的導(dǎo)電4妄觸；負(fù)載連4妄裝置，連4妄至所述次級線圏，且適 合于當(dāng)使用次級裝置時(shí)連接至需要初級單元的功率的負(fù)載，用于向 負(fù)載提供這種感應(yīng)接收的功率；以及通信裝置，可操作以向初級單 元傳遞關(guān)于由次級裝置強(qiáng)加在初級單元上的寄生負(fù)載的信息。
這種次級裝置可以向初級單元傳輸它的寄生負(fù)載，用于使初級 單元用來4卜償負(fù)載。例如，當(dāng)4企測限制或4亭止來自初級單元的感應(yīng) 功率傳輸?shù)臈l件時(shí)，可使用傳輸?shù)募纳?fù)載。
可以<吏用4壬4可通信方法，且方法不限于負(fù)載變化。例如，可以 z使用紅外線或超聲波il/f言。還可以^吏用RFID。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述通4言裝置可梯:作以通過在所述初級單元 上強(qiáng)加假負(fù)載來傳遞所述信息。通信裝置可以為可操作的以在第一 時(shí)間將第 一假負(fù)載強(qiáng)加在初級單元上，并在第二時(shí)間將不同于所述 第一假負(fù)載的第二假負(fù)載強(qiáng)加在初級單元上，根據(jù)所述寄生負(fù)載設(shè) 置所述第 一和第二假負(fù)載之差。所述第 一和第二假負(fù)載中的一個(gè)可 以為零。
根據(jù)本發(fā)明的第十個(gè)方面，提供了一種便攜式電氣或電子裝 置，其包括負(fù)載，其至少有時(shí)需要來自初級單元的功率；以及實(shí)施前述本發(fā)明的第五、第六、或第九方面的次級裝置，所述次級裝 置的所述負(fù)載連接裝置^皮連接至所述負(fù)載，用于在所述時(shí)間向負(fù)載 才是供這種感應(yīng)接收的功率。
根據(jù)本發(fā)明的第十 一個(gè)方面，提供了 一種控制感應(yīng)功率傳輸系
統(tǒng)中感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，其中，感?yīng)功率傳專lr系統(tǒng)包括初級單
元，具有其上4皮施加電驅(qū)動(dòng)孑言號以產(chǎn)生電》茲場的初級線圏；以及還 包括至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離，并且具有次級線圏， 適合于當(dāng)次級裝置接近初級單元時(shí)與所述場耦合，使得能夠?qū)⒐β?感應(yīng)地/人初級單元傳4命到次級裝置，而無需4皮此直4妄的導(dǎo)電4妄觸， 該方法包括在測量周期期間使包括所述初級線圈的電路在非驅(qū)動(dòng) 諧振條件下工作，在該條件下，暫停將所述驅(qū)動(dòng)信號施加到所述初 級線圈，以使存儲在電路中的能量在所述周期期間內(nèi)衰減；在所述 周期期間，進(jìn)行這種能量衰減的一個(gè)或多個(gè)測量；以及4艮據(jù)所述一 個(gè)或多個(gè)能量衰減測量來限制或停止來自初級單元的感應(yīng)功率傳 輸。
這種方法可以以可靠并節(jié)省成本的方式來實(shí)現(xiàn)寄生負(fù)載和4寺 機(jī)檢測中任何一個(gè)或兩個(gè)。這在可以具有多個(gè)次級裝置和/或系統(tǒng)的 開放磁性使得寄生物體易于耦合至初級線圏的系統(tǒng)中特別有利。
現(xiàn)在，將通過實(shí)例，參照附圖，附圖中
圖1是示出實(shí)施本發(fā)明的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的部分的框圖2是用于說明根據(jù)本發(fā)明的檢測關(guān)閉條件的第 一 方法的流程
圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的檢測待機(jī)條件的第一方法的流程
圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第 一 實(shí)施例的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的部分 的框圖5示出用于說明圖4系統(tǒng)的操作的波形圖6示出顯示圖4系統(tǒng)中各種信號的時(shí)序的波形圖圖6 (a) 示出施加到初級線圏的AC電壓信號的頻率；圖6 (b)示出乂人初級 單元獲耳又的功率；圖6 (c)示出初級單元中開關(guān)的狀態(tài)；以及圖6 (d)示出初級單元開關(guān)兩端的電壓；
圖7是示出在三個(gè)不同測量操作期間獲取的負(fù)載的示意圖8是示出圖4系統(tǒng)中的不同運(yùn)行才莫式的示意圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的功率傳輸系統(tǒng)中初級單元 的部分的框圖IO示出了在圖9系統(tǒng)中在功率測量期間出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)、緩沖 和衰減狀態(tài)中流過初級線圈的電流如4可變4匕；
圖11是用于說明根據(jù)本發(fā)明的檢測關(guān)閉條件的第二方法的流 禾呈圖；以及
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的功率傳輸系統(tǒng)的部分的 框圖。
圖1示出實(shí)施本發(fā)明的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的部分。系統(tǒng)l包括 初級單元10和至少一個(gè)次級裝置30。初級單元10具有初級線圏 12,以及連4妻至初級線圈12的電驅(qū)動(dòng)單元14，用于為初級線圏12 才是供電驅(qū)動(dòng)信號以產(chǎn)生電^茲場?？刂茊卧?6連4妄至電驅(qū)動(dòng)單元14。 該控制單元生成AC電壓信號106。電驅(qū)動(dòng)單元14得到AC電壓信號106,并在初級線圈12中將其轉(zhuǎn)換為AC電流信號，以在初級線 圈12附近產(chǎn)生感應(yīng)電》茲場。
初級單元10可以具有4壬意適當(dāng)?shù)男问?，^旦一個(gè)優(yōu)選的形式是 具有功率傳輸表面的平坦的平臺，在其上或附近均可以放置每個(gè)次 級裝置30。在該'lf況下，3口 GB-A-2388716中所述，場可以分布在 表面的功率傳輸區(qū)上。
次級裝置30可與初級單元10分離，并具有次級線圏32，當(dāng)次 級裝置30 4妄近初級單元10時(shí)，次級線圏32與由初級單元10產(chǎn)生 的電^茲場耦合。以這種方式，可以感應(yīng):hM夸功率/人初級單元10傳 輸?shù)酱渭壯b置30,而無需彼此直接的導(dǎo)電接觸。
初級線圏12和次級線圈32可具有4壬意適當(dāng)?shù)男问?，^旦例3口， 可以是在高磁導(dǎo)率線圏架(例如，鐵氧體或非晶金屬)周圍纏繞的 銅導(dǎo)線。
次級裝置30通常連接至外部負(fù)載(未示出-在本文中也可以稱 為次級裝置的實(shí)際負(fù)載)，并向外部負(fù)載提供感應(yīng)接收的功率。次 級裝置30可以^皮裝入需要功率的物體(例如，1更攜式電氣或電子 裝置或者可再充電的蓄電池或電池)中或由需要功率的物體攜帶。 可以在GB-A-2388716中找到關(guān)于次級裝置30和可^f吏用次級裝置 30供電的物體的i殳計(jì)的更多4言息。
在圖1的系統(tǒng)中的初級單元10還包4舌連4妄至控制單元16的功 率測量單元IOO。當(dāng)接收到由控制單元16提供的信號時(shí)，功率測量 單元100對電驅(qū)動(dòng)單元14獲取的功率進(jìn)行測量。功率測量單元100 向控制單元16提供表示由電驅(qū)動(dòng)單元14獲取的功率的輸出。由電 驅(qū)動(dòng)單元14獲取的功率表示由初級線圈12獲取的功率，因此也表 示由所有次級裝置30獲取的功率加上其他損耗。在圖l的系統(tǒng)中，希望檢測某些條件，并在這些條件下限制或 4亭止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
這種情況下，控制單元16可以進(jìn)入關(guān)閉才莫式，在該才莫式中減少或 停止對初級線圈12的驅(qū)動(dòng)，以防止寄生負(fù)載發(fā)熱。
另一個(gè)這樣的條件是在初級單元10的附近不存在系統(tǒng)的次級 裝置30。另 一個(gè)這種條件是存在至少一個(gè)次級裝置30但沒有一個(gè) 裝置具有當(dāng)前需要功率的負(fù)載。例如，當(dāng)關(guān)閉時(shí)或者在可再充電的 蓄電池或電池充滿電時(shí)，負(fù)載不需要功率。在這兩種條件下，控制 單元16可以進(jìn)入4寺才幾才莫式，在該沖莫式中，減少或4f止》于初級線圈 12的驅(qū)動(dòng)，防止初級單元10中不必要的功率消誄毛。
寄生負(fù)載的第 一 方法的流程圖。
在此第一方法中，當(dāng)4吏用圖1的系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)故意將初級單元 附近的所有次級裝置設(shè)置為空載狀態(tài)。在該空載狀態(tài)中，防止了將 次級裝置感應(yīng)接收的任何功率提供給其實(shí)際負(fù)載(上述的外部負(fù) 載)。
在步驟S2中，在所有的次級裝置都處于空載狀態(tài)的情況下， 初級單元中的功率測量單元100測量次級裝置從初級單元獲取的功 率。在步驟S3中，初級單元中的控制單元16根據(jù)步驟S2中測量 的功率來確定是否限制或停止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
在最簡單的情況下，在步驟S3中，控制單元16^義^又將測量的 功率與預(yù)定的關(guān)閉閾值進(jìn)行比較。如果測量的功率超過關(guān)閉閾值， 則控制單元16確定應(yīng)該限制或4亭止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。 然而，如下面更詳細(xì)的描述，優(yōu)選地，考慮在功率傳輸系統(tǒng)中不可避免地出現(xiàn)的損耗。特別地，這些損耗包括在初級單元自身和/或任
一次級裝置/宿主對象中存在的損壽€。這些損^C包括初級線圈自身和 4壬一其他的與初級線圈相關(guān)的部件(例如，電驅(qū)動(dòng)單元)的^f氐效率， 例如，線圏的銅或任一調(diào)諧電容器的有效串聯(lián)電阻中的fR損耗。 損耗還包括初級單元和次級裝置中的任何萬茲損耗，例如f茲損耗為與 初級單元和/或次級裝置相關(guān)的任一線圈中的磁滯環(huán)損耗。因此，控 制單元16除了可以〗吏用所測量的功率外還，還可以<吏用關(guān)于#刀級 單元自身損耗的第一補(bǔ)償信息，以在步驟S3中補(bǔ)償那些損耗。可 選地，或者此外，控制單元16除了可以4吏用所測量的功率外還可 以使用關(guān)于由所述或每個(gè)次級裝置強(qiáng)加在初級單元上的寄生負(fù)載 的第二補(bǔ)償信息，以在步驟S3中對所述或每個(gè)次級裝置的寄生負(fù) 載進(jìn)行補(bǔ)償。
如果在步驟S3中確定了應(yīng)該限制或4亭止電力供應(yīng)，則在步艱《 S4中，控制單元16將初級單元設(shè)置為關(guān)閉模式，在該模式中，限 制或停止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
初級單元將保持關(guān)閉模式，直至以某種方式將其復(fù)位。這種復(fù) 位可以由初級單元的用戶手動(dòng)發(fā)起，或可選地，控制單元16可以 周期性地啟動(dòng)以再次纟是供感應(yīng)功率，并重復(fù)步-驟S1至S3以確定是 否保持關(guān)閉模式。
在步驟S3中，如果控制單元16確定不需要限制或停止電力供 應(yīng)，則在步驟S6中，需要功率的次級裝置重新*接收來自初級單元 的功率。然后，例如在預(yù)定的間隔之后，處理再次返回步-驟S1。
接下來，將參照圖3描述;^測進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)的條件的第 一方法。
在圖3中，如步-驟Sll所示，不時(shí)地，存在于初級單元10附 近的每個(gè)次級裝置(如果有的話)均具有報(bào)告階段。所有存在的次級裝置可以同時(shí)進(jìn)入才艮告階段?？蛇x地，每個(gè)次級裝置可單獨(dú)地依 次進(jìn)入報(bào)告階段。在任一情況下，在報(bào)告P介段中，每個(gè)次級裝置均 向初級單元報(bào)告表明次級裝置是處于無功率需求狀態(tài)還是功率需 求狀態(tài)的狀態(tài)信息。在無功率需求狀態(tài)中，次級裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng) 前不需要來自初級單元的功率。另一方面，在功率需求狀態(tài)中，實(shí) 際負(fù)載當(dāng)前確實(shí)需要來自初級單元的功率。
在步驟S12中，初級單元中的控制單元16才艮據(jù)在步驟Sll中 報(bào)告的狀態(tài)信息，確定是否應(yīng)該限制或停止來自于初級單元的電力 供應(yīng)。特別地，除非至少一個(gè)次級裝置在報(bào)告階段向初級單元報(bào)告 其處于功率需求狀態(tài)，否則控制單元16確定應(yīng)該限制或停止感應(yīng) 功率的供應(yīng)，并且處理執(zhí)4亍步艱《S13，在步-驟S13中，初級單元^皮 設(shè)置為待機(jī)模式。當(dāng)然，如果初級單元附近才艮本不存在次級裝置， 以至于在步驟Sll中，沒有或沒有有效的狀態(tài)信息;坡初級單元4妄收， 則控制單元16也將初級單元i殳置為4寺才幾才莫式。
如上關(guān)于圖2方法的步驟S5所述的， 一旦將初級單元i殳置為 4寺才幾才莫式，則可以通過用戶手動(dòng)干預(yù)或自動(dòng)地將其再次重新i殳置為 運(yùn)行模式。
如果在步驟S12中，控制單元16基于報(bào)告的狀態(tài)信息確定不 該限制或4亭止感應(yīng)電力供應(yīng)，則處J里返回到步驟Sll，例3o在予貞定 的間隔之后。這樣，存在的每個(gè)次級裝置周期性地具有向初級單元 報(bào)告其狀態(tài)信息的報(bào)告階段。
可以彼此獨(dú)立的執(zhí)行圖2和圖3的方法。然而，優(yōu)選地，初級 單元的控制單元16既能檢測何時(shí)進(jìn)入關(guān)閉模式又能4企測何時(shí)進(jìn)入 待機(jī)模式。這可以通過結(jié)合圖2和圖3的方法來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將參照 圖4進(jìn)4亍描述。圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的部分。 系統(tǒng)1具有初級單元10和次級裝置30。圖4還示出例如由》文置在 初級單元10附近的外物引起的初級單元上的寄生負(fù)載500。在這種 情況下，^假設(shè)將次級裝置30裝入宿主對象(例如，^_攜式電氣或 電子裝置)或由宿主對象攜帶。如上文所述，次級裝置30和/或宿 主對象還在初級單元10上不可避免;也強(qiáng)加"有利的"寄生負(fù)載501。
如之前參照圖1所述，初級單元10包招「初級線圏12、電驅(qū)動(dòng) 單元14、控制單元16、和功率測量單元100。電驅(qū)動(dòng)單元14具有 連接到提供AC電壓信號106的控制單元16的輸出端的輸入端。電 驅(qū)動(dòng)單元14的^T出節(jié)點(diǎn)連4妄至初級線圈12。電驅(qū)動(dòng)單元通過功率 測量單元100連4妄到電源105。電源105為電驅(qū)動(dòng)單元14纟是供直流 電。電驅(qū)動(dòng)單元14對AC電壓信號106呈現(xiàn)高輸入阻抗，以使基本 上所有的負(fù)載電流均乂人電源105獲取。
在該實(shí)施例中，控制單元16是孩t處理器。該孩t處理器具有嵌 入的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(未示出)，以驅(qū)動(dòng)提供AC電壓信號106的輸出 端。可選地，可4吏用ASIC來實(shí)現(xiàn)控制單元16以及初級單元的一些 或所有其他的電3各元件。
本實(shí)施例中的控制單元16適合于調(diào)制用于向次級裝置傳輸同 步信號的AC電壓信號106。調(diào)制是AC電壓信號的頻率調(diào)制。也 可以使用諸如振幅或相位調(diào)制的其他調(diào)制技術(shù)。控制單元16適合 于向存在的任一次級裝置30發(fā)送同步信號。次級裝置30響應(yīng)于同 步信號來改變它們的負(fù)載條件。該信息被用于檢測進(jìn)入關(guān)閉和待機(jī) 模式的條件。
希望無需斷開對初級線圈12的供電，功率測量單元100就可 以工作，由于這意味著不中斷對次級裝置30的供電，從而減少了到周圍環(huán)境中的雜散電》茲干擾。因?yàn)榇嬖诖罅康脑肼暻乙笤诙虝r(shí) 間進(jìn)行測量，所以這是^f艮有"t兆戰(zhàn)性的。
功率測量單元100包4舌在電源105的OV供電端與電驅(qū)動(dòng)單元 14的4^地端之間的開關(guān)102。開關(guān)102由控制單元16控制。功率 測量單元還包^"連4妄在電驅(qū)動(dòng)單元14的正才及與4姿地端之間的電容 器101。該電容器起功率存儲單元的作用。差分》文大器103具有在 開關(guān)102的每一側(cè)的輸入端，并具有連接至才莫/數(shù)轉(zhuǎn)換器104的輸出 端。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到控制單元16。
當(dāng)開關(guān)102閉合時(shí)，功率測量單元100不工作，并且功率由電 源105直接耦合到電驅(qū)動(dòng)單元14。當(dāng)開關(guān)102打開時(shí)，執(zhí)行功率測 量。現(xiàn)在，電容器IOI被從電源105上的OV干線(rail)上斷開， 但仍保持其電荷。同時(shí)，電驅(qū)動(dòng)單元14繼續(xù)獲取電流，因此4吏電 容器101;故電。這樣，電容器101兩端的電壓稍有衰減，因此電容 器101與開關(guān)102之間的點(diǎn)的電壓稍微升高，高于0V。儲存電容 器107確保正電源電壓保持恒定。差分》文大器103測量開關(guān)102兩 端的電壓，并且通過才莫/數(shù)轉(zhuǎn)換器104將得到的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號并傳送到控制單元16。電驅(qū)動(dòng)單元14兩端的小的暫時(shí)壓降不 會對傳輸?shù)酱渭壯b置30的功率有任何明顯影響。
如圖5所示，當(dāng)開關(guān)102打開時(shí)，在時(shí)間^和^分別得到兩個(gè) 測量結(jié)果，分別i殳為測量^和K2。在開關(guān)打開之后，有個(gè)延遲^， 以l吏瞬態(tài)效應(yīng)穩(wěn)定。然后，通過下式得出功率尸
p—cka r2 j仏哨) 《2—"
其中，V+是電源電壓，^f叚設(shè)F!，K, J^。有利地，在周期中
的同一點(diǎn)對電源電壓采樣，以去除電壓中周期性擾動(dòng)(也示出在圖5中)。然后，再次關(guān)閉開關(guān)102,將電源105重新連接至電驅(qū)動(dòng)單 元14。
順便說一句，可以使用電感器代替電容器101用作能量存儲單 元。在這種情況下，在斷開電源期間由電路測量的變化可能是例如 作為串l關(guān)電阻器兩端的壓降測量的電流的變^f匕。
在該實(shí)施例中，初級單元10還包括「4交準(zhǔn)單元29。 4交準(zhǔn)電源29 存儲關(guān)于初級單元中損耗(例如，電或^茲損耗)的補(bǔ)償信息。故意 地，在制造時(shí)，和/或此后周期性地，初級單元中的損耗可以被校準(zhǔn) 并存儲在校準(zhǔn)單元29中。校準(zhǔn)單元29將存儲的信息提供給控制單 元16，以使控制單元16從總的測量結(jié)果中減去損耗，從而計(jì)算出 僅由寄生負(fù)載造成的損耗數(shù)值。校準(zhǔn)單元29可以改變補(bǔ)償信息， 以應(yīng)4寸初級單元中的可變損-毛，例力口，溫度變^匕的損籌t。
次級裝置30包括次級線圏32、整流器34、次級控制單元36、 假負(fù)載開關(guān)38、假負(fù)載40、負(fù)載開關(guān)42、存儲單元44、以及實(shí)際 負(fù)載46。例如，々支負(fù)載開關(guān)38和負(fù)載開關(guān)42的每個(gè)均可以是FET。 例如，假負(fù)載40是電阻器。在本實(shí)施例中，存儲單元44是電容器， 但可使用電感器來代替。
在該實(shí)施例中，實(shí)際負(fù)載46位于次級裝置30的外部，并且是 宿主對象的一部分。其可以是用于鋰離子電池的蓄電池充電控制器。
還有檢測單元200，其用于檢測強(qiáng)加在接收的AC信號上的調(diào) 制。為檢測調(diào)頻信號，檢測單元200可以是過零檢測器，每次AC 信號過零伏時(shí)，檢測單元200就向控制單元傳遞信號。于是，控制 單元36可以包括內(nèi)部時(shí)鐘和計(jì)數(shù)電路(未示出)。時(shí)鐘和計(jì)數(shù)電路 可以用于測量連續(xù)的過零之間的時(shí)間間隔，/人而得到由初級單元控制單元16強(qiáng)力口的ACM言號106的頻率。因此，次級單元可以才企測頻 率變化并通過調(diào)節(jié)開關(guān)42和38改變其負(fù)載條件來響應(yīng)。
其他形式的負(fù)載檢測電路200可包括用于數(shù)字振幅調(diào)制的閾值 檢測器或用于多級振幅調(diào)制的才莫/數(shù)轉(zhuǎn)換器，或者用于相位調(diào)制的相 位才企測器，或是它們的〗壬意組合。
現(xiàn)在，將描述系統(tǒng)的運(yùn)行。
在系統(tǒng)的"運(yùn)行模式"中，集成有次級裝置30的宿主對象被 》文置在初級單元10上或在初級單元10附近。開關(guān)102閉合?？刂?單元16將AC電壓信號106施力口到電驅(qū)動(dòng)單元14。電驅(qū)動(dòng)單元14 從電源105獲取DC功率，將AC電壓信號106放大，并將其施加 到#刀級線圏12。
在運(yùn)^亍才莫式中，初級線圏12在初級單元10附近產(chǎn)生電》茲場。 次級線圈32與該場專禺合，并通過該場在線圏中感應(yīng)出交變電流。 假負(fù)載開關(guān)38打開且負(fù)載開關(guān)42閉合。整流器34對在次級線圈 32中感應(yīng)的交變電流整流，并通過負(fù)載開關(guān)42將整流的電流-提供 纟合存4諸單元44和實(shí)際負(fù)載46。這才羊，功率/人初級單元10感應(yīng)地傳 輸?shù)酱渭壯b置30,并從次級裝置30傳輸?shù)截?fù)載46。在運(yùn)行模式中， 存儲單元44存儲功率。
當(dāng)在運(yùn)行模式中時(shí)，初級單元10中的控制單元16不時(shí)地發(fā)起 測量。隨著初級單元10通過向AC驅(qū)動(dòng)電壓信號106施加瞬時(shí)頻率 改變來向次級裝置30發(fā)送同步信號，測量開始。次級裝置30接收 AC電壓信號，且在每個(gè)4妄收次級裝置中，才全測單元200與控制單 元36 —起確定何時(shí)出現(xiàn)了同步信號。響應(yīng)于同步信號，次級單元 即刻改變它們的負(fù)載條件，持續(xù)設(shè)定的時(shí)間周期，且初級單元10 在該時(shí)間周期內(nèi)測量總負(fù)載(獲取的功率)。在正常運(yùn)4亍期間，次級裝置30 4吏用存4諸單元44存4諸來自初級 單元10的能量。在測量期間，通過打開開關(guān)42來斷開實(shí)際負(fù)載46。 隨著能量傳輸?shù)截?fù)載，存儲在次級裝置的存儲單元44中的能量逐 漸衰減。假設(shè)存儲單元有足夠的容量，且在測量開始前已經(jīng)被完全 充滿，則在整個(gè)測量期間存儲單元可以向次級裝置傳輸連續(xù)的能 量，使得不中斷實(shí)際負(fù)載46。
在該實(shí)施例中，為了下列目的，初級單元10發(fā)起一 系列三個(gè) 功率測量1)確定當(dāng)前是否存在需要使初級單元進(jìn)入關(guān)閉模式以 防止過熱的寄生金屬，以及2 )確定是否沒有需要任何功率的裝置， 以便單元可進(jìn)入待機(jī)模式。初級單元10和次級裝置30的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 在一系列的三個(gè)測量的每一個(gè)中略有不同。
在第一測量期間，次級控制單元36 4吏>假負(fù)載開關(guān)38打開，以 使假負(fù)載40不與次級線圏32連接。因此，第一測量是測量傳遞到 初級單元附近的外物的任何寄生負(fù)載500的功率以及由次級裝置和 /或其宿主對象的損以及初級單元自身的4壬何損專€強(qiáng)加的任何寄 生負(fù)載501的功率的測量。因此，在第一個(gè)測量期間運(yùn)行對應(yīng)于上 述圖2的步艱《Sl至S3。
在第二測量期間，次級控制單元36選4奪性地關(guān)閉^f叚負(fù)載開關(guān) 38。次級控制單元36基于實(shí)際負(fù)載46的功率需求確定在第二測量 期間是使假負(fù)載開關(guān)38打開還是閉合。如果負(fù)載46現(xiàn)在不需要任 何功率，例如因?yàn)樗哂挟?dāng)前充滿電的可再充電蓄電池，則在第二 測量期間，4艮負(fù)載開關(guān)38保持打開。另一方面，如果負(fù)載46現(xiàn)在 確實(shí)需要功率，則假負(fù)載開關(guān)38閉合，以使假負(fù)載40連接至初級 線圏32。
在第二測量期間，控制單元16引起有功負(fù)荷(power load)的 另一個(gè)測量。如果第二功率測量與第一功率測量有相當(dāng)大差別，則控制單元16 4企測需要功率的次級裝置當(dāng)前4立于初級單元附近。因 此，在第二測量期間的運(yùn)行對應(yīng)于上述圖3的步驟Sll和S12。
在第三測量期間，次級控制單元36總是閉合假負(fù)載開關(guān)38， 以l吏^f叚負(fù)載40連4妄至次級線圏32。
在初級單元中由控制單元16進(jìn)4亍另一個(gè)功率測量。在這種情 況下，測量結(jié)果是寄生負(fù)載500、次級裝置和/或宿主對象的寄生負(fù) 載501、初級單元損耗、以及假負(fù)載40的總和?；诘谝缓偷谌?率測量之差，控制單元計(jì)算存在于初級單元附近的所有次級裝置中 的全部^f艮負(fù)載40的值。
圖6中圖解地示出了各種信號和測量結(jié)果的時(shí)序(未按比例)。 圖6 (a)表示施加到初級線圏12的驅(qū)動(dòng)頻率；圖6 (b)表示由次 級裝置30引入的負(fù)載；圖6 (c)表示初級單元10中開關(guān)102的狀 態(tài)；以及圖6 (d)表示開關(guān)102兩端的電壓。
對于第一、第二和第三測量，在每個(gè)測量的開始，首先，初級 單元IO分別瞬時(shí)改變到初級線圏的驅(qū)動(dòng)頻率510、 511、 512。然后， 每個(gè)次級裝置30隔離其實(shí)際負(fù)載513、 514、 515，并根據(jù)情況引入 々i負(fù)載514、 515。在該時(shí)間幀內(nèi)，初級單元中的開關(guān)102打開516、 517、518。在開關(guān)打開的窗口中，開關(guān)102兩端的電壓刮-i皮上升519、 520、 521。在該窗口中的幾個(gè)點(diǎn)對該電壓采樣，以測量功率。在第 一測量中，不存在假負(fù)載513;在第二測量中，如果其實(shí)際負(fù)載需 要功率，則每個(gè)裝置只連接假負(fù)載514;在第三測量中，總連接假 負(fù)載515。
次級裝置30通過測量發(fā)生的順序分辨出這些測量中哪個(gè)是哪 個(gè)。如果自從上次的同步信號有幾ms長的間隙，則次級裝置知道 其必為第一測量。這可以通過次級裝置對*接收的交變電流的周期凄t進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定。在設(shè)定的周期數(shù)內(nèi)，第二和第三測量同步信號自 然地以此順序跟隨其后。為了獲得更精確的測量，可通過多個(gè)序列 平均每個(gè)測量結(jié)果。
將在該實(shí)施例的系統(tǒng)中的次級裝置30中的每個(gè)假負(fù)載40設(shè)置 為特殊值(在制造時(shí)或者在校準(zhǔn)或測試期間)，使該值表示由有關(guān) 的次級裝置和/或由其宿主對象強(qiáng)加的寄生負(fù)載501。
因此，由控制單元16計(jì)算的所有存在的次級裝置的全部^假負(fù) 載，可以被控制單元16用作第二補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償存在的次級裝 置的寄生負(fù)載501。例如，如果當(dāng)測量的功率超過某閾值時(shí)控制單 元16 4企測到在初級單元附近存在相當(dāng)大的寄生負(fù)載500,則可以才艮 據(jù)所有存在的次級裝置的全部寄生負(fù)載501將閾值增加一定量，以 使對來自外物的寄生載荷500的檢測不受存在的次級裝置的數(shù)量的 影響。
圖7圖解地示出三個(gè)測量獲取的負(fù)載。獲取的負(fù)載是下列損耗 的總和與初級單元(基座，pad)中初級線圈相關(guān)的損耗543、與 外部金屬物相關(guān)的寄生負(fù)載542、與將被供電的宿主對象(便攜式 裝置)相關(guān)的金屬的'友好寄生(friendly parasitics)， 541、以及與 所有次級裝置相關(guān)的電流負(fù)載540。第一測量結(jié)果530包4舌除負(fù)載 540之外的所有這些成分(component )。如果沒有裝置需要功率， 則第二測量結(jié)果531將與第一測量結(jié)果530相同，因此可將初級單 元設(shè)置為待機(jī)模式(圖3中的S4)。然而，如果至少一個(gè)裝置需要 功率，則第二測量結(jié)果531將大于第一測量結(jié)果530，且需要功率。 在第三測量結(jié)果中，每個(gè)次級裝置30連接其假負(fù)載。使每個(gè)裝置 的假負(fù)載40等于裝置的'友好寄生，。通過從第三測量結(jié)果中減去 第一測量結(jié)果，結(jié)果是'友好寄生，541。初級單元損耗543是已 知的(且存儲在4交準(zhǔn)單元29中)。為得到存在的全部寄生負(fù)載542 的測量結(jié)果，可以乂人第一測量結(jié)果530中減去計(jì)算的'友好寄生，541和已知的初級單元損庫毛543。 4。果該凄t字超過4爭定閾值，則可 以將該單元設(shè)置為關(guān)閉模式(圖2中的步驟S4)。
實(shí)施本發(fā)明的系統(tǒng)能夠靈壽文i也(例如，在50mW內(nèi)左右)測量 強(qiáng)加到初級單元上的負(fù)載。以該靈敏度，可以確保將非常少的功率 耦合到諸如外物的寄生負(fù)載500。
圖8是示出圖4系統(tǒng)中的不同運(yùn)行模式以及用于在這些不同模 式之間切換的條件的示意圖。三種運(yùn)行模式為運(yùn)行模式、關(guān)閉模式、 和待機(jī)模式。
在運(yùn)行模式中，初級單元大部分時(shí)間處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(驅(qū)動(dòng)條 件)，4旦周期性地4丸^f于如上所述三個(gè)測量的序列。如果測量序列的 結(jié)果是沒有次級裝置需要功率，則初級單元進(jìn)入待機(jī)模式。如果測 量序列的結(jié)果是存在4艮大的寄生負(fù)載500，則初級單元進(jìn)入關(guān)閉才莫 式。
在待機(jī)模式中，大部分時(shí)間停止電驅(qū)動(dòng)單元14，因此幾乎不消 耗功率。初級單元周期性地進(jìn)入正常模式，然后在各個(gè)探測周期中
執(zhí)行一系列測量，來檢查其是應(yīng)該進(jìn)入運(yùn)行模式還是關(guān)閉模式。否
則保持待機(jī)模式。
關(guān)閉模式與待機(jī)模式功能上相同。然而，可以通過諸如LED 的一些用戶界面特征來區(qū)分兩種模式，以提示用戶去除任一相當(dāng)大 的寄生負(fù)載500。
除了本發(fā)明第 一實(shí)施例之外，還有可應(yīng)用以帶來有益效果的許 多其它可能的實(shí)施例以及特征的結(jié)合。
例如，如在GB-A-2398176中所述，具有其4也的感應(yīng)功率傳輸 系統(tǒng)，其不是具有單個(gè)初級線圏12,而是具有多個(gè)線圈。在這種系統(tǒng)中，可以具有兩組設(shè)置為4皮此正交的線圏。它們中的每一個(gè)均可
以相同的AC電壓信號來驅(qū)動(dòng)，^f旦是以正交驅(qū)動(dòng)(即，相位相差90°), 以使感應(yīng)i茲場隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)。這允許將次級裝置30放置在任何方向 上且仍能夠4妄收功率。本發(fā)明可直4妄用于這種結(jié)構(gòu)。電驅(qū)動(dòng)單元14 不<又向第一線圈而且還向第二線圈#是供AC電流驅(qū)動(dòng)。傳輸?shù)耐?信號將出現(xiàn)在兩個(gè)線圏上。此外，因?yàn)橥ㄟ^確定乂人電源獲取的電流 來執(zhí)行電流測量，所以功率測量結(jié)果將是所有獲取的負(fù)載的總和， 而與每個(gè)線圏獲取的比例無關(guān)。在這種2》茲道(channel)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 中，次級裝置30的方向是4壬意的。因此次級裝置30相對于初級單 元將具有+/-180°的相4立差。因此，每個(gè)次級裝置30必須在初級單 元的測量周期的每一側(cè)4是升(lift)其負(fù)載至少1/2周期。
除了所描述的三個(gè)測量，還可以進(jìn)4于第四測量。該測量由初級 單元10中的控制單元16發(fā)起，并且導(dǎo)致功率測量單元100執(zhí)行功 率測量，但是沒有任何同步信號被發(fā)送到初級線圈12。次級裝置 30不改變它們的負(fù)荷條件，因此這是在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的功率測量。該 測量可以在任何時(shí)間進(jìn)行而不必在第 一 第三測量的測量序列期間 進(jìn)行。該第四測量被用于確定所獲取的總負(fù)載是否大于裝置的功率 規(guī)范(specification),因此將初級單元設(shè)置為'過載狀態(tài)，。'過栽 狀態(tài)，功能上等同于'關(guān)閉狀態(tài)，，^旦可以通過諸如LED的一些用 戶界面特4i來辨別。
為了改變產(chǎn)生的；茲場的場強(qiáng)，另一個(gè)可能是4吏電驅(qū)動(dòng)單元14 適合于改變其輸出到初級線圏中的電流強(qiáng)度。這將允許為小負(fù)載減 小場強(qiáng)，乂人而^f呆存電功率。該特4正的實(shí)施是以不同方式4吏用第一和 第二測量，不僅檢測是否裝置需要功率，而且設(shè)置所需的場強(qiáng)。在 第二測量期間如果需要功率，不是接入假負(fù)載40，而是如果沒有得 到足夠的功率的話，則次級裝置可以4妄入它的^f艮負(fù)載。然后，初級 單元將第一和第二測量結(jié)果之差視為"功率不足"的信號。初級單 元10可以周期性地將場提高到最大強(qiáng)度，然后逐漸減小它，直到第一和第二測量結(jié)果之差大于某一閾值("功率不足"信號)。這樣， 初級單元將總是在最低可能的場強(qiáng)運(yùn)行。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，次級裝置適合于動(dòng)態(tài)地改變它們的々支負(fù)載 的值。例如，這可以通過集成可通過控制裝置改變值的負(fù)載來實(shí)現(xiàn)。
簡單的例子是具有開關(guān)陣列的電阻梯(resistor ladder),其可由二進(jìn) 制增量值來設(shè)置。通過使用晶體管電路或通過集成一些其他的非線 性元件，負(fù)載可適合于具有連續(xù)可變的值。動(dòng)態(tài)改變負(fù)載的另一種 方法是調(diào)節(jié)連接負(fù)載的開關(guān)38,以使在測量時(shí)間間隔中平均功率測 量結(jié)果時(shí)，改變有效負(fù)載?？筛淖兠}寬或占空比來改變有效負(fù)載值。
動(dòng)態(tài)改變假負(fù)載的能力對于其'友好寄生，負(fù)載可能變化的裝 置是有用的。例如，自充電蓄電池單獨(dú)充電時(shí)，與當(dāng)其連接至移動(dòng) 電話充電時(shí)相比，可能有不同的'友好寄生，負(fù)載。控制單元36 可以檢測是否連接了電話，從而調(diào)整4艮負(fù)載?？蛇x地，電話可以將 其'友好寄生，負(fù)載傳遞到蓄電池。也可以4企測其4也有助于附加的 '友好寄生，負(fù)載的可拆裝的附件，從而調(diào)整假負(fù)載。這包括例如， 寸旦不限于，可拆裝的照相才幾附4牛、外殼、和揚(yáng)聲器。
除了提供關(guān)于次級裝置30的負(fù)載需求信息以及寄生信息以外， 可以^吏用該方法，以-使初級單元10能夠4,斷出關(guān)于次級裝置30的 其他/f言息。例如，初級單元10可以4妄4欠關(guān)于序列號、型號、功率 需求的信息、或者存儲在次級裝置中的其他信息。這可以通過同步 或異步地動(dòng)態(tài)改變負(fù)載來實(shí)現(xiàn)?？梢?使用才展幅調(diào)制或脈寬調(diào)制?？?以使用多個(gè)'位，或'符號，(其中'符號，表示多個(gè)振幅等級或 脈寬持續(xù)時(shí)間，因此其大于一個(gè)'位，)。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，通過調(diào)制施加到電驅(qū)動(dòng)單元的AC電壓信 號106,初級單元10能夠向次級裝置30傳輸信息，而不是同步信 號。該信息可包括但不限于關(guān)于初級單元10的信息，例如，充電成本、功率容量、編碼；關(guān)于初級單元位置的信息，例如，附近 的設(shè)備；以及其他的信息，例如，廣告材料。次級裝置30可以通 過才企測元件200和控制單元36來接收這種信息。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，為了獲得優(yōu)點(diǎn)不必同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有 這些特征。例如，通過只使用第一和第二測量，可以實(shí)現(xiàn)待初4企測 特征。類似地，通過只4吏用第一和第三測量，可以實(shí)現(xiàn)寄生4企測特 4i。通過只〗吏用第四測量，可以實(shí)現(xiàn)過載4企測特4正?？梢酝ㄟ^初級 裝置推導(dǎo)出關(guān)于次級裝置30的信息，而不必實(shí)現(xiàn)其他的特征。類 似地，可以將信息>^人初級單元發(fā)送到次級裝置而不實(shí)現(xiàn)其他的特 征?？梢允褂昧硗獾臏y量值來實(shí)現(xiàn)附加的特征。應(yīng)該理解，標(biāo)記每 個(gè)測量只是為了識別的目的，并且可以以任意順序執(zhí)行測量。
除了描述的在每個(gè)測量之前發(fā)送同步信號以及以其出現(xiàn)的順 序來識別每個(gè)測量的方法以外，還有其<也的識別每個(gè)測量的方法。 這些方法包括但不限于在每個(gè)測量之前發(fā)送不同的同步信號，由 此，同步信號可能在頻率偏移、振幅、或相位方面不同；或者只發(fā) 送第一同步信號并通過對接收的信號周期計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器或每個(gè)次 級裝置中的內(nèi)部時(shí)鐘來推導(dǎo)其他測量的時(shí)序。甚至可以一個(gè)接一個(gè) 的執(zhí)行幾個(gè)測量，而其間基本沒有間隙?？蛇x地，測量由次級裝置 而不是由初級單元發(fā)起。次級裝置可發(fā)起'前同步碼，動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào) 制，初級單元將對其才企測然后同步，以4吏其功率測量與適應(yīng)其負(fù)載 條件的次級裝置的時(shí)序一致。為了 4吏初級單元可以同時(shí)向一個(gè)以上 的次級裝置提供功率，'前同步碼，可以包括使用的一些唯一標(biāo)識 符，以使每個(gè)次級裝置均可以:故獨(dú)立詢問。'前同步碼，還可以用 于乂人初級單元到次級裝置的通信，以單獨(dú)對每個(gè)裝置尋址。
如上所述，假負(fù)載可用于表示宿主裝置的'友好寄生，負(fù)載。 當(dāng)然，假負(fù)載值和將被傳輸?shù)挠押眉纳?fù)載之間的比不限于任何特 殊值。例如，假負(fù)載可以是'友好寄生，負(fù)載值的兩或三倍或者非整數(shù)倍的值。只要知道比值，初級單元就可以推導(dǎo)出全部'友好寄 生負(fù)載，。此外，如果裝置沒有任何有效的'友好寄生，負(fù)載，可 能希望為其'分配，特殊值，以使其可用于表示裝置是否需要充電。 理想地，可4吏用一個(gè)以上的，I負(fù)載。第一4叚負(fù)載可以4皮用于第二測 量，并且第二假負(fù)載可以被用于第三測量。第一假負(fù)載將被用于待 機(jī)檢測，并且第二假負(fù)載將表示'友好寄生，。如果次級裝置具有 大變化的寄生負(fù)載，則這是特別有利的。第一^I負(fù)載還可用于確定 需要充電的次級裝置的功率需求，而不是只做待機(jī)決定。假負(fù)載值 將適合于表示特定裝置的功率需求。第一和第二假負(fù)載可以通過上 述單獨(dú)的動(dòng)態(tài)可變假負(fù)載、或使用固定負(fù)載、或者兩者的結(jié)合來實(shí) 現(xiàn)。
除了上述的功率測量方法和裝置，應(yīng)該理解，還有^艮多可以用 于沖全測初級線圏或線圏組上的負(fù)載的方法。最簡單的功率測量可包
才舌在一條電源干線(supply rail)上4翁入串聯(lián)電阻?？梢詼y量電阻兩 端的電壓，并從觀測的電壓和已知的電阻值推導(dǎo)功率。通過該方法， 在電阻器兩端并入開關(guān)是理想，以4吏在測量時(shí)間以外的期間，可將 電阻器短路，使得在電阻器中沒有不必要的功耗。
另一種功率測量方法是測量電驅(qū)動(dòng)單元中的功率。例如，理想
地，通過反饋電路調(diào)節(jié)對線圏或線圏組的電驅(qū)動(dòng)。反饋信號可用于 推導(dǎo)功率測量結(jié)果。
如在例如申請人于2004年5月11日4是交的共同未決的申請 GB 0410503.7 (本發(fā)明要求該申請的優(yōu)先權(quán))中所描述的，還可以 將發(fā)送同步信號和功率測量的功能結(jié)合在單個(gè)元件內(nèi)。在該系統(tǒng) 中，功率測量包括斷開初級線圏的電源，并檢測未驅(qū)動(dòng)的諧振電路 中的衰減。斷開初級線圈12的電源的動(dòng)4乍還具有調(diào)制初級線圈中 信號的作用，從而在次級裝置30中接收信號。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的功率傳輸系統(tǒng)的笫二實(shí)施例。該實(shí)施 例與圖4的第一實(shí)施例的主要不同之處在于執(zhí)行功率檢測的方法。 初級單元110包括初級線圏112、電驅(qū)動(dòng)單元114、控制單元116、 和衰減測量單元118。該實(shí)施例中的電驅(qū)動(dòng)單元114具有傳統(tǒng)的半 橋結(jié)構(gòu)，其中，第一開關(guān)120連接在初級單元的第一電源線與電驅(qū) 動(dòng)單元的輸出節(jié)點(diǎn)之間，且第二開關(guān)121連接在輸出節(jié)點(diǎn)與初級單 元的第二電源線之間。例如，第一和第二開關(guān)120和121可以是場 歲文應(yīng)晶體管(FET)。
電驅(qū)動(dòng)單元114還包括驅(qū)動(dòng)控制器119,其向開關(guān)121和122 施加控制信號，以使其打開或關(guān)閉。驅(qū)動(dòng)控制器119具有連接至控 制單元116的輸出端的控制輸入端。電驅(qū)動(dòng)單元144的輸出節(jié)點(diǎn)通 過電容器117連接至初級線圈112的一側(cè)。
在本實(shí)施例中，控制單元116是微處理器?？蛇x地，可使用 ASIC以及初級單元的 一些或全部其^也電if各元件來實(shí)現(xiàn)控制單元 116。
衰減測量單元118包4舌電阻器125，其具有連4妄至開關(guān)128的 一側(cè)的第一節(jié)點(diǎn)和連接至第二電源線的第二節(jié)點(diǎn)。電阻器125是低 值電阻器。衰減測量單元118還包括具有連接至電阻器125的第一 節(jié)點(diǎn)的輸入端的運(yùn)算力文大器126。衰減測量單元118還包括連4妄至 運(yùn)算放大器126的輸出端的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 127。 ADC 127的 輸出端連接至控制單元116的測量輸入端。
開關(guān)128的另一側(cè)連接至初級線圈112的另一側(cè)。緩沖器單元 122與開關(guān)128并聯(lián)連接。緩沖器單元122包括彼此串聯(lián)連接的電 容器123和電阻器124。校準(zhǔn)單元129與圖4中的才交準(zhǔn)單元29相同。本實(shí)施例中的每個(gè)次級裝置均與圖4中的次級裝置30基本相 同，因此這里省略了對其的描述且圖9中未示出次級裝置。
現(xiàn)在，將參照圖IO說明圖9系統(tǒng)的運(yùn)行。
最初，系統(tǒng)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，在該狀態(tài)下，控制單元116使電驅(qū) 動(dòng)單元114向初級線圏112提供驅(qū)動(dòng)信號，以使其振蕩。應(yīng)該理解， 在運(yùn)行才莫式中，系統(tǒng)幾乎所有時(shí)間都處于這種狀態(tài)。開關(guān)128閉合， 且包4舌電容器117和初級線圈112的電路形成"i皆4展回路。
下一個(gè)狀態(tài)為"緩沖"狀態(tài)。在控制單元116的控制下暫停由 電驅(qū)動(dòng)單元114向初級線圏112施加驅(qū)動(dòng)信號。驅(qū)動(dòng)控制器119閉 合開關(guān)121。當(dāng)諧振回路中的大部分能量保留在電容器117中時(shí)， 控制單元116也打開開關(guān)128。開關(guān)128的打開使緩沖單元122與 諧振回路串聯(lián)。緩沖單元122快速消耗保留在初級線圈112中的所 有能量，在一個(gè)周期左右停止其諧振。存儲在諧振回路中的大部分 能量祐:保存在電容器117中。由次級裝置30中的4全測單元200和 次級控制單元36 4企測周期的突然停止。次級控制單元36打開負(fù)載 開關(guān)42。順便說一句，應(yīng)該理解，需要修改圖4中的檢測單元200， 以檢測本實(shí)施例中的緩沖狀態(tài)中周期的突然停止。閾值檢測器(如 上所述)可^皮用作本實(shí)施例中的4全測單元。
因此，在本實(shí)施例中，盡管還可以使用其他形式(例如，調(diào)頻 或調(diào)相)，但將緩沖狀態(tài)用作到次級裝置的同步信號。如上所述， 在每個(gè)測量之前，不是總需要具有同步信號。
然后，系統(tǒng)從緩沖狀態(tài)進(jìn)入衰減狀態(tài)。控制單元116閉合開關(guān) 128，從諧振回路中去除緩沖單元122，從而使電容器117中的能量 再次流入諧振回路中。在衰減狀態(tài)中，諧振回路在未驅(qū)動(dòng)諧振條件 下運(yùn)行。存儲在諧振回^^中的能量在衰減狀態(tài)期間衰減。在本實(shí)施例中，衰減測量單元118通過測量流過初級線圏112的電流，來測 量i皆才展回路中的能量衰減。相同的電流流過電阻器125并在電阻器 的第一節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生電壓。該電壓通過運(yùn)算力文大器126緩沖并通過ADC 127轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。產(chǎn)生的數(shù)字信號被提供給控制單元116的測 量豐命入端。
圖10示出了流過初級線圏112的電流在功率測量期間出3見的
標(biāo)準(zhǔn)、緩沖和衰減狀態(tài)中如何變化。在該實(shí)施例中，在控制單元16 中接收和處理表示測量期間內(nèi)流入初級線圈的電流的數(shù)字信號，以
計(jì)算諧振回路中功率衰減率的測量結(jié)果。
在諧振時(shí)，描述存儲在諧振回路中能量的方程是
五=丄Jl/2 = —cP2 2 2
其中，五是能量，L是電感，？是峰值電流，C是電容，以及,是 峰值電壓。
因此，如果已知電感和峰值電流或如果已知電容和峰值電壓， 或者它們的組合，則可以計(jì)算出在任一給定的時(shí)刻存儲在初級單元 的諧振回路中的能量。通常電容是已知的，峰值電流和電壓可以通 過合適的電路來測量，并且可以通過在測量期間觀測自然諧振頻率 和應(yīng)用以下7>式4,導(dǎo)出電感，i亥7^式為
功率測量值P由來自諧振回路的能量(以及如此的損耗)的衰 減率給出，并可以通過在時(shí)間Ti測量Ei和在另一個(gè)時(shí)間丁2測量E2 計(jì)算得到。r2-t;
因?yàn)樵谥C振時(shí)，諧振回路中的電壓和電流彼此間將會有90度 的相位差，所以讀取一個(gè)峰值電壓的簡便方法是在另 一個(gè)過零時(shí)觸 發(fā)測量。
將參照圖11描述用于檢測根據(jù)本發(fā)明的關(guān)閉條件的第二方法。 該方法可用于圖1系i^中。
當(dāng)使用圖1系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)處于功率需求狀態(tài)的次級裝置不時(shí)地 向初級單元提供關(guān)于其自身功率需求的信息。功率需求信息可以采 用許多不同的形式。例如，信息可以包4舌用于表示"無功率需求" 或"功率需求"的二進(jìn)制部分。在這種情況下，在二進(jìn)制部分為"功 率需求，，的情況下，可由次級裝置提供補(bǔ)充信息，來表示功率需求 量?？蛇x地，功率需求信息可以4又表示功率需求量，且如果裝置才艮 本不需要功率，則可以傳輸"0"。也可能初級單元已經(jīng)知道次級裝 置的功率需求。例如，可知特定類型的所有次級裝置均將具有特殊
的功率需求。在這種情況下，功率需求信息可僅為表示次級裝置類 型的代碼(或一些其他的標(biāo)識信息)。
所有的次級裝置都可以同時(shí)向初級單元提供功率需求信息。可 選地，每個(gè)次級裝置單獨(dú)依次地向初級單元l是供其功率需求信息。
初級單元接收由每個(gè)具有功率需求狀態(tài)的次級裝置提供的功 率需求信息。
在步驟s22中，如前所述，初級單元中的控制單元16使功率 測量單元100測量由次級裝置從初級單元獲取的功率。實(shí)際上，測 量的功率也將反映系統(tǒng)中的所有損耗。在步驟S23中，控制單元16 4艮據(jù)步驟S22中測量的功率和步 驟S21中接收的功率需求信息，確定是否應(yīng)限制或停止來自初級單 元的感應(yīng)電力供應(yīng)。例如，控制單元16計(jì)算所有處于功率需求狀 態(tài)的次級裝置的各個(gè)功率需求的總和。將該總和與在步驟S22得到 的測量的功率進(jìn)行比較。如果測量的功率超過功率需求總和大于閾
在這種情況下，處理執(zhí)行步驟S24，在該步驟中，初級單元進(jìn)入關(guān) 閉模式，并且限制或停止了來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。如之前 關(guān)于圖2方法的描述，在步驟S25中，可以手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)。
如果在步驟S23中，控制單元16確定不需要限制或4f止電力 供應(yīng)，則例如在預(yù)定的時(shí)間間隔之后，處理返回步驟S21。
為了補(bǔ)償初級單元和/或次級裝置中的損耗，可以調(diào)整在步驟 S23中使用的關(guān)閉閾值。可以實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的一種方法是每個(gè)次級裝置 (無論是否處于功率需求狀態(tài))也都向初級單元4是供關(guān)于其"友好 寄生，，負(fù)載的信息。類似地，如參照圖4所述，可以4吏用4交準(zhǔn)單元 計(jì)算初級單元中的損庫毛。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的功率傳輸系統(tǒng)的部分。 該系統(tǒng)/使用RFID通信方法實(shí)現(xiàn)圖11的關(guān)閉4企測方法。
圖12系統(tǒng)包括多個(gè)次級裝置60(h、 6002 ..... 600n。圖12的
系統(tǒng)還包括初級單元700。初級單元700包括RFID單元710、控制 單元720、和功率測量單元730?？刂茊卧?20通常對應(yīng)于前面參 照圖1描述的控制單元16，且功率測量單元730通常對應(yīng)于參照圖 1描述的功率測量單元100。
除了可省略元件38、 40、 42、 44、和200，次級裝置600的特 征通常與圖4中次級裝置30的特征相同。代替這些元件，每個(gè)次級裝置600均包括其自身的負(fù)載測量單元610和RFID單元620。 負(fù)載測量單元610測量^是供到次級裝置的實(shí)際負(fù)載(圖4中的46) 的功率。例如，負(fù)載測量單元610可以測量提供到實(shí)際負(fù)載46的 電流和/或電壓，并可以隨著時(shí)間推移將這些測量結(jié)果累積起來用于 求平均值，例如，平均周期可以是十秒。
在每個(gè)次級裝置中的RFID單元620均可以使用RFID鏈接630 與初級單元700中的RFID單元710通信。將每個(gè)次級裝置中的負(fù) 載測量單元610生成的負(fù)載測量結(jié)果4是供主合裝置中的RFID單元
單元710。例如，RFID單元710可以不時(shí)地4侖詢每個(gè)次級裝置中的 RFID單元610。作為響應(yīng)，已經(jīng)凈皮4侖詢的RFID單元620傳4俞其負(fù) 載測量結(jié)果。該負(fù)載測量結(jié)果對應(yīng)于圖11中步驟S21的功率需求 信息。
如圖11中的步驟S22中一樣，初級單元中的功率測量單元730 也測量由次級裝置從初級單元獲取的功率。然后，控制單元720根 據(jù)測量的功率和從次級裝置接收的負(fù)載測量結(jié)果的總和，確定是否 應(yīng)限制或停止到次級裝置的電力供應(yīng)。特別地，如果來自功率測量 單元730的測量的功率超過來自次級裝置的負(fù)載測量結(jié)果的總和大 于關(guān)閉闊值，則如圖11中的步驟S24中一樣，控制單元720斷定 必定存在相當(dāng)大的寄生負(fù)載，并將初級單元設(shè)置為關(guān)閉模式。
由每個(gè)次級裝置生成的負(fù)載測量結(jié)果還可以表示來自次級裝 置的總負(fù)載，其包括次級裝置和/或宿主對象的實(shí)際負(fù)載和所有友好 寄生負(fù)載需求的功率量。如果實(shí)際負(fù)載不需要功率，則負(fù)載測量結(jié) 果可變?yōu)橹槐硎居押眉纳?fù)載。
在圖12的實(shí)施例中，需要一些抗碰撞或防碰撞技術(shù)。在一個(gè) 已知的防碰撞技術(shù)中，每個(gè)RFID單元620具有唯一的編碼(或者實(shí)際上是基于統(tǒng)計(jì)ft字^舉一的一個(gè))。初級單元中的RFID單元710 發(fā)送i貪求在特定范圍內(nèi)的所有RFID單元620應(yīng)答的信號。RFID單 元620以編碼(例如，Manchester編碼)發(fā)送它們的應(yīng)答，以4吏RFID 單元710能夠斷定是否一個(gè)以上裝置已應(yīng)答。初級單元逐漸減小范 圍，直到可以唯一地識別每個(gè)現(xiàn)存裝置的編碼。通常，在每一次疊 代中都將編碼的范圍減半，以快速返回(home in )。
應(yīng)該理解，代替RFID，可使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沛淾各，以允許 每個(gè)次級裝置將其功率需求信息傳輸至初級單元。例如，可以使用 紅外線或超聲波通信?？蛇x地，每個(gè)次級裝置可以改變其強(qiáng)加到初 級單元上的負(fù)載，來傳輸功率需求信息。例如，每個(gè)次級裝置可以 強(qiáng)加表示其實(shí)際負(fù)載需要的功率值的假負(fù)載。在該技術(shù)中，所有處 于功率需求狀態(tài)的次級裝置均可以同時(shí)強(qiáng)加其各自的假負(fù)載，以使 初級單元可以在一次測量中直4妄得出所有次級裝置的功率需求的 總和。可選地，假負(fù)載可以表示來自次級裝置的總負(fù)載，總負(fù)載包 括次級裝置和/或宿主對象的實(shí)際負(fù)載和所有友好寄生負(fù)載需要的 功率值。
權(quán)利要求
1. 一種控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中感應(yīng)功率傳輸?shù)姆椒?，所述感?yīng)功率傳輸系統(tǒng)包括初級單元，可操作以產(chǎn)生電磁場；以及至少一個(gè)次級裝置，可與所述初級單元分離，并且適于當(dāng)所述次級裝置接近所述初級單元時(shí)與所述場耦合，以使所述次級裝置能夠從所述初級單元感應(yīng)地接收功率，而無需彼此的直接導(dǎo)電接觸，所述系統(tǒng)為開放系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)外部物體可同時(shí)作為次級裝置而存在，所述方法包括在所述初級單元中，測量由一個(gè)或多個(gè)所述次級裝置和任何所述外部物體從所述初級單元獲取的功率，以及檢測在一方面所測量的從所述初級單元獲取的功率與另一方面所述次級裝置所需要的功率之間，或者如果存在多于一個(gè)的次級裝置，則與多個(gè)所述次級裝置所需要的總功率之間是否存在相當(dāng)大的差別；以及基于這種檢測，確定有這種外部物體存在，在這種確定后，限制或停止來自所述初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
2. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述或每個(gè)次級裝置設(shè)置為空載狀態(tài)，在這種狀態(tài)下， 基本上防止了將所述次級裝置感應(yīng)接收的任何所述功率提供 到其實(shí)際負(fù)載；以及在所述初級單元中，當(dāng)所述或每個(gè)次級裝置^皮i殳置為所 述空載狀態(tài)時(shí)，測量,人所述初級單元獲耳又的功率，并且4艮據(jù)在 所述空載狀態(tài)下測量的所述功率確定有這才羊的外部物體存在。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所測量的功率大于閾值 的情況下，限制或停止所述感應(yīng)電力供應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，還包括在所測量的功率小于 待才幾閾值的情況下，限制或停止所述感應(yīng)電力供應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述初級單元中，/人所述或每個(gè)處于功率需求狀態(tài)的 次級裝置接收涉及有關(guān)的所述次級裝置的功率需求的信息；以 及在所述初級單元中，當(dāng)將功率提供給具有所述功率需求 狀態(tài)的所述或每個(gè)次級裝置時(shí)，測量乂人所述初級單元獲取的所 述功率，并^f艮據(jù)所測量的功率和所《接收的功率需求信息來確定 有這樣的外部物體存在。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，根據(jù)所測量的功率與具有 所述功率需求狀態(tài)的所述次級裝置的各個(gè)功率需求的總和之 差來4丸4于所述確定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所測量的功率超出所述 總和的量大于閾值的情況下，限制或止所述感應(yīng)電力供應(yīng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述或每個(gè) 次級裝置4吏用與所述初級單元和有關(guān)的所述次級裝置之間的 感應(yīng)功率傳輸鏈路分離的通信鏈路將其功率需求信息傳輸給 所述初級單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述或每個(gè) 次級裝置使用RFID方法將其功率需求信息傳輸給所述初級單 元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述或每個(gè) 次級裝置通過改變由所述次級裝置強(qiáng)加在所述初級單元上的 負(fù)載來將其功率需求信息傳輸給所述初級單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述初級 單元已在其中登記至少一個(gè)所述次級裝置的功率需求，并且從 所述次級裝置傳輸?shù)乃龉β市枨笮畔⑹菢?biāo)識所述次級裝置 的信息，并且所述初級單元^f吏用所述標(biāo)識信息來4企索所述裝置 的所登^己的功率需求。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，不具有所 述功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)所述次級裝置也向所述初級單 元傳輸這種功率需求信息。
13. 才艮據(jù)片又利要求12所述的方法，其中，由未處于所述功率需求 狀態(tài)的所述或每個(gè)所述次級裝置傳輸?shù)乃龉β市枨笮畔⒈?示由所述次級裝置強(qiáng)加在所述初級單元上的寄生負(fù)載。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，從所述功 率需求狀態(tài)的至少 一個(gè)次級裝置接收的所述功率需求信息表 示有關(guān)的所述次級裝置的實(shí)際負(fù)載的功率需求與由有關(guān)的所 述次級裝置強(qiáng)加在所述初級單元上的寄生負(fù)載的功率需求之 和。
15. 才艮據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括當(dāng)執(zhí)行所述才企 測時(shí)，使用關(guān)于所述初級單元自身損耗的第一補(bǔ)償信息，以補(bǔ) 償所述損耗。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括當(dāng)所述初級單元有效地處于電磁隔離狀態(tài)時(shí)，從通過所述初級單元獲得的測量結(jié)果得 到所述第 一補(bǔ)償信息的部分或全部。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括當(dāng)執(zhí)行所述檢 測時(shí)， <吏用關(guān)于由所述或每個(gè)次級裝置強(qiáng)加在所述初級單元上 的寄生負(fù)載的第二補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償所述或每個(gè)次級裝置的所 述寄生負(fù)載。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述或每個(gè)所述次級裝 置將其所述第二補(bǔ)償信息直接傳遞給所述初級單元，或?qū)⑵渌畔鬟f給所述初級單元，所述初級單元從所述其它信息中得 到所述第二補(bǔ)償信息。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述或每個(gè)所述次級裝 置通過改變由其強(qiáng)加在所述初級單元上的負(fù)載，將其所述第二 補(bǔ)償信息或其所述其它信息傳輸?shù)剿龀跫墕卧?br>
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述或每個(gè)所述次級裝 置具有表示其所述寄生負(fù)載的假負(fù)載，所述或每個(gè)所述次級裝 置將所述寄生負(fù)載強(qiáng)加在所述初級單元上，以改變由其強(qiáng)加在 所述初級單元上的所述負(fù)載。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一 ^卜償信息的部分或全部和/或所述第二補(bǔ)償信息的部分或全部的4言息,
22. 根據(jù)權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的方法，還包括當(dāng)所述初 級單元的一個(gè)或多個(gè)運(yùn)4于條件改變時(shí)，改變所述第 一補(bǔ)償信息 和第二補(bǔ)償信息中的一個(gè)或兩個(gè)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述或一 個(gè)所述次級裝置能夠單獨(dú)使用或與另一物體結(jié)合使用，并且根 據(jù)所述裝置是單獨(dú)使用還是在所述結(jié)合中使用，來改變所述第 二補(bǔ)償信息。
24. 才艮據(jù)前述4又利要求中4壬一項(xiàng)所述的方法，其中所述或每個(gè)所述次級裝置向所述初級單元才艮告表明所述 次級裝置是處于無功率需求狀態(tài)還是處于功率需求狀態(tài)的狀 態(tài)信息，其中，在無功率需求狀態(tài)中，所述次級裝置的實(shí)際負(fù) 載當(dāng)前不需要來自所述初級單元的功率，在功率需求狀態(tài)中， 所述實(shí)際負(fù)載當(dāng)前確實(shí)需要來自所述初級單元的功率；以及所述初級單元4艮據(jù)由所述或每個(gè)次級裝置才艮告的所述狀 態(tài)信息，限制或停止來自它的所述感應(yīng)電力供應(yīng)。
25. 4艮據(jù)斥又利要求24所述的方法，其中，所述初級單元限制或4亭 止所述感應(yīng)功率傳輸，除非由至少一個(gè)次級裝置才艮告的所述狀 態(tài)信息表明其具有所述功率需求狀態(tài)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其中，兩個(gè)或多個(gè)次級裝 置同時(shí)向所述初級單元報(bào)告它們各自的狀態(tài)信息。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24、 25、或26所述的方法，其中，所述或每個(gè) 所述次級裝置通過改變由其強(qiáng)加在所述初級單元上的負(fù)載，來 報(bào)告其所述狀態(tài)信息。
28. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括將同步信號從 所述初級單元傳輸?shù)剿龌蛎總€(gè)所述次級裝置，或,人所述或每 個(gè)所述次級裝置傳輸?shù)剿龀跫墕卧允顾龀跫墕卧退?述或每個(gè)所述次級裝置的運(yùn)行同步。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，由所述初級單元的初級線圈產(chǎn)生所述電》茲場，并且通過調(diào)制施加到所述初級線圈的驅(qū) 動(dòng)信號，將所述同步信號從所述初級單元傳輸?shù)剿龌蛎總€(gè)所 述次級裝置。
30. 4艮據(jù)前述4又利要求中4壬一項(xiàng)所述的方法，其中，由電驅(qū)動(dòng)單元 驅(qū)動(dòng)的初級線圏產(chǎn)生所述電^茲場，乂人所述初級單元的電源將所 述驅(qū)動(dòng)單元的電功率提供到所述驅(qū)動(dòng)單元的功率輸入端，并且變化來測量從所述初級單元獲耳又的所述功率。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，還包括將能量存儲在連接至所述功率輸入端的能量存4諸單元中，以l吏當(dāng)所述電源斷開時(shí)，能 夠?qū)⒐β蔬B續(xù)供應(yīng)到所述功率輸入端。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由初級線 圈產(chǎn)生所述電》茲場，并且所述方法還包括在測量期間，^吏包括所述初級線圈的電^各在未驅(qū)動(dòng)諧振 條件下工作，在所述條件下，暫停將驅(qū)動(dòng)信號施加到所述初級 線圈，以使存儲在所述電路中的能量在所述周期期間衰減；在所述周期期間，進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)這種能量衰減的測量， 并使用所述一個(gè)或多個(gè)測量，來測量乂人所述初級單元獲取的所 述功率。
33. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括根據(jù)所述次級 裝置需要的所述功率，或者如果存在一個(gè)以上次級裝置，則根 據(jù)所述次級裝置需要的總功率，來改變所述場的場強(qiáng)。
34. —種感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，包括初級單元，可，喿作以產(chǎn)生電》茲場；至少一個(gè)次級裝置，可與所述初級單元分離，并且適合 于當(dāng)所述次級裝置4妄近所述初級單元時(shí)與所述場井禺合，以4吏所 述次級裝置能夠^v所述初級單元感應(yīng)地4l:收功率，而無需^皮此 直接的導(dǎo)電4妄觸，所述系統(tǒng)是一個(gè)開》文系統(tǒng)，其中至少一個(gè)外部物體可以與次級裝置同時(shí)出J見；用于在所述初級單元中通過所述次級裝置和任意所述外部物體測量,人所述初級單元提取的功率的裝置；用于才企測在一方面乂人所述初級單元獲取的功率與另一方 面所述次級裝置需求的功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的次 級裝置，則與多個(gè)所述次級裝置需求的總功率之間是否存在相 當(dāng)大差別的裝置；以及基于這種一企測，確定存在這樣的外部物體并且在這種確 定之后限制或4亭止來自所述初級單元的所述感應(yīng)電力供應(yīng)的 裝置。
35. —種初級單元，用于還具有至少一個(gè)可與所述初級單元分離的 次級裝置的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，其中 至少一個(gè)外部物體可以與次級裝置同時(shí)出現(xiàn)，所述初級單元包 括用于當(dāng)次級裝置4妄近所述初級單元時(shí)產(chǎn)生與所述至少一 個(gè)次級裝置耦合的電》茲場，以4吏所述次級裝置能夠/人所述初級 單元感應(yīng)地4妄收功率，而無需4皮此直4妄的導(dǎo)電4妄觸的裝置；用于在所述初級單元中通過一個(gè)或多個(gè)所述次級裝置和 任意所述外部物體測量,人所述初級單元提取的功率的裝置；用于4企測在一方面從所述初級單元獲取的功率與另一方 面所述次級裝置需要的功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的所 述次級裝置，則與多個(gè)所述次級裝置需要的總功率之間是否存 在相當(dāng)大差別的裝置；以及基于這種4企測，確定存在這樣的外部物體，并且在這種確 定之后限制或4亭止來自所述初級單元的所述感應(yīng)電力供應(yīng)的 裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的初級單元，還包括用于從所述或每個(gè)處于功率需求狀態(tài)的次級裝置接收涉 及有關(guān)的所述次級裝置的功率需求的信息的裝置；其中所述測量裝置可操作，以當(dāng)將功率提供給具有所述功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)次級裝置時(shí)，測量/人所述初級單元獲耳又的 所述功率；以及所述確定裝置可纟喿作，以一艮據(jù)所測量的功率和所^接收的功 率需求信息來確定存在這樣的外部物體。
全文摘要
感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，包括初級單元，可操作以產(chǎn)生電磁場；至少一個(gè)次級裝置，可與初級單元分離，適于當(dāng)次級裝置接近初級單元時(shí)與場耦合，使次級裝置能從初級單元感應(yīng)地接收功率而無需彼此直接導(dǎo)電接觸，系統(tǒng)是一開放系統(tǒng)，其中至少一外部物體可與次級裝置同時(shí)出現(xiàn)；用于在初級單元中通過次級裝置和任意外部物體測量從初級單元提取的功率的裝置；用于檢測從初級單元獲取的功率與次級裝置需求的功率之間，或如果存在一個(gè)以上次級裝置，則與多個(gè)次級裝置需求的總功率之間是否存在很大差別的裝置；基于這種檢測，確定存在這樣的外部物體并在確定之后限制或停止來自初級單元的感應(yīng)電力供應(yīng)的裝置。該系統(tǒng)能可靠地檢測初級單元附近有害寄生負(fù)載的存在。
文檔編號H02J5/00GK101414765SQ20081014963
公開日2009年4月22日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者亞歷山大·查爾斯·尼爾, 凱文·艾倫·蘭姆, 安德魯·尼古拉斯·達(dá)姆, 約翰·羅伯特·鄧頓, 邁克爾·克雷格·史蒂文斯 申請人:安利(歐洲)有限公司