电磁能量转换器制造技术

用于将电磁(EM)能量转换为电能的封闭式多维系统。电磁能量转换器(EMEC)设备包括多个电磁(EM)能量转换电池，这些电磁能量转换电池设置在单件的、至少部分透明的绝缘介质中，该绝缘介质选自以下项的列表：发光性材料、透射性材料、吸收性材料、漫射性材料、折射性材料、色散性材料、传导性材料、以及介电性材料或它们的组合。该介质促进电磁能量在EMEC设备内的传播并帮助优化电磁能量通过多个电磁(EM)能量转换电池转换为电能。多个电磁(EM)能量转换电池至少部分地设置在介质内。提供了一种通过如下方式优化电磁能量转换器(EMEC)设备的单位占用表面积的功率的方法：调整介质漫射性并且通过调整三个主要物理参数中的至少一个来设置多个电磁(EM)能量转换电池的位置和/或取向。向。向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁能量转换器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年11月8日提交的美国专利申请16/677,912的优先权，该美国申请是2018年9月7日提交的国际申请号PCT/US2018/049880的部分继续申请，该国际申请要求2017年9月8日提交的美国临时申请号62/555,686的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用合并于本文中。


[0003]本公开涉及一种用于改进能量转换以为移动式设备或固定式设备提供动力的设备和方法。
[0004]
技术介绍
和
技术实现思路

[0005]本部分提供了与本公开有关的背景信息，这些信息不一定是现有技术。本部分还提供了本公开的一般概述，并不是对本公开的全部范围或本公开的所有特征的全面公开。
[0006]光伏太阳能板(photovoltaic solar panel)通常用于将光能转换为用于移动式物体的电能/电力(electricity)，这可能是基于地面的或基于空中/空间的。电磁(Electromagnetic，EM)能量广泛用于为卫星(即，太阳帆)提供动力和推进卫星(即，太阳帆)。
[0007]随着电子电路的缩小，能量输送和储存变得更具挑战性。已经提出将激光通信/功率输送作为一种创建更紧凑的、3D结构(在本教导的情况下)的方式。当前的解决方案包括单色激光照明的扁平电池，这些扁平电池提供的功率密度输出比根据本教导的原理提供的功率密度输出更低。
[0008]激光功率束射使用激光将聚集的光输送至远程接收器。然后接收器将光转化为电能，就像太阳能功率的光伏(photovoltaic，PV)电池那样将阳光转化为电能。
[0009]激光与太阳能照明之间的主要区别为：i)激光可能比太阳强得多，ii)可以使用自适应性光学器件(adaptive optics)将激光引导至任何地方，iii)激光可以连续地和/或受控脉冲地操作，以及iv)可以优化光伏以使用单色激光发射进行操作。
[0010]功率束射技术(power beaming technology)从发射器接收能量。发射器功率由电插座、发电机、聚光器和/或功率储存单元(例如，蓄电池和燃料电池)供应。射束的波长和形状由一组光学器件定义。然后，这种光通过空气、空间真空和/或通过纤维光缆传播，直到这种光到达接收器。然后接收器将光转换回电能/热/等。
[0011]无线功率传输只需要在发射和接收点进行物理安装，因此在提高系统的可靠性的情况下降低成本。因此，激光功率束射具有许多优于太阳能功率的优点。
[0012]在一些实施方案中，本教导提供了一种比传统转换器更高效(单位表面积的功率)、更便宜、紧凑、轻质、便携、先进(使用最先进的技术来提高效率，通过无线紧凑型设备替代传统的能量储存/传输来减小机器的尺寸和重量)等的设备。
[0013]先前提出的设备和方法已经解决了实现无线能量传输所需的技术、材料和制造工艺以及成本分析；然而，本教导的电磁能量转换器和方法旨在将现有的、经过充分研究的构
vehicle，UAV)的电磁(EM)能量转换器的立体图。
[0034]图17示出了根据本教导的原理的安装至无人驾驶飞行器(UAV)的图16的电磁(EM)能量转换器的立体图。
[0035]图18示出了电磁(EM)能量转换器的立体图和本教导的操作原理。
[0036]图19A为2010
‑
2018年NREL PV系统成本基准总结(经通胀调整的)。
[0037]图19B为2010
‑
2018年按行业划分的软成本占总成本比例的模拟趋势。
[0038]图20是针对实验1的电路图。太阳能电池由二极管表示，并且两个电压表并联在电阻两端进行测量。这两个电压表代表Ni USB 6009和手持数字电压表。
[0039]图21显示了以电压与功率的关系绘制的手动输出测量值。使用等式P＝V2/R计算功率。因为当时自动系统可能无法测量电流，所以使用了此功率方程。
[0040]图22显示了以电压与功率的关系绘制的自动输出测量值。
[0041]图23是针对实验2的电路图。
[0042]图24为太阳能板的性能和各种光强度。
[0043]图25为用于各种光强度的最大功率点分析。图形上的点是通过将电流和电压有序对相乘得到功率，然后针对电压绘制而成的。
[0044]图26为带有PV电池的电池固持器，在电池上方具有漫射器。
[0045]图27为电压与功率输出的关系，该功率输出以背离法线光(normal light)的度数着色。
[0046]图28显示了距法线光的度数的功率输出(Power Output)。此测试没有使用漫射器来确定功率如何通过改变角度而变化。
[0047]图29显示了距法线光的度数的功率输出。此测试使用42.8％透明漫射器来观察漫射器的透明度如何影响功率的变化。该漫射器是经过测试的具有最低透明度的漫射器。
[0048]图30显示了在425(
×
100勒克斯(lux))下、在PV电池上不同着色的LED的特性曲线。
[0049]图31显示了用于各种光源的最大功率点分析。图形上的点是通过将电流和电压有序对相乘得到功率，然后针对电压绘制而成的。
[0050]图32A提供了三个参数的示意图：来自入射电磁辐射的层角度θ、层相对角度α、以及层相对距离D。层A和层B选自至少由光伏电池和诸如镜等光学层组成的列表。
[0051]图32B是针对多个PV电池测试的设置。
[0052]图33显示了针对一个和两个PV电池的电压与功率的关系。
[0053]图34为针对在双PV设置中的一个PV电池暴露于LED的单位表面积的功率(power per surface area)。单位表面积的功率是针对每个电池的。
[0054]图35显示了针对一个PV电池暴露于LED的单位表面积的功率除以单个扁平PV电池的单位表面积的功率。
[0055]图36显示了针对两个PV电池设置的天顶角与功率的关系。此测试在任何电池上都没有反射性材料。如果2个电池功率与1个电池功率的比值大于2，则这些点为蓝色；如果该比值小于2，则这些点为红色。
[0056]图37显示了针对两个PV电池设置的天顶角与功率的关系。每个单位面积的功率测量值是针对两个电池设置中的单个电池的。如果两个电池测试中单个电池的性能大于单个
电池测试中的性能，则这些点为蓝色。
[0057]图38是树脂测试的设置。针对每次测试，测量两个PV电池的功率。
[0058]图39显示了针对树脂电池设置中的扁平单个电池的归一化的(normalized)单位面积的功率。此测试在容器中没有树脂。
[0059]图40显示了针对具有箔的树脂电池设置中的树脂电池中的扁平单个电池的归一化的单位面积的功率。此测试在容器中没有树脂，并且容器中覆盖有反射铝箔。
[0060]图41为针对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种用于将电磁能量转换为电能的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器包括：透明绝缘材料体；以及多个电磁能量转换电池，所述多个电磁能量转换电池至少部分地设置在所述透明绝缘材料体内，所述多个电磁能量转换电池被配置为将所述电磁能量转换为电能，其中，所述透明绝缘材料体是封装所述多个电磁能量转换电池的整体式单件，其中，所述透明绝缘材料体被配置为朝向所述多个电磁能量转换电池引导或操纵电磁能量。2.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器进一步设置在围封件中。3.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述电磁能量转换器进一步包括基板，所述基板支承所述多个电磁能量转换电池。4.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体的外表面至少部分地涂覆有一层或多层材料。5.根据权利要求1所述的电磁能量转换器，其特征在于，所述透明绝缘材料体包括具有聚合物膜的卷<...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫吉塔巴，
申请(专利权)人：密歇根大学董事会，
类型：新型
国别省市：