CN116529983A - 功率传输系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本文提供用于传输功率的系统和方法。
Description
交叉引用
本申请要求于2020年9月15提交的美国临时申请63/078,824的权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及功率发射器、接收器以及功率传输的系统和方法。
背景技术
在感应功率传输(IPT)中，功率通常通过磁场在线圈之间传输。交流电(AC)被驱动通过发射器线圈以产生谐振磁场。磁场穿过接收线圈，在接收线圈中感应出交流电。感应交流电可以直接驱动负载，也可以整流为直流电(DC)，用于驱动负载。为了实现高效率，发射器和接收器线圈必须非常靠近。例如，发射器和接收器线圈通常仅分开线圈直径的一小部分(例如，在厘米以内)并且线圈的轴紧密对齐。
在一些IPT系统中，采用谐振电感耦合。谐振电感耦合可以通过使用谐振电路提高IPT的效率。与非谐振电感耦合相比，谐振电感耦合可以在更远的距离处实现更高的效率。在谐振电感耦合中，功率通过两个谐振电路之间的磁场传输，一个在发射器中，一个在接收器中。这两个电路被调谐为以相同的谐振频率谐振。
在一些IPT系统中，磁场会在附近的金属中产生涡流。这会导致显著的温度升高和火灾危险。铁氧体板可用于提供屏蔽和改善电感耦合，但可能会增加此类系统的成本。
电容式功率传输(CPT)利用电场在两个电极(例如，金属板)之间传输功率。通常，CPT系统中使用四块金属板来形成电容耦合器。两个板用作功率发射器，另外两个板用作功率接收器，导致至少两个耦合电容器以提供功率流回路。发射器向发射器板施加交流电压。谐振电场在接收器板上感应出交变电势，从而使交流电在负载电路中流动。谐振也可以与电容耦合一起使用，以扩展功率传输的范围。
在CPT系统中可以减少涡流损耗，并且使用的板成本低，减少了系统成本。然而，许多系统的一个问题是高电压可能会施加在板上。这些高电压会产生强电场，从而导致对周围区域的显著场发射。
还存在与CPT和IPT系统中的电容或电感补偿网络相关联的问题。目前，CPT和IPT系统都需要接收器和发射器之间的最小分离。这通常需要在初级侧和次级侧的补偿网络中的大电容器和电感器。这些大元件很难生产，而且它们的寄生电阻会显著减少系统效率。此外，这些补偿元件并不直接参与功率传输过程。
仍然需要具有更少组件和/或减少成本的无线功率发射器和接收器。仍然需要减少对补偿网络的依赖的无线功率发射器和接收器。仍然需要具有更高效率的无线功率发射器和接收器。仍然需要对其之间的对准和间隔具有更灵活的要求的无线功率发射器。
与消费产品相关的功率传输领域正变得越来越重要。在汽车领域，电线束已成为车辆重要且成本高昂的子系统。汽车线束市场预计在本十年内将超过770亿美元。在关注内燃机汽车的汽油里程、这些汽车的碳排放量和电动汽车的续航里程的时代，这些线束的成本、重量和功率传输效率已成为车辆设计中的主要关注点。鉴于材料和组件约占汽车制造成本的57％，这种担忧是可以理解的。
虽然电池技术正在稳步改进以提供更高能量密度的电池，但消费者对集成到车辆中的更多辅助用户电子设备和电驱动系统的需求同时也在增加。这对电池、车辆重量、成本和功率传输效率提出了更高的要求。在1990年代，汽车行业提出了更高电压的电池系统，部分原因是希望减轻线束重量。
为了减少线束中使用的昂贵铜的数量，人们做出了很多努力，并且正在转向使用更便宜的铝。这种趋势也受到希望在典型汽车中减轻约40磅重量的推动。这种使用铝的趋势有其自身的问题，部分原因是铝的电阻率是铜的1.58倍。铝还会出现一种称为蠕变的现象，这种现象会导致连接松动。此外，铝也会氧化，因此在连接方面需要采取预防措施。线束的某些方面仍然需要铜，铜和铝之间的任何连接都会引入电势问题。
显然需要一种车辆线束的替代方法，以减少昂贵的铜含量，提供电压方面的灵活性，避免铝所代表的问题，并减轻重量。
同时，需要提高功率传输技术效率，以跟上快速发展的电池技术，而电池技术又受到电动汽车领域发展的推动。
这些要求不限于汽车领域，例如还适用于太阳能功率传输领域，并且经过一些修改后还适用于其他家用电器，例如计算机和电视显示器。当今广泛使用功率调整单元以最佳方式从电压变化的电源中提取功率，但它们通常受到控制设施程度有限的影响。这反过来又阻碍了功率传输效率的优化。
相关技术的前述示例和与其相关的限制意在是说明性的而非排他性的。在阅读说明书和研究附图后，相关技术的其他限制对于本领域技术人员将变得容易理解。
发明内容
在第一方面，提出了一种双峰近场谐振无线功率传输系统，配置为根据可变谐振功率信号振荡频率下的电容式功率传输与电感式功率传输的可调传输模式比，同时进行电容式功率传输和电感式功率传输，所述系统包括：发射器子系统，包括发射器天线和功率信号调谐器模块，其中所述功率信号调谐器模块配置为通过调整所述功率信号调谐器模块提供给所述发射器天线子系统的功率信号来调整所述传输模式比；和接收器子系统，包括接收器天线子系统，配置为以所述传输模式比从所述发射器天线接收电功率。
调谐器模块可以被配置为通过调整提供给发射器天线子系统的功率信号的电流和电压之间的相位差来调整功率信号。发射器子系统还可以包括控制器和至少一个传感器，其中控制器被配置为从至少一个传感器接收传感器信息并基于传感器信息自动向调谐器模块提供调谐指令；并且调谐器模块被配置为根据调谐指令调整提供给发射器天线子系统的功率信号的电流和电压的相位差。
至少一个传感器可以设置在发射器子系统上。在其他实施方式中，至少一个传感器可以设置在接收器子系统上并且控制器可以被配置为无线地接收传感器信息。至少一个传感器可以是以下之一：功率负载传感器；传输功率传感器；周围物体检测器；距离检测器，其被设置用于检测发射器天线与接收器天线之间的距离。
谐振功率信号振荡频率可以在预定频带内自由变化。预定频带可以是工业、科学和医学(ISM)频带。系统可以失谐到允许谐振功率信号振荡频率在预定频带的相反限制内变化的程度。
在进一步的方面，提供了一种根据可调整的传输模式比以谐振功率信号振荡频率双峰传输功率的无线方法，该方法包括提供发射器子系统，该发射器子系统包括功率信号调谐器模块和发射器天线子系统，配置为以谐振功率信号振荡频率谐振；提供接收器子系统，包括接收器天线子系统，其被配置为在谐振功率信号振荡频率下谐振；以功率信号振荡谐振频率从调谐器模块向发射器天线子系统提供功率信号；通过调整从调谐器模块到发射器天线子系统的功率信号来调整传输模式比；以传输模式比经由接收器天线子系统以功率信号振荡谐振频率接收在接收器子系统中传输的功率。调整传输模式比可以包括调整提供给发射器天线子系统的功率信号的电流和电压之间的相位差。
提供发射器子系统还可以包括提供控制器和至少一个传感器，并且调整电流和电压之间的相位差可以由调谐器模块基于控制器从至少一个传感器接收的传感器信息经由控制器的命令来完成。控制器在接收到传感器信息后，可以自动向调谐器模块发出命令；调谐器模块可以自动执行来自控制器的命令来改变相位差。
该方法还可以包括允许谐振功率信号振荡频率在预定频带内变化。预定频带可以是工业、科学和医学(ISM)频带。提供发射器子系统可以包括提供失谐到允许谐振功率信号振荡频率在预定频带的相反限制内变化的程度的发射器子系统。
在进一步的方面，提供了一种双峰近场谐振无线电功率传输系统，其被配置为以可变谐振功率信号振荡频率根据电容式功率传输与电感式功率传输的可调整传输模式比同时进行电容式功率传输和电感性功率传输，该系统包括：发射器子系统，包括发射器天线和功率信号调谐器模块，其中功率信号调谐器模块通过调整功率信号调谐器模块提供给发射器天线子系统的功率信号来调整传输模式比；接收器子系统，包括接收器天线子系统，以传输模式比从发射器天线接收功率。
该系统经由接收器天线子系统的发射器天线和接收器天线在发射器天线子系统和接收器天线子系统之间传送信息。该系统还可以包括调制器，用于将信息调制到信息承载信号上并将该信息承载信号提供给发射器天线子系统。该系统可以将信息调制到信息承载信号上并且将信息承载信号提供给发射器天线子系统。调制器可以被布置成根据信息将信息承载信号调制到发射器天线子系统。功率信号调谐器模块可以包括调制器。
信息承载信号可以具有不同于可变谐振功率信号振荡频率的频率。调制器可以通过频率调制、幅度调制和相位调制中的任一种来调制信息承载信号。可以调制信息承载信号，使得可变功率信号谐振频率是信息承载信号的频率的谐波。信息承载信号可以被调制到功率信号的谐波上。调制并提供给发射器天线子系统的信号可以是功率信号。
调制器可以调制接收器天线的反射特性并且通过根据信息调制接收器天线的反射特性来将信息从接收器天线子系统传输到发射器天线子系统。接收器天线的调制反射特性可以是接收器天线的阻抗。
该系统可以通过调制接收器天线对来自发射器子系统的信号的反射来将信息从接收器子系统传输到发射器子系统。接收器子系统可以调制接收器天线的反射特性。接收器子系统可以调制接收器天线的阻抗。
功率负载可能存在于接收器子系统的输出；所述信息可以包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
该系统可以经由发射器天线在发射器子系统和接收器子系统之间传送数字信息。该系统可以经由发射器天线在发射器子系统和接收器子系统之间传送模拟信息。接收器子系统可以被配置成将功率传输到后续的接收器子系统。接收器还可以包括含有移相器的整流器。
在另一方面，提供了一种双峰谐振近场射频功率传输系统，包括多个功率发射-接收模块，用于经由以功率信号频率的功率信号根据可调整的传输模式比同时进行电容式功率传输和电感式功率传输，其中多个功率发射-接收模块中的每个与发射器-接收器振荡器进行有线通信，其设置为与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他功率发射-接收模块交换功率。
多个功率发射-接收模块中的第一模块可以包括功率信号调谐器模块，用于通过调整所述功率信号并将调整后的功率信号提供给与所述第一功率发射模块有线通信的第一发射器-接收器振荡器来改变所述可调传输模式比。所述多个功率发射-接收模块中的至少一个发射-接收模块包括与所述至少一个发射-接收模块有线通信的相关联的发射器-接收器振荡器和调制器以将信息调制到在所述相关联的发射器-接收器振荡器和与所述多个功率发射-接收模块中的任何其他发射-接收模块有线通信的附加发射器-接收器振荡器之间交换的射频信号。
调制器可以是幅度调制器、频率调制器和相位调制器中的任意一种。该信息可以包括数字信息和模拟信息之一或两者。由调制器调制的射频信号可以是功率信号。由调制器调制的射频信号可以具有不同于功率信号频率的频率。由调制器调制的射频信号可以具有是功率信号频率的谐波的频率。功率信号频率可以是调制信号频率的谐波。
调制器可以被布置成根据所述信息调制相关联的发射器-接收器振荡器的反射特性以将所述信息施加到由所述相关联的发射器-接收器振荡器反射的信号上。调制器可以被布置成根据所述信息调制提供给所述相关联的发射器-接收器振荡器的信号。多个功率发射-接收模块中的第一个的功率信号调谐器模块可以包括调制器。每个功率发射-接收模块可以包括补偿网络并且补偿网络可以包括调制器。功率发射-接收模块中的至少一个可以包括射频振荡器，其以功率信号频率向至少一个功率发射-接收模块提供信号，并且射频振荡器可以包括调制器。
多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块可在功率发射器模式和功率接收器模式之间重新配置。每个功率发射-接收模块包括差分自同步射频功率放大器/整流器，其能够在分别对应于所述功率发射器模式和所述功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置。差分自同步射频功率放大器/整流器可以是差分开关模式自同步射频功率放大器/整流器。每个功率发射-接收模块可以包括控制器并且重新配置可以由控制器控制。每个差分自同步射频功率放大器/整流器可以包括可由控制器调整的移相器，用于在放大器状态和整流器状态之间重新配置差分自同步射频功率放大器/整流器。
当功率负载存在于所述多个功率发射-接收模块之一的输出时，并且其中所述信息包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
在另一方面，提供了一种用于通过功率信号以功率信号频率传输功率的近场射频方法，该方法包括：提供一种双峰谐振近场射频功率传输系统，包括多个功率发射-接收模块，其中多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块与发射器-接收器振荡器进行有线通信以与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他功率发射-接收模块交换功率；和根据可调整的传输模式比，操作用于同时进行电容式功率传输和电感式功率传输的功率传输系统。
所提供的多个-功率发射-接收模块中的第一个可以包括功率信号调谐器模块；并且操作功率传输系统可以包括通过调整功率信号调谐器模块来改变传输模式比。提供功率传输系统可以包括提供所述多个功率发射-接收模块中的至少一个功率发射-接收模块，其与包括所述调制器的相关联的发射器-接收器振荡器进行有线通信并且具有调制器，并且操作功率传输系统可以包括：在所述相关联的发射器-接收器振荡器和与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他发射-接收模块进行有线通信的发射器-接收器振荡器之间交换射频信号；以及将信息调制到所述射频信号上。当功率负载存在于所述多个功率发射-接收模块之一的输出时，并且其中所述信息包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
可以通过幅度调制、频率调制或相位调制将信息调制到交换的射频信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将数字信息或模拟信息调制到交换的射频信号上。
将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到功率信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到频率不同于功率信号频率的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到频率为功率信号频率的谐波的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到具有作为谐波的功率信号频率的信号上。
将信息调制到交换的射频信号上可以包括根据所述信息调制所述相关联的有线连接的发射器-接收器振荡器的反射特性以将所述信息施加到由所述有线连接的发射器-接收器振荡器反射的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括根据所述信息调制提供给所述相关联的发射器-接收器振荡器的信号。
该方法可以包括操作多个功率发射-接收模块中的第一个的功率信号调谐器模块以将信息调制到交换的射频信号上。所提供的每个功率发射-接收模块可以包括补偿网络并且补偿网络可以包括调制器，允许操作补偿网络以将信息调制到交换的射频信号上。至少一个功率发射-接收模块可以包括射频振荡器，该射频振荡器以功率信号频率提供信号给至少一个功率发射-接收模块，并且射频振荡器可以包括调制器；允许将信息调制到振荡器中交换的射频信号上。
所提供的多个功率发射-接收模块中的每一个可以在功率发射器模式和功率接收器模式之间重新配置；并且该方法可以还包括在所述功率发射器模式和所述功率接收器模式之间重新配置所述多个功率发射-接收模块中的至少两个功率发射-接收模块，以反转所述至少两个发射-接收模块之间的功率传输方向。所提供的每个功率发射-接收模块可以包括差分自同步射频功率放大器/整流器，其能够在分别对应于所述功率发射器模式和所述功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置；该方法可以包括重新配置在所述放大器状态和所述整流器状态之间的至少两个发射-接收模块的差分自同步射频功率放大器/整流器。每个差分自同步射频功率放大器/整流器可以包括可调整的移相器，用于在所述放大器状态和所述整流器状态之间重新配置差分自同步射频功率放大器/整流器。该方法可以包括调整所述至少两个发射-接收模块的每个差分自同步射频功率放大器/整流器的移相器。
在进一步的方面，提供了一种近场谐振无线功率传输系统，包括：传输子系统，其包括多个基本上相互解耦的发射振荡器和与每个发射振荡器进行功率信号通信的对应发射器模块，每个发射器模块包括传输控制器和具有功率信号振荡频率和功率信号相位的功率信号源，每个功率信号源由对应的传输控制器控制；一个或多个接收器子系统，每个子系统包括对应的接收器振荡器；功率信号源的离散允许功率信号振荡频率的软件查找表；以及软件，当其加载到存储器中并由任何发射器模块的控制器执行时执行以下动作：测量对应发射器振荡器的输入阻抗和对应发射振荡器消耗的测试信号功率之一；基于对应的发射振荡器的输入阻抗和对应的发射振荡器消耗的测试信号功率之一，从查找表中为对应的功率信号源选择频率。该软件在被执行时可以进行测量由对应发射振荡器传输的功率水平同时调整来自对应功率信号源的功率信号的相位的动作。发射器振荡器可以通过接地屏蔽栅格基本上相互解耦。
在另一方面，提供了一种用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统向单个谐振接收器子系统传输功率的无线近场方法，该方法包括：提供包括多个相互独立的发射器振荡器的多发射器子系统，每个发射器振荡器由对应的发射器模块驱动，发射器模块能够独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号振荡频率之一，其中所有发射振荡器具有公共的发射表面；在公共的发射表面附近设置谐振接收器子系统，该子系统包括与两个或更多个发射振荡器重叠的单个接收器振荡器；测量每个发射器振荡器的输入阻抗和每个发射器振荡器从测试信号消耗的功率之一；基于对应测量的振荡器输入阻抗和对应发射器振荡器从测试信号消耗的功率之一，为多个相互独立的发射器振荡器中的每一个将功率信号设置为关闭状态和激活状态之一；基于所测量的有源发射器振荡器的输入阻抗，从多个预设功率振荡频率中为每个有源发射器振荡器选择功率信号振荡频率；以及将每个有源发射器振荡器的功率信号设置为对应的选定频率。该方法还可以包括将施加到每个对应发射器振荡器的功率信号的相位调整到功率通过发射器振荡器传输基本上最大的相位。
在另一方面，提供了一种用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统向两个或更多个接收器子系统传输功率的无线近场方法，该方法包括：提供包括多个相互独立的发射器振荡器的多发射器子系统，每个发射器振荡器由对应的发射器模块驱动，发射器模块能够独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号振荡频率之一，其中所有发射器振荡器具有公共的发射表面；在公共的发射表面附近设置两个或更多个谐振接收器子系统，每个子系统包括与两个或更多个发射器振荡器重叠的单个接收器振荡器；测量每个发射器振荡器的输入阻抗和每个发射振荡器从测试信号消耗的功率之一；基于对应测量的振荡器输入阻抗和对应发射器振荡器从测试信号消耗的功率之一，为多个相互独立的发射器振荡器中的每一个，将功率信号设置为关闭状态和激活状态之一；基于所测量的有源发射器振荡器的输入阻抗，从多个预设功率振荡频率中为每个有源发射器振荡器选择功率信号振荡频率；将每个有源发射器振荡器的功率信号设置为对应的选定频率。该方法还可以包括将施加到每个对应发射振荡器的功率信号的相位调整到功率通过发射器振荡器传输基本上最大的相位。
在进一步的方面，提供了一种用于将功率从光伏电池传输到功率负载的近场无线系统，该系统包括：与光伏电池有线电通信的发射模块，该发射模块被配置为将来自光伏电池的功率转换为具有谐振频率的振荡电功率信号；发射器振荡器，其与发射模块进行有线电通信，并配置为以振荡频率谐振；接收器振荡器，配置为以振荡频率谐振，并设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器振荡器接收功率；以及与接收器振荡器有线电通信的接收器模块，接收器模块被配置为从接收器振荡器接收功率并且经由有线电通信向功率负载呈现接收到的DC形式的功率。
发射模块可以包括功率放大器，该功率放大器被配置为以谐振频率调制从光伏电池接收的功率。发射模块可以包括配置为向功率放大器提供振荡频率的振荡器。发射模块可以包括控制器和一个或多个传感器，该控制器被配置为基于来自一个或多个传感器中的至少一个的第一信息来改变振荡频率。发射模块可以包括发射调谐网络，该网络被配置为在控制器的控制下基于来自一个或多个传感器中的至少一个的第二信息至少改变由发射模块提供给发射器振荡器的功率的相位。
该系统可以包括功率调整单元，该功率调整单元电连接在光伏电池和发射模块之间并且被配置为将来自光伏电池的功率适用于与发射模块兼容的格式。发射模块可以包括小信号电子电路，并且功率调整单元可以进一步配置为向小信号电子电路提供功率。发射器谐振器可以设置在与电池的有效太阳辐射接收表面相对的光伏电池的表面上。发射器谐振器的表面积的范围至少是电池的有效太阳辐射接收表面范围的主要部分。
发射器振荡器的平面面积可以小于接收器振荡器的平面面积。接收器振荡器可以被设置和配置为在谐振频率下经由电容耦合和磁感应中的至少一个从另外的发射器振荡器接收功率。
在用于将功率从光伏电池阵列传输到功率负载的近场无线系统的另一实施方式中，该系统包括：第一多个发射模块，每个发射模块与阵列中的对应光伏电池进行有线电通信，每个发射模块被配置为将来自对应的光伏电池的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；第二多个发射器振荡器，每个发射器振荡器与来自第一多个发射模块的对应发射模块进行有线电通信并且被配置为以振荡频率谐振；单个接收器振荡器，配置为以振荡频率谐振，并设置为经由电容耦合和磁感应中的至少一个从多个发射器振荡器接收功率；以及与接收器振荡器进行有线电通信的接收器模块，接收器模块被配置为从接收器振荡器接收功率并且经由有线电通信向功率负载呈现接收到的DC形式的功率。
第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括功率放大器，该功率放大器被配置为以振荡频率调制从对应的光伏电池接收的功率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括振荡器，该振荡器被配置为向对应的功率放大器提供振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块还可以包括控制器和一个或多个传感器，该控制器被配置为基于来自一个或多个传感器中的至少一个的第一信息来改变振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括传输调谐网络，该传输调谐网络被配置为在对应控制器的控制下基于来自至少一个或多个传感器中的至少一个的第二信息来至少改变发射模块向对应的发射器振荡器提供的相位。
该系统可以包括第三多个功率调整单元，第三多个功率调整单元中的每个功率调整单元电连接在对应的光伏电池和对应的发射模块之间并且被配置成使来自对应的光伏电池的功率适用于与对应的发射模块兼容的格式。第一多个发射模块中的每个发射模块可包括小信号电子电路，并且对应的功率调整单元可进一步配置为向小信号电子电路提供功率。第二多个发射器振荡器中的每个发射器振荡器可以设置在对应光伏电池的与电池的有效太阳辐射接收表面相对的表面上。
在用于将功率从光伏电池阵列传输到功率负载的近场无线系统的另一实施方式中，该系统包括：第一多个发射模块，每个发射模块与阵列中的对应光伏电池进行有线电通信，每个发射模块被配置为将来自对应的光伏电池的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；第二多个发射器振荡器，每个发射器振荡器与来自第一多个发射模块的对应发射模块进行有线电通信并且被配置为以振荡频率谐振；第三多个接收器振荡器，配置为以振荡频率谐振，第三多个接收器振荡器中的每个接收器振荡器被设置为经由电容耦合和磁感应中的至少一个从第二多个发射器振荡器中的对应发射器振荡器接收功率；以及第四多个接收器模块，每个接收器模块与第三多个接收器振荡器中的对应接收器振荡器进行有线电通信，接收器模块被配置为从对应的接收器振荡器接收功率并经由有线电通信提供给功率负载呈现DC电形式的接收功率。
第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括功率放大器，该功率放大器被配置为以谐振频率调制从对应的光伏电池接收的功率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括振荡器，该振荡器被配置为向对应的功率放大器提供振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块还可以包括控制器和一个或多个传感器，该控制器被配置为基于来自一个或多个传感器中的至少一个的第一信息来改变振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括传输调谐网络，该传输调谐网络被配置为在对应控制器的控制下基于来自一个或多个传感器中的至少之一改变由发射模块向对应发射器振荡器提供的功率的相位。
该系统还可以包括第五多个功率调整单元，第五多个功率调整单元中的每个功率调整单元电连接在太阳能电池阵列中的对应光伏电池和第一多个发射模块中的对应发射模块之间，并配置为将来自对应光伏电池的功率适配为与对应发射模块兼容的格式。第一多个发射模块中的每个发射模块可包括小信号电子电路，并且第五多个功率调整单元中的对应功率调整单元可进一步配置为向小信号电子电路提供功率。第二多个发射器振荡器中的每个发射器振荡器可以设置在光伏电池阵列中对应光伏电池的与电池的有效太阳辐射接收表面相对的表面上。
在另一实施方式中，提出了一种用于将功率从光伏电池阵列传输到功率负载的近场无线系统，该系统包括：第一多个发射模块，每个发射模块与阵列中对应的光伏电池进行有线电通信，每个发射模块被配置为将来自对应光伏电池的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；第二多个发射器振荡器，每个发射器振荡器与来自第一多个发射模块的对应发射模块进行有线电通信并且被配置为以振荡频率谐振；第三多个接收器振荡器在数量上少于多个发射器振荡器并且被配置为以振荡频率谐振，第三多个接收器振荡器中的每个接收器振荡器被设置为经由电容耦合和磁感应中的至少一个从多个发射器振荡器的一部分接收功率；以及第四多个接收器模块，每个接收器模块与对应的接收器振荡器进行有线电通信，接收器模块被配置为从对应的接收器振荡器接收功率并且经由有线电通信向功率负载呈现接收到的DC形式的功率。
第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括功率放大器，该功率放大器被配置为以谐振频率调制从对应的光伏电池接收的功率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括振荡器，该振荡器被配置为向对应的功率放大器提供振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块还可以包括控制器和一个或多个传感器，该控制器被配置为基于来自一个或多个传感器中的至少一个的第一信息来改变振荡频率。第一多个发射模块中的每个发射模块可以包括传输调谐网络，该传输调谐网络被配置为在对应控制器的控制下基于来自至少一个或多个传感器中的至少一个的第二信息来至少改变发射模块向对应的发射器振荡器提供的功率的相位。
该系统可以包括第五多个功率调整单元，第五多个功率调整单元中的每个功率调整单元电连接在太阳能电池阵列中的对应光伏电池和第一多个发射模块中的对应发射模块之间，并配置为将来自对应光伏电池的功率适配为与对应发射模块兼容的格式。
第一多个发射模块中的每个发射模块可包括小信号电子电路，并且第五多个功率调整单元中的对应功率调整单元可进一步配置为向小信号电子电路提供功率。第二多个发射器振荡器中的每个发射器振荡器可以设置在光伏电池阵列中对应光伏电池的与电池的有效太阳辐射接收表面相对的表面上。
在另一方面，提供了一种用于将功率从光伏电池传输到功率负载的方法，该方法包括：在发射模块中将来自光伏电池的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将功率传输到与发射模块有线电通信的发射器振荡器，并配置为以振荡频率谐振；在接收器振荡器中接收功率，该接收器振荡器被配置为以振荡频率谐振并且被设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器振荡器接收功率；在与接收器振荡器有线电通信的接收器模块中接收功率；经由有线电通信向功率负载呈现接收到的DC形式的功率。
在用于将功率从光伏电池阵列传输到功率负载的方法的另一实施方式中，该方法包括：在第一多个对应发射模块中的每一个中，将来自阵列中的光伏电池中的每一个的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将每个发射模块中的功率传输到第二多个发射器振荡器中的对应发射器振荡器，每个发射器振荡器被配置为以振荡频率谐振；在接收器振荡器中接收功率，该接收器振荡器被配置为以振荡频率谐振并且被设置为经由电容耦合和磁感应中的至少一个从多个发射器振荡器接收功率；在与接收器振荡器有线电通信的接收器模块中接收功率；经由有线电通信将接收到的DC形式的功率呈现给功率负载。
在用于将功率从光伏电池阵列传输到功率负载的方法的另一实施方式中，该方法包括，该方法包括：在第一多个对应发射模块中的每一个中，将来自阵列中的光伏电池中的每一个的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将功率从每个发射模块传输到第二多个发射器振荡器中的对应发射器振荡器，其中每个发射器振荡器被配置为以振荡频率谐振；在对应的接收器振荡器中接收来自每个发射器振荡器的功率，所述接收器振荡器被配置为以振荡频率谐振，其中每个接收器振荡器还被配置和设置为经由电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器振荡器接收功率；从与接收器振荡器有线电通信的对应接收器模块中的每个接收器振荡器接收功率；经由有线电通信将接收到的DC形式的功率呈现给功率负载。
在用于将功率从阵列光伏电池传输到功率负载的方法的另一实施方式中，该方法包括：在第一多个对应发射模块中的每一个中，将来自阵列中的光伏电池中的每一个的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；将功率从每个发射模块传输到第二多个发射器振荡器中的发射器振荡器，其中每个发射器振荡器被配置为以振荡频率谐振；从第三多个接收器振荡器中的任何邻近的接收器振荡器中的每个发射器振荡器接收功率，接收器振荡器被配置为以振荡频率谐振，其中每个接收器振荡器还被配置和设置为经由电容式耦合和磁感应中的至少一个从发射器振荡器接收功率；在多个第三接收器振荡器之间共享接收功率；经由对应的一个或多个接收器模块，经由有线电通信向功率负载呈现从第三多个接收器振荡器中的一个或多个接收到的DC形式的功率。该方法还可以包括在将功率转换成振荡电功率信号之前将来自每个光伏电池的功率的电压和电流转换成适用于对应发射模块的电压和电流。
提供了一种电功率传输系统，用于从DC电源向功率负载供电，该系统包括：与电源有线电通信的射频功率放大器，并配置为将来自电源的DC电压转换为具有振荡频率的AC电压信号；与功率负载有线电接触并且与功率放大器射频通信的可调相位射频整流器；整流器被配置为接收从放大器传输的功率；以及与整流器通信的接收器控制器，接收器控制器被配置为通过调整整流器的电流-电压相位特性来调整从放大器到整流器的功率传输的效率。整流器可以是差分自同步射频整流器。
接收器控制器可以被配置为自动调整整流器的电流-电压相位特性。功率传输系统还可以包括负载管理系统，其与负载有线通信并且功率信号方式设置在负载和整流器之间，负载管理系统被配置为通过调整整流器的输入阻抗来提高功率传输的效率。负载管理系统可以被配置为自动调整整流器的电流-电压相位特性。
功率传输系统还可以包括与放大器通信的发射器控制器，发射器控制器被配置为通过调整放大器的电流-电压相位特性来增加功率传输的效率。发射器控制器可以被配置为自动调整放大器的电流-电压相位特性以增加功率传输的效率。
功率传输系统还可以包括与放大器和发射器控制器通信的振荡器。发射器控制器可以被配置为通过振荡器调整振荡频率。
功率放大器可以与可调相位射频整流器直接有线射频通信。功率放大器可以与可调相位射频整流器无线近场射频通信。功率传输系统可以包括与功率放大器有线射频通信的发射器振荡器和与整流器有线射频通信的接收器振荡器。发射器振荡器和接收器振荡器可以彼此进行无线近场射频通信。功率放大器可以与整流器进行电容式近场无线和电感性近场无线射频通信中的至少一个。功率放大器可以与整流器进行双峰近场无线射频通信。
DC电源可以包括可充电电池并且负载可以包括电动机。负载可以包括计算机监视器。系统的谐振结构可以包括系统的至少一个导电机械承载结构组件。
该系统还可以包括电设置在源和功率传输系统之间的功率调整单元，该功率调整单元被配置为调整来自源的电流和电压中的至少一个以提高功率传输的效率。
还提供了一种用于从DC电源到功率负载的功率传输的方法，该方法包括：提供与电源有线电通信的功率传输系统，该功率传输系统包括射频功率放大器，其与和功率负载有线电接触的可调相位射频整流器进行射频通信；将DC电源的功率在放大器中转换成射频振荡功率信号；在整流器中将射频振荡功率信号转换为DC功率信号；以及通过调整整流器的电流-电压相位特性来调整功率传输的效率。提供可调相位射频整流器可以包括提供差分自同步射频整流器。
该方法还可以包括通过调整放大器的DC等效输入电阻来调整功率传输的效率。提供功率传输系统可以包括提供在整流器和负载之间有线通信的负载管理系统。调整放大器的DC等效输入电阻可以包括通过调整负载管理系统来调整整流器的输入阻抗。调整负载管理系统可以包括自动调整负载管理系统。
该方法还可以包括通过调整功率放大器的电流-电压相位特性来调整功率传输的效率。提供功率传输系统可以包括提供与功率放大器通信以控制功率放大器的发射器控制器。调整功率放大器的电流-电压相位特性可以由发射器控制器执行。调整功率放大器的电流-电压相位特性可以由发射器控制器自动执行。
该方法还可以包括通过改变功率放大器的振荡频率来调整功率传输的效率。
提供功率传输系统可以包括提供与整流器通信以控制整流器的接收器控制器。调整整流器的电流-电压相位特性可以由接收器控制器执行。调整整流器的电流-电压相位特性可以由接收器控制器自动执行。
提供功率传输系统可以包括提供与可调相位射频整流器直接有线射频通信的功率放大器。提供功率传输系统可以包括提供与可调相位射频整流器无线近场射频通信的功率放大器。
提供功率传输系统可以包括提供与功率放大器有线射频通信的发射器谐振器和与射频整流器有线射频通信的接收器谐振器。该方法还可以包括在彼此无线近场射频通信中操作发射器谐振器和接收器谐振器。提供功率传输系统可以包括提供与整流器进行电容式近场无线和电感性近场无线射频通信中的至少一个的功率放大器。提供功率传输系统可以包括提供与整流器进行双峰无线近场通信的功率放大器。
该方法还可以包括：提供电设置在电源和功率传输系统之间的功率调整单元；调整功率调整单元以调整来自源的电流和电压中的至少一个以提高功率传输的效率。
还提供了一种用于将功率从DC电源传输到功率负载的方法，该方法包括：提供与电源有线电通信的功率传输系统，该功率传输系统包括：能够以振荡频率谐振的振荡器；都在发射器控制器的控制下的功率放大器和发射器调谐网络；都在接收器控制器的控制下的接收器调谐网络和负载管理系统，与功率负载有线电通信的负载管理系统；在功率放大器中将来自电源的功率转换成具有振荡频率的振荡电功率信号；在发射器控制器的控制下，通过发射器调谐网络和接收器调谐网络将功率信号从功率放大器传输到负载管理系统；调整振荡频率、功率放大器的输入DC等效电阻、发射器调谐网络、接收器调谐网络和负载管理系统中的至少一者以改变功率传输速率；经由有线电通信以DC电形式将负载管理系统接收到的功率呈现给功率负载。
经由发射器调谐网络和接收器调谐网络传输功率信号可以包括通过有线通信传输功率。经由发射器调谐网络和接收器调谐网络传输功率信号可以包括通过无线通信传输功率。通过无线通信传输功率可以包括通过近场无线通信传输功率。通过近场无线通信传输功率可以包括通过电容耦合和电感耦合中的至少一个来传输功率。
从DC电源传输功率可包括从至少一个太阳能电池传输功率。从DC电源传输功率可包括从至少一个太阳能电池电池传输功率。从DC电源传输功率可包括从具有变化电压的电源传输功率。
在另一实施方式中，电动系统包括：机械负载承载结构，其具有导电的第一部分；电功率负载；以及电率传输系统，包括配置为近场无线功率传输的至少一个射频谐振器，其中该谐振器至少部分地包括导电的第一部分。电动系统还可以包括可再充电电池并且电功率负载可以包括电动机。电动系统可以是电动车辆并且机械负载承载结构可以包括车辆的底盘。电动系统可以是显示监视器并且机械负载承载结构可以是监视器的框架和底座中的至少一个。
电动系统还可以包括电源。电功率传输系统可以包括：与电源有线电通信的射频功率放大器，并被配置为将来自电源的DC电压转换成具有振荡频率的AC电压信号；与功率负载有线电接触并且与功率放大器射频通信的可调相位射频整流器；整流器被配置为接收从放大器传输的功率；以及与整流器通信的接收器控制器，接收器控制器被配置为通过调整整流器的电流-电压相位特性来调整从放大器到整流器的功率传输的效率。
在另一实施方式中，一种装置包括：机械负载承载结构，其具有导电的第一部分；电源；电功率负载；以及电功率传输系统，包括：射频功率放大器，其与电源有线电通信并且被配置为将来自电源的DC电压转换成具有振荡频率的AC电压信号；与功率负载有线电接触并且与功率放大器射频通信的可调相位射频整流器；整流器被配置为接收从放大器传输的功率；接收控制器与整流器通信，接收控制器被配置为通过调整整流器的电流-电压相位特性来调整从放大器到整流器的功率传输效率；其中导电的第一部分被设置为从放大器和整流器中的至少一个承载射频信号。
该装置可以还包括负载管理系统，其与负载有线通信并且功率信号方式设置在负载和整流器之间，负载管理系统被配置为通过调整整流器的输入阻抗来提高功率传输的效率。该装置还可以包括与放大器通信的发射器控制器，该发射器控制器被配置为通过调整放大器的电流-电压相位特性来增加功率传输的效率。该装置还可以包括与放大器和发射器控制器通信的振荡器，其中发射器控制器被配置为经由振荡器调整振荡频率。
功率放大器可以经由导电的第一部分与整流器直接有线射频通信。功率放大器可以与整流器进行无线近场射频通信。功率传输系统可以包括与功率放大器有线射频通信的发射器谐振器和与整流器有线射频通信的接收器谐振器，并且发射器谐振器和接收器谐振器之一可以包括导电的第一部分。发射器谐振器和接收器谐振器可以彼此进行无线近场射频通信。功率放大器可以与整流器进行电容式近场无线和电感性近场无线射频通信中的至少一个。功率放大器可以与整流器进行双峰近场无线射频通信。DC电源可以包括可充电电池并且负载可以包括电动机。
在一些实施方式中，密封双向功率传输电路装置包括多个端，这些端被设置用于与密封装置外部的装置进行电通信，该密封装置在密封的内部包括：具有至少一个DC端的多端功率开关装置，至少一个AC端和至少一个控制端，多端功率开关装置在放大状态和整流状态之间可调，并被布置用于经由至少一个DC端、DC电压和DC电流双向通信；以及经由至少一个AC端双向通信射频功率信号，该射频功率信号具有与控制器有线数据通信的幅度、频率和相位，以及经由至少一个控制端与功率开关装置有线电通信的相位、频率和占空比调整电路被布置用于：在功率开关装置的至少一个控制端建立具有射频功率信号的频率和相位的射频振荡信号；通过在控制器的指令下调整射频振荡信号的相位，在放大状态和整流状态之间调整功率切换装置。在一些实施方式中，控制器可被设置为在密封双向功率传输电路装置的密封内部。密封功率传输电路装置的多个端可包括用于控制器和密封内部外部的装置之间的数据通信的端。
射频功率信号可以具有占空比，相位、频率和占空比调整电路还可以用于通过调整射频振荡信号的占空比来调整射频功率信号的占空比。相位、频率和占空比调整电路可以包括射频振荡器，用于在来自控制器的指令下产生射频振荡信号。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器有线数据通信的调谐网络，该调谐网络经由至少一个AC端与功率开关装置进行有线电通信，调谐网络被布置为在来自控制器的指令下将射频功率信号调整为调谐射频功率信号。双向功率传输电路装置可以包括配置为将信息调制到射频功率信号上的调制器。调制器可以包括调谐网络。调制器可以被配置为利用控制器提供的信息来调制射频功率信号。调谐网络可以包括布置用于抑制射频功率信号中的射频振荡信号的谐波的谐波终止网络电路。谐波终止网络可以包括一个或多个电感器以及一个或多个一次谐波端、二次谐波端和三次谐波端。密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器有线数据通信的幅度/频率/相位检测器，该幅度/频率/相位检测器被设置为与调谐网络有线电通信并且被布置为确定在调谐网络和密封装置外部的AC负载/电源之间通信的任何射频功率信号的幅度、频率和相位。调谐网络还可以包括补偿网络、匹配网络和滤波器中的一个或多个。
相位、频率和占空比调整电路可被布置为基于由幅度/频率/相位检测器通信到控制器的测量数据从控制器接收指令。相位、频率和占空比调整电路可被布置为基于直接从幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整射频振荡信号。调谐网络可以包括电压-电流调谐器，用于当功率开关装置处于放大状态时基于来自幅度/频率/相位检测器的测量数据来调整调谐射频功率信号的电压和电流之间的相位差。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部在功率开关装置和密封装置外部的DC电源/负载之间进行有线电通信的功率管理电路，其被布置用于匹配功率开关装置和外部DC电源/负载的阻抗，并且基于直接从幅度/频率/相位检测器接收到的反馈信号来调整功率开关装置和DC电源/负载之间通信的DC功率。在其他实施方式中，密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器进行有线数据通信并且在功率开关装置和密封装置外部的DC电源/负载之间进行有线电通信的功率管理电路，其被布置用于匹配功率开关装置和外部DC电源/负载的阻抗，并且基于由幅度/频率/相位检测器通信到控制器的测量数据来调整功率开关装置和DC电源/负载之间通信的DC功率。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器进行有线数据通信的电压/电流检测器，其被设置为确定在功率开关装置和功率管理电路之间经过的DC电压和DC电流。相位、频率和占空比调整电路可被布置为基于由电压/电流检测器通信到所述控制器的测量数据从控制器接收指令。在其他实施方式中，相位、频率和占空比调整电路可被布置为基于直接从所述电压/电流检测器接收的反馈信号来调整射频振荡信号。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器、幅度/频率/相位检测器和电压/电流检测器进行有线数据通信的存储器，其中该存储器被布置为接收和存储来自两个检测器的测量数据并向控制器提供来自两个检测器的信号数据。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部在功率开关装置和密封装置外部的AC电源/负载之间进行有线电通信的功率管理电路，其被布置用于匹配功率开关装置和外部AC电源/负载的幅值、频率和相位，并且基于直接从幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整功率开关装置和AC电源/负载之间通信的AC功率。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部与控制器进行有线数据通信并且在功率开关装置和密封装置外部的AC电源/负载之间进行有线电通信的功率管理电路，其被布置用于匹配功率开关装置和外部AC电源/负载功率开关装置的幅度、频率和相位，并且基于由幅度/频率/相位检测器通信到控制器的测量数据来调整功率开关装置和AC电源/负载之间通信的AC功率。
密封功率传输电路装置还可以包括在密封内部与控制器进行有线数据通信的电压/电流检测器，其被设置为确定在功率开关装置和功率管理电路之间经过的DC电压和DC电流。
在一些实施方式中，相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由电压/电流检测器通信到控制器的测量数据从该控制器接收指令。在一些实施方式中，相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从电压/电流检测器接收的反馈信号来调整射频振荡信号。
密封功率传输电路装置可以还包括在密封内部内与控制器、幅度/频率/相位检测器和电压/电流检测器进行有线数据通信的存储器，其中该存储器被布置为接收和存储来自两个检测器的测量数据并向控制器提供来自两个检测器的信号数据。
密封功率传输电路装置可以在密封内部还包括蓝牙通信电路、WiFi通信电路、Zigbee通信电路和蜂窝通信技术电路中的至少一个，用于在控制器和密封功率传输电路装置外部的装置之间通信信息。通信电路可以与至少一个通信天线进行双向有线通信，该至少一个通信天线被布置为与密封功率传输电路装置外部的装置通信。用于通信电路的天线可以被设置在密封装置的密封内部。
双向功率传输电路装置可以包括调制器，该调制器被配置为将信息调制到射频功率信号和DC电压中的至少一个上。调制器可以包括功率开关装置。调制器可以被配置为利用控制器提供的信息来调制射频功率信号和DC电压中的至少一个。调制器还可以包括相位、频率和占空比调整电路。
在一些实施方式中，双向功率传输电路装置的所有电路元件可以单片集成在硅单晶片中。在一些实施方式中，该装置的至少一部分电路元件可以通过倒装芯片技术集成。
在一个具体实施方式中，密封双向功率传输电路装置的电子电路可以在单个硅单晶片内与用作DC电源/负载的至少一个光伏电池一起实现。在另一实施方式中，密封双向功率传输电路装置的电子电路可以在单个硅单晶片内与用作DC电源/负载700的至少一个光伏电池和用作AC负载/源的谐振器结构一起在单晶硅晶片的表面上实现。用于蓝牙、WiFi、Zigbee和蜂窝技术的天线也可以集成在同一个单硅单晶片上。
附图说明
示例性实施方式在附图的参考图中示出。旨在将本文公开的实施方式和附图视为说明性而非限制性的。
图1是根据一个示例实施方式的无线功率传输系统的示意图。
图2A、图2B和图2C描绘了可在各种示例实施方式中使用或单独使用或与其他公开的元件结合使用的天线。
图3A和图3B描绘了可在各种示例实施方式中使用或单独使用或与其他公开的元件结合使用的天线的侧面轮廓图。
图4A、图4B、图4C和图4D描绘了示例谐振器的侧视图，这些示例谐振器可以在各种示例实施方式中使用或者单独使用或者与其他公开的元件结合使用。
图5描绘了示例谐振器的横截面，该示例谐振器可以在各种示例实施方式中使用或者单独使用或者与其他公开的元件结合使用。
图6是根据一个示例实施方式的无线功率传输系统的初级侧的示意图。
图7是根据一个示例实施方式的无线功率传输系统的次级侧的示意图。
图8是示例性功率放大器的示意图，其可以在各种示例实施方式中使用或者单独使用或者与其他公开的元件结合使用。
图9是示例性自同步整流器的示意图，其可以在各种示例实施方式中使用或者单独使用或者与其他公开的元件结合使用。
图10示出了根据一个示例的根据图6的V/I调谐器的更详细的示意图，用于调整到发射器谐振器的功率信号。
图11示出了根据一个示例实施方式的用于在谐振功率信号振荡频率下根据可调传输模式比用于双峰传输功率的近场谐振无线方法的流程图。
图12是用于将功率传输到单个接收器子系统的多发射器近场谐振无线功率传输系统的示意图。
图13A和图13B描绘了用于将功率传输到单个接收器子系统的多发射器近场谐振无线电功率传输系统。
图14描绘了一种用于将功率传输到一个以上的接收器子系统的多发射器近场谐振无线功率传输系统。
图15示出了用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统向单个谐振接收器子系统传输功率的无线近场方法的流程图。
图16示出了用于以可变谐振功率信号振荡频率将功率从多发射器子系统传输到单个谐振接收器子系统的另一种无线近场方法的流程图。
图17示出了用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统向一个以上的谐振接收器子系统传输功率的无线近场方法的流程图。
图18示出了用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统向一个以上的谐振接收器子系统传输功率的另一种无线近场方法的流程图。
图19A示出了用于将电功率从光伏太阳能电池无线传输到电功率负载的近场谐振无线电功率传输系统。
图19B示出了用于将电功率从光伏太阳能电池传输到电功率负载的功率传输系统。
图20A和图20B示出了被配置为在多对一配置中使用图19A的近场谐振无线电功率传输系统的太阳能电池阵列的前视图和后视图。
图21A和图21B示出了被配置为在一对一配置中使用图19A的近场谐振无线电功率传输系统的太阳能电池阵列的前视图和后视图。
图22A和图22B示出了被配置为在基于行的配置中使用图19A的近场谐振无线电功率传输系统的太阳能电池阵列的前视图和后视图。
图23示出了从光伏太阳能电池向电功率负载无线传输电功率的方法的流程图。
图24示出了从光伏太阳能电池阵列向电功率负载无线传输电功率的另一种方法的流程图。
图25示出了从光伏太阳能电池阵列向电功率负载无线传输电功率的另一种方法的流程图。
图26示出了从光伏太阳能电池阵列向电功率负载无线传输电功率的另一种方法的流程图。
图27A示出了使用功率传输系统的实施方式的电动车辆的一部分的图。
图27B示出了使用功率传输系统的实施方式的电动车辆的一部分的另一图。
图28A示出了使用功率传输系统的实施方式的计算机监视器的图。
图28B示出了使用功率传输系统的另一实施方式的计算机监视器。
图29示出了将功率从直流电源传输到功率负载的方法的流程图。
图30示出了将功率从直流电源传输到功率负载的另一种方法的流程图。
图31示出了在双峰谐振近场射频功率传输系统中的发射-接收模块之间传输功率的方法的流程图。
图32示出了双向功率传输电路装置的示意图。
图33示出了双向功率传输电路装置的实施方式。
图34A示出了双向功率传输电路装置在与光伏电池相同的硅晶片中实现的实施方式。
图34B示出了图34A与硅晶片的表面上的谐振器的组合装置。
图35A示出了用于将电功率从光伏太阳能电池无线传输到AC电功率负载的近场谐振无线电功率传输系统。
图35B示出了用于将电功率从光伏太阳能电池传输到AC电功率负载的功率传输系统。
图36示出了双向功率传输电路装置的示意图。
具体实施方式
在整个以下描述中，阐述了具体细节以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，众所周知的元件可能未被详细示出或描述以避免不必要地模糊本公开。因此，描述和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。
本发明的一个方面提供了一种无线功率传输系统，包括发射器(也称为初级侧)和接收器(也称为次级侧)。本发明的另一方面提供可用作其他无线功率传输系统的一部分的无线功率发射器。本发明的另一方面提供可用作其他无线功率传输系统的一部分的无线功率接收器。根据本发明的一些实施方式的发射器可以包括谐振器，谐振器被配置为通过感应功率传输和/或通过电容功率传输来发射功率。类似地，根据本发明的一些实施方式的接收器可以包括谐振器，谐振器被配置为通过感应功率传输和/或通过电容功率传输来接收功率。
图1是无线功率传输(WPT)系统10的简化示意图，包括初级侧12和次级侧14。初级侧12也可以称为发射器，次级侧14也可以称为接收器。初级侧12包括发射器模块20和发射器谐振器30，次级侧14包括接收器模块40和接收器谐振器50。
发射器模块20接收包括例如直流(DC)功率的功率作为输入。尽管未描绘，发射器模块20可包括例如逆变器、发射器补偿网络和/或本文进一步描述的其他组件。发射器模块20将包括例如交流(AC)功率的功率作为输出传递到发射器谐振器30。
发射器谐振器30从发射器模块20接收功率作为输入并且可以输出磁场31A(例如，时变磁场)和/或电场31B(例如，时变电场)。在一些实施方式中，发射器谐振器30输出磁场31A用于IPT的目的。在一些实施方式中，发射器谐振器30输出电场31B用于CPT的目的。在一些实施方式中，谐振器30同时输出磁场31A和电场31B用于通过CPT和IPT同时传输功率的目的。在一些实施方式中，谐振器30可以在输出电场31B用于CPT、输出磁场31A用于IPT以及同时输出磁场31A和电场31B用于通过CPT和IPT同时传输功率的目的之间切换。
形容词术语“双峰”在本文中用于描述配置为同时电容信号传输和电感信号传输的系统。
在存在磁场31A的情况下，为了IPT的目的，可以在接收器谐振器50中感应出电流。在存在电场31B的情况下，可以在接收器谐振器50(或其一个或多个天线)上感应出交流电势。
当磁场31A在接收器谐振器50中感应出电流时，该电流可以输出到接收器模块40。类似地，当电场31B在接收器谐振器50上感应出交流电势时，可以通过接收器谐振器50使电流流入接收器模块40。
接收器模块40可以从接收器谐振器50接收功率(例如，AC功率)作为输入并且可以向负载输出功率(例如，DC功率)。负载可以是对诸如电池或超级电容器的电存储设备的充电。作为非限制性示例，负载可以包括或者是电动自行车(也称为电动自行车或电自行车)的元件，例如作为自行车共享车队的一部分的电动自行车，汽车、船等。尽管未描绘，但接收器模块40可包括例如整流器、接收器补偿网络和/或如本文进一步讨论的其他组件。
出于各种原因，WPT系统10可以被配置成调整经由CPT从发射器模块20传输到接收器模块40的功率与经由IPT由发射器模块20传输到接收器模块40的功率的比(“传输模式比”)。例如，当发射器谐振器30和接收器谐振器50之间的距离增加时，传输模式比可以被调整以增加由CPT传递的功率的比例；当生物体(例如，人或动物)在WPT系统10附近时，传输模式比可以被调整以增加IPT传递的功率的比例；当物体(例如，金属物体)在WPT系统10附近时，传输模式比可以被调整以增加CPT传递的功率的比例；当发射器谐振器30和接收器谐振器50之间的对准变差时，传输模式比可以被调整以增加CPT传递的功率的比例；和/或进行上述操作的任何组合。
在一些实施方式中，可以根据最大功率点跟踪技术调整传输模式比，例如但不限于有时用于风力涡轮机和太阳能电池板的“观察和扰动”(参见，例如，S.Dehghani,S.Abbasian和T.Johnson,“Adjustable Load With Tracking Loop to Improve RFRectifier Efficiency Under Variable RF Input Power Conditions(带跟踪环的可调负载在可变RF输入功率条件下提高RF整流效率)”在IEEE微波理论与技术汇刊,第64卷，第2期，第343-352页，2016年2月。)。在一些实施方式中，传输模式比可以根据机器学习算法来调整。例如，在一些实施方式中，如果WPT系统10确定WPT效率低得不合需要，则WPT系统10可以增加由CPT(或IPT)传递的功率的比例。如果WPT效率因增加对CPT(或IPT)的依赖而受到负面影响，则WPT系统10可以减少对CPT(或IPT)的依赖。可以迭代地重复该过程，直到获得期望的/最大WPT效率。
发射器谐振器30和接收器谐振器50中的每一个可以包括以各种配置布置的多个天线80。
天线80可以包括具有高自感和高自电容的任何合适的天线，其能够产生磁场31A和电场31B(单独地和/或同时地)以用于CPT和IPT的目的。图2A、图2B和图2C描绘了天线80、180、280的非限制性示例。出于本文的目的，“高自感”是足够大以允许天线产生适合的磁场以用于IPT的目的的自感。类似地，出于本文的目的，“高自电容”是足够大以允许天线产生适合于CPT目的的电场的自电容。
图2A描绘了根据本发明的一个实施方式的天线80。天线80可以包括任何合适的导电材料。例如，天线80可以包括铜、金、银、铝、其他合适的材料或其组合。从图2A中可以看出，天线80包括具有矩形(例如，正方形)横截面的细长元件80A，其已经被弯曲或形成为大体平面矩形(在XY平面中)线圈的形状，使得细长元件80A的相邻缠绕由间隙80B隔开。虽然间隙80B被描述为沿细长元件80的长度大致恒定，但这不是强制性的。
为了增加天线80的自感，可以减小间隙80B的尺寸。为了增加天线80的自电容，可以增加细长元件80A的弯曲(例如，弯曲82A)的数量，增加细长元件80A的角和边缘(例如，边缘82B)的数量，可以增加细长元件80A的长度和/或可以增加细长元件80A的厚度80C。
图2B描绘了根据本发明到的另一实施方式的天线180的另一非限制性示例。天线180基本上类似于第一天线80，不同之处在于不是弯曲或形成为大致平面矩形线圈的形状，细长元件180A被弯曲或形成为具有方角的大致平面之字形形状，如图2B所示。与天线80一样，细长元件180A的相邻之字形或曲折形由间隙180B间隔开。虽然间隙180B被描述为沿细长元件180的长度大致恒定，但这不是强制性的。
为了增加天线180的自感，可以减小间隙180B的尺寸。为了增加天线180的自电容，可以增加细长元件180A的弯曲(例如，弯曲182A)的数量，可以增加细长元件180A的角和边缘(例如，边缘182B)的数量和/或者可以增加细长元件180A的厚度180C。
图2C描绘了根据本发明的另一实施方式的天线280的另一非限制性示例。天线280基本上类似于第一天线80，不同之处在于不是弯曲或形成为大致平面矩形线圈的形状，细长元件280A弯曲或形成为具有扇形元件280C从其径向向外延伸的轮毂元件280A的大致平面圆形形状(在XY平面中)。相邻的扇形元件280C彼此间隔开间隙280B。
为了增加天线280的自感，可以减小间隙280B的尺寸。为了增加天线280的自电容，可以增加扇区280C的数量，可以增加轮毂280A和/或扇区280C的角和边缘(例如，边缘282A)的数量和/或可以增加细长轮毂280A和/或扇区280C的厚度280C。
虽然图2A、图2B和图2C描绘了天线80、180、280的示例性非限制性实施方式，但是应当理解，可以在本文描述的谐振器中采用合适的天线80的许多其他形状和配置。可以对所描绘的天线做出的改变的非限制性示例包括将细长元件80A、180A的横截面形状改变为矩形以外的形状(例如，三角形、圆形、六角形等)、将90°弯曲82A、182A改变为非90°或为圆形，将第一发射器天线80的XY平面形状改变为矩形或圆形以外的形状，使用弯曲和拐角的非重复图案等。
虽然天线80、180、280在本文中被描述和描绘为相对平坦或平面的(例如，在Z方向上的厚度基本上没有变化)，但这不是强制性的。在一些实施方式中，天线80、180、280可以具有如图3A和3B所示的锥形凹形或锥形凸形。例如，此处的天线可以具有锥形螺旋形状(未描绘)。在一些实施方式中，天线80可以具有矩形锥形螺旋形状，使得天线80的内部绕组在Z方向上与天线80的外部绕组间隔开。这样的锥形形状可以允许谐振器用于更宽范围的谐振频率。在其他实施方式中，第一发射器天线在Z方向上的厚度可以以其他方式变化。
天线80、180、280可以例如布置成类似于CPT WPT系统中的板的配置。例如，在根据本发明的一个实施方式的双天线WPT系统中，发射器谐振器30可以包括与接收器谐振器50的第一接收器天线52平行布置的第一发射器天线32，如图4A所示。为了CPT的目的，两个天线32、52之间的互电容提供电流向前流向接收器侧的路径，并且导电路径(例如，地)将允许电流流回发射器侧。为了IPT的目的，通过驱动电流通过第一发射器天线32，产生磁场31A，其可以在第一接收器天线52中感应出电流。为了CPT的目的，可以将电压施加到第一发射器天线32以在第一发射器天线32和第一接收器天线52之间产生电势差，从而产生电场31B。
第一发射器天线32可以包括具有高自感和高自电容的任何合适的天线，其能够产生磁场31A和电场31B(分别地和/或同时地)。例如，第一发射器天线可以包括天线80、180、280中的一个或本文描述的任何其他天线。
第一接收器天线52可以包括具有高自感和高自电容的任何合适的天线，其能够具有由磁场31A在其中感应的电流并且能够具有由于电场31B而在其上的电势差(单独地和/或同时)。在一些实施方式中，第一接收器天线52可基本上类似于第一发射器天线32(例如，第一接收器天线52可具有与本文或其他描述或描绘的任何天线相同的特性)。在一些实施方式中，天线32、52可以彼此不同(例如，第一发射器天线32可以包括天线80而第一接收器天线52可以包括天线180)。
在一些实施方式中，第一发射器天线32的XY平面面积小于第一接收器天线52的XY平面面积以改善第一发射器天线32和第一接收器天线52之间的耦合。
图4B描绘了天线80、180、280的配置的另一个示例。具体而言，图4B描绘了四天线堆栈(或四天线垂直)WPT系统。发射器谐振器130和接收器谐振器150中的每一个包括两个天线。发射器谐振器30的一个天线和接收器谐振器150的一个天线一起提供功率的前向路径并且发射器谐振器130的另一个天线和接收器谐振器150的另一个天线一起提供功率的返回路径。
出于IPT的目的，通过驱动电流通过发射器的天线132、134，产生可以在第一和第二接收器天线152、154中感应电流的磁场。出于CPT的目的，电势差可以施加在第一和第二天线132、134之间以产生电场(图1中所示的31B)以在第一和第二接收器天线152、154之间感应电势。
如图4B所示，发射器谐振器130包括第一发射器天线132和第二发射器天线134，它们在Z方向上由间隔件138分开。
第一发射器天线132可以包括具有高自感和高自电容的任何合适的天线，其能够(单独和/或同时)产生磁场31A和电场31B。例如，第一发射器天线可以包括天线80、180、280中的一个或本文描述的任何其他天线。
间隔件138可包括任何合适的材料。例如，间隔件138可以包括空气、介电材料、铁氧体或其一些组合。间隔件138可以具有被选择以改变电场31A的介电常数和/或它可以具有被选择以改变磁场31B的磁导率常数。间隔件138可以包括高介电常数材料以增加发射器谐振器130的电容。间隔件138的厚度和平面面积可以取决于第一和第二发射器天线132、134的厚度和/或平面面积。在一些实施方式中，可能需要电隔离，并且可以将低介电常数材料用于间隔件138(例如，用于屏蔽)。
第二发射器天线134可以包括具有高自感和高自电容的任何合适的天线，其能够产生磁场31A和电场31B(分别地和/或同时地)。在一些实施方式中，第二发射器天线134可以基本上类似于第一发射器天线132(例如，第二发射器天线134可以具有与本文或其他描述或描绘的任何天线相同的特性)。在一些实施方式中，第一和第二发射器天线132、134以及第一和第二接收器天线152、154可以彼此不同(例如，第一和第二发射器天线132、134可以类似于天线80，而第一和第二接收器天线152、154可以类似于天线180)。
在一些实施方式中，第二发射器天线134的XY平面面积在尺寸上可以与第一发射器天线132的XY平面面积不同。在一些实施方式中，第二发射器天线134的XY平面面积可以小于第一发射器天线134的XY平面面积以确保每对天线之间的耦合。在一些实施方式中，第二发射器天线134的XY平面面积可以大于第一发射器天线132的XY平面面积。
在一些实施方式中，第二发射器天线134在尺寸和/或形状上基本上与第一天线132互补，使得第一发射器天线132在Z方向上基本上不与第二发射器天线134重叠。图5描绘了发射器谐振器130的一部分的XZ平面横截面的示意图，其中第一发射器天线132和第二发射器天线134各自的形状基本上类似于图2B中的第一发射器天线180。可以看出，第一发射器天线132的细长元件132A的部分132A-1、132A-2、132A-3在Z方向上与第二发射器天线134的间隙134B-1、134B-2、134B-3重叠(例如，通过第一天线132的细长元件132A的部分132A-1在Z方向上定向的线穿过第二天线134的间隙134B-1)在Z方向上与第一发射器天线132的间隙132B-1、132B-2、132B-3重叠的第二发射器天线134的细长元件134A的部分134A-1、134A-2、134A-3(例如，通过第二天线134的细长元件134A的部分134A-1在Z方向上定向的线穿过第二天线134的间隙132B-1)。第一发射器天线132和第二天线134的互补形状可以减少发射器谐振器130经历的寄生能量损失。在一些实施方式中，第一和第二发射器天线132、134可以不完全互补但可以具有一个或多个互补部分。
接收器谐振器150包括在Z方向上由间隔件158分开的第一接收器天线152和第二接收器天线154。第一接收器天线152可以基本上类似于天线80、180、280中的任一个或本文以其他方式描述的。第二接收器天线154也可以基本上类似于天线80、180、280中的任一个或本文以其他方式描述的。与第一和第二发射器天线132、134一样，第一和第二接收器天线152、154可以在尺寸和/或形状上互补(或部分互补)。
在一些实施方式中，第一和第二接收器天线152、154的XY平面面积不同于图4B中描绘的第一和第二发射器天线的XY平面面积，以便调整接收器谐振器150的自感或自电容。例如，在一些实施方式中，第一和第二接收器天线152、154的XY平面面积大于第一和第二发射器天线132、134的XY平面面积，如图2A所示。这样的XY平面面积差可以提高接收器谐振器150捕获更多磁场31A和/或电场31B的能力。
间隔件158可包括任何合适的间隔件。间隔件158可包括与间隔件138相同或相似的材料或与间隔件138不同的材料。与间隔件158相比，间隔件138可具有较小的Z方向尺寸以获得期望的自电容和/或自感。这可以有效地改变初级侧12和次级侧14之间的链路的耦合系数以及初级侧12的阻抗。可以在初级侧12和次级侧14两者中采用不同的补偿网络以适应这样的耦合系数和阻抗变化。
与图4C中描绘的四天线平行结构相比，图4B堆栈配置在XY平面上要紧凑得多。此外，由于所有天线都可以中心对齐，因此这种配置对角度不对齐具有鲁棒性。具体地，当天线为圆形时，角度旋转对耦合电容没有影响。然而，与图4C中描绘的四天线并联结构相比，图4B堆栈配置的互导可能由于增加的交叉耦合电容而较低。
图4C描绘了天线80、180、280的配置的另一个示例。具体地，图4C描绘了四天线平行(或四天线水平)WPT系统。发射器谐振器230和接收器谐振器250中的每一个包括两个天线。发射器谐振器230的一个天线和接收器谐振器250的一个天线一起提供功率的前向路径并且发射器谐振器230的另一个天线和接收器谐振器250的另一个天线一起提供功率的返回路径。
出于IPT的目的，通过驱动电流通过发射器的天线232、234，产生可以在第一和第二接收器天线252、254中感应电流的磁场。出于CPT的目的，在第一和第二天线232、234之间可以产生电势差以产生电场31B以在第一和第二接收器天线252、254之间感应电势。
与图4B中所示的发射器和接收器谐振器130、150相比，具有水平布置的天线的发射器和接收器谐振器230、250在谐振器的Z方向尺寸上存在限制的应用中可能是合意的。
发射器谐振器230包括在X方向上由间隔件238分开的第一发射器天线232和第二发射器天线234。通过在X方向上分开第一和第二发射器天线232、234，可以减少寄生能量损失。第一和第二发射器天线232、234可以基本上类似于第一和第二发射器天线132，134并且间隔件238可以基本上类似于间隔件138。像发射器谐振器130一样，第一发射器天线232可以具有比第二发射器天线234更大的XY平面面积以提高功率传输的前向路径。
间隔件238可以包括任何合适的材料。例如，间隔件238可以包括空气、介电材料、铁氧体或其组合。间隔件238可以具有被选择以改变电场31A的介电常数和/或它可以具有被选择以改变磁场31B的磁导率常数。间隔件238可以包括高介电常数材料以增加发射器谐振器230的电容。间隔件238的厚度和平面面积可以取决于第一和第二发射器天线232、234的厚度和/或平面面积。在一些实施方式中，可能需要电隔离，并且可以将低介电常数材料用于间隔件238(例如，用于屏蔽)。
接收器谐振器250包括在X方向上由间隔件258分开的第一接收器天线252和第二接收器天线254。通过在X方向上分开第一和第二接收器天线252、254，可以减少寄生能量损失。第一和第二接收器天线252、254可以基本上类似于第一和第二接收器天线152、154并且间隔件258可以基本上类似于间隔件138。像接收器谐振器150一样，第一接收器天线252可以具有比第二接收器天线254更大的XY平面面积。
间隔件258可包括任何合适的间隔件。间隔件258可包括与间隔件238相同或相似的材料或与间隔件238不同的材料。与间隔件258相比，间隔件238可具有较小的Z方向尺寸以获得期望的自电容和/或自感。这可以有效地改变初级侧12和次级侧14之间的链路的耦合系数以及初级侧12的阻抗。可以在初级侧12和次级侧14两者中采用不同的补偿网络以适应这样的耦合系数和阻抗变化。
在一些实施方式中，间隔件258的XY平面面积可以不同于间隔件238的XY平面面积，以便改变发射器谐振器230或接收器谐振器250的自感或自电容。例如，与间隔件258相比，间隔件238可具有较小的XY平面面积，如图所示。
图4D描绘了天线80、180、280的配置的另一个示例。具体而言，图4D描绘了组合图4B的堆栈配置和图4C的并行配置的六天线WPT系统。发射器谐振器130和接收器谐振器150中的每一个包括三个天线。第一和第二发射器天线332、334中的一个天线和第一和第二接收器天线352、354中的一个天线一起提供功率的前向路径，并且第一和第二发射器天线332、334中的另一个和第一和第二发射器天线352、354中的另一个一起提供功率的返回路径。第三发射器和接收器天线336、356用作辅助天线增加等效自电容并起到电场屏蔽作用。在一些实施方式中，第三发射器和接收器天线336、356是无源的(例如，在第三发射器和接收器天线336、356之间不施加电势差和/或不驱动电流通过第三发射器和接收器天线336、356)。出于IPT的目的，通过驱动电流通过发射器的天线332、334、336中的一个或多个，产生可以在第一接收器天线352、354、356中感应电流的磁场。出于CPT的目的，可以将电压施加到第一发射器天线332、第二发射器天线334和/或第三发射器天线336以在第一、第二和第三发射器天线332、334、336中的任一个之间产生电势差，从而产生电场31B。
发射器谐振器330包括在X方向上由间隔件338分开的第一发射器天线332和第二发射器天线334以及由第二间隔件339与第一和第二发射器天线和间隔件338分开的第三发射器天线336。第三发射器天线336可以提供电场屏蔽以减少电场从发射器谐振器330的不期望的逸出。第三发射器天线336可以包含铁氧体片或铁氧体表面以提供磁场屏蔽以减少磁场从发射器谐振器330的不期望的逸出。电的屏蔽或整形或磁场也可以通过改变间隔件339来实现。
第一和第二以及第三发射器天线332、334、336可以基本上类似于第一和第二发射器天线132、134中的任何一个。间隔件338、339可以基本上类似于间隔件138。像发射器谐振器130一样，第一发射器天线332可以具有比第二发射器天线334更大的XY平面面积。第三发射器天线336可以具有比第一和第二发射器天线334、332中任一个更大的XY平面面积。
间隔件338、339可以包括任何合适的材料。例如，间隔件338、339可以包括空气、介电材料、铁氧体或其组合。间隔件338、339可以具有被选择以改变电场31A的介电常数和/或它可以具有被选择以改变磁场31B的磁导率常数。间隔件338、339可以包括高介电常数材料以增加发射器谐振器230的电容。间隔件338、339的厚度和平面面积可以取决于第一和第二和第三发射器天线332、334、336的厚度和/或平面面积。在一些实施方式中，电隔离可能是期望的，并且低介电常数材料可以用于间隔件338、339(例如，用于屏蔽)。
接收器谐振器350包括在X方向上由间隔件358分开的第一接收器天线352和第二接收器天线354以及由第二间隔件359与第一和第二接收器天线和间隔件358分开的第三接收器天线356。第三接收器天线356可以提供电场屏蔽以减少电场从接收器谐振器350的不期望的逸出。第三接收器天线356可以包含铁氧体片或铁氧体表面以提供磁场屏蔽以减少磁场从发射器的不期望的逸出。电场或磁场的屏蔽或整形也可以通过改变间隔件359来实现。第一和第二和第三接收器天线352、354、356可以与第一和第二接收器天线152、154中的任何一个基本相似。间隔件358、359可以基本上类似于间隔件158。与接收器谐振器150一样，第一接收器天线352可以具有比第二接收器天线354更大的XY平面面积。第三接收器天线356可以具有比第一和第二接收器天线354、352中的任一个更大的XY平面面积。
间隔件358、359可包括任何合适的间隔件。间隔件358、359可包括与间隔件338、339相同或相似的材料或与间隔件338、339不同的材料。与间隔件358、359相比，间隔件338、339可具有较小的Z方向尺寸以实现期望的自电容和/或自感。这可以有效地改变初级侧12和次级侧14之间的链路的耦合系数以及初级侧12的阻抗。可以在初级侧12和次级侧14两者中采用不同的补偿网络以适应这样的耦合系数和阻抗变化。
在一些实施方式中，间隔件358的XY平面面积可以不同于间隔件338的XY平面面积，以便改变发射器谐振器330或接收器谐振器350的自感或自电容。例如，与间隔件358相比，间隔件338可具有较小的X方向尺寸。在一些实施方式中，间隔件359的Z方向尺寸可以不同于间隔件339的Z方向尺寸，以便改变发射器谐振器330或接收器谐振器350的自感或自电容。例如，与间隔件359相比，间隔件339可具有较小的Z方向尺寸。这可以有效地改变初级侧12和次级侧14之间的链路的耦合系数以及初级侧12的阻抗。可以在初级侧12和次级侧14两者中采用不同的补偿网络以适应这样的耦合系数和阻抗变化。
在一些实施方式中，可以在发射器谐振器30和接收器谐振器50中的一个或多个周围提供磁屏蔽。例如，可以采用铁氧体作为磁屏蔽并减少附近金属物体中的不期望的涡流。铁氧体(或另一种合适的材料)也可用于将发射器谐振器30和/或接收器谐振器50与周围的金属物体隔离，因此可用于增加天线的自感和/或谐振器的互感。
图6描绘了根据本发明的一个实施方式的包括发射器模块20和发射器谐振器30的初级侧12的示意图。发射器谐振器30可以包括发射器谐振器30、130、230、330或本文以其他方式描述的任何发射器谐振器。
发射器模块20包括控制器22。控制器22被配置为从传感器24(例如负载检测器24A、发射器功率传感器24B、周围物体检测器24C和/或距离检测器24D)接收各种输入并且向各种组件26输出控制信号(例如，谐振器26A、功率放大器26B、滤波器网络26C、匹配网络26D、补偿网络26E和V/I调谐器26F)。
负载检测器24A被配置成检测连接到次级侧14的负载70(图7中所示)的存在。负载70可以是例如电动车辆的电池，例如电动自行车或电动汽车，或需要电源输入的任何其他合适的物品。负载检测器24A可以用物理传感器(例如但不限于光学传感器、压力传感器、红外传感器或接近传感器)和合适的软件或固件来实现。例如，在一些实施方式中，例如在点24E处测量功率(例如，电流和电压)以确定发射器谐振器30消耗的功率(例如，由发射器功率传感器24B测量)。如果发射器谐振器30正在消耗的功率量增加到基线以上，则负载检测器24A可以向控制器22发信号通知负载70存在。
在其他实施方式中，负载检测器24A可以被配置为测量发射器模块20在点24E处经受的发射器谐振器30的输入阻抗。谐振负载的存在接近于发射器谐振器30，包括例如配置为驱动负载70的次级侧14，将改变发射器谐振器30的输入阻抗。这种由负载检测器24A提供给控制器22的阻抗变化可以被发射器控制器22用来确定协作接收器是否存在于发射器谐振器30附近。由不同接收器在发射器谐振器30中引起的阻抗变化是如此不同和如此有特点，以至于控制器22不仅可以检测靠近发射器谐振器30的接收器的存在或不存在，而且还可以识别接收器的类型，包括但不限于不同型号的移动电话或数字平板计算机。
发射器功率传感器24B可以测量点24E处的功率(例如，测量电流和电压)以确定发射器谐振器30正在消耗多少功率。这种信息可以例如由负载检测器24A使用或用于确定发射器谐振器30和接收器谐振器50之间是否存在理想的有效耦合。
周围物体检测器(SOD)24C被配置成确定物体(例如，诸如人或动物的生物或诸如金属片等的无生命物体)是否接近于发射器谐振器30。SOD 24C可以用物理传感器(例如但不限于光学传感器、压力传感器、红外传感器、接近传感器、RADAR或LIDAR)或通过合适的软件或固件来实现。例如，如果由发射器谐振器30消耗的功率(由发射器功率传感器24B测量)在IPT期间下降，则SOD的软件可以确定金属片(或任何电导体)接近发射器谐振器30或接收器谐振器50并且SOD可以向控制器22提供指示这种存在的信号。在一些实施方式中，如果检测到金属物体接近发射器谐振器30或接收器谐振器50，则控制器22可以使发射器模块20增加由CPT传递的功率的比例。在由SOD 24C检测到没有生物的情况下，控制器22可以被配置为增加馈送到发射器谐振器30的功率(例如，在生物存在的情况下高于调节水平)或者在由SOD 24C检测到附近有生物的情况下，控制器22可以被配置为减少馈送到发射器谐振器30的功率以低于调节水平。
距离检测器24D被配置成确定发射器谐振器30和接收器谐振器50之间的距离。距离检测器24D可以用物理传感器(例如但不限于光学传感器、超声波传感器、红外传感器、接近传感器、RADAR或LIDAR)或通过合适的软件或固件实现。例如，距离检测器24D可以被配置成基于由发射器功率传感器24B测量的发射功率的变化来确定发射器谐振器30和接收器谐振器50之间的距离。
在一个实施方式中，一个或多个温度传感器可以监测发射器谐振器30或接收器谐振器50处的温度。如果温度超过预定限制，则控制器22可以使发射器模块20减少由IPT传递的功率比例，减少馈送到发射器谐振器30的总功率，或关闭向发射器谐振器30供电，以防止火灾或热失控。
谐振器26A可以被配置为响应于控制器22的信号控制被传递到发射器谐振器30的电流的频带和/或带宽和/或占空比(相位)(例如，5％到50％)。
可以采用功率放大器26B将DC功率转换成AC功率。功率放大器26B可用于响应于控制器22的信号调整提供给发射器谐振器30的功率。具体地，控制器22可向功率放大器26B发送信号以调整功率放大器26B的反射系数。在一些实施方式中，控制器22可以向功率放大器26B发送信号以在负载检测器24A未检测到负载时关闭(或休眠)或在负载检测器24A确实检测到负载时打开。
功率放大器26B可以包括开关模式功率放大器(单端模式或差分配置)，其可被配置为从振荡器26A接收方波(正弦波)并产生驱动发射器谐振器30所需的特定频率的正弦波。图8是可以在发射器30中使用的示例性功率放大器26B的示意图。功率放大器26B可以是差分开关模式放大器。功率放大器26B具有三个输入，即：两个输入信号，其驱动有源器件(晶体管)127C、127D，频率设置在谐振频率和源127E的DC电压，其用于控制有源器件的输出功率和工作区域。
不同的负载端用于提高性能(例如输出功率、电源转换效率)并减少不必要的谐波水平。特别地，三次谐波端127F位于串联支路中以整形漏极节点127G处的电压波形。二次谐波端127H位于并联支路中以整形漏极节点127G处的电压波形。一次谐波端127I位于串联支路中以整形漏极节点127G处的电压波形。可以在二次和一次谐波端127H、127I中考虑三次谐波端的影响。可以在一次谐波端127I中考虑二次谐波端的影响。对于功率放大器26B的差分配置，AC负载127J(接收输出功率)串联放置。充电速率AC负载127J可以是发射器谐振器30、接收谐振器50和/或它们的对准和位置的函数。功率放大器26B可以被配置为向发射器谐振器30产生足够的功率，使得E场或H场或者E场和H场的任何组合可以由发射器谐振器30产生并由接收器谐振器50捕获。
放大器26B可以包括差分配置中的两个移相器127L(但在单端配置中只有一个移相器)。移相器127L调整AC信号过载127J与晶体管127C、127D的栅极信号之间的适当相位差。栅极信号和AC信号过载127J之间的相位差可以改变功率放大器的性能，例如功率转换效率和晶体管的工作区域。它还可以改变晶体管127C和127D的输出阻抗和/或功率放大器26B的最佳AC负载127J。
放大器26B可以包括差分配置中的两个电平移位器127K(但在单端配置中只有一个电平移位器)。电平移位器127K可以调整晶体管127C、127D的栅极信号的适当幅度。栅极信号的幅度水平可以改变放大器的性能(例如，功率转换效率和晶体管的工作区域)。
放大器26B可以被重新配置以用作整流器，特别是用作自同步整流器。作为这种重新配置的一部分，可以调整集成移相器127L和集成电平移位器127K，以允许放大器26B基于晶体管127C、127D的固有放大和开关功能充当整流器26B。放大器26B在作为放大器和作为整流器操作之间的这种可重新配置允许发射器模块20可控地分别在发射器模式和接收器模式之间重新配置。重新配置可以在来自控制器22的指令下发生。当放大器26B从放大器重新配置为整流器时，AC负载127J改变为AC电源127J。对应地，当放大器26B从放大器重新配置为整流器时，DC电源127E重新配置为DC负载。一旦我们描述了次级侧14及其接收器模块，发射器模块20在其接收器模式中的应用将在下面处理，两者在图7中更详细地示出。
滤波器网络26C可以响应于控制器22的信号调整提供给发射器谐振器30的频率响应，例如带宽、截止频率、3dB频率、增益。滤波器网络可以被配置为调整发射器模块20中的功率的波形形状以增加发射器模块20的效率。
匹配网络26D可以被配置成调整阻抗以将功率放大器26B的输出匹配到发射器谐振器30。
可以提供补偿网络26E以以期望的谐振频率(例如，接收器谐振器的谐振频率)驱动发射器谐振器30，从而增加互通量、减少热量产生并提高功率传输效率。补偿网络26E可以包括一个或多个用于增加电容的电容器和一个或多个用于增加电感的电感器。补偿网络26E可以被配置为根据需要增加电容(和/或减少电感)和增加电感(和/或减少电容)。当传输模式比为100％ CPT时，补偿网络26E可以以与任何已知的CPT补偿网络类似的方式起作用(例如，补偿网络26E可以起到增加电感的作用)。类似地，当传输模式比为100％ IPT时，补偿网络26E可以以与任何已知IPT补偿网络类似的方式起作用(例如，补偿网络26E可以起到增加电容的作用)。然而，当传输模式是部分CPT和部分IPT时，可能需要较少的补偿，因为发射器谐振器30的电容将自然地为发射器谐振器30的电感提供补偿并且发射器谐振器30的电感将自然地为发射器谐振器30的电容提供补偿。例如，在约50％ IPT和50％ CPT(例如，传输模式比等于1)下，可能根本不需要补偿网络，或者补偿网络的使用可能会受到很大限制，从而增加WPT系统10的效率。
作为另一个示例，在约40-60％ IPT和40-60％ CPT之间，可能根本不需要补偿网络，或者补偿网络的使用可能会受到很大限制，从而提高WPT系统10的效率。为此，与需要显著补偿的CPT WPT系统和/或纯IPT WPT系统相比，补偿网络26E可以包括更少或更小的电感器和/或电容器。在一些实施方式中，如果发射器谐振器30的电容足够低，则可以通过补偿网络26E提供附加补偿。类似地，如果发射器谐振器30的电感足够低，则可以通过补偿网络26E提供附加补偿。控制器22可以基于例如传输模式比、发射器谐振器30和接收器谐振器50之间的距离、发射器谐振器30消耗的功率量、功率传输效率等发信号通知补偿网络26E需要多少以及什么类型的补偿。
在一些实施方式中，补偿网络26E的补偿幅度(例如，电容的增加或电感的增加)与传输模式比与1之间的差的绝对值成比例。例如，如果传输模式比大于一，则补偿网络26E可以起到增加电感的作用，并且随着传输模式比增加更超过一，电感的增加量可以增加。类似地，如果传输模式比小于一，则补偿网络26E可以起到增加电容的作用，并且随着传输模式比减少更低于一，电容的增加可以增加。
在一些实施方式中，补偿网络26E可以被配置成用信息调制提供给发射器谐振器30的信号并且可以由此用作源发射调制器。用于调制提供给发射器谐振器30的信号的信息可以由控制器22提供给补偿网络26E。该信息可以包括经由接收器谐振器50去往接收器模块40的控制器42的控制数据。控制器42在下面参考图7进行详细描述。在其他实施方式中，功率放大器26B可以用作源发射调制器。在又一些实施方式中，振荡器26A可以用作源发射调制器。所选源发射调制器采用的调制可以是幅度调制、频率调制和相位调制中的任意一种。可以将信息调制到以数字形式或模拟形式提供给发射器谐振器30的信号上。该信息可以被源发射调制器调制到提供给发射器谐振器30的功率信号的谐振频率上。在其他实施方式中，信息可以被调制到与功率传输的频率不同的频率上。在其他实施方式中，信息可以被调制到提供给发射器谐振器30的功率信号的谐振频率的谐波上。在另外的实施方式中，提供给发射器谐振器30的功率信号的谐振频率可以是信息被调制到的信号的频率的谐波。下面更详细地描述的V/I调谐器26F可以被配置为将信息信号发射到发射器谐振器30并且由此关于被发射的信息是透明的。以此处描述的方式发射的信息可以包括但不限于模块20的操作模式、接收器40的数量和类型、周围物体传感器信息和负载状态监控信息，包括例如电池充电状态、负载电压和负载电流。
图10中更详细地示出了V/I调谐器26F的实施方式。从匹配网络26E(图6中)接收的V/I调谐器26F的输入信号被分离器262分离，以便具有输入信号的两个相互不对称的路径261A和261B。第一移相器264A和第二移相器264B在发射器谐振器30(图6中)的输入电压和输入电流之间产生相位差。第一移相器264A由控制器22(图6中)通过第一分相器控制线263A控制，第二移相器264B由控制器22(见图6)通过第二分相器控制线263B控制。第一和第二有源开关266A和266B分别接收来自第一和第二移相器264A和264B的信号，并且分别经由第一和第二有源开关控制线265A和265B由控制器22控制。第一和第二有源开关266A和266B用于调整分别从第一和第二移相器264A和264B接收的信号的虚部。无源信号整形网络268A和268B分别从第一和第二有源开关266A和266B接收调整后的信号。无源信号整形网络268A和268B用于微调分别从第一和第二有源开关266A和266B接收到的信号，具体而言，用于在将这些信号传递到组合器269之前减少这些信号中的任何谐波。沿着两个相互不对称的路径261A和261B提供的信号由组合器269组合并提供给发射器谐振器30。在其他实施方式中，第一和第二移相器264A和264B可以组合为一个移相器，该移相器接收到V/I调谐器26F的输入信号并且组合的移相器可以具有两个单独的输出，用于有源开关266A和266B。
V/I调谐器26F通过响应于来自控制器22的信号调整发射器谐振器30的输入电流和输入电压之间的相位差来调整传输模式比。发射器模块20看到的阻抗的实部通过移相器264A和264B调整，其虚部可以通过开关266A和266B调整。例如，每10毫秒中每3毫秒发生90度相移，可导致30％的磁功率传输和70％的电功率传输。
V/I调谐器26F可以被配置为调整通过每个发射器天线(例如，第一和第二发射器天线32、132、232、332、134、234、334或第三发射器天线336)的电流和施加到每个发射器天线的电势(例如，第一和第二发射器天线32、132、232、332、134、234、334或第三发射器天线336)。
如果使电流通过第一和第二发射器天线132、134两者，则它们将各自产生磁场31A以用于IPT的目的。如果传递到第二发射器天线134的电流与传递到第一发射器天线132的电流相比减少，则将在第一和第二发射器天线132、134之间产生电势差，并且为了CPT的目的产生电场31B。为了在CPT和IPT之间进行调制，可以调制传递到第二天线134的电流(例如，当允许较少的电流通过第二天线134时，将发生较少的IPT，而当允许更多的电流通过第二天线时，将发生更多的CPT)。例如，当期望通过IPT传输功率时，I/V调谐器26F可以被配置为用作将第一和第二发射器天线连接在一起的短路，从而创建允许电流在其中流动的串联LC谐振器。相反，当期望通过CPT传输功率时，I/V调谐器26F可以被配置为用作倾倒电流的开路，从而在第一和第二发射器天线之间产生电势差。I/V调谐器26F由此可以被配置为控制第一和第二发射器天线132、134是串联还是并联有效连接。
备选地，当第一和第二发射器天线132、134并联连接时，第一和第二发射器天线132、134可以浮动以产生电场31B以用于CPT的目的，而基本上不产生磁场31A。为了改变传输模式比(例如，在CPT和IPT之间调制)，I/V调谐器26F可以被配置(通过I/V调谐器26F的多路复用器等)在(1)浮动第一和第二发射器天线132、134以引起CPT和(2)驱动电流通过第一和第二发射器天线132、134以引起IPT之间交替。交替可以以毫秒为单位或以10Hz和10kHz之间的频率实施。随着更多时间分配给浮动的第一和第二发射器天线132、134，传输模式比将偏向更多CPT，并且随着更多时间分配给驱动电流通过第一和第二发射器天线132、134，传输模式比将偏向更多IPT。
在一些实施方式中，元件26可以是发射器模块20中的分立元件，而在其他实施方式中，一个或多个元件26可以是集成电路设计的一部分。
图7是根据本发明的一个实施方式的包括接收器谐振器50和接收器模块40的负载70和次级侧14(如图1所示)的示意图。
接收器谐振器50可以包括接收器谐振器50、150、250、350或本文中以其他方式描述的任何接收器谐振器。接收器谐振器50可以被配置为捕获具有由发射器模块20中的谐振信号设置的频率的功率，例如但不限于1MHz和1GHz之间。在一些实施方式中，由发射器模块20中的振荡信号设置的频率为约1MHz至约100MHz、约1MHz至约200MHz、约1MHz至约300MHz、约1MHz至约400MHz、约1MHz至约500MHz、约1MHz至约600MHz、约1MHz至约700MHz、约1MHz至约800MHz、约1MHz至约900MHz、约1MHz至约1GHz、约100MHz至约200MHz、约100MHz至约300MHz、约100MHz至约400MHz、约100MHz至约500MHz、约100MHz至约600MHz、约100MHz至约700MHz、约100MHz至约800MHz、约100MHz至约900MHz、约100MHz至约1GHz、约200MHz至约300MHz、约200MHz至约400MHz、约200MHz至约500MHz、约20 0MHz至约600MHz、约200MHz至约700MHz、约200MHz至约800MHz、约200MHz至约900MHz、约200MHz至约1GHz、约300MHz至约400MHz、约300MHz至约500MHz、约300MHz至约600MHz、约300MHz至约700MHz、约300MHz至约800MHz、约300MHz至约900MHz、约300MHz至约1GHz、约400MHz至约500MHz、约400MHz至约600MHz、约400MHz至约700MHz、约400MHz至约800MHz、约400MHz至约900MHz、约400MHz至约1GHz、约500MHz至约600MHz、约500MHz至约700MHz、约500MHz至约800MHz、约500MHz至约900MHz、约500MHz至约1GHz、约600MHz至约700MHz、约600MHz至约800MHz、约600MHz至约900MHz、约600MHz至约1GHz、约700MHz至约800MHz、约700MHz至约900MHz、约700MHz至约1GHz、约800MHz至约900MHz、约800MHz至约1GHz或约900MHz至约1GHz。在一些实施方式中，由发射器模块20中的振荡信号设置的频率为约1MHz、约100MHz、约200MHz、约300MHz、约400MHz、约500MHz、约600MHz、约700MHz、约800MHz、约900MHz、或约1GHz。在一些实施方式中，由发射器模块20中的振荡信号设置的频率至少为约1MHz、约100MHz、约200MHz、约300MHz、约400MHz、约500MHz、约600MHz、约700MHz、约800MHz、或约900MHz。在一些实施方式中，由发射器模块20中的振荡信号设置的频率至多为约100MHz、约200MHz、约300MHz、约400MHz、约500MHz、约600MHz、约700MHz、约800MHz、约900MHz或约1GHz。
对于某些应用，工业、科学和医疗(ISM)频带中的频率可能是优选的。出于本公开的目的，ISM频带应理解为6.765MHz至6.795MHz；13.553MHz至13.567MHz；26.957MHz至27.283MHz；40.66MHz至40.70MHz；83.996MHz至84.004MHz；167.992MHz至168.008MHz；433.05MHz至434.79MHz；886MHz至906MHz。对于其他应用，官方保留的应用频带中的频率可能是优选的，例如但不限于警察通信或军用频带。接收器谐振器50可以被配置为从磁场31A或电场31B或这两个场在该频率的任何组合捕获功率。
接收器模块40包括控制器42。控制器42被配置为接收来自传感器44(例如，接收器功率传感器44A和负载检测器44B)的各种输入并且将控制信号输出到各种元件46(例如，补偿网络46A、匹配网络46B、整流器46D、滤波器46C和负载管理器46E)。
接收器功率传感器44A可以测量点44C处的功率(例如，测量电流和电压)以确定接收器谐振器50正在接收多少功率。
负载检测器44B被配置成检测负载70的存在。负载检测器44B可以用物理传感器(例如但不限于光学传感器、压力传感器、红外传感器或接近传感器)或通过合适的软件或固件实现。例如，在一些实施方式中，电流和电压由负载检测器44B在例如点44D处测量以确定负载50接收的功率。如果在点44D处测量的功率量增加到基线以上，则负载检测器44B可以向控制器42发出负载70存在的信号。
补偿网络46A可以被配置为响应于来自控制器42的信号维持接收器谐振器50的期望谐振频率，从而提高从发射器谐振器30到接收器谐振器50的功率传输效率。补偿网络46A可以并且可以实质上如发射器模块20的补偿网络26E一样起作用。
匹配网络26D可以被配置成调整整流器46D的输入阻抗以匹配谐振器30的期望阻抗以实现最大功率传输。
整流器46D可以被配置为将接收器天线50接收到的AC功率转换为DC功率以提供给负载70。
滤波器46C可以被配置为根据来自控制器42的信号对整流器46D输出的功率波形进行整形，以提高接收器模块40的整体功率效率。
负载管理器46E可以被配置为为负载70提供合适的电压和电流和/或通过调整其输入阻抗(例如，整流器46D的输出阻抗)从整流器46D提取最大功率。
在一些实施方式中，负载管理器46E或另一个组件可以被配置为与外部设备(例如，负载70)通信(无线或有线)以提供用于数据分析的适当信息。这样的信息可以包括，例如但不限于，负载70的存在、负载70的充电水平、负载70的充电率、负载70的状态、当前电压、容量和/或对负载70充电的剩余时间。负载管理器46E可以采用此类信息(或将此类信息中继到控制器42或控制器22)来调整例如传输模式比，以实现初级侧12和次级侧14之间的最佳能量传输。负载管理器46E也可以通过显示器向用户提供这样的信息。这样的显示器可以内置到初级侧12和次级侧14中的一个或多个中或者可以通过移动设备上的软件访问，例如与负载管理器46E或控制器22或控制器42无线(或有线)通信的移动电话或平板计算机上的应用程序。
在一些实施方式中，组件46是接收器模块40中的分立元件，而在其他实施方式中，一个或多个组件46是集成电路设计的一部分。
在一些实施方式中，初级侧12可以包括多个发射器谐振器30和/或次级侧14可以包括多个接收器谐振器50。在这样的实施方式中，每个发射器谐振器30和/或接收器谐振器50可以是以类似的方式控制。在其他实施方式中，每个发射器谐振器30和/或接收器谐振器50可以被单独控制。例如，在一些实施方式中，初级侧12可能更多地依赖发射器谐振器30，其经历较少的干扰(例如，由于附近的金属物体)，不靠近生物或更有效地和/或类似地传输功率，次级侧14可更多地依赖接收器谐振器50，其经历较少干扰(例如，由于附近的金属物体)、不靠近生物或更有效地接收功率。这种控制可以由例如发射器模块20和接收器模块40和/或它们之间的通信来提供或促进。
图9是具有集成移相器的整流器46D的示意图。在一些实施方式中，整流器46D包括分立移相器。
整流器46D可以是开关模式自同步整流器(单端模式或差分配置)，其可以被配置为以特定谐振频率从接收器谐振器50接收正弦波(例如，AC功率)。整流器46D可以是差分开关模式自同步整流器。整流器46D可以从接收器谐振器50捕获足够的功率，使得E场或H场或者E场和H场的任何组合可以被接收器谐振器50捕获。
整流器46D具有输入147A(例如，AC功率)，以设置在谐振频率的频率驱动有源器件147B(例如，晶体管)，并具有跨越DC负载(即用于控制有源器件的输出功率、输入阻抗和工作区域)的输出147D(例如，DC电压)。在此设计中，使用不同的负载端来提高性能(例如，输出功率和功率转换效率)。三次谐波端147D位于串联支路中以整形漏极节点147E处的电压波形。二次谐波端147F位于并联分支中以整形漏极节点147E处的电压波形。一次谐波端147G位于串联支路中以整形漏极节点147E处的电压波形。可以在二次和一次谐波端中考虑三次谐波端的影响。在一次谐波端中可以考虑二次谐波端的影响。
对于差分配置，AC电源147A串联放置。AC电源147A可以是接收器谐振器50接收的功率以及接收器谐振器50相对于发射器谐振器30的对准和位置的函数。DC负载147C可以是单端负载。
整流器46D可以包括差分配置中的两个移相器147H(但单端配置中只有一个移相器)。移相器147H调整晶体管147B的AC电源和栅极信号之间的适当相位差。栅极信号与AC电源147A之间的相位差可以改变自同步整流器的性能(例如功率转换效率和晶体管的工作区域)。它还可以改变自同步整流器46D的输入阻抗和/或整流器46D的最佳DC负载147C。
整流器46D可以包括差分配置中的两个电平移位器147I(但单端配置中只有一个电平移位器)。电平移位器147I可以调整晶体管147B的栅极信号的适当幅度。栅极信号的幅度电平可以改变自同步整流器的性能(例如，功率转换效率和晶体管的工作区域)。
整流器46D可重新配置以用作放大器。作为这种重新配置的一部分，可以调整集成移相器147H和集成电平移位器147I，以允许整流器46D基于晶体管147B的固有放大和开关功能用作放大器。整流器46D在作为整流器和作为放大器操作之间的这种可重新配置性允许接收器模块40可控地分别在接收器模式和发射器模式之间重新配置。重新配置可以在来自控制器42的指令下发生。当整流器46D从整流器重新配置为放大器时，AC电源147A改变为AC负载147A。对应地，当整流器46D从整流器重新配置为放大器时，DC负载147C重新配置为DC电源。
在一些实施方式中，当接收器模块40处于发射器模式时，补偿网络46A可以被配置成用信息调制提供给谐振器50的信号并且因此可以用作源发射调制器。用于调制提供给谐振器50的信号的信息可以由控制器42提供给补偿网络46A。该信息可以包括经由谐振器30去往发射器模块20的控制器22的控制数据。在一些实施方式中，当接收器模块40处于发射器模式并且整流器46D被配置为放大器时，放大器46D可以用作模块40的调制器。所采用的调制可以是幅度调制、频率调制、相位调制及其组合中的任何一种。可以将信息调制到以数字形式或模拟形式提供给发射器谐振器50的信号上。该信息可以被源发射调制器调制到提供给发射器谐振器50的功率信号的谐振频率上。在其他实施方式中，信息可以被调制到与功率传输的频率不同的频率上。在其他实施方式中，可以将信息调制到提供给发射器谐振器50的功率信号的谐振频率的谐波上。在另外的实施方式中，提供给发射器谐振器50的功率信号的谐振频率可以是信息被调制到的信号的频率的谐波。以此处描述的方式发射的信息可以包括例如但不限于负载70的存在、负载70的充电水平、功率传输效率、负载70的充电率、负载70的状态、当前电压、充电容量、对负载70充电的剩余时间。
上面已经描述了模块20和模块40可以如何在发射器模式和接收器模式下操作之间被重新配置，并且已经描述了来自模块20和模块40的信号可以如何被调制，显然图1的系统10可以用作全双工发射-接收系统，用于通过谐振器30和50在两个方向上发射信息。图1的系统10可以包括类似于图1和图7的次级侧14的其他次级侧。当存在附加的次级侧时，上述布置允许在各个次级侧之间进行信息通信。
在一些实施方式中，初级侧12和次级侧14可以通过蓝牙(例如，2.4GHz)或类似于GPS的信号频率(例如，10GHz)的信号频率进行通信。在一些实施方式中，可以有一个附加的单元，其可以单独收集数据并在初级侧12和/或次级侧14之间来回传输数据。在一些实施方式中，可以采用WiFi从初级侧12和/或次级侧上传数据到在线门户(例如，与初级侧12和/或次级侧14相关联的网站或移动应用程序)。
在一些实施方式中，可能需要在两个接收器模块40之间传输功率(例如，对等功率传输)。例如，如果带有第一接收器的第一电动自行车电池没电或电量不足，而附近有辆带有第二接收器且电池至少部分充电的第二电动自行车，则可能需要从第二电动自行车传输功率到第一电动自行车。这种情况可能适用于例如附近没有发射器的情况。所涉及的两个接收器模块40中的至少一个重新配置为发射器模块的设施使得这种对等功率传输成为可能。通常，它可以在多个次级侧14之间转发功率。
在其他实施方式中，可能需要在某些时间沿相反方向发射功率，即从图1、图6和图7的负载侧到源侧。模块20和要在发射器模式和接收器模式下操作之间重新配置的模块40的能力允许这种功率在从模块40到模块20的“反向”方向上的传输。因此该系统允许双向功率传输。鉴于图8和图9的设备26B和46D分别可以被重新配置以用作放大器或整流器的事实，我们可以将这些设备统称为“差分自同步射频功率放大器/整流器”。给定功率发射的双向性，发射器谐振器30和接收器谐振器50都可以被描述为“发射器-接收器谐振器”并且模块20和40都可以被称为“功率发射-接收模块”。这种布置在电动车辆中很有用，在电动车辆中动能在制动期间被转换并且需要被传输到电池。应用这种改变的功率传输方向的其他系统、条件和布置包括例如但不限于，可能具有不同水平的剩余电池电量并且可以使用这种布置来至少部分地相互充电的许多移动电话。在更一般的情况下，当发射系统和接收系统都没有永久能源(例如，电网电源)时，则可以采用双向功能在任一方向上传输能量。
在另一方面，参考图31描述的，提供了一种近场射频方法，用于通过功率信号以功率信号频率传输功率[2200]，该方法包括：提供[2210]包括多个功率发射-接收模块的双峰谐振近场射频功率传输系统，其中多个功率发射-接收模块中的每一个与发射器-接收器谐振器有线通信，所述发射器-接收器谐振器被设置为与多个功率发射-接收模块中的至少一个另外交换功率；并且操作[2220]功率传输系统以根据可调整的传输模式比同时进行电容式功率传输和电感式功率传输。
提供[2210]功率传输系统可以包括提供具有功率信号调谐器模块的多个功率发射-接收模块中的第一个，并且操作[2420]功率传输系统可以包括通过调整功率信号调谐器模块来改变传输模式比。
提供[2210]功率传输系统可以包括在多个功率发射-接收模块中提供至少一个功率发射-接收模块，其与相关联的发射器-接收器谐振器有线通信并且具有调制器，并且操作[2220]功率传输系统可以包括：在相关联的发射器-接收器谐振器和与多个功率发射-接收模块中的至少一个其他模块有线通信的发射器-接收器谐振器之间交换射频信号；将信息调制到交换的射频信号上。当功率负载存在于多个功率发射-接收模块之一的输出时，调制在交换信号上的信息可以包括，例如但不限于，功率负载的存在、功率负载的充电水平、功率传输效率、功率负载的充电率、功率负载的状态、功率负载上电压的存在、功率负载的充电容量以及功率负载充电的剩余时间中的一种或多种。
可以通过幅度调制、频率调制或相位调制将信息调制到交换的射频信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将数字信息或模拟信息调制到交换的射频信号上。
将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到功率信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到频率不同于功率信号频率的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到频率为功率信号频率的谐波的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括将信息调制到具有作为谐波的功率信号频率的信号上。
将信息调制到交换的射频信号上可以包括根据信息调制相关联的有线连接的发射器-接收器谐振器的反射特性以将信息施加到由有线连接的发射器-接收器谐振器反射的信号上。将信息调制到交换的射频信号上可以包括根据信息调制提供给相关联的发射器-接收器谐振器的信号。
方法[2200]可以包括操作多个功率发射-接收模块中的第一个的功率信号调谐器模块以将信息调制到交换的射频信号上。所提供的每个功率发射-接收模块可以包括补偿网络并且补偿网络可以包括调制器，允许补偿网络被操作以将信息调制到交换的射频信号上。至少一个功率发射-接收模块可以包括射频振荡器，其以功率信号频率提供信号给至少一个功率发射-接收模块，并且射频振荡器可以包括调制器；允许将信息调制到振荡器中交换的射频信号上。
所提供的多个功率发射-接收模块中的每一个可以在功率发射器模式和功率接收器模式之间可重新配置；并且该方法可以还包括在功率发射器模式和功率接收器模式之间重新配置多个功率发射-接收模块中的至少两个以反转至少两个发射-接收模块之间的功率发射的方向。所提供的每个功率发射-接收模块可以包括差分自同步射频功率放大器/整流器，能够在分别对应于功率发射-接收模块的功率发射器模式和功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置；以及该方法可以包括在放大器状态和整流器状态之间重新配置至少两个发射-接收模块的差分自同步射频功率放大器/整流器。每个差分自同步射频功率放大器/整流器可以包括移相器，其可调整用于在放大器状态和整流器状态之间重新配置差分自同步射频功率放大器/整流器。该方法可以包括调整至少两个发射-接收模块的每个差分自同步射频功率放大器/整流器的移相器。
WPT系统10，包括这里描述的发射器和/或接收器，可以集成到各种应用中，例如但不限于电动车辆、电动船、电动飞机、电动卡车、电动自行车、电动滑板车、电动滑板等。一个示例性非限制性应用是自行车共享车队，其中提供了集成一个或多个发射器(例如，初级侧12)和包括接收器(例如，次级侧14)的电动自行车的各种扩展站，以及电池(作为负载70)可以在扩展站充电。
在一些应用中，初级侧12或次级侧14可以被配置为与本文未描述的其他系统传输功率，并且可以调整从CPT到IPT的传输模式比以提供与其他CPT系统和/或IPT系统的兼容性，即使它们是并非专门设计用于此处描述的功率传输系统。
虽然上面已经讨论了多个示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到它们的某些修改、排列、添加和子组合。因此，以下所附权利要求和下文引入的权利要求被解释为包括与整个说明书的最广泛解释一致的所有此类修改、排列、添加和子组合。
在第一方面，上述和图1-10中描绘的系统中的每一个形成双峰近场谐振无线功率传输系统10，其被配置为根据可调整的传输模式比以可变谐振功率信号振荡频率同时进行电容式功率传输和感应功率传输，系统10包括：发射器子系统12，包括发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336和功率信号调谐器模块26F，调谐器模块26F被配置为通过调整由调谐器模块26F提供给发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336的功率信号来调整传输模式比；以及接收器子系统14，包括接收器天线子系统52、152、252、352、154、254、354、356，其被配置为从发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336以传输模式比接收电功率。
调谐器模块26F可以被配置为通过调整提供给发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336的功率信号的电流和电压之间的相位差来调整功率信号。发射器子系统12还可以包括控制器22和至少一个传感器24，其中控制器22被配置为从至少一个传感器24接收传感器信息并基于传感器信息自动向调谐器模块26F提供调谐指令；以及调谐器模块26F，其被配置为根据调谐指令调整提供给发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336的功率信号的电流和电压之间的相位差。
基于发射器子系统12和接收器子系统14之间的耦合程度，系统10以在预定频带内自由变化的谐振频率谐振。预定频带可以是，例如但不限于，官方指定和保留的工业、科学和医学(ISM)频段或专用于特定用户的频段。系统10的质量因子(Q)可以减少到允许功率信号振荡频率在预定频带的相反限制内变化的程度。减小的Q值允许系统10在功率传输过程中采用预定频带内的多个不同谐振频率中的任何一个。发射器子系统12和接收器子系统14之间的耦合以及谐振接收器子系统14对功率的相关联吸收确保当系统10运行时几乎没有电磁辐射被发射到远场域中。如本文中参考图1-10所描述的布置，连同前面刚刚提到的频率方面，使系统10成为双峰近场谐振无线电功率传输系统。要注意的是，在无线功率传输系统10中，功率通过电容耦合或电感耦合或两者从初级子系统传输到次级子系统，而不是通过电磁辐射传输到任何实质性程度。
在另一方面，参考前述附图和图11中的流程图描述，提供了一种近场无线方法[1000]，用于以可变谐振功率信号振荡频率根据可调传输模式比双峰传输功率，该方法包括提供[1010]发射器子系统12，该发射器子系统12包括功率信号调谐器模块26F和发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336，其被配置为以谐振功率信号振荡频率谐振；提供[1020]接收器子系统14，其包括接收器天线子系统52、152、252、352、154、254、354、356，其被配置为以谐振功率信号振荡频率谐振；以功率信号振荡谐振频率从调谐器模块26F向发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336提供[1030]功率信号；通过调整从调谐器模块26F到发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336的功率信号来调整[1040]传输模式比；以传输模式比经由接收器天线子系统52、152、252、352、154、254、354、356以功率信号振荡谐振频率接收[1050]在接收器子系统14中传输的功率。调整[1040]传输模式比可以包括调整提供给发射器天线子系统32、132、232、332、134、234、334、336的功率信号的电流和电压之间的相位差。
提供[1010]发射器子系统12可以还包括提供控制器22和至少一个传感器24并且调整电流和电压之间的相位差可以由调谐器模块26F经由控制器22的命令基于控制器22从至少一个传感器24接收到的传感器信息完成。控制器22的命令可以在控制器22接收到传感器信息时自动发布到调谐器模块26F；调谐器模块26F可自动执行来自控制器22的命令以改变相位差。
方法[1000]还可以包括允许[1060]谐振功率信号振荡频率在预定频带内变化。预定频带可以是工业、科学和医学(ISM)频带。提供[1010]发射器子系统可以包括提供发射器子系统，其失谐到允许谐振功率信号振荡频率在预定频带的相反限制内变化的程度。
在参考图12、13A和13B以及参考图1至10描述的另一实施方式中，多发射器双峰近场谐振无线电功率传输系统10’被配置为以可变谐振功率信号振荡频率根据可调传输模式比同时进行电容式功率传输和电感性功率传输。系统10’包括多发射器子系统12’，其包括多个发射器谐振器30A’至30I’，每个由对应的专用发射器模块20A’至20I’驱动，其中每个发射器谐振器和对应的发射模块(例如，相应的30E’和20E’)可以符合上面给出的描述并参考图1至10。图12是系统10’的实施方式的示意图，其中发射器谐振器30A’至30I’被呈现为一列九个谐振器，但未在其正式空间位置中描述。多发射器子系统12’的空间布局的实施方式在图13A和13B中示出并在下面描述。在系统10’中，谐振接收器子系统14可以与上面描述的并由图1至图10引用的谐振接收器系统相同或基本相似。在图12所示的实施方式中，谐振接收器子系统14可以例如但不限于在移动电话或数字“平板计算机”中实现。为了清楚起见，谐振接收器子系统14在图13A中以虚线描绘。在一个实施方式中，每个工作发射器谐振器30A’到30I’和每个对应的发射器模块20A’到20I’可以以与上文描述和图1-图10中描绘的发射器谐振器30和发射器模块20相同或基本相似的方式起作用。在图13A和13B中描绘了多发射器子系统12’的空间布局的实施方式。图13B是多发射器子系统12’的视图，其方向与图13A中的方向相反。
在图12、图13A和图13B所示的系统10’的示例实施方式中，多发射器子系统12’包括九对发射器谐振器30A’至30I’和布置成正方形阵列的对应发射器模块20A’至20I’。发射器模块20A’至20I’在图13A中被接地底板35’遮蔽，但可以在图13B中看到。在更一般的实施方式中，可以采用其他数量的谐振器和发射器模块对，并且谐振器阵列不需要是正方形或矩形的。作为示例但不限于，谐振器阵列可以具有六边形布置。在一些实施方式中，阵列优选地在具有分离和界定发射器谐振器30A’至30I’的接地屏蔽栅格的限制内密排。接地屏蔽栅格33’横向限制发射器谐振器阵列30A’至30I’。接地屏蔽栅格33’设置在与每个发射器谐振器30A’到30I’的周边一致的距离37’处，以确保发射器谐振器30A’到30I’和接地屏蔽栅格33’之间一致的电场行为和相关联的电容。此处使用术语“屏蔽距离”来描述谐振器30A’至30I’与接地屏蔽栅格33’之间的该距离。
在一个实施方式中，接地屏蔽栅格33’确保发射器谐振器30A’至30I’的电场将在空间上完全解耦并因此在空间上独立。发射器谐振器30A’至30I’可以具有被选择为通过空间方向相互解耦的磁场。在其他实施方式中，接地屏蔽栅格33’可以由高导电率铁氧体材料形成或涂有高导电率铁氧体材料，以便解耦由发射器谐振器30A’至30I’产生的磁场。
如图13A和图13B所示，发射器谐振器30A’至30I’及其对应的发射器模块20A’至20I’可以基本相互成直线安装在接地底板35’的相对面上，每个发射器谐振器(例如，30E’)靠近其对应的发射器模块(20E’)。在其他实施方式中，发射器谐振器与其对应的发射器模块之间可能没有固定的空间关系。发射器谐振器阵列30A’至30I’共享由图13A中的发射器谐振器30A’至30I’的集体上表面限定的公共发射表面。出于美观和保护的原因，发射器谐振器阵列30A’至30I’可以覆盖有介电板，未在图13A中示出。介电板将接收器子系统14和发射器谐振器30A’至30I’分开。
在图12和图13A中，谐振接收器子系统14的实施方式被示意性地示为与多个发射器谐振器30A’至30I’的子集重叠。根据图12和图13A，重叠的发射器谐振器被示为30D’、30E’、30G’和30H’。在图13A中，谐振接收器子系统14被示为相互邻接的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’上的虚线矩形。发射器模块20A’到20I’中的任何一个的控制器可以确定谐振接收器子系统14在它们对应的发射器谐振器30A’到30I’附近或与其重叠的存在或不存在，并且基于这些检测，控制器可以打开或关闭到它们对应的发射器谐振器30A’至30I’的功率信号。
如果发射器模块20A’至20I’的功率放大器正在向发射器谐振器30A’至30I’提供功率信号，使得发射器谐振器30A’至30I’正在发射功率，并且发射器模块20A’、20B’、20C’、20F’和20I’的控制器确定在它们的频率范围内不存在靠近发射器谐振器30A’、30B’、30C’、30F’和30I’的谐振接收器，那些控制器可以关闭到发射器谐振器30A’、30B’、30C’、30F’和30I’的功率信号。
如果发射器模块20A’至20I’的功率放大器不向发射器谐振器30A’至30I’提供功率信号，发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’的控制器可以确定谐振接收器子系统存在14个重叠且靠近的谐振器30D’、30E’、30G’和30H’，并开启发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’向发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’提供的可发射功率。这种布置确保仅靠近谐振接收器子系统14的发射器谐振器正在消耗功率和向谐振接收器子系统14发射功率。
可以采用特定发射器谐振器30A’至30I’的输入阻抗以检测靠近特定发射器谐振器的谐振接收器子系统14的存在或不存在。发射器谐振器输入阻抗随着靠近特定发射器谐振器的谐振接收器子系统14的不存在或存在而变化。如上所述，参考图6，特定谐振接收器子系统14的效果是不同的，不仅允许检测接收器的存在和不存在，而且还具有特征，使得接收器的类型可以通过其对发射器谐振器输入阻抗的影响而识别。接收器谐振器的尺寸尤其对特定发射器谐振器30A’至30I’的输入阻抗具有深远影响。
在系统10’的一个实施方式中，发射器模块20E’，如图12和13B所示，是与由谐振接收器子系统14重叠的四个发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’之一相关联的发射器模块。在图6和图8中提供了发射器模块20A’至20I’中的每一个的详细结构。该过程开始于发射器模块20A’至20I’的功率放大器26B不向对应的发射器谐振器30A’至30I’提供功率信号。
现在关注发射器模块20E’，其在该实施方式中的负载检测器24A被配置为测量发射器谐振器30E’的输入阻抗。负载检测器24A向控制器22提供输入阻抗测量结果。默认输入阻抗测量值存储在控制器22中的寄存器中，表示在没有任何谐振接收器子系统靠近发射器谐振器30E’的情况下发射器谐振器30E’的输入阻抗。如图12所示，靠近发射器谐振器30E’的谐振接收器子系统14的布置导致负载检测器24A进行新的不同输入阻抗测量，其结果由负载检测器24A提供给控制器22。控制器22将新的输入阻抗测量值(在此称为“第一输入发射器谐振器阻抗变化”或“初级发射器谐振器输入阻抗变化”)与存储在寄存器中的默认阻抗测量值进行比较。基于该第一输入阻抗变化，控制器22确定接收器谐振器(例如谐振接收器子系统14的谐振器)是否存在于发射器谐振器30E’附近。为了确定靠近发射器谐振器30E’的接收器谐振器不存在或存在，控制器22可以用在控制器22认为接收器谐振器存在之前必须被超过的最小输入阻抗变化来预编程。
如果控制器22确定接收器谐振器，例如谐振接收器子系统14的谐振器，存在于发射器谐振器30E’附近，则控制器22指示功率放大器呈现“打开”状态。从而将功率提供给发射器谐振器30E’并且功率又被传输到谐振接收器子系统14。如果控制器22确定接收器谐振器，例如谐振接收器子系统14的谐振器，不存在于发射器谐振器30E’附近，则控制器22指示功率放大器呈现“关闭”状态。从而不向发射器谐振器30E’提供功率并且功率又不被传输到谐振接收器子系统14。每个发射器模块20A’至20I’相对于它们对应的发射器谐振器30A’至30I’独立地执行相同的过程。结果，与谐振接收器子系统14重叠的发射器模块30D’、30E’、30G’和30H’的功率放大器被打开，并且与谐振接收器子系统14未重叠的发射器模块30A’、30B’、30C’、30F’和30I’的功率放大器被关闭。
需要注意的是，不同尺寸的接收器谐振器在点24A处对发射器模块20的负载检测器24A呈现出截然不同的阻抗。当给定的接收器谐振器与特定的发射器谐振器部分重叠时测量的阻抗与它与发射器谐振器完全重叠时测量的阻抗的差异没有与接收器谐振器尺寸导致的阻抗差异那么大。这允许任何发射器模块20A’至20I’的控制器22区分靠近对应发射器谐振器30A’至30I’的小型和大型接收器谐振器。
根据一个实施方式，本文描述了与谐振接收器子系统(例如谐振接收器子系统14)重叠的那些发射器谐振器(例如30D’、30E’、30G’和30H’)之间的功率信号频率和相位的设置。为了从接收功率的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’的组合最有效地传输功率，谐振器30D’、30E’、30G’和30H’中的功率信号需要具有相同的频率而且是相互同相的。假设发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’中的功率信号的频率可以在允许的频带内不同，如上文前面参考图1至10所述，图12、13A和13B的本实施方式中的要求用于将发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’中的功率信号的频率调整为相同，然后将它们的相位锁定在一起，使得来自发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’的功率信号将完全同步并同相。
在一个实施方式中，为了确保重叠的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’的控制器22都将其对应的谐振器26A设置为相同的频率，发射器模块20A’至20I’的控制器22均设有在任何给定的允许频段(例如，ISM频段)内选择的相同的频率表。在那个特定的ISM频段内，选择了多个离散频率以包含在频率表中。因此，该ISM频带内的表列频率的数量是有限且受限的，并且表列频率之间的间隔足够宽，使得发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的各种控制器22可以确定来自如上所述的第一阻抗差异的功率信号频率。尽管这些阻抗有微小变化，但发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的所有控制器22从频带中允许的频率中为它们各自的谐振器26A和功率放大器26B的功率信号选择相同的离散频率。
在一个实施方式中，为了确保谐振器30D’、30E’、30G’和30H’不仅都具有相同的功率信号频率，而且具有相同的相位，以下过程被采用并编程到发射器模块20A’至20I’的每个控制器22的软件中。统计上，发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’中的第一个独立控制器22将首先开启其对应的谐振器26A和功率放大器26B以通过其发射器谐振器向谐振接收器子系统14供电。发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’中的第二个其他独立控制器22将测量其对应的发射器谐振器的输入阻抗，并通过其对应的负载检测器24A检测由于第一发射器谐振器的功能而产生的阻抗的小的次级变化。实际上，第二控制器22通过第一发射器谐振器与谐振接收器子系统14的相互作用看到第一发射器谐振器的阻抗的反射。第二控制器22被编程为基于次级阻抗变化得出推论，另一个控制器首先开启了其振荡器26A和功率放大器26B。做出这个推论之后，第二控制器22然后开启它的振荡器26A和功率放大器26B并且改变它的功率信号的相位同时使用它的发射器功率传感器24B测量由它的对应发射器谐振器发射的功率。第二控制器22随后改变其振荡器的相位并搜索发生最大功率传输的相位并将振荡器的相位设置为该值。以这种方式确定的振荡器相位将确保由第二发射器谐振器传输的功率信号的相位等于由第一发射器谐振器传输到谐振接收器子系统14的功率信号的相位。在一个实施方式中，设置振荡器相位基于实质上最大化功率传输，而不是绝对均衡功率信号相位。
在另一实施方式中，再次基于与谐振接收器子系统14重叠的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’，谐振接收器子系统14的接近度的检测基于通过发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’消耗的测试信号功率。在该实施方式中，低幅度功率信号最初由对应于所有发射器谐振器30A’至30I’的振荡器和功率放大器维持。所有发射器模块20A’至20I’的控制器22然后使用它们对应的发射器功率传感器24B感测由它们对应的发射器谐振器30消耗的功率。使用它们对应的发射器功率传感器24B，发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的控制器22感测到功率正经由它们对应的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’被消耗。基于对消耗的测试信号功率的检测，发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的控制器22开启它们对应的功率放大器26B的全功率。术语“第一测试信号功率消耗”在本文中用于描述经由发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’从测试信号消耗的功率。未与谐振接收器子系统14重叠的发射器模块30A’、30B’、30C’、30F’和30I’的功率放大器26B的测试功率信号可以在合适的测试周期之后被关闭。
等同于上述基于阻抗的实施方式，发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的控制器22可能需要阈值功率消耗以便认为谐振接收器子系统14接近它们对应的它们对应的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’。
在一个实施方式中，为了确保重叠的发射器谐振器30D’、30E’、30G’和30H’的控制器22都将其对应的振荡器26A设置为相同的频率，发射器模块20A’至20I’的控制器22均设有在任何给定的允许频段(例如，ISM频段)内选择相同的频率表。在那个特定的ISM频段内，选择了多个离散频率以包含在频率表中。因此，该ISM频带内的表列频率的数量是有限且受限的，并且表列频率之间的间隔足够宽，使得发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的各种控制器22可以确定来自上述消耗的第一测试信号功率的功率信号频率。尽管这些功率消耗值有微小变化，但发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’的所有控制器22从允许的频带中为它们各自的谐振器26A和功率放大器26B的功率信号选择相同的离散频率。
在一个实施方式中，为了确保谐振器30D’、30E’、30G’和30H’不仅具有相同的功率信号频率，而且具有相同的相位，以下过程被采用并编程到发射器模块20A’至20I’的每个控制器22的软件中。统计上，发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’中的第一个独立控制器22将首先开启其对应的谐振器26A和功率放大器26B以通过其发射器谐振器向谐振接收器子系统14供电。发射器模块20D’、20E’、20G’和20H’中的第二个其他独立控制器22将测量其对应的发射器谐振器的功率消耗，并通过其对应的发射器功率传感器24B检测由于第一发射器谐振器的功能而产生的功率消耗的小的次级变化。实际上，第二控制器22通过第一发射器谐振器与谐振接收器子系统14的相互作用看到第一发射器谐振器的阻抗的反射。第二控制器22被编程为基于功率消耗的次级变化得出推论，另一个控制器首先开启了其振荡器26A和功率放大器26B。做出这个推论之后，第二控制器22然后开启它的振荡器26A和功率放大器26B并且改变它的功率信号的相位同时使用它的发射器功率传感器24B测量由它的对应发射器谐振器发射的功率。第二控制器22随后搜索发生最大功率传输的相位并将振荡器设置到该相位。以这种方式设置的振荡器相位确保由第二发射器谐振器传输到谐振接收器子系统14的功率信号的相位等于由第一发射器谐振器发射到谐振接收器子系统14的功率信号的相位。在该实施方式中，振荡器相位的设置基于实质上最大化功率传输，而不是绝对均衡功率信号相位。
在一个实施方式中，当两个不同的谐振接收器子系统接近多发射器子系统12’并且与不同的发射器谐振器30A’至30I’或组合重叠时，则没有先验原因为什么与两个谐振接收器系统重叠的两个不同的发射器谐振器，或两个不同的发射器谐振器组应该以相同的频率或相位工作，也没有要求它们这样做。接地屏蔽栅格33’通过将所有单独的发射器谐振器30A’至30I’彼此解耦来确保这种多路独立性。然而，与一个特定的谐振接收器子系统重叠的发射器谐振器需要通过它们的控制器主动同步它们对应的功率信号放大器，如上所述。这可能导致两个不同的发射器谐振器或两组不同的谐振器在频带中以两个特定的不同锁定频率运行，并且特定组中的所有信号相互同相。
在上文中，已经描述了向同一接收器谐振器传输功率的两个发射器谐振器如何可以被编程以表现以确保两个发射器谐振器承载同相的功率信号从而确保最大功率传输。当两个相邻的发射器谐振器，比如图14中的30A’和30B’，正在向两个基本相似的对应接收器子系统14A和14B发射时，会出现不同的情况。发射器谐振器30A’和30B’都具有边缘场，其场线例如从发射器谐振器30A’延伸到接收器子系统14B’以及从发射器谐振器30B’延伸到接收器子系统14A。在系统10’中通常没有特定的物理结构来防止例如发射器谐振器30A’的场与接收器子系统14B的接收器谐振器相互作用。
在一个实施方式中，当发射器谐振器30A’和30B’都服务于与发射器谐振器30A’和30B’重叠的相同大接收器谐振器(如图13A所示)时，边缘场本质上不是问题，因为两个发射器谐振器30A’和30B’将在相同相位运行相同频率功率信号。在图14中描述的情况下，要求是确保给定发射器谐振器(例如30A’)的任何边缘场与接收器子系统(例如，旨在从相邻发射器谐振器30B’接受功率的14B)交互不允许从发射器谐振器30A’寄生功率。实现该目标的一种方法是驱动两个相邻的发射器谐振器30A’和30B’彼此异相180°，从而来自发射器谐振器30A’和30B’的重叠边缘场将在很大程度上相互抵消。
由于发射器谐振器30A’和30B’中的任一个在它们的功率信号不是180°异相时将经历发射器谐振器30A’和30B’中的另一个作为寄生，因此发射器谐振器30A’和30B’中的每一个的控制器22可以在使用对应的发射器功率传感器24B测量由对应的发射器谐振器30A’、30B’发射的功率的同时，增加来自每个的对应谐振器的信号的相位。控制器22然后可以搜索经由对应的发射器谐振器30A’、30B’提供最大发射功率的调整后的振荡器相位，然后将振荡器的相位设置为那个对应的相位。
每个谐振接收器系统的频率和相位的布置，无论大小相似还是不同，如上所述确保两个谐振接收器系统接收最大传输功率。在一般实施方式中，可能有大量的发射器谐振器，并且几个不同的谐振接收器子系统可能正在接收功率，每个谐振接收器子系统以由对应于组中的发射器谐振器的控制器选择的频率和相位从其自己对应的单独的发射器谐振器组接收功率。由于每个相邻发射器谐振器的功率传输最大化，向不同接收器子系统传输功率的相邻发射器谐振器可能以180°异相运行。最大化功率传输的过程调整振荡器相位。由于各种发射器模块的阻抗复杂，电阻、电感和电容略有变化，因此当功率信号在发射器谐振器中实际上是相等的(或恰好相差180°)时，不同谐振器在最大功率传输点的相位角可能不完全相等(或恰好相差180°)。
就系统10’包括在初级侧和次级侧之间具有气隙的一个电路而言，在发射器谐振器中测量或最大化的任何功率传输，例如基于发射器功率传感器24B的测量在图6中的点24E，可以仅以及在次级电路中被测量或最大化，例如基于接收器功率传感器44A的测量在图7中的点44C处。测量值可以由发射器功率传感器24B提供给接收器模块40的控制器42，接收器模块40又可以通过前面已经描述的装置之一将测量值传送给发射器模块20的控制器22。
多发射器近场谐振无线电功率传输系统的概念已在上文中参考系统10’进行了解释，系统10’被配置为以可变谐振功率信号振荡频率根据可调传输模式比同时进行电容式功率传输和电感式功率传输。在更一般的实施方式中，多发射器近场谐振无线电功率传输系统不需要具体地是双峰系统并且可以是纯电容或纯电感功率传输系统。
在另一方面，如图15的流程图所示，用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统12’向单个谐振接收器子系统14传输功率的无线近场方法[1100]包括提供[1110]多发射器子系统12’，包括多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’，每个发射器谐振器由对应的发射器模块20A’至20I’驱动，每个发射器模块20A’至20I’能够独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号振荡频率之一，并且所有发射器谐振器30A’至30I’具有公共发射表面；将谐振接收器子系统14设置[1120]靠近公共发射表面，该谐振接收器子系统14包括与两个或更多个发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H)重叠的单个接收器谐振器50；测量[1130]发射器谐振器30A’至30I’中的每一个的输入阻抗；将功率信号设置[1140]为关闭状态和活动状态之一，基于对应的测量谐振器输入阻抗，将功率信号发送到多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’中的每一个。
方法[1100]还可以包括基于每个有源发射器谐振器(图13A中的谐振器30D’、30E’、30G’和30H)的测量输入阻抗来选择[1150]来自多个预设功率信号振荡频率的对应的发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H’)的功率信号振荡频率。
方法[1100]还可以包括将每个有源发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H’)的功率信号设置[1160]为对应的选定频率。
方法[1100]还可以包括将施加到每个对应的发射器谐振器(图13A中的谐振器30D’、30E’、30G’和30H)的功率信号的相位调整[1170]到功率传输通过发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H’)基本上最大的相位。
在另一方面，如图16的流程图所示，用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统12’向单个谐振接收器子系统14传输功率的无线近场方法[1200]包括提供[1210]多发射器子系统12’，包括多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’，每个发射器谐振器由对应的发射器模块20A’至20I’驱动，每个发射器模块20A’至20I’能够独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号振荡频率之一，并且所有发射器谐振器30A’至30I’具有公共发射表面；将谐振接收器子系统14设置[1220]靠近公共发射表面，该谐振接收器子系统14包括与两个或更多个发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H’)重叠的单个接收器谐振器50；测量[1230]发射器谐振器30A’至30I’中的每一个从测试信号消耗的功率；将功率信号设置[1140]为关闭状态和活动状态之一，基于对应测量的谐振器测试功率消耗，将功率信号发送到多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’中的每一个。
方法[1200]还可以包括基于每个有源发射器谐振器(图13A中的谐振器30D’、30E’、30G’和30H)消耗的测量测试功率来选择[1250]来自多个预设功率信号振荡频率的对应的发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H)的功率信号振荡频率。
方法[1200]还可以包括将每个有源发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H)的功率信号设置[1260]为对应的选定频率。
方法[1200]还可以包括将施加到每个对应的发射器谐振器(图13A中的谐振器30D’、30E’、30G’和30H)的功率信号的相位调整[1270]到功率传输通过发射器谐振器(图13A中的30D’、30E’、30G’和30H)基本上最大的相位。
在另一方面，如图17的流程图所示，用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统12’向两个或更多接收器子系统14A、14B(图14中)传输功率的无线近场方法[1300]包括：提供[1310]多发射器子系统12’，其包括多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’(图14中)，每个发射器谐振器由对应的发射器模块20A’至20I’驱动(参见图13B)，每个发射器模块20A’至20I’能够被独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号谐振频率之一，以及所有发射器谐振器30A’至30I’具有公共发射表面；将两个或更多个谐振接收器子系统14A、14B设置[1320]靠近公共发射表面，每个子系统包括与一个或多个发射器谐振器(图14中的发射器谐振器30A’、30B’)重叠的单个接收器谐振器；测量[1330]每个发射器谐振器30A’、30B’的输入阻抗；将功率信号设置[1340]为关闭状态和活动状态之一，基于对应的测量谐振器输入阻抗，将功率信号发送到多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’中的每一个。
方法[1300]还可以包括[1350]基于每个有源发射器谐振器(图14中的谐振器30A’、30B’)的测量输入阻抗来选择来自多个预设功率信号振荡频率的对应的发射器谐振器30A’、30B’的功率信号振荡频率。
方法[1300]还可以包括将每个有源发射器谐振器30A’、30B’的功率信号设置[1360]为对应的选定频率。
方法[1300]还可以包括将施加到每个对应的发射器谐振器30A’、30B’的功率信号的相位调整[1370]到功率传输通过发射器谐振器30A’、30B’(在图14中)基本上最大的相位。
在另一方面，如图18的流程图所示，用于以可变谐振功率信号振荡频率从多发射器子系统12’向两个或更多个接收器子系统14A、14B(在图14中)传输功率的无线近场方法[1400]包括：提供[1410]多发射器子系统12’，包括多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’(在图14中)，每个发射器谐振器由对应的发射器模块20A’至20I’驱动(参见图13B)，每个发射器模块20A’至20I’能够独立地设置为预设频带中的多个预设功率信号振荡频率之一，以及所有发射器谐振器30A’至30I’具有公共发射表面；将两个或更多个谐振接收器子系统14A、14B设置[1420]靠近公共发射表面，每个子系统包括与一个或多个发射器谐振器(图13中的发射器谐振器30A’、30B’)重叠的单个接收器谐振器；测量[1430]发射器谐振器30A’至30I’中的每一个从测试信号消耗的功率；将功率信号设置[1440]为关闭状态和活动状态之一，基于对应的测量谐振器测试功率消耗，将功率信号发送到多个相互独立的发射器谐振器30A’至30I’中的每一个。
方法[1400]还可以包括基于每个有源发射器谐振器(图14中的谐振器30A’、30B’)的测量输入阻抗来选择[1450]来自多个预设功率信号振荡频率的对应的发射器谐振器30A’、30B’的功率信号振荡频率。
方法[1400]还可以包括将每个有源发射器谐振器30A’、30B’的功率信号设置[1460]为对应的选定频率。
方法[1400]还可以包括将施加到每个对应的发射器谐振器30A’、30B’的功率信号的相位调整[1470]到功率传输通过发射器谐振器30A’、30B’(在图14中)基本上最大的相位。
在另一方面，参考图20A和20B、图21A和21B以及图22A和22B描述，并且基于图1至图10和图12至图14的系统，近场谐振无线电功率传输系统10”根据图19A的示意图呈现，用于将电功率从光伏太阳能电池420无线传输到电功率负载70”。重音编号系统用于图19A上的标签，因此与图13A和图13B的相似之处很清楚，因此与图6和图7的相似之处也很清楚。通过这种编号方案，DC功率从太阳能电池420通过功率调整单元(PCU)430提供给发射器模块20”。PCU 430除了将DC电压和DC电流转换为可由功率放大器26B”进一步发射的电平之外，还提供适当调整电平的电压和电流以驱动发射器模块20”中的其余系统组件，包括小信号电子组件。PCU430代表对太阳能电池420的自适应变化负载，以适应由太阳能电池420提供的变化功率和由太阳能电池420呈现给PCU 430的变化输出阻抗。尽管来自太阳能电池420的功率会发生变化，这允许PCU 430以最大可能速率在所有时间和温度下从太阳能电池420吸收功率。
振荡器26A”可用于以经受无线功率传输的频率调制功率放大器26B”，如上文已经描述的那样。功率放大器26B”可以与图8中所示的放大器26B具有相同的设计，其中DC功率从PCU 430而不是DC电压127E提供。在备选实施方式中，功率放大器26B”可以适当地设有电路以维持其本身的振荡，这在无线电系统领域中是众所周知的，从而避免了振荡器26A”。
功率可以通过传输调谐网络28”传输到传输谐振器30”，在图19A中，传输调谐网络是图6的信号调整和调谐组件26C、26D、26E和26F的合并。发射器谐振器30”可以具有这样的表面积，其范围可以至少是太阳能电池420的有效太阳辐射接收表面的范围的主要部分。发射器模块20”的所有这些组件都在控制器22”的控制下，正如图6中发射器模块20的对应组件在控制器22的控制下一样。为了清楚起见，图19A中并未示出发射器模块20”的所有组件。图6的传感器和检测器24A、24B、24C和24D也可以等效形式存在于发射器模块20”中并连接到控制器22”，并且可以实现与图6中相同的作用。
功率可以通过传输谐振器30”和接收器谐振器50”从发射器模块20”无线传输到接收器模块40”。然后可以将功率从接收器模块40”传输到DC负载70”。传输谐振器30”和接收谐振器50”之间的功率发射可以通过近场无线传输，如上文参考图6至图10所描述的。根据图20的近场无线功率传输不限于双峰，可以是纯电容式的或纯电感性的。
接收器模块40”可以具有与图7的接收器40相同的组件。为了清楚起见，图19A中示出了那些组件的缩减组。图7的传感器44A和检测器44B在图19A中未以等效形式示出，但可以存在。图19A中的接收器调谐网络48”可以是补偿网络46A、匹配网络46B、整流器46D和滤波器46C的合并。功率可以从接收器调谐网络28”传输到负载管理器46E”，两者都可以在接收器控制器42”的控制下。
参考图19A和基于图1至图10的系统进行了描述，提出了一种近场谐振无线电功率传输系统10”，用于将来自电功率源的电功率无线传输到电功率负载70”，在这个示例性实施方式中该电功率源是光伏太阳能电池420。图19A上的标签使用了双重音编号系统，以便与图6和图7的相似之处可以清楚。通过这种编号方案，DC功率从太阳能电池420通过功率调整单元(PCU)430提供给发射器模块20”。PCU 430除了将DC电压和DC电流转换为适合的电平以转换为射频信号以用于功率放大器26B”的进一步发射还提供适当调整电平的电压和电流以驱动其余系统组件，包括例如发射器模块20”中的小信号电子组件。PCU 430代表对太阳能电池420的自适应变化的负载，以适应由太阳能电池420提供的变化的功率和由太阳能电池400呈现给PCU 430的变化的输出阻抗。尽管来自太阳能电池420的功率会发生变化，这允许PCU 430以最大可能速率在所有时间和温度下从太阳能电池420吸收功率。
振荡器26A”可用于以经受无线功率传输的频率调制功率放大器26B”，如上文已经描述的那样。功率放大器26B”可以与图8中所示的放大器26B具有相同的设计，其中DC功率从PCU 430而不是DC电压127E提供。在备选实施方式中，功率放大器26B”可以适当地设有电路以维持其本身的振荡，这在无线电系统领域中是众所周知的，从而避免了振荡器26A”。
功率可以通过传输调谐网络28”传输到传输谐振器30”，在图19A中，传输调谐网络是图6的信号调整和调谐组件26C、26D、26E和26F的合并。发射器谐振器30”可以具有这样的表面积，其范围可以至少是太阳能电池420的有效太阳辐射接收表面的范围的主要部分。发射器模块20”的所有这些组件都在控制器22”的控制下，正如图6中发射器模块20的对应组件在控制器22的控制下一样。为了清楚起见，图19A中并未示出发射器模块20”的所有组件。图6的传感器和检测器24A、24B、24C和24D也可以等效形式存在于发射器模块20”中并连接到控制器22”，并且可以实现与已经参考图6描述的相同的作用。
功率可以通过传输谐振器30”和接收器谐振器50”从发射器模块20”无线传输到接收器模块40”。然后可以将功率从接收器模块40”传输到DC负载70”。传输谐振器30”和接收谐振器50”之间的功率发射可以通过近场无线传输，如上文参考图6至10所描述的。根据图19A的近场无线功率传输不限于双峰，可以是纯电容式的或纯电感性的。
接收器模块40”可以具有与图7的接收器40相同的组件。为了清楚起见，图19A中示出了那些组件的缩减组。图7的传感器44A和检测器44B在图19A中未以等效形式示出，但可以存在。图19A中的接收器调谐网络48”可以是补偿网络46A、匹配网络46B、整流器46D和滤波器46C的合并。功率可以从接收器调谐网络28”传输到负载管理器46E”，两者都可以在接收器控制器42”的控制下。
关于整流器46D，在图7中更详细地示出，该装置的输入阻抗直接取决于装置输出所经历的负载。
在操作中，近场谐振无线电功率传输系统10”可以以与图1和图6至10的近场谐振无线电功率传输系统10相同的方式起作用，区别在于每个功率放大器26B”上的所施加的电压VDD由来自功率调整单元(PCU)430的功率信号代替，功率调整单元(PCU)430又从相关电源接收其功率，在本实施方式中为太阳能电池420。
在另一实施方式中，功率调整单元430可以从图19A中所示的系统中省略并且功率传输系统10”代替地被配置或操作以也用作功率调整系统。这可以通过配置控制器22”(例如，但不限于软件)来实现以基于图6的功率传感器24B测量的功率电平调整功率放大器26B”的输入DC等效电阻。这里使用术语“输入DC等效电阻”用来描述功率放大器26BDC端处的DC电压与DC电流的比。尽管控制器22”将根据功率测量进行调整，但预计当功率放大器26B”的输入阻抗与太阳能电池420的输出阻抗匹配时，将达到传输功率的最大功率点。在这个实施方式中，系统10”用作在工业上称为的“最大功率点跟踪器”，并确保功率总是以比在供电未被调节的情况下获得的速率更适合于用电负载的速率传输。在另一实施方式中，控制器22”可以被配置为测量电源的输出阻抗，在这个实施方式中是太阳能电池420，然后基于测量的太阳能电池的输出阻抗调整功率放大器26B”的输入阻抗420。
除了功率放大器26B”的输入阻抗的调整之外，控制器22”还可以调整发射器调谐网络28”的设置和谐振器26A”的频率中的一个或多个。此外，发射器控制器22”可以基于图6中所示的负载检测器24A的测量进行上文已经描述的调整，图6给出了关于发射器模块20和20”的电路的更多细节。负载检测器24A在图6的点24E感测负载70”的影响。
接收器控制器42”还可以调整接收器调谐网络48”和负载管理系统46E”的一个或多个设置，以便基于接收器功率传感器44A和负载检测器44B(均如图7所示)的测量提高功率传输的效率。
在考虑系统10”的功率调整功能时，可以理解的是，没有先验的理由为什么系统的功率传输功能应该被限制为如图19A中那样穿过气隙的近场无线传输。因此，在另一实施方式中，基于图19A的系统10”的元件在图19B中示出功率调整单元410。发射器调谐网络28”通过合适的非气隙连接60”与接收器调谐网络48”直接电通信。这种通信是通过射频功率信号进行的，并且构成了系统中由系统传输的功率。可以在众所周知的配置中采用适当电抗的电子组件以将发射器模块20”中的任何DC电压和电流电平与接收器模块40”中的这些电平解耦合。发射器谐振器30”和接收器谐振器50”在该实施方式中不存在并且被发射器调谐网络28”和接收器调谐网络48”之间的直接通信连接所避免。
通过特别考虑图19B可以更好地理解图19A和图19B的功率传输系统作为功率调整系统的功能，其中没有发射器谐振器30”和接收器谐振器50”简化了功率调整概念，尽管这些同样适用于存在的这些谐振器(如图19A所示)。图19A和19B的系统具有四个独立的控制参数，这些参数可以在操作期间进行调整，以调整传输到接收器模块40”并由此传输到负载70”的功率。典型的商用电源调整单元通常被称为“升压转换器”，因为它们的输出电压高于电源电压。这些装置只有两个控制参数。
可以在操作期间调整以调整被传输到接收器模块40”并因此传输到负载70”的功率的第一独立控制参数是功率放大器26B”的振荡频率，其可通过振荡器26A”中的控制器22A”调整。
可以在操作期间调整以调整被传输到接收器模块40”并因此传输到负载70”的功率的第二独立控制参数是接收器模块40”的整流器46D上的输出负载。该输出负载又直接确定整流器46D的输入阻抗并由此确定接收器模块40”的输入阻抗。这又是发射器模块2”经受的负载并且直接确定功率放大器26B”的输入DC等效电阻。在接收器控制器42”的控制下，经由接收器模块40”的负载管理系统46E”(参见图19A)完成对整流器46D上的输出负载的操纵。该第二独立控制参数是接收器模块的属性，但它天生就控制电源所经受的负载。用于操纵该参数的控制点是接收器模块40”的负载管理系统46E”。
可以在操作期间调整以调整被传输到接收器模块40”并因此传输到负载70”的功率的第三和第四独立控制参数是接收器模块40”的整流器46D的特性(参见图7)和功率放大器26B”(图19A)的特性，并且性质相似，但相互完全独立。整流器46D和功率放大器26B”都包括多端放大装置，依赖于通过施加到每个装置的第三端的电压信号调制两个端之间的电流通过多端装置。可用于每个整流器46D功率放大器26B”中的最简单的多端放大装置是晶体管。这允许在由设备产生或在设备中产生的电压信号和电流信号之间存在相位差。该电压-电流相位差可通过施加的电压进行调整。整流器46D可以是可调相位射频整流器，其电压-电流相位差可以通过接收器控制器42”调整。在功率放大器26B”的情况下，电压-电流相位差可以通过发射器控制器22”进行调整。整流器46D可以有用地包括差分自同步射频整流器。整流器46D尤其可以包括差分开关模式自同步射频整流器。
图19A和图19B的示例基于从太阳能电池或延伸地从太阳能电池阵列传输功率，其中由太阳能电池420传递的功率可根据日光急剧变化直至为零。还有许多其他电源在功率和产生的电压方面都受到可变输出的影响。其中包括发电涡轮机、风力涡轮机以及各种电池和蓄电池。风力涡轮机的发电量可能会有很大变化，并且各种电池可能具有宽范围的功率损耗曲线。考虑到系统的功率传输效率，这些系统10”和410中的任何一个都可以被配置为从例如但不限于具有缓慢开路电压衰减曲线的商用电池接收功率。负载管理系统46E”可以被配置为改变功率放大器26B”的输入DC等效电阻，如上面已经解释的，并且控制器22”和42”可以被配置为向负载70”呈现所需的电压电平直到这样的电压不能再被发射的功率和系统10”和410的参数的可调整性所维持。
图19A及其关联的描述性文本解决了从单个太阳能电池420到单个负载70”(通常是电池)的近场无线功率传输。在较大的太阳能电池功率系统的实际实施方式中，通常采用电池阵列，因此可以采用类似于参考图12、图13A和图13B所描述的功率传输方案，存在多个发射器子系统和通常单个的接收器子系统。这种情况在图20A和20B中示出，分别是具有透明太阳能盖440的太阳能电池板400的前视图和后视图，每个太阳能电池420具有一个近场无线功率传输子系统，并且由此包括例如，六十个近场无线功率传输子系统16，每个传输子系统16包括发射器谐振器30”、发射器模块20”和功率调整单元430，如参考图19A所描述的。为了避免混乱，发射子系统16在图19A中没有标示，但是在图20B、21B和22B中被指示和标示，如下文进一步描述的。
在一个实施方式中，将由多个太阳能电池组成的太阳能板的每个单独的太阳能电池耦合到功率传输和管理系统允许电池级功率管理。通过在每个单独的电池处提供功率管理，可以优化每个电池的功率收集，从而提高整个太阳能板系统的效率。在这样的实施方式中，将减轻由于单个电池的故障或电池之间的不良连接造成的影响。即使在不太理想的条件下，例如下雨、阴凉或在碎片覆盖太阳能板的一部分时，单个电池级别的功率收集也可以实现最大的功率收集。
为了避免混乱，图20B中仅标记了一个近场无线功率发射子系统16。在图20A和20B中，每个发射子系统16的发射器谐振器30”可以位于其对应的太阳能电池420的背面。太阳能电池的平坦区域，如从图20A中面板的正面所见，代表有源太阳辐射接收和能量转换半导体器件本身，并且对应地标记为420，而从图20B中的背面所见的器件的平坦区域代表发射器谐振器，并且对应地标记为30”。发射器谐振器30”的表面积可以至少是太阳能电池420的有效太阳辐射接收表面的范围的主要部分。每个近场无线功率发射子系统16的发射器模块20”和功率调整单元430在图20B中合并在一起并标记为450。为了避免混乱，合并的组件450在图19A中未标记，而是作为单元指示并在图20B、21B和22B中标记，如下所述。单个接收器谐振器50”可以安装在太阳能板400的框架460中。单个接收器模块40”可以直接安装在接收器谐振器50”的背面。
在操作中，近场谐振无线电功率传输系统10”可以以与图12、图13A和图13B的近场谐振无线电功率传输系统10’相同的方式起作用，区别在于每个功率放大器26B”上的所施加的电压VDD都被来自功率调整单元(PCU)430的功率信号所替代，功率调整单元(PCU)430又从相关的太阳能电池420接收其功率。
在图20A和图20B的系统的另一实施方式中，框架460可以被配置为合适的接收器谐振器以从所有发射器谐振器30”接收功率并且接收器模块40”可以位于框架460上。在该实施方式中，框架内的板不是谐振器，并且可能是非导电材料的简单平板。
在另一实施方式中，分别在图21A和21B的前视图和后视图中示出的太阳能板400’使每个近场无线功率发射子系统将功率传输到一个近场无线功率接收器子系统。虽然框架460被示为由不透明板470填充，但板470可以不是近场电路或磁路的一部分。为了清楚起见，我们在发射侧使用与图20A和图20B中相同的组件编号。在接收侧，我们采用图19A的编号。同样，为了避免混乱，只标记了一个接收侧装置。
在操作中，图21A和图21B的太阳能板装置400’可以具有通过硬线(未示出)链接的单独的发射器模块20”，使得它们可以同相，从而允许发射中的功率损失最小。在其他实施方式中，发射器模块20”可以是独立的，并且如图14、图17和图18所解释的那样起作用。
在又一实施方式中，分别在图22A和22B中的前视图和后视图中示为太阳能板装置400”，示出了例如二十五个太阳能电池的阵列，其排列成五排，每排五个电池420。每个太阳能电池420在其后部具有发射器谐振器30”和包括其对应的发射器模块20”和功率调整单元430的单元450。在阵列的底部和顶部以及每两行太阳能电池之间是接收器谐振器50”，其布置在基本上垂直于太阳能电池420平面的平面中，每个接收器谐振器50”与其对应的接收器模块40”进行有线电通信。与前面的太阳能板实施方式一样，每个组件的一个示例被标记。与图20A和图20B以及图21A和图21B所示的实施方式一样，太阳能板装置400”在一些实施方式中也可以具有框架460。为了清楚起见，框架460未在图22A和图22B中示出。
在操作中，系统400”的特定行中的太阳能电池420的发射器谐振器30”将功率发射到它们上方和下方的接收器谐振器50”。然而，在该实施方式中，存在各种最近邻接收器谐振器50”谐振耦合并在它们之间共享收集的功率的附加机制。由阵列的所有接收器谐振器50”收集的收集功率因此可以经由各种接收器模块40”中的任何一个或多个被分接。具体地，例如，可以仅经由最底部的接收器模块40”分接由所有接收器模块40”收集的功率。任何谐振器50”上的接收器模块40”中的任何一个都可以充当接收器模块以收集一排太阳能电池420的功率，同时还充当发射器模块以通过其相关联的谐振器50”将收集的功率发射到靠近它的另一个谐振器50”。可以沿着阵列重复该动作以将功率传输到最底部的接收器模块40”。
在图22A和图22B的系统的另一实施方式中，类似于图20A和图20B的围绕图22A和图22B的太阳能电池阵列的平面周边的框架460可以是承载接收器模块40”的接收器谐振器并且可以从各个谐振器50”接收功率。以这种方式，由阵列中的所有太阳能电池420产生的总功率可以被谐振器框架460接收并且经由接收器模块40”被分接用于进一步电传输。
可以通过有线连接来完成单个太阳能电池级别的功率收集。然而，在太阳能板中使用无线发射系统允许减少布线，从而减少制造成本。
在另一方面，参照图23中的流程图描述，提供了一种用于将功率从光伏电池420传输到功率负载70”的方法[1500]，该方法包括：在发射模块20”中将来自光伏电池420的电能转换[1510]为具有振荡频率的振荡电功率信号；将功率传输[1520]到发射器谐振器30”，该发射器谐振器30”与发射模块20”有线电通信并且被配置为以振荡频率谐振；在接收器谐振器50”中接收[1530]功率，该接收器谐振器50”被配置为以振荡频率谐振，并被设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器谐振器30”接收功率；在与接收器谐振器50”有线电通信的接收器模块40”中接收[1540]功率；经由有线电通信向功率负载70”呈现[1550]接收到的DC形式的功率。该方法还可以包括在将功率转换成振荡电功率信号之前，将来自光伏电池420的功率的电压和电流转换成适用于发射模块20”的电压和电流。
在参考图19A和图24中的流程图描述的方法的另一实施方式中，提供了一种方法[1600]用于将功率从光伏电池420的阵列400传输到功率负载70”，该方法包括：将来自阵列400中的光伏电池420中的每一个的功率在第一多个对应发射模块20”的每一个中转换[1610]为具有振荡频率的振荡电功率信号；将每个发射模块20”中的功率传输[1620]到第二多个发射器谐振器30”中的对应发射器谐振器30”，每个发射器谐振器被配置为以振荡频率谐振；在接收器谐振器50”中接收[1630]功率，该接收器谐振器被配置为以振荡频率谐振，并被设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从多个发射器谐振器30”接收功率；在与接收器谐振器50”有线电通信的接收器模块40”中接收[1640]功率；经由有线电通信将接收到的DC形式的功率呈现[1650]给功率负载70”。该方法还可以包括在将功率转换成振荡电功率信号之前，将来自每个光伏电池420的功率的电压和电流转换成适用于对应发射模块20”的电压和电流。在接收器谐振器50”中接收[1630]功率可以包括在围绕光伏电池阵列400的平面周边设置的接收器谐振器中接收功率。
在参照图19A和图25中的流程图描述的方法的另一实施方式中，提供了一种方法[1700]用于将功率从光伏电池420的阵列400’传输到功率负载70”，该方法包括：将来自阵列400’中的每个光伏电池420的功率在第一多个对应发射模块20”中的每一个中转换[1710]为具有振荡频率的振荡电功率信号；将来自每个发射模块20”的功率传输[1720]到第二多个发射器谐振器30”中的对应发射器谐振器30”，其中每个发射器谐振器30”被配置为以振荡频率谐振；在对应的接收器谐振器50”中接收[1730]来自每个发射器谐振器30”的功率，该接收器谐振器50”被配置为以振荡频率谐振，其中每个接收器谐振器50”还被配置和设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器谐振器30”接收功率；从与接收器谐振器50”有线电通信的对应接收器模块40”中的每个接收器谐振器50”接收[1740]功率；经由有线电通信向功率负载70”呈现[1750]接收到的DC形式的功率。该方法还可以包括在将功率转换成振荡电功率信号之前，将来自每个光伏电池420的功率的电压和电流转换成适用于对应发射模块20”的电压和电流。
在参考图19A和图26中的流程图描述的另一实施方式中，提供了一种方法[1800]用于将功率从光伏电池420的阵列400”传输到功率负载70”(在图19A中)，该方法包括：将来自阵列400”中的每个光伏电池420的功率在第一多个对应发射模块20”的每一个中转换[1810]为具有振荡频率的振荡电功率信号；将来自每个发射模块20”的功率传输[1820]到第二多个发射器谐振器30”中的发射器谐振器30”，其中每个发射器谐振器30”被配置为以振荡频率谐振；从第三多个接收器谐振器50”中的任何邻近的接收谐振器50”中的每个发射器谐振器30”接收[1830]功率，接收器谐振器50”被配置为以振荡频率谐振，其中每个接收器谐振器50”被进一步配置并且设置为通过电容耦合和磁感应中的至少一个从发射器谐振器30”接收功率；在第三多个接收器谐振器50”之间共享[1840]接收功率；以及经由有线电通信向功率负载70”呈现[1850]经由对应的一个或多个接收器模块40”从第三多个接收器谐振器50”中的一个或多个接收到的DC形式的功率。该方法还可以包括在将功率转换成振荡电功率信号之前，将来自每个光伏电池420的功率的电压和电流转换成适用于对应发射模块20”的电压和电流。
图27A示出了具有导电底盘510的电动车辆中扩展的近场无线电功率分配系统的代表性部分500。在图19A的通用系统10”的该实施方式中，电源是可充电电池520而不是太阳能电池420并且负载70”是电动机530而不是如图19A中的电池。图14A中所示的系统可以可选地包括如图19A中的功率调整单元430。在其他实施方式中，发射器模块可以共同作用以提供功率调整，如上文参考图19B所解释的。
图27A中所示和下文更详细描述的系统可以通过电容式功率传输、电感式功率传输或双峰功率传输来操作。参考图4B和图19A，发射器谐振器30”包括夹在导电天线132和134之间的介电元件138。参考图4B和图19A，接收器谐振器50”包括夹在导电天线152和154之间的介电元件158。发射器模块20”被示为直接安装到天线132，天线132也用作电池520的框架或支架。发射器模块20”可以电连接在电池520和发射器谐振器30”之间。接收器模块40”被示为直接安装到电动机530。接收器模块40”可以电连接在接收器谐振器50”和电动机530之间。
图27B示出了具有导电底盘510的电动车辆中扩展的近场无线电功率分配系统的代表性部分500’。在图19A的通用系统10”的该实施方式中，如图27A中，电源再次是可充电电池520而不是太阳能电池420和负载70”是电动机530而不是图19A中的电池。图27B中所示的系统可以可选地包括如图19A中的功率调整单元430。在其他实施方式中，发射器模块20”和接收器模块40”可以共同作用以提供功率调整，如上文参考图19B所解释的。
图27B中所示和以下更详细描述的系统可以通过电容式功率传输、电感式功率传输或双峰功率传输来操作。参考图4B和图19A，发射器谐振器30”包括夹在导电天线132和134之间的介电元件138。参考图4B和图19A，接收器谐振器50”’包括介电元件158和导电天线152，在此实施方式中，图27A的天线154不存在于谐振器50”’中。发射器模块20”被示为直接安装到天线132，天线132也用作电池520的框架或支架。发射器模块20”可以电连接在电池520和发射器谐振器30”之间。接收器模块40”被示为直接安装到电动机530。在这个实施方式中，接收器模块40”可以电连接在电动机530和底盘510之间。在这种布置中，底盘510和天线152之间存在足够的耦合用于功率以适当的高效率传输。系统的导电机械组件，即在系统中具有例如承载结构功能的组件，可以由此形成电功率传输系统的谐振结构的一部分。
在图27A和图27B中所示的实施方式中，重点特别是提供给驱动车辆车轮之一的电动机530的电功率，但是使用多个适当适配的接收器模块40”(全部由发射器模块20”提供功率)，可以对车辆上的任何电气子系统实施等效布置。
图27A和图27B的用于从电池到车辆的电气子系统的功率传输的布置在很大程度上避免了在车辆制造期间产生困难并且是相当大的制造成本的来源的极其复杂的汽车线束。图27A和图27B中的实施方式连同它们对车辆的其他电气子系统的扩展可以被描述为“扩展的近场无线电功率分配系统”。
除了电动车辆的其他车轮之外，这种布置可以扩展到前灯和其他车辆附件，包括但不限于内部灯、仪表盘显示器、仪表、数字电子设备、导航系统、警告系统等。该应用也不限于电动车辆。它可以应用于混合动力或内燃机车辆，以根据需要分配电功率。它可以类似地应用于采用需要电功率的任何电气系统的其他车辆。示例但不限于包括机动和非机动自行车、飞机、船只和其他使用车载电源的交通工具。电池或电源不必限于车载。关于图1至图11、图19A-图19B和图27A-图27B所解释的原理也适用于需要从地球静止源供应电功率的静止和车辆系统，例如但不限于用于向移动车辆供电的固定轨道。
图28A示出了电源系统600中图19A的通用系统10”的另一实施方式，用于向位于桌子的桌面620上的计算机监视器610供应通过初级侧12来自合适的源的电功率，如图1和图6更详细地所示。在系统600中，图19A的发射器模块20”和发射谐振器30”都包含在初级侧12中。在系统600的布置中，接收器谐振器50”根据图19A形成监视器610的底座。图19A的接收器模块40”可以包含在监视器610的基座中。或者，图19A的接收器模块40”可以包含在监视器610内本身。参考图4B，天线152形成监视器610的基座的底部并通过电介质158与天线154隔开。
监测器610的外壳和结构框架630可以至少部分地导电并且充当一个连续的导体以通过接收器模块40”(参见图19A)将来自天线154的功率信号电供应到代表图19A的负载谐振器70”的监测器610的电路。从天线152到监测器610的电路的其他电连接器从天线152延伸到监测器610的底座。在其他实施方式中，监测器610的外壳和结构框架630可以是非导电聚合物，并且单独的导体从天线154延伸到代表图19A的负载谐振器70”的监视器610的电路。
如图28B中用于向计算机监视器610供电的电源系统600’的另一实施方式所示，监视器610的基座可以仅包括天线152和电介质158。在该实施方式中，监视器外壳或框架630的金属导电部分用作天线而不是天线154，并且外壳或框架630与电介质158下方的天线152具有足够的耦合以提供充分有效的功率传输。图19A的接收器模块40”可以包含在监视器610的基座中。或者，图19A的接收器模块40”可以包含在监视器610内本身。监测器610的外壳和结构框架630可以用作一个连续的导体以经由接收器模块40”向表示图19A的负载谐振器70”的监测器610的电路供应功率信号。
系统600可以可选地包括如图19A中的功率调整单元430。在一些实施方式中，尽管使用近场无线功率传输，发射器模块20”和接收器模块40”可以共同作用以提供功率调整，如参考图19A所解释的。图28A的近场无线功率传输系统消除了使用笨重的电缆来为监测器610供电的需要，并且采用系统的机械结构元件作为功率传输布置中的集成电气/电子组件。
如参考图29中的流程图以及图19A和图19B的系统所描述的，提供了一种方法[2000]用于将功率从DC电源420传输到功率负载70”，该方法包括：提供[2010]与电源420有线电通信的功率传输系统10”、410，功率传输系统10”、410包括能够以振荡频率谐振的振荡器26A”；功率放大器26B”和发射器调谐网络28”，两者都在发射器控制器22”的控制下；接收器调谐网络48”和负载管理系统46E”，两者都在接收器控制器42”的控制下，其中负载管理系统46E”与功率负载70”进行有线电通信；在功率放大器26B”中将来自电源420的功率转换[2020]成具有振荡频率的振荡电功率信号；在发射器控制器22”的控制下，通过发射器调谐网络28”和接收器调谐网络48”将来自功率放大器26B”的功率信号传输[2030]到负载管理系统46E”；调整[2040]振荡频率、功率放大器26B”的输入DC等效电阻、发射器调谐网络28”、接收器调谐网络48”和负载管理系统46E”中的至少一个以改变功率传输速率；经由有线电通信以DC形式向功率负载70”呈现[2050]由负载管理系统46E”接收的功率。
经由发射器调谐网络28”和接收器调谐网络48”传输[2030]功率信号可以包括通过有线通信或通过无线通信来传输功率。通过无线通信传输功率可以包括通过近场无线通信传输功率。通过近场无线通信传输功率可以包括通过电容耦合和电感耦合中的至少一个来传输功率。从DC电源420传输功率可以包括从至少一个太阳能电池420传输功率。从DC电源传输功率可以包括从至少一个电池传输功率。从DC电源传输功率可以包括从具有变化电压的电源传输功率。
在参考图30中的流程图并且更深入地考虑图19A和图19B的系统描述的另一实施方式中，提供了一种方法[2100]用于将功率从DC电源420传输到功率负载70”，该方法包括：提供[2110]与电源420有线电通信的功率传输系统10”、410，功率传输系统10”、410包括射频功率放大器26B”，其与功率负载70”有线电接触的可调相位射频整流器46D(参见图7)进行射频通信；在放大器26B”中将来自DC电源420的功率转换[2120]成射频振荡功率信号；在整流器46D中将射频振荡功率信号转换[2130]为DC功率信号；通过调整整流器46D的电流-电压相位特性来调整[2140]功率传输的效率。提供可调相位射频整流器可以包括提供差分自同步射频整流器46D。
方法[2100]还可以包括通过调整放大器26B”的DC等效输入电阻来调整功率传输的效率。提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供在整流器46D和负载70”之间有线通信的负载管理系统46E”。调整放大器26B”的DC等效输入电阻可以包括通过调整负载管理系统46E”来调整整流器46D的输入阻抗。调整负载管理系统46E”可以包括自动调整负载管理系统46E”。
方法[2100]还可以包括通过调整功率放大器26B”的电流-电压相位特性来调整功率传输的效率。提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与功率放大器26B”通信以控制功率放大器26B”的发射器控制器22”。调整功率放大器26B”的电流-电压相位特性可以由发射器控制器22”执行。调整功率放大器26B”的电流-电压相位特性可以由发射器控制器22”自动执行。
方法[2100]还可以包括通过改变功率放大器26B”的振荡频率来调整功率传输的效率。
提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与整流器46D通信以控制整流器46D的接收器控制器42”调整整流器46D的电流-电压相位特性可由接收器控制器42”执行。调整整流器46D的电流-电压相位特性可以由接收器控制器42”自动执行。
提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与可调相位射频整流器46D(经由图19B的连接60”)直接有线射频通信的功率放大器26B”。提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与可调相位射频整流器46D进行无线近场射频通信的功率放大器26B”。
提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与功率放大器26B’有线射频通信的发射器谐振器30”和与射频整流器46D有线射频通信的接收器谐振器50”。方法[2100]还可以包括在彼此无线近场射频通信中操作发射器谐振器30”和接收器谐振器50”。提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与整流器46D进行电容式近场无线和电感式近场无线射频通信中的至少一个的功率放大器26B”。提供[2110]功率传输系统10”、410可以包括提供与整流器46D进行双峰无线近场通信的功率放大器26B”。
方法[2100]还可以包括：提供电设置在电源420和功率传输系统10”之间的功率调整单元430；以及调整功率调整单元430以调整来自电源420的电流和电压中的至少一个以提高功率传输的效率。
基于对图19A和图19B的系统的更深入考虑并参考图7，用于从DC电源420向功率负载70”供电的一般电功率传输系统10”,410包括：射频功率放大器26B”，其与电源420有线电通信，并且配置为将来自电源420的DC电压转换成具有振荡频率的AC电压信号；可调相位射频整流器，其与功率负载70”有线电接触并且与功率放大器射频通信，整流器配置为接收从功率放大器26B”传输的功率；以及与整流器46D通信的接收器控制器42”，接收器控制器配置为通过调整整流器46D的电流-电压相位特性来调整从功率放大器26B”到整流器46D的功率传输的效率。接收器控制器42”可以被配置为自动调整整流器46D的电流-电压相位特性。整流器可以是差分自同步射频整流器。
功率传输系统10”、410可以还包括负载管理系统46E”，其与负载70”有线通信并且功率信号方式设置在负载70”和整流器46D之间，负载管理系统46E”配置为通过调整整流器46D的输入阻抗来增加功率传输的效率。负载管理系统46E”可以被配置为自动调整整流器46D的输入阻抗。
功率传输系统10”、410还可以包括与放大器26B”通信的发射器控制器22”，发射器控制器22”配置为通过调整放大器26B”的电流-电压相位特性来增加功率传输的效率。发射器控制器22”可以被配置为自动调整放大器26B”的电流-电压相位特性以增加功率传输的效率。
功率传输系统10”、410还可以包括与放大器26B”和发射器控制器22”通信的振荡器26A”。发射器控制器22”可以被配置为通过振荡器26A”调整振荡频率。
功率放大器26B”可以与可调相位射频整流器46D(通过图19B的连接60”)进行直接有线射频通信。功率放大器26B”可以与可调相位射频整流器46D进行无线近场射频通信。功率传输系统10”、410可以包括与功率放大器26B”进行有线射频通信的发射器谐振器30”和与整流器46D进行有线射频通信的接收器谐振器50”。发射器谐振器30”和接收器谐振器50”可以彼此进行无线近场射频通信。功率放大器26B”可以与整流器46D进行电容式近场无线和电感式近场无线射频通信中的至少一个。功率放大器26B”可以与整流器46D进行双峰近场无线射频通信。
功率传输系统还可以包括电设置在电源420和功率放大器26B”之间的功率调整单元430，功率调整单元430配置为调整来自电源420的电流和电压中的至少一个以至提高功率传输的效率。
在参考图19A、图19B、图27A和27B以及图28A和28B描述的另一实施方式中，电动系统包括：机械负载承载结构510，630，其具有导电的第一部分；电功率负载；以及电功率传输系统10”、410，包括至少一个配置为近场无线功率传输的射频谐振器30”、50”，其中谐振器至少部分地包括导电的第一部分。电动系统可以还包括可充电电池520并且电功率负载可以包括电动机530。电动系统可以是电动车辆500、500’并且机械承载结构可以包括车辆的底盘510。电动系统可以是显示监视器610并且机械负载承载结构可以是监视器的框架630和基座中的至少一个。
电动系统还可以包括电源。电功率传输系统可以包括：射频功率放大器26B”，其与电源有线电通信并且配置为将来自电源的DC电压转换成具有振荡频率的AC电压信号；可调相位射频整流器46D，其与功率负载70”有线电接触，并且与功率放大器26B”射频通信；整流器46D配置为接收从放大器26B”传输的功率；以及与整流器46D通信的接收器控制器42”，接收器控制器42”配置为通过调整整流器46D的电流-电压相位特性来调整从放大器26B”到整流器46D的功率传输的效率。
在另一实施方式中，如图19A和图19B、图27A和图27B以及图28A和图28B所示，一种装置包括：机械负载承载结构510，630，其具有导电的第一部分；电源；电功率负载70”、530、610；和电功率传输系统10”、410包括：射频功率放大器26B”，其与电源有线电通信并配置为将来自电源的DC电压转换成具有振荡频率的AC电压信号；可调相位射频整流器46D，其与功率负载70”有线电接触，并且与功率放大器26B”射频通信；整流器46D，配置为接收从放大器26B”输的功率；以及与整流器46D通信的接收器控制器42”，接收器控制器42”配置为通过调整整流器46D的电流-电压相位特性来调整从放大器26B”到整流器46D的功率传输的效率；其中导电的第一部分被设置为从放大器26B”和整流器46D中的至少一个承载射频信号。
该装置可以还包括与负载70”有线通信并且功率信号方式设置在负载70”和整流器46D之间的负载管理系统46E”，负载管理系统46E”配置为通过调整整流器46D的输入阻抗提高功率传输的效率。该装置还可以包括与放大器26B”通信的发射器控制器22”，发射器控制器22”配置为通过调整放大器26B”的电流-电压相位特性来增加功率传输的效率。该装置还可以包括与放大器26B”和发射器控制器22”通信的振荡器26A”，其中发射器控制器22”被配置为经由振荡器26A”调整谐振频率。
功率放大器26B”可以经由导电的第一部分与整流器46D进行直接有线射频通信。功率放大器26B”可以与整流器46D进行无线近场射频通信。功率传输系统10”、410可以包括与功率放大器26B”进行有线射频通信的发射器谐振器30”和与整流器46D和发射器谐振器30”之一进行有线射频通信的接收器谐振器50”并且接收器谐振器50”可以包括导电的第一部分。发射器谐振器30”和接收器谐振器50”可以彼此进行无线近场射频通信。功率放大器26B”可以与整流器46D进行电容式近场无线和电感式近场无线射频通信中的至少一个。功率放大器26B”可以与整流器46D进行双峰近场无线射频通信。DC电源可以包括可充电电池520并且负载可以包括电动机530。
在另一实施方式中，如图32示意性所示，并且基于图6、图7、图8和图9，提供了一种密封的双向功率传输电路装置800，其具有设置用于与密封装置800外部的装置电通信的多个端，密封装置800在其密封内部包括：多端功率开关(MPS)装置810，其具有至少一个DC端、至少一个AC端和至少一个控制端，MPS装置810可在放大状态和整流状态之间调整，并且布置成通过至少一个DC端双向传送DC电压和DC电流；经由至少一个AC端双向传送具有幅度、频率和相位的射频功率信号；在与控制器880的有线数据通信中，相位、频率和占空比调整(PFDCA)电路820经由至少一个控制端与MPS设备810进行有线电通信，PFDCA电路820被布置用于在MPS装置810的至少一个控制端处建立具有射频功率信号的频率和相位的射频振荡信号，并且通过在控制器880的指令下调整射频振荡信号的相位，在放大状态和整流状态之间调整MPS装置810。PFDCA电路820还可以被布置为建立射频振荡信号的占空比。PFDCA电路820可以包括射频振荡器，用于在来自控制器880的指令下产生射频振荡信号。术语“多端功率开关装置”在此用于描述具有至少三个端并且能够基于施加到该装置的至少第三端的信号来切换或调制在该装置的至少两个端之间流动的电流的装置。合适的MPS装置810包括但不限于机械继电器开关、固态开关、电光开关(也称为光开关、晶闸管、波导开关、晶体管(包括例如MOSFET、MESFET、第III-V族半导体晶体管器件和BJT器件)和功率管器件，例如包括三极管和五极管。
在一些实施方式中，电路用聚合物涂层或模具密封以形成密封或密封的装置。在一些实施方式中，密封装置保护设置在装置内部的组件。在一些实施方式中，装置的密封提供电绝缘以防止静电放电、短路或可能损坏装置的组件的其他有害放电。在一些实施方式中，密封装置保护内部组件免受氧化。在一些实施方式中，密封可以形成防水屏障或水蒸气屏障。在一些实施方式中，密封通过提供到密封装置外部上的一个或多个端的通路来提供促进到装置的电连接。
密封功率传输电路装置800可以还包括在密封内部与控制器880有线数据通信的调谐网络830，其经由至少一个AC端与MPS装置810进行有线电通信，调谐网络830被布置用于当MPS装置810处于放大状态时，在来自控制器880的指令下将射频功率信号调整为来自调谐网络830的调谐射频功率信号。调谐网络830可以包括图8和图9中所示类型的谐波终止网络电路，其布置用于抑制射频功率信号中的射频振荡信号的谐波。如图8和图9所示，谐波终止网络可以包括一个或多个电感器和一个或多个一次谐波端127I、147G；二次谐波端127H、147F；以及三次谐波端127F、147D。
密封功率传输电路装置800可以在密封的内部包括与控制器880进行有线数据通信的幅度/频率/相位检测器(AFPD)840，其设置为与调谐网络进行有线电通信并且被布置成确定在调谐网络和密封装置外部的AC负载/电源之间传送的射频功率信号的幅度、频率和相位。为此，根据图32，AFPD840测量从设备800引出的调谐网络830的输出处的信号幅度、频率和相位。PFDCA电路820被布置为基于由AFPD840传送到控制器880的测量数据从控制器880接收指令。在其他实施方式中，图32中未示出，PFDCA电路820被布置为基于直接从AFPD840接收的反馈信号调整射频振荡信号和/或DC电流和DC电压中的至少一个。
调谐网络830可以包括电压-电流调谐器，用于在功率开关装置处于放大状态时基于来自AFPD840的测量数据调整调谐射频信号的电压和电流之间的相位差。参考图6更详细地描述了合适的电压-电流调谐器。根据图32，调谐网络830的电压-电流调谐器被应用于以装置800引出的信号连接为目的地的信号。因此，当功率通过图32向下发射时，它用作调谐器。电压-电流调谐器对于通过图32中的装置800在相反的向上方向上发射的功率可以是透明的，功率传输电路装置800是双向的。在一些实施方式中，调谐网络830可以将调谐射频功率信号与AC负载/源900通信，AC负载/源900可以是发射器谐振器30和30”，如关于图6和图19A、27A和27B所描述的。当AC负载/源900是这样的双峰发射器谐振器时，电压-电流调谐器可以用于调整电场与磁场的比，如关于图6所描述的。
密封功率传输电路装置800可以还包括在密封内部与控制器880进行有线数据通信并且在MPS810和密封装置800外部的DC电源/负载700之间进行有线电通信的功率管理(PM)电路860，其布置成阻抗匹配MPS810和外部DC电源/负载700并且用于基于由AFPD840传送到控制器的测量数据调整在MPS810和DC电源/负载700之间传送的DC功率。在其他实施方式中，在图32中未示出，PM电路860可以被布置用于基于直接从AFPD840和/或VID850接收的反馈信号调整在MPS810和DC电源/负载700之间传送的DC功率。
再次要注意的是，DC功率可通过MPS810和DC电源/负载700之间的PM电路860在两个方向上传输。还要注意，我们在这里保持一个约定，通过该约定DC电源/负载700被描述为“电源/负载”，而与调谐网络传送AC功率的外部AC负载/源900被描述为“负载/源”，从而强调一点，当DC电源/负载700用为DC电源时，AC负载/电源900用作将该功率转换成AC功率的负载，反之亦然。在图32中，箭头描绘接近并平行于连接器指示当MPS810处于其放大状态和整流状态中的任一状态时功率流过装置800的路径和方向。当MPS810处于放大状态时，功率流向下通过图32；当MPS810处于整流状态时，功率流向上通过图32。
密封功率传输电路装置800可以还包括在密封内部与控制器880进行有线数据通信的电压/电流检测器(VID)850，其被设置成确定在MPS810和PM电路之间传递的DC电压和DC电流860。当MPS810处于放大状态时，可以基于VID850的测量来调整功率传输电路装置800，使得装置800向DC电源/负载700呈现允许从DC电源/负载提取最大功率的等效DC负载700。由此调整MPS装置810的至少一个DC端处的DC电压。当MPS810处于整流状态时，可以基于VID850的测量来调整功率传输电路装置800，使得装置800向DC电源/负载700呈现允许从装置800到DC电源/负载700的最大功率传输的等效DC电源阻抗。从而调整装置800和DC电源/负载700之间的有线连接处的DC电压。
密封功率传输电路装置800还可以在密封内部包括存储器870，存储器870与控制器880、AFPD840和VID850进行有线数据通信，其中存储器870被布置成接收和存储来自两个检测器840和850的信号数据，并将来自两个检测器840和850的信号数据提供给控制器880。存储器870可以能够存储装置800的完整状态用于一系列连续的瞬时时间。
调谐网络还可以包括补偿网络、匹配网络和滤波器中的一个或多个。图6的补偿网络26E、匹配网络26D和滤波器26C适用于此目的，选择不限于图6的装置。
密封功率传输电路装置800可以在密封的内部包括控制器880。在其他实施方式中，密封功率传输电路装置800可以使用具有合适的输入/输出设备的外部控制器来与并入密封的装置800内部的各种电路通信数据并且合适的软件或固件可以被编程到控制器中用于执行上述所有控制过程。
密封功率传输电路装置800还可包括至少一个通信电路890，其在蓝牙、WiFi、Zigbee和蜂窝技术中的一种或多种技术上起作用，用于在控制器880和密封功率传输电路装置800外部的装置之间双向传送信息。至少一个通信电路890可以与一个或多个合适的天线894进行双向有线通信。虽然一个或多个天线894可以设置在装置800的密封内部，但通常将它们设置在装置800外部更有用。外部装置中的一个或多个可以是其他功率传输电路装置，包括例如其他装置800，并且一个或多个其他装置可以形成如上文在其他实施方式中(例如，图1)解释的集体功率传输系统的一部分。
PFDCA电路可以被布置为基于AFPD840和VID850的测量来调整射频振荡信号的占空比。在一些实施方式中，关于测量的信息可以被传输到控制器880并且从那里传输到PFDCA电路820，PFDCA电路820然后基于接收到的信息调整射频振荡信号的占空比。在图32中未示出的其他实施方式中，反馈信号可以直接从AFPD840和VID850传递到PFDCA电路820，PFDCA电路820然后基于接收到的反馈信号调整射频振荡信号的占空比。通过改变射频振荡信号的占空比，PFDCA电路820可以调整功率流过装置800的方向。当功率从DC电源/负载700通过装置800流向AC负载/电源900时，PFDCA电路820可以通过这种方式调整由源/负载700传递到装置800的DC功率和从装置800传递到AC负载/源900的AC功率。当功率从AC负载/源900通过装置800流向DC电源/负载700时，PFDCA电路820可以通过这种方式调整由AC负载/源900传递到装置800的AC功率和由装置800传递到DC电源/负载700的功率。
控制器880可以与设置在装置800的密封内部外部的外部装置和电路898(在图32中标记为Ext.)进行双向有线通信。这种有线通信可以用于例如但不限于交换数据或为控制器880提供系统时钟同步信号，用于其中可以并入装置800的系统。
参考图6和图7，传感器和检测器24A、24B、24C和24D可以有用地设置在装置800的密封内部之外。
双向功率传输电路装置800也可以有用地用于通过上面已经参考图6和图7解释的机制经由通过装置800的功率信道发送和/或接收信息。功率信道从DC电源/负载700和PM电路860之间的有线连接物理延伸，通过PM电路860、VID850、MPS设备810和调谐网络830，到达AC负载/源900。沿着物理功率信道、PM电路860、MPS装置810和调谐网络830都在控制器880的控制下，控制器880通过PFDCA电路820控制MPS装置810。控制器可以调制调谐网络830中和/或在MPS装置810本身中的射频功率信号。控制器还可以被配置为在PM电路860和DC电源/负载700之间引起DC电压的调制。这允许在射频功率信号、调谐射频功率信号和/或上述DC电压上调制信息，并由此被传送到装置800外部的其他装置。此类其他装置可以包括另外的双向功率传输电路装置800。信息可以被调制到射频功率信号、调谐射频功率信号和/或数字形式或模拟形式的上述DC电压。在其他实施方式中，信息可以被调制到与功率传输的频率不同的频率上。在其他实施方式中，信息可以被调制到功率信号的频率的谐波上。在另外的实施方式中，射频功率信号的频率可以是信息被调制到其上的信号的频率的谐波。在上面的描述中，我们已经解释了如何将调谐网络830的子系统用作合适的调制器。
上面已经描述了装置800可以如何在发射器模式和整流模式下操作之间被重新配置，并且已经描述了可以如何调制功率信道，很明显，装置800可以用作全双工发射-接收系统，用于在两个方向上发射信息。当在图1的模块20和40中采用两个装置800时，图1的系统10可以包括类似于图1的次级侧14的另外的次级侧。当存在附加的次级侧14时，上述布置允许在各个次级侧14之间进行信息通信，从而与初级侧进行信息通信。通过使用图32的装置800在图19A和图19B的系统中采用的发射器模块20”和接收器模块40”之间，相同的全双工发射-接收布置是可能的。在图20A至22B和图27A至28B所示的系统也是如此。
以此处描述的方式发射的信息可以包括但不限于MPS装置810的操作模式、其他装置810的数量和类型、周围物体传感器信息和负载状态监控信息，包括例如电池充电状态、负载电压和负载电流。
密封双向功率传输电路装置800的电子电路可以多种装置制造技术实现，包括但不限于作为合适电路板上的多个分立装置、作为混合电路，其中半导体材料的不同的单独部分中制造的装置可以被键合或安装到合适的衬底材料上，作为一个或多个单独器件(其有源面朝下键合到基于硅的电路上)的倒装芯片布置，或者作为单个单片集成电路器件。图33示出了倒装芯片布置，其中图32的双向功率传输电路装置800包括在单独的半导体晶体中实现，然后通过焊料凸块倒装芯片安装在焊盘808上的多端功率开关(MPS)装置810。MPS装置810例如但不限于可以被制造为宽带隙半导体晶体中的分立的较高功率装置。焊盘808形成在硅晶圆801上，硅晶圆801还包含图32的装置800的其余子系统，所有子系统都单片集成在晶圆801中。两个焊盘806用于连接到图32所示的装置700和900。焊盘802用于将控制器880和通信电路890连接到装置800外部的装置和天线。
在一个具体的实施方式中，如图34A所示，密封双向功率传输电路装置800的电子电路可以在单个硅单晶片812内与用作图32的DC电源/负载700的至少一个光伏电池814一起实现。
在另一实施方式中，参考图34B进一步解释，密封双向功率传输电路装置800的电子电路可以如上所述在单硅单晶片812内与用作图32的DC电源/负载700的至少一个光伏电池814连同参考图2B描述的并且参考图2A至图5用作硅单晶片812表面上的AC负载/源900更详细描述的类型的谐振器结构180’一起实现。用于蓝牙、WiFi、Zigbee和蜂窝技术的天线894也可以集成在同一单个硅单晶片上。天线894未在图34B中示出。在图34A和图34B中，连接818连接谐振器180’和装置800的调谐网络830。谐振器180’可以用作装置800中产生的热量或由光伏电池814吸收的热量的散热器或热辐射器。为此，谐振器180’可以采用空气作为电介质并且同时作为冷却剂流体。
在其他实施方式中，图19A和图19B的DC负载70”在这两种情况下都可以用AC负载70”’代替，分别如图35A和图35B所示。图35A和图35的系统10”和410的其余部分可以与图19A和图19B的系统10”和410相同。图19A和图19B的谐振器26A”可以设置为图19A和图19B的AC负载70”’所需的频率和相位。在其他实施方式中，发射器控制器22”可以被编程以将谐振器26A”设置为AC负载70”’所需的频率和相位。
在图35A和图35B的系统的又一实施方式中，AC负载70”’可以是图35A和图35B的系统被配置为将功率传递到的电网。在这样的电网供应配置中，重要的是控制由图35A和图35B的系统馈送到涉及的电网70”’的信号的频率、相位和电压电平。为此，可以采用上文已经描述的信息反馈机制来将关于电网所需的频率、相位和电压水平的信息发回发射器控制器22”。该信息可以是数字形式或模拟形式。在图35B的有线系统的一些实施方式中，额外的信号线(未示出以避免混乱)可以从AC电网70”’接到发射器控制器22”或直接接到谐振器26A”，以允许发射器模块20”直接在频率和相位方面跟踪AC负载70”’，从而将电网70”’所需的约束施加到图35B的系统的输出信号上。这些约束可以包括负载管理系统46E”的输出信号的调制以满足电网70”’的要求。调制的频率可以等于电网的频率，并且可以处于将功率传输到电网70”’的相位和电压水平。
图36示出了图32的系统的实施方式，其中图32的AC负载/电源900是AC电网900’。在这个实施方式中，就像图35A和图35B的系统一样，关于电网所需的频率、相位和电压电平的信息可以被发回控制器880。这允许控制器880经由相位、频率和占空比调整(PFDCA)电路820来调整在MPS装置810的控制端处的信号，以满足电网900’施加的功率传输要求。这些要求可以包括调谐网络830的输出信号的调制以满足电网70”’的要求。调制的频率可以等于电网的频率，并且可以处于将功率传输到电网70”’的相位和电压水平。图36的系统虽然本质上是双向的，但可以通过这种布置用作将功率传输到AC电网的装置。
现在返回到图20A和图20B、图21A和图21B以及图22A和图22B，每个太阳能电池420可以设有传感器以确定太阳能电池420的操作状态。操作状态可以包括但不限于功率水平、电压等级、电流等级、温度等性能参数。关于操作状态的信息可以通过与太阳能电池420相关联的发射器模块20”发射到接收器模块40”。发射器模块20”的操作状态可以类似地经由发射器模块20”感测并发射到接收器模块40”。参考图33和图34A和图34B，合适的传感器也可以感测密封双向功率传输电路装置800和多端功率开关(MPS)装置810的性能参数。负载信息经由MPS装置810的发射已经被描述。关于装置800和810的性能参数的信息可以类似地通过本发明的系统发射。
虽然上面已经讨论了多个示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到它们的某些修改、排列、添加和子组合。因此，以下所附权利要求和下文引入的权利要求被解释为包括与整个说明书的最广泛解释一致的所有此类修改、排列、添加和子组合。
术语解释
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求中：
“包括”、“包含”等应在包容性意义上进行解释，而不是排他性或穷尽性；也就是说，在“包括但不限于”的意义上；
“连接”、“耦合”或其任何变体是指两个或更多个元件之间的任何直接或间接连接或耦合；元件之间的耦合或连接可以是物理的、逻辑的或它们的组合；整体形成的元件可以被认为是连接或耦合的；
“有线”、“通过有线连接”或其任何变体是指通过导电介质、中间电路或其他允许电流在系统组件之间、通过或跨过系统组件流动的任何物理连接；
“电通信”、“电连通”或其任何变体是指任何连接、耦合、接口或其他通信方式、硬连线、无线或其组合，其适用于通过系统的组件或跨系统的组件传输电信号；
“此处”、“以上”、“以下”和类似含义的词语在用于描述本说明书时，应指代整个说明书，而不是指本说明书的任何特定部分；
“或”，在提及两个或更多个项目的列表时，涵盖了该词的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合；
单数形式“一”、“一个”和“该”也包括任何适当复数形式的含义。
表示方向的词，例如本说明书和任何随附的权利要求(其中目前)使用的“垂直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“垂直”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“上”、“下”、“以下”、“以上”、“下方”等，取决于所描述和说明的设备的具体方向。此处描述的主题可以采用各种替代方向。因此，这些方向术语没有严格定义并且不应被狭义地解释。
本发明的实施方式包括在此描述的各种操作。这些操作可以由硬件组件、软件、固件或其组合来执行。
某些实施方式可以实现为计算机程序产品，该产品可以包括存储在机器可读介质上的指令。这些指令可用于对通用或专用处理器进行编程以执行所描述的操作。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件或处理应用程序)存储信息的任何机制。机器可读介质可以包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；闪存；或适合存储电子指令的另一种介质。
此外，一些实施方式可以在分布式计算环境中实践，其中机器可读介质存储在一个以上的计算机系统上和/或由一个以上的计算机系统执行。此外，在计算机系统之间传输的信息可以通过连接计算机系统的通信介质被拉取或推送。
用于实施本发明的各种实施方式的计算机处理组件包括一个或多个通用处理设备，例如微处理器或中央处理单元、控制器、图形处理单元(GPU)、单元计算机等。或者，此类数字处理组件可包括一个或多个专用处理装置，例如数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。在具体实施方式中，例如，数字处理设备可以是具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器的网络处理器。另外，数字处理设备可以包括通用处理设备和专用处理设备的任意组合。
尽管这里的方法的操作以特定的顺序被显示和描述，但是每个方法的操作的顺序可以被改变使得某些操作可以以相反的顺序执行或者使得某些操作可以至少部分地与其他操作同时执行。在另一实施方式中，不同操作的指令或子操作可以是间歇和/或交替的方式。
在上文提及组件(例如，软件模块、处理器、组件、设备、电路等)的情况下，除非另有说明，否则对该组件的引用(包括对“装置”的引用)应解释为包括作为该组件的等同物，执行所描述组件的功能的任何组件(即功能上等同的)，包括在结构上不等同于在本发明的示例性实施方式中执行功能的公开结构的组件。
为了说明的目的，本文描述了系统、方法和设备的具体示例。这些只是示例。此处提供的技术可以应用于除上述示例系统之外的系统。在本发明的实践中可以进行许多改变、修改、添加、省略和排列。本发明包括对本领域技术人员容易理解的所描述实施方式的变体，包括通过以下获得的变体：用等同的特征、元素和/或动作替换特征、元件和/或动作；来自不同实施方式的特征、元素和/或动作的混合和匹配；将本文所述实施方式的特征、元素和/或动作与其他技术的特征、元素和/或动作相结合；和/或从描述的实施方式中省略组合特征、元素和/或动作。
Claims (137)
1.一种密封双向功率传输电路装置，包括设置用于与所述密封装置外部的装置进行电通信的多个端，所述密封装置在密封内部包括：
多端功率开关装置，包括至少一个DC端、至少一个AC端和至少一个控制端，所述多端功率开关装置在放大状态和整流状态之间可调整，并且布置用于：
经由所述至少一个DC端双向通信DC电压和DC电流，以及
经由所述至少一个AC端双向通信具有幅度、频率和相位的射频功率信号；
在与控制器进行有线数据通信中，相位、频率和占空比调整电路经由所述至少一个控制端与所述功率开关装置进行有线电通信，所述控制器布置用于：
在所述功率开关装置的所述至少一个控制端处建立射频振荡信号，该射频振荡信号具有所述射频功率信号的所述频率和所述相位，以及
通过在所述控制器的指令下调整所述射频振荡信号的所述相位，在所述放大状态和所述整流状态之间调整所述功率开关装置。
2.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，其中所述射频功率信号具有一占空比，并且所述相位、频率和占空比调整电路还布置为通过调整所述射频振荡信号的占空比来调整所述射频功率信号的所述占空比。
3.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路包括射频振荡器，用于在来自所述控制器的指令下产生所述射频振荡信号。
4.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的调谐网络，所述调谐网络与所述控制器进行有线数据通信，所述调谐网络经由所述至少一个AC端与所述功率开关装置进行有线电通信，所述调谐网络被布置为在来自所述控制器的指令下将所述射频功率信号调整为调谐的射频功率信号。
5.根据权利要求4所述的双向功率传输电路装置，包括被配置为将信息调制到所述射频功率信号上的调制器。
6.根据权利要求5所述的双向功率传输电路装置，其中所述调制器包括所述调谐网络。
7.根据权利要求5所述的双向功率传输电路装置，其中所述调制器被配置为利用所述控制器提供的信息调制所述射频功率信号。
8.根据权利要求4所述的密封功率传输电路装置，其中所述调谐网络包括谐波终止网络电路，所述谐波终止网络电路被布置用于抑制所述射频功率信号中的所述射频振荡信号的谐波。
9.根据权利要求8所述的密封功率传输电路装置，其中所述谐波终止网络包括一个或多个电感器以及一次谐波端、二次谐波端和三次谐波端中的一个或多个。
10.根据权利要求4所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的幅度/频率/相位检测器，所述幅度/频率/相位检测器与所述控制器进行有线数据通信，所述幅度/频率/相位检测器被设置为与所述调谐网络进行有线电通信并且被布置为确定在所述调谐网络和所述密封装置外部的AC负载/源之间通信的任何射频功率信号的幅度、频率和相位。
11.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由所述幅度/频率/相位检测器通信到所述控制器的测量数据而从所述控制器接收指令。
12.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从所述幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整所述射频振荡信号。
13.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，其中所述调谐网络包括电压-电流调谐器，用于当所述功率开关装置处于所述放大状态时基于来自所述幅度/频率/相位检测器的测量数据来调整所述调谐射频功率信号的电压和电流之间的相位差。
14.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的功率管理电路，所述功率管理电路在所述功率开关装置和所述密封装置外部的DC电源/负载之间进行有线电通信，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和外部DC电源/负载的阻抗，并且基于直接从所述幅度/频率/相位检测器接收到的反馈信号来调整所述功率开关装置和DC电源/负载之间通信的DC功率。
15.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的功率管理电路，所述功率管理电路与所述控制器进行有线数据通信，并且所述功率管理电路在所述功率开关装置和所述密封装置外部的DC电源/负载之间进行有线电通信，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和所述外部DC电源/负载的阻抗，并且基于由所述幅度/频率/相位检测器通信到所述控制器的测量数据来调整所述功率开关装置和所述DC电源/负载之间通信的DC功率。
16.根据权利要求15所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的电压/电流检测器，所述电压/电流检测器与所述控制器进行有线数据通信，所述电压/电流检测器被设置为确定在所述功率开关装置和所述功率管理电路之间经过的DC电压和DC电流。
17.根据权利要求16所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由所述电压/电流检测器通信到所述控制器的测量数据来从所述控制器接收指令。
18.根据权利要求16所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从所述电压/电流检测器接收的反馈信号来调整所述射频振荡信号。
19.根据权利要求16所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的存储器，所述存储器与所述控制器、所述幅度/频率/相位检测器和所述电压/电流检测器进行有线数据通信，其中所述存储器被布置为接收和存储来自两个检测器的测量数据并向所述控制器提供来自所述两个检测器的信号数据。
20.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的功率管理电路，所述功率管理电路在所述功率开关装置和所述密封装置外部的AC电源/负载之间进行有线电通信，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和所述外部AC电源/负载的幅值、频率和相位，并且基于直接从所述幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整所述功率开关装置和AC电源/负载之间通信的AC功率。
21.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的功率管理电路，所述功率管理电路与所述控制器进行有线数据通信，并且所述功率管理电路在所述功率开关装置和所述密封装置外部的AC电源/负载之间进行有线电通信，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和所述外部AC电源/负载功率开关装置的幅度、频率和相位，并且基于由所述幅度/频率/相位检测器通信到所述控制器的测量数据来调整所述功率开关装置和所述AC电源/负载之间通信的AC功率。
22.根据权利要求21所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的电压/电流检测器，所述电压/电流检测器与所述控制器进行有线数据通信，所述电压/电流检测器被设置为确定所述功率开关装置和所述功率管理电路之间经过的DC电压和DC电流。
23.根据权利要求22所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由所述电压/电流检测器通信到所述控制器的测量数据而从所述控制器接收指令。
24.根据权利要求22所述的密封功率传输电路装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从所述电压/电流检测器接收的反馈信号来调整所述射频振荡信号。
25.根据权利要求22所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的存储器，该存储器与所述控制器、所述幅度/频率/相位检测器和所述电压/电流检测器进行有线数据通信，其中所述存储器被布置成接收和存储来自两个检测器的测量数据并向所述控制器提供来自所述两个检测器的信号数据。
26.根据权利要求10所述的密封功率传输电路装置，其中所述调谐网络还包括补偿网络、匹配网络和滤波器中的一个或多个。
27.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，在所述密封内部包括所述控制器。
28.根据权利要求27所述的密封功率传输电路装置，还包括在所述密封内部的蓝牙通信电路、WiFi通信电路、Zigbee通信电路和蜂窝通信技术电路中的至少一个，用于在所述控制器和所述密封功率传输电路装置外部的装置之间通信信息。
29.根据权利要求28所述的密封功率传输电路装置，其中所述通信电路与至少一个通信天线进行双向有线通信，所述至少一个通信天线被布置为与所述密封功率传输电路装置外部的装置通信。
30.根据权利要求29所述的密封功率传输电路装置，其中所述天线被设置在所述密封装置的密封内部。
31.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，其中所述多个端包括用于在所述控制器与所述密封内部的外部的装置之间进行数据通信的端。
32.根据权利要求1所述的双向功率传输电路装置，包括调制器，其被配置为将信息调制到所述射频功率信号和所述DC电压中的至少一个上。
33.根据权利要求32所述的双向功率传输电路装置，其中所述调制器包括所述功率开关装置。
34.根据权利要求33所述的双向功率传输电路装置，其中所述调制器被配置为利用所述控制器提供的信息调制所述射频功率信号和所述DC电压中的至少一个。
35.根据权利要求33所述的双向功率传输电路装置，其中所述调制器还包括所述相位、频率和占空比调整电路。
36.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，其中所述装置的所有电路元件单片集成在硅单晶片中。
37.根据权利要求1所述的密封功率传输电路装置，其中所述装置的至少一部分电路元件通过倒装芯片技术集成。
38.一种单片集成功率装置，包括在硅单晶片上的至少一个光伏电池，所述光伏电池与一双向功率传输电路进行电通信，所述双向功率传输电路包括多个端，所述多个端被设置用于与所述功率传输电路外部的装置进行电通信，所述功率传输电路包括：
多端功率开关装置，包括至少一个DC端、至少一个AC端和至少一个控制端，所述多端功率开关装置在放大状态和整流状态之间可调，并且被布置用于：
经由所述至少一个DC端双向传送DC电压和DC电流，以及
经由所述至少一个AC端双向传送具有幅度、频率和相位的射频功率信号；
与控制器进行有线数据通信的相位、频率和占空比调整电路经由所述至少一个控制端与所述功率开关装置进行有线电通信，所述控制器被布置用于：
在所述功率开关装置的所述至少一个控制端处建立具有所述射频功率信号的所述频率和所述相位的射频振荡信号，以及
通过在所述控制器的指令下调整所述射频振荡信号的所述相位来在所述放大状态和所述整流状态之间调整所述功率开关装置。
39.根据权利要求38所述的功率装置，其中所述射频功率信号具有占空比，并且所述相位、频率和占空比调整电路还被布置用于通过调整所述射频振荡信号的占空比来调整所述射频功率信号的占空比。
40.根据权利要求38所述的功率装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路包括射频振荡器，用于在来自所述控制器的指令下产生所述射频振荡信号。
41.根据权利要求38所述的功率装置，还包括与所述控制器进行有线数据通信的调谐网络，所述调谐网络经由所述至少一个AC端与所述功率开关装置进行有线电通信，所述调谐网络被布置为在来自所述控制器的指令下将所述射频功率信号调整为调谐的射频功率信号。
42.根据权利要求41所述的功率装置，还包括在所述硅晶片的表面上与所述调谐网络电通信的振荡器。
43.根据权利要求42所述的装置，其中所述振荡器用作所述装置的散热器。
44.根据权利要求41所述的功率装置，包括配置为将信息调制到所述射频功率信号上的调制器。
45.根据权利要求43所述的功率装置，其中所述调制器包括所述调谐网络。
46.根据权利要求43所述的功率装置，其中所述调制器被配置为利用所述控制器提供的信息调制所述射频功率信号。
47.根据权利要求41所述的功率装置，其中所述调谐网络包括谐波终止网络电路，其被布置用于抑制所述射频功率信号中的射频振荡信号的谐波。
48.根据权利要求47所述的密封功率传输电路装置，其中所述谐波终止网络包括一个或多个电感器以及一次谐波端、二次谐波端和三次谐波端中的一个或多个。
49.根据权利要求41所述的功率装置，还包括与所述控制器进行有线数据通信的幅度/频率/相位检测器，所述幅度/频率/相位检测器被设置为与所述调谐网络进行有线电通信并且被布置为确定在所述调谐网络和所述密封装置外部的AC负载/源之间通信的任何射频功率信号的幅度、频率和相位。
50.根据权利要求49所述的功率装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由所述幅度/频率/相位检测器通信到所述控制器的测量数据从所述控制器接收指令。
51.根据权利要求49所述的功率装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从所述幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整所述射频振荡信号。
52.根据权利要求49所述的功率装置，其中所述调谐网络包括电压-电流调谐器，用于当所述功率开关装置处于所述放大状态时基于来自所述幅度/频率/相位检测器的测量数据来调整所述调谐射频功率信号的电压和电流之间的相位差。
53.根据权利要求49所述的功率装置，还包括功率管理电路，所述功率管理电路与所述控制器进行有线数据通信并在所述功率开关装置与所述至少一个光伏电池之间进行有线电通信，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和所述至少一个光伏电池的阻抗，并且基于由所述幅度/频率/相位检测器通信到所述控制器的测量数据来调整在所述功率开关装置和所述至少一个光伏电池之间通信的DC功率。
54.根据权利要求49所述的功率装置，还包括在所述功率开关装置和所述至少一个光伏电池之间进行有线电通信的功率管理电路，所述功率管理电路被布置用于匹配所述功率开关装置和所述至少一个光伏电池的阻抗，并且基于直接从所述幅度/频率/相位检测器接收的反馈信号来调整在所述功率开关装置和所述至少一个光伏电池之间通信的DC功率。
55.根据权利要求53所述的功率装置，还包括与所述控制器进行有线数据通信的电压/电流检测器，所述电压/电流检测器被设置为确定在所述功率开关装置和所述功率管理电路之间经过的DC电压和DC电流。
56.根据权利要求55所述的功率装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于由所述电压/电流检测器通信到所述控制器的测量数据从所述控制器接收指令。
57.根据权利要求55所述的功率装置，其中所述相位、频率和占空比调整电路被布置为基于直接从所述电压/电流检测器接收的反馈信号来调整所述射频振荡信号。
58.根据权利要求55所述的功率装置，还包括存储器，所述存储器与所述控制器、所述幅度/频率/相位检测器和所述电压/电流检测器进行有线数据通信，其中所述存储器被布置为接收和存储来自两个检测器的测量数据并向所述控制器提供来自所述两个检测器的信号数据。
59.根据权利要求49所述的功率装置，其中所述调谐网络还包括补偿网络、匹配网络和滤波器中的一个或多个。
60.根据权利要求38所述的功率装置，其中所述控制器与所述功率装置集成。
61.根据权利要求60所述的功率装置，还包括蓝牙通信电路、WiFi通信电路、Zigbee通信电路和蜂窝通信技术电路中的至少一个，用于在所述控制器和所述密封功率传输电路装置外部的装置之间通信信息。
62.根据权利要求61所述的功率装置，其中所述通信电路与至少一个通信天线进行双向有线通信，所述至少一个通信天线被布置为与所述密封功率传输电路装置外部的装置通信。
63.根据权利要求62所述的功率装置，其中所述天线集成在所述功率装置内。
64.根据权利要求38所述的功率装置，其中所述多个端包括用于在所述控制器与所功率装置外部的装置之间进行数据通信的端。
65.根据权利要求38所述的功率装置，包括调制器，其被配置为将信息调制到所述射频功率信号和所述DC电压中的至少一个上。
66.根据权利要求65所述的功率装置，其中所述调制器包括功率开关装置。
67.根据权利要求66所述的功率装置，其中所述调制器被配置为利用所述控制器提供的信息调制所述射频功率信号和所述DC电压中的至少一个。
68.根据权利要求66所述的功率装置，其中所述调制器还包括所述相位、频率和占空比调整电路。
69.一种双峰近场谐振无线射频电功率传输系统，被配置为根据可变谐振功率信号振荡频率下的电容式功率传输与电感式功率传输的可调传输模式比，同时进行电容式功率传输和电感式功率传输，所述系统包括：
发射器子系统，其包括发射器天线和功率信号调谐器模块，其中所述功率信号调谐器模块通过调整所述功率信号调谐器模块提供给所述发射器天线子系统的功率信号来调整所述传输模式比；和
接收器子系统，其包括接收器天线子系统，以所述传输模式比从所述发射器天线接收电功率。
70.根据权利要求69所述的系统，其中所述系统经由所述接收器天线子系统的发射器天线和接收器天线在所述发射器天线子系统和所述接收器天线子系统之间通信信息。
71.根据权利要求70所述的系统，其中所述系统还包括调制器，用于将信息调制到信息承载信号上并将所述信息承载信号提供给所述发射器天线子系统。
72.根据权利要求71所述的系统，其中所述调制器被布置为根据所述信息将所述信息承载信号调制到所述发射器天线子系统。
73.根据权利要求72所述的系统，其中所述功率信号调谐器模块包括所述调制器。
74.根据权利要求71所述的系统，其中所述信息承载信号具有不同于所述可变谐振功率信号振荡频率的频率。
75.根据权利要求71所述的系统，其中所述调制器通过频率调制来调制所述信息承载信号。
76.根据权利要求71所述的系统，其中所述调制器通过幅度调制来调制所述信息承载信号。
77.根据权利要求71所述的系统，其中所述调制器通过相位调制将所述信息承载信号调制到所述发射器天线子系统。
78.根据权利要求71所述的系统，其中调制所述信息承载信号使得所述可变功率信号谐振频率是所述信息承载信号的频率的谐波。
79.根据权利要求71所述的系统，其中所述信息承载信号被调制到所述功率信号的谐波上。
80.根据权利要求71所述的系统，其中调制并提供给所述发射器天线子系统的信号是所述功率信号。
81.根据权利要求71所述的系统，其中：
所述调制器调制所述接收天线的反射特性；和
所述调制器通过根据所述信息调制所述接收器天线的反射特性，将所述信息从所述接收器天线子系统传输到所述发射器天线子系统。
82.根据权利要求81所述的系统，其中所述接收器天线的调制反射特性是所述接收器天线的阻抗。
83.根据权利要求70所述的系统，其中所述系统将所述信息调制到所述信息承载信号上并将所述信息承载信号提供给所述发射器天线子系统。
84.根据权利要求70所述的系统，其中所述系统通过调制来自所述发射器子系统的信号的接收器天线的反射来将所述信息从所述接收器子系统传输到所述发射器子系统。
85.根据权利要求84所述的系统，其中所述接收器子系统调制所述接收器天线的反射特性。
86.根据权利要求84所述的系统，其中所述接收器子系统调制所述接收器天线的阻抗。
87.根据权利要求70所述的系统，其中：
功率负载存在于所述接收器子系统的输出；和
所述信息包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
88.根据权利要求70所述的系统，其中所述系统经由所述发射器天线在所述发射器子系统和所述接收器子系统之间通信数字信息。
89.根据权利要求70所述的系统，其中所述系统经由所述发射器天线在所述发射器子系统和所述接收器子系统之间传送模拟信息。
90.根据权利要求70所述的系统，其中所述接收器子系统被配置成将功率传输到后续的接收器子系统。
91.根据权利要求90所述的系统，其中所述接收器子系统还包括整流器。
92.根据权利要求91所述的系统，其中所述整流器包括移相器。
93.一种双峰谐振近场射频功率传输系统，包括多个功率发射-接收模块，用于在功率信号频率下经由功率信号根据可调整的传输模式比同时进行电容式功率传输和电感式功率传输，其中多个功率发射-接收模块中的每个与发射器-接收器振荡器进行有线通信，以与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他功率发射-接收模块交换功率。
94.根据权利要求93所述的系统，其中所述多个功率发射-接收模块中的第一模块包括功率信号调谐器模块，用于通过调整所述功率信号并将调整后的功率信号提供给与所述第一功率发射模块有线通信的第一发射器-接收器振荡器来改变所述可调传输模式比。
95.根据权利要求94所述的系统，其中所述多个功率发射-接收模块中的至少一个发射-接收模块包括与所述至少一个发射-接收模块有线通信的相关联的发射器-接收器振荡器和调制器，所述调制器将信息调制到在所述相关联的发射器-接收器振荡器和与所述多个功率发射-接收模块中的任何其他发射-接收模块有线通信的附加发射器-接收器振荡器之间交换的射频信号上。
96.根据权利要求93-95中任一项所述的系统，其中每个发射器-接收器振荡器用作与其进行有线通信的每个功率发射-接收模块的散热器。
97.根据权利要求95所述的系统，其中：
功率负载存在于所述多个功率发射-接收模块之一的输出处；和
所述信息包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
98.根据权利要求95所述的系统，其中所述调制器是幅度调制器。
99.根据权利要求95所述的系统，其中所述调制器是频率调制器。
100.根据权利要求95所述的系统，其中所述调制器是相位调制器。
101.根据权利要求95所述的系统，其中所述信息包括数字信息。
102.根据权利要求95所述的系统，其中所述信息包括模拟信息。
103.根据权利要求95所述的系统，其中所述射频信号是功率信号。
104.根据权利要求95所述的系统，其中所述射频信号具有不同于所述功率信号频率的频率。
105.根据权利要求95所述的系统，其中所述射频信号具有为所述功率信号频率的谐波的频率。
106.根据权利要求95所述的系统，其中所述功率信号频率是所述射频信号的频率的谐波。
107.根据权利要求95所述的系统，其中所述调制器根据所述信息调制相关联的发射器-接收器振荡器的反射特性以将所述信息施加到由所述相关联的发射器-接收器振荡器反射的信号上。
108.根据权利要求95所述的系统，其中所述调制器根据所述信息调制提供给所述相关联的发射器-接收器振荡器的信号。
109.根据权利要求95所述的系统，其中所述第一模块的功率信号调谐器模块包括所述调制器。
110.根据权利要求95所述的系统，其中所述多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块包括补偿网络，并且所述补偿网络包括所述调制器。
111.根据权利要求95所述的系统，其中所述至少一个功率发射-接收模块包括射频振荡器，其以所述功率信号频率向所述至少一个功率发射-接收模块提供信号；并且所述射频振荡器包括所述调制器。
112.根据权利要求94所述的系统，其中所述多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块可在功率发射器模式和功率接收器模式之间重新配置。
113.根据权利要求112所述的系统，其中每个功率发射-接收模块包括差分自同步射频功率放大器/整流器，其能够在分别对应于所述功率发射器模式和所述功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置。
114.根据权利要求113所述的系统，其中每个功率发射-接收模块包括控制器并且在所述放大器状态和所述整流器状态之间的重新配置由所述控制器控制。
115.根据权利要求114所述的系统，其中所述差分自同步射频功率放大器/整流器包括可由所述控制器调整的移相器，用于在所述放大器状态和所述整流器状态之间重新配置所述差分自同步射频功率放大器/整流器。
116.根据权利要求112所述的系统，其中每个功率发射-接收模块包括能够在分别对应于所述功率发射器模式和所述功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置的差分开关模式自同步射频功率放大器/整流器。
117.一种通过功率信号以功率信号频率传输功率的近场射频方法，所述方法包括：
提供一种双峰谐振近场射频功率传输系统，包括多个功率发射-接收模块，其中多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块与发射器-接收器振荡器进行有线通信以与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他功率发射-接收模块交换功率；以及
根据可调整的传输模式比，操作用于同时进行电容式功率传输和电感式功率传输的功率传输系统。
118.根据权利要求117所述的方法，其中
提供一种双峰谐振近场射频功率传输系统包括提供包括功率信号调谐器模块的多个功率发射-接收模块中的第一个，以及
其中操作所述双峰谐振近场射频功率传输系统包括通过调整所述功率信号调谐器模块来改变所述可调传输模式比。
119.根据权利要求117所述的方法，其中
提供一种双峰谐振近场射频功率传输系统包括提供所述多个功率发射-接收模块中的至少一个功率发射-接收模块，其与包括所述调制器的相关联的发射器-接收器振荡器进行有线通信，并且
其中操作所述功率传输系统包括在所述相关联的发射器-接收器振荡器和与所述多个功率发射-接收模块中的至少一个其他发射-接收模块进行有线通信的发射器-接收器振荡器之间交换射频信号；并且将信息调制到所述射频信号上。
120.根据权利要求119所述的方法，其中当功率负载存在于所述多个功率发射-接收模块之一的输出时，并且其中所述信息包括所述功率负载的存在、所述功率负载的充电水平、功率传输效率、所述功率负载的充电速率、所述功率负载的状态、所述功率负载上电压的存在、所述功率负载的充电容量和为所述功率负载充电的剩余时间中的一项或多项。
121.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述交换的射频信号上包括对所述射频信号进行幅度调制。
122.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述交换的射频信号上包括对所述射频信号进行频率调制。
123.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述交换的射频信号上包括对所述射频信号进行相位调制。
124.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述交换的射频信号上包括将数字信息调制到所述射频信号上。
125.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述交换的射频信号上包括将模拟信息调制到所述射频信号上。
126.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括将所述信息调制到所述功率信号上。
127.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括将所述信息调制到频率不同于所述功率信号频率的信号上。
128.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括将所述信息调制到频率为所述功率信号频率的谐波的信号上。
129.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括将所述信息调制到具有作为谐波的所述功率信号频率的信号上。
130.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括根据所述信息调制所述相关联的有线连接的发射器-接收器振荡器的反射特性以将所述信息施加到由所述有线连接的发射器-接收器振荡器反射的信号上。
131.根据权利要求119所述的方法，其中将所述信息调制到所述射频信号上包括根据所述信息调制提供给所述相关联的发射器-接收器振荡器的信号。
132.根据权利要求119所述的方法，包括操作所述第一功率发射-接收模块的功率信号调谐器模块以将所述信息调制到所述射频信号上。
133.根据权利要求119所述的方法，其中所提供的每个功率发射-接收模块包括补偿网络；
其中所述补偿网络包括所述调制器；以及
其中所述方法包括操作所述补偿网络以将所述信息调制到所述射频信号上。
134.根据权利要求119所述的方法，其中
所述至少一个功率发射-接收模块包括射频振荡器，其以所述功率信号频率提供信号至所述至少一个功率发射-接收模块；
所述射频振荡器包括所述调制器；并且
其中所述方法还包括将所述信息调制到所述振荡器中的射频信号上。
135.根据权利要求118所述的方法，其中
所提供的多个功率发射-接收模块中的每个功率发射-接收模块可在功率发射器模式和功率接收器模式之间重新配置；并且
其中所述方法还包括在所述功率发射器模式和所述功率接收器模式之间重新配置所述多个功率发射-接收模块中的至少两个功率发射-接收模块，以反转所述至少两个发射-接收模块之间的功率传输方向。
136.根据权利要求135所述的方法，其中每个功率发射-接收模块包括差分自同步射频功率放大器/整流器，其能够在分别对应于所述功率发射器模式和所述功率接收器模式的放大器状态和整流器状态之间重新配置；并且
其中所述方法还包括重新配置在所述放大器状态和所述整流器状态之间的至少两个发射-接收模块的差分自同步射频功率放大器/整流器。
137.根据权利要求136所述的方法，其中
每个差分自同步射频功率放大器/整流器包括可调整的移相器，用于在所述放大器状态和所述整流器状态之间重新配置差分自同步射频功率放大器/整流器；并且
其中所述方法包括调整所述至少两个发射-接收模块的每个差分自同步射频功率放大器/整流器的移相器。
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