用于解耦多個(gè)無(wú)線充電發(fā)射器的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及無(wú)線電力。更具體地說，本發(fā)明是有關(guān)于具有多個(gè)解耦發(fā)射器的無(wú)線電力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]越來(lái)越多數(shù)目和種類的電子裝置系經(jīng)由可再充電電池被供電。此類裝置包含行動(dòng)電話、攜帶型音樂播放器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外圍裝置、通信裝置(例如，藍(lán)芽裝置)、數(shù)碼相機(jī)、助聽器和其類似者。雖然電池技術(shù)已改善，但電池供電電子裝置日益需要和消耗較大量的電力，由此常常需要再充電?？稍俪潆娧b置常常是經(jīng)由通過物理地連接到電力供應(yīng)器的纜線或其它相似連接器的有線連接被充電。纜線和相似連接器有時(shí)可不方便或麻煩且具有其它缺點(diǎn)。能夠在自由空間中傳送電力以對(duì)可再充電電子裝置進(jìn)行充電或提供電力到電子裝置的無(wú)線充電系統(tǒng)可克服有線充電解決方案的一些缺點(diǎn)。因而，有效地且安全地傳送電力到電子裝置的無(wú)線電力傳送系統(tǒng)和方法是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]附加權(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，所述方面中無(wú)任何單一方面單獨(dú)地負(fù)責(zé)本文所描述的理想屬性。在不限制附加權(quán)利要求書的范圍的情況下，本文描述一些顯著特征。
[0004]本發(fā)明的一方面提供一種經(jīng)配置以發(fā)射無(wú)線電力到第一接收器的裝置。所述裝置包含第一驅(qū)動(dòng)器線圈和第二驅(qū)動(dòng)器線圈。所述裝置進(jìn)一步包含共同電抗元件，所述共同電抗元件連接到所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈和所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈。所述電抗元件經(jīng)配置以至少部分地消除所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈與所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈之間的互感。
[0005]本發(fā)明所描述的主題的另一方面提供一種發(fā)射無(wú)線電力到第一接收器的方法。所述方法包含在包含第一驅(qū)動(dòng)器線圈和第二驅(qū)動(dòng)器線圈的發(fā)射器處確定所述第一接收器的位置。所述方法進(jìn)一步包含發(fā)射無(wú)線電力到所述第一接收器。所述方法進(jìn)一步包含基于所述第一接收器的所述位置而調(diào)整所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈和/或一第二驅(qū)動(dòng)器線圈的一特性。所述發(fā)射器進(jìn)一步包含連接到所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈和所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈的共同電抗元件。所述電抗元件經(jīng)配置以至少部分地消除所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈與所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈之間的互感。
[0006]本發(fā)明所描述的主題的另一方面提供一種用于發(fā)射無(wú)線電力到第一接收器的設(shè)備。所述設(shè)備包含用于發(fā)射無(wú)線電力的第一裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于發(fā)射無(wú)線電力的第二裝置。所述設(shè)備進(jìn)一步包含用于至少部分地解耦用于發(fā)射無(wú)線電力的所述第一裝置和用于發(fā)射無(wú)線電力的所述第二裝置的裝置。
[0007]本發(fā)明所描述的主題的另一方面提供一種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體，所述非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體包含在執(zhí)行時(shí)使設(shè)備從發(fā)射器到第一接收器發(fā)射無(wú)線電力的代碼。所述發(fā)射器包含第一驅(qū)動(dòng)器線圈、第二驅(qū)動(dòng)器線圈和連接到所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈和所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈的共同電抗元件。所述電抗元件經(jīng)配置以至少部分地消除所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈與所述第二驅(qū)動(dòng)器線圈之間的互感。所述媒體進(jìn)一步包含在執(zhí)行時(shí)使所述設(shè)備確定所述第一接收器的位置的代碼。所述媒體進(jìn)一步包含在執(zhí)行時(shí)使所述設(shè)備基于所述第一接收器的所述經(jīng)確定位置而調(diào)整所述第一驅(qū)動(dòng)器線圈和/或第二驅(qū)動(dòng)器線圈的特性的代碼。
[0008]本說明書所描述的主題的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)在隨附圖式和以下描述中予以闡述。其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、所述圖式和權(quán)利要求書變得顯而易見。應(yīng)注意，以下諸圖的相對(duì)尺寸可未按比例繪制。
【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的示范性無(wú)線電力傳送系統(tǒng)的功能框圖。
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無(wú)線電力傳送系統(tǒng)中的示范性組件的功能框圖。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包含發(fā)射或接收線圈的圖2的發(fā)射電路或接收電路的部分的示意圖。
[0012]圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的可用于圖1的無(wú)線電力傳送系統(tǒng)中的發(fā)射器的功能框圖。
[0013]圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的可用于圖1的無(wú)線電力傳送系統(tǒng)中的接收器的功能框圖。
[0014]圖6為可用于圖4的發(fā)射電路中的發(fā)射電路的部分的示意圖。
[0015]圖7A為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示范性發(fā)射區(qū)域的透視圖。
[0016]圖7B為根據(jù)另一實(shí)施例的圖7A的示范性發(fā)射區(qū)域的部分的透視圖。
[0017]圖7C為根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖7A的示范性發(fā)射區(qū)域的端視圖。
[0018]圖8為根據(jù)實(shí)施例的展示圖7C的RX線圈與TX線圈之間的互感的曲線圖。
[0019]圖9為根據(jù)各種實(shí)施例的展示到圖7A到7C的TX線圈中的輸入阻抗的曲線圖。
[0020]圖1OA到1C為根據(jù)各種實(shí)施例的圖7A的示范性發(fā)射區(qū)域的部分的平面圖。
[0021]圖11為無(wú)線電力發(fā)射的示范性方法的流程圖。
[0022]圖12為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的無(wú)線電力發(fā)射系統(tǒng)的功能框圖。
[0023]圖式所說明的各種特征可未按比例繪制。因此，可出于清楚起見而任意地?cái)U(kuò)大或縮減各種特征的尺寸。另外，一些圖式可未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最后，類似參考數(shù)字可用以貫穿本說明書和諸圖而表示類似特征。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下文結(jié)合附加圖式而闡述的詳細(xì)描述希望作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且不希望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述而使用的術(shù)語(yǔ)“示范性”意謂“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且未必應(yīng)被認(rèn)作相比于其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。詳細(xì)描述包含特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解。在一些例子中，一些裝置是以框圖形式而展示。
[0025]無(wú)線地傳送電力可指在不使用物理電導(dǎo)體的情況下從發(fā)射器到接收器傳送與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量(例如，可經(jīng)由自由空間而傳送電力)。輸出到無(wú)線場(chǎng)(例如，磁場(chǎng))中的電力可由“接收線圈”接收、俘獲或耦合以達(dá)成電力傳送。
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的示范性無(wú)線電力傳送系統(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)生用于提供能量傳送的場(chǎng)105。接收器108可耦合到場(chǎng)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(chǔ)或消耗。發(fā)射器104和接收器108兩者被分離達(dá)距離112。在一個(gè)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)上相同或極接近時(shí)，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損耗最小。因而，對(duì)比于可需要大線圈(其要求線圈極接近(例如，數(shù)毫米))的純粹電感解決方案，可遍及較大距離而提供無(wú)線電力傳送。因此，諧振電感耦合技術(shù)可允許經(jīng)改善的效率和遍及各種距離的電力傳送且具有多種感應(yīng)線圈配置。
[0027]當(dāng)接收器108位于由發(fā)射器104產(chǎn)生的能量場(chǎng)105中時(shí)，接收器108可接收電力。場(chǎng)105對(duì)應(yīng)于由發(fā)射器104輸出的能量可由接收器105俘獲的區(qū)。在一些狀況下，場(chǎng)105可對(duì)應(yīng)于發(fā)射器104的“近場(chǎng)”，如下文將進(jìn)一步所描述。發(fā)射器104可包含用于輸出能量發(fā)射的發(fā)射線圈114。接收器108進(jìn)一步包含用于從能量發(fā)射接收或俘獲能量的接收線圈118。近場(chǎng)可對(duì)應(yīng)于存在由發(fā)射線圈114中的電流和電荷引起的強(qiáng)電抗場(chǎng)的區(qū)，所述強(qiáng)電抗場(chǎng)最低程度地輻射電力離開發(fā)射線圈114。在一些狀況下，近場(chǎng)可對(duì)應(yīng)于在發(fā)射線圈114的約一個(gè)波長(zhǎng)(或其分率)內(nèi)的區(qū)。發(fā)射線圈114和接收線圈118是根據(jù)待與其相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用和裝置而定大小。如上文所描述，通過耦合發(fā)射線圈114的場(chǎng)105中的能量的大部分到接收線圈118，而非傳播電磁波中的大多數(shù)能量到遠(yuǎn)場(chǎng)，可發(fā)生有效能量傳送。當(dāng)定位于場(chǎng)105內(nèi)時(shí)，“耦合模式”可顯現(xiàn)于發(fā)射線圈114與接收線圈118之間?？砂l(fā)生此耦合的圍繞發(fā)射線圈114和接收線圈118的區(qū)域在本文中被稱作耦合模式區(qū)。
[0028]圖2為根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的可用于圖1的無(wú)線電力傳送系統(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，發(fā)射電路206可包含振蕩器222、驅(qū)動(dòng)器電路224和濾波器與匹配電路226。振蕩器222可經(jīng)配置以產(chǎn)生在所要頻率(例如，468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信號(hào)，所述所要頻率可響應(yīng)于頻率控制信號(hào)223予以調(diào)整。振蕩器信號(hào)可提供到經(jīng)配置以在(例如)發(fā)射線圈214的諧振頻率下驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈214的驅(qū)動(dòng)器電路224。驅(qū)動(dòng)器電路224可為經(jīng)配置以從振蕩器222接收方波且輸出正弦波的切換放大器。例如，驅(qū)動(dòng)器電路224可為類別E放大器。濾波器與匹配電路226也可經(jīng)包含以濾出諧波或其它非想要頻率且使發(fā)射器204的阻抗匹配于發(fā)射線圈214。
[0029]接收器208可包含接收電路210，接收電路210可包含匹配電路232和整流器與切換電路234，整流器與切換電路234用以從AC電力輸入產(chǎn)生DC電力輸出以對(duì)如圖2所展示的電池236進(jìn)行充電或?qū)︸詈系浇邮掌?08的裝置(未圖示)進(jìn)行供電?？砂ヅ潆娐?32以使接收電路210的阻抗匹配于接收線圈218。另外，接收器208和發(fā)射器204可在分離通信信道219 (例如，藍(lán)芽、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等等)上通信。或者，接收器208和發(fā)射器204可使用無(wú)線場(chǎng)206的特性經(jīng)由頻帶內(nèi)傳信而通信。
[0030]如下文更充分地所描述，接收器208 (其最初可具有選擇性可停用關(guān)聯(lián)負(fù)載(例如，電池236))可經(jīng)配置以確定由發(fā)射器204發(fā)射和由接收器208接收的電力的量是否適于對(duì)電池236進(jìn)行充電。另外，接收器208可經(jīng)配置以在確定出電力的量適當(dāng)后即啟用負(fù)載(例如，電池236)。在一些實(shí)施例中，接收器208可經(jīng)配置以在不對(duì)電池236進(jìn)行充電的情況下直接地利用從無(wú)線電力傳送場(chǎng)接收的電力。例如，通信裝置(例如，近場(chǎng)通信(NFC)或射頻識(shí)別裝置(RFID))可經(jīng)配置以從無(wú)線電力傳送場(chǎng)接收電力，且通過與無(wú)線電力傳送場(chǎng)交互而通信和/或利用經(jīng)接收電力以與發(fā)射器204或其它裝置通信。
[0031]圖3為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的包含發(fā)射或接收線圈352的圖2的發(fā)射電路206或接收電路210的部分的示意圖。如圖3所說明，用于示范性實(shí)施例中的發(fā)射或接收電路350可包含線圈352。所述線圈也可被稱作或經(jīng)配置為“回圈(loop)”天線352。線圈352也可在本文中被稱作或經(jīng)配置為“磁性(magnetic)”天線或感應(yīng)線圈。術(shù)語(yǔ)“線圈”希望指代可無(wú)線地輸出或接收能量以用于耦合到另一“線圈”的組件。線圈也可被稱作經(jīng)配置以無(wú)線地輸出或接收電力的類型的“天線”。線圈352可經(jīng)配置以包含空芯(未圖示)或?qū)嵭?，例如，鐵氧體芯。鐵氧體芯回圈線圈可更容許將外來(lái)物理裝置放置于芯附近。另一方面，空芯回圈線圈可允許將其它組件放置于芯區(qū)域內(nèi)。
[0032]如所敘述，可在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配或近匹配諧振期間發(fā)生發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳送。然而，即使當(dāng)發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配，也可傳送能量，但效率可受到影響。通過從發(fā)射線圈的場(chǎng)105耦合能量到駐留于此場(chǎng)105被建立