CN103339824A - 包括具有基本均匀磁场的源谐振器的无线电力传输的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于将电力无线地发送到目标装置的源谐振器可包括磁场分布调整单元，被构造为调整源谐振器产生的磁场。在一个或多个实施例中，磁场分布调整单元可将磁场调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。例如，磁场分布调整单元可将源谐振器的中心附近的磁场的强度调整为与源谐振器的边缘区域附近的磁场的强度基本上相同。

Description

包括具有基本均匀磁场的源谐振器的无线电力传输的设备和方法

技术领域

以下描述涉及无线电力传输。

背景技术

无线电力是指例如通过磁耦合或谐振耦合从无线电力发送器传送到无线电力接收器的能量。典型的无线电力传输系统可包括无线地发送电力的源电气装置和无线地接收电力的目标电气装置。源电气装置可包括源谐振器，目标电气装置可包括目标谐振器。可在源谐振器与目标谐振器之间形成磁耦合或谐振耦合。

然而，在无线环境中，源谐振器与目标谐振器之间的距离会随时间变化并且两个谐振器的匹配条件也会变化。因此，会降低电力传输效率。

发明内容

技术方案

根据一个总体方面，一种将电力无线地发送到目标装置的源谐振器可包括：磁场分布调整单元，被构造为调整源谐振器产生的磁场。磁场分布调整单元可将磁场调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。磁场分布调整单元可将源谐振器的中心附近的磁场的强度调整为与源谐振器的边缘区域附近的磁场的强度基本上相同。

源谐振器还可包括：第一传输线，包括第一信号传导部分、第二信号传导部分、与第一信号传导部分和第二信号传导部分相应的第一接地传导部分；第一导体，电连接第一信号传导部分和第一接地传导部分；第二导体，电连接第二信号传导部分和第一接地传导部分；第一电容器，针对流过第一信号传导部分和第二信号传导部分的电流，串联插入在第一信号传导部分和第二信号传导部分之间。第一传输线、第一导体和第二导体可以是环路结构。

源谐振器还可包括：匹配器，位于环路结构的内部，被构造为控制源谐振器的阻抗。

源谐振器可被构造为无线地将基本上相同的电量发送到多个目标装置。

磁场分布调整单元可包括至少一个子谐振器。至少一个子谐振器可包括：第二传输线，包括第三信号传导部分、第四信号传导部分、与第三信号传导部分和第四信号传导部分相应的第二接地传导部分；第三导体，电连接第三信号传导部分和第二接地传导部分；第四导体，电连接第四信号传导部分和第二接地传导部分；第二电容器，针对流过第三信号传导部分和第四信号传导部分的电流，串联插入在第三信号传导部分和第四信号传导部分之间。

磁场分布调整单元可将至少一个子谐振器的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率不同。磁场分布调整单元可基于第二电容器的电容、第二传输线的长度、第二传输线的宽度或它们的任意组合来调整至少一个子谐振器的谐振频率。第二传输线、第三导体和第四导体可以是环路结构。至少一个子谐振器可包括位于源谐振器的相应的角落或边缘区域的多个子谐振器。

至少一个子谐振器可沿与源谐振器的平面垂直的方向与源谐振器相隔预定距离。

磁场分布调整单元可包括：位于至少一个子谐振器的内部的至少一个二级子谐振器、至少一个线圈、至少一个屏蔽层、至少超材料或它们的任意组合。

磁场分布调整单元可包括：至少一个线圈。至少一个线圈是环路结构或螺旋形结构。至少一个线圈可包括共中心地布置的多个线圈。至少一个线圈可位于源谐振器的中心。

磁场分布调整单元可包括：至少一个屏蔽层。至少一个屏蔽层可包括不同尺寸、不同高度、或者不同尺寸不同高度的多个屏蔽层。至少一个屏蔽层可叠放在源谐振器的表面或磁场分布调整单元的表面。磁场分布调整单元可通过调整至少一个屏蔽层的长度、宽度、厚度的任意组合的长度、宽度、厚度来引起源谐振器内部产生的磁场的基本上均匀的分布。磁场分布调整单元可调整至少一个屏蔽层以补偿在源谐振器与目标谐振器之间产生的寄生电

容。

磁场分布调整单元可包括至少一个层，所述层包括负μ（MNG）材料、双负（DNG）材料和磁电介质材料中的至少一种。

根据本发明的另一总体方面，一种无线电力传输方法可包括：形成源谐振器与目标谐振器之间的无线耦合以无线地发送电力；将源谐振器产生的磁场调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。

调整的步骤可包括：将源谐振器的至少一个子谐振器的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率不同。调整的步骤可包括：调整至少一个子谐振器的电容器的电容，以使得源谐振器的中心的磁场的强度与源谐振器的边缘区域的磁场的强度基本上相同。调整的步骤可包括：调整在至少一个子谐振器的二级子谐振器内部产生的磁场的分布。

一种无线电力发送器可包括上述的源谐振器。源谐振器可被构造为垫式谐振器。

从以下详细的描述、附图和权利要求中，其它特征和方面会清楚。

附图说明

图1（a）至图1（e）示出源谐振器以及示出其磁场特征的示图、照片和曲线图。

图2是示出包括源谐振器的无线电力发送器的示图。

图3是示出位于源谐振器内的子谐振器。

图4（a）至图4（g）是示出包括在源谐振器中的磁场分布调整单元的各种实施例的示图。

图5是示出多个子谐振器位于源谐振器内的周期结构的示图。

图6（a）和图6（b）是示出子谐振器与源谐振器之间的位置关系的示图。

图7是示出叠放在源谐振器和子谐振器上的屏蔽层的示图。

图8是示出源谐振器中产生的磁场的分布基本上均匀的照片。

图9是示出用于图2中示出的无线电力传输的源谐振器的一个等效电路的示图。

贯穿附图和详细描述，除非另外描述，否则相同的附图标号应被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、示例和方便，可夸大这些元件的相对大小和描绘。

具体实施方式

提供以下描述以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，可向本领域的普通技术人员提出这里描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等同物。描述的处理步骤和/或操作的进行是示例；然而，如本领域所知的那样，除了必须按特定顺序发生的步骤和/或操作之外，处理步骤和/或操作的顺序不限于这里所阐明的顺序并可被改变。此外，为了更加清晰和简明，可省略已知功能和结构的描述。

已经进行了使用近磁场谐振耦合来确定源谐振器的磁场均匀性的实验。图1（a）至图1（e）示出源谐振器100以及示出其磁场特征的示图、照片和曲线图。

图1（a）示出在由相互垂直的X轴和Y轴定义的平面上的源谐振器100的俯视图。源谐振器100被构造为具有总体上直线形构造或正方形构造的环路结构。

图1（b）示出由源谐振器100沿与由X轴和Y轴定义的源谐振器的平面垂直的Z轴产生的磁场。磁场的强度在源谐振器中心附近最弱。因此，当目标谐振器50位于源谐振器100的附近时，耦合效率在中心趋向于最低。另一方面，磁场的强度在源谐振器的侧面最强。

此外，应理解，阻抗值在源谐振器100的邻近区域会随着位置变化。阻抗值不均匀。

图1（c）是示出在源谐振器100之上0.3cm距离处磁场的分布的照片。在源谐振器之上大约0.3cm距离处，磁场的强度在源谐振器100的外侧最强，在源谐振器100的中心附近最弱。暗色区域的磁场的强度比亮色区域的磁场的强度更强。白色区域指示源谐振器100。

图1（d）是示出在源谐振器100之上5cm距离处磁场的分布的照片。在源谐振器之上大约5cm距离处，磁场的分布相当均匀。暗色区域的磁场的强度比亮色区域的磁场的强度更强。在图1（d）中的源谐振器100之上5cm距离处的颜色类似。这表示磁场的分布相当均匀。

图1（e）示出基于源谐振器100与目标谐振器（未示出）之间的距离的磁场的分布的各种曲线图。曲线图A和曲线图C与沿X轴针对源谐振器测量的磁场相关联。曲线图A示出在与源谐振器相隔1cm的位置处测量的磁场，而曲线图C示出在与源谐振器相隔5cm的位置处测量的磁场。

参照图A，点110和点120指示在源谐振器的内部/内侧边缘区域测量的强度。磁场在点110和点120具有最高强度，磁场在源谐振器的中心区域具有最低强度。因此，与目标谐振器的耦合可在源谐振器的中心具有最低效率。此外，特征阻抗在源谐振器的不同位置变化，因此，谐振频率的偏离会增加。

参照曲线图C，点150和点160指示在源谐振器的内部/内侧边缘区域测量的强度。在与源谐振器相隔大约5cm的位置处，磁场在点150与点160之间的部分相当均匀。

曲线图B和曲线图D与沿Y轴针对源谐振器测量的磁场相关联。曲线图B示出在与源谐振器相隔1cm的位置处测量的磁场，而曲线图D示出在与源谐振器相隔5cm的位置处测量的磁场。

参照曲线图B，点130和点140指示在源谐振器的内部/内侧边缘区域测量的强度。磁场在点130和点140具有最高强度，磁场在源谐振器的中心区域具有最低强度。

参照曲线图D，点170和点180指示在源谐振器的内部/内侧边缘区域所测量。在与源谐振器相隔5cm的位置处，磁场在点170与点180之间的部分相当均匀。

当在与源谐振器相隔1cm的位置处测量磁场时，磁场在源谐振器的内部边缘区域具有最高强度，磁场在源谐振器的中心具有最低强度，而不管是沿X轴还是Y轴测量磁场。

根据一个或多个实施例，可使用磁场分布调整单元来调整通过源谐振器产生的磁场。在一个或多个实施例中，磁场可被调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。例如，磁场分布调整单元可将源谐振器中心附近的磁场的强度调整为与初始可高于源谐振器中心的磁场的强度的源谐振器的边缘区域附近的磁场的强度基本上相同。这可通过例如增加源谐振器中心的磁场的强度来实现。因此，可提高无线电力传输效率并且阻抗可更恒定，而不管源谐振器附近的位置如何。在一个或多个实施例中，磁场分布调整单元可以是有源元件或无源元件。

例如，“基本上均匀的”磁场在源谐振器的附近可仅变化±0.5A/m（安培/米）。例如，“邻近区域”可以是从源谐振器的任意边缘扩展大约±2.5cm的体积区域。可基于目标谐振器的尺寸来确定“邻近区域”。当目标谐振器位于源谐振器与磁场分布调整单元之间时，源谐振器与磁场分布调整单元之间的距离可被确定为邻近区域。

可基于互磁通量的变化来确定“基本上均匀的”磁场。当互磁通量的变化为最小值时，磁场会基本上均匀。可通过等式1来计算互磁通量的变化。

[等式1]

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{var}}=\frac{{\mathrm{\Φ}}_{\max }-{\mathrm{\Φ}}_{\min }}{{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ave}}}$

然而，应理解，磁场和/或磁场邻近区域的均匀性可根据特定无线电力传输应用或其它期望的结果而变化。

图2示出无线电力发送器200的一个结构。如图所示，无线电力发送器200包括源谐振器201和磁场分布调整单元250。

源谐振器201被构造为与目标谐振器形成无线耦合（诸如磁耦合或谐振耦合）以便无线地将电力发送到目标装置。如图所示，源谐振器201可包括第一传输线、第一导体242、第二导体241、至少一个第一电容器220和匹配器230。

第一电容器220可串联地插入或以其他方式布置在第一传输线中的第一信号传导部分211和第二信号传导部分212之间，从而可将电场限制在第一电容器220内。通常，传输线可包括传输线的上部中的至少一个导体，并可包括传输线的下部中的至少一个导体。电流可流过布置在传输线的上部中的至少一个导体，布置在下部中的至少一个导体可电接地。

源谐振器201具有总体上二维（2D）结构。但是，应理解，在其它实施例中，源谐振器还可被构造为具有总体上三维（3D）结构。第一传输线可包括第一传输线的上部中的第一信号传导部分211和第二信号传导部分212，并可包括第一传输线的下部中的第一接地传导部分213。第一信号传导部分211和第二信号传导部分212可被布置为面向第一接地传导部分213。电流可流过第一信号传导部分211和第二信号传导部分212。

第一信号传导部分211的一端可电连接（即，短接）到第一导体242，另一端可连接到第一电容器220。第二信号传导部分212的一端短接到第二导体241，另一端连接到第一电容器220。因此，第一信号传导部分211、第二信号传导部分212、第一接地传导部分213以及导体214和导体242可彼此连接，从而源谐振器200可具有电闭合环路结构。这里使用的术语“闭合环路结构”可包括多边形结构，例如，圆形结构、矩形结构等，即，电闭合的电路。

第一电容器220可插入到第一传输线的中间部分。例如，第一电容器220可插入或以其他方式布置在第一信号传导部分211和第二信号传导部分212之间的空间。电容器220可被构造为集总元件、分布元件等。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高的介电常数的介电材料。

当电容器220插入到第一传输线中时，源谐振器201可具有超材料的特性。自然界中发现的许多材料的电磁特性在于它们具有唯一的磁导率或唯一的介电常数。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、磁场和指向矢量，因此，相应的材料可被称为右手材料（RHM）。

另一方面，具有通常不在自然界中发现或人工设计（或人造）的磁导率或介电常数的材料可在这里被称为“超材料”。超材料可基于相应的磁导率或介电常数的符号被分类为负ε（ENG）材料、负μ（MNG）材料、双负（DNG）材料、负折射率（NRI）材料、左手材料（LHM）等。

磁导率可指示在相应的材料中针对预定磁场发生的磁通量密度与在真空状态下针对预定磁场发生的磁通量密度之比。在一些实施例中，磁导率和介电常数可用于确定在预定频率或预定波长下的相应的材料的传播常数。可基于磁导率和介电常数来确定相应的材料的电磁特性。可在谐振状态下容易地布置超导材料而没有明显的材料尺寸改变。这对相对大的波长区域或相对低的频率区域会是实用的。

当插入的第一电容器220的电容被适当地确定或配置时，源谐振器201可具有超材料的特性。如果源谐振器201具有负磁导率，则源谐振器201还可被称为MNG谐振器。可应用各种标准来确定包括以下标准中的一个或多个的第一电容器220的电容：用于使源谐振器201具有超材料的特性的标准、用于使谐振器201在目标频率下具有负磁导率的标准、用于使源谐振器201在目标频率下具有零阶谐振特性的标准等。基于上述标准中的至少一个标准，可确定第一电容器220的电容。

源谐振器201还可被称为MNG谐振器201并可具有零阶谐振特性（例如，当传播常数为“0”时具有作为谐振频率的频率）。如果MNG谐振器201具有零阶谐振特性，则谐振频率可以与MNG谐振器201的物理尺寸无关。因此，通过适当地设计或构造第一电容器220，MNG谐振器201可充分地控制谐振频率而基本上不改变MNG谐振器201的物理尺寸。

在近场中，例如，电场可集中在插入到传输线中的第一电容器220上。因此，磁场在近场中可具有支配性地位。通过使用集总元件的第一电容器220，MNG谐振器201可具有相对高的Q因数，因此，可提高电力传输的效率。Q因数指示欧姆损耗的水平或者无线电力传输中电抗与电阻的比率。将理解，无线电力传输效率可根据Q因数的增加而增加。

MNG谐振器201可包括构造为用于对源谐振器和目标谐振器进行阻抗匹配的匹配器230，从而提高电力传输效率。匹配器230可适当地调节MNG谐振器201的磁场的强度。MNG谐振器201的阻抗可以由匹配器230确定。电流可通过连接器流入MNG谐振器201，或者可通过连接器从MNG谐振器201流出。连接器可连接到第一接地传导部分213或匹配器230。可在不使用连接器与第一接地传导部分213或匹配器230之间的物理连接的情况下，通过无线耦合来无线地传送电力。

匹配器230位于由源谐振器201的环路结构形成的环路之内。匹配器230可被构造为通过改变匹配器230的物理形状来调节源谐振器201的阻抗。例如，匹配器230可在与第一接地传导部分213隔开距离“h”的位置包括用于阻抗匹配的导体231。源谐振器201的阻抗可通过调节距离“h”而改变。

在一些实施例中，可设置控制器，控制器被构造为基于控制器产生的控制信号来改变匹配器230的物理形状。例如，匹配器230的导体231与第一接地传导部分213之间的距离“h”可基于控制信号被增大或减小。因此，可改变匹配器230的物理形状，从而可调节源谐振器201的阻抗。

如图2所示，匹配器230可被构造为无源元件，诸如导体231。当然，在其它实施例中，匹配器230可被构造为有源元件，诸如二极管、晶体管等。当有源元件被包括在匹配器230中时，有源元件可基于控制器产生的控制信号被驱动，并且源谐振器201的阻抗可基于控制信号被调节。例如，如果有源元件是包括在匹配器230中二极管，则源谐振器201的阻抗可根据二极管是导通状态还是截止状态来调节。

在一些实施方式中，还可设置磁芯来穿过MNG谐振器201。磁芯可增大电力传输距离。

源谐振器201可被构造为无线地将基本上相同的电量发送到对称地或非对称地布置在源谐振器中的一个或多个目标装置。

在一些实施例中，一个或多个目标装置可位于构造为垫（pad）的无线电力发送器中。目标装置可位于垫上的任何位置。

从源谐振器201无线地发送到目标装置的电力会受磁场的强度的影响。例如，磁场分布调整单元250可被构造将源谐振器201的中心和内部边缘区域的磁场的分布调整为基本上均匀。因此，源谐振器201可无线地将基本上相同的电量发送到一个或多个目标装置，而不管目标装置位于垫上的什么位置。当在预定时间段期间从源谐振器201无线发送的电量总体上保持恒定时，从源谐振器201发送到一个或多个目标装置的电力会大致相同。

源谐振器201可在不基于目标装置的位置来执行匹配处理的情况下，执行将无线电力高效发送到位于源谐振器201附近的目标装置。可通过磁场分布调整单元250将源谐振器201的中心和内部边缘区域的磁场的分布调整为基本上均匀，因此，可不需要执行基于目标装置的位置的匹配处理。

磁场分布调整单元250可位于源谐振器201内部的预定区域，并可被构造为当在源谐振器201与目标谐振器之间形成无线耦合时，调整源谐振器201内部产生的磁场的分布。

磁场分布调整单元250可将源谐振器201内部产生的磁场的分布调整为基本上均匀。在一些实施方式中，磁场分布调整单元250可包括至少一个子谐振器。磁场分布调整单元250可使用所述至少一个子谐振器将源谐振器201内部产生的磁场的分布调整为基本上均匀，下面将参照图3描述一个子谐振器结构。

至少一个子谐振器可与源谐振器201或目标谐振器形成无线耦合，并可在至少一个子谐振器内部形成磁场。可组合在至少一个子谐振器内部形成的磁场和在源谐振器201内部产生的磁场。因此，在源谐振器201内部产生的磁场可被调整为具有基本上均匀的分布。

磁场分布调整单元250可包括一个或多个附加子谐振器。例如，二级子谐振器可位于至少一个子谐振器的内部。当源谐振器201执行无线电力传输时，二级子谐振器可辅助位于源谐振器内部的至少一个子谐振器以将源谐振器201内部产生的磁场的分布调整为基本上均匀。例如，二级子谐振器可校正通过子谐振器调整的磁场的分布。因此，源谐振器201内部的磁场的分布可具有基本上更均匀的分布。

磁场分布调整单元250可包括使源谐振器201内部产生的磁场集中在源谐振器201的中心附近的至少一个线圈，从而使磁场分布更均匀。磁场分布调整单元250可被这样构造：流过至少一个线圈的电流与流过源谐振器210的电流方向相同。这样，可组合源谐振器201内部产生的磁场和至少一个线圈中产生的磁场，以基于所述组合使源谐振器201内部的磁场的分布更均匀。

磁场分布调整单元250可基于至少一个线圈的长度、至少一个线圈的宽度、多个线圈之间的间隔或它们的任意组合使源谐振器201内部产生的磁场的分布基本上均匀。

至少一个线圈可位于源谐振器201的中心。一个或多个线圈可被构造为环路结构，环路结构的尺寸对于每个线圈可以是不同的。不同尺寸的各种线圈可调整源谐振器201内部产生的磁场的分布。此外，具有相同形状的至少一个线圈可位于源谐振器201的内部。至少一个线圈可位于源谐振器201内部的各种位置处，并允许磁场在源谐振器201内部产生。

在一些实施例中，至少一个线圈可位于源谐振器201的中心并可形成螺旋状结构。例如，螺旋可以是以是圆形或直线形。至少一个线圈可被实现为各种形式以调整源谐振器201内部产生的磁场。

磁场分布调整单元250还可包括基于源谐振器201的中心形成为具有不同尺寸和/或不同高度的环路结构的一个或多个屏蔽层。磁场分布调整单元250可基于屏蔽层引起源谐振器201内部产生的磁场的基本上均匀的分布。在源谐振器201中产生的磁场的磁通量可在多个屏蔽层中被折射，因此，磁场在源谐振器201的中心附近会更集中。

磁场分布调整单元250可包括层，其中，所述层包括MNG、DNG和磁电介质中的至少一个。磁场分布控制器250可基于所述层折射源谐振器201中产生的磁场的磁场力的磁通量，并因此可引起源谐振器201内部产生的磁场的基本上均匀的分布。

磁场分布调整单元250可调整叠放在源谐振器201和/或至少一个子谐振器的预定位置上的至少一个屏蔽层的宽度，并可引起源谐振器201内部产生的磁场的基本上均匀的分布。在源谐振器201中产生的磁场的磁场力的磁通量的折射程度可基于屏蔽层的长度、宽度和/或厚度而变化。因此，磁场分布调整单元250可调整屏蔽层的长度、宽度和/或厚度，以使源谐振器201内部产生的磁场具有基本上均匀的分布。

在一个或多个实施例中，源谐振器201可被构造为垫式谐振器，一个或多个目标装置可位于垫上以无线地接收电力。例如，源谐振器201与目标装置的目标谐振器之间的间隔可能小于几厘米（即，分开小于2cm）。不幸的是，在源谐振器201与目标装置之间可能产生寄生电容，并且源谐振器201的谐振频率会受该寄生电容的影响。因此，在一个或多个实施例中，磁场分布调整单元250可调整屏蔽层中的一个或多个的长度、宽度和/或厚度以抵消由存在于源谐振器201与目标谐振器之间的寄生电容引起的谐振频率的任何改变。

图3示出位于源谐振器内的子谐振器310。如图所示，子谐振器310包括第二传输线、第三导体317、第四导体319和至少一个第二电容器321。

至少一个第二电容器321可串联插入在第二传输线中的第三信号传导部分311和第四信号传导部分313之间，从而，电场大体上被限制在至少一个第二电容器321内。

参照图3，子谐振器310具有总体上2D结构。但是，应理解，在其它实施例中，子谐振器还可被构造为具有总体上三维（3D）结构。第二传输线可包括第二传输线的上部中的第三信号传导部分311和第四信号传导部分313，并可包括第二传输线的下部中的第二接地传导部分315。第三信号传导部分311和第四信号传导部分313可被布置为面向第二接地传导部分315。电流可流过第三信号传导部分311和第四信号传导部分313。

第三信号传导部分311的一端可电连接（即，短接）到第三导体317，另一端可连接到第二电容器321。第四信号传导部分313的一端可短接到第四导体319，另一端连接到至少一个电容器321。因此，第三信号传导部分311、第四信号传导部分313、第二接地传导部分315以及导体317和导体319可彼此连接，从而子谐振器310可具有电闭合环路结构。

第二传输线、第三导体317和第四导体319可形成环路结构，诸如直线形环路结构、圆形环路结构、十字形环路结构等。

在一些示例中，可设置控制器，控制器被构造为自适应地确定并调整至少一个第二电容器321的电容以使源谐振器中产生的磁场的分布基本上均匀。当至少一个第二电容器321的电容改变时，至少一个子谐振器310的谐振频率也将改变。因此，磁场分布调整单元250可调节至少一个第二电容器321的电容以将至少一个子谐振器310的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率不同。例如，磁场分布调整单元250可被构造为将至少一个子谐振器310的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率的不同，从而将源谐振器中心的磁场的强度调整为与源谐振器的内部边缘区域的磁场的强度相似。

当至少一个子谐振器310的谐振频率与源谐振器的谐振频率几乎相同时，磁场可更集中在源谐振器的中心上。因此，磁场分布调整单元250可确保至少一个子谐振器310的谐振频率与源谐振器的谐振频率具有预定差，从而，将源谐振器的内部边缘区域的磁场的分布和源谐振器的中心的磁场的分布调整为基本上均匀。

图4（a）至图4（g）示出包括在源谐振器201中的磁场分布调整单元250的各种实施例，其中，源谐振器201被构造为在源谐振器附近提供磁场的强度的基本上均匀的分布，而不管目标谐振器的位置如何。

磁场分布调整单元250可被构造为使用具有各种形状的谐振器将源谐振器的邻近区域的磁场调整为具有基本上均匀的分布。

参照图4（a），磁场分布调整单元可以是位于源谐振器中心的圆形子谐振器410。如图4（b）所示，通过具有十字形的子谐振器420来提供相似效果。还可使用其它形状的子谐振器。

此外，可通过具有一个或多个附加或二级子谐振器的磁场分布调整单元来引起源谐振器中产生的磁场。在图4（c）中，二级子谐振器位于子源谐振器的中心。

如果二级子谐振器的谐振频率与源谐振器的谐振频率几乎相同，则磁场将总体上集中在中心，因此，二级子谐振器的谐振频率可被调整为高于或低于源谐振器的谐振频率以将中心和外侧的场控制为基本上均匀。

图4（d）至图4（f）示出具有周期（或重复）结构的磁场分布调整单元。周期结构被构造为在中心引起磁场，以防止磁场在外侧的聚集和/或将磁场控制为在中心强。结果，磁场可在源谐振器的外侧、内部和中心基本上均匀地分布。这是因为磁场的强度可在源谐振器的边缘或外侧最强。

如图4（d）所示，磁场分布调整单元具有共中心地布置的多个线圈440，其中，多个线圈440具有相同的形状而具有不同的尺寸。如图所示，线圈440可以是直线形（例如，正方形）。但是，将理解，线圈440可能具有其他形状，例如，圆形。

在图4（e）中，磁场分布调整单元具有螺旋形线圈450。如图所示，螺旋形线圈450可以是直线形（例如，正方形）。但是，将理解，线圈450可能具有其他形状，例如，圆形。

为了在磁场中产生均匀性，线圈的长度、线圈的宽度和/或线圈之间的间隔可能需要适当地被调整。

在一些实施例中，可通过使用具有一个或多个层的磁屏蔽在中心引起在源谐振器中产生的磁场，来将磁场的分布控制为基本上均匀。在图4（f）中，磁场分布调整单元包括由磁材料的多个层460、461和463形成的磁屏蔽。为了产生磁场的均匀性，可基于磁导率、损耗、厚度、布置的顺序、布置位置等来形成屏蔽层。

在一些实施例中，磁场分布调整单元可由超材料（诸如，负μ（MNG）材料、双负（DNG）材料和磁电介质材料等）组成。图4（g）示出构造为使用包括超材料的结构必须具有基本上均匀的分布的源谐振器内部的磁场。

图5示出多个子谐振器位于源谐振器内的周期结构。如图所示，四个子谐振器501、503、505和507位于源谐振器的各个内部角落区域。因此，磁场的强度在源谐振器的各个内部角落区域最高。此外，子谐振器501、503、505和507可使集中在各个角落和/或边缘区域的磁场的分布集中在源谐振器的中心。子谐振器的结构可具有相同的总体形状和/或尺寸。当然，在其它实施例中，子谐振器的数量、形状和尺寸可能不同。

在其它实施例中，使用超材料的至少一个线圈、至少一个屏蔽和/或至少一个结构可被设置在除了子谐振器之外的源谐振器内部或附近的各种区域，以使磁场集中在源谐振器的中心。

图6（a）和图6（b）示出子谐振器与源谐振器之间的位置关系。

参照图6（a），子谐振器620位于沿与源谐振器的平面垂直的方向距离源谐振器610预定量630处。子谐振器620可位于源谐振器610中产生的磁场的分布低的区域（诸如，源谐振器610的中心附近）。子谐振器620可位于距离源谐振器610预定量630处，因此可使磁场集中在源谐振器610的中心。此外，子谐振器620中产生的磁场可与源谐振器610中产生的磁场组合，从而，源谐振器610的中心的磁场可具有基本上均匀的分布。

参照图6（b），两个子谐振器650和660位于沿与源谐振器的平面垂直的方向距离源谐振器640预定量670处。两个子谐振器650和660可用于以与获得源谐振器中产生的磁场的基本上均匀的分布的周期结构相似的方式获得源谐振器640中产生的磁场的基本上均匀的分布。源谐振器650和源谐振器660可相隔最小间隔680。在一些示例中，最小间隔680可以是流过子谐振器650的电流产生的磁场与流过子谐振器660的电流产生的磁场之间的偏移的距离。尽管两个子谐振器在图6（b）中被示出，将理解，可在其它实施例中设置一个或多个附加子谐振器。

图7示出叠放在源谐振器740和子谐振器上的屏蔽。

屏蔽750叠放在源谐振器740的预定区域710和子谐振器的预定区域720上。无线电力发送器可使用屏蔽使源谐振器740内部产生的磁场的分布基本上均匀。

无线电力发送器可调整叠放在源谐振器740的预定区域710和/或子谐振器的预定区域720上的屏蔽层的长度、宽度和/或厚度，从而可引起源谐振器740内部产生的磁场的基本上均匀的分布。

此外，无线电力发送器可调整叠放在源谐振器740的预定区域710和/或子谐振器的预定区域720上的屏蔽层的长度、宽度730和/或厚度。这对抵消存在于源谐振器740与目标谐振器之间的寄生电容引起的谐振频率的改变可能是有效的。

可基于源谐振器740中产生的磁场的磁通量的折射程度来确定将被叠放的屏蔽750的宽度770。在源谐振器740中，屏蔽750可被叠放为具有与源谐振器740的宽度760的五分之三相应的宽度770。例如，当源谐振器740的宽度760大约为2.5cm时，将被叠放的屏蔽750的宽度770可近似为1.5cm。

在一些实施方式中，将被叠放的屏蔽750的宽度770大约可为源谐振器740的宽度760的五分之三。并且，例如，当源谐振器740是垫式谐振器时，屏蔽750的厚度780可大于或等于0.1毫米（mm）并且小于或等于1mm。

图8（a）是示出源谐振器中产生的磁场的分布基本上均匀的照片。如将理解的那样，与图1（a）所示，因为子谐振器，与源谐振器的磁场的典型分布相比，磁场的强度在源谐振器的中心明显更强。因此，磁场的分布在源谐振器的邻近区域更均匀。暗色区域的磁场的强度强于亮色区域的磁场的强度。白色区域指示源谐振器。

此外，如图8（b）的曲线图A和B所示，磁场的强度在中心变得更强，因此分布变得基本上均匀。因此，不管源谐振器上的位置如何，阻抗的改变最小化；因此，可优化效率。

图9示出用于图2的无线电力传输的源谐振器201的等效电路。

用于无线电力传输的图2的源谐振器201可被建模为图9的等效电路。在图9的等效电路中，L_R表示电力传输线的电感，C_L表示以集总元件的形式插入在电力传输线中间的电容器220，C_R表示图2的电力传输和/或地之间的电容。

在一些示例中，谐振器201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201具有谐振频率ω_MZR。谐振频率ω_MZR可由如下等式2表示。

[等式2]

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{MZR}}=\frac{1}{\sqrt{L_R{C}_L}}$

在等式2中，MZR表示μ为零的谐振器。

参照等式2，源谐振器201的谐振频率ω_MZR可由L_R和C_L确定。在一些实例中，源谐振器201的物理尺寸和谐振频率ω_MZR可相对于彼此可以是独立的，由于物理尺寸相对于彼此是独立的，所以可充分减小源谐振器201的物理尺寸。

因此，不管目标谐振器的位置如何，可保持阻抗，因此，效率的改变可能不发生并且最优地保持效率。垫式谐振器可能尤其是这样。此外，无线电力传输系统可被实现为单个匹配电路。因此，可容易地解决当多个目标被用于近场无线电力传输时不基于阻抗和/或位置的改变来分布电力的缺点。

可使用硬件组件、软件组件或它们的组合来实现这里描述的单元。例如，可使用一个或多个通用或专用计算机（例如处理器、控制器和算术逻辑单元）、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够以限定的方式响应和执行指令的任何其它装置来实现处理装置。处理装置可运行操作系统（OS）和运行在OS上的一个或多个软件应用。处理装置还可响应于软件的执行来访问、存储、操作、处理和创建数据。为了简单的目的，处理装置的描述用作单数；然而，本领域的技术人员将理解，处理装置可包括多个处理元件和多种类型的处理元件。例如，处理装置可包括多个处理器或者处理器和控制器。此外，不同的处理配置（诸如并行处理器）是可行的。

软件可包括用于独立地或共同地命令或配置处理装置按照需要进行操作的计算机程序、代码段、指令或它们的一些组合。可在任何类型的机器、组件、物理装置或虚拟装置、计算机存储介质或装置中，或以能够提供指令或数据或者被处理装置解释的传输信号波来永久或临时地实现软件和数据。软件还可被分布在与计算机系统结合的网络上，从而以分布式的形式存储和执行所述软件。尤其是，可通过一个或多个计算机可读记录介质来存储软件和数据。计算机可读记录介质可包括可存储之后可由计算机系统或处理装置读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置。此外，基于并使用附图的流程图和框图以及这里提供的它们的相应描述，这里公开的用于实现示例实施例的功能程序、代码和代码段可容易地被实施例所属领域的程序员解释。

以上已描述了一些示例实施例。然而，应理解，可进行各种修改。例如，如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合和/或由其它组件或它们的等同物代替和补充在描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可实现合适的结果。因此，其它实施方式在权利要求的范围内。

Claims (31)

1.一种无线地将电力发送到目标装置的源谐振器，包括：

磁场分布调整单元，被构造为调整源谐振器产生的磁场。

2.如权利要求1所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元将磁场调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。

3.如权利要求2所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元将源谐振器中心附近的磁场的强度调整为与源谐振器的边缘区域附近的磁场的强度基本上相同。

4.如权利要求1所述的源谐振器，还包括：

第一传输线，包括第一信号传导部分、第二信号传导部分、与第一信号传导部分和第二信号传导部分相应的第一接地传导部分；

第一导体，电连接第一信号传导部分和第一接地传导部分；

第二导体，电连接第二信号传导部分和第一接地传导部分；

第一电容器，针对流过第一信号传导部分和第二信号传导部分的电流，串联插入在第一信号传导部分和第二信号传导部分之间。

5.如权利要求4所述的源谐振器，其中，第一传输线、第一导体和第二导体是环路结构。

6.如权利要求5所述的源谐振器，还包括：

匹配器，位于环路结构的内部，被构造为控制源谐振器的阻抗。

7.如权利要求1所述的源谐振器，其中，源谐振器被构造为无线地将基本上相同的电量发送到多个目标装置。

8.如权利要求1所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元包括至少一个子谐振器。

9.如权利要求8所述的源谐振器，其中，至少一个子谐振器包括：

第二传输线，包括第三信号传导部分、第四信号传导部分、与第三信号传导部分和第四信号传导部分相应的第二接地传导部分；

第三导体，电连接第三信号传导部分和第二接地传导部分；

第四导体，电连接第四信号传导部分和第二接地传导部分；

第二电容器，针对流过第三信号传导部分和第四信号传导部分的电流，串联插入在第三信号传导部分和第四信号传导部分之间。

10.如权利要求9所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元将至少一个子谐振器的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率不同。

11.如权利要求10所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元基于第二电容器的电容、第二传输线的长度、第二传输线的宽度或它们的任意组合，来调整至少一个子谐振器的谐振频率。

12.如权利要求9所述的源谐振器，其中，第二传输线、第三导体和第四导体是环路结构。

13.如权利要求8所述的源谐振器，其中，至少一个子谐振器包括：位于源谐振器的相应的角落或边缘区域的多个子谐振器。

14.如权利要求8所述的源谐振器，其中，至少一个子谐振器沿与源谐振器的平面垂直的方向与源谐振器相隔预定距离。

15.如权利要求8所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元包括：位于至少一个子谐振器的内部的至少一个二级子谐振器、至少一个线圈、至少一个屏蔽层、至少超材料或它们的任意组合。

16.如权利要求1所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元包括：至少一个线圈。

17.如权利要求16所述的源谐振器，其中，至少一个线圈是环路结构或螺旋形结构。

18.如权利要求16所述的源谐振器，其中，至少一个线圈包括共中心地布置的多个线圈。

19.如权利要求16所述的源谐振器，其中，至少一个线圈位于源谐振器的中心。

20.如权利要求1所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元包括：至少一个屏蔽层。

21.如权利要求20所述的源谐振器，其中，至少一个屏蔽层包括不同尺寸、不同高度、或者不同尺寸不同高度的多个屏蔽层。

22.如权利要求20所述的源谐振器，其中，至少一个屏蔽层叠放在源谐振器的表面或磁场分布调整单元的表面。

23.如权利要求20所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元通过调整至少一个屏蔽层的长度、宽度、厚度的任意组合的长度、宽度、厚度来引起源谐振器内部产生的磁场的基本上均匀的分布。

24.如权利要求23所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元调整至少一个屏蔽层以补偿在源谐振器与目标谐振器之间产生的寄生电容。

25.如权利要求1所述的源谐振器，其中，磁场分布调整单元，包括层，所述层包括负μ（MNG）材料、双负（DNG）材料和磁电介质材料中的至少一种。

26.一种无线电力传输方法，所述方法包括：

形成源谐振器与目标谐振器之间的无线耦合以用于无线地发送电力；

将源谐振器产生的磁场调整为在源谐振器的预定邻近区域基本上均匀。

27.如权利要求26所述的方法，其中，调整的步骤包括：

将源谐振器的至少一个子谐振器的谐振频率调整为与源谐振器的谐振频率不同。

28.如权利要求27所述的方法，其中，调整的步骤包括：

调整至少一个子谐振器的电容器的电容，以使得源谐振器的中心的磁场的强度与源谐振器的边缘区域的磁场的强度基本上相同。

29.如权利要求27所述的方法，其中，调整的步骤包括：

调整在至少一个子谐振器的二级子谐振器内部产生的磁场的分布。

30.一种无线电力发送器，包括：权利要求1所述的源谐振器。

31.如权利要求30所述的无线电力发送器，其中，源谐振器被构造为垫式谐振器。

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