專利名稱：多環(huán)無線電力接收線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及無線電力，且更具體來說涉及與無線電力接收器處的無線電力的接收有關(guān)的系統(tǒng)、裝置和方法。
背景技術(shù)：
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(gè)類別。一個(gè)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(yuǎn)場(chǎng)輻射)的耦合，所述待充電的裝置收集所輻射電力且對(duì)其整流以用于對(duì)電池充電。天線一般具有諧振長(zhǎng)度，以便改善耦合效率。此方法的缺點(diǎn)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)由濾波來適當(dāng)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(jī)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(diǎn)發(fā)射天線與接收天線之間的間隔必須非常接近(例如，若干毫米)。盡管此方法具有對(duì)同一區(qū)域中的多個(gè)裝置同時(shí)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。需要用于隱匿無線電力接收器的方法、系統(tǒng)和裝置。此外，需要用于調(diào)節(jié)無線電力接收器處的電力接收的方法、系統(tǒng)和裝置
發(fā)明內(nèi)容


圖1展示無線電力傳遞系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。圖3說明用于本發(fā)明的示范性實(shí)施例中的環(huán)形天線的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的發(fā)射器的簡(jiǎn)化框圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的接收器的簡(jiǎn)化框圖。圖6說明常規(guī)多環(huán)線圈。
圖7A說明根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的包含切換元件的多環(huán)線圈，所述切換元件以斷開配置耦合到所述多環(huán)線圈。圖7B說明根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的包含切換元件的多環(huán)線圈，所述切換元件以閉合配置耦合到所述多環(huán)線圈。圖8說明根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的包含多環(huán)接收線圈的接收器，所述多環(huán)接收線圈包含與其耦合的切換元件。圖9說明根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的耦合到多環(huán)接收線圈的切換元件的控制器。圖10為說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式希望下文結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且并不希望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述使用的術(shù)語“示范性”意味著“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且不一定解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述出于提供對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的而包含特定細(xì)節(jié)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可在無這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例子中，以框圖形式來展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置，以避免模糊本文中呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性。本文使用術(shù)語“無線電力”來表示與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或在不使用物理電導(dǎo)體的情況下在發(fā)射器與接收器之間傳輸?shù)钠渌鼒?chǎng)相關(guān)聯(lián)的任一形式的能量。圖1說明根據(jù)本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例的無線發(fā)射或充電系統(tǒng)100。輸入電力102提供到發(fā)射器104以用于產(chǎn)生用于提供能量傳送的場(chǎng)106。接收器108耦合到場(chǎng)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)的存儲(chǔ)或消耗。發(fā)射器104與接收器108兩者隔開距離112。在一個(gè)示范性實(shí)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(dāng)接收器108位于場(chǎng)106的“近場(chǎng)”中時(shí)，當(dāng)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(shí)，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(jìn)一步包含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(jìn)一步包含用于提供用于能量接收的裝置的接收天線118。根據(jù)應(yīng)用及待與之相關(guān)聯(lián)的裝置來設(shè)計(jì)發(fā)射天線及接收天線的大小。如所陳述，通過將發(fā)射天線的近場(chǎng)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(yuǎn)場(chǎng)而進(jìn)行有效能量傳送。當(dāng)處于此近場(chǎng)中時(shí)，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及118周圍可發(fā)生此近場(chǎng)耦合的區(qū)域在本文中稱為耦合模式區(qū)。圖2展示無線電力傳送系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。發(fā)射器104包含振蕩器122、功率放大器124及濾波器與匹配電路126。振蕩器經(jīng)配置以產(chǎn)生所要頻率，例如468. 75KHz、6. 78MHz或13. 56MHz，所述頻率可響應(yīng)于調(diào)整信號(hào)123而調(diào)整?？赏ㄟ^功率放大器124響應(yīng)于控制信號(hào)125而以一放大量來放大振蕩器信號(hào)。可包含濾波器與匹配電路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可包含匹配電路132及整流器與切換電路134以產(chǎn)生DC電力輸出，以對(duì)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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與發(fā)射器104可在單獨(dú)通信信道119 (例如,藍(lán)牙、zigbee、蜂窩式等)上通信。
如圖3中說明，示范性實(shí)施例中使用的天線可經(jīng)配置為“環(huán)形”天線150，其在本文也可稱為“磁性”天線。環(huán)形天線可經(jīng)配置以包含空氣芯(air core)或物理芯(physicalcore)(例如，鐵氧體芯)。空氣芯環(huán)形天線可更好地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)可更易于使得能夠?qū)⒔邮仗炀€118(圖2)放置于發(fā)射天線114(圖2)的平面內(nèi)，在所述平面處，發(fā)射天線114(圖2)的耦合模式區(qū)可更強(qiáng)大。如所述，發(fā)射器104與接收器108之間的有效能量傳送在發(fā)射器104與接收器108之間的匹配(即，頻率匹配)或近似匹配的諧振期間發(fā)生。然而，即使當(dāng)發(fā)射器104與接收器108之間的諧振不匹配時(shí)，也可傳送能量，但效率可能受到影響。能量傳送通過將來自發(fā)射天線的近場(chǎng)的能量耦合到駐留于建立了此近場(chǎng)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。環(huán)形或磁性天線的諧振頻率是基于電感及電容。環(huán)形天線中的電感一般僅為由所述環(huán)產(chǎn)生的電感，而電容一般被添加到環(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(shí)例，可將電容器152及電容器154添加到所述天線，以形成產(chǎn)生諧振信號(hào)156的諧振電路。因此，對(duì)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(chǎng)的高效能量傳送區(qū)域增加。當(dāng)然，其它諧振電路是可能的。作為另一非限制性實(shí)例，電容器可并聯(lián)放置于環(huán)形天線的兩個(gè)端子之間。另外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，對(duì)于發(fā)射天線，諧振信號(hào)156可為到環(huán)形天線150的輸入。圖4為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的發(fā)射器200的簡(jiǎn)化框圖。發(fā)射器200包含發(fā)射電路202和發(fā)射天線204。通常，發(fā)射電路202通過提供導(dǎo)致在發(fā)射天線204四周產(chǎn)生近場(chǎng)能量的振蕩信號(hào)來將RF電力提供到發(fā)射天線204。應(yīng)注意，發(fā)射器200可在任一合適頻率下操作。舉例來說，發(fā)射器200可在13. 56MHz的ISM頻帶下操作。示范性發(fā)射電路202包含固定阻抗匹配電路206，其用于使發(fā)射電路202的阻抗(例如，50歐姆)與發(fā)射天線204匹配；以及低通濾波器(LPF) 208，其經(jīng)配置以將諧波發(fā)射減少到用以防止耦合到接收器108 (圖1)的裝置的自干擾的電平。其它示范性實(shí)施例可包含不同濾波器拓?fù)?包含(但不限于)使特定頻率衰減同時(shí)使其它頻率通過的陷波濾波器)，且可包含自適應(yīng)阻抗匹配，其可基于可測(cè)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(jìn)一步包含經(jīng)配置以驅(qū)動(dòng)如由振蕩器212確定的RF信號(hào)的功率放大器210。發(fā)射電路可由離散裝置或電路組成，或者可由一集成組合件組成。來自發(fā)射天線204的示范性RF電力輸出可為大約2. 5瓦，然而，輸出可能大體上更高。發(fā)射電路202進(jìn)一步包含控制器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或相位，及用于調(diào)整用于實(shí)施通信協(xié)議(用于經(jīng)由相鄰裝置的附接的接收器與相鄰裝置交互)的輸出功率電平。如此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知，發(fā)射路徑中的振蕩器相位和相關(guān)電路的調(diào)整允許減少帶外發(fā)射，尤其是當(dāng)從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)變到另一頻率時(shí)。發(fā)射電路202可進(jìn)一步包含用于檢測(cè)作用中接收器在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場(chǎng)附近的存在與否的負(fù)載感測(cè)電路216。舉例來說，負(fù)載感測(cè)電路216監(jiān)視流動(dòng)到功率放大器210的電流，所述電流受作用中接收器在由發(fā)射天線204產(chǎn)生的近場(chǎng)附近的存在與否影響。由控制器214監(jiān)視對(duì)功率放大器210上的加載的改變的檢測(cè)，以用于確定是否啟用振蕩器212來用于發(fā)射能量以及與作用中接收器通信。發(fā)射天線204可以絞合線(Litz wire)實(shí)施或?qū)嵤榫哂薪?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條帶。在常規(guī)實(shí)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、墊、燈或其它較不便攜的配置)相關(guān)聯(lián)。因此，發(fā)射天線204一般將不需要若干“匝”來具有實(shí)際尺寸。發(fā)射天線204的示范性實(shí)施方案可為“電學(xué)上較小的”(即，波長(zhǎng)的分?jǐn)?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。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可包含連接到控制器214 (在本文中還稱作處理器)的存在檢測(cè)器280、封閉式檢測(cè)器290，或其組合。控制器214可響應(yīng)于來自存在檢測(cè)器280和封閉式檢測(cè)器290的存在信號(hào)而調(diào)整由放大器210遞送的功率的量。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(未圖示)，或發(fā)射器可直接從常規(guī)DC電源(未圖示)接收電力。作為非限制性實(shí)例，存在檢測(cè)器280可為運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器，其可用以感測(cè)插入到發(fā)射器的覆蓋區(qū)域中的待充電裝置的初始存在。在檢測(cè)后，可接通發(fā)射器且可使用由裝置接收的RF電力來以預(yù)定方式雙態(tài)切換Rx裝置上的開關(guān)，其又導(dǎo)致發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗的改變。作為另一非限制性實(shí)例，存在檢測(cè)器280可為能夠例如通過紅外檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)或其它合適方式來檢測(cè)人的檢測(cè)器。在一些示范性實(shí)施例中，可能存在限制發(fā)射天線可在特定頻率下發(fā)射的功率的量的規(guī)章。在一些情況下，這些規(guī)章有意保護(hù)人類免受電磁輻射影響。然而，可能存在發(fā)射天線放置于人類未占用的或人類不經(jīng)常占用的區(qū)域(例如，車庫、廠區(qū)、車間，等)中的環(huán)境。如果這些環(huán)境沒有人類，則可能可準(zhǔn)許將發(fā)射天線的電力輸出增加到正常電力約束規(guī)章以上。換句話說，控制器214可響應(yīng)于人類存在而將發(fā)射天線204的電力輸出調(diào)整到規(guī)定電平或更低，且當(dāng)人距發(fā)射天線204的電磁場(chǎng)在規(guī)定距離之外時(shí)將發(fā)射天線204的電力輸出調(diào)整到高于規(guī)定電平的電平。作為非限制性實(shí)例，封閉式檢測(cè)器290 (本文也可稱為封閉式隔室檢測(cè)器或封閉式空間檢測(cè)器)可為例如感測(cè)開關(guān)等裝置，用于確定外罩何時(shí)處于封閉或打開狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射器在處于封閉狀態(tài)的外罩中時(shí)，可增加發(fā)射器的功率電平。在示范性實(shí)施例中，可使用使得發(fā)射器200不會(huì)不確定地保持接通的方法。在此情況下，發(fā)射器200可經(jīng)編程以在用戶確定的時(shí)間量之后關(guān)閉。此特征防止發(fā)射器200 (尤其是功率放大器210)在其周邊的無線裝置經(jīng)完全充電之后長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。此事件可能歸因于用以檢測(cè)從中繼器或接收線圈發(fā)送的指示裝置經(jīng)完全充電的信號(hào)的電路的故障。為了防止發(fā)射器200在另一裝置放置于其周邊的情況下自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可僅在檢測(cè)到其周邊沒有運(yùn)動(dòng)的設(shè)定周期之后激活發(fā)射器200自動(dòng)關(guān)閉特征。用戶可能夠確定不活動(dòng)時(shí)間間隔，且在需要時(shí)改變所述不活動(dòng)時(shí)間間隔。作為一非限制性實(shí)例，所述時(shí)間間隔可比在假定特定類型的無線裝置最初經(jīng)完全放電的情況下對(duì)所述裝置完全充電所需的時(shí)間間隔長(zhǎng)。圖5為根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的接收器300的簡(jiǎn)化框圖。接收器300包含接收電路302和接收天線304。接收器300進(jìn)一步耦合到裝置350以向裝置350提供所接收的電力。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，能量是無線傳播到接收天線304，且接著經(jīng)由接收電路302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)相同的頻率下或在指定頻率范圍內(nèi)諧振。接收天線304可與發(fā)射天線204類似地設(shè)計(jì)尺寸，或可基于相關(guān)聯(lián)裝置350的尺寸來不同地設(shè)計(jì)大小。舉例來說，裝置350可為具有比所述發(fā)射天線204的直徑或長(zhǎng)度小的直徑或長(zhǎng)度尺寸的便攜式電子裝置。在此實(shí)例中，接收天線304可實(shí)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(shí)質(zhì)圓周周圍，以便最大化天線直徑并減小接收天線的環(huán)匝(即，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包含用于將接收到的RF能源轉(zhuǎn)換為供裝置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包含RF/DC轉(zhuǎn)換器308且還可包含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(hào)整流為非交變電力，而DC/DC轉(zhuǎn)換器310將經(jīng)整流的RF能量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與裝置350兼容的能量電位(例如，電壓)。預(yù)期各種RF/DC轉(zhuǎn)換器，包含部分和全波整流器、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(jìn)一步包含用于將接收天線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的切換電路312。從電力轉(zhuǎn)換電路306斷開接收天線304不僅暫停裝置350的充電，而且改變由發(fā)射器200 (圖2) “看見”的“負(fù)載”。如上文所揭示，發(fā)射器200包含負(fù)載感測(cè)電路216，負(fù)載感測(cè)電路216檢測(cè)提供到發(fā)射器功率放大器210的偏置電流的波動(dòng)。因此，發(fā)射器200具有用于確定接收器何時(shí)存在于發(fā)射器的近場(chǎng)中的機(jī)制。當(dāng)多個(gè)接收器300存在于發(fā)射器的近場(chǎng)中時(shí)，可能需要對(duì)一個(gè)或一個(gè)以上接收器的加載及卸載進(jìn)行時(shí)間多路復(fù)用，以使其它接收器能夠更高效地耦合到發(fā)射器。也可隱匿(cloak) 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”在本文中也稱為“隱匿”。此外，如下文更充分地闡釋，由接收器300控制且由發(fā)射器200檢測(cè)到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(jī)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，切換速度可為大約100微秒。在示范性實(shí)施例中，發(fā)射器與接收器之間的通信涉及裝置感測(cè)與充電控制機(jī)制，而不是常規(guī)的雙向通信。換句話說，發(fā)射器可使用所發(fā)射信號(hào)的開/關(guān)鍵控來調(diào)整能量是否在近場(chǎng)中可用。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)，接收器可使用接收天線的調(diào)諧和解調(diào)諧來調(diào)整正從近場(chǎng)接受多少電力。發(fā)射器可檢測(cè)從近場(chǎng)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。應(yīng)注意，可利用對(duì)發(fā)射電力和負(fù)載行為的其它形式的調(diào)制。接收電路302可進(jìn)一步包含用以識(shí)別接收到的能量波動(dòng)的信令檢測(cè)器與信標(biāo)電路314，所述能量波動(dòng)可對(duì)應(yīng)于從發(fā)射器到接收器的信息性信令。此外，信令與信標(biāo)電路314還可用以檢測(cè)減少的RF信號(hào)能量(即，信標(biāo)信號(hào))的發(fā)射，并將所述減少的RF信號(hào)能量整流為標(biāo)稱電力，以用于喚醒接收電路302內(nèi)的未被供電或耗盡電力的電路，以便配置接收電路302以進(jìn)行無線充電。接收電路302進(jìn)一步包含用于協(xié)調(diào)本文所描述的接收器300的處理(包含對(duì)本文所描述的切換電路312的控制)的處理器316。接收器300的隱匿也可在其它事件(包含檢測(cè)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))的發(fā)生之后即刻發(fā)生。除了控制接收器的隱匿外，處理器316還可監(jiān)視信標(biāo)電路314以確定信標(biāo)狀態(tài)，并提取從發(fā)射器發(fā)送的消息。處理器316也可為獲得改善的性能而調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器310。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，常規(guī)無線電力接收器可通過使用高電壓和電流開關(guān)來隱匿，這是不合意的。此外，將接收器卸載可由于高DC電壓的積累而導(dǎo)致整流器和降壓轉(zhuǎn)換器的損壞。此外，請(qǐng)求發(fā)射器降低發(fā)射器電力的電平可能需要時(shí)間來傳播且因此保護(hù)電路可能需要最大電壓和電力處置。如本文描述的本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例涉及用于隱匿無線電力接收器的系統(tǒng)、裝置和方法。此外，本發(fā)明的示范性實(shí)施例涉及用于無線電力接收器處的電力調(diào)節(jié)的系統(tǒng)、裝置和方法。如所述領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，根據(jù)楞次定律(Lenz’s Law)，位于由外部源激勵(lì)的線圈附近的任何未經(jīng)調(diào)諧、經(jīng)短接的寄生線圈可能由于在所述未經(jīng)調(diào)諧、經(jīng)短接的寄生線圈中引發(fā)的電流而產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)。因此，由受激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可被經(jīng)短接線圈產(chǎn)生的場(chǎng)抵消，且因此，在接近于經(jīng)解調(diào)諧、經(jīng)短接的寄生線圈的區(qū)域中可產(chǎn)生零場(chǎng)。圖6說明包含多個(gè)環(huán)601到605的常規(guī)接收線圈600。圖7A說明也包含環(huán)601到605的接收線圈620。此外，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，接收線圈620包含切換元件622，其可包括任何合適的已知切換元件。僅舉例來說，切換元件622可包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。雖然接收線圈620包含五個(gè)環(huán)(即，601到605)，但包含兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)的接收線圈在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖7A中，切換元件622說明為呈斷開配置。應(yīng)注意，在切換元件622呈斷開配置時(shí)，接收線圈62 0可電學(xué)上類似于不具有切換元件622的五匝接收線圈(B卩，類似于接收線圈600)而起作用。進(jìn)一步應(yīng)注意，雖然切換元件622說明為耦合到接收線圈600的最外或外接環(huán)，但切換元件622可耦合到接收線圈620的任一環(huán)。舉例來說，切換元件622可耦合到接收線圈620的最內(nèi)環(huán)。圖7B說明接收線圈620，其中切換元件622呈閉合配置。應(yīng)注意，在切換元件622呈閉合配置時(shí)，接收線圈620可在功能上等效于與四匝接收線圈(即，環(huán)602到605)串聯(lián)的經(jīng)短接的單匝線圈(即，線圈601)。因此，經(jīng)短接的最外或外接環(huán)601由于其中引發(fā)的電流而可產(chǎn)生磁場(chǎng)，其與由環(huán)602到605產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反。因此，當(dāng)切換元件622呈閉合配置時(shí)，可在接近于接收線圈602的區(qū)域中產(chǎn)生零磁場(chǎng)。此外，由于經(jīng)短接線圈具有僅I匝(即，環(huán)601)且物理上較小，因此開關(guān)622上的電壓和電流可相對(duì)較小，從而使得這成為比短接5環(huán)線圈更有效的替代方案。應(yīng)注意，可短接一個(gè)以上環(huán)，但經(jīng)短接環(huán)上的電流和電壓可能較聞。應(yīng)注意，本發(fā)明的示范性實(shí)施例可包含浮動(dòng)線圈(即，線圈未物理上連接到接收線圈)，其可包含一個(gè)或一個(gè)以上環(huán)；和圍繞接收線圈的切換元件，其也可包含一個(gè)或一個(gè)以上環(huán)。因此，浮動(dòng)線圈的環(huán)可經(jīng)短接且由于其中引發(fā)的電流而可產(chǎn)生磁場(chǎng)，其與由接收線圈的一個(gè)或一個(gè)以上環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反。應(yīng)進(jìn)一步注意，接收線圈620可包括一電路內(nèi)的元件，且因此，經(jīng)由切換元件622，可修改所述電路的電感。
圖8說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的接收器700的一部分。接收器700包含接收線圈620，其包含切換元件622。如下文更完整描述，切換元件622可經(jīng)由控制器(圖8未圖示)來控制。接收器700可進(jìn)一步包含降壓轉(zhuǎn)換器730、電流傳感器710，和輸出734，其可耦合到負(fù)載(未圖示)。電流傳感器710可包括第一電流端口 712、第二電流端口 714和電阻器732。此外，接收器700包含整流器電壓端口 706和降壓電壓端口 708。接收器700可進(jìn)一步包含信令晶體管720、信令控制件718、前向鏈路接收器704、電容器716和整流器，所述整流器包含二極管724和722以及電容器726。圖9說明控制器800，其耦合到線圈620的切換元件622且經(jīng)配置以控制切換元件622。更具體來說，控制器可能夠經(jīng)由鏈路802將一個(gè)或一個(gè)以上控制信號(hào)發(fā)射到切換元件622以斷開切換元件622或閉合切換元件622。應(yīng)注意，控制器800還可經(jīng)配置以控制信令晶體管702的操作以進(jìn)一步增強(qiáng)接收器700的電力調(diào)節(jié)能力。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，接收器700可經(jīng)由切換元件622而隱匿，且因此可對(duì)發(fā)射器不可見而無需從發(fā)射器的充電區(qū)物理移除。此外，切換元件622可用以控制在接收器700處接收的電力量。更具體來說，作為實(shí)例，如果切換元件622以足夠的速率切換，那么可控制整流器電壓端口 706處的電壓。僅舉例來說，如果整流器電壓端口 706處的電壓大于所要電壓，那么切換元件622的工作循環(huán)(S卩，切換元件622呈斷開配置的時(shí)間)可增加。此外，如果整流器電壓端口 706處的電壓小于所要電壓，那么切換元件622的工作循環(huán)(即，切換元件622呈斷開配置的時(shí)間)可減小。而且，如果整流器電壓端口 706處的電壓處于所要電平，那么切換元件622的工作循環(huán)可維持。應(yīng)注意，如本文描述的示范性實(shí)施例可消除對(duì)功率轉(zhuǎn)換器(例如，降壓轉(zhuǎn)換器)的需要。如上所述，接收線圈620可包括一電路內(nèi)的元件，且因此，經(jīng)由切換元件622，接收線圈620可經(jīng)配置以修改相關(guān)聯(lián)輸入處的阻抗。因此，接收線圈620可充當(dāng)用于選擇性地調(diào)整電路的阻抗的濾波器。應(yīng)注意，本文描述的示范性實(shí)施例可用于任何合適的高功率應(yīng)用中，例如(僅舉例來說)車輛電池充電。更具體來說，本文描述的示范性實(shí)施例可用于其中希望從一電路移除松耦合的變壓器(即，致使接收線圈對(duì)發(fā)射線圈不可見)的任一應(yīng)用中。圖10為說明根據(jù)一個(gè)或一個(gè)以上示范性實(shí)施例的方法910的流程圖。方法910可包含在包含多個(gè)環(huán)的線圈處接收信號(hào)(由標(biāo)號(hào)912描繪)。方法910可進(jìn)一步包含在接收信號(hào)的同時(shí)選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的至少一個(gè)環(huán)(由標(biāo)號(hào)914描繪)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，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(hào)。舉例來說，可由電壓、電流、電磁波、磁場(chǎng)或磁粒子、光場(chǎng)或光粒子或其任何組合來表示在以上描述中始終參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號(hào)、位、符號(hào)及碼片。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，結(jié)合本文所揭示的示范性實(shí)施例所描述的多種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或兩者的組合。為清楚說明硬件與軟件的此互換性，上文已大致關(guān)于其功能性而描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。所述功能性是實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及施加于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)于每一特定應(yīng)用可以不同的方式實(shí)施所描述的功能性，但此些實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為引起與 本發(fā)明的示范性實(shí)施例的范圍的偏離?？捎媒?jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文中所描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)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，或其任何組合來實(shí)施或執(zhí)行結(jié)合本文中所揭示的示范性實(shí)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)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器、一個(gè)或一個(gè)以上微處理器與DSP核心的聯(lián)合，或任何其它此配置。結(jié)合本文中所揭示的示范性實(shí)施例而描述的方法或算法的步驟可直接包含于硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中或所述兩者的組合中。軟件模塊可駐留于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、快閃存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)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(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲(chǔ)媒體中。示范性存儲(chǔ)媒體耦合到處理器，使得所述處理器可從存儲(chǔ)媒體讀取信息及將信息寫入到存儲(chǔ)媒體。在替代方案中，存儲(chǔ)媒體可與處理器成一體式。處理器及存儲(chǔ)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(chǔ)媒體可作為離散組件駐留于用戶終端中。在一個(gè)或一個(gè)以上示范性實(shí)施例中，所描述的功能可在硬件、軟件、固件或其任何組合中實(shí)施。如果實(shí)施于軟件中，則可將功能作為計(jì)算機(jī)可讀媒體上的一個(gè)或一個(gè)以上指令或代碼而加以存儲(chǔ)或傳輸。計(jì)算機(jī)可讀媒體包含計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體與包含促進(jìn)計(jì)算機(jī)程序從一處傳遞到另一處的任何媒體的通信媒體兩者。存儲(chǔ)媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。以實(shí)例方式(且并非限制)，所述計(jì)算機(jī)可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-R0M或其它光盤存儲(chǔ)裝置、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或可用于載送或存儲(chǔ)呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式的所要程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。同樣，可恰當(dāng)?shù)貙⑷魏芜B接稱作計(jì)算機(jī)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、無線電及微波的無線技術(shù)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)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、無線電及微波的無線技術(shù)包含于媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤及光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟盤及藍(lán)光光盤，其中磁盤通常磁性地再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤使用激光光學(xué)地再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上文的組合也應(yīng)包含在計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。提供對(duì)所揭示示范性實(shí)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。對(duì)這些示范性實(shí)施例的各種修改對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文所定義的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明并不希望限于本文中所展示的示范性實(shí)施例，而應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理及新穎特征相一致的最廣泛范圍。
權(quán)利要求
1.ー種經(jīng)配置以接收無線電力的裝置，所述裝置包括 電池， 線圈，其包括多個(gè)環(huán)，所述線圈經(jīng)配置以經(jīng)由第一場(chǎng)接收無線電力，且用所述接收的無線電カ對(duì)所述電池充電；以及 開關(guān)，其耦合到所述線圈，所述開關(guān)經(jīng)配置以選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)環(huán)，所述經(jīng)短接的環(huán)經(jīng)配置以產(chǎn)生足以消除所述第一場(chǎng)的一部分的相反場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述開關(guān)耦合到所述多個(gè)環(huán)中的外接環(huán)，且經(jīng)配置以選擇性地短接所述外接環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述開關(guān)經(jīng)配置以短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)以上環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)ー步包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以將所述開關(guān)設(shè)定于斷開配置和閉合配置中的一者。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其進(jìn)ー步包括 整流器，其耦合到所述線圈的輸出，所述整流器經(jīng)配置以輸出電壓， 所述控制器進(jìn)ー步經(jīng)配置以通過減小所述開關(guān)的工作循環(huán)來増加所述整流器的輸出處的所述電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其進(jìn)ー步包括 整流器，其耦合到所述線圈的輸出，所述整流器經(jīng)配置以輸出電壓， 所述控制器進(jìn)ー步經(jīng)配置以通過増加所述開關(guān)的工作循環(huán)來減小所述整流器的輸出處的所述電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其進(jìn)ー步包括 信令晶體管，其耦合到所述線圈的輸出， 所述控制器進(jìn)ー步適于控制所述信令晶體管的配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述開關(guān)進(jìn)ー步經(jīng)配置以通過選擇性地切換到斷開配置和閉合配置中的一者來控制從所述接收線圈輸出的電力量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述線圈經(jīng)配置以當(dāng)所述開關(guān)呈閉合配置時(shí)作為與多環(huán)線圈串聯(lián)的經(jīng)短接單環(huán)線圈來操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述線圈包括電路內(nèi)的元件，所述開關(guān)經(jīng)配置以修改所述電路的阻杭。
11.一種接收無線電力的方法，所述方法包括 在包括多個(gè)環(huán)的線圈處經(jīng)由第一場(chǎng)接收無線電力； 用所述接收的無線電カ對(duì)電池充電；以及 選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)環(huán)，進(jìn)而致使所述環(huán)產(chǎn)生足以消除所述第一場(chǎng)的ー部分的相反場(chǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，選擇性地短接所述ー個(gè)環(huán)包括選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的外接環(huán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)ー步包括短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)以上環(huán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)ー步包括將開關(guān)設(shè)定于斷開配置和閉合配置中的一者。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)ー步包括通過減小所述開關(guān)的工作循環(huán)來増加整流器的輸出處的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)ー步包括通過增加所述開關(guān)的工作循環(huán)來減小整流器的輸出處的電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)ー步包括控制耦合到所述線圈的輸出的信令晶體管的配置。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)ー步包括通過將所述ー個(gè)環(huán)選擇性地切換到斷開配置和閉合配置中的一者來控制從所述線圈輸出的電力量。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述線圈經(jīng)配置以當(dāng)所述ー個(gè)環(huán)經(jīng)短接時(shí)作為與多環(huán)線圈串聯(lián)的經(jīng)短接單環(huán)線圈來操作。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述線圈包括電路內(nèi)的元件，所述方法進(jìn)ー步包括通過選擇性地?cái)嚅_和閉合開關(guān)來修改所述電路的阻杭。
21.一種用于接收無線電カ的設(shè)備，所述設(shè)備包括 線圈，其包括多個(gè)環(huán)，所述線圈經(jīng)配置以經(jīng)由第一場(chǎng)接收無線電カ； 用于用所述接收的無線電力對(duì)電池充電的裝置； 用于選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的一個(gè)環(huán)的裝置；以及 用于產(chǎn)生足以消除所述第一場(chǎng)的一部分的相反場(chǎng)的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，用于選擇性地短接所述ー個(gè)環(huán)的裝置包括用于選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的外接環(huán)的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)以上環(huán)的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于將開關(guān)設(shè)定于斷開配置和閉合配置中的一者的裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于通過減小所述開關(guān)的工作循環(huán)來増加整流器的輸出處的電壓的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于通過増加所述開關(guān)的工作循環(huán)來減小整流器的輸出處的電壓的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于控制耦合到所述線圈的輸出的信令晶體管的配置的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于控制從所述線圈輸出的電力量的裝置，所述用于控制從所述線圈輸出的電力量的裝置包括用于將所述ー個(gè)環(huán)選擇性地切換到斷開配置和閉合配置中的一者的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其進(jìn)ー步包括用于當(dāng)所述ー個(gè)環(huán)經(jīng)短接時(shí)作為與多環(huán)線圈串聯(lián)的經(jīng)短接單環(huán)線圈來操作所述線圈的裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，所述線圈包括電路內(nèi)的元件，所述設(shè)備進(jìn)ー步包括用于通過選擇性地?cái)嚅_和閉合開關(guān)來修改所述電路的阻抗的裝置。
31.ー種非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀媒體，其包括在執(zhí)行時(shí)致使設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼 在包括多個(gè)環(huán)的線圈處經(jīng)由第一場(chǎng)接收無線電力； 用所述接收的無線電力對(duì)電池充電；以及 選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)環(huán)，進(jìn)而致使所述環(huán)產(chǎn)生足以消除所述第一場(chǎng)的ー部分的相反場(chǎng)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的外接環(huán)。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼短接所述多個(gè)環(huán)中的ー個(gè)以上環(huán)。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼將開關(guān)設(shè)定于斷開配置和閉合配置中的一者。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼通過減小所述開關(guān)的工作循環(huán)來増加整流器的輸出處的電壓。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼通過增加所述開關(guān)的工作循環(huán)來減小整流器的輸出處的電壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼控制耦合到所述線圈的輸出的信令晶體管的配置。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼通過將所述ー個(gè)環(huán)選擇性地切換到斷開配置和閉合配置中的一者來控制從所述線圈輸出的電力量。
39.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，其進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼配置所述線圈以當(dāng)所述ー個(gè)環(huán)經(jīng)短接時(shí)作為與多環(huán)線圈串聯(lián)的經(jīng)短接單環(huán)線圈來操作。
40.根據(jù)權(quán)利要求31所述的媒體，所述線圈包括電路內(nèi)的元件，所述媒體進(jìn)ー步包括在執(zhí)行時(shí)致使所述設(shè)備進(jìn)行以下操作的代碼通過選擇性地?cái)嚅_和閉合開關(guān)來修改所述電路的阻杭。
全文摘要
示范性實(shí)施例是針對(duì)無線電力接收器處的無線電力接收。接收器可包含包括多個(gè)環(huán)的線圈。所述接收器可進(jìn)一步包含切換元件，所述切換元件耦合到所述線圈以用于選擇性地短接所述多個(gè)環(huán)中的至少一個(gè)環(huán)。
文檔編號(hào)H02J7/02GK103038976SQ201180036826
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者劉振寧, 查爾斯·E·惠特利三世 申請(qǐng)人:高通股份有限公司