包括用于抑制远场辐射和功率损耗的超材料阵列的无线功率近场中继器系统技术方案

这里描述的实施例可以涉及一种包括发送谐振器的系统，该发送谐振器被配置为通过以振荡频率谐振的发送谐振器将来自源的功率耦合到利用参考相位产生的振荡场中；一个或多个中继器，每个中继器位于相应的位置，每个中继器包括：重复谐振器，被配置为以所述振荡频率谐振，其中，所述一个或多个中继器中的每一个被配置为用相对于所述相应位置处的相位的相移重新产生所述振荡场，以及至少一个接收器，包括：接收谐振器，被配置为响应于耦合到振荡场而以振荡频率谐振；其中所述至少一个接收器被配置为将所述振荡场的功率传输到与所述至少一个接收器相关联的负载。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于抑制远场辐射和功率损耗的超材料阵列的无线功率近场中继器系统相关申请的交叉引用本申请要求于2015年11月13日提交的题为“WirelessPowerNear-FieldRepeaterSystemThatIncludesMetamaterialArraystoSuppressFar-FieldRadiationandPowerLoss”的美国专利申请No.14/940,747的优先权，其通过引用全文合并于此。
技术介绍
除非本文另外指出，否则本部分中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因包含在本部分中而被承认为现有技术。诸如移动电话、膝上型电脑和平板电脑的电子设备已经成为日常生活的组成部分。传统上使用非电源的其他机器，诸如汽车，越来越依靠电力作为电源。由于电子设备通常是移动的，因此设备经由导线保持与电源连接可能是不可行的。因此，当设备未耦合到固定电源时，电子设备可以使用电池来供应电力。然而，目前的电池技术通常不能满足电子设备的充电容量和/或放电率要求，这可能限制可移动设备的范围。即使在电池满足给定设备的功率需求的情况下，这样的设备通常也必须经由导线连接到固定的充电源以便对其电池进行充电。这种有线充电机制可能限制设备在充电时的移动以及可用性。另外，随着连接到充电源的设备数量的增加，电插座附近的导线数量可能增加，导致“线路混乱”。
技术实现思路
由于有线输送功率的限制，用于无线功率输送的解决方案是期望的。本文公开的一些示例系统使用谐振元件(诸如电感器和电容器)来产生谐振磁场和/或电场并与其耦合。这种系统可以包括发送器中的谐振元件以及一个或多个接收器中的谐振元件。此外，这样的系统可以使用发送器中的谐振元件来产生谐振场，并且可以使用接收器中的谐振元件来与谐振场耦合。这样，一些示例系统可以允许经由谐振场从发送器到接收器的无线功率输送。另外，一些示例系统可以包括一个或多个相移元件。在一个方面，一种系统可以包括：发送谐振器，被配置为通过以振荡频率谐振的发送谐振器将来自电源的功率耦合到由参考相位产生的振荡场中，所述振荡场是振荡电场或振荡磁场中的至少一个；一个或多个中继器，每个中继器位于相应的位置，并且每个中继器包括：重复谐振器，被配置为响应于在相应位置处耦合到振荡场而以振荡频率谐振；其中，所述一个或多个中继器中的每一个被配置为响应于以所述振荡频率谐振的所述耦合谐振器，以相对于所述相应位置处的相位的相移重新产生所述振荡场，并且其中，在相应位置处的振荡场是以下中的至少一个：由发送谐振器产生的振荡场或由所述一个或多个中继器中的不同中继器重新产生的振荡场；以及至少一个接收器，所述至少一个接收器包括：接收谐振器，被配置为响应于耦合到振荡场而以振荡频率谐振；其中所述至少一个接收器被配置为响应于所述接收谐振器以所述振荡频率谐振，将所述振荡场的功率的至少一部分传输到与所述至少一个接收器相关联的负载。另一方面，提供了一种方法，包括：通过以振荡频率谐振的发送谐振器将来自电源的功率耦合到由参考相位产生的振荡场中，所述振荡场是振荡电场或振荡磁场中的至少一个；响应于耦合到相应位置处的振荡场，使得一个或多个中继器中的每一个的相应重复谐振器以振荡频率谐振，所述每个中继器在相应位置处，指定相对于每个相应位置处的振荡场的相位的相应相移；响应于以所述振荡频率谐振的相应耦合谐振器，通过所述一个或多个中继器中的每一个重新产生所述振荡场，其中所述振荡场在所述相应位置处以所指定的相移重新产生，并且其中在相应位置处的振荡场是由发送谐振器产生的振荡场或由一个或多个中继器中的不同中继器重新产生的振荡场中的至少一个；响应于在所述至少一个接收器的位置处耦合到所述振荡场的所述接收谐振器，使所述至少一个接收器的相应接收谐振器以所述振荡频率谐振；以及响应于以所述振荡频率谐振的所述至少一个接收器的所述接收谐振器，将所述振荡场的功率的至少一部分传输到与所述至少一个接收器相关联的负载。附图说明图1是示出根据示例实施例的无线功率输送系统的组件的功能框图。图2是示出根据示例实施例的耦合到发送器的阻抗匹配电路的功能框图。图3是示出根据示例实施例的在数学推导中使用的双向耦合器的表示的图。图4A至图4B是示出根据示例实施例的电感谐振耦合的简化电路图。图5A至图5C是示出根据示例实施例的共模电容谐振耦合的简化电路图。图6A至图6B是示出根据示例实施例的差模电容谐振耦合的简化电路图。图7示出根据示例实施例的从发送器向一个或多个负载输送功率的方法。图8是示出根据示例实施例的系统的操作模式的表格。图9A至9B示出根据示例实施例的TDMA无线谐振耦合信道。图10是示出根据示例实施例的采用侧信道通信的无线功率输送系统的功能框图。图11示出了根据示例实施例的用于确认用相同接收器建立功率传输链路和侧信道通信链路的方法。图12是示出根据示例实施例的采用多路复用功率传输的无线功率输送系统的功能框图。图13示出根据示例实施例的重复发送器近场的中继器链的相移。图14示出根据示例实施例的控制系统中的近场的相移的方法。图15示出根据示例实施例的无线功率输送系统的实现。图16是示出根据示例实施例的使用高频测试脉冲来确定发送器的振荡场的近场区域中的反射实体的一个或多个特性的方法的流程图。图17、18、19A和19B是根据示例实施例的无人飞行器的简化图示。图20示出根据示例实施例的使用移动无线功率输送设备进行谐振无线功率传输的方法。图21是根据示例实施例的移动功率输送设备的简化框图。具体实施方式这里描述了示例性的方法和系统。应该理解的是，本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征是优选或有利的。这里描述的示例性实施例并不意味着限制。将容易理解的是，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种各样的不同配置进行布置和组合，所有这些都在本文中考虑。此外，图中所示的特定布置不应视为限制。应该理解，其他实施例可以包括给定附图中所示的每个元件的更多或更少。此外，所示元件中的一些可以被组合或省略。另外，示例性实施例可以包括未在附图中示出的元件。此外，这里使用的术语“电容器”应广义地理解为包括一个或多个元件的具有电容特性的任何系统。由此，术语“电容器”可以用于指集总电容元件和/或分布电容元件。类似地，这里使用的术语“电感器”应广义地理解为包括一个或多个元件的具有电感特性的任何系统。这样，术语“电感器”可以用于指集总式电感元件和/或分布式电感元件。一，概述无线功率传输涉及从电源到接收器的电力传输，而无需使用实心导体(例如导线)将接收器耦合到电源。一些传统的无线功率输送系统可以包括经由振荡磁场感应耦合的发送器和接收器。例如，来自电源的功率信号可以被输送到发送器中的发送线圈以产生振荡磁场。该振荡磁场穿过接收器中的接收线圈并感应在接收器中流动的AC并流向负载。发送器和接收器之间的耦合幅度可以由耦合因子k表示，该无量纲参数表示耦合发送器和接收器的通量分数。为了在这样的常规系统中建立有效的功率传输，耦合因子k必须保持在足够高的水平。因此，接收器线圈通常需要位于紧邻发送器线圈并且相对于发送器线圈精确定位的位置。另外，为了确保足够的耦合和实现合理有效的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线功率传输的系统，包括：发送器，包括：发送谐振器，被配置为通过以振荡频率谐振的发送谐振器将来自电源的功率耦合到用参考相位产生的振荡场中，所述振荡场是振荡电场或振荡磁场中的至少一个；一个或多个中继器，每个中继器位于相应的位置，并且每个中继器包括：重复谐振器，被配置为响应于耦合到相应位置处的振荡场而以振荡频率谐振；其中，所述一个或多个中继器中的每一个被配置为响应于以所述振荡频率谐振的耦合谐振器，以相对于所述相应位置处的相位的相移重新产生所述振荡场，并且其中，在所述相应位置处的振荡场是以下中的至少一个：由发送谐振器产生的振荡场或由所述一个或多个中继器中的不同中继器重新产生的振荡场；以及至少一个接收器，所述至少一个接收器包括：接收谐振器，被配置为响应于耦合到所述振荡场而以振荡频率谐振；其中所述至少一个接收器被配置为响应于所述接收谐振器以所述振荡频率谐振，将所述振荡场的功率的至少一部分传输到与所述至少一个接收器相关联的负载。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.13 US 14/940,7471.一种用于无线功率传输的系统，包括：发送器，包括：发送谐振器，被配置为通过以振荡频率谐振的发送谐振器将来自电源的功率耦合到用参考相位产生的振荡场中，所述振荡场是振荡电场或振荡磁场中的至少一个；一个或多个中继器，每个中继器位于相应的位置，并且每个中继器包括：重复谐振器，被配置为响应于耦合到相应位置处的振荡场而以振荡频率谐振；其中，所述一个或多个中继器中的每一个被配置为响应于以所述振荡频率谐振的耦合谐振器，以相对于所述相应位置处的相位的相移重新产生所述振荡场，并且其中，在所述相应位置处的振荡场是以下中的至少一个：由发送谐振器产生的振荡场或由所述一个或多个中继器中的不同中继器重新产生的振荡场；以及至少一个接收器，所述至少一个接收器包括：接收谐振器，被配置为响应于耦合到所述振荡场而以振荡频率谐振；其中所述至少一个接收器被配置为响应于所述接收谐振器以所述振荡频率谐振，将所述振荡场的功率的至少一部分传输到与所述至少一个接收器相关联的负载。2.如权利要求1所述的系统，其中所述发送谐振器被配置为通过将来自所述电源的功率耦合到所述振荡场的非辐射近场区域中，将来自所述电源的功率耦合到所述振荡场中。3.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个中继器形成中继器的聚集阵列。4.如权利要求3所述的系统，其中所述中继器的聚集阵列包括超材料。5.如权利要求4所述的系统，其中所述超材料被配置为抑制处于所述振荡频率的电磁辐射。6.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个中继器中的至少一个是有源中继器，其中所述至少一个有源中继器包括次级电源，并且其中所述次级电源被配置为将相应的增益应用于所述振荡场。7.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括：控制器，被配置为：确定所述一个或多个中继器中的至少一个的相应相移；至少基于所确定的相移来调节所述一个或多个中继器中的所述至少一个的相移元件。8.如权利要求1所述的系统，其中所述发送谐振器包括以下中的至少一个：发送电感器或至少一个发送电容器，并且其中所述一个或多个重复谐振器包括以下中的至少一个：重复电感器或至少一个重复电容器，并且其中所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：BJ阿道夫，RW德沃尔，
申请(专利权)人：X开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US