專利名稱：使用多個(gè)頻帶發(fā)送諧振功率的無線電力發(fā)送器以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下描述涉及無線電力傳輸。
背景技術(shù)：
諧振功率傳送系統(tǒng)是一種無線電力傳輸系統(tǒng)，并且可包括發(fā)送諧振功率的源裝置和接收諧振功率的目標(biāo)裝置。一個(gè)無線電力傳輸系統(tǒng)可使用單個(gè)源裝置將諧振功率同時(shí)發(fā)送到多個(gè)目標(biāo)裝置。然而，當(dāng)諧振功率被同時(shí)發(fā)送到以相同頻率諧振的多個(gè)目標(biāo)裝置，并且所述多個(gè)目標(biāo)裝置之間的距離小于或等于預(yù)定距離時(shí)，由于阻抗的改變會發(fā)生耦合。因此，諧振頻率會改變。相應(yīng)地，諧振功率的傳輸效率會減少20%至30%。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，一種無線電力發(fā)送器可包括源單元，構(gòu)造為產(chǎn)生諧振功率；功率放大單元，構(gòu)造為放大諧振功率；包括至少兩個(gè)諧振器的多頻帶諧振單元，所述至少兩個(gè)諧振器構(gòu)造為使用不同的諧振頻帶將放大的諧振功率發(fā)送到目標(biāo)諧振器。功率放大單元可構(gòu)造為將諧振功率放大為基本頻帶的基本諧振功率，并將所述基本諧振功率和諧波諧振功率發(fā)送到多頻帶諧振單元，其中，在放大期間產(chǎn)生與至少一個(gè)諧波頻帶相關(guān)的所述諧波諧振功率；多頻帶諧振單元可包括基本諧振器和至少一個(gè)諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將所述基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，所述至少一個(gè)諧波諧振器構(gòu)造為將所述諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。當(dāng)諧振功率通過作為非線性元件的功率放大單元時(shí)，可產(chǎn)生所述諧波諧振功率。所述諧波諧振功率可具有比所述基本諧振功率低的功率。多頻帶諧振單元可包括基本諧振器和至少一個(gè)諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將基本頻帶的基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器的環(huán)路，所述至少一個(gè)諧波諧振器構(gòu)造為將諧波頻帶的諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器的環(huán)路。源單元可構(gòu)造為接收能量以產(chǎn)生諧振功率。根據(jù)另一方面，一種在無線電力發(fā)送器中發(fā)送多頻帶諧振功率的方法可包括產(chǎn)生諧振功率；放大諧振功率；使用不同的諧振頻帶將放大的諧振功率發(fā)送到目標(biāo)諧振器。放大步驟可包括通過放大諧振功率產(chǎn)生基本頻帶的基本諧振功率以及在放大期間產(chǎn)生的與至少一個(gè)諧波頻帶相關(guān)的諧波諧振功率。發(fā)送步驟可包括使用基本諧振器將所述基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，并使用諧波諧振器將所述諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。當(dāng)諧振功率通過作為非線性元件的功率放大單元時(shí)，可產(chǎn)生所述諧波諧振功率。所述諧波諧振功率可具有比所述基本諧振功率低的功率。所述方法還可包括接收能量以產(chǎn)生諧振功率。根據(jù)另一方面，一種無線電力發(fā)送器可包括多個(gè)諧振器，構(gòu)造為使用不同的諧振頻帶將諧振功率發(fā)送到多個(gè)目標(biāo)諧振器。
所述無線電力發(fā)送器還可包括放大器，構(gòu)造為放大諧振功率。放大器可構(gòu)造為產(chǎn)生基本諧振功率和諧波諧振功率。所述諧波諧振功率可具有比所述基本諧振功率低的功率。所述多個(gè)諧振器可包括基本諧振器和諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，所述諧波諧振器構(gòu)造為將諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。從以下詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求，其他特點(diǎn)和方面可以是明顯的。


圖1示出無線電力傳輸系統(tǒng)的示圖。圖2是示出使用多個(gè)頻帶發(fā)送諧振功率的無線電力傳輸系統(tǒng)的示圖。圖3是示出通過與諧波頻帶相關(guān)的功率放大單元產(chǎn)生的諧波諧振功率的示圖。圖4是示出200W功率放大單元的頻譜測量結(jié)果的示圖。圖5是示出多頻帶諧振單元的示圖。圖6是示出應(yīng)用無線電力傳輸系統(tǒng)的示圖。圖7是示出使用多個(gè)頻帶發(fā)送諧振頻率的無線電力發(fā)送器的示圖。圖8至圖15是示出各種諧振器的示圖。圖16是示出圖8的無線電力發(fā)送器的諧振器的一個(gè)等效電路的示圖。在所有的附圖和詳細(xì)描述中，除非另外描述，否則相同的附圖標(biāo)號應(yīng)該被理解為指示相同的元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清晰、說明和方便，可能夸大這些元件的相對大小和描述。
具體實(shí)施例方式提供以下詳細(xì)描述以幫助讀者全面理解這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)。因此，這里描述的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)的各種改變、修改和等同物可被推薦給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。描述的處理步驟和/或操作的進(jìn)行是一個(gè)示例；然而，步驟和/或操作的順序不限于這里闡述的順序，而可以如本領(lǐng)域已知的那樣改變，除非步驟和/或操作必須以特定順序發(fā)生。此外，為了增加清晰和簡明，可省略公知功能和結(jié)構(gòu)的描述。圖1示出使用多個(gè)頻帶發(fā)送諧振功率的無線電力傳輸系統(tǒng)的示圖。在各種實(shí)施例中，使用無線電力傳輸系統(tǒng)發(fā)送的無線電力可以是諧振功率。如圖1所示，無線電力傳輸系統(tǒng)可具有包括源和目標(biāo)的源-目標(biāo)結(jié)構(gòu)。例如，無線電力傳輸系統(tǒng)可包括與源相應(yīng)的諧振功率發(fā)送器110和與目標(biāo)相應(yīng)的諧振功率接收器120。諧振功率發(fā)送器110可包括源單元111和源諧振器115。源單元111可構(gòu)造為從外部電壓提供器接收能量以產(chǎn)生諧振功率。在一些情況下，諧振功率發(fā)送器110還可包括用于執(zhí)行諧振頻率和/或阻抗匹配的匹配控制器113。源單元111可包括交流(AC)-AC (AC/AC)轉(zhuǎn)換器、AC-直流(DC) (AC/DC)轉(zhuǎn)換器、DC-AC (DC/AC)逆變器。AC/AC轉(zhuǎn)換器可構(gòu)造為將從外部裝置輸入的AC信號的信號電平調(diào)節(jié)到期望的電平。AC/DC轉(zhuǎn)換器可例如通過對從AC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的AC信號整流來輸出預(yù)定電平的DC電壓。DC/AC逆變器可構(gòu)造為通過快速地開關(guān)從AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電壓來產(chǎn)生(例如幾兆赫茲(MHz)到幾十MHz頻帶的)AC信號。AC電的其他頻率也是可用的。匹配控制器113可構(gòu)造為設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬和源諧振器115的阻抗匹配頻率中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施方式中，匹配控制器113可包括源諧振帶寬設(shè)置單元和源匹配頻率設(shè)置單元中的至少一個(gè)。源諧振帶寬設(shè)置單元可設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬。源匹配頻率設(shè)置單元可設(shè)置源諧振器115的阻抗匹配頻率。例如，可基于源諧振器115的諧振帶寬的設(shè)置或源諧振器115的阻抗匹配頻率的設(shè)置來確定源諧振器115的Q因數(shù)。源諧振器115可構(gòu)造為將電磁能傳送到目標(biāo)諧振器121。例如，源諧振器115可通過與目標(biāo)諧振器121的磁耦合101將諧振功率傳送到諧振功率接收器120。因此，源諧振器115可構(gòu)造為在設(shè)置的諧振帶寬中諧振。如圖所示，諧振功率接收器120可包括目標(biāo)諧振器121、執(zhí)行諧振頻率或阻抗匹配的匹配控制器123以及將接收的諧振功率傳送到裝置或負(fù)載的目標(biāo)單元125。目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為從源諧振器115接收電磁能。目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為在設(shè)置的諧振帶寬中諧振。匹配控制器123可設(shè)置目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬和目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率中的至少一個(gè)。在一些情況下，匹配控制器123可包括目標(biāo)諧振帶寬設(shè)置單元、目標(biāo)匹配頻率設(shè)置單元、或者包括二者。目標(biāo)諧振帶寬設(shè)置單元可設(shè)置目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬。目標(biāo)匹配頻率設(shè)置單元可設(shè)置目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率。例如，可基于目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬的設(shè)置和/或目標(biāo)諧振器121的阻抗匹配頻率的設(shè)置來確定目標(biāo)諧振器121的Q因數(shù)。目標(biāo)單元125可構(gòu)造為將接收的`諧振功率傳送到裝置或負(fù)載。目標(biāo)單元125可包括AC/DC轉(zhuǎn)換器和DC/DC轉(zhuǎn)換器。AC/DC轉(zhuǎn)換器可通過對從源諧振器115發(fā)送到目標(biāo)諧振器121的AC信號整流來產(chǎn)生DC電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器可通過調(diào)節(jié)DC電壓的電壓電平來將額定電壓供應(yīng)給裝置或負(fù)載。`在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，源諧振器115和目標(biāo)諧振器121可構(gòu)造為例如螺旋線圈結(jié)構(gòu)的諧振器、螺旋形線圈結(jié)構(gòu)的諧振器、元結(jié)構(gòu)(meta-structured)的諧振器等。參照圖1，控制Q因數(shù)可包括設(shè)置源諧振器115的諧振帶寬和目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬；以及通過源諧振器115和目標(biāo)諧振器121之間的磁耦合101將電磁能從源諧振器115傳送到目標(biāo)諧振器121。在一些情況下，源諧振器115的諧振帶寬可被設(shè)置為比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬寬或者比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬窄。例如，可通過將源諧振器115的的諧振帶寬設(shè)置為比目標(biāo)諧振器121的諧振帶寬寬或窄來保持源諧振器115的BW因數(shù)與目標(biāo)諧振器121的BW因數(shù)之間的不平衡關(guān)系。對于采用諧振方案的無線電力傳輸，諧振帶寬可能是重要的因素。當(dāng)Q因數(shù)(例如，考慮到源諧振器115和目標(biāo)諧振器121之間的距離的改變、諧振阻抗的改變、阻抗不匹配、反射信號等)為Qt時(shí)，如等式I所示，Qt可具有與諧振帶寬成反比的關(guān)系。[等式I]
權(quán)利要求
1.一種無線電力發(fā)送器，包括 源單元，構(gòu)造為產(chǎn)生諧振功率； 功率放大單元,構(gòu)造為放大諧振功率； 包括至少兩個(gè)諧振器的多頻帶諧振單元，所述至少兩個(gè)諧振器構(gòu)造為使用不同的諧振頻帶將放大的諧振功率發(fā)送到目標(biāo)諧振器。
2.如權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)送器，其中 功率放大單元構(gòu)造為將諧振功率放大為基本頻帶的基本諧振功率，并將所述基本諧振功率和諧波諧振功率發(fā)送到多頻帶諧振單元，其中，在放大期間產(chǎn)生與至少一個(gè)諧波頻帶相關(guān)的所述諧波諧振功率， 多頻帶諧振單元包括基本諧振器和至少一個(gè)諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將所述基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，所述至少一個(gè)諧波諧振器構(gòu)造為將所述諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。
3.如權(quán)利要求2所述的無線電力發(fā)送器，其中，當(dāng)諧振功率通過作為非線性元件的功率放大單元時(shí),產(chǎn)生所述諧波諧振功率。
4.如權(quán)利要求2所述的無線電力發(fā)送器，其中，所述諧波諧振功率具有比所述基本諧振功率低的功率。
5.如權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)送器，其中，多頻帶諧振單元包括基本諧振器和至少一個(gè)諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將基本頻帶的基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器的環(huán)路，所述至少一個(gè)諧波諧振器構(gòu)造為將諧波頻帶的諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器的環(huán)路。
6.如權(quán)利要求1所述的無線電力發(fā)送器，其中，源單元構(gòu)造為接收能量以產(chǎn)生諧振功率。
7.一種在無線電力發(fā)送器中發(fā)送多頻帶諧振功率的方法，所述方法包括 產(chǎn)生諧振功率； 放大諧振功率； 使用不同的諧振頻帶將放大的諧振功率發(fā)送到目標(biāo)諧振器。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中 放大步驟包括通過放大諧振功率產(chǎn)生基本頻帶的基本諧振功率以及在放大期間產(chǎn)生的與至少一個(gè)諧波頻帶相關(guān)的諧波諧振功率； 發(fā)送步驟包括使用基本諧振器將所述基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，并使用諧波諧振器將所述諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，當(dāng)諧振功率通過作為非線性元件的功率放大單元時(shí)，產(chǎn)生所述諧波諧振功率。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述諧波諧振功率具有比所述基本諧振功率低的功率。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括 接收能量以產(chǎn)生諧振功率。
12.一種無線電力發(fā)送器，包括 多個(gè)諧振器，構(gòu)造為使用不同的諧振頻帶將諧振功率發(fā)送到多個(gè)目標(biāo)諧振器。
13.如權(quán)利要求12所述的無線電力發(fā)送器，還包括 放大器，構(gòu)造為放大諧振功率。
14.如權(quán)利要求12所述的無線電力發(fā)送器，其中，放大器構(gòu)造為產(chǎn)生基本諧振功率和諧波諧振功率。
15.如權(quán)利要求14所述的無線電力發(fā)送器，其中，所述諧波諧振功率具有比所述基本諧振功率低的功率。
16.如權(quán)利要求12所述的無線電力發(fā)送器，其中，所述多個(gè)諧振器包括基本諧振器和諧波諧振器，所述基本諧振器構(gòu)造為將基本諧振功率發(fā)送到第一目標(biāo)諧振器，所述諧波諧振器構(gòu)造為將諧波諧振功率發(fā)送到第二目標(biāo)諧振器。
全文摘要
提供一種通過多頻帶諧振器發(fā)送諧振功率的無線電力發(fā)送器及其方法。根據(jù)一個(gè)方面，無線電力發(fā)送器可包括源單元，構(gòu)造為產(chǎn)生諧振功率；功率放大單元，構(gòu)造為放大諧振功率；包括至少兩個(gè)諧振器的多頻帶諧振單元，所述至少兩個(gè)諧振器構(gòu)造為使用不同的諧振頻帶將放大的諧振功率發(fā)送到目標(biāo)諧振器。
文檔編號H01Q5/00GK103069687SQ201180041327
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者金東照, 權(quán)相旭, 樸允權(quán), 樸垠錫, 洪榮澤, 柳榮顥, 金南倫, 崔真誠 申請人:三星電子株式會社