具有多个磁性振荡器的无线电力发射器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及无线电力。更具体地说，本发明是针对使用多个磁性振荡器作 为磁-机械系统的无线电力发射器。
【背景技术】
[0002] 越来越多数目和种类的电子装置经由可再充电电池供电。此类装置包含移动电 话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置（例如，蓝 牙装置）、数码相机、助听器，及其类似者。虽然电池组技术已得到改进，但电池供电的电子 装置越来越需要且消耗更大量的电力，因此常常需要再充电。可再充电装置常常经由有线 连接通过实体地连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器充电。电缆和类似连接器有时 可能不方便或繁琐，且具有其它缺点。能够在待用以为可再充电的电子装置充电或向电子 装置提供电力的自由空间中传送电力的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些 不足。由此，向电子装置有效且安全地传送电力的无线电力传送系统和方法是合乎需要的。
【发明内容】
[0003] 在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方 面，其中的单个方面并不单独负责本文所描述的所要属性。在不限制所附权利要求书的范 围的情况下，本文描述一些显要特征。
[0004] 在附图和下文描述中阐述本说明书中描述的标的物的一个或一个以上实施方案 的细节。其它特征、方面和优点将从所述描述、图式和所附权利要求书变得显而易见。应注 意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
[0005] 本发明的一个方面提供经配置以将电力无线传送到至少一个电力接收器的电力 发射器。所述电力发射器包括至少一个激励电路，其经配置以响应于流经所述至少一个激 励电路的时变电流而产生时变第一磁场。所述时变第一磁场具有激励频率。所述电力发射 器进一步包括多个磁性振荡器，其中所述多个磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有大体上 等于所述激励频率的机械谐振频率。所述多个磁性振荡器经配置以响应于所述第一磁场而 产生时变第二磁场。
[0006] 本发明的另一方面提供一种无线发射电力的方法。所述方法包括产生具有激励频 率的时变第一磁场。所述方法进一步包括通过将第一磁场施加到多个磁性振荡器来产生时 变第二磁场。所述多个磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有大体上等于所述激励频率的机 械谐振频率。
[0007] 本发明的另一方面提供经配置以将电力无线传送到至少一个电力接收器的电力 发射器。所述电力发射器包括用于产生具有激励频率的时变第一磁场的装置。所述电力发 射器进一步包括用于响应于所述时变第一磁场而产生时变第二磁场的装置。
[0008] 本发明的另一方面提供经配置以从至少一个电力发射器无线接收电力的电力接 收器。所述电力接收器包括至少一个电路，其经配置以响应于时变第一磁场而产生流经所 述至少一个电路的时变电流。所述时变第一磁场具有频率。所述电力接收器进一步包括多 个磁性振荡器，所述多个磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有大体上等于所述频率的机械 谐振频率。所述多个磁性振荡器经配置以响应于所述时变第二磁场而产生时变第一磁场。 所述多个磁性振荡器布置成三维阵列，其包括至少一个第一平面，所述第一平面包括所述 多个磁性振荡器中的第一组磁性振荡器。所述第一组磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有 指向第一方向的磁矩，且所述第一组磁性振荡器具有包括时变分量和时不变分量的第一求 和磁矩。所述三维阵列进一步包括至少一个第二平面，其包括所述多个磁性振荡器中的第 二组磁性振荡器。所述第二组磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有指向第二方向的磁矩， 所述第二组磁性振荡器具有包括时变分量和时不变分量的第二求和磁矩。所述第一求和磁 矩的时不变分量和所述第二求和磁矩的时不变分量在大体上相反方向上具有大体上相同 的量值和点。
[0009] 本发明的另一方面提供一种用于无线接收电力的方法。所述方法包括响应于时变 第一磁场产生时变电流流动。所述时变第一磁场具有频率。所述方法进一步包括使用多个 磁性振荡器，响应于时变第二磁场而产生时变第一磁场。所述多个磁性振荡器中的每一磁 性振荡器具有大体上等于所述频率的机械谐振频率。所述多个磁性振荡器布置成三维阵 列，其包括至少一个第一平面，所述第一平面包括所述多个磁性振荡器中的第一组磁性振 荡器。所述第一组磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有指向第一方向的磁矩，且所述第一 组磁性振荡器具有包括时变分量和时不变分量的第一求和磁矩。所述三维阵列进一步包括 至少一个第二平面，其包括所述多个磁性振荡器中的第二组磁性振荡器。所述第二组磁性 振荡器中的每一磁性振荡器具有指向第二方向的磁矩，所述第二组磁性振荡器具有包括时 变分量和时不变分量的第二求和磁矩。所述第一求和磁矩的时不变分量和所述第二求和磁 矩的时不变分量在大体上相反方向上具有大体上相同的量值和点。
[0010] 本发明的另一方面提供经配置以从至少一个电力发射器无线接收电力的电力接 收器。所述电力接收器包括用于响应于时变第一磁场而产生时变电流流动的装置。所述时 变第一磁场具有频率。所述电力接收器进一步包括用于响应于所述时变第二磁场而产生时 变第一磁场的装置。在某些配置中，所述用于产生时变第一磁场的装置可包括多个磁性振 荡器，其中每一磁性振荡器具有大体上等于所述频率的机械谐振频率。所述多个磁性振荡 器可布置成三维阵列，其包括至少一个第一平面，所述第一平面包括所述多个磁性振荡器 中的第一组磁性振荡器。所述第一组磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有指向第一方向的 磁矩，且所述第一组磁性振荡器具有包括时变分量和时不变分量的第一求和磁矩。所述三 维阵列可进一步包括至少一个第二平面，其包括所述多个磁性振荡器中的第二组磁性振荡 器。所述第二组磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有指向第二方向的磁矩，所述第二组磁 性振荡器具有包括时变分量和时不变分量的第二求和磁矩。所述第一求和磁矩的时不变分 量和所述第二求和磁矩的时不变分量在大体上相反方向上具有大体上相同的量值和点。 [0011] 本发明的另一方面提供一种电力传送系统，其包括至少一个电力发射器和至少一 个电力接收器。所述至少一个电力发射器包括至少一个第一电路，其经配置以响应于流经 所述至少一个第一电路的时变第一电流而产生时变第一磁场。所述第一磁场具有第一激励 频率。所述至少一个电力发射器进一步包括第一多个磁性振荡器，所述第一多个磁性振荡 器中的每一磁性振荡器具有大体上等于所述第一激励频率的第一机械谐振频率。所述第一 多个磁性振荡器经配置以响应于所述第一磁场而产生时变第二磁场。所述至少一个电力接 收器包括至少一个第二电路，其经配置以响应于时变第三磁场而产生流经至少一个第二电 路的时变第二电流。所述至少一个电力接收器进一步包括第二多个磁性振荡器，所述第二 多个磁性振荡器中的每一磁性振荡器具有大体上等于所述第一机械谐振频率的第二机械 谐振频率。所述第二多个磁性振荡器经配置以响应于所述第二磁场而产生第三磁场。
【附图说明】
[0012] 图1是根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传送系统的功能框图。
[0013] 图2是根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传送系统中的示 范性组件的功能框图。
[0014] 图3是根据本发明的示范性实施例的包含发射或接收天线的图2的发射电路或接 收电路的一部分的不意图。
[0015] 图4是根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传送系统中的发射器 的功能框图。
[0016] 图5是根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传送系统中的接收器 的功能框图。
[0017] 图6是可用于图4的发射电路中的发射电路的一部分的示意图。
[0018] 图7说明在发射和接收侧使用电容性负载线环的基于法拉第定律的非辐射感应 电力传递。
[0019] 图8示意性地说明根据本文所述的某些实施例的实例磁性振荡器。
[0020] 图9示意性地说明根据本文所述的某些实施例的缠绕在磁性振荡器周围（例如， 环绕磁性振荡器）的親合线圈的实例磁性振荡器（例如多个磁性振荡器的一部分）。
[0021] 图10A示意性地说明磁化球体内部的并行磁通量线（B)。
[0022] 图10B示意性地说明磁化球体中的磁场强度（H)。
[0023] 图11示意性地说明根据本文所述的某些实施例的使用MEMS技术构造的实例磁性 振荡器阵列。
[0024] 图12示意性地说明根据本文所述的某些实施例的三维磁性振荡器阵列的切穿区 域。
[0025] 图13示意性地说明根据本文所述的某些实施例的缠绕在具有多个磁性振荡器的 圆盘周围的实例耦合线圈。
[0026] 图14示意性地说明根据本文所述的某些实施例的经配置以将电力无线传送到至 少一个电力接收器的实例电力发射器。
[0027] 图15示意性地说明根据本文所述的某些实施例的实例电力发射器，以及展示谐 振现象的输入阻抗与频率的曲线。
[0028] 图16示意性地说明根据本文所述的某些实施例的多个磁性振荡器的配置的实例 部分。
[0029] 图17示意性地说明根据本文所述的某些实施例的所述多个磁性振荡器布置在其 中的实例配置，其中磁体在相反方向上成对定向，使得总和磁矩的静态分量抵消。
[0030] 图18示意性地说明根据本文所述的某些实施例的电力发射器和电力接收器的实 例配置。
[0031] 图19是根据本文所述的某些实施例的实例方法的流程图。
[0032] 图式中图解说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清楚起见可任意扩大 或缩小各种特征的尺寸。另外，图式中的一些图式可能并未描绘给定系统、方法或装置的所 有组件。最后，可能贯穿说明书和图式使用相似参考标号来表示相似特征。
【具体实施方式】
[0033] 下文结合附图阐述的【具体实施方式】意图作为对本发明的示例性实施例的描述，且 并不意图表示其中可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语"示范性"表示 "充当实例、例子或说明"，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述 出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的而包含特定细节。在一些情况下，以 框图形式展示一些装置。
[0034] 无线传送电力可指将与电场、磁场、电磁场或以其它方式相关联的任何形式的能 量从发射器传送到接收器，而不使用物理电导体（例如，可通过自由空间来传送电力）。输 出到无线场（例如，磁场）中的电力可由"接收天线"接收、捕获或耦合以实现电力传送。
[0035] 图1是根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传送系统100的功能框图。 输入电力102可从电源（未图示）提供到发射器104以用于产生用于提供能量传送的场 105。接收器108可耦合到场105,且产生输出电力110以供耦合到输出电力110的装置（未 展示）储存或消耗。发射器104与接收器108两者分开距离112。在一个示范性实施例中， 发射器104与接收器108是根据相互谐振关系而配置。当接收器108的谐振频率与发射器 104的谐振频率实质上相同或极为接近时，发射器104与接收器108之间的传输损失最小。 由此，可与可要求大线圈极其接近（例如，mm)的纯电感解决方案相比，在较大距离上提供 无线电力传送。谐振电感耦合技术因此可允许在各种距离上且利用多种电感线圈配置进行 的改进的效率和电力传送。
[0036] 当接收器108位于发射器104产生的能量场105中时，接收器108可接收电力。 场105对应于其中发射器104所输出的能量可由接收器105捕获的区。在一些情况下，场 105可对应于发射器104的"近场"，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于输出能 量发射的发射天线114。接收器108进一步包含用于接收或捕获来自能量发射的能量的接 收天线118。近场可对应于其中存在由发射天线114中的最低限度地辐射电力远离发射天 线114的电流和电荷产生的强反应性场的区。在一些情况下，近场可对应于在发射天线114 的约一个波长（或其分数）内的区。发射天线114和接收天线118根据应用和将与其相关 联的装置而设定大小。如上文所描述，高效能量传送可通过将发射天线114的场105中的 大部分能量耦合到接收天线118而非在电磁波中将大多数能量传播到远场而发生。当定位 在场105内时，可在发射天线114与接收天线118之间形成"耦合模式"。发射天线114和 接收天线118周围的可发生此耦合的区域在本文中被称作耦合模式区。
[0037] 图2是根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传送系统100中 的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206,其可包含振荡器222、驱动器 电路224和滤波与匹配电路226。振荡器222可经配置以在所要频率（例如40kHz、85kHz、 140kHz、468. 75kHz、6. 78MHz或13. 56MHz)下产生信号，所述频率可响应于频率控制信号 223而调整。可将振荡器信号提供到经配置以在（例如）发射天线214的谐振频率下驱动 发射天线214的驱动器电路224。驱动器电路224可为经配置以从振荡器222接收方波并 且输出正弦波的切换放大器。举例来说，驱动器电路224可为E类放大器。还可包含滤波 与匹配电路226以滤除谐波或其它不必要的频率，且将发射器204的阻抗与发射天线214 匹配。作为驱动发射天线214的结果，发射器204可在足以对电子装置充电或供电的电平 下以无线方式输出电力。作为一个实例，所提供的电力可例如约300毫瓦到5瓦，以对具有 不同电力需求的不同装置供电或充电。还可提供在千瓦范围内