專利名稱：能夠監(jiān)控次級部件運行狀態(tài)的無接觸電源的初級部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無接觸電流供電裝置的初級部件，其中，該 初級部件借助次級部件次級線圏上的電感無接觸地傳輸電功率，該初級部件至少可與該次級部件的次級線圏分離，并且該初級部件可與電 壓源相連接。此外本發(fā)明還涉及一種具有這樣的初級部件的電流供電 裝置。
背景技術(shù)：
這樣的電流供電裝置例如應(yīng)用于工業(yè)中的自動化技術(shù)領(lǐng)域中?？?能的應(yīng)用還有機器人中的應(yīng)用，例如在機床以及無接觸充電設(shè)備中。 此外還可以考慮個人消費領(lǐng)域中的應(yīng)用。無接觸電流供電裝置的基本 優(yōu)點在于，不需要要求移動的電纜并因此可以避免由于磨損造成的電 纜斷裂。此外還可以避免有問題的接觸電阻和無保護(hù)的高壓接觸。與 此相關(guān)地，該技術(shù)提供了對在有爆炸危險的環(huán)境中的飛弧的有效防 護(hù)。在US 20050018452 Al中公開了一種無接觸電源，其中，通過電壓 源為初級電流回路供能，并將該能量無接觸地傳輸?shù)酱渭夒娏骰芈贰?該兩個單元之間的距離以及該兩個電流回路的耦合系數(shù)都是預(yù)先定義 的。此外，無接觸能量傳輸?shù)墓に囈餐瑯邮菍W(xué)術(shù)研究的題目(例如參 見 Mecke， R. : "Einfuehrung in die Technologie der kontaktlosen Energie- und Datenuebertragung"， Workshop Kontaklose Energieuebertragung KONTENDA 2003， IGZ-Barleben， 14. Oktober 2003)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，進(jìn)一步開發(fā)一種本文開始所述類 型的初級部件，使得同時還可以對次級部件的運行狀態(tài)進(jìn)行分析。 本發(fā)明的技術(shù)問題通過一種用于無接觸電流供電裝置的初級部件 來解決，其中，該初級部件用于借助次級部件次級線圏上的電感無接觸 地傳輸電功率，其中，該初級部件至少可與該次級部件的次級線圈分 離，可與電壓源相連接，其中，該初級部件具有由電流傳感器和分析單 元構(gòu)成的識別單元，用于識別次級部件的運行狀態(tài)。該技術(shù)問題還通過一種具有這樣的初級部件的電流供電裝置來解 決，其中，該電流供電裝置具有次級部件，該次級部件用于借助電感無 接觸地接收電功率，以及用于將該感應(yīng)的功率傳送給至少一個功率接收 器。以這種方式可以實現(xiàn)具有高度靈活性的、任意組合的模塊化的無接 觸電流源。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)知，在電流供電裝置中通過常規(guī)電流分析經(jīng)過無接觸電流供電裝置中卻不能容易地在初級側(cè)得到該信息。該直接與所 要求的次級部件的可分離性和靈活操作性相矛盾的問題借助識別單元來 解決，該識別單元設(shè)置在初級部件中并借助電流傳感器和分析單元來確 定次級部件的運行狀態(tài)。因此為了最佳利用初級部件和次級部件之間的 "無接觸連接"，通過該無接觸連接從初級部件獲得次級部件的運行狀 態(tài)。因此可以借助該識別單元例如實現(xiàn)發(fā)送能量的初級部件的附加的自 保護(hù)。借助初級部件中的"電流分析"還可以判斷次級部件是否確實存 在。由此可以斷開初級部件并避免電流供電裝置的運行狀態(tài)對初級部件 造成的不必要的負(fù)載。此外，識別單元還使得能夠驗證次級線圈的位置，或者例如還可以 驗證次級部件本身的位置。借助初級部件中的電流分析還可以判斷初級 線圈與次級線圏的距離是否事實上是預(yù)定的或期望的距離。這是一個很 重要的特性，例如就是在對具有次級部件的組件和對象的機器定位或位 置控制中也是如此。本發(fā)明的識別單元使得可以對次級線圏以及例如還對次級部件本身 進(jìn)行位置測量。借助在初級部件中的"電流分析"可以判斷所查找的初 級部件和次級部件之間的距離有多大。當(dāng)涉及到表征包含次級部件的組 件和對象時，這是一個很重要的特性。一種優(yōu)選實施方式是，在初級部件中分析單元用于給出關(guān)于初級線
圏與次級線圈之間距離的第 一信息作為對于第 一運行狀態(tài)的識別，該 信息例如用于表征次級線圏的位置。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的分析單元用于給出關(guān)于次級部 件的至少一個功率接收器的電負(fù)載的笫二信息作為對于第二運行狀態(tài) 的識別，該信息例如用于表征至少一個功率接收器或相關(guān)的次級部件。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的分析單元用于輸出所述第一信 息以確定初級部件與次級部件之間的距離，該信息例如用于表征次級部 件的位置。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的分析單元用于輸出用于確定有 功電流或無功電流的信息，然后可以借助所確定的有功電流或無功電 流來判斷電流供電裝置的運行狀態(tài)。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件包含直流-交流變流器，該直流-交流變流器用于連接電壓源以及用于為初級線圈提供交變電壓。所述直流-交流變流器包含控制單元和具有有源受控開關(guān)的橋式電 路，該開關(guān)可以與該控制單元的參考信號成固定相位關(guān)系地運行。在一種優(yōu)選實施方式中，在包含電流傳感器的初級部件中，所述電 流傳感器與直流-交流變流器和初級線圏串聯(lián)連接，由于電流測量是在 沒有事先濾波的情況下進(jìn)行的，因此可以對施加的信號的每個可想到 的分量進(jìn)行檢查。在一種優(yōu)選實施方式中，在包含電流傳感器的初級部件中，電流傳 感器在所述橋式電路中這樣連接，使得在初級線圈與該電流傳感器之 間至少接入一個有源受控開關(guān)，該有源受控開關(guān)起前置濾波器的作 用，并因此使得濾波器單元變得多余。由此使初級部件緊湊并使其制造 成本合算。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的分析單元至少包含兩個可分立的元件濾波器單元和比較單元，該濾波器單元是可選的。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的濾波器單元包含至少一個相敏整流器，該相敏整流器可與電流傳感器連接，由此保證了在需要時省去濾波器單元的技術(shù)上的可能性。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的濾波器單元采用相敏整流器來提取電信號作為次級部件中的有功電流的度量。在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的濾波器單元采用相敏整流器來
提取電信號作為初級部件中的無功電流的度量。
在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件保留將相敏整流器的輸出端連接 到頻率選擇濾波器以提供信號的選擇。
在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的頻率選擇濾波器的輸出端可以 連接到所述比較單元的接頭。
在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的電流傳感器的輸出端可以連接 到所述比較單元的接頭，以繞過濾波器單元或使其成為多余的。
一種有意義的實施方式是，初級部件的比較單元包含至少一個具有 兩個輸入端的比較器。
在一種優(yōu)選實施方式中，初級部件的比較器具有可以連接到比較單 元的接頭的輸入端，還具有可以連接到參考電壓源的輸入端，以通過比 較來識別次級部件的運行狀態(tài)。一種無接觸電流供電裝置的優(yōu)選實施方式是，其是由功能上對應(yīng)于 初級部件或次級部件的組件的組合。其中，該初級部件借助次級部件的 次級線圏上的電感無接觸地傳輸電功率，其中，該初級部件至少可與 該次級部件的次級線圈分離，該初級部件可與電壓源相連接，該初級 部件具有由電流傳感器和分析單元構(gòu)成的、用于識別次級部件的運行 狀態(tài)的識別單元。其中，該次級部件借助電感無接觸地接收電功率，該 次級部件將該感應(yīng)的功率傳送給至少一個功率接收器。具有次級部件的無接觸電流供電裝置的一種優(yōu)選實施方式是，所述 次級部件可由次級線圈供以交變電流，并用于為至少一個功率接收器供 能，由此還可以保證在功率接收器組合方面的高度靈活性。
具有次級部件的無接觸電流供電裝置的另一種優(yōu)選實施方式是，次 級部件的整流器可由次級線圈供以交變電流并且用于為至少一個功率 接收器提供直流電流。


以下借助附圖所示實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖中示出
圖1示出具有集成的識別單元和電壓源的初級部件的原理圖；圖2示出初級部件的第一實施方式；圖3示出初級部件的另一實施方式；圖4示出具有功率接收器的次級部件的原理圖； 圖5示意性示出初級部件和次級部件的功能；圖6示意性示出初級部件和次級部件的移動特性。
具體實施方式
圖1示出連接在電壓源3上的無接觸電流供電裝置的初級部件1的 原理圖。圖1所示初級部件1的獨到之處在于，該初級部件1包含電 流傳感器6和分析單元7，由此可以對初級部件l中的電流進(jìn)行測量和 分析。就電流傳感器6和分析單元7的位置和連接來說，可以有結(jié)合 圖2和圖3所示和所描述的不同的初級部件實施方式。這些實施方式 的不同之處在于實施電流測量和/或構(gòu)建分析單元7的位置。初級部件1從電壓源3獲得要傳輸?shù)哪芰?，在此，電流傳感? 測量初級回路中的電流并由分析單元7進(jìn)行分析，以判斷次級部件2 的運4于狀態(tài)。圖2示出圖1示出的初級部件1具有電流傳感器6的一種實施方 式，在此，電流傳感器6設(shè)置在直流-交流變流器8中。此外，該直流-交流變流器8還包括用于控制同樣包含在內(nèi)的橋式電路15的開關(guān)的控 制單元14。電流傳感器6這樣接通，使得在電流傳感器6和初級線圈9 之間接入橋式電路15的至少一個有源受控開關(guān)。可選地，初級電流回 路還可以包含用于消除無功電流的電容器10。電流傳感器6和參考電 壓源26、 27連接到分析單元7中的比較單元17的比較器24、 25上。在此，利用在中間連接的開關(guān)上預(yù)濾波的信號進(jìn)行"電流分析"。 該預(yù)濾波筒化了分析單元7。可以在比較器24、 25中直接將測得的信 號與參考電壓26、 27進(jìn)行比較。比較器24、 25的輸出是識別次級部 件2的運行狀態(tài)所需的有功電流和無功電流的度量。圖3示出初級部件1的原理圖，其中，初級回路中的電流傳感器6 連接在直流-交流變流器8和初級線圏9之間?？蛇x地，初級電流回路 還可以包含用于消除無功電流的電容器10?？刂圃O(shè)備14通過控制導(dǎo)線 與相敏整流器18、 19連接，相敏整流器18、 19利用控制信號操作，并 具有固定的相位關(guān)系。相敏整流器18、 19是第一濾波器單元16的部件， 第一濾波器單元16又是分沖斤單元7的部件。相敏整流器18、 19連接到 電流傳感器6上。頻率濾波器20、 21又與相敏整流器18、 19連接。相 敏整流器18、 19的輸出端提供分析單元7中的第二濾波器單元17的接
頭22、 23。相敏整流器18、 19對測得的電流這樣進(jìn)行分析參照相位相關(guān)的參 考信號提取出輸出信號。通過頻率濾波器20、 21使相敏整流器18、 19 的輸出信號與不期望的信號分量分離。頻率濾波器20、 21的輸出信號 通過接頭22、 23傳輸給比較單元17。比較器24、 25將施加在接頭22、 23上的電壓與參考電壓26、 27進(jìn)行比較。比較器24、 25的輸出信號 是識別次級部件2的運行狀態(tài)所需的有功電流和無功電流的度量。圖4示出示意性實施方式中次級部件2的原理圖。次級部件2包 含次級線圈12和可選的電容器13。它們可以與可選的整流器11或功 率接收器4連接，在此整流器11同樣可與可能的功率接收器4連接。 電功率感應(yīng)地通過次級線圏12饋入次級回路。如果存在整流器ll，則 為功率接收器4提供直流電流，否則提供交變電流。圖5示意性示出初級部件28、具有大負(fù)載電阻的次級部件29和具 有小負(fù)載電阻的次級部件30，在此具有大負(fù)載電阻的次級部件29在該 示意圖中為移動的。按照本發(fā)明的識別單元使得可以借助"電流分析，，來明確地識別 次級部件及其功率接收器，因為次級部件29和次級部件30可通過其 負(fù)載電阻來區(qū)分。本發(fā)明的識別單元同樣使得可以進(jìn)行位置驗證，以 例如了解次級部件29是否處在為其設(shè)置的位置上。此外，本發(fā)明的識別單元還在次級部件不可知時實施對其的無接 觸測量。對次級部件的位置和負(fù)載電阻不僅可以驗i正還可以測量。例 如如果情況不允許利用機械接觸的常規(guī)電流測量，則測量負(fù)載電阻和/ 或3巨離以表征該次級部件。圖6示出"無接觸電池充電"的無接觸供電的實施例。在此要提 及初級部件和次級部件的可分離性的優(yōu)點以及由此帶來的附加的移動 性。為了例如為電動汽車35充電，設(shè)置了初級部件32意義下的充電 站37，在此電動汽車35包含次級部件31，因為電動汽車35應(yīng)纟皮充以 電功率。電動汽車35的充電電池在此情景中表示功率接收器。這樣初 級部件32為靜態(tài)的而次級部件31為移動的。在該同一實施例中，為 充電站37提供電能的充電車36又配備有初級部件34,充電站37通過 集成的次級部件33獲得電能。在這種情況下，移動的情況是相反的。 一般來說可以確定，初級部件和次級部件的使用都可以既在靜態(tài)的基
礎(chǔ)上又在移動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。綜上所述，本發(fā)明涉及一種無接觸電流供電裝置的初級部件，其能 夠借助感應(yīng)通過無接觸連接將能量從初級部件傳輸?shù)酱渭壊考?。由?通常不期望進(jìn)行常規(guī)的在次級側(cè)的電流分析，因此本發(fā)明利用初級側(cè) 的電流分析來獲得關(guān)于次級部件運行狀態(tài)的信息。因此分析的對象為 初級部件中的初級電流，識別單元對初級電流的分量進(jìn)行檢查并從中 得到關(guān)于次級線圏與初級線圏之間距離以及次級部件的負(fù)載的信息。
權(quán)利要求
1.一種用于無接觸電流供電裝置的初級部件(1)，其中，該初級部件(1)借助至少一個次級部件(2)的至少一個次級線圈(12)上的電感無接觸地傳輸電功率，該初級部件(1)至少可與該次級部件(2)的次級線圈(12)分離，并且該初級部件(1)可與電壓源(3)相連接，其特征在于，該初級部件(1)具有由電流傳感器(6)和分析單元(7)構(gòu)成的識別單元(5)，用于識別所述次級部件(2)的運行狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無接觸電流供電裝置的初級部件 (1)，其中，所述分析單元(7)給出關(guān)于初級線圏(9)與次級線圈 (12 )之間距離的第一信息作為對于第一運行狀態(tài)的識別。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于無接觸電流供電裝置的初級部 件U)，其中，所述分析單元(7)給出關(guān)于所述次級部件(2)的至 少一個功率接收器(4)的電負(fù)載或所述次級部件(2)本身的電負(fù)載 的第二信息作為對于第二運行狀態(tài)的識別。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l至3中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(1)，其中，所述分析單元(7)輸出所述第一信息以確 定所述初級部件(1)與次級部件(2)之間的距離。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(1)，其中，所述分析單元(7)輸出所述第一信息以確 定有功電-克或無功電 流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(l)，其中，該初級部件(1)包含直流-交流變流器(8), 該直流-交流變流器(8)用于連接電壓源(3)以及用于為所述初級線 圈(9)提供交變電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(l)，其中，所述直流-交流變流器(8)包含控制單元(14) 和具有有源受控開關(guān)的橋式電路(15)，該開關(guān)可以與該控制單元(14) 的參考信號成固定相位關(guān)系地運行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(1),其中，所述電流傳感器(6)與所述直流-交流變流 器(8)和初級線圏(9)串聯(lián)連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(1)，其中，所述電流傳感器(6)在所述橋式電路(15) 中這樣連接，使得在所述初級線圍(9)與電流傳感器(6)之間接入至少一個有源受控開關(guān)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l至9中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置 的初級部件(1)，其中，所述分析單元(7)包含濾波器單元(16) 和比較單元(17)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述濾波器單元(16)包含至少一個相敏 整流器，該相敏整流器與所述電流傳感器(6)連接。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述濾波器單元(16)是用于提取電信號 作為次級部件(2)中的有功電流的度量的相敏整流器(18)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述濾波器單元(16)包含用于提取電信 號作為初級部件(1)中的無功電流的度量的相敏整流器(19)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述相敏整流器(18)的輸出端可以連接 到一個頻率選擇濾波器(20)以提供信號。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述頻率選擇濾波器(20)可以連接到所 述比較單元(17)的接頭(22)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l至15中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述相敏整流器(19)的輸出端可以連接 到一個頻率選擇濾波器(21)以提供信號。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述頻率選擇濾波器(21)可以連接到所 述比較單元(17)的接頭(23)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的用于無接觸電流供電裝置的初級部件(1)，其中，所述電流傳感器(6)的輸出端可以連接 到所述比較單元(17)的接頭(22， 23)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(1)，其中，所述比較單元(17)包含至少一個具有兩 個輸入端的比較器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(l)，其中，比較器(24)的一個輸入端連接到接頭(22)， 而該比較器(24)的第二輸入端連接到參考電壓源(26)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的用于無接觸電流供電裝 置的初級部件(l)，其中，比較器(25)的一個輸入端連接到接頭(23), 而該比較器(25)的第二輸入端連接到參考電壓源(27)。
22. —種電流供電裝置，具有至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至21中任 一項所述的初級部件(1)，其中，該電流供電裝置具有至少一個次級 部件(2),其中，該次級部件(2)借助電感無接觸地接收電功率，該次級部件(2 )將該感應(yīng)的功率傳送給至少一個功率接收器(4 )。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的電流供電裝置，其中，所述次級部件 (2)可由次級線圈(12)供以交變電流，并用于為至少一個功率接收器(4)供能。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的電流供電裝置，其中，所述次級 部件(2)包含整流器(11)，該整流器(11)可由次級線圏(12)供 以交變電流并且用于為至少一個功率接收器(4)提供直流電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無接觸電流供電裝置的初級部件，其能夠借助電感通過無接觸連接將能量從初級部件傳輸?shù)酱渭壊考Ｓ捎谕ǔ２黄谕诖渭墏?cè)分析電流，因此本發(fā)明采用在初級側(cè)的電流分析以獲得次級部件運行狀態(tài)的信息。因此分析的對象為初級部件中的初級電流，該初級電流由識別單元檢驗其分量，并包含關(guān)于次級線圈與初級線圈之間的距離以及次級部件的負(fù)載的信息。
文檔編號H02J7/00GK101160703SQ200680012064
公開日2008年4月9日 申請日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者F·羅德, T·戈特澤 申請人:西門子公司