用于无线功率传输的系统技术方案

无线功率传输系统包括发射机（110）和一个或更多个接收机（120）。在具有谐振电路的发射机的实施例中，发射机（110）可以工作在其谐振频率以外的频率上。在具有谐振电路的接收机的实施例中，接收机（120）可以工作在发射机谐振频率和/或工作频率以外的频率上。可以根据接收机的功率需求选择接收机的谐振频率。可以在准谐振或非谐振模式下通过工作在谐振以外实现无线功率传输，也可以使用非谐振发射机和非谐振接收机其中之一或两者来实现无线功率传输。谐振和非谐振发射机和接收机的组合可用于功率传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线功率传输的系统
本专利技术涉及功率无线传输的方法和装置。
技术介绍
通过从功率传送设备(发射机)中的电感元件耦合能量到功率接收设备(接收机)中的电感元件，可以实现无线功率传输。可替换地，也可以耦合电容元件。无线功率传输系统可以包括多个接收机。这些接收机可以是具有不同特性的不同设计，也可以是具有，例如由于误差或老化引起的不同特性的相同设计。使用一个发射机能够将功率有效传输至一个或更多具有不同特性的各种接收机将是很有益的。在不需要调谐发射机或接收机的元件的情形下，在一定频率范围将功率有效传输至一个或更多接收机也将是很有益的。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供一种适于将交流电源即AC电源的功率无线供应至多个功率接收机的无线功率传输系统，其包括：功率发射机，其包括谐振器电路，所述谐振器电路具有发射机线圈，并且工作在谐振频率、所述谐振频率两侧上的准谐振频带，以及位于所述准谐振频带以上的上侧非谐振频带，其中所述非谐振频带基于线圈电压基本上等于所述电源电压；所述功率发射机被配置以通过所述发射机线圈以所述非谐振频带内的发射机频率发射来自所述电源的功率；以及多个功率接收机，其每个功率接收机都包括具有接收机线圈的接收机电路，并且所述每个功率接收机被配置以通过所述接收机线圈接收所述功率发射机以所述发射机频率发射的功率；其中功率被基本上同时传输至所述多个功率接收机。本专利技术的第二方面提供一种适于在无线功率传输系统中使用的无线功率传输发射机，其中所述无线功率传输系统将来自交流电源的功率无线供应至多个功率接收机，所述发射机包括：功率发射机电路；以及谐振器电路，其具有发射机线圈，并且工作在谐振频率、所述谐振频率两侧上的准谐振频带，以及位于所述准谐振频带以上的上侧非谐振频带，其中所述非谐振频带基于线圈电压基本上等于所述电源电压；所述功率发射机电路和所述谐振器电路被配置以通过所述发射机线圈以所述非谐振频带内的发射机频率发射来自所述电源的功率；并且多个功率接收机中的每个功率接收机都包括具有接收机线圈的接收机电路，并且所述每个功率接收机被配置以通过所述接收机线圈接收所述发射机以所述发射机频率发射的功率；其中功率被基本上同时传输至所述多个功率接收机。本专利技术的第三方面提供一种适于在无线功率传输系统中使用的无线功率传输接收机，所述无线功率传输系统将来自交流电源即AC电源的功率无线供应至多个功率接收机，所述系统包括功率发射机，所述功率发射机包括发射机线圈，并且所述功率发射机被配置以通过所述发射机线圈以发射机频率发射来自所述电源的功率，所述功率接收机包括：接收机电路；以及接收机线圈；所述接收机电路被配置以通过所述接收机线圈接收所述功率发射机以所述发射机频率发射的功率；其中所述功率发射机包含谐振发射机电路，所述谐振发射机电路包括所述发射机线圈，并且其中，所述谐振发射机电路工作在谐振频率、所述谐振频率两侧上的准谐振频带，以及位于所述准谐振频带以上的上侧非谐振频带，并且其中所述非谐振频带基于线圈电压基本上等于所述电源电压；并且所述发射机频率在所述非谐振频带内；并且其中功率被传输至所述功率接收机基本上与功率被传输至其他功率接收机同时进行。附图说明图1图示了无线功率传输系统的一实例。图2图示了耦合功率传输线圈的电路模型的一实例。图3图示了发射机的一实例。图4图示了一实例发射机的频率响应。图5图示了一实例发射机耦合到一实例接收机。图6图示了一实例发射机耦合到一实例接收机的频率响应。图7图示了具有多个接收机的无线功率传输系统的一实例。图8图示了具有多个接收机并包括通信链路和功率跟踪器的无线功率传输系统的一实例。具体实施方式对于使用电感功率传输元件(例如，功率传输线圈)的无线功率传输系统而言，功率通过发射机和接收机功率传输线圈之间的磁耦合被传输。当发射机和接收机电路是谐振电路，且具有大致相同的谐振频率，而且发射机工作在谐振频率上时，该系统能够实现最大功率传输。例如，发射机谐振电路输出电压显著大于该谐振电路的输入电压。然而，在具有多个接收机的系统中，这种谐振系统可能不理想或难以实施。例如，当多个接收机靠近发射机时，谐振系统中的功率传输显著减少。谐振电路的品质因数对负载敏感，因此，靠近多个负载的谐振发射器电路具有较低的品质因数，从而减少了功率传输。谐振系统必须补偿这种较低的品质因数，可能利用在发射机或接收机(一个或更多)中的额外电路系统或软件。另外，谐振系统需要昂贵的调谐元件，例如可变电容器，来维持谐振经历各种系统状态。此外，因为输出电压与输入电压的比值相当高，尤其是对于高品质因数谐振电路，所以谐振发射器需要低压直流(DC)输入(例如，5VDC)以限制发射机功率传输线圈上的输出电压，从而限制磁场强度。在很多情况下，低DC电压需要由高电压AC源产生，例如电源插座或电网连接源。这需要高压(例如110V或220V)交流(AC)转换为低压DC的AC/DC转换，这可能需要经过功率转换的若干级。在下面的讨论中，接收机可以包括谐振电路；当然，此概念同样适用于没有谐振电路的接收机。系统具有一个或更多个接收机，并且一个或更多个接收机可以包括谐振电路。工作在非谐振或准谐振模式下的系统，克服了增加谐振系统的复杂性和成本的若干问题。例如，当多个接收机在附近时，非谐振系统不会显示品质因数有显著的降低，因此不需要额外的电路或软件补偿品质因数的减小。另外，由于没有维持谐振，因此不需要高成本调谐元件。此外，由于非谐振系统中输出电压与输入电压的比值小，所以非谐振发射器电路的输入电压可以比谐振系统的输入电压高得多。因此，非谐振系统的电源不需要谐振系统必需的那么多的功率转换级。图1图示了具有发射机110和接收机120的无线功率传输系统100的一实例。发射机110包括具有电感L1的线圈130。接收机120包括具有电感L2的线圈140。线圈130和140耦合，其耦合系数为k，该系数是衡量功率传输线圈之间的磁耦合的度量。耦合系数至少部分是发射机和接收机之间的距离和发射机到接收机的相对方向的函数。当功率传输线圈之间的耦合系数减小时，线圈之间传输的功率相应减小。耦合线圈130和140之间建立的互感M至少部分为耦合系数k与电感L1和L2的函数。线圈130可以在物理上被实施为一个或更多线圈。接收机可以是无线可再充电设备，例如移动电话、计算机或GPS设备。接收机也可以是无线供电设备。图2图示了图1所示系统100中的线圈的等效电模型200。电感210、220和240与理想变压器230共同模拟图1所示线圈130和140的耦合效应。模拟的电感210、220和240的电感值分别如公式1、2和3所示。Lk1＝(1-k)·L1(1)LM＝k·L1(2)Lk2＝(1-k)·L2(3)图2所示等效电路中的理想变压器230的匝比为1:n，其中n由公式4定义。耦合系数k由公式5定义。尽管当工作在谐振频率上时，发射机能传输最大功率，但发射机也可以在宽频带上以减小的水平传输功率。图3和图4图示了这一特性。图3图示了发射机谐振电路的一实例，其中包括具有表示为w＝2πf的可变频率f的交流电源310、具有电容C1的电容器320和具有电感L1的发射机线圈330。跨过线圈330的输出电压表示为V_coil。该电路的谐振频率由公式6给出。当谐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.12.29 US 61/428,135;2011.06.01 US 13/150,868;1.一种适于将交流电源即AC电源的功率无线供应至多个功率接收机的无线功率传输系统，其包括：功率发射机，其包括谐振器电路，所述谐振器电路具有发射机线圈，并且能够工作在谐振频率、所述谐振频率两侧上的准谐振频带，以及位于所述准谐振频带以上的上侧非谐振频带，其中所述非谐振频带是基于线圈电压基本上等于所述AC电源的电压；所述功率发射机被配置以通过所述发射机线圈以所述非谐振频带内的发射机频率发射来自所述电源的功率；以及多个功率接收机，其每个功率接收机都包括具有接收机线圈的接收机电路，并且所述每个功率接收机被配置以通过所述接收机线圈接收所述功率发射机以所述发射机频率发射的功率；其中功率被基本上同时传输至所述多个功率接收机。2.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述接收机电路的所述接收机线圈具有基本上等于所述功率发射机的谐振频率的谐振频率。3.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述AC电源被配置以接收输入高压AC电，并且包括用于将所述高压AC电转换为高压直流电即高压DC电的AC-DC转换器级，以及用于将所述DC电转换为AC电以用于输入至所述发射机线圈的DC-AC转换器级。4.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其还包括所述功率发射机和功率接收机之间的通信链路。5.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述接收机被包含在电子设备中，并且所述接收机被配置以提供传输功率至所述电子设备中的电路，从而在正常工作期间充当所述电路的电源。6.根据权利要求1所述的无线功率传输系统，其中所述接收机被包含在电子设备中，并且所述接收机被配置以提供传输功率至所述电子设备中的电池，从而为所述电池充电。7.一种适于在无线功率传输系统中使用的无线功率传输发射机，其中所述无线功率传输系统将来自交流电源的功率无线供应至多个功率接收机，所述发射机包括：功率发射机电路；以及谐振器电路，其具有发射机线圈，并且能够工作在谐振频率、所述谐振频率两侧上的准谐振频带，以及位于所述准谐振频带以上的上侧非谐振频带，其中所述非谐振频带是基于线圈电压基本上等于所述AC电源的电压；所述功率发射机电路和所述谐振器电路被配置以通过所述发...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·里斯，G·G·苏西，A·蒂扎巴瑞，K·马哈茂德，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：
国别省市：