[发明专利]无线功率传输系统

说明书

本申请涉及一种包括无线功率传输系统的装置。该系统包括与在同一频率范围内工作的其他系统相比它可以在扩展距离上无线传输更多功率的特征。该系统具有散热特征，可在高温环境下有效工作，并比典型的功率传输系统在更高层次和/或更远的距离上传输功率。该系统还可能包括在严酷环境中使用时能够承受机械震动、应力和冲击的设计特征。该系统还可以包括减少电磁干扰(EMI)的适配，并且可以包括具有增强性能的磁性/铁磁性属性的特殊形状的组件。其他可能特征包括通过在一个电路或一块电路板内组合多个元件来进行功率调节，以防止过电流、过压和/或反向电压。其他特征可能包括在一个模块内集成天线和电池。

相关申请交叉引用

本申请请求下述优先权(i)美国非临时申请号16/517,058，2019年7月19日提交且名为“WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM WITH EXTENDED WIRELESS CHARGING RANGE(具有扩展无线充电范围的无线功率传输系统)”，以及(ii)美国非临时申请号16/517,077，2019年7月19日提交且名为“PREEMPTIVE THERMAL MITIGATION FOR WIRELESS POWERTRANSFER SYSTEMS(用于无线功率传输系统的抢占式热缓解)”，它们每个都通过引用以其整体结合于此。

技术领域

本申请涉及包括用于无线功率传输(WPT)系统的组件、装配件、模块和构件的装置、系统和方法。

背景技术

无线功率传输的挑战涉及发射元件能够产生足够高的磁场通量集中以到达特定距离处的接收元件。

当发射元件产生的磁场在接收元件中感生出电场，并因而产生电流时，就会发生感应式无线功率传输。这些发射和接收元件通常采用线圈的形式。无线传输的功率的量取决于互感，互感是发射机电感、接收机电感和耦合的函数。耦合根据耦合系数(“k”)被测量，该系数量化了接收机线圈捕获了多少磁场。

当发射元件和接收元件之间的距离增加时，耦合将减小这会导致较低的互感以及较少的功率传输。这种影响可以通过增加发射机电感和/或接收机电感来抵消。一个缺点是这样做会导致等效串联电阻(ESR)增加，从而导致更多热量和更大的能量损失。

在设计现代系统时，电子学和磁学设计师必须权衡，因为在较大距离上有效传输功率的设计通常会产生更大的电磁干扰(EMI)和更高的热阶(heat level)。此外，如果热阶上升过高，则电气系统的部件可能会损坏或被迫关闭。过热也会降低电池寿命。

其中较长距离无线功率传输将有帮助的情况的示例包括恶劣环境，在其中必须在设备周围放置相当大的外壳或屏障，从而阻止发射线圈和接收线圈彼此靠近定位。其他类似的例子包括其中附件—如手带、电话盖、卡座、机箱、车载支架、个人电子设备附件、电话夹和/或触控笔托架—必须位于发射线圈和接收线圈之间的情况。

较长距离的无线功率传输经常还受限于正充电的设备的设计，充电系统的设计或两者组合。例如，需要充电的设备的大小和数量可能不允许长距离充电。同样，充电系统的尺寸和设计可以预先确定设备的最大充电距离，该距离小于设备要充电所需的距离。要求设备放置在充电底板(charging bay)中或与充电底板接触的当前充电系统可能无法对超尺寸的设备进行充电。即使是多板系统也没有解决这个问题。一个在其中需要充电的设备的大小和数量是有关系的且需要底板或多底板充电系统的示例是在工业仓库中，多个库存跟踪设备需要同时充电，特别是在夜间或轮班之间。

影响当前多设备在较长距离处充电的效率的另一个问题是充电效率通常要求每个功率接收设备与功率发射机正确对准。无论是在单个印刷电路板上还是在多个印刷电路板上提供，或者即使WPT线圈可能由多个控制器或一个控制器驱动，以机械方式将接收机和充电系统中的发射机或发射机电路对准的发射机外壳设计都不能解决上述问题。