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1、(10)申请公布号 CN 104081623 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104081623 A (21)申请号 201380007059.7 (22)申请日 2013.02.07 13/367,443 2012.02.07 US H02J 7/02(2006.01) (71)申请人 吉列公司 地址 美国马萨诸塞州 (72)发明人 JT伯里科夫 SJ斯佩希特 S科罗纳多 - 霍塔尔 (74)专利代理机构 上海专利商标事务所有限公 司 31100 代理人 张欣 (54) 发明名称 使用可独立调谐的谐振器的无线功率传输 (57) 摘要 一种用于无线能量传递的系统包括用于无线。
2、 传输能量的电路， 所述电路包括第一可调谐的谐 振器电路， 所述谐振器电路包括发射器线圈和横 跨发射器线圈分路连接的可变电容装置。本发明 还公开一种用于无线接收能量的电路， 所述电路 包括可调谐的第二谐振器电路， 所述谐振器电路 包括感应耦合到发射器线圈的接收器线圈和横跨 接收器线圈分路连接的可变电容装置。本发明还 公开一种用于无线能量传输和接收的布置方式， 其消除了用于在所述布置方式的接收端部进行 DC 整流的独立电路的必要性。本发明还公开一种 用于无线能量传递的系统， 其中该系统包括可调 谐的谐振器电路， 所述谐振器电路嵌入在某个表 面诸如一件家具、 台面等例如桌子中。 (30)优先权数据。
3、 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.07.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/025065 2013.02.07 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/119758 EN 2013.08.15 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104081623 A CN 104081623 A 1/2 页 2 1. 一种电路， 包括 ： 用于无线接收能量的谐振器电路， 其包括 ： 接收器线圈， 所。
4、述接收器线圈具有较大数目的匝数 N1 ； 可变电容装置， 所述可变电容装置横跨所述接收器线圈与所述接收器线圈分路连接， 并且所述可变电容器和所述接收器线圈的本征电容形成所述谐振器电路 ； 输出线圈， 所述输出线圈与所述接收器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 所 述输出线圈感应耦合到所述接收器线圈以从所述电路提供功率输出， 其中所述谐振器电路 具有约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 2. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中所述谐振器电路由所述可变电容装置调谐至 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 3. 根据权利要求 1 或权利要求 2 所述的电路。
5、， 其中所述谐振器电路以高电压振荡并产 生耦合到次级线圈的强磁场。 4. 根据前述权利要求中任一项所述的电路， 其中所述两个线圈的电感耦合在所述输出 线圈处产生与 VL( 线圈 ) Vin*Q*N2/N1 相关的输出电压。 5. 根据前述权利要求中任一项所述的电路， 还包括 ： 电路系统， 所述电路系统用于将所述输出线圈上的 AC 电压转换为 DC 电压。 6. 根据前述权利要求中任一项所述的电路， 还包括 ： 电路系统， 所述电路系统用于将所述输出线圈上的AC电压转换为DC电压， 所述电路系 统包括 ： 横跨所述次级线圈分路连接的电容器 ； 和 耦合到所述电容器的 DC/DC 转换器或电池充。
6、电器。 7. 根据前述权利要求中任一项所述的电路， 还包括 ： 整流器电路， 所述整流器电路连接至所述输出线圈以将所述输出线圈上的 AC 电压转 换为 DC 电压， 所述电路系统还包括 ： 横跨所述次级线圈分路连接的电容器 ； 和 与所述电容器耦合的 DC/DC 转换器。 8. 一种电路， 包括 ： 用于无线传输能量的谐振器电路， 所述电路包括 ： 发射器线圈， 所述发射器线圈具有较大数目的匝数 N1 ； 可变电容装置， 所述可变电容装置横跨所述发射器线圈与所述发射器线圈分路连接， 并且所述可变电容器和所述发射器线圈的本征电容形成所述谐振器电路 ； 输入线圈， 所述输入线圈被构造成耦合到输入射。
7、频源， 其中所述输入线圈与所述发射 器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 并且所述输入线圈感应耦合到所述发射器 线圈以从所述电路提供功率输出， 其中所述谐振器电路具有约100kHz至30MHz范围内的谐 振频率。 9. 根据权利要求 8 所述的电路， 其中所述谐振器电路由所述可变电容装置调谐。 10.根据权利要求8或权利要求9所述的电路， 其中所述谐振器电路以高电压振荡并在 所述发射器线圈处产生强磁场。 11. 根据权利要求 8-10 中任一项所述的电路， 还包括连接至所述输入线圈的射频源。 权 利 要 求 书 CN 104081623 A 2 2/2 页 3 12. 根据权利要。
8、求 8-11 中任一项所述的电路， 其中所述发射器和输入线圈的电感耦合 在所述发射器线圈处产生与 VL( 线圈 ) Vin*Q*N1/N2 相关的输出电压， 其中 Vin与连接至所述 输入线圈的所述射频源的电压相关。 13. 一种用于无线能量传递的系统， 所述系统包括 ： 用于无线传输能量的电路， 所述电路包括 ： 第一谐振器电路， 其包括 ： 发射器线圈， 所述发射器线圈具有较大数目的匝数 N1 ； 可变电容装置， 所述可变电容装置横跨所述发射器线圈与所述发射器线圈分路连接， 并且所述可变电容器和所述发射器线圈的本征电容形成所述谐振器电路 ； 输入线圈， 所述输入线圈被构造成连接至输入射频源。
9、， 其中所述输入线圈与所述发射 器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 并且所述输入线圈感应耦合到所述发射器 线圈以按约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率从所述谐振器电路提供功率输出 ； 用于无线接收能量的电路， 所述电路包括 ： 第二谐振器电路， 其包括 ： 感应耦合到所述发射器线圈的接收器线圈， 所述接收器线圈具有较大数目的匝数 N3 ； 可变电容装置， 所述可变电容装置横跨所述接收器线圈与所述接收器线圈分路连接， 并且所述可变电容器和所述接收器线圈的本征电容形成所述第二谐振器电路 ； 输出线圈， 所述输出线圈与所述接收器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 。
10、N2， 所 述输出线圈感应耦合到所述接收器线圈以从所述电路提供功率输出， 其中所述谐振器电路 具有约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 14. 根据权利要求 13 所述的系统， 其中所述第二谐振器电路由所述可变电容装置调谐 至 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 15. 根据权利要求 13 或权利要求 14 所述的系统， 还包括 ： 电路系统， 所述电路系统用于将所述输出线圈上的 AC 电压转换为 DC 电压。 权 利 要 求 书 CN 104081623 A 3 1/6 页 4 使用可独立调谐的谐振器的无线功率传输 背景技术 0001 本发明涉及无线功率传输， 。
11、并且具体地， 本发明涉及能够适用于对电池等进行充 电的技术。 0002 无线功率传输已经有 100 多年的历史了。随着过去十年中便携式电子设备的迅猛 发展， 对用于电池充电的无线功率传输的关注也在快速增加。 发明内容 0003 为了增加无线功率传输系统的操作范围， 可使用高 Q 因子的系统， 所述系统使用 自调谐线圈。 自调谐线圈的问题是难以将所述两个线圈调谐至射频源频率并且介于彼此之 间 ( 这是通过改变匝数和这些匝之间的距离来进行的， 并且不适用于自动反馈控制 )。 0004 对于实际的应用诸如用于对家用电器应用进行充电， 典型的短程感应充电器只限 于若干厘米或甚至若干毫米。高 Q 因子谐。
12、振系统部分地补偿相对于发射器 ( 发射器 ) 和接 收器(接收器)之间距离的快速衰减的所接收的功率， 以谐振线圈上的高操作电压为代价， 因为当接收器装置被移动得更靠近发射器时， 接收器线圈电压将上升。高 Q 系统必须整流 和调控数量级为几百伏甚至几千伏的电压。 这可能使在该类型的环境中操作的典型的以低 电压操作的电子设备产生问题。 高输入电压调节器是存在的， 但它们效率不高、 体积庞大且 造价昂贵。 0005 感应式充电器例如电池充电器通常在短程空间范围内操作， 通常只限于若干厘米 或甚至若干毫米。高 Q 谐振系统部分地补偿相对于发射器 ( 发射器 ) 和接收器 ( 接收器 ) 之间距离的快速。
13、衰减的所接收的功率。 虽然更好的Q因子能够在兆赫兹范围内， 例如在5至 27MHz 范围内产生， 但在这一范围内， 典型的整流器电路的性能受到半导体装置的最大操作 频率的限制。 在这些高操作频率下， 常规整流器设计可能不能够表现得令人满意。 在这种高 频率下， 常规整流器的输出电压波形可包括因寄生电感和电容谐振而产生的鸣振瞬态。这 些瞬态导致整流效率损耗和输出信号噪声。此外， 整流器的输入阻抗特性还随频率和负载 而改变。为了减小该影响， 使用系列谐振转换器通过改变切换频率来进行调控并抵消反应 性阻抗变化。 0006 根据一个方面， 一种电路包括用于无线接收能量的谐振器电路， 所述谐振器电路 包。
14、括具有较大数目的匝数 N1 的接收器线圈和横跨接收器线圈与接收器线圈分路连接的可 变电容装置， 并且可变电容器和接收器线圈的本征电容形成谐振器电路 ； 和输出线圈， 所述 输出线圈与接收器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 输出线圈感应耦合到接收 器线圈以从该电路提供功率输出， 其中谐振器电路具有约100kHz至30MHz范围内的谐振频 率。 0007 以下为实施例。 0008 谐振器电路由可变电容装置调谐至 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。谐振器 电路以高电压振荡并产生耦合到次级线圈的强磁场。 所述两个线圈的电感耦合在输出线圈 处产生与 VL( 线圈 ) Vin。
15、*Q*N2/N1 相关的输出电压。该电路还包括用于将输出线圈上的 AC 说 明 书 CN 104081623 A 4 2/6 页 5 电压转换为 DC 电压的电路系统。该电路还包括用于将输出线圈上的 AC 电压转换为 DC 电 压的电路系统， 该电路系统包括横跨次级线圈分路连接的电容器和耦合到该电容器的 DC/ DC 转换器或电池充电器。该电路还包括连接至输出线圈以将输出线圈上的 AC 电压转换为 DC 电压的整流器电路， 该电路系统还包括横跨次级线圈分路连接的电容器和与电容器串联 耦合的 DC/DC 转换器。 0009 根据另一个方面， 一种电路包括用于无线传输能量的谐振器电路， 该电路包括。
16、具 有较大数目的匝数 N1 的发射器线圈 ； 横跨发射器线圈与发射器线圈分路连接的可变电容 装置， 并且可变电容器和发射器线圈的本征电容形成谐振器电路 ； 和被构造成耦合到输入 射频源的输入线圈， 其中输入线圈与发射器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 并且输入线圈感应耦合到发射器线圈以从该电路提供功率输出， 其中谐振器电路具有约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 0010 以下为实施例。 0011 谐振器电路由可变电容装置调谐。 谐振器电路以高电压振荡并在发射器线圈处产 生强磁场。该电路还包括连接至输入线圈的射频源。发射器和输入线圈的电感耦合在发射 器线圈处产生。
17、与 VL( 线圈 ) Vin*Q*N1/N2 相关的输出电压， 其中 Vin与连接至输入线圈的射频 源的电压相关。 0012 根据另一个方面， 一种用于无线能量传递的系统包括用于无线传输能量的电路， 该电路包括第一谐振器电路， 所述第一谐振器电路包括具有较大数目的匝数 N1 的发射器 线圈 ； 横跨发射器线圈与发射器线圈分路连接的可变电容装置， 并且可变电容器和发射器 线圈的本征电容形成谐振器电路 ； 被构造成连接至输入射频源的输入线圈， 其中输入线圈 与发射器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 并且输入线圈感应耦合到发射器线 圈以按约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振。
18、频率从该谐振器电路提供功率输出。一种用于无 线接收能量的电路， 该电路包括第二谐振器电路， 所述第二谐振器电路包括感应耦合到发 射器线圈的接收器线圈 ( 接收器线圈具有较大数目的匝数 N3) ； 横跨接收器线圈与接收器 线圈分路连接的可变电容装置， 并且可变电容器和接收器线圈的本征电容形成第二谐振器 电路 ； 输出线圈， 所述输出线圈与接收器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 输出 线圈感应耦合到接收器线圈以从该电路提供功率输出， 其中谐振器电路具有约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 0013 以下为实施例。 0014 第二谐振器电路由可变电容装置调谐至 100。
19、kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。该 电路还包括用于将输出线圈上的 AC 电压转换为 DC 电压的电路系统。 0015 根据另一个方面， 一种用于无线能量传递的系统包括被构造成由射频源馈送的用 于无线传输能量的电路， 用于无线传输的电路包括第一谐振器电路、 用于从第一谐振器电 路无线接收能量的电路， 用于无线接收的电路包括第二谐振器电路和设置在用于无线传输 能量的电路和用于无线接收能量的电路之间的电路， 从而与第一谐振器电路和第二谐振器 电路感应耦合以在用于无线接收能量的电路处有效地产生具有 DC 分量的整流的电压。 0016 以下为实施例。 0017 所述用于感应耦合的电路包括设置在。
20、第一谐振器电路和第二谐振器电路之间的 可调谐的无源谐振器， 可调谐的无源谐振器包括具有较大数目的匝数 N1 的线圈、 横跨线圈 说 明 书 CN 104081623 A 5 3/6 页 6 与线圈分路连接的可变电容装置， 并且可变电容器和该线圈的本征电容形成可调谐的谐振 器电路， 其中第一谐振器电路和第二谐振器电路与无源可调谐的谐振器电路结合从而在第 二谐振器电路的输出端提供具有 DC 分量的电压。所述用于感应耦合的电路包括以基本发 射器频率的第一谐波或更高谐波操作的磁场发射器。 第一谐振器还包括具有较大数目的匝 数 N1 的发射器线圈 ； 横跨发射器线圈与发射器线圈分路连接的可变电容装置， 。
21、并且可变电 容器和发射器线圈的本征电容形成谐振器电路 ； 被构造成耦合到输入射频源的输入线圈， 其中输入线圈与发射器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 并且输入线圈感应耦 合到发射器线圈以按约100kHz至30MHz范围内的谐振频率从该谐振器电路提供功率输出。 第二谐振器还包括感应耦合到发射器线圈的接收器线圈 ( 该接收器线圈具有较大数目的 匝数 N3) ； 横跨接收器线圈与接收器线圈分路连接的可变电容装置， 并且可变电容器和接 收器线圈的本征电容形成第二谐振器电路 ； 输出线圈， 所述输出线圈与接收器线圈的匝数 N1 相比具有较低数目的匝数 N2， 输出线圈感应耦合到接收器线圈。
22、以从该电路提供功率输 出， 其中谐振器电路具有约 100kHz 至 30MHz 范围内的谐振频率。 0018 根据另一个方面， 一种用于无线能量传递的系统包括桌子、 嵌入在桌子中的用于 无线传输能量的电路， 该电路包括第一谐振器电路， 所述第一谐振器电路包括发射器导体 和横跨发射器导体与发射器线圈分路连接的可变电容装置， 并且可变电容器和发射器线圈 的本征电容形成谐振器电路。 0019 以下为实施例。发射器导体耦合到输入射频源以按约 100kHz 至 30MHz 范围内的 谐振频率从该谐振器电路提供功率输出。 0020 本发明的一个或多个实施例的细节阐述于附图和以下说明中。通过阅读说明书、 附。
23、图以及权利要求书， 本发明的其它特征、 目的和优点将变得显而易见。 附图说明 0021 图 1 为利用了可独立调谐的发射器 / 接收器线圈的感应功率链路的示意图。 0022 图 2 为自屏蔽线圈对的一个实施例的透视图。 0023 图3为利用了可独立调谐的发射器/接收器线圈和中间无源谐振器的感应功率链 路的示意图。 0024 图 4A 和 4B 为能够由图 3 的布置方式产生的效应的图解示图。 0025 图 5 为充电布置方式的示图。 具体实施方式 0026 现在参见图 1， 示出了一种包括发射器 11 和接收器 21 的无线能量传递布置方式 10。发射器 11 和接收器 21 包括分别用于传输。
24、和接收无线功率的相应的可调谐的谐振器 12,22。这些可调谐的谐振器 12,22 是与发射器侧 11 上的驱动器电子装置 16 和接收器电 子装置 26 例如接收器侧 21 上的整流器电路 32 和降压 DC/DC 34 转换器电隔离的。 0027 可调谐的发射器谐振器 12 包括具有较高数目的匝数 N2 的线圈 15( 发射器线圈 ) 和具有相对较低数目的匝数 N1 的线圈 14( 输入线圈 )， 其中 N2 比 N1 大大约 10 至 1000 倍。 可调谐的发射器谐振器12也包括横跨线圈15分路耦合的可变电容元件(可变电容器)18。 可变电容元件 18 允许经由电隔离的 LC 电路 ( 。
25、线圈 15 和电容器 18) 来调谐谐振器 12。线 说 明 书 CN 104081623 A 6 4/6 页 7 圈 15 与具有匝数 N1 的线圈 14 相比具有相对较大数目的匝数 N2。可调谐的发射器谐振器 12 经由输入线圈 14 被馈送。从射频源 16 向输入线圈 14 馈送射频信号。 0028 典型的带宽范围、 电压范围和功率范围为 ： 0029 频率范围 ： 100kHz 至 30MHz ； 0030 电压范围 ： 5V 至 48V ； 0031 功率范围 ： 1mW 至 100W 0032 其它范围和上述范围内的子范围诸如 5MHz 至 27MHz 也是可能的。 0033 匝数。
26、比率 N2/N1 允许输入线圈 14 处的相对低电压通过感应耦合向发射器线圈 15 传输电能并在发射器线圈15处产生非常高的磁场。 该高磁场感应耦合到接收器谐振器22， 如下文即将讨论的那样。可调谐的发射器 12 因此具有在高电压下操作的谐振结构， 从而产 生强磁场。 0034 通过使用带有空气间隙可变电容器和可变调谐的空气芯线圈来提供谐振器。其 它构型也是可能的， 这取决于所期望的特性， 包括对可调谐的发射器谐振器 12 的带宽要 求、 电压要求和功率要求。可调谐的接收器谐振器 22 包括具有较高数目的匝数 N2 的线圈 25( 接收器线圈 ) 和具有相对较低数目的匝数 N1 的线圈 24(。
27、 输出线圈 )， 其中 N2 比 N1 大 大约 10 至 1000 倍。可调谐的接收器谐振器 22 也包括横跨线圈 25 分路耦合的可变电容元 件 ( 可变电容器 )28。可变电容元件 28 允许经由电隔离的 LC 电路 ( 线圈 25 和电容器 28) 来调谐谐振器 22。与具有匝数 N1 的线圈 24 相比具有相对较大数目的匝数 N2 的线圈 25 允 许接收器谐振器 ( 线圈 26 和电容器 28) 有效地经由对线圈 25 的电感耦合耦合到由发射器 谐振器 12 产生的相对高磁场中， 从而在线圈 25 处产生相对高电压。线圈 25 感应耦合到线 圈 24。 0035 在一些实施例中， 。
28、线圈 24 与线圈 15 磁屏蔽， 以便不允许在发射器中的线圈 15 和 接收器中的线圈 24 之间产生显著的电感耦合。此类磁屏蔽可通过各种方式来实现， 包括将 次级线圈放置在由接收器 21 上的初级线圈 25 所限定和约束的区域内。一种用于磁屏蔽接 收器中的线圈 24 的此类布置方式示出于图 2 中。 0036 现在参见图 2， 示出了结构 40， 其承载了可用作可调谐的谐振器 12,22( 图 1) 的一 部分的两个线圈。结构 40 包括具有第一线圈 ( 图 1 中例证性的 25) 的带 42 或盘， 所述第 一线圈由在带 42 的外表面 42a 上设置的连续的电隔离的导体 44 的 N2。
29、 匝构成。结构 40 也 包括第二线圈 ( 图 1 中例证性的 24)， 其由在带 42 的内表面 42b 上设置的连续的电隔离的 导体 46 的 N1 匝 ( 其中 N2N1) 构成。该结构 40 允许例如具有设置在带 42 的外表面 42a 上的第一线圈 25 的可调谐的谐振器 22( 图 1) 至少部分地将第二线圈 24 与由其它线圈产 生的可能耦合到结构 40 的场屏蔽开， 诸如将线圈 15 与可调谐的谐振器 12( 图 1) 屏蔽开， 同时允许这种场耦合到结构 40 的线圈 25。 0037 可调谐的接收器谐振器 22 经由电感耦合从可调谐的发射器谐振器 12 接收能量， 并且可调谐。
30、的接收器谐振器 22 将所述能量感应耦合到线圈 24。在线圈处产生与比率 N1/ N2 成比例的输出电压。该电压远远低于横跨线圈 25 从可调谐的谐振器 12 感生的电压。线 圈 24 处的这种较低 AC 电压由全波整流器 33 整流以产生 DC 电压。电容器 30 整平 / 过滤 该 DC 电压， 并且 DC/DC 转换器 32 根据对后续装置诸如负载 34 的输入电压要求将该 DC 电 压转换为所期望的值。当负载 34 从 DC/DC 转换器电路 32 获得电流时， 线圈 25 的输出端处 说 明 书 CN 104081623 A 7 5/6 页 8 的电压不下降， 而是使得该 DC/DC。
31、 转换器增加流过线圈 25 的电流。与依赖本征线圈电容 的自谐振器线圈相比， 用于传输和接收的可独立调谐的谐振器增加了该布置方式的操作范 围， 并且改善了该布置方式的可制造性。将可变电容器包括在内允许精密地调谐并因此选 择谐振器的谐振频率。将分别用于传输和接收的次级线圈 14,24 包括在内， 降低了射频源 16处的电压要求、 以及对处理电路例如电容器30、 整流器33和接收器处的DC/DC转换器32 的电压要求。 0038 由于功率输出连接至具有较低数目的匝数 N2 的线圈 24， 因此输出电压和谐振器 电压之间的比率由所述两个线圈的匝数比率控制， 如 ： 0039 VL( 线圈 ) Vin。
32、*Q*N2/N1 0040 其中 Q 为谐振器的品质因子， 并且 N2 和 N1 分别为线圈 25 和 24 的匝数。例如， 如 果 Q 10， N1 100 且 N2 10， 则线圈电压将与输入电压相同， 便于整流和调控。该布置 方式的另一个优点是能够将发射器和接收器谐振器12,22独立地调谐至振荡器/驱动器射 频功率源频率， 而不是将所述源调谐至谐振器。 这能够允许独立地调谐多个接收器， 同时由 单一发射器提供功率。可用可变电容器手动地进行调谐， 或可使用电压控制的电容器诸如 反向偏置的半导体结自动地进行调谐。 0041 在一个例子中， 将可 550kHz 至 1600kHz 范围内使用的。
33、可调谐的 AM 无线电天线谐 振器用于图 1 的线圈布置方式。发射器线圈由射频振荡器供电， 所述射频振荡器经由 10W 的功率放大器驱动器设定在 1MHz 正弦信号。接收器线圈能够被移开例如 24” 。所述两个谐 振器被调谐至振荡器频率并且各自的特征在于 Q 因子为 10。 0042 现在参见图 3， 一种可供选择的增强形式使用了包括线圈 64 和可变电容器 68 的 可调谐的无源谐振器 62， 其中谐振器 62 设置在图 1 的发射器 11 和接收器 21 ( 类似于图 1 的接收器 21) 之间而无整流器电路。此处， 可调谐的无源谐振器 62 通过围绕谐振频率调 谐无源谐振器 62 并且提。
34、供相位控制来提升所接收的功率和范围， 从而偏置接收器 11 侧上 的波形以将射频信号有效地整流耦合到接收器 11 。可调谐的无源谐振器 62 使得谐振无 线功率传输系统能够在高射频范围内操作并且提供 AC 至 DC 功率转换而无需整流器电路。 该技术适用于使用用于传输、 调节和接收无线功率的谐振电路来进行交流电至直流电的转 换、 以及射频至 DC( 射频至直流电 ) 的转换。 0043 谐振器62为一种谐振频率为f的、 由矩形脉冲振荡器和功率开关或放大器驱动的 LC 振荡电路。无源 LC 重发器被调谐至谐振频率 f 的第一谐波 2f。所述两个频率在接收器 中混合以在输出端产生基本上非对称的 D。
35、C 分量而无需整流器电路。DC 功率通过如下方式 从 AC 源产生 ： 混合所述两个信号 f 和 2f 以产生具有总的输出电压连同 DC 分量的信号。所 述两个具有不同频率的电压能够通过使用基本频率 f 和第一谐波 2f 从相同的 AC 或射频功 率源产生。 0044 通过控制所述两个电压之间的相移， 能够在输出端产生更高振幅的正 DC 分量或 负DC分量。 所述处于两个频率的信号在功率源处混合或独立地发射并在接收器处混合。 通 过使用用于发射器和接收器的谐振电路， 能够实现输出电压的放大。 即， 通过混合所述两个 正弦波形 f 和 2f( 如图 4A,4B 所示 )， 产生了具有 DC 分量。
36、的非对称波形。例如， 混合具有相 等振幅的频率 f 与第一谐波 2f 能够产生具有正 ( 图 4A) 或负 ( 图 4B) 高振幅半波的总波 形， 这取决于所述两个电压之间的相移。例如， 在图 4A 中， 所述两个源电压之间的 270相 说 明 书 CN 104081623 A 8 6/6 页 9 移导致正峰 69a ； 而在图 4B 中， 所述两个源电压之间的 90相移导致负峰 69b。正峰或负 峰 69a,69b 的优势均可用来直接对电池进行充电而不使用传统的整流器和过滤电路系统。 0045 现在参见图 5， 在实际的应用中， 单线发射器导体 70 形成设置在某个结构诸如桌 子 72 周边。
37、周围的回路， 如图所示。发射器电感器 70( 对应于图 1 中的线圈 15) 在所述导体 的两端部与调谐电容器 74( 对应于图 1 中的电容器 18) 并联耦合。接收器能够定位在由导 体 72 所包围的区域内， 并且高于或低于桌子 72 的表面约 1m。这种单线回路经由如上所述 的射频源(未示出)被馈送， 并且可在相对大面积内传送功率， 从而提供足够的功率以便对 低速率间歇使用的装置 78 诸如家用护理器具例如移动电话、 电动剃刀、 电动牙刷等或其它 具有低平均充电速率的器具进行充电。 0046 该布置方式允许进行能够对多个装置进行充电的射频传输 ( 并且所述发射 能够处在可接收的限值内， 。
38、诸如由例如 International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection 所确立的那些 )。利用该布置方式， 多个装置可在若干立方米的空 间中各自接收例如约 100mW( 通常需要 30mW)， 并且谐振重发器提高了用于小装置的功率。 在该布置方式中， 围绕桌子的回路提供了大的表面积， 具有可调谐的接收器谐振器 (22 或 22 ) 的装置能够自由地定位在其中。 0047 已描述了本发明的许多实施例。然而， 应当理解在不背离本发明的精神和保护范 围的情况下可作出许多修改。 例如， 替代无源谐振器， 可使用在基本发射器频率的第一谐波 或更高谐波下操作的磁场发射器以提供如上所述的有效整流。因此， 其它实施例在以下权 利要求书的范围之内。 说 明 书 CN 104081623 A 9 1/5 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 104081623 A 10 2/5 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 104081623 A 11 3/5 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 104081623 A 12 4/5 页 13 图 4A 图 4B 说 明 书 附 图 CN 104081623 A 13 5/5 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 104081623 A 14 。