CN212627331U - 远距离无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了远距离无线充电系统，具有发射端和接收端，接收端包括：接收端控制系统、接收天线、接收端处理器和接收端通信器；接收天线分别和接收端控制系统、接收端处理器以及负载联通；接收端处理器联通在接收天线和接收端控制系统之间；接收端通信器，接收端通信器与接收端控制系统联通；接收天线由多个光学天线构成；发射端包括：发射端控制系统、发射天线、发射端处理器和发射端通信器；发射端处理器联通在发射端控制系统和发射天线之间；发射端通信器与发射端控制系统联通；发射天线为光发射器；发射天线与接收天线相对时，发射天线发射光束，接收天线接收光束；发射端通信器和接收端通信器之间通讯连接。

Description

远距离无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电领域，尤其涉及远距离无线充电的接收端和发射端。

背景技术

远距离隔空无线充电是人们心目中真正意义上的无线充电，例如公开号为CN110525243A的专利，公开了一种无人机无线充电设备，通过太阳能收集器将光能转换为电能，给无人机进行无线充电。该专利使用太阳能收集器进行“光电转换”，但太阳光谱的很大一部分提供的能量远远大于常用半导体材料的带隙能量，大部分的能量特别是红外波段的能量因晶格振动转化为热量而损失掉了，而能克服这一限制的多结叠层太阳能电池在可见光波段能提供略高的效率，但成本高昂。并且这种太阳能充电的设备对使用场景、天气情况都有依赖，室内、夜晚等场景，对于太阳能充电来说，就力不从心。

实用新型内容

本实用新型提供一种远距离无线充电系统，能够实现远距离无线充电，并且对使用场景的限制更小。

本实用新型的远距离无线充电系统，具有发射端和接收端，所述接收端包括：接收端控制系统、接收天线、接收端处理器和接收端通信器；所述接收天线分别和所述接收端控制系统、所述接收端处理器以及负载联通；所述接收端处理器联通在所述接收天线和所述接收端控制系统之间；接收端通信器，所述接收端通信器与所述接收端控制系统联通；所述接收天线由多个光学天线构成；所述发射端包括：发射端控制系统、发射天线、发射端处理器和发射端通信器；所述发射端处理器联通在所述发射端控制系统和所述发射天线之间；所述发射端通信器与所述发射端控制系统联通；所述发射天线为光发射器；其中，所述发射天线与所述接收天线相对时，所述发射天线发射光束，所述接收天线接收所述光束；所述发射端通信器和所述接收端通信器之间通讯连接。

优选的，所述发射端通信器为光接收器；所述接收端通信器为光发射器；所述接收端通信器发射信息光束，所述发射端通信器接收所述信息光束。

优选的，所述光束包括：充电光束和信息光束。

优选的，所述接收端通信器依次通过接收端驱动器和接收端编码器与所述接收端控制系统联通；所述发射端通信器依次通过发射端滤波器和发射端解码器与所述发射端控制系统联通。

优选的，所述接收端处理器至少包括接收端滤波器和接收端解码器；所述发射端处理器至少包括发射端编码器和发射端驱动器。

优选的，所述接收天线由上到下依次为：上部电极、上部工作层、绝缘层、下部工作层和下部电极；所述上部电极为透明的导电层；所述上部工作层、绝缘层、下部工作层组成所述光学天线。

优选的，所述上部电极为铟锡氧化物、导电玻璃、金属线或金属涂层中的一种；和/或，所述上部工作层为碳纳米管。

本实用新型的远距离无线充电的接收端和发射端能够实现电能的无线传输，并且可以通过光能实现远距离的无线充电的功能，同时又不受夜晚、阴天等环境影响。

附图说明

图1为本实用新型远距离无线充电系统的一个实施例的工作状态示意图。

图2为本实用新型远距离无线充电系统的另一个实施例的工作状态示意图。

图3为本实用新型远距离无线充电系统中隧道二极管的示意图。

图4为本实用新型远距离无线充电系统中接收天线的示意图。

图5-图7为本实用新型远距离无线充电系统中接收天线的制备方法的分步骤示意图。

图8本实用新型远距离无线充电系统中接收天线主体结构的局部放大图。

附图标记：

接收端控制系统1；接收天线2；接收端处理器3；接收端通信器4；发射端控制系统5；发射天线6；发射端处理器7；发射端通信器8；负载 9；上部电极21；上部工作层22；绝缘层23；下部工作层24；下部电极 25；接收端滤波器31；接收端解码器32；接收端驱动器41；接收端编码器42；发射端编码器71；发射端驱动器72；发射端滤波器81；发射端解码器82。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本实用新型公开了远距离无线充电系统，该系统包括接收端和发射端。下面分别接收端和发射端进行说明。无线充电系统也可以称为无线能量传输。

先对接收端进行说明。结合图1和图2，接收端至少包括接收端控制系统1、接收天线2和接收端处理器3。接收端控制系统1主要完成接收端对于无线充电工作的控制，例如控制接收天线2开始工作，或者结束工作，下文会提到的接收端通信器4也通过接收端控制系统1控制。

接收天线2由多个光学天线构成，在发射端以“光”的形式发射无线能量时，可以由接收天线2接收，并转化为电能。该接收天线2与其他三个部分联通，这三个部分分别是：接收端控制系统1、接收端处理器3、负载9。这里的联通可以是有线的，也可以是无线的，不过，在于负载9的联通上，一般还是有线的，否则，经过两次无线能量传输，可能造成的能量损失也会变多。当然，这并不否定其可以通过无线联通。

接收天线2和接收端控制系统1的联通，可以实现接收端控制系统1 对接收天线2的控制，例如开启或者关闭等等功能。同样的，接收天线2 也通过和接收端控制系统1的联通，将接收天线2的输出功率等参数发送到接收端控制系统1。

接收天线2与接收端处理器3的联通，可以将接收到的信号传递给接收端处理器3，供其分析处理。这里的信号，包括了发射端集成到光内的信号，当然也可以包括接收天线2将光转换后输出的电的信号(例如电压、功率等，可以通过接收天线2直接发送到接收端控制系统1，也可以通过接收端处理器3发送到接收端控制系统1)。接收端处理器3还与接收端控制系统1联通，将这些信号发(或者处理信号后生成的结果)送给接收端控制系统1，接收端控制系统1可以依此对接收天线2进行控制。接收端处理器3至少包括接收端滤波器31和接收端解码器32，实现对信号的滤波和解码。

接收天线2和负载9的联通是给负载9供电。为满足负载9的充电参数，接收天线2和负载9之间可以增加一个直流变换器，接收天线2的输出经直流变换后输出到负载9。

接收端一般在需要充电的设备里，如手机、智能手表、无线耳机、游戏手柄、智能音箱、平板电脑、无人机等电子设备。负载9可以是这些电子设备的电池。接收端控制系统1可以是这些设备的芯片处理器，也可以使单独模块。

下面说明接收天线2的详细结构。

参见图3和图4，接收天线2由上到下依次为：上部电极21、上部工作层22、绝缘层23、下部工作层24和下部电极25。上部工作层22、绝缘层23、下部工作层24构成了接收天线2的主体结构(如图4所示)，在优选的实施例中，上部工作层22一般是碳纳米管，如图3所示，上部工作层22、绝缘层23、下部工作层24组成的机构可以称为隧道二极管。上部电极21和下部电极25位于主体结构的两侧，上部电极21一般是透明的，或者是金属丝、网结构，目的是不阻挡光束照射到上部工作层22上。

绝缘层23一般不是多个独立的区域，这与上部工作层22的形成有关。参见图8，是接收天线2主体结构的局部结构图，以上部工作层22采用碳纳米管为例，每个碳纳米管与下部共工作层之间的，都有一个独立的绝缘层23，也就是说绝缘层23可以是多个呈阵列排布的独立的部分，其阵列的形式和碳纳米管对应。需要注意，图8是为了方便理解而进行的夸张示意。

接收天线2也可以称为光学天线，在一些实施例中，上部工作层22、绝缘层23、下部工作层24组成的结构称为隧道二极管(又称江崎二极管、隧穿二极管)，因此也将接收天线2称作耦合了隧道二极管的纳米光学天线。

上部电极21优选的使用铟锡氧化物、导电玻璃、金属线或金属涂层中的一种。下部电极25和下部工作层24可以是一体结构，可以是分体结构，他们的材料一般采用金属材质，如钙、铝、钪等低功函数的金属(低功函数的金属可以是功函数低于5的金属)。通常情况下，上部工作层22和下部工作层24的功函数不同。位于上部工作层22和下部工作层24中间的绝缘层23的厚度优选的小于等于5nm。绝缘层一般是以薄膜的形式设置，其厚度是比上部工作层22和下部工作层24都要薄。绝缘层23优选的使用三氧化二铝。

以上部工作层22使用碳纳米管为例，其导电过程是通过电子隧穿完成的，其开关速度可以匹配光的频率。可见光或红外光本身是一种光频电磁波，当光照射在接收天线2上发生衍射和散射时，接收天线2可以耦合入射光的电磁场，电磁场在接收天线2中产生振荡，在电磁波电场分量的激发下，接收天线2输出交流电，经隧道二极管变成脉动式直流输出，直流电极将与外接匹配负载9相连，最终实现能量的无线传输。

接收天线2可以采用电子束光刻、纳米压印技术等方法用金属材料在纳米尺度下的制作，也可以采用化学气相沉积法等方式通过制作碳纳米管获得。接收天线2多为对称振子天线结构，天线的长度取决于入射光的波长。形状可以是直导线天线或直天线阵元，也可以为长方形、梯形，蝴蝶结形、螺旋形等形状，以满足宽频率带的入射光。具体制备工艺请继续参见说明的后文。

因为接收天线2的特性，下文也可能会将接收天线2称为光接收器。光学天线属于光接收器的一种。

下面说明接收天线2的制备方法。

其中一种方法为，包括：

步骤10：如图5所示，在衬底0上化学气相沉积生长碳纳米管，作为上部工作层22；步骤20：如图6所示，在生长的所述碳纳米管顶部，涂覆绝缘层23，并在所述绝缘层23上热蒸发形成金属层，作为下部工作层24；步骤30：将上述碳纳米管与所述衬底0分离，如图3所示，是分离后的视图，图3中所示的结构相比图7，经过了一次翻转)。需要注意，这里的绝缘层23是分别涂覆在每个碳纳米管上的，相邻的碳纳米管上对应的绝缘层23之间，是彼此独立的，也就是说，有多少碳纳米管，就有多少独立的绝缘层23。

优选的，在所述步骤30之前，还包括步骤25：在所述下部工作层24 上形成导电层，作为下部电极25；和/或，在所述步骤30之后，还包括步骤40：在所述碳纳米管上覆盖一层导电层，作为上部电极21。上部电极 21和下部电极25还可以都在步骤30之后进行制备。也可以在步骤10之前先在衬底上形成上部电极，在上部电极上进行碳纳米管的气相沉积。

使用化学气相沉积法及催化剂在衬底0上生长垂直排列的碳纳米管。利用碳源在高温下被催化剂催化分解出碳原子或原子团,碳原子在催化剂表面扩散后进入催化剂颗粒内部,又从催化剂颗粒内部析出形成碳纳米管。碳纳米管垂直于基底表面方向生长,形成致密的定向碳纳米管阵列,整个碳纳米管阵列可等效为一个周期性金属柱阵列天线。碳纳米管制成后再用原子层沉积法在碳纳米管表面涂覆一层Al₂O₃等材料的绝缘层薄膜，作为绝缘层23，再在绝缘层上热蒸发一层低功函数的金属(如Ca/Al/Sc等，如上文提到的，本文中提到的低般低功函数指功函数低于5)作为下部工作层 24，碳纳米管、绝缘层23及下部工作层24即构成了隧道二极管。之后，将碳纳米管与衬底0分离。

之后在碳纳米管上覆盖一层光学透明的导电薄膜(如ITO、FTO、石墨烯等)或纳米金属线、金属网格作为上部电极21，也可以沉积对光线变得透明的金属(如Ag/Ti/Ni等)薄膜作为上部电极。碳纳米管的数量多，从而形成的隧道二极管等效并联构成了阵列。并且每个碳纳米管的顶部都应该覆盖有上部电极21。

另一种制备接收天线2的方法是：

步骤50：在衬底0上热蒸发形成金属层，作为下部工作层24；步骤 60：在所述金属层上涂覆绝缘层23，绝缘层23分为多个彼此独立的区域，在每个独立的区域上化学气相沉积生长碳纳米管，作为上部工作层22；步骤70：将上述碳纳米管与所述衬底0分离。优选的，在所述步骤70之后，在所述下部工作层24上形成导电层，作为下部电极25；和或在所述步骤70之前，在所述碳纳米管上覆盖一层导电层，作为上部电极21。

在将绝缘层23形成多个独立的部分时，可以先设置好网格层，在网格层中涂覆绝缘层23，之后在去除网格层，时绝缘层23具有多个独立的区域。该网格层，可是独立的网格形结构，直接放置在金属层上，然后再涂覆绝缘层23，也可以是胶水、橡胶等材料涂层，根据需要以网格的形式涂抹在金属层后，再涂覆绝缘层23。无论网格层采用哪种方式，其目的就是为了保证绝缘层23能够形成多个独立的区域，每个独立的区域上都可以生长碳纳米管。需要注意，根据碳纳米管的特性，每个独立的区域上可以含有多于一个的碳纳米管，可以将每个独立区域上的全部碳纳米管作为一个整体理解。每个独立区域的绝缘层23、以及其上生长的碳纳米管、对应的下部工作层24，组成一个光学天线。因此具有多个独立区域的绝缘层时，就可以形成多个光学天线，这也就是上述接收天线2由多个光学天线构成。上部电极21和下部电极25可以是多个光学天线共用的。

以上是接收天线2的制备方法，当然，其他能够形成对应结构的制备方法也可以适用于本申请。对于接收天线2的三层结构：上部金属层22- 绝缘层23-下部工作层24这种三层结构(当然根据上部电极21和下部电极25的设置，还可以称为是五层结构)，制备的方案可以有多重，以上两种是制备过程中优选的方式，在良品率上相对其他制备流程更好。

碳纳米管(上部工作层22)、绝缘层23和下部工作层24组成一个隧道二极管，即二极管是MIM(Metal-Insulation-Metal)结构实现的，碳纳米管本身也是天线，当光线入射到直立的碳纳米管丛中时，被碳纳米管吸收产生交流电流(以光的频率变化的)，只有一个方向的电流可以通过 MIM二极管，也就是交流变成了直流，MIM二极管相当于一个半波整流器，整个结构相当于传统无线充电中的接收线圈+整流器。该结构输出的直流需要加装二个电极引出(上部电极21和下部电极25)，安装在碳纳米管上面的上部电极21因为有光线入射，所以应该是透明的，或者很细、少遮挡的。

之所以要采用MIM结构的隧道二极管是因为普通的二极管的开关频率达不到光频率的要求。

形成的碳纳米管的数量很多，每一根碳纳米管都可以看成一根直导线天线，碳纳米管的长度与入射光的频率相关，这个和普通直导线天线的设计方法类似。理论上碳纳米管一般只对应一种频率或频段，比如入射光对应的是某一个频率的红外光，就无法耦合可见光波段。

为了能够耦合更多的光波段，在接收天线2的上部工作层21还可以选用其他的材料，配合碳纳米管的上部工作层21一起使用。或者直接采用金属天线，一般是在金属材料用电子束上刻出金属螺旋型、蝴蝶结型等等，不同的形状可以对应不同段光谱。也就是说接收天线2可以包括多种形式的天线结构，来适应多种波段的光。

除此以外，接收端还具有接收端通信器4，接收端通信器4与接收端控制系统1联通。功能是用来与发射端通信器8(参见下文)进行通信。该通信器4可以是蓝牙、wifi、局域网、NFC等形式中的一种，也可以是光发射器，以光的形式传递信息(信息光束)，这与下文要说明的发射端的发射天线6类似，发射端接收这些信息也与接收天线2的原理类似。需要强调，使用光通信(或者说发射信息光束)也仅是实现接收端和发射端通信的一种形式，其目的是通信。

在采用光发射器时，还依次通过接收端驱动器41和接收端编码器42 与所述接收端控制系统1联通。接收端编码器42将要传递的信息编码，并在接收端驱动器41的驱动下，通知光发射器工作。当然，在其他形式中，也可能使用接收端驱动器41和接收端编码器42，功能都是进行编码和驱动接收端通信器4工作。

手机等充电设备常配置了一些感光部件，如CMOS摄像头、电荷耦合器件(CCD)或者光线感应器等，也可以共用作为接收天线2或者接收端通信器4使用。

下面对发射端进行说明，因为发射端和接收端共同配合完成无线充电，因此下文也会结合接收端的内容，进行说明。

继续参见图1和图2，发射端包括：发射端控制系统5、发射天线6和发射端处理器7。发射端处理器7连接在发射端控制系统5和发射天线6 之间。发射端处理器7至少包括了发射端编码器71和发射端驱动器72。

发射天线6与接收天线2之间除了能量的传递外，还会传递交互信息。这些都是由发射端控制系统5控制的。上述交互信息包括了发射天线6的编码、设备信息、握手信号、鉴权、秘钥、校验码等，也包括从充电开始到充电结束的必要信息。发射端控制系统5准备发送的数据转换成二进制后调制为数据载波的光束信号，通过发射端编码器71产生一定频率的脉冲信号，脉冲在一个周期内出现时间和位置，由调制方式和二进制数据编码确定。此脉冲信号通过发射端驱动器72驱动发射天线6将加载了数据信息的光束信号发送出去。

对应的，接收天线2接收到信号光束后产生直流脉冲输出，脉冲输出信号经过接收端滤波器31进行滤波，由接收端解码器32解调恢复出发射天线6发来的具体信息，送至接收端控制系统1。

接收端控制系统1确认这些信息是由发射端发送来的通信信息时，接收端控制系统1将充电过程中，发射端和接收端需要交互的信息进行信号调制，交互信息包括接收天线2输出参数，同时包括但不限于设备信息、握手信号、鉴权、秘钥、充电需求、校验码等。这些接收端准备发送的信息，不通过接收天线2和发射天线6之间进行传递，而是通过接收端通信器4和发射端通信器8进行传递。原理同发射端使用发射天线6发送交互信息类似。

也就是说，在一些实施例中，发射端和接收端的之间的信息交互，可以存在两条路径，一条是发射端向接收端发送信息，通过发射天线6和接收天线2之间完成。另一条是接收端向发射端发送信息，通过接收端通信器4和发射端通信器8完成。需要注意的是，在这种实施例汇总，发射天线6采用光学发射器，接收天线2采用光学接收器，一般二者功能是不能互换，交互信息的传递方向因此也是单向的。

以上仅作为一种优选的实施方式，在其他实施例中，这种交互可都由通过接收端通信器4和发射端通信器8完成，这种情形下，需要接收端通信器4和发射端通信器8是可以实现双向信息传递的，比如前述蓝牙、wifi、局域网、NFC等形式中的一种形式的通信器，就可以用于在该实施例中。

在发射天线6采用光学发射器，接收天线2采用光学接收器的实施例中，发射端向接收端传递信息的方向已经实现，此时接收端通信器4和发射端通信器8也可以采用光学的方式进行传递，即发射端通信器8为光接收器，并依次通过发射端滤波器81和发射端解码器82与发射端控制系统 5联通。配合上述接收端通信器4采用光发射器即可实现。

需要注意，接收端通信器4和发射天线6均为光发射器，二者的原理结构可以是相同的，同样的发射端通信器8和接收天线2均为光接收器，二者的原理和结构也可以是相同的。

无论哪种形式的发射端通信器8，在接收到接收端通信器4的信息后，会将信息传送到发射端控制系统5。根据交互信息的不同，发射端控制系统5会发出不同的控制指令。例如发射端和接收端的交互信息，是为了调整充电的功率，发射端控制系统5就会根据交互信息发出调整指令，发射天线6通过指令调整功率。

一般的，发射天线6(或者接收端通信器4)上可以集成多个光发射器，根据需要调节工作的数量，能够达到调节功率的作用。这些光发射器，优选的是发光二极管(LED)，包括红外LED，可见光LED等，也可以采用半导体激光器，固体激光器等激光发射器，光发射器发射的通信光束或充电光束可以为可见光，也可以是红外光或紫外光，可以为单一频率的光束，也可以是包含了多个频率或频段的宽频光束。

手机等充电设备也常配置了一些发光部件，如闪光灯、红外二极管，或者被用来作为背景灯及信号指示灯的发光二极管，也可以共用作为发射天线2或者接收端通信器4。当充电设备配置的发光部件作为发射天线2 时，这个设备就成为了“供电端”。需要注意，对于本身具有发光部件的用电设备来说，其配合上述的“远距离无线充电的接收端”就可以作为“接收端”使用。

通过上述可以知晓，发射天线6发射的光束，既能实现能量的传输，又能实现信息的传输。为了方便说明，根据不同的功能，我们将光束分为充电光束，和信息光束。充电光束是发射天线6和接收天线2之间进行能量传递的光束，信息光束是发射天线6向接收天线2发送的经过调制的，具有交互信息的光束(此处充电光束和信息光束可以是同时发送的)，此外，信息光束还包括接收端通信器4向发射端通信器8发送的经过调制的，具有交互信息的光束。在充电开始前，先有信息光束来确认两侧是否能够开始进行无线充电，确定后，再通过充电光束进行充电。充电过程中，信息光束一般会时时发射，以保证通信。

下面结合发射端和接收端，来说明远距离无线充电的实现。

发射端控制系统5将无线能量发射端与接接收端之间需要交互的信息进行信号调制，发射端控制系统5将准备发送的数据转换成二进制后调制为数据载波的光束信号，通过发射端编码器71产生一定频率的脉冲信号，此脉冲信号通过驱动电路驱动光发射器将加载了数据信息的光束信号发送出去。接收端的接收天线2接收到信号光束后产生直流脉冲输出，脉冲输出信号经过接收端滤波器31处理后，由接收端解码器32解调恢复出数据，送至接收端控制系统1。接收天线2也连接到接收端控制系统1，接收端控制系统1块采集接收天线2的输出功率等参数。当接收端控制系统1根据收到的数据，确认是发射端的信息时，接收端控制系统1将接收端需要向发射端交互的信息进行信号调制，将准备发送的信号转换成二进制后调制为数据载波的光束信号发送回无线能量发射单元，这里是通过接收端通信器4完成的发送。

当无线能量发射单元的发射端通信器8接收到接收端通信器4发出的信号光束后，经过发射端滤波器81和发射端解码器82解调恢复出发射端发来的数据，送至发射端控制系统5。

信号光束可以理解为光通信技术的一种,将需要传输的信息编码成一段特殊信号，将这个信号调制附加到光源(主要是驱动的电路)。一种实施例中，光源会根据信号的要求，高频闪烁，接收端可以检测到这种高频闪烁并将其还原为要传输的信息，从而通过信号光束完成信息传输的目的。 (前面所述的发射端编码器71等最终呈现的效果就可以是根据二进制高低电平高频通和断，即高频闪烁)这种信号光束具有保密性强，不占用信道资源，对于远距离无线充电来说，效果非常显著。同时，通过信号光束是否在两侧进行传递，可以知晓需要充电设备是否处于充电环境内、是否有遮挡等情况。

经过上述，发射天线6根据接收端发送的充电需求调整输出功率，进入充电状态。发射端按照充电需求为负载充电。当充电过程中，正在充电设备离开当前位置时，或者发射端发送的光束被遮挡时，接收端与发射端通信中断(也就是信息光束不能传递，为“接收天线2也连接到接收端控制系统1，接收端控制系统1块采集接收天线2的输出功率等参数”，如果功率输出突然消失，也可以知道光速被遮挡或充电设备离开)，接收端不能接收到发射天线6发送的信息光束，为避免能量无谓地损失以及避免光束可能造成伤害，发射天线会停止发送充电光束，并重复上述流程通过发送信息光束扫描区域内的待充电设备，待恢复双侧通信并确定待充电设备的位置后重新进入充电状态。

当可充电区域内有多个设备时，发射天线6可以分时与多个设备通信，根据多个设备的位置和充电需求等因素调整光束输出。当待充电设备的充电完成时，发射天线6停止相应位置的光发射器发射充电光束，终止充电流程。

实际在使用过程中许多需要充电设备一般本身带有通信接口，接收端通信器4可以和设备本身的通信接口共用，对应的发射端通信器8设置成相应的设备接口。一般的，为了实现和多种设备的匹配，发射端通信器8 可以同时包括多种不同的方式。除了上述使用信息光束的方式外，其他的通信方式包括但不限于WIFI、射频通信、Zigbee、蓝牙、毫米波、4G/5G、超宽带(UWB)等。发射端通信器8同时集成这些功能后，可以实现和多种设备的匹配，以进行无线充电。

需要注意的是，这些通信方式的覆盖范围大，因此，在判断充电设备离开当前位置时，或者发射端发送的光束被遮挡时，还需要引进其他方法，例如设置额外的位置监测模块。

可见，采用信息光束进行通信的方式，即能完成通信功能，又能实现对位置的监测。

不同于电磁辐射或电磁共振式无线充电，可见光、红外光在正常照度下对人体是非常安全的，同时也不会像高频电磁波/电磁场那样对周围设备产生电磁干扰。采用可见光、红外光通信进行充电设备定位的精度很高，充电设备不用做任何操作，也不用额外的外接设备就可以被定位而自动开始充电。

因为光是直线入射的，采用光通信可以非常精确地定位手机等充电设备的实际位置。而采用电磁波远实现远距离充电一方面存在着安全性的问题，另外因为通过wifi、蓝牙等定位方式只能达到几十米的精度，无法精确定位手机等设备的设备，如果不能精确定位发射端而向空间中所有方向发射充电的电磁波，能量大部分都被损失掉，如果按照雷达等可以转动的结构可以定位接收端的位置，定位速度不会很快，发射端的结构比较复杂，也不适合对应多个手机。而光通信可以非常精确并快速地定位手机，即使像使用者手持手机快速移动，光线也可以快速跟踪，精确定位手机位置。

在可见光、红外光频段，接收天线2可以直接与入射光产生作用，可以像接收无线电波的天线一样接收光波，可获得几倍于光伏电池的转换效率，更适合于远距离无线充电系统的实际应用，且还可以直接接收太阳光。当然，在使用太阳光时，会暂停通信器的工作。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种远距离无线充电系统，具有发射端和接收端，其特征在于，

所述接收端包括：

接收端控制系统(1)、接收天线(2)、接收端处理器(3)和接收端通信器(4)；

所述接收天线(2)分别和所述接收端控制系统(1)、所述接收端处理器(3)以及负载(9)联通；

所述接收端处理器(3)联通在所述接收天线(2)和所述接收端控制系统(1)之间；

接收端通信器(4)，所述接收端通信器(4)与所述接收端控制系统(1)联通；

所述接收天线(2)由多个光学天线构成；

所述发射端包括：

发射端控制系统(5)、发射天线(6)、发射端处理器(7)和发射端通信器(8)；

所述发射端处理器(7)联通在所述发射端控制系统(5)和所述发射天线(6)之间；

所述发射端通信器(8)与所述发射端控制系统(5)联通；

所述发射天线(6)为光发射器；其中，

所述发射天线(6)与所述接收天线(2)相对时，所述发射天线(6)发射光束，所述接收天线(2)接收所述光束；

所述发射端通信器(8)和所述接收端通信器(4)之间通讯连接。

2.根据权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述发射端通信器(8)为光接收器；

所述接收端通信器(4)为光发射器；

所述接收端通信器(4)发射信息光束，所述发射端通信器(8)接收所述信息光束。

3.根据权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述光束包括：充电光束和信息光束。

4.根据权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述接收端通信器(4)依次通过接收端驱动器(41)和接收端编码器(42)与所述接收端控制系统(1)联通；

所述发射端通信器(8)依次通过发射端滤波器(81)和发射端解码器(82)与所述发射端控制系统(5)联通。

5.根据权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述接收端处理器(3)至少包括接收端滤波器(31)和接收端解码器(32)；

所述发射端处理器(7)至少包括发射端编码器(71)和发射端驱动器(72)。

6.根据权利要求1所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述接收天线(2)由上到下依次为：上部电极(21)、上部工作层(22)、绝缘层(23)、下部工作层(24)和下部电极(25)；

所述上部电极(21)为透明的导电层；

所述上部工作层(22)、绝缘层(23)、下部工作层(24)组成所述光学天线。

7.根据权利要求6所述的远距离无线充电系统，其特征在于，

所述上部电极(21)为铟锡氧化物、导电玻璃、金属线或金属涂层中的一种；和/或，

所述上部工作层(22)为碳纳米管。

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