[发明专利]使用磁机械系统的无线功率转移

说明书

本案是一件分案申请。本案的母案是国际申请号为PCT/US2008/079681、申请日为2008年10月13日、PCT申请进入中国国家阶段后申请号为200880114332.5、发明名称为“使用磁机械系统的无线功率转移”的发明专利申请案。

背景技术

本申请案主张2007年10月11日申请的第60/979,381号临时申请案的优先权，所述临时申请案的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。

我们的先前申请案已描述了磁机械系统。奈杰尔功率有限责任公司(Nigel Power LLC)的先前申请案已描述了一种无线供电和/或充电系统，其使用以大致未调制载波发送磁信号的发射器。接收器从发射器的辐射场提取能量。所提取的能量可经整流并用以对负载供电或对电池充电。

我们的先前申请案描述了使用耦合磁谐振的非辐射性电能量转移。非辐射性意味着接收天线和发射天线两者均与波长相比为“小”的，且因此相对于赫兹波具有低辐射效率。可在发射天线与位于发射天线的近场内的接收天线之间获得高效率。

发明内容

本申请案描述用于基于磁发射俘获无线功率的技术。

附图说明

在附图中：

图1展示发射与接收回路之间的感应的框图；

图2展示基本扭摆

图3展示发电机接收器；

图4A和4B展示球体内的通量和场强度；

图5展示集成实施例；

图6展示圆盘形阵列；

图7说明线圈可如何缠绕在圆盘形阵列周围。

具体实施方式

非辐射性能量转移的经典原理是基于法拉第感应定律。发射器形成初级线圈，且接收器形成次级线圈，其分离一发射距离。初级线圈代表产生交变磁场的发射天线。次级线圈代表使用法拉第感应定律从交变磁场提取电功率的接收天线。

其中表示交变磁场所产生的电场的旋度。

然而，本发明人认识到存在于初级线圈与次级线圈之间的弱耦合可视为杂散电感。此杂散电感又增加了电抗，所述电抗本身可妨碍初级线圈与次级线圈之间的能量转移。

这种种类的弱耦合系统的转移效率可通过使用调谐到操作频率的电抗的精确对立物的电容器来改进。当以此方式调谐系统时，其变成在其操作频率下谐振的补偿变压器。功率转移效率于是仅受初级线圈和次级线圈中的损耗所限制。这些损耗本身由其质量或Q因子界定。

对杂散电感的补偿还可视为源和负载阻抗匹配的一部分以便最大化功率转移。以此方式的阻抗匹配可因此增加功率转移的量。

图1说明非辐射性系统的发射部分与接收部分之间的阻抗匹配。

随着发射器100与接收器150之间的距离D增加，发射效率可能减小。在距离增加的情况下，可使用较大回路和/或较大Q因子来改进效率。然而，当这些装置并入到便携式装置中时，回路的尺寸可能受便携式装置的参数所限制。

可通过减小天线损耗来改进效率。在例如小于1MHz等低频率下，损耗可归因于传导不良的材料和回路附近的涡电流。

例如铁氧体材料等通量放大材料可用以人为地增加天线的尺寸。通过集中磁场来固有地减小涡电流损耗。

特殊种类的电线也可用以降低电阻，例如在低频率下使用多股或绞合电线以减轻集肤效应。

非辐射性转移的替代方案使用如我们在2008年9月14日申请的共同待决的第12/210,200号申请案中所描述的磁机械系统。这从磁场中拾取能量，将其转换为机械能量，且接着使用法拉第感应定律重新转换为电能量。

根据实施例，磁机械系统可为从交变磁场接收能量的能量接收系统的一部分。

根据实施例，磁机械系统由磁体(例如，永久磁体)形成，所述磁体以允许其在外部交变磁场的力下振荡的方式安装。这将来自磁场的能量变换为机械能量。

假定带电粒子以速度v和磁场H移动。

F＝qμ₀(v×H)

在实施例中，此振荡使用围绕垂直于磁偶极矩m的向量的轴的转矩，且还定位于磁体的重心中。这实现平衡且因此最小化重力的影响。施加于此系统的磁场产生扭矩

T＝μ₀(m×H)

此扭矩沿着场向量的方向对准单元磁体的磁偶极矩。扭矩使移动磁体加速，进而将振荡磁能量变换为机械能量。

图2展示基础系统。通过扭转弹簧210将磁体200固持在恰当位置。当不施加来自磁场的扭矩时，此扭转弹簧将磁体固持在展示为201的位置中。此无扭矩位置201被视为θ＝0。