专利名称：使用多个频带发送谐振功率的无线电力发送器以及方法
技术领域：
以下描述涉及无线电力传输。
背景技术：
谐振功率传送系统是一种无线电力传输系统，并且可包括发送谐振功率的源装置和接收谐振功率的目标装置。一个无线电力传输系统可使用单个源装置将谐振功率同时发送到多个目标装置。然而，当谐振功率被同时发送到以相同频率谐振的多个目标装置，并且所述多个目标装置之间的距离小于或等于预定距离时，由于阻抗的改变会发生耦合。因此，谐振频率会改变。相应地，谐振功率的传输效率会减少20%至30%。
发明内容
根据一个方面，一种无线电力发送器可包括源单元，构造为产生谐振功率；功率放大单元，构造为放大谐振功率；包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。功率放大单元可构造为将谐振功率放大为基本频带的基本谐振功率，并将所述基本谐振功率和谐波谐振功率发送到多频带谐振单元，其中，在放大期间产生与至少一个谐波频带相关的所述谐波谐振功率；多频带谐振单元可包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述至少一个谐波谐振器构造为将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，可产生所述谐波谐振功率。所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。多频带谐振单元可包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器的环路，所述至少一个谐波谐振器构造为将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器的环路。源单元可构造为接收能量以产生谐振功率。根据另一方面，一种在无线电力发送器中发送多频带谐振功率的方法可包括产生谐振功率；放大谐振功率；使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。放大步骤可包括通过放大谐振功率产生基本频带的基本谐振功率以及在放大期间产生的与至少一个谐波频带相关的谐波谐振功率。发送步骤可包括使用基本谐振器将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，并使用谐波谐振器将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，可产生所述谐波谐振功率。所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。所述方法还可包括接收能量以产生谐振功率。根据另一方面，一种无线电力发送器可包括多个谐振器，构造为使用不同的谐振频带将谐振功率发送到多个目标谐振器。
所述无线电力发送器还可包括放大器，构造为放大谐振功率。放大器可构造为产生基本谐振功率和谐波谐振功率。所述谐波谐振功率可具有比所述基本谐振功率低的功率。所述多个谐振器可包括基本谐振器和谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述谐波谐振器构造为将谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。从以下详细描述、附图和权利要求，其他特点和方面可以是明显的。
图1示出无线电力传输系统的示图。图2是示出使用多个频带发送谐振功率的无线电力传输系统的示图。图3是示出通过与谐波频带相关的功率放大单元产生的谐波谐振功率的示图。图4是示出200W功率放大单元的频谱测量结果的示图。图5是示出多频带谐振单元的示图。图6是示出应用无线电力传输系统的示图。图7是示出使用多个频带发送谐振频率的无线电力发送器的示图。图8至图15是示出各种谐振器的示图。图16是示出图8的无线电力发送器的谐振器的一个等效电路的示图。在所有的附图和详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标号应该被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清晰、说明和方便，可能夸大这些元件的相对大小和描述。
具体实施例方式提供以下详细描述以帮助读者全面理解这里描述的方法、设备和/或系统。因此，这里描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物可被推荐给本领域的普通技术人员。描述的处理步骤和/或操作的进行是一个示例；然而，步骤和/或操作的顺序不限于这里阐述的顺序，而可以如本领域已知的那样改变，除非步骤和/或操作必须以特定顺序发生。此外，为了增加清晰和简明，可省略公知功能和结构的描述。图1示出使用多个频带发送谐振功率的无线电力传输系统的示图。在各种实施例中，使用无线电力传输系统发送的无线电力可以是谐振功率。如图1所示，无线电力传输系统可具有包括源和目标的源-目标结构。例如，无线电力传输系统可包括与源相应的谐振功率发送器110和与目标相应的谐振功率接收器120。谐振功率发送器110可包括源单元111和源谐振器115。源单元111可构造为从外部电压提供器接收能量以产生谐振功率。在一些情况下，谐振功率发送器110还可包括用于执行谐振频率和/或阻抗匹配的匹配控制器113。源单元111可包括交流(AC)-AC (AC/AC)转换器、AC-直流(DC) (AC/DC)转换器、DC-AC (DC/AC)逆变器。AC/AC转换器可构造为将从外部装置输入的AC信号的信号电平调节到期望的电平。AC/DC转换器可例如通过对从AC/AC转换器输出的AC信号整流来输出预定电平的DC电压。DC/AC逆变器可构造为通过快速地开关从AC/DC转换器输出的DC电压来产生(例如几兆赫兹(MHz)到几十MHz频带的)AC信号。AC电的其他频率也是可用的。匹配控制器113可构造为设置源谐振器115的谐振带宽和源谐振器115的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些实施方式中，匹配控制器113可包括源谐振带宽设置单元和源匹配频率设置单元中的至少一个。源谐振带宽设置单元可设置源谐振器115的谐振带宽。源匹配频率设置单元可设置源谐振器115的阻抗匹配频率。例如，可基于源谐振器115的谐振带宽的设置或源谐振器115的阻抗匹配频率的设置来确定源谐振器115的Q因数。源谐振器115可构造为将电磁能传送到目标谐振器121。例如，源谐振器115可通过与目标谐振器121的磁耦合101将谐振功率传送到谐振功率接收器120。因此，源谐振器115可构造为在设置的谐振带宽中谐振。如图所示，谐振功率接收器120可包括目标谐振器121、执行谐振频率或阻抗匹配的匹配控制器123以及将接收的谐振功率传送到装置或负载的目标单元125。目标谐振器121可构造为从源谐振器115接收电磁能。目标谐振器121可构造为在设置的谐振带宽中谐振。匹配控制器123可设置目标谐振器121的谐振带宽和目标谐振器121的阻抗匹配频率中的至少一个。在一些情况下，匹配控制器123可包括目标谐振带宽设置单元、目标匹配频率设置单元、或者包括二者。目标谐振带宽设置单元可设置目标谐振器121的谐振带宽。目标匹配频率设置单元可设置目标谐振器121的阻抗匹配频率。例如，可基于目标谐振器121的谐振带宽的设置和/或目标谐振器121的阻抗匹配频率的设置来确定目标谐振器121的Q因数。目标单元125可构造为将接收的`谐振功率传送到装置或负载。目标单元125可包括AC/DC转换器和DC/DC转换器。AC/DC转换器可通过对从源谐振器115发送到目标谐振器121的AC信号整流来产生DC电压。DC/DC转换器可通过调节DC电压的电压电平来将额定电压供应给装置或负载。`在一个或多个实施例中，源谐振器115和目标谐振器121可构造为例如螺旋线圈结构的谐振器、螺旋形线圈结构的谐振器、元结构(meta-structured)的谐振器等。参照图1，控制Q因数可包括设置源谐振器115的谐振带宽和目标谐振器121的谐振带宽；以及通过源谐振器115和目标谐振器121之间的磁耦合101将电磁能从源谐振器115传送到目标谐振器121。在一些情况下，源谐振器115的谐振带宽可被设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或者比目标谐振器121的谐振带宽窄。例如，可通过将源谐振器115的的谐振带宽设置为比目标谐振器121的谐振带宽宽或窄来保持源谐振器115的BW因数与目标谐振器121的BW因数之间的不平衡关系。对于采用谐振方案的无线电力传输，谐振带宽可能是重要的因素。当Q因数(例如，考虑到源谐振器115和目标谐振器121之间的距离的改变、谐振阻抗的改变、阻抗不匹配、反射信号等)为Qt时，如等式I所示，Qt可具有与谐振带宽成反比的关系。[等式I]
权利要求
1.一种无线电力发送器，包括 源单元，构造为产生谐振功率； 功率放大单元,构造为放大谐振功率； 包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。
2.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中 功率放大单元构造为将谐振功率放大为基本频带的基本谐振功率，并将所述基本谐振功率和谐波谐振功率发送到多频带谐振单元，其中，在放大期间产生与至少一个谐波频带相关的所述谐波谐振功率， 多频带谐振单元包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述至少一个谐波谐振器构造为将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。
3.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时,产生所述谐波谐振功率。
4.如权利要求2所述的无线电力发送器，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。
5.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中，多频带谐振单元包括基本谐振器和至少一个谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本频带的基本谐振功率发送到第一目标谐振器的环路，所述至少一个谐波谐振器构造为将谐波频带的谐波谐振功率发送到第二目标谐振器的环路。
6.如权利要求1所述的无线电力发送器，其中，源单元构造为接收能量以产生谐振功率。
7.一种在无线电力发送器中发送多频带谐振功率的方法，所述方法包括 产生谐振功率； 放大谐振功率； 使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。
8.如权利要求7所述的方法，其中 放大步骤包括通过放大谐振功率产生基本频带的基本谐振功率以及在放大期间产生的与至少一个谐波频带相关的谐波谐振功率； 发送步骤包括使用基本谐振器将所述基本谐振功率发送到第一目标谐振器，并使用谐波谐振器将所述谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。
9.如权利要求8所述的方法，其中，当谐振功率通过作为非线性元件的功率放大单元时，产生所述谐波谐振功率。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。
11.如权利要求7所述的方法，还包括 接收能量以产生谐振功率。
12.一种无线电力发送器，包括 多个谐振器，构造为使用不同的谐振频带将谐振功率发送到多个目标谐振器。
13.如权利要求12所述的无线电力发送器，还包括 放大器，构造为放大谐振功率。
14.如权利要求12所述的无线电力发送器，其中，放大器构造为产生基本谐振功率和谐波谐振功率。
15.如权利要求14所述的无线电力发送器，其中，所述谐波谐振功率具有比所述基本谐振功率低的功率。
16.如权利要求12所述的无线电力发送器，其中，所述多个谐振器包括基本谐振器和谐波谐振器，所述基本谐振器构造为将基本谐振功率发送到第一目标谐振器，所述谐波谐振器构造为将谐波谐振功率发送到第二目标谐振器。
全文摘要
提供一种通过多频带谐振器发送谐振功率的无线电力发送器及其方法。根据一个方面，无线电力发送器可包括源单元，构造为产生谐振功率；功率放大单元，构造为放大谐振功率；包括至少两个谐振器的多频带谐振单元，所述至少两个谐振器构造为使用不同的谐振频带将放大的谐振功率发送到目标谐振器。
文档编号H01Q5/00GK103069687SQ201180041327
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月23日 优先权日2010年8月26日
发明者金东照, 权相旭, 朴允权, 朴垠锡, 洪荣泽, 柳荣颢, 金南伦, 崔真诚 申请人:三星电子株式会社