用于電容性無線供電系統(tǒng)中的高效電力傳輸?shù)募夹g(shù)的制作方法
【專利摘要】一種電容性供電系統(tǒng)（100），其包括：低功率驅(qū)動器（111）；高功率驅(qū)動器（112）；被劃分成多個功率子區(qū)域（210-1，210-N）的多個傳送器電極對，其中所述多個功率子區(qū)域至少包括連接到高功率驅(qū)動器的一組高功率子區(qū)域（210-1，210-M）以及連接到低功率驅(qū)動器的一組低功率子區(qū)域（210-M+1，210-N）；以及具有彼此相對的第一側(cè)和第二側(cè)的絕緣層（130），所述多個傳送器電極對耦合到絕緣層的第一側(cè)。所述系統(tǒng)被配置成在所述多個傳送器電極對與接近絕緣層的第二側(cè)放置的多個接收器電極對（141，144）之間形成電容性阻抗，以便為連接到每一個接收器電極對的每一個負(fù)載無線供電。
【專利說明】用于電容性無線供電系統(tǒng)中的高效電力傳輸?shù)募夹g(shù)
[0001]本申請要求同在2012年8月16日提交的美國臨時申請?zhí)?1/523，928和美國臨時申請?zhí)?1/523，929以及在2012年8月10日提交的美國臨時申請?zhí)?1/622，102的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明一般地涉及用于無線電力傳輸?shù)碾娙菪怨╇娤到y(tǒng)，更具體來說涉及用于允許在包括熱點(diǎn)的大面積無線供電系統(tǒng)中進(jìn)行高效電力傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]無線電力傳輸指的是在沒有任何連線或接觸件的情況下供給電力，因此電子設(shè)備的供電是通過無線介質(zhì)來施行的。對無接觸供電的一種普遍的應(yīng)用是用于為例如移動電話、膝上型計(jì)算機(jī)等便攜式電子設(shè)備充電。
[0004]針對無線電力傳輸?shù)囊环N實(shí)現(xiàn)方式是通過感應(yīng)式供電系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，電源(傳送器)與設(shè)備(接收器)之間的電磁感應(yīng)允許無接觸電力傳輸。傳送器和接收器二者都裝配有電線圈，并且當(dāng)達(dá)到物理接近時電信號從傳送器流向接收器。
[0005]在感應(yīng)式供電系統(tǒng)中，所生成的磁場集中在線圈內(nèi)。其結(jié)果是，去到接收器拾取場的電力傳輸在空間中非常集中。這種現(xiàn)象在所述系統(tǒng)中產(chǎn)生熱點(diǎn)，其限制了系統(tǒng)的效率。為了改進(jìn)電力傳輸?shù)男剩瑢τ诿恳粋€線圈需要高品質(zhì)因數(shù)。為此，線圈應(yīng)當(dāng)具有電感與電阻的最優(yōu)比的特征，應(yīng)當(dāng)由具有低電阻的材料組成，并且應(yīng)當(dāng)使用Litze線工藝來制造以便減輕趨膚效應(yīng)。此外，線圈應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)成滿足復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)以避免渦電流。因此，對于高效的感應(yīng)式供電系統(tǒng)需要昂貴的線圈。針對用于大面積的無接觸電力傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將需要許多昂貴的線圈，因此對于這樣的應(yīng)用，感應(yīng)式供電系統(tǒng)可能不是可行的。
[0006]電容性耦合是用于無線傳輸電力的另一種技術(shù)。這種技術(shù)主要被利用在數(shù)據(jù)傳輸和感測應(yīng)用中。電容性耦合系統(tǒng)的一個實(shí)例是粘貼在車窗上的汽車無線電天線與汽車內(nèi)部的拾取元件。所述電容性耦合技術(shù)還被利用來對電子設(shè)備進(jìn)行無接觸充電。對于這樣的應(yīng)用，(實(shí)施電容性耦合的)充電單元在設(shè)備的固有諧振頻率之外的頻率下操作。
[0007]電容性電力傳輸系統(tǒng)還可以被利用來在例如窗戶、墻壁等大面積上傳輸電力。舉例來說，這樣的系統(tǒng)可以被利用來為安裝在墻壁上的照明裝置供電。這樣的系統(tǒng)的設(shè)置典型地包括連接到負(fù)載和電感器的接收器電極對、連接到驅(qū)動器的傳送器電極對以及絕緣層。傳送器電極耦合到絕緣層的一側(cè)并且接收器電極從絕緣層的另一側(cè)耦合。這種設(shè)置在傳送器電極對與接收器電極之間形成電容性阻抗。因此，當(dāng)由電力驅(qū)動器生成的電力信號的頻率與所述系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率匹配時，可以無線地把所述電力信號從傳送器電極傳輸?shù)浇邮掌麟姌O，以便為負(fù)載供電。所述負(fù)載例如可以是LED、LED串、燈等等。
[0008]由于電容性電力傳輸被設(shè)計(jì)成在大面積上進(jìn)行傳輸，因此當(dāng)負(fù)載橫跨所述系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施被移動時它應(yīng)當(dāng)保持被供電并且可操作。但是所述基礎(chǔ)設(shè)施可能還包括熱點(diǎn)和不提供“無線覆蓋”(即電力不能夠從傳送器電極向接收器電極無線傳輸)的區(qū)域。熱點(diǎn)是所述基礎(chǔ)設(shè)施中的存在相對較高功率的區(qū)域。典型地，在高功率驅(qū)動器為電容性系統(tǒng)供電時產(chǎn)生這樣的區(qū)域。
[0009]電容性無線系統(tǒng)中的連接有多個負(fù)載的熱點(diǎn)可能會降低系統(tǒng)的性能。具體來說，在包括多個負(fù)載的電容性電力傳輸系統(tǒng)中，不同負(fù)載所消耗的功率可能彼此不同。每一個負(fù)載連接到不同的一對接收器電極。在電容性電力傳輸系統(tǒng)中，消耗最高功率的負(fù)載典型地決定針對AC信號功率和導(dǎo)電材料的要求。當(dāng)“高功率負(fù)載”(例如IOW的燈)和“低功率負(fù)載”(例如0.1ff的LED指示器)連接在所述系統(tǒng)中時，AC信號將會損壞低功率負(fù)載。此夕卜，由于每一個負(fù)載具有不同的驅(qū)動器功率屬性，因此所述系統(tǒng)不能夠被優(yōu)化來支持全部兩個負(fù)載。此外，傳送器電極的導(dǎo)電材料和尺寸也不能夠被優(yōu)化來支持對應(yīng)的負(fù)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，在包括功率熱點(diǎn)的大面積無線電力系統(tǒng)中提供用于高效電力傳輸?shù)慕鉀Q方案將是有利的。
[0011]這里所公開的某些實(shí)施例包括一種電容性供電系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括:低功率驅(qū)動器(111);高功率驅(qū)動器(112);被劃分成多個功率子區(qū)域(210-1，210-N)的多個傳送器電極對，其中所述多個功率子區(qū)域至少包括連接到高功率驅(qū)動器的一組高功率子區(qū)域(210-1，210-M)以及連接到低功率驅(qū)動器的一組低功率子區(qū)域(210-M+1，210-N);以及具有彼此相對的第一側(cè)和第二側(cè)的絕緣層(130)，其中所述多個傳送器電極對耦合到絕緣層的第一側(cè)，其中所述系統(tǒng)被配置成在所述多個傳送器電極對與接近于絕緣層的第二側(cè)放置的多個接收器電極對(141，144)之間形成電容性阻抗，每一個接收器電極對通過電感器連接到負(fù)載以便在不同的串聯(lián)諧振頻率下諧振，從而從傳送器電極對向?qū)?yīng)的接收器電極對無線傳輸電力以便為連接到該接收器電極對的負(fù)載供電。
[0012]在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中特別指出并且清楚地要求保護(hù)被視為本發(fā)明的主題內(nèi)容。通過后面結(jié)合附圖做出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是被利用來描述所述系統(tǒng)的各個實(shí)施例的電容性電力系統(tǒng)。
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電容性供電系統(tǒng)中的功率子區(qū)域的設(shè)置的圖
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[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的電容性供電系統(tǒng)中的功率子區(qū)域的設(shè)置的圖示。
[0016]圖4是被構(gòu)造來生成低功率和高功率AC信號二者的驅(qū)動器的方塊圖。
[0017]圖5是根據(jù)一個實(shí)施例的被構(gòu)造成允許在水平方向上的放置自由的傳送器電極的圖。
[0018]圖6是根據(jù)一個實(shí)施例的被構(gòu)造成允許在水平和垂直方向上的放置自由的傳送器電極的圖。
[0019]圖7是根據(jù)一個實(shí)施例的被構(gòu)造成允許360度放置自由的圓形傳送器電極的圖。
[0020]圖8是根據(jù)一個實(shí)施例的被構(gòu)造成允許360度放置自由的圓形接收器電極的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]重要的是要指出，所公開的實(shí)施例僅僅是這里的創(chuàng)新性教導(dǎo)的許多有利使用的實(shí)例。一般來說，在本申請的說明書中所做的陳述并不一定限制所要求保護(hù)的各項(xiàng)發(fā)明當(dāng)中的任一項(xiàng)。此外，一些陳述可能適用于某些發(fā)明性特征但是不適用于其他發(fā)明性特征。一般來說，除非另行表明，否則單數(shù)元件可以是復(fù)數(shù)并且反之亦然，而不會喪失一般性。在圖中，相同的附圖標(biāo)記在若干視圖中表示相同的部件。
[0022]圖1示出了電容性供電系統(tǒng)100的示意圖，其被利用來描述本發(fā)明的各個實(shí)施例。系統(tǒng)100使得能夠?qū)崿F(xiàn)大面積電力傳送并且可以被安裝在例如浴室之類的其中開放電接觸是不合優(yōu)選或者不合期望的地方，或者可以被安裝在零售商店中，其中需要規(guī)則的照明移動和變化來照亮產(chǎn)品、家具等等。系統(tǒng)100可以為安放在墻壁、窗戶、鏡子、地板、座椅、走廊等處的設(shè)備供電。
[0023]系統(tǒng)100包括兩個驅(qū)動器111和112，其每一個連接到一個傳送器電極對。驅(qū)動器111連接到傳送器電極121和122，驅(qū)動器112則連接到傳送器電極123和124。應(yīng)當(dāng)指出的是，電極124與驅(qū)動器112的連接點(diǎn)僅僅是出于圖示的目的；電極124與電極123平行。
[0024]所有傳送器電極121、122、123和124都附著到絕緣層130。傳送器電極與其對應(yīng)的驅(qū)動器之間的連接可以借助于電流接觸或電容性內(nèi)耦合來實(shí)現(xiàn)。絕緣層130是可以由任何絕緣材料制成的薄層基板材料，其中例如包括空氣、紙張、木材、織物、玻璃、去離子水等等。在一個實(shí)施例中，選擇了具有介電常數(shù)的材料。絕緣層130的厚度典型地處在10微米(例如涂料層)到幾毫米(例如玻璃層)之間。
[0025]系統(tǒng)100還包括兩個負(fù)載151和152，其中負(fù)載151消耗比負(fù)載152更多的功率。也就是說，負(fù)載151是高功率負(fù)載，并且負(fù)載152是低功率負(fù)載。負(fù)載151連接到一對接收器電極141和142以及電感器161。負(fù)載152連接到一對接收器電極143和144以及電感器162。負(fù)載151和152中的每一個可以是(但不限于)照明元件(例如LED、LED串、燈等等)、顯示器、計(jì)算機(jī)、充電器、揚(yáng)聲器等等。
[0026]由于負(fù)載151和152分別是高功率負(fù)載和低功率負(fù)載，因此系統(tǒng)100被設(shè)置成在高功率傳輸與低功率傳輸之間分開。也就是說，系統(tǒng)100由每一個支持不同功率水平的高功率子區(qū)域和低功率子區(qū)域構(gòu)成。高功率子區(qū)域包括傳送器電極123和124，低功率子區(qū)域包括傳送器電極121和122。
[0027]通過把接收器電極141、142接近于傳送器電極123和124放置而不在二者之間具有直接接觸來向負(fù)載151供給電力。因此，為了向負(fù)載151供電不需要機(jī)械連接器或者任何電接觸件。類似地，可以通過把接收器電極143、144接近于傳送器電極121、122放置而由驅(qū)動器111生成的AC信號向負(fù)載152供電。
[0028]驅(qū)動器111和112中的每一個輸出AC信號，其頻率是由電容器和接受的電感器161或162的串聯(lián)構(gòu)成的電路的串聯(lián)諧振頻率。所述電容器(Cl和C2)是連接到每一個負(fù)載的傳送器電極和接收器電極的電容性阻抗。電容器和電感器的阻抗在諧振頻率下彼此抵消，從而得到低電阻電路。
[0029]應(yīng)當(dāng)指出的是，劃分成高功率子區(qū)域和低功率子區(qū)域允許優(yōu)化電容性無線系統(tǒng)的性能，即用非常低的電力損耗為負(fù)載151和152供電?？梢詫︱?qū)動器111和112中的每一個進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)以便生成為其對應(yīng)的負(fù)載最優(yōu)地供電的AC信號。舉例來說，如果負(fù)載151是IOW的燈并且負(fù)載152是0.1W的指示器LED，則驅(qū)動器111生成IOW AC信號并且驅(qū)動器112輸出0.1W AC信號。下面提供了用于實(shí)施驅(qū)動器111、112的各個實(shí)施例。
[0030]此外，可以獨(dú)立地選擇傳送器電極121、122和123、124的導(dǎo)電材料和尺寸以便減少電力損耗。因此，在所公開的配置中，高功率負(fù)載并不決定低功率負(fù)載的功率和電極的屬性。
[0031]每一對傳送器電極121、122和123、124由兩個分開的導(dǎo)電材料主體組成，比如放置在不與接收器電極鄰近的絕緣層130的一側(cè)的導(dǎo)電條帶。舉例來說，如圖1中所示，傳送器電極121到124處在絕緣層130的底部。在另一個實(shí)施例中，傳送器電極可以被放置在絕緣層130的相對側(cè)。傳送器電極可以被垂直地或水平地放置在絕緣層上。每一個傳送器電極的導(dǎo)電材料例如可以是碳、鋁、氧化銦錫(ΙΤ0)、例如PEDOT之類的有機(jī)材料、銅、銀、導(dǎo)電涂料或者任何導(dǎo)電材料。每一對接收器電極141到144可以由與傳送器電極相同的導(dǎo)電材料制成，或者由不同的導(dǎo)電材料制成。
[0032]應(yīng)當(dāng)指出的是，僅僅是出于描述的簡單起見，圖1示出了具有低功率和高功率的兩個功率子區(qū)域的電容性供電系統(tǒng)100。電容性無線供電系統(tǒng)100可以包括由兩個或更多驅(qū)動器供電的多個功率子區(qū)域。每一個功率子區(qū)域包括連接到驅(qū)動器的一對傳送器電極，以便向連接到接收器電極和電感器的一個或更多負(fù)載傳輸電力，正如前面所描述的那樣。
[0033]如圖2中所示，電容性供電系統(tǒng)(例如系統(tǒng)100)的基礎(chǔ)設(shè)施可以被劃分成多個功率子區(qū)域210-1到210N (N是大于I的整數(shù))。功率子區(qū)域210-1到210-M (M是大于I的整數(shù))支持高功率負(fù)載(未示出)，功率子區(qū)域210-M+1到210-N則是用于低功率負(fù)載(未示出)。在圖2所示的設(shè)置中，高功率子區(qū)域210-1到210-M被分組在一起，并且低功率子區(qū)域210-M+1到210-N與高功率子區(qū)域分開地被分組在一起。
[0034]功率子區(qū)域210-1到210-M連接到生成高功率AC信號的驅(qū)動器220。功率子區(qū)域210-M+1到210-N連接到生成低功率AC信號的低功率驅(qū)動器230。由驅(qū)動器210和220中的每一個生成的AC信號的幅度、頻率和波形是基于連接到對應(yīng)的功率子區(qū)域的一個或多個負(fù)載而確定的。應(yīng)當(dāng)指出的是，多于兩個的驅(qū)動器可以驅(qū)動功率子區(qū)域210-1到210-N。
[0035]每一個高功率子區(qū)域210-1到210-M包括一對傳送器電極,其被統(tǒng)一標(biāo)記為240。類似地，每一個低功率子區(qū)域210-M+1到210-N包括一對傳送器電極，其被統(tǒng)一標(biāo)記為250。在一個實(shí)施例中，傳送器電極240的導(dǎo)電材料和/或尺寸不同于傳送器電極250的導(dǎo)電材料和/或尺寸。這樣做是為了優(yōu)化對無線連接到傳送器電極的負(fù)載的功率傳輸。正如前面所指出的那樣，可以不同地設(shè)計(jì)高功率子區(qū)域或低功率子區(qū)域的傳送器電極的屬性。也就是說，功率子區(qū)域210-1的傳送器電極的導(dǎo)電材料可以不同于子區(qū)域210-M+1中的傳送器電極。此外，高功率和低功率子區(qū)域中的傳送器電極和絕緣層的厚度和大小可以是不同的。
[0036]舉例來說，在高功率子區(qū)域中，銅可以被用作用于傳送器電極的導(dǎo)電材料并且塑料被用作絕緣層；其結(jié)果是可以有高電流流動。另一方面，在低功率區(qū)域中可以把ITO用作導(dǎo)電材料并且把玻璃用作絕緣層。這樣的基礎(chǔ)設(shè)施具有較高的電阻損耗，但是具有透明表面。
[0037]在圖2所示的實(shí)施例中，傳送器電極被圖示為導(dǎo)電條帶。但是正如后面將描述的那樣，可以可替換地以各種形狀和結(jié)構(gòu)形成傳送器電極，以便允許橫跨功率子區(qū)域的連續(xù)電力傳輸。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的電容性供電系統(tǒng)(例如系統(tǒng)100)中的功率子區(qū)域的另一種設(shè)置。所述系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施被劃分成多個功率子區(qū)域310-1到310N (N是大于I的整數(shù))。根據(jù)該實(shí)施例，高功率子區(qū)域與低功率子區(qū)域鄰近。舉例來說，如圖3中所示，低功率子區(qū)域310-2處在高功率子區(qū)域310-1與310-3之間。
[0039]高功率子區(qū)域310-1和310-3連接到生成高功率AC信號的驅(qū)動器320。低功率子區(qū)域310-2和310-N連接到生成低功率AC信號的低功率驅(qū)動器330。正如前面所提到的那樣，由驅(qū)動器310和320中的每一個生成的AC信號的幅度、頻率和波形是基于連接到對應(yīng)的功率子區(qū)域的一個或多個負(fù)載而確定的。應(yīng)當(dāng)指出的是，多于兩個的驅(qū)動器可以驅(qū)動功率子區(qū)域310-1到310-No
[0040]高功率和低功率子區(qū)域中的每一個分別包括一對傳送器電極，其被統(tǒng)一標(biāo)記為340和350。傳送器電極340的導(dǎo)電材料和/或尺寸不同于傳送器電極350的導(dǎo)電材料和/或尺寸。正如前面所提到的那樣，這樣做是為了優(yōu)化對無線連接到傳送器電極的負(fù)載的功率傳輸?？梢圆煌卦O(shè)計(jì)高功率子區(qū)域或低功率子區(qū)域(350)的傳送器電極340的屬性?？梢砸愿鞣N形狀和結(jié)構(gòu)形成傳送器電極340和350，以便允許橫跨功率子區(qū)域的連續(xù)電力傳輸。
[0041]在圖3所示的設(shè)置中，可以向消耗“中等功率”的負(fù)載高效地傳輸電力。為此，連接到負(fù)載的一個接收器電極與高功率子區(qū)域(例如子區(qū)域310-1)中的一個傳送器電極重疊，而第二接收器電極則與低功率子區(qū)域(例如子區(qū)域310-2)中的傳送器電極重疊。從而中等功率負(fù)載部分地使用高功率區(qū)域并且部分地使用低功率區(qū)域，并且平均所消耗的功率為“中等”。
[0042]在圖2和3所示的實(shí)施例中，高功率驅(qū)動器(220，320 )和低功率驅(qū)動器(230，330 )被用來生成并且提供分別到高功率子區(qū)域和低功率子區(qū)域的高功率和低功率信號。典型地，所述高功率和低功率信號由不同的幅度和頻率表征以確保串聯(lián)諧振。
[0043]在圖4所示的實(shí)施例中，驅(qū)動器400被構(gòu)造成生成并輸出低功率和高功率AC信號二者。由振蕩器生成的源信號401在系統(tǒng)的諧振頻率下生成AC信號，并且被輸入到驅(qū)動器400的高功率和低功率的兩個分支。在高功率分支中，所述信號由放大器410放大并且被輸入到輸出放大器420。在低功率分支中，源信號401被直接輸入到輸出放大器430。輸出放大器420和430被利用來在控制器440的控制下調(diào)諧高功率信號402和低功率信號403的頻率、相位和/或占空比。放大器410、420和430中的任一個可以是線性放大器、諧振轉(zhuǎn)換器等等中的任一種。
[0044]在一個實(shí)施例中，控制器440感測驅(qū)動器400的輸出402、403處的電壓和電流的相位，以便確定是否需要調(diào)諧。在接收器電極中交替地或統(tǒng)一地測量所述電壓和電流的相位。應(yīng)當(dāng)指出的是，對高功率信號402的調(diào)諧是為了使得流經(jīng)連接在高功率子區(qū)域中的負(fù)載的電流最大化，并且對低功率信號403調(diào)諧以便使得流經(jīng)連接在低功率子區(qū)域中的負(fù)載的電流最大化。正如前面所指出的那樣，這一點(diǎn)在系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率與信號的頻率匹配時得以實(shí)現(xiàn)。
[0045]圖5示出了根據(jù)一個實(shí)施例構(gòu)造的傳送器電極510和520的非限制性的示例性圖。傳送器電極510和520可以被利用在大面積電容性無線系統(tǒng)(例如系統(tǒng)100)中，以便特別當(dāng)負(fù)載例如在水平方向上橫跨系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施(例如絕緣層130)移動時確保對負(fù)載的連續(xù)電力傳輸。傳送器電極510還可以被配置成使得當(dāng)傳送器/接收器電極位于熱點(diǎn)中時不降低所傳輸?shù)墓β仕?。也就是說，如果可以在沒有功率波動的情況下在水平方向上移動連接到接收器電極的負(fù)載的話。
[0046]傳送器電極510和520具有基本上相同的寬度(D1)，并且每一個被設(shè)計(jì)成梳狀圖案。傳送器電極510和520的“指狀物”(其被標(biāo)記為511和521)在與彼此的一定距離(D2)內(nèi)被交替布局。傳送器電極510和520的寬度(Dl)小于所述距離(D2)。傳送器電極510和520可以使用前面提到的任何導(dǎo)電材料來形成。
[0047]在優(yōu)選實(shí)施例中，每一個接收器電極的導(dǎo)電區(qū)域具有大于所述距離(D2)但是小于(D1+D2)的寬度(D3)。這確保了當(dāng)負(fù)載在水平方向上移動時的連續(xù)電力傳輸，這是因?yàn)榻邮掌麟姌O與傳送器電極510和520的導(dǎo)電區(qū)域重疊。接收器電極可以被構(gòu)造成兩塊導(dǎo)電板，每一塊具有寬度(例如D3)，并且兩塊板之間的距離顯著小于所述寬度(D3)。因此所述兩塊板被放置成彼此接近。
[0048]圖6示出了根據(jù)一個實(shí)施例構(gòu)造的傳送器電極610和620的非限制性的示例性圖。傳送器電極610和620可以被利用在大面積電容性無線系統(tǒng)(例如系統(tǒng)100)中，以便特別當(dāng)負(fù)載在水平和垂直方向二者上橫跨系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施(例如絕緣層130)移動時確保對負(fù)載的連續(xù)電力傳輸。在垂直方向上，傳送器電極610和620相對于接收器電極被旋轉(zhuǎn)180度。
[0049]傳送器電極610和620具有相同的寬度(D1)，并且它們的“指狀物”(其被標(biāo)記為611和621)在與彼此的一定距離(D2)內(nèi)被交替布局。傳送器電極610和620的寬度(Dl)小于所述距離(D2)。如圖6中所示，在該實(shí)施例中，傳送器電極620包括圍繞傳送器電極610的兩個梳狀結(jié)構(gòu)(上方和下方)。傳送器電極610和620可以使用前面提到的任何導(dǎo)電材料來形成。
[0050]接收器電極可以被構(gòu)造成兩塊導(dǎo)電板，每一塊具有寬度(例如D3)，并且兩塊板之間的距離顯著小于所述寬度(D3)。應(yīng)當(dāng)指出的是，采用傳送器電極610和620，在水平和垂直方向二者上為接收器電極連續(xù)傳輸電力。為此，在優(yōu)選實(shí)施例中，每一個接收器電極的導(dǎo)電區(qū)域具有大于所述距離(D2)但是小于(D1+D2)的寬度(D3)。這確保了當(dāng)負(fù)載在水平方向上移動時的連續(xù)電力傳輸，這是因?yàn)榻邮掌麟姌O與傳送器電極610和620的導(dǎo)電區(qū)域重疊。
[0051]在垂直方向上，一對接收器電極中的第一接收器電極與下方傳送器電極620重疊，該對接收器電極中的第二接收器電極則與電極610重疊。當(dāng)負(fù)載在垂直方向上向上移動時，第一接收器電極與傳送器電極610重疊，第二接收器電極則與上方電極620重疊。
[0052]圖7示出了根據(jù)另一個實(shí)施例構(gòu)造的傳送器電極710和720的非限制性的示例性圖。在該實(shí)施例中，傳送器電極是圓形的，從而可以在向左或向右轉(zhuǎn)動接收器時以相同的水平連續(xù)傳輸電力，但是傳送器則保持在相同點(diǎn)處。
[0053]傳送器電極710被構(gòu)造成具有寬度(Dtxi)的開口圓環(huán)形狀。傳送器電極720被構(gòu)造成具有直徑(Dtx2)的圓形板。傳送器電極720被放置在電極710內(nèi)部，并且彼此處在一定距離(Dtxs)內(nèi)。如圖7中所示的電極710和720的布局的特征在于由圖7中所示的結(jié)構(gòu)的幾何形狀所封裝的較低電場輻射。[0054]為了使得能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)電力傳輸，接收器電極也應(yīng)當(dāng)是圓形，如圖8中所示。接收器電極810被構(gòu)造成直徑SDm的圓形板，并且接收器電極820是具有寬度Dkx2的圓環(huán)。接收器電極810與820之間的距離是DKXS。圖8和7中所示的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在沒有功率波動的情況下旋轉(zhuǎn)負(fù)載。接收器電極810和820的寬度Dm和Dkx2應(yīng)當(dāng)分別小于傳送器電極710和720的寬度Dtx2和Dtxi。并且距離Dexs小于距離Dtxso
[0055]本發(fā)明的各個實(shí)施例的原理可以被實(shí)施為硬件、固件、軟件或者其任意組合。此夕卜，軟件優(yōu)選地被實(shí)施為有形地具體實(shí)現(xiàn)在可以以數(shù)字電路、模擬電路、磁性介質(zhì)或其組合的形式的程序存儲單元、非暫時性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或非暫時性機(jī)器可讀存儲介質(zhì)上的應(yīng)用程序。所述應(yīng)用程序可以被上傳到包括任何適當(dāng)架構(gòu)的機(jī)器并且由其執(zhí)行。優(yōu)選地，所述機(jī)器被實(shí)施在計(jì)算機(jī)平臺上，所述計(jì)算機(jī)平臺具有例如一個或更多中央處理單元(“CPU”)、存儲器以及輸入/輸出接口之類的硬件。所述計(jì)算機(jī)平臺還可以包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。這里所描述的各種過程和功能可以是微指令代碼的一部分或者應(yīng)用程序的一部分或者其任意組合，其可以由CPU執(zhí)行，而不管是否明確地示出了這樣的計(jì)算機(jī)或處理器。此外，各種其他外圍單元可以連接到所述計(jì)算機(jī)平臺，比如附加的數(shù)據(jù)存儲單元和打印單元之類。
[0056]雖然以一定的長度和一定的細(xì)節(jié)來與若干所描述的實(shí)施例有關(guān)地描述了本發(fā)明，但是這不旨在于本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被限制到任何這樣的細(xì)節(jié)或?qū)嵤├蛉魏翁囟▽?shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求書對其進(jìn)行理解，以便根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)提供對這樣的權(quán)利要求的最廣泛的可能解釋，并且從而有效地涵蓋本發(fā)明的意定范圍。此外，前面根據(jù)本發(fā)明人所預(yù)見的使得描述可用于其的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是當(dāng)前沒有預(yù)見到的本發(fā)明的非實(shí)質(zhì)性修改仍然可以表示其等效物。
【權(quán)利要求】
1.一種電容性供電系統(tǒng)(100),其包括: 低功率驅(qū)動器(111); 高功率驅(qū)動器(1 12)； 被劃分成多個功率子區(qū)域(210-1，210-N)的多個傳送器電極對，其中所述多個功率子區(qū)域至少包括連接到高功率驅(qū)動器的一組高功率子區(qū)域(210-1，210-M)以及連接到低功率驅(qū)動器的一組低功率子區(qū)域(210-M+1，210-N);以及 具有彼此相對的第一側(cè)和第二側(cè)的絕緣層(130)，其中所述多個傳送器電極對耦合到絕緣層的第一側(cè)，其中所述系統(tǒng)被配置成在所述多個傳送器電極對與接近絕緣層的第二側(cè)放置的多個接收器電極對(141，144)之間形成電容性阻抗，每一個接收器電極對通過電感器連接到負(fù)載以便在不同的串聯(lián)諧振頻率下諧振，從而從一個傳送器電極對向?qū)?yīng)的接收器電極對無線傳輸電力以便為連接到該接收器電極對的負(fù)載供電。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，多個負(fù)載中的第一組是高功率負(fù)載(151)，并且該多個負(fù)載中的第二組是低功率負(fù)載(152)，其中所述系統(tǒng)被配置成把接收器電極對無線耦合到與低功率子區(qū)域重疊的低功率負(fù)載，從而把由低功率驅(qū)動器生成的低功率信號從對應(yīng)的傳送器電極對無線傳輸?shù)浇邮掌麟姌O對以便為低功率負(fù)載供電，并且 所述系統(tǒng)還被配置成把接收器電極對無線耦合到與高功率子區(qū)域重疊的高功率負(fù)載，從而把由高功率驅(qū)動器生成的高功率信號從對應(yīng)的傳送器電極對無線傳輸?shù)浇邮掌麟姌O對以便為高功率負(fù)載供電。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)凸β市盘柕念l率與連接到低功率負(fù)載的電感器和所述電容性阻抗的串聯(lián)諧振頻率匹配時，低功率信號被無線傳輸?shù)降凸β守?fù)載；并且其中當(dāng)高功率信號的頻率與連接到高功率負(fù)載的電感器和所述電容性阻抗的串聯(lián)諧振頻率匹配時，高功率信號被無線傳輸?shù)礁吖β守?fù)載。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，每一個高功率子區(qū)域和每一個低功率子區(qū)域都包括傳送器電極對(240，250)。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，高功率子區(qū)域的傳送器電極對(240)和低功率子區(qū)域的傳送器電極對(250)被構(gòu)造成具有不同的屬性以便優(yōu)化電力傳輸。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，傳送器電極的屬性包括以下各項(xiàng)的至少其中之一:尺寸、結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電材料。
7.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，高功率子區(qū)域被分組在一起，并且低功率子區(qū)域被分組在一起。
8.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，功率子區(qū)域的設(shè)置包括被放置在兩個高功率子區(qū)域(320-1,320-3)之間的低功率子區(qū)域(310-2)。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中，接收器電極對被配置成鄰近被放置在兩個高功率子區(qū)域之間的低功率子區(qū)域(310-2)，并且由低功率驅(qū)動器和高功率驅(qū)動器無線供電。
10.權(quán)利要求5的系統(tǒng),其中,所述多個傳送器電極對中的一個傳送器電極對被構(gòu)造成當(dāng)負(fù)載在水平方向和垂直方向中的任一方向上移動時允許到負(fù)載的連續(xù)電力傳輸。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng),其中，所述傳送器電極對中的每一個傳送器電極(510,520)被設(shè)計(jì)成具有第一寬度的梳狀圖案，其中傳送器電極在與彼此的固定距離內(nèi)被交替布局，其中第一寬度小于所述固定距離。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng),其中，所述傳送器電極對中的第一傳送器電極(610)被放置在該傳送器電極對中的第二傳送器電極(620)之內(nèi)，其中第二傳送器電極包括上方部分和下方部分，其中第一傳送器電極和第二傳送器電極具有第一寬度并且在與彼此的固定距離內(nèi)被交替布局，其中第一寬度小于所述固定距離。
13.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，所述傳送器電極對中的傳送器電極(710，720)是圓形的，其中傳送器電極對中的第一傳送器電極(710)被構(gòu)造成具有第一寬度的開口圓環(huán)形狀，并且傳送器電極對中的第二傳送器電極(720)被構(gòu)造成具有第一直徑的圓形板，其中第二傳送器電極(720 )被放置在第一傳送器電極(710 )內(nèi)部并且彼此處在第一距離內(nèi)。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，接收器電極對中的接收器電極(810，820)是圓形的，其中第一接收器電極(810)被構(gòu)造成具有第二直徑的圓形板，并且第二接收器電極(820)被構(gòu)造成具有第二寬度的圓環(huán)形狀，其中第一接收器電極(810)被放置在第二接收器電極(820)內(nèi)部并且彼此處在第二固定距離內(nèi)。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中，第二直徑小于第一直徑，第二寬度小于第一寬度，并且第二距離小于第一距離。
【文檔編號】H02J17/00GK103733533SQ201280039860
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】D.W.范古爾, A.塞姆佩爾, E.瓦芬施密特, H.T.范德詹登 申請人:皇家飛利浦有限公司