利用三维相位线圈阵列的无线充电平台制造技术

公开了用于对电子设备进行无线充电的方法、系统和设备。一方面，无线充电发射器设备包括三维线圈阵列，其电联接到电源并且被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从三维线圈阵列发出的电磁场，其中线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直以引导电磁场。所述无线充电发射器设备可操作为通过在电子设备的接收器线圈处提供电磁场来将电磁能转换成电能以向电子设备供电，从而对电子设备进行无线充电。

Wireless charging platform using 3D phase coil array

A method, system and apparatus for wireless charging of electronic devices are disclosed. On the one hand, the wireless charging emitter device includes a three-dimensional coil array electrically connected to a power supply and is designed to include two or more coils to generate an electromagnetic field from the three-dimensional coil array, wherein the coils are arranged so that at least two coils are perpendicular to each other to guide the electromagnetic field. The wireless charging emitter device is operable to convert electromagnetic energy into electrical energy by providing an electromagnetic field at the receiver coil of the electronic device to supply power to the electronic device, thereby charging the electronic device wirelessly.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用三维相位线圈阵列的无线充电平台优先权要求及相关专利申请本专利文件适时提交以要求名称为“WIRELESSCHARGINGPLATFORMSVIATHREE-DIMENSIONALPHASECOILARRAYS(利用三维相位线圈阵列的无线充电平台)”且于2015年9月11日提交的第62/217,669号美国临时专利申请的优先权和权益。
本专利文件涉及使用无线充电技术的系统、设备和过程。
技术介绍
无线充电技术使用电磁场基于感应耦合在两个或多个设备之间传输能量。一个设备是充电站或平台，用于生成电磁场以传输所生成的电磁场的功率。另一设备或其它设备通过谐振感应耦合接收电磁功率，并且将所接收的电磁能转换成电能以操作接收器设备或对其电源充电。
技术实现思路
描述了用于提供无线电力传输的技术、系统和设备，所述无线电力传输用于对例如诸如智能电话的电子设备和诸如微型机器人的机器人进行充电。在一些方面，所公开的技术包括通过发射器设备对一个或多个接收器设备进行无线充电的谐振感应无线电力系统，所述系统能够克服发射器设备和接收器设备之间的严重角度不对齐。所公开的技术能够同时为处于固定位置或在三维空间中移动的多个接收器设备充电。一方面，提供了无线电力系统，所述系统包括无线充电发射器设备，所述无线充电发射器设备包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从三维线圈阵列发出的电磁场。线圈被布置成使得至少两个线圈彼此垂直以将电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，电子设备可以通过包括接收器线圈以从三维线圈阵列接收电磁场来为电子设备充电或供电，从而对电子设备进行无线充电。另一方面，提供了用于对设备进行无线充电的方法，并且包括：提供充电发射器设备，所述充电发射器设备包括布置在三维相位线圈阵列中的感应线圈，以共同地在充电区域中产生电磁场；至少将两个感应线圈布置成彼此垂直以产生彼此垂直的两种电磁场；操作联接到三维相位线圈阵列的可调节电容器网络电路以基于在充电区域中待进行无线充电的设备的定向或位置动态地调节阻抗以增加从三维相位线圈阵列到待进行无线充电的设备的能量传输。在附图、说明书和权利要求书中更详细地描述了这些和其它方面及其实现方式。附图说明图1示出了所公开技术的示例性谐振感应无线电力系统。图2A、图2B和图2C示出了本专利技术技术的三维发射器线圈阵列的示例。图3示出了本专利技术技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。图4示出了本专利技术技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。图5A示出了所公开技术的另一示例性谐振感应无线电力系统的框图。图5B示出了示例性数据处理与通信单元的框图。图6、图7和图8示出了所公开技术的联接至谐振感应无线电力系统的动态可调节电容器网络的示例。图9示出了所公开技术的便携式无线充电发射器设备的示例的框图。图10示出了本专利技术技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。具体实施方式无线电力传输由NikolaTesla(尼古拉特斯拉)在1893年使用感应线圈证实。对于高品质Q线圈或相对于其电阻具有高感抗的线圈，基于感应线圈的谐振感应技术现在被开发以实现跨越中距离或者线圈直径的两倍、三倍甚至四倍的距离的显著的系统效率(例如，80％以上)。感应线圈可设计成生成能够以各种频率范围(包括国际、科学和医学(ISM)波段，诸如6.78MHz和13.56MHz)和特定吸收率(SAR)穿过包括人体组织的物体的电磁场以及功率水平在甚至千瓦(kW)范围、低于FCC规定的电场。然而，用于传输电力的这种谐振感应技术的多种实现方式常常具有某些缺点，诸如，难以同时对多个设备充电，以及接收器设备和发射器设备的线圈之间的角度不对齐引起的不期望的灵敏度。例如，在一些无线充电设计中，如果接收器设备(例如，待进行无线充电的电子设备)和发射器设备(例如，无线充电设备)之间的角度不对齐，则接收器设备可能不能经由感应耦合适当地接收电力，并且因此不能适当地被充电，或者有时根本不被充电。此外，如果发射器线圈不是远大于接收线圈，则谐振感应技术的某些实现方式难以同时对多个设备充电。由于无线充电中的这些和其它技术问题，基于谐振感应技术的各种商业充电产品已在某些方面受到限制，诸如各种商业感应充电垫产品。一些现有的感应充电垫配置为薄的不光滑形物体，其在电子设备被放置在垫上时对电子设备充电。这些感应充电垫几乎总是完全依赖于具有非常有限充电距离(例如，通常在若干厘米的范围内)的插座。此外，由于构建阻抗匹配网络的工程困难，感应充电垫通常是非谐振产品，由于系统效率的严重下降，这限制了电子设备距垫的充电距离的最大值约为5cm。在开发使负载两端的功率最大化的阻抗匹配网络中存在工程挑战，尤其在接收器处于运动中时。这种挑战的一个示例包括最小化或消除因发射器与接收器之间的耦合系数改变引起的充电中断或故障，其中，发射器与接收器之间的耦合系数的改变因接收器到发射器的角度位置或距离移动(例如，诸如智能电话相对于无线充电产品移动)而引起。另一示例包括管理接收器中负载的电阻的改变，这可在如果例如智能电话中的电池(诸如，可再充电锂离子电池)以不同容量充电时发生。许多感应充电垫在电源线约束的范围内可移动，并且由于电源线的限制而不是便携式的。在这种情况下，这样的充电垫可以相对容易地从一个地方移动到另一地方，但当电子设备在有限的角度平面上接触或非常靠近产品时其维持对电子设备进行充电的相同应用。这使得这样的感应充电垫的应用相当有限和不便，并且对于各种充电需求而言不切实际。描述了用于对电子设备(例如，移动的或可穿戴的通信设备(例如，诸如智能电话、平板、智能眼镜、智能手表等)和机器人(例如，诸如紧凑尺寸的微型机器人))进行充电的提供无线电力传输的方法、系统和设备。在一些方面，所公开的技术包括通过发射器设备对一个或多个接收器设备进行无线充电的谐振感应无线电力系统，所述系统能够克服发射器设备和接收器设备之间的严重角度不对齐。所公开的技术能够同时对在固定位置或在三维空间中移动时的多个接收器设备进行充电。在一些实施方式中，例如，基于本专利技术技术的谐振感应无线电力系统包括发射器设备，发射器设备包括放大器电路，放大器电路从直流(DC)电源(例如，诸如可再充电电池)获取电力，并且将电力传输至谐振LC储能电路(tank)，谐振LC储能电路结构设计成包括专用线圈。发射器设备的LC储能电路将电信号转换成电磁波，电磁波传输至一个或多个接收器设备中的相应谐振LC储能电路。如果应用(诸如将DC电力传输至电子设备(例如，智能电话))中需要DC，则接收器可例如通过桥式整流器将交流(AC)转换成DC。所公开的技术的实现方式可用于开放式和封闭式无线充电系统。例如，在“开放式”感应充电系统中，接收器可以在距发射器的限定半径内固定或者从发射器的外部自由地移动，同时接收负载两端的电力。充电半径根据谐振频率、电源、阻抗匹配网络以及各线圈的构造和品质因子或Q因子而变化。在“封闭式”充电系统中，例如，接收器可以在发射器充电设备的内部中固定或者自由地移动，同时接收负载两端的电力。在一些情况下，“开放式”系统和“封闭式”系统之间的差异在于：发射器线圈阵列的构造和接收器位置。特别地，“封闭式”系统可设计成直接从交流(AC)电源获取电力，示例性系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
所要求保护的是所描述和示出的技术和结构，包括：无线电力系统，包括：无线充电发射器设备，包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计成包括线圈以产生从所述三维线圈阵列发出的电磁场，其中所述线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直以将所述电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，电子设备能通过包括接收器线圈以从所述三维线圈阵列接收所述电磁场以对所述电子设备充电或供电，从而对所述电子设备进行无线充电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.11 US 62/217,6691.所要求保护的是所描述和示出的技术和结构，包括：无线电力系统，包括：无线充电发射器设备，包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计成包括线圈以产生从所述三维线圈阵列发出的电磁场，其中所述线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直以将所述电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，电子设备能通过包括接收器线圈以从所述三维线圈阵列接收所述电磁场以对所述电子设备充电或供电，从而对所述电子设备进行无线充电。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列的所述线圈被结构设计成包括矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯或铁氧体磁芯线圈。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列能够操作为基于根据通过所述线圈阵列的线圈的电子的流动而产生的磁场，将所述电磁场引导至所述线圈阵列的所述线圈中或外。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列被结构设计成包括三个圆形线圈，所述三个圆形线圈被布置成分别在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上彼此以90度相位错开。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列被结构设计成包括一组椭圆形空芯线圈，所述一组椭圆形空芯线圈包括：第一线圈，布置在y-轴平面上、所述线圈阵列的顶部区域处；第二线圈，布置在y-轴平面上、所述阵列的底部区域处并且与所述第一线圈平行；第三线圈，布置在x-轴平面上、所述阵列的第一侧区域处；第四线圈，布置在x-轴平面上、所述阵列的第二侧区域处并且与所述第三线圈平行，其中所述第一线圈和所述第二线圈垂直于所述第三线圈和所述第四线圈；以及第五线圈，布置成使得其水平地延伸穿过所述线圈阵列并且垂直于所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列被结构设计成包括一组矩形空芯线圈，包括：第一线圈，布置在z-轴上、所述阵列的顶部区域处；第二线圈，绕z-轴平面布置在所述阵列的底部区域处并且与所述第一线圈平行；第三线圈，布置在y-轴上、所述阵列的第一侧区域处；第四线圈，布置在y-轴平面上、所述阵列的第二侧区域处并且与所述第三线圈平行；第五线圈，在第三侧区域处、x-轴平面上、水平地布置在所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈的一部分的第一交点处；以及第六线圈，在第四侧区域处、x-轴平面上、水平地布置在所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈和所述第四线圈的另一部分的第二交点处，所述第四侧区域在所述阵列相对于所述第三侧的相反侧上。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器设备能够操作为通过从所述三维线圈阵列的所述线圈的多个角度发送所述电磁场而在所述发射器设备或所述接收器设备定位偏移期间在所述接收器线圈处引起电磁感应。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器设备能够操作为：通过使所述线圈中一个或多个增强磁场的强度和方向，在所述接收器线圈处引起电磁感应，同时允许所述接收器设备经历自由的360度移动。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电源是AC电源。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电源为DC电源，并且所述无线充电发射器设备还包括将DC电能转换为AC电能的DC/AC转换器，所述AC电能提供至所述三维线圈阵列。11.根据权利要求1所述的系统，还包括：联接在所述电源和所述三维线圈阵列之间的可调节电容网络电路，其中所述可调节电容网络电路包括电容器和开关，以通过控制所述网络中各电容器的开关来形成可调节阻抗变化，同时在所述网络中维持相同的总电容。12.根据权利要求11所述的系统，还包括控制电路，所述控制电路联接到所述可调节电容网络电路，以控制所述开关响应于来自所述三维线圈阵列中的线圈的反射信号的变化而产生所述可调节阻抗变化。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述三维线圈阵列中的线圈具有螺旋几何形状。14.无线充电发射器设备，包括：电源；三维线圈阵列，电联接到所述电源并且被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从所述三维线圈阵列发出的电磁场，其中所述线圈被布置成使得至少两个线圈彼此垂直以引导所述电磁场；其中所述无线充电发射器设备能够操作为通过在电子设备的接收器线圈处提供所述电磁场而将所述电磁能转换成电能以向所述电子设备供电，从而对所述电子设备进行无线充电。15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述三维线圈阵列的所述线圈被...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚·亚伦·扬科威茨，
申请(专利权)人：扬科技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US