專利名稱：控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的制作方法
控制感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)^
本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其原案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00580015312.9， 申請(qǐng)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4專車餘系統(tǒng)4口方法。
本申請(qǐng)要求由申i青人于2004年5月11日才是交的第GB 0410503.7號(hào)和2005年2月10日4是交的第GB 0502775.0號(hào)共同未 決的申請(qǐng)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
*初級(jí)單元，具有至少一個(gè)初級(jí)線圈，初級(jí)單元通過初級(jí)線圏 驅(qū)動(dòng)交變電流，產(chǎn)生時(shí)變》茲通量。
*次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離，包括次級(jí)線圈。當(dāng)將次級(jí)線 圈放置到接近由初級(jí)線圏產(chǎn)生的時(shí)變磁通量處時(shí)，變化的磁通量在 次級(jí)線圏中感應(yīng)出交變電流，因此，可以將功率從初級(jí)單元感應(yīng)地 傳輸?shù)酱渭?jí)裝置。
通常，次級(jí)裝置向外部負(fù)載提供傳輸?shù)墓β剩掖渭?jí)裝置可以 被裝入包括負(fù)載的宿主對(duì)象(host object)中或由宿主對(duì)象攜帶。例 如，宿主^)"象可為具有可再充電的蓄電'池或電池的1"更攜式電氣或電 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
6池充電器電^各?？蛇x地，次級(jí)裝置可與適當(dāng)?shù)男铍姵爻潆娖麟奿 各一 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4正是初級(jí)單元的；茲系的物理"開 放"性-磁路相當(dāng)大的部分穿過空氣。為了使初級(jí)單元能夠?yàn)椴煌?形狀和尺寸的次級(jí)裝置以及同時(shí)為多個(gè)次級(jí)裝置提供功率，這是必 不可少的。在GB-A-2389720中描述了這種"開方丈"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(jí)單元不會(huì)有 100%的效率。例如，即使在當(dāng)前不存在次級(jí)裝置時(shí)，或當(dāng)前沒有 需要充電的次級(jí)裝置時(shí)，電子設(shè)備中的開關(guān)損耗和在初級(jí)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(jí)單元應(yīng)該進(jìn)入低功耗的"待機(jī)模式"。
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(jí)線圏附近，與線圏耦合。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磁通量，但因?yàn)椴牧暇哂须娮瑁虼肆?動(dòng)的渦流將產(chǎn)生1211損^>，這將導(dǎo)致物體變熱。存在兩種變熱^f艮顯 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。這種材料具有高磁導(dǎo)率，激 勵(lì)材料中的高磁通量密度，引起大的渦流，從而引起大的產(chǎn)R損耗。
在本申請(qǐng)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(jí)單元應(yīng)進(jìn)入"關(guān)閉才莫式"，以避免使其 變熱。
7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(duì)當(dāng)沒有次級(jí)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4舌
^在EP0533247和US 6118249中，次級(jí)裝置在充電過禾呈中調(diào) 整其感應(yīng)負(fù)載，導(dǎo)致從初級(jí)單元獲得的功率的相應(yīng)變化。這指示初 纟及單元不應(yīng)進(jìn)入4寺一;M犬態(tài)。
，在EP1022840中，初級(jí)單元改變其驅(qū)動(dòng)器的頻率，/人而改變 了與調(diào)諧的次級(jí)單元的耦合系數(shù)。如果次級(jí)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(jí)單元進(jìn)入待才幾狀態(tài)。
在US5536979中，初級(jí)單元^f又測(cè)量初級(jí)線圏中流動(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)。
參在US5896278中，初級(jí)單元包含檢測(cè)線圏，才企測(cè)線圈根據(jù)次 級(jí)裝置的位置將功率反饋耦合到檢測(cè)線圈中。如果次級(jí)裝置不存 在，則初級(jí)單元進(jìn)入待才幾才莫式。
參在US5952814中，次級(jí)裝置具有配合初級(jí)單元中的插槽的機(jī) 械突起，將其激活。
參在US6028413中，初級(jí)單元驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線圏，并在次級(jí)單元中 具有相應(yīng)的兩個(gè)功率沖妄4欠次級(jí)線圏。#刀級(jí)單元測(cè)量從每個(gè)初級(jí)線圏 傳送的功率，且如果其低于閾值則進(jìn)入待機(jī)才莫式。
針對(duì)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(jí)單元改變其驅(qū)動(dòng)器的頻率。 在該系統(tǒng)中，次級(jí)裝置是已調(diào)諧的，因此該頻率變化將導(dǎo)致從初級(jí)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(huì)有同樣效果，并且初級(jí)單元將進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。
*如上所述，在US5952814中，次級(jí)裝置中的4建啟動(dòng)初級(jí)單元。 々支設(shè)如果存在次級(jí)裝置，則這將物理地排斥任何外物。
參如上所述，在US6028413中，初級(jí)單元通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)初級(jí)線 圏為次級(jí)裝置提供功率。如果由兩個(gè)線圏提供的電量不同，則初級(jí) 單元假定負(fù)載不是有效的次級(jí)裝置，并進(jìn)入關(guān)閉模式。
這些方法全部4叚定初級(jí)單元和次級(jí)裝置之間是1: 1的關(guān)系。 因此，這些方法對(duì)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(jí)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(jí)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^i定有效的次級(jí)裝置的物理或電氣存在 意味著所有的外物均被次級(jí)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(jí)裝置可相對(duì)于初級(jí)單元隨 意放置時(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^T的方法，其中，感應(yīng)功率傳^T系統(tǒng)包^I舌初級(jí)單元， 可才喿作以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)；以及至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離， 并且適合于當(dāng)次級(jí)裝置4妄近初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)耦合，〗吏得次級(jí)裝 置可/人初級(jí)單元感應(yīng)地4婁收功率，而不需要4皮此直4妄的導(dǎo)電4矣觸， 該方法包括將所述或每個(gè)次級(jí)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(jí)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(jí)單元中，當(dāng)將所述或每個(gè)次級(jí)裝置設(shè)置為所述空載狀態(tài)時(shí)，測(cè)量從初級(jí)單元中獲取的功率，并才艮據(jù)所測(cè)量的功率限制或停 止來自#刀級(jí)單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
因?yàn)樵诠β蕼y(cè)量期間次級(jí)裝置^^殳置為空載狀態(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(cè)量的功率中檢測(cè)出來。 如果這樣的話，則初級(jí)單元可進(jìn)入關(guān)閉才莫式。例如，如果在空栽狀 態(tài)下所測(cè)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?jí)裝置不必將其功率需求傳遞給
初級(jí)單元，或初級(jí)單元不必4丸4亍功率需求的4壬4可求和已知由于次 級(jí)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4艮小 的值，該值是由次級(jí)裝置自身強(qiáng)加到初級(jí)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l命的方法，感應(yīng)功率傳豸IT系統(tǒng)包4舌初級(jí)單元，可纟喿作 以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)；以及至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離，并且 適合于當(dāng)次級(jí)裝置4矣近初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)井馬合，佳J尋可通過次級(jí) 裝置,人初級(jí)單元感應(yīng)地4妄收功率，而不需要4皮此直接導(dǎo)電接觸，該 方法包括在初級(jí)單元中，從處于功率需求狀態(tài)的所述或每個(gè)次級(jí) 裝置中接收涉及有關(guān)的次級(jí)裝置的功率需求的信息；以及在初級(jí)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(jí)裝置
時(shí)，測(cè)量^^人初級(jí)單元中獲^L的功率，并才艮據(jù)測(cè)量的功率和^:收的功
率需求信息限制或停止來自初級(jí)單元的感應(yīng)功率傳輸。
在這種情況下，可^^艮據(jù)所述測(cè)量的功率與具有所述功率需求狀 態(tài)的次級(jí)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(jí) 單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。例如，在測(cè)量的功率超過所述總和多于閾值 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(cè)量期 間不必將次級(jí)裝置設(shè)置為空載狀態(tài)。因此，可向次級(jí)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(cè)量周期可以非常^i:，佳j尋 對(duì)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(jí)裝置中設(shè)置諸如電容器的能量存儲(chǔ)裝置，以在功 率測(cè)量周期期間維持對(duì)實(shí)際負(fù)載的電力供應(yīng)。
在第二方面的方法中，可以4吏用4壬4可適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧椒▽⒐β市?求信息從每個(gè)次級(jí)裝置傳輸?shù)匠跫?jí)單元。 一種用于所述或每個(gè)次級(jí) 裝置將其功率需求信息傳輸?shù)匠跫?jí)單元的優(yōu)選方法是RFID方法。 可選地，所述或每個(gè)次級(jí)裝置可通過改變由次纟及裝置強(qiáng)加到初級(jí)單 元上的負(fù)載，將其功率需求信息傳輸?shù)匠跫?jí)單元。
應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施本發(fā)明的第一和第二方面的方法4是供了不同的 ;險(xiǎn)測(cè)在一方面乂人初級(jí)單元獲取的功率與另一方面次級(jí)裝置需求的 功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的次級(jí)裝置，則與次級(jí)裝置需求 的總功率之間是否存在相當(dāng)大差別的方法。在該檢測(cè)之后，可限制 或4亭止來自^刀級(jí)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(jí)裝置強(qiáng)加到初級(jí)
單元上的負(fù)載以將來自次級(jí)裝置的信號(hào)或信息傳遞到初級(jí)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(jí)裝置同時(shí)向初級(jí)單元^是供各項(xiàng)信息。例如，如果任〗可次 級(jí)裝置需要功率，則可以改變其負(fù)載。如果初級(jí)單元檢測(cè)到全部負(fù) 載沒有或基本沒有改變，則可以斷定沒有次級(jí)裝置需要功率，從而 進(jìn)入待機(jī)模式。類似地，初級(jí)單元將檢測(cè)任何負(fù)載變化的總和。如
ii果來自每個(gè)單個(gè)次級(jí)裝置的負(fù)載變化與將被傳送到初級(jí)單元的一些模擬量(例如，次級(jí)裝置的功率需求或寄生負(fù)載)成比例，則在功率測(cè)量中，將通過初級(jí)單元檢測(cè)各個(gè)模擬量的總和。這意味著可以直接獲得總和，而無需在初級(jí)單元中進(jìn)行執(zhí)行起來將耗時(shí)和/或代Y介高的額外處理。
除了檢測(cè)何時(shí)進(jìn)入關(guān)閉模式之外，還可能期望檢測(cè)進(jìn)入待機(jī)模式的條件。例如，在第一方面的方法中，在測(cè)量的功率小于祠—幾閾值(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(jí)裝置向初級(jí)單元報(bào)告指示次級(jí)裝置是處于無功率需求狀態(tài)(該狀態(tài)中次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng)前不需要來自初級(jí)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(jí)單元的功率)的狀態(tài)信息。然后，初級(jí)單元根據(jù)所述或每個(gè)次級(jí)裝置報(bào)告的狀態(tài)信息來限制或停止來自初級(jí)單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。例如，除非由至少一個(gè)次級(jí)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(jí)單元會(huì)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(jí)裝置同時(shí)向初級(jí)單元報(bào)告它們各自的狀態(tài)信息。如上所述， 一種方《更的可能性是4吏所述或每個(gè)次級(jí)裝置通過改變由其強(qiáng)加在初級(jí)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(cè)量周期中執(zhí)行從初級(jí)單元獲取的功率的兩個(gè)或多個(gè)測(cè)量。如果次級(jí)裝置與初級(jí)單元同步，則在一個(gè)測(cè)量周
期中，次級(jí)裝置會(huì);f皮此表現(xiàn)不同，以4吏初級(jí)單元能夠;險(xiǎn)測(cè)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(cè)量周期。在第一個(gè)周期中，每個(gè)次級(jí)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(jí)裝置接通其假負(fù)載。其他次級(jí)裝置斷開它們的假負(fù)載。在第三個(gè)周期中，每個(gè)次級(jí)裝置均^接通其^f叚負(fù)載。初級(jí)單元可以從三個(gè)周期中的功率測(cè)量的比較中檢測(cè)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(cè)量周期內(nèi)改變負(fù)載。例如，可固定負(fù)載改變的幅度， 4旦可改變持續(xù)時(shí)間，以^是供信息。
初級(jí)單元可能已登記了至少一個(gè)所述次級(jí)裝置的功率需求。在 這種情況下，從次級(jí)裝置傳輸?shù)墓β市枨笮畔⒖梢灾皇菢?biāo)識(shí)次級(jí)裝 置的信息。初級(jí)單元利用標(biāo)識(shí)信息來檢索裝置的登記的功率需求。 標(biāo)識(shí)信息可以是分配給次級(jí)裝置的代碼或類型、型號(hào)、或者序列號(hào)。 這可以減少傳輸?shù)匠跫?jí)單元的信息量并提高響應(yīng)速度和可靠性。
盡管每個(gè)處于功率4妄收狀態(tài)的次級(jí)裝置均以第二方面的方法 向初級(jí)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(jí)裝置也可以向初級(jí)單元傳l俞這種功率 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(jí)裝置傳輸?shù)墓β市枨笮畔⒈硎居纱渭?jí)裝置強(qiáng)加在初級(jí) 單元上的寄生負(fù)載。于是，這可以用于使關(guān)閉4企測(cè)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(jí)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(jí)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，限制和停止感應(yīng)電力供應(yīng)的條件的4企測(cè)要考慮 初級(jí)單元和次級(jí)裝置中的4壬何損4毛。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(cè)時(shí)，使用關(guān)于初級(jí)單元自身損耗的 第一補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償所述損耗。當(dāng)初級(jí)單元有效地處于電^茲屏蔽 時(shí)，可以A人初》及單元所取J尋的測(cè)量結(jié)果中獲4尋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(chǔ)在初級(jí)單元的校準(zhǔn)單元中。
13另 一種方法是當(dāng)執(zhí)行所述才企測(cè)時(shí)，使用關(guān)于由所述或每個(gè)次級(jí) 裝置強(qiáng)加到初級(jí)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(jí)裝置的所述寄生負(fù)載。所述或每個(gè)所述次級(jí)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(jí)單元，或者將其他信息傳 遞主會(huì)初級(jí)單元，初級(jí)單元/人所述其他/f言息中得到所述第二補(bǔ)償信 息。如上文所述，次級(jí)裝置可以通過改變由其強(qiáng)加到初級(jí)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(jí)單 元。
特別方便、有效的方法是4吏所述或每個(gè)所述次級(jí)裝置具有表示 其所述寄生負(fù)載的假負(fù)載，次級(jí)裝置將所述寄生負(fù)載強(qiáng)加到所述初 級(jí)單元上，以改變由次級(jí)裝置強(qiáng)加到初級(jí)單元上的負(fù)載。
所述第 一補(bǔ)償〗言息的部分或全部和/或所述第二補(bǔ)償信息的部 分或全部可以是在初級(jí)單元的制造和成測(cè)試期間存儲(chǔ)在初級(jí)單元 中的信息。
當(dāng)初級(jí)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(jí)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(duì)象中去除 次級(jí)裝置。如果當(dāng)將其從宿主對(duì)象中去除或安裝到宿主對(duì)象中時(shí)可 以被供電，則裝置自身的寄生負(fù)栽可能與裝置和宿主對(duì)象共同的寄 生負(fù)載4艮不同。為處理這種情況，可以才艮據(jù)裝置是單獨(dú)4吏用還是與 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(jí)裝置需要與初級(jí)單元同步運(yùn)4亍。因此， 優(yōu)選地，是從初級(jí)單元向所述或每個(gè)所述次級(jí)裝置傳輸同步信號(hào)， 或者從所述或每個(gè)所述次級(jí)裝置向初級(jí)單元傳輸同步信號(hào)，以使初
級(jí)單元和所述或每個(gè)所述次級(jí)裝置的運(yùn);f亍同步。這可以通過調(diào)制施加到初級(jí)單元中的初級(jí)線圏的驅(qū)動(dòng)信號(hào)^艮方侵j也實(shí)現(xiàn)?？梢証吏用頻 率、振幅、或相位調(diào)制或它們的組合。
可以利用很多不同的技術(shù)來測(cè)量由次級(jí)裝置從初級(jí)單元獲取 的功率。在一種沖支術(shù)中，通過電驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)的初級(jí)線圏產(chǎn)生電^茲
的功率輸入端?？梢酝ㄟ^暫時(shí)斷開電源并在斷開期間4企測(cè)所述功率 輸入端處的變化，來測(cè)量乂人初級(jí)單元獲取的功率。變化可能是電壓 衰減。這種技術(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。 這種串連電阻消庫毛相當(dāng)大的功率。
優(yōu)選地，將能量存儲(chǔ)在諸如連接至所述功率輸入端的電容器的
能量存4諸單元中，佳:得在所述電源斷開時(shí)可以向所述功率l命入端持 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(jí)線圏的驅(qū)動(dòng)器電流或功 率的反饋電路，則另一種測(cè)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(hào)可以提供獲取的功率的測(cè)量，而 才艮本無需加入功率測(cè)量單元。
另 一種測(cè)量功率的方法包4舌在測(cè)量周期期間4吏包4舌所述初級(jí)
線圈的電路在非驅(qū)動(dòng)"i皆l展(undriven resonating )條4牛下工作，在該 夂乂i cb產(chǎn)片/f主、玍air ^乂+A 4r ^Jp:閣乂擊； 里A力拓？t rb s女士 aA
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(cè)量，并且4吏用這些測(cè)量來測(cè)量從初級(jí)單元獲取的功 率。
可以在相同條件下進(jìn)行兩次或者多次功率測(cè)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(chǎng)的場(chǎng)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(jí)單元具有來自每個(gè)次級(jí) 裝置的功率需求信息，從而可以根據(jù)次級(jí)裝置所需求的功率或者 (如果存在一個(gè)以上的次級(jí)裝置)次級(jí)裝置需求的總功率，容易地 設(shè)置場(chǎng)強(qiáng)。這樣，可以找到用于為次級(jí)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，沒有獲得足夠功率的 次級(jí)裝置可以以某種方式調(diào)制其負(fù)載。初級(jí)單元可以以最大功率開 始運(yùn)行并減小功率，直至檢測(cè)到來自至少一個(gè)次級(jí)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4舌初級(jí)單元，可，喿作以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)；至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與 初級(jí)單元分離，并且當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)適合于與所述場(chǎng)耦 合，以^使次級(jí)裝置可以從初級(jí)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(cè)在一方面從初級(jí)單元獲取的功率與 另一方面次級(jí)裝置需求的功率之間，或者如果存在一個(gè)以上的次級(jí) 裝置則與次級(jí)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4企測(cè)之后，可操作以限制或停止來自初級(jí)單元的感應(yīng)電 力供應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種初級(jí)單元，用于還具有 可與初級(jí)單元分離的至少一個(gè)次級(jí)裝置的感應(yīng)功率傳llr系統(tǒng)，初級(jí)
單元包括裝置，用于當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)產(chǎn)生與所述至少 一個(gè)次級(jí)裝置耦合的電》茲場(chǎng)，4吏得次級(jí)裝置可以從初級(jí)單元感應(yīng)地 才妄收功率，而無需;f皮此直4妄的導(dǎo)電4妾觸；裝置，用于4企測(cè)在一方面 乂人初級(jí)單元獲取的功率與另一方面次級(jí)裝置需要的功率之間，或者 如果存在一個(gè)以上的次級(jí)裝置，則與次級(jí)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(cè)之后，可操作以限制或 停止來自初級(jí)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(jí)裝置，用于包括產(chǎn)
生電》茲場(chǎng)的初級(jí)單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，次級(jí)裝置包括次級(jí)線圏，適合于當(dāng)次級(jí)裝置4妾近初級(jí)單元時(shí)與所述初級(jí)單元產(chǎn)生的所述場(chǎng)耦合，以使次級(jí)裝置可以從初級(jí)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(jí)線圏，并適合于當(dāng)使用次級(jí)裝置時(shí)將其連接至需要來自初級(jí)單元的功率的負(fù)載，用于向負(fù)載提供這種感應(yīng)^妄收的功率；才企測(cè)裝置，用于沖全測(cè)由初級(jí)單元傳輸?shù)耐叫盘?hào)；以及控制裝置，響應(yīng)于同步信號(hào)的4全測(cè)，將次級(jí)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4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(jí)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)生電磁場(chǎng)的初級(jí)單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中的次級(jí)裝置，其包括次級(jí)線圏，適合于當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)與所述初級(jí)單元產(chǎn)生的所述場(chǎng)耦合，以使次級(jí)裝置可以從初級(jí)單元感應(yīng)地接收功率，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(jí)線圈，并且當(dāng)使用次級(jí)裝置時(shí)適合于連接至需要來自初級(jí)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(jí)裝置的功率需求的信息提供給初級(jí)單元。
這可以l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(jí)裝置。在這種情況下，在功率測(cè)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l敘的方法，其中，感應(yīng)功率傳$#系統(tǒng)包括初級(jí)單元，
17可才喿作以產(chǎn)生電,茲場(chǎng)；以及至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離， 并且適合于當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)耦合，以^吏次級(jí)裝 置可以從初級(jí)單元感應(yīng)地接收功率，而無需彼此直接的導(dǎo)電接觸， 該方法包括在信息l是供階,殳，允i午兩個(gè)或多個(gè)次級(jí)裝置同時(shí)向初 級(jí)單元纟是供分別關(guān)于有關(guān)的次級(jí)裝置的信息；以及在初級(jí)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(jí) 單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
這種方法可以允許從次級(jí)裝置快速地提供信息或信號(hào)，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(jí)裝置提供的信息表明有關(guān)的次級(jí) 裝置是否處于功率需求狀態(tài)(其中，次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載需要來自初
限制或停止:'、除非在信息提供階段由至少」個(gè)s級(jí)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(jí)裝置提供的信息可以表示有關(guān)的次級(jí)裝置的模擬 量。在這種情況下，初級(jí)單元可從同時(shí)提供的信息中直接得到次級(jí) 裝置的各自模擬量之和。
^^擬量可表示由次級(jí)裝置自身強(qiáng)加在初級(jí)單元上的寄生負(fù)載。
模擬量可表示次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載的功率需求。
模擬量可表示由次級(jí)裝置強(qiáng)加在初級(jí)單元上的總負(fù)載，所述總 負(fù)載包括次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載和由次級(jí)裝置自身強(qiáng)加在初級(jí)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(jí)裝置通過改變由其強(qiáng)加在初級(jí) 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(jí)裝置可以具有假負(fù)載，次級(jí)裝置將假負(fù)載選擇性地強(qiáng) 加在初級(jí)單元上。優(yōu)選地，々i負(fù)載表示所述才莫擬量。不同的布I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(jí)單元確定的時(shí)間，每個(gè)所述次級(jí)裝 置均具有其所述信息提供階段。
根據(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ǎ渲?，感?yīng)功率傳l餘系統(tǒng)包4舌初級(jí)單元，
可才乘作以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)；以及至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離，
并且適合于當(dāng)次級(jí)裝置4妄近初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)井禺合，以4吏次級(jí)裝 置可以從初級(jí)單元感應(yīng)i也才矣收功率，而無需4皮此直4妄的導(dǎo)電4妄觸，
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(jí)裝置向 初級(jí)單元報(bào)告信息，其中，該信息表示次級(jí)裝置是處于無功率需求 狀態(tài)(該狀態(tài)中次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng)前不需要來自初級(jí)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(jí) 單元的功率)；以及所述初級(jí)單元根據(jù)由所述或每個(gè)次級(jí)裝置在所 述凈艮告階l殳凈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(jí)單元確定的時(shí)間，所述或每個(gè)所述次級(jí)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(jí)裝置，并且每個(gè)所述次級(jí) 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(jí)裝置可以通過改變由其強(qiáng)加在初級(jí)單元 上的負(fù)載來報(bào)告其所述信息。例如，在所述才艮告階段期間，所述或 每個(gè)次級(jí)裝置均可具有々支負(fù)載，次級(jí)裝置將邗i負(fù)載選擇性地強(qiáng)加在 初級(jí)單元上。
19在一個(gè)實(shí)施例中，在所述才艮告階,殳期間，具有所述功率需求狀 態(tài)的所述或每個(gè)所述次級(jí)裝置強(qiáng)加其所述^1負(fù)載，以及在所述報(bào)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(jí)裝置不 強(qiáng)加其所述々支負(fù)載。
才艮據(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(chǎng)的
初級(jí)單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中的次級(jí)裝置，次級(jí)裝置包4舌次級(jí) 線圏，適合于當(dāng)次級(jí)裝置4妄近初級(jí)單元時(shí)與所述初級(jí)單元產(chǎn)生的所 述場(chǎng)茅禹合，以^吏次級(jí)裝置可以乂人初級(jí)單元感應(yīng)地^妾》1文功率，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(jí)線圏，且適 合于當(dāng)使用次級(jí)裝置時(shí)連接至需要初級(jí)單元的功率的負(fù)載，用于向 負(fù)載提供這種感應(yīng)4妾收的功率；以及通信裝置，可才喿作以向初級(jí)單 元傳遞關(guān)于由次級(jí)裝置強(qiáng)加在初級(jí)單元上的寄生負(fù)載的信息。
這種次級(jí)裝置可以向初級(jí)單元傳!渝它的寄生負(fù)載，用于4吏初級(jí) 單元用來補(bǔ)償負(fù)載。例如，當(dāng)^r測(cè)限制或停止來自初級(jí)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4吏用4壬<可通信方法，且方法不限于負(fù)載變化。例如，可以 使用紅外線或超聲波通信。還可以使用RFID。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述通信裝置可才喿作以通過在所述初級(jí)單元 上強(qiáng)加布i負(fù)載來傳遞所述信息。通信裝置可以為可才喿作的以在第一 時(shí)間將第一4叚負(fù)載強(qiáng)加在初級(jí)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(jí)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(jí)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(jí)裝置，所述次級(jí)裝 置的所述負(fù)載連接裝置被連接至所述負(fù)載，用于在所述時(shí)間向負(fù)載 ^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l命的方法，其中，感應(yīng)功率傳l命系統(tǒng)包4舌初級(jí)單 元，具有其上被施加電驅(qū)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)的初級(jí)線圏；以及還
包括至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離，并且具有次級(jí)線圈， 適合于當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)耦合，使得能夠?qū)⒐β?感應(yīng)地從初級(jí)單元傳輸?shù)酱渭?jí)裝置，而無需彼此直接的導(dǎo)電接觸， 該方法包括在測(cè)量周期期間^使包括所述初級(jí)線圏的電^各在非驅(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(hào)施加到所述初 級(jí)線圏，以使存儲(chǔ)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)4亍這種能量衰減的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量；以及4艮據(jù)所述一 個(gè)或多個(gè)能量衰減測(cè)量來限制或4亭止來自初級(jí)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;f寺 機(jī)檢測(cè)中任何一個(gè)或兩個(gè)。這在可以具有多個(gè)次級(jí)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(jí)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(cè)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(cè)待機(jī)條件的第一方法的流程
21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)的才喿作的波形圖6示出顯示圖4系統(tǒng)中各種信號(hào)的時(shí)序的波形圖圖6 (a) 示出施加到初級(jí)線圈的AC電壓信號(hào)的頻率；圖6 (b)示出乂人初級(jí) 單元獲取的功率；圖6 (c)示出初級(jí)單元中開關(guān)的狀態(tài)；以及圖6 (d)示出初級(jí)單元開關(guān)兩端的電壓；
圖7是示出在三個(gè)不同測(cè)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)行一莫式的示意圖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(jí)單元 的部分的4匡圖IO示出了在圖9系統(tǒng)中在功率測(cè)量期間出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)、緩沖 和衰減狀態(tài)中流過初級(jí)線圈的電流如何變化；
圖11是用于說明根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)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)1包括 初級(jí)單元10和至少一個(gè)次級(jí)裝置30。初級(jí)單元10具有初級(jí)線圈 12，以及連4妾至初級(jí)線圏12的電驅(qū)動(dòng)單元14，用于為初級(jí)線圏12 沖是供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)。4空制單元16連4妄至電驅(qū)動(dòng)單元14。 該控制單元生成AC電壓信號(hào)106。電驅(qū)動(dòng)單元14纟尋到AC電壓信
22號(hào)106，并在初級(jí)線圏12中將其轉(zhuǎn)換為AC電流信號(hào)，以在初級(jí)線 圈12附近產(chǎn)生感應(yīng)電》茲場(chǎng)。
初級(jí)單元10可以具有4壬意適當(dāng)?shù)男问?，^f旦一個(gè)伊C選的形式是 具有功率傳輸表面的平坦的平臺(tái)，在其上或附近均可以放置每個(gè)次
級(jí)裝置30。在該情況下，^口 GB-A-2388716中所述，場(chǎng)可以分布在 表面的功率傳輸區(qū)上。
次級(jí)裝置30可與初級(jí)單元IO分離，并具有次級(jí)線圈32,當(dāng)次 級(jí)裝置30接近初級(jí)單元10時(shí)，次級(jí)線圏32與由初級(jí)單元10產(chǎn)生 的電石茲場(chǎng)耦合。以這種方式，可以感應(yīng);也將功率乂人初級(jí)單元10傳 輸?shù)酱渭?jí)裝置30,而無需彼此直接的導(dǎo)電接觸。
初級(jí)線圈12和次級(jí)線圏32可具有4壬意適當(dāng)?shù)男问剑?旦例如， 可以是在高磁導(dǎo)率線圈架(例如，鐵氧體或非晶金屬)周圍纏繞的 銅導(dǎo)線。
次級(jí)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(jí)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(jí)裝置30可以被裝入需要功率的物體(例如，便攜式電氣或電子 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(jí)裝置30和可4吏用次級(jí)裝置 3 0供電的物體的設(shè)計(jì)的更多信息。
在圖1的系統(tǒng)中的初級(jí)單元IO還包括連接至控制單元16的功 率測(cè)量單元IOO。當(dāng)接收到由控制單元16提供的信號(hào)時(shí)，功率測(cè)量 單元100對(duì)電驅(qū)動(dòng)單元14獲取的功率進(jìn)行測(cè)量。功率測(cè)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(jí)線圈12獲取的功率，因此也表 示由所有次級(jí)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(cè)某些條件，并在這些條件下限制或 停止來自初級(jí)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
4亭止對(duì)初級(jí)線圏12的驅(qū)動(dòng)，以防止寄生負(fù)載發(fā)熱。
另一個(gè)這才羊的條件是在初級(jí)單元10的附近不存在系統(tǒng)的次級(jí) 裝置30。另 一個(gè)這種條件是存在至少一個(gè)次級(jí)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)入待機(jī)才莫式，在該模式中，減少或停止對(duì)初級(jí)線圏 12的馬區(qū)動(dòng)，防止4刀級(jí)單元10中不必要的功率消碑毛。
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(jí)單元 附近的所有次級(jí)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(jí)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(jí)裝置都處于空載狀態(tài)的情況下， 初級(jí)單元中的功率測(cè)量單元100測(cè)量次級(jí)裝置乂人初級(jí)單元獲取的功 率。在步驟S3中，初級(jí)單元中的控制單元16根據(jù)步驟S2中測(cè)量 的功率來確定是否限制或4亭止來自初級(jí)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僅僅將測(cè)量的 功率與預(yù)定的關(guān)閉閾值進(jìn)行比較。如果測(cè)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(jí)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
24避免地出現(xiàn)的損耗。特別地，這些損耗包括在初級(jí)單元自身和/或任 一次級(jí)裝置/宿主對(duì)象中存在的損耗。這些損耗包括初級(jí)線圏自身和 任一其他的與初級(jí)線圏相關(guān)的部件(例如，電驅(qū)動(dòng)單元)的低效率，
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PR損耗。 損耗還包括初級(jí)單元和次級(jí)裝置中的任何^茲損耗，例如磁損耗為與 初級(jí)單元和/或次級(jí)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z使用所測(cè)量的功率外還，還可以〗吏用關(guān)于4刀級(jí) 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?？?選地，或者此外，控制單元16除了可以4吏用所測(cè)量的功率外還可 以使用關(guān)于由所述或每個(gè)次級(jí)裝置強(qiáng)加在初級(jí)單元上的寄生負(fù)載 的第二補(bǔ)償信息，以在步驟S3中對(duì)所述或每個(gè)次級(jí)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)該限制或停止電力供應(yīng)，則在步驟 S4中，控制單元16將初級(jí)單元設(shè)置為關(guān)閉模式，在該模式中，限 制或〗亭止來自初級(jí)單元的感應(yīng)電力供應(yīng)。
初級(jí)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(jí)單元的用戶手動(dòng)發(fā)起，或可選;也，控制單元16可以 周期性地啟動(dòng)以再次提供感應(yīng)功率，并重復(fù)步驟Sl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(jí)裝置重新4妄收來自初級(jí)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?qǐng)D3描述檢測(cè)進(jìn)入待^M犬態(tài)的條件的第 一 方法。
在圖3中，如步驟S11所示，不時(shí)i也，存在于初級(jí)單元10附 近的每個(gè)次級(jí)裝置(如果有的話)均具有才艮告階革殳。所有存在的次級(jí)裝置可以同時(shí)進(jìn)入報(bào)告階段?？蛇x地，每個(gè)次級(jí)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)告階段中，每個(gè)次級(jí)裝置均 向初級(jí)單元報(bào)告表明次級(jí)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(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載當(dāng) 前不需要來自初級(jí)單元的功率。另一方面，在功率需求4犬態(tài)中，實(shí) 際負(fù)載當(dāng)前確實(shí)需要來自初級(jí)單元的功率。
在步驟S12中，初級(jí)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(jí)單元的電力 供應(yīng)。特別地，除非至少一個(gè)次級(jí)裝置在才艮告階^殳向初級(jí)單元才艮告 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4亭止感應(yīng) 功率的供應(yīng)，并且處理^U亍步艱《S13，在步驟S13中，初級(jí)單元^皮 設(shè)置為待機(jī)模式。當(dāng)然，如果初級(jí)單元附近才艮本不存在次級(jí)裝置， 以至于在步驟Sll中，沒有或沒有有效的狀態(tài)信息被初級(jí)單元接收， 則控制單元16也將初級(jí)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(jí)單元設(shè)置為 待機(jī)模式，則可以通過用戶手動(dòng)干預(yù)或自動(dòng)地將其再次重新設(shè)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4f止感應(yīng)電力供應(yīng)，則處理返回到步驟Sll，例如在預(yù)定 的間隔之后。這樣，存在的每個(gè)次級(jí)裝置周期性地具有向初級(jí)單元 報(bào)告其狀態(tài)信息的才艮告階段。
可以;f皮此獨(dú)立的4丸行圖2和圖3的方法。然而，優(yōu)選地，初級(jí) 單元的控制單元16既能檢測(cè)何時(shí)進(jìn)入關(guān)閉模式又能檢測(cè)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(jí)單元10和次級(jí)裝置30。圖4還示出例力口由方文置在 初級(jí)單元10附近的外物引起的初級(jí)單元上的寄生負(fù)載500。在這種 情況下，假設(shè)將次級(jí)裝置30裝入宿主對(duì)象(例如，便攜式電氣或 電子裝置)或由宿主對(duì)象攜帶。如上文所述，次級(jí)裝置30和/或宿 主對(duì)象還在初級(jí)單元10上不可避免地強(qiáng)加"有利的，，寄生負(fù)載501。
如之前參照?qǐng)D1所述，初級(jí)單元10包括初級(jí)線圏12、電驅(qū)動(dòng) 單元14、控制單元16、和功率測(cè)量單元100。電驅(qū)動(dòng)單元14具有 連接到提供AC電壓信號(hào)106的控制單元16的輸出端的輸入端。電 驅(qū)動(dòng)單元14的^r出節(jié)點(diǎn)連^妄至初級(jí)線圈12。電驅(qū)動(dòng)單元通過功率 測(cè)量單元100連接到電源105。電源105為電驅(qū)動(dòng)單元14提供直流 電。電驅(qū)動(dòng)單元14對(duì)AC電壓信號(hào)106呈現(xiàn)高輸入阻抗，以4吏基本 上所有的負(fù)載電流均,人電源105獲取。
在該實(shí)施例中，控制單元16是樣t處理器。該纟效處理器具有嵌 入的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(未示出)，以驅(qū)動(dòng)提供AC電壓信號(hào)106的輸出 端?？蛇x地，可使用ASIC來實(shí)現(xiàn)控制單元16以及初級(jí)單元的一些 或所有其他的電^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(jí)裝置傳輸同 步信號(hào)的AC電壓信號(hào)106。調(diào)制是AC電壓信號(hào)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4支術(shù)?？刂茊卧?6適合 于向存在的任一次級(jí)裝置30發(fā)送同步信號(hào)。次級(jí)裝置30響應(yīng)于同 步信號(hào)來改變它們的負(fù)載條件。該信息被用于檢測(cè)進(jìn)入關(guān)閉和待機(jī) 模式的條件。
希望無需斷開對(duì)初級(jí)線圏12的供電，功率測(cè)量單元100就可 以工作，由于這意p木著不中斷對(duì)次級(jí)裝置30的供電，乂人而減少了到周圍環(huán)境中的雜散電磁干擾。因?yàn)榇嬖诖罅康脑肼暻乙笤诙虝r(shí) 間進(jìn)行測(cè)量，所以這是很有挑戰(zhàn)性的。
功率測(cè)量單元100包括在電源105的OV供電端與電驅(qū)動(dòng)單元 14的4妾地端之間的開關(guān)102。開關(guān)102由控制單元16控制。功率 測(cè)量單元還包括連4妄在電驅(qū)動(dòng)單元14的正才及與4妄地端之間的電容 器101。該電容器起功率存儲(chǔ)單元的作用。差分放大器103具有在 開關(guān)102的每一側(cè)的輸入端，并具有連接至模/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(cè)量單元100不工4乍，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(cè) 量?，F(xiàn)在，電容器101被從電源105上的OV干線(rail)上斷開， ^旦仍保持其電荷。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)的電壓稍樣t升高，高于0V。儲(chǔ)存電容 器107確保正電源電壓保持恒定。差分力丈大器103測(cè)量開關(guān)102兩 端的電壓，并且通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器104將得到的測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)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(huì)對(duì)傳輸?shù)酱渭?jí)裝置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A和^分別得到兩個(gè) 測(cè)量結(jié)果，分別設(shè)為測(cè)量^和F2。在開關(guān)打開之后，有個(gè)延遲^， 以4吏瞬態(tài)效應(yīng)穩(wěn)定。然后，通過下式得出功率尸
P一c^論—，k 2 j仏、)& 一o
其中，V+是電源電壓，假設(shè)K, F2. <<^。有利地，在周期中 的同一點(diǎn)對(duì)電源電壓采樣，以去除電壓中周期性擾動(dòng)(也示出在圖
285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(chǔ)單 元。在這種情況下，在斷開電源期間由電^各測(cè)量的變化可能是例如 作為串聯(lián)電阻器兩端的壓降測(cè)量的電流的變4匕。
在該實(shí)施例中，初級(jí)單元10還包括4交準(zhǔn)單元29。 4交準(zhǔn)電源29 存4渚關(guān)于初級(jí)單元中損庫毛(例如，電或^茲損碑€)的補(bǔ)償信息。故意 地，在制造時(shí)，和/或此后周期性地，初級(jí)單元中的損耗可以被校準(zhǔn) 并存儲(chǔ)在校準(zhǔn)單元29中。校準(zhǔn)單元29將存儲(chǔ)的信息提供給控制單 元16,以使控制單元16從總的測(cè)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)付初級(jí)單元中的可變損耗，例如，溫度變化的損耗。
次級(jí)裝置30包括次級(jí)線圏32、整流器34、次級(jí)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(chǔ)單元44、以及實(shí)際 負(fù)載46。例如，假負(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(chǔ)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(jí)裝置30的外部，并且是
宿主只十象的一部分。其可以是用于4里離子電池的蓄電-也充電4空制 哭
6口 o
還有檢測(cè)單元200，其用于檢測(cè)強(qiáng)加在接收的AC信號(hào)上的調(diào) 制。為檢測(cè)調(diào)頻信號(hào)，4企測(cè)單元200可以是過零檢測(cè)器，每次AC 信號(hào)過零伏時(shí)，檢測(cè)單元200就向控制單元傳遞信號(hào)。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(cè)量連續(xù)的過零之間的時(shí)間間隔，,人而^尋到由初級(jí)單元控
29制單元16強(qiáng)力。的AC信號(hào)106的頻率。因此，次級(jí)單元可以沖企測(cè)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
貝耳VfST'/" M-合2UU 口J巴3^用丁孕5C于銀'r面1^
檢測(cè)器或用于多級(jí)振幅調(diào)制的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，或者用于相位調(diào)制的相 位檢測(cè)器，或是它們的任意組合。
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(jí)裝置30的宿主對(duì)象被 放置在初級(jí)單元10上或在初級(jí)單元10附近。開關(guān)102閉合?？刂?單元16將AC電壓信號(hào)106施力。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(hào)106放大，并將其施加 到初級(jí)線圏12。
在運(yùn);f亍才莫式中，初級(jí)線圈12在初級(jí)單元10附近產(chǎn)生電》茲場(chǎng)。 次級(jí)線圈32與該場(chǎng)耦合，并通過該場(chǎng)在線圏中感應(yīng)出交變電流。 ^f艮負(fù)載開關(guān)38打開且負(fù)載開關(guān)42閉合。整流器34對(duì)在次級(jí)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。這樣，功率從初級(jí)單元10感應(yīng)地傳 輸?shù)酱渭?jí)裝置30，并從次級(jí)裝置30傳輸?shù)截?fù)載46。在運(yùn)行模式中， 存儲(chǔ)單元44存儲(chǔ)功率。
當(dāng)在運(yùn)行模式中時(shí)，初級(jí)單元10中的控制單元16不時(shí)地發(fā)起 測(cè)量。隨著初級(jí)單元IO通過向AC驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)106施加瞬時(shí)頻率 改變來向次級(jí)裝置30發(fā)送同步信號(hào)，測(cè)量開始。次級(jí)裝置30接收 AC電壓信號(hào)，且在每個(gè)4妄收次級(jí)裝置中，；險(xiǎn)測(cè)單元200與控制單 元36 —起確定何時(shí)出現(xiàn)了同步信號(hào)。響應(yīng)于同步信號(hào)，次級(jí)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(jí)單元10 在該時(shí)間周期內(nèi)測(cè)量總負(fù)載(獲取的功率)。在正常運(yùn)行期間，次級(jí)裝置30使用存儲(chǔ)單元44存儲(chǔ)來自初級(jí) 單元10的能量。在測(cè)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(chǔ)在次級(jí)裝置的存儲(chǔ)單元44中的能量逐 漸衰減。假設(shè)存儲(chǔ)單元有足夠的容量，且在測(cè)量開始前已經(jīng)被完全 充滿，則在整個(gè)測(cè)量期間存儲(chǔ)單元可以向次級(jí)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(jí)單元IO發(fā)起一系列三個(gè) 功率測(cè)量1)確定當(dāng)前是否存在需要使初級(jí)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)才莫式。初級(jí)單元10和次級(jí)裝置30的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 在一系列的三個(gè)測(cè)量的每一個(gè)中略有不同。
在第一測(cè)量期間，次級(jí)控制單元36^^i負(fù)載開關(guān)38打開，以 H底負(fù)載40不與次級(jí)線圏32連接。因此，第一測(cè)量是測(cè)量傳遞到 初級(jí)單元附近的外物的任何寄生負(fù)載500的功率以及由次級(jí)裝置和 /或其宿主對(duì)象的損耗以及初級(jí)單元自身的任何損耗強(qiáng)加的任何寄 生負(fù)載501的功率的測(cè)量。因此，在第一個(gè)測(cè)量期間運(yùn)4亍^"應(yīng)于上 述圖2的步驟S1至S3。
在第二測(cè)量期間，次級(jí)控制單元36選擇性地關(guān)閉有i負(fù)載開關(guān) 38。次級(jí)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(cè)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 4可功率，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(cè)量期間，，i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(jí) 線圏32。
在第二測(cè)量期間，控制單元16引起有功負(fù)荷(power load)的 另一個(gè)測(cè)量。如果第二功率測(cè)量與第一功率測(cè)量有相當(dāng)大差別，則控制單元16沖企測(cè)需要功率的次級(jí)裝置當(dāng)前位于初級(jí)單元附近。因 此，在第二測(cè)量期間的運(yùn)行對(duì)應(yīng)于上述圖3的步驟Sll和S12。
在第三測(cè)量期間，次級(jí)控制單元36總是閉合假負(fù)載開關(guān)38， 以4吏^i負(fù)載40連4妄至次級(jí)線圈32。
在初級(jí)單元中由控制單元16進(jìn)行另一個(gè)功率測(cè)量。在這種情 況下，測(cè)量結(jié)果是寄生負(fù)載500、次級(jí)裝置和/或宿主對(duì)象的寄生負(fù) 載501、初級(jí)單元損碑毛、以及^f艮負(fù)載40的總和?；诘谝缓偷谌?率測(cè)量之差，控制單元計(jì)算存在于初級(jí)單元附近的所有次級(jí)裝置中 的全部々i負(fù)載40的值。
圖6中圖解地示出了各種信號(hào)和測(cè)量結(jié)果的時(shí)序(未按比例)。 圖6 (a)表示施加到初級(jí)線圏12的驅(qū)動(dòng)頻率；圖6 (b)表示由次 級(jí)裝置30引入的負(fù)載；圖6 (c)表示初級(jí)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(duì)于第一、第二和第三測(cè)量，在每個(gè)測(cè)量的開始，首先，初級(jí) 單元IO分別瞬時(shí)改變到初級(jí)線圈的馬區(qū)動(dòng)頻率510、 511、 512。然后， 每個(gè)次級(jí)裝置30隔離其實(shí)際負(fù)載513、 514、 515，并才艮據(jù)情況引入 H負(fù)載514、 515。在該時(shí)間幀內(nèi)，初級(jí)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、故上升519、 520、 521。在該窗口中的幾個(gè)點(diǎn)乂于該電壓采才羊，以測(cè)量功率。在第 一測(cè)量中，不存在假負(fù)載513;在第二測(cè)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(cè)量中，總連接假 負(fù)載515。
次級(jí)裝置30通過測(cè)量發(fā)生的順序分辨出這些測(cè)量中哪個(gè)是哪 個(gè)。如果自從上次的同步信號(hào)有幾ms長的間隙，則次級(jí)裝置知道 其必為第一測(cè)量。這可以通過次級(jí)裝置對(duì)4妄收的交變電流的周期凄t
32進(jìn)4亍計(jì)^:來確定。在i殳定的周期凄t內(nèi)，第二和第三測(cè)量同步信號(hào)自 然地以此順序跟隨其后。為了獲得更精確的測(cè)量，可通過多個(gè)序列 平均每個(gè)測(cè)量結(jié)果。
將在該實(shí)施例的系統(tǒng)中的次級(jí)裝置30中的每個(gè)4艮負(fù)載40設(shè)置 為特殊值(在制造時(shí)或者在校準(zhǔn)或測(cè)試期間)，使該值表示由有關(guān) 的次級(jí)裝置和/或由其宿主對(duì)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(jí)裝置的全部4叚負(fù) 載，可以^C控制單元16用作第二補(bǔ)償信息，以補(bǔ)償存在的次級(jí)裝 置的寄生負(fù)載501。例如，如果當(dāng)測(cè)量的功率超過某閾值時(shí)控制單 元16檢測(cè)到在初級(jí)單元附近存在相當(dāng)大的寄生負(fù)載500，則可以根 據(jù)所有存在的次級(jí)裝置的全部寄生負(fù)載501將閾值增加一定量，以 使對(duì)來自外物的寄生載荷500的檢測(cè)不受存在的次級(jí)裝置的數(shù)量的 影響。
圖7圖解地示出三個(gè)測(cè)量獲取的負(fù)載。獲取的負(fù)載是下列損耗 的總和與初級(jí)單元(基座，pad)中初級(jí)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(duì)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(jí)裝置相關(guān)的電流負(fù)載540。第一測(cè)量結(jié)果530包括除負(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(cè)量結(jié)果531將與第一測(cè)量結(jié)果530相同，因此可將初級(jí)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(cè)量結(jié)果531將大于第一測(cè)量結(jié)果530，且需要功率。 在第三測(cè)量結(jié)果中，每個(gè)次級(jí)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(cè)量結(jié)果中減去 第一測(cè)量結(jié)果，結(jié)果是'友好寄生，541。初級(jí)單元損庫C 543是已 知的(且存儲(chǔ)在校準(zhǔn)單元29中)。為得到存在的全部寄生負(fù)載542 的測(cè)量結(jié)果，可以從第一測(cè)量結(jié)果530中減去計(jì)算的'友好寄生，541和已知的初級(jí)單元損庫C 543。如果該數(shù)字超過特定閾值，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)能夠靈每丈地(例如，在50mW內(nèi)左右)測(cè)量 強(qiáng)加到初級(jí)單元上的負(fù)載。以該靈每丈度，可以確〗呆將非常少的功率 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)行才莫式中，初級(jí)單元大部分時(shí)間處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(驅(qū)動(dòng)條 件)，^旦周期性地沖丸行如上所述三個(gè)測(cè)量的序列。如果測(cè)量序列的 結(jié)果是沒有次級(jí)裝置需要功率，則初級(jí)單元進(jìn)入待機(jī)4莫式。如果測(cè) 量序列的結(jié)果是存在很大的寄生負(fù)載500，則初級(jí)單元進(jìn)入關(guān)閉才莫 式。
在待4幾才莫式中，大部分時(shí)間停止電驅(qū)動(dòng)單元14，因此幾乎不消 庫毛功率。初級(jí)單元周期性地進(jìn)入正常4莫式，然后在各個(gè)#罙測(cè)周期中 執(zhí)行一系列測(cè)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)閉才莫式與待機(jī)才莫式功能上相同。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，具有其他的感應(yīng)功率傳輸 系統(tǒng)，其不是具有單個(gè)初級(jí)線圏12，而是具有多個(gè)線圈。在這種系
34統(tǒng)中，可以具有兩組i殳置為;f皮此正交的線圈。它們中的每一個(gè)均可 以相同的AC電壓信號(hào)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)磁場(chǎng)隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)。這允許將次級(jí)裝置30放置在任何方向 上且仍能夠接收功率。本發(fā)明可直"t妄用于這種結(jié)構(gòu)。電驅(qū)動(dòng)單元14 不^f叉向第一線圈而且還向第二線圈提供AC電流驅(qū)動(dòng)。傳車#的同步 信號(hào)將出現(xiàn)在兩個(gè)線圏上。此外，因?yàn)橥ㄟ^確定^v電源獲取的電流 來執(zhí)行電流測(cè)量，所以功率測(cè)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(jí)裝置30的方向是任意的。因此次級(jí)裝置30相對(duì)于初級(jí)單 元將具有+/-180。的相位差。因此，每個(gè)次級(jí)裝置30必須在初級(jí)單 元的測(cè)量周期的每一側(cè)提升(lift)其負(fù)載至少1/2周期。
除了所描述的三個(gè)測(cè)量，還可以進(jìn)4于第四測(cè)量。該測(cè)量由初級(jí) 單元10中的控制單元16發(fā)起，并且導(dǎo)致功率測(cè)量單元100執(zhí)4亍功 率測(cè)量，但是沒有任何同步信號(hào)被發(fā)送到初級(jí)線圏12。次級(jí)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(cè)量。該 測(cè)量可以在<壬<可時(shí)間進(jìn)4亍而不必在第 一第三測(cè)量的測(cè)量序列期間 進(jìn)行。該第四測(cè)量被用于確定所獲取的總負(fù)載是否大于裝置的功率 頭見范(specification),因此將初級(jí)單元設(shè)置為'過載狀態(tài)，。'過載 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 戶界面特征來辨別。
為了改變產(chǎn)生的,茲場(chǎng)的場(chǎng)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(jí)線圏中的電流強(qiáng)度。這將允許為小負(fù)載減 小場(chǎng)強(qiáng)，/人而^f呆存電功率。該特4正的實(shí)施是以不同方式〗吏用第一和 第二測(cè)量，不僅檢測(cè)是否裝置需要功率，而且設(shè)置所需的場(chǎng)強(qiáng)。在 第二測(cè)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(jí)裝置可以接入它的假負(fù)載。然后，初級(jí) 單元將第一和第二測(cè)量結(jié)果之差視為"功率不足，，的信號(hào)。初級(jí)單 元10可以周期性地將場(chǎng)提高到最大強(qiáng)度，然后逐漸減小它，直到第一和第二測(cè)量結(jié)果之差大于某一閾值("功率不足，，信號(hào))。這樣， 初級(jí)單元將總是在最〗氐可能的場(chǎng)強(qiáng)運(yùn)行。
在另一個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)裝置適合于動(dòng)態(tài)地改變它們的假負(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4妄負(fù)載的開關(guān)38，以^吏在測(cè)量時(shí)間間隔中平均功率測(cè) 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(duì)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4矣至移動(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(cè)是否連接了電話，從而調(diào)整假負(fù)載。可選地，電話可以將 其'友好寄生，負(fù)載傳遞到蓄電池。也可以才全測(cè)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， 4旦不限于，可拆裝的照相才幾附件、外殼、和揚(yáng)聲器。
除了提供關(guān)于次級(jí)裝置30的負(fù)載需求信息以及寄生信息以外， 可以-使用該方法，以4吏初級(jí)單元10能夠推斷出關(guān)于次級(jí)裝置30的 其他信息。例如，初級(jí)單元10可以-接收關(guān)于序列號(hào)、型號(hào)、功率 需求的信息、或者存儲(chǔ)在次級(jí)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4展幅調(diào)制或"永寬調(diào)制?？?以使用多個(gè)'位，或'符號(hào)，(其中'符號(hào)，表示多個(gè)振幅等級(jí)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(hào)106，初級(jí)單元10能夠向次級(jí)裝置30傳輸信息，而不是同步信 號(hào)。該信息可包括 f旦不限于關(guān)于初級(jí)單元10的信息，例如，充電成本、功率容量、編碼；關(guān)于初級(jí)單元4立置的信息，例如，附近 的設(shè)備；以及其他的信息，例如，廣告材沖牛。次級(jí)裝置30可以通 過4企測(cè)元件200和控制單元36來4妄收這種信息。
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(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)待枳4企測(cè) 特征。類似地，通過只使用第一和第三測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)寄生檢測(cè)特 征。通過只4吏用第四測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)過載才企測(cè)特征?？梢酝ㄟ^初級(jí) 裝置推導(dǎo)出關(guān)于次級(jí)裝置30的信息，而不必實(shí)現(xiàn)其他的特征。類 似地，可以將信息乂人初級(jí)單元發(fā)送到次級(jí)裝置而不實(shí)現(xiàn)其他的特 征?？梢証使用另外的測(cè)量值來實(shí)現(xiàn)附加的特征。應(yīng)該理解，標(biāo)記每 個(gè)測(cè)量只是為了識(shí)別的目的，并且可以以任意順序執(zhí)行測(cè)量。
除了描述的在每個(gè)測(cè)量之前發(fā)送同步信號(hào)以及以其出現(xiàn)的順 序來識(shí)別每個(gè)測(cè)量的方法以外，還有其他的識(shí)別每個(gè)測(cè)量的方法。 這些方法包括 f旦不限于在每個(gè)測(cè)量之前發(fā)送不同的同步信號(hào)，由 此，同步信號(hào)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(hào)并通過對(duì)接收的信號(hào)周期計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器或每個(gè)次 級(jí)裝置中的內(nèi)部時(shí)鐘來推導(dǎo)其他測(cè)量的時(shí)序。甚至可以一個(gè)接一個(gè) 的才丸行幾個(gè)測(cè)量，而其間基本沒有間隙?？蛇x地，測(cè)量由次級(jí)裝置 而不是由初級(jí)單元發(fā)起。次級(jí)裝置可發(fā)起'前同步碼，動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào) 制，初級(jí)單元將對(duì)其檢測(cè)然后同步，以使其功率測(cè)量與適應(yīng)其負(fù)載 條件的次級(jí)裝置的時(shí)序一致。為了 4吏初級(jí)單元可以同時(shí)向 一個(gè)以上 的次級(jí)裝置4是供功率，'前同步碼，可以包括〃使用的一些唯一標(biāo)識(shí) 符，以〗吏每個(gè)次級(jí)裝置均可以;故獨(dú)立詢問。'前同步碼，還可以用 于乂人初級(jí)單元到次級(jí)裝置的通信，以單獨(dú)對(duì)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，布i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(jí)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^f吏用一個(gè)以上的作支負(fù)載。第一々支負(fù)載可以-故用于第二測(cè) 量，并且第二假負(fù)載可以被用于第三測(cè)量。第一假負(fù)載將被用于待 機(jī)檢測(cè)，并且第二假負(fù)載將表示'友好寄生，。如果次級(jí)裝置具有 大變化的寄生負(fù)載，則這是特別有利的。第一假負(fù)載還可用于確定 需要充電的次級(jí)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(cè)量方法和裝置，應(yīng)該理解，還有^艮多可以用 于才全測(cè)初級(jí)線圈或線圏組上的負(fù)載的方法。最簡單的功率測(cè)量可包
括在一條電源干線(supply rail)上插入串聯(lián)電阻?？梢詼y(cè)量電阻兩 端的電壓，并從觀測(cè)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(cè)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(cè)量方法是測(cè)量電馬區(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(duì)線圏或線圏組的電驅(qū)動(dòng)。反饋信號(hào)可用于 推導(dǎo)功率測(cè)量結(jié)果。
如在例如申請(qǐng)人于2004年5月11日提交的共同未決的申請(qǐng) GB 0410503.7 (本發(fā)明要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán))中所描述的，還可以 將發(fā)送同步信號(hào)和功率測(cè)量的功能結(jié)合在單個(gè)元件內(nèi)。在該系統(tǒng) 中，功率測(cè)量包括斷開初級(jí)線圏的電源，并4全測(cè)未驅(qū)動(dòng)的諧l展電路 中的衰減。斷開初級(jí)線圏12的電源的動(dòng)作還具有調(diào)制初級(jí)線圏中 信號(hào)的作用，從而在次級(jí)裝置30中接收信號(hào)。圖9示出了4艮據(jù)本發(fā)明的功率傳輸系統(tǒng)的第二實(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扭j亍功率,檢測(cè)的方法。 初纟及單元110包括初級(jí)線圏112、電驅(qū)動(dòng)單元114、控制單元116、 和衰減測(cè)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^妄在初級(jí)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(jí)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(chǎng) 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(hào)，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4妄至初級(jí)線圏112的一側(cè)。
在本實(shí)施例中，控制單元116是樣t處理器?？蛇x地，可使用 ASIC以及初級(jí)單元的 一 些或全部其他電路元件來實(shí)現(xiàn)控制單元 116。
衰減測(cè)量單元118包括電阻器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4妄至第二電源線的第二節(jié)點(diǎn)。電阻器125是^[氐 值電阻器。衰減測(cè)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i文大器126。衰減測(cè)量單元118還包括連接至 運(yùn)算方文大器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(cè)量輸入端。
開關(guān)128的另一側(cè)連接至初級(jí)線圏112的另一側(cè)。緩沖器單元 122與開關(guān)128并聯(lián)連4妄。緩沖器單元122包括W皮此串聯(lián)連4妻的電 容器123和電阻器124。才交準(zhǔn)單元129與圖4中的校準(zhǔn)單元29相同。
39本實(shí)施例中的每個(gè)次級(jí)裝置均與圖4中的次級(jí)裝置30基本相 同，因此這里省略了對(duì)其的描述且圖9中未示出次級(jí)裝置。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)DlOi兌明圖9系統(tǒng)的運(yùn)4亍。
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(jí)線圏112提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以4吏其振蕩。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(jí)線圏112的電if各形成諧振回^各。
下--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(jí)線圏112施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。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)， 4空制單元116也打開開關(guān)128。開關(guān)128的打開4吏纟爰沖單元122與 諧振回路串聯(lián)。緩沖單元122快速消耗保留在初級(jí)線圏112中的所 有能量，在一個(gè)周期左右停止其諧振。存儲(chǔ)在諧振回路中的大部分 能量被保存在電容器117中。由次級(jí)裝置30中的^r測(cè)單元200和 次級(jí)控制單元36纟企測(cè)周期的突然停止。次級(jí)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(cè)單元200， 以檢測(cè)本實(shí)施例中的緩沖狀態(tài)中周期的突然停止。閾值檢測(cè)器(如 上所述)可被用作本實(shí)施例中的檢測(cè)單元。
因此，在本實(shí)施例中，盡管還可以4吏用其他形式(例如，調(diào)頻 或調(diào)相)，但將緩沖狀態(tài)用作到次級(jí)裝置的同步信號(hào)。如上所述， 在每個(gè)測(cè)量之前，不是總需要具有同步信號(hào)。
然后，系統(tǒng)乂人i爰沖狀態(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if各中。在衰減狀態(tài)中，諧才展回路在未驅(qū)動(dòng)諧振條件 下運(yùn)行。存儲(chǔ)在諧4展回路中的能量在衰減狀態(tài)期間衰減。在本實(shí)施
40例中，衰減測(cè)量單元118通過測(cè)量流過初級(jí)線圏112的電流，來測(cè) 量i皆寺展回^各中的能量衰減。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》文大器126緩沖并通過ADC 127轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)被提供給控制單元116的測(cè) 量輸入端。
圖10示出了流過初級(jí)線圏112的電流在功率測(cè)量期間出現(xiàn)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(cè)量期間內(nèi)流入初級(jí)線圈的電流的數(shù)字信號(hào)，以 計(jì)算諧振回路中功率衰減率的測(cè)量結(jié)果。
在諧振時(shí)，描述存儲(chǔ)在諧振回路中能量的方程是
2 2
其中，五是能量，丄是電感，？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4壬一給定的時(shí)刻存4諸在初級(jí)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(cè)量，并且可以通過在測(cè)量期間觀測(cè)自然諧振頻率
和應(yīng)用以下/>式4侓導(dǎo)出電感，該7>式為
￡ = 4冗2/巧
功率測(cè)量值P由來自諧振回路的能量(以及如此的損耗)的衰 減率鄉(xiāng)合出，并可以通過在時(shí)間Ti測(cè)量Ei和在另一個(gè)時(shí)間丁2測(cè)量E2 計(jì)算得到。2 —A
因?yàn)樵谥C振時(shí)，諧振回路中的電壓和電流彼此間將會(huì)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(cè)量。
將參照?qǐng)D11描述用于檢測(cè)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系統(tǒng)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(jí)裝置不時(shí)地 向初級(jí)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，信息可以包括用于表示"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(jí)裝置提供補(bǔ)充信息，來表示功率需求 量?？蛇x地，功率需求信息可以僅表示功率需求量，且如果裝置根
本不需要功率，則可以傳^r "o"。也可能初級(jí)單元已經(jīng)知道次級(jí)裝 置的功率需求。例如，可知特定類型的所有次級(jí)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(jí)裝置類
型的代碼(或一些其他的標(biāo)識(shí)信息)。
所有的次級(jí)裝置都可以同時(shí)向初級(jí)單元才是供功率需求信息。可 選地，每個(gè)次級(jí)裝置單獨(dú)依次地向初級(jí)單元4是供其功率需求信息。
初級(jí)單元接收由每個(gè)具有功率需求狀態(tài)的次級(jí)裝置提供的功 率需求<言息。
在步驟S22中，如前所述，初級(jí)單元中的控制單元16 4吏功率 測(cè)量單元100測(cè)量由次級(jí)裝置乂人初級(jí)單元獲取的功率。實(shí)際上，測(cè) 量的功率也將反映系統(tǒng)中的所有損^>。在步驟S23中，控制單元16根據(jù)步驟S22中測(cè)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(jí)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(jí)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(cè)量的功率進(jìn)行比較。如果測(cè)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(jí)單元進(jìn)入關(guān) 閉模式，并且限制或停止了來自初級(jí)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確定不需要限制或停止電力 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(jí)單元和/或次級(jí)裝置中的損庫毛，可以調(diào)整在步驟 S23中4吏用的關(guān)閉閾值?？梢詫?shí)現(xiàn)這點(diǎn)的一種方法是每個(gè)次級(jí)裝置 (無論是否處于功率需求狀態(tài))也都向初級(jí)單元提供關(guān)于其"友好 寄生，，負(fù)載的信息。類似地，如參照?qǐng)D4所述，可以4吏用4交準(zhǔn)單元 計(jì)算初級(jí)單元中的損壽毛。
圖12示出了#4居本發(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)閉沖企測(cè)方法。
圖12系統(tǒng)包括多個(gè)次級(jí)裝置60(h、 6002、 ...、 600n。圖12的 系統(tǒng)還包括初級(jí)單元700。初級(jí)單元700包4舌RFID單元710、控制 單元720、和功率測(cè)量單元730?？刂茊卧?20通常對(duì)應(yīng)于前面參 照?qǐng)D1描述的控制單元16，且功率測(cè)量單元730通常只+應(yīng)于參照?qǐng)D 1描述的功率測(cè)量單元100。
除了可省略元件38、 40、 42、 44、和200,次級(jí)裝置600的特 征通常與圖4中次級(jí)裝置30的特征相同。代替這些元件，每個(gè)次級(jí)裝置600均包括其自身的負(fù)載測(cè)量單元610和RFID單元620。 負(fù)載測(cè)量單元610測(cè)量才是供到次級(jí)裝置的實(shí)際負(fù)載(圖4中的46) 的功率。例如，負(fù)載測(cè)量單元610可以測(cè)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(cè)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(jí)裝置中的RFID單元620均可以4吏用RFID鏈接630 與初級(jí)單元700中的RFID單元710通4言。將每個(gè)次級(jí)裝置中的負(fù) 載測(cè)量單元610生成的負(fù)載測(cè)量結(jié)果4是供鄉(xiāng)合裝置中的RFID單元 620，然后通過相應(yīng)的RFID鏈接630將其傳輸?shù)匠跫?jí)單元中的RFID 單元710。例如，RFID單元710可以不時(shí)地輪詢每個(gè)次級(jí)裝置中的 RFID單元610。作為響應(yīng)，已經(jīng)4皮4侖詢的RFID單元620傳車lr其負(fù) 載測(cè)量結(jié)果。該負(fù)載測(cè)量結(jié)果對(duì)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(jí)單元中的功率測(cè)量單元730 也測(cè)量由次級(jí)裝置從初級(jí)單元獲耳又的功率。然后，控制單元720才艮 據(jù)測(cè)量的功率和從次級(jí)裝置接收的負(fù)載測(cè)量結(jié)果的總和，確定是否 應(yīng)限制或停止到次級(jí)裝置的電力供應(yīng)。特別地，如果來自功率測(cè)量 單元730的測(cè)量的功率超過來自次級(jí)裝置的負(fù)載測(cè)量結(jié)果的總和大 于關(guān)閉閾值，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(jí)單元設(shè)置為關(guān)閉模式。
由每個(gè)次級(jí)裝置生成的負(fù)載測(cè)量結(jié)果還可以表示來自次級(jí)裝 置的總負(fù)載，其包括次級(jí)裝置和/或宿主對(duì)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(cè)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/5並撞:技術(shù)。在一個(gè)
已知的防石並撞4支術(shù)中，每個(gè)RFID單元620具有p舉一的編碼(或者
44實(shí)際上是基于統(tǒng)計(jì)凄t字p舉一的一個(gè))。初級(jí)單元中的RFID單元710 發(fā)送請(qǐng)求在特定范圍內(nèi)的所有RFID單元620應(yīng)答的信號(hào)。RFID單 元620以編碼(例如，Manchester編石馬)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(jí)單元逐漸減小范 圍，直到可以唯一地識(shí)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沛溌罚栽试S 每個(gè)次級(jí)裝置將其功率需求信息傳輸至初級(jí)單元。例如，可以4吏用 紅外線或超聲波通信?？蛇x地，每個(gè)次級(jí)裝置可以改變其強(qiáng)加到初 級(jí)單元上的負(fù)載，來傳輸功率需求信息。例如，每個(gè)次級(jí)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(jí)裝置均可以同時(shí)強(qiáng)加其各自的布i負(fù)載，以偵_
初級(jí)單元可以在一次測(cè)量中直4妄;彈出所有次級(jí)裝置的功率需求的 總和。可選地，有i負(fù)載可以表示來自次級(jí)裝置的總負(fù)載，總負(fù)載包 括次級(jí)裝置和/或宿主對(duì)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. 一種次級(jí)裝置，用于包括產(chǎn)生電磁場(chǎng)的初級(jí)單元的感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)中，所述次級(jí)裝置包括次級(jí)線圈，適于當(dāng)所述次級(jí)裝置接近所述初級(jí)單元時(shí)與由所述初級(jí)單元產(chǎn)生的所述場(chǎng)耦合，使得所述次級(jí)裝置能夠從所述初級(jí)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)載連接單元，連接至所述次級(jí)線圈，并適于當(dāng)所述次級(jí)裝置在使用中時(shí)，被連接至需要來自所述初級(jí)單元的功率的負(fù)載，以向所述負(fù)載提供這種感應(yīng)接收的功率；以及通信單元，可操作以向所述初級(jí)單元傳達(dá)關(guān)于由所述次級(jí)裝置強(qiáng)加到所述初級(jí)單元上的寄生負(fù)載的信息。
2. 4艮據(jù)4又利要求1所述的次級(jí)裝置，其中，所述通信單元可才喿作 以通過將假負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí)單元來傳達(dá)所述信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的次級(jí)裝置，其中，所述通信單元可操作 以在第 一 時(shí)間將第一H負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí)單元以及在第二 時(shí)間將與所述第 一々1負(fù)載不同的第二4艮負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí) 單元，所述第一和第二假負(fù)載之間的差別取決于所述寄生負(fù)載 而設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的次級(jí)裝置，其中，所述第一和第二假負(fù) 載中的一個(gè)為零。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的次級(jí)裝置，其中，所述假負(fù)栽具有為傳 達(dá)所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載而選擇的值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的次級(jí)裝置，其中，所述假負(fù)載是具有作 為所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載的比例而選擇的電阻值的電 阻器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的次級(jí)裝置，其中，所述假負(fù)載是具有作 為所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載的函數(shù)而選擇的電阻值的反 々貴電阻器；以及其中所述通信單元包括開關(guān)，用于選擇性地切換并聯(lián)在 所述次級(jí)線圈上的所述反々貴電阻器。
8. —種便攜式電氣或電子裝置，包括負(fù)載，至少有時(shí)需要來自所述初級(jí)單元的功率；以及次級(jí)裝置，包括次級(jí)線圏，適于當(dāng)所述次級(jí)裝置4矣近所述初級(jí)單元 時(shí)與由所述初級(jí)單元產(chǎn)生的所述場(chǎng)井馬合，橫_得所述次級(jí) 裝置能夠從所述初級(jí)單元感應(yīng)地接收功率，而無需彼此 直4妻的導(dǎo)電4妻觸；負(fù)載連接單元，連接至所述次級(jí)線圈，并適于當(dāng)所述次級(jí)裝置在〗吏用中時(shí)，連4妄至需要來自所述初級(jí)單元 的功率的負(fù)載，以向所述負(fù)載提供這種感應(yīng)接收的功率；以及通信單元，可才喿作以向所述初級(jí)單元傳達(dá)關(guān)于由所 述次級(jí)裝置強(qiáng)加到所述初級(jí)單元上的寄生負(fù)載的信息；其中所述次級(jí)裝置的所述負(fù)載連接單元連接至所述負(fù)率。
、；、'、、；、曰、 、工
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述通信單元可4喿作以通過將4艮負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí)單元來傳達(dá)所 述信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述通 信單元可才乘作以在第 一 時(shí)間將第 一 作爻負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí)單 元以及在第二時(shí)間將不同于所述第 一 假負(fù)載的第二々爻負(fù)載強(qiáng) 加到所述初級(jí)單元，所述第 一和第二^f艮負(fù)載之間的差別取決于所述寄生負(fù)載而^:置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述 第一和第二假負(fù)載中的一個(gè)為零。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述假 負(fù)載具有為傳達(dá)所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載而選擇的值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述假 負(fù)載是具有作為所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載的比例而選擇 的電阻〗直的電阻器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式電氣或電子裝置，其中，所述假 負(fù)載是具有作為所述次級(jí)裝置的友好寄生負(fù)載的函數(shù)而選擇 的電阻4直的反々貴電阻器；以及其中所述通信單元包括開關(guān)，用于選擇性地切換并聯(lián) 在所述次級(jí)線圏上的所述反^t電阻器。
15. —種4空制感應(yīng)功率4專1釙系*克中感應(yīng)功率4專1敘的方法，所述感應(yīng) 功率傳輸系統(tǒng)包括初級(jí)單元，具有初級(jí)線圈，電驅(qū)動(dòng)信號(hào)施 加于所述初級(jí)線圏上以產(chǎn)生電》茲場(chǎng)，還包括至少 一個(gè)次級(jí)裝 置，可與所述初級(jí)單元分離，并且具有友好寄生和次級(jí)線圈， 所述次級(jí)線圏適于當(dāng)所述次級(jí)裝置接近所述初級(jí)單元時(shí)與所述場(chǎng)耦合，以〗吏功率能夠,人所述初級(jí)單元感應(yīng)地傳ilr到所述次級(jí)裝置，而無需4皮此直4矣導(dǎo)電4妄觸，所述方法包4舌在所述初級(jí)單元中從所述次級(jí)裝置接收表示所述次級(jí)裝置的友好寄生的信息；'效貝所述初級(jí)單元的附近，所述才企測(cè)考慮表示在所述初級(jí)單元中4妄 收的所述友好寄生的信息；以及才艮據(jù)所述4企測(cè)步驟限制或停止來自所述初級(jí)單元的感應(yīng) 功率傳輸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述接收步驟包括將假 負(fù)載強(qiáng)加到所述初級(jí)單元。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16中所述的方法，其中，所述強(qiáng)加步驟包括在 所述次級(jí)線圈上施加假電阻器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述接收步驟包括測(cè)量 強(qiáng)加到所述初級(jí)單元上的負(fù)載。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述衰蕩周期進(jìn)行所 述測(cè)量步-驟的所述測(cè)量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括根據(jù)所述初級(jí)單元的一 個(gè)或多個(gè)條件改變強(qiáng)加到所述初級(jí)單元上的所述4叚負(fù)載的步驟。
全文摘要
感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)，包括初級(jí)單元，可操作以產(chǎn)生電磁場(chǎng)；至少一個(gè)次級(jí)裝置，可與初級(jí)單元分離，適于當(dāng)次級(jí)裝置接近初級(jí)單元時(shí)與場(chǎng)耦合，使次級(jí)裝置能從初級(jí)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(jí)裝置同時(shí)出現(xiàn)；用于在初級(jí)單元中通過次級(jí)裝置和任意外部物體測(cè)量從初級(jí)單元提取的功率的裝置；用于檢測(cè)從初級(jí)單元獲取的功率與次級(jí)裝置需求的功率之間，或如果存在一個(gè)以上次級(jí)裝置，則與多個(gè)次級(jí)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(cè)，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(jí)單元的感應(yīng)電力供應(yīng)的裝置。該系統(tǒng)能可靠地檢測(cè)初級(jí)單元附近有害寄生負(fù)載的存在。
文檔編號(hào)H02J17/00GK101488676SQ200910009549
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:安利(歐洲)有限公司