電容式無線供電系統(tǒng)的接收器電極的制作方法
【專利摘要】披露了用于將電力供應(yīng)到連接在電容式電力傳送系統(tǒng)中的負(fù)載的各種接收器電極。在一個(gè)實(shí)施例中,接收器電極包括:連接到第一球形鉸鏈(211)的第一導(dǎo)電板(212),其中所述第一球形鉸鏈耦接到第一接收器電極(210);以及連接到第二球形鉸鏈(221)的第二導(dǎo)電板(222),其中所述第二球形鉸鏈耦接到第二接收器電極(220),所述第二接收器電極連接到所述電容式電力傳送系統(tǒng)的電感器,并且所述第一接收器電極連接到所述負(fù)載,所述電感器連接到所述負(fù)載從而使所述電容式電力傳送系統(tǒng)共振。
【專利說明】電容式無線供電系統(tǒng)的接收器電極
[0001]此申請要求2011年8月16日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/523,936、2011年8月16日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/523,960、2012年3月16日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/611,687以及2012年5月1日提交的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/640,896的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體涉及用于無線電力傳送的電容式供電系統(tǒng),并且更具體來說,涉及在大面積上傳送電力的接收器電極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]無線電力傳送是指在沒有任何導(dǎo)線或接觸的情況下的電力供應(yīng),由此通過無線媒介來執(zhí)行電子設(shè)備的供電。用于無接觸供電的一種大眾應(yīng)用是便攜式電子設(shè)備(例如,移動電話、膝上型計(jì)算機(jī)等)的充電。
[0004]一種用于無線電力傳送的實(shí)施是通過電感式供電系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中,電源(發(fā)射器)與設(shè)備(接收器)之間的電磁感應(yīng)允許無接觸電力傳送。發(fā)射器和接收器都配備有電線圈,并且當(dāng)它們物理上靠近時(shí),電信號從發(fā)射器流至接收器。
[0005]在電感式供電系統(tǒng)中,所產(chǎn)生的磁場集中在線圈內(nèi)。因此,傳送至接收器拾取場的電力在空間上非常集中。這種現(xiàn)象在系統(tǒng)中產(chǎn)生限制系統(tǒng)效率的熱點(diǎn)。為了改進(jìn)電力傳送效率,需要用于每個(gè)線圈的高品質(zhì)因數(shù)。為此目的,線圈特征應(yīng)在于電感與電阻的最佳比率、由具有低電阻的材料構(gòu)成并且使用利茲線制程來制造以減少趨膚效應(yīng)。此外,線圈應(yīng)設(shè)計(jì)成符合復(fù)雜的幾何形狀以避免渦流。因此,需要昂貴的線圈來獲得高效的電感式供電系統(tǒng)。用于大面積的無接觸電力傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將會必需許多昂貴線圈,由此對于這些應(yīng)用而言,電感式供電系統(tǒng)可能并不可行。
[0006]電容式耦接是用于無線傳送電力的另一種技術(shù)。這種技術(shù)主要用于數(shù)據(jù)傳送和感測應(yīng)用中。具有在汽車內(nèi)的拾取元件的粘在窗戶上的汽車收音機(jī)天線是電容式耦接的實(shí)例。電容式耦接技術(shù)也用于電子設(shè)備的無接觸充電。對于這些應(yīng)用而言,實(shí)施電容式耦接的充電單元在設(shè)備的固有共振頻率之外的頻率下工作。
[0007]電容式電力傳送系統(tǒng)也可以用來在大面積上傳送電力,例如,窗戶、具有平坦結(jié)構(gòu)的墻壁等等。圖1中描繪用于這種電容式電力傳送系統(tǒng)100的實(shí)例。如圖1中所示,這種系統(tǒng)的典型布置包括連接到負(fù)載120和電感器130的一對接收器電極111、112。系統(tǒng)100還包括連接到電力驅(qū)動器150的一對發(fā)射器電極141和142,以及絕緣層160。
[0008]發(fā)射器電極141、142耦接到絕緣層160的一側(cè)并且接收器電極111、112從絕緣層160的另一側(cè)耦接。這種布置在該對發(fā)射器電極141、142與接收器電極111、112之間形成電容式阻抗。因此,電力驅(qū)動器所產(chǎn)生的電力信號可以從發(fā)射器電極141、142無線地傳送到接收器電極111、112從而為負(fù)載120供電。當(dāng)電力信號的頻率匹配于系統(tǒng)的串聯(lián)共振頻率時(shí),系統(tǒng)效率增加。系統(tǒng)100的串聯(lián)共振頻率是電感器130和/或電感器131的電感值以及該對發(fā)射器電極141、142與接收器電極111、112之間的電容式阻抗(圖1中的C1和C2)的函數(shù)。負(fù)載可以是例如LED、LED串、燈等等。作為一個(gè)實(shí)例,系統(tǒng)100可以用來為安裝在墻壁上的照明固定物供電。
[0009]電容式阻抗(C1和C2)是接收器電極與發(fā)射器電極之間的距離的函數(shù)。電容值應(yīng)如下計(jì)算:
【權(quán)利要求】
1.一種用于將電力供應(yīng)到連接在電容式電力傳送系統(tǒng)中的負(fù)載的制品,其包括:連接到第一球形鉸鏈(211)的第一導(dǎo)電板(212),其中所述第一球形鉸鏈耦接到第一接收器電極(210);以及連接到第二球形鉸鏈(221)的第二導(dǎo)電板(222 ),其中所述第二球形鉸鏈耦接到第二接收器電極(220),其中所述第二接收器電極連接到所述電容式電力傳送系統(tǒng)的電感器,并且所述第一接收器電極連接到所述負(fù)載,所述電感器連接到所述負(fù)載從而使所述電容式電力傳送系統(tǒng)共振。
2.如權(quán)利要求1所述的制品,其中當(dāng)電力驅(qū)動器所產(chǎn)生的電力信號的頻率基本上匹配于所述電感器和形成在發(fā)射器電極對(202,203 )與所述接收器電極之間的電容性阻抗的串聯(lián)共振頻率時(shí),所述電力信號從耦接到絕緣層(204)的所述發(fā)射器電極對(202,203)無線地傳送到所述第一和第二接收器電極從而為所述負(fù)載供電。
3.如權(quán)利要求2所述的制品,其中所述第一和第二導(dǎo)電板中的每一個(gè)基本上與所述發(fā)射器電極對中的一個(gè)發(fā)射器電極的表面區(qū)域重疊,以便減少所述電容性阻抗的波動。
4.如權(quán)利要求1所述的制品,其中所述第一和第二導(dǎo)電板中的每一個(gè)、所述第一和第二球形鉸鏈中的每一個(gè)以及所述第一和第二電極中的每一個(gè)由包括以下材料中的任一種的導(dǎo)電材料制成:碳、鋁、氧化銦錫(ITO)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、銅、銀以及導(dǎo)電漆。
5.一種用于將電力供應(yīng)到連接在電容式電力傳送系統(tǒng)中的負(fù)載的制品,其包括:柔性口袋(330);連接到所述柔性口袋并且連接到所述負(fù)載的第一接收器電極(310);以及連接到所述柔性口袋并且連接到所述電容式電力傳送系統(tǒng)的電感器的第二接收器電極(320),其中所述電感器連接到所述負(fù)載從而使所述電容式電力傳送系統(tǒng)共振。
6.如權(quán)利要求5所述的制品,其中當(dāng)所述柔性口袋被壓靠到絕緣層(350)上、電力驅(qū)動器所產(chǎn)生的電力信號的頻率基本上匹配于所述電感器和形成在發(fā)射器電極對(360,361)與所述接收器電極之間的電容性阻抗的串聯(lián)共振頻率時(shí),所述電力信號從耦接到所述絕緣層的所述發(fā)射器電極對無線地傳送到所述第一和第二接收器電極從而為所述負(fù)載無線地供電。
7.如權(quán)利要求6所述的制品,其中所述第一和第二接收器電極中的每一個(gè)基本上與所述發(fā)射器電極對中的一個(gè)發(fā)射器電極的表面重疊,以便減少所述電容性阻抗的波動。
8.如權(quán)利要求5所述的制品,其中所述柔性口袋是用于封閉氣體容積和液體容積中的任一個(gè)的柔性容器,其中所述柔性容器由非導(dǎo)電材料制成。
9.如權(quán)利要求5所述的制品,其中所述第一和第二接收器電極黏附到所述柔性口袋的外側(cè)。
10.如權(quán)利要求5所述的制品,其中所述第一和第二接收器電極黏附到所述柔性口袋(430)的內(nèi)側(cè)。
11.如權(quán)利要求6所述的制品,其中所述柔性口袋進(jìn)一步包括固定裝置以便將所述柔性口袋固定到所述絕緣層的表面,其中所述柔性裝置包括以下中的任一個(gè):永磁體、抽吸蓋以及I父水層。
12.一種用于將接收器機(jī)械地固定到電容式電力傳送系統(tǒng)的發(fā)射器的磁性固定物(900),其包括:第一組的多個(gè)發(fā)射器電極(910-1,910-r),其包括具有第一磁極取向的多個(gè)永磁體,所述第一組的多個(gè)發(fā)射器電極中的每一個(gè)發(fā)射器電極具有第一電位;第二組的多個(gè)發(fā)射器電極(920-1,920-r),其包括具有與所述第一磁極取向相反的第二磁極取向的永磁體,其中所述第二組的多個(gè)發(fā)射器電極中的每一個(gè)發(fā)射器電極具有與所述多個(gè)發(fā)射器電極中的每個(gè)發(fā)射器電極的所述電位相反的電位;第一接收器電極,其具有所述第一電位并且包括具有所述第一磁極取向的永磁體;以及第二接收器電極,其具有所述第二電位并且包括具有所述第二磁極取向的永磁體;其中所述第一接收器電極關(guān)于所述第一組的多個(gè)發(fā)射器電極中的一個(gè)發(fā)射器電極進(jìn)行取向,并且所述第二接收器電極關(guān)于所述第二組的多個(gè)發(fā)射器電極中的一個(gè)發(fā)射器電極進(jìn)行取向,所述接收器機(jī)械地固定到所述發(fā)射器從而允許電力信號從所述發(fā)射器無線地傳送到連接在所述接收器中的負(fù)載。
13.如權(quán)利要求12所述的磁性固定物,其中所述接收器機(jī)械地固定到所述發(fā)射器,所述第一和第二接收器電極通過絕緣層與所述第一和第二組的多個(gè)發(fā)射器電極電絕緣。
14.如權(quán)利要求12所述的磁性固定物,其中所述電力信號由包括在所述發(fā)射器中的電力驅(qū)動器產(chǎn)生,并且當(dāng)所述電力信號的頻率基本上匹配于所述電感器和形成在所述第一和第二組的多個(gè)發(fā)射器電極與所述第一和第二接收器電極之間的電容性阻抗的串聯(lián)共振頻率時(shí),所述電力信號從所述發(fā)射器無線地傳送到所述接收器。
15.如權(quán)利要求12所述的 磁性固定物,其中所述永磁體由薄導(dǎo)電層覆蓋以形成所述接收器和發(fā)射器電極。
【文檔編號】H02J7/02GK103748760SQ201280039858
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】E.瓦芬施密特, C.T.H.F.利登鮑姆, A.森佩爾, O.H.威廉森, D.W.范古爾, H.T.范德詹登, A.H.伯曼, T.J.P.范登比格拉爾 申請人:皇家飛利浦有限公司