[发明专利]用于加密的谐振感应功率传递的系统和方法

说明书

本申请公开用于加密的谐振感应功率传递的系统和方法。用于使用加密技术确保谐振感应功率传递仅进入经授权的用户的系统和方法。谐振感应功率传递需要发射器和接收器中几乎相同的谐振频率。功率传递信号的频率按仅对发射器(1)和接收器(3)已知的计划改变，因而“功率窃取者”无法足够好地追踪频率以有效接收功率。为了能量有效地进行频率转换，在过零时刻(电容器上零电荷或电感器中零电流)将电容性或电感性元件切入或切出每个电路。为了保持相位对准，切换发射侧上的电感器(2b)与切换接收侧上的电容器(8b)几乎同时发生，或者切换发射侧上的电容器(6b)与切换接收侧上的电感器(4b)几乎同时发生。

技术领域

本公开一般涉及用于无线功率传输的系统和方法。具体地，本公开涉及借助于谐振感应耦合的发射器和接收器的无线功率传输。

背景技术

谐振感应耦合是经调谐以相同频率谐振的两个线圈之间的电能量的近场无线传输。谐振传递通过使初级线圈环具有振荡电流来工作，该振荡电流生成振荡磁场。靠近初级线圈的次级线圈可以从振荡磁场获得能量。如果初级线圈和次级线圈以共用频率谐振，则可以以合理的效率在几倍于线圈直径的范围内将大量功率从初级线圈传输到次级线圈。

一般问题是将功率从发射器无线传输至接收器。用于短程传输的常见方法是谐振感应功率传递。在该方法中，发射器和接收器均具有调谐至相同频率的谐振电路。例如，谐振感应功率传递可以用于航空器诸如无人飞行器上所载的电池的无线再充电。谐振感应功率传递还用于消费类电子产品以及为电动汽车再充电。

理想地，从发射器发送的所有功率均沿着低损耗路径到达经授权的接收器。这在未经授权的接收器检测到谐振频率并将其接收器调谐至相同频率的情况下不会发生。在那种情况下，未经授权的接收器窃取功率。这增加了传输侧的成本，并且降低了经授权的接收器可用的功率。一种解决方案是施加物理安全措施使得未经授权的接收器无法足够接近发射器来接收功率。缺点是这对经授权的接收器增加了不便、延迟和成本。

用于防止未经授权的接收器接收功率同时实现向经授权的接收器的有效传输的改进系统和方法将是有益的。

发明内容

下文详细公开的主题涉及用于使用加密技术确保谐振感应功率传递仅进入经授权的用户的系统和方法。谐振感应功率传递需要发射器和接收器中几乎相同的谐振频率。根据下文公开的实施方案，功率传递信号的频率按仅对发射器和接收器已知的计划改变，从而“功率窃取者”无法足够好地追踪频率以有效接收功率。为了能量有效地进行频率转换，在过零时刻(电容器上零电荷或电感器中零电流)将电容性或电感性元件切入或切出每个电路。为了保持相位对准，切换发射侧的电感器与切换接收侧的电容器几乎同时发生，或者切换发射侧的电容器与切换接收侧的电感器几乎同时发生。

尽管后文中对用于加密的谐振感应功率传递的系统和方法的各种实施方案进行了详细描述，但是那些实施方案中的一者或多者的特征可以通过下列方面中的一者或多者表征。

下面详细公开的主题的一个方面是一种用于将功率从谐振感应功率发射器传递至谐振感应功率接收器的方法，该方法包括：(a)将谐振感应功率接收器放置在谐振感应功率发射器的电磁耦合范围内；(b)使用谐振感应功率发射器生成在第一时间间隔期间具有第一频率的第一振荡电磁场；(c)通过谐振电磁感应在谐振感应功率接收器中产生在第一时间间隔期间具有第一频率的第一振荡电动势；(d)使用谐振感应功率发射器生成在第一时间间隔之后的第二时间间隔期间具有不同于第一频率的第二频率的第二振荡电磁场；以及(e)通过谐振电磁感应在谐振感应功率接收器中产生在第二时间间隔期间具有第二频率的第二振荡电动势。