[發明專利]球和套管無線功率傳送系統

有效

• 申請號: 201680090931.2
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN110114952B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 許樹源;張騁
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;閆小龍

提供用于以球?和?套管類型結構的無線功率傳送（WPT）的方法、裝置和系統。球和球?套管結構可以包括具有各種形狀的導電繞組和導電板，以在球在球?套管之內移動或旋轉時在不同角度上優化WPT。可以合并電容耦合和電感耦合中的一個或二者。

背景技術

一個世紀前Nicola?Tesla報告了基于兩個環諧振器的磁諧振和近場耦合的無線功率傳送。如Tesla所倡導的，無線功率傳送（WPT）可以是輻射性或非輻射性的，這取決于能量傳送機制。輻射功率可以從天線發射，并且通過介質（諸如真空或空氣）在長距離（即，比天線的尺寸大得多的距離）上以電磁波的形式傳播。然而，由于輻射功率發射的全向性質，能量傳送效率非常低。非輻射性WPT依賴于導電回路的近場磁耦合，并且可以在功率源與負載之間的傳輸距離大于線圈-諧振器的尺寸時應用于短距離和中距離情境中。

自從20世紀60年代以來WPT已經是對于用于醫學植入物的經皮能量系統的活躍的研究話題，并且自從20世紀70年代以來是對于感應加熱器的活躍的研究話題。對于現代短距離應用，用于諸如移動電話之類的便攜式裝備的感應功率傳送（IPT）系統和無線充電系統已經吸引了許多注意。用于便攜式電子設備的無線充電技術已經通過現在包括世界范圍上超過200個公司的無線功率聯盟發起“Qi”標準而達到商業化階段。

發明內容

盡管有無線功率傳送（WPT）的領域中的發展，但是仍然有針對應用WPT以及使其更高效的新的方式的需要。本發明的實施例尋求解決這些問題中的一個或多個并且改進無線功率傳送領域。

本發明的實施例包括用于無線功率傳送（WPT）的方法、裝置和系統。更具體地，本發明的實施例包括用于以球-和-套管類型結構的WPT的方法、裝置和系統。本發明的實施例可以合并電容耦合、電感耦合或二者。

球-和-套管接合件包括附著到球的棒以及容納球結構的球-套管。球結構可以在球-套管內部在寬范圍角度上移動。本發明的實施例包括在球和球-套管結構內合并WPT發射器和接收器結構。WPT發射器或接收器可以位于球結構內，所述球結構包括球和棒。同樣，WPT發射器或接收器可以位于球-套管結構內，所述球-套管結構包括球-套管以及其棒或底座。

在本發明的實施例中，至少一個繞組可以適合于球結構內，并且至少一個繞組可以適合于球-套管結構內。任一繞組可以用于無線功率發射和接收，以使得雙向無線功率流是可能的。發射器繞組和接收器繞組應該是電隔離的。發射器線圈和接收器線圈可以在寬的各種角度上發送和接收功率，而同時維持高功率傳送效率。此外，球和套管接合件的性質允許球-套管內的球結構的旋轉（除了角度移動之外），而不中斷無線功率傳送。

無線功率可以通過電感耦合、磁諧振和電容耦合而在球結構和球-套管結構之間被傳送。在應用電容式WPT的本發明的實施例中，可以使用導電板，而不是繞組。除了功率之外，本發明的實施例還可以經由電容或電感耦合來傳送數據。

本發明的潛在應用包括機器人臂、臺燈和其中需要傳送電功率的其他移動和鉸接結構。連接到功率接收元件的負載可以是直接負載，功率可以被傳送到調節接收功率的電氣電路，并且功率可以被傳送到對電池或其他功率存儲介質進行充電的電氣電路。在一個方面中，本發明通過消除對于在重復彎曲和移動之后可能失效的導電線的需要而在現有技術上進行改進。

附圖說明

圖1是以滑動環結構的初級和次級繞組布置的圖示。

圖2是用于無線功率傳送的以滑動環結構的兩個共軸繞組的圖示。

圖3是雷達系統中用于無線功率傳送的兩個共軸繞組的圖示。

圖4A是根據本發明的WPT球-和-套管接合件的圖示（其中球結構和球-套管結構中的繞組被暴露以用于圖示）。

圖4B是突出被嵌入在根據本發明的實施例的電感式球和套管WPT系統的球結構和球-套管結構中的繞組的圖示。