[发明专利]无线地传送能量的系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线地传送能量的系统。更具体地说，本发明涉及适用于将能量传送给内置在诸如移动电话或笔记本电脑的移动电子设备，或诸如用在移动电话和笔记本电脑中的可充电电池组的电池组中的电磁能量接收设备的系统。

背景技术

无线地传送能量的概念出现在一个多世纪以前。十九世纪末，著名科学家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)研究了长距离传输大量能量的方式。

近年来，人们公开了与在较短距离上为消费性电子产品应用传输能量有关的许多解决方案。

专利US 7,271,569公开了具有大致平坦表面的非接触感应充电器。在大致平坦表面上设有图像、文本或其它直观指示符，使得该直观指示符代表使感应充电最佳的电子设备优选放置方向。该充电器包括放置在图像的边界内的初级线圈，以便直观地引导用户把设备放置在充电表面上以使充电效率最大。可以是图画、轮廓、文本或其它定向指示符的直观指示符在几何上可以与电子设备的形状相似或可以具有通用设备的形状。

专利申请US 2007/0279002公开了用于移动设备的电源、充电系统、和感应接收器。底座或类似的基本单元包含通过将交流电施加于绕组、线圈或任何类型的载流导线来建立磁场的发射器。接收器包含从交变磁场中接收能量并将其传送给移动或其它设备的装置。发射器和/或接收器可以包含布置成彼此相邻的多条载流导线；要对导线的不同形状和安排予以考虑。

专利申请US 2008/0067874公开了向电子设备无线地传送功率的方法和系统。该系统可以利用非常接近的两个线圈之间的磁耦合来传送足够的功率以对电子设备充电。一些实施例涉及可以用于发射功率以便传送给接收器线圈的螺旋形线圈的阵列。各种实施例可被称为PowerPad系统。一些实施例可以内含如下之一或多个：平面电感器、PCB变压器、以及甚高频电源。一些实施例还涉及具有允许产生均匀磁场的特性的平面电感器，以及内含这样的平面电感器的系统。

专利US 5,596,567公开了每一个配有在无线信道上通信的无线通信设备的电池充电器和电池组。该电池充电器从容纳在电池组中的存储器接收充电信息，以及当电池组与充电器电耦合时，依照接收的信息来启动再充电过程。

专利US 6,960,968公开了使用耦合电感器或变压器配置中的至少两个电隔离轴对准螺旋状导体来进行非接触功率传送的平面谐振器。然后，通过磁通量的耦合来实现信号或功率传送。还实现了电通量的耦合。第一和第二导体具有预定自谐振频率。谐振器在界面中并在预定频率存储电能；第一和第二导体以及界面被安排成允许跨过界面在第一和第二导体之间传送磁通量和电能。当谐振器可被编织成织物或附在人的衣服上时，该谐振器有助于在诸如蜂窝式电话或佩带式电子产品的设备中进行非接触电池充电。

A.Karalis、J.D.Joannopoulos、M.Soljacic的标题为“Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer”的文章调查了具有定域缓慢瞬逝场模式的长寿命谐振电磁状态的物理现象是否以及在什么程度上可被用于在甚至存在不相干环境物体的非可忽略距离上有效地传送能量。

发明内容

本申请人考察了这些现有技术的解决方案，认识到通过电磁波传送能量仍然有问题，因为电磁波在任意方向上辐射(因此，只能接收到有限量的能量)以及辐射模式远非均匀(因此，能够接收到的能量因点而变)，使得效率十分低。

克服这些问题的简单方式是增大辐射功率，但这种解决方案：(A)使能量浪费在环境中；(B)引起电磁干扰；以及(C)给暴露在其中的生物带来健康风险。

按照US 7,271,569的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且要求在发射器和接收器之间非常好地对准，以便在传送能量时实现合理程度的效率；另外，铁磁芯线圈的特定安排导致非均匀场以及对接收器的放置方向敏感。

按照US 2007/0279002和US 2008/0067874的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且建议使用多条“载流导线”，以便生成一定程度均匀的场；不管怎样，尤其由于“导线”与能量接收器非耦合或弱耦合，能量被浪费。

在按照US 5,596,567的解决方案中，无线技术只用于数据传送而未用于能量传送。

按照US 6,960,968的解决方案基于发散辐射场(磁通量和电通量两者的耦合似乎都实现了)，并且建议使用谐振，以便在传送能量时实现合理程度的效率。