[发明专利]无线功率控制

说明书

本发明涉及无线功率控制，根据本发明的一种远程装置，包括自适应功率接收器，其通过感应从无线电源接收无线功率。该自适应功率接收器可以在两个或更多操作模式之间切换，该两个或更多操作模式包括例如高Q模式和低Q模式。通过控制模式之间的切换，可以控制由自适应接收器所接收到的能量的量。该控制是自适应谐振控制或Q控制的形式。

技术领域

本发明涉及无线功率传输。

背景技术

无线电源系统允许将功率传输到电子装置，例如便携式装置，而不需要直接的电连接。无线功率传输可以利用电感器来实现，当电流流过电感器时，电感器产生磁场。相反，当存在磁场时，例如存在由另一个电感器产生的磁场时，可在电感器中感应电流。如果将两个电感器靠近放置并且利用电流驱动一个电感器，则即使这两个电感器没有被直接连接，另一个电感器也将产生电流。两个电感器之间的这种相互关系通常被称为电感耦合，并且在许多情况下都利用这种现象来在没有电连接的情况下传输功率。

实际上，无线功率传输的许多基本原理已经已知了100年或更久。被广泛地称为无线功率传输之父的尼古拉•特斯拉（Nicola Tesla）早在1893年就因论证了一种用于为电灯泡无线供电的系统而出名。特斯拉花费了数年来在该领域中进行研究和开发，并且积聚了涉及无线功率传输的一系列重要专利。当我们看到无线功率方面的兴趣复苏时，他的一些早期发明当今一直被那些发展中的无线功率系统所使用。例如，特斯拉的美国专利649,621和685,012公开了以下内容：初级线圈和次级线圈之间的感应功率传输可以通过结合附加的中间线圈组来改进，该附加的中间线圈起到“谐振”线圈的作用，以放大谐振并在初级单元和次级单元之间传输功率。更具体而言，初级单元包括一对线圈，其共同起作用来传送功率至次级单元，并且次级单元包括一对线圈，其共同起作用来接收功率。初级单元包括初级线圈以及谐振线圈，将该初级线圈电连接到电源并从电源直接接收功率，将谐振线圈感应耦合到该直接供电线圈。谐振线圈从初级线圈感应地接收功率，放大谐振，并生成电磁场，以将功率传送到次级单元。特斯拉还论证了，结合谐振线圈所使用的电容可以产生比谐振线圈本身甚至更大的谐振。次级单元包括另一个谐振线圈，其接收由次级单元谐振线圈和次级线圈所生成的电磁场，该次级线圈被感应耦合到次级谐振线圈，以将功率直接传送至次级负载。因此，如可以看出的，使用单独的中间线圈组来提供具有改进性能的感应耦合的概念已经已知了超过一个世纪。

虽然无线功率传输的基本概念已经面世了许多年，但是相对近些年才在该技术产生了兴趣复苏，并且正在付诸普遍的努力来实现实用且有效的无线功率传输系统。存在着使有效系统的开发变复杂的各种因素。例如，操作特征（即，系统正操作的条件）对于功率传输的质量和效率有着显著影响。互感对于初级单元和次级单元之间的功率传输效率也有影响。互感取决于多个电路参数，包括初级单元和次级单元之间的距离。当初级单元和次级单元之间的距离最小化时，互感增加。该距离和互感之间的反比关系可能对系统的操作参数造成限制。

包括例如图1所示的、利用由感应线圈驱动的谐振线圈的特斯拉四线圈构造的过往设计，已经被用于在更远的距离上传输功率。图2是结合特斯拉四线圈构造的示意图。这种类型的配置已经有各种称谓，例如高谐振或磁性谐振。该系统由于利用附加线圈以便维持未由负载阻尼的未耦合谐振条件而可以获得一些效率，但是当耦合被变紧密或者线圈在物理上变得靠近时可能损失一些效率。

常规解决方案还已经被设计成使用附加线圈以便进行感应耦合，以在高谐振配置或紧密耦合的配置中感应磁场。但是当在这些配置中使用附加线圈时，由于添加的导线可能增加成本，并且尺寸可能与添加的材料成比例增加。由于附加线圈的添加的等效串联电阻（ESR），效率也可能降低。

发明内容