电容式无线供电系统的接收器电极的制作方法
【专利摘要】披露了用于将电力供应到连接在电容式电力传送系统中的负载的各种接收器电极。在一个实施例中，接收器电极包括：连接到第一球形铰链（211）的第一导电板（212），其中所述第一球形铰链耦接到第一接收器电极（210）；以及连接到第二球形铰链（221）的第二导电板（222），其中所述第二球形铰链耦接到第二接收器电极（220），所述第二接收器电极连接到所述电容式电力传送系统的电感器，并且所述第一接收器电极连接到所述负载，所述电感器连接到所述负载从而使所述电容式电力传送系统共振。
【专利说明】电容式无线供电系统的接收器电极
[0001]此申请要求2011年8月16日提交的美国临时申请号61/523，936、2011年8月16日提交的美国临时申请号61/523，960、2012年3月16日提交的美国临时申请号61/611，687以及2012年5月1日提交的美国临时申请号61/640，896的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明总体涉及用于无线电力传送的电容式供电系统，并且更具体来说，涉及在大面积上传送电力的接收器电极结构。
【背景技术】
[0003]无线电力传送是指在没有任何导线或接触的情况下的电力供应，由此通过无线媒介来执行电子设备的供电。用于无接触供电的一种大众应用是便携式电子设备(例如，移动电话、膝上型计算机等)的充电。
[0004]一种用于无线电力传送的实施是通过电感式供电系统。在这种系统中，电源(发射器)与设备(接收器)之间的电磁感应允许无接触电力传送。发射器和接收器都配备有电线圈，并且当它们物理上靠近时，电信号从发射器流至接收器。
[0005]在电感式供电系统中，所产生的磁场集中在线圈内。因此，传送至接收器拾取场的电力在空间上非常集中。这种现象在系统中产生限制系统效率的热点。为了改进电力传送效率，需要用于每个线圈的高品质因数。为此目的，线圈特征应在于电感与电阻的最佳比率、由具有低电阻的材料构成并且使用利兹线制程来制造以减少趋肤效应。此外，线圈应设计成符合复杂的几何形状以避免涡流。因此，需要昂贵的线圈来获得高效的电感式供电系统。用于大面积的无接触电力传送系统的设计将会必需许多昂贵线圈，由此对于这些应用而言，电感式供电系统可能并不可行。
[0006]电容式耦接是用于无线传送电力的另一种技术。这种技术主要用于数据传送和感测应用中。具有在汽车内的拾取元件的粘在窗户上的汽车收音机天线是电容式耦接的实例。电容式耦接技术也用于电子设备的无接触充电。对于这些应用而言，实施电容式耦接的充电单元在设备的固有共振频率之外的频率下工作。
[0007]电容式电力传送系统也可以用来在大面积上传送电力，例如，窗户、具有平坦结构的墙壁等等。图1中描绘用于这种电容式电力传送系统100的实例。如图1中所示，这种系统的典型布置包括连接到负载120和电感器130的一对接收器电极111、112。系统100还包括连接到电力驱动器150的一对发射器电极141和142，以及绝缘层160。
[0008]发射器电极141、142耦接到绝缘层160的一侧并且接收器电极111、112从绝缘层160的另一侧耦接。这种布置在该对发射器电极141、142与接收器电极111、112之间形成电容式阻抗。因此，电力驱动器所产生的电力信号可以从发射器电极141、142无线地传送到接收器电极111、112从而为负载120供电。当电力信号的频率匹配于系统的串联共振频率时，系统效率增加。系统100的串联共振频率是电感器130和/或电感器131的电感值以及该对发射器电极141、142与接收器电极111、112之间的电容式阻抗(图1中的C1和C2)的函数。负载可以是例如LED、LED串、灯等等。作为一个实例，系统100可以用来为安装在墙壁上的照明固定物供电。
[0009]电容式阻抗(C1和C2)是接收器电极与发射器电极之间的距离的函数。电容值应如下计算:
【权利要求】
1.一种用于将电力供应到连接在电容式电力传送系统中的负载的制品，其包括:连接到第一球形铰链(211)的第一导电板(212)，其中所述第一球形铰链耦接到第一接收器电极(210);以及连接到第二球形铰链(221)的第二导电板(222 )，其中所述第二球形铰链耦接到第二接收器电极(220)，其中所述第二接收器电极连接到所述电容式电力传送系统的电感器，并且所述第一接收器电极连接到所述负载，所述电感器连接到所述负载从而使所述电容式电力传送系统共振。
2.如权利要求1所述的制品，其中当电力驱动器所产生的电力信号的频率基本上匹配于所述电感器和形成在发射器电极对(202，203 )与所述接收器电极之间的电容性阻抗的串联共振频率时，所述电力信号从耦接到绝缘层(204)的所述发射器电极对(202，203)无线地传送到所述第一和第二接收器电极从而为所述负载供电。
3.如权利要求2所述的制品，其中所述第一和第二导电板中的每一个基本上与所述发射器电极对中的一个发射器电极的表面区域重叠，以便减少所述电容性阻抗的波动。
4.如权利要求1所述的制品，其中所述第一和第二导电板中的每一个、所述第一和第二球形铰链中的每一个以及所述第一和第二电极中的每一个由包括以下材料中的任一种的导电材料制成:碳、铝、氧化铟锡(ITO)、聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、铜、银以及导电漆。
5.一种用于将电力供应到连接在电容式电力传送系统中的负载的制品，其包括:柔性口袋(330)；连接到所述柔性口袋并且连接到所述负载的第一接收器电极(310);以及连接到所述柔性口袋并且连接到所述电容式电力传送系统的电感器的第二接收器电极(320)，其中所述电感器连接到所述负载从而使所述电容式电力传送系统共振。
6.如权利要求5所述的制品，其中当所述柔性口袋被压靠到绝缘层(350)上、电力驱动器所产生的电力信号的频率基本上匹配于所述电感器和形成在发射器电极对(360，361)与所述接收器电极之间的电容性阻抗的串联共振频率时，所述电力信号从耦接到所述绝缘层的所述发射器电极对无线地传送到所述第一和第二接收器电极从而为所述负载无线地供电。
7.如权利要求6所述的制品，其中所述第一和第二接收器电极中的每一个基本上与所述发射器电极对中的一个发射器电极的表面重叠，以便减少所述电容性阻抗的波动。
8.如权利要求5所述的制品，其中所述柔性口袋是用于封闭气体容积和液体容积中的任一个的柔性容器，其中所述柔性容器由非导电材料制成。
9.如权利要求5所述的制品，其中所述第一和第二接收器电极黏附到所述柔性口袋的外侧。
10.如权利要求5所述的制品，其中所述第一和第二接收器电极黏附到所述柔性口袋(430)的内侧。
11.如权利要求6所述的制品，其中所述柔性口袋进一步包括固定装置以便将所述柔性口袋固定到所述绝缘层的表面，其中所述柔性装置包括以下中的任一个:永磁体、抽吸盖以及I父水层。
12.一种用于将接收器机械地固定到电容式电力传送系统的发射器的磁性固定物(900)，其包括:第一组的多个发射器电极(910-1，910-r)，其包括具有第一磁极取向的多个永磁体，所述第一组的多个发射器电极中的每一个发射器电极具有第一电位；第二组的多个发射器电极(920-1，920-r)，其包括具有与所述第一磁极取向相反的第二磁极取向的永磁体，其中所述第二组的多个发射器电极中的每一个发射器电极具有与所述多个发射器电极中的每个发射器电极的所述电位相反的电位；第一接收器电极，其具有所述第一电位并且包括具有所述第一磁极取向的永磁体；以及第二接收器电极，其具有所述第二电位并且包括具有所述第二磁极取向的永磁体；其中所述第一接收器电极关于所述第一组的多个发射器电极中的一个发射器电极进行取向，并且所述第二接收器电极关于所述第二组的多个发射器电极中的一个发射器电极进行取向，所述接收器机械地固定到所述发射器从而允许电力信号从所述发射器无线地传送到连接在所述接收器中的负载。
13.如权利要求12所述的磁性固定物，其中所述接收器机械地固定到所述发射器，所述第一和第二接收器电极通过绝缘层与所述第一和第二组的多个发射器电极电绝缘。
14.如权利要求12所述的磁性固定物，其中所述电力信号由包括在所述发射器中的电力驱动器产生，并且当所述电力信号的频率基本上匹配于所述电感器和形成在所述第一和第二组的多个发射器电极与所述第一和第二接收器电极之间的电容性阻抗的串联共振频率时，所述电力信号从所述发射器无线地传送到所述接收器。
15.如权利要求12所述的 磁性固定物，其中所述永磁体由薄导电层覆盖以形成所述接收器和发射器电极。
【文档编号】H02J7/02GK103748760SQ201280039858
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】E.瓦芬施密特, C.T.H.F.利登鲍姆, A.森佩尔, O.H.威廉森, D.W.范古尔, H.T.范德詹登, A.H.伯曼, T.J.P.范登比格拉尔 申请人:皇家飞利浦有限公司