用于无线电源的安全壳体制造技术

一种用于确保无线功率发送器的壳体的完整性的系统。发送器的壳体包括窗口，以允许高功率光束离开发送器。该窗口配备有反射至少一部分光束并将反射的光束导引到检测器上的区域。因此，系统可以确定窗口是否未损坏，因为如果检测器接收到满意的光束部分，则它指示窗口未损坏。这有利地防止了在发送器的出口窗口损坏时可能引起的危险的光束产生的损坏。激光束在离开发送器之前优选是圆偏振的，以防止由P或S偏振分量中的最大者的反射引起的危险激光损坏，这在线性偏振光束的情况下可能发生。这在线性偏振光束的情况下可能发生。这在线性偏振光束的情况下可能发生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线电源的安全壳体


[0001]本专利技术涉及无线功率束射(beaming)领域，特别是作为基于应用的激光器的传输系统使用确保发送器壳体防止不安全光束暴露(即使壳体可能被损坏)的特征在家庭环境中将光功率束射到移动电子设备。

技术介绍

[0002]长期以来一直需要在没有物理电线连接的情况下将功率安全地传输到远程位置。在过去的几十年里，随着由电池供电的便携式电子设备的普及，以及近来需要定期再充电或持续连接到电源的物联网设备的激增，这种需求变得重要。这种移动应用包括手机、笔记本电脑、汽车、玩具、可穿戴设备和助听器。目前，现有技术电池的容量和密集使用的智能手机的典型电池使用可能使得电池每天可能需要充电不止一次，使得对远程无线电池再充电的需要很重要。
[0003]在电池专利技术近一个世纪后，在1870年至1910年之间的时段，特斯拉尝试使用电磁波进行远距离功率传输。从那时起，已经进行了许多尝试以安全地将功率传输到远程位置，这些位置的特征可以是显著大于发送或接收设备的距离。该范围是从1980年代进行SHARP(固定高空中继平台)项目的NASA到2007年试验类特斯拉系统的Marin Soljacic。
[0004]便携式电子设备的典型电池具有的容量在1到100瓦特*小时之间，并且通常需要每天充电，因此需要在更远的范围内进行更高的功率传递。
[0005]因此，对在大于几米的范围内安全地将电功率传递到便携式电子设备的需求尚未满足。
[0006]用于在住宅环境中部署无线功率基础设施的主要障碍之一是安全，包括装备在意外情形下的安全和/或在装备由未经训练的人使用时的安全。
[0007]当前允许的公众暴露于传输的激光功率水平不足以在没有复杂安全系统的情况下提供有用的功率量。例如，在美国，2014年4月修订的联邦法规第8卷标题21(21CFR
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8)、第I章第J分章第1040部分论述了发光产品(包括激光器产品)的性能标准。对于可见光范围以外的波长，存在I类、III
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b类和IV类激光器(II、IIa和IIIa类用于400nm和710nm之间的激光器，例如可见光激光器)。在可见光范围之外的激光器中，1类被认为对一般公众使用是安全的，而IIIb和IV类被认为是不安全的。
[0008]现在参考图1，其是示出针对0.1
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60秒曝光，针对根据上面引用的21CFR
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8的I类激光器的7mm瞳孔直径的MPE(最大允许曝光值)的曲线图。从上图可以看出：
[0009](i)最大允许暴露水平通常(但并非总是)随波长增加，并且
[0010](ii)即使在人进入光束后约0.1秒关闭激光器，为了满足21CFR
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8中规定的要求，也不能传输超过1.25W的光，并且波长长于2.5μ，在较短的波长下，限制要小几个数量级。
[0011]因此，在没有某种安全系统的情况下，只允许传输几毫瓦的激光功率，即使完全转换回电能，该激光功率供应的功率也比为大多数便携式电子设备充电所需的功率要低得多。例如，手机需要1到12W来充电，具体取决于型号。
[0012]为了传输高于1类激光器MPE的功率，需要一种安全系统。这样的安全系统，例如在授予Alpert等人的标题为“用于无线电源的系统(System for Wireless Power Supply)”的WO 2007
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036937中提出的安全系统，公开了一种在用户进入光束时保护用户免受曝光的系统。
[0013]然而，现有技术没有应对因误用或系统误操作而引起的安全问题。
[0014]本专利技术的一个目的是提供一种安全系统，其对于误用、误操作和系统中的可能使现有技术中描述的系统无用的其他事件有适应力。
[0015]在本部分和说明书的其他部分中提到的每个出版物的公开内容的整体均通过引用的方式并入本文。

技术实现思路

[0016]本公开描述了一种系统，即使当适于向位于远离发送器处的接收器供电的无线功率发送器的壳体收到损坏时，该系统仍保持安全。
[0017]发送器通常包括激光器，其用于将激光束导引向接收器以进行无线充电。发送器通常包括光束偏转单元，其允许将激光束瞄准到位于发送器视场中的接收器。
[0018]接收器通常包括光伏电池，其用于将接收到的激光束转换为电能，该电能可以用于向电子设备供应能量。
[0019]发送器壳体内部的激光器通常发射高功率光束并且壳体内的激光发射通常不受现有技术系统中的安全系统的保护。因此，如果将物体插入发送器内部，它可能会暴露于危险的激光功率水平。为了防止物体暴露于发送器内部的激光功率，并保护发送器本身，发送器通常配备有保护性壳体。
[0020]发送器通常挂在天花板上，或安装在墙上，位置类似于照明灯具。在无线供电期间，接收器通常与发送器位于同一房间内，因为接收器应在发送器的视野内才能接收无线功率。发送器使用光束偏转单元将光束导引向接收器，使得即使接收器改变位置，发送器也能够将光束导引向接收器。
[0021]发送器通常安装在房屋、办公室、商业空间或工业空间中，通常在操作发送器方面未受过培训并且一般未受到保护以防激光伤害的人员会穿过发送器周围的区域。在这种设置中，高大的物体(例如梯子)或飞行物体(例如球)可能碰撞发送器并因此损坏发送器。因此，如果物体撞到发送器，发送器的壳体可能被损坏，这可能导致潜在危险的激光发射变得可触及或被释放。
[0022]发送器的壳体通常具有窗口，该窗口可以由诸如玻璃或塑料的材料制成，由于其整体透明度水平，或者由于窗口的单独部分具有不同的透明度，所以该窗口的至少大部分是透明的。该窗口允许激光束从保护性壳体传输向接收器。窗口可以传输至少85％的光束。窗口可以包括保护层，例如由纽约州康宁的康宁公司提供的以便使窗口更耐用，但即使具有这样的耐用窗口，并且即使窗口部分或完全凹陷在壳体内，窗口也可能容易损坏。
[0023]破坏或损坏的壳体窗口可能带来安全隐患，例如从发送器逸出的激光束达到危险水平。这是因为如果窗口破坏或损坏，被窗口吸收或反射的光束的百分比可能小于预期水平，从而发射出比所考虑的更高水平的激光功率。此外，破坏的窗口可能导致光束从其原始
预期位置偏移，导致光束照射在可能造成损坏的表面上，而不是照射在将会安全吸收该光束的接收器上。
[0024]因此，本专利技术的目的是提供一种即使在壳体损坏时也能保持安全的系统。
[0025]在一种实施方式中，保护性壳体的窗口将大部分光束传输到发送器外部并朝向接收器传输，从而向接收器提供无线功率。然而，小部分光束并不被导引到接收器，而是用于检查发送器壳体的完整性。该小部分光束被窗口反射并被检测器检测到。如果发送器的窗口被破坏或不存在，则没有光束会到达检测器，或者到达检测器的光束的特性(例如功率、偏振、形状或其他光束特性)可能劣化。因此，如果检测器未检测到光束，则可能表明发送器壳体的封闭窗口已破坏，因为窗口的部分反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无线功率传输系统，包括发送器和接收器，所述发送器包括：(i)适合于发射光束的激光器；(ii)功率监测器，其被配置为提供所述光束的光功率的指示；(iii)包括光学窗口的外部壳体，所述光学窗口被配置为将所述光束传输到所述外部壳体之外；(iv)所述外部壳体内的内部壳体，所述内部壳体包括：所述激光器；所述功率监测器；以及内壁，所述内壁的至少主要部分具有光束阻挡特性，是以下中的至少一种：(a)不透明的，(b)具有至少0.5的光学密度的部分透射，或(c)漫射，所述壁的所述光束阻挡部分被配置为：在所述光束的至少部分或所述光束的由插入光束中的物体引起的反射被导引到所述壁的所述光束阻挡部分的情况下，基本上吸收或漫射所述光束的所述部分或所述光束的所述反射，使得所述光束的任何部分或所述光束的所述反射除了通过所述光学窗口外不能被导引出所述壳体；(v)光束偏转单元；以及(vi)控制单元，其被配置为控制所述激光器，其中，所述系统还包括检测单元，所述检测单元被配置为提供对所述外部壳体的所述光学窗口的损坏的指示，所述控制单元被配置为通过引起所述系统的配置的修改来响应所述指示。2.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中，所述系统的所述配置的所述修改包括对所述激光束的修改。3.根据权利要求1和2中任一项所述的无线功率传输系统，还包括准直器，所述准直器被配置为使所述光束在所述发送器的工作范围内发散不超过5度，所述准直器定位在所述内部壳体的内部。4.根据前述权利要求中任一项所述的无线功率传输系统，其中，所述外部壳体的窗口具有至少90％的透射率。5.根据前述权利要求中任一项所述的无线功率传输系统，其中，所述内部壳体的窗口具有至少90％的透射率。6.根据前述权利要求中任一项所述的无线功率传输系统，其中，所述光束偏转器在所述内部壳体的内部。7.一种无线功率传输系统，包括发送器和接收器，所述发送器包括：适合于发射具有功率的光束的激光器；准直器；被配置为操纵所述光束的偏振状态的偏振元件；以及适合于控制所述激光束的功率的控制器，并且其中，所述接收器对所述光束具有最大接收角θ；并且其中，所述偏振元件被配置为使得离开所述发送器的所述光束的偏振状态是椭圆的，所述椭圆偏振光束包括在较大分量和较小分量之间具有大于1的功率比μ的两个相移线性
分量、以及在所述两个线性偏振之间的相移；并且其中，所述激光功率被控制为使得所述激光器发射的光束的功率P小于瓦特。8.一种无线功率发送器，包括：适合于发射基本准直的激光束的激光器；适合于传输所述激光束的外部输出窗口；光束偏转单元，其适合于在多个方向中的任何一个方向上通过所述外部输出窗口偏转所述激光束；以及具有瞳孔的检测器，其中，所述外部输出窗口具有适合于将所述激光束的一部分朝向所述检测器的所述瞳孔反射的至少一个区域；并且当所述激光器未瞄准所述至少一个区域时，所述检测器受到保护以免受所述激光器的影响。9.根据权利要求8所述的无线功率发送器，其中，所述系统还包括功率监测器，所述功率监测器被配置为检测所述光束的至少一部分并且因此指示所述光束的功率。10.根据权利要求8和9中任一项所述的系统，还包括至少两个功率监测器。11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：WI电荷有限公司，
类型：发明
国别省市：