CN110190683A - 用于传输电力的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于传输电力的系统(1)和用于传输电力的方法。所述系统(1)包括正弦交流电发生器(2)，其可以连接至电力供应源并且以非谐振固定频率工作；非谐振式的传输电路(3)，其利用闭合路径与电流发生器(2)连接，并被配置以产生磁场；和至少一个谐振式的接收器电路(4)，其可以连接至用户(U)并且可以定位在靠近所述传输电路的空间中，以被浸没在由传输电路(3)产生的磁场中，从而产生用于为用户(U)供电的感应电流。所述接收器电路(4)被设计为在电流发生器(2)的固定频率和接收器电路(4)的谐振频率之间保持调谐。

Description

用于传输电力的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于传输电力的系统。

背景技术

在日常生活中，使用多种类型的电器并用于广泛的目的。个人电脑、视频游戏机、电视、灯具、家用电器等仅是这类每天使用的其中一些装置。通常，将会以术语“用户”来指代这些装置。

第一个问题来自需要让若干个用户连接到家用主电源(domestic mainssupply)，而同时却在将要连接上述装置的房间中具有少量的插座。

另一个问题来自上述用户的电力电缆，即使以单个块的形式组合在一起，这些电缆也能导致不同的整体尺寸。例如，可能有用户在上述电缆上跳闸，或者如果要移动上述装置的其中一个，则电缆可能会相互缠绕，造成用户的时间损失。

还已知用于能量的无线传输的系统和装置，但是不利的是，它们不能传输足够水平的能量。例如，发射器装置和接收器装置之间的距离是无法实现最佳能量传输的首要原因。

更具体地，这些系统/装置使用可变电容器以保证传输一定水平的能量，但是其不能达到令人满意的性能水平，无法满足正确操作这些由所述系统/装置供电的用户的目的。

甚至更具体地，由于结构公差的变化或由于所述系统/装置内部加入有金属物体，能量传输的调谐可能不是最佳的，并且可变电容器不足以补偿这些变化，因此导致该系统/装置的相移。

发明内容

因此，本发明的技术目的是提供一种用于传输电力的系统和一种用于传输电力的方法，其能够克服现有技术的缺陷。

更具体地，本发明的目的是提供一种用于传输电力的系统和一种用于传输电力的方法，即使在存在少量电插座的情况下，其也允许使用大量用户。

本发明的进一步目的是提供一种用于传输电力的系统和一种用于传输电力的方法，其相对于现有技术的系统和装置允许更有效地传输能量。

所指出的技术目的和所阐述的目的基本上通过用于传输电力的系统和用于传输电力的方法来实现，该系统和方法包括在一个或多个所附权利要求中所述的特征。从属权利要求可以对应于本发明的可能的实施例。

附图说明

通过参照附图、参照用于传输电力的系统和用于传输电力的装置的优选的、非限制性的实施例，下文更详细地描述了本发明的其他特征和优点，其中：

图1是根据本发明的用于传输电力的系统的示意图；

图2是图1的传输系统的部件的第一实施例的示意图；

图3是图2的部件的第二实施例的示意图；

图4是用于传输电力的系统的又一个部件的有关的可替代实施例的示意图。

具体实施方式

参照附图，数字1整体表示用于传输电力的系统，为了简化描述，该系统在下文中将被称为系统1。

系统1包括以固定频率工作的高频电流发生器2。

电流发生器(current generator)2可连接到家用主电源，以便产生将要引入系统1的电流。

优选地，电流发生器2以固定频率工作，所述固定频率可以选自25赫兹至5兆赫兹之间的范围。

电流发生器2工作的频率的选择是根据将要用系统1供电的用户或电流发生器2所连接的家用主电源而预先确定的。

更具体地，电流发生器2是正弦交流电发生器。

系统1还包括非谐振传输电路3。非谐振电路的选择优选于其他技术方案，因为其有助于系统1在室内的安装。更具体地，非谐振电路不需要在安装过程中进行调谐调整。

更具体地，传输电路3通过闭合路径与电流发生器2连接，并被配置以产生磁场。换句话说，传输电路3的电流输入和输出与电流发生器2一致。

更具体地，电流发生器2产生的电流流经传输电路3，产生上述磁场。更具体地，在由传输电路3的闭合路径限定的周边内部和外部产生磁场。

电流发生器2的固定频率与传输电路3的非谐振频率一致。

如上所述，固定频率的选择取决于家用电源和/或待供电的接收器和/或传输电路3的特性。优选地，固定频率的选择取决于限制磁场相对于人体的强度的标准。

系统1还包括至少一个谐振式接收器电路4。接收器电路4连接至用户并且可以定位在靠近传输电路3的区域中，使得感应出电流来发送至用户。

换句话说，接收器电路4位于传输电路3的周边内部或外部，以便被磁场穿透来感应出电流。

术语“用户”用于表示任何类型的电气或电子设备，或在任何情况下都需要电力供应为其供电并因此来执行其功能的设备。

这些用户可以是例如灯、家用电器或个人计算机、多媒体设备或用于音频再现的设备。

通常，术语“用户”用于表示需要连接到家用主电源或者需要电池才能工作的任何装置。

图1示出了一个系统，其中存在三个具有各自的接收器电路4的用户‘U’。

每个接收器电路4被设计成在电流发生器2的固定频率和接收器电路4的谐振频率之间保持调谐。更具体地，必须保持调谐以便使传输电路3和接收器电路4之间的能量传输最大化。

优选地，接收器电路4被配置以产生控制电流，以便在电流发生器2的固定频率和接收器电路4的谐振频率之间保持稳定的调谐。

接收器电路4优选地包括储能系统5，使得即使当系统1由于任何原因不工作时也能够使用用户。例如，储能系统5可以被制成储能电池的形式。

储能系统5可以通过用传输电路3获得的感应电流进行再充电。换句话说，传输电路3使得可以向用户传输电力并且对储能系统5再充电。

优选地，储能电池使得可以产生控制电流，所述控制电流使得可以将接收器电路4(更具体地，其谐振频率)与传输电路3保持调谐(即，处于电流发生器2的固定频率)。

接收器电路4可以没有储能系统5，而是直接从系统1接收控制电流。以这种方式，如果系统1被关闭，则接收器电路4将不工作，但是避免了用户‘U’上存在单个存储系统。

优选地，接收器电路4(或如附图中所示的接收器电路4)通过可变线性电感器4a制成，该可变线性电感器4a被配置以将接收器电路4调谐到电流发生器2的固定频率。换句话说，接收器电路4包括可变线性电感器4a，用于将接收器电路4(谐振)调谐到电流发生器2的非谐振固定频率。

换句话说，根据该系统的设计，接收器电路4的频率与电流发生器2的固定频率相调谐。

在可能的干扰或结构公差的变化之后，必须保持调谐以防止频率之间的偏差(也被称为失谐)，从而防止非最佳能量传输。

因此，控制电流使得可以改变接收器电路4的电感(更具体地，用以制成接收器电路4的可变线性电感器4a的电感)，以便补偿可能导致频率之间失谐的变化或干扰。

如图2所示，可变线性电感器4a可以被制成与用户‘U’(即，与用户‘U’的电路的电感)串联的电感。以这种方式，可变线性电感器4a产生控制电感，所述控制电感对应于从用户‘U’的电感中减去的电感Δ。

如图3所示，可变线性电感器可以被制成与用户‘U’(即，与用户‘U’的电路的电感)并联的电感。以这种方式，可变电感器4a产生控制电感，所述控制电感对应于加到用户‘U’的电感上的电感Δ。

图1示出了其中可变线性电感器4a被制成串联电感器的两个用户‘U’，和其中可变线性电感器4a为并联的用户‘U’。

系统1能够使用在接收器电路4中实现的合适算法来检测失谐，其因此激活接收器电路4，使得其介入以返回频率之间所需的调谐，以便使能量传递最大化。

仅作为示例，并且因此是非限制性的，用于识别最大传输点的算法可以是MPPT(最大功率点跟踪器(Maximum Power Point Tracker))算法。

上述系统1并且特别是传输电路3被连接在例如房间‘S’的周边，以便产生磁场，从而当位于所述周边附近时在至少一个接收器电路4中感应出电流。

换句话说，电流发生器2通过电源插座被连接到家用主电源，并且传输电路3被安装在房间的墙壁或部分墙壁上或地板上，以便形成用以与电流发生器2连接的闭合路径。传输电路3可以被安装在房间‘S’的墙壁内部或外部，只要所述安装允许将电力传输至用户‘U’。

以这种方式，当安装在用户‘U’上的接收器电路4位于房间‘S’内部(即，靠近传输电路3)时，在接收器电路4中感应出电流，从而激活用户‘U’。

优选地，至少一个接收器电路4(即，用户‘U’)配备有用于接通和断开的开关，以便当接收器电路4位于房间‘S’的周边内时感应出或不感应出电流。换句话说，如果用户‘U’虽然位于房间中但并不必须被激活，则可以通过上述开关断开接收器电路4，从而允许对用户‘U’的进一步控制。

优选地，传输电路3配备有用于接通的有关开关，以便于基于进入房间的使用者的要求来产生或不产生磁场。

优选地，至少一个接收器电路4设置有如上所述的储能电池5，所述接收器电路4可以通过上述接通(ON)开关工作，以便即使在传输电路3断开时也可以接通用户。

换句话说，用户能够通过接通传输电路3来对储能电池5充电，并且一旦储能电路3被断开，则在必要时接通用户‘U’的接收器电路4而不必使用传输电路3。

图4显示了上述传输电路3的可替代实施例。

优选地，因此不是必须的，可替代实施例可以安装在房间‘S’的地板或天花板中。

更具体地，传输电路3被分成由单个电路形成的第一部分3a和第二部分3b，其中传输电路3自身弯转，形成实质重叠点3c。

在该重叠点3c(以及沿着传输电路3与其自身平行的整个部分)处，优选地在房间‘S’的中心，存在双倍强度的磁场。

以这种方式，利用与上述系统1相同的电力，电力传输增强为先前情况的四倍。

本发明还涉及一种用于传输电力的方法。

所述方法包括准备例如如上所述的系统1。更具体地，该方法包括准备靠近房间‘S’的周边(例如，在房间‘S’的墙壁中或地板中)的系统1的传输电路3，如附图所示。以这种方式，传输电路3在传输电路3附近限定了传输空间。

该方法包括将高频电流发生器2连接至家用主电源或任何电力供应源。通过将电流发生器2连接至家用主电源(或另一个能量供应源)，允许电流流经传输电路3，使得在传输空间附近产生磁场。换句话说，在将电流发生器2(以固定频率非谐振工作)连接至家用主电源后，在传输空间中产生磁场。

此时，(连接至用户‘U’的)接收器电路4被浸没在内部区域中，使得其被磁场穿透，从而在接收器电路4中产生感应电流。

所感应的电流使得可以为连接至接收器电路4的用户‘U’供电。

上述系统1和方法克服了现有技术的缺陷。

更具体地说，与现有技术的系统和装置相比，上述系统1和方法允许以更高的效率进行能量传递。

有利地，上述系统1和方法允许使用更多数量的用户，同时保持传输电路3和至少一个接收器电路4之间的调谐。

有利地，上述系统1和方法能够相对于现有技术的系统和装置更好地补偿结构公差的变化或干扰的引入。

Claims (9)

1.一种用于传输电力的系统(1)，包括：

-正弦交流电发生器(2)，所述正弦交流电发生器(2)能够连接至电力供应源并以非谐振固定频率工作；

-非谐振式的传输电路(3)，所述传输电路(3)利用闭合路径与所述正弦交流电发生器(2)连接，并被配置以产生磁场；

-至少一个谐振式的接收器电路(4)，所述接收器电路(4)能够连接至用户(U)并且能够定位在靠近所述传输电路的空间中以被浸没在由所述传输电路(3)产生的所述磁场中，从而产生用于为用户(U)供电的感应电流，所述接收器电路(4)被设计成在所述正弦交流电发生器(2)的固定频率和所述接收器电路(4)的谐振频率之间保持调谐。

2.根据权利要求1所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述至少一个接收器电路(4)由可变线性电感器(4a)制成，所述可变线性电感器(4a)被配置用于将所述接收器电路(4)的谐振频率调谐为所述正弦交流电发生器(2)的非谐振固定频率。

3.根据权利要求1或2所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述至少一个接收器电路(4)配备有储能系统(5)。

4.根据前述任一权利要求所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述至少一个接收器电路(4)被配置用于产生控制电流，使得在固定频率和所述接收器电路(4)的频率之间保持调谐。

5.根据前述任一权利要求所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述固定频率选自25赫兹至5兆赫兹之间的范围。

6.根据前述任一权利要求所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述至少一个接收器电路(4)配备有用于接通的开关，使得当所述接收器电路(4)定位在所述周边的内部时，感应出或不感应出电流。

7.根据前述任一权利要求所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述传输电路(3)配备有用于接通和断开的有关开关，使得产生或不产生磁场。

8.根据权利要求6或7所述的用于传输电力的系统(1)，其中，所述至少一个接收器电路(4)配备有储能系统(5)，所述储能系统(5)能够通过所述开关来工作，用于当所述传输电路(3)断开时接通所述用户(U)或不接通所述用户(U)。

9.一种用于传输电力的方法，包括以下步骤：

准备根据前述任一权利要求所述的系统(1)；

沿着房间(S)的周边准备传输电路(3)，使得在所述传输电路(3)附近限定传输空间；

将高频的并且以固定频率工作的正弦交流电发生器(2)连接至家用网络；

在将所述正弦交流电发生器(2)连接至所述家用网络后，通过所述传输电路(3)在内部区域中产生磁场；

将至少一个接收器电路(4)浸没在所述内部区域中，使得所述接收器电路(4)被磁场穿透，从而产生感应电流；

用所述感应电流给连接至所述接收器电路(4)的用户(U)供电。