能量传输系统及其方法技术方案

一种能量传输系统，包括一来源端谐振器、一中继端谐振模块、及一装置端谐振器，三者的谐振频率相同，以产生谐振。来源端谐振器的能量耦合至中继端谐振模块，使来源端谐振器与中继端谐振模块之间进行非辐射能量转移。耦合至中继端谐振模块的能量，还耦合至装置端谐振器，使中继端谐振模块与装置端谐振器之间进行非辐射能量转移，以完成来源端谐振器与装置端谐振器之间的能量传输。中继端谐振模块与相邻两个谐振器之间的耦合常数，大于来源端谐振器与装置端谐振器之间的耦合常数。本发明专利技术具有高传输效率、体积小，成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种能量传输装置及方法，且特别是有关于 一种经由谐振器间的能量耦合，以达到能量传输的能量传输装置及方法。
技术介绍
传统上，多种无线传输技术已广泛地被应用在通信领域中。目前的无线传输技术大部分使用于在信号的接收与发送上，故多半只能达成低功率的信号传输。由于使用无线传输技术的电子产品越来越多，通过无线传输方式来达到更高功率的传输技术的开发越来越受到重视。美国专利公开号MO7/0222542已公开了 一种可无线地进行能量传输的无线功率传输(Wireless PowerTransfer, WPT)的无线非辐射能量转移器，来将一个谐振器的电能，以谐振的方式传递至另 一个谐振器。然而，这种转移器必须要使用到具有高品质因素(Q-factor)的谐振器才能达到一定的传输效率。这样的谐振器的体积庞大且成本高昂，难以应用于一般的电子产品中。而且，当谐振器的距离太大时，这种转移器的能量转移的效率相当低。因此，如何设计出体积小，成本低，且具有高传输效率的无线功率传输系统，是本领域不断致力的方向之一。
技术实现思路
本专利技术有关于一种，相较于传统的无线功率传输系统，本专利技术的能量传输系统具有较高的能量传输效率，并具有体积小，成本低的优点。根据本专利技术的一第一方面，提出一种能量传输系统，包括一来源端谐振器、 一中继端谐振模块、及一装置端谐振器。来源端谐振器用以接收一能量，来源端谐振器具有 一 第 一谐振频率。中继端谐振模块具有 一 第二谐振频率，第 一谐振频率与第二谐振频率为相同。来源端谐振器的能量耦合至中继端谐振模块，使来源端谐振器与中继端谐振模块之间进行非辐射能量转移(Non-radiative Energy Transfer)。来源端谐振器及中继端谐振才莫块之间的耦合对应于一第一耦合常数。装置端谐振器具有一第三谐振频率，第三谐振频率及第二谐振频率为相同。耦合至中继端谐振模块的能量，还耦合至装置端谐振器，使中继端谐振模块与装置端谐振器之间进行非辐射能量转移，中继端谐振模块及装置端谐振器之间的耦合对应于一第二耦合常数。当中继端谐振模块不存在时，来源端谐振器与装置端谐振器之间的耦合对应于一第三耦合常数。第一耦合常数大于第三耦合常数，且第二耦合常数大于第三耦合常数。根据本专利技术的一第二方面，提出一种能量传输方法，包括下列步骤提供一来源端谐振器接收一能量；提供一中继端谐振模块，来源端谐振器的能量耦合至中继端谐振模块，使来源端谐振器与中继端谐振模块进行非辐射能量转移，来源端谐振器及中继端谐振-漠块之间的耦合对应于一第一耦合常数；以及提供一装置端谐振器，耦合至中继端谐振模块的能量，还耦合至装置端谐振器，使中继端谐振模块与装置端谐振器之间进行非辐射能量转移，中继端谐振模块及装置端谐振器之间的耦合对应于一第二耦合常数。当中继端谐振模块不存在时，来源端谐振器与装置端谐振器之间的耦合对应于一第三耦合常数。第一耦合常数大于第三耦合常数，且第二耦合常数大于第三耦合常数。为让本专利技术的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，^细i兌明如下附图说明图1表示依照本专利技术的一实施例的能量传输系统的方块图。图2表示以螺旋管导体线圈来实现图1的能量传输系统的一例的示意图。图3表示包含两个或两个以上的中继端谐振器的能量传输系统的一例的示意图。图4表示来源端谐振器、中继端谐振器及装置端谐振器的特性参数的一例。图5表示图2的能量传输系统的插入损耗(Insertion Loss)S^与频率的关系图。6图6表示不i殳置中继端谐振器时的能量传输系统的示意图。图7表示图6的能量传输系统的插入损益与频率的关系图。图8为依照美国专利公开号2007/0222542所设计的作为对照组使用的一无线能量传输系统的示意图。图9表示图8的无线功率传输系统的传输效率与传输距离的关系的模拟结果图。图IO表示图2所示的能量传输系统的来源端谐振器、中继端谐振器及装置端谐振器的位置A、 B及C如图11A-IIE所示时的模拟结果。图11A-11E表示图2所示的能量传输系统的来源端谐振器、中继端谐振器及装置端谐振器的多种不同的位置配置关系。主要元件符号说明1、 2:谐振器10、 20、 80:能量传输系统110、110，来源端谐振120:中继端谐振模块130、130':装置端谐振122:中继端谐振器106:负载电路108:电源电路具体实施例方式本专利技术的能量传输系统在来源端谐振器(Resonator)与装置端谐振器之间，配置一中继端谐振模块，来分别与来源端谐振器与装置端谐振器进行能量耦合，以提升来源端谐振器与装置端谐振器间的整体传输效率。请参照图1，其表示依照本专利技术的一实施例的能量传输系统的方块图。能量传输系统10包括来源端谐振器110、中继端谐振模块120及装置端谐振器130。来源端谐振器110接收能量Pi。来源端谐振器110具有一谐振频率f,。中继端谐振模块120具有至少一个中继端谐振器，中继端谐振器'具有谐振频率f2，谐振频率n及G为相同。来源端谐振器110上的能量Pi耦合至中继端谐振模块120,使来源端谐振器110与中继端谐振模块之间进行非辐射能量转移(Non-radiative Energy Transfer)。来源端谐振器110及中继端谐振模块120之间的耦合对应于一第 一耦合常数(CouplingCoefficient)。装置端谐振器130具有一谐振频率f3,谐振频率f3及f2为相同。被耦合至中继端谐振才莫块120的能量还耦合至装置端谐振器130,使中继端谐振模块120与装置端谐振器130之间进行非辐射能量转移，如此，装置端谐振器130上具有能量Po。其中，中继端谐振模块120及装置端谐振器130之间的耦合对应于第二耦合常数。其中，当中继端谐振模块120不存在时，来源端谐振器110与装置端谐振器130之间的耦合对应于第三耦合常数。在本实施例中，第一、第二、第三耦合常数满足第 一耦合常数大于第三耦合常数，且第二耦合常数大于第三耦合常数。此处的耦合常数与对应的两个谐振器之间的能量转移的比例相关。接下来列举若干例子来对本实施例的能量传输系统进行说明。请参照图2,其表示以螺旋管(Solenoid)导体线圈来实现图1的能量传输系统的一例的示意图。在本例中，中继端谐振模块120包括一个中继端谐振器122,来源端谐振器110、中继端谐振器122及装置端谐振器130均为螺旋管导体线圈结构的谐振器。来源端谐振器110的谐振频率与来源端谐振器110的等效电容值与等效电感值的乘积的平方根有关。中继端谐振器122及装置端谐振器130的谐振频率亦可分别由对应的等效电容值与等效电感值得到。由于来源端谐振器no与中继端谐振器122具有相等的谐振频率，因此来源端谐振器110的螺旋管导体线圈，将会与中继端谐振器122的螺旋管导体线圈产生谐振。如此，来源端谐振器110所具有的电磁能，将会耦合至中继端谐振器122,以使来源端谐振器110的能量传输至中继端谐振器122。同样地，由于中继端谐振器122与装置端谐振器130亦具有相等的谐振频率，因此中继端谐振器122的螺旋管导体线圈，将会与装置端谐振器130的螺旋管导体线圈产生谐振。如此，中继端谐振器122所具有的电磁能，将会耦合至装置端谐振器130，以使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量传输系统，包括：　一来源端谐振器，用以接收一能量，该来源端谐振器具有一第一谐振频率；　一中继端谐振模块，具有一第二谐振频率，该第一谐振频率与该第二谐振频率为相同，该来源端谐振器的该能量耦合至该中继端谐振模块，使该来源端谐 振器与该中继端谐振模块之间进行非辐射能量转移，该来源端谐振器及该中继端谐振模块之间的耦合对应于一第一耦合常数；以及　一装置端谐振器，具有一第三谐振频率，该第三谐振频率及该第二谐振频率为相同，耦合至该中继端谐振模块的该能量，还耦合至该装 置端谐振器，使该中继端谐振模块与该装置端谐振器之间进行非辐射能量转移，该中继端谐振模块及该装置端谐振器之间的耦合对应于一第二耦合常数；　其中，当该中继端谐振模块不存在时，该来源端谐振器与该装置端谐振器之间的耦合对应于一第三耦合常数；　 　其中，该第一耦合常数大于该第三耦合常数，且该第二耦合常数大于该第三耦合常数。

【技术特征摘要】
1. 一种能量传输系统，包括一来源端谐振器，用以接收一能量，该来源端谐振器具有一第一谐振频率；一中继端谐振模块，具有一第二谐振频率，该第一谐振频率与该第二谐振频率为相同，该来源端谐振器的该能量耦合至该中继端谐振模块，使该来源端谐振器与该中继端谐振模块之间进行非辐射能量转移，该来源端谐振器及该中继端谐振模块之间的耦合对应于一第一耦合常数；以及一装置端谐振器，具有一第三谐振频率，该第三谐振频率及该第二谐振频率为相同，耦合至该中继端谐振模块的该能量，还耦合至该装置端谐振器，使该中继端谐振模块与该装置端谐振器之间进行非辐射能量转移，该中继端谐振模块及该装置端谐振器之间的耦合对应于一第二耦合常数；其中，当该中继端谐振模块不存在时，该来源端谐振器与该装置端谐振器之间的耦合对应于一第三耦合常数；其中，该第一耦合常数大于该第三耦合常数，且该第二耦合常数大于该第三耦合常数。2. 如权利要求1所述的能量传输系统，其中，该来源端谐振器与该中继 端谐振模块之间进行磁能能量转移。3. 如权利要求1所述的能量传输系统，其中，该来源端谐振器与该中继 端谐振模块之间进行电能能量转移。4. 如权利要求1所述的能量传输系统，还包括 一电源电路，用以产生一电源信号以提供该能源； 一第一阻抗匹配电路，用以接收该电源电路提供的该电源信号，并输出该电源信号；一第一耦合电路，用以接收由该第一阻抗匹配电路输出的该电源信号， 该第 一耦合电路与该来源端谐振器间的相互耦合，使该第 一耦合电路与该来 源端谐振器进行能量转移，以传输该能量至该来源端谐振器。5. 如权利要求1所述的能量传输系统，还包括一第二耦合电路，该第二耦合电路与该装置端谐振器间相互耦合，以输 出该装置端谐振器接收到的该能量；一第二阻抗匹配电路，用以接收从该第二耦合电路输出的该能量，并输 出该能量；及一整流电路，用以接收从该第二阻抗匹配电路输出的该能量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志荣，林志隆，周崇瑞，
申请(专利权)人：达方电子股份有限公司，苏州达方电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]