CN103069687A - 使用多个频带发送谐振功率的无线电力发送器以及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种通过多频带谐振器发送谐振功率的无线电力发送器及其方法。根据一个方面，无线电力发送器可包括：源单元，构造为产生谐振功率；功率放大单元，构造为放大谐振功率；包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。

Description

使用多个频带发送谐振功率的无线电力发送器以及方法

技术领域

以下描述涉及无线电力传输。

背景技术

谐振功率传送***是一种无线电力传输***，并且可包括发送谐振功率的源装置和接收谐振功率的目标装置。一个无线电力传输***可使用单个源装置将谐振功率同时发送到多个目标装置。然而，当谐振功率被同时发送到以相同频率谐振的多个目标装置，并且所述多个目标装置之间的距离小于或等于预定距离时，由于阻抗的改变会发生耦合。因此，谐振频率会改变。相应地，谐振功率的传输效率会减少20%至30%。

发明内容

根据一个方面，一种无线电力发送器可包括：源单元，构造为产生谐振功率；功率放大单元，构造为放大谐振功率；包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。

功率放大单元可构造为将谐振功率放大为基本频带的基本谐振功率，并将所述基本谐振功率和谐波谐振功率发送到多频带谐振单元，其中，在放大期间产生与至少一个谐波频带相关的所述谐波谐振功率；多频带谐振单元可包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述至少一个谐波谐振器构造为将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，可产生所述谐波谐振功率。

所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。

多频带谐振单元可包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器的环路，所述至少一个谐波谐振器构造为将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器的环路。

源单元可构造为接收能量以产生谐振功率。

根据另一方面，一种在无线电力发送器中发送多频带谐振功率的方法可包括：产生谐振功率；放大谐振功率；使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。

放大步骤可包括：通过放大谐振功率产生基本频带的基本谐振功率以及在放大期间产生的与至少一个谐波频带相关的谐波谐振功率。

发送步骤可包括：使用基本谐振器将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，并使用谐波谐振器将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，可产生所述谐波谐振功率。

所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。

所述方法还可包括：接收能量以产生谐振功率。

根据另一方面，一种无线电力发送器可包括：多个谐振器，构造为使用不同的谐振频带将谐振功率发送到多个目标谐振器。

所述无线电力发送器还可包括：放大器，构造为放大谐振功率。

放大器可构造为产生基本谐振功率和谐波谐振功率。

所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。

所述多个谐振器可包括基本谐振器和谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述谐波谐振器构造为将谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

从以下详细描述、附图和权利要求，其他特点和方面可以是明显的。

附图说明

图1示出无线电力传输***的示图。

图2是示出使用多个频带发送谐振功率的无线电力传输***的示图。

图3是示出通过与谐波频带相关的功率放大单元产生的谐波谐振功率的示图。

图4是示出200W功率放大单元的频谱测量结果的示图。

图5是示出多频带谐振单元的示图。

图6是示出应用无线电力传输***的示图。

图7是示出使用多个频带发送谐振频率的无线电力发送器的示图。

图8至图15是示出各种谐振器的示图。

图16是示出图8的无线电力发送器的谐振器的一个等效电路的示图。

在所有的附图和详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标号应该被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。

具体实施方式

提供以下详细描述以帮助读者全面理解这里描述的方法、设备和/或***。因此，这里描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改和等同物可被推荐给本领域的普通技术人员。描述的处理步骤和/或操作的进行是一个示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于这里阐述的顺序，而可以如本领域已知的那样改变，除非步骤和/或操作必须以特定顺序发生。此外，为了增加清晰和简明，可省略公知功能和结构的描述。

图1示出使用多个频带发送谐振功率的无线电力传输***的示图。

在各种实施例中，使用无线电力传输***发送的无线电力可以是谐振功率。如图1所示，无线电力传输***可具有包括源和目标的源-目标结构。例如，无线电力传输***可包括与源相应的谐振功率发送器110和与目标相应的谐振功率接收器120。

谐振功率发送器110可包括源单元111和源谐振器115。源单元111可构造为从外部电压提供器接收能量以产生谐振功率。在一些情况下，谐振功率发送器110还可包括用于执行谐振频率和/或阻抗匹配的匹配控制器113。

源单元111可包括交流（AC）-AC（AC/AC）转换器、AC-直流（DC）（AC/DC）转换器、DC-AC（DC/AC）逆变器。AC/AC转换器可构造为将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节到期望的电平。AC/DC转换器可例如通过对从AC/AC转换器输出的AC信号整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可构造为通过快速地开关从AC/DC转换器输出的DC电压来产生（例如几兆赫兹（MHz）到几十MHz频带的）AC信号。AC电的其他频率也是可用的。

匹配控制器113可构造为设置源谐振器115的谐振带宽和源谐振器115的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些实施方式中，匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元和源匹配频率设置单元中的至少一个。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因数。

源谐振器115可构造为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将谐振功率传送到谐振功率接收器120。因此，源谐振器115可构造为在设置的谐振带宽中谐振。

如图所示，谐振功率接收器120可包括目标谐振器121、执行谐振频率或阻抗匹配的匹配控制器123以及将接收的谐振功率传送到装置或负载的目标单元125。

目标谐振器121可构造为从源谐振器115接收电磁能。目标谐振器121可构造为在设置的谐振带宽中谐振。

匹配控制器123可设置目标谐振器121的谐振带宽和目标谐振器121的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些情况下，匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元、目标匹配频率设置单元、或者包括二者。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。例如，可基于目标谐振器121的谐振带宽的设置和/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因数。

目标单元125可构造为将接收的谐振功率传送到装置或负载。目标单元125可包括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电压的电压电平来将额定电压供应给装置或负载。

在一个或多个实施例中，源谐振器115和目标谐振器121可构造为例如螺旋线圈结构的谐振器、螺旋形线圈结构的谐振器、元结构（meta-structured）的谐振器等。

参照图1，控制Q因数可包括：设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽；以及通过源谐振器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。在一些情况下，源谐振器115的谐振带宽可被设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或者比目标谐振器121的谐振带宽窄。例如，可通过将源谐振器115的的谐振带宽设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或窄来保持源谐振器115的BW因数与目标谐振器121的BW因数之间的不平衡关系。

对于采用谐振方案的无线电力传输，谐振带宽可能是重要的因素。当Q因数（例如，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、阻抗不匹配、反射信号等）为Qt时，如等式1所示，Qt可具有与谐振带宽成反比的关系。

[等式1]

$\frac{\mathrm{\Δf}}{f_0}=\frac{1}{\mathrm{Qt}}$

$={\mathrm{\Γ}}_{S,D}+\frac{1}{{\mathrm{BW}}_S}+\frac{1}{{\mathrm{BW}}_D}$

在等式1中，f₀表示中心频率，Δf表示带宽的改变，

表示源谐振器115和目标谐振器121之间的反射损耗，BW_S表示源谐振器115的谐振带宽，BW_D表示目标谐振器121的谐振带宽。BW因数可指示1/BW_S或1/BW_D。

由于一种或多种外部影响，例如，源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、源谐振器115和目标谐振器121中的至少一个的位置的改变等，会出现源谐振器115和目标谐振器121之间的阻抗不匹配。阻抗不匹配可能是降低功率传送效率的直接原因。当将检测到与发送信号相应的部分反射并返回的发射波时，匹配控制器113可构造为确定已经出现阻抗不匹配，并可执行阻抗匹配。匹配控制器113可通过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可将反射波的波形中具有最小振幅的频率确定为谐振频率。

图1中的源谐振器115和/或目标谐振器121可具有如图8至图14示出的谐振器结构。

如这里所使用的，“基本谐振功率”表示基本频带的谐振功率，“谐波谐振功率”表示谐波频带的谐振功率。此外，如这里所使用的，术语“多频带”表示多个频带。

图2是示出使用多个频带发送谐振功率的无线电力传输***的示图。通过无线电力传输***发送的无线电力可以是谐振功率。

无线电力传输***可对应于具有源和目标的源-目标结构。无线电力传输***可包括与源相应的无线电力发送器200和与目标相应的无线电力接收器220。

如图所示，无线电力发送器200可包括源单元202、功率放大单元204和多频带谐振单元206。

源单元202可接收能量以产生谐振功率，并可将谐振功率发送到功率放大单元204。

功率放大单元204可放大从源单元202接收的谐振功率，并可将放大的谐振功率发送到多频带谐振单元206。

图3示出通过与谐波频带相关的功率放大单元204产生的谐波谐振功率。参照图3，功率放大单元204可构造为放大谐振功率310并输出放大的谐振功率320。在一个或多个实施例中，功率放大单元204可包括非线性元件。

放大的谐振功率320可包括基本频带的基本谐振功率和谐波频带的谐波谐振功率。谐波谐振功率可在放大期间被产生。在一些情况下，谐波频带的谐波谐振功率可具有比基本谐振功率相对低的功率。

图4示出200W功率放大单元的频谱分析测量结果。当200W功率放大单元接收13.6MHz的输入信号时，200W功率放大单元可输出作为谐振频带的13.6MHz的基本谐振功率、作为二次谐振频率的27.2MHz的信号，以及另外的谐波频率等。例如，基本频带和二次谐波频带之间的功率差为大约15.15dB。

多频带谐振单元206可包括使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器的至少两个谐振器。在一个或多个实施例中，可针对每个目标谐振器使用一个频带。

图5示出多频带谐振单元206的一个实施例。

如图所示，多频带谐振单元206可构造为包括基本谐振器510和谐波谐振器520的多环路结构。基本谐振器510可构造为将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器212的环路结构。谐波谐振器520可构造为将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器214的环路结构。在一个或多个实施例中，基本谐振器510、谐波谐振器520、第一目标谐振器212和第二目标谐振器214可具有图8至图14的谐振结构。

图6示出应用无线电力传输***。

参照图6，无线电力发送器200可使用多频带谐振单元206发送基本频带的基本谐振功率和谐波频带的谐波谐振功率。无线电力接收器210可对应于可被提供基本谐振功率的高功率接收器（诸如电视机（TV）等）。另一方面，无线电力接收器240可对应于可被提供二次、三次或其他次谐波频带的谐波谐振频率的低功率接收器（诸如移动电话等）。即使在如图6所示的无线电力传输***中，无线电力接收器210和无线电力接收器240可在彼此接近的位置，但是无线电力接收器210和240可通过不同的谐振频带接收谐振功率，从而无线电力接收器210和240可被提供没有明显干扰的无线电力。

图7示出使用无线电力发送器200的方法，无线电力发送器200在无线电力传输***中使用多个频带发送谐振频率。

在操作710，无线电力发送器200可接收能量以产生谐振功率。

接着，在操作720，无线电力发送器200可构造为放大谐振功率。例如，无线电力发送器200可将谐振功率放大为基本频带的基本谐振功率，并且可在放大期间产生至少一个谐波频带的谐波谐振功率。

在操作730，无线电力发送器200可使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。无线电力发送器200可通过基本谐振器510将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器212，并可通过谐波谐振器520将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器214。

再次参照图1，源谐振器115和/或目标谐振器121可构造为螺旋线圈结构的谐振器、螺旋形线圈结构的谐振器、元结构的谐振器等。

自然界中发现的许多材料的电磁特性可具有唯一的磁导率或唯一的介电常数。大多数材料通常具有正磁导率或正介电常数。因此，对于这些材料，右手定则可应用于电场、磁场和指向矢量，因此，相应的材料可被称为右手材料（RHM）。

另一方面，具有自然界中通常未曾发现的或者人工设计（或人为制造）的磁导率或介电常数的材料在这里可被称为“超材料”。超材料可基于相应的介电常数或磁导率的符号被分类为epsilon负（ENG）材料、mu负（MNG）材料、双负（DNG）材料、负折射率（NRI）材料、左手材料（LHM）等。

磁导率可指示在相应的材料中关于给定磁场产生的磁通量密度与在真空状态下关于给定磁场产生的磁通量密度的比率。介电常数指示在相应的材料中关于给定磁场产生的电通量密度与在真空状态下关于给定磁场产生的电通量密度的比率。磁导率和介电常数可确定在给定频率或给定波长下相应材料的传播常数。相应材料的电磁特性可基于磁导率和介电常数来确定。根据一个方面，可在没有显著的材料尺寸改变的情况下容易地将超材料设置在谐振状态下。这对于相对大波长区域或相对低频率区域来说可以是实用的。

图8至图14示出各种谐振器结构。

图8是具有二维（2D）结构的谐振器800。

如图所示，具有2D结构的谐振器800可包括传输线、电容器820、匹配器830以及导体841和842。传输线可包括例如第一信号传导部分811、第二信号传导部分812和接地传导部分813。

电容器820可串联地***到或者另外位于第一信号传导部分811和第二信号传导部分812之间，以使电场可被限制在电容器820中。在各种实施方式中，传输线可包括在传输线的上部中的至少一个导体，并且还可包括在传输线的下部中的至少一个导体。电流可流过设置在传输线的上部中的至少一个导体，并且设置在传输线的下部中的至少一个导体可电接地。如图8所示，谐振器800可构造为具有一般的2D结构。传输线可包括在传输线的上部中的第一信号传导部分811和第二信号传导部分812，并可包括在传输线的下部中的接地传导部分813。如图所示，第一信号传导部分811和第二信号传导部分812可设置为面向接地传导部分813，其中，电流流过第一信号传导部分811和第二信号传导部分812。

在一些实施方式中，第一信号传导部分811的一端可电连接（例如，短接）到导体842，第一信号传导部分811的另一端可连接到电容器820。第二信号传导部分812的一端可接地到导体841，第二信号传导部分812的另一端可连接到电容器820。因此，第一信号传导部分811、第二信号传导部分812、接地传导部分813以及导体841和842可彼此连接，从而谐振器800可具有电“闭合环路结构”。如这里所使用的术语“闭合环路结构”可包括电闭合的多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。电容器820可***到传输线的中间部分。例如，电容器820可***到第一信号传导部分811和第二信号传导部分812之间的空间。在一些情况下，电容器820可构造为集总元件、分布元件等。例如，分布式电容器可构造为分布元件，并且可包括Z字形导线以及在Z字形导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。

当电容器820***到传输线中时，谐振器800可具有如上讨论的超材料的特性。例如，谐振器800可由于电容器820的电容而具有负磁导率。如果这样，谐振器800也可被称为mu负（MNG）谐振器。可应用各种标准来确定电容器820的电容。例如，用于使谐振器800具有超材料的特性的标准可包括以下标准中的一个或多个：用于使谐振器800在目标频率下具有负磁导率的标准、用于使谐振器800在目标频率下具有零阶谐振特性的标准等。

也可被称为MNG谐振器的谐振器800还可具有零阶谐振特性（即，具有当传播常数为“0”时的频率作为谐振频率）。如果谐振器800具有零阶谐振特性，则谐振频率可以与MNG谐振器800的物理尺寸无关。此外，通过适当地设计（或构造）电容器820，MNG谐振器800可充分地改变谐振频率，而基本上不改变MNG谐振器800的物理尺寸。

例如，在近场中，电场可集中在***到传输线中的电容器820上。因此，由于电容器820，磁场在近场中可具有支配性地位。在一个或多个实施例中，通过使用集总元件的电容器820，MNG谐振器800可具有相对高的Q因数。因此，可提高电力传输效率。例如，Q因数指示无线电力传输中欧姆损耗的水平或者电抗与电阻的比率。无线电力传输效率可根据Q因数的增加而增加。

MNG谐振器800可包括用于阻抗匹配的匹配器830。匹配器830可构造为适当地确定和调节MNG谐振器800的磁场的强度。根据构造，电流可通过连接器流入MNG谐振器800，或者可通过连接器从MNG谐振器800流出。连接器可连接到接地传导部分813或匹配器830。在一些情况下，可在不使用连接器与接地传导部分813或匹配器830之间的物理连接的情况下，通过耦合来传送功率。

如图8所示，匹配器830可位于由谐振器800的环路结构形成的环路之内。匹配器830可构造为通过改变匹配器830的物理形状来调节谐振器800的阻抗。例如，匹配器830可包括位于与接地传导部分813分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体831。谐振器800的阻抗可通过调节距离h而改变。

在一些情况下，可设置控制器以控制匹配器830，所述控制器可产生控制信号并将控制信号发送到匹配器830，指导匹配器改变其物理形状，从而可调节谐振器的阻抗。例如，匹配器830的导体831与接地传导部分813之间的距离h可基于控制信号被增大或减小。控制器可基于各种因素产生控制信号。

例如，如图8所示，匹配器830可构造为诸如导体831的无源元件。当然，在其他实施例中，匹配器830可构造为诸如二极管、晶体管等的有源元件。如果有源元件被包括在匹配器830中，则有源元件可基于控制器产生的控制信号被驱动，并且谐振器800的阻抗可基于控制信号被调节。例如，当有源元件是包括在匹配器830中的二极管时，谐振器800的阻抗可根据二极管是导通状态还是截止状态被调节。

在一些情况下，还可将磁芯设置为穿过MNG谐振器800。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。

图9示出具有三维（3D）结构的谐振器900。

参照图9，具有3D结构的谐振器900可包括传输线和电容器920。传输线可包括第一信号传导部分911、第二信号传导部分912和接地传导部分913。电容器920可例如串联地***在传输链路的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间，以使电场可被限制在电容器920中。

如图9所示，谐振器900可具有一般的3D结构。传输线可包括在谐振器900的上部中的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912，并且可包括在谐振器900的下部中的接地传导部分913。第一信号传导部分911和第二信号传导部分912可设置为面对接地传导部分913。以这种布置，电流可通过第一信号传导部分911和第二信号传导部分912沿着x方向流动。由于电流，可沿着-y方向形成磁场H（W）。然而，应该理解，在一些实施方式中，也可沿着其他方向（例如，+y方向）形成磁场H（W）。

在一个或多个实施例中，第一信号传导部分911的一端可电连接（例如，短接）到导体942，第一信号传导部分911的另一端可连接到电容器920。第二信号传导部分912的一端可接地连接到导体941，第二信号传导部分912的另一端可连接到电容器920。因此，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以及导体941和942可彼此连接，从而谐振器900可具有电闭合环路结构。如图9所示，电容920可***到或者另外位于第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间。例如，电容器920可***到第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间的空间中。电容器920可以是例如集总元件、分布元件等。在一个实施方式中，构造为分布元件的分布式电容器可包括Z字形导线以及在Z字形导线之间的具有相对高的介电常数的介电材料。当电容器920***到传输线中时，谐振器900可具有超材料的特性。

例如，当构造为集总元件的电容器的电容被适当地确定时，谐振器900可具有超材料的特性。当通过适当地调节电容器920的电容使谐振器900具有负磁导率时，谐振器900也可被称为MNG谐振器。可应用各种标准来确定电容器920的电容。例如，所述标准可包括以下标准中的一个或多个：用于使谐振器900具有超材料的特性的标准、用于使谐振器900在目标频率下具有负磁导率的标准、用于使谐振器900在目标频率下具有零阶谐振特性的标准等。基于上述标准中的至少一个标准，可确定电容器920的电容。

也可被称为MNG谐振器900的谐振器900还可具有零阶谐振特性（即，具有当传播常数为“0”时的频率作为谐振频率）。如果谐振器900具有零阶谐振特性，则谐振频率可以与MNG谐振器900的物理尺寸无关。因此，通过适当地设计（或构造）电容器920，MNG谐振器900可充分地改变谐振频率，而不改变MNG谐振器900的物理尺寸。

参照图9的MNG谐振器900，在近场中，电场可集中在***到传输线中的电容器920上。因此，由于电容器920，磁场在近场中可具有支配性地位。因为具有零阶谐振特性的MNG谐振器900可具有与磁偶极子相似的特性，所以磁场在近场中可具有支配性地位。由于***电容器920而形成的相对少量的电场可集中在电容器920上，因此磁场可进一步具有支配性地位。

此外，MNG谐振器900可包括用于阻抗匹配的匹配器930。匹配器930可构造为适当地调节MNG谐振器900的磁场的强度。MNG谐振器900的阻抗可以由匹配器930确定。在一个或多个实施例中，电流可通过连接器940流入MNG谐振器900，或者可通过连接器940从MNG谐振器900流出。连接器940可连接到接地传导部分913或匹配器930。

如图9所示，匹配器930可位于由谐振器900的环路结构形成的环路之内。匹配器930可构造为通过改变匹配器930的物理形状来调节谐振器900的阻抗。例如，匹配器930可包括在与接地传导部分913分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体931。谐振器900的阻抗可通过调节距离h而改变。

在一些实施方式中，可设置控制器以控制匹配器930。在这种情况下，匹配器930可基于控制器产生控制信号来改变匹配器930的物理性状。例如，匹配器930的导体931与接地传导部分913之间的距离h可基于控制信号被增大或减小。因此，可改变匹配器930的物理形状，从而可调节谐振器900的阻抗。可使用各种方案来调节匹配器930的导体931与接地传导部分913之间的距离h。可选择地或者另外地，多个导体可被包括在匹配器930中，并且距离h可通过适应性地激活一个导体而被调节。作为另一示例，距离h可通过上下调节导体931的物理位置而被调节。例如，可基于控制器的控制信号来控制距离h。控制器可使用各种因素来产生控制信号。例如，如图9所示，匹配器930可构造为诸如导体931的无源元件。当然，在其他实施例中，匹配器930可构造为诸如二极管、晶体管等的有源元件。当有源元件被包括在匹配器930中时，有源元件可基于控制器产生的控制信号被驱动，并且谐振器900的阻抗可基于控制信号来调节。例如，如果有源元件是包括在匹配器930中的二极管，则谐振器900的阻抗可根据二极管是导通状态还是截止状态来调节。

在一些实施方式中，还可将磁芯设置为穿过构造为MNG谐振器的谐振器900。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。

图10示出构造为大体积类型（bulky type）的用于无线电力传输的谐振器1000的示例。如这里所使用的，术语“大体积类型”可表示以集成形式连接至少两个部件的无缝连接。

如图所示，第一信号传导部分1011和导体1042可被整体形成，而不是被分开制造，从而彼此连接。类似地，第二信号传导部分1012和导体1041也可被整体制造。

当第二信号传导部分1012和导体1041被分开制造，然后彼此连接时，由于接缝1050会导致传导的损耗。因此，在一些实施方式中，第二信号传导部分1012和导体1041可彼此连接而不使用分开的接缝（即，无缝地彼此连接）。因此，可减少由接缝1050引起的导体损耗。例如，第二信号传导部分1012和接地传导部分1013可以被无缝且整体制造。类似地，第一信号传导部分1011、导体1042和接地传导部分1013可以被无缝且整体制造。

可设置如这里在一个或多个实施例中描述的类似构造的匹配器1030。

图11示出构造为空心类型的用于无线电力传输的谐振器1100。

参照图11，谐振器1100的第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的一个或多个构造为空心类型。如在这里使用的术语“空心类型”表示可包括内部空的空间的构造。

对于给定谐振频率，有效电流可以被模式化以仅在第一信号传导部分1111的一部分（而非第一信号传导部分1111的全部）、第二信号传导部分1112的一部分（而非第二信号传导部分1112的全部）、接地传导部分1113的一部分（而非接地传导部分1113的全部）、导体1141和1142的一部分（而非导体1041和1042的全部）中流动。当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的深度明显比给定谐振频率下的相应的集肤深度深时，这可能是无效的。然而，在一些情况下，明显更深的深度会增加谐振器1100的重量或制造成本。

因此，对于给定谐振频率，第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的一个或多个的深度可基于第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个的相应的集肤深度被适当地确定。当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142中的每一个具有比相应的集肤深度深的适当深度时，谐振器1100可变得更轻，并且谐振器1100的制造成本也会下降。

例如，如图11所示，第二信号传导部分1112的深度（如由圆圈指示的放大视图区域1160中进一步示出）可被确定为“d”mm，并且d可根据

来确定。这里，f表示频率，μ表示磁导率，σ表示导体常数。在一个实施例中，当第一信号传导部分1111、第二信号传导部分1112、接地传导部分1113以及导体1141和1142由铜制造并且具有5.8×10⁷西门子每米（S·m^-1）的电导率时，相对于10kHz的谐振频率，集肤深度可以是约0.6mm，相对于100MHz的谐振频率，集肤深度可以是约0.006mm。

可设置如这里在一个或多个实施例中描述的类似构造的电容器1120和匹配器1130。

图12示出使用平行板的用于无线电力传输的谐振器1200的示例。

参照图12，平行板可被应用于包括在谐振器1200中的第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个。

第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212之一或者二者可能不是完美的导体，因此，它们可能具有固有电阻。由于该电阻，会导致欧姆损耗。欧姆损耗会减小Q因数，并且还会减小耦合效应。

通过将平行板应用于第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个，可减少欧姆损耗，并可增大Q因数和耦合效应。参照圆圈指示的放大视图部分1270，当应用平行板时，第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个可包括多条导线。多条导线可平行地设置，并且可在第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个的末端部分电连接（即，短接）。

当将平行板应用于第一信号传导部分1211和第二信号传导部分1212中的每一个时，可平行地设置多条导线。因此，具有所述多条导线的电阻的和可降低。因此，电阻损耗可减少，并且Q因数和耦合效应可增大。

可设置如这里在一个或多个实施例中描述的类似构造的位于接地传导部分1213上的电容器1220和匹配器1230。

图13示出包括分布式电容器的用于无线电力传输的谐振器1300的示例。

参照图13，构造包括在谐振器1300中的电容器1320用于无线电力传输。作为集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻（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。根据实施例，通过使用作为分布元件的电容器1320，可减小ESR。正如将被理解的那样，ESR引起的损耗会减小Q因数和耦合效应。

如图13所示，电容器1320可构造为具有Z字形结构的导线。

通过采用作为分布元件的电容器1320，在一些情况下，可减小由于ESR引起的损耗。此外，通过设置多个作为集总元件的电容器，可减小由于ESR引起的损耗。因为多个作为集总元件的电容器的每个的电阻通过并联连接减小，所以并联连接的作为集总元件的电容器的有效电阻也可减小，从而由于ESR引起的损耗可减小。例如，通过采用十个1pF的电容器，而不使用单个10pF的电容器，在一些情况下可减小由于ESR引起的损耗。

图14示出以图8的2D结构提供的谐振器800中使用的匹配器830的一个实施例，图15示出以图9的3D结构提供的谐振器900中使用的匹配器930的一个实施例。

图14示出2D谐振器的包括匹配器830的部分，图15示出图9的3D谐振器的包括匹配器930的部分。

参照图14，匹配器830可包括导体831、导体832和导体833。导体832和833可连接到接地导体部分813和导体831。例如，2D谐振器的阻抗可基于导体831和接地导体部分813之间的距离h来确定。导体831和接地导体部分813之间的距离h可由控制器控制。可使用各种方案调节导体831和接地导体部分813之间的距离h。例如，所述多种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过适应性地激活导体831、832和833中的一个来调节距离h的方案、上下调节导体831的物理位置的方案等。

参照图15，匹配器930可包括导体931、导体932、导体933以及导体941和942。导体932和933可连接到接地导体部分913和导体931。导体932和933可连接到接地导体部分913和导体931。3D谐振器的阻抗可基于导体931和接地导体部分913之间的距离h来确定。例如，导体931和接地导体部分913之间的距离h可由控制器控制。与包括在2D结构的谐振器中的匹配器830相似，在包括在3D结构的谐振器中的匹配器930中，可使用各种方案调节导体931和接地导体部分913之间的距离h。例如，所述多种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过适应性地激活导体931、932和933中的一个来调节距离h的方案、上下调节导体931的物理位置的方案等。

在一些实施方式中，匹配器可包括有源元件。因此，使用有源元件调节谐振器的阻抗的方案可以与如上所述的方案相似。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16示出图8的用于无线电力传输的谐振器800的等效电路的示例。

图8的用于无线电力传输的谐振器800可被建模为图16的等效电路。在图16的等效电路中，L_R表示电力传输线的电感，C_L表示以集总元件的形式***在电力传输线的中间的电容器820，C_R表示图8的电力传输和/或接地之间的电容。

在一些情况下，谐振器800可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数为“0”时，谐振器800可假定为具有作为谐振频率的ω_MZR。谐振频率ω_MZR可通过等式2来表示。

[等式2]

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{MZR}}=\frac{1}{\sqrt{L_R{C}_L}}$

在等式2中，MZR表示Mu零谐振器。

参照等式2，谐振器800的谐振频率ω_MZR可通过L_R/C_L来确定。谐振器800的物理尺寸和谐振频率ω_MZR可以彼此无关。因为物理尺寸彼此无关，所以谐振器800的物理尺寸可被充分地减小。

一个或多个实施例可提供一种使用多频带发送谐振功率的无线电力发送器及其方法。在一些实施例中，可通过多频带发送谐振功率。因此，即使无线电力接收器彼此接近，通过不同谐振频带接收无线电力的无线电力接收器也可不受干扰地接收谐振功率。无线电力发送器可使用从功率放大单元自然产生的谐波功率作为用于低功率无线接收机的无线电力接收器的谐振频带，从而可减少电力浪费。

可使用硬件组件和/或软件组件在各种实施例中实现在此描述的单元。例如，可使用一个或多个通用或专用计算机（诸如作为示例的处理器、控制器和算术逻辑单元）、数字信号处理器、微计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够以限定的方式响应并执行指令的任何其他装置来实现处理装置。处理装置可运行操作***（OS）以及一个或多个在OS上运行的软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操纵、处理和创建数据。为了简明的目的，处理装置的描述被用作单数；然而，本领域的技术人员将理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括多个处理器或者处理器和控制器。另外，不同的处理配置是可行的，诸如并行处理器。

软件可包括用于独立或共同地指导或配置处理装置以进行期望操作的计算机程序、代码段、指令或它们的某个组合。可在任何类型的机器、组件、物理或虚拟设备、计算机存储介质或装置中永久或暂时地包含软件和数据，或者在能够向处理装置提供指令或数据或能够被处理装置解释的传播信号波中永久或暂时地包含软件和数据。软件还可分布在联网的计算机***中，从而以分布方式存储和执行软件。尤其是，软件和数据可被一个或多个计算机可读记录介质存储。计算机可读记录介质可包括能够存储其后可被计算机***或处理装置读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置。此外，实施例所属领域的编程技术人员可基于并使用在此提供的附图的流程图和框图以及它们的相应描述来解释用于实现在此公开的示例实施例的功能程序、代码和代码段。

以上已描述了一些示例性实施例。然而，应理解，可进行各种修改。例如，如果按不同的顺序执行所描述的技术并且/或者如果在描述的***、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其他组件或它们的等同物替代或补充，则可实现适合的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种无线电力发送器，包括：

源单元，构造为产生谐振功率；

功率放大单元，构造为放大谐振功率；

包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。

2.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中：

功率放大单元构造为将谐振功率放大为基本频带的基本谐振功率，并将所述基本谐振功率和谐波谐振功率发送到多频带谐振单元，其中，在放大期间产生与至少一个谐波频带相关的所述谐波谐振功率，

多频带谐振单元包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述至少一个谐波谐振器构造为将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

3.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，产生所述谐波谐振功率。

4.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。

5.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中，多频带谐振单元包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器的环路，所述至少一个谐波谐振器构造为将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器的环路。

6.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中，源单元构造为接收能量以产生谐振功率。

7.一种在无线电力发送器中发送多频带谐振功率的方法，所述方法包括：

产生谐振功率；

放大谐振功率；

使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

放大步骤包括：通过放大谐振功率产生基本频带的基本谐振功率以及在放大期间产生的与至少一个谐波频带相关的谐波谐振功率；

发送步骤包括：使用基本谐振器将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，并使用谐波谐振器将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

9.如权利要求8所述的方法，其中，当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，产生所述谐波谐振功率。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

接收能量以产生谐振功率。

12.一种无线电力发送器，包括：

多个谐振器，构造为使用不同的谐振频带将谐振功率发送到多个目标谐振器。

13.如权利要求12所述的无线电力发送器，还包括：

放大器，构造为放大谐振功率。

14.如权利要求12所述的无线电力发送器，其中，放大器构造为产生基本谐振功率和谐波谐振功率。

15.如权利要求14所述的无线电力发送器，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。

16.如权利要求12所述的无线电力发送器，其中，所述多个谐振器包括基本谐振器和谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述谐波谐振器构造为将谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。

Images