无线地传送能量的系统技术方案

本文公开了通过瞬逝电磁场来无线地传送能量的系统；该系统包含通过多个导电壁来限定内部空间的外壳(CS)、适用于将电磁波注入这个内容空间的注入器(LR)；外壳(CS)的壁(EE)适合放置成与电磁能量接收设备(RCE)相邻并包含一个或多个孔；电磁波的频率(f)低于外壳(CS)的截止频率(fc)，以及一个/几个孔具有小于波的波长(λ)的尺寸，使得瞬逝电磁场从壁(EE)的一个/几个孔发射，并可能到达能量接收设备(RCE)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无线地传送能量的系统。更具体地说，本专利技术涉及适用于将能量传送给内置在诸如移动电话或笔记本电脑的移动电子设备，或诸如用在移动电话和笔记本电脑中的可充电电池组的电池组中的电磁能量接收设备的系统。
技术介绍
无线地传送能量的概念出现在一个多世纪以前。十九世纪末，著名科学家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)研究了长距离传输大量能量的方式。近年来，人们公开了与在较短距离上为消费性电子产品应用传输能量有关的许多解决方案。专利US 7，271，569公开了具有大致平坦表面的非接触感应充电器。在大致平坦表面上设有图像、文本或其它直观指示符，使得该直观指示符代表使感应充电最佳的电子设备优选放置方向。该充电器包括放置在图像的边界内的初级线圈，以便直观地引导用户把设备放置在充电表面上以使充电效率最大。可以是图画、轮廓、文本或其它定向指示符的直观指示符在几何上可以与电子设备的形状相似或可以具有通用设备的形状。专利申请US 2007/0279002公开了用于移动设备的电源、充电系统、和感应接收器。底座或类似的基本单元包含通过将交流电施加于绕组、线圈或任何类型的载流导线来建立磁场的发射器。接收器包含从交变磁场中接收能量并将其传送给移动或其它设备的装置。发射器和/或接收器可以包含布置成彼此相邻的多条载流导线；要对导线的不同形状和安排予以考虑。专利申请US 2008/0067874公开了向电子设备无线地传送功率的方法和系统。该系统可以利用非常接近的两个线圈之间的磁耦合来传送足够的功率以对电子设备充电。一些实施例涉及可以用于发射功率以便传送给接收器线圈的螺旋形线圈的阵列。各种实施例可被称为PowerPad系统。一些实施例可以内含如下之一或多个平面电感器、PCB变压器、 以及甚高频电源。一些实施例还涉及具有允许产生均勻磁场的特性的平面电感器，以及内含这样的平面电感器的系统。专利US 5，596，567公开了每一个配有在无线信道上通信的无线通信设备的电池充电器和电池组。该电池充电器从容纳在电池组中的存储器接收充电信息，以及当电池组与充电器电耦合时，依照接收的信息来启动再充电过程。专利US 6，960，968公开了使用耦合电感器或变压器配置中的至少两个电隔离轴对准螺旋状导体来进行非接触功率传送的平面谐振器。然后，通过磁通量的耦合来实现信号或功率传送。还实现了电通量的耦合。第一和第二导体具有预定自谐振频率。谐振器在界面中并在预定频率存储电能；第一和第二导体以及界面被安排成允许跨过界面在第一和第二导体之间传送磁通量和电能。当谐振器可被编织成织物或附在人的衣服上时，该谐振器有助于在诸如蜂窝式电话或佩带式电子产品的设备中进行非接触电池充电。A. Karalis> J. D. Joannopoulos> Μ. Soljacic 白勺 t示 H % "Efficient wirelessnon-radiative mid-range energy transfer”的文章调查了具有定域缓慢瞬逝场模式的长寿命谐振电磁状态的物理现象是否以及在什么程度上可被用于在甚至存在不相干环境物体的非可忽略距离上有效地传送能量。
技术实现思路
本申请人考察了这些现有技术的解决方案，认识到通过电磁波传送能量仍然有问题，因为电磁波在任意方向上辐射(因此，只能接收到有限量的能量)以及辐射模式远非均勻(因此，能够接收到的能量因点而变)，使得效率十分低。克服这些问题的简单方式是增大辐射功率，但这种解决方案(A)使能量浪费在环境中；(B)引起电磁干扰；以及(C)给暴露在其中的生物带来健康风险。按照US 7，271，569的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且要求在发射器和接收器之间非常好地对准，以便在传送能量时实现合理程度的效率；另外，铁磁芯线圈的特定安排导致非均勻场以及对接收器的放置方向敏感。按照US 2007/0279002和US 2008/0067874的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且建议使用多条“载流导线”，以便生成一定程度均勻的场；不管怎样， 尤其由于“导线”与能量接收器非耦合或弱耦合，能量被浪费。在按照US 5，596，567的解决方案中，无线技术只用于数据传送而未用于能量传送。按照US 6，960，968的解决方案基于发散辐射场(磁通量和电通量两者的耦合似乎都实现了)，并且建议使用谐振，以便在传送能量时实现合理程度的效率。按照Karalis文章的解决方案将发散瞬逝电磁场波用于“中程”能量传送；为了在传送能量时实现合理程度的效率，在发射器和接收器之间使用了高阶谐振。这篇文章考虑的装置简单地由相互远离的两个环路组成。发射器(即，环路之一)不可避免地使其它类型的电磁波(和相关能量)，即，与近场辐射电磁场有关的那些电磁波和与远场辐射电磁场有关的那些电磁波发散。本专利技术的主要目的是提供一种尤其适用于“短程”应用、就能量传送而言比现有技术的解决方案更有效的向电磁能量接收设备无线地传送能量的系统。本专利技术的第一进一步目的是提供一种在电磁干扰方面不会造成问题的系统。本专利技术的第二进一步目的是提供一种在由电磁辐射引起的健康风险方面不会造成问题的系统。本专利技术的第三进一步目的是提供一种允许有一定自由度地放置电磁能量接收设备的系统。本专利技术的第四进一步目的是提供一种安全的系统。本专利技术的第五进一步目的是提供一种具有简单、经济的结构的系统。本专利技术人决定将瞬逝电磁场用于能量传送；这样，从瞬逝电磁场的源开始，能量实际上可能只到达有限的距离。本申请人设想使用电磁场的源，例如，线圈，但将除瞬逝电磁场以外的任何电磁场限制在外壳，例如，配有导电壁的外壳内；这样，几乎没有能量被浪费。本申请人还设想控制发射的电磁场的空间分布；这是通过位于电磁能量接收设备将靠在其上的表面上的一个或多个适当孔来实现的。一般说来，发射设备包含外壳和注入器；外壳(例如，盒状)通过导电壁限定内部空间；由生成电信号的振荡器供应的注入器(例如，线圈)适用于将电磁波注入这个空间 (它通常也位于该空间内)；外壳的壁适合放置成与电磁能量接收设备(例如，内置在移动电话的电池组中)相邻，并且配有至少一个孔。如果电磁波的频率低于外壳的截止频率，以及如果所述孔的尺寸小于电磁波的波长，则瞬逝电磁场从所述孔发射，到达接收设备，并且不会传播得更远。为了提供放置电磁能量接收设备的一定自由度，外壳的壁可配有多个孔；优选地， 这些孔彼此相邻，并且具有六边形。通过适当地选择一个或几个孔的尺寸以及孔的数量和位置(在多于一个孔的情况下)，可以非常精确地控制所发射的瞬逝电磁场的空间分布。为了具有高性能，波的频率至少是截止频率的1/10是有利的，以及一个或几个孔的尺寸至少是波的波长的1/10是有利的。为了避免可能的健康风险，波的频率小于IOOKHz是有利的；事实上，在这样低的频率上，甚至不需要测量SAR(比吸收率)。另外，在这样低的频率上，上述与频率和波长有关的条件总能被手持外壳和其上的任意孔满足。至于安全性，该能量传送系统可配有用于检测是否有物体靠在外壳的发射壁上的传感器和/或用于测量所发射的瞬逝电磁场的传感器；这样，可以将该系统安排成仅在适当设备与该系统发生关联时才发射能量。另外，可以配备用信号通知异常发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：V·贝拉，
申请(专利权)人：意大利电信股份公司，
类型：发明
国别省市：