使用交替频率的多重磁谐振电力传输的扫频模式的制作方法
【专利摘要】电力传输板被配置为向多个便携式电子设备提供无线电力传输，其中每个设备相对于板是取向自由的。电力传输板还被配置为通过依据同时充电的设备的数目改变电力传输水平来进行电力自适应。每个设备被放置在磁场内，为了对设备电池进行充电。电力传输板包括扫频发生器，用于生成某一频谱上的电力传输。确定要充电的设备的数目，以及对每个设备实现最大能量传递的最优频率。扫频发生器被设定为循环经过为每个设备确定的最优频率。
【专利说明】使用交替频率的多重磁谐振电力传输的扫频模式
[0001]相关申请
[0002]本专利申请要求2013年3月15日递交的题为“New Power ManagementIntegrated Circuit Partit1ning With Dedicated Primary Side Control Winding，，、序列号为61 / 799，124的共同未决的美国临时申请的优先权。本申请通过引用将序列号为61 / 799，124的美国临时申请全部并入。
【技术领域】
[0003]本发明概括而言涉及无线电力传输(wireless power transmiss1n)的领域。更具体而言，本发明涉及对于磁谐振电力传输(magnetic resonant power transmiss1n)使用扫步页模式(sweep frequency mode)。
【背景技术】
[0004]便携式电子设备使用要求周期性再充电的电池。传统的再充电技术包括有线方案和无线方案两者。在示范性的有线再充电技术中，电源适配器在一端包括用于插入到便携式设备中的电缆和电力转换器，并且在另一端包括电力输出口，例如壁式插座。
[0005]在示范性的无线再充电技术中，为无线电力传输配置了电源板(power supplypad)。电源板通常经由电源线连接到壁式插座。电源板包括电力发送器，用于进行到具有电力接收器的便携式电子设备的无线电力传输。电力发送器包括通信处理块和电力发送元件，例如线圈天线。电力发送元件生成磁场，通过该磁场，电力被无线地传输。磁场取向是电力发送元件的传输频率和物理取向的函数。传统的电源板以恒定的频率传输，并且由于电力发送元件的物理取向也是固定的，所以由电源板的电力发送元件生成的磁场具有特定的固定取向。诸如蜂窝电话之类的便携式电子设备包括通信处理块和电力接收元件，例如线圈天线。为了从电源板接收电力，便携式电子设备必须被定位在由电源板的电力发送元件生成的磁场的范围内。为了实现优化的能量传递，便携式电子设备还必须相对于电力发送元件恰当地取向。由于电力发送元件生成的磁场的特定取向，便携式电子设备的电力接收元件必须相对于磁场恰当地取向，否则无线电力传输就不是优化的，或者不能完成。这要求小心仔细地将便携式电子设备放置在电源板上或其附近，这对于终端用户来说可能是耗时且令人沮丧的。
[0006]在一些应用中，电源板装备有支架或其他类型的设备放置支持物，其大小被设置为以特定的取向接收便携式电子设备。支架在电源板内的取向使得当便携式电子设备被定位在支架内时，便携式电子设备的电力接收元件与电源板的电力发送元件恰当地对齐，并且因此与磁场恰当地对齐。然而，必须将便携式电子设备放置在支架内几乎使得为了在不需要硬连接到电源的情况下自由放置设备而设计的无线电力传输应用的目的失败了。
[0007]传统的电源板还被配置为传输固定量的电力。在被设计为一次对单个便携式电子设备充电的应用中，电源板被设计并制造为传输兼容单个便携式电子设备的固定量的电力，例如5W。在其他应用中，电源板打算同时对多个设备充电。在此情况下，电源板被设计并制造为具有大得多的固定电力传输水平，例如15W或20W。这个固定电力传输水平对于到最大数目的便携式电子设备的峰值电力传递是足够的。然而，当少于最大数目的设备被充电时，该电力传输水平是过量的。另外，同时对多个设备充电也遭遇了与单设备系统相同的取向相关问题。
【发明内容】
[0008]电力传输板被配置为向多个接收设备提供无线电力传输，其中每个接收设备相对于板是取向自由的。电力传输板还被配置为通过依据同时充电的接收设备的数目改变电力传输水平来进行电力自适应。板充当发送器，并且是磁“热”的，意思是板在被加电时生成磁场。每个接收设备——例如蜂窝电话、平板电脑或其他便携式电子设备——被放置在该磁场内，为了对设备电池进行充电。与传统的无线电池充电系统不同，对于接收设备相对于板的取向没有限制。电力传输板包括扫频发生器，用于生成某一频谱上的电力传输。确定要充电的接收设备的数目，以及对每个接收设备实现最大能量传递的最优频率。在一些实施例中，利用为每个个体接收设备确定的最优频率来确定单个组合最优频率。将扫频发生器锁定到该单个组合最优频率，并且根据接收设备的数目来设定电力传输水平。在其他实施例中，扫频发生器被设定为在为每个接收设备确定的最优频率之间来回变化。
[0009]在一个方面中，公开了一种用于无线电力传输的电力传输板。该电力传输板包括线圈、电力发送器和控制器。电力发送器包括扫频发生器，该扫频发生器与线圈耦合以通过线圈提供频率变化的信号，从而生成可变磁场。控制器与线圈和与扫频发生器耦合。当要充电的一个或多个便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板被配置为对于每个便携式电子设备确定与从电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率，并且使电力传输信号的频率循环经过所确定的一个或多个便携式电子设备的谐振频率。在一些实施例中，电力传输板还被配置为确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目并且根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平。
[0010]在另一方面中，公开了一种用于无线电力传输的系统。该系统包括要充电的一个或多个便携式电子设备，以及电力传输板。电力传输板被配置为生成可变磁场。当一个或多个便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板被配置为对于每个便携式电子设备确定与从电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率，并且使电力传输信号的频率循环经过所确定的一个或多个便携式电子设备的谐振频率。在一些实施例中，电力传输板还被配置为确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目并且根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平。
[0011]在另一方面中，公开了另一种用于无线电力传输的系统。该系统包括电力传输板和将要充电的一个或多个便携式电子设备。电力传输板包括第一线圈、电力发送器和控制器。电力发送器包括扫频发生器，该扫频发生器与第一线圈耦合以通过第一线圈提供频率变化的信号，从而生成可变磁场。控制器与第一线圈和与扫频发生器耦合。每个便携式电子设备包括第二线圈和电力接收器。电力接收器与第二线圈耦合并且被配置为经由第二线圈接收从电力传输板传递来的能量。当一个或多个便携式电子设备被定位在由电力传输板生成的可变磁场内时，控制器被配置为确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目，根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平，为每个便携式电子设备确定与从电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率。控制器还被配置为使电力传输信号的频率循环经过所确定的一个或多个便携式电子设备的谐振频率。
[0012]在一些实施例中，电力发送器和控制器包括电源管理器，该电源管理器被配置为根据当前在充电的便携式电子设备的数目来调整电力传输信号的电力传输水平和频率。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备被定位在由电力传输板生成的可变磁场内时，在该便携式电子设备与电力传输板之间执行握手协议，并且电力传输板被配置为通过对握手协议的数目计数来确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板被配置为通过确定要充电的便携式电子设备的更新后数目来再校准电力传输水平，并且根据所确定的更新后数目来调整电力传输水平。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板还被配置为使电力传输信号的频率循环经过所确定的更新后数目的便携式电子设备的谐振频率。
[0013]在一些实施例中，每个便携式电子设备包括谐振回路，该谐振回路包括第二线圈，并且与最大能量传递相对应的谐振频率包括该谐振回路的谐振频率。在一些实施例中，电力接收器还包括电力管理块，该电力管理块被配置为监视便携式电子设备电池的充电水平，并且被配置为生成充电水平状态信号。在一些实施例中，充电水平状态信号包括在电池被充满电时的电力传输终止信号。在一些实施例中，充电水平状态信号经由第二线圈和第一线圈被发送到电力发送器。在一些实施例中，每个便携式电子设备还包括与电力接收器耦合的电池充电器。在一些实施例中，一个或多个便携式电子设备被配置为向彼此提供通fei目号。
[0014]在一些实施例中，确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且当充电电流对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。在一些实施例中，确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且选择与最高充电电流相对应的特定频率作为谐振频率。在一些实施例中，确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视电力传输板上的阻抗,其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且当阻抗的变化对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。在一些实施例中，确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且确定谐振频率还包括选择与阻抗的最大变化相对应的特定频率作为谐振频率。
[0015]在另一方面中，公开了一种电力传输板与要充电的一个或多个便携式电子设备之间的无线电力传输的方法。该方法包括将电力传输板配置有第一线圈和扫频发生器，并且将每个便携式电子设备配置有第二线圈。该方法还包括通过向第一线圈应用扫频发生器来生成可变磁场，并且测量响应于可变磁场的一个或多个系统特性。该方法还包括根据测量到的系统特性来确定每个便携式电子设备的谐振频率，使电力传输信号的频率循环经过所确定的一个或多个便携式电子设备的谐振频率，并且将电力传输信号从电力传输板发送到一个或多个便携式电子设备。
[0016]在一些实施例中，该方法还包括确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目，并且根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备被定位在由电力传输板生成的可变磁场内时，在该便携式电子设备与电力传输板之间执行握手协议，并且电力传输板被配置为通过对握手协议的数目计数来确定被定位在可变磁场内的便携式电子设备的数目。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板被配置为通过确定要充电的便携式电子设备的更新后数目来再校准电力传输水平，并且根据所确定的更新后数目来调整电力传输水平。在一些实施例中，当一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在可变磁场内时，电力传输板还被配置为使电力传输信号的频率循环经过所确定的剩余便携式电子设备的谐振频率。
[0017]在一些实施例中，系统特性是便携式电子设备的充电电流，并且确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且当充电电流对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。在一些实施例中，系统特性是便携式电子设备的充电电流，并且确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且选择与最高充电电流相对应的特定频率作为谐振频率。在一些实施例中，系统特性是电力传输板上的阻抗，并且确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且当阻抗的变化对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。在一些实施例中，系统特性是电力传输板上的阻抗，并且确定谐振频率包括在扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且确定谐振频率还包括选择与阻抗的最大变化相对应的特定频率作为谐振频率。
[0018]在一些实施例中，每个便携式电子设备包括谐振回路，该谐振回路包括第二线圈，并且所确定的谐振频率对应于该谐振回路的谐振频率。在一些实施例中，该方法还包括监视便携式电子设备电池的充电水平，并且生成充电水平状态信号。在一些实施例中，充电水平状态信号包括在电池被充满电时的电力传输终止信号。在一些实施例中，该方法还包括从便携式电子设备向电力传输板发送充电水平状态信号。在一些实施例中，该方法还包括在一个或多个便携式电子设备之间提供通信信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]参考附图来描述若干个示例实施例，附图中相似的组件具有相似的标号。示例实施例打算说明而不是限制本发明。附图包括以下的图:
[0020]图1示出了根据实施例的电力传输板。
[0021]图2示出了根据实施例的图1的电力发送器8的功能框图。
[0022]图3示出了根据实施例的接收设备20的功能框图。
[0023]图4示出了根据实施例的具有电力传输板和两个接收设备的无线电力传输系统。
【具体实施方式】
[0024]本申请的实施例涉及用于无线电力传输的方法和系统。本领域普通技术人员将会认识到，以下对方法和系统的详细描述只是说明性的，而并不打算以任何方式进行限定。受益于本公开的本领域技术人员将容易想到方法和系统的其他实施例。
[0025]现在将详细述及如附图所示的方法和系统的实现方式。相同的附图标记将在各幅图和以下详细描述的各处用于指代相同或相似的部件。为了清晰起见，没有示出和描述本文描述的实现方式的所有常规特征。当然，将会明白，在任何这种实际实现方式的开发中，必须做出许多依实现方式而定的决定以便实现开发者的具体目标，例如遵从与应用和业务相关的约束，并且这些具体目标在一个实现方式与另一实现方式之间和一个开发者与另一开发者之间将是不同的。另外，将会明白，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但仍只是受益于本公开的本领域普通技术人员的常规工程工作。
[0026]图1示出了根据实施例的电力传输板。板2包括与电力发送器8耦合的线圈4。电力发送器8被配置为向线圈4提供频率变化的驱动信号，从而生成可变磁场。磁场强度随着与线圈4的距离而减小。磁场用于向放置在磁场的有效区域内的设备提供无线能量传递。磁场的有效区域是磁场强度在有效能量传递的最低水平以上的区域。在一些实施例中，该有效区域对应于板的区域。在一些实施例中，有效区域延伸到超出板的周界。在大多数应用中，有效区域限于板周围的邻近区域，以免不利地影响其他附近的电子设备。电力发送器8还被配置用于在外部设备与板恰当地磁耦合时与该外部设备进行双向通信。双向通信包括从板到设备的能量传递传输，和从设备到板的通信信令。
[0027]虽然图1在两个维度即x_y平面中示出了线圈4及其相应的磁场6，但要理解，实际的磁场在包括与图1的平面垂直的z方向在内的三个维度上延伸。板2的厚度对应于z方向。在大多数配置中，板2的线圈4在板2内，并且包括其相应的线圈22(图3)的接收设备20(图3)位于板2上方，从而形成线圈2与线圈22之间的三维取向。
[0028]图2示出了根据实施例的图1的电力发送器8的功能框图。电力发送器8包括扫频发生器(sweep frequency generator) 10、发送器/接收器电路12、控制器14和电力转换电路16。在一些实施例中，扫频发生器是在某一频谱上以变化的频率生成脉冲式驱动信号的宽范围扫频脉冲电力发生器。发送器/接收器电路12向线圈4施加该脉冲式驱动信号，从而生成根据脉冲式驱动信号的变化频率而变化的可变磁场。电力转换电路16把接收到的输入电力转换成期望的电力传输水平，其优选为固定值，例如5W。在一些实施例中，板8通过插入到AC输出口中来接收电力。控制器14提供对电力发送器8的控制，以使得谐振频率被确定并锁定，以便实现到接收设备20(图3)的最大电力传递。
[0029]图3示出了根据实施例的接收设备20的功能框图。在一些实施例中，接收设备20是便携式电子设备，例如蜂窝电话、平板电脑、膝上型电脑或其他周期性地要求电池充电的电子设备。接收设备20包括线圈22、电力接收器24和电池充电器26。在一些实施例中，线圈22是大多数便携式电子设备标准的天线元件。在其他实施例中，线圈22是与接收设备天线分开的元件。当接收设备20被定位在板2的可变磁场6的有效区域内时，线圈4和线圈22形成伪变压器。当电力被从板2传递到接收设备20时，电力接收器24经由线圈22接收电力传输并将电力输送到电池充电器26。电池充电器26可以是任何类型的传统电池充电器。
[0030]接收设备20被配置为建立与板2磁稱合的谐振回路(resonant tank),并且该谐振回路被配置为根据固定的谐振频率向电池充电器26驱动电力。谐振回路是由线圈22和电力接收器24内的组件形成的。当接收设备20被定位在板2的可变磁场6的有效区域内时，电力发送器8确定可变磁场6的频率何时与接收设备谐振回路的谐振匹配。这个匹配频率被称为谐振频率。提供给线圈4的驱动信号被锁定在谐振频率并且电力被从板2传输到接收设备20。
[0031]虽然述及了谐振频率，但要理解，这种频率可表示在板-设备系统中包括某种程度的谐振的任何频率，并且因此可被认为是准谐振频率。一般地，确定与针对接收设备20相对于板2的给定取向的最大能量传递相对应的频率，并且将此频率称为谐振频率。
[0032]在一些实施例中，谐振频率是通过对于扫频发生器使用的频谱中的每个频率或选定频率确定能量传递量来确定的。在板这一方，这可通过监视板阻抗或板上的某种阻抗并且寻找此阻抗的变化来完成。阻抗的变化意味着到接收设备的能量传递。具有阻抗的最大变化的频率被用作谐振频率。类似地，可为每个频率确定与板相对应的S参数(散射参数)，并且可以使用S参数的变化来确定谐振频率。已知S参数随着频率而变化，因此每个频率与依频率而定的基线S参数相关联，该基线S参数被与为该特定频率监视到的S参数相比较。
[0033]在接收设备这一方，电力接收器24可包括电力管理块，其与接收设备电池耦合以监视电池充电水平和对电池充电的电流充电率。电流充电率将随着电力传输的变化的频率而变化。将电流充电率与阈值相比较，并且如果电流充电率超过阈值，则认为与超过阈值的电流充电率相对应的频率是谐振频率。或者，对于每个频率或选定频率测量电流充电率，并且认为具有最大的相应电流充电率的频率是谐振频率。要理解，在板方、接收设备方或者两方可以使用替换手段来确定与到接收设备的最大能量传递量相对应的频率。
[0034]在一些实施例中，电力接收器24中的电力管理块被配置为通过线圈22向板2上的磁耦合线圈4发送通信信号。发送器/接收器电路12和控制器14被配置为接收和解释该通信信号。通信信号包括控制信息，例如用于识别与最大能量传递相对应的频率的信息。这样，通信信号可用于提供用于选择谐振频率的信息。在一些实施例中，通信信号是简单的二元信号，例如关于电流充电率已超过阈值的指示。在其他实施例中，通信信号包括更详细的信息，例如按某个间隔的电流充电率，它们可匹配到个体频率。通信信号还可包括与电池充电状态有关的控制信息。在一些实施例中，通信信号是简单的二元信号，例如关于电池充电水平是满还是未满的指示。当通信信号指示接收设备电池已满时，电力传输被终止。在其他实施例中，通信信号包括更详细的信息，包括——但不限于——接收设备电池当前被充电的量，例如75%充电。可利用通过磁耦合的线圈传输信号的任何传统手段来提供通信信号。用于提供通信信号的示范性手段在与本申请属同一 申请人:并且共同未决的序列号为(代理人案卷号FLEX-13301)的美国专利申请中找到，在此通过引用将该美国申请全部并入。
[0035]通过使用扫频发生器并确定实现最大能量传递的最优频率，电力传输板充当通用充电器。板不限于特别配置的接收设备。每个接收设备具有一定的Q值(Q factor)。Q值依赖于许多条件，包括——但不限于——传输频率、天线配置和谐振回路的构成组件。作为通用充电器，天线线圈的大小和形状、谐振回路中的谐振元件的数目和类型或者电力传输频率是无关紧要的。电力传输板适应于确定实现最大电力传递的最优谐振频率，无论接收设备的类型或相对于板的位置取向如何。
[0036]在一些实施例中，电力传输板被配置为以固定的电力传输水平来传输电力。在其他实施例中，电力传输板被配置为通过依据同时充电的接收设备的数目改变电力传输水平来进行电力自适应。在这个替换实施例中，板保持为磁“热”板，其利用扫频发生器的扫描算法来生成可变高频电力脉冲。所得到的可变磁场可用于向定位在可变频率的有效区域内的多个接收设备进行电力传递。每个接收设备同样配备有可用作独立的通信和能量传递链路的线圈。每个接收设备的通信块使得通信手段能够通过接收设备线圈向电力传输板发送通信。
[0037]在一些实施例中，当接收设备被定位在可变磁场的有效区域内时，在接收设备与板之间传递握手信号。板识别握手信号的数目并相应地设定电力传输水平。在其他实施例中，在板处可通过以与以上对于单接收设备实现方式所描述的类似的方式测量一个或多个特定的电路参数的变化，例如阻抗或S参数的变化，来确定接收设备的数目。例如，这种测量到的参数的变化可根据接收设备的数目而倍增。一般地，可以使用用于确定接收设备的数目的任何传统手段。板被配置为电力管理设备，使得一旦确定了接收设备的数目，板就可根据接收设备的数目调整传输的电力的量。
[0038]图4示出了根据实施例的具有电力传输板32和两个接收设备40和50的无线电力传输系统。板32的配置和操作与图1的板2类似，并添加有用于向多个接收设备提供自适应电力的电力管理功能。板32还具有为多个接收设备中的每一个确定最优电力传输频率并实现对多个设备的最优电力传输方案的附加功能。板32包括与电力发送器38耦合的线圈34。电力发送器38被配置为向线圈4提供频率变化的驱动信号，从而生成可变磁场。磁场强度随着与线圈34的距离而减小。电力发送器38还被配置用于在每个接收设备与板恰当地磁耦合时与该接收设备进行双向通信。
[0039]虽然图4中的系统只示出了两个接收设备，但要理解这些概念可扩展到多于两个接收设备。接收设备40包括线圈42、电力接收器44和电池充电器46。接收设备50包括线圈52、电力接收器54和电池充电器56。在一些实施例中，线圈42和52是大多数便携式电子设备标准的天线元件。在其他实施例中，线圈42和52是与接收设备天线分开的元件。当接收设备40被定位在板32的可变磁场的有效区域内时，线圈34和线圈42形成伪变压器。当电力被从板32传递到接收设备40时，电力接收器44经由线圈42接收电力传输并将电力输送到电池充电器46。电池充电器46可以是任何类型的传统电池充电器。接收设备50相对于板32以类似的方式工作。
[0040]接收设备40被配置为建立与板32磁耦合的谐振回路，并且该谐振回路被配置为根据固定的谐振频率向电池充电器46驱动电力。谐振回路是由线圈42和电力接收器44内的组件形成的。接收设备50被配置为建立与板32磁耦合的谐振回路，并且该谐振回路被配置为根据固定的谐振频率向电池充电器56驱动电力。谐振回路是由线圈52和电力接收器54内的组件形成的。
[0041]当接收设备40被定位在板32的可变磁场的有效区域内时，电力发送器38确定可变磁场的频率何时与接收设备40中的谐振回路的谐振匹配。这个匹配频率被称为接收设备40的谐振频率。类似地，当接收设备50被定位在板32的可变磁场的有效区域内时，电力发送器38确定可变磁场的频率何时与接收设备50中的谐振回路的谐振匹配。如上所述，每个接收设备的谐振频率是个体接收设备特性以及接收设备相对于板的取向的函数。即使两个接收设备40和50是相同的，对于每个个体设备与板32匹配的相应谐振频率也是不同的，因为它们相对于板没有占据相同的物理空间。这样，在为接收设备40确定的谐振频率和为接收设备50确定的谐振频率中至少有轻微的差别。在实践中，为每个接收设备40和50确定单独的谐振频率也考虑了每个设备的谐振回路元件的差别。
[0042]在确定了当前定位在板32的有效区域内的接收设备的数目并且确定了每个接收设备的依取向而定的谐振频率后，电力发送器38为电力传输信号确定适当的波形。该波形限定电力传输水平，在两个接收设备的情况下，电力传输水平与用于单个接收设备的电力传输水平相比被加倍。例如，两个接收设备的电力传输水平是10W。在一些实施例中，电力传输信号的频率是所确定的两个谐振频率的组合，例如平均值。要理解，可以使用替换方法来利用接收设备的谐振频率确定电力传输信号的频率。提供给线圈34的驱动信号被锁定在所确定的频率并且电力被以适当的电力传输水平从板32传输到接收设备40和50。
[0043]在其他实施例中，扫频发生器未被锁定到单个频率。取而代之，扫频发生器被控制为在为每个接收设备确定的谐振频率之间交替。例如，如果接收设备40被确定为具有第一谐振频率并且接收设备50被确定为具有第二谐振频率，则扫频发生器从第一谐振频率交替到第二谐振频率，返回到第一谐振频率，然后又到第二谐振频率，等等依此类推。
[0044]每个接收设备40和50中的电力管理块的功能类似于接收设备20中的电力管理块。一旦给定的接收设备充满电，其就断开连接不再进一步充电。在一些实施例中，在将接收设备断开连接时，电力发送器38被配置为重校准以根据仍在充电的剩余接收设备来调整电力传输的电力传输水平和频率。例如，如果有三个接收设备被充电并且电力传输水平是15W，并且接收设备之一变得充满电并断开连接，电力发送器就针对两个接收设备向下调整电力传输水平，例如调整到10W。电力传输水平调整可按固定的增量或减量来进行，例如每个接收设备5W。或者，电力传输水平调整可依据任何数目的因素来改变，这些因素包括——但不限于——在充电的设备的数目、接收设备的谐振频率以及每个接收设备的充电电流量。此外，可再次执行确定在充电的剩余设备的谐振频率和确定由此得到的电力传输信号的频率的过程。这样，电力发送器是根据当前在充电的接收设备的数目来调整电力传输水平和频率的电源管理器。
[0045]板的电力发送器被配置为一种完全电力管理设备。电力发送器可调整电力传输信号的传输频率并且调整电力传输信号的电力水平。电力发送器还可确定每个接收设备的充电状况。电力发送器还可使用频率辨别来将特定的谐振频率关联到特定的接收设备以用于识别目的并且用于提高在接收设备断开连接时的再校准过程的效率。
[0046]每个接收设备40和50的电力管理块与图3的接收设备20的电力管理块类似地操作。电力管理块可用于监视接收设备中的充电电流，其可用于确定谐振频率。电力管理块还可用于监视接收设备电池充电水平并向板发送电池充电状态信号。板可包括通信块，其或者作为电力发送器的一部分，或者作为单独的组件，用于解释从接收设备发送来的通信信号，例如电池充电状态信号。
[0047]在一些实施例中，每个接收设备也可以是对其他接收设备的发送器，从而使能了一种分布式通信系统。这样，除了在接收设备与板之间发送以外，通信信号还可在接收设备之间发送，以使得提供更有效的整体电力管理系统。
[0048]已按照包含细节的具体实施例描述了本申请以促进对方法和系统的构造和操作的原理的理解。各图中示出和描述的组件中的许多可被互换以实现必要的结果，并且本描述应当被解读为也涵盖这种互换。这样，本文中对具体实施例及其细节的述及并不打算限制所附权利要求的范围。本领域技术人员将会清楚，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对为了说明而选择的实施例做出修改。
【权利要求】
1.一种用于无线电力传输的电力传输板，包括: a.线圈； b.电力发送器，其具有扫频发生器，该扫频发生器与所述线圈耦合以通过所述线圈提供频率变化的信号，从而生成可变磁场；以及 c.控制器，与所述线圈和与所述扫频发生器耦合，其中，当要充电的一个或多个便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板被配置为对于每个便携式电子设备确定与从所述电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率，并且使电力传输信号的频率循环经过所确定的所述一个或多个便携式电子设备的谐振频率。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电力传输板还被配置为确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目并且根据所确定的数目来调整所述电力传输信号的电力传输水平。
3.一种用于无线电力传输的系统，包括: a.要充电的一个或多个便携式电子设备；以及 b.电力传输板，被配置为生成可变磁场，并且其中当所述一个或多个便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板被配置为对于每个便携式电子设备确定与从所述电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率，并且使电力传输信号的频率循环经过所确定的所述一个或多个便携式电子设备的谐振频率。
4.如权利要求3所述的 系统，其中，所述电力传输板还被配置为确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目并且根据所确定的数目来调整所述电力传输信号的电力传输水平。
5.一种用于无线电力传输的系统，包括: a.电力传输板，包括: 1.第一线圈； ?.电力发送器，其具有扫频发生器，该扫频发生器与所述第一线圈耦合以通过所述第一线圈提供频率变化的信号，从而生成可变磁场；以及 ii1.控制器，与所述第一线圈和与所述扫频发生器耦合； b.要充电的一个或多个便携式电子设备，每个便携式电子设备包括: 1.第二线圈；以及 i1.电力接收器，与所述第二线圈耦合，被配置为经由所述第二线圈接收从所述电力传输板传递来的能量， 其中当所述一个或多个便携式电子设备被定位在由所述电力传输板生成的所述可变磁场内时，所述控制器被配置为确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目，根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平，为每个便携式电子设备确定与从所述电力传输板到该便携式电子设备的最大能量传递相对应的谐振频率，并且使所述电力传输信号的频率循环经过所确定的所述一个或多个便携式电子设备的谐振频率。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述电力发送器和所述控制器包括电源管理器，该电源管理器被配置为根据当前在充电的便携式电子设备的数目来调整所述电力传输信号的电力传输水平和频率。
7.如权利要求5所述的系统，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备被定位在由所述电力传输板生成的所述可变磁场内时，在该便携式电子设备与所述电力传输板之间执行握手协议，并且其中所述电力传输板被配置为通过对握手协议的数目计数来确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目。
8.如权利要求5所述的系统，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板被配置为通过确定要充电的便携式电子设备的更新后数目来再校准所述电力传输水平，并且根据所确定的更新后数目来调整所述电力传输水平。
9.如权利要求8所述的系统，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板还被配置为使所述电力传输信号的频率循环经过所确定的更新后数目的便携式电子设备的谐振频率。
10.如权利要求5所述的系统，其中，每个便携式电子设备包括谐振回路，该谐振回路包括所述第二线圈，并且与最大能量传递相对应的谐振频率包括该谐振回路的谐振频率。
11.如权利要求5所述的系统，其中，所述电力接收器还包括电力管理块，该电力管理块被配置为监视便携式电子设备电池的充电水平，并且被配置为生成充电水平状态信号。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述充电水平状态信号包括在电池被充满电时的电力传输终止信号。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述充电水平状态信号经由所述第二线圈和所述第一线圈被发送到所 述电力发送器。
14.如权利要求5所述的系统，其中，每个便携式电子设备还包括与所述电力接收器耦合的电池充电器。
15.如权利要求5所述的系统，其中，确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且当充电电流对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。
16.如权利要求5所述的系统，其中，确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且选择与最高充电电流相对应的特定频率作为谐振频率。
17.如权利要求5所述的系统，其中，确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视所述电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且当阻抗的变化对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。
18.如权利要求5所述的系统，其中，确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视所述电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且确定谐振频率还包括选择与阻抗的最大变化相对应的特定频率作为谐振频率。
19.如权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个便携式电子设备被配置为向彼此提供通信信号。
20.一种电力传输板与要充电的一个或多个便携式电子设备之间的无线电力传输的方法，该方法包括:a.将所述电力传输板配置有第一线圈和扫频发生器，并且将每个便携式电子设备配置有第二线圈； b.通过向所述第一线圈应用所述扫频发生器来生成可变磁场； c.测量响应于所述可变磁场的一个或多个系统特性； d.根据测量到的系统特性来确定每个便携式电子设备的谐振频率； e.使电力传输信号的频率循环经过所确定的所述一个或多个便携式电子设备的谐振频率；以及 f.将所述电力传输信号从所述电力传输板发送到所述一个或多个便携式电子设备。
21.如权利要求20所述的方法，还包括: g.确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目；以及 h.根据所确定的数目来调整电力传输信号的电力传输水平。
22.如权利要求21所述的方法，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备被定位在由所述电力传输板生成的所述可变磁场内时，在该便携式电子设备与所述电力传输板之间执行握手协议，并且其中所述电力传输板被配置为通过对握手协议的数目计数来确定被定位在所述可变磁场内的便携式电子设备的数目。
23.如权利要求21所述的方法，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板被配置为通过确定要充电的便携式电子设备的更新后数目来再校准所述电力传输水平，并且根据所确定的更新后数目来调整所述电力传输水平。
24.如权利要求20所述的方法，其中，当所述一个或多个便携式电子设备中的一个便携式电子设备变得充满电，被从可变磁场中移除时，或者新的便携式电子设备被定位在所述可变磁场内时，所述电力传输板还被配置为使所述电力传输信号的频率循环经过所确定的剩余便携式电子设备的谐振频率。
25.如权利要求20所述的方法，其中，所述系统特性包括便携式电子设备的充电电流，并且确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且当充电电流对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。
26.如权利要求20所述的方法，其中，所述系统特性包括便携式电子设备的充电电流，并且确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视便携式电子设备的充电电流，并且选择与最高充电电流相对应的特定频率作为谐振频率。
27.如权利要求20所述的方法，其中，所述系统特性包括所述电力传输板上的阻抗，并且确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视所述电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且当阻抗的变化对于特定频率超过阈值水平时，确定该特定频率是谐振频率。
28.如权利要求20所述的方法，其中，所述系统特性包括所述电力传输板上的阻抗，并且确定谐振频率包括在所述扫频发生器使传输频率扫过一扫频频谱的同时监视所述电力传输板上的阻抗，其中阻抗的变化对应于去到便携式电子设备的能量传递，并且确定谐振频率还包括选择与阻抗的最大变化相对应的特定频率作为谐振频率。
29.如权利要求20所述的方法，其中，每个便携式电子设备包括谐振回路，该谐振回路包括所述第二线圈，并且所确定的谐振频率对应于该谐振回路的谐振频率。
30.如权利要求20所述的方法，还包括监视便携式电子设备电池的充电水平，并且生成充电水平状态信号。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述充电水平状态信号包括在电池被充满电时的电力传输终止信号。
32.如权利要求30所述的方法，还包括从便携式电子设备向所述电力传输板发送所述充电水平状态信号。
33.如权利要求20所述的方法，还包括在所述一个或多个便携式电子设备之间提供通信 信号。
【文档编号】H02J17/00GK104052167SQ201410109299
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】M·泰利福斯 申请人:弗莱克斯电子有限责任公司