邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，包括：諧振單元，由多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)依次嵌套而成，每一電容加載導(dǎo)體環(huán)包括相連接的一導(dǎo)體環(huán)和一加載電容，加載電容可使多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)具有相同或相近的固有諧振頻率，進(jìn)而可使多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)共振，其中，多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)嵌套設(shè)置在最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)；和驅(qū)動(dòng)單元環(huán)，位于諧振單元內(nèi)，驅(qū)動(dòng)單元環(huán)的直徑小于各電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑，且與功率源相連接并與各電容加載導(dǎo)體環(huán)相分離。通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以大大提高空間利用率和諧振器的品質(zhì)因數(shù)，打破諧振器的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的制約，提高功率傳輸效率。
【專利說明】邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子元器件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種應(yīng)用在無線功率傳輸技術(shù)中的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器。

【背景技術(shù)】
[0002]如今，筆記本電腦、手機(jī)、平板電腦和嵌入式設(shè)備等高便攜性電子設(shè)備在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，這些電子設(shè)備及配件的供電高度依賴電池，盡管亞微米級(jí)加工技術(shù)的進(jìn)步已使低功耗電子設(shè)備獲得了快速持續(xù)發(fā)展，但是這些便攜電子設(shè)備的功能也在日益增加，使得總體能源消耗難以下降，便攜電子設(shè)備往往因?yàn)殡姵毓╇姴粔虺志枚茈y發(fā)揮出全部潛能，其便利性也因頻繁充電或更換電池而大打折扣。此外，對(duì)于那些不能接有線充電器的設(shè)備來說，比如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的人體植入設(shè)備，其電池的更換需要通過外科手術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而通過無線可充電電源可以使病人尤其是老年人避免進(jìn)行這種危險(xiǎn)性較高的外科手術(shù)。同時(shí)，由于人體和日常生活中廣泛使用的各種材料與電場(chǎng)有較強(qiáng)的相互作用，而與磁場(chǎng)只有微弱的相互作用，這使得采用磁耦合技術(shù)的無線功率傳輸系統(tǒng)對(duì)人體的安全性較高，而對(duì)設(shè)備正常工作的環(huán)境要求比較低，因此，采用磁耦合技術(shù)的無線功率傳輸系統(tǒng)成為了近年的研究熱點(diǎn)。
[0003]磁耦合技術(shù)的無線功率傳輸分為兩類，非諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)和諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)。非諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)具有安全、低成本、中低功率和短距離(通常小于0.1倍的諧振器的直徑)的特點(diǎn)，傳輸距離的限制使得非諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域頗為受限。諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)通過使用高0值的諧振器，使無線功率傳輸距離達(dá)到2到3倍諧振器的直徑，大大超過了采用非諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)的設(shè)備的傳輸距離，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行大范圍、多角度、高效率和較低成本的安全供電。
[0004]諧振器的性能在諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)中至關(guān)重要。非用于無線功率傳輸領(lǐng)域的諧振器多為封閉結(jié)構(gòu)，諧振器之間的耦合需通過一些技術(shù)手段進(jìn)行抑制，這類諧振器的品質(zhì)因數(shù)，即0值為最重要的技術(shù)指標(biāo)。用于無線功率傳輸?shù)闹C振器位于開放空間，通過諧振器之間的耦合傳遞能量，因此諧振器間的耦合系數(shù)需要通過一些技術(shù)手段進(jìn)行增強(qiáng)和優(yōu)化。磁耦合諧振式無線功率傳輸設(shè)備的效率由諧振器間的耦合系數(shù)與諧振器的0值的積及諧振器共振頻率決定，因此耦合系數(shù)與0值同為無線功率傳輸系統(tǒng)最重要的技術(shù)指標(biāo)。
[0005]諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)是基于高0值高耦合系數(shù)的諧振器實(shí)現(xiàn)的。被廣泛用于磁耦合無線功率傳輸技術(shù)的三維螺旋線圈諧振器是高0值諧振器的一個(gè)最典型的代表。其線圈依靠各匝導(dǎo)線之間的分布電容與分布電感的相互作用來實(shí)現(xiàn)共振，比如II丁相關(guān)科研人員在《3016?。、恰房堑奈恼轮械?.60直徑的等距離螺旋諧振器。三維線圈的耦合系數(shù)主要取決于線圈匝數(shù)和線圈直徑；同時(shí)其諧振頻率主要取決于直徑、匝數(shù)和線圈節(jié)距；線圈的導(dǎo)體損耗由導(dǎo)線的材料、長(zhǎng)度和直徑?jīng)Q定；而線圈的輻射損耗由直徑?jīng)Q定。通過研究可以發(fā)現(xiàn)這種諧振器的線圈節(jié)距對(duì)諧振頻率的影響較強(qiáng)而對(duì)耦合系數(shù)的影響較弱，這意味著調(diào)整三維線圈的節(jié)距來控制諧振頻率，同時(shí)幾乎不影響無線功率傳輸中三維線圈的耦合系數(shù)和0值兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。因此，三維螺旋線圈諧振器實(shí)現(xiàn)了高耦合系數(shù)和高0值從而作為核心部件被廣泛應(yīng)用在中距離無線功率傳輸系統(tǒng)中。這種諧振器最大的問題是其所占空間較大，尤其在中遠(yuǎn)距離的無線功率傳輸系統(tǒng)中，過于龐大的三維螺旋線圈諧振器直接導(dǎo)致了無線功率傳輸設(shè)備難以商用。因此越來越多的研究人員把目光投向了二維平面諧振器的研制工作，目前的二維螺旋諧振器主要有平面螺旋諧振器和電容加載環(huán)諧振器兩種。
[0006]平面螺旋諧振器是一種在二維平面中實(shí)現(xiàn)的較高0值諧振器，其各匝線圈具有不同的半徑。由于平面空間的局限性，導(dǎo)致平面線圈的節(jié)距對(duì)耦合系數(shù)影響很大，這一點(diǎn)與三維螺旋線圈有很大不同。由于在最佳頻率條件下不能使耦合系數(shù)和0值同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，并且沿導(dǎo)線正弦分布的電流更靠近諧振器的中軸線，進(jìn)一步降低了二維線圈的電感。這些原因造成了二維線圈能達(dá)到的耦合系數(shù)和0值要比三維線圈要低很多。
[0007]平面電容加載環(huán)諧振器是另一種在二維平面中實(shí)現(xiàn)的較高0值諧振器，其是由單導(dǎo)體環(huán)端接低損耗電容實(shí)現(xiàn)諧振，可以在給定諧振器直徑的條件下，通過采用恰當(dāng)電容達(dá)到最佳諧振頻率，但由于單導(dǎo)體環(huán)并未充分利用二維平面空間，自感和互感都較低，從而使得耦合系數(shù)和0值要比三維諧振器低很多。
[0008]以上兩種平面諧振器的功率傳輸效率在傳輸距離等于兩倍諧振器直徑處遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于相應(yīng)的三維螺旋諧振器，形成了諧振的磁耦合無線功率傳輸技術(shù)的一個(gè)瓶頸。
[0009]因此，需要一種新的技術(shù)方案，可以解決三維諧振器體積過大和傳統(tǒng)二維諧振器效率低下的技術(shù)難題，打破諧振器的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的制約，從而提高傳輸功率，優(yōu)化諧振器的性能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型正是基于上述問題，提出了一種新的技術(shù)方案，可以解決三維諧振器體積過大和傳統(tǒng)二維諧振器效率低下的技術(shù)難題，打破諧振器的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)性能的制約，從而提高無線功率傳輸效率，優(yōu)化諧振器的性能。
[0011]有鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，包括:諧振單元，所述諧振單元由多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)依次嵌套而成，每一所述電容加載導(dǎo)體環(huán)包括相連接的一導(dǎo)體環(huán)和一加載電容，所述加載電容可使多各個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有相同或相近的固有諧振頻率，進(jìn)而可使多各個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)共振，其中，所述多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)中除去最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)夕卜，存在其他多個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)嵌套設(shè)置在所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)，所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至1倍、在與所述最大直徑電容加載環(huán)的環(huán)面垂直方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離切向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0倍至1.5倍的區(qū)域；和驅(qū)動(dòng)單元環(huán)，位于所述諧振單元內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)的直徑小于所述各電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑，且所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)與功率源相連接并與所述各電容加載導(dǎo)體環(huán)相分離。
[0012]在該技術(shù)方案中，諧振器內(nèi)各電容加載導(dǎo)體環(huán)是否位于所述最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的特殊毗鄰區(qū)內(nèi)決定了電容加載導(dǎo)體環(huán)能否有效提升諧振器的功率傳輸效率。共振工作的多環(huán)諧振器，相對(duì)于只有其中一個(gè)電容加載環(huán)的單環(huán)諧振器，有更大的金屬表面積從而能有效降低導(dǎo)體損耗，從而提高諧振器的0值。然而諧振器中的電容加載導(dǎo)體環(huán)按直徑大小相互嵌套時(shí)，會(huì)使電流分布向環(huán)中心靠近，從而降低了諧振器間的耦合系數(shù)。因此諧振器的最大電容加載導(dǎo)體環(huán)有一個(gè)特殊的毗鄰區(qū)，在該區(qū)域增加電容加載導(dǎo)體環(huán)的個(gè)數(shù)使諧振器的0值提高得較多而使耦合系數(shù)降低得較少，從而耦合系數(shù)與0值的積是增加的，最終使得諧振器間的無線功率傳輸效率得到提升。本實(shí)用新型通過在毗鄰區(qū)內(nèi)在最大電容加載導(dǎo)體環(huán)邊緣密集嵌套多個(gè)共振的電容加載導(dǎo)體環(huán)，極大程度提高無線功率傳輸系統(tǒng)的無線功率傳輸效率，同時(shí)相對(duì)單環(huán)諧振器不會(huì)明顯增加諧振器的體積。通過合理安排各電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑，可以使各電容加載導(dǎo)體環(huán)及中心驅(qū)動(dòng)單元環(huán)相互嵌套在一個(gè)平面上，實(shí)現(xiàn)諧振器的平面化。
[0013]其中，各電容加載導(dǎo)體環(huán)共振工作，即只要有電容加載導(dǎo)體環(huán)工作，所有電容加載導(dǎo)體環(huán)全部工作，且各電容加載導(dǎo)體環(huán)諧振在相同的頻率。
[0014]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至1倍、切向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0倍至0.25倍的區(qū)域。
[0015]毗鄰區(qū)邊界可以通過僅有兩個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器間的無線功率傳輸效率的仿真確定?？梢缘玫脚弲^(qū)在諧振器最大電容加載導(dǎo)體環(huán)所在平面的截面為環(huán)型，環(huán)的寬度約為0.16倍最大環(huán)的直徑。同時(shí)可以得到能夠提升無線功率傳輸效率的嵌套區(qū)域在與諧振器最大環(huán)垂直且通過環(huán)中心的平面內(nèi)的截面近似為半橢圓，其短軸為0.16倍最大加載環(huán)直徑，長(zhǎng)軸為0.68倍最大加載環(huán)直徑。由于減小各電容加載導(dǎo)體環(huán)的距離可以增大電容加載導(dǎo)體環(huán)間的非諧振耦合，從而降低對(duì)加載電容精度的要求，從而可使用實(shí)際可以得到的具有一定容差的電容實(shí)現(xiàn)；同時(shí)為了相對(duì)于傳統(tǒng)諧振器具有體積上的優(yōu)勢(shì)，本實(shí)用新型的諧振器中的各嵌套環(huán)的中心距離需得到控制。因此毗鄰區(qū)選擇在上述半橢圓區(qū)域中到短軸距離小于0.25倍最大加載環(huán)直徑的區(qū)域。
[0016]采用多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)密集嵌套于諧振器中最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的特殊毗鄰區(qū)，可以有效降低諧振器導(dǎo)體損耗從而提高諧振器的品質(zhì)因數(shù)值)，同時(shí)諧振器間的耦合系數(shù)下降較少，總體效果是提升了諧振器無線功率傳輸?shù)男?。諧振器的0值的提高除了可以通過增加嵌套環(huán)的個(gè)數(shù)降低導(dǎo)體損耗來實(shí)現(xiàn)，還需要對(duì)諧振頻率進(jìn)行優(yōu)化。隨著諧振頻率的提高，導(dǎo)體環(huán)的輻射損耗會(huì)快速增大，從而使諧振器的0值下降。如果給定諧振器中各諧振單元的直徑，有存在一個(gè)最優(yōu)的諧振頻率，使諧振器的無線功率傳輸效率最高。諧振頻率高于最優(yōu)諧振頻率繼續(xù)增加，會(huì)使輻射損耗明顯增加。
[0017]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的各個(gè)所述加載電容中任意兩個(gè)加載電容與所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的中心連線的夾角均小于90度，每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的導(dǎo)體環(huán)僅有一圈，且所述加載電容與與其相連接的所述導(dǎo)體環(huán)位于同一平面內(nèi)。
[0018]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)與位于所述毗鄰區(qū)中的其他多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的表面積總和，占所有邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的表面積的2/3以上。
[0019]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的共振頻率與所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑之積小于2^10?.取。
[0020]在該技術(shù)方案中，為有效控制輻射損耗，所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的共振頻率與所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑之積小于2x107111.02。由于每一個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)都由一個(gè)導(dǎo)體環(huán)和一個(gè)加載電容組成，可以利用集總電容來調(diào)節(jié)諧振頻率，使各電容加載導(dǎo)體環(huán)有幾乎相同的自諧振頻率的同時(shí)將諧振器的諧振頻率調(diào)整至最優(yōu)值。由于在這個(gè)過程中不會(huì)改變諧振器間的耦合系數(shù)，打破了諧振器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其性能的制約，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了諧振器的高品質(zhì)因數(shù)、高耦合系數(shù)和遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)三維諧振器的體積。
[0021]一般地，為多個(gè)具有較高0值的獨(dú)立的導(dǎo)體環(huán)加載不同大小的電容以實(shí)現(xiàn)相同的諧振頻率從工業(yè)角度來看是不可能的，因?yàn)樯逃玫牡蛽p耗電容都有1% -5%的容差，而高精度的電容很難獲得，并且價(jià)格昂貴，而本技術(shù)方案采用近距離嵌套的方法實(shí)現(xiàn)共振，通過增大嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值精度的要求，普通商用的具有1%容差的低損耗電容已經(jīng)可以很好的應(yīng)用在本實(shí)用新型的諧振器中，相對(duì)采用更高精度電容加載的情形僅有輕微的性能損失。近距離嵌套的方法通過共同的磁鏈將各自獨(dú)立的電容加載導(dǎo)體環(huán)聯(lián)系起來，使得環(huán)與環(huán)之間耦合得非常強(qiáng)烈，從而形成一定的并聯(lián)關(guān)系，這意味著即使加載電容不能使每個(gè)環(huán)剛好諧振在完全相同頻率或是比較接近的頻率，非諧振耦合依然能將它們聯(lián)合起來產(chǎn)生唯一的諧振頻率。由于諧振耦合在諧振中依然扮演著重要的角色，當(dāng)每個(gè)環(huán)的諧振頻率與其它環(huán)非常接近時(shí)，諧振器的諧振將達(dá)到最高水平，功率傳輸也達(dá)到最高效率。
[0022]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)與其他所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有不同的等效串聯(lián)電感。
[0023]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器中的每個(gè)導(dǎo)體環(huán)的直徑不同，且位于諧振器的不同位置，因此每個(gè)導(dǎo)體環(huán)有不同的等效串聯(lián)電感。
[0024]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)采用不同直徑，多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有共同的圓心并位于同一平面內(nèi)。
[0025]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)共平面且共圓心，同時(shí)直徑各不相同，通過采用近距離平面嵌套的方法來實(shí)現(xiàn)多重諧振，增大了嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，從而大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值的精度要求。同時(shí)最大限度地利用了諧振器所占據(jù)的二維空間，相對(duì)于傳統(tǒng)的單電容加載導(dǎo)體環(huán)諧振器而言顯著提升了品質(zhì)因數(shù)，從而做到更遠(yuǎn)距離的能量傳輸。
[0026]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，任意兩個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上加載電容間的位置在空間上的距離，小于其中一個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上的所述導(dǎo)體環(huán)到對(duì)應(yīng)的所述加載電容最遠(yuǎn)的位置和其中另一個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上的所述導(dǎo)體環(huán)到對(duì)應(yīng)的所述加載電容最遠(yuǎn)的位置在空間上的距離。
[0027]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)上設(shè)置有端口輸出阻抗，所述端口輸出阻抗與所述加載電容對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0028]在該技術(shù)方案中，驅(qū)動(dòng)單元的端口輸出阻抗可以取50歐姆，當(dāng)然，還可以是除此之外的其他值。
[0029]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述導(dǎo)體環(huán)由截面為圓形的導(dǎo)線、薄金屬帶或其他截面形狀的導(dǎo)線繞制而成。
[0030]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器位于自由空間中，或位于印刷電路板上。
[0031]在該技術(shù)方案中，所述電容加載導(dǎo)體環(huán)可以是自由空間中的電容加載導(dǎo)體環(huán)，其中，所述自由空間中的導(dǎo)體環(huán)可由截面為圓形或其他截面形狀的導(dǎo)線繞制而成，亦可由薄金屬帶繞制而成。所述電容加載導(dǎo)體環(huán)也可以是印刷電路板上的電容加載的帶狀導(dǎo)體環(huán)。對(duì)于？(?板上印刷的一般的平面螺旋諧振器，當(dāng)使用損耗較大的介質(zhì)基板時(shí)，比如基板？財(cái)，功率傳輸效率會(huì)大大降低，而對(duì)于具有印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器，通過采用嵌套結(jié)構(gòu)和低損耗電容加載，絕大部分的電能存儲(chǔ)在比使用的介質(zhì)基板的介質(zhì)損耗因數(shù)小很多的陶瓷電容器中，這意味著即使？財(cái)被用作介質(zhì)基板，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器依然能接近處于自由空間時(shí)的性能，使功率傳輸效率不用受到介質(zhì)基板類型的制約。另外，印刷電路具有穩(wěn)定、廉價(jià)、體積小等許多優(yōu)勢(shì)，用印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，有利于減小諧振器占用的空間，節(jié)省成本并便于系統(tǒng)集成。
[0032]通過以上技術(shù)方案，可以解決三維諧振器體積過大和傳統(tǒng)二維諧振器效率低下的技術(shù)難題，采用多導(dǎo)體環(huán)邊緣嵌套及電容加載結(jié)構(gòu)，打破了諧振器的耦合系數(shù)、品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率對(duì)性能的制約，從而使功率傳輸效率大幅度提高，優(yōu)化了諧振器的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的框圖；
[0034]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的印刷嵌套電容加載環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4八和圖48示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的毗鄰區(qū)的截面示意圖，其中，圖4八為與最大電容加載導(dǎo)體環(huán)相垂直且通過環(huán)中心的截面示意圖，圖48為與最大電容加載導(dǎo)體環(huán)相平行且通過環(huán)中心的截面示意圖。
[0037]附圖1至附圖48中標(biāo)號(hào)和部件的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:
[0038]100邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，102諧振單元，104驅(qū)動(dòng)單元，200邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，202低損耗電容，204電容加載導(dǎo)體環(huán)，206中心圓環(huán)，208端口，300印刷嵌套電容加載環(huán)諧振器，302低損耗電容，304電容加載導(dǎo)體環(huán)，306中心圓環(huán)，308端口，402最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)，404毗鄰區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0039]為了能夠更清楚地理解本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0040]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是，本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0041]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的框圖。
[0042]如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器100包括:諧振單元102，所述諧振單元102由多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)依次嵌套而成，每一所述電容加載導(dǎo)體環(huán)包括相連接的一導(dǎo)體環(huán)和一加載電容，所述加載電容可使多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有相同或相近的固有諧振頻率，進(jìn)而可使多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)共振，其中，所述多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)嵌套設(shè)置在最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)，所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至1倍、在與所述最大直徑電容加載環(huán)的環(huán)面垂直方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離為所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)直徑的0倍至1.5倍的區(qū)域；和驅(qū)動(dòng)單元環(huán)104，所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)104位于所述諧振單元102內(nèi)，并與多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有共同的圓心并位于同一平面內(nèi)，且所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)與功率源相連接并與所述諧振單元102相分離。
[0043]在該技術(shù)方案中，諧振器內(nèi)各電容加載導(dǎo)體環(huán)是否位于所述最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的特殊毗鄰區(qū)內(nèi)決定了電容加載導(dǎo)體環(huán)能否有效提升諧振器的功率傳輸效率。共振工作的多環(huán)諧振器，相對(duì)于只有其中一個(gè)電容加載環(huán)的單環(huán)諧振器，有更大的金屬表面積從而能有效降低導(dǎo)體損耗，從而提高諧振器的0值。然而諧振器中的電容加載導(dǎo)體環(huán)按直徑大小相互嵌套時(shí)，會(huì)使電流分布向環(huán)中心靠近，從而降低了諧振器間的耦合系數(shù)。因此諧振器的最大電容加載導(dǎo)體環(huán)有一個(gè)特殊的毗鄰區(qū)，在該區(qū)域增加電容加載導(dǎo)體環(huán)的個(gè)數(shù)使諧振器的0值提高得較多而使耦合系數(shù)降低得較少，從而耦合系數(shù)與0值的積是增加的，最終使得諧振器間的無線功率傳輸效率得到提升。本實(shí)用新型通過在毗鄰區(qū)內(nèi)在最大電容加載導(dǎo)體環(huán)邊緣密集嵌套多個(gè)共振的電容加載導(dǎo)體環(huán)，極大程度提高無線功率傳輸系統(tǒng)的無線功率傳輸效率，同時(shí)相對(duì)單環(huán)諧振器不會(huì)明顯增加諧振器的體積。通過合理安排各電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑，可以使各電容加載導(dǎo)體環(huán)及中心驅(qū)動(dòng)單元環(huán)相互嵌套在一個(gè)平面上，實(shí)現(xiàn)諧振器的平面化。
[0044]其中，各電容加載導(dǎo)體環(huán)共振工作，即只要有電容加載導(dǎo)體環(huán)工作，所有電容加載導(dǎo)體環(huán)全部工作，且各電容加載導(dǎo)體環(huán)諧振在相同的頻率。
[0045]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至1倍、切向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0倍至0.25倍的區(qū)域。
[0046]毗鄰區(qū)邊界可以通過僅有兩個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器間的無線功率傳輸效率的仿真確定?？梢缘玫脚弲^(qū)在諧振器最大電容加載導(dǎo)體環(huán)所在平面的截面為環(huán)型，環(huán)的寬度約為0.16倍最大環(huán)的直徑。同時(shí)可以得到能夠提升無線功率傳輸效率的嵌套區(qū)域在與諧振器最大環(huán)垂直且通過環(huán)中心的平面內(nèi)的截面近似為半橢圓，其短軸為0.16倍最大加載環(huán)直徑，長(zhǎng)軸為0.68倍最大加載環(huán)直徑。由于減小各電容加載導(dǎo)體環(huán)的距離可以增大電容加載導(dǎo)體環(huán)間的非諧振耦合，從而降低對(duì)加載電容精度的要求，從而可使用實(shí)際可以得到的具有一定容差的電容實(shí)現(xiàn)；同時(shí)為了相對(duì)于傳統(tǒng)諧振器具有體積上的優(yōu)勢(shì)，本實(shí)用新型的諧振器中的各嵌套環(huán)的中心距離需得到控制。因此毗鄰區(qū)選擇在上述半橢圓區(qū)域中到短軸距離小于0.25倍最大加載環(huán)直徑的區(qū)域。
[0047]采用多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)密集嵌套于諧振器中最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的特殊毗鄰區(qū)，可以有效降低諧振器導(dǎo)體損耗從而提高諧振器的品質(zhì)因數(shù)值)，同時(shí)諧振器間的耦合系數(shù)下降較少，總體效果是提升了諧振器無線功率傳輸?shù)男?。諧振器的0值的提高除了可以通過增加嵌套環(huán)的個(gè)數(shù)降低導(dǎo)體損耗來實(shí)現(xiàn)，還需要對(duì)諧振頻率進(jìn)行優(yōu)化。隨著諧振頻率的提高，導(dǎo)體環(huán)的輻射損耗會(huì)快速增大，從而使諧振器的0值下降。如果給定諧振器中各諧振單元102的直徑，有存在一個(gè)最優(yōu)的諧振頻率，使諧振器的無線功率傳輸效率最高。諧振頻率高于最優(yōu)諧振頻率繼續(xù)增加，會(huì)使輻射損耗明顯增加。
[0048]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的各個(gè)所述加載電容中任意兩個(gè)加載電容與所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的中心連線的夾角均小于90度，每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的導(dǎo)體環(huán)僅有一圈，且所述加載電容與與其相連接的所述導(dǎo)體環(huán)位于同一平面內(nèi)。
[0049]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)與位于所述毗鄰區(qū)中的其他多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的表面積總和，占所有邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的表面積的2/3以上。
[0050]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的共振頻率與所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑之積小于2^10?.取。
[0051]在該技術(shù)方案中，為有效控制輻射損耗，所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的共振頻率與所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑之積小于2x107111.02。由于每一個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)都由一個(gè)導(dǎo)體環(huán)和一個(gè)加載電容組成，可以利用集總電容來調(diào)節(jié)諧振頻率，使各電容加載導(dǎo)體環(huán)有幾乎相同的自諧振頻率的同時(shí)將諧振器的諧振頻率調(diào)整至最優(yōu)值。由于在這個(gè)過程中不會(huì)改變諧振器間的耦合系數(shù)，打破了諧振器關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其性能的制約，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了諧振器的高品質(zhì)因數(shù)、高耦合系數(shù)和遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)三維諧振器的體積。
[0052]一般地，為多個(gè)具有較高0值的獨(dú)立的導(dǎo)體環(huán)加載不同大小的電容以實(shí)現(xiàn)相同的諧振頻率從工業(yè)角度來看是不可能的，因?yàn)樯逃玫牡蛽p耗電容都有1% -5%的容差，而高精度的電容很難獲得，并且價(jià)格昂貴，而本技術(shù)方案采用近距離嵌套的方法實(shí)現(xiàn)共振，通過增大嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值精度的要求，普通商用的具有1%容差的低損耗電容已經(jīng)可以很好的應(yīng)用在本實(shí)用新型的諧振器中，相對(duì)采用更高精度電容加載的情形僅有輕微的性能損失。近距離嵌套的方法通過共同的磁鏈將各自獨(dú)立的電容加載導(dǎo)體環(huán)聯(lián)系起來，使得環(huán)與環(huán)之間耦合得非常強(qiáng)烈，從而形成一定的并聯(lián)關(guān)系，這意味著即使加載電容不能使每個(gè)環(huán)剛好諧振在完全相同頻率或是比較接近的頻率，非諧振耦合依然能將它們聯(lián)合起來產(chǎn)生唯一的諧振頻率。由于諧振耦合在諧振中依然扮演著重要的角色，當(dāng)每個(gè)環(huán)的諧振頻率與其它環(huán)非常接近時(shí)，諧振器的諧振將達(dá)到最高水平，功率傳輸也達(dá)到最高效率。
[0053]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)與其他所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有不同的等效串聯(lián)電感。
[0054]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器中的每個(gè)導(dǎo)體環(huán)的直徑不同，且位于諧振器的不同位置，因此每個(gè)導(dǎo)體環(huán)有不同的等效串聯(lián)電感。
[0055]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)采用不同直徑，多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有共同的圓心并位于同一平面內(nèi)。
[0056]在該技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)共平面且共圓心，同時(shí)直徑各不相同，通過采用近距離平面嵌套的方法來實(shí)現(xiàn)多重諧振，增大了嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，從而大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值的精度要求。同時(shí)最大限度地利用了諧振器所占據(jù)的二維空間，相對(duì)于傳統(tǒng)的單電容加載導(dǎo)體環(huán)諧振器而言顯著提升了品質(zhì)因數(shù)，從而做到更遠(yuǎn)距離的能量傳輸。
[0057]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，任意兩個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上加載電容間的位置在空間上的距離，小于其中一個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上的所述導(dǎo)體環(huán)到對(duì)應(yīng)的所述加載電容最遠(yuǎn)的位置和其中另一個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)上的所述導(dǎo)體環(huán)到對(duì)應(yīng)的所述加載電容最遠(yuǎn)的位置在空間上的距離。
[0058]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)上設(shè)置有端口輸出阻抗，所述端口輸出阻抗與所述加載電容對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0059]在該技術(shù)方案中，驅(qū)動(dòng)單元的端口輸出阻抗可以取50歐姆，當(dāng)然，還可以是除此之外的其他值。
[0060]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述導(dǎo)體環(huán)由截面為圓形的導(dǎo)線、薄金屬帶或其他截面形狀的導(dǎo)線繞制而成。
[0061]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器位于自由空間中，或位于印刷電路板上。
[0062]在該技術(shù)方案中，所述電容加載導(dǎo)體環(huán)可以是自由空間中的電容加載導(dǎo)體環(huán)，其中，所述自由空間中的導(dǎo)體環(huán)可由截面為圓形或其他截面形狀的導(dǎo)線繞制而成，亦可由薄金屬帶繞制而成。所述電容加載導(dǎo)體環(huán)也可以是印刷電路板上的電容加載的帶狀導(dǎo)體環(huán)。對(duì)于板上印刷的一般的平面螺旋諧振器，當(dāng)使用損耗較大的介質(zhì)基板時(shí)，比如基板？財(cái)，功率傳輸效率會(huì)大大降低，而對(duì)于具有印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器，通過采用嵌套結(jié)構(gòu)和低損耗電容加載，絕大部分的電能存儲(chǔ)在比使用的介質(zhì)基板的介質(zhì)損耗因數(shù)小很多的陶瓷電容器中，這意味著即使被用作介質(zhì)基板，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器依然能接近處于自由空間時(shí)的性能，使功率傳輸效率不用受到介質(zhì)基板類型的制約。另夕卜，印刷電路具有穩(wěn)定、廉價(jià)、體積小等許多優(yōu)勢(shì)，用？⑶印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，有利于減小諧振器占用的空間，節(jié)省成本并便于系統(tǒng)集成。
[0063]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器200，其諧振單元由若干個(gè)分離的低損耗電容202和電容加載導(dǎo)體環(huán)204在最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)嵌套而成，多個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)204具有不同的直徑，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器200的驅(qū)動(dòng)單元環(huán)為中心圓環(huán)206，其端口 208具有50歐姆端口輸出阻抗，中心圓環(huán)206可與多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)204共圓心(當(dāng)然，也可以不共圓心，在此，以共圓心為例)，且中心圓環(huán)206的直徑小于多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)204中任一電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑。中心圓環(huán)206與功率源直接相連。
[0065]在該技術(shù)方案中，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器200采用在最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的特殊毗鄰區(qū)內(nèi)嵌套有多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)的新型結(jié)構(gòu)，利用集總電容來調(diào)節(jié)諧振頻率，幾乎不用改變互感系數(shù)就能將諧振頻率調(diào)整至最優(yōu)值，同時(shí)相對(duì)于單電容加載環(huán)降低了導(dǎo)體損耗提升了品質(zhì)因數(shù)。打破了諧振器的關(guān)鍵參數(shù)，即耦合系數(shù)、品質(zhì)因數(shù)和諧振頻率對(duì)其性能的制約，使諧振器的性能大幅度提高，增加了功率傳輸效率。另外，設(shè)定中心圓環(huán)與多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)共平面且共圓心，最大限度地利用了諧振器所占據(jù)的二維空間，通過共同的磁鏈將各自獨(dú)立的電容加載導(dǎo)體環(huán)聯(lián)系起來，相對(duì)于傳統(tǒng)的單導(dǎo)體環(huán)加載低損耗電容實(shí)現(xiàn)的諧振器而言顯著提升了品質(zhì)因數(shù)，從而做到更遠(yuǎn)距離的能量傳輸。
[0066]在上述技術(shù)方案中,優(yōu)選地,多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)位于同一平面。
[0067]在該技術(shù)方案中，通過采用在最大直徑的電容加載環(huán)的特殊毗鄰區(qū)內(nèi)平面嵌套多個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)的方法來實(shí)現(xiàn)多環(huán)共振，提高諧振器功率傳輸?shù)男?，并增大了嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，并大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值的精度要求。
[0068]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)單元具有50歐姆端口輸出阻抗。
[0069]在該技術(shù)方案中，驅(qū)動(dòng)單元的端口輸出阻抗可以取50歐姆，當(dāng)然，還可以是除此之外的其他值。
[0070]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中每個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)具有與其他電容加載導(dǎo)體環(huán)不同的等效串聯(lián)電感。
[0071]在該技術(shù)方案中，邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器中的每個(gè)導(dǎo)體環(huán)的直徑不同，且位于諧振器的不同位置，因此每個(gè)導(dǎo)體環(huán)有不同的等效串聯(lián)電感。
[0072]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，多個(gè)分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)中每個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)加載與其他電容加載導(dǎo)體環(huán)不同的電容。
[0073]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述電容加載的導(dǎo)體環(huán)為自由空間中的導(dǎo)體環(huán)。
[0074]在該技術(shù)方案中，為使整個(gè)諧振器有唯一的諧振頻率，每個(gè)導(dǎo)體環(huán)需要有幾乎相同的自諧振頻率，而相同的自諧振頻率需要通過加載不同大小的電容來實(shí)現(xiàn)，因此每個(gè)導(dǎo)體環(huán)必須加載不同大小的電容。一般地，為多個(gè)具有較高0值的電容加載導(dǎo)體環(huán)加載不同大小的電容以實(shí)現(xiàn)完全相同的自諧振頻率從工業(yè)角度來看是不可能的，因?yàn)樯逃玫牡蛽p耗電容都有1% -5%的容差，而高精度的電容很難獲得，并且價(jià)格昂貴，而本技術(shù)方案采用邊緣密集嵌套的方法實(shí)現(xiàn)多重諧振，通過增大嵌套環(huán)之間的非諧振耦合，大大降低了對(duì)加載的低損耗電容的電容值精度的要求，普通商用的具有1%容差的低損耗電容已經(jīng)可以很好的應(yīng)用在本實(shí)用新型的諧振器中，相對(duì)采用更高精度電容加載的情形僅有輕微的性能損失。近距離平面嵌套的方法通過共同的磁鏈將各自獨(dú)立的電容加載導(dǎo)體環(huán)聯(lián)系起來，使得環(huán)與環(huán)之間耦合得非常強(qiáng)烈，從而形成一定的并聯(lián)關(guān)系，這意味著即使加載電容不能使每個(gè)環(huán)剛好諧振在完全相同的頻率，非諧振耦合依然能將它們聯(lián)合起來產(chǎn)生唯一的諧振頻率。由于諧振耦合在諧振中依然扮演著重要的角色，當(dāng)每個(gè)環(huán)的諧振頻率與其它環(huán)非常接近時(shí)，諧振器的諧振將達(dá)到最高水平，無線功率傳輸也達(dá)到最高效率。
[0075]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的印刷嵌套電容加載環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0076]如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的印刷嵌套電容加載環(huán)諧振器300，其諧振單元由若干個(gè)分離的低損耗電容302和電容加載導(dǎo)體環(huán)304，并在最大電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)嵌套而成，印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)304為薄金屬帶，多個(gè)印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)304具有不同的直徑，印刷邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器300的驅(qū)動(dòng)單元為中心圓環(huán)306，其具有50歐姆指定端口輸出阻抗(如50歐姆)的端口 308，且通過端口 308與功率源直接相連。其中，中心圓環(huán)306可以與多個(gè)分離的印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)304共圓心(當(dāng)然，也可以不共圓心，在此，以共圓心為例)，且中心圓環(huán)306的直徑小于多個(gè)分離的印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)304中任一印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑。
[0077]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)為平面薄帶狀導(dǎo)體環(huán)。
[0078]在該技術(shù)方案中，還可以采用印刷技術(shù)，對(duì)于板上印刷的一般的平面螺旋諧振器，當(dāng)使用損耗較大的介質(zhì)基板時(shí)，比如基板？財(cái)，介質(zhì)損耗會(huì)使傳輸效率顯著降低，而對(duì)于具有印刷電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器，通過采用邊緣密集嵌套結(jié)構(gòu)和低損耗電容，絕大部分的電能存儲(chǔ)在比使用的介質(zhì)基板的介質(zhì)損耗因數(shù)小很多的陶瓷電容器中，這意味著即使被用作介質(zhì)基板，印刷邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器依然能接近處于自由空間時(shí)的性能，使傳輸效率不會(huì)受到介質(zhì)基板類型的制約。另外，印刷電路具有穩(wěn)定、廉價(jià)、體積小等許多優(yōu)勢(shì)，用？(?印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，有利于減小諧振器占用的空間，節(jié)省成本便于系統(tǒng)集成。
[0079]此外，？⑶板的覆銅厚度應(yīng)大于趨膚效應(yīng)深度兩倍以上以減少導(dǎo)體損耗，覆銅厚度為35微米(1盎司)的板可用來制作諧振頻率在13冊(cè)12以上的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器；覆銅厚度為70微米(2盎司)的板可用來制作諧振頻率在3.5冊(cè)12以上的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器。這意味著用常用的板來制作高0值印刷邊緣嵌套電容加載環(huán)是合適的，低成本和高性能的特點(diǎn)使得印刷邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器成為商業(yè)應(yīng)用的一個(gè)很好的備選。
[0080]圖4八和圖48示出了根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的毗鄰區(qū)的截面圖。其中，圖4八為與最大電容加載導(dǎo)體環(huán)相垂直且通過環(huán)中心的截面示意圖，圖48為與最大電容加載導(dǎo)體環(huán)相平行且通過環(huán)中心的截面示意圖。
[0081]毗鄰區(qū)404邊界可以通過僅有兩個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)的諧振器間的無線功率傳輸效率的仿真確定?？梢赃x擇特殊尺寸的實(shí)用新型實(shí)例進(jìn)行仿真，但所得結(jié)果對(duì)任意尺寸的實(shí)例均成立?？梢缘玫脚弲^(qū)在諧振器的最大電容加載環(huán)所在平面的截面為環(huán)型，如圖4八所示，毗鄰區(qū)404為靠近最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)402內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)402直徑的0.68倍至1倍、在與最大直徑電容加載環(huán)402的環(huán)面垂直方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離為最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)402直徑的0倍至1.5倍的區(qū)域，即假設(shè)最大電容加載導(dǎo)體環(huán)402的直徑為0，則圖中11為1.50。優(yōu)選地，批鄰區(qū)404為靠近最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樽畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)402直徑的0.68倍至1倍、在與最大直徑電容加載環(huán)402的環(huán)面垂直的方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離為最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)402直徑的0倍至0.25倍的區(qū)域，其中，圖中12為0.250。
[0082]因此，可以得到能夠提升無線功率傳輸效率的嵌套區(qū)域在與諧振器最大電容加載導(dǎo)體環(huán)402垂直且通過環(huán)中心的平面的截面近似為半橢圓，其短軸為0.16倍最大電容加載導(dǎo)體環(huán)直徑，即0.160，長(zhǎng)軸為0.68倍最大電容加載導(dǎo)體環(huán)直徑。由于減小各電容加載導(dǎo)體環(huán)的距離可以增大電容加載導(dǎo)體環(huán)間的非諧振耦合，從而降低對(duì)加載電容精度的要求，同時(shí)由于減小諧振器的體積也是本實(shí)用新型的目的之一，為了相對(duì)于傳統(tǒng)諧振器具有體積上的優(yōu)勢(shì)，本實(shí)用新型的諧振器中的各嵌套環(huán)的中心距離須得到控制。因此，批鄰區(qū)404選擇在上述半橢圓區(qū)域中到短軸距離小于0.25倍最大電容加載環(huán)402直徑的區(qū)域，如圖48所
0
[0083]以上結(jié)合附圖詳細(xì)說明了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，通過本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以解決三維諧振器體積過大和傳統(tǒng)二維諧振器效率低下的技術(shù)難題，采用多導(dǎo)體環(huán)邊緣嵌套及電容加載結(jié)構(gòu)，打破了諧振器的耦合系數(shù)、品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率對(duì)性能的制約，從而使傳輸效率大幅度提高，優(yōu)化了諧振器的性能。
[0084]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于，包括: 諧振單元，所述諧振單元由多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)依次嵌套而成，每一所述電容加載導(dǎo)體環(huán)包括相連接的一導(dǎo)體環(huán)和一加載電容，所述加載電容可使各個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有相同或相近的固有諧振頻率，進(jìn)而可使各個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)工作時(shí)實(shí)現(xiàn)共振； 其中，所述多個(gè)相分離的電容加載導(dǎo)體環(huán)中除去最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)外，其他多個(gè)電容加載導(dǎo)體環(huán)嵌套設(shè)置在所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的毗鄰區(qū)內(nèi)，所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至I倍、在與所述最大直徑電容加載環(huán)的環(huán)面垂直方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離為所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)直徑的O倍至1.5倍的區(qū)域；和 驅(qū)動(dòng)單元環(huán)，位于所述諧振單元內(nèi)，所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)的直徑小于各個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑，且所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)與功率源相連接并與各個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)相分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 所述毗鄰區(qū)為靠近所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)內(nèi)側(cè)方向且徑向?yàn)樗鲎畲笾睆诫娙菁虞d導(dǎo)體環(huán)直徑的0.68倍至I倍、在與最大直徑電容加載環(huán)的環(huán)面垂直的方向且為環(huán)面兩側(cè)的到環(huán)面距離為所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)直徑的O倍至0.25倍的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 多個(gè)相分離的所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的各個(gè)所述加載電容中任意兩個(gè)加載電容與所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的中心連線的夾角均小于90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)中的導(dǎo)體環(huán)僅有一圈，且所述加載電容與與其相連接的所述導(dǎo)體環(huán)位于同一平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)與位于所述毗鄰區(qū)中的其他多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的表面積總和，占所有邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器的表面積的2/3以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)的共振頻率與所述最大直徑電容加載導(dǎo)體環(huán)的直徑之積小于 2xl07m.Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 每個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)采用不同直徑，多個(gè)所述電容加載導(dǎo)體環(huán)具有共同的圓心并位于同一平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 所述驅(qū)動(dòng)單元環(huán)上設(shè)置有端口輸出阻抗，所述端口輸出阻抗與所述加載電容對(duì)應(yīng)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 所述導(dǎo)體環(huán)由截面為圓形的導(dǎo)線或薄金屬帶繞制而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器，其特征在于， 所述邊緣密集嵌套電容加載環(huán)諧振器位于自由空間中，或位于印刷電路板上。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK204243914SQ201420419501
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】吳柯, 王巍, 西蒙·海默 申請(qǐng)人:杭州柯茂睿?？萍加邢薰?br>