電容式無線供電系統的接收器電極的製作方法
2023-06-05 20:19:06 2
電容式無線供電系統的接收器電極的製作方法
【專利摘要】披露了用於將電力供應到連接在電容式電力傳送系統中的負載的各種接收器電極。在一個實施例中，接收器電極包括：連接到第一球形鉸鏈（211）的第一導電板（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的電感器，並且所述第一接收器電極連接到所述負載，所述電感器連接到所述負載從而使所述電容式電力傳送系統共振。
【專利說明】電容式無線供電系統的接收器電極
[0001]此申請要求2011年8月16日提交的美國臨時申請號61/523，936、2011年8月16日提交的美國臨時申請號61/523，960、2012年3月16日提交的美國臨時申請號61/611，687以及2012年5月1日提交的美國臨時申請號61/640，896的優先權。
【技術領域】
[0002]本發明總體涉及用於無線電力傳送的電容式供電系統，並且更具體來說，涉及在大面積上傳送電力的接收器電極結構。
【背景技術】
[0003]無線電力傳送是指在沒有任何導線或接觸的情況下的電力供應，由此通過無線媒介來執行電子設備的供電。用於無接觸供電的一種大眾應用是可攜式電子設備(例如，行動電話、膝上型計算機等)的充電。
[0004]一種用於無線電力傳送的實施是通過電感式供電系統。在這種系統中，電源(發射器)與設備(接收器)之間的電磁感應允許無接觸電力傳送。發射器和接收器都配備有電線圈，並且當它們物理上靠近時，電信號從發射器流至接收器。
[0005]在電感式供電系統中，所產生的磁場集中在線圈內。因此，傳送至接收器拾取場的電力在空間上非常集中。這種現象在系統中產生限制系統效率的熱點。為了改進電力傳送效率，需要用於每個線圈的高品質因數。為此目的，線圈特徵應在於電感與電阻的最佳比率、由具有低電阻的材料構成並且使用利茲線製程來製造以減少趨膚效應。此外，線圈應設計成符合複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。用於大面積的無接觸電力傳送系統的設計將會必需許多昂貴線圈，由此對於這些應用而言，電感式供電系統可能並不可行。
[0006]電容式耦接是用於無線傳送電力的另一種技術。這種技術主要用於數據傳送和感測應用中。具有在汽車內的拾取元件的粘在窗戶上的汽車收音機天線是電容式耦接的實例。電容式耦接技術也用於電子設備的無接觸充電。對於這些應用而言，實施電容式耦接的充電單元在設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也可以用來在大面積上傳送電力，例如，窗戶、具有平坦結構的牆壁等等。圖1中描繪用於這種電容式電力傳送系統100的實例。如圖1中所示，這種系統的典型布置包括連接到負載120和電感器130的一對接收器電極111、112。系統100還包括連接到電力驅動器150的一對發射器電極141和142，以及絕緣層160。
[0008]發射器電極141、142耦接到絕緣層160的一側並且接收器電極111、112從絕緣層160的另一側耦接。這種布置在該對發射器電極141、142與接收器電極111、112之間形成電容式阻抗。因此，電力驅動器所產生的電力信號可以從發射器電極141、142無線地傳送到接收器電極111、112從而為負載120供電。當電力信號的頻率匹配於系統的串聯共振頻率時，系統效率增加。系統100的串聯共振頻率是電感器130和/或電感器131的電感值以及該對發射器電極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。負載可以是例如LED、LED串、燈等等。作為一個實例，系統100可以用來為安裝在牆壁上的照明固定物供電。
[0009]電容式阻抗(C1和C2)是接收器電極與發射器電極之間的距離的函數。電容值應如下計算:
【權利要求】
1.一種用於將電力供應到連接在電容式電力傳送系統中的負載的製品，其包括:連接到第一球形鉸鏈(211)的第一導電板(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的電感器，並且所述第一接收器電極連接到所述負載，所述電感器連接到所述負載從而使所述電容式電力傳送系統共振。
2.如權利要求1所述的製品，其中當電力驅動器所產生的電力信號的頻率基本上匹配於所述電感器和形成在發射器電極對(202，203 )與所述接收器電極之間的電容性阻抗的串聯共振頻率時，所述電力信號從耦接到絕緣層(204)的所述發射器電極對(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載供電。
3.如權利要求2所述的製品，其中所述第一和第二導電板中的每一個基本上與所述發射器電極對中的一個發射器電極的表面區域重疊，以便減少所述電容性阻抗的波動。
4.如權利要求1所述的製品，其中所述第一和第二導電板中的每一個、所述第一和第二球形鉸鏈中的每一個以及所述第一和第二電極中的每一個由包括以下材料中的任一種的導電材料製成:碳、鋁、氧化銦錫(ITO)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、銅、銀以及導電漆。
5.一種用於將電力供應到連接在電容式電力傳送系統中的負載的製品，其包括:柔性口袋(330)；連接到所述柔性口袋並且連接到所述負載的第一接收器電極(310);以及連接到所述柔性口袋並且連接到所述電容式電力傳送系統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載從而使所述電容式電力傳送系統共振。
6.如權利要求5所述的製品，其中當所述柔性口袋被壓靠到絕緣層(350)上、電力驅動器所產生的電力信號的頻率基本上匹配於所述電感器和形成在發射器電極對(360，361)與所述接收器電極之間的電容性阻抗的串聯共振頻率時，所述電力信號從耦接到所述絕緣層的所述發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載無線地供電。
7.如權利要求6所述的製品，其中所述第一和第二接收器電極中的每一個基本上與所述發射器電極對中的一個發射器電極的表面重疊，以便減少所述電容性阻抗的波動。
8.如權利要求5所述的製品，其中所述柔性口袋是用於封閉氣體容積和液體容積中的任一個的柔性容器，其中所述柔性容器由非導電材料製成。
9.如權利要求5所述的製品，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。
10.如權利要求5所述的製品，其中所述第一和第二接收器電極黏附到所述柔性口袋(430)的內側。
11.如權利要求6所述的製品，其中所述柔性口袋進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:永磁體、抽吸蓋以及I父水層。
12.一種用於將接收器機械地固定到電容式電力傳送系統的發射器的磁性固定物(900)，其包括:第一組的多個發射器電極(910-1，910-r)，其包括具有第一磁極取向的多個永磁體，所述第一組的多個發射器電極中的每一個發射器電極具有第一電位；第二組的多個發射器電極(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發射器電極中的每一個發射器電極具有與所述多個發射器電極中的每個發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並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並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於所述第一組的多個發射器電極中的一個發射器電極進行取向，並且所述第二接收器電極關於所述第二組的多個發射器電極中的一個發射器電極進行取向，所述接收器機械地固定到所述發射器從而允許電力信號從所述發射器無線地傳送到連接在所述接收器中的負載。
13.如權利要求12所述的磁性固定物，其中所述接收器機械地固定到所述發射器，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發射器電極電絕緣。
14.如權利要求12所述的磁性固定物，其中所述電力信號由包括在所述發射器中的電力驅動器產生，並且當所述電力信號的頻率基本上匹配於所述電感器和形成在所述第一和第二組的多個發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共振頻率時，所述電力信號從所述發射器無線地傳送到所述接收器。
15.如權利要求12所述的 磁性固定物，其中所述永磁體由薄導電層覆蓋以形成所述接收器和發射器電極。
【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 優先權日:2011年8月16日
【發明者】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.範古爾, H.T.範德詹登, A.H.伯曼, T.J.P.範登比格拉爾 申請人:皇家飛利浦有限公司