[发明专利]非接触功率传递系统和方法

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及非接触功率传递，具体来说，涉及基于谐振的非接触功率传递。

背景技术

在需要瞬时或连续能量传递、但互连导线不方便的某些应用中，非接触功率传递是合乎需要的。一种非接触功率传递方法是电磁感应方法，它根据如下原理工作：初级变压器线圈生成主要磁场，而初级变压器线圈附近的次级变压器线圈生成对应电压。由次级变压器线圈所接收的磁场作为两个线圈之间距离的平方的函数而减小，并且因此初级与次级线圈之间的耦合对于大于数毫米的距离是弱的。

非接触功率传递的另一种方法尝试通过谐振感应耦合来提高感应功率传递的效率。发射器和接收器元件以相同频率谐振，最大感应在谐振频率发生。但是，这种谐振感应对负载和间隙变化敏感。

需要一种有效的非接触功率传递系统，它可与分隔比当前可接受距离更长的距离的线圈配合操作，并且在经受未对准或负载变化时是有效的。

发明内容

简言之，提出一种非接触功率传递系统。该系统包括耦合到电源并且配置成产生磁场的第一线圈。第二线圈配置成经由磁场从第一线圈接收功率。场聚焦元件设置在第一线圈与第二线圈之间，并且配置为具有驻波电流分布的自谐振线圈。场聚焦元件还配置成将磁场聚焦到第二线圈上，并且增强第一线圈与第二线圈之间的耦合。

在另一个实施例中，提出一种场聚焦元件。场聚焦元件包括多个谐振器，它们配置成在激励时聚焦磁场并且形成驻波电流分布。多个谐振器之中的一组谐振器以与其它谐振器不同的相位来激励。磁聚焦元件还包括至少两个独特的谐振频率。

附图说明

通过参照附图阅读以下详细描述，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似的符号在附图中通篇表示相似的部件，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的示范非接触功率传递系统；

图2示出根据本发明的一个实施例的示范场聚焦元件；

图3示出根据本发明的各种实施例的场聚焦元件的多个示范结构；

图4示出其中多个谐振器设置在阵列中并且实现为场聚焦元件的一个实施例；

图5示出根据本发明的一个实施例围绕场聚焦元件的磁场分布；

图6是作为初级线圈与次级线圈之间的距离的函数的磁场分布图(profile)的模拟；

图7示出作为初级与次级线圈之间的距离的函数的效率分布图的模拟；

图8示出作为初级线圈与次级线圈之间未对准的函数的效率分布图的模拟；

图9示出本发明的一个实施例，其中非接触功率传递系统包括电容元件；

图10示出本发明的一个实施例，其中场聚焦元件将单个初级线圈耦合到多个次级线圈；

图11示出根据本发明的一个实施例，其中线圈和/或场聚焦元件中的至少一个沿对称轴旋转；以及

图12示出根据本发明的一个实施例的谐振器的无源阵列。

具体实施方式

非接触功率传递系统通常特征在于初级与次级线圈之间的短距离功率传递。例如，感应功率传递系统的一个实施例使用初级线圈和次级线圈在电流隔离的两个电路之间传递功率。当耦合到电源时，在初级线圈周围建立磁场。从初级线圈传递到次级线圈的功率的量与链接次级线圈的主磁场的量成比例。变压器使用高磁导率磁芯来链接初级与次级线圈之间的磁场，并且因而取得至少大约98％这种程度的效率。但是，当这类系统配置用于非接触功率传递时，两个线圈之间的气隙降低磁场耦合。这种降低的耦合影响非接触功率传递系统的效率。

本文所公开的某些实施例提供具有对负载变化的降低的敏感度、线圈未对准期间的有效功率传递的健壮非接触功率传递系统，和/或增强功率传递效率的场聚焦结构。