无线功率设备和方法
【专利摘要】本发明涉及无线功率设备和方法。本发明揭示无线能量转移系统。用高Q使天线维持处于共振。本发明揭示维持高Q共振匹配的技术。
【专利说明】无线功率设备和方法
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2008年3月3日、申请号为200880006888.2、发明名称为“无线功率设备和方法”的发明专利申请案。
[0003]相关申请案
[0004]本申请案与共同拥有且共同待决的以下美国专利申请案有关:2006年4月21日申请且标题为“用于经由无线链路对电子装置进行供电的方法和系统(Method and Systemfor Powering an Electronic Device Via a Wireless Link) ” 的第 11/408，793 号美国专利申请案；以及2007年I月17日申请的标题为“用于经由无线链路向电气或电子装置输送倉泛量的方法和设备(Method and Apparatus for Delivering Energy to an Electrical orElectronic Device Via a Wireless Link) ” 的第 111654, 883 号美国专利申请案，前述专利申请案中的每一者以全文引用的方式并入本文中。
[0005]本申请案主张2007年3月2日申请的第60/904，628号临时申请案的优先权；所述临时申请案的揭示内容由此以引用的方式并入本文中。
[0006]版权
[0007]本专利文献的揭示内容的一部分含有受版权保护的材料。当所述材料出现在专利和商标局的专利文件或记录中时，版权所有者对本专利文献或专利揭示内容中的任何一者所进行的拓制没有异议，然而在别的方面却无论如何保留所有版权权利。
[0008]所有的图、表格和展示内容均为版权?2006、2007，第三选项，LLC。版权所有，违
者必究。
【技术领域】
[0009]本申请涉及无线功率设备和方法。
【背景技术】
[0010]将功率输送到便携式装置通常使用各种类型的电线来进行功率输送。例如手机、便携式计算机或可依靠所存储功率(例如电池)操作的任何其它装置等装置全都需要并使用此功率源来操作所述装置且/或对电池进行充电。
【发明内容】
[0011]一种用于发射无线功率的方法包含:将功率感应到发射天线的近场磁场中；以及连同接收天线一起操作所述发射天线，以将所述功率以磁性方式耦合到接收天线，所述接收天线具有与所述发射天线匹配的至少一个特性。所述天线中的至少一者用以改进其间的匹配。
[0012]调谐可为阻抗匹配。
[0013]本发明还描述一种无线功率发射器，其具有:功率发射器，所述功率发射器产生待经由磁性链路以无线方式发射的功率；以及电感性环形天线部分，其具有连接到所述电感性环部分的至少一个电容性部分。所述电容性部分的大小可被设计为能承受至少2KV的无功电压。
[0014]本发明描述一种无线功率接收器，其具有电感性环形天线部分，其具有连接到所述电感性环部分的至少一个电容性部分，其中所述电容性部分的大小被设计为能承受至少2KV的无功电压。功率接收器经耦合以从所述电感性环形天线部分接收已经由磁性链路以无线方式发射的功率。
[0015]另一方面描述一种方法，其发射接收天线中来自发射天线的功率；
[0016]自动检测使所述发射天线与接收天线之间的关系去谐的去谐事件；且
[0017]响应于所述去谐，自动采取行动来改变所述发射的特性。
[0018]另一方面描述一种无线功率发射器，其具有:功率发射器连接件，所述功率发射器连接件接收待经由磁性链路以无线方式发射的能量；由单个导电材料环形成的至少一个天线部分；以及电容器部分，其具有一值以使天线的L值和C值与功率发射器的频率匹配。
[0019]另一方面描述一种方法，其以磁性方式将功率从发射天线发射到接收天线，其中所述天线中的每一者对于指定频率具有大于1000的Q值；以及对所述天线进行调谐以将共振维持在所述指定频率下。
[0020]另一方面描述一种方法，其具有使用具有大于1000的Q值的发射天线来形成其中具有能量的辐射磁场；在未通过任何电线连接到所述发射天线的接收天线位置处，从所述发射天线的所述辐射场提取能量；以及在未通过任何电线连接到所述发射天线的电子装置中使用所述能量。
[0021]另一方面描述一种设备，其具有:
[0022]接收天线，其操作以在未通过任何电线连接到任何发射天线的接收天线位置处从辐射场提取能量；以及
[0023]功率系统，其在未通过任何电线连接到所述发射天线的电子装置中使用所述能量。
[0024]另一方面描述一种方法，其从发射天线发射功率；自动检测使发射天线与从发射天线接收功率的接收天线之间的关系去谐的去谐事件；以及
[0025]响应于所述检测，自动采取行动以改变发射功率的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1用FCC限制曲线100和EN曲线102展示功率密度的曲线图。
[0027]图2用FCC曲线200和EN曲线202展示最大H场的曲线图。
[0028]图3说明一实施例的空气环形天线。
[0029]图4展示形成有调谐电路400的串联共振电路的示意图。
[0030]图5说明天线的第二实施例。
[0031 ] 图6说明针对许多不同频率的Q对频率的曲线图。
[0032]图7中展示天线的第二实施例。图8中针对电容性情况来展示此天线的等效电路。【具体实施方式】
[0033]实施例描述将无线功率转移用于接收源。[0034]如本文中所使用，术语“无线功率”和“无线能量”包含(但不限于)任何形式的功率或能量，其中包含与电场、磁场、电磁能量或其它能量相关联的功率或能量，其在不必使用有线线路连接的情况下在一个点、区域、位置或装置与另一点、区域、位置或装置之间传输。
[0035]—实施例揭一种无线供电和充电系统。一实施例描述使用发射器，其大小允许其嵌入到另一物品(例如，桌子或架子)中，或插入到墙壁中，或嵌入到另一结构或表面(例如墙壁、地面、门等)中。接收器与用户所携带的小型移动单元或客户端装置相关联，或安装在便携式装置、交通工具上，或与固定装置(例如灯、烤箱、平面屏幕TV) —起安装在墙壁、计算机或计算机化装置、PDA、个人媒体装置等上。当接收器在发射器的范围内时，功率被输送到移动单元。
[0036]在一个实施例中，揭不一种无线供电-充电系统,其基于发送实质上未经调制的信号或信标(例如，只有载波)的发射器。接收器可经调谐以从发射器的辐射场提取能量。接收器对电子装置进行供电，或对电池进行充电。
[0037]其它实施例可使用略经调制的信标。
[0038]可使用多个接收器。可使用多个发射器来向一个或多个接收器进行发射。
[0039]此系统所使用的天线实现能量发射和接收的高效手段。天线优选具有较小的大小，以允许其配合到移动手持式装置中，在所述装置中，用于天线的可用空间可能是有限的。一实施例描述一种用于特定特性的高效率天线以及用于正被发射和接收的功率的环境。
[0040]天线理论表明:效率较高但较小的天线通常将具有较窄的频带，在所述频带上，所述天线将是高效的。因此，所属领域的技术人员已避免使用这些天线，以便实现更灵活的发射和/或接收特性。在一实施例中，以某些配置使用自适应调谐电路以允许高效但窄带天线的调谐。
[0041]一个实施例描述两个天线之间的高效功率转移，其是通过将能量存储在发射天线的近场中，而不是将所述能量以行进电磁波的形式发送到自由空间中。此实施例增加天线的质量因子(Q)。这可减小辐射电阻(Rr)和损耗电阻(Rl)。
[0042]在一个实施例中，将两个高Q天线放置为使得其对松散耦合的变压器类似地作出反应，其中一个天线将功率感应到另一天线中。所述天线优选具有大于1000的Q。
[0043]另一实施例描述最大允许照射(MPE)，其中最大照射限制由欧洲和美国标准(以及其它标准)界定。最大照射限制是依据功率密度限制(W/m2)、磁场限制(A/m)和电场限制(V/m)而界定。所述限制通过自由空间的阻抗377W而相关。
[0044]在美国，适 用的标准为FCC CFR标题47: § 2.1091射频辐射照射评估:移动装置。移动装置是经设计为以在发射器的辐射结构与用户或附近人员的身体之间正常维持至少20cm的间隔距离的方式使用的发射装置。待用于评估的限制在标题47的§1.310——§ 1.1310射频辐射照射限制(见表1)中指定。
[0045]表1:对辐射照射的FCC限制，对最大允许照射(MPE)的限制
[0046]
【权利要求】
1.一种用于经由无线场将功率输送到负载的装置，所述装置包括: 功率源，其配置以输出处在电压电平处的时变电压信号； 第一天线电路，其配置以从所述功率源接收所述电压信号，并经由所述无线场在第一频率处以发射功率电平向耦合的第二天线电路输出功率以输送功率到所述负载，所述第一天线电路包括至少一个可调谐电容器；以及 控制器，其耦合到所述第一天线电路并配置以响应于所述无线场中物体的存在而调整所述可调谐电容器的电容值，从而调整所述第一天线电路的谐振。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器进一步配置以将所述第一频率调整为处在谐振频率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器进一步配置以调整所述可调谐电容器的一个或多个板之间的距离。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制器进一步配置以通过调整所述一个或多个板之间的所述距离来将所述第一频率调整为处在谐振频率。
5.一种用于经由无线场将功率输送到负载的方法，所述方法包括: 从功率源输出处在电压电平处的时变电压信号； 从所述功率源接收 所述电压信号； 基于所述电压信号经由所述无线场在第一频率处以发射功率电平从第一天线电路向耦合的第二天线电路输出功率以输送功率到所述负载，所述第一天线电路包括至少一个可调谐电容器；以及 响应于所述无线场中物体的存在而调整所述可调谐电容器的电容值，从而调整所述第一天线电路相对于所述第二天线电路的谐振。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括:将所述第一频率调整为处在谐振频率。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括:调整所述可调谐电容器的一个或多个板之间的距离。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括:通过调整所述一个或多个板之间的所述距离来将所述第一频率调整为处在谐振频率。
9.一种用于经由无线场将功率输送到负载的装置，所述装置包括: 用于输出处在电压电平处的时变电压信号的装置； 第一天线电路，其配置以从所述输出装置接收所述电压信号，并经由所述无线场在第一频率处以发射功率电平向耦合的第二天线电路输出功率以输送功率到所述负载，所述第一天线电路包括至少一个可调谐电容器；以及 用于响应于所述无线场中物体的存在而调整所述可调谐电容器的电容值，从而调整所述第一天线电路相对于所述第二天线电路的谐振的装置。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述用于调整的装置包括控制器。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于输出的装置包括功率源。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于调整的装置将所述第一频率调整为处在谐振频率。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述用于调整的装置调整所述可调谐电容器的一个或多个板之间的距离。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述用于调整的装置通过调整所述一个或多个板之间的所述 距离来将所述第一频率调整为处在谐振频率。
【文档编号】H02J17/00GK103997132SQ201410160476
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2008年3月3日 优先权日:2007年3月2日
【发明者】奈杰尔·P·库克, 保罗·迈尔, 卢卡斯·西贝尔, 马克·塞卡利, 汉斯彼得·威德默 申请人:高通股份有限公司