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用于在磁諧振無線電力發(fā)送系統(tǒng)中的無線電力發(fā)送器的通信和電力控制的方法_3

文檔序號:8449421閱讀:來源:國知局
=信號導(dǎo)通部分361 和第四信號導(dǎo)通部分362被布置為面向第二接地導(dǎo)通部分363。電流流過第=信號導(dǎo)通部 分361和第四信號導(dǎo)通部分362。
[007引第S信號導(dǎo)通部分361的一端連接到第S導(dǎo)體371的一端,第S信號導(dǎo)通部分361 的另一端連接到第五導(dǎo)體381的一端,而第=導(dǎo)體371的另一端連接到第二接地導(dǎo)體部分 363的一端。第四信號導(dǎo)通部分362的一端連接到第四導(dǎo)體372的一端,第四信號導(dǎo)通部 分362的另一端連接到第六導(dǎo)體382的一端,而第四導(dǎo)體372的另一端連接到第二接地導(dǎo) 體部分363的另一端。第五導(dǎo)體381的另一端在第一信號導(dǎo)通部分331連接到電容器350 的一端處或其附近連接到第一信號導(dǎo)通部分331,而第六導(dǎo)體382的另一端在第二信號導(dǎo) 通部分332連接到電容器350的另一端處或其附近連接到第二信號導(dǎo)通部分332。因此, 第五導(dǎo)體381和第六導(dǎo)體382并行地連接到電容器350的兩端。第五導(dǎo)體381和第六導(dǎo)體 382被用作輸入端來接收RF信號作為輸入。
[0079] 因此,第S信號導(dǎo)通部分361、第四信號導(dǎo)通部分362、第二接地導(dǎo)通部分363、第 =導(dǎo)體371、第四導(dǎo)體372、第五導(dǎo)體381、第六導(dǎo)體382W及諧振器310彼此連接,使得諧振 器310和饋送單元320具有電閉環(huán)結(jié)構(gòu)。術(shù)語"環(huán)結(jié)構(gòu)"包括多邊形結(jié)構(gòu)、圓形結(jié)構(gòu)、矩形 結(jié)構(gòu)和閉合的即在其外周不具有任何開口的任何其它幾何結(jié)構(gòu)。表述"具有環(huán)結(jié)構(gòu)"指示 電閉合的結(jié)構(gòu)。
[0080] 如果RF信號被輸入到第五導(dǎo)體381或第六導(dǎo)體382,則輸入電流流過饋送單元 320和諧振器310,從而生成在諧振器310中感應(yīng)電流的磁場。流過饋送單元320的輸入電 流的方向與流過諧振器310的感應(yīng)電流的方向一致,由此使得總磁場的強度在諧振器310 的中屯、增大,而在諧振器310的外周附近減小。
[0081] 輸入阻抗由諧振器310和饋送單元320之間的區(qū)域的面積確定。因此,用來使輸 入阻抗與功率放大器的輸出阻抗匹配的獨立的匹配網(wǎng)絡(luò)可能不是必要的。然而,如果使用 匹配網(wǎng)絡(luò),則可W通過調(diào)整饋送單元320的尺寸來調(diào)整輸入阻抗,因此匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可 W簡化。匹配網(wǎng)絡(luò)的簡化結(jié)構(gòu)可W降低匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配損失。
[0082] 饋送單元的第二發(fā)送線、第S導(dǎo)體371、第四導(dǎo)體372、第五導(dǎo)體381和第六導(dǎo)體 382可W具有與諧振器310的結(jié)構(gòu)一致的結(jié)構(gòu)。例如,如果諧振器310具有環(huán)結(jié)構(gòu),則饋送 單元320也可W具有環(huán)結(jié)構(gòu)。作為另一示例,如果諧振器310具有圓形結(jié)構(gòu),則饋送單元 320也可W具有圓形結(jié)構(gòu)。
[0083] 圖4a是圖示由饋送單元的饋送產(chǎn)生的、在無線電力發(fā)送器的諧振器中的磁場分 布的示例的示圖。圖4a更簡單地圖示了圖3a和圖3b的諧振器310和饋送單元320,并且 圖3b中的各種元件的名稱在沒有附圖標記的情況下將用在圖4a的W下描述中。
[0084] 饋送操作可W是在無線電力發(fā)送中向源諧振器供應(yīng)電力的操作、或在無線電力發(fā) 送中向整流器供應(yīng)AC電力的操作。圖4圖示了在饋送單元中流動的輸入電流的方向W及 在源諧振器中流動的感應(yīng)電流的方向。額外地,圖4a圖示了由饋送單元的輸入電流形成的 磁場的方向W及由源諧振器的感應(yīng)電流形成的磁場的方向。
[0085] 參考圖4a,饋送單元320的第五導(dǎo)體或第六導(dǎo)體可W被用作輸入端410。在圖4a 中,饋送單元的第六導(dǎo)體被用作輸入端410。RF信號被輸入到輸入端410。RF信號可W從 功率放大器輸出。功率放大器可W基于目標裝置的電力要求而增大和減小RF信號的幅度。 輸入到輸入端410的RF信號在圖4a中被表示為在饋送單元中流動的輸入電流。該輸入電 流在饋送單元中沿著饋送單元的第二發(fā)送線W順時針方向流動。饋送單元的第五導(dǎo)體和第 六導(dǎo)體電連接到諧振器。更具體地,饋送單元的第五導(dǎo)體連接到諧振器的第一信號導(dǎo)通部 分,而饋送單元的第六導(dǎo)體連接到諧振器的第二信號導(dǎo)通部分。因此,輸入電流在諧振器和 饋送單元兩者中流動。輸入電流在諧振器中沿著諧振器的第一發(fā)送線W逆時針方向流動。 在諧振器中流動的輸入電流生成磁場,并且磁場在諧振器中由于該磁場而感應(yīng)電流。感應(yīng) 電流在諧振器中沿著諧振器的第一發(fā)送線W順時針方向流動。諧振器中的感應(yīng)電流傳輸能 量到諧振器的電容器,并且也生成磁場。在圖4a中,在饋送單元和諧振器中流動的輸入電 流由帶箭頭的實線指示,而在諧振器中流動的感應(yīng)電流用帶箭頭的虛線指示。
[0086] 由電流生成的磁場的方向基于右手法則來確定。如圖4a中所圖示的,在饋送單元 內(nèi),由在饋送單元中流動的輸入電流生成的磁場的方向421與由在諧振器中流動的感應(yīng)電 流生成的磁場的方向423 -致。因此,總磁場的強度可W在饋送單元內(nèi)部增大。
[0087] 相反地,如圖4a中所圖示的,在饋送單元和諧振器之間的區(qū)域中,由在饋送單元 中流動的輸入電流生成的磁場的方向433與由在諧振器中流動的感應(yīng)電流生成的磁場的 方向431相反。因此,總磁場的強度在饋送單元和諧振器之間的區(qū)域中減小。
[008引典型地,在具有環(huán)結(jié)構(gòu)的諧振器中,磁場的強度在諧振器的中屯、減小,而在諧振器 的外周附近增大。然而,參考圖4a,因為饋送單元電連接到諧振器的電容器的兩端,所W諧 振器中的感應(yīng)電流的方向與饋送單元中輸入電流的方向一致。因為諧振器中的感應(yīng)電流 的方向與饋送單元中輸入電流的方向一致,所W總磁場的強度在饋送單元內(nèi)部增大,而在 饋送單元外部減小。結(jié)果是,由于饋送單元,總磁場的強度在具有環(huán)結(jié)構(gòu)的諧振器的中屯、增 大,而在諧振器的外周附近減小,由此補償具有環(huán)結(jié)構(gòu)的諧振器的正常特性;其中磁場的強 度在諧振器的中屯、減小而在諧振器的外周附近增大。因此,總磁場的強度在諧振器內(nèi)部可 W是恒定的。
[0089] 用于從源諧振器向目標諧振器傳輸無線電力的電力發(fā)送效率與在源諧振器中生 成的總磁場的強度成比例。因此,當(dāng)總磁場的強度在源諧振器內(nèi)部增大時,電力發(fā)送效率也 增大。
[0090] 圖4b是圖示無線電力發(fā)送器的饋送單元和諧振器的等效電路的示例的示圖。參 考圖4b,饋送單元440和諧振器450可W由圖4b中的等效電路表示。饋送單元440被表示 為具有電感Lf的電感器,而諧振器450被表示為具有按互感M禪合到饋送單元440的電感 Lf的電感L的電感器、具有電容C的電容器W及具有電阻R的電阻器的串聯(lián)連接。在從饋 送單元440到諧振器450的方向上觀察的輸入阻抗的示例Zi。可如下等式1表述: 閨郁 Z (1>
[0092] 在等式1中,M表示饋送單元440和諧振器450之間的互感,《表示饋送單元440 和諧振器450的諧振頻率,而Z表示在從諧振器450到目標裝置的方向上觀察的阻抗。如 從等式1可見,輸入阻抗Zi。與互感M的平方成比例。因此,輸入阻抗Z1??蒞通過調(diào)整互感 M來調(diào)整。互感M取決于饋送單元440和諧振器450之間的區(qū)域的面積。饋送單元440和 諧振器450之間的區(qū)域的面積可W通過調(diào)整饋送單元440的尺寸來調(diào)整,從而調(diào)整互感M 和輸入阻抗Zi。。因為輸入阻抗Zi??蒞通過調(diào)整饋送單元440的尺寸來調(diào)整,所W不需要 使用獨立的匹配網(wǎng)絡(luò)來進行與功率放大器的輸出阻抗的阻抗匹配。
[0093] 在于無線電力接收器中包括的目標諧振器和饋送單元中,磁場可W如圖4a中所 圖示地分布。例如,目標諧振器可W經(jīng)由磁禪合從源諧振器接收無線電力。所接收的無線 電力在目標諧振器中感應(yīng)電流。目標諧振器中的感應(yīng)電流生成磁場,其在饋送單元中感應(yīng) 電流。如果目標諧振器如圖4a所圖示連接到饋送單元,則在目標諧振器中流動的感應(yīng)電流 的方向?qū)⑴c在饋送單元中流動的感應(yīng)電流的方向一致。因此,出于W上結(jié)合圖4a論述的原 因,總磁場的強度在饋送單元內(nèi)部將增大,并且在饋送單元和目標諧振器之間的區(qū)域中將 減小。
[0094] 圖5是圖示電動車充電系統(tǒng)的示例的示圖。參考圖5,電動車充電系統(tǒng)500包括源 系統(tǒng)510、源諧振器520、目標諧振器530、目標系統(tǒng)540和電動車電池550。
[0095]在一個示例中,電動車充電系統(tǒng)500具有與圖1中無線電力發(fā)送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似 的結(jié)構(gòu)。電動車充電系統(tǒng)500中的源系統(tǒng)510和源諧振器520作為源來操作。電動車充電 系統(tǒng)500中的目標諧振器530和目標系統(tǒng)540作為目標來操作。
[0096] 在一個示例中,源系統(tǒng)510包括交流電到直流電(AC/DC)轉(zhuǎn)換器、電力檢測器、功 率轉(zhuǎn)換器、控制和通信(控制/通信)單元,與圖1的源裝置110的那些元件類似。在一個 示例中,目標系統(tǒng)540包括整流器、DC-DC值C/DC)轉(zhuǎn)換器、開關(guān)、充電單元和控制/通信單 元,與圖1的目標裝置120的那些元件類似。電動車電池550由目標系統(tǒng)540充電。電動 車充電系統(tǒng)500可W使用在若干曲Z到幾十MHz的頻帶中的諧振頻率。
[0097] 源系統(tǒng)510基于正被充電的車輛的類型、電動車電池550的容量化及電動車電池 550的充電狀態(tài)生成電力,并經(jīng)由源諧振器520和目標諧振器530之間的磁禪合而無線地發(fā) 送所生成的電力到目標系統(tǒng)540。
[009引源系統(tǒng)510可W控制源諧振器520和目標諧振器530的對準。例如,當(dāng)源諧振器 520和目標諧振器530未對準時,源系統(tǒng)510的控制器可W發(fā)送消息到目標系統(tǒng)540W控制 源諧振器520和目標諧振器530的對準。
[0099] 例如,當(dāng)目標諧振器530未位于使能最大磁禪合的位置中時,源諧振器520和目標 諧振器530未適當(dāng)?shù)貙?。?dāng)車輛未停止在適當(dāng)?shù)奈恢肳精確地對準源諧振器520和目標 諧振器530時,源系統(tǒng)510可W指令調(diào)整車輛的位置W控制源諧振器520和目標諧振器530 被對準。然而,該僅是示例,且對準源諧振器520和目標諧振器530的其它方法可W被使用。
[0100] 源系統(tǒng)510和目標系統(tǒng)540可W通過與彼此進行通信而發(fā)送或接收車輛的ID并 交換各種消息。
[0101] 圖2到圖4b的描述也可w應(yīng)用于電動車充電系統(tǒng)500。然而,電動車充電系統(tǒng)500 可W使用若干曲Z到幾十MHz的頻帶中的諧振頻率,并且可W無線地發(fā)送等于或高于幾十 瓦的電力W對電動車電池550進行充電。圖6a到圖化是圖示其中安裝無線電力接收器和 無線電力發(fā)送器的應(yīng)用的示例的示圖。圖6a圖示了在墊板(pad)610和移動終端620之間 的無線電力充電的示例,而圖化圖示了分別在墊板630和640W及助聽器650和660之間 的無線電力充電的示例。
[0102] 參考圖6a,無線電力發(fā)送器安裝在墊板610中,而無線電力接收器安裝在移動終 端620中。墊板610對單個移動終端,即,移動終端620進行充電。
[0103] 參考圖化,兩個無線電力發(fā)送器分別安裝在墊板630和640中。助聽器650和660 分別用于左耳和右耳。兩個無線電力接收器分別安裝在助聽器650和660中。墊板630和 640分別對兩個助聽器,即助聽器650和660進行充電。
[0104] 圖7a圖示了在插入到人體中的電子裝置710和移動終端720之間的無線電力充 電的示例。圖化圖示了助聽器730和移動終端740之間的無線電力充電的示例。
[01化]參考圖7a,無線電力發(fā)送器和無線電力接收器安裝在移動終端720中。另一無線 電力接收器安裝在電子裝置710中。電子裝置710通過從移動終端720接收電力而被充電。
[0106] 參考圖化,無線電力發(fā)送器和無線電力接收器安裝在移動終端740中。另一無線 電力接收器安裝在助聽器730。助聽器730通過從移動終端740接收電力而被充電。低功 率電子裝置,例如,藍牙耳機,也可W通過從移動終端740接收電力而被充電。圖8是圖示 無線電力發(fā)送系統(tǒng)的另一示例的示圖。參考圖8,無線電力發(fā)送器810可W安裝在圖6a的 墊板610W及圖化的墊板630和640中的每一個中。額外地,無線電力發(fā)送器810可W安 裝在圖7a的移動終端720W及圖化的移動終端740中的每一個中。
[0107] 另外,無線電力接收器820可W安裝在圖6a的移動終端620W及圖化的助聽器 650和660中的每一個中。此外,無線電力接收器820可W安裝在圖7a的電子裝置710W 及圖化的助聽器730中的每一個中。
[0108] 無線電力發(fā)送器810可W包括與圖1的源裝置110類似的配置。例如,無線電力 發(fā)送器810可W包括配置為使用磁禪合發(fā)送電力的單元。<
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