[发明专利]具有自适应动态安全管理的无线功率传输系统

说明书

用于安全且高效地从发射机向至少一个接收机供应无线功率的波束的方法和系统。通过重复计算在由发射机发射的波束的功率与在接收机处接收到的功率量之间的功率差异来生成增量信号。系统动态地生成时间延迟，该时间延迟是比与针对增量信号的功率电平的安全暴露持续时间相关的最大暴露持续时间更短的时间段。如果超出时间延迟，则系统改变系统的操作参数，例如，终止波束。由于构建完美的时序系统的限制，该系统被构建为对具有较长安全暴露持续时间的时间延迟更敏感，其中具有较短安全暴露持续时间的大增量信号会被立即响应，而不会过多考虑时间延迟。

技术领域

本公开涉及在无线功率传输系统中的安全系统的领域，并且更具体地，涉及防止由发射机设备发射的功率束的传输引起的波束生成的损害。

背景技术

在本领域中提出了许多无线功率系统。然而，这种系统似乎尚未成熟到使其能够变得商业可用的程度，即，这些系统能够根据安全法规在办公室或家庭环境的合理距离内发送足够的功率以操作便携式电子设备，例如，智能电话和膝上型计算机。这种设备要求大量充电功率，在许多情况下达到10W以上。

人们普遍认为对无线功率传输系统的需求是长期存在的，也许从Nikola Tesla在二十世纪初的开创性工作开始就存在。一些这样提出的无线功率系统基于将电磁束发送到光伏电池或接收机上的天线，其他的无线功率系统基于将超声波束或其他类型的功率束发送到接收机。

这种提出的发送设备在本公开中被称为“发射机”并且可以使用激光束或另一高能束来为接收机供应功率。本公开中提到的“接收机”典型地指代远离发送设备的电子设备，其配备有光伏电池以将由发射机接收到的波束转换为可用能量，以使得能够对其电池充电或为其电子电路供电，而不需要将设备插入到物理插座中。在这样的系统中，发射机可以通过从接收机接收发送的波束的回射和/或从接收机接收无线通信来识别接收机。典型地，将使用由发射机在低功率设置下发射的激光束或使用单独的RF或超声波束或诸如相机之类的其他方式来扫描期望在其中找到接收机需要充电的空间。一旦发射机已经定位了接收机，发射机就可以使用扫描镜将其全波束定向朝向识别出的接收机以进行充电。

典型地，由发射机发射的波束功率只允许在极短的时间段内或以非常低的功率设置撞击到人或其他敏感对象或设备上。这种限制已经由政府法规设定，例如，当前的美国法规CFR 21～1040和其他类似的公认法规。在常规使用中，只有在功率束被不正确地定向或者如果已经发生人或其他对象对束的侵入时才会发生这种对人或对其他敏感对象或设备的撞击。在任一种情况下，在发送的功率与接收机接收到的功率之间将存在差异。因此，这种系统必须能够验证由发射机发射的波束的功率中的大部分由接收机吸收，并且能够在这种情况改变(例如，如果对象位于波束的路径中)时快速响应。

一些现有技术系统具有许多问题，这可能暗示着某些情况下存在不可接受的安全隐患。即使在其中接收机的位置对于发射机是已知的系统中，波束也可能由在发射机与接收机之间的路径中的对象吸收或反射，特别是如果接收机位于光学复杂环境(例如，家庭环境)中。在与接收机之间的路径中“损失”的波束的任何部分都可能存在隐患，因为许多对象对激光束损害很敏感。例如，如果透明对象(例如，窗户)位于在发射机与接收机之间的路径中，则它可能会将穿过它的波束的一部分反射朝向未知方向。如果发射机通过透明窗户为接收机供电，这种情况可能会发生。窗户可能无法处理如此大的功率电平，因此可能被损坏，甚至可能破裂。此外，透明表面可以将通过其的波束中的一些发送到非预期对象上。发射机还可能错误地将波束定向到易燃对象，从而增加火灾相关损害的风险。