被利用作为电容性电力输送系统的无线电力转换器技术方案

本发明专利技术涉及一种用于向连接在电容性电力输送系统中的负载供应电力的直流（DC）到交流（AC）无线转换器设备（200）。所述设备包括：实现与DC网格的至少两条供电线（211，212）的电流接触的至少两个连接器（201，202）；耦合到连接器（201，202）并且被配置成从通过所述至少两个连接器馈送的输入DC信号生成AC电力信号的驱动器（203），其中AC电力信号的频率与所述电容性电力输送系统的串联谐振频率基本上匹配；以及连接到驱动器的输出的至少一对发送器电极（204，205）。

A wireless power converter that is used as a capacitive power delivery system

The present invention relates to a direct current (DC) to an AC (AC) wireless converter device (200) for supplying power to a load in a capacitive power delivery system. The apparatus includes: at least two power supply line and DC grid (211212) at least two connector current contact; (201202) coupled to the connector (201202) and is configured by the power generation from AC signal at least two connector feed input DC signal driver (203), which AC power signal frequency and the capacitance of the power transmission system of the series resonant frequency basically matching; and connected to at least one of the transmitter electrode driver output (204205).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】被利用作为电容性电力输送系统的无线电力转换器本申请要求2011年8月16日提交的美国临时专利申请号61/523,924和2012年5月16日提交的美国临时专利申请号61/647,744的权益。
本专利技术总体上涉及电容性电力输送系统，更具体来说涉及这样的系统到DC电网的连接性。
技术介绍
无线电力输送指的是在没有任何连线或接触的情况下供应电力，其中对于电子设备的供电是通过无线介质施行的。针对无接触供电的一种受欢迎的应用是为例如移动电话、膝上型计算机等便携式电子设备充电。针对无线电力输送的一种实现方式是通过感应式供电系统。在这样的系统中，电源（发送器）与设备（接收器）之间的电磁感应允许进行无接触电力输送。发送器和接收器都配备有电线圈，并且当在物理上邻近时有电信号从发送器向接收器流动。在感应式供电系统中，所生成的磁场集中在线圈内。其结果是，针对接收器拾取场的电力输送在空间上非常集中。这一现象在系统中产生热点，从而限制了系统的效率。为了提高电力输送的效率，对于每一个线圈都需要高品质因数。为此，线圈应当具有电感与电阻的最优比值的特征，应当由具有低电阻的材料构成，并且应当利用Litz线工艺来制造以便减轻趋肤效应。此外，线圈应当被设计成满足复杂的几何结构以避免涡电流。因此，对于高效的感应式供电系统需要昂贵的线圈。针对大面积无接触电力输送系统的设计将需要许多昂贵的线圈，因此对于这样的应用，感应式供电系统可能是不可行的。电容性耦合是用于无线电力输送的另一种技术。这种技术主要被利用在数据传输和感测应用中。电容性耦合的一个实例是粘贴在车窗上的汽车无线电装置天线与汽车内部的拾取元件。电容性耦合技术还被利用来对电子设备进行无接触充电。对于这样的应用，（实施电容性耦合的）充电单元在设备的固有谐振频率之外的频率下操作。在相关技术中还讨论了实现LED照明的电容性电力输送电路。所述电路是基于电源（驱动器）中的电感器。因此只能使用单一接收器，并且应当对发送器频率进行调谐以便输送最大功率。此外，这样的电路需要像素化电极，从而甚至在其未完美对准时也确保接收器与发送器之间的电力输送。但是像素化电极数目的增加也会增加去到电极的连接数目，从而增加电力损耗。因此，在只有单一接收器和尺寸受限的电极时，在相关技术中所讨论的电容性电力输送电路无法在例如窗户、墙壁等大面积上供应电力。近来，越来越多的住宅和商用建筑物包括了直流（DC）电网。这样的DC电网还可以被利用来向城镇输送电力。作为一个实例，对于水力发电的传输，中国的DC电网覆盖超过1400km。在建筑物中，通常在建筑物的进线口处安装一个或更多整流器以便通过单独的或者甚至在某些情况下通过已有的交流（AC）输电线提供DC电力。DC电力可以被利用来为例如商用荧光照明之类的照明灯具供电。使用DC网格的优点在于电力传输的低成本、对于铜传输线的更好利用以及低AC辐射。因此，在提供用于在大表面上供应电力的高效的电容性电力输送系统方面存在挑战。此外，在从DC网格的任意位置向电容性电力系统供应电力方面也存在挑战。因此，提供解决这些挑战的低成本且可行的解决方案将是有利的。
技术实现思路
这里所公开的某些实施例包括一种用于向连接在电容性电力输送系统中的负载供应电力的直流（DC）到交流（AC）无线转换器设备。所述设备包括：实现与DC网格的至少两条供电线的电流接触的至少两个连接器；耦合到所述连接器并且被配置成从通过所述至少两个连接器馈送的输入DC信号生成AC电力信号的驱动器，其中AC电力信号的频率与所述电容性电力输送系统的串联谐振频率基本上匹配；以及连接到驱动器的输出的至少一对发送器电极。这里所公开的某些实施例还包括一种用于向连接到电容性电力输送系统的无供电DC网格局部供应DC信号的交流（AC）到直流（DC）无线转换器设备。所述系统包括：与AC电网的至少两个电极电容性耦合的至少一对电极，从而允许从AC电网向所述至少一对电极无线输送AC电力信号；连接到所述至少一对电极并且被配置成从AC电力信号生成DC信号的AC到DC转换器；以及实现与无供电DC网格的至少两条输电线的电流接触的至少两个连接器。附图说明在说明书末尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护被视为本专利技术的主题内容。通过后面结合附图做出的详细描述，本专利技术的前述和其他特征和优点将变得显而易见。图1是可以由所公开的设备利用的电容性电力输送系统的图示；图2是根据一个实施例设计的DC到AC无线转换器设备的方框图；图3是示出了所述DC到AC无线转换器设备与基础设施的示例性连接的图示；图4是被构造成既生成低功率AC信号也生成高功率AC信号的驱动器的方框图；以及图5是根据一个实施例的AC到DC无线转换器设备的方框图。重要的是应当注意到，这里所公开的实施例仅仅是这里的创新性教导的许多有利用途的实例。一般来说，在本申请的说明书中所做的陈述并不一定限制所要求保护的各项专利技术当中的任一项。此外，一些陈述可能适用于某些专利技术性特征但是不适用于其他专利技术性特征。一般来说，除非另行表明，否则单数元件可以是复数并且反之亦然，而不会损失一般性。在附图中，相同的附图标记在几幅视图中表示相同的部件。具体实施方式图1示出了根据一个实施例的可以被利用来进行无线电力输送的电容性供电系统100的示例性而非限制性的示意图。系统100允许大面积电力传输。系统100可以被安装在例如浴室之类的其中开放电接触是不优选或者不合期望的地方，可以被安装在零售商店中，其中需要规则的变化来对产品、家具等等进行照明。系统100可以在大面积上输送电力，并因此可以被利用来为安放在墙壁、窗户、镜子、地板、座椅、走廊等处的设备供电。系统100包括连接到一对发送器电极121、122的电力驱动器110，所述发送器电极附着到绝缘层130。系统100还包括连接到负载150和电感器160的一对接收器电极141、142。可选的是，系统100可以包括耦合到驱动器110的电感器112。发送器电极121、122到驱动器110之间的连接是通过电流接触或电容性入耦合而实现的。通过把接收器电极141、142放置在发送器电极121、122附近向负载150供应电力信号，而没有二者之间的直接接触。因此，不需要机械连接器或者任何电接触来为负载150供电。负载150可以是（但不限于）照明元件（例如LED、LED串、灯等等）、有机发光二极管（OLED）表面、显示器、计算机、充电器、扬声器等等。驱动器110输出AC电压信号，其频率与由串联的电容器和电感器112、160构成的电路的串联谐振频率基本上匹配。所述电容器（在图1中被标记为C1和C2）是形成在发送器电极121、122（在图1中用虚线示出）与接收器电极141、142之间的电容性阻抗。电容器和（多个）电感器112和/或160的阻抗在谐振频率下彼此抵消，从而得到低欧姆电路。因此，系统100能够以非常低的电力损耗向负载150递送电力。驱动器110生成AC信号，其幅度、频率和波形可以被控制。所述输出信号通常具有几十伏特的幅度以及高达几兆赫兹（MHz）的频率。可以通过改变由驱动器110输出的信号的频率、相位或占空比来施行所生成的信号与串联谐振之间的频率调谐。可替换地，可以通过改变连接到驱动器110的电路的电容或电感数值来实现频率调谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于把电容性电力输送系统局部连接到DC网格并且向连接在所述电容性电力输送系统中的负载供应电力的直流（DC）到交流（AC）无线转换器设备（200），其包括：实现与DC网格的至少两条供电线（211，212）的电流接触的至少两个连接器（201，202）；耦合到连接器（201，202）并且被配置成从通过所述至少两个连接器馈送的输入DC信号生成AC电力信号的驱动器（203），其中AC电力信号的频率与所述电容性电力输送系统的串联谐振频率基本上匹配；以及连接到驱动器的输出的至少一对发送器电极（204，205）；其中，所述设备的各个组件被组装在导电或不导电材料的表面上，并且其中所述设备（200）被适配成：所述设备（200）的发送器电极（204，205）与负载（330）所连接到的位于基础设施（300）上的一对条带（310）重叠；以及在改变所述负载（330）的位置时，所述设备（200）被放置成使得所述发送器电极（204，205）与负载（330）所连接到的位于所述基础设施（300）上的新的一对垂直导电条带（310）重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.16 US 61/523924;2012.05.16 US 61/6477441.一种用于把电容性电力输送系统局部连接到DC网格并且向连接在所述电容性电力输送系统中的负载供应电力的直流（DC）到交流（AC）无线转换器设备（200），其包括：实现与DC网格的至少两条供电线（211，212）的电流接触的至少两个连接器（201，202）；耦合到连接器（201，202）并且被配置成从通过所述至少两个连接器馈送的输入DC信号生成AC电力信号的驱动器（203），其中AC电力信号的频率与所述电容性电力输送系统的串联谐振频率基本上匹配；以及连接到驱动器的输出的至少一对发送器电极（204，205）；其中，所述设备的各个组件被组装在导电或不导电材料的表面上，并且其中所述设备（200）被适配成：所述设备（200）的发送器电极（204，205）与负载（330）所连接到的位于基础设施（300）上的一对条带（310）重叠；以及在改变所述负载（330）的位置时，所述设备（200）被放置成使得所述发送器电极（204，205）与负载（330）所连接到的位于所述基础设施（300）上的新的一对垂直导电条带（310）重叠。2.如权利要求1所述的设备，其还包括串联连接在驱动器与所述至少一对发送器电极（204，205）的其中之一之间的电感器。3.如权利要求2所述的设备，其中，DC网格的所述至少两条供电线由不导电材料覆盖，从而形成绝缘层（220）。4.如权利要求3所述的设备，其中，当所述至少一对发送器电极（204，205）与连接到负载的一对接收器电极重叠时，由驱动器生成的AC电力信号被从所述至少一对发送器电极（204，205）无线输送到所述一对接收器电极，其中所述一对接收器电极、DC网格的所述至少两条供电线以及负载是相同的基础设施的一部分。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述设备被安放在所述基础设施上，以便把所述电容性供电系统局部连接到DC网格。6.如权利要求5所述的设备，其中，所述电容性电力输送系统的串联谐振频率是所述电感器和形成在一对发送器电极与一对接收器电极之间的电容性阻抗的谐振频率。7.如权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：A塞佩尔，HT范德赞登，E瓦芬施米特，DW范戈尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL