頂太陽能面板至室內分布的面板等)傳遞動力。
[0030]貫穿本公開，我們會提到某些電路部件，例如電容、電感、電阻、二極管、開關等，作為電路部件或元件。我們也會提到這些部件的串聯和并聯組合作為元件、網絡、拓撲、電路等。我們會描述電容、二極管、變容管、晶體管和/或開關的組合作為可調阻抗網絡、調諧網絡、匹配網絡、調節元件等。我們也會提到“自諧振”物體，貫穿整個物體既分布有電容又分布有電感(或部分分布，與完全集中是不同的)。本領域技術人員將理解，通過調整和控制電路或網絡內的可變部件可以調節該電路或網絡的性能，并且這些調整可以被大體描述成調諧、調整、匹配、校正等。調諧或調整無線功率傳遞系統的操作點的其他方法可以被單獨使用，或者除了調整可調諧部件(例如電感和電容、或電感和電容的組)之外被使用。
【附圖說明】
[0031]圖1是兩個對齊的諧振器線圈的等軸視圖。
[0032]圖2是兩個錯位的諧振器線圈的等軸視圖。
[0033]圖3是具有正交取向的兩個諧振器線圈的等軸視圖。
[0034]圖4是兩個對齊的平面諧振器線圈的等軸視圖。
[0035]圖5是兩個錯位的平面諧振器線圈的等軸視圖。
[0036]圖6是無線啟用的電池的剖切視圖。
[0037]圖7是設置成反向平行構造的兩個無線啟用的電池的剖切視圖。
[0038]圖8是示出非常接近的兩個無線啟用的電池中的兩個諧振器線圈之間的耦合因數與豎直偏移的關系的圖形。
[0039]圖9是設置成平行構造的兩個無線啟用的電池的剖切視圖。
[0040]圖10是用于向頭盔進行無線能量傳遞的系統的實施例的視圖。
[0041]圖1lA是示出豎直對齊的雙極結構的視圖，并且圖1lB是示出水平對齊的雙極結構的視圖。
[0042]圖12是包括繞一塊磁性材料纏繞的導體的兩個諧振器的視圖。
[0043]圖13是用于向頭盔進行無線能量傳遞的系統的實施例的視圖。
[0044]圖14是示出作為頭盔無線能量傳遞系統的方位角的函數的能量傳遞效率的圖形。
[0045]圖15是示出作為頭盔無線能量傳遞系統的線圈分離度的函數的能量傳遞效率的圖形。
[0046]圖16是用于通過使用多個源和裝置諧振器向頭盔進行無線能量傳遞的系統的實施例的視圖。
[0047]圖17是用于通過使用肩部安裝的源諧振器向眼鏡進行無線能量傳遞的系統的實施例的視圖。
[0048]圖18是示出相對源和裝置諧振器尺寸以允許車輛的橫向位移或者側向定位的不確定性的視圖。
[0049]圖19 (a)是包括單塊磁性材料的諧振器，圖19(b_d)是包括多個單獨的磁性材料塊的諧振器。
[0050]圖20 (a-c)是諧振器構造的等軸視圖，其用于比較包括一個磁性材料塊的諧振器和包括一個以上單獨的磁性材料塊的諧振器之間的無線功率傳輸特征。
[0051]圖21是包括四個單獨的磁性材料塊且每塊由導體纏繞的諧振器的等軸視圖。
[0052]圖22 Ca)是包括具有交錯導體繞組的兩個磁性材料塊的諧振器的俯視圖，圖22(b)是包括被成形為減少其間間距的兩個磁性材料塊的諧振器的俯視圖。
[0053]圖23是環狀結構的透明視圖。
[0054]圖24是環狀結構的剖視圖。
[0055]圖25是環狀結構的立體圖。
[0056]圖26是裝置和源結構定位的立體圖。
[0057]圖27 (a) (b) (c)示出了能量傳遞期間環狀結構的效率。
[0058]圖28是具有環狀諧振器結構的車輛。
[0059]圖29是具有一個導體繞組的平面諧振器的立體圖。
[0060]圖30是具有一個導體繞組的平面諧振器的剖切視圖。
[0061]圖31是具有兩個導體繞組的平面諧振器的立體圖。
[0062]圖32是具有兩個導體繞組的平面諧振器的剖切視圖。
[0063]圖33A和圖33C是示出最小彎曲隆起的效果的視圖，并且圖33B和圖33D是示出導體的豎直和成角度布線的視圖。
【具體實施方式】
[0064]無線電池構造
諧振器和電子器件可以被集成到或放置成靠近電池，從而使得能夠向電池進行無線能量傳遞，從而允許給電池組無線充電。添加有諧振器和控制電路，則電池和電池組可以從源無線地獲取能量并且再充電，而不必被精確地定位在充電器內。無線電池和電池組可以在主機裝置內部從外部無線電源無線地再充電而不需要所述裝置被物理地插入外部能量供應源內。
[0065]圖6示出包括磁性諧振器的無線電池的一種示例。示例性電池包括繞可選的磁性材料塊608纏繞的諧振器線圈606。磁性材料塊608可以是中空的，并且可以裝納動力和控制電路(未示出)并且可選地裝納可以由被磁性諧振器獲取的能量來再充電的可再充電電池604。磁性諧振器可以包括電感器和電容器并且可以包括螺旋電感元件606。在這種示例中，無線電池是傳統AA電池的規格602并且可以被放置在通常接受傳統AA電池的裝置內。無線AA電池可以在處于裝置內的同時由外部無線能量源充電。在實施例中，無線AA電池可以從外部無線能量源獲取能量并且將動力直接傳遞到主機裝置。
[0066]例如圖6所示的無線AA電池的無線可再充電電池可以以多種構造被放置在裝置內。一些裝置會僅需要單個電池而另一些裝置會需要可以被放置成非常接近的兩個或更多個電池。因此，會需要在無線電池中的諧振器以便單獨地操作或者非常接近其他電池中的諧振器來操作。
[0067]被置于挨著、靠近或非常接近彼此的諧振器會相互作用于或影響彼此的參數、特征、無線能量傳遞性能等。當諧振器被放置成非常靠近另一諧振器時，會改變或影響例如諧振器的和諧振器的動力和控制電路的部件的電感、電阻、電容等的參數。對諧振器及其動力和控制電路的參數的影響會影響在無線電池中的諧振器和外部無線能量源之間的無線能量傳遞的性能。
[0068]例如當諧振器被定位成非常靠近另一諧振器時，會影響或擾亂諧振器回路的電感。與諧振器被隔離于或遠離任意其他諧振器的情況相比，電感的變化會擾亂諧振器的諧振頻率或使其失調。使傳遞能量的諧振器的諧振頻率失調會降低無線能量傳遞的效率。如果頻率的失調足夠大，則能量傳遞的效率會退化并且會減少10%或50%或更多。雖然在這種示例中使用了電感的變化，但是本領域技術人員應該清楚，由于接近其他諧振器而導致的諧振器參數的其他變化也會影響無線能量傳遞的性能。
[0069]在無線電池被置成非常接近充電或供電裝置的應用中，相鄰電池的諧振器的接近性會影響諧振器的參數，從而影響其從外部無線能量源接收能量的能力(即減少無線能量傳遞的功率量或效率)。在實施例中，會需要具有非常接近但不影響或極小地影響至每個單個諧振器或至諧振器總體的無線能量傳遞的參數的一群或多個諧振器。
[0070]在一些實施例中，會希望當諧振器遠離其他諧振器或其他無線電池時與當諧振器非常接近其他無線電池的其他諧振器時諧振器以類似參數來操作和傳遞能量。在無線電池的情況下，例如一些裝置可以僅使用一個無線電池，而另一些裝置可以使用設置成非常接近的兩個或更多個無線電池。在實施例中，可能優選的是，當單個電池被充電時與當一群或一組定位成非常接近的電池被充電時同一無線電池可以以基本相同性能和參數從外部源接收能量。
[0071]本發明人已經發現多種方法和設計，其被用于當與其他無線電池非常接近的無線電池被單獨地或成組地充電時維持無線能量傳遞的參數。在一些實施例中，無線電池可以包括主動調諧能力以便維持它們的參數和補償可能由于非常接近的其他諧振器所導致的任意擾動。在另一些實施例中，無線電池中的諧振器可以被靜態調諧以便補償由于非常接近的其他無線電池的諧振器所導致的擾動。在另一實施例中，無線電池中的諧振器可以被定位成減少或最小化對相鄰電池的諧振器的干擾，即使它們非常接近。
[0072]使用無線電池中的靜態諧振器調諧的干擾減少效果
在一些實施例中，諧振器和諧振器組件可以被設計并調諧成在非常接近其他諧振器時起作用。諧振器或諧振器組件可以被設計或調諧成當在其他諧振器附近時具有所需參數。例如，諧振器和諧振器組件可以被設計且預調諧成使得由于接近另一諧振器導致的任何干擾會將預調諧的諧振器的參數干擾成所需值和/或操作點。在實施例中，裝置諧振器可以被預調諧成當其獨自存在時具有比源諧振器更低的諧振頻率，但是當另一無線電池的另一諧振器靠近該裝置諧振器時該諧振頻率會增加成匹配源諧振器頻率。諧振器的參數可以被預調諧成使得當諧振器沒有非常接近其他諧振器時參數值小于或大于用于能量傳遞的所需或最佳參數。諧振器的參數可以被預調諧成使得，由于非常接近的另一諧振器或另一無線電池所導致的干擾會使得諧振器的非優化參數變化成所需參數和/或最佳參數。
[0073]無線電池中的諧振器可以被設計成具有比所需操作頻率更低或更高的諧振頻率。更低或更高的頻率可以被設計成與所需操作頻率相差與預期由于另一諧振器所導致的干擾相同的量。因此被設計成具有固有諧振頻率的諧振器可以實現干擾的諧振頻率，該干擾的諧振頻率是無線功率系統的所需操作頻率。
[0074]一群無線電池(其中當被隔離時每個的諧振器均失調于所需操作頻率)可以被一同放置在一組內或被設置成非常接近。由于其他無線電池的諧振器所導致的干擾可以使得每個諧振器失調成無線能量傳遞的所需參數，從而允許每個無線電池的每個諧振器即使有擾動仍從外部源接收能量。
[0075]靜態失調諧振器、預調諧或調諧諧振器以補償由于其他諧振器導致的一些或任意擾動可以在如下應用中是有利的:不同諧振器的相對位置和構造是固定的、部分固定的或相對靜態的。在諧振器和諧振器組件可以被設置或定位成相對其他諧振器處于一種以上的構造的環境或應用中，靜態調諧方法會導致性能的不恒定特征，這是因為一種構造會與諧振器的另一種構造不同地干擾諧振器。
[0076]使用無線電池中的主動諧振器調諧的干擾減少效果
在另一實施例中，諧振器和諧振器組件可以被設計成具有主動調諧能力。在實施例中，無線電池內部的諧振器或諧振器組件可以包括可調部件，其可以調整諧振器和無線能量傳遞的參數以便在存在干擾的情況下維持無線能量傳遞的參數。可調部件可以包括電容器、電感器、放大器、電阻、開關等，其可以被連續地或周期性地調整以維持一個或更多個無線能量傳遞參數。例如，可以通過改變被聯接到諧振器線圈的電容來調整諧振器的諧振頻率。當由于存在另一諧振器而導致諧振器的諧振頻率被干擾偏離其名義值時，可以通過調整電容器來調整諧振頻率。主動調諧可以被用于補償由于諧振器的不同取向和定位導致的不同擾動。
[0077]在實施例中，主動調諧無線電池中的諧振器可以允許無線電池在用作裝置內的單個電池時具有類似于處于一群或一組諧振器(其中諧振器的參數會被無線電池中的其他諧振器干擾)中時的參數。
[0078]使用無線電池中的定位的干擾減少效果
在實施例中，如果諧振器被設計和定位成彼此間具有弱耦合，則諧振器可以被置于在對諧振器參數具有最小或可接受影響的情況下非常接近彼此。如果諧振器被定向且定位在具有小互感(“空斑”)的位置或具有小磁場幅值的區域內或附近，則諧振器可以非常接近且具有弱耦合。
[0079]例如，考慮兩個電容性負載回路諧振器，其包括導電材料構成的同心回路以作為諧振器的電感元件。當兩個這樣的諧振器回路在取向和位置上非常接近且具有強耦合時，它們將對彼此的參數產生影響。例如，如果諧振器線圈102、104如圖1所示被設置成非常接近且同軸取向，則另一諧振器的存在會影響諧振器線圈的電感并且會最終干擾其諧振頻率。然而，通過將諧振器定位和定向成使得它們具有弱耦合，諧振器線圈可以非常接近且具有減少的擾動。例如，當諧振器線圈102、104被重新定位成彼此偏心(如圖2所示)時，它們的耦合系數和擾動強度會減小。在另一示例中，這兩個諧振器線圈可以被定位成彼此正交以便減少耦合和/或擾動，如圖3所示。將這兩個諧振器定位成使得它們相對彼此具有低耦合會減少每個諧振器對另一諧振器的干擾。在圖2的偏移構造或圖3的正交構造中，這兩個諧振器可以被用于有效地從外部能量源(未示出)接收能量而不需要靜態失調或主動調諧諧振器以補償擾動。
[0080]相似的定位技術可以被用于其他類型或設計的諧振器，例如包括繞磁性材料塊404纏繞的電導體402的平面諧振器線圈。當如圖4所示兩個這種諧振器406、408在被定位成非常接近時，它們將具有強耦合并且會干擾彼此的參數。但是如果諧振器406、408如圖5所示錯位，則這兩個諧振器之間的耦合會減小并且對諧振器參數的干擾也會減小。
[0081]在實施例中，為了減少對附近諧振器的干擾影響，諧振器可以被故意地定位成使得它們具有弱耦合。諧振器可以一般地在具有低磁場強度的區域內以及與電感元件相交的磁通線的方向變化的區域內具有弱耦合。例如，在圖2所示的諧振器設置中，當一個電感元件內產生的且相交于另一個的磁通量等于且相反于在該一個電感元件外側產生的且相交于另一個的磁通量時，在這兩個諧振器之間存在零耦合系數。具有這種定位類型的諧振器可以被稱為“空斑”或“空區域”。在諧振器和諧振器組件具有弱耦合之處的準確位置和取向可以被經驗地、數學地、分析地等被確定。
[0082]將諧振器放置在弱耦合區域內可以允許諧振器當遠離其他諧振器操作時與當非常接近其他諧振器時以類似的性能和參數來操作而不需要靜態失調和/或主動調諧。在實施例中，將諧振器放置在弱耦合區域內可以允許諧振器當遠離其他諧振器操作時與當非常接近其他諧振器時在降低或受限的調諧能力的情況下以類似的性能和參數來操作。
[0083]在實施例中，減少對彼此接近的諧振器的擾動的定位技術可以減少利用主動調諧的諧振器的所需調諧范圍并且可以降低這種系統的成本和復雜性。
[0084]在許多裝置中，電池被固定或定向在可預測構造和/或取向。在使用例如AA電池的裝置中，多個電池通常被并聯設置并且以它們的端子702、704的極性交替的方式(反向平行構造)挨著彼此定位，如圖7所示。AA電池的諧振器可以被設計成在電池內具有特定大小、位置和取向，以當兩個或更多個電池以具體取向被設置成彼此非常接近時減小或最小化對電池內部的諧振器的干擾。
[0085]為了減小干擾，電池內的諧振器線圈706和磁性材料708可以在電池內不對稱地被成尺寸和定位以便當兩個電池以反向極性被非常接近地定位時，這兩個諧振器線圈706、712錯位。諧振器的錯位可以被設計成使得當彼此非常接近且如圖7所示取向時，相鄰錯位諧振器類似于圖2和圖5所示結構處于彼此間弱耦合的區域內，并且因此可以對諧振器的參數具有減小的或小的干擾。
[0086]例如，針對圖8右側所示的電池的位置和構造，圖8中示出了 AA電池規格中的諧振器線圈的一種實施例的耦合因數與不對稱性之間的關系繪圖。該繪圖示出了當諧振器線圈802和磁性材料804之間的偏移(或錯位)D進行改變時在兩個諧振器之間的耦合因數k。注意到當位移D是近似1.3毫米時，耦合因數為零。在這個節點或者空點或零耦合點處，諧振器的參數實際上不受相鄰電池中的諧振器的存在的影響。在這種示例中，諧振器的諧振頻率在當諧振器處于圖8所示構造時與它們彼此分開相當遠的距離時是基本相同的。類似地，當諧振器間隔開1.3毫米時，諧振器的品質因數在電池被隔離時(Q~118)與在電池相應處于圖8所示構造時(Q~108)的變化非常小。
[0087]電池內的諧振器的相對不對稱對齊允許諧振器在以多電池組構造和獨立構造(電池不非常接近其他諧振器)時以高效率起作用且從外部源諧振器獲取能量。因此，單個電池設計可以被用于多電池構造且具有類似的無線能量傳遞特征。這樣的設計是有利的，因為它保持了例如AA的公知電池規格的至少一個所需特征，這能夠將電池放置在其主機裝置內的多個位置并且能夠知曉可預測在單電池和多電池設置中的電池性能。
[0088]在一些實施例中，多電池構造可以具有與圖7所示的構造不同的其他構造。例如，在一些應用中，所有電池可以以相同極性對齊以致所有正端子均在同一側。電池的位置和設計可以適于以這些構造操作。
[0089]在一種實施例中，電池可以根據主機裝置電池隔間內的電池的取向和位置來采用兩種或更多種構造。例如，在所有電池對齊成使得相同極性面向一個方向的構造中，可以使用兩種不同的電池構造。一種電池類型可以具有朝向其正端子910不對稱定位的諧振器線圈908和磁性材料912，而第二電池類型可以具有朝向電池的負端子902不對稱定位的諧振器線圈904和磁性材料906，如圖9所示。在這樣的實施例中，電池可以包括附加標記來進行區分。例如，電池可以被顏色