[发明专利]能量高效的感应电能传输系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及提供能量高效的感应电能传输。更具体地，本发明涉及包含激活和终止机构的感应电能传输系统和方法。

背景技术

高效使用可利用的能量由于多个原因是非常重要的。在全球范围内，有着对于温室气体的释放可能使得全球变暖的不断增加的关注，温室气体诸如来自于燃烧化石燃料的二氧化碳。而且，能源是有限的。全球能源的稀缺连同地缘政治因素推高了能源的成本。因此，对于能源消费者，高效使用能源永远是更重要的预算考量。

电能传输中的能量损失主要由于载流导线的附带加热。在多种情况下，这是不可避免的，因为载流导线对于电气设备的供电是必不可少的，而载流导线具有电阻。它是克服这种电阻所做的功，其在导线中生成热。

在其它情况中，能量损失不是必须的。例如，电气设备常常保持不必要地运转和用于提供给没有被使用的设备的能量是真实地浪费。已经提出旨在减少由闲置设备所浪费的能量的量的各种创意。例如，能量之星是美国环境保护署和美国能量部的联合项目，其授予制造商在满足一定能量消耗标准的产品上显示可识别标志的权利。能量之星试图通过更好的能量管理减少能量消耗。

高效的能量管理减少能量浪费。例如，便携式电脑，其依赖搭载的电池供应的有限量的能量，使用各种策略来保持电力消耗至最小。因此，在电脑保持相当长时间的不工作之后，屏幕和硬盘驱动器自动关闭，类似地，当电脑与干线或网络断开时，网卡失能的。这种能量管理策略可以起到增加设备可以由其搭载的电池供电的时间长度的作用。

即使当与干线连接时，然而，高效使用能量是必须的。多种常用电器设备在低压DC上运转，和一般使用具有AC-DC电源适配器的变压器以控制提供至它的功率。能量之星估计单独在美国使用15亿个这种电源适配器用于设备诸如MP3播放器、个人数字助理(pda)、摄像机、数码相机、紧急照明设备、无线和移动电话。根据能量之星，这种电源适配器每年抽取约3000亿瓦特-小时的能量，其是美国的全国电费的约11%。

如果多个设备可以由单个电源适配器运转，这将极大地减少在使用中的电源适配器的数量。然而，通过单根线缆供应电力给多个设备不是简单的。连接到单个电源板的设备越多，电源板抽取的电流越大。因此，通过连接电源板到干线的单根线缆供应的电流增加。

根据其运载的电流的面积，由于线缆的加热的电力损失增加，因此来自于线缆的能量损失可以抛物线地增加。而且，缺乏有效的能量管理，如果太多设备从单根线缆中抽取电流，供应的电流可能超过预定的水平，由此启动断路器或使保险丝熔断。甚至更严重地，过量的电流可以导致线缆的过热，这是起火的常见原因。

进一步不必要的使用能量是具有搭载电池设备的供电。当具有可充电电池的电气设备诸如便携式电脑、电动剃须刀等等连接到干线，电源同时抽取以操作设备和也对电池进行充电。虽然电池需要定期地进行充电，即使部分充电的电池对于设备的供电是足够的。因此没有必要继续为搭载电池充电。

而且，对于电池充电超过操作设备所需要的水平的没有必要的消耗的电能增加了电费。当大量的这种设备被同时使用时，这是特别值得关注的。例如，对于举行会议的公司，当多个单独的便携式电脑被同时使用时。

电感耦合使得能量从电源传输到电负载，在其间没有有线连接。振荡电位通过初级感应器施加。这在初级感应器附近建立振荡磁场。振荡磁场可以在邻近初级感应器放置的次级感应器中感应次级振荡电位。以这种方式，通过电磁感应、在感应器之间没有导体连接，电能从初级感应器传输到次级感应器。

当电能从初级感应器传输到次级感应器时，据说感应器是感应耦合的。当次级感应器与初级感应器感应耦合时，与这种次级感应器串联有线连接的电负载可以从与初级感应器有线连接的电源抽取能量。

次级感应器中感应电压的强度根据提供到初级感应器的电位的振荡频率而变化。当振荡频率等于系统的共振频率时，感应电压是最强的。根据等式振荡频率取决于系统的感应系数L和电容C。

已知的电能传输系统一般在感应耦合的共振频率传输电能。这可能是难于维持的，因为系统的共振频率在电能传输期间可能波动，例如，应答改变的环境条件或者初级线圈和次级线圈之间对准的变化。

除此之外，与共振传输有关的一个问题是关于高的传输电压。在高工作电压时，系统可以生成大量的热，导致高的电能损失以及对于热敏感组件的损坏。相应地，在共振电路中的电容器和晶体管可能需要是相对大的。

因此，仍然存在对于能量高效的感应电能传输系统的需求，其可以在工作期间产生较低的电能损失。本公开内容针对这种需求。

发明内容