CN103069686A - 自适应谐振电力发送器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于自适应地调节将被无线发送的电力的量的设备和方法。在一个实施例中，自适应谐振电力发送器可包括：源谐振器，被配置成将谐振功率发送到谐振电力接收器；功率放大器，被配置成将源功率放大到谐振电力接收器所使用的功率级，功率放大器包括匹配网络，匹配网络被配置成使功率放大器的阻抗与预定阻抗匹配；自适应匹配器，被配置成基于功率级使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配。

Description

自适应谐振电力发送器
技术领域
下面的描述涉及无线电力传输。
背景技术
对于包括便携式装置的各种电子装置，已经进行对于无线电力传输的研究，从而尝试克服有线电源的不便利性和传统电池的容量的限制。
一种传统的无线电力传输技术使用射频(RF)装置的谐振特性。例如，利用谐振特性的无线电力传输系统可包括用于供电的源以及用于接收供应的电力的目标。源可包括功率放大器。功率放大器可将源功率尽可能地放大至目标所需要的功率。当目标所需要的功率级改变时，功率放大器可基于改变的功率级放大功率。
发明内容
技术方案
根据一方面，一种自适应谐振电力发送器可包括：源谐振器，被配置成将谐振功率发送到谐振电力接收器；功率放大器，被配置成将源功率放大到谐振电力接收器所使用的功率级，功率放大器包括匹配网络，所述匹配网络被配置成使功率放大器的阻抗与预定阻抗匹配；自适应匹配器，被配置成基于功率级使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配。
自适应匹配器可包括偏移线，所述偏移线在预设范围内具有线性阻抗值。
自适应匹配器可包括匹配电路，所述匹配电路具有至少一个电感器和至少一个电容器，以使匹配电路在预设范围内具有线性阻抗值。
自适应匹配器可包括相位确定单元，所述相位确定单元被配置成确定用于使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配的相位。
所述自适应谐振电力发送器还可包括：检测器，被配置成检测来自谐振电力接收器的信号，所述信号包括关于功率级的信息。
检测器可被配置成检测以下参数中的至少一个或者这些参数的任意组合：谐振电力接收器的目标谐振器和源谐振器之间的距离、从源谐振器发送到目标谐振器的波的反射系数、源谐振器和目标谐振器之间的电力传输增益、源谐振器和目标谐振器之间的耦合效率。
所述自适应谐振电力发送器还可包括：交流(AC)至直流(DC)(AC/DC)转换器，被配置成将AC能量转换成DC能量；频率发生器，被配置成基于DC能量生成具有谐振频率的电流。
源谐振器可包括：传输线，包括第一信号传导部分、第二信号传导部分及接地传导部分，接地传导部分对应于第一信号传导部分和第二信号传导部分；第一导体，被配置成将第一信号传导部分电连接到接地传导部分；第二导体，被配置成将第二信号传导部分电连接到接地传导部分；至少一个电容器，相对于流过第一信号传导部分和第二信号传导部分的电流，串联地插入在第一信号传导部分和第二信号传导部分之间。
源谐振器还可包括：匹配器，被配置成确定源谐振器的阻抗，其中，所述匹配器布置在由传输线、第一导体及第二导体形成的环路内。
源谐振器可通过磁耦合将谐振功率发送到谐振电力接收器。
根据一方面，一种自适应谐振电力传输方法可包括：将谐振功率发送到谐振电力接收器；通过功率放大器将源功率放大到谐振电力接收器所使用的功率级；通过匹配网络使功率放大器的阻抗与预定阻抗匹配；基于功率级使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配。
所述自适应地匹配的步骤可包括：在预设范围内设置线性阻抗值。
所述自适应地匹配的步骤可包括：确定用于使匹配网络的阻抗与发送谐振功率的源谐振器的阻抗自适应地匹配的相位。
所述自适应谐振电力传输方法还可包括：检测来自谐振电力接收器的信号，所述信号包括关于功率级的信息。
所述检测步骤可包括：检测以下参数中的至少一个或者这些参数的任意组合：谐振电力接收器的目标谐振器和源谐振器之间的距离、从源谐振器发送到目标谐振器的波的反射系数、源谐振器和目标谐振器之间的电力传输增益、源谐振器和目标谐振器之间的耦合效率。
其他特征和方面将从下面的详细描述、附图和权利要求中清楚。
附图说明
图1是示出无线电力传输系统的视图。
图2是示出在传统技术中谐振电力发送器中的功率放大器的操作负载的视图。
图3是示出在传统技术中当匹配电路用于图2的谐振电力发送器时史密斯圆图的示例的视图。
图4是示出自适应谐振电力发送器的框图。
图5是示出偏移线的等效电路的视图。
图6是示出当使用匹配电路时史密斯圆图的示例的视图。
图7是示出偏移线的特性和等效电路的特性的视图。
图8a和图8b是示出在自适应谐振电力发送器中功率放大器的输出电平和效率的视图。
图9是谐振器结构的二维(2D)图示。
图10是谐振器结构的三维(3D)图示。
图11示出了用于无线电力传输的被配置成大型的谐振器。
图12示出了用于无线电力传输的被配置成中空型的谐振器。
图13示出了用于无线电力传输的使用平行薄片构造的谐振器。
图14示出了用于无线电力传输的包括分布式电容器的谐振器。
图15a示出了用于图9的谐振器的匹配器，图15b示出了用于图10的谐振器的匹配器的示例。
图16是示出图9的用于无线电力传输的谐振器的一个等效电路的视图。
在所有的附图和详细描述中，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、特征和结构。为了清楚、说明和方便，可夸大这些元件的相对尺寸和描绘。
具体实施方式
提供以下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在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物。所描述的处理操作的进行是示例；然而，除了必需按特定顺序发生的操作之外，操作的次序不限于在此阐述的顺序，并且可进行如本领域已知的改变。此外，为了增加清楚性和简明性，可省略对公知功能和构造的描述。
图1示出了无线电力传输系统。
根据一个或多个实施例，使用无线电力传输系统传输的无线电力可以是谐振功率。如所示出的，无线电力传输系统可具有源-目标结构，所述源-目标结构包括源和目标。例如，无线电力传输系统可包括与源对应的谐振电力发送器110和与目标对应的谐振电力接收器120。
例如，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可从外部电压供应器接收能量，以产生谐振功率。谐振电力发送器110还可包括匹配控制器113以执行功能，例如，诸如谐振频率或阻抗匹配。
源单元111可包括交流(AC)至AC(AC/AC)转换器、AC至直流(DC)(AC/DC)转换器和/或DC至AC(DC/AC)逆变器。AC/AC转换器可被配置成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信号进行整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可被配置成通过快速地转换从AC/DC转换器输出的DC电压来产生AC信号(例如，处于几兆赫兹(MHz)到几十MHz的频带)。当然，在一些示例中，还可使用其他AC电压频率。
匹配控制器113可被配置成设置源谐振器115的谐振带宽和/或源谐振器115的阻抗匹配频率。在一些实施例中，匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元和/或源匹配频率设置单元。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的谐振带宽的设置或源谐振器115的阻抗匹配频率的设置来确定源谐振器115的Q因子。
源谐振器115可被配置成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的磁耦合101将谐振功率传输到谐振电力接收器120。因此，源谐振器115可被配置成在设置的谐振带宽内谐振。
如所示出的，谐振电力接收器120可包括(例如)目标谐振器121、用于执行谐振频率和/或阻抗匹配的匹配控制器123以及用于将接收的谐振功率传输到装置或负载的目标单元125。
目标谐振器121可被配置成从源谐振器115接收电磁能量。目标谐振器121可被配置成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的谐振带宽和/或目标谐振器121的阻抗匹配频率。在一些实施例中，匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元和/或目标匹配频率设置单元。目标谐振带宽设置单元可被配置成设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可被配置成设置目标谐振器121的阻抗匹配频率。例如，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来确定目标谐振器121的Q因子。
目标单元125可被配置成将接收的谐振功率传输到负载。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发送到目标谐振器121的AC信号进行整流来产生DC信号。DC/DC转换器可通过调节DC信号的信号电平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可被配置成螺旋线圈结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构的谐振器等。
参照图1，控制Q因子的步骤可包括：设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽；通过源谐振器115和目标谐振器121之间的磁耦合101将电磁能量从源谐振器115传输到目标谐振器121。在一些示例中，源谐振器115的谐振带宽可被设置成比目标谐振器121的谐振带宽宽或比目标谐振器121的谐振带宽窄。例如，可通过将源谐振器115的谐振带宽设置成比目标谐振器121的谐振带宽宽或比目标谐振器121的谐振带宽窄，来保持源谐振器115的BW因子和目标谐振器121的BW因子之间的不平衡关系。
对于采用谐振方案的无线电力传输，谐振带宽可能是重要因素。当Q因子(例如，考虑源谐振器115和目标谐振器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)由Qt表示时，Qt可具有与谐振带宽成反比的关系，如等式1给出的。
[等式1]
Δf f 0 = 1 Qt
= Γ S , D + 1 BW S + 1 B W D
在等式1中，f0表示中心频率，Δf表示带宽的改变，ΓS，D表示源谐振器115和目标谐振器121之间的反射损失，BWS表示源谐振器115的谐振带宽，BWD表示目标谐振器121的谐振带宽。在等式1中，BW因子可指示1/BWS或1/BWD。
由于外部影响(例如，源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、源谐振器115和/或目标谐振器121的位置的改变等)，导致在源谐振器115和目标谐振器121之间可能产生阻抗不匹配。阻抗不匹配可直接导致电力传输效率降低。当检测到与发送信号对应的反射波部分地反射且返回时，匹配控制器113可被配置成确定已经产生阻抗不匹配，并可执行阻抗匹配。例如，匹配控制器113可通过利用对反射波的波形分析检测谐振点，来改变谐振频率。匹配控制器113可将反射波的波形中具有最小幅值的频率确定为谐振频率。
图2示出了在传统的谐振电力发送器中的功率放大器的操作负载。
源谐振器可通过与第一目标谐振器和第二目标谐振器的磁耦合来发送谐振功率。这里，功率放大器可包括匹配网络。匹配网络可被设计成使得功率放大器可操作，适合于参考负载(例如，50欧姆(Ω))的特性。
更具体地说，当在源谐振器前方的负载特性对应于50Ω时，匹配网络可被设计成使得功率放大器可受控制而优化，以最高效地操作。当在源谐振器前方的负载特性对应于除了50Ω之外的值时，负载可通过单独的控制器调节到50Ω，使得功率放大器可高效地操作。在一些示例中，可设置单独的控制器，从而当源谐振器的负载特性改变时，功率放大器可高效地操作。
例如，当响应于第一无线电力接收单元的控制信号，源谐振器将谐振功率发送到仅第一目标谐振器时，第一无线电力接收单元所需要的功率可从250瓦(W)改变成125W。在本示例中，源谐振器的负载特性可从50Ω改变成100Ω。当源谐振器的负载特性改变时，功率放大器的操作负载可能需要从125Ω改变成250Ω，以使功率放大器可放大125W的谐振功率。然而，当不存在单独的控制器时，功率放大器的操作负载可能不会基于源谐振器的负载特性的改变而从125Ω改变成250Ω。当增加单独的控制器时，可另外导致功率损失，由此可降低无线电力传输系统的效率。
图3示出了当匹配电路用于图2的谐振电力发送器时史密斯圆图的示例。
在图3中示出的史密斯圆图示出了当在匹配网络和源谐振器之间使用匹配电路时，功率放大器的操作负载的特性是否基于源谐振器的负载特性的改变而改变。史密斯圆图可以是用于示出在射频(RF)系统中是否执行阻抗匹配的方法。
参照图3，由于匹配网络被设计成使得当源谐振器的负载对应于50Ω时功率放大器操作，所以功率放大器的操作负载可稳定地改变成125Ω。换句话说，由于50Ω被设置成源谐振器的参考负载，所以史密斯圆图的中心点310可指示50Ω。从中心点310到与功率放大器的操作负载对应的点320可稳定地匹配阻抗。相反，当源谐振器的负载改变成100Ω时，从史密斯圆图的开始点330到与功率放大器的另一操作负载对应的点340可能不会匹配阻抗。这样，可能需要用于阻抗匹配的单独的控制器。
图4示出了自适应谐振电力发送器。
根据一个或多个实施例，当源谐振器的负载特性改变时，自适应谐振电力发送器能够在不存在单独的控制器的情况下使功率放大器的操作负载匹配。如在此使用的，术语“负载特性”可包括阻抗特性。
如所示出的，自适应谐振电力发送器可包括AC/DC转换器410、频率发生器420、功率放大器430、自适应匹配器440、源谐振器450、检测器460及控制器470。
AC/DC转换器410可被配置成将AC能量转换成DC能量或DC电流。例如，可从电源供应AC能量。
频率发生器420可被配置成基于DC能量或DC电流生成期望频率(例如，谐振频率)，并可生成具有期望频率的电流。具有期望频率的电流可通过功率放大器430放大。
功率放大器430可包括匹配网络431，匹配网络431被配置成使功率放大器430的阻抗与预定阻抗匹配。匹配网络431能够使功率放大器430与源谐振器450的参考负载(例如，50Ω)匹配。在一些实施例中，匹配网络431可包括设置在功率放大器430中的对应设备。另外，功率放大器430可被配置成响应于谐振电力接收器所需要的功率的改变而放大源功率。功率放大器430可基于功率放大器430的操作负载(通过自适应匹配器440改变)放大源功率，以达到谐振电力接收器所需要的功率级。
自适应匹配器440可被配置成基于谐振电力接收器所需要的功率级，使匹配网络431的阻抗与源谐振器450的阻抗自适应地匹配。例如，自适应匹配器440可布置在匹配网络431和源谐振器450之间。当基于谐振电力接收器所需要的功率级的改变而改变源谐振器450的阻抗时，自适应匹配器440可在匹配网络431和源谐振器450之间自适应地执行阻抗匹配。例如，功率放大器430可被设计成适合于参考负载，自适应匹配器440可改变功率放大器430的操作负载，以与源谐振器450的阻抗的改变相匹配。
在一些实施例中，自适应匹配器440可具有线性特性。因此，当源谐振器450的阻抗改变时，自适应匹配器440能够在预设范围内线性地使功率放大器430的操作负载与源谐振器450的阻抗匹配。例如，自适应匹配器440可以是具有在50Ω和100Ω之间的线性值的偏移线。例如，偏移线可在预设范围内具有线性阻抗值。可基于源谐振器450的阻抗可改变的范围来确定偏移线。另外，偏移线可具有与源谐振器450的阻抗相同的特性。
自适应匹配器440可包括含至少一个电感器和至少一个电容器的匹配电路，以使匹配电路在预设范围内具有线性阻抗值。由于偏移线可具有线性预定阻抗值，所以偏移线可包括对应于预定阻抗的等效电路。例如，具有预定阻抗的等效电路可通过电感器和电容器来实现。
自适应匹配器440可包括相位确定单元，以确定用于使匹配网络431的阻抗与源谐振器450的阻抗自适应地匹配的相位。当偏移线用作自适应匹配器440时，可基于偏移线的相位特性来确定是否执行匹配。相位确定单元可确定偏移线的相位，以使匹配网络431的阻抗可与源谐振器450的阻抗匹配。当谐振频率低时以及当相位高时，可能要加长用于自适应匹配的偏移线的物理长度。当偏移线的长度增加时，可能难以在实际中使用偏移线。因此，偏移线可包括LC等效电路，在谐振频率，该LC等效电路具有与偏移线相同的特性。例如，LC等效电路可包括电感器和电容器。
源谐振器450可被配置成(例如)通过磁耦合将谐振功率发送到谐振电力接收器。在一些实施例中，源谐振器450可包括如在图9至图16中所示那样配置的一个或多个谐振器。例如，谐振功率可由源谐振器450通过传播的波无线地发送。可基于谐振电力接收器所需要的功率级来改变源谐振器450的负载特性。
检测器460可被配置成检测信号，所述信号包括关于谐振电力接收器所需要的功率级的信息。例如，关于所需要的功率级的信息可包括(例如)谐振电力接收器的目标谐振器和源谐振器450之间的距离、从源谐振器450发送到目标谐振器的波的反射系数、源谐振器450和目标谐振器之间的电力传输增益、源谐振器450和目标谐振器之间的耦合效率等。检测器460可检测信息，所述信息用于基于所需要的功率级的改变来改变源谐振器450的阻抗。
控制器470可被配置成生成控制信号，以基于所述距离、反射系数、电力传输增益、耦合效率、目标的数量的改变、目标的功耗的改变等，来调节源谐振器450的阻抗或者调节由频率发生器420生成的频率。
图5示出了偏移线的等效电路。
如所示出的，图4的自适应匹配器440可对应于偏移线510。偏移线510可布置在图4的匹配网络431和源谐振器450之间。偏移线510可具有负载，所述负载具有与源谐振器450的参考负载(例如，50Ω)相同的特性。因此，当源谐振器450的负载改变时，可获得期望的匹配效果。换句话说，偏移线510可使图4的匹配网络431的阻抗与源谐振器450的阻抗匹配，图4的功率放大器430可放大谐振功率，以达到谐振电力接收器所需要的功率级。
另外，当使用低谐振频率和高相位时，可能要加长偏移线510的物理长度，这是因为偏移线510对相位特性敏感。因此，在一些实施例中，偏移线510可包括LC等效电路520，LC等效电路520具有与偏移线510的阻抗特性相同的阻抗特性。LC等效电路520可包括电感器L、电容器C1和C2。
图6示出了当使用匹配电路时史密斯圆图的示例。
在图6中示出的史密斯圆图示出了当在匹配网络和源谐振器之间使用匹配电路时，功率放大器的操作负载的特性是否基于源谐振器的负载特性的改变而改变。
参照图6，偏移线可具有与源谐振器的参考负载(例如，50Ω)相同的负载。例如，当源谐振器的负载对应于50Ω时，从史密斯圆图的中心点610到与功率放大器的操作负载对应的点620可稳定地匹配阻抗，如图6所示。当源谐振器的负载改变成100Ω时，可基于史密斯圆图的中心点640从史密斯圆图的开始点630用具有50Ω负载的偏移线来画圆。例如，可确定基于偏移线的相位特性的运动轨迹。当偏移线的相位被确定为使阻抗与250Ω匹配时，从源谐振器的负载到与功率放大器的另一操作负载对应的点650可匹配阻抗。
图7示出了偏移线的特性和LC等效电路的特性。在图7中示出的曲线图示出了偏移线的幅度和相位以及LC等效电路的幅度和相位。在谐振频率，可使用具有与偏移线相同特性的LC等效电路。偏移线710的幅度和LC等效电路720的幅度可保持不变，而不管频率如何改变。基于频率的改变，偏移线730的相位可具有与LC等效电路740的相位线性类似的值。因此，当谐振频率低时以及当偏移线具有高相位时，LC等效电路可用于使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗匹配。
图8a和图8b示出了在自适应谐振电力发送器中功率放大器的输出电平和效率的示例。图8a示出了当源谐振器的负载改变时功率放大器的输出功率级。图8b示出了功率放大器的基于功率放大器的输出功率级的改变的效率。
参照图8a，当在匹配网络和源谐振器之间未布置自适应匹配器时，即使源谐振器的负载改变，功率放大器的输出功率级也可保持不变，如线810所指示的。换句话说，功率放大器可能不会放大谐振功率以达到谐振电力接收器所需要的功率级。另外，当在匹配网络和源谐振器之间布置自适应匹配器时，功率放大器的输出功率级可基于源谐振器的负载的改变而线性地改变，如线820所指示的。换句话说，功率放大器可放大谐振功率，以达到谐振电力接收器所需要的功率级。
参照图8b，当在匹配网络和源谐振器之间未布置自适应匹配器时，功率放大器仅在源谐振器的预定参考负载处高效地操作，因此，效率会基于输出功率的改变而降低，如线840所指示的。另外，当在匹配网络和源谐振器之间布置自适应匹配器时，源谐振器的负载可通过自适应匹配器440来改变，可在匹配网络和源谐振器之间执行阻抗匹配，因此，即使输出功率改变，效率也几乎不会降低，如线830所指示的。
在一个或多个实施例中，源谐振器和/或目标谐振器可被配置成(例如)螺旋线圈结构的谐振器、涡旋线圈结构的谐振器、元结构的谐振器等。
在自然界中发现的许多材料的电磁特性在于它们具有独特的磁导率或独特的介电常数。大多数材料通常具有正磁导率或正介电常数。因此，对于这些材料，右手定则可应用于电场、磁场及指向矢量，因此，相应的材料可被称为右手材料(RHM)。
另一方面，具有不是在自然界中通常发现的磁导率或介电常数的材料或人工设计(或人造)的材料在此可被称为“超常材料”。基于相应介电常数或磁导率的符号，超常材料可被分类成负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。
在此公开的实施例的材料中的一种或多种材料可以是超常材料。磁导率可指示在相应材料中针对预定磁场产生的磁通密度与在真空状态下针对所述预定磁场产生的磁通密度之间的比率。在一些实施例中，磁导率和介电常数可用于确定相应材料在预定频率或预定波长的传播常数。可基于磁导率和介电常数确定相应材料的电磁特性。根据一方面，超常材料可容易地置于谐振状态，而没有明显的材料尺寸改变。对于相对大的波长区域或相对低的频率区域，这可以是实用的。
图9是谐振器900的示例的二维(2D)图示。
如所示出的，谐振器900可包括传输线、电容器920、匹配器930以及导体941和942。例如，传输线可包括第一信号传导部分911、第二信号传导部分912及接地传导部分913。
电容器920可插入或另外串联地布置在第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间，从而电场可被限制在电容器920内。在各种实施方式中，传输线可包括在传输线的上部的至少一个导体，并且还可包括在传输线的下部的至少一个导体。电流可流经布置在传输线的上部的所述至少一个导体，并且布置在传输线的下部的所述至少一个导体可电接地。如图9所示，谐振器900可被配置成具有通常的2D结构。传输线可包括在传输线的上部的第一信号传导部分911和第二信号传导部分912，并且可包括在传输线的下部的接地传导部分913。如所示出的，第一信号传导部分911和第二信号传导部分912可被布置为面对接地传导部分913，并且电流流经第一信号传导部分911和第二信号传导部分912。
在一些实施方式中，第一信号传导部分911的一端可电连接(即，短接)到导体942，并且第一信号传导部分911的另一端可连接到电容器920。第二信号传导部分912的一端可通过导体941接地，并且第二信号传导部分912的另一端可连接到电容器920。因此，第一信号传导部分911、第二信号传导部分912、接地传导部分913以及导体941和942可彼此连接，从而谐振器900可具有电“闭环结构”。如在此使用的术语“闭环结构”可包括电闭合的多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等。
电容器920可插入到传输线的中间部分。例如，电容器920可插入在第一信号传导部分911和第二信号传导部分912之间的空间中。在一些示例中，电容器920可被配置成集总元件、分布式元件等。在一个实施方式中，分布式电容器可被配置成分布式元件，并且可包括Z字形导体线以及在Z字形导体线之间具有相对高的介电常数的电介质材料。
当电容器920插入到传输线中时，谐振器900可具有如上讨论的超常材料的性质。例如，由于电容器920的电容而使谐振器900可具有负磁导率。如果是这样，则谐振器900可被称为负μ(MNG)谐振器。可应用各种准则来确定电容器920的电容。例如，能够使谐振器900具有超常材料的特性的各种准则可包括以下准则中的一个或多个：能够使谐振器900在目标频率具有负磁导率的准则；能够使谐振器900在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。
谐振器900(还被称为MNG谐振器900)还可具有零阶谐振特性(即，使得当传播常数是“0”时的频率作为谐振频率)。如果谐振器900具有零阶谐振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器900的物理尺寸。此外，通过适当地设计电容器920，MNG谐振器900可在基本上不改变MNG谐振器900的物理尺寸的情况下充分地改变谐振频率，其中，可能不需要改变MNG谐振器900的物理尺寸以改变谐振频率。
在近场中，例如，电场可集中于插入到传输线中的电容器920上。因此，由于电容器920，使得磁场可在近场中变为主导。在一个或多个实施例中，MNG谐振器900可使用集总元件的电容器920而具有相对高的Q因子。因此，可提高电力传输效率。例如，Q因子指示在无线电力传输中欧姆损耗水平或电抗相对于电阻的比率。无线电力传输的效率可根据Q因子的增加而增加。
MNG谐振器900可包括用于阻抗匹配的匹配器930。例如，作为示例，匹配器930可被配置成适当地确定并调节MNG谐振器900的磁场的强度。根据该构造，电流可经由连接器流入MNG谐振器900，或可经由连接器从MNG谐振器900流出。连接器可连接到接地传导部分913或匹配器930。在一些示例中，在不使用连接器与接地传导部分913或匹配器930之间的物理连接的情况下，电力可通过耦合来传输。
如图9所示，匹配器930可布置在由谐振器900的环路结构形成的环路内。匹配器930可通过改变匹配器930的物理形状来调节谐振器900的阻抗。例如，匹配器930可包括布置在与接地传导部分913分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体931。因此，可通过调节距离h改变谐振器900的阻抗。
在一些示例中，可提供控制器来控制匹配器930，控制器产生控制信号并将控制信号发送到匹配器930，使得匹配器改变其物理形状，从而可调节谐振器的阻抗。例如，匹配器930的导体931和接地传导部分913之间的距离h可基于控制信号增加或减小。控制器可基于各种因素产生控制信号。
如图9所示，匹配器930可被配置成无源元件(例如，诸如导体931)。当然，在其他实施例中，匹配器930可被配置成有源元件(诸如二极管、晶体管等)。如果有源元件包括在匹配器930中，则可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器900的阻抗。例如，当有源元件是包括在匹配器930中的二极管时，可根据所述二极管是处于导通状态还是处于断开状态来调节谐振器900的阻抗。
在一些示例中，还可提供用于穿过MNG谐振器900的磁芯。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图10是谐振器1000的三维(3D)图示。
参照图10，谐振器1000可包括传输线和电容器1020。传输线可包括第一信号传导部分1011、第二信号传导部分1012及接地传导部分1013。例如，电容器1020可串联地插入在传输链路的第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012之间，从而电场可被限制在电容器1020内。
如图10所示，谐振器1000可具有通常的3D结构。传输线可包括在谐振器1000的上部的第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012，并且可包括在谐振器1000的下部的接地传导部分1013。第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012可被布置为面对接地传导部分1013。在该布置方式中，电流可沿x方向流过第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012。由于该电流，使得可沿-y方向形成磁场H(W)。然而，将认识到的是，在其他实施方式中，还可沿相反方向(例如，+y方向)形成磁场H(W)。
在一个或多个实施例中，第一信号传导部分1011的一端可电连接(即，短接)到导体1042，并且第一信号传导部分1011的另一端可连接到电容器1020。第二信号传导部分1012的一端可通过导体1041接地，并且第二信号传导部分1012的另一端可连接到电容器1020。因此，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可彼此连接，由此使谐振器1000可具有电闭环结构。如图10所示，电容器1020可插入或另外布置在第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012之间。例如，电容器1020可插入在第一信号传导部分1011和第二信号传导部分1012之间的空间中。电容器1020可包括(例如)集总元件、分布式元件等。例如，具有分布式元件的形状的分布式电容器可包括Z字形导体线以及布置在Z字形导体线之间的具有相对高的介电常数的电介质材料。
当电容器1020插入到传输线中时，在一些示例中，谐振器1000可具有如上讨论的超常材料的性质。
例如，当插入的电容器为集总元件时，谐振器1000可具有超常材料的特性。当谐振器1000通过适当地调节电容器1020的电容而具有负磁导率时，谐振器1000还可被称为MNG谐振器。可应用各种准则来确定电容器1020的电容。例如，所述各种准则可包括以下准则中的一个或多个：能够使谐振器1000具有超常材料的特性的准则；能够使谐振器1000在目标频率具有负磁导率的准则；能够使谐振器1000在目标频率具有零阶谐振特性的准则等。基于上述准则中的至少一个准则，可确定电容器1020的电容。
谐振器1000(还被称为MNG谐振器1000)可具有零阶谐振特性(即，使得当传播常数是“0”时的频率作为谐振频率)。如果谐振器1000具有零阶谐振特性，则谐振频率可独立于MNG谐振器1000的物理尺寸。因此，通过适当地设计电容器1020，MNG谐振器1000可在基本上不改变MNG谐振器1000的物理尺寸的情况下充分地改变谐振频率，其中，MNG谐振器1000的物理尺寸可以不改变。
参照图10的MNG谐振器1000，在近场中，电场可集中于插入到传输线中的电容器1020上。因此，由于电容器1020，使得磁场可在近场中变为主导。并且，由于具有零阶谐振特性的MNG谐振器1000可具有与磁偶极子类似的特性，因此磁场可在近场中变为主导。由于电容器1020的插入而形成的相对小量的电场可集中于电容器1020上，因此，磁场可进一步变为主导。
此外，MNG谐振器1000可包括用于阻抗匹配的匹配器1030。匹配器1030可被配置成适当地调节MNG谐振器1000的磁场的强度。可通过匹配器1030确定MNG谐振器1000的阻抗。在一个或多个实施例中，电流可经由连接器1040流入MNG谐振器1000，或可经由连接器1040从MNG谐振器1000流出。连接器1040可连接到接地传导部分1013或匹配器1030。
如图10所示，匹配器1030可布置在由谐振器1000的环路结构形成的环路内。匹配器1030可被配置成通过改变匹配器1030的物理形状来调节谐振器1000的阻抗。例如，匹配器1030可包括位于与接地传导部分1013分开距离h的位置的用于阻抗匹配的导体1031。可通过调节距离h改变谐振器1000的阻抗。
在一些实施方式中，可提供控制器来控制匹配器1030。在这种情况下，匹配器1030可基于由控制器产生的控制信号来改变匹配器1030的物理形状。例如，匹配器1030的导体1031和接地传导部分1013之间的距离h可基于控制信号增加或减小。因此，可改变匹配器1030的物理形状，从而可调节谐振器1000的阻抗。可使用各种方案来调节匹配器1030的导体1031和接地传导部分1013之间的距离h。例如，多个导体可包括在匹配器1030中，并且可通过自适应地激活所述多个导体中的一个来调节距离h。可选地或另外地，可通过上下地调节导体1031的物理位置来调节距离h。例如，可基于控制器的控制信号来控制距离h。控制器可使用各种因素产生控制信号。如图10所示，匹配器1030可被配置成无源元件(例如，诸如导体1031)。当然，在其他实施例中，匹配器1030可被配置成有源元件(例如，诸如二极管、晶体管等)。当有源元件被包括在匹配器1030中时，可基于由控制器产生的控制信号驱动有源元件，并且可基于所述控制信号调节谐振器1000的阻抗。例如，如果有源元件是包括在匹配器1030中的二极管，则可根据所述二极管是处于导通状态还是处于断开状态来调节谐振器1000的阻抗。
在一些实施方式中，还可提供用于穿过MNG谐振器1000的磁芯。磁芯可执行增加电力传输距离的功能。
图11示出了用于无线电力传输的被配置成大型的谐振器1100。
如在此使用的，术语“大型”可表示以集成形式连接至少两个部件的无缝连接。
参照图11，第一信号传导部分1111和导体1142可一体地形成，而不是被单独制造并被彼此连接。类似地，第二信号传导部分1112和导体1141也可一体地制造。
当第二信号传导部分1112和导体1141被单独制造然后被彼此连接时，由于接缝1150而导致可能产生传导损失。因此，在一些实施方式中，第二信号传导部分1112和导体1141可在不使用单独的接缝的情况下彼此连接(即，彼此无缝连接)。因此，可减少由于接缝1150而导致的传导损失。例如，第二信号传导部分1112和接地传导部分1113可被无缝且一体地制造。类似地，第一信号传导部分1111、导体1142及接地传导部分1113可被无缝且一体地制造。
可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的匹配器1130。图12示出了用于无线电力传输的被配置成中空型的谐振器1200。
参照图12，谐振器1200的第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242中的每一个被配置成中空型结构。如在此使用的术语“中空型”表示可包括内部空间为空的配置。
对于预定的谐振频率，有功电流可被建模成：仅流入第一信号传导部分1211的一部分(而非第一信号传导部分1211的全部)、第二信号传导部分1212的一部分(而非第二信号传导部分1212的全部)、接地传导部分1213的一部分(而非接地传导部分1213的全部)、以及导体1241和1242的一部分(而非导体1241和1242的全部)。当在预定的谐振频率，第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242中的每一个的深度明显比相应的趋肤深度更深时，这样的结构可能是无效的。然而，在一些示例中，明显更深的深度会增加谐振器1200的重量或制造成本。
因此，对于预定的谐振频率，可基于第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242中的每一个的相应趋肤深度来适当地确定第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242中的每一个的深度。在第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242中的每一个具有比相应趋肤深度更深的适当深度的示例中，谐振器1200可被制造得更轻，并且还可降低谐振器1200的制造成本。
例如，如图12所示，第二信号传导部分1212的深度(如由圆指示的放大视图区域1260中所进一步示出的)可被确定为“d”mm，并且d可根据来确定。这里，f表示频率，μ表示磁导率，σ表示导体常数。在一个实施方式中，当第一信号传导部分1211、第二信号传导部分1212、接地传导部分1213以及导体1241和1242由铜制成且它们可具有5.8×107西门子/米(S·m-1)的传导率时，针对10kHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.6mm，针对100MHz的谐振频率，趋肤深度可以是大约0.006mm。可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的电容器1220和匹配器1230。
图13示出了用于无线电力传输的使用平行薄片配置的谐振器1300。
参照图13，平行薄片配置可应用于包括在谐振器1300中的第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个。
第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个可能不是理想导体，并且因此可能具有固有电阻。由于该电阻，导致可能产生欧姆损耗。欧姆损耗可减小Q因子并且还可降低耦合效果。
通过将平行薄片配置应用于第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个，可减少欧姆损耗，并且可增加Q因子和耦合效果。参照由图13中的圆指示的放大视图部分1370，在应用平行薄片配置的示例中，第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个可包括多个导体线。所述多个导体线可被平行地布置，并且可在第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个的端部电连接(即，短接)。
当平行薄片配置应用于第一信号传导部分1311和第二信号传导部分1312中的每一个时，所述多个导体线可被平行地布置。因此，导体线上的电阻之和可减小。因此，电阻损失可减小，并且可增加Q因子和耦合效果。
可提供如这里在一个或多个实施例中所描述的类似构造的布置在接地传导部分1313上的电容器1320和匹配器1330。
图14示出了用于无线电力传输的包括分布式电容器的谐振器1400。
参照图14，包括在谐振器1400中的电容器1420被配置成用于无线电力传输。用作集总元件的电容器可具有相对高的等效串联电阻(ESR)。已提出各种方案来减小包含在集总元件的电容器中的ESR。根据示例性实施例，通过使用作为分布式元件的电容器1220，可减小ESR。如将认识到的，由于ESR而导致的损失可减小Q因子和耦合效果。
如图14所示，电容器1420可被配置成具有Z字形结构的导体线。
通过采用作为分布式元件的电容器1420，在一些示例中可减小由于ESR而导致的损失。另外，通过布置作为集总元件的多个电容器，可减小由于ESR而导致的损失。由于作为集总元件的所述多个电容器中的每一个的电阻通过并联连接而减小，因此作为集总元件的并联连接的电容器的有效电阻也可减小，由此可减小由于ESR而导致的损失。例如，在一些示例中，通过采用均为1pF的10个电容器而不使用10pF的单个电容器，可减小由于ESR而导致的损失。
图15a示出了用于在图9中示出的谐振器900的匹配器930，图15b示出了用于在图10中示出的谐振器1000的匹配器1030的示例。
图15a示出了包括匹配器930的图9的谐振器900的一部分，图15b示出了包括匹配器1030的图10的谐振器1000的一部分。
参照图15a，匹配器930可包括导体931、导体932及导体933。导体932和导体933可连接到接地传导部分913和导体931。可基于导体931和接地传导部分913之间的距离h来确定2D谐振器的阻抗。可通过控制器控制导体931和接地传导部分913之间的距离h。可使用各种方案来调节导体931和接地传导部分913之间的距离h。例如，作为示例，所述各种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过自适应地激活导体931、导体932及导体933中的一个来调节距离h的方案；上下地调节导体931的物理位置的方案等。
参照图15b，匹配器1030可包括导体1031、导体1032、导体1033以及导体1041和1042。导体1032和导体1033可连接到接地传导部分1013和导体1031。可基于导体1031和接地传导部分1013之间的距离h来确定3D谐振器的阻抗。例如，可通过控制器控制导体1031和接地传导部分1013之间的距离h。与在图15a中示出的匹配器930类似，在匹配器1030中，可使用各种方案来调节导体1031和接地传导部分1013之间的距离h。例如，作为示例，所述各种方案可包括以下方案中的一个或多个：通过自适应地激活导体1031、导体1032及导体1033中的一个来调节距离h的方案；上下地调节导体1031的物理位置的方案等。
在一些实施方式中，匹配器可包括有源元件。因此，使用有源元件调节谐振器的阻抗的方案与以上描述的示例类似。例如，可通过使用有源元件改变流过匹配器的电流的路径来调节谐振器的阻抗。
图16示出了图9的谐振器900的等效电路的一个示例。
图9的用于无线电力传输的谐振器900可被建模成图16的等效电路。在图16中描绘的等效电路中，LR表示电力传输线的电感，CL表示以集总元件的形式插入到电力传输线的中间的电容器920的电容，CR表示图9的电力传输和/或接地之间的电容。
在一些示例中，谐振器900可具有零阶谐振特性。例如，当传播常数是“0”时，谐振器900可被假设为具有谐振频率ωMZR。谐振频率ωMZR可由等式2来表示。
[等式2]
ω MZR = 1 L R C L
在等式2中，MZR表示μ零谐振器。
参照等式2，谐振器900的谐振频率ωMZR可通过LR/CL来确定。谐振器900的物理尺寸和谐振频率ωMZR可彼此独立。由于物理尺寸彼此独立，因此谐振器900的物理尺寸可充分减小。
根据各个示例性实施例，自适应谐振电力发送器可用于无线电力传输系统，因此，能够响应于谐振电力接收器所需要的功率级的改变而自适应地匹配自适应谐振电力发送器的阻抗。
另外，根据各个示例性实施例，偏移线可用于通常使用的功率放大器，因此，能够在不需要单独的控制电路的情况下，响应于谐振电力接收器所需要的功率级的改变而执行阻抗匹配。
此外，根据各个示例性实施例，可使用自适应谐振电力发送器，因此，能够在不需要单独的控制电路来控制自适应谐振电力发送器的输出功率的情况下，响应于谐振电力接收器所需要的功率级的改变而发送谐振功率。
此外，根据各个示例性实施例，谐振电力发送器可在谐振电力发送器和谐振电力接收器之间不存在单独通信的情况下，响应于谐振电力接收器所需要的功率级的改变，通过改变谐振电力发送器的阻抗特性而发送谐振功率。
上述示例性实施例中的一个或多个可记录在非临时性计算机可读介质中，该介质包括由计算机实施以实现各种操作的程序指令。该介质还可单独地包括程序指令、数据文件、数据结构等或者包括它们的组合。非临时性计算机可读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)、被专门配置成存储和执行程序指令的硬件装置(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。程序指令的示例包括(例如由编译器生成)的机器代码、包含可由计算机使用解释器执行的更高级别代码的文件。描述的硬件装置可被配置成用作一个或多个软件模块，以执行上述示例性实施例的操作，或者反之亦然。另外，非临时性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中，非临时性计算机可读代码或程序指令可以以分散的方式存储和执行。
以上已经描述了多个示例。然而，应该理解到，可进行各种变型。例如，如果按不同的顺序执行所描述的技术和/或如果在描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式组合和/或被其他组件或它们的等同物替代或补充，则可实现适合的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种自适应谐振电力发送器，包括：
源谐振器，被配置成将谐振功率发送到谐振电力接收器；
功率放大器，被配置成将源功率放大到谐振电力接收器所使用的功率级，功率放大器包括匹配网络，所述匹配网络被配置成使功率放大器的阻抗与预定阻抗匹配；
自适应匹配器，被配置成基于功率级使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配。
2.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，其中，自适应匹配器包括偏移线，所述偏移线在预设范围内具有线性阻抗值。
3.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，其中，自适应匹配器包括匹配电路，所述匹配电路包括至少一个电感器和至少一个电容器，以使匹配电路在预设范围内具有线性阻抗值。
4.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，其中，自适应匹配器包括相位确定单元，所述相位确定单元被配置成确定用于使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配的相位。
5.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，所述自适应谐振电力发送器还包括：
检测器，被配置成检测来自谐振电力接收器的信号，所述信号包括关于功率级的信息。
6.根据权利要求5所述的自适应谐振电力发送器，其中，检测器被配置成检测以下参数中的至少一个或者这些参数的任意组合：谐振电力接收器的目标谐振器和源谐振器之间的距离、从源谐振器发送到目标谐振器的波的反射系数、源谐振器和目标谐振器之间的电力传输增益、源谐振器和目标谐振器之间的耦合效率。
7.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，所述自适应谐振电力发送器还包括：
交流(AC)至直流(DC)(AC/DC)转换器，被配置成将AC能量转换成DC能量；
频率发生器，被配置成基于DC能量生成具有谐振频率的电流。
8.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，其中，源谐振器包括：
传输线，包括第一信号传导部分、第二信号传导部分及接地传导部分，接地传导部分对应于第一信号传导部分和第二信号传导部分；
第一导体，被配置成将第一信号传导部分电连接到接地传导部分；
第二导体，被配置成将第二信号传导部分电连接到接地传导部分；
至少一个电容器，相对于流过第一信号传导部分和第二信号传导部分的电流，串联地插入在第一信号传导部分和第二信号传导部分之间。
9.根据权利要求8所述的自适应谐振电力发送器，其中，源谐振器还包括：匹配器，被配置成确定源谐振器的阻抗，其中，所述匹配器布置在由传输线、第一导体及第二导体形成的环路内。
10.根据权利要求1所述的自适应谐振电力发送器，其中，源谐振器通过磁耦合将谐振功率发送到谐振电力接收器。
11.一种自适应谐振电力传输方法，包括：
将谐振功率发送到谐振电力接收器；
通过功率放大器将源功率放大到谐振电力接收器所使用的功率级；
通过匹配网络使功率放大器的阻抗与预定阻抗匹配；
基于功率级使匹配网络的阻抗与源谐振器的阻抗自适应地匹配。
12.根据权利要求11所述的自适应谐振电力传输方法，其中，所述自适应地匹配的步骤包括：在预设范围内设置线性阻抗值。
13.根据权利要求11所述的自适应谐振电力传输方法，其中，所述自适应地匹配的步骤包括：
确定用于使匹配网络的阻抗与发送谐振功率的源谐振器的阻抗自适应地匹配的相位。
14.根据权利要求11所述的自适应谐振电力传输方法，所述自适应谐振电力传输方法还包括：
检测来自谐振电力接收器的信号，所述信号包括关于功率级的信息。
15.根据权利要求14所述的自适应谐振电力传输方法，其中，所述检测步骤包括：
检测以下参数中的至少一个或者这些参数的任意组合：谐振电力接收器的目标谐振器和源谐振器之间的距离、从源谐振器发送到目标谐振器的波的反射系数、源谐振器和目标谐振器之间的电力传输增益、源谐振器和目标谐振器之间的耦合效率。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414255A (zh) * 2013-06-05 2013-11-27 中国人民解放军国防科学技术大学 一种自调谐磁耦合共振无线能量传输系统及其自调谐方法
CN106936224A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 比亚迪股份有限公司 无线充电方法和装置
CN107276247A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 矢崎总业株式会社 非接触电力传输装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8994225B2 (en) * 2009-07-06 2015-03-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission system and resonator for the system
US8203224B2 (en) * 2009-08-03 2012-06-19 Schulte David J Power generator
US8827889B2 (en) 2012-05-21 2014-09-09 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Method and system for powering implantable devices
US11621583B2 (en) 2012-05-21 2023-04-04 University Of Washington Distributed control adaptive wireless power transfer system
JP2014075885A (ja) * 2012-10-03 2014-04-24 Toyota Industries Corp 送電機器、受電機器及び非接触電力伝送装置
US11843260B2 (en) 2012-11-09 2023-12-12 California Institute Of Technology Generator unit for wireless power transfer
US10367380B2 (en) 2012-11-09 2019-07-30 California Institute Of Technology Smart RF lensing: efficient, dynamic and mobile wireless power transfer
US11616520B2 (en) 2012-11-09 2023-03-28 California Institute Of Technology RF receiver
CN105765821B (zh) * 2013-11-22 2019-08-09 加州理工学院 用于无线电力输送的发生器单元
GB2523741A (en) * 2014-02-26 2015-09-09 Medical Wireless Sensing Ltd Sensor
CN104102135A (zh) * 2014-08-01 2014-10-15 王少夫 一种自适应控制匹配网络
US10243389B2 (en) * 2015-03-27 2019-03-26 Goodrich Corporation Systems and methods for near resonant wireless power and data transfer
US9923584B2 (en) * 2015-09-03 2018-03-20 Qualcomm Incorporated Rectifiers for wireless power transfer with impedance inverting filters for reduced electromagnetic interference
CN105277799A (zh) * 2015-09-25 2016-01-27 上海斐讯数据通信技术有限公司 一种调谐射频通路的匹配系统
KR102461503B1 (ko) * 2017-12-12 2022-11-02 한국전자기술연구원 다수기기 동시 충전을 위한 무선 전력 충전 장치 및 이를 이용하는 휴대 단말

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5013898A (en) * 1986-11-03 1991-05-07 Mars Incorporated Data detection, power transfer and power regulation for data storage devices
CN201230219Y (zh) * 2008-05-20 2009-04-29 达方电子股份有限公司 无线充电模块及电子装置
US20100036773A1 (en) * 2008-08-05 2010-02-11 Broadcom Corporation Integrated wireless resonant power charging and communication channel
CN101651369A (zh) * 2009-09-09 2010-02-17 重庆大学 基于超大规模集成电路的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统
WO2010036980A1 (en) * 2008-09-27 2010-04-01 Witricity Corporation Wireless energy transfer systems
US20100081379A1 (en) * 2008-08-20 2010-04-01 Intel Corporation Wirelessly powered speaker

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6414562B1 (en) * 1997-05-27 2002-07-02 Motorola, Inc. Circuit and method for impedance matching
JP2002209344A (ja) * 2001-01-12 2002-07-26 Matsushita Electric Works Ltd 非接触電力伝送装置
US6571184B2 (en) * 2001-02-06 2003-05-27 Sun Microsystems, Inc. System and method for determining the decoupling capacitors for power distribution systems with a frequency-dependent target impedance
US7071792B2 (en) * 2001-08-29 2006-07-04 Tropian, Inc. Method and apparatus for impedance matching in an amplifier using lumped and distributed inductance
KR100450744B1 (ko) * 2002-08-29 2004-10-01 학교법인 포항공과대학교 도허티 증폭기
JP5317969B2 (ja) * 2006-07-12 2013-10-16 エプコス アクチエンゲゼルシャフト 負荷ラインの適応
US9129741B2 (en) * 2006-09-14 2015-09-08 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for wireless power transmission
US20090140946A1 (en) * 2007-10-31 2009-06-04 Ziolkowski Richard W Efficient metamaterial-inspired electrically-small antenna
US8629650B2 (en) * 2008-05-13 2014-01-14 Qualcomm Incorporated Wireless power transfer using multiple transmit antennas
US20100045114A1 (en) * 2008-08-20 2010-02-25 Sample Alanson P Adaptive wireless power transfer apparatus and method thereof
JP4911148B2 (ja) * 2008-09-02 2012-04-04 ソニー株式会社 非接触給電装置
US8532724B2 (en) * 2008-09-17 2013-09-10 Qualcomm Incorporated Transmitters for wireless power transmission
US8723366B2 (en) * 2008-09-27 2014-05-13 Witricity Corporation Wireless energy transfer resonator enclosures
US8692412B2 (en) * 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Temperature compensation in a wireless transfer system
US8686598B2 (en) * 2008-09-27 2014-04-01 Witricity Corporation Wireless energy transfer for supplying power and heat to a device
US8669676B2 (en) * 2008-09-27 2014-03-11 Witricity Corporation Wireless energy transfer across variable distances using field shaping with magnetic materials to improve the coupling factor
US8692410B2 (en) * 2008-09-27 2014-04-08 Witricity Corporation Wireless energy transfer with frequency hopping
JP5114371B2 (ja) * 2008-12-09 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 非接触電力伝送装置
US8994225B2 (en) * 2009-07-06 2015-03-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmission system and resonator for the system
KR101059657B1 (ko) * 2009-10-07 2011-08-25 삼성전기주식회사 무선 전력 송수신 장치 및 그 방법
KR101350792B1 (ko) * 2009-12-14 2014-01-13 삼성전자주식회사 무선전력 전송을 위한 고효율 공진기
KR101649483B1 (ko) * 2009-12-29 2016-08-19 삼성전자주식회사 공진 전력 발생 장치
KR20110110525A (ko) * 2010-04-01 2011-10-07 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 장치 및 방법
KR101705735B1 (ko) * 2010-04-08 2017-02-10 삼성전자주식회사 공진 전력 발생 장치
KR101718715B1 (ko) * 2010-04-28 2017-03-22 삼성전자주식회사 무선 전력 전송 시스템에서 공진 대역폭의 제어 방법 및 장치
KR101726195B1 (ko) * 2010-08-25 2017-04-13 삼성전자주식회사 공진 전력 전달 시스템에서 공진 임피던스 트래킹 장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5013898A (en) * 1986-11-03 1991-05-07 Mars Incorporated Data detection, power transfer and power regulation for data storage devices
CN201230219Y (zh) * 2008-05-20 2009-04-29 达方电子股份有限公司 无线充电模块及电子装置
US20100036773A1 (en) * 2008-08-05 2010-02-11 Broadcom Corporation Integrated wireless resonant power charging and communication channel
US20100081379A1 (en) * 2008-08-20 2010-04-01 Intel Corporation Wirelessly powered speaker
WO2010036980A1 (en) * 2008-09-27 2010-04-01 Witricity Corporation Wireless energy transfer systems
CN101651369A (zh) * 2009-09-09 2010-02-17 重庆大学 基于超大规模集成电路的神经束植入电极的无线供能及无线采集系统

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103414255A (zh) * 2013-06-05 2013-11-27 中国人民解放军国防科学技术大学 一种自调谐磁耦合共振无线能量传输系统及其自调谐方法
CN103414255B (zh) * 2013-06-05 2015-06-24 中国人民解放军国防科学技术大学 一种自调谐磁耦合共振无线能量传输系统及其自调谐方法
CN106936224A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 比亚迪股份有限公司 无线充电方法和装置
CN106936224B (zh) * 2015-12-31 2020-08-25 比亚迪股份有限公司 无线充电方法和装置
CN107276247A (zh) * 2016-03-30 2017-10-20 矢崎总业株式会社 非接触电力传输装置

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