CN111344870A - 电磁能量转换器 - Google Patents

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莫杰塔巴·阿哈万-塔夫蒂
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Abstract

用于将电磁(EM)能量转换成电的封闭式多维***。封闭式电磁(EM)能量转换器包括壳体、产生电流的电池以及来自发光材料、透射材料、吸收材料、漫射材料、折射材料、色散材料、导电材料和介电材料或其组合的列表的介质，其中光伏电池不直接面对进入的EM能量。该特征使得能够生成紧凑且易于制造的EM转换器。多个EM转换器可以串联或并联耦合以使效率最大化。EM能源可以用于传送能量和信息两者。有源光学器件、自适应光学器件和光电子器件可以与EM转换器可操作地耦合。该***的便携性、可扩展性和连通性使其特别适用于可以是地下、机载或星载的长距离能量转换应用。

Description

电磁能量转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月8日申请的美国临时申请第62/555,686号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及一种用于改善对移动设备或固定设备进行供电所需的能量存储***的设备和方法。
背景技术和发明内容
本部分提供与本公开内容有关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。本部分还提供本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
光伏太阳能面板通常用于将光能转换为用于可能是基于地面的或基于空气/空间的移动物体的电能。电磁(EM)能量被广泛用于对卫星(即太阳帆)进行供电和推进。
随着电子电路的缩小，能量传送和存储正在变得更具挑战性。已经提出了激光通信/电力传送作为一种创建更紧凑的、在本教导的情况下为3D的结构的方法。当前的解决方案包括单色激光照射的平板电池，其提供的功率密度输出低于根据本教导的原理提供的功率密度输出。
激光电力集束(power beaming)使用激光将集中的光传送至远程接收器。然后，接收器将光转换成电，就像太阳能光伏(PV)电池将阳光转换成电一样。
激光照射与太阳能照射之间的关键差异是：i)激光能够比太阳强烈得多；ii)可以使用自适应光学器件将激光引导至任何地方；iii)激光可以连续地和/或受控脉冲地操作；以及iv)可以优化光伏以在单色激光发射下操作。
电力集束技术从发射器接收能量。发射器电力由电插座、发电机、聚光器和/或电力存储单元(例如电池和燃料电池)提供。波束的波长和形状由一组光学器件限定。然后，光通过空气、空间的真空和/或通过光纤光缆传播，直到其到达接收器为止。然后，接收器将光转换成电/热/等。
无线电力传送需要在仅发射点和接收点处进行物理安装，因此，在增强了***的可靠性的同时降低了成本。因此，与太阳能相比，激光电力集束具有许多优势。
在一些实施方式中，本教导提供了一种比传统的转换器效率高(单位表面积能量)、便宜、紧凑、轻便、便携、先进(通过由无线紧凑型设备代替传统的能量存储/传送，使用最先进技术以提高效率、降低机器的尺寸和重量)等的设备。
先前提出的设备和方法已经解决了实现无线能量传送所需的技术/材料/制造工艺以及成本分析；然而，本教导的电磁能量转换器和方法旨在将现有的、经充分研究的构件块组装在一起以使得针对能量转换/采集问题能够有更负担得起、更有效并可持续的解决方案。
根据本文提供的描述，其他的可适用领域将变得明显。在该发明内容中的描述和具体示例旨在仅用于说明的目的而不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选择的实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了根据本教导的原理的封闭式电磁(EM)能量转换器的透视图。
图2是示出本教导的操作原理的示意图。
图3示出了根据本教导的原理的、具有液体转换器或固体转换器的敞开式电磁(EM)能量转换器的透视图。
图4示出了根据本教导的原理的、具有传导经转换的EM能量的电极矩阵的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图5示出了图4的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图6示出了根据本教导的原理的串联耦合的一对电磁(EM)能量转换器的透视图。
图7A示出了根据本教导的原理的并联耦合的多个电磁(EM)能量转换器的透视图。
图7B示出了安装在传输EM能量和信息的光纤周围的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图8示出了根据本教导的原理的、安装至EM接收器盘的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图9示出了根据本教导的原理的、图8中的安装至EM接收器盘的电磁(EM)能量转换器的第二透视图。
图10示出了根据本教导的原理的、安装至EM接收器盘的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图11示出了根据本教导的原理的、图10中的安装至EM接收器盘的电磁(EM)能量转换器的第二透视图。
图12示出了根据本教导的原理的、具有可卷曲结构的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图13示出了根据本教导的原理的、图12中的具有可卷曲构造的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图14示出了根据本教导的原理的可调节电磁(EM)能量转换器的透视图。
图15示出了根据本教导的原理的、图14中的可调节电磁(EM)能量转换器的透视图。
图16示出了根据本教导的原理的、安装至无人机(UAV)的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图17示出了根据本教导的原理的、图16中的安装至无人机(UAV)的电磁(EM)能量转换器的透视图。
图18示出了本教导的电磁(EM)能量转换器和操作原理的透视图。
贯穿附图的若干视图，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述示例实施方式。
提供示例实施方式使得本公开内容将是透彻的，并且将充分地向本领域技术人员传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体部件、设备以及方法的示例，以提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员来说，显然不需要采用具体细节，而且示例实施方式可以以许多不同的形式来实施，并且具体细节和示例实施方式均不应当构成限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。
本文中使用的术语仅是出于描述具体示例实施方式的目的，而并不旨在限制。如本文中所使用的，除非上下文以其他方式清楚地指示，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也可以用来包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并且因此指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。本文中描述的方法步骤、处理和操作不应当被解释为必须要求其以所讨论或示出的特定顺序执行，除非被具体地标识为执行的顺序。还应当理解的是，可以采用附加的或替选的步骤。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“耦合至”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、接合、连接或耦合至另一元件或层，或者可以存在中间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦合至”另一元件或层时，可以不存在中间的元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”，“相邻”相对于“直接相邻”等)来解释。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列举项目的任意组合和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分进行区分。除非上下文明确指出，否则本文中使用的诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语并不暗示次序或顺序。因此，在不背离示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，例如“内部”、“外部”、“在...之下”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”等以描述如图所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了在图中描绘的定向之外，空间相对术语可以旨在涵盖使用或操作中的电磁能量转换器14的不同定向。例如，如果图中的电磁能量转换器14被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件然后将被定向为在其他元件或特征的“上方”。因此，示例术语“在…下方”可以涵盖上方和下方的定向两者。电磁能量转换器14可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且本文中使用的空间相对描述符相应地被解释。
各种项目已经深入研究了无线能量转换/采集技术的应用。本教导解决了在无需物理连接(例如，电线)的情况下转换具有变化强度的波/粒子能量以便向电子/热/机械设备供电的未被满足的需求。
具体参照图1至图18，在一些实施方式中，本教导提供了一种电磁能量转换器***10(参见图2和图18)，其具有能源12和电磁(EM)能量转换器14以将来自能源12的单色和/或多色的波和/或粒子能量转换成电磁能量转换器14中的电和/或热。特别地，本教导将三维结合到传统的能量转换设备中以提高转换效率(即瓦特每平方米)。
在一些实施方式中，能源12可以包括高功率激光器、粒子加速度计、或者辐射诸如但不限于无线电波、微波、红外发射、可见发射、紫外发射、X-射线和伽马射线的波以照射电磁能量转换器14的其他合成电磁能源。在一些实施方式中，能源12可以是天然源，例如但不限于太阳、荧光、热辐射、等离子体辐射、放射性辐射和振动。此外，在一些实施方式中，能源12是基于地面的、基于空气的和/或基于空间的。在本教导中使用的电磁能量可以具有各种波形，其包括但不限于短脉冲、正弦波、修改的正弦波、方波和任意波。在本教导中使用的电磁能还选自单色波形、多色波形、极性波形、非极性波形、相干波形、非相干波形、准直波形和发散波形的列表。
在一些实施方式中，电磁能量转换器14包括外壳或壳体16，一个或多个电池18(例如，光伏电池、热光伏电池、热离子转换器、热电转换器、压电转换器、电化学转换器或生物电化学转换器)至少部分地设置在壳体16内。在一些实施方式中，电池18可以包括但不限于无机电池、有机电池、非晶电池、多晶电池、单晶电池、有机发光二极管(OLED)、量子点、钙钛矿电池、热光伏电池等。在一些实施方式中，电池18由处于气相、液相、固相或其组合的材料组成。在一些实施方式中，电池18是以膜、平板、片、杆、颗粒、溶液、混合物等的形式。这些物质用于将(单色和多色)EM能量转换成电。应当理解，电磁能量转换器14可以包括具有不同带宽或操作和物理特性的不同类型或相似类型的多个电池18。
在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括一个或多个透镜或光学输入装置20以用于接收和操纵来自能源12的单色波和/或多色波和/或粒子能量。在一些实施方式中，壳体16可以是具有相对的端面22和侧面24的大体矩形形状。在一些实施方式中，一个或两个端面22可以包括一个或多个透镜20。应当理解，在一些实施方式中，透镜或光学输入装置20是可选的，并且因此波和/或粒子可以以替选方式引入：例如但不限于通孔或非变换(non-transforming)介质(例如非光学材料)。
在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括沿壳体16的一个或多个(例如全部)内表面设置的多个内层或材料26，以引导或操纵壳体16内的波或粒子能量以增强与电池18的接触。换句话说，在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括设置在面对端面22和侧面24中的一个或多个的内部面对表面上的内层26。在一些实施方式中，内层26是漫射(diffusive)介质和/或色散(dispersive)介质和/或发光介质。例如，在一些实施方式中，内层26可以包括漫射材料/复合材料，例如但不限于包括丙烯酸树脂、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯的聚合物。在一些实施方式中，内层26可以包括色散介质，优选为其中放置有色散材料的透明基质。每个色散介质具有不同的色散能力并且由诸如但不限于小的光散射粒子(例如二氧化钛晶体和金属镜)的色散材料组成。在一些实施方式中，内层26可以包括发光材料，例如但不限于无机发光材料、例如量子点、发光掺杂剂以及有机和荧光染料。发光材料可以用于将进入的波和/或粒子从一个类型和/或波长转换成与电磁能量转换器14(具体是与电池18)兼容的一个类型和/或波长。应当理解，内层26可以包括透明特性、折射特性、漫射特性、色散特性和发光特性的组合。在一些实施方式中，内层26包括一个或多个高反射性和/或非吸收性材料以提高电磁能量转换器14的转换效率。应当理解，电磁能量转换器14可以包括具有不同操作特性的不同类型或相似类型的多个层或材料26。
在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括一个或多个有源光学***、自适应光学***和/或光电光学***，其总体上用标记30表示。这种***可以包括透镜或波导20和/或设置在壳体16内部或外部的另外一个或多个光学层28。在一些实施方式中，光学层28可以设置在相邻的电池18之间，如图1所示。光学层28可以包括漫射介质材料和/或色散(dispersive)介质材料和/或发光介质材料，例如但不限于金属镜。在一些实施方式中，光学***30是有源***，其有源地管理EM波和/或粒子至电磁能量转换器14中以及至电池18的传输和/或反射。在一些实施方式中，光学***30被容纳在转换器的外部并且包括有源和/或自适应光学器件46以防止由于诸如风、温度、机械应力的外部影响而造成的变形，或用以补偿大气效应。
特别参照图2的示意图，示出了电磁能量转换器***10，其具有可操作地跨介质100耦合的能源12和电磁(EM)能量转换器14。应当理解，介质100可以包括可操作以传输波和/或粒子能量的任何介质，例如但不限于空气、气体、液体、固体、真空、光纤等。如图2所示，电磁能量转换器***10可以包括可选的功率转换器32和电力存储器***34。在一些实施方式中，功率转换器32被配置成将波和/或粒子能量转换和/或滤波成另一形式、频率和/或类型。以这种方式，功率转换器32可以用于将紫外线光束特别转换成例如可见光束或其他可用形式。在一些实施方式中，光学滤波器用于将波改变成均匀的波形，例如极性或准直的波形。在一些实施方式中，衍射介质(例如，衍射光栅或棱镜)用于选择性地选择窄带宽。在一些实施方式中，快门控制EM辐射间隔用于改善安全性，并且还使得能够进行EM辐射的短期脉冲。另外地，应当理解，电力存储器34可以可操作地耦合至电磁能量转换器14以存储和/或以其他方式管理从电磁能量转换器14输出的所产生的电的使用。在一些实施方式中，电磁能量转换器14和可选的功率转换器32和/或电力存储器34可以由固定构件(即，物理支撑或基础)和/或移动设备(例如，无人机(UAV)、飞行器、船、舰、车辆、火车、卫星或者需要或受益于能源使用或存储和/或重新传输的任何结构)承载或以其他方式支撑，其共同用标记36表示。应当注意，在图16-图18中示出了UAV中的特定应用。
继续参照图2，同样，能源12可以包括电力发电机38、可选的电力存储***40和电力发射器42。在一些实施方式中，能源12包括但不限于漫射激光器12。
参照图3，在一些实施方式中，电磁能量转换器***10可以包括设置通过壳体16的内部容积的一部分或全部的气体、液体或固体电磁能量转换器14。在这方面，气体、液体或固体电磁能量转换器14通常填充壳体16内未被相关联的结构占据的剩余容积。在一些实施方式中，如图3所示，电池18可以包括杆状元件以传导被转换成电流的EM能量，例如但不限于反射杆元件。
在一些实施方式中，如图4和图5所示，电磁能量转换器14可以包括传导经转换的EM能量的电极矩阵。诸如在图2中示意性地示出的电路可以包括二极管、电容器和其他电子部件以调节、存储和/或消耗被转换成电流的EM能量。
具体参照图6和图7A，在一些实施方式中，电磁能量转换器***10可以包括多个电磁能量转换器14、14a、…、14n以增强EM波束被转换成电的程度。在这样的实施方式中，电磁能量转换器14、14a可以串联(图6)和/或并联(图7A)耦合。参照图6，电磁能量转换器14、14a可以经由光学接口或波导44可操作地且物理地耦合以允许并且促进电磁能量转换器14、14a之间的波和/或粒子的传输和通信。在一些实施方式中，光学接口44可以是光学***30的一部分并且可以包括但不限于光纤光缆。应当理解，波和/或粒子可以在电磁能量转换器14、14a之间单向传播或多向传播。参照图7A，在一些实施方式中，电磁能量转换器14、14n可以被布置成使得电磁能量转换器14、14a、14n中的每一个平行于相邻的电磁能量转换器并且每个可以包括单独的透镜20或公共透镜。此外，在一些实施方式中，每个电磁能量转换器14、14a、14n可以保持独立，从而防止波和/或粒子输入能量的共享，或者可以允许波和/或粒子输入能量传输至相邻的转换器。
参照图7B，在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括电池18、封闭在壳体22内的光透射介质26内的不同浓度(径向梯度)的EM能量色散材料、导电膜、反射表面的组合，以将EM能量反射回至光透射介质内的EM能量色散材料中。EM能量通过光纤20传输至EM能量转换器中。可以剥离光纤在其远侧长度上的包层。EM能量的一部分进入EM能量转换器，同时在径向梯度EM能量色散介质中散射和传播。EM能量从反射端面22和侧面24反射回至色散介质中。在一些实施方式中，具有不同折射率的多个折射层用于选择性地引导EM波。通常，通过上述元件的组合，可以控制进入EM转换器的EM波的方向性和强度分布。在另一端，EM能量的剩余部分经由光纤传播至EM转换器之外。EM波的出射(outgoing)部分可以用于传达信息。
参照图8和图9，在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以安装在EM接收器盘46上或由EM接收器盘46支撑。EM接收器盘46可以包括用于接收从能源12或其他源(即天然源)传输的能量的盘构件48。在一些实施方式中，盘构件48为经由支腿50支撑电磁能量转换器14的抛物线形盘，被配置成将接收到的能量直接聚焦到电磁能量转换器14的输入装置(例如透镜20)。在一些实施方式中，为了使能量的损失最小化，可以使用EM接收器盘46的单反弹配置(即，接收到的能量在被聚焦至电磁能量转换器14中之前被反弹一次)。类似地，参照图10和图11，在一些实施方式中，EM接收器盘48可以包括安装在盘构件48后面的电磁能量转换器14，并且辅助的有源和/或自适应光学器件30(例如由支腿50支撑的集中器盘52)用于将传输至电磁能量转换器14的能量聚焦至形成在耦合至电磁能量转换器14的透镜20的盘构件48中的通孔54。以这种方式，尽管经由两次反弹，能量仍可以被聚焦至电磁能量转换器14。如图16至图18中所见，在一些实施方式中，电磁能量转换器14(单独地或与EM接收器盘48一起)可以由诸如无人机(UAV)等的运载工具安装、支撑和承载。在一些实施方式中，电磁能量转换器***10可以包括准确且精确的跟踪和反馈***62以用于高精度且可靠的能量传送。在一些实施方式中，可以采用自适应光学器件30来补偿潜在的环境动荡性。
参照图12和图13，在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括带状架构，该带状架构包括中心设置的光纤56，该光纤56具有电池18'和导电材料(例如，膜)的带以及反射或漫射层26。换句话说，在一些实施方式中，电磁能量转换器14可以包括可卷曲片，该可卷曲片包括光伏材料、色散介质、反射介质、导电材料(并且在一些实施方式中为介电材料)和波导(即折射介质)。EM能量通过波导传播并且可以剥离其在远侧长度上的包层。EM能量被引入至转换器中，同时在色散介质中散射并传播。EM波束从反射表面反射出。
在一些实施方式中，如图14和图15所示，示出了通常可调节的电磁能量转换器14'。可调节的电磁能量转换器14'的输出是散布在(平行设置的)电池18内的磁盘58的阵列的相对位置的函数。电磁能量转换器14'的输出经由磁盘58的旋转而改变以阻挡或相反使电池18显露于进入的EM波和/或粒子。通过旋转可操作地连接至磁盘58的销构件60来改变磁盘阵列的相对位置，该磁盘58选择性地、部分地和/或完全地阻挡或相反使电池18显露于进入透镜20的EM波和/或粒子。在一些实施方式中，磁盘58的阵列涂覆有折射和/或反射材料。
根据本教导的原理，已经公开了电磁能量转换器***10和/或电磁能量转换器14，其特别适合用于下述任何一个或多个应用中，包括但不限于所传输电力的有效传送和/或存储。实际上，电磁能量转换器***10和/或电磁能量转换器14可以用于例如向微机电设备(MEMS)、电子电路和设备、运输单元(例如公共汽车、火车、汽车、飞行器等)、空间和长距离应用(例如，在轨卫星或一般的飞行器(飞机、UAV等))供电。本教导的原理利用可移动且有效的可靠的、有弹性的、紧凑的、轻便的设备代替了体积庞大且易碎的太阳能面板。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于将电磁(EM)能量转换成电的电磁(EM)能量转换器***，所述电磁(EM)能量转换器***包括：
第一电磁(EM)能量转换器，其具有：
透明绝缘材料的主体；和
至少部分地设置在所述透明绝缘材料的主体内的多个电磁(EM)能量转换电池，所述多个电磁(EM)能量转换电池被配置成将所述电磁(EM)能量转换成电；
其中，所述透明绝缘材料的主体是封装所述多个电磁(EM)能量转换电池的整体单件，所述透明绝缘材料的主体被配置成将电磁(EM)能量朝向所述多个电磁(EM)能量转换电池引导或操纵。
2.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，还包括：第二电磁(EM)能量转换器，所述第二电磁(EM)能量转换器经由光学波导可操作地耦合至所述第一电磁(EM)能量转换器。
3.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括壳体。
4.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括附接至所述透明绝缘材料的主体或至少部分地设置在所述透明绝缘材料的主体内的至少一个有源光学器件、自适应光学器件或光学波导。
5.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括散热***，所述散热***与所述多个电磁(EM)能量转换电池直接接触。
6.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括附接至所述透明绝缘材料的主体或至少部分地设置在所述透明绝缘材料的主体内的功率转换器***。
7.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括附接至所述透明绝缘材料的主体或至少部分地设置在所述透明绝缘材料的主体内的电子设备，所述电子设备被配置成使用或操纵电。
8.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括附接至所述透明绝缘材料的主体或至少部分地设置在所述透明绝缘材料的主体内的通信***。
9.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器还包括基板，所述基板支撑所述多个电磁(EM)能量转换电池。
10.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述第一电磁(EM)能量转换器是可运输的。
11.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池并联电耦合。
12.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池串联电耦合。
13.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体的外表面至少部分地涂覆有一个或多个材料层。
14.根据权利要求13所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述材料选自导电材料、发光材料、透射材料、反射材料、吸收材料、漫射材料、折射材料、色散材料或其组合。
15.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括选自环氧树脂、硅树脂、硅树脂和环氧树脂的混合物、无定形聚酰胺树脂或碳氟化合物、玻璃、橡胶和塑料的材料。
16.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括卷对卷的制造材料。
17.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括可固化聚合物。
18.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括复合材料。
19.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括具有不同的化学和物理属性以改变电磁(EM)能量的多个材料。
20.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括被配置成用作透镜的圆顶部分。
21.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括被配置成收集所述电磁(EM)能量的盘部分。
22.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括固体材料。
23.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体包括非固体材料。
24.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述透明绝缘材料的主体是物理上可调节的。
25.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池包括具有不同类型和操作特性的电磁(EM)能量转换电池。
26.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池涂覆有导电材料、发光材料、透射材料、吸收材料、漫射材料、折射材料、色散材料或其组合中的至少一层。
27.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池是物理上可调节的。
28.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述多个电磁(EM)能量转换电池包括电极阵列。

Claims (28)

1.一种用于将波或粒子能量转换成电或热的电磁(EM)能量转换器，所述电磁(EM)能量转换器包括：
壳体；
至少部分地设置在所述壳体内的一个或多个电池，所述电池被配置成将所述波或粒子能量转换成电或热；以及
设置在所述壳体内的一个或多个内层，所述一个或多个内层被配置成将所述壳体内的所述波或粒子能量朝向所述一个或多个电池引导或操纵。
2.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述壳体的内表面涂覆有一个或多个材料层。
3.根据权利要求2所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述材料选自发光材料、透射材料、吸收材料、漫射材料、折射材料、色散材料或其组合。
4.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个电池涂覆有来自发光材料、透射材料、吸收材料、漫射材料、折射材料、色散材料或其组合的列表的一个或多个层。
5.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括嵌入在EM-透射介质中的EM-波色散材料。
6.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括至少一个折射介质层，其中，至少一个垫片的折射率大于光透射介质和光色散介质的折射率。
7.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层在所述壳体内部被分成具有不同属性的至少两个部分。
8.根据权利要求1所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层是物理上可调节的。
9.一种用于将波或粒子能量转换成电或热的电磁(EM)能量转换器，所述电磁(EM)能量转换器包括：
壳体；
至少部分地设置在所述壳体内的一个或多个电池，所述电池被配置成将所述波或粒子能量转换成电或热；
一个或多个透镜，其被配置成接收所述波或粒子能量并且将所述波或粒子能量引导至所述壳体的内部容积和所述一个或多个电池；以及
设置在所述壳体内的一个或多个内层，所述一个或多个内层被配置成将所述壳体内的所述波或粒子能量朝向所述一个或多个电池引导或操纵。
10.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述壳体基本上是具有一对端面和多个侧面的矩形，所述一个或多个透镜被设置在所述一对端面中的至少一个中。
11.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个电池包括光伏电池。
12.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个电池包括热光伏电池。
13.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个电池包括具有不同类型或操作特性的至少两个电池。
14.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个透镜是有源光学器件***，其被配置成有源地操纵朝向所述一个或多个电池引导的波或粒子能量的量。
15.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括安装至所述壳体的一个或多个内表面的一个或多个内层。
16.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括一个或多个漫射层。
17.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括一个或多个色散层。
18.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括一个或多个发光层。
19.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个内层包括固体材料、液体材料、凝胶材料或气体材料。
20.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，其中，所述一个或多个电池包括电极阵列。
21.根据权利要求9所述的电磁(EM)能量转换器，包括：
EM接收器盘，其被配置成接收漫射的波或粒子能量并且将所述波或粒子能量聚焦至所述一个或多个透镜。
22.一种电磁(EM)能量转换器***，包括：
能源，其被配置成输出波或粒子能量；以及
一个或多个电磁(EM)能量转换器，其用于将所述波或粒子能量转换成电或热，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器具有：
壳体；
至少部分地设置在所述壳体内的一个或多个电池，所述电池被配置成将所述波或粒子能量转换成电或热；
一个或多个透镜，其被配置成接收所述波或粒子能量并且将所述波或粒子能量引导至所述壳体的内部容积和所述一个或多个电池；以及
设置在所述壳体内的一个或多个内层，所述一个或多个内层被配置成将所述壳体内的所述波或粒子能量朝向所述一个或多个电池引导或操纵。
23.根据权利要求22所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器是固定的。
24.根据权利要求22所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器是可移动的并且由可移动设备支撑。
25.根据权利要求22所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器包括串联耦合的两个或更多个电磁(EM)能量转换器。
26.根据权利要求22所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器包括经由光纤接口串联耦合的两个或更多个电磁(EM)能量转换器。
27.根据权利要求22所述的电磁(EM)能量转换器***，其中，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器包括并联耦合的两个或更多个电磁(EM)能量转换器。
28.一种电磁(EM)能量转换器***，包括：
源，其被配置成输出EM波或粒子能量和信息；以及
一个或多个电磁(EM)能量转换器，其用于将所述波或粒子能量转换成电或热，所述一个或多个电磁(EM)能量转换器具有：
壳体；
至少部分地设置在所述壳体内的一个或多个电池，所述电池被配置成将所述波或粒子能量转换成电或热；
一个或多个透镜，其被配置成接收所述波或粒子能量并且将所述波或粒子能量引导至所述壳体的内部容积和所述一个或多个电池；以及
设置在所述壳体内的一个或多个内层，所述一个或多个内层被配置成将所述壳体内的所述波或粒子能量朝向所述一个或多个电池引导或操纵。
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