感应电能传输发射器和系统的制作方法

本发明涉及感应电能传输发射器以及感应电能传输系统和方法。

背景技术：

1、感应电能传输是无需物理或有线连接的电能传输。典型的感应电能传输系统包括感应电能传输发射器或初级设备，它产生电磁场，用于跨空间传输电能到感应电能传输接收器或次级设备，从磁场中提取电能并将其提供给负载。典型的感应电能传输发射器由电源驱动，包括逆变器、初级调谐网络和初级线圈。典型的感应电能传输接收器包括次级线圈、次级调谐网络、整流器和负载。

2、该系统使用磁场将电力从初级线圈无线传输到次级线圈。通过在初级线圈输入交流电流来产生磁场。次级线圈置于初级线圈产生的磁场中时，会在其端子上产生交流电压，用于驱动或为连接的负载供电。感应电力传输可以消除电线和电池的使用，从而增加电子设备的移动性、便利性和安全性。

3、在本说明书中，参考了专利说明书、其他外部文件或其他信息来源，这通常是为了提供讨论本发明特征的上下文。除非另有明确说明，否则引用此类外部文件不应被解释为承认此类文件或此类信息来源在任何司法管辖区内都是现有技术，或构成本领域公知常识的一部分。

技术实现思路

1、本发明的至少一些优选实施例的目的是提供无线电力发射器和系统，和/或至少为公众提供有用的替代方案。

2、在一个方面，本发明可以说包括感应电能传输发射器，包括：多个并联子电路作为电流源，每个子电路包括：一个或多个逆变器，以及配置为提供电流源输出的调谐网络逆变器输出，其中并联子电路的输出耦合，因此它们各自的输出电流相加，以及发射器线圈子电路，耦合到并联子电路的输出，其中每个并联子电路的逆变器输出可以与发射器线圈子电路耦合或去耦合。

3、可选地，逆变器输出可以通过操作一个或多个开关与发射器线圈子电路耦合或去耦合。

4、可选地，通过操作逆变器中的开关，逆变器输出可以与发射器线圈子电路耦合或去耦合。

5、可选地，通过操作相应逆变器和调谐电路之间的一个或多个开关，逆变器输出可以与发射器线圈子电路耦合或去耦。

6、可选地，通过操作相应调谐电路和发射器线圈小电路之间的一个或多个开关，逆变器输出可以与发射器线圈子电路耦合或去耦合。

7、可选地，发射器线圈子电路包括串联调谐的发射器线圈和电容器。

8、可选地，发射器线圈子电路包括调谐发射器线圈和电容器。

9、可选地，发射器线圈子电路包括调谐发射器线圈和至少一个可变电容器和/或至少一个可变导体。

10、可选地，耦合或去耦合每个并联子电路的逆变器输出增加或减少提供给发射器线圈子电路的电流。

11、可选地，可以通过改变从一个或多个逆变器输出的电流的相位来调节提供给发射器线圈子电路的电流。

12、可选地，感应电能传输发射器还包括用于感测发射器线圈和接收器之间的k系数的电路，以及用于导通或关断一个或多个逆变器和/或改变一个或多个逆变器的电流输出相位的控制器逆变器向发射器线圈子电路提供电流，该子电路考虑了k系数和/或负载的变化。

13、可选地，当逆变器和/或并联电路断开连接时，剩余并联子电路的功率因数和/或阻抗和/或其他特性不改变。

14、在另一方面，可以说本发明包括用于向接收器提供期望功率的感应功率传输发射器，该接收器包括经由多个调谐电路耦合到发射器线圈的多个逆变器和监测发射器线圈之间的k系数的控制器以及接收器，其中控制器被配置成导通和/或关断逆变器以控制提供给发射器线圈的功率，使得在接收器处接收到期望的功率。

15、这里的实施例可以可选地还包括以下的一种或多种。

16、·控制器被配置成将输电线圈处所需的功率或电流作为输入。可选地，控制器被配置为基于电力传输线圈处所需的功率或电流来确定需要导通或关断多个并联子电路中的哪一个。可选地，控制器被配置为输出一个或多个控制信号，每个控制信号与多个并联子电路之一有关。

17、·多个初级电源电路被配置为被控制或导通/关断以便在功率传输线圈/天线处提供基本恒定的电流或功率输出。

18、·电力传输线圈/天线处的电流或功率输出可以通过导通或关断初级电源电路的不同组合和/或控制每个初级电源电路的相移来控制。

19、·控制初级电源电路以补偿k系数的变化或电力传输线圈/天线处的互感。

20、·电力传输线圈/天线处“k”系数的变化是由与次级线圈或无线接收器对准的变化引起的。

21、·每个初级电源电路被配置为提供输出电流。初级线圈处的电流是来自多个初级电源电路的所有输出电流的总和。可以控制每个逆变器的相移以改变初级电源电路的输出电流。

22、·每个逆变器被配置为通过控制一个或多个逆变器开关来控制或导通或关断。逆变器开关被配置为短路逆变器的输出。

23、·调谐或补偿网络还包括一个或多个隔直电容器，其被配置为减少可能由于关断一个或多个逆变器而形成的直流共模电流。调谐或补偿网络还包括一个或多个共模扼流圈，配置为最小化或抑制无线电力发射器中的ac共模电流。

24、定义、术语和短语

25、在本规范中，“高功率应用”是指具有高额定功率的应用(感应电能传输系统的)。例如，这种高额定功率可能约为10kw或更高。

26、在本规范中，“低功率应用”是指具有低额定功率的(感应功率传输系统的)应用。例如，这种低额定功率可能约为10kw或更低。

27、在本说明书中，提及“电动车辆的无线充电”涉及以适合工业/商业用途的足够大的规模对电动车辆进行无线充电。这与电动汽车的家用无线充电不同，后者可能与本说明书中描述的感应电能传输系统有不同的设计考虑，也可能没有不同的设计考虑。

28、在本说明书中，提及“感应电能传输”可以指代“无线充电”和“实时无线电力传输”。在如本领域技术人员所理解的技术上可行的情况下，对无线充电、感应充电或类似物的任何参考也可适用于实时无线电力传输。

29、术语“电容器”是本领域中众所周知的术语。然而，在本说明书中，“电容器”也可以指任何具有容抗的元件。“电容器”还可以指任何组件组合(其可以包括也可以不包括任何电容器)被布置成使得组件组合的净电抗是电容性的，并且因此可以被改造成电容器。

30、术语“电感器”是本领域中众所周知的术语。然而，在本说明书中，“电感器”也可以指任何具有感抗的元件。“电感器”还可以指任何组件组合(其可以包括也可以不包括任何电感器)被布置成使得组件组合的净电抗是电感性的，并且因此可以被改造成电感器。

31、尽管下文描述的感应电能传输系统可用于多种应用，但应注意感应电能传输系统(包括所描述的实施例和组成感应电能传输系统的子电路)已被设计成具有高功率应用，例如，包括在工业/商业环境(相对于家庭环境)中的电动汽车无线充电。这种设计应与仅具有较低功率应用(例如移动电话等电子设备的无线充电)的感应功率传输系统区分开来，即使电子电路在电路图上可能看起来相似。具有高功率应用的感应电能传输系统具有特定的设计考虑因素，这些考虑因素在设计具有低功率应用的感应电能传输系统时不适用。例如，具有大功率应用的感应电能传输系统将具有显着更大的散热和功率效率问题，至少在某些情况下不能使用本领域技术人员已知的技术充分解决这些问题。这些特定设计考虑因素中的一些(及其各自的解决方案)将在稍后的详细描述中讨论。

32、本说明书和指示性权利要求中使用的术语“包含”“至少部分地由...组成”。当解释本说明书和指示性独立权利要求中包括术语“包含”的每个陈述时，也可能存在不同于该术语或以该术语开头的特征。相关术语如“包含”和“包含”将以相同方式解释。

33、意在提及本文公开的数字范围(例如1至10)也包括提及该范围内的所有有理数(例如1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)以及该范围内的任何有理数范围(例如，2至8、1.5至5.5和3.1至4.7)，因此，本文明确公开的所有范围的所有子范围特此明确披露。这些仅是具体意图的例子，所列举的最低值和最高值之间的所有可能的数值组合应被认为以类似方式在本技术中明确陈述。

34、本发明也可以广义地说包括在申请的说明书中单独或共同提及或指示的部分、元件和特征，以及任何两个或多个所述部分、元件或特征的任何或所有组合，并且其中本文提及的特定整数具有本发明相关领域中已知的等同物，此类已知等同物被视为并入本文，如同单独阐述一样。