控制无线电力发射器的场分布的制作方法
【专利摘要】本发明涉及控制无线电力发射器的场分布。示范性实施例是针对于无线电力发射器(700A)的场分布的控制。发射器可包含经配置以产生场的发射天线(601)。所述发射器可进一步包含接近所述发射天线且经配置以修改所述所产生的场的分布的至少一个寄生天线。
【专利说明】控制无线电力发射器的场分布
[0001] 本申请为申请号为201180027536. 7、申请日为2011年5月13日、发明名称为"控 制无线电力发射器的场分布"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 根据35U. S. C. § 119丰张优先权
[0003] 本申请案根据35U. S. C. § 119(e)主张以下申请案的优先权：
[0004] 2010年5月17日申请的题目为"使用电抗性地加载的寄生线圈更改磁场分 布（ALTERING MAGNETIC FIELD DISTRIBUTION USING REACTIVELY LOADED PARASITIC COIL(S)) "的美国临时专利申请案61/345, 435,其揭示内容的全文特此以引用的方式并入 本文中；以及
[0005] 2010年5月14日申请的题目为"经由寄生回路控制磁场分布（CONTROLLING MAGNETIC FIELD DISTRIBUTION VIA PARASITIC LOOPS) " 的美国临时专利申请案 61/334, 783,其揭示内容的全文特此以引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0006] 本发明大体上涉及无线电力，且更具体来说，涉及与控制由无线电力发射器产生 的场的分布有关的系统、装置和方法。
【背景技术】
[0007] 正开发使用在发射器与待充电的装置之间的空中电力发射的方法。这些方法大体 上属于两个类别。一个类别是基于介于发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面 波辐射（也被称作远场辐射）的耦合，所述待充电的装置收集所辐射电力且对其进行整流 以用于对电池进行充电。天线一般具有谐振长度，以便改进耦合效率。此方法的缺点为电 力耦合随着天线之间的距离增加而快速减退。因此，在合理距离（例如，> 1到2m)上的充 电变为困难的。另外，由于系统辐射平面波，所以如果未通过滤波来适当控制无意的辐射， 那么无意的辐射可能会干扰其它系统。
[0008] 其它方法是基于嵌入于（例如）"充电"垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电 的主机装置中的接收天线加上整流电路之间的电感耦合。此方法具有以下缺点：发射天线 与接收天线之间的间隔必须非常接近（例如，几毫米）。尽管此方法具有对相同区域中的多 个装置同时充电的能力，但此区域通常较小，因此用户必须将所述装置定位到特定区域。
[0009] 如所属领域的技术人员将了解，近场通信（NFC)装置可从无线电力发射器接收可 导致NFC装置的不良加热的过量电力。另外，红粉接收器可能试图从无线电力发射器拾取 电力，因此影响去往有效无线电力接收器的电力递送和系统效率。
[0010]另外，定位于相关联的充电区内的额外接收器或金属物体可通过减小其自感来使 发射器去谐。向发射器的发射线圈里面看的阻抗变化可影响相关联的驱动放大器的性能。 如果发射线圈显著大于接收线圈，那么线圈之间的耦合效率可能受损失，这可影响充电时 间并引起潜在热问题。因此，需要较高效率耦合结构。还需要知道相关联的充电区内的一 个或一个以上接收器的位置以使得可将电力转移到相应接收器。 toon] 存在对用于控制无线电力发射器的场分布的方法、系统和装置的需要。更具体来 说，存在对用于利用一个或一个以上寄生天线来控制无线电力发射器的场分布的方法、系 统和装置的需要。
【发明内容】
[0012] 本发明的一个实施例涉及一种用于向接收器设备无线地传递电力的发射器，其包 括：发射天线，其经配置以产生用于无线地向所述接收器设备传递电力的第一磁场，所述 发射天线包括第一谐振电路，所述第一谐振电路经配置以在符合操作频率的第一频率下谐 振；至少一个寄生天线，其包括第二谐振电路，所述第二谐振电路经配置以在不同于所述操 作频率的第二频率下谐振；以及控制器，经配置以激活所述至少一个寄生天线，所述寄生天 线在被激活时经配置以将由所述发射天线产生的所述第一磁场导引于理想区中。
[0013] 本发明的另一实施例涉及一种向接收器设备无线地传递电力的方法，其包括：用 发射天线产生第一磁场，所述发射天线包括第一谐振电路，所述第一谐振电路经配置以在 符合操作频率的第一频率下谐振；以及在第二频率下激活至少一个寄生天线，所述至少一 个寄生天线在被激活时经配置以将所述第一磁场导引于理想区中，所述第一和第二频率不 同。
[0014] 本发明的另一实施例涉及一种用于向接收器设备无线地传递电力的发射器，其包 括：用于产生磁场的装置，所述产生装置包括用于在符合操作频率的第一频率下谐振的装 置；以及用于在第二频率下激活至少一个寄生天线的装置，所述至少一个寄生天线在被激 活时经配置以将所述磁场导引于理想区中，所述第一和第二频率不同。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1展示无线电力传递系统的简化框图。
[0016] 图2展示无线电力传递系统的简化示意图。
[0017] 图3说明用于在本发明的示范性实施例中使用的环形天线的示意图。
[0018] 图4A为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化框图。
[0019] 图4B说明定位成接近发射天线的包含开关的寄生天线。
[0020] 图4C说明定位成接近发射天线的包含开关和电容器的寄生天线。
[0021] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化框图。
[0022] 图6A说明根据本发明的示范性实施例的包含发射天线和多个寄生天线的无线电 力发射器。
[0023] 图6B说明根据本发明的示范性实施例的包含发射天线和多个寄生天线的另一无 线电力发射器。
[0024] 图6C说明根据本发明的示范性实施例的包含发射天线以及第一方向上的多个寄 生天线和第二方向上的另外多个寄生天线的另一无线电力发射器。
[0025] 图6D说明根据本发明的示范性实施例的包含发射天线和多维寄生天线阵列的又 一无线电力发射器。
[0026] 图7A说明根据本发明的示范性实施例的包含无线电力发射器和多个无线电力接 收器的无线电力系统。
[0027] 图7B说明根据本发明的示范性实施例的包含无线电力发射器和无线电力接收器 的另一无线电力系统。
[0028] 图8A说明根据本发明的示范性实施例的包含无线电力发射器和包含非兼容接收 器的多个无线电力接收器的无线电力系统。
[0029] 图8B说明根据本发明的示范性实施例的包含无线电力发射器和包含多个非兼容 接收器的多个无线电力接收器的无线电力系统。
[0030] 图9说明根据本发明的示范性实施例的包含无线电力发射器、多个寄生天线和兼 容接收器的无线电力系统。
[0031] 图10A到10G说明根据本发明的示范性实施例的各种实例无线电力发射器配置， 其中每一配置包含发射天线和至少一个寄生天线。
[0032] 图11A到11C说明根据本发明的示范性实施例的各种实例无线电力发射器配置的 横截面图，其中每一配置包含发射天线和寄生天线。
[0033] 图12A到12E说明根据本发明的示范性实施例的发射天线内的电流与寄生天线内 的电流之间的各种关系。
[0034] 图13为说明根据本发明的示范性实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035] 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"意指"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。所属领域的技术人员将明 白，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形 式来展示众所周知的结构和装置，以避免模糊本文中呈现的示范性实施例的新颖性。
[0036] 词语"无线电力"在本文中用以意指在不使用物理电导体的情况下从发射器发射 到接收器的与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量。此后，所有这三种场 将统称为辐射场，同时理解纯磁场或纯电场不辐射电力。这些场必须耦合到"接收天线"以 实现电力传递。
[0037] 图1说明根据本发明的各种示范性实施例的无线发射或充电系统100。将输入电 力102提供到发射器104以供产生用于提供能量传递的辐射场106。接收器108耦合到辐 射场106,且产生输出电力110以供由耦合到输出电力110的装置（未图示）存储或消耗。 发射器104与接收器108两者隔开某一距离112。在一个示范性实施例中，根据相互谐振关 系来配置发射器104和接收器108,且当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率非 常接近时，在接收器108位于辐射场106的"近场"中时，发射器104与接收器108之间的 发射损耗为最小的。
[0038] 发射器104进一步包含用于提供用于能量发射的装置的发射天线114,且接收器 108进一步包含用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用和将与其相关联 的装置来设计发射天线和接收天线的大小。如所陈述，有效能量传递通过将发射天线的近 场中的大部分能量耦合到接收天线而不是以电磁波形式将大部分能量传播到远场而发生。 当处于此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间形成耦合模式。天线114和118 周围的可发生此近场耦合的区域在本文中称为耦合模式区。
[0039] 图2展示无线电力传递系统的简化示意图。发射器104包含振荡器122、功率 放大器124和滤波器与匹配电路126。振荡器经配置以产生所要频率，例如（仅举例来 说）468. 75KHz、6. 78MHz或13. 56,可响应于调整信号123来调整所述频率。可通过功率放 大器124响应于控制信号125而以某一放大量来放大振荡器信号。可包含滤波器与匹配电 路126以滤除谐波或其它不想要的频率，且使发射器104的阻抗与发射天线114匹配。
[0040] 接收器108可包含匹配电路132以及整流器与切换电路134以产生DC电力输出， 以对电池136 (如图2所示）充电或对耦合到接收器的装置（未图示）供电。可包含匹配 电路132以使接收器108的阻抗与接收天线118匹配。接收器108与发射器104可在单独 通信信道119(例如，蓝牙、紫蜂（zigbee)、蜂窝式等）上通信。
[0041] 如图3中所说明，示范性实施例中所使用的天线可配置为"环形"天线150,其在本 文中还可称为"磁性"天线。环形天线可经配置以包含空气芯或物理芯（例如，铁氧体芯）。 空气芯环形天线可更好地容许放置于所述芯附近的外来物理装置。此外，空气芯环形天线 允许其它组件放置于芯区域内。另外，空气芯环可更易于使得能够将接收天线118(图2) 放置于发射天线114 (图2)的平面内，在所述平面处，发射天线114 (图2)的耦合模式区可 更强大。
[0042] 如所陈述，发射器104与接收器108之间的有效能量传递在发射器104与接收器 108之间的匹配或近匹配谐振（即，频率匹配）期间发生。然而，即使当发射器104与接收 器108之间的谐振不匹配时，也可传递能量，但效率可能受影响。能量传递通过将来自发射 天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线而不是将能量从发射 天线传播到自由空间中而发生。
[0043] 环形或磁性天线的谐振频率是基于电感和电容。环形天线中的电感一般仅为由 所述环产生的电感，而一般将电容添加到环形天线的电感以在所要谐振频率下产生谐振结 构。作为非限制性实例，可将电容器152和电容器154添加到所述天线以形成产生谐振信 号156的谐振电路。因此，对于较大天线，随着环的电感因为增加的线圈直径和/或匝数而 增加，诱发谐振所需要的电容大小减小。此外，随着环形或磁性天线的直径增加，近场的有 效能量传递区域增加。当然，其它谐振电路可为可能的。作为另一非限制性实例，电容器可 并联地放置于环形天线的两个端子之间。另外，所属领域的技术人员将认识到，对于发射天 线，谐振信号156可为到环形天线150的输入。
[0044] 图4A为根据本发明的示范性实施例的发射器200的简化框图。发射器200包含 发射电路202和发射天线204。通常，发射电路202通过提供导致在发射天线204四周产生 近场能量的振荡信号来将RF电力提供到发射天线204。应注意，发射器200可在任何合适 频率下操作。举例来说，发射器200可在13. 56MHz的ISM频带下操作。
[0045] 示范性发射电路202包含用于将发射电路202的阻抗（例如，50欧姆）匹配到发 射天线204(即，匹配负载和源以增强效率）的固定阻抗匹配电路206以及经配置以将谐波 发射减小到防止耦合到接收器108 (图1)的装置的自干扰的程度的低通滤波器（LPF) 208。 其它示范性实施例可包含不同滤波器拓扑（包含（但不限于）使特定频率衰减同时使其它 频率通过的陷波滤波器），且可包含自适应阻抗匹配，其可基于可测量的发射度量（例如， 到天线的输出电力或由功率放大器汲取的DC电流）而变化。发射电路202进一步包含经 配置以驱动如由振荡器212确定的RF信号的功率放大器210。发射电路可由离散装置或 电路组成，或者可由集成组合件组成。来自发射天线204的示范性RF电力输出可为约2. 5 瓦。
[0046] 发射电路202进一步包含控制器214,所述控制器214用于在特定接收器的发射阶 段（或工作循环）期间启用振荡器212、用于调整所述振荡器的频率或相位，以及用于调整 用于实施通信协议（用于经由邻近装置的附接接收器与邻近装置交互）的输出电力电平。 如此项技术中众所周知，发射路径中的振荡器相位和相关电路的调整允许减小带外发射， 尤其是当从一个频率转变为另一频率时。
[0047] 发射电路202可进一步包含用于检测作用中接收器在由发射天线204产生的近场 附近的存在与否的负载感测电路216。举例来说，负载感测电路216监视流动到功率放大器 210的电流，所述电流受作用中接收器在由发射天线204产生的近场附近的存在与否影响。 由控制器214监视对功率放大器210上的负载的改变的检测，以用于确定是否启用振荡器 212来用于发射能量以及与作用中接收器通信。
[0048] 发射天线204可以绞合线实施或实施为具有经选定以将电阻损耗保持为低的厚 度、宽度和金属类型的天线带。在常规实施方案中，发射天线204可一般经配置以与较大结 构（例如，桌子、垫、灯或其它较不便携的配置）相关联。因此，发射天线204可能不需要 "匝"以便具有实用尺寸。发射天线204的示范性实施方案可为"电学上较小的"（即，波长 的分数）且经调谐以通过使用电容器界定谐振频率而在较低的可用频率下谐振。在发射天 线204在直径上或边长上（如果为正方形环）相对于接收天线可为较大（例如，0· 50米） 的示范性应用中，发射天线204将不一定需要大量匝来获得合理电容。
[0049] 发射器200可搜集并追踪关于可与发射器200相关联的接收器装置的行踪和状态 的信息。因此，发射器电路202可包含连接到控制器214 (在本文中还称作处理器）的存在 检测器280、封闭检测器260或其组合。控制器214可响应于来自存在检测器280和封闭检 测器260的存在信号而调整由放大器210递送的电力的量。发射器可通过许多电源接收电 力，所述电源例如为用以转换存在于建筑物中的常规AC电力的AC/DC转换器（未图示）、用 以将常规DC电源转换成适合于发射器200的电压的DC/DC转换器（未图不），或发射器可 直接从常规DC电源（未图示）接收电力。
[0050] 作为非限制性实例，存在检测器280可为运动检测器，其用以感测插入到发射器 的覆盖区域中的待充电的装置的初始存在。在检测到之后，可开启发射器且可使用由装置 接收的RF电力来以预定方式双态切换Rx装置上的开关，这又导致发射器的驱动点阻抗的 改变。
[0051] 作为另一非限制性实例，存在检测器280可为能够（例如）通过红外线检测、运动 检测或其它合适手段来检测人类的检测器。在一些示范性实施例中，可能存在限制发射天 线可在特定频率下发射的电力的量的规章。在一些情况下，这些规章有意保护人类免受电 磁辐射影响。然而，可能存在发射天线放置于人类未占用的或人类不经常占用的区域（例 如，车库、厂区、车间，等）中的环境。如果这些环境没有人类，则可能可准许将发射天线的 电力输出增加到正常电力约束规章以上。换句话说，控制器214可响应于人类存在而将发 射天线204的电力输出调整到管制水平或更低水平，且当人类在距发射天线204的电磁场 管制距离之外时，将发射天线204的电力输出调整到高于管制水平的水平。
[0052] 作为非限制性实例，封闭检测器260(在本文中还可称作封闭隔间检测器或封闭 空间检测器）可为例如感测开关等装置，以用于确定封闭体何时处于闭合或打开状态中。 当发射器在处于封闭状态的封闭体中时，可增加发射器的电力水平。
[0053] 在示范性实施例中，可使用发射器200借以不会无限期地保持开启的方法。在此 情况下，发射器200可经编程以在用户确定的时间量之后关闭。此特征防止发射器200 (尤 其是功率放大器210)在其周界的无线装置充满电之后长时间运行。此事件可能归因于用 以检测从中继器或接收线圈发送的装置充满电的信号的电路的故障。为了防止发射器200 在另一装置放置于其周界时自动停止运转，可仅在检测到其周界缺少运动的设定周期之后 激活发射器200自动关闭特征。用户可能够确定不活动时间间隔，且在需要时改变所述不 活动时间间隔。作为非限制性实例，所述时间间隔可比在假定特定类型的无线装置最初完 全放电的情况下将所述装置充满电所需的时间间隔长。
[0054] 图4B说明接近包含可选择性地控制的开关221的寄生天线205的发射天线204。 如下文更全面地描述，短接的寄生天线（即，开关221闭合的寄生天线205)可诱发修改 (即，对抗）由发射天线204产生的场的电流。图4C说明接近包含可选择性地控制的开关 221和电容器C的寄生天线207的发射天线204。如下文更全面地描述，具有电容器的短接 的寄生天线（即，开关221闭合的寄生天线207)可诱发修改由发射天线204产生的场的电 流。
[0055] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器300的简化框图。接收器300包含接 收电路302和接收天线304。接收器300进一步耦合到装置350以用于向装置350提供所 接收的电力。应注意，将接收器300说明为在装置350外部，但其可集成到装置350中。通 常，能量以无线方式传播到接收天线304,且接着通过接收电路302耦合到装置350。
[0056] 接收天线304经调谐以在与发射天线204 (图4A)相同的频率下或在指定频率范 围内谐振。接收天线304可与发射天线204类似地设计尺寸，或可基于相关联装置350的 尺寸来不同地设计大小。举例来说，装置350可为具有比发射天线204的直径或长度小的 直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此实例中，接收天线304可实施为多匝天线，以便减 少调谐电容器（未图示）的电容值，且增加接收天线的阻抗。举例来说，接收天线304可放 置于装置350的大致圆周周围，以便最大化天线直径并减小接收天线的环匝（S卩，绕组）的 数目和绕组间电容。
[0057] 接收电路302提供与接收天线304的阻抗匹配。接收电路302包含用于将所接收 RF能源转换为供装置350使用的充电电力的电力转换电路306。电力转换电路306包含 RF/DC转换器308且还可包含DC/DC转换器310。RF/DC转换器308将在接收天线304处接 收到的RF能量信号整流为非交变电力，而DC/DC转换器310将经整流的RF能量信号转换 为与装置350兼容的能量电位（例如，电压）。预期各种RF/DC转换器，包含部分和全整流 器、调节器、桥接器、倍增器以及线性和切换转换器。
[0058] 接收电路302可进一步包含用于将接收天线304连接到电力转换电路306或者用 于断开电力转换电路306的切换电路312。将接收天线304从电力转换电路306断开不仅 中止对装置350的充电，而且还改变发射器200 (图2)所"看到"的"负载"。
[0059] 如上文所揭示，发射器200包含负载感测电路216,负载感测电路216检测提供到 发射器功率放大器210的偏置电流的波动。因此，发射器200具有用于确定接收器何时存 在于发射器的近场中的机制。
[0060] 当多个接收器300存在于发射器的近场中时，可能需要对一个或一个以上接收器 的加载和卸载进行时间多路复用，以使其它接收器能够更高效地耦合到发射器。接收器的 此"卸载"在本文中也称为"隐匿"。也可隐匿接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或 减少附近发射器上的负载，或使得发射器能够准确地确定仅一个"经隐匿"接收器的特性。 此外，如下文更全面地解释，由接收器300控制且由发射器200检测的卸载与加载之间的此 切换提供从接收器300到发射器200的通信机制。另外，协议可与所述切换相关联，所述协 议使得能够将消息从接收器300发送到发射器200。举例来说，切换速度可为约100微秒。
[0061] 在示范性实施例中，发射器与接收器之间的通信指代装置感测与充电控制机制， 而非常规双向通信。换句话说，发射器可使用所发射信号的开/关键控，以调整是否可在近 场中获得能量。接收器将所递送电力的这些改变解译为来自发射器的消息。从接收器侧来 看，接收器可使用接收天线的调谐与去谐来调整正从近场接受的电力的量。发射器可检测 来自近场的所使用的电力的此差异，且将这些改变解译为来自接收器的消息。应注意，可利 用对所发射电力和负载行为的其它形式的调制。
[0062] 接收电路302可进一步包含用以识别接收到的能量波动的信令检测器与信标电 路314,所述能量波动可对应于从发射器到接收器的信息性信令。此外，信令与信标电路 314还可用以检测减少的RF信号能量（即，信标信号）的发射，并将所述减少的RF信号能 量整流为标称电力，以用于唤醒接收电路302内的未供电或耗尽电力的电路，以便配置接 收电路302以进行无线充电。
[0063] 接收电路302进一步包含用于协调本文中所描述的接收器300的过程（包含对 本文中所描述的切换电路312的控制）的处理器316。接收器300的隐匿也可在其它事件 (包含检测到向装置350提供充电电力的外部有线充电源（例如，壁式/USB电力））的发生 后即刻发生。除了控制接收器的隐匿外，处理器316还可监视信标电路314以确定信标状 态，并提取从发射器发送的消息。处理器316还可为获得改进的性能而调整DC/DC转换器 310。
[0064] 如本文中所描述，本发明的各种示范性实施例涉及用于经由一个或一个以上寄生 天线来控制无线电力系统的场分布的系统、装置和方法。更具体来说，本发明的示范性实施 例可实现增强的耦合效率、较少的热问题和改进的充电时间。此外，示范性实施例可实现增 加的充电区域以用于支持更多可充电装置，因此在不影响效率和充电时间的情况下增强用 户体验。应注意，术语"寄生线圈"、"寄生回路"和"寄生天线"在本文中可互换地使用。 [0065] 根据本发明的一个示范性实施例，定位成接近发射天线的去谐并短接的寄生天线 (即，完全短路寄生天线）可因为诱发的电流而产生对抗由发射天线产生的场（例如，磁 场）的场（例如，磁场）。因此，在此示范性实施例中，寄生天线内的区域可没有磁场且发射 天线的自感可减小。此外，根据另一示范性实施例，寄生天线可为断开的（即，开路的）（例 如，经由开关），且因此可不诱发对发射天线或接近发射天线的磁场分布的影响。
[0066] 根据本发明的另一示范性实施例，具有固定电抗（例如，电容）且定位成接近发射 天线的一个或一个以上寄生天线可在其中诱发电流以修改由发射天线产生的磁场。
[0067] 如下文更全面地描述，一个或一个以上寄生天线可以行阵列、列阵列或其任何组 合（即，具有重叠行阵列和列阵列的双层）定位成接近发射天线。此外，寄生天线可以可包 括一个或一个以上层的栅格阵列定位成接近发射天线。此外，所述一个或一个以上寄生天 线可定位于发射天线上方、发射天线下方或与发射天线共平面。
[0068] 寄生天线可与相关联的发射天线大小相同、比发射天线小或比发射天线大。所述 一个或一个以上寄生天线可包括单个匝或多个匝。应注意，根据本发明的示范性实施例的 短接的寄生线圈可具有与具有大体上类似大小的电子装置（例如，移动电话）大体上类似 的去谐效应（发射线圈自感的减小）。
[0069] 在一个预期阶段期间，可通过短接在相关联的回路内不具有兼容接收器的所有寄 生天线以及断开在相关联的回路内具有至少一个兼容接收器的每一寄生天线来获得谐振 匹配。应注意，定位于发射天线和短接的寄生线圈的充电区内的每一接收器的累积去谐效 应相同而不管接收器的数目如何。因此，可约束发射天线的自感而不管放置于相关联的充 电区内的接收器的数目如何。
[0070] 如上文所提到，根据本发明的另一示范性实施例，一个或一个以上寄生线圈（其 中每一寄生线圈具有固定电抗）可集成于无线电力发射器内以使得无线电力发射器的磁 场分布能够被修改（例如，校平磁场分布）。寄生天线的环可小于外部激励线圈（即，发射 天线）以改进磁场分布或将场导引于理想区中。此外，寄生天线的环可大于外部激励线圈 以增加有效充电区域。一个或一个以上寄生天线可以同心布局来布置以改进整体场分布或 以非同心布局布置以改进特定区中的场分布。另外，一个或一个以上寄生天线可为单匝绕 组或多匝绕组。
[0071] 一个或一个以上寄生天线对发射天线产生的磁场的影响的程度可取决于寄生天 线中诱发的电流，所述诱发的电流可取决于寄生天线与发射天线之间的互感。此电流可由 以下各项控制：寄生天线的大小（即，较大大小等于较多电流）、寄生天线的匝数（即，较多 匝等于较多电流）、寄生天线与发射天线之间的距离（即，垂直和横向）（即，较靠近等于较 多电流）以及寄生天线与无线电力发射器的充电表面之间的距离（即，较大距离等于较小 影响）。
[0072] 如下文更全面地描述，一个或一个以上寄生天线可定位于发射天线上方以改进到 较远离相关联的充电表面的接收器的互耦合（导致增加的效率）。另外，一个或一个以上寄 生天线可与发射天线共平面以减小发射器轮廓。此外，一个或一个以上寄生天线可定位于 发射天线下方以减小场更改的程度。
[0073] 应注意，跨越寄生天线的一个或一个以上电容器值可控制发射天线与寄生天线之 间的相位差。因此，可为了获得理想响应而选择跨越寄生天线的电容器的值。极其小的电 容器（类似于开路）可对整体场分布具有最小影响。具有极其大的值的电容器（类似于短 路）可在相应寄生天线中间实现最小场强度且在具有同心布局的相应寄生天线外部的区 中实现最大场强度。具有比将谐振频率驱动为操作频率的电容器值小的值的电容器可通过 减小相应寄生天线外部的区中的场强度且增加相应寄生天线内部的区中的场强度来针对 同心布局实现大体均匀场分布。具有等于将谐振频率驱动为操作频率的电容器值的值的电 容器可针对同心布局在相应寄生天线中间实现最大场强度且在相应寄生天线外部的区中 实现最小场强度。具有比将谐振频率驱动为操作频率的电容器值大的电容器值的电容器可 在相应寄生天线内部的区中实现较弱场强度且在相应寄生天线外部的区中实现较强场强 度。应注意，额外电容器可切换到寄生天线中以主动将磁场导引到理想区中且远离不良区。 以下表1进一步说明电容器值对寄生天线中的电流和无线电力发射器的场分布的影响。
[0074] 表 1
[0075]
【权利要求】
1. 一种用于向接收器设备无线地传递电力的发射器，其包括： 发射天线，其经配置以产生用于无线地向所述接收器设备传递电力的第一磁场，所述 发射天线包括第一谐振电路，所述第一谐振电路经配置以在符合操作频率的第一频率下谐 振； 至少一个寄生天线，其包括第二谐振电路，所述第二谐振电路经配置以在不同于所述 操作频率的第二频率下谐振；以及 控制器，经配置以激活所述至少一个寄生天线，所述寄生天线在被激活时经配置以将 由所述发射天线产生的所述第一磁场导引于理想区中。
2. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述至少一个寄生天线经配置以响应于有所述 发射天线产生的所述第一磁场在所述第二频率下产生第二磁场。
3. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述控制器经配置以通过选择性地闭路或开路 所述至少一个寄生天线激活所述至少一个寄生天线。
4. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述第一谐振电路包括具有第一电容的第一电 容器，且其中所述第二谐振电路包括具有有比所述第一电容小的值的第二电容的第二电容 器。
5. 根据权利要求4所述的发射器，其中所述寄生天线包括同心地置于所述发射天线的 第二环内的第一环，且其中所述寄生天线经配置以减小所述第一环外的第一场强度，并增 大所述第一环内的第二场强度。
6. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述第一谐振电路包括具有第一电容的第一电 容器，且其中所述第二谐振电路包括具有有比所述第一电容大的值的第二电容的第二电容 器。
7. 根据权利要求6所述的发射器，其中所述寄生天线包括置于所述发射天线的第二环 内的第一环，且其中所述寄生天线经配置以增大所述第一环外的第一场强度，并减小所述 第一环内的第二场强度。
8. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述第二谐振电路包括多个电容器，且其中所 述控制器经配置以选择性地将一个或多个电容器切换进所述寄生天线以主动将所述第一 磁场导引到远离非理想区的所述理想区内。
9. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述至少一个寄生天线经配置以导引所述第一 磁场以增加跨过充电区表面的所述第一磁场的均匀性。
10. 根据权利要求1所述的发射器，其中所述至少一个寄生天线包括置于行或列中的 寄生天线阵列。
11. 根据权利要求10所述的发射器，其中所述至少一个寄生天线包括置于行或列中的 寄生天线多维阵列。
12. -种向接收器设备无线地传递电力的方法，其包括： 用发射天线产生第一磁场，所述发射天线包括第一谐振电路，所述第一谐振电路经配 置以在符合操作频率的第一频率下谐振；以及 在第二频率下激活至少一个寄生天线，所述至少一个寄生天线在被激活时经配置以将 所述第一磁场导引于理想区中，所述第一和第二频率不同。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述激活所述至少一个寄生天线包括通过将至 少一个电容器切换进或出至少一个寄生天线的环选而择性地开路或闭路所述至少一个寄 生天线的所述环。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个寄生天线包括第二谐振电路，所 述第二谐振电路经配置以在所述第二频率下谐振。
15. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括响应于所述产生的第一磁场在所述第二 频率下产生第二磁场。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中： 所述第一谐振电路包括具有第一电容的第一电容器，且所述第二谐振电路包括具有比 所述第一电容小的值的第二电容的第二电容器， 所述寄生天线包括同心地置于所述发射天线的第二环内的第一环，且 所述寄生天线经配置以减小所述第一环外的第一场强度，并增大所述第一环内的第二 场强度。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中： 所述第一谐振电路包括具有第一电容的第一电容器，且所述第二谐振电路包括具有比 所述第一电容大的值的第二电容的第二电容器， 所述寄生天线包括置于所述发射天线的第二环内的第一环，且 所述寄生天线经配置以增大所述第一环外的第一场强度，并减小所述第一环内的第二 场强度。
18. -种用于向接收器设备无线地传递电力的发射器，其包括： 用于产生磁场的装置，所述产生装置包括用于在符合操作频率的第一频率下谐振的装 置；以及 用于在第二频率下激活至少一个寄生天线的装置，所述至少一个寄生天线在被激活时 经配置以将所述磁场导引于理想区中，所述第一和第二频率不同。
19. 根据权利要求18所述的发射器，其中所述产生装置和所述至少一个寄生天线被置 于相对于彼此同心的布局中。
20. 根据权利要求18所述的发射器，其中所述产生装置和所述至少一个寄生天线被置 于充电垫中，所述接收器装置放置在其上以接收所述无线地传递的电力。
【文档编号】H04B5/00GK104283330SQ201410472030
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2011年5月13日 优先权日:2010年5月14日
【发明者】刘振宁, 查尔斯·E·惠特利三世, 亚当·A·穆德里克, 威廉·H·范诺瓦克 申请人:高通股份有限公司