專(zhuān)利名稱：無(wú)線能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及亦被稱為無(wú)線功率傳輸?shù)臒o(wú)線能量轉(zhuǎn)移(transfer)。
背景技術(shù)：
可以使用多種已知輻射或遠(yuǎn)場(chǎng)和非輻射或近場(chǎng)技術(shù)來(lái)無(wú)線地轉(zhuǎn)移能量或功率。例如，可以將使用低方向性天線的輻射無(wú)線信息轉(zhuǎn)移(諸如在無(wú)線電和蜂窩式通信系統(tǒng)和家用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的那些)視為無(wú)線能量轉(zhuǎn)移。然而，此類(lèi)輻射轉(zhuǎn)移是非常低效的，因?yàn)閮H獲取了供應(yīng)或輻射的功率的很小一部分，即沿著接收機(jī)的方向并與之重疊的那部分。大多數(shù)功率沿著所有其它方向被輻射開(kāi)并損耗在自由空間中。此類(lèi)低效功率轉(zhuǎn)移對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸而言是可接受的，但是對(duì)于為了做工目的(諸如為了向電氣設(shè)備供電或充電)而轉(zhuǎn)移有用量的電能而言是不實(shí)際的。改善某些能量轉(zhuǎn)移方案的轉(zhuǎn)移效率的一種方式是使用定向天線來(lái)約束并優(yōu)選地指引輻射能量朝向接收機(jī)。然而，這些定向輻射方案在移動(dòng)發(fā)射機(jī)和/ 或接收機(jī)的情況下可能要求不中斷的視線和潛在地復(fù)雜的跟蹤和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。另外，此類(lèi)方案可能對(duì)正在傳送中度或大量功率時(shí)穿過(guò)或橫穿射束的對(duì)象或人造成危險(xiǎn)。常常稱為感應(yīng)或傳統(tǒng)感應(yīng)的已知非輻射或近場(chǎng)無(wú)線能量轉(zhuǎn)移方案并非(故意地)輻射功率，而是使用流過(guò)初級(jí)線圈的振蕩電流來(lái)產(chǎn)生在附近接收或次級(jí)線圈中感生電流的振蕩磁近場(chǎng)。傳統(tǒng)感應(yīng)方案已經(jīng)證明了適中到大量功率的傳輸，然而僅僅是在非常短的距離上，并且在主電源單元與輔助接收機(jī)單元之間具有非常小的偏移容差。電變壓器和接近充電器(proximitycharger)是利用此已知近程、近場(chǎng)能量轉(zhuǎn)移方案的設(shè)備的示例。因此，需要一種能夠在中程(mid-range)距離或?qū)?zhǔn)偏移內(nèi)傳送有用量的電功率的無(wú)線功率轉(zhuǎn)移方案。此類(lèi)無(wú)線功率轉(zhuǎn)移方案應(yīng)能夠相較傳統(tǒng)感應(yīng)方案所實(shí)現(xiàn)的那些在更大的距離和對(duì)準(zhǔn)偏移內(nèi)實(shí)現(xiàn)有用能量轉(zhuǎn)移，但是沒(méi)有輻射傳輸方案所固有的限制和風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開(kāi)了一種能夠在中程距離和對(duì)準(zhǔn)偏移內(nèi)傳送有用量的功率的非輻射或近場(chǎng)無(wú)線能量轉(zhuǎn)移方案。本發(fā)明的技術(shù)使用具有長(zhǎng)壽命的振蕩諧振模的耦合電磁諧振器來(lái)從電源向功率消耗裝置(power drain)轉(zhuǎn)移功率。該技術(shù)是全面的，并且可以應(yīng)用于大范圍的諧振器，即使在本文公開(kāi)的涉及電磁諧振器的特定示例的情況下。如果諧振器被設(shè)計(jì)使得由電場(chǎng)存儲(chǔ)的能量被主要約束在結(jié)構(gòu)內(nèi)且由磁場(chǎng)存儲(chǔ)的能量主要在諧振器周?chē)膮^(qū)域中。則主要由諧振磁近場(chǎng)來(lái)調(diào)解(mediate)能量交換?？梢詫⑦@些類(lèi)型的諧振器稱為磁諧振器。如果諧振器被設(shè)計(jì)使得由磁場(chǎng)存儲(chǔ)的能量被主要約束在結(jié)構(gòu)內(nèi)且由電場(chǎng)存儲(chǔ)的能量主要在諧振器周?chē)膮^(qū)域中。則主要由諧振電近場(chǎng)來(lái)調(diào)解能量交換?？梢詫⑦@些類(lèi)型的諧振器稱為電諧振器。還可以將兩種中任一類(lèi)型的諧振器稱為電磁諧振器。在本文中公開(kāi)了這兩種類(lèi)型的諧振器。我們公開(kāi)的諧振器的近場(chǎng)的全向但固定(無(wú)損耗)性質(zhì)在很寬的方向和諧振器取向的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)在中程距離上的高效無(wú)線能量轉(zhuǎn)移，適合于充電、供電或同時(shí)對(duì)多種電子設(shè)備供電和充電。結(jié)果，一種系統(tǒng)可以具有多種可能的應(yīng)用，其中，被連接到電源的第一諧振器在一個(gè)位置，并且潛在地連接到電氣/電子設(shè)備、電池、供電和充電電路的第二諧振器等處于第二位置，并且其中，從第一諧振器到第二諧振器的距離約為幾厘米至幾米。例如， 連接到有線電力網(wǎng)的第一諧振器可以位于房間的天花板上，而被連接到諸如機(jī)器人、交通工具、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等設(shè)備的其它諧振器等在房間內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，并且其中，這些設(shè)備恒定地或間歇地從源諧振器無(wú)線地接收功率。對(duì)于這一個(gè)示例而言，一個(gè)人可以想象許多應(yīng)用，其中本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可以跨越中程的距離提供無(wú)線功率，包括消費(fèi)者電子裝置、工業(yè)應(yīng)用、基礎(chǔ)設(shè)施供電和照明、運(yùn)輸交通工具、電子游戲、軍事應(yīng)用等。當(dāng)諧振器被調(diào)諧至基本相同的頻率且系統(tǒng)中的損耗最小時(shí)，能夠使兩個(gè)電磁諧振器之間的能量交換最優(yōu)化。無(wú)線能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)使得諧振器之間的“耦合時(shí)間”比諧振器的“損耗時(shí)間”短得多。因此，本文所述的系統(tǒng)和方法可以利用具有低固有損耗率的高品質(zhì)因數(shù)(高Q)諧振器。另外，本文所述的系統(tǒng)和方法可以使用具有明顯比諧振器的特性尺寸更長(zhǎng)地延伸的近場(chǎng)的亞波長(zhǎng)諧振器，使得交換能量的諧振器的近場(chǎng)在中程距離處重疊。這是之前尚未實(shí)踐的操作區(qū)，并且明顯不同于傳統(tǒng)感應(yīng)設(shè)計(jì)。重要的是認(rèn)識(shí)到這里公開(kāi)的高Q磁諧振器方案與已知近程或接近感應(yīng)方案之間的差別，即那些已知方案按照慣例沒(méi)有利用高Q諧振器。使用耦合模理論(CMT)(參見(jiàn)例如 Waves and Fields in Optoelectronics,H. A. Haus,Prentice Hall, 1984),可以顯示高 Q諧振器耦合機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)感應(yīng)方案所實(shí)現(xiàn)的間隔開(kāi)中程距離的諧振器之間的功率遞送高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的高效功率遞送。耦合高Q諧振器已經(jīng)證明了在中程距離上實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)移及在短程能量轉(zhuǎn)移應(yīng)用中改善效率和偏移容差。本文所述的系統(tǒng)和方法可以提供經(jīng)由強(qiáng)耦合高Q諧振器的近場(chǎng)無(wú)線能量轉(zhuǎn)移，一種具有安全地且在比使用傳統(tǒng)感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大得多的距離上轉(zhuǎn)移從皮可瓦到千瓦的功率水平的潛力的技術(shù)。針對(duì)強(qiáng)耦合諧振器的多種一般系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)移，諸如強(qiáng)耦合聲諧振器、原子能諧振器、機(jī)械諧振器等的系統(tǒng)，如最初由M. I. T.在其出版物"Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer，，，Annals of Physics, vol. 323, Issue 1, p. 34(2008)禾口 "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances", Science, vol. 317, no. 5834, p. 83, (2007)中描述的那樣。 本文公開(kāi)的是電磁諧振器和耦合電磁諧振器的系統(tǒng)，更具體地也稱之為耦合磁諧振器和耦合電諧振器，具有IOGHz之下的工作頻率。本公開(kāi)內(nèi)容描述了也稱為無(wú)線功率傳輸技術(shù)的無(wú)線能量轉(zhuǎn)移技術(shù)。綜觀本公開(kāi)內(nèi)容，我們可互換使用術(shù)語(yǔ)無(wú)線能量轉(zhuǎn)移、無(wú)線功率轉(zhuǎn)移、無(wú)線功率傳輸?shù)?。我們可以提到將?lái)自源、AC或DC源、電池、源諧振器、電源、發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板和集熱器等的能量或功率供應(yīng)給設(shè)備、遠(yuǎn)程設(shè)備、多個(gè)遠(yuǎn)程設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)設(shè)備諧振器等。我們可以描述中間諧振器，其通過(guò)允許能量跳躍、轉(zhuǎn)移通過(guò)、被臨時(shí)存儲(chǔ)、被部分地耗散、或允許以任何方式來(lái)調(diào)解從源諧振器到其它設(shè)備與中間諧振器的任何組合的轉(zhuǎn)移來(lái)擴(kuò)展無(wú)線能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的范圍， 從而可以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)或串或延長(zhǎng)的路徑。設(shè)備諧振器可以從源諧振器接收能量，將該能量的一部分轉(zhuǎn)換成用于對(duì)設(shè)備供電和充電的電功率，并同時(shí)將接收到的能量的一部分傳到其它設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備諧振器上。能量可以從源諧振器轉(zhuǎn)移至多個(gè)設(shè)備諧振器，顯著地延長(zhǎng)可無(wú)線地轉(zhuǎn)移能量的距離。可以使用多種系統(tǒng)架構(gòu)和諧振器設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括向單個(gè)設(shè)備或多個(gè)設(shè)備傳送功率的單個(gè)源或多個(gè)源?？梢詫⒅C振器設(shè)計(jì)為源或設(shè)備諧振器，或者可以將其設(shè)計(jì)為重發(fā)器(r印eater)。在某些情況下，諧振器可以同時(shí)是設(shè)備和源諧振器，或者可以將其從作為源進(jìn)行操作切換至作為設(shè)備或重發(fā)器進(jìn)行操作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是可以由在本申請(qǐng)中描述的大范圍的諧振器設(shè)計(jì)和功能來(lái)支持多種系統(tǒng)架構(gòu)。在我們描述的無(wú)線能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中，可以使用無(wú)線供應(yīng)的功率或能量直接對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備供電，或者可以將設(shè)備耦合到諸如電池、法拉電容器、超級(jí)電容器等的儲(chǔ)能單元(或其它種類(lèi)的功率消耗裝置)，其中，可以無(wú)線地對(duì)儲(chǔ)能元件充電或再充電，和/或其中，無(wú)線功率轉(zhuǎn)移機(jī)制僅僅是設(shè)備的主電源的補(bǔ)充。可以由諸如具有集成存儲(chǔ)電容器等的混合電池/ 儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)對(duì)設(shè)備供電。此外，可以將新型電池和儲(chǔ)能設(shè)備設(shè)計(jì)為利用由無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的操作改進(jìn)。其它功率管理方案包括使用無(wú)線地供應(yīng)的功率來(lái)對(duì)電池再充電或?qū)?chǔ)能單元充電，同時(shí)其進(jìn)行供電的設(shè)備被關(guān)斷、處于空閑狀態(tài)、處于睡眠模式等。可以以高(快)或低 (慢)速率對(duì)電池或儲(chǔ)能單元充電或再充電。可以對(duì)電池或儲(chǔ)能單元涓流充電或浮動(dòng)充電。 可以并行地同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備充電或供電，或者可以使到多個(gè)設(shè)備的功率遞送串行化，使得一個(gè)或多個(gè)設(shè)備在其它功率遞送被切換到其它設(shè)備之后的一段時(shí)間內(nèi)接收功率。多個(gè)設(shè)備可以同時(shí)地或以時(shí)間復(fù)用方式或以頻率復(fù)用方式或以空間復(fù)用方式或以取向復(fù)用方式或以時(shí)間和頻率和空間和取向復(fù)用的任何組合來(lái)與一個(gè)或多個(gè)其它設(shè)備共享來(lái)自一個(gè)或多個(gè)源的功率。多個(gè)設(shè)備可以相互共享功率，至少一個(gè)設(shè)備被連續(xù)地、間歇地、周期性地、偶爾地或臨時(shí)地重新配置以作為無(wú)線功率源進(jìn)行操作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是存在向設(shè)備供電和/或充電的多種方式，并且所述多種方式可以應(yīng)用于本文所述的技術(shù)和應(yīng)用。
無(wú)線能量轉(zhuǎn)移具有多種可能的應(yīng)用，包括例如將源(例如連接到有線電力網(wǎng)的一個(gè))放置在房間的天花板上、在地板下或在墻壁中，同時(shí)將諸如機(jī)器人、交通工具、計(jì)算機(jī)、 PDA等放置在室內(nèi)或其在室內(nèi)自由地移動(dòng)。其它應(yīng)用可以包括對(duì)電引擎交通工具供電或再充電，諸如公交車(chē)和/或混合汽車(chē)和醫(yī)療設(shè)備，諸如可穿戴或可植入設(shè)備。附加示例性應(yīng)用包括對(duì)獨(dú)立電子裝置(例如膝上型計(jì)算機(jī)、蜂窩電話、便攜式音樂(lè)播放器、家務(wù)機(jī)器人、GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)、顯示器等)、傳感器、工業(yè)和制造設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和監(jiān)視器、家用器具和工具(例如燈、風(fēng)扇、鉆、鋸、加熱器、顯示器、電視、柜臺(tái)上器具等)、軍用設(shè)備、保暖或照明衣物、通信和導(dǎo)航設(shè)備，包括嵌入交通工具、衣物和保護(hù)性衣物中諸如頭盔、防彈服和背心的設(shè)備等供電或再充電的能力，以及向被物理隔離的設(shè)備傳送功率的能力，諸如向植入的醫(yī)療設(shè)備，向隱藏、掩埋、植入或嵌入的傳感器或標(biāo)簽，和/或從屋頂太陽(yáng)能電池板向室內(nèi)配電盤(pán)等。在一方面，本文公開(kāi)的系統(tǒng)包括具有品質(zhì)因數(shù)A和特性尺寸X1并被耦合到發(fā)電機(jī)的源諧振器，和具有品質(zhì)因數(shù)％和特性尺寸&并被耦合到位于與源諧振器相距距離D的負(fù)載的第二諧振器，其中，所述源諧振器和第二諧振器被耦合以在源諧振器和第二諧振器之
間無(wú)線地交換能量，并且其中> 100。Q1可以小于100。Q2可以小于100。該系統(tǒng)可以包括被配置為用源和第二諧振器來(lái)非輻射地轉(zhuǎn)移能量的具有品質(zhì)因數(shù)仏的第三諧振器，其中，且^^">100。 Q3可以小于100。可以用直接電連接將源諧振器耦合到發(fā)電機(jī)。系統(tǒng)可以包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其中， 所述源諧振器通過(guò)直接電連接而耦合并阻抗匹配到發(fā)電機(jī)。所述系統(tǒng)可以包括可調(diào)諧電路，其中，所述源諧振器通過(guò)具有直接電連接的可調(diào)諧電路而耦合到發(fā)電機(jī)。所述可調(diào)諧電路可以包括可變電容器。所述可調(diào)諧電路可以包括可變電感器。至少一個(gè)直接電連接可以配置為基本上保持源諧振器的諧振模。源諧振器可以具有第一端子、第二端子和中心端子， 并且第一端子與中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗可以是基本上相等的。源諧振器可以包括具有第一端子、第二端子和中心端子的電容性加載環(huán)路，其中，第一端子與中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗基本上是相等的。可以將源諧振器耦合到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)還可以包括第一端子、第二端子和中心端子，其中，第一端子與中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗基本上是相等的。可以將第一端子和第二端子直接耦合到發(fā)電機(jī)并用異相約180度的振蕩信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。源諧振器可以具有諧振頻率Q1，并且可以將第一端子和第二端子直接耦合到發(fā)電機(jī)并用基本上等于諧振頻率Q1的振蕩信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)?？梢詫⒅行亩俗舆B接到電接地。源諧振器可以具有諧振頻率ω”并且可以將第一端子和第二端子直接耦合到發(fā)電機(jī)并用基本上等于諧振頻率的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)。所述系統(tǒng)可以包括被耦合到發(fā)電機(jī)和負(fù)載的多個(gè)電容器。所述源諧振器和第二諧振器每個(gè)可以被封閉在低損耗角正切材料(tangent material)中。所述系統(tǒng)可以包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送DC 功率。所述系統(tǒng)可以包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送AC功率。所述系統(tǒng)可以包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送AC和DC功率這二者。所述系統(tǒng)可以包括功率轉(zhuǎn)換電路和多個(gè)負(fù)載，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路，并且功率轉(zhuǎn)換電路被耦合到所述多個(gè)負(fù)載。所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以包括電容器。所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可以包括電感器?？v觀本公開(kāi)內(nèi)容，我們可以將諸如電容器、電感器、電阻器、二極管、開(kāi)關(guān)等某些電路組件稱為電路組件或元件。我們還可以將這些組件的串聯(lián)和并聯(lián)組合稱為元件、網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路等。我們可以將電容器、二極管、變抗器、晶體管和/或開(kāi)關(guān)的組合描述為可調(diào)整阻抗網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)、調(diào)整元件等。我們還可以提到使電容和電感這二者遍及整個(gè)對(duì)象分布(或部分地分布，與單獨(dú)地集總相反)的“自諧振”對(duì)象。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是在電路或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)調(diào)整和控制可變組件可以調(diào)整該電路或網(wǎng)絡(luò)的性能，并且那些調(diào)整可以一般描述為調(diào)諧、調(diào)整、匹配、修正等。除調(diào)整諸如電感器和電容器或成組的電感器和電容器的可調(diào)諧組件之外，其它調(diào)諧或調(diào)整無(wú)線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的方法可以單獨(dú)使用。除非另外定義，本文所使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本公開(kāi)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。在與出版物、專(zhuān)利申請(qǐng)、專(zhuān)利和通過(guò)引用在本文中提及或結(jié)合到本文中的其它參考文獻(xiàn)沖突的情況下，本說(shuō)明書(shū)(包括定義)將具有支配權(quán)。在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以單獨(dú)地或組合地使用任何上述特征。通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本文公開(kāi)的系統(tǒng)和方法的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。


圖1 (a)和(b)描繪了包含以距離D分隔開(kāi)的源諧振器1和設(shè)備諧振器2的示例性無(wú)線功率系統(tǒng)。圖2示出根據(jù)本公開(kāi)中描述的加標(biāo)簽慣例被加標(biāo)簽的示例性諧振器。請(qǐng)注意，在諧振器1的附近未示出無(wú)關(guān)對(duì)象或附加諧振器。圖3示出在存在“加載”對(duì)象的情況下，根據(jù)本公開(kāi)中描述的加標(biāo)簽慣例被加標(biāo)簽的示例性諧振器。圖4示出在存在“擾動(dòng)”對(duì)象的情況下，根據(jù)本公開(kāi)中描述的加標(biāo)簽慣例被加標(biāo)簽的的示例性諧振器。圖5示出效率η對(duì)比強(qiáng)耦合系數(shù)C/= ^Tj; = 的繪圖。圖6(a)示出諧振器的一個(gè)示例的電路圖，(b)示出電容加載電感器環(huán)路磁諧振器的一個(gè)示例的圖示，(c)示出具有分布式電容和電感的自諧振線圈的圖，(d)示出與本公開(kāi)的示例性磁諧振器相關(guān)聯(lián)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)線的簡(jiǎn)化圖，以及(e)示出電諧振器的一個(gè)示例的圖示。圖7示出可以用于MHz頻率下的無(wú)線功率傳輸?shù)氖纠灾C振器的作為頻率的函數(shù)的“品質(zhì)因數(shù)％(實(shí)線)的圖。吸收性Q(短劃線)隨著頻率增加，而輻射性Q(點(diǎn)線)隨著頻率減小，因此，促使總的Q在特定頻率處達(dá)到峰值。圖8示出諧振器結(jié)構(gòu)的圖，其特性尺寸、厚度和寬度均被指示。圖9(a)和(b)示出示例性感應(yīng)環(huán)路元件的圖。圖10(a)和(b)示出在印刷電路板上形成并用來(lái)實(shí)現(xiàn)磁諧振器結(jié)構(gòu)中的感應(yīng)元件的跡線(trace)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)示例。圖11(a)示出平面磁諧振器的透視圖，(b)示出具有各種幾何結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平面磁諧振器的透視圖，以及(c)示出以距離D分隔開(kāi)的兩個(gè)平面磁諧振器的透視圖。圖12是平面磁諧振器的示例的透視圖。
圖13是具有圓形諧振器(circular resonator)線圈的平面磁諧振器布置的透視圖。圖14是平面磁諧振器的有效區(qū)域(active area)的透視圖。圖15是無(wú)線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的應(yīng)用的透視圖，其中處于桌子中心處的源對(duì)放置在源周?chē)亩鄠€(gè)設(shè)備供電。圖16(a)示出由繞其中心處的阻塞點(diǎn)的電流的正方形環(huán)路驅(qū)動(dòng)的銅和磁性材料結(jié)構(gòu)的3D有限元模型。在本示例中，結(jié)構(gòu)可以由用諸如銅的導(dǎo)電材料制成、被一層磁性材料覆蓋并通過(guò)一塊磁性材料連接的兩個(gè)盒子組成。本示例中的兩個(gè)導(dǎo)電盒子的內(nèi)部將與在盒子外面產(chǎn)生的AC電磁場(chǎng)屏蔽開(kāi)來(lái)，并且可以容納可能降低諧振器的Q的有損耗對(duì)象或可能被AC電磁場(chǎng)負(fù)面地影響的敏感組件。還示出了所計(jì)算的由此結(jié)構(gòu)生成的磁場(chǎng)流線，指示磁場(chǎng)線趨向于遵循磁性材料中的較低磁阻路徑。圖16(b)示出如圖(a)所示的兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)之間的如所計(jì)算的磁場(chǎng)流線所指示的交互作用。由于對(duì)稱性以及為了降低計(jì)算復(fù)雜性， 僅對(duì)系統(tǒng)的一半進(jìn)行建模(但是，該計(jì)算假定了另一半的對(duì)稱布置)。圖17示出包括繞結(jié)構(gòu)纏繞N次的導(dǎo)線的磁諧振器的等效電路表示，可能包含可透磁材料。使用繞包括磁性材料的結(jié)構(gòu)纏繞的導(dǎo)電環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)電感，并且電阻器表示系統(tǒng)中的損耗機(jī)構(gòu)(R^e用于環(huán)路中的電阻損耗，Ru表示被環(huán)路圍繞的結(jié)構(gòu)的等效串聯(lián)電阻)?？梢詫p耗最小化以實(shí)現(xiàn)高Q諧振器。圖18示出頻率6. 78MHz的外部磁場(chǎng)中的由有損耗電介質(zhì)材料組成的圓盤(pán)之上和之下的兩個(gè)高導(dǎo)電率表面的有限元法(FEM)模擬。請(qǐng)注意，磁場(chǎng)在圓盤(pán)之前是均勻的，并且導(dǎo)電材料被引入模擬環(huán)境。在圓柱形坐標(biāo)系中執(zhí)行此模擬。圖像是繞r = 0軸方位角對(duì)稱的。有損耗電解質(zhì)圓盤(pán)具有ε r = 1和σ = 10S/m。圖19示出在其附近具有被高導(dǎo)電率表面完全地覆蓋的有損耗對(duì)象的磁諧振器的圖。圖20示出在其附近具有被高導(dǎo)電率表面部分地覆蓋的有損耗對(duì)象的磁諧振器的圖。圖21示出在其附近具有被設(shè)置在高導(dǎo)電率表面之上的有損耗對(duì)象的磁諧振器的圖。圖22示出完全無(wú)線投影儀的圖示。圖23示出沿著包含圓形環(huán)路電感器的直徑和沿著環(huán)路電感器的軸的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的幅值。圖M示出磁諧振器和其外殼以及被放置在(a)外殼的角落中，盡可能遠(yuǎn)離諧振器結(jié)構(gòu)或(b)在被磁諧振器中的電感元件封閉的表面的中心上的必需但有損耗的對(duì)象的圖。圖25示出具有在其上方的高導(dǎo)電率表面和有損耗對(duì)象的磁諧振器的圖，所述有損耗對(duì)象可以被帶到諧振器的附近，但是在高導(dǎo)電率片材上方。圖沈(幻示出被暴露于沿著ζ軸的最初均勻的外加磁場(chǎng)(灰色磁通線)的薄導(dǎo)電 (銅)圓柱或圓盤(pán)(直徑為20cm，高度為2cm)的軸向?qū)ΨQFEM模擬。對(duì)稱軸在r = 0處。 所示的磁流線在源于ζ =-①，其中，其被以Icm的間隔間隔開(kāi)r = 3cm至r = IOcm0軸刻度以米為單位。圖26(b)示出與在(a)中相同的結(jié)構(gòu)和外加場(chǎng)，除導(dǎo)電圓柱已被修改為在其外表面上包括具有乂 =40的0. 25mm的磁性材料層(不可見(jiàn))。請(qǐng)注意，磁流線偏轉(zhuǎn)遠(yuǎn)離
9圓柱的程度明顯比在(a)中小。圖27示出基于圖沈所示的系統(tǒng)的變化的軸對(duì)稱視圖。有損耗材料僅有一個(gè)表面被銅和磁性材料的分層結(jié)構(gòu)覆蓋。如圖所示，電感器環(huán)路被放置在與有損耗材料相對(duì)的銅和磁性材料結(jié)構(gòu)的一側(cè)。圖28(a)描繪了包括到高Q電感元件的間接耦合的匹配電路的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖^(b)示出了包括導(dǎo)體環(huán)路電感器和可調(diào)諧阻抗網(wǎng)絡(luò)的磁諧振器的方框圖。可以將到此諧振器的物理電連接進(jìn)行至端子連接。圖^(c)描繪了被直接耦合到高Q電感元件的匹配電路的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖觀(d)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并被反對(duì)稱地驅(qū)動(dòng)(平衡驅(qū)動(dòng))的對(duì)稱匹配電路的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖觀(e)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并在主諧振器的對(duì)稱點(diǎn)處接地(非平衡驅(qū)動(dòng))的匹配電路的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖四⑷和四㈦描繪了被耦合(即間接地或電感地)到高Q電感元件的匹配電路變壓器的兩個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(c)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了在CoL2 = 1/ C2的情況下從可以被圖31(b)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配到任意實(shí)阻抗&的復(fù)數(shù)阻抗(從電感元件的L和R 產(chǎn)生)。圖30 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與Z0 串聯(lián)的電容器的匹配電路的六個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用輸入端子處的共模信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)圖30 (a)、(b)、 (c)所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而圖30(d)、(e)、(f)所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，并接收平衡驅(qū)動(dòng)。圖 30(g)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以通過(guò)這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗。圖 30(h)、⑴、(j)、(k)、(1)、(m)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與Ztl串聯(lián)的電感器的匹配電路的六個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖31 (a)、(b)、(c)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與、串聯(lián)的電容器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其在電容器的中心點(diǎn)處接地并接收不平衡驅(qū)動(dòng)。圖31(d)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以通過(guò)這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗。圖31 (e)、(f)、 (g)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與4串聯(lián)的電感器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖32(a)、(b)、(c)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與&串聯(lián)的電容器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其通過(guò)電感器環(huán)路的中心點(diǎn)處的分接(tapping)接地并接收不平衡驅(qū)動(dòng)。(d)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以被這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗，(e)、(f)、(g)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與&串聯(lián)的電感器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖33(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與 Z0并聯(lián)的電容器的匹配電路的六個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用輸入端子處的共模信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)圖33(a)、 (b)、(c)所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而圖33(d)、(e)、(f)所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，并接收平衡驅(qū)動(dòng)。圖33(g)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以被這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗。 圖33(h)、(i)、(j)、(k)、(1)、(m)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與&并聯(lián)的電感器的匹配電路的六個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖34(a)、(b)、(c)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與&并聯(lián)的電容器
1的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其在電容器的中心點(diǎn)處接地并接收不平衡驅(qū)動(dòng)。(d)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以被這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗。圖34(e)、(f)、(g)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與4并聯(lián)的電感器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖35(a)、(b)、(c)描繪了被直接耦合到高Q電感元件并包括與&并聯(lián)的電容器的匹配電路的三個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其通過(guò)電感器環(huán)路的中心點(diǎn)處的分接接地并接收不平衡驅(qū)動(dòng)。 圖35(d)、(e)和(f)中的史密斯圖的突出顯示部分描繪了可以被這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)匹配的復(fù)數(shù)阻抗。圖36 (a)、(b)、(c)、(d)描繪了被設(shè)計(jì)為在可變電容器上產(chǎn)生具有更細(xì)調(diào)諧分辨率的總可變電容和某些具有降低的電壓的固定和可變電容器的四個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖37(a)和37(b)描繪了被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生總可變電容的固定電容器和可變電感器的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖38描繪了無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)的高級(jí)方框圖。圖39描繪了示例性被無(wú)線供電的設(shè)備的方框圖。圖40描繪了示例性無(wú)線功率轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的源的方框圖。圖41示出了磁諧振器的等效電路圖。通過(guò)電容器符號(hào)的短斜線指示所表示的電容器可以是固定或可變的?？梢詫⒍丝趨?shù)測(cè)量電路配置為測(cè)量某些電信號(hào)，并且可以測(cè)量信號(hào)的幅值和相位。圖42示出其中用電壓控制電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧阻抗網(wǎng)絡(luò)的磁諧振器的電路圖。 可以由包括可編程或可控電壓源和/或計(jì)算機(jī)處理器的電路來(lái)調(diào)整、調(diào)諧或控制此類(lèi)實(shí)施方式?？梢皂憫?yīng)于由端口參數(shù)測(cè)量電路測(cè)量并由測(cè)量分析和控制算法和硬件處理的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整電壓控制電容器。電壓控制電容器可以是開(kāi)關(guān)電容器組。圖43示出了端到端無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。在本示例中，源和設(shè)備都包含端口測(cè)量電路和處理器。標(biāo)記為“耦合器/開(kāi)關(guān)”的方框指示可以由定向耦合器或開(kāi)關(guān)將端口測(cè)量電路連接到諧振器，使得能夠與功率轉(zhuǎn)移功能相結(jié)合地或分開(kāi)地進(jìn)行源和設(shè)備諧振器的測(cè)量、調(diào)整和控制。圖44示出端到端無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。在本示例中，僅源包含端口測(cè)量電路和處理器。在這種情況下，所述設(shè)備諧振器工作特性可以是固定的，或者可以由模擬控制電路來(lái)調(diào)整，并且不需要由處理器生成的控制信號(hào)。圖45示出端到端無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。在本示例中，源和設(shè)備這二者都包含端口測(cè)量電路，但是僅源包含處理器。通過(guò)可以用單獨(dú)天線或通過(guò)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的某種調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信信道來(lái)傳送來(lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)。圖46示出端到端無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。在本示例中，僅源包含端口測(cè)量電路和處理器。通過(guò)可以用單獨(dú)天線或通過(guò)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的某種調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信信道來(lái)傳送來(lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)。圖47示出可以使用利用處理器或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的算法來(lái)自動(dòng)地調(diào)整其頻率和阻抗的耦合磁諧振器。圖48示出變抗器陣列。圖49示出由源無(wú)線地供電或充電的設(shè)備(膝上型計(jì)算機(jī))，其中，源和設(shè)備諧振器在物理上與源和設(shè)備分離，但是被電連接到源和設(shè)備。
圖50(a)是被無(wú)線地供電或充電的膝上型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的圖示，其中設(shè)備諧振器在膝上型計(jì)算機(jī)外殼內(nèi)且不可見(jiàn)。圖50(b)是被無(wú)線地供電和充電的膝上型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的圖示，其中諧振器在膝上型計(jì)算機(jī)底座下面且通過(guò)線纜電連接到膝上型計(jì)算機(jī)功率輸入端。圖50(c)是被無(wú)線地供電或充電的膝上型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的圖示，其中諧振器被附著于膝上型計(jì)算機(jī)底座。圖50(d)是被無(wú)線地供電和充電的膝上型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的圖示，其中諧振器被附著于膝上型計(jì)算機(jī)顯示器。圖51是具有無(wú)線功率轉(zhuǎn)移的屋頂PV板的圖示。
具體實(shí)施例方式如上所述，本公開(kāi)涉及具有可以從電源向功率消耗裝置無(wú)線地轉(zhuǎn)移功率的長(zhǎng)壽命振蕩諧振模的耦合電磁諧振器。然而，本技術(shù)不限于電磁諧振器，但是具有一般性，并且可以應(yīng)用于多種諧振器和諧振對(duì)象。因此，我們首先描述一般技術(shù)，然后公開(kāi)用于無(wú)線能量轉(zhuǎn)移的電磁示例。諧振器可以將諧振器定義為能夠以至少兩種不同的形式儲(chǔ)存能量的系統(tǒng)，并且其中儲(chǔ)存的能量在兩種形式之間振蕩。諧振具有特定的振蕩模，其具有諧振(模態(tài))頻率f和諧振 (模態(tài))場(chǎng)?？梢詫⒔侵C振頻率ω定義為ω = 2Jif，可以將諧振波長(zhǎng)λ定義為X=c/ f，其中，c是光速，并且可以將諧振周期T定義為T(mén)= Ι/f = 2π/ω。在不存在損耗機(jī)制、 耦合機(jī)制或外部能量供應(yīng)或消耗機(jī)制的情況下，總諧振器儲(chǔ)存能量W將保持固定，并且兩種能量形式將振蕩，其中，一個(gè)在另一個(gè)是最小值時(shí)將是最大值，反之亦然。在不存在無(wú)關(guān)材料或?qū)ο蟮那闆r下，圖1所示的諧振器102中的能量可能衰減或被固有損耗所損耗。諧振器場(chǎng)則服從以下線性等式^- = ~i[m-iT)a{t)其中，變量a(t)是諧振場(chǎng)振幅，其被定義使得由|a(t) |2來(lái)給定包含在諧振器內(nèi)的能量。Γ是固有能量衰減或損耗率(例如由于吸收和輻射損耗)。表征能量衰減的諧振器的品質(zhì)因數(shù)或Q因數(shù)或Q與這些能量損耗成反比。可以將其定義為Q= *W/P，其中，P是在穩(wěn)態(tài)下?lián)p耗的時(shí)間平均功率。也就是說(shuō)，具有高Q的諧振器102具有相對(duì)低的固有損耗，并且能夠相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間地儲(chǔ)存能量。由于諧振器以其固有的衰減速率2Γ損耗能量，所以由Q= ω/2Γ來(lái)給定也稱為其固有Q值的其Q。質(zhì)量因數(shù)還表示振蕩周期T的數(shù)目，其使得諧振器中的能量以e的因數(shù)衰減。如上所述，我們將諧振器的品質(zhì)因數(shù)或Q定義為僅僅是由于固有損耗機(jī)制引起的。諸如兌的下標(biāo)指示Q所指代的諧振器(在這種情況下為諧振器1)。圖2示出根據(jù)此慣例標(biāo)記的電磁諧振器102。請(qǐng)注意，在本圖中，在諧振器1的附近不存在無(wú)關(guān)對(duì)象或附加諧振器。根據(jù)諸如諧振器和對(duì)象或其它諧振器之間的距離、對(duì)象或其它諧振器的材料組成、第一諧振器的結(jié)構(gòu)、第一諧振器中的功率等多種因數(shù)，在第一諧振器附近的無(wú)關(guān)對(duì)象和/或附加諧振器可以對(duì)第一諧振器造成擾動(dòng)或加載，從而對(duì)第一諧振器的Q造成擾動(dòng)或加載?？梢詫⒃谥C振器附近的非故意的外部能量損耗或到無(wú)關(guān)材料和對(duì)象的耦合機(jī)制稱為對(duì)諧振器的Q造成“擾動(dòng)”，并且可以由圓括號(hào)0內(nèi)的下標(biāo)來(lái)指示?？梢詫⑴c經(jīng)由到無(wú)線能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中的其它諧振器和發(fā)電機(jī)和負(fù)載的耦合所進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)移相關(guān)聯(lián)的預(yù)期外部能量損耗稱為對(duì)諧振器的Q進(jìn)行“加載”，并且可以由方括號(hào)[]內(nèi)的下標(biāo)來(lái)指示?？梢詫⒈贿B接或耦合到發(fā)電機(jī)g或負(fù)載3021的諧振器102的Q稱為“加載品質(zhì)因數(shù)”或“加載Q”，并且如圖3所示，可以用Q[g]或Qm來(lái)表示。通常，不止一個(gè)發(fā)電機(jī)或負(fù)載 302可以連接到諧振器102。然而，我們未單獨(dú)地列出那些發(fā)電機(jī)或負(fù)載，而是使用“g”和 “1”來(lái)指代由發(fā)電機(jī)和負(fù)載的組合施加的等效電路加載。在一般性說(shuō)明中，我們可以使用下標(biāo)“ 1，，來(lái)指代被連接到諧振器的發(fā)電機(jī)或負(fù)載。在本文的某些討論中，我們將由于被連接到諧振器的發(fā)電機(jī)或負(fù)載而引起的“加載品質(zhì)因數(shù)”或“加載Q”定義為SQm，其中l(wèi)/SQm E l/Qm-1/Q。請(qǐng)注意，發(fā)電機(jī)或負(fù)載的加載Q、即δ Qm越大，被加載Q、即Qm越少地偏離諧振器的未加載Q。在存在并非意在作為能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的一部分的無(wú)關(guān)對(duì)象402ρ的情況下，諧振器的Q可以稱為“被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)”或“被擾動(dòng)Q”，并且如圖4所示可以用Q(p)來(lái)表示。通常， 可以存在被表示為pl、p2等的許多無(wú)關(guān)對(duì)象或?qū)χC振器102的Q造成擾動(dòng)的一組無(wú)關(guān)對(duì)象 {ρ}。在這種情況下，可以將被擾動(dòng)Q表示為Q(pl+p2+...)或Q({p})。例如，Atei。k+W。。d)可以表示在存在磚或一塊木材的情況下，用于無(wú)線功率交換的系統(tǒng)中的第一諧振器的被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)，并且％({。^&})可以表示在辦公室環(huán)境中的用于無(wú)線功率交換的系統(tǒng)中的第二諧振器的被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)。在本文的某些討論中，我們將由于無(wú)關(guān)對(duì)象ρ而引起的“擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)”或“擾動(dòng) Q”定義為δ Q(p)，其中1/ δ Q(p) ε 1/Q(p)-1/Q。如上所述，擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)可以是由于多個(gè)無(wú)關(guān)對(duì)象pi、p2等或一組無(wú)關(guān)對(duì)象{ρ}引起的。對(duì)象的擾動(dòng)Q、即SQ(p)越大，被擾動(dòng)Q、即Q(p) 越少地偏離諧振器的未擾動(dòng)Q。在本文的某些討論中，我們還定義了 θ (p) ^ Q(p)/Q并在存在無(wú)關(guān)對(duì)象的情況下， 將其稱為諧振器的“品質(zhì)因數(shù)不靈敏度”或“Q不靈敏度”。諸如Θ1(ρ)的下標(biāo)指示被擾動(dòng)或未擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)所指的諧振器，S卩O1(P) E Q1(P)A^請(qǐng)注意，還可以在必要時(shí)將品質(zhì)因數(shù)Q表征為“未擾動(dòng)”以將其與被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù) Q(P)區(qū)別開(kāi)，并在必要時(shí)將其表征為“未加載”以將其與加載品質(zhì)因數(shù)Qm區(qū)別開(kāi)。同樣地， 還可以在必要時(shí)將被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù)Q(p)表征為“未加載”，以將其與被加載被擾動(dòng)品質(zhì)因數(shù) Q(P) [1]區(qū)別開(kāi)。耦合諧振器通過(guò)其近場(chǎng)的任何部分被耦合，具有基本上相同的諧振頻率的諧振器可以交互并交換能量。存在可以用來(lái)理解、設(shè)計(jì)、優(yōu)化并表征此能量交換的多種物理圖片和模型。描述兩個(gè)耦合諧振器并對(duì)其之間的能量交換進(jìn)行建模的一種方式是使用耦合模理論(CMT)。在耦合模理論中，諧振器場(chǎng)服從以下線性方程組
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括源諧振器，其具有Q因數(shù)A和特性尺寸X1，被耦合到發(fā)電機(jī)，以及第二諧振器，其具有Q 因數(shù)A和特性尺寸&，被耦合到位于與源諧振器相距距離D處的負(fù)載，其中，源諧振器和第二諧振器被耦合以在源諧振器和第二諧振器之間無(wú)線地交換能量，并且其中> 100。
2.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其中，Q1< 100，
3.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其中，Q2< 100。
4.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括具有Q因數(shù)( 的第三諧振器，其被配置為非輻射地與源和第二諧振器轉(zhuǎn)移能量，其中> 100且>100。
5.權(quán)利要求4的所述的系統(tǒng)，其中，Q3< 100。
6.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其中，所述源諧振器被耦合到具有直接電連接的發(fā)電機(jī)。
7.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，源諧振器被用直接電連接耦合并阻抗匹配到發(fā)電機(jī)。
8.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括可調(diào)諧電路，其中，源諧振器用直接電連接通過(guò)可調(diào)諧電路耦合到發(fā)電機(jī)。
9.權(quán)利要求6、7或8的所述的系統(tǒng)，其中，直接電連接中的至少一個(gè)被配置為基本上保持源諧振器的諧振模。
10.權(quán)利要求6的所述的系統(tǒng)，其中，源諧振器具有第一端子、第二端子和中心端子，并且其中，第一端子和中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗基本上是相等的。
11.權(quán)利要求6的所述的系統(tǒng)，其中，源諧振器包括具有第一端子、第二端子和中心端子的電容加載環(huán)路，并且其中，第一端子和中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗基本上是相等的。
12.權(quán)利要求6的所述的系統(tǒng)，其中，源諧振器被耦合到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)且阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)還包括第一端子、第二端子和中心端子，并且其中，第一端子與中心端子之間和第二端子與中心端子之間的阻抗是基本上相等的。
13.權(quán)利要求10、11或12的所述的系統(tǒng)，其中，第一端子和第二端子被直接耦合到發(fā)電機(jī)，并且用異相接近180度的振蕩信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
14.權(quán)利要求10、11或12的所述的系統(tǒng)，其中，所述源諧振器具有諧振頻率ω”并且第一端子和第二端子被直接耦合到發(fā)電機(jī)，并用基本上等于諧振頻率Q1的振蕩信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
15.權(quán)利要求10、11或12的所述的系統(tǒng)，其中，所述中心端子被連接到電接地。
16.權(quán)利要求15的所述系統(tǒng)，其中，所述源諧振器具有諧振頻率Q1且第一端子和第二端子被直接耦合到發(fā)電機(jī)，并且用基本上等于諧振頻率Q1的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)。
17.權(quán)利要求2的所述的系統(tǒng)，包括被耦合到發(fā)電機(jī)和負(fù)載的多個(gè)電容器。
18.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，其中，源諧振器和第二諧振器均被封閉在低損耗角正切材料中。
19.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送DC功率。
20.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送AC功率。
21.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括功率轉(zhuǎn)換電路，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路以向負(fù)載遞送AC和DC功率兩者。
22.權(quán)利要求1的所述的系統(tǒng)，還包括功率轉(zhuǎn)換電路和多個(gè)負(fù)載，其中，第二諧振器被耦合到功率轉(zhuǎn)換電路，并且功率轉(zhuǎn)換電路被耦合到所述多個(gè)負(fù)載。
23.權(quán)利要求7的所述的系統(tǒng)，其中，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括電容器。
24.權(quán)利要求7的所述的系統(tǒng)，其中，所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包括電感器。
25.權(quán)利要求8的所述的系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)諧電路包括可變電容器。
26.權(quán)利要求8的所述的系統(tǒng)，其中，所述可調(diào)諧電路包括可變電感器。
全文摘要
本文所述的是用于具有Q因數(shù)Q1＞100和特性尺寸x1的被耦合到能量源的源諧振器和具有Q因數(shù)Q2＞100和特性尺寸x2的被耦合到位于與源諧振器相距距離D處的能量消耗裝置的第二諧振器的改進(jìn)的能力，其中，源諧振器和第二諧振器被耦合以在源諧振器與第二諧振器之間無(wú)線地交換能量。
文檔編號(hào)H03B19/00GK102239633SQ200980147815
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者A·B·科斯, A·J·坎佩內(nèi)拉, A·卡拉利斯, D·A·沙茨, E·R·吉勒, F·J·佩加爾, K·J·庫(kù)利科夫斯基, K·L·霍爾, M·P·克斯勒, M·索爾亞奇克, Q·李, R·菲奧雷洛 申請(qǐng)人:韋特里西提公司