CN107810588A - 家具中无线电力传送的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种具有内部框架和装饰覆盖物的家具物品，设置有由所述框架承载的至少一个发射谐振器，并至少部分地设置在所述装饰覆盖物的下方。调谐谐振器用于以预定频率谐振，并由所述框架承载的高频电源驱动。所述高频电源适于耦合到家具物品外部的电源，例如AC插座。高频电源和发射谐振器在邻近至少一个发射谐振器的近场中产生以预定频率耦合和传送电力的磁场。一个相辅相承的接收谐振器和一个具有两个或更多线圈的复合无源谐振器与需要被供电的负载连接。当接收谐振器放置在发射谐振器的近场内时，电力通过磁感传送。

Description

家具中无线电力传送的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年7月15日提交的美国专利申请号14/799,931的优先权，还要求2015年5月22日提交的美国临时申请号62/165,490的优先权。上述申请的全部公开内容都包含在本申请中，以作参考。

技术领域

本公开一般涉及具有用于向便利设备供电的装置的椅子、沙发和其他家具。更具体地说，本公开涉及使用嵌入在椅子、沙发和其他家具中的嵌入式无线电力传送***，向用户提供方便的无线方式对个人设备、电力阅读灯、按摩设备以及个人加热和取暖设备进行充电。

背景技术

本部分提供本发明的背景资料，其不一定是在先公开技术。

不管是一个人在一整天的工作后只是放松一下，还是可能出于医疗原因，处于久坐不动的状态，安乐椅、沙发或升降椅代表一个特殊的个人环境，一个休息、休养、可能享受一本好书或喜爱的电视节目的地方。在休息的时候，手机、电子阅读器或平板电脑电量耗尽肯定令人扫兴。保持坐姿，让设备的电力中断-或起来找一个充电器-这些都是基本的选择。对于因医学原因被限制在椅子上的人，第二种选择可能是不可能的。

自然的解决办法是将延长线延长到椅子或沙发上，然后在合理的伸手可及的位置连接充电器。通常这需要将充电器的变压器塞在椅子或沙发下面，以便隐藏其难看的外观和散乱的电线。当然，既然已经运行延长线了，为什么不用它来给其他电子设备供电呢？如阅读灯，加热垫等个人便利设备。

然而，有一点要注意，把越来越多的设备***椅子或沙发下面的延长线中，这是不好的做法。延长线只能处理有限数量的设备，并且每添加一个设备，缠结的线路就变得更加难看。

发明内容

本部分是本发明内容的概述，并非本发明所有内容和特征的详尽公开。

本公开以优雅、方便和有用的方式解决了上述问题。所公开的解决方案将无线电力传送谐振器放置在一个或多个方便的位置，优选嵌入在椅子、沙发或其他家具内，而不是延长线和许多线的缠结。电力传送谐振器产生局部且集中的磁场，将电力传送到待供电装置。要接收该电力，负载设备只需配备有接收谐振器，该接收谐振器可以连接到或嵌入到设备中。为了实现最有效的电力传送，发射谐振器和接收谐振器共享相同的，明确定义的高品质谐振频率。

所公开的无线电力传送装置和方法能够传送大量的电力，足以对个人便携式设备进行充电，甚至足以满足更高的电力需求，如电加热垫、按摩机构、以及像暖脚器、毯子和披肩的取暖服。

因此，根据一个方面，公开了一种用于无线电力传送的装置，包括具有内部框架和装饰覆盖物的家具物品。至少一个发射谐振器由框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物的下方。调谐该发射谐振器用于以预定频率谐振。

由该框架承载并电耦合到所述至少一个发射谐振器的高频电源被配置用于耦合到家具物品外部的电源。例如，该电源可以是AC墙壁插座并且可以包括单独的AC电源。高频电源和一个或多个发射谐振器在邻近每个发射谐振器的近场中产生以预定频率耦合和传送电力的局部磁场。

就此而言，近场根据距发射谐振器的距离来限定，并且基于由发射谐振器中的移动电流产生的非辐射磁场以1/r²的速度减小(r是距谐振器的距离)。在诸如为便携式设备、移动电话、电子书阅读器、平板电脑等充电的小型电子设备电力传送应用中，可以从装饰材料的厚度到最大间隔4至5英寸的近场间隔范围(发射和接收谐振器之间的间隔范围)内获得合适的结果。在较高电力传送应用中，例如为加热元件供电，优选较近的分隔间隔，即从装饰材料的厚度到最大间隔1至2英寸的范围内。

还可提供适合于电耦合到负载设备的接收谐振器。调谐接收谐振器用于以预定频率谐振，并且当放置在邻近发射谐振器的近场时，它将从发射谐振器接收的电力传送到负载设备。负载设备可以是各种不同的设备，包括阅读灯、设备充电器、加热和取暖设备，例如鞋类、加热垫、毯子和披肩等。

根据另一方面，公开了一种装配家具物品用于无线电力传送的方法。因此，在具有内部框架和装饰覆盖物的家具物品中，提供至少一个由框架承载并至少部分地设置在装饰覆盖物下方的发射谐振器。调谐发射谐振器用于以预定频率谐振。

高频电源适当地安装成由框架承载并与发射谐振器电耦合。该高频电源被配置用于耦合到家具物品外部的电源。

高频电源和至少一个发射谐振器互连,在邻近至少一个发射谐振器的近场中产生磁场，在耦合到家具物品外部的电源时，该磁场以预定频率耦合和传送电力。

下面的描述将使本发明其它领域的应用变得明显。在本概述中的描述和具体例子仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

附图说明

本发明的附图仅用于说明选定的实施例，并不包括所有可能的实施式，也不应理解为用于限制本发明。

图1是示例性躺椅的立体图，示出了用于无线电力传输***的一些可能放置谐振器的位置；

图2是图1的椅子的立体图，移除了织物和软垫材料以显示框架；

图3是沿图1中的线3-3截取的详细横截面图，示出了发射谐振器的一种安装方式；

图4是发射谐振器和接收谐振器组的电子电路图；

图5是示出发射谐振器和接收谐振器在谐振器的近磁场中如何耦合的磁场图；

图6是安装有加热垫和加热拖鞋的躺椅的侧视图，两者都由无线电力传输***供电；

图7示出了如何将接收谐振器集成到消费者设备(例如手机、电子书阅读器和阅读灯)；

图8示出多个发射谐振器由共同的高频能量源驱动的第一实施例的电子电路图；

图9示出多个发射谐振器各自由专用高频源驱动的第二实施例的电子电路图；

图10是示出一个被驱动的发射谐振器耦合到第一接收谐振器并且还耦合到与第二接收谐振器耦合的无源中继器***的电子电路图。

图11示出复合无源谐振器的框图；

图12是采用双导馈线的复合无源谐振器的正视图；

图13是图12的实施例的无源谐振器线圈的立体图；

图14是图13的线圈的俯视平面图；

图15是基本上沿图14中的线13-13取得的图13的线圈的横截面图；

图16是家具框架的局部剖视图，示出了图13的线圈的安装位置；

图17是家具框架的局部平面图，示出了用于固定图12的双导馈线的第一实施例；

图18是家具框架的局部立体图，示出了用于固定图12的双导馈线的第二实施例；

图19是图12的双导馈线的简化分布元件等效电路图；

图20是复合无源谐振器的正视图，采用单连接线连接一对平面圆形螺旋线圈；

图21是复合无源谐振器的正视图，采用单连接线连接设置在柔性基板上的一对平面矩形螺旋线圈；

图22是复合无源谐振器的正视图，示出了单连接线的替代布置并且还示出了用于调谐线圈以与HF电源谐振的分立电容器的布置；

图23是复合无源谐振器的正视图，示出了可以使用多于两个线圈来界定复合无源谐振器；

图24A-图24D是电子电路图，示出了不同的复合无源谐振器电路，并且示出了可以添加分立电容器以实现与HF电源谐振的各种位置；

图25是示例性软垫沙发的框架和弹簧的立体图，示出了复合无源谐振器的第一种安装方式；

图26是示例性开放式扶手椅的框架和弹簧的立体图，示出了复合无源谐振器的第二种安装方式。

图27是椅子的立体图，示出了复合无源谐振器放置在靠近臂的框架上；

图28是可手动调节式躺椅的立体图，示出了HF电源和发射谐振器的位置。

图29是临时或抱枕的平面图，包含可以使用无线电力传输***供电的电加热和振动元件；

图30是基本沿图27中的线28-28截取的图27的枕头的横截面图。

不同的附图中相应的标号表示相应的部件。

具体实施方式

现参照附图更详细地描述本发明的实施例。

所公开的电力传输装置和方法为具有良好装备的椅子或沙发的使用者提供了极大的便利性和舒适性。如将更充分地描述的那样，在诸如椅子、沙发等的软垫家具物品内产生的电力可传送到家具外部的各种电气设备，包括便携式设备(例如：手机、电子书阅读器、iPad等)、电池充电器、加热垫和毯子、甚至使用者穿的衣服(例如暖脚袜或拖鞋、休闲裤、毛衣或夹克等)、咖啡杯加热器、阅读灯和轮廓周边照明等照明设备(使黑暗房间内的家具制品更加清晰可见)、产生音乐或白噪声以帮助人们入睡的声音产生装置。

所公开的电力传输装置和方法基于无线电力传输原理工作，将电能传送到设置在椅子或沙发内预定位置的谐振发射谐振器，该电能在发射谐振器的近场产生集中的磁场。椅子或沙发外部的第二接收谐振器位于该磁场内，该第二接收谐振器捕获磁场内的一部分能量，并将其转化为电能，然后用于为电气设备供电。除了静止或者具有手动或动力运动特征、并且具有实心或者透视的扶手或者无扶手的椅子和沙发等等的传统座椅类型的家具物品之外，所公开的电力传输装置和方法还适用于其他类型的家具，如可展开的长软椅、睡床等。

虽然装置和方法可以仅用单个发射谐振器来实现，但在许多应用中，优选使用多个这种发射谐振器。因此，图1示出了示例性的躺椅20，具有多个可能的发射谐振器位置22。椅子20安装有适于连接到合适的AC输出口26的电源供应器24。在示例性应用中，电源供应器24提供低压直流电驱动电力传输装置的电子电路，并且还驱动用于使躺椅和升降椅功能自动化的可选电机。电源供应器24可使用开关电源电路设计来实现，其优点是提供逐步减低的直流电压而不需要大的变压器和滤波电容器组件。当然，也可使用线性电源电路设计。

图2示出了椅子20，移除了织物和软垫材料露出下面的框架部分28和30以及相关的弹簧32。在所示的椅子结构中，框架部分28由非铁材料构成，如木材。如弹簧32，框架部分30由钢构成。由于电力传输装置和方法利用磁能，所以注意构造框架部分28和30以及弹簧32，使得铁磁(例如铁、钢、镍、钴等)组件不会对所期望的磁场产生不利影响。因此，在所示的椅子结构中，选择发射谐振器位置22，并相应地设计底层框架，使得发射谐振器不强烈地耦合到框架和弹簧的铁磁组件。就这一点而言，根据物理原理，磁场在间距的平方处减小。因此可以计算谐振器位置和铁磁材料位置之间的物理距离，并且设计配置成使谐振器和铁磁组件之间的紧密接近最小化。铁磁材料的数量也是一个因素，因此谐振器的位置也受到其与椅子内配置的任何电动马达有多靠近所影响，因为这些电动马达通常包括大量的铁磁材料。

参照图3，示出了椅子的一个扶手的横截面图。在这个视图中，可以看到发射谐振器34连接到框架部分28并由一层典型地包含填料层36和覆盖织物38的家具覆盖材料覆盖。作为非磁性材料，框架部分28、填料36和织物38对发射谐振器34产生的磁场没有明显的影响。接收谐振器40位于发射谐振器的近场中。如图所示，发射谐振器和接收谐振器不需要物理接触进行电力传送。实际上，发射谐振器和接收谐振器可间隔几英寸(标称范围为3至8英寸)，仍然可将大量的电力传输到与接收谐振器连接的负载42。本发明一个优点是，这里使用的磁耦合电力传送超过了在一些蜂窝电话和小型设备充电电路中使用的电容耦合电力传送。通常，电容耦合***需要非常接近的距离(大约几毫米)。

尽管在图3中未示出，但是如图2所示，发射谐振器连接到产生磁场的高频交流电源。该高频电源44可以在任何合适的位置连接到座椅框架，并且由电源供应器24提供直流操作电力。尽管高频交流电可以设计为从大约200kHz至3000MHz的额定频率范围内工作，但是在椅子或沙发上实现电力传输的合适频率是6.78MHz。在这方面，实现这个6.78MHz实施例的合适的无线电力传送组件可从WiTricity公司获得。

图4示出了用于产生磁场并用于在发射谐振器和接收谐振器之间传送电力的示例性电子电路图。如图所示，电源供应器24向高频电源44提供直流电。该高频电源可以通过电子开关电路来实现，例如D类或E类开关放大器，其在所需的频率(例如6.78MHz)产生振荡波形。该高频振荡或交流电信号被施加到发射谐振器34，产生磁场。为了提供电源44和发射谐振器34之间的有效耦合，可以采用阻抗(Z)匹配网络电路46。Z匹配网络被配置成使发射谐振器的主要感应负载有效地耦合到电源44，使得输送到谐振器34的电力最大化，同时使反射回电源的能量最小化。阻抗匹配网络电路46增加发射谐振器的Q因子。在发射谐振器和接收谐振器组之间建立的RF链路也可以用于发射器和接收器之间的传输。这种传输可用于认证、配置和监控电力传送。如果需要的话，如此建立的RF链路可以支持通信协议，例如蓝牙和Wi-Fi。

图4的电路的一个优点是当没有负载连接时，消耗非常少的电力。电路处于静止状态，仅消耗操作电源所需的一点能量，并使电源处于静息状态。只有当负载耦合到磁路时，才会产生显着的电力流动。这发生在接收谐振器40位于发射谐振器的磁场内时。接收谐振器被配置为谐振匹配发射谐振器。因此这两个谐振器之间的磁耦合被调谐并且高效。

当然，传送到接收谐振器的电力在与发射谐振器产生的频率(例如6.78MHz)相同的频率下振荡。由于大多数负载设备(加热垫、手机、设备充电器等)不被设计为使用以这种高频传送的电力来操作，所以提供了转换电路将高频交流电(在6.78MHz)转换成设备所需的标称电压的DC电(例如6V、12V等)。为了进行这种转换，提供射频到直流(RF-DC)整流电路48。还使用阻抗匹配网络电路50来提供电感谐振器40和整流电路48之间的有效耦合。与阻抗匹配网络电路46类似，阻抗匹配网络电路50用于增加接收谐振器的Q因子。然后，整流电路48向负载42供电。

如上所述，仅当发射谐振器34和接收谐振器40被磁耦合时才发生电源44和负载42之间的电力传送。因此，通过简单地从发射谐振器34的近场区域移除接收谐振器40，便停止向负载传送电力。用户不需要记住打开和关闭开关，或者从充电电路插拔设备。如果用户想要使用设备或对设备充电，只需要简单地将接收谐振器40放置在发射谐振器34附近，便自动向所连接的负载传输电力。

图5示出了简单环路谐振器34的磁通线。注意，在环的环形轴线上，通量线是最密集的。这些通量线在近场区域A中几乎平行。在远场区域B中，通量线变得不那么紧凑并且更加发散(不再平行)。当接收谐振器40A位于近场区域A时，两个谐振器之间耦合强。相反，当接收谐振器位于远场区域B的40B处时，耦合弱。当移动得足够远时，谐振器之间的耦合根据间距的平方而下降，因此迅速变得可以忽略不计。

在许多应用中，负载设备与接收谐振器和相关的整流器以及匹配电路48和50捆绑在一起是最方便的。这些电路可以布置在独立包装中，方便嵌入到负载设备本身，或设计成***负载设备。例如，在图6中，用户正在享受加热垫60和一对暖脚袜62，它们都安装有集成其中的接收谐振器40整流电路(未示出)和加热元件64。这些加热元件由通过各自的磁场耦合的能量供电。如果需要的话，加热垫60还可以包括单独的可拆卸的电源线，当不与椅子20结合使用时，可通过***传统的电源来使用。如果需要的话，加热元件可以使用薄金属箔，通过箔中流动的电感感应电流直接加热。或者，可以使用电热丝元件。

图29和30更详细地示出了临时枕头或抱枕可以如何安装由无线电力传输***供电的加热和振动特征部件。枕头98可以用各种不同的方式设计，使得在不经意的观察者看来，没有明显可见的加热和振动征部件。然而，如从图30的剖视图所看到的，嵌入在枕头的填充物内的是加热元件100，其可以固定到枕头的织物覆盖物的内侧。振动单元102也嵌入在枕头的填充物内。加热元件100和振动单元102各自通过开关104电耦合到接收谐振器40。开关104也与枕头一起设置并提供一个小按钮(或一对按钮)突出于枕头的织物上或设置在表面下方。按下按钮，循环选择一系列加热和振动设备。例如，开关104可以提供如下的控制序列：

第一次按下按钮A-高温加热

第二次按下按钮A-低温加热

第三次按下按钮A-关闭加热

第一次按下按钮B-振动开启

第二次按下按钮B-振动关闭。

图7提供了供电设备的另外一些示例。示出了便携式便利阅读灯66，具有安装在基部的接收谐振器40和相关的电力转换电路。类似地，手机68(或其他便携式设备，例如电子阅读器或iPad)卡在保护壳70中，该保护壳70包括嵌入式接收谐振器40和相关的电力转换电路。当然，如果需要的话，手机或其他便携式设备可以被制造成包括接收谐振器40。

如图1所示，发射谐振器可以设置在典型的椅子或沙发的多个位置22处。有几种方法可以配置这些多个谐振器，现在将参考图8-图10进行解释。图8示出了一个实施例，其中多个谐振器由共同的高频电源44驱动。通过将电源44安装在框架上一个方便的位置，可以将其设置在椅子或沙发内。然后，馈线运行到多个发射谐振器中的每一个。就这一点而言，有两种连接馈线的方式，这两种方式如图8所示。根据一种馈线技术，每个谐振器34通过其自己专用的阻抗匹配网络电路46耦合到高频电源44。这种馈线技术的例子在80处示出。根据另一种馈线技术，一组谐振器34a、34b、34c连接共享一个阻抗匹配网络电路46a。在82处示出了这种馈线技术的示例。

图9示出了替代实施例，其中每个发射谐振器34a、34b、34c分别具有其自己专用的高频源44a、44b、44c。图10示出了又一个实施例，其中采用无源中继器84。无源中继器被调谐，以便与其他发射谐振器相同的频率谐振，并且有效地扩展了与其磁耦合的发射谐振器的范围。

如果需要的话，可以配置无源中继器，将发射谐振器的范围扩展到多个位置。可以构造特殊复合无源谐振器，提供几个独立但相互连接的谐振结构，可以位于不同的位置。为了说明这个概念，参考图11。如图所示，HF电源44驱动发射谐振器34。第一无源谐振器A位于发射谐振器的磁场内的84a处。如虚线Tr所示，该第一无源谐振器A与发射谐振器34磁耦合。无源谐振器A通过至少一个导体88电耦合到第二无源谐振器B(84b)，至少一个导体88例如是支持谐振器之间的电流流动的导线连接。当第一无源谐振器A位于发射谐振器34的磁场内时，在无源谐振器A中导出电流，并将该电流传送到无源谐振器B。因此，无源谐振器A和B电连接，限定复合无源辐射器90。

复合无源辐射器90能够支持单独的电力传送站点，其可以用于替代或同时使用。如图所示，可以将第一接收谐振器A(40a)放置在无源谐振器A的磁场内，如图中虚线A所示磁耦合两者。当负载，例如负载A(86a)，电连接到接收谐振器A时，能量被传送到负载86a。类似地，可以将第二接收谐振器B(40b)放置在无源谐振器B的磁场内，如虚线B所示磁耦合两者。当负载，例如负载B(86b)，电连接到接收谐振器B时，能量被传送到负载86b。

导体88可以根据若干替代实施例实现，第一实施例使用一对双导连接线来界定无源谐振器A和B之间的馈线或传输线；第二实施例使用连接谐振器A和B的单导线。第三实施例使用形成家具物品的框架的一部分的金属结构。

包括谐振器40a和40b的线圈被调谐成与HF电源频率谐振。调谐是通过选择包括每个线圈的导体的长度来实现的，以获得感抗，与线圈限定间隔开的导体而产生的容抗匹配。如果需要的话，可以在线圈的两端增加额外的分立电容器组件，以增加容抗。容抗的微调也可以通过改变限定线圈的各个匝之间的间距来实现。

由双导馈线连接的无源谐振器

图12-19示出了复合无源谐振器的第一实施例，其中两个线圈通过一对双导连接线互连。参考图12，无源谐振器84a和84b通过双导馈线88连接，该双导馈线88包括耦合到两个无源谐振器线圈中的每一个的一端的第一引线88a，并且包括耦合到两个无源谐振器线圈中的每一个的另一端的第二引线88b。图13-15更详细地示出了如何配置该实施例的谐振器线圈。在公开的实施例中，线圈是空心缠绕的；线圈通过适当的胶或背衬材料保持在一起，使得线圈中心的空间保持开放(即充满空气)。如果需要的话，线圈也可以通过环绕诸如空心管的芯结构来制造。虽然空心缠绕的线圈在匹配发射谐振器频率方面已经有效，但是也可以构建充满非空气芯材料的线圈，不过这会影响线圈的电感，从而影响无源谐振器的谐振频率。如果需要在高频电源频率下实现谐振，则分立电容器可以在引线88a和88b所连接的各个点电耦合每个线圈。图12中未示出这样的电容器以简化图示，但是图24a-图24d中示出了放置电容器的几个不同的电路图。

再次参照图12，引线88a和88b之间的间距d优选保持恒定，使得引线88a和88b的间距和直径界定固定的阻抗。图19显示了双导连接线的简化分布电路模型。如图所示，导线之间具有分布电容。每根导线都有分布电阻和分布电感。为了简化图示，分布电感未示出，但将理解，分布电感与分布电阻串联连接。

优选地，选择导线间隔和导线直径，建立馈线电容(容抗)低或者至少已知且稳定的值的阻抗。最小化或控制双导连接线馈线的容抗是重要的，因为容抗可以对无源谐振器的整体谐振产生影响。如上所述，这些谐振器需要以与发射谐振器相同的频率谐振，以便具有最大的电力传送。

当线圈之一，例如线圈84a，放置在发射谐振器的磁场中时，借助磁电感使电流流过线圈。因为线圈84a通过馈线88的闭合电路耦合到线圈84b，所以类似的电流将流过线圈84b。由于线圈和馈线的内部电阻，当然会有一些能量损失作为热量逸出。实际上，这种能量损失被证明是最小的，并且使用无源谐振器线圈中的任何一个都可以获得成功的能量传送。

如上所述，为了控制馈线88的容抗，优选在馈线的各个导线88a和88b之间建立恒定的间隔。在图17中示出了实现这一点的第一种方式，其中导线88a和88b适当地例如用钉固定到形成椅子或沙发的框架的一部分的木制栏杆构件28。在这个实施例中，两根导线88a和88b被嵌入一个电介质中，该电介质的一面是开放的，另一面是木框架。由于导线靠在木框架的表面，两根导线之间的直接视线电场线穿过空气介质。

在图18中示出了在单独的导线88a和88b之间建立恒定间隔的第二种方式。在该实施例中，导线适当地例如用钉固定在木制栏杆构件28的相对侧。在这个实施例中，木栏杆构件用作两根导线之间的电介质。由于木材具有比空气更高的介电常数(木材＝1.4至2.9；空气＝1.0)，因此第二实施例中的导线之间的电容高于第一实施例中的电容。因为容抗与电容成反比，所以第二实施例的容抗比第一实施例的容抗要低。

如图16所示，通过将线圈嵌入在装饰垫或泡沫材料36内，无源谐振器线圈可以安装在椅子或沙发中。无源谐振器线圈通常位于发射谐振器34的上方，固定到椅子或沙发的框架28。

由单导线连接的无源谐振器

图20和21示出了另一种替代复合无源谐振器实施例，其中线圈通过连接谐振器的单导线连接。在这个实施例中，线圈缠绕成扁平线圈或盘形线圈，其中线圈导线位于基本平坦的平面中。图20示出了由单连接导线88连接的一对圆形螺旋线圈84a和84b。图21示出了由单连接导线88连接的一对方形螺旋线圈84a和84b。其它线圈形状也是可能的。

图12-图19所示的复合无源辐射器实施例使用双导线88a和88b使线圈在闭路电通路中连接在一起，然而，图20和图21的实施例没有限定闭路通路。相反，图20和图21的两个线圈84a和84b定义了谐振天线结构，其中导线连接器88限定谐振天线结构的一部分。当线圈之一，例如线圈84a，被置于发射谐振器34的磁场中时，在线圈中感应出电流，该电流建立驻波电流分布模式，其取决于线圈84a和84b的相应阻抗和导线连接器88的长度。复合无源谐振器结构上的电流分布模式表现为边界条件，即线圈端点92处的电流为零，并在中间呈现出一个或多个电流最大值(取决于导线连接器88的长度)。

图21的线圈示出了线圈84a和84b以及单连接导线88形成设置在柔性塑料基板94上的印刷电路板走线的实施例。

图22示出了连接线圈84a和84b的替代方式，其中导线连接88连接各线圈的最内端。图22还示出了与各个线圈84a和84b并联电连接的一对电容器C。这些电容器提供增加的容抗，匹配各个线圈的感抗，使得线圈各自在高频电源44(图11)的发射频率下谐振。如果需要，可以通过调整每个线圈内的特定一些导线匝的间距来微调整个容抗。增加导线之间的间距会降低电容，从而增加容抗(电容和容抗成反比)。

尽管到目前为止示出的复合无源谐振器具有一对线圈，但是可以构造采用多于两个线圈的复合无源谐振器。作为说明性例子，参考图23，其中已经示出了三线圈复合无源谐振器。这个三线圈复合无源谐振器基本上与双线圈复合无源谐振器的工作原理相同，除了各个线圈可能需要重新调谐以便每个线圈实现与高频电源的谐振。如上所述，通过增加分立的电容器并且通过调整导线间距和连接导线88的相应长度来实现调谐。

发射谐振器和无源谐振器的放置

图1提供了一些示例示出发射谐振器和无源谐振器可以放置在示例性躺椅中的甚么位置。当然，如所讨论的，所公开的电力传输设备和方法也适用于其他类型的家具。为了说明，图25示出了现代沙发框架，示出了如何将上述复合无源谐振器结合到该部件中。在这个例子中，体现了单线连接器实施例。如图所示，单线导体88布置在沙发背面的弹簧后面。

图26示出了不同的导体布置，其中线圈经由横跨椅子后部的金属框架组件90连接。各个无源线圈84a和84b通过单独的导线92a和92b电连接到框架组件90。注意，图26的椅子是扶手式的。因此，如图所示，发射谐振器34和无源中继器线圈84a和84b位于延伸轨道96上。尽管图26的椅子示出了扶手式的，但可以理解的是，无扶手椅子也可以采用相同的发射谐振器和无源中继器线圈放置方式。

已经为了说明和描述的目的提供了对实施例的上述描述。其目的不是穷尽的或者限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可以在选定实施例中使用，即使没有具体示出或描述。同样的情况在很多方面也可能有所不同。这样的变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (40)

1.一种用于无线电力传送的装置，包括：

具有内部框架和装饰覆盖物的家具物品；

至少一个发射谐振器，由所述框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物的下方；

所述至少一个发射谐振器被调谐用于以预定频率谐振；

高频电源，由所述框架承载并电耦合到所述至少一个发射谐振器，所述高频电源还耦合到所述家具物品外部的电源；

所述高频电源和所述至少一个发射谐振器在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中产生以预定频率耦合和传送电力的磁场。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括电耦合到负载设备的接收谐振器，所述接收谐振器被调谐用于以预定频率谐振，并且当放置在邻近所述发射谐振器的近场中时，将从所述发射谐振器接收的电力传送到所述负载设备。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个发射谐振器包括增加所述发射谐振器的Q因子的阻抗匹配电路。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述接收谐振器包括增加所述接收谐振器的Q因子的阻抗匹配电路。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个无源中继器谐振器，由所述框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方；所述无源中继器谐振器设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中，并且可操作地延伸由所述至少一个发射谐振器产生的磁场。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述家具物品是具有座椅、靠背和至少一个扶手部的椅子或沙发，并且其中所述至少一个发射谐振器设置在选自由所述椅子或沙发的所述座椅、所述靠背、所述至少一个扶手部组成的组的一部分中。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述家具物品是具有座椅和靠背的椅子或沙发，并且其中所述至少一个发射谐振器设置在所述座椅和所述靠背的至少一个中。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述家具物品是具有可展开搁腿装置的椅子或沙发，并且其中所述至少一个发射谐振器设置在所述搁腿装置中。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括一双鞋，每只鞋都具有结合在其中的接收谐振器和与鞋连接的加热元件，所述接收谐振器定位在所述鞋中，这样，当坐在所述椅子或沙发上的人穿着鞋时，所述接收谐振器位于所述至少一个设置在所述搁腿装置中的发射谐振器的近场内。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括加热垫，所述加热垫具有设置在其中的接收谐振器，所述加热垫具有电耦合到所述接收谐振器的加热元件，所述加热元件通过所述接收谐振器接收从所述至少一个发射谐振器传送的电力。

11.根据权利要求1所述的装置，还包括其中设置了接收谐振器的加热毯或披肩，所述加热毯或披肩具有电耦合到所述接收谐振器的加热元件，所述加热元件通过所述接收谐振器接收从所述至少一个发射谐振器传送的电力。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个复合无源谐振器，由所述框架承载并且至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方；所述复合无源谐振器的一部分设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中，并且可操作地延伸由所述至少一个发射谐振器产生的磁场；

所述复合无源谐振器包括由至少一个导体耦合的至少两个线圈。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少两个线圈中的一个位于邻近所述至少一个发射谐振器的近场内。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少两个线圈是通过单个导体彼此电连接的平面线圈。

15.根据权利要求12所述的装置，其中所述至少两个线圈通过一对导体电连接,限定闭路电路。

16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述至少两个线圈通过所述框架的导电组件电连接。

17.一种装配家具物品用于无线电力传送的方法，包括：

在具有内部框架和装饰覆盖物的家具物品中，提供至少一个由所述框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方的发射谐振器；

调谐所述至少一个发射谐振器以预定频率谐振；

通过所述框架支持高频电源并使所述高频电源电耦合到所述至少一个发射谐振器，

将所述高频电源配置为耦合到所述家具物品外部的电源；

配置所述高频电源和所述至少一个发射谐振器，在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中产生磁场，当耦合到所述家具物品外部的电源时，该磁场以预定频率耦合并传送电力。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括提供适合于电耦合到负载设备的接收谐振器；

调谐接收谐振器以预定频率谐振，这样，当接收谐振器放置在邻近所述发射谐振器的近场中时，接收谐振器将从所述发射谐振器接收的电力传送到负载设备。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将增加所述发射谐振器的Q因子的阻抗匹配电路连接到所述至少一个发射谐振器。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括将增加所述接收谐振器的Q因子的阻抗匹配电路连接到所述接收谐振器。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：将至少一个无源中继器谐振器支撑在所述框架上，并将其至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方；

将所述无源中继器谐振器设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中，使得它延伸由所述至少一个发射谐振器产生的磁场。

22.根据权利要求17所述的方法，其中所述家具物品是具有座椅、靠背和至少一个扶手部的椅子或沙发，进一步包括将所述至少一个发射共振器安装在选自由所述椅子或沙发的所述座椅、所述靠背、所述至少一个扶手部组成的组的一部分中。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述家具物品是具有可展开搁腿装置的椅子或沙发，并且还包括将所述至少一个发射谐振器安装在所述搁腿装置中。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括提供一双鞋，每只鞋都具有结合在其中的接收谐振器和与鞋连接的加热元件，将所述接收谐振器定位在所述鞋中，这样，当坐在所述椅子或沙发上的人穿着鞋时，所述接收谐振器位于所述至少一个设置在所述搁腿装置中的发射谐振器的近场内。

25.根据权利要求17所述的方法，还包括提供加热垫，所述加热垫具有设置在其中的接收谐振器，并且具有加热元件，所述加热元件电耦合到所述接收谐振器，通过所述接收谐振器接收从所述至少一个发射谐振器传送的电力。

26.根据权利要求17所述的方法，还包括提供加热毯或披肩，所述加热毯或披肩具有设置在其中的接收谐振器，所述加热毯或披肩具有电耦合到所述接收谐振器的加热元件，所述加热元件接收通过所述接收谐振器接收从所述至少一个发射谐振器传送的电力。

27.根据权利要求17所述的方法，还包括提供至少一个复合无源谐振器，由所述框架承载并且至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方；所述复合无源谐振器的一部分设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中，并且可操作地延伸由所述至少一个发射谐振器产生的磁场；

所述复合无源谐振器包括由至少一个导体耦合的至少两个线圈。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少两个线圈中的一个位于邻近所述至少一个发射谐振器的近场中。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少两个线圈是通过单个导体彼此电连接的平面线圈。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述至少两个线圈通过一对导体电连接，限定闭路电路。

31.根据权利要求27所述的方法，其中，所述至少两个线圈通过所述框架的导电组件电连接。

32.一种家具物品，包括：

框架和由所述框架支撑的装饰覆盖物；

至少一个发射谐振器，由所述框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物的下方；

所述至少一个发射谐振器被调谐用于以预定频率谐振；

高频电源，由所述框架承载并电耦合到所述至少一个发射谐振器，所述高频电源还适于耦合到所述家具物品外部的电源；

所述高频电源和所述至少一个发射谐振器在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中产生以预定频率耦合和传送电力的磁场。

33.根据权利要求32所述的家具物品，其中，所述框架限定座椅和靠背，并且其中，所述至少一个发射谐振器设置在所述座椅和所述靠背中的至少一个中。

34.根据权利要求33所述的家具物品，其中所述框架还限定至少一个扶手部，并且其中所述至少一个发射谐振器设置在所述座位、所述背部和所述扶手的至少一个中。

35.根据权利要求34所述的家具物品，其特征在于，所述框架和所述装饰物限定大致包围所述扶手下方的开放区域的扶手部，并且其中所述至少一个发射谐振器设置在所述框架上靠近所述开放区域的位置。

36.根据权利要求32所述的家具物品，还包括至少一个无源中继器谐振器，由所述框架承载并至少部分地设置在所述装饰覆盖物下方；所述无源中继器谐振器设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中，并且可操作地延伸由所述至少一个发射谐振器产生的磁场。

37.根据权利要求36所述的家具物品，其中，所述框架还限定座椅和靠背，并且其中，所述至少一个无源辐射器设置在所述座椅和所述靠背的至少一个中。

38.根据权利要求36所述的家具物品，其中所述框架进一步限定至少一个扶手部，并且其中所述至少一个无源辐射器设置在所述扶手部中。

39.根据权利要求36所述的家具物品，其中所述无源中继器谐振器具有设置在邻近所述至少一个发射谐振器的近场中的第一线圈和设置在所述发射谐振器的近场外部的第二线圈。

40.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括提供一双鞋，每只鞋都具有一个与鞋连接的加热元件，所述加热元件包括结合在其中的金属箔，并且使所述接收谐振器定位在所述鞋中，当坐在所述椅子或沙发上的人穿着鞋时，加热元件位于设置在所述搁腿装置中的至少一个发射谐振器的近场内。