專利名稱：用于感應(yīng)功率傳輸?shù)木€圈配置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電源系統(tǒng)，并且更特別地涉及用于無線電源系統(tǒng)的線圈配置。
背景技術(shù)：
感應(yīng)電源系統(tǒng)允許功率被傳輸?shù)诫娮釉O(shè)備，諸如便攜式設(shè)備，而無需直接電連接?？梢允褂秒姼衅鱽硗瓿筛袘?yīng)功率傳輸，當(dāng)電流流過電感器時，電感器產(chǎn)生磁場。相反地，當(dāng)在有磁場的情況下時，可以在電感器中感應(yīng)出電流，該磁場諸如是由另一個電感器產(chǎn)生的磁場。如果將兩個電感器接近地放置并且用電流驅(qū)動一個電感器，那么即使這兩個電感器未直接連接，另一個電感器也將產(chǎn)生電流。這兩個電感器之間的這種相互關(guān)系通常被稱為感應(yīng)耦合，并且許多已經(jīng)使用了該現(xiàn)象來傳輸功率而無需電連接。事實(shí)上，無線功率傳輸?shù)幕驹碇械脑S多原理已經(jīng)為人所知達(dá)100年或更久。被廣泛認(rèn)為是無線功率傳輸之父的尼古拉.泰斯拉以早在1893年已經(jīng)證明了用于無線地對電燈泡進(jìn)行供電的系統(tǒng)而聞名。泰斯拉花了許多年在該領(lǐng)域中進(jìn)行研究和開發(fā)，并且聚集了涉及無線功率傳輸?shù)闹匾膶＠M合。如我們所看到在無線功率方面的興趣再生那樣，他的早期發(fā)明中的一些正在被現(xiàn)今開發(fā)無線功率系統(tǒng)的人們所使用。例如，泰斯拉的美國專利649，621和685，012公開了可以通過結(jié)合附加的一組中間線圈來改善在初級線圈和次級線圈之間的感應(yīng)功率傳輸，該中間線圈起“諧振”線圈的作用來放大振蕩并且在初級單元和次級單元之間傳遞功率。更具體地，初級單元包括一起操作來向次級單元發(fā)送功率的一對線圈，并且，次級單元包括一起操作來接收該功率的一對線圈。初級單元包括初級線圈以及諧振線圈，該初級線圈電連接到電源并且直接從電源接收功率，該諧振線圈感應(yīng)地耦合到直接被供電的線圈。諧振線圈從初級線圈感應(yīng)地接收功率、放大振蕩并且生成電磁場以向次級單元傳遞功率。泰斯拉還證明了與諧振線圈單獨(dú)產(chǎn)生振蕩相比，與諧振線圈組合使用的電容可以產(chǎn)生甚至更大的振蕩。次級單元包括另一個諧振線圈和次級線圈，該另一個諧振線圈接收由初級單元諧振線圈生成的電磁場，該次級線圈感應(yīng)地耦合到次級諧振線圈以將功率直接發(fā)送到次級負(fù)載。所以，如可以看到的那樣，使用單獨(dú)的一組中間線圈來提供具有改善的性能的感應(yīng)耦合的概念已經(jīng)為人所知達(dá)超過一個世紀(jì)。雖然無線功率傳輸?shù)幕靖拍钜呀?jīng)存在達(dá)許多年，但是已經(jīng)有相對近的對該技術(shù)的興趣的再生，并且，正作出廣泛努力來實(shí)現(xiàn)實(shí)用且高效的無線功率傳輸系統(tǒng)。存在各種各樣的使高效系統(tǒng)的開發(fā)變復(fù)雜的因素。例如，操作特性(即，在其之下系統(tǒng)進(jìn)行操作的條件)能夠具有功率傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率的重大的影響。作為另一個示例，互感能夠?qū)Τ跫墕卧痛渭墕卧g的功率傳輸?shù)男视酗@著影響。互感取決于多個電路參數(shù)，包括初級單元諧振線圈和次級單元諧振線圈之間的距離。當(dāng)初級單元諧振線圈和次級單元諧振線圈之間的距離被最小化時，互感增加。距離和互感之間的該反比關(guān)系可能對系統(tǒng)的操作參數(shù)施加限制。可以通過改變電源系統(tǒng)的操作參數(shù)來適應(yīng)不同的操作條件，來改善初級單元和次級單元的能量傳輸效率。因此，已經(jīng)開發(fā)出了高效率電源系統(tǒng)，該高效率電源系統(tǒng)響應(yīng)于改變操作特性來適配電源的操作參數(shù)，該操作特性諸如是初級單元和次級單元(或接收器單元)之間的相對距離和定向。自適應(yīng)電源系統(tǒng)可以改變操作參數(shù)，諸如初級單元或次級單元的諧振頻率、或操作頻率、驅(qū)動信號的占空比或干線電壓。然而，可變驅(qū)動頻率解決方案傾向于嚴(yán)重依賴于更密切的接近或更高的互感來控制初級單元和次級單元之間的功率傳輸效率。因此，可變驅(qū)動效率解決方案通常缺乏在初級單元和次級單元之間的空間自由。在可變諧振頻率系統(tǒng)中，空間自由可能大于可變驅(qū)動頻率系統(tǒng)，因為該系統(tǒng)不那么依賴于密切的接近或更高的互感。然而，在功率傳輸效率上的精確控制可能更加成問題，因為可變諧振頻率系統(tǒng)不像可變驅(qū)動頻率解決方案那樣細(xì)微可調(diào)。這就是為什么可變諧振頻率系統(tǒng)可能在實(shí)際使用中產(chǎn)生混合的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中接收單元包括次級儲能線圈和多個具有不同特性的諧振電路。諧振電路中的每一個可以包括諧振線圈和諧振電容器。諧振線圈可以被感應(yīng)地耦合到次級線圈，使得能量可以從諧振線圈中的一個或更多傳輸?shù)剿鼋邮諉卧Ｔ摱鄠€諧振電路被配置成在初級線圈或初級和次級線圈或次級之間的不同的距離處提供改善的功率傳輸效率或性能。在一個實(shí)施例中，各種諧振電路被配置成通過當(dāng)接收單元相對于初級單元在不同的位置處時考慮對互感的影響來提供改善的性能。例如，諧振電路中的每一個可以具有不同的諧振頻率。在一個實(shí)施例中，次級線圈可以被配置成當(dāng)接收單元密切接近初級單元并且接收單元通過互感的影響更高時提供改善的性能。當(dāng)初級單元和接收單元之間的距離已經(jīng)增加使得接收單元通過互感的影響被顯著地降低時，可以選擇該多個諧振電路中的一個來提供改善的性能。當(dāng)初級單元和接收單元之間的距離足夠大以使接收單元通過互感的影響低時，可以選擇該多個諧振電路中的另一個來提供改善的性能。在一個實(shí)施例中，接收單元可以包括次級儲能電路和至少一個諧振電路。次級儲能電路可以包括次級儲能線圈和次級儲能電容器。使用諸如調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的電路系統(tǒng)，次級儲能電路可以具有可變諧振頻率。使用類似的調(diào)諧電路系統(tǒng)，諧振電路中的一個或更多可以具有可變諧振頻率。當(dāng)遠(yuǎn)程設(shè)備密切接近時，在此對互感的影響更高，次級儲能電路可以被選擇并且使它的諧振頻率被調(diào)整來提供改善的性能。在互感被降低的情況中，諧振電路可以被選擇并且使它的諧振頻率被調(diào)整來提供改善的性能。在另一個實(shí)施例中，接收單元可以包括至少一個連接到開關(guān)的諧振電路。開關(guān)可以被打開或關(guān)閉來有效地從系統(tǒng)中移除諧振電路，使得基于調(diào)諧和開關(guān)，它可以具有對互感的最小影響。當(dāng)接收單元在特定接近范圍內(nèi)時，開關(guān)可以被用于選擇諧振電路中的一個或更多，該諧振電路中的一個或更多由于在該距離處對互感的影響而可能適合于高效的功率傳輸。如果遠(yuǎn)程設(shè)備在對互感的影響不同的另一個接近范圍內(nèi)，那么可以用開關(guān)選擇另一個諧振電路或多個諧振電路。此外，如果接收單元的接近使得對互感的影響相對高，那么可以不選擇諧振電路。在這些情況中，接收單元可以使用次級儲能電路來從初級單元接收功率。次級儲能電路也可以被切換到系統(tǒng)中以及切換到系統(tǒng)外。 在一個實(shí)施例中，初級單元可以包括初級線圈和可以被感應(yīng)地耦合到初級線圈的初級諧振電路。初級諧振電路可以包括初級諧振線圈和初級諧振電容器。而且，初級諧振電路可以通過與次級儲能電路或另一個定位在接收單元內(nèi)的諧振電路的感應(yīng)耦合而將功率傳輸?shù)浇邮諉卧?。在另一個實(shí)施例中，初級單元可以包括用于接入初級諧振電路和斷開該電路的開關(guān)。當(dāng)在初級單元中初級諧振電路是活動的時，可以通過在初級諧振電路和接收單元中的次級儲能電路或諧振電路之間的感應(yīng)耦合來傳輸能量。在其它情況下，初級諧振電路可以被切換到初級單元的電路系統(tǒng)之外。在該情況下，初級線圈可以經(jīng)由與接收單元中的次級儲能電路或諧振電路的感應(yīng)耦合來傳輸能量。在另一個實(shí)施例中，初級單元可以包括在沒有諧振的情況下(例如，在沒有儲能電路電容的情況下)進(jìn)行操作的初級線圈。初級線圈可以與定位在接收單元內(nèi)的線圈或與定位在初級單元中的初級諧振線圈感應(yīng)地稱合。如果初級線圈與初級諧振線圈感應(yīng)地f禹合，那么初級諧振線圈可以與定位在接收單元內(nèi)的線圈感應(yīng)地耦合來將能量傳輸至接收單元。在另一個方面，本發(fā)明可以提供用于調(diào)諧無線功率系統(tǒng)的方法，該方法包括如下的一般步驟:測量初級單元中的操作特性、測量接收器單元中的操作特性以及基于上述兩個測量的比較來調(diào)諧初級單元和次級單元中的部件中的一個或更多?？梢躁P(guān)于初級線圈和次級線圈來使用用于調(diào)諧的方法以確定對初級單元和次級單元之間的感應(yīng)耦合的適當(dāng)設(shè)置的理解。例如，無線功率系統(tǒng)可以比較兩種測量并調(diào)諧初級單元和/或接收器單元來改善功率傳輸效率?；谠摫容^，無線功率系統(tǒng)可以確定(I)初級單元的諧振頻率是否可以被不同地調(diào)諧以及(2)接收器單元的諧振頻率或多個諧振頻率是否可以被不同地調(diào)諧來改善功率傳輸效率。在一個實(shí)施例中，用于操作無線功率系統(tǒng)的方法包括掃描(swe印)初級單元的驅(qū)動頻率來建立頻率響應(yīng)表格。頻率響應(yīng)表格可以包括在各種電路位置處的在初級單元、次級單元、或二者中的測量出的條件。這些測量出的條件可以是電流測量或電壓測量的各種形式，諸如峰值電流/電壓、均方根電流/電壓、以及峰到峰電流/電壓。無線功率系統(tǒng)可以調(diào)整次級儲能電路和/或該多個諧振電路中的一個的諧振頻率來改善功率傳輸效率。無線功率系統(tǒng)也可以調(diào)整干線電壓、操作頻率、以及占空比中的至少一個來向接收器單元提供功率。本發(fā)明提供了簡單并且有效的無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許空間自由和改善的功率傳輸效率。無線充電系統(tǒng)包括多個諧振電路，該諧振電路被配置成在接收器單元和初級單元之間的各種距離處提供改善的功率傳輸效率。這可以通過將在各種距離處接收器單元對初級單元所具有的互感的影響考慮在內(nèi)而被實(shí)現(xiàn)。而且，無線功率系統(tǒng)可以細(xì)微地調(diào)諧操作頻率和其它電路參數(shù)來獲得改善的功率傳輸效率。通過參考各實(shí)施例的描述和附圖，將會更加全面地理解和認(rèn)識本發(fā)明的這些和其它特征。


圖1是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖2是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖3是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖4是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。
圖5是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖6是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖7是次級線圈可能具有的對互感的作用。圖8是示出用于操作具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的一個方法的流程圖。圖9是具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的代表性圖。圖10是示出用于操作具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的一個方法的流程圖。圖11是示出用于操作具有線圈配置的無線功率系統(tǒng)的一個實(shí)施例的一個方法的流程圖。圖12圖示了調(diào)諧電容器網(wǎng)絡(luò)的一個實(shí)施例的代表性示意圖。圖13是在其中初級單元和接收器單元的每一個都包括集成諧振電路的現(xiàn)有技術(shù)無線功率系統(tǒng)的代表性圖。圖14是在其中接收器諧振電路與便攜式設(shè)備分離的可替換無線功率系統(tǒng)的代表性圖。圖15是在其中單獨(dú)的接收器諧振電路包括寄生功率指示器的可替換無線功率系統(tǒng)的代表性圖。圖16A是在其中單獨(dú)的接收器諧振電路包括寄生功率指示器和開關(guān)的可替換無線功率系統(tǒng)的代表性圖。圖16B是在其中單獨(dú)的接收器諧振電路包括寄生功率指示器和可替換開關(guān)的可替換無線功率系統(tǒng)的代表性圖。圖17是具有單獨(dú)的接收器諧振電路的無線功率系統(tǒng)的應(yīng)用的代表性圖。圖18是具有可移除地附著于便攜式設(shè)備的單獨(dú)的接收器諧振電路的無線功率系統(tǒng)的代表性圖。在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用方面不限于在以下的描述中闡述的或者在附圖中圖示的部件的排列和構(gòu)造的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)其它實(shí)施例并且能夠以各種方式實(shí)踐或?qū)嵭?。此外，?yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的用語和術(shù)語是為了描述的目的并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制?！鞍ā?、“包含”和其變化的使用旨在包括列在其后的項和其等同物以及附加的項和其等同物。
具體實(shí)施例方式在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線電源系統(tǒng)10。無線電源系統(tǒng)10包括使用電磁場發(fā)送功率的初級單元12和具有接收器單元16的便攜式設(shè)備，該接收器單元16用于接收經(jīng)由電磁場發(fā)送的功率。便攜式設(shè)備與初級單元12分離并且相對于初級單元12可容易地移動。接收器單元16包括次級儲能電路21和多個諧振電路25a-b。次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b可以各自被不同地配置以當(dāng)便攜式設(shè)備相對于初級單元12在不同的位置處時提供改善的功率傳輸效率?？梢允褂萌魏螖?shù)量的改變電路阻抗的方法來完成配置。取決于各種因素(包括便攜式設(shè)備對互感的影響的變化范圍、成本和可用空間)，不同的接收器單元16諧振電路25a-b的數(shù)量可以因應(yīng)用而不同。因此，本發(fā)明包括能夠適應(yīng)于各式各樣的操作參數(shù)的接收器單元16，該操作參數(shù)諸如是接收器單元16相對于初級單元12的位置。如圖1、4和5中所示出的那樣，接收器單元16、416、516可以具有多種配置?？梢砸匀魏螖?shù)量的組合將這些配置進(jìn)行組合來產(chǎn)生能夠從初級單元無線地接收功率的接收器單元。在一個實(shí)施例中，接收器單元416包括可變電容器430、436a，該可變電容器430、436a可以用于調(diào)整接收器單元中的次級儲能電路421或諧振電路425a的諧振頻率。接收器單元516的可替換實(shí)施例可以包括開關(guān)，該開關(guān)控制在無線電源系統(tǒng)500中諧振電路525a-b是否是活動的以使它對互感有影響。為了公開的目的，接收器單元16被描述為與便攜式設(shè)備分離。然而，接收器單元16可以與便攜式設(shè)備集成來向便攜式設(shè)備部件(諸如電池或其它電路系統(tǒng))提供功率。在一個實(shí)施例中，便攜式設(shè)備可以是蜂窩電話或其它移動設(shè)備并且可以靠近初級單元12放置來無線地接收用于執(zhí)行操作的功率，這些操作諸如是電池充電、操作顯示器、或處理器功能。在其它實(shí)施例中，接收器單元16可以與便攜式設(shè)備分離。例如，接收器單元16可以是連接到便攜式設(shè)備并且從初級單元12給它提供功率的適配器。初級單元12可以是任何類型的能夠經(jīng)由電磁場發(fā)送功率的感應(yīng)無線電源。在一個實(shí)施例中，初級單元12可以根據(jù)多個特性(諸如功率傳輸效率)來改變操作頻率。為了公開的目的，結(jié)合用于將功率無線地施加到接收器單元16的特定初級單元12來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明很好地適合于與其它無線電源電路系統(tǒng)一起使用并且可以可替換地包括基本上任何能夠?qū)⒐β适┘拥奖或?qū)動的初級的無線電源電路系統(tǒng)。例如，本發(fā)明可以被結(jié)合到包括下列感應(yīng)電源的無線電源系統(tǒng)中:由Baarman于2008年I月7日提交的標(biāo)題為“Inductive Power Supply with Duty Cycle Control” 的美國序列號 61/019，411 中公開的感應(yīng)電源；Baarman 的標(biāo)題為 “Adaptive Inductive Power Supply” 并于 2007 年 5 月 I日授權(quán)的美國專利7，212, 414的感應(yīng)電源；或者Baarman的標(biāo)題為“Adaptive InductivePower Supply with Communication”并于2003年 10月 20 日提交的美國序列號 10/689，148的具有通信的感應(yīng)電源——所有這些通過引用被整體結(jié)合于此。在一些實(shí)施例中，初級單元12可以包括初級諧振線圈22和初級諧振電容器32以在被初級線圈24激勵時產(chǎn)生電磁場。該電磁場可以用于將功率無線地傳輸至接收器單元16。在其它實(shí)施例中，初級諧振線圈22和初級諧振電容器32可以不被包括在初級單元12中。在這些配置中，初級線圈24可以用于將功率無線地傳輸至接收器單元16。圖1-3還示出了具有各種配置的初級單元12、212、312的各種實(shí)施例。在一個實(shí)施例中，初級單元212可以包括允許它控制初級諧振線圈22是否活動地被用于將功率無線地傳輸至接收器單元的開關(guān)258。在可替換的實(shí)施例中，初級單元312可以在沒有電容器的情況下操作。在圖8-10和13中示出對無線電源系統(tǒng)10的實(shí)施例進(jìn)行調(diào)諧的各種方法。當(dāng)然，調(diào)諧的方法可以根據(jù)初級單元12和接收器單元16的配置因應(yīng)用而不同。在一個實(shí)施例中，該方法可以測量初級單元12和接收器單元16中的操作特性。例如，操作特性可以是初級單元12和接收器單元16的頻率響應(yīng)。可以將兩個測量進(jìn)行比較，使得無線功率系統(tǒng)10可以確定是否對初級儲能線圈24、初級諧振線圈22 (如果存在)、次級儲能線圈20、和/或諧振線圈26a-b的諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧。無線功率系統(tǒng)10可以調(diào)諧這些部件來獲得改善的功率傳輸效率。在圖1的實(shí)施例中，無線電源系統(tǒng)10包括初級單元12和接收器單元16。接收器單元16包括次級儲能電路21、多個諧振電路25a-b、整流器40、控制器42和負(fù)載44。次級儲能電路21可以包括次級儲能線圈20和次級諧振電容器30。諧振電路25a-b中的每一個可以包括諧振線圈26a-b和諧振電容器36a-b。次級儲能線圈20和多個諧振線圈26a_b可以由卷繞的導(dǎo)體構(gòu)成來產(chǎn)生期望的電感。例如，次級儲能線圈20和多個諧振線圈26a-b可以是PCB跡線或者Litz線。次級儲能線圈20和多個諧振線圈26a-b可以根據(jù)針對每一個的期望的調(diào)諧而各自具有類似或不同的電感。次級儲能電容器30和諧振電容器36a-b可以是根據(jù)期望的配置而改變電容的一個或許多電容器。在可替換的實(shí)施例中，在電路操作的期間，次級儲能線圈20、次級儲能電容器30、多個諧振線圈26a-b、以及諧振電容器36a_b中的至少一個可以是可變的?！鸬?次級儲能線圈20和其相關(guān)聯(lián)的次級儲能電容器30可以形成在特定頻率周圍諧振的電路。該多個諧振線圈26a_b和它們的相關(guān)聯(lián)的諧振電容器36a_b中的每一個還可以形成在不同頻率周圍諧振的各個電路。次級儲能線圈20和該多個諧振線圈26a_b中的每一個的特定配置可以在初級單元12位于各種距離的情況下提供改善的功率傳輸效率。在各種距離處，次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b可以對與初級單元12的互感有不同的影響。因此，取決于它們對互感的影響，可以在各種距離處為了改善的功率傳輸效率而各自配置次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b。在可替換的實(shí)施例中，可以對次級儲能電路21和多個諧振電路25a-b進(jìn)行配置，使得在各種距離處在相同頻率附近發(fā)生諧振條件。例如，當(dāng)次級儲能電路21在一種距離處提供改善的功率傳輸效率時，諧振頻率可以基本上類似于在另一距離處使用諧振電路25a-b以改善的功率傳輸效率的配置發(fā)生的諧振頻率。當(dāng)基于它們對互感的影響利用不同的配置時，該可替換的實(shí)施例可以允許初級單元12在各種距離處使用類似的操作參數(shù)，諸如操作頻率。在當(dāng)前的實(shí)施例中，次級儲能電路21和該多個諧振電路25a_b可以感應(yīng)地耦合到彼此。這可以通過接近或接近和磁通量引導(dǎo)的組合來完成。當(dāng)該多個諧振電路25a_b中的一個相比于次級儲能電路21更適合被配置用于改善的功率傳輸效率時，該諧振線圈可以用于從初級單元12接收功率，并且隨后可以感應(yīng)地將其能量傳輸給次級儲能線圈20。如果次級儲能電路21相比于多個諧振電路25a-b中的每一個而更適合被配置時，那么次級儲能電路20可以用于向接收器單元16供給功率。如可以從此描述中所看到的那樣，可以為了改善的功率傳輸效率而選擇提供最優(yōu)性能的電路。整流器40可以包括在本領(lǐng)域中眾所周知的用于將從次級儲能電路21接收的信號變換成用于控制器42的整流輸出的電路系統(tǒng)。例如，整流器40可以將從次級儲能電路21接收到的AC信號轉(zhuǎn)換成全波整流輸出。在可替換的實(shí)施例中，整流器40還可以包括用于將整流輸出平滑成對控制器42的基本DC輸出的電路系統(tǒng)。在當(dāng)前的實(shí)施例中，控制器42可以包括在本領(lǐng)域中眾所周知的用于接收整流輸入和向負(fù)載44提供功率的電路系統(tǒng)。控制器42可以檢測并調(diào)整對負(fù)載44的功率，使得負(fù)載可以接收適當(dāng)量的能量。負(fù)載44可以包括任何類型的電阻抗，諸如接收單元16電路系統(tǒng)或移動設(shè)備。在可替換的實(shí)施例中，負(fù)載44可以外部地連接到接收單元16，使得接收單元可以與負(fù)載44可分離。在當(dāng)前的實(shí)施例中，控制器42可以使用各種技術(shù)無線地與初級單元12進(jìn)行通信。例如，控制器42可以使用收發(fā)器電路系統(tǒng)(未圖示)經(jīng)由IEEE 802.11、藍(lán)牙或IrDA協(xié)議無線地與初級單元12進(jìn)行通信。作為另一個示例，控制器42可以能夠使用調(diào)制技術(shù)在次級儲能電路21或多個諧振電路25a-b上無線地通信。接收單元16和初級單元12可以交換信息，諸如操作參數(shù)。例如，操作條件可以包括電路測量，電路特性，或設(shè)備識別信息。在可替換的實(shí)施例中，接收單元16和初級單元12可以不與彼此進(jìn)行通信。在這些實(shí)施例中，初級單元12可以通過識別接收器單元16的反射阻抗來檢測接收器單元16的操作條件。在再一個可替換的實(shí)施例中，初級單元12可以與便攜式設(shè)備(其連接到接收單元16)進(jìn)行通信來發(fā)送和接收操作條件。在圖1的實(shí)施例中，初級單元12可以包括電源輸入50、電源52、逆變器54、諧振控制56、初級諧振電路58和初級儲能電路23。初級儲能電路23可以包括初級電容器34和初級線圈24。電源52、逆變器54和諧振控制56可以包括在本領(lǐng)域中眾所周知的電路系統(tǒng)。電源52從電源輸入50接收功率，其中電源輸入50可以是AC功率、DC功率或另一個合適的能量源。電源52可以將來自電源輸入50的功率變換成由逆變器54可用的能量。例如，電源52可以在指定干線電壓處為逆變器54提供DC功率。此外，電源52可以從諧振控制56接收命令來改變輸出干線電壓。逆變器54可以為初級儲能電路23提供功率。逆變器54可以被諧振控制56命令以在指定頻率、占空比或二者的條件下為初級儲能電路23提供AC功率。因此,初級單元12可以在命令的干線電壓、占空比、頻率或這三項的組合的條件下為初級儲能電路23提供功率。初級儲能電路23中所包括的初級電容器34和初級線圈24可以與關(guān)于接收單元16的以上描述的次級儲能電容器30和次級儲能線圈20類似地被構(gòu)造。初級線圈24和初級電容器34可以從逆變器54接收功率并且經(jīng)由諧振電路58中所包括的初級諧振電容器22和初級線圈24之間的感應(yīng)耦合將該功率傳輸?shù)匠跫壷C振電路58。在當(dāng)前的實(shí)施例中，諧振電路58可以包括初級諧振電容器32和初級諧振線圈22，使得諧振電路58具有諧振頻率。初級諧振電容器32和初級諧振線圈22可以是與關(guān)于接收單元16的以上描述的諧振電容器36a-b和次級諧振線圈26a-b類似的構(gòu)造。如以上所描述的那樣，初級諧振線圈22可以經(jīng)由與次級儲能電路21和多個諧振電路25a-b中的至少一個的感應(yīng)耦合而將能量傳輸?shù)浇邮諉卧?6。在可替換的實(shí)施例中，初級諧振線圈58不包括在初級單元12中。在這些實(shí)施例中，如上所述,初級儲能電路23可以通過與次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b的至少一個的感應(yīng)耦合而將功率傳輸?shù)浇邮諉卧?6。在圖2中示出一種可替換的無線電源系統(tǒng)200。圖2的無線電源系統(tǒng)200包括初級單元212和接收器單元16。圖2的接收器單元16可以與關(guān)于圖1描述的接收器單元16類似，其中當(dāng)前實(shí)施例的接收器單元16可以被配置為經(jīng)由電磁場接收從初級單元212發(fā)送的功率。因此，由于考慮到對互感的影響的能力，接收器單元16可以在相對于初級單元212的各種位置上接收功率。此外，接收器單元16可以被包括在便攜式設(shè)備(未示出)中。初級單元212可以包括與初級單元12類似的部件，諸如電源輸入50、電源52、逆變器54、初級儲能電容器34、初級儲能線圈24、初級諧振電容器32和初級諧振線圈22。當(dāng)然，這些部件可以被配置來執(zhí)行初級單元212的功能性。例如，初級諧振電容器32和初級諧振線圈22可以被配置為在頻率周圍諧振，而初級儲能電容器34和初級儲能線圈24可以被配置為在不同的頻率周圍諧振。初級單元212還可以包括諧振電路開關(guān)258和諧振控制256，其中諧振控制256可以包括與以上描述的諧振控制56類似的功能性。在圖2的實(shí)施例中，諧振控制256可以對經(jīng)由與初級儲能線圈24或者初級諧振線圈22的感應(yīng)耦合而將功率傳輸?shù)浇邮掌鲉卧?6進(jìn)行控制。諧振控制256可以控制諧振電路開關(guān)258來調(diào)節(jié)初級儲能線圈24或初級諧振線圈22是否被用于產(chǎn)生用于能量傳輸?shù)碾姶艌?。諧振控制256可以根據(jù)多個操作條件(諸如初級單元212的配置、接收單元16的配置和無線電源系統(tǒng)200的電路測量)做出該決定。該確定也可以基于在(I)次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b中的至少一個與(2)初級儲能電路23或者初級諧振電路58之間的互感。例如，次級諧振電路25a和初級諧振電路58可以在初級單元12和接收器單元16之間的特定距離處具有在該距離處提供超過其它組合的改善的功率傳輸?shù)幕ジ?。因此，無線電源系統(tǒng)200可以通過使用在初級單元12和接收單元16之間產(chǎn)生改善的功率傳輸效率的電路的組合來實(shí)現(xiàn)改善的功率傳輸和空間自由。在圖3中示出另一個可替換的無線電源系統(tǒng)300。在該實(shí)施例中，無線電源系統(tǒng)300包括初級單元312和接收器單元16。圖3的接收器單元16可以與關(guān)于圖1和圖2描述的接收器單元16類似，其中當(dāng)前實(shí)施例的接收器單元16可以被配置為經(jīng)由電磁場接收從初級單元312發(fā)送的功率。因此，由于考慮到對互感的影響的能力，接收器單元16可以在相對于初級單元312的各種位置上接收功率。此外，接收器單元16可以被包括在便攜式設(shè)備(未不出)中。初級單元312可以包括與初級單元12類似的部件，諸如電源輸入50、電源52、逆變器54、諧振控制56和諧振電路58。初級單元312也包括可以被感應(yīng)地耦合到諧振電路58的初級線圈324。初級線圈324可以通過感應(yīng)地將能量傳輸?shù)街C振電路58來間接地向接收器單元16提供能量，該諧振電路58隨后將能量傳輸?shù)浇邮諉卧?6。類似于關(guān)于圖1的以上描述的接收器16，接收器單元16可以使用次級儲能電路21和該多個諧振電路25a-b中的至少一個來接收該能量。在可替換的實(shí)施例中，諧振電路58可以不存在于初級單元312中。在這些實(shí)施例中，初級線圈324使用電磁場感應(yīng)地向接收器單元16提供功率，而無需諧振(例如，無需儲能電路電容)。在一些情況下，儲能電路電容限制接收器單元16相對于初級單元312的動態(tài)范圍，并且因此，可以基于期望的范圍配置來選擇儲能電路電容。在再一個可替換的實(shí)施例中，接收器單元16可以在次級儲能電路、諧振電路、或二者中感應(yīng)地接收功率，而無需儲能電路電容。在圖4中示出無線電源系統(tǒng)400的再一個可替換的實(shí)施例。在圖4中示出的無線電源系統(tǒng)400包括初級單元312和接收器單元416。圖4的初級單元312可以與關(guān)于圖3描述的初級單元312類似，其中當(dāng)前實(shí)施例的初級單元312可以被配置為經(jīng)由通過初級諧振電路58產(chǎn)生的電磁場將功率傳輸?shù)浇邮掌鲉卧?16。在該實(shí)施例中的初級諧振電容器432是可變的電容器?？刂破?6可以通過調(diào)整可變電容器的電容來調(diào)整諧振電路58的諧振頻率。當(dāng)然，在可替換的實(shí)施例中，初級諧振電容器432可以是固定的電容。在此外可替換的配置中，初級線圈324可以被電連接到可變初級電容器，其可以被選擇性地調(diào)整。這樣，控制器56可以選擇性地調(diào)整可變初級電容器以便影響初級儲能電路的諧振頻率。此外，初級單元312可以根據(jù)接收器單元416的特性(諸如次級儲能電路421和諧振電路426a的諧振頻率)來控制初級線圈324和初級諧振電路58的操作。在可替換的實(shí)施例中，初級單元312可以不包括諧振電路58，其中初級線圈324可以將功率感應(yīng)地傳輸?shù)浇邮掌鲉卧?16。 接收器單元416可以包括與接收器單元16類似的部件，諸如整流器40和負(fù)載44。在當(dāng)前的實(shí)施例中，整流器40和負(fù)載44可以被適當(dāng)?shù)嘏渲脕韴?zhí)行接收器單元416的功能性。接收器單元416還可以包括控制器442、次級儲能電路421和諧振電路425a。在可替換的實(shí)施例中，可以有多個諧振電路425a。次級儲能電路421可以包括次級儲能線圈420和次級儲能電容器430。諧振電路425a可以包括諧振線圈426a和諧振電容器436a。次級儲能線圈420和諧振線圈426a可以與關(guān)于圖1描述的次級儲能線圈20和次級諧振線圈426a類似地被構(gòu)造。次級儲能電容器430和諧振電容器436a可以是能夠響應(yīng)于來自控制器442的命令而改變它們的電容的可變電容器或電容器陣列。例如，可變電容器可以與關(guān)于圖12描述的實(shí)施例類似地被構(gòu)造?？刂破?42可以類似于關(guān)于圖1-3描述的控制器42，并且可以根據(jù)期望的諧振電路的調(diào)諧控制次級儲能電容器430和諧振電容器436a的電容。例如，可以使用次級儲能電容器430的可變電容來調(diào)整次級儲能電路421的諧振頻率。在可替換的實(shí)施例中，次級儲能線圈420和諧振線圈426a可以是可變電感器并被控制器442可變地控制。在再一個可替換的實(shí)施例中，次級儲能線圈420、諧振線圈426a、次級儲能電容器430和諧振電容器436a可以被控制器442可變地控制。接收器單元416可以根據(jù)期望的調(diào)諧和對存在于接收器單元416和初級單元312之間的互感的影響來調(diào)整次級儲能電路421和諧振電路425a中的至少一個的諧振頻率。因此，接收器單元416和初級單元312可以獲得相對于彼此的空間自由和改善的功率傳輸。在圖5中示出了無線電源系統(tǒng)500的另外的可替換的實(shí)施例。現(xiàn)在參考圖5，無線電源系統(tǒng)500包括初級單元12和接收器單元516。圖5的初級單元12可以類似于關(guān)于圖1描述的初級單元12，其中當(dāng)前實(shí)施例的初級單元12可以被配置來經(jīng)由通過初級諧振電路58產(chǎn)生的電磁場將功率傳輸至接收器單元516。此外，初級單元12可以根據(jù)接收器單元516的特性(諸如次級儲能電路21和該多個諧振電路525a-b的諧振頻率和狀態(tài))來控制初級儲能電路23和初級諧振電路58的操作。在可替換的實(shí)施例中，初級單元12可以不包括諧振電路58，其中初級電路23可以將功率感應(yīng)地傳輸?shù)浇邮掌鲉卧?16。接收器單元516可以包括與接收器單元16類似的部件，諸如整流器40、負(fù)載44和次級儲能電路21。接收器單元516還可以包括控制器542和多個諧振電路525a-b。該多個諧振電路525a_b中的每一個可以包括諧振線圈526a_b、諧振電容器536a_b和次級諧振開關(guān)546a_b。諧振線圈526a_b和諧振電容器536a_b可以類似于在圖1中描述的次級諧振線圈26a_b和諧振電容器36a_b。因此,該多個諧振電路525a_b中的每一個可以具有諧振頻率?？刂破?42可以包括在現(xiàn)有技術(shù)中已知的用于控制次級諧振開關(guān)546a-b的電路系統(tǒng)?？刂破?42可以操作次級諧振開關(guān)546a-b來打開以及關(guān)閉它們關(guān)聯(lián)的諧振電路525a-b。通過將次級諧振電路525a-b切換到無線電源系統(tǒng)500中以及切換到無線電源系統(tǒng)500之外，控制器542可以根據(jù)該次級諧振電路525a-b的諧振頻率和其對無線電源系統(tǒng)500的互感的影響來使用適當(dāng)?shù)拇渭壷C振電路525a-b。此外，控制器542可以根據(jù)它們對互感的影響來選擇一個或多個次級諧振電路525a-b。因此，無線電源系統(tǒng)500可以獲得在初級單元12和接收器單元516之間的改善的功率傳輸和空間自由。在可替換的實(shí)施例中，次級儲能電路21也可以被切換到無線電源系統(tǒng)500之中以及切換到無線電源系統(tǒng)500之夕卜。例如，在完成了便攜式設(shè)備的充電或者發(fā)生了過電壓條件的情況下，次級儲能電路21可以被切換到無線電源系統(tǒng)500之外。圖6-7示出次級儲能電路21和多個諧振電路25a_b可能具有的對無線電源系統(tǒng)的互感的作用。當(dāng)接收器單元16相對于初級單元12之間的距離增加時，對互感的影響降低。因此，次級儲能電路21或該多個諧振電路25a-b中的一個可以被更適當(dāng)?shù)嘏渲贸稍谔囟ň嚯x處高效地傳輸功率。次級儲能電路21或諧振電路25a-b中的每一個被適當(dāng)?shù)嘏渲脕韨鬏敼β实木嚯x可以在某些距離處重疊，并且針對特定距離可能有多于一個的配置。作為示例，次級儲能線圈720或該多個諧振儲能線圈726a_b中的一個可以被更適當(dāng)?shù)嘏渲贸稍谔囟ň嚯x處高效地傳輸功率。在當(dāng)前實(shí)施例中，當(dāng)接收器單元16更靠近初級單元12時，它可以對互感有更大的影響。因此，次級儲能電路21可以被配置成在這些更近的距離處高效地接收功率。當(dāng)接收器單元16相對于初級單元12在中間距離處時，它可以對互感有更少的影響或?qū)ジ杏兄卮蠼档偷挠绊?。在這些情況下，例如，諧振電路26a可以被配置成在該中間距離處高效地接收功率。作為另一個示例，當(dāng)與之前的示例相比接收器單元16與初級單元12相距甚至更大的距離時，對互感的影響可能是微不足道的。因此，諧振電路26b可以被配置成在該距離處高效地接收功率。圖8示出用于操作無線電源系統(tǒng)的方法的一個實(shí)施例。圖9示出參考圖8進(jìn)行描述的無線電源系統(tǒng)，因為它包括可以便于描述在圖8中示出的方法的部件。更具體地，圖9示出無線電源系統(tǒng)900，該無線電源系統(tǒng)900包括初級單元912和具有接收器單元電路系統(tǒng)的便攜式設(shè)備914。無線電源系統(tǒng)900可以包括分別測量通過初級儲能電路923和次級儲能電路921的電流的初級電流傳感器955和次級電流傳感器941。此外，初級單元912和便攜式設(shè)備914可以將信息(諸如測量的電流或設(shè)備識別信息)傳遞給彼此。初級單元912可以包括D-到-A驅(qū)動器和限幅器953，其可以接收來自控制和通信電路系統(tǒng)956的命令并以可用的形式將它們發(fā)送到電源952和模擬諧振搜索(seeking)驅(qū)動電路系統(tǒng)954。該D-到-A驅(qū)動器和限幅器還可以包括用于防止在初級單元912和便攜式設(shè)備914之間發(fā)生不安全系統(tǒng)幅度的電路系統(tǒng)。如在之前的實(shí)施例中所描述的那樣，初級單元912可以控制干線電壓、占空比、操作頻率或它們?nèi)齻€的組合中的至少一個，并且便攜式設(shè)備914可以控制次級儲能線圈920和可變次級儲能電容器930的諧振頻率。應(yīng)當(dāng)理解的是，在圖9中示出的部件中的任一個可以被包括在之前描述的實(shí)施例中，并且之前描述的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)在圖8中示出的操作方法。圖8中示出的調(diào)諧的方法可以包括測量初級單元912和接收器單元中的操作特性，諸如操作頻率。無線功率系統(tǒng)可以比較這些操作特性來確定調(diào)諧初級單元912或接收器單元是否可以提供改善的功率傳輸效率。在當(dāng)前實(shí)施例中，初級單元912可以掃描初級諧振線圈922的操作頻率。步驟802。在未使用初級諧振線圈922的可替換的實(shí)施例中，初級單元912可以掃描相對于初級線圈924的操作頻率。在掃描操作期間，無線電源系統(tǒng)900可以創(chuàng)建在初級單元912和便攜式設(shè)備914中所做的測量的表格。步驟804。這些測量可以包括初級電流傳感器955、次級電流傳感器941、或另一個指示在頻率掃描期間初級單元912或接收器單元的狀態(tài)的測量。初級單元912和接收器單元可以將它們的制表的數(shù)據(jù)傳遞給彼此，使得可以確定頻率間隙。制表的數(shù)據(jù)可以允許對在初級單元912和接收器單元中測量出的諧振頻率或峰值以及在這些諧振頻率和峰值之間的各種間隙進(jìn)行詳細(xì)的表示。根據(jù)初級儲能電路923、初級諧振電路958、次級儲能電路921和諧振電路925的配置，可以有多個諧振頻率或峰值。如在其它實(shí)施例中所描述的那樣，當(dāng)前實(shí)施例可以包括多于一個諧振電路925。頻率間隙是在初級單元912處測量的諧振頻率或峰值和在接收器單元處測量的諧振頻率或峰值之間的一個差或多個差。在這些諧振條件之間的比較可以提供協(xié)調(diào)測量的特性和調(diào)整操作參數(shù)來改善功率傳輸效率的方式。一旦頻率間隙被確定，初級單元912和便攜式設(shè)備914可以確定用于改善的功率傳輸效率的操作參數(shù)，諸如期望的次級儲能電路921的諧振頻率。步驟806。無線電源系統(tǒng)900還可以確定定位在接收器單元內(nèi)的諧振電路925的期望的諧振頻率和初級儲能電路923的期望的諧振頻率。初級單元912然后可以調(diào)整干線電壓、占空比和操作頻率中的至少一個來將功率提供給接收器單元。可以做出這些調(diào)整以將系統(tǒng)幅度維持在安全水平內(nèi)來防止部件被損壞。步驟808和810。在可替換的實(shí)施例中，基于便攜式設(shè)備具有的對互感的影響，初級單元可以進(jìn)行調(diào)整來高效地向便攜式設(shè)備提供功率。在另一個可替換的實(shí)施例中，便攜式設(shè)備914還可以調(diào)整可變的次級儲能電容器930來獲得在步驟806中確定的期望的諧振頻率變化。在當(dāng)前的實(shí)施例中，初級單元912現(xiàn)在可以調(diào)整傳遞給便攜式設(shè)備914的功率的量，其可以取決于便攜式設(shè)備914的負(fù)載944。步驟814。無線電源系統(tǒng)900可以調(diào)整操作參數(shù)以便獲得改善的功率傳輸效率并向便攜式設(shè)備914提供適當(dāng)量的功率。因此，可以重復(fù)以上所描述的步驟的組合，使得無線電源系統(tǒng)900可以持續(xù)地改善功率傳輸效率。例如，如果諸如便攜式設(shè)備914相對于初級單元912的接近的條件改變，那么無線電源系統(tǒng)900可以調(diào)整以為便攜式設(shè)備914提供改善的功率傳輸效率。描述的調(diào)諧方法可以關(guān)于初級儲能電路923、初級諧振電路958、次級儲能電路921和諧振電路925同時被使用來確定適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)并在I)初級線圈924和初級諧振線圈922與2)次級線圈920和諧振線圈925之間選擇合適的感應(yīng)耦合。例如，次級電流傳感器941和初級電流傳感器955可以在頻率掃描期間分別測量在初級儲能電路923和次級儲能電路921中的電流。在初級單元912處測量的頻率響應(yīng)可以被感應(yīng)耦合影響，其可以取決于初級儲能電路923、初級諧振儲能電路958、次級儲能電路921和諧振電路925中的每一個的配置。另外，在接收器單元處測量的頻率響應(yīng)也可以被感應(yīng)耦合影響，其可以取決于初級儲能電路923、初級諧振儲能電路958、次級儲能電路921和諧振電路925中的每一個的配置。然后可以比較來自初級單元912和接收器單元的頻率響應(yīng)曲線以調(diào)整無線電源系統(tǒng)900從而在初級單元912和接收器單元之間的特定距離處實(shí)現(xiàn)改善的功率傳輸效率?？商鎿Q地，傳感器可以與初級儲能電路923、初級諧振電路958、次級儲能電路921和諧振儲能電路925中的每一個相關(guān)聯(lián)。關(guān)于每一個傳感器測量的特性可以與彼此進(jìn)行比較以便為了改善的功率傳輸效率而調(diào)整無線電源系統(tǒng)900。此外，描述的用于調(diào)諧的方法不限于測量作為操作特性的電流。用于調(diào)諧的方法可以包括測量電壓、相位、或不同操作特性的組合。另外，描述的用于調(diào)諧的方法可以重復(fù)地用于改善功率傳輸效率?？梢栽诓僮髌陂g的任何時間執(zhí)行頻率掃描和比較以確定功率傳輸效率是否可以被改善或調(diào)整。此外，可以關(guān)于次級儲能電路921和諧振電路925中的一個或更多和初級儲能電路923執(zhí)行頻率掃描?？梢栽诖渭墐δ茈娐?21和諧振電路925中的一個或更多和初級儲能電路923的頻率響應(yīng)之間的比較后做出調(diào)整?？梢躁P(guān)于初級儲能電路923和相同組或不同組的次級儲能電路921和諧振電路925再次執(zhí)行頻率掃描和調(diào)整。因此，在初級單元912和接收器單元之間的功率傳輸效率可以被持續(xù)地改善。現(xiàn)在參考圖10，示出了用于操作無線電源系統(tǒng)的方法的一個實(shí)施例。該方法可以允許無線功率系統(tǒng)使初級單元和接收器單元與彼此進(jìn)行通信以協(xié)調(diào)動態(tài)諧振頻率匹配。在上電時，無線電源系統(tǒng)開始針對接收器單元的存在進(jìn)行監(jiān)視。步驟1002。可以使用諸如查驗(Ping)、負(fù)載檢測或者通信之類的技術(shù)來完成存在檢測。如果沒有接收器單元被檢測到，那么系統(tǒng)可以繼續(xù)針對接收器單元的存在進(jìn)行監(jiān)視。步驟1004和1006。一旦檢測到接收器單元，無線電源系統(tǒng)可以掃描初級單元的功率傳輸頻率范圍。在頻率掃描期間，初級單元和接收器單元的每一個可以進(jìn)行無線電源系統(tǒng)的多個測量，諸如在不同頻率處通過初級儲能電路和次級儲能電路的電流。步驟1008。使用這些測量，無線電源系統(tǒng)可以確定初級單元和接收器單元是否基本匹配用于高效的功率傳輸。步驟1010。如果兩者基本匹配，那么無線電源系統(tǒng)可以開始向接收器單元提供功率。步驟1014。如果兩者未基本匹配，那么可能有調(diào)諧初級單元或接收器單元的機(jī)會來獲得改善的功率傳輸效率。如果有機(jī)會調(diào)諧，那么無線電源可以調(diào)整初級單元諧振或接收器單元諧振中的至少一個。步驟1012、1016、1018、1020、1022?？梢酝ㄟ^使用可變電感器、可變電容器以及從多個諧振線圈中進(jìn)行選擇中的至少一個(這取決于根據(jù)接收器單元對互感的影響)來完成調(diào)諧。初級單元可以開始向接收器單元提供適當(dāng)量的功率并可以調(diào)整一個或多個操作參數(shù)，諸如操作頻率、占空比、或干線電壓。步驟1024。圖11示出用于與自適應(yīng)無線電源系統(tǒng)一起使用的方法的一個實(shí)施例。該方法可以允許無線電源系統(tǒng)調(diào)整頻率和干線電壓以實(shí)現(xiàn)在初級單元和接收器單元之間的高效功率傳輸。在可替換的實(shí)施例中，無線電源系統(tǒng)可以單獨(dú)或與干線電壓和/或操作頻率相組合地調(diào)整另一個操作參數(shù)，諸如占空比。在初始化時，初級單元可以禁用可用于針對給定的負(fù)載搜索適當(dāng)?shù)念l率的頻率搜索操作。步驟1302。初級單元也可以針對便攜式設(shè)備的存在進(jìn)行查驗、通過通信讀取便攜式設(shè)備的ID以及下載針對該特定便攜式設(shè)備的負(fù)載信息。在可替換的實(shí)施例中，便攜式設(shè)備的ID可以是對于初級單元確定針對該特定便攜式設(shè)備的負(fù)載信息而言足夠的信息。在當(dāng)前的實(shí)施例中，負(fù)載信息可以包括負(fù)載的阻抗和接收器單元的功率接收特性，諸如接收器單元的一個諧振頻率或多個諧振頻率。初級單元可以在低功率水平處掃描操作頻率來確定初級單元和接收器單元的頻率響應(yīng)。步驟1304。初級單元和接收器單元二者可以包括用于測量頻率響應(yīng)和將數(shù)據(jù)放置到單獨(dú)數(shù)據(jù)表格中的傳感器。初級單元或接收器單元可以從存儲器讀取數(shù)據(jù)表格并確定頻率圖，該頻率圖可以被用于計算用于從初級單元向接收器單元傳輸功率的控制算法。頻率圖可以包括在初級單元和接收器單元處測量的諧振頻率或峰值之間的關(guān)系，其中在初級單元和接收器單元中的線圈和諧振電路的性質(zhì)可以影響頻率圖。初級單元、接收器單元、或兩者可以調(diào)整它們的諧振頻率來獲得改善的性能。步驟1306。例如，接收器單元可以調(diào)整次級儲能電路的諧振頻率或多個諧振電路中的至少一個的諧振頻率。在該示例中，可以選擇電感器和電容器的適當(dāng)?shù)呐渲脕慝@得改善的功率傳輸效率。初級單元可以開始向接收器單元提供適當(dāng)量的功率并可以調(diào)整一個或多個操作參數(shù)，諸如操作頻率、占空比或干線電壓。步驟1308。無線電源系統(tǒng)可以繼續(xù)監(jiān)視初級單元和接收器單元的操作來確定它們是否在諧振處操作。如果沒有變化，那么無線電源系統(tǒng)可以繼續(xù)操作。步驟1310。如果無線電源系統(tǒng)檢測到變化，那么它可以開始監(jiān)視性能、監(jiān)視操作特性并針對在操作和功率傳輸效率方面的變化進(jìn)行檢查。步驟1312。如果無線電源系統(tǒng)確定該系統(tǒng)正在正常限度內(nèi)進(jìn)行操作，那么它可以執(zhí)行與以上描述的步驟1304和1306類似的步驟。因此，無線電源系統(tǒng)可以監(jiān)視或測量初級單元和接收器單元的操作特性，諸如通過初級儲能線圈、次級儲能線圈或兩者的電流。初級單元、接收器單元或兩者的諧振頻率可以基于初級單元和接收器單元操作特性的觀察被調(diào)整。此外，可以基于在諧振頻率中或關(guān)于初級單元和接收器單元的操作特性進(jìn)行的測量中的變化來調(diào)整系統(tǒng)的控制。步驟1320。此時，系統(tǒng)可以如關(guān)于步驟1308在之前所描述的那樣開始操作。如果無線電源系統(tǒng)確定該系統(tǒng)未在正常限度內(nèi)進(jìn)行操作，那么可能存在故障條件。諸如操作錯誤、寄生金屬、過電流或其它錯誤條件之類的故障條件可以被檢測并引起無線電源系統(tǒng)關(guān)閉直到故障條件被修復(fù)。步驟1316和1318。如果不存在故障條件，那么系統(tǒng)可以如關(guān)于步驟1320在之前所描述的那樣開始操作。如圖12所示，示出了可變電容器網(wǎng)絡(luò)1402的實(shí)施例?？勺冸娙萜骶W(wǎng)絡(luò)1402可以是使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或?qū)Ｓ眉尚酒?ASIC)形成的串行和并行網(wǎng)絡(luò)?？勺冸娙萜骶W(wǎng)絡(luò)1402可以包括多個調(diào)諧電容器1406和多個開關(guān)1408。該多個開關(guān)1408可以被利用來選擇該多個調(diào)諧電容器1406的組合，該組合產(chǎn)生期望的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)電容。例如，控制器(未示出)可以打開以及關(guān)閉該多個開關(guān)1408的組合來產(chǎn)生期望的電容。基礎(chǔ)調(diào)諧電容器1404可以用作可變電容器網(wǎng)絡(luò)1402可以與其組合來產(chǎn)生期望的電容的參考電容。以上描述的可變電容器1400可以被用在以上描述的包括可變電容器的各種實(shí)施例中。如以上所提到的那樣，已知傳統(tǒng)的無線功率系統(tǒng)在初級單元和接收器單元兩者中都包括諧振電路。例如，在圖13中示出傳統(tǒng)的無線功率系統(tǒng)1500的代表性圖示。如所示出的那樣，系統(tǒng)1500可以包括初級單元1512和接收器單元1516。初級單元1512包括初級線圈1524和諧振電路1558。類似地，接收器單元1516包括次級線圈1520和諧振電路1526。在該實(shí)施例中，在初級單元1512中的諧振電路1558和在接收器單元1516中的諧振電路1526被集成或者以其它方式被構(gòu)建到它們各自的組件中。照此，它們總是保持為整個系統(tǒng)1500的一部分，而不管系統(tǒng)參數(shù)的變化，諸如在便攜式設(shè)備的數(shù)量、位置、定向和功率需要方面的變化。如以上所討論的那樣，諧振電路的存在不總是有利的。例如，在一些應(yīng)用中，當(dāng)在初級單元1512和接收器單元1516之間存在相對密切的對準(zhǔn)時，諧振電路能夠妨礙高效的功率傳輸。在本發(fā)明的可替換的實(shí)施例中，無線功率系統(tǒng)包括與初級單元和便攜式設(shè)備分離的諧振電路，這允許該諧振電路僅當(dāng)需要時被使用。在圖14的實(shí)施例中，無線功率系統(tǒng)1600通常包括初級單元1612、接收器單元1616和與接收器單元1610分離的諧振電路1602。在該實(shí)施例中，初級單元1612通?？梢园娫?652、逆變器1654、初級儲能電路1623、初級諧振電路1658和控制1656。該實(shí)施例的初級儲能電路包括初級線圈1624和電容器1634。類似地，該實(shí)施例的初級諧振電路1658包括初級諧振線圈1622和電容器1632。初級諧振電路1658也可以包括允許初級諧振電路1658在需要時從該電路有效地被移除的開關(guān)1635 (如所示出的那樣)。在使用中，當(dāng)想要對密切接近的便攜式設(shè)備進(jìn)行充電或供電時，諸如當(dāng)便攜式設(shè)備被直接放置在初級單元1612上時，開關(guān)1635可以被打開來移除初級諧振電路1658。當(dāng)便攜式設(shè)備將在遠(yuǎn)處(諸如通過柜臺或者桌子頂部)被充電時，開關(guān)1635可以被關(guān)閉以啟用初級諧振電路1658。照此，開關(guān)1635允許僅通過操作開關(guān)1635而在柜臺(或其它支撐表面)上或下使用初級單元1612。雖然未示出，但是如果需要，開關(guān)1635可以被結(jié)合到圖15、16A和16B中示出的實(shí)施例的初級諧振電路中。初級單元1612可以設(shè)有能被用來在表面下安裝初級單元1612的可選安裝支架(未示出)。在該實(shí)施例中，接收器單元1616通常包括負(fù)載1644、控制器1642、整流器1640和次級儲能電路1621。該實(shí)施例的次級儲能電路1621通常包括次級線圈1620和電容器1630。如可以看到的那樣，在該實(shí)施例中，接收器單元1616不包括集成的諧振電路。該實(shí)施例的單獨(dú)的諧振電路1602通常包括諧振線圈1626和諧振電容器1636。單獨(dú)的諧振電路1602可以包括可替換的類型的電感器和/或可替換的形式的電容。例如，在一些應(yīng)用中諧振線圈可以被不是線圈的電感器替換。作為另一個示例，可以以諸如具有足夠的電容來消除對單獨(dú)電容元件的需要的方式配置諧振線圈。單獨(dú)的諧振電路1602可以被集成到基本上任何適合于被部署在初級單元1612和接收器單元1616之間的結(jié)構(gòu)中。例如，如果初級單元1612被集成到桌子頂部，那么單獨(dú)的諧振電路1602可以按需要被集成到杯墊、襯墊、盤墊、三腳架或其它類似的可移除地放置在桌子頂部的結(jié)構(gòu)中。包含單獨(dú)的諧振電路1602的結(jié)構(gòu)可以具有被配置來恰當(dāng)?shù)赝Ａ粼诠β蕚鬏敱砻嫔系牡酌嬉约氨慌渲脕碇伪銛y式設(shè)備的頂面。例如，可以由防刮材料覆蓋底面以及可以構(gòu)造頂面的輪廓來接收便攜式設(shè)備。在頂面內(nèi)或頂面上的輪廓或其它標(biāo)記可以輔助定位便攜式設(shè)備。在操作中，僅當(dāng)有利于操作時可能使用單獨(dú)的諧振電路1602。例如，如果用戶意欲定位便攜式設(shè)備使得接收器單元1616與初級單元1612密切對準(zhǔn)，那么可以不使用單獨(dú)的諧振電路1602。在這樣的情況中，便攜式設(shè)備能被直接放置在桌子頂部或其它功率傳輸表面上。在另一方面，如果用戶將便攜式設(shè)備定位成距初級單元1612較遠(yuǎn)的距離，那么單獨(dú)的諧振電路1602可以被定位在桌子頂部或其它電源傳輸表面上來改善功率傳輸效率。在需要單獨(dú)的諧振電路1602的情況下，單獨(dú)的諧振電路1602可以被放置在桌子頂部(或者其它功率傳輸表面)上并且便攜式設(shè)備可以被放置在單獨(dú)的諧振電路1602上。單獨(dú)的諧振電路不僅在其中存在空間自由的應(yīng)用中允許改善的性能，而且它還允許便攜式設(shè)備與提供密切對準(zhǔn)的初級單元一起更高效地被使用，該初級單元諸如是具有充電托架或其它提供密切對準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)的初級單元。在圖15中示出具有單獨(dú)的諧振電路1702的可替換的無線電源1710。在該可替換的實(shí)施例中，單獨(dú)的諧振電路1702包括功率指示器1704?，F(xiàn)在參考圖15，初級單元1712通?？梢园娫?752、逆變器1754、初級儲能電路1723、初級諧振電路1758和控制1756。該實(shí)施例的初級儲能電路包括初級線圈1724和電容器1734。類似地，該實(shí)施例的初級諧振電路1758包括初級諧振線圈1722和電容器1732。在該實(shí)施例中，接收器單元1716通常包括負(fù)載1744、控制器1742、整流器1740和次級儲能電路1721。該實(shí)施例的次級儲能電路1721通常包括次級線圈1720和電容器1730。該實(shí)施例的接收器單元1716不包括集成的諧振電路。該實(shí)施例的單獨(dú)的諧振電路1702不僅包括諧振線圈1726和諧振電容器1736，而且包括被配置來提供用于當(dāng)單獨(dú)的諧振電路1702正在接收功率時進(jìn)行表示的功率指示器的附加電路。在該實(shí)施例中，功率指示器電路包括寄生線圈1780、電容器1784和光源1782，但是功率指示器電路可以按需要因應(yīng)用而不同以產(chǎn)生需要的功率指示器。功率指示器電路在一些應(yīng)用中也可以包括與電容器1784并聯(lián)的電阻器1788。電阻器1788可以在一些應(yīng)用中提供更加一致的DC源。圖示的光源1782是發(fā)光二極管(LED)，但是可以使用其它類型的光源。光源1782可以被部分地部署在包含單獨(dú)的諧振電路1702的外殼或其它結(jié)構(gòu)中的孔中，使得它從結(jié)構(gòu)外部容易可見。功率指示器1704可以包括附加的或可替換的指示器，諸如能聽到的、能觸知的、或能看見的指示器。功率指示器電路可以被配置為僅當(dāng)單獨(dú)的諧振電路1702在存在足夠強(qiáng)度的電磁場的情況下向接收器單元1716提供功率時才產(chǎn)生足夠的功率來點(diǎn)亮光源1782。例如，寄生線圈1780、電容器1784和光源1782的特性可以被選擇，使得僅當(dāng)電磁場為足夠的強(qiáng)度來對接收器單元1716供電時才存在足夠的功率來點(diǎn)亮光源1782。在圖16A中示出本發(fā)明的另一個可替換的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，單獨(dú)的諧振電路1802被操作地與能夠在特定情況下自動地接合諧振電路1802的啟用電路1803耦合。正如上面所提到的那樣，在特定操作條件下(諸如當(dāng)接收器單元1816與初級單元1812密切對準(zhǔn)時)，諧振電路的存在能夠降低無線功率傳輸?shù)男?。啟用電?803可以被配置為當(dāng)系統(tǒng)1810正在諧振電路1802將不降低效率或者不以其它方式負(fù)面地影響系統(tǒng)1800的操作的條件下進(jìn)行操作時啟用諧振電路1802。正如在圖16A中所示出的那樣，單獨(dú)的諧振電路1802包括諧振線圈1826、諧振電容器1836和開關(guān)1804。在該實(shí)施例中，開關(guān)1804是簧片開關(guān)或其它類型的由磁場致動的開關(guān)。該實(shí)施例的開關(guān)1804是“正常打開”開關(guān)，該開關(guān)當(dāng)遭受足夠的磁場時關(guān)閉。啟用電路1803包括寄生線圈1880、電容器1884、LED1882、電阻器1888和致動線圈1886。雖然可選，但電阻器1888與電容器1884并聯(lián)地排列。當(dāng)被使用時，電阻器1888可以提供更一致的DC源。在操作中，開關(guān)1804通常被打開，由此導(dǎo)致諧振電路1802是開路電路，該電路對無線電源系統(tǒng)1800的操作或性能具有很小或沒有影響。當(dāng)遭受到適當(dāng)?shù)碾姶艌鰰r，寄生線圈1880在啟用電路1803中產(chǎn)生功率。在使用中，LED1882能夠執(zhí)行兩個功能。第一，通過在有功率的情況下點(diǎn)亮，它能起功率指示器的作用(正如結(jié)合無線電源系統(tǒng)1700在以上討論的那樣)。第二，它能起將寄生線圈1880中感應(yīng)出的功率整流成DC偏置電壓的簡單的整流器的作用。如果不需要點(diǎn)亮的功率指示器，LED1882可以被簡單二極管或其它整流部件替換。當(dāng)DC偏置電壓流過致動線圈1886時，它生成在諧振電路1802中操作開關(guān)1804的磁場。這關(guān)閉開關(guān)1804，由此關(guān)閉諧振電路1802。一旦被關(guān)閉，諧振電路1802變?yōu)榛顒拥牟⒆優(yōu)闊o線電源系統(tǒng)1800的重要部分，該諧振電路從初級單元1812接收功率，放大振蕩并生成電磁場來向接收器單兀1816傳輸功率。圖16A的實(shí)施例包括意圖用于與初級單元一起使用的啟用電路1803，其改變操作頻率來針對操作條件變化(諸如在初級單元和接收器單元之間的距離中的變化)進(jìn)行調(diào)整。在該實(shí)施例中，當(dāng)接收器單元1816在距初級單元1812的不同距離處時，初級單元1812將通常在不同的操作頻率處進(jìn)行操作。例如，當(dāng)初級單元1812和接收器單元1816盡可能合理地密切對準(zhǔn)時，初級單元1812可以在IOOkHz處進(jìn)行操作，當(dāng)在初級單元1812和接收器單元1816之間的距離足夠大使得諧振電路的使用將有利于系統(tǒng)1800的操作時，初級單元1812可以在150kHz或更高處進(jìn)行操作。在該情況下，啟用電路1803的部件和部件值可以被選擇成使得僅當(dāng)無線電源在150kHz處或其以上進(jìn)行操作時啟用電路1803產(chǎn)生足夠的功率來啟用單獨(dú)的諧振電路1802。例如，寄生線圈1880、電容器1884、LED1882、電阻器1888和致動線圈1886的部件值可以被選擇成使得啟用電路1803僅能夠當(dāng)在大約150kHz處或其以上遭受到電磁場時生成足夠的功率來致動開關(guān)1804。這可以通過選擇部件值使得啟用電路1803僅在大約150kHz或其以上有意圖地變得諧振來實(shí)現(xiàn)。雖然在“正常打開”開關(guān)的上下文中被示出，但是在諧振電路1802中的開關(guān)可以是“正常關(guān)閉”開關(guān)。在這樣的應(yīng)用中，啟用電路1803可以被重配置成起“禁用”電路的作用。更具體地，部件和部件值可以被選擇為生成足夠的磁場以在其中不需要諧振電路1802存在的操作范圍(或多個操作范圍)中致動正常關(guān)閉的開關(guān)。在以上的示例中，禁用電路可以被配置為當(dāng)在從大約IOOkHz到大約150kHz的操作頻率范圍處遭受功率時，生成足夠的功率來致動正常關(guān)閉的開關(guān)。本發(fā)明不限于與使用操作頻率控制方案的初級單元一起使用。在其它應(yīng)用中，初級單元可以使用其它操作特性(諸如諧振頻率、干線電壓和/或占空比)的變化來針對在接收器單元的距離或者定向中的差異進(jìn)行調(diào)整。在這樣的應(yīng)用中，啟用電路可以被配置成響應(yīng)于這些其它操作特性而不是操作頻率。雖然諧振電路1802和啟用電路1803通過致動線圈1884和簧片開關(guān)1804的交互被操作地耦合，但是諧振電路和啟用電路1803可以以其它方式被操作地耦合。例如，圖16B示出可替換的實(shí)施例，在其中啟用電路1903被直接連接到諧振電路1902中的開關(guān)部件。在該實(shí)施例中，諧振電路1902中的開關(guān)部件可以是三端雙向可控硅開關(guān)元件1904。三端雙向可控硅開關(guān)元件1904可以包括一對如在典型的AC控制應(yīng)用中使用的硅控整流器。啟用電路可以被連接到三端雙向可控硅開關(guān)元件1904的柵極，使得三端雙向可控硅開關(guān)元件1904通過在啟用電路中感應(yīng)出的功率來進(jìn)行操作。啟用電路1903的部件和部件值可以被選擇，使得啟用電路1903僅當(dāng)初級單元1912在其中需要諧振電路1902存在的操作頻率范圍內(nèi)進(jìn)行操作時產(chǎn)生足夠的功率來致動三端雙向可控硅開關(guān)元件1904。在一些應(yīng)用中，啟用電路和三端雙向可控硅開關(guān)元件排列可以被配置成提供對單獨(dú)的諧振電路1902內(nèi)的功率流的成比例控制。本發(fā)明的各種啟用/禁用電路不限于結(jié)合單獨(dú)的諧振電路來使用。相反地，一個或更多啟用/禁用電路可以結(jié)合之前討論的實(shí)施例中的任何實(shí)施例來使用，在這些實(shí)施例中一個或更多諧振電路被結(jié)合到無線功率系統(tǒng)中。例如，當(dāng)對于啟用電路而言需要在特定操作條件期間被選擇性地并自動地禁用時，啟用電路可以被耦合到任何諧振電路(在初級側(cè)或接收器側(cè))。在具有多個諧振電路的實(shí)施例中，每一個諧振電路可以操作地與單獨(dú)的啟用/禁用電路耦合，該單獨(dú)的啟用/禁用電路被配置為酌情啟用/禁用其相關(guān)聯(lián)的諧振電路以限制諧振電路對效率或其它操作特性的任何負(fù)面影響。圖17和18圖示了單獨(dú)的諧振線圈如何可能在不同的應(yīng)用中被實(shí)現(xiàn)的兩個例子?，F(xiàn)在參考圖17，單獨(dú)的諧振線圈可以被結(jié)合到襯墊2002中，該襯墊2002可以與結(jié)合到柜臺頂部2004、桌子頂部或其它表面的無線電源2000 —起使用。在該實(shí)施例中，柜臺頂部2004可以是花崗巖、木頭、塑料、玻璃、瓷磚、水泥或另一種具有類似柜臺頂部厚度的表面材料。無線電源2000可以被安裝到柜臺頂部2004的下表面。襯墊2002可以與無線電源2000、柜臺頂部2004和便攜式設(shè)備2006分離，使得在需要時可以將它放置在柜臺頂部2004之上。襯墊2002可以被配置成接收便攜式設(shè)備2006，其可以是蜂窩電話或其它電子設(shè)備。利用該應(yīng)用，便攜式設(shè)備2006可以被直接放置在柜臺頂部2004的表面上來直接從無線電源2000接收功率。可替換地，具有集成的諧振電路的襯墊2002可以被放置在柜臺頂部2004的表面上來保持和放大由無線電源2000生成的電磁場。便攜式設(shè)備2006可以被放置在襯墊2002的頂上，在該處它將處在由包含在襯墊2002內(nèi)的諧振電路生成的被保持和被放大的電磁場中。圖18示出可替換的實(shí)施例，在其中單獨(dú)的諧振電路被集成到可以在需要時被選擇性地和可移除地附著于便攜式設(shè)備的附著結(jié)構(gòu)中。正如圖17那樣，圖18示出應(yīng)用，在其中無線電源3000被結(jié)合到柜臺頂部3004、桌子頂部或其它表面。無線電源3000可以被安裝到柜臺頂部3004的下表面。附著結(jié)構(gòu)3002通常與無線電源3000、柜臺頂部3004和便攜式設(shè)備3006分離；然而，將它配置成在需要時可移除地附著于便攜式設(shè)備3006。附著結(jié)構(gòu)3002可以是基本上任何能夠承載諧振電路和可移除地被附著于便攜式設(shè)備3006的結(jié)構(gòu)。例如，附著結(jié)構(gòu)3002可以是能夠粘附地附著于便攜式設(shè)備(例如，到便攜式設(shè)備的背面)的粘貼物、能夠裝配在便攜式設(shè)備的一部分上的外殼、能夠摩擦地滑動到便攜式設(shè)備上的套筒、能夠替換與便攜式設(shè)備一起被提供的原電池蓋而安裝的替換電池蓋或能夠替換最初可能已經(jīng)與便攜式設(shè)備一起被提供的任何可移除面板進(jìn)行安裝的替換面板。利用該應(yīng)用，便攜式設(shè)備3006可以被直接放置在柜臺頂部3004的表面上來直接從無線電源3000接收功率?？商鎿Q地，具有集成諧振電路的附著結(jié)構(gòu)3002能夠被附著到便攜式設(shè)備3006來保持和放大由無線電源3000生成的電磁場。雖然未示出，但是參考圖17和18來描述的應(yīng)用可以包括如以上所描述的功率指示器和/或啟用/禁用電路。該啟用/禁用電路可以自動地并且選擇性地啟用以及禁用單獨(dú)的諧振電路來消除任何移除和/或替換單獨(dú)的諧振電路以適應(yīng)不同操作條件的需要。以上描述是本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的描述。可以在不偏離如所附的權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的精神和更寬方面的情況下完成各種改變和變化，應(yīng)當(dāng)根據(jù)包括等同物的原則的專利法的法則來對權(quán)利要求書進(jìn)行解釋。以單數(shù)對權(quán)利要求部件的任何引用(例如，使用冠詞“一”、“該”或“所述”)不應(yīng)當(dāng)被解釋為將元件限制為單數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在此公開和定義的本發(fā)明擴(kuò)展到從正文和/或附圖提到或顯然的各個特征中的兩個或更多的所有可替換組合。所有這些不同組合構(gòu)成本發(fā)明的各種可替換方面。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電源系統(tǒng),包含: 用于發(fā)送無線功率的初級單元，所述初級單元包括: 具有用于產(chǎn)生第一場的初級的初級電路；以及 與所述初級單元可分離的并且用于從所述初級單元接收所述無線功率的接收單元，所述接收單元包括: 配置成接收所述無線功率的兩個或更多次級諧振電路，其中所述兩個或更多次級諧振電路中的每一個被配置成在所述初級單元和所述接收單元之間的不同距離處接收所述無線功率； 通過感應(yīng)地與(I)所述初級電路和(2 )所述兩個或更多次級諧振電路中的一個中的至少一個耦合來接收所述無線功率的次級電路。
2.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述兩個或更多次級諧振電路被配置成考慮在所述接收單元相對于所述初級單元的不同位置處對與所述初級單元的互感的影響。
3.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述兩個或更多次級諧振電路中的一個被配置用于在第一距離處的高效的能量傳輸并且所述兩個或更多次級諧振電路中的另一個被配置用于在第二距離處的高效的能量傳輸，其中所述第一距離不同于所述第二距離。
4.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述次級電路被配置用于在第一距離處的高效的能量傳輸并且所述兩個或更多次級諧振電路中的一個被配置用于在第二距離處的高效的能量傳輸，其中所述第一距離不同于所述第二距離。
5.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述兩個或更多次級諧振電路中的每一個包括諧振線圈和諧振電容器，并且其中所述兩個或更多次級諧振電路中的每一個被調(diào)諧到不同的諧振頻率。
6.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述兩個或更多次級諧振電路中的至少一個被配置成經(jīng)由開關(guān)被選擇性地激活以在所述初級單元和所述接收單元之間無線地傳輸無線功率。
7.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述初級電路包括初級電容器，其中所述初級電路被配置成具有諧振頻率。
8.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述初級電路和所述兩個或更多諧振電路中的至少一個包括能夠改變電容以便獲得想要的調(diào)諧和想要的對所述初級單元和所述接收單元之間的互感的影響的可變電容器。
9.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述初級單元包括初級諧振電路，該初級諧振電路具有被配置成經(jīng)由所述第一場接收功率并配置成產(chǎn)生第二場的初級諧振器；其中所述次級電路用于通過感應(yīng)地與所述初級諧振器耦合來接收所述無線功率。
10.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述初級諧振電路經(jīng)由開關(guān)被選擇性地激活以在所述初級單元和所述接收單元之間傳輸無線功率，使得(a)響應(yīng)于所述初級諧振電路被激活，所述初級諧振電路經(jīng)由所述第二場將無線功率傳輸?shù)剿鼋邮諉卧?，以?b)響應(yīng)于所述初級諧振電路被去激活，所述初級經(jīng)由所述第一場將無線功率傳輸?shù)剿鼋邮諉卧?br> 11.權(quán)利要求1的感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中所述接收單元被包含在遠(yuǎn)程設(shè)備中。
12.一種用于從感應(yīng)電源接收功率的遠(yuǎn)程設(shè)備，所述遠(yuǎn)程設(shè)備包含: 兩個或更多諧振電路，被配置成感應(yīng)地與所述感應(yīng)電源耦合，所述兩個或更多諧振電路中的每一個在所述遠(yuǎn)程設(shè)備和所述感應(yīng)電源之間的不同距離處高效地接收功率；以及 次級電路，被配置用于感應(yīng)地與所述兩個或更多諧振電路和所述感應(yīng)電源中的至少一個耦合以無線地接收功率，所述次級電路在第一距離處而不是在所述兩個或更多諧振電路中的每一個高效地接收功率的所述不同距離處高效地接收功率。
13.權(quán)利要求12的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中第一范圍包括所述第一距離以及一個或多個附加范圍分別包括所述不同距離，并且其中在所述第一范圍和所述一個或多個附加范圍中的至少兩個之間存在重疊。
14.權(quán)利要求12的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中所述兩個或更多諧振電路和所述次級電路被配置成考慮在所述遠(yuǎn)程設(shè)備和所述感應(yīng) 電源之間的不同位置處對互感的影響。
15.權(quán)利要求12的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中所述兩個或更多諧振電路中的至少一個被配置成經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的開關(guān)被選擇性地激活以在所述感應(yīng)電源和所述遠(yuǎn)程設(shè)備之間無線地傳輸功率，使得響應(yīng)于被激活，所述兩個或更多諧振電路中的所述至少一個無線地從所述感應(yīng)電源接收功率。
16.權(quán)利要求12的遠(yuǎn)程設(shè)備，其中所述兩個或更多諧振電路中的至少一個包括能夠改變電容以便獲得想要的調(diào)諧和想要的對所述遠(yuǎn)程設(shè)備和所述感應(yīng)電源之間的互感的影響的可變電容器。
17.一種用于從感應(yīng)初級單元無線地接收功率的接收單元,所述接收單元包含: 次級電路，被配置成與所述感應(yīng)初級單元感應(yīng)地稱合以在所述接收單元和所述感應(yīng)初級單元之間的第一范圍的距離處無線地接收功率； 諧振電路，被配置成與所述感應(yīng)初級感應(yīng)地耦合以在所述接收單元和所述感應(yīng)初級單元之間的第二范圍的距離處無線地接收功率，所述諧振電路包括可調(diào)元件，其中所述諧振電路被配置成與所述次級電路感應(yīng)地耦合來從所述感應(yīng)初級單元向所述接收單元傳輸功率，其中所述第一范圍不同于所述第二范圍；以及 控制器，電耦合到所述可調(diào)元件，所述控制器用于選擇性地調(diào)整所述可調(diào)元件。
18.權(quán)利要求17的接收單元，其中所述可調(diào)元件是諧振可變電容器，并且其中所述控制器選擇性地改變所述諧振可變電容器的電容以便調(diào)整所述第二范圍。
19.權(quán)利要求17的接收單元，其中所述可調(diào)元件是開關(guān)，并且其中所述控制器被配置成選擇性地激活所述諧振電路以從所述感應(yīng)初級單元接收無線功率，使得(a)響應(yīng)于所述諧振電路被激活，所述諧振電路從所述感應(yīng)初級單元接收無線功率，以及(b)響應(yīng)于所述初級諧振電路被去激活，所述次級電路從所述感應(yīng)初級單元接收無線功率。
20.權(quán)利要求17的接收單元，其中所述次級電路包括電耦合到所述控制器的次級可變電容器，并且其中所述控制器選擇性地改變所述次級可變電容器的電容以便調(diào)整所述第一范圍。
21.一種感應(yīng)電源，用于在所述感應(yīng)電源和遠(yuǎn)程設(shè)備之間的不同距離處將功率無線地傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程設(shè)備，所述感應(yīng)電源包括: 用于產(chǎn)生第一場的初級電路；被配置成經(jīng)由所述第一場接收功率并被配置成產(chǎn)生第二場的初級諧振電路； 電耦合到所述初級諧振電路的開關(guān)，所述開關(guān)用于選擇性地激活所述初級諧振電路以經(jīng)由所述第二場將功率傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程設(shè)備；電耦合到所述初級電路的傳感器，所述傳感器被配置成測量所述初級電路中的功率的特性；以及 電耦合到所述初級儲能電路、所述傳感器和所述開關(guān)的控制器，所述控制器被配置成作為所述功率的測量的特性的函數(shù)控制所述開關(guān)，使得(a)響應(yīng)于所述初級諧振電路被激活，所述初級諧振電路經(jīng)由所述第二場將功率無線地傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程設(shè)備，以及(b)響應(yīng)于所述初級諧振電路被去激活，所述初級電路經(jīng)由所述第一場將功率無線地傳輸?shù)剿鲞h(yuǎn)程設(shè)備。
22.權(quán)利要求21的感應(yīng)電源，其中所述控制器被配置成改變到初級電路的驅(qū)動信號的操作參數(shù)以便控制功率傳輸，其中所述操作參數(shù)包括干線電壓、占空比、相位和操作頻率中的至少一個。
23.權(quán)利要求21的感應(yīng)電源，其中所述初級諧振電路包括能夠響應(yīng)于來自所述控制器的命令而改變電容以便獲得想要的調(diào)諧和想要的對所述感應(yīng)電源和所述遠(yuǎn)程設(shè)備之間的互感的影響的可變電容器。
24.權(quán)利要求21的感應(yīng)電源，其中所述初級電路包括初級電容器，并且其中所述初級電路被配置成具有諧振頻率。
25.一種操作初級單元來經(jīng)由感應(yīng)I禹合向接收單元供給無線功率的方法,所述初級單元具有初級電路，所述初級單元被配置成在干線電壓、占空比和操作頻率下驅(qū)動初級電路，所述方法包含: 提供接近初級單元的接收單元； 識別初級單元的一個或更多初級諧振頻率和接收單元的一個或更多次級諧振頻率； 基于所述識別，活動地調(diào) 整所述初級單元的該一個或更多初級諧振頻率中的至少一個并且活動地調(diào)整所述接收單元的該一個或更多次級諧振頻率中的至少一個；以及 調(diào)整干線電壓、占空比和操作頻率中的至少一個來經(jīng)由感應(yīng)耦合向接收單元提供功率。
26.權(quán)利要求25的方法，其中初級單元包括能夠感應(yīng)地與初級電路耦合并產(chǎn)生用于將功率傳輸?shù)浇邮諉卧膱龅某跫壷C振電路，以及 其中所述活動地調(diào)整該一個或更多初級諧振頻率中的至少一個包括選擇初級電路和初級諧振電路中的至少一個以用于將功率傳輸?shù)浇邮諉卧?br> 27.權(quán)利要求25的方法，其中接收單元包括用于無線地接收功率的次級電路和能夠無線地接收功率的次級諧振電路；以及 其中所述調(diào)整一個或更多次級諧振頻率中的至少一個包括基于(a)想要的對初級單元和接收單元之間的互感的影響以及(b)在初級單元和接收單元之間的距離來選擇次級電路和次級諧振電路中的至少一個以用于在所述接收單元中接收功率。
28.權(quán)利要求25的方法，其中所述調(diào)整一個或更多初級諧振頻率中的至少一個包括改變初級可變電容，以及所述調(diào)整一個或更多次級諧振頻率中的至少一個包括改變次級可變電容。
29.權(quán)利要求25的方法，其中所述識別包括如下步驟: 在多個操作頻率處驅(qū)動初級單元的初級電路； 在初級單元和接收單元兩者中測量多個響應(yīng)；以及將在初級單元中測量的所述多個響應(yīng)與在接收單元中測量的所述多個響應(yīng)進(jìn)行比較。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述比較包括基于在初級單元中測量的所述多個響應(yīng)和在接收單元中測量的所述多個響應(yīng)確定頻率間隙。
31.權(quán)利要求29的方法，還包含基于在初級單元中測量的所述多個響應(yīng)和在接收單元中測量的所述多個響應(yīng)確定控制算法；以及其中所述調(diào)整干線電壓、占空比和操作頻率中的至少一個是控制算法的函數(shù)。
32.一種感應(yīng)電源系統(tǒng)，包含: 用于發(fā)送無線功率的初級單元； 與所述初級單元可分離的便攜式設(shè)備，所述便攜式設(shè)備具有能夠接收所述無線功率并將功率提供給所述便攜式設(shè)備的接收單元；以及 被配置成從所述初級單元無線地接收功率并向所述接收單元無線地發(fā)送功率的諧振電路，所述諧振電路與所述初級單元和所述便攜式設(shè)備物理地分離，由此所述諧振電路能被接近所述初級單元和所述接收單元放置，使得所述接收單元經(jīng)由所述諧振電路間接接收所述無線功率并且所述諧振電路能夠被移出所述初級單元和所述接收單元的附近，使得所述接收單元從所述初級單元直接接收所述無線功率。
33.權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述諧振電路包括串聯(lián)連接的電感器和電容器，所述電感器和所述電容器被部署在諧振電路外殼內(nèi)或由諧振電路外殼承載。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述初級單元經(jīng)由場發(fā)送無線功率；以及 還包括部署在所述諧振電路外殼內(nèi)或由所述諧振電路外殼承載的功率指示器電路，所述功率指示器電路具有當(dāng)所述 諧振電路經(jīng)由所述場正接收足夠的功率時進(jìn)行指示的指示器，所述場在所述功率指示器電路中感應(yīng)出功率來向所述指示器提供功率，由此當(dāng)所述功率指示器電路與所述場足夠地耦合時，所述功率指示器電路自動地對所述指示器供電。
35.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述功率指示器電路包括當(dāng)與所述場足夠地耦合時產(chǎn)生功率的電感器以及當(dāng)所述電感器產(chǎn)生足夠的功率時產(chǎn)生可見指示的發(fā)光二極管。
36.權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其中所述諧振電路包括串聯(lián)連接的電感器、電容器和開關(guān)，所述電感器、所述電容器和所述開關(guān)部署在諧振電路外殼內(nèi)。
37.權(quán)利要求36的系統(tǒng)，其中所述初級單元經(jīng)由場發(fā)送無線功率；以及 還包括部署在所述諧振電路外殼內(nèi)或由所述諧振電路外殼承載的啟用/禁用電路，所述啟用/禁用電路具有當(dāng)所述啟用/禁用電路經(jīng)由所述場正接收足夠的功率時致動所述開關(guān)的開關(guān)致動器，所述啟用/禁用電路被配置成從所述場接收功率來致動所述開關(guān)致動器，由此當(dāng)所述啟用/禁用電路從所述場接收足夠的功率時，所述啟用/禁用電路通過致動所述開關(guān)而自動地啟用/禁用所述諧振電路。
38.權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述啟用/禁用電路包括當(dāng)與所述場足夠地耦合時產(chǎn)生AC功率的電感器以及對所述AC功率進(jìn)行整流的二極管。
39.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)是通過磁場進(jìn)行致動的開關(guān)；以及 其中所述開關(guān)致動器是電感器，所述電感器被配置成當(dāng)所述啟用/禁用電路與所述場足夠地耦合時生成足夠強(qiáng)度的磁場來致動所述開關(guān)致動器。
40.權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其中所述二極管是發(fā)光二極管，由此當(dāng)所述/禁用電路與所述場足夠耦合時，所述發(fā)光二極管發(fā)光。
41.一種諧振電路系統(tǒng)，包含: 諧振電路，用于經(jīng)由場無線地接收功率并無線地發(fā)送所述接收到的功率；以及 啟用/禁用電路，具有用于選擇性地啟用和禁用所述諧振電路的致動器，所述啟用/禁用電路根據(jù)所述場是否在操作特性的范圍內(nèi)來操作所述致動器以啟用和禁用所述諧振電路。
42.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述諧振電路包括啟用/禁用開關(guān)，所述啟用/禁用電路被配置成根據(jù)所述場是否在所述操作特性的范圍內(nèi)操作所述啟用/禁用開關(guān)。
43.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述啟用/禁用開關(guān)是磁性致動的開關(guān)，所述啟用/禁用電路被配置成根據(jù)所述場是否在所述操作特性的范圍內(nèi)而選擇性地產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的磁場以致動所述啟用/禁用開關(guān)。
44.權(quán)利要求43的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)致動器是開關(guān)電感器。
45.權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中所述啟用/禁用電路包括產(chǎn)生AC功率的功率電感器和將所述AC功率整流成DC功率的二極管，由此所述DC功率能通過所述開關(guān)電感器來生成磁場以致動所述啟用/禁用開關(guān)。
46.權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中所述二極管是發(fā)光二極管。
47.權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其中所述啟用/禁用開關(guān)是具有柵極的硅控整流器的排列，所述啟用/禁用電路被配置成根據(jù)所述場是否在所述操作特性的范圍內(nèi)選擇性地施加足夠強(qiáng)度的電流到所述柵極來致動所述硅控整流器。
48.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述啟用/禁用電路被調(diào)諧成根據(jù)所述場是否在所述操作特性的范圍內(nèi)而自動地啟用和禁用所述諧振電路。
49.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述致動器由所述啟用/禁用電路中產(chǎn)生的功率操作，所述啟用/禁用電路被調(diào)諧成僅當(dāng)所述場在所述操作特性的范圍內(nèi)時生成足夠的功率來致動所述致動器。
50.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述致動器由所述啟用/禁用電路中產(chǎn)生的功率操作，所述啟用/禁用電路被調(diào)諧成僅當(dāng)所述場在所述操作特性的范圍之外時生成足夠的功率來致動所述致動器。
51.權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其中所述操作特性的范圍被進(jìn)一步定義為操作頻率的范圍。
52.一種諧振電路系統(tǒng),包含: 諧振電路，用于從場無線地接收功率，所述諧振電路包括電感器；以及 功率指示器電路，其具有指示器，所述功率指示器電路與所述諧振電路電隔離并且具有用于生成操作所述指示器的功率的電感器，所述功率指示器電路的所述電感器被足夠接近所述諧振電路的所述電感器地部署，使得在所述功率指示器電路的所述電感器中感應(yīng)出的功率指不在所述諧振電路的所述電感器中感應(yīng)出的功率。
53.權(quán)利要求52的諧振電路系統(tǒng)，其中所述功率指示器電路被調(diào)諧成僅當(dāng)所述功率指示器電路的所述電感器在具有想要的特性的場存在的情況下時產(chǎn)生足夠的功率來操作所述指示器。
54.權(quán)利要求52的諧振電路，其中所述功率指示器電路包括電感器、電容器和發(fā)光二極管，僅當(dāng)所述功率指示器電路的所述電感器在具有想要的特性的場存在的情況下時選擇所述電感器、所述電容器和所述發(fā)光二極管來點(diǎn)亮所述發(fā)光二極管。
55.權(quán)利要求54的諧振電路，其中所述具有想要的特性的場被進(jìn)一步定義為具有足夠強(qiáng)度的場，該足夠強(qiáng) 度允許所述諧振電路有效地放大和保持所述場。
全文摘要
一種感應(yīng)電源系統(tǒng)，其中接收單元包括次級線圈和多個具有不同特性的諧振電路。諧振電路中的每一個可以包括諧振線圈和諧振電容器。該諧振線圈可以被感應(yīng)地耦合到次級線圈，使得可以將能量從諧振線圈中的一個或更多傳輸?shù)剿鼋邮諉卧?。該多個諧振電路被配置為在初級線圈和次級線圈之間的不同距離處提供改善的功率傳輸效率或性能。本發(fā)明還提供一種用于調(diào)諧無線功率系統(tǒng)的方法，該方法包括如下的一般步驟測量初級單元中的操作特性、測量接收器單元中的操作特性以及基于上述兩個測量的比較來調(diào)諧初級單元和次級單元中的部件中的一個或更多。
文檔編號H02J5/00GK103098330SQ201180039393
公開日2013年5月8日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者D.W.巴曼 申請人:捷通國際有限公司