專利名稱：無線供電設(shè)備，可激勵(lì)負(fù)載，無線系統(tǒng)以及用于無線能量傳遞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無線能量傳遞給包括電感線圈(inductorwinding)的可激勵(lì)負(fù)載的無線諧振供電設(shè)備，所述設(shè)備包括諧振電路。
本發(fā)明還涉及用于無線能量傳遞給包括電感線圈的可激勵(lì)負(fù)載的無線感應(yīng)供電設(shè)備，所述無線感應(yīng)供電設(shè)備包括變換器，其具有-軟磁心；-第一電感線圈，被容納在軟磁心中，并被構(gòu)思為在為了構(gòu)成變換器而將電感線圈定位在所述磁心的附近時(shí)與該電感線圈交相感應(yīng)(interact)。
本發(fā)明還涉及可激勵(lì)負(fù)載。
本發(fā)明還涉及無線系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及用于從無線諧振供電設(shè)備無線能量傳遞至包括電感線圈的可激勵(lì)負(fù)載的方法，所述方法包括以下步驟-提供被安排有第一電感線圈的無線諧振供電設(shè)備，從而所述第一電感線圈形成被構(gòu)思為在體積(volume)中生成磁通量的諧振電路的一部分。
本發(fā)明還涉及用于從無線感應(yīng)供電設(shè)備無線能量傳遞至包括電感線圈的可激勵(lì)負(fù)載的方法，所述方法包括以下步驟-提供被安排有第一電感線圈的無線感應(yīng)供電設(shè)備，從而所述電感線圈和所述第一電感線圈被構(gòu)思為構(gòu)成變換器。
背景技術(shù)：
如開頭段落中所述的無線諧振供電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例從US2004/0000974中獲知。該已知設(shè)備包括利用能量傳遞接口分隔開的第一繞成線圈的導(dǎo)體和第二繞成線圈的導(dǎo)體，從而所述導(dǎo)體包括可操作在諧振頻率上的諧振結(jié)構(gòu)。該已知設(shè)備中導(dǎo)體之間的能量傳遞由于能量傳遞接口是不導(dǎo)電的電介質(zhì)材料而通過其間的電容性耦合來啟動(dòng)。
該已知設(shè)備具有的缺點(diǎn)為在第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的耦合變化的情況下，該已知設(shè)備需要用于在功率接收導(dǎo)體上控制輸出電壓的反饋信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于無線功率傳遞的無線諧振供電設(shè)備，從而甚至對(duì)于在第一電感線圈與該電感線圈之間具有可變耦合的情況，該供電設(shè)備也提供基本上恒定傳遞的能量，而不需要任何反饋信號(hào)。
為此，在根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備中，所述諧振電路包括被構(gòu)思為在體積中生成磁通量的第一電感線圈，從而在操作中，該電感線圈被構(gòu)思為定位，以截取(intercept)所述體積中的至少部分的所述磁通量，所述諧振供電設(shè)備還包括-驅(qū)動(dòng)裝置，可連接到諧振電路，并且被安排成基本上操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，該電感線圈中的感應(yīng)電壓獨(dú)立于第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合。
本發(fā)明的技術(shù)措施基于以下見識(shí)可以選擇諧振電路的組件，以使利用電感線圈接收的磁能量阻尼諧振電路中的能量流，從而使電感線圈中的感應(yīng)電壓基本上是恒定的，并且獨(dú)立于在驅(qū)動(dòng)裝置的工作頻率上第一電感線圈與電感線圈之間的磁耦合。工作頻率不等于諧振電路的諧振頻率是基本的。優(yōu)選地，諧振電路被安排成合適的電容與第一電感線圈之間的串聯(lián)連接。作為選擇，諧振電路可以包括適當(dāng)數(shù)量的附加電容性和/或電感性元件。下面將參照?qǐng)D2a和圖2b詳細(xì)討論該見識(shí)的技術(shù)背景。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)措施，該設(shè)備操作在耦合獨(dú)立點(diǎn)上，因此能量傳遞基本上是恒定的，這獨(dú)立于電感線圈與第一電感線圈之間耦合的質(zhì)量。因此，不需要反饋信號(hào)。
在根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)裝置包括半橋拓?fù)?topology)。優(yōu)選地，該半橋拓?fù)浒▋蓚€(gè)半導(dǎo)體開關(guān)和控制單元，該控制單元被安排成在兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間感應(yīng)交變電壓。下面將參考圖1a和圖1b更詳細(xì)討論該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。
必須注意，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)措施，有可能實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用于各種技術(shù)領(lǐng)域中的多個(gè)無線諧振供電設(shè)備。例如，應(yīng)用區(qū)域可以不同于充電設(shè)備，如充電板，其上可以為了接收充電電流而定位可再充電負(fù)載。另外，根據(jù)本發(fā)明的無線供電設(shè)備適合于啟動(dòng)移動(dòng)部分之間的能量傳遞，如在機(jī)動(dòng)車輛、鐵路車輛或者需要與無線諧振供電設(shè)備協(xié)作的合適負(fù)載的無線供電的任何其它工業(yè)應(yīng)用中。仍然附加地，根據(jù)本發(fā)明的無線供電設(shè)備可應(yīng)用于啟動(dòng)例如身體監(jiān)視系統(tǒng)的可佩戴部件之間的能量傳遞。
在根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的另一實(shí)施例中，它還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，它被安排為根據(jù)在第一電感線圈與該電感線圈之間的通信建立的事件來發(fā)射和/或接收數(shù)據(jù)。該實(shí)施例在其中顯著的數(shù)據(jù)量將上載到可激勵(lì)負(fù)載上或從可激勵(lì)負(fù)載中下載的情況中被發(fā)現(xiàn)是特別有利的。為了時(shí)間和能量節(jié)省目的，最好在可激勵(lì)負(fù)載的可再充電電池的再充電期間完成這個(gè)上載或下載。
在根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備中，軟磁心包括相互可置換的磁心的第一部分和磁心的第二部分，以便在閉磁路與開磁路之間交變。
本發(fā)明的技術(shù)措施基于這樣的見識(shí)通過提供可以被打開和閉合的軟磁心，一方面實(shí)現(xiàn)改善的磁耦合，并且另一方面降低外部磁場。必須理解，為了實(shí)現(xiàn)軟磁心，以大于1的導(dǎo)磁率為特征的任何合適材料都是可應(yīng)用的。合適的實(shí)現(xiàn)軟磁心的優(yōu)選實(shí)施例包括燒結(jié)鐵氧體磁心、由層壓鐵或鐵合金薄片制成的磁心、鐵粉磁心、鐵氧體聚合混合磁心、由無定形或毫微水晶鐵或鐵合金制成的磁心。
本發(fā)明可應(yīng)用于任何合適的無線感應(yīng)供電設(shè)備，例如，用于實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的充電單元，例如，用于移動(dòng)、手持和可佩戴設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備對(duì)于用于身體佩帶的監(jiān)視系統(tǒng)、用于病人的連續(xù)醫(yī)療監(jiān)視的診斷與報(bào)警傳送系統(tǒng)的充電方案是特別有利的。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)措施，例如允許向密封的、柔軟的和耐洗的負(fù)載進(jìn)行容易的和舒適可用的、有效的和低輻射無線能量傳遞。因此，無線感應(yīng)供電設(shè)備包括具有磁心的變換器，其可以被低垂打開(flap open)。磁心的這種結(jié)構(gòu)特別適合于與負(fù)載一起操作，該負(fù)載包括合適的電感線圈，該電感線圈被安排為被包含在合適密封的能量接收單元中的薄型平面線圈。它可以容易地被放置在打開的變換器磁心中。在閉合磁心之后，獲得良好的變換器，其允許具有低發(fā)射場的良好耦合的、有效的功率傳輸。
因此，由于本發(fā)明的技術(shù)措施，如移動(dòng)電話機(jī)、PDA和可佩戴監(jiān)視系統(tǒng)的非接觸式充電提高了其利用舒適性。特別地，在個(gè)人監(jiān)視的技術(shù)領(lǐng)域中，根據(jù)本發(fā)明的方案是有益的。
用于啟動(dòng)可激勵(lì)負(fù)載供電的以下各種可能性本身是本領(lǐng)域中已知的。首先，插接連接是已知的，并且可廣泛應(yīng)用。插接連接具有的缺點(diǎn)是如果設(shè)備接觸到水，則接觸點(diǎn)可能氧化(生銹)。最后，將柔性設(shè)備連接到電纜連接是不方便的。因此，插接連接沒有受到優(yōu)待，而非接觸式功率傳遞則被優(yōu)選。第二，如電牙刷中具有良好耦合的現(xiàn)有解決方案需要三維的笨重的線圈安排。然而，這樣的方案對(duì)于薄的柔性設(shè)備是不可行的。再一個(gè)技術(shù)方案包括無線充電板，例如從SpashPadTM中公知的。這樣的系統(tǒng)由生成磁場的充電板和移動(dòng)設(shè)備中的接收機(jī)組成，其中通過磁場感應(yīng)電流，以便供應(yīng)給移動(dòng)設(shè)備或者對(duì)電池充電。然而，這樣的系統(tǒng)具有兩個(gè)缺點(diǎn)首先，這樣的系統(tǒng)的效率不是最佳的。再一個(gè)缺點(diǎn)是該系統(tǒng)固有地產(chǎn)生外部磁場，這可能是危險(xiǎn)的，特別對(duì)于醫(yī)療環(huán)境中的應(yīng)用。如上所述，利用根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備來解決現(xiàn)有技術(shù)的所有這些缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)參照?qǐng)D3來描述。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一電感線圈以印刷電路板的螺旋軌道的形式進(jìn)行安排。有利地，印刷電路板可以用來容納必要的電子裝置?？梢允褂酶鞣N合適的電子裝置，例如本身是已知的負(fù)載諧振變換器或者標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，類似的逆向變換器、正向變換器、不對(duì)稱半橋變換器以及標(biāo)準(zhǔn)諧振半橋變換器是適合的。
在無線電感供電設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，軟磁心包括在磁心的第一部分與磁心的第二部分之間的氣隙。逆向變換器需要第一電感線圈的特定感應(yīng)率。這可以通過在軟磁心的第一部分與第二部分之間設(shè)置氣隙來實(shí)現(xiàn)。
原則上，軟磁心的多種幾何安排結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)踐本發(fā)明是合適的。例如，軟磁心可以按圖4a-4e以示意方式顯示的E型結(jié)構(gòu)來安排。圖4e顯示了具有省略的中心柱(central leg)的E型磁心，在此情況下，E-涉及磁通量的路徑。省略中心柱具有有可能增加電感線圈和第一電感線圈中的匝數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在電感線圈被非常薄的設(shè)備支持的情況下，這是特別有利的。在另一實(shí)例中，按圖4f以示意方式顯示的U形狀安排合適的軟磁心。
此外，環(huán)形磁心也是有可能的。如果環(huán)形磁心具有合適的氣隙，則它可以同時(shí)充當(dāng)變換器和掛鉤(hook)。這特別有利于與類似于例如夾克的可穿戴的可激勵(lì)負(fù)載的組合?？纱┐鞯目杉?lì)負(fù)載的衣架包含電感線圈，這樣當(dāng)可穿戴的可激勵(lì)負(fù)載利用衣架掛在掛鉤上時(shí)，電感線圈包圍磁心，并因而良好磁耦合到第一電感線圈。掛鉤形狀的變換器可以是衣柜的一部分。
在根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備的再一實(shí)施例中，該無線感應(yīng)供電設(shè)備包括用于容納磁心的第一部分的外殼，第一電感線圈被設(shè)置在該第一部分上，第一部分被固定到外殼上。
這個(gè)特定安排允許無線感應(yīng)供電設(shè)備的容易操作，因此磁心的第二部分最好被設(shè)置在軟磁材料的翼片(flap)上并且被設(shè)想為被置換。此外，磁心的第二部分可以被構(gòu)成為翼片。最好，把外殼安排成支持必要的電子部件和用于連接到外部電源裝置的合適布線。
在根據(jù)本發(fā)明的無線供電系統(tǒng)的再一個(gè)實(shí)施例中，磁心的第一部分和/或外殼被形成所需尺寸，以形成用于定位電感線圈的對(duì)準(zhǔn)裝置。
該技術(shù)措施通過確保電感線圈與第一電感線圈之間的良好對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致無線感應(yīng)供電設(shè)備增加的效率。對(duì)準(zhǔn)裝置最好被安排成與負(fù)載的相應(yīng)裝置協(xié)作。圖5a中顯示了一個(gè)優(yōu)選實(shí)例，其中負(fù)載在其外側(cè)被設(shè)有兩個(gè)凹槽，這些凹槽適于(擬合)磁心的外支柱。
迄今所述的任何一個(gè)實(shí)施例還可以用于垂直安排中。這樣，供電設(shè)備可以被用作用于存儲(chǔ)負(fù)載的舒適裝置，僅僅將其如同領(lǐng)帶那樣掛在墻上，同時(shí)對(duì)電池再充電。在此情況下，可激勵(lì)負(fù)載可以是一件衣服，如夾克。這種供電設(shè)備可以被設(shè)置在衣柜中?？梢韵胂蟮骄哂腥舾杀舜藷o關(guān)的這些站，以便例如在醫(yī)院的中央貯存室中存放多個(gè)負(fù)載。圖5b中所示的一個(gè)實(shí)施例對(duì)于該應(yīng)用是特別有利的。在供電設(shè)備的頂部具有吊鉤，其上可以懸掛負(fù)載。由于垂直向下懸掛，因此掛鉤良好地確定負(fù)載的位置，以致于固定負(fù)載位置的凹槽或其它裝置不是強(qiáng)制性的。
在再一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備包括用于把第一電感線圈電連接到電源的初級(jí)電路，所述初級(jí)電路包括用于防止第一電感線圈的電損壞的電安全裝置。
如果軟磁心被開路，則磁路被開路，并且第一電感線圈的感應(yīng)率降低。當(dāng)初級(jí)電路那時(shí)在工作時(shí)，更高的電流可以流入第一電感線圈。為了在這種情況下防止初級(jí)電路的電損壞，一些措施是可能的。第一措施是規(guī)定初級(jí)電路的尺寸，以使它可以經(jīng)受住高電流。作為選擇，可以使用過電流保護(hù)電路。最好，安排電流傳感器來測量第一電感線圈中的電流。它連接到最好把電流控制到最大負(fù)載電流的其它電路。這樣的其它電路固有地對(duì)感應(yīng)率降低起作用，并且自動(dòng)地降低所施加的電壓。其它電子器件的適當(dāng)實(shí)施本身是本領(lǐng)域中已知的。利用返送電流限制來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善，類似于它用于本身公知的穩(wěn)壓器中，其中電流限制與電壓成比例。這樣，在磁心開路之后，電流跌落到接近零。根據(jù)量度，可以實(shí)現(xiàn)備用操作而不需要任何進(jìn)一步接通或斷開。第三個(gè)措施是觸點(diǎn)或者開關(guān)，當(dāng)磁心開路時(shí)，操作該觸點(diǎn)或者開關(guān)。在最簡單的安排中，開關(guān)打開初級(jí)電路，使得僅在磁心被閉合時(shí)，電流才能夠流入第一電感線圈中。
在無線感應(yīng)供電設(shè)備的再一個(gè)實(shí)施例中，第一電感線圈還被安排成形成被構(gòu)思為在體積中產(chǎn)生磁通量的諧振電路的一部分，初級(jí)電路還包括可連接到諧振電路的驅(qū)動(dòng)裝置，它被安排成基本上操作在預(yù)選頻率上，以致于在操作中，當(dāng)定位電感線圈以便至少部分截取所述磁通量時(shí)，電感線圈中的感應(yīng)電壓不依賴于第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合。
根據(jù)該技術(shù)措施，即使在電感線圈與第一電感線圈之間的磁耦合改變時(shí)，第一電感線圈上的輸出電壓的值也充足地保持不變。諧振電路最好利用連接到第一電感線圈的串連電容來構(gòu)成。耦合獨(dú)立點(diǎn)的概念結(jié)合圖2a和圖2b來解釋。驅(qū)動(dòng)裝置最好包括半橋拓?fù)洹＿M(jìn)一步優(yōu)選地，半橋拓?fù)浒▋蓚€(gè)半導(dǎo)體開關(guān)和被安排成在兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間感應(yīng)交變電壓的控制單元。無線感應(yīng)供電設(shè)備的這個(gè)實(shí)施例的操作參照?qǐng)D6來描述。
在根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備的再一實(shí)施例中，磁心的第一部分和磁心的第二部分可利用一個(gè)杠桿連接，該杠桿被安排成在可激勵(lì)負(fù)載的一部分被定位在這兩部分之間時(shí)，自動(dòng)地閉合。這具有的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)負(fù)載定位于第一部分與第二部分之間時(shí)，磁心自動(dòng)地閉合。
在該無線感應(yīng)供電設(shè)備的再一實(shí)施例中，它包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，它被安排成根據(jù)在第一電感線圈與電感線圈之間建立通信的事件，發(fā)射和/或接收來自該電感線圈的數(shù)據(jù)。
最好，在可激勵(lì)負(fù)載的電池的再充電期間，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)無線傳送的各種適合模式本身是本領(lǐng)域中已知的。在可激勵(lì)負(fù)載是娛樂單元的情況下，數(shù)據(jù)可以包括音樂、電影或任何其它合適的信息，這些合適信息包括字母數(shù)字信息或可執(zhí)行的計(jì)算機(jī)代碼。該數(shù)據(jù)隨后被存儲(chǔ)在另一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中并且對(duì)于用戶是可訪問的。對(duì)于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，可下載數(shù)據(jù)可以包括醫(yī)生的建議、診斷、預(yù)約、藥物治療方案、飲食建議等。當(dāng)從負(fù)載向無線供電設(shè)備傳送該數(shù)據(jù)時(shí)，該數(shù)據(jù)最好包括充電處理的狀態(tài)。此外，從負(fù)載到無線感應(yīng)供電設(shè)備的任何合適的上載都可以發(fā)生，包括例如在負(fù)載操作期間收集的數(shù)據(jù)，或者關(guān)于用戶和負(fù)載的任何其它合適的信息。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將明白，在不背離本發(fā)明范圍的條件下，數(shù)據(jù)的不同實(shí)施例都是有可能的。
根據(jù)本發(fā)明的可激勵(lì)負(fù)載包括用于與根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備或無線感應(yīng)供電設(shè)備的第一電感線圈協(xié)作的電感線圈。
根據(jù)本發(fā)明的可激勵(lì)負(fù)載的有利實(shí)施例參照權(quán)利要求19-26來闡明。在另一有利實(shí)施例中，可激勵(lì)負(fù)載包括監(jiān)視設(shè)備?？杉?lì)負(fù)載最好是可佩戴的。多個(gè)可佩戴設(shè)備是可能的，包括但不限于收音機(jī)、隨身聽、MP3播放機(jī)、手表、電子游戲機(jī)、遙控器、PDA、位置或高度指示器、通信裝置如移動(dòng)電話等?？杉?lì)負(fù)載最好被安排為柔性可穿戴的支撐部件，包括用于生命指征監(jiān)視目的的合適傳感器電子元件。可激勵(lì)負(fù)載的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合圖7來描述。這個(gè)技術(shù)措施基于以下見解尤其在個(gè)人健康護(hù)理或者個(gè)人監(jiān)視的領(lǐng)域中，其生命指征正在被監(jiān)視的客戶或患者必須獨(dú)自應(yīng)付所提供的監(jiān)視系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)的處理和使用對(duì)于數(shù)據(jù)的可靠性是非常重要的。因此，電子器件被小型化并且最好被密封，從而監(jiān)視電子器件最好被集成在可佩戴物上。由于密封，用戶不可能置換電池，并且置換電池頻繁地不被接受，特別是對(duì)于經(jīng)歷例如心跳活動(dòng)的連續(xù)監(jiān)視的老年人。因此，需要無線的和易于應(yīng)用可再充電方案。
根據(jù)本發(fā)明的可佩戴監(jiān)視系統(tǒng)提供用于對(duì)監(jiān)視設(shè)備的電池再充電的舒適裝置。作為優(yōu)點(diǎn)，可佩戴監(jiān)視系統(tǒng)的任何外部接線都被拋棄，這還進(jìn)一步作為整體提高了佩戴舒適性和監(jiān)視系統(tǒng)的耐用性。必須注意，盡管監(jiān)視事件的特定實(shí)例被命名，但是這應(yīng)被解釋為僅僅說明性的，而不作為限制特征。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將知道，在不背離本發(fā)明范圍的條件下，可以為不同目的，實(shí)施多種可能的身體佩帶的監(jiān)視系統(tǒng)。圖8中顯示了合適的可佩戴監(jiān)視系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。
在權(quán)利要求32闡述了根據(jù)本發(fā)明的無線系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的無線系統(tǒng)可應(yīng)用于不同技術(shù)領(lǐng)域中。例如，應(yīng)用領(lǐng)域可以不同于充電設(shè)備如充電板，其中再充電負(fù)載可以定位在該充電板上，以便接收充電電流。此外，根據(jù)本發(fā)明的無線系統(tǒng)適合于啟動(dòng)移動(dòng)部件如機(jī)動(dòng)車、鐵路車輛之間的能量傳遞，或者適用于需要與無線諧振供電設(shè)備協(xié)作的適當(dāng)負(fù)載的無線供電的其它工業(yè)應(yīng)用。此外，根據(jù)本發(fā)明的無線系統(tǒng)可應(yīng)用于啟動(dòng)例如身體監(jiān)視系統(tǒng)的可佩戴部件之間的能量傳遞。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例包括以下步驟-定位電感線圈，以便它截取至少一部分的磁通量；-把驅(qū)動(dòng)裝置連接到諧振電路上，從而驅(qū)動(dòng)裝置被安排為操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，電感線圈中的感應(yīng)電壓與第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合無關(guān)；-在工作頻率上操作諧振電路，以便從第一電感線圈無線傳遞能量給該電感線圈。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例包括以下步驟-為了構(gòu)成變換器，把第一電感線圈安排在軟磁心一部分的附近，其中所述磁心包括出可置換的在閉磁路與開磁路之間交變的磁心的第一部分和磁心的第二部分；-在磁心的第一部分與磁心的第二部分之間定位該電感線圈，用于無線功率傳遞給可激勵(lì)負(fù)載。
在權(quán)利要求35-38中闡明根據(jù)本發(fā)明的其它有利的實(shí)施例。
結(jié)合附圖進(jìn)一步具體討論本發(fā)明的這些和其它方面，在附圖中，相同的參考符號(hào)指相同的項(xiàng)。


圖1a以示意方式顯示了用于第一電感線圈與電感線圈之間良好耦合的根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的電路的實(shí)施例；圖1b以示意方式顯示了用于第一電感線圈與電感線圈之間降低耦合的根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的電路的實(shí)施例；
圖2a以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的等效電路；圖2b以示意方式顯示了用于改變耦合條件的電壓傳遞比；圖3以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例；圖4a以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的E形軟磁心的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖4b以示意方式顯示了閉合狀態(tài)中的E形軟磁心的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖4c以示意方式顯示了閉合狀態(tài)中的E形軟磁心的實(shí)施例的側(cè)視圖，其中在磁心的第一部分與磁心的第二部分之間具有氣隙；圖4d以示意方式顯示了閉合狀態(tài)中的E形軟磁心的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中在磁心的第一部分與磁心的第二部分之間具有氣隙；圖4e以示意方式顯示了閉合狀態(tài)中的E形軟磁心的另一實(shí)施例的側(cè)視圖；圖4f以示意方式顯示了閉合狀態(tài)中的U形軟磁心的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖5a以示意方式顯示了無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例，其中提供了對(duì)準(zhǔn)裝置；圖5b以示意方式顯示了被安排成向垂直定向的負(fù)載進(jìn)行功率傳遞的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例；圖6以示意方式顯示了包括諧振裝置的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例；圖7以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的可激勵(lì)負(fù)載的實(shí)施例；圖8以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的可佩帶監(jiān)視系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1a以示意方式顯示了用于第一電感線圈與電感線圈之間良好耦合的根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的電路的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備1包括第一電感線圈3，它被安排成與可激勵(lì)負(fù)載11的電感線圈13一起構(gòu)成變換器9。安排第一電感線圈3和串聯(lián)電容4構(gòu)成諧振電路5。諧振電路5可以包括合適的多個(gè)電容和線圈。驅(qū)動(dòng)裝置6被安排成在耦合獨(dú)立點(diǎn)上操作諧振電路，其概念將參照?qǐng)D2a和圖2b來解釋。驅(qū)動(dòng)裝置6包括控制單元6c，該控制單元被安排成在第一半導(dǎo)體開關(guān)6a與第二半導(dǎo)體開關(guān)6b之間感應(yīng)交流電壓。優(yōu)選地，這些半導(dǎo)體開關(guān)利用場效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)。在變換器9的輸出上，生成交流電壓，該電壓利用二極管整流器被整流成DC電壓，利用輸出電容來濾波。圖1a示意地顯示了其中在第一電感線圈3與電感線圈13之間存在良好耦合的情況。圖1b示意地顯示了用于第一電感線圈與第二電感線圈之間降低耦合的根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的電路的實(shí)施例，其它各項(xiàng)是相同的。這個(gè)降低耦合是由于電感線圈13未定位為充分靠近第一電感線圈3的事實(shí)而引起的。
圖2a示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備的等效電路。變換器9的兩個(gè)線圈可以利用漏感應(yīng)率(leakage inductivity)Ls、主感應(yīng)率Lm以及具有有效電壓傳遞比neff的理想變換器Tr1來代表。Ls和Lm之和總是等于第一電感線圈的感應(yīng)率L，因而Ls+Lm＝L。耦合越弱，則漏感應(yīng)率Ls就越大。比率Ls/L被定義為泄漏因數(shù)。耦合越弱，泄漏因數(shù)Ls/L就越高。電容Cs和電感L代表串聯(lián)諧振電路，其輸出電壓是電感器L上的諧振電壓的一小部分。使用串聯(lián)諧振電路5，因而這意味著，電容器(或更多電容器的并聯(lián)連接)串聯(lián)連接到第一電感線圈。該技術(shù)措施應(yīng)用于這個(gè)諧振電路的特性阻抗。特性阻抗Zo等于諧振頻率(利用角頻率ωp表示)上的電感線圈L11的阻抗或電容器C的阻抗。兩者在諧振頻率上是相同的。作為選擇，特性阻抗Zo等于電感器對(duì)電容器之比的平方根Z0=1ωpC=ωpL11=L11C]]>這個(gè)特性阻抗Zo必須在某種程度上與等效負(fù)載電阻(也稱為初級(jí)側(cè)相關(guān)的負(fù)載電阻)相關(guān)。這是負(fù)載RL的電阻除以匝數(shù)比nphys的平方，該匝數(shù)比是次級(jí)匝數(shù)與初級(jí)匝數(shù)之比。優(yōu)選地，特性阻抗應(yīng)近似為等效電阻的兩倍，以實(shí)現(xiàn)耦合獨(dú)立行為。但是，在范圍1-10中的比值上，根據(jù)本發(fā)明的操作也能夠是有可能的。如果比值太低，則諧振被過多阻尼，并且耦合受到太大的影響。如果比值太高，則諧振被過少阻尼，并且必須接近諧振頻率操作，其中如果負(fù)載改變，則輸出電壓強(qiáng)烈改變。用于某個(gè)工作頻率的精確度量利用下式來確定Z0RLnphys2=1-1Ω21-σ1σ1-σ2(1Ω-σ2Ω)-1-σ2σ1-σ2(1σ-σ1Ω)2]]>其中σ1和σ2是兩個(gè)不同的泄漏因數(shù)，而Ω是涉及諧振電路的諧振頻率的工作頻率。該公式給出了與某個(gè)負(fù)載電阻有關(guān)的特征阻抗所需的值。如果已知特征阻抗，則確定感應(yīng)率與電容的比值(參見上文)。該公式由于傳遞電壓在兩個(gè)不同的耦合情形中必須相等的要求而產(chǎn)生。因而，基于該基本見識(shí)，可以設(shè)計(jì)能夠恒定能量傳遞到合適可激勵(lì)負(fù)載的合適的諧振電路，這與第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合無關(guān)。
圖2b示意地顯示了作為用于改變耦合條件Ls/L的工作頻率的函數(shù)的已測電壓傳遞比。該圖顯示了范圍從0.27(曲線a)至0.6(曲線e)的用于不同泄漏因數(shù)Ls/L的5種典型曲線。所有曲線顯示了在大約為65kHz的諧振頻率上具有高電壓傳遞比的諧振峰值。
應(yīng)當(dāng)理解，已知的典型應(yīng)用將使用諧振之上的頻率范圍，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍中，諧振電路的輸入阻抗是電感性的，這可以允許半橋開關(guān)的低損耗零電壓轉(zhuǎn)換(Zero Voltage Swiching)。對(duì)于遠(yuǎn)在諧振之上的頻率，電路運(yùn)行類似于傳統(tǒng)電路，因?yàn)殡娙萜鞯淖杩沟?，因而可以認(rèn)為它短路。正如可以從圖2b中看到的那樣，如果耦合變壞，則輸出電壓衰減。這被顯示在圖2b的區(qū)域29中。輸出電壓的變化超過典型的泄漏因數(shù)的整個(gè)范圍的50％。為了良好耦合，輸出電壓因而可以比弱耦合高兩倍，這是不利的。在諧振頻率上，輸出電壓對(duì)于泄漏因數(shù)的依賴性被顛倒。如圖2b所示，實(shí)際上更弱的耦合導(dǎo)致更高的輸出電壓。這是因?yàn)橛捎诟醯鸟詈?，串連諧振電路被更少阻尼。
因此，在接近諧振頻率的某處，具有最佳工作頻率，其中兩個(gè)效果補(bǔ)償并且各種耦合的電壓傳遞曲線彼此交叉。對(duì)于圖1a的電路，諧振頻率大約為65kHz，其中RL為56Ohm，Uout＝5V，L＝13mH，Cs＝440pF N2/N1＝13/230。曲線a-d彼此交叉的點(diǎn)被標(biāo)注為區(qū)域27，并且被稱作耦合獨(dú)立點(diǎn)?？梢钥吹?，不同曲線a-d不在單個(gè)點(diǎn)中精確匹配。然而，人們可以發(fā)現(xiàn)其中耦合變化導(dǎo)致輸出電壓的最小化變化的頻率。利用該技術(shù)措施，對(duì)于泄漏因數(shù)的整個(gè)有關(guān)范圍，輸出電壓被維持在大約10％容限內(nèi)，這意味著不需要反饋信號(hào)用于控制輸出電壓。
圖3示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例。無線感應(yīng)供電設(shè)備40包括可以被低垂打開的軟磁心42、44、49。為此目的，磁心42、44的第一部分利用合適的鉸鏈47連接到磁心49的第二部分。作為選擇，第二部分49可以使用合適的引導(dǎo)裝置(未示出)滑走。第一部分42、44最好固定到還支撐必需的電子元件43的合適外殼41，該外殼通過電纜45連接到外部電源(未示出)。無線感應(yīng)供電設(shè)備40包括被設(shè)置在磁心附近的第一電感線圈46，該電感線圈最好設(shè)置在其中間磁柱44的周圍，由此形成變換器的初級(jí)線圈。優(yōu)選地，第一電感線圈46被集成在印刷電路板48上。當(dāng)?shù)诙糠?9被定位在第一部分42、44之上時(shí)，第一電感線圈生成通過閉合磁心的磁通量。軟磁心的各種安排都是有可能的。圖4a-圖4f中示意地顯示了其中的一些優(yōu)選實(shí)施例。
圖4a示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的E形軟磁心50的實(shí)施例的側(cè)視圖。軟磁心的第一部分51b為E形狀，因而第一電感線圈52被圍繞其中心柱進(jìn)行纏繞。磁心51a的第二部分被旋轉(zhuǎn)地圍繞鉸鏈58安排。當(dāng)合適的可激勵(lì)負(fù)載57被定位在磁心51b的第一部分和磁心51a的第二部分之間時(shí)(如圖4b所示)，獲得可靠的變換器，這允許良好耦合的有效功率傳輸。
圖4c示意地顯示了處于閉合狀態(tài)中的E形軟磁心的實(shí)施例的側(cè)視圖，其中在磁心53a的第一部分與磁心53b的第二部分之間具有氣隙。應(yīng)當(dāng)理解，某些電路如逆向轉(zhuǎn)換器需要第一電感線圈的特定感應(yīng)率。這通過在軟磁心56的第一部分53a與第二部分53b之間引入氣隙53來實(shí)現(xiàn)。
圖4d示意地顯示了在磁心的第一部分與第二部分之間具有氣隙的閉合狀態(tài)中的E形軟磁心54的再一實(shí)施例的側(cè)視圖。在該實(shí)施例中，氣隙53的尺度被增加，以致于可激勵(lì)負(fù)載不必設(shè)有與E形磁心的中心磁柱協(xié)作的開口。
圖4e示意地顯示了閉合狀態(tài)中的E形軟磁心55的再一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中心柱被省略。在此情況下，E形涉及導(dǎo)致的磁通量的路徑。如此成形的磁心53c的第一部分是有利的，因?yàn)樗试S在電感線圈55和第一電感線圈52’中增加更多的線圈匝，這對(duì)于超薄的可激勵(lì)負(fù)載57是特別有利的。
圖4f示意地顯示了閉合狀態(tài)中的U形軟磁心59的實(shí)施例的側(cè)視圖。磁心的U形第一部分58a被設(shè)置在外殼51a內(nèi)，所以在其之間存在空間，以容納第一電感線圈52’。磁心的U形第一部分58a具有可以利用外殼51b支撐的協(xié)作翼片58b。鉸鏈58c能夠使磁心第二部分51b位移。軟磁心的這個(gè)實(shí)施例還適合于和設(shè)有合適的電感線圈55的負(fù)載57協(xié)作。
圖5a示意地顯示了無線感應(yīng)供電設(shè)備60的實(shí)施例，其中設(shè)有對(duì)準(zhǔn)裝置。盡管多個(gè)適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)裝置是可以想象到的，但是優(yōu)選實(shí)施例包括特定成形的磁心或外殼62，具有適宜凹槽63，以容納可激勵(lì)負(fù)載69的協(xié)作表面63a、63b。凹槽63和表面63a、63b的任何合適結(jié)構(gòu)都是可能的。此外，無線感應(yīng)供電設(shè)備60可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元68，它被安排成發(fā)射和/或接收來自可激勵(lì)負(fù)載69的另一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元74的數(shù)據(jù)。最好，在電池70的再充電期間，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。無線傳送的各種合適的實(shí)現(xiàn)模式本身是本領(lǐng)域公知的。在負(fù)載69是娛樂單元的情況下，數(shù)據(jù)可以包括音樂、電影或任何其它合適的信息，包括字母數(shù)字信息或可運(yùn)行的計(jì)算機(jī)代碼。該數(shù)據(jù)隨后被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元74中并且對(duì)于用戶是可訪問的。對(duì)于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，可下載數(shù)據(jù)可以包括醫(yī)生的建議、診斷、預(yù)約、藥物治療安排、飲食建議等。當(dāng)從負(fù)載69向無線供電設(shè)備60傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)最好包括充電處理的狀態(tài)。此外，從負(fù)載69到無線感應(yīng)供電設(shè)備60的任何合適的上載都可以發(fā)生，包括例如在負(fù)載69的操作期間收集的數(shù)據(jù)或者關(guān)于用戶和負(fù)載69的任何其它合適的信息。
圖5b示意地顯示了被安排成啟動(dòng)對(duì)于垂直定向的負(fù)載進(jìn)行功率傳送的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例。由此，從無線感應(yīng)供電設(shè)備62給可激勵(lì)負(fù)載64加電。在此情況下，無線感應(yīng)設(shè)備包括支撐裝置66，負(fù)載64可以被安排在其上。支撐裝置最好包括掛鉤，然而，包括Velcro手柄的其它實(shí)施例也是可能的。例如，在這個(gè)垂直位置中，可激勵(lì)負(fù)載可以被安排成對(duì)電池70充電，為合適電子裝置72饋電。電子裝置的優(yōu)選實(shí)施例是監(jiān)視系統(tǒng)，特別地，集成到身體服裝(body wear)中的監(jiān)視系統(tǒng)。這個(gè)實(shí)施例將參照?qǐng)D8來說明。
圖6以示意方式顯示了包括驅(qū)動(dòng)裝置的無線感應(yīng)供電設(shè)備的實(shí)施例。驅(qū)動(dòng)裝置87(例如，根據(jù)圖2a實(shí)現(xiàn))被安排成驅(qū)動(dòng)由第一電感線圈46和電容84構(gòu)成的諧振電路86。驅(qū)動(dòng)裝置86電連接到無線感應(yīng)供電設(shè)備的電子裝置43，如參照?qǐng)D3所述。該驅(qū)動(dòng)裝置的功能與圖1a和1b一致。
圖7以示意方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的可激勵(lì)負(fù)載的實(shí)施例。如前所述，多個(gè)合適的可激勵(lì)負(fù)載都是可能的。該特定實(shí)施例顯示了監(jiān)視系統(tǒng)90，它被集成在一件可穿戴物100上，例如集成在彈性帶上。監(jiān)視系統(tǒng)90包括最好被制作在柔性印刷電路板91上的電感線圈92。必需注意，電感線圈92可以延伸更長的長度，即長于圍繞變換器的支柱嚴(yán)格需要的長度。這個(gè)特征具有優(yōu)點(diǎn)，即，電感線圈獲得對(duì)于設(shè)置錯(cuò)誤(placing error)更高的的容限，進(jìn)一步改善無線功率傳輸?shù)目煽啃?。仍然最好地，在不滲水單元94中密封電路板91，以使整個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)可以是可洗的。該特征對(duì)于用來例如連續(xù)監(jiān)視健康相關(guān)參數(shù)的監(jiān)視系統(tǒng)是特別有利的。在監(jiān)視系統(tǒng)90被安排為與適當(dāng)無線供電站的E形軟磁心協(xié)作的情況中，在可穿戴物100的材料中設(shè)置開口93。當(dāng)在電感線圈92中感應(yīng)電流時(shí)，該電流可以例如用來對(duì)接收機(jī)電路中的可再充電電池充電。為了使感應(yīng)的電流適于電池97，使用電子電路96。該電子電路在最簡單情況中包括整流器，用于將感應(yīng)的ac電流變換成dc充電電流。在更復(fù)雜的方案中，該電路包括充電控制電路98，其控制充電電流和充電時(shí)間，并且能夠管理專用于該電池類型的負(fù)載方案。還可以具有用于充電處理狀態(tài)的指示器99。無線感應(yīng)供電設(shè)備60還可以具有充電狀態(tài)的指示器(未顯示)。監(jiān)視系統(tǒng)90僅僅感應(yīng)磁場的少量外部輻射，因?yàn)榇怕繁缓芎瞄]合。該輻射可與也包含變換器的標(biāo)準(zhǔn)有線充電器匹敵。
圖8示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的可佩帶監(jiān)視系統(tǒng)的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的可佩帶監(jiān)視系統(tǒng)110被安排為用于個(gè)人P的身體服裝111。監(jiān)視系統(tǒng)110包括用于支撐適當(dāng)傳感裝置115的柔性載體113。優(yōu)選地，為了提高穿戴舒適，該載體113被實(shí)施為彈性帶，例如其上附著大量電極(未顯示)。必須注意，雖然在當(dāng)前實(shí)施例中描述了T恤，但是任何其它合適的可穿戴物也是可能的，這些可穿戴物包括但不限于內(nèi)衣褲、奶罩、短襪、手套和帽子。傳感裝置115被安排為測量代表個(gè)體P的生理?xiàng)l件的信號(hào)。優(yōu)選地，電感線圈以螺旋形狀被編織或被縫合到適當(dāng)穿戴物的織物中。該解決方案是最舒適和靈活的。這樣的監(jiān)視的目的可以是醫(yī)療目的，例如監(jiān)視溫度、心臟條件、呼吸率或者其它合適的參數(shù)。作為選擇，監(jiān)視目的可以是與健康(適應(yīng)性)或運(yùn)動(dòng)相關(guān)，因而監(jiān)視個(gè)人P的活動(dòng)。為此，使傳感裝置115與個(gè)體的皮膚接觸。由于載體113的彈性，傳感裝置經(jīng)歷接觸壓力，這使之在個(gè)體P運(yùn)動(dòng)期間基本上保持在適當(dāng)位置上。測量的信號(hào)從傳感裝置115轉(zhuǎn)發(fā)給控制單元117，用于信號(hào)分析或其它數(shù)據(jù)處理目的?？刂茊卧?17可以耦合到合適的報(bào)警裝置(未顯示)。根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)視系統(tǒng)115還包括導(dǎo)體環(huán)119，其被安排為可使用無線能量傳遞來激勵(lì)。可以從無線諧振供電設(shè)備接收該能量，如圖1a所示。作為選擇或附加地，可以從無線感應(yīng)供電設(shè)備接收該能量，如參照?qǐng)D3所示的。在后一情況中，電感線圈119必須被定位在無線感應(yīng)供電設(shè)備的軟磁心的第一部分與第二部分之間。
盡管已經(jīng)參照其優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例不是限制性實(shí)例。因此，在不背離利用權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍的條件下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白各種修改。本發(fā)明可以利用硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)，并且若干“裝置”可以利用同一項(xiàng)硬件來提供。
權(quán)利要求
1.一種無線諧振供電設(shè)備(1)，用于向包括電感線圈(13)的可激勵(lì)負(fù)載(11)進(jìn)行無線能量傳遞，所述設(shè)備包括-諧振電路(5)，其中所述諧振電路包括被構(gòu)思為在體積中生成磁通量的第一電感線圈(3)，從而在操作中，該電感線圈被構(gòu)思為進(jìn)行定位，以便至少截取所述體積中所述磁通量的一部分，所述諧振供電設(shè)備(1)還包括-驅(qū)動(dòng)裝置(6)，可連接到諧振電路(5)并且被安排成基本上操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，該電感線圈中的感應(yīng)電壓不依賴于第一電感線圈(3)與該電感線圈(13)之間的磁耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線諧振供電設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)裝置(5)包括半橋拓?fù)?6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線諧振供電設(shè)備，其中半橋拓?fù)?6)包括兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(6a，6b)和被安排成在這兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間感應(yīng)交變電壓的控制單元(6c)。
4.根據(jù)在前權(quán)利要求1-3之中任一項(xiàng)所述的無線諧振供電設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(68)，其被安排為根據(jù)在第一電感線圈與該電感線圈之間的通信被建立的事件來發(fā)射和/或接收數(shù)據(jù)。
5.一種無線感應(yīng)供電設(shè)備(40)，用于向包括電感線圈(52)的可激勵(lì)負(fù)載(57)進(jìn)行無線能量傳遞，所述無線感應(yīng)供電設(shè)備包括變換器，其具有-軟磁心(42，44，49)；-第一電感線圈(46)，其被容納在軟磁心中，并且被構(gòu)思為在為了構(gòu)成變換器而在所述磁心的附近中定位該電感線圈時(shí)與該電感線圈交相感應(yīng)，其中軟磁心包括相互可置換的磁心的第一部分(42，44)和磁心的第二部分(49)，以便在閉磁路與開磁路之間交變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(40)，其中第一電感線圈(46)包括被設(shè)置在印刷電路板(48)上的導(dǎo)體環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(56)，其中軟磁心在磁心的第一部分(53a)與磁心的第二部分(53b)之間包括氣隙(53)。
8.根據(jù)在前權(quán)利要求5-7之中任一項(xiàng)所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(50)，其中該無線供電設(shè)備包括用于容納磁心的第一部分(51b)的外殼(51)，第一電感線圈(52)被設(shè)置在磁心的第一部分(51b)上，磁心的第一部分被固定到外殼(51)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(60)，其中磁心的第一部分(51b)和/或外殼(51)被形成所需尺寸，以構(gòu)成對(duì)準(zhǔn)裝置(63)，用于該電感線圈(65)的定位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(60)，其被安排為在負(fù)載被基本上垂直定位時(shí)對(duì)該負(fù)載充電，該外殼還被形成所需尺寸，以構(gòu)成用于該電感線圈(65)的支撐裝置(66)。
11.根據(jù)在前權(quán)利要求5-10之中任一項(xiàng)所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，還包括用于將第一電感線圈電連接到電源的初級(jí)電路(43)，所述初級(jí)電路包括用于防止第一電感線圈的電損壞的電安全裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，其中電安全裝置包括被安排用于控制第一電感線圈中電流的幅度的電流傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，其中電安全裝置包括電開關(guān)，其被安排為在產(chǎn)生開磁路時(shí)開路初級(jí)電路。
14.根據(jù)在前權(quán)利要求5-13之中任一項(xiàng)所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備(80)，其中第一電感線圈還被安排為構(gòu)成用于在體積中生成磁通量的諧振電路(86)的一部分，初級(jí)電路還包括可連接到諧振電路(86)的驅(qū)動(dòng)裝置(87)，其被安排成基本上操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，當(dāng)該電感線圈被定位為至少部分地截取所述磁通量時(shí)，該電感線圈中的感應(yīng)電壓不依賴于第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)裝置包括半橋拓?fù)洹?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，其中半橋拓?fù)浒▋蓚€(gè)半導(dǎo)體開關(guān)和被安排成在這兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)之間感應(yīng)交變電壓的控制單元。
17.根據(jù)在前權(quán)利要求5-16之中任一項(xiàng)所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，其中磁心的第一部分(51a)和磁心的第二部分(51b)可利用杠桿連接，其中該杠桿被安排成在可激勵(lì)負(fù)載的一部分被定位在這兩個(gè)部分之間時(shí)自動(dòng)地閉合。
18.根據(jù)在前權(quán)利要求5-17之中任一項(xiàng)所述的無線感應(yīng)供電設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其被安排成根據(jù)在第一電感線圈與該電感線圈之間建立通信的事件來從該電感線圈發(fā)射數(shù)據(jù)和/或從該電感線圈接收數(shù)據(jù)。
19.一種可激勵(lì)負(fù)載(90)，包括電感線圈(92)，用于與根據(jù)在前權(quán)利要求1-4之中任一項(xiàng)所述的無線諧振供電設(shè)備的第一電感線圈協(xié)作，或者與在前權(quán)利要求5-18之中任一項(xiàng)所述的諧振感應(yīng)供電設(shè)備的第一電感線圈協(xié)作。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，其中該電感線圈(92)包括被設(shè)置在柔性印刷電路板(91)上的導(dǎo)體環(huán)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，其中該電感線圈(92)利用充電電子部件(96)可連接到可再充電電池(97)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，其中充電電子部件包括用于控制利用該電感線圈傳遞到該電池的總電荷的充電控制單元(98)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，其中充電控制單元(98)還被安排成根據(jù)該電池的類型從多個(gè)預(yù)存的充電方案中選擇充電方案(98b)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，其中充電控制單元(98)還包括用于指示充電處理的狀態(tài)的指示器(99)。
25.根據(jù)在前權(quán)利要求19-24之中任一項(xiàng)所述的可激勵(lì)負(fù)載，其中可激勵(lì)負(fù)載包括進(jìn)一步數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(74)，其被安排為允許數(shù)據(jù)的發(fā)送和/或接收。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的可激勵(lì)負(fù)載，其中發(fā)送數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)指示充電狀態(tài)。
27.根據(jù)在前權(quán)利要求19-26之中任一項(xiàng)所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，還包括監(jiān)視裝置(95)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的可激勵(lì)負(fù)載，其中可激勵(lì)負(fù)載被集成在基本上平面的結(jié)構(gòu)中。
29.根據(jù)在前權(quán)利要求19-28之中任一項(xiàng)所述的可激勵(lì)負(fù)載，該可激勵(lì)負(fù)載是防水的。
30.根據(jù)在前權(quán)利要求19-29之中任一項(xiàng)所述的可激勵(lì)負(fù)載(90)，該可激勵(lì)負(fù)載被集成在身體服裝(100)中。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的可激勵(lì)負(fù)載，其中該電感線圈包括被編織或被縫合到身體服裝(100)的織物中的導(dǎo)線。
32.一種無線系統(tǒng)(60)，包括根據(jù)在前權(quán)利要求1-18之中任一項(xiàng)所述的無線諧振供電設(shè)備或者無線感應(yīng)供電設(shè)備(63)以及根據(jù)在前權(quán)利要求19-31之中任一項(xiàng)所述的可激勵(lì)負(fù)載(69)。
33.一種從無線諧振供電設(shè)備向包括電感線圈的可激勵(lì)負(fù)載進(jìn)行無線能量傳遞的方法，所述方法包括以下步驟-提供被設(shè)有第一電感線圈的無線諧振供電設(shè)備，從而所述第一電感線圈形成被構(gòu)思為在體積中生成磁通量的諧振電路的一部分；-定位該電感線圈，以便它截取至少一部分的磁通量；-把驅(qū)動(dòng)裝置連接到諧振電路，從而將驅(qū)動(dòng)裝置安排為操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，該電感線圈中的感應(yīng)電壓不依賴于第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合；-在工作頻率上操作諧振電路，以便從第一電感線圈無線傳遞能量給該電感線圈。
34.一種從無線感應(yīng)供電設(shè)備向包括電感線圈的可激勵(lì)負(fù)載進(jìn)行無線能量傳遞的方法，所述方法包括以下步驟-提供被設(shè)有第一電感線圈的無線感應(yīng)供電設(shè)備，從而該電感線圈和第一電感線圈被用于構(gòu)成變換器；-為了構(gòu)成變換器，把第一電感線圈安排在軟磁心的一部分的附近，其中所述磁心包括相互可置換的在閉磁路與開磁路之間交變的磁心的第一部分和磁心的第二部分；-在磁心的第一部分與磁心的第二部分之間定位該電感線圈，以便向可激勵(lì)負(fù)載進(jìn)行無線能量傳遞。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，其中第一電感線圈可連接到充電控制單元，所述方法還包括以下步驟-標(biāo)識(shí)可激勵(lì)設(shè)備的類型；-使用充電控制單元，根據(jù)該類型，選擇充電程序。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該方法還包括以下步驟從無線諧振供電設(shè)備向無線感應(yīng)設(shè)備和可激勵(lì)負(fù)載傳送數(shù)據(jù)，和/或從可激勵(lì)負(fù)載向無線供電設(shè)備傳送數(shù)據(jù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中從負(fù)載傳送數(shù)據(jù)，所述方法還包括以下步驟-根據(jù)所述數(shù)據(jù)，控制充電處理。
38.根據(jù)在前權(quán)利要求34或從屬于權(quán)利要求34時(shí)的權(quán)利要求35-37之中任一項(xiàng)所述的方法，其中第一電感線圈構(gòu)成被構(gòu)思為在體積中生成磁通量的諧振電路的一部分，該方法還包括以下步驟-將驅(qū)動(dòng)裝置連接到諧振電路，從而驅(qū)動(dòng)裝置被安排為操作在預(yù)選工作頻率上，以便在操作中，在定位該電感線圈時(shí)，在該電感線圈中的感應(yīng)電壓不依賴于第一電感線圈與該電感線圈之間的磁耦合，以致于它截取體積中的至少部分的磁通量；-在工作頻率上操作諧振電路，以便從第一電感線圈無線傳遞能量給該電感線圈。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的無線諧振供電設(shè)備(1)包括第一電感線圈(3)，該第一電感線圈被安排成與可激勵(lì)負(fù)載(11)的電感線圈(13)一起構(gòu)成變換器(9)。第一電感線圈(3)被安排成構(gòu)成諧振電路(5)，該諧振電路可以包括合適的多個(gè)電容器和線圈。選擇諧振電路(5)的組件，以使利用該電感線圈(13)接收的磁能量阻尼流入諧振電路中的能量，從而該電感線圈(13)中的感應(yīng)電壓基本上是恒定的，并且不依賴于在驅(qū)動(dòng)裝置(6)的工作頻率上在第一電感線圈(3)與該電感線圈(13)之間的磁耦合。諧振電路由驅(qū)動(dòng)裝置(6)驅(qū)動(dòng)，包括控制單元(6c)，該控制單元被安排成在第一半導(dǎo)體開關(guān)(6a)與第二半導(dǎo)體開關(guān)(6b)之間感應(yīng)交變電壓。在變換器(9)的輸出上，生成交變電壓，該交變電壓利用二極管整流器被整流成DC電壓，利用輸出電容進(jìn)行濾波。該諧振電路(5)可通過驅(qū)動(dòng)電路(6)可操作在其耦合獨(dú)立點(diǎn)上。該圖示意地顯示了一種情況，其中在第一電感線圈(3)與該電感線圈(13)之間存在可變耦合。本發(fā)明還涉及無線感應(yīng)供電設(shè)備、可激勵(lì)負(fù)載、無線系統(tǒng)和用于無線功率傳遞的方法。
文檔編號(hào)H02J7/02GK1950914SQ200580014258
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
發(fā)明者E·瓦芬－施米德特, H·賴特, C·德佩, G·紹爾萊恩德, B·阿克曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司