运行用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置的方法以及装置制造方法及图纸

运行用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置的方法以及装置，该装置具有：整流器，逆变器，功率线圈和通信单元，该方法具有以下步骤：按顺序执行功率传输、数据交换、设置参数的测量和谐振频率的测量，在功率传输期间由逆变器发射的实际电功率被调节到预定的电气设定点值，在数据交换期间借助通信单元在装置和耗电器之间交换数据，在设置参数的测量期间检测可能布置在功率线圈上的物体，在谐振频率的测量期间确定具有功率线圈的谐振电路的谐振频率，以及谐振频率的测量紧接在设置参数的测量之前或在设置参数的测量之后立即执行或紧接在数据交换之前或在数据交换之后立即执行。之后立即执行。之后立即执行。

【技术实现步骤摘要】
运行用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置的方法以及装置


[0001]本专利技术基于的目的是提供一种用于运行用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置的方法以及相应的装置，该方法以及该装置能够实现最可靠的运行。

技术介绍

[0002]该方法被用于运行用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置，也被称为无线功率传输（WPT）。关于WPT的基本原理，请参考相关技术文献。该方法优选地根据WPC（无线电源联盟）Ki（无绳厨房）标准来运行。用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置也可以被称为发射器，并且耗电器可以被称为接收器。
[0003]该装置具有传统的单相或多相整流器，用于从尤其正弦的电网电压产生直流（DC）电压。
[0004]该装置具有由DC电压供电的逆变器。该逆变器可以是例如半桥逆变器或全桥逆变器。该逆变器被设计为产生具有可设定的频率和/或可设定的占空比的经脉宽调制的驱动信号。
[0005]该装置具有传统的借助逆变器驱动的功率线圈或发射器线圈，该线圈被设计为产生磁场以传输能量。为此，借助逆变器尤其以驱动电压的形式产生尤其周期性的驱动信号，并且功率线圈或具有功率线圈的谐振电路由该驱动信号来驱动或经受该驱动信号。该驱动信号典型地具有取决于功率设定点值或与该功率设定点值相匹配的工作点。在这种情况下，工作点尤其指的是该驱动信号的一个或多个特性、例如该驱动信号的幅度、占空比和/或频率。
[0006]该装置具有通信单元，该通信单元被设计为与耗电器双向交换数据。
[0007]该方法具有以下按顺序执行的步骤：借助该装置执行功率传输，在该装置和耗电器之间执行数据交换，借助该装置执行设置参数的测量，以及借助该装置执行谐振频率的测量。这些步骤总是可以以相同的顺序执行。
[0008]在功率传输期间，由逆变器发射的功率被调节到预定的设定点值，其中经脉宽调制的驱动信号的频率和/或占空比被用作调节的（一个或多个）操纵变量。
[0009]在数据交换期间，借助通信单元尤其根据NFC方法在该装置和耗电器之间交换数据。
[0010]在设置参数的测量期间，检测可能布置在功率线圈上的物体、尤其异物。这也被称为异物检测（FOD）。
[0011]在谐振频率的测量期间，确定具有功率线圈的谐振电路的谐振频率。可以例如基本上如在EP 2 330 866 A2中所描述的那样执行谐振频率的测量。

技术实现思路

[0012]根据本专利技术，谐振频率的测量紧接在设置参数的测量之前或在设置参数的测量之
后立即执行，以及/或者谐振频率的测量紧接在数据交换之前或在数据交换之后立即执行。
[0013]在一个实施例中，数据交换和/或设置参数的测量在电网电压具有过零的时间范围内执行。
[0014]在一个实施例中，谐振频率的测量在结束于电网电压的过零之前的0.5ms至2ms的时间范围内执行，或者在开始于电网电压的过零之后的0.5ms至2ms的时间范围内执行。
[0015]在一个实施例中，在谐振频率的测量期间，逆变器以如下方式被驱动，即驱动电压随着检测到功率线圈中的电流的过零或符号变化而切换，尤其以便实现无阻尼振荡。显然，对过零的检测也可以基于就在过零之前的电流强度来执行，使得可以补偿逆变器的驱动的延迟。可以以如下方式动态地跟踪被用于检测过零的电流强度，即逆变器的实际开关过程与实际电流过零相一致。被用于检测过零的电流强度例如可以被转换为相应的电压值，该电压值作为比较器阈值被供应给比较器。
[0016]在一个实施例中，如果超过在功率线圈中流动的电流的预定峰值电流强度，则结束谐振频率的测量。
[0017]在一个实施例中，借助该装置基于所确定的谐振频率来确定工作频率，功率线圈随后在功率传输期间以该工作频率被驱动。
[0018]在一个实施例中，工作频率被设定在比谐振频率大0.5kHz和3kHz之间。
[0019]在一个实施例中，耗电器将工作频率相关信息项（例如与其有效电负载阻抗有关的工作频率相关信息项）传输到该装置。该装置根据谐振频率和工作频率相关信息项来设定工作频率。例如，谐振频率和工作频率之间的差可以被设定为随着有效电负载阻抗的增加而更小。
[0020]根据本专利技术的用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置被设计为执行上述方法。
[0021]在以下解释中，用于借助电感耦合朝耗电器的方向无线传输能量的装置被称为发射器，并且耗电器被称为接收器。
[0022]本专利技术提供一种用于由发射器确定传递函数的特殊的特征工作点的方法，其中传递函数描述在频率上可传输的功率。
[0023]由于接收器的时变行为，传递函数的测量在实践中不能合理地应用。如果例如借助频率扫描来测量传递函数，那么电动机根据所扫描的频谱被激励并且在测量持续时间期间改变其特性，并且因此传递函数也可能在测量期间变化。
[0024]传递函数的测量具有如下优点：发射器知道用于工作频率的整个频谱的最大可传输的功率。然而，（一个或多个）谐振频率的根据本专利技术的确定更加稳健，并且还允许在例如由于接收器的移位、即耦合的变化或者由于负载变化、即可变的电动机速度或可变的电动机扭矩、接通或断开负载电阻等而改变传递函数之后确定既用于能量传输的开始而且在运行期间的合适的工作频率。
[0025]借助根据本专利技术的方法，可以确定合适的工作频率，该频率能够实现非常快速地调节到设定点功率。明显的是，还可以确定更高频率的第二谐振频率，其可以被用作确定具有更高传输效率的相应工作点的基础。
[0026]根据本专利技术，谐振频率的测量基本上直接在数据传输或设置参数的测量（异物检测，FOD）之后执行。只要电网电压的绝对值仍然相对低并且因此尽管谐振运行，但产生的电
流不变得过大，数据传输或设置参数的测量就每次在所有电网过零附近+/
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1ms在主动运行中进行。替代地可以设想直接在数据传输之前或直接在设置参数的测量之前的谐振频率的测量。
[0027]在无线功率传输期间，阻抗和谐振频率依赖于所设置的接收器而显著变化，在传递函数中甚至可能出现双峰。虽然如此，功率的快速调节是必要的，例如以便吸收接收器的移位或负载变化并保持接收器在其运行行为方面稳定。
[0028]由逆变器发射的实际电功率可以被调节到可预定的设定点电功率，其中经脉宽调制的驱动信号的频率和占空比被用作调节的操纵变量。为了调节到设定点功率，执行以下步骤：a) 设定起始频率，b) 以没有达到设定点功率的方式设定起始占空比，c) 测量在所设定的起始频率和所设定的起始占空比下由逆变器发射的实际电功率，d) 选择小于或等于设定点功率的调节设定点功率，e) 计算在计算上对应于调节设定点功率的占空比，f) 设定所计算的占空比，g) 测量在所设定的频率和所设定的占空比下由逆变器发射的实际电功率，以及h) 随着调节设定点功率的增加重复步骤d)至g)，直到设定点功率与实际功率之间的偏差下降到预定的阈值以下。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于运行用于借助电感耦合朝耗电器（200）的方向无线传输能量的装置（100）的方法，其中该装置具有：
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用于从电网电压（U_N）产生DC电压（U_S）的整流器（108），
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由所述DC电压（U_S）馈电的逆变器（102），所述逆变器被设计为产生经脉宽调制的驱动信号（A_S），
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借助所述经脉宽调制的驱动信号（A_S）驱动的功率线圈（101），借助所述功率线圈能够产生交变磁场以传输所述能量，以及
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通信单元（111），所述通信单元被设计为与所述耗电器（200）双向交换数据，其中该方法具有以下步骤：
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按顺序执行功率传输（LTX）、数据交换（DAT）、设置参数的测量（MAP）和谐振频率的测量（MRF）；
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其中在所述功率传输（LTX）期间，由所述逆变器（102）发射的实际电功率被调节到预定的电气设定点值，
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其中在所述数据交换（DAT）期间，借助所述通信单元（111）在所述装置（100）和所述耗电器（200）之间交换数据，
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其中在所述设置参数的测量（MAP）期间，检测可能布置在所述功率线圈（101）上的物体、尤其异物，
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其中在所述谐振频率的测量（MRF）期间，确定具有所述功率线圈（101）的谐振电路（103）的谐振频率，以及
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其中所述谐振频率的测量（MRF）紧接在所述设置参数的测量（MAP）之前执行或在所述设置参数的测量（MAP）之后立即执行，或紧接在所述数据交换（DAT）之前执行或在所述数据交换（DAT）之后立即执行。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
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所述数据交换（DAT）和/或所述设置参数的测量（MAP）在电网电压（U_N）具有过零的时间范围内执行。3.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其特征在于：
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所述谐振频率的测量（MRF）在结束于电网电...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：EGO电气设备制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：