光学无线供电系统技术方案

引入了安全性特征的用于向接收器进行光学功率传输的系统，其包括：具有末端反射器和增益介质的光学谐振腔、向增益介质供应功率并且控制其小的信号增益的驱动器、波束转向装置和控制至少波束转向装置和驱动器的控制器。控制器通过输出命令以改变增益介质的小的信号增益、光束的辐射亮度、由该驱动器供应的功率、波束转向装置的扫描速度或扫描方向和位置中的至少一部分，或者记录确定所述光电功率变换器的位置的扫描姿态，从而响应在该系统中出现的安全性风险。控制器还可以确保高的总体辐射效率，并且可以警告并非由目标接收器接收的传输功率。输功率。输功率。

【技术实现步骤摘要】
光学无线供电系统
[0001]本申请是申请日为2017年4月9日的名称为“光学无线供电系统”的申请号为201780035894.X的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及无线功率传送领域，尤其是应用于基于激光的传输系统以在家庭环境中传送光功率至移动电子装置。

技术介绍

[0003]长期以来需要在无需物理有线连接的情况下传输功率至远处位置。这一需要在近几十年随着通过需要定期再充电的电池运行的便携式电子装置的普及而变得重要。这些移动应用包括移动电话、便携式电脑、小汽车、玩具、可穿戴装置及助听器。目前，现有技术的电池的容量及密集使用的智能手机的典型电池应用使得电池可能需要充电超过每天一次，远距离无线电池再充电的需求是重要的。
[0004]电池技术具有悠久的历史，并且仍然在发展。本杰明
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富兰克林于1748年描述了第一块由莱顿瓶制成的电池，第一个类似加农电池的电源(因此名为电池)。后来伏特于1800年专利技术了明显更加便携的铜锌电池。加斯顿
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普兰特于1859年专利技术了第一块可再充电电池，铅酸电池。从此以后可再充电电池的能量密度增大不足8倍，如图1所示，其显示了由原始铅酸化学系统至现代的基于锂的化学系统及锌
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空气化学系统的不同的可再充电电池化学系统同时以重量和体积参数给出的能量密度。同时由便携式电子/电气装置所消耗的功率已经达到每天可能需要补充若干次完整电池充电的程度。
[0005]在专利技术电池后几乎一个世纪，在1870年与1910年之间的时期，特斯拉尝试使用电磁波跨越距离传输功率。从此以后，许多次尝试安全地传输功率至远处位置，其特征可在于，跨越明显大于传输装置或接收装置的距离。其范围从在1980年代实施SHARP(Stationary High Altitude Relay Platform)计划的NASA到于2007年实验了类似特斯拉的系统的Marin Soljacic。
[0006]到目前为止，只有三种可商购获得的技术允许无需导线安全地输送功率至移动装置，即
[0007]磁感应
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其典型地被限制在仅仅几个mm的范围内；
[0008]光伏电池
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其在用太阳光或者用在通常(安全的)光照房间内可达到的水平的人工照明加以照射时，在相对于移动电话的尺寸的情况下无法产生多于0.1瓦；
[0009]能量收集技术
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将RF波转换成可用的能量，但是在任何目前的实际情况下无法以多于0.01W运行，这是因为RF信号传输由于健康和FCC的规定而是受限制的。
[0010]同时，便携式电子装置的典型的电池具有1至100瓦*小时的容量，并且典型地要求每天充电，因此需要在明显更长的范围进行明显更高的功率输送。
[0011]因此，跨越大的视野和大于几米的范围安全地输送电功率至典型地装配有可再充电电池的便携式电子装置的需求尚未满足。
[0012]已经尝试了几次在居住环境内使用准直或基本上准直的电磁波尤其是激光束输送功率。然而，此类产品至大众市场的商业可用性在目前仍是受限制的。在可以投放此类商用系统之前，需要解决几个问题：
[0013]应当开发安全的系统。
[0014]应当开发成本有效的系统。
[0015]应当开发能够承受普通家庭环境的以下危害的系统，包括污染物如灰尘及指纹或液体溢洒、振动、波束阻隔、非专业安装及周期性掉落地面。
[0016]目前允许的公众暴露于传输的激光功率水平在不使用复杂安全系统的情况下不足以提供可用量的功率。例如美国联邦法规第21篇第8卷(21CFR
§
8)2014年4月修订版第I章第J节第1040部分涉及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级、III
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b级和IV级激光器(II、IIa和IIIa级激光器在400nm与710nm之间，例如可见光激光器)。在可见光范围以外的激光器中，1级被认为对于普通大众使用是安全的，而IIIb和IV级被认为是不安全的。
[0017]现在参照图2，其是显示根据上面引用的“21CFR
§
8”在I级激光器的情况下对于7mm的瞳孔直径暴露0.1至60秒的MPE(最大允许的暴露值)的图。由上图可以看出：
[0018](i)最大允许的暴露水平通常(但不总是)随着波长增大，及
[0019](ii)即使在人员进入波束后将激光器关闭若干0.1秒以满足在“21CFR
§
8”中规定的要求，在大于2.5μm的波长的情况下可以传输不大于1.25W的光线，而在较短波长的情况下限制数量级较少。
[0020]因此，在不使用某些种类的安全系统的情况下，仅允许传输几毫瓦的激光功率，即使完全转换回成电力，供应的功率明显小于给大多数便携式电子装置充电所需的功率。便携式电话取决于型号在充电时例如需要1至12W。
[0021]为了传输高于1级激光器MPE的功率，需要安全系统。据申请人所知，尚无安全系统被商业化以在未经训练的人员可到达的居住环境内传输显著的功率水平。
[0022]构建具有耐用强壮的安全性系统的传输系统是困难的。所需的探测水平与需要进行传输的功率相比是非常小的，该系统运行的环境是不受控制的，并且在工作时可能发生许多不可预测的状况。
[0023]在现有技术中公知，指纹和灰尘散射激光，透明表面反射或散射激光。若要输送高功率，则需要IV(或IIIb)级激光器，其需要可靠的安全系统。对于IV级激光器，甚至由主波束散射的辐照也是危险的。根据“21CFR
§
8”2014年4月修订版第I章第J节第1040部分，发射400nm至1400nm、具有大于0.5W波束放射量的激光器对于暴露超过0.5秒的情况通常被认为是IV级激光器，甚至由此类激光器散射的辐照也可能是危险的。要求此类激光器具有闭锁键及类似于图3中所示的警告标记，其中还注意到警告涉及“散射的辐照”，激光器的使用者通常要求佩戴安全护目镜，并且典型地是经训练的专业人员，所有这些方面非常不同于用于给移动电子装置充电的家庭可用的激光功率传输系统的可接受的使用条件。
[0024]现有技术典型地使用表面上的抗反射(AR)涂层以防止此类反射，连同精心布置的波束阻隔结构以阻隔此类反射，但是仍然会发生反射。然而，在现有技术中使用的AR涂层方案，由于灰尘或溢洒的液体沉积在其表面上，或者由于涂层的磨损，例如由于不恰当清洁处理，容易导致失效。额外地，波束阻隔方案典型地严重限制了所述系统的视野，并且与现代
便携式电子装置的尺寸相比是庞大的。
[0025]因此现有技术缺少可靠且“占地面积小的”机构以防止功率波束在非期望的方向上散射和反射。可能是由于透明表面疏忽地被置于发送器与接收器之间，及可能由许多种不同的透明材料产生的透明表面的光学特性，或者由于可能沉积在所述系统的外表面上典型地在接收器正面上的液体溢洒及指纹，而导致此类散射和反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.向至少一个功率接收装置进行光学无线功率传输的系统，所述系统包括：光学谐振腔，其具有末端反射器并且适合于发射光束；增益介质，其包括(i)半导体器件，或(ii)固体基质，其是用钕离子掺杂的并且与使至少一个具有在8,300cm
‑1至12,500cm
‑1的范围内的波数的频率的辐照衰减的滤波器进行光通信，所述增益介质位于所述光学谐振腔内部并且具有第一带隙能，所述增益介质以热学方式附着至冷却系统并且构造成放大穿过其中的光线；驱动器，其构造成向所述增益介质供应功率，并且能够控制所述增益介质的小的信号增益；波束转向装置，其构造成在多个方向至少之一上引导所述光束；光...

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