CN102870316A - 无线充电组件 - Google Patents

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Abstract

提供一种无线充电组件。包括源谐振器的源单元可沿着所有方向无线地传输电力，装置可接收传输的无线电力，而不管装置的位置如何。

Description

无线充电组件
技术领域
下面的描述涉及一种无线充电组件，该无线充电组件能够对装置进行无线充电，而不管装置的位置如何。
背景技术
便携式电子装置的电池性能已经成为关键问题。除了便携式电子装置之外，家用电器可设置有无线地传输数据的功能。然而，通常通过输电线给家用电器和便携式电子装置供电。
在无线电力传输技术中，存在一种使用谐振器将电力无线地供应到装置或装置的电池的技术。然而，当使用无线电力传输技术给装置充电时，可能由于装置的谐振器的角度或位置导致降低充电效率。例如，当提供无线电力的源谐振器垂直于接收无线电力的目标谐振器布置时，既不能传输电力也不能接收电力。
发明内容
技术方案
在一个总体方面，提供一种无线充电组件，该无线充电组件包括：柔性的源单元，包括被构造成无线地传输电力的至少一个源谐振器；装置，包括至少一个目标谐振器，所述至少一个目标谐振器与传输的无线电力匹配，所述至少一个目标谐振器被构造成从源单元接收无线电力，所述至少一个目标谐振器通过使用由所述至少一个目标谐振器接收的无线电力对电源充电。
源单元可设置在呈柱形的杆件上，所述装置可布置在所述杆件附近。
源单元可设置在所述装置的充电平台上。
源单元可设置在呈柱形的杆件以及所述装置的充电平台上。
当给多个装置充电时，可通过源单元同时给所述多个装置充电。
所述装置可包括多个目标谐振器，所述多个目标谐振器可彼此垂直地设置。
所述装置可包括多个目标谐振器，所述多个目标谐振器可同时接收无线电力。
所述至少一个源谐振器可以是薄膜谐振器。
所述至少一个目标谐振器可被用于防水和屏蔽的膜包裹。
所述装置可以是三维(3D)眼镜，3D眼镜可包括设置在眼镜的镜腿中的第一目标谐振器以及设置在眼镜的鼻梁架或镜框中的第二目标谐振器。
在另一方面，提供一种源单元，所述源单元用于将电力无线地传输到至少一个装置，所述源单元包括：外表面；柔性的一个或多个源谐振器，设置在所述外表面上，被构造成将电力无线地传输到所述至少一个装置。
所述外表面可具有圆柱形形状，所述一个或多个源谐振器可灵活地包裹圆柱形形状的外表面。
所述外表面可包括平台以及从平台突出的圆柱形形状的杆件，平台和圆柱形形状的杆件中的每个可包括一个或多个源谐振器，以将电力无线地传输到所述至少一个装置。
所述一个或多个源谐振器可包括多个源谐振器，所述多个源谐振器彼此平行地设置在所述外表面上。
所述一个或多个源谐振器可被构造成以全方向的方式无线地传输电力。
所述一个或多个源谐振器可被构造成将电力同时无线地传输到多个装置。
在另一方面，提供一种装置，所述装置用于从源单元无线地接收电力，源单元包括附着到源单元的外表面的一个或多个柔性源谐振器，所述装置包括：目标谐振器，被构造成从源单元的所述一个或多个柔性源谐振器无线地接收电力；目标单元，被构造成传输接收的电力，以驱动所述装置的操作。
所述装置还可包括：匹配控制器，被构造成设置目标谐振器的阻抗匹配频率，以执行所述一个或多个柔性源谐振器与目标谐振器的阻抗匹配。
其他特点和方面将从下面的具体描述、附图以及权利要求中是清楚的。
附图说明
图1是示出无线电力传输系统的示例的视图。
图2是示出无线充电组件的示例的视图。
图3是示出无线充电组件的另一示例的视图。
图4是示出无线充电组件的另一示例的视图。
图5是示出用于无线地传输电力的源谐振器的示例的视图。
图6是示出插入到装置中的目标谐振器的示例的视图。
图7至图13是示出谐振器结构的各种示例的视图。
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视图。
在所有附图和具体描述中，除非另外描述，否则，相同的附图标号将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
提供下面的详细描述，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，本领域的普通技术人员将想到对在此描述的方法、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。
无线电力传输技术是一种将能量从电源无线地传输到装置的技术。传输距离可不仅包括几毫米的短距离，而且包括几米的中距离。
在此使用的术语“充电”和“再充电”指的是使用电力给装置充电。
图1示出了无线电力传输系统的示例。
在本示例中，使用无线电力传输系统无线地传输电力，且电力可被称为谐振电力。
参照图1，无线电力传输系统可具有源-目标结构，该源-目标结构包括源和目标。无线电力传输系统可包括对应于源的谐振电力发送器110以及对应于目标的谐振电力接收器120。
谐振电力发送器110可包括源单元111和源谐振器115。源单元111可从可用于产生谐振电力的外部电压供应器接收能量。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)转换器以及(DC/AC)逆变器。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AC信号(例如，几兆赫兹(MHz)至几十MHz波段的信号)。
匹配控制器113可设置源谐振器115的谐振带宽以及源谐振器115的阻抗匹配频率中的至少一个。虽然未示出，但是匹配控制器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。在本示例中，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而确定源谐振器115的Q因子。
如图1所示，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。
在本示例中，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。例如，负载可以是对应于谐振电力接收器120的装置或装置的操作。例如，谐振电力接收器120可对应于移动电话，目标单元125可传输接收的电力，以驱动移动电话的操作。
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的谐振带宽以及目标谐振器121的阻抗匹配频率中的至少一个。虽然未示出，但是匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元和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。在本示例中，可基于目标谐振器121的谐振带宽的设置或目标谐振器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。
作为示例，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因子的处理可包括：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中，可考虑谐振带宽。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 Qt = Γ S , D + 1 BW S + 1 BW D
在等式1中，f0对应于中心频率，Δf对应于带宽的改变，ΓS，D对应于源谐振器115与目标谐振器121之间的反射损耗，BWS对应于源谐振器115的谐振带宽，BWD对应于目标谐振器121的谐振带宽。例如，BW因子可以指的是1/BWS或1/BWD。
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。当检测到部分地反射和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。例如，为了改善无线电力传输，匹配控制器113可改变谐振频率，使得响应于谐振频率而反射的反射波具有最小振幅。
图2示出了无线充电组件的示例。
参照图2，无线充电组件包括源单元210以及多个装置220、230和240。
源单元210可包括沿着所有方向传输无线电力的多个源谐振器211和212。在图2中，虽然示出了两个源谐振器，但是源谐振器的数量不限于此，例如，源谐振器的数量可以是1、2、3或更大值。源单元210可设置在呈柱形的杆件20中。多个源谐振器211和212可设置在杆件20的任何位置，例如，在杆件20上左右地设置、上下地设置和/或随机设置在杆件20的相同表面或不同表面上。
源单元210或多个源谐振器211和212可由柔性材料制成。例如，当杆件20具有圆柱形形状时，在不降低无线电力传输的功能的情况下，源单元210或多个源谐振器211和212可沿着圆柱形杆件20的侧部灵活地设置。
例如，多个源谐振器211和212中的至少一个可以是三维(3D)谐振器，在3D谐振器中，多个薄膜谐振器平行地设置。通过平行地设置多个薄膜谐振器，可提高无线电力的传输效率和传输距离。
多个装置220、230和240可设置在杆件20的周围，以对电源再充电。例如，如图2所示，在多个装置220、230和240放置在设置了杆件20的支撑件30上之后，多个装置220、230和240可从源单元210接收无线电力。
杆件20和支撑件30可以是例如，计算机的平台、TV监视器等。多个装置220、230和240可包括可无线地接收电力的任何装置。在本示例中，无线地接收电力的装置是用于观看3D图像的3D眼镜。可无线地接收电力的装置的其他非穷尽示例包括例如用于3D电视机的蓝牙耳机、膝上型计算机、便携式终端等。
源单元210可全方向传输电力。例如，当多个装置220、230和240位于可接收无线电力的位置时，多个装置220、230和240可从源单元210接收无线电力。例如，可给多个装置220、230和240充电，而不管设置在多个装置220、230和240上的目标谐振器的表面与杆件20的放置了源单元210的表面之间形成的角度如何。作为另一示例，可给多个装置220、230和240充电，而不管多个装置220、230和240的位置如何。
为了实现全方向，多个装置220、230和240中的每个可包括至少一个目标谐振器和充电电路。在下文中，以装置220为例进行描述。
装置220可通过与从源单元210传输的无线电力匹配来接收无线电力，并可利用接收的无线电力通过充电电路来充电。装置220可使用电源充电，该电源使用通过多个目标谐振器中的至少一个目标谐振器接收的无线电力。
例如，当多个目标谐振器与无线电力匹配时，装置220可同时使用两个目标谐振器来接收无线电力。多个目标谐振器可设置为使得多个目标谐振器彼此大致垂直。通过将多个目标谐振器设置为彼此垂直，可能不会产生匹配，这是因为：由于在多个目标谐振器中产生的场的正交性而导致多个目标谐振器中的每个可能不会相互影响。利用这样的特性，可通过场从源谐振器接收电力。如上所述，在多个目标谐振器同时接收无线电力的示例中，接收的无线电力可被组合以进行充电，因此，无线电力可被更加高效地传输、接收、用于进行充电或再充电。
多个装置220、230和240可共享从源单元210接收无线电力所持续的时间。例如，多个装置220、230和240可使用从源单元210传输的无线电力同时再充电。作为另一示例，多个装置可以不同时接收电力，而是一次一个装置可接收电力。
图3示出了无线充电组件的另一示例。
参照图3，无线充电组件包括源单元310以及多个装置320至360。
源单元310以及多个装置320至360类似于参照图2描述的源单元210以及多个装置220至240，省略进一步的描述。源单元310可沿着所有方向传输无线电力，并可包括至少一个柔性源谐振器。源单元310可设置在充电平台40的表面上，例如，设置在充电平台40的顶表面上。例如，多个源谐振器可随机设置在充电平台40的表面上或者设置在充电平台40上的固定位置。
多个装置320至360可在再充电平台40的表面上充电。多个装置320至360中的每个可包括至少一个目标谐振器。当多个装置320至360靠近再充电平台40布置或者布置在再充电平台40上时，每个目标谐振器可与沿着所有方向从源单元310传输的无线电力匹配，多个装置320至360中的每个可使用匹配的无线电力充电。例如，可给多个装置320至360充电，而不管设置在多个装置320至360上的目标谐振器的表面与设置在源单元310上的源谐振器的表面之间形成的角度如何。作为另一示例，可给多个装置320至360充电，而不管多个装置320至360的位置如何。
如参照图2所描述的那样，多个装置320至360可包括可被充电的任何装置，例如，3D眼镜、用于3D电视机的蓝牙耳机、膝上型计算机、便携式终端等。
图4示出了无线充电组件的另一示例。
参照图4，无线充电组件包括多个源单元410和420以及多个装置430至450。
源单元410可设置在呈柱形的杆件50上，并可包括多个源谐振器411和412。源单元410与图2的源单元210相同，省略进一步的描述。
源单元420可插入到充电平台60中，多个装置430至450可靠近充电平台60布置或者布置在充电平台60上以被充电。源单元420与图3的源单元310相同，省略进一步的描述。
设置在杆件50上的源单元410的多个源谐振器411和412可垂直于设置在充电平台60上的源单元420的源谐振器。其结果是，可减少并最小化在多个源谐振器之间产生的干扰。因此，不管多个装置430至450布置在充电平台60上的位置如何，可更加高效地传输和接收无线电力。在本示例中，给源单元410和源单元420供电的供应器可被构造成单个实体，以同时或分别给源单元410和源单元420供电。可以为源单元410和420中的每个配置供应器，以给源单元410和源单元420中的每个供电。
因此，当单个目标谐振器插入到装置430中时，或者当两个目标谐振器插入到装置430中使得这两个目标谐振器彼此大致垂直时，装置430可接收无线电力，以被充电。
供应器可以是可给源单元410和420供电的任何类型的电源。例如，供应器可通过有线连接和/或通过无线连接给源单元410和420供电。
图5示出了用于无线地传输电力的源谐振器的示例。
在图3中示出的源单元310的源谐振器可以是例如负μ(MNG)谐振器。在图5中示出的源谐振器可沿着所有方向无线地传输电力，并可包括传输线单元510和电容器520。
传输线单元510可包括平行地设置的多个传输线板。电容器520可插入到传输线单元510的预定位置。在源谐振器中产生的电场可限制在电容器520中。
电容器520可具有各种形状，例如，集总元件、分布式元件等的形状。例如，在中间位置插入了具有高介电常数的基板的交叉指行电容器或放电电容器可插入到电容器520中。当电容器520插入到传输线单元510中时，源谐振器可具有超材料(metamaterial)的性质。
所述超材料指的是具有在自然界中不存在的预定电性质的材料，因此，所述超材料可具有人工设计的结构。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。大多数材料具有正磁导率或正介电常数。在大多数材料的情况下，右手定则可应用于电场、磁场以及指向矢量(poin ting vector)，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符号，被分成例如负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。
当适当地确定了作为集总元件被插入的电容器520的电容时，源谐振器500可具有超材料的特性。由于源谐振器500可通过适当地调节电容器520的电容而具有负磁导率，所以源谐振器500还可被称为MNG谐振器500。通过适当地设计电容器520，可改变MNG谐振器500的谐振频率，而无需改变MNG谐振器500的物理尺寸。MNG谐振器500可使用作为集总元件的电容器520而具有相对高的Q因子，因此，能提高无线电力传输的效率。
图6示出了插入到装置中的目标谐振器的示例。
在图6中示出的装置可对应于例如参照图2或图3描述的装置220至240以及装置320至360。多个目标谐振器610和620插入的位置不限于在图6中示出的示例，应该认识到，目标谐振器可插入到期望的任何位置。例如，当装置是用于观看图像的3D眼镜时，多个目标谐振器610和620可插入到各种位置，例如，眼镜的镜腿、眼镜的鼻梁架或镜框等。例如，3D眼镜可包括设置在眼镜的镜腿中的第一目标谐振器以及设置在眼镜的鼻梁架或镜框中的第二目标谐振器。作为另一示例，多个目标谐振器610和620可以可拆卸地插入到3D眼镜或蓝牙耳机中。
在图6中示出的多个目标谐振器610和620与装置的尺寸比率不固定，且可改变。多个目标谐振器610和620的尺寸可小于或大于在图6中示出的多个目标谐振器610和620的尺寸。
例如，当多个目标谐振器610和620设置在右侧镜框的镜腿中时，电池和充电电路可被构造成设置在另一个左侧镜框中。
多个目标谐振器610和620中的至少一个可以是例如3D谐振器，在3D谐振器中，多个薄膜谐振器平行地设置。多个目标谐振器610和620中的至少一个可呈参照图4描述的MNG谐振器的形状。当多个目标谐振器610和620被设置为使得多个目标谐振器610和620大致平行或被构造成呈MNG谐振器的形状时，可提高无线电力的接收效率和接收长度。
例如，参照图2和图3描述的目标谐振器或再充电电路可被膜包裹，以受到保护并屏蔽外部激励或水。
由于用于传输无线电力的源谐振器可具有全方向，以沿着所有方向传输无线电力，所以可给装置充电，而不管传输无线电力所沿的方向、传输无线电力的位置、用于接收无线电力的目标谐振器的角度如何。因此，由于可给装置充电，而不管目标谐振器放置的位置如何，所以可提高再充电效率。
由于可通过单个源谐振器同时给多个装置充电，所以可缩短用户等待的再充电时间。
通过将多个目标谐振器插入到单个装置中，并通过使用匹配的目标谐振器给装置再充电，可提高再充电速率。
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)以及独特的介电常数(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，具有在自然界中不存在的磁导率或介电常数且为人工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容易地设置在谐振状态。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。
图7示出了谐振器的二维(2D)示例。
参照图7，谐振器700包括传输线、电容器720、匹配器730以及导体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以及接地传导部分713。
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。例如，传输线可包括位于传输线的上部的至少一个导体，传输线还可包括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。在本示例中，设置在传输线的上部的导体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被称为接地传导部分713。
在本示例中，传输线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，并包括位于传输线的下部的接地传导部分713。例如，第一信号传导部分711和第二信号传导部分712可被设置为使得第一信号传导部分711和第二信号传导部分712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以及导体741和742可彼此连接，使得谐振器700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。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。电容器720可具有各种形状，例如，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字形导线以及在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插入到传输线中时，谐振器700可具有超材料的性质。所述超材料指的是具有在自然界中不存在的预定电性质的材料，因此，所述超材料可具有人工设计的结构。在自然界中存在的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，右手定则可应用于电场、磁场以及指向矢量，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符号，被分成例如负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700可具有超材料的特性。由于谐振器700可通过调节电容器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。可基于一个或多个标准确定电容器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，所以谐振频率可独立于MNG谐振器700的物理尺寸。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，电场可集中在插入到传输线中的电容器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。在本示例中，Q因子表示无线电力传输中电抗相对于电阻的比率或者欧姆损耗水平。应该理解的是，可根据Q因子的增大而提高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。例如，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。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。因此，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。在本示例中，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大或减小匹配器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。控制器可基于稍后进一步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。可根据二极管是处于导通状态还是处于截止状态而调节谐振器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。磁芯可增加电力传输距离。
图8示出了谐振器的三维(3D)示例。
参照图8，谐振器800包括传输线和电容器820。在本示例中，传输线包括第一信号传导部分811、第二信号传导部分812以及接地传导部分813。电容器820可串联地插入在传输线的第一信号传导部分811与第二信号传导部分812之间，电场可被限制在电容器820内。
在本示例中，传输线包括位于谐振器800的上部的第一信号传导部分811和第二信号传导部分812，并包括位于谐振器800的下部的接地传导部分813。例如，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。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的视图不同的是，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以及导体841和842可彼此连接，使得谐振器800具有电闭环结构，如参照图7所描述的。
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。例如，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。电容器820可具有各种形状和尺寸，例如，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字形导线以及在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插入到传输线中时，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。可基于一个或多个标准确定电容器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，所以谐振频率可独立于MNG谐振器800的物理尺寸。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，电场可集中在插入到传输线中的电容器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。例如，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。因此，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。在本示例中，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大或减小匹配器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831之间的距离h。例如，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。例如，控制器可利用各种因素产生控制信号。稍后进一步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。可根据二极管是处于导通状态还是处于截止状态而调节谐振器800的阻抗。
虽然未在图8中示出，但是磁芯可穿过被构造成MNG谐振器的谐振器800。磁芯可增加电力传输距离。
图9示出了用于无线电力传输的重型(bulky-type)谐振器的示例。
参照图9，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分开地制造并彼此连接时，可由于接缝950而产生传导损耗。第二信号传导部分912和导体941可以不使用单独的接缝而彼此连接，使得第二信号传导部分912和导体941彼此无缝地连接。因此，能减少由于接缝950导致的传导损耗。因此，第二信号传导部分912和接地传导部分931可被无缝地一体制造。类似地，第一信号传导部分911和接地传导部分931可被无缝地一体制造。
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重型。
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，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以及导体1041和1042中的每个可在内部包括空的空间。
在给定的谐振频率，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)，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，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以及导体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，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101 3以及导体1041和1042中的每个的相应趋肤厚度，适当地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以及导体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以及导体1041和1042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
Figure BDA00002349774200161
确定。在本示例中，f对应于频率，μ对应于磁导率，σ对应于导体常数。
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以及导体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示出了使用平行片的用于无线电力传输的谐振器的示例。
参照图11，平行片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。
例如，第一信号传导部分1111和第二信号传导部分1112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。
通过将平行片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。例如，参照由圆圈指示的部分1170，当应用平行片时，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。例如，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，当平行片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。结果，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)。已经提出各种方案来减小包含在集总元件的电容器中的ESR。例如，通过将电容器1220用作分布式元件，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可被构造成导线和具有Z字形结构的导体。
如图12所示，通过将电容器1220用作分布式元件，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，能减少由于ESR而产生的损耗。
图13包括用于图7的谐振器700的匹配器730的示例，图14包括用于图8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谐振器示例的一部分，图14示出了包括匹配器830的3D谐振器示例的一部分。
参照图13，匹配器730包括导体731、导体732以及导体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确定谐振器的阻抗。例如，可由控制器控制导体731与接地传导部分713之间的距离h。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包括导体831、导体832以及导体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。例如，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谐振器示例中的匹配器730类似，在包括在3D谐振器示例中的匹配器830中，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的用于无线电力传输的谐振器700的等效电路的示例。
用于无线电力传输的谐振器700可被模拟成图15的等效电路。在图15的等效电路中，CL对应于以集总元件的形式插入到图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对应于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彼此独立。因此，由于物理尺寸彼此独立，所以可充分减小谐振器700的物理尺寸。
在此描述了一种无线充电组件，该无线充电组件包括将电力无线地供应到一个或多个装置的源单元。源单元包括外表面，一个或多个源谐振器可灵活地设置在该外表面上。所述一个或多个谐振器被构造成将电力无线地传输到至少一个装置。
例如，源单元可具有圆柱形形状，所述一个或多个源谐振器可灵活地包裹圆柱形形状的外表面。作为另一示例，源单元可包括平台，圆柱形形状的杆件可从平台突出，平台和圆柱形形状的杆件中的每个可包括一个或多个源谐振器，以将电力无线地传输到所述至少一个装置。
上述处理、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。该介质还可包括单独的数据文件、数据结构等，或者包括与程序指令相结合的数据文件、数据结构等。该介质和程序指令可以是专门设计和构造的介质和程序指令，或者该介质和程序指令可以是对于计算机软件领域的技术人员来说公知且可获得的类型的介质和程序指令。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CD ROM盘和DVD；磁光介质，例如光盘；硬件装置，被专门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解释器执行的高级代码的文件。描述的硬件装置可被构造成用作一个或多个软件模块，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。
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 (18)

1.一种无线充电组件，包括：
柔性的源单元，包括被构造成无线地传输电力的至少一个源谐振器；
装置，包括至少一个目标谐振器，所述至少一个目标谐振器与传输的无线电力匹配，所述至少一个目标谐振器被构造成从源单元接收无线电力，所述至少一个目标谐振器通过使用由所述至少一个目标谐振器接收的无线电力对电源充电。
2.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，源单元设置在呈柱形的杆件上，所述装置布置在所述杆件附近。
3.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，源单元设置在所述装置的充电平台上。
4.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，源单元设置在呈柱形的杆件以及所述装置的充电平台上。
5.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，当给多个装置充电时，通过源单元同时给所述多个装置充电。
6.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，所述装置包括多个目标谐振器，所述多个目标谐振器彼此垂直地设置。
7.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，所述装置包括多个目标谐振器，所述多个目标谐振器同时接收无线电力。
8.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，所述至少一个源谐振器是薄膜谐振器。
9.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中，所述至少一个目标谐振器被用于防水和屏蔽的膜包裹。
10.根据权利要求1所述的无线充电组件，其中：
所述装置是三维(3D)眼镜；
3D眼镜包括设置在眼镜的镜腿中的第一目标谐振器以及设置在眼镜的鼻梁架或镜框中的第二目标谐振器。
11.一种源单元，用于将电力无线地传输到至少一个装置，所述源单元包括：
外表面；
柔性的一个或多个源谐振器，设置在所述外表面上，被构造成将电力无线地传输到所述至少一个装置。
12.根据权利要求11所述的源单元，其中，所述外表面具有圆柱形形状，所述一个或多个源谐振器灵活地包裹圆柱形形状的外表面。
13.根据权利要求11所述的源单元，其中，所述外表面包括平台以及从平台突出的圆柱形形状的杆件，平台和圆柱形形状的杆件中的每个包括一个或多个源谐振器，以将电力无线地传输到所述至少一个装置。
14.根据权利要求11所述的源单元，其中，所述一个或多个源谐振器包括多个源谐振器，所述多个源谐振器彼此平行地设置在所述外表面上。
15.根据权利要求11所述的源单元，其中，所述一个或多个源谐振器被构造成以全方向的方式无线地传输电力。
16.根据权利要求11所述的源单元，其中，所述一个或多个源谐振器被构造成将电力同时无线地传输到多个装置。
17.一种装置，用于从源单元无线地接收电力，源单元包括附着到源单元的外表面的一个或多个柔性源谐振器，所述装置包括：
目标谐振器，被构造成从源单元的所述一个或多个柔性源谐振器无线地接收电力；
目标单元，被构造成传输接收的电力，以驱动所述装置的操作。
18.根据权利要求17所述的装置，所述装置还包括：匹配控制器，被构造成设置目标谐振器的阻抗匹配频率，以执行所述一个或多个柔性源谐振器与目标谐振器的阻抗匹配。
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