專利名稱：具有旋轉(zhuǎn)天線的無線電力充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及無線電力，且更具體來說，涉及在無線充電期間的天線定向。
背景技術(shù)：
通常，每一電池供電裝置需要其自身的充電器和電源(其通常為AC電源插座)。當許多裝置需要充電時，此變得難以使用。正開發(fā)在發(fā)射器與待充電的裝置之間使用空中電力發(fā)射的方法。這些方法通常落入兩個類別中。一個類別是基于發(fā)射天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射(還稱作遠場輻射)的耦合，所述待充電的裝置收集所輻射電力且對其整流以用于對電池進行充電。天線通常具有諧振長度以便改進耦合效率。此方法遭受以下事實電力耦合隨著天線之間的距離增加而快速衰退。因此，越過合理距離(例如，> I米到2米)來充電變得困難。另外，由于系統(tǒng)輻射平面波，所以如果未經(jīng)由濾波來進行適當控制，則無意的輻射可干擾其它系統(tǒng)。其它方法是基于嵌入于(例如)“充電”墊或表面中的發(fā)射天線與嵌入于待充電的主機裝置中的接收天線加上整流電路之間的電感性耦合。此方法具有以下缺點發(fā)射天線與接收天線之間的間隔必須非常接近(例如，幾毫米)。盡管此方法確實具有對相同區(qū)域中的多個裝置同時進行充電的能力，但此區(qū)域通常較小，因此用戶必須將所述裝置定位到特定區(qū)域。在無線電力發(fā)射的情況下，需要一種用于以改進的效率將無線電力發(fā)射和中繼到接收器裝置的系統(tǒng)和方法。還需要調(diào)整天線的操作特性以適應(yīng)于不同環(huán)境且優(yōu)化電力傳遞特性
發(fā)明內(nèi)容


圖I展示無線電力傳遞系統(tǒng)的簡化方框圖。圖2展示無線電力傳遞系統(tǒng)的簡化示意圖。圖3說明用于本發(fā)明的示范性實施例中的環(huán)形天線的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的發(fā)射器的簡化方框圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的接收器的簡化方框圖。
圖6展示發(fā)射電路的用于執(zhí)行發(fā)射器與接收器之間的消息接發(fā)的一部分的簡化示意圖。圖7A說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的汽車控制臺，其包括發(fā)射天線。
圖7B為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的汽車控制臺的多個固持器和用于與固持器一起插入的可插入套筒的說明。圖8說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器，其包括發(fā)射天線。圖9描繪可充電電子裝置。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器內(nèi)的可充電電子裝置，所述固持器包括發(fā)射天線。圖11說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器，其包括上面具有至少一個發(fā)射天線的可偏轉(zhuǎn)板。圖12說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器，其處于偏轉(zhuǎn)位置。圖13說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器內(nèi)的可充電電子裝置，所述固持器處于偏轉(zhuǎn)位置。圖14說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的固持器內(nèi)的多個可充電電子裝置，所述固持器處于偏轉(zhuǎn)位置。圖15為說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的另一方法的流程圖。
具體實施例方式下文結(jié)合附圖所陳述的詳細描述意欲作為對本發(fā)明的示范性實施例的描述，且無意表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。在整個此描述中所使用的術(shù)語“示范性”是指“用作一實例、例子或說明”，且應(yīng)沒有必要被解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。所述詳細描述出于提供對本發(fā)明的示范性實施例的徹底理解的目的而包括特定細節(jié)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白，可在無這些特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的示范性實施例。在一些例子中，以方框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置，以便避免使本文中所呈現(xiàn)的示范性實施例的新穎性模糊不清。在本文中使用詞語“無線電力”以指在不使用物理電磁導(dǎo)體的情況下在從發(fā)射器與接收器之間發(fā)射的與電場、磁場、電磁場或其它物相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。圖I說明根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實施例的無線發(fā)射或充電系統(tǒng)100。將輸入電力102提供到發(fā)射器104以用于產(chǎn)生用于提供能量傳遞的輻射場106。接收器108耦合到輻射場106，且產(chǎn)生輸出電力110以供耦合到輸出電力110的裝置(未圖示)存儲或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者相隔一距離112。在一個示范性實施例中，根據(jù)相互諧振關(guān)系來配置發(fā)射器104與接收器108，且當接收器108位于輻射場106的“近場”中時，當接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率非常接近時,發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損耗為最小。發(fā)射器104進一步包括用于提供用于能量發(fā)射的裝置的發(fā)射天線114，且接收器108進一步包括用于提供用于能量接收的裝置的接收天線118。根據(jù)應(yīng)用和將與其相關(guān)聯(lián)的裝置來設(shè)計發(fā)射天線和接收天線的大小。如所陳述，通過將發(fā)射天線的近場中的大部分能量耦合到接收天線而非以電磁波形式將大部分能量傳播到遠場而進行有效能量傳遞。當處于此近場中時，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間形成耦合模式。天線114和118周圍的可發(fā)生此近場耦合的區(qū)域在本文中稱作耦合模式區(qū)。
圖2展示無線電力傳遞系統(tǒng)的簡化示意圖。發(fā)射器104包括振蕩器122、功率放大器124以及濾波器和匹配電路126。所述振蕩器經(jīng)配置以在所要頻率下產(chǎn)生信號，所述所要頻率可響應(yīng)于調(diào)整信號123來調(diào)整。振蕩器信號可由功率放大器124以響應(yīng)于控制信號125的放大量來放大?？砂V波器和匹配電路126以濾除諧波或其它非所要的頻率且使發(fā)射器104的阻抗與發(fā)射天線114匹配。接收器108可包括匹配電路132以及整流器和切換電路134以產(chǎn)生DC電力輸出來對電池136(如圖2中所展示)進行充電或向耦合到接收器的裝置(未圖示)供電。可包括匹配電路132以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108與發(fā)射器104可在單獨通信信道119(例如，藍牙、紫蜂(zigbee)、蜂窩式等)上通信。如圖3中所說明，示范性實施例中所使用的天線可經(jīng)配置為“環(huán)形”天線150，其在本文中還可稱作“磁性”天線。環(huán)形天線可經(jīng)配置以包括空氣芯或物理芯(例如，鐵氧體芯)?？諝庑经h(huán)形天線可能更可容許放置于所述芯附近的外來物理裝置。此外，空氣芯環(huán)形天線允許其它組件放置于芯區(qū)域內(nèi)。另外，空氣芯環(huán)可更容易實現(xiàn)接收天線118 (圖2)在發(fā)射天線114(圖2)的平面內(nèi)的放置，在所述平面中，發(fā)射天線114(圖2)的耦合模式區(qū)可更強大。如所陳述，在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間發(fā)生發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳遞。然而，甚至當發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配時，也可以較低效率傳遞能量。通過將來自發(fā)射天線的近場的能量耦合到駐留于建立了此近場的鄰域中的接收天線而非將能量從發(fā)射天線傳播到自由空間中而發(fā)生能量的傳遞。環(huán)形天線或磁性天線的諧振頻率是基于電感和電容。環(huán)形天線中的電感一般僅為由所述環(huán)形產(chǎn)生的電感，而一般將電容添加到環(huán)形天線的電感以在所要諧振頻率下產(chǎn)生諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實例，可將電容器152和電容器154添加到天線以產(chǎn)生產(chǎn)生諧振信號156的諧振電路。因此，對于較大直徑的環(huán)形天線來說，誘發(fā)諧振所需的電容的大小隨著環(huán)形天線的直徑或電感增加而減小。此外，隨著環(huán)形天線或磁性天線的直徑增加，近場的有效能量傳遞區(qū)域增加。當然，其它諧振電路是可能的。作為另一非限制性實例，電容器可并聯(lián)地放置于環(huán)形天線的兩個端子之間。另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，對于發(fā)射天線，諧振信號156可為到環(huán)形天線150的輸入。此外，進一步預(yù)期其它無線電力耦合模式，包括感應(yīng)和其它緊密耦合形式的電磁能量傳播。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一示范性實施例的發(fā)射器200的簡化方框圖。發(fā)射器200包括發(fā)射電路202和發(fā)射天線204。通常，發(fā)射電路202通過提供振蕩信號將RF電力提供到發(fā)射天線204，所述振蕩信號導(dǎo)致在發(fā)射天線204周圍產(chǎn)生近場能量。舉例來說，發(fā)射器200可在13. 56MHz ISM頻帶下操作。示范性發(fā)射電路202包括固定阻抗匹配電路206，其用于將發(fā)射電路202的阻抗(例如，50歐姆)與發(fā)射天線204匹配；以及低通濾波器(LPF) 208，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到防止耦合到接收器108 (圖I)的裝置的自干擾的水平。其它示范性實施例可包括不同濾波器拓撲(包括(但不限于)使特定頻率衰減同時使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包括自適應(yīng)阻抗匹配，其可基于可測量的發(fā)射度量(例如，到天線的輸出電力或由功率放大器汲取的DC電流)而變化。發(fā)射電路202進一步包括功率放大器210，其經(jīng)配置以驅(qū)動如由振蕩器212確定的RF信號。發(fā)射電路可包含離散裝置或電路，或者可包含集成組合件。來自發(fā)射天線204的示范性RF電力輸出可為約2. 5瓦。發(fā)射電路202進一步包括控制器214，控制器214用于在針對特定接收器的發(fā)射階段(或工作循環(huán))期間啟用振蕩器212，以用于調(diào)整所述振蕩器的頻率，且用于調(diào)整輸出電力水平來實施用于經(jīng)由相鄰裝置所附接的接收器與相鄰裝置交互的通信協(xié)議。發(fā)射電路202可進一步包括負 載感測電路216，其用于檢測在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場附近的有效接收器的存在或不存在。舉例來說，負載感測電路216監(jiān)視流動到功率放大器210的電流，所述電流受在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場附近的有效接收器的存在或不存在影響。由控制器214監(jiān)視對功率放大器210上的加載的改變的檢測，以用于確定是否啟用振蕩器212來用于發(fā)射能量以與有效接收器通信。發(fā)射天線204可實施為具有經(jīng)選擇以使電阻性損耗保持較低的厚度、寬度和金屬類型的天線帶。在常規(guī)實施方案中，發(fā)射天線204可一般經(jīng)配置以與較大結(jié)構(gòu)(例如，桌子、墊子、燈或其它較不便攜的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)射天線204 —般將不需要“若干匝”以便具有實用尺寸。發(fā)射天線204的示范性實施方案可為“電學(xué)上較小的”(即，波長的分數(shù))且經(jīng)調(diào)諧以通過使用電容器界定諧振頻率而在較低的可用頻率下諧振。在發(fā)射天線204相對于接收天線來說在直徑上或邊長上(如果為正方形環(huán))可能較大(例如，O. 50米)的示范性應(yīng)用中，發(fā)射天線204將不一定需要大量匝來獲得合理電容。發(fā)射器200可搜集和追蹤關(guān)于可與發(fā)射器200相關(guān)聯(lián)的接收器裝置的行蹤和狀態(tài)的信息。因此，發(fā)射器電路202可包括連接到控制器214 (在本文中還稱作處理器)的存在檢測器280、封閉檢測器290，或其組合?？刂破?14可響應(yīng)于來自存在檢測器280和封閉檢測器290的存在信號而調(diào)整由放大器210遞送的電力的量。發(fā)射器可經(jīng)由許多電源接收電力，所述電源例如為用以轉(zhuǎn)換存在于建筑物中的常規(guī)AC電力的AC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖示)、用以將常規(guī)DC電源轉(zhuǎn)換成適合于發(fā)射器200的電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器(未圖不)，或發(fā)射器可直接從常規(guī)DC電源(未圖示)接收電力。圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的接收器300的簡化方框圖。接收器300包括接收電路302和接收天線304。接收器300進一步耦合到裝置350以用于將所接收的電力提供到裝置350。應(yīng)注意，將接收器300說明為在裝置350外部，但其可集成到裝置350中。通常，能量無線地傳播到接收天線304且接著經(jīng)由接收電路302而耦合到裝置350。接收天線304經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射天線204 (圖4)的頻率相同的頻率或幾乎相同的頻率下諧振。接收天線304可與發(fā)射天線204類似地設(shè)計尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)裝置350的尺寸來不同地設(shè)計大小。舉例來說，裝置350可為具有比發(fā)射天線204的直徑或長度小的直徑或長度尺寸的便攜式電子裝置。在此實例中，可將接收天線304實施為多匝天線，以便減小調(diào)諧電容器(未圖示)的電容值且增加接收天線的阻抗。舉例來說，接收天線304可放置于裝置350的實質(zhì)性圓周周圍，以便使天線直徑最大化并減少接收天線的環(huán)匝(S卩，繞組)的數(shù)目和繞組間電容。接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括電力轉(zhuǎn)換電路306，其用于將所接收的RF能源轉(zhuǎn)換成供裝置350使用的充電電力。電力轉(zhuǎn)換電路306包括RF-DC轉(zhuǎn)換器308且還可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器310。RF-DC轉(zhuǎn)換器308將在接收天線304處所接收的RF能量信號整流成非交變電力，而DC-DC轉(zhuǎn)換器310將經(jīng)整流的RF能量信號轉(zhuǎn)換成與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預(yù)期各種RF-DC轉(zhuǎn)換器，包括部分和全整流器、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍增器以及線性和切換轉(zhuǎn)換器。接收電路302可進一步包括切換電路312，以用于將接收天線304連接到電力轉(zhuǎn)換電路306或者用于斷開電力轉(zhuǎn)換電路306。將接收天線304與電力轉(zhuǎn)換電路306斷開不僅中止對裝置350的充電，而且還改變發(fā)射器200 (圖2)所“看到”的“負載”。如上文所揭示，發(fā)射器200包括負載感測電路216，負載感測電路216檢測提供到發(fā)射器功率放大器210的偏置電流的波動。因此，發(fā)射器200具有用于確定接收器何時存在于發(fā)射器的近場中的機制。當多個接收器300存在于發(fā)射器的近場中時，可能需要對一個或一個以上接收器的加載和卸載進行時間多路復(fù)用以使其它接收器能夠更有效地耦合到發(fā)射器。還可遮蓋一接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或減少附近發(fā)射器上的加載。接收器的此“卸載”在本文中還稱為“遮蓋”。此外，如下文更完全地解釋，由接收器300控制且由發(fā)射器200檢測的卸載與加載之間的此切換提供從接收器300到發(fā)射器200的通信機制。另外，一協(xié)議可與所述切換相關(guān)聯(lián)，所述協(xié)議使得能夠?qū)⑾慕邮掌?00發(fā)送到發(fā)射器200。舉例來說，切換速度可為約100微秒。在一示范性實施例中，發(fā)射器與接收器之間的通信涉及裝置感測和充電控制機制而非常規(guī)雙向通信。換句話說，發(fā)射器使用所發(fā)射信號的開/關(guān)鍵控，以調(diào)整近場中的能量是否可用。接收器將這些能量改變解譯為來自發(fā)射器的消息。從接收器側(cè)，接收器使用接收天線的調(diào)諧與解諧來調(diào)整正從近場接受多少電力。發(fā)射器可檢測來自近場的所使用的電力的此差異，且將這些改變解譯為來自接收器的消息。接收電路302可進一步包括用以識別所接收的能量波動的信令檢測器和信標電路314，所述能量波動可對應(yīng)于從發(fā)射器到接收器的信息性信令。此外，信令和信標電路314還可用以檢測減少的RF信號能量(B卩，信標信號)的發(fā)射并將所述減少的RF信號能量整流成標稱電力，以用于喚醒接收電路302內(nèi)的未供電或電力耗盡的電路，以便配置接收電路302來用于無線充電。接收電路302進一步包括處理器316，以用于協(xié)調(diào)本文中所描述的接收器300的處理(包括對本文中所描述的切換電路312的控制)。還可在其它事件(包括檢測到將充電電力提供到裝置350的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))發(fā)生后即刻發(fā)生對接收器300的遮蓋。除了控制對接收器的遮蓋外，處理器316還可監(jiān)視信標電路314以確定信標狀態(tài)并提取從發(fā)射器發(fā)送的消息。處理器316還可調(diào)整DC-DC轉(zhuǎn)換器310以獲得改進的性能。圖6展示發(fā)射電路的用于執(zhí)行發(fā)射器與接收器之間的消息接發(fā)的一部分的簡化示意圖。在本發(fā)明的一些示范性實施例中，可在發(fā)射器與接收器之間啟用用于通信的裝置。在圖6中，功率放大器210驅(qū)動發(fā)射天線204以產(chǎn)生輻射場。功率放大器由載波信號220驅(qū)動，載波信號220在發(fā)射天線204的所要頻率下振蕩。發(fā)射調(diào)制信號224用以控制功率放大器210的輸出。
發(fā)射電路可通過使用功率放大器210上的開/關(guān)鍵控過程來向接收器發(fā)送信號。換句話說，當斷言發(fā)射調(diào)制信號224時，功率放大器210將在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動載波信號220的頻率。當取消發(fā)射調(diào)制信號224時，功率放大器將不在發(fā)射天線204上向外驅(qū)動任何頻率。圖6的發(fā)射電路還包括負載感測電路216，其將電力供應(yīng)到功率放大器210且產(chǎn)生接收信號235輸出。在負載感測電路216中，電阻器Rs上的電壓降形成于電力入信號226與到功率放大器210的電力供應(yīng)228之間。由功率放大器210消耗的電力的任何改變將導(dǎo)致電壓降的改變，電壓降的改變將由差動放大器230放大。當發(fā)射天線處于與接收器(圖6中未展示)中的接收天線的耦合模式中時，由功率放大器210汲取的電流的量將改變。換句話說，如果發(fā)射天線204不存在耦合模式諧振，則驅(qū)動輻射場所需的電力將為第一量。如果存在耦合模式諧振，則由功率放大器210消耗的電力的量將上升(因為大量電力正耦合到接收天線中)。因此，接收信號235可指示耦合到發(fā)射天線235的接收天線的存在且還可檢測從接收天線發(fā)送的信號。另外，將可在發(fā)射器的功率放大器電流汲取中觀察到接收器電流汲取的改變，且此改變可用以檢測來自接收天線的信號。無線充電系統(tǒng)由發(fā)射模塊和接收模塊組成。發(fā)射模塊可將DC信號轉(zhuǎn)換成RF信號并將RF信號遞送到磁性諧振天線。接收模塊位于待充電裝置上且可俘獲由發(fā)射模塊提供的能量，將能量轉(zhuǎn)換成DC信號，并將DC信號遞送到位于待充電裝置上的可再充電電池。與無線充電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)中的一者為接收天線與發(fā)射天線不可分離一小距離(例如，I英寸)以上的要求。此外，預(yù)期發(fā)射天線與接收天線相對平行以確保接收模塊與發(fā)射模塊之間的可接受的電力傳遞效率。在一些情況下，不可能平坦地將待充電裝置放置于發(fā)射墊上。舉例來說，交通工具中的固持器(例如，大體上圓形“杯固持器”)為實施無線充電系統(tǒng)的極佳地點。用戶可將電話放入杯固持器中且通過嵌入于杯固持器中的發(fā)射模塊和天線對電話進行充電。問題在于電話的長度通常比杯固持器底座的直徑長，從而導(dǎo)致電話與杯固持器底座成直立關(guān)系或成角度關(guān)系。很有可能發(fā)生以下情況在至少一個特定定向下，無線充電器可能根本不能夠適當?shù)貙﹄娫掃M行充電(例如，如果電話靠近直立位置，則將無法對電話進行充電)。各種解決方案可包括(I)通過工業(yè)設(shè)計來約束接收器放置，或(2)提供平行地放置接收天線與發(fā)射天線的裝置(例如，較大發(fā)射墊)。圖7A說明(例如)汽車控制臺700中或汽車控制臺700上的天線702的示范性實施例。雖然說明汽車杯固持器，但本發(fā)明的各種示范性實施例還預(yù)期配置于交通工具、椅子、皮套、存儲位置、管理器等中的任何形式的杯、容器、空腔或其它支撐結(jié)構(gòu)。在這些示范性實施例中，發(fā)射天線702最初可作為控制臺700的部分(即，交通工具元件)來制造或發(fā)射天線702可安置于控制臺700上或控制臺700中或改裝控制臺700。此外，參看圖7B，杯固持器824 (其在下文加以更充分描述)可包含可插入套筒，所述可插入套筒可定位于杯固持器704內(nèi)，如通過箭頭701指示。這些示范性實施例允許用戶(即，駕駛員或乘客)在駕駛時以常規(guī)的安全方式對電子裝置進行充電。在示范性實施例中，杯固持器704處于自然位置，其中許多用戶(即，駕駛員或乘客)在駕駛時已放置其便攜式電子設(shè)備。將杯固持器704轉(zhuǎn)換成無線充電區(qū)域允許消費者以自然、便利的方式對其設(shè)備進行充電。 作為非限制性實例，天線702可集成于杯固持器704的底座中、放置于杯固持器704的底部中或附接到可移動板(如本文中在下文所描述)，以在其中建立耦合模式區(qū)。圖8說明杯固持器724和用于促進無線電力充電的駐留元件的更詳細透視圖。將發(fā)射天線722說明為耦合到饋電線726，饋電線726進一步耦合到發(fā)射電路(例如，圖4的發(fā)射電路202)。圖8說明圍繞大體上次要平面728而配置的發(fā)射天線722，次要平面728大體上平行于杯固持器724的底表面平面。雖然本文中未如此限制，但杯固持器傾向于展現(xiàn)大體上圓柱形形式，以用于容納也展現(xiàn)圓柱體形式的裝置(例如，杯子)(其中較高邊比圓柱體的底部的直徑大)。杯固持器724大體上適應(yīng)于接納且固持其它尺寸經(jīng)類似設(shè)定的裝置(例如，經(jīng)配置為手持式的電子裝置)。
圖9說明示范性手持式電子裝置740(例如，圖5的充電裝置350)，手持式電子裝置740的實例包括蜂窩式電話、視聽裝置等。電子裝置740進一步包括耦合到饋電線752的接收天線750，饋電線752進一步耦合到圖5的接收電路302。在試圖將無線電力耦合效率最大化時，大體上沿著主要平面754配置接收天線750，以便增加由接收天線750形成的循環(huán)的面積。由于電子裝置740的手持性質(zhì)，所以電子裝置740進一步包括由沿著主要平面754的主要尺寸和沿著次要平面756的次要尺寸界定的形狀因子。圖10說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的電子裝置740與杯固持器724之間的協(xié)作布置。為了進行無線電力充電，按以下布置將電子裝置740放置于杯固持器724中其中，杯固持器724的主要尺寸(即，高度h的尺寸)和次要平面728提供用于將電子裝置740保持在與杯固持器724大體上平行的定向中的機械支撐。如參看圖10所觀測到的，將杯固持器724的發(fā)射天線722說明為處于大體上水平平面中，而將電子裝置740的接收天線750說明為處于大體上正交平面(即，大體上垂直平面)中。因此，發(fā)射天線722與接收天線750之間的大體上正交定向?qū)е掳l(fā)射天線722與接收天線750之間的減小的耦合效率。圖11說明根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實施例的用于以協(xié)作方式發(fā)射無線電力的杯固持器。如所陳述，在發(fā)射天線與接收天線相對平行以確保發(fā)射電路與接收電路之間的可接受的電力傳遞效率時，出現(xiàn)發(fā)射器與接收器之間的可接受的無線電力傳遞效率。在各種操作配置中，歸因于杯固持器和手持式電子裝置的常規(guī)尺寸，使得不可能將待充電電子裝置平坦地放置于發(fā)射天線表面上。在圖11中，杯固持器824進一步經(jīng)配置以包括配置于杯固持器824內(nèi)的可偏轉(zhuǎn)板830?？善D(zhuǎn)板830可在杯固持器824內(nèi)移動且經(jīng)配置以偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)在不與杯固持器824的次要平面828平行的平面中。可偏轉(zhuǎn)板830進一步包括耦合到饋電線826的發(fā)射天線822，饋電線826進一步耦合到發(fā)射電路(例如，圖4的發(fā)射電路202)?？善D(zhuǎn)平面830致使發(fā)射天線822朝向一平面定向，所述平面較不與電子裝置中的接收天線的平面正交且較與電子裝置中的接收天線的平面平行。在一個示范性實施例中，可偏轉(zhuǎn)平面830在不使用期間維持從次要平面828延伸，且接著在非可充電裝置(例如，杯或其它尺寸經(jīng)類似設(shè)定的裝置)的常規(guī)接納期間壓縮較接近的次要平面828?？善D(zhuǎn)平面830可通過使用一個或一個以上保持裝置832而在杯固持器824內(nèi)維持特定定向，一個或一個以上保持裝置832可包含(個別地或組合地)彈簧、液體式減震器(liquid shock)或氣體式減震器(gas shock)、磁性組件或其它機械裝置(例如，通過使用受重力影響的平衡錘等)。在另一示范性實施例中，杯固持器824為可插入套筒，其能夠改裝現(xiàn)有或老式固持器，例如無源固持器(例如，常規(guī)杯固持器)?？?例如)從常規(guī)車輛DC源(例如，“點煙器”)接收提供到發(fā)射電路202的AC或DC輸入電力。在又一示范性實施例中，發(fā)射天線822經(jīng)配置為中繼器天線(例如，寄生天線或無源天線)。在此示范性實施例中，由來自發(fā)射電路202的饋電線846驅(qū)動的激勵發(fā)射天線844 (在此實施例中，饋電線826與發(fā)射天線822斷開)提供場激勵，所述場激勵接著在配置為中繼器天線的無源發(fā)射天線822處再生。在此示范性實施例中，經(jīng)由將額外天線引入到耦合天線系統(tǒng)中，根據(jù)兩個天線之間的近場電力傳遞而傳遞無線電力，所述額外天線將充當中繼器且將增強從發(fā)射天線朝向接收天線的電力流。使用耦合到系統(tǒng)中的發(fā)射天線和接收天線的一個或一個以上額外天線 。這些額外天線包含中繼器天線，例如有源天線或無源天線。無源天線可僅包括天線環(huán)路和用于調(diào)諧天線的諧振頻率的電容性元件。除天線環(huán)路和一個或一個以上調(diào)諧電容器之外，有源元件還可包括用于增加中繼近場輻射的強度的放大器。中繼器天線可將來自發(fā)射天線的耦合模式區(qū)重新聚焦和整形以建立圍繞中繼器天線的第二耦合模式區(qū)，所述第二耦合模式區(qū)可更好地適合于將能量耦合到接收天線。圖12說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的杯固持器，其處于偏轉(zhuǎn)(S卩，重新定向)位置。在杯固持器824中，可偏轉(zhuǎn)板830處于相對于次要平面828的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。舉例來說且并非限制，將可偏轉(zhuǎn)板830說明為圍繞軸線834旋轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)，其中可偏轉(zhuǎn)平面830的一部分836在一個方向上(例如，向上)偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)且可偏轉(zhuǎn)平面830的另一部分838在相反方向上(例如，向下)偏轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。在其它示范性實施例中，軸線834可能偏移且甚至定位于可偏轉(zhuǎn)板830的一端上，以使得可偏轉(zhuǎn)板830充當“活板門(trap door) ”，這是因為大體上整個部分836、838在相同方向上偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)或旋轉(zhuǎn)。在另一示范性實施例中，杯固持器824可進一步包括一個或一個以上彈簧842，一個或一個以上彈簧842可用以在可偏轉(zhuǎn)平面830處于非偏轉(zhuǎn)位置時保持可偏轉(zhuǎn)平面830從次要平面828延伸，如上文參看圖11所描述。在又一示范性實施例中，彈簧842可經(jīng)配置以輔助可偏轉(zhuǎn)板830的部分836、838的偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)或阻止可偏轉(zhuǎn)板830的部分836、838的偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)。此夕卜，彈簧842可為沿著軸線834圍繞樞轉(zhuǎn)點而安裝的旋轉(zhuǎn)彈簧。在又一示范性實施例中，可包括一個或一個以上止擋部840，以嚴格限制偏轉(zhuǎn)板830的過度移動。在又一示范性實施例中，軸線834可從平衡部分836和838充分偏移，以在通過一個或一個以上止擋部840限制偏轉(zhuǎn)板830的旋轉(zhuǎn)不進行過度旋轉(zhuǎn)時，允許重力將未偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)板830維持在與次要平面828大體上平行的定向中。圖13說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的電子裝置740與杯固持器824之間的協(xié)作布置。為了進行無線電力充電，將電子裝置740放置于杯固持器824中，從而致使偏轉(zhuǎn)板830偏轉(zhuǎn)或受益于偏轉(zhuǎn)板830的偏轉(zhuǎn)(如果偏轉(zhuǎn)是在將電子裝置740插入于杯固持器824中之前起始)，偏轉(zhuǎn)板830的偏轉(zhuǎn)致使發(fā)射天線822在更緊密地平行于電子裝置740中的接收天線750的平面的平面中旋轉(zhuǎn)。如上文所陳述，以相對平行的關(guān)系布置充電裝置的發(fā)射天線822與電子裝置740的接收天線750改進了無線電力發(fā)射的電力傳遞效率。在一個不范性實施例中，偏轉(zhuǎn)板830響應(yīng)于電子裝置740插入到杯固持器824中而部分地偏轉(zhuǎn)(即，重新定向)，其中杯固持器824向插入于其中的電子裝置740提供機械支撐。在另一示范性實施例中，偏轉(zhuǎn)板830向杯固持器824內(nèi)的電子裝置740提供機械支撐。然而，如上文所陳述，偏轉(zhuǎn)板830可能并不完全偏轉(zhuǎn)到與接收天線750平行的平面中，甚至發(fā)射天線822遠離相對于接收天線750的正交關(guān)系的部分偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致無線電力到電子裝置740的改進的耦合和發(fā)射。圖14說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的多個電子裝置740A、740B與杯固持器924的協(xié)作布置。為了進行無線電力充電，將偏轉(zhuǎn)板930配置于杯固持器924內(nèi)，以實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)板930的充分偏轉(zhuǎn)，從而允許插入多個電子裝置740A、740B以用于對多個電子裝置740A、740B進行無線電力充電。在一個示范性實施例中，偏轉(zhuǎn)板930大體上將杯固持器924相等地分割成用于接納兩個電子裝置740A、740B的兩個部分。在其它示范性實施例中， 所述部分在杯固持器924內(nèi)可能不相等以接納不同大小的裝置，例如較大電子裝置740A(例如，移動收發(fā)器)和較小電子裝置740B(例如，媒體播放器)。在其它示范性實施例中，電子裝置740的充電可根據(jù)時域或其它充電概況而發(fā)生。其它示范性實施例還可包括在偏轉(zhuǎn)板930的兩側(cè)(未圖示)上包括發(fā)射天線的偏轉(zhuǎn)板930。圖15為說明根據(jù)一個或一個以上示范性實施例的方法950的流程圖。方法950可包括響應(yīng)于在固持器中接納至少一個可充電電子裝置而重新定向至少一個發(fā)射天線，以減小與所述至少一個電子裝置的接收天線的正交性(由數(shù)字952描繪)。方法950可進一步包括以無線方式將電力從所述至少一個發(fā)射天線傳遞到所述接收天線(由數(shù)字954描繪)。已針對用于無線充電的可擺動或可偏轉(zhuǎn)(即，可重新定向)磁性諧振天線描述了本發(fā)明的各種示范性實施例。在難以將接收天線放置于固定發(fā)射天線上(或與固定發(fā)射天線平行)的情況下，本發(fā)明的這些示范性實施例提供對無線充電系統(tǒng)的改進。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，可使用多種不同技術(shù)和技藝中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學(xué)粒子或其任何組合來表示可在整個上述描述中所參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)進一步了解，結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的此互換性，上文已大體上在其功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。將此功能性實施為硬件還是軟件視特定應(yīng)用和強加于整個系統(tǒng)的設(shè)計約束而定。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以不同方式實施所描述的功能性，但此些實施決策不應(yīng)被解釋為會導(dǎo)致偏離本發(fā)明的示范性實施例的范圍?？捎猛ㄓ锰幚砥?、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其經(jīng)設(shè)計以執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執(zhí)行結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。還可將處理器實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、結(jié)合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此類配置。結(jié)合本文中所揭示的示范性實施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬件、以由處理器執(zhí)行的軟件模塊，或以所述兩者的組合來體現(xiàn)。軟件模塊可駐留于隨機存取存儲器(RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可裝卸磁盤、CD-ROM或此項技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示范性存儲媒體耦合到處理器，以使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息，并可將信息寫入到所述存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器和存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件而駐留于用戶終端中。在一個或一個以上示范性實施例中，可以硬件、軟件、固件或其任何組合來實施所描述的功能。如果以軟件來實施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲于計算機可讀媒體上或經(jīng)由計算機可讀媒體進行傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進將計算機程序從一處傳遞到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。以實例且非限制的方式，此計算機可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運或存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，適當?shù)貙⑷魏芜B接稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電和微波等無線技術(shù)從網(wǎng)站、服務(wù) 器或其它遠程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電和微波等無線技術(shù)包括在媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤和光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟盤和藍光光盤，其中磁盤通常以磁方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述各者的組合也應(yīng)包括在計算機可讀媒體的范圍內(nèi)。提供對所揭示的示范性實施例的先前描述以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白對這些示范性實施例的各種修改，且可在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下將本文中所界定的一般原理應(yīng)用于其它實施例。因此，本發(fā)明無意限于本文中所展示的示范性實施例，而將賦予本發(fā)明與本文中所揭示的原理和新穎特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線電力充電器，其包含 固持器，其經(jīng)配置以接納包括接收天線的至少一個可充電電子裝置；以及 至少一個發(fā)射天線，其經(jīng)配置以在所述固持器內(nèi)重新定向，以減小與所述接收天線的正交性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其中重新定向致使所述至少一個發(fā)射天線進行機械偏轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其進一步包含用于支撐且重新定向所述至少一個發(fā)射天線的偏轉(zhuǎn)器板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電器，其中所述偏轉(zhuǎn)器板圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電器，其進一步包含用于減小或誘發(fā)所述偏轉(zhuǎn)器板的移動的至少一個保持裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電器，其中所述至少一個保持裝置進一步經(jīng)配置以在插入非可充電裝置和從所述固持器移除所述非可充電裝置時，使所述偏轉(zhuǎn)器板返回以圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電器，其中所述偏轉(zhuǎn)器板樞轉(zhuǎn)以在所述固持器中在所述偏轉(zhuǎn)器板的第一側(cè)上接納所述至少一個可充電電子裝置，且還在所述固持器中在所述偏轉(zhuǎn)器板的第二側(cè)上接納至少第二可充電電子裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電器，其中在所述偏轉(zhuǎn)器板偏轉(zhuǎn)時，所述軸線在所述固持器內(nèi)大體上對稱且大體上相等地劃分所述固持器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電器，其進一步包含與所述至少第一天線相對地配置于所述偏轉(zhuǎn)器板上的至少第二發(fā)射天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充電器，其中所述偏轉(zhuǎn)器板在所述軸線的相對側(cè)上展現(xiàn)非對稱質(zhì)量且基于重力而保持于非偏轉(zhuǎn)位置中。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其中所述至少一個發(fā)射天線為中繼器天線。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其中所述固持器被單獨供電且可以可改裝的方式插入到無源固持器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其中無線電力根據(jù)感應(yīng)和磁諧振中的至少一者而耦合于所述至少一個發(fā)射天線與所述接收天線之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電器，其中到所述至少一個發(fā)射天線的電力的發(fā)射功率電平可基于響應(yīng)于與所述接收天線的耦合的負載感測而調(diào)整。
15.一種用于無線電力充電的方法，其包含 響應(yīng)于在固持器中接納至少一個可充電電子裝置而重新定向至少一個發(fā)射天線，以減小與所述至少一個電子裝置的接收天線的正交性；以及 以無線方式將電力從所述至少一個發(fā)射天線傳遞到所述接收天線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進一步包含將偏轉(zhuǎn)器板配置于所述固持器中以用于支撐所述至少一個發(fā)射天線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，響應(yīng)于在所述固持器中接納所述至少一個電子裝置而使所述偏轉(zhuǎn)器板圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包含通過耦合到所述固持器的至少一個保持裝置而進行減小所述偏轉(zhuǎn)器板的移動或誘發(fā)所述偏轉(zhuǎn)器板的移動中的一者。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進一步包含在插入非可充電裝置和從所述固持器移除所述非可充電裝置時，保持所述偏轉(zhuǎn)器板圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包含在所述固持器中在所述偏轉(zhuǎn)器板的第一側(cè)上接納所述至少一個可充電電子裝置，且在所述固持器中在所述偏轉(zhuǎn)器板的第二側(cè)上接納至少第二可充電電子裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包含將至少第二發(fā)射天線與所述至少第一天線相對地配置于所述偏轉(zhuǎn)器板上。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個發(fā)射天線為中繼器天線。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其進一步包含將用于無線電力充電的所述固持器插入到無源固持器中。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述以無線方式傳遞電力根據(jù)感應(yīng)和磁諧振中的至少一者而發(fā)生。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中可基于響應(yīng)于與所述接收天線的耦合的負載感測來調(diào)整所述以無線方式傳遞電力的功率電平。
26.一種無線電力充電器，其包含 用于響應(yīng)于在固持器中接納至少一個可充電電子裝置而重新定向至少一個發(fā)射天線以減小與所述至少一個電子裝置的接收天線的正交性的裝置；以及 用于以無線方式將電力從所述至少一個發(fā)射天線傳遞到所述接收天線的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的無線電力充電器，其進一步包含用于響應(yīng)于所述在所述固持器中接納所述至少一個電子裝置而使所述固持器中的用于支撐所述至少一個發(fā)射天線的偏轉(zhuǎn)器板圍繞一軸線樞轉(zhuǎn)的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的無線電力充電器，其進一步包含用于通過耦合到所述固持器的至少一個保持裝置而減小或誘發(fā)所述偏轉(zhuǎn)器板的移動的裝置。
全文摘要
示范性實施例是針對無線電力。一種方法可包括響應(yīng)于在固持器中接納至少一個可充電電子裝置而重新定向至少一個發(fā)射天線，以減小與所述至少一個電子裝置的接收天線的正交性。所述方法可進一步包括以無線方式將電力從所述至少一個發(fā)射天線傳遞到所述接收天線。
文檔編號H01Q1/24GK102630359SQ201080048220
公開日2012年8月8日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者沙欣·法拉哈尼 申請人:高通股份有限公司