[發明專利]多線圈大區域無線電力系統

有效

• 申請號: 201880056031.5
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN111052539B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 邁克爾·A·德·魯伊;張遠哲
• 申請（專利權）人: 宜普電源轉換公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H03F3/217
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 高偉

一種大區域無線電力系統具有同步發射器及多個同步接收器，同步接收器用于接收來自所述同步發射器的多個差動信號并輸出多個第二單端信號。同步發射器產生第一單端信號及將所述第一單端信號轉換為多個差動信號以經由多個差動線對傳輸至同步接收器而所述多個差動線對也向所述同步接收器提供電力。大區域無線電力系統還包含多個高電力放大器，其用于接收來自各個同步接收器的所述多個第二單端信號并產生電力，以及多個無線電力線圈，其用于接收所述多個高電力放大器所產生的所述電力且無線地提供電力。

技術領域

本發明的實施例涉及一種電力系統，其用于經由多個高諧振無線電力線圈(highly?resonant?wireless?power?coil)在大區域上無線充電，以及同步化提供至所述電力線圈的信號。

背景技術

目前，在無線電力傳輸系統(亦稱為”無線能量傳輸系統”)中使用高諧振電磁感應(highly?resonant?electromagnetic?induction)有許多發展。通常，此類系統包括電源和發射線圈以及連接到被供電裝置(即，負載)的接收線圈。無線電力傳輸系統的架構以線圈的使用為中心以產生高頻交流磁場，高頻交流磁場用于將能量由電源傳送至負載。電源將以電壓和電流的形式傳遞能量至發射線圈而該發射線圈將環繞該線圈產生磁場，磁場隨著所施加的電壓及電流改變而變化。電磁波將從線圈，經由自由空間運動到耦接至負載的接收線圈。當該電磁波經過接收線圈時，電流在該接收線圈中感應生成而該電流正比于該接收線圈捕獲的能量。

一種用于無線電力傳輸系統的已知線圈布局是基本式螺旋回路。圖1示出了一種基本式螺旋回路線圈。在所述基本式螺旋回路線圈中，該線圈的電感L正比于N²，其中N是該線圈的匝數。此種類型的線圈典型地用在較小、低功率系統(low?power?system)上，少于20W。

另一種已知的線圈布局是基本式交錯螺旋回路。圖2示出了一種基本式交錯螺旋回路線圈，其包含兩個交錯回路繞組。一個繞組示為連續線。另一個繞組示為虛線。圖2中，兩個繞組可串聯配置為高電感或并聯配置為低電感。此種類型的回路線圈典型地用在無線電力發射器(即，電源側)上。圖2中所示的鏡像圖式(mirror?image?pattern)在充電表面(距線圈特定距離)處提供近乎均勻之磁場。此種類型的回路線圈用于中等電力應用(高達70W系統)。線圈的物理尺寸限制在大約一12平方英寸內。

于2018年3月15日提交的美國專利申請第15/922,286號公開了其他線圈布局。一個示例是如圖3中所示的線圈布局。圖3示出了多個回路形成線圈集，器在PCB上利用多個回路的單個線圈10形成。單個線圈10在PCB上繞制以形成多個圓形回路的式樣。多個圓形回路串聯連接。提供線圈群以保持其多個圓形回路的式樣，其中在水平與垂直兩個方向上，回路與每個相鄰回路之間的距離相等。這允許當線圈群重疊使得線圈群與其他線圈群分離時保持線圈回路的式樣。這也允許連接的線圈群種的每個相鄰回路相互分離。隨著回路的分離，由串聯的小型回路的組合所產生的電感與相等尺寸的繞組線圈相比相對較低。低電感線圈因為在假像阻抗變化上對環境的影響更低，所以在無線電力傳輸時是有利的。

當此類無線電力系統用于向大區域提供電力時可能引發問題。例如，當線圈區域增加時，幅射磁場的容量增加可能導致進入活體組織的特定吸收率(SAR)增加以及EMI幅射等級增加使其更難以遵循相關輻射排放限制。

大線圈區域的另一影響是電感增加，因此，將線圈調諧(tuning)至用于6.78MHz高諧振無線電力應用(highly?resonant?wireless?power?application)的固定的工業、科學及醫學(ISM)頻帶需要不斷減小電容。較小的電容放大了公差效應，使其在生產中難以保持諧振。高電感也會導致跨接調諧電容器的高電壓應力。此種電壓可能輕易地超過1000V。

大區域線圈的間接影響是由于使用情況的變化，諸如外界金屬對象的存在、來自裝置(負載)的電容性耦合及負載電力需求，大區域線圈變得越來越易于受到假像阻抗偏移的影響。