CN102318212B - 多维无线充电的相关系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示与无线充电有关的示范性方法及系统。在示范性实施例中，使用多个发射天线，其中所述多个发射天线中的至少一个发射天线经配置成定向于与所述多个发射天线中的至少一个其它发射天线不同的平面中。此外，所述多个发射天线中的每一发射天线经配置以用于在相关联的近场内发射电力。

Description

多维无线充电的相关系统及方法

根据35U.S.C.§119的优先权主张

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张以下各案的优先权：

2009年2月10日申请的标题为“多维无线充电(MULTI-DIMENSIONALWIRELESS CHARGING)”的第61/151,290号美国临时专利申请案，所述申请案的全部揭示内容在此以引用的方式并入本文；及

2009年9月21日申请的标题为“用于无线充电的多天线发射器(MULTI-ANTENNATRANSMITTER FOR WIRELESS CHARGING)”的第61/244,391号美国临时专利申请案，所述申请案的全部揭示内容在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体来说涉及无线充电，且更特定来说，涉及与多维无线充电有关的装置、系统及方法。

背景技术

通常，每一电池供电装置需要自己的充电器及电源，所述电源通常为AC电源插座。在许多装置需要充电时，这变得难以使用。

正开发使用发射器与待充电的装置之间的空中电力发射的方法。这些方法大体上分成两类。一类是基于发射天线与待充电装置上的接收天线之间的平面波辐射(也称为远场辐射)的耦合，待充电装置收集所辐射电力且将其整流以用于对电池充电。天线大体上具有谐振长度以便改善耦合效率。此方法的缺陷在于：电力耦合随着天线之间的距离增加而迅速减退。所以在合理距离上(例如，＞1到2米)的充电变得困难。另外，由于系统辐射平面波，因此如果未经由滤波适当控制无意识的辐射，则无意识的辐射可干扰其它系统。

其它方法是基于经嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与经嵌入于待充电的主机装置中的接收天线加整流电路之间的感应耦合。此方法具有以下缺点：发射天线与接收天线之间的间距必须极接近(例如，几毫米)。尽管此方法确实具有对同一区域中的多个装置同时充电的能力，但此区域通常较小，因此用户必须将装置定位到特定区域。

当将一个或一个以上装置置于无线充电器(例如，近场磁性谐振、感应耦合等等)中时，接收器与充电器之间的定向可变化。举例来说，当在溶液槽(solution bath)中对医疗装置消毒的同时对医疗装置充电时，或当在水下工作的同时对工具充电时。在装置落入内部具有流体的容器中时，所述装置停置于容器底部的角度将取决于其质量分布的方式。作为另一非限制实例，在充电器呈箱或碗状物的形式时，将装置随意地扔进其中(此对用户来说极方便)并不能保证所述装置最后所处的位置。充电器也可经整合到可容纳许多装置的大容器或柜中，例如，工具存储柜、玩具柜或经特定设计以用于无线充电的外壳。接收器在这些装置中的整合可为不一致的，因为所述装置具有不同形状因子且可以相对于无线电力发射器的不同定向来置放。

现存的无线充电器的设计在预定义定向下可有最好的工作表现，但如果充电器与接收器之间的定向不同，则会递送较低电力电平。另外，在经充电装置被置于仅可将无线电力的一部分递送到其的位置中时，充电时间可增加。一些解决方案以用户必须将装置置于以有利定向定位待充电的装置的特殊托架或固持器中(与不假思索地将装置置于充电器中相比较不方便)或不能固持多个装置的特殊托架或固持器中的方式来设计充电器。

因此，需要提供与多维无线充电有关的系统及方法。

发明内容

本发明中描述的标的物的一个方面提供一种无线充电系统。所述无线充电系统包含第一环形天线，其具有界定第一平面的形状。所述无线充电系统进一步包含第二环形天线，其具有界定第二平面的形状。所述第二平面与所述第一平面不同地定向。所述第一和第二环形天线经配置以无线地发射电力以对第一可充电装置进行充电。

本发明中描述的标的物的另一方面提供一种方法的实施方案。所述方法包含经由第一环形天线无线地发射电力以对第一可充电装置进行充电。所述第一环形天线具有界定第一平面的形状。所述方法进一步包含经由第二环形天线无线地发射电力以对所述第一可充电装置或第二可充电装置进行充电。所述第二环形天线具有界定第二平面的形状。所述第二平面与所述第一平面不同地定向。

本发明中描述的标的物的又一方面提供一种无线充电系统。所述无线充电系统包含用于经由第一环形天线无线地发射电力以对第一可充电装置进行充电的装置。所述第一环形天线具有界定第一平面的形状。所述无线充电系统进一步包含用于经由第二环形天线无线地发射电力以对所述第一可充电装置或第二可充电装置进行充电的装置。所述第二环形天线具有界定第二平面的形状。所述第二平面与所述第一平面不同地定向。

附图说明

图1展示无线电力传送系统的简化框图。

图2展示无线电力传送系统的简化示意图。

图3展示供用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。

图4展示指示发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图5A及图5B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线的布局。

图6展示指示与图5A及图5B中所说明的正方形及圆形发射天线的各种周长大小有关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图7展示指示与图5A及图5B中所说明的正方形及圆形发射天线的各种表面积有关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图8展示接收天线相对于发射天线的各种置放点以说明共平面置放及同轴置放中的耦合强度。

图9展示指示在发射天线与接收天线之间的各种距离处的同轴置放的耦合强度的模拟结果。

图10为根据本发明的一示范性实施例的发射器的简化框图。

图11为根据本发明的一示范性实施例的接收器的简化框图。

图12展示用于进行发射器与接收器之间的消息接发的发射电路的一部分的简化示意图。

图13A到图13C展示处于各种状态中的接收电路的一部分的简化示意图以说明接收器与发射器之间的消息接发。

图14A到图14C展示处于各种状态中的替代接收电路的一部分的简化示意图以说明接收器与发射器之间的消息接发。

图15A到图15D为说明用于在发射器与接收器之间发射电力的信标电力模式的简化框图。

图16A说明大发射天线，三个不同较小中继器天线经安置成与所述发射天线共平面且处于所述发射天线的周边内。

图16B说明大发射天线，较小中继器天线相对于所述发射天线成偏移同轴置放及偏移共平面置放。

图17展示指示发射天线、中继器天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图18A展示指示在不具有中继器天线的情况下发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图18B展示指示在具有中继器天线的情况下发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

图19为根据本发明的一个或一个以上示范性实施例的发射器的简化框图。

图20为根据本发明的一示范性实施例的放大区域无线充电设备的简化框图。

图21为根据本发明的另一示范性实施例的放大区域无线充电设备的简化框图。

图22A及图22B说明根据本发明的一示范性实施例的包括耦合到充电设备且定向于多个平面中的多个发射天线的充电系统。

图23A及图23B说明根据本发明的一示范性实施例的包括耦合到可充电设备且定向于多个平面中的多个发射天线的另一充电系统。

图24说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的充电系统。

图25说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的另一充电系统。

图26说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的另一充电系统。

图27说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的又一充电系统。

图28说明根据本发明的一示范性实施例的包括多个平行发射天线的另一充电系统。

图29说明根据本发明的一示范性实施例的包括处于实质正交方向上的多个小面的连续环形发射天线。

图30说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的另一充电系统。

图31说明根据本发明的一示范性实施例的包括定向于多个平面中的多个发射天线的又一充电系统。

图32为说明根据本发明的一示范性实施例的方法的流程图。

图33为说明根据本发明的一示范性实施例的另一方法的流程图。

具体实施方式

词语“示范性”在本文中用以意味着“充当一实例、例子或说明”。本文中经描述为“示范性”的任何实施例未必被解释为比其它实施例优选或有利。

下文结合随附图式所阐述的实施方式既定作为对本发明的示范性实施例的描述且既定不表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当一实例、例子或说明”，且将未必被解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的，实施方式包括特定细节。所属领域的技术人员将显而易见，可在不具有这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图的形式展示众所周知的结构及装置以便避免混淆本文中呈现的示范性实施例的新颖性。

词语“无线电力”在本文中用以意味着与电场、磁场、电磁场或在不使用物理电磁导体的情况下的从发射器发射到接收器的其它者相关联的任何形式的能量。

图1说明根据本发明的各种示范性实施例的无线发射或充电系统100。将输入电力102提供到发射器104以用于产生用于提供能量传送的辐射场106。接收器108耦合到辐射场106且产生输出电力110以用于由耦合到输出电力110的装置(图中未绘示)存储或消耗。发射器104与接收器108以距离112分离。在一个示范性实施例中，根据互谐振关系来配置发射器104与接收器108，且在接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率完全相同时，在接收器108位于辐射场106的“近场”中时，发射器104与接收器108之间的发射损耗最小。

发射器104进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线114，且接收器108进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线118。根据应用及与应用相关联的装置而设定发射及接收天线的大小。如所陈述，通过将发射天线的近场中的能量的一大部分耦合到接收天线(而非将电磁波中的大多数能量传播到远场)而发生有效率的能量传送。当在此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间产生耦合模式。可发生此近场耦合的在天线114与118周围的区域在本文中被称作耦合模式区。

图2展示无线电力传送系统的简化示意图。发射器104包括振荡器122、功率放大器124及滤波器及匹配电路126。振荡器经配置以在所要频率下产生，其可响应于调整信号123而加以调整。振荡器信号可由功率放大器124响应于控制信号125而放大一放大量。可包括滤波器及匹配电路126以滤除谐波或其它不需要的频率，且将发射器104的阻抗与发射天线114匹配。

接收器可包括匹配电路132及整流器及切换电路以产生DC电力输出以对如图2所示的电池136充电或向耦合到接收器的装置(图中未绘示)供电。可包括匹配电路132以将接收器108的阻抗与接收天线118匹配。

如图3中所说明，用于示范性实施例中的天线可经配置为“环形”天线150，其在本文中也可被称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空心(air core)或例如铁氧体磁心等物理磁心。空心环形天线对置放于磁心附近的外来物理装置可更具耐受性。此外，空心环形天线允许在磁心区域内置放其它组件。另外，空心环形可更容易地允许实现在发射天线114(图2)的平面内置放接收天线118(图2)，在所述平面中发射天线114(图2)的耦合模式区可为更强的。

如所陈述，在发射器104与接收器108之间的经匹配或几乎经匹配的谐振期间发生发射器104与接收器108之间的能量的有效传送。然而，甚至在发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时，仍可以较低效率传送能量。通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线(而非将来自发射天线的能量传播到自由空间中)而发生能量的传送。

环形或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。环形天线中的电感大体上仅仅为由环形建立的电感，而大体上将电容添加到环形天线的电感以建立在所要谐振频率下的谐振结构。作为非限制实例，可将电容器152及电容器154添加到天线以建立产生谐振信号156的谐振电路。因此，对于较大直径的环形天线来说，随着环形的直径或电感增加，诱发谐振所需的电容的大小减小。此外，随着环形或磁性天线的直径增加，近场的有性能量传送区域增加。当然，其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例，可将电容器并联置于环形天线的两个端子之间。另外，一般所属领域的技术人员将认识到，对于发射天线来说，谐振信号156可为到环形天线150的输入。

本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。如所陈述，近场为在天线周围的区域，电磁场存在于其中但不可传播或辐射远离天线。其通常限于接近天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中，由于与电型天线(例如，小偶极)的电近场相比，磁型天线的磁性近场振幅倾向于较高，因此将例如单匝及多匝环形天线等磁型天线用于发射(Tx)与接收(Rx)天线系统两者。这允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，也预期“电”天线(例如，偶极及单极)或磁性天线与电天线的组合。

与较早提及的远场及感应方法所允许者相比，可在足够低的频率下且用足够大的天线大小来操作Tx天线以实现与显著较大距离处的小Rx天线的良好耦合(例如，＞-4dB)。如果Tx天线被正确地设定大小，则当主机装置上的Rx天线被置于经驱动Tx环形天线的耦合模式区内(即，近场中)时，可实现高耦合电平(例如，-2到-4dB)。

图4展示指示发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。曲线170及172分别指示发射及接收天线的电力接受的测量。换句话说，在较大负数的情况下，存在极密切的阻抗匹配，且大多数电力被接受且(作为结果)由发射天线辐射。相反地，较小负数指示大量电力从天线反射回，因为在给定频率下不存在密切的阻抗匹配。在图4中，发射天线及接收天线经调谐成具有约13.56MHz的谐振频率。

曲线170说明在各种频率下从发射天线发射的电力量。因此，在对应于约13.528MHz及13.593MHz的点1a及3a处，大量电力经反射且未从发射天线发射出去。然而，在对应于约13.56MHz的点2a处，可看见大量电力被接受且从天线发射出去。

类似地，曲线172说明在各种频率下由接收天线接收的电力量。因此，在对应于约13.528MHz及13.593MHz的点1b及3b处，大量电力经反射且未传递通过接收天线及到接收器中。然而，在对应于约13.56MHz的点2b处，可看见，大量电力由接收天线接受且经传递到接收器中。

曲线174指示在经由发射天线从发射器发送、经由接收天线接收且经传递到接收器之后在接收器处所接收的电力量。因此，在对应于约13.528MHz及13.593MHz的点1c及3c处，从发射器发送出去的大量电力在接收器处不可用，因为(1)发射天线拒绝了从发射器发送到其的大量电力，及(2)随着频率移动远离谐振频率，发射天线与接收天线之间的耦合效率变差。然而，在对应于约13.56MHz的点2c处，可看见，从发射器发送的大量电力在接收器处可用，从而指示发射天线与接收天线之间的高度耦合。

图5A及图5B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线的布局。可以众多不同方式通过具有多种多样大小的单环形或多环形来配置环形天线。另外，环形可具有众多不同形状，例如(仅举例来说)，圆形、椭圆形、正方形及矩形。图5A说明大正方形环形发射天线114S及置于与发射天线114S相同的平面中且在发射天线114S的中心附近的小正方形环形接收天线118。图5B说明大圆形环形发射天线114C及置于与发射天线114C相同的平面中且在发射天线114C的中心附近的小正方形环形接收天线118′。正方形环形发射天线114S具有为“a”的边长，而圆形环形发射天线114C具有为“.”的直径。对于正方形环形来说，可展示存在直径可经定义为Φ_eq＝4a/π的等效圆形环形。

图6展示指示与图4A及图4B中所说明的正方形及圆形发射天线的各种周长有关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。因此，曲线180展示在圆形环形发射天线114C具有各种周长大小时圆形环形发射天线114C与接收天线118之间的耦合强度。类似地，曲线182展示在发射环形发射天线114S具有各种等效周长大小时正方形环形发射天线114S与接收天线118′之间的耦合强度。

图7展示指示与图5A及图5B中所说明的正方形及圆形发射天线的各种表面积有关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。因此，曲线190展示在圆形环形发射天线114C具有各种表面积时圆形环形发射天线114C与接收天线118之间的耦合强度。类似地，曲线192展示在发射环形发射天线114S具有各种表面积时正方形环形发射天线114S与接收天线118′之间的耦合强度。

图8展示接收天线相对于发射天线的各种置放点以说明共平面置放及同轴置放中的耦合强度。如本文中所使用的“共平面”意味着发射天线与接收天线具有实质上对准的平面(即，具有指向实质上同一方向的表面法线)且在发射天线与接收天线的平面之间不具有距离(或具有小的距离)。如本文中所使用的“同轴”意味着发射天线与接收天线具有实质上对准的平面(即，具有指向实质上同一方向的表面法线)且两个平面之间的距离不可忽视，且此外，发射天线与接收天线的表面法线实质上沿着同一向量而延伸或两个法线成梯形。

作为实例，点p1、p2、p3及p7均为接收天线相对于发射天线的共平面置放点。作为另一实例，点p5及p6为接收天线相对于发射天线的同轴置放点。以下的表展示在图8中所说明的各种置放点(p1到p7)处的耦合强度(S21)及耦合效率(经表达为从发射天线发射的到达接收天线的电力的百分比)。

表1

如可见，共平面置放点p1、p2及p3均展示相对较高耦合效率。置放点p7也为共平面置放点，但处于发射环形天线外部。虽然置放点p7不具有高耦合效率，但清楚的是，存在某种耦合且耦合模式区延伸超出发射环形天线的周边。

置放点p5与发射天线同轴且展示相当大的耦合效率。置放点p5的耦合效率并不与共平面置放点的耦合效率一样高。然而，置放点p5的耦合效率足够高以使得可在处于同轴置放中的发射天线与接收天线之间传递相当大的电力。

置放点p4处于发射天线的周界内，但在发射天线的平面上方的微小距离处，处于可被称作偏移同轴置放(即，具有处于实质上同一方向的表面法线但处于不同位置处)或偏移共平面(即，具有处于实质上同一方向的表面法线但具有相对于彼此偏移的平面)的位置。从所述表可见，在具有2.5cm的偏移距离的情况下，置放点p4仍具有相对较好的耦合效率。

置放点p6说明在发射天线的周界外部且在发射天线的平面上方的相当大距离处的置放点。如从所述表可见，置放点p7展示发射天线与接收天线之间的很小耦合效率。

图9展示指示在发射天线与接收天线之间的各种距离处的同轴置放的耦合强度的模拟结果。图9的模拟是针对同轴置放中的正方形发射及接收天线，两者均具有为约1.2米的边且处于10MHz的发射频率。可见，耦合强度在小于约0.5米的距离处保持相当高且均匀。

图10为根据本发明的一示范性实施例的发射器的简化框图。发射器200包括发射电路202及发射天线204。大体上，发射电路202通过提供导致在发射天线204周围产生近场能量的振荡信号而将RF电力提供到发射天线204。举例来说，发射器200可在13.56MHz ISM频带下操作。

示范性发射电路202包括用于将发射电路202的阻抗(例如，50欧姆)与发射天线204匹配的固定阻抗匹配电路206，及经配置以将谐波发射减小到防止耦合到接收器108(图1)的装置的自干扰的电平的低通滤波器(LPF)208。其它示范性实施例可包括不同的滤波器拓扑，包括(但不限于)使特定频率衰减同时使其它频率通过的陷波滤波器，且可包括自适应阻抗匹配，其可基于可测量的发射度量(例如，到天线的输出电力或由功率放大器汲取的DC电流)而变化。发射电路202进一步包括功率放大器210，功率放大器210经配置以驱动如由振荡器212所确定的RF信号。所述发射电路可包含离散装置或电路，或者可包含集成组合件。从发射天线204输出的示范性RF电力可为大约2.5瓦特。

发射电路202进一步包括处理器214，其用于在针对特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间启用振荡器212、用于调整振荡器的频率，及用于调整输出电力电平以用于实施用于经由相邻装置的附接的接收器而与相邻装置交互的通信协议。

发射电路202可进一步包括用于检测在由发射天线204产生的近场的附近区域中作用中的接收器的存在或不存在的负载感测电路216。举例来说，负载感测电路216监视流到功率放大器210的电流，其受由发射天线204产生的近场的附近区域中作用中的接收器的存在或不存在影响。由处理器214监视对功率放大器210上的负载的改变的检测以用于确定是否启用振荡器212以用于发射能量以与作用中的接收器通信。

发射天线204可经实施为带形天线(antenna strip)，其中厚度、宽度及金属类型经选择以将电阻性损耗保持较低。在常规实施中，发射天线204可大体上经配置以用于与例如台、垫、灯的较大结构或其它便携性较差的配置相关联。因此，为了具有实用的尺寸，发射天线204大体上将不需要“匝”。发射天线204的示范性实施可为“电学上小的”(即，波长的分数)，且通过使用电容器来定义谐振频率而经调谐以在较低可用频率下谐振。在发射天线204的直径或边的长度(如果为正方形环形)(例如，0.50米)相对于接收天线可能较大的示范性应用中，发射天线204将未必需要大量的匝来获得合理电容。

图11为根据本发明的示范性实施例的接收器的框图。接收器300包括接收电路302及接收天线304。接收器300进一步耦合到装置350以用于将所接收的电力提供到装置350。应注意，接收器300经说明为处于装置350外部，但可集成到装置350中。大体上，能量无线地传播到接收天线304且接着经由接收电路302耦合到装置350。

接收天线304经调谐以在与发射天线204(图10)的频率相同的频率下或在接近所述相同频率下谐振。接收天线304可与发射天线204类似地设定尺寸或可基于相关联装置350的尺寸而不同地设定大小。举例来说，装置350可为直径或长度尺寸小于发射天线204的直径或长度的便携式电子装置。在所述实例中，接收天线304可经实施为多匝天线以便减小调谐电容器(图中未绘示)的电容值且增加接收天线的阻抗。举例来说，可将接收天线304置于装置350的实质周界周围以便最大化天线直径且减小接收天线的环形匝(即，绕组)的数目及绕组间电容。

接收电路302向接收天线304提供阻抗匹配。接收电路302包括用于将所接收的RF能量源转换成供装置350使用的充电电力的电力转换电路306。电力转换电路306包括RF到DC转换器308且也可包括DC到DC转换器310。RF到DC转换器308将在接收天线304处接收的RF能量信号整流成非交流电力，而DC到DC转换器310将经整流的RF能量信号转换成与装置350兼容的能量电位(例如，电压)。预期包括部分及完全整流器、调节器、桥接器、倍压器(doubler)以及线性及切换转换器的各种RF到DC转换器。

接收电路302可进一步包括用于将接收天线304连接到电力转换电路306或替代地用于将电力转换电路306断开的切换电路312。将接收天线304从电力转换电路306断开不仅中止装置350的充电，而且改变如由发射器200(图2)“所见”的“负载”(如下文更充分解释)。如上文所揭示，发射器200包括检测经提供到发射器功率放大器210的偏置电流的波动的负载感测电路216。因此，发射器200具有用于确定何时接收器存在于发射器的近场中的机构。

在多个接收器300存在于发射器的近场中时，可需要对一个或一个以上接收器的加载及卸载进行时间多路复用，以使其它接收器能够更有效地耦合到发射器。也可掩盖(cloak)接收器以便消除与其它附近接收器的耦合或减小附近发射器上的负载。接收器的此“卸载”也在本文中称为“掩盖”。此外，由接收器300控制且由发射器200检测的卸载与加载之间的此切换提供从接收器300到发射器200的通信机制(如下文更充分解释)。另外，一协议可与所述切换相关联，其致使能够从接收器300发送消息到发射器200。举例来说，切换速度可为大约100微秒。

在一示范性实施例中，发射器与接收器之间的通信指代装置感测及充电控制机制而非常规双向通信。换句话说，发射器使用经发射信号的开/关键控(on/off keying)以调整在近场中能量是否可用。接收器将这些能量改变解译为来自发射器的消息。从接收器侧，接收器使用接收天线的调谐及失谐(de-tuning)来调整正从近场接受多少电力。发射器可检测从近场所使用的电力的此差异且将这些改变解译为来自接收器的消息。

接收电路302可进一步包括用以识别所接收能量的波动的信令检测器及信标电路314，其可对应于从发射器到接收器的信息信令。此外，信令及信标电路314也可用以检测减小的RF信号能量(即，信标信号)的发射，且将减小的RF信号能量整流成标称电力以用于唤醒接收电路302内的未供电或电力耗尽的电路，以便配置接收电路302以进行无线充电。

接收电路302进一步包括用于协调本文中所描述的接收器300的处理(包括本文中所描述的切换电路312的控制)的处理器316。在发生包括检测到提供充电电力到装置350的外部有线充电源(例如，壁上/USB电力)的其它事件时，也可发生接收器300的掩盖。除了控制接收器的掩盖外，处理器316也可监视信标电路314以确定信标状态且提取从发射器发送的消息。处理器316也可调整DC到DC转换器310以实现改善的性能。

图12展示用于进行发射器与接收器之间的消息接发的发射电路的一部分的简化示意图。在本发明的一些示范性实施例中，可启用在发射器与接收器之间的用于通信的装置。在图12中，功率放大器210驱动发射天线204以产生辐射场。由在用于发射天线204的所要频率下振荡的载波信号220驱动功率放大器。发射调制信号224用以控制功率放大器210的输出。

发射电路可通过在功率放大器210上使用开/关键控过程而将信号发送到接收器。换句话说，在发射调制信号224经确证时，功率放大器210将在发射天线204上驱动出载波信号220的频率。在发射调制信号224经否定(negate)时，功率放大器将不在发射天线204上驱动出任何频率。

图12的发射电路还包括将电力供应到功率放大器210且产生接收信号235输出的负载感测电路216。在负载感测电路216中，在电力输入信号226与到功率放大器210的电力供应228之间产生跨越电阻器R_s的电压降。由功率放大器210消耗的电力的任何改变将引起将由差动放大器230放大的电压降改变。在发射天线处于与接收器(未在图12中展示)中的接收天线的耦合模式中时，由功率放大器210汲取的电流的量将改变。换句话说，如果对于发射天线210不存在耦合模式谐振，则驱动辐射场所需的电力将为第一量。如果耦合模式谐振存在，则由功率放大器210消耗的电力的量将增长，因为大量电力正耦合到接收天线中。因此，接收信号235可指示经耦合到发射天线235的接收天线的存在，且也可检测从接收天线发送的信号，如下文所解释。另外，接收器电流汲取的改变将可在发射器的功率放大器电流汲取中观测到，且此改变可用以检测来自接收天线的信号，如下文所解释。

图13A到图13C展示处于各种状态中的接收电路的一部分的简化示意图以说明接收器与发射器之间的消息接发。图13A到图13C均展示相同电路元件，不同之处在于各种开关的状态。接收天线304包括驱动节点350的特性电感L1。节点350经由开关S1A选择性地耦合到接地。节点350还经由开关S1B选择性地耦合到二极管D1及整流器318。整流器318将DC电力信号322供应到接收装置(图中未绘示)以向所述接收装置供电、对电池充电，或其组合。二极管D1耦合到发射信号320，所述信号通过电容器C3及电阻器R1而经滤波以移除谐波及不需要的频率。因此，D1、C3及R1的组合可基于发射信号320而产生仿真由上文参考图12中的发射器所论述的发射调制信号224所产生的发射调制的信号。

本发明的示范性实施例包括用以实现反向链路信令的接收装置的电流汲取的调制及接收天线的阻抗的调制。参考图13A及图12两者，随着接收装置的电力汲取改变，负载感测电路216检测发射天线上的所得电力改变，且从这些改变可产生接收信号235。

在图13A到图13C的示范性实施例中，可通过修改开关S1A及S2A的状态而改变经由发射器的电流汲取。在图13A中，开关S1A及开关S2A两者均断开，从而建立“DC断开状态”且基本上从发射天线204移除负载。这减小由发射器所见的电流。

在图13B中，开关S1A闭合且开关S2A断开，从而建立接收天线304的“DC短路状态”。因此，图13B中的状态可用以增加发射器中所见的电流。

在图13C中，开关S1A断开且开关S2A闭合，从而建立正常接收模式(也在本文中被称作“DC操作状态”)，其中可由DC输出信号322供应电力且可检测发射信号320。在图13C所示的状态中，接收器接收正常量的电力，因此与DC断开状态或DC短路状态相比消耗来自发射天线的更多或更少电力。

可通过在DC操作状态(图13C)与DC短路状态(图13B)之间切换来实现反向链路信令。也可通过在DC操作状态(图13C)与DC断开状态(图13A)之间切换来实现反向链路信令。

图14A到图14C展示处于各种状态中的替代接收电路的一部分的简化示意图以说明接收器与发射器之间的消息接发。

图14A到图14C均展示相同电路元件，不同之处在于各种开关的状态。接收天线304包括驱动节点350的特性电感L1。节点350经由电容器C1及开关S1B选择性地耦合到接地。节点350还经由电容器C2以AC方式耦合到二极管D1及整流器318。二极管D1耦合到发射信号320，所述信号通过电容器C3及电阻器R1而经滤波以移除谐波及不需要的频率。因此，D1、C3及R1的组合可基于发射信号320产生仿真由上文参考图12中的发射器所论述的发射调制信号224所产生的发射调制的信号。

整流器318连接到与电阻器R2及接地串联连接的开关S2B。整流器318还连接到开关S3B。开关S3B的另一侧将DC电力信号322供应到接收装置(图中未绘示)以向所述接收装置供电、对电池充电，或其组合。

在图13A到图13C中，通过经由开关S1B将接收天线选择性地耦合到接地而改变接收天线304的DC阻抗。相对照地，在图14A到图14C的示范性实施例中，可通过修改开关S1B、S2B及S3B的状态而改变接收天线304的AC阻抗来修改天线的阻抗以产生反向链路信令。在图14A到图14C中，可通过电容器C2调谐接收天线304的谐振频率。因此，可通过使用开关S1B经由电容器C1选择性地耦合接收天线304而改变接收天线304的AC阻抗，从而基本上将谐振电路改变到将处于一将最佳地与发射天线耦合的范围外的不同频率。如果接收天线304的谐振频率接近发射天线的谐振频率，且接收天线304处于发射天线的近场中，则可产生耦合模式，在所述模式中接收器可从辐射场106汲取大量电力。

在图14A中，开关S1B闭合，其使天线失谐且建立“AC掩盖状态”，从而基本上“掩盖”接收天线304而不被发射天线204检测到，因为接收天线不在发射天线的频率下谐振。由于接收天线将不处于耦合模式中，因此开关S2B及S3B的状态对于本发明的论述来说并不特别重要。

在图14B中，开关S1B断开、开关S2B闭合且开关S3B断开，从而建立接收天线304的“经调谐虚拟负载状态”。由于开关S1B断开，电容器C1对谐振电路无影响，且与电容器C2组合的接收天线304将处于可与发射天线的谐振频率匹配的谐振频率下。开关S3B断开与开关S2B闭合的组合对于整流器建立相对较高电流虚拟负载，所述整流器将经由接收天线304汲取更多电力，其可由发射天线感测到。另外，由于接收天线处于接收来自发射天线的电力的状态中，因此可检测发射信号320。

在图14C中，开关S1B断开、开关S2B断开且开关S3B闭合，从而建立接收天线304的“经调谐操作状态”。由于开关S1B断开，电容器C1对谐振电路无影响，且与电容器C2组合的接收天线304将处于可与发射天线的谐振频率匹配的谐振频率下。开关S2B断开与开关S3B闭合的组合建立正常操作状态，其中可由DC输出信号322供应电力且可检测发射信号320。

可通过在经调谐的操作状态(图14C)与AC掩盖状态(图14A)之间切换来实现反向链路信令。也可通过在经调谐的虚拟负载状态(图14B)与AC掩盖状态(图14A)之间切换来实现反向链路信令。也可通过在经调谐的操作状态(图14C)与经调谐的虚拟负载状态(图14B)之间切换来实现反向链路信令，因为将存在由接收器所消耗的电力量的差异，其可由发射器中的负载感测电路检测到。

当然，一般所属领域的技术人员将认识到，开关S1B、S2B及S3B的其它组合可用以建立掩盖、产生反向链路信令且将电力供应到接收装置。另外，可将开关S1A及S1B添加到图14A到图14C的电路以建立用于掩盖、反向链路信令及将电力供应到接收装置的其它可能的组合。

因此，当在耦合模式中时，可将信号从发射器发送到接收器，如上文参考图12所论述。另外，当在耦合模式中时，可将信号从接收器发送到发射器，如上文参考图13A到图13C及图14A到图14C所论述。

图15A到图15D为说明用于在发射器与一个或一个以上接收器之间发射电力的信标电力模式的简化框图。图15A说明发射器520，其当在信标耦合模式区510中不存在接收装置时具有低电力“信标”信号525。信标信号525可(作为非限制实例)例如处于～10到～20mW RF的范围内。在待充电的装置经置于耦合模式区中时，此信号可足够用以将初始电力提供到待充电的装置。

图15B说明置于发射信标信号525的发射器520的信标耦合模式区510内的接收装置530。如果接收装置530开启且产生与发射器的耦合，则接收装置530将产生反向链路耦合535，其实际上仅为接收器从信标信号525接受电力。可由发射器的负载感测电路216(图12)感测此额外电力。因此，发射器可进入高电力模式。

图15C说明发射器520，其产生导致高电力耦合模式区510′的高电力信号525′。只要接收装置530正接受电力且因此产生反向链路耦合535，发射器就将保持处于高电力状态。虽然仅说明一个接收装置530，但多个接收装置530可存在于耦合模式区510中。如果存在多个接收装置530，则所述多个接收装置530将基于每一接收装置530耦合的良好程度而共享由发射器发射的电力量。举例来说，取决于装置置于耦合模式区510内何处，耦合效率可针对每一接收装置530有所不同，如上文参考图8及图9所解释。

图15D说明发射器520，其甚至当接收装置530处于信标耦合模式区510中时也产生信标信号525。可在接收装置530被关断或装置掩盖自身(可能因为其不再需要电力)时发生此状态。

接收器与发射器可在单独通信信道(例如，蓝牙、zigbee等等)上通信。通过单独通信信道，发射器可基于耦合模式区510中的接收装置的数目及其相应电力要求而确定何时在信标模式与高电力模式之间切换，或建立多个电力电平。

本发明的示范性实施例包括在相对较大发射天线与较小接收天线之间的近场电力传送中经由将额外天线(其将充当中继器且将增强从发射天线朝向接收天线的电力流动)引入到耦合天线的系统中而增强所述两个天线之间的耦合。

在示范性实施例中，使用耦合到系统中的发射天线与接收天线的一个或一个以上额外天线。这些额外天线包含中继器天线，例如有源或无源天线。无源天线可仅仅包括天线环形及用于调谐天线的谐振频率的电容性元件。有源元件可包括(除了天线环形及一个或一个以上调谐电容器外)用于增加经中继的近场辐射的强度的放大器。

电力传送系统中的发射天线与中继器天线的组合可经最佳化，以使得基于例如端接负载、调谐分量、谐振频率及中继器天线相对于发射天线的置放等因素而增强到极小接收天线的电力耦合。

单一发射天线展现有限的近场耦合模式区。因此，经由在发射天线的近场耦合模式区中的接收器进行充电的装置的用户可能需要大量的用户接近空间，这将是难以办到的或至少不方便的。此外，随着接收天线移动远离发射天线，耦合模式区可迅速缩减。

中继器天线可从发射天线重新聚焦及重新成形耦合模式区以在所述中继器天线周围建立第二耦合模式区，这可更适于将能量耦合到接收天线。下文在图16A到图18B中论述包括中继器天线的实施例的一些非限制实例。

图16A说明大发射天线610C，三个较小中继器天线620C经安置成与所述发射天线610C共平面且处于所述发射天线610C的周边内。发射天线610C及中继器天线620C形成于台640上。包括接收天线630C的各种装置置于发射天线610C与中继器天线620C内的各种位置处。图16A的示范性实施例可能能够将由发射天线610C产生的耦合模式区重新聚焦到在中继器天线620C中的每一者周围的更小且更强的经中继耦合模式区中。因此，接收天线630C可获得相对较强的经中继近场辐射。接收天线中的一些被置于任何中继器天线620C外部。应记得，耦合模式区可在天线的周边外稍微扩展。因此，接收天线630C可能能够接收来自发射天线610C以及任何附近中继器天线620C的近场辐射的电力。因此，置于任何中继器天线620C外部的接收天线可能仍能够接收来自发射天线610C以及任何附近中继器天线620C的近场辐射的电力。

图16B说明大发射天线610D，较小中继器天线620D相对于所述发射天线610D成偏移同轴置放及偏移共平面置放。包括接收天线630D的装置经置于中继器天线620D中的一者的周边内。作为一非限制实例，发射天线610D可安置于天花板646上，而中继器天线620D可安置于台640上。处于偏移同轴置放中的中继器天线620D可能能够将来自发射器天线610D的近场辐射重新成形且增强为在中继器天线620D周围的经中继的近场辐射。因此，经置放成与中继器天线620D共平面的接收天线630D可获得相对较强的经中继近场辐射。

图17展示指示发射天线、中继器天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。发射天线、中继器天线及接收天线经调谐成具有约13.56MHz的谐振频率。

曲线662说明在各种频率下在经馈入到发射天线的总电力中从发射天线所发射的电力量的测量。类似地，曲线664说明在各种频率下在中继器天线的端子的附近区域中可用的总电力中由接收天线经由中继器天线所接收的电力量的测量。最后，曲线668说明在各种频率下经由中继器天线在发射天线与接收天线之间实际上耦合的电力量。

在曲线668的对应于约13.56MHz的峰值处，可见，从发射器所发送的大量电力在接收器处可用，从而指示在发射天线、中继器天线与接收天线的组合之间的高度耦合。

图18A展示指示在不具有中继器天线的情况下在发射天线与经安置成相对于发射天线同轴置放的接收天线之间的耦合强度的模拟结果。发射天线及接收天线经调谐成具有约10MHz的谐振频率。此仿真中的发射天线在一边上为约1.3米，且接收天线为在一边上为约30毫米的多环形天线。将接收天线置于距发射天线的平面约2米处。曲线682A说明在各种频率下在馈入到发射天线端子的总电力中从发射天线所发射的电力量的测量。类似地，曲线684A说明在各种频率下在接收天线端子的附近区域中可用的总电力中由接收天线接收的电力量的测量。最后，曲线686A说明在各种频率下在发射天线与接收天线之间实际耦合的电力量。

图18B展示指示在中继器天线经包括于系统中时图18A的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。发射天线及接收天线具有与图18A相同的大小及置放。中继器天线在一边上为约28厘米且经置放成与接收天线共平面(即，距发射天线的平面约0.1米)。在图18B中，曲线682B说明在各种频率下在馈入到发射天线端子的总电力中从发射天线所发射的电力量的测量。曲线684B说明在各种频率下在中继器天线端子的附近区域中可用的总电力中由接收天线经由中继器天线所接收的电力量。最后，曲线686B说明在各种频率下经由中继器天线在发射天线与接收天线之间实际上耦合的电力量。

在比较来自图18A与图18B的经耦合电力(686A与686B)时，可见，在不具有中继器天线的情况下，经耦合电力686A在约-36dB处达到峰值。而在具有中继器天线的情况下，经耦合电力686B在约-5dB处达到峰值。因此，归因于包括中继器天线，在谐振频率附近，存在可用于接收天线的电力量的显著增加。

本发明的示范性实施例包括适当管理发射器辐射到单一及多个装置及装置类型的方式以便最佳化发射器将充电电力传递到个别装置的效率的低成本、不引人注目的方法。

图19为包括存在检测器280的发射器200的简化框图。所述发射器类似于图10的发射器，且因此无需再次解释。然而，在图19中，发射器200可包括连接到控制器214(也在本文中被称作处理器)的存在检测器280及封闭检测器290或其组合。控制器214可响应于来自存在检测器280的存在信号及封闭检测器290而调整由放大器210递送的电力的量。发射器可经由用以转换常规AC电力299的AC-DC转换器(图中未绘示)来接收电力。

作为一非限制实例，存在检测器280可为用以感测经插入到发射器的覆盖区域中的待充电的装置的初始存在的运动检测器。在检测之后，发射器经接通，且由装置接收的RF电力用来以预定方式双态触发Rx装置上的开关，这又导致发射器的驱动点阻抗的改变。

作为另一非限制实例，存在检测器280可为能够(例如)通过红外线检测、运动检测或其它合适方法来检测人的检测器。在一些示范性实施例中，可能存在限制发射天线可在特定频率下发射的电力量的法规。在一些状况下，这些法规意在保护人不受电磁辐射。然而，可能存在发射天线被置于无人区域或偶尔有人的区域(例如，车库、厂房、商店及其类似者)中的环境。如果这些环境没有人，则增加发射天线的电力输出而超出一般电力限制法规可为可允许的。换句话说，控制器214可响应于人的存在而将发射天线204的电力输出调整到法规电平或更低，且在人处于距发射天线204的电磁场的法规距离外时将发射天线204的电力输出调整到超出法规电平的电平。

在以下实例的许多者中，仅一个客体装置被展示成正被充电。在实际中，可从由每一主体产生的近场对许多装置充电。

在示范性实施例中，可使用Tx电路并不无限期保持开启的方法。在此状况下，Tx电路可经编程以在用户确定的时间量之后关断。此特征防止Tx电路(特别是功率放大器)在处于其周边中的无线装置经充分充电之后长时间运作。此事件可能归因于电路未能检测到从中继器或Rx线圈发送的指示装置经充分充电的信号。为了防止在另一装置经置于Tx电路的周边中时Tx电路自动关闭，可仅在Tx电路的周边中在经设定时段中未检测到运动之后启动Tx电路的自动关断特征。用户可能能够确定不活动性时间间隔，且按需要改变所述时间间隔。作为一非限制实例，所述时间间隔可能长于在假定特定类型的无线装置初始地被充分放电的情况下对所述装置进行充分充电所需的时间间隔。

本发明的示范性实施例包括使用表面作为完全或部分地收容将电力无线传送到其它常常较小装置、设备或机器(被称作“客体”)所必需的发射天线及其它电路的充电台或“主体”。作为非限制实例，这些充电台或主体可为窗、墙壁，等等。可至少部分地嵌入前述实例中的充电系统可为对现存设备的改装或作为其初始设计及制造的一部分而制作。

电学上小的天线具有低效率，常常仅仅几个百分比，如由小型天线的理论所解释。天线的电学大小越小，其效率越低。如果可在有意义的距离上将电力发送到处于电力传送系统的接收端的装置，则所述无线电力传送可变成在工业、商业及家庭应用中取代到电力网的有线连接的可行技术。虽然此距离取决于应用，但对于大多数应用来说数十厘米到几米可被认为合适范围。大体上，此范围减小了在5MHz到100MHz的间隔中的电力的有效频率。

图20及图21为根据示范性实施例的放大区域无线充电设备的框图的平面图。如所陈述，由于需要将接收器精确定位在发射天线的近场耦合模式区中，因此将接收器定位于发射器的近场耦合模式区中以使接收器进行无线充电可为过度麻烦的。此外，将接收器定位于固定位置发射天线的近场耦合模式区中也可能无法由耦合到接收器的装置的用户达到(尤其在多个接收器分别耦合到多个用户可存取装置(例如，膝上型计算机、PDA、无线装置)时，其中用户需要对装置的同时物理存取)。举例来说，单一发射天线展现有限的近场耦合模式区。因此，经由在发射天线的近场耦合模式区中的接收器进行充电的装置的用户可能需要大量的用户接近空间，这将对也在相同发射天线的近场耦合模式区内进行无线地充电的另一装置的且也需要单独用户接近空间的另一用户来说为难以办到的或至少不方便的。举例来说，就座于配置有单一发射天线的会议桌旁的两个邻近的无线可充电装置用户可归因于发射器近场耦合模式区的局部本质及与相应装置交互所需的大量用户接近空间而不便于或难以存取其相应装置。另外，要求特定无线充电装置及其用户进行特定定位也会使装置的用户感到不方便。

参看图20，放大区域无线充电设备700的一示范性实施例提供置放多个经邻近定位的发射天线电路702A到702D以定义放大的无线充电区域708。举例来说(且非限制)，发射天线电路包括具有例如约30到40厘米的直径或边尺寸的发射天线710以用于提供到与电子装置(例如，无线装置、手持机、PDA、膝上型计算机等等)相关联或装设于电子装置(例如，无线装置、手持机、PDA、膝上型计算机等等)中的接收天线(图中未绘示)的均匀耦合。通过将发射天线电路702视为放大区域无线充电设备700的单元或小区，将这些发射天线电路702A到702D彼此相邻地堆叠或邻近地平铺于实质上单平面表面704(例如，在桌顶部)上会允许增加或放大充电区域。放大的无线充电区域708导致用于一个或一个以上装置的增加的充电区。

放大区域无线充电设备700进一步包括用于将驱动信号提供到发射天线710的发射功率放大器720。在一个发射天线710的近场耦合模式区干扰其它发射天线710的近场耦合模式区的配置中，所述干扰的邻近发射天线710经“掩盖”以允许经启动的发射天线710的改善的无线充电效率。

可根据基于时域的序列而进行放大区域无线充电设备700中的发射天线710的启动的定序。发射功率放大器720的输出耦合到多路复用器722，所述多路复用器722根据来自发射器处理器的控制信号724将来自发射功率放大器720的输出信号时间多路复用到发射天线710中的每一者。

为了在功率放大器720正驱动作用中的发射天线时抑制在邻近不在作用中的发射天线710中诱发谐振，可通过(例如)启动掩盖电路714来变更不在作用中的天线的谐振频率而“掩盖”所述发射天线。就实施来说，对直接邻近或几乎邻近的发射天线电路702的同时操作可导致被同时启动的且物理上靠近或邻近的其它发射天线电路702之间的干扰效应。因此，发射天线电路702可进一步包括用于变更发射天线710的谐振频率的发射器掩盖电路714。

所述发射器掩盖电路可经配置为用于使发射天线710的电抗性元件(例如，电容器716)短路或变更其值的切换装置(例如，开关)。可由来自发射器的处理器的控制信号721控制所述切换装置。在操作中，发射天线710中的一者经启动且被允许谐振，而发射天线710中的其它者被抑制而不进行谐振，且因此被抑制而不会邻近地干扰经启动的发射天线710。因此，通过使发射天线710的电容短路或变更发射天线710的电容，发射天线710的谐振频率经变更以防止来自其它发射天线710的谐振耦合。还预期用于变更谐振频率的其它技术。

在另一示范性实施例中，发射天线电路702中的每一者可确定在其相应近场耦合模式区内接收器的存在或不存在，其中发射器处理器当接收器存在且准备用于无线充电时选择启动发射天线电路702中的发射天线电路，或当在相应近场耦合模式区中接收器不存在或未准备用于无线充电时选择放弃启动发射天线电路702中的发射天线电路。可根据本文中所描述的接收器检测信令协议进行对存在或预备好的接收器的检测，或可根据对接收器的物理感测(例如，运动感测、压力感测、图像感测或用于确定在发射天线的近场耦合模式区内接收器的存在的其它感测技术)进行对存在或预备好的接收器的检测。此外，通过向多个天线电路中的至少一者提供增强的成比例工作循环而实现一个或一个以上发射天线电路的优先启动也被预期处于本发明的范围内。

参看图21，放大区域无线充电设备800的一示范性实施例提供将多个经邻近定位的中继器天线电路802A到802D置放于发射天线801内部，从而界定放大的无线充电区域808。发射天线801在由发射功率放大器820驱动时，诱发与中继器天线810A到810D中的每一者的谐振耦合。举例来说且非限制，具有例如约30到40厘米的直径或边尺寸的中继器天线810提供到与电子装置相关联或附着到电子装置的接收天线(图中未绘示)的均匀耦合。通过将中继器天线电路802视为放大区域无线充电设备800的单元或小区，将这些中继器天线电路802A到802D彼此相邻地堆叠或邻近地平铺于实质上单平面表面804(例如，在桌顶部)上会允许增加或放大充电区域。放大的无线充电区域808导致用于一个或一个以上装置的增加的充电空间。

放大区域无线充电设备800包括用于将驱动信号提供到发射天线801的发射功率放大器820。在一个中继器天线810的近场耦合模式区干扰其它中继器天线810的近场耦合模式区的配置中，所述干扰的邻近中继器天线810经“掩盖”以允许经启动的中继器天线810的改善的无线充电效率。

可根据基于时域的序列而进行放大区域无线充电设备800中的中继器天线810的启动的定序。发射功率放大器820的输出大体上恒定地耦合(除了在如本文中所描述的接收器信令期间)到发射天线801。在本示范性实施例中，根据来自发射器处理器的控制信号821将中继器天线810时间多路复用。就实施来说，对直接邻近或几乎邻近的中继器天线电路802的同时操作可导致经同时启动且物理上靠近或邻近的其它中继器天线电路802之间的干扰效应。因此，中继器天线电路802可进一步包括用于变更中继器天线810的谐振频率的中继器掩盖电路814。

所述中继器掩盖电路可经配置为用于使中继器天线810的电抗性元件(例如，电容器816)短路或变更其值的切换装置(例如，开关)。可由来自发射器的处理器的控制信号821控制所述切换装置。在操作中，中继器天线810中的一者经启动且被允许谐振，而中继器天线810中的其它者被抑制而不进行谐振，且因此不会邻近地干扰经启动的中继器天线810。因此，通过使中继器天线810的电容短路或变更中继器天线810的电容，中继器天线810的谐振频率经变更以防止来自其它中继器天线810的谐振耦合。还预期用于变更谐振频率的其它技术。

在另一示范性实施例中，中继器天线电路802中的每一者可确定在其相应近场耦合模式区内接收器的存在或不存在，其中发射器处理器当接收器存在且准备好用于无线充电时选择启动中继器天线电路802中的中继器天线电路，或当在相应近场耦合模式区中接收器不存在或未准备好用于无线充电时选择放弃启动中继器天线电路802中的中继器天线电路。可根据本文中所描述的接收器检测信令协议进行对存在或预备好的接收器的检测，或可根据对接收器的物理感测(例如，运动感测、压力感测、图像感测或用于确定接收器处于中继器天线的近场耦合模式区内的其它感测技术)进行对存在或预备好的接收器的检测。

放大区域无线充电设备700及800的各种示范性实施例可进一步包括基于(基于例如特定接收器的充电优先级、在不同天线的近场耦合模式区中接收器的变化的数量、耦合到接收器的特定装置的电力要求等因素以及其它因素)将启动时间周期非对称地分配到发射/中继器天线而对耦合到发射天线710/中继器天线810的输入信号进行时域多路复用。

已知电学上小的天线具有低效率，常常仅仅几个百分比，如由小型天线的理论所解释(所属领域的技术人员已知)。大体上，天线的电学大小越小，其效率越低。因此，如果可在有意义的距离上将电力发送到处于此种电力传送系统的接收端的装置，则无线电力传送可变成在工业、商业及家庭应用中取代到电力网的有线连接的可行技术。虽然此距离取决于应用，但对于大多数应用来说(例如)数十厘米到几米可被认为合适范围。大体上，此范围减小了在(例如)5MHz到100MHz之间的间隔中的电力的有效频率。

如所陈述，在发射器与接收器之间发生匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器与接收器之间的能量的有效传送。然而，甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以较低效率传送能量。通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线(而非将来自发射天线的能量传播到自由空间中)而发生能量的传送。

本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。如所陈述，近场为在天线周围的区域，电磁场存在于其中但不可传播或辐射远离天线。其通常限于接近天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中，由于与电型天线(例如，小偶极)的电近场相比，磁型天线的磁性近场振幅倾向于较高，因此将例如单匝及多匝环形天线等磁型天线用于发射(Tx)与接收(Rx)天线系统两者。这允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，也预期“电”天线(例如，偶极及单极)或磁性天线与电天线的组合。

与较早提及的远场及感应方法所允许者相比，可在足够低的频率下且用足够大的天线大小来操作Tx天线以实现与显著较大距离处的小Rx天线的良好耦合(例如，＞-4dB)。如果Tx天线被正确地设定大小，则当主机装置上的Rx天线被置于经驱动Tx环形天线的耦合模式区内(即，近场中)时，可实现高耦合电平(例如，-2到-4dB)。

图20及图21说明在实质上为平面的充电区域中的多个环形。然而，本发明的示范性实施例不限于此。可使用具有多个天线的三维空间。

本发明的示范性实施例包括使用设备作为完全或部分地收容将电力无线传送到其它常常较小装置、设备或机器(被称作“客体”)所必需的发射天线及其它电路的充电台或“主体”。这些充电台或主体可为具有多个表面的任何设备。作为非限制实例，这些充电台或主体可为工具箱、包、经配置以容纳溶液的容器、高压杀菌器(autoclave)、柜、盒，等等。可至少部分地嵌入前述实例中的发射天线可为对现存设备的改装或作为其初始设计及制造的一部分而制作。

图22A到图31说明包括具有定向于多个方向中的发射天线的设备的充电系统的各种示范性实施例。发射天线的多维定向可增加可递送到以相对于发射天线的多个维度的各种定向而定位的一个或一个以上接收天线的电力。充电系统可经配置以便任何数目的发射天线可同时用以将电力无线发射到定位于一设备内的一个或一个以上接收天线。虽然下文中所描绘的各种示范性实施例可说明在三个平面中定向的发射天线(即，三维无线充电)，但本发明的实施例不限于此。实情为，本发明的实施例是针对多维无线充电，其中发射天线可定向于任何数目的平面中。

在本文中所描述的示范性实施例中，可通过上文关于图13A到图15D所描述的技术来执行接收器与发射器之间的消息接发。另外，可使用更复杂的消息接发方法，例如，在2008年10月10日申请的题目为“无线电力环境中的信令充电(SIGNALINGCHARGING IN WIRELESS POWER ENVIRONMENT)”的第12/249,816号美国专利申请案中所描述的方法(所述案的全部内容在此以引用的方式并入本文中)。

参看图22A及图22B，展示多维无线充电设备910，在多维无线充电设备910中，多个发射天线(即，发射天线912、发射天线914及发射天线916)沿着多个轴耦合到表面。图22A说明盖罩911打开的设备910，以展示安置于其中的多个可充电装置930。图22B说明盖罩911闭合的设备910。应注意，发射天线912、发射天线914及发射天线916可以防止天线由于设备910的材料、其内容物或其任何组合而短路的方式各自耦合到设备910。作为一实例，发射天线912、发射天线914及发射天线916中的每一者可涂布有绝缘材料且附接到设备910的表面。此外，仅举例来说，设备910可包含非导电材料。

如图22A及图22B中的每一者中所说明，无线充电设备910包括耦合到三个侧面的发射天线。特定来说，第一定向发射天线912耦合到设备910的底部。第二定向发射天线914耦合到设备910的第一侧面，且第三定向发射天线916耦合到设备910的第二侧面且实质上正交于第一定向发射天线912。三个发射天线中的任一者、其中的任一对，或全部三者同时可用以将电力无线地提供到定位于设备910内且耦合到可充电装置的一个或一个以上接收天线。例如上文关于图20及图21所论述的装置的装置可用于在不同定向的发射天线之间进行选择及多路复用。

图23A及图23B说明带有定向于多个方向中的发射天线的柜950的示范性实施例，其中发射天线处于相对的面板中。图23A展示门951打开的柜950，且图23B展示门951闭合的柜950。发射天线972及974处于柜950的相对侧面上(即，分别左侧及右侧)。发射天线962及964处于柜950的相对侧面上(即，分别门及背面)。发射天线982及984处于柜950的相对侧面上(即，分别顶部及底部)。应注意，对于具有不同表面长度的设备(例如，矩形设备)来说，发射天线的不同大小可由槽路电容器的相应变化来补偿，如一般所属领域的技术人员应理解。另外，应注意，每一发射天线可以防止发射天线由于设备柜950的材料、其内容物或其任何组合而短路的方式耦合到柜950。作为一实例，每一发射天线可涂布有绝缘材料且附接到柜950的表面。此外，仅举例来说，柜950可包含非导电材料。

图24说明根据本发明的一示范性实施例的充电系统1000。充电系统1000包括具有定向于多个方向中的发射天线1012、1014及1016的充电设备1010。如上文所提及，充电设备1010可包含具有多个表面的任何设备，例如(仅举例来说)工具箱、包或柜。如所描绘，多个可充电装置1020及1024(具有耦合到其的相应接收天线1022及1026)定位于充电设备1010内。虽然充电系统1000包括耦合到充电设备1010的三个发射天线及定位于其中的两个可充电装置，但本发明的实施例不限于此。实情为，包括充电设备(具有耦合到其的任何数目个发射天线)及定位于充电设备中的任何数目个可充电装置的充电系统处于本发明的范围内。

根据本发明的一个示范性实施例，具有定向于多个平面中的多个发射天线的充电系统可经配置以循序地从每一发射天线发射电力。更特定来说，充电系统可经配置成以随机或预定次序循序从每一发射天线持续地发射电力直到充电设备内的每一可充电装置被完全充电为止或直到每一可充电装置已从充电设备移除为止。作为一实例，参看图24，充电系统1000可经配置以在第一持续时间中从天线1012发射电力、在第二持续时间中从发射天线1014发射电力，且在第三持续时间中从发射天线1016发射电力。此过程可无限地重复，直到可充电装置1020及可充电装置1024中的每一者被完全充电为止或直到可充电装置1020及可充电装置1024中的每一者被从充电设备1010移除为止。换句话说，只要充电设备1010其中包括至少一个可充电装置且其中的至少一个可充电装置需要充电，此过程就可重复。应注意，第一持续时间、第二持续时间及第三持续时间可实质上彼此相等，或所述持续时间可以任何合适方式变化。

根据本发明的另一示范性实施例，充电系统可经配置以确定用于对定位于相关联的充电设备内的每一可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择。更特定来说，在图24中所说明的实例中，充电系统1000可经配置以针对接收天线1026及接收天线1022中的每一者定义可导致接收天线及相关联的可充电装置接收到最高电力的单一发射天线(即，发射天线1012、发射天线1014或发射天线1016)或发射天线的任何可能的组合(即，发射天线1012及发射天线1014、发射天线1012及发射天线1014、发射天线1014及发射天线1016，或发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016)的最佳选择。在确定是否多个发射天线(即，组合)提供对可充电装置的最佳充电时，所述多个发射天线中的每一者的电力电平可变化以进一步建立由可充电装置从发射天线的组合接收的最佳电力量。确定用于对可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择的方法在本文中也可被称作“单装置校准过程”。

现将描述根据本发明的一示范性实施例的确定用于对可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择的方法(即，单装置校准过程)。相关联的充电系统可经配置以在识别耦合到可充电装置且定位于充电设备内的接收天线之后循序地将电力从耦合到充电设备的每一发射天线发射到接收天线。此外，充电系统可经配置以循序地将电力从发射天线的每一可能的组合发射到接收天线。如上文所提及，在将电力从发射天线的组合发射到接收天线期间，发射天线的电力电平可变化以进一步确定由接收天线从发射天线的组合接收的最佳电力量。

充电系统可经配置以在循序将电力从每一发射天线个别地及发射天线的每一可能组合发射到接收天线之后确定哪一个或一个以上发射天线提供对耦合到接收天线的可充电装置的最佳充电。应注意，在定位于充电设备内的接收天线及相关联的可充电装置的校准过程期间，定位于所述充电设备内的一个或一个以上其它接收天线可经“掩盖”以防止所述一个或一个以上其它接收天线与耦合到相关联的充电设备或处于相关联的充电设备内的任何其它接收或发射天线之间的耦合。

参看图24，现将描述单装置校准过程的实例。在识别接收天线1022之后，接收天线1026可经“掩盖”以防止接收天线1026与任何发射天线(即，发射天线1012、1014或1016)之间的耦合或接收天线1026与接收天线1022之间的耦合。发射天线1012可接着将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。之后，发射天线1014可将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。随后，发射天线1016可将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。

此外，在每一个别发射天线循序地将电力发射到接收天线1022之后，发射天线1012及发射天线1014可同时将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。在从发射天线1012及发射天线1014发射电力期间，发射天线1012及发射天线1014中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022从发射天线1012及发射天线1014的组合接收的最佳电力量。发射天线1012及发射天线1016可接着同时将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。在从发射天线1012及发射天线1016发射电力期间，发射天线1012及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022从发射天线1012及发射天线1016的组合接收的最佳电力量。随后，发射天线1014及发射天线1016可同时将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。在从发射天线1014及发射天线1016发射电力期间，发射天线1014及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022从发射天线1014及发射天线1016的组合接收的最佳电力量。

另外，发射天线1014、发射天线1016及发射天线1012可同时将电力发射到接收天线1022，且可确定由接收天线1022接收的电力量。在从发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016发射电力期间，发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022从发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016的组合接收的最佳电力量。应注意，可用任何已知且合适方法确定由接收天线1022接收的电力量。举例来说，根据一个示范性实施例，一个或一个以上发射天线可通过感测所述一个或一个以上发射天线与接收天线1022之间的阻抗而感测由接收天线1022接收的电力量。根据另一示范性实施例，接收天线1022可经配置以在从一个或一个以上发射天线接收到电力后即刻将指示所接收的电力量的信号传递回到所述一个或一个以上发射天线。

充电系统1000可经配置以在循序接收来自处于各种电力电平的每一发射天线及发射天线的每一可能组合的电力之后确定哪一个或一个以上发射天线提供对耦合到接收天线1022的可充电装置1020的最佳充电。此外，如上文所提及，可针对定位于设备1010内的每一经识别的接收天线重复此校准过程。因此，充电系统1000可经配置以在执行对可充电装置1020的校准过程之后执行另一校准过程以确定针对可充电装置1024的一个或一个以上发射天线的最佳选择。在此实例中，归因于定向的平行本质，可确定，发射天线1014向可充电装置1024提供最佳充电，且发射天线1012向可充电装置1020提供最佳充电。此外，由于可充电装置及其相关联的接收天线可改变在充电设备内的位置，因此充电系统1000可经配置以在检测到由接收天线及相关联的可充电装置或其任何组合接收的电力量的改变后即刻针对每一可充电装置周期性地重复校准过程。

除了定义用于对定位于充电设备1010内的每一可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择外，充电系统1000可经配置以定义用于对定位于充电设备1010内的多个可充电装置同时充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择。更特定来说，参看图24，充电系统100可经配置以定义可导致由接收天线1026及接收天线1022两者接收到最高总电力的单发射天线(即，发射天线1012、发射天线1014或发射天线1016)或发射天线的任何可能组合(即，发射天线1012及发射天线1014、发射天线1012及发射天线1014、发射天线1014及发射天线1016，或发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016)的最佳选择。在确定是否多个发射天线(即，组合)提供对多个可充电装置的最佳充电时，所述多个发射天线中的每一者的电力电平可变化以进一步建立由可充电装置从发射天线的组合接收的最佳总电力量。确定用于对多个可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择的方法在本文中也可被称作“多装置校准过程”。

现将描述根据本发明的一示范性实施例的确定用于对多个可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择的方法(即，多装置校准过程)。相关联的充电系统可经配置以在识别各自耦合到一可充电装置的多个接收天线之后循序地将电力从耦合到充电设备的每一发射天线发射到所述接收天线。此外，充电系统可经配置以循序地将电力从发射天线的每一可能组合发射到接收天线。如上文所提及，在将电力从发射天线的组合发射到多个接收天线期间，发射天线的电力电平可变化以进一步确定由接收天线从发射天线的组合接收的最佳总电力量。充电系统可经配置以在循序地将电力从处于各种电力电平的每一发射天线个别地及发射天线的每一可能组合发射到接收天线之后确定哪一个或一个以上发射天线提供对各自耦合到接收天线的多个可充电装置的最佳充电。

参看图24，现将描述多装置校准过程的实例。在识别接收天线1022及接收天线1026之后，发射天线1012可将电力发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。之后，发射天线1014可将电力发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。随后，发射天线1016可将电力发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。

此外，在每一个别发射天线循序地将电力发射到接收天线1022及接收天线1026之后，发射天线1012及发射天线1014可同时将电力发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。在从发射天线1012及发射天线1014发射电力期间，发射天线1012及发射天线1014中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022及接收天线1026从发射天线1012及发射天线1014的组合接收的最佳总电力量。发射天线1012及发射天线1016可接着将电力同时发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。在从发射天线1012及发射天线1016发射电力期间，发射天线1012及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022及接收天线1026从发射天线1012及发射天线1016的组合接收的最佳总电力量。随后，发射天线1014及发射天线1016可将电力同时发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。在从发射天线1014及发射天线1016发射电力期间，发射天线1014及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022及接收天线1026从发射天线1014及发射天线1016的组合接收的最佳总电力量。

另外，发射天线1014、发射天线1016及发射天线1012可将电力同时发射到接收天线1022及接收天线1026，且可确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。在从发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016发射电力期间，发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016中的每一者的电力电平可变化以确定由接收天线1022及接收天线1026从发射天线1012、发射天线1014及发射天线1016的组合接收的最佳总电力量。应注意，可用任何已知且合适方法确定由接收天线1022及接收天线1026接收的总电力量。举例来说，根据一个示范性实施例，一个或一个以上发射天线可通过感测所述一个或一个以上发射天线与接收天线1022及1026之间的阻抗而感测由接收天线1022及接收天线1026接收的电力量。根据另一示范性实施例，接收天线1022及接收天线1026可经配置以在从一个或一个以上发射天线接收到电力后即刻将指示所接收的电力量的信号传递回到所述一个或一个以上发射天线。

充电系统1000可经配置以在循序地接收来自处于各种电力电平的每一发射天线及发射天线的每一可能组合的电力之后确定哪一个或一个以上发射天线提供对耦合到接收天线1022的可充电装置1020及耦合到接收天线1026的可充电装置1024的最佳充电。此外，由于可充电装置及其相关联的接收天线可改变在充电设备内的位置，因此充电系统1000可经配置以在检测到由接收天线及相关联的可充电装置或其任何组合接收的电力量的改变后即刻周期性地重复校准过程。

根据本发明的各种示范性实施例且如下文更充分描述，充电系统1000可经配置以通过一个或一个以上发射天线对一个或一个以上可充电装置同时充电、根据经指派的时间周期对一个或一个以上可充电装置(独立于一个或一个以上其它可充电装置)充电，或其任何合适组合。

归因于在定向于不同平面中的发射天线之间的固有隔离，有可能通过两个或两个以上发射天线对一个或一个以上可充电装置同时充电。举例来说，继续参看图24，发射天线1014可将电力发射到实质上平行于发射天线1014的接收天线1026。此外，实质上平行于接收天线1022且实质上垂直于发射天线1014的发射天线1012可将电力同时发射到接收天线1022。应注意，从一个或一个以上发射天线(例如，发射天线1012及/或发射天线1014)发射的电力量可经调整以进一步最佳化由一个或一个以上接收天线(例如，接收天线1022或接收天线1026)接收的电力量。举例来说，如果可充电装置1024需要比可充电装置1020多的电力，则在对可充电装置1020及可充电装置1024同时充电期间，从发射天线1014发射的电力量可被增加且从发射天线1012发射的电力量可被减小。

根据另一示范性实施例，充电系统可经配置以将电力从两个或两个以上发射天线同时发射到耦合到可充电装置的接收天线。举例来说，参看图25，耦合到可充电装置1072的接收天线1070可以可通过同时从发射天线1012及发射天线1016中的每一者发射电力而提供最佳充电的方式定向于充电设备1010内。另外，从一个或一个以上发射天线(例如，发射天线1012及/或发射天线1014)发射的电力量可经调整以进一步最佳化由接收天线(例如，接收天线1070)接收的电力量。举例来说，由发射天线1012发射的电力量可增加且由发射天线1014发射的电力量可减小以最佳化由接收天线1070接收的电力量。应注意，使得从一个或一个以上发射天线发射的电力量能够被调整可允许减小归因于所述一个或一个以上发射天线与任意置放的接收天线之间的极化失配的效率损耗。

应进一步注意，在各种示范性实施例中，操作的频率可足够低以使得经合理设定大小的邻近发射天线处于彼此的近场区内。这可允许比在使天线更远地间隔开的情况下有可能实现的耦合电平高的耦合电平(-1.5到-3dB)。另外，由实质上正交且邻近的发射天线辐射的电磁场可被正交地极化，这可改善邻近天线之间的隔离，且因此，可减小归因于不需要的耦合而损耗的电力。

在相对较小无线充电设备中，每一维度中可仅需要一个发射天线。另一方面，相对较大无线充电设备可包括平行表面，其彼此充分地隔开以便防止分别耦合到其的发射天线之间的干扰。在此状况下，发射天线可经嵌入于平行表面中的每一者中以便定位于所述平行表面之间且适当对准的一个或一个以上可充电装置可接收来自两个发射天线的电力。举例来说，参看图27，充电系统1002包含充电设备1050，充电设备1050包括嵌入于第一表面1056中的第一发射天线1054及嵌入于第二表面1060中的第二发射天线1058，其中第二表面1060实质上平行于第一表面1056且与第一表面1056充分隔开以便避免耦合到所述表面的发射天线之间的干扰。因此，耦合到可充电装置1064的接收天线1062可从发射天线1054及发射天线1058中的每一者同时接收无线电力。虽然图27仅描绘两个平行的天线，但本发明的实施例不限于此。实情为，充电系统可包括任何数目的平行天线，其中所述平行天线可经配置以将电力同时发射到一个或一个以上可充电装置、独立地将电力发射到一个或一个以上可充电装置，或其任何组合。举例来说，参看图28，描绘具有多个平行发射天线1162的充电设备1160。

此外，根据另一示范性实施例，充电系统可经配置以将电力从一个发射天线同时发射到多个可充电装置。举例来说，参看图26，由发射天线1014发射的电力可由接收天线1080及接收天线1084中的每一者接收，接收天线1080及接收天线1084的每一者实质上与发射天线1014平行。

此外，对于包括定位于其中的多个可充电装置的充电设备来说，相关联的充电系统可经配置以向定位于所述充电设备内的每一可充电装置指派一用于充电的时间周期。作为实例，再次参看图24，充电系统1000可经配置以向接收天线1022指派第一时间周期以用于接收电力且向接收天线1026指派第二时间周期以用于接收电力。仅举例来说，充电系统1000可经配置以向定位于充电设备1010内的每一装置指派持续时间为1/N*T的时间周期，其中N表示定位于充电设备内的可充电装置的数目，且T表示总充电周期。应注意，经定义的时间周期的持续时间不需要相等。因此，作为另一实例，充电系统1000可经配置以向每一可充电装置指派一时间周期，其中经指派到可充电装置的时间周期的持续时间可取决于对所述可充电装置完全充电所需的电力量。举例来说，如果可充电装置1024需要比装置1020多的电力，则可充电装置1024可被指派具有比指派给装置1020的时间周期长的持续时间的时间周期。

应注意，一个或一个以上接收天线可在经定义的时间周期期间接收来自一个或一个以上发射天线的电力。举例来说，再次参看图26，根据一个示范性实施例，可充电装置1082及可充电装置1086可各自在共同时间周期期间接收电力。根据另一示范性实施例，可充电装置1082及可充电装置1086可在单独时间周期期间接收电力。作为另一实例，参看图27，可充电装置1064可在第一时间周期期间接收来自发射天线1058及发射天线1054中的每一者的电力，且可充电装置1065可在第二时间周期期间接收来自发射天线1055的电力。

应进一步注意，可用任何合适方式确定时间周期持续时间。特定来说，时间周期持续时间可至少部分地取决于以下各项：总充电周期的持续时间、定位于相关联的充电设备内的可充电装置的数目、定位于相关联的充电设备内的每一可充电装置的电力电平，或其任何组合。另外，在用于对定位于充电设备内的一个或一个以上可充电装置充电的充电时间周期期间，定位于所述充电设备内的一个或一个以上其它接收天线可经“掩盖”以防止所述一个或一个以上其它接收天线与耦合到相关联的充电设备或处于相关联的充电设备内的任何其它接收或发射天线之间的耦合。

图29说明包括处于实质上正交方向上的多个小面的连续环形发射天线920的替代配置。在图29的示范性实施例中，连续环形发射天线920包括沿着箱913底部的第一小面922、沿着箱913的一侧面的第二小面924及沿着箱913的背面的第三小面926。

虽然图22A到图29说明嵌入于近似正交表面中的发射天线，但本发明的实施例不限于此。实情为，发射天线可嵌入于设备的以锐角分离的邻近表面中。举例来说，参看图30，描绘具有多个发射天线1152的充电设备1150，其中每一发射天线既不平行于所有其它发射天线也不正交于所有其它发射天线。作为另一实例，参看图31，描绘具有多个发射天线的充电设备1110。第一定向发射天线1112安置于充电设备1110的第一侧面1114上，且第二定向发射天线1116安置于充电设备1110的第二侧面1116上，其中第一定向发射天线1112及第二定向发射天线1116以角Θ分离，角Θ可为(例如)四十五度或大于四十五度。

图32为说明根据一个或一个以上示范性实施例的方法600的流程图。方法600可包括将电力从定向于多个平面中的多个发射天线中的一个或一个以上发射天线无线地发射到定位于所述一个或一个以上发射天线的近场内的至少一个接收天线(由数字602描绘)。

图33为说明根据一个或一个以上示范性实施例的另一方法690的流程图。方法690可包括将多个发射天线定向于多个平面中(由数字692描绘)。此外，方法690可包括将无线电力从所述多个发射天线中的至少一个发射天线发射到耦合到可充电装置的至少一个接收天线(由数字694描绘)。

如本文中所描述的本发明的各种示范性实施例可使定位于充电设备内且定向于各种平面中的一个或一个以上可充电装置能够接收来自耦合到所述充电设备且定向于多个平面中的一个或一个以上发射天线的电力。此外，本发明的各种示范性实施例可允许实现定义用于对定位于充电设备内的每一可充电装置进行充电的一个或一个以上发射天线的最佳选择。另外，本发明的各种示范性实施例允许实现定义用于对处于充电设备内的多个装置进行充电的最佳充电方案。更特定来说，本发明的各种示范性实施例允许实现通过指派并变化用于对一个或一个以上可充电装置进行充电的时间周期而定义最佳充电方案。另外，每一发射天线的电力电平可变化。因此，经递送到每一可充电装置的电力量可增加，且另外，总体上充电系统的效率可增加。

所属领域的技术人员应理解，可使用多种不同技艺及技术中的任一者来表示信息及信号。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光学场或光学粒子或其任何组合来表示可贯穿以上描述而参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。

所属领域的技术人员应进一步了解，结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可经实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性，各种说明性组件、块、模块、电路及步骤已在上文大体按其功能性加以描述。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统上的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以变化的方式来实施所描述的功能性，但所述实施决策不应被解释为引起脱离本发明的示范性实施例的范围。

可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。也可将处理器实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP磁心的一个或一个以上微处理器，或任何其它所述配置。

可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合体现结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤。软件模块可驻存于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸式磁盘、CD-ROM，或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代例中，存储媒体可与处理器成一体。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代例中，处理器及存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端中。

在一个或一个以上示范性实施例中，可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的功能。如果以软件实施，则功能可作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体而传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体及通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。举例来说且非限制，所述计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构的形式的所要代码且可由计算机存取的任何其它媒体。又，任何连接被适当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波等无线技术而从网站、服务器或其它远程源发射软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波等无线技术包括于媒体的定义中。如本文中所使用的磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光(blu-ray)光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘通过激光以光学方式再生数据。上述各者的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。

提供所揭示的示范性实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。对于所属领域的技术人员来说，对这些示范性实施例的各种修改将为容易显而易见的，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所定义的一般原理应用于其它实施例中。因此，本发明既定不限于本文中所展示的示范性实施例，而应被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。

Claims (41)

1.一种无线充电系统，其包含：

第一环形天线，其具有界定第一平面的形状；

第二环形天线，其具有界定第二平面的形状，所述第二平面与所述第一平面不同地定向，且所述第一和第二环形天线经配置以基于发射自所述第一环形天线和第二环形天线的电力的组合而同时无线地发射电力以足够的电平对第一可充电装置进行充电或供电；以及

处理器，其经配置以感测所述第一可充电装置接收的电力量并基于由所述第一可充电装置接收自所述第一环形天线和所述第二环形天线的经组合的所述电力量而改变所述第一环形天线和第二环形天线的电力电平以增加递送至所述第一可充电装置的所述电力量。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一平面实质上平行于所述第二平面而定向。

3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一平面实质上正交于所述第二平面而定向。

4.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一平面在与所述第二平面的平行定向与正交定向之间定向。

5.根据权利要求1所述的无线充电系统，其进一步包含具有多个表面的充电设备，其中所述第一环形天线和所述第二环形天线耦合到所述多个表面中的一者或一者以上。

6.根据权利要求5所述的无线充电系统，其中所述多个表面包括第一表面和第二表面，且其中所述第一表面包括所述第一环形天线且所述第二表面包括所述第二环形天线。

7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其中所述充电设备包含容器，且其中所述容器的底部界定所述第一表面且所述容器的一侧面界定所述第二表面。

8.根据权利要求2所述的无线充电系统，其进一步包含具有第一表面和第二表面的容器，其中所述第一表面包含所述第一环形天线且所述第二表面包含所述第二环形天线。

9.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一可充电装置定位于所述第一环形天线与所述第二环形天线之间。

10.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述处理器经配置以感测所述第一环形天线和第二环形天线以及所述第一可充电装置的接收天线之间的阻抗。

11.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述处理器经配置以接收指示由所述第一可充电装置接收的电力量的信号。

12.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一环形天线和第二环形天线经配置以基于发射自所述第一环形天线和第二环形天线的电力的组合而同时无线地发射电力以足够的电平对第二可充电装置进行充电或供电，并且，所述处理器经配置以感测所述第一可充电装置和第二可充电装置接收的电力量并改变所述第一环形天线和第二环形天线的电力电平以增加所述第一可充电装置和第二可充电装置由于所述第一环形天线和第二环形天线的电力的所述组合而接收的电力量。

13.根据权利要求12所述的无线充电系统，其中所述第一和第二可充电装置中的每一者是根据所指派的时间周期来充电。

14.根据权利要求12所述的无线充电系统，其中所述第一和第二环形天线经配置以在第一时间周期期间对所述第一可充电装置进行充电且在第二时间周期期间对第二可充电装置进行充电。

15.根据权利要求1所述的无线充电系统，其中所述第一平面以锐角与所述第二平面分离。

16.一种无线充电方法，其包含：经由第一环形天线无线地发射电力并同时地经由第二环形天线无线地发射电力以基于发射自所述第一环形天线和第二环形天线的电力的组合而以足够的电平对第一可充电装置进行充电或供电，所述第一环形天线具有界定第一平面的形状，并且，所述第二环形天线具有界定第二平面的形状，所述第二平面与所述第一平面不同地定向；

感测所述第一可充电装置接收的电力量；以及

基于由所述第一可充电装置接收自所述第一环形天线和所述第二环形天线的经组合的所述电力量而改变所述第一环形天线和第二环形天线的电力电平以增加递送至所述第一可充电装置的所述电力量。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一平面实质上平行于所述第二平面而定向。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一平面实质上正交于所述第二平面而定向。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二环形天线耦合到充电设备的多个表面中的一者或一者以上。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一环形天线耦合到容器的第一表面，且所述第二环形天线耦合到所述容器的第二表面。

21.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：

经由所述第一环形天线和第二环形天线同时无线地发射电力以基于发射自所述第一环形天线和第二环形天线的电力的组合而以足够的电平对第二可充电装置进行充电或供电；以及

感测所述第二可充电装置接收的电力量，并且，其中改变所述第一环形天线和第二环形天线的电力电平包含增加所述第一可充电装置和第二可充电装置由于所述第一环形天线和第二环形天线的所述组合而接收的电力量。

22.根据权利要求16所述的方法，其中感测所述第一可充电装置接收的电力量包含：

从所述第一和第二环形天线中的每一者循序地将电力发射到所述第一可充电装置。

23.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：

经由第三环形天线无线地发射电力以对所述第一可充电装置进行充电，并且，其中感测所述第一可充电装置接收的电力量包含：

从所述第一、第二和第三环形天线的每一可能组合循序地将电力发射到所述第一可充电装置。

24.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含：

经由第三环形天线无线地发射电力以对所述第一或第二可充电装置进行充电；从所述第一、第二和第三环形天线的每一可能的环形天线组合循序地将电力发射到所述第一可充电装置；以及

从所述第一、第二和第三环形天线的每一可能的环形天线组合循序地将电力发射到所述第二可充电装置，其中，改变电力电平包含：改变所述第一、第二和第三环形天线的电力电平以增加所述第一可充电装置和第二可充电装置由于所述第一、第二和第三环形天线的组合而接收的电力量。

25.根据权利要求16所述的方法，其中同时无线地发射电力包含在第一时间周期期间将电力发射到所述第一可充电装置，且在第二时间周期期间将电力无线地发射到所述第二可充电装置。

26.根据权利要求16所述的方法，其中同时地发射电力包含在具有一持续时间的时间周期中将电力同时无线地发射到所述第一可充电装置，所述持续时间与界定总充电时间周期的值成正比，且与界定经定位以从所述第一和第二环形天线接收电力的可充电装置的数目的值成反比。

27.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一可充电装置位于所述第一平面与所述第二平面之间。

28.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含改变时间周期的持续时间以用于将电力从所述第一或第二环形天线无线地发射到所述第一可充电装置。

29.一种无线充电系统，所述系统包含：

用于经由第一环形天线无线地发射电力以对第一可充电装置进行充电的第一发射装置，所述第一环形天线具有界定第一平面的形状；

用于无线地发射电力的第二发射装置，所述第二发射装置具有界定第二平面的形状，所述第二平面与所述第一平面不同地定向；所述第一发射装置和第二发射装置经配置以基于发射自所述第一发射装置和第二发射装置的电力的组合而同时无线地发射电力以足够的电平对第一可充电装置进行充电或供电；

用于感测所述第一可充电装置接收的电力量的装置；以及

用于基于由所述第一可充电装置接收自所述第一环形天线和所述第二环形天线的经组合的所述电力量而改变所述第一发射装置和第二发射装置的电力电平以增加递送至所述第一可充电装置的所述电力量的装置。

30.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一平面实质上平行于所述第二平面而定向。

31.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一平面实质上正交于所述第二平面而定向。

32.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一和第二发射装置耦合到充电设备的多个表面中的一者或一者以上。

33.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一发射装置耦合到容器的第一表面，且所述第二发射装置耦合到所述容器的第二表面。

34.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中，所述第一发射装置和第二发射装置进一步经配置同时无线地发射电力以基于发射自所述第一发射装置和第二发射装置的电力的组合而以足够的电平对第二可充电装置进行充电或供电；

其中，所述用于感测的装置进一步经配置以感测所述第二可充电装置接收的电力量；并且

其中，所述用于改变所述第一发射装置和第二发射装置的电力电平的装置还经配置以增加所述第二可充电装置由于所述第一发射装置和所述第二发射装置的所述组合而接收的电力量。

35.根据权利要求29所述的无线充电系统，其进一步包含：

用于无线地发射电力的第三发射装置，所述第三发射装置具有界定第三平面的形状，所述第三平面不同于所述第一平面和第二平面，其中，所述用于改变所述第一发射装置和第二发射装置的电力电平的装置还经配置以改变所述第一、第二和第三发射装置的电力电平以增加所述第一可充电装置由于所述第一、第二和第三发射装置的所述组合而接收的电力量。

36.根据权利要求35所述的无线充电系统，

其中所述用于感测的装置包含从所述第一、第二和第三发射装置中的每一可能的发射装置组合循序地将电力发射到所述第一可充电装置的装置。

37.根据权利要求29所述的无线充电系统，

其中所述第一发射装置包含第一环形天线；并且

其中所述第二发射装置包含第二环形天线。

38.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述用于无线地发射电力的第一发射和第二发射装置经配置以在第一时间周期期间将电力发射到所述第一可充电装置，并经配置以在第二时间周期期间将电力发射到第二可充电装置。

39.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一和第二发射装置经配置以在具有一持续时间的时间周期中将电力发射到所述第一可充电装置，其中，所述持续时间与界定总充电时间周期的值成正比，且与界定经定位以从所述第一和第二发射装置接收电力的可充电装置的数目的值成反比。

40.根据权利要求29所述的无线充电系统，其中所述第一可充电装置位于所述第一平面与所述第二平面之间。

41.根据权利要求29所述的无线充电系统，其进一步包含用于改变时间周期的持续时间以用于将电力从所述第一和第二发射装置无线地发射到所述第一可充电装置的装置。