專利名稱：用于無線電力傳送的寄生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體來說涉及無線電力，且更具體來說涉及用于無線電力傳送的寄生裝置及其操作方法。
背景技術：
通常，每一電池供電裝置需要其自有的充電器及電源，其通常為AC電源插座。在許多裝置需要充電時，此變得難以使用。正開發(fā)使用在發(fā)射器與待充電的裝置之間的空中電力發(fā)射的方法。這些方法大體上屬于兩個類別。一個類別是基于介于發(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(也被稱作遠場輻射)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充電。天線可具有諧振長度以便改善耦合效率。此方法的缺點為電力耦合隨著天線之間的距離增加而快速減退。因此，在合理距離(例如，> l_2m)上的充電變?yōu)槔щy的。 另外，由于系統(tǒng)輻射平面波，所以如果未經(jīng)由濾波來適當控制無意的輻射，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)。盡管此方法可具有對相同區(qū)域中的多個裝置同時充電的能力，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。發(fā)射天線展現(xiàn)有限近場耦合模式區(qū)，所述近場耦合模式區(qū)可隨著接收天線移動遠離所述發(fā)射天線而快速減小。此外，經(jīng)配置以用于緊密“接近”稱合應用(即，強耦合方式) 的一些接收器可能不能夠在“附近”稱合(即，松弛耦合方式)系統(tǒng)中有效地接收無線電力。存在對用以增強發(fā)射器與接收器之間的耦合的裝置及方法的需要。更具體來說， 存在對用以增強經(jīng)配置以根據(jù)松弛耦合方式操作的發(fā)射器與經(jīng)配置用于強耦合方式的接收器之間的耦合的裝置及方法的需要。

發(fā)明內(nèi)容


圖1展示無線電力發(fā)射系統(tǒng)的簡化框圖。圖2展示無線電力發(fā)射系統(tǒng)的簡化示意圖。圖3展示用于本發(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框圖。圖6說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的無線電力發(fā)射系統(tǒng)中的發(fā)射器與接收器的接近耦合。圖7說明根據(jù)示范性實施例的無線電力發(fā)射系統(tǒng)中的發(fā)射器與接收器的附近耦合。圖8說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的包括無源能量繼電器的無線電力發(fā)射系統(tǒng)的功能框圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的包括寄生天線的裝置的說明。圖10為圖9的裝置的另一說明。圖11到圖13為圖9及圖10的裝置的另外說明。圖14為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的包括具有寄生天線的裝置及電子裝置的系統(tǒng)的說明。圖15為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的包括定位于具有寄生天線的裝置內(nèi)的電子裝置的系統(tǒng)的說明。圖16為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的包括定位于具有寄生天線的裝置內(nèi)的電子裝置及無線充電器的系統(tǒng)的說明。圖17為圖16的系統(tǒng)的另一說明。圖18為說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式下文中結合隨附圖式所闡述的詳細描述意在作為對本發(fā)明的示范性實施例的描述，且不意在表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術語“示范性”意謂“充當實例、例子或說明”，且未必應被解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。所述詳細描述包括特定細節(jié)以便實現(xiàn)提供對本發(fā)明的示范性實施例的透徹理解的目的。所屬領域的技術人員將顯而易見，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。在一些情況下，以框圖形式來展示眾所周知的結構及裝置以便避免使本文所呈現(xiàn)的示范性實施例的新穎性不清楚。詞語“無線電力，，在本文中用以意謂在不使用物理電磁導體的情況下從發(fā)射器發(fā)射到接收器的與電場、磁場、電磁場或其它者相關聯(lián)的任何形式的能量。圖1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以產(chǎn)生用于提供能量傳送的輻射場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)儲存或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者相隔距離112。在一個示范性實施例中，根據(jù)相互諧振關系來配置發(fā)射器104及接收器108，且在接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率非常接近時，當接收器108位于輻射場106的“近場”中時，發(fā)射器104與接收器108之間的發(fā)射損失極小。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)應用及將與之相關聯(lián)的裝置來為發(fā)射天線及接收天線設定大小。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將多數(shù)能量以電磁波形式傳播到遠場來進行有效能量傳送。當在此近場中時，可在發(fā)射天線114與接收天線118之間形成耦合模式。在天線114及118周圍的可發(fā)生此近場耦合的區(qū)域在本文中被稱作近場耦合模式區(qū)。圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。發(fā)射器104包括振蕩器122、功率放大器1 及濾波器及匹配電路126。所述振蕩器經(jīng)配置以產(chǎn)生在所要頻率下的信號，可響應于調(diào)整信號123來調(diào)整所述所要頻率?？赏ㄟ^功率放大器124以響應于控制信號125的放大量來放大振蕩器信號?？砂V波器及匹配電路126以濾除諧波或其它不想要的頻率且將發(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及整流器及切換電路134以產(chǎn)生DC電力輸出以對電池136(如圖2所示)充電或?qū)︸詈系浇邮掌鞯难b置(未圖示)供電?？砂ㄆヅ潆娐?32以使接收器108的阻抗與接收天線118匹配。接收器108及發(fā)射器104可在單獨通信信道119(例如，藍牙、紫蜂、蜂窩式等等)上通信。如圖3所說明，示范性實施例中所使用的天線可配置為“環(huán)形”天線150，其在本文中也可被稱作“磁性”天線。環(huán)形天線可經(jīng)配置以包括空心(air core)或?qū)嵭?例如，鐵氧體磁心)?？招沫h(huán)形天線可更好地耐受置于所述心附近的外來物理裝置。此外，空心環(huán)形天線允許將其它組件置于心區(qū)域內(nèi)。另外，空心環(huán)可更易于允許將接收天線118(圖2)置于發(fā)射天線114(圖2)的平面內(nèi)，在所述平面內(nèi)，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之間存在匹配或近似匹配的諧振期間，發(fā)生發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳送。然而，即使當發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配時，也可以較低的效率傳送能量。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來進行能量傳送。環(huán)形天線或磁性天線的諧振頻率是基于電感及電容。環(huán)形天線中的電感通常僅為由所述環(huán)產(chǎn)生的電感，而通常將電容添加到環(huán)形天線的電感以在所要諧振頻率下產(chǎn)生諧振結構。作為非限制性實例，可將電容器152及電容器巧4添加到天線以建立產(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)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，近場的有效能量傳送區(qū)域增加。當然，其它諧振電路為可能的。作為另一非限制性實例，電容器可并聯(lián)地置于環(huán)形天線的兩個端子之間。另外，一般所屬領域的技術人員將認識到，對于發(fā)射天線，諧振信號156可為環(huán)形天線150的輸入。本發(fā)明的示范性實施例包括在處于彼此的近場中的兩個天線之間耦合電力。如所陳述，近場為在天線周圍的電磁場存在但可能并不傳播或輻射遠離所述天線的區(qū)域。其通常限制于接近天線的物理體積的體積。在本發(fā)明的示范性實施例中，磁性型天線(例如，單匝環(huán)形天線及多匝環(huán)形天線)用于發(fā)射(Tx)及接收(Rx)天線系統(tǒng)兩者，因為與電型天線 (例如，小偶極天線)的電近場相比，磁性型天線的磁近場振幅傾向于較高。此允許所述對天線之間的潛在較高耦合。此外，還預期“電”天線(例如，偶極天線及單極天線)或磁性天線與電天線的組合。
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Tx天線可在足夠低的頻率下及用足夠大的天線大小操作，以實現(xiàn)與在顯著大于由早先所提及的遠場及電感方法允許的距離的距離處的小Rx天線的良好耦合(例如， > -4dB)。如果為Tx天線正確地設定大小，則在主機裝置上的Rx天線被置于受驅(qū)動Tx環(huán)形天線的近場耦合模式區(qū)內(nèi)(即，在近場中)時，可實現(xiàn)高耦合程度(例如，_2dB到-4dB)。圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的發(fā)射器200的簡化框圖。發(fā)射器200包括發(fā)射電路202及發(fā)射天線204。一般來說，發(fā)射電路202通過提供致使在發(fā)射天線204周圍產(chǎn)生近場能量的振蕩信號來將RF電力提供到發(fā)射天線204。舉例來說，發(fā)射器200可在 13.56MHz ISM頻帶處操作。示范性發(fā)射電路202包括用于使發(fā)射電路202的阻抗(例如，50歐姆)與發(fā)射天線204匹配的固定阻抗匹配電路206，及經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到防止耦合到接收器 108(圖1)的裝置的自干擾的水平的低通濾波器(LPF) 208。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而同時使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包括適應性阻抗匹配，其可基于可測量發(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)變化。發(fā)射電路202進一步包括經(jīng)配置以驅(qū)動如由振蕩器212確定的 RF信號的功率放大器210。發(fā)射電路可由離散裝置或電路組成，或替代地，可由集成組合件組成。來自發(fā)射天線204的示范性RF電力輸出可為約2. 5瓦特。發(fā)射電路202進一步包括控制器214，所述控制器214用于在特定接收器的發(fā)射階段(或工作循環(huán))期間啟用振蕩器212、用于調(diào)整所述振蕩器的頻率，及用于調(diào)整用于實施通信協(xié)議(用于經(jīng)由鄰近裝置的附接的接收器與鄰近裝置交互)的輸出功率電平。發(fā)射電路202可進一步包括用于檢測在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場附近是否存在作用中的接收器的負載感測電路216。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)生的近場附近的作用中的接收器的存在與否影響。對功率放大器210上的負載改變的檢測是由控制器214監(jiān)視，其用于確定是否啟用振蕩器212以發(fā)射能量以與作用中的接收器通信。發(fā)射天線204可實施為天線條，其具有經(jīng)選擇以使電阻性損失保持為低的厚度、 寬度及金屬類型。在常規(guī)實施方案中，發(fā)射天線204可通常經(jīng)配置以與較大結構(例如，桌子、墊、燈或其它較不便攜帶的配置)相關聯(lián)。因此，發(fā)射天線204通常將不會為了具有實用的尺寸而需要“匝”。發(fā)射天線204的示范性實施方案可為“電學上小的”(即，波長的分數(shù))，且可通過使用電容器來界定諧振頻率而經(jīng)調(diào)諧以在較低的可用頻率下諧振。在發(fā)射天線204的直徑或邊長(如果為正方形環(huán))相對于接收天線可能較大(例如，0. 50米)的示范性應用中，發(fā)射天線204將未必需要大量的匝來獲得合理電容。 發(fā)射器200可收集且追蹤關于可與發(fā)射器200相關聯(lián)的接收器裝置的所在之處及狀態(tài)的信息。因此，發(fā)射器電路202可包括連接到控制器214(在本文中也被稱作處理器) 的存在檢測器觀0、封閉檢測器290或其組合?？刂破?14可響應于來自存在檢測器280 及封閉檢測器290的存在信號來調(diào)整由放大器210傳遞的電力量。發(fā)射器可經(jīng)由若干電源 (例如，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)換成適用于發(fā)射器200的電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器)接收電力，或直接從常規(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的簡化框圖。接收器300包括接
7收電路302及接收天線304。接收器300進一步耦合到裝置350以向其提供所接收的電力。 應注意，將接收器300說明為在裝置350外部但其可集成到裝置350中。一般來說，能量是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)相同的頻率下或幾乎相同的頻率下諧振。接收天線304可與發(fā)射天線204設定成類似尺寸，或可基于相關聯(lián)裝置350的尺寸而設定成不同大小。舉例來說，裝置350可為具有小于發(fā)射天線204的直徑或長度的直徑或長度尺寸的便攜型電子裝置。在此實例中，接收天線304可實施為多匝天線以便減少調(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)周邊周圍，以便最大化天線直徑及減少接收天線的環(huán)匝(S卩，繞組)的數(shù)目及繞組間電容。接收電路302提供與接收天線304的阻抗匹配。接收電路302包括用于將所接收的RF能量源轉(zhuǎn)換成供裝置350使用的充電電力的電力轉(zhuǎn)換電路306。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 處接收到的RF能量信號整流成非交流電力，而DC/DC轉(zhuǎn)換器310將經(jīng)整流的RF能量信號轉(zhuǎn)換成可與裝置350兼容的能量勢(例如，電壓)。預期各種RF/DC轉(zhuǎn)換器，包括部分整流器(partial rectifier)及全整流器(full rectifier)、調(diào)節(jié)器、橋接器、倍加器以及線性及切換轉(zhuǎn)換器。接收電路302可進一步包括用于將接收天線304連接到電力轉(zhuǎn)換電路306或替代地用于將電力轉(zhuǎn)換電路306斷開的切換電路312。將接收天線304與電力轉(zhuǎn)換電路306斷開不僅暫時中止對裝置350的充電，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，其檢測提供到發(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。在示范性實施例中，發(fā)射器與接收器之間的通信指代裝置感測及充電控制機制， 而非常規(guī)雙向通信。換句話說，發(fā)射器使用(例如)所發(fā)射信號的通/斷鍵控來調(diào)整在近場中能量是否可用。接收器將這些能量改變解譯為來自發(fā)射器的消息。從接收器側來看， 接收器使用對接收天線的調(diào)諧及解調(diào)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電力的此差異且將這些改變解譯為形成來自接收器的消息的信號。接收電路302可進一步包括用以識別接收到的能量波動的信令檢測器及信標電路314，所述能量波動可對應于從發(fā)射器到接收器的信息性信令。此外，信令及信標電路 314還可用以檢測減少的RF信號能量(即，信標信號)的發(fā)射，及將所述減少的RF信號能量整流成標稱電力以用于喚醒接收電路302內(nèi)的未供電或耗盡電力的電路以便配置接收電路302以進行無線充電。接收電路302進一步包括用于協(xié)調(diào)本文所描述的接收器300的處理(包括對本文所描述的切換電路312的控制)的處理器316。接收器300的掩蔽(cloaking)還可在發(fā)生其它事件(包括檢測到向裝置350提供充電電力的外部有線充電源(例如，壁式/USB電力))后即刻發(fā)生。除了控制接收器的掩蔽外，處理器316還可監(jiān)視信標電路314以確定信標狀態(tài)及提取從發(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以獲得經(jīng)改善的性能。
本文所揭示的各種示范性實施例識別基于不同電力轉(zhuǎn)換方法及包括裝置定位靈活性的發(fā)射范圍的不同耦合變體(例如，用于在幾乎零距離的充電墊解決方案的緊密“接近”耦合，或用于短程無線電力解決方案的“附近”耦合)。緊密接近耦合應用(即，強耦合方式，耦合因子通常為k>0. 1)在視天線的大小而定通常為大約幾毫米或幾厘米的短或非常短的距離上提供能量傳送。附近耦合應用(即，松弛耦合方式，耦合因子通常為k<0. 1) 在視天線的大小而定通常在IOcm到ail的范圍內(nèi)的距離上以相對較低效率提供能量傳送。 雖然發(fā)射器與接收器之間的“附近”耦合可能并不提供高效率能量傳送，但“附近”耦合提供相對于發(fā)射器天線定位接收器(裝置附接到所述接收器)的靈活性。如本文所描述，“接近”耦合及“附近”耦合可能需要不同匹配方法來使電源/電槽 (power sink)適應于天線/耦合網(wǎng)絡。此外，各種示范性實施例提供用于LF及HF應用兩者及用于發(fā)射器及接收器的系統(tǒng)參數(shù)、設計目標、實施變體及規(guī)格。這些參數(shù)及規(guī)格中的一些可(例如)根據(jù)需要而變化以更好地與特定電力轉(zhuǎn)換方法匹配。圖6說明根據(jù)示范性實施例的發(fā)射天線與接收天線之間的第一耦合變體的功能框圖。圖6的耦合變體350說明“附近”耦合變體，且可用以耦合到高Q諧振槽電路 (resonant tank circuit)以用于“附近”稱合。耦合變體350變換阻抗以與電力轉(zhuǎn)換電路匹配，從而產(chǎn)生經(jīng)改善或高傳送效率。具體來說，耦合變體350包括經(jīng)配置以在一諧振頻率下諧振的發(fā)射天線352及經(jīng)配置以在相同諧振頻率下諧振的接收天線354。發(fā)射天線352包括高Q槽諧振器356，高Q槽諧振器356包括電容器C1及電感器 Liq接收天線邪4包括高Q槽諧振器358，高Q槽諧振器358包括電容器C2及電感器L2。附近耦合應用(即，具有通常為k < 0. 1的耦合因子的松弛耦合方式)在視天線的大小而定通常在IOcm到an的范圍內(nèi)的距離d上以相對較低效率提供能量傳送。圖7說明根據(jù)示范性實施例的發(fā)射天線與接收天線之間的第二耦合變體的功能框圖。圖7的耦合變體380說明根據(jù)示范性實施例的“接近”稱合變體。耦合變體380包括經(jīng)耦合的串聯(lián)槽電路，其包括圖6的發(fā)射天線352及接收天線354，包括包括高Q槽諧振器 356的發(fā)射天線352及包括高Q槽諧振器358的接收天線354，高Q槽諧振器356包括電容器C1及電感器L1，高Q槽諧振器358包括電容器C2及電感器L2。緊密接近耦合應用(即， 具有通常為k > 0. 1的耦合因子的強耦合方式)在視天線的大小而定通常為大約幾毫米或幾厘米的短或非常短的距離上提供能量傳送。一般來說，通過確定針對給定天線參數(shù)(例如，無負載Q因子、L-C比率及發(fā)射器源阻抗)產(chǎn)生最大化的傳送效率的最佳負載電阻來改善根據(jù)諧振電感的無線電力傳送。最佳負載視耦合因子k而定。相反，存在針對給定負載電阻最大化效率的最佳接收L-C比率或負載變換。本發(fā)明的示范性實施例包括用于增強近場電力傳送系統(tǒng)中的發(fā)射天線與接收天線之間的耦合的方法、系統(tǒng)及裝置。更具體來說，發(fā)射天線與接收天線之間的耦合可經(jīng)由引入一個或一個以上額外天線來增強，一個或一個以上額外天線可增強從發(fā)射天線向接收天線的電力流動。這些額外天線可包含例如寄生天線的中繼器天線，也被稱為“能量繼電器” 線圈/天線/環(huán)、“中繼器”線圈/天線/環(huán)，或無源線圈/天線/環(huán)。寄生天線可簡單地包括天線環(huán)及用于調(diào)諧天線的諧振頻率的電容性元件?？苫诶缃K端負載、調(diào)諧分量、諧振頻率及寄生天線相對于發(fā)射天線的放置的因素而最佳化電力傳送系統(tǒng)中的發(fā)射天線與寄生天線的組合，以使得增強到接收天線的電力耦合。寄生天線可重聚集及/或重成形來自發(fā)射天線的近場耦合模式區(qū)以在寄生天線周圍產(chǎn)生第二近場耦合模式區(qū)，其可更適于將能量耦合到接收天線。圖8說明根據(jù)示范性實施例的經(jīng)配置以用于發(fā)射器、寄生能量繼電器與接收器之間的間接場耦合的無線電力發(fā)射系統(tǒng)的功能框圖。無線電力發(fā)射系統(tǒng)500包括發(fā)射器504、 無源能量繼電器(寄生諧振槽或無源諧振槽)512及接收器508。將輸入電力Pmn提供到發(fā)射器504以用于產(chǎn)生具有場耦合k506的主要非輻射場，以用于提供到無源能量繼電器512 的能量傳送，無源能量繼電器512產(chǎn)生具有與接收器508的場耦合507的主要非輻射場。接收器508耦合到由無源能量繼電器512產(chǎn)生的非輻射場，且產(chǎn)生輸出電力PKX。ut以供耦合到輸出端口 510的電池或負載536儲存或消耗。發(fā)射器504、無源能量繼電器512及接收器508中的每一者相隔一段距離。在一個示范性實施例中，根據(jù)相互諧振關系來配置發(fā)射器504及無源能量繼電器512，且在無源能量繼電器512的諧振頻率&與發(fā)射器504的諧振頻率匹配時，當無源能量繼電器512位于由發(fā)射器504產(chǎn)生的輻射場的“近場”中時，發(fā)射器504與無源能量繼電器512之間的發(fā)射損失極小。此外，根據(jù)相互諧振關系來配置無源能量繼電器512及接收器508，且在接收器 508的諧振頻率f^與無源能量繼電器512的諧振頻率匹配時，當接收器508位于由無源能量繼電器512產(chǎn)生的輻射場的“近場”中時，無源能量繼電器512與接收器508之間的發(fā)射損失極小。發(fā)射器504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514，無源能量繼電器512進一步包括用于提供用于無源地中繼能量的裝置的寄生天線516，且接收器508 進一步包括用于提供用于能量接收的裝置的接收天線518。發(fā)射器304進一步包括至少部分地充當AC/AC轉(zhuǎn)換器的發(fā)射電力轉(zhuǎn)換單元520。接收器308進一步包括至少部分地充當 AC/DC轉(zhuǎn)換器的接收電力轉(zhuǎn)換單元522。在操作中，發(fā)射器504充當在寄生天線516周圍產(chǎn)生磁性近場的能量繼電器512的“激發(fā)器”。能量繼電器512的磁性近場接著耦合到接收器 508的接收天線518。因而，中間能量繼電器512促進在發(fā)射天線514處呈現(xiàn)的能量的傳送以在接收器天線518處被有效地接收。如一般所屬領域的技術人員將了解的，集成于特定電子裝置(例如，蜂窩式電話或便攜型媒體播放器)內(nèi)的接收器可經(jīng)設計(即，經(jīng)匹配)以用于緊密接近耦合。僅舉例來說，集成于蜂窩式電話內(nèi)的接收器可經(jīng)設計以用于以強耦合方式在非常短距離上接收來自充電墊的無線電力。另一方面，一些無線電力系統(tǒng)，且更具體來說，無線電力系統(tǒng)內(nèi)的無線充電器可更適于“附近”稱合應用(即，松弛耦合方式)。僅舉例來說，包括安裝于天花板或墻壁上的無線充電器的無線電力系統(tǒng)可適用于將無線電力發(fā)射到定位于桌上或無線充電器的附近(例如，在IOcm到an內(nèi))的接收器。因而，以松弛耦合方式嘗試對設計用于緊密接近耦合的接收器進行充電可引起不足的充電效率。如本文中所描述的各種示范性實施例是針對如下裝置所述裝置具有耦合到其的至少一個寄生天線且經(jīng)配置以容納可充電裝置，所述可充電裝置可包括一個或一個以上接收天線。圖9及圖10描繪包括外殼804 (例如，套筒、箱或籠)及至少一個天線802的裝置 800，至少一個天線802可配置為寄生天線，例如上文描述的寄生天線516。更具體來說，天線802可包含經(jīng)配置以經(jīng)由近場接收及重新發(fā)射能量的寄生天線。僅舉例來說，天線802可包含電容性負載環(huán)形天線、電容性負載多匝線圈或其組合。如一般所屬領域的技術人員將了解的，天線802可包括用于調(diào)諧所述天線的諧振頻率(例如，13. 56MHz)的LC常數(shù)。舉例來說，天線802可經(jīng)配置以重聚集來自發(fā)射天線的近場耦合模式區(qū)及/或重成形來自發(fā)射天線的近場耦合模式區(qū)以在天線802周圍產(chǎn)生第二近場耦合模式區(qū)，其可更適于將能量耦合到接收天線。根據(jù)如圖10所說明的一個示范性實施例，天線802可經(jīng)配置以使得其至少一部分能夠定位于外殼804的外部表面內(nèi)(即，天線802的至少一部分至少部分地由外殼804環(huán)繞)，且至少一部分能夠延伸超出外殼804的外部表面。應注意，天線802可為相對于外殼 804可移動的，且因此，天線802的延伸超出外殼804的外部表面的部分的大小可為可調(diào)整的。如圖9所描繪，將天線802展示為完全縮回于外殼804的外部表面內(nèi)。與此對比，如圖 10所說明，天線802的至少一部分從外殼804延伸出。根據(jù)另一示范性實施例，天線802可耦合到外殼804的表面。參看圖9到圖13，外殼804可包含任何不導電材料。僅舉例來說，外殼804可包含塑料、橡膠或其組合。此外，根據(jù)一個示范性實施例，外殼804可經(jīng)配置及設定大小以容納電子裝置，例如(僅舉例來說)蜂窩式電話、便攜型媒體播放器、相機或其任何組合。換句話說，外殼804可經(jīng)配置以至少部分地牢固配合于電子裝置周圍。更具體來說，僅舉例來說，外殼804可經(jīng)配置及設定大小而以使得天線802能夠接近接收天線定位的方式收納電子裝置，所述接收天線耦合到所述電子裝置且與所述電子裝置相關聯(lián)。應注意，根據(jù)一個或一個以上示范性實施例，外殼804可經(jīng)配置以緊密地配合于電子裝置周圍。根據(jù)另一示范性實施例，外殼804的表面可能可移除地附接到電子裝置的表面。此外，外殼804可包括一個或一個以上接取開口 810，所述一個或一個以上接取開口 810經(jīng)配置以使得裝置用戶能夠接取一個或一個以上輸入或輸出裝置。舉例來說，外殼 804可包括一個或一個以上接取開口 810以使得裝置用戶能夠接取定位于外殼804內(nèi)的電子裝置的顯示面板、連接器，或任何其它外圍裝置(例如，按鈕)。應注意，外殼804可包含經(jīng)配置以收納電子裝置的至少一部分的任何已知及適當裝置。僅舉例來說，外殼804可包含套筒、殼體、籠、箱、蓋或其任何組合。如圖13所描繪，將天線802展示為處于與圖11或圖12所說明的天線802相比更為縮回的狀態(tài)。應注意，與完全縮回相比較，至少部分地從外殼804延伸的天線(即，天線802)可更易于由裝置用戶拔出。圖14說明包括電子裝置820的系統(tǒng)813，電子裝置820可包含任何已知及適當可充電裝置。電子裝置820可包括經(jīng)配置以接收從另一天線(例如，天線802)無線地發(fā)射的電力的至少一個接收天線822。更具體來說，天線822及相關聯(lián)接收器(例如圖8的接收器508)可經(jīng)配置以接收從定位于相關聯(lián)近場區(qū)內(nèi)的另一天線發(fā)射的無線電力。另外，電子裝置820可經(jīng)配置以將所接收的電力儲存于電子裝置820的電池(例如，圖8的電池536) 內(nèi)。如由箭頭擬4描繪，電子裝置820可經(jīng)配置以定位于裝置800的外殼804內(nèi)。圖15描繪包括定位于外殼804內(nèi)的電子裝置820的系統(tǒng)811，其中天線822的至少一部分被定位成接近天線802的至少一部分。參看圖15，在無天線802的情況下，接收天線822的負載(例如，通過接收電力轉(zhuǎn)換)對于以松弛耦合方式接收能量來說可為非最佳的，從而產(chǎn)生極差的能量傳送效率。然而，其在強耦合方式中可為最佳的或幾乎最佳的。通過將天線802添加到系統(tǒng)811，可實現(xiàn)
11阻抗變換，以使得在以松弛耦合方式操作的情況下如由電力轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)的負載電阻可為最佳的或幾乎最佳的，從而最大化傳送效率。換句話說，天線802的添加可在天線822由相關聯(lián)接收電力轉(zhuǎn)換單元(例如，接收電力轉(zhuǎn)換單元52 加負載的情況下改變天線822對最佳地或幾乎最佳地對天線802加負載的耦合及阻抗變換網(wǎng)絡的效應及功能。在圖15所說明的實施例中，可將天線802視為主要能量接收天線，且可將天線822視為耦合及阻抗變換網(wǎng)絡。圖16說明包括無線充電器852及裝置800的系統(tǒng)850，裝置800包括定位于相關聯(lián)外殼804內(nèi)的電子裝置820。無線充電器852可包括經(jīng)配置以在相關聯(lián)近場區(qū)內(nèi)無線地發(fā)射電力的至少一個發(fā)射天線854。更具體來說，發(fā)射天線邪4及相關聯(lián)發(fā)射器(例如圖8 的發(fā)射器304)可經(jīng)配置以將無線電力發(fā)射到相關聯(lián)近場區(qū)內(nèi)的接收器。圖17為系統(tǒng)850 的另一描繪，系統(tǒng)850包括無線充電器852及定位于裝置800的外殼804內(nèi)的電子裝置820。 應注意，根據(jù)一個示范性實施例，通過利用用于阻抗變換的天線802，可能通常匹配用于“接近”耦合的電子裝置820可無線地接收來自可能通常匹配用于附近耦合的無線充電器852 的電力。與天線822相比，天線802可定位成較遠離電子裝置820內(nèi)的電子器件，且因此， 在操作期間，與天線822相比，天線802可較少受到阻尼(dampen)且相關聯(lián)磁場可較少受到電子器件妨礙，從而產(chǎn)生性能增益。此外，如上文提及，天線802可經(jīng)配置以相對于外殼 804移位，且因此可從外殼804延伸出且離開電子裝置820。結果，由電子裝置820內(nèi)的電子器件引起的對天線802的阻尼(damp)可進一步減少，因此進一步提高性能。在系統(tǒng)850的一個預期操作中，發(fā)射天線邪4可無線地發(fā)射電力，電力可由天線 802接收，天線802經(jīng)調(diào)諧以在與發(fā)射天線邪4相同的頻率下或在接近所述相同頻率的頻率下諧振。在接收到電力后，天線802即刻可在天線802的近場內(nèi)發(fā)射電力。由天線802發(fā)射的電力可由接收天線接收，所述接收天線定位于相關聯(lián)近場耦合模式區(qū)內(nèi)且經(jīng)調(diào)諧以在與天線802相同的頻率下或在接近所述相同頻率的頻率下諧振。舉例來說，從天線802無線地發(fā)射的電力可由耦合到電子裝置820內(nèi)的電池(例如，圖8的電池336)的天線822接收。更具體來說，從天線802無線地發(fā)射的電力可由天線822及可耦合到電子裝置820內(nèi)的電池的相關聯(lián)接收器(例如接收器308(參見圖8))接收。如上文描述，利用寄生天線可通過重聚集近場耦合模式區(qū)、重成形近場耦合模式區(qū)或其任何組合來提高裝置的充電速率。圖18為說明根據(jù)一個或一個以上示范性實施例的方法680的流程圖。方法680 可包括使用耦合到外殼的至少一個寄生天線在第一近場耦合模式區(qū)中無線地接收來自近場的電力，所述外殼具有定位于其中的可充電裝置(由數(shù)字682描繪)。方法680可進一步包括使用所述至少一個寄生天線從所述近場產(chǎn)生經(jīng)增強的近場(由數(shù)字684描繪)。此外，方法680可包括在耦合到所述可充電裝置的至少一個接收天線處無線地接收來自所述經(jīng)增強的近場的電力(由數(shù)字686描繪)。如本文所描述，本發(fā)明的各種示范性實施例可允許實現(xiàn)與電子裝置相關聯(lián)的接收器的經(jīng)增強的無線充電效率。更具體來說，可經(jīng)由使用寄生天線來增強可能經(jīng)設計以用于緊密“接近”耦合的接收器的無線充電效率，所述寄生天線經(jīng)定位成接近所述接收器且經(jīng)配置以接收來自無線充電器的無線電力且重新輻射所接收的電力。此外，本發(fā)明的示范性實施例允許實現(xiàn)由裝置電子器件引起的對寄生天線的阻尼減少。所屬領域的技術人員將理解，可使用多種不同技術及技藝中的任一者來表示信息及信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子，或其任何組合來表示可在整個以上描述中提到的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號及碼片。所屬領域的技術人員將進一步了解，可將結合本文所揭示的示范性實施例描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟實施為電子硬件、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可互換性，上文已大體上在功能性方面描述各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。所述功能性是實施為硬件還是軟件視特定應用及強加于整個系統(tǒng)的設計約束而定。所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以不同方式來實施所描述的功能性，但這些實施決策不應被解釋為會導致脫離本發(fā)明的示范性實施例的范疇?？赏ㄟ^通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、線場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或經(jīng)設計以執(zhí)行本文所描述的功能的其任何組合來實施或執(zhí)行結合本文所揭示的示范性實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊及電路。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何常規(guī)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、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何其它此配置。結合本文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體現(xiàn)于硬件中、通過處理器執(zhí)行的軟件模塊中或兩者的組合中。軟件模塊可駐存于隨機存取存儲器 (RAM)、閃存、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、可裝卸盤、CD-ROM，或此項技術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，使得處理器可從存儲媒體讀取信息及將信息寫入到存儲媒體。在替代例中，存儲媒體可與處理器形成一體。處理器及存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代例中，處理器及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、固件或其任何組合實施所描述的功能。如果以軟件實施，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)由計算機可讀媒體來傳輸。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送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。通過實例且并非限制，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，或可用以載運或存儲呈指令或數(shù)據(jù)結構形式的所要程序代碼并可由計算機存取的任何其它媒體。 又，將任何連接恰當?shù)胤Q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)字用戶線(DSL)或無線技術(例如紅外線、無線電及微波)而從網(wǎng)站、服務器或其它遠程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或無線技術(例如紅外線、無線電及微波)包括于媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、 光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟性磁盤及藍光光盤，其中磁盤通常以磁性的方式再生數(shù)據(jù)， 而光盤通過激光以光學的方式再生數(shù)據(jù)。上述各物的組合也應包括在計算機可讀媒體的范疇內(nèi)。提供對所揭示的示范性實施例的先前描述以使任何所屬領域的技術人員能夠制造或使用本發(fā)明。所屬領域的技術人員將易于明白對這些示范性實施例的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的精神或范疇的情況下，本文所界定的一般原理可應用于其它實施例。因此，
13本發(fā)明并不意在限于本文所展示的示范性實施例，而應被賦予與本文所揭示的原理及新穎特征一致的最廣泛范疇。
權利要求
1.一種裝置，其包含外殼，其用于收納具有至少一個接收天線的電子裝置；及至少一個寄生天線，其耦合到所述外殼且與由發(fā)射天線產(chǎn)生的近場相耦合，且用比所述發(fā)射天線的近場耦合模式區(qū)強的經(jīng)增強的近場耦合模式區(qū)來增強所述至少一個寄生天線周圍的所述近場。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個寄生天線相對于所述外殼移位。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述外殼包含不導電材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中所述不導電材料包含塑料及橡膠中的至少一者。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述外殼包含蓋、箱、套筒、殼體及籠中的至少一者ο
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個寄生天線包含電容性負載環(huán)形天線及電容性負載多匝天線中的至少一者。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述電子裝置包含蜂窩式電話、便攜型媒體播放器及相機中的至少一者。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述外殼至少部分地配合于所述電子裝置周圍。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述外殼包含至少一個接取開口，所述至少一個接取開口經(jīng)配置以使得裝置用戶能夠接取輸入裝置及輸出裝置中的至少一者。
10.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個寄生天線進行以下操作中的至少一者重聚集相關聯(lián)近場耦合模式區(qū)及重成形所述相關聯(lián)近場耦合模式區(qū)。
11.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述發(fā)射天線被匹配用于松弛耦合方式。
12.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個寄生天線接近所述至少一個接收天線而定位。
13.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個寄生天線包括其延伸超出所述外殼的外部邊緣的部分。
14.一種方法，其包含使用耦合到外殼的至少一個寄生天線在第一近場耦合模式區(qū)中無線地接收來自近場的電力，所述外殼具有定位于其中的可充電裝置；使用所述至少一個寄生天線從所述近場產(chǎn)生經(jīng)增強的近場；及在耦合到所述可充電裝置的至少一個接收天線處無線地接收來自所述經(jīng)增強的近場的電力。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其進一步包含將來自無線充電器的電力無線地發(fā)射到所述至少一個寄生天線。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其進一步包含相對于所述外殼移位所述至少一個寄生天線。
17.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中在耦合到外殼的至少一個寄生天線中接收電力包含在耦合到包含不導電材料的外殼的至少一個寄生天線中接收電力。
18.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中在耦合到外殼的至少一個寄生天線中接收電力包含在耦合到包含橡膠材料及塑料材料中的至少一者的外殼的至少一個寄生天線中接收電力。
19.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中在耦合到外殼的至少一個寄生天線中接收電力包含在耦合到蓋、箱、套筒、殼體、外鞘及籠中的至少一者的至少一個寄生天線中接收電力。
20.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中在至少一個寄生天線中無線地接收電力包含在電容性負載環(huán)形天線及電容性負載多匝天線中的至少一者中無線地接收電力。
21.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中將來自所述至少一個寄生天線的電力無線地發(fā)射到耦合到所述可充電裝置的至少一個接收天線包含將來自所述至少一個寄生天線的電力無線地發(fā)射到耦合到蜂窩式電話、便攜型媒體播放器及相機中的至少一者的至少一個接收天線。
22.根據(jù)權利要求14所述的方法，將來自所述至少一個寄生天線的電力無線地發(fā)射到至少一個接收天線包含以下操作中的至少一者重聚集與所述至少一個寄生天線相關聯(lián)的近場耦合模式區(qū)及重成形所述近場耦合模式區(qū)。
23.根據(jù)權利要求14所述的方法，無線地接收來自近場的電力包含無線地接收來自由被匹配用于松弛耦合方式的無線充電器的發(fā)射天線產(chǎn)生的近場的電力。
24.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中無線地接收來自所述經(jīng)增強的近場的電力包含在被匹配用于強耦合方式的所述至少一個接收天線處無線地接收來自所述經(jīng)增強的近場的電力。
25.一種促進對可充電裝置充電的裝置，所述裝置包含用于使用耦合到外殼的至少一個寄生天線在第一近場耦合模式區(qū)中無線地接收來自近場的電力的裝置，所述外殼具有定位于其中的可充電裝置；及用于使用所述至少一個寄生天線從所述近場產(chǎn)生經(jīng)增強的近場的裝置。
全文摘要
示范性實施例是針對無線電力傳送。一種方法可包括使用耦合到外殼的至少一個寄生天線在第一近場耦合模式區(qū)中無線地接收來自近場的電力，所述外殼具有定位于其中的可充電裝置。所述方法可進一步包括使用所述至少一個寄生天線從所述近場產(chǎn)生經(jīng)增強的近場，及在耦合到所述可充電裝置的至少一個接收天線處無線地接收來自所述經(jīng)增強的近場的電力。
文檔編號H02J5/00GK102414953SQ201080019067
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權日2009年4月28日
發(fā)明者盧卡斯·西貝爾, 奈杰爾·P·庫克, 漢斯彼得·威德默 申請人:高通股份有限公司