[發明專利]感應式電力傳輸裝置和系統

有效

• 申請號: 201410232015.0
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104218684B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: T·龐姆伯
• 申請（專利權）人: 弗里沃制造有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇

技術領域

本發明涉及可以以寬范圍的電壓進行工作并且能量損耗減少的感應能量傳遞所用的電力傳輸裝置。

背景技術

感應能量傳遞的原理作為大量應用的技術開發的物理基礎而用在多個應用中。圖1示出感應能量傳遞所用的系統的示意例示。在感應能量傳遞的情況下的必要元件是松散耦合導體，其中該松散耦合導體表示基座部或者充電器或者電力傳輸裝置102中的電感器或磁繞組與移動部104(對象裝置)中的電感器或磁繞組的磁耦合。圖1(a)示出在基座部102和移動部104之間傳遞能量的情況下工作期間的電力傳輸裝置。可以利用該能量來使得能夠實現移動部104的功能。可選地，可以將感應傳遞的能量緩沖在蓄電池中(對于現代應用而言大多是Li(鋰)離子蓄電池，盡管還可以使用如鉛型、NiCd型、NiMh型那樣的其它類型的蓄電池)。如果如圖1(b)所示將移動部104從基座部102移除，則能量傳遞中斷。然后，利用先前充電得到的內部儲能來供給移動部104，或者移動部104保持處于非工作狀態，直到下次與基座部102相接觸為止。

在將移動部104配置在基座部102的附近的情況下，可以獲得基座部和移動部之間的磁耦合，從而使得能夠進行從基座部向著移動部的能量傳遞。這種感應式充電系統的最常見示例是使得能夠對作為移動部104的牙刷進行非接觸充電的電動牙刷。在本上下文中，使用術語非接觸來表示可以在移動部和基座部上的相應電觸點各自之間未電連接的情況下實現能量傳遞。

省略電觸點對于不同應用領域內的許多應用而言十分重要。這尤其適用于對電源和接收器(sink)之間的電連接的機械安裝方面的要求高的應用，其中可以通過應用感應能量傳遞(IE)來避免技術上復雜的插頭和線纜。此外，可以在不會使機械安裝因應用外源性連接器而不必要地變復雜的情況下保護基于IE的技術能量供給系統組件免于環境影響。此外，在IE的一些應用領域中，鑒于技術可行性而必須避免電連接的使用。例如，在容易發生爆炸的環境中或者在系統組件在導電性和/或腐蝕性介質中工作期間，依賴于允許進行非接觸能量傳遞的系統從技術上可能是有利的。此外，IE的使用可以提高裝置以及最終這些裝置的電觸點暴露至高應力的系統的可靠性。一方面，針對具有轉動或可動部的系統是這樣，這是由于基于IE的組件能夠避免容易因摩擦而磨損的電刷觸點(wiper contact)的使用。另外，IE技術可以有利地用在具有連接器的裝置中，否則將不得不針對多個插頭來確定尺寸。

圖2示出根據相關技術的能夠進行感應能量傳遞的包括充電器和對象裝置的系統的基于諧振式DC-DC轉換器的電源部的結構。除此之外，還已知基于變壓器的其它轉換器類型(反激式、正激式、CUK、不對稱半橋等)。利用開關橋106將輸入電壓V_i切成高頻AC(交流)電壓。該開關橋106包括半橋或全橋，其中使用半導體開關作為有源組件。將該開關橋所生成的AC電壓應用于松散耦合的變壓器110的初級側。在該變壓器的初級側和次級側上設置有示意性示出為諧振電路108和112的無功組件。作為一般規則，在初級側集成串聯電容，盡管可以設置用于控制初級電路的頻率屬性的更多無功組件。

在次級側，可以省略附加無功組件的使用，盡管可以采用并聯以及串聯電路的方式使用用于對導體的主要電感進行補償的更多電容。此外，還可以使用附加無功組件來控制次級線圈的頻率特性。

在整流電路114的輸出側，次級電流已進行整流。整流電路114可被配置為進行半波整流或全波整流。整流電路114的組件可以是傳統的二極管以及半導體開關(同步整流)。在可選地可以包括電感的濾波器116的幫助下對整流后的輸出電流進行平滑。

有鑒于針對消費產品、特別是電子產品的環境可持續解決方案的關注不斷增加，電池充電器的效率在電子消費品的設計中也具有根本的重要性。另外，立法推動了電子裝置的制造商開發表現出降低的電力消耗的電子裝置。特別地，降低由于在便攜式裝置未連接至電池充電器的情況下或者在因電池已滿(無負載狀態)因而未對便攜式裝置進行充電的情況下發生的損耗所引起的電池充電器的電力消耗，可以大大提高電子產品的效率。

另外，隨著包括使用IE原理的裝置的電子消費品向著世界范圍內的不同市場的不斷滲入，對于開發可以無風險地連接至不同的電源線的裝置的關注最高。因此，需要開發可以連接至寬范圍的輸入電壓的電池充電器。

發明內容

因此，本發明的目的是開發可以以寬范圍的輸入電壓進行工作并且在無負載狀態下表現出降低的電力消耗的感應式電力傳輸裝置。