無線功率傳遞設(shè)備及其方法
【專利說明】
[0001] 本申請是2010年4月6日提交的待決美國申請序列號12/754954的部分接續(xù)， 而待決美國申請序列號12/754954又是2009年8月20日提交的待決美國申請序列號 12/544974和12/544956的部分接續(xù)，其根據(jù)35U. S. C. § 119(e)要求2008年8月20日提 交的美國臨時申請?zhí)?1/189502的權(quán)益。上述所有美國專利申請的公開內(nèi)容的全文以引用 的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] -般來說，本公開涉及功率傳輸領(lǐng)域，具體來說，涉及用于無線地傳送和接收功率 的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0003] -般來說，由無線功率傳送器傳送的總功率將會因為例如法規(guī)限制而局限于某個 最大功率。一般有兩種方法來將功率從單個傳送器遞送到多個接收器。
[0004] 第一種方法是所有接收器同時接收總傳送功率的一部分。同時遞送功率有多個缺 點。在固定操作狀況下，難以同時優(yōu)化所有接收器的效率，由此導(dǎo)致系統(tǒng)具有低的凈效率。 此外，在接收器側(cè)需要復(fù)雜的控制電路以便確保根據(jù)某個商定的協(xié)議在多個接收器間共享 功率。
【附圖說明】
[0005] 圖Ia示出根據(jù)本公開的各個方面的自動調(diào)諧無線功率傳遞系統(tǒng)的實例性系統(tǒng) 圖。
[0006] 圖Ib示出根據(jù)本公開的各個方面的圖Ia的實例性系統(tǒng)的等效電路圖。
[0007] 圖Ic示出根據(jù)本公開的各個方面的Tx回路和Tx線圈（左邊）、以及Rx線圈和 Rx回路（右邊）的實驗裝置的照片。
[0008] 圖2a示出根據(jù)本公開的各個方面作為頻率和Tx-Rx耦合（k23)的函數(shù)的I S211的 曲線圖。
[0009] 圖2b示出根據(jù)本公開的各個方面作為k23和k12的函數(shù)的|S 21|的曲線圖。
[0010] 圖3a示出根據(jù)本公開的各個方面對于k23的最佳擬合值將實驗數(shù)據(jù)（黑點）與初 等傳遞函數(shù)（虛線）和完整傳遞函數(shù)（實線）進行比較的局部擬合模型。
[0011] 圖3b示出根據(jù)本公開的各個方面將實驗S21幅值數(shù)據(jù)（黑點）與從完整傳遞函 數(shù)計算的分析模型（面）進行比較的局部擬合模型，兩者均相對于頻率和Tx-Rx距離繪制。
[0012] 圖4a示出根據(jù)本公開的各個方面與實驗數(shù)據(jù)（黑圓點）進行比較的模型（實線）， 其中k23值是從幾何計算的（而不是擬合到數(shù)據(jù)），其中相對于距離繪制|S21|。
[0013] 圖4b示出根據(jù)本公開的各個方面的圖4a的模型，其中作為距離的函數(shù)繪制諧振 峰位置。
[0014] 圖4c示出根據(jù)本公開的各個方面的圖4a的模型，其中作為距離的函數(shù)繪制諧振 峰幅值。
[0015] 圖5示出根據(jù)本公開的各個方面的效率-范圍權(quán)衡：作為調(diào)諧參數(shù)。的函數(shù)的 I S21 I Critical又寸 k Critical 權(quán)衡曲線，其中指示了系統(tǒng)的操作點（klc;= 0. 135時的大點）。
[0016] 圖6a示出根據(jù)本公開的各個方面的實驗實現(xiàn)，其中調(diào)諧頻率補償范圍變化。
[0017] 圖6b示出根據(jù)本公開的各個方面的圖6a的實驗實現(xiàn)，其中調(diào)諧頻率補償定向變 化。
[0018] 圖6c示出根據(jù)本公開的各個方面的圖6a的實驗實現(xiàn)，其中為膝上型計算機無線 地供電。
[0019] 圖7示出根據(jù)本公開的各個方面的圖6a的實驗實現(xiàn)的代表性俯視圖，其示出接收 器（Rx線圈和Rx回路）的不同定向。
[0020] 圖8示出對于Tx半徑=0· 15m、范圍（臨界親合距離）對Rx半徑的曲線圖。
[0021] 圖9示出根據(jù)本公開的各個方面的無線功率系統(tǒng)的自動調(diào)諧過程的實例流程圖。
[0022] 圖10示出根據(jù)本公開的各個方面的無線功率系統(tǒng)的自動調(diào)諧過程的另一實例流 程圖。
[0023] 圖11示出圖10的自動調(diào)諧過程的信號流圖的一般表示。
[0024] 圖12示出使得能夠在同時執(zhí)行低振幅頻率掃描的同時傳送高振幅信號的模擬解 調(diào)方案的實例示意性表示。
[0025] 圖13示出利用數(shù)字信號處理器（DSP)的數(shù)字解調(diào)方案的實例過程。
[0026] 圖14A-14D示出根據(jù)本公開的各個方面的傳送器側(cè)調(diào)諧的實例控制機制。
[0027] 圖15A-1?示出根據(jù)本公開的各個方面的接收器側(cè)調(diào)諧的實例控制機制。
[0028] 圖16示出具有配置成利用單個傳輸天線將功率提供給多個接收器裝置的單個傳 送器的傳輸系統(tǒng)的實例。
[0029] 圖17示出實例傳輸系統(tǒng)，其中單個傳送裝置可以包括多個傳輸天線，每個傳輸天 線可以將功率提供給一個或多個接收裝置。
【具體實施方式】
[0030] 在以下描述中，賦予類似組件相同的附圖標(biāo)記，而不管它們是否在不同實施例中 示出。為了以清楚且簡潔的方式說明本公開的實施例，附圖不一定按比例繪制，并且可以以 一定程度示意的形式示出某些特征。關(guān)于一個實施例描述和/或示出的特征可以以相同 方式和/或以類似方式在一個或多個其它實施例中使用和/或結(jié)合或取代其它實施例的特 征使用。
[0031] 根據(jù)本公開的各種實施例，公開一種包括接收天線的接收裝置，接收天線配置成 無線地接收由傳送裝置傳送的功率并布置成與傳送裝置相關(guān)聯(lián)或分離（dissociate)。
[0032] 接收裝置還可包括電耦合到接收天線的負(fù)載，其配置成通過電子可控開關(guān)與接收 天線連接或斷開連接。接收裝置還可包括電耦合到接收天線的電路元件，其配置成通過電 子可控開關(guān)與接收天線連接或斷開連接。電耦合可以包括串聯(lián)和并聯(lián)布置。電路元件可以 包括電阻器、電容器、電感器、天線結(jié)構(gòu)的長度或其組合。功率可以由傳送裝置傳送，并且可 以在預(yù)定時間增量中在接收天線處接收。
[0033] 接收裝置還可包括頻率選擇機構(gòu)，其電耦合到接收天線并布置成允許接收天線改 變接收天線可接收的頻率或頻率范圍。頻率選擇機構(gòu)可以包括離散電容器的可切換陣列、 電耦合到接收天線的一個或多個電感器、接收天線的額外線圈數(shù)或其組合。
[0034] 根據(jù)本公開的各種實施例，公開一種傳送裝置，它包括：傳輸天線，其配置成以復(fù) 用布置（multiplexed arrangement)將功率無線地傳送到一個或多個接收器；以及頻率發(fā) 生器，其電耦合到傳輸天線并配置成驅(qū)動傳輸天線以特定頻率或特定頻率范圍傳送功率。
[0035] 在傳送裝置中，復(fù)用布置包括時間復(fù)用、頻率復(fù)用或兩者。頻率發(fā)生器可以包括壓 控振蕩器和一個或多個電容器可切換陣列、壓控振蕩器和一個或多個變?nèi)荻O管、鎖相回 路、直接數(shù)字合成器或其組合。傳送天線可以配置成以多個頻率同時傳送功率。頻率發(fā)生 器可以包括電耦合到共同參考振蕩器的兩個或兩個以上鎖相回路、兩個或兩個以上獨立的 壓控振蕩器、或其組合。傳送天線可以布置成以共同頻率將功率同時遞送到多個接收器。
[0036] 根據(jù)本公開的各種實施例，公開一種傳送裝置，它包括：兩個或兩個以上傳輸天 線，其配置成以復(fù)用布置將功率無線地傳送到一個或多個接收器；以及一個或多個頻率發(fā) 生器，其電耦合到這兩個或兩個以上傳輸天線并配置成驅(qū)動傳輸天線以特定頻率或特定頻 率范圍傳送功率。
[0037] 在傳送裝置中，復(fù)用布置包括時間復(fù)用、頻率復(fù)用和/或空間復(fù)用。傳送裝置可以 包括一個或多個開關(guān)，其電耦合到傳送器并配置成使傳送器與一個或多個傳輸天線相關(guān)聯(lián) 或分離。兩個或兩個以上傳輸天線中的每個傳輸天線可以配置成調(diào)諧到不同傳輸頻率或傳 輸頻率范圍。這兩個或兩個以上傳輸天線可以配置成在時間上同時將功率傳送到這一個或 多個接收器。傳送裝置還可包括功率控制器，其電耦合到這兩個或兩個以上傳輸天線并配 置成控制由這兩個或兩個以上傳輸天線遞送到這一個或多個接收器的功率電平。這兩個或 兩個以上傳輸天線可以配置成獨立地調(diào)諧到不同傳輸頻率或傳輸頻率范圍。
[0038] 根據(jù)本公開的各種實施例，公開一種方法，該方法包括：以特定頻率從無線功率系 統(tǒng)的傳送器傳送第一低功率信號歷時特定時間間隔；基于第一低功率信號確定一個或多個 接收器是否耦合到傳送器；以及如果確定一個或多個接收裝置耦合到傳送器，那么以該特 定頻率從傳送器傳送第二高功率信號。
[0039] 該方法還可包括測量傳送器的天線處的第三信號，其中第三測量信號選自由以下 信號組成的組：反射電壓波振幅，反射電壓波振幅與正向電壓波振幅之比，反射功率，以及 反射功率與正向功率之比。特定頻率可以包括單個頻率或頻率范圍。可以將低功率信號同 時傳送到一個或多個接收裝置。該方法還可包括：如果這一個或多個接收器正在不同的非 重疊頻率范圍操作，那么控制第一低功率信號、第