【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无线功率传输，更具体地讲，涉及使用耦合系数确定无线功率传输垫的对准。
技术介绍
无线功率传输常常受初级发射器垫和次级接收器垫的对准情况的影响。一般来讲，对准量越高，无线功率传输的效率就越高。目前有多种无线功率传输方法可供使用，但一般情况下，这些方法除了需要用于无线功率传输的初级发射器垫和次级传输垫外，还需要其它组件和设备。另外，很多可用于对准的方法除了成本高昂外，还存在某些缺点。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于无线功率传输对准的装置。一种系统和方法也执行该装置的功能。该装置包括能量输入模块，该能量输入模块将一定量的能量施加到无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器。WPT系统包括具有初级发射器垫的初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器。WPT系统将能量从初级转换器的初级发射器垫传输到次级转换器的次级接收器垫，而次级转换器向负载提供功率。该装置包括耦合测量模块，当初级发射器垫和次级接收器垫被间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该耦合测量模块测量初级发射器垫和次级接收器垫之间的耦合系数。该装置包括耦合阈值模块和对准提示模块，该耦合阈值模块确定耦合系数是否高于耦合阈值，该对准提示模块响应于耦合系数高于耦合阈值而发送对准提示。在一个实施例中，该能量模块包括能量增加模块，该能量增加模块通过在规定量的时间内增加施加到初级转换器的一定量的能量来将所述量的能量施加到初级转换器。在另一个实施例中，该能量增加模块在输入电压范围内增加输入电压。在另一个实施例中，初级转换器包括逆变器，并且包括H-桥，该H-桥使用相位角占空比控制技术来控制。能量增加模...
【技术保护点】
一种装置，包括：能量输入模块，所述能量输入模块将一定量的能量施加到无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器，所述WPT系统包括具有初级发射器垫的所述初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器，所述WPT系统将能量从所述初级转换器的所述初级发射器垫传输至所述次级转换器的所述次级接收器垫，所述次级转换器向负载提供功率；耦合测量模块，当所述初级发射器垫和所述次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述耦合测量模块测量所述初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的耦合系数；耦合阈值模块，所述耦合阈值模块确定所述耦合系数是否高于耦合阈值；以及对准提示模块，所述对准提示模块响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.03 US 61/911,3171.一种装置，包括：能量输入模块，所述能量输入模块将一定量的能量施加到无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器，所述WPT系统包括具有初级发射器垫的所述初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器，所述WPT系统将能量从所述初级转换器的所述初级发射器垫传输至所述次级转换器的所述次级接收器垫，所述次级转换器向负载提供功率；耦合测量模块，当所述初级发射器垫和所述次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述耦合测量模块测量所述初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的耦合系数；耦合阈值模块，所述耦合阈值模块确定所述耦合系数是否高于耦合阈值；以及对准提示模块，所述对准提示模块响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块还包括能量增加模块，所述能量增加模块通过在规定量的时间内增加施加至所述初级转换器的一定量的能量来将所述量的能量施加至所述初级转换器。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述能量增加模块在整个输入电压范围内增加输入电压。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述初级转换器包括逆变器，并包括H-桥，所述H-桥使用相位角占空比控制技术控制，并且其中所述能量增加模块在整个导通角范围内增加导通角。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述相位角占空比控制包括对称电压消除(“SVC”)控制、非对称电压消除(“AVC”)控制和非对称占空比(“ADC”)控制中的一者。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块在所述初级转换器的切换周期的至少品质因子数量的切换循环期间将所述量的能量施加至所述初级转换器，所述品质因子包括所述WPT系统在暂态条件之后达到稳态条件所需的多个切换循环。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述初级转换器以约23.4千赫的切换频率运行，并且所述能量输入模块在约1毫秒内将所述量的能量施
\t加至所述初级转换器。8.根据权利要求6所述的装置，其中所述能量输入模块在约100毫秒至1秒的范围内将所述量的能量施加至所述初级转换器。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述耦合系数与输出直流(“DC”)电压与发射器垫电流的比率成比例。10.根据权利要求1所述的装置，还包括在下述的一种或多种时候将所述次级转换器的输出电容器上的电压重置为初始电压的电压重置模块：在所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之前；以及在所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之后。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述能量输入模块多次将所述量的能量施加至所述初级转换器，并且所述电压重置模块在每次所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之后重置所述输出电容器的电压，其中所述耦合测量模块根据与每次所述量的能量施加至所述初级转换器相关的测量结果确定平均耦合系数。12.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块在所述次级转换器和所述负载之间无负载的情况下将所述量的能量施加至所述初级转换器，其中所述WPT系统在所述无负载的情况下基本上不向所述负载提供功率。13.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块还包括使用固定的能量输入速率将所述量的能量施加至所述初级转换器的静态输入模块。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述静态输入模块持续规定量的时间将能量施加至所述初级转换器。15.根据权利要求1所述的装置，其中所述耦合测量模块测量桥接电流和输出电压，并根据所测量的桥接电流和输出电压中的一者或多者确定耦合系数，所述输出电压包括所述次级转换器的输出电压。16.根据权利要求15所述的装置，其中所述耦合测量模块还包括耦合查找模块，所述耦合查找模块由耦合系数表确定耦合系数，所述耦合系数表包括多个耦合系数，所述耦合系数表中的每个耦合系数包括对应输出电压和对应桥接电流中的一者或多者。17.根据权利要求15所述的装置，其中所述耦合测量模块还包括耦合计算模块，所述耦合计算模块使用耦合系数公式确定耦合系数，其中所述输出电压和桥接电流中的一者或多者是变量，并且耦合系数是所述耦合系数公式的输出。18.根据权利要求17所述的装置，其中所述初级转换器和次级转换器包括LCL谐振转换器系统，并且所述耦合系数公式如下： i b = L b L m MR 2 V 1 s 2 C 1 β ( V 1 - L m V 1 σ 3 C 1 n 2 ( L b s + L m σ 3 C 1 n 2 σ 1 σ 2 ) σ 1 σ 2 ) σ 1 ( R 2 + L 2 s + 1 C 2 s ) σ 2 ]]>其中： β = L b s + L m σ 3 C 1 n 2 σ 1 σ 2 ]]> σ 1 = L m s + σ 3 C 1 n 2 sσ 2 ]]> σ 2 = L 1 s + 1 C 1 s + 1 C 1 s s - M 2 s 2 R 2 + L 2 s + 1 C 2 s ]]> σ 3 = L 1 s + 1 C 1 s s - M 2 s 2 R 2 + L 2 s + 1 C 2 s ]]> k = M L 1 · L 2 ]]>并且：k耦合系数；M初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的互感；L1所述初级发射器垫的自感；L2所述次级接收器垫的自感；ib电感器Lb的电感器电流；Lm变压器励磁电感；C2所述次级转换器的次级谐振电路上的并联调谐电容器；C1s所述初级转换器的初级LCL负载谐振转换器上的串联调谐电容
\t器；C1所述初级LCL负载谐振转换器上的并联调谐电容器；Lb LCL负载谐振转换器的桥接电感；R2初始输出电压除以输出电流；V1至所述初级LCL负载谐振转换器的DC输入电压；s i·ω，其中i为虚数ω以弧度表示的初级转换器的角运行频率，其中ω＝2πf；f以赫兹表示的所述初级转换器的运行频率；以及n所述初级转换器中变压器的匝数比。19.根据权利要求1所述的装置，还包括响应于所述耦合系数低于所述耦合阈值而发送未对准提示的未对准提示模块。20.根据权利要求1所述的装置，其中所述初级转换器包括LCL负载谐振转换器，所述LCL负载谐振转换器包括H-桥、LCL网络和初级发射器垫，并且所述次级转换器包括LCL网络和整流区段，所述整流区段包括输出电容器，所述整流区段连接至负载。21.根据权利要求1所述的装置，其中所述耦合阈值包括最小耦合阈值，并且所述装置还包括：最大阈值模块，所述最大阈值模块确定所述耦合系数是否高于最大耦合阈值；以及最大信号模块，所述最大信号模块响应于所述最大阈值模块确定所述耦合系数高于所述最大耦合阈值而发送最大阈值提示。22.根据权利要求1所述的装置，其中所述次级转换器响应于从所述对准提示模块接收到的所述对准提示而将能量传输至所述负载。23.根据权利要求1所述的装置，其中所述初级转换器和所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：亨特·H·吴，哈迪·马莱克，迈克尔·P·马斯克利耶，
申请(专利权)人：犹他州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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