無線電場功率傳輸系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于通過下述來無線地傳輸功率的方法和系統(tǒng)：使具有至少兩個導(dǎo)體的發(fā)射器天線和發(fā)射器線圈以啟動頻率諧振；將發(fā)射器天線和發(fā)射器線圈調(diào)諧到其諧振頻率；在至少兩個導(dǎo)體所限定的三維體之內(nèi)產(chǎn)生電場；使具有包括兩個板的接收器天線的接收器位于該三維體中；使電勢差積聚在兩個板上；使接收器天線以諧振頻率諧振；使來自接收器天線的功率聚集。
【專利說明】無線電場功率傳輸系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及無線功率傳輸，并且特別涉及一種無線電場功率傳輸系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]各種各樣的輻射或遠(yuǎn)場以及非輻射或近場能量或功率傳送技術(shù)已為大家熟知。例如，諸如在無線電和蜂窩通信系統(tǒng)以及家庭計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所使用的使用低方向性天線的輻射無線信息傳送可以被認(rèn)為是無線能量傳送。如將理解的，這類輻射能量傳送是低效的，因為僅拾取提供的或輻射的功率的很小部分，即在接收器的方向上且與接收器相重疊的部分。絕大多數(shù)的功率輻射在其它方向上并且丟失在自由空間中。這種低效能量傳送可以適用于數(shù)據(jù)傳輸，但是當(dāng)為了執(zhí)行諸如例如向電子設(shè)備供電或充電這樣的工作而試圖傳送可用量的電能時這不是切實可行的。提高一些輻射能量傳送方案的傳送效率的一個方法是使用定向天線以約束并使輻射能束優(yōu)選地指向接收器。然而，這些定向輻射方案典型地需要發(fā)射器與接收器之間的視距不可中斷并且在移動發(fā)射器和/或接收器的情況下需要潛在的復(fù)雜跟蹤和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。另外，該定向輻射方案當(dāng)適度地發(fā)射高的功率量時可能會對穿過或橫穿輻射能束的物體或人造成危害。
[0003]通常被稱為感應(yīng)或傳統(tǒng)感應(yīng)的已知非輻射或近場功率傳輸系統(tǒng)不(有意地)輻射功率，而是使用穿過初級線圈的振蕩電流以產(chǎn)生用于對附近接收或次級線圈中的電流進(jìn)行感應(yīng)的振蕩磁近場。這種性質(zhì)的感應(yīng)方案已證明適度地傳輸大量功率，然而只能在非常短的距離，并且在初級線圈與次級線圈之間有非常小的偏差容限。變壓器和接近充電器是利用該已知短距離、近場能量傳送方案的設(shè)備的示例。
[0004]PCT申請公開N0.W02009/089146公開了一種包括發(fā)射器和接收器的無線功率傳輸系統(tǒng)。該發(fā)射器包括射頻能量產(chǎn)生器、第一發(fā)射板、以及第二發(fā)射板。第一發(fā)射板可操作地耦合到射頻能量產(chǎn)生器。第二發(fā)射板可操作地耦合到地。接收器包括整流器、第一接收板、以及第二接收板。第一接收板可操作地耦合到整流器。第一接收板被配置成電容性地耦合到第一發(fā)射板并且第二接收板被配置成電容性地耦合到第二發(fā)射板。第二接收板可操作地耦合到地。
[0005]美國專利申請公開N0.20110198939公開了一種發(fā)射器的實施例，該發(fā)射器包括其包括扁平線圈的基本上二維高Q諧振器結(jié)構(gòu)以及可操作地連接到該諧振器結(jié)構(gòu)的阻抗匹配結(jié)構(gòu)。該發(fā)射器被配置成將功率無線地發(fā)射到另一個高Q諧振器。
[0006]美國專利申請公開N0.20090206675公開了一種裝置，該裝置用于通過使用環(huán)繞任何集合的帶電導(dǎo)體的庫侖場來在緩慢變化的體系(regime)下輸送來自遠(yuǎn)處的電能和/或信息。設(shè)備是由相距短距離的能量生成和消耗設(shè)備組成的，并且既不使用電磁波的傳播也不使用感應(yīng)并且無法簡化為電容器的簡單布置。該設(shè)備是按照振蕩不對稱電偶極子之間的交互作用的形式模制的，所述振蕩不對稱電偶極子是由放置在兩個電極之間的高頻高電壓發(fā)生器(I)或高頻高電壓負(fù)載(5)組成的。偶極子彼此施加相互影響。該設(shè)備適合于向工業(yè)和家用電氣裝置供電并且尤其適合于向在環(huán)境中移動的且用于對信息的短距離非輻射傳輸?shù)牡凸β试O(shè)備供電。
[0007]雖然無線功率傳輸技術(shù)已為大家熟知，但是期望改進(jìn)。因此，本發(fā)明的目的是提供一種新穎的無線電場功率傳輸系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，在一個方面中，提供了一種無線電場功率傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:發(fā)射器；連接到發(fā)射器的發(fā)射器天線，該發(fā)射器天線包括用于限定其之間的三維體(volume)的至少兩個導(dǎo)體；以及至少一個接收器，其中當(dāng)至少一個接收器在該三維體之內(nèi)時發(fā)射器天線經(jīng)由電場耦合來無線地傳輸功率。
[0009]根據(jù)另一個方面，提供了一種用于無線地發(fā)射功率的方法，該方法包括:使包括用于限定三維體的至少兩個導(dǎo)體的發(fā)射器天線以發(fā)射器諧振頻率振蕩；在該三維體中產(chǎn)生電場；使包括兩個板的接收器天線位于該三維體中；以及使接收器天線以發(fā)射器諧振頻率振蕩。
[0010]根據(jù)又一個方面，提供了一種用于無線地傳輸功率的方法，該方法包括:使包括至少兩個導(dǎo)體的發(fā)射器天線和發(fā)射器線圈以啟動頻率諧振；將發(fā)射器天線和發(fā)射器線圈調(diào)諧到其諧振頻率；在至少兩個導(dǎo)體所限定的三維體之內(nèi)產(chǎn)生電場；使具有包括兩個板的接收器天線的接收器位于該三維體中；使電勢差積聚在兩個板上；使接收器天線以諧振頻率諧振；使來自接收器天線的功率聚集。
[0011]根據(jù)又一個方面，提供了一種用于無線地發(fā)射功率的發(fā)射器，該發(fā)射器包括:天線，用于創(chuàng)建電場，該天線包括用于限定其之間的三維體的至少兩個導(dǎo)體；連接到天線的線圈；以及連接到線圈的諧振器，用于使線圈和天線以諧振頻率諧振，該諧振器包括自動頻率調(diào)諧電路，所述自動頻率調(diào)諧電路用于將諧振器自動調(diào)諧到諧振頻率。
[0012]天線可以包括橫向間隔以限定三維體的至少兩個大致平行的板。
[0013]天線可以包括用于限定三維體的六個導(dǎo)體。
[0014]天線可以是近場天線。
[0015]每個導(dǎo)體可以是導(dǎo)電膠帶的形式。
[0016]線圈可以是使用絞合線構(gòu)成的。
[0017]線圈可以是環(huán)形螺旋形、柱形螺旋形、扁平螺旋形、或者盤形線圈。
[0018]自動頻率調(diào)諧電路可以進(jìn)一步包括被配置成對送至天線的信號提升的電路。該電路可以包括電壓增益、電流增益、以及功率放大器中的至少一個。功率放大器可以是推挽式功率放大器。
[0019]自動頻率調(diào)諧電路可以進(jìn)一步包括延遲線路，該延遲線路被配置成使自動頻率調(diào)諧電路之內(nèi)的信號延遲。該延遲線路可以是包括串聯(lián)連接的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器的有源反相器延遲鏈。
[0020]自動頻率調(diào)諧電路可以進(jìn)一步包括去耦合電路，該去耦合電路被配置成使發(fā)射器的輸出信號去耦合。該去耦合電路可以包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。
[0021 ]自動頻率調(diào)諧電路可以進(jìn)一步包括電流感測電路，該電流感測電路被配置成提供反饋信號。[0022]自動頻率調(diào)諧電路可以進(jìn)一步包括振蕩器，該振蕩器被配置成將啟動信號注入到自動頻率調(diào)諧電路之中。
[0023]該諧振器可以進(jìn)一步包括修改電路，該修改電路被配置成當(dāng)狀況發(fā)生時對發(fā)射器的輸出信號進(jìn)行修改。該修改電路可以當(dāng)狀況發(fā)生時對輸出信號的功率水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。該修改電路可以當(dāng)狀況發(fā)生時切斷發(fā)射器的輸出。
[0024]在一個實施例中，提供了 一種包括本方面的發(fā)射器的交通工具。
[0025]在另一實施例中，提供了一種包括本方面的發(fā)射器的桌子。
[0026]在另一實施例中，提供了一種包括本方面的發(fā)射器的容器。該容器可以被屏蔽以防止電磁場(EMF)泄漏。當(dāng)靠近容器時電場強(qiáng)度增大。
[0027]根據(jù)再一方面，提供了一種用于接收無線發(fā)射的功率的接收器，該接收器包括:天線，該天線包括兩個導(dǎo)體；連接到天線的線圈；連接到線圈的諧振器，用于使線圈和天線以諧振頻率諧振，該諧振器包括自動頻率調(diào)諧電路，該自動頻率調(diào)諧電路用于將諧振器自動調(diào)諧到諧振頻率。
[0028]該導(dǎo)體可以在容納線圈和諧振器的殼體之外。
[0029]該導(dǎo)體可以是板或?qū)к墶Ｔ搶?dǎo)軌可以是矩形且平行。導(dǎo)軌可以是金屬的。
[0030]線圈可以是由絞合線或電感器構(gòu)成的。
[0031]線圈可以是環(huán)形螺旋形、柱形螺旋形、扁平螺旋形、或者盤形線圈。
[0032]諧振器可以進(jìn)一步包括修改電路，該修改電路被配置成當(dāng)狀況發(fā)生時對接收器所接收到的信號進(jìn)行修改。該修改電路可以當(dāng)狀況發(fā)生時對接收器所接收到的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。修改電路可以是電壓轉(zhuǎn)換器和/或整流器。
[0033]接收機(jī)可以進(jìn)一步包括阻抗匹配電路。該阻抗匹配電路可以包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。
[0034]在一個實施例中，提供了一種用于接收無線發(fā)射的功率的背包，該背包包括本方面的接收器。該背包可以進(jìn)一步包括連接到接收器的電池充電器。該背包可以進(jìn)一步包括連接到接收器的至少一個可再充電的電池，該可再充電的電池被配置成當(dāng)在電池充電器中不存在電池時進(jìn)行充電。
[0035]在另一實施例中，提供了一種用于接收無線發(fā)射的功率的無線電通信設(shè)備，該設(shè)備包括本方面的接收器。
[0036]在另一實施例中，提供了一種用于接收無線發(fā)射的功率的計算設(shè)備，該設(shè)備包括本方面的接收器。
[0037]在另一實施例中，提供了一種設(shè)備，該設(shè)備包括先前方面的發(fā)射器以及本方面的接收器。
[0038]根據(jù)再一個方面，提供了一種無線電場功率傳輸系統(tǒng)，該無線電場功率傳輸系統(tǒng)包括:發(fā)射器；連接到發(fā)射器的發(fā)射器天線，該發(fā)射器天線包括至少一個導(dǎo)體；以及至少一個接收器，其中當(dāng)至少一個接收器耦合到發(fā)射器時，發(fā)射器天線經(jīng)由電場耦合來無線地傳輸功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]現(xiàn)在參考附圖對實施例進(jìn)行更充分地描述，在附圖中:[0040]圖1是無線電場功率傳輸系統(tǒng)的不意性布局圖；
[0041]圖2是圖1的無線電場功率傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器以及發(fā)射器天線形成部分的示意性布局圖；
[0042]圖3a是圖2的發(fā)射器的發(fā)射器線圈形成部分的俯視圖；
[0043]圖3b是圖3a的發(fā)射器線圈的另一實施例的透視圖；
[0044]圖3c是圖3a的發(fā)射器線圈的另一實施例的透視圖；
[0045]圖4是容納圖2的發(fā)射器的組件的印刷電路板的框圖；
[0046]圖5a是圖2的發(fā)射器的組件的框圖；
[0047]圖5b是圖5a的組件的電路圖；
[0048]圖6是圖2的發(fā)射器的功率放大器形成部分的電路圖；
[0049]圖7是圖1的無線電場功率傳輸系統(tǒng)的接收器形成部分的示意性布局圖；
[0050]圖8是容納圖7的接收器的組件的印刷電路板的框圖；
[0051]圖9是圖7的接收器的組件的電路圖；
[0052]圖10是圖7的接收器的整流器形成部分的電路圖；
[0053]圖1la是形成圖7的接收器的部分的接收器線圈的透視圖；
[0054]圖1lb是圖1la的接收器線圈的另一實施例的透視圖；
[0055]圖1lc是圖1la的接收器線圈的另一實施例的俯視圖；
[0056]圖12示出了由圖2的發(fā)射器和發(fā)射器天線所產(chǎn)生的電場的強(qiáng)度；
[0057]圖13是用于圖1的無線電場功率傳輸系統(tǒng)的發(fā)射器和發(fā)射器天線的另一實施例的示意性布局圖；
[0058]圖14示出了由圖13的發(fā)射器和發(fā)射器天線所產(chǎn)生的電場的強(qiáng)度；
[0059]圖15是鐵氧體磁心電感器的示意性布局圖；
[0060]圖16是接收器天線的另一實施例的示意性布局圖；
[0061]圖17是替換接收器的組件的電路圖；
[0062]圖18a和18b是裝配有接收器和接收器天線的背包的透視圖；
[0063]圖19a和19b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的交通工具的透視圖；
[0064]圖20a和20b是裝配有接收器和接收器天線的無線電的透視圖；
[0065]圖21a和21b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的消防車的透視圖；
[0066]圖22a和22b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的帳篷的透視圖；
[0067]圖23a和23b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的廂式貨車內(nèi)部的透視圖；
[0068]圖24a和24b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的飛機(jī)內(nèi)部的透視圖；
[0069]圖25a和25b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的桌子的透視圖；
[0070]圖26a、26b、26c和26d是裝配有接收器和接收器天線的膝上型計算機(jī)的透視圖；
[0071]圖27a和27b是裝配有接收器和接收器天線的平板計算機(jī)的透視圖；
[0072]圖28a和28b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的容器的透視圖；
[0073]圖29a和29b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的桌面的透視圖；
[0074]圖30a和30b是裝配有接收器和接收器天線的蜂窩電話的透視圖；
[0075]圖31a和31b是裝配有接收器和接收器天線的電視機(jī)的透視圖；
[0076]圖32a和32b是裝配有接收器和接收器天線的電池的透視圖；[0077]圖33a和33b是裝配有接收器和接收器天線的交通工具的立體圖；
[0078]圖34a和34b是裝配有發(fā)射器和發(fā)射器天線的軍用交通工具的透視圖；以及
[0079]圖35a和35b是裝配有接收器和接收器天線的無人駕駛交通工具(UAV)的透視圖。
【具體實施方式】
[0080]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，示出了無線電場功率傳輸系統(tǒng)并且通常由參考數(shù)字10來標(biāo)識。如可以看出的，功率傳輸系統(tǒng)10包括發(fā)射器12，該發(fā)射器12包括耦合的發(fā)射器天線16和多個接收器14。雖然僅示出了兩個接收器14，但將理解的是這僅為了便于說明。功率傳輸系統(tǒng)10可以包括更多或更少接收器14。發(fā)射器天線16包括用于它們之間的三維體20的兩個大致平行的橫向間隔的導(dǎo)體18。導(dǎo)體18是細(xì)長的并且大致為矩形并且被定向為使導(dǎo)體的主要表面彼此相面對。在該實施例中，由于鋁箔膠帶的柔軟性、低成本、以及可用性，因此每個導(dǎo)體18是由鋁箔膠帶形成的。每個接收器14可位于三維體20之內(nèi)以作為發(fā)射器天線16在三維體20之內(nèi)所產(chǎn)生的電場的結(jié)果而無線地采集功率。
[0081]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，對包括發(fā)射器天線16的發(fā)射器12進(jìn)行更好地說明。發(fā)射器12進(jìn)一步包括發(fā)射器線圈30以及諧振器32，諧振器32連接到發(fā)射器線圈30、用于使線圈30和發(fā)射器天線16以諧振頻率諧振。將諧振器32的組件安裝在印刷電路板(PCB)或其它合適襯底上。發(fā)射器殼體或外殼34收納發(fā)射器線圈30和諧振器32。
[0082]在本實施例中，發(fā)射器線圈30是如圖3a所示的扁平螺旋形或盤形線圈并且是使用14AWG(美國線規(guī))絕緣實心銅線構(gòu)成的。發(fā)射器線圈30具有四十八(48)匝并且直徑為約十五(15)英寸(37.5厘米)。發(fā)射器線圈30的操作頻率為一(I)MHz并且發(fā)射器線圈的電感是二百八十(280)uH。發(fā)射器線圈30具有兩百(200)的質(zhì)量因子(Q因子)。發(fā)射器線圈30被配置成利用在其操作頻率的發(fā)射器天線16的導(dǎo)體18來創(chuàng)建高Q因子諧振。
[0083]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，對諧振器32進(jìn)行更好地說明。如可以看出的，該實施例中的諧振器32包括功率放大器36、安全切斷電路38、功率板40、自動增益控制(AGC)電路42、自動頻率調(diào)諧(AFT)電路44、以及相位檢測器46。在圖5a中對功率放大器36、AFT電路44、相位檢測器46進(jìn)行進(jìn)一步說明。如將要描述的，這些組件被配置成自動檢測并調(diào)諧到發(fā)射器天線16所發(fā)射的功率以提高或優(yōu)化傳送到位于三維體20之內(nèi)的接收器14的無線電場功率傳送。該電路包括串聯(lián)連接的延遲線路41、電流增益級43、以及電壓增益級45。電壓增益級45連接到功率放大器36。平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48形式的去耦合電路連接在功率放大器36與發(fā)射器線圈30之間以使功率放大器輸出與地去耦合。電流感測環(huán)形線圈49形式的電流傳感器感測平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48所輸出的電流。電流感測環(huán)形線圈49和電流增益級43將輸出提供給反饋和控制電路47。
[0084]如圖5b所示，延遲線路41是使用用于經(jīng)由常閉半導(dǎo)體開關(guān)506來接收來自啟動振蕩器504的輸入的有源反相器延遲鏈502實現(xiàn)的。反相器延遲鏈502包括串聯(lián)連接的多個互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器508。反相器延遲鏈502連接到電流增益級43，該電流增益級43包括并行布置的多個電流增壓反相級510。在該實施例中，電流增益級43包括三個(3)反相級510。最后反相級510包括40 (40)個CMOS反相器510a，中間反相級510包括12 (12)個CMOS反相器510a，并且第一個反相級510包括四(4)個CMOS反相器510a。使最后反相級510的反相器510a的輸出耦合并且連接到在該實施例中是寬帶變壓器512的電壓增益級45。寬帶變壓器512具有1:4的匝數(shù)比。電流增益級43的最后反相級510連接到寬帶變壓器512的一個線圈。寬帶變壓器512的另一個線圈連接到功率放大器36。功率放大器36的輸出耦合到平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48的一個線圈。為了阻抗匹配的目的，該實施例中的平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48具有鐵氧體磁芯并且具有比1:1稍高的匝數(shù)比。鐵氧體磁心平衡不平衡轉(zhuǎn)換器已被發(fā)現(xiàn)提供了比空氣平衡不平衡轉(zhuǎn)換器多兩倍的電流并且提供了更高效率。平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48的另一個線圈提供了平衡差分輸出端口。平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48的一個輸出端口經(jīng)由調(diào)諧電容器514連接到發(fā)射器線圈30。平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48的另一個輸出端口穿過電流感測環(huán)形線圈49并且連接到發(fā)射器天線16。
[0085]電流感測環(huán)形線圈49經(jīng)由RC網(wǎng)絡(luò)516將反饋信號提供給作為反饋和控制電路47的一部分的反相器延遲鏈502并且經(jīng)由RC網(wǎng)絡(luò)516和反相器518a提供給相位檢測器46。相位檢測器46還經(jīng)由反相器518b來接收電流增益級43的輸出。相位檢測器46與電荷泵520 一起作用以保持啟動振蕩器504同相且頻率鎖定。電流感測環(huán)形線圈49還經(jīng)由RC網(wǎng)絡(luò)516將反饋信號提供給包絡(luò)檢測器522，包絡(luò)檢測器522進(jìn)而將輸出提供給常閉半導(dǎo)體開關(guān) 506。
[0086]如圖6所75,該實施例中的功率放大器36是AB類推挽功率放大器并且用于使輸入到此的信號增大至少80(80)(約十九(19)分貝)的因子，其然后經(jīng)由平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48被傳遞到發(fā)射器線圈30。
[0087]安全切斷電路38是自動切斷電路，該自動切斷電路用于確定人、動物、或其它生物體何時存在于三維體20中并且降低發(fā)射器天線16所發(fā)射的功率的強(qiáng)度或者停止發(fā)射器天線16所發(fā)射的功率。在如果由于短路、熱失控、或者任何其它此類事件引起過載的情況下，安全切斷電路38還切斷向發(fā)射器12供電。在該實施例中，安全切斷電路38是使用運(yùn)算放大器(Op-amp)(未示出)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管形式的半導(dǎo)體開關(guān)(未示出)、包絡(luò)檢測器(未示出)來實現(xiàn)的。包絡(luò)檢測器對發(fā)射器12的輸出進(jìn)行監(jiān)控，并且當(dāng)檢測到輸出電流或電壓的突然變化時將信號發(fā)送到Op-amp。作為響應(yīng)，Op-amp將信號發(fā)射到半導(dǎo)體開關(guān)，該半導(dǎo)體開關(guān)通過使諧振器與輸入功率分離來關(guān)閉諧振器32。
[0088]功率板40包括多個高效電壓調(diào)節(jié)器(未示出)，該高效電壓調(diào)節(jié)器將常規(guī)交流主功率轉(zhuǎn)換成用于向發(fā)射器12的各種組件供電的直流功率。
[0089]AGC電路42與功率放大器36相結(jié)合使用以對所發(fā)射的輸出功率進(jìn)行控制。AGC電路42是具有取決于所需安全水平的功率絕對值的功率射頻(RF)電路。在該實施例中，AGC電路42是使用Op-amp (未示出)、OSFET形式的半導(dǎo)體開關(guān)(未示出)、以及包絡(luò)檢測器(未示出)來實現(xiàn)的。包絡(luò)檢測器對發(fā)射器12的輸出進(jìn)行監(jiān)控并且當(dāng)輸出超過閾值時將信號發(fā)送到Op-amp。作為響應(yīng)，Op-amp將適當(dāng)信號發(fā)送到會引起半導(dǎo)體開關(guān)限制功率放大器36的功率輸出的半導(dǎo)體開關(guān)。
[0090]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，對接收器14中的一個進(jìn)行更好地說明。如可以看出的，接收器14包括高Q因子接收器線圈52、連接到接收器線圈52的接收器天線54、以及連接到接收器線圈52的功率采集器50。將功率采集器50的組件安裝在印刷電路板(PCB)或其它合適襯底上。接收器殼體或外殼56容納接收器天線54、接收器線圈52、以及功率采集器50。功率采集器50包括連接器以及從其輸出接收功率的插孔。需要功率的設(shè)備可以連接到這些連接器和插孔。
[0091]圖8更好地說明了功率采集器50。如可以看出的，功率采集器包括接收器自動頻率調(diào)諧(AFT)電路60、接收器安全電路62、橋式整流器64、直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66、以及接收器電源(未示出)。AFT電路60與圖5b中所示的發(fā)射器AFT電路32相類似并且被配置成使接收器天線54和線圈52諧振。接收器電源向AFT60電路供電。在圖9中示出了功率采集器50的電路布局的一部分。連接到接收器14的設(shè)備被模制為與電阻器Rp串聯(lián)的感應(yīng)器Lp，感應(yīng)器Lp和電阻器Rp這兩者與電容器Cp并聯(lián)。在圖9中未示出直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66。
[0092]高Q因子諧振接收器線圈52兩端的輸出電壓導(dǎo)致交流電壓。通過連接到接收器線圈52的輸出的橋式整流器對該電壓進(jìn)行整流。在圖10中示出了橋式整流器64并且將所接收到的交流電壓轉(zhuǎn)換成其是千伏特量級的直流電壓。橋式整流器64采用具有低結(jié)電容、高反向擊穿電壓、以及低正向壓降的超快二極管D1至D4。
[0093]直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66具有高轉(zhuǎn)化率并且執(zhí)行直流-直流下轉(zhuǎn)換以使橋式整流器64輸出的整流電壓降低到可用電平。例如，如果通過橋式整流器64對0.5W高交流信號進(jìn)行整流，那么它將具有四百(400)V電勢和一(I)毫安電流。將該整流輸出下轉(zhuǎn)換成諸如例如五(5)V和八十(80)mA輸出這樣的更可用形式在特定應(yīng)用中是有利的。在該實施例中，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66的最大輸入電壓大于一千(1000) V,而輸出電壓在五(5)V與十四(14)V之間，其中額定功率在一(I)W至四(4)W之間。橋式整流器64的輸出連接到直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66 (未示出)，直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66然后通過插孔和連接器將所轉(zhuǎn)換的功率輸出到需要功率的設(shè)備。
[0094]如果檢測到比標(biāo)準(zhǔn)安全限值更高的電場，那么接收器安全電路62自動切斷接收器14。如果檢測到短路負(fù)載，那么接收器安全電路62還停止將直流功率送至連接到接收器14的任何設(shè)備。
[0095]該實施例中的接收器天線54包括兩個通常矩形的大致平行的導(dǎo)體，在該實施例中其是導(dǎo)電板58。兩個板58之間的距離約等于每個板58的平均尺寸。板58可以是剛性的或者柔性的。接收器天線54相對于其尺寸和接收信號波長而言具有低阻抗(約七(7)pf至九(9)pf)。當(dāng)接收器天線54諧振時，功率采集器50通過在發(fā)射器天線16的導(dǎo)體18之間的三維體20之內(nèi)所創(chuàng)建的電場來采集電功率。如將理解的，接收器14相對于它可在三維體20之內(nèi)所采集的功率量而言是很小的。
[0096]如圖11所示，該實施例中的接收器線圈52是柱形螺旋形線圈。接收器線圈52是由絕緣實心銅線構(gòu)成的并且具有約四(4)英寸(十二(12)厘米)的直徑。接收器線圈52位于與兩個板58相鄰的位置。
[0097]通常，在操作期間使發(fā)射器12操作以便它驅(qū)動發(fā)射器天線16，這使得通過使相位相反、幅度相等的電流流過導(dǎo)體18而在導(dǎo)體18之間的三維體20之內(nèi)產(chǎn)生電場。當(dāng)接收器14位于三維體20之內(nèi)時，接收器天線54開始以諧振頻率振蕩，這導(dǎo)致經(jīng)由電場耦合將無線功率從發(fā)射器12發(fā)射到接收器14。
[0098]發(fā)射器12的閉環(huán)結(jié)構(gòu)確保發(fā)射器12總是以發(fā)射器天線-發(fā)射器線圈對的諧振頻率自動地振蕩。尤其是，最初啟動振蕩器504用于注入施加到延遲信號線41的反相器延遲鏈502上的啟動信號。然后通過電流增益級43對信號的當(dāng)前電平進(jìn)行提升并且經(jīng)由電壓增益級45的寬帶變壓器512將其施加到功率放大器36。然后將功率放大器36的輸出施加到下述平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48，該平衡不平衡轉(zhuǎn)換器48使信號與地去耦合并經(jīng)由調(diào)諧電容器514將輸出提供給發(fā)射線圈30。發(fā)射線圈30進(jìn)而驅(qū)動發(fā)射器天線16，這導(dǎo)致在三維體20之內(nèi)產(chǎn)生電場。包絡(luò)檢測器520使用用于對發(fā)射器天線16中的電流進(jìn)行感測的電流感測環(huán)形線圈49所輸出的反饋信號以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體開關(guān)520以使啟動振蕩器504與反相器延遲鏈502分離。其結(jié)果是，施加到反相器延遲鏈502的反饋信號用于維持發(fā)射器輸出。如將理解的，通過使用用于對流過發(fā)射器天線16的電流進(jìn)行感測的電流感測環(huán)形線圈49來產(chǎn)生反饋信號并且將該信號反饋到發(fā)射器12，發(fā)射器12自動地以發(fā)射器天線-發(fā)射器線圈對的諧振頻率振蕩。
[0099]如將要理解的，發(fā)射器12具有快速自調(diào)諧和緊湊設(shè)計。因為發(fā)射器12自動地以發(fā)射器天線-發(fā)射器線圈對的諧振頻率振蕩，因此發(fā)射器天線16保持調(diào)諧并且不需要手調(diào)諧或自動調(diào)諧電路。而且，發(fā)射器12不需要前置放大器或數(shù)字控制系統(tǒng)以執(zhí)行自動頻率調(diào)諧。
[0100]如上所述，當(dāng)發(fā)射器線圈30驅(qū)動發(fā)射器天線16時，在三維體20之內(nèi)創(chuàng)建電場(無功近場)，其可被位于該三維體之內(nèi)的每個接收器14使用以采集功率。圖12示出了在三維體20之內(nèi)所產(chǎn)生的示意性電場。如可以看出的，電場的強(qiáng)度朝著導(dǎo)體18的方向增大并且朝著三維體20中間的方向減弱。因此當(dāng)接收器越靠近導(dǎo)體18時實現(xiàn)了無線功率傳送到接收器4的效率越大并且當(dāng)接收器位于三維體20的中心附近的位置時實現(xiàn)無線功率傳送到接收器14的效率越低。因而，通過導(dǎo)體18之間的分離而不是導(dǎo)體長度來確定輻射的功率。
[0101]發(fā)射器12的高Q因子限制了無意信宿(三維體之內(nèi)的這樣的人體)可從發(fā)射器12恢復(fù)的功率量。在人體的情況下，當(dāng)無意信宿進(jìn)入到三維體20時，由于信宿破壞了諧振，因此所產(chǎn)生的電場不再與接收器14諧振，這使電場的功率下降以便耗散到信宿的總功率小于規(guī)定限制。
[0102]當(dāng)接收器14位于三維體之內(nèi)并且存在電場時，作為電荷積聚在兩個板58上的結(jié)果，觀察接收器天線54的板58兩端上的電壓。通過AFT電路60使接收器天線54諧振這可對功率進(jìn)行采集。尤其是，當(dāng)通過AFT電路60使接收器天線54諧振時，使從一個板58流到另一板58的電荷量乘以諧振Q因子，這導(dǎo)致經(jīng)由整流器64而轉(zhuǎn)換為直流信號的高頻交流信號。然后通過直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66將直流信號下轉(zhuǎn)換成取決于應(yīng)用的期望電壓和電流。然后通過RLC電路(RP、LP、CP)所模制的設(shè)備接收直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的信號。
[0103]接收器14的輸出功率取決于接收器14上可用的電場強(qiáng)度、接收器天線54的兩個板58之間的距離、以及接收器線圈52的Q因子。
[0104]接收器14處可用的電場強(qiáng)度根據(jù)接收器14相對于導(dǎo)體8的位置而改變。如前所述，電場在兩個導(dǎo)體18之間的三維體20的中點最弱。接收器天線54發(fā)出非常小的輻射量并且發(fā)射器天線16所創(chuàng)建的幾乎所有電場是反應(yīng)性的(即非輻射)。因此，可將大量功率無線地發(fā)射到接收器14而不會違反相應(yīng)頻率帶中的電場發(fā)射限制。在加拿大衛(wèi)生部第六號安全法規(guī)中可找到加拿大的場致發(fā)射限制并且可在IEEE標(biāo)準(zhǔn)C95.1-2005中發(fā)現(xiàn)美國的場致發(fā)射限制。
[0105]無線功率采集效率受到板58相對于三維體20之內(nèi)的電場而言的取向的影響。因為電場隨距離而變，因此使兩個板58沿著電場方向(即兩個板58的公共軸沿著電場的方向)分隔一定距離這在當(dāng)它們位于電場之內(nèi)時在板58之間創(chuàng)建了電勢差。當(dāng)兩個板58的公共軸與電場的方向相垂直時，兩個板58幾乎在相同電勢,這將顯著降低功率傳送的效率。因而，無線功率接收效率取決于兩個板58的長度距離比以及板58相對于電場方向而言的取向。如將理解的，維持板58與電場相垂直這使無線功率采集效率最大化。此外，板58相對于電場而言的取向和位置確定電場耦合的類型。接收器14和發(fā)射器12可以是強(qiáng)的、松的、或者臨界耦合。當(dāng)接收器14靠近發(fā)射器12并且對接收器14的板58進(jìn)行對準(zhǔn)以用于以最高效率水平進(jìn)行最大功率傳送時，接收器14和發(fā)射器14強(qiáng)耦合。當(dāng)接收器14遠(yuǎn)離發(fā)射器12并且仍對接收器14的板58進(jìn)行對準(zhǔn)以用于最大功率傳送時，接收器14和發(fā)射器12松耦合。當(dāng)接收器14與發(fā)射器12相距功率采集的效率級低于閾級這樣的距離時和/或當(dāng)板58相對于電場而言的取向是如此以至功率采集的效率級低于閾級時，發(fā)射器12和接收器14變?yōu)榕R界耦合。
[0106]發(fā)射器12與接收器14之間的無線功率傳輸基于與發(fā)射器天線16和發(fā)射器線圈30的諧振頻率相調(diào)諧的接收器天線54和接收器線圈52的諧振頻率。因為該頻率會受到三維體20所處的環(huán)境的影響，因此接收器AFT電路60將接收器14的操作頻率調(diào)諧到所需的諧振頻率。接收器AFT電路60不必是持續(xù)活動。作為對三維體20中的環(huán)境變化的響應(yīng)，僅需對接收器14的操作頻率進(jìn)行間歇地調(diào)節(jié)。接收器14必須最初向接收器AFT電路60供以接收器電源，但是一旦無線功率傳送開始，無線傳送的功率可用于向接收器AFT電路60供電。諧振頻率最初是已知的以便接收器AFT電路60可以將該接收器14調(diào)諧到該頻率。
[0107]雖然上面已對示例性功率傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是許多替代配置是可能的。例如，如果需要的話，諧振器32可以包括其自身的電源或者將電源提供給發(fā)射器12的各個組件。
[0108]雖然發(fā)射器線圈30已被描述為扁平螺旋形或盤形線圈，但是可以使用不同發(fā)射器線圈。例如，在另一實施例中，發(fā)射器線圈30是使用絞合線構(gòu)成的。相對于實心銅線而言利茲線提供了增大的總效率。在該實施例中，利茲線是一百七十六(176)股四十(40)AWG線并且最終的發(fā)射器線圈30具有直徑約十(10)英寸的三十(30)匝。發(fā)射器線圈的操作頻率為一(I)MHz并且發(fā)射器線圈的電感為一百五十(150)uH。這樣的發(fā)射器線圈30具有兩百(200)的Q因子。在又一實施例中，發(fā)射器線圈30是使用多股48AWG利茲線構(gòu)成的。在該實施例中，利茲線是2700股并且最終的發(fā)射器線圈30具有直徑約為15英寸的四十八(48)匝。發(fā)射器線圈的操作頻率為I兆赫并且發(fā)射器線圈的電感為180uH。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是匝數(shù)、量規(guī)、股數(shù)、導(dǎo)線類型的變型是可能的，只要發(fā)射器線圈30以所需頻率諧振。
[0109]發(fā)射器線圈也可以采取不同形狀。例如，圖3b示出環(huán)形發(fā)射器線圈30，并且圖3c示出了可以采用的以代替扁平螺旋形或盤形線圈的柱形螺旋形發(fā)射器線圈。
[0110]發(fā)射器天線16的導(dǎo)體18的數(shù)目和配置也可以變化。例如，圖13示出了具有六個導(dǎo)體18的發(fā)射器天線16，其中三個(3)導(dǎo)體位于三維體的每側(cè)上。在該實施例中，與使用兩個導(dǎo)體18相比，容抗降低了。與先前實施例相似，六個導(dǎo)線18是由鋁箔膠帶制成的。由于導(dǎo)體18的整個表面面積增大，因此發(fā)射器天線所發(fā)射出的電場變得更均勻。如圖14所示電場強(qiáng)度在側(cè)附近降低并且朝著三維體20的中間方向增大，這導(dǎo)致更均勻分布的場。在該實施例中，發(fā)射器天線16的導(dǎo)體18相距五(5)米，然而分隔距離可以根據(jù)應(yīng)用而變。例如，可以將導(dǎo)體18安裝在不同空間大小，以便分隔距離變化。在又一實施例中，發(fā)射器天線16可以包括單個導(dǎo)體18。
[0111]已發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體材料對性能影響不大并且其結(jié)果是可以使用導(dǎo)體的其它導(dǎo)電材料。例如，導(dǎo)體18可以是由銅帶或其它適當(dāng)導(dǎo)電材料形成的。為了美觀目的可以由裝飾品來覆蓋住導(dǎo)體18。
[0112]雖然已示出了諧振器電路的特定實現(xiàn)，但是這也可以變化。例如，延遲線路41可以是使用無源LC網(wǎng)絡(luò)或傳輸線路實現(xiàn)的?？梢圆捎梅氰F氧體磁心平衡不平衡轉(zhuǎn)換器或其他適當(dāng)去耦結(jié)構(gòu)。 [0113]雖然已對特定接收器14的配置進(jìn)行了描述，但是其它配置是可能的。例如，接收器天線54的板58不必由接收器殼體56容納，而是可以在接收器殼體56的外部。
[0114]此外，所使用的接收器線圈用52也可以變化。例如，接收器線圈52可以是由利茲線構(gòu)成的。在一個這種實施例中，利茲線是四十(40)AWG3股利茲線。最終的接收器線圈52具有超過三百(300)匝和六十(60)的Q因子。接收器線圈的操作頻率是一(I)至兩(2)MHz并且接收器線圈的電感是三(3)mH。接收器線圈52的直徑是約四⑷英寸(12(12)厘米)。接收線圈58位于兩個板58之間并且在該取向上接收器線圈52所創(chuàng)建的磁場在板58中創(chuàng)建了有損環(huán)電流，因此這將耗散接收器14上的少量可用功率。在另一實施例中，用于制成接收器線圈52的導(dǎo)線(利茲線或絕緣實心銅線)可以纏繞在非導(dǎo)電材料上以確保接收器線圈52的匝數(shù)的一致性。在另一實施例中，即就是四十八(48)AWG、五十(50)股利茲線的利茲線用于接收器線圈52。匝數(shù)超過三百(300)，頻率為一(l)MHz，并且電感是三
(3)mH。接收器線圈52的直徑仍是四(4)英寸(12(12)厘米)。在另一實施例中，即就是四十八(48)AWG、六百七十五(675)股利茲線的利茲線用于接收器線圈。匝數(shù)超過七十五
(75)，頻率為二(2)MHz，并且電感是七百五十(750)uH。接收器線圈52的直徑仍是四(4)英寸(12(12)厘米)。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解是匝數(shù)、量規(guī)、股數(shù)、導(dǎo)線類型的變型是可能的，只要接收器線圈52以所需頻率諧振。
[0115]在另一實施例中，由如圖15中所說明的鐵氧體芯電感器70來替代接收器線圈52。電感器70的每一個長十(10)毫米并且因而小于接收器線圈52。這類小型電感器70的Q因子是六十(60)并且頻率為二(2)MHz。將電感器70設(shè)計成以更高頻率工作，具有高品質(zhì)因子以及大于五十(50)uH的高電感值。
[0116]接收器線圈的形狀也可以變化。例如，圖11(b)示出了環(huán)形接收器線圈52并且圖1lc示出了扁平螺旋形接收器線圈。
[0117]在另一實施例中，接收器天線54包括導(dǎo)軌68以替代板58。如圖16中所說明的，導(dǎo)軌68附連到具有低介電常數(shù)的材料并且位于同一平面上。因而，接收器天線54可是完全平坦的，這使得容易并入到設(shè)備之中。導(dǎo)軌68不必彼此精確地平行。
[0118]雖然已示出了直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66的特定配置，因此其它配置是可能的。例如，可以采用平行布置的兩個或多個直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66以將整流器輸出的直流電壓下轉(zhuǎn)換到可用電平。替代地，可以采用串聯(lián)布置的兩個或多個直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器66以將整流器輸出的直流電壓下轉(zhuǎn)換到可用電平。例如，可采用第一直流-直流轉(zhuǎn)換器以將整流器輸出的直流電壓從一千(1000)V轉(zhuǎn)換到一百(100) V，然后可以采用第二直流-直流轉(zhuǎn)換器66以將第一直流-直流轉(zhuǎn)換器所輸出的直流電壓從一百(IOO)V轉(zhuǎn)換到五(5)V。整個下轉(zhuǎn)換的總效率是所有串聯(lián)連接的塊的乘積，其僅低于轉(zhuǎn)換器66中的一個。
[0119]此外，雖然已參考圖9對特定功率采集電路進(jìn)行了描述，但是其它配置是可能的。例如，在另一實施例中，圖9的電路具有串聯(lián)配置。如圖17所示，該設(shè)備與橋式整流器64串聯(lián)。該設(shè)備是由串聯(lián)連接的電感器Ls，電容器Cs、以及電阻Rs模制的，與并聯(lián)配置相比這導(dǎo)致較低的輸出交流電壓和較高的電流。平衡不平衡轉(zhuǎn)換器位于LSCS串聯(lián)諧振電路與橋式整流器64之間以提供阻抗匹配。
[0120]在另一實施例中，在使用集總元件匹配的接收器14中阻抗匹配。
[0121]在多種不同的應(yīng)用中可以采用該功率傳輸系統(tǒng)以允許經(jīng)由電場耦合將功率無線地從發(fā)射器發(fā)射到接收器。例如，如圖18a和18b所示，在一個應(yīng)用中接收器14位于背包100內(nèi)。板58被集成到背包100之中的其相對側(cè)上。板58連接到接收器殼體56以及接收器殼體56之內(nèi)的組件。然后接收器殼體56進(jìn)一步連接到充電器(未示出)，該充電器用于對諸如AA、9V電池這樣的傳統(tǒng)電池或者其它非傳統(tǒng)或定制的可再充電電池形式進(jìn)行再充電。背包100可以用在下述軍事應(yīng)用中，即士兵需要用于諸如夜視鏡這樣的各種裝備的電池。對電池再充電降低了士兵必須攜帶備用電池的需要，從而已顯著地降低了在軍用中所使用的背包100的重量。背包100可以進(jìn)一步包括連接到接收器14的用于在充電器中不存在電池時進(jìn)行充電的電池(未示出)。
[0122]如在圖19a和19b中所說明的，可以將發(fā)射器12和發(fā)射天線16集成到交通工具102之中。在該示例中，將發(fā)射器天線16的導(dǎo)體18集成到交通工具102的內(nèi)壁之中并隱藏并且連接到發(fā)射器12。使導(dǎo)體18位于這樣的位置以便它們大致彼此平行。當(dāng)背包100位于交通工具102中并且位于導(dǎo)體之間的三維體之內(nèi)時，接收器14能夠按照上述方式采集功率。
[0123]在另一應(yīng)用中，將接收器14集成到諸如消防員、警察、或者其他個人所使用的那些這樣的無線電通信設(shè)備104之中。如將要理解的，在這種情況下由于疏忽或者緊急情況之前的準(zhǔn)備時間不足而可能未對無線電通信設(shè)備104完全充電。在這種情況下，如圖20a和20b所示將接收器14的導(dǎo)軌68附裝到無線電通信設(shè)備104的背面上?？梢詫l(fā)射器12和發(fā)射器天線集成到如圖21a和21b所示的消防車或其它交通工具106的前艙之中。因而，當(dāng)無線電通信設(shè)備位于消防車106的前艙之內(nèi)以及發(fā)射器天線的導(dǎo)體18之間的三維體之內(nèi)時，對無線電通信設(shè)備進(jìn)行充電。在另一實施例中，發(fā)射器和發(fā)射器天線位于消防站內(nèi)的特定位置。
[0124]在另一應(yīng)用中，在軍事營地中可以采用功率傳輸系統(tǒng)10。當(dāng)軍官設(shè)定了基地兵營時將大部分電子設(shè)備存放在如圖22a和22b所示的少許所選帳篷108或兵營中。這部分是由于不是每個位置裝配有用于向電子設(shè)備供電的電力這樣的事實。在該實施例中，將發(fā)射器天線12的導(dǎo)體18集成到帳篷108的內(nèi)壁之中并且將無線功率提供給裝配有接收器14的帳篷108之內(nèi)的所有設(shè)備。支撐該設(shè)備的桌子位于帳篷108的內(nèi)壁附近，由此在導(dǎo)體18附近，這確保了最大功率傳送效率。因此可對設(shè)備進(jìn)行充電而無需物理有線連接，這降低了大量的有害導(dǎo)線和功率電纜。
[0125]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線集成到如圖23a和23b所示的廂式貨車區(qū)域Iio的內(nèi)部。將導(dǎo)體18集成到廂式貨車區(qū)域110的內(nèi)部的相對壁之中，并且當(dāng)裝配有接收器14的背包100或者其它設(shè)備位于貨物區(qū)域110之內(nèi)時，將功率無線地發(fā)射到背包100或者其它設(shè)備。
[0126]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射天線16集成到如圖24a和24b所示的飛機(jī)112的內(nèi)部。將天線16的導(dǎo)體18集成到飛機(jī)112的內(nèi)壁之中。裝配有接收器的背包100或其它設(shè)備在處于飛機(jī)112內(nèi)部時無線地供電。
[0127]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16集成到如圖25a和25b所示的桌子114之中。導(dǎo)體18平放在桌子114上并且連接到如已解釋的發(fā)射器線圈30。接收器14位于導(dǎo)體18之上或之間以無線地接收功率。
[0128]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58附裝到如在圖26a和26b中所說明的膝上型計算機(jī)116。一個板58是平的并且將其附裝到膝上型計算機(jī)116的顯示屏后面，而另一板58是平的將其附裝到位于膝上型計算機(jī)116的底部的鍵盤之下。可將所接收到的無線功率傳送到膝上型計算機(jī)116的電池。
[0129]在另一應(yīng)用中，接收器14的導(dǎo)軌68在同一平面上，如在圖26C和26D中所說明的這兩者在屏幕的后面或者在膝上型計算機(jī)116的底部。該配置非常適合于從如已描述的裝配有發(fā)射器12的桌子接收功率。
[0130]在另一應(yīng)用中，與已在圖27a和27b中所描述的安裝在膝上型屏幕的背部相類似，在平板計算機(jī)118的屏幕的背面上安裝接收器14的板58以彼此相距一段距離。
[0131 ] 在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線集成到密封容器120，如在圖28a和29b中所說明的，該密閉容器120可以具有一個或多個可移動或鉸接板以允許接收器14的設(shè)備放置在內(nèi)部。當(dāng)接收器14在容器120之內(nèi)時，它們可接收從發(fā)射器12發(fā)射而來的無線功率?？梢詫⑷萜?20構(gòu)造成使得它被屏蔽以防止電磁場(EMF)或其它信號或場從容器20的內(nèi)部任何泄漏到外部。當(dāng)關(guān)閉容器120的面板或蓋子時，發(fā)射器12經(jīng)由信號認(rèn)識到可增大容器120之內(nèi)的信號或場強(qiáng)而沒有暴露于人或動物的危險，從而允許實現(xiàn)更大量的功率和更高速率的功率傳送效率。這允許當(dāng)它被關(guān)閉或密封時從容器20內(nèi)的接收器14進(jìn)行電池再充電的速率更快。
[0132]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器2和發(fā)射器天線16集成到、安置在、或者以其它方式附裝到平坦表面，在該平坦表面上可以安置或懸掛接收器14設(shè)備。這可包括但不限于桌子、臺子、柜臺、架子、墻壁、地板、天花板、以及門。在圖29a和29b中圖示了將發(fā)射器12的導(dǎo)體18集成到桌面122中。
[0133]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到如圖30a和30b中所圖示的無繩、移動、或者蜂窩電話124。
[0134]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到電視機(jī)126，如圖31a和31b所圖示的電視機(jī)是等離子、IXD、LED、0LED、或者一些其它技術(shù)。
[0135]在另一應(yīng)用中，可以將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到家用電子設(shè)備，該家用電子設(shè)備包括但不限于DVD播放器、藍(lán)光播放器、接收器、放大器、所有功能于一身的家庭影院、揚(yáng)聲器、重低音揚(yáng)聲器、游戲器、視頻游戲控制器、遙控設(shè)備、電視、計算機(jī)或其它監(jiān)控器、數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相框、視頻或圖像投影器、或者介質(zhì)流媒體設(shè)備。
[0136]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到可再充電電池128以便電池變成如在圖32a和32b中所圖示的接收器設(shè)備。[0137]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到電或混合電動交通工具130。在該示例中板58位于交通工具130的底部以用于從如在圖33a和33b中所圖示的位于交通工具130之下的發(fā)射器12接收無線功率。可以將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16放置在交通工具130的墊中或者嵌入在交通工具130下面的道路或車道之中或之下。
[0138]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16集成到如在圖34a和34b中所圖示的折疊式護(hù)翼或擋板中，該折疊式護(hù)翼或擋板被附裝到軍用交通工具132、墻壁、或門。當(dāng)這樣的護(hù)翼從它們所安裝到的結(jié)構(gòu)或設(shè)備伸出時，它們創(chuàng)建了三維體20，在該三維體20內(nèi)可以放置用于無線電功率傳送的接收器14。該護(hù)翼可以含有鉤子、架子、或者用于持有或以其它方式安裝諸如背包這樣的包括接收器14的結(jié)構(gòu)的其它這種設(shè)備。
[0139]在另一應(yīng)用中，將接收器14的板58集成到或者以其它方式附裝到無人駕駛交通工具(UAVs) 134或其它這樣的交通工具或設(shè)備，以便可以將無線功率傳遞到如圖35a和35b所圖示的UAV及其板載功率系統(tǒng)和/或功率儲存設(shè)備。
[0140]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16集成到可以位于公共場所或公共區(qū)域中的設(shè)備，由此一個或更多人可以進(jìn)入傳輸三維體20并且利用包括至少一個接收器14的其自己的設(shè)備來接收無線功率?？梢詫⒂糜跓o線功率傳輸?shù)倪@些公眾可用區(qū)域稱為熱點，因為它們是公眾可用的無線因特網(wǎng)接入?yún)^(qū)。
[0141]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16集成到用于創(chuàng)建如在前一段落中所描述的熱點的設(shè)備之中，熱點對于諸如但不局限于下述軍事任務(wù)的特定應(yīng)用來說可以是移動的，在所述軍事任務(wù)中一組士兵攜帶便攜式功率產(chǎn)生源或便攜式功率儲存源，其中發(fā)射器12和發(fā)射器天線16被集成到該源之中或者以其它方式連接到該源。
[0142]在另一應(yīng)用中，將發(fā)射器12和發(fā)射器天線16集成到可以用來創(chuàng)建也可以是移動的熱點的設(shè)備之中。該設(shè)備還具有并入到它之中的接收器14和板58，這有效地使該設(shè)備成為用于發(fā)送和接收無線功率的功率收發(fā)信機(jī)。
[0143]在另一應(yīng)用中，任何先前描述的接收器設(shè)備可以是無線功率收發(fā)信機(jī)。也就是說，它可以能夠接收和發(fā)射無線功率。
[0144]雖然在上面參考附圖已對實施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是在不脫離由所附權(quán)利要求所限定的其范圍的情況下可做出變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種無線電場功率傳輸系統(tǒng)，包括: 發(fā)射器，所述發(fā)射器包括發(fā)射器天線，所述發(fā)射器天線包括用于限定其之間的三維體的至少兩個導(dǎo)體；以及 至少一個接收器，其中，當(dāng)所述至少一個接收器在所述三維體之內(nèi)時，所述發(fā)射器天線經(jīng)由電場耦合來無線地傳輸功率。
2.一種用于無線地發(fā)射功率的方法，所述方法包括: 使發(fā)射器天線以發(fā)射器諧振頻率振蕩，所述發(fā)射器天線包括用于限定三維體的至少兩個導(dǎo)體； 在所述三維體中產(chǎn)生電場； 使包括兩個板的接收器天線位于所述三維體中；以及 使所述接收器天線以所述發(fā)射器諧振頻率振蕩。
3.一種用于無線地傳輸功率的方法，所述方法包括: 使發(fā)射器天線和發(fā)射器線圈以啟動頻率諧振，所述發(fā)射器天線包括至少兩個導(dǎo)體； 將所述發(fā)射器天線和所述發(fā)射器線圈調(diào)諧到其諧振頻率； 在所述至少兩個導(dǎo)體所限定的三維體之內(nèi)產(chǎn)生電場； 使具有接收器天線的接收器位于所述三維體中，所述接收器天線包括兩個板； 使電勢差積聚在所述兩個板上； 使所述接收器天線以所述諧振頻率諧振；以及 使來自所述接收器天線的功率聚集。
4.一種用于無線地發(fā)射功率的發(fā)射器，所述發(fā)射器包括: 天線，用于創(chuàng)建電場，所述天線包括限定其之間三維體的至少兩個導(dǎo)體； 連接到所述天線的線圈；以及 連接到所述線圈的諧振器，用于使所述線圈和所述天線以諧振頻率諧振，所述諧振器包括自動頻率調(diào)諧電路，所述自動頻率調(diào)諧電路被配置成對所述發(fā)射器進(jìn)行自動調(diào)諧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)射器，其中所述天線包括至少兩個大致平行的板，所述至少兩個大致平行的板橫向間隔以限定所述三維體。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)射器，所述天線包括用于限定所述三維體的六個導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述天線是近場天線。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任何一個所述的發(fā)射器，其中每個導(dǎo)體是由導(dǎo)電膠帶形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述線圈是使用絞合線構(gòu)成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求4至8中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述線圈是環(huán)形螺旋形、柱形螺旋形、扁平螺旋形、或者盤形線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求4至10中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述自動頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括被配置成對送至天線的信號進(jìn)行提升的電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)射器，其中所述電路包括下述中的至少一個:電壓增益、電流增益、以及功率放大器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射器，其中所述功率放大器是推挽式功率放大器。
14.根據(jù)權(quán)利要求4至13中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述自動頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括延遲線路，所述延遲線路被配置成:使所述自動頻率調(diào)諧電路之內(nèi)的信號延遲。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)射器，其中所述延遲線路是有源反相器延遲鏈，所述有源反相器延遲鏈包括串聯(lián)連接的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS反相器。
16.根據(jù)權(quán)利要求4至15中的任何一個所述的發(fā)射器，其中所述自動頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括去耦合電路，所述去耦合電路被配置成:使所述發(fā)射器的輸出信號去耦合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)射器，其中所述去耦合電路包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。
18.根據(jù)權(quán)利要求4至17中的任何一個所述的發(fā)射器，其中，所述自動頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括電流感測電路，所述電流感測電路被配置成:提供反饋信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求4至18中的任何一個所述的發(fā)射器，其中，所述自動頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括振蕩器，所述振蕩器被配置成:將啟動信號注入到所述自動頻率調(diào)諧電路之中。
20.根據(jù)權(quán)利要求4至19中的任何一個所述的發(fā)射器，其中，所述諧振器進(jìn)一步包括修改電路，所述修改電路被配置成:當(dāng)狀況發(fā)生時對發(fā)射器的輸出信號進(jìn)行修改。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)射器，其中，當(dāng)所述狀況發(fā)生時，所述修改電路對所述輸出信號的功率水平進(jìn)行調(diào)節(jié)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的發(fā)射器，其中，當(dāng)所述狀況發(fā)生時，所述修改電路切斷所述發(fā)射器的輸出。
23.一種交通工具，所述交通工具包括權(quán)利要求4至22中的任何一個所述的發(fā)射器。
24.一種桌子，所述桌子包括權(quán)利要求4至22中的任何一個所述的發(fā)射器。
25.一種容器，所述容器包括權(quán)利要求4至22中的任何一個所述的發(fā)射器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的容器，其中所述容器被屏蔽，以防止電磁場(EMF)泄漏。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的容器，其中當(dāng)靠近所述容器時，電場強(qiáng)度增大。
28.一種用于接收無線發(fā)射的功率的接收器，所述接收器包括: 天線，所述天線包括兩個導(dǎo)體； 連接到所述天線的線圈； 連接到所述線圈的諧振器，用于使所述線圈和所述天線以諧振頻率諧振，所述諧振器包括自動頻率調(diào)諧電路，所述自動頻率調(diào)諧電路被配置成對所述諧振器進(jìn)行自動調(diào)諧。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的接收器，其中所述導(dǎo)體在容納所述線圈和所述諧振器的殼體之外。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的接收器，其中所述導(dǎo)體是板或?qū)к墶?br> 31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的接收器，其中所述導(dǎo)軌是矩形且平行。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31所述的接收器，其中所述導(dǎo)軌是金屬的。
33.根據(jù)權(quán)利要求28至32中的任何一個所述的接收器，其中所述線圈是由絞合線或電感器構(gòu)成的。
34.根據(jù)權(quán)利要求28至32中的任何一個所述的接收器，其中所述線圈是環(huán)形螺旋形、柱形螺旋形、扁平螺旋形、或者盤形線圈。
35.根據(jù)權(quán)利要求28至34中的任何一個所述的接收器，其中所述諧振器進(jìn)一步包括修改電路，所述修改電路被配置成:當(dāng)狀況發(fā)生時對所述接收器所接收到的信號進(jìn)行修改。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的接收器，其中，當(dāng)所述狀況發(fā)生時，所述修改電路對所述接收器所接收到的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的接收器，其中所述修改電路是電壓轉(zhuǎn)換器和/或整流器。
38.根據(jù)權(quán)利要求28至37中的任何一個所述的接收器，進(jìn)一步包括阻抗匹配電路。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的接收器，其中所述阻抗匹配電路包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器。
40.一種用于接收無線發(fā)射的功率的背包，所述背包包括權(quán)利要求28至39中的任何一個所述的接收器。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的背包，進(jìn)一步包括連接到所述接收器的電池充電器。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的背包，進(jìn)一步包括:連接到所述接收器至少一個可再充電的電池，所述至少一個可再充電的電池被配置成當(dāng)在所述電池充電器中不存在電池時進(jìn)行充電。
43.一種用于接收無線發(fā)射的功率的無線電通信設(shè)備，所述設(shè)備包括權(quán)利要求28至39中的任何一個所述的接收器。
44.一種用于接收無線發(fā)射的功率的計算設(shè)備，所述設(shè)備包括權(quán)利要求28至39中的任何一個所述的接收器。
45.一種設(shè)備，包括: 權(quán)利要求4至22中的任何一個所述的發(fā)射器；以及 權(quán)利要求28至39中的任何一個所述的接收器。
46.—種無線電場功率傳輸系統(tǒng),包括: 發(fā)射器，所述發(fā)射器包括發(fā)射器天線，所述發(fā)射器天線包括至少一個導(dǎo)體；以及至少一個接收器，其中當(dāng)所述至少一個接收器耦合到所述發(fā)射器時，所述發(fā)射器天線經(jīng)由電場耦合來無線地傳輸功率。
【文檔編號】B60L9/00GK103975503SQ201280053727
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】納格什·波魯, 默罕默德·賈漢吉爾·阿拉姆, 謝赫·莫米姆·伊斯蘭, 尼馬·蘇丹尼 申請人:索雷斯能源公司