专利名称：用于便携式外壳的无线电力传送的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线充电，且更具体地说，涉及与便携式无线充电系统有关的装置、系统及方法。
背景技术：
通常，例如无线通信装置(例如蜂窝式电话)等每一电池供电装置需要其自己的充电器及电源，所述电源通常为AC电源插座。在许多装置需要充电时，这变得难以使用。正开发使用发射器与待充电的装置之间的空中电力发射的方法。这些方法大体上分成两类。一类是基于发射天线与待充电装置上的接收天线之间的平面波辐射(还称为远场辐射)的耦合，接收天线收集辐射电力且将其整流以用于对电池进行充电。天线大体上具有谐振长度以便改进耦合效率。此方法的缺陷在于电力耦合随着天线之间的距离增加而迅速减退。因此，在合理距离上(例如，> 1到2米)的充电变得困难。另外，由于系统辐射平面波，所以如果未经由滤波适当控制无意识的辐射，则无意识的辐射可能会干扰其它系统。其它方法是基于经嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与经嵌入于待充电的主体装置中的接收天线加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距必须非常接近(例如，几毫米)。尽管此方法确实具有对同一区域中的多个装置同时进行充电的能力，但此区域通常较小，因此用户必须将装置定位到特定区域。因此，需要提供一种适应发射天线及接收天线的灵活放置及定向的无线充电布置。 另外，需要具有作为移动平台的无线电力平台，以使用户能够在忙碌时对其装置进行充电。
图1说明无线电力传送系统的简化框图。图2描绘无线电力传送系统的简化示意图。图3展示供用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。图4A及图4B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线的布局。图5说明接收天线相对于发射天线的各种放置点以说明共平面及同轴放置中的耦合强度。图6为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化框图。图7为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化框图。图8描绘用于进行发射器与接收器之间的消息接发的发射电路的一部分的简化示意图。图9A到图9D为说明用于在发射器与接收器之间发射电力的信标电力模式的简化框图。图10为包括存在检测器的发射器的简化框图。图11描绘根据本发明的示范性实施例的具有至少一个发射天线的便携式充电系统。图12说明根据本发明的示范性实施例的具有至少一个中继器天线的便携式充电系统。图13A到图13C各自说明根据本发明的示范性实施例的具有多个发射天线的便携式充电系统。图14A及图14B各自描绘根据本发明的示范性实施例的包括定向于不同平面中的发射天线的便携式充电系统。图15说明根据本发明的示范性实施例的具有经定位成紧邻便携式装置的口袋的发射天线的便携式充电系统。图16描绘根据本发明的示范性实施例的具有一个或一个以上接收天线的便携式充电系统。图17描绘根据本发明的示范性实施例的具有一个或一个以上接收天线的另一便携式充电系统。图18说明根据本发明的示范性实施例的包括经集成于衣物内的至少一个天线的便携式充电系统。图19为说明根据本发明的示范性实施例的对可充电装置进行充电的方法的流程图。图20为说明根据本发明的示范性实施例的对可充电装置进行充电的另一方法的流程图。图21为根据本发明的示范性实施例的线圈及相关联线圈发射电路的框图。
具体实施例方式词“示范性”在本文中用以意指“充当实例、例子或说明”。本文中经描述为“示范性”的任何实施例不必被解释为比其它实施例优选或有利。下文结合附图所阐述的具体实施方式
既定作为对本发明的示范性实施例的描述且不希望表示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”，且将不必被解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的，具体实施方式
包括特定细节。所属领域的技术人员将显而易见，可在不具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，以框图的形式展示众所周知的结构及装置以便避免混淆本文中呈现的示范性实施例的新颖性。词“无线电力”在本文中用以意指与电场、磁场、电磁场或在不使用物理电磁导体的情况下从发射器发射到接收器的其它者相关联的任何形式的能量。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以用于产生用于提供能量传送的辐射场106。接收器108耦合到辐射场106且产生输出电力110以用于由耦合到输出电力110的装置(未图示)存储或消耗。发射器104与接收器108两者分离开距离112。在一个示范性实施例中，根据互谐振关系配置发射器104与接收器108，且当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率完全相同时，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之间的发射损耗最小。发射器104进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线114，且接收器 108进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用及与应用相关联的装置而设定发射及接收天线的大小。如所陈述，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非将电磁波中的大多数能量传播到远场来发生有效能量传送。当在此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间产生耦合模式。可发生此近场耦合的在天线114与118周围的区域在本文中被称作耦合模式区。图2展示无线电力传送系统的简化示意图。发射器104包括振荡器122、功率放大器124以及滤波器及匹配电路126。振荡器经配置以在所要频率(例如13. 5MHz)下产生， 所述频率可响应于调整信号123而加以调整。振荡器信号可由功率放大器IM响应于控制信号125而放大某一放大量。可包括滤波器及匹配电路126以滤除谐波或其它不需要的频率且将发射器104的阻抗匹配于发射天线114。接收器可包括匹配电路132以及整流器及切换电路以产生DC电力输出以对如图2 所示的电池136进行充电或向耦合到接收器的装置(未图示)供电。可包括匹配电路132 以将接收器108的阻抗匹配于接收天线118。如图3中所说明，用于示范性实施例中的天线可经配置为“环形”天线150，其在本文中还可被称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空心(air core)或例如铁氧体核心等物理核心。空心环形天线对放置于核心附近的外来物理装置可更具耐受性。此外，空心环形天线允许在核心区域内放置其它组件。另外，空心环形可更容易地实现在发射天线 114(图幻的平面内放置接收天线118(图幻，在所述平面中发射天线114(图幻的耦合模式区可为更强的。如所陈述，在发射器104与接收器108之间的经匹配或几乎经匹配的谐振期间发生发射器104与接收器108之间的有效能量传送。然而，甚至在发射器104与接收器108 之间的谐振不匹配时，仍可以较低效率传送能量。通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻存于建立了此近场的邻域中的接收天线而非将来自发射天线的能量传播到自由空间中来发生能量传送。环形或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。环形天线中的电感大体上仅仅为由环形建立的电感，而大体上将电容添加到环形天线的电感以建立在所要谐振频率下的谐振结构。作为非限制性实例，可将电容器152及电容器IM添加到天线以建立产生谐振信号156的谐振电路。因此，对于较大直径的环形天线来说，随着环形的直径或电感增加，诱发谐振所需的电容的大小减小。此外，随着环形或磁性天线的直径增加，近场的有效能量传送区域增加。当然，其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，可将电容器并联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，对于发射天线来说， 谐振信号156可为到环形天线150的输入。本发明的示范性实施例包括耦合处于彼此的近场中的两个天线之间的电力。如所陈述，近场为在天线周围的区域，电磁场存在于其中但不可传播或辐射远离天线。其通常限于接近天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中，由于与电型天线(例如，小偶极)的电近场相比，磁型天线的磁性近场振幅倾向于较高，所以将例如单匝及多匝环形天线等磁型天线用于发射(Tx)与接收(Rx)天线系统两者。这允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，还预期“电”天线(例如，偶极及单极)或磁性天线与电天线的组合。与较早提及的远场及电感方法所允许者相比，可在足够低的频率下且用足够大的天线大小来操作Tx天线以在显著较大距离处实现与小Rx天线的良好耦合(例如， > -4dB)。如果Tx天线被正确地设定大小，则当主体装置上的Rx天线被放置于经驱动Tx 环形天线的耦合模式区内(即，近场中)时，可实现高耦合电平(例如，-2到_4dB)。图4A及图4B展示根据本发明的各种示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线的布局。可以众多不同方式用具有多种多样大小的单环形或多环形来配置环形天线。 另外，环形可具有众多不同形状，例如(仅举例来说)圆形、椭圆形、正方形及矩形。图4A 说明大正方形环形发射天线114S及放置于与发射天线114S相同的平面中且在发射天线 114S的中心附近的小正方形环形接收天线118。图4B说明大圆形环形发射天线114C及放置于与发射天线114C相同的平面中且在发射天线114C的中心附近的小正方形环形接收天线 118'。图5展示接收天线相对于发射天线的各种放置点以说明共平面放置及同轴放置中的耦合强度。如本文中所使用，“共平面”意指发射天线与接收天线具有大致上对准的平面(即，具有指向大致上同一方向的表面法线)且在发射天线与接收天线的平面之间不具有距离(或具有小的距离)。如本文中所使用，“同轴”意指发射天线与接收天线具有大致上对准的平面(即，具有指向大致上同一方向的表面法线)且两个平面之间的距离不可忽视，且此外，发射天线与接收天线的表面法线大致上沿着同一向量延伸或两个法线成梯形。作为实例，点pi、p2、p3及p7均为接收天线相对于发射天线的共平面放置点。作为另一实例，点P5及p6为接收天线相对于发射天线的同轴放置点。下表展示在图5中所说明的各种放置点(Pl到P7)处的耦合强度(S21)及耦合效率(经表达为从发射天线发射的到达接收天线的电力的百分比)。表 权利要求
1.一种便携式充电系统，其包含至少一个天线，所述至少一个天线经配置以用于定位于便携式设备内且经配置以从电源接收电力并将电力无线地发射到耦合到可充电装置的至少一个接收天线。
2.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其中所述至少一个天线包含发射天线及中继器天线中的一者。
3.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其中所述便携式设备包含钱包、背包、行李箱及公文包中的一者。
4.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其中所述电源包含电池、电源插座及无线发射天线中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的便携式充电系统，其中所述电池集成于便携式外壳内。
6.根据权利要求4所述的便携式充电系统，其进一步包含电力连接器，所述电力连接器经配置以将所述电源插座耦合到所述发射天线及所述电池中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的便携式充电系统，其中所述电力连接器包含经配置以耦合到所述便携式外壳上的电连接器的可移除软线。
8.根据权利要求6所述的便携式充电系统，其中所述电力连接器包含经配置以缩回到所述便携式外壳中及从所述便携式外壳延伸出的可伸缩软线。
9.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其进一步包含至少一个线圈，其中每一线圈经定位成紧邻所述便携式外壳内的存储区域且经配置以从所述电源接收电力并将电力经由电感耦合发射到定位于所述存储区域内的接收器。
10.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其进一步包含定位于所述便携式设备内的多个天线，其中至少一个天线定向于与至少一个其它天线不同的平面中。
11.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其中所述至少一个天线包含两个可同时操作且空间上分离的天线。
12.根据权利要求1所述的便携式充电系统，其进一步包含至少一个无线接收天线，其中每一无线接收天线经配置以从相关联发射天线接收电力且对可操作地耦合到其的电子装置进行充电。
13.根据权利要求12所述的便携式充电系统，其中所述电子装置包含蜂窝式电话、相机、媒体播放器、游戏装置、工具、导航装置、头戴耳机及玩具中的至少一者。
14.根据权利要求12所述的便携式充电系统，其中所述电源包含电池及电源插座中的至少一者。
15.根据权利要求14所述的便携式充电系统，其中所述电池包含可充电电池及可更换电池中的至少一者。
16.一种便携式充电系统，其包含天线，其经配置以从电源接收电力且在近场内发射电力；及便携式设备，其具有耦合到其且定位于所述近场内的至少一个接收天线，其中每一接收天线可操作地耦合到定位于所述便携式设备内的至少一个连接端口，且每一连接端口经配置以物理地耦合到可充电装置的充电端口。
17.根据权利要求16所述的便携式充电系统，其中每一连接端口包含经配置以物理地耦合到可充电装置的充电端口的一个或一个以上连接器。
18.—种对在便携式设备内的可充电装置进行充电的方法，其包含在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力；及将电力从所述至少一个天线无线地发射到定位于所述至少一个天线的近场内且耦合到可充电装置的至少一个其它天线。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力包含在集成于所述便携式设备内的至少一个发射天线中接收电力。
20.根据权利要求18所述的方法，其中在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力包含在集成于所述便携式设备内的至少一个中继器天线中接收电力。
21.根据权利要求18所述的方法，其中将电力从所述至少一个天线无线地发射到至少一个其它天线包含将电力从所述至少一个天线无线地发射到耦合到可充电装置的至少一个接收天线。
22.根据权利要求18所述的方法，其中将电力从所述至少一个天线无线地发射到至少一个其它天线包含在可充电装置需要电力的情况下将电力从所述至少一个天线无线地发射到耦合到所述可充电装置的至少一个接收天线。
23.根据权利要求18所述的方法，其中在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力包含从电池、电源插座及发射天线中的至少一者接收电力。
24.根据权利要求18所述的方法，其中在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力包含在第一天线及定向于与所述第一天线不同的平面中的第二天线中接收电力。
25.一种促进对可充电装置进行充电的装置，所述装置包含用于在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力的装置；及用于将电力从所述至少一个天线无线地发射到定位于所述至少一个天线的近场内且耦合到可充电装置的至少一个其它天线的装置。
26.—种对在便携式设备内的可充电装置进行充电的方法，其包含在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力；及将电力从所述至少一个天线发射到经配置以物理地耦合到可充电装置的充电端口的至少一个连接端口。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力包含在集成于便携式设备内的至少一个接收天线中从所述便携式设备外部的至少一个发射天线接收电力。
28.根据权利要求沈所述的方法，其中将电力从所述至少一个天线发射到至少一个连接端口包含将电力从所述至少一个天线发射到具有经配置以物理地耦合到可充电装置的充电端口的至少一个连接器的至少一个连接端口。
29.一种促进对可充电装置进行充电的装置，所述装置包含用于在集成于便携式设备内的至少一个天线中接收电力的装置；及用于将电力从所述至少一个天线发射到经配置以物理地耦合到可充电装置的充电端口的至少一个电力连接器的装置。
30.一种可穿戴装置，其包含能量存储模块；及发射天线，其定位成紧邻所述可穿戴装置的存储区域且经配置以从所述能量存储模块接收电力并将电力无线地发射到耦合到定位于所述存储区域中的可充电装置的接收天线。
31.根据权利要求30所述的可穿戴装置，其中所述可穿戴装置包含衬衫、外套、裤子、 鞋子及可穿戴附件中的一者。
32.根据权利要求30所述的可穿戴装置，其中所述能量存储模块包含可充电电池及可更换电池中的至少一者。
33.根据权利要求30所述的可穿戴装置，其中所述发射天线经配置以按有线方式及无线方式中的一者从所述能量存储模块接收电力。
全文摘要
示范性实施例是针对于便携式无线充电。便携式充电系统可包含定位于便携式外壳内的至少一个天线。所述至少一个天线可经配置以从电源接收电力且将电力无线地发射到定位于所述至少一个天线的近场内的耦合到可充电装置的接收天线。
文档编号H02J7/02GK102318161SQ201080007416
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月10日
发明者威廉·H·范诺瓦克, 迈克尔·J·曼根, 迈尔斯·A·柯比 申请人:高通股份有限公司