CN110114952A

CN110114952A - 球和套管无线功率传送系统

Info

Publication number: CN110114952A
Application number: CN201680090931.2A
Authority: CN
Inventors: 许树源; 张骋
Original assignee: University of Hong Kong HKU
Current assignee: University of Hong Kong HKU
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: CN110114952B; US20190319487A1; US11502543B2; WO2018090318A1

Abstract

提供用于以球‑和‑套管类型结构的无线功率传送（WPT）的方法、装置和系统。球和球‑套管结构可以包括具有各种形状的导电绕组和导电板，以在球在球‑套管之内移动或旋转时在不同角度上优化WPT。可以合并电容耦合和电感耦合中的一个或二者。

Description

球和套管无线功率传送系统

背景技术

一个世纪前Nicola Tesla报告了基于两个环谐振器的磁谐振和近场耦合的无线功率传送。如Tesla所倡导的，无线功率传送（WPT）可以是辐射性或非辐射性的，这取决于能量传送机制。辐射功率可以从天线发射，并且通过介质（诸如真空或空气）在长距离（即，比天线的尺寸大得多的距离）上以电磁波的形式传播。然而，由于辐射功率发射的全向性质，能量传送效率非常低。非辐射性WPT依赖于导电回路的近场磁耦合，并且可以在功率源与负载之间的传输距离大于线圈-谐振器的尺寸时应用于短距离和中距离情境中。

自从20世纪60年代以来WPT已经是对于用于医学植入物的经皮能量系统的活跃的研究话题，并且自从20世纪70年代以来是对于感应加热器的活跃的研究话题。对于现代短距离应用，用于诸如移动电话之类的便携式装备的感应功率传送（IPT）系统和无线充电系统已经吸引了许多注意。用于便携式电子设备的无线充电技术已经通过现在包括世界范围上超过200个公司的无线功率联盟发起“Qi”标准而达到商业化阶段。

发明内容

尽管有无线功率传送（WPT）的领域中的发展，但是仍然有针对应用WPT以及使其更高效的新的方式的需要。本发明的实施例寻求解决这些问题中的一个或多个并且改进无线功率传送领域。

本发明的实施例包括用于无线功率传送（WPT）的方法、装置和系统。更具体地，本发明的实施例包括用于以球-和-套管类型结构的WPT的方法、装置和系统。本发明的实施例可以合并电容耦合、电感耦合或二者。

球-和-套管接合件包括附着到球的棒以及容纳球结构的球-套管。球结构可以在球-套管内部在宽范围角度上移动。本发明的实施例包括在球和球-套管结构内合并WPT发射器和接收器结构。WPT发射器或接收器可以位于球结构内，所述球结构包括球和棒。同样，WPT发射器或接收器可以位于球-套管结构内，所述球-套管结构包括球-套管以及其棒或底座。

在本发明的实施例中，至少一个绕组可以适合于球结构内，并且至少一个绕组可以适合于球-套管结构内。任一绕组可以用于无线功率发射和接收，以使得双向无线功率流是可能的。发射器绕组和接收器绕组应该是电隔离的。发射器线圈和接收器线圈可以在宽的各种角度上发送和接收功率，而同时维持高功率传送效率。此外，球和套管接合件的性质允许球-套管内的球结构的旋转（除了角度移动之外），而不中断无线功率传送。

无线功率可以通过电感耦合、磁谐振和电容耦合而在球结构和球-套管结构之间被传送。在应用电容式WPT的本发明的实施例中，可以使用导电板，而不是绕组。除了功率之外，本发明的实施例还可以经由电容或电感耦合来传送数据。

本发明的潜在应用包括机器人臂、台灯和其中需要传送电功率的其他移动和铰接结构。连接到功率接收元件的负载可以是直接负载，功率可以被传送到调节接收功率的电气电路，并且功率可以被传送到对电池或其他功率存储介质进行充电的电气电路。在一个方面中，本发明通过消除对于在重复弯曲和移动之后可能失效的导电线的需要而在现有技术上进行改进。

附图说明

图1是以滑动环结构的初级和次级绕组布置的图示。

图2是用于无线功率传送的以滑动环结构的两个共轴绕组的图示。

图3是雷达系统中用于无线功率传送的两个共轴绕组的图示。

图4A是根据本发明的WPT球-和-套管接合件的图示（其中球结构和球-套管结构中的绕组被暴露以用于图示）。

图4B是突出被嵌入在根据本发明的实施例的电感式球和套管WPT系统的球结构和球-套管结构中的绕组的图示。

图5（A）直到5（E）示出嵌入在根据本发明的球结构内的WPT绕组的若干示例。

图6（A）直到6（D）示出嵌入在根据本发明的球-套管结构内的WPT绕组的若干示例。

图7示出根据本发明的实施例的球绕组（内部）和球-套管绕组（外部）的位置。

图8是基于电感耦合和磁谐振的典型WPT系统的等效电路图。

图9A是根据本发明的实施例的基于电容耦合的球和套管WPT系统的图示（示出球结构和球-套管结构上的导电板的展开图）。

图9B是基于电容耦合的球和套管WPT系统的示图（示出球结构和球-套管结构上的导电板的展开图）。

图10是基于电容耦合的典型WPT系统的等效电路图。

图11示出具有用于优化的角度变量的绕组设计的图示。

图12示出根据本发明的实施例的在球和套管WPT系统中使用的不规则线圈（包括球线圈和套管线圈上的段向量）。

图13（A）示出根据本发明的实施例的没有位移角的对于α＝0、β＝90°、γ＝0和δ＝90°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置。

图13（B）示出根据本发明的实施例的具有45°位移角的对于α＝0、β＝90°、γ＝0和δ＝90°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置。

图14是图13中示出的两个线圈之间的计算互感和测量互感对位移角的图。

图15（A）示出根据本发明的实施例的没有位移角的对于α＝104.4°、β＝167.4°、γ＝7.2°和δ＝93.6°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置。

图15（B）示出根据本发明的实施例的具有45°位移角的对于α＝104.4°、β＝167.4°、γ＝7.2°和δ＝93.6°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置。

图16是图15中示出的两个线圈之间的计算互感和测量互感对位移角的图。

图17A是根据本发明的实施例的嵌入在电感式球和套管WPT系统的球结构内部的导电绕组的照片。

图17B是球-套管结构中容纳的图17A的球结构的照片。

图18是对于图17B中示出的WPT系统的能量传送效率对位移角的图。

图19（A）和19（B）是如应用于在两个不同位置中示出的可调整角度的发光二极管的根据本发明的实施例的球和套管WPT系统的图像。

具体实施方式

本发明的实施例包括可以应用于球-和-套管接合件的WPT方法、装置和系统。本发明的实施例可以合并磁感应、磁谐振和电容耦合。

现有技术教导了用于将WPT应用于机械结构的一些技术。例如，在图1中示出了在固定3和旋转部分4上具有初级1和次级2绕组的机械滑动环10。初级绕组1缠绕在机器的静止（固定）部分3上。次级绕组2缠绕在可以旋转的电机轴5上。在初级绕组1和次级绕组2之间存在气隙6。注意到，初级绕组1和次级绕组2共享相同的轴，并且该轴是固定的。在该滑动环布置中，初级1和次级绕组2的相对位置维持相同，而不管电机轴5的旋转速度如何。

图2图示现有技术的WPT系统的第二示例，并且包括具有放置在旋转机械结构的两侧上的发射器和接收器绕组的旋转变压器20，所述发射器和接收器绕组也共享相同的旋转轴。如同图1的示例那样，两个绕组被共轴固定（即，它们共享相同的轴，并且它们的轴不能相对于彼此改变）。类似的思想可以应用于旋转系统，诸如图3中示出的雷达系统30。图3中的雷达系统30包括旋转轴33，以及分别安装在雷达系统30的静止和旋转侧上的共轴初级绕组31和次级绕组32。

图4A和4B示出根据本发明的实施例的球-和-套管WPT系统的示例。图4A和4B示出球结构42和球-套管结构41。球结构42包括第一导电绕组48和连接到球45的球棒46。套管结构41包括第二导电绕组47和连接到套管棒43的球-套管44。球45位于形成光滑界面的球-套管44内，所述光滑界面允许旋转以及所有方向上的移动。可以使用的材料包括金属、塑料、硅基材料和陶瓷，并且可以在球-套管接合件内提供润滑剂以进一步减少摩擦。

图5（A）直到5（E）示出可以嵌入在本发明的球结构内的不同导电绕组的示例。图6（A）直到6（D）示出可以嵌入在根据本发明的球-套管结构内的导电绕组的示例。在图5和6中，“叉”（X）是指进入平面的电流，并且“点”是指从平面出来的电流。然而，对于电感功率传送（IPT）而言，高频交流电（AC）将流过绕组，并且电流方向将交替。

图5（A）示出具有嵌入在球的下半球的表面（与球棒相对）附近的导电绕组的球结构。图5（B）示出嵌入在球的上半球上的导电绕组。图5（C）示出以环形方式在球的赤道平面上（在垂直于球-棒的平面上）形成的导电绕组。图5（D）示出棒内的内部绕组放置的另一个示例，其中绕组围绕球-棒的轴缠绕，垂直地或水平地堆叠，而不一路延伸到球的顶部和侧部表面。图5（E）示出球的表面绕组的另一个示例。如图5（E）中所见，绕组可以在球的赤道平面处开始，并且从赤道平面向上和向下延伸（例如，从赤道平面向上、向下或向上和向下二者10、20、30、40、50、60、70和80度），而不到达球的顶部或底部。本发明的实施例还可以将附加绕组结构包括到图5（A）到5（E）中示出的那些，包括图5（A）到5（E）的绕组结构的组合。

图6示出绕组可以如何被合并在本发明的套管结构中的若干示例。图6（A）示出在球-套管的壁架上赤道平面上地放置的绕组。图6（B）示出恰好放置在球-套管的底部半球的内表面下方的绕组。图6（C）示出其中绕组被放置在球-套管的表面附近而没有绕组一路延伸到球-套管的赤道或底部的实施例。图6（D）示出其中导电绕组被放置在球套管的壁架上并且部分延伸到球-套管自身中的另一个示例。本发明的实施例还可以将附加绕组结构包括到图6（A）到6（D）中示出的那些，包括图6（A）到6（D）的绕组结构的组合。再一次，嵌入在球结构和球-套管结构内的绕组可以被用作本发明中的发射器和接收器线圈二者，从而允许双向功率流。

根据本发明的实施例，用于无线功率传送的装置可以包括球和球-套管，所述球包括第一导电绕组，所述球-套管包括第二导电绕组。第一导电绕组应与第二导电绕组电隔离。

第一导电绕组和第二导电绕组可以均采取球形的表面的一个或多个部分的形状。例如，第一导电绕组和第二导电绕组可以均采取半球、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球的形状。

球形可以被定义为具有在90度处的顶部（远离套管开口或者朝向棒）以及在-90度处的底部，其中赤道线是0度。球形的带或部分中的每个可以跨越一个范围，所述范围具有以下值中的任何作为端点（在端点的一个或二者前面有或没有“大约”），尽管实施例不限于此（所有数字值以度计）：0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、-5、-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40、-45、-50、-55、-60、-65、-70、-75、-80、-85和-90。例如，以半球形状的绕组可以范围从0度到90度。在第二示例中，绕组可以采取从15延伸到-15度的球形的表面上的带的形状。在第三示例中，从15延伸到-15度并且具有第一半径的第一带可以放置在第二带内，第二带从15延伸到-15度并且具有第二半径，第二半径大于第一半径。在第四示例中，绕组可以包括从90延伸到60度的半球帽结合从10度延伸到-10度的带。在第五示例中，绕组可以具有从30度延伸到40度的第一带和从10延伸到20度的第二带。

球-套管的绕组可以被部分或完全包括在球-套管的壁架内。球和球-套管的绕组可以采取完全或部分相对半球（见图15）或者完全或部分共心半球（如图13中所示）的形式。球或球-套管的导电绕组还可以延伸到其相应棒或支撑结构中。球形的半径和导电绕组的厚度可以基于球-和-套管接合件的大小和应用而确定。

当球结构旋转时，球绕组和球-套管绕组的轴可以指向不同方向。这中的一个示例在图7中示出，其中球-套管绕组71被示出覆盖球绕组72，而其轴定位在不同的角度。

现在将对构成本发明基础的科学原理进行调查。将作出某些假设以简化分析，诸如装置尺寸和角度约束。然而，这些假设仅被做出以用于简化实验调查，并且应该清楚的是本发明的实施例不以任何方式被这些假设限制。

图8是基于电感耦合和磁谐振的典型WPT系统的等效电路图。电容器（C_Tx或C_Rx）通常在每一个线圈（电感器）中使用以形成谐振腔，因为在WPT系统中，当WPT系统在其谐振频率处或在其谐振频率附近操作时，能量传送效率可以增加。可以从发射器线圈传送到接收器线圈的功率与操作频率、发射器（Tx）和接收器（Rx）线圈之间的互感以及发射器线圈电流的平方成比例：

其中M是Tx和Rx线圈之间的互感，是AC源的操作频率，并且I_Tx是Tx线圈激发的电流。系统中的电流和电压可以通过以下方程来计算：

其中R_Tx是发射器电路的总串联电阻，X_Tx是发射器电路的总串联电抗并且等于，如果补偿电容器如图8中图示的那样被串联连接的话。R_Rx和X_Rx是用于接收器电路的参数，M是Tx和Rx线圈之间的互感，I_Tx和I_Rx是流过发射器和接收器电路的电流，并且V_Tx是施加到发射器电路的AC电压。代替球结构和球-套管结构中的绕组，两个导电板可以用于形成电容器，并且WPT可以通过电容耦合来被实现。

图9A和9B示出合并电容耦合的球-和-套管WPT装置的图示。图9A和9B具有剖面，以使得球-套管结构导电板91和92以及球结构导电板93和94可以被看见。也就是说，本发明的实施例可以包括上部球-套管结构导电板91、底部球-套管结构导电板92、上部球结构导电板93和底部球结构导电板94。在图10中示出诸如图9A和9B的那些的电容式WPT系统的等效电路。导电板可以由铜、铝或具有低电阻的其他金属或合金制成。

第一导电板（其可以具有多个不同的部分）可以位于球中，并且第二导电板（其可以具有多个不同的部分）可以位于球-套管中。第一导电板和第二导电板可以均采取球形的表面的一个或多个部分的形状。例如，第一导电板和第二导电板可以均采取半球的表面、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球的形状。

球形可以被定义为具有在90度处的顶部（远离套管开口或者朝向棒）以及在-90度处的底部，其中赤道线在0度处。球形的表面上的带或部分中的每个可以跨越角度的一个范围，例如具有以下值中的任合作为端点（在端点的一个或二者前面有或没有“大约”），尽管实施例不限于此（所有数字值以度计）：0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、-5、-10、-15、-20、-25、-30、-35、-40、-45、-50、-55、-60、-65、-70、-75、-80、-85和-90。例如，以半球表面的形状的板可以范围从0到90度。在第二示例中，板可以采取从15延伸到-15度的球形的表面上的带的形状。在第三示例中，从15延伸到-15度并且具有第一半径的第一带可以被放置在第二带内，第二带从15延伸到-15度并且具有第二半径，第二半径大于第一半径。在第四示例中，板可以包括从90延伸到70度的半球帽结合从10度延伸到30度的带，类似于图9A和9B中所示出的那个。在第五示例中，板可以具有从30度延伸到40度的第一带和从10延伸到20度的第二带。

球-套管的板可以被部分或完全包括在球-套管的壁架内。球和球-套管的板可以采取完全或部分相对半球（见图15）或者完全或部分共心半球（如图13中所示）的形式。球或球-套管的导电板还可以延伸到其相应棒或支撑结构中。球形的半径和板的厚度可以基于球-和-套管接合件的应用而确定。

可传送的经由电容存储的功率是：

其中C是Tx和Rx电极之间的电容，并且V_Tx是施加在Tx电极上的AC电压。对于平面电极而言，电容可以通过以下方程来计算。

为了最大化用于电容式WPT的电容，球结构中的导电层和球-套管结构中的导电层之间的距离（d）应尽实际上可能地小，并且发射器和接收器导电板的重叠区域（A）应尽可能大。

因为电感受绕组的大小、形状、数量以及取向影响，所以在依赖于IPT的本发明的实施例中在效率和功率传送中可以有显著变化。因此，应仔细检查绕组设计以最小化在宽角度范围上的两个绕组之间的互感的波动。考虑到球-和-套管接合件的性质，最实际的实施方式是在球结构和球-套管结构二者的表面附近缠绕线圈。可以由在图11中规定并且在表I中制成表的参数来定义对称绕组方案。

表I.球和套管中的嵌入的线圈的参数

为了产生对于不同因素如何影响功率传送和效率的基础理解的简化模型，已经做出若干假设。第一，对于该调查，假设球-套管中的绕组不覆盖多于半球（当然，本发明的实施例可以包括多于恰好是半球的绕组）。第二，假设线圈被沿垂直轴对称地缠绕，如图11中所示（当然，本发明的实施例可以包括不关于垂直轴对称的绕组）。由于绕组的对称性，因此仅需要一个位移角θ来标识球和球-套管的绕组之间的相对位置。

因此

其中，如图11中所示的那样规定角度变量α、β、γ和δ。

转向两个线圈，在图12中示出的球线圈Cb和套管线圈Cs，绕组是不规则的。因此，难以导出方程来直接计算自感和互感值。计算可以基于纽曼公式（Neumann’s formula）。

其中L_m,n是两个一般线圈m和线圈n之间的电感。当m=n时，计算自感。如果不使用磁性材料，则μ₀是真空磁导率。X_m和X_n是沿线圈m和n的无穷小长度矢量。当计算自感时以及当时，积分中的分母可以近似为零。在这样的情景中，需要特殊处理技术。以下方程可以用于替换奇点处的部分元素。

其中L_p是线圈的一段的部分电感，等于导线的离散矢量元素的长度，并且ρ是导线的横截面的半径。

球线圈Cb和套管线圈Cs的轨道可以被生成并存储在矢量阵列中。假设阵列中的每个段具有相同的长度。因此，L_p的值是固定值。

当纽曼公式（8）应用于图12中的设置时，球线圈C_b和套管线圈C_s之间的互感是所有部分电感值的总和：

对于每个线圈的自感，方程（9）用于确定当i=j时的一个部分电感值。每个线圈L_C的自感方程是所有部分电感值的总和：

一般自感方程（13）应用于图12中的球线圈C_b和套管线圈C_s二者。

在球接合件的任何给定机械结构的情况下，内部和外部半径被确定。因此，可优化的参数是四个角度变量α、β、γ和δ。由于方程是复杂的，因此遗传算法用于找到线圈的起始和结束点的最优值。为了最小化在球-套管内的球结构的宽角度移动上的互感的变化，利用一系列θ值计算互感值。假设获得了K个不同角度位置处的互感值，则互感的均值为：

这些K个电感值的标准差为：

适应度函数被定义为：

被采用来优化目标函数的遗传算法被定义为：

执行仿真和实验来评估、优化和最终确定用于本发明的不同实施例的物理结构。首先确定球接合件的物理尺寸。假设球线圈半径是4 cm，并且套管线圈半径是5 cm。导线的横截面半径被假设为0.75mm厚。西塔（θ）从0到90°选出，具有5°间隔。所选的位移角是0、5°、10°、15°……和80°，由于大部分实际球接合件将具有死区。在本研究中，嵌入在球-套管中的绕组被用作发射器线圈，而嵌入在球中的绕组充当接收器线圈。使用3D打印机来制造球和球-套管结构。套管中的球结构的旋转角从0°到大约90°。

图13（A）和13（B）示出球和球-套管结构二者中的半球绕组。具体地，图13（A）示出没有位移角的对于α＝0、β＝90°、γ＝0和δ＝90°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置；并且，图13（B）示出具有45°位移角的对于α＝0、β＝90°、γ＝0和δ＝90°的发射器线圈（蓝色）和接收器线圈（红色）的相对位置。

在图13（A）和13（B）中，可以看到嵌入在球和球-套管结构中的绕组的位置，其中每个图示出不同的取向。球结构中的匝数是N_Rx＝36（红色线圈），并且球-套管的匝数是N_Tx＝38（蓝色线圈）。该标准绕组结构中的四个角度参数在表II中被制成表。

表II：用于一组标准绕组的参数

基于以上解释的互感计算，在宽范围位移角上的互感值被计算并且用测量值绘制，如图14的图中所示。从图14可以看到的是，当位移角从0改变到80°时，互感值大幅改变（从33.4μH到-0.61μH）。虽然该电感分布具有高电感值（并且因此在WPT中具有高能量效率），但存在其中电感值相对低的某个角度范围（例如，从60°到80°）。

如图15中所示，第二组绕组被设计为最小化互感中的变化。与之前讨论的绕组设计一样，N_Tx＝40（蓝色线圈），并且N_Rx＝26（红色线圈）。对于该GA优化的绕组设计，从0到75°互感值具有少得多的变化。具体地，在从0到75°的位移角范围上，变化仅范围从10.1μH到8.03μH。该硬件原型的参数在表IV中列出。线圈绕组的四个优化的参数已经通过GA求解，并且在表III中列出。计算互感值和测量互感值可以在图16的图中看到。

表III.通过遗传算法优化的参数

表IV.球接合件的参数

构造根据本发明的3D打印的球-和-套管结构。使用利兹线（litz wire）来缠绕线圈，并且从优化结果获取参数。两个线圈与补偿电容器串联连接以便形成具有与操作频率相同的谐振频率的谐振腔。在球侧处的接收器与输出负载51Ω无感电阻器连接。电源是10W正弦电压发电机。

图17示出球结构内部的暴露的绕组。暴露的球结构然后被薄的外部材料片覆盖，并且球结构被放置在球-套管结构中，如图17B中所示。能量效率针对宽角度范围来被测量并且在图18的图中被绘制。结果还可以在表V中看到。能量效率从0到75°保持高于87%。甚至在90°的位移角处，实现了85.7%的相当高的能量效率。

表V.不同位移角处的测量电流、电压和功率值

LED负载在接收器中被用于证明目的，如图19（A）和19（B）中所示。图19（A）和19（B）的图像示出LED负载的亮度在两个位移角中是类似的。

在概念实验的另一个证据中，针对本发明的实验实施例来测量功率传送效率。在各种不同角度上，测量功率效率范围从87.1％到94.4％，如可以在表VI中所见。使用图15中示出的设计来获得在表VI中记录的结果，并且用于进行实验的实际原型在图17A和17B中被示出。发射器和接收器线圈谐振器的两个轴用于相对角度，以度测量。当发射器和接收器并排时，角度位置是0度。球结构然后以不同角度被旋转并且测量输入和输出功率值，并且然后计算能量效率值。

表VI.实验实施例功率传送效率

本发明包括但不限于以下示例性实施例。

实施例1.一种用于无线功率传送的装置，包括：

球，其包括第一导电绕组；以及

球-套管，其包括第二导电绕组，

其中，第一导电绕组与第二导电绕组电隔离。

实施例2.根据实施例1的装置，其中第一导电绕组采取来自球形的表面的一个或多个部分的形状[例如，半球、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球]。

实施例3.根据实施例1到2中的任一个的装置，其中第一导电绕组是平面赤道的[例如，围绕中心轴并且在赤道平面上的环或带、完全平面赤道的绕组、或在球的中心处起始并且仅部分延伸到球的表面的平面赤道的绕组]。

实施例4.根据实施例1到3中的任一个的装置，其中第一导电绕组包括内部堆叠（其中绕组被垂直堆叠，诸如在图5D中所示的那个）。

实施例5.根据实施例1到4中的任一个的装置，其中第一导电绕组采取内部浅盘的形状（诸如在图5D中所示的那个）。

实施例6.根据实施例1到5中的任一个的装置，其中第二导电绕组采取来自球形的表面的一个或多个部分的形状[例如，半球、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球]。

实施例7.根据实施例1到6中的任一个的装置，其中第二导电绕组部分或完全位于球-套管的壁架内。

实施例8.根据实施例1到7中的任一个的装置，其中第一导电绕组和第二导电绕组采取相对半球（或部分球形；见例如图15）或部分相对半球（或凹面和凸面半球，如图13中所示）的形式。

实施例9.根据实施例1到8中的任一个的装置，其中第一导电绕组在附着到球（未示出）的棒内延伸。

实施例10.根据实施例1到9中的任一个的装置，其中第二导电绕组在附着到球-套管（未示出）的棒内延伸。

实施例101.一种用于无线功率传送的装置，包括：

球，其包括第一导电板（其可以包括多个不同的部分）；

和

球-套管，其包括第二导电板（其可以包括多个不同的部分），

其中，第一导电板与第二导电板电隔离。

实施例102.根据实施例101的装置，其中第一板采取来自球形的表面的一个或多个部分的形状[例如，半球、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球]。

实施例103.根据实施例101到102中的任一个的装置，其中第一导电板是平面赤道的[例如，形成延伸到恰好在球的表面下方的赤道板，或在球的中心处起始并且仅部分延伸朝向球的表面的平面赤道板]。

实施例104.根据实施例101到103中的任一个的装置，其中第一导电板包括板的堆叠。

实施例105.根据实施例101到104中的任一个的装置，其中第一导电板采取内部浅盘的形状。

实施例106.根据实施例101到105中的任一个的装置，其中第二导电板采取来自球形的表面的一个或多个部分的形状[例如，半球、半球的部分、沿球形形成的带、沿球形形成的两个带、沿球形形成的三个（或四个、五个或六个……）带、球形帽和一个或多个带、两个或更多个共心球形带以及共心半球]。

实施例107.根据实施例101到106中的任一个的装置，其中第二导电板至少部分位于球-套管的壁架内。

实施例108.根据实施例101到107中的任一个的装置，其中第一导电板和第二导电板采取相对半球（或部分球形；见例如图15）或部分相对半球（或凹面和凸面半球）的形式。

实施例109.根据实施例101到108中的任一个的装置，其中第一导电板在附着到球（未示出）的棒内延伸。

实施例110.根据实施例101到109中的任一个的装置，其中第二导电板在附着到球-套管（未示出）的棒内延伸。

实施例201.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造来自实施例1到实施例10的装置中的任一个；

将交流电施加到第一导电绕组或第二导电绕组以经由电感耦合或磁谐振传送功率。

实施例202.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造来自实施例101到实施例110的装置中的任一个；以及

实施例203.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造来自实施例1到实施例10的装置中的任一个；以及

经由电容耦合传送功率。

实施例204.一种用于无线功率传送的方法，包括：

经由电容耦合传送功率。

应理解的是，本文中所述的示例和实施例仅为了说明性目的，并且鉴于此的各种修改或改变将被暗示给本领域技术人员并且将被包括在本申请的精神和范围内。

本文中引用或记载的所有专利、专利申请、临时申请和公开（包括在“参考文献”章节中的那些）通过引用以其整体被并入，包括所有附图和表，到它们不与本说明书的明确教导不一致的程度。

参考文献

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[14] B. Choi, J. Nho, H. Cha, T. Ahn和S. Choi,“Design and implementationof low-profile contactless battery charger using planar printed circuit boardwindings as energy transfer device”, IEEE Trans. Industrial Electronics, vol.51, no. 1, pp. 140-147, 2004年2月。

[15] Y. Jang和M. M. Jovanovic,“A contactless electrical energytransmission system for portable-telephone battery chargers”, IEEE Trans.Industrial Electronics, vol. 50, no. 3, pp. 520–527, 2003年6月。

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[19] S.Y.R. Hui,“Planar Inductive Battery Charging System”, 美国专利7,576,514, 2009。

[20] Wireless Power Consortium Web站点 [在线]。可获得：

[21] Yeongrack Son和Jung-Ik Ha,“The Electric Variable Transmissionwithout Slip Ring for the Hybrid Electric Vehicle Driving Structure”, 9thInternational Conference on Power Electronics-ECCE Asia, 2015年6月1-5日,Convention Center, Seoul, Korea

[22] Pekka Eskelinen,“Experimental Rotary Transformers For Antenna PowerSupplies and Control”, IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 52, No.5,2010年10月, 165-167。

Claims

1.一种用于无线功率传送的装置，包括：

球，其包括第一导电绕组；以及

球-套管，其包括第二导电绕组，

其中，第一导电绕组与第二导电绕组电隔离。

2.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组采取球形的表面的一个或多个部分的形状。

3.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组采取半球的形状。

4.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组采取球形带的形状。

5.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组采取半球帽和半球带的形状。

6.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组采取两个或更多个共心半球带的形状。

7.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组和第二导电绕组采取相对的部分或完整半球的形式。

8.根据权利要求1所述的装置，其中第二导电绕组部分或完全位于球-套管的壁架内。

9.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组在附着到球的棒内延伸。

10.根据权利要求1所述的装置，其中第一导电绕组是平面赤道的。

11.一种用于无线功率传送的装置，包括：

球，其包括第一导电板；以及

球-套管，其包括第二导电板，

其中，第一导电板与第二导电板电隔离。

12.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板采取球形的表面的一个或多个部分的形状。

13.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板采取半球的形状。

14.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板采取球形带的形状。

15.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板采取半球帽和半球带的形状。

16.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板采取两个或更多个共心半球带的形状。

17.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板和第二导电板采取相对的部分或完整半球的形式。

18.根据权利要求11所述的装置，其中第二导电板部分或完全位于球-套管的壁架内。

19.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板在附着到球的棒内延伸。

20.根据权利要求11所述的装置，其中第一导电板是平面赤道的。

21.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造根据权利要求1-10中任一项的装置；以及

22.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造根据权利要求11-20中任一项的装置；以及

23.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造根据权利要求1-10中任一项的装置；以及

经由电容耦合传送功率。

24.一种用于无线功率传送的方法，包括：

获取或制造根据权利要求11-20中任一项的装置；以及

经由电容耦合传送功率。