用于扩展无线充电器的电力能力的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及无线电力。更确切地说，本发明针对无线电力传递系统中的发射器和接收器。
【背景技术】
[0002]越来越多的数目和种类的电子装置经由可再充电电池供电。此些装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器等等。虽然电池技术已得到改进，但电池供电的电子装置越来越需要且消耗更大量的电力，因此常常需要再充电。可再充电的装置常常经由有线连接经由物理地连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器充电。电缆和类似连接器有时可能不方便或繁琐，且具有其它缺点。能够在待用于为可再充电的电子装置充电或向电子装置提供电力的自由空间中传递电力的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些不足。由此，向电子装置有效地且安全地传递电力的无线电力传递系统和方法是合乎需要的。
【发明内容】
[0003]在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，其中的单个方面并不单独负责本文所描述的所要属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些显要特征。
[0004]在附图和以下描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从所述描述、图式和权利要求书而变得显而易见。应注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。
[0005]本发明的一个方面提供一种用于以无线方式将能量传递到至少一个接收器的至少一个接收天线的设备。所述设备包括第一发射天线，其经配置以当所述至少一个接收器处于所述第一发射天线的能量传递区时产生第一无线场。所述设备进一步包括第二发射天线，其与所述第一发射天线空间上分隔开，所述第二发射天线经配置以当所述至少一个接收器处于所述第二发射天线的能量传递区时产生第二无线场。所述设备进一步包括控制器，其操作地耦合到所述第一发射天线和所述第二发射天线，且经配置以基于所述至少一个接收器是否处于所述第一无线场和所述第二无线场中的一或两者的能量传递区而激活所述第一发射天线或所述第二发射天线中的至少一者。所述控制器可进一步经配置以当所述第一发射天线和所述第二发射天线两者经激活时控制以下各项:所述第一发射天线和所述第二发射天线是否独立地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到相同接收器；所述第一发射天线和所述第二发射天线是否联合地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到所述相同接收器；或所述第一发射天线和所述第二发射天线是否以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到不同接收器。
[0006]本发明的另一方面提供一种以无线方式将能量传递到至少一个接收器的至少一个接收天线的方法。所述方法包括由第一发射天线在所述至少一个接收器处于所述第一发射天线的能量传递区时产生第一无线场。所述方法进一步包括由空间上与所述第一发射天线分隔开的第二发射天线在所述至少一个接收器处于所述第二发射天线的能量传递区时产生第二无线场。所述方法进一步包括基于所述至少一个接收器是否处于所述第一无线场和所述第二无线场中的一或两者的能量传递区而激活所述第一发射天线或所述第二发射天线中的至少一者。所述方法进一步包括当所述第一发射天线和所述第二发射天线两者经激活时控制以下各项:所述第一发射天线和所述第二发射天线是否独立地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到相同接收器；所述第一发射天线和所述第二发射天线是否联合地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到所述相同接收器；或所述第一发射天线和所述第二发射天线是否以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到不同接收器。
[0007]本发明的另一方面提供一种用于以无线方式将能量传递到至少一个接收器的至少一个接收天线的设备。所述设备包括用于当所述至少一个接收器处于所述用于产生所述第一无线场的装置的能量传递区时产生第一无线场的装置。所述设备进一步包括用于当所述至少一个接收器处于所述用于产生所述第二无线场的装置的能量传递区时产生第二无线场的装置。所述设备进一步包括用于基于所述至少一个接收器是否处于所述第一无线场和所述第二无线场中的一或两者的能量传递区而激活所述用于产生所述第一无线场的装置或所述用于产生所述第二无线场的装置中的至少一者的装置。所述设备进一步包括用于当所述用于产生所述第一无线场的装置和所述用于产生所述第二无线场的装置两者经激活时控制以下各项的装置:所述用于产生所述第一无线场的装置和所述用于产生所述第二无线场的装置是否独立地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到相同接收器；所述用于产生所述第一无线场的装置和所述用于产生所述第二无线场的装置是否联合地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到所述相同接收器；或所述用于产生所述第一无线场的装置和所述用于产生所述第二无线场的装置是否以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到不同接收器。
[0008]本发明的另一方面提供一种包括代码的非暂时性计算机可读媒体，所述代码在执行时致使一设备使用第一发射天线在至少一个接收器处于所述第一发射天线的能量传递区时产生第一无线场。所述媒体进一步包括代码，所述代码在执行时致使一设备使用空间上与所述第一发射天线分隔开的第二发射天线在所述至少一个接收器处于所述第二发射天线的能量传递区时产生第二无线场。所述媒体进一步包括代码，所述代码在执行时致使一设备基于所述至少一个接收器是否处于所述第一无线场和所述第二无线场中的一或两者的能量传递区而激活所述第一发射天线或所述第二发射天线中的至少一者。所述媒体进一步包括代码，所述代码在执行时致使一设备当所述第一发射天线和所述第二发射天线两者经激活时控制以下各项:所述第一发射天线和所述第二发射天线是否独立地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到相同接收器；所述第一发射天线和所述第二发射天线是否联合地以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到所述相同接收器；或所述第一发射天线和所述第二发射天线是否以无线方式经由第一和第二无线场将能量传递到不同接收器。
【附图说明】
[0009]图1是根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传递系统的功能框图。
[0010]图2是根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的示范性组件的功能框图。
[0011]图3是根据本发明的示范性实施例的包含发射或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的不意图。
[0012]图4是根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的发射器的功能框图。
[0013]图5是根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的接收器的功能框图。
[0014]图6是可用于图4的发射电路中的发射电路的一部分的示意图。
[0015]图7为说明图1的无线电力传递系统中的第一发射线圈和第二发射线圈的布局的图。
[0016]图8A为说明出于充电目的以无线方式将能量传递到双环路接收线圈的两个发射线圈的俯视图的图。
[0017]图SB为说明出于充电目的以无线方式将能量传递到双环路接收线圈的两个发射线圈的侧视图的图。
[0018]图9为说明图1的无线电力传递系统中的第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈的俯视图和侧视图的图。
[0019]图10为说明图1的无线电力传递系统中的第一发射线圈、第二发射线圈、第三发射线圈和第四发射线圈的俯视图和侧视图的图。
[0020]图11为用于以无线方式传递能量的示范性方法800的流程图。
[0021]图12为根据示范性实施例的发射器的功能框图。
[0022]图式中说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清楚起见可任意扩大或缩小各种特征的尺寸。此外，图式中的一些图式可能并未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最后，可能贯穿说明书和图式使用相同参考标号来表示相同特征。
【具体实施方式】
[0023]下文结合附图阐述的详细描述既定作为对本发明的示范性实施例的描述，且并不希望表示其中可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”表示“充当实例、例子或说明”，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的而包含特定细节。在一些情况下，以框图形式展示一些装置。
[0024]以无线方式传递电力可指代将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器，而不使用物理电导体(例如，电力可经由自由空间来传递)。到无线场(例如，磁场或电磁场)的电力输出可由“接收天线”接收、俘获或耦合以实现电力传递。将理解，贯穿本说明书，两个组件“耦合”可指其经由直接或间接方式进行的交互，且可进一步指物理地连接(例如，有线)耦合或物理地断开连接(例如，无线)耦合。
[0025]图1是根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传递系统100的功能框图。输入电力102可从电源(未图示)提供到发射器104以用于产生用于提供能量传递的场105。接收器108可耦合到场105且产生输出电力110以供耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。发射器104与接收器108两者分开距离112。在一个示范性实施例中，发射器104和接收器108是根据相互谐振关系而配置。当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率实质上相同或极为接近时，发射器104与接收器108之间的发射损失最小。由此，可与可需要大线圈极其接近(例如，mm)的纯电感解决方案相比在较大距离上提供无线电力传递。谐振电感耦合技术因此可允许改进的效率和在各种距离上且利用多种电感线圈配置进行的电力传递。
[0026]当接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时，接收器108可接收电力。场105对应于其中由发射器104输出的能量可由接收器105俘获的区。在一些情况下，场105可对应于发射器104的“近场”，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于输出能量发射的发射天线114(例如，发射线圈)。接收器108进一步包含用于接收或俘获来自能量发射的能量的接收天线118(例如，接收线圈)。近场可对应于其中存在由发射天线114中的最低限度地辐射电力远离发射天线114的电流和电荷产生的强反应性场的区。在一些情况下，近场可对应于在发射天线114的约一个波长(或其分数)内的区。发射天线114和接收天线118根据应用和待与其相关联的装置而设定大小。如上所述，有效能量传递可通过将发射天线114的场105中的大部分能量耦合到接收天线118而非在电磁波中将大多数能量传播到远场而发生。当定位在场105内时，可在发射天线114与接收天线118之间形成“耦合模式”。发射天线114和接收天线118周围的可发生此耦合的区域在本文中被称作耦合模式区。
[0027]图2是根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统100中的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206，所述发射电路可包含振荡器222、驱动器电路224和滤波与匹配电路226。振荡器222可经配置以产生期望频率(例如468.75kHz、6.78MHz或13.56MHz)下的信号，所述期望频率可响应于频率控制信号223来调节。可将振荡器信号提供到经配置以在(例如)发射天线214的谐振频率下驱动发射天线214的驱动器电路224。驱动器电路224可为经配置以从振荡器222接收方波并输出正弦波的开关放大器。举例来说，驱动器电路224可为E类放大器。还可包含滤波与匹配电路226以滤出谐波或其它不必要的频率，且将发射器204的阻抗匹配到发射天线214。作为驱动发射天线214的结果，发射器204可在足以对电子装置充电或供电的电平下以无线方式输出电力。作为一个实例，所提供的电力可为例如约300毫瓦到5瓦以对具有不同电力需求的不同装置供电或充电。还可提供较高或较低的电力电平。
[0028]接收器208可包含接收电路210，所述接收电路可包含匹配电路232和整流器与开关电路234以产生从AC电力输入输出的DC电力，以便为如图2中所示的电池236充电，或者为耦合到接收器108的装置(未图示)供电。可包含匹配电路232以将接