遠程低頻率諧振器和材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及遠程低頻率諧振器和材料。本發(fā)明揭示例如小于1MHz的低頻率下的功率發(fā)射?？墒褂冒缋濍娋€等多股絞合電線的不同結(jié)構(gòu)來以各種方式發(fā)射功率。電感器還可使用例如鐵氧體芯。還可使用無源中繼器。
【專利說明】遠程低頻率諧振器和材料
[0001]本案是發(fā)明名稱為“遠程低頻率諧振器和材料”，申請日為2008年8月11日，申請?zhí)枮?00880102575.7， 優(yōu)先權(quán)日:為2007年8月13日的專利申請的分案申請。
[0002]本申請案主張2007年8月13日申請的第60/955，598號臨時申請案的優(yōu)先權(quán)，所述臨時申請案的整個內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及遠程低頻率諧振器和材料。
【背景技術(shù)】
[0004]在不使用電線來引導電磁場的情況下從源向目的地轉(zhuǎn)移電能是合意的。先前嘗試的困難是低效率連同不足量的所遞送功率。
[0005]我們的先前申請案和臨時申請案描述了無線功率轉(zhuǎn)移，所述申請案包含(但不限于)2008年I月22日申請的題目為“無線設(shè)備和方法(Wireless Apparatus and Methods)”的第12/018，069號美國專利申請案，所述美國專利申請案的整個揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
[0006]所述系統(tǒng)可使用優(yōu)選為諧振天線的發(fā)射天線和接收天線，所述天線大體上例如在10%諧振、15%諧振或20%諧振內(nèi)諧振。天線優(yōu)選具有小尺寸以允許其配合到用于天線的可用空間可能有限的移動手持式裝置中。可通過在發(fā)射天線的近場中存儲能量而不是將能量以行進電磁波的形式發(fā)送到自由空間中來在兩個天線之間實行有效的功率轉(zhuǎn)移。可使用具有高質(zhì)量因數(shù)的天線。放置兩個高Q天線以使得其類似于松散耦合變壓器而相互作用，其中一個天線將功率感應(yīng)到另一天線中。所述天線優(yōu)選具有大于1000的Q。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本申請案描述經(jīng)由電磁場耦合從功率源向功率目的地的能量轉(zhuǎn)移。實施例描述用于新型耦合結(jié)構(gòu)(例如，發(fā)射天線和接收天線)的技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]現(xiàn)在將參看附圖詳細描述這些和其它方面，在附圖中:
[0009]圖1展示基于磁波的無線功率發(fā)射系統(tǒng)的框圖；
[0010]圖2說明圖1的框圖中的電路的電路圖；
[0011]圖3說明示范性近場條件曲線圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1中展示基本實施例。功率發(fā)射器組合件100從源(例如，AC插頭102)接收功率。頻率產(chǎn)生器104用以將能量耦合到天線110 (此處為諧振天線)。天線110包含電感性回路111，其以電感性方式耦合到高Q諧振天線部分112。諧振天線包含N數(shù)目個線圈回路113，每一回路具有半徑Ra。電容器114(此處展示為可變電容器)與線圈113串聯(lián)，從而形成諧振回路。在所述實施例中，電容器是與線圈完全分離的結(jié)構(gòu)，但在某些實施例中，形成線圈的電線的自電容可形成電容114。
[0013]頻率產(chǎn)生器104可優(yōu)選經(jīng)調(diào)諧到天線110，且還經(jīng)選擇以獲得FCC順應(yīng)性。
[0014]此實施例使用多向天線。115展示在所有方向上輸出的能量。在天線的大部分輸出不是電磁輻射能量而是較為靜止的磁場的意義上，天線100是非輻射性的。當然，來自天線的部分輸出將實際上輻射。
[0015]另一實施例可使用輻射性天線。
[0016]接收器150包含與發(fā)射天線110離開距離D放置的接收天線155。接收天線類似地為具有線圈部分和電容器的高Q諧振線圈天線151，其耦合到電感性耦合回路152。耦合回路152的輸出在整流器160中整流，且施加于負載。所述負載可為任何類型的負載，例如為例如燈泡等電阻性負載或例如電器、計算機、可再充電電池、音樂播放器或汽車等電子裝
置負載。
[0017]能量可通過電場耦合或磁場耦合而轉(zhuǎn)移，但本文主要描述磁場耦合作為實施例。
[0018]電場耦合提供電感性加載的電偶極子，其為開路電容器或介電圓盤。外來物體可能對電場耦合提供相對強的影響。磁場耦合可為優(yōu)選的，因為磁場中的外來物體具有與“空白”空間相同的磁性質(zhì)。
[0019]所述實施例描述使用電容性加載的磁偶極子的磁場耦合。此偶極子由形成線圈的至少一個回路或匝的電線回路與將天線電加載到諧振狀態(tài)的電容器串聯(lián)形成。
[0020]圖2展示用于能量轉(zhuǎn)移的等效電路。發(fā)射電路100是串聯(lián)諧振電路，其具有在高頻率產(chǎn)生器205的頻率處諧振的RLC部分。發(fā)射器包含串聯(lián)電阻210和電感性線圈215以及可變電容220。這產(chǎn)生磁場M，其展示為磁力線225。
[0021]信號產(chǎn)生器205具有優(yōu)選通過電感性回路在諧振處匹配于發(fā)射諧振器的電阻的內(nèi)部電阻。這允許從發(fā)射器向接收器天線轉(zhuǎn)移最大功率。
[0022]接收部分150對應(yīng)地包含電容器250、變壓器線圈255、整流器260以及調(diào)節(jié)器261以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出電壓。輸出連接到負載電阻265。圖2展示半波整流器，但應(yīng)了解，可使用較復雜的整流器電路。整流器260和調(diào)節(jié)器261的阻抗在諧振處匹配于接收諧振器的電阻。這使得能夠向負載轉(zhuǎn)移最大量的功率。電阻考慮了集膚效應(yīng)/鄰近效應(yīng)、輻射電阻以及內(nèi)部和外部介電損失兩者。
[0023]理想的諧振發(fā)射器將忽略具有不同諧振頻率的所有其它附近的諧振物體或與其最少地反應(yīng)。然而，當具有適當諧振頻率的接收器遇到發(fā)射天線225的場時，兩者耦合以便建立強能量鏈路。實際上，發(fā)射器和接收器操作而變?yōu)樗缮Ⅰ詈系淖儔浩鳌?br> [0024]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)若干改進從發(fā)射器向接收器的功率轉(zhuǎn)移的因素。
[0025]上文所述的電路的Q因數(shù)可輔助某些效率。高Q因數(shù)允許諧振頻率下的電流值增力口。這使得能夠維持相對低瓦特數(shù)的發(fā)射。在實施例中，發(fā)射器Q可為1400，而接收器Q為300左右。出于本文陳述的原因，在一個實施例中，接收器Q可比發(fā)射器Q低得多，例如為發(fā)射器Q的1/4到1/5。然而，可使用其它Q因數(shù)。諧振裝置的Q是諧振裝置的諧振頻率與所謂的“三分貝”或“半功率”帶寬的比率。雖然存在若干“定義”，但全都在按照諧振電路元件的測量或值來描述Q的方面大體上彼此等效。[0026]高Q具有窄帶寬效應(yīng)的對應(yīng)缺點。此窄帶寬通常被視為對于數(shù)據(jù)通信是不合意的。然而，窄帶寬可在功率轉(zhuǎn)移中使用。當使用高Q時，發(fā)射器信號充分純凈且不含不需要的頻率或相位調(diào)制，從而允許在此窄帶寬上發(fā)射其大部分功率。
[0027]舉例來說，實施例可將諧振頻率與大體上未經(jīng)調(diào)制的基頻一起使用。然而，對基頻的某種調(diào)制可被容許或為可容許的，尤其是在使用其它因素來增加效率的情況下。其它實施例使用較低Q組件，且可允許對基頻的對應(yīng)較多的調(diào)制。
[0028]重要特征可包含使用通過調(diào)節(jié)(例如FCC調(diào)節(jié))而準許的頻率。此示范性實施例中的優(yōu)選頻率是13.56MHz，但也可使用其它頻率。
[0029]另外，電容器應(yīng)能夠承受高電壓，例如高達1000V，因為電阻可能相對于電容性電抗來說較小。最終的重要特征是封裝:系統(tǒng)應(yīng)具有小的形狀因數(shù)。
[0030]改進發(fā)射天線與接收天線之間的耦合的一個方面是增加天線的Q。功率轉(zhuǎn)移的效率n可表達為
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種無線功率接收器系統(tǒng)，包括: 至少一個中繼器，其不具有接收來自功率源的電流的電連接，所述中繼器經(jīng)調(diào)諧以中繼所述中繼器所接收的磁場； 接收器，其包括具有導電回路的自諧振接收天線，所述接收天線在所述第一頻率處諧振，所述接收天線經(jīng)配置以接收磁場；以及 輸出節(jié)點，其經(jīng)配置以提供由所述接收器接收的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述天線包括具有多股線的多股絞合電線，所述多股線各自載運電流且各自彼此絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述導電回路包括感應(yīng)回路內(nèi)部的芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一頻率低于1MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自諧振基于所述導電回路的自電容。
6.一種無線功率接收器系統(tǒng)，包括: 接收器，其包括具有纏 繞在鐵氧體周圍的導電回路的自諧振接收天線，所述接收天線在所述第一頻率處諧振，且所述接收器經(jīng)配置以接收磁場； 功率電路，經(jīng)配置以: 將磁場轉(zhuǎn)換為電功率， 對所述電功率進行整流，以及 輸出所述經(jīng)整流的電功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述天線包括具有多股線的多股絞合電線，所述多股線各自載運電流且各自彼此絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述自諧振基于所述導電回路的自電容。
9.一種發(fā)射功率的方法,包括: 從電功率源產(chǎn)生具有第一頻率的信號； 經(jīng)由天線發(fā)射所述信號，所述天線在所述第一頻率處自諧振；以及 經(jīng)由中繼器中繼處于所述第一頻率的所述信號，所述中繼器由所述發(fā)射器激活。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述天線包括感應(yīng)線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述天線進一步包括具有多股線的多股絞合電線，所述多股線各自載運電流且各自彼此絕緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述感應(yīng)線圈包括包含鐵氧體材料的芯部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述中繼器包括多股絞合電線。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述中繼器包括包含鐵氧體材料的芯。
15.一種無線功率發(fā)射系統(tǒng),包括: 用于從電功率源產(chǎn)生具有第一頻率的信號的裝置，所述信號具有低于IMHz的第一頻率； 用于發(fā)射處于所述第一頻率的所述信號的裝置，所述用于發(fā)射的裝置在所述第一頻率處自諧振；以及 用于中繼處于所述第一頻率的所述信號的裝置，所述用于中繼的裝置經(jīng)配置以由所述用于發(fā)射的裝置激活。
16.一種無線功率發(fā)射系統(tǒng),包括:用于從電功率源產(chǎn)生具有第一頻率的信號的裝置； 用于發(fā)射處于所述第一頻率的所述信號的裝置，所述用于發(fā)射的裝置在所述第一頻率處自諧振；以及 用于中繼處于所述第一頻率的所述信號的裝置，所述用于中繼的裝置經(jīng)配置以由所述用于發(fā)射的裝置激活。
17.一種無線功率發(fā)射系統(tǒng),包括: 信號產(chǎn)生器，其經(jīng)配置以基于電功率源產(chǎn)生具有第一頻率的信號，所述第一頻率低于IMHz ； 發(fā)射器，其經(jīng)配置以發(fā)射所述信號，所述發(fā)射器在所述第一頻率處自諧振；以及中繼器，其經(jīng)配置以中繼所述經(jīng)發(fā)射信號，所述中繼器進一步經(jīng)配置以由所述發(fā)射器激活。
18.一種無線功率發(fā)射系統(tǒng),包括: 信號產(chǎn)生器，其經(jīng)配置以基于電功率源產(chǎn)生具有第一頻率的信號； 發(fā)射器，其經(jīng)配置以 發(fā)射所述信號，所述發(fā)射器在所述第一頻率處自諧振；以及中繼器，其經(jīng)配置以中繼所述經(jīng)發(fā)射信號，所述中繼器進一步經(jīng)配置以由所述發(fā)射器激活。
【文檔編號】H04B5/00GK103560811SQ201310466904
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2008年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2007年8月13日
【發(fā)明者】漢斯彼得·威德默, 盧卡斯·西貝爾, 奈杰爾·P·庫克 申請人:高通股份有限公司