用于将功率发射到接收机的系统和方法与流程
本申请总体涉及无线充电系统以及在此类系统中使用的硬件和软件部件。
背景技术：
关于以无线方式向电子设备发射能量，其中接收机设备可消耗传输的能量并将其转换成电能，已有多次尝试。然而，大多数常规技术无法发射能量至任何有意义的距离。例如，磁谐振无需电子设备连线到功率谐振器即可向设备供应电力。然而，该电子设备被要求邻近于功率谐振器的线圈(即，在磁场内)。其它常规方案并未设想到针对正在对其移动设备充电的用户的用户移动性，或者此类方案不允许设备位于可操作性的狭窄窗口之外。
以无线方式为远程电子设备供电要求用于识别电子设备在功率发射设备的传输场中的位置的手段。常规系统通常试图将电子设备置于邻近的位置，因此没有能力在电子设备可能会到处移动的例如大型咖啡店、住户、写字楼或其它三维空间中识别并映射可用设备的频谱以进行充电。此外，需要一种针对两方面：即方向性目的和功率输出调制，来管理功率波产生的系统。由于很多常规系统并未设想到其所服务的电子设备会大范围移动，故而还需要一种用于动态和准确地跟踪功率发射设备可服务的电子设备的手段。
无线功率传输可能需要满足某些法规要求。可能要求这些发射无线能量的设备遵守针对人类或其它生物的电磁场(emf)暴露保护标准。美国和欧洲标准就功率密度极限和电场极限(以及磁场极限)定义了最大暴露极限。这些极限中的某些是由联邦通信委员会(fcc)针对最大容许暴露(mpe)制定的，某些极限是由欧洲监管者针对辐射暴露制定的。由fcc针对mpe制定的极限编制于法典47cfr§1.1310中。对于微波范围内的电磁场(emf)频率，功率密度可用于表达暴露强度。功率密度被定义为每单位面积的功率。例如，功率密度通常可用如下方式来表达：每平方米的瓦特数(w/m2)、每平方厘米的毫瓦特数(mw/cm2)或每平方厘米的微瓦特数(μw/cm2)。
相应地，期望适当地管理用于无线功率传输的系统和方法以满足这些法规要求。需要这样一种用于无线功率传输的手段：合并各种安全技术，以保证传输场中的人类或其它生物不会暴露于在接近或高于法规极限或其它标称极限的emf能量中。需要这样一种实时监控和跟踪传输场中的物体的手段，并提供一种控制功率波的产生以调整为与传输场中的环境相适应的手段。
技术实现要素：
本文公开的系统和方法旨在解决现有技术中的缺陷，同时还可提供额外或替代的优点。本文公开的实施例可生成并发射功率波，所述功率波的物理波形特性(例如，频率、幅度、相位、增益、方向)导致功率波在传输场中的预定位置收敛，以生成能量口袋。与正在由无线充电系统供电的电子设备相关联的接收机可从这些能量口袋提取能量，随后将该能量转换成与接收机相关联的该电子设备可用的电功率。所述能量口袋可表现为三维场(例如，传输场)，其中能量可由位于能量口袋中或附近的接收机收获。在某些实施例中，发射机可通过基于从传感器输入的传感器数据调节功率水平或避开特定物体调整功率波的传输来实现自适应口袋形成。一种用于识别传输场中的接收机的技术可用来确定应在哪里形成能量口袋以及应将功率波发射到哪里。这种技术可得到热图数据，这是一种制图数据，可存储在映射存储器中，以供稍后参考或计算。这些传感器可生成传感器数据，所述传感器数据可识别功率波应避开的区域。此传感器数据可为制图数据的补充或替代形式，其也可存储在映射存储器中以供稍后参考或计算。
在一个实施例中，一种处理器实现的方法包括：发射机基于来自传感器的指示要避开的区域的传感器数据和来自指示包含接收机的区域的通信信号的热图数据，来确定传输场中待发射一个或多个功率波的位置，以及所述发射机基于所述位置将所述一个或多个功率波发射到所述传输场中，其中所述一个或多个功率波在所述位置处收敛。
在另一实施例中，一种处理器实现的方法包括：响应于发射机从一个或多个传感器接收到传感器数据：所述发射机基于所述传感器数据识别敏感物体在传输场中的位置；响应于从接收机接收到指示所述接收机在所述传输场中的位置的反馈信号：所述发射机确定所述传输场中的口袋位置，其中所述口袋位置与所述敏感物体的位置超过阈值距离，并且至少邻近所述接收机的所述位置；以及所述发射机向所述传输场中的所述口袋位置发射所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种系统包括：发射机，所述发射机包括：传感器，被配置为检测传输场中的敏感物体，并生成指示所述敏感物体的位置的传感器数据；以及通信部件，被配置为与一个或多个接收机进行传送一个或多个通信信号的通信，其中所述发射机被配置为：在从所述传感器接收到传感器数据时，识别敏感物体在所述传输场中的位置，响应于所述发射机从接收机接收到指示所述接收机在所述传输场中的位置的反馈通信信号，确定所述传输场中的口袋位置，所述口袋位置与所述敏感物体的位置超过阈值距离，并且至少邻近所述接收机的位置，并且向所述传输场中的口袋位置发射所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种计算机实现的方法包括：用户设备的通信部件从发射机接收指示由所述发射机发射的一个或多个功率波的一个或多个特性的通信信号，至少一个特性是所述一个或多个功率波的功率水平；所位于接收机位置的所述用户设备识别从所述一个或多个功率波接收的能量的量；所述用户设备确定能量口袋的口袋位置，其中，所述口袋位置是具有所述一个或多个特性的所述一个或多个功率波在所述传输场中收敛的地方；并且当所述口袋位置具有比接收机位置更高的功率水平时，所述用户设备生成并显示具有指示相对于所述接收机位置到所述口袋位置的方向的指示符的用户界面。
在另一实施例中，一种用户设备包括：无线通信部件，被配置为从发射机接收包含指示一个或多个功率波的一个或多个特性的一个或多个参数的通信信号；一个或多个天线，被配置为从由在口袋位置处收敛的一个或多个功率波形成的能量口袋收集功率；以及接收机处理器，被配置为识别从所述一个或多个功率波接收的能量的量；基于在所述通信信号中接收的一个或多个参数，来识别在所述一个或多个功率波中发射的能量的量；确定所述口袋位置；以及生成并显示具有指示相对于接收机位置到所述口袋位置的方向的指示符的用户界面。
在另一实施例中，一种计算机实现的方法包括：发射机向传输场中多个段中的每一个发射低功率波；响应于所述发射机从接收机接收到包含指示包含所述接收机的段的数据的通信信号，所述发射机发射被配置为在包含所述接收机的所述段处收敛的一个或多个功率波。
一种计算机实现的方法，包括：发射机设备向与所述发射机设备相关联的传输场发射一个或多个功率波和通信信号，所述通信信号包含定义所述一个或多个功率波的一个或多个特性的第一组传输参数；响应于所述发射机从接收机设备经由通信信号接收到指示所述接收机在所述传输场中的位置的设备数据：所述发射机设备根据所述设备数据向所述传输场的子段发射第二组传输参数，所述第二组传输参数定义所述一个或多个功率波的一个或多个特性；所述发射机设备基于定义一个或多个精炼特性的一组一个或多个精炼参数，来确定所述一个或多个功率波的一个或多个精炼特性，所述精炼参数基于从接收机设备接收的指示所述子段中的精炼位置的精炼位置数据；所述发射机根据所述一组精炼参数，生成具有所述一个或多个精炼特性的一个或多个精炼功率波；以及所述发射机将所述一个或多个精炼功率波发射到所述传输场额所述子段，从而在所述精炼位置处形成能量口袋。
在另一实施例中，一种无线功率系统，包括：映射存储器，包括被配置为存储包含针对一个或多个接收机的数据的一个或多个接收机记录的非易失性机器可读存储介质；与传输场相关联的一个或多个发射机，一发射机包括：天线阵列，其被配置为向传输场的一个或多个段发射探索功率波；通信部件，被配置为向所述传输场的各个段发射指示被发射到相应段的探索功率波的一个或多个特性的一组参数，并且在从第一段中一位置处的接收机设备接收到指示所述接收机位于第一段中的位置数据时，向第一段的一子段发射指示被发射到该子段的第二探索功率波的一个或多个精炼特性的第二组参数；以及发射机处理器，被配置为基于针对所述传输场的各个段的一个或多个参数，确定针对探索波的一个或多个特性，以及在从所述接收机接收到第一段位置数据时，确定针对第二探索功率波的一个或多个精炼特性。
在另一实施例中，一种设备实现的方法，包括：发射机从接收机经由通信信道接收通信信号，所述通信信号包含识别所述接收机在与所述发射机相关联的传输场中的第一位置的一个或多个参数；在接收到所述一个或多个参数时：所述发射机将针对所述接收机的所述一个或多个参数存储在映射存储器中，所述映射存储器包括被配置为存储所述一个或多个参数的非易失性机器可读存储介质；以及所述发射机根据所述一个或多个参数将所述一个或多个功率波发射到所述第一位置；以及在从所述接收机接收到一个或多个更新后的参数时：所述发射机根据所述一个或多个更新后的参数将所述一个或多个功率波发射到第二位置。
在另一实施例中，一种无线充电系统，包括：映射存储器数据库，被寄宿(hosted)于非易失性机器可读存储介质中，所述非易失性机器可读存储介质被配置为存储与一个或多个发射机相关联的传输场中的一个或多个位置的一个或多个记录；以及发射机，包括：通信部件，被配置为从接收机接收包含识别所述接收机的第一位置的一个或多个参数的通信信号；以及天线阵列，包括一个或多个天线，所述天线被配置为将一个或多个功率波发射到所述传输场中的所述第一位置，以及当通信部件接收到一个或多个更新后的参数时，根据所述一个或多个更新后的参数向所述传输场中的所述第二位置发射所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种设备实现的方法，包括：发射机向包括多个段的传输场的第一段发射探索波；所述发射机在从接收机接收到指示所述接收机在所述第一段的一子段中接收到所述探索波的通信信号时，确定所述第一段的所述子段。
在另一实施例中，一种方法，包括：发射机向传输场的多个子段顺序发射针对所述传输场中的各个段的探索功率波和通信信号，其中，被发射到各个段的通信信号包含指示所述探索功率波被发射到的相应段的数据；在从所述传输场的第一段中的第一位置处的接收机接收到响应消息时，所述发射机向所述第一段的一个或多个子段顺序发射针对所述第一段的各个子段的探索功率波和通信信号，其中，被发射到各个子段的通信信号包含指示所述探索功率波被发射到的相应子段的数据；所述发射机确定待发射到在所述第一位置处的所述接收机的一个或多个功率波的一个或多个特性的集合；以及所述发射机生成具有所述一个或多个特性的一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种无线充电系统，包括：映射数据库，包括被配置为存储传输场中的一个或多个接收机的一个或多个记录的非易失性机器可读存储介质；以及发射机，包括：一个或多个天线的阵列，其被配置为根据发射机处理器发射具有一个或多个特性的一个或多个功率波；通信部件，被配置为根据所述发射机处理器与一个或多个接收机进行以传送一个或多个通信信号的通信；以及所述发射机处理器，包括指令，所述指令用于使所述发射机：向传输场的多个段顺序发射针对所述传输场中各个段的探索功率波和通信信号，其中被发射到各个段的通信信号包含指示所述探索功率波被发射到的相应段的数据；在从所述传输场的第一段中的第一位置处的接收机接收到响应消息时，向所述第一段的一个或多个子段顺序发射针对所述第一段中各个子段的探索功率波和通信信号，其中被发射到各个子段的通信信号包含指示所述探索功率波被发射到的相应子段的数据；确定待发射到所述第一位置处的所述接收机的一个或多个功率波的一个或多个特性的集合；以及生成具有所述一个或多个特性的所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种计算机实现的方法，包括：接收机设备从发射机设备接收探索功率波和通信信号，所述通信信号基于所述探索功率波请求反馈通信信号；所述接收机发射包含指示所述接收机在传输场中相对于所述发射机的位置的数据的反馈通信信号；所述接收机接收第二探索功率波和第二通信信号，所述第二通信信号基于所述第二探索功率波请求第二反馈通信信号；以及所述接收机发射包含指示所述接收机在所述传输场中相对于所发射机的相比更细粒度位置的数据的第二反馈通信信号。
在另一实施例中，一种接收机设备，包括：天线阵列，其包括一个或多个天线，一天线被配置为接收一个或多个功率波，并从所述一个或多个功率波捕获能量；通信部件，被配置为从发射机接收一个或多个通信信号；以及接收机处理器，其命令所述接收机：从发射机设备接收探索功率波和通信信号，所述通信信号基于所述探索功率波请求反馈通信信号；发射包含指示所述接收机在传输场中相对于所述发射机的位置的数据的反馈通信信号；接收第二探索功率波和第二通信信号，所述第二通信信号基于所述第二探索功率波请求第二反馈通信信号；以及发射包含指示所述接收机在所述传输中相对于所发射机的相比更细粒度位置的数据的第二反馈通信信号。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，包括：与发射机通信的至少一个传感器获取指示电气装置的存在的数据；所述发射机根据存储在数据库中的记录中存储的数据来确定所述电气装置是否是被指定用于从所述发射机接收功率的接收机；以及所述发射机在确定所述电气装置被指定用于从所述发射机接收功率时，向所述电气装置发射一个或多个功率波，其中所发射的一个或多个功率波在三维空间中收敛，以在与所述电气装置相关联的位置处形成一个或多个能量口袋。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的发射机，包括：至少两个天线；控制器，被配置为控制由所述发射机通过所述至少两个天线广播的功率波在三维空间中收敛以形成一个或多个能量口袋；数据库，可操作地连接到所述控制器，包括针对被指定为从所述发射机接收功率的设备的识别信息；以及至少一个传感器，被配置为感测电气装置的存在，并将指示所述电气装置的存在的数据传送到所述控制器；其中，所述控制器将所述指示所述电气装置的存在的数据与所述识别信息进行比较，以确定所述设备是否被指定为从所述发射机接收功率，并且如果所述设备被指定为从所述发射机接收功率，则所述发射机通过所述至少两个天线广播所述功率波，所述功率波在所述三维空间中收敛以形成一个或多个能量口袋，从而供所述电气装置接收以对所述电气装置充电或供电。
一种用于无线功率传输的方法，包括：与发射机通信的至少一个传感器获取指示电气装置的存在的数据；所述发射机将所述指示电气装置的存在的数据与针对被指定为从所述发射机接收功率的设备的识别信息进行匹配；以及所述发射机发射功率波，所述功率波在三维空间中收敛以形成一个或多个能量口袋，从而对所述电气装置充电或供电。
在另一实施例中，一种设备实现的方法包括：发射机从标记设备接收设备标记，所述设备标记包含指示第一接收机设备的第一位置的数据；所述发射机基于由所述设备标记指示的所述第一位置，来确定待发射到所述第一接收机设备的一个或多个功率波的一个或多个特性；以及所述发射机将具有所述一个或多个特性的所述一个或多个功率波发射到所述设备标记所指示的所述第一位置。
在另一实施例中，一种系统，包括：映射存储器，被配置为存储一个或多个接收机的一个或多个记录，各个记录包含指示接收机的位置的数据；标记设备，被配置为生成包含针对接收机的标记数据的设备标记，所述标记数据被配置为生成指示所述接收机的位置的数据以及用于使一个或多个发射机将一个或多个功率波发射到所述接收机的位置的指令；以及发射机，包括天线阵列，所述天线阵列被配置为将一个或多个功率波发射到存储器数据库中针对接收机的设备标记所指示的接收机的位置。
在另一实施例中，一种系统，包括：发射机，所述发射机被配置为从连接到所述发射机的传感器设备接收传感器数据，确定所述传感器数据是否识别出要避开的物体，以及发射避开所述物体的一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，包括：发射机发射功率波，所述功率波在三维空间中收敛，以在预定位置处形成一个或多个第一能量口袋，以供接收机的天线元件接收，其中所述接收机被配置为在所述预定位置处从所述一个或多个第一能量口袋收获功率；与所述发射机通信的至少一个传感器获取指示生物或敏感物体的存在的数据；所述发射机基于所述指示生物或敏感物体的存在的数据来获取与所述生物或敏感物体的位置相关的信息；以及所述发射机响应于所述与所述生物或敏感物体的位置相关的信息，确定是否要调整所述功率波的功率水平，所述功率波在所述三维空间中收敛，以在所述预定位置形成一个或多个第一能量口袋。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的发射机，包括：至少两个天线；控制器，被配置为控制由所述发射机通过所述至少两个天线广播的功率波，所述功率波在三维空间中收敛，以在预定位置处形成一个或多个能量口袋，以供接收机的天线元件接收；容纳所述至少两个天线的发射机外壳；以及位于所述发射机外壳上的至少一个传感器，用于感测生物或敏感物体的存在，并将指示所述生物或敏感物体的存在的数据传送到所述控制器；其中，所述控制器响应于所述与所述生物或敏感物体的位置相关的数据，确定是否要调整所述功率波的功率水平，所述功率波在所述三维空间中收敛，以在所述预定位置形成一个或多个能量口袋。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，包括：发射机发射功率波，所述功率波在三维空间中收敛，以在预定位置处形成一个或多个能量口袋，以供接收机的天线元件接收，其中所述接收机在所述预定位置处从所述一个或多个能量口袋收获功率；与所述发射机通信的多个传感器获取指示生物或敏感物体的存在的数据；所述发射机基于所述指示生物或敏感物体的存在的数据来获取与所述生物或敏感物体的位置相关的信息；以及所述述与所述生物或敏感物体的位置相关的数据指示所述生物或敏感物体邻近所述三维空间中的所述预定位置时，所述发射机至少降低所述功率波的功率水平，所述功率波在所述三维空间中收敛，以在所述预定位置形成一个或多个能量口袋。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，包括：发射机通过将接收机位置和一个或多个功率波的路径与待排除于功率波接收之外的实体的存储位置相比较，来确定是否要向所述接收机位置发射所述一个或多个功率波；以及在确定待排除的实体不在所述接收机位置且不在所述路径中时，所述发射机发射在所述接收机位置收敛的所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的发射机，包括：至少两个天线；可操作地连接到控制器的数据库，包括指示待排除于一个或多个功率波接收之外的实体在传输场中的位置的存储位置；以及所述控制器，被配置为控制由所述发射机通过所述至少两个天线广播的一个或多个功率波，所述功率波在三维空间中收敛，以在接收机位置处形成一个或多个能量口袋，其中所述控制器被配置为确定待排除的实体的存储位置是否在所述接收机位置处或者在所述一个或多个功率波在被发射时到所述接收机位置的路径中，并在确定所述待排除的实体不在所述接收机位置处或者到所述接收机位置的路径中时，发射所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，包括：发射机从标记设备接收设备标记，所述设备标记包含指示待排除于功率波接收之外的实体的第一位置；所述发射机确定接收机的第二位置及一个或多个功率波到所述接收机的路径；所述发射机确定所述设备标记所指示的第一位置是否与所述第二位置相同，或者是否在所述一个或多个功率波的路径中；以及当所述第一位置与所述第二位置不同或者所述第一位置不在所述一个或多个功率波的路径中时，所述发射机发射所述一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种在无线功率传输系统中的方法，该方法包括：发射机确定由传感器数据和映射数据指示的一个或多个参数；所述发射机基于所述一个或多个参数来确定所述一个或多个功率波的输出频率；所述发射机基于所述一个或多个参数以及一个或多个天线阵列中的每一个中的一个或多个天线之间的间隔来在所述发射机的所述一个或多个天线阵列中选择一个或多个天线；以及所述发射机使用所述输出频率和所选择的天线来发射一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：一个或多个发射机，所述一个或多个发射机中的每一个包括：一个或多个天线阵列，所述一个或多个天线阵列中的每一个包括被配置为发射功率波的一个或多个天线；微处理器，被配置为基于一个或多个参数通过如下方式来调整功率波的传输：选择一个或多个额外的发射机，改变功率波的输出频率，改变一个或多个天线阵列中天线的选集，或选择天线以调整所述一个或多个天线阵列中的每一个中的一个或多个天线之间的间隔，以形成能量口袋，从而对电子设备供电。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，该方法包括：发射机基于映射数据和传感器数据确定一个或多个传输参数；所述发射机确定功率波的与所述一个或多个传输参数相对应的一个或多个特性，其中所述一个或多个特性包括幅度和频率；所述发射机的波形发生器根据所述一个或多个传输参数生成具有所述一个或多个特性的一个或多个功率波，其中所述一个或多个功率波为非连续波；以及所述发射机的波形发生器基于对与功率波的一个或多个特性相对应的所述一个或多个传输参数的一个或多个更新来调整所述一个或多个功率波的频率和幅度。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：一个或多个发射机，被配置为基于映射数据和传感器数据来确定一个或多个传输参数，所述一个或多个发射机中的每一个包括：被配置为发射功率波的一个或多个天线阵列，所述一个或多个天线阵列中的每一个包括一个或多个天线；以及波形发生器，被配置为生成一个或多个功率波，其中所述一个或多个功率波为非连续波，并且其中所述波形发生器进一步被配置为基于所述一个或多个传输参数调整频率和幅度的增减。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的方法，该方法包括：所述发射机接收与所述发射机的传输场中的一个或多个物体所关联的位置相关的位置数据；所述发射机发射在目标电子设备的位置收敛以形成能量口袋的一个或多个功率波；以及所述发射机发射在所述一个或多个物体的位置处收敛形成零空间的一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：一个或多个发射机，所述一个或多个发射机中的每一个包括一个或多个天线阵列，所述一个或多个天线阵列中的每一个包括一个或多个天线，所述一个或多个天线基于一个或多个物体的位置在所述一个或多个发射机的传输场中的接收位置数据，发射在所述位置处生成零空间的一个或多个功率波。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：一个或多个发射机，所述一个或多个发射机中的每一个包括一个或多个天线阵列，所述一个或多个天线阵列被配置为发射一个或多个功率波，其中第一天线阵列的第一天线与第二天线阵列的第二天线相隔一距离，使得由所述多个天线发射的所述一个或多个功率波被定向为形成能量口袋，以对目标电子设备供电，其中所述发射机被配置为基于在来自目标电子设备的通信信号中接收的一个或多个参数来确定第一天线与第二天线之间的距离。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：发射机，其包括：一个或多个天线阵列，所述一个或多个天线阵列中的每一个包括多个天线，每个天线被配置为发射一个或多个功率波；以及微处理器，被配置为基于使用所述一个或多个功率波定向能量口袋的目标，激活所述多个天线中的第一组天线，其中，所述第一组天线是基于第一组天线中天线之间的距离而从所述多个天线中选择的。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：发射机，其包括至少两个天线阵列，其中所述至少两个天线阵列中的每一个包括被配置为发射一个或多个功率波的至少一行或至少一列天线；以及微处理器，被配置为控制功率波从所述两个天线阵列中的一个或多个天线的传输，其中所述至少两个阵列中的第一阵列位于三维空间中的第一平面上，所述至少两个阵列中的第二阵列位于三维空间中的第二平面上，所述第一平面与第二平面相隔预定义距离的偏移量。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：发射机，其包括一个或多个天线，所述一个或多个天线被配置为发射用于形成能量口袋的一个或多个功率波，以为目标电子设备供电，其中所述一个或多个天线位于选自凹形和凸形构成的组的三维阵列的非平面形天线阵列表面上。
在另一实施例中，一种用于无线功率传输的系统，该系统包括：发射机，其包括一个或多个天线，所述一个或多个天线被配置为发射一个或多个功率波，其中所述一个或多个天线位于选自凹形和凸形构成的组的三维阵列的非平面形天线阵列表面上，并且其中所述一个或多个天线位于相对于彼此3到6英尺的深度处，使得由所述一个或多个天线中的每一个发射的一个或多个功率波被定向为形成能量口袋，以为目标电子设备供电。
附图说明
以下附图构成本说明书的一部分并示出本发明的实施例。参考以下附图可以更好地理解本公开。附图中的部件不一定按比例绘制，而是着重于示出本公开的原则。
图1示出根据一示例性实施例的示例性无线充电系统的部件。
图2示出根据一示例性实施例的发射机定位发射场中的接收机的示例性方法。
图3示出无线充电系统的部件，该系统用于跟踪及更新用于所述示例性系统的发射场的图数据，其中所述示例性系统执行根据一示例性实施例的用于定位接收机的示例性方法。
图4示出根据一示例性实施例的利用热图标识接收机的示例性无线功率系统。
图5示出根据一示例性实施例的以无线方式发射功率的示例性方法。
图6示出根据一示例性实施例的使用传感器进行无线功率发射的步骤。
图7示出根据一示例性实施例的使用传感器进行无线功率发射的步骤。
图8示出根据一示例性实施例的使用传感器进行无线功率发射的步骤。
图9示出根据一示例性实施例的使用传感器进行无线功率发射的步骤。
图10示出根据一示例性实施例的能量口袋的生成，以为无线功率发射系统中的一个或多个电子设备供能。
图11示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的能量口袋的生成。
图12示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的能量口袋的形成图式。
图13示出根据一示例性实施例的形成用于无线功率发射系统中的一个或多个设备的能量口袋的方法。
图14a示出根据一示例性实施例的形成无线功率发射系统中的能量口袋的波形。
图14b示出根据一示例性实施例的形成无线功率发射系统中的能量口袋的波形。
图15示出根据一示例性实施例的生成无线功率发射系统中的波形的方法。
图16示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中空值空间(nullspace)的形成。
图17示出根据一示例性实施例的形成无线功率发射系统中空值空间的方法。
图18示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统的天线阵列中天线的设置。
图19示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中多个天线阵列的设置。
图20示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中多个天线阵列的设置。
图21示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图22a以及图22b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图22c示出由如图22a以及22b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图23a以及23b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图23c示出由如图23a以及22b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图24a以及24b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图24c示出由如图24a以及24b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图25a以及25b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图25c示出由如图25a以及25b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图26a以及26b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图26c示出由如图26a以及26b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图27a以及27b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图27c示出由如图27a以及27b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图28a以及28b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图28c示出由如图28a以及28b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图29a以及29b示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图29c示出由如图29a以及29b中所示根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置所致的能量口袋的尺寸。
图30示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图31示出根据一示例性实施例的无线功率发射系统中的天线阵列配置。
图32示出根据一示例性实施例的形成无线功率发射系统中的能量口袋的方法。
具体实施方式
参考附图中示出的实施例对本公开进行具体说明，附图构成本公开的一部分。在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其它实施例和/或做出其它改变。在本具体实施方式中描述的示例性实施例并不用于限制本文呈现的主题。
现参考附图中示出的所述示例性实施例使用特定用语进行描述。并不意图对本发明的范围进行限制。掌握本公开的相关领域中技术人员会对这里所示的创造性特征进行变更和进一步的修改，以及对这里所示的本发明的原则进行附加应用，所述变更、修改和应用应视为落入本发明的范围。
以下说明中，所述“发射机”可以指设备，该设备包括可以生成并发射一个或多个功率波，例如射频(rf)波，的芯片，其中至少一个rf波具有相对其它rf波的相移以及增益调整，且基本上所有所述波通过一个或多个天线，使得聚焦的rf波指向目标。“接收机”可以指设备，该设备包括至少一根天线，至少一个整流电路，以及至少一个功率转换器，其可以利用能量口袋为电子设备供能或充电。“口袋形成”可以指生成在发射场中汇聚的一个或多个rf波，形成受控的能量口袋以及空值空间。“能量口袋”可以指空间的区或区域，在该区或区域，基于波汇聚引起相长干涉，能量或功率可以积聚。所述“空值空间”可以指未形成能量口袋的空间的区或区域，其可以由波在该区或区域的相消干涉引起。
能量口袋可以在所述发射机所发射的功率波的相长干涉图样的位置形成。所述能量口袋可以表现为三维场，其中的能量可以被处于所述能量口袋中或其附近的接收机所收割。由发射机在口袋形成过程中产生的所述能量口袋可以被接收机收割，转换为电荷，然后提供给与所述接收机相关联的电子设备(例如膝上电脑，智能手机，可充电电池)。在某些实施例中，多个发射机和/或多个接收机可以向各种电子设备供能。所述接收机可以独立于所述电子设备，或与所述电子设备集成在一起。
在某些实施例中，发射机可以通过调整所述功率波的发射进行适应性的口袋形成过程，以便基于从传感器输入的传感器数据来调节功率水平。在一实施例中，适应性的口袋形成降低给定位置处的功率波的功率水平(测量为，例如，功率密度)。例如，适应性的口袋形成可以降低汇聚在空间中3d位置或区域处的功率波的功率水平，从而响应于指示该位置附近的生命或敏感目标的传感器读数，降低或完全消除用于在该位置形成一个或多个能量口袋的能量量。在其它实施例中，适应性的口袋形成使用“相消干涉”减少、降低或防止集中在该位置的功率波的能量。例如，发射机可以使用“相消干涉”减少一个或多个传感器所感知的集中在目标位置处的功率波的能量，其中所述目标在发射机的数据库中被标识或“标记”为不接收功率。在另一实施例中，响应于指示空间中3d位置或区域附近的生命或敏感目标的传感器读数，适应性的口袋形终止功率波在该位置处汇聚形成一个或多个能量口袋。
适应性的口袋形成可以使用这些技术的结合响应来自传感器的数据。例如，当向空间中3d区域发射功率波产生一个或多个具有高功率密度的能量口袋时，使用能检测目标、生命和/或敏感目标的存在和/或运动的传感器，基于一系列不同时刻的传感器读数，当来自传感器的存在和/或运动数据指示欲回避的目标例如生命和/或敏感目标的存在和/或运动，作为响应，发射机可以降低所述功率波的功率水平。在某些情况下，当来自传感器的位置数据指示所述生命或敏感目标到达或即将到达空间的所述含有能量口袋的3d区域内，所述发射机可以终止或调整所述功率波。
可以由所述接收机或所述发射机使用外部电源和本地振荡器芯片，在某些情况下可以包括使用压电材料，来产生通信信号。通信信号可以为rf波或任何其它能在处理器间交换数据的通信介质或协议，例如蓝牙
发射机和接收机可以使用通信信号交换带有数字数据的无线信号形式的、与所述接收机和/或所述发射场相关的更一般的信息，其可以包括图数据、热图数据、所述具体无线协议特有的数据等等。发射机可以使用通过所述通信信号交换的数据中的信息作为输入参数，用于确定如何产生以及发射用于所述发射场中的接收机的功率波。即，所述发射机可以使用从一个或多个接收机收集的与发射场相关的数据来确定例如接收机在发射场中何处、朝何处或不朝何处发射功率波、在何处生成能量口袋、所述功率波的物理波形特征、以及使用哪根天线或哪个天线阵列发射所述功率波。本领域普通技术人员会明了任何数目的可能的基于波的技术，包括rf波、超声波、微波、激光、红外线等等均可以用于生成功率波以向接收机提供能量。还会明了所述功率波会具有物理波形特征，例如振幅、频率、方向、功率水平等等。为在所述发射场中具体位置处产生能量口袋，所述发射机可以生成具有具体特征集合的功率波，所述具体特征集合使得所述功率波在所希望的位置汇聚形成能量口袋。在确定所述适当的特征时，所述发射机可以参考所述输入参数，所述输入参数是从所述接收机(通过所述通信信号)、或从其它来源例如图数据库或传感器接收的数据。如上所述，所述发射机还可以使用所述输入参数作出与功率波发射以及接收机识别相关的附加的或替代的判断，例如确定应使用哪根天线或哪个天线阵列生成并发射所述功率波。
虽然本文所述示例性实施例提及使用基于rf的波发射技术，应理解可能利用的无线充电技术并不限于此类技术。相反，应理解存在附加的或替代的无线充电技术，包括任何数目的用于以无线方式向接收机发射能量的技术，所述接收机能将所发射的能量转换为电功率。用于能被接收设备转换为电功率的能量的非限制性的示例性发射技术可以包括：超声波、微波、激光、红外线，或其它形式的电磁能量。对于超声波，例如，可以部署一个或多个换能器(transducer)元件形成换能器阵列向接收设备发射超声波，所述接收设备接收所述超声波并转换为电功率。此外，虽然所述示例性发射机被示为包括均用于rf发射功率以及用于本段提及的其它功率发射方法的可能的多个发射机(发射机天线阵列)的单个单元，所述发射阵列可包括物理上分散于房间内的多个发射机，而不是小型常规结构。
i、示例性无线充电系统的部件
图1示出示例性无线功率发射系统100的部件。所述示例性系统100可以包括发射机101、外部图存储器117、接收机103、以及欲充电的电子设备121。发射机101可以发送各类波131、133、135，例如通信信号131、传感器波133以及功率波135，到发射场中，所述发射场可为发射机101可以向其中发射功率波135的二维或三维空间。
在操作中，发射机101可以发射包括功率波135的功率发射信号，功率波135可以被接收机103捕获，接收机103配置为将功率波135的能量转换为用于与所述接收机103相关联的电子设备121的电能。即，所述接收机103可以包括天线、天线元件、并且可以为与所述接收机103相关联的电子设备121将所捕获的功率波135转换为可用电能源的其它电路。在某些实施例中，发射机101可以通过操控功率波135的特征(例如相位、增益、方向、频率)和/或选择用于发射所述功率波135的发射机天线115的子集，来智能地发射所述功率波135到发射场中。在某些实施方式中，所述发射机101可以操控功率波135的特征，使得功率波135的轨迹导致功率波135汇聚在发射场中的预定位置(例如空间中的3d位置或区域)，引起相长或相消干涉。
相长干涉可以为一种波形干涉的类型，其可以生成于与一个或多个发射机101相关联的发射场中具体位置处的功率波135汇聚处。相长干涉发生时，功率波135汇聚且它们各自的波形特征联合(coalesce)，从而增加在功率波135汇聚的具体位置处集中的能量的量。所述相长干涉可以由这样的功率波135导致，所述功率波135具有的具体波形特征导致在所述发射场中功率波135汇聚的具体位置处发生能量场或“能量口袋”137中的相长干涉。
相消干涉可以为另一种波形干涉的类型，其可以生成于与一个或多个发射机101相关联的发射场中具体位置处的功率波135汇聚处。相消干涉可以发生在当功率波135汇聚在具体位置而它们各自的波形特征彼此相反(即波形相互抵消)，从而减少集中在所述具体位置能量的量。当能量足够时，相长干涉可以导致生成能量口袋，而相消干涉可以导致在所述发射场内功率波135汇聚形成相消干涉的具体位置处生成可忽略的能量量或“空值”。
a.发射机
发射机101可以包括或关联于：处理器(未示出)、通信部件111、传感器113以及天线阵列115。处理器可以控制、管理或支配发射机101的部件、功能以及各种过程。附加地或替换地，发射机101可以包括内部图存储器(未示出)，和/或可以以有线或无线方式连接到外部图存储器117。
i.发射机处理器
发射机101可以包括一个或多个发射机处理器，所述处理器可以配置为处理并交换各类数据(例如热图数据、传感器数据)。附加地或替换地，发射机101的发射机处理器可以管理所述发射机的各种过程和功能的执行，并且可以管理所述发射机101的部件。例如，所述发射机处理器可以确定一时间间隔，通信部件111以所述时间间隔广播信标信号，以识别占据所述发射场的接收机103。又例如，所述处理器可以从通信部件111接收的通信信号131生成热图数据；尔后，基于从传感器113或传感器处理器接收的传感器数据，所述发射机处理器可以确定用于功率波135的最安全最有效的特征。在某些情况下，单个发射机101可以包括单个发射机处理器。但是应该理解，在某些情况下，单个发射机处理器可以控制并支配多个发射机101。例如，所述发射机101可以连接到包括执行软件模块的处理器的服务器计算机(未示出)，所述软件模块指令所述服务器的处理器充当发射机处理器，所述发射机处理器能控制所述各种发射机101的行为。附加地或替换地，单个发射机101可以包括多个处理器，所述多个处理器配置为执行或控制发射机101的行为和部件的规定方面。例如，所述发射机101可以包括发射机处理器以及传感器处理器，其中所述传感器处理器配置为管理传感器113并生成传感器数据，且其中所述发射机处理器配置为管理发射机101的其余功能。
应理解示例性系统100可以包括任何数目的发射机101，例如第一发射机101a以及第二发射机101b，其可以发射波131、133、135到一个或多个发射场中。这样，所述系统100可以包括与发射机101相关联的多个分立的发射场，其中所述发射场可以或可以不部分重叠，而是可以分立地接受发射机处理器的管理。附加地或替换地，所述系统100可以包括发射场，其可以或可以不部分重叠，而是可以作为一统一的发射场接受所述发射机处理器的管理。
ii.发射机的通信部件
通信部件111可以实现与所述系统100的接收机103的双向有线和/或无线通信。在某些情况下，通信部件111可以为嵌入发射机101的部件；而在某些情况下，所述通信部件111可以通过任何有线或无线通信介质附着于所述发射机101。在某些实施例中，所述通信部件111可以为多个发射机101所共享，使得连接到所述通信部件111的每个所述发射机101都可以使用通信部件111在通信信号131内接收的数据。
通信部件111可以包括机电部件(例如处理器、天线)，所述机电部件允许通信部件111与一个或多个接收机103、系统100的其它发射机101和/或所述发射机101的其它部件交换各类数据。在某些实施方式中，这些通信信号131可以代表用于举行通信的独立于所述功率波135和/或所述传感器波133的不同信道。可以基于预定有线或无线协议以及相关硬件以及软件技术使用通信信号131交换所述数据。所述通信部件111可以基于任何数目的通信协议，例如
无线充电设备101、103可以使用所述通信信号131包含的数据来确定所述发射机101如何发射生成能量口袋137的安全有效的功率波135，所述接收机103可以从能量口袋137捕获能量并转换为可用交流电(ac)或直流电(dc)。所述发射机101可以使用通信信号135交换可用数据，所述数据例如用于识别发射场中的接收机103，确定电子设备121或用户是否被授权从所述系统100接收无线充电服务，确定用于功率波135的安全有效的波形特征，以及改善能量口袋137的布置等等可能的功能。类似地，接收机103的通信部件(未示出)可以使用通信信号135交换数据，所述数据可以用于例如警告发射机101所述接收机103已进入或将进入发射场、提供与所述用户或接受所述接收机103充电的电子设备121相关的信息、指示所述功率波135的有效性、提供所述发射机101可以用于调整所述功率波135的更新的发射参数等有用数据。例如，所述发射机101的通信部件111可以交换(即发送和接收)包含各类信息的不同类型的数据(例如鉴权数据、热图数据、发射参数)。所述信息的非限制性的实例可以包括信标消息、发射机标识(txid)、用于电子设备121的设备标识(设备id)、用户标识(用户id)、所述设备121的电池水平，所述接收机103在所述发射场中的位置，所述设备121在所述发射场中的位置等等信息。
iii.发射机传感器
传感器113可以以物理方式关联于(即连接到或作为其部件)发射机101或设备，可以配置为检测并识别系统100和/或发射场的各种状况，然后可以生成用于所述发射机101的传感器数据，从而有助于由发射机101生成和发射功率波135。所述传感器数据可以帮助所述发射机101确定各种操作模式和/或如何适当生成并发射功率波135to，使得所述发射机101可以向接收机103提供安全可靠高效的无线功率。具体地，传感器113可以发射传感器操作期间收集到的传感器数据供发射机101的发射机处理器后续处理。附加地或替换地，所述传感器113可以连接到或容纳一个或多个传感器处理器。传感器处理器可以包括执行各种初级数据处理程序的微处理器，从而所述发射机处理器处接收的传感器数据已经部分或完全预处理为可用于生成功率波135的图数据。
传感器113发射传感器数据至所述发射机101。虽然在所述示例性实施例中被描述为原始传感器数据，但所述传感器数据并不限于原始传感器数据，而是可包括经与所述传感器相关联的处理器、所述接收机、所述发射机或任何其它处理器处理的数据。所述传感器数据可包括从所述传感器得到的信息。经处理的传感器数据可包括基于所述传感器数据的判断。例如，接收机的陀螺仪可以提供原始数据例如x平面、y平面、z平面内的取向；来自所述陀螺仪的经处理的传感器数据可以包括基于所述接收机的取向的对所述接收机的位置或接收机天线的位置进行的判断。再例如，来自接收机的红外线传感器的原始传感器数据可以提供热成像信息，而经处理的传感器数据可以包括基于所述热成像信息对人员141a进行识别。本文中任何提及的传感器数据或原始传感器数据可包括在所述传感器或其它设备处处理过的数据。在某些实施方式中，所述接收机103或与所述接收机103相关联的电子设备的陀螺仪和/或加速度计可以提供传感器数据指示所述接收机或电子设备121的取向103，所述发射机101可以使用所述传感器数据确定是否要发射功率波135至所述接收机103。例如，所述接收机103可以嵌入或附着于电子设备121(例如智能手机、板、膝上电脑)，所述电子设备121包括陀螺仪和/或加速度计，生成传感器数据指示所述电子设备121的取向。所述接收机103然后可以通过通信波131发射所述传感器数据至所述发射机101。在所述实施方式中，所述发射机101可以发射功率波135至所述接收机的位置103，直到所述发射机101通过通信波131接收到由所述陀螺仪和/或加速度计产生的传感器数据，指示所述接收机103或电子设备正在运动或具有一取向，该取向表明所述电子设备121正被使用或邻近人员141a。例如，接收机103可以附着于或嵌入包括陀螺仪和加速度计的智能手机。在该实例中，当所述智能手机在一段时间内平置于桌子141b，所述发射机101可以发射功率波135至所述智能手机。但当所述人员141a将所述智能手机举起至头部，所述加速度计则生成传感器数据指示所述智能手机正在运动且所述陀螺仪生成传感器数据指示所述智能手机具有的二维取向指示所述智能手机贴近所述人员141a耳部。所述发射机101则可从由所述陀螺仪和加速度计产生的传感器数据确定所述智能手机贴近人员141a头部，从而所述发射机101停止发射所述功率波131至与所述智能手机相关联的接收机103。所述发射机101可以根据任何数目的与由陀螺仪和/或加速度计产生的数据相关的预置阈值做出所述判定。
传感器113可为配置为发射传感器波133的设备，传感器波133可为可用于识别发射场中敏感目标141、143(例如人员141、家具143)的任何类型的波。用于所述传感器113的传感器技术的非限制性的实例可以包括：红外线/热电传感器、超声波传感器、激光传感器、光学传感器、多普勒传感器、加速度计传感器、微波传感器、毫米传感器以及rf驻波传感器。适于次级和/或邻近检测传感器的其它传感器技术可以包括谐振lc传感器、电容性传感器以及电感性传感器。传感器113可以基于所使用的传感器波133的具体类型及与所述传感器波133相关联的具体协议生成传感器数据。在某些情况下，所述传感器113可以包括传感器处理器，其可以接收、解释并处理传感器数据，然后由所述传感器113提供给发射机处理器。
传感器113可为无源传感器、有源传感器和/或智能传感器。无源传感器例如(谐振、电容性或电感性)调谐lc传感器是一种简单类型的传感器113，可以提供最低但高效的目标区分。所述无源传感器可以用作次级(远程)传感器，其可以分散在所述发射场内，可作为接收机103的部分或独立地捕获原始传感器数据，所述原始传感器数据可以以无线方式交换给传感器处理器。有源传感器例如红外线(ir)或热电传感器可以提供高效有效目标区分并且可以具有与由所述有源传感器产生的传感器数据相关联的最低处理。智能传感器可为具有用于初级(即未经所述发射机处理器处理的)传感器数据的机载数字信号处理(dsp)的传感器113。所述处理器能进行精细粒状目标区分并向发射机处理器提供经预处理的传感器数据，由所述发射机处理器更高效的处理以确定如何生成并发射所述功率波135。
传感器113能操作并生成不同类型的传感器数据并且可以生成各种形式的位置相关信息。可以根据传感器类型、特征硬件和软件要求以及距离计算和运动检测能力对有源以及智能传感器进行分类，如表1所示：
表1：有源以及智能传感器属性
在某些实施方式中，传感器113可以配置用于人类辨识，从而可以将人员141a与其它目标例如家具141b区分开。经具有人类辨识能力的传感器113处理的传感器数据的非限制性的实例可以包括：体温数据、红外线测距仪数据、运动数据、活动辨识数据、轮廓检测和辨识数据、手势数据、心率数据、便携设备数据以及可穿戴设备数据(例如生物识别读数和输出、加速度计数据)。
在一实例中，发射机101的控制系统遵循用于人类主体的电磁场(emf)暴露防护标准。最大暴露限值由美国和欧洲标准通过功率密度限值和电场限值(以及磁场限值)进行限定，包括例如由联邦通信委员会(fcc)建立的mpe限值，以及由欧洲监管机构建立的辐射暴露限值。由fcc建立的mpe限值被编入47cfr§1.1310。对于微波范围内的电磁场(emf)频率，功率密度可用于表示暴强度露。功率密度定义为单元面积功率。例如，功率密度一般可表示为每平方米瓦特数(w/m2)、每平方厘米毫瓦数(mw/cm2)或每平方厘米微瓦数(μw/cm2)。
在一实例中，当前用于无线功率发射的方法引入各种安全技术以确保发射场中或附近的人141a不暴露于接近或高于监管限值或其它标称限值的emf能量。一种安全方法是包括超过所述标称限值(例如约10％至20％)的误差余量，使得人类主体不暴露于处在所述emf暴露限值处或附近的功率水平。第二种安全方法能提供阶段性防护测量，例如当人类141a(以及在某些实施例中，其它生命或敏感目标)向含有超过emf暴露限值的功率密度水平的能量口袋137移动时，降低或终止无线功率发射。另一安全方法为冗余安全系统，例如同时使用功率降低方法和报警器119。
在操作中，传感器113可以检测目标例如人员141或家具143是否进入发射机101、功率波135和/或能量口袋137的预定邻域。在一配置中，所述传感器113则可指令所述发射机101或所述系统100的其它部件基于检测到的目标采取各种行动。在另一配置中，所述传感器113可以发射传感器数据至所述发射机101，所述发射机101可以确定采取什么行动(例如调整能量口袋、停止功率波发射、降低功率波发射)。例如，当传感器113识别出人员141进入所述发射场后，确定所述人员141在发射机101的预定邻域内，所述传感器可提供所述相关传感器数据至所述发射机101，使得所述发射机101降低或终止发射所述功率波135。又例如，当识别出所述人员141进入所述发射场后，确定所述人员141来到能量口袋137的预定邻域内，所述传感器113可以提供传感器数据至所述发射机101，使得所述发射机101调整所述功率波135的特征，减少集中在所述能量口袋137的能量量、生成空值和/或重新定位所述口袋能量137的位置。再例如，所述系统100可以包括报警器设备119，其可以产生警告和/或可以生成并发射数字消息至系统日志或配置为管理所述系统100的管理计算设备。在该实例中，当所述传感器113检测到所述人员141进入发射机101、功率波135和/或能量口袋137的预定邻域，或检测到系统100的其它不安全或禁止状况，可以生成所述传感器数据并发射至所述报警器设备119，所述报警器设备119可以启动所述警告和/或生成并发送通知至所述管理设备。由所述报警器119产生的警告可以包括任何类型的传感器反馈，例如音频反馈、视觉反馈、触觉反馈或某些结合。
在某些实施例中，例如所述示例性系统100，传感器113可作为发射机101的部件容纳于所述发射机101内。在某些实施例中，传感器113可作处于发射机101外部并且可以通过有线或无线连接交换传感器数据至一个或多个发射机101。传感器113，其可处于一个或多个发射机101外部或作为单个发射机101的一部分，可以提供传感器数据至所述一个或多个发射机101，所述发射机101的处理器则可分享所述传感器数据来确定功率波135的适当构造和发射。类似地，在某些实施例中，多个传感器113可以与多个发射机101分享传感器数据。在所述实施例中，传感器113或主机发射机101可以与系统100中其它传感器113或主机发射机进行传感器数据发送和接收。附加地或替换地，所述传感器113或所述主机发射机101可以向或从一个或多个图存储器117发射或获取传感器数据。
例如，如图1示例性系统100所示，第一发射机101a可以包括第一传感器113a，第一传感器113a发射传感器波133a并生成传感器数据，其可以存储于所述第一发射机101a和/或图存储器117；所述系统100还可以具有第二发射机101b，第二发射机101b包括第二传感器113a，第二传感器113a发射传感器波113b并生成传感器数据，其可以存储于所述第二发射机101b和/或系统100的图存储器117。在该实例中，发射机101a、101b均可以包括处理器，其可以从所述传感器113a、113b接收传感器数据，和/或从所述具体存储位置取回存储的传感器数据；这样，由各传感器113a、113b产生的传感器数据可以为各发射机101a、101b所共享。每个所述发射机101a、101b的处理器则可使用所述共享的传感器数据确定用于生成并发射功率波133a、133b的特征，包括确定当检测到敏感目标141、143时是否要发射功率波133a、133b。
如上所述，发射机101可以包括或关联于多个传感器113，所述发射机101从所述多个传感器113接收传感器数据。例如，单个发射机101可以包括位于所述发射机101上第一位置的第一传感器以及位于所述发射机101上第二位置的第二传感器。在该实例中，所述传感器113可为二进制传感器，其可以获取立体传感器数据例如敏感目标141的位置至所述传感器113。在某些实施例中，所述二进制或立体传感器可以配置为提供三维成像能力，其可以发射至管理员的工作站和/或其它计算设备。此外，二进制以及立体传感器可以改善接收机103或目标141位置检测以及位移的精度，其可应用于例如运动辨识和跟踪。
为了允许发射机101检测并确认所述用户希望从无线能量(即功率波135、能量口袋137)接收中排除的目标141，所述用户可以向发射机101发送欲记录于发射机101的图存储器的标记信息。例如，所述用户可以通过用户设备123提供标记信息，所述用户设备123通过自身的图形用户界面(gui)与发射机101控制器通信。示例性标记信息包括电设备121的位置数据，其可以包括空间中包含所述目标141的的一维坐标、空间中包含所述目标141的区域的二维(2d)坐标、或空间中包含所述目标141的区域的三维(3d)坐标。
在某些实施例中，标记可以分配给发射场中的具体目标141和/或位置。进行标记期间，标记数据可以被生成并存入图数据库，并且可以通知所述发射机101针对所述发射场中的特定目标141或位置采取何种行动。进行标记期间生成的标记数据可以通知发射机101是否要发射功率波至目标141或位置、和/或在发射场中何处发射功率波135或生成能量口袋137。例如，可以更新或生成所述图数据库中的位置记录，其含有的标记数据指令所述发射机101永不发射功率波137至所述具体位置。同样，再例如，标记数据可以填充到位置记录，指令所述发射机101总是发射功率波137至该位置。换言之，在某些实施方式中，所述标记过程可以简单为通过某种用户界面预先填充标记数据至所述图数据库。虽然可以通过仅输入所述标记数据至所述发射机101的图数据库生成标记，在某些情况下，当所述图数据库或其它设备从无线标记设备123例如智能手机或其它移动设备接收标记指示时，传感器处理器、发射机处理器或其它计算设备可以自动生成所述标记数据。例如，由于儿童习惯躲藏在桌子141b下，用户想禁止功率波137发射至儿童游戏房中的桌子141。在该实例中所述用户可以与其智能手机123图形界面互动生成并发射包含桌子141b的坐标的标记数据至所述发射机101的图数据库。在某些情况下，所述用户可以将移动标记设备123放在所述桌子141b附近或勾勒桌子141b的坐标，然后按下所述用户界面的指示键，以发射所述相关位置数据至所述发射机101或图数据库。必要时，所述发射机101或图数据库则可将所述位置数据转换为所述发射场的可用坐标。所生成的发射场坐标则可存储至所述图数据库以在后续当所述发射机101确定在何处生成能量口袋137时作为参考。
在某些实施方式中，传感器113可以检测发射场中预定或标记为敏感的敏感目标141。在某些情况下，无论传感器113是否识别出人员141a或其它敏感目标141接近所述发射场中具体障碍物例如家具141b或墙壁，都希望回避所述具体障碍物。这样，内部或外部图存储器117可以存储标记所述具体障碍物的具体位置的图数据和/或传感器，从而将所述具体位置有效标记为功率波135的界限。附加地或替换地，所述具体目标可以数字地或以物理方式关联于产生传感器113、通信部件111或所述发射机101的其它部件可检测的信号或物理表现(例如热信号)的数字或物理标记。例如，作为生成用于所述发射机101的传感器数据的一部分，所述传感器113可以接入内部(即容纳所述传感器113的发射机101内部的)图存储器，该内部图存储器存储被标记为需要回避的障碍物例如桌子141b的记录。在该实例中，所述传感器113会检测到作为被标记的障碍物的所述桌子141，并生成传感器数据113，所述传感器数据113使得所述发射机101降低桌子141处功率波135提供的能量量、终止发送所述功率波135至所述桌子141b处或重定向所述功率波135。
附加地或替换地，在某些实施方式中，传感器113可以检测已被标记(即之前记录在内部图存储器或外部图存储器117或接收到所述传感器113可检测的数字或物理标记)为要接收无线功率波137的电设备121。此时，检测到标记或被标记的目标或确定标记或被标记的目标应接收无线能量后，传感器113可以生成传感器数据，使发射机101发射功率波135至所述被标记的目标处以在被标识的标记或被标记的目标处形成能量口袋137。
iv.天线阵列、天线元件和线
发射机101可以包括天线阵列115，其可为配置为发射一个或多个类型的波131、133、135的一个或多个天线的集合。在某些实施例中，天线阵列115可以包括天线元件，所述天线元件为包括天线的可配置片(tile)、以及零或更多控制该元件中天线行为(例如生成具有预定特征例如振幅、频率、轨迹、相位的功率波135)的集成电路。天线阵列115的天线可以发射一系列具有所述预定特征的功率波135，使得所述一系列功率波135到达发射场中的给定位置处，并展现所述特征。总而言之，天线阵列115的天线可以发射在所述给定(通常为检测到接收机103的)位置相交的功率波135，由于其各自的特征，功率波135形成能量口袋137，所述接收机103可以从能量口袋137收集能量并生成电。应理解，虽然所述示例性系统100描述基于射频的功率波135，可以使用附加的或替代的发射机天线、天线阵列和/或基于波的技术(例如超声波，红外线，磁共振)以无线方式从所述发射机101发射功率至所述接收机103。
发射机101可以使用图数据来确定天线阵列115应该在何处以及如何发射功率波135。所述图数据可以指示所述发射机101应向何处发送功率波135以及在何处形成能量口袋137，以及在某些情况下，不应向何处发射所述功率波135。与发射机101相关联的处理器可以捕获、查询并解释所述图数据，从而所述发射机101可以确定天线阵列115的天线应如何形成以及发射所述功率波135。当确定如何形成所述功率波，所述发射机101确定要从天线阵列115的各天线发射的每个所述功率波135的特征。所述功率波135的特征的非限制性的实例特征可以包括：振幅、相位、增益、频率以及方向等等。例如，为了在具体位置处生成能量口袋137，所述发射机101从所述天线阵列115识别出子集天线，发射功率波135至所述预定位置，然后所述发射机101生成所述功率波135。从所述子集各天线发射的功率波135具有相对不同的例如相位以及振幅。在该实例中，所述发射机101的波形生成集成电路(未示出)能形成所述功率波137的带有相差的延迟版本阵列，向所述功率波137的延迟版本阵列施加不同振幅，然后从适当的天线发射所述功率波137。对于正弦波形，例如rf信号、超声波、微波等等，延迟所述功率波137类似于对功率波135施加相移。在某些情况下，一个或多个发射机处理器(未示出)控制由发射机101通过所述天线阵列115广播的功率波135的形成以及发射。
天线阵列115可以包括与生成所述功率波135的天线相关联的一个或多个集成电路。在某些实施例中，集成电路在容纳集成电路的天线元件以及与所述集成电路相关联的天线上。集成电路可以充当与所述集成电路相关联的天线的波形发生器，提供所述适当的电路以及指令至所述相关天线，使得所述天线可以根据被识别用于所述功率波135的预定特征形成并发射所述功率波135。所述集成电路可以从微处理器(例如发射机处理器)接收指令，所述微处理器确定应如何发射所述功率波135至发射场中发射机101。所述发射机处理器例如可以基于图数据确定在何处形成能量口袋137，然后可以指令所述天线阵列115的集成电路生成含有波形特征集合的功率波135。所述集成电路则可形成所述功率波135并指令其各相关天线相应发射所述功率波135至所述发射场。
如上所述，映射数据可基于以下数据：由通信部件111所收集并且由发射机处理器所生成的热图数据，和/或传感器113所收集并且传感器处理器所生成的传感器数据。热图数据可包含用于标识传输场内的接收机103以及用于标识接收机在传输场内相对于发射机101的位置的数据。例如，热图数据可包括代表接收机的位置的数据，该数据在发射机从接收机处接收的通信信号中，该数据对接收机检测到来自发射机101的低功率波的位置进行标识，和/或对发射机所检测到的低功率波的功率水平是否超过特定阈值进行标识。传感器数据可包含用于标识敏感目标141、143的数据，敏感目标141、143为在传输场内的以下位置处发现的目标：该位置的功率波135应该具有最小能量或者根本不该被发射。换言之，映射数据可代表输入参数，该输入参数被发射机101用来确定生成和发射功率波135所采用的特征。由于映射数据(即，热图数据和/或传感器数据)由发射机101进行更新和查询，所以发射机101可调整天线阵列115产生和发射功率波135的方式，以考虑传输场内环境的变化(比如，接收机103或人141的运动)。
在某些情况下，发射机101可将天线阵列115划分为天线组，以使得组分天线(constituentantenna)执行不同的任务。例如，在包括10个天线的天线阵列115中，其中的9个天线可发射在接收机103处形成能量口袋137的功率波135，以及第10个天线可与通信部件111一起操作，以通过持续且顺序地发射低水平能量至传输场内的离散位置来标识传输场中的新的接收机(未示出)，新的接收机可捕获低水平能量连同通信信号131从而确定该新的接收机在传输场内相对于发射机101的位置。在另一示例中，具有10个天线的天线阵列115可被划分为数量为5的两组天线，每组天线发射功率波135至传输场中的两个不同接收机103。
v.映射存储器
发射机101可与一个或多个映射存储器相关联，一个或多个映射存储器可以是被配置为存储映射数据的非瞬时性机器可读存储介质，映射数据可以是对传输场中与发射机101相关联的特定部分进行描述的数据。映射数据可包括热图数据和传感器数据。热图数据可由发射机处理器生成以标识位于传输场中的接收机103；以及传感器数据可由发射机处理器和/或传感器处理器生成以标识位于传输场中的敏感目标141、143。因此，系统100的映射存储器中所存储的映射数据可包括：指示接收机103的位置的信息、指示敏感目标141、143的位置的信息、功率波135的传输参数、以及能被发射机101用来生成和发射安全且有效功率波135的其他类型数据(例如，被标记目标的位置、追踪参数)。发射机101可查询存储在映射存储器的记录中的映射数据，或者记录可被实时“推送”至发射机101，以使得发射机101可将映射数据用作输入参数以用于确定发射功率波135的特征以及用于确定生成能量口袋137的位置。在某些实施方式中，发射机101可在最新的映射数据被从管理通信部件111或传感器113的处理器接收到时，更新映射存储器中的映射数据。
在某些实施例中，无线充电系统100可包括由一个或多个服务器计算机的非瞬时性机器可读存储介质所托管的外部映射存储器117，该外部映射存储器117可以是数据库或机器可读计算机文件的集合。在这样的实施例中，外部映射存储器117可通过任何有线或无线通信协议以及硬件耦接至一个或多个发射机101。外部映射存储器117可包含一个或多个传输场的映射数据，该一个或多个传输场与系统100的一个或多个发射机101相关联。外部映射服务器117的记录可被每个发射机101所访问，每个发射机101在扫描到针对接收机103或敏感目标141、143的传输场时可更新映射数据，和/或在确定出发射机101将要生成的功率波135的安全且有效特征时可查询映射数据。
在某些实施例中，发射机101可包括被配置为托管内部映射存储器的非瞬时性机器可读存储介质，内部映射存储器可将映射数据存储在发射机101内。发射机101的处理器(比如发射机处理器或传感器处理器)在新的映射数据被标识并存储时可更新内部映射存储器的记录。在某些实施例中，存储在内部映射存储器中的映射数据可被发射到系统100的附加发射机101，和/或内部映射存储器中的映射数据可以以固定的间隔或实时地被发射并存储到外部映射存储器117中。
b.接收机
接收机103可被用于对相关联的电子设备121供电或充电，电子设备121可以是耦接至一个或多个接收机103或者与一个或多个接收机103集成在一起的电子设备121。接收机103可包括一个或多个天线(未示出)，该一个或多个天线可接收功率波135，该功率波135来自源自一个或多个发射机101的一个或多个功率波135。接收机103可对由发射机101产生并直接从发射机101发射的一个或多个功率波135进行接收，或者接收机103可从一个或多个能量口袋137得到功率波135，一个或多个能量口袋可以是空间中的三维场，该三维场由一个或多个发射机101所产生的多个功率波135的会聚来产生。
在某些实施例中，接收机103可包括天线阵列，天线阵列被配置为从功率传输波接收功率波135。接收机103天线可从一个或多个功率波135或能量口袋137得到能量，能量口袋由功率波135在传输场内的特定位置处的积累来形成。在功率波135被接收和/或能量被从能量口袋137收集后，接收机103的电路装置(例如，集成电路、放大器、整流器、电压调节器)可将功率波135(例如，射频电磁辐射)的能量转换为电能(即，电力)，电能可被存储在电池(未示出)中或者可被电子设备121所使用。在某些情况下，例如，接收机103的整流器可将电能从ac转化为可被电子设备121所使用的dc形式除了从ac到dc的转换或者作为从ac到dc转换的替代，其他类型的调节也同样适用。例如，电压调节电路可根据电子设备121的要求增大或减小电能的电压。继电器则可将电能从接收机103传送到电子设备121。
接收机103或者电子设备121可包括接收机侧通信部件(未示出)，接收机可通过接收机的通信部件所生成的通信信号实时或接近实时地与发射机101传递各种类型的数据。该数据包括映射数据(例如，热图数据)以及设备状态数据，例如，接收机103的状态信息、电子设备121的状态信息、功率波135的状态信息和/或能量口袋137的状态信息。换言之，接收机103可向发射机101提供与以下各项有关的信息以及其他类型的信息：设备121的当前位置数据、接收机103所接收的电荷量、电子设备121所使用的电荷量以及某些用户账户信息。
如上所述，在某些实施方式中，接收机103可被集成到电子设备103中，以使得对于所有实际目的，接收机103和电子设备121可被理解为单个单元或产品，而在某些实施例中，接收机103可在生产后被耦接至电子设备121。应当理解的是，接收机103可被配置为使用电子设备121的通信部件和/或被配置为包括自身的通信部件。作为一个示例，接收机103可以是可被连接至电子设备121的可附接但不同的单元或产品，以向电子设备121提供无线功率充电的益处。在该示例中，接收机103可包括自身的通信部件以与发射机101传递数据。附加地或可替换地，在某些实施例中，接收机103可使用电子设备121的通信部件或者以其他方式与电子设备121的通信部件一起操作。例如，接收机103可在制造便携式计算机121的过程中或其后的某一时刻被集成到便携式计算机121中。在该示例中，接收机103可使用便携式计算机的通信部件(例如，基于
c.电子设备以及用于设备和目标的标记信息
耦接至接收机103的电子设备121可以是要求持续电能或要求来自电池的电力的任何电子设备121。接收机103可被永久地集成到电子设备121中，或者，接收机103可被可拆卸地耦接至电子设备121，这在某些情况下可导致单个集成产品或单元。作为一个示例，电子设备121可被放置在保护套筒中，保护套筒包括可被可拆卸地耦接至设备121的电源输入端的嵌入式接收机103。电子设备121的非限定性示例可包括便携式计算机、移动电话、智能电话、平板电脑、音乐播放器、玩具、电池、闪光灯、灯泡、电子表、相机、游戏机、电器、gps设备、可穿戴设备(例如，健康手环、计步器、智能手表)以及其他类型的电子设备121.
电子设备121可包括嵌入式或相关联的接近传感器、加速度计、罗盘、陀螺仪和/或环境光传感器，这些可充当发射机101的辅助数据源，以对于发射机101物理上相关联的传感器113所生成的传感器数据、热图数据和/或映射数据数据进行补充。
在某些示例中，电子设备121或相关联的接收机103都不与能够与发射机101通信的通信部件相关联。例如，电子设备121可以是更小的家用电气设备121(比如时钟或烟雾报警器),更小的家用电气设备可不包括将通信信号发射至发射机101的通信部件，因此电气设备121以及附接至电气设备121的接收机103将无法交换指引发射机101产生功率波135所需要的数据。
为了使得发射机101能够定位和标识这样的电气设备121，用户将向发射机101传送“标记”数据，“标记”数据可被记录在内部或外部映射存储器117中。例如，用户可经由用户设备(例如，便携式计算机121、智能电话、管理计算机或服务器)来提供标记信息，用户设备与发射机101或外部映射存储器117进行通信。用户设备可执行管理软件应用，该管理软件应用经由图形用户界面(gui)允许用户生成标记信息。标记信息然后可作为映射数据(例如，传感器数据、热图数据)被存储在系统100的一个或多个映射存储器117中以供系统100的一个或多个处理器(例如，发射机处理器、传感器处理器、用户设备处理器)检索。示例性的标记信息包括用于电气设备121的位置数据、电气设备121的电力使用水平、电气设备121的电力使用时长、电气设备121的电力传送调度、以及电气设备121的认证证书。
附件地或可替换地，用于电气设备121的标记信息可在扫描传输场以标识电气设备121和/或敏感目标141时被传感器113和/或通信部件所自动标识和生成。作为一个示例，采用传感器113进行扫描可动态地维护发射机101的内部映射存储器，从而可通过用户设备对手动提供给映射存储器117的标记信息进行更新。在一个实施例中，无线供电系统100的传输场被周期性地扫描以使用一个或多个热电传感器、超声传感器、毫米传感器和功率传感器来检测传感器113响应，该响应指示用于电气设备121和/或敏感目标141的更新的标记信息。在操作中，在一个或多个传感器113或通信部件111标识出电气设备101并输出传感器数据至发射机处理器之后，发射机处理器可将所捕获的传感器数据与存在在系统100的映射存储器117中的标记信息进行比较。基于该比较，发射机处理器可确定发射机101是否应该发射功率波135至电气设备121，或者发射机处理器是否应该避免发射功率波135至电气设备121。
在某些实施例中，系统100可包括管理设备123，管理设备123可充当界面以供管理员进行配置设置或提供运行指令至系统100的各个部件。管理设备123可以是包括通信部件和微处理器的任何设备，通信部件能够与系统100的部件进行有线或无线通信，微处理器被配置为发射某些类型的数据至系统100的部件。管理设备123的非限定性示例可包括导引设备(例如，无线电导引设备、红外导引设备、激光导引设备)、计算设备、智能电话、平板电脑或者能够向系统100的部件提供指令和操作数据的其他设备。
在某些实施例中，管理设备123可以是包括处理器的导引设备，该处理器被配置为基于所采用的技术的类型，执行用于“标记”电子设备121的各种例程。如上所述，在传输场内标记接收机103和其他目标可向系统100的部件指示这些部件应该或不应该执行某些例程。作为一个示例，管理设备123可以是激光导引设备，该激光导引设备将标记数据发射到发射机通信部件111、传感器113、映射存储器117或者系统100的被配置为接收和处理基于激光导引的标记数据的其他设备。在该示例中，每当用户与界面输入(比如按钮或图形用户界面(gui))交互时以及激光“标记”所需要的目标时，标记数据可被生成。在某些情况下，所产生的标记数据立即被发射至发射机101或其他设备以存储到映射数据中。在某些示例中，具有激光敏感技术的传感器101可标识和检测基于激光的标记。尽管在本文中描述了标记目标和设备的附加和可替换的方式，但是本领域普通技术人员将会理解存在可被用来“标记”目标以及生成或检测标记数据的各种导引技术。
在某些实施例中，管理设备123执行与无线充电系统100相关联的软件应用，其中软件应用包括用于生成标记数据并将标记数据发射到系统100的部件的软件模块。软件应用所生成的标记数据可包含用于标识目标或目标的位置的信息。也就是说，标记数据可被用来指令传感器113在特定传感特征(sensorysignature)(例如红外线)被检测到时，传感器113应该生成特定的传感器数据，从而最终告知发射机101如何生成和发射功率波135。
在某些实施例中，管理设备123可以是耦接至发射机处理器的服务器计算机或其他工作站计算机。在这样的实施方式中，管理员可将标记数据直接提供给外部映射存储器117，标记数据可被存储直到发射机101需要标记数据为止。尽管图1将管理设备123示为与被发射机101和接收机103所充电的电子设备121不同的设备，但是应当理解它们可以是相同的设备并且所起作用相似。换言之，电子设备121可以像管理设备123那样起作用；和/或管理设备123可通过内嵌或连接至管理设备123的相关联接收机103来接收无线充电服务。
ii.确定接收机位置和热图数据
无线充电系统的发射机可确定接收机在发射机所覆盖的传输场中的位置。发射机可以与映射存储器县关联，当接收机在传输场中移动时，映射存储器使得发射机能够追踪接收机的运动。
a.热图的示例性方法
图2示出了无线充电系统的一个或多个发射机(tx)在传输场内定位接收机以使得发射机可发射功率波至接收机设备的示例性方法200。方法200描述了单个发射机的部件所执行的动作，尽管应当理解的是至少某些动作可由无线供电传输系统的附加或可替换的部件(比如，其他发射机、微处理器、计算设备或者能够接收和下发与发射机相关的指令的其他设备)来执行。然而，应当理解的是，示例性方法200的动作可由任何数量的发射机或处理器来同时执行或以特定于每个设备的个性化间隔来执行。
在第一步骤201中，发射机(tx)可向发射机的传输场中连续发射功率波和通信系统。功率波可以是具有任何特征集合的任何类型的波，该任何类型的功率波可向位于传输场内的给定位置处的设备提供电力。功率波的非限定性示例可包括超声波、微波、红外波以及射频波。功率波可以以特定集合的物理特征(例如，频率、相位、能量水平、幅值、距离、方向)来发射，特定集合的物理特征产生在传输场的给定位置处提供升高的能量水平的功率波。在步骤201中，发射机可发射所谓的探测(exploratory)功率波，探测功率波所具有的的功率水平相比之下低于提供功率至接收机的功率波通常所使用的功率水平。探测功率波可以用于标识接收机，和/或被用来确定最终提供功率至传输场中的接收机的功率波的合适的特征。
通信信号可以是电气设备通过相关联的协议传递数据所使用的任何类型的波。非限定性的示例可包括
在下一步骤203中，接收机的一个或多个天线可从发射机接收功率波和通信信号。功率波可具有使得功率波具有低水平功率的波形特征。通信信号可包含指示功率波的特征的数据。当发射机在某个方向生成功率波和/或将功率波发射至传输场内的某个位置，发射机的通信部件可在通信信号内生成描述功率波的数据并发射该数据。例如，通信信号可指示有关功率波形成的信息，比如，幅值、频率、功率水平、功率波的轨迹和/或功率波所被发射的期望位置。
在下一步骤205中，接收机可采用自身在传输场内的位置的指示(例如，位置信息的明确通信或指示在某一段或子段对探索低功率波传输进行接收的通信、和/或所述探测波的功率水平超过特定阈值的确认)来对发射机进行响应，从而将通信信号中的数据用作输入参数。接收机可包括处理器，该处理器被配置为生成用于以自身位置的指示来响应发射机的信号。接收机可被集成到电子设备(例如，智能电话)中或者耦接至电子设备(例如，智能电话背板)，电子设备包括处理器，该处理器被配置为当接收到低功率波传输时生成指示接收机的位置的消息。在一可替换实施例中，接收机能够基于所接收的通信信号所指示的接收功率波的特征来确定自身的位置。
在某些实施方式中，在功率波被接收机接收后，接收机必须基于功率波的波形特征(由通信信号来指示)推出自身的位置。例如，接收机处理器可使用指示目标区域(即，功率波被发射到传输场中的位置)、功率波的低水平量和发射功率波的特定轨迹的数据来确定发射机的位置。在该实例中，接收机可通过如下方式来确定自身在发射机的传输场中的位置：基于实际接收到的功率量确定接收机相对于目标区域的位置，然后基于功率波的轨迹确定目标区域相对于发射机的位置。应当理解的是，上述确定接收机的位置的方式仅是示例性的；任何数量的附加或可替换的计算、输入、参数和其他信息可在接收机和发射机之间传递并被接收机用来确定自身在传输场中的位置。
在下一步骤207中，在确定接收机在传输场内的位置之后，接收机可采用更新的传输参数来对发射机进行响应，更新的传输参数将被发射机用来生成功率波。发射机可生成和发射具有特定波形特征的功率波，特定波形特征由发射机根据一组参数来确定，该组参数是预先确定的或者由接收机通过通信信号数据来提供。在步骤207中，在接收机确定出自身相对于发射机所处的位置后，接收机提供参数给发射机。在某些情况下，接收机也可提供更新的参数以供发射机生成和发射功率波所用。
例如，接收机可确定功率波的有效性，其中有效性可被确定为功率波中发射的功率量与接收机实际接收到的功率量之比(有效性比)。在该示例中，有效性可通过通信信号(例如，
在可选的下一步骤209中，发射机可基于接收机反馈数据来精炼传输参数以标识发射机的更细粒度的位置(moregranularlocation)。基于如同在先步骤207中的初始标识扫描，发射机可寻求有关传输场或特定接收机的经更新或更精炼的信息。在某些实例中，该数据可被存储在映射存储器中作为用于特定接收机的热图数据，或者可被用来更新存储在映射存储器中的接收机的记录。
在某些示例中，接收机所产生的数据反馈可指示接收机的位置坐标已经变化。换言之，对于发射机而言，用于标识接收机和用于生成功率波的经更新或变化的数据参数可基于更新的位置或基于发射机或接收机所确定的接收机的移动来进行修订。
在下一步骤211中，发射机可基于从接收机接收到的反馈通信信号数据来对发射功率波到接收机的天线阵列中的天线。
b.追踪算法和更新热图
图3示出了无线充电系统300的部件，这些部件用于追踪和更新针对示例性系统300的传输场307的映射数据，其中，示例性系统300执行与图2中所示的方法类似的示例性方法。示例性系统300包括发射机301和接收机设备309。
发射机301可包括通信部件305，通信部件305可以以给定的间隔发送通信信号到传输场307的段311。除了通信信号之外，发射机301可向各个段311发送低水平功率波，低水平功率波即具有相对小的能量量的功率波，该小的能量量可被接收机检测到但不包含足以提供无线供电的能量。通信信号可包含指示低水平功率所发射到的段311的数据。该指示可以采用标识低水平功率波的各个特征(例如，距离、高度、方位角、仰角、功率水平)的信息的形式。
尽管示例性实施例记载了使用对传输场内的段的顺序扫描，但是其意味着其他扫描方法或位置标识方法也可被使用。例如，接收器可确定自身位置并在到发射机的通信信号传输中标识该位置。在一种配置中，段可被替代为使用使用x、y、z坐标或极坐标(例如，方位角、仰角、距离)。在另一可替换实施例中，接收机可在未从发射机接收到低水平功率波并且仅接收到通信信号的情况下，采用自身位置的指示来响应发射机。
在示例性实施例中，发射机301可以以顺序方式在段311上发射通信信号和低水平功率波。已占据的段2b中的接收机309可最终接收到通信信号和低水平功率波，并做出如下响应：发射机309从低水平功率波收集能量，或者接收机接收到特定阈值功率水平处或以上的低水平功率波。
发射机301可需要更多的信息以更精细地确定接收机309的位置。在某些情况下，发射机301可通过扫描传输场307的更大的段311来更高效地扫描传输场307。然而，在这样的情况下，段311可能太大而无法发射功率波。对于发射机301接收到来自接收机309的响应(该响应指示接收机309在特定的已占据段被发现)的每种情况，发射机则可扫描已占据段2b的子段2b1-4；其中，扫面子段2b1-4可包括发射通信信号到每个相应的子段2b1-4，从而以更高的分辨率确定接收机309的位置。作为一个示例，发射机301可寻求一分辨率，在该分辨率下，发射机307可沿x轴以例如30度的增量水平地发射通信信号。当发射机301从接收机309接收到接收机在沿x轴的第二段处被发现的指示时，发射机307则可在第二段内以1度的增量发射通信信息。然后，接收机309可指示自身位于沿x轴的第二子段中。该过程可沿y轴和z轴重复，以确定接收机309的相对高度或仰角以及相对于发射机309的距离。
当针对粒度的预定阈值被满足(即，接收机的位置在足够的区域内被确定)时，并且因此令人满意的足够小的能量口袋可被限定在接收机的周围时，发射机301的天线可发射一个或多个功率波至接收机309的位置，其中，该位置通过例如在足够小的三维空间内发现的三维坐标来限定。在某些实施例中，发射机301可命令发射机阵列303的天线子集与发射机301的通信部件一起工作以针对额外的接收机309继续扫描传输场307，而天线阵列的另一天线子集继续发射功率波至接收机309的位置。作为一个示例，发射机301可使天线阵列303的95％：专注于发射功率波到已占据位置，而剩余的5％继续发射低水平功率波连同通信部件一起扫描传输场307。
然后，发射机301可在发射机301机经由通信信号从接收机309接收到更新的反馈数据时，检测接收机何时移动。如果接收机309移动的太快而无法确定接收机309的新的位置或者接收机309停止发射反馈数据，则发射机301可关断全部功率波。通常，接收机309所提供的反馈数据指示从功率波所接收到的相对的功率量，该相对的功率量可被用来标识和磨练发射机301和/或接收机309对接收机309在传输场307中所处的位置的了解。相似地，发射机301可执行追踪算法以确定接收机是否在移动(即，确定位移)。在某些实施方式中，发射机301可使用该数据来估计接收机309移动的相对速度，以及怎样相应地重新调整功率波。在某些情况下，发射机301能够更新功率波，以使得功率波汇集在接收机309被估计的新的位置处；以及在某些情况下，发射机301可在接收机309到达估计的新位置前更新发送到该预期新位置的功率波。例如，在发射机301确定出接收机309的位移速率随时间增加时，发射机可确定天线会在新的位置中沿x轴以5度的增量进行发射，这与以1度增量的情况相反。
在某些情况下，为了使得在搜寻粒度位置时发射机301能够计算出应用于天线阵列303的天线的功率波特征(例如，相位)，发射机301可确定到达位置的距离，比如z轴上从每个天线振子(antennaelement)到段311的距离。在这样的实施例中，发射机301可预计算从每个点到接收机309或其他兴趣点的距离。也就是说，发射机301预测距离每个发射天线的距离，以使得发射机301可识别功率波的相位和增益。这可以通过例如预先确定的数据或表格来实现，或基于接收机的坐标(x，y，z)来实时实现。然后，发射机301可确定各个功率波的相位的延迟，因为此时发射机301知晓其与接收机309的相对精确距离。在某些情况下，该预先确定的距离可以由通信部件305联通低水平功率波一起发射。
图4示出了示例性无线供电系统400，该无线供电系统采用热图以标识无线供电系统400的服务区域(即，传输场)内的接收机409。发射机401可包括通信部件405和天线阵列403。在该示例中，发射机401可以位于室内的升高的位置，发射机401可从该升高的位置执行一个或多个映射例程，比如用以标识接收机409的热图例程。
在热图例程中，通信部件405可持续发射通信信号至沿x轴、y轴和z轴下降的每个顺序段。此外，在某些情况下，天线阵列403可将具有相对低功率水平的功率波(即，低水平功率波)连同通信信号一起发射到每个顺序段中。通信信号可指示发射低水平功率信号所使用的参数(例如，预期坐标、功率水平)。在某些情况下，接收机409可使用通信信号的数据来采用通信信号中所标识的参数的取值以对发射机401作出响应，从而使得发射机401能够标识接收机在传输场中的位置。以及在某些情况下，发射机409可通过发射响应性通信信号来通过使用有别于功率波的通信协议和/或技术的通信信道来响应通信信号，响应性通信信号所包含的反馈数据可被发射机401用来磨练接收机409的位置坐标或者可被用来生成功率波或暂停功率波。通信部件405可以以任何顺序穿过每个顺序段。例如，通信部件405可向给定平面内具有粗间隔(coarseinterval)的段发射通信信号，从而试图标识该平面上的接收机409。然后，通信部件405可达到平面上的下一粗间隔段，但是当接收机409在较粗的段扫描中被标识出时，通信部件可以相对更细粒度的子段重新扫描特定的段。
在某些实施例中，数据记录可被存储到映射存储器中。数据记录可包含与传输场的属性有关的数据。例如，映射存储器的数据记录可存储数据，该数据与以下各项相关联：接收机409、传输场中所标识的目标、以及由一组坐标所限定的特定位置。映射存储器可以是数据库，该数据库包含从发射机301和/或接收机409所接收的数据。数据的复杂度变化，从指示接收机409是否接收到功率波的几比特二进制数据变化为与传输场的每个属性有关的数据记录。在图4所示的当前示例中，映射存储器针对多个属性(例如，接收机409、家具、墙)存储多个数据点，据此，映射存储器可存储可用来逻辑地生成如图4所示的热图的数据。
c.与热图相关联的附加或可替代方法
图5示出了根据示例性实施例用于无线地从发射机发射功率至任意数量的接收机设备以对接收机设备供电的示意性方法500。
在第一步骤501中，发射机(tx)与接收机(rx)建立连接或通过其他方式与接收机相关联。也就是说，在某些实施例中，发射机和接收机可使用无线通信协议(例如，
作为一个示例，当包括
在下一步骤503中，当发射机检测到广告信号时，发射机可自动与接收机建立通信连接，通信连接的建立使得发射机和接收机能够通过通信信号进行通信。然后，发射机可命令接收机开始发射实时采样数据或控制数据。发射机也可开始发射来自发射机的天线阵列中的天线的功率传输信号。
在下一步骤505中，除了与功率传输信号的有效性有关的其他度量之外，接收机可基于接收机的天线所接收到的电能来测量电压。接收机可生成包含测量信息的控制数据，然后将包含控制数据的控制信号发送至发射机。例如，接收机可例如以每秒100次的速率采样所接收的电能的电压测量结果。接收机可将电压采样测量结果采用控制信号的形式以每秒100次的频率发送回发射机。
在某些实施例中，发射机可执行软件模块，该软件模块对经由通信信号从接收机所接收的度量(比如，电压测量结果)进行监视。算法可改变发射机的天线所进行的功率传输信号的产生和传输，以使接收机周围的能量口袋的有效性最大化。例如，发射机可在发射机的、发射功率传输信号的天线处调整相位，直到接收机所接收到的功率指示有效的能量口袋被在接收机周围建立为止。当识别出天线的优化配置，发射机的存储器可存储该配置以保持发射机以最高水平进行广播。
在下一步骤509中，发射机的算法可确定何时需要调整功率传输信号，并且还可响应于确定这样的调整是有必要的而改变发射天线的配置。例如，发射机可基于从接收机所接收到的数据来确定接收机处所接收到的功率小于最大值。然后，发射机可自动调整功率传输信号的相位，但是也可同时继续对由接收机所上报的电压进行接收和监视。
在下一步骤511中，在与特定的接收机通信预定时段后，发射机可扫描和/或自动检测来自位于发射机的范围内的其他接收机的广告。发射机可与第二接收机建立另一通信信号连接，在某些实施例中，该另一通信连接是响应于第二接收机或发射机分别从第二接收机或发射机接收到广告或信标信号而建立的。
在下一步骤513中，在与第二接收机建立第二通信连接之后，发射机可继续调整发射机的天线阵列中的一个或多个天线以同时或以交替的方式将功率波从发射机发射到第二接收机和第一接收机。在某些实施例中，发射机可识别为第二接收提供服务的天线子集，从而将天线阵列划分为与接收机相关联的阵列子集。在某些实施例中，整个天线阵列可为第一接收机提供服务长达一给定的时间段，然后整个阵列可为第二接收机提供服务长达该时间段。
发射机可对多个接收机的传输划分优先顺序。例如，优先顺序可基于接收机与发射机之间的距离，以确定接收机由于其与发射机的距离是否能够接收到足够量的功率。该距离可根据发射机与接收机之间的通信信号来得到。在另一示例中，优先顺序可基于与接收机相关联的设备的功率水平(即，电池水平)以及基于对该设备的电池进行充电的必要性(例如，具有低电荷的电池将优先于被基本充满电的电池)。设备的功率水平可根据从接收机到发射机的通信信号来得到。相应地，发射机可基于优先顺序来分配第一子集天线和第二子集天线。
发射机所进行的手动或自动过程可选择天线子集来为第二接收机提供服务。在该示例中，发射机的阵列可被划分我两半，从而形成两个子集。因此，一半的天线可被配置为发射功率传输信号至第一接收机，而另一半天线可被配置给第二接收机。在当前步骤513中，发射机可应用上述讨论的类似技术以配置或优化用于第二接收机的天线子集。当选择天线子集用于发射功率传输信号时，发射机和第二接收机可传递控制数据。因此，在发射机交替会与第一接收机通信和/或扫描新的接收机时，发射机已经接收到足够量的采样数据以调整发射机的天线阵列的第二子集所发射的波的相位，从而有效地将功率发送到第二接收机。
在下一步骤515中，在调整第二子集以发射功率传输信号至第二接收机之后，发射机可交替回与第一接收机传递控制数据或扫描附加的接收机。发射机可重新配置第一子集的天线，然后以预定的间隔在第一和第二接收机之间交替。
在下一步骤517中，发射机可继续在接收机之间交替并且以预定额间隔扫描新的接收机。在检测到每个新的接收机时，发射机可建立连接并相应地开始发射功率传输信号。
在一个示例性实施例中，接收机可被电连接至诸如智能电话的设备。发射机的处理器可扫描任何蓝牙设备。接收机可开始通过接收机的通信部件(比如
然后，接收机可测量其接收天线处的电压，并将该电压采样测量结果发送回发射机(例如以高达或超过每秒100次的频率)。发射机可开始通过调整相位来改变发射天线的配置。在发射机调整相位时，发射机对从接收机发送回的电压进行监视。在某些实施方式中，电压越高，口袋中的能量越多。天线相位可被改变直到电压处于最高水平并且在接收机附近存在最大的能量口袋。发射机可将天线保持在特定的相位以使得电压处于最高水平。
发射机可以每次一个的方式改变每个单独天线。例如，如果在发射机中存在32个天线并且每个天线具有8个相位，则发射机可从第一天线开始并且使第一天线遍历所有8个相位。然后，接收机将第一天线的8个相位中的每个相位的功率水平发送回发射机。然后，发射机可存储第一天线的最大相位。发射机可针对第二天线重复该过程，并使第二天线遍历8个相位。接收机可再次将针对每个相位的功率水平发送回发射机，以及发射机了存储最高水平。接下来，发射机可针对第三天线重复该过程，并继续重复该过程直到所有32个天线都遍历了8个相位。在该过程的末尾，发射机可以最高效的方式发送最大电压至接收机。
在另一示例性实施例中，发射机可检测第二接收机的广告并且与第二接收机形成通信连接。当发射机与第二接收机形成通信连接时，发射机可将原来的32个天线对准第二接收机，并针对与第二接收机对准的32个天线中的每个天线，重复相位过程。一旦该过程完成，第二接收机可从发射机获得尽可能多的功率。发射机可与第二接收机通信一秒，然后交替回第一接收机长达一预定时段(例如，一秒)，以及发射机可继续在第一接收机和第二接收机之间以预定的时间间隔来回交替。
在又一实施方式中，发射机么检测到第二接收机的广告并与第二接收机形成通信连接。首先，发射机可与第一接收机通信，并对瞄准第一接收机的示例性的32个天线中的一半进行重新分配，使16个天线专用于第一接收机。然后，发射机将第二半天线分配给第二接收机，使16个天线专用于第二接收机。发射机可针对第二半天线调整相位。一旦16个天线遍历了8个相位中的每一个，第二接收机可以最高效的方式得到最大电压至接收机。
d.用于接收机的移动应用
在一些实例中，接收机可以被嵌入到电气设备中，或者可以由与无线功率系统相关联的软件应用来控制。这些实例在如下情况下出现，例如，接收机和电气设备是同一产品，或者接收机有能力接收功率波，但是可能不包括可操作的通信部件。在这样的实例中，诸如智能电话应用的软件应用可以被用于代表发射机来识别或“标记”接收机。
标记可以是向发射机传达如下信息的任何手段：发射机负责向电气设备的接收机发射功率波，而不管典型的数据交换是否发生。例如，在一个实施例中，管理员可以使用执行系统的软件应用的智能电话来通知发射机将功率波发射到包括接收机天线但缺少通信部件的挂钟。使用智能电话应用，用户可以将智能电话放置到挂钟附近，然后选择接口输入以将挂钟的传输场坐标发射到发射机和/或映射存储器。结果，发射机将基于现在由智能电话应用提供的“被标记的”位置来继续将功率波发射到接收机。
在一些实例中，智能电话应用可以生成界面，该界面为用户指示用于接收能量口袋中的功率波的所建议位置。即，智能电话应用可以查询存储器地图以识别在何处发射机和/或接收机已经确定形成能量口袋并且避开所识别的敏感物体。映射存储器数据可以向智能电话应用提供坐标数据，智能电话应用可以被预先配置为理解和解释坐标数据以识别能量口袋的位置。然而，在一些实施例中，如本文中所公开的那样，智能电话可以执行由接收机设备执行的算法中的一个或多个，以识别放置接收机的最有效的位置。智能电话应用可以动态地确定在传输场的何处接收机可以从由一个或多个发射机发射到传输场中的功率波或能量口袋接收最有效的功率量。智能电话应用可以从传输场中的任意数量的功率口袋中确定哪个功率口袋是最有效的，或者甚至确定哪个功率口袋是最接近的，然后生成具有指示器(诸如箭头)的界面，将用户指引至能量口袋。
iii.发射机传感器和识别敏感物体
一些操作模式可能对属于生物或敏感物体的监管要求(regulatoryrequirement)敏感。生物可以包括人类和诸如饲养的动物的其他生物。敏感物体包括对功率波中的电磁能量敏感的某种设备和其他有价值的物体。在另一操作模式中，传感器可以检测已经被标记为避免在功率波的轨迹中的无线功率发射的无生物的物体，诸如对功率发射的障碍物。在这些情况下，数据传感器可以使发射机减少或终止功率波，或者重新指引功率波(例如，以避免障碍物)或如上所述的其他响应。
此外，用于形成能量口袋的系统包括安全措施，以利用对能量口袋附近的人类或其他生物或敏感物体的可靠检测，来解决传输场内的实体(诸如物体)可以与其干涉的情况。在一个实施例中，传感器检测已经被标记为从功率波的轨迹中的无线功率发射的接收中被排除的无生物物体或其他实体(在以下讨论中被称作物体)。在这些情况下，传感器可以使发射机减少或终止功率波，以重新指引功率波远离所标记的物体，和/或诸如激活报警器的其他安全措施。所标记的无生物物体可以包括例如与传感器接收干涉的障碍物、和婴儿或幼儿所占用的物体，诸如儿童床。
为了使发射机能够检测并确认用户希望从无线功率的接收中排除的物体，用户可以向发射机机传递标记信息以在发射机的映射存储器中记录。例如，用户可以经由与发射机的控制器通信的用户设备、经由用户设备的图形用户界面(gui)来提供标记信息。示例性的标记信息包括用于电子设备的位置数据，位置数据可以包括空间中包含物体的区域的一维坐标、在空间中包含物体的区域的二维(2d)坐标、或空间中包含物体的区域的三维(3d)坐标。
此外，可以通过利用传感器来扫描无线功率系统的传输场来检测这样的物体而提供用于待从无线功率的接收中排除的物体的标记信息。利用传感器进行的扫描动态地维护发射机的映射存储器，例如，以更新如上所述那样之前经由用户设备而被提供到映射存储器的标记信息。在实施例中，使用热电传感器、超声传感器、毫米波传感器和功率传感器或其他传感器技术中的一种或多种来周期性地扫描无线功率系统的传输场以检测传感器响应，传感器响应指示待从无线功率的接收中排除的物体的更新后的标记信息。
传感器可以检测由无线充电系统所伺服的二维或三维空间(即，传输场)内的各种状况，诸如敏感物体或被标记的物体的存在。结合无线充电系统的一个或多个发射机进行操作，传感器和发射机可以执行通过动态地产生、调整和/或终止由发射机生成的功率波来提供安全、可靠和有效的无线功率的各种方法。如在本文中进一步详述的那样，当确定用于功率波的适当的波形特性时，发射机可以计算汇聚以在传输场内的预定位置处形成能量口袋的那些功率波的功率水平。这些功率水平的测量可以包括例如功率密度(w/m2)和/或电场水平(v/m)，尽管本领域技术人员将理解到其他测量也是可行的。
a.传感器识别设备和调整功率波
图6示出了使用传感器数据来自动识别和调整无线功率发射系统的工作状况的无线功率发射的示例方法600的执行步骤。
在第一步骤601处，发射机计算传输场内的预定位置的功率波，传输场可以是从无线功率系统的发射机接收无线功率服务的二维或三维空间。发射机可以计算在发射机的操作起动期间用于预定位置的功率波，或者可以计算在发射机的正在进行的无线功率发射期间用于预定位置的功率波。在一些实施方式中，发射机计算预定位置的功率波，用于在预定位置处形成能量口袋。如本文所公开的那样，在计算功率波时，发射机可以计算在三维空间中汇聚以在预定位置处形成一个或多个第一能量口袋的功率波的功率水平，诸如功率密度(w/m2)和/或电场水平(v/m)。
在该步骤601的一些实施例中，发射机的针对预定位置的计算功率波被包括在映射数据或热图数据中，被用于确定由发射机发射的用于功率波的口袋形成位置。热图数据可以被存储在由发射机维护的映射数据库中，或者可以被维护于发射机外部所存储的数据库中，诸如在与发射机通信的服务器处存储的数据库。在实施例中，发射机将所计算出的功率波与预定位置处的传输场的位置坐标(例如，三维或二维坐标)相关联。
在该步骤601的附加的或替换的实施例中，发射机发射在传输场中汇聚以在预定位置处形成一个或多个第一能量口袋的功率波、以及汇聚以在第二位置处形成一个或多个第二能量口袋的功率发射信号，第二位置与预定位置分离。在实施例中，功率波生成旁波瓣，这导致第二能量口袋(有时，第二能量口袋是不期望的)的形成。在实施例中，一个或多个第一能量口袋的预定位置和第二能量口袋的第二位置两者均被包括在形成发射机的位置的口袋的热图中。在这样的旁波瓣导致不期望的第二能量口袋的情况下，用于第二能量口袋的位置数据可以被用于在第二能量口袋的位置处生成零(即，汇聚功率波以产生破坏性的干涉)。
在接下来的步骤603中，传感器可以向发射机传递与功率传输场内的状况有关的传感器数据。在实施例中，传感器传递与系统的不安全的或被禁止的操作状况(例如，在特定位置处发射的功率波的功率水平会超过可允许的量)有关的传感器数据。在一个实施例中，传感器传递与传输场内的生物或敏感物体的存在有关的传感器数据。在另一实施例中，传感器将与待从功率波的接收中排除的一个或多个物体的存在有关的传感器数据。例如，可以存在如下实例：不管人是否当前被特定位置处的传感器所检测到；总共地避免向特定位置发射功率波可能是优选的。
在步骤603的实施例中，传感器获取与生物或物体有关的位置相关信息并将位置相关信息传递到发射机。在实施例中，一个或多个传感器获取与所检测到的生物或物体距一个或多个传感器的距离有关的信息。在另一实施例中，一个或多个传感器基于一系列在不同时间指示生物或物体的存在的数据来获取指示生物或物体的运动的信息。在步骤603的另一实施例中，传感器获取并传递生物或物体的位置相关信息和至少一个非位置属性。在实施例中，生物或物体的至少一个非位置属性包括如下中的一种或多种：热电传感器响应、光学传感器响应、超声传感器响应和毫米波传感器响应。
在步骤605处，发射机基于在之前的步骤603处所获取并传递的传感器数据来确定是否调整用于预定位置的功率波。在实施例中，发射机将在之前的步骤603中由传感器识别的生物或物体的位置数据与预定位置的一维、二维或三维坐标进行比较。在实施例中，发射机对着用于安全操作的一个或多个最大可允许的功率水平来比较如在之前的步骤601处计算出的汇聚在或被设置为汇聚在预定位置处的功率波的功率水平(例如，功率密度(w/m2)、电场水平(v/m))。
在步骤605的另一实施例中，发射机对着指示待从功率波的接收中排除的物体的标记信息来比较与一个或多个物体有关的物体检测数据，并且可以被存储为映射数据或传感器数据。在实施例中，指示待从功率波的接收中排除的物体的标记信息之前由用户设备传递到了发射机，用户设备诸如执行与无线功率充电系统相关联的软件应用的智能电话或工作站计算机。在另一实施例中，在针对物体(例如，敏感物体和/或接收机)而扫描传输场的同时，由一个或多个传感器将与待从功率波的接收中排除的物体有关的标记信息提供到了发射机。在另一实施例中，一个或多个传感器获得传输场内的各个区域处的传感器的敏感度的测量，并且将敏感度的测量传递到发射机。由传感器处理器或发射机处理器将在传输场中的、传感器具有低传感器敏感度测量的区域标记为待从功率波的接收中被排除。
在接下来的步骤607处，在确定用于发射功率波的功率水平之后，发射机对天线进行校准并基于在之前的步骤605处进行的确定来发射功率波。在该确定没有检测到不安全的或被禁止的状况的情况下，则在步骤607中发射的功率波可以具有在之前的步骤605处最初计算的波形特性(例如，功率水平)。在另一方面，在确定检测到不安全的或被禁止的状况的情况下，在步骤607中发射的功率波可以被终止发射或者它们可以具有如按照需要根据步骤601处计算出的功率波而调整的更新后的波形特性。在各个实施例中，不安全的或被禁止的状况可以是与生物或敏感物体的位置有关的信息，该信息指示生物或敏感物体位于预定位置(例如，能量口袋的位置)的附近(例如，接触预定位置、邻近预定位置或预定位置附近)，或者不安全的或被禁止的状况可以是物体检测数据，物体检测数据对应于标签信息，标签信息与待从能量波的接收中排除的物体有关。
在步骤607的实施例中，当步骤605处的确定识别不安全的或被禁止的状况时，发射机减少预定位置处的功率波的功率水平。在另一实施例中，当步骤605处的确定识别不安全的或被禁止的状况时，发射机终止到预定位置处的功率波的发射。在另一实施例中，当步骤605处的确定识别不安全的或被禁止的状况时，发射机调整功率波的特性以减少由功率波在预定位置处提供的能量大小。在另一实施例中，当步骤605处的确定识别在传输场中的特定位置处的不安全的或被禁止的状况时，发射机可以调整功率波的特性，或者调整发射机的天线阵列，以重新指引围绕该特定位置的功率波。附加地或可替换地，当基于从与发射机相关联的传感器接收的传感器数据、发射机在步骤605处识别不安全的或被禁止的状况时，发射机可以激活报警器。
在当前的步骤607中发射的最初计算的或调整的功率波可以是汇聚为建设性的干涉图案的rf波，其最终可以形成能量口袋，能量口袋可以被接收机的天线所拦截或以另外的方式被接收。接收机可以对rf波进行整流以然后将经整流的rf波转换为恒定的直流电压，直流电压可以被用于为电子设备充电或供电。
b.适应性地调整正在进行的功率充电的功率波
图7示出了在由无线功率系统的发射机正在进行的功率波发射期间保护生物和其他敏感物体的无线功率发射示例性方法700的步骤。无线功率系统的发射机可以包括传感器，传感器检测生物或敏感物体是否位于一个或多个能量口袋、功率波和/或发射机附近。在这些情况下，由传感器生成的传感器数据可以使发射机减少或终止功率波的功率水平以及多个附加或可替换的动作。
在第一步骤701处，发射机向预定位置发射功率波。如所提到的那样，在该步骤701发射的功率波可以汇聚成三维建设性干涉图案，最终在预定位置处形成一个或多个能量口袋。预定位置可以被包括在用于确定在传输场中何处发射功率波的映射数据中，映射数据诸如传感器数据或热图数据。在一些实施方式，包含预定位置的映射数据可以被存储发射机内部或外部的映射存储器中。在一些实施方式中，可以由发射机处理器或传感器处理器实时地或接近实时地生成映射数据。此外，在一些实施方式中，可以从用户设备通过与无线充电系统相关联的软件应用来提供包含预定位置的映射数据。
在步骤701的一些实施例中，发射机发射汇聚在传输场中以在预定位置处形成能量口袋的功率波，并且还发射汇聚以在传输场中的第二位置处形成第二能量口袋的功率波，第二位置与用于第一能量口袋的预定位置分离。即，在一些实例中，功率波可以导致功率波的旁波瓣的生成，这导致除了在预定位置处生成的第一能量口袋之外还形成一个或多个第二能量口袋。在一些实施方式中，用于第一能量口袋的预定位置和具有第二能量口袋的第二位置两者均被包括在映射数据(例如，传感器数据、热图数据)中，跟踪针对发射机的形成口袋的位置。尽管可以采用波形生成和发射技术来避免或减少旁波瓣的形成，但是当这些及其他类型的第二能量口袋存在于传输场中时，本文所公开的无线功率发射的各个实施例(诸如示例性方法700)可以智能地保护生物和敏感物体。
在接下来的步骤703处，一个或多个传感器获取指示生物或敏感物体的存在的原始传感器数据，然后将原始的或经处理的传感器数据传递到发射机。在实施例中，传感器可以获取并传递与生物或敏感物体有关的位置相关信息。在实施例中，一个或多个传感器获取生物或敏感物体的位置相关信息以及至少一个非位置属性并将其传递到发射机。在实施例中，生物或敏感物体的至少一个非位置属性包括如下中的一种或多种：热电传感器响应、光学传感器响应、超声传感器响应和毫米波传感器响应。
在实施例中，第一传感器位于发射机上的第一位置处，而第二传感器位于发射机上的与第一位置分离的第二位置处。第一传感器和第二传感器获取指示生物或敏感物体的存在的立体数据。
在实施例中，第一传感器提供指示生物或敏感物体的存在的第一类型数据，而第二传感器提供指示生物或敏感物体的存在的第二类型数据。对混和传感器类型的使用大体上改进了目标辨别。在实施例中，第一类型数据和第二类型数据中的至少一种指示生物或敏感物体的三维空间中的位置。
在实施例中，一个或多个传感器获取人类辨识传感器数据并将其传递到发射机，人类辨识传感器数据包括如下中的一种或多种：人体温度数据、红外测距仪数据、运动数据、活动辨识数据、轮廓数据、姿势数据、心率数据、便携式设备数据和可穿戴设备数据。附加地或可替换地，获取指示生物或敏感物体的存在的传感器数据的一个或多个传感器可以包括如下中的一种或多种：无源传感器、有源传感器和智能传感器。传感器可以包括如下中的一种或多种：红外传感器、热电传感器、超声传感器、激光传感器、光学传感器、多普勒传感器、加速度传感器、微波传感器、毫米波传感器、谐振lc传感器和射频驻波传感器。
在接下来的步骤705处，发射机从传感器或映射存储器获得传感器数据，传感器数据包括如由传感器所生成的指示生物或敏感物体的存在的原始的或经处理的传感器数据所指示的、与生物或敏感物体对应的位置相关信息。作为示例，一个或多个传感器可以获取指示生物或敏感物体的存在的原始传感器数据，对原始传感器数据进行处理，然后生成传感器数据，该传感器数据包含指示生物或敏感物体距一个或多个传感器或发射机的距离的信息。
在另一实施例中，第一传感器位于发射机上的第一位置处，而第二传感器位于发射机上的与第一位置分离的第二位置处。在步骤705中，发射机基于位于发射机上的各分离的位置处的第一传感器和第二传感器所获取的数据来获得与生物或敏感物体有关的立体位置数据。在实施例中，在步骤705中，发射机将距离信息与诸如立体传感器数据的其他信息结合，以便确定生物或敏感物体与如下位置的邻近：用于功率波的预定位置，或传输场内的应当避免功率波的发射的其他位置。
在另一实施例中，一个或多个传感器可以获取原始传感器数据，或基于一系列在不同时间的指示生物或敏感物体的存在的数据来生成经处理的传感器数据，经处理的传感器数据包含指示传输场中的生物或敏感物体的位移或运动的信息。在步骤705中，发射机使用该运动信息来感测生物或敏感物体相对于预定位置的移动。
在一些实施例中，在步骤705中，一个或多个传感器、发射机或两者可以对指示生物或敏感物体的存在的传感器数据进行过滤，以消除或最小化错误的假阳性(即，对生物或敏感物体的存在的错误指示)。该过滤可以按照需要来查询、变更和/或去除与生物或敏感物体的位置有关的信息。作为示例，热电传感器的传感器处理器可以将过滤技术应用于在发射机的传输场内检测到的与外来热源相关联的热电传感器数据。在该示例中，过滤可以从指示生物或敏感物体的传感器数据中排除与外来热源对应的数据点。
在接下来的步骤707处，发射机基于在映射数据或传感器数据中识别的与生物或敏感物体相关联的位置数据来确定是否要调整功率波的特性。发射机对着与预定位置相关联的平面坐标(例如，一维坐标、二维坐标、三维坐标、极坐标)来比较在之前的步骤705处获得的用于生物或敏感物体的位置数据，其中用于预定位置的坐标可以被存储在无线充电系统或发射机的映射存储器中。在实施例中，发射机对着用于生物或敏感物体的一个或多个最大可允许的功率水平来比较由功率波在预定位置处生成的功率水平(例如，功率密度(w/m2)和/或电场水平(v/m))，该功率水平可以是在之前的步骤701处计算出的功率水平。
在一些实施方式中，在步骤707中，发射机可以使用与生物或敏感物体相关联的传感器数据中的位置数据来将安全技术应用于对是否调整功率波的确定。一种安全技术是包括超过对最大可允许功率水平或对emf暴露的监管限制或其他限制的误差的界限(例如，10％-20％的界限)，以确保生物或敏感物体不被暴露于该限制处或该限制附近的功率水平。第二安全技术涉及对是否以及如何调整功率波的特性的多阶段确定。例如，在第一阶段，由传感器生成的位置数据可以指示生物或敏感物体朝着能量口袋的位置的移动，导致确定要减少功率波的功率水平(即，预见生物或敏感物体进入能量口袋)。在第二阶段，位置数据可以指示生物或敏感物体到达能量口袋位置处，导致确定要终止功率波。
在接下来的步骤709处，如果发射机在之前的步骤707处基于与生物或敏感物体相关联的传感器数据中的位置数据来确定要调整功率波，则发射机可以执行一个或多个动作。在一些情况下，当发射机在之前的步骤707处确定要调整功率波时，发射机减少预定位置处的功率波的功率水平。在一些情况下，当发射机在之前的步骤707处确定要调整或终止功率波时，发射机终止向预定位置发射功率波。在一些情况下，当发射机在之前的步骤707处确定要调整功率波时，发射机减少在预定位置处的功率波的能量大小。在一些实施例中，当发射机在之前的步骤707处确定要调节功率波时，发射机重新指引围绕生物或敏感物体的功率波的发射。附加地或可替换地，当发射机在之前的步骤707处确定要调节功率波时，发射机可以激活发射机或无线充电系统的报警器。
c.对要避开的物体进行标记
图8示出了一种无线功率发射方法，在该方法中，在由发射机正在进行的功率波发射期间，传感器通过检测一个或多个物体来获取物体检测数据，一个或多个物体可以是诸如功率发射的障碍物的无生物物体。发射机对物体检测数据与同待从功率波的接收中排除的实体有关的标识信息进行比较，并且基于该比较，确定是否要调整功率波的发射。
在步骤801处，发射机将功率波发射到预定位置。在实施例中，在该步骤处发射的功率波以三维图案汇聚以在预定位置处形成一个或多个能量口袋。
在步骤803处，至少一个传感器获取指示一个或多个物体的存在的物体检测数据并且将物体检测数据传递到发射机。在实施例中，物体检测数据包括用于一个或多个物体的位置相关信息。在实施例中，物体检测数据包括用于一个或多个物体的位置相关信息、以及用于一个或多个物体的至少一个非位置属性。在实施例中，至少一个传感器包括如下中的一种或多种：无源传感器、有源传感器和智能传感器。在实施例中，至少一个传感器包括如下中的一种或多种：红外传感器、热电传感器、超声传感器、激光传感器、光学传感器、多普勒传感器、加速度计、微波传感器、毫米波传感器、谐振lc传感器和射频驻波传感器。
在步骤805处，发射机通过对物体检测数据与同待从功率波的接收中排除的实体有关的标识信息进行比较，来确定是否要调整功率波的发射。在实施例中，之前由用户将用于待从功率波的接收中排除的物体的标识信息传递到发射机，以用于存储在发射机的数据库中。标识信息可以包括与待从功率波的接收中排除的物体的位置有关的信息，并且可以包括与待从功率波的接收中排除的物体有关的非位置信息。用户可以使用与发射机通信的计算机设备上的图形用户界面(gui)(诸如标准的网络浏览器)来提供标识信息。计算机设备可以是例如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、pda、智能电话和/或可以接收、处理和/或发射数字数据的别的类型的处理器控制的设备。计算机设备可以被配置为从应用商店下载图形用户界面以与发射机通信。
在另一实施例中，由至少一个传感器经由对用于无线功率发射的传输场进行扫描以检测标识信息而将用于待从功率波的接收中排除的物体的标识信息提供到发射机。
在实施例中，用于待从功率波的接收中排除的实体的标识信息包括空间中包含实体的区域的一维坐标、空间中包含实体的区域的二维坐标、或空间中包含实体的区域的三维坐标。
在实施例中，物体检测数据包括用于一个或多个物体的位置相关信息、以及一个或多个物体的至少一个非位置属性。在实施例中，至少一个非位置属性包括如下中的一种或多种：指定设备的热电传感器响应、光学传感器响应、超声传感器响应、毫米波传感器响应、和一个或多个物体的功率传感器响应。
在实施例中，至少一个传感器获得空间中的各个区域处的传感器的敏感度测量，并且将这些敏感度测量传递到发射机。空间中具有传感器的低敏感度测量的区域由发射机标记为待从功率波的接收中排除。该动态扫描方法避免了将功率波发射到空间中的如下区域中：在该区域中，阻碍传感器进行检测、或者传感器以其他方式不能检测无线功率发射系统的不安全或被禁止的状况。
在实施例中，物体检测数据包括用于一个或多个物体的位置相关信息，以及标识信息包括待从功率波的接收中排除的实体的坐标。在确定是否要调整功率波的发射时，发射机确定位置相关信息是否指示一个或多个物体贴近待从功率波的接收中排除的实体的坐标。
在步骤807处，如果发射机在步骤805处确定要调整功率波的发射，则发射机减少功率水平，终止功率波的发射，或者重新指引功率波。在实施例中，当发射机在步骤805处确定要调整功率波时，发射机减少预定位置处的功率波的功率水平。在另一实施例中，当发射机在步骤805处确定要调整功率波时，发射机终止向预定位置的功率波发射。在另一实施例中，当发射机在步骤805处确定要调整功率波时，发射机减少在预定位置处的功率波的能量。在另一实施例中，当发射机在步骤805处确定要调整功率波时，发射机重新指引功率波。此外，当发射机在步骤805处确定要调整功率波时，发射机可以激活报警器。
d.利用传感器来识别接收机
如之前所提到的那样，在一些实施方式中，传感器可以被配置为识别传输场中应当从发射机接收功率波的接收机。在这样的实施方式中，发射机可以收集传输场中的用于接收机的映射数据，作为对典型地由发射机用来识别接收机的通信部件的替代方式或补充。作为示例，当接收机和/或发射机无权访问通信部件时，识别接收机的替代或附加解决方案可以由发射机来实施。
图9示出了对选出(例如，由用户选出)为从无线功率系统接收功率的电气设备进行供电或充电的无线功率发射的方法。例如，图9的方法可以向诸如报警器时钟或烟雾报警器的电气设备发射无线功率，该电气设备不包括将通信信号发射到发射机以便实时地或近实时地交换数据的通信部件。在该方法中，传感器检测电气设备并且将装置检测数据传递到发射机。发射机参照发射机的包括用于一个或多个这样的指定设备的标识信息的数据库，来确定装置检测数据是否对应于被选出为从发射机接收功率的指定设备。基于该确定，发射机可以发射功率波，该功率波汇聚以在与被选出为接收无线功率发射的指定设备对应的任何所检测到的电气设备的位置处形成一个或多个能量口袋。
在步骤901处，至少一个传感器获取指示电气装置的存在的装置检测数据。在实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息。在另一实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息、以及用于电气装置的至少一个非位置属性。在实施例中，至少一个传感器包括如下中的一种或多种：热电传感器、光学传感器、超声传感器、毫米波传感器和功率传感器以及其他传感器技术。
在步骤903处，发射机确定在步骤901处获取的装置检测数据是否对应于被选出为从发射机接收功率的指定设备。在实施例中，之前由用户将用于被选出为从发射机接收功率的一个或多个指定设备的标识信息传递到发射机，以用于存储在发射机的数据库中。标识信息可以包括与一个或多个指定设备的位置有关的信息，并且可以包括与指定设备有关的非位置信息。用户可以使用与发射机通信的计算机设备上的图形用户界面(gui)(诸如标准的网络浏览器)来提供标识信息。计算机设备可以是例如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、pda、智能电话和/或可以接收、处理和/或发射数字数据的别的类型的处理器控制的设备。计算机设备可以被配置为从应用商店下载图形用户界面以与发射机通信。
在实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息，并且发射机将该信息与之前存储的空间中包含指定设备的区域的一维坐标、空间中包含该指定设备的区域的二维坐标、或空间中包含该指定设备的区域的三维坐标进行比较。在示例中，发射机对着之前在耦合到发射机的数据库中存储的数据记录来比较指示在传输场内的坐标处的电气装置(例如，挂钟)的位置的装置检测数据，其中数据记录包含用于被选出为从发射机接收功率的指定设备的数据。基于电气装置的位置与之前存储的传输场坐标之间的对应性，发射机确定电气装置对应于挂钟，并且因此挂钟应当在特定坐标处从发射机接收功率波。
在实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息、以及电气装置的至少一个非位置属性。在实施例中，至少一个非位置属性包括如下中的一种或多种：指定设备的热电传感器响应、光学传感器响应、超声传感器响应、毫米波传感器响应、以及指定设备的功率传感器响应。在非位置属性的示例中，装置检测数据包括诸如rfid标记的标识符，并且发射机将该标识符与之前在发射机中存储的指定设备的唯一标识符进行比较。基于装置检测数据的标识符和指定设备的之前存储的唯一标识符之间的对应性，发射机确定电气装置对应于指定设备。在该实例中，发射机可以进行要将功率发射到电气设备的确定，即使电气装置可能已经移动到与之前在发射机数据库中存储的指定设备的位置不同的位置。
在实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息，并且除了执行确定步骤903之外，发射机还存储与电气装置的位置对应的映射信息，以用于未来的参照。在实施例中，装置检测数据包括关于电气装置的位置的信息，并且除了执行确定步骤903之外，发射机还更新与电气装置的位置对应的之前存储的映射信息。
在步骤903的实施例中，在确定装置检测数据是否对应于指定设备时，发射机进一步确定用于指定设备的标识和属性信息，标识和属性信息包括如下中的一种或多种：指定设备的功率使用水平、指定设备的功率使用持续时间、指定设备的功率时间表、和指定设备的认证凭证。
在步骤905处，如果装置检测数据对应于被选出为从发射机接收功率的指定设备，则发射机发射功率波以用于由电气装置来接收。在实施例中，发射机确定用于指定设备的标识和属性信息，标识和属性信息可以控制是否或者何时发射机发射功率波以用于由电气装置来接收。标识和属性信息的示例包括指定设备的功率使用、指定设备的功率使用持续时间、指定设备的功率时间表和指定设备的认证凭证。
在步骤907处，在电气装置被连接到接收机的情况下，接收机拦截功率波并对功率波进行转换以对电气装置进行充电或供电。在实施例中，功率波是射频波，射频波以射频波的建设性干涉图案的形式形成一个或多个能量口袋，然后接收机从所得到的能量口袋中收集能量。此处，接收机对来自产生能量口袋的射频波的能量进行整流，并且将经整流的射频波转换为恒定的dc电压，恒定的dc电压能够对电气装置进行充电或供电。
e.示例性实施例
在无线功率发射机(“发射机”)的传感器子系统的以下示例性实施例中，发射机可以包括两个类型的传感器：初级传感器和次级传感器。初级传感器可以实现能够捕获并生成位于传输场内的物体(例如，生物)的温度或热信息的传感器数据的任何传感器技术，所述任何传感器技术可以包括红外或热传感器。次级传感器可以利用如下传感器技术来进行操作：该传感器技术的目的为使用可替换的传感器技术(诸如超声传感器)来测量距发射机某一距离和/或发射机附近的物体。应当理解到，在一些实施例中，对“初级”和“次级”传感器的提及不总是指示由这些传感器产生的信息的优先级水平。
继续该示例，初级热传感器和次级距离传感器可以将模拟数据(即，原始传感器数据)直接报告到与对应传感器相关联的特定应用集成电路(asic)。asic的操作可以由传感器处理器来控制，传感器处理器可以是被配置用来控制asic的微控制器或处理器。作为示例，在接收到原始传感器数据之后，每个asic然后可以对传感器数据进行数字化、处理，并且将经处理的传感器传递到对应的处理器。asic和/或传感器处理器可以被集成到传感器组件，或者与传感器分离某一物理或机械距离。在一些实施例中，asic和/或传感器处理器可以使用串行外围接口(spi)和/或i2c串行数字通信接口来传递数据和命令。并且在一些实施例中，传感器处理器和/或初级和次级传感器组件可以被集成到单个印刷电路板(“传感器pcb”)中，或者取决于特定机械要求或不同的系统应用需要而可以分离开。在该示例中，传感器包括具有传感器处理器和asic的单个pcb。
在操作中，传感器处理器将与一个或多个发射机通信经处理的传感器数据。例如，处理器可以利用spi将传感器数据发射到主发射机的命令控制单元(command-and-control-unit，ccu)。在一些实施方式中，只有每当要求对系统的安全和有效的操作进行优化时才执行传感器pcb到ccu的通信，但同时维护最佳资源(例如，功率、存储器、处理)效率。
i.示例性校准操作
在第一时间采样处(例如，时间＝0(t0))，第一次或在清除存储器之后对系统进行上电或初始化。执行自测试以确定各部件在低功率水平处是否是可操作的。执行次级测试，次级测试检查网络连接性和(假设发现因特网连接)软件更新。假设所有系统都是可操作的并且固件是最新的，传感器pcb将执行会在小于2秒内完成的自校准。传感器pcb将是全功能的，并且即使在没有网络连接性的情况下仍能够完成校准。网络连接性不会是用于安全和有效的操作的前兆(precursor)。
在一些实施方式中，当同时满足若干标准时，自校准可以随后着手起动。作为示例，对于对基于热的技术进行操作的初级传感器，传感器将确定是否没有感兴趣的热物体(tooi)存在于视场中以及是否没有功率接收机存在于传输场中；并且通过ccu来检测功率接收机的存在。对于该示例性实施例中的次级传感器，起动准则要求在执行自校准所需要的最小时间量内发射机是固定的，其中在传输场内没有感兴趣的热物体存在也没有检测到其移动。
接下来，当在传输场中没有检测到可能被确定为感兴趣的热物体的事物时，开始初级传感器自校准处理和增益控制。换言之，传感器不能检测到具有可能与生物的存在相匹配的热和/或形状轮廓的任何物体，生物包括(但不限于)在传输场内自由漫步的宠物和任何年龄的人。初级传感器然后可以根据所实施的技术来执行自校准处理。
在初级传感器的自校准的示例性方法中，初级传感器将通过使用等温快门来执行自校准，等温快门在操作时随时覆盖传感器的热摄像装置阵列的镜头或输入。独立的之前校准的温度传感器(例如，ntc或ptc电热调节器，2或4接触电阻温度检测器(rtd)、热电偶或其他精确的温度感测器件)与初级传感器组件集成，并且尽可能地与镜头和输入快门设备接近等温。在等温快门禁止初级传感器输入时，外部的温度感测设备和热摄像装置的整个像素阵列被读取。用于每个热像素的模拟传感器值被分析并且被分配到(校准到)外部(快门-等温的)温度感测设备的温度读数。该模拟到数字的热自动校准可以是初级传感器asic的功能，并且可以需要或不需要来自传感器处理器/控制器的外部输入或交互。当快门被再次打开(不遮挡初级传感器)时，来自初级传感器中的热像素的大阵列中的每个像素的读数将被分配精确的绝对温度读数。将由传感器处理器在所有随后的热阵列采集(热帧)中分析这些值，以确定传输场内或室内/空间附近的任何感兴趣的热物体的位置。
假设初级传感器没有检测到场景移动或感兴趣的热物体，次级传感器的校准可以与初级传感器校准同时或在初级传感器校准的一秒内发生。超声距离和其他近程传感器的操作是将小数量的快速发射脉冲发射到室内或空间中，并且从室内的所有物体接收回来的反射。发射图案典型地将发生小于1/1000秒(<1ms)，并且可以感测反射数十微秒，允许感兴趣的区域(感兴趣的区域包括无线功率发射的区域)的深度范围以及感测和边界。由每个次级传感器所收集的反射在这些状况(即，没有感兴趣的热物体并且没有检测到移动)下将形成参考帧或背景反射图案，将对着背景反射图案来测量未来的次级传感器接收帧。
ii.正常操作
在对初级传感器进行校准之后，可以由传感器处理器来感测并且识别如感兴趣的热物体(tooi)之类的物体。当感测到感兴趣的热物体时，一对超声或近程传感器将发送出标准的发射脉冲并且接收回来的反射图案。基于数学(例如，三角法)传感器分析和处理，反射图案给出到感兴趣的热物体的距离和角度。数学和反射处理将被用于检测并且跟踪功率发射的域内的生物体(例如，人类和动物)；并且在一些实施例中，可以在没有ccu的情况下完全完成初级传感器操作和检测。
在一些情况下，当ccu检测到功率接收机的存在时，ccu可以从发射机请求传感器pcb将几乎立即报告回的、生物体(感兴趣的热物体)在x、y、z或x、y中的坐标、以及方位角。根据室内的任何接收机的位置和/或任何生物体(例如，最终用户)的位置的知识，可以控制用于生成能量口袋的功率波，不仅在空间上也在功率输出上进行控制，这是因为ccu会具有功率以调节、定标和控制被发射到接收机周围的能量口袋的功率波。有利地，该系统使得能够进行同时具有最大合规和安全的、不具有来自最终用户的主动交互或想法的最佳功率发射。
当系统检测到生物体位于传输场的该能量口袋的四周外部时，接收机可以接收用于能量口袋的最大功率。如果能量口袋非常接近于生物体，则通过调节功率波来将功率发射自动压制为处于fcc合规和安全规格内。
如果存在接收无线功率的接收机但是在传输场中没有检测到感兴趣的热物体(即，生物体)并且任何障碍物都迅速地移动穿过视场(可能非常接近于发射机)，则传感器和传感器处理器将足够迅速地感测并且响应以将中断信号发送到发射机的ccu，发射机的ccu将立即并且临时禁用功率发射，直到接收机的区域没有障碍物并且可以恢复功率发射的这样的时间为止。例如，发射机可以具有检测感兴趣的热物体紧密接近发射机(借此，发射机禁止功率发射，直到感兴趣的热物体不再处于发射机和接收机之间的发射路径中为止)的传感器。在另一示例中，发射机可以具有检测感兴趣的热物体紧密接近发射机(借此，发射机禁止功率发射直到感兴趣的热物体不再接近发射机为止)的传感器。
iv.生成功率波并形成能量口袋
在无线充电系统中，发射机是包括各种元件和电路的装置，或者是与各种组件和电路相关联的装置。这些电路和组件例如负责以下事项：产生和发射功率波、在传输场中的位置处形成能量口袋、对传输场的条件进行监视以及在需要的地方产生零空间。发射机可以基于一个或多个参数来产生和发射用于口袋形成和/或零控制的功率波。这些参数可以基于从一个或多个接收机、发射机内部的传感器和/或发射机外部的传感器接收的数据，由发射机处理器、传感器处理器、或向发射机提供指令的其他处理器来确定。关于系统的处理器，应当理解的是，内部传感器可以是发射机或者接收机的整体部件。还应当理解的是，外部传感器可以是置于发射机的工作区域内的传感器，并且可以与系统的一个或多个发射机进行有线或者无线通信。
发射机可以无线地发送具有某些物理波形特性的功率波，这些物理波形特性对于所实施的特定波形技术是特有的。功率波被发送给发射机的传输场内的接收机，功率波可以是通过空间传播的任何物理媒介的形式并且被转换成用于对一个或多个电子设备进行充电的可用电能。物理媒介的示例包括射频(rf)波、红外、声学、电磁场和超声。功率传输信号可以包括具有任意的频率或波长的任何无线电信号。本领域技术人员应当理解的是，无线充电技术不限于射频波传输技术，还可以包括将能量发送给一个或多个接收机的替代或者额外技术。
a.产生和使用功率波的系统的部件
图10示出了根据示例性实施例的产生能量口袋以对无线功率传输系统中的一个或多个电子装置进行供电。
无线功率传输系统1000包括发射机1002，发射机1002将一个或多个功率传输波形1004从天线阵列1006发送，以对诸如移动电话1008和膝上型笔记本电脑1010之类的一个或多个电子装置进行供电。除了其他类型的电子装置以外，一个或多个电子装置的非限定性示例还可以包括膝上型笔记本电脑、移动电话、智能电话、平板电脑、音乐播放器、玩具、电池、手电筒、电子表、照相机、游戏控制台、家用电器和gps装置。
功率波的示例可以包括微波、无线电波和超声波。功率波1004通过发射机1002的微处理器进行控制，以在需要形成能量口袋1012的位置处形成能量口袋1012。在示例性的实施例中，能量口袋1012预期在一个或多个电子装置1008和1010处。发射机1002进一步被配置成发送功率波1002，功率波聚合在三维空间中，以在一个或多个位置中创建一个或多个零空间，在零空间出，所发送的功率波大体上相互抵消。
发射机1001的微处理器进一步被配置成基于一个或多个参数来选择功率传输波形、选择功率传输波形的输出频率、一个或多个天线阵列1006的形状、以及至少一个天线阵列1006中的一个或多个天线的间隔，以在目标位置处形成能量口袋，从而对一个或多个电子装置1008和1010进行供电。发射机1001的微处理器进一步被配置成基于一个或多个参数来选择功率波形的输出频率、一个或多个天线阵列1006的形状、至少一个天线阵列1006中的一个或多个天线的间隔，以在发射机1002的传输场中的一个或多个位置处形成零空间。能量口袋形成在功率波1002聚集以形成能量三维场处，在能量三维场周围由发射机1002产生特定位置处的一个或多个相应的传输零。
发送功率波的发射机1002的天线阵列1006的天线可以工作在单阵列、双阵列、四阵列或者由发射机1002的微处理器根据一个或多个参数所选择的任何其他配置中。在示例性的实施例中，发射机1002的天线阵列1006的天线可以操作为单阵列。
接收机可以与发射机1002进行通信，以指示其相对于发射机1002的位置。通信部件使得接收机通过发送符合无线协议的通信信号来与发射机1002进行通信。无线协议可以从由以下所组成的群组中选择：
在某些实施例中，一个或多个电子设备1008和1010可以与和一个或多个电子装置1008和1010相关联的接收机不同。在这些实施例中，一个或多个电子装置1008和1010可以通过电线连接到接收机，电线将转换后的电能从接收机传递给一个或多个电子装置1008和1010。
发射机1002从接收机接收到通信之后，发射机1002对接收机进行识别和定位。建立一个路径，发射机1002通过这个路径可以获悉来自接收机的通信信号的增益和相位。除了来自接收机的通信信号之外，发射机1002从一个或多个内部传感器、一个或多个外部传感器、关于接收机的位置和一个或多个物体(例如，人类和动物)的位置的热图数据接收信息/数据。基于从内部传感器、外部传感器、热图数据、来自接收机的通信信号所接收的全部信息和数据，发射机1002的微处理器对信息和数据进行分析，然后确定一个或多个参数，这些参数作为输入以用于确定在目标位置处产生能量口袋1012所需要的选择。在确定一个或多个参数之后，发射机1002随后选择待发送的功率传输波1002的类型，功率传输波1002的输出频率，以在发射机1002的传输场内的目标位置处产生能量口袋1012。在其他实施例中，除了选择功率传输波1002的类型和确定功率传输波形1002的输出频率之外，发射机1002还可以从一个或多个天线阵列1006的固定物理形状选择天线的子集，天线的子集对应于天线的期望间隔，并且用于在发射机1002的传输场内的目标位置处产生能量口袋1012。在功率波的输出频率、一个或多个天线阵列106的形状、一个或多个天线阵列1006中的每个天线阵列中的一个或多个天线的间隔的选择之后，发射机1002的天线可以开始发送在三维空间聚合的功率波1002。还可以通过使用外部电源和使用压电材料的本地振荡器芯片来产生功率波1002。功率波1002由发射机1002的微处理器不断控制，发射机1002的微处理器包括用于调整功率波1002的相位和/或相对幅度的专用芯片。功率波1002的相位、增益、幅度、频率和其他波形特征是基于一个或多个参数来确定的，并且可以用作天线形成能量口袋1012的多个输入中的一个输入。
图11示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的能量口袋的产生。
如图11所示，发射机1102产生功率波1104，功率波1104在接收机处形成能量口袋1106。如之前所讨论的，发射机1106的微处理器将基于从内部和外部传感器、热图数据、来自接收机的通信信号接收的全部信息和数据来确定一个或多个参数。发射机1102的微处理器将使用一个或多个参数作为输入来从一个或多个波形的列表中选择功率波1104，并且由波形发生器在所期望的输出频率下产生功率波1104。功率波1104的相位、增益、幅度、频率和其他波形特征也是由发射机1102的微处理器基于该一个或多个参数来确定的。发射机1102的微处理器可以使用一个或多个参数作为输入来从全部数量的天线阵列中选择天线阵列的子集，并且从所选择的天线阵列的子集的全部数量的天线中选择天线的子集，以用于形成功率波1104，从而形成能量口袋1106。
基于一个或多个参数，发射机1102的微处理器将会选择天线阵列、选择所选择的天线阵列的形状、选择将要在所选择的天线阵列中使用的天线、选择由波形发生器产生的波形以供所选择的天线阵列中的所选择的天线进行传输，并且最后由所选择的天线阵列中的所选择的天线发送的所选择波形的输出频率。发射机1102的微处理器进一步基于一个或多个参数来选择从所选择的天线阵列中的所选择的天线发射所选择的波形的发射时间。在一个实施例中，发射机1102的微处理器连续地从内部和外部传感器、热图数据、来自接收机的通信信号接收新信息和数据；基于新接收到的信息和数据，发射机1102的微处理器可以产生新的一个或多个参数。发射机1102的微处理器使用新的一个或多个参数来控制所发送的功率波104的频率，用于传输新的功率波1104的新的天线阵列的子集和天线的子集。举例而言，如图3和4所示，发射机1102可以连续地扫描传输场的分段，以识别接收机的新位置，如图13所示，发射机1102可以基于新的参数来调整天线功率波传输的方向、天线阵列中的天线的选择(例如，天线阵列的形状、天线的间隔)和输出频率。
在图11中，安全区域1108可以是接近发射机1102的区域，在接近于天线阵列时，功率波1104不用通过使用零控制来消除，因此功率波1104的辐射能量不能由发射机1102来取消。在某些实现方式中，由功率波1104从发射机1102产生的能量不适用于诸如人类和动物的物体。因此，安全区域1108表示传输场内、发射机1102自动地降低所产生的能量或者整体停止功率波1104的传输的区域，特别是如果传感器在安全区域内识别到人类或敏感物体。
图12示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的能量口袋的形成的图示。图12示出了距离和分贝毫瓦特之间的图示。能量口袋形成在36dbm和5尺处。发射机天线发送功率传输信号，使得功率传输信号在接收机周围的三维空间中聚集，其位于5尺距离处。接收机周围所产生的场形成36dbm的能量口袋，接收机从该能量口袋获得电能。如图所示，在能量口袋的预期位置之外，功率波中所包含的能量快速减少，以避免在能量口袋的位置附近的其他区域创建不期望的能量。在本附图中，能量口袋预期在5尺的距离处产生，因此在超过5尺的任何距离处，功率传输信号减少。图12示出了天线阵列具有相等的天线间隔、天线阵列具有不同的天线间隔并且可以置于非平面天线阵列这两种情况下，功率波何时逐渐消失的两条曲线。在不同天线间隔和非平面天线的情况下，功率水平在能量口袋的预定位置之外迅速减小。
图13示出了根据示例性实施例的一种形成用于无线功率传输系统中的一个或多个装置的能量口袋的方法。
在第一步骤1302中，发射机(tx)接收从一个或多个传感器收集和产生的传感器数据。在某些情况下，根据用于发射机的通信组件和接收机的通信组件之间的通信的无线协议，发射机建立与接收机(rx)的连接。也就是，发射机的通信组件和接收机的通信组件可以使用无线通信协议(例如，
在下一步骤1304中，发射机可以确定一个或多个参数。在一个实施例中，发射机的微处理器可以执行一个或者多个软件模块，以便对所接收的数据和信息进行分析，并且基于分析结果来确定一个或多个参数。一个或多个参数充当微处理器的输入，以进行必要的选择，从而在一个或多个目标位置处形成能量口袋。
在下一步骤1306中，发射机可以基于一个或多个参数来执行一个或多个软件模块，以选择由波形发生器所产生的波形、选择波形的输出频率、从一个或多个天线阵列的固定物理形状选择天线的子集，天线的子集对应于天线的期望间隔，以在一个或多个接收机的目标位置处形成能量口袋。
在一个实施例中，基于一个或多个参数的发射机算法可以通过发射机的天线来改变功率传输信号的产生和传输，以优化接收机周围的能量口袋。举例而言，发射机可以调整发射机的天线发送功率传输信号的相位，直到接收机所接收的功率指示在接收机的周围有效地建立了能量口袋。当天线的优化配置被识别之后，发射机的天线可以存储这些配置，以使得发射机在最大水平下进行广播。
在一个实施例中，基于一个或多个参数的发射机的算法可以确定何时调整功率传输信号，并且还可以改变发射天线的配置。举例而言，发射机可以基于一个或多个参数来确定接收机处所接收的功率小于最大值。随后，发射机可以调整功率传输信号的相位，但是还同时基于接收机和传感器装置回报的信息和数据来继续产生新的一个或多个参数。
在一个实施例中，当发射机从接收机和传感器装置接收关于新接收机存在的信息和数据时，发射机将产生新的一个或多个参数，并且基于新的一个或多个参数发射机可以调整发射机的天线阵列中的一个或多个天线。在某些实施例中，发射机可以确定天线的子集来为新的接收机提供服务，由此将阵列分为阵列的子集。在某些实施例中，整个天线阵列可以在指定的时间段内为原接收机提供服务，并且然后整个阵列为新接收机提供服务。由发射机执行自动流程以选择阵列子集来为新接收机提供服务。在一个示例中，发射机阵列可以一分为二，形成两个子集。结果，一半的天线可以被配置成向原接收机发送功率传输信号，另一半天线被配置成用于新接收机。
在下一步骤1308中，发射机将针对一个或多个接收机产生能量口袋。一个或多个接收机可以电连接到诸如智能电话之类的电子装置。发射机可以在接收机之间交替变化并且在预定的间隔扫描新接收机，并且由此产生新的一个或多个参数。每检测到一个新的接收机，则产生新的一个或多个参数，并且基于新的一个或多个参数，发射机可以建立连接并且据此开始发送功率传输信号。
b.功率波的波形&操作波形
图14a和14b示出了根据示例性实施例的用于在无线功率传输系统中形成能量口袋的波形。波形或功率波1402和1404由发射机1406产生，并且被指向接收机1408的发射机1406的一个或多个天线发送，以在预期的位置处形成能量口袋。
发射机1406接收通信信号。在一个实施例中，发射机1406可以从传感器装置接收通信信号。传感器装置包括一个或多个内部传感器和/或一个或多个外部传感器。一个或多个内部传感器是发射机1406的整体部件。一个或多个外部传感器位于发射机1406的外部。一个或多个外部传感器可以形成为接收机1408的整体部件。在另一示例中，一个或多个外部传感器可以位于本申请的无线通信系统的工作区域中。在另一个实施例中，一个或多个外部传感器可以固定在待充电的一个或多个电子装置上。在另一实施例中，发射机1406可以接收从接收机1408直接接收通信信号。发射机1406的微处理器对接收机1408通过通信部件发送的通信信号或者信息进行处理，以确定行程能量口袋的最佳时间和位置。通信部件和传感器装置可以用来传递信息，例如，装置或用户的标识符、电池水平、位置或者其他此类信息。其他通信部件是可能的，其可以包括雷达、红外摄像机、用于声波三角测量的声音装置，以用于确定装置位置和物体位置。发射机1406可以进一步基于所接收的通信信号来产生传输信号。发射机1406根据微处理器所确定的操作模式来产生传输信号。操作模式反映了发射机1406的微处理器所确定的传输频率。在一个实施例中，用户使用与发射机1406的微处理器相关联的用户接口来手动设置操作模式。在另一实施例中，发射机1406的微处理器基于通信信号中的所接收信息来自动地设置操作模式。
一旦发射机1406基于通信信号中所包含的信息/数据识别和定位到接收机1408，则建立路径。通过使用一个或多个天线阵列中的至少一个天线阵列的一个或多个天线，发射机1406可以开始发送在三维空间中聚合的功率波。
在一个实施例中，发射机1406的工作模式(工作频率)是基于发射机1406从传感器装置或通信部件接收的通信信号来确定的。发射机1406的微处理器随后对通信信号进行评估，并且基于通信信号的结果，发射机1406发起待由一个或多个天线阵列中的每个天线阵列中的一个或多个天线进行发送的波形(一个或多个类型)的产生。在一个示例中，如果传感器装置或者通信部件所接收的信息/数据包括指示接收机1408的第一位置(例如，接近发射机1406)的数据，则可以使用低功率波形发生器。在连续波模式中，如果传感器装置或者通信部件所接收的信息/数据包括指示接收机1408的第二位置(例如，远离发射机1406)的数据，则需要高功率脉冲来向接收机发送更多能量，因此发射机使用高功率路径(脉冲波形发生器)。这些波形中的每个波形通常被存储在数据中，作为根据条件需要的一系列可能发送的波形。换言之，基于传感器装置或者通信部件所接收的通信信号中所包含的信息，发射机1406随后产生由一个或多个天线发射的所期望类型的波形，并且进一步选择所产生波形的工作频率和幅度。如上位所讨论的，使用波形发生器或者任何波形发生器电路的发射机1406可以产生脉冲波和连续波。在另一实施例中，这些rf波还可以使用外部电源或者使用压电材料的本地振荡器芯片来产生。rf波可以由rfic电路来进行控制，rfic电路可以包括用于调整rf信号的相位和/或相对幅度，rf信号的相位和/或相对幅度可以作为输入，以便一个或多个天线形成口袋形成。口袋形成可以利用干扰来改变一个或多个天线的方向性，其中，干扰的一种形式产生能量口袋，而干扰的另一种形式产生零空间。接收机1408随后利用口袋形成所产生的能量口袋来对电子装置进行充电或者供电，并且因此有效地提供无线功率传输。
发射机1406包括在本申请的一个实施例中使用的用于产生波形的波形产生部件。发射机1406包括外壳。外壳可以由允许信号或波传输和/或接收的任意材料制成。外壳可以包括一个或多个微处理器和电源。在一个实施例中，若干个发射机可以由单个基站和单个微处理器来进行管理。这种能力可以允许发射机的位置在各种各样的战略位置中，例如天花板、墙壁等。
发射机1406的外壳包括一个或多个天线阵列。一个或多个天线阵列中的每一个天线阵列包括一个或多个天线。一个或多个天线可以包括用于在频带中工作的天线类型，例如，大致900mhz至约100ghz或者其他这样的频带，例如，约1ghz,5.8ghz,24ghz,60ghz,and72ghz。在一个实施例中，天线可以是方向性的，并且包括平面天线、贴片天线、偶极天线和用于无线功率传输的任何其他天线。天线类型可以包括，例如，高度从约1/8英寸到约6英寸、宽度从1/8英寸到约6英寸的贴片天线。天线的形状和方向可以随着发射机1406的期望特征来改变；方向可以在x轴、y轴和z轴是平坦的，以及在三维布置中的各种方向类型和组合。天线材料可以包括允许具有高效和良好热耗散的rf信号传输的任意材料。天线的数量可以随着发射机1406的期望范围和功率传输能力而变化。另外，天线可任意具有至少一个极化或者极化的选择。这种极化可以包括垂直极化、水平极化、圆极化、左手极化、右手极化以及极化的组合。极化的选择可以随着发射机1406的特性而变化。另外，天线可以位于发射机1406的各种表面中。天线可以工作在单阵列、双阵列、四阵列和根据一个或多个参数而设计的其他配置中。
发射机1406的外壳进一步包括一个或多个印刷电路板(pcb)、一个或多个rf集成电路(rfic)、一个或多个波形发生器和一个或多个微处理器。
发射机1406包括多个pcb层，其可以包括天线，和/或基于一个或多个参数提供对能量口袋形成进行更大控制的rfic。pcb可以是单侧、双侧和/或多层的。多个pcb层可以增加发射器所传递的范围和功率。pcb层可以连接到单个微处理器和/或专用微处理器。在某些时限方式中，包括多个pcb层的发射机1406可以包括对形成能量口袋提供更大控制的天线，并且可以基于一个或多个参数而增加对目标接收器的响应。此外，无线功率传输的范围可以由发射机来增加。由于天线的较高密度，多个pcb层可以增加发射机1406无线传送和/或广播的范围和功率波的量。pcb层可以连接到针对每个天线的单个微处理器和/或专用微处理器。
发射机1406可以包括rfic，rfic可以从微处理器接收rf波，并且将rf波分成多个输出，每个输出链接到一个天线。在一个实现方式中，每个rfic可以被连接到四个天线。在其他实现方式中，每个rfic可以被连接到多个天线。rfic可以包括多个rf电路，多个rf电路可以包括数字和/或模拟部件，例如，放大器、电容器、振荡器、压电晶体等。rfic控制天线的特征，例如针对口袋形成的增益和/或相位。在发射机1406的其他实现方式中，从每个天线所发射的功率波的相位和幅度可以通过相应的rfic来调节，以便基于一个或多个参数来产生所期望的能量口袋和零控制。rfic和天线可以根据所期望的应用来设计的任何布置来工作。举例而言，发射机1406可以包括平坦配置的天线和rfic。基于一个或多个配置，天线的子集和/或任意数量的天线可以连接到单个rfic。
微处理器包括arm处理器和/或dsp。arm可以包括基于精简指令集计算的一个或多个微处理器。dsp可以是被配置为提供通信信号的数学运算、以某种方式修改或改善通信信号的单处理芯片，其中，通信信号可以由离散时间、离散频率和/或其他离散域信号(包括一系列的符号和这些信号的处理)来表示。dsp可以测量、过滤和/或压缩连续时域模拟信号。第一步是通过使用模数转换器(adc)将信号从模拟转函成数字，模数转换器(adc)将模拟信号转换成离散数字值流。微处理器还可以运行linux和/或其他操作系统。微处理器还可以连接到wi-fi，以便通过网络来提供信息。此外，微处理器可以发送功率波，功率波聚合形成针对多个接收机的多个能量口袋。发射机可以允许无线功率传输的距离区分。另外，微处理器可以通过控制通信部件来管理和控制通信协议和信号。
发射机1406的波形发生部件进一步可以包括波形发生器、数模(d/a)转换器、功率放大器和一个或多个滤波器。发射机1406的波形发生器通常被编程以产生具有指定量噪声、干扰、频率偏移和频率漂移的波形。发射机1406的波形发生器被配置成基于一个或多个参数在发射机处产生多个版本的波形，针对每个天线有一个版本的波形。在一个实现方式中，发射机1406的波形发生器产生由天线阵列中的各个元件所发送的波形。针对一个或多个天线中的每个天线，不同的波信号由发射机1406中的波形发生器来产生。这些信号中的每一个信号随后通过d/a转换器和一个或多个滤波器。所产生的模拟信号中每一个被功率放大器所放大，然后被发送至一个或多个天线中的相应天线。波形发生器的描述可以参见2014年12月27日申请、申请号为13/891,445、题为“用于无线功率传输的发射机”的美国专利申请，2014年12月29日申请、申请号为14/584,364、题为“用于无线功率传输的增强发射机”的美国专利申请。这两篇美国专利申请的全文以引用的方式并入本文。
在一个示例中，假设所发送的信号是基于一个或多个参数而确定的余弦波形，发射机1406的波形发生器首先产生与待发送的波形的相位相对应的一系列相位角。由发射机1406的波形发生器所产生的这一系列相位角可以公用于所有天线，或者不公用于所有天线。在本申请中，由发射机1406的波形发生器所产生的这一系列相位角可以公用于所有天线。波形相位角可以被调整为通过针对每个天线增加时间延迟和相位调整来控制波形。针对每个天线产生一系列经调整的相位角。随后，通过向经调整的相位角应用余弦功能，针对每个天线产生信号。这可以通过余弦查找表来完成。每个余弦波被加载并且读出至d/a转换器。发射机1406的波形发生器产生与待发送的信号的相位相对应的一系列相位角。这些相位角是天线阵列中的每个天线公用的。由发射机1406的波形发生器所进行的相位角选择可以由直接数字合成器(dds)或类似的装置来实现。随后，对波形相位角进行处理以针对每个天线增加时间延迟和相位调整。时间延迟允许在较宽带宽上的统一指向，并且相位调整补偿了中心频率出的时间延迟量化。为了对所发送的波进行控制，每个天线还需要具有向公共波形增加特定的相位角。发射机1406的波形发生器被配置成基于一个或多个参数的输入而对波形执行所有的上述功能。
发射机1406的波形发生器进一步被配置成根据一个或多个传输参数来产生具有一个或多个特征的一个或多个功率波。一个或多个功率波是非连续波，非连续波具有基于对与一个或多个功率波的一个或多个特征相对应的一个或多个传输参数进行的一个或多个更新而增加或减小的频率和幅度。在一个示例中，非连续功率波可以是啁啾波形(chirpwaveform)。由于波形的频率在时间上呈现线性变化或对数变化，从而扫除频带而不会创建一个特定频率下的集中能量(而这不是所期望的)，通常使用啁啾波形。当然，取决于应用和当前需要哪种频域波形，可以使用其他依赖时间的频率。换言之，啁啾波形是频率调制脉冲或信号，其中，经调制的频率通常在与一脉冲宽度相等的有限时间内从初始频率开始线性增加，例如从-50mhz到+50mhz，从而在例如10毫秒的脉冲宽度内提供100mhz的带宽，并调制例如160mhz的中心频率。这种调制波形通常是增加的，并且在由发射机的一个或多个天线传输之前，可以被混合到较高rf载波，例如900mhz到100ghz。啁啾波形可以通过各种硬件模块来产生。产生啁啾波形的其中一种方法包括一组集总电路元件。例如，这组集总电路元件可以包括一组电路，这一组电路产生各自组的交错延迟信号，这些交错的延迟信号相加，并且提供啁啾波形。产生啁啾波形的另一方法可以包括金属化水晶设备，金属化水晶设备经受高脉冲信号以产生线性频率调制的啁啾波形。在产生啁啾波形的另一示例性方法中，可以采用直接数字合成。产生啁啾波形的dds方法通常采用被编程的存储器，被编程的存储器具有存储的正弦值，这些正弦值通常被馈送到d/a转换器，使得在某个脉冲宽度时间内，数字值被以增加的速率循环输入到d/a转换器，模拟转换器通过这个脉冲宽度产生啁啾波形。
在另一实施例中，可以基于一个或多个参数，产生啁啾子脉冲波形，并且将啁啾子脉冲波形混合到期望的中心中频。连续地产生多个啁啾子脉冲波形，并且分别与多个中频中的中频相混合。这种连续混合的啁啾波形具有与全部啁啾子脉冲波形的脉冲宽度之和相等的扩展脉冲宽度。在这种情况中，当全部啁啾子脉冲波形的脉冲宽度具有相同脉冲宽度时，连续调频脉冲波形的扩展脉冲宽度将会等于子脉冲的数量乘以每个子脉冲的脉冲宽度。
在另一实施例中，可以使用数据来对相对较高的频率载波信号进行调制，以基于一个或多个参数来产生驱动一个或多个天线的波形。一种类型的调制是角调制，这包括调制载波信号的角度。角调制可以包括调制载波信号的频率或调制子载波信号的相位。波形形成处理包括产生较多调制的波形信号，并且使用多个低通滤波器来渐进地过滤发射机的波形发射器中的角调制信号，以产生用于驱动一个或多个天线的调制正弦波形。该技术包括对发射机进行编程以滤波的转角频率(cornerfrequency)调谐到使用由发射机1406的微处理器所进行的编程可选择的频率范围内的频率。
为了产生能量口袋，使用波形发生器的发射机1406产生具有与其自身相关度很低的一个或多个功率波。在一个示例中，使用啁啾波。啁啾波具有与其非常低的相关度。在一个实施例中，发射机1406的波形发生器针对一个或多个天线中的全部天线产生相同的啁啾波形。在另一实施例中，发射机1406的波形发生器针对一个和多个天线中的每一个天线产生不同的啁啾波形。在另一实施例中，发射机1406的波形发生器针对一个或多个天线中的第一天线子集产生第一啁啾波形，并且一个或多个天线中的第二或剩余天线子集产生第二啁啾波形。在另一实施例中，发射机1406的波形发生器可以包括一个或多个子波形发生器，其中，第一子波形发生器配置成产生针对一个或多个天线阵列中的第一天线阵列产生第一啁啾波形，并且第二子波形发生器配置为针对一个或多个天线阵列中的第二天线阵列产生第二啁啾波形，等等。
上文所描述的发射机1406的波形发生器产生啁啾波形。啁啾波形可以产生为线性啁啾波形和非线性啁啾波形。非线性啁啾波形是选择由以下所组成的群组：指数、对数、任意形成的啁啾波形。发射机1406的波形发生器基于一个或多个参数产生啁啾波形。发射机1406的波形发生器基于从传感器装置和/或通信部件所接收的通信信号来确定一个或多个参数。发射机1406的波形发生器所产生的啁啾波的输出频率是基于一个或多个参数来确定的。基于一个或多个参数，发射机1406的波形发生器可以针对多个天线产生多个啁啾波形，其中，每个啁啾波形具有唯一的输出频率和幅度。发射机1406进一步被配置成基于一个或多个参数，相对于时间和距离的变化而增加所发送的啁啾波的频率和幅度。发射机1406进一步被配置成基于一个或多个参数，相对于时间和距离的变化而减小所发送的啁啾波的频率和幅度。在一个示例中，发射机1406所发送的啁啾波形的频率在每秒的时间内，随机地变化1到1000次。频率在第n秒处增加，然后频率在第n+2秒处减小。在另一实施例中，发射机的一个或多个天线所发送的一个或多个功率波的频率基于一个或多个物体的最大容许辐射量(mpe)而变化。
在所示出的附图中，基于有发射机1406的微处理器所确定的第一组的一个或多个参数，发射机1406的第一波形发生器产生具有频率发f1的第一波形1402。发射机1406的微处理器从传感器装置和接收机接收新数据和新信息，并且基于新数据和新信息，发射机1406的微处理器可以产生第二组的一个或多个参数。第二组的一个或多个参数不同于第一组的一个或多个参数。基于第二组的一个或多个参数，发射机1406的微处理器向第一波形发生器提供指令，以改变(增加/减小)所发射波形的频率f1。在另一实施例中，基于第二组的一个或多个参数，发射机1406的微处理器向第一波形发生器提供指令，以产生具有频率f2的新波形1404。在另一实施例中，基于第二组的一个或多个参数，发射机1406的微处理器可以使用新的波形发生器，而不是第一波形发生器来产生具有频率f2的新波形1404。
图15示出了根据示例性实施例的用于在无线功率传输系统中产生波形的方法。
在第一步骤1502中，发射机(tx)接收传感器数据。发射机建立与接收机(rx)的连接。通过使用能够在电子装置之间传递信息的无线通信协议(例如，
在下一步骤1504中，发射机可以确定一个或多个参数。在一个实施例中，发射机的微处理器可以执行一个或多个软件模块，以分析所接收的数据和信息，并且基于所识别的一个或多个参数。一个或多个参数用作微处理器的输入，以对波形和它们的输出频率进行必要选择，从而在一个或多个目标位置处形成能量口袋。
在下一步骤1506中，发射机基于一个或多个参数来选择待由波形发生器产生的波形(例如，射频波，声波)。举例而言，基于一组的一个或多个参数，发射机可以选择啁啾波来进行传输，基于另一组的一个或多个参数，发射机可以选择正弦波来进行传输。由于啁啾波的频率和幅度随着时间和距离的增加而连续增加或者减少，发射机可以选择啁啾波形，一个或多个参数可以表明一时间段内部具有连续频率的信号需求。
在下一步骤1508中，发射机向波形发生器提供指令，以产生所选择的波形，例如啁啾波。波形还可以通过使用外部电源和使用压电材料的本地振荡器芯片来产生。波形可以由来进行控制，波形发生器和发射机电路可以包括用于调节波形的相位和/或相对幅度的专用芯片。波形的频率、相位、增益、幅度和其他波形特征可以被调整，以在一个或多个电子装置的目标位置处形成能量口袋。
c.零引导
图16示出了根据示例性实施例在无线功率传输系统中形成零空间。发射机1602包括天线阵列中的一个或更多个天线。发射机配置为对从发射机1602的天线发射到接收机1604的功率波的其他可能属性中的相位和幅度进行调节。在没有任何相位或幅度调节的情况下，功率波可以从发射机1602的天线中的每一个天线发射，并且将达到不同位置且具有不同相位。这些差别通常是由于发射机1602的每个天线到位于不同位置处的接收机的不同距离。为了形成能量口袋，发射机1602发射的功率波彼此精确地同相到达接收机1604处并组合以增大每个波的幅度，从而产生比每个组成功率波更强的合成波。
在所示附图中，接收机1604可以从发射机1602接收多个功率传输信号。多个功率传输信号中的每一个包括来自发射机1602的多个天线的功率波。这些功率传输信号的合成可以大致为零，这是因为功率波叠加以建立零空间。也就是说，发射机1602的天线可以发射精确相同的功率传输信号，该精确相同的功率传输信号包括具有相同特征(例如，相位、幅度)的功率波。因为每个功率传输信号的功率波1606、1608具有相同的特性，所以当功率波1606、1608到达接收机1604处时，功率波1606、1608相互偏移180度。因此，发射机1602发射的功率波1606相互抵消或取消。
在一个实施例中，基于通信信号和绘图数据(例如，热图数据和/或传感器数据)，发射机1602将基于对接收机1604的位置指示来生成功率波。发射机1602则将在接收机1604的位置后方或在接近接收机的其他位置处生成零空间，或者相反地不期望具有功率水平超过特定阈值的能量口袋。在另一实施例中，基于绘图数据(例如，热图数据和/或传感器数据)，发射机1602将确定一个或更多个诸如人和动物之类的目标的位置，并且之后在一个或更多个目标的位置处或附近生成零空间，或者相反地不期望具有功率水平超过特定阈值的能量口袋。发射机1602将从传感器连续接收关于一个或更多个目标和一个或更多个接收机的位置的数据。发射机1602配置为在一个或更多个接收机的位置处生成能量口袋，并且发射机1602在接收机的位置之外、以及一个或更多个目标的位置处或附近、由或者不期望能量口袋的功率水平超过特定阈值之处生成一个或更多个零空间。发射机1602配置为不断地测量一个或更多个目标和一个或更多个接收机的位置之间的距离。基于该距离，发射机1602选择从一个或更多个天线阵列的一个或更多个天线选择功率波发射以建立能量口袋或零空间。
在一个实施例中，发射机1602的波形发生器可以生成至少两个波形。所生成的至少两个波形具有不同的频率。至少两个波形之一或至少两个波形中的全部波形的频率的相位改变可以导致形成统一的波形。统一的波形使得将沿一定区域中的一个或更多个零空间在一个或更多个目标点处生成能量口袋。
图17示出了根据示例性实施例的一种用于在无线功率传输系统中形成零空间的方法。
在第一步骤1702中，发射机(tx)发射功率波以在一个或更多个目标电子设备处生成能量口袋。发射机发射的功率波在三维空间中汇聚。通过相位和/或相对幅度调节控制功率波以在预期能量口袋的位置处形成能量口袋。能量口袋由在三维空间中的目标位置处汇聚的两个或更多个功率波形成。
在下一步骤1704中，发射机接收目标的位置数据。一个或更多个内部传感器和一个或更多个外部传感器将关于目标在发射机的工作区域内出现和位置的数据发射到发射机。一个或更多个目标可以包括人和动物。
在下一步骤1706中，发射机测量目标和接收机之间的距离。一旦接收到目标的位置数据，发射机测量目标的位置数据与能量口袋定向的一个或更多个接收机的位置(例如，图2中所述的过程中识别的位置)之间的距离。发射机还配置为测量一个或更多个目标的位置数据距离发射机和功率波的距离。基于这各种距离的测量值，发射机则确定是否生成零空间，并且在确定生成零空间时确定零空间的位置。
在下一步骤1708中，如果发射机确定目标接近于功率水平超过给定阈值的能量口袋，发射机在能量口袋的位置处或附近建立零空间，或者建立对应于目标的位置的零空间。在一些情况下，当检测到目标位于与预期能量口袋相同的位置处时，发射机能够在预期生成能量口袋的位置处建立零空间。在这些情况下，所发射的功率波彼此抵消，导致没有明显的能量发射到包含目标的位置处。
d.发射机天线阵列的配置
i.天线阵列中天线的间隔
图18示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统的天线阵列中的天线设置。
在一个实施方式中，无线功率传输系统包括一个或更多个发射机。一个或更多个发射机中的每一个包括一个或更多个天线阵列。在说明性实施例中示出了单个天线阵列1802。一个或更多个天线阵列中的每一个包括一个或更多个天线以发射一个或更多个功率波。在说明性实施例中，单个天线阵列1802包括多个天线1804。一个或更多个天线中的天线彼此间隔以使得多个天线发射的一个或更多个功率波被定向形成能量口袋，从而为目标电子设备供电。
无线功率传输系统还包括接收机，该接收机配置为接收使用一个或更多个发射机的一个或更多个天线阵列中的一个或更多个天线发射的一个或更多个功率波生成的能量口袋。在一个实施例中，发射机上的一个或更多个天线的至少一个天线的高度能够从大约1/8英寸至大约1英寸，并且至少一个天线的宽度能够从大约1/8英寸至大约1英寸。天线阵列中的两个邻近天线之间的距离能够介于1/3至12λ。在一个实施例中，该距离能够大于1λ。该距离能够介于1λ和10λ之间。在一个实施例中，该距离能够介于4λ和10λ之间。
天线阵列中的一个或更多个天线中的天线彼此以预定距离放置，以使得天线发射的一个或更多个功率波被定向以在接收机处形成能量口袋。进一步地，一个或更多个天线中的每一个在三维空间中彼此以预定距离放置，以使得一个或更多个天线中的每一个发射的一个或更多个功率波在接收机外不形成能量口袋。进一步地，一个或更多个天线中的每一个在三维空间中彼此以预定距离放置，以使得一个或更多个天线中的每一个发射的一个或更多个功率波被定向以在接收机处形成能量口袋，其中，能量口袋内的能量大于由于一个或更多个功率波造成的接收机边缘以外出现的能量。
在一个实施例中，一个或更多个天线固定在活动部件上，并且一个或更多个天线阵列中的每一个中的一个或更多个天线根据接收机的位置来动态调节，以使得一个或更多个天线发射的一个或更多个功率波被定向以在接收机处形成能量口袋。活动部件为任意机械致动器，该机械致动器由发射机的微处理器控制。发射机的微处理器接收来自一个或更多个内部传感器、一个或更多个外部传感器以及关于接收机或目标电子设备的位置的热图数据的信息并且基于该传感器数据中的一些或全部，微处理器控制安装有天线的机械致动器的运动。
在一个实施例中，一个或更多个天线阵列中的每一个中的一个或更多个天线彼此以预定距离放置，这使得一个或更多个天线之间能够相互耦合，并且其中，相互耦合使多个天线之间的电感耦合或电容耦合。
一个或更多个天线阵列中的每一个的一个或更多个天线配置为由于一个或更多个天线的放置以在相互不同的时间发射一个或更多个功率波。在另一实施例中，一个或更多个天线阵列中的每一个的一个或更多个天线配置为由于被发射器的微处理器控制的计时电路的存在以在相互不同的时间发射一个或更多个功率波。计时电路能够用于为一个或更多个天线中的每一个选择不同的传输时间。在一个示例中，微处理器可以为计时电路预配置来自一个或更多个天线中的每一个传输一个或更多个传输波的计时。在另一示例中，基于从一个或更多个内部传感器、一个或更多个外部传感器和通信信号接收的信息，发射机可以对来自多个天线的多个传输波形的传输进行延迟。
在又一实施例中，提供了一种无线功率传输系统。该系统包括发射机。发射机包括一个或更多个天线阵列。一个或更多个天线阵列中的每一个包括多个天线。多个天线发射一个或更多个功率波。发射机还包括微处理器，该微处理器配置为基于使用一个或更多个功率波定向的能量口袋的目标来激活多个天线的第一天线集合。第一天线集合基于第一天线集合中的天线之间的距离来从一个或更多个天线中选择，该距离对应于形成能量口袋的天线的期望距离。换言之，所选择的第一天线集合的天线之间的距离使得邻近的天线较优地彼此远离，并且从第一天线集合发射的一个或更多个功率波形成能量口袋，从而为目标电子设备供电。
在一个实施方式中，发射机包括天线电路，该天线电路配置为基于通信信号对天线阵列中的一个或更多个天线中的每一个进行开关。通信信号可以从一个或更多个内部传感器、一个或更多个外部传感器或热图数据接收。在一个实施例中，天线阵列配置使得功率波方向能够通过导通一个或更多个天线的第一天线集合被引导到第一方向上，并且天线阵列的功率波方向能够通过导通一个或更多个天线的第二天线集合被引导到第二方向上。第二天线集合能够包括第一天线集合中的一个或更多个天线，或者第二天线集合可以不包括第一集合中的任何天线。在一个实施例中，天线阵列的功率波方向能够通过导通多个方向中的每一个上的一个或更多个天线中的天线集合在多个方向上切换。基于第一天线集合中的天线与第二天线集合中的天线之间的距离来选择第一天线集合和第二天线集合中的天线。距离的选择使得第一天线集合、第二天线集合或任何天线集合的出现在期望位置处生成有效的能量口袋。
在一个实施方式中，发射传输波以生成能量口袋的天线之间的间隔基于必须建立能量口袋的接收器的位置来确定。发射机确定接收机的位置。在一个示例中，接收机的位置使用接收机在通信组件上发射的诸如蓝牙信号之类的通信信号进行测量。接收机的位置可以被微处理器使用以调节和/或选择多个天线中的天线以形成能量口袋，该能量口袋可由接收机使用来为电子设备充电。
在一个实施例中，天线阵列可以包括1000个天线。天线开关电路配置为在给定时间连接1000个天线中的任何数量的天线。开关电路包括信号分路器，该信号分路器适于将信号分路为任何数量的信号。另外，开关电路包括1000个开关，并且开关电路适于控制开关的数量，以使得1000个天线中的特定数量的天线被导通。开关电路可以包括微机电系统开关。在另一实施例中，开关电路可以包括滤波器，该滤波器适于单独地向天线阵列发射信号并从天线阵列接收信号。
在另一实施例中，天线阵列包括数量z的天线，并且开关电路配置为在给定时间控制数量x个天线。依照该实施例，开关电路包括信号分路器，该信号分路器适于将信号分路为数量x个信号，开关矩阵包括数量x个1×z开关，并且开关电路适于控制开关矩阵，以使得连续的x个天线集合被激活。在一些实施例中，1×z个开关包括复用器。
ii.天线阵列形状配置
图19示出了根据示例性实施例的对无线功率传输系统中的多个天线阵列的管理。
在一个实施例中，提供了无线功率传输系统。系统包括发射机。发射机包括至少两个天线阵列。在一个示例中，该至少两个天线阵列包括第一天线阵列1902和第二天线阵列1904。应当注意，为了解释方便，仅描述了具有第一天线阵列1902和第二天线阵列1904的系统，然而，在不背离所述实施例的范围的情况下，系统中可以包括多于两个天线阵列。第一天线阵列1902和第二天线阵列1904中的每一个包括配置为发射一个或更多个功率波的一行或更多行以及一列或更多列天线。发射机还包括微处理器。微处理器配置为控制第一天线阵列1902和第二天线阵列1904之间的间隔。该至少两个阵列中的第一天线阵列1902留出间隔以在三维空间中相对于该至少两个阵列中的第二天线阵列1904偏移预定距离，以使得第一天线阵列1902和第二天线阵列1904中的每一个的天线发射的一个或更多个功率波被定向以形成能量口袋，从而为目标电子设备供电。第一天线阵列1902和第二天线阵列1904根据目标电子设备的位置被放置为彼此相距预定距离。换言之，预定距离由发射机基于目标电子设备的位置来选择。
在一个实施例中，第一天线阵列1902与第二天线阵列1904之间的距离根据目标电子设备的位置来动态调节，以使得第一天线阵列1902和第二天线阵列1904的天线发射的一个或更多个功率波被定向以在目标电子设备处形成能量口袋。在一个实施例中，第一天线阵列1902和第二天线阵列1904是平坦形状的，并且该至少两个天线阵列之间的偏移距离为4英寸。
iii.多个阵列
图20示出了根据示例性实施例的对无线功率传输系统中的多个天线阵列的管理。
在一个实施例中，提供了无线功率传输系统。系统包括发射机。发射机包括至少两个天线阵列。在一个示例中，该至少两个天线阵列包括第一天线阵列2002和第二天线阵列2004。应当注意，为了解释方便，进描述了具有第一天线阵列2002和第二天线阵列2004的系统，然而，在不背离所述实施例的范围的情况下，系统中可以包括多于两个天线阵列。第一天线阵列2002和第二天线阵列2004中的每一个包括配置为发射一个或更多个功率波的一行或更多行和一列或更多列天线。
在一个实施例中，第一天线阵列2002和第二天线阵列2004均用于在相同时间建立零空间。在又一实施例中，第一天线阵列2002和第二天线阵列2004均用于在相同时间建立能量口袋和零空间。
iv.三维阵列配置
图21示出了根据示例性实施例的无线功率传输中的天线阵列配置。
在一个示例中，公开了一种具有特定阵列大小和形状的天线阵列2102。本申请中描述的天线阵列2102使三维天线阵列。三维天线阵列的形状包括但不限于：任意形状的平面天线阵列，以及圆柱形、圆锥形和球形。天线阵列包括特定类型、大小和形状的一个或更多个天线。例如，一种类型的天线是所谓的贴片式天线，该贴片式天线具有方形形状以及与特定频率(例如，10ghz)的工作相容的大小。进一步地，天线被设置为方形配置并且具有例如一个波长(1λ)的间隔。本领域的技术人员意识到还可以使用额外或替代性的形状、空间和天线类型。本领域的技术人员还理解，可以针对rf频率范围内的任何频率(例如，在大约900mhz至大约100ghz范围内的任何频率)下的工作来选择一个或更多个天线的大小。本公开的天线阵列中可以使用的天线的类型包括但不限于：凹槽部件、偶极子、或狭槽、或者本领域的常规技术人员公知的任何其他天线。此外，本申请中进行参照来根据天线阵列的形状生成具有特定的形状和功率传输波宽的天线功率传输波。本领域的技术人员理解，还可以通过公知技术来使用和提供具有其他形状和宽度的天线功率波，诸如将幅度和相位调节电路包含在天线供给电路中的合适位置处。
在一个实施例中，三维天线阵列被用在本公开的无线功率传输系统中。三维天线阵列可以有两种类型。这两种类型包括有源天线阵列和无源天线阵列。有源天线阵列包括诸如半导体器件之类的有源器件以助于功率波的传输。无源天线阵列并不助于功率波的传输。在有源或无源阵列中以一些方式提供阵列中的天线之间的相位特性。在一个实施例中，有源天线阵列通常包括可控移相器，该可控移相器能够用于对馈送到阵列的天线中的一个(或天线集合)上的rf波的相位进行调节。在另一实施例中，通过使用非相位受控信号幅度分割器(divider)并结合与每个天线或天线集合相连的相位控制部件的控制来避免对于相移功率传输波形成器的需求。因此，有源天线阵列通常包括多个天线以及连接到天线上的射频电路。有源天线阵列是用于给予每个天线的所要发射的rf信号适当的相位差、或者相位差和适当的增益差的天线系统。因此，能够进行定向功率传输波扫描或者能够实现任意定向功率传输波。有源天线阵列还可以具有与每个天线或天线集合相关联的发射放大器和接收放大器。
在一个替代性或附加实施例中，天线阵列包括立方体形状的表面。为了以最大增益或期望增益将功率波指向特定方向以产生能量口袋，较优地可以选择(即激活)多个天线中尽可能多的天线、或者至少预先选择的数量的天线。由于阵列的形状不是线型的，该形状造成天线之间的相位差。例如，可被当作参考天线的一个天线将产生其主瓣轴线在期望的功率传输波方向上的增益图案或辐射图案。其他的天线也将具有对于期望方向上的功率传输波增益有贡献的辐射图案，但是由于阵列的形状，天线表面的轮廓造成的相位差将对可以产生有效的天线功率传输波形状的簇大小进行限制。在一个实施方式中，相位差由天线相对于具有在期望方向上的辐射图案的参考天线的位置造成。例如，参考天线将其功率传输波指向为垂直于参考天线的口径。由于阵列的形状，其他天线并不指向相同方向，并且其他天线的信号相位并不与来自参考天线的信号对准。在大多数情况下，距离参考部件越远的部件的相位偏移越大，并且该相位偏移是天线阵列的平面和表面之间的角度的函数。由于相位偏移，来自簇中和天线阵列上的参考天线以及全部其他天线的信号之间的相干损失。相位延迟波具有能够叠加到整体波上的分量，但是在一定的点处还将从波中减去或消除。这限制了簇的大小，并因此限制了簇阵列的最大增益。
在另一实施例中，一个或更多个天线包括第一天线集合和第二天线集合。第一天线集合和第二天线集合以关于三维天线阵列的非平面形的天线阵列表面的不同角度放置。通过选择应当发射功率波的天线，三维阵列的形状能够基于接收机的位置动态调节。在一个替代性实施例中，一个或更多个天线阵列能够具有基于预定、预测或预计的接收机位置的特定配置。
第一天线能够与第二天线相距一距离，其中，两个天线发射功率波至接收机，其中，在接收机处生成能量口袋。可以想到在第一和第二天线之间具有一距离，以使得所发射的功率波并未大体上相互平行。第一和第二天线之间的最优距离取决于接收机的距离、房间的大小、功率波的频率以及所发射的功率大小。
图22a和22b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2202被设置在天线阵列2204中。如图22a和22b中所示，天线阵列2204是三维天线阵列。天线阵列2204中的多个天线2202之间的间隔的增大导致能量口袋的大小(或袋大小)较小，如图22c中所示。在该示例中，天线阵列2204的配置为40英寸×40英寸。
图23a和23b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2302被设置在天线阵列2304中。天线阵列2304是三维天线阵列。如图23a和23b中所示，天线阵列2304中的多个天线2302的设置上的深度增加导致能量口袋的大小(或袋大小)较小，如图23c中所示。在该示例中，天线阵列2304的配置为40英寸×40英寸×5英寸。
图24a和24b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2402被设置在天线阵列2404中。天线阵列2404是三维天线阵列。如图16a和16b中所示，天线阵列2404中的多个天线2402之间的非线型间隔导致一个或更多个功率波形在能量口袋的大小(袋大小)周围的能量分布发生改变，如图24c中所示。图中所示的非线型间隔为对数间隔。在该示例中，天线阵列2404的配置为40英寸×40英寸。
图25a和25b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2502被设置在天线阵列2504中。天线阵列2504是三维天线阵列。如图25a和25b中所示，天线阵列2504中的天线2502之间的非线型间隔导致一个或更多个功率波形在能量口袋的大小(袋大小)周围的能量分布发生改变，如图25c中所示。图中所示的非线型间隔为对数间隔。在该示例中，天线阵列2504的配置为40英寸×40英寸×6英寸。
图26a和26b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2602被设置在天线阵列2604中。天线阵列2604是三维天线阵列。如图26a和26b中所示，天线阵列2604中的多个天线2602之间距离的增大导致产生多个功率波，这多个功率波并不相互抵消并因此造成产生较大的能量口袋，如图26c中所示。在该示例中，天线阵列2604的配置为13英寸×75英寸。
图27a和27b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2702被设置在天线阵列2704中。天线阵列2704是三维天线阵列。如图27a和27b中所示，天线阵列2704中的多个天线2702之间距离的减小导致产生强功率波，该强功率波并不相互抵消并因此造成产生较大的能量口袋，如图27c中所示。在该示例中，天线阵列2704的配置为8英寸×16英寸。
图28a和28b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2802被设置在天线阵列2804中。天线阵列2804是三维天线阵列。如图28a和28b中所示，天线阵列2804中沿天线阵列2804的大小的多个天线2802之间间隔/距离导致产生能量口袋，如图28c中所示。在该示例中，天线阵列2804的配置为45英寸×93英寸。
图29a和29b示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。多个天线2902被设置在天线阵列2904中。天线阵列2904是三维天线阵列。如图29a和29b中所示，天线阵列2904中沿天线阵列2904的大小的多个天线2902之间间隔/距离导致产生能量口袋，如图29c中所示。在该示例中，天线阵列2904的配置为30英寸×63英寸。
图30和31示出了根据示例性实施例的无线功率传输系统中的天线阵列配置。发射机包括一个或更多个天线，该一个或更多个天线配置为发射一个或更多个功率波以形成能量口袋为目标电子设备供电。一个或更多个天线位于由包括凹面形状和凸面形状的组中选择的三维阵列的非平面形天线阵列表面上。非平面形还可以从包括球状凹面形、球状凸面形、抛物线凹面形和抛物线凸面形的组中选择。在一个实施例中，三维天线阵列中的一个或更多个天线由于非平面形天线阵列表面被相互放置为使得一个或更多个天线发射的一个或更多个功率波在接收机的边缘以外形成能量口袋，如图11至16中所述。在另一实施例中，三维天线中的一个或更多个天线由于非平面形天线阵列表面被相互放置为使得一个或更多个天线发射的一个或更多个功率波被定向以在接收机处形成能量口袋，该能量口袋大于存在于接收机的边缘以外的能量。
v.使用热图和传感器的示例性无线功率传输方法
图32示出了根据示例性实施例的在无线功率传输系统中形成能量口袋的方法3200。
在第一步骤3202中，发射机(tx)接收指示接收机(rx)位置的数据(例如，热图数据)，并且经由通信信号与符合用于通信的一个或更多个协议的接收机建立连接。也就是说，发射机和接收机可以使用无线通信协议经由通信信号传输诸如热图数据之类的各种类型的数据，无线通信协议(例如，nfc、
在下一步骤3204中，发射机发射功率波以在接收机的位置处生成能量口袋。发射机发射的功率波在三维空间中汇聚。功率波可以通过相位和/或相对幅度调节进行控制，从而在预期能量口袋的接收机位置处形成能量口袋。在一个实施例中，能量口袋由在三维空间中的接收机位置处汇聚的两个或更多个功率波形成。
在下一步骤3206中，发射机接收生命体或敏感目标的位置数据。一个或更多个传感器采集指示生命体或敏感目标存在的传感器数据，之后将未处理或处理后的的传感器数据发送给发射机。一个或更多个传感器可以采集并发送指示生命体或其他敏感目标位置的位置相关传感器数据。在一个实施例中，一个或更多个传感器采集并向发射机发送位置相关信息、以及生命体或敏感目标的至少一个非位置属性。在一个实施例中，生命体或敏感目标的至少一个非位置属性包括热电传感器响应、光学传感器响应、超声波传感器响应和毫米波传感器响应中的一个或更多个。
在下一步骤3208中，发射机测量生命体或敏感目标与功率波之间的距离。在一个实施例中，发射机将生命体或敏感目标的位置数据与(在发射机和接收机之间发射的)功率波的位置进行对比。发射机还将生命体或敏感目标的位置数据与平面坐标(例如，一维坐标、二维坐标、或三维坐标、或极坐标)进行对比，该平面坐标与其坐标存储在发射机的绘图存储器中的接收机的位置相关联。发射机将功率波生成的功率水平与用于生命体或敏感目标的一个或更多个最大允许功率水平进行对比。如果发射机确定生命体或敏感目标与功率波之间的距离指示不够接近，即功率波生成的功率水平低于生命体或敏感对象的位置处的一个或更多个最大允许功率水平，则发射机继续发生功率波，借此在接收机的位置处形成能量口袋。
如果发射机确定生命体或敏感目标与功率波之间的距离指示接近时(即功率波生成的功率水平高于或接近生命体或敏感对象的位置处的一个或更多个最大允许功率水平)，则在步骤3210中，发射机基于生命体或敏感目标的位置调节功率波。在一些情况下，发射机降低接收机处的功率波的功率水平。在一些情况下，发射机停止将功率波发射到接收机处。在一些情况下，发射机减少接收机位置处的功率波的能量。在一些实施例中，发射机将功率波的发射重定向到生命体或敏感目标的周围。在一些实施例中，发射机在接收机的位置处或附近、或者对应于生命体或敏感目标的位置建立零空间。在一些情况下，当在预期能量口袋的相同位置处检测到生命体或敏感对象时，发射机在生成能量口袋的位置处建立零空间。在这些情况下，所发射的功率波相互抵消，以使得没有大量的能量被发射到生命体或敏感对象的位置处。
在一个实施例中，一个或更多个天线中的每一个具有相同的尺寸，并且发射机的一个或更多个天线中的至少一个天线从包含以下各项的组中选择：平面天线、贴片天线和偶极天线。发射机的一个或更多个天线配置为工作在从约900mhz至约100ghz的范围内的频带下，包括约1ghz、5.8ghz、24ghz、60ghz和72ghz。一个或更多个天线配置为根据一个或更多个天线在至少一个三维天线阵列中的布置彼此在不同的时间发射一个或更多个功率波。
一个或更多个天线在三维天线阵列中均匀间隔。一个或更多个天线还非对称地位于三维天线阵列内，并且三维天线矩阵因而使得能够在大的方向范围内的任何方向上发射一个或更多个功率波。在另一实施例中，一个或更多个天线能够在天线阵列上均匀间隔、非对称地位于天线阵列上、或者以上两者皆有，借此使得能够在大的方向范围内发射一个或更多个功率波。在又一实施例中，一个或更多个天线能够在天线阵列上非均匀间隔、非对称地位于天线阵列上、或者以上两者皆有，借此使得能够在大的方向范围内发射一个或更多个功率波。在又一实施例中，三维阵列中的一个或更多个天线设置在两个二维阵列中。
前述方法说明和过程流程图仅为说明性示例，并不用于要求或暗示各实施例中的步骤必须以所呈现的次序执行。正如本领域的技术人员所理解的，前述实施例中的步骤可以任何次序执行。诸如“之后”、“下一个”等的用语并不用于限定步骤的次序；这些用语仅用语引导读者遍阅对方法的说明。尽管过程流程图可以按照顺序过程对操作进行描述，但是许多操作能够并行或同时执行。另外，操作的次序可以重设。过程可以对应于方法、函数、进程、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，该过程的结束可以对应于功能返回至调用函数或主函数。
结合本申请公开的实施例描述的各说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的结合。为了对硬件和软件的该可互换性进行清楚说明，各说明性组件、块、模块、电路和步骤已经在上文中对其功能进行了描述。该功能是由硬件还是软件实现取决于特定应用以及整体系统的设计约束。本领域的技术人员针对每个特定应用可以采用不同的方式实现所述功能，但是实施方式的决定并不应当理解为背离本发明的范围。
以计算机软件实现的实施例可以由软件、固件、中间软件、微代码、硬件描述语言或以上各项的任意结合实现。代码段或机器可执行指令可以代表进程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类、或者指令、数据结构或程序语句的任意结合。代码段可以通过传递和/或接收信息、数据、命令行参数、参数或存储器内容联接到另一代码段或硬件电路。信息、命令行参数、参数、数据等可以通过任何合适的途径被传递、转发或发送，该合适的途径包括：存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等。
用于实现这些系统和方法的实际软件代码或专用控制硬件并不由本发明限制。因此，在不参照具体软件代码的情况下说明系统和方法的操作和行为，应当理解为软件和控制硬件能够被设计用于实现基于本申请的说明的系统和方法。
当以软件方式实现时，函数可以一个或更多个指令或代码的形式存储在非易失性计算机可读或处理器可读存储介质中。本申请中所述的方法或算法的步骤可以被具体化为处理器可执行的软件模块，该软件模块可以驻留在计算机可读或处理器可读存储介质中。非易失性计算机可读或处理器可读介质包括计算机存储介质和实际存储介质，以便于计算机程序从一个地方到另一个地方的转移。非易失性处理器可读存储介质可以是计算机可以访问的任何可用的介质。举例来说，非限制性地，此非易失性处理器可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom，或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备，或可用于存储采用指令或数据结构形式的期望程序代码且可由计算机或存储器访问的任何其他实际存储介质。本申请中使用的磁盘(disk)和光盘(disc)包括压缩光盘(cd)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(dvd)、软磁盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁方式复制数据，而光盘通常以使用激光的光学方式复制数据。以上的结合也应当包括在计算机可读介质的范围内。此外，方法和算法的操作可以作为一条代码和/或指令、或代码和/或指令的任何组合或集合驻留在非易失性处理器可读介质和/或计算机可读介质上，该代码和/或指令可包含在计算机程序产品中。
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