无线能量转移转换器
2019-11-22

无线能量转移转换器

本文描述用于无线功率转换器的改进的配置,所述无线功率转换器包括:至少一个接收磁谐振器,其配置成捕获通过以第一多个参数为特征的第一振荡磁场无线地接收的电能;以及至少一个转移磁谐振器,其配置成产生以不同于所述第一多个参数的第二多个参数为特征的第二振荡磁场,其中来自所述至少一个接收磁谐振器的所述电能用于激励所述至少一个转移磁谐振器以产生所述第二振荡磁场。

图20A是具有两个中继器谐振器的配置,图20B是具有充当中继器谐振器的设备谐振器的谐振器配置。

其Rd是设备线圈的电阻。)由于运动引起的在线圈之间的互电感的动态变化导致

在实施方案中,被动补偿方法可与主动调谐和控制方法或系统结合。被动补偿可减小主动调谐和控制方法和系统可能需要操作或补偿的范围。在一些实施方案中,归因于被动部件的补偿可能不是足够的。热系数或部件值中的变化可导致不完全的被动补偿并需要额外的主动调谐。被动补偿到主动调谐方法的添加可减小对主动调谐方法的所需调谐范围要求。主动调谐可能只需要补偿由于不完整或部分被动调谐补偿引起的小变化和瑕疵,其可能是如果被动补偿未包括在系统中则需要补偿的参数中的总变化的一小部分。

在实施方案中,高Q谐振器以及供电和控制电路可能需要特殊的封装或外壳,其将高电压或电流限制在外壳内,保护谐振器和电气部件免受风雨、潮湿、沙子、尘土和其它外部元素,以及免受冲击、振动、刮擦、爆炸和其它类型的机械震动。在实施方案中,封装和外壳可能需要对热耗散的特殊的考虑,以维持电气部件和外壳中的谐振器的操作温度范围。封装和外壳可能需要特殊的考虑因素来减小在无线功率转移期间外壳或周围环境的材料或部件中的损耗或能量消耗。

中继器谐振器可用于在照明应用中增强功率转移。图21对厨房照明配置示出了使用中继器谐振器的无线功率转移系统的一个示例性应用。在源谐振器2112、2114和内置在灯2104中的设备谐振器2106之间的功率转移可由位于灯2104或设备谐振器2106之上或附近的额外的中继器谐振器2108增强或提高。

在实施方案中,摄像机系统或机器视觉系统可与处理单元和用于自动化谐振器对准的过程或过程的部分的适当机器视觉算法耦合。在一些实施方案中,源或设备可安装在使用用于定位的摄像机和方位信息移动成对准的机器人或自动化轨道、臂、平台上。在一些实施方案中,机器视觉算法和处理单元可耦合到车辆的传感器和控制装置,允许汽车本身定位和停车以与源正确地对准。

在实施方案中,无线功率转换器可包括配置或可配置成使用一个或多个参数捕获无线能量的一个或多个磁谐振器以及配置或可配置成使用一个或多个参数捕获无线能量的一个或多个谐振器。例如,图34A示出了设计成转换振荡磁场的频率参数的无线功率转换器。无线功率转换器3412可具有调谐或可调谐到一个或多个频率的一个或多个磁谐振器3414、3416。在谐振器3414中由振荡磁场3402产生的振荡电压可由DC到AC转换器3408整流并使用,以使用产生具有一个或多个不同的频率的振荡磁场3404的振荡电流来驱动另一谐振器3416。在实施方案中,无线功率转换器的DC到AC转换器可使用控制器3410被调谐或可调谐以产生一定范围的频率和输出功率水平。

图33示出了使用无线功率转换器的无线功率转移系统配置的示例性实施方案。作为配置的部分,无线功率转换器3314可从来自一个或多个源3322、3324的振荡磁场3332、3330捕获能量,这些源可配置或设计成使用不同的参数来操作。无线功率转换器3314可捕获能量,并使用与能量被接收自的源3322、3324不同的一个或多个参数产生磁场3334、3336、3338,并将能量转移到一个或多个设备3316、3318、3320。在配置的另一方面中,无线功率转换器3314可用于捕获来自一个或多个源3322、3324的能量,这些源可设计成使用不同的参数来操作并使用匹配另一源3326的场3328的参数产生磁场3334,提供对来自源3322、3324的场和使用不同参数的场3330、3332的"放大"或升高。

在负载可以是可变的实施方案中,在负载和驱动电路例如线性或开关功率放大器之间的阻抗匹配可通过使用在放大器电路中的可调节/可调谐部件来实现,放大器电路可被调节以使放大器的特征阻抗Z。与由IMN电路和负载组成(Imn+负载)的网络的变化(由于负载变化)的输入阻抗匹配,其中IMN电路也可以是可调谐的(图6C)。为了匹配阻抗的实部和虚部,可能需要放大器和MN电路中的总共两个可调谐/可变元件或参数。所公开的阻抗匹配方法可减少IMN电路中的可调谐/可变元件的所需数量,或甚至完全消除对IMN电路中的可调谐/可变元件的需要。在一些例子中,可使用功率放大器中的一个可调谐元件和IMN电路中的一个可调谐元件。在一些例子中,可使用功率放大器中的两个可调谐元件和没有一个IMN电路中的可调谐元件。

本发明性调谐方案的示例性实施方案包括在开关频率f处操作并经由MN驱动低损耗电感元件R+jcoL的半桥D类放大器,如图8所示。

在一些实施方案中,被动补偿可在系统的完整的温度范围或操作范围内实现。在一些实施方案中,被动补偿可在系统的部分温度或操作范围内实现,并可能需要从主动调谐系统或方法的额外调谐。