CN102414955B

CN102414955B - 跟踪无线电力区内的接收器装置

Info

Publication number: CN102414955B
Application number: CN201080017977.4A
Authority: CN
Inventors: 迈尔斯·亚历山大·莱尔·柯比; 安妮·卡特琳·科纳茨; 维吉尼亚·沃克·基廷; 克雷格·劳尔; 迈克尔·约翰·曼根
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2009-03-28
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: WO2010117665A2; CN102414955A; US8452235B2; TW201131935A; US20100248622A1; EP2412073B1; EP2412073A2; JP2012522483A; WO2010117665A3; JP6039741B2; JP2015180184A; JP6030445B2

Abstract

示范性实施例是针对传送与无线充电有关的信息。电力发射系统包括具有发射天线的主机装置。通信接口将包括唯一识别符信息的接收器信息从接收器装置运送到所述主机装置。所述主机装置上的控制器监视并处理所述接收器信息以产生通知信息，所述通知信息在用户可感知的通知器上呈现给用户。所述发射天线以谐振频率产生电磁场以在所述发射天线的近场内形成耦合模式区。所述系统可检测处于所述耦合模式区中的具有接收天线的接收器装置的存在且处理来自所述接收器装置的对电力的请求。所述系统还可通知用户主机装置何时离开指定区以及所述主机装置是否包括所预期的接收器装置。

Description

跟踪无线电力区内的接收器装置

根据35U.S.C.§119主张优先权

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张以下申请案的优先权：

2009年3月28日申请的题为“跟踪位于无线充电系统内的对象(TRACKINGOBJECTS LOCATED WITHIN WIRELESS CHARGING SYSTEMS)”的第61/164,410号美国临时专利申请案，且所述申请案已转让给本案受让人且在此以引用的方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及无线充电，且更特定来说，涉及与跟踪可位于无线电力系统中的接收器装置有关的装置、系统和方法。

背景技术

通常，每一电池供电装置(例如，无线电子装置)需要其自身的充电器和电源，所述电源通常为交流电(AC)电源引出线。当许多装置需要充电时，此类有线配置变得使用不便。

正在开发在发射器与耦合到待充电的电子装置的接收器之间使用空中或无线电力发射的方法。一股将此些方法分为两个种类。一类是基于在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(还称作远场辐射)的耦合。接收天线收集所辐射的电力且将其整流以用于对电池进行充电。天线一股具有谐振长度以便改进耦合效率。此方法遭遇以下事实：电力耦合随天线之间的距离而快速衰减。因此，在合理距离(例如，小于1米到2米)上的充电变得困难。另外，由于发射系统辐射平面波，因此如果未经由滤波进行适当控制，则无意的辐射可干扰其它系统。

无线能量发射技术的其它方法是基于在嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电的主机电子装置中的接收天线(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距必须非常接近(例如，在千分之几米内)。但是此方法不具有对相同区域中的多个装置同时充电的能力，此区域通常非常小且要求用户将装置准确地定位到特定区域。因此，需要提供一种适应发射天线和接收天线的灵活放置和定向的无线充电布置。

在无线电力发射中，需要用于发射和中继无线电力以便向接收器装置进行方便且不显眼的无线电力发射的系统和方法。还需要对可能在或可能不在无线充电区域内的接收器装置进行跟踪与报告。

发明内容

在一个新颖方面中，提供一种经配置以发射无线电力的装置，所述装置包含：具有耦合模式区的发射天线；耦合到所述发射天线的放大器；耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测指示了接收器装置存在于耦合模式区的所述放大器的电力消耗的改变；通信接口，其经配置以在所述负载感测电路指示所述接收器装置存在于所述耦合模式区内的情况下接收关于所述接收器装置的接收器信息；控制器，其经配置以基于关于所述接收器装置的所接收的接收器信息而产生关于所述接收器装置的通知信息。

在另一新颖方面中，提供一种电力发射系统，其包含：主机装置，其包含：发射天线，其经配置以在耦合模式区发射能量；耦合到所述发射天线的放大器；耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测所述放大器的电力消耗的改变；第一通信接口，其用于在所述负载感测电路检测到指示了接收器装置在所述耦合模式区内的电路消耗的改变的情况下接收关于所述接收器装置的接收器信息；控制器，用于基于关于所述接收器装置的所接收的接收器信息而产生有关所述接收器装置的通知信息；以及第二通信接口，其经配置以将所述通知信息发射到远程装置以呈现所述通知信息。

在又一新颖方面中，提供一种用以发射无线电力的方法，其包含：产生主机装置的发射天线的耦合模式区，以便以所述发射天线的谐振频率传递能量；检测所述耦合模式区内的具有接收天线的接收器装置的存在；经由通信信道从所述接收器装置接收对电力的请求；经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息；响应于所述唯一识别符信息而在用户可感知的通知器上指示关于所述接收器装置的通知信息；以及在对所述耦合模式区内接收器装置的检测指示了所述耦合模式区内不存在接收器装置的情况下，停止产生所述耦合模式区。

在再一新颖方面中，提供另一种经配置以发射无线电力的设备，所述设备包含：用于产生耦合模式区的装置，其包括发射天线以及耦合到所述发射天线的放大器；用于检测所述耦合模式区内的具有接收天线的接收器装置的存在的装置，该检测装置包括耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测指示了接收器装置存在于所述耦合模式区内的所述放大器的电力消耗的改变；用于经由通信信道从所述接收器装置接收对电力消息的请求的装置；用于在所述负载感测电路检测到指示了接收器装置存在于所述耦合模式区内的所述放大器的电力消耗的改变的情况下经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息的装置；以及用于响应于所述唯一识别符信息而指示关于所述接收器装置的通知信息的装置。

附图说明

图1展示无线电力传递系统的简化方框图。

图2展示无线电力传递系统的简化示意图。

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。

图4展示指示在发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。

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

图6展示接收天线相对于发射天线的各种放置点，以说明在共面和同轴放置下的耦合强度。

图7为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化方框图。

图8为根据本发明的示范性实施例的接收器的简化方框图。

图9展示用于在发射器与接收器之间进行消息接发的发射电路的一部分的简化示意图。

图10A到图10C展示在各种状态下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11A到图11C展示在各种状态下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12A到图12C为说明用于发射器与接收器之间的通信的消息接发协议的时序图。

图13A到图13D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方框图。

图14A说明大发射天线和三个不同的较小中继器天线，所述中继器天线与发射天线共面且在发射天线的周边内安置。

图14B说明大发射天线和较小中继器天线，所述中继器天线采用相对于发射天线的偏移同轴放置和偏移共面放置。

图15为包括通知元件的发射器的简化方框图。

图16为包括通知元件的无线电力传递系统的简化方框图。

图17说明具有通知器且包括接收器装置的主机装置。

图18说明具有通知器且包括接收器装置的另一主机装置。

图19为说明可在跟踪接收器装置中执行的动作的简化流程图。

具体实施方式

在本文中使用词语“示范性”以指“充当一实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施例没有必要被解释为比其它实施例优选或有利。

下文结合附图所陈述的详细描述意欲作为对本发明的示范性实施例的描述，且无意表示可实践本发明的仅有实施例。在整个此描述中所使用的术语“示范性”是指“用作一实例、例子或说明”，且应没有必要被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的彻底理解的目的而包括特定细节。所属领域的技术人员将容易明白，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。在一些例子中，以方框图形式展示众所周知的结构和装置，以便避免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。

在本文中使用词语“无线电力”以指在不使用物理电磁导体的情况下在从发射器到接收器之间发射的与电场、磁场、电磁场或其它物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递的辐射场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)存储或消耗。发射器104与接收器108两者相隔一距离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与接收器108，且当接收器108位于辐射场106的“近场”中时，当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率完全相同时，发射器104与接收器108之间的发射损耗为最小。

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。根据应用和将与其相关联的装置来设计发射天线和接收天线的大小。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以电磁波形式将大部分能量传播到远场而进行有效能量传递。当处于此近场中时，可在发射天线114与接收天线118之间形成耦合模式。天线114和118周围的可发生此近场耦合的区域在本文中称作耦合模式区。

图2展示无线电力传递系统的简化示意图。发射器104包括振荡器122、功率放大器124以及滤波器和匹配电路126。所述振荡器经配置以在所要频率下产生，所述所要频率可响应于调整信号123来调整。振荡器信号可由功率放大器124以响应于控制信号125的放大量来放大。可包括滤波器和匹配电路126以滤除谐波或其它非所要的频率且使发射器104的阻抗与发射天线114匹配。

接收器可包括匹配电路132和整流器和切换电路以产生DC电力输出以对电池136(如图2中所展示)充电或向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。

如图3中所说明，示范性实施例中所使用的天线可经配置为“环形”天线150，其在本文中还可称作“磁性”天线。环形天线可经配置以包括空气芯或物理芯(例如，铁氧体芯)。空气芯环形天线可能更可容许放置于所述芯附近的外来物理装置。此外，空气芯环形天线允许其它组件放置于芯区域内。另外，空气芯环可更容易实现接收天线118(图2)在发射天线114(图2)的平面内的放置，在所述平面中，发射天线114(图2)的耦合模式区可更强大。

如所陈述，在发射器104与接收器108之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器104与接收器108之间的有效能量传递。然而，甚至当发射器104与接收器108之间的谐振不匹配时，还可以较低效率传递能量。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而发生能量的传递。

环形天线或磁性天线的谐振频率是基于电感和电容。环形天线中的电感一股仅为由所述环形产生的电感，而一股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和电容器154添加到天线以产生产生谐振信号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形天线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，近场的有效能量传递区域增加。当然，其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于环形天线的两个端子之间。另外，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存在电磁场但可能并不远离所述天线传播或辐射的区域。所述电磁场通常被限于所述天线的物理体积附近的体积。在本发明的示范性实施例中，磁型天线(例如，单匝环形天线和多匝环形天线)用于发射(Tx)天线系统与接收(Rx)天线系统两者，这是因为与电型天线(例如，小型偶极天线)的电近场相比，磁型天线的磁近场振幅往往较高。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，偶极天线和单极天线)或磁性天线与电天线的组合。

Tx天线可在足够低的频率下且在天线大小足够大的情况下操作，以在显著大于早先所提及的远场和电感方法所允许的距离的距离下实现到小型Rx天线的良好耦合(例如，＞-4dB)。如果Tx天线的大小经正确设计，则当将主机装置上的Rx天线放置于受驱动Tx环形天线的耦合模式区内(即，在近场中)时，可实现高耦合水平(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和172分别指示对发射天线和接收天线接受电力的测量。换句话说，在大负数的情况下，存在非常紧密的阻抗匹配，且多数电力被接受且因此被发射天线辐射。相反，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紧密的阻抗匹配。在图4中，发射天线和接收天线经调谐以具有约13.56MHz的谐振频率。

曲线170说明从发射天线以各个频率发射的电力量。因此，在对应于约13.528MHz和约13.593MHz的点1a和3a处，大量电力被反射且不被发射到发射天线外。然而，在对应于约13.56MHz的点2a处，可看到大量电力被接受且被发射到天线外。

类似地，曲线172说明由接收天线以各个频率所接收的电力量。因此，在对应于约13.528MHz和约13.593MHz的点1b和3b处，大量电力被反射且不经由接收天线运送并进入接收器中。然而，在对应于约13.56MHz的点2b处，可看到大量电力被接收天线接受且被运送到接收器中。

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运送到接收器之后在接收器处接收到的电力量。因此，在对应于约13.528MHz和约13.593MHz的点1c和3c处，发送出发射器外的大量电力在接收器处不可用，因为(1)发射天线拒绝从发射器发送到其的大量电力和(2)发射天线与接收天线之间的耦合随着频率移动远离谐振频率而效率降低。然而，在对应于约13.56MHz的点2c处，可看到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耦合程度。

图5A和图5B展示根据本发明的示范性实施例的用于发射天线和接收天线的环形天线的布局。可以许多不同方式来配置环形天线，在广泛多种大小下具有单环或多环。另外，所述环可呈许多不同形状，例如(仅举例)圆形、椭圆形、正方形和矩形。图5A说明大正方形环形发射天线114S和小正方形环形接收天线118，小正方形环形接收天线118放置于与发射天线114S相同的平面中且接近发射天线114S的中心。图5B说明大圆形环形发射天线114C和小正方形环形接收天线118′，小正方形环形接收天线118′放置于与发射天线114C相同的平面中且接近发射天线114C的中心。正方形环发射天线114S具有边长“a”，而圆形环发射天线114C具有直径“Φ”。对于正方形环，可展示存在等效圆形环，其直径可界定为：Φ_eq＝4a/π。

图6展示接收天线相对于发射天线的各种放置点以说明在共面和同轴放置中的耦合强度。如本文中所使用，“共面”是指发射天线与接收天线具有大体上对准的平面(即，具有指向大体上相同方向的表面法线)且发射天线与接收天线的平面之间不具有距离(或具有小距离)。如本文中所使用，“同轴”是指发射天线与接收天线具有大体上对准的平面(即，具有指向大体上相同方向的表面法线)且所述两个平面之间的距离并不小，且此外，发射天线与接收天线的表面法线大体上沿相同向量展现，或所述两个法线呈梯状。

举例来说，点p1、p2、p3和p7为接收天线相对于发射天线的所有共面放置点。作为另一实例，点p5和p6为接收天线相对于发射天线的同轴放置点。下表展示在图6中所说明的各个放置点(p1到p7)处的耦合强度(S21)和耦合效率(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

位置	距平面的距离(cm)	S21效率(％)	效率(TX DC电力输入对RX DC电力输出)
				p1	0	46.8	28
p2	0	55.0	36
				p3	0	57.5	35
p4	2.5	49.0	30
				p5	17.5	24.5	15
p6	17.5	0.3	0.2
				p7	0	5.9	3.4

如可见，共面放置点p1、p2和p3均展示相对高的耦合效率。放置点p7也是共面放置点，但处于发射环形天线外部。虽然放置点p7不具有高耦合效率，但显然存在一些耦合且耦合模式区延伸超出发射环形天线的周边。

放置点p5与发射天线同轴且展示相当大的耦合效率。放置点p5的耦合效率没有共面放置点的耦合效率那样高。然而，放置点p5的耦合效率足够高，使得可在同轴放置的发射天线与接收天线之间运送大量电力。

放置点p4处于发射天线的圆周内但在发射天线的平面上方有些许距离处的位置中，其可被称为偏移同轴放置(即，表面法线在大体上相同方向上但处于不同位置处)或偏移共面(即，表面法线在大体上相同方向上但平面相对于彼此偏移)。从表可看到，在偏移距离为2.5cm时，放置点p4仍具有相对良好的耦合效率。

放置点p6说明在发射天线的圆周外部且处于发射天线的平面上方相当大距离处的放置点。如从表可看到，放置点p7展示发射天线与接收天线之间的极小耦合效率。

图7为根据本发明的示范性实施例的发射器的简化方框图。发射器200包括发射电路202和发射天线204。通常，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频带下操作。

示范性发射电路202包括：固定阻抗匹配电路206，其用于将发射电路202的阻抗(例如，50欧姆)与发射天线204匹配；以及低通滤波器(LPF)208，其经配置以将谐波发射减少到防止耦合到接收器108(图1)的装置发生自干扰的水平。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确定的RF信号。发射电路可包括离散装置或电路，或者可包括集成组合件。来自发射天线204的示范性RF电力输出可为约2.5瓦。

发射电路202进一步包括处理器214，处理器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，以用于调整所述振荡器的频率，且用于调整输出电力水平来用于实施通信协议(用于经由邻近装置所附接的接收器与邻近装置相互作用)。

发射电路202可进一步包括负载感测电路216，负载感测电路216用于检测在由发射天线204产生的近场附近是否存在有效接收器。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产生的近场附近的有效接收器的存在或不存在影响。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以发射能量从而与有效接收器通信。

发射天线204可经实施为天线带，其具有经选择以使电阻性损耗保持为低的厚度、宽度和金属类型。在常规实施方案中，发射天线204可一股经配置以与较大结构(例如，桌、垫、灯或其它较不便携的配置)相关联。因此，发射天线204一股将不需要“若干匝”以便具有实用尺寸。发射天线204的示范性实施方案可为“电学上较小的”(即，波长的分数)且经调谐以通过使用电容器界定谐振频率而在较低的可用频率下谐振。在发射天线204在直径上或边长上(如果为正方形环)相对于接收天线可为较大(例如，0.50米)的示范性应用中，发射天线204将不一定需要大量匝来获得合理电容。

图8为根据本发明的示范性实施例的接收器的方框图。接收器300包括接收电路302和接收天线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，接收器300说明为在装置350外部，但其可集成到装置350中。通常，能量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。

接收天线304经调谐以在与发射天线204(图7)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类似地设计尺寸，或可基于相关联装置350的尺寸不同地设计大小。举例来说，装置350可为具有比发射天线204的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此种实例中，接收天线304可经实施为多匝天线，以便减小调谐电容器(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的实质性圆周周围，以便将天线直径最大化并减少接收天线的环匝(即，绕组)的数目和绕组间电容。

接收电路302提供与接收天线304的阻抗匹配。接收电路302包括电力转换电路306，其用于将所接收的RF能源转换成供装置350使用的充电电力。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处所接收的RF能量信号整流成非交变电力，而DC-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)。预期各种RF-DC转换器，包括部分和全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性和切换转换器。

接收电路302可进一步包括切换电路312，其用于将接收天线304连接到电力转换电路306或者用于断开电力转换电路306。将接收天线304与电力转换电路306断开不仅中止对装置350的充电，而且还改变发射器200(图2)所“看到”的“负载”，如下文更充分解释。如上文所揭示，发射器200包括负载感测电路216，负载感测电路216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。

当多个接收器300存在于发射器的近场中时，可能需要对一个或一个以上接收器的加载和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。还可遮盖一接收器以便消除到其它附近接收器的耦合或减少附近发射器上的加载。接收器的此“卸载”在本文中还称为“遮盖”。此外，如下文更完全地解释，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。另外，一协议可与所述切换相关联，所述协议使得能够将消息从接收器300发送到发射器200。举例来说，切换速度可为约100微秒。

在一示范性实施例中，发射器与接收器之间的通信涉及装置感测和充电控制机制而非常规双向通信。换句话说，发射器使用所发射的信号的开/关键控，以调整近场中的能量是否可用。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与解调谐来调整正从近场接收到的电力的量。发射器可检测来自近场的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的能量波动的信令检测器和信标电路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，信令和信标电路314还可用以检测减少的RF信号能量(即，信标信号)的发射并将所述减少的RF信号能量整流成标称电力，以用于唤醒接收电路302内的未供电或电力耗尽的电路，以便配置接收电路302来用于无线充电。

接收电路302进一步包括处理器316，以用于协调本文中所描述的接收器300的处理(包括对本文中所描述的切换电路312的控制)。还可在其它事件(包括检测到将充电电力提供到装置350的外部有线充电源(例如，壁式/USB电力))发生后即发生接收器300的遮盖。除了控制对接收器的遮盖之外，处理器316还可监视信标电路314以确定信标状态并提取从发射器发送的消息。处理器316还可调整DC到DC转换器310以获得改进的性能。

图9展示用于在发射器与接收器之间执行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，可在发射器与接收器之间启用用于通信的装置。在图9中，功率放大器210驱动发射天线204以产生辐射场。功率放大器由载波信号220驱动，载波信号220以发射天线204的所要频率振荡。使用发射调制信号224以控制功率放大器210的输出。

发射电路可通过对功率放大器210使用开/关键控过程来向接收器发送信号。换句话说，在断言发射调制信号224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。在取消发射调制信号224时，功率放大器将不在发射天线204上驱动出任何频率。

图9的发射电路还包括负载感测电路216，负载感测电路216将电力供应到功率放大器210且产生接收信号235输出。在负载感测电路216中，跨电阻器R_s的电压降产生于电力输入信号226与功率放大器210的电力供应228之间。由功率放大器210消耗的电力的任何改变将引起电压降的改变，电压降的改变将由差动放大器230放大。当发射天线与接收器(图9中未展示)中的接收天线处于耦合模式中时，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。如果存在耦合模式谐振，则由功率放大器210消耗的电力量将上升(因为大量电力耦合到接收天线中)。因此，接收信号235可指示耦合到发射天线204的接收天线的存在且还可检测从接收天线所发送的信号，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察到，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10A到图10C展示在各种状态下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10A到图10C均展示相同电路元件，不同之处为各个开关的状态。接收天线304包括特性电感L1，其驱动节点350。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和整流器318。整流器318将DC电力信号322供应到接收装置(未图示)以向所述接收装置供电、对电池充电，或其组合。二极管D1与电容器C3和电阻器R1一起耦合到发射信号320，发射信号320经滤波以移除谐波和不想要的频率。因此，D1、C3和R1的组合可在发射信号320上产生信号，其模仿由上文参看图9中的发射器所论述的发射调制信号224所产生的发射调制。

本发明的示范性实施例包括对接收装置的电流汲取的调制和对接收天线的阻抗的调制以完成反向链路信令。参看图10A与图9两者，在接收装置的电力汲取改变时，负载感测电路216检测发射天线上的所得电力改变，且由这些改变可产生接收信号235。

在图10A到图10C的示范性实施例中，可通过修改开关S1A和S2A的状态来改变经由发射器的电流汲取。在图10A中，开关S1A和开关S2A均断开，从而形成“DC断开状态”且实质上从发射天线204移除负载。此减少发射器所看到的电流。

在图10B中，开关S1A闭合且开关S2A断开，从而形成接收天线304的“DC短路状态”。因此，图10B中的状态可用于增加发射器中所看到的电流。

在图10C中，开关S1A断开且开关S2A闭合，从而形成正常接收模式(本文中还被称为“DC操作状态”)，其中电力可由DC输出信号322供应且可检测到发射信号320。在图10C中所示的状态下，接收器接收正常电力量，因此消耗比DC断开状态时多或比DC短路状态时少的来自发射天线的电力。

反向链路信令可通过在DC操作状态(图10C)与DC短路状态(图10B)之间切换来完成。反向链路信令还可通过在DC操作状态(图10C)与DC断开状态(图10A)之间切换来完成。

图11A到图11C均展示相同电路元件，不同之处为各个开关的状态。接收天线304包括特性电感L1，其驱动节点350。节点350经由电容器C1和开关S1B选择性地耦合到接地。节点350还经由电容器C2而AC耦合到二极管D1和整流器318。二极管D1与电容器C3和电阻器R1一起耦合到发射信号320，发射信号320经滤波以移除谐波和不想要的频率。因此，D1、C3和R1的组合可在发射信号320上产生信号，其模仿由上文参看图9中的发射器所论述的发射调制信号224所产生的发射调制。

整流器318连接到开关S2B，开关S2B与电阻器R2和接地串联连接。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(未图示)以向所述接收装置供电、对电池充电，或其组合。

在图10A到图10C中，通过经由开关S1B选择性地将接收天线304耦合到接地来改变所述接收天线的DC阻抗。相比而言，在图11A到图11C的示范性实施例中，可通过修改开关S1B、S2B和S3B的状态以改变接收天线304的AC阻抗来修改天线的阻抗以产生反向链路信令。在图11A到图11C中，可使用电容器C2来调谐接收天线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(实质上将谐振电路改变为不同频率，所述不同频率将在与发射天线最佳耦合的范围外)来改变接收天线304的AC阻抗。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，则可形成耦合模式，其中接收器可从辐射场106汲取大量电力。

在图11A中，开关S1B闭合，其解调谐天线且形成“AC遮盖状态”，所述“AC遮盖状态”实质上“遮盖”接收天线304使其不被发射天线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下，所以开关S2B和S3B的状态对于本论述来说并非特别重要。

在图11B中，开关S1B断开，开关S2B闭合，且开关S3B断开，从而形成接收天线304的“经调谐虚设负载状态”。因为开关S1B断开，所以电容器C1不影响谐振电路，且与电容器C2组合的接收天线304将在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闭合的组合为整流器形成相对高的电流虚设负载，其将经由接收天线304汲取更多电力，此可由发射天线感测到。另外，由于接收天线处于从发射天线接收电力的状态下，所以可检测到发射信号320。

在图11C中，开关S 1B断开，开关S2B断开，且开关S3B闭合，从而形成接收天线304的“经调谐操作状态”。因为开关S1B断开，所以电容器C1不影响谐振电路，且与电容器C2组合的接收天线304将在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闭合的组合形成正常操作状态，其中电力可由DC输出信号322供应且可检测到发射信号320。

反向链路信令可通过在经调谐操作状态(图11C)与AC遮盖状态(图11A)之间切换来完成。反向链路信令还可通过在经调谐虚设负载状态(图11B)与AC遮盖状态(图11A)之间切换来完成。反向链路信令还可通过在经调谐操作状态(图11C)与经调谐虚设负载状态(图11B)之间切换来完成，因为接收器所消耗的电力量将存在差异，此可由发射器中的负载感测电路检测到。

当然，所属领域的技术人员将认识到，开关S1B、S2B和S3B的其它组合可用于形成遮盖、产生反向链路信令和将电力供应到接收装置。另外，可将开关S1A和S1B添加到图11A到图11C的电路以形成其它可能组合以用于遮盖、反向链路信令和将电力供应到接收装置。

因此，在处于耦合模式下时，如上文参看图9所论述，可将信号从发射器发送到接收器。另外，在处于耦合模式下时，如上文参看图10A到图10C以及图11A到图11C所论述，可将信号从接收器发送到发射器。

图12A到图12C为说明用于使用上文所论述的信令技术在发射器与接收器之间通信的示范性消息接发协议的时序图。在一个示范性方法中，从发射器到接收器的信号在本文中被称为“前向链路”且在正常振荡与无振荡之间使用简单AM调制。还涵盖其它调制技术。作为一非限制性实例，可将信号存在解译为“1”且将信号不存在解译为“0”。

通过对接收装置所汲取的电力的调制来提供反向链路信令，所述电力汲取可由发射器中的负载感测电路检测到。作为一非限制性实例，可将较高电力状态解译为1且将较低电力状态解译为0。应注意，发射器必须开启以使得接收器能够执行反向链路信令。另外，接收器不应在前向链路信令期间执行反向链路信令。此外，如果两个接收装置试图在相同时间执行反向链路信令，则可能发生冲突，如果发射器有可能解码适当的反向链路信号，则冲突将使得解码难以执行。

在本文中所描述的示范性实施例中，信令类似于具有开始位、数据字节、奇偶位和停止位的通用异步接收发射(UART)串行通信协议。当然，任何串行通信协议可适合于实行本文中所描述的本发明的示范性实施例。为便于描述且并非限制，将描述消息接发协议，以使得用于传送每一字节发射的周期为约10mS。

图12A说明消息接发协议的简单和低电力形式。将在每个再现周期410(在示范性实施例中为约一秒)重复同步脉冲420。作为非限制性实例，同步脉冲工作时间可为约40mS。在发射器开启时，具有至少同步脉冲420的再现周期410可无限地重复。应注意，“同步脉冲”略微用词不当，因为如由“白”脉冲420′所说明，同步脉冲350可为在脉冲周期期间的稳定频率。同步脉冲420还可包括在上文所论述的开/关键控下且如“加阴影的”脉冲420所说明的在谐振频率下的信令。图12A说明最小电力状态，其中在同步脉冲420期间供应在谐振频率下的电力且在电力周期450期间关闭发射天线。允许所有接收装置在同步脉冲420期间接收电力。

图12B说明具有同步脉冲420、反向链路周期430和电力周期450′的再现周期410，其中发射天线开启且通过在谐振频率下振荡且不执行任何信令来供应全电力。上部时序图说明整个再现周期410，且下部时序图说明同步脉冲420和反向链路周期430的分解图。如下文所解释，电力周期450′可分成用于多个接收装置的不同周期。图12B展示用于三个不同接收装置的三个电力区段Pd1、Pd2和Pdn。

在出现前向链路信令时，同步脉冲420可包括预热周期422、前向链路周期424和监听周期426。监听周期426可包括交接周期427和开始反向链路周期428。在同步脉冲420期间，发射器可在前向链路周期400(由“加阴影的”部分指示)期间发出前向链路消息且在监听周期426期间等待来自接收器的答复。在图12B中，无接收器答复，此由在监听周期426期间的“白”部分指示。

图12C类似于图12B，不同之处在于，如由“交叉影线”部分所指示，接收器在开始反向链路周期428和反向链路周期430期间答复。在图12中，在同步脉冲420期间，发射器在前向链路周期400期间发出前向链路消息且在监听周期426期间等待来自接收器的答复。将进行答复的任何接收器在交接周期427结束之前、在开始反向链路周期428期间和可能在反向链路周期430期间开始其答复。

作为非限制性实例，表2展示可由发射器和接收器发送的一些可能的消息。

表2

其中：

空＝无发射命令；

DD＝装置编号；

TT＝装置类型；

PP＝所请求电力；

rr＝随机数；

cc＝校验和；

NN＝时隙的开始；以及

MM＝时隙的结束。

在解释表1的过程中，空命令是指在前向链路周期424期间发射器不发送消息接发。在第2排中，由发射器发送新装置查询(NDQ)。如果接收装置响应，则其用新装置响应(NDR)以及装置编号(对于新装置来说其应为零，直到发射器指派了装置编号为止)、电力请求、随机数和接收答复中的所有数据位的校验和来作出响应。

在第3排中，由发射器发送新装置查询(DQ)以及装置编号。由所述DQ寻址的接收装置用装置状态(DS)以及装置编号、装置类型、所请求电力量和接收答复中的所有数据位的校验和来进行答复。

在第4排中，发射器将确认(ACK)发出到对先前DQ进行答复的接收器。无接收器对ACK作出响应。

在第5排中，发射器发出时隙指派(SA)以及装置编号、电力周期450′内的开始时间、电力周期450′内的结束时间和接收答复中的所有数据位的校验和。无接收器对SA作出响应。

在第6排中，发射器发出指示所有接收器应停止使用其所分配的时隙的复位(RES)。无接收器对RES作出响应。

当然，所属领域的技术人员将认识到，命令和响应为示范性的，且本发明的范围内所涵盖的各种实施例可使用这些命令和响应的变化形式，且在本发明的范围内可想出额外命令和响应。

为了进一步说明通信如何发生，将论述五种不同情景。在第一种情景中，最初无接收装置在发射器的耦合模式区内，且一个接收装置进入所述耦合模式区。在无装置存在于所述耦合模式区中时，发射器将保持在低电力状态下(如图12A中所说明)且在每个再现周期410重复同步脉冲420。同步脉冲420在前向链路周期424期间将包括NDQ，且发射器在监听周期426期间将监听答复。如果未接收到答复，则发射器停止运转，直到用于下一再现周期410的同步脉冲420的时间为止。

在将新接收装置引入到所述耦合模式区时，所述接收装置最初开启且监听同步脉冲420。所述新接收装置可将同步脉冲420用于电力，但在电力周期450′期间应进入遮盖或非电力接收模式(本文中被称为“下公共汽车”)。另外，所述新接收装置监听发射命令且忽略除NDQ以外的所有发射命令。在新接收装置接收到NDQ时，其在交接周期427、开始反向链路周期428和可能的反向链路周期430期间保持开启。在前向链路周期424之后且在交接周期427结束之前，接收装置用NDR、为零的装置ID(新装置ID将由发射器指派)、电力量请求、随机数和校验和来作出响应。新接收装置接着在电力周期450′期间下公共汽车。

如果发射器正确地接收到所述NDR，则其在下一个同步脉冲420上使用用于新接收装置的时隙指派(SA)来作出响应。所述SA包括用于新接收装置的装置ID、开始时间、结束时间和校验和。用于此SA的开始时间和结束时间将为零，从而指示新接收装置在电力周期450′期间的任何时间周期内不应上公共汽车。在新接收装置可上公共汽车时，新接收装置将接收指派特定电力区段Pdn的具有实际开始时间和结束时间的后续SA。如果新接收装置未接收到适当的校验和，则其保持在新装置模式中且再次响应于NDQ。

在第二种情景中，无接收装置在发射器的耦合模式区内，且一个以上接收装置进入所述耦合模式区。在此模式下，在将两个新接收装置引入到所述耦合模式区时，其最初一直在公共汽车上。新接收装置可将同步脉冲420用于电力，但一旦已接收到同步脉冲420，则应在电力周期450′期间下公共汽车。另外，新接收装置监听发射命令且忽略除NDQ以外的所有发射命令。在新接收装置接收NDQ时，其在交接周期427、开始反向链路周期428和可能的反向链路周期430期间保持开启。在前向链路周期424之后且在交接周期427结束之前，接收装置用NDR、为零的装置ID(新装置ID将由发射器指派)、电力量请求、随机数和校验和来作出响应。

然而，由于两个或两个以上接收装置同时响应，且可能具有不同随机数和校验和，因此发射器所接收到的消息将被混乱，且发射器中的校验和将不准确。结果，发射器将不在后续同步脉冲420上发出SA。

当在NDR后未出现紧接的SA时，所述接收装置中的每一者在用NDR作出响应之前等待随机数目的后续NDQ。举例来说，两个装置均响应于第一个NDQ，因此无后续SA出现。装置1决定在响应于另一个NDQ之前等待四个NDQ。装置2决定在响应于另一个NDQ之前等待两个NDQ。结果，在发射器发出下一个NDQ时，无装置用NDR作出响应。在发射器发出下一个NDQ时，仅装置2用NDR作出响应，发射器成功地接收到所述NDR且发出用于装置2的SA。在下一个NDQ时，装置2不响应，因为其不再为新装置，且装置1不响应，因为其随机等待周期尚未逝去。在发射器发出下一个NDQ时，仅装置1用NDR作出响应，发射器成功地接收到所述NDR且发出用于装置1的SA。

在第三种情景中，至少一个接收装置处于耦合模式区中，且新接收装置进入所述耦合模式区。在此模式下，将所述新接收装置引入到所述耦合模式区且其最初一直在公共汽车上。新接收装置可将同步脉冲420用于电力，但一旦已接收到同步脉冲420，则应在电力周期450′期间下公共汽车。另外，新接收装置监听发射命令且忽略除NDQ以外的所有发射命令。发射器将周期性地发出NDQ以查看是否有任何新装置已进入所述耦合模式区。新装置将接着用NDR来答复。在后续同步脉冲420时，发射器将发出用于新装置的不指派电力时隙的SA。发射器接着重新计算所述耦合模式区中的所有装置的电力分配且为每一装置产生新SA，因此不存在重叠电力区段Pdn。在每一装置接收到其新SA后，其仅在其新Pdn期间开始上公共汽车。

在第四种情景下，正常电力递送操作继续，无接收装置进入或离开耦合模式区。在此种情景期间，发射器将周期性地用装置查询(DQ)来ping每一装置。所查询的装置用装置状态(DS)作出响应。如果所述DS指示不同电力请求，则发射器可将电力分配重新分配给所述耦合模式区中的装置中的每一者。如上文关于第三种情景所解释，发射器还将周期性地发出NDQ。

在第五种情景中，从所述耦合模式区移除一装置。此“经移除”状态可为物理上从所述耦合模式区移除所述装置、所述装置关闭，或所述装置遮盖自身(可能因为其不再需要电力)。如早先所陈述，发射器周期性地发出用于所述耦合模式区中的所有装置的DQ。如果到特定装置的两个连续DQ不返回有效DS，则发射器从其所分配装置的列表移除所述装置且将电力周期450′重新分配给剩余装置。发射器还将给遗漏的装置指派零时间的电力分配，以防其不能够发射却仍进行接收。如果错误地从电力分配移除一装置，则所述装置可通过用适当NDR响应于NDQ来重新获得电力分配。

表3说明非限制性命令和答复序列以说明通信协议如何操作。

表3

注意，用于新装置的第一时隙指派不分配时隙。给每一现有装置分配新的非重叠时隙，接着最后给新装置分配时隙以用于接收电力。

在一示范性实施例中，无线充电装置可向用户显示可视信号(例如，灯)，从而指示其已成功地进入充电区且将其自身注册到本地发射器。此将给予用户肯定反馈，即，装置确实准备好充电。

在本发明的其它示范性实施例中，接收器和发射器可在如图2中所示的单独通信信道119(例如，蓝牙、zigbee、蜂窝式，等等)上通信。在单独通信信道的情况下，再现周期无需包括任何通信周期且全部时间可专用于电力周期450′。发射器仍可将时隙分配给每一接收装置(经由所述单独通信信道进行通信)且每一接收装置仅在其所分配的电力区段Pdn期间上公共汽车。

上文所描述的经时间多路复用的电力分配可为用于将电力供应给发射器的耦合模式区内的多个接收装置的最有效方法。然而，在本发明的其它实施例中，可使用其它电力分配情景。

图13A到图13D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方框图。图13A说明在信标耦合模式区510中不存在接收装置时具有低电力“信标”信号525的发射器520。作为非限制性实例，信标信号525可例如在约10mW到约20mW RF的范围中。当待充电的装置放置于所述耦合模式区中时，此信号可足以将初始电力提供给所述装置。

图13B说明放置于发射信标信号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开启且与发射器形成耦合，则其将产生反向链路耦合535，反向链路耦合535实际上仅为接收器接受来自信标信号525的电力。此额外电力可由发射器的负载感测电路216(图9)感测到。结果，发射器可进入高电力模式。

图13C说明发射器520产生高电力信号525′，从而产生高电力耦合模式区510′。只要接收装置530正接受电力且结果产生反向链路耦合535，发射器便将保持在高电力状态。虽然仅说明一个接收装置530，但耦合模式区510中可存在多个接收装置530。如果存在多个接收装置530，则其将基于每一接收装置530耦合的良好程度来共享由发射器发射的电力量。举例来说，如上文参看图8和图9所解释，对于每一接收装置530来说，耦合效率可视装置放置于耦合模式区510内的位置而不同。

图13D说明即使在接收装置530处于信标耦合模式区510中时仍产生信标信号525的发射器520。此状态可发生于接收装置530关闭时，或装置遮盖其自身时(可能因为其不再需要电力)。

如同时间多路复用模式一样，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。在单独通信信道的情况下，发射器可基于耦合模式区510中的接收装置的数目和其相应电力要求来确定何时在信标模式与高电力模式之间切换或形成多个电力电平。

本发明的示范性实施例包括在两个天线之间的近场电力传递中经由将额外天线引入到耦合天线的系统中来增强相对大的发射天线与小接收天线之间的耦合，所述额外天线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。

在示范性实施例中，使用耦合到系统中的发射天线和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)。无源天线可仅包括天线环和用于调谐天线的谐振频率的电容性元件。除天线环和一个或一个以上调谐电容器以外，有源元件还可包括用于增加经中继近场辐射的强度的放大器。

电力传递系统中的发射天线与中继器天线的组合可经优化，使得基于例如终端负载、调谐组件、谐振频率和中继器天线相对于发射天线的放置等因素来增强到非常小的接收天线的电力耦合。

单一发射天线展现出有限的近场耦合模式区。因此，经由发射天线的近场耦合模式区中的接收器来充电的装置的用户可能需要相当大的用户接近空间，此将为代价过高或至少不方便的。此外，所述耦合模式区可随接收天线远离发射天线而快速地减小。

中继器天线可重聚焦和重塑来自发射天线的耦合模式区以在中继器天线周围形成第二耦合模式区，其可更适于将能量耦合到接收天线。在下文在图14A和图14B中论述包括中继器天线的实施例的一些非限制性实例。

图14A说明大发射天线610C以及三个较小中继器天线620C，所述中继器天线620C安置成与发射天线610C共面且安置在发射天线610C的周边内。发射天线610C和中继器天线620C形成于桌640上。包括接收天线630C的各种装置放置于发射天线610C和中继器天线620C内的各个位置处。图14A的示范性实施例能够将由发射天线610C产生的耦合模式区重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。结果，相对强的经中继近场辐射可用于接收天线630C。接收天线中的某些接收天线放置于任何中继器天线620C外部。回想到耦合模式区可稍微延伸出天线的周边外。因此，接收天线630C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。结果，放置于任何中继器天线620C外部的接收天线可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14B说明大发射天线610D和较小中继器天线620D，所述中继器天线620D采用相对于发射天线610D的偏移同轴放置和偏移共面放置。包括接收天线630D的装置放置于中继器天线620D中的一者的周边内。作为非限制性实例，发射天线610D可安置于天花板646上，而中继器天线620D可安置于桌640上。呈偏移同轴放置的中继器天线620D能够将来自发射器天线610D的近场辐射重塑且增强为在中继器天线620D周围的经中继近场辐射。结果，相对强的经中继近场辐射可用于与中继器天线620D共面放置的接收天线630D。

虽然各种发射天线和中继器天线已大体上展示为在表面上，但这些天线还可安置于表面下(例如，在桌下、在地板下、在墙壁后面，或在天花板后面)、或在表面(例如，桌面、墙壁、地板或天花板)内。

图15为根据本发明的一个或一个以上实施例的用于将电力发射到接收器装置、与接收器装置通信且跟踪接收器装置的发射器200的简化方框图。发射器200可搜集且跟踪关于可与发射器200相关联的接收器装置的行踪和状态的信息。图15的发射器200类似于图7的发射器，且因此不需要再次解释。然而，在图15中，发射器电路202可包括连接到控制器214(本文中还被称为处理器)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和封闭检测器290的存在信号而调整由放大器210所递送的电力的量。发射器可经由许多电源接收电力，所述电源例如为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电源转换成适合于发射器200的电压的DC-DC转换器(未图示)，或发射器可直接从常规DC电源(未图示)接收电力。

作为一非限制性实例，存在检测器280可为运动检测器，其用以感测插入到发射器的覆盖区域中的待充电的装置的初始存在。在检测后，可开启发射器且可使用由装置接收的RF电力来以预定方式双态切换Rx装置上的开关，其又导致发射器的驱动点阻抗的改变。

作为另一非限制性实例，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手段来检测人类的检测器。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的量的规章。在一些情况下，这些规章意在保护人类免受电磁辐射影响。然而，可能存在发射天线放置于人类未占用的或人类不经常占用的区域(例如，车库、厂区、车间，等)中的环境。如果这些环境没有人类，则可能可准许将发射天线的功率输出增加到正常功率约束规章以上。换句话说，控制器214可响应于人类存在而将发射天线204的功率输出调整到管制水平或更低水平，且当人类在距发射天线204的电磁场管制距离之外时，将发射天线204的功率输出调整到高于管制水平的水平。

作为一非限制性实例，封闭检测器290(在本文中还可称作封闭隔间检测器或封闭空间检测器)可为例如感测开关的装置，以用于确定外罩何时处于闭合或打开状态中。当发射器在处于封闭状态的外罩中时，可增加发射器的功率水平。

在示范性实施例中，可使用发射器200借以不会无限地保持开启的方法。在此情况下，发射器200可经编程以在用户确定的时间量后关闭。此特征防止发射器200(尤其是功率放大器210)在其周边的无线装置充满后长时间运行。此事件可能归因于用以检测从中继器或接收线圈发送的指示装置充满的信号的电路的故障。为了防止发射器200在另一装置放置于其周边时自动停止运转，可仅在检测到其周边缺少运动的设定周期后启动发射器200自动关闭特征。用户可能够确定不活动时间间隔，且在需要时改变所述不活动时间间隔。作为一非限制性实例，所述时间间隔可比在假定特定类型的无线装置最初完全放电的情况下充满所述装置所需的时间间隔长。

发射电路202还可包括用户可感知的通知器260，其用于向用户指示关于在发射天线204的耦合模式区中的接收器装置的通知信息。另外，发射电路202可包括存储器270，以用于存储关于其与之通信的接收器装置的信息以及其它数据和处理指令。

图16为包括通知元件260和760的无线电力发射系统700的简化方框图。系统700包括具有发射器的主机装置710，发射器包括发射电路202和发射天线204。主机装置710还可包括用户可感知的通知器260。具有接收天线的多个接收器装置720可放置于发射天线204的耦合模式区中。当在耦合模式区中时，接收器装置720可从主机装置710接收电力且可与主机装置710通信，如上关于图10A到图13D所论述。

本发明的示范性实施例允许同时到若干装置的电力传递。另外，当接收器装置720在充电区域中(即，在耦合模式区中或接近于耦合模式区)时，其可与主机装置710或其它接收器装置720交换某些预先规定的信息。

接收器信息可包括例如唯一装置识别符、装置类型、联系信息和关于装置的用户编程信息的项目。举例来说，装置可为来自特定制造商的音乐播放器，其标记有用户姓名。作为另一实例，装置可为来自特定制造商的电子书，其具有标记有用户姓名的特定序列号。

每一装置的所有者可需要预先配置其装置以允许此信息共享能力，但一旦经启用，则装置可在没有直接的人交互的情况下进行通信。

在许多情形下，用户同时对某些对象群组充电的行为是常见的。举例来说，人们通常同时对手机与随附的蓝牙头戴式耳机两者充电。另外，父母可希望确保小孩使其手机、上网本、电子阅读器等每晚充电以使得其准备好用于第二天的上学。父母可教小孩同时在某主机装置710上对其所有装置充电。如果小孩未一起对其装置充电，则可意味着装置已遗失，或仅仅是小孩已在特定日子结束时忘记对所有装置充电。在任一情况下，父母得到装置丢失或未经充电的通知将是有用的。

接收器装置720与主机装置710可在单独通信信道715(例如，蓝牙、zigbee、近场通信等等)上通信。在单独通信信道的情况下，发射器可确定何时在使用无线电力通信与单独通信信道715之间切换。

作为非限制性实例，对于待在主机装置710与接收器装置720之间传递的少量信息，装置可能可使用上文所论述的近场通信(NFC)或基于反射阻抗的开关键控。

如果待传递的数据量通过NFC或反射阻抗技术将花费比(例如)仅10秒更长的时间，则可形成双向个域网(PAN)链路。因此，例如蓝牙或60GHz的PAN技术可用于在主机装置710与接收器装置720之间通信。此对等连接可基于最低共同特性而协商，其中最低共同特性将为由耦合模式区中的所有接收器装置720支持的PAN技术。换句话说，适当技术的选择可首先基于待传递的数据量且其次基于由各种装置支持的无线电技术的种类。

无线电力发射系统700可包括远程通知器760。主机装置710上的通知器260与远程通知器760两者可具有广泛范围的通知元件。作为非限制性实例，通知器(260和760)可为指示接收器装置720存在的简单灯、指示多少接收器装置720存在的多个灯、用于呈现关于接收器装置720的信息的字母数字显示器，或用于呈现关于接收器装置720的详细信息的全色显示器。通知器(260和760)可包括听觉信号装置，其用于向用户通知关于特定接收器装置720存在或不存在的信息和关于接收器装置720的其它信息。另外，远程通知器760可为用于在远程计算机上显示关于接收器装置720的信息的网站。因此，作为非限制性实例，忘记手机的用户可在上班时检查网站以确定是否将手机留在了主机装置710附近。

电力发射系统700可包括指定区检测器770。此指定区检测器770可与住宅或办公室的出口门上的开关一样简单。然而，其可更复杂，例如如上所论述的存在检测器。因此，指定区检测器770可用于检测主机装置710何时离开指定区且将指示此的通知传送到主机装置710。

远程通知器760、指定区检测器770与主机装置710可在例如射频信令、红外线信令、蓝牙、zigbee、802.11通信协议和其组合的通信信道765上通信。

图17说明具有通知器760且在发射天线204的耦合模式区内包括接收器装置720的主机装置710A。远程通知器760还可与主机装置710A通信。在图17中，将主机装置710说明为充电垫，但可集成到例如墙壁、天花板和地板等家具或建筑元件中。

图18说明具有通知器260且在发射天线204的耦合模式区内包括接收器装置720的另一主机装置710B。远程通知器760还可与主机装置710B通信。图18的主机装置710B可为例如具有内建发射器的手提包、背包或公文包等物品。或者，主机装置可为经特别设计以供用户输送接收器装置720的便携式发射器(例如充电包)。

图19为说明可在与接收器装置通信且跟踪接收器装置中执行的动作的简化流程图。应注意，可依据一过程来描述示范性实施例，所述过程被描绘为程序框图、流程图、结构图或方框图。尽管程序框图可将操作动作描述为连续过程，但可以另一序列、并行地或大体上同时执行这些动作中的许多动作。另外，可重新布置所述动作的次序。当一过程的动作完成时，所述过程终止。过程可对应于方法、函数、程序、字例程、子程序等。此外，本文中所揭示的方法可实施于硬件、软件或其组合中。

在论述图19的过程800中，还参看图15和图16，其关于可执行一些所描述的功能的特定元件。

为了跟踪主机装置710的耦合模式区内的接收器装置720，示范性实施例可利用上文所论述的无线充电协议已允许接收器装置请求电力的事实。作为充电协议的一部分的额外动作、额外信息或其组合或其它通信信道715将允许主机装置710跟踪其耦合模式区内的各种接收器装置720。

因此，可扩展上文所论述的开关键控通信协议以使得请求充电的接收器装置720能够用唯一识别符(例如，使接收器装置与特定用户相关联的序列号或标签)识别其本身。请求接收器装置720还可传送例如装置的类别(例如，相机、手机、媒体播放器、个人数字助理)等额外信息。

在操作802中，发射器(即，主机装置710上的电力发射装置200)发射其信标或其它一股通信，从而指示其可用于将电力发射到接收器装置720。

在操作804中，一个或一个以上接收器确认发射器且请求接收电力，所述电力可用于对装置充电、操作装置或其组合。

在操作806中，接收器用例如与装置相关联的标签、序列号或其它唯一数据等唯一识别符向发射器识别其本身。接收器还可包括额外信息，例如，装置的类型、关于装置能力的信息和关于装置所有者的信息。

在操作808中，发射器记录唯一识别符和关于已传送此信息的接收器的其它合适信息。发射器还可使所述信息与发射器上的其它信息相关联。举例来说，发射器可经编程以使特定装置与特定用户相关，以使得可在通知器260和760上呈现更详细的信息。换句话说，发射器可经编程以使特定序列号与用户“约翰”相关联，以使得通知器能够指示例如“约翰的PDA存在于主机装置1中”或“预期约翰的PDA在主机装置2处，但并不存在”的信息。

在操作810中，发射器开始或重新开始将电力发射到其耦合模式区内的接收器。

额外特征可包括于本发明的一些示范性实施例中。作为非限制性实例，以下概述且在图19中说明可能的额外特征的三种情况。

在由操作812说明的情况1中，发射器可更新远程通知器760：接收器装置720已向发射器注册。因此，那个接收器装置720的位置以及关于那个接收器装置720的其它信息是已知的且可呈现于远程通知器760上。

在由操作814说明的情况2中，发射器可更新其自身通知器260：接收器装置720已向发射器注册。因此，那个接收器装置720的位置以及关于那个接收器装置720的其它信息是已知的且可呈现于通知器260上。

情况3由操作816和818说明。在操作816中，发射器可经编程以预期某些接收器装置720在某些时间周期期间在其耦合模式区中。另外，便携式主机装置710B可经编程以预期接收器装置720在某些时间期间在某些位置处。举例来说，便携式主机装置710B可经编程以指示PDA在工作时间期间应在办公室中且在非工作时间期间应在家中。因此，用户可预先设定能够对便携式装置充电的手提包(例如，主机装置710B)，以预期某组接收器装置720在包离开房屋之前放置于手提包内。

作为非限制性实例，可编程到主机装置中的此时间和位置信息可用于允许主机装置在某些接收器装置在某时间不在充电器垫710A上时发出警告。另外，当用户在房屋“区”外步行时，主机装置可在预先指定的装置不在(假定)充电包710B中时发出警告。这可通过当充电包710B离开房屋时指定区检测器770通知充电包710B来完成。充电包710B接着可检查关于接收器装置720的其编程和状态信息以确定哪些接收器装置720存在于充电包710B中和预期哪些接收器装置720在充电包710B中。基于此确定，充电包710B可将消息发送到其通知器260、远程通知器760或其组合，以指示所有所预期的装置都存在或充电包710B遗漏一些所预期的装置。

所属领域的技术人员应理解，可使用多种不同技术和技艺中的任一者来表示信息和信号。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上述描述中所参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。

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、电路和算法步骤可实施为电子硬件、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互换性，上文已大体上在其功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此功能性实施为硬件还是软件视特定应用和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实施所描述的功能性，但此些实施决策不应被解释为会导致偏离本发明的示范性实施例的范围。

可用通用处理器、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、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规的处理器、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，或任何其它此类配置。

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可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块、或以所述两者的组合来体现。软件模块可驻留于随机存取存储器(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。将示范性存储媒体耦合到处理器，以使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息，并可将信息写入到所述存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器和存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器和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。如果以软件来实施，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进行传输。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递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。以实例且非限制的方式，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，或可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，适当地将任何连接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、无线电和微波等无线技术从网站、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或例如红外线、无线电和微波等无线技术包括在媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上述各者的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。

提供对所揭示的示范性实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将明白对这些示范性实施例的各种修改，且可在不偏离本发明的精神或范围的情况下将本文中所界定的一股原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文中所展示的实施例，而是将赋予本发明与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims

1.一种经配置以发射无线电力的装置，所述装置包含：

具有耦合模式区的发射天线；

耦合到所述发射天线的放大器；

耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测指示了接收器装置存在于耦合模式区的所述放大器的电力消耗的改变；

通信接口，其经配置以在所述负载感测电路指示所述接收器装置存在于所述耦合模式区内的情况下接收关于所述接收器装置的接收器信息；

控制器，其经配置以基于关于所述接收器装置的所接收的接收器信息而产生关于所述接收器装置的通知信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器进一步经配置以确定如下中的至少之一：

所述耦合模式区内另一接收器装置的存在；或

先前指示是在所述耦合模式区内的所述接收器装置的信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含与所述控制器耦合的无线通信器，所述无线通信器经配置以经由与用于在所述耦合模式区发射能量的无线通信信道不同的通信信道与所述接收器装置通信，其中所述控制器进一步经配置以监视来自所述通信信道的信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述通信信道经配置以用于所述接收器装置和所述耦合模式区中具有接收天线的另一接收器装置之间的对等通信。

5.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述控制器进一步经配置以监视并处理关于所述耦合模式区内的具有接收天线的另一接收器装置的额外信息以产生额外通知信息。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述接收器信息包括装置类型或唯一装置识别符中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括灯、显示器或听觉信号装置中的至少一者，所述灯、显示器或听觉信号装置中的至少一者耦合到所述控制器且经配置以传送所述控制器产生的通知信息。

8.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含与所述控制器耦合的存储器，所述存储器经配置以用于存储关于所述接收器装置的接收器信息或有关所述接收器装置的所述通知信息中的至少一者。

9.一种电力发射系统，其包含：

主机装置，其包含：

发射天线，其经配置以在耦合模式区发射能量；

耦合到所述发射天线的放大器；

耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测所述放大器的电力消耗的改变；

第一通信接口，其用于在所述负载感测电路检测到指示了接收器装置在所述耦合模式区内的电路消耗的改变的情况下接收关于所述接收器装置的接收器信息；

控制器，用于基于关于所述接收器装置的所接收的接收器信息而产生有关所述接收器装置的通知信息；以及

第二通信接口，其经配置以将所述通知信息发射到远程装置以呈现所述通知信息。

10.根据权利要求9所述的电力发射系统，其进一步包含与所述主机装置耦合的指定区检测器，所述指定区检测器经配置以检测所述主机装置何时离开指定区。

11.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述主机装置进一步包含与所述控制器耦合的用户可感知通知器，所述用户可感知通知器经配置以传送所述通知信息。

12.根据权利要求11所述的电力发射系统，其进一步包含：

与所述主机装置耦合的指定区检测器，所述指定区检测器经配置以检测所述主机装置何时离开指定区；且

其中所述控制器经配置以：

在所述主机装置离开所述指定区时从所述指定区检测器接收信号；以及

在所述主机装置离开所述指定区时经由所述用户可感知通知器指示预期将在所述耦合模式区内的任意接收器装置是否有遗漏。

13.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述控制器进一步经配置以确定如下中的至少之一：

所述耦合模式区内的另一接收器装置的存在；或

先前确定存在于所述耦合模式区内的接收器装置的接收器信息。

14.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中所述接收器信息包括装置类型或唯一装置识别符中的至少一者。

15.根据权利要求9所述的电力发射系统，其中，所述远程装置包括显示器、听觉信号装置、计算机显示器或经配置以在网站上显示所述通知信息的计算机中的至少一者。

16.一种用以发射无线电力的方法，其包含：

产生主机装置的发射天线的耦合模式区，以便以所述发射天线的谐振频率传递能量；

检测所述耦合模式区内的具有接收天线的接收器装置的存在；

经由通信信道从所述接收器装置接收对电力的请求；

经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息；

响应于所述唯一识别符信息而在用户可感知的通知器上指示关于所述接收器装置的通知信息；以及

在对所述耦合模式区内接收器装置的检测指示了所述耦合模式区内不存在接收器装置的情况下，停止产生所述耦合模式区。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含将所述唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上。

18.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：

检测所述耦合模式区内的具有接收天线的另一接收器装置的存在；以及

从所述另一接收器装置接收额外唯一识别符信息。

19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包含将所述唯一识别符信息和所述额外唯一识别符信息存储于包括所述发射天线的所述主机装置的存储器上。

20.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：

识别预期将在所述耦合模式区内的接收器装置；以及

经由用户可感知的通知器指示所述耦合模式区内的所预期的接收器装置的存在。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含经由所述用户可感知的通知器指示所述耦合模式区内的所预期的接收器装置的不存在。

22.根据权利要求20所述的方法，其中：

识别预期将在所述耦合模式区内的接收器装置包含针对将在所述耦合模式区内的所预期的接收器装置识别所预期的时间周期；且

所述方法进一步包含在所预期的接收器装置在针对所预期的接收器装置识别的所预期的时间周期期间不存在于所述耦合模式区中时经由所述用户可感知的通知器指示所预期的接收器装置的不存在。

23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含经由所述用户可感知的通知器指示所述主机装置何时离开指定区以及所述主机装置不包括所预期的接收器装置。

24.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含：

将所述通知信息发射到远离所述发射天线的远程用户可感知的通知器，所述远程用户可感知的通知器经配置以指示关于所述接收器装置的所述通知信息。

25.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含经由所述用户可感知的通知器指示所述主机装置何时离开指定区。

26.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含在所述主机装置离开指定区时将信号发射到远离所述发射天线的远程用户可感知的通知器。

27.一种经配置以发射无线电力的设备，所述设备包含：

用于产生耦合模式区的装置，其包括发射天线以及耦合到所述发射天线的放大器；

用于检测所述耦合模式区内的具有接收天线的接收器装置的存在的装置，该检测装置包括耦合到所述放大器的负载感测电路，所述负载感测电路用于检测指示了接收器装置存在于所述耦合模式区内的所述放大器的电力消耗的改变；

用于经由通信信道从所述接收器装置接收对电力消息的请求的装置；

用于在所述负载感测电路检测到指示了接收器装置存在于所述耦合模式区内的所述放大器的电力消耗的改变的情况下经由所述通信信道从所述接收器装置接收唯一识别符信息的装置；以及

用于响应于所述唯一识别符信息而指示关于所述接收器装置的通知信息的装置。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，用于指示通知信息的装置包括用户可感知通知器。

29.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含用于将所述唯一识别符信息存储于所述设备的存储器上的装置。

30.根据权利要求27所述的设备，其中用于检测的装置经配置以检测所述耦合模式区内的具有接收天线的另一接收器装置的存在，且用于接收所述唯一识别符信息的装置经配置以从所述另一接收器装置接收额外唯一识别符信息。

31.根据权利要求30所述的设备，其进一步包含用于将所述唯一识别符信息和所述额外唯一识别符信息存储于所述设备的存储器上的装置。

32.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含：

用于识别预期将在所述耦合模式区内的另一接收器装置的装置；以及

用于指示所述耦合模式区中的所述另一接收器装置的存在或不存在的装置。

33.根据权利要求32所述的设备，其中：

用于识别另一接收器装置的装置包含用于针对将在所述耦合模式区内的所述另一接收器装置而识别所预期的时间周期的装置；且

进一步包含用于在所述另一接收器装置在所述另一接收器装置的所预期的时间周期期间不存在于所述耦合模式区中的情况下指示所述另一接收器装置的不存在的装置。

34.根据权利要求32所述的设备，其进一步包含用于向用户指示所述设备何时离开指定区以及所述设备不包括所述另一接收器装置的装置。

35.根据权利要求27所述的设备，其进一步包含用于指示所述设备何时离开指定区的装置。