具有無線電力發(fā)射器的TV系統(tǒng)的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用
本申請是2013年7月25日遞交的序列號為13/950,492、題為“tvwithintegratedwirelesspowertransmitter(帶有集成無線電力發(fā)射器的tv)”的美國非臨時專利申請的部分繼續(xù)申請，其全部內(nèi)容通過引用合并到本文中以用于所有目的。
本申請與以下美國非臨時專利申請有關(guān)：2013年5月10日遞交的序列號為13/891,430、題為“methodologyforpocket-forming(用于袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；2013年6月24日遞交的序列號為13/925,469、題為“methodologyformultiplepocket-forming(用于多個袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；2013年7月19日遞交的序列號為13/946,082、題為“methodfor3dimensionalpocket-forming(用于三維袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；2013年5月10日遞交的序列號為13/891,399、題為“receiversforwirelesspowertransmission(無線電力傳輸?shù)慕邮掌?”的美國非臨時專利申請；2013年5月10日遞交的序列號為13/891,445、題為“transmittersforwirelesspowertransmission(無線電力傳輸?shù)陌l(fā)射器)”的美國非臨時專利申請；2014年5月7日遞交的序列號為14/272,039、題為“systemsandmethodforwirelesstransmissionofpower(用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年5月7日遞交的序列號為14/272,066、題為“systemsandmethodsformanagingandcontrollingawirelesspowernetwork(用于對無線電力網(wǎng)絡(luò)進行管理和控制的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年5月7日遞交的序列號為14/272,124、題為“systemandmethodforcontrollingcommunicationbetweenwirelesspowertransmittermanagers(用于控制無線電力發(fā)射器管理器之間通信的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年7月21日遞交的序列號為14/336,987、題為“systemandmethodforsmartregistrationofwirelesspowerreceiversinawirelesspowernetwork(用于在無線電力網(wǎng)絡(luò)中智能注冊無線電力接收器的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年7月21日遞交的序列號為14/337,002、題為“systemsandmethodsforcommunicationwithremotemanagementsystems(用于與遠程管理系統(tǒng)通信的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年5月23日遞交的序列號為14/286,129、題為“system&methodforaself-systemanalysisinawirelesspowertransmissionnetwork(用于在無線電力傳輸網(wǎng)絡(luò)中自我系統(tǒng)分析的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年5月23日遞交的序列號為14/286,289、題為“systemandmethodforgeneratingapowerreceiveridentifiedinawirelesspowernetwork(用于生成在無線電力網(wǎng)絡(luò)中識別的電力接收器的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年5月23日遞交的序列號為14/286,232、題為“systemsandmethodsforpowerpaymentbasedonproximity(基于接近度的電力支付的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年7月14日遞交的序列號為14/330,931、題為“systemandmethodforenablingautomaticchargingschedulesinawirelesspowernetworktooneormoredevices(在無線電力網(wǎng)絡(luò)中使能對一個或多個設(shè)備的自動充電方案的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年7月14日遞交的序列號為14/330,936、題為“systemandmethodformanuallyselectinganddeselectingdevicestochargeinawirelesspowernetwork(用于在無線電力網(wǎng)絡(luò)中手動選擇和取消選擇設(shè)備來充電的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年8月21日遞交的序列號為14/465,487、題為“systemsandmethodsforautomaticallytestingthecommunicationbetweenpowertransmitterandwirelessreceiver(用于自動測試電力發(fā)射器與無線接收器之間通信的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年8月21日遞交的序列號為14/465,508、題為“methodforautomaticallytestingtheoperationalstatusofawirelesspowerreceiverinawirelesspowertransmissionsystem(在無線電力傳輸系統(tǒng)中自動測試無線電力接收器的操作狀態(tài)的方法)”的美國非臨時專利申請；2014年8月21日遞交的序列號為14/465,532、題為“systemsandmethodsfortrackingthestatusandusageinformationofawirelesspowertransmissionsystem(用于跟蹤無線電力傳輸系統(tǒng)的狀態(tài)和使用信息的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年8月21日遞交的序列號為14/465,545、題為“systemandmethodtocontrolawirelesspowertransmissionsystembyconfigurationofwirelesspowertransmissioncontrolparameters(通過無線電力傳輸控制參數(shù)的配置來控制無線電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2014年8月21日遞交的序列號為14/465,553、題為“systemsandmethodsforaconfigurationwebservicetoprovideconfigurationofawirelesspowertransmitterwithinawirelesspowertransmissionsystem(配置web服務(wù)以提供無線電力傳輸系統(tǒng)內(nèi)的無線電力發(fā)射器的配置的系統(tǒng)及方法)”的美國非臨時專利申請；2013年6月25日遞交的序列號為13/926,020、題為“wirelesspowertransmissionwithselectiverange(具有選擇性范圍的無線電力傳輸)”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,625、題為“receiversforwirelesspowertransmission(用于無線電力傳輸?shù)慕邮掌?”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,630、題為“methodologyforpocket-forming(用于袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,634、題為“transmittersforwirelesspowertransmission(用于無線電力傳輸?shù)陌l(fā)射器)”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,640、題為“methodologyformultiplepocket-forming(用于多個袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,641、題為“wirelesspowertransmissionwithselectiverange(具有選擇性范圍的無線電力傳輸)”的美國非臨時專利申請；2014年12月27日遞交的序列號為14/583,643、題為“methodfor3dimensionalpocket-forming(用于三維袋形成的方法)”的美國非臨時專利申請；這些申請的全部內(nèi)容通過引用合并到本文中。
本公開總體上涉及無線電力傳輸。
背景技術(shù)：
諸如智能電話、平板電腦、筆記本電腦和其他電子設(shè)備之類的便攜式電子設(shè)備已經(jīng)成為我們與其他人進行溝通和交流時的日常需求。頻繁使用這些設(shè)備可能需要大量的電力，這會很容易將附接到這些設(shè)備的電池耗盡。因此，用戶經(jīng)常需要將設(shè)備插入到電源，并對這樣的設(shè)備進行充電。這可能需要每天不得不給電子裝備充電至少一次，或者在高需求電子設(shè)備的情況下，每天充電超過一次。
這樣的活動可能是乏味的并且可能表現(xiàn)為用戶的負擔(dān)。例如，可能需要用戶攜帶充電器以防用戶的電子裝備電量不足。此外，用戶必須找到可用的電源來進行連接。最后，用戶必須插入到墻壁或其他電源以便能給用戶的電子設(shè)備充電。然而，這種活動可能導(dǎo)致電子設(shè)備在充電期間無法操作。
目前對該問題的解決方案可能包括具有可再充電電池的設(shè)備。然而，上述手段需要用戶隨身攜帶額外的電池，并且還要確保該額外的電池組被充電。太陽能電池充電器也是已知的，然而，太陽能電池單元是昂貴的，并且可能需要大陣列的太陽能電池單元來給任何顯著容量的電池充電。其他手段涉及使得可以通過使用電磁信號給設(shè)備充電而不用將設(shè)備的插頭物理地連接到電源插座的墊或襯墊。在這種情況下，仍然需要將設(shè)備在特定位置中放置一段時間以對其充電。假設(shè)電磁(em)信號是單源電力傳輸?shù)?，em信號電力在距離r上減少為原來的1/r2，換句話說，em信號電力與距離的平方成比例衰減。因此，在與em發(fā)射器相距較遠處所接收的電力是所發(fā)射電力的一小部分。為了增加接收信號的功率，必須提高傳輸功率。假設(shè)所發(fā)射信號在距離em發(fā)射器三厘米處具有有效的接收，則在三米的有用距離上接收相同的信號功率將需要把發(fā)射功率提高10,000倍。這樣的電力傳輸是浪費的，由于能量中的大部分被傳送且沒有被預(yù)期的設(shè)備接收，所以可能對生物組織有危害，它很可能干擾緊鄰區(qū)域的大多數(shù)電子設(shè)備，并且可能會以熱量形式耗散。
在諸如定向電力傳輸?shù)牧硪环N手段中，通常需要知道設(shè)備的位置以能夠?qū)⑿盘栔赶蛘_的方向，從而增強電力傳輸效率。然而，即使在設(shè)備被定位的情況下，由于在接收設(shè)備的路徑中或其附近的物體的反射和干涉，因此也不能保證有效的傳輸。另外，在許多用例中，設(shè)備不是靜止的，這額外增加了難度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本文中描述的實施例包括發(fā)射電力傳輸信號(例如，射頻(rf)信號波)以產(chǎn)生三維能量袋的發(fā)射器。至少一個接收器可以連接到或集成到電子設(shè)備中并從能量袋接收電力。發(fā)射器可以使用通信介質(zhì)(例如，藍牙技術(shù))來在三維空間中對至少一個接收器進行定位。發(fā)射器產(chǎn)生波形以在所述至少一個接收器中的每一個接收器周圍創(chuàng)建能量袋。發(fā)射器使用算法來指導(dǎo)、聚焦以及控制三維波形。接收器可以將傳輸信號(例如，rf信號)轉(zhuǎn)換成用于為電子設(shè)備供電和/或為電池充電的電力。因此，無線電力傳輸?shù)膶嵤├梢栽试S在沒有導(dǎo)線的情況下為多個電氣設(shè)備供電和充電。
在一個實施例中，提供了一種用于傳輸無線電力的裝置。所述裝置包括電視系統(tǒng)和耦接到所述電視系統(tǒng)的發(fā)射器。所述發(fā)射器被配置為發(fā)射多個無線電力波并通過多個無線電力波限定能量袋，使得接收器能夠與所述能量袋接合并通過所述能量袋給設(shè)備充電，其中，所述設(shè)備耦接到所述接收器。
在一個實施例中，提供了一種用于傳輸無線電力的方法。所述方法包括將電視系統(tǒng)耦接到發(fā)射器。所述發(fā)射器被配置為發(fā)射多個無線電力波并通過多個無線電力波限定能量袋，使得接收器能夠與所述能量袋接合并通過所述能量袋給設(shè)備充電，其中，所述設(shè)備耦接到所述接收器。
將在下面的描述中對實施例的附加特征和優(yōu)勢進行闡述，并且該附加特征和優(yōu)勢將根據(jù)描述而部分地變得明顯。將通過在所書寫的說明書和權(quán)利要求書以及附圖中的示例性實施例中特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其他優(yōu)勢。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述一般描述和以下詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在提供對所要求保護的本發(fā)明的進一步說明。
附圖說明
通過參照以下附圖可以更好地理解本公開。附圖中的組件不一定按比例繪制，而是將重點放在說明本公開的原理上。在附圖中，附圖標(biāo)記表示不同視圖中的相應(yīng)部分。參照附圖以示例方式來描述本公開的非限制性實施例，這些附圖是示意性的并且可能未按比例繪制。除非指出表示背景技術(shù)，否則附圖表示本公開的各個方面。
圖1示出了根據(jù)示例性實施例的系統(tǒng)概觀。
圖2示出了根據(jù)示例性實施例的無線電力傳輸?shù)牟襟E。
圖3示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線電力傳輸?shù)募軜?gòu)。
圖4示出了根據(jù)示例性實施例的使用袋形成(pocket-forming)程序的無線電力傳輸系統(tǒng)的組件。
圖5示出了根據(jù)示例性實施例的為多個接收器設(shè)備供電的步驟。
圖6a示出了用于具有選擇性范圍的無線電力傳輸?shù)牟ㄐ?，該波形可以統(tǒng)一成單個波形。
圖6b示出了用于具有選擇性范圍的無線電力傳輸?shù)牟ㄐ危摬ㄐ慰梢越y(tǒng)一成單個波形。
圖7示出了具有選擇性范圍的無線電力傳輸，其中可以沿著以發(fā)射器為中心的不同半徑生成多個能量袋。
圖8示出了具有選擇性范圍的無線電力傳輸，其中可以沿著以發(fā)射器為中心的不同半徑生成多個能量袋。
圖9a和圖9b示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線充電客戶端計算平臺的架構(gòu)的圖。
圖10a示出了根據(jù)示例性實施例的使用多個袋形成的無線電力傳輸。
圖10b示出了根據(jù)示例性實施例的多個自適應(yīng)袋形成。
圖11示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線充電客戶端設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)的圖。
圖12示出了根據(jù)示例性實施例的用于使用天線元件確定接收器位置的方法。
圖13a示出了根據(jù)示例性實施例的陣列子集配置。
圖13b示出了根據(jù)示例性實施例的陣列子集配置。
圖14示出了根據(jù)示例性實施例的平面發(fā)射器。
圖15a示出了根據(jù)示例性實施例的發(fā)射器。
圖15b示出了根據(jù)示例性實施例的盒式發(fā)射器。
圖16示出了根據(jù)示例性實施例的用于將發(fā)射器并入到不同設(shè)備的架構(gòu)的圖。
圖17示出了根據(jù)示例性實施例的發(fā)射器配置。
圖18a示出了根據(jù)示例性實施例的并聯(lián)連接到天線元件的多個整流器。
圖18b示出了根據(jù)示例性實施例的并聯(lián)連接到整流器的多個天線元件。
圖19a示出了根據(jù)示例性實施例的被組合并連接到并聯(lián)整流器的多個天線元件輸出。
圖19b示出了根據(jù)示例性實施例的連接到不同整流器的天線元件組。
圖20a示出了根據(jù)示例性實施例的具有嵌入式接收器的設(shè)備。
圖20b示出了根據(jù)示例性實施例的具有嵌入式接收器的電池。
圖20c示出了根據(jù)示例性實施例的可附接到設(shè)備的外部硬件。
圖21a示出了根據(jù)示例性實施例的殼體形式的硬件。
圖21b示出了根據(jù)示例性實施例的印刷薄膜或柔性印刷電路板形式的硬件。
圖22示出了根據(jù)示例性實施例的內(nèi)部硬件。
圖23示出了輸出無線電力的電視(tv)系統(tǒng)的示例性實施例。
圖24示出了tv系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例性實施例。
圖25示出了分片架構(gòu)的示例性實施例。
具體實施方式
在此將參照附圖中所示的實施例來詳細描述本公開，這些附圖構(gòu)成本文的一部分。在不脫離本公開的精神或范圍的情況下可以使用其他實施例和/或可以進行其他變化。在詳細描述中所描述的說明性實施例不意在限制本文所呈現(xiàn)的主題。此外，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所描述的各種組件和實施例可以組合以形成未明確描述的附加實施例。
現(xiàn)在將參照附圖中所示的示例性實施例，并且這里將使用特定語言來描述附圖中所示的示例性實施例。不過，應(yīng)當(dāng)理解的是，并無意由此作出對本發(fā)明范圍上的限制。本文所示的發(fā)明特征的變化和進一步修改以及如本文所示的本發(fā)明的原理的另外的應(yīng)用(對于在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中并且獲得本公開的技術(shù)人員而言是可能會想到的)都被認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
i.用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
a.組件系統(tǒng)實施例
圖1示出了用于通過形成能量袋104來進行無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)100。系統(tǒng)100可以包括發(fā)射器101、接收器103、客戶端設(shè)備105和袋檢測器107。發(fā)射器101可以發(fā)射電力傳輸信號，該電力傳輸信號包括可由接收器103捕獲的電力傳輸波。接收器103可以包括天線、天線元件和其他電路(稍后詳述)，這些可以代表與接收器103相關(guān)聯(lián)的客戶端設(shè)備105來將捕獲的波轉(zhuǎn)換成可用的電能源。在一些實施例中，發(fā)射器101可以通過操縱電力傳輸波的相位、增益和/或其他波形特征，和/或通過選擇不同的發(fā)射天線，在一個或多個軌跡中發(fā)射由電力傳輸波組成的電力傳輸信號。在這樣的實施例中，發(fā)射器101可以操縱電力傳輸信號的軌跡，使得底層電力傳輸波會聚在空間中的一個位置處，導(dǎo)致特定形式的干涉。在電力傳輸波的會聚處產(chǎn)生的一種類型的干涉(“相長干涉”)可以是由電力傳輸波的會聚造成的能量場，使得電力傳輸波疊加在一起并加強了集中在該位置處的能量-相比之下，以互相相減并使集中在該位置處的能量減少的方式疊加在一起的稱為“相消干涉”。如果接收器103的天線被配置為在電力傳輸信號的頻率上工作，則在相長干涉處的足夠能量的積累可以建立能被該天線收集的能量場或“能量袋”104。因此，電力傳輸波在空間中的位置處建立能量袋104，接收器103可以在該位置處接收、收集電力傳輸波并將電力傳輸波轉(zhuǎn)換成可用的電能，該可用的電能可以為相關(guān)聯(lián)的電客戶端設(shè)備105供電或充電。檢測器107可以是包括能夠響應(yīng)于接收電力傳輸信號而生成通知或警報的接收器103的設(shè)備。作為示例，搜索接收器103的最優(yōu)布置以對其客戶端設(shè)備105充電的用戶可以使用包括led燈108的檢測器107，當(dāng)檢測器107捕獲來自單個波束或能量袋104的電力傳輸信號時該led燈會變亮。
1.發(fā)射器
發(fā)射器101可以向與設(shè)備105關(guān)聯(lián)的接收器103發(fā)射或廣播電力傳輸信號。盡管下面提到的幾個實施例將電力傳輸信號描述為射頻(rf)波，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，電力傳輸可以是能夠通過空間傳播并且能夠被轉(zhuǎn)換為電能源103的物理介質(zhì)。發(fā)射器101可以將電力傳輸信號發(fā)射為指向接收器103的單個波束。在一些情況下，一個或多個發(fā)射器101可以發(fā)射在多個方向上傳播的多個電力傳輸信號，并且可以偏離開物理障礙物(例如墻壁)。多個電力傳輸信號可以會聚在三維空間中的一個位置處，形成能量袋104。在能量袋104的邊界內(nèi)的接收器103可以將電力傳輸信號捕獲并轉(zhuǎn)換成可用的能量源。發(fā)射器101可以基于電力傳輸信號的相位調(diào)整和/或相對幅度調(diào)整來控制袋形成，以形成相長干涉圖樣。
盡管示例性實施例列舉了rf波傳輸技術(shù)的使用，但是無線充電技術(shù)不應(yīng)局限于rf波傳輸技術(shù)。相反，應(yīng)當(dāng)理解的是，可能的無線充電技術(shù)可以包括用于將能量發(fā)射到接收器的任何數(shù)量的替代或附加技術(shù)，該接收器將所發(fā)射的能量轉(zhuǎn)換為電力。對可以由接收設(shè)備轉(zhuǎn)換成電力的能量的非限制示例性傳輸技術(shù)可以包括：超聲、微波、諧振和感應(yīng)磁場、激光、紅外線或其他形式的電磁能。在超聲的情況下，例如，可以設(shè)置一個或多個變換器元件，以便形成向接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換成電力的接收設(shè)備發(fā)射超聲波的變換器陣列。在諧振或感應(yīng)磁場的情況下，在發(fā)射器線圈中生成磁場并由接收器線圈將該磁場轉(zhuǎn)換成電力。另外，盡管示例性發(fā)射器101被示出為潛在包括多個發(fā)射器(發(fā)射陣列)的單個單元，但是對于電力的rf傳輸以及對于本段中提到的其他電力傳輸方法而言，發(fā)射陣列可以包括物理上分散在房間周圍而不是在緊湊的規(guī)則結(jié)構(gòu)中的多個發(fā)射器。
發(fā)射器包括天線陣列，該天線陣列中的天線用于發(fā)送電力傳輸信號。每個天線發(fā)送電力傳輸波，其中發(fā)射器對從不同天線發(fā)射的信號施加不同的相位和幅度。類似于能量袋的形成，發(fā)射器可以形成要發(fā)射信號的延遲版本的相控陣列，然后對信號的延遲版本施加不同的幅度，然后從適當(dāng)?shù)奶炀€發(fā)送信號。對于諸如rf信號、超聲、微波等的正弦波形，使信號延遲類似于對信號施加相移。
2.能量袋
可以在由發(fā)射器101所發(fā)射的電力傳輸信號的相長干涉圖樣的位置處形成能量袋104。能量袋104可以表現(xiàn)為三維場，其中能量可以由位于該能量袋104內(nèi)的接收器103所收集。在袋形成期間由發(fā)射器101產(chǎn)生的能量袋104可以由接收器103收集并轉(zhuǎn)換成電荷，然后提供給與接收器103相關(guān)聯(lián)的電子客戶端設(shè)備105(例如，膝上型計算機、智能電話、可再充電電池)。在一些實施例中，可以存在為各種客戶端設(shè)備105供電的多個發(fā)射器101和/或多個接收器103。在一些實施例中，自適應(yīng)袋形成可以調(diào)整電力傳輸信號的傳輸，以便調(diào)節(jié)功率電平和/或識別設(shè)備105的移動。
3.接收器
接收器103可以用于為相關(guān)聯(lián)的客戶端設(shè)備105供電或充電，該客戶端設(shè)備105可以是與接收器103耦接或集成在一起的電氣設(shè)備。接收器103可以從源自一個或多個發(fā)射器101的一個或多個電力傳輸信號接收電力傳輸波。接收器103可以接收由發(fā)射器101產(chǎn)生為單個波束的電力傳輸信號，或者接收器103可以從能量袋104收集電力傳輸波，該能量袋可以是因一個或多個發(fā)射器101產(chǎn)生的多個電力傳輸波的會聚而形成的空間中的三維場。接收器103可以包括天線陣列112，該天線陣列被配置為從電力傳輸信號接收電力傳輸波，并且從單個波束或能量袋104的電力傳輸信號中收集能量。接收器103可以包括之后將電力傳輸信號(例如，射頻電磁輻射)的能量轉(zhuǎn)換為電能的電路。接收器103的整流器可以將電能從ac轉(zhuǎn)化為dc。也可以應(yīng)用其他類型的調(diào)節(jié)。例如，電壓調(diào)節(jié)電路可以根據(jù)客戶端設(shè)備105的需求來使電能的電壓增加或減少。然后，電氣繼電器可以將電能從接收器103傳送到客戶端設(shè)備105。
在一些實施例中，接收器103可以包括將控制信號發(fā)射到發(fā)射器101以便實時或接近實時地交換數(shù)據(jù)的通信組件?？刂菩盘柨梢园P(guān)于客戶端設(shè)備105、接收器103或電力傳輸信號的狀態(tài)信息。例如，狀態(tài)信息可以除了其他類型的信息之外尤其包括設(shè)備105的當(dāng)前位置信息、接收的充電量、使用的充電量以及用戶帳戶信息。此外，在一些應(yīng)用中，可以將包括其包含的整流器的接收器103集成到客戶端設(shè)備105中。出于實用目的，接收器103、導(dǎo)線111和客戶端設(shè)備105可以是包含在單個封裝中的單個單元。
4.控制信號
在一些實施例中，控制信號可以用作由負責(zé)控制電力傳輸信號的產(chǎn)生和/或袋形成的各種天線元件所使用的數(shù)據(jù)輸入?？刂菩盘柨梢杂山邮掌?03或發(fā)射器101使用外部電源(未示出)和本地振蕩器芯片(未示出)來產(chǎn)生，在某些情況下可能包括使用壓電材料?？刂菩盘柨梢允莚f波或能夠在諸如藍牙、rfid、紅外、近場通信(nfc)之類的處理器之間傳送數(shù)據(jù)的任何其他通信介質(zhì)或協(xié)議。如稍后將描述的那樣，可以使用控制信號來在發(fā)射器101與用于調(diào)整電力傳輸信號的接收器103之間傳送信息，并且該信息包含與狀態(tài)、效率、用戶數(shù)據(jù)、功耗、計費、地理位置相關(guān)的信息以及其他類型的信息。
5.檢測器
檢測器107可以包括類似于接收器103的硬件，該硬件可以允許檢測器107接收源自一個或多個發(fā)射器101的電力傳輸信號。用戶可以使用檢測器107來識別能量袋104的位置，使得用戶可以確定接收器103的優(yōu)選布置。在一些實施例中，檢測器107可以包括指示燈108，該指示燈指示檢測器何時被放置在能量袋104內(nèi)。作為示例，在圖1中，檢測器107a、107b位于由發(fā)射器101生成的能量袋104內(nèi)，由于檢測器107a、107b正在接收能量袋104的電力傳輸信號，因此可以觸發(fā)檢測器107a、107b打開它們各自的指示燈108a、108b；而位于能量袋104外面的第三檢測器107c的指示燈108c由于第三檢測器107c沒有從發(fā)射器101接收電力傳輸信號而被關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)理解的是，在替選實施例中，諸如指示燈之類的檢測器的功能也可以被集成到接收器或客戶端設(shè)備中。
6.客戶端設(shè)備
客戶端設(shè)備105可以是需要持續(xù)電能或需要來自電池的電力的任何電氣設(shè)備。客戶端設(shè)備105的非限制性示例可以除了其他類型的電子設(shè)備外尤其包括：筆記本電腦、移動電話、智能電話、平板電腦、音樂播放器、玩具、電池、手電筒、燈、電子手表、照相機、游戲控制臺、電器、gps設(shè)備以及可穿戴的設(shè)備或所謂的“可穿戴設(shè)備”(例如，健身手環(huán)、計步器、智能手表)。
在一些實施例中，客戶端設(shè)備105a可以是與和該客戶端設(shè)備105a相關(guān)聯(lián)的接收器103a不同的物理設(shè)備。在這樣的實施例中，客戶端設(shè)備105a可以通過導(dǎo)線111連接到接收器，該導(dǎo)線111將轉(zhuǎn)換的電能從接收器103a傳送到客戶端設(shè)備105a。在某些情況下，可以通過導(dǎo)線111輸送其他類型的數(shù)據(jù)，例如電力消耗狀態(tài)、電力使用度量、設(shè)備標(biāo)識符以及其他類型的數(shù)據(jù)。
在一些實施例中，客戶端設(shè)備105b可以永久地集成到接收器103b或可拆卸地耦接到接收器103b，由此形成單個集成產(chǎn)品或單元。作為示例，客戶端設(shè)備105b可以被放置在具有嵌入式接收器103b并且可以可拆卸地耦接到設(shè)備105b的電源輸入的套筒中，該電源輸入通常可用于對設(shè)備105b的電池充電。在該示例中，不管設(shè)備105b是否需要電荷或是否正在被使用，設(shè)備105b都可以從接收器去耦接，但是可以保持在套筒中。在另一示例中，代替具有對用于設(shè)備105b的電荷進行保持的電池，設(shè)備105b可以包括集成接收器105b，該集成接收器可以永久地集成到設(shè)備105b中，以形成難以清楚區(qū)分的產(chǎn)品、設(shè)備或單元。在該示例中，設(shè)備105b幾乎可以完全依賴于集成接收器103b以通過對能量袋104進行收集來產(chǎn)生電能。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，接收器103與客戶端設(shè)備105之間的連接可以是導(dǎo)線111，或者可以是電路板或集成電路上的電連接，或者甚至是諸如感應(yīng)連接或磁性連接之類的無線連接。
b.無線電力傳輸?shù)姆椒?/p>
圖2示出了根據(jù)示例性方法200實施例的無線電力傳輸?shù)牟襟E。
在第一步驟201中，發(fā)射器(tx)與接收器(rx)建立連接或以其他方式與接收器(rx)相關(guān)聯(lián)。也就是說，在一些實施例中，發(fā)射器和接收器可以通過使用能夠在電氣設(shè)備的兩個處理器之間傳輸信息的無線通信協(xié)議(例如，
在下一步驟203中，發(fā)射器可以使用公告信號來確定用于發(fā)射電力傳輸信號的電力傳輸信號特征的集合，從而建立能量袋。電力傳輸信號的特征的非限制性示例可以尤其包括相位、增益、幅度、量值和方向。發(fā)射器可以使用包含在接收器的公告信號中或者從接收器接收的隨后的控制信號中的信息來確定如何產(chǎn)生和發(fā)射電力傳輸信號，使得接收器可以接收該電力傳輸信號。在一些情況下，發(fā)射器可以以建立能量袋的方式來發(fā)射電力傳輸信號，接收器可以從該能量袋收集電能。在一些實施例中，發(fā)射器可以包括執(zhí)行軟件模塊的處理器，該軟件模塊能夠基于從接收器接收的信息來自動地識別建立能量袋所需的電力傳輸信號特征，該信息諸如為由接收器從電力傳輸信號收集的電能的電壓。應(yīng)當(dāng)理解的是，在一些實施例中，處理器和/或軟件模塊的功能可以在專用集成電路(asic)中實現(xiàn)。
附加地或可替選地，在一些實施例中，由接收器通過第二通信信道所發(fā)射的公告信號或隨后的信號可以指示一個或多個電力傳輸信號特征，然后發(fā)射器可以使用這些特征來產(chǎn)生和發(fā)射電力傳輸信號以建立能量袋。例如，在一些情況下，發(fā)射器可以基于設(shè)備的位置和設(shè)備或接收器的類型來自動識別發(fā)射電力傳輸信號所需的相位和增益；并且在一些情況下，接收器可以向發(fā)射器通知用于有效發(fā)射電力傳輸信號的相位和增益。
在下一步驟205中，在發(fā)射器確定發(fā)射電力傳輸信號時所使用的適當(dāng)特征之后，發(fā)射器可以開始通過與控制信號分開的信道來發(fā)射電力傳輸信號。可以發(fā)射電力傳輸信號以建立能量袋。發(fā)射器的天線元件可以發(fā)射電力傳輸信號，使得該電力傳輸信號在接收器周圍的二維或三維空間中會聚。接收器周圍產(chǎn)生的場形成能量袋，接收器可以從該能量袋來收集電能。可以使用一個天線元件來發(fā)射電力傳輸信號以建立二維能量傳輸；并且在一些情況下，可以使用第二或另外的天線元件來發(fā)射電力傳輸信號，以建立三維能量袋。在一些情況下，可以使用多個天線元件來發(fā)射電力傳輸信號，以建立能量袋。此外，在一些情況下，多個天線可以包括發(fā)射器中的全部天線；并且在一些情況下，多個天線可以包括發(fā)射器中的許多天線，但是比發(fā)射器的全部天線少。
如前所述，發(fā)射器可以根據(jù)所確定的電力傳輸信號特征的集合來產(chǎn)生和發(fā)射電力傳輸信號，可以使用外部電源和包括壓電材料的本地振蕩器芯片來產(chǎn)生和發(fā)射該電力傳輸信號。發(fā)射器可以包括rfic，該rfic基于與從接收器接收的電力傳輸以及袋形成相關(guān)的信息來控制電力傳輸信號的產(chǎn)生和傳輸?？梢允褂弥T如ble、nfc或
當(dāng)在袋形成期間發(fā)射電力傳輸信號時，發(fā)射器的天線元件可以使用波干涉的概念來確定某些電力傳輸信號特征(例如，電力傳輸信號波的傳輸方向、相位)。天線元件還可以使用相長干涉的概念來生成能量袋，但是也可以利用相消干涉的概念來在特定物理位置生成傳輸零點。
在一些實施例中，發(fā)射器可以使用袋形成向多個接收器提供電力，這可能需要發(fā)射器執(zhí)行用于多個袋形成的過程。包括多個天線元件的發(fā)射器可以通過自動計算電力傳輸信號波的相位和增益來完成多個袋形成，其中發(fā)射器的每個天線元件負責(zé)向各自的接收器發(fā)射電力傳輸信號。發(fā)射器可以獨立地計算相位和增益，因為可以由發(fā)射器的天線元件來產(chǎn)生每個電力傳輸信號的多個波徑，以將電力傳輸信號發(fā)射到接收器的各個天線元件。
作為針對發(fā)射兩個信號的發(fā)射器的兩個天線元件來計算相位/增益調(diào)整的示例，假設(shè)這兩個信號為x和y，其中y是x的180度相移版本(y＝-x)。在累積接收波形為x-y的物理位置處，接收器接收x-y＝x+x＝2x，而在累積接收波形為x+y的物理位置處，接收器接收x+y＝x-x＝0。
在下一步驟207中，接收器可以從單個波束或能量袋的電力傳輸信號中收集或以其他方式接收電能。接收器可以包括整流器和ac/dc轉(zhuǎn)換器，該ac/dc轉(zhuǎn)換器可以將電能從ac電流轉(zhuǎn)換為dc電流，然后接收器的整流器可以對電能進行整流，從而為與接收器相關(guān)聯(lián)的諸如膝上型計算機、智能電話、電池、玩具或其他電氣設(shè)備之類的客戶端設(shè)備產(chǎn)生可用的電能。接收器可以在袋形成期間利用由發(fā)射器產(chǎn)生的能量袋來為電子設(shè)備充電或以其他方式供電。
在下一步驟209中，接收器可以生成控制數(shù)據(jù)，該控制數(shù)據(jù)包含指示給接收器提供電力傳輸信號的單個波束或能量袋的有效性的信息。然后，接收器可以將包含控制數(shù)據(jù)的控制信號發(fā)射給發(fā)射器。取決于發(fā)射器和接收器是否正在同步進行通信(即，發(fā)射器期望從接收器接收控制數(shù)據(jù))，控制信號可以被間歇地發(fā)射。此外，無論發(fā)射器和接收器是否正在傳送控制信號，發(fā)射器都可以將電力傳輸信號連續(xù)發(fā)射到接收器?？刂茢?shù)據(jù)可以包含與發(fā)射電力傳輸信號和/或建立有效的能量袋有關(guān)的信息?？刂茢?shù)據(jù)中的一些信息可以通知發(fā)射器來如何有效地產(chǎn)生和傳輸電力傳輸信號，并且在某些情況下調(diào)整電力傳輸信號的特征?？梢允褂媚軌?qū)εc電力傳輸信號和/或袋形成有關(guān)的控制數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)闹T如ble、nfc、wi-fi之類的無線協(xié)議通過獨立于電力傳輸信號的第二信道來發(fā)射和接收控制信號。
如上所述，控制數(shù)據(jù)可以包含指示單個波束或建立能量袋的電力傳輸信號的有效性的信息?？梢杂山邮掌鞯奶幚砥鱽懋a(chǎn)生控制數(shù)據(jù)，該處理器對接收器和/或與接收器相關(guān)聯(lián)的客戶端設(shè)備的各個方面進行監(jiān)視。控制數(shù)據(jù)可以基于各種類型的信息，除了用于對電力傳輸信號和/或袋形成進行調(diào)整的其他類型的信息之外，這些信息尤其為：例如從電力傳輸信號接收的電能的電壓、電力傳輸信號接收的質(zhì)量、電池充電的質(zhì)量或電力接收的質(zhì)量以及接收器的位置或移動。
在一些實施例中，接收器可以確定從由發(fā)射器發(fā)射的電力傳輸信號中所接收的電力的量，然后可以指示發(fā)射器應(yīng)該將電力傳輸信號“分裂”或分割成較小能量的電力傳輸信號。較小能量的電力傳輸信號可以從設(shè)備附近的物體或墻壁彈開，從而減少直接從發(fā)射器發(fā)射到接收器的電力的量。
在下一步驟211中，發(fā)射器可以對發(fā)射電力傳輸信號的天線進行校準(zhǔn)，使得天線發(fā)射具有更有效的特征集合(例如，方向、相位、增益、幅度)的電力傳輸信號。在一些實施例中，發(fā)射器的處理器可以基于從接收器接收的控制信號來自動地確定用于產(chǎn)生和發(fā)射電力傳輸信號的更有效的特征?？刂菩盘柨梢园刂茢?shù)據(jù)，并且可以由接收器使用任何數(shù)量的無線通信協(xié)議(例如，ble、wi-fi、
c.電力傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)
圖3示出了根據(jù)示例性實施例的使用袋形成的無線電力傳輸?shù)募軜?gòu)300。“袋形成”可以指生成在三維空間中的位置處會聚的兩個或更多個電力傳輸波342，從而導(dǎo)致該位置處的相長干涉圖樣。發(fā)射器302可以發(fā)射和/或廣播可在三維空間中會聚的受控電力傳輸波342(例如，微波、無線電波、超聲波)?？梢酝ㄟ^相位調(diào)整和/或相對幅度調(diào)整來控制這些電力傳輸波342，以在期望能量袋的位置中形成相長干涉圖樣(袋形成)。還應(yīng)當(dāng)理解，發(fā)射器可以使用相同的原理來在位置中產(chǎn)生相消干涉，從而產(chǎn)生傳輸零點-所發(fā)射的電力傳輸波基本相互抵消且接收器不能收集明顯能量的位置。在典型的使用案例中，使電力傳輸信號在接收器位置處瞄準(zhǔn)是目的；并且在其他情況下，可能期望特別地避免向特定位置的電力傳輸；并且在其他情況下，可能期望使電力傳輸信號在一個位置處瞄準(zhǔn)，而同時特別地避免同時傳輸?shù)降诙恢?。發(fā)射器在對用于電力傳輸?shù)奶炀€進行校準(zhǔn)時考慮使用案例。
發(fā)射器302的天線元件306可以以單陣列、對陣列、方陣列或可根據(jù)期望應(yīng)用設(shè)計的任何其他合適的布置來進行操作。可以在相長干涉圖樣處形成能量袋，電力傳輸波342在該處累積以形成三維能量場，在該三維能量場周圍可以通過相消干涉圖樣在特定物理位置中產(chǎn)生一個或多個對應(yīng)的傳輸零點。特定物理位置的傳輸零點可以指由于電力傳輸波342的相消干涉圖樣而不能形成能量袋的空間區(qū)域或范圍。
然后接收器320可以利用由發(fā)射器302發(fā)射的電力傳輸波342來建立用于對電子設(shè)備313進行充電或供電的能量袋，從而有效地提供無線電力傳輸。能量袋可以指可以以電力傳輸波342的相長干涉圖樣的形式累積能量或電力的空間區(qū)域或范圍。在其他情況下，可以存在用于同時為諸如智能電話、平板電腦、音樂播放器、玩具等的各種電子裝備供電的多個發(fā)射器302和/或多個接收器320。在其他實施例中，可以使用自適應(yīng)袋形成來調(diào)節(jié)電子設(shè)備上的電力。自適應(yīng)袋形成可以指動態(tài)調(diào)整袋形成以調(diào)節(jié)一個或多個目標(biāo)接收器上的電力。
接收器320可以通過借由天線元件324生成短信號來與發(fā)射器302進行通信，以指示自身相對于發(fā)射器302的位置。在一些實施例中，接收器320可另外使用網(wǎng)絡(luò)接口卡(未示出)或類似的計算機組網(wǎng)組件來通過網(wǎng)絡(luò)340與系統(tǒng)300的、諸如對多個發(fā)射器302的集合進行管理的云計算服務(wù)之類的其他設(shè)備或組件進行通信。接收器320可以包括電路308，該電路308用于將由天線元件324捕獲的電力傳輸信號342轉(zhuǎn)換成可以被提供給電氣設(shè)備313和/或該設(shè)備的電池315的電能。在一些實施例中，電路可以向接收器的電池335提供電能，該電池可以存儲能量而無需電氣設(shè)備313通信地耦接到接收器320。
通信部件324可以使得接收器320能夠通過在無線協(xié)議上發(fā)射控制信號345來與發(fā)射器302進行通信。無線協(xié)議可以是專有協(xié)議或使用常規(guī)的諸如
一旦發(fā)射器302識別并定位接收器320，就可以建立用于控制信號345的信道或路徑，發(fā)射器302可以通過該信道或路徑得知來自接收器320的控制信號345的增益和相位。發(fā)射器302的天線元件306可以開始發(fā)射或廣播受控的電力傳輸波342(例如，射頻波、超聲波)，可以通過使用至少兩個天線元件306對從各個天線元件306發(fā)出的電力傳輸波342進行操縱來使該電力傳輸波在三維空間中會聚?？梢酝ㄟ^使用外部電源和利用合適壓電材料的本地振蕩器芯片來產(chǎn)生這些電力傳輸波342?？梢酝ㄟ^發(fā)射器電路301對電力傳輸波342進行控制，該發(fā)射器電路可以包括用于對電力傳輸波342的相位和/或相對幅度進行調(diào)整的專用芯片。電力傳輸波342的相位、增益、幅度和其他波形特征可以用作天線元件306的輸入，以形成相長干涉圖樣和相消干涉圖樣(袋形成)。在一些實施方案中，發(fā)射器302的微控制器310或其他電路可以產(chǎn)生電力傳輸信號，該電力傳輸信號包括電力傳輸波342，并且可以取決于連接到發(fā)射器電路301的天線元件306的數(shù)量而通過發(fā)射器電路301將該電力傳輸信號分為多個輸出。例如，如果將四個天線元件306a-306d連接到一個發(fā)射器電路301a，則電力傳輸信號將被分成四個不同的輸出，每個輸出去到天線元件306以作為源自相應(yīng)天線元件306的電力傳輸波342而被發(fā)射。
袋形成可以利用干涉來改變天線元件306的方向性，其中相長干涉產(chǎn)生能量袋而相消干涉產(chǎn)生傳輸零點。然后，接收器320可以利用由袋形成生成的能量袋來為電子設(shè)備充電或供電，并因此有效地提供無線電力傳輸。
可以通過對從發(fā)射器302的每個天線306到每個接收器320的相位和增益進行計算來實現(xiàn)多個袋形成。
d.形成能量袋的系統(tǒng)的組件
圖4示出了使用袋形成程序的無線電力傳輸?shù)氖纠韵到y(tǒng)400的組件。系統(tǒng)400可以包括一個或多個發(fā)射器402、一個或多個接收器420以及一個或多個客戶端設(shè)備446。
1.發(fā)射器
發(fā)射器402可以是能夠廣播無線電力傳輸信號的任何設(shè)備，如本文所述，該無線電力傳輸信號可以是用于無線電力傳輸?shù)膔f波442。發(fā)射器402可以負責(zé)執(zhí)行與發(fā)射電力傳輸信號相關(guān)的任務(wù)，該任務(wù)可以包括袋形成、自適應(yīng)袋形成和多個袋形成。在一些實施方案中，發(fā)射器402可以以rf波的形式向接收器420發(fā)射無線電力傳輸，該rf波可以包括具有任何頻率或波長的任何無線電信號。發(fā)射器402可以包括一個或多個天線元件406、一個或多個rfic408、一個或多個微控制器410、一個或多個通信組件412、電源414以及可以為發(fā)射器402分配所有所請求的組件的外殼。發(fā)射器402的各種組件可以包括和/或可以使用超材料、電路的微印刷、納米材料等來制造。
在示例性系統(tǒng)400中，發(fā)射器402可以發(fā)射或以其他方式廣播受控rf波442，該受控rf波在三維空間中的位置處會聚，從而形成能量袋444?？梢酝ㄟ^相位調(diào)整和/或相對幅度調(diào)整來對這些rf波進行控制，以形成相長干涉圖樣或相消干涉圖樣(即，袋形成)。能量袋444可以是在相長干涉圖樣處形成的場，并且可以是三維形狀；而在特定物理位置中的傳輸零點可以是在相消干涉圖樣處生成的。接收器420可以從通過袋形成所產(chǎn)生的能量袋444收集電能，以對電子客戶端設(shè)備446(例如，膝上型計算機、蜂窩電話)進行充電或供電。在一些實施例中，系統(tǒng)400可以包括用于為各種電子裝備供電的多個發(fā)射器402和/或多個接收器420?？蛻舳嗽O(shè)備446的非限制性示例可以包括：智能電話、平板電腦、音樂播放器、玩具等。在一些實施例中，可以使用自適應(yīng)袋形成來調(diào)節(jié)電子設(shè)備上的電力。
2.接收器
接收器420可以包括外殼，該外殼可以包括至少一個天線元件424、一個整流器426、一個功率轉(zhuǎn)換器428和通信組件430。
接收器420的外殼可以由能夠利于信號或波傳輸和/或接收的任何材料(例如塑料或硬橡膠)制成。外殼可以是例如能以殼體的形式添加到不同電子裝備的外部硬件，或者也可以嵌入在電子裝置中。
3.天線元件
接收器420的天線元件424可以包括能夠在由發(fā)射器402a所使用的頻帶中發(fā)射和/或接收信號的任何類型的天線。天線元件424可以包括垂直或水平極化、右手或左手極化、橢圓極化或其他極化，以及任何數(shù)量的極化組合。在下述設(shè)備中使用多種極化可以是有益的，該設(shè)備在使用期間可能不存在優(yōu)選定向或其定向可能隨時間而不斷變化，例如智能電話或便攜式游戲系統(tǒng)。對于具有明確定義的預(yù)期定向的設(shè)備(例如，雙手視頻游戲控制器)，可能存在天線的優(yōu)選極化，該優(yōu)選極化可以決定給定極化的天線數(shù)量的比率。接收器420的天線元件424中的天線的類型可以包括貼片天線，該貼片天線可以具有從約1/8英寸到約6英寸的高度和從約1/8英寸到約6英寸的寬度。貼片天線可以優(yōu)選地具有取決于連接性的極化，即，極化可以取決于從哪一側(cè)對貼片進行饋電而變化。在一些實施例中，天線的類型可以是能夠動態(tài)地改變天線極化以優(yōu)化無線電力傳輸?shù)娜魏晤愋偷奶炀€，例如貼片天線。
4.整流器
接收器420的整流器426可以包括二極管、電阻器、電感器和/或電容器，以將由天線元件424產(chǎn)生的交流(ac)電壓整流成直流(dc)電壓?？梢约夹g(shù)上盡可能靠近天線元件a24b來放置整流器426，以使從電力傳輸信號收集的電能的損失最小。在對ac電壓進行整流之后，可以使用功率轉(zhuǎn)換器428對所得到的dc電壓進行調(diào)節(jié)。功率轉(zhuǎn)換器428可以是dc-dc轉(zhuǎn)換器，其可以幫助提供恒定電壓輸出給電子設(shè)備(或如該示例性系統(tǒng)400中給電池)，而不管輸入如何。典型的電壓輸出可以從大約5伏到大約10伏。在一些實施例中，功率轉(zhuǎn)換器可以包括可提供高效率的電子開關(guān)模式dc-dc轉(zhuǎn)換器。在這樣的實施例中，接收器420可以包括設(shè)置成在功率轉(zhuǎn)換器428之前接收電能的電容器(未示出)。該電容器可以確保向電子開關(guān)設(shè)備(例如開關(guān)模式dc-dc轉(zhuǎn)換器)提供足夠的電流，因此該設(shè)備可以有效地工作。當(dāng)對電子設(shè)備(例如電話或膝上型計算機)進行充電時，可能需要能夠超過使電子開關(guān)模式dc-dc轉(zhuǎn)換器的操作激活所需的最小電壓的初始高電流。在這種情況下，可以在接收器420的輸出處添加電容器(未示出)，以提供所需的額外能量。之后，可以提供更低的電力。例如，盡管手機或筆記本電腦仍然在充電，但可能只使用總初始電力的1/80。
5.通信組件
接收器420的通信組件430可以與系統(tǒng)400的諸如其他接收器420、客戶端設(shè)備和/或發(fā)射器402之類的一個或多個其他設(shè)備通信。如下面的實施例中將說明的那樣，對于接收器，不同的天線、整流器或功率轉(zhuǎn)換器布置是可能的。e.針對多個設(shè)備的袋形成的方法
圖5示出了根據(jù)示例性實施例的為多個接收器設(shè)備供電的步驟。
在第一步驟501中，發(fā)射器(tx)與接收器(rx)建立連接或以其他方式與接收器(rx)相關(guān)聯(lián)。也就是說，在一些實施例中，發(fā)射器和接收器可以通過使用能夠在電氣設(shè)備的兩個處理器之間傳輸信息的無線通信協(xié)議(例如，
作為示例，當(dāng)包括
在下一步驟503中，當(dāng)發(fā)射器檢測到公告信號時，發(fā)射器可以自動與該接收器形成通信連接，該通信連接可以允許發(fā)射器和接收器傳送控制信號和電力傳輸信號。然后，發(fā)射器可以命令該接收器開始發(fā)射實時采樣數(shù)據(jù)或控制數(shù)據(jù)。發(fā)射器還可以開始從發(fā)射器天線陣列的天線發(fā)射電力傳輸信號。
然后，在下一步驟505中，接收器可以基于由接收器的天線所接收的電能來除了與電力傳輸信號的有效性相關(guān)的其他度量之外尤其對電壓進行測量。接收器可以產(chǎn)生包含所測量信息的控制數(shù)據(jù)，然后將包含控制數(shù)據(jù)的控制信號發(fā)射到發(fā)射器。例如，接收器可以例如以每秒100次的速率對接收到的電能的電壓測量值進行采樣。接收器可以以控制信號的形式每秒100次地將電壓采樣測量發(fā)送回發(fā)射器。
在下一步驟507中，發(fā)射器可以執(zhí)行對從接收器接收的諸如電壓測量值之類的度量進行監(jiān)測的一個或多個軟件模塊。算法可以通過發(fā)射器的天線來改變電力傳輸信號的產(chǎn)生和傳輸，以使接收器周圍的能量袋的效能最大。例如，發(fā)射器可以對發(fā)射器的天線以其來發(fā)射電力傳輸信號的相位進行調(diào)整，直到由接收器接收的電力指示在接收器周圍有效建立了能量袋為止。當(dāng)識別出天線的最佳配置時，發(fā)射器的存儲器可以存儲該配置以將發(fā)射器廣播保持在最高水平下。在下一步驟509中，響應(yīng)于確定這種調(diào)整是必要的，發(fā)射器的算法可以確定何時需要調(diào)整電力傳輸信號并且還可以改變發(fā)射天線的配置。例如，發(fā)射器可以基于從接收器接收的數(shù)據(jù)來確定在接收器處所接收的電力小于最大值。然后，發(fā)射器可以自動調(diào)整電力傳輸信號的相位，但是還可以同時繼續(xù)接收并監(jiān)測從接收器報告回的電壓。
在下一步驟511中，在與特定接收器進行通信的確定時間段之后，發(fā)射器可以掃描和/或自動檢測來自可能在發(fā)射器范圍內(nèi)的其他接收器的公告。發(fā)射器可以響應(yīng)于來自第二接收器的
在下一步驟513中，在與第二接收器建立第二通信連接之后，發(fā)射器可以繼續(xù)進行至調(diào)整發(fā)射器天線陣列中的一個或多個天線。在一些實施例中，發(fā)射器可以識別天線子集來服務(wù)于第二接收器，從而將陣列解析為與接收器相關(guān)聯(lián)的陣列子集。在一些實施例中，整個天線陣列可以在給定的時間段內(nèi)服務(wù)于第一接收器，然后整個陣列可以在該時間段內(nèi)服務(wù)于第二接收器。
由發(fā)射器執(zhí)行的手動或自動處理可以選擇陣列的子集來服務(wù)于第二接收器。在該示例中，發(fā)射器的陣列可以分成兩部分，形成兩個子集。因此，一半的天線可以被配置為向第一接收器發(fā)送電力傳輸信號，并且一半的天線可以被配置用于第二接收器。在當(dāng)前步驟513中，發(fā)射器可以應(yīng)用上述類似的技術(shù)來配置或優(yōu)化第二接收器的天線子集。當(dāng)選擇用于發(fā)射電力傳輸信號的陣列的子集時，發(fā)射器和第二接收器可以正在傳送控制數(shù)據(jù)。因此，到發(fā)射器交替回到與第一接收器進行通信和/或掃描新接收器的時候，發(fā)射器已經(jīng)接收到足夠量的采樣數(shù)據(jù)來對由發(fā)射器的天線陣列的第二子集所發(fā)射的波的相位進行調(diào)整，從而有效地向第二接收器發(fā)射電力傳輸波。在下一步驟515中，在調(diào)整第二子集以向第二接收器發(fā)射電力傳輸信號之后，發(fā)射器可以交替回到與第一接收器傳送控制數(shù)據(jù)或掃描附加的接收器。發(fā)射器可以重新配置第一子集的天線，然后以預(yù)定間隔在第一接收器與第二接收器之間交替。
在下一步驟517中，發(fā)射器可以以預(yù)定間隔繼續(xù)在接收器之間交替并且掃描新的接收器。當(dāng)檢測到每個新的接收器時，發(fā)射器可以建立連接并相應(yīng)地開始傳輸電力傳輸信號。
在一個示例性實施例中，接收器可以電連接到諸如智能電話之類的的設(shè)備。發(fā)射器的處理器將掃描任何藍牙設(shè)備。接收器可以開始通過藍牙芯片來公告自己是藍牙設(shè)備。在公告內(nèi)部可以存在唯一的標(biāo)識符，使得當(dāng)發(fā)射器掃描該公告時，發(fā)射器可以區(qū)分該公告并最終將該接收器與范圍內(nèi)附近的所有其他藍牙設(shè)備區(qū)分開。當(dāng)發(fā)射器檢測到該公告并注意到它是接收器時，發(fā)射器可以立即與該接收器形成通信連接，并命令該接收器開始發(fā)送實時采樣數(shù)據(jù)。
然后，接收器將測量其接收天線處的電壓，將該電壓采樣測量發(fā)送回發(fā)射器(例如，每秒100次)。發(fā)射器可以通過調(diào)整相位來開始改變發(fā)射天線的配置。當(dāng)發(fā)射器調(diào)整相位時，發(fā)射器對從接收器發(fā)送回的電壓進行監(jiān)測。在一些實施方案中，電壓越高，袋中的能量越多?？梢愿淖兲炀€相位，直到電壓處于最高水平并且在接收器周圍存在最大的能量袋為止。發(fā)射器可以將天線保持在特定的相位處，使得電壓處于最高水平。
發(fā)射器可以每次一個地更改每個單獨天線。例如，如果發(fā)射器中有32個天線，并且每個天線具有8個相位，那么發(fā)射器可以從第一天線開始，并且將使第一天線步進通過所有8個相位。然后，接收器可以針對第一天線的8個相位中的每一個相位發(fā)送回功率電平。然后，發(fā)射器可以存儲用于第一天線的最高相位。發(fā)射器可以對第二天線重復(fù)此過程，并使第二天線步進通過8個相位。接收器可以再次從每個相位發(fā)送回功率電平，并且發(fā)射器可以存儲最高水平。接下來，發(fā)射器可以對第三天線重復(fù)此過程，并繼續(xù)重復(fù)此過程直到所有32個天線都步進通過了8個相位為止。在該過程結(jié)束時，發(fā)射器可以以最有效的方式將最大電壓發(fā)射到接收器。
在另一示例性實施例中，發(fā)射器可以檢測第二接收器的公告并形成與第二接收器的通信連接。當(dāng)發(fā)射器與第二接收器形成通信時，發(fā)射器可以將原始的32個天線瞄準(zhǔn)第二接收器，并針對在第二接收器處瞄準(zhǔn)的32個天線中的每一個天線重復(fù)相位處理。一旦完成該過程，第二接收器就可以從發(fā)射器獲得盡可能多的電力。發(fā)射器可以與第二接收器通信一秒鐘，然后交替返回到第一接收器預(yù)定的時間段(例如，一秒鐘)，并且發(fā)射器可以繼續(xù)以預(yù)定時間間隔在第一接收器和第二接收器之間來回交替。
在仍一實施方案中，發(fā)射器可以檢測第二接收器的公告并形成與第二接收器的通信連接。首先，發(fā)射器可以與第一接收器進行通信，并且對在第一接收器處瞄準(zhǔn)的示例性32個天線的一半進行重新分配，僅使16個天線專用于第一接收器。然后，發(fā)射器可以將另一半天線分配給第二接收器，使16個天線專用于第二接收器。發(fā)射器可以調(diào)整另一半天線的相位。一旦16個天線已經(jīng)經(jīng)過了8個相位中的每一個相位，則第二接收器可以以到接收器最有效的方式獲得最大電壓。
f.具有選擇性范圍的無線電力傳輸
1.相長干涉
圖6a和圖6b示出了實施無線電力傳輸原理的示例性系統(tǒng)600，該無線電力傳輸原理可以在示例性袋形成過程期間來實施。包括天線陣列中的多個天線的發(fā)射器601可以尤其對從發(fā)射器601的天線發(fā)射的電力傳輸波607的除了其他可能屬性之外的相位和幅度進行調(diào)整。如圖6a所示，在沒有任何相位或幅度調(diào)整的情況下，可以從每個天線發(fā)射的電力傳輸波607a將到達不同的位置并且具有不同的相位。這些差異通常是由于從發(fā)射器601a的每個天線元件到位于各位置處的接收器605a或多個接收器605a的不同距離而導(dǎo)致的。
繼續(xù)參照圖6a，接收器605a可以從發(fā)射器601a的多個天線元件接收多個電力傳輸信號，每個電力傳輸信號包括電力傳輸波607a；這些電力傳輸信號的合成可以基本上為零，因為在這個示例中，電力傳輸波相消地疊加在一起。也就是說，發(fā)射器601a的天線元件可以發(fā)射完全相同的電力傳輸信號(即，包括具有相同特征(例如相位和幅度)的電力傳輸波607a)，并且因此，當(dāng)各個電力傳輸信號的電力傳輸波607a到達接收器605a時，它們彼此偏移了180度。因此，這些電力傳輸信號的電力傳輸波607a“相互抵消”。通常，信號以這種方式彼此抵消可以被稱為“相消”，從而導(dǎo)致“相消干涉”。
與此相反，如圖6b所示，對于所謂的“相長干涉”，包括彼此完全“同相”到達接收器的電力傳輸波607b的信號進行組合以增加每個信號的幅度，導(dǎo)致比每個組成信號都強的合成。在圖6a的說明性示例中，注意到發(fā)射信號中的電力傳輸波607a的相位在發(fā)射位置處是相同的，然后最終在接收器605a的位置處相消地疊加。與此相反，在圖6b中，發(fā)射信號的電力傳輸波607b的相位在發(fā)射位置處被調(diào)整，使得該電力傳輸波以相位對準(zhǔn)的方式到達接收器605b，并且因此該電力傳輸波相長地疊加。在該說明性示例中，在圖6b中，將存在位于接收器605b周圍的所產(chǎn)生的能量袋；而在圖6a中，將存在位于接收器周圍的傳輸零點。
圖7描繪了具有選擇性范圍700的無線電力傳輸，其中發(fā)射器702可以為與電子設(shè)備701關(guān)聯(lián)的多個接收器產(chǎn)生袋形成。發(fā)射器702可以通過具有選擇性范圍700的無線電力傳輸來生成袋形成，選擇性范圍700可以包括一個或多個無線充電半徑704以及在特定物理位置處的一個或多個傳輸零點半徑706。在無線充電半徑704中可以為多個電子設(shè)備701充電或供電。因此，可以創(chuàng)建多個能量點，這種點可以被采用以使得能夠限制電子設(shè)備701的供電和充電。作為示例，這種限制可以包括：在包含在無線充電半徑704內(nèi)的特定或受限點中操作特定電子設(shè)備。此外，通過使用具有選擇性范圍700的無線電力傳輸，可以實現(xiàn)安全限制，這種安全限制可以避免在其中需要避免能量的區(qū)域或區(qū)帶之上的能量袋，這種區(qū)域可以包括下述區(qū)域，這些區(qū)域包括對能量袋敏感的裝備和/或不希望自身上方和/或附近存在能量袋的人。在諸如圖7所示的實施例中，發(fā)射器702可以包括下述天線元件，該天線元件是在不同于與被服務(wù)區(qū)域中的電子設(shè)備701相關(guān)聯(lián)的接收器的平面上找到的。例如，電子設(shè)備701的接收器可以在發(fā)射器702可以安裝在天花板上的房間中。通過將發(fā)射器702的天線陣列放置在天花板或其他升高的位置上，用于使用電力傳輸波來建立能量袋的選擇性范圍可以表示為同心圓，并且發(fā)射器702可以發(fā)射將生成“錐體”能量袋的電力傳輸波。在一些實施例中，發(fā)射器701可以控制每個充電半徑704的半徑，由此建立服務(wù)區(qū)域的間隔，以建立向下指向更低平面的區(qū)域的能量袋，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇天線相位和幅度來調(diào)整錐體的寬度。
圖8描繪了具有選擇性范圍800的無線電力傳輸，其中發(fā)射器802可以為多個接收器806產(chǎn)生袋形成。發(fā)射器802可以通過具有選擇性范圍800的無線電力傳輸來生成袋形成，選擇性范圍800可以包括一個或多個無線充電點804。在無線充電點804中可以為多個電子設(shè)備充電或供電?？梢栽诙鄠€接收器806上生成能量袋，而不管圍繞這些接收器的障礙物804?？梢愿鶕?jù)本文所描述的原理通過在無線充電點804中建立相長干涉來生成能量袋。可以通過追蹤接收器806并且通過使能由各種通信系統(tǒng)所使用的多個通信協(xié)議來執(zhí)行能量袋的定位，該各種通信系統(tǒng)尤其例如為：藍牙技術(shù)、紅外線通信、wi-fi、fm收音機等。
g.使用熱圖的示例性系統(tǒng)實施例
圖9a和圖9b示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線充電客戶端計算平臺的架構(gòu)900a、900b的圖。在一些實施方案中，用戶可以在房間內(nèi)并且可以在他的手上持有電子設(shè)備(例如，智能電話、平板電腦)。在一些實施方案中，電子設(shè)備可以在房間內(nèi)的家具上。電子設(shè)備可以包括嵌入到電子設(shè)備中或者作為連接到電子設(shè)備的單獨的適配器的接收器920a、920b。接收器920a、920b可以包括圖11中描述的所有組件。發(fā)射器902a、902b可以懸掛在用戶右后方的房間墻壁之一上。發(fā)射器902a、902b也可以包括圖11中描述的所有組件。
當(dāng)用戶似乎妨礙接收器920a、920b和發(fā)射器902a、902b之間的路徑時，rf波可能不容易以直線方向瞄準(zhǔn)接收器920a、920b。然而，由于從接收器920a、920b生成的短信號對于所使用的天線元件的類型可以是全向的，因此這些信號可以在墻壁944a、944b上反彈，直到它們到達發(fā)射器902a，902b為止。熱點944a、944b可以是房間中將反射rf波的任何物品。例如，可以使用墻上的大金屬時鐘來將rf波反射到用戶的手機。
發(fā)射器中的微控制器基于從接收器接收的信號來調(diào)整來自每個天線的發(fā)射信號。調(diào)整可以包括形成從接收器接收的信號相位的共軛，并且考慮到天線元件的內(nèi)置相位而進一步調(diào)整發(fā)射天線相位?？梢酝瑫r控制天線元件以在給定方向上引導(dǎo)能量。發(fā)射器902a、902b可對房間進行掃描，并尋找熱點944a、944b。一旦執(zhí)行校準(zhǔn)，發(fā)射器902a、902b就可以跟隨可能是最有效路徑的路徑將rf波聚焦在信道中。隨后，rf信號942a、942b可以在第一電子設(shè)備上形成能量袋以及在第二電子設(shè)備中形成另一能量袋，同時避免諸如用戶和家具之類的障礙物。
當(dāng)對服務(wù)區(qū)域進行掃描時，圖9a和9b中的房間、發(fā)射器902a、902b可以采用不同的方法。作為說明性示例，但是不限制可以使用的可能的方法，發(fā)射器902a、902b可以檢測來自接收器的信號的相位和量值，并且使用相位和量值，例如通過計算相位和量值的共軛并在發(fā)射時應(yīng)用相位和量值來形成發(fā)射相位和量值的集合。作為另一個說明性示例，發(fā)射器可以在隨后的傳輸中一次一個地應(yīng)用發(fā)射天線的所有可能相位，并且通過對與來自接收器920a、920b的信號相關(guān)的信息進行觀察來檢測由每個組合形成的能量袋的強度。然后，發(fā)射器902a、902b周期性地重復(fù)該校準(zhǔn)。在一些實施方案中，發(fā)射器902a、902b不必搜遍所有可能的相位，而是可以基于現(xiàn)有校準(zhǔn)值搜遍更可能導(dǎo)致強的能量袋的相位集合。在仍一個說明性示例中，發(fā)射器902a、902b可以使用天線的發(fā)射相位的預(yù)設(shè)值來形成指向房間中不同位置的能量袋。例如，發(fā)射器可以在后續(xù)傳輸中通過使用天線的預(yù)設(shè)相位值來從上到下和從左到右地掃描房間中的物理空間。然后，發(fā)射器902a、902b通過對來自接收器920a、920b的信號進行觀察來檢測導(dǎo)致接收器920a、920b周圍最強的能量袋的相位值。應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本文所述的實施例的范圍或精神的情況下，存在用于針對可以采用的熱映射對服務(wù)區(qū)域進行掃描的其他可能的方法。掃描的結(jié)果(無論使用哪種方法)是服務(wù)區(qū)域(例如，房間、商店)的熱圖，發(fā)射器902a、902b可從該熱圖來識別對用于發(fā)射天線的最佳相位和量值進行指示的熱點，以便使接收器周圍的能量袋最大。
發(fā)射器902a、902b可以使用藍牙連接來確定接收器920a、920b的位置，并且可以使用rf頻帶的不同的非重疊部分來將rf波引導(dǎo)到不同的接收器920a、920b。在一些實施方案中，發(fā)射器902a、902b可以借助于非重疊的rf傳輸頻帶來進行房間的掃描以確定接收器920a、920b的位置并形成彼此正交的能量袋。使用多個能量袋來將能量引導(dǎo)到接收器可能固有地比一些替選的電力傳輸方法更安全，因為沒有單個傳輸是非常強的，同時在接收器處接收的聚集電力傳輸信號是強的。
h.示例性系統(tǒng)實施例
圖10a示出了使用多個袋形成1000a的無線電力傳輸，可以包括一個發(fā)射器1002a和至少兩個或更多個接收器1020a。接收器1020a可以與圖11中進一步描述的發(fā)射器1002a進行通信。一旦發(fā)射器1002a對接收器1020a進行識別并定位，就可以通過得知來自接收器1020a的增益和相位來建立信道或路徑。發(fā)射器1002a可以通過使用最少兩個天線元件來開始發(fā)射可以在三維空間中會聚的受控rf波1042a?？梢允褂猛獠侩娫春屠煤线m壓電材料的本地振蕩器芯片來產(chǎn)生這些rf波1042a。rf波1042a可以由rfic來控制，rfic可以包括用于調(diào)整rf信號的相位和/或相對幅度的專用芯片，該rf信號可以用作天線元件的輸入，以形成相長干涉圖樣和相消干涉圖樣(袋形成)。袋形成可以利用干涉來改變天線元件的方向性，其中相長干涉生成能量袋1060a而相消干涉生成傳輸零點。然后，接收器1020a可以利用由袋形成生成的能量袋1060a來為電子設(shè)備(例如，膝上型計算機1062a和智能電話1052a)充電或供電，并因此有效地提供無線電力傳輸。
可以通過對從發(fā)射器1002a的每個天線到每個接收器1020a的相位和增益進行計算來實現(xiàn)多個袋形成1000a。可以獨立地對該計算進行運算，因為可以由來自發(fā)射器1002a的天線元件到來自接收器1020a的天線元件來生成多條路徑。
i.示例性系統(tǒng)實施例
圖10b是多個自適應(yīng)袋形成1000b的示例性說明。在該實施例中，用戶可以在房間內(nèi)并且可以在他的手上持有電子設(shè)備，在這種情況下電子設(shè)備可以是平板電腦1064b。此外，智能電話1052b可以在房間內(nèi)的家具上。平板電腦1064b和智能電話1052b可以各自包括下述接收器，該接收器嵌入到每個電子設(shè)備中或者作為連接到平板電腦1064b和智能電話1052b的獨立適配器。接收器可以包括圖11中描述的所有組件。發(fā)射器1002b可以懸掛在用戶右后方的房間墻壁之一上。發(fā)射器1002b也可以包括圖11中描述的所有組件。當(dāng)用戶似乎妨礙接收器與發(fā)射器1002b之間的路徑時，rf波1042b可能不容易以直線方式瞄準(zhǔn)每個接收器。然而，由于從接收器生成的短信號對于所使用的天線元件的類型可以是全向的，因此這些信號可以在墻壁上反彈，直到它們找到發(fā)射器1002b為止。幾乎立即，可以駐留在發(fā)射器1002b中的微控制器可以基于由每個接收器發(fā)送的接收信號通過下述方式來重新校準(zhǔn)發(fā)射信號，該方式為調(diào)整增益和相位并形成電力傳輸波的會聚，使得電力傳輸波疊加在一起并且加強了集中在該位置處的能量-與此相反，使得電力傳輸波以彼此相減的方式疊加在一起并且減少了集中在該位置處的能量，這被稱為“相消干涉”，然后形成從接收器接收的信號相位的共軛并考慮到天線元件的內(nèi)置相位而進一步調(diào)整發(fā)射天線相位。一旦執(zhí)行校準(zhǔn)，發(fā)射器1002b就可以跟隨最有效路徑來將rf波聚焦。隨后，可以在平板電腦1064b上形成能量袋1060b并且在智能電話1052b中形成另一能量袋1060b，同時考慮到諸如用戶和家具之類的障礙物。上述特性可以是有益的，因為使用多個袋形成1000b的無線電力傳輸可以固有地是安全的，因為沿著每個能量袋的傳輸不是非常強，并且rf傳輸通常從活組織反射并且不穿透。
一旦發(fā)射器1002b對接收器進行識別并定位，就可以通過得知來自接收器的增益和相位來建立信道或路徑。發(fā)射器1002b可以通過使用最少兩個天線元件來開始發(fā)射可以在三維空間中會聚的受控rf波1042b?？梢允褂猛獠侩娫春屠煤线m壓電材料的本地振蕩器芯片來產(chǎn)生這些rf波1042b。rf波1042b可以由rfic來控制，rfic可以包括用于調(diào)整rf信號的相位和/或相對幅度的專用芯片，該rf信號可以用作天線元件的輸入，以形成相長干涉圖樣和相消干涉圖樣(袋形成)。袋形成可以利用干涉來改變天線元件的方向性，其中相長干涉生成能量袋而相消干涉生成特定物理位置中的傳輸零點。然后，接收器可以利用由袋形成生成的能量袋來為電子設(shè)備(例如，膝上型計算機和智能電話)充電或供電，并因此有效地提供無線電力傳輸。
可以通過對從發(fā)射器的每個天線到每個接收器的相位和增益進行計算來實現(xiàn)多個袋形成1000b。可以獨立地對該計算進行運算，因為可以由來自發(fā)射器的天線元件到來自接收器的天線元件來生成多條路徑。
針對至少兩個天線元件進行計算的示例可以包括確定來自接收器的信號的相位并將接收參數(shù)的共軛應(yīng)用于用于發(fā)射的天線元件。
在一些實施例中，兩個或更多個接收器可以以不同的頻率進行操作，以避免在無線電力傳輸期間的功率損耗。這可以通過在發(fā)射器1002b中包括多個嵌入式天線元件的陣列來實現(xiàn)。在一個實施例中，可以由陣列中的每個天線來發(fā)射單一頻率。在其他實施例中，陣列中的一些天線可以用于以不同的頻率進行發(fā)射。例如，陣列中1/2的天線可以工作在2.4ghz，而另外1/2的天線可以工作在5.8ghz。在另一示例中，陣列中1/3的天線可以工作在900mhz，另外1/3的天線可以工作在2.4ghz，并且陣列中的其余天線可以工作在5.8ghz。
在另一個實施例中，在無線電力傳輸期間，天線元件的每個陣列可以被虛擬地劃分為一個或多個天線元件，其中陣列中的每組天線元件可以以不同的頻率進行發(fā)射。例如，發(fā)射器的天線元件可以以2.4ghz來發(fā)射電力傳輸信號，而接收器的對應(yīng)的天線元件可以被配置為以5.8ghz來接收電力傳輸信號。在該示例中，發(fā)射器的處理器可以調(diào)整發(fā)射器的天線元件以將陣列中的天線元件虛擬地或邏輯地劃分為可以獨立饋電的多個貼片。因此，天線元件陣列的1/4可以能夠發(fā)射接收器所需的5.8ghz，而另一組天線元件可以以2.4ghz進行發(fā)射。因此，通過虛擬地劃分天線元件陣列，耦接到接收器的電子設(shè)備可以繼續(xù)接收無線電力傳輸。前述特征可能是有益的，因為，例如，一組天線元件可以以大約2.4ghz進行發(fā)射，而其他天線元件可以以5.8ghz進行發(fā)射，并且因此在與以不同頻率進行操作的接收器一起工作時，對給定陣列中的多個天線元件進行調(diào)整。在該示例中，陣列被劃分成等量天線元件的集合(例如，四個天線元件)，但是陣列可以被劃分成不同數(shù)量天線元件的集合。在替選的實施例中，每個天線元件可以在選擇頻率之間交替。
無線電力傳輸?shù)男室约翱梢暂斔偷碾娏Φ牧?使用袋形成)可以是在給定的接收器和發(fā)射器系統(tǒng)中所使用的天線元件1006的總數(shù)的函數(shù)。例如，為了在大約15英尺處輸送大約一瓦，接收器可以包括大約80個天線元件，而發(fā)射器可以包括大約256個天線元件。另一個相同的無線電力傳輸系統(tǒng)(大約15英尺處大約1瓦)可以包括具有大約40個天線元件的接收器以及具有大約512個天線元件的發(fā)射器。將接收器中天線元件的數(shù)量減少一半可能需要將發(fā)射器中的天線元件的數(shù)量加倍。在一些實施例中，可能有益的是，由于成本原因而將更多數(shù)量的天線元件放置在發(fā)射器中而不是接收器中，這是因為在系統(tǒng)范圍部署中發(fā)射器數(shù)量將比接收器數(shù)量少得多。然而，例如可以通過在接收器上而不是在發(fā)射器上放置更多的天線元件來實現(xiàn)相反布置，只要在發(fā)射器1002b中存在至少兩個天線元件即可。
ii.發(fā)射器-無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
發(fā)射器可以負責(zé)使用下述組件來進行袋形成、自適應(yīng)袋形成以及多個袋形成。發(fā)射器可以以能夠通過空間進行傳播被并轉(zhuǎn)換成可用電能的任何物理介質(zhì)的形式向接收器發(fā)射無線電力傳輸信號；示例可以包括rf波、紅外線、聲學(xué)、電磁場和超聲波。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，電力傳輸信號可以是具有任何頻率或波長的任何無線電信號。僅作為示例參照rf傳輸對發(fā)射器進行描述，而不是將范圍僅限于rf傳輸。
發(fā)射器可以位于多個位置、表面、安裝件或嵌入式結(jié)構(gòu)中，例如書桌、桌子、地板、墻壁等。在一些情況下，發(fā)射器可以位于客戶端計算平臺中，該客戶端計算平臺可以是包括能夠執(zhí)行本文所描述的處理和任務(wù)的處理器和軟件模塊的任何計算設(shè)備?？蛻舳擞嬎闫脚_的非限制性示例可以包括臺式計算機、膝上型計算機、手持式計算機、平板計算平臺、上網(wǎng)本、智能電話、游戲控制臺和/或其他計算平臺。在其他實施例中，客戶端計算平臺可以是各種電子計算設(shè)備。在這樣的實施例中，每個客戶端計算平臺可以具有不同的操作系統(tǒng)和/或物理組件?？蛻舳擞嬎闫脚_可以正在執(zhí)行相同的操作系統(tǒng)和/或客戶端計算平臺可以正在執(zhí)行不同的操作系統(tǒng)。客戶端計算平臺和/或設(shè)備可以能夠執(zhí)行多個操作系統(tǒng)。此外，盒式發(fā)射器可以包含印刷電路板(pcb)層的多種布置，該pcb層可以沿x軸、y軸或z軸定向，或者沿這些軸的任意組合定向。
應(yīng)當(dāng)理解的是，無線充電技術(shù)不限于rf波傳輸技術(shù)，而是可以包括用于將能量發(fā)射到接收器的替選或附加技術(shù)，該接收器將所發(fā)射的能量轉(zhuǎn)換為電力。對可以由接收設(shè)備轉(zhuǎn)換成電力的能量的非限制示例性傳輸技術(shù)可以包括：超聲、微波、諧振和感應(yīng)磁場、激光、紅外線或其他形式的電磁能。在超聲的情況下，例如，可以設(shè)置一個或多個變換器元件，以便形成向接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換成電力的接收設(shè)備發(fā)射超聲波的變換器陣列。在諧振或感應(yīng)磁場的情況下，在發(fā)射器線圈中生成磁場并由接收器線圈將該磁場轉(zhuǎn)換成電力。
a.發(fā)射器設(shè)備的組件
圖11示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線充電客戶端設(shè)備的系統(tǒng)1100架構(gòu)的圖。系統(tǒng)1100可以包括發(fā)射器1101和接收器1120，該發(fā)射器和接收器可以各自包括專用集成電路(asic)。發(fā)射器1101asic可以包括一個或多個印刷電路板(pcb)1104、一個或多個天線元件1106、一個或多個射頻集成電路(rfic)1108、一個或多個微控制器(mc)1110、通信組件1112、電源1114。發(fā)射器1101可以被包在外殼中，該外殼可以為發(fā)射器1101分配所有所請求的組件。可以使用超材料、電路的微印刷、納米材料和/或任何其他材料來制造發(fā)射器1101中的組件。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，可以在單個電路板上實現(xiàn)整個發(fā)射器或整個接收器，以及在單獨的電路板中實現(xiàn)一個或多個功能塊。
1、印刷電路板
在一些實施方案中，發(fā)射器1101可以包括多個pcb1104層，該pcb層可以包括天線元件1106和/或rfic1108來提供對袋形成的更大控制并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。pcb1104可以使用從層壓到非導(dǎo)電襯底上的銅片蝕刻的導(dǎo)電跡線、焊盤和/或其他特征來機械地支撐以及電連接本文所述的電子組件。pcb可以是單面的(一個銅層)、雙面的(兩個銅層)和/或多層的。多個pcb1104層可以增加可由發(fā)射器1101傳送的電力的范圍和量。pcb1104層可以連接到單個mc1110和/或連接到專用mc1110。類似地，如前述實施例所示，rfic1108可以連接到天線元件1106。
在一些實施方案中，在包括多個pcb1104層的盒式發(fā)射器內(nèi)可以包括天線元件1108來提供對袋形成的更大控制，并且包括多個pcb1104層的盒式發(fā)射器可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。此外，可以通過盒式發(fā)射器來增加無線電力傳輸?shù)姆秶Ｓ捎谔炀€元件1106的較高密度，多個pcb1104層可以增加可由發(fā)射器1101無線地傳送和/或廣播的電力波(例如，rf電力波、超聲波)的范圍和量。pcb1104層可以連接到單個微控制器1110和/或每個天線元件1106的專用微控制器1110。類似地，如前述實施例所示，rfic1108可以控制天線元件1101。此外，發(fā)射器1101的盒形可以增加無線電力傳輸?shù)膭幼鞅取?/p>
2.天線元件
天線元件1106可以是定向和/或全向的，并且包括平面天線元件、貼片天線元件、偶極天線元件以及用于無線電力傳輸?shù)娜魏纹渌线m的天線。適當(dāng)?shù)奶炀€類型可以包括例如具有從大約1/8英寸到大約6英寸的高度并且從大約1/8英寸到大約6英寸的寬度的貼片天線。天線元件1106的形狀和定向可以根據(jù)發(fā)射器1101的期望特征而變化；定向可以是沿x軸、y軸和z軸平坦的，以及三維布置中的各種定向類型和組合。天線元件1106材料可以包括可以使得能夠以高效率、良好散熱等來進行rf信號傳輸?shù)娜魏魏线m的材料。天線元件1106的數(shù)量可以相對于發(fā)射器1101上的期望范圍和電力傳輸能力而變化；天線元件1106越多，范圍越寬并且電力傳輸能力越高。
天線元件1106可以包括用于在諸如900mhz、2.5ghz或5.8ghz之類的頻帶中進行操作的合適的天線類型，因為這些頻帶符合聯(lián)邦通信委員會(fcc)第18部分(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療裝備)規(guī)定。天線元件1106可以以獨立的頻率進行操作，允許袋形成的多通道操作。
此外，天線元件1106可以具有至少一個極化或極化的選擇。這種極化可以包括垂直極化、水平極化、圓極化、左手極化、右手極化或極化組合。極化的選擇可以根據(jù)發(fā)射器1101的特性而變化。此外，天線元件1106可以位于發(fā)射器1101的各個表面中。天線元件1106可以以單陣列、對陣列、方陣列或可根據(jù)期望應(yīng)用設(shè)計的任何其他合適的布置來進行操作。
在一些實施方案中，印刷電路板pcb1104的整個側(cè)面可以緊密地裝填有天線元件1106。rfic1108可以連接到多個天線元件1106。多個天線元件1106可圍繞單個rfic1108。
3.射頻集成電路
rfic1108可以從mc1110接收rf信號，并將rf信號分成多個輸出，每個輸出鏈接到天線元件1106。例如，rfic1108可以連接到四個天線元件1106。在一些實施方案中，每個rfic1108可以連接到八個、十六個和/或更多個天線元件1106。
rfic1104可以包括多個rf電路，該多個rf電路可以包括諸如放大器、電容器、振蕩器、壓電晶體之類的數(shù)字和/或模擬組件。rfic1104可以控制天線元件1106的諸如用于袋形成的增益和/或相位之類的特征，并且通過方向、功率水平等來管理袋形成?？梢杂蓪?yīng)的rfic1108來調(diào)節(jié)每個天線元件1106中袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及傳輸零轉(zhuǎn)向。此外，rfic1108可以連接到mc1110，該mc1110可以利用數(shù)字信號處理(dsp)、arm、pic級微處理器、中央處理單元、計算機等。發(fā)射器1101中存在更低數(shù)量的rfic1108可以對應(yīng)于諸如多個袋形成的更低控制、更低的粒度級別以及更便宜的實施例之類的期望的特征。在一些實施方案中，rfic1108可以耦接到一個或多個mc1110，并且mc1110可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1101中。
在發(fā)射器1101的一些實施方案中，可以由對應(yīng)的rfic1108來調(diào)節(jié)每個天線元件1106中每個袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及傳輸零轉(zhuǎn)向。單個耦接到每個天線元件1106的rfic1108可以降低處理需求，并且可以增加對袋形成的控制，允許在mc1110上具有較小負載的多個袋形成和較高粒度袋形成，并且可以允許更高數(shù)量的多個袋形成的更高響應(yīng)。此外，多個袋形成可以對更多數(shù)量的接收器進行充電，并且可以允許到這種接收器的更好的軌跡。
rfic1108和天線元件1106可以以可根據(jù)期望的應(yīng)用設(shè)計的任何合適的布置來進行操作。例如，發(fā)射器1101可以包括處于平面布置中的天線元件1106和rfic1108。4個、8個、16個和/或任何數(shù)量的天線元件1106的子集可以連接到單個rfic1108。rfic1108可以直接嵌入在每個天線元件1106的后面；這種集成可以減少由于組件之間的較短距離而造成的損失。在一些實施方案中，天線元件1106的行或列可以連接到單個mc1110。連接到每個行或列的rfic1108可以允許更便宜的發(fā)射器1101，該發(fā)射器可以通過改變行或列之間的相位和增益來產(chǎn)生袋形成。在一些實施方案中，rfic1108可以輸出2-8伏特之間的電力以讓接收器1120獲得。
在一些實施方案中，可以實施rfic1108的級聯(lián)布置。使用rfic1108的級聯(lián)布置的平面發(fā)射器1101可以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器1106的響應(yīng)，并且由于rfic1108的多個冗余而可以獲得更高的可靠性和精度。
4.微控制器
mc1110可以包括運行arm和/或dsp的處理器。arm是基于精簡指令集計算(risc)的通用微處理器系列。dsp是通用信號處理芯片，可以提供信息信號的數(shù)學(xué)運算，以按一些方式修改或改進該信息信號，并且可以表征為：通過數(shù)字或符號序列以及這些信號的處理來表示離散時間、離散頻率和/或其他離散域信號。dsp可以對連續(xù)的現(xiàn)實世界模擬信號進行測量、濾波和/或壓縮。第一步可以是通過采樣將信號從模擬形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，然后使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)對其進行數(shù)字化，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器可將模擬信號轉(zhuǎn)換為一連串離散數(shù)字值。mc1110還可以運行l(wèi)inux和/或任何其他操作系統(tǒng)。mc1110也可以連接到wi-fi以通過網(wǎng)絡(luò)1140提供信息。
mc1110可以控制rfic1108的各種特征，例如袋形成的時間發(fā)射、袋形成的方向、反彈角度、電力強度等。此外，mc1110可以在多個接收器上或單個接收器上來控制多個袋形成。發(fā)射器1101可以允許無線電力傳輸?shù)木嚯x辨別。此外，mc1110可以通過對通信組件1112進行控制來管理和控制通信協(xié)議和信號。mc1110可以對由通信組件1112接收的信息進行處理，該通信組件1112可以向接收器發(fā)送信號并從接收器接收信號，以便對接收器進行跟蹤，并將射頻信號1142(即，能量袋)集中在接收器上?？梢詮慕邮掌?120發(fā)射其他信息以及將其他信息發(fā)射到接收器1120；這樣的信息可以尤其包括通過網(wǎng)絡(luò)1140的認證協(xié)議。
mc1110可以通過串行外設(shè)接口(spi)和/或內(nèi)部集成電路((i2c)協(xié)議來與通信組件1112進行通信。spi通信可用于例如嵌入式系統(tǒng)、傳感器和sd卡中的短距離、單主站通信。設(shè)備在主設(shè)備啟動數(shù)據(jù)幀的主/從模式下進行通信。允許多個從設(shè)備具有單獨的從選擇線路。i2c是一種用于將低速外設(shè)附接到計算機主板和嵌入式系統(tǒng)的多主機、多從機、單端、串行計算機總線。
5.通信組件
通信組件1112可以尤其包括并結(jié)合藍牙技術(shù)、紅外通信、wi-fi、fm無線電。mc1110可以確定用于袋形成的最佳時間和位置，包括傳輸袋形成的最有效的軌跡，以便減少由于障礙物而造成的損失。這種軌跡可以包括直接袋形成、反彈以及袋形成的距離辨別。在一些實施方案中，通信組件1112可以與多個設(shè)備通信，多個設(shè)備可以包括接收器1120、客戶端設(shè)備或其他發(fā)射器1101。
6.電源
可以由電源1114給發(fā)射器1101饋電，該電源1114可以包括ac電源供應(yīng)或dc電源供應(yīng)。由電源1114提供的電壓、功率和電流強度可以根據(jù)要傳輸?shù)乃桦娏Χ兓?。電力到無線電信號的轉(zhuǎn)換可以由mc1110來管理并由rfic1108來執(zhí)行，rfic1108可以利用多種方法和組件來產(chǎn)生各種頻率、波長、強度以及其他特征的無線電信號。作為用于無線電信號生成的各種方法和組件的示例性使用，可以使用振蕩器和壓電晶體來創(chuàng)建和改變不同天線元件1106中的無線電頻率。此外，可以使用各種濾波器來使信號平滑化以及使用放大器來增加要傳輸?shù)碾娏Α?/p>
發(fā)射器1101可以發(fā)射rf電力波，該rf電力波為具有特定可充電電子設(shè)備所需的從幾瓦特到預(yù)定瓦特數(shù)的電力能力的袋形成。每個天線可以管理一定的電力容量。這種電力容量可能與應(yīng)用有關(guān)。
7.外殼
除了外殼之外，獨立式基站可以包括mc1110和電源1114，因此，可以由單個基站和單個mc1110來對多個發(fā)射器1101進行管理。這種能力可以允許發(fā)射器1101位于各種策略位置中，例如天花板、裝飾物、墻壁等。天線元件1106、rfic1108、mc1110、通信組件1112和電源1114可以按照可以取決于發(fā)射器1101的期望特性的多種布置和組合來進行連接。
b.傳輸電力的示例性方法
圖12是用于使用天線元件確定接收器位置的方法1200。用于確定接收器位置的方法1200可以是由mc管理的編程規(guī)則或邏輯的集合。該處理可以通過用來自天線陣列的第一天線子集捕獲第一信號而開始于步驟1201。該處理可以緊接著立即切換到天線元件的不同子集并且在下一步驟1203處用第二天線子集捕獲第二信號。例如，可以用一排天線捕獲第一信號，并且可以用一列天線來完成第二捕獲。一排天線可以在球面坐標(biāo)系中提供諸如方位角之類的橫向向度定向。一列天線可以提供諸如仰角之類的縱向向度定向。用于捕獲第一信號和捕獲第二信號的天線元件可以在直線、垂直、水平或?qū)嵌ㄏ蛏蠈?zhǔn)。天線的第一子集和第二子集可以以十字形結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)，以覆蓋發(fā)射器周圍的角度。
一旦已經(jīng)測量了垂直值和水平值兩者，mc就可以在下一步驟1205中確定用于捕獲信號的垂直天線元件和水平天線元件的相位和增益的適當(dāng)值?？梢酝ㄟ^接收器到天線的位置的關(guān)系來確定相位和增益的適當(dāng)值。這些值可以被mc使用，以便調(diào)整天線元件以形成可由接收器使用以便為電子設(shè)備充電的能量袋。
可以預(yù)先計算并存儲關(guān)于發(fā)射器中所有天線元件的初始值的數(shù)據(jù)，以供mc使用，以便協(xié)助來計算天線元件的適當(dāng)值。在下一步驟1207中，在已經(jīng)確定用于捕獲信號的垂直天線和水平天線的適當(dāng)值之后，該處理可以繼續(xù)通過使用所存儲的數(shù)據(jù)來確定陣列中所有天線的適當(dāng)值。所存儲的數(shù)據(jù)可以包含陣列中所有天線元件在不同頻率下的相位和增益的初始測試值?？梢葬槍Σ煌念l率存儲不同的數(shù)據(jù)集合，并且mc可以相應(yīng)地選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集合。然后，在下一步驟1209中，mc可以通過rfic來調(diào)整所有天線，以便在適當(dāng)?shù)奈恢眯纬赡芰看?/p>
c.陣列子集配置
圖13a示出了可用于確定接收器位置的方法的陣列子集配置1300a的示例性實施例。發(fā)射器可以包括天線陣列1306a。可以首先使用一排天線1368a來捕獲由接收器發(fā)送的信號。然后該排天線1368a可以將信號傳送到rfic，在rfic處信號可以從無線電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳遞給mc進行處理。然后，mc可以確定對該排天線1368a中的相位和增益的適當(dāng)調(diào)整，以便基于接收器位置在適當(dāng)位置形成能量袋。可以由一列天線1370a來捕獲第二信號。然后該列天線1370a可以將信號傳送到rfic，在rfic處信號可以從無線電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳遞給mc進行處理。然后，mc可以確定對該列天線1370a中的相位和增益的適當(dāng)調(diào)整，以便基于接收器位置在適當(dāng)位置形成能量袋。一旦針對一排天線1368a和一列天線1370a確定了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，mc就可以通過使用預(yù)先存儲的關(guān)于天線的數(shù)據(jù)并根據(jù)一排天線1368a和一列天線1370a的結(jié)果相應(yīng)地進行調(diào)整來確定天線1368a的陣列中的其余天線元件1306a的適當(dāng)值。
d.發(fā)射器、發(fā)射器組件、天線分片及發(fā)射器相關(guān)系統(tǒng)的配置
1.示例性系統(tǒng)
圖13b示出了陣列子集配置1300b的另一示例性實施例。在陣列子集配置1300b中，兩個初始信號是由天線的兩個對角子集捕獲的。該過程遵循相同的路徑，使得相應(yīng)地調(diào)整每個子集。基于所做的調(diào)整和預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)，天線陣列中的其余天線元件1306b被調(diào)整。
2.平面發(fā)射器
圖14描繪了正視圖中的平面發(fā)射器1402和后視圖的幾個實施例。發(fā)射器1402可以包括處于平面布置中的天線元件1406和rfic1408。rfic1408可以直接嵌入在每個天線元件1406的后面；這種集成可以減少由于組件之間的較短距離而造成的損失。
在發(fā)射器1402的一個實施例(即，視圖1)中，可以由對應(yīng)的rfic1408來調(diào)節(jié)每個天線元件1406的袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及傳輸零轉(zhuǎn)向。單個耦接到每個天線元件1406的rfic1408可以降低處理需求，并且可以增加對袋形成的控制，允許在mc1410上具有較小負載的多個袋形成和較高粒度袋形成，因此可以允許更高數(shù)量的多個袋形成的更高響應(yīng)。此外，多個袋形成可以對更多數(shù)量的接收器進行充電，并且可以允許到這種接收器的更好的軌跡。如圖11的實施例中所描述的那樣，rfic1108可以耦接到一個或多個mc1410，并且微控制器1410可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1402中。
在另一實施例(即視圖2)中，4個天線元件1406的子集可以連接到單個rfic1408。發(fā)射器1402中存在更低數(shù)量的rfic1408可以對應(yīng)于諸如多個袋形成的更低控制、更低的粒度級別以及更便宜的實施例之類的期望的特征。如圖11的實施例中所描述的那樣，rfic1408可以耦接到一個或多個mc1410，并且微控制器1410可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1402中。
在仍一個實施例(即視圖3)中，發(fā)射器1402可以包括處于平面布置中的天線元件1406和rfic1408。天線元件1406的行或列可以連接到單個mc1410。發(fā)射器1402中存在更低數(shù)量的rfic1408可以對應(yīng)于諸如多個袋形成的更低控制、更低的粒度級別以及更便宜的實施例之類的期望的特征。連接到每個行或列的rfic1408可以允許更便宜的發(fā)射器1402，該發(fā)射器可以通過改變行或列之間的相位和增益來產(chǎn)生袋形成。如圖11的實施例中所描述的那樣，rfic1108可以耦接到一個或多個mc1410，并且微控制器1410可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1402中。
在一些實施例(即視圖4)中，發(fā)射器1402可以包括處于平面布置中的天線元件1406和rfic1408。在該示例性實施例中描繪了級聯(lián)布置。兩個天線元件1406可以連接到單個rfic1408，然后單個rfic1408依次連接到單個rfic1408，單個rfic1408可以連接到最終的rfic1408，然后依次連接到一個或多個mc1410。使用rfic1408的級聯(lián)布置的平面發(fā)射器1402可以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。此外，由于rfic1408的多個冗余，可以獲得更高的可靠性和精度。如圖11的實施例中所描述的那樣，rfic1108可以耦接到一個或多個mc1410，并且微控制器1410可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1402中。
3.多個印刷電路板層
圖15a描繪了發(fā)射器1502a，該發(fā)射器可以包括多個pcb層1204a，該多個pcb層可以包括天線元件1506a以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。多個pcb層1504a可以增加可由發(fā)射器1502a傳送的電力的范圍和量。pcb層1504a可以連接到單個mc或連接到專用mc。類似地，如前述實施例所示，rfic可以連接到天線元件1506a。rfic可以耦接到一個或多個mc。此外，mc可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1502a中。
4.盒式發(fā)射器
圖15b描繪了盒式發(fā)射器1502b，該盒式發(fā)射器在其內(nèi)部可以包括多個pcb層1504b，該多個pcb層可以包括天線元件1506b以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。此外，可以通過盒式發(fā)射器1502b來增加無線電力傳輸?shù)姆秶Ｓ捎谔炀€元件1506b的較高密度，多個pcb層1504b可以增加可由發(fā)射器1502b無線地傳送或廣播的rf電力波的范圍和量。pcb層1504b可以連接到單個mc或每個天線元件1506b的專用mc。類似地，如前述實施例所示，rfic可以控制天線元件1506b。此外，發(fā)射器800的盒形可以增加無線電力傳輸?shù)膭幼鞅?；因此，盒式發(fā)射器1502b可以位于諸如書桌、桌子、地板之類的多個表面上。此外，盒式發(fā)射器1502b可以包括pcb層1504b的多種布置，該pcb層可以沿x軸、y軸和z軸或這些軸的任意組合定向。rfic可以耦接到一個或多個mc。此外，mc可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1502b中。
5.各種類型產(chǎn)品的不規(guī)則陣列
圖16描繪了用于將發(fā)射器1602合并到不同設(shè)備中的架構(gòu)1600的圖。例如，可以將平面發(fā)射器1602應(yīng)用到電視1646的框架或穿過條狀音響(soundbar)1648的框架。發(fā)射器1602可以包括具有處于平面布置的天線元件和rfic的多個分片1650。rfic可以直接嵌入在每個天線元件的后面；這種集成可以減少由于組件之間的較短距離而造成的損失。
可以將分片1650耦接到任何物體的任何表面。這樣的耦接可以是經(jīng)由任何方式的，例如緊固、配合、互鎖、粘附、焊接或其他方式。這種表面可以是光滑的或粗糙的。這種表面可以是任何形狀的表面。這樣的物體可以是諸如建筑物部分或器具之類的靜止物體，或無論是自推進(例如車輛)或是經(jīng)由另一物體(例如手持式)的可移動物體。可以模塊化地使用分片1650。例如，分片1650可以被布置成形成任何2d或3d形狀(無論是敞開的還是封閉的、對稱的還是不對稱的)。在一些實施例中，分片1650可以布置成圖形形狀，或者諸如塔架之類的設(shè)備/結(jié)構(gòu)形狀。分片1650可以被配置為例如通過互鎖、配合、緊固、粘附、焊接等耦接到彼此。分片1650可以被配置為彼此獨立地或彼此依賴地進行操作(無論是同步地還是異步地)。分片1650可以被配置為串聯(lián)地或并聯(lián)地被饋電(無論是單獨地還是作為組)。分片1650可以被配置為從至少一側(cè)(例如頂部、側(cè)面或底部)進行輸出。分片1650可以是剛性的、柔性的或彈性的。在一些實施例中，至少一個其他部件(無論是數(shù)字的、模擬的、機械的、電的還是非電的)可以位于分片1650中的至少兩個分片之間。在一些實施例中，可以經(jīng)由耦接到存儲器的硬件處理器來運行分片1650中的至少一個分片。
如本文所述，分片1650可用于熱圖技術(shù)。例如，發(fā)射器1602包括具有處于平面布置的天線元件和rfic的多個分片1650，例如當(dāng)分片1650發(fā)送用于生成熱圖的ble標(biāo)識符時，發(fā)射器1602可以利于針對一組分片1650(例如針對特定的接收器)的熱圖創(chuàng)建。在一些實施例中，通過位于指定距離內(nèi)的分片1650來定義分片組1650，例如位于指定距離內(nèi)的多少分片1650在發(fā)送信號、掃描區(qū)域以及接收諸如位置輸入之類的接收器輸入。應(yīng)當(dāng)注意，也可以在諸如
例如，電視1646可以具有圍繞電視機1646的邊框，該邊框包括多個分片1650，每個瓦片包括一定數(shù)量的天線元件。例如，如果在電視1646的邊框周圍有20個分片1650，則每個分片1650可以具有24個天線元件和/或任何數(shù)量的天線元件。
應(yīng)當(dāng)注意，分片1650被定位或配置為避免與電視1646的信號干擾或避免以布線方式耦接到電視1646?？商孢x地或附加地，電視1646可以被屏蔽以防止這種信號干擾。類似的配置可以應(yīng)用于條狀音響1648或任何其他類型的揚聲器(無論是獨立式揚聲器還是較大系統(tǒng)的組件)。然而，還要注意的是，這種分片1650可以被布置在任何設(shè)備上，無論是獨立設(shè)備還是大型系統(tǒng)的組件，無論是電子的還是非電子的。
在分片1650中，可以由對應(yīng)的rfic來調(diào)節(jié)每個天線元件1106中每個袋形成的相位和幅度，以便生成期望的袋形成以及傳輸零轉(zhuǎn)向。單個耦接到每個天線元件的rfic可以降低處理需求，并且可以增加對袋形成的控制，允許在微處理器上具有較小負載的多個袋形成和較高粒度袋形成，因此可以允許更高數(shù)量的多個袋形成的更高響應(yīng)。此外，多個袋形成可以對更多數(shù)量的接收器進行充電，并且可以允許到這種接收器的更好的軌跡。
rfic可以耦接到一個或多個微控制器，并且微控制器可以包括在獨立的基站中或發(fā)射器1602中的分片1650中。天線元件的行或列可以連接到單個微處理器。在一些實施方案中，發(fā)射器1602中存在更低數(shù)量的rfic可以對應(yīng)于諸如多個袋形成的更低控制、更低的粒度級別以及更便宜的實施例之類的期望的特征。連接到每行或每列的rfic可以允許通過具有更少的組件來降低成本，因為需要更少的rfic來控制每個發(fā)射器1602。rfic可以通過在行或列之間改變相位和增益來產(chǎn)生袋形成電力傳輸波。
在一些實施方案中，發(fā)射器1602可以使用包括rfic的分片1650的級聯(lián)布置，這可以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。此外，可以從rfic的多個冗余獲得更高的可靠性和精度。
在一個實施例中，包括天線元件的多個pcb層可以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。多個pcb層可以增加可由發(fā)射器1602傳送的電力的范圍和量。pcb層可以連接到單個微控制器或連接到專用的微控制器。類似地，rfic可以連接到天線元件。
盒式發(fā)射器1602在其內(nèi)部可以包括多個pcb層，該多個pcb層可以包括天線元件以提供對袋形成的更大控制，并且可以增加對目標(biāo)接收器的響應(yīng)。此外，可以通過盒式發(fā)射器1602來增加無線電力傳輸?shù)姆秶Ｓ捎谔炀€元件的較高密度，多個pcb層可以增加可由發(fā)射器1602無線地傳送或廣播的rf電力波的范圍和量。pcb層可以連接到單個微控制器或每個天線元件的專用微控制器。類似地，rfic可以控制天線元件。發(fā)射器1602的盒形可以增加無線電力傳輸?shù)膭幼鞅取Ｒ虼?，盒式發(fā)射器1602可以位于諸如書桌、桌子、地板之類的多個表面上。此外，盒式發(fā)射器可以包括pcb層的多種布置，該pcb層可以沿x軸、y軸和z軸或這些軸的任意組合定向。
在一些實施例中，條狀音響1648是長條狀的，例如四英尺長乘兩英寸高。這種成形提供了沿條狀音響1648的縱向軸線的分片1650的設(shè)置，使得分片1650中的至少一些分片能夠如本文所描述的那樣以圍繞的方式發(fā)送或接收信號。
6.多個天線元件
圖17是包括多個天線元件1706的發(fā)射器配置1700的示例。天線元件1706可以通過布置天線的行1768和天線的列1770來形成陣列。發(fā)射器配置可以包括至少一個rfic1708來控制天線元件1706的諸如用于袋形成的增益和/或相位之類的特征，并且通過方向、功率水平等來管理袋形成。天線元件1706的陣列可以連接到mc1710，該mc1710可以確定用于袋形成的最佳時間和位置，包括傳輸袋形成的最有效的軌跡，以便減少由于障礙物而造成的損失。這種軌跡可以包括直接袋形成、反彈以及袋形成的距離辨別。
發(fā)射器設(shè)備可以利用天線元件1706來確定接收器的位置，以便確定如何對天線元件1706進行調(diào)整以在適當(dāng)位置形成能量袋。接收器可以向發(fā)射器發(fā)送串信號以提供信息。串信號可以是可被天線元件1706檢測到的任何傳統(tǒng)的已知信號。接收器發(fā)送的信號可以包含諸如相位和增益之類的信息。
iii.接收器-用于接收并利用無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法
a.接收器設(shè)備的組件
回到圖11，其示出了根據(jù)示例性實施例的用于無線充電客戶端設(shè)備的系統(tǒng)1100架構(gòu)的圖，系統(tǒng)1100可以包括發(fā)射器1101和接收器1120，該發(fā)射器和接收器可以各自包括專用集成電路(asic)。接收器1120的asic可以包括印刷電路板1122、天線元件1124、整流器1126、功率轉(zhuǎn)換器1129、通信組件1130和/或電源管理集成電路(pmic)1132。接收器1120還可以包括可以分配所有所請求的組件的外殼。接收器1120的各種組件可以包括或可以使用超材料、電路的微印刷、納米材料等來制造。
1.天線元件
天線元件1124可以包括用于在與針對發(fā)射器1101的天線元件1106所描述的頻帶類似的頻帶中進行操作的合適的天線類型。天線元件1124可以包括垂直或水平極化、右手或左手極化、橢圓極化或其他適當(dāng)?shù)臉O化，以及適當(dāng)?shù)臉O化組合。在下述設(shè)備中使用多種極化可以是有益的，該設(shè)備在使用期間可能不存在優(yōu)選定向或其定向可能隨時間而不斷變化，例如智能電話或便攜式游戲系統(tǒng)。相反，對于具有明確定義的定向的設(shè)備(例如，雙手視頻游戲控制器)，可能存在天線的優(yōu)選極化，該優(yōu)選極化可以決定給定極化的天線數(shù)量的比率。適當(dāng)?shù)奶炀€類型可以包括具有從大約1/8英寸到大約6英寸的高度并且從大約1/8英寸到大約6英寸的寬度的貼片天線。貼片天線可以具有以下優(yōu)點：極化可以取決于連接性，也就是說，極化可以取決于從哪一側(cè)對貼片進行饋電而變化?？梢赃M一步證明這是有利的，因為諸如接收器1120之類的接收器可以動態(tài)地修改其天線極化以優(yōu)化無線電力傳輸。如在本文的實施例中所描述的那樣，對于接收器，不同的天線、整流器或功率轉(zhuǎn)換器布置是可能的。
2.整流器
整流器1126可以將周期性地使方向反向的交流電(ac)轉(zhuǎn)換為直流電(dc)，其為非負值。由于輸入ac正弦波的交流性質(zhì)，整流過程單獨產(chǎn)生盡管非負但由電流脈沖組成的dc電流。可以通過電子濾波器使整流器的輸出平滑化以產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。整流器1126可以包括二極管和/或電阻器、電感器和/或電容器，以將由天線元件1124產(chǎn)生的交流(ac)電壓整流成直流(dc)電壓。
在一些實施方案中，整流器1126可以是全波整流器。全波整流器可將整個輸入波形在其輸出端轉(zhuǎn)換成恒定極性(正或負)之一。全波整流可將輸入波形的兩種極性轉(zhuǎn)換為脈沖dc(直流)，并產(chǎn)生較高的平均輸出電壓。一個全波整流器可以使用兩個二極管和一個中心抽頭變壓器和/或處于橋式配置的四個二極管以及任何ac電源(包括無中心抽頭的變壓器)。對于單相ac，如果變壓器是中心抽頭的，則可以使用背靠背的兩個二極管(取決于所需的輸出極性而陰極對陰極或陽極對陽極)來形成全波整流器。在次級變壓器上可能需要兩倍的匝數(shù)，以獲得與橋式整流器相同的輸出電壓，但額定功率不變?？梢约夹g(shù)上盡可能靠近天線元件1124地來放置整流器1126以使損失最小。在對ac電壓進行整流之后，可以使用功率轉(zhuǎn)換器1129對dc電壓進行調(diào)節(jié)。
3.功率轉(zhuǎn)換器
功率轉(zhuǎn)換器1129可以是dc-dc轉(zhuǎn)換器，其可以幫助提供恒定電壓輸出和/或幫助提高給接收器1120的電壓。在一些實施方案中，dc-dc轉(zhuǎn)換器可以是最大功率點跟蹤器(mppt)。mppt是一種電子dc-dc轉(zhuǎn)換器，其可將較高電壓dc輸出向下轉(zhuǎn)換為電池充電所需的較低電壓。典型的電壓輸出可以從大約5伏到大約10伏。在一些實施例中，功率轉(zhuǎn)換器1129可以包括可提供高效率的電子開關(guān)模式dc-dc轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，可以在功率轉(zhuǎn)換器1129之前包括電容器，以確保提供足夠的電流供開關(guān)設(shè)備工作。當(dāng)對電子設(shè)備(例如電話或膝上型計算機)進行充電時，可能需要能夠超過使電子開關(guān)模式dc-dc轉(zhuǎn)換器的操作激活所需的最小電力水平的初始高電流。在這種情況下，可以在接收器1120的輸出處添加電容器，以提供所需的額外能量。之后，可根據(jù)需要提供較低的電力以提供適當(dāng)?shù)碾娏髁?；例如，盡管手機或筆記本電腦仍然在充電，但只使用總初始電力的1/80。
在一個實施例中，多個整流器1126可以并聯(lián)連接到天線元件1124。例如，四個整流器1126可以并聯(lián)連接到天線元件1124。然而，可以使用更多的整流器1126。這種布置可以是有利的，因為每個整流器1126可以只需要處理總功率的1/4。如果要將一瓦特輸送給電子設(shè)備，則每個整流器1126可以只需要處理四分之一瓦特。這種布置可以大大降低成本，因為在處理相同量的功率時使用多個低功率整流器1126可以比利用一個高功率整流器1126更便宜。在一些實施例中，可以將由整流器1126處理的總功率合并到功率轉(zhuǎn)換器1129中。在其他實施例中，每個整流器1126可以具有功率轉(zhuǎn)換器1129。
在其他實施例中，多個天線元件1124可以并聯(lián)連接到整流器1126，之后可以通過功率轉(zhuǎn)換器1129對dc電壓進行調(diào)節(jié)。在該示例中，四個天線元件1124可以并聯(lián)連接到單個整流器1126。這種布置可以是有利的，因為每個天線元件1124可以只處理總功率的1/4。此外，該布置可以使單個整流器1126能夠使用不同極化的天線元件1124，因為信號不會彼此抵消。由于上述特性，該布置可以適用于具有定義不明確或隨時間變化的定向的電子客戶端設(shè)備。最后，當(dāng)使用具有相同極化并且被配置用于差別不大的相位的天線元件1124時，該布置可以是有益的。然而，在一些實施例中，每個天線元件1124可以具有一個整流器1126和/或每個天線元件1124可以具有多個整流器1126。
在示例性實施方案中，可以實現(xiàn)下述布置：其中多個天線元件1124輸出可以被合并并連接到并聯(lián)整流器1126，該并聯(lián)整流器1126的輸出可進一步在一個功率轉(zhuǎn)換器1129中進行合并。可以存在16個天線元件1124，其輸出可以在四個并聯(lián)整流器1126處合并。在其他實施例中，天線元件1124可以被細分成組(例如四個)，并且可以連接到單獨的整流器1126。
在又一個實施例中，可以實現(xiàn)下述布置：其中天線元件組1124可以連接到不同的整流器1126，而這些整流器又可以連接到不同的功率轉(zhuǎn)換器1129。在該實施例中，四組天線元件1124(每組天線元件均包含并聯(lián)的四個天線元件1124)可以各自獨立地連接到四個整流器1126。在該實施例中，每個整流器1126的輸出可以直接連接到功率轉(zhuǎn)換器1129(總共四個)。在其他實施例中，可以在每個功率轉(zhuǎn)換器1129之前合并所有四個整流器1126的輸出以并行處理總功率。在一些實施例中，每個整流器1126的合并后的輸出可以連接到單個功率轉(zhuǎn)換器1129。這種布置可以是有益的，因為它允許整流器1126和天線元件1124之間非常接近。該特性可以是可取的，因為它可以將損失保持在最小值。
4.通信組件
類似于發(fā)射器1101的通信組件，通信組件1130可以包括在接收器1120中以與發(fā)射器或其他電子裝備通信。在一些實施方案中，接收器1120可以使用設(shè)備的內(nèi)置通信組件(例如，藍牙)，以基于由處理器提供的諸如電池電量、用戶預(yù)定義的充電配置文件之類的要求來與給定發(fā)射器1120通信，發(fā)射器1101可以包括一個或多個印刷電路板(pcb)1104、一個或多個天線元件1106、一個或多個射頻集成電路(rfic)1108、一個或多個微控制器(mc)1110、通信組件1112和電源1114。發(fā)射器1101可以被包在外殼中，該外殼可以為發(fā)射器1101分配所有所請求的組件?？梢允褂贸牧稀㈦娐返奈⒂∷?、納米材料和/或任何其他材料來制造發(fā)射器1101中的組件。由接收器和發(fā)射器之間的通信組件傳送的信息類型尤其包括但不限于：電池中的當(dāng)前電力水平、在接收器處接收的信號強度和電力水平、定時信息、相位和增益信息、用戶標(biāo)識、客戶端設(shè)備權(quán)限、安全相關(guān)信令、緊急信令以及認證交換等。
5.pmic
電源管理集成電路(pmic)1132是用于對主機系統(tǒng)的電力需求進行管理的片上系統(tǒng)設(shè)備中的集成電路和/或系統(tǒng)塊。pmic1132可以包括電池管理、電壓調(diào)節(jié)和充電功能。pmic1132可以包括dc-dc轉(zhuǎn)換器，以允許動態(tài)電壓縮放。在一些實施方案中，pmic1132可以提供高達95％的電力轉(zhuǎn)換效率。在一些實施方案中，pmic1132可以與動態(tài)頻率縮放集成在一起?？梢栽谥T如移動電話和/或便攜式媒體播放器之類的電池供電設(shè)備中實施pmic1132。在一些實施方案中，可以用輸入電容器和輸出電容器代替電池。pmic1132可以直接連接到電池和/或電容器。當(dāng)直接對電池進行充電時，可以不實施電容器。在一些實施方案中，pmic1132可以盤繞在電池周圍。pmic1132可以包括用作電池充電器并且連接到電池的電源管理芯片(pmc)。pmic1132可以使用脈沖頻率調(diào)制(pfm)和脈沖寬度調(diào)制(pwm)。pmic1132可以使用開關(guān)放大器(d類電子放大器)。在一些實施方案中，輸出轉(zhuǎn)換器、整流器和/或ble也可以包括在pmic1132中。
6.外殼
外殼可以由允許信號或波傳輸和/或接收的任何合適的材料(例如塑料或硬橡膠)制成。外殼可以是例如能以殼體的形式添加到不同電子裝置的外部硬件，或者也可以嵌入在電子裝備中。
7.網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)1140可以包括利于發(fā)射器1101與接收器1120之間進行通信的任何公共通信架構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，網(wǎng)絡(luò)1140可以是因特網(wǎng)、專用內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或兩者的一些混合。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，可以在專用處理裝備中或者可替選地在云處理網(wǎng)絡(luò)中來實施網(wǎng)絡(luò)組件。
b.接收器、接收器組件和與接收器相關(guān)的系統(tǒng)的配置
1.并聯(lián)連接到天線元件的多個整流器
圖18a示出了其中多個整流器1826a可以并聯(lián)連接到天線元件1824a的布置1800a。在該示例中，四個整流器1826a可以并聯(lián)連接到天線元件1824a。然而，可以使用更多的整流器1826a。布置1800a可以是有利的，因為每個整流器1826a可以只需要處理總功率的1/4。如果要將一瓦特輸送給電子設(shè)備，則每個整流器1826f可以只需要處理四分之一瓦特。布置1800a可以大大降低成本，因為在處理相同量的功率時使用多個低功率整流器1826a可以比利用一個高功率整流器1826a更便宜。在一些實施例中，可以將由整流器1826a處理的總功率合并到一個dc-dc轉(zhuǎn)換器1828a中。在其他實施例中，每個整流器1826a可以具有dc-dc轉(zhuǎn)換器1828a。
2.并聯(lián)連接到整流器的多個天線元件
圖18b示出了下述布置1800b，其中多個天線元件1824b可以并聯(lián)連接到整流器1826b，之后可以通過dc-dc轉(zhuǎn)換器1828b來調(diào)節(jié)dc電壓。在該示例中，四個天線元件1824b可以并聯(lián)連接到單個整流器1826b。布置1800b可以是有利的，因為每個天線元件1824b可以只處理總功率的1/4。此外，布置1800b可以使單個整流器1826b能夠使用不同極化的天線元件1824b，因為信號不會彼此抵消。由于上述特性，布置1800b可以適用于具有定義不明確或隨時間變化的定向的電子設(shè)備。最后，當(dāng)使用具有相同極化并且被配置用于差別不大的相位的天線元件1824b時，布置1800b可以是有益的。然而，在一些實施例中，每個天線元件1824b可以具有一個整流器1826b或者每個天線元件1824b可以具有多個整流器1826b(如圖18a所描述的那樣)。
3.并聯(lián)連接到多個整流器的多個天線元件
圖19a示出了下述布置1900a：其中多個天線元件1924a的輸出可以被合并并連接到并聯(lián)整流器1926a，該并聯(lián)整流器1926a的輸出可進一步在一個dc轉(zhuǎn)換器1928a中進行合并。布置1900a以示例的方式示出了其輸出可以在四個并聯(lián)整流器1926a處合并的16個天線元件1924a。在其他實施例中，天線元件1924a可以被細分成組(例如四個)，并且可以連接到單獨的整流器，如下圖19b所示。
4.分組排列
圖19b示出了下述布置1900b：其中天線元件組1624b可以連接到不同的整流器1926b，而這些整流器又可以連接到不同的dc轉(zhuǎn)換器1928b。在布置1900b中，四組天線元件1924b(每組天線元件均包含并聯(lián)的四個天線元件1924b)可以各自獨立地連接到四個整流器1926b。在該實施例中，每個整流器1926b的輸出可以直接連接到dc轉(zhuǎn)換器1928b(總共四個)。在其他實施例中，可以在每個dc轉(zhuǎn)換器1928b之前合并所有四個整流器1926b的輸出以并行處理總功率。在其他實施例中，每個整流器1926b的合并后的輸出可以連接到單個dc轉(zhuǎn)換器1928b。布置1900b可以是有益的，因為它允許整流器1926b和天線元件1924b之間非常接近。該特性可以是可取的，因為它可以將損失保持在最小。
接收器可以實施在、連接到或嵌入在可以依靠電力來執(zhí)行其預(yù)期功能的電子設(shè)備或裝備中，例如電話、膝上型計算機、電視遙控器、兒童玩具或任何其他設(shè)備。利用袋形成的接收器可用于在“開”或“關(guān)”時或在使用或不使用時對設(shè)備的電池進行完全充電。此外，可以大大提高電池壽命。例如，在兩瓦特上工作的設(shè)備利用可以傳送一瓦特的接收器可以將該設(shè)備的電池持續(xù)時間增加多達大約50％。最后，可以使用接收器來對目前在電池上運行的一些設(shè)備進行完全供電，之后可能不再需要電池。這最后一個屬性對于更換電池可能是乏味或難以完成的設(shè)備(如掛鐘)可以是有益的。下面的實施例提供了如何可以將接收器集成在電子設(shè)備上的一些示例。
5.嵌入式接收器
圖20a示出了設(shè)備2000a可以包括嵌入式接收器2020a的實施方案，該設(shè)備2000a可以代表典型的電話、計算機或其他電子設(shè)備。設(shè)備2000a還可以包括電源、通信組件2030a和處理器。接收器2020a可以利用袋形成為設(shè)備2000a的電源提供電力。此外，接收器2020a可以使用設(shè)備2000a的內(nèi)置通信組件2030a(例如，藍牙)來基于由處理器提供的諸如電池電量、用戶預(yù)定義的充電模式或其他的要求與給定的發(fā)射器進行通信。
6.具有嵌入式接收器的電池
圖20b示出了設(shè)備2000b可以包括具有嵌入式接收器2020b的電池的另一實施方案。電池可以通過袋形成來無線地接收電力，并可以通過其嵌入式接收器2020b來進行充電。電池可用作電源供給，也可用作備用電源。這種配置可以是有利的，因為可能無需為了充電而拆卸電池。這在其中電池(通常為aa或aaa)可以被連續(xù)更換的游戲控制器或游戲設(shè)備中尤其有用。
7.外部通信組件
圖20c示出了替選的實施方案2000c，其中接收器2020c和通信組件2030c可以被包括在可以附接到設(shè)備的外部硬件中。硬件可以采取適當(dāng)?shù)男问?，例如可以放置在電話、計算機、遙控器等上的情況，這些情況可以通過諸如通用串行總線(usb)之類的合適的接口進行連接。在其他實施例中，可以將硬件印刷在柔性膜上，然后可以將該柔性膜粘貼或以其他方式附接到電子裝備。該選項可以是有利的，因為其可以以低成本來制造并且可以容易地集成到各種設(shè)備中。如在先前的實施例中那樣，通信組件2030c可以被包括在通常可以向發(fā)射器或向電子裝備提供通信的硬件中。
8.連接usb的接收器的殼體或外殼
圖21a示出了包括接收器2102a的殼體形式的硬件，其可以通過柔性電纜或usb連接到智能電話和/或任何其他電子設(shè)備。在其他實施例中，外殼或殼體可以尤其是計算機殼體、電話殼體和/或相機殼體。
9.印刷薄膜上的pcb
圖21b示出了可以包括多個印刷接收器2102b的印刷薄膜或柔性印刷電路板(pcb)形式的硬件。印刷薄膜可以被粘貼或以其他方式附接到電子設(shè)備，并可通過適當(dāng)?shù)慕涌?例如usb)來連接。印刷薄膜可以是有利的，因為可以從其切割出滿足特定的電子設(shè)備尺寸和/或要求的部分。無線電力傳輸?shù)男室约翱梢暂斔偷碾娏Φ牧?使用袋形成)可以是在給定的接收器和發(fā)射器系統(tǒng)中所使用的天線元件的總數(shù)的函數(shù)。例如，為了在大約15英尺處輸送大約一瓦，接收器可以包括大約80個天線元件，而發(fā)射器可以包括大約256個天線元件。另一個相同的無線電力傳輸系統(tǒng)(大約15英尺處大約1瓦)可以包括具有大約40個天線元件的接收器以及具有大約512個天線元件的發(fā)射器。將接收器中天線元件的數(shù)量減少一半可能需要將發(fā)射器中的天線元件的數(shù)量加倍。在某些情況下，相比于在接收器中放置更多數(shù)量的天線元件，在發(fā)射器中放置更多數(shù)量的天線元件可能是成本有效的。然而，可以通過在接收器上而不是在發(fā)射器上放置更多的天線元件來實現(xiàn)相反布置，只要在發(fā)射器中存在至少兩個天線元件即可。
iv.天線硬件和功能
a.間距配置
圖22示出了內(nèi)部硬件，其中接收器2220可以用于在電子設(shè)備2252(例如，智能電話)中接收無線電力傳輸。在一些實施方案中，電子設(shè)備2252可以包括可圍繞該電子設(shè)備2252的殼體2254(例如，智能電話殼體)的內(nèi)部邊緣嵌入的接收器2220。在其他實施例中，接收器2220可以被實現(xiàn)為覆蓋殼體2254的背面。殼體2254可以尤其是以下中的一個或多個：智能電話蓋、筆記本電腦蓋、相機蓋、gps蓋、游戲控制器蓋和/或平板電腦蓋等。殼體2254可以由塑料、橡膠和/或任何其他合適的材料制成。
接收器2220可以包括策略性地分布在圖22所示的網(wǎng)格區(qū)域上的天線元件2224陣列。殼體2254可以包括在殼體2254的邊緣周圍和/或沿殼體2254的背面設(shè)置的天線元件2224陣列，以用于最佳接收。可以根據(jù)電子設(shè)備2252的設(shè)計、尺寸和/或類型來計算天線元件2224的數(shù)量、間隔和類型。在一些實施例中，在包含天線元件2224的殼體2254與電子設(shè)備2252之間可以存在間隔(例如1mm-4mm)和/或超材料。該間隔和/或超材料可以為rf信號提供額外的增益。在一些實施方案中，超材料可以用于創(chuàng)建多層pcb以實施到殼體2254中。
b.超材料
內(nèi)部硬件可以是印刷薄膜2256和/或柔性pcb的形式，該印刷薄膜和/或柔性pcb可以包括不同的組件，例如多個印刷天線元件2224(彼此串聯(lián)、并聯(lián)或組合連接)、整流器和電力轉(zhuǎn)換元件。印刷薄膜2256可以粘貼或以其他方式附接到任何合適的電子設(shè)備，例如電子設(shè)備2252和/或平板電腦。印刷薄膜2256可以通過任何合適的接口來進行連接，該接口例如為柔性電纜2258。印刷薄膜2256可以呈現(xiàn)一些益處；這些益處之一可以是可以從該印刷薄膜中切割出滿足特定的智能移動設(shè)備尺寸和/或要求的部分。根據(jù)一個實施例，用于接收器2220的天線元件2224之間的間隔可以在約2nm至約12nm的范圍內(nèi)，最適合約為7nm。
另外，在一些實施方案中，可以在電子設(shè)備2252(例如，智能電話)的接收器2220中使用的天線元件2224的最佳數(shù)量可以在約20個到約30個的范圍內(nèi)。然而，接收器2220內(nèi)的天線元件2224的數(shù)量可以根據(jù)電子設(shè)備2252的設(shè)計和尺寸而變化。天線元件2224可以尤其由諸如銅、金和銀之類的不同的導(dǎo)電材料制成。此外，天線元件2224可以被印刷、蝕刻或?qū)訅旱饺魏魏线m的非導(dǎo)電柔性襯底上，尤其例如柔性pcb等。所公開的天線元件2224的配置和定向可以表現(xiàn)出更好的無線充電的接收、效率和性能。
c.具有無線電力發(fā)射器的tv系統(tǒng)
提供了具有無線電力傳輸功能的tv系統(tǒng)。更具體地說，tv系統(tǒng)現(xiàn)今已成為許多家庭娛樂的中心。家人、朋友和人們一般圍繞tv系統(tǒng)來觀看新聞、電視節(jié)目、玩游戲、聽音樂或只是用于搜尋娛樂節(jié)目。有時，可能在tv系統(tǒng)附近使用諸如膝上型計算機、游戲系統(tǒng)、移動電話或可能需要電源的任何設(shè)備之類的其他設(shè)備。由于在某些tv系統(tǒng)情形下使用電源插座可能是受限的或不切實際的，因此可能需要額外的電纜并且這可能變得繁瑣或不舒服。因此，需要在tv系統(tǒng)附近解決這些問題的電源。因此，提供了下述tv系統(tǒng)。該tv系統(tǒng)將無線電力傳輸給tv系統(tǒng)范圍內(nèi)的其他設(shè)備。該tv系統(tǒng)包括如本文所述的通過袋形成來傳輸無線電力的發(fā)射器組件。發(fā)射機組件作為單獨組件集成在tv系統(tǒng)內(nèi)或tv系統(tǒng)上?？商孢x地或附加地，發(fā)射器組件被集成在tv系統(tǒng)的現(xiàn)有組件上。如本文所述，接收器設(shè)備可以適用于可能需要電輸入的任何電氣設(shè)備。
圖23示出了輸出無線電力的電視(tv)系統(tǒng)的示例性實施例。在上文對該圖的一些元件進行了描述。因此，相同的附圖標(biāo)記表示與上述相同和/或相似的組件，并且在下文中將省略或簡化對其任何重復(fù)的詳細描述以避免復(fù)雜化。
已經(jīng)描述了經(jīng)由袋形成的無線電力傳輸3000。傳輸3000使得tv系統(tǒng)3002需要發(fā)射在多維空間中會聚的多個受控?zé)o線電力波3004。tv系統(tǒng)3002使用如本文所述的發(fā)射器(例如發(fā)射器1101)來輸出波3004，例如以任何方向，例如正向或側(cè)向或向后或向上或向下。可以經(jīng)由tv系統(tǒng)3002或諸如電池之類的另一電源(無論是否耦接到tv系統(tǒng)3002)來給發(fā)射器供電?？商孢x地或附加地，發(fā)射器可以為tv系統(tǒng)3002供電，或者發(fā)射器和tv系統(tǒng)3002彼此獨立地供電，例如從兩個不同的電源(例如電池和主電源)進行供電?？梢酝ㄟ^相位調(diào)整和/或相對幅度調(diào)整來對波3004進行控制，以形成相長干涉圖樣和相消干涉圖樣(例如，袋形成)。在波3004的相長干涉圖樣處形成能量袋3006，并且該能量袋呈三維形狀，而在波3004的相消干涉圖樣處產(chǎn)生零空間。如本文所述的諸如接收器1120之類的接收器利用通過袋形成產(chǎn)生的能量袋來給諸如膝上型計算機3008、移動電話3010、平板計算機3012或至少在tv系統(tǒng)3002的范圍或限定范圍(例如在特定方向上的大約20英尺、包括大約20英尺的峰高距離或20英尺的半徑的弧)內(nèi)的任何電氣設(shè)備之類的電子設(shè)備充電或供電，從而有效地提供無線電力傳輸3000。在一些實施例中，可以使用自適應(yīng)袋形成來調(diào)節(jié)電子設(shè)備上的電力。在一些實施例中，tv系統(tǒng)3002包括本文所述的或其他類型的揚聲器或條狀音響。在一些實施例中，tv系統(tǒng)3002包括遠程控制單元，該遠程控制單元可以包括如本文所述的接收器，該接收器被配置為從tv系統(tǒng)3002接收無線電力，如本文所述。
圖24示出了tv系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例性實施例。在上文對該圖的一些元件進行了描述。因此，相同的附圖標(biāo)記表示與上述相同和/或相似的組件，并且在下文中將省略或簡化對其任何重復(fù)的詳細描述以避免復(fù)雜化。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)視圖3014描繪了具有如本文所述的發(fā)射器的tv系統(tǒng)3002。tv系統(tǒng)3002包括多個組件。tv系統(tǒng)3002包括前透明屏幕層3016、偏光膜層3018和led/lcd背光層3020。tv系統(tǒng)3002還包括如本文所述的發(fā)射器1101。在另一個實施例中，發(fā)射器1101可以集成在層3016、層3018、層3020中的至少一個層中，而不是作為單獨的層。
在其他實施例中，發(fā)射器1101的大部分電路被放置在tv系統(tǒng)3002內(nèi)，其中天線元件1106圍繞tv系統(tǒng)3002的邊緣放置。在其他實施例中，天線元件1106被放置在tv系統(tǒng)3002的后部的外表面上。在另外的實施例中，天線元件1106可以是能內(nèi)置在tv系統(tǒng)3002顯示區(qū)域上的印刷微型天線。這樣的印刷天線可以用本領(lǐng)域公知的光刻技術(shù)或絲網(wǎng)印刷技術(shù)來制造。這樣的天線可以是有益的，因為這些天線可以以使人眼對其不可見的小尺度印刷。應(yīng)當(dāng)注意，tv系統(tǒng)可以是任何類型的tv系統(tǒng)，例如液晶顯示器(lcd)、等離子體、陰極射線等。
圖25示出了分片架構(gòu)的示例性實施例。在上文對該圖的一些元件進行了描述。因此，相同的附圖標(biāo)記表示與上述相同和/或相似的組件，并且在下文中將省略或簡化對其任何重復(fù)的詳細描述以避免復(fù)雜化。
分片2500包括如本文所述的天線2502和耦接到天線2502的rfic2504。分片2500可以以如發(fā)射器302、發(fā)射器1101、發(fā)射器402、發(fā)射器配置1700或本文所描述的任何其他發(fā)射器配置的任何方式進行結(jié)構(gòu)化。分片2500如本文所述地進行操作。盡管分片2500成形為矩形，但在其他實施例中，分片2500可以按不同方式(無論是敞開形狀還是封閉形狀)成形。例如，分片2500可以被成形為星形、三角形、多邊形等。
僅作為說明性示例來提供上述方法描述和處理流程圖，并不意圖要求或暗示各種實施例的步驟必須按照所展現(xiàn)的順序來執(zhí)行。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，可以以任何順序來執(zhí)行前述實施例中的步驟。諸如“然后”、“下一個”等等的詞語并不意圖限制步驟的順序；這些詞語簡單地用于通過方法的描述來引導(dǎo)讀者。雖然處理流程圖可以將操作描述為順序處理，但是許多操作可以并行或同時執(zhí)行。此外，可以重新布置操作的順序。處理可以對應(yīng)于方法、函數(shù)、過程、子例程、子程序等。當(dāng)處理對應(yīng)于函數(shù)時，其終止可以對應(yīng)于函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。
結(jié)合本文所公開的實施例描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以實現(xiàn)為電子硬件、計算機軟件或兩者的結(jié)合。為了清楚地示出硬件和軟件的這種可互換性，上文中已就功能性而言大致描述了各種示例性組件、塊、模塊、電路以及步驟。這種功能性是實現(xiàn)為硬件還是軟件取決于具體的應(yīng)用程序和施加于整個系統(tǒng)上的設(shè)計限制條件。熟練的技術(shù)人員可針對每一具體應(yīng)用程序以不同方式來實現(xiàn)所描述的功能性，但不應(yīng)將此類實現(xiàn)決策理解為導(dǎo)致偏離本發(fā)明的范圍。
在計算機軟件中實現(xiàn)的實施例可以在軟件、固件、中間件、微代碼、硬件描述語言或其任何組合中實現(xiàn)。代碼段或機器可執(zhí)行指令可以表示過程、函數(shù)、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟件包、類、或指令的任何組合、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、或程序語句。代碼段可以通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、命令行參數(shù)、參數(shù)或存儲器內(nèi)容而耦接到另一代碼段或硬件電路?？梢酝ㄟ^包括存儲器共享、消息傳遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)鹊娜魏魏线m的手段來傳遞、轉(zhuǎn)發(fā)或發(fā)送信息、命令行參數(shù)、參數(shù)、數(shù)據(jù)等。
用于實現(xiàn)這些系統(tǒng)和方法的實際軟件代碼或?qū)Ｓ每刂朴布粚Ρ景l(fā)明進行限制。因此，在沒有參考具體軟件代碼的情況下描述了系統(tǒng)和方法的操作和行為，應(yīng)當(dāng)理解，軟件和控制硬件可以被設(shè)計成基于本文的描述來實現(xiàn)系統(tǒng)和方法。
當(dāng)以軟件實現(xiàn)時，功能可以作為一個或多個指令或代碼存儲在非暫時的計算機可讀或處理器可讀存儲介質(zhì)上。本文所公開的方法或算法的步驟可以在處理器可執(zhí)行軟件模塊中實施，該處理器可執(zhí)行軟件模塊可以駐留在計算機可讀或處理器可讀存儲介質(zhì)上。非暫時的計算機可讀或處理器可讀介質(zhì)包括便于將計算機程序從一個地方傳送到另一個地方的計算機存儲介質(zhì)和有形存儲介質(zhì)兩者。非暫時的處理器可讀存儲介質(zhì)可以是可由計算機訪問的任何可用介質(zhì)。作為示例而非限制，這種非暫時處理器可讀介質(zhì)可以包括：ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盤存儲器、磁盤存儲器或其他磁存儲設(shè)備、或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲期望的程序代碼并且可以由計算機或處理器訪問的任何其他有形存儲介質(zhì)。如本文所使用的磁盤和光盤包括光盤(cd)、激光盤、光盤(opticaldisc)、數(shù)字化通用光盤(dvd)、軟盤以及藍光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。此外，方法或算法的操作可以作為一個或任何組合或一組代碼和/或指令來駐留在非暫時處理器可讀介質(zhì)和/或計算機可讀介質(zhì)上，其可以并入到計算機程序產(chǎn)品中。
提供了所公開實施例的前述描述，以使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制造或使用本發(fā)明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，對這些實施例進行各種修改，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文定義的通用原理可以應(yīng)用于其他實施例。因此，本發(fā)明不旨在限于本文所示的實施例，而是符合與所附權(quán)利要求以及本文公開的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。
雖然已經(jīng)公開了各個方面和實施例，但是其他方面和實施例也考慮在內(nèi)。所公開的各個方面和實施例是為了說明的目的，并且不旨在限制，其真實范圍和精神由所附權(quán)利要求書指出。
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