專利名稱：信號傳遞系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及提供用于通過電感功率耦合(inductive powercoupling)控制功率傳 遞的器件、系統(tǒng)和方法。
背景技術：
為安全起見，導電耦合的電源側(cè)通常為母端(female part)，不具有由其突出的裸 露導電元件。連接到該器件的插頭為具有裸露插稍的對應公端(male part)。插稍和插孔 的尺寸設計為兒童不能將其手指插入。在高質(zhì)量的插座中，提供有接地連接，并且，只有當 具有較長接地插稍的插頭插入時，才有可能將插稍(或任何其他)插入連接到負載電流的 帶電線及零線的插孔內(nèi)。但是，插座插孔具有危險性，兒童有時會設法將筆、插稍、以及其他 物體插入插座插孔，這有時會導致致命傷害。并且水也可導致短路，并造成電擊。因此，可提供更為安全以及可靠的無插座功率出口(poweroutlet)，例如電感耦合 器(inductive coupler) 0電感功率耦合容許能量在不需連接線的情況下從電源傳遞給電 負載。電源連接到初級線圈，并跨初級線圈施加震蕩電勢，從而圍繞該線圈感應震蕩磁場。 該震蕩磁場可在靠近初級線圈設置的次級線圈內(nèi)感應震蕩電流。通過該方式，電能可通過 電磁感應，從初級線圈傳遞到次級線圈，而不需要這兩個線圈導電連接。當電能從初級線圈 感應地傳遞到次級線圈時，該對線圈稱為感應耦合。因此，當次級線圈感應耦合到初級線圈 時，與該次級線圈串聯(lián)的電負載可從電源獲取能量。在擴展表面上的低功率電感功率傳輸系統(tǒng)并非是新的。在授予Hui的美國專利 No. 7，164，255中描述了這樣一個示例。在Hui專利的系統(tǒng)中，設計了一種平面電感電池充 電系統(tǒng)，以確保對電子器件進行再充電。該系統(tǒng)包括具有充電表面的平面充電模塊，在該充 電表面上設置有將被再充電的器件。在該充電模塊內(nèi)，并平行于該充電表面，提供了至少一 個初級繞組，優(yōu)選地為初級繞組陣列。這些初級繞組將能量感應地耦合到在將被再充電的 器件內(nèi)形成的次級繞組。這些系統(tǒng)足以用作為電池充電，這是因為它們典型地提供了相對 低的功率電感耦合。但是，應當理解，近似均一地在該單元整個區(qū)域上持續(xù)傳送能量的延伸 基單元(extended base unit)，例如Hui專利的充電表面，并不適用于高能量系統(tǒng)。無插座出口不需要用于連接插稍的插孔，因此可比導電插座更為有效地偽裝，并 看起來不那么突出。例如，初級電感線圈可隱藏于一個表面內(nèi)。通常，無插座出口的不明顯 外觀是有益的。但是，相比傳統(tǒng)功率出口而言，其較難被找出，這是不利的。用戶必須通過 將次級線圈移至臨近出口以定位該出口的位置之后，方能使用該出口。當功率出口在隱藏 表面(例如桌頂或墻壁)之后時，定位該插座的問題尤其關鍵，并且其位置在大區(qū)域內(nèi)是可 調(diào)整的。在高功率系統(tǒng)中，定位移動源“熱點”(hotspot)或插座是特別成問題的，因為該系 統(tǒng)內(nèi)沒有提供延伸的功率傳送表面。另外，高功率初級線圈產(chǎn)生大的震蕩磁場。當次級線 圈感應地耦合到初級線圈時，所產(chǎn)生的磁鏈(flux linkage)泄漏可導致功率被攝入次級線 圈內(nèi)。當沒有次級線圈聚焦該功率時，震蕩磁場可產(chǎn)生將被傳輸?shù)母吣芰康碾姶挪?，這對其它器件是有害的。和其多余熱量可容易地驅(qū)散的低功率系統(tǒng)(例如Hui專利的充電系統(tǒng)) 相反，未耦合的高功率初級線圈及其周圍部分可具有危害性的熱量。為了以有效的方式將功率提供給電器件，有必要控制該功率的某些參數(shù)。通過反 饋這些參數(shù)，例如工作電壓、電流、溫度等，可優(yōu)化對電器件的電源供應，以最小化能量損 耗，并防止對器件的過度加熱。所以，為控制功率等提供信號傳遞通道是有用的。因此，通常 在傳統(tǒng)的導電電源供應系統(tǒng)內(nèi)，沿功率輸入通道在電源和負載器件之間提供通信通道。提 供這樣通信通道的方法包括對該器件的導線連接，這些連接通常與電源線包覆于相同電纜 中，并通過常規(guī)的插稍、插座類型連接器，導電地連接到負載。防泄漏系統(tǒng)能夠檢測來自于電感功率源初級線圈的功率散發(fā)(power emanating)，并且如果已確定沒有次級線圈耦合到初級線圈時，切斷到初級線圈的電源。但 是，為防止當耦合有次級線圈時來自于初級線圈的功率消耗，在次級和初級線圈之間的通 信通道是有用的。但是，由于導電功率耦合內(nèi)缺少連接線，因此導電通信通道是不切實可行 的。需要一種用于電感功率出口的控制系統(tǒng)，其能夠定位隱蔽的功率出口，防止功率 出口的功率消耗，定位靠近功率出口的次級線圈，以及控制從功率出口到耦合到該功率出 口的次級線圈的功率傳遞。本發(fā)明強調(diào)了該需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供了用于通過電感功率耦合控制功率傳遞的信號傳遞系 統(tǒng)，所述電感功率耦合包括連接到電源的初級電感線圈以及連接到電負載的次級電感線 圈；所述系統(tǒng)包括a.至少一個信號發(fā)生器，其用于產(chǎn)生控制信號；b.至少一個發(fā)送器，其用于發(fā)送所述控制信號，以及c.至少一個接收器，其用于接收所述控制信號?？蛇x并且優(yōu)選地，該用于傳送被編碼數(shù)據(jù)的控制信號有關于包括以下項的組中的 至少一種d.所述電負載的存在；e.所述初級電感線圈的位置；f.所述次級電感線圈的位置；g.所述電負載所需的工作電壓；h.所述電負載所需的工作電流；i.所述電負載所需的工作溫度；j.所述電負載所需的工作功率；k.所述電負載的測量工作電壓；1.所述電負載的測量工作電流；m.所述電負載的測量工作溫度；η.所述電負載的測量工作功率；ο.輸送給所述初級電感線圈的功率；p.由所述次級電感線圈接收的功率，以及
q.用戶識別碼。在一個實施方式中，信號發(fā)生器包括連接到所述次級電感線圈的傳輸電路；該傳 送器包括所述次級電感線圈，并且該接收器包括連接到接收電路的該初級電感線圈，其中 所述傳輸電路包括可選擇地連接到所述次級電感線圈的輔助負載，以及所述接收電路包括 至少一個功率監(jiān)測器，其用于監(jiān)測提供給所述初級電感線圈的功率。在一個實施方式中，該傳輸電路進一步包括至少一個開關單元，其包括調(diào)制器， 用于將位元率信號與輸入信號相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號；以及開關，用于根據(jù)所述調(diào)制信 號，間歇地將所述輔助負載連接到所述次級電感線圈，并且所述接收電路進一步包括至少 一個電流監(jiān)測器，用于監(jiān)測由所述初級電感線圈獲取的初級電流，由此產(chǎn)生初級電流信號， 以及至少一個相關器，用于將所述初級電流信號與所述位元率信號交叉相關，由此產(chǎn)生輸 出信號?！ぴ撔盘杺鬟f系統(tǒng)可進一步由以下限定中的至少一種而被特征化·所述開關單元進一步包括控制器，其配置為將數(shù)據(jù)編碼成所述輸入信號；·所述開關單元進一步包括分頻器；·所述電感功率耦合利用驅(qū)動頻率傳遞能量，并且所述位元率頻率是所述驅(qū)動頻 率的整分數(shù)；·所述電感功率耦合為從包括以下項的組中選取的器件變壓器，DC-DC轉(zhuǎn)換器， AC-DC轉(zhuǎn)換器，AC-AC轉(zhuǎn)換器，馳返變壓器，馳返轉(zhuǎn)換器，全橋轉(zhuǎn)換器，半橋轉(zhuǎn)換器和正向轉(zhuǎn) 換器；以及·所述初級電感線圈從所述次級電感線圈電隔離。在另一個實施方式中，該傳輸電路進一步包括半波整流器，并且該接收電路配置 成檢測當所述次級電感線圈耦合到所述初級電感線圈時，供應給所述初級電感線圈的功率 中的二次諧波信號?？蛇x地，多個所述初級電感線圈各連接到驅(qū)動器，并且該驅(qū)動器配置成可選擇地 依次操作各初級電感線圈，從而識別哪個初級電感線圈最接近所述次級電感線圈。可選地，各初級電感線圈可操作地位于多個功率水平，并且所述驅(qū)動器配置為在 低功率下可選擇地操作各初級電感線圈，直到該最接近所述次級電感線圈的初級電感線圈 被識別，以及然后在高功率下操作所述最接近所述次級電感線圈的初級電感線圈。本發(fā)明的第二個方面涉及一種用于監(jiān)測所述功率傳遞效率的效率監(jiān)測器，其包括 上述述信號傳遞系統(tǒng)；該功率監(jiān)測器進一步包括至少一個輸入功率監(jiān)測器，用于測量輸 送給所述初級電感線圈的輸入功率；至少一個輸出功率監(jiān)測器，用于測量由所述次級電感 線圈接收的輸出功率；至少一個處理器，用于確定功率損耗指標，以及至少一個通信通道， 用于將所述輸入功率和所述輸出功率傳送給所述處理器。典型地，該效率監(jiān)測器進一步由以下限定中的至少一種被特征化·所述效率監(jiān)測器另外包括至少一個電流斷路器，用于將所述初級電感線圈與所 述電源斷開；·所述輸入功率監(jiān)測器整合入電感功率出口 ；·所述輸出功率監(jiān)測器整合入電器件；·所述功率損耗指標是效率商數(shù)Q，定義為所述輸出功率對所述輸入功率的比率；
·所述功率損耗指標是效率差分Δ，定義為所述輸出功率與所述輸入功率之間的 差，以及·所述效率監(jiān)測器另外包括與所述處理器相通信的故障檢測器。可選地，該效率監(jiān)測器整合入電器件，其進一步包括至少一個所述傳送器，用于將 所述輸出功率傳送給所述接收器?？蛇x地，該傳送器從包括以下項的組中選取光發(fā)射二極管，無線電發(fā)送器，光耦 合器，機械振蕩器，音訊源，超聲感應器以及輔助負載傳輸電路。該信號傳遞系統(tǒng)可整合入功率出口定位器，用于定位電感功率出口，所述功率出 口包括至少一個所述初級電感線圈和至少一個所述傳送器；所述系統(tǒng)進一步包括·至少一個傳感器，用于檢測所述控制信號；·至少一個處理器，用于從所述至少一個傳感器接收傳感信號，并計算所述功率出 口位置的至少一個坐標，以及·至少一個用戶界面，用于從所述處理器接收信號，并將所述位置傳送給用戶。典型地，該功率出口定位器進一步由以下限定中的至少一種特征化·該至少一個傳感器被選擇為檢測由至少一個所述初級電感線圈所產(chǎn)生的電磁 場；·該處理器通過將由該傳感器接收到的所述控制信號的強度與參考值相比較，計 算所述傳感器和所述功率出口之間的距離；·該處理器通過比較由多個所述傳感器檢測的所述控制信號的相關強度，確定所 述功率出口的方向；·所述功率出口的位置被編碼成所述控制信號，并由所述處理器解碼；·該用戶界面包括用于指示所述功率出口位置的可視顯示屏，以及·該用戶界面包括可聽信號。 在一個實施方式中，該功率出口定位器整合入電器件?？蛇x地，該電器件進一步由以下限定中的至少一個被特征化·該電器件另外包括至少一個所述次級電感線圈，用于為所述電器件提供功率；·該電器件另外包括至少一個電化功率電池，用于為所述電器件提供功率，以及通 過整流器連接到所述電化功率電池的至少一個所述次級電感線圈，用于為所述電化功率電 池充電，以及·該電器件從包括以下項的組中選取電話，個人數(shù)字助理(PDAs)，照相機，媒體 播放器，計算機，鍵盤以及光標控制器。本發(fā)明的再一個方面涉及提供一種用于通過電感能量耦合傳送控制信號的方法， 該電感能量耦合包括連接到電源的初級電感線圈和連接到電負載的次級感應線圈，所述方 法包括·提供輸入信號；·提供位元率信號；·將該位元率信號與該輸入信號相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號；·根據(jù)所述調(diào)制信號，將輔助負載間歇地連接到所述次級電感線圈；·監(jiān)測由所述初級電感線圈所獲取的初級電流，并產(chǎn)生初級電流信號，以及
·將所述初級電流信號與所述位元率信號交叉相關，以產(chǎn)生輸出信號。本發(fā)明的再一個方面涉及提供一種用于監(jiān)測通過電感功率出口傳輸功率的效率 的方法，該電感功率出口包括至少一個連接到電源的初級電感線圈，用于與連接到電器件 的次級電感線圈感應耦合，所述方法包括以下步驟·測量輸送到所述初級電感線圈的輸入功率；·測量由所述電器件接收的輸出功率；·將所述輸入功率傳送給處理器；·將所述輸出功率傳送給所述處理器，以及·所述處理器確定功率損耗指標。在一個具體的方法中，預先設定用于所述功率損耗指標的工作值范圍，并且該方 法進一步包括以下步驟如果所述功率損耗指標落出所述工作值范圍，將所述初級電感線 圈從所述電源斷開。


為更好地理解本發(fā)明，并顯示其如何實施，現(xiàn)通過示例的方式，并結合附圖進行說 明。以下對附圖進行具體說明，應當強調(diào)的是，這些具體附圖為示例性的方式，并僅為 了說明性地討論本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，并且確信是本發(fā)明原理和概念方面最有用和容易 理解的描述。因此，不意在較對本發(fā)明基本理解所必需內(nèi)容更詳細地顯示本發(fā)明的結構細 節(jié)這些描述結合附圖，能夠使本領域的普通技術人員理解本發(fā)明的數(shù)個形式如何實施。在 附圖中圖1是顯示出整合有根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式所述信號傳遞系統(tǒng)的電感功率 耦合主要元件的框圖；圖加-d顯示了信號傳遞系統(tǒng)的另一個實施方式，其中控制信號通過電感能量耦 合傳送；圖3是顯示出信號傳遞系統(tǒng)的示意圖，其整合入無接觸電感功率耦合，用于為電 腦供電；圖4是顯示出根據(jù)本發(fā)明，用于通過電感能量耦合傳遞信號的方法的流程圖；圖5是顯示出信號傳遞系統(tǒng)另一個實施方式的框圖，其整合入效率監(jiān)測器，用于 監(jiān)測通過電感功率出口傳送功率的效率；圖6a是耦合有電負載的電感功率出口，由效率監(jiān)測器監(jiān)測；圖6b是圖6a電感功率出口的示意圖，其中在初級和次級線圈之間引入功率耗 散；圖7是使用信號傳遞系統(tǒng)以監(jiān)測通過電感功率出口傳輸功率效率的方法的流程 圖；圖8a是信號傳遞系統(tǒng)另一個實施方式的示意圖，其整合入功率出口定位器，用于 指示隱藏在表面后的電感功率出口的位置；圖8b是在圖8a表面上的電腦的示意圖，其由隱藏的初級出口供電；圖9是顯示出功率出口定位器主要特征的框10
圖10是帶有四個傳感器的功率出口定位器的示意圖；圖11是顯示出功率出口定位器的框圖，其配置為接收和解碼通過功率出口傳送 的控制信號，該功率出口使用信號傳遞系統(tǒng)的再一個實施方式；圖Ih-C是整合有功率出口定位器的移動電話的示意圖，其中圖形用戶界面表示 了在表面圖像上添加的虛擬目標，以及圖13是信號傳遞系統(tǒng)的示意圖，其整合入一個系統(tǒng)，用于定位設置在多線圈功率 傳送表面上的次級線圈。
具體實施例方式現(xiàn)參考圖1，其顯示了整合有根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的信號傳遞系統(tǒng)100的電 感功率耦合200主要元件的框圖。電感功率耦合200由初級電感線圈220和次級電感線圈沈0組成。初級線圈220 典型地通過驅(qū)動器230連接到電源M0，驅(qū)動器230提供驅(qū)動初級線圈220所必要的電子電 路。驅(qū)動電子電路例如可包括開關單元，其提供高頻率震蕩電源。次級線圈260連接到電 負載觀0。當次級線圈260臨近初級線圈220設置時，該線圈對形成電感耦合，并且功率從初 級線圈220傳遞到次級線圈沈0。以這樣的方式，功率出口 210可將功率提供給電器件四0。信號傳遞系統(tǒng)100包括信號發(fā)生器120，用于產(chǎn)生控制信號& ；傳送器140，用于 傳送所述控制信號& ；以及接收器160，用于接收所述控制信號Sco雖然在此處描述的信號傳遞系統(tǒng)100中，傳送器140整合入功率出口 210，并且接 收器160整合入電設備四0，但應當理解，傳送器140可備選地或附加地整合入電器件四0， 并且接收器160可備選地或附加地整合入功率出口 210。控制信號&傳送有關功率傳送的編碼信號。該數(shù)據(jù)可能涉及到控制有效的功率 傳送。該數(shù)據(jù)的示例包括例如下列參數(shù)電負載280所需操作電壓、電流、溫度或功率，在操 作中提供給電負載觀0的測量電壓、電流、溫度或功率，在操作中由電負載280接收的測量 電壓、電流、溫度或功率，等等。在其他實施方式中，控制信號&可傳送涉及初級電感線圈220坐標的數(shù)據(jù)，用于 指示功率出口 210的位置。備選地，控制信號&可傳送涉及電負載280識別或存在的數(shù)據(jù)， 例如次級線圈沈0的位置，或者電器件290或其使用者的識別碼。該信號傳遞系統(tǒng)可使用多種傳送器140和接收器160。當初級和次級線圈220 J60 電隔離時，例如，光耦合器可具有用作傳送器140的光發(fā)射二極管，其將編碼的光信號近距 離地傳送給作為接收器160的光電晶體管。光耦合器典型地需要對準，從而在傳送器和接 收器之間具有可視通路(line-of-sight)。在系統(tǒng)中，如果發(fā)送器140和接收器160之間的 對準可能有問題，那么光耦合可能是不合適的，并且優(yōu)選地可采用備選的系統(tǒng)，例如由壓電 元件傳遞的超聲信號或者無線電信號，例如藍牙(Bluetooth)、WiFi等。備選地，初級線圈 和次級線圈220 J60自身可用作傳送器140和接收器160。線圈對線圈信號傳遞本發(fā)明的一個方面涉及用于傳輸信號傳遞的信號傳遞系統(tǒng)，該傳輸信號傳遞給可 連接地通過導電能量耦合連接到電源的電負載。該電感能量耦合包括初級線圈，其可連接到電源，并與次級線圈對準，次級線圈可連接到電負載，該系統(tǒng)包括至少一個震蕩負載；至 少一個開關單元，包括用于調(diào)制位元率信號與輸入信號的調(diào)制器，以產(chǎn)生調(diào)制信號，以及用 于根據(jù)該調(diào)制信號，間歇地將震蕩負載連接到第二線圈的開關；至少一個電流監(jiān)測器，用于 監(jiān)測由所述初級電感線圈獲取的初級電流，以產(chǎn)生初級電流信號，以及至少一個相關器，用 于將所述初級電流信號與所述位元率信號交叉相關，以產(chǎn)生輸出信號。該開關單元優(yōu)選地還包括控制器，其配置為將數(shù)據(jù)編碼成所述輸入信號。典型地， 該開關單元進一步包括分頻器，并且電感能量耦合利用驅(qū)動頻率傳遞能量，并且該位元率 頻率是驅(qū)動頻率的整分數(shù)。該電感能量耦合典型地為其初級線圈從所述次級線圈電隔離的器件。該器件可包 括例如變壓器，DC-DC轉(zhuǎn)換器，AC-DC轉(zhuǎn)換器，AC-AC轉(zhuǎn)換器，馳返變壓器，馳返轉(zhuǎn)換器，全橋 轉(zhuǎn)換器，半橋轉(zhuǎn)換器，降壓轉(zhuǎn)換器(Buck converter)，升壓轉(zhuǎn)換器(Boost converter)和降 壓-升壓轉(zhuǎn)換器，SEPIC轉(zhuǎn)換器或者kta轉(zhuǎn)換器。可選地，輸入信號輸送的編碼數(shù)據(jù)包括，例如，電負載的存在，用于電負載的所需 操作電壓，用于電負載的所需操作電流，用于電負載的所需操作溫度，用于電負載的測量操 作電壓，用于電負載的測量操作電流，用于電負載的測量操作溫度，和/或用戶識別碼。在一個實施方式中，提供了無接觸電感耦合，其包括該信號傳遞系統(tǒng)，其中初級線 圈被嵌入電源接口(power jack)，而次級線圈嵌入與電源接口電隔離的電源插頭內(nèi)。此處描述的技術的一個方面，教導了一種用于通過電感能量耦合傳遞信號的方 法，其中該電感能量耦合包括連接到電源的初級電感線圈和連接到電負載的次級感應線 圈，該方法包括以下步驟提供輸入信號；提供位元率信號；將該位元率信號與該輸入信號 相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號；根據(jù)所述調(diào)制信號，將輔助負載間歇地連接到所述次級電感線 圈；監(jiān)測由所述初級電感線圈所獲取的初級電流，并產(chǎn)生初級電流信號，以及將所述初級電 流信號與所述位元率信號交叉相關，以產(chǎn)生輸出信號。根據(jù)另一個方面，教導了一種用于通過無接觸電感耦合控制功率傳遞的方法，其 中輸出信號提供了該負載的功率要求的細節(jié)。典型地，輸入信號通過將有關至少一個電負 載功率要求的數(shù)據(jù)編碼入該輸入信號而提供。可選地以及典型地，該電源要求依賴于諸如 操作電壓、操作電流和/或操作溫度等參數(shù)。備選地，通過監(jiān)測電負載的至少一個操作參數(shù) 以及將該監(jiān)測的參數(shù)數(shù)據(jù)編碼入輸入信號，從而提供該輸入信號。可選地，該參數(shù)從包括由 操作電壓、操作電流和操作溫度所組成的組中選取。典型地，用于通過電感能量耦合傳遞信 號的方法包括檢測電負載存在的初始步驟?，F(xiàn)參考圖加-d，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的信號傳遞系統(tǒng)2100。具體參 考圖加，信號傳遞系統(tǒng)2100配置為通過電感能量耦合2200傳送傳輸信號。電感能量耦合 2200由連接到電源2240的初級線圈L1和與其電隔離的次級線圈L2組成，通過該次級線圈 L2,可直接地或通過AC-DC轉(zhuǎn)換器2270連接電負載2280。傳輸電路2140可與電負載2280相并聯(lián)。傳輸電路2140包括通過開關單元2144 連接到次級線圈L2的輔助負載2142。典型地，輔助負載2142遠小于電負載2280。對應的接收電路2160連接到電感能量耦合2200的初級線圈L1，并包括電流監(jiān)測 器2162，例如與初級線圈L1串聯(lián)的電流計，以及相關器2164。開關單元2144配置為接收輸入信號Sin和位元率信號Fb。調(diào)制器(圖未示)將位元率信號Fb與輸入信號Sin相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號、。輔助負載2142以由調(diào)制信號、確 定的頻率，間歇地連接到次級線圈l2。電源2240，例如交流電源、間歇直流電源等，被配置并操作為產(chǎn)生初級電壓V1，其 以驅(qū)動頻率Fd震蕩。線圈L1內(nèi)的震蕩初級電壓V1在次級線圈L2內(nèi)感應次級電壓V2 (t)。 次級電壓V2 (t)可選地通過AC-DC轉(zhuǎn)換器22傳遞，并產(chǎn)生直流電壓V22 (t)。耦接到次級線圈L2的電負載2觀0_無論直接或是通過AC-DC轉(zhuǎn)換器2270-獲取 負載電流122。提供給負載2280的功率P22通過電壓V22和負載電流I22的標量積(scalar product)給出。當連接輔助負載2144時，還獲取另外的輔助電流i24。由此，利用連接的輔 助負載2144，由次級線圈L2獲取的總功率由以下給出P2(t)=V22(t) ‘ [S + hZ)}其中輔助電流信號i24(t)根據(jù)調(diào)制信號、而變化。提供給初級線圈L1的輸入功率Ριω由以下給出P1(I)^(I) '~ho(t)其中初級線圈電壓V1 (t)在由電源2240確定的驅(qū)動功率Fd下震蕩。由初級線圈L1提供的輸入功率P1⑴大致上與由次級線圈L2獲得的總功率P22⑴ 成正比，并且初級電壓V1 (t)由電源確定。因此，提供給初級線圈！^的初級電流I1(l(t)內(nèi)的 擾動與iM(t)成正比。電流監(jiān)測器2162監(jiān)測隨時間變化的初級電流Iltl(t)，并產(chǎn)生初級電流信號Sp，其 典型地與調(diào)制信號、具有類似性質(zhì)。相關器2164配置為將初級電流信號&與位元率Fb交 叉相關。由此，相關器2164的輸出信號S。ut具有與輸入信號Sin相同的性質(zhì)。以該種方式，由輸入信號Sin攜帶的信息從傳輸電路2140輸送，并由接收電路2160 從輸出信號S。ut獲取。注意到此處描述的信號傳遞系統(tǒng)2100通過與用于功率傳輸相同的 電感功率耦合2200傳送傳輸信號。這與現(xiàn)有技術中傳輸系統(tǒng)不同，其使用另外的元件，以 提供信號傳輸通道，該通道與功率傳輸通道相分離。使用該創(chuàng)新的方法后，則通常不需要額 外的傳輸元件，如光耦合器，壓電元件，補充線圈對，等等?，F(xiàn)參照圖2b，顯示了圖加中信號傳遞系統(tǒng)2100的示例性傳輸電路2140。AC-DC 轉(zhuǎn)換器2270包括二極管2272和電容器2274，其并聯(lián)到次級線圈L2,該轉(zhuǎn)換器2270將AC次 級電壓V2從次級線圈L2轉(zhuǎn)換成跨電負載2280連接的DC負載電壓V22。輔助負載2142和負載電壓V2之間的連接由開關單元2144控制，該開關單元2144 包括分頻器2145、微控制器2146和開關2147。分頻器2145提供位元率信號Fb，其傳遞到 微控制器2146。微控制器2146配置為根據(jù)輸入信號調(diào)制位元率信號Fb，該輸入信號包括 下述來自于電負載2280的控制信號&以及外部信號&?？刂菩盘?amp;可用于控制電源?？刂菩盘?amp;典型地提供有關負載參數(shù)的數(shù)據(jù)。典 型地，這些參數(shù)包括所需操作電壓、電流和溫度，以及在負載工作期間監(jiān)測到的實際所測操 作電壓、電流和溫度。外部信號&可用于將外部數(shù)據(jù)提供給傳輸電路2140，該外部數(shù)據(jù)將由微控制器 2146數(shù)字編碼成輸入信號Sin，并傳送至接收電路2160。外部信息可例如提供有用的補充 數(shù)據(jù)，例如用戶識別碼、密碼、負載器件的電池電量，等等。
應當理解，通過電感能量耦合2200傳送補充信息(例如外部信號。的能力，相 比僅適用于傳輸控制信號的現(xiàn)有技術系統(tǒng)，展現(xiàn)了進一步的優(yōu)點。圖2c顯示了根據(jù)圖加中信號傳遞系統(tǒng)的示例性接收電路2160的示意圖，其由電 流監(jiān)測器2162、分頻器2166、相關器2164和微控制器2168構成。分頻器2166提供位元率 信號Fb，其典型地為驅(qū)動頻率Fd的整分數(shù)(integer fraction) 0電流監(jiān)測器2162提供初 級電流信號&，其傳送至相關器2164，用于與位元率信號Fb交叉相關。所得的輸出信號S。ut 傳送至微控制器2168，其使用輸出信號S。ut以傳送控制信號&，從而控制電源2M0，由此控 制提供給電負載2280的功率。微控制器2168還可用于從輸出信號提取外部信號&。圖2d顯示了圖2c中接收電路2160的示例性應用，圖中顯示了接收電路2160配置 為控制返馳電源2240F(fly back power source)。在返馳轉(zhuǎn)換器內(nèi)，直流電壓源2242通過 開關器2244間歇地連接到初級線圈U。這在初級線圈L1內(nèi)產(chǎn)生變化的電壓信號V1U)，其 在次級線圈L2內(nèi)感應出次級電壓V2 (圖加)。次級線圈L2通常連接到平流電路(smoothing circuit)，例如圖2b所示AC-DC轉(zhuǎn)換器2270，以產(chǎn)生DC輸出。開關2244由驅(qū)動器2248控制，驅(qū)動器2248接收來自于時鐘2246的脈沖信號Fd。 脈沖信號Fd確定直流電源2242連接到初級線圈L1所用頻率。傳送到初級線圈L1的功率 可由通過改變開關2244占空比(duty cycle)而控制。占空比為脈沖之間時間的比例，該 時間內(nèi)開關2244關閉。圖2d顯示了信號傳遞系統(tǒng)2100的一種創(chuàng)新應用，該系統(tǒng)接收在初級和次級功率 傳輸線圈之間傳送的反饋信號，并由接收電路2160接收。這相比現(xiàn)有技術反饋接收器是一 種改進，在現(xiàn)有的反饋接收器內(nèi)，需使用另外的元件，例如光耦合器等，以傳送反饋信號。微控制器2168產(chǎn)生轉(zhuǎn)送到驅(qū)動器2248的控制信號&。該控制信號&確定開關 2248的占空比，故可用于控制功率傳輸。雖然圖2d中僅展示了返馳轉(zhuǎn)換器，但應當注意到，由此傳送的控制信號&可用于 控制多種傳輸組件內(nèi)的功率傳遞，例如變壓器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-AC轉(zhuǎn)換器、 返馳變壓器、全橋轉(zhuǎn)換器、半橋轉(zhuǎn)換器或正向轉(zhuǎn)換器。參考圖3，作為根據(jù)本發(fā)明第三個實施方式的信號傳遞系統(tǒng)100(圖1)的示例， 信號傳遞系統(tǒng)3100可整合入無接觸電感功率耦合系統(tǒng)3200，該系統(tǒng)中功率從接口單元 3212 (jack unit)感應地傳送到與其電隔離的插頭單元3292 (plug unit)。嵌入插頭單元 3292的傳輸電路3140可用于將控制信號&傳送至接口 3212內(nèi)的接收電路3160。由此， 一旦初級線圈L1和次級線圈L2對準，控制信號可在插頭3292和接口 3212之間傳遞，而不 需對準附加的元件，例如光耦合器等等。當無接觸插頭3292用于例如為具有板上電源電池3280的便攜式計算機3290充 電時，信號傳遞系統(tǒng)3100可用于檢測負載3290的存在，產(chǎn)生檢測信號i5m，并且然后提供信 號給接口 3212，該信號有關于便攜式計算機3290的用戶識別碼Sid、序列號Ssn或其它識別 信息。有關于PC所需的操作電壓和電流等信息可提供作為控制信號&，該信號還可提供補 充信息，例如有關電池3280電量的信息。通過使用信號&，信號傳遞系統(tǒng)3100可用于選擇 直接為電腦3290提供電量、對電源電池3280再充電，或者同時供電和充電，這取決于默認 和預定的標準。進一步注意到，當用于對電池3280再充電時，可在再充電過程中監(jiān)測電池 3280的溫度，以防止過熱。
參考圖4，該流程圖顯示了一種根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的用于通過電感能量 耦合傳遞傳輸信號的方法。進一步參考圖加，輸入信號Sin-步驟(a)和位元率信號Fb-步 驟(b)提供給傳輸電路2140。然后位元率信號Fb由輸入信號Sin調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)制信號Sm-步 驟(c)。然后，根據(jù)調(diào)制信號、，將輔助負載2142間歇地連接到次級線圈L2-步驟(d)。接 收電路2160監(jiān)測由初級線圈！^獲取的初級電流，并產(chǎn)生初級電流信號Sp-步驟(e)。然后， 該初級電流信號$與位元率信號Fb交叉相關，以產(chǎn)生輸出信號S。ut-步驟(f)。上述基本的信號傳遞系統(tǒng)和方法能夠變化。例如，應當理解，通過使用該種系統(tǒng)， 有關負載2280的信息可通過電感耦合2200的感應線圈L1和L2傳遞至功率出口 2210，作 為添加在所傳遞功率上的信號，而并不需要額外的數(shù)據(jù)傳輸部件。功率耦合效率本發(fā)明的實施方式涉及提供用于監(jiān)測通過電感功率出口傳輸功率效率的方法，該 電感功率出口包括至少一個連接到電源的初級電感線圈，用于與連接到電器件的次級電感 線圈感應耦合。該方法包括以下步驟測量輸送到該初級電感線圈的輸入功率；測量由該 電器件接收的輸出功率；將該輸入功率傳送給處理器；將該輸出功率傳送給處理器，以及 該處理器確定功率損耗指標。在一個具體的實施方式中，該功率損耗指標是效率商數(shù)Q，為輸出功率對輸入功率 的比率，并且該方法進一步包括如下步驟如果該效率商數(shù)Q在閾值之下，將該初級線圈從 電源斷開。典型地該閾值效率商數(shù)在從75%到95%的范圍內(nèi)。在另一個應用中，該功率損耗指標是效率差分Δ，為輸出功率與輸入功率之間的 差，并且該方法進一步包括如下步驟如果該效率差分△大于閾值，將該初級線圈從電源 斷開。此處描述的技術的另一個方面涉及一種用于監(jiān)測通過一種電感功率出口傳遞功 率的效率的效率監(jiān)測器，該類型的電感功率出口包括連接到電源的至少一個初級線圈，其 用于感應耦合到連接至電器件的次級線圈。該功率監(jiān)測器包括至少一個輸入功率監(jiān)測器， 用于測量輸送給初級線圈的輸入功率；至少一個輸出功率監(jiān)測器，用于測量由該次級線圈 接收的輸出功率；至少一個處理器，用于確定功率損耗指標；以及至少一個通信通道，用于 將輸入功率和輸出功率傳送給處理器。典型地，該效率監(jiān)測器還包括至少一個電流斷路器，用于將初級線圈與電源斷開。 優(yōu)選地，該輸入功率監(jiān)測器整合入電感功率出口，并且輸出功率監(jiān)測器整合入電器件?？蛇x地，該電器件包括至少一個傳送器，用于將輸出功率傳送給整合入功率出口 的接收器。該傳送器可包括一種或多種光發(fā)射二極管，無線電發(fā)送器，光耦合器，或者輔助 負載傳輸電路等。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該效率監(jiān)測器包括一個或多個與該處理器相通信的故障 檢測器。該故障檢測器可包括磁傳感器、熱傳感器、電磁輻射傳感器和霍爾探測器(Hall probe)0現(xiàn)參考圖5，顯示了信號傳遞系統(tǒng)4100的框圖。信號傳遞系統(tǒng)4100整合入效率監(jiān) 測器4300，用于監(jiān)測通過電感耦合出口 4210傳遞功率的效率。電感功率出口 4210由通過驅(qū)動器4230連接到電源4240的初級線圈4220構成， 該驅(qū)動器4230提供驅(qū)動初級線圈4220所必需的電子電路。驅(qū)動電子電路可包括例如開關單元，其提供高頻震蕩電壓源。如果次級線圈4260臨近初級線圈4220設置時，該線圈對形成電感耦合，并且功率 從初級線圈4220傳遞到次級線圈4260。以這樣的方式，功率出口 4210可將功率提供給電 器件4262，該電器件4262包括與次級線圈4260相串聯(lián)的電負載4280。功率監(jiān)測器4300由整合入功率出口 4210的輸入功率監(jiān)測器4122和整合入電器 件4290的輸出功率監(jiān)測器41 構成，它們均與處理器4162相通信。輸入功率監(jiān)測器4122配置為測量由初級線圈4220提供的輸入功率Pin，并將該值 傳送至處理器4162。輸出功率監(jiān)測器41 配置為測量由次級線圈4260接收的輸出功率 Pout,并將該值傳送至處理器4162。處理器4162配置為接收輸入功率Pin和輸出功率P。ut的值，并計算功率損耗指標。 功率損耗指標表示了從電感耦合泄漏的功率量。該功率損耗指標可以是效率商數(shù)Q，為二者 之間的比率，P。ut/Pin，其表示電感耦合的效率。備選地該功率損耗指標可以是效率差分Δ， 為P-和Pin之間的差。處理器4162可另外地或備選地配置為觸發(fā)電流斷路器4280，從而當效率商數(shù)Q落 在預定閾值之下或者效率差分Δ升至預定閾值之上時，從電源4240切斷初級線圈4220。 典型地，該效率商數(shù)Q的預定閾值在從約75%到95%的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地約為85%。參考圖6a，顯示了用于電感功率出口 5210的效率監(jiān)測器5300。電感功率出口 5210 由通過效率監(jiān)測器5300連接到電源5240的初級線圈5220構成，其全部隱藏在水平平臺 5640的表面層5642之后，例如桌面、廚房操作臺、會議室或工作臺。該表面層可以是由自粘 塑料膜、塑料、乙烯基塑料、塑料裝飾板(Formica)或膠合板形成的片層。在其它實施方式中，初級線圈5 2 20可隱藏于地板之下或地板內(nèi)，例如小塊地 毯(rug)、地毯(fitted carpet)、鑲木地板(parquet)、油氈(linoleum)、地板磚(floor tiles)、瓷磚(tiling)、鋪砌面(paving)等等。備選地，初級線圈5220可隱藏于垂直表面 后或其內(nèi)，例如建筑物或櫥柜的壁，例如在墻紙或可伸展帆布(stretched canvas)之后，等寸。初級線圈5220可用于為電器件5290供電，例如連接到次級線圈5260的計算機。 電器件5290設置于平臺5640的表面5642上，從而次級線圈5260與其下的初級線圈5220對準。功率出口 5210的功率由功率監(jiān)測器5300監(jiān)測。輸入功率監(jiān)測器5122在平臺5640 后整合入功率出口 5210，并與處理器5162直接可導電通信。輸出功率監(jiān)測器51 整合入電 器件5290，但不物理連接到功率出口 5210。輸出功率監(jiān)測器51 通過信號傳遞系統(tǒng)5100 與處理器5162相通信，信號傳遞系統(tǒng)5100包括傳送器5140，其整合入電器件5290，它配置 為將信號傳送給整合入功率出口 5210的接收器5160。傳送器5140可以是例如在計算和通訊領域廣泛使用的標準傳送器，例如紅外、 Wi-fi或藍牙傳送器等。實際上，可使用任何光發(fā)射二極管、無線電傳送器、光耦合器或其它 用于半透明平臺5640的輻射傳送器。備選地，可透過平臺提供光纖路徑。在某些實施方式中，光傳送器，例如光發(fā)射二極管(LED)，可整合入功率出口 5210，并配置和操作為傳送電磁輻射，其類型和強度能夠穿過電器件5290外殼以及表面層 5642。光接收器，例如光電二極管、光電晶體管以及光敏電阻等，整合入初級單元，用于接收
16透過表面層5642傳送的電磁輻射。注意到，許多材料對于紅外線是部分半透明的。已發(fā)現(xiàn)來自于LED等的相對低強 度的紅外信號，穿透數(shù)百微米的普通材料，例如塑料、卡片、Formica或紙板，并且穿透程度 足以使在由0. Imm至2mm的這些材料組成的板材后的光接收器(例如光電二極管、光電晶 體管、光敏電阻等)接收和處理該信號。例如，由Avago HSDL-4420 LED于850nm在M度 傳送的信號，可由0. 8mm i^ormica片材后的永光(Everlight)PD15-22C-TR8 NPN光電二極 管檢測到。為了信號采集目的，可容許高程度的衰減，所以，僅僅一小部分的穿透，例如傳送 信號強度的0. 即是足夠的。因此，紅外信號可用于在由數(shù)百微米的木材、塑料、Formica、 膠合板、玻璃等相互隔離的初級和次級單元之間提供通信通道。傳送器5140和接收器5160可由初級線圈5220和次級線圈5260側(cè)向設置。但 是，在優(yōu)選的實施方式中，傳送器5140設置在次級線圈5260中間，并且接收器5160設置在 初級線圈5220中間。這允許了次級線圈5260可相對于初級線圈5220360度旋轉(zhuǎn)地獲得對準。處理器5162配置為接收直接來自于輸入信號監(jiān)測器5122的輸入功率Pin的值， 以及通過接收器5160接收輸出功率P。ut。然后處理器5162計算效率商數(shù)Q。在圖6a所示 的一般應用中，處理器紀錄的效率商數(shù)Q高于預定閾值，所以功率傳輸不間斷地持續(xù)。當效 率商數(shù)Q落在預定閾值之下時，這表明功率通過某些功率耗散(power drain)從初級線圈 5220而不是次級線圈5260獲取。圖6b是圖6a中電感功率出口 5210的示意圖，其中功率耗散(例如金屬箔構成 的導電片5800)引入于初級線圈5220和次級線圈5260之間。當連接到來自驅(qū)動器5220 的高頻震蕩電壓時，由初級線圈5220產(chǎn)生的震蕩磁場，可在導電片5800內(nèi)產(chǎn)生渦流(eddy current)，從而加熱該導電片，并從該初級線圈5220消耗功率。該功率耗散是浪費和/或 有害的。應當理解，該泄漏防止系統(tǒng)當沒有耦合到初級線圈5220的次級線圈5260時，將切 斷到初級線圈5220的電源，故檢測不到該危害。與發(fā)明人已知的已有系統(tǒng)不同，本發(fā)明的實施方式測量效率商數(shù)Q。因此，當引入 功率損耗時，例如如圖6b所示，則由次級線圈5260接收到的輸出功率P。ut低于通常水平， 所以效率商數(shù)Q會跌至預定閾值以下。因此效率監(jiān)測器5300能夠檢測到該危害。根據(jù)某些實施方式，另外的檢測器(圖未示)可整合入功率出口 5210、平臺5640 或電器件5290，用于監(jiān)測其它可表示可能危害的系統(tǒng)影響，例如由初級線圈5220產(chǎn)生的磁 場，或者平臺5640的溫度。這些檢測器可根據(jù)一種或多種不同的原理而起作用，包括磁傳 感裝置、霍爾探測器、熱傳感器或電磁傳感器。處理器5162可根據(jù)預定的邏輯程序，通過處理多個接收到的信號評估所監(jiān)測危 害的水平。如有必要，處理器5162可觸發(fā)電流斷路器5洲0，由此從電源5240斷開初級線圈 5220。根據(jù)危害的性質(zhì)，處理器5162可另外地或備選地就該危害向用戶警報。該警報可以 是可視或聲音警報，例如整合入功率傳輸表面的蜂鳴器或燈光，或者輸送給計算機5290的 信號，其在可視顯示屏5296上顯示報警5294或發(fā)出報警聲音。在優(yōu)選的實施方式中，輸出功率P-可被監(jiān)測，并編碼入輸入信號Sin。圖加中顯 示的線圈-對-線圈信號可用于從整合入電器件四0 (圖1)的傳輸電路2140(圖2a)傳送 輸入信號Sin，并由整合入功率出口 210(圖1)的接收電路2160(圖2a)接收輸出信號S。ut。然后，該接收到的信號可傳送至處理器，該處理器利用該信號計算效率商數(shù)Q。現(xiàn)參考圖7，顯示了根據(jù)本發(fā)明的再一個實施方式，監(jiān)測通過電感功率出口傳輸功 率效率的方法的流程圖。該方法包括以下步驟a)測量輸送到初級電感線圈的輸入功率；b)測量由電器件接收的輸出功率；c)將輸入功率Pin傳送給處理器；d)將輸出功率P。ut傳送給所述處理器；e)確定功率損耗指標，例如效率商數(shù)Q或效率差分Δ ；f)可選地，例如，當效率商數(shù)Q在閾值(fl)之下或者效率差分Δ在閾值(f2)之 上時，從電源斷開初級線圈，從而防止功率泄漏。初級線圈定位本發(fā)明的另一個方面涉及提供一種功率出口定位器，用于定位電感功率出口，該 類型的電感功率出口包括至少一個連接到電源的初級線圈，用于與連接到電器件的次級線 圈感應耦合。典型地，該功率出口定位器包括至少一個用于檢測該至少一個功率出口的傳 感器；至少一個處理器，用于從該至少一個傳感器接收傳感信號，并計算該至少一個功率出 口位置的坐標；以及至少一個用戶界面，用于從該處理器接收信號，并將該位置傳送給用 戶。優(yōu)選地，至少一個傳感器被選擇為檢測由該至少一個功率出口傳送的輻射。典型 地，至少一個傳感器被選擇為檢測由至少一個初級電感線圈所產(chǎn)生的電磁場。可選地，該處 理器通過將由該傳感器接收到的該輻射的強度與參考值相比較，計算傳感器和功率出口之 間的距離。典型地，處理器通過比較由多個傳感器檢測的輻射的相對強度，確定功率出口的 方向。備選地，功率出口的位置被編碼成通過功率出口傳送的控制信號，并由處理器解碼。典型地，用戶界面包括可視顯示屏。可選地，該可視顯示屏指示功率出口的方向。 優(yōu)選地，可視顯示屏指示到功率出口的距離。優(yōu)選地，可視顯示屏包括圖形用戶界面，代表 目標的至少一個部分，該目標包括中心指向某一點的同心環(huán)，其指示功率出口的位置。典型 地，該功率出口隱藏于表面之后，并且該目標添加于表面圖像之上。備選地或另外地，用戶 界面包括聲音信號。本發(fā)明的另一個方面提供了一種整合有功率出口定位器的電器件。典型地，該電 器件另外包括至少一個次級電感線圈，用于為電器件供電?？蛇x地，該電器件另外包括至少 一個電化功率電池，用于為電器件供電，以及通過整流器連接到電化功率電池的至少一個 次級電感線圈，用于為電化功率電池充電。該電器件可以，但非必要地，從包括以下項的組 中選取電話，個人數(shù)字助理(PDAs)，照相機，媒體播放器，計算機，鍵盤以及鼠標?，F(xiàn)參考圖8a，顯示了利用該信號傳遞系統(tǒng)的此種功率出口定位器6300的示意圖。 電感功率出口 6210的位置隱藏于表面6642之后，利用箭頭6362表示，并顯示在可視用戶 界面6360上。電感功率出口 6210典型地通過驅(qū)動器230(圖1)連接到電源，該驅(qū)動器230提供 驅(qū)動電感功率出口 6210所需的電子電路，例如提供高頻震蕩電壓源的開關單元。電感功率出口 6210可整合入垂直表面，例如建筑物或櫥柜的壁。電感功率出口 6210可隱藏于例如墻紙或可伸展帆布表面6642之后。備選地，電感功率出口 6210可整合入水平平臺的表面層之后，例如由云母、Formica、或膠合板形成的桌面、廚房操作臺、會議 室或工作臺。備選地，電感功率出口 6210可隱藏于地板之下，例如小塊地毯、地毯、鑲木地 板、油氈、地板磚、瓷磚、鋪砌面等等。應當理解，當已知電感功率出口 6210的位置時，可將次級線圈6260與其對準，如 圖8b所示。由此，參考圖8b，電感功率出口 6210可與次級線圈6260感應耦合，從而為連接 到次級線圈6260的電器件(例如計算機6290)供電。注意到，根據(jù)一些實施方式，電器件， 例如計算機6290，可自身整合有一體的電感功率出口定位器?，F(xiàn)參考圖9，顯示了功率出口定位器7300主要功能部件的框圖。提供了傳感單元 7160，其配置和操作為檢測電感功率出口 7210。處理器7362與傳感單元7160相通信，配置 為計算功率出口 7210的位置。提供了用戶界面7360，用于將計算所得位置傳送給用戶。根據(jù)多個實施方式，傳感單元7160可整合有磁傳感器，例如霍爾探測器，其配置 為檢測由電感功率出口直接產(chǎn)生的磁場。備選地，傳感單元7160可整合無線電接收器，用 于接收由功率出口傳送的無線電信號。但是，應當理解，可選取合適的傳感器用于檢測特定 的電磁波長，包括紫外線輻射、微波、無線電波、或者甚至χ射線或更短的波長。另外，傳感 單元可配置為接收其他類型的輻射，包括機械震動，例如可聽和不可聽(例如，超聲波)聲 波。以示例的方式，圖10顯示了示例性的傳感單元7460，在菱形配置中設置有四個傳 感器7642a-d，例如基于體積傳感器的近距離傳感器、紅外傳感器、超聲傳感器、磁傳感器 (例如霍爾探測器)、感應傳感器、電容傳感器，等等。各傳感器7462配置為接收由電感功率出口 7210傳送的控制信號Sc。處理器7362 可將由傳感器7462檢測到的控制信號&的強度I與參考值I,相比較，以得出傳感器7462 和功率出口 7210之間的距離。另外，該菱形配置提供了兩個垂直相對的傳感器對，746h-b、7462c-d?？刂菩盘?Sc的強度由各傳感器獨立測量。處理器7460可利用由相對的傳感器對檢測的強度之間的 差(Ia-Ib)、(Ic-Id)來提供向量坐標，以指示功率出口 7210的方向。雖然以上描述了利用 二維傳感器菱形配置計算二維向量，但應當理解，可由四面體(tetrahedral)配置的三對 傳感器對計算三維向量。應當理解，此處描述的計算方法是示例性的，僅用于說明目的。處理器計算功率出 口方向的備選方法對于本領域的普通技術人員而言是熟悉的。圖11顯示了根據(jù)再一個實施方式的代表功率出口定位器8500的方框圖。電感功 率出口 8210傳送控制信號Sc，它載有識別電感功率出口 8210位置的編碼定位信號&。初 級線圈8220通過開關單元8232和微控制器8234連接到電源8240。開關單元8232配置為 利用位元率頻率f，間歇地將電源8240連接到初級線圈8220。初級線圈8220的位置被編 碼成定位信號&，該定位信號&被輸送至微控制器8234。微控制器8234配置為將位元率 信號與定位信號&相調(diào)制。因此施加到初級線圈8220的電壓為調(diào)制的變化電壓，其具有頻率f，并載有編碼 定位信號&。應當理解，該變化的電壓可產(chǎn)生頻率為f的無線電波，其可作為控制信號&傳 輸。備選地，控制信號&可通過與初級線圈8220相分離的專用傳送器傳輸。功率出口定位器8500包括接收器8160、時鐘8542和交叉相關器8544。無線電接收器8160能夠調(diào)節(jié) 為接收頻率為f的無線電波，從而可接收控制信號S。。時鐘8542產(chǎn)生 頻率為f的固定參考信號R。交叉相關器8544接收來自于時鐘8542的參考信號R和來自 于接收器8160的控制信號S。，并且通過交叉相關這些信號，定位信號&被隔離出來。雖然以上描述了數(shù)字位元率調(diào)制的控制信號Sc，應當理解，控制信號Sc可備選地 以其它方式進行調(diào)制，例如模擬或數(shù)字頻率調(diào)制，或者振幅調(diào)制。功率出口 8210的位置由此可傳送給遠端功率出口指示器8500，它其后把功率出 口 8210的位置輸出給用戶界面7360 (圖9)。如圖12a_c所示，功率出口定位器9300可例如整合入移動電話9290，從而提供定 位隱藏的電感功率出口的便捷裝置。在移動電話9290的可視顯示屏上顯示的圖形用戶界 面9360，表示了虛擬目標9660，中心化在功率出口(圖未示)上，并添加在其后隱藏有功率 出口的表面9640上。雖然圖12a_c為方便目的用虛線表示了整個虛擬目標9660，但在移動電話9290的 可視顯示屏9360內(nèi)，僅虛擬目標9660的部分9661a_c通常是可見的。該顯示部分取決于 移動電話9290的位置。由此，可視同心弧的曲率可表示到功率出口的方向和距離。應當理 解，虛擬目標9660可在空白背景上顯示，或者可選地添加于表面9640圖像之上，例如由移 動電話9660的攝像頭(圖未示)產(chǎn)生的實時圖像。進一步注意到，移動電話9290自身可攜帶通過整流器連接到電化學電池的次級 電感線圈(圖未示)，用于與電感功率出口感應耦合，并為電化學電池充電。在次級線圈和 電感功率出口之間的優(yōu)化對準可進一步地由聲音信號指示，例如鈴響或其它。在其他實施 方式中，尤其對弱視者有用的是，聲音信號可另外地或備選地被提供，以通過語音或備選地 通過其它音調(diào)、響度、或音色的變化弓I導用戶至功率出口。明顯地，在某些情況下，例如當移動電話9660的電源完全不帶電時，從移動電話 9290獲取電量的功率出口定位器9300不能工作。因此，在可選的實施方式中，功率出口定 位器可以是單獨供電的單元，其具有與移動電話9290用戶界面相分離的用戶界面。例如， 在另一個實施方式中，功率出口定位器從次級電感線圈獲取功率。另外地或備選地，它可包 括例如專用電化學電源。安裝在移動電話角落上的四個光發(fā)射二極管的相對亮度，可指示 到初級線圈的方向和距離。雖然功率出口定位器9300整合入移動電話9290，但應當注意到，該功率出口定位 器可備選地整合入其他電設備，例如固定電話、個人數(shù)字助理(PDA)、相機、媒體播放器、計 算機、鍵盤、鼠標控制器(例如，鼠標)等等。次級線圈定位器信號傳遞系統(tǒng)可結合有初級線圈，并用于檢測次級電感線圈的位置。例如，在包括 多個初級線圈的功率出口表面內(nèi)，各初級線圈可通過驅(qū)動器獨立地連接到電源。信號傳遞 系統(tǒng)可用于識別最靠近次級線圈位置的初級線圈。典型地，初級線圈可在多個功率水平被 驅(qū)動，從而低功率水平用于定位次級線圈，而高功率水平用于當次級線圈被定位后傳遞功率。在優(yōu)選的實施方式中，次級線圈連接到傳輸電路，該電路包括可通過半波整流器 (例如二極管)連接到次級線圈的輔助負載。傳輸電路還可包括平流電容器、低功率電流源 以及DC-DC轉(zhuǎn)換器。
當在檢測模式下，驅(qū)動器在低功率下順次激活各初級線圈。當次級線圈靠近初級 線圈至足以與其感應耦合時，低功率脈沖從初級線圈傳遞到次級線圈。在次級線圈內(nèi)感應 出AC電壓，并且傳輸電路被激活。由半波整流器產(chǎn)生DC電流，并流動穿過輔助負載。由于傳輸電路，控制信號可由次級線圈傳送。因為使用半波整流，會產(chǎn)生該功率傳 輸頻率的偶次諧波。這可由連接到初級線圈的接收電路，通過例如將功率傳輸頻率與參考 時鐘頻率交叉相關而檢測到。偶次諧波信號的強度可表示初級線圈到次級線圈的距離。一旦次級線圈被檢測， 則驅(qū)動器可將最近的初級線圈轉(zhuǎn)換成典型地在高功率下的功率傳輸模式。 應當理解，在應用中，當主電負載自身通過實施半波整流的AC-DC功率轉(zhuǎn)換器連 接到次級線圈時，每當次級線圈耦合到初級線圈便產(chǎn)生偶次諧波，而無論輔助負載是否被 連接。奇次和偶次諧波的強度和相位可在功率傳輸過程中被持續(xù)監(jiān)測，從而當次級線圈移 位或去激活(deactivated)時可被簡單地檢測到。可選地當功率提供給電負載時可去激活 傳輸電路。備選地，當主負載通過半波整流器連接到次級線圈時，可完全不需要輔助負載。圖13顯示了根據(jù)本發(fā)明再一個實施方式的信號傳遞系統(tǒng)2101。信號傳遞系統(tǒng) 2101用于定位連接到電負載2281的次級線圈L22，該電負載設置于多線圈功率傳輸表面 2211 上。該多線圈功率傳輸表面2211包括各連接到驅(qū)動器2231的線圈陣列Lln，驅(qū)動器 2231連接到電源2241。信號傳遞系統(tǒng)2101包括連接到次級線圈2221的傳輸電路2141以 及連接到驅(qū)動器2231的接收電路2161。傳輸電路2141包括連接到輔助負載2142的半波 整流器2144，并且接收電路2161配置為檢測當次級電感線圈L22耦合到初級電感線圈Lln 時，提供給初級電感線圈Lln的功率內(nèi)的二次諧波信號。驅(qū)動器2231配置為優(yōu)選地在低功率下可選地順次操作各初級電感線圈Lln，從而 識別哪個初級電感線圈最接近次級電感線圈L22。當次級線圈L22被檢測時，然后驅(qū)動器2231 配置為在高功率下操作最接近次級電感線圈L22的初級電感線圈Lln。應當理解，出于一些 目的，期望在次級電感線圈L22耦合到初級線圈Lln后，斷開傳輸電路2141。由此，以上描述了使用利用電感功率耦合的信號傳遞系統(tǒng)以控制功率并且檢測和 對準這兩個線圈的數(shù)種相關技術。本發(fā)明的范圍由后附的權利要求限定，并包括以上描述的多種特征的組合和次組 合，以及本領域普通技術人員通過閱讀以上描述既可實現(xiàn)的變型和修正。在權利要求中，用語“包括”及其變型，表示包含所列部件，但通常不排除其他部 件。
權利要求
1.一種用于通過電感功率耦合控制功率傳遞的信號傳遞系統(tǒng)，所述電感功率耦合包括 連接到電源的初級電感線圈以及連接到電負載的次級電感線圈；所述系統(tǒng)包括至少一個信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生控制信號； 至少一個發(fā)送器，用于發(fā)送所述控制信號，以及 至少一個接收器，用于接收所述控制信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的信號傳遞系統(tǒng)，所述用于傳送被編碼數(shù)據(jù)的控制信號有關于 包括以下項的組中的至少一種a.所述電負載的存在；b.所述初級電感線圈的位置；C.所述次級電感線圈的位置；d.所述電負載所需的工作電壓e.所述電負載所需的工作電流f.所述電負載所需的工作溫度g·所述電負載所需的工作功率h.所述電負載的測量工作電壓i.所述電負載的測量工作電流j·所述電負載的測量工作溫度k.所述電負載的測量工作功率1.輸送給所述初級電感線圈的功率；m.由所述次級電感線圈接收的功率，以及η.用戶識別碼。
3.根據(jù)權利要求1所述的信號傳遞系統(tǒng)，所述信號發(fā)生器包括連接到所述次級電感線圈的傳輸電路；所述傳送器包括所述次級電感線圈，以及所述接收器包括連接到接收電路 的所述初級電感線圈，其中所述傳輸電路包括可選擇地連接到所述次級電感線圈的輔助負載，以及所述接收電路包括至少一個功率監(jiān)測器，其用于監(jiān)測提供給所述初級電感線圈的功率。
4.根據(jù)權利要求3所述的信號傳遞系統(tǒng)，其中所述傳輸電路進一步包括至少一個開關單元，其包括調(diào)制器，用于將位元率信號與輸 入信號相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號；以及開關，用于根據(jù)所述調(diào)制信號，間歇地將所述輔助負 載連接到所述次級電感線圈，以及 所述接收電路進一步包括至少一個電流監(jiān)測器，用于監(jiān)測由所述初級電感線圈獲取的初級電流，由此產(chǎn)生初級 電流信號，以及至少一個相關器，用于將所述初級電流信號與所述位元率信號交叉相關，由 此產(chǎn)生輸出信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的信號傳遞系統(tǒng)，進一步由以下限定中的至少一種而被特征化 所述開關單元進一步包括控制器，其配置為將數(shù)據(jù)編碼成所述輸入信號； 所述開關單元進一步包括分頻器； 所述電感功率耦合利用驅(qū)動頻率傳遞能量，并且所述位元率頻率是所述驅(qū)動頻率的 整分數(shù)； 所述電感功率耦合為從包括以下項的組中選取的器件變壓器，DC-DC轉(zhuǎn)換器，AC-DC 轉(zhuǎn)換器，AC-AC轉(zhuǎn)換器，馳返變壓器，馳返轉(zhuǎn)換器，全橋轉(zhuǎn)換器，半橋轉(zhuǎn)換器和正向轉(zhuǎn)換器； 以及 所述初級電感線圈從所述次級電感線圈電隔離。
6.根據(jù)權利要求3所述的信號傳遞系統(tǒng)，其中所述傳輸電路進一步包括半波整流器，以及所述接收電路配置成檢測當所述次級電感線圈耦合到所述初級電感線圈時，供應給所 述初級電感線圈的功率中的二次諧波信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的信號傳遞系統(tǒng)，其中多個所述初級電感線圈各連接到驅(qū)動 器，并且所述驅(qū)動器配置成可選擇地依次操作各初級電感線圈，從而識別哪個初級電感線 圈最接近所述次級電感線圈。
8.根據(jù)權利要求7所述的信號傳遞系統(tǒng)，其中各初級電感線圈可操作地位于多個功率 水平，并且所述驅(qū)動器配置為在低功率下可選擇地操作各初級電感線圈，直到該最接近所 述次級電感線圈的初級電感線圈被識別，以及然后在高功率下操作所述最接近所述次級電 感線圈的初級電感線圈。
9.一種用于監(jiān)測所述功率傳遞效率的效率監(jiān)測器，包括權利要求1中所述信號傳遞系 統(tǒng)，所述功率監(jiān)測器進一步包括至少一個輸入功率監(jiān)測器，用于測量輸送給所述初級電感線圈的輸入功率；至少一個輸出功率監(jiān)測器，用于測量由所述次級電感線圈接收的輸出功率；至少一個處理器，用于確定功率損耗指標，以及至少一個通信通道，用于將所述輸入功率和所述輸出功率傳送給所述處理器。
10.根據(jù)權利要求9所述的效率監(jiān)測器，進一步由以下限定中的至少一種被特征化 所述效率監(jiān)測器另外包括至少一個電流斷路器，用于將所述初級電感線圈與所述電 源斷開； 所述輸入功率監(jiān)測器整合入電感功率出口； 所述輸出功率監(jiān)測器整合入電器件； 所述功率損耗指標是效率商數(shù)Q，定義為所述輸出功率對所述輸入功率的比率； 所述功率損耗指標是效率差分Δ，定義為所述輸出功率與所述輸入功率之間的差，以及 所述效率監(jiān)測器另外包括與所述處理器相通信的故障檢測器。
11.根據(jù)權利要求9所述的效率監(jiān)測器，整合入電器件，其進一步包括至少一個所述傳 送器，用于將所述輸出功率傳送給所述接收器。
12.根據(jù)權利要求11所述的效率監(jiān)測器，其中所述傳送器從包括以下項的組中選取 光發(fā)射二極管，無線電發(fā)送器，光耦合器，機械振蕩器，音訊源，超聲感應器以及輔助負載傳 輸電路。
13.根據(jù)權利要求1所述的信號傳遞系統(tǒng)，其整合入功率出口定位器，用于定位電感功 率出口，所述功率出口包括至少一個所述初級電感線圈和至少一個所述傳送器；所述系統(tǒng)進一步包括 至少一個傳感器，用于檢測所述控制信號； 至少一個處理器，用于從所述至少一個傳感器接收傳感信號，并計算所述功率出口位 置的至少一個坐標，以及 至少一個用戶界面，用于從所述處理器接收信號，并將所述位置傳送給用戶。
14.根據(jù)權利要求13所述的功率出口定位器，進一步由以下限定中的至少一種特征化 所述至少一個傳感器被選擇為檢測由至少一個所述初級電感線圈所產(chǎn)生的電磁場； 所述處理器通過將由該傳感器接收到的所述控制信號的強度與參考值相比較，計算 所述傳感器和所述功率出口之間的距離； 所述處理器通過比較由多個所述傳感器檢測的所述控制信號的相對強度，確定所述 功率出口的方向； 所述功率出口的位置被編碼成所述控制信號，并由所述處理器解碼； 所述用戶界面包括用于指示所述功率出口位置的可視顯示屏，以及 所述用戶界面包括可聽信號。
15.根據(jù)權利要求13所述的功率出口定位器，其整合入電器件。
16.根據(jù)權利要求15所述的電器件，其進一步由以下限定中的至少一個被特征化 所述電器件另外包括至少一個所述次級電感線圈，用于為所述電器件提供功率； 所述電器件另外包括至少一個電化功率電池，用于為所述電器件提供功率，以及通過 整流器連接到所述電化功率電池的至少一個所述次級電感線圈，用于為所述電化功率電池 充電，以及 所述電器件從包括以下項的組中選取電話，個人數(shù)字助理(PDAs)，照相機，媒體播 放器，計算機，鍵盤以及光標控制器。
17.一種用于通過電感能量耦合傳送控制信號的方法，該電感能量耦合包括連接到電 源的初級電感線圈和連接到電負載的次級感應線圈，所述方法包括 提供輸入信號； 提供位元率信號； 將該位元率信號與該輸入信號相調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制信號； 根據(jù)所述調(diào)制信號，將輔助負載間歇地連接到所述次級電感線圈； 監(jiān)測由所述初級電感線圈所獲取的初級電流，并產(chǎn)生初級電流信號，以及 將所述初級電流信號與所述位元率信號交叉相關，以產(chǎn)生輸出信號。
18.一種用于監(jiān)測通過電感功率出口傳輸功率的效率的方法，該電感功率出口包括至 少一個連接到電源的初級電感線圈，用于與連接到電器件的次級電感線圈感應耦合，所述 方法包括以下步驟a.測量輸送到所述初級電感線圈的輸入功率；b.測量由所述電器件接收的輸出功率；c.將所述輸入功率傳送給處理器；d.將所述輸出功率傳送給所述處理器，以及e.所述處理器確定功率損耗指標。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中預先設定用于所述功率損耗指標的工作值范 圍，并且所述方法進一步包括以下步驟f.如果所述功率損耗指標落出所述工作值范圍，將所述初級電感線圈從所述電源斷開。
全文摘要
一種用于通過電感功率耦合(200)控制功率傳遞的信號傳遞系統(tǒng)，所述電感功率耦合包括連接到電源(240)的初級電感線圈(220)以及連接到電負載(280)的次級電感線圈(260)；所述系統(tǒng)包括至少一個信號發(fā)生器(120)，其用于產(chǎn)生控制信號(5c)；至少一個發(fā)送器，其用于發(fā)送所述控制信號(5c)，以及至少一個接收器(160)，其用于接收所述控制信號(5c)。該信號傳遞系統(tǒng)可用于控制由電感耦合(200)提供的功率，以及檢測和對準其兩個線圈(220，260)。
文檔編號H02J5/00GK102106054SQ200880016861
公開日2011年6月22日 申請日期2008年3月23日 優(yōu)先權日2007年3月22日
發(fā)明者奧拉·格林沃爾德, 約西·阿藏科, 阿米爾·本-沙洛姆, 阿里克·羅費 申請人:鮑爾馬特有限公司