减小无线功率传送系统中的电磁干扰（EMI）和射频（RF）干扰的屏蔽天线的制作方法
本公开总体上涉及无线功率。更具体地，本公开针对减轻来自无线功率发射器的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰。
背景技术：
越来越多且各种各样的电子设备经由可再充电电池来供电。这样的设备包括移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数码相机、助听器等。虽然电池技术已经改进，但是电池供电的电子设备越来越需要并且消耗更大的功率量，由此经常需要再充电。可再充电设备经常经由有线连接来充电，有线连接需要电缆或物理连接到功率供应的其他类似连接器。电缆和类似的连接器有时可能是不方便的或麻烦的并且具有其他缺点。无线功率充电系统可以例如允许用户在没有物理电连接的情况下对电子设备充电和/或供电，因此减少电子设备的操作所需要的组件数目并且简化电子设备的使用。这样，高效地且安全地传送功率以对可再充电电子设备进行充电的无线充电系统和方法是可取的。在高效地且安全地传送功率用于对可再充电电子设备充电的同时，最小化由无线功率发射器发射的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰的量是可取的。
技术实现要素：
在所附权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实施方式每个具有若干方面，其中没有单个方面单独负责本文中描述的可取属性。不限制所附权利要求的范围，本文中描述了一些突出的特征。
在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。其他特征、方面和优点根据该描述、附图和权利要求将变得明显。注意，随后附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本公开的一个方面提供了一种用于无线功率传送的装置，其包括：发射天线，被配置为生成无线场以对负载供电或充电；无线充电区域，被配置为接纳要经由无线场被无线充电的设备，发射天线位于无线充电区域的周缘之外；以及至少一个屏蔽元件，在发射天线的一侧与发射天线交叠，上述设备被配置为从该侧定位在无线充电区域内，至少一个屏蔽元件被配置为减小无线场的至少一部分，使得无线充电区域中的无线场强于至少一个屏蔽元件与发射天线交叠处的无线场。
本公开的另一方面提供了一种用于无线功率传送的方法，其包括：使用围绕无线充电区域的发射天线来生成无线场，以对负载供电或充电；接纳要经由无线场被无线充电的设备；以及减小无线场的至少一部分，使得无线充电区域中的无线场强于无线充电区域之外的无线场。
本公开的另一方面提供了一种用于无线功率传送的设备，其包括：用于生成无线场以对无线充电区域中的负载供电或充电的部件；用于接纳要经由无线场被无线充电的设备的部件；以及用于减小无线充电区域之外的无线场的至少一部分，使得无线充电区域中的无线场强于无线充电区域之外的无线场的部件。
本公开的另一方面提供了一种用于无线功率传送的装置，其包括：发射线圈，被配置为生成无线场以对负载供电或充电；无线充电区域，被配置为接纳要经由无线场被无线充电的设备，发射线圈位于无线充电区域的周缘之外；以及至少一个屏蔽元件，在线圈的至少一侧覆盖线圈，线圈的该侧对应于接收器设备将从其被定位在充电区域内的一侧。
附图说明
关于随后的讨论并且特别是关于附图，要强调的是，所示出的详情表示用于说明性讨论目的的示例，并且被呈现用于提供对本公开的原理和概念方面的描述。在这方面，没有尝试示出超出对本公开的基本理解所需要的实施细节。随后的讨论，结合附图，使得本领域技术人员清楚可以如何实践根据本公开的实施例。在附图中：
图1是根据示例性实施例的示例性无线功率传送系统的功能框图。
图2是根据各种示例性实施例的无线功率传送系统的示例的功能框图。
图3是根据示例性实施例的包括发射天线或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。
图4是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的发射器的功能框图。
图5是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的接收器的功能框图。
图6是可以在图4的发射电路中使用的发射电路的一部分的示意图。
图7是示出了用于无线充电的屏蔽天线的示例性实施例的无线充电系统的横截面示意图。
图8是示出了图7的无线充电系统的透视图的示图。
图9是示出了图7的无线充电系统的顶侧的透视图的示图。
图10是示出了具有多个发射天线的无线充电系统的示例性实施例的示图。
图11是示出了图10的无线充电系统的另一视图的示图。
图12是示出了用于无线充电的屏蔽天线的替代示例性实施例的无线充电系统的横截面示意图。
图13是示出了用于无线充电的屏蔽天线的替代示例性实施例的无线充电系统的横截面示意图。
图14是图示了用于实施屏蔽天线以减小无线功率传送系统中的emi和rf干扰的方法的示例性实施例的流程图。
图15是用于实施屏蔽天线以减小无线功率传送系统中的emi和rf干扰的装置的功能框图。
附图中图示的各种特征可能未按比例绘制。因此，各种特征的尺寸可能任意地扩大或减小以便清楚。另外，附图中的一些可能未描绘给定系统、方法或设备的所有组件。最后，贯穿说明书和附图，相似的参考标号可以用于标示相似的特征。
具体实施方式
下面关于附图阐述的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，而非旨在表示可以实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”，并且不应当必然被解释为比其他示例性实施例优选或有利。该详细描述包括具体细节以用于提供对本发明的示例性实施例的透彻理解的目的。在一些情况下，一些设备以框图形式示出。
在该描述中，术语“应用”还可以包括具有可执行内容的文件，诸如：目标代码、脚本、字节代码、标记语言文件和补丁。另外，本文中提到的“应用”还可以包括性质上不可执行的文件，诸如可能需要打开的文档或需要访问的其他数据文件。
如该描述中使用的，术语“组件”、“数据库”、“模块”、“系统”等旨在指代与计算机相关的实体，其是硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中软件。例如，组件可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序、和/或计算机。通过说明的方式，在计算设备上运行的应用和计算设备两者都可以是组件。一个或多个组件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多计算机之间。另外，这些组件可以从具有存储在其上的各种数据结构的各种计算机可读介质来执行。组件可以通过本地和/或远程过程的方式来通信，诸如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自一个组件的数据，该组件通过该信号的方式与本地系统、分布式系统中的另一组件交互，和/或跨网络(诸如互联网)与其他系统交互)。
随后附图中共同的附图元件可以使用相同的参考标号来标识。
无线功率传送可以是指将与电场、磁场、电磁场、或其他场相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器，而没有物理电导体将发射器连接到接收器以递送功率(例如，功率可以通过自由空间传送)。输入到无线场(例如，磁场或电磁场)的功率可以由功率接收元件接收、捕获、或耦合以实现功率传送。
可取的是具有高效地且安全地传送功率以用于对各种尺寸、形状和形状因子的可再充电电子设备进行无线充电的能力，同时最小化由无线功率发射器发射的emi和rf干扰的量。在示例性实施例中，屏蔽天线或谐振器可以被实施以减轻来自无线功率发射器的不想要的emi和rf辐射。在示例性实施例中，屏蔽天线可以被定位为与无线充电区域分开、远离、围绕无线充电区域，或者在示例性实施例中，相对于无线充电区域“偏离中心”。如本文中使用的，术语“偏离中心”是指无线功率发射天线或(如果利用电容实施)无线功率发射谐振器，其定位为远离无线充电区域或无线充电地区，但是其在无线充电区域或无线充电地区中生成充电场。在示例性实施例中，发射天线的线圈可以定位在电荷接收设备可以位于其上的充电表面之外、围绕该充电表面、并且横向地远离该充电表面被定位。在示例性实施例中，发射天线的线圈可以部分地或完全地围绕或包围充电表面和无线充电区域。
图1是无线功率传送系统100的示例的功能框图。输入功率102从功率源(未示出)提供给发射器104以生成用于执行能量传送的无线场105(例如，磁性的或电磁性的)。接收器108耦合到无线场105并且生成输出功率110，以用于由被耦合以接收输出功率110的设备(在该图中未示出)存储或消耗。发射器104和接收器108分开距离112。发射器104包括被配置为向接收器108发射/耦合能量的功率发射元件114。接收器108包括被配置为接收或捕获/耦合从发射器104发射的能量的功率接收元件118。
发射器104和接收器108可以根据相互谐振关系来配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本上相同时，与谐振频率基本上不相同相比，发射器104和接收器108之间的传输损耗减小。这样，当谐振频率基本上相同时，可以在更大的距离上提供无线功率传送。谐振感应耦合技术允许在各种距离上以及利用各种感应功率发射和接收元件配置的改进的效率和功率传送。
无线场105可以对应于发射器104的近场。近场对应于这样的地区，在该地区中存在由功率发射元件114中的电流和电荷产生的强无功场，这些强无功场不会远离功率发射元件114显著地辐射功率。近场可以对应于在功率发射元件114的大约三个波长内或甚至大约一个波长(或其分数)内的地区。通过将无线场105中的大部分能量耦合到功率接收元件118，而不是将电磁波中的大多数能量传播到远场，高效的能量传送可以发生。
发射器104可以输出时变磁(或电磁)场，其具有与功率发射元件114的谐振频率相对应的频率。当接收器108在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在功率接收元件118中感应出电流。如上面描述的，利用被配置作为谐振电路(其被配置为在功率发射元件114的频率处谐振)的功率接收元件118，可以高效地传送能量。在功率接收元件118中感应出的交流(ac)信号可以被整流以产生直流(dc)信号，该直流(dc)信号可以被提供以对能量存储设备(例如，电池)充电或向负载供电。
图2是无线功率传送系统200的示例的功能框图。系统200包括发射器204和接收器208。发射器204被配置为向功率发射元件214提供功率，功率发射元件214被配置为向功率接收元件218无线地发射功率，功率接收元件218被配置为从功率发射元件214接收功率并且向接收器208提供功率。
发射器204包括发射电路206，发射电路206包括振荡器222、驱动器电路224和前端电路226。振荡器222可以被配置为生成在期望频率处的振荡器信号，该期望频率可以响应于频率控制信号223来调节。振荡器222可以将振荡器信号提供给驱动器电路224。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号225(vd)，在例如功率发射元件214的谐振频率处，来驱动功率发射元件214。驱动器电路224可以是被配置为从振荡器222接收方波并且输出正弦波的开关放大器。
前端电路226可以包括被配置为滤除谐波或其他不想要的频率的滤波器电路。前端电路226可以包括被配置为将发射器204的阻抗匹配到功率发射元件214的阻抗的匹配电路。如下面将更详细地解释的，前端电路226可以包括调谐电路以与功率发射元件214一起创建谐振电路。作为驱动功率发射元件214的结果，功率发射元件214生成无线电场205，来以足以对电池236充电或向负载供电的电平无线地输出功率。
发射器204还包括控制器240，控制器240可操作地耦合到发射电路206并且被配置为控制发射电路206的一个或多个方面，或者完成与管理功率传送相关的其他操作。控制器240可以是微控制器或处理器。控制器240可以实施为专用集成电路(asic)。控制器240可以直接地或间接地可操作地连接到发射电路206的每个组件。控制器240还可以被配置为从发射电路206的组件中的每个组件接收信息，并且基于接收到的信息来执行计算。控制器240可以被配置为针对组件中的每个组件生成可以调节该组件的操作的控制信号(例如，信号223)。这样，控制器240可以被配置为基于由控制器240执行的操作的结果来调节或管理功率传送。发射器204还可以包括被配置为存储数据的存储器(未示出)，数据例如是，诸如用于使控制器240执行特定功能的指令，特定功能诸如与无线功率传送的管理有关的功能。
接收器208(本文中也称为功率接收单元pru)包括接收电路210，接收电路210包括前端电路232和整流器电路234。前端电路232可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将接收电路210的阻抗匹配到功率接收元件218的阻抗。如下面将解释的，前端电路232还可以包括调谐电路以与功率接收元件218一起创建谐振电路。如图3中示出的，整流器电路234可以从ac功率输入生成dc功率输出以对电池236充电。接收器208和发射器204可以另外地在单独的通信信道219(例如，
接收器208可以被配置为确定由发射器204发射并且由接收器208接收的功率量是否适合于对电池236充电。发射器204可以被配置为生成主要为非辐射性的场以用于提供能量传送，其具有直接场耦合系数(k)。接收器208可以直接耦合到无线场205并且可以生成输出功率，以用于由耦合到输出或接收电路210的电池236(或负载)存储或消耗。
接收器208还包括控制器250，控制器250可以与如上面描述的发射控制器240类似地被配置，以用于管理无线功率接收器208的一个或多个方面。接收器208还可以包括被配置为存储数据的存储器(未示出)，数据例如是，诸如用于使控制器250执行特定功能的指令，特定功能诸如与无线功率传送的管理有关的功能。
如上面讨论的，发射器204和接收器208可以分开一段距离并且可以根据相互谐振关系来配置，以试图减小发射器204与接收器208之间的传输损耗。
图3是图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示例的示意图。如图3中图示的，发射或接收电路350包括功率发射或接收元件352和调谐电路360。功率发射或接收元件352还可以称为或被配置为天线，诸如“环形”天线。术语“天线”通常是指这样的组件，其可以无线地输出能量以用于由另一天线接收，并且其可以从另一天线接收无线能量。功率发射或接收元件352在本文中也可以称为或配置为“磁”天线，诸如感应线圈(如所示出的)、谐振器、或谐振器的一部分。功率发射或接收元件352也可以称为：被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈或谐振器。如本文中使用的，功率发射或接收元件352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传送组件”的示例。功率发射或接收元件352可以包括空气芯或物理芯，诸如铁氧体芯(未示出)。
当功率发射或接收元件352与调谐电路360一起被配置为谐振电路或谐振器时，功率发射或接收元件352的谐振频率可以基于电感和电容。电感可以简单地是由形成功率发射或接收元件352的线圈和/或其他电感器创建的电感。电容(例如，电容器)可以由调谐电路360提供以在期望的谐振频率处创建谐振结构。作为非限制性示例，调谐电路360可以包括电容器354和电容器356，它们可以被添加到发射或接收电路350以创建谐振电路。
调谐电路360可以包括其他组件以与功率发射或接收元件352一起形成谐振电路。作为另一非限制性示例，调谐电路360可以包括并联放置在电路350的两个端子之间的电容器(未示出)。还有其他设计是可能的。例如，前端电路226中的调谐电路可以具有与前端电路232中的调谐电路相同的设计(例如，360)。替代地，前端电路226可以使用与前端电路232中不同的调谐电路设计。
对于功率发射元件，信号358(具有与功率发射或接收元件352的谐振频率基本上对应的频率)可以是去往功率发射或接收元件352的输入。对于功率接收元件，信号358(具有与功率发射或接收元件352的谐振频率基本上对应的频率)可以是来自功率发射或接收元件352的输出。虽然本文中公开的各方面总体上可以针对谐振无线功率传送，但是本领域普通技术人员将明白，本文中公开的各方面可以使用在用于无线功率传送的非谐振实施方式中。
图4是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的发射器404的功能框图。发射器404可以包括发射电路406和发射天线414。发射天线414可以是图1的功率发射元件114的示例性实施例。发射天线414也可以是如图3中示出的天线352的实施例。发射天线414可以被配置为如上面参考图2所描述的发射天线214。在一些实施方式中，发射天线414可以是线圈(例如，感应线圈)。在一些实施方式中，发射天线414可以与较大结构相关联，诸如衬垫、桌子、垫子、灯、或其他静止配置。发射电路406可以通过提供振荡信号来向发射天线414提供功率，该振荡信号导致围绕发射天线414生成能量(例如，磁通量)。发射器404可以操作在任何合适的频率。通过示例的方式，发射器404可以操作在6.78mhzism频带。
发射电路406可以包括固定阻抗匹配电路409和低通滤波器(lpf)408，固定阻抗匹配电路409用于将发射电路406的阻抗(例如，50欧姆)匹配到发射天线414的阻抗，低通滤波器(lpf)408被配置为将谐波发射减少到一定水平，以防止对耦合到接收器108(图1)的设备的干扰以及这些设备的自干扰。其他示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑(包括但不限于衰减特定频率同时使其他频率通过的陷波滤波器)，并且可以包括自适应阻抗匹配，其可以基于可测量的发射度量而变化，诸如去往发射天线414的输出功率或由发射器驱动器电路424汲取的dc电流。发射电路406还包括被配置为驱动由振荡器423确定的信号的驱动器电路424。发射电路406可以包括分立的器件或电路，或者替代地，可以包括集成组装件。
发射电路406还可以包括控制器415，用于在特定接收器的发射阶段(或占空比)期间选择性地启用振荡器423，用于调节振荡器423的频率或相位，以及用于调节输出功率电平以实施用于与相邻设备(通过它们的附接的接收器)进行交互的通信协议。注意，控制器415在本文中也可以称为处理器。控制器可以耦合到存储器470。振荡器相位和传输路径中的相关电路的调节可以允许带外发射的减少，尤其是在从一个频率转变到另一频率时。
发射电路406还可以包括负载感测电路416，负载感测电路416用于检测由发射天线414生成的近场附近的有源接收器的存在或不存在。通过示例的方式，负载感测电路416监测流向发射器驱动器电路424的电流，该电流可能被发射天线414生成的场附近的有源接收器的存在或不存在所影响，这将在下面进一步描述。由控制器415监测对发射器驱动器电路424上的加载的变化的检测，以在确定是否启用振荡器423用于发射能量以及是否与有源接收器进行通信时使用。
发射天线414可以用利兹(litz)线来实施或实施为天线带，其厚度、宽度和金属类型被选择以保持电阻性损耗为低。
发射器404可以收集和跟踪关于可以与发射器404相关联的接收器设备的行踪和状态的信息。因此，发射电路406可以包括连接到控制器415(本文中也称为处理器)的存在检测器480、封闭检测器460、或它们的组合。控制器415可以响应于来自存在检测器480和封闭检测器460的存在信号，来调节由发射器驱动器电路424递送的功率量。发射器404可以通过多个功率源来接收功率，诸如，例如转换建筑物中存在的ac功率的ac-dc转换器(未示出)、将dc功率源转换为适合于发射器404的电压的dc-dc转换器(未示出)、或者直接来自dc功率源(未示出)。
作为非限制性示例，存在检测器480可以是运动检测器，其用于感测插入到发射器404的覆盖区域中的待充电设备的初始存在。在检测之后，发射器404可以被接通并且由设备接收的功率可以用于以预定方式切换接收器设备上的开关，这进而导致对发射器404的驱动点阻抗的改变。
作为另一非限制性示例，存在检测器480可以是能够检测人的检测器，例如，通过红外检测、运动检测、或其他合适的手段。在一些示例性实施例中，可能存在限制发射天线414可以在特定频率处进行发射的功率量的规章。在一些情况下，这些规章旨在保护人类免受电磁辐射。然而，可能存在这样的环境，在这些环境中，发射天线414放置在未被人类占用的区域中，或者不经常被人类占用的区域中，诸如，例如车库、工厂车间、商店等。如果这些环境没有人，则可以允许将发射天线414的功率输出增加到正常功率限制规章以上。换言之，控制器415可以响应于人的存在，来将发射天线414的功率输出调节到规章水平或更低，并且当人在距发射天线414的无线充电场的规章距离之外时，将发射天线414的功率输出调节到高于规章水平的水平。
作为非限制性示例，封闭检测器460(在本文中也可以称为封闭隔室检测器或封闭空间检测器)可以是用于确定外壳何时处于关闭或打开状态的设备，诸如感测开关。当发射器在处于封闭状态的外壳中时，发射器的功率电平可以增加。
在示例性实施例中，可以使用一种方法，通过该方法，发射器404不会无限期地保持开启。在这种情况下，发射器404可以被编程为在用户确定的时间量之后关闭。该特征防止发射器404，特别是发射器驱动器电路424，在其周边的无线设备完全充电之后长时间运行。该事件可能是由于电路未能检测到从中继器或接收天线218发送的设备完全充电的信号。为了防止发射器404在另一设备放置在其周边的情况下自动关闭，发射器404自动关闭特征可以仅在其周边检测到设置的无运动时段之后被激活。用户可以能够确定不活动时间间隔，并且按需要改变它。作为非限制性示例，在设备最初完全被放电的假设下，该时间间隔可以长于完全充电特定类型的无线设备所需要的时间间隔。
图5是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的接收器508的功能框图。接收器508包括接收电路510，接收电路510可以包括接收天线518。接收天线518可以是图1的功率接收元件118的示例性实施例。接收器508还耦合到设备550以用于向其提供接收的功率。应当注意，接收器508被图示为在设备550之外，但是它可以集成到设备550中。能量可以无线地传播到接收天线518，并且然后通过接收电路510的其余部分耦合到设备550。通过示例的方式，充电设备可以包括诸如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数码相机、助听器(和其他医疗设备)、可穿戴设备等之类的设备。
接收天线518可以被调谐为在与发射天线414(图4)相同的频率处或在指定的频率范围内谐振。接收天线518可以与发射天线414类似地确定尺寸，或者可以基于相关联的设备550的尺寸而不同地确定大小。通过示例的方式，设备550可以是便携式电子设备，其具有小于发射天线414的直径或长度的直径尺寸或长度尺寸。在这样的示例中，接收天线518可以实施为多匝线圈，以便减小调谐电容器(未示出)的电容值并且增大接收线圈的阻抗。通过示例的方式，接收天线518可以放置在设备550的大体上周界的周围，以便最大化天线直径并且减小接收天线518的环路匝数(即，绕组)和绕组间电容。
接收电路510可以向接收天线518提供阻抗匹配。接收电路510包括功率转换电路506，功率转换电路506用于将接收的能量转换为充电功率以用于由设备550使用。功率转换电路506包括ac至dc转换器520，并且还可以包括dc至dc转换器522。ac至dc转换器520将在接收天线518处接收的rf能量信号整流成具有输出电压的非交变功率。dc至dc转换器522(或其他功率调节器)将经整流的能量信号转换为能量势(例如，电压)，该能量势以输出电压和输出电流与设备550兼容。各种ac至dc转换器被设想到，包括部分和完全整流器、调节器、桥接器、倍增器、以及线性和开关转换器。
接收电路510还可以包括rx匹配和开关电路512，rx匹配和开关电路512用于将接收天线518连接到功率转换电路506，或者替代地用于断开功率转换电路506。将接收天线518从功率转换电路506断开不仅暂停设备550的充电，而且还改变由发射器404(图2)“看到”的“负载”。
当多个接收器508存在于发射器的近场中时，可能可取的是调节一个或多个接收器的加载和卸载，以使得其他接收器能够更高效地耦合到发射器。接收器508也可以被遮掩，以便消除与其他附近接收器的耦合或减少附近发射器上的加载。接收器的这种“卸载”在本文中也称为“遮掩”。此外，由接收器508控制并且由发射器404检测的卸载和加载之间的这种切换可以提供从接收器508到发射器404的通信机制。另外，协议可以与该切换相关联，其使得消息从接收器508向发射器404的发送成为可能。通过示例的方式，切换速度可以是100微秒的量级。
在示例性实施例中，发射器404与接收器508之间的通信可以经由“带外”单独的通信信道/天线或经由“带内”通信而发生，“带内”通信可以经由用于功率传送的场的调制而发生。
接收电路510还可以包括信令检测器和信标电路514，信令检测器和信标电路514用于识别可以与从发射器到接收器的信息信令相对应的所接收的能量波动。此外，信令和信标电路514还可以用于检测减小的信号能量(即，信标信号)的传输，并且将减小的信号能量整流为标称功率，用于唤醒接收电路510内的未供电或功率耗尽的电路，以便配置接收电路510用于无线充电。
接收电路510还包括控制器516，控制器516用于协调本文中描述的接收器508的过程，包括本文中描述的开关电路512的控制。注意，控制器516在本文中也可以称为处理器。接收器508的遮掩也可以在其他事件发生时发生，包括检测到外部有线充电源(例如，墙壁/usb电力)向设备550提供充电功率。除了控制接收器的遮掩之外，控制器516还可以监测信标电路514，以确定信标状态并且提取从发射器404发送的消息。控制器516还可以调节dc至dc转换器522用于改进的性能。
图6是可以在图4的发射电路406中使用的发射电路600的一部分的示意图。发射电路600可以包括如上面在图4中描述的驱动器电路624。如上面描述的，驱动器电路624可以是开关放大器，其可以被配置为接收方波并且输出正弦波以提供给发射电路650。在一些情况下，驱动器电路624可以称为放大器电路。驱动器电路624被示出为e类放大器，然而，可以根据实施例使用任何合适的驱动器电路624。驱动器电路624可以由来自如图4中示出的振荡器423的输入信号602来驱动。驱动器电路624还可以被提供有驱动电压vd，驱动电压vd被配置为控制可以通过发射电路650递送的最大功率。为了消除或减少谐波，发射电路600可以包括滤波器电路626。滤波器电路626可以是三极(电容器634、电感器632和电容器636)低通滤波器电路626。
由滤波器电路626输出的信号可以被提供给包括天线614的发射电路650。发射电路650可以包括具有电容620和电感(例如，可能是由于天线的电感或电容或由于附加电容器组件)的串联谐振电路，其可以在由驱动器电路624提供的滤波信号的频率处谐振。发射电路650的负载可以由可变电阻器622表示。该负载可以是被定位为从发射电路650接收功率的无线功率接收器508的函数。
图7是无线充电系统700的横截面示意图，其示出了用于无线充电的屏蔽天线的示例性实施例。无线充电系统700包括发射器701(也称为功率发射单元(ptu))和接收器708(也称为功率接收单元(pru))。发射器701具有包括线圈703的发射天线702。在示例性实施例中，发射天线702的线圈703竖直取向并且位于屏蔽元件704和705之间。然而，发射天线702的线圈703可以与所示出的不同地取向。在示例性实施例中，竖直取向的线圈可以包括在分开的平面中堆叠在彼此之上的绕组，这些分离的平面可以与充电表面706平行或基本上平行。屏蔽元件704和705可以包括一个或多个磁场(h场)屏蔽元件、一个或多个电场(e场)屏蔽元件、或磁场屏蔽元件和电场屏蔽元件的组合。在提供磁场屏蔽为可取的示例性实施例中，屏蔽元件704和705可以包括磁屏蔽材料，诸如铁氧体材料。此外，在该示例性实施例中，虽然两个屏蔽元件704和705被示出为位于发射天线702上方和下方，但是可以实施仅一个屏蔽元件，在发射天线702上方或下方。在示例性实施例中，屏蔽元件704和705磁屏蔽发射天线702的线圈703，并且限制或减小可以从发射天线702的线圈703上方和下方发射的磁场(h场)710的强度。如本文中使用的，术语“偏离中心”是指发射天线702被定位为远离无线充电区域712和pru708可以位于其上的充电表面706。将发射天线702的线圈703定位在无线充电区域712周缘之外且远离无线充电区域712，并且利用一个或多个屏蔽元件来屏蔽发射天线702，减小了从发射天线702发射的磁场并且降低了从发射天线702上方和下方发射的emi辐射和rf辐射的量，使得在无线充电区域712内存在中等强度的h场710，同时从发射天线702上方和下方发射的emi辐射和rf辐射被最小化。屏蔽元件704和705确保了在减小发射天线702上方和下方的磁场以便降低不想要的emi辐射和rf辐射的同时，无线充电区域712中的磁场保持足够强以对无线充电区域712中的接收器708充电。
在示例性实施例中，屏蔽元件704和705用于磁屏蔽发射天线702，并且将h场710定向为基本上横向地朝向无线充电区域712，因此减小在线圈703上方和/或下方的从发射天线702的线圈703发射的emi辐射和rf辐射的量。发射天线702的线圈数或匝数、以及位于发射天线702上方和/或下方或以其他方式接近发射天线702的屏蔽元件的数目确定了无线充电区域712内的h场710的强度。在示例性实施例中，发射天线702的线圈703位于充电表面706和无线充电区域712之外并且定位为横向地远离充电表面706和无线充电区域712，使得发射天线702的线圈703完全围绕或包围充电表面706和无线充电区域712。在示例性实施例中，屏蔽元件704和705仅位于线圈703上方和下方，并且不位于充电区域712中。在示例性实施例中，接收器708以及接收天线(未示出)(由于位于接收器708内)完全位于由发射天线702的线圈703形成的周缘或周界内。
在示例性实施例中，屏蔽元件704和705可以完全地或部分地位于充电表面706之下或之内，例如，位于充电表面706的“底部”，或者位于充电表面706与接收器708相邻的一侧。在示例性实施例中，至少一个屏蔽元件可以在线圈或多个线圈的至少一侧部分地或完全地覆盖发射天线702的线圈703，其中线圈或多个线圈的该侧可以对应于接收器708可以从其定位在充电区域712内的一侧。
在示例性实施例中，接收器708示出为被定位而凹陷在发射器701的上表面714之下。然而，在替代示例性实施例中，上表面714可以完全地或部分地在发射器701之上延伸，并且接收器708可以位于发射器701的上表面714之上，但是仍然可以位于由发射天线702形成的周缘内。
图8是示出了图7的无线充电系统700的透视图的示图。该示图示出，在示例性实施例中，无线充电区域712可以至少部分地由支撑结构802形成，发射天线702可以围绕支撑结构802卷绕。支撑结构802可以被配置为在充电表面706上方延伸，使得发射天线702完全包围线圈703内的无线充电区域712和充电表面706。
图9是示出了图7的无线充电系统700的顶侧的透视图的示图。该示图示出，在示例性实施例中，屏蔽元件704覆盖发射天线702的一侧(顶侧或上侧)，同时使无线充电区域712和充电表面706无屏蔽材料。屏蔽元件704的一个或多个部分也可以位于发射天线702的单侧或多侧(例如，左侧、右侧、或顶部或底部)。
图10是示出了具有多个发射天线的无线充电系统1000的示例性实施例的示图。在示例性实施例中，无线充电系统1000包括发射天线1002和1007，它们位于无线充电区域1012的两侧并且跨越无线充电区域1012。发射天线1002和1007可以缠绕在相应的支撑结构1004和1008周围，或者以其他方式由相应的支撑结构1004和1008支撑，并且可以串联或并联耦合。发射天线1002和1007可以被配置为生成单独的磁场，一个磁场由发射天线1002生成，并且单独的磁场由发射天线1007生成。在示例性实施例中，发射天线1002和1007可以包括由单个导体形成的两个单独的串联耦合的线圈。在替代示例性实施例中，发射天线1002和1007可以包括由分开的导体形成的两个单独的并联耦合的线圈，或者可以包括类似于图7、图8和图9中描述的单个线圈。如果串联耦合，则发射天线1002和1007可以具有单个或个体的电流驱动电路。如果并联耦合，则发射天线1002和1007可以具有单独的电流驱动电路。当实施为两个单独的平面或螺线管发射天线1002和1007时，发射天线1002和1007可以通过叠加来自每个发射天线1002和1007的h场，来生成覆盖或跨越无线充电区域1012的磁场(h场)。如本文中使用的，术语“叠加h场”是指两个单独生成的磁场(一个来自发射天线1002并且一个来自发射天线1007)被相长地组合以形成一个磁场，以用于对无线充电区域1012中的接收器(未示出)充电或供电。
在图10中示出的示例性实施例中，为了清楚省略了屏蔽元件；然而，一个或多个屏蔽元件可以实施在发射天线1002和1007中的一个或多个上方和/或下方。
图11是示出了图10的无线充电系统1000的另一视图的示图。无线充电系统1000示出了缠绕在支撑结构1008周围的发射天线1007。屏蔽元件(未示出)可以位于无线充电区域1012的顶部、底部、或顶部和底部两者。在图11中示出的实施例中，发射天线1007可以实施为线圈，其围绕支撑结构1008并且其耦合到形成发射天线1002(图10)的另一线圈(图11中未示出)，发射天线1002和1007位于跨越无线充电区域1012的两侧。
在图11中示出的示例性实施例中，为了清楚省略了屏蔽元件；然而，一个或多个屏蔽元件可以实施在发射天线1007上方和/或下方，或者以其他方式接近发射天线1007。
图12是无线充电系统1200的横截面示意图，其示出了用于无线充电的屏蔽天线的替代示例性实施例。无线充电系统1200包括发射器1201(也称为功率发射单元(ptu))和接收器1208(也称为功率接收单元(pru)。发射器1201包括发射天线1202，发射天线1202包括线圈1203。在示例性实施例中，发射天线1202的线圈1203竖直取向并且位于屏蔽元件1204和1205之间。然而，发射天线1202的线圈1203可以与所示出的不同地取向。在示例性实施例中，屏蔽元件1204和1205可以类似于本文中描述的屏蔽元件704和705，并且在示例性实施例中，可以包括如本文所描述的铁氧体材料。此外，在示例性实施例中，虽然在该示例性实施例中，两个屏蔽元件1204和1205被示出为位于发射天线1202上方和下方，但是可以实施仅一个屏蔽元件，在发射天线1202上方或下方。在示例性实施例中，屏蔽元件1204和1205磁屏蔽发射天线1202的线圈1203，并且限制或减小可以从发射天线1202的线圈1203上方和下方发射的磁场(h场)1210的强度。将发射天线1202的线圈1203定位在无线充电区域1212的周缘之外且远离无线充电区域1212，并且利用一个或多个铁氧体元件来屏蔽发射天线1202，减小了从发射天线1202上方和下方发射的emi辐射和rf辐射的量，使得在无线充电区域1212内存在中等但足够强的h场1210以对接收器1208充电，同时从发射天线1202上方和下方发射的emi辐射和rf辐射被最小化。在示例性实施例中，屏蔽元件1204和1205用于磁屏蔽发射天线1202，并且将h场1210定向为基本上横向地朝向无线充电区域1212，因此最小化直接在线圈1203上方和/或下方从发射天线1202的线圈1203发射的emi辐射和rf辐射的量。发射天线1202的线圈数或匝数、以及位于发射天线702上方和/或下方或以其他方式接近发射天线702的屏蔽元件的数目确定了无线充电区域1212内的h场1210的强度。在示例性实施例中，发射天线1202的线圈1203位于充电表面1206和无线充电区域1212之外并且定位为横向地远离充电表面1206和无线充电区域1212，使得发射天线1202的线圈1203完全围绕或包围充电表面1206和无线充电区域1212。在示例性实施例中，屏蔽元件1204和1205仅位于线圈1203上方和下方，并且不位于无线充电区域1212中。在示例性实施例中，接收器1208以及接收天线(未示出)(由于位于接收器1208内)完全位于由发射天线1202的线圈1203形成的无线充电区域1212的周缘或周界内。
在示例性实施例中，为了增加h场1210的均匀性(特别是在无线充电区域1212中的区域1215中)，附加的平面或螺线管天线1222可以在充电表面1206附近并入发射器1201中。为了维持低rf发射，附加天线1222中的电流可以相对于发射天线1202中的电流保持为低。然而，即使附加天线1222中的电流可能小于发射天线1202中的电流，附加天线1222也可以被配置为增大区域1215中的h场，使得附加的充电能量场可以被生成并且施加到接收器1208，同时通过允许减小的磁场保持在发射天线1202附近来最小化emi和rf干扰。取决于应用，可以省略屏蔽元件1204或屏蔽元件1205。
在示例性实施例中，接收器1208示出为被定位而凹陷在发射器1201的上表面1214之下。然而，在替代示例性实施例中，上表面1214可以完全地或部分地在发射器1201之上延伸，并且接收器1208可以位于发射器1201的上表面1214之上，但是仍然可以位于由发射天线1202形成的周缘内。
图13是无线充电系统1300的横截面示意图，其示出了用于无线充电的屏蔽天线的替代示例性实施例。无线充电系统1300包括发射器1301(也称为功率发射单元(ptu))和接收器1308(也称为功率接收单元(pru))。发射天线1302包括线圈1303。在示例性实施例中，发射天线1302的线圈1303竖直取向并且位于屏蔽元件1304和1305附近。然而，发射天线1302的线圈1303可以与所示出的不同地取向。虽然被示出为两个分离的元件，但是屏蔽元件1304和1305可以包括衬里在发射天线1302内部的单个屏蔽元件。在图13中示出的实施例中，屏蔽元件1304和1305可以包括一个或多个电场(e场)屏蔽元件。在提供电场屏蔽为可取的示例性实施例中，屏蔽元件1304和1305可以包括金属或金属元件。在示例性实施例中，屏蔽元件1304和1305电屏蔽发射天线1302的线圈1303，并且限制或减小可以进入无线充电区域1312的电场(e场)1320的强度。在示例性实施例中，虚线箭头图示了在没有屏蔽元件1304和1305的情况下将会进入无线充电区域1312的e场1320。实线箭头1325图示了在存在屏蔽元件1304和1305的情况下，e场1320显著减小并且不进入无线充电区域1312。然而，在该示例性实施例中，磁场1310保持不被屏蔽元件1304和1305减小，并且以足够的强度存在于无线充电区域1312中以对接收器1308充电。
在近场充电距离，发射天线1302主要生成h场1310，但也生成强e场。e场可以耦合到接收器1308的电子组件，诸如触摸屏或触摸屏驱动ic、显示屏、显示驱动ic等，并且引起不可取的效果。因此，为了防止e场到接收器1308的电耦合，屏蔽元件1304和1305可以竖直地取向在发射天线1302的线圈1303附近。以这种方式，由发射天线1302生成的e场耦合到屏蔽元件1304和1305，并且不耦合到接收器1308。
将发射天线1302的线圈1303定位在无线充电区域1312的周缘之外且远离无线充电区域1312，并且利用一个或多个金属屏蔽元件1304和1305来屏蔽发射天线1302，减小了可以耦合到接收器1308的电场。金属屏蔽元件1304和1305减小无线充电区域1312中的电场但是不影响磁场1310，使得无线充电区域1312中的磁场1310保持不减小和足够强，以对无线充电区域1312中的接收器1308充电。
在示例性实施例中，发射天线1302的线圈1303位于充电表面1306和无线充电区域1312之外，并且定位为横向地远离充电表面1306和无线充电区域1312，使得发射天线1302的线圈1303完全围绕或包围充电表面1306和无线充电区域1312。在示例性实施例中，屏蔽元件1304和1305定位为仅邻近线圈1303，并且不位于充电区域1312中。在示例性实施例中，接收器1308和接收天线(未示出)(由于位于接收器1308内)完全位于由发射天线1302的线圈1303形成的周界内。
图14是流程图1400，其图示了用于实施屏蔽天线以减小无线功率传送系统中的emi和rf干扰的方法的示例性实施例。方法1400中的框可以按照或不按照所示出的顺序来执行。
在框1402中，在示例性实施例中，无线场使用围绕无线充电区域的天线被生成。例如，发射天线(诸如发射天线702)可以被定位为远离并且围绕无线充电区域712、无线充电区域1212、或无线充电区域1312。
在框1404中，发射天线被屏蔽以减小由发射天线发射的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰的量。例如，包括例如铁氧体材料的一个或多个屏蔽元件704和705可以定位在发射天线702的线圈703附近、邻近、旁边、或者以其他方式在其近处。替代地，一个或多个金属元件1304和1305可以定位在发射天线1302的线圈1303附近、邻近、旁边、或者以其他方式在其近处。
图15是用于实施屏蔽天线以减小无线功率传送系统中的emi和rf干扰的装置1500的功能框图。
装置1500包括用于使用围绕无线充电区域的天线来生成无线场的部件1502。在某些实施例中，用于使用围绕无线充电区域的天线来生成无线场的部件1502可以被配置为执行在方法1400(图14)的操作框1402中描述的功能中的一个或多个。在示例性实施例中，用于使用围绕无线充电区域的天线来生成无线场的部件1502可以包括图7至图13中的任何图中示出的结构。
装置1500还包括用于屏蔽发射天线以减小由发射天线发射的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰的量的部件1504。在某些实施例中，用于屏蔽发射天线以减小由发射天线发射的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰的量的部件1504可以被配置为执行方法1400(图14)的操作框1404中描述的功能中的一个或多个。在示例性实施例中，用于屏蔽发射天线以减小由发射天线发射的电磁干扰(emi)和射频(rf)干扰的量的部件1504可以包括图7至图13中的任何图中示出的结构。
上面描述的方法的各种操作可以由能够执行这些操作的任何合适的部件来执行，诸如各种(多个)硬件和/或软件组件、电路、和/或(多个)模块。通常，附图中图示的任何操作可以由能够执行这些操作的对应功能部件来执行。
鉴于以上公开，编程领域的普通技术人员能够基于本说明书中的流程图和相关描述，无困难地编写计算机代码或识别适当的硬件和/或电路以实施所公开的发明。因此，为了充分理解如何制造和使用本发明，不认为公开特定的一组程序代码指令或详细硬件设备是必要的。在上面的描述中并且结合可以图示各种过程流程的附图，更详细地解释了所要求保护的计算机实施的过程的发明性功能。
在一个或多个示例性方面，所描述的功能可以实施在硬件、软件、固件、或它们的任何组合中。如果实施在软件中，则可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或传输到计算机可读介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，通信介质包括便于将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。通过示例而非限制的方式，这样的计算机可读介质可以包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储设备、或者如下的任何其他介质，其可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码，并且其可以由计算机访问。
此外，任何连接恰当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线路(“dsl”)、或无线技术(诸如红外、无线电、和微波)从网站、服务器、或其他远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或无线技术(诸如红外、无线电、和微波)包括在介质的定义中。
本文中使用的盘和碟包括紧致碟(“cd”)、激光碟、光碟、数字通用碟(“dvd”)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地再现数据，而碟利用激光光学地再现数据。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
尽管已经详细说明和描述了所选择的方面，但是将理解，不脱离由随后权利要求限定的本发明的精神和范围，可以在其中进行各种替换和更改。
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