[发明专利]电能无线传输系统

说明书

本公开的一个实施例提供了一种用于将电能无线传输到电负载的系统。该系统包括：馈电装置和待馈电装置，待馈电装置与馈电装置物理分离且独立于馈电装置。待馈电装置包括：待馈电的电负载，适合生成时钟信号的控制电路；以及与电负载相连接的电能的接收装置。馈电装置包括电能的至少一个传输组，传输组包括：传输装置，适合与待馈电装置的接收装置进行非电导性耦合；信号管理电路，适合接收由待馈电装置的控制电路生成的时钟信号，并生成具有与时钟信号的频率成比例的频率的先导信号；以及电源电路，适合接收由信号管理电路生成的先导信号，并适合向传输装置施加随时间周期性变化的电压波，电压波的频率等于先导信号的频率。

技术领域

本公开一般涉及用于对一个或多个电负载无线馈电和/或再充电的系统。这种电负载可以例如是电气/电子设备，其必须被电能馈送以允许其工作和/或自行对设备的内部电池充电。这种类型的电气/电子设备的典型示例是移动电话、平板电脑、计算机、电视机、照明系统(例如使用LED的照明系统)，以及许多其他设备。

背景技术

当前已知用于以无线模式将电能传输到负载的系统通常基于在布置在待馈电/再充电的设备上的接收装置与布置在相应馈电装置上的传输装置之间进行电感式或电容式耦合。

在基于电感式耦合的系统中，通常使用布置在馈电装置上的传输天线(例如具有卷筒或线圈的形状)，并且使用布置在待馈电装置上的接收天线。这样，即使传输装置和接收装置之间没有电流连接，也可以向各种电气和电子设备馈电。

至于涉及的基于电容式耦合的系统，使用布置在馈电装置上的传输电枢(例如，由通过介电材料可以与外部绝缘的导电区域制成)，其面向布置在待馈电装置上的类似传输电枢，因此构成至少两个电容器。通过在这种电容器的输入端施加具有足够高频率的电压波，可以向负载传输足以馈送负载的电能。

短距离馈电/再充电系统(包括电感式和电容式)中的常见问题，都包括必须将待馈电/再充电的装置安置在相对于相关馈电装置的精确位置。

在电感系统的情况下，可以通过创建能够在非常宽的空间区域(例如，具有更大尺寸的卷筒)中产生磁感应场的传输天线来解决该问题，但是这种方法实质上恶化了系统的能量效率，降低了可传输的能量，并且增加了电磁污染。

通过为馈电装置配备具有较小尺寸的多个天线，可以部分地减少这些问题，每个天线由与其他电路独立的电源电路供电并且这些天线可能被定位以确保由它们生成的磁场之间的部分重叠。然而，该解决方案导致了系统成本和体积的显著恶化，并且在任何情况下都不能消除电感系统中典型的低能效问题。

电容系统虽然确保更高的能量效率，但是需要在待馈电装置和馈电装置之间进行正确的对准，否则通常会导致性能的显著降低。

为了至少部分地解决该缺点，可以使用根据矩阵设计布置的多个小电枢，每个小电枢独立于其他电枢电路并连接到相应的电源电路。

基于倍增传输元件(感性(线圈)和容性(电枢))的每种解决方案仍然具有需要产生时钟信号的缺点，通常在高频率下(例如，在电容电枢和射频感应系统的情况下，MHz、数十MHz或数百MHz)可以有效驱动每个传输元件的电源电路。

为了满足这种需要，可以为每个传输元件的每个电源电路提供时钟发生器(例如振荡器)，但是这导致成本的极大恶化，特别是在其中馈电装置必须提供非常大的传输区域和/或配备有非常大数量的传输元件。

或者，可以使用由传输元件的所有电源电路共享的单个时钟发生器(或者在任何情况下比电源电路的数量更少的时钟发生器)并通过适合的总线分配时钟信号。然而，这涉及一系列缺点，特别是需要通过传输线长距离传输高频信号，因此存在阻抗匹配、衰减与反射、与线路的阻抗特性相关的低速问题、重新生成信号的缓冲要求、以及更大的损耗。然后，在这些问题以外的实质性缺点是不能够形成其中每个传输元件完全独立于其他传输元件的馈电装置。