專利名稱：用于感應地傳輸能量和信息的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在包括初級電感器的能量發(fā)送器和包括次級電 感器的能量接收器之間感應地傳輸能量和信息的方法，其中，通過以下方
式從能量發(fā)送器向能量接收器發(fā)送能量向初級電感器施加交流電壓以在 初級電感器中產(chǎn)生初級交流電流，由此在次級電感器中感應出次級交流電 流。本發(fā)明還涉及一種能量發(fā)送器，該能量發(fā)送器包括初級電感器，該初 級電感器能夠感應地耦合到能量接收器的次級電感器，以感應地向能量接 收器發(fā)送能量并且從能量接收器接收信息，所述能量發(fā)送器包括用于向初 級電感器施加交流電壓的部件，用于在初級電感器中產(chǎn)生初級交流電流， 以使得初級交流電流可以在次級電感器中感應出次級交流電流，其中，所 述用于向初級電感器施加交流電壓的部件包括用于在初級電感器上施加 正電壓的部件和用于在初級電感器上施加負電壓的部件。本發(fā)明還涉及一 種能量接收器，該能量接收器包括次級電感器，該次級電感器能夠感應地 耦合到能量發(fā)送器的初級電感器，以感應地從能量接收器接收能量和信 息，所述能量接收器包括整流器，用于將由初級電感器感應到次級電感器 中的次級交流電流整流。最后，本發(fā)明涉及一種包括能量發(fā)送器和能量接 收器的系統(tǒng).
背景技術(shù)：
從美國專利US 5，701，121，可知一種系統(tǒng)，其包括詢問器 (interrogator)和換能器，在它們之間可以通過耦合的振蕩電路來傳輸 信息和能量。詢問器的磁場可以被換能器拾取，以向附接到換能器的電子 裝置提供能量。而且，通過調(diào)制所述感應磁場來在詢問器和換能器之間發(fā) 送數(shù)據(jù)和命令。對于從詢問器向換能器的發(fā)送，即在能量發(fā)送的方向上， 建議了幅度、相位、頻率和脈沖調(diào)制。對于在相反方向的發(fā)送，建議了 "功 率吸收"信號傳輸，其中，換能器的接收線圃暫時斷開，通過監(jiān)控能量發(fā) 送線圃的能量吸收來在詢問器的位置檢測到所述斷開。
國際專利公布WO 1994/001846 Al >^開了 一種電子連接器，其包括變換器，用于感應地發(fā)送電子功率和信息.所述連接器優(yōu)選地被集成到汽 車的門的鉸鏈M點中。經(jīng)由所述連接器，從汽車向門發(fā)送電子功率，以 用電子能量在門中提供負載，并且雙向地發(fā)送數(shù)據(jù)。變換器的初級側(cè)有具
有方波電壓的H電橋電路。為了在功率發(fā)送的方向上發(fā)送低頻信號以驅(qū) 動揚聲器和門，方波電壓的脈沖被高頻(HF)調(diào)制。而且，以上升沿開 始，通過方波信號的高頻調(diào)制來在雙向上發(fā)送信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在能量發(fā)送器和能量接收器之間 感應地傳輸能量和信息的改進的方法。本發(fā)明的另一個目的是^^供一種改 進的能量發(fā)送器、 一種改進的能量接收器和一種用于能量發(fā)送器和能量接 收器之間的信息交換的改進的系統(tǒng)。
^L據(jù);^發(fā)明的解決方案
一種用于在包括初級電感器的能量發(fā)送器和包括次級電感器的能量 接收器之間感應地傳輸能量和信息的方法，其中，通過以下方式從所述能 量發(fā)送器向所述能量接收器發(fā)送能量向所述初級電感器施加交流電壓以 在所述初級電感器中產(chǎn)生初級交流電流，由此在所述次級電感器中感應出 次級交流電流，并且其中，通過改變所述交流電壓的幅度，基本上僅^ 所述交流電壓的周期的專用第一部分中從所述能量發(fā)送器向所述能量接 收器發(fā)送信息；并且，通過改變所述次級電感器的功率吸收，M上僅僅 在所述周期的專用第二部分中從所述能量接收器向所述能量發(fā)送器發(fā)送 信息，所述第二部分不與所述第一部分重疊。
術(shù)語"半周期(alternation)"指的是交流電壓或者交流電流中具有 相同正負號的部分。通過電壓或者電流的零點來界定半周期。所述電壓和 電流因此具有兩個半周期， 一個^L任意地稱為"正"而另一個被稱為"負"。 在以下，術(shù)語"正"和"負》用于標識電壓和電流的對應的半周期，即， 次級電流的"正"半周期祐i人為是由初級電流的"正"半周期感應出的半 周期，所述初級電流的"正"半周期是由交流電壓的"正"半周期感應出 的。
本發(fā)明的一個可實現(xiàn)的優(yōu)點是，通過將周期的一部分專用于在一個特 定方向上的信息的發(fā)送，使得在一個方向上的信息的發(fā)送能夠從不與在另一個方向上的信息的發(fā)送同時發(fā)生。因此，可以避免在一個方向上發(fā)送的 信號對于在相反方向上發(fā)送的信號的干擾。而且，可以簡化裝置的構(gòu)造。
還通過一種能量發(fā)送器來解決所述問題，所述能量發(fā)送器包括初級電 感器，所述初級電感器可以感應地耦合到能量接收器的次級電感器，以感 應地向所述能量接收器發(fā)送能量并J^所述能量接收器接收信息，所述能 量發(fā)送器包括用于向所述初級電感器施加交流電壓的部件，用于在所述初 級電感器中產(chǎn)生初級交流電流，以使)斤述初級交流電流可以在所述次級電 感器中感應出次級交流電流，其中，所述用于向初級電感器施加交流電壓 的部件包括用于向所述初級電感器施加正電壓的部件和用于在所述初級 電感器上施加負電壓的部件，并且其中，所述用于在初級電感器上施加負 電壓的部件具有用于檢測所述次級電感器的功率吸收的變化、以拾^所
述能量接收器向所述能量發(fā)送器發(fā)送的信息的部件。
根據(jù)本發(fā)明的能量發(fā)送器利用以下事實如果用于從所述能量接收器 向所述綈量發(fā)送器發(fā)送信息的專用第二部分位于周期的負半周期，則向用 于在所述初級電感器上施加負電壓的部件提供用于檢測所述次級電感器 的功率吸收的變化的部件足以。有益的是，這使得所述能量發(fā)送器和能量 接收器具有簡單結(jié)構(gòu)。
而且，通過一種能量接收器來解決所述問題，所述能量接收器包括次 級電感器，所述次級電感器可以感應地耦合到能量發(fā)送器的初級電感器， 以從所述能量發(fā)送器感應地接收能量和信息，所述能量接收器包括整流 器，用于對通過所述初級電感器感應到所述次級電感器中的次級交流電流 進行整流，其中，所述整流器的使所述次級交流電流的正半周期通過的電 路具有用于檢測所述次級交流電流的變化的部件。
根據(jù)本發(fā)明的能量接收器利用以下事實被施加到所述初級電感器的 交流電壓的幅度的變化引起所述初級交流電流的變化，所述初級交流電流 引起所述次級交流電流的變化。因此，通過檢測所述次級交流電流的變化， 可以拾^U^所述能量發(fā)送器向所述能量接收器發(fā)送的信息。而且，；fil據(jù)本 發(fā)明的能量接收器利用以下事實如果用于從所述能量接收器向所述能量 發(fā)送器發(fā)送信息的專用第一部分位于周期的正半周期，則向整流器的使所 述次級交流電流的正半周期通過的電^1供用于檢測所述次級交流電流 的變化的部件足以。有益的是，這使得所述能量接收器和能量發(fā)送器具有 簡單結(jié)構(gòu)。
最后，通過一種包括根據(jù)本發(fā)明的能量發(fā)送器和能量接收器的系統(tǒng)來解決所述問題.
對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明
在從屬權(quán)利要求中討論了可以單獨或者組合地應用的本發(fā)明的優(yōu)選 特征。
所述電感器優(yōu)選地是傳導材料制成的線圉，優(yōu)選地是比如銀或者銅的 金屬，優(yōu)選的是，所述初級和次級電感器通過公共金屬芯而耦合。在本發(fā)
明的一個優(yōu)選實施例中，所述芯包括可以^Sia合以提供閉^s磁回路的兩個 部分。優(yōu)選的是，所述初級電感器具有所述芯的一個部分，而所述次級電 感器具有另一個部分。所述芯優(yōu)選地包括鐵，更優(yōu)選地是以鐵氧體形式的 鐵，或者所述芯優(yōu)選地包括另一種鐵磁材料，優(yōu)選地是高磁導率的材料。
優(yōu)選的是，所述交流電壓具有階梯形波形，所述波形基本上包括方形 正半周期和方形負半周期.優(yōu)選的是，通過零電壓的部分來分隔相鄰的半 周期.在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述用于向所述初級電感器施加交 流電流的部件包括h電橋電路，所述h電橋電路具有用于在所述初級電 感器上施加正電壓的兩個開關(guān)和用于在所述初級電感器上施加負電壓的
另外兩個開關(guān).在wo 1994/001846 Al中公開了適當?shù)膆電橋電路，該 文件的相應內(nèi)容通過引用被并入到>|^>開中。所述開關(guān)優(yōu)選地是晶體管， 更優(yōu)選地是場效應管。
優(yōu)選的是，所述第一部分，即用于從所述能量發(fā)送器向所述能量接收 器發(fā)送信息的部分，位于交流電壓的正半周期中。優(yōu)選的是，所述第二部 分位于交流電壓的負半周期中。本發(fā)明的這些實施例的一個可實現(xiàn)的優(yōu)點 是，可以以特別簡單直接的方式來構(gòu)造所述能量發(fā)送器和所述能量接收 器。
在能量發(fā)送器的一個優(yōu)選實施例中，提供用于確定在交流電壓的負半 周期期間通過初級電感器的電流的部件，以拾取W所述能量接收器向所述 能量發(fā)送器發(fā)送的信息。本發(fā)明的該實施例利用以下事實所述次級電感 器的功率吸收的變化可以引起通過所述初級電感器的電流的變化.優(yōu)選的 是，第一電阻器與用于在所述初級電感器上施加負電壓的開關(guān)之一串聯(lián)連 接，通過觀察在所述第一電阻器上的電壓降，可以檢測到在交流電壓的負 半周期中的初級電流的變化。更具體地，將所述電壓降與周期的多次循環(huán) 的平均電壓降相比較，以便補償與所述初級電感器連接的負載的緩慢改變 (在本發(fā)明的上下文中的"緩慢"表示與交流電壓的周期時間相比較的緩
8慢)，所述緩'艮改變也可以影響在所述第一電阻器上的電壓降，但是不涉 及信息的發(fā)送。
在所述能量接收器的一個優(yōu)選實施例中，在整流器的佳)斤述次級交流 電流的正半周期通過的電路中串聯(lián)連接第二電阻器。通過觀察在所述第二 電阻器上的電壓降，可以檢測到在所述次級交流電流的正半周期中通過所 述次級電感器的電流的變化。以這種方式，可以從所述能量發(fā)送器接收信 息。更具體而言，如先前相對于所述能量發(fā)送器所描述的，在所述能量接 收器中，將電壓與周期的多次循環(huán)的平均電壓降相比較，以便補償與所述 初級電感器連接的負栽的緩慢改變，所述緩慢改變也可以影響在所述第二 電阻器上的電壓降，但是不涉及信息發(fā)送。
在所述能量接收器的一個優(yōu)選實施例中，所述整流器包括用于整流的 至少一個二極管。 一種優(yōu)選的整流器是電橋整流器。所述第二電阻器優(yōu)選 地與所述整流器的二極管之一 串聯(lián)連接。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中， 所述負栽與所述次級電感器連接，優(yōu)選地是經(jīng)由所述整流器與所述次級電 感器連接。所述第二電阻器優(yōu)選地與所述負栽串聯(lián)連接。
在本發(fā)明的一個實施例中，對于從所述能量接收器向所述能量發(fā)送器 的信息的發(fā)送，通過暫時將所述負載與所述次級電感器斷開來改變所述次 級電感器的功率吸收?；蛘?，可以通過提高或者減少負栽或者甚至縮短所 述次級電感器來實現(xiàn)功率吸收的變化。
在所述能量接收器的一個優(yōu)選實施例中，所述整流器的使所述次級交 流電流的負半周期通過的電路具有用于改變所述次級電感器的功率吸收 的部件，優(yōu)選地是用于將所述負載與所述次級電感器斷開的部件。優(yōu)選地， 在所述整流器的使所述次級交流電流的負半周期通過的電路中串聯(lián)連接 開關(guān)。所述開關(guān)優(yōu)選地與所述整流器的二極管之一串聯(lián)連接。
一種包括根據(jù)本發(fā)明的能量發(fā)送器和根據(jù)上述實施例的能量接收器
的優(yōu)選系統(tǒng)利用以下事實可以實現(xiàn)所述能量接收器的次級電流的負半周 期與所述能量發(fā)送器的交流電壓的負半周期W上重合。因此，通過觀察 在所述能量發(fā)送器中的用于在所述初級電感器上施加負電壓的部件中提 供的電阻器上的電壓，可以檢測到在所述能量接收器中所述整流器的電路 在所述次級交流電流的負半周期中的開關(guān)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述第一部分基本上是所述交流電壓 的整個正半周期。換句話說，所述整個正半周期的幅度可以在周期的循環(huán)發(fā)送器向所述能量接收器發(fā)送的信息進行編 碼。優(yōu)選的是，在本發(fā)明的該實施例中，電壓的變化轉(zhuǎn)換為初級電流的幅 度上的變化，初級電流的幅度上的變化轉(zhuǎn)換為次級電流的幅度上的變化。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述第二部分是次級交流電流的整個 負半周期。換句話說，在交流電壓的基本上整個負半周期中的所述次級電 感器的功率吸收在周期的循環(huán)之間改變，以對要從所述能量接收器向所述 能量發(fā)送器發(fā)送的信息進行編碼。
作為在整個半周期上變化的替選，可以僅僅部分變化。這可以具有以
下優(yōu)點能量的傳送較少地受到信息發(fā)送的影響。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實 施例中，用于從所述能量發(fā)送器向所述能量接收器發(fā)送信息的第一部分位 于交流電壓的半周期的尾部，優(yōu)選地在正半周期的尾部。換句話說，在所 述半周期尾部的交流電壓的幅度可以在周期的循環(huán)之間改變，以對要從所 述能量發(fā)送器向所述能量接收器發(fā)送的信息進行編碼。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 在所述次級電感器中，通常可以容易地檢測到在半周期尾部的變化，特別 是在交流電壓具有階梯形波形的情況下，因為通常所述初級和次級交流電 流在快到半周期的尾部時達到較高值，但是，在本發(fā)明的其他實施例中， 所述第一部分可以位于半周期中的其他位置，例如在半周期的開始位置。
優(yōu)選地,要改變的所述笫 一部分的長度小于所述半周期的長度的1/2 ， 更優(yōu)選的是小于1/4，更優(yōu)選的是小于1/8，更優(yōu)選的是小于1/16。有可能 改變要改變的所述部分的長度，以對用具有大于2的基數(shù)的代碼來表示值 的信息進行編碼。以這種方式，可以實現(xiàn)通過使用給定數(shù)量的半周期來發(fā) 送更多的信息，提高發(fā)送的速度。1、 1/2和0的部分的相對長度表示3 基數(shù)代碼中的值"0"、 "1"和"2"。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在所述第一部分的持續(xù)時間內(nèi)向所述 初級電感器施加的交流電壓的幅度被減小，優(yōu)選地被減小為零。結(jié)果，優(yōu) 選地，初級電感器中的電流的絕對值將降低，感應出降低的次級電流。本 發(fā)明的該實施例的一個可實現(xiàn)的優(yōu)點是，可以在所述次級電感器側(cè)相對容 易*!*測到這樣的電流降.而且，可以通過開關(guān)而容易地實現(xiàn)所施加的電 壓降低到零。以這種方式，可以以二進制代碼來發(fā)送信息，在所述二進制 代碼中，在這個示例中，零電壓表示一個值，例如"1"，而全電壓表示另 一個值，即"0"。取代零電壓，可以僅僅將電壓的絕對值減小到特定電平， 以表示一個值，例如"1"，而全電壓表示另一個值。
在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一部分的電壓的絕對值可以減小以
10具有大于2的基數(shù)的代碼來表示值的各種程度。以這種方式，可以實現(xiàn) 通過用給定數(shù)量的半周期發(fā)送更多信息來提高發(fā)送的速度。例如，相對電 壓l、 1/2和0可以表示3基數(shù)的代碼中的值"0"、 "1"和"2"。優(yōu)選地， 長度上的各種變化與幅度上的變化組合。以這種方式，可以進一步提高每 個半周期的所傳送信息的數(shù)量。例如，使用三個不同的長度(1)和三個 不同的幅度(a)，長度幅度對(1; a)可以每半周期編碼五個不同值，即 "0" =(0;0)， "1" -(l，O)， "2" =(1;1)， "3" =(2; O)和"4" =(2; 1)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用于從所述能量接收器向所述能量發(fā) 送器發(fā)送信息的第二部分位于次級交流電流的半周期的開始位置，優(yōu)選地 位于負半周期的開始位置.換句話^L在半周期的開始位置的所述次級電 感器的功率吸收在周期的循環(huán)之間改變，以對要從所述能量接收器向所述 能量發(fā)送器發(fā)送的信息進行編碼。本發(fā)明的該實施例的一個可實現(xiàn)的優(yōu)點 是，可以容易地檢測到在周期的開始位置的功率吸收的改變，特別是如果 交流電壓是階梯形波，因為通常在半周期的開始位置的功率吸收的改變對 于初級和次級電流具有大的影響，因此可以容易地被檢測到。但是，在本 發(fā)明的其他實施例中，第二部分可以位于半周期中的其他位置，例如在半 周期的尾部。
優(yōu)選地，要改變的笫二部分的長度小于半周期的長度的1/2，更優(yōu)選 的是小于1/4，更優(yōu)選的是小于1/8，更優(yōu)選的是小于1/16。有可能改變要 改變的部分的長度，以對用具有大于2的基數(shù)的代碼表示值的信息進行編 碼。以這種方式，可以實現(xiàn)通過以給定數(shù)量的半周期發(fā)送更多的信息來 提高發(fā)送的速度.該部分的相對長度l、 1/2和0可以例如表示3基數(shù)代 碼中的值"0"、 "1"和"2".
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，改變所述次級電感器的功率吸收包 括將所述次級電感器基本上從負栽斷開第二部分的持續(xù)時間。因此，可 以以二進制代碼發(fā)送信息，其中，在這個示例中，斷開的負栽表示一個值， 例如"1"，而連接的負載包括另一個值，即"0"。取代完全斷開負栽，可 以僅僅將負載減小到特定水平，以表示一個值，例如"1 ",而全負栽表 示另一個值。
在本發(fā)明的其他實施例中，功率吸收可以減少以具有大于2的基數(shù)的 代碼來表示值的各種程度。以這種方式，可以實現(xiàn)通過以給定數(shù)量的半 周期發(fā)送更多信息，來提高發(fā)U度。例如，相對功率吸收1、 1/2和0 可以表示3基數(shù)代碼中的值"0"、 "1"和"2"。優(yōu)選地，功率吸收上的改變與長度上的改變組合。以這種方式，如先前在從所述能量發(fā)送器向所述 能量接收器發(fā)送的信息的上下文中所述，可以增加每半周期所傳送的信息
的量.例如，使用不同的長度(1)和三個不同的功率吸收(a)，長度吸 收對(1, a)可以每半周期編碼5個值。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用于從所述能量發(fā)送器向所述能量接 收器發(fā)送的第一部分位于交流電壓的正半周期的尾部，用于從所述能量接 收器向所述能量發(fā)送器發(fā)送的第二部分位于負半周期的開始位置。這可以 具有以下優(yōu)點隨后的正半周期的上升沿基本上不受由于第二部分的改變 導致的在電流改變的影響。所述邊沿因此可以用于在初級和次級側(cè)上對編 碼電子部件的同步.


借助于附圖來更詳細地說明本發(fā)明
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的能量發(fā)送器的簡化電路圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的能量接收器的簡化電路圖；以及
圖3以簡化的表示示出了被施加到根據(jù)本發(fā)明的能量發(fā)送器的H電 橋的晶體管上的信號和通過根據(jù)本發(fā)明的能量接收器的次級電感器的次 級電流。
具體實施例方式
通過簡化的電路圖在圖1中圖示了 4MH本發(fā)明的能量發(fā)送器1的實施 例.能量發(fā)送器l包括初級電感器2，所述初級電感器2被構(gòu)造為纏繞鐵 氧體芯(未示出)的銅線線團。初級電感器2由四個晶體管3、 4、 5、 6 驅(qū)動，所述四個晶體管3、 4、 5、 6—起形成H電橋。晶體管3和4被提 供有在圖3的頂行中示出的方波信號A，以產(chǎn)生^L施加到初級電感器2的 交流電壓的正半周期。晶體管5和6產(chǎn)生交流電壓的負半周期，所述晶體 管5和6為此被提供有在圖3中的第二行中所示的另一個方波B。當對應 的信號為正時，所述晶體管出于導通狀態(tài)，并且如果對應的信號為零，則 所述晶體管處于不導通狀態(tài)。因此，結(jié)果交流電壓是通it^電壓的短暫部 分分隔的方形正和負半周期的階梯形信號。
而且，第一電阻器7與產(chǎn)生交流電壓的負半周期的晶體管之一晶體管5成一行地連接。第 一檢測電膝陂配置用千觀察在第 一電阻器7上的電壓， 所述電壓是在交流電壓的負半周期期間通過初級電感器2的電流的指示。 在笫一檢測電路中，第一比較器8將經(jīng)由分壓器9從第一電阻器7上的電 壓降得出的電壓與在多個周期上平均的、通過第一積分電路從第一電阻器 7上的電壓得出的平均電壓相比較。第一積分電路包括與電阻器11和電 容器12的并聯(lián)連接相串聯(lián)的二極管10。
通過簡化的電路圖在困2中困示了根據(jù)本發(fā)明的能量接收器13的一 個實施例，它包括次級電感器14，所述次級電感器14被構(gòu)造為銅線線團， 并且被纏繞在鐵氧體芯(未示出)上。為了從能量發(fā)送器1向能量接收器 3發(fā)送能量并且為了在能量發(fā)送器1和能量接收器3之間雙向地交換信 息，可以通過耦合芯來感應地耦合初級電感器2和次級電感器14。負栽 15經(jīng)由電橋整流器而連接到次級導體14，所述電橋整流器包括四個二極 管16、 17、 18、 19。由初級電感器2感應到次級電感器14中的交流電流 的正半周期可以通過二板管16和17，而負半周期可以通過二極管18和 19.晶體管20與交流電流的負半周期通過所通過的二極管之一 18成一行 地連接。晶體管20可以在交流電流的負半周期期間暫時地將負載15與次 級電感器14斷開，以便從能量接收器向能量發(fā)送器發(fā)送信息，所述信息 可以被能量發(fā)送器的前述檢測電#測到.
而且，交流電流的正半周期所通過的二極管之一 16與第二電阻器21 串聯(lián)連接。笫二檢測電#配置用于觀察在第二電阻器21上的電壓，所 述電壓是在次級交流電流的正半周期期間通過次級電感器14的電流的指 示，在所述第二險測電路中，第二比較器22將經(jīng)由分壓器23從第二電阻 器21上的電壓降得出的電壓與在多個周期上平均的、通過笫二積分電路 從第二電阻器21上的電壓得出的平均電壓相比較。所述第二積分電路包 括與電阻器25和比較器26的并聯(lián)連接相串聯(lián)的二極管24。
現(xiàn)在借助于圖3來說明能量發(fā)送器和能量接收器之間的信息傳輸。該 附圖在笫一行示出了用于控制晶體管3和4的方波信號A,在笫二行示出 了用于控制晶體管5和6的方波信號B，在最后一行示出了由初級電流感 應到次級電感器14中的次級交流電流，所述初級電流是由H電橋3、 4、 5和6響應于方波信號A和B而產(chǎn)生的交流電壓在初級電感器2中產(chǎn)生 的。
為了從能量發(fā)送器1向能量接收器13發(fā)送信息，改變在交流電壓的 正半周期的尾部的第一部分(通過圖3中的虛線27和28界定)。為了該
13目的，用于在第一部分中產(chǎn)生交流電壓的正半周期的方波信號A是正的 或者零。對應地，在第一部分中的交流電流的正半周期是正的或者零。后 一種情況也可以被理解為正半周期的"縮短"。如果在第一部分中的初級 電壓是零，則對應的初級電流(未示出)以及因此次級電流也在第一部分 期間i2Lil地降為零(在圖3的底行中通過第一部分中的虛線29示出)。另 一方面，如果初級電壓保持為正，則次級電流在笫一部分中繼續(xù)增大(在 圖3的底行中通過第一部分中的實線示出)。在第一部分期間次級電流的 這種差異可以由能量接收器13中的笫二檢測電路的笫二比較器22檢測 到，并且可以然后被例如微處理器解釋為二進制信息。在第一部分期間的 對應于被施加到能量發(fā)送器的初級電感器的零電壓的電壓降可以例如表 示值"1"，而對應于初級電感器上的正電壓的、繼續(xù)增大的次級電流可以 被解釋為二基數(shù)代碼中的值"o"。
為了從能量接收器13向能量發(fā)送器1發(fā)送信息，開關(guān)20打開在負半 周期的開始位置的第二部分(通過圖3中的虛線30和31界定)的間隔. 結(jié)果，在剩余的負半周期中，通過次級電感器的電流減小(通過附圖標號 32表示)，這導致通過能量發(fā)送器1的初級電感器2的電流對應地減小。 電流的這種差異可以由能量發(fā)送器1的第 一檢測電路的第 一 比較器8檢測 到，并且可以被解釋為二進制信息。例如，減小的電流可以被解釋為二基 數(shù)代碼的值"1"，不減小的電流被解釋為二基數(shù)代碼的值"0"。
第 一部分和第二部分可以被保持為足夠短以僅僅對于能量發(fā)送具有 可忽略的影響，為此，第一和第二部分的長度可以例如被選擇為對應的半 周期的長度的1/10。但是，如果第一和笫二半周期被選擇為更長，以便例 如增大系統(tǒng)的干擾電阻，則應當選#^1當?shù)拇a來保證平均而言通過電感 器的正電流近似等于通過電感器的負電流，以4吏可以避免產(chǎn)生的且可能不 利的直流電.
在上述的說明書、權(quán)利要求和附圖中所述的特征可以以任何組合與本 發(fā)明相關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種用于在包括初級電感器(2)的能量發(fā)送器(1)和包括次級電感器(14)的能量接收器(13)之間感應地傳輸能量和信息的方法，其中，通過以下方式從所述能量發(fā)送器(1)向所述能量接收器(13)發(fā)送能量向所述初級電感器(2)施加交流電壓以在所述初級電感器(2)中產(chǎn)生初級交流電流，由此在所述次級電感器(14)中感應出次級交流電流，其特征在于，通過改變所述交流電壓的幅度，基本上僅僅在所述交流電壓的周期的專用第一部分中從所述能量發(fā)送器(1)向所述能量接收器(13)發(fā)送信息；并且，通過改變所述次級電感器(14)的功率吸收，基本上僅僅在所述周期的專用第二部分中從所述能量接收器(13)向所述能量發(fā)送器(1)發(fā)送信息，所述第二部分不與所述第一部分重疊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，所述交流電壓具有階梯形波形，所述波形基本上包括方形的正半周期 和方形的負半周期。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于，所述笫一部分基本上位于所述次級交流電流的正半周期中；而所述第 二部分基本上位于所述交流電壓的負半周期中.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于， 所述第一部分基本上是所述交流電壓的整個正半周期。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或者4的方法，其特征在于， 所述第二部分基本上是所述次級交流電流的整個負半周期。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3的方法，其特征在于，用于從所述初級電感器(2)向所述次級電感器(14)發(fā)送信息的所 述笫一部分位于被施加到所述初級電感器(2)的交流電壓的半周期的尾部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，通過向所述初級電感器(2)施加基本上為零的電壓所述第一部分的 持續(xù)時間，來改變所述第一部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 6或者7中任何一項的方法，其特征在于，用于從所述次級電感器(14)向所述初級電感器(2)發(fā)iH信息的第 二部分位于所述次級交流電流的半周期的開始位置.
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，通過將所述次級電感器(14 )基本上與負栽斷開所述第二部分的持續(xù) 時間，來改變所述第二部分，
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任何一項的方法，其特征在于，用于從所述初級電感器(2)向所述次級電感器(14)的發(fā)送的所述 第一部分位于所述交流電壓的正半周期的尾部，而用于從所述次級電感器 (14)向所述初級電感器(2)的發(fā)送的所述第二部分位于所述次級交流 電流的負半周期的開始位置。
11. 一種能量發(fā)送器(l)，包括初級電感器(2)，所述初級電感器(2) 能夠感應地耦合到能量接收器(13)的次級電感器(14),以感應地向所 述能量接收器(13 )發(fā)送能量并且從所述能量接收器(13 )接收信息，所 述能量發(fā)送器(1)包括用于向所述初級電感器(2 )施加交流電壓的部件， 用于在所述初級電感器(2)中產(chǎn)生初級交流電流，以使得所述初級交流 電流可以在所述次級電感器(14)中感應出次級交流電流，其中，所述用 于向所述初級電感器(2)施加交流電壓的部件包括用于在所述初級電感 器(2)上施加正電壓的部件和用于在所述初級電感器(2)上施加負電壓 的部件，其特征在于，所述用于在所述初級電感器(2)上施加負電壓的部件具有用于檢測 所述次級電感器(14)的功率吸收的變化的部件.
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的能量發(fā)送器(1)，其特征在于，用于向所述初級電感器(2)施加交流電壓的部件包括H電橋電路， 所述H電橋電路具有用于在所述初級電感器(2)上施加正電壓的兩個開 關(guān)和用于在所述初級電感器(2)上施加負電壓的另外兩個開關(guān).
13. —種能量接收器(13)，包括次級電感器(14)，所述次級電感器 (14)能夠感應地耦合到能量發(fā)送器(1)的初級電感器(2)，以感應地從所述能量發(fā)送器(1)接收能量和信息，所述能量接收器(13)包括整 流器，用于整流由所述初級電感器(2)感應到所述次級電感器(14)中 的次級交流電流，其特征在于，所述整流器的使所述次級交流電流的正半周期通過的電路具有用于 檢測所述次級交流電流的變化的部件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的能量接收器(13)，其特征在于，所述整流器的使所述次級交流電流的負半周期通過的電路具有用于 改變在所述次級交流電流的負半周期期間通過所述次級電感器(14)的電 流的部件(20 )。
15. —種系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求11或者12的至少一個能量發(fā)送器 (1)和根據(jù)權(quán)利要求13或者14的至少一個能量接收器(13 )。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征在于，所述初級和次級電感器(2， 14)通過金屬芯耦合，這能夠提供閉合 的磁回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于感應地傳輸能量和信息的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的用于在包括初級電感器(2)的能量發(fā)送器(1)和包括次級電感器(14)的能量接收器之間感應地傳輸能量和信息的方法，通過以下方式從能量發(fā)送器(1)向能量接收器發(fā)送能量向初級電感器(2)施加交流電壓以在初級電感器(2)中產(chǎn)生初級交流電流，由此在次級電感器(14)中感應出次級交流電流。通過改變交流電壓的幅度，基本上僅僅在交流電壓的周期的專用第一部分中從能量發(fā)送器(1)向能量接收器發(fā)送信息；并且，通過改變次級電感器(14)的功率吸收，基本上僅僅在所述周期的專用第二部分中從能量接收器向能量發(fā)送器(1)發(fā)送信息，第二部分不與第一部分重疊。
文檔編號H02J5/00GK101640426SQ20091016166
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者霍斯特·米勒 申請人:歐度連接器系統(tǒng)兩合公司