用于扩展无线充电器的电力能力的系统和方法_3

文档序号:9383322阅读:来源:国知局
将消息从接收器508发送到发射器404的协议可与所述切换相关联。借助于实例,切换速度可为大约100 μ sec。
[0050]在示范性实施例中,发射器404与接收器508之间的通信是指装置感测与充电控制机制,而非常规的双向通信(即,使用耦合场的带内信令)。换句话说,发射器404可使用对所发射信号的开/关键控来调节能量在近场中是否可供使用。接收器可将能量的这些改变解译为来自发射器404的消息。从接收器侧来看,接收器508可使用接收天线518的调谐和解调谐来调节从所述场接受的电力的量。在一些情况下,所述调谐和解调谐可经由开关电路512来实现。发射器404可检测来自场的所使用的电力的此差异且将这些改变解释为来自接收器508的消息。应注意,可利发射电力和负载行为的其它形式的调制。
[0051]接收电路510可进一步包含用以识别所接收能量波动的信令检测器与信标电路514,所述能量波动可对应于从发射器到接收器的信息信令。此外,信令与信标电路514还可用以检测减少的RF信号能量(S卩,信标信号)的发射,且将减少的RF信号能量整流成用于唤醒接收电路510内的未经供电或电力耗尽电路的标称电力以便配置接收电路510以用于进行无线充电。
[0052]接收电路510进一步包含用于协调本文所描述的接收器508的过程(包含本文所描述的开关电路512的控制)的处理器516。接收器508的隐匿也可在发生其它事件后发生,所述事件包含检测将充电电力提供到装置550的外部有线充电源(例如,壁式/USB电力)。除控制接收器的隐匿之外,处理器516还可监视信标电路514以确定信标状态并提取从发射器404发送的消息。处理器516还可调节DC到DC转换器522以便实现改进的性會K。
[0053]图6为可用于图4的发射电路406中的发射电路600的一部分的不意图。发射电路600可包含如上文在图4中所描述的驱动器电路624。如上文所描述,驱动器电路624可以是可经配置以接收方波并且输出待提供到发射电路650的正弦波的开关放大器。在一些情况下,驱动器电路624可被称作放大器电路。驱动器电路624展示为E类放大器;然而,可根据本发明的实施例使用任何合适的驱动器电路624。驱动器电路624可由来自如图4中所示的振荡器423的输入信号602来驱动。驱动器电路624还可具备经配置以控制可经由发射电路650递送的最大电力的驱动电压VD。为了消除或减少谐波,发射电路600可包含滤波器电路626。滤波器电路626可为三极(电容器634、电感器632和电容器636)低通滤波器电路626。
[0054]滤波器电路626输出的信号可提供到发射电路650(包括天线614)。发射电路650可包含具有电容620和电感(例如,其可归因于天线的电感或电容或归因于额外电容器组件)的串联谐振电路,其可在驱动器电路624所提供的经滤波信号的频率下谐振。发射电路650的负载可由可变电阻器622表示。所述负载可以是经定位以从发射电路650接收电力的无线电力接收器508的功能。
[0055]通常在无线充电系统中,可能难以增加例如发射天线114、214和/或414等发射线圈的大小以便适应较大装置,因为此可扩展无线场的覆盖区域使得安全成为问题。举例来说,如果发射线圈大于接收线圈(例如,接收天线118、218和/或518),那么存在归因于人的身体与由发射线圈产生的无线场重叠而对人类造成的潜在安全性风险。此外,可能由于类似安全性担忧而难以增加供应到发射线圈的电力。
[0056]上文指出的所述安全性担忧可通过增加发射线圈的数目(例如,通过增加发射天线114、214和/或414的数目)而最小化。通过增加发射线圈的数目,发射器的电力范围能力可从5-15W增加到显著较大负载(例如,30W或更大),同时仍符合规章要求且维持到较低电力功能性的向后兼容性。在一实施例中,例如发射器404等发射器包含各自产生无线场的两个或两个以上发射线圈。下文相对于图7-12更详细地描述包含两个或两个以上发射线圈的发射器。
[0057]图7为说明例如图1的无线电力传递系统100等无线电力传递系统中的第一发射线圈708A和第二发射线圈708B的布局的图。如图7中所说明,图4的发射天线414可包含第一发射线圈708A和第二发射线圈708B。此外,第一接收线圈716A和第二接收线圈716B可定位于第一发射线圈708A和第二发射线圈708B的紧密近程中。在一实施例中,第一接收线圈716A与第一接收天线518 (例如,第一接收器508)对应,且第二接收线圈716B与第二接收天线518 (例如,第二接收器508)对应。所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的无线电力传递系统可适用于涉及能量的无线传递的任何应用(例如,充电移动装置、电动车辆等)。
[0058]在一实施例中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B可各自由发射电路406在其谐振频率下或接近其谐振频率而激发。第一发射线圈708A可产生第一无线场,且第二发射线圈708B可产生第二无线场。图7中说明穿过第一发射线圈708A和第二发射线圈708B中的每一者的通量方向。举例来说,无线场的方向可穿过第一发射线圈708A流入(例如,通量方向为进入页面),且无线场的方向可穿过第二发射线圈708B流出(例如,通量方向为离开页面朝向读者)。第一发射线圈708A中电流的方向可为逆时针,且第二发射线圈708B中电流的方向可为顺时针。
[0059]如图7中所说明,第一接收线圈716A可与由第一发射线圈708A产生的第一无线场重叠。同样,第二接收线圈716B可与由第二发射线圈708B产生的第二无线场重叠。
[0060]在一实施例中,控制器415可耦合到第一发射线圈708A和第二发射线圈708B (例如,直接,未图示或间接)。控制器415可经配置以控制或调节第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B使得发射线圈708A和708B的任一者或两者以无线方式经由第一无线场和/或第二无线场将能量传递到第一接收线圈716A、第二接收线圈716B和/或其它接收线圈。举例来说,控制器415可控制用于激发第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B的AC或DC电力的量。在未图示的其它实施例中,另一控制器可耦合到第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B以控制或调节发射线圈708A和/或708B。
[0061]在如图7中所说明的实施例中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B组织在并排配置中(例如,空间上分离)。在未图示的其它实施例中,第三发射线圈重叠或位于紧挨在第一发射线圈708A和第二发射线圈708B处。
[0062]在一实施例中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B彼此类似或大体上相同。举例来说,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B可包括类似或相同材料,且可具有类似或相同特性。
[0063]在一实施例中,磁性屏蔽物(例如,下文相对于图8B描述的磁性屏蔽物854)可放置在第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B下方或底部上。此外,磁性屏蔽物(例如,下文相对于图8B描述的磁性屏蔽物852)可放置在接收线圈716A和/或716B和/或其它接收线圈上方或顶部上。所述磁性屏蔽物可经配置以防止或减小以无线方式传递的能量的泄漏。作为一实例,所述磁性屏蔽物可使用铁氧体材料形成。
[0064]为了适应不同情形的要求,发射器404可包含至少两个操作模式用于以无线方式将能量传递到接收器508 ο在一实施例中,在第一操作模式中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B(以及出现于发射器404中的任何其它发射线圈)经激活且经配置以个别地以无线方式将能量的至少一部分传递到接收器(例如,第一接收线圈716A和/或第二接收线圈716B)。举例来说,第一发射线圈708A可以无线方式将第一量的能量发射到接收器。第二发射线圈708B可独立于第一发射线圈708A以无线方式将第二量的能量发射到接收器。第一发射线圈708A和第二发射线圈708B可并行地或非并行地发射能量。
[0065]第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B可基于第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B的能量传递区(例如,充电区)中可充电装置(例如,第一接收线圈716A和/或第二接收线圈716B)的存在而激活。如本文所使用,能量传递区(例如,充电区)可为其中由线圈或天线产生无线场的区域。
[0066]在第一操作模式的第一实施例中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B经个别地激活。可基于发射线圈708A和708B中的一或两者的能量传递区中第一接收线圈716A或第二接收线圈716B的存在而激活第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B。第一发射线圈708A可以无线方式经由第一无线场将能量传递到接收线圈(例如,第一接收线圈716A或第二接收线圈716B)。第二发射线圈708B可以无线方式经由第二无线场将能量传递到接收线圈(例如,接收线圈716A或接收线圈716B)。第一无线场和第二无线场可为实质上非耦合无线场。因此,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B各自可基于其将能量递送到接收线圈的能力而独立地激活。
[0067]在第一操作模式的第二实施例中,激活第一发射线圈708A和第二发射线圈708B中的一者。经激活的发射线圈708A或708B可以无线方式将能量传递到接收线圈(例如,第一接收线圈716A或第二接收线圈716B)。经激活的发射线圈708A或708B可基于经激活发射线圈708A或708B的能量传递区中第一接收线圈716A或第二接收线圈716B的存在而激活。如果(例如)另一接收器(例如,第二接收线圈716B或第一接收线圈716A)存在于初始未经激活的发射线圈708A或708B的能量传递区中,那么未经激活以用无线方式将能量传递到接收线圈的发射线圈708A或708B可经激活以用无线方式将能量传递到所述另一接收器。第一无线场和第二无线场可再次为实质上非耦合无线场。因此,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B各自以无线方式将能量发射到不同接收线圈。
[0068]在一实施例中,在第二操作模式中,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B经激活且经配置以联合地以无线方式将能量传递到接收器。可基于发射线圈708A和708B中的一或两者的能量传递区中第一接收线圈716A或第二接收线圈716B的存在而激活第一发射线圈708A和第二发射线圈708B。举例来说,第一发射线圈708A和第二发射线圈708B可一起以无线方式将所确定量的能量发射到接收器。第一发射线圈708A和第二发射线圈708B可各自贡献以无线方式发射到接收器的所确定的量的能量中的一些或全部。在一些实施例中,可在第二操作模式中比在第一操作模式中输出更大量的电力。下文相对于图8A-B更详细地描述第二操作模式。
[0069]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816A和816B的两个发射线圈的俯视图800的图。在一实施例中,第一发射线圈为第一发射线圈708A,且第二发射线圈为第二发射线圈708B。在另一实施例中,第一接收线圈816A和第二接收线圈816B与相同接收器对应(例如,接收器508包含两个接收天线518)。如图8A中所说明,接收线圈816A和/或816B可定位在紧邻第一发射线圈708A和/或第二发射线圈708B处。接收线圈816A和/或816B可与由第一发射线圈708A产生的第一无线场和/或由第二发射线圈708B产生的第二无线场重叠。
[0070]如图8A中所说明,第一发射线圈708A中电流的方向可为逆时针,且第二发射线圈708B中电流的方向可为顺时针。更确切地说,因为第一发射线圈708A中和第二发射线圈708B中的电流为交流电(AC)信号,所以发射线圈708A和708B中的电流可处于相反相位。因此,第一接收线圈816A中电流的方向可为顺时针,且第二接收线圈816B中电流的方向可为逆时针。更确切地说,因为第一接收线圈816A中和第二接收线圈816B中的电流为AC信号,所以接收线圈816A和816B中的电流可处于相反相位。
[0071]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816A和816
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