被利用作為電容性電力輸送系統(tǒng)的無線電力轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于向連接在電容性電力輸送系統(tǒng)中的負(fù)載供應(yīng)電力的直流（DC）到交流（AC）無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備（200）。所述設(shè)備包括：實(shí)現(xiàn)與DC網(wǎng)格的至少兩條供電線（211，212）的電流接觸的至少兩個(gè)連接器（201，202）；耦合到連接器（201，202）并且被配置成從通過所述至少兩個(gè)連接器饋送的輸入DC信號(hào)生成AC電力信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器（203），其中AC電力信號(hào)的頻率與所述電容性電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配；以及連接到驅(qū)動(dòng)器的輸出的至少一對(duì)發(fā)送器電極（204，205）。
【專利說明】被利用作為電容性電力輸送系統(tǒng)的無線電力轉(zhuǎn)換器
[0001]本申請(qǐng)要求2011年8月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/523，924和2012年5月16日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/647，744的權(quán)益。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及電容性電力輸送系統(tǒng)，更具體來說涉及這樣的系統(tǒng)到DC電網(wǎng)的連接性。
【背景技術(shù)】
[0003]無線電力輸送指的是在沒有任何連線或接觸的情況下供應(yīng)電力，其中對(duì)于電子設(shè)備的供電是通過無線介質(zhì)施行的。針對(duì)無接觸供電的一種受歡迎的應(yīng)用是為例如移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)等便攜式電子設(shè)備充電。
[0004]針對(duì)無線電力輸送的一種實(shí)現(xiàn)方式是通過感應(yīng)式供電系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，電源(發(fā)送器)與設(shè)備(接收器)之間的電磁感應(yīng)允許進(jìn)行無接觸電力輸送。發(fā)送器和接收器都配備有電線圈，并且當(dāng)在物理上鄰近時(shí)有電信號(hào)從發(fā)送器向接收器流動(dòng)。
[0005]在感應(yīng)式供電系統(tǒng)中，所生成的磁場(chǎng)集中在線圈內(nèi)。其結(jié)果是，針對(duì)接收器拾取場(chǎng)的電力輸送在空間上非常集中。這一現(xiàn)象在系統(tǒng)中產(chǎn)生熱點(diǎn)，從而限制了系統(tǒng)的效率。為了提高電力輸送的效率，對(duì)于每一個(gè)線圈都需要高品質(zhì)因數(shù)。為此，線圈應(yīng)當(dāng)具有電感與電阻的最優(yōu)比值的特征，應(yīng)當(dāng)由具有低電阻的材料構(gòu)成，并且應(yīng)當(dāng)利用Litz線工藝來制造以便減輕趨膚效應(yīng)。此外，線圈應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)成滿足復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)以避免渦電流。因此，對(duì)于高效的感應(yīng)式供電系統(tǒng)需要昂貴的線圈。針對(duì)大面積無接觸電力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將需要許多昂貴的線圈，因此對(duì)于這樣的應(yīng)用，感應(yīng)式供電系統(tǒng)可能是不可行的。
[0006]電容性耦合是用于無線電力輸送的另一種技術(shù)。這種技術(shù)主要被利用在數(shù)據(jù)傳輸和感測(cè)應(yīng)用中。電容性耦合的一個(gè)實(shí)例是粘貼在車窗上的汽車無線電裝置天線與汽車內(nèi)部的拾取元件。電容性耦合技術(shù)還被利用來對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行無接觸充電。對(duì)于這樣的應(yīng)用，(實(shí)施電容性耦合的)充電單元在設(shè)備的固有諧振頻率之外的頻率下操作。在相關(guān)技術(shù)中還討論了實(shí)現(xiàn)LED照明的電容性電力輸送電路。所述電路是基于電源(驅(qū)動(dòng)器)中的電感器。因此只能使用單一接收器，并且應(yīng)當(dāng)對(duì)發(fā)送器頻率進(jìn)行調(diào)諧以便輸送最大功率。此外，這樣的電路需要像素化電極，從而甚至在其未完美對(duì)準(zhǔn)時(shí)也確保接收器與發(fā)送器之間的電力輸送。但是像素化電極數(shù)目的增加也會(huì)增加去到電極的連接數(shù)目，從而增加電力損耗。因此，在只有單一接收器和尺寸受限的電極時(shí)，在相關(guān)技術(shù)中所討論的電容性電力輸送電路無法在例如窗戶、墻壁等大面積上供應(yīng)電力。
[0007]近來，越來越多的住宅和商用建筑物包括了直流(DC)電網(wǎng)。這樣的DC電網(wǎng)還可以被利用來向城鎮(zhèn)輸送電力。作為一個(gè)實(shí)例，對(duì)于水力發(fā)電的傳輸，中國(guó)的DC電網(wǎng)覆蓋超過1400km。在建筑物中，通常在建筑物的進(jìn)線口處安裝一個(gè)或更多整流器以便通過單獨(dú)的或者甚至在某些情況下通過已有的交流(AC)輸電線提供DC電力。DC電力可以被利用來為例如商用熒光照明之類的照明燈具供電。使用DC網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)在于電力傳輸?shù)牡统杀?、?duì)于銅傳輸線的更好利用以及低AC輻射。
[0008]因此，在提供用于在大表面上供應(yīng)電力的高效的電容性電力輸送系統(tǒng)方面存在挑戰(zhàn)。此外,在從DC網(wǎng)格的任意位置向電容性電力系統(tǒng)供應(yīng)電力方面也存在挑戰(zhàn)。因此，提供解決這些挑戰(zhàn)的低成本且可行的解決方案將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]這里所公開的某些實(shí)施例包括一種用于向連接在電容性電力輸送系統(tǒng)中的負(fù)載供應(yīng)電力的直流(DC)到交流(AC)無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備。所述設(shè)備包括:實(shí)現(xiàn)與DC網(wǎng)格的至少兩條供電線的電流接觸的至少兩個(gè)連接器；耦合到所述連接器并且被配置成從通過所述至少兩個(gè)連接器饋送的輸入DC信號(hào)生成AC電力信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器，其中AC電力信號(hào)的頻率與所述電容性電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配；以及連接到驅(qū)動(dòng)器的輸出的至少一對(duì)發(fā)送器電極。
[0010]這里所公開的某些實(shí)施例還包括一種用于向連接到電容性電力輸送系統(tǒng)的無供電DC網(wǎng)格局部供應(yīng)DC信號(hào)的交流(AC)到直流(DC)無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備。所述系統(tǒng)包括--與AC電網(wǎng)的至少兩個(gè)電極電容性耦合的至少一對(duì)電極，從而允許從AC電網(wǎng)向所述至少一對(duì)電極無線輸送AC電力信號(hào)；連接到所述至少一對(duì)電極并且被配置成從AC電力信號(hào)生成DC信號(hào)的AC到DC轉(zhuǎn)換器；以及實(shí)現(xiàn)與無供電DC網(wǎng)格的至少兩條輸電線的電流接觸的至少兩個(gè)連接器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在說明書末尾處的權(quán)利要求書中特別指出并且清楚地要求保護(hù)被視為本發(fā)明的主題內(nèi)容。通過后面結(jié)合附圖做出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
[0012]圖1是可以由所公開·的設(shè)備利用的電容性電力輸送系統(tǒng)的圖示；
圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的DC到AC無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備的方框圖；
圖3是示出了所述DC到AC無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施的示例性連接的圖示；
圖4是被構(gòu)造成既生成低功率AC信號(hào)也生成高功率AC信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器的方框圖；以及 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的AC到DC無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備的方框圖。
[0013]重要的是應(yīng)當(dāng)注意到，這里所公開的實(shí)施例僅僅是這里的創(chuàng)新性教導(dǎo)的許多有利用途的實(shí)例。一般來說，在本申請(qǐng)的說明書中所做的陳述并不一定限制所要求保護(hù)的各項(xiàng)發(fā)明當(dāng)中的任一項(xiàng)。此外，一些陳述可能適用于某些發(fā)明性特征但是不適用于其他發(fā)明性特征。一般來說，除非另行表明，否則單數(shù)元件可以是復(fù)數(shù)并且反之亦然，而不會(huì)損失一般性。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記在幾幅視圖中表示相同的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可以被利用來進(jìn)行無線電力輸送的電容性供電系統(tǒng)100的示例性而非限制性的示意圖。系統(tǒng)100允許大面積電力傳輸。系統(tǒng)100可以被安裝在例如浴室之類的其中開放電接觸是不優(yōu)選或者不合期望的地方，可以被安裝在零售商店中，其中需要規(guī)則的變化來對(duì)產(chǎn)品、家具等等進(jìn)行照明。系統(tǒng)100可以在大面積上輸送電力，并因此可以被利用來為安放在墻壁、窗戶、鏡子、地板、座椅、走廊等處的設(shè)備供電。
[0015]系統(tǒng)100包括連接到一對(duì)發(fā)送器電極121、122的電力驅(qū)動(dòng)器110，所述發(fā)送器電極附著到絕緣層130。系統(tǒng)100還包括連接到負(fù)載150和電感器160的一對(duì)接收器電極141、142。可選的是，系統(tǒng)100可以包括耦合到驅(qū)動(dòng)器110的電感器112。
[0016]發(fā)送器電極121、122到驅(qū)動(dòng)器110之間的連接是通過電流接觸或電容性入耦合而實(shí)現(xiàn)的。通過把接收器電極141、142放置在發(fā)送器電極121、122附近向負(fù)載150供應(yīng)電力信號(hào)，而沒有二者之間的直接接觸。因此，不需要機(jī)械連接器或者任何電接觸來為負(fù)載150供電。負(fù)載150可以是(但不限于)照明元件(例如LED、LED串、燈等等)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)表面、顯示器、計(jì)算機(jī)、充電器、揚(yáng)聲器等等。
[0017]驅(qū)動(dòng)器110輸出AC電壓信號(hào)，其頻率與由串聯(lián)的電容器和電感器112、160構(gòu)成的電路的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配。所述電容器(在圖1中被標(biāo)記為Cl和C2)是形成在發(fā)送器電極121、122(在圖1中用虛線示出)與接收器電極141、142之間的電容性阻抗。電容器和(多個(gè))電感器112和/或160的阻抗在諧振頻率下彼此抵消，從而得到低歐姆電路。因此，系統(tǒng)100能夠以非常低的電力損耗向負(fù)載150遞送電力。
[0018]驅(qū)動(dòng)器110生成AC信號(hào)，其幅度、頻率和波形可以被控制。所述輸出信號(hào)通常具有幾十伏特的幅度以及高達(dá)幾兆赫茲(MHz)的頻率?？梢酝ㄟ^改變由驅(qū)動(dòng)器110輸出的信號(hào)的頻率、相位或占空比來施行所生成的信號(hào)與串聯(lián)諧振之間的頻率調(diào)諧?？商鎿Q地，可以通過改變連接到驅(qū)動(dòng)器110的電路的電容或電感數(shù)值來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧。
[0019]絕緣層130是可以由任何絕緣材料制成的薄層基板材料，其中例如包括空氣、紙張、木材、織物、玻璃、去離子水等等。優(yōu)選地選擇具有介電常數(shù)的材料。絕緣層130的厚度通常處于10微米(例如涂料層)到幾毫米(例如玻璃層)之間。
[0020]發(fā)送器電極121、122由被放置在不與接收器電極141、142鄰近的絕緣層130的一側(cè)的兩個(gè)分開的導(dǎo)電材料主體構(gòu)成。舉例來說，如圖1中所示，發(fā)送器電極121、122處在絕緣層130的底部。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)送器電極121、122可以被放置在絕緣層130的相對(duì)偵U。發(fā)送器電極121、122可以是任何形狀，其中例如包括矩形、圓形、正方形或其組合。每一個(gè)發(fā)送器電極的導(dǎo)電材料例如可以是碳、鋁、氧化銦錫(ΙΤ0)、例如聚3，4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)之類的有機(jī)材料、銅、銀、導(dǎo)電涂料或者任何導(dǎo)電材料。接收器電極141、142可以由與發(fā)送器電極121、122相同的導(dǎo)電材料制成，或者由不同的導(dǎo)電材料制成。
[0021]系統(tǒng)100的總電容由對(duì)應(yīng)的發(fā)送器和接收器電極121、141和122、142的重疊面積以及絕緣層130的厚度和材料屬性形成。系統(tǒng)100的電容在圖1中被圖示為Cl和C2。為了允許電諧振，系統(tǒng)100還應(yīng)當(dāng)包括電感性元件。該元件可以采取以下形式:分布在驅(qū)動(dòng)器110和負(fù)載150上的作為發(fā)送器電極或接收器電極的一部分的一個(gè)或更多電感器(例如圖1中所示的電感器160和112)，合并在絕緣層130內(nèi)的電感器，或者其任意組合。
[0022]負(fù)載150允許AC雙向電流流動(dòng)。負(fù)載150可以包括二極管或AC/DC轉(zhuǎn)換器以便在局部生成DC電壓。負(fù)載150還可以包括用于根據(jù)由驅(qū)動(dòng)器110生成的控制信號(hào)來控制或編程負(fù)載150的各項(xiàng)功能的電子裝置。
[0023]如圖1中示例性地示出的電容性供電系統(tǒng)100描繪出由驅(qū)動(dòng)器110供電的單一負(fù)載150。但是應(yīng)當(dāng)提到的是，驅(qū)動(dòng)器110也可以為多個(gè)負(fù)載供電，其中每一個(gè)負(fù)載可以被調(diào)諧到不同的操作頻率?？商鎿Q地，可以將多個(gè)負(fù)載調(diào)諧到相同的操作頻率。[0024]根據(jù)這里所公開的各個(gè)實(shí)施例，提供一種允許將電容性供電系統(tǒng)局部連接到DC網(wǎng)格的設(shè)備。圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)的設(shè)備200的示例性而非限制性的圖示，其被利用來將所述系統(tǒng)局部連接到DC網(wǎng)格。
[0025]設(shè)備200是電容性電力轉(zhuǎn)換器，其包括至少一對(duì)連接器201、202、驅(qū)動(dòng)器203以及耦合到驅(qū)動(dòng)器203的一對(duì)發(fā)送器電極204、205。設(shè)備200的各個(gè)組件被組裝在可以由導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料制成的表面上。
[0026]連接器201、202允許與包括在基礎(chǔ)設(shè)施210中的DC網(wǎng)格的一對(duì)供電線211、212的電流接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，連接器201、202是可以穿過絕緣層220從而與供電線211、212發(fā)生電接觸的兩個(gè)導(dǎo)電引腳。連接器201、202還可以提供用以把設(shè)備200固定到DC網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施210的機(jī)械裝置。在某些實(shí)施例中，可以利用機(jī)械裝置將設(shè)備200安放在DC網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施210上，其中例如包括(而不限于)螺釘(其不導(dǎo)電或者處在電絕緣孔洞中)、膠水、磁體或者織物應(yīng)用(例如Velcro?帶)。
[0027]驅(qū)動(dòng)器203從流自供電線211、212的輸入DC電流生成AC信號(hào)。所生成的AC信號(hào)的幅度、頻率和波形被選擇成為連接到一對(duì)接收器電極231、232的負(fù)載(圖2中未示出)高效地供電。具體來說，AC信號(hào)的頻率與電容性供電系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配。如前所述，所述串聯(lián)諧振頻率是所述電感器的電感數(shù)值、形成在所述一對(duì)發(fā)送器電極204、205與接收器電極231、232之間的電容性阻抗以及絕緣層220的特性的函數(shù)。在圖3所示的設(shè)置中，所述電容性供電系統(tǒng)的電感性元件可以連接到負(fù)載，并且/或者可以是設(shè)備200的一部分(其連接在驅(qū)動(dòng)器203與其中一個(gè)發(fā)送器電極204、205之間)。后面將詳細(xì)討論用以實(shí)施驅(qū)動(dòng)器203的各個(gè)實(shí)施例。
[0028]回到圖2，當(dāng)設(shè)備200連接到DC網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施210時(shí)，形成完整的電容性供電系統(tǒng)，其包括驅(qū)動(dòng)器203、發(fā)送器電極204、205、絕緣層220以及接收器電極231、232。雖然未在圖2中示出，但是負(fù)載連接到接收器電極231、232和電感性元件。因此，當(dāng)在連接器201、202與供電線211、212之間發(fā)生電接觸時(shí)，由驅(qū)動(dòng)器203生成的AC電力信號(hào)被無線輸送到接收器電極231、232以便為與之連接的負(fù)載供電。
[0029]DC網(wǎng)格的供電線211、212通常遍及建筑物的各個(gè)房間和地板。DC網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施210可以是例如墻壁、窗戶、天花板之類的大表面。這里所公開的實(shí)施例允許從供電線211、212和設(shè)備200遠(yuǎn)程連接接收器(包括負(fù)載和電極)。也就是說，可以在DC網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施210上的任意位置處連接接收器。圖3是示出了這樣的連接的非限制性且示例性的圖示。
[0030]圖3中所描繪出的基礎(chǔ)設(shè)施例如可以是墻壁、天花板、窗戶、家具、展示區(qū)域等等?；A(chǔ)設(shè)施300覆蓋有垂直導(dǎo)電條帶310 ;每一對(duì)導(dǎo)電條帶充當(dāng)前面關(guān)于圖2討論的接收器電極231、232。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電條帶310被放置在形成絕緣層220的不導(dǎo)電材料的背面。這樣的不導(dǎo)電材料例如可以是壁紙材料、涂料層等等。導(dǎo)電條帶310例如可以由導(dǎo)電墨水、導(dǎo)電涂料等制成。
[0031]基礎(chǔ)設(shè)施300還包括充當(dāng)前面關(guān)于圖2討論的DC網(wǎng)格供電線211、212的至少一對(duì)水平導(dǎo)電條帶320。圖2的設(shè)備200通過電流接觸連接到水平導(dǎo)電條帶320，從而使得設(shè)備200的發(fā)送器電極204、205與負(fù)載300所連接到的一對(duì)條帶310重疊。由設(shè)備200的驅(qū)動(dòng)器203生成的AC電力信號(hào)通過前面詳細(xì)討論的電容性耦合被輸送到所述一對(duì)條帶310。
[0032]負(fù)載330可以在沿著兩個(gè)條帶的任何位置處連接到任一對(duì)垂直導(dǎo)電條帶310。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載330可以是任何照明元件，其中例如包括LED、LED串、燈、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)表面等等。負(fù)載330利用固定裝置被安放在基礎(chǔ)設(shè)施300上，所述固定裝置例如包括螺釘(其不導(dǎo)電或者處在電絕緣孔洞中)、膠水、磁體或者織物應(yīng)用(例如Velcro?帶)。應(yīng)當(dāng)提到的是，在供電線211、212、設(shè)備200的發(fā)送器電極204、205與負(fù)載330之間沒有直接電接觸。通過一對(duì)導(dǎo)電條帶310為負(fù)載330供電。
[0033]在改變負(fù)載330的位置時(shí)，設(shè)備200可以被簡(jiǎn)單地放置成使得發(fā)送器電極204、205與負(fù)載330所連接到的新的一對(duì)垂直導(dǎo)電條帶310重合。
[0034]應(yīng)當(dāng)提到的是，雖然未在圖3中示出，但是負(fù)載330可以連接到電感性元件以便與所述電容性電力系統(tǒng)諧振?？商鎿Q地或共同地，所述電感性元件可以連接到設(shè)備200的驅(qū)動(dòng)器203。還應(yīng)當(dāng)提到的是，可以將多個(gè)負(fù)載安放在基礎(chǔ)設(shè)施300上，其中每一個(gè)負(fù)載由設(shè)備200如前面所討論的那樣供電。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)設(shè)備200可以被利用來為多個(gè)負(fù)載供電。相應(yīng)地，在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備200的發(fā)送器電極的數(shù)目是將要供電的負(fù)載數(shù)目的至少兩倍。
[0035]在各個(gè)實(shí)施例中，所述水平和垂直導(dǎo)電條帶可以被構(gòu)造在基礎(chǔ)設(shè)施300的一層之內(nèi)，或者被構(gòu)造在基礎(chǔ)設(shè)施300的不同層內(nèi)。舉例來說，當(dāng)被構(gòu)造在不同層中時(shí)，垂直(AC)導(dǎo)電條帶被放置在壁紙內(nèi)，并且水平(DC)導(dǎo)電條帶被形成為壁紙之上的單獨(dú)夾層或者被安放在底板之內(nèi)或之上。此外，DC導(dǎo)電條帶可以被放置在水平方向上，而AC導(dǎo)電條帶可以被放置在垂直方向上。應(yīng)當(dāng)提到的是，AC和DC導(dǎo)電條帶可以利用不同的形狀形成。在一個(gè)實(shí)施例中，DC導(dǎo)電條帶可以被粘貼在壁紙之上。
[0036]圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器203的非限制性的示例性方框圖。驅(qū)動(dòng)器203被構(gòu)造成生成并輸出具有被允許為負(fù)載供電的幅度和頻率的電力AC信號(hào)。
[0037]驅(qū)動(dòng)器203包括邏輯單元410、振蕩器420和放大器430。來自DC網(wǎng)格的DC信號(hào)被輸入到邏輯單元410。邏輯單元410被部分地配置成互換輸入DC信號(hào)的極性，并且生成被饋送到振蕩器420的頻率控制。邏輯單元410還把輸入DC信號(hào)調(diào)節(jié)到對(duì)于振蕩器420和放大器430的操作所需的電壓水平。
[0038]振蕩器420基于由邏輯單元410生成的頻率控制信號(hào)在電容性供電系統(tǒng)的諧振頻率下生成AC信號(hào)。振蕩器420的輸出被饋送到放大器430，所述放大器430將AC信號(hào)放大到為負(fù)載供電所需的功率水平。放大器430可以由邏輯單元410控制來生成處于所需功率水平的信號(hào)。放大器430可以是(而不限于)線性放大器、H橋放大器、開關(guān)模式放大器等
坐寸ο
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯單元410感測(cè)輸出402、403處的電壓和電流的相位，以便確定是否需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧?？商鎿Q地或共同地，在接收器電極中測(cè)量所述電壓和電流的相位。在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器203生成被調(diào)制在AC電力信號(hào)上的控制信號(hào)，比如可以被利用來控制負(fù)載的控制信號(hào)。舉例來說，如果負(fù)載是LED燈，則由驅(qū)動(dòng)器203輸出的控制信號(hào)可以被利用于LED燈的調(diào)光或顏色設(shè)定。
[0040]應(yīng)當(dāng)提到的是，為了最大化流經(jīng)負(fù)載的電流，對(duì)AC電力信號(hào)施行調(diào)諧。如前所述，這是在系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率與輸出AC信號(hào)頻率彼此匹配時(shí)實(shí)現(xiàn)的。
[0041]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線AC到DC電力轉(zhuǎn)換器設(shè)備500的非限制性圖示。設(shè)備500包括一對(duì)電極501、502，通過所述電極無線接收來自AC電網(wǎng)的導(dǎo)電條帶521、522的AC電力信號(hào)。絕緣層(圖5中未示出)在所述一對(duì)電極501、502與AC電網(wǎng)的導(dǎo)電條帶521、522之間絕緣，其中所述絕緣層由不導(dǎo)電材料制成。通過前面詳細(xì)討論的電容性耦合輸送AC電力信號(hào)。設(shè)備500還包括電感性元件503，從而使得設(shè)備500在與AC網(wǎng)格所供應(yīng)的AC信號(hào)的頻率基本上匹配的頻率下諧振。
[0042]通過轉(zhuǎn)換器504將輸入AC信號(hào)轉(zhuǎn)換成DC信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器504被實(shí)施為整流器?？梢岳靡粚?duì)連接器505、506把由轉(zhuǎn)換器504輸出的DC信號(hào)供應(yīng)到無供電導(dǎo)電條帶511、512。連接器505、506與DC網(wǎng)格的導(dǎo)電條帶511、512之間的連接是通過電流接觸實(shí)現(xiàn)的。在被供應(yīng)DC信號(hào)時(shí)，導(dǎo)電條帶511、512形成局部DC網(wǎng)格?？梢栽诓划a(chǎn)生AC輻射的情況下將導(dǎo)電條帶511、512制成任意長(zhǎng)度。設(shè)備500可以被放置在AC網(wǎng)格上的任意位置處以激活局部DC網(wǎng)格。
[0043]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種包括無線DC到AC電力轉(zhuǎn)換器設(shè)備200和無線AC到DC電力轉(zhuǎn)換器設(shè)備500的系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)還可以包括根據(jù)輸入電力的來源(即AC或DC電力信號(hào))激活其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器的控制器。
[0044]雖然前面關(guān)于所描述的幾個(gè)實(shí)施例以一定的細(xì)節(jié)相當(dāng)詳盡地描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被限制到任何此類細(xì)節(jié)或?qū)嵤├蛉魏翁囟▽?shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求書對(duì)其進(jìn)行理解，以便根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)提供關(guān)于這樣的權(quán)利要求的最廣泛的可能解釋，從而實(shí)際上涵蓋本發(fā)明的意定范圍。此外，前面在為之可以獲得使能描述的發(fā)明人所預(yù)見到的實(shí)施例方面描述了本發(fā)明，但是當(dāng)前沒有預(yù)見到的本發(fā)明的非實(shí)質(zhì)性修改仍然可以表示與之等效的方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于向連接在電容性電力輸送系統(tǒng)中的負(fù)載供應(yīng)電力的直流(DC)到交流(AC)無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備(200)，其包括: 實(shí)現(xiàn)與DC網(wǎng)格的至少兩條供電線(211，212)的電流接觸的至少兩個(gè)連接器(201，202)； 耦合到連接器(201，202)并且被配置成從通過所述至少兩個(gè)連接器饋送的輸入DC信號(hào)生成AC電力信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器(203)，其中AC電力信號(hào)的頻率與所述電容性電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配；以及 連接到驅(qū)動(dòng)器的輸出的至少一對(duì)發(fā)送器電極(204，205)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其還包括串聯(lián)連接在驅(qū)動(dòng)器與所述至少一對(duì)發(fā)送器電極(204，205)的其中之一之間的電感器。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，DC網(wǎng)格的所述至少兩條供電線由不導(dǎo)電材料覆蓋，從而形成絕緣層(220)。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中，當(dāng)所述至少一對(duì)發(fā)送器電極(204，205)與連接到負(fù)載的一對(duì)接收器電極重疊時(shí)，由驅(qū)動(dòng)器生成的AC電力信號(hào)被從所述至少一對(duì)發(fā)送器電極(204，205)無線輸送到所述一對(duì)接收器電極，其中所述一對(duì)接收器電極、DC網(wǎng)格的所述至少兩條供電線以及負(fù)載是相同的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述設(shè)備被安放在所述基礎(chǔ)設(shè)施上，以便把所述電容性供電系統(tǒng)局部連接到DC網(wǎng)格。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述電容性電力輸送系統(tǒng)的串聯(lián)諧振頻率是所述電感器和形成在一對(duì)發(fā)送器電極與一對(duì)接收器電極之間的電容性阻抗的諧振頻率。`
7.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述一對(duì)接收器電極和所述供電線分別是包括在基礎(chǔ)設(shè)施的相同基板層上的水平導(dǎo)電條帶和垂直導(dǎo)電條帶。
8.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，所述一對(duì)接收器電極和所述供電線分別是包括在基礎(chǔ)設(shè)施的不同基板層上的水平導(dǎo)電條帶和垂直導(dǎo)電條帶。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)器包括: 邏輯單元(410)，其被配置成互換輸入DC信號(hào)的極性并且生成頻率控制信號(hào)； 振蕩器(420)，其被配置成基于所生成的頻率控制信號(hào)在所述串聯(lián)諧振頻率下生成AC信號(hào)；以及 放大器(430)，其被配置成把由振蕩器生成的AC信號(hào)放大到為負(fù)載供電所需的幅度。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，所述邏輯單元(410)還被配置成控制負(fù)載的操作。
11.一種用于為連接到電容性電力輸送系統(tǒng)的無供電DC網(wǎng)格局部供應(yīng)DC信號(hào)的交流(AC)到直流(DC)無線轉(zhuǎn)換器設(shè)備(500)，其包括: 電容性耦合到AC電網(wǎng)的至少兩個(gè)電極(521，522)的至少一對(duì)電極(501，502)，從而把AC電力信號(hào)從AC電網(wǎng)無線輸送到所述至少一對(duì)電極(501，502)； 連接到所述至少一對(duì)電極(501，502)并且被配置成從AC電力信號(hào)生成DC信號(hào)的AC到DC轉(zhuǎn)換器(504);以及 實(shí)現(xiàn)與無供電DC網(wǎng)格的至少兩條供電線(511，512)的電流接觸的至少兩個(gè)連接器(505,506)。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其還包括串聯(lián)連接在所述轉(zhuǎn)換器(504)與所述至少一對(duì)電極(501,502)的其中之一之間的電感器(503)。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中，絕緣層位于所述至少一對(duì)電極(501，502)與AC電網(wǎng)的至少兩個(gè)電極(521，522)之間，并且其中所述絕緣層由不導(dǎo)電材料制成。
14.權(quán)利要求13的設(shè)備，其中，所述AC電力信號(hào)的頻率與所述電感器(503)和形成在所述至少一對(duì)電極(501，502 )和AC電網(wǎng)的所述至少兩個(gè)電極(521，522 )之間的電容性阻抗的串聯(lián)諧振頻率基本上匹配。
15.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述設(shè)備被安放在AC電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施上以便為DC網(wǎng)格局部供電。`
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103875161SQ201280050801
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】A.塞佩爾, H.T.范德贊登, E.瓦芬施米特, D.W.范戈?duì)? 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司