CN102696166B - 利用近场聚焦的无线电力传输设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用近场聚焦的无线电力传输设备。所述无线电力传输设备可包括：源单元，包括将电力无线传输到目标设备的源谐振器；近场聚焦单元，用于将从源谐振器沿着全方向辐射的磁场的近场聚焦到目标设备上。

Description

利用近场聚焦的无线电力传输设备
技术领域
下面的描述涉及一种无线电力传输系统，更具体地说，涉及一种可利用近场聚焦来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，便携式电子装置的数量和种类已经增加。相应的便携式电子装置的电池性能是重要的问题。然而，除了便携式电子装置之外，家用电器具有无线传输数据的功能，然而，传统的电器通过输电线被供电。
目前，正在对可无线供电的无线电力传输技术进行研究。由于无线电力传输环境的特性，外围设备可受到无线电力传输设备的磁场的影响。
发明内容
在一个总的方面，提供一种无线电力传输设备，所述无线电力传输设备包括：源谐振器，用于将电力无线传输到目标设备；近场聚焦单元，用于将磁场的近场聚焦到目标设备上，其中，磁场从源谐振器沿着全方向辐射。
近场聚焦单元可包括具有负折射率的超导层。
近场聚焦单元可包括具有波束成形特性的ε接近零(ENZ)的超导层或者μ接近零(MNZ)的超导层。
所述无线电力传输设备还可包括：近场控制器，具有高阻抗表面(HIS)特性。
近场控制器可被设计为使得源单元的磁场具有同相特性。
近场控制器可包括：侧部聚焦单元，用于控制源单元的侧部磁场的方向；后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
在另一方面，提供一种用于增加无线能量传输效率的源谐振器，所述源谐振器包括：谐振器，用于将电力信号无线传输到目标谐振器；近场聚焦单元，沿着目标谐振器的方向聚焦磁场的近场，使得没有沿着目标谐振器的方向行进的电力信号的入射波朝着目标谐振器改变方向。
近场聚焦单元可包括超导层，所述超导层具有能够使入射波朝着目标谐振器改变方向的负折射率。
近场聚焦单元可包括μ接近零(MNZ)的超导层或者ε接近零(ENZ)的超导层，所述μ接近零(MNZ)的超导层或者ε接近零(ENZ)的超导层具有能够使入射波朝着目标谐振器改变方向的波束成形特性。
所述源谐振器还可包括：近场控制器，被设计为使得源单元的磁场具有同相特性。
近场控制器可包括：侧部聚焦单元，用于控制源单元的侧部磁场的方向；后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
其他特征和方面将从下面的描述、附图及权利要求中清楚。
附图说明
图1是示出无线电力传输系统的示例的图。
图2是示出无线电力传输设备的示例的图。
图3至图5是示出近场聚焦单元的示例的图。
图6是示出无线电力传输设备的另一示例的图。
图7至图14是示出谐振器结构的各种示例的图。
图15是示出图7的用于无线电力传输的谐振器的等效电路的示例的图。
在所有附图和本描述中，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、特征及结构。为了清楚、说明及方便起见，可夸大这些元件的相对尺寸和绘制。
具体实施方式
提供下面的描述，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，可建议本领域的普通技术人员对在此描述的方法、设备和/或系统进行各种改变、变型及等同。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略对公知功能和构造的描述。
如在此所描述的，例如，源或发送器可以是终端(例如，移动终端、个人计算机、个人数字助理(PDA)、MP3播放器等)或者可被包括在所述终端中。作为另一示例，在此描述的目标或接收器可以是终端(例如，移动终端、个人计算机、个人数字助理(PDA)、MP3播放器等)或者可被包括在所述终端中。作为另一示例，发送器和/或接收器可以是分开的独立单元。图1示出了无线电力传输系统的示例。
如在此所描述的，使用无线电力传输系统传输的无线电力可被称为谐振电力。
参照图1，无线电力传输系统包括源-目标结构，该源-目标结构包括源和目标。在本示例中，无线电力传输系统包括对应于源的谐振电力发送器110及对应于目标的谐振电力接收器120。
谐振电力发送器110包括源单元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，以执行谐振频率或阻抗匹配。
例如，源单元111可包括交流(AC)至AC(AC/AC)转换器，AC至直流(DC)(AC/DC)转换器，DC至AC(DC/AC)逆变器等。AC/AC转换器可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转换器可通过对从AC/AC转换器输出的AC信号进行整流而输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可通过快速地切换从AC/DC转换器输出的DC电压而产生赫兹(HZ)频带(例如，几兆赫兹(MHz)、几十MHz等)的AC信号。
匹配控制器113可设置源谐振器115的谐振带宽及源谐振器115的阻抗匹配频率中的至少一个。虽然未在图1中示出，但是匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元及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的谐振带宽的设置和/或源谐振器115的阻抗匹配频率的设置而确定源谐振器115的Q因子。
源谐振器115可将电磁能量传输到目标谐振器121。例如，源谐振器115可通过与目标谐振器121的电磁耦合101将谐振电力传输到谐振电力接收器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包括：目标谐振器121；匹配控制器123，用于执行谐振频率或阻抗匹配；目标单元125，用于将接收的谐振电力传输到负载。
目标谐振器121可从源谐振器115接收电磁能量。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的谐振带宽及目标谐振器121的阻抗匹配频率中的至少一个。虽然未在图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及目标匹配频率设置单元中的至少一个。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，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而确定目标谐振器121的Q因子。
目标单元125可将接收的谐振电力传输到负载。例如，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传输到目标谐振器121的AC信号进行整流而产生DC电压。DC/DC转换器可通过调节DC电压的电压电平而将额定电压供应到装置或负载。
例如，源谐振器115和目标谐振器121可被构造成螺旋线圈结构的谐振器、盘旋线圈结构的谐振器、超结构（meta-structured）的谐振器等。
参照图1，控制Q因子的过程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与目标谐振器121之间的电磁耦合101将电磁能量从源谐振器115传输到目标谐振器121。例如，源谐振器115的谐振带宽可被设置为比目标谐振器121的谐振带宽更宽或更窄。例如，可通过将源谐振器115的谐振带宽设置为比目标谐振器121的谐振带宽更宽或更窄来保持源谐振器115的带宽(BW)因子与目标谐振器121的BW因子之间的不平衡关系。
在使用谐振方案的无线电力传输系统中，谐振带宽可以是重要因素。当考虑到源谐振器115与目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻抗的改变、阻抗不匹配、反射信号等所有因素而使Q因子成为Qt时，Qt可与谐振带宽成反比关系，如等式1所给出的那样。
[等式1]
Δf f 0 = 1 Q t = Γ S , D + 1 BQ S + 1 BW D
在等式1中，f0指示中心频率，Δf指示带宽的改变，ΓS,D指示源谐振器115与目标谐振器121之间的反射损失，BWS指示源谐振器115的谐振带宽，BWD指示目标谐振器121的谐振带宽。例如，BW因子可指1/BWS或1/BWD。
由于外部影响导致可在源谐振器115与目标谐振器121之间产生阻抗不匹配。例如，源谐振器115与目标谐振器121之间的距离的改变、源谐振器115与目标谐振器121中的至少一个的位置的改变等可导致在源谐振器115与目标谐振器121之间产生阻抗不匹配。阻抗不匹配可直接导致电力传输的效率降低。当检测到被源部分地反射且朝着目标返回的对应于传输信号的反射波时，匹配控制器113可确定已产生阻抗不匹配，并可执行阻抗匹配。例如，匹配控制器113可通过对反射波的波形分析检测谐振点而改变谐振频率。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1的源谐振器115和目标谐振器121可被构造为如在图7至图12的示例中所示出的那样。
图2示出了无线电力传输设备。
参照图2，无线电力传输设备210包括源单元211和近场聚焦单元213。
例如，源单元211可包括源谐振器，以将电力无线传输到目标设备220。源单元211还可包括用于测量目标设备220的位置或方向的装置。例如，用于测量目标设备220的位置或方向的装置可实现为被构造成通过通信信道接收关于目标设备220的位置信息的通信模块，或者实现为用于检测预先为每个目标设备220设置的方向的装置。
近场聚焦单元213可将磁场的近场聚焦到目标设备220上。例如，磁场可沿着源谐振器的全方向辐射。如图3所示，近场聚焦单元213可包括(例如)具有负折射率的超导层（meta-superstrate）。具有负折射率的超导层能够使入射波沿着由图3的实线箭头所指示的方向传输。还示出了普通介质的传输方向，如图3的虚线箭头所指示的那样。因此，磁场的近场可通过具有负折射率的超导层被聚焦到目标设备220上。
如图4所示，近场聚焦单元213可包括(例如)具有波束成形特性的ε接近零(ENZ)的超导层或者μ接近零(MNZ)的超导层。例如，MNZ超导层或ENZ超导层能够使入射波沿着大致垂直于传输平面的方向传输，如图4的实线箭头所指示的那样。不管入射波的入射角如何，均可以以与如图4的虚线箭头所指示的普通介质的传输方式不同的方式传输入射波。例如，如图5所示，近场聚焦单元213可朝着目标设备220弯曲。在本示例中，近场可沿着大致垂直于近场聚焦单元213的传输平面的方向形成。
例如，近场聚焦单元213可将在无线电力传输过程中沿着不期望的方向辐射的磁场聚焦到目标设备220上。因此，能够防止由于辐射的能量而产生的干扰影响的外围设备。另外，能够通过将沿着源谐振器的全方向辐射的磁场的近场聚焦到目标设备220上而增加能量传输效率。
图6示出了无线电力传输设备。
参照图6，无线电力传输设备610包括源单元211、近场聚焦单元213及近场控制器615。图6的源单元211和近场聚焦单元213的构造分别可与图2至图5的源单元211和近场聚焦单元213的构造相同。
近场控制器615可被设计成具有高阻抗表面(HIS)特性。因此，近场控制器615可通过使接地效应最小化而使源谐振器的Q因子或谐振频率的改变最小化。
例如，可基于源单元211的谐振频率而设计HIS特性。例如，近场控制器615可被设计为使得源单元211的磁场可具有同相特性。当近场控制器615具有HIS特性时，由源单元211产生的磁场可相对于近场控制器615具有同相特性。因此，根据各种示例，能够使对外周设备(例如，对磁场敏感的设备)的影响最小化。
作为示例，近场控制器615可包括侧部聚焦单元和后表面聚焦单元。侧部聚焦单元可控制源单元211的侧部磁场的方向，使得源单元211的侧部磁场被聚焦到目标设备220上，如图6所示的那样。后表面聚焦单元可控制源单元211的后表面磁场的方向，使得源单元211的后表面磁场可被聚焦到目标设备220上，如图6所示的那样。
根据各种示例，能够使在无线电力传输过程中最初沿着不期望方向辐射的磁场朝着目标设备聚焦。因此，能够增加能量传输效率并使对外围设备的影响最小化。
例如，源谐振器和/或目标谐振器可被构造成螺旋线圈结构的谐振器、盘旋线圈结构的谐振器、超结构的谐振器等。
所有材料均可具有独特的磁导率(μ)及独特的介电常数(ε)。磁导率指示在相应的材料中相对于给定的磁场产生的磁通密度与在真空状态下相对于给定的磁场产生的磁通密度之间的比率。磁导率和介电常数可确定相应的材料在给定频率或给定波长下的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应的材料的电磁特性。例如，具有在自然界中没有找到的磁导率或介电常数且为人为设计的材料被称为超材料。超材料即使在相对大的波长区域或相对低的频率区域，也可设置在谐振状态下。例如，即使材料的尺寸几乎不变，超材料也可容易地设置在谐振状态下。
图7示出了谐振器的二维(2D)图的示例。
参照图7，谐振器700包括传输线、电容器720、匹配器730及导体741和742。在本示例中，传输线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。
例如，电容器720可串联地插入在第一信号传导部分711与第二信号传导部分712之间，电场可限制在电容器720内。一般来说，传输线可包括位于传输线的上部的至少一个导体及位于传输线的下部的至少一个导体。电流可流过设置在传输线的上部的所述至少一个导体，设置在传输线的下部的所述至少一个导体可电接地。例如，设置在传输线的上部的导体可分开，从而被称为第一信号传导部分711和第二信号传导部分712。设置在传输线的下部的导体可被称为接地传导部分713。
如图7所示，传输线可包括位于传输线的上部的第一信号传导部分711和第二信号传导部分712，传输线可包括位于传输线的下部的接地传导部分713。第一信号传导部分711和第二信号传导部分712可被设置为面对接地传导部分713。电流可流过第一信号传导部分711和第二信号传导部分712。
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，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”指示电封闭的电路。
电容器720可插入到传输线的中部。例如，电容器720可插入在第一信号传导部分711与第二信号传导部分712之间的空间中。作为示例，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字形导线之间的具有相对高的介电常数的电介质材料。
当电容器720插入在传输线中时，谐振器700可具有超材料的性质。所述超材料指示具有没有在自然界中找到的预定电性质的材料，因此，所述超材料可具有人为设计的结构。在自然界中存在的所有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、磁场及坡印廷矢量（poyntingvector），因此，相应的材料可被称为右手材料(RHM)。然而，超材料具有在自然界中不存在的磁导率或介电常数，因此，超材料可基于相应的介电常数或磁导率的标志，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。
当确定了作为集总元件被插入的电容器720的电容时，谐振器700可具有超材料的特性。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，以确定电容器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。例如，可基于至少一个标准确定电容器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，所述零阶谐振特性的谐振频率为当传播常数为“0”时的频率。例如，零阶谐振特性可以是通过传播常数为“0”的介质或线传输的频率。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的物理尺寸独立。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的物理尺寸。
在近场中，电场可集中到插入在传输线中的电容器720上。因此，由于电容器720，磁场可变成近场中的主要场。MNG谐振器700可使用集总元件的电容器720而具有相对高的Q因子，因此，能提高电力传输的效率。例如，Q因子可指示无线电力传输中电抗相对于阻抗的比率或者欧姆损耗水平。因此，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700可包括用于阻抗匹配的匹配器730。匹配器730可调节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。电流可通过连接器流入MNG谐振器700和/或从MNG谐振器700流出。连接器可连接到接地传导部分713或匹配器730。例如，可通过耦合传输电力，而不使用连接器与接地传导部分713或匹配器730之间的物理连接。
例如，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可包括位于与接地传导部分713分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体731。可通过调节距离h而改变谐振器700的阻抗。
虽然未在图7中示出，但是可设置控制器来控制匹配器730。例如，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，可基于控制信号而增加或减小匹配器730的导体731与接地传导部分713之间的距离h。因此，可改变匹配器730的物理形状，且可调节谐振器700的阻抗。控制器可基于稍后描述的各种因素而产生控制信号。
如图7所示，匹配器730可被构造成诸如导体731的无源元件。作为另一示例，匹配器730可被构造成诸如二极管、晶体管等的有源元件。当有源元件被包括在匹配器730中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，可基于控制信号调节谐振器700的阻抗。例如，作为一种有源元件的二极管可被包括在匹配器730中。可基于二极管是否处于打开状态或处于关闭状态而调节谐振器700的阻抗。
虽然未在图7中示出，但是磁芯可穿过MNG谐振器700。例如，磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图8示出了谐振器的三维(3D)图。
参照图8，谐振器800包括传输线和电容器820。传输线可包括第一信号传导部分811、第二信号传导部分812及接地传导部分813。电容器820可串联地插入在传输链路的第一信号传导部分811与第二信号传导部分812之间，电场可限制在电容器820内。
如图8所示，传输线可包括位于谐振器800的上部的第一信号传导部分811和第二信号传导部分812，传输线可包括位于谐振器800的下部的接地传导部分813。第一信号传导部分811和第二信号传导部分812可被设置为面对接地传导部分813。例如，电流可沿着x方向流过第一信号传导部分811和第二信号传导部分812。由于所述电流，磁场H(W)可沿着-y方向形成。可选地，与图8的图不同的是，磁场H(W)可沿着+y方向形成。
第一信号传导部分811的一端可短接到导体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的一端可通过导体841接地，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及导体841和842可彼此连接，使得谐振器800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”指电封闭的电路。
如图8所示，电容器820可插入在第一信号传导部分811与第二信号传导部分812之间。电容器820可插入在第一信号传导部分811与第二信号传导部分812之间的空间中。例如，电容器820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字形导线之间的具有相对高的介电常数的电介质材料。
当电容器820插入在传输线中时，谐振器800可具有超材料的性质。
当适当地确定了作为集总元件被插入的电容器的电容时，谐振器800可具有超材料的特性。由于通过适当地调节电容器820的电容，谐振器800可具有负磁导率，所以谐振器800还可被称为MNG谐振器。可应用各种标准，以确定电容器820的电容。例如，所述各种标准可包括能够使谐振器800具有超材料的特性的标准、能够使谐振器800在目标频率具有负磁导率的标准、能够使谐振器800在目标频率具有零阶谐振特性的标准等。例如，可基于至少一个标准确定电容器820的电容。
还被称为MNG谐振器800的谐振器800可具有零阶谐振特性，所述零阶谐振特性的谐振频率为当传播常数为“0”时的频率。由于谐振器800可具有零阶谐振特性，所以谐振频率可相对于MNG谐振器800的物理尺寸独立。通过适当地设计电容器820，MNG电容器800可充分改变谐振频率。因此，可不改变MNG谐振器800的物理尺寸。
参照图8的MNG谐振器800，在近场中，电场可集中到插入在传输线中的电容器820上。因此，由于电容器820，磁场可变成近场中的主要场。例如，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器800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820的插入而形成的相对小量的电场可集中在电容器820上，因此，磁场可进一步变成主要场。
此外，MNG谐振器800可包括用于阻抗匹配的匹配器830。匹配器830可调节MNG谐振器800的磁场的强度。MNG谐振器800的阻抗可由匹配器830确定。电流可通过连接器840流入MNG谐振器800和/或从MNG谐振器800流出。连接器840可连接到接地传导部分813或匹配器830。
例如，如图8所示，匹配器830可布置在通过谐振器800的环结构而形成的环内。匹配器830可通过改变匹配器830的物理形状而调节谐振器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。可通过调节距离h而改变谐振器800的阻抗。
虽然未在图8中示出，但是可设置控制器来控制匹配器830。例如，匹配器830可基于由控制器产生的控制信号而改变匹配器830的物理形状。例如，可基于控制信号而增加或减小匹配器830的导体831与接地传导部分813之间的距离h。因此，可改变匹配器830的物理形状，可调节谐振器800的阻抗。可使用各种方案调节匹配器830的导体831与接地传导部分813之间的距离h。作为一个示例，多个导体可被包括在匹配器830中，可通过自适应地激活所述多个导体中的一个导体而调节距离h。作为另一示例，可通过上下地调节导体831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。稍后描述产生控制信号的控制器的示例。
如图8所示，匹配器830可被构造成诸如导体831的无源元件。作为另一示例，匹配器830可被构造成诸如二极管、晶体管等的有源元件。当有源元件被包括在匹配器830中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，可基于控制信号调节谐振器800的阻抗。例如，作为一种有源元件的二极管可被包括在匹配器830中。例如，可基于二极管是否处于打开状态或处于关闭状态而调节谐振器800的阻抗。
虽然未在图8中示出，但是磁芯可穿过被构造为MNG谐振器的谐振器800。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图9示出了用于无线电力传输的大型(bulky-type)谐振器的示例。
参照图9，在谐振器900中，第一信号传导部分911和第二信号传导部分912可一体地形成，而非分开地制造然后彼此连接。类似地，第二信号传导部分912和导体941也可一体地制造。
当第二信号传导部分912和导体941分开地制造然后彼此连接时，可由于接缝950而产生传导损失。作为一个示例，第二信号传导部分912和导体941可彼此无缝地连接。因此，能减少由于接缝950导致的传导损失。作为另一示例，第二信号传导部分912和接地传导部分913可无缝地一体制造。类似地，第一信号传导部分911和接地传导部分913可无缝地一体制造。因此，应该理解到，谐振器的任何部件可与谐振器的相邻部件无缝地制造，以防止形成接缝。
参照图9，将至少两个分隔件连接成一体的形式的无缝连接类型被称为大型。
图10示出了用于无线电力传输的中空型谐振器的示例。
参照图10，在谐振器1000中，被构造成中空型的谐振器1000的第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042中的每个可在内部包括空的或中空的空间。
在给定的谐振频率下，有效电流可被模拟成仅流入第一信号传导部分1011的一部分，而非流入整个第一信号传导部分1011，仅流入第二信号传导部分1012的一部分，而非流入整个第二信号传导部分1012，仅流入接地传导部分1013的一部分，而非流入整个接地传导部分1013，和/或仅流入导体1041的一部分和导体1042的一部分，而非流入整个导体1041和整个导体1042。例如，当在给定的谐振频率下，第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042中的每个的厚度明显比相应趋肤厚度厚时，有效电流可能不起作用。所述明显更厚的厚度可增加谐振器1000的重量或制造成本。
因此，在给定的谐振频率下，可基于第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042中的每个的相应趋肤厚度，确定第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042中的每个的厚度。当第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042中的每个具有比相应趋肤厚度厚的合适厚度时，谐振器1000可变轻，且还可降低谐振器1000的制造成本。
例如，如图10所示，第二信号传导部分1012的厚度可被确定为“d”毫米，d可根据确定。在本示例中，f指示频率，μ指示磁导率，σ指示导体常数。例如，当第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012、接地传导部分1013及导体1041和1042由铜制成且电导率为5.8×107西门子/米(S﹒m-1)时，相对于10kHz的谐振频率，趋肤厚度可约为0.6mm，相对于100MHz的谐振频率，趋肤厚度可约为0.006mm。
图11示出了使用并行板的用于无线电力传输的谐振器的示例。
参照图11，并行板可应用于被包括在谐振器1100中的第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112中的每个。
第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112中的每个可能不是完美的导体，因此会具有电阻。由于所述电阻，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1111和第二信号传导部分1112中的每个，能减少欧姆损耗，且能增加Q因子和耦合效应。参照由圆圈指示的部分1170，当应用并行板时，第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112中的每个可包括多条导线。所述多条导线可平行地设置，且可在第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112中的每个的端部短接。
如上所述，当并行板应用于第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112中的每个时，所述多条导线可平行地设置。因此，可减小具有导线的电阻之和。因此，可减少电阻损耗，且可增加Q因子和耦合效应。
图12示出了包括分布式电容器的用于无线电力传输的谐振器的示例。
参照图12，包括在用于无线电力传输的谐振器1200中的电容器1220可以是分布式电容器。作为集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻(ESR)。例如，利用作为分布式元件的电容器1220，能减小ESR。由于ESR导致的损耗可减小Q因子和耦合效应。
如图12所示，作为分布式元件的电容器1220可具有Z字形结构。例如，作为分布式元件的电容器1220可被构造成导线及具有Z字形结构的导体。
如图12所示，通过使用作为分布式元件的电容器1220，能减少由于ESR而产生的损耗。另外，通过将多个电容器设置为集总元件，能减少由于ESR而产生的损耗。由于通过并联减小了作为集总元件的每个电容器的电阻，所以还可减小作为集总元件的并联连接的电容器的有效电阻，且可减少由于ESR而产生的损耗。例如，通过使用10个1pF的电容器，而非使用单个10pF的电容器，可能减少由于ESR而导致的损耗。
图13示出了用于设置在图7的2D图中的谐振器700的匹配器730的示例，图14示出了用于设置在图8的3D图中的谐振器800的匹配器830的示例。
图13示出了包括匹配器730的2D谐振器的一部分，图14示出了图8的包括匹配器830的3D谐振器的一部分。
参照图13，匹配器730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与接地传导部分713之间的距离h确定2D谐振器的阻抗。可由控制器控制导体731与接地传导部分713之间的距离h。例如，可使用多种方案调节导体731与接地传导部分713之间的距离h。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、上下地调节导体731的物理位置的方案等。
参照图14，匹配器830可包括导体831、导体832及导体833。导体832和833可连接到接地传导部分813和导体831。导体832和833可连接到接地传导部分813和导体831。可基于导体831与接地传导部分813之间的距离h确定3D谐振器的阻抗。可由控制器控制导体831与接地传导部分813之间的距离h。与包括在2D结构的谐振器中的匹配器730类似，例如，可使用多种方案调节导体831与接地传导部分813之间的距离h。例如，所述多种方案可包括通过自适应地激活导体831、832和833中的一个而调节距离h的方案、上下地调节导体831的物理位置的方案等。
虽然未在图13和图14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面的描述类似。例如，可通过使用有源元件改变流过匹配器的电流的路径而调节谐振器的阻抗。
图15示出了图7的谐振器700的等效电路的示例。
谐振器700可被模拟成图15的等效电路。在图15的等效电路中，CL指示以集总元件的形式插入在图7的传输线的中部的电容器。
在本示例中，谐振器700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700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700的谐振频率ωMZR可由LR/CL确定。谐振器700的物理尺寸和谐振频率ωMZR相对于彼此可以是独立的，由于物理尺寸和谐振频率相对于彼此是独立的，所以可充分减小谐振器700的物理尺寸。
如在此所描述的，无线电力传输设备可利用近场聚焦来减少对外围设备的影响。
上述过程、功能、方法和/或软件可记录、存储或固定在一个或多个计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质包括由计算机实现的程序指令，以使得处理器运行或执行所述程序指令。该介质还可单独地或者与程序指令相结合地包括数据文件、数据结构等。计算机可读存储介质的示例包括：磁介质，例如硬盘、软盘及磁带；光学介质，例如CDROM盘和DVD；磁光介质，例如光盘；硬件装置，被特别地构造成存储并执行程序指令，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器等。程序指令的示例包括诸如由编译器产生的机器代码以及包含可由计算机使用译码器执行的更高级别代码的文件。描述的硬件装置可被构造成作为一个或多个软件模块起作用，以执行上述操作和方法，或者反之亦然。另外，计算机可读存储介质可分布在通过网络连接的计算机系统上，可以以分布式方式存储并执行计算机可读代码或程序指令。
仅仅作为非穷尽的说明，在此描述的终端装置可指的是移动装置，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、数码相机、便携式游戏控制台、MP3播放器、便携式/个人多媒体播放器(PMP)、手持电子书、便携式膝上型个人计算机(PC)、全球定位系统(GPS)导航仪，以及与在此所公开的一致的、能够进行无线通信或网络通信的诸如台式PC、高清晰度电视机(HDTV)、光盘播放器、机顶盒等的装置。
计算系统或计算机可包括与总线电连接的微处理器、用户界面及存储器控制器。计算系统或计算机还可包括闪速存储器装置。所述闪速存储器装置可通过存储器控制器存储N位数据。所述N位数据被微处理器处理或者将被微处理器处理，N可以是1或者大于1的整数。在计算系统或计算机是移动设备的情况下，可另外提供电池，以提供计算系统或计算机的操作电压。
本领域的普通技术人员应该清楚，计算系统或计算机还可包括应用芯片组、相机图像处理器(CIS)、移动式动态随机存取存储器(DRAM)等。存储器控制器与闪速存储器装置可构成使用非易失性存储器存储数据的固态硬盘/盘(SSD)。
已经在上面描述了多个示例。然而，应该理解的是，可进行各种变型。例如，如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果在描述的系统、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 (10)

1.一种无线电力传输设备，所述设备包括：
源单元，包括用于将电力无线传输到目标设备的源谐振器；
近场聚焦单元，用于将磁场的近场聚焦到目标设备上，其中，磁场从源谐振器沿着全方向辐射；
近场控制器，具有用于将磁场的近场的方向改变到目标设备上的结构，所述结构具有高阻抗表面特性。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场聚焦单元包括具有负折射率的超导层。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场聚焦单元包括具有波束成形特性的ε接近零的超导层或者μ接近零的超导层。
4.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器被设计为使得源单元的磁场具有同相特性。
5.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，近场控制器包括：
侧部聚焦单元，用于控制源单元的侧部磁场的方向；
后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
6.一种用于增加无线能量传输效率的源谐振器，所述源谐振器包括：
谐振器，用于将电力信号无线传输到目标谐振器；
近场聚焦单元，沿着目标谐振器的方向聚焦磁场的近场，使得没有沿着目标谐振器的方向行进的电力信号的入射波朝着目标谐振器改变方向；
近场控制器，具有用于将磁场的近场的方向改变到目标设备上的结构，所述结构具有高阻抗表面特性。
7.根据权利要求6所述的源谐振器，其中，近场聚焦单元包括超导层，所述超导层具有能够使入射波朝着目标谐振器改变方向的负折射率。
8.根据权利要求6所述的源谐振器，其中，近场聚焦单元包括μ接近零的超导层或者ε接近零的超导层，所述μ接近零的超导层或者ε接近零的超导层具有能够使入射波朝着目标谐振器改变方向的波束成形特性。
9.根据权利要求6所述的源谐振器，其中，近场控制器被设计为使得使用所述源谐振器的源单元的磁场具有同相特性。
10.根据权利要求9所述的源谐振器，其中，近场控制器包括：侧部聚焦单元，用于控制源单元的侧部磁场的方向；后表面聚焦单元，用于控制源单元的后表面磁场的方向。
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