无线充电装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本PCT申请要求于2013年8月15日提交的美国临时专利申请61/866337,题为"基于 电磁参数分析的高效充电系统和使用方法"和于2014年6月1日提交的美国临时专利申请 62/006209,题为"在无线充电装置中有效传送RF能量的方法和装置"的申请的优先权，其申 请日和全部公开的内容在此通过引用全文并入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体设及一种无线充电装置，且更具体地，设及利用从发送装置到接收装 置的无线频率信号被充电而有效传送能量。它还设及一种与无线充电装置一起使用的，W 及用于包括无线充电装置和接收器的无线充电系统的接收器。
【背景技术】
[0004] 无线充电系统利用发送单元和接收单元之间的无线电频率电磁场能量的传播，其 可W被嵌入在充电装置中或当需要给它充电时禪合到运样的装置。接收单元不得不应对变 化的电磁场功率水平，W及到发送单元不同的距离。
[0005] 通常接收单元的阻抗是变化的，W补偿由接收和发送单元之间变化的距离引起的 接收天线中改变的功率水平和/或阻抗的变化。另一种可能性是，该接收装置包括用于在整 个充电过程控制充电电流和电压的充电管理单元。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种无线充电装置，其包括可禪合到至少一个发 送天线，并且可操作的引起所述至少一个发送天线发射电磁福射的发射器;适于将电磁福 射限制到充电区的导电结构;和用于探测发射器和至少一个发送天线之间的阻抗失配度的 探测器。
[0007] 通过测量发射器和所述至少一个发送天线之间的阻抗失配度，发射器可在整个无 线充电系统中探测阻抗失配。运允许它考虑接收器中发生的变化，例如由于在电池充电状 态中的变化，而不需要接收器本身的任何情报。因此，如果需要的话，接收器可W是完全无 源的。
[000引对于"限制"，我们指的是电磁福射不是像在自由空间那样传播而是限制传播超过 充电区。运并不意味着没有电磁福射传播超出充电区，尽管可能有运种情况，例如，其中所 述导电结构是法拉第笼。
[0009] 在一个实施例中，导电结构是一个射频屏蔽结构，在其内设置至少一个发送天线， 充电区位于所述射频屏蔽结构的内部容积内。
[0010] 射频屏蔽结构可W具有一个可移动的部分，W允许引入的装置在充电区被充电。 射频结构可能是一个法拉第笼。充电区可W占据整个内部容积或仅其一部分。被充电的装 置通常被禪合到接收器，用于在被引入射频屏蔽结构的内部容积之前接收电磁福射。
[0011] 在另一个实施例中，导电结构限定了部分封闭的容积，在其内设置至少一个发送 天线，并且其具有开放区域允许将被充电装置引入到部分封闭容积中，充电容积占据部分 封闭容积的至少一部分。
[0012] 充电容积（W下也表示为"充电区"）可W位于完全部分封闭容积内，或者它可W延 伸超出部分封闭容积，例如在开放区域的附近。
[0013] 在又一实施例中，导电结构是平面结构，至少一个发送天线位于其上，从而充电区 占据围绕所述至少一个发送天线的体积。
[0014] 待充电装置可放置在充电区中的平面结构上。充电区可W完全在平面结构上。或 者，它可能延伸到平面结构的边缘或超过它。
[0015] 该充电区优选包括其中电磁福射相对于充电区的剩余部分集中的区域。我们指的 该区域是最大能量体积(MEV)，稍后其在本文件中和我们PCT申请的详细描述中描述，我们 的PCT申请作为W02013/179284公开，其内容通过引用并入本文。
[0016] 该至少一个天线可包括天线的阵列，其每一个可被选作用于发射电磁福射W修改 充电区。
[0017] 所述阵列中的每个天线可W禪合到发射器中的专用功率放大器。可替代地，阵列 中的每个天线可切换地禪合到单个功率放大器。充电区的修改可W设及充电区的位置和/ 或形状的修改。
[0018] 至少一个天线可W是自适应阻抗发送天线，其阻抗是可变的W修改充电区。
[0019] 充电区的修改可W设及充电区位置和/或形状的修改。
[0020] 如上面提到的充电区的修改影响发送天线和接收器之间的禪合度。因此，该装置 可W提高发射器和接收器之间的禪合强度，而不需要相对于发送天线确切设置接收器，也 不需要考虑其他因素，如环境溫度的变化或充电区寄生(即不可充电的）负荷的出现。
[0021] 探测器通常监控发送到所述至少一个发送天线的入射功率和从所述至少一个发 送天线接收的反射功率，运些比率表示发射器和至少一个发送天线之间的阻抗失配。
[0022] 反射功率与入射功率的比率与反射系数Sll是相同的。该比率可W由控制器来计 算，或者可W由探测器本身导出，并且可W通过幅度和/或相位，或两者来表示。
[0023] 无线充电装置通常还包括禪合到所述探测器W便接收来自探测器的指示阻抗失 配度的信号的控制器。
[0024] 该控制器可适于响应W计算来自阻抗失配程度的反射系数Sll并且如果反射系数 Sll上升超过阔值，使该装置显示充电区不存在被充电装置。随着阻抗失配下降，Sll的值上 升并倾向朝向零分贝。运是因为，它是反射能量与传输能量比率的对数。由于运两个量接 近，所WSll的值趋于零分贝。
[0025] 通过改变发射器使所述至少一个发送天线发射超过频率范围的电磁福射的传输 频率，控制器适于响应低于阔值的阻抗失配度，并测量在整个频率范围内的多个频率的阻 抗失配度。
[0026] 阔值是一个预定的值，该值可W是充电装置的设置的一部分。可替代地，阔值可W 由控制器根据充电部分条件设置。
[0027] Sll参数在文献中W各种方式描述。根据本发明，Sll表示反射功率和入射功率之 间的对数比。因此，该阔值也表示为对数值，并且低于或超出该阔值的参数也表示相同的对 数值。因此，反射系数Sll通常被用作阻抗失配度的量度。
[0028] 通过使装置指示在充电区不可充电的，寄生负载的存在，控制器适于响应低于多 个频率中至少一些频率的阔值的阻抗失配度。因此，控制器可适于W运种方式响应低于所 述多个频率的每个频率的阔值的阻抗失配度。
[0029] 控制器适于响应低于在窄于由开始充电过程的频率范围的频率范围的每组多频 率阔值的阻抗失配度。频率区域限定频率范围内的频率的连续扩展。
[0030] 在运种情况下，控制器可进一步适于开始充电过程，W修改发射器引起所述至少 一个发送天线发射的电磁福射的功率电平，同时监控阻抗失配的程度来确定阻抗失配度呈 现峰值的功率电平，然后设置功率电平到该值。
[0031] 此外，该控制器可适用于在充电过程监控阻抗失配的程度，并W下列方式至少一 个响应阻抗失配的程度的变化:a)通过改变发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福 射的功率电平;b)通过改变该发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福射的频率;C) 通过控制禪合到所述发射器和发送天线W匹配发射器和发送天线阻抗的自适应阻抗匹配 单元；W及d)通过将天线阵列的至少一个天线禪合到发射器和/或通过适应自适应阻抗天 线的阻抗。
[0032] 举例来说，随着连接到电磁禪合到无线充电装置的接收器的电池充电的进行，阻 抗失配通常增加，并且控制器可通过改变/修改发射器引起所述至少一个发送天线发射电 磁福射的功率水平和/或自适应阻抗匹配来响应它。
[0033] 控制器可适于响应低于两组多个频率的每一个的阔值的阻抗失配度，每组中的频 率区域比通过开始多装置充电过程的频率范围窄。
[0034] 在运种情况下，控制器进一步可适于充电过程的开始，W设定发射器引起所述至 少一个发送天线发射电磁福射的功率电平到每组阻抗失配呈现峰值内的频率值之间的值。 除了频率和功率电平的变化，控制器可W进一步调整发射器和发送天线之间的自适应阻抗 匹配，和/或当运种天线连接充电装置时可W进一步适应自适应阻抗天线的阻抗。
[0035] 控制器可进一步适于通过调节发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福射 的频率和功率电平到更接近两个峰值中的一个值，和/或通过适应自适应阻抗天线的阻抗 响应阻抗失配的变化。
[0036] 该控制器可W进一步适于在功率电平返回到起始值之前从预定的时间周期的开 始值减小发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福射的功率电平。
[0037] 运能在运和接收器之间没有任何相互作用的情况下从无线充电装置完全测量插 入损耗S21，运将在后面进行详细说明。
[0038] 在本发明的第二方面，提供了一种用于充电的充电单元的无线充电装置，该装置 包括禪合到发送天线的功率发射器，用于向充电单元传送能量，用于监控发送天线反射系 数Sl 1的监控器，和控制器，其通过至少一个W下方式适于对所监控的Sl 1值响应:a)通过改 变发射器引发发送天线发射能量的功率电平;b)通过改变功率发射器引发发送天线发射能 量的频率;C)通过控制禪合到所述功率发射器和发送天线的自适应阻抗匹配单元W匹配发 射器和发送天线的阻抗;和d)通过将天线阵列的至少一个天线禪合到功率发射器和/或通 过调整禪合到功率发射器的自适应阻抗天线的阻抗。
[0039] 在本发明的第=个方面，根据任一第一和第二方面提供了一种与无线充电装置一 起使用的接收器，该接收器包括:接收天线，功率调节电路，适于从接收天线接收电信号并 将所述电信号调节成适于充电或供电负载的形式，W及连接器，用于将功率调节电路禪合 到使用的负载。
[0040] 典型地，该功率调节电路将替代(AC)电信号转换成适合对电池充电的直流(DC)。
[0041] 该功率调节电路可W仅包括具有无源电组件的阻抗匹配电路。
[0042] 接收器可进一步包括开关，该开关用于通过功率调节电路切断从接收天线的电输 出。
[0043] 运是在运和接收器之间没有任何相互作用的情况下从无线充电装置完全测量插 入损耗S21的另一种方式，运将在后面详细说明。
[0044] 在本发明的第四方面，提供了一种无线充电系统，包括根据第一、第二方面和根据 第=方面任一的至少一个接收器的无线充电装置。
[0045] 充电区包括其中的电磁福射相对于充电区的剩余部分集中的区域。
[0046] 运个区域是上面提到的最大能量体积。它移动和/或改变形状(与充电区一起），与 充电区内的接收单元的位置一起，与由接收器接收的功率电平（它是根据在接收器中功率 调节电路的操作点）和该发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福射的频率W及发射 器和发送天线之间的阻抗失配度的变化，和/或在充电过程中根据所述自适应阻抗天线的 适合阻抗一起。
[0047] 通过监控阻抗失配度的变化，无线充电装置的控制器可W进一步适于监控禪合到 接收器充电单元的电池的充电状态并改变发射器引起所述至少一个发送天线W发射电磁 福射和/或调节自适应阻抗天线的功率水平和/或频率，和/或控制禪合到所述发送器和发 送天线的自适应阻抗匹配单元W匹配发射器和发送天线的阻抗。
[0048] 无线充电装置的控制器可W进一步适于在返回到功率电平之前从预定的时间周 期的开始值减少发射器引起所述至少一个发送天线发射电磁福射的功率电平。
[0049] 运样能在运和接收器之间没有任何相互作用的情况下从无线充电装置完全测量 插入损耗S21，运将在后面进行详细说明。
[0050] 通过计算在预定时间段期间和在预定时间段之前的Sll值差与在预定时间段之前 的Sll值的比率，无线充电装置的控制器可适于确定插入损耗S21值。在预定时间段期间和 在预定时间段之前的Sll值差提供被充电装置实际接收的能量的指示，并且在预定周期之 前的Sll值差的比率的计算导致插入损耗S21的指示。
[0051] 本发明提供一种充电装置，通过探测阻抗失配的程度(通常通过监控和分析发射 功率和反射功率），可W控制发送给接收器的频率和/或能量的功率，W确保两者之间的最 佳禪合，从而确保从所述充电单元到接收器的高效功率传输。
[0052] 为了解决运些和具有目前可用的解决方案的潜在问题，目前主题的一个或多个实 施方式提供了方法，系统，物品或制造等，在其他可能的优点中，可为充电单元和可充电装 置提供无源和基本设计，其消除了接