专利名称：跟踪无线电力区内的接收器装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线充电，且更特定来说，涉及与跟踪可位于无线电力系统中的接收器装置有关的装置、系统和方法。
背景技术：
通常，每一电池供电装置(例如，无线电子装置)需要其自身的充电器和电源，所述电源通常为交流电(AC)电源引出线。当许多装置需要充电时，此类有线配置变得使用不便。正在开发在发射器与耦合到待充电的电子装置的接收器之间使用空中或无线电力发射的方法。一般将此些方法分为两个种类。一类是基于在发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐射(还称作远场辐射)的耦合。接收天线收集所辐射的电力且将其整流以用于对电池进行充电。天线一般具有谐振长度以便改进耦合效率。此方法遭遇以下事实电力耦合随天线之间的距离而快速衰减。因此，在合理距离(例如，小于1米到 2米)上的充电变得困难。另外，由于发射系统辐射平面波，因此如果未经由滤波进行适当控制，则无意的辐射可干扰其它系统。无线能量发射技术的其它方法是基于在嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电的主机电子装置中的接收天线(加上整流电路)之问的电感耦合。 此方法具有以下缺点发射天线与接收天线之间的间距必须非常接近(例如，在千分之几米内)。但是此方法不具有对相同区域中的多个装置同时充电的能力，此区域通常非常小且要求用户将装置准确地定位到特定区域。因此，需要提供一种适应发射天线和接收天线的灵活放置和定向的无线充电布置。在无线电力发射中，需要用于发射和中继无线电力以便向接收器装置进行方便且不显眼的无线电力发射的系统和方法。还需要对可能在或可能不在无线充电区域内的接收器装置进行跟踪与报告。
发明内容
图1展示无线电力传递系统的简化方框图。图2展示无线电力传递系统的简化示意图。
图3展示用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。图4展示指示在发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。图5A和图5B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射天线和接收天线的环形天线的布局。图6展示接收天线相对于发射天线的各种放置点，以说明在共面和同轴放置下的耦合强度。图7为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化方框图。图8为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化方框图。图9展示用于在发射器与接收器之间进行消息接发的发射电路的一部分的简化示意图。图IOA到图IOC展示在各种状态下的接收电路的一部分的简化示意图，以说明接收器与发射器之间的消息接发。图IlA到图IlC展示在各种状态下的替代接收电路的一部分的简化示意图，以说明接收器与发射器之间的消息接发。图12A到图12C为说明用于发射器与接收器之间的通信的消息接发协议的时序图。图13A到图13D为说明用于在发射器与接收器之间发射电力的信标电力模式的简化方框图。图14A说明大发射天线和三个不同的较小中继器天线，所述中继器天线与发射天线共面且在发射天线的周边内安置。图14B说明大发射天线和较小中继器天线，所述中继器天线采用相对于发射天线的偏移同轴放置和偏移共面放置。图15为包括通知元件的发射器的简化方框图。图16为包括通知元件的无线电力传递系统的简化方框图。图17说明具有通知器且包括接收器装置的主机装置。图18说明具有通知器且包括接收器装置的另一主机装置。图19为说明可在跟踪接收器装置中执行的动作的简化流程图。
具体实施例方式在本文中使用词语“示范性”以指“充当一实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施例没有必要被解释为比其它实施例优选或有利。下文结合附图所陈述的详细描述意欲作为对本发明的示范性实施例的描述，且无意表示可实践本发明的仅有实施例。在整个此描述中所使用的术语“示范性”是指“用作一实例、例子或说明”，且应没有必要被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的彻底理解的目的而包括特定细节。所属领域的技术人员将容易明白，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以方框图形式展示众所周知的结构和装置，以便避免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。在本文中使用词语“无线电力”以指在不使用物理电磁导体的情况下在从发射器到接收器之间发射的与电场、磁场、电磁场或其它物相关联的任何形式的能量。图1说明根据本发明的各种示范性实施例的无线发射或充电系统100。将输入电力102提供到发射器104以用于产生用于提供能量传递的辐射场106。接收器108耦合到辐射场106，且产生输出电力110以供耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。 发射器104与接收器108两者相隔一距离112。在一个示范性实施例中，根据相互谐振关系来配置发射器104与接收器108，且当接收器108位于辐射场106的“近场”中时，当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率完全相同时，发射器104与接收器108之间的发射损耗为最小。发射器104进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线114，且接收器 108进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用和将与其相关联的装置来设计发射天线和接收天线的大小。如所陈述，通过将发射天线的近场中的大部分能量耦合到接收天线而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场而进行有效能量传递。当处于此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间形成耦合模式。天线114和118 周围的可发生此近场耦合的区域在本文中称作耦合模式区。图2展示无线电力传递系统的简化示意图。发射器104包括振荡器122、功率放大器1 以及滤波器和匹配电路126。所述振荡器经配置以在所要频率下产生，所述所要频率可响应于调整信号123来调整。振荡器信号可由功率放大器124以响应于控制信号125的放大量来放大。可包括滤波器和匹配电路126以滤除谐波或其它非所要的频率且使发射器 104的阻抗与发射天线114匹配。接收器可包括匹配电路132和整流器和切换电路以产生DC电力输出以对电池 136(如图2中所展示)充电或向耦合到接收器的装置(未图示)供电。可包括匹配电路 132以使接收器108的阻抗与接收天线118匹配。如图3中所说明，示范性实施例中所使用的天线可经配置为“环形”天线150，其在本文中还可称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空气芯或物理芯(例如，铁氧体芯)。空气芯环形天线可能更可容许放置于所述芯附近的外来物理装置。此外，空气芯环形天线允许其它组件放置于芯区域内。另外，空气芯环可更容易实现接收天线118(图2)在发射天线114(图幻的平面内的放置，在所述平面中，发射天线114(图幻的耦合模式区可更强大。如所陈述，在发射器104与接收器108之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器104与接收器108之间的有效能量传递。然而，甚至当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时，还可以较低效率传递能量。通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线而非将能量从发射天线传播到自由空间中而发生能量的传递。环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感和电容。环形天线中的电感一般仅为由所述环形产生的电感，而一般将电容添加到环形天线的电感以在所要谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，可将电容器152和电容器IM添加到天线以产生产生谐振信号 156的谐振电路。因此，对于较大直径的环形天线来说，诱发谐振所需的电容的大小随着环形天线的直径或电感增加而减小。此外，随着环形天线或磁性天线的直径增加，近场的有效能量传递区域增加。当然，其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于环形天线的两个端子之间。另外，所属领域的技术人员将认识到，对于发射天线， 谐振信号156可为到环形天线150的输入。本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。如所陈述，近场为在天线周围的存在电磁场但可能并不远离所述天线传播或辐射的区域。所述电磁场通常被限于所述天线的物理体积附近的体积。在本发明的示范性实施例中，磁型天线(例如，单匝环形天线和多匝环形天线)用于发射(Tx)天线系统与接收(Rx)天线系统两者，这是因为与电型天线(例如，小型偶极天线)的电近场相比，磁型天线的磁近场振幅往往较高。此允许所述对天线之间的潜在较高耦合。此外，还预期“电”天线(例如，偶极天线和单极天线)或磁性天线与电天线的组合。Tx天线可在足够低的频率下且在天线大小足够大的情况下操作，以在显著大于早先所提及的远场和电感方法所允许的距离的距离下实现到小型Rx天线的良好耦合(例如， > -4dB)。如果Tx天线的大小经正确设计，则当将主机装置上的Rx天线放置于受驱动Tx 环形天线的耦合模式区内(即，在近场中)时，可实现高耦合水平(例如，-2到_4dB)。图4展示指示发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。曲线170和172 分别指示对发射天线和接收天线接受电力的测量。换句话说，在大负数的情况下，存在非常紧密的阻抗匹配，且多数电力被接受且因此被发射天线辐射。相反，小负数指示大量电力从天线反射回，因为在给定频率下不存在紧密的阻抗匹配。在图4中，发射天线和接收天线经调谐以具有约13. 56MHz的谐振频率。曲线170说明从发射天线以各个频率发射的电力量。因此，在对应于约13. 528MHz 和约13. 593MHz的点Ia和3a处，大量电力被反射且不被发射到发射天线外。然而，在对应于约13. 56MHz的点加处，可看到大量电力被接受且被发射到天线外。类似地，曲线172说明由接收天线以各个频率所接收的电力量。因此，在对应于约 13. 528MHz和约13. 593MHz的点Ib和北处，大量电力被反射且不经由接收天线运送并进入接收器中。然而，在对应于约13. 56MHz的点2b处，可看到大量电力被接收天线接受且被运送到接收器中。曲线174指示在经由发射天线从发射器发送、经由接收天线接收且运送到接收器之后在接收器处接收到的电力量。因此，在对应于约13. 528MHz和约13. 593MHz的点Ic和 3c处，发送出发射器外的大量电力在接收器处不可用，因为(1)发射天线拒绝从发射器发送到其的大量电力和( 发射天线与接收天线之间的耦合随着频率移动远离谐振频率而效率降低。然而，在对应于约13. 56MHz的点2c处，可看到从发射器发送的大量电力在接收器处可用，从而指示发射天线与接收天线之间的高耦合程度。图5A和图5B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射天线和接收天线的环形天线的布局。可以许多不同方式来配置环形天线，在广泛多种大小下具有单环或多环。另外，所述环可呈许多不同形状，例如(仅举例)圆形、椭圆形、正方形和矩形。图5A说明大正方形环形发射天线114S和小正方形环形接收天线118，小正方形环形接收天线118放置于与发射天线114S相同的平面中且接近发射天线114S的中心。图5B说明大圆形环形发射天线114C和小正方形环形接收天线118'，小正方形环形接收天线118'放置于与发射天线114C相同的平面中且接近发射天线114C的中心。正方形环发射天线114S具有边长 “a”，而圆形环发射天线114C具有直径“Φ”。对于正方形环，可展示存在等效圆形环，其直径可界定为①叫=4a/ji。图6展示接收天线相对于发射天线的各种放置点以说明在共面和同轴放置中的耦合强度。如本文中所使用，“共面”是指发射天线与接收天线具有大体上对准的平面(即， 具有指向大体上相同方向的表面法线)且发射天线与接收天线的平面之间不具有距离(或具有小距离)。如本文中所使用，“同轴”是指发射天线与接收天线具有大体上对准的平面 (即，具有指向大体上相同方向的表面法线)且所述两个平面之间的距离并不小，且此外， 发射天线与接收天线的表面法线大体上沿相同向量展现，或所述两个法线呈梯状。举例来说，点pl、p2、p3和p7为接收天线相对于发射天线的所有共面放置点。作为另一实例，点P5和p6为接收天线相对于发射天线的同轴放置点。下表展示在图6中所说明的各个放置点(Pl到P7)处的耦合强度(S21)和耦合效率(表达为从发射天线发射的到达接收天线的电力的百分比)。表 权利要求
1.一种电力发射装置，其包含发射天线，其用于在耦合模式区内产生近场辐射以用于耦合到接收器装置上的接收天线.一入 ，通信接口，其用于在所述接收器装置处于所述耦合模式区中时将接收器信息从所述接收器装置运送到主机装置；控制器，其可操作地耦合到所述发射天线和所述通信接口，所述控制器用于监视并处理所述接收器信息以产生通知信息；以及用户可感知的通知器，其可操作地耦合到所述控制器且用于将所述通知信息传送到用户。
2.根据权利要求1所述的电力发射装置，其进一步包含 放大器，其可操作地耦合到所述控制器和所述发射天线；负载感测电路，其可操作地耦合到所述放大器和所述控制器，所述负载感测电路用于检测所述放大器的电力消耗中的改变，且产生到所述控制器的代表电力消耗中的所述改变的串行响应信号；且其中所述控制器进一步用于解码所述串行响应以确定所述耦合模式区中的新接收器装置的存在或所述耦合模式区中的现有接收器装置的所述接收器信息中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的电力发射装置，其进一步包含可操作地耦合到所述控制器的无线通信器，所述无线通信器用于经由与所述发射天线的无线通信不同的通信信道与所述接收器装置通信，其中所述控制器进一步用于监视来自所述通信信道的所述接收器信息。
4.根据权利要求3所述的电力发射装置，其进一步包含所述耦合模式区中的具有接收天线的一个或一个以上额外接收器装置，且其中所述通信信道经配置以用于所述接收器装置和所述一个或一个以上额外接收器装置之中的对等通信。
5.根据权利要求1所述的电力发射装置，其中所述控制器进一步用于监视并处理所述耦合模式区中的具有接收天线的一个或一个以上额外接收器装置的额外接收器信息以产生额外通知信息；且所述用户可感知的通知器进一步用于将所述额外通知信息传送到用户。
6.根据权利要求1所述的电力发射装置，其中所述接收器信息包括装置类型和唯一装置识别符中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的电力发射装置，其中所述用户可感知的通知器包括灯、显示器和听觉信号装置中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的电力发射装置，其进一步包含存储器，所述存储器可操作地耦合到处理器且用于存储所述接收器信息和所述通知信息中的至少一者。
9.一种电力发射系统，其包含 主机装置，其包含发射天线，其用于在耦合模式区内产生近场辐射以用于耦合到接收器装置上的接收天线.一入 ，通信接口，其用于在所述接收器装置处于所述耦合模式区中时将接收器信息从所述接收器装置运送到所述主机装置；以及控制器，其可操作地耦合到所述发射天线和所述通信接口，所述控制器用于监视并处理所述接收器信息以产生通知信息；以及远程通知器，其远离所述主机装置且包含 远程通信接口，其用于从所述主机装置接收所述通知信息；以及远程用户可感知的通知器，其可操作地耦合到所述远程通信接口且用于将所述通知信息呈现给用户。
10.根据权利要求9所述的电力发射系统，其进一步包含指定区检测器，所述指定区检测器用于与所述主机装置可操作地通信且传送所述主机装置何时离开指定区。
11.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述主机装置进一步包含用户可感知的通知器，所述用户可感知的通知器可操作地耦合到所述控制器且用于将所述通知信息从所述主机装置传送到所述用户。
12.根据权利要求11所述的电力发射系统，其进一步包含指定区检测器，其用于与所述主机装置可操作地通信且传送所述主机装置何时离开指定区；且其中所述控制器经配置以用于接收所述装置何时离开所述指定区的所述通信；经编程以预期将在所述耦合模式区内的一个或一个以上接收器装置；以及在所述用户可感知的通知器上指示所述主机装置在离开所述指定区时是否遗漏所预期的接收器装置。
13.根据权利要求9所述的电力发射系统，其进一步包含 放大器，其可操作地耦合到所述控制器和所述发射天线；负载感测电路，其可操作地耦合到所述放大器和所述控制器，所述负载感测电路用于检测所述放大器的电力消耗中的改变，且产生到所述控制器的代表电力消耗中的所述改变的串行响应信号；且其中所述控制器进一步用于解码所述串行响应以确定所述耦合模式区中的新接收器装置的存在或所述耦合模式区中的现有接收器装置的所述接收器信息中的至少一者。
14.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述接收器信息包括装置类型和唯一装置识别符中的至少一者。
15.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述远程用户可感知的通知器包括远程显示器、远程听觉信号装置、远程计算机显示器和用于在网站上显示所述通知信息的远程计算机中的至少一者。
16.一种方法，其包含以主机装置的发射天线的谐振频率产生电磁场，以在所述发射天线的近场内形成耦合模式区；检测所述耦合模式区中的具有接收天线的接收器装置的存在； 经由通信信道从所述接收器装置接收对电力的请求； 经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息；以及响应于所述唯一识别符信息而在用户可感知的通知器上指示关于所述接收器装置的通知信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上。
18.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含检测所述耦合模式区中的具有接收天线的一个或一个以上额外接收器装置的存在；以及从所述一个或一个以上额外接收器装置中的每一者接收额外唯一识别符信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包含将所述唯一识别符信息和所述额外唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上。
20.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含编程所述主机装置以预期将在所述耦合模式区内的一个或一个以上接收器装置；以及在所述用户可感知的通知器上指示所述耦合模式区中的所预期的接收器装置的存在。
21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含在所述用户可感知的通知器上指示所述耦合模式区中的所述所预期的接收器装置的不存在。
22.根据权利要求20所述的方法，其中编程所述主机装置进一步包含针对将在所述耦合模式区内的所述一个或一个以上接收器装置中的每一者而编程所预期的时间周期；且所述方法进一步包含在所述所预期的接收器装置在其所预期的时间周期期间不存在于所述耦合模式区中时在所述用户可感知的通知器上指示所述所预期的接收器装置的不存在。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含在所述用户可感知的通知器上指示所述主机装置何时离开指定区以及不包括所述所预期的接收器装置。
24.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含当所述检测所述存在指示所述耦合模式区中的任何接收器装置的存在时起始所述产生所述电磁场；以及当所述检测所述存在指示所述耦合模式区中的任何接收器装置的不存在时停止所述产生所述电磁场。
25.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述通知信息传送到远离所述发射天线的远程用户可感知的通知器；以及在所述远程用户可感知的通知器上指示关于所述接收器装置的所述通知信息。
26.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含在所述用户可感知的通知器上指示所述主机装置何时离开指定区。
27.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含在远离所述发射天线的远程用户可感知的通知器上指示所述主机装置何时离开指定区。
28.一种电力发射系统，其包含用于以主机装置的发射天线的谐振频率产生电磁场以在所述发射天线的近场内形成耦合模式区的装置；用于检测所述耦合模式区中的具有接收天线的接收器装置的存在的装置； 用于经由通信信道从所述接收器装置接收对电力的请求的装置； 用于经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息的装置；以及用于响应于所述唯一识别符信息向用户指示关于所述接收器装置的通知信息的装置。
29.根据权利要求观所述的电力发射系统，其进一步包含用于将所述唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上的装置。
30.根据权利要求观所述的电力发射系统，其进一步包含用于检测所述耦合模式区中的具有接收天线的一个或一个以上额外接收器装置的存在的装置；以及用于从所述一个或一个以上额外接收器装置中的每一者接收额外唯一识别符信息的直ο
31.根据权利要求30所述的电力发射系统，其进一步包含用于将所述唯一识别符信息和所述额外唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上的装置。
32.根据权利要求观所述的无线电力传递系统，其进一步包含用于编程所述主机装置以预期将在所述耦合模式区内的一个或一个以上接收器装置的装置；以及用于向所述用户指示所述耦合模式区中的所预期的接收器装置的存在或不存在的装置。
33.根据权利要求32所述的电力发射系统，其中所述用于编程所述主机装置的装置进一步包含用于针对将在所述耦合模式区内的所述一个或一个以上接收器装置中的每一者而编程所预期的时间周期的装置；且进一步包含用于在所述所预期的接收器装置在其所预期的时间周期期间不存在于所述耦合模式区中时向所述用户指示所述所预期的接收器装置的不存在的装置。
34.根据权利要求32所述的电力发射系统，其进一步包含用于向所述用户指示所述主机装置何时离开指定区以及不包括所述所预期的接收器装置的装置。
35.根据权利要求观所述的电力发射系统，其进一步包含用于在所述检测所述存在指示所述耦合模式区中的任何接收器装置的存在时起始所述产生所述电磁场的装置；以及用于在所述检测所述存在指示所述耦合模式区中的任何接收器装置的不存在时停止所述产生所述电磁场的装置。
36.根据权利要求观所述的电力发射系统，其进一步包含用于向所述用户指示所述主机装置何时离开指定区的装置。
全文摘要
示范性实施例是针对传送与无线充电有关的信息。电力发射系统包括具有发射天线的主机装置。通信接口将包括唯一识别符信息的接收器信息从接收器装置运送到所述主机装置。所述主机装置上的控制器监视并处理所述接收器信息以产生通知信息，所述通知信息在用户可感知的通知器上呈现给用户。所述发射天线以谐振频率产生电磁场以在所述发射天线的近场内形成耦合模式区。所述系统可检测处于所述耦合模式区中的具有接收天线的接收器装置的存在且处理来自所述接收器装置的对电力的请求。所述系统还可通知用户主机装置何时离开指定区以及所述主机装置是否包括所预期的接收器装置。
文档编号H02J7/02GK102414955SQ201080017977
公开日2012年4月11日 申请日期2010年3月25日 优先权日2009年3月28日
发明者克雷格·劳尔, 安妮·卡特琳·科纳茨, 维吉尼亚·沃克·基廷, 迈克尔·约翰·曼根, 迈尔斯·亚历山大·莱尔·柯比 申请人:高通股份有限公司