專利名稱：用于無線功率傳遞的平面諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸功率傳遞系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明設(shè)計(jì)非接觸功率傳遞系統(tǒng)中用于無線功率傳遞的平面諧振器。
背景技術(shù)：
非接觸功率傳遞用于如非侵入式起搏器電池充電，混和車輛電池充電的應(yīng)用中。在這種應(yīng)用中排他地使用感應(yīng)耦合，使得電流從發(fā)電站向負(fù)載感應(yīng)。在這種系統(tǒng)中，排他地依靠發(fā)電站和負(fù)載的耦合磁通量來實(shí)現(xiàn)功率傳遞。
例如，諸如California等州已經(jīng)在研究鼓勵(lì)使用電車的道路系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，感應(yīng)耦合扁平線圈被嵌入路面，或者對嵌入路面的電纜賦能，使得車輛的感應(yīng)線圈接收來自路面線圈的感應(yīng)電流，以便允許電池充電和/或甚至推動。典型地，這種系統(tǒng)要求埋地線圈的通量采集表面和車輛相互之間的距離保持在5厘米之內(nèi)，以便通過感應(yīng)提供充分的功率傳遞。
授予Steigerwald等人的美國專利5,608,771公開了一種非接觸功率傳遞系統(tǒng)，其中通過使用旋轉(zhuǎn)變壓器從固定源向旋轉(zhuǎn)負(fù)載傳遞功率。該系統(tǒng)取消了電刷和集電環(huán)裝置。這種類型系統(tǒng)中的耦合也是感應(yīng)的。
另一種配置是在主導(dǎo)體周圍使用夾緊連接，該連接并不與該導(dǎo)體物理接觸。該功率傳遞還是通過感應(yīng)。
在安全識別的單獨(dú)領(lǐng)域中，有個(gè)人和車輛識別標(biāo)簽(如EZ-Pass，Smart-Tag和從Boston到Virginia的隧道中某些橋梁和部分Interstate 95上的快速通道自動收費(fèi)系統(tǒng))，該識別標(biāo)簽不提供功率傳遞，但是以無線通信形式使用。與功率傳遞系統(tǒng)的感應(yīng)耦合相反，這些安全標(biāo)簽和收費(fèi)標(biāo)簽是容性耦合收發(fā)器。因此，現(xiàn)有技術(shù)缺少一種除了磁通量的感應(yīng)耦合外還包括電通量的容性耦合功能的非接觸功率傳遞系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種允許在無磁性的，不導(dǎo)電的直流絕緣體(材料)上進(jìn)行功率傳遞的無線功率傳遞平面諧振器是非常有利的。電能和/或磁能存儲在該絕緣體上，并通過該絕緣體傳遞能量。諧振元件展示出集成電感電容變壓器的特性。
本發(fā)明的第一方面，平面諧振器包括單螺旋結(jié)構(gòu)排列的線圈。可是，當(dāng)用于多螺旋結(jié)構(gòu)中，螺旋之間的電容可用來能量傳遞，導(dǎo)致了IOET上電能和磁能轉(zhuǎn)移的結(jié)合。另一方面，該螺旋可以相互對面排列，這樣就不需要底板。例如，連接可以是無線的，這樣不需要連接手機(jī)和充電器的物理導(dǎo)線就可以充電手機(jī)電池。對于無線能量傳遞來說，PCB典型地為一種不合適的IOET。
根據(jù)使用的物理配置和/或材料，該平面諧振器同時(shí)存儲電能和磁能，以便阻抗匹配或者在能量傳遞接口(以下為“IOET”)上以電形式或磁形式或者以電形式和磁形式傳遞功率之外，還完成附屬切換功率電子變換器電路中的軟切換。使用的物理配置和/或材料除了感應(yīng)能量存儲，電(電容)能量存儲或者其組合如以內(nèi)置LC諧振特性耦合的磁變壓器之外，在有無容性能量傳遞的情況下都可允許變壓器行為。該平面諧振器不需使用用于能量傳遞的IOET，例如，在單螺旋結(jié)構(gòu)中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，絕緣耦合接口和諧振箱功能性地集成到具有功率轉(zhuǎn)移的隔離特性的平面結(jié)構(gòu)中。該設(shè)備可包含IOET任一面上的兩個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，例如，手機(jī)及其充電器。由于在IOET上不需要電接觸，因此可以根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)如IEC950的絕緣規(guī)范減小整個(gè)充電電路的尺寸。該物理結(jié)構(gòu)可包括IOET每一面上的一套螺旋線圈，典型地具有一個(gè)作為單獨(dú)基底上的導(dǎo)體線路的螺旋，如電線或印刷線路板(FR-4)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它方便了可佩戴電子設(shè)備的使用。例如，可以使用如FR4材料和電線電路，致使線圈表面靈活。除了靈活性之外，該線圈可以形成任意形狀，從而推動了設(shè)置在織品中的編織電線，或者可以附在衣服上具有嵌入導(dǎo)體的墊子。這樣，例如，人們通過攜帶與織品相近的設(shè)備，就可以充電收音機(jī)，手機(jī)，和/或計(jì)算機(jī)(僅列舉了許多可佩戴設(shè)備中的幾種)。因此，本發(fā)明在可佩戴電子設(shè)備上的實(shí)施可以在可佩戴設(shè)備和外部電源之間提供一個(gè)接口。也可通過這種接口傳送數(shù)字或模擬信號，以便例如上傳或下載數(shù)字信號。
本發(fā)明的另一方面，平面功率諧振器可具有薄的和/或相對扁平的頂端線圈表面。在無線應(yīng)用中，IOET可包含，例如(i)頂端螺旋底部的不導(dǎo)電/絕緣薄膜(用于隔離)，(ii)空氣和(iii)底部螺旋頂端的不導(dǎo)電/絕緣薄膜(用于隔離)。該線圈可以設(shè)置在基本軸向排列的上部和下部結(jié)構(gòu)中。另外，在上部線圈的底部可以有乳化劑，并且在乳化劑和下部線圈的頂部之間有空氣間隙。
該螺旋形導(dǎo)體可包含pcb螺旋卷繞導(dǎo)體。另外，電池充電電路可與第一和第二螺旋形導(dǎo)體中的一個(gè)耦合，而負(fù)載可與第一和第二螺旋形導(dǎo)體中的另一個(gè)耦合。該電池充電電路的耦合可包含容性耦合。負(fù)載可通過磁性耦合進(jìn)行耦合，其中功率通過IOET上的磁通量耦合進(jìn)行傳遞。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過IOET上第一和第二螺旋形導(dǎo)體的磁通量耦合，施加到第一螺旋形導(dǎo)體上的信號可以被傳遞到第二螺旋形導(dǎo)體上。
第一和第二螺旋形導(dǎo)體和IOET優(yōu)選地被集成到平面(扁平/薄的)結(jié)構(gòu)中。
該平面諧振器可進(jìn)一步包含第三螺旋形導(dǎo)體，在該IOET的頂面上該第三螺旋形導(dǎo)體與第一螺旋形導(dǎo)體一起被設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)，和/或第四螺旋形導(dǎo)體，在該IOET的底面上該第四螺旋形導(dǎo)體與第二螺旋形導(dǎo)體一起被設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解，雙線頂部和單底部，或者單底部和雙線底部都是可選配置。通過在這兩個(gè)螺旋之間去掉和加上導(dǎo)電連接，可以分別實(shí)現(xiàn)等效串聯(lián)或并聯(lián)諧振器工作。
因此，該IOET頂面和底面上的雙線螺旋結(jié)構(gòu)可以被用來形成并聯(lián)諧振器，或串聯(lián)諧振器。
另外，代替雙線結(jié)構(gòu)的是，多個(gè)螺旋形導(dǎo)體還可以分別在頂面或者在底面布置成多線結(jié)構(gòu)。該螺旋形導(dǎo)體可以被設(shè)計(jì)成使得該平面諧振器包含并聯(lián)諧振器，或者串聯(lián)諧振器。
第一多個(gè)和第二多個(gè)螺旋形導(dǎo)體可被設(shè)計(jì)成該平面諧振器包含并聯(lián)諧振器，或串聯(lián)諧振器。可以有具有一個(gè)電容板的配置。該線圈一端連接點(diǎn)該電容器的絕緣體，另一端連接點(diǎn)充電電路。在該配置中，該平面諧振器作為電感和電容串聯(lián)，影響該電路的Q。
雙線配置也可由分離兩個(gè)螺旋的絕緣材料第二薄膜獲得，該兩個(gè)螺旋在IOET的一個(gè)面上形成雙線配置。(即，該絕緣薄膜是在頂部螺旋的頂部；另一螺旋位于該絕緣薄膜的頂部。)該絕緣薄膜存儲電能并形成該諧振器的容性部分，其中感性部分從該套螺旋在該絕緣薄膜任一面的自耦合中獲得。該薄膜不傳遞能量，但是存儲能量，該能量可以在IOET上傳遞。
代替螺旋同向卷繞雙線配置的是該螺旋中的一個(gè)可以具有相反的卷繞方向。因此，在這種情況下兩個(gè)螺旋不在同一物理平面上。當(dāng)需要或者希望擁有柔性電路，或者當(dāng)希望擁有幾個(gè)線圈層以增加諧振器的磁容量和電容量時(shí)，可以利用其優(yōu)勢。所有上述配置都擁有傳輸線特性和多個(gè)諧振頻率。通過等效電阻，電容，電感和耦合電感的分布網(wǎng)可進(jìn)一步模擬電行為。通過對接口和螺旋的幾何結(jié)構(gòu)和材料特性的選擇，可以控制分布元件的數(shù)值，從而控制其端點(diǎn)結(jié)構(gòu)的電行為，包括諧振頻率，阻抗，增益和相位。


圖1A和1B示出了本發(fā)明中所使用的一種基本螺旋，和一種雙線螺旋配置。
圖2A和2B示出了根據(jù)本發(fā)明的平面諧振器的一種實(shí)施例，以及螺旋和IOET的橫截面切片。
圖2C示出了一種可選配置，其中絕緣體和螺旋被安排在基底材料240，241中。
圖3是一種卷繞在IOET周圍的螺旋的橫截面示意圖。
圖4示出了圖1A中示出的螺旋配置的近似等效電路。
圖5示出了圖1B中示出的螺旋配置的近似等效電路。
圖6和7示出了螺旋的示意配置，該螺旋被設(shè)計(jì)成使得本發(fā)明作為串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器。
圖8A和8B分別表示串聯(lián)結(jié)構(gòu)的示意圖，阻抗與頻率的關(guān)系圖。
典型的阻抗曲線是在第一諧振頻率周圍繪制的，L和C分別表示主要是感性行為或者容性行為。
圖8C，8D和8E表示并聯(lián)結(jié)構(gòu)的示意圖，阻抗與頻率的關(guān)系圖，以及在兩個(gè)螺旋線圈之間用于能量存儲的電容草圖。
圖8F和8G示出了兩中不同配置，其中通過電耦合，能量可以進(jìn)入和退出該結(jié)構(gòu)。
圖9A到9C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的平面諧振器的橫截面，兩個(gè)線圈的頂視圖，以及降階等效電路。
圖10示出了等效頂部和底部并聯(lián)諧振器電路，說明了IOET是如何在該諧振器上工作，以混和的電能和磁能的形式傳遞電能。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的一種串聯(lián)諧振電池充電器的等效電路示意圖。
圖12是根據(jù)該即時(shí)發(fā)明的反饋?zhàn)儔浩鞯氖疽鈭D具體實(shí)施方式
以下描述僅為說明，并不作為限制。還有許多不同結(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的宗旨和所附權(quán)利要求的范圍中。
圖1A-1B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的拼命集成諧振器的變化。集成諧振器是通過在結(jié)構(gòu)(幾何學(xué))時(shí)間能量函數(shù)的一部分中存儲電能獲得，在同一函數(shù)的一部分中也存儲磁能。
圖1A示出了基本螺旋100的例子，而圖1B示出了雙線螺旋200。當(dāng)然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于螺旋和雙線螺旋，根據(jù)需要可以使用任意數(shù)量的螺旋卷繞(多線)。如圖2所示，平面200具有在能量傳遞接口(IOET)215的頂面上卷繞的螺旋210，以及在能量傳遞接口(IOET)的底面220上卷繞的另一螺旋(未示出)。在IOET的頂面上的螺旋的軸，內(nèi)徑和外徑與IOET底面上的螺旋近似對應(yīng)。
圖2B示出了圖2A中示出的螺旋210的橫截面。從該橫截面可以看出該螺旋具有被IOET分開的導(dǎo)體225，230。設(shè)定具有磁耦合系數(shù)(即共享相同磁通量)的螺旋間的IOET層允許該集成諧振器存儲電能，這是存儲磁能的結(jié)構(gòu)時(shí)間能量函數(shù)的一部分。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)圖2B示出具有上下布置的螺旋導(dǎo)體的IOET時(shí)，該IOET不必要是基底，如圖2C所示，IOET被安排在基底240和241之間。該兩個(gè)基底材料是接口235的任意一面，假如235為空氣間隙的話，則它們沿著該接口235分開。
該IOET可具有μr＞1，或者Er＞1，其中μr是該材料的相對滲透性，Er是該材料的相對介電常數(shù)。
圖3示出了可以使用多個(gè)并聯(lián)螺旋或者多線螺旋的實(shí)施例。如圖3A所示，“w”等于寬度而“t”等于厚度。螺旋圈數(shù)及其尺寸，以及連接和旋轉(zhuǎn)方向可被設(shè)計(jì)成取得串聯(lián)，并聯(lián)，或者串聯(lián)/并聯(lián)混和電路。
圖4，5，6和7示出了螺旋配置及其等效電路，其中使用符號如A和B來區(qū)分各個(gè)螺旋。例如，圖4為圖1A的近似等效電路，作為第一近似值該電路可進(jìn)一步簡化成等效集總電容和等效集總電感。
應(yīng)當(dāng)注意，例如，更復(fù)雜的等效電路模型可包括變壓器，通過將其看作傳輸線網(wǎng)絡(luò)，這一模型的復(fù)雜性可擴(kuò)展到包括高階影響。
關(guān)于圖6和7，該圖分別示出了串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器。應(yīng)當(dāng)注意，在圖6中可能的應(yīng)用是低通過濾器和并聯(lián)負(fù)載諧振半橋。
關(guān)于圖8A和8B，在第一諧振頻率周圍繪制了典型的阻抗曲線，而L和C分別表示主要為感性或者容性行為。
在本發(fā)明該部分中的串聯(lián)平面諧振器的工作如下當(dāng)工作頻率完全低于該結(jié)構(gòu)的自諧振頻率，則在每一套螺旋之間存在大量電容，從電能的觀點(diǎn)來看，該串聯(lián)諧振器可被認(rèn)為行為如電容器的單端口網(wǎng)絡(luò)。
如圖8B所示，諧振頻率w處阻抗最小。在更高頻率處，電容分配在具有電感特性的螺旋繞組上和螺旋繞組之間，從而作為行為更像傳輸線的兩端口網(wǎng)絡(luò)。最簡單的等效集總參數(shù)電路模型包含與等效電容串聯(lián)的等效電感。更負(fù)載更精確的模型也包括變壓器，通過將其看作是傳輸線網(wǎng)絡(luò)，這一模型的復(fù)雜性可擴(kuò)展到包括高階影響。
關(guān)于8C和8D，示出了一種并聯(lián)諧振器的簡單等效電路。工作頻率完全低于諧振頻率時(shí)，并聯(lián)諧振器感性行為，可以看成兩端口網(wǎng)絡(luò)。工作頻率高于諧振頻率時(shí)，從電能觀點(diǎn)來看，該并聯(lián)諧振器可被看出時(shí)行為如電容器的單端口網(wǎng)絡(luò)。諧振頻率處阻抗最大。
另外，如圖8F和8G中所示，提供了兩種不同方法來提供接收能量和輸出能量的通道。
圖9A說明了本發(fā)明的IOET 903比分隔兩個(gè)線圈的分隔板實(shí)施例更寬。如圖9A和9B中的例子中所示，IOET是兩個(gè)螺旋之間的空間。在該例子中，能量從絕緣體905進(jìn)入一個(gè)線圈，并傳遞通過該線圈，作為空氣線圈變壓器。如圖9B中所示，線圈之間具有電容，可被用作能量傳遞。圖9C為示出圖9B中所示的A1到A4的通道的等效電路。IOET作為線圈之間的空間的重要性在于，例如，可以進(jìn)行無線連接，如無線電池充電器。在一個(gè)特別的例子中，不使用物理電線連接電源和線圈來傳遞能量到電池，就可以充電設(shè)備(如手機(jī))的電池。無線連接允許選擇該特性，假定傳送的能量頻率和線圈，使得例如在電池和充電器之間存在容性連接。
圖10示出了頂部和底部并聯(lián)諧振器的等效電路。應(yīng)當(dāng)理解IOET1003不是分立電容器的集合，而是頂部和底部諧振器之間的IOET上的電容。在足夠高的頻率下，能力傳遞將以該諧振器上的電能的形式。這樣就取得容性連接，從而允許電能傳遞。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的串聯(lián)諧振電池充電器的等效電路示意圖。該特殊電池充電器具有電平轉(zhuǎn)換器，但是可以使用沒有電平轉(zhuǎn)換器的充電器。
在該電路中，可以使用不同螺旋變壓器。每一螺旋變壓器可以被模擬成具有自身漏電感Ls和磁化電感Lm的變壓器，這樣，對于給定的負(fù)載規(guī)格，可以計(jì)算出或模擬出合適的諧振電容(Cr)。在測量中，對于所用的螺旋變壓器，手工調(diào)節(jié)該諧振電容。該分隔板可被改裝成具有活動夾具的回掃拓?fù)?圖12中所示)，當(dāng)從C3和C5之間的節(jié)點(diǎn)提供輸入DC時(shí)，諧振電容器C2和整流二極管被短路，D2和D4被去除。
圖12是根據(jù)即時(shí)發(fā)明的回掃變壓器的示意圖。進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)來看一下是否可以使用回掃拓?fù)鋪泶娲?lián)諧振拓?fù)洹Ｊ褂没貟咄負(fù)溆卸鄠€(gè)優(yōu)點(diǎn)需要一個(gè)肖特基二極管來代替圖10中的串聯(lián)諧振充電器所用的4個(gè)。
整流二極管的損耗較小(顯著)。
占空比控制的工作頻率固定。
不需諧振電容器。
沒有諧振電容器之后，更容易獲得充電器通用性。
在圖11和12中所示的例子中，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的宗旨和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變化。
平面諧振器的設(shè)計(jì)參數(shù)包括，但不限于，物理尺寸，包括縱橫比，相對長度，導(dǎo)體厚度，材料特性，如介電常數(shù)(或電容率)，滲透性，包括包含IOET的媒介在內(nèi)的材料的損耗因數(shù)，螺旋的圈數(shù)。
另外，平面諧振器可包括用來連接電池充電器的裝置或者配備有連接電池充電器的裝置。
可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改，這些修改都落在本發(fā)明的宗旨和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，該諧振器的層數(shù)，IOET表面類型，螺旋的數(shù)量和厚度，說明例如電池的附件，等等，都可從該說明書中和附圖中所描述的結(jié)構(gòu)中修改而來。線圈配置可占據(jù)多于一個(gè)平面，特別當(dāng)諧振器裝置被編織成織品時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種平面功率諧振器，包含能量傳遞接口IOET(215)，所述IOET具有頂面和底面；設(shè)置在所述IOET頂面上的第一線圈導(dǎo)體(210，225)；設(shè)置在所述IOET底面上的第二線圈導(dǎo)體(230)，所述第二線圈導(dǎo)體具有與所述第一線圈導(dǎo)體對齊的垂直軸；和所述IOET和第一線圈導(dǎo)體具有預(yù)定的自諧振頻率；其中第一和第二導(dǎo)體允許能量在該IOET上傳遞，和其中該線圈導(dǎo)體包含串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)和并聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)中的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，其中該第一和第二線圈導(dǎo)體分別包含第一和第二pcb螺旋卷繞導(dǎo)體(910，920)，并且其中該第一和第二螺旋形導(dǎo)體和IOET(215)被集成到一平面結(jié)構(gòu)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，其中該IOET(215)包含該第一線圈導(dǎo)體底面上的不導(dǎo)電絕緣薄膜，第二線圈導(dǎo)體頂面上的不導(dǎo)電絕緣薄膜，以及乳化劑，該乳化劑與該第一線圈導(dǎo)體底面之間由空氣間隙隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含與該第一和第二螺旋卷繞導(dǎo)體中的一個(gè)耦合的電池充電電路(1100，1200)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的平面功率諧振器，其中負(fù)載(1105，1205)與該第一和第二螺旋卷繞導(dǎo)體中的另一個(gè)耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的平面功率諧振器，其中該負(fù)載為磁性耦合，并且其中能量通過磁通量從該電池充電電路向該負(fù)載傳遞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，其中通過該IOET(215)上第一和第二螺旋形導(dǎo)體的磁通量耦合，施加到第一線圈導(dǎo)體(210，225)的信號被傳遞到第二線圈導(dǎo)體(230)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含第三螺旋卷繞導(dǎo)體，在IOET頂面上，該第三螺旋卷繞導(dǎo)體與第一螺旋卷繞導(dǎo)體一起被設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)(200)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含第四螺旋卷繞導(dǎo)體，在IOET底面上，該第四螺旋卷繞導(dǎo)體與第二螺旋卷繞導(dǎo)體一起被設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)(200)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含第三螺旋卷繞導(dǎo)體，在IOET頂面上，該第三螺旋卷繞導(dǎo)體與第一螺旋卷繞導(dǎo)體一起被設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)(200)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的平面功率諧振器，其中該IOET(215)頂面和底面上的雙線螺旋結(jié)構(gòu)(200)形成并聯(lián)諧振器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的平面功率諧振器，其中該IOET頂面和底面上的雙線螺旋結(jié)構(gòu)形成串聯(lián)諧振器。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的平面功率諧振器，其中該第一和第三螺旋形導(dǎo)體與該IOET并聯(lián)耦合。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的平面功率諧振器，其中該第一和第三螺旋形導(dǎo)體與該IOET串聯(lián)耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的平面功率諧振器，其中該第二和第四螺旋形導(dǎo)體與該IOET并聯(lián)耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的平面功率諧振器，其中該第二和第四螺旋形導(dǎo)體與該IOET串聯(lián)耦合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含該IOET頂面上以串聯(lián)結(jié)構(gòu)排列的第一多個(gè)線圈導(dǎo)體，和該IOET底面上以串聯(lián)結(jié)構(gòu)排列的第二多個(gè)線圈導(dǎo)體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的平面功率諧振器，其中該第一多個(gè)和第二多個(gè)線圈導(dǎo)體被設(shè)計(jì)成并聯(lián)諧振器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的平面功率諧振器，其中該第一多個(gè)和第二多個(gè)線圈導(dǎo)體被設(shè)計(jì)成串聯(lián)諧振器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，其中所述IOET包含該材料的相對滲透性μr，其中μr＞1。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的平面功率諧振器，其中所述IOET包含該材料的相對介電常數(shù)Er，其中Er＞1。
22.一種平面功率諧振器，包含設(shè)置在絕緣材料上的平面螺旋導(dǎo)體100；設(shè)置在該螺旋導(dǎo)體第一表面上的第一耦合輸入端207；設(shè)置在該絕緣體上與該平面螺旋導(dǎo)體裝置相反一面上的第二耦合輸入端。
23.一種平面功率諧振器，包含一對相互之間具有空氣間隙的平面線圈導(dǎo)體，該對線圈導(dǎo)體的第一線圈導(dǎo)體910，該第一線圈導(dǎo)體910與絕緣體接觸，所述第一線圈導(dǎo)體包括用來與電源耦合的裝置；該對線圈導(dǎo)體的第二線圈導(dǎo)體920，該第二線圈導(dǎo)體與第一線圈導(dǎo)體垂直對齊，所述第二線圈導(dǎo)體包括用來與負(fù)載耦合的裝置；其中該對線圈導(dǎo)體之間的電容允許能量從該第一線圈導(dǎo)體傳遞到第二線圈導(dǎo)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的平面功率諧振器，其中用來與電源耦合的裝置與電池充電器1100耦合，而用來與負(fù)載耦合的裝置與電池1105充電，以便無線電池充電。
25.一種平面功率諧振器，包含能量傳遞接口(IOET)215，所述IOET具有頂面和底面；設(shè)置在所述IOET頂面上的第一螺旋形導(dǎo)體210；設(shè)置在所述IOET底面上的第二螺旋形導(dǎo)體230，所述第二螺旋形導(dǎo)體具有與所述第一螺旋形導(dǎo)體對齊的垂直軸；設(shè)置在該IOET頂面上的第一基底材料240；設(shè)置在該IOET底面上的第二基底材料241；其中所述IOET和該第一和第二螺旋形導(dǎo)體具有預(yù)定的自諧振頻率。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的平面功率諧振器，進(jìn)一步包含與該第一和第二螺旋形導(dǎo)體中的一個(gè)耦合的電池充電電路1100，1200。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的平面功率諧振器，其中所述IOET包含該材料的相對滲透性μr，其中μr＞1。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的平面功率諧振器，其中所述IOET包含該材料的相對介電常數(shù)Er，其中Er＞1。
29.一種提供用于非接觸功率傳遞的平面功率諧振器的方法，包含步驟(a)提供能量傳遞接口(IOET)，所述IOET具有頂面和底面；(b)將第一螺旋形導(dǎo)體設(shè)置在所述IOET的頂面上；(c)將第二螺旋形導(dǎo)體設(shè)置在所述IOET的底面上，使得所述第二螺旋形導(dǎo)體具有與所述第一螺旋形導(dǎo)體對齊的垂直軸；其中所述IOET和所述第一和第二螺旋形導(dǎo)體被選擇具有預(yù)定的自諧振頻率；和其中所述第一和第二螺旋被排列成串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器裝置之一。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包含在IOET頂面上將第三螺旋形導(dǎo)體與第一螺旋形導(dǎo)體一起設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)，而步驟(c)進(jìn)一步包含在IOET底面上將第四螺旋形導(dǎo)體與第二螺旋形導(dǎo)體一起設(shè)計(jì)成雙線螺旋結(jié)構(gòu)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中步驟(b)進(jìn)一步包含在IOET頂面上將第一多個(gè)螺旋形導(dǎo)體與第一螺旋形導(dǎo)體一起設(shè)計(jì)成多線螺旋結(jié)構(gòu)，而步驟(c)進(jìn)一步包含在IOET底面上將第二多個(gè)螺旋形導(dǎo)體與第二螺旋形導(dǎo)體一起設(shè)計(jì)成多線螺旋結(jié)構(gòu)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中該第一多個(gè)和第二多個(gè)螺旋形導(dǎo)體被設(shè)計(jì)成并聯(lián)諧振器。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中該第一多個(gè)和第二多個(gè)螺旋形導(dǎo)體被設(shè)計(jì)成串聯(lián)諧振器。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中步驟(a)中提供的所述IOET包含該材料的相對滲透性μr，其中μr＞1。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中所述IOET包含相對介電常數(shù)Er，其中Er＞1。
36.一種用來提供平面功率諧振器的方法，包含步驟(a)將平面螺旋導(dǎo)體設(shè)置在絕緣材料上；(b)連接第一耦合輸入端與該螺旋導(dǎo)體的第一表面；(c)在該絕緣體上與該平面螺旋導(dǎo)體相反一面上設(shè)置第二耦合輸入端。
全文摘要
一種平面諧振器及其制造方法，使用耦合電感器或變壓器結(jié)構(gòu)中傳遞接口上感應(yīng)校準(zhǔn)的至少兩個(gè)電隔離軸，提供非接觸功率傳遞。接著，通過磁通量耦合實(shí)現(xiàn)信號或功率傳遞。在同一接口上也實(shí)現(xiàn)電通量耦合，并且該電通量耦合由同一導(dǎo)電螺旋卷繞導(dǎo)體驅(qū)動。能量傳遞接口(IOET)(215)具有設(shè)置在所述IOET頂面的第一螺旋形導(dǎo)體(210)；設(shè)置在所述IOET底面上的第二螺旋形導(dǎo)體(230)，該第二螺旋形導(dǎo)體具有與該第一螺旋形導(dǎo)體對齊的垂直軸。該IOET和該第一和第二螺旋形導(dǎo)體具有預(yù)定自諧振頻率。該平面功率諧振器存儲電能在IOET中，并且在預(yù)定頻率下，該第一和第二螺旋形導(dǎo)體和IOET裝置允許該第一和第二螺旋在IOET上進(jìn)行磁通量和電能傳遞。該諧振器方便了諸如手機(jī)和可佩戴電子設(shè)備中的非接觸電池充電，這時(shí)該諧振器可被織入織品內(nèi)或附在人的衣服上。
文檔編號H01F38/14GK1663118SQ03814897
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者W·G·奧登達(dá)亞, Y·李 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司