CN102414953B - 用于无线电力传送的寄生装置 - Google Patents

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Abstract

示范性实施例是针对无线电力传送。一种方法可包括使用耦合到外壳的至少一个寄生天线在第一近场耦合模式区中无线地接收来自近场的电力,所述外壳具有定位于其中的可充电装置。所述方法可进一步包括使用所述至少一个寄生天线从所述近场产生经增强的近场,及在耦合到所述可充电装置的至少一个接收天线处无线地接收来自所述经增强的近场的电力。

Description

用于无线电力传送的寄生装置

[0001] 根据35U.S.C.§ 119的优先权主张

[0002] 本申请案根据35U.S.C.§ 119(e)主张2009年4月28日申请的题为“寄生笼(PARASITIC CAGES) ”的第61/173,569号美国临时专利申请案的优先权,所述申请案的揭示内容的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

[0003] 本发明大体来说涉及无线电力,且更具体来说涉及用于无线电力传送的寄生装置及其操作方法。

背景技术

[0004] 通常,每一电池供电装置需要其自有的充电器及电源,其通常为AC电源插座。在许多装置需要充电时,此变得难以使用。

[0005] 正开发使用在发射器与待充电的装置之间的空中电力发射的方法。这些方法大体上属于两个类别。一个类别是基于介于发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐射(也被称作远场辐射)的耦合,所述待充电的装置收集所辐射电力且对其整流以用于对电池充电。天线可具有谐振长度以便改善耦合效率。此方法的缺点为电力耦合随着天线之间的距离增加而快速减退。因此,在合理距离(例如,> 1-2m)上的充电变为困难的。另外,由于系统辐射平面波,所以如果未经由滤波来适当控制无意的辐射,则无意的辐射可干扰其它系统。

[0006] 其它方法是基于嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电的主机装置中的接收天线加上整流电路之间的电感耦合。此方法具有以下缺点:发射天线与接收天线之间的间隔必须非常接近(例如,几毫米)。尽管此方法可具有对相同区域中的多个装置同时充电的能力,但此区域通常较小,因此用户必须将所述装置定位到特定区域。

[0007] 发射天线展现有限近场耦合模式区,所述近场耦合模式区可随着接收天线移动远离所述发射天线而快速减小。此外,经配置以用于紧密“接近”稱合应用(即,强耦合方式)的一些接收器可能不能够在“附近”稱合(即,松弛耦合方式)系统中有效地接收无线电力。

[0008] 存在对用以增强发射器与接收器之间的耦合的装置及方法的需要。更具体来说,存在对用以增强经配置以根据松弛耦合方式操作的发射器与经配置用于强耦合方式的接收器之间的耦合的装置及方法的需要。

发明内容

[0009] 本发明中描述的标的物的一个方面提供一种经配置以无线地中继电力的装置。所述装置包括外壳,其包括套筒或箱且经配置以收纳可充电电子装置。所述装置进一步包括无源线圈,其耦合到所述外壳且经配置以将来自发射线圈的电力无线地中继到所述可充电电子装置的接收线圈。

[0010] 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。所述方法包括在耦合到外壳的无源线圈处无线地接收来自发射线圈的电力,所述外壳包括套筒或箱且经配置以收纳可充电电子装置。所述方法进一步包括经由所述无源线圈将所述无线地接收的电力无线地中继到所述可充电电子装置的接收线圈。

[0011] 本发明中描述的标的物的又一方面提供一种促进对可充电电子装置充电的装置。所述装置包括用于封围的装置,其包括套筒或箱且经配置以收纳可充电电子装置。所述装置进一步包括用于无线地中继的装置,其耦合到所述用于封围的装置且经配置以将来自用于无线地发射的装置的电力无线地中继到所述可充电电子装置的用于无线地接收的装置。

附图说明

[0012] 图1展示无线电力发射系统的简化框图。

[0013] 图2展示无线电力发射系统的简化示意图。

[0014] 图3展示用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。

[0015] 图4为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化框图。

[0016] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化框图。

[0017] 图6说明根据本发明的示范性实施例的无线电力发射系统中的发射器与接收器的接近耦合。

[0018] 图7说明根据示范性实施例的无线电力发射系统中的发射器与接收器的附近耦

口 ο

[0019] 图8说明根据本发明的示范性实施例的包括无源能量继电器的无线电力发射系统的功能框图。

[0020] 图9为根据本发明的示范性实施例的包括寄生天线的装置的说明。

[0021] 图10为图9的装置的另一说明。

[0022] 图11到图13为图9及图10的装置的另外说明。

[0023] 图14为根据本发明的示范性实施例的包括具有寄生天线的装置及电子装置的系统的说明。

[0024] 图15为根据本发明的示范性实施例的包括定位于具有寄生天线的装置内的电子装置的系统的说明。

[0025] 图16为根据本发明的示范性实施例的包括定位于具有寄生天线的装置内的电子装置及无线充电器的系统的说明。

[0026] 图17为图16的系统的另一说明。

[0027] 图18为说明根据本发明的示范性实施例的方法的流程图。

具体实施方式

[0028] 下文中结合随附图式所阐述的详细描述意在作为对本发明的示范性实施例的描述,且不意在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”意谓“充当实例、例子或说明”,且未必应被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述包括特定细节以便实现提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的。所属领域的技术人员将显而易见,可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些情况下,以框图形式来展示众所周知的结构及装置以便避免使本文所呈现的示范性实施例的新颖性不清楚。

[0029] 词语“无线电力”在本文中用以意谓在不使用物理电磁导体的情况下从发射器发射到接收器的与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量。

[0030] 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以供耦合到输出电力110的装置(未图示)储存或消耗。发射器104与接收器108两者相隔距离112。在一个示范性实施例中,根据相互谐振关系来配置发射器104及接收器108,且在接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率非常接近时,当接收器108位于辐射场106的“近场”中时,发射器104与接收器108之间的发射损失极小。

[0031] 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。根据应用及将与之相关联的装置来为发射天线及接收天线设定大小。如所陈述,通过将发射天线的近场中的大部分能量耦合到接收天线而非将多数能量以电磁波形式传播到远场来进行有效能量传送。当在此近场中时,可在发射天线114与接收天线118之间形成耦合模式。在天线114及118周围的可发生此近场耦合的区域在本文中被称作近场耦合模式区。

[0032] 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。所述振荡器经配置以产生在所要频率下的信号,可响应于调整信号123来调整所述所要频率。可通过功率放大器124以响应于控制信号125的放大量来放大振荡器信号。可包括滤波器及匹配电路126以滤除谐波或其它不想要的频率且将发射器104的阻抗与发射天线114匹配。

[0033] 接收器108可包括匹配电路132及整流器及切换电路134以产生DC电力输出以对电池136(如图2所示)充电或对耦合到接收器的装置(未图示)供电。可包括匹配电路132以使接收器108的阻抗与接收天线118匹配。接收器108及发射器104可在单独通信信道119(例如,蓝牙、紫蜂、蜂窝式等等)上通信。

[0034] 如图3所说明,示范性实施例中所使用的天线可配置为“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)或实心(例如,铁氧体磁心)。空心环形天线可更好地耐受置于所述心附近的外来物理装置。此外,空心环形天线允许将其它组件置于心区域内。另外,空心环可更易于允许将接收天线118 (图2)置于发射天线114 (图2)的平面内,在所述平面内,发射天线114 (图2)的耦合模式区可更强大。

[0035] 如所陈述,在发射器104与接收器108之间存在匹配或近似匹配的谐振期间,发生发射器104与接收器108之间的有效能量传送。然而,即使当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时,也可以较低的效率传送能量。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能量从发射天线传播到自由空间中来进行能量传送。

[0036] 环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。环形天线中的电感通常仅为由所述环产生的电感,而通常将电容添加到环形天线的电感以在所要谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例,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,诱发谐振所需的电容的大小随着环的直径或电感增加而减小。此外,随着环形天线或磁性天线的直径增加,近场的有效能量传送区域增加。当然,其它谐振电路为可能的。作为另一非限制性实例,电容器可并联地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,谐振信号156可为环形天线150的输入。

[0037] 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电磁场存在但可能并不传播或辐射远离所述天线的区域。其通常限制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,磁性型天线(例如,单匝环形天线及多匝环形天线)用于发射(Tx)及接收(Rx)天线系统两者,因为与电型天线(例如,小偶极天线)的电近场相比,磁性型天线的磁近场振幅倾向于较高。此允许所述对天线之间的潜在较高耦合。此外,还预期“电”天线(例如,偶极天线及单极天线)或磁性天线与电天线的组合。

[0038] Tx天线可在足够低的频率下及用足够大的天线大小操作,以实现与在显著大于由早先所提及的远场及电感方法允许的距离的距离处的小Rx天线的良好耦合(例如,> -4dB)。如果为Tx天线正确地设定大小,则在主机装置上的Rx天线被置于受驱动Tx环形天线的近场耦合模式区内(即,在近场中)时,可实现高耦合程度(例如,_2dB到-4dB)。

[0039] 图4为根据本发明的示范性实施例的发射器200的简化框图。发射器200包括发射电路202及发射天线204。一般来说,发射电路202通过提供致使在发射天线204周围产生近场能量的振荡信号来将RF电力提供到发射天线204。举例来说,发射器200可在

13.56MHz ISM频带处操作。

[0040] 示范性发射电路202包括用于使发射电路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少到防止耦合到接收器108 (图1)的装置的自干扰的水平的低通滤波器(LPF) 208。其它示范性实施例可包括不同滤波器拓扑(包括但不限于使特定频率衰减而同时使其它频率通过的陷波滤波器),且可包括适应性阻抗匹配,其可基于可测量发射度量(例如,到天线的输出电力或由功率放大器汲取的DC电流)变化。发射电路202进一步包括经配置以驱动如由振荡器212确定的RF信号的功率放大器210。发射电路可由离散装置或电路组成,或替代地,可由集成组合件组成。来自发射天线204的示范性RF电力输出可为约2.5瓦特。

[0041 ] 发射电路202进一步包括控制器214,所述控制器214用于在特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间启用振荡器212、用于调整所述振荡器的频率,及用于调整用于实施通信协议(用于经由邻近装置的附接的接收器与邻近装置交互)的输出功率电平。

[0042] 发射电路202可进一步包括用于检测在由发射天线204产生的近场附近是否存在作用中的接收器的负载感测电路216。举例来说,负载感测电路216监视流动到功率放大器210的电流,所述电流受在由发射天线204产生的近场附近的作用中的接收器的存在与否影响。对功率放大器210上的负载改变的检测是由控制器214监视,其用于确定是否启用振荡器212以发射能量以与作用中的接收器通信。

[0043] 发射天线204可实施为天线条,其具有经选择以使电阻性损失保持为低的厚度、宽度及金属类型。在常规实施方案中,发射天线204可通常经配置以与较大结构(例如,桌子、垫、灯或其它较不便携带的配置)相关联。因此,发射天线204通常将不会为了具有实用的尺寸而需要“匝”。发射天线204的示范性实施方案可为“电学上小的”(即,波长的分数),且可通过使用电容器来界定谐振频率而经调谐以在较低的可用频率下谐振。在发射天线204的直径或边长(如果为正方形环)相对于接收天线可能较大(例如,0.50米)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。

[0044] 发射器200可收集且追踪关于可与发射器200相关联的接收器装置的所在之处及状态的信息。因此,发射器电路202可包括连接到控制器214 (在本文中也被称作处理器)的存在检测器280、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及封闭检测器290的存在信号来调整由放大器210传递的电力量。发射器可经由若干电源(例如,用以转换存在于建筑物中的常规AC电力的AC/DC转换器(未图示)、用以将常规DC电源转换成适用于发射器200的电压的DC/DC转换器)接收电力,或直接从常规DC电源(未图示)接收电力。

[0045] 图5为根据本发明的示范性实施例的接收器300的简化框图。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以向其提供所接收的电力。应注意,将接收器300说明为在装置350外部但其可集成到装置350中。一般来说,能量是无线地传播到接收天线304且接着经由接收电路302而耦合到装置350。

[0046] 接收天线304经调谐以在与发射天线204 (图4)相同的频率下或几乎相同的频率下谐振。接收天线304可与发射天线204设定成类似尺寸,或可基于相关联装置350的尺寸而设定成不同大小。举例来说,装置350可为具有小于发射天线204的直径或长度的直径或长度尺寸的便携型电子装置。在此实例中,接收天线304可实施为多匝天线以便减少调谐电容器(未图示)的电容值且增加接收天线的阻抗。举例来说,接收天线304可放置于装置350的实质周边周围,以便最大化天线直径及减少接收天线的环匝(S卩,绕组)的数目及绕组间电容。

[0047] 接收电路302提供与接收天线304的阻抗匹配。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/DC转换器308且还可包括DC/DC转换器310。RF/DC转换器308将在接收天线304处接收到的RF能量信号整流成非交流电力,而DC/DC转换器310将经整流的RF能量信号转换成可与装置350兼容的能量势(例如,电压)。预期各种RF/DC转换器,包括部分整流器(partial rectifier)及全整流器(full rectifier)、调节器、桥接器、倍加器以及线性及切换转换器。

[0048] 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与电力转换电路306断开不仅暂时中止对装置350的充电,且还改变发射器200 (图2)所“看到”的“负载”。

[0049] 如上文所揭示,发射器200包括负载感测电路216,其检测提供到发射器功率放大器210的偏置电流的波动。因此,发射器200具有用于确定接收器何时存在于发射器的近场中的机制。

[0050] 在示范性实施例中,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(例如)所发射信号的通/断键控来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。从接收器侧来看,接收器使用对接收天线的调谐及解调谐来调整正从近场接受多少电力。发射器可检测来自近场的所使用电力的此差异且将这些改变解译为形成来自接收器的消息的信号。

[0051] 接收电路302可进一步包括用以识别接收到的能量波动的信令检测器及信标电路314,所述能量波动可对应于从发射器到接收器的信息性信令。此外,信令及信标电路314还可用以检测减少的RF信号能量(即,信标信号)的发射,及将所述减少的RF信号能量整流成标称电力以用于唤醒接收电路302内的未供电或耗尽电力的电路以便配置接收电路302以进行无线充电。

[0052] 接收电路302进一步包括用于协调本文所描述的接收器300的处理(包括对本文所描述的切换电路312的控制)的处理器316。接收器300的掩蔽(cloaking)还可在发生其它事件(包括检测到向装置350提供充电电力的外部有线充电源(例如,壁式/USB电力))后即刻发生。除了控制接收器的掩蔽外,处理器316还可监视信标电路314以确定信标状态及提取从发射器发送的消息。处理器316还可调整DC/DC转换器310以获得经改善的性能。

[0053] 本文所揭示的各种示范性实施例识别基于不同电力转换方法及包括装置定位灵活性的发射范围的不同耦合变体(例如,用于在几乎零距离的充电垫解决方案的紧密“接近”耦合,或用于短程无线电力解决方案的“附近”耦合)。紧密接近耦合应用(即,强耦合方式,耦合因子通常为k> 0.1)在视天线的大小而定通常为大约几毫米或几厘米的短或非常短的距离上提供能量传送。附近耦合应用(即,松弛耦合方式,耦合因子通常为k< 0.1)在视天线的大小而定通常在1cm到2m的范围内的距离上以相对较低效率提供能量传送。虽然发射器与接收器之间的“附近”耦合可能并不提供高效率能量传送,但“附近”耦合提供相对于发射器天线定位接收器(装置附接到所述接收器)的灵活性。

[0054] 如本文所描述,“接近”耦合及“附近”耦合可能需要不同匹配方法来使电源/电槽(power sink)适应于天线/稱合网络。此外,各种示范性实施例提供用于LF及HF应用两者及用于发射器及接收器的系统参数、设计目标、实施变体及规格。这些参数及规格中的一些可(例如)根据需要而变化以更好地与特定电力转换方法匹配。

[0055]图6说明根据示范性实施例的发射天线与接收天线之间的第一耦合变体的功能框图。图6的耦合变体350说明“附近”耦合变体,且可用以耦合到高Q谐振槽电路(resonant tank circuit)以用于“附近”f禹合。I禹合变体350变换阻抗以与电力转换电路匹配,从而产生经改善或高传送效率。具体来说,耦合变体350包括经配置以在一谐振频率下谐振的发射天线352及经配置以在相同谐振频率下谐振的接收天线354。

[0056] 发射天线352包括高Q槽谐振器356,高Q槽谐振器356包括电容器C1及电感器L10接收天线354包括高Q槽谐振器358,高Q槽谐振器358包括电容器C2及电感器L2。附近耦合应用(即,具有通常为k < 0.1的耦合因子的松弛耦合方式)在视天线的大小而定通常在1cm到2m的范围内的距离d上以相对较低效率提供能量传送。

[0057] 图7说明根据示范性实施例的发射天线与接收天线之间的第二耦合变体的功能框图。图7的耦合变体380说明根据示范性实施例的“接近”稱合变体。耦合变体380包括经耦合的串联槽电路,其包括图6的发射天线352及接收天线354,包括包括高Q槽谐振器356的发射天线352及包括高Q槽谐振器358的接收天线354,高Q槽谐振器356包括电容器C1及电感器L1,高Q槽谐振器358包括电容器C2及电感器L2。紧密接近耦合应用(即,具有通常为k > 0.1的耦合因子的强耦合方式)在视天线的大小而定通常为大约几毫米或几厘米的短或非常短的距离上提供能量传送。

[0058] 一般来说,通过确定针对给定天线参数(例如,无负载Q因子、L-C比率及发射器源阻抗)产生最大化的传送效率的最佳负载电阻来改善根据谐振电感的无线电力传送。最佳负载视耦合因子k而定。相反,存在针对给定负载电阻最大化效率的最佳接收L-C比率或负载变换。

[0059] 本发明的示范性实施例包括用于增强近场电力传送系统中的发射天线与接收天线之间的耦合的方法、系统及装置。更具体来说,发射天线与接收天线之间的耦合可经由引入一个或一个以上额外天线来增强,一个或一个以上额外天线可增强从发射天线向接收天线的电力流动。这些额外天线可包含例如寄生天线的中继器天线,也被称为“能量继电器”线圈/天线/环、“中继器”线圈/天线/环,或无源线圈/天线/环。寄生天线可简单地包括天线环及用于调谐天线的谐振频率的电容性元件。

[0060] 可基于例如终端负载、调谐分量、谐振频率及寄生天线相对于发射天线的放置的因素而最佳化电力传送系统中的发射天线与寄生天线的组合,以使得增强到接收天线的电力耦合。寄生天线可重聚集及/或重成形来自发射天线的近场耦合模式区以在寄生天线周围产生第二近场耦合模式区,其可更适于将能量耦合到接收天线。

[0061] 图8说明根据示范性实施例的经配置以用于发射器、寄生能量继电器与接收器之间的间接场耦合的无线电力发射系统的功能框图。无线电力发射系统500包括发射器504、无源能量继电器(寄生谐振槽或无源谐振槽)512及接收器508。将输入电力Pmn提供到发射器504以用于产生具有场耦合k506的主要非辐射场,以用于提供到无源能量继电器512的能量传送,无源能量继电器512产生具有与接收器508的场耦合507的主要非辐射场。接收器508耦合到由无源能量继电器512产生的非辐射场,且产生输出电力P10tout以供耦合到输出端口 510的电池或负载536储存或消耗。

[0062] 发射器504、无源能量继电器512及接收器508中的每一者相隔一段距离。在一个示范性实施例中,根据相互谐振关系来配置发射器504及无源能量继电器512,且在无源能量继电器512的谐振频率&与发射器504的谐振频率匹配时,当无源能量继电器512位于由发射器504产生的辐射场的“近场”中时,发射器504与无源能量继电器512之间的发射损失极小。此外,根据相互谐振关系来配置无源能量继电器512及接收器508,且在接收器508的谐振频率A与无源能量继电器512的谐振频率匹配时,当接收器508位于由无源能量继电器512产生的辐射场的“近场”中时,无源能量继电器512与接收器508之间的发射损失极小。

[0063] 发射器504进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线514,无源能量继电器512进一步包括用于提供用于无源地中继能量的装置的寄生天线516,且接收器508进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线518。发射器304进一步包括至少部分地充当AC/AC转换器的发射电力转换单元520。接收器308进一步包括至少部分地充当AC/DC转换器的接收电力转换单元522。在操作中,发射器504充当在寄生天线516周围产生磁性近场的能量继电器512的“激发器”。能量继电器512的磁性近场接着耦合到接收器508的接收天线518。因而,中间能量继电器512促进在发射天线514处呈现的能量的传送以在接收器天线518处被有效地接收。

[0064] 如一般所属领域的技术人员将了解的,集成于特定电子装置(例如,蜂窝式电话或便携型媒体播放器)内的接收器可经设计(即,经匹配)以用于紧密接近耦合。仅举例来说,集成于蜂窝式电话内的接收器可经设计以用于以强耦合方式在非常短距离上接收来自充电垫的无线电力。另一方面,一些无线电力系统,且更具体来说,无线电力系统内的无线充电器可更适于“附近”稱合应用(即,松弛耦合方式)。仅举例来说,包括安装于天花板或墙壁上的无线充电器的无线电力系统可适用于将无线电力发射到定位于桌上或无线充电器的附近(例如,在1cm到2m内)的接收器。因而,以松弛耦合方式尝试对设计用于紧密接近耦合的接收器进行充电可引起不足的充电效率。

[0065] 如本文中所描述的各种示范性实施例是针对如下装置:所述装置具有耦合到其的至少一个寄生天线且经配置以容纳可充电装置,所述可充电装置可包括一个或一个以上接收天线。图9及图10描绘包括外壳804 (例如,套筒、箱或笼)及至少一个天线802的装置800,至少一个天线802可配置为寄生天线,例如上文描述的寄生天线516。更具体来说,天线802可包含经配置以经由近场接收及重新发射能量的寄生天线。仅举例来说,天线802可包含电容性负载环形天线、电容性负载多匝线圈或其组合。如一般所属领域的技术人员将了解的,天线802可包括用于调谐所述天线的谐振频率(例如,13.56MHz)的LC常数。举例来说,天线802可经配置以重聚集来自发射天线的近场耦合模式区及/或重成形来自发射天线的近场耦合模式区以在天线802周围产生第二近场耦合模式区,其可更适于将能量率禹合到接收天线。

[0066] 根据如图10所说明的一个示范性实施例,天线802可经配置以使得其至少一部分能够定位于外壳804的外部表面内(即,天线802的至少一部分至少部分地由外壳804环绕),且至少一部分能够延伸超出外壳804的外部表面。应注意,天线802可为相对于外壳804可移动的,且因此,天线802的延伸超出外壳804的外部表面的部分的大小可为可调整的。如图9所描绘,将天线802展示为完全缩回于外壳804的外部表面内。与此对比,如图10所说明,天线802的至少一部分从外壳804延伸出。根据另一示范性实施例,天线802可耦合到外壳804的表面。

[0067] 参看图9到图13,外壳804可包含任何不导电材料。仅举例来说,外壳804可包含塑料、橡胶或其组合。此外,根据一个示范性实施例,外壳804可经配置及设定大小以容纳电子装置,例如(仅举例来说)蜂窝式电话、便携型媒体播放器、相机或其任何组合。换句话说,外壳804可经配置以至少部分地牢固配合于电子装置周围。更具体来说,仅举例来说,外壳804可经配置及设定大小而以使得天线802能够接近接收天线定位的方式收纳电子装置,所述接收天线耦合到所述电子装置且与所述电子装置相关联。应注意,根据一个或一个以上示范性实施例,外壳804可经配置以紧密地配合于电子装置周围。根据另一示范性实施例,外壳804的表面可能可移除地附接到电子装置的表面。

[0068] 此外,外壳804可包括一个或一个以上接取开口 810,所述一个或一个以上接取开口 810经配置以使得装置用户能够接取一个或一个以上输入或输出装置。举例来说,外壳804可包括一个或一个以上接取开口 810以使得装置用户能够接取定位于外壳804内的电子装置的显示面板、连接器,或任何其它外围装置(例如,按钮)。应注意,外壳804可包含经配置以收纳电子装置的至少一部分的任何已知及适当装置。仅举例来说,外壳804可包含套筒、壳体、笼、箱、盖或其任何组合。如图13所描绘,将天线802展示为处于与图11或图12所说明的天线802相比更为缩回的状态。应注意,与完全缩回相比较,至少部分地从外壳804延伸的天线(B卩,天线802)可更易于由装置用户拔出。

[0069] 图14说明包括电子装置820的系统813,电子装置820可包含任何已知及适当可充电装置。电子装置820可包括经配置以接收从另一天线(例如,天线802)无线地发射的电力的至少一个接收天线822。更具体来说,天线822及相关联接收器(例如图8的接收器508)可经配置以接收从定位于相关联近场区内的另一天线发射的无线电力。另外,电子装置820可经配置以将所接收的电力储存于电子装置820的电池(例如,图8的电池536)内。如由箭头824描绘,电子装置820可经配置以定位于装置800的外壳804内。图15描绘包括定位于外壳804内的电子装置820的系统811,其中天线822的至少一部分被定位成接近天线802的至少一部分。

[0070] 参看图15,在无天线802的情况下,接收天线822的负载(例如,通过接收电力转换)对于以松弛耦合方式接收能量来说可为非最佳的,从而产生极差的能量传送效率。然而,其在强耦合方式中可为最佳的或几乎最佳的。通过将天线802添加到系统811,可实现阻抗变换,以使得在以松弛耦合方式操作的情况下如由电力转换呈现的负载电阻可为最佳的或几乎最佳的,从而最大化传送效率。换句话说,天线802的添加可在天线822由相关联接收电力转换单元(例如,接收电力转换单元522)加负载的情况下改变天线822对最佳地或几乎最佳地对天线802加负载的耦合及阻抗变换网络的效应及功能。在图15所说明的实施例中,可将天线802视为主要能量接收天线,且可将天线822视为耦合及阻抗变换网络。

[0071] 图16说明包括无线充电器852及装置800的系统850,装置800包括定位于相关联外壳804内的电子装置820。无线充电器852可包括经配置以在相关联近场区内无线地发射电力的至少一个发射天线854。更具体来说,发射天线854及相关联发射器(例如图8的发射器304)可经配置以将无线电力发射到相关联近场区内的接收器。图17为系统850的另一描绘,系统850包括无线充电器852及定位于装置800的外壳804内的电子装置820。应注意,根据一个示范性实施例,通过利用用于阻抗变换的天线802,可能通常匹配用于“接近”耦合的电子装置820可无线地接收来自可能通常匹配用于附近耦合的无线充电器852的电力。

[0072] 与天线822相比,天线802可定位成较远离电子装置820内的电子器件,且因此,在操作期间,与天线822相比,天线802可较少受到阻尼(dampen)且相关联磁场可较少受到电子器件妨碍,从而产生性能增益。此外,如上文提及,天线802可经配置以相对于外壳804移位,且因此可从外壳804延伸出且离开电子装置820。结果,由电子装置820内的电子器件引起的对天线802的阻尼(damp)可进一步减少,因此进一步提高性能。

[0073] 在系统850的一个预期操作中,发射天线854可无线地发射电力,电力可由天线802接收,天线802经调谐以在与发射天线854相同的频率下或在接近所述相同频率的频率下谐振。在接收到电力后,天线802即刻可在天线802的近场内发射电力。由天线802发射的电力可由接收天线接收,所述接收天线定位于相关联近场耦合模式区内且经调谐以在与天线802相同的频率下或在接近所述相同频率的频率下谐振。举例来说,从天线802无线地发射的电力可由耦合到电子装置820内的电池(例如,图8的电池336)的天线822接收。更具体来说,从天线802无线地发射的电力可由天线822及可耦合到电子装置820内的电池的相关联接收器(例如接收器308 (参见图8))接收。如上文描述,利用寄生天线可通过重聚集近场耦合模式区、重成形近场耦合模式区或其任何组合来提高装置的充电速率。[0074] 图18为说明根据一个或一个以上示范性实施例的方法680的流程图。方法680可包括使用耦合到外壳的至少一个寄生天线在第一近场耦合模式区中无线地接收来自近场的电力,所述外壳具有定位于其中的可充电装置(由数字682描绘)。方法680可进一步包括使用所述至少一个寄生天线从所述近场产生经增强的近场(由数字684描绘)。此夕卜,方法680可包括在耦合到所述可充电装置的至少一个接收天线处无线地接收来自所述经增强的近场的电力(由数字686描绘)。

[0075] 如本文所描述,本发明的各种示范性实施例可允许实现与电子装置相关联的接收器的经增强的无线充电效率。更具体来说,可经由使用寄生天线来增强可能经设计以用于紧密“接近”耦合的接收器的无线充电效率,所述寄生天线经定位成接近所述接收器且经配置以接收来自无线充电器的无线电力且重新辐射所接收的电力。此外,本发明的示范性实施例允许实现由装置电子器件引起的对寄生天线的阻尼减少。

[0076] 所属领域的技术人员将理解,可使用多种不同技术及技艺中的任一者来表示信息及信号。举例来说,可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子,或其任何组合来表示可在整个以上描述中提到的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。

[0077] 所属领域的技术人员将进一步了解,可将结合本文所揭示的示范性实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、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,上文已大体上在功能性方面描述各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件视特定应用及强加于整个系统的设计约束而定。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性,但这些实施决策不应被解释为会导致脱离本发明的示范性实施例的范畴。

[0078] 可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、线场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文所描述的功能的其任何组合来实施或执行结合本文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。还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核心的一个或一个以上微处理器,或任何其它此配置。

[0079] 结合本文所揭示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件中、通过处理器执行的软件模块中或两者的组合中。软件模块可驻存于随机存取存储器(RAM)、闪存、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、可装卸盘、CD-ROM,或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将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形成一体。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。

[0080] 在一个或一个以上示范性实施例中,可以硬件、软件、固件或其任何组合实施所描述的功能。如果以软件实施,则可将所述功能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来传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者,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。通过实例且并非限制,此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形式的所要程序代码并可由计算机存取的任何其它媒体。又,将任何连接恰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、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)而从网站、服务器或其它远程源传输软件,则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用,磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘,其中磁盘通常以磁性的方式再生数据,而光盘通过激光以光学的方式再生数据。上述各物的组合也应包括在计算机可读媒体的范畴内。

[0081] 提供对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造或使用本发明。所属领域的技术人员将易于明白对这些示范性实施例的各种修改,且在不脱离本发明的精神或范畴的情况下,本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此,本发明并不意在限于本文所展示的示范性实施例,而应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广泛范畴。

Claims (42)

1.一种经配置以无线地中继电力的装置,所述装置包含: 外壳,其包含套筒或箱且经配置以收纳可充电电子装置 '及 中继器天线,其耦合到所述外壳,其中所述中继器天线的至少一部分位于所述外壳中,所述中继器天线经配置以从产生自发射天线的第一耦合模式区接收充电电力,并经配置以足够对所述可充电装置供电或者充电的水平产生第二耦合模式区以将所述接收到的充电电力耦合到所述可充电电子装置的接收天线。
2.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线可相对于所述外壳移位。
3.根据权利要求1所述的装置,其中所述外壳包含不导电材料。
4.根据权利要求3所述的装置,其中所述不导电材料包含塑料或橡胶中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的装置,其中所述外壳包含盖、壳体或笼中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线包含电容性负载环形线圈或电容性负载多匝线圈中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的装置,其中所述可充电电子装置包含蜂窝式电话、便携型媒体播放器或相机中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的装置,其中所述外壳经配置以至少部分地配合于所述可充电电子装置周围。
9.根据权利要求1所述的装置,其中所述外壳包含至少一个接取开口,所述至少一个接取开口经配置以使得装置用户能够接取输入装置或输出装置中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线进行以下操作中的至少一者:重聚集相关联近场耦合模式区以产生配合于所述中继器天线周围的第二近场耦合模式区或重成形所述相关联近场耦合模式区以产生配合于所述中继器天线周围的第二近场耦合模式区。
11.根据权利要求1所述的装置,其中所述发射天线经配置以用于松弛耦合方式。
12.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线经配置以定位于距离所述接收天线不到10厘米处。
13.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线包括其延伸超出所述外壳的外部边缘的部分。
14.根据权利要求1所述的装置,其中所述接收天线经配置以用于强耦合方式。
15.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线经配置以增强近场耦合区。
16.根据权利要求1所述的装置,其中所述中继器天线经配置以增加可由所述接收天线从所述发射天线接收的电力的量。
17.一种方法,其包含: 在耦合到外壳的中继器天线处从产生自发射天线的第一耦合模式区无线地接收充电电力,所述外壳包括套筒或箱且经配置以收纳可充电电子装置,其中所述中继器天线的至少一部分位于所述外壳中; 经由中继器天线所述产生第二耦合模式区;及 以足够对所述可充电电子装置供电或者充电的水平,经由所述第二耦合模式将所述充电电力无线地耦合到所述可充电电子装置的接收天线。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述中继器天线相对于所述外壳是可移位的。
19.根据权利要求17所述的方法,其中无线地接收电力包含在耦合到包含不导电材料的所述外壳的所述中继器天线处无线地接收电力。
20.根据权利要求17所述的方法,其中无线地接收电力包含在耦合到包含橡胶材料或塑料材料中的至少一者的所述外壳的所述中继器天线处接收电力。
21.根据权利要求17所述的方法,其中无线地接收电力包含在耦合到包含盖、壳体、外鞘或笼中的至少一者的所述外壳的所述中继器天线处无线地接收电力。
22.根据权利要求17所述的方法,其中无线地接收电力包含在包含电容性负载环形线圈或电容性负载多匝线圈中的至少一者的所述中继器天线处无线地接收电力。
23.根据权利要求17所述的方法,其中所述可充电电子装置包含蜂窝式电话、便携型媒体播放器或相机中的至少一者。
24.根据权利要求17所述的方法,其中所述中继器天线经配置以进行以下操作中的至少一者:从发射天线重聚集近场耦合模式区以产生配合于所述中继器天线周围的第二近场耦合模式区或从发射天 线重成形所述近场耦合模式区以产生配合于所述中继器天线周围的第二近场耦合模式区。
25.根据权利要求17所述的方法,其中无线地接收电力包含从被匹配松用于弛耦合方式的发射天线无线地接收电力。
26.根据权利要求17所述的方法,其中无线地中继所述无线地接收的电力包含将所述无线地接收的电力中继到被匹配用于强耦合方式的接收天线。
27.根据权利要求17所述的方法,其进一步包含使用所述中继器天线增强近场耦合区。
28.根据权利要求17所述的方法,其进一步包含增加可由所述接收天线使用所述中继器天线从所述发射天线接收的电力的量。
29.一种促进对可充电电子装置充电的装置,所述装置包含: 用于选择性地封围所述可充电电子装置的装置;及 用于从产生自发射天线的第一耦合模式区无线地接收电力的装置,所述接收装置经配置以产生第二耦合模式区以便以足够对所述可充电装置供电或者充电的水平将所述接收到的充电电力耦合到所述可充电电子装置的接收天线,所述接收装置耦合到所述封围装置,其中所述接收装置的至少一部分位于所述封围装置中。
30.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地中继的装置包含中继器天线。
31.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于选择性地封围的装置包含外壳,所述外壳包括套筒或箱之一。
32.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置可相对于所述用于选择性地封围的装置移位。
33.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于选择性地封围的装置包含不导电材料。
34.根据权利要求33所述的装置,其中所述不导电材料包含塑料或橡胶中的至少一者。
35.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置包含电容性负载环形线圈或电容性负载多匝线圈中的至少一者。
36.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于选择性地封围的装置经配置以至少部分地配合于所述可充电电子装置周围。
37.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于选择性地封围的装置包含至少一个接取开口,所述至少一个接取开口经配置以使得装置用户能够接取输入装置或输出装置中的至少一者。
38.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置经配置以用于松弛稱合方式。
39.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置经配置以用于强稱合方式。
40.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置包括其延伸超出所述用于选择性地封围的装置的外部边缘的部分。
41.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置经配置以增强所述发射天线的近场耦合区。
42.根据权利要求29所述的装置,其中所述用于无线地接收充电电力的装置经配置以增加可由所述接 收线圈从所述发射天线接收的电力的量。
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