[发明专利]光学无线供电系统

说明书

光学无线传输功率至一般位于移动电子装置中的功率接收装置的系统。发送器具有光学谐振腔，其具有末端反射器和位于它们之间的增益介质，从而产生光束。选择波束的频率使得其被几乎所有通常使用的透明有机材料吸收。发送器上的波束转向单元可以在多个方向之任一上引导波束，及在接收器上借助光电功率变换器通过低反射表面吸收波束。选择该功率变换器的带隙小于所述增益介质。接收器具有电压变换器，其包含电感器、储能装置和开关。波束转向控制器确保将波束投射在接收器上。

本申请是申请日为2016年7月14日的名称为“光学无线供电系统”的申请号为201680053601.6的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及无线功率传送领域，尤其是应用于基于激光的传输系统以在家庭环境中传送光功率至移动电子装置。

背景技术

长期以来需要在无需物理有线连接的情况下传输功率至远处位置。这一需要在近几十年随着通过需要定期再充电的电池运行的便携式电子装置的普及而变得重要。这些移动应用包括移动电话、便携式电脑、小汽车、玩具、可穿戴装置及助听器。目前，现有技术的电池的容量及密集使用的智能手机的典型电池应用使得电池可能需要充电超过每天一次，远距离无线电池再充电的需求是重要的。

电池技术具有悠久的历史，并且仍然在发展。本杰明·富兰克林于1748年描述了第一块由莱顿瓶制成的电池，第一个类似加农电池的电源(因此名为电池)。后来伏特于1800年发明了明显更加便携的铜锌电池。加斯顿·普兰特于1859年发明了第一块可再充电电池，铅酸电池。从此以后可再充电电池的能量密度增大不足8倍，如图1所示，其显示了由原始铅酸化学系统至现代的基于锂的化学系统及锌-空气化学系统的不同的可再充电电池化学系统同时以重量和体积参数给出的能量密度。同时由便携式电子/电气装置所消耗的功率已经达到每天可能需要补充若干次完整电池充电的程度。

在发明电池后几乎一个世纪，在1870年与1910年之间的时期，特斯拉尝试使用电磁波跨越距离传输功率。从此以后，许多次尝试安全地传输功率至远处位置，其特征可在于，跨越明显大于传输装置或接收装置的距离。其范围从在1980年代实施SHARP(Stationary High Altitude Relay Platform)计划的NASA到于2007年实验了类似特斯拉的系统的Marin Soljacic。

到目前为止，只有三种可商购获得的技术允许无需导线安全地输送功率至移动装置，即

磁感应–其典型地被限制在仅仅几个mm的范围内；

光伏电池–其在用太阳光或者用在通常(安全的)光照房间内可达到的水平的人工照明加以照射时，在相对于移动电话的尺寸的情况下无法产生多于0.1瓦；

能量收集技术–将RF波转换成可用的能量，但是在任何目前的实际情况下无法以多于0.01W运行，这是因为RF信号传输由于健康和FCC的规定而是受限制的。

同时，便携式电子装置的典型的电池具有1至100瓦*小时的容量，并且典型地要求每天充电，因此需要在明显更长的范围进行明显更高的功率输送。

因此，跨越大于几米的范围安全地输送电功率至典型地装配有可再充电电池的便携式电子装置的需求尚未满足。

已经尝试了几次在居住环境内使用准直或基本上准直的电磁波输送功率。然而，此类产品至大众市场的商业可用性在目前仍是受限制的。

在可以投放此类商用系统之前，需要解决几个问题：

应当开发安全的系统。

应当开发成本有效的系统。

应当开发能够承受普通家庭环境的以下危害的系统，包括污染物如灰尘及指纹或液体溢洒、振动、波束阻隔、非专业安装及周期性掉落地面。