CN102460896B

CN102460896B - 无线地传送能量的系统

Info

Publication number: CN102460896B
Application number: CN200980159889.5A
Authority: CN
Inventors: V·贝拉
Original assignee: Telecom Italia SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-05-07
Also published as: CN102460896A; EP2427944A1; KR101586803B1; US20120049650A1; EP2427944B1; KR20140049614A; US8536738B2; WO2010127685A1; JP5355783B2; JP2012526509A

Abstract

本文公开了通过瞬逝电磁场来无线地传送能量的系统；该系统包含通过多个导电壁来限定内部空间的外壳(CS)、适用于将电磁波注入这个内容空间的注入器(LR)；外壳(CS)的壁(EE)适合放置成与电磁能量接收设备(RCE)相邻并包含一个或多个孔；电磁波的频率(f)低于外壳(CS)的截止频率(f_c)，以及一个/几个孔具有小于波的波长(λ)的尺寸，使得瞬逝电磁场从壁(EE)的一个/几个孔发射，并可能到达能量接收设备(RCE)。

Description

无线地传送能量的系统

技术领域

本发明涉及无线地传送能量的系统。更具体地说，本发明涉及适用于将能量传送给内置在诸如移动电话或笔记本电脑的移动电子设备，或诸如用在移动电话和笔记本电脑中的可充电电池组的电池组中的电磁能量接收设备的系统。

背景技术

无线地传送能量的概念出现在一个多世纪以前。十九世纪末，著名科学家尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)研究了长距离传输大量能量的方式。

近年来，人们公开了与在较短距离上为消费性电子产品应用传输能量有关的许多解决方案。

专利US 7,271,569公开了具有大致平坦表面的非接触感应充电器。在大致平坦表面上设有图像、文本或其它直观指示符，使得该直观指示符代表使感应充电最佳的电子设备优选放置方向。该充电器包括放置在图像的边界内的初级线圈，以便直观地引导用户把设备放置在充电表面上以使充电效率最大。可以是图画、轮廓、文本或其它定向指示符的直观指示符在几何上可以与电子设备的形状相似或可以具有通用设备的形状。

专利申请US 2007/0279002公开了用于移动设备的电源、充电系统、和感应接收器。底座或类似的基本单元包含通过将交流电施加于绕组、线圈或任何类型的载流导线来建立磁场的发射器。接收器包含从交变磁场中接收能量并将其传送给移动或其它设备的装置。发射器和/或接收器可以包含布置成彼此相邻的多条载流导线；要对导线的不同形状和安排予以考虑。

专利申请US 2008/0067874公开了向电子设备无线地传送功率的方法和系统。该系统可以利用非常接近的两个线圈之间的磁耦合来传送足够的功率以对电子设备充电。一些实施例涉及可以用于发射功率以便传送给接收器线圈的螺旋形线圈的阵列。各种实施例可被称为PowerPad系统。一些实施例可以内含如下之一或多个：平面电感器、PCB变压器、以及甚高频电源。一些实施例还涉及具有允许产生均匀磁场的特性的平面电感器，以及内含这样的平面电感器的系统。

专利US 5,596,567公开了每一个配有在无线信道上通信的无线通信设备的电池充电器和电池组。该电池充电器从容纳在电池组中的存储器接收充电信息，以及当电池组与充电器电耦合时，依照接收的信息来启动再充电过程。

专利US 6,960,968公开了使用耦合电感器或变压器配置中的至少两个电隔离轴对准螺旋状导体来进行非接触功率传送的平面谐振器。然后，通过磁通量的耦合来实现信号或功率传送。还实现了电通量的耦合。第一和第二导体具有预定自谐振频率。谐振器在界面中并在预定频率存储电能；第一和第二导体以及界面被安排成允许跨过界面在第一和第二导体之间传送磁通量和电能。当谐振器可被编织成织物或附在人的衣服上时，该谐振器有助于在诸如蜂窝式电话或佩带式电子产品的设备中进行非接触电池充电。

A.Karalis、J.D.Joannopoulos、M.Soljacic的标题为“Efficientwireless non-radiative mid-range energy transfer”的文章调查了具有定域缓慢瞬逝场模式的长寿命谐振电磁状态的物理现象是否以及在什么程度上可被用于在甚至存在不相干环境物体的非可忽略距离上有效地传送能量。

发明内容

本申请人考察了这些现有技术的解决方案，认识到通过电磁波传送能量仍然有问题，因为电磁波在任意方向上辐射(因此，只能接收到有限量的能量)以及辐射模式远非均匀(因此，能够接收到的能量因点而变)，使得效率十分低。

克服这些问题的简单方式是增大辐射功率，但这种解决方案：(A)使能量浪费在环境中；(B)引起电磁干扰；以及(C)给暴露在其中的生物带来健康风险。

按照US 7,271,569的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且要求在发射器和接收器之间非常好地对准，以便在传送能量时实现合理程度的效率；另外，铁磁芯线圈的特定安排导致非均匀场以及对接收器的放置方向敏感。

按照US 2007/0279002和US 2008/0067874的解决方案基于发散辐射场，尤其是利用了感应现象，并且建议使用多条“载流导线”，以便生成一定程度均匀的场；不管怎样，尤其由于“导线”与能量接收器非耦合或弱耦合，能量被浪费。

在按照US 5,596,567的解决方案中，无线技术只用于数据传送而未用于能量传送。

按照US 6,960,968的解决方案基于发散辐射场(磁通量和电通量两者的耦合似乎都实现了)，并且建议使用谐振，以便在传送能量时实现合理程度的效率。

按照Karalis文章的解决方案将发散瞬逝电磁场波用于“中程”能量传送；为了在传送能量时实现合理程度的效率，在发射器和接收器之间使用了高阶谐振。这篇文章考虑的装置简单地由相互远离的两个环路组成。发射器(即，环路之一)不可避免地使其它类型的电磁波(和相关能量)，即，与近场辐射电磁场有关的那些电磁波和与远场辐射电磁场有关的那些电磁波发散。

本发明的主要目的是提供一种尤其适用于“短程”应用、就能量传送而言比现有技术的解决方案更有效的向电磁能量接收设备无线地传送能量的系统。

本发明的第一进一步目的是提供一种在电磁干扰方面不会造成问题的系统。

本发明的第二进一步目的是提供一种在由电磁辐射引起的健康风险方面不会造成问题的系统。

本发明的第三进一步目的是提供一种允许有一定自由度地放置电磁能量接收设备的系统。

本发明的第四进一步目的是提供一种安全的系统。

本发明的第五进一步目的是提供一种具有简单、经济的结构的系统。

本发明人决定将瞬逝电磁场用于能量传送；这样，从瞬逝电磁场的源开始，能量实际上可能只到达有限的距离。

本申请人设想使用电磁场的源，例如，线圈，但将除瞬逝电磁场以外的任何电磁场限制在外壳，例如，配有导电壁的外壳内；这样，几乎没有能量被浪费。

本申请人还设想控制发射的电磁场的空间分布；这是通过位于电磁能量接收设备将靠在其上的表面上的一个或多个适当孔来实现的。

一般说来，发射设备包含外壳和注入器；外壳(例如，盒状)通过导电壁限定内部空间；由生成电信号的振荡器供应的注入器(例如，线圈)适用于将电磁波注入这个空间(它通常也位于该空间内)；外壳的壁适合放置成与电磁能量接收设备(例如，内置在移动电话的电池组中)相邻，并且配有至少一个孔。如果电磁波的频率低于外壳的截止频率，以及如果所述孔的尺寸小于电磁波的波长，则瞬逝电磁场从所述孔发射，到达接收设备，并且不会传播得更远。

为了提供放置电磁能量接收设备的一定自由度，外壳的壁可配有多个孔；优选地，这些孔彼此相邻，并且具有六边形。

通过适当地选择一个或几个孔的尺寸以及孔的数量和位置(在多于一个孔的情况下)，可以非常精确地控制所发射的瞬逝电磁场的空间分布。

为了具有高性能，波的频率至少是截止频率的1/10是有利的，以及一个或几个孔的尺寸至少是波的波长的1/10是有利的。

为了避免可能的健康风险，波的频率小于100KHz是有利的；事实上，在这样低的频率上，甚至不需要测量SAR(比吸收率)。另外，在这样低的频率上，上述与频率和波长有关的条件总能被手持外壳和其上的任意孔满足。

至于安全性，该能量传送系统可配有用于检测是否有物体靠在外壳的发射壁上的传感器和/或用于测量所发射的瞬逝电磁场的传感器；这样，可以将该系统安排成仅在适当设备与该系统发生关联时才发射能量。

另外，可以配备用信号通知异常发射状况的告警设备。

附图说明

本发明的特征和优点可以从如下结合附图的描述中更明显看出，在附图中：

图1示出了波导、它的尺寸以及其中的场；

图2示出了受到电磁波辐射时其中带有孔的壁的行为；

图3示出了按照本发明的系统的方块图；

图4示出了图3的发射设备的详图；

图5示出了图3的振荡器的详细示意图；

图6示出了图3的能量接收设备的非常简单实现的示意图；

图7示出了图3的控制单元的方块图；

图8示出了描述图3的控制单元所提供的功能的流程图；以及

图9示出了可以用在按照本发明的系统中的孔的三种不同可能性。

不言而喻，如下描述以及附图不应被理解为限制本发明，而仅仅作为示范。

具体实施方式

电磁场的理论考虑

麦克斯韦方程是作为研究电磁现象的基础的一组四个微分方程。事实上，它们支配着电场和磁场的空间和时间演变；换句话说，它们表达了电场、磁场、电荷、电流、时间和空间坐标之间的关系。这些方程是众所周知的，如下所示：

\{\begin{matrix} &dtri; \cdot E = \frac{ρ}{{&Element;}_{0}} \\ &dtri; \times E = - \frac{&PartialD; B}{&PartialD; t} \\ &dtri; \cdot B = 0 \\ &dtri; \times B = μ_{0} J + {&Element;}_{0} μ_{0} \frac{&PartialD; E}{&PartialD; t} \end{matrix}

如果在开放空间中考虑电磁波的源，则这些方程提供了标识三个球形同心空间区域的E(电场)和B(磁场)的解。

其中D是发射电磁波的源的尺寸，λ是电磁波的波长(假设源发射波长相同的电磁波)，以及R是离开源中心的距离。

至于瞬逝波，它们的能量以脉动方式发射；该名称“瞬逝”是因为这种类型的电磁场随着离开源的距离而非常迅速地衰减(指数衰减)的事实。

应该强调的是，在所有三个区域中都存在三种类型的场；但是，在特定区域中只有其中之一占优势。

一般说来，源生成的电磁场取决于源的特性并取决于源所在空间的特性，并且可被认为是上述三种类型的场的叠加。

隐藏在本发明背后的一个概念是将“瞬逝场”用于传送能量的概念。

与本发明有关的第二个概念是使用导电外壳以便除了由“瞬逝场”引起的之外屏蔽任何其它对总电磁场的贡献的概念；电磁波是通过所谓的“注入器”，即，小天线注入导电外壳的。

与本发明有关的第三个概念是将这种导电外壳用作“瞬逝场”的源的概念；为了获得这种结果，导电外壳配有至少一个孔。

导电外壳事实上是被操作成不发生波传播的波导。

在图1中，示意性地示出了具有长方形截面(x-y平面-a＝宽度，b＝高度)和无限长度(z轴)的波导。在这样的波导中，存在所谓的“截止频率”(和相应的“截止波长”-众所周知，在波长λ与频率f之间存在λ＝c/f的关系)，低于截止频率的波是不会传播的。每种模TEmn的“截止波长”由如下公式给出：

λ_{c} : = \frac{1}{\sqrt{{(\frac{m}{2 \cdot a})}^{2} + {(\frac{n}{2 \cdot b})}^{2}}}

其中，“m”和“n”是传播模的下标。因此，“截止波长”不依赖于波导的长度(z轴)。

对于“TE10”模，λ_c：＝2·a；因此，“截止波长”只取决于波导的宽度“a”(x轴)。

按照亥姆霍兹方程，通过将波长等于λi的电磁波注入具有截止波长λ_c＜＜λi的波导(即，上述外壳)，注入的电磁波不传播(建立“驻波场”，或更一般地说，“准驻波场”)，以及在注入器附近，生成具有如下强度的瞬逝非辐射场E(x)：

E (x) = e^{i (ωt - kx)} &DoubleRightArrow; E (x) = e^{iωt - κx},

其中，“x”是离注入器的距离，“k”是波数，以及“κ＝ik”是瞬逝模的虚波数。

如果在上述状况下，在外壳的壁(沿着宽度延伸)，例如，图1中的上壁上配备一个孔，以及该孔是，例如，圆形并具有等于“r”的半径，则有可能预测瞬逝场如何随着离孔的距离而衰减。这种可能性在本发明中是非常有利的，因为它允许调整按照本发明的系统的工作范围，并因此降低了电磁干扰的风险、健康风险和与该系统相邻的电子设备的金属部分的发热。

参考图2，如果将具有波长λ(使得λ_c＜＜λ)的电磁波注入波导中，并引向具有半径r(使得r＜＜λ)的孔，则从孔发射的瞬逝场T(λ)按照(r/λ)⁴随着离孔的距离而迅速衰减。

实施例的一般描述

图3示出了按照本发明的系统的方块图。

存在由，例如，电池或稳压电源(两者都未示出)供电的振荡器OR，用于生成电信号，优选地是正弦电信号。

存在适用于发射瞬逝场的发射设备TCE。设备TCE包含通过由导电材料制成的壁限定封闭内部空间的外壳CS、和适用于将电磁波注入这个内部空间的注入器LR。

振荡器OR的输出端通过导电连线F与注入器LR的输入端连接。

图3的外壳CS是盒状的；但是，也可以是十分不同的形状；例如，可以具有诸如鼠标垫的垫子的形状。它的导电壁可以是，例如，金属实心壁，或被金属层覆盖的塑料实心壁。

注入器LR通常是位于外壳CS的内部空间内的线圈，除了将电磁波注入外壳CS的内部空间之外，其还与振荡器OR协作生成正弦电信号。

外壳CS的上壁EE包含用于发射瞬逝电磁场的多个相邻孔。孔的数量可以随实施例而变；最小数量是一个，而最大数量可以达到几千个。在图3中，示出了与每个孔的场相对应的波瓣；总瞬逝电磁场由单个场的叠加给出，并因此在上壁EE上方相当均匀并且具有有限空间范围。

孔的数量和尺度以及孔之间的距离影响发射的瞬逝电磁场的均匀性。优选地，将这些孔之间的距离减小到1或几毫米，并且这些孔具有约1cm(或几厘米)的相等半径。这些孔在表面上优选地是等间隔的。

外壳CS与一般取决于其尺寸和形状的“截止波长”λc相关联。

正弦电信号处在与波长λ相对应的频率f上。这个信号可能是非完美正弦；在这种情况下，该信号与窄带宽相关联，并且上述频率f是带宽的中心频率；使用单个频率或极窄带宽是有利的，因为降低了干扰的风险。应该注意到，本发明不排除振荡器在不同频率上生成多个正弦电信号；在这种情况下，对振荡器的每个频率重复有关上述频率f的所有考虑。

该一个或几个孔具有尺寸r；如下文更多描述的，该一个或几个孔可以具有不同形状；如果孔是圆形，则r是它的半径，如果孔是正方形或长方形，则r是它的对角线，如果孔是六边形，则r是包含该六边形的圆的半径，如此等等。通常，当使用多个孔时(像图3和图4中那样)；每个孔具有相同的形状和尺寸；不管怎样，这都不是严格必要的。

这些量之间的最小关系如下：

λ＞λ_C 以及 r＜λ

但优选地是如下关系成立：

λ＞＞λ_C 以及 r＜＜λ

其中“＜＜”对应于大于10的倍数；由于这些关系，从壁EE的孔中发射瞬逝场。

按照图3的实施例的系统进一步包含控制单元CC，控制单元CC通过连线P与设备TCE电连接，并通过两条连线I和C与振荡器OR电连接；这些连接的含义将在下面说明。

所发射的瞬逝电磁场由不属于按照本发明的系统的电磁能量接收设备RCE接收。

在图3的实施例中，设备RCE内置在移动电子设备DR，尤其是移动电话的电池组BT内。将设备RCE(以及电池组BT和设备DR)放置在与发射瞬逝场的壳壁EE相邻的地方；尤其是，将设备DR的外壳靠在壁EE上，使设备RCE与设备TCE非常接近。

应当注意到，在图3中，为了使图形表示清楚起见，设备TCE和RCE之间的距离被夸大了。

连线C用于将电信号从单元CC发送到振荡器OR，以便控制其输出端上的正弦信号的振幅；具体地，在最简单情况下，这条连线用于“开”和“关”振荡器OR，这分别对应于“最大振幅”和“零振幅”(即，无正弦信号)。

连线P用于将电信号从设备TCE发送到单元CC，以便提供与靠在壁EE上的物体的存在有关的信息。这个信息可以是，例如，物体的重量，或简单地，重量超过某个值的物体的存在；这样的检测可以通过，例如，一个或多个重量传感器来实现；取代重量传感器或除了重量传感器之外，还可以使用光学传感器。

连线I用于将电信号从振荡器OR发送到单元CC，以便提供与由设备TCE发射并由设备RCE接收的瞬逝场的强度有关的信息。

应当注意到，这种场的强度不仅取决于振荡器OR、注入器LR和壁EE，而且还(明显)取决于与壁EE相邻放置的物体。事实上，如果未在发射的电磁波的频率上谐振，则该物体的行为将像高或中等阻抗负载，并且强度将较低；如果发生谐振，则该物体的行为将像低阻抗负载，并且强度将高；如果是例如一片金属，则该物体的行为像短路，并且强度将极高。

场强与振荡器OR提供给注入器LR的正弦电信号的振幅成比例；该振幅又可能与，例如，振荡器OR的功耗成比例。

与场强有关的信息可用于确定例如什么类型的物体靠在壁EE上。事实上，应当将设备RCE设计成在发射的瞬逝场的相同频率上谐振，并因此让设备TCE发射高能场。如果没有东西靠在壁EE上，则场强将低；如果动物或人手靠在壁EE上，则场强将中等；如果一片金属靠在壳壁EE上，则场强将极高。

与物体的存在有关的信息(由连线P传送)以及它的性质(由连线I传送)可以被单元CC用于提供安全特征；事实上，按照本发明的系统不辐射生物(即，停止电磁发射)和/或当在电磁水平上发生“短路”时停止电磁发射是有利的。

实施例详述

图4示出了图3的设备TCE的更详细示意图。

外壳CS是金属和盒状的，并且一些重量传感器SP位于其下(在图4中只示出了其中的两个)；这些传感器都与连线P电连接。

上壁EE包含具有多个紧密相邻的六边形孔的金属材料的矩阵M、和正好在矩阵M上面的电隔离材料的隔离实心壁；这样对避免小物体和/或颗粒从孔进入内部空间有好处。

按照一个特定实施例，当工作在例如95KHz频率上时，外壳可以具有尺度20×25cm的上壁，具有1cm相等半径的孔，相邻孔之间的距离(金属或金属化材料的宽度)为大约1mm。

可替代的是，对于像桌子或办公桌那样的嵌入式工作表面，外壳CS可以具有，例如，十分之几厘米或甚至几米的尺度，按照振荡器OR的工作频率和特定应用(要供电/充电的物体的尺度)，孔的尺度可以从1mm到几厘米，例如，3cm，而孔之间的距离可以从0.5mm到几毫米，例如，5mm。

注入器LR由具有第一端子FA、第二端子FC和中间抽头FB的扁平线圈组成；这些端子都与连线F电连接。

注入器LR通过电隔离垫片DS与外壳CS的下壁隔开。这样，只有非常有限的能量通过感应被传送到金属下壁。

图5示出了图3的振荡器OR的示意图。这个图形还示出了如与振荡器OR(连线C和I)连接的单元CC、和如与振荡器OR(连线FA，FB，FC，对应于图3的连线F)连接的注入器LR。

图5的振荡器是罗耶(Royer)振荡器；电容器CR与电感器LR(即，位于外壳CS的空间内的注入器)并联，以便形成谐振器或谐振电路；两个晶体管M1和M2(具体是MOSFET晶体管)交替地和重复地闭合和打开，使得流入谐振器的电流重复反向；谐振器的振荡频率由电容器CR和电感器LR的值决定(即，)。振荡器通过输入端AL接收来自电池或来自稳压电源(两者都未显示在图中)的DC电力。将滤波电解电容器C1与输入端AL并联是有利的。电感器LR的中间抽头FB通过电感器LFC(属于振荡器)与单元CC的输出端C连接；当单元CC的输出端C接地时，振荡器不能振荡，当单元CC的输出端C处在电源电压电平上时，振荡器能够振荡。将单元CC的输入端I与对振荡器供电的供电装置的正端连接。

按照图5的特定实施例，工作频率是95KHz，电容器CR是330nF，电感器LR是8.6μH，以及谐振电路的Q值优选地很高。此外，由于低振荡频率，这样的振荡器相当稳定，无需使用石英。

图6示出了图3的设备RCE的非常简单实现。其被分解成两个部分。

在左侧，存在接收电磁波并将其转换成非交流电流(的确，是脉动电流)的基本部件。这个部分由并联的电感器LRR和电容器CRR以及用于整流电流的二极管DSCH(具体地，肖特基二极管)组成；振荡频率由电感器LRR和电容器CRR的值给出(即，

)，在理想情况下，设备TCE的频率与设备RCE的频率应当相同，以便使能量传送最大化。取代简单二极管，可以有利地使用二极管电桥来增大在这个第一部分的输出端上提供的电力。

按照图6的特定实施例，工作频率是95KHz，电容器CRR是180nF，电感器LRR是15.76μH，以及谐振电路的Q值优选地很高。应该注意到，电容器CRR小于电容器CR以及电感器LRR大于电感器LR，而两个谐振电路的工作频率相同；这样，更易于将接收设备的电容器集成到小型便携式电子设备中。

在右侧，存在用于将脉动电流转换成恒压DC电流的基本部件；由于接收电磁波所产生的电信号可能发生变化，所以电压的调节是重要的。这个部分由并联的电容器CRF和二极管DZ(具体地，齐纳二极管)组成。取代这种简单电路，可以使用更复杂和更有效的电路，例如，降压转换器。

图7示出了图3的单元CC的方块图。按照这个实施例，如果重量传感器未测量到任何明显重量(即，没有东西靠在壁EE上)，或如果流入振荡器OR的电流(来自电源)小于预定下阈值(即，靠在壳壁EE上的东西不谐振，因此其行为不像低阻抗负载，因此未接收到许多电磁能，因此振荡器未产生许多电磁能)，则单元CC关闭振荡器OR。

首先，参考图8的流程图描述图7的单元CC提供的功能。

在某个时刻，启动单元CC的监视过程(步骤S80)。检验通过连线P来自重量传感器的信号(步骤S81)；如果未检测到重量(回答“否”)，则继续监视重量；否则(回答“是”)，打开振荡器OR(步骤S82)；此后，检验通过连线I来自振荡器OR的信号(步骤S83)；如果流入振荡器OR的电流足够大(回答“是”)，则使振荡器OR继续开着，并正式开始传送，例如，对电池组充电的能量(步骤S84)；否则(回答“否”)，关闭振荡器OR(步骤S85)；此后，当不相干物体被放置在发射表面EE上时，将告警器激活N秒(步骤S86)；此后，手动按下复位按钮(步骤S87)，并且可以从头开始重新启动该过程(步骤S81)。

图7的电路适用于与连线P传送的电压信息和连线I传送的电流信息相关地将从连线I(与振荡器OR内部的电源的正端连接)接收的电源电压与连线C(基本上，振荡器OR，更具体地说，通过电感器LFC与线圈LR的中间抽头)连接/断开。

这个电路包含两个光电双向晶闸管PT1和PT2(光电双向晶闸管是4端子受控开关)；光电双向晶闸管PT1受从连线P接收的电压信号控制；光电双向晶闸管PT2受从OR门OG输出的电压信号(OT2)控制；光电双向晶闸管PT1和PT2的主导电路径与连线I串联。如果连线P上的电压低(发射壁EE上没有重量)，则光电双向晶闸管PT1打开，因此，由于电源电压不能到达线圈LR的中间抽头，所以振荡器OR不能振荡。

光电双向晶闸管PT1和PT2之间的中间抽头与可编程计时器TMP的输入端IT连接；计时器TMP具有与OR门OG的输入端之一连接的输出端OT。当在计时器TMP的输入端提供正电压时，在它的输出端上生成预定持续时间(例如，几秒)的正电压脉冲。这意味着，一旦在图7的电路的输入端上提供电源电压，随着OR门OG的输入端之一变成高电平，因此它的输出也变成高电平，因此驱动光电双向晶闸管PT2的控制输入端，所以光电双向晶闸管PT2也闭合。

因此，起初，当电源电压与连线I连接时，并且如果重的物体靠在壁EE上，则光电双向晶闸管PT1和PT2两者都闭合，并且电源电压可以到达线圈LR的中间抽头(通过设备VTD和电感器LFC)。

光电双向晶闸管PT1和PT2的串联连线的输出端与设备VTD的主输入端IM连接；设备VTD具有与连线C连接的主输出端OM和状态输出端OO；它的主输入端IM通过内部电流检测器(例如，基本上，极小值感测电阻器)与它的主输出端OM连接；内部电流检测器和与之连接的内部电压阈值检测器在状态输出端OO上提供电压信号，如果检测的电流超过预定值，即，下阈值，则该电压信号为高，而如果检测的电流未超过该预定值，则该电压信号为低。

正如已经说明的那样，供电装置供应给振荡器OR的电流的值与由设备TCE发射并由设备RCE接收的电磁场的强度成比例；因此，上述比较允许确定是否有谐振物体靠在壁EE上。

状态输出端OO与OR门OG的另一个输入端连接；因此，当有谐振物体靠在壁EE上时，即使在计时器TMP生成的脉冲结束以及能量被从设备TCE传送到设备RCE之后，光电双向晶闸管PT2也保持闭合。

设备VTD的两个输出端OM和OO与NAND门NG的两个输入端连接；门NG的输出端通过连线A与告警信号通知设备LRM连接；信号通知可以通过光和/或声音指示来进行。当满足如下两个条件时，激活告警器：(1)重的物体靠在壁EE上(即，主输出端OM为高)；以及(2)存在发射的电磁场但很弱(即，状态输出端OO为高)。

应该注意到，当按照本发明的系统被用作电池充电器时，图7的电路还提供自动“关断”功能。事实上，当电池被设备RCE充满电时，设备TEC不提供电力或提供极少电力，因此，振荡器OR不使用电流或使用很少电流；当发生这种状况时，设备VTD的状态输出端OO变低，振荡器OR被关断。

可以将附加特征加入图7的电路中。事实上，如果设备VTD不仅能够将输入电流与下阈值进行比较，而且能够与上阈值进行比较，则还能够与电磁场被短路(例如，金属物体靠在壁EE上)时的条件相关地激活/停用告警器和振荡器两者；这个条件可能损害，例如，振荡器，因为极大的电流将流过它的部件。

正如已经提到的那样，孔可以具有不同形状；图9示出了三种不同可能性：多个紧密相邻的正方形孔MQ(图9A)、多个紧密相邻的圆形孔MC(图9B)、以及多个紧密相邻的六边形孔ME(图9C)。

即使可以使用所有这些可能性(和许多其它可能性)，但最有利的解决方案是使用六边形孔的那种。

事实上，圆形孔使一定程度的区域封闭并因此不辐射。

正方形孔与六边形孔之间的差异在于两种导电多边形的相邻边之间的角度：对于正方形孔，这个角度是90°，而对于六边形孔，这个角度是120°。由于角度是电磁场的损耗源的事实，角度越小，损耗越大。

可替代实施例

本发明的上述实施例可以以许多不同方式加以改变。

外壳的形状和尺寸可以十分不同于图3和图4的形状和尺寸。

注入器可以包含不止一个线圈；在一组线圈的情况下，该系统可以包含单个振荡器或相应的一组振荡器。

注入器的线圈可以具有圆形、长方形或其它形状，并且可被安排成二维或三维。

取决于实施例，从能量发射设备到能量接收设备的距离可以从约1mm到几厘米变化。

取决于发射表面的尺寸，可以将一个或多个能量接收设备与能量发射设备相关联。

振荡器可以适用于生成不同振幅(例如，2，3，4或更多个不同值)的正弦电信号；在这种情况下，控制单元可以适用于确定所生成的正弦信号的振幅。

该系统另外可以包含接通/断开开关和/或唤醒/睡眠按钮(这也可以用于将系统复位)。

最后，应该注意到，由于按照本发明的系统所产生的干扰极低，所以完全可以在电子设备从这样的系统接收能量的同时使用它们；例如，可以一边将移动电话靠在发射设备上对它充电，一边使用它。

Claims

1.一种用于无线地传送能量的系统，包含：

-通过多个外壳壁来限定内部空间的外壳(CS)，所述外壳的至少一个壁(EE)适合被放置成与电磁能量接收设备(RCE)相邻；

-生成电信号的振荡器；以及

-由所述振荡器供电、适用于将电磁波注入所述空间的注入器(LR)，

其中，截止频率(f_c)和截止波长(λ_c)与所述外壳(CS)相关联，

其中，波的频率(f)和波的波长(λ)与所述电磁波相关联，

其特征在于，

所述多个外壳壁是导电壁，

所述波的频率(f)低于所述截止频率(f_c)，

以及

所述外壳的所述至少一个壁(EE)包含至少一个孔(M)，

其中，所述至少一个孔(M)具有小于所述波的波长(λ)的尺寸(r)，以便从所述至少一个孔(M)发射瞬逝电磁场。

2.按照权利要求1所述的系统，其中，所述外壳的所述至少一个壁(EE)包含彼此相邻的多个孔(M)，其中，所述孔(M)的每一个具有小于所述波的波长(λ)的尺寸(r)，以便从所述孔(M)发射瞬逝电磁场。

3.按照权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个孔(M)的形状是六边形。

4.按照权利要求1所述的系统，其中，所述波的频率(f)至少是所述截止频率(f_c)的1／10。

5.按照权利要求1或2所述的系统，其中，所述一个或多个孔(M)的尺寸(r)至少是所述波的波长(λ)的1／10。

6.按照权利要求1所述的系统，其中，所述波的频率(f)小于100KHz。

7.按照权利要求2所述的系统，其中，所述孔具有包含在1毫米和3厘米之间的尺寸，以及相邻孔之间的距离包含在0.5毫米和5毫米之间。

8.按照权利要求2所述的系统，其中，所述孔在所述外壳的所述至少一个壁(EE)上等距离隔开。

9.按照权利要求1所述的系统，其中，所述注入器包含位于所述内部空间内的至少一个线圈(LR)，以及所述系统进一步包含与所述至少一个线圈(LR)连接(F)以便向其提供电能的振荡器(OR)。

10.按照权利要求9所述的系统，其中，所述线圈(LR)与所述外壳壁隔开(DS)。

11.按照权利要求1所述的系统，进一步包含用于检测是否有物体靠在所述外壳的所述至少一个壁(EE)上的至少一个传感器(SP)。

12.按照权利要求11所述的系统，其中，所述至少一个检测传感器(SP)是重量传感器。

13.按照权利要求9、11、12中的任意一项所述的系统，进一步包含与所述振荡器(OR)并与所述至少一个检测传感器(SP)连接的控制单元(CC)，适用于与从所述至少一个检测传感器(SP)接收的信号相关地控制提供给所述至少一个线圈(LR)的电能。

14.按照权利要求1所述的系统，进一步包含用于测量发射的瞬逝电磁场的传感器(VTD)。

15.按照权利要求9或14所述的系统，其中，所述测量传感器(VTD)是以测量其电能消耗的方式与所述振荡器(OR)连接的电流传感器。

16.按照权利要求14所述的系统，进一步包含与所述振荡器(OR)并与所述测量传感器(VTD)连接的控制单元(CC)，适用于与从所述测量传感器(VTD)接收的信号相关地控制发射的瞬逝电磁场。

17.按照权利要求1所述的系统，进一步包含告警设备(LRM)，适用于当发射的瞬逝电磁场在预定下阈值之下和／或在预定上阈值之上时，用信号通知。