无线电力传输制造技术

本发明专利技术提供了一种电容式无线电力传输(WPT)架构，用于提供动态(即，在运动中)和/或静态的电力传输。在各种实施方式中，例如，该电容式WPT架构可以实现高效率的高电力传输水平，同时将边缘电场强度维持于可接受的安全界限内。在一种实施方式中，例如，多模块电容式无线电力传输系统提供了电容式充电系统，例如，用于(但不限于)向电动车辆(EV)充电。在另一种实施方式中，提供了电容式无线电力传输模块。例如，该模块包括适应于经由逆变器耦合至电源的多个第一耦合板；适应于耦合至负载并且耦合至多个第一耦合板以用于接收无线电力的多个第二耦合板以及适应于提供无功补偿和增益的匹配网络。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线电力传输相关申请的交叉引用本申请要求2015年5月4日提交的美国临时申请No.62/156,870的权益，该申请No.62/156,870通过引文方式全文(包括所有附录)并入本文，如同完全在本文中阐述。
本公开涉及电容式无线电力传输系统和方法。
技术介绍
目前，大多数近场(即，非辐射)无线电力传输(WPT)系统都是电感式的，并且依赖于线圈之间的磁耦合来跨越气隙传输能量。这些电感式WPT系统将昂贵的铁氧体磁芯用于磁通引导和屏蔽。为了限制铁氧体材料内的高频损耗，这些系统的工作频率典型地被限制于100千赫以下，因而导致了对于功率传输密度有所妥协的大线圈。对于电感式WPT系统的一种有吸引力的替代方案是电容式WPT系统，电容式WPT系统使用电耦合的金属板对进行电力传输。每组非接触的板对形成一个电容器，该电容器在受到交流电源激励并且得到适当补偿时可以无线传输电力。电容式WPT相对于电感式WPT的一个优点是，它不需要用于磁通引导的铁氧体。这可以大大地降低系统的成本和重量，同时还允许高频工作以实现较高的电力传输密度。另外，由于电场在空间上固有地比磁场更好地被约束，因而电容式WPT系统会产生少得多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模块电容式无线电力传输系统，包括：第一电容式无线电力传输模块，包括适应于接收处于工作频率、具有第一相位的电压或电流的多个第一模块第一耦合板，以及适应于耦合至所述多个第一模块第一耦合板以用于接收无线电力的多个第一模块第二耦合板；以及第二电容式无线电力传输模块，包括适应于接收处于工作频率、具有与所述第一相位不同的第二相位的电压或电流的多个第二模块第一耦合板，以及适应于耦合至所述多个第二模块第一耦合板以用于接收无线电力的多个第二模块第二耦合板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.04 US 62/156,8701.一种多模块电容式无线电力传输系统，包括：第一电容式无线电力传输模块，包括适应于接收处于工作频率、具有第一相位的电压或电流的多个第一模块第一耦合板，以及适应于耦合至所述多个第一模块第一耦合板以用于接收无线电力的多个第一模块第二耦合板；以及第二电容式无线电力传输模块，包括适应于接收处于工作频率、具有与所述第一相位不同的第二相位的电压或电流的多个第二模块第一耦合板，以及适应于耦合至所述多个第二模块第一耦合板以用于接收无线电力的多个第二模块第二耦合板。2.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第一电容式无线电力传输模块包括用于提供处于所述工作频率、处于所述第一相位的电压或电流的第一逆变器。3.根据权利要求2所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第二电容式无线电力传输模块包括用于提供处于所述工作频率、处于所述第二相位的电压或电流的第二逆变器。4.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第一模块第一耦合板中的至少一个以及所述第二模块第一耦合板中的至少一个被布置为彼此相邻。5.根据权利要求4所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第一模块第一耦合板中的所述至少一个以及所述第二模块第一耦合板中的所述至少一个适应于产生具有不同相位的电场。6.根据权利要求5所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中具有不同相位的所述电场至少部分相互抵消。7.根据权利要求5所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中具有不同相位的所述电场在至少一个场降区内至少部分相互抵消。8.根据权利要求7所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述至少一个场降区包括低于预定场强的场降低。9.根据权利要求8所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述预定场强包括由IEEEStdC95.1和ICNIRP关于限制暴露于时变电场、磁场和电磁场(达300GHz)的指南中的至少一个定义的安全场强。10.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第一相位和第二相位的相差近似为180度。11.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中无功网络被布置于所述第一模块第一耦合板中的至少一个与所述第二模块第一耦合板中的至少一个之间。12.根据权利要求11所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述无功网络包括至少一个电感器。13.根据权利要求12所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述至少一个电感器被选择用于补偿或消除在所述第一模块第一耦合板中的所述至少一个与所述第二模块第一耦合板中的所述至少一个之间的寄生电容。14.根据权利要求13所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述至少一个电感器具有近似为1/(Cpωs2)的电感，其中Cp表示所述寄生电容，并且ωs表示角工作频率，其中ωs等于2πfs，并且fs是所述工作频率。15.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述工作频率是固定频率。16.根据权利要求15所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述固定频率在工业、科学和医疗ISM频段内。17.根据权利要求16所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述ISM频段的频率包括以下中的至少一个频率：6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、433.92MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24.125GHz、61.25GHz、122.5GHz和245GHz。18.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述系统包括：电源和负载，其中所述第一电容式无线电力传输模块包括与所述电源耦合的第一逆变器，并且适应于向所述第一模块第一耦合板提供处于所述工作频率、处于所述第一相位的电压或电流，并且所述第二电容式无线电力传输模块包括与所述电源耦合的第二逆变器，并且适应于向所述第二模块第一耦合板提供处于所述工作频率、处于所述第二相位的电压或电流，并且其中所述负载耦合至所述第一模块第二耦合板和所述第二模块第二耦合板。19.根据权利要求18所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述电源包括交流电源，并且所述交流电源经由至少一个交流/直流转换器耦合至所述第一和第二电容式无线电力传输模块的所述第一和第二逆变器。20.根据权利要求17所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述负载包括以下中的至少一种：直流负载、交流负载、电池和交流电网。21.根据权利要求1所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述第一模块第一耦合板适应于经由逆变器耦合至电源，所述第一模块第二耦合板适应于耦合至负载并且耦合至所述第一模块多个第一耦合板以用于接收无线电力，其中所述第一电容式无线电力传输模块包括匹配网络，所述匹配网络适应于在所述逆变器与所述第一模块多个第一耦合板以及所述第一模块多个第二耦合板与所述负载中的至少一组之间提供无功补偿和增益，并且所述匹配网络包括无功匹配网络和变压器。22.根据权利要求21所述的多模块电容式无线电力传输系统，其中所述无功匹配网络包括L段无功匹配网络。23.一种电容式无线电力传输系统，包括：多个第一耦合板，适应于经由逆变器耦合至电源；多个第二耦合板，适应于耦合至负载并且耦合至所述多个第一耦合板以用于接收无线电力；以及匹配网络，适应于在以下中的至少一组之间提供无功补偿和增益：所述逆变器与所述多个第一耦合板，以及所述多个第二耦合板与所述负载，其中所述匹配网络包括无功匹配网络和变压器，其中所述无功匹配网络包括至少两个无功构件。24.根据权利要求23所述的系统，其中所述匹配网络适应于在所述逆变器与所述多个第一耦合板之间以及在所述多个第二耦合板与所述负载之间提供无功补偿和增益。25.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述匹配网络包括补偿电感器、分流电容器和变压器。26.根据权利要求25所述的系统，其中所述补偿电感器耦合至所述变压器的初级线圈，并且适应于进一步耦合至所述逆变器或所述负载。27.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述分流电容器包括所述变压器的寄生绕组电容。28.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述匹配网络包括多个L段级。29.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述匹配网络包括多个变压器。30.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述匹配网络包括三个无功构件：两个无功构件串联，并且一个无功构件处于分流位置，代替所述无功匹配网络。31.根据权利要求23或24所述的系统，其中所述匹配网络包括至...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·K·艾芙理迪，A·库莫尔，S·勃维兹，Z·博勃威克，D·马科斯莫威克，CK·常，G·G·达席尔瓦，
申请(专利权)人：科罗拉多州立大学董事会公司实体，
类型：发明
国别省市：美国,US