用于擴(kuò)展無線充電器的電力能力的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及無線電力。更確切地說，本發(fā)明針對無線電力傳遞系統(tǒng)中的發(fā)射器和接收器。
【背景技術(shù)】
[0002]越來越多的數(shù)目和種類的電子裝置經(jīng)由可再充電電池供電。此些裝置包含移動電話、便攜式音樂播放器、膝上型計算機(jī)、平板計算機(jī)、計算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)牙裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器等等。雖然電池技術(shù)已得到改進(jìn)，但電池供電的電子裝置越來越需要且消耗更大量的電力，因此常常需要再充電。可再充電的裝置常常經(jīng)由有線連接經(jīng)由物理地連接到電力供應(yīng)器的電纜或其它類似連接器充電。電纜和類似連接器有時可能不方便或繁瑣，且具有其它缺點(diǎn)。能夠在待用于為可再充電的電子裝置充電或向電子裝置提供電力的自由空間中傳遞電力的無線充電系統(tǒng)可克服有線充電解決方案的一些不足。由此，向電子裝置有效地且安全地傳遞電力的無線電力傳遞系統(tǒng)和方法是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法和裝置的各種實(shí)施方案各自具有若干方面，其中的單個方面并不單獨(dú)負(fù)責(zé)本文所描述的所要屬性。在不限制所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本文描述一些顯要特征。
[0004]在附圖和以下描述中闡述本說明書中描述的標(biāo)的物的一或多個實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式和權(quán)利要求書而變得顯而易見。應(yīng)注意，下圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]本發(fā)明的一個方面提供一種用于以無線方式將能量傳遞到至少一個接收器的至少一個接收天線的設(shè)備。所述設(shè)備包括第一發(fā)射天線，其經(jīng)配置以當(dāng)所述至少一個接收器處于所述第一發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第一無線場。所述設(shè)備進(jìn)一步包括第二發(fā)射天線，其與所述第一發(fā)射天線空間上分隔開，所述第二發(fā)射天線經(jīng)配置以當(dāng)所述至少一個接收器處于所述第二發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第二無線場。所述設(shè)備進(jìn)一步包括控制器，其操作地耦合到所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線，且經(jīng)配置以基于所述至少一個接收器是否處于所述第一無線場和所述第二無線場中的一或兩者的能量傳遞區(qū)而激活所述第一發(fā)射天線或所述第二發(fā)射天線中的至少一者。所述控制器可進(jìn)一步經(jīng)配置以當(dāng)所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線兩者經(jīng)激活時控制以下各項:所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否獨(dú)立地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到相同接收器；所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否聯(lián)合地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到所述相同接收器；或所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到不同接收器。
[0006]本發(fā)明的另一方面提供一種以無線方式將能量傳遞到至少一個接收器的至少一個接收天線的方法。所述方法包括由第一發(fā)射天線在所述至少一個接收器處于所述第一發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第一無線場。所述方法進(jìn)一步包括由空間上與所述第一發(fā)射天線分隔開的第二發(fā)射天線在所述至少一個接收器處于所述第二發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第二無線場。所述方法進(jìn)一步包括基于所述至少一個接收器是否處于所述第一無線場和所述第二無線場中的一或兩者的能量傳遞區(qū)而激活所述第一發(fā)射天線或所述第二發(fā)射天線中的至少一者。所述方法進(jìn)一步包括當(dāng)所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線兩者經(jīng)激活時控制以下各項:所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否獨(dú)立地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到相同接收器；所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否聯(lián)合地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到所述相同接收器；或所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到不同接收器。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種用于以無線方式將能量傳遞到至少一個接收器的至少一個接收天線的設(shè)備。所述設(shè)備包括用于當(dāng)所述至少一個接收器處于所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第一無線場的裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于當(dāng)所述至少一個接收器處于所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第二無線場的裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于基于所述至少一個接收器是否處于所述第一無線場和所述第二無線場中的一或兩者的能量傳遞區(qū)而激活所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置或所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置中的至少一者的裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于當(dāng)所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置和所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置兩者經(jīng)激活時控制以下各項的裝置:所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置和所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置是否獨(dú)立地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到相同接收器；所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置和所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置是否聯(lián)合地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到所述相同接收器；或所述用于產(chǎn)生所述第一無線場的裝置和所述用于產(chǎn)生所述第二無線場的裝置是否以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到不同接收器。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供一種包括代碼的非暫時性計算機(jī)可讀媒體，所述代碼在執(zhí)行時致使一設(shè)備使用第一發(fā)射天線在至少一個接收器處于所述第一發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第一無線場。所述媒體進(jìn)一步包括代碼，所述代碼在執(zhí)行時致使一設(shè)備使用空間上與所述第一發(fā)射天線分隔開的第二發(fā)射天線在所述至少一個接收器處于所述第二發(fā)射天線的能量傳遞區(qū)時產(chǎn)生第二無線場。所述媒體進(jìn)一步包括代碼，所述代碼在執(zhí)行時致使一設(shè)備基于所述至少一個接收器是否處于所述第一無線場和所述第二無線場中的一或兩者的能量傳遞區(qū)而激活所述第一發(fā)射天線或所述第二發(fā)射天線中的至少一者。所述媒體進(jìn)一步包括代碼，所述代碼在執(zhí)行時致使一設(shè)備當(dāng)所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線兩者經(jīng)激活時控制以下各項:所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否獨(dú)立地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到相同接收器；所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否聯(lián)合地以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到所述相同接收器；或所述第一發(fā)射天線和所述第二發(fā)射天線是否以無線方式經(jīng)由第一和第二無線場將能量傳遞到不同接收器。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的示范性無線電力傳遞系統(tǒng)的功能框圖。
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的示范性組件的功能框圖。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包含發(fā)射或接收天線的圖2的發(fā)射電路或接收電路的一部分的不意圖。
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的發(fā)射器的功能框圖。
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的接收器的功能框圖。
[0014]圖6是可用于圖4的發(fā)射電路中的發(fā)射電路的一部分的示意圖。
[0015]圖7為說明圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的第一發(fā)射線圈和第二發(fā)射線圈的布局的圖。
[0016]圖8A為說明出于充電目的以無線方式將能量傳遞到雙環(huán)路接收線圈的兩個發(fā)射線圈的俯視圖的圖。
[0017]圖SB為說明出于充電目的以無線方式將能量傳遞到雙環(huán)路接收線圈的兩個發(fā)射線圈的側(cè)視圖的圖。
[0018]圖9為說明圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的第一發(fā)射線圈、第二發(fā)射線圈和第三發(fā)射線圈的俯視圖和側(cè)視圖的圖。
[0019]圖10為說明圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)中的第一發(fā)射線圈、第二發(fā)射線圈、第三發(fā)射線圈和第四發(fā)射線圈的俯視圖和側(cè)視圖的圖。
[0020]圖11為用于以無線方式傳遞能量的示范性方法800的流程圖。
[0021]圖12為根據(jù)示范性實(shí)施例的發(fā)射器的功能框圖。
[0022]圖式中說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為了清楚起見可任意擴(kuò)大或縮小各種特征的尺寸。此外，圖式中的一些圖式可能并未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最后，可能貫穿說明書和圖式使用相同參考標(biāo)號來表示相同特征。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述既定作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且并不希望表示其中可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”表示“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述出于提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的而包含特定細(xì)節(jié)。在一些情況下，以框圖形式展示一些裝置。
[0024]以無線方式傳遞電力可指代將與電場、磁場、電磁場或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳遞到接收器，而不使用物理電導(dǎo)體(例如，電力可經(jīng)由自由空間來傳遞)。到無線場(例如，磁場或電磁場)的電力輸出可由“接收天線”接收、俘獲或耦合以實(shí)現(xiàn)電力傳遞。將理解，貫穿本說明書，兩個組件“耦合”可指其經(jīng)由直接或間接方式進(jìn)行的交互，且可進(jìn)一步指物理地連接(例如，有線)耦合或物理地斷開連接(例如，無線)耦合。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的示范性無線電力傳遞系統(tǒng)100的功能框圖。輸入電力102可從電源(未圖示)提供到發(fā)射器104以用于產(chǎn)生用于提供能量傳遞的場105。接收器108可耦合到場105且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者分開距離112。在一個示范性實(shí)施例中，發(fā)射器104和接收器108是根據(jù)相互諧振關(guān)系而配置。當(dāng)接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率實(shí)質(zhì)上相同或極為接近時，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損失最小。由此，可與可需要大線圈極其接近(例如，mm)的純電感解決方案相比在較大距離上提供無線電力傳遞。諧振電感耦合技術(shù)因此可允許改進(jìn)的效率和在各種距離上且利用多種電感線圈配置進(jìn)行的電力傳遞。
[0026]當(dāng)接收器108位于由發(fā)射器104產(chǎn)生的能量場105中時，接收器108可接收電力。場105對應(yīng)于其中由發(fā)射器104輸出的能量可由接收器105俘獲的區(qū)。在一些情況下，場105可對應(yīng)于發(fā)射器104的“近場”，如下文將進(jìn)一步描述。發(fā)射器104可包含用于輸出能量發(fā)射的發(fā)射天線114(例如，發(fā)射線圈)。接收器108進(jìn)一步包含用于接收或俘獲來自能量發(fā)射的能量的接收天線118(例如，接收線圈)。近場可對應(yīng)于其中存在由發(fā)射天線114中的最低限度地輻射電力遠(yuǎn)離發(fā)射天線114的電流和電荷產(chǎn)生的強(qiáng)反應(yīng)性場的區(qū)。在一些情況下，近場可對應(yīng)于在發(fā)射天線114的約一個波長(或其分?jǐn)?shù))內(nèi)的區(qū)。發(fā)射天線114和接收天線118根據(jù)應(yīng)用和待與其相關(guān)聯(lián)的裝置而設(shè)定大小。如上所述，有效能量傳遞可通過將發(fā)射天線114的場105中的大部分能量耦合到接收天線118而非在電磁波中將大多數(shù)能量傳播到遠(yuǎn)場而發(fā)生。當(dāng)定位在場105內(nèi)時，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間形成“耦合模式”。發(fā)射天線114和接收天線118周圍的可發(fā)生此耦合的區(qū)域在本文中被稱作耦合模式區(qū)。
[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無線電力傳遞系統(tǒng)100中的示范性組件的功能框圖。發(fā)射器204可包含發(fā)射電路206，所述發(fā)射電路可包含振蕩器222、驅(qū)動器電路224和濾波與匹配電路226。振蕩器222可經(jīng)配置以產(chǎn)生期望頻率(例如468.75kHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信號，所述期望頻率可響應(yīng)于頻率控制信號223來調(diào)節(jié)。可將振蕩器信號提供到經(jīng)配置以在(例如)發(fā)射天線214的諧振頻率下驅(qū)動發(fā)射天線214的驅(qū)動器電路224。驅(qū)動器電路224可為經(jīng)配置以從振蕩器222接收方波并輸出正弦波的開關(guān)放大器。舉例來說，驅(qū)動器電路224可為E類放大器。還可包含濾波與匹配電路226以濾出諧波或其它不必要的頻率，且將發(fā)射器204的阻抗匹配到發(fā)射天線214。作為驅(qū)動發(fā)射天線214的結(jié)果，發(fā)射器204可在足以對電子裝置充電或供電的電平下以無線方式輸出電力。作為一個實(shí)例，所提供的電力可為例如約300毫瓦到5瓦以對具有不同電力需求的不同裝置供電或充電。還可提供較高或較低的電力電平。
[0028]接收器208可包含接收電路210，所述接收電路可包含匹配電路232和整流器與開關(guān)電路234以產(chǎn)生從AC電力輸入輸出的DC電力，以便為如圖2中所示的電池236充電，或者為耦合到接收器108的裝置(未圖示)供電?？砂ヅ潆娐?32以將接