TW201044424A - Electromagnetic apparatus using shared flux in a multi-load parallel magnetic circuit and method of operation - Google Patents

Description

201044424 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種用作DC負載的電流驅動器的電 磁感應裝置，且特別是有關於一種並列多載電路，在此並 列多載電路中’通量（flux)被共享為集用場（p00l)，從 而降低了 AC功率。 【先前技術】

Bruhn所申請的美國專利申請案第2009/0085408號揭 露了用於源(source)裝置以及至少一個目標裝置之間的無 線能量和/或資料傳送的裝置以及方法，在此裝置以及方法 中，藉由源裝置端上的至少一個初級電路的至少一個初級 線圈（primary coil)、目標裝置端上的至少一個次級電路的 至少一個次級線圈（secondary coil)以及至少一個諧振電 路（resonantcircuit)的至少一個線圈來感應一電壓，配置 諧振電路以與初級電路電性隔離以及與次級電路電性隔 離。

Tanaka所申請的美國專利申請案第2009/0058190號 揭露了一種功率接收裝置，此功率接收裝置能夠接收從功 率傳送裝置傳送來的載波（carrier wave)，而不會接觸以 及獲得由已接收的載波而來的電功率（electricp〇wer)，此 功率接收裝置包括：載波接收區塊，其至少包括具有預定 的電感（inductance)的通訊天線以及未配置有中間接頭 (intermediate tap)，以接收載波以及生成對應於載波的感 應電壓；處理區塊，基於感應的電壓來生成驅動電壓以及 201044424 JHUV/Opii , 採用已生成的驅動電壓來執行資料處理；以及阻抗轉換區 塊（impedance converting secti〇n)，用以轉換載波接收區 塊以及處理區塊之間的阻抗。 C〇〇k等所申請的美國專利申請案第2009/0058189號 揭露了在例如小於i MHz的低頻率上傳送功率。藉由採用 包括諸如李支線（Litzwire)之類的多股絞合線（stmnded wire'的不同結構，功率能夠以各種方式來傳送。例如， 感應器也可以使用磁石（ferrite)的磁心。也可以使用無源 中繼器（passive repeater)。 C〇ok等所申請的美國專利申請案第2009/0051224號 揭^-種無線電源以及充電天線系統。天線可以是高q 的環形天線（loop antenna)。天線可以使用第一部分以及 第二部分之間的耦合。 Y〇da等所申請的美國專利申請案第2009/0021219號 揭露了非接觸功率傳送系統的功率接收裝置中的功率接收 控制裝置，包括：功率接收端控制電路，其控制功率接收 〇 裝置的操作；以及功率供應控制訊號輸出終端，其將功率 供應控制訊號施加給電荷控制裝置，此功率供應控制訊號 控制電池的功率供應。電源接收端控制電路用來控制時序 (timing) ’根據該時序，功率供應控制訊號（ICUTx)從 :力率供應控制峨輪出端輸出。藉由採用功率供應控制訊 號（ICUTX)來強制性地控制電荷控制裝置的操作。

Jm所申請的美國專利申請案第2〇〇8/〇23112〇號揭露 了種非接觸功率傳送系統，其具有包括初級線圈的功率 201044424 傳送裝置以及包括次級線圈的功率接收裝置，初級線圈以 及次級線圈相互電磁性耦合，以及功率傳送裝置被配置為 傳送電功率給功率接收裝置’其中次級線圈可以容納磁性 物質，功率傳送裝置具有：饋入區塊，用於將功率饋入到 初級線圈；以及自（self)感應偵測區塊’用於在開始饋入初 級線圈之後立即偵測初級線圈的自感應，其中基於自感應 偵測區塊的偵測結果來決定在開始饋入之後立即執行的饋 入區塊的饋入操作。 〇 Kuennen等所申請的美國專利申請案第2008/0191638 號揭露了-種以電感性方式提供功率給貞制鎮流電路 (ballast circuit)。此鎮流電路包括振盪器、驅動器、開關 ，路、諧振槽電路（_nanttankdnmit)以及電流感測電 。電流感測電路提供電流回饋訊號給振盪器，振 電的電流的代表。電流回饋訊號驅動鎮流電路 使㈣流電路達到諧振。鎮流電路優選為包括電 此電流限制電路電感_合到譜振槽電路。 圍之外的時候，則電路限制電路使鎮流電路^預疋的範 號揭請的美國專射請絲2()_議3 了種稭由採用特殊的辨識頻率來辨識读 =式功率供應錢。此线包括 =同:=感性方式提供功率給遠程裝 器帛於在槽電路感測遠程裝置的 帽包括多個不同的遠程裝置，每-遠程裝=獨： 201044424 的請振頻率。在操作中，藉由在多侧特的辨識頻率上施 加功率給遠程裝置直到遠程裝置建立回應於一個辨識頻率 的拍振，AIPS能夠辨識電場中的遠程裝置的類型。AIps 包括控制器’其藉由評估感測資料來辨識什麼時候諧振已 經被建立，此感測資料是遠程裝置的已反射的阻抗的代 ，。只要決定了遠程裝置的辨識，則AIps可以從記憶體 提取遠程裝置的操作參數，以確保有效的操作以及支持辨 識錯誤條件。 Ο G〇hara所申請的美國專利申請案第2002/0117896號 揭路了種配置，從而通過車輛主體（vehicle body)端以 及滑門（sliding door)端上的兩個元件之間的互感（mutual induction)的操作來提供電功率。此外，提供了一種配置， 從而使得各個不同的感應電動勢（induced electromotive force)在次級端饋入線圈中產生，以及對於每一次級端饋 入線圈，電功率的供應受到了影響。提供了一種配置，從 而第一儲存元件以及第二儲存元件被分別連接到次級端饋 〇 入線圈’在次級端饋入線圈之間具有整流電路，從而提供 與對應的負载所需要的特性相對應的電功率。

Scheckel等所申請的美國專利申請案第5349173號揭 露了一種用於無接觸（contactless)資料以及能量傳送的裝 置’此裝置包括靜止部分，其具有用於資料和能量傳送的 至少一個線圈以及連接到至少一個線圈的用於能量傳送的 振盪器。可移動部分具有用於資料和能量傳送的至少一個 線圈、連接到此至少一個線圈的下游的至少一個整流裝置 201044424 ^^ουοριι 以及連接到此至少一個整流裝置 (㈣ating)操作電壓的至少—個電荷電容器。—對= 被用於能量傳送以及一對線圈被用於資㈣送。 分的線圈與靜正部分的線圈相關。—襄置位於可移動$ !=由返回通過根據資_而調變的可移動部；： 可?用的一個、通過可移動部分的另-個而接收 將可移動部分的資料傳送到靜止部分。 e s所中睛的美國專利中請案第2⑻9/(>27674 露了-種電感功率傳送系統，其包括初級單元以及與= ^兀相分_次級裝置，初級單元包括功轉移表面以及 多於兩個的場生成器，每一場生成器生成電磁場 器位於有關功率傳送表面的不同位置，次級裝置包括且^ 次級線圈的功率接收器，此系統還包括：決定裳置，用於 決定關於功率轉移表面的功率接收器的至少一個位置和方 :選=制裝置，用於控制場生成器，從而根據此決定 來選擇的至少-個第一場生成器以及至少一 益在相互之間實質上相反的感測中被啟動，從而產生通過 =級線圈的磁通量’以提供功率給次級裝置，以及還使得 日tr琢生成器被禁止’從而並不是所有的場生成器被同 _的先前技術揭露了多個感應電路，包括功率轉移 系統:無接觸資料和能量傳送以及無線功率傳送系統。铁 而，先續術在顺供的電路中縣減這樣的原則，其' 提供-種用於在並列磁路中共享通量的裝置。本發明揭露 201044424 34608pit 如下的發明内容所描述 了與先前技術的區別，在此提供了 的未知的優點。 【發明内容】 構用===構中的特定™結

本發明提供了一種裝置，其且 合到多個:至少兩個次級電路其每!具= :二母一次級線圈是同軸繞線(c〇axiaiiyw_d)、線 列以及電性串聯連接，其具有兩個控制線圈，控制 線圈相互以相反的感職線。次級_可以被繞線以用於 匕們各自的負載所需要的不同的輸出電壓。每—次級電路 中的串聯線圈被配置為與電池以及負載電性並聯。配置二 極體以確保電流流向電池的正極終端。作為相同功能元件 的電容器電路可以替代電池。每—次級電路中的初級線圈 以及串聯線圈被實際上配置在乡健雜置巾，從而能夠 共享通過並聯磁路配置而獲得的磁通量。 上述裝置以及方法的主要目的是提供先前技術所沒有 的優點。 本發明的另一目的是提供一種通量共享感應電路，其 能夠在其初級使用較少的輸入功率的時候滿足多個可變負 載的電路要求。 本發明的另一目的是提供這樣的通量共享感應電路， 其能夠根據其負載配置來顯著地降低輸入功率要求。 本發明的另一目的是提供一種具有並聯物理線圈裝置 9 201044424 ^^ουδρα 的通量共享感應電路。 本發明的另一目的是提供這樣的通量共享感應電路， 其中藉由相鄰的同轴式繞線控制線圈來控制次級線圈。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特. 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下，其中所附圖 式所描述的實施例只是用於描述本發明的原理而並非 限定本發明。 ' 【實施方式】 本發明的所附圖式繪示了本發明的優選的、最佳的實 ❹ 施例中的至少一個實施例所使用的裝置以及方法，這將在 下文做詳細地描述。任何所屬技術領域中具有通常知識 者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動 與潤飾。然而，需要知曉的是，在此所進行的描述是為了 舉例的目的，而不是用於限定本發明，本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 請參看圖1的電學原理圖，初級線圈ρ與次級電路Α、 Β和C共享共同的鐵磁體結構（色灯知stfucture)(磁路）ρ， =下所述，儘管其組件數值以及負載典型上不同，但是其 u 、、’口構實質上是相互相同的。圖1中所繪示的三個次級電路 A B和C僅僅疋實施本發明的一個示例實施例，實際上， 其也可以只具有兩個次級電路，其也可以具有多於三個次 級電路在本發明的可替代的實施例中，本發明並不限 次級電路的數量。 〜 如圖1所示，藉由交流電源來賦能至初級線圈P。鐵 10 201044424 磁體結構F提供磁心1G，在此磁心ω上，初級線圈p以 及三個分離的次級線圈組件2〇 (圖3所繪示）被獨立地纏 繞，次級線圈組件20在其各自的次級電路a、B和c中 提供感應電流。初級_ p用作t磁鐵（deetn)magnet)，

其在任何時候都具有相對的北極和南極。這些極也通過次 級線圈組件2 0 _心來出現，因為其通過如圖2所示的鐵 磁體末端結構3G來與初級、_ p的磁^朗，以及鐵磁 體末端結構30與磁心1〇整合。 每一次級線圈組件20包括次級線圈S以及兩個控制 線圈C1和C2，控制線圈C1和C2是具有相同形式、阻數 (turns )等的繞線’但是以相反的繞組來感測也即是說， 相互相反地躺。所有的三個_在相同的勒上繞 線’從而它們共享相同的磁通量以及赠性的次序進行電 ，串^連接。此外’如圖丨所示，控制線圈巾的每一個藉 由電阻器R來進行分路（shunt)。 現在請參看作為財三個纽電路巾的實施例的次級 :A ’線圈組件20中的三個線圈，即C卜S和C2與電 以及負載L並聯連接。二極體D連接線圈組件20 f，Bat和負载L。如上所述，電路B和c相似地配置 者。在AC獅的—半週躺綱，電池Bat的正極終端 以及負載L接收電流，其流過控織圈c卜二極體d以 ^二的串聯連接。在AC週期的另一半週期期 曰1 ’由於一極體D而沒有電流流過。 電池Bat通過其負載L來提供恒定的dc電壓。電池 11 201044424

Bat的電流根據負載L的阻抗的改變而改變。線圈組件 S和C2立即補侦AC週期的導通的一半週期期間的電 池流失。 在電池Bat被完全充電的時候’通過分路電阻器r的 電流增加，從而增加控制線圈C1中的通量，控制線圈C1 中的通量與流過次級線圈S的共同的通量集用場的通量相 反，從而中斷流入電池Bat的電流。在這種情況發生的時 候’ι次級線圈8的磁場崩裂（c〇iiapSe)，或者至少部分地 朋裂，產生相反的電流，此相反的電流將產生一種通量以 附加到初級線圈P的磁心1〇的通量上。這限制了初級線 圈P中的電流’從而包括初級線圈P以及次級電路A、B 和C的整個系統所需要的總ac功率小於獨立地驅動三個 次級電路所需要的總功率。 上述的詳細描述對於已記錄的先前技術而言是新穎 的’以及其對於本發明所使用的裝置以及方法的至少一種 的操作而言也是關鍵的，從而可以達到本發明的上述目 的。在說明書中所使用的描述本發明的具體實施例的詞彙 不應當被理解為僅僅是其普通定義的裝置，而且藉由說明 書的具體描述可以推導出其也包括超過普通定義的裝置的 結構、材料或者作用。從而，如果在本發明的說明書中的 —個元件被理解為包括一個以上的裝置，則必需知曉的 疋’其包括說明書以及描述該元件的詞彙所支持的所有可 能的裝置。 在此所描述的詞彙以及附圖元件的定義不僅僅包括在 12 201044424 的組合，而且也包括能夠以實質上相同的 效的姓：的功能以獲得實質上相同的結果的等 者侧。在這樣的理訂，需要知曉的 施例所描代物可以替代在此各個實 據申術領域中具有通常知識者現在或者將來根 ο

G 各個ΐ施例二Ϊ所進行的改變都是本發明的保護範圍以及 效的替代。因此，任何所屬技術領域中具 本二月的二5在或者將來所公知的各種替代方案都屬於 元㈣的保護範圍。本發明在此所公開的 Μ-二Α解為L括上述所具體描述的元件，包括等效 件。I括可替代的元件以及也包括合併必要觀點的元 —雖然本發明已崎佳實補揭露如上，然其並非用以 限疋本發明’任何所屬技術賴巾具有通常知識者，在不 脫離本發3之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 故本發明之保護範11當視後附之申請專職圍所界定者為 準。 . 【圖式簡單說明】 圖1疋本發明所描述的裝置的原理圖。 圖2疋此裝置的線圈繞組、磁性參透磁心以及 端結構的侧視圖。 + 圖3是圖2所示結構的端視圖。 13 201044424 【主要元件符號說明】 P :初級線圈 A、B、C :次級電路 F:鐵磁體結構 10 :磁心 20 :次級線圈組件 30 :鐵磁體末端結構 S :次級線圈 Cl、C2 :控制線圈 R :電阻器 Bat :電池 L :負載 D :二極體 14

Claims (1)

1. 201044424 J^OU»plI 七、申請專利範圍： L一種電磁電路，包括： 初級線圈，繞線在磁性滲透材料的初級磁心上，藉由 AC電壓來賦能所述初級磁心； 至少兩個次級電路，所述至少兩個次級電路中的每一 個具有次級線圈組件，所述次級線圈組件繞線在磁性滲透 材料的次級磁心上，所述初級磁心以及所述次級磁心被配 〇置為？列的磁路； 母一所述線圈組件包括次級線圈，所述次級線圈串聯 地繞線在具有一對控制線圈的同一所述次級磁心上，所述 控制線圈位於所述次級線圈的相反的端上，其中所述控制 線圈以相互相反感測的方式進行繞線，以及每一所述控制 線圈被電阻器分路； 每一所述次級電路還提供位於所述線圈組件之間的二 極體以及電池和負載的電性並列配置。 2. —種保護具有並列負載的電路的能量的方法，所述 〇 方法包括以下步驟： a) 藉由AC電壓來賦能至初級線圈，所述初級線圈繞 線在磁性渗透材料的初級磁心上，； b) 感應至少兩個次級電路中的電壓，提供線圈組件的 所述至少兩個次級電路中的每一個包括次級線圈，所述次 級線圈串聯繞線在具有一對控制線圈的磁性滲透材料的同 一個次級磁心上，所述控制線圈位於所述次級線圈的相反 的端上，其中所述控制線圈以相互相反感測的方式進行繞 15 201044424 線，以及每一所述控制線圈被電阻器分路； C )將所述初級磁心以及所述次級磁心配置為並列的磁 路；以及 d )經由二極體，將電流從每 ~~磁心組件導通到電池以 及所述負載。 16