CN102656771B - 无线电力传输设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种无线电力传输设备，包括：源单元，包括电力谐振器，用于将无线电力传输到目标设备；近场控制器，用于控制电力谐振器的磁场的方向。

Description

无线电力传输设备
技术领域
以下描述涉及一种无线电力传输***，更具体地说，涉及一种可在无线电力传输***中控制由谐振器产生的磁场的方向的无线电力传输设备。
背景技术
随着信息技术(IT)的发展，已经开发出各种便携式电子装置，并且各种便携式电子装置的分布也广泛了。由于便携式电子装置的特性，对应便携式电子装置的电池性能正在成为问题。除了便携式电子装置之外，许多家用电器具有无线地发送数据的功能，并可通过电力线被供应电力。
最近，已经对可无线地供应电力的无线电力传输技术进行了研究。由于无线电力传输环境的特性，***设备可能会被无线电力传输设备的磁场影响。
因此，期望一种可减少由于无线电力传输环境的特性而导致对***设备的影响的无线电力传输设备。
发明内容
提供了一种用于控制谐振器产生的近场的方向的无线电力传输设备。
将在随后的描述中部分地描述附加方面，所述附加方面将通过所述描述变得清楚，或可通过实施各种示例实施例而被了解。
可通过提供无线电力传输设备来实现以上和/或其它特点和效果，所述无线电力传输设备包括：源单元，包括用于将无线电力传输到目标设备的电力谐振器；近场控制器，用于控制电力谐振器的磁场的方向。
近场控制器的至少部分可具有高阻抗表面(HIS)特性。
近场控制器可基于目标设备的位置控制源单元的磁场的方向。
可对近场控制器进行设计，从而源单元的磁场可具有相对于近场控制器的同相特性。
近场控制器可包括：侧聚焦单元，用于控制源单元的侧磁场的方向；后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
近场控制器还可包括：方向调节单元，用于调节侧聚焦单元的方向和后表面聚焦单元的方向。
近场控制器可基于目标设备中的目标谐振器的位置控制方向调节单元。
近场控制器可相对于源单元移动。
近场控制器可根据目标设备中的目标谐振器的位置移动。
还可通过提供传输无线电力的方法来实现以上和/或其它特点和效果，所述方法包括：将来自源单元的无线电力传输到目标设备；使用近场控制器控制源单元的磁场的方向。
控制磁场的方向的步骤可包括相对于源单元移动近场控制器。
可根据目标设备中的目标谐振器的位置移动近场控制器。
近场控制器可具有高阻抗表面(HIS)特性。
近场控制器可基于目标设备的位置控制磁场的方向。
其它特点和方面将从权利要求和以下详细描述、附图变得清楚。
附图说明
图1是示出无线电力传输***的示例的示图。
图2是示出无线电力传输设备的示例的示图。
图3是示出基于目标设备的方向调节侧聚焦单元的方向和后表面聚焦单元的方向的示例的示图。
图4是示出基于包括在目标设备中的目标谐振器的位置控制聚焦方向的示例的示图。
图5是示出图2的无线电力传输设备的侧示图。
图6是谐振器结构的示例的二维(2D)示图。
图7是谐振器结构的示例的三维示图。
图8示出用于无线电力传输的被配置为体型的谐振器的示例。
图9示出用于无线电力传输的被配置为中空型的谐振器的示例。
图10示出用于无线电力传输的使用并行板配置的谐振器的示例。
图11示出用于无线电力传输的包括分布式电容的谐振器的示例。
图12示出在图6的谐振器中使用的匹配器的示例，图13示出在图7的谐振器中使用的匹配器的示例。
图14是示出图6的用于无线电力传输的谐振器的等效电路的示例的示图。
贯穿附图和详细描述，除非另外描述，相同附图标号将被理解为表示相同元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，对这些元件的相对大小和描述可被夸大。
具体实施方式
提供以下详细描述以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或***的全面理解。因此，对这里描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改和等同物将被建议给本领域的普通技术人员。描述的处理操作的流程是示例；然而，除了需要按特定顺序发生的操作以外，操作的顺序不限于这里的描述并可根据本领域所知进行改变。此外，为了增加清楚和简明，可省略对公知功能和结构的描述。
图1示出无线电力传输***的示例。
在该描述的示例中，可假设使用无线电力传输***传输的无线电力是谐振电力。
参照图1，无线电力传输***可具有包括源和目标的源-目标结构。无线电力传输***可包括与源对应的谐振电力发送器110和与目标对应的谐振电力接收器120。
谐振电力发送器110可包括例如源单元111和源谐振器115。源单元111可从外部电压供应器接收能量以产生谐振电力。谐振电力发送器110还可包括：匹配控制器113，用于执行诸如谐振频率或阻抗匹配的功能。
源单元111可包括交流电(AC)到AC(AC/AC)变换器、AC到直流(DC)变换器和/或DC到AC(DC/AC)逆变器。AC/AC变换器可将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节至期望电平。AC/DC变换器可通过对从AC/AC变换器输出的AC信号进行整流来输出处于预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可通过快速切换从AC/DC变换器输出的DC电压来产生数兆赫兹(MHz)至数十MHz的频带内的AC信号。
匹配控制器113可设置源谐振器115的谐振带宽和/或源谐振器115的阻抗匹配频率。虽然没有在图1中示出，但是匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元和/或源匹配频率设置单元。源谐振带宽设置单元可设置源谐振器115的谐振带宽。源匹配频率设置单元可设置源谐振器115的阻抗匹配频率。例如，可基于源谐振器115的谐振带宽的设置或源谐振器115的阻抗匹配频率的设置来确定源谐振器115的Q因子。
源谐振器115可将电磁能传送到目标谐振器121。例如，源谐振器115可通过与目标谐振器121的磁耦合101将谐振电力发送到谐振电力接收器120。源谐振器115可在设置的谐振带宽内谐振。
谐振电力接收器120可包括例如：目标谐振器121；匹配控制器123，用于执行谐振频率和/或阻抗匹配；目标单元125，用于将接收到的谐振电力传送到负载。
目标谐振器121可从源谐振器115接收电磁能。目标谐振器121可在设置的谐振带宽内谐振。
匹配控制器123可设置目标谐振器121的谐振带宽和/或目标谐振器121的阻抗匹配频率。虽然没有在图1中示出，但是匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元和/或目标匹配频率设置单元。目标谐振带宽设置单元可设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可设置目标谐振器121的阻抗匹配频率。这里，可基于目标谐振器121的谐振带宽的设置或目标谐振器121的阻抗匹配频率的设置来确定目标谐振器121的Q因子。
目标单元125可将接收到的谐振电力发送到负载。目标单元125可包括例如AC/DC转换器和DC/DC转换器。AC/DC转换器可通过对从源谐振器115发送到目标谐振器121的AC信号进行整流来产生DC电压。DC/DC转换器可通过调节DC电压的电压电平将定额电压提供到装置或负载。
源谐振器115和目标谐振器121可被配置为例如螺旋(helix)线圈结构谐振器、盘旋(spiral)线圈结构谐振器、超常结构谐振器等。
参照图1，控制Q因子的处理可包括：设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽，通过源谐振器115和目标谐振器121之间的磁耦合101将电磁能从源谐振器115传送到目标谐振器121。源谐振器115的谐振带宽可被设置为宽于或窄于目标谐振器121的谐振带宽。例如，可通过将源谐振器115的谐振带宽设置为宽于或窄于目标谐振器121的谐振带宽来维持源谐振器115的BW因子和目标谐振器121的BW因子之间的不平衡关系。
在采用谐振方案的无线电力传输中，谐振带宽可以是重要因子。在Q因子被值Qt表示的示例中，考虑到源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻抗的改变、阻抗误匹配、反射信号等，Qt可具有与谐振带宽的反比例关系，如等式1给出。
[等式1]
Δf f 0 = 1 Qt
= Γ S , D + 1 BW S + 1 BW D
在等式1中，f0表示中心频率，Δf表示带宽的变化，ΓS，D表示源谐振器115和目标谐振器121之间的反射损失，BWS表示源谐振器115的谐振带宽，BWD表示目标谐振器121的谐振带宽。在当前描述的示例中，BW因子可指示1/BWS或1/BWD。
由于外部影响(例如，源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的变化、源谐振器115和/或目标谐振器121的位置的变化以及/或其它类似变化)，会发生源谐振器115和目标谐振器121之间的阻抗误匹配。阻抗误匹配可能是导致电力传送的效率降低的直接原因。在检测到与被部分反射和返回的传输信号对应的反射波的示例中，匹配控制器113可确定已经发生了阻抗误匹配，并可执行阻抗匹配。例如，匹配控制器113可通过经由反射波的波形分析检测谐振点来改变谐振频率。匹配控制器113可将在反射波的波形中具有最小振幅的频率确定为谐振频率。
图2示出无线电力传输设备210。
参照图2，无线电力传输设备210可包括源单元211和近场控制器215。在图5中示出无线电力传输设备210的部分的可替换示图。
源单元211可包括用于将无线电力传输到目标设备220的电力谐振器。源单元211还可包括用于测量目标设备220的位置或方向的测量单元。例如，测量单元可以是被配置为经由与目标设备220的通信信道接收位置信息的通信模块。作为另一示例，测量单元可检测为每个目标设备220预先设置的方向。
近场控制器215可控制电力谐振器的磁场的方向。更具体地说，近场控制器215可控制由源单元211的近场产生的聚焦在目标设备220上的磁场的方向。参照图2，可在源单元211的近场中的被虚线箭头指示的全部方向产生磁场，并且所述磁场可被近场控制器215聚焦在目标设备220上。
近场控制器215可被设计为具有高阻抗表面(HIS)特性。因此，近场控制器215可通过使地面效应最小化来使电力谐振器的谐振频率或Q因子的改变最小化。
例如，可基于源单元211的谐振频率设计HIS特性。换句话说，可对近场控制器215进行设计从而源单元211的磁场可具有同相特性。在近场控制器215具有HIS特性的情况下，由源单元211产生的磁场可具有相对于近场控制器215的同相特性。因此，可使作用于对磁场敏感的***设备的影响最小化。
近场控制器215可包括侧聚焦单元213a和213b、后表面聚焦单元213c和方向调节单元213d，如图2中所示。
侧聚焦单元213a和213b可控制源单元211的侧磁场的方向，从而源单元211的侧磁场可被聚焦在目标设备220上，如图2中所示。换句话说，从源单元211的侧面指向外部的侧磁场可被侧聚焦单元213a和213b控制，从而侧磁场被指向目标220。
后表面聚焦单元213c可控制源单元211的后表面磁场的方向，从而源单元211的后表面磁场可被聚焦在目标设备220上，如图2中所示。
方向调节单元213d可在源单元211或近场控制器215的控制下调节侧聚焦单元213a和213b的方向以及后表面聚焦单元213c的方向。图3示出基于目标设备220的方向调节侧聚焦单元213a和213b的方向以及后表面聚焦单元213c的方向的示例。在该示例中，方向调节单元213d可从测量目标设备220的位置或方向的测量单元接收关于目标设备220的方向的信息。测量单元可被包括在源单元211中。
因此，近场控制器215可基于目标设备220的位置控制源单元211的磁场的方向。此外，近场控制器215可基于包括在谐振电力接收器120中的目标谐振器121的位置控制方向调节单元213d。图4示出基于包括在谐振电力接收器120中的目标谐振器121的位置控制聚焦方向的示例。如在图4中所示，在目标谐振器121被布置为在源单元211的垂直方向上以角度θ向右侧偏离的情况下，近场控制器215可控制方向调节单元213d以将聚焦方向调整为以角度θ朝向右侧。
源谐振器115和/或目标谐振器121可被配置为例如螺旋线圈结构谐振器、盘旋线圈结构谐振器、超常结构谐振器等。
在下文中，将描述相关术语用于简明理解。所有材料可具有独特磁导率(即，μ)和独特介电常数(即，ε(epsilon))。磁导率表示针对相应材料中的预定磁场发生的磁通量密度和针对真空状态中的预定磁场发生的磁通量密度之间的比率。磁导率和介电常数可确定预定频率或预定波长中的相应材料的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应材料的电磁特性。更具体地说，具有不可能在自然界中找到的磁导率或介电常数并且被人工设计的材料被称为超常材料。即使在较大波长区域或较低频率区域中，超常材料也可被容易地布置在谐振状态。例如，即使材料的大小很少改变，但是超常材料可被容易地布置在谐振状态。
图6是谐振器600结构的示例的二维(2D)示图。
参照图6，谐振器600可包括传输线、电容器620、匹配器630和导体641和642。传输线可包括第一信号传导部分611、第二信号传导部分612和接地传导部分613。
电容器620可被串行***第一信号传导部分611和第二信号传导部分612之间，由此电场可被限制在电容器620中。一般来说，传输线可在该传输线的上部包括至少一个导体，并且可在该传输线的下部包括至少一个导体。电流可流过所述布置在传输线的上部的至少一个导体并且布置在所述传输线的下部的至少一个导体可电接地。这里，布置在传输线的上部的导体可被分离从而被称为第一信号传导部分611和第二信号传导部分612。布置在传输线的下部的导体可被称为接地传导部分613。
如图6中所示，传输线可在该传输线的上部包括第一信号传导部分611和第二信号传导部分612，并可在该传输线的下部包括接地传导部分613。第一信号传导部分611和第二信号传导部分612可被布置为面对接地传导部分613。电流可流过第一信号传导部分611和第二信号传导部分612。
第一信号传导部分611的一端可短接到导体642，第一信号传导部分611的另一端可连接到电容器620。第二信号传导部分612的一端可通过导体641接地，第二信号传导部分612的另一端可连接到电容器620。因此，第一信号传导部分611、第二信号传导部分612、接地传导部分613及导体641和642可彼此连接，由此谐振器600可具有电闭环结构。术语“环结构”可包括多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。具有“环结构”可指示电路是电封闭的。
电容器620可***到传输线的中部。例如，电容器620可***在第一信号传导部分611和第二信号传导部分612之间的空间中。电容器620可具有集总元件、分布式元件等的形状。例如，具有分布式元件的形状的分布式电容器可包括Z字形导线及在Z字形导线之间具有较高介电常数的电介质材料。
在电容器620***传输线的示例中，谐振器600可具有超常材料的性质。所述超常材料指示具有不可能在自然界中发现的预定电性质的材料，因此，所述超常材料可具有人工设计的结构。在自然界中存在的材料的电磁特性可具有独特的磁导率或独特的介电常数。大多数材料可具有正磁导率或正介电常数。在大多数材料的情况下，右手规则可应用于电场、磁场及指点矢量，因此，相应的材料可被称为右手材料(RHM)。然而，超常材料具有在自然界中不存在的磁导率或介电常数，因此，超常材料可基于相应的介电常数或磁导率的特征，被分成负ε(ENG)材料、负μ(MNG)材料、双负(DNG)材料、负折射率(NRI)材料、左手(LH)材料等。
在适当地确定了作为集总元件被***的电容器620的电容的示例中，谐振器600可具有超常材料的特性。由于谐振器600可通过适当地调节电容器620的电容而具有负磁导率，所以谐振器600还可被称为MNG谐振器。可应用各种标准来确定电容器620的电容。例如，所述各种标准可包括能够使谐振器600具有超常材料的特性的标准、能够使谐振器600在目标频率具有负磁导率的标准、能够使谐振器600在目标频率具有零阶谐振特性的标准等。可基于前述标准中的至少一个标准来确定电容器620的电容。
还被称为MNG谐振器600的谐振器600可具有零阶谐振特性，零阶谐振特性具有传播常数为“0”的频率作为谐振频率。由于谐振器600可具有零阶谐振特性，所以谐振频率可相对于MNG谐振器600的物理大小独立。通过适当地设计电容器620，MNG电容器600可充分改变谐振频率。因此，可不需要为了改变谐振频率而改变MNG谐振器600的物理大小。
在近场中，电场可集中到***在传输线中的电容器620上。因此，由于电容器620导致磁场可变成近场中的主要场。MNG谐振器600可使用集总元件的电容器620而具有较高的Q因子，因此，可提高电力传输的效率。在这样的示例中，Q因子指示相对于无线电力传输中的阻抗的欧姆损耗水平或者电抗比率。可理解：可根据Q因子的增加而增加无线电力传输的效率。
MNG谐振器600可包括用于阻抗匹配的匹配器630。匹配器630可适当地调节MNG谐振器600的磁场的强度。MNG谐振器600的阻抗可由匹配器630确定。电流可通过连接器流入MNG谐振器600，或可通过连接器从MNG谐振器600流出。连接器可连接到接地传导部分613或匹配器630。可在不使用在连接器和接地传导部分613或匹配器630之间的物理连接的情况下通过耦合传送电力。
更具体地说，如图6所示，匹配器630可布置在通过谐振器600的环结构而形成的环内。匹配器630可通过改变匹配器630的物理形状而调节谐振器600的阻抗。例如，匹配器630可包括导体631，导体631位于在与接地传导部分613分开距离h的位置用于进行阻抗匹配。可通过调节距离h而改变谐振器600的阻抗。
虽然未在图6中示出，但是控制器可被设置为控制匹配器630。在该示例中，匹配器630可基于由控制器产生的控制信号而改变匹配器630的物理形状。例如，匹配器630的导体631和接地传导部分613之间的距离h可基于控制信号而被增加或减小。因此，可改变匹配器630的物理形状，由此可调节谐振器600的阻抗。控制器可基于各种因素而产生控制信号，这将在稍后进行描述。
如图6中所示，匹配器630可被构造成诸如导体631的无源元件。根据各种示例实施例，匹配器630可被构造成诸如二极管、晶体管等的有源元件。在有源元件包括在匹配器630中的示例中，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并可基于控制信号调节谐振器600的阻抗。例如，作为一种类型的有源元件的二极管可包括在匹配器630中。可根据二极管是处于接通状态还是断开状态来调节谐振器600的阻抗。
虽然未在图6中示出，但是磁芯还可被设置为穿过MNG谐振器600。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图7是谐振器700结构的示例的三维示图。
参照图7，谐振器700可包括传输线和电容器720。传输线可包括第一信号传导部分711、第二信号传导部分712及接地传导部分713。电容器720可串行地***在传输链路的第一信号传导部分711和第二信号传导部分712之间，由此可将电场限制在电容器720内。
如图7中所示，传输线可在谐振器700的上部包括第一信号传导部分711和第二信号传导部分712，并可在谐振器700的下部包括接地传导部分713。第一信号传导部分711和第二信号传导部分712可被布置为面对接地传导部分713。电流可沿x方向流过第一信号传导部分711和第二信号传导部分712。由于电流可导致磁场H(W)沿-y方向形成。可选地，与图7的示图不同的是，磁场H(W)可沿+y方向形成。
第一信号传导部分711的一端可短接到导体742，第一信号传导部分711的另一端可连接到电容器720。第二信号传导部分712的一端可通过导体741接地，第二信号传导部分712的另一端可连接到电容器720。因此，第一信号传导部分711、第二信号传导部分712、接地传导部分713及导体741和742可彼此连接，由此谐振器700可具有电闭环结构。术语“环结构”可包括多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。具有“环结构”可指示电路是电封闭的。
如图7中所示，电容器720可***在第一信号传导部分711和第二信号传导部分712之间。电容器720可***在第一信号传导部分711和第二信号传导部分712之间的空间中。电容器720可具有集总元件、分布式元件等的形状。例如，具有分布式元件的形状的分布式电容器可包括Z字形导线及在Z字形导线之间具有较高的介电常数的电介质材料。
当电容器720***在传输线中时，谐振器700可具有超常材料的性质。
例如，在适当地确定了作为集总元件被***的电容器的电容时，谐振器700可具有超常材料的特性。由于谐振器700可通过适当地调节电容器720的电容而具有负磁导率，所以谐振器700还可被称为MNG谐振器。可应用各种标准来确定电容器720的电容。例如，所述各种标准可包括能够使谐振器700具有超常材料的特性的标准、能够使谐振器700在目标频率具有负磁导率的标准、能够使谐振器700在目标频率具有零阶谐振特性的标准等。可基于前述标准中的至少一个标准来确定电容器720的电容。
还被称为MNG谐振器700的谐振器700可具有零阶谐振特性，零阶谐振特性具有传播常数为“0”的频率作为谐振频率。由于谐振器700可具有零阶谐振特性，所以谐振频率可相对于MNG谐振器700的物理大小独立。通过适当地设计电容器720，MNG电容器700可充分改变谐振频率。因此，可不改变MNG谐振器700的物理大小。
参照图7的MNG谐振器700，在近场中，电场可集中到***在传输线中的电容器720上。因此，由于电容器720导致磁场可变成近场中的主要场。更具体地说，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器700可具有类似于磁偶极子的特性，所以磁场可变成近场中的主要场。由于电容器720的***而形成的较小量的电场可集中在电容器720上，因此，磁场可变得更为主要。
此外，MNG谐振器700可包括用于阻抗匹配的匹配器730。匹配器730可适当地调节MNG谐振器700的磁场的强度。MNG谐振器700的阻抗可由匹配器730确定。电流可通过连接器740流入MNG谐振器700，或者电流可通过连接器740从MNG谐振器700流出。连接器740可连接到接地传导部分713或匹配器730。
更具体地说，如图7所示，匹配器730可布置在通过谐振器700的环结构而形成的环内。匹配器730可通过改变匹配器730的物理形状而调节谐振器700的阻抗。例如，匹配器730可包括导体731，导体731位于与接地传导部分713分开距离h的位置用于阻抗匹配。可通过调节距离h来改变谐振器700的阻抗。
虽然未在图7中示出，但是控制器可被设置为控制匹配器730。在这种情况下，匹配器730可基于由控制器产生的控制信号而改变匹配器730的物理形状。例如，匹配器730的导体731和接地传导部分713之间的距离h可基于控制信号而被增加或减小。因此，可改变匹配器730的物理形状，由此可调节谐振器700的阻抗。匹配器730的导体731和接地传导部分713之间的距离h可使用各种方案调节。作为一个示例，多个导体可包括在匹配器730中，可通过自适应地激活所述多个导体中的一个导体来调节距离h。作为另一示例，可通过向上和向下调节导体731的物理位置而调节距离h。可基于控制器的控制信号控制距离h。控制器可利用各种因素产生控制信号。控制器产生控制信号的示例将在稍后进行描述。
如图7所示，匹配器730可被构造成诸如导体731的无源元件。根据各个示例性实施例，匹配器730可被构造成诸如二极管、晶体管等的有源元件。在有源元件包括在匹配器730中的示例中，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并且可基于控制信号调节谐振器700的阻抗。例如，作为一种类型的有源元件的二极管可包括在匹配器730中。可根据二极管是处于接通状态还是断开状态来调节谐振器700的阻抗。
虽然未在图7中示出，但是磁芯还可被设置为穿过被构造成MNG谐振器的谐振器700。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图8示出了用于无线电力传输的被构造为体型的谐振器800的示例。
参照图8，第一信号传导部分811和导体842可一体地形成，而非分开地制造，因此，第一信号传导部分811和导体842可彼此连接。类似地，第二信号传导部分812和导体841也可被一体地制造。
在第二信号传导部分812和导体841被分开地制造然后彼此连接的示例中，可由于接缝850而产生传导损失。第二信号传导部分812和导体841可在不使用单独的接缝的情况下彼此连接，即，第二信号传导部分812和导体841可彼此无缝地连接。因此，可能减少由于接缝850导致的导体损失。因此，第二信号传导部分812和接地传导部分813可被无缝地且一体地制造。类似地，第一信号传导部分811和接地传导部分813可被无缝地且一体地制造。
参照图8，将至少两个分隔件连接成一体的形式的无缝连接的类型被称为体型。
图9示出了用于无线电力传输的被构造为中空型的谐振器900的示例。
参照图9，被配置为中空型的谐振器900的第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942中的每个可在内部包括空的空间。
在给定的谐振频率下，有功电流可被模拟成仅流入第一信号传导部分911的一部分，而非流入整个第一信号传导部分911，仅流入第二信号传导部分912的一部分，而非流入整个第二信号传导部分912，仅流入接地传导部分913的一部分，而非流入整个接地传导部分913，仅流入导体941的一部分和导体942的一部分，而非流入整个导体941和整个导体942。更具体地说，在预定谐振频率下的第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942中的每个的厚度明显比相应趋肤厚度厚的示例中，这种结构可能不起作用。所述明显更厚的厚度可增加谐振器900的重量或制造成本。
因此，在预定谐振频率下，可基于第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942中的每个的相应趋肤厚度，来合适地确定第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942中的每个的厚度。在第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942中的每个具有比相应趋肤厚度更厚的适当厚度的示例中，谐振器900可被制造地更轻，且谐振器900的制造成本还可降低。
例如，如图9中所示，第二信号传导部分912的厚度可被确定为“d”毫米，d可根据确定。这里，f指示频率，μ指示磁导率，σ指示导体常数。在第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913及导体941和942由铜制成且电导率为5.8×107西门子/米(S.m-1)的示例中，趋肤厚度可相对于10kHz的谐振频率约为0.6mm，并且趋肤厚度可相对于100MHz的谐振频率约为0.006mm。
图10示出了用于无线电力传输的使用并行板构造的谐振器1000的示例。
参照图10，并行板构造可应用于包括在谐振器1000中的第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个。
第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个不可能是完美的导体，因此会具有阻抗。由于所述阻抗导致可产生欧姆损耗。所述欧姆损耗可减小Q因子，且还可减少耦合效应。
通过将并行板应用于第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个，可减少欧姆损耗，且可增加Q因子和耦合效应。参照图10中的由圆圈指示的部分1070，在应用并行板构造的示例中，第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个可包括多条导线。所述多条导线可并行地设置，且可在第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个的端部彼此短接。
如上所述，在并行板构造应用于第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012中的每个的示例中，所述多条导线可并行地布置。因此，可减小具有导线的阻抗的总和。因此，可减少阻抗损失，且可增加Q因子和耦合效应。
图11示出了用于无线电力传输的包括分布式电容器的谐振器1100的示例。
参照图11，包括在用于无线电力传输的谐振器1100中的电容器1120可以是分布式电容器。作为集总元件的电容器可具有较高的等效串联电阻(ESR)。已经提出多种方案，以减小包含在集总元件的电容器中的ESR。根据示例性实施例，通过使用作为分布式元件的电容器1120，可减小ESR。在本领域中已知：由ESR导致的损失会减小Q因子和耦合效应。
如图11所示，作为分布式元件的电容器1120可具有Z字形结构。例如，作为分布式元件的电容器1120可被构造成导线和具有Z字形结构的导体。
如图11中所示，通过使用作为分布式元件的电容器1120，可减少由于ESR而产生的损失。另外，通过将多个电容器布置为集总元件，可减少由于ESR而产生的损失。由于通过并行连接减小了作为集总元件的每个电容器的阻抗，所以还可减小作为集总元件的并行连接的电容器的有效阻抗，由此可减少由于ESR而产生的损失。例如，通过使用10个1pF的电容器，而非使用单个10pF的电容器，可减少由于ESR而产生的损失。
图12示出了在图6中示出的谐振器600中使用的匹配器630的示例，图13示出了在图7中示出的谐振器700中使用的匹配器730的示例。
更具体地说，图12示出了图6的包括匹配器630的谐振器的一部分，图13示出了图7的包括匹配器730的谐振器的一部分。
参照图12，匹配器630可包括导体631、导体632及导体633。导体632和633可连接到接地传导部分613和导体631。可基于导体631和接地传导部分613之间的距离h确定2D谐振器的阻抗。导体631和接地传导部分613之间的距离h可由控制器控制。导体631和接地传导部分613之间的距离h可使用多种方案调节。例如，所述多种方案可包括通过自适应地激活导体631、632和633中的一个来调节距离h的方案、向上和向下调节导体631的物理位置的方案等。
参照图13，匹配器730可包括导体731、导体732及导体733。导体732和733可连接到接地传导部分713和导体731。可基于导体731和接地传导部分713之间的距离h确定3D谐振器的阻抗。导体731和接地传导部分713之间的距离h可由控制器控制。与图12中示出的匹配器630类似，在匹配器730中，导体731和接地传导部分713之间的距离h可使用多种方案调节。例如，所述多种方案可包括通过自适应地激活导体731、732和733中的一个而调节距离h的方案、向上和向下调节导体731的物理位置的方案等。
虽然未在图12和图13中示出，但是匹配器可包括有源元件。使用有源元件调节谐振器的阻抗的方案可与上述示例类似。例如，可通过使用有源元件改变流过匹配器的电流的路径来调节谐振器的阻抗。
图14示出了图6的谐振器600的等效电路的示例。
用于无线电力传输的谐振器600可被模拟成图14的等效电路。在图14的等效电路中，CL指示以集总元件的形式***在图6的传输线的中部的电容器。
这里，谐振器600可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数为“0”时，可假设谐振器600的谐振频率为ωMZR。谐振频率ωMZR可由等式2表示。
[等式2]
ω MZR = 1 L R C L
在等式2中，MZR指示μ为零的谐振器。
参照等式2，谐振器600的谐振频率ωMZR可由LR/CL确定。谐振器600的物理大小和谐振频率ωMZR相对于彼此可以是独立的。由于物理大小相对于彼此是独立的，所以可充分减小谐振器600的物理大小。
根据各种示例实施例，可提供用于控制由谐振器产生的近场的方向的无线电力传输设备。
此外，根据各种示例实施例，可减小作用于对磁场敏感的***设备的影响。
此外，根据示例实施例，可通过减小地面效应减小谐振器的谐振频率或Q因子的改变。
已经在上面描述了多个示例。然而，应该理解的是，可进行各种修改。例如，如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果在描述的***、架构、装置或电路中的器件以不同的方式结合和/或被其他器件或其等同物替代或补充，则可获得合适的结果。因此，其他实施方式落在权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种无线电力传输设备，包括：
源单元，包括用于将无线电力传输到目标设备的电力谐振器；
近场控制器，用于控制电力谐振器的磁场的方向，
其中，近场控制器包括：
侧聚焦单元，用于控制源单元的侧磁场的方向；
后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
2.如权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器的至少部分具有高阻抗表面(HIS)特性。
3.如权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器基于目标设备的位置控制源单元的磁场的方向。
4.如权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，对近场控制器进行设计，从而源单元的磁场相对于近场控制器具有同相特性。
5.如权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器还包括：方向调节单元，用于调节侧聚焦单元的方向和后表面聚焦单元的方向。
6.如权利要求5所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器基于目标设备中的目标谐振器的位置控制方向调节单元。
7.如权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器相对于源单元移动。
8.如权利要求7所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器根据目标设备中的目标谐振器的位置移动。
9.一种传输无线电力的方法，所述方法包括：
将无线电力从源单元发送到目标设备；
使用近场控制器控制源单元的磁场的方向，
其中，近场控制器包括侧聚焦单元和后表面聚焦单元，
其中，控制磁场的方向的步骤包括：使用侧聚焦单元控制源单元的侧磁场的方向，以及使用后表面聚焦单元控制源单元的后表面磁场的方向。
10.如权利要求9所述的方法，其中，控制磁场的方向的步骤包括：相对于源单元移动近场控制器。
11.如权利要求10所述的方法，其中，根据目标设备中的目标谐振器的位置移动近场控制器。
12.如权利要求9所述的方法，其中，近场控制器的至少部分具有高阻抗表面(HIS)特性。
13.如权利要求9所述的方法，其中，近场控制器基于目标设备的位置控制磁场的方向。
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