[发明专利]被利用作为电容性电力输送系统的无线电力转换器

说明书

本申请要求2011年8月16日提交的美国临时专利申请号61/523,924和2012年5月16日提交的美国临时专利申请号61/647,744的权益。

技术领域

本发明总体上涉及电容性电力输送系统，更具体来说涉及这样的系统到DC电网的连接性。

背景技术

无线电力输送指的是在没有任何连线或接触的情况下供应电力，其中对于电子设备的供电是通过无线介质施行的。针对无接触供电的一种受欢迎的应用是为例如移动电话、膝上型计算机等便携式电子设备充电。

针对无线电力输送的一种实现方式是通过感应式供电系统。在这样的系统中，电源（发送器）与设备（接收器）之间的电磁感应允许进行无接触电力输送。发送器和接收器都配备有电线圈，并且当在物理上邻近时有电信号从发送器向接收器流动。

在感应式供电系统中，所生成的磁场集中在线圈内。其结果是，针对接收器拾取场的电力输送在空间上非常集中。这一现象在系统中产生热点，从而限制了系统的效率。为了提高电力输送的效率，对于每一个线圈都需要高品质因数。为此，线圈应当具有电感与电阻的最优比值的特征，应当由具有低电阻的材料构成，并且应当利用Litz线工艺来制造以便减轻趋肤效应。此外，线圈应当被设计成满足复杂的几何结构以避免涡电流。因此，对于高效的感应式供电系统需要昂贵的线圈。针对大面积无接触电力输送系统的设计将需要许多昂贵的线圈，因此对于这样的应用，感应式供电系统可能是不可行的。

电容性耦合是用于无线电力输送的另一种技术。这种技术主要被利用在数据传输和感测应用中。电容性耦合的一个实例是粘贴在车窗上的汽车无线电装置天线与汽车内部的拾取元件。电容性耦合技术还被利用来对电子设备进行无接触充电。对于这样的应用，（实施电容性耦合的）充电单元在设备的固有谐振频率之外的频率下操作。在相关技术中还讨论了实现LED照明的电容性电力输送电路。所述电路是基于电源（驱动器）中的电感器。因此只能使用单一接收器，并且应当对发送器频率进行调谐以便输送最大功率。此外，这样的电路需要像素化电极，从而甚至在其未完美对准时也确保接收器与发送器之间的电力输送。但是像素化电极数目的增加也会增加去到电极的连接数目，从而增加电力损耗。因此，在只有单一接收器和尺寸受限的电极时，在相关技术中所讨论的电容性电力输送电路无法在例如窗户、墙壁等大面积上供应电力。

近来，越来越多的住宅和商用建筑物包括了直流（DC）电网。这样的DC电网还可以被利用来向城镇输送电力。作为一个实例，对于水力发电的传输，中国的DC电网覆盖超过1400km。在建筑物中，通常在建筑物的进线口处安装一个或更多整流器以便通过单独的或者甚至在某些情况下通过已有的交流（AC）输电线提供DC电力。DC电力可以被利用来为例如商用荧光照明之类的照明灯具供电。使用DC网格的优点在于电力传输的低成本、对于铜传输线的更好利用以及低AC辐射。

因此，在提供用于在大表面上供应电力的高效的电容性电力输送系统方面存在挑战。此外，在从DC网格的任意位置向电容性电力系统供应电力方面也存在挑战。因此，提供解决这些挑战的低成本且可行的解决方案将是有利的。

发明内容

这里所公开的某些实施例包括一种用于向连接在电容性电力输送系统中的负载供应电力的直流（DC）到交流（AC）无线转换器设备。所述设备包括：实现与DC网格的至少两条供电线的电流接触的至少两个连接器；耦合到所述连接器并且被配置成从通过所述至少两个连接器馈送的输入DC信号生成AC电力信号的驱动器，其中AC电力信号的频率与所述电容性电力输送系统的串联谐振频率基本上匹配；以及连接到驱动器的输出的至少一对发送器电极。

这里所公开的某些实施例还包括一种用于向连接到电容性电力输送系统的无供电DC网格局部供应DC信号的交流（AC）到直流（DC）无线转换器设备。所述系统包括：与AC电网的至少两个电极电容性耦合的至少一对电极，从而允许从AC电网向所述至少一对电极无线输送AC电力信号；连接到所述至少一对电极并且被配置成从AC电力信号生成DC信号的AC到DC转换器；以及实现与无供电DC网格的至少两条输电线的电流接触的至少两个连接器。

附图说明

在说明书末尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护被视为本发明的主题内容。通过后面结合附图做出的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见。

图1是可以由所公开的设备利用的电容性电力输送系统的图示；

图2是根据一个实施例设计的DC到AC无线转换器设备的方框图；