电能无线传输系统技术方案

本公开的一个实施例提供了一种用于将电能无线传输到电负载(115)的系统(100)。该系统包括：馈电装置(105)和待馈电装置(110)，待馈电装置与馈电装置物理分离且独立于馈电装置。待馈电装置(110)包括：待馈电的电负载，适合生成时钟信号的控制电路(125)，以及与电负载(115)相连接的电能的接收装置(120)。馈电装置(105)包括电能的至少一个传输组(135)，传输组(135)包括：传输装置(145)，适合与待馈电装置(110)的接收装置(120)进行非电导性耦合；信号管理电路(150)，适合接收由待馈电装置(110)的控制电路(125)生成的时钟信号，并生成具有与时钟信号的频率成比例的频率的先导信号；以及电源电路(155)，适合接收由信号管理电路(150)生成的先导信号，并适合向传输装置(145)施加随时间周期性变化的电压波，电压波的频率等于先导信号的频率。

Wireless Power Transmission System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电能无线传输系统
本公开一般涉及用于对一个或多个电负载无线馈电和/或再充电的系统。这种电负载可以例如是电气/电子设备，其必须被电能馈送以允许其工作和/或自行对设备的内部电池充电。这种类型的电气/电子设备的典型示例是移动电话、平板电脑、计算机、电视机、照明系统(例如使用LED的照明系统)，以及许多其他设备。
技术介绍
当前已知用于以无线模式将电能传输到负载的系统通常基于在布置在待馈电/再充电的设备上的接收装置与布置在相应馈电装置上的传输装置之间进行电感式或电容式耦合。在基于电感式耦合的系统中，通常使用布置在馈电装置上的传输天线(例如具有卷筒或线圈的形状)，并且使用布置在待馈电装置上的接收天线。这样，即使传输装置和接收装置之间没有电流连接，也可以向各种电气和电子设备馈电。至于涉及的基于电容式耦合的系统，使用布置在馈电装置上的传输电枢(例如，由通过介电材料可以与外部绝缘的导电区域制成)，其面向布置在待馈电装置上的类似传输电枢，因此构成至少两个电容器。通过在这种电容器的输入端施加具有足够高频率的电压波，可以向负载传输足以馈送负载的电能。短距离馈电/再充电系统(包括电感式和电容式)中的常见问题，都包括必须将待馈电/再充电的装置安置在相对于相关馈电装置的精确位置。在电感系统的情况下，可以通过创建能够在非常宽的空间区域(例如，具有更大尺寸的卷筒)中产生磁感应场的传输天线来解决该问题，但是这种方法实质上恶化了系统的能量效率，降低了可传输的能量，并且增加了电磁污染。通过为馈电装置配备具有较小尺寸的多个天线，可以部分地减少这些问题，每个天线由与其他电路独立的电源电路供电并且这些天线可能被定位以确保由它们生成的磁场之间的部分重叠。然而，该解决方案导致了系统成本和体积的显著恶化，并且在任何情况下都不能消除电感系统中典型的低能效问题。电容系统虽然确保更高的能量效率，但是需要在待馈电装置和馈电装置之间进行正确的对准，否则通常会导致性能的显著降低。为了至少部分地解决该缺点，可以使用根据矩阵设计布置的多个小电枢，每个小电枢独立于其他电枢电路并连接到相应的电源电路。基于倍增传输元件(感性(线圈)和容性(电枢))的每种解决方案仍然具有需要产生时钟信号的缺点，通常在高频率下(例如，在电容电枢和射频感应系统的情况下，MHz、数十MHz或数百MHz)可以有效驱动每个传输元件的电源电路。为了满足这种需要，可以为每个传输元件的每个电源电路提供时钟发生器(例如振荡器)，但是这导致成本的极大恶化，特别是在其中馈电装置必须提供非常大的传输区域和/或配备有非常大数量的传输元件。或者，可以使用由传输元件的所有电源电路共享的单个时钟发生器(或者在任何情况下比电源电路的数量更少的时钟发生器)并通过适合的总线分配时钟信号。然而，这涉及一系列缺点，特别是需要通过传输线长距离传输高频信号，因此存在阻抗匹配、衰减与反射、与线路的阻抗特性相关的低速问题、重新生成信号的缓冲要求、以及更大的损耗。然后，在这些问题以外的实质性缺点是不能够形成其中每个传输元件完全独立于其他传输元件的馈电装置。因此，本公开的目的是克服显著的限制，特别是制造一种用于无线传输电能的系统，该系统能够独立地向靠近馈电装置布置的装置馈电，确保容易控制传输元件。特别是预见到能够独立于其他传输元件驱动每个传输元件，而不需要在馈电装置中布置多个时钟发生器的系统。因此，大大降低了无线电能传输技术的成本。通过独立权利要求中给出的本公开的特征来实现此目的和其他目的。从属权利要求概述了本公开的各种实施例的优选的和/或特别有利的方面。
技术实现思路
考虑到已经概述的内容，本公开提供了一种用于将电能无线传输到电负载的系统，其基本方案包括：馈电装置；以及与馈电装置物理分离且独立于馈电装置的待馈电装置。通常，待馈电装置是可以独立于馈电装置在空间中自由移动的任何装置，例如，它可以朝向和远离后者，而在两个装置之间没有任何类型的物理约束。换言之，待馈电装置不通过任何机械部件连接到馈电装置，例如电缆或任何其他固定或可移除机械连接系统。例如，待馈电装置可以是移动电话、平板电脑、计算机、电视机、照明系统(例如使用LED的照明系统)、家用电器设备、可穿戴设备、物联网(IOT)设备或任何其他需要电源供应的电气/电子设备。根据本公开，待馈电装置包括：待馈电的电负载；适合产生时钟信号的控制电路；以及连接到电负载的电能的接收装置。馈电装置包括电能的至少一个传输组，传输组包括：传输装置，其适合与待馈电装置的接收装置进行非电导性的磁和/或电耦合，例如电感、电容或电感电容混合耦合；信号管理电路，其适合接收由待馈电装置的控制电路生成的时钟信号，并适合生成具有与该时钟信号频率成比例的频率的先导信号；以及电源电路，其适合接收由信号管理电路产生的先导信号，并适合向传输装置施加电压波，该电压波随时间周期性地变化，该电压波的频率等于该先导信号的频率。由于该解决方案，通过利用由布置在待馈电装置上的控制电路生成的时钟信号，得以有效地驱动馈电装置的每个电源电路，使得馈电装置不需要任何时钟信号的发生器。由于待馈电装置(如所述的可以是移动电话、平板电脑、计算机或类似设备)通常已经配备有适合为其工作生成高频时钟信号的控制电路，因此该解决方案大大降低了实施无线电能传输技术所需的成本。根据本公开的一个方面，馈电装置可以包括多个传输组，每个传输组设有相应的传输装置，或信号管理电路和电源电路。由于该解决方案，有利地获得了使用的高度灵活性。例如，具有大量的传输组，这可以有利地布置传输装置，以便能够针对要待馈电装置的不同相对位置向负载馈电。特别地，可以根据矩阵分布布置传输装置，在馈电装置中形成有效表面，待馈电装置可以在多个位置和以不同方向放置在该有效表面上。在这些位置的每一个中，靠近待馈电装置的传输装置因此能够有效地向负载馈电，而不参与电能传输的传输装置可以保持关闭，从而减少了电损耗和电磁污染。该解决方案的另一个优点在于可以同时且独立地向多个设备馈电，这些设备可以各不相同地布置在同一馈电装置的上述有效表面上。每个传输装置连接到其自己的信号管理电路和其自身的电源电路的事实也使得馈电装置抵抗局部损坏，局部损坏最多可以破坏单个传输组，而全局系统整体处于运行状态。由于这种特殊的特征，馈电装置可以按能够根据需要切割的垫子的形式制成，从而使其具有任何可用的形状。例如，可以将上述垫子切割并应用于桌子或墙壁，其中它可以与任何已知的系统固定而不损害其功能。根据本公开的一个实施例，每个传输组的传输装置可以包括：至少一个传输电枢，其连接到相应的电源电路和相应的信号管理电路，并且待馈电装置的接收装置可以包括：第一接收电枢，其适合面向第一传输组的传输电枢以形成第一电容器，第二接收电枢，其适合面向第二传输组的传输电枢以形成第二电容器。由于该解决方案，可以实现有效的电容式耦合，使得可以在馈电装置和待馈电装置之间传递电能。为了允许这种电能传输，可以驱动连接到第一传输组的传输电枢(下文中简称为“第一传输电枢”)的电源电路，以便将具有相对于待馈电装置接收的时钟信号的频率成比例的频率的电压波施加于这种电枢。而第二传输组的传输电枢(下文中简称为“第二传输电枢”)可参照于参考电位(例如，地电位)。以这种方式，在第一耦合电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统(100)，用于将电能无线传输到电负载(115)，包括：馈电装置(105)；以及待馈电装置(110)，其与所述馈电装置物理分离且独立于所述馈电装置；其中所述待馈电装置(110)包括：待馈电的电负载；适合生成时钟信号的控制电路(125)；以及连接到所述电负载(115)的所述电能的接收装置(120)；并且其中所述馈电装置(105)包括所述电能的至少一个传输组(135)，所述传输组(135)包括：传输装置(145)，其适合与所述待馈电装置(110)的所述接收装置(120)进行非电导性的磁和/或电耦合；信号管理电路(150)，其适合接收由所述待馈电装置(110)的所述控制电路(125)生成的时钟信号，并且适合生成具有与所述时钟信号的频率成比例的频率的先导信号；以及电源电路(155)，其适合接收由所述信号管理电路(150)生成的所述先导信号，并适合向所述传输装置(145)施加电压波，所述电压波随时间周期性变化，并且所述电压波的频率等于所述先导信号的频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.22 IT 1020160001300951.一种系统(100)，用于将电能无线传输到电负载(115)，包括：馈电装置(105)；以及待馈电装置(110)，其与所述馈电装置物理分离且独立于所述馈电装置；其中所述待馈电装置(110)包括：待馈电的电负载；适合生成时钟信号的控制电路(125)；以及连接到所述电负载(115)的所述电能的接收装置(120)；并且其中所述馈电装置(105)包括所述电能的至少一个传输组(135)，所述传输组(135)包括：传输装置(145)，其适合与所述待馈电装置(110)的所述接收装置(120)进行非电导性的磁和/或电耦合；信号管理电路(150)，其适合接收由所述待馈电装置(110)的所述控制电路(125)生成的时钟信号，并且适合生成具有与所述时钟信号的频率成比例的频率的先导信号；以及电源电路(155)，其适合接收由所述信号管理电路(150)生成的所述先导信号，并适合向所述传输装置(145)施加电压波，所述电压波随时间周期性变化，并且所述电压波的频率等于所述先导信号的频率。2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述馈电装置(105)包括多个传输组(135)。3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，每个传输组(135)的传输装置(145)包括：至少一个传输电枢(165)，其与相应的所述电源电路(155)以及相应的所述信号管理电路(150)相连接，其中，待馈电装置(110)的所述接收装置(120)包括：第一接收电枢(175)，其适合面向第一传输组(135)的所述传输电枢(165)以形成第一电子电容，第二接收电枢(180)，其适合面向第二传输组(135)的所述传输电枢(165)以形成第二电子电容。4.根据权利要求3所述的系统(100)，其特征在于，所述待馈电装置(110)的所述控制电路(125)与所述第一接收电枢(175)相连接以将时钟信号施加到所述第一接收电枢，并且每个传输组(135)的所述信号管理电路(150)与相应的所述传输电枢(165)相连接，使得能够接收时钟信号。5.根据权利要求4所述的系统(100)，其特征在于，所述待馈电装置包括：在所述第一接收电枢(175)和所述电负载(115)之间串联连接的电感器(205)；以及在所述第一接收电枢(175)和所述控制电路(125)之间串联连接的电容器(210)。6.根据权利要求4或5所述的系统(100)，其特征在于，所述馈电装置(105)的每个传输组(135)包括串联连接在相应的所述电源电路(155)和相应的所述传输电枢(165)之间的电感器(220)。7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统(100)，其特征在于，所述馈电装置(105)的每个传输组(135)包括激活开关(225)，所述激活开关(225)适合选择性地将所述传输电枢(165)与相应的所述电源电路(155)和相应的所述信号管理电路(150)相连接，或与参考电位相连接。8.根据权利要求3至7中任一项所述的系统(100)，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·斯皮内拉，
申请(专利权)人：艾格电子工程责任有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT