專利名稱：無線電力傳輸系統(tǒng)及用于該系統(tǒng)的共振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下面的實(shí)施例涉及無線電力傳輸系統(tǒng)，尤其涉及用于無線電力傳輸系統(tǒng)的共振器的設(shè)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在多種無線電力傳輸技術(shù)中，有一種是利用RF元件的諧振(resonance)特性。使用線圈結(jié)構(gòu)的諧振器需要根據(jù)頻率來改變物理尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線電力共振器包含至少兩個(gè)的單位共振器。這里，所述至少兩個(gè)的單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體；將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體；相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器。所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體可以形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。所述至少兩個(gè)的單位共振器包含第一單位共振器和第二單位共振器，所述第一單位共振器位于上部平面，所述第二單位共振器位于下部平面，所述上部平面和所述下部平面可以間隔預(yù)定距離。所述第一單位共振器的外周長(zhǎng)和所述第二單位共振器的外周長(zhǎng)相同，所述第一單位共振器的內(nèi)部閉環(huán)面積和所述第二單位共振器的內(nèi)部閉環(huán)面積可以相同。被插入到所述第一單位共振器的電容器和被插入到所述第二單位共振器的電容器可以位于相反的方向。所述第二單位共振器可以被包含在所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部。所述無線電力共振器還可以包含匹配器，其位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線電力共振器包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體；將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體；相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器，所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分、所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體可以形成多個(gè)匝。所述至少一個(gè)傳輸線路中所包含的所述多個(gè)匝可以形成在同一個(gè)平面上。所述無線電力共振器還可以包含匹配器，其位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線電力共振器包含第一單位共振器和具有比所述第一單位共振器的尺寸小的尺寸的至少一個(gè)第二單位共振器。這里，所述第一單位共振器和所述至少一個(gè)第二單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體；將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體；相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器，所述至少一個(gè)第二單位共振器可以位于所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部。所述至少一個(gè)第二單位共振器可以在所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部以特定間隔有規(guī)律地布置。所述第一單位共振器和所述至少一個(gè)第二單位共振器還分別包含匹配器，其位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無線電力共振器包含沿著彼此不同的方向形成磁場(chǎng) (magnetic field)的至少兩個(gè)單位共振器，所述至少兩個(gè)單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體；將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體； 相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器。所述至少兩個(gè)單位共振器分別被布置成分別由所述至少兩個(gè)共振器形成的磁場(chǎng)相互垂直(orthogonal)。電流可以通過所述至少兩個(gè)單位共振器中被選擇的至少一個(gè)單位共振器流通。


圖1為表示包含用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯臒o線電力傳輸系統(tǒng)的圖。圖2為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的二維結(jié)構(gòu)的共振器的圖。圖3為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)的共振器的圖。圖4為表示被設(shè)計(jì)成一體型(bulky type)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。圖5為表示被設(shè)計(jì)成中空型(Hollow type)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。圖6為表示應(yīng)用了平行片(parallel-sheet)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。圖7為表示包含分布電容器的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。圖8為表示在二維結(jié)構(gòu)的共振器和三維結(jié)構(gòu)的共振器中所使用的匹配器的例子的圖。
圖9為表示用于無線電力傳輸?shù)姆指瞽h(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器中所包含的第一單位共振器和第二單位共振器的圖。圖10為分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器的立體圖。圖11為表示包含彼此不同尺寸的兩個(gè)單位共振器的分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器的圖。圖12為表示沿水平方向具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。圖13為表示沿垂直方向具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。圖14為表示包含大單位共振器和位于大單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部的多個(gè)小單位共振器的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。圖15為表示具有全方向性(omnidirectional)的特性的用于無線電力傳輸?shù)娜S共振器的圖。圖16為表示圖2中示出的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯牡刃щ娐返膱D。圖17為表示具有零階共振特性的復(fù)合左右手傳輸線路(Composite Right-Left Handed Transmission Line)的等效電路的圖。圖18為從概念上說明在復(fù)合左右手傳輸線路上發(fā)生的零階共振(Zeroth-Order Resonance)的曲線。圖19為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿魉哂械奶匦缘谋砀?。圖20至圖22為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯亩喾N實(shí)現(xiàn)例的圖。圖23為表示可以應(yīng)用于圖1中示出的源的無線電力傳輸裝置的框圖。圖M為表示可以應(yīng)用于圖1中示出的目標(biāo)的無線電力接收裝置的框圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。以下，參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖1為表示包含用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骱陀糜跓o線電力接收的共振器的無線電力傳輸系統(tǒng)的圖。圖1的利用諧振特性的無線電力傳輸系統(tǒng)包含源110和目標(biāo)120。這里，源110利用蝸旋(helix)線圈結(jié)構(gòu)的共振器或螺旋(spiral)線圈結(jié)構(gòu)的共振器，通過無線方式向目標(biāo)120供給電力。蝸旋(helix)線圈結(jié)構(gòu)的共振器或螺旋(spiral)線圈結(jié)構(gòu)的共振器等的物理尺寸依賴于所要求的共振頻率。例如，當(dāng)要求的共振頻率為IOMhz時(shí)，蝸旋線圈結(jié)構(gòu)的共振器的直徑被定為約0. 6m，螺旋線圈結(jié)構(gòu)的共振器的直徑也被定為約0. 6m。此時(shí)，隨著所要求的共振頻率減少，蝸旋線圈結(jié)構(gòu)的共振器和螺旋線圈結(jié)構(gòu)的共振器的直徑要增加。共振器的物理尺寸隨著共振頻率的變化而變化是非理想的狀態(tài)。舉出極端的例子，當(dāng)共振頻率非常低時(shí)，共振器的尺寸可能非常大，這可能并不實(shí)用。共振頻率和共振器的尺寸相互獨(dú)立才可能是理想的狀態(tài)。并且，在共振頻率高的情況和共振頻率低的情況這所有的情況下均具有合理的物理尺寸，而且可以順利運(yùn)行的共振器才可能是理想的共振ο雖然已被眾所周知，但為了便于理解，敘述相關(guān)的術(shù)語。所有物質(zhì)都具有固有的導(dǎo)磁系數(shù)(Mu)和介電常數(shù)(epsilon)。導(dǎo)磁系數(shù)意味著對(duì)應(yīng)的物質(zhì)對(duì)所提供的磁場(chǎng) (magnetic field)產(chǎn)生的磁通量密度(magnetic flux density)與在真空中對(duì)該磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁通量密度之比。并且，介電常數(shù)意味著對(duì)應(yīng)的物質(zhì)對(duì)所提供的電場(chǎng)(electric field) 產(chǎn)生的電通量密度(electric flux density)與在真空中對(duì)該電場(chǎng)產(chǎn)生的電通量密度之比。導(dǎo)磁系數(shù)和介電常數(shù)決定對(duì)應(yīng)的物質(zhì)在所提供的頻率或波長(zhǎng)下的傳播常數(shù)，根據(jù)導(dǎo)磁系數(shù)和介電常數(shù)將決定該物質(zhì)的電磁特性。尤其，具有自然界中不存在的介電常數(shù)或?qū)Т畔禂?shù)且人工設(shè)計(jì)的物質(zhì)叫做超材料，超材料在非常大的波長(zhǎng)(wavelength)或非常低的頻率區(qū)域中，也容易(即，即使物質(zhì)的尺寸變化不大)處于共振狀態(tài)。圖2為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的二維結(jié)構(gòu)的共振器的圖。參照?qǐng)D2，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的二維結(jié)構(gòu)的共振器包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分 211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212和接地導(dǎo)體部分213的傳輸線路、電容器220、匹配器230和導(dǎo)體 241、242。如圖2所示，電容器220在傳輸線路中串聯(lián)地插入到第一信號(hào)導(dǎo)體部分211與第二信號(hào)導(dǎo)體部分212之間的位置，隨之電場(chǎng)(electric field)被電容器220鎖住。通常， 傳輸線路在上部具有至少一個(gè)導(dǎo)體，在下部具有至少一個(gè)導(dǎo)體，通過上部的導(dǎo)體流通電流， 下部的導(dǎo)體被接地(grounded)。在本說明書中，將傳輸線路的上部的導(dǎo)體分開而稱為第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212，將傳輸線路的下部的導(dǎo)體稱為接地導(dǎo)體部分 213。如圖2所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的共振器200具有二維結(jié)構(gòu)的形態(tài)。傳輸線路在上部具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212，在下部具有接地導(dǎo)體部分213。 第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與接地導(dǎo)體部分213相面對(duì)而布置。電流通過第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212流通。并且，如圖2所示，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211的一端與導(dǎo)體242接地連接(short)，另一端與電容器220連接。并且，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212的一端與導(dǎo)體241接地連接，另一端與電容器220連接。結(jié)果，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212和接地導(dǎo)體部分 213以及導(dǎo)體Ml、242彼此連接，共振器200具有電路閉合的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。這里，“閉環(huán)結(jié)構(gòu)” 包含圓形結(jié)構(gòu)、如四邊形的多邊形結(jié)構(gòu)等的所有結(jié)構(gòu)，“具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)”就意味著電路閉合。電容器220被插入到傳輸線路的中段部。更具體地講，電容器220被插入到第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212之間。此時(shí)，電容器220可以具有集總元件 (lumped element)和分布元件(distributed element)等形態(tài)。尤其，具有分布元件的形態(tài)的分布電容器可以包含Z字形態(tài)的導(dǎo)線和存在于這些導(dǎo)線之間的具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料。隨著電容器220插入到傳輸線路，前述共振器200可具有超材料(metamaterial) 的特性。這里，超材料是指具有在自然界中無法發(fā)現(xiàn)的特別的電特性的物質(zhì)，具有人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。存在于自然界的所有物質(zhì)的電磁特性具有固有的介電常數(shù)或?qū)Т畔禂?shù)，大部分物質(zhì)具有正介電常數(shù)和正導(dǎo)磁系數(shù)。大部分物質(zhì)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)和坡印廷矢量上適用右手定貝丨J，因此這些物質(zhì)稱為右手材料(RHM:Right Handed Material) 0然而，超材料是具有自然界中不存在的介電常數(shù)或?qū)Т畔禂?shù)的物質(zhì)，根據(jù)介電常數(shù)或?qū)Т畔禂?shù)的符號(hào)被分為負(fù)介電常數(shù)(ENG wpsilon negative)材料、負(fù)導(dǎo)磁系數(shù)(MNG :mu negative)材料、雙負(fù)(DNG double negative)身寸· (NRI negative refractive index)(LH
left-handed)材料等。此時(shí)，作為集總元件而插入的電容器220的電容量被合理確定時(shí)，前述的共振器 200可以具有超材料的特性。尤其，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電容器220的電容量，可以使共振器具有負(fù)的導(dǎo)磁系數(shù)，因此本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的共振器200可以被稱為MNG共振器。確定電容器220的電容量的標(biāo)準(zhǔn)(criterion)可能有很多種，對(duì)此將在下面進(jìn)行說明?？梢杂惺构舱衿?00具有超材料(metamaterial)的特性的標(biāo)準(zhǔn)(criterion)、使前述的共振器 200在目標(biāo)頻率具有負(fù)的導(dǎo)磁系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)或使前述的共振器200在目標(biāo)頻率具有零階共振 (Zeroth-Order Resonance)特性的標(biāo)準(zhǔn)等，可以在上述的標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下確定電容器220的電容量。前述的MNG共振器200可以具有將傳播常數(shù)(propagation constant)為零時(shí)的頻率作為共振頻率的零階共振(Zeroth-Order Resonance)特性。由于MNG共振器200可以具有零階共振特性，因此共振頻率與MNG共振器200的物理尺寸可以相對(duì)獨(dú)立確定。艮口， 如果要在MNG共振器200中改變共振頻率，只要合理設(shè)計(jì)電容器220即可，因此可以不改變 MNG共振器200的物理尺寸，對(duì)此將在下面進(jìn)一步說明。并且，在近場(chǎng)(near field)中電場(chǎng)被集中在插入到傳輸線路的電容器220，因此電容器220導(dǎo)致在近場(chǎng)中磁場(chǎng)(magnetic field)占優(yōu)勢(shì)(dominant)。并且，MNG共振器 200可以利用集總元件的電容器220而具有高Q值Ο -Factor)，因此可以提高電力傳輸?shù)男?。作為參考，Q值表示在無線電力傳輸中電阻損耗(ohmic loss)的程度或相對(duì)于電阻 (resistance)的電抗之比，可以理解為Q值越大，無線電力傳輸?shù)男试礁?。并且，MNG共振器200可以包含用于阻抗匹配的匹配器230。此時(shí)，匹配器230可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(tunable)MNG共振器200的磁場(chǎng)強(qiáng)度，由匹配器230來確定MNG共振器200 的阻抗。并且，電流可以通過連接器240流入到MNG共振器200或從MNG共振器200流出。 這里，連接器240可以連接于接地導(dǎo)體部分213或匹配器230。只是，連接器240與接地導(dǎo)體部分213或匹配器230之間可以形成物理連接，連接器240與接地導(dǎo)體部分213或匹配器230之間還可以省略物理連接而通過耦合傳遞電力。更具體來講，如圖2所示，匹配器230可以位于由共振器200的閉環(huán)結(jié)構(gòu)形成的閉環(huán)的內(nèi)部。匹配器230通過改變物理形態(tài)，可以調(diào)節(jié)共振器200的阻抗。尤其，匹配器230 可以在離接地導(dǎo)體部分213具有距離h的位置包含用于阻抗匹配的導(dǎo)體231，共振器200的阻抗可以通過調(diào)節(jié)距離h來改變。雖然在圖2中沒有示出，但如果存在用于控制匹配器230的控制器，則匹配器230 可以根據(jù)由控制器生成的控制信號(hào)來改變匹配器230的物理形態(tài)。例如，根據(jù)控制信號(hào)，匹配器230的導(dǎo)體231與接地導(dǎo)體部分213之間的距離h可以增加或減少，由此匹配器230 的物理形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而共振器200的阻抗可以被調(diào)節(jié)?？刂破骺梢钥紤]多種因素而生成控制信號(hào)，對(duì)此將在下面進(jìn)行說明。如圖2所示，匹配器230可以由諸如導(dǎo)體部分231的無源元件來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)施例，還可以由如二極管、晶體管等的有源元件來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)匹配器230中包含有源元件時(shí)，有源元件可根據(jù)控制器生成的控制信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，共振器200的阻抗可以根據(jù)其控制信號(hào)來調(diào)節(jié)。例如，匹配器230中可以包含作為有源元件的一種的二極管，可以根據(jù)二極管所處的 “導(dǎo)通”狀態(tài)或“截止”狀態(tài)，調(diào)節(jié)共振器200的阻抗。并且，雖然在圖2中沒有示出，但還可以包含貫通MNG共振器200的磁芯。這種磁芯可以起到增加電力傳輸距離的作用。圖3為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)的共振器的圖。參照?qǐng)D3，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)的共振器200包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212和接地導(dǎo)體部分213的傳輸線路、和電容器220。這里，電容器220在傳輸線路中以串聯(lián)的方式插入到第一信號(hào)導(dǎo)體部分211與第二信號(hào)導(dǎo)體部分 212之間的位置，電場(chǎng)(electric field)被電容器220鎖住。并且，如圖3所示，共振器200具有三維結(jié)構(gòu)的形態(tài)。傳輸線路在上部具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212，在下部具有接地導(dǎo)體部分213。第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與接地導(dǎo)體部分213相面對(duì)而布置。電流通過第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212朝χ方向流通，由這種電流，在y方向上產(chǎn)生磁場(chǎng) (magnetic field)H(w)。當(dāng)然，與圖3中顯示的不同，可以在+y方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)(magnetic field) H(w)。并且，如圖3所示，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211的一端與導(dǎo)體242接地連接(short)， 另一端與電容器220連接。并且，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212的一端與導(dǎo)體Ml電連接，另一端與電容器220連接。結(jié)果，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212和接地導(dǎo)體部分 213以及導(dǎo)體Ml、242彼此連接，共振器200具有電路閉合的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。這里，“閉環(huán)結(jié)構(gòu)” 包含圓形結(jié)構(gòu)、如四邊形的多邊形結(jié)構(gòu)等的所有結(jié)構(gòu)，“具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)”就意味著電路閉合。并且，如圖3所示，電容器220被插入到第一信號(hào)導(dǎo)體部分211和第二信號(hào)導(dǎo)體部分212之間。此時(shí)，電容器220可以具有集總元件(lumped element)和分布元件 (distributed element)等形態(tài)。尤其，具有分布元件的形態(tài)的分布電容器可以包含Z字形態(tài)的導(dǎo)線和存在于這些導(dǎo)線之間的具有高介電常數(shù)的電介質(zhì)材料。如圖3所示，隨著電容器220被插入到傳輸線路，前述共振器200可具有超材料 (metamaterial)的特性。作為集總元件而插入的電容器220的電容量被合理確定時(shí)，前述的共振器200可以具有超材料的特性。尤其，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電容器220的電容量，可以使共振器200在特定的頻帶具有負(fù)的導(dǎo)磁系數(shù)，因此本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的共振器200 可以被稱為MNG共振器。確定電容器220的電容量的標(biāo)準(zhǔn)(criterion)可能有很多種，對(duì)此將在下面進(jìn)行說明?？梢杂惺构舱衿?00具有超材料(metamaterial)的特性的標(biāo)準(zhǔn) (criterion)、使前述的共振器200在目標(biāo)頻率具有負(fù)的導(dǎo)磁系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)或使前述的共振器200在目標(biāo)頻率具有零階共振(Zeroth-Order Resonance)特性的標(biāo)準(zhǔn)等，可以在上述的標(biāo)準(zhǔn)中的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下確定電容器220的電容量。圖3中示出的前述的MNG共振器200可以具有將傳播常數(shù)(propagation constant)為零時(shí)的頻率作為共振頻率的零階共振(Zeroth-Order Resonance)特性。由于MNG共振器200可以具有零階共振特性，因此共振頻率與MNG共振器200的物理尺寸可以相對(duì)獨(dú)立確定。如果要在MNG共振器200中改變共振頻率，只要合理設(shè)計(jì)電容器220即可，因此可以不改變MNG共振器200的物理尺寸。
如圖3所示，參照MNG共振器200，在近場(chǎng)(near field)中電場(chǎng)被集中在插入到傳輸線路210的電容器220，因此電容器220導(dǎo)致在近場(chǎng)中磁場(chǎng)(magnetic field)占優(yōu)勢(shì) (dominant)。尤其，具有零階共振(Zeroth-Order Resonance)特性的MNG共振器200具有類似于磁偶極子(magnetic dipole)的特性，因此在近場(chǎng)中磁場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)，而且因電容器220 的插入而產(chǎn)生的少量的電場(chǎng)還被集中到該電容器220中，因此在近場(chǎng)中磁場(chǎng)更加占優(yōu)勢(shì)。 由于MNG共振器200可以利用集總元件的電容器220而具有高Q值OhFactor)，因此可以提高電力傳輸?shù)男省２⑶?，圖3中示出的MNG共振器200可以包含用于阻抗匹配的匹配器230。此時(shí)， 匹配器230可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(tunable)MNG共振器200的磁場(chǎng)強(qiáng)度，由匹配器230來確定 MNG共振器200的阻抗。并且，電流通過連接器240流入到MNG共振器200或從MNG共振器 200流出。這里，連接器240可以連接于接地導(dǎo)體部分213或匹配器230。更具體來講，如圖3所示，匹配器230可以位于由共振器200的閉環(huán)結(jié)構(gòu)形成的閉環(huán)的內(nèi)部。匹配器230通過改變物理形態(tài)，可以調(diào)節(jié)共振器200的阻抗。尤其，匹配器230 可以在離接地導(dǎo)體部分213具有距離h的位置包含用于阻抗匹配的導(dǎo)體231，共振器200的阻抗可以通過調(diào)節(jié)距離h來改變。雖然在圖3中沒有示出，但如果存在用于控制匹配器230的控制器，則匹配器230 可以根據(jù)由控制器生成的控制信號(hào)來改變匹配器230的物理形態(tài)。例如，根據(jù)控制信號(hào)，匹配器230的導(dǎo)體231與接地導(dǎo)體部分213之間的距離h可以增加或減少，由此匹配器230 的物理形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而共振器200的阻抗可以被調(diào)節(jié)。匹配器230的導(dǎo)體231與接地導(dǎo)體部分213之間的距離h可以以多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。S卩，第一，匹配器230中可以包含多個(gè)導(dǎo)體，通過適應(yīng)性地激活這些多個(gè)導(dǎo)體中的任意一個(gè)，可以調(diào)節(jié)距離h。第二，通過在上下方向上調(diào)節(jié)導(dǎo)體231的物理位置，可以調(diào)節(jié)距離h。這種距離h可以根據(jù)控制器的控制信號(hào)進(jìn)行控制，控制器可以考慮多種因素而生成控制信號(hào)。對(duì)控制器生成控制信號(hào)將在下面進(jìn)行說明。如圖3所示，匹配器230可以由如導(dǎo)體部分231的無源元件來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)施例， 還可以由如二極管、晶體管等的有源元件來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)匹配器230中包含有源元件時(shí)，有源元件可根據(jù)控制器生成的控制信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，共振器200的阻抗可以根據(jù)其控制信號(hào)來調(diào)節(jié)。 例如，匹配器230中可以包含作為有源元件的一種的二極管，可以根據(jù)二極管所處的“導(dǎo)通”狀態(tài)或“截止”狀態(tài)，調(diào)節(jié)共振器200的阻抗。并且，雖然在圖3中沒有明確示出，但還可以包含貫通MNG共振器200的磁芯。這種磁芯可以起到增加電力傳輸距離的作用。圖4為表示設(shè)計(jì)成一體型(bulky type)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。參照?qǐng)D4，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211與導(dǎo)體242并非在單獨(dú)制作后相互連接，而是可以被制作為一個(gè)一體結(jié)構(gòu)。同樣，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與導(dǎo)體241也可以被制作為一個(gè)
一體結(jié)構(gòu)。在第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與導(dǎo)體241被單獨(dú)制作后相互連接起來的情況下，可能因接合處250導(dǎo)致導(dǎo)體損失。此時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與導(dǎo)體Ml 相連時(shí)無需另設(shè)接合處(seamless)，導(dǎo)體241與接地導(dǎo)體部分213相連時(shí)也無需另設(shè)接合處，可以減少接合處導(dǎo)致的導(dǎo)體損失。結(jié)果，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212與接地導(dǎo)體部分213在無接合處的情況下可被制作為一個(gè)一體結(jié)構(gòu)。同樣，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211與接地導(dǎo)體部分213在無接合處的情況下可被制作為一個(gè)一體結(jié)構(gòu)。如圖4所示，無需另設(shè)接合處而將兩個(gè)以上的部分(partition)相互連接為一個(gè)一體結(jié)構(gòu)的類型還稱為“一體型(bulky type)”。圖5為表示設(shè)計(jì)成中空型(Hollow type)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。參照?qǐng)D5，被設(shè)計(jì)成中空型的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯牡谝恍盘?hào)導(dǎo)體部分 211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213以及多個(gè)導(dǎo)體Ml、242分別在內(nèi)部包含中空的空間。在所提供(given)的共振頻率中，有效電流并非流通第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、每個(gè)導(dǎo)體Ml、242的所有部分，可以被制作為只流通于一部分。即，在所提供的共振頻率中，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、多個(gè)導(dǎo)體Ml、242的厚度(cbpth)過度大于各自的趨膚深度(skin depth) 可能導(dǎo)致效率低下。即，這可能成為導(dǎo)致共振器200的重量或共振器200的制作成本增加的原因。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所提供的共振頻率中，可以基于第一信號(hào)導(dǎo)體部分 211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、多個(gè)導(dǎo)體241、242各自的趨膚深度來適當(dāng)?shù)卮_定第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、多個(gè)導(dǎo)體Ml、 242各自的厚度。當(dāng)?shù)谝恍盘?hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、多個(gè)導(dǎo)體Ml、242各自具有比對(duì)應(yīng)的趨膚深度大的適當(dāng)?shù)暮穸葧r(shí)，共振器200可以變輕，共振器200的制作成本也可以減少。例如，如圖5所示，第二信號(hào)導(dǎo)體部分212的厚度可以被定為d m, d可以通過
d =」π μσ來確定。這里，f表示頻率，μ表示導(dǎo)磁系數(shù)、σ表示導(dǎo)體常數(shù)。尤其，當(dāng)
第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212、接地導(dǎo)體部分213、多個(gè)導(dǎo)體241、242為銅 (copper)制而具有5. 8X10~7的導(dǎo)電率(conductivity)時(shí)，在共振頻率為IOkHz的情況下，趨膚深度可以為約0. 6mm，在共振頻率為100MHz的情況下，趨膚深度可以為0. 006mm。圖6為表示應(yīng)用了平行片(parallel-sheet)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。參照?qǐng)D6，應(yīng)用了平行片(parallel-sheet)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿魉牡谝恍盘?hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212各自的表面上可以應(yīng)用平行片 (parallel-sheet)0由于第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212不是完全導(dǎo)體(perfect conductor)，可能具有電阻成分，由其電阻成分可能發(fā)生電阻損耗(ohmic loss)。這種電阻損耗可能使Q值減小，使耦合效率降低。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過在第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212各自的表面應(yīng)用平行片(parallel-sheet)，可以使電阻損耗減少，Q值及耦合效率增加。參照?qǐng)D 6的部分270，當(dāng)應(yīng)用平行片(parallel-sheet)時(shí)，第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212各自包括多個(gè)導(dǎo)線。這些導(dǎo)線被并排布置，且在第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212各自的末端部分接地連接(short)。當(dāng)在第一信號(hào)導(dǎo)體部分211、第二信號(hào)導(dǎo)體部分212各自的表面應(yīng)用平行片 (parallel-sheet)時(shí)，由于導(dǎo)線被并排布置，因此多個(gè)導(dǎo)線所具有的電阻成分之和被減小。 因此，可以減少電阻損耗，并增加Q值和耦合效率。圖7為表示包含分布電容器的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯睦拥膱D。參照?qǐng)D7，用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿髦邪碾娙萜?20可以是分布電容器。作為集總元件的電容器可能具有相對(duì)高的等效串聯(lián)電阻(ESR Equivalent Series Resistance)。為了減少作為集總元件的電容器所具有的ESR，有多種建議，但本發(fā)明的實(shí)施例通過使用作為分布元件的電容器220，可以減少ESR。作為參考，ESR引起的損耗可能減少Q(mào)值和耦合效率。如圖7所示，作為分布元件的電容器220可以具有Z字形結(jié)構(gòu)。即，作為分布元件的電容器220可以由Z字形結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線和電介質(zhì)材料來實(shí)現(xiàn)。不僅如此，如圖7所示，本發(fā)明的實(shí)施例不僅可以使用作為分布元件的電容器220 來減少ESR引起的損耗，而且還可以并列使用多個(gè)作為集總元件的電容器來減少ESR引起的損耗。這是因?yàn)?，作為集總元件的電容器各自所具有的電阻成分可以通過并列連接而減小，由此并列連接的作為集總元件的多個(gè)電容器的有效電阻也可以減小，因此可以使ESR 引起的損耗減小。例如，通過使用十個(gè)IpF的電容器來代替使用一個(gè)IOpF的電容器，可以減少ESR引起的損耗。圖8為表示用于二維結(jié)構(gòu)的共振器和三維結(jié)構(gòu)的共振器中的匹配器的例子的圖。圖8的A表示包括匹配器的圖2示出的二維共振器的一部分，圖8的B表示包括匹配器的圖3示出的三維共振器的一部分。參照?qǐng)D8的A，匹配器包括導(dǎo)體231、導(dǎo)體232和導(dǎo)體233，導(dǎo)體232和導(dǎo)體233連接于傳輸線路的接地導(dǎo)體部分213和導(dǎo)體231。根據(jù)導(dǎo)體231與接地導(dǎo)體部分213之間的距離h，確定二維共振器的阻抗，而導(dǎo)體231和接地導(dǎo)體部分213之間的距離h由控制器控制。導(dǎo)體231和接地導(dǎo)體部分213之間的距離h可以通過多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以有通過對(duì)可作為導(dǎo)體231的多個(gè)導(dǎo)體中的某一個(gè)進(jìn)行適應(yīng)性激活而調(diào)節(jié)距離h的方式，通過在上下方向上調(diào)節(jié)導(dǎo)體231的物理位置來調(diào)節(jié)距離h的方式等。參照?qǐng)D8的B，匹配器包括導(dǎo)體231、導(dǎo)體232和導(dǎo)體233，導(dǎo)體232和導(dǎo)體233連接于傳輸線路的接地導(dǎo)體部分213和導(dǎo)體231。根據(jù)導(dǎo)體231與接地導(dǎo)體部分213之間的距離h，確定三維共振器的阻抗，而導(dǎo)體231和接地導(dǎo)體部分213之間的距離h由控制器控制。與二維結(jié)構(gòu)的共振器中包含的匹配器相同，在三維結(jié)構(gòu)的共振器中包含的匹配器中，導(dǎo)體231和接地導(dǎo)體部分213之間的距離h也可以通過多種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，可以有通過對(duì)可作為導(dǎo)體231的多個(gè)導(dǎo)體中的某一個(gè)進(jìn)行適應(yīng)性激活而調(diào)節(jié)距離h的方式，通過在上下方向上調(diào)節(jié)導(dǎo)體231的物理位置來調(diào)節(jié)距離h的方式等。雖然圖8中沒有示出，匹配器可以包含有源元件，利用有源元件來調(diào)節(jié)共振器的阻抗的方式與上述的方式類似。即，利用有源元件來改變流通匹配器的電流路徑，從而可以調(diào)節(jié)共振器的阻抗。圖9為表示用于無線電力傳輸?shù)姆指瞽h(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器中所包含的第一單位共振器和第二單位共振器的圖。參照?qǐng)D9，分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器中所包含的第一單位共振器21和第二單位共振器22各自具有傳輸線路和被串聯(lián)地插入到其傳輸線路的中段部的電容器。 并且，第一單位共振器21可以包含厚度e、高度c的匹配器，第二單位共振器22可以與圖 9中的圖示不同，可以進(jìn)一步包含匹配器。當(dāng)?shù)诙挝还舱衿?2進(jìn)一步包含匹配器時(shí)，第一單位共振器21中所具有的匹配器和第二單位共振器22中所具有的匹配器可以通過媒介 (via)相互連接，此時(shí)，如果在兩個(gè)單位共振器21、22中的一個(gè)共振器上接通電力，則兩個(gè)單位共振器21、22同時(shí)工作。不僅如此，圖9的第一單位共振器21的豎向長(zhǎng)度為“a”，第一單位共振器21的橫向長(zhǎng)度為“b”，傳輸線路的厚度為“d”，匹配器的豎向長(zhǎng)度為“C”，匹配器的厚度為“e”。此時(shí)，a可以具有約50mm至70mm的范圍的值，b可以具有約30mm至50mm的范圍的值，c可以具有4mm至4. 6mm的范圍的值，d可以具有4. 5mm至5. 5mm的范圍的值，e可以具有1. 7mm 至2. 3謹(jǐn)?shù)姆秶闹?。例如，a可以為60謹(jǐn)，b可以為40謹(jǐn)，c可以為4. 3謹(jǐn)，d可以為5謹(jǐn)， e可以為2mm。當(dāng)然，上述的a、b、c、d、e的尺寸只不過是簡(jiǎn)單的例子。S卩，可以容易地想到 a的尺寸大于70mm的情況。h的值可以根據(jù)所期望的共振頻率等進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)。圖9的第一單位共振器21和第二單位共振器22可以被層疊為兩層，在兩層中包含第一單位共振器21和第二單位共振器22的共振器可以稱為分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器。例如，第一單位共振器21位于一個(gè)平面，第二單位共振器22可以位于離該平面具有預(yù)定距離的另一個(gè)平面。并且，當(dāng)圖9中示出的第一單位共振器21的外周長(zhǎng)與第二單位共振器22的外周長(zhǎng)相同，第一單位共振器21的內(nèi)部閉環(huán)面積與第二單位共振器22的內(nèi)部閉環(huán)面積相同時(shí)， 第一單位共振器21和第二單位共振器22之間的互耦(mutual coupling)可以被極大化。并且，圖9中示出的第一單位共振器21的電容器和第二單位共振器22的電容器可以在相同方向上插入，也可以在相反的方向上插入。對(duì)于第一單位共振器21的電容器和第二單位共振器22的電容器在相反的方向上插入的情況，將通過圖10進(jìn)行具體說明。圖10為分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器的立體圖。參照?qǐng)D10，在第一單位共振器21的下面配置第二單位共振器22，分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器由兩層構(gòu)成，包含第一單位共振器21和第二單位共振器22。如圖10所示，第一單位共振器21的電容器和第二單位共振器22的電容器可以在相反的方向上插入。只是，與圖10的圖示不同，第一單位共振器21的電容器和第二單位共振器22的電容器可以在相同方向上插入。如圖10所示，當(dāng)?shù)谝粏挝还舱衿?1的外周長(zhǎng)與第二單位共振器22的外周長(zhǎng)相同，第一單位共振器21的內(nèi)部閉環(huán)面積與第二單位共振器22的內(nèi)部閉環(huán)面積相同時(shí)，第一單位共振器21和第二單位共振器22之間的互耦(mutual coupling)可以被極大化。圖11為表示包含具有不同尺寸的兩個(gè)單位共振器的分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器的圖。參照?qǐng)D11，分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器包含具有不同尺寸的第一單位共振器21和第二單位共振器22。即，在分割環(huán)(split ring)結(jié)構(gòu)的共振器中，第二單位共振器22被包含在第一單位共振器21的閉環(huán)內(nèi)部。此時(shí)，第一單位共振器21和第二單位共振器22可以被布置在相同的平面，也可以被布置在不同的平面。圖11中，Cl表示被插入到第一單位共振器21的電容器，C2表示被插入到第二單位共振器22的電容器。圖12為表示在水平方向上具有多個(gè)匝(turn)的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。參照?qǐng)D12，在水平方向上具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿靼刂椒较蛐纬傻亩鄠€(gè)匝。更具體來講，參照?qǐng)D12中表示的包含兩匝(turn)的共振器，位于上部的多個(gè)導(dǎo)體表示傳輸線路所包含的第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分，位于下部的多個(gè)導(dǎo)體表示傳輸線路所包含的接地導(dǎo)體部分。并且，位于左側(cè)的多個(gè)導(dǎo)體為連接第一信號(hào)導(dǎo)體部分和接地導(dǎo)體部分的第一導(dǎo)體，位于右側(cè)的多個(gè)導(dǎo)體可視為連接第二信號(hào)導(dǎo)體部分和接地導(dǎo)體部分的第二導(dǎo)體。此時(shí)，第一信號(hào)導(dǎo)體部分、第二信號(hào)導(dǎo)體部分、第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體包含兩圈。同樣，更具體來講，參照?qǐng)D12中表示的包含三匝的共振器可知，該共振器中包含的第一信號(hào)導(dǎo)體部分、第二信號(hào)導(dǎo)體部分、第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體包含三圈。這里，各匝的尺寸可以相同，也可以不同。由于在幾乎相同的平面上形成多個(gè)匝，因此可以認(rèn)為這些匝沿水平方向形成，由于沿水平方向形成的多個(gè)匝，共振器的感應(yīng)系數(shù)值可能增加。隨之，相對(duì)于其感應(yīng)系數(shù)的電容器的電容量相對(duì)減小。因此，可以減少ESR的影響，這種具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骺梢院芎玫貞?yīng)用于手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上。圖13為表示在垂直方向上具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。參照?qǐng)D13的正面圖，在垂直方向上具有多個(gè)匝的共振器可以包含圖2中示出的共振器，參照?qǐng)D13的側(cè)面圖和放大圖可知，在垂直方向上具有多個(gè)匝。這里，多個(gè)匝相互電連接。參照?qǐng)D13，多個(gè)匝分別在彼此不同的平面上。此時(shí)，各個(gè)匝的尺寸可以相同，也可以不同。由于多個(gè)匝分別存在于彼此不同的平面上，因此可以認(rèn)為多個(gè)匝沿垂直方向形成， 并可以確認(rèn)沿垂直方向具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骶哂腥龑咏Y(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種三層結(jié)構(gòu)，相對(duì)于所提供(given)的截面積而言，感應(yīng)系數(shù)可能增大，相對(duì)地，電容器的電容量可以減少。因此，共振器受到ESR的影響有所減少，可以很好地應(yīng)用于如手機(jī)的移動(dòng)設(shè)備上。不僅如此，圖13中示出的共振器相比于圖12中示出的沿水平方向具有多個(gè)匝的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿?，可以將?duì)周邊環(huán)境引起的影響最小化。如果引用前述的平行片(parallel-sheet)的概念，則圖12和圖13中示出的多個(gè)匝可以被接地連接到一個(gè)接地面上。此時(shí)，當(dāng)圖12和圖13中示出的多個(gè)匝被接地連接到一個(gè)接地面時(shí)，可以使電阻損耗最小，隨之可以提高Q值。圖14為表示包含大單位共振器和位于大單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部的多個(gè)小單位共振器的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯膱D。參照?qǐng)D14，用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿靼瑱M向長(zhǎng)度為a、豎向長(zhǎng)度為b的第一單位共振器和小于第一單位共振器的尺寸的六個(gè)第二單位共振器。這里，第二單位共振器的數(shù)量可以變化。六個(gè)第二單位共振器位于第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部，在第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部以特定間隔有規(guī)律地布置。這里，a可以約為^Omm，b可以約為150mm，c可以約為27. 5mm, d可以約為16. 7mm。
圖14中示出的共振器可以具有較高的有效導(dǎo)磁系數(shù)(effective mu)，可以增加電力傳輸增益。這是由于，第二單位共振器起到有效(effectively)增加第一單位共振器的導(dǎo)磁系數(shù)的功能，這可以使圖14中示出的全部(overall)共振器的導(dǎo)磁系數(shù)增加。根據(jù)圖14中示出的共振器，并非依賴于材料(material)來增加導(dǎo)磁系數(shù)，而是可以利用第一單位共振器和多個(gè)第二單位共振器的布置來增加有效導(dǎo)磁系數(shù)。圖15為表示具有全方向性(omnidirectional)的特性的用于無線電力傳輸?shù)娜S共振器的圖。參照?qǐng)D15的共振器1，第一單位共振器生成的磁場(chǎng)和第二單位共振器生成的磁場(chǎng)朝著彼此不同的方向形成。特別地，由于第一單位共振器生成的磁場(chǎng)和第二單位共振器生成的磁場(chǎng)相互垂直，因此其磁場(chǎng)之間不會(huì)發(fā)生耦合。據(jù)此，圖15的共振器1可以在全方向 (omnidirectional)上傳輸電力。并且，參照?qǐng)D15的共振器2，被包含在正六方體中的六個(gè)面分別對(duì)應(yīng)單位共振器。 這種圖15的共振器2不僅可以在全方向(omnidirectional)上傳輸電力，還可以適應(yīng)性地調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度。并且，本發(fā)明實(shí)施例的共振器可以具有圖15的共振器3結(jié)構(gòu)，這種共振器也可以在全方向(omnidirectional)上傳輸電力。并且，本發(fā)明實(shí)施例的共振器可以具有如圖15的共振器4的球形結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D15 的共振器4，球形外輪廓被傳輸線路包圍，球形內(nèi)部可以有交叉饋電線(cross feeder) 0交叉饋電線可以包含多個(gè)饋電線，可以向?qū)?yīng)于多個(gè)饋電線中的被激活的饋電線的方向傳輸電力。尤其，當(dāng)所有的饋電線都被激活時(shí)，可以在全方向上傳輸電力。圖16為表示圖2中示出的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿鞯牡刃щ娐返膱D。圖2中示出的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骺梢杂蓤D16中示出的等效電路來模型化。在圖16的等效電路中，Q表示以集總元件的形態(tài)被插入到圖2的傳輸線路的中段部的電容器。此時(shí)，圖2中示出的用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骶哂辛汶A共振特性。S卩，當(dāng)傳播常數(shù)為零時(shí)，假設(shè)用于無線電力傳輸?shù)墓舱衿骶哂笑卅师实墓舱耦l率。此時(shí)，共振頻率ωκκ可以由下述的數(shù)學(xué)式1來表示。這里，MS 表示導(dǎo)磁率為零的共振器(Mu Zero Resonator)的
)固、ο[數(shù)學(xué)式1]
權(quán)利要求
1.一種無線電力共振器，其特征在于包含至少兩個(gè)的單位共振器，所述至少兩個(gè)的單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體； 將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體； 相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力共振器，其特征在于，所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力共振器，其特征在于，所述至少兩個(gè)的單位共振器包含第一單位共振器和第二單位共振器，所述第一單位共振器位于上部平面，所述第二單位共振器位于下部平面，所述上部平面和所述下部平面間隔預(yù)定距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線電力共振器，其特征在于，所述第一單位共振器的外周長(zhǎng)和所述第二單位共振器的外周長(zhǎng)相同，所述第一單位共振器的內(nèi)部閉環(huán)面積和所述第二單位共振器的內(nèi)部閉環(huán)面積相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線電力共振器，其特征在于，被插入到所述第一單位共振器的電容器和被插入到所述第二單位共振器的電容器位于相反的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線電力共振器，其特征在于，所述第二單位共振器被包含在所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電力共振器，其特征在于，還包含匹配器，該匹配器位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。
8.一種無線電力共振器，其特征在于包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體； 將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體； 相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器，所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分、所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成多個(gè)匝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線電力共振器，其特征在于，所述至少一個(gè)傳輸線路中所包含的所述多個(gè)匝形成在同一個(gè)平面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線電力共振器，其特征在于，還包含匹配器，該匹配器位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。
11.一種無線電力共振器，其特征在于包含第一單位共振器和具有比所述第一單位共振器的尺寸小的尺寸的至少一個(gè)第二單位共振器，所述第一單位共振器和所述至少一個(gè)第二單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體； 將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體； 相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器， 所述至少一個(gè)第二單位共振器位于所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無線電力共振器，其特征在于，所述至少一個(gè)第二單位共振器在所述第一單位共振器的閉環(huán)內(nèi)部以特定間隔有規(guī)律地布置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的無線電力共振器，其特征在于，所述第一單位共振器和所述至少一個(gè)第二單位共振器還分別包含匹配器，該匹配器位于由所述傳輸線路、所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體形成的閉環(huán)內(nèi)部，用于確定所述無線電力共振器的阻抗。
14.一種無線電力共振器，其特征在于包含沿著彼此不同的方向形成磁場(chǎng)的至少兩個(gè)單位共振器，所述至少兩個(gè)單位共振器分別包含具有第一信號(hào)導(dǎo)體部分和第二信號(hào)導(dǎo)體部分以及對(duì)應(yīng)于所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分的接地導(dǎo)體部分的傳輸線路；將所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第一導(dǎo)體； 將所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分和所述接地導(dǎo)體部分進(jìn)行電連接的第二導(dǎo)體； 相對(duì)于在所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分中流通的電流串聯(lián)地插入到所述第一信號(hào)導(dǎo)體部分和所述第二信號(hào)導(dǎo)體部分之間的至少一個(gè)電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線電力共振器，其特征在于，所述至少兩個(gè)單位共振器分別被布置成分別由所述至少兩個(gè)共振器形成的磁場(chǎng)相互垂直。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的無線電力共振器，其特征在于，電流通過所述至少兩個(gè)單位共振器中被選擇的至少一個(gè)單位共振器流通。
全文摘要
本發(fā)明提供無線電力共振器(resonator)。無線電力共振器包含傳輸線路和電容器，可以形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，還可以包含確定無線電力共振器的阻抗的匹配器。
文檔編號(hào)H01P7/00GK102484307SQ201080039712
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者樸在賢, 樸垠錫, 樸昞哲, 權(quán)相旭, 李政海, 洪榮澤 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社