【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率转移系统及方法
交叉引用
[0001]本专利申请要求于2019年3月12日提交的美国临时申请号62/817,159、于2019年11月12日提交的美国临时申请号62/934,309、于2019年12月6日提交的美国临时申请号62/944,645、于2020年1月2日提交的美国临时申请号62/956,479的权益，通过引用将其全部内容并入本文。
[0002]本专利技术涉及功率传输器、接收器以及功率转移的系统及方法。
技术介绍
[0003]在电感性功率转移(IPT)中，通常通过磁场在电线线圈之间转移功率。交流电(AC)通过传输器线圈驱动以产生振荡磁场。该磁场通过接收线圈，其中该磁场在该接收线圈中感应出交流电。该感应交流电可以直接驱动负载，或经整流为直流电(DC)，该直流电应用于驱动负载。为了实现高效率，传输器线圈及接收器线圈必须紧靠在一起。例如，常见的是传输器线圈和接收器线圈分离线圈直径的仅一部分(例如，在几厘米内)且所述线圈的轴紧密地对准。
[0004]在一些IPT系统中，采用谐振电感性耦合。谐振电...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双模态近场谐振无线电功率转移系统，该系统配置为：在可变谐振功率信号振荡频率下，根据电容性功率转移与电感性功率转移的可调整转移模式比同时进行所述电容性功率转移和所述电感性功率转移，所述系统包括：传输器子系统，其包括传输器天线子系统和功率信号调谐器模块，所述功率信号调谐器模块配置为通过调整由所述功率信号调谐器模块提供至所述传输器天线子系统的功率信号来调整所述转移模式比；以及接收器子系统，其包括接收器天线子系统，所述接收器天线子系统配置为在所述转移模式比下从所述传输器天线接收电功率。2.如权利要求1所述的系统，其中所述功率信号调谐器模块配置为通过调整提供至所述该传输器天线子系统的所述功率信号的电流与电压之间的相位差来调整所述功率信号。3.如权利要求2所述的系统，其中所述传输器子系统进一步包括控制器和至少一个传感器，其中该控制器配置为从所述至少一个传感器接收传感器信息并基于所述传感器信息将调谐指令自动地提供至所述功率信号调谐器模块，并且其中所述调谐器模块配置为根据所述调谐指令调整提供至所述传输器天线子系统的所述功率信号的所述电流与所述电压之间的所述相位差。4.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个传感器设置在所述传输器子系统上。5.如权利要求3所述的系统，其中所述至少一个传感器设置在所述接收器子系统上，且所述控制器配置为无线地接收所述传感器信息。6.如权利要求3至5中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器包括功率负载传感器。7.如权利要求3至5中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器包括传输功率传感器。8.如权利要求3至5中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器包括周围对象检测器。9.如权利要求3至5中任一项所述的系统，其中所述至少一个传感器包括距离检测器，所述距离检测器用于检测所述传输器天线子系统与所述接收器天线子系统之间的距离。10.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述可变谐振功率信号振荡频率在预定频率频带内自由变动。11.如权利要求10所述的系统，其中所述预定频率频带在1MHz与1GHz之间。12.如权利要求10所述的系统，其中所述系统失谐至允许所述可变谐振功率信号振荡频率在所述预定频率频带的相对极限内变动的程度。13.一种无线功率转移系统，包括：初级侧，其包括传输器模块和传输器谐振器，所述传输器模块配置为通过以下方式调整电容功率转移与电感功率转移的转移模式比：调制到所述传输器谐振器的电流水平和电压水平，由此从所述传输器谐振器产生振荡磁场和振荡电场；以及次级侧，其包括接收器模块和接收器谐振器，所述接收器谐振器配置为当放置于由所述传输器谐振器产生的所述振荡磁场和所述振荡电场内时产生电流，其中所述接收器模块将所述电流从所述传输器谐振器传输至负载。14.如权利要求13所述的系统，其中传输器谐振器和所述接收器谐振器包括至少一个
天线。15.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个天线是线圈形状。16.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个天线是锯齿形状。17.如权利要求15或16所述的系统，其中所述至少一个天线进一步包括方形隅角。18.如权利要求14所述的系统，其中所述至少一个天线是圆形形状。19.如权利要求14至18中任一项所述的系统，其中所述至少一个天线是实质上平面的。20.如权利要求14至18中任一项所述的系统，其中所述系统包括至少两个天线。21.如权利要求20所述的系统，其中所述至少两个天线通过间隔物分离。22.如权利要求21所述的系统，其中所述间隔物包括空气、介电材料、铁氧体或其组合。23.一种近场无线系统，所述近场无线系统用于将功率从一个或多个光电电池转移至功率负载，所述系统包括：一个或多个传输模块，其与所述一个或多个光电电池进行电通信，各传输模块配置为将来自所述一个或多个光电电池中的至少一个的所述功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；一个或多个传输器谐振器，其与所述一个或多个传输模块进行电通信，各传输器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；一个或多个接收器谐振器，各接收器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振且设置为经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个从所述一个或多个传输器谐振器中的至少一个接收功率；以及一个或多个接收器模块，其与所述接收器谐振器进行电通信，各接收器模块配置为从所述一个或多个接收器谐振器中的至少一个接收功率，将从所述接收器谐振器接收的所述功率转换成直流电电压并且将所述直流电电压传输至所述功率负载。24.如权利要求23所述的系统，其中所述一个或多个传输模块各包括功率放大器，所述功率放大器配置为在所述振荡频率下调制从所述一个或多个光电电池接收的所述功率。25.如权利要求24所述的系统，其中所述一个或多个传输模块各包括振荡器，所述振荡器配置为将所述振荡频率提供至所述功率放大器。26.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传输模块各进一步包括控制器和一个或多个传感器，所述控制器配置为基于来自所述一个或多个传感器中的至少一个的第一信息改变所述振荡频率。27.如权利要求26所述的系统，其中所述一个或多个传输模块各包括传输调谐网络，所述传输调谐网络配置为：在所述控制器的控制下，基于来自所述一个或多个传感器中的至少一个的第二信息改变由所述传输模块提供至所述一个或多个传输器谐振器的所述功率的至少一相位。28.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其包括一个或多个功率调节单元，所述一个或多个功率调节单元电连接在所述一个或多个光电电池与所述一个或多个传输模块之间，各功率调节单元配置为使来自所述一个或多个光电电池中的至少一个的所述功率与所述一个或多个传输模块兼容的格式相兼容。29.如权利要求28所述的系统，其中所述一个或多个传输模块中的每一个包括小型信号电子电路，并且所述功率调节单元进一步配置为将功率提供至所述小型信号电子电路。
30.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传输器谐振器设置在所述一个或多个光电电池中的至少一个的表面上，所述表面与所述一个或多个光电电池的所述至少一个的有源太阳能辐射接收表面相对。31.如权利要求30所述的系统，其中所述一个或多个传输器谐振器包括一表面区域，所述表面区域是所述一个或多个光电电池的所述至少一个的所述有源太阳能辐射接收表面的至少一主要部分。32.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中各传输器谐振器具有第一平面区域；各接收器谐振器具有第二平面区域；并且所述第二平面区域大于所述第一平面区域。33.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个接收器谐振器中的每一个被设置和配置为在所述谐振频率下经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个从所述一个或多个传输器谐振器的一个以上接收功率。34.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传输模块经由有线连接与所述一个或多个光电电池进行电通信。35.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传输模块经由有线连接与一个或多个传输器谐振器进行电通信。36.如权利要求23至25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个接收器模块经由有线连接与一个或多个接收器谐振器进行电通信。37.一种将功率从光电电池转移至功率负载的方法，所述方法包括：在传输模块中，将来自所述光电电池的所述功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将所述功率转移至传输器谐振器，所述传输器谐振器与所述传输模块进行有线电通信且配置为在所述振荡频率下谐振；在接收器谐振器中，经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个从所述传输器谐振器接收功率，所述接收器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；在接收器模块中，从所述接收器谐振器接收所述功率，所述接收器模块与所述接收器谐振器进行有线电通信；以直流电形式呈现所述功率；以及经由有线电通信将所述功率传输至所述功率负载。38.如权利要求37所述的方法，进一步包括在将来自所述光电电池的所述功率转换成振荡电功率信号之前，将所述功率的电压和电流转换为适预所述传输模块的电压和电流。39.一种用于将功率从光电电池阵列转移至功率负载的方法，所述方法包括：在多个对应传输模块的各传输模块中，将来自所述光电电池阵列的所述光电电池中的每一个的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；在所述传输模块中的每一个中，将所述功率转移至多个传输器谐振器的对应传输器谐振器，各传输器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；在接收器谐振器中，经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个从所述多个传输器谐振器接收所述功率，所述接收器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；
在接收器模块中接收所述功率，所述接收器模块与所述接收器谐振器进行有线电通信；将所述功率呈现为直流电形式；以及经由有线电通信将所述功率传输至所述功率负载。40.如权利要求39所述的方法，进一步包括在将来从各光电电池的所述功率转换成振荡电功率信号之前，将所述功率的电压和电流转换为适合所述对应传输模块的电压和电流。41.一种用于将功率从光电电池阵列转移至功率负载的方法，所述方法包括：在第一多个对应传输模块中的每一个中，将来自所述阵列中的所述光电电池中的每一个的所述功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将所述功率从所述传输模块中的每一个转移至第二多个传输器谐振器的对应传输器谐振器，其中各传输器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；在对应接收器谐振器中，从各传输器谐振器接收所述功率，所述对应接收器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振，其中各接收器谐振器进一步被设置和配置为：经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个，从所述传输器谐振器接收所述功率；在对应接收器模块中，从各接收器谐振器接收所述功率，所述对应接收器模块与所述接收器谐振器进行有线电通信；以及经由有线电通信将所述接收功率以直流电形式呈现给所述功率负载。42.如权利要求41所述的方法，进一步包括在将来从各光电电池的所述功率转换成振荡电功率信号之前，将所述功率的电压和电流转换为适合所述对应传输模块的电压和电流。43.一种用于将功率从光电电池阵列转移至功率负载的方法，所述方法包括：在多个对应传输模块中的每一个中，将来自所述光电电池阵列的各光电电池的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将所述功率从所述传输模块中的每一个转移至多个传输器谐振器的传输器谐振器，其中各传输器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振；在多个接收器谐振器的任何邻近接收器谐振器中，从各传输器谐振器接收所述功率，所述多个接收器谐振器配置为在所述振荡频率下谐振，其中各接收器谐振器进一步被设置和配置为：经由电容性耦合和磁性感应中的至少一个从所述传输器谐振器接收所述功率；在所述多个接收器谐振器当中共享所述接收功率；以及在所述多个接收器谐振器的一个或多个接收器谐振器中，将所述接收功率呈现为直流电形式；以及经由有线电通信将所述功率以直流电形式传输至所述功率负载。44.如权利要求43所述的方法，进一步包括在将来从各光电电池的所述功率转换成振荡电功率信号之前，将所述功率的电压和电流转换为适合所述对应传输模块的电压和电流。45.一种用于将功率从多个光电电池转移至功率负载的光电功率收集系统，所述系统包括：一个或多个功率调节单元，其与所述多个光电电池的一个或多个光电电池进行电通
信；以及至少一个接收器模块，其与所述一个或多个功率调节单元进行电通信，其中各功率调节单元配置为使来自所述一个或多个光电电池的功率适合与所述接收器模块兼容的格式，并且其中所述接收器模块配置为使来自所述功率调节单元的功率适合与所述功率负载兼容的格式。46.如权利要求45所述的系统，其中对各光电电池提供一个功率调节单元。47.如权利要求45或46所述的系统，其中所述一个或多个功率调节单元经由有线连接与所述一个或多个光电电池进行电通信。48.如权利要求45或46所述的系统，其中所述至少一个接收器模块经由有线连接与所述一个或多个功率调节单元进行电通信。49.如权利要求45或46所述的系统，其中所述至少一个接收器模块经由有线连接与所述功率负载进行电通信。50.如权利要求45或46所述的系统，进一步包括一个或多个功率放大器，所述一个或多个功率放大器与所述一个或多个功率调节单元和所述至少一个接收器模块进行电通信。51.如权利要求50所述的系统，其中所述一个或多个功率放大器经由有线连接与所述一个或多个功率调节单元进行电通信，且所述一个或多个功率放大器经由有线连接与所述至少一个接收器模块进行电通信。52.如权利要求50所述的系统，其中所述功率放大器将从所述一个或多个功率调节单元接收的直流电功率转换为交流电功率。53.如权利要求52所述的系统，其中所述功率放大器将所述交流电功率传输至所述至少一个接收器模块。54.一种将功率从多个光电电池转移至功率负载的方法，所述方法包括：将所述功率从所述多个光电电池传输至一个或多个功率调节单元；将所述功率呈现为与所述功率负载兼容的格式；以及将所述功率传输至所述功率负载。55.如权利要求54所述的方法，其中将所述功率呈现为与所述功率负载兼容的格式的所述步骤包括将所述功率转换为直流电功率。56.如权利要求54所述的方法，其中将所述功率呈现为与所述功率负载兼容的格式的所述步骤包括将所述功率转换为交流电功率。57.如权利要求54至56中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将所述功率呈现为与一个或多个接收器模块兼容的格式；以及在将所述功率呈现为与所述功率负载兼容的格式的所述步骤之前，将所述功率传输至一个或多个接收器模块。58.如权利要求57所述的方法，其中将所述功率呈现为与所述一个或多个接收器模块兼容的格式的所述步骤包括将所述功率转换为交流电功率。59.如权利要求57所述的方法，其中将所述功率呈现为与所述一个或多个接收器模块兼容的格式的所述步骤包括将所述功率转换为直流电功率。60.一种无线功率转移系统，包括：传输子系统，其包括：
一个或多个传输器谐振器；以及一个或多个传输器模块，其用于控制到所述一个或多个传输器谐振器的功率信号输出，各传输器模块包括控制器，其中所述一个或多个传输器模块与所述一个或多个传输器谐振器进行电通信。61.如权利要求60所述的系统，其中所述一个或多个传输器谐振器的各传输器谐振器偶联至所述一个或多个传输器模块的一个传输器模块，以形成一个或多个传输器对。62.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个传输器对彼此电解耦合。63.如权利要求62所述的系统，其中所述一个或多个传输器对通过接地屏蔽网格彼此电解耦合，使得在所述一个或多个传输器对之间不存在电通信。64.如权利要求60至63中任一项所述的系统，其中各传输器模块的所述传输控制器包括负载检测器，所述负载检测器用来测量耦接的传输器谐振器的输入阻抗。65.如权利要求64所述的系统，其中所述传输控制器基于所述经耦合传输器的经测量输入阻抗来改变所述功率信号的频率。66.如权利要求65所述的系统，其中所述一个或多个传输模块的各传输控制器包括用于改变所述功率信号输出的相位的调谐器模块。67.如权利要求60至63中任一项所述的系统，其中所述一个或多个传输器谐振器布置为形成传输表面。68.如权利要求60至63中任一项所述的系统，进一步包括一个或多个接收器子系统，各接收器子系统包括一个或多个接收器谐振器。69.如权利要求68所述的系统，其中各传输器模块的所述传输控制器包括用来测量一个或多个耦接的传输器谐振器的输入阻抗的负载检测器，并且其中当所述一个或多个接收器谐振器邻近于所述一个或多个耦接的传输器谐振器时，所述负载检测器检测所述输入阻抗的变化。70.如权利要求69所述的系统，其中所述传输控制器基于所述经耦合传输器的经测量输入阻抗来改变所述功率信号的频率。71.如权利要求70所述的系统，其中所述控制器包括用于改变所述功率信号的相位的调谐器模块。72.如权利要求68所述的系统，其中在谐振频率下将功率从所述传输子系统的所述一个或多个传输器谐振器转移至所述一个或多个接收器子系统的所述一个或多个接收器谐振...
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