CN103098330A - 用于感应功率传输的线圈配置 - Google Patents
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Abstract
一种感应电源系统，其中接收单元包括次级线圈和多个具有不同特性的谐振电路。谐振电路中的每一个可以包括谐振线圈和谐振电容器。该谐振线圈可以被感应地耦合到次级线圈，使得可以将能量从谐振线圈中的一个或更多传输到所述接收单元。该多个谐振电路被配置为在初级线圈和次级线圈之间的不同距离处提供改善的功率传输效率或性能。本发明还提供一种用于调谐无线功率系统的方法，该方法包括如下的一般步骤：测量初级单元中的操作特性、测量接收器单元中的操作特性以及基于上述两个测量的比较来调谐初级单元和次级单元中的部件中的一个或更多。
Description
技术领域
本发明涉及无线电源系统，并且更特别地涉及用于无线电源系统的线圈配置。
背景技术
感应电源系统允许功率被传输到电子设备，诸如便携式设备，而无需直接电连接。可以使用电感器来完成感应功率传输，当电流流过电感器时，电感器产生磁场。相反地，当在有磁场的情况下时，可以在电感器中感应出电流，该磁场诸如是由另一个电感器产生的磁场。如果将两个电感器接近地放置并且用电流驱动一个电感器，那么即使这两个电感器未直接连接，另一个电感器也将产生电流。这两个电感器之间的这种相互关系通常被称为感应耦合，并且许多已经使用了该现象来传输功率而无需电连接。
事实上，无线功率传输的基本原理中的许多原理已经为人所知达100年或更久。被广泛认为是无线功率传输之父的尼古拉·泰斯拉以早在1893年已经证明了用于无线地对电灯泡进行供电的系统而闻名。泰斯拉花了许多年在该领域中进行研究和开发，并且聚集了涉及无线功率传输的重要的专利组合。如我们所看到在无线功率方面的兴趣再生那样，他的早期发明中的一些正在被现今开发无线功率系统的人们所使用。例如，泰斯拉的美国专利649，621和685，012公开了可以通过结合附加的一组中间线圈来改善在初级线圈和次级线圈之间的感应功率传输，该中间线圈起“谐振”线圈的作用来放大振荡并且在初级单元和次级单元之间传递功率。更具体地，初级单元包括一起操作来向次级单元发送功率的一对线圈，并且，次级单元包括一起操作来接收该功率的一对线圈。初级单元包括初级线圈以及谐振线圈，该初级线圈电连接到电源并且直接从电源接收功率，该谐振线圈感应地耦合到直接被供电的线圈。谐振线圈从初级线圈感应地接收功率、放大振荡并且生成电磁场以向次级单元传递功率。泰斯拉还证明了与谐振线圈单独产生振荡相比，与谐振线圈组合使用的电容可以产生甚至更大的振荡。次级单元包括另一个谐振线圈和次级线圈，该另一个谐振线圈接收由初级单元谐振线圈生成的电磁场，该次级线圈感应地耦合到次级谐振线圈以将功率直接发送到次级负载。所以，如可以看到的那样，使用单独的一组中间线圈来提供具有改善的性能的感应耦合的概念已经为人所知达超过一个世纪。
虽然无线功率传输的基本概念已经存在达许多年，但是已经有相对近的对该技术的兴趣的再生，并且，正作出广泛努力来实现实用且高效的无线功率传输系统。存在各种各样的使高效系统的开发变复杂的因素。例如，操作特性（即，在其之下系统进行操作的条件）能够具有功率传输的质量和效率的重大的影响。作为另一个示例，互感能够对初级单元和次级单元之间的功率传输的效率有显著影响。互感取决于多个电路参数，包括初级单元谐振线圈和次级单元谐振线圈之间的距离。当初级单元谐振线圈和次级单元谐振线圈之间的距离被最小化时，互感增加。距离和互感之间的该反比关系可能对系统的操作参数施加限制。
可以通过改变电源系统的操作参数来适应不同的操作条件，来改善初级单元和次级单元的能量传输效率。因此，已经开发出了高效率电源系统，该高效率电源系统响应于改变操作特性来适配电源的操作参数，该操作特性诸如是初级单元和次级单元（或接收器单元）之间的相对距离和定向。自适应电源系统可以改变操作参数，诸如初级单元或次级单元的谐振频率、或操作频率、驱动信号的占空比或干线电压。然而，可变驱动频率解决方案倾向于严重依赖于更密切的接近或更高的互感来控制初级单元和次级单元之间的功率传输效率。因此，可变驱动效率解决方案通常缺乏在初级单元和次级单元之间的空间自由。
在可变谐振频率系统中，空间自由可能大于可变驱动频率系统，因为该系统不那么依赖于密切的接近或更高的互感。然而，在功率传输效率上的精确控制可能更加成问题，因为可变谐振频率系统不像可变驱动频率解决方案那样细微可调。这就是为什么可变谐振频率系统可能在实际使用中产生混合的结果。
发明内容
本发明提供一种感应电源系统，其中接收单元包括次级储能线圈和多个具有不同特性的谐振电路。谐振电路中的每一个可以包括谐振线圈和谐振电容器。谐振线圈可以被感应地耦合到次级线圈，使得能量可以从谐振线圈中的一个或更多传输到所述接收单元。该多个谐振电路被配置成在初级线圈或初级和次级线圈或次级之间的不同的距离处提供改善的功率传输效率或性能。在一个实施例中，各种谐振电路被配置成通过当接收单元相对于初级单元在不同的位置处时考虑对互感的影响来提供改善的性能。例如，谐振电路中的每一个可以具有不同的谐振频率。
在一个实施例中，次级线圈可以被配置成当接收单元密切接近初级单元并且接收单元通过互感的影响更高时提供改善的性能。当初级单元和接收单元之间的距离已经增加使得接收单元通过互感的影响被显著地降低时，可以选择该多个谐振电路中的一个来提供改善的性能。当初级单元和接收单元之间的距离足够大以使接收单元通过互感的影响低时，可以选择该多个谐振电路中的另一个来提供改善的性能。
在一个实施例中，接收单元可以包括次级储能电路和至少一个谐振电路。次级储能电路可以包括次级储能线圈和次级储能电容器。使用诸如调谐网络的电路系统，次级储能电路可以具有可变谐振频率。使用类似的调谐电路系统，谐振电路中的一个或更多可以具有可变谐振频率。当远程设备密切接近时，在此对互感的影响更高，次级储能电路可以被选择并且使它的谐振频率被调整来提供改善的性能。在互感被降低的情况中，谐振电路可以被选择并且使它的谐振频率被调整来提供改善的性能。
在另一个实施例中，接收单元可以包括至少一个连接到开关的谐振电路。开关可以被打开或关闭来有效地从系统中移除谐振电路，使得基于调谐和开关，它可以具有对互感的最小影响。当接收单元在特定接近范围内时，开关可以被用于选择谐振电路中的一个或更多，该谐振电路中的一个或更多由于在该距离处对互感的影响而可能适合于高效的功率传输。如果远程设备在对互感的影响不同的另一个接近范围内，那么可以用开关选择另一个谐振电路或多个谐振电路。此外，如果接收单元的接近使得对互感的影响相对高，那么可以不选择谐振电路。在这些情况中，接收单元可以使用次级储能电路来从初级单元接收功率。次级储能电路也可以被切换到系统中以及切换到系统外。
在一个实施例中，初级单元可以包括初级线圈和可以被感应地耦合到初级线圈的初级谐振电路。初级谐振电路可以包括初级谐振线圈和初级谐振电容器。而且，初级谐振电路可以通过与次级储能电路或另一个定位在接收单元内的谐振电路的感应耦合而将功率传输到接收单元。
在另一个实施例中，初级单元可以包括用于接入初级谐振电路和断开该电路的开关。当在初级单元中初级谐振电路是活动的时，可以通过在初级谐振电路和接收单元中的次级储能电路或谐振电路之间的感应耦合来传输能量。在其它情况下，初级谐振电路可以被切换到初级单元的电路系统之外。在该情况下，初级线圈可以经由与接收单元中的次级储能电路或谐振电路的感应耦合来传输能量。
在另一个实施例中，初级单元可以包括在没有谐振的情况下（例如，在没有储能电路电容的情况下）进行操作的初级线圈。初级线圈可以与定位在接收单元内的线圈或与定位在初级单元中的初级谐振线圈感应地耦合。如果初级线圈与初级谐振线圈感应地耦合，那么初级谐振线圈可以与定位在接收单元内的线圈感应地耦合来将能量传输至接收单元。
在另一个方面，本发明可以提供用于调谐无线功率系统的方法，该方法包括如下的一般步骤：测量初级单元中的操作特性、测量接收器单元中的操作特性以及基于上述两个测量的比较来调谐初级单元和次级单元中的部件中的一个或更多。可以关于初级线圈和次级线圈来使用用于调谐的方法以确定对初级单元和次级单元之间的感应耦合的适当设置的理解。例如，无线功率系统可以比较两种测量并调谐初级单元和/或接收器单元来改善功率传输效率。基于该比较，无线功率系统可以确定（1）初级单元的谐振频率是否可以被不同地调谐以及（2）接收器单元的谐振频率或多个谐振频率是否可以被不同地调谐来改善功率传输效率。
在一个实施例中，用于操作无线功率系统的方法包括扫描（sweep）初级单元的驱动频率来建立频率响应表格。频率响应表格可以包括在各种电路位置处的在初级单元、次级单元、或二者中的测量出的条件。这些测量出的条件可以是电流测量或电压测量的各种形式，诸如峰值电流/电压、均方根电流/电压、以及峰到峰电流/电压。无线功率系统可以调整次级储能电路和/或该多个谐振电路中的一个的谐振频率来改善功率传输效率。无线功率系统也可以调整干线电压、操作频率、以及占空比中的至少一个来向接收器单元提供功率。
本发明提供了简单并且有效的无线充电系统，该系统允许空间自由和改善的功率传输效率。无线充电系统包括多个谐振电路，该谐振电路被配置成在接收器单元和初级单元之间的各种距离处提供改善的功率传输效率。这可以通过将在各种距离处接收器单元对初级单元所具有的互感的影响考虑在内而被实现。而且，无线功率系统可以细微地调谐操作频率和其它电路参数来获得改善的功率传输效率。
通过参考各实施例的描述和附图，将会更加全面地理解和认识本发明的这些和其它特征。
附图说明
图1是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图2是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图3是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图4是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图5是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图6是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图7是次级线圈可能具有的对互感的作用。
图8是示出用于操作具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的一个方法的流程图。
图9是具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的代表性图。
图10是示出用于操作具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的一个方法的流程图。
图11是示出用于操作具有线圈配置的无线功率系统的一个实施例的一个方法的流程图。
图12图示了调谐电容器网络的一个实施例的代表性示意图。
图13是在其中初级单元和接收器单元的每一个都包括集成谐振电路的现有技术无线功率系统的代表性图。
图14是在其中接收器谐振电路与便携式设备分离的可替换无线功率系统的代表性图。
图15是在其中单独的接收器谐振电路包括寄生功率指示器的可替换无线功率系统的代表性图。
图16A是在其中单独的接收器谐振电路包括寄生功率指示器和开关的可替换无线功率系统的代表性图。
图16B是在其中单独的接收器谐振电路包括寄生功率指示器和可替换开关的可替换无线功率系统的代表性图。
图17是具有单独的接收器谐振电路的无线功率系统的应用的代表性图。
图18是具有可移除地附着于便携式设备的单独的接收器谐振电路的无线功率系统的代表性图。
在详细地解释本发明的实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用方面不限于在以下的描述中阐述的或者在附图中图示的部件的排列和构造的细节。本发明能够实现其它实施例并且能够以各种方式实践或实行。此外，应当理解的是，在此使用的用语和术语是为了描述的目的并且不应当被认为是限制。“包括”、“包含”和其变化的使用旨在包括列在其后的项和其等同物以及附加的项和其等同物。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的实施例的无线电源系统10。无线电源系统10包括使用电磁场发送功率的初级单元12和具有接收器单元16的便携式设备，该接收器单元16用于接收经由电磁场发送的功率。便携式设备与初级单元12分离并且相对于初级单元12可容易地移动。接收器单元16包括次级储能电路21和多个谐振电路25a-b。次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b可以各自被不同地配置以当便携式设备相对于初级单元12在不同的位置处时提供改善的功率传输效率。可以使用任何数量的改变电路阻抗的方法来完成配置。取决于各种因素（包括便携式设备对互感的影响的变化范围、成本和可用空间），不同的接收器单元16谐振电路25a-b的数量可以因应用而不同。因此，本发明包括能够适应于各式各样的操作参数的接收器单元16，该操作参数诸如是接收器单元16相对于初级单元12的位置。
如图1、4和5中所示出的那样，接收器单元16、416、516可以具有多种配置。可以以任何数量的组合将这些配置进行组合来产生能够从初级单元无线地接收功率的接收器单元。在一个实施例中，接收器单元416包括可变电容器430、436a，该可变电容器430、436a可以用于调整接收器单元中的次级储能电路421或谐振电路425a的谐振频率。接收器单元516的可替换实施例可以包括开关，该开关控制在无线电源系统500中谐振电路525a-b是否是活动的以使它对互感有影响。
为了公开的目的，接收器单元16被描述为与便携式设备分离。然而，接收器单元16可以与便携式设备集成来向便携式设备部件（诸如电池或其它电路系统）提供功率。在一个实施例中，便携式设备可以是蜂窝电话或其它移动设备并且可以靠近初级单元12放置来无线地接收用于执行操作的功率，这些操作诸如是电池充电、操作显示器、或处理器功能。在其它实施例中，接收器单元16可以与便携式设备分离。例如，接收器单元16可以是连接到便携式设备并且从初级单元12给它提供功率的适配器。
初级单元12可以是任何类型的能够经由电磁场发送功率的感应无线电源。在一个实施例中，初级单元12可以根据多个特性（诸如功率传输效率）来改变操作频率。为了公开的目的，结合用于将功率无线地施加到接收器单元16的特定初级单元12来描述本发明。然而，本发明很好地适合于与其它无线电源电路系统一起使用并且可以可替换地包括基本上任何能够将功率施加到被驱动的初级的无线电源电路系统。例如，本发明可以被结合到包括下列感应电源的无线电源系统中：由Baarman于2008年1月7日提交的标题为“Inductive Power Supply with Duty Cycle Control”的美国序列号61/019,411中公开的感应电源；Baarman的标题为“Adaptive Inductive Power Supply”并于2007年5月1日授权的美国专利7,212,414的感应电源；或者Baarman的标题为“Adaptive Inductive Power Supply with Communication”并于2003年10月20日提交的美国序列号10/689,148的具有通信的感应电源——所有这些通过引用被整体结合于此。
在一些实施例中，初级单元12可以包括初级谐振线圈22和初级谐振电容器32以在被初级线圈24激励时产生电磁场。该电磁场可以用于将功率无线地传输至接收器单元16。在其它实施例中，初级谐振线圈22和初级谐振电容器32可以不被包括在初级单元12中。在这些配置中，初级线圈24可以用于将功率无线地传输至接收器单元16。
图1-3还示出了具有各种配置的初级单元12、212、312的各种实施例。在一个实施例中，初级单元212可以包括允许它控制初级谐振线圈22是否活动地被用于将功率无线地传输至接收器单元的开关258。在可替换的实施例中，初级单元312可以在没有电容器的情况下操作。
在图8-10和13中示出对无线电源系统10的实施例进行调谐的各种方法。当然，调谐的方法可以根据初级单元12和接收器单元16的配置因应用而不同。在一个实施例中，该方法可以测量初级单元12和接收器单元16中的操作特性。例如，操作特性可以是初级单元12和接收器单元16的频率响应。可以将两个测量进行比较，使得无线功率系统10可以确定是否对初级储能线圈24、初级谐振线圈22（如果存在）、次级储能线圈20、和/或谐振线圈26a-b的谐振频率进行调谐。无线功率系统10可以调谐这些部件来获得改善的功率传输效率。
在图1的实施例中，无线电源系统10包括初级单元12和接收器单元16。接收器单元16包括次级储能电路21、多个谐振电路25a-b、整流器40、控制器42和负载44。次级储能电路21可以包括次级储能线圈20和次级谐振电容器30。谐振电路25a-b中的每一个可以包括谐振线圈26a-b和谐振电容器36a-b。次级储能线圈20和多个谐振线圈26a-b可以由卷绕的导体构成来产生期望的电感。例如，次级储能线圈20和多个谐振线圈26a-b可以是PCB迹线或者Litz线。次级储能线圈20和多个谐振线圈26a-b可以根据针对每一个的期望的调谐而各自具有类似或不同的电感。次级储能电容器30和谐振电容器36a-b可以是根据期望的配置而改变电容的一个或许多电容器。在可替换的实施例中，在电路操作的期间，次级储能线圈20、次级储能电容器30、多个谐振线圈26a-b、以及谐振电容器36a-b中的至少一个可以是可变的。
一起地，次级储能线圈20和其相关联的次级储能电容器30可以形成在特定频率周围谐振的电路。该多个谐振线圈26a-b和它们的相关联的谐振电容器36a-b中的每一个还可以形成在不同频率周围谐振的各个电路。次级储能线圈20和该多个谐振线圈26a-b中的每一个的特定配置可以在初级单元12位于各种距离的情况下提供改善的功率传输效率。在各种距离处，次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b可以对与初级单元12的互感有不同的影响。因此，取决于它们对互感的影响，可以在各种距离处为了改善的功率传输效率而各自配置次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b。在可替换的实施例中，可以对次级储能电路21和多个谐振电路25a-b进行配置，使得在各种距离处在相同频率附近发生谐振条件。例如，当次级储能电路21在一种距离处提供改善的功率传输效率时，谐振频率可以基本上类似于在另一距离处使用谐振电路25a-b以改善的功率传输效率的配置发生的谐振频率。当基于它们对互感的影响利用不同的配置时，该可替换的实施例可以允许初级单元12在各种距离处使用类似的操作参数，诸如操作频率。
在当前的实施例中，次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b可以感应地耦合到彼此。这可以通过接近或接近和磁通量引导的组合来完成。当该多个谐振电路25a-b中的一个相比于次级储能电路21更适合被配置用于改善的功率传输效率时，该谐振线圈可以用于从初级单元12接收功率，并且随后可以感应地将其能量传输给次级储能线圈20。如果次级储能电路21相比于多个谐振电路25a-b中的每一个而更适合被配置时，那么次级储能电路20可以用于向接收器单元16供给功率。如可以从此描述中所看到的那样，可以为了改善的功率传输效率而选择提供最优性能的电路。
整流器40可以包括在本领域中众所周知的用于将从次级储能电路21接收的信号变换成用于控制器42的整流输出的电路系统。例如，整流器40可以将从次级储能电路21接收到的AC信号转换成全波整流输出。在可替换的实施例中，整流器40还可以包括用于将整流输出平滑成对控制器42的基本DC输出的电路系统。在当前的实施例中，控制器42可以包括在本领域中众所周知的用于接收整流输入和向负载44提供功率的电路系统。控制器42可以检测并调整对负载44的功率，使得负载可以接收适当量的能量。负载44可以包括任何类型的电阻抗，诸如接收单元16电路系统或移动设备。在可替换的实施例中，负载44可以外部地连接到接收单元16，使得接收单元可以与负载44可分离。
在当前的实施例中，控制器42可以使用各种技术无线地与初级单元12进行通信。例如，控制器42可以使用收发器电路系统（未图示）经由IEEE 802.11、蓝牙或IrDA协议无线地与初级单元12进行通信。作为另一个示例，控制器42可以能够使用调制技术在次级储能电路21或多个谐振电路25a-b上无线地通信。
接收单元16和初级单元12可以交换信息，诸如操作参数。例如，操作条件可以包括电路测量，电路特性，或设备识别信息。在可替换的实施例中，接收单元16和初级单元12可以不与彼此进行通信。在这些实施例中，初级单元12可以通过识别接收器单元16的反射阻抗来检测接收器单元16的操作条件。在再一个可替换的实施例中，初级单元12可以与便携式设备（其连接到接收单元16）进行通信来发送和接收操作条件。
在图1的实施例中，初级单元12可以包括电源输入50、电源52、逆变器54、谐振控制56、初级谐振电路58和初级储能电路23。初级储能电路23可以包括初级电容器34和初级线圈24。电源52、逆变器54和谐振控制56可以包括在本领域中众所周知的电路系统。电源52从电源输入50接收功率，其中电源输入50可以是AC功率、DC功率或另一个合适的能量源。电源52可以将来自电源输入50的功率变换成由逆变器54可用的能量。例如，电源52可以在指定干线电压处为逆变器54提供DC功率。此外，电源52可以从谐振控制56接收命令来改变输出干线电压。逆变器54可以为初级储能电路23提供功率。逆变器54可以被谐振控制56命令以在指定频率、占空比或二者的条件下为初级储能电路23提供AC功率。因此，初级单元12可以在命令的干线电压、占空比、频率或这三项的组合的条件下为初级储能电路23提供功率。
初级储能电路23中所包括的初级电容器34和初级线圈24可以与关于接收单元16的以上描述的次级储能电容器30和次级储能线圈20类似地被构造。初级线圈24和初级电容器34可以从逆变器54接收功率并且经由谐振电路58中所包括的初级谐振电容器22和初级线圈24之间的感应耦合将该功率传输到初级谐振电路58。
在当前的实施例中，谐振电路58可以包括初级谐振电容器32和初级谐振线圈22，使得谐振电路58具有谐振频率。初级谐振电容器32和初级谐振线圈22可以是与关于接收单元16的以上描述的谐振电容器36a-b和次级谐振线圈26a-b类似的构造。如以上所描述的那样，初级谐振线圈22可以经由与次级储能电路21和多个谐振电路25a-b中的至少一个的感应耦合而将能量传输到接收单元16。在可替换的实施例中，初级谐振线圈58不包括在初级单元12中。在这些实施例中，如上所述，初级储能电路23可以通过与次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b的至少一个的感应耦合而将功率传输到接收单元16。
在图2中示出一种可替换的无线电源系统200。图2的无线电源系统200包括初级单元212和接收器单元16。图2的接收器单元16可以与关于图1描述的接收器单元16类似，其中当前实施例的接收器单元16可以被配置为经由电磁场接收从初级单元212发送的功率。因此，由于考虑到对互感的影响的能力，接收器单元16可以在相对于初级单元212的各种位置上接收功率。此外，接收器单元16可以被包括在便携式设备（未示出）中。
初级单元212可以包括与初级单元12类似的部件，诸如电源输入50、电源52、逆变器54、初级储能电容器34、初级储能线圈24、初级谐振电容器32和初级谐振线圈22。当然，这些部件可以被配置来执行初级单元212的功能性。例如，初级谐振电容器32和初级谐振线圈22可以被配置为在频率周围谐振，而初级储能电容器34和初级储能线圈24可以被配置为在不同的频率周围谐振。初级单元212还可以包括谐振电路开关258和谐振控制256，其中谐振控制256可以包括与以上描述的谐振控制56类似的功能性。
在图2的实施例中，谐振控制256可以对经由与初级储能线圈24或者初级谐振线圈22的感应耦合而将功率传输到接收器单元16进行控制。谐振控制256可以控制谐振电路开关258来调节初级储能线圈24或初级谐振线圈22是否被用于产生用于能量传输的电磁场。谐振控制256可以根据多个操作条件（诸如初级单元212的配置、接收单元16的配置和无线电源系统200的电路测量）做出该决定。该确定也可以基于在（1）次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b中的至少一个与（2）初级储能电路23或者初级谐振电路58之间的互感。例如，次级谐振电路25a和初级谐振电路58可以在初级单元12和接收器单元16之间的特定距离处具有在该距离处提供超过其它组合的改善的功率传输的互感。因此，无线电源系统200可以通过使用在初级单元12和接收单元16之间产生改善的功率传输效率的电路的组合来实现改善的功率传输和空间自由。
在图3中示出另一个可替换的无线电源系统300。在该实施例中，无线电源系统300包括初级单元312和接收器单元16。图3的接收器单元16可以与关于图1和图2描述的接收器单元16类似，其中当前实施例的接收器单元16可以被配置为经由电磁场接收从初级单元312发送的功率。因此，由于考虑到对互感的影响的能力，接收器单元16可以在相对于初级单元312的各种位置上接收功率。此外，接收器单元16可以被包括在便携式设备（未示出）中。
初级单元312可以包括与初级单元12类似的部件，诸如电源输入50、电源52、逆变器54、谐振控制56和谐振电路58。初级单元312也包括可以被感应地耦合到谐振电路58的初级线圈324。初级线圈324可以通过感应地将能量传输到谐振电路58来间接地向接收器单元16提供能量，该谐振电路58随后将能量传输到接收单元16。类似于关于图1的以上描述的接收器16，接收器单元16可以使用次级储能电路21和该多个谐振电路25a-b中的至少一个来接收该能量。在可替换的实施例中，谐振电路58可以不存在于初级单元312中。在这些实施例中，初级线圈324使用电磁场感应地向接收器单元16提供功率，而无需谐振（例如，无需储能电路电容）。在一些情况下，储能电路电容限制接收器单元16相对于初级单元312的动态范围，并且因此，可以基于期望的范围配置来选择储能电路电容。在再一个可替换的实施例中，接收器单元16可以在次级储能电路、谐振电路、或二者中感应地接收功率，而无需储能电路电容。
在图4中示出无线电源系统400的再一个可替换的实施例。在图4中示出的无线电源系统400包括初级单元312和接收器单元416。图4的初级单元312可以与关于图3描述的初级单元312类似，其中当前实施例的初级单元312可以被配置为经由通过初级谐振电路58产生的电磁场将功率传输到接收器单元416。在该实施例中的初级谐振电容器432是可变的电容器。控制器56可以通过调整可变电容器的电容来调整谐振电路58的谐振频率。当然，在可替换的实施例中，初级谐振电容器432可以是固定的电容。在此外可替换的配置中，初级线圈324可以被电连接到可变初级电容器，其可以被选择性地调整。这样，控制器56可以选择性地调整可变初级电容器以便影响初级储能电路的谐振频率。
此外，初级单元312可以根据接收器单元416的特性（诸如次级储能电路421和谐振电路426a的谐振频率）来控制初级线圈324和初级谐振电路58的操作。在可替换的实施例中，初级单元312可以不包括谐振电路58，其中初级线圈324可以将功率感应地传输到接收器单元416。
接收器单元416可以包括与接收器单元16类似的部件，诸如整流器40和负载44。在当前的实施例中，整流器40和负载44可以被适当地配置来执行接收器单元416的功能性。接收器单元416还可以包括控制器442、次级储能电路421和谐振电路425a。在可替换的实施例中，可以有多个谐振电路425a。次级储能电路421可以包括次级储能线圈420和次级储能电容器430。谐振电路425a可以包括谐振线圈426a和谐振电容器436a。次级储能线圈420和谐振线圈426a可以与关于图1描述的次级储能线圈20和次级谐振线圈426a类似地被构造。次级储能电容器430和谐振电容器436a可以是能够响应于来自控制器442的命令而改变它们的电容的可变电容器或电容器阵列。例如，可变电容器可以与关于图12描述的实施例类似地被构造。控制器442可以类似于关于图1-3描述的控制器42，并且可以根据期望的谐振电路的调谐控制次级储能电容器430和谐振电容器436a的电容。例如，可以使用次级储能电容器430的可变电容来调整次级储能电路421的谐振频率。在可替换的实施例中，次级储能线圈420和谐振线圈426a可以是可变电感器并被控制器442可变地控制。在再一个可替换的实施例中，次级储能线圈420、谐振线圈426a、次级储能电容器430和谐振电容器436a可以被控制器442可变地控制。
接收器单元416可以根据期望的调谐和对存在于接收器单元416和初级单元312之间的互感的影响来调整次级储能电路421和谐振电路425a中的至少一个的谐振频率。因此，接收器单元416和初级单元312可以获得相对于彼此的空间自由和改善的功率传输。
在图5中示出了无线电源系统500的另外的可替换的实施例。现在参考图5，无线电源系统500包括初级单元12和接收器单元516。图5的初级单元12可以类似于关于图1描述的初级单元12，其中当前实施例的初级单元12可以被配置来经由通过初级谐振电路58产生的电磁场将功率传输至接收器单元516。此外，初级单元12可以根据接收器单元516的特性（诸如次级储能电路21和该多个谐振电路525a-b的谐振频率和状态）来控制初级储能电路23和初级谐振电路58的操作。在可替换的实施例中，初级单元12可以不包括谐振电路58，其中初级电路23可以将功率感应地传输到接收器单元516。
接收器单元516可以包括与接收器单元16类似的部件，诸如整流器40、负载44和次级储能电路21。接收器单元516还可以包括控制器542和多个谐振电路525a-b。该多个谐振电路525a-b中的每一个可以包括谐振线圈526a-b、谐振电容器536a-b和次级谐振开关546a-b。谐振线圈526a-b和谐振电容器536a-b可以类似于在图1中描述的次级谐振线圈26a-b和谐振电容器36a-b。因此，该多个谐振电路525a-b中的每一个可以具有谐振频率。控制器542可以包括在现有技术中已知的用于控制次级谐振开关546a-b的电路系统。控制器542可以操作次级谐振开关546a-b来打开以及关闭它们关联的谐振电路525a-b。通过将次级谐振电路525a-b切换到无线电源系统500中以及切换到无线电源系统500之外，控制器542可以根据该次级谐振电路525a-b的谐振频率和其对无线电源系统500的互感的影响来使用适当的次级谐振电路525a-b。此外，控制器542可以根据它们对互感的影响来选择一个或多个次级谐振电路525a-b。因此，无线电源系统500可以获得在初级单元12和接收器单元516之间的改善的功率传输和空间自由。在可替换的实施例中，次级储能电路21也可以被切换到无线电源系统500之中以及切换到无线电源系统500之外。例如，在完成了便携式设备的充电或者发生了过电压条件的情况下，次级储能电路21可以被切换到无线电源系统500之外。
图6-7示出次级储能电路21和多个谐振电路25a-b可能具有的对无线电源系统的互感的作用。当接收器单元16相对于初级单元12之间的距离增加时，对互感的影响降低。因此，次级储能电路21或该多个谐振电路25a-b中的一个可以被更适当地配置成在特定距离处高效地传输功率。次级储能电路21或谐振电路25a-b中的每一个被适当地配置来传输功率的距离可以在某些距离处重叠，并且针对特定距离可能有多于一个的配置。
作为示例，次级储能线圈720或该多个谐振储能线圈726a-b中的一个可以被更适当地配置成在特定距离处高效地传输功率。在当前实施例中，当接收器单元16更靠近初级单元12时，它可以对互感有更大的影响。因此，次级储能电路21可以被配置成在这些更近的距离处高效地接收功率。当接收器单元16相对于初级单元12在中间距离处时，它可以对互感有更少的影响或对互感有重大降低的影响。在这些情况下，例如，谐振电路26a可以被配置成在该中间距离处高效地接收功率。作为另一个示例，当与之前的示例相比接收器单元16与初级单元12相距甚至更大的距离时，对互感的影响可能是微不足道的。因此，谐振电路26b可以被配置成在该距离处高效地接收功率。
图8示出用于操作无线电源系统的方法的一个实施例。图9示出参考图8进行描述的无线电源系统，因为它包括可以便于描述在图8中示出的方法的部件。更具体地，图9示出无线电源系统900，该无线电源系统900包括初级单元912和具有接收器单元电路系统的便携式设备914。无线电源系统900可以包括分别测量通过初级储能电路923和次级储能电路921的电流的初级电流传感器955和次级电流传感器941。此外，初级单元912和便携式设备914可以将信息（诸如测量的电流或设备识别信息）传递给彼此。初级单元912可以包括D-到-A驱动器和限幅器953，其可以接收来自控制和通信电路系统956的命令并以可用的形式将它们发送到电源952和模拟谐振搜索（seeking）驱动电路系统954。该D-到-A驱动器和限幅器还可以包括用于防止在初级单元912和便携式设备914之间发生不安全系统幅度的电路系统。如在之前的实施例中所描述的那样，初级单元912可以控制干线电压、占空比、操作频率或它们三个的组合中的至少一个，并且便携式设备914可以控制次级储能线圈920和可变次级储能电容器930的谐振频率。应当理解的是，在图9中示出的部件中的任一个可以被包括在之前描述的实施例中，并且之前描述的实施例可以实现在图8中示出的操作方法。
图8中示出的调谐的方法可以包括测量初级单元912和接收器单元中的操作特性，诸如操作频率。无线功率系统可以比较这些操作特性来确定调谐初级单元912或接收器单元是否可以提供改善的功率传输效率。在当前实施例中，初级单元912可以扫描初级谐振线圈922的操作频率。步骤802。在未使用初级谐振线圈922的可替换的实施例中，初级单元912可以扫描相对于初级线圈924的操作频率。在扫描操作期间，无线电源系统900可以创建在初级单元912和便携式设备914中所做的测量的表格。步骤804。这些测量可以包括初级电流传感器955、次级电流传感器941、或另一个指示在频率扫描期间初级单元912或接收器单元的状态的测量。初级单元912和接收器单元可以将它们的制表的数据传递给彼此，使得可以确定频率间隙。制表的数据可以允许对在初级单元912和接收器单元中测量出的谐振频率或峰值以及在这些谐振频率和峰值之间的各种间隙进行详细的表示。根据初级储能电路923、初级谐振电路958、次级储能电路921和谐振电路925的配置，可以有多个谐振频率或峰值。如在其它实施例中所描述的那样，当前实施例可以包括多于一个谐振电路925。频率间隙是在初级单元912处测量的谐振频率或峰值和在接收器单元处测量的谐振频率或峰值之间的一个差或多个差。在这些谐振条件之间的比较可以提供协调测量的特性和调整操作参数来改善功率传输效率的方式。一旦频率间隙被确定，初级单元912和便携式设备914可以确定用于改善的功率传输效率的操作参数，诸如期望的次级储能电路921的谐振频率。步骤806。无线电源系统900还可以确定定位在接收器单元内的谐振电路925的期望的谐振频率和初级储能电路923的期望的谐振频率。初级单元912然后可以调整干线电压、占空比和操作频率中的至少一个来将功率提供给接收器单元。可以做出这些调整以将系统幅度维持在安全水平内来防止部件被损坏。步骤808和810。在可替换的实施例中，基于便携式设备具有的对互感的影响，初级单元可以进行调整来高效地向便携式设备提供功率。在另一个可替换的实施例中，便携式设备914还可以调整可变的次级储能电容器930来获得在步骤806中确定的期望的谐振频率变化。在当前的实施例中，初级单元912现在可以调整传递给便携式设备914的功率的量，其可以取决于便携式设备914的负载944。步骤814。
无线电源系统900可以调整操作参数以便获得改善的功率传输效率并向便携式设备914提供适当量的功率。因此，可以重复以上所描述的步骤的组合，使得无线电源系统900可以持续地改善功率传输效率。例如，如果诸如便携式设备914相对于初级单元912的接近的条件改变，那么无线电源系统900可以调整以为便携式设备914提供改善的功率传输效率。
描述的调谐方法可以关于初级储能电路923、初级谐振电路958、次级储能电路921和谐振电路925同时被使用来确定适当的操作参数并在1）初级线圈924和初级谐振线圈922与2）次级线圈920和谐振线圈925之间选择合适的感应耦合。例如，次级电流传感器941和初级电流传感器955可以在频率扫描期间分别测量在初级储能电路923和次级储能电路921中的电流。在初级单元912处测量的频率响应可以被感应耦合影响，其可以取决于初级储能电路923、初级谐振储能电路958、次级储能电路921和谐振电路925中的每一个的配置。另外，在接收器单元处测量的频率响应也可以被感应耦合影响，其可以取决于初级储能电路923、初级谐振储能电路958、次级储能电路921和谐振电路925中的每一个的配置。然后可以比较来自初级单元912和接收器单元的频率响应曲线以调整无线电源系统900从而在初级单元912和接收器单元之间的特定距离处实现改善的功率传输效率。可替换地，传感器可以与初级储能电路923、初级谐振电路958、次级储能电路921和谐振储能电路925中的每一个相关联。关于每一个传感器测量的特性可以与彼此进行比较以便为了改善的功率传输效率而调整无线电源系统900。此外，描述的用于调谐的方法不限于测量作为操作特性的电流。用于调谐的方法可以包括测量电压、相位、或不同操作特性的组合。
另外，描述的用于调谐的方法可以重复地用于改善功率传输效率。可以在操作期间的任何时间执行频率扫描和比较以确定功率传输效率是否可以被改善或调整。此外，可以关于次级储能电路921和谐振电路925中的一个或更多和初级储能电路923执行频率扫描。可以在次级储能电路921和谐振电路925中的一个或更多和初级储能电路923的频率响应之间的比较后做出调整。可以关于初级储能电路923和相同组或不同组的次级储能电路921和谐振电路925再次执行频率扫描和调整。因此，在初级单元912和接收器单元之间的功率传输效率可以被持续地改善。
现在参考图10，示出了用于操作无线电源系统的方法的一个实施例。该方法可以允许无线功率系统使初级单元和接收器单元与彼此进行通信以协调动态谐振频率匹配。在上电时，无线电源系统开始针对接收器单元的存在进行监视。步骤1002。可以使用诸如查验（ping）、负载检测或者通信之类的技术来完成存在检测。如果没有接收器单元被检测到，那么系统可以继续针对接收器单元的存在进行监视。步骤1004和1006。一旦检测到接收器单元，无线电源系统可以扫描初级单元的功率传输频率范围。在频率扫描期间，初级单元和接收器单元的每一个可以进行无线电源系统的多个测量，诸如在不同频率处通过初级储能电路和次级储能电路的电流。步骤1008。使用这些测量，无线电源系统可以确定初级单元和接收器单元是否基本匹配用于高效的功率传输。步骤1010。如果两者基本匹配，那么无线电源系统可以开始向接收器单元提供功率。步骤1014。如果两者未基本匹配，那么可能有调谐初级单元或接收器单元的机会来获得改善的功率传输效率。如果有机会调谐，那么无线电源可以调整初级单元谐振或接收器单元谐振中的至少一个。步骤1012、1016、1018、1020、1022。可以通过使用可变电感器、可变电容器以及从多个谐振线圈中进行选择中的至少一个（这取决于根据接收器单元对互感的影响）来完成调谐。初级单元可以开始向接收器单元提供适当量的功率并可以调整一个或多个操作参数，诸如操作频率、占空比、或干线电压。步骤1024。
图11示出用于与自适应无线电源系统一起使用的方法的一个实施例。该方法可以允许无线电源系统调整频率和干线电压以实现在初级单元和接收器单元之间的高效功率传输。在可替换的实施例中，无线电源系统可以单独或与干线电压和/或操作频率相组合地调整另一个操作参数，诸如占空比。
在初始化时，初级单元可以禁用可用于针对给定的负载搜索适当的频率的频率搜索操作。步骤1302。初级单元也可以针对便携式设备的存在进行查验、通过通信读取便携式设备的ID以及下载针对该特定便携式设备的负载信息。在可替换的实施例中，便携式设备的ID可以是对于初级单元确定针对该特定便携式设备的负载信息而言足够的信息。在当前的实施例中，负载信息可以包括负载的阻抗和接收器单元的功率接收特性，诸如接收器单元的一个谐振频率或多个谐振频率。初级单元可以在低功率水平处扫描操作频率来确定初级单元和接收器单元的频率响应。步骤1304。初级单元和接收器单元二者可以包括用于测量频率响应和将数据放置到单独数据表格中的传感器。初级单元或接收器单元可以从存储器读取数据表格并确定频率图，该频率图可以被用于计算用于从初级单元向接收器单元传输功率的控制算法。频率图可以包括在初级单元和接收器单元处测量的谐振频率或峰值之间的关系，其中在初级单元和接收器单元中的线圈和谐振电路的性质可以影响频率图。初级单元、接收器单元、或两者可以调整它们的谐振频率来获得改善的性能。步骤1306。例如，接收器单元可以调整次级储能电路的谐振频率或多个谐振电路中的至少一个的谐振频率。在该示例中，可以选择电感器和电容器的适当的配置来获得改善的功率传输效率。
初级单元可以开始向接收器单元提供适当量的功率并可以调整一个或多个操作参数，诸如操作频率、占空比或干线电压。步骤1308。
无线电源系统可以继续监视初级单元和接收器单元的操作来确定它们是否在谐振处操作。如果没有变化，那么无线电源系统可以继续操作。步骤1310。如果无线电源系统检测到变化，那么它可以开始监视性能、监视操作特性并针对在操作和功率传输效率方面的变化进行检查。步骤1312。如果无线电源系统确定该系统正在正常限度内进行操作，那么它可以执行与以上描述的步骤1304和1306类似的步骤。因此，无线电源系统可以监视或测量初级单元和接收器单元的操作特性，诸如通过初级储能线圈、次级储能线圈或两者的电流。初级单元、接收器单元或两者的谐振频率可以基于初级单元和接收器单元操作特性的观察被调整。此外，可以基于在谐振频率中或关于初级单元和接收器单元的操作特性进行的测量中的变化来调整系统的控制。步骤1320。此时，系统可以如关于步骤1308在之前所描述的那样开始操作。
如果无线电源系统确定该系统未在正常限度内进行操作，那么可能存在故障条件。诸如操作错误、寄生金属、过电流或其它错误条件之类的故障条件可以被检测并引起无线电源系统关闭直到故障条件被修复。步骤1316和1318。如果不存在故障条件，那么系统可以如关于步骤1320在之前所描述的那样开始操作。
如图12所示，示出了可变电容器网络1402的实施例。可变电容器网络1402可以是使用微机电系统（MEMS）或专用集成芯片（ASIC）形成的串行和并行网络。可变电容器网络1402可以包括多个调谐电容器1406和多个开关1408。该多个开关1408可以被利用来选择该多个调谐电容器1406的组合，该组合产生期望的调谐网络电容。例如，控制器（未示出）可以打开以及关闭该多个开关1408的组合来产生期望的电容。基础调谐电容器1404可以用作可变电容器网络1402可以与其组合来产生期望的电容的参考电容。以上描述的可变电容器1400可以被用在以上描述的包括可变电容器的各种实施例中。
如以上所提到的那样，已知传统的无线功率系统在初级单元和接收器单元两者中都包括谐振电路。例如，在图13中示出传统的无线功率系统1500的代表性图示。如所示出的那样，系统1500可以包括初级单元1512和接收器单元1516。初级单元1512包括初级线圈1524和谐振电路1558。类似地，接收器单元1516包括次级线圈1520和谐振电路1526。在该实施例中，在初级单元1512中的谐振电路1558和在接收器单元1516中的谐振电路1526被集成或者以其它方式被构建到它们各自的组件中。照此，它们总是保持为整个系统1500的一部分，而不管系统参数的变化，诸如在便携式设备的数量、位置、定向和功率需要方面的变化。如以上所讨论的那样，谐振电路的存在不总是有利的。例如，在一些应用中，当在初级单元1512和接收器单元1516之间存在相对密切的对准时，谐振电路能够妨碍高效的功率传输。
在本发明的可替换的实施例中，无线功率系统包括与初级单元和便携式设备分离的谐振电路，这允许该谐振电路仅当需要时被使用。在图14的实施例中，无线功率系统1600通常包括初级单元1612、接收器单元1616和与接收器单元1610分离的谐振电路1602。在该实施例中，初级单元1612通常可以包括电源1652、逆变器1654、初级储能电路1623、初级谐振电路1658和控制1656。该实施例的初级储能电路包括初级线圈1624和电容器1634。类似地，该实施例的初级谐振电路1658包括初级谐振线圈1622和电容器1632。初级谐振电路1658也可以包括允许初级谐振电路1658在需要时从该电路有效地被移除的开关1635(如所示出的那样)。在使用中，当想要对密切接近的便携式设备进行充电或供电时，诸如当便携式设备被直接放置在初级单元1612上时，开关1635可以被打开来移除初级谐振电路1658。当便携式设备将在远处（诸如通过柜台或者桌子顶部）被充电时，开关1635可以被关闭以启用初级谐振电路1658。照此，开关1635允许仅通过操作开关1635而在柜台（或其它支撑表面）上或下使用初级单元1612。虽然未示出，但是如果需要，开关1635可以被结合到图15、16A和16B中示出的实施例的初级谐振电路中。初级单元1612可以设有能被用来在表面下安装初级单元1612的可选安装支架（未示出）。在该实施例中，接收器单元1616通常包括负载1644、控制器1642、整流器1640和次级储能电路1621。该实施例的次级储能电路1621通常包括次级线圈1620和电容器1630。如可以看到的那样，在该实施例中，接收器单元1616不包括集成的谐振电路。
该实施例的单独的谐振电路1602通常包括谐振线圈1626和谐振电容器1636。单独的谐振电路1602可以包括可替换的类型的电感器和/或可替换的形式的电容。例如，在一些应用中谐振线圈可以被不是线圈的电感器替换。作为另一个示例，可以以诸如具有足够的电容来消除对单独电容元件的需要的方式配置谐振线圈。单独的谐振电路1602可以被集成到基本上任何适合于被部署在初级单元1612和接收器单元1616之间的结构中。例如，如果初级单元1612被集成到桌子顶部，那么单独的谐振电路1602可以按需要被集成到杯垫、衬垫、盘垫、三脚架或其它类似的可移除地放置在桌子顶部的结构中。包含单独的谐振电路1602的结构可以具有被配置来恰当地停留在功率传输表面上的底面以及被配置来支撑便携式设备的顶面。例如，可以由防刮材料覆盖底面以及可以构造顶面的轮廓来接收便携式设备。在顶面内或顶面上的轮廓或其它标记可以辅助定位便携式设备。在操作中，仅当有利于操作时可能使用单独的谐振电路1602。例如，如果用户意欲定位便携式设备使得接收器单元1616与初级单元1612密切对准，那么可以不使用单独的谐振电路1602。在这样的情况中，便携式设备能被直接放置在桌子顶部或其它功率传输表面上。在另一方面，如果用户将便携式设备定位成距初级单元1612较远的距离，那么单独的谐振电路1602可以被定位在桌子顶部或其它电源传输表面上来改善功率传输效率。在需要单独的谐振电路1602的情况下，单独的谐振电路1602可以被放置在桌子顶部（或者其它功率传输表面）上并且便携式设备可以被放置在单独的谐振电路1602上。单独的谐振电路不仅在其中存在空间自由的应用中允许改善的性能，而且它还允许便携式设备与提供密切对准的初级单元一起更高效地被使用，该初级单元诸如是具有充电托架或其它提供密切对准的机构的初级单元。
在图15中示出具有单独的谐振电路1702的可替换的无线电源1710。在该可替换的实施例中，单独的谐振电路1702包括功率指示器1704。现在参考图15，初级单元1712通常可以包括电源1752、逆变器1754、初级储能电路1723、初级谐振电路1758和控制1756。该实施例的初级储能电路包括初级线圈1724和电容器1734。类似地，该实施例的初级谐振电路1758包括初级谐振线圈1722和电容器1732。在该实施例中，接收器单元1716通常包括负载1744、控制器1742、整流器1740和次级储能电路1721。该实施例的次级储能电路1721通常包括次级线圈1720和电容器1730。该实施例的接收器单元1716不包括集成的谐振电路。该实施例的单独的谐振电路1702不仅包括谐振线圈1726和谐振电容器1736，而且包括被配置来提供用于当单独的谐振电路1702正在接收功率时进行表示的功率指示器的附加电路。在该实施例中，功率指示器电路包括寄生线圈1780、电容器1784和光源1782，但是功率指示器电路可以按需要因应用而不同以产生需要的功率指示器。功率指示器电路在一些应用中也可以包括与电容器1784并联的电阻器1788。电阻器1788可以在一些应用中提供更加一致的DC源。图示的光源1782是发光二极管（LED），但是可以使用其它类型的光源。光源1782可以被部分地部署在包含单独的谐振电路1702的外壳或其它结构中的孔中，使得它从结构外部容易可见。功率指示器1704可以包括附加的或可替换的指示器，诸如能听到的、能触知的、或能看见的指示器。功率指示器电路可以被配置为仅当单独的谐振电路1702在存在足够强度的电磁场的情况下向接收器单元1716提供功率时才产生足够的功率来点亮光源1782。例如，寄生线圈1780、电容器1784和光源1782的特性可以被选择，使得仅当电磁场为足够的强度来对接收器单元1716供电时才存在足够的功率来点亮光源1782。
在图16A中示出本发明的另一个可替换的实施例。在该实施例中，单独的谐振电路1802被操作地与能够在特定情况下自动地接合谐振电路1802的启用电路1803耦合。正如上面所提到的那样，在特定操作条件下（诸如当接收器单元1816与初级单元1812密切对准时），谐振电路的存在能够降低无线功率传输的效率。启用电路1803可以被配置为当系统1810正在谐振电路1802将不降低效率或者不以其它方式负面地影响系统1800的操作的条件下进行操作时启用谐振电路1802。
正如在图16A中所示出的那样，单独的谐振电路1802包括谐振线圈1826、谐振电容器1836和开关1804。在该实施例中，开关1804是簧片开关或其它类型的由磁场致动的开关。该实施例的开关1804是“正常打开”开关，该开关当遭受足够的磁场时关闭。启用电路1803包括寄生线圈1880、电容器1884、LED1882、电阻器1888和致动线圈1886。虽然可选，但电阻器1888与电容器1884并联地排列。当被使用时，电阻器1888可以提供更一致的DC源。在操作中，开关1804通常被打开，由此导致谐振电路1802是开路电路，该电路对无线电源系统1800的操作或性能具有很小或没有影响。当遭受到适当的电磁场时，寄生线圈1880在启用电路1803中产生功率。在使用中，LED1882能够执行两个功能。第一，通过在有功率的情况下点亮，它能起功率指示器的作用（正如结合无线电源系统1700在以上讨论的那样）。第二，它能起将寄生线圈1880中感应出的功率整流成DC偏置电压的简单的整流器的作用。如果不需要点亮的功率指示器，LED1882可以被简单二极管或其它整流部件替换。当DC偏置电压流过致动线圈1886时，它生成在谐振电路1802中操作开关1804的磁场。这关闭开关1804，由此关闭谐振电路1802。一旦被关闭，谐振电路1802变为活动的并变为无线电源系统1800的重要部分，该谐振电路从初级单元1812接收功率，放大振荡并生成电磁场来向接收器单元1816传输功率。
图16A的实施例包括意图用于与初级单元一起使用的启用电路1803，其改变操作频率来针对操作条件变化（诸如在初级单元和接收器单元之间的距离中的变化）进行调整。在该实施例中，当接收器单元1816在距初级单元1812的不同距离处时，初级单元1812将通常在不同的操作频率处进行操作。例如，当初级单元1812和接收器单元1816尽可能合理地密切对准时，初级单元1812可以在100kHz处进行操作，当在初级单元1812和接收器单元1816之间的距离足够大使得谐振电路的使用将有利于系统1800的操作时，初级单元1812可以在150kHz或更高处进行操作。在该情况下，启用电路1803的部件和部件值可以被选择成使得仅当无线电源在150kHz处或其以上进行操作时启用电路1803产生足够的功率来启用单独的谐振电路1802。例如，寄生线圈1880、电容器1884、LED1882、电阻器1888和致动线圈1886的部件值可以被选择成使得启用电路1803仅能够当在大约150kHz处或其以上遭受到电磁场时生成足够的功率来致动开关1804。这可以通过选择部件值使得启用电路1803仅在大约150kHz或其以上有意图地变得谐振来实现。虽然在“正常打开”开关的上下文中被示出，但是在谐振电路1802中的开关可以是“正常关闭”开关。在这样的应用中，启用电路1803可以被重配置成起“禁用”电路的作用。更具体地，部件和部件值可以被选择为生成足够的磁场以在其中不需要谐振电路1802存在的操作范围（或多个操作范围）中致动正常关闭的开关。在以上的示例中，禁用电路可以被配置为当在从大约100kHz到大约150kHz的操作频率范围处遭受功率时，生成足够的功率来致动正常关闭的开关。
本发明不限于与使用操作频率控制方案的初级单元一起使用。在其它应用中，初级单元可以使用其它操作特性（诸如谐振频率、干线电压和/或占空比）的变化来针对在接收器单元的距离或者定向中的差异进行调整。在这样的应用中，启用电路可以被配置成响应于这些其它操作特性而不是操作频率。
虽然谐振电路1802和启用电路1803通过致动线圈1884和簧片开关1804的交互被操作地耦合，但是谐振电路和启用电路1803可以以其它方式被操作地耦合。例如，图16B示出可替换的实施例，在其中启用电路1903被直接连接到谐振电路1902中的开关部件。在该实施例中，谐振电路1902中的开关部件可以是三端双向可控硅开关元件1904。三端双向可控硅开关元件1904可以包括一对如在典型的AC控制应用中使用的硅控整流器。启用电路可以被连接到三端双向可控硅开关元件1904的栅极，使得三端双向可控硅开关元件1904通过在启用电路中感应出的功率来进行操作。启用电路1903的部件和部件值可以被选择，使得启用电路1903仅当初级单元1912在其中需要谐振电路1902存在的操作频率范围内进行操作时产生足够的功率来致动三端双向可控硅开关元件1904。在一些应用中，启用电路和三端双向可控硅开关元件排列可以被配置成提供对单独的谐振电路1902内的功率流的成比例控制。
本发明的各种启用/禁用电路不限于结合单独的谐振电路来使用。相反地，一个或更多启用/禁用电路可以结合之前讨论的实施例中的任何实施例来使用，在这些实施例中一个或更多谐振电路被结合到无线功率系统中。例如，当对于启用电路而言需要在特定操作条件期间被选择性地并自动地禁用时，启用电路可以被耦合到任何谐振电路（在初级侧或接收器侧)。在具有多个谐振电路的实施例中，每一个谐振电路可以操作地与单独的启用/禁用电路耦合，该单独的启用/禁用电路被配置为酌情启用/禁用其相关联的谐振电路以限制谐振电路对效率或其它操作特性的任何负面影响。
图17和18图示了单独的谐振线圈如何可能在不同的应用中被实现的两个例子。现在参考图17，单独的谐振线圈可以被结合到衬垫2002中，该衬垫2002可以与结合到柜台顶部2004、桌子顶部或其它表面的无线电源2000一起使用。在该实施例中，柜台顶部2004可以是花岗岩、木头、塑料、玻璃、瓷砖、水泥或另一种具有类似柜台顶部厚度的表面材料。无线电源2000可以被安装到柜台顶部2004的下表面。衬垫2002可以与无线电源2000、柜台顶部2004和便携式设备2006分离，使得在需要时可以将它放置在柜台顶部2004之上。衬垫2002可以被配置成接收便携式设备2006，其可以是蜂窝电话或其它电子设备。利用该应用，便携式设备2006可以被直接放置在柜台顶部2004的表面上来直接从无线电源2000接收功率。可替换地，具有集成的谐振电路的衬垫2002可以被放置在柜台顶部2004的表面上来保持和放大由无线电源2000生成的电磁场。便携式设备2006可以被放置在衬垫2002的顶上，在该处它将处在由包含在衬垫2002内的谐振电路生成的被保持和被放大的电磁场中。
图18示出可替换的实施例，在其中单独的谐振电路被集成到可以在需要时被选择性地和可移除地附着于便携式设备的附着结构中。正如图17那样，图18示出应用，在其中无线电源3000被结合到柜台顶部3004、桌子顶部或其它表面。无线电源3000可以被安装到柜台顶部3004的下表面。附着结构3002通常与无线电源3000、柜台顶部3004和便携式设备3006分离；然而，将它配置成在需要时可移除地附着于便携式设备3006。附着结构3002可以是基本上任何能够承载谐振电路和可移除地被附着于便携式设备3006的结构。例如，附着结构3002可以是能够粘附地附着于便携式设备（例如，到便携式设备的背面）的粘贴物、能够装配在便携式设备的一部分上的外壳、能够摩擦地滑动到便携式设备上的套筒、能够替换与便携式设备一起被提供的原电池盖而安装的替换电池盖或能够替换最初可能已经与便携式设备一起被提供的任何可移除面板进行安装的替换面板。利用该应用，便携式设备3006可以被直接放置在柜台顶部3004的表面上来直接从无线电源3000接收功率。可替换地，具有集成谐振电路的附着结构3002能够被附着到便携式设备3006来保持和放大由无线电源3000生成的电磁场。
虽然未示出，但是参考图17和18来描述的应用可以包括如以上所描述的功率指示器和/或启用/禁用电路。该启用/禁用电路可以自动地并且选择性地启用以及禁用单独的谐振电路来消除任何移除和/或替换单独的谐振电路以适应不同操作条件的需要。
以上描述是本发明的当前实施例的描述。可以在不偏离如所附的权利要求书中所定义的本发明的精神和更宽方面的情况下完成各种改变和变化，应当根据包括等同物的原则的专利法的法则来对权利要求书进行解释。以单数对权利要求部件的任何引用（例如，使用冠词“一”、“该”或“所述”）不应当被解释为将元件限制为单数。应当理解的是，在此公开和定义的本发明扩展到从正文和/或附图提到或显然的各个特征中的两个或更多的所有可替换组合。所有这些不同组合构成本发明的各种可替换方面。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种感应电源系统，包含：
用于发送无线功率的初级单元，所述初级单元包括：
具有用于产生第一场的初级的初级电路；以及
与所述初级单元可分离的并且用于从所述初级单元接收所述无线功率的接收单元，所述接收单元包括：
配置成接收所述无线功率的两个或更多次级谐振电路，其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个被配置成在所述初级单元和所述接收单元之间的不同距离处接收所述无线功率；
通过感应地与（1）所述初级电路和（2）所述两个或更多次级谐振电路中的一个中的至少一个耦合来接收所述无线功率的次级电路。
2.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路被配置成考虑在所述接收单元相对于所述初级单元的不同位置处对与所述初级单元的互感的影响。
3.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的一个被配置用于在第一距离处的高效的能量传输并且所述两个或更多次级谐振电路中的另一个被配置用于在第二距离处的高效的能量传输，其中所述第一距离不同于所述第二距离。
4.权利要求1的感应电源系统，其中所述次级电路被配置用于在第一距离处的高效的能量传输并且所述两个或更多次级谐振电路中的一个被配置用于在第二距离处的高效的能量传输，其中所述第一距离不同于所述第二距离。
5.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个包括谐振线圈和谐振电容器，并且其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个被调谐到不同的谐振频率。
6.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的至少一个被配置成经由开关被选择性地激活以在所述初级单元和所述接收单元之间无线地传输无线功率。
7.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级电路包括初级电容器，其中所述初级电路被配置成具有谐振频率。
8.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级电路和所述两个或更多谐振电路中的至少一个包括能够改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述初级单元和所述接收单元之间的互感的影响的可变电容器。
9.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级单元包括初级谐振电路，该初级谐振电路具有被配置成经由所述第一场接收功率并配置成产生第二场的初级谐振器；其中所述次级电路用于通过感应地与所述初级谐振器耦合来接收所述无线功率。
10.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级谐振电路经由开关被选择性地激活以在所述初级单元和所述接收单元之间传输无线功率，使得（a）响应于所述初级谐振电路被激活，所述初级谐振电路经由所述第二场将无线功率传输到所述接收单元，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述初级经由所述第一场将无线功率传输到所述接收单元。
11.权利要求1的感应电源系统，其中所述接收单元被包含在远程设备中。
12.一种用于从感应电源接收功率的远程设备，所述远程设备包含：
两个或更多谐振电路，被配置成感应地与所述感应电源耦合，所述两个或更多谐振电路中的每一个在所述远程设备和所述感应电源之间的不同距离处高效地接收功率；以及
次级电路，被配置用于感应地与所述两个或更多谐振电路和所述感应电源中的至少一个耦合以无线地接收功率，所述次级电路在第一距离处而不是在所述两个或更多谐振电路中的每一个高效地接收功率的所述不同距离处高效地接收功率。
13.权利要求12的远程设备，其中第一范围包括所述第一距离以及一个或多个附加范围分别包括所述不同距离，并且其中在所述第一范围和所述一个或多个附加范围中的至少两个之间存在重叠。
14.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路和所述次级电路被配置成考虑在所述远程设备和所述感应电源之间的不同位置处对互感的影响。
15.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路中的至少一个被配置成经由相关联的开关被选择性地激活以在所述感应电源和所述远程设备之间无线地传输功率，使得响应于被激活，所述两个或更多谐振电路中的所述至少一个无线地从所述感应电源接收功率。
16.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路中的至少一个包括能够改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述远程设备和所述感应电源之间的互感的影响的可变电容器。
17.一种用于从感应初级单元无线地接收功率的接收单元，所述接收单元包含：
次级电路，被配置成与所述感应初级单元感应地耦合以在所述接收单元和所述感应初级单元之间的第一范围的距离处无线地接收功率；
谐振电路，被配置成与所述感应初级感应地耦合以在所述接收单元和所述感应初级单元之间的第二范围的距离处无线地接收功率，所述谐振电路包括可调元件，其中所述谐振电路被配置成与所述次级电路感应地耦合来从所述感应初级单元向所述接收单元传输功率，其中所述第一范围不同于所述第二范围；以及
控制器，电耦合到所述可调元件，所述控制器用于选择性地调整所述可调元件。
18.权利要求17的接收单元，其中所述可调元件是谐振可变电容器，并且其中所述控制器选择性地改变所述谐振可变电容器的电容以便调整所述第二范围。
19.权利要求17的接收单元，其中所述可调元件是开关，并且其中所述控制器被配置成选择性地激活所述谐振电路以从所述感应初级单元接收无线功率，使得（a）响应于所述谐振电路被激活，所述谐振电路从所述感应初级单元接收无线功率，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述次级电路从所述感应初级单元接收无线功率。
20.权利要求17的接收单元，其中所述次级电路包括电耦合到所述控制器的次级可变电容器，并且其中所述控制器选择性地改变所述次级可变电容器的电容以便调整所述第一范围。
21.一种感应电源，用于在所述感应电源和远程设备之间的不同距离处将功率无线地传输到所述远程设备，所述感应电源包括：
用于产生第一场的初级电路；
被配置成经由所述第一场接收功率并被配置成产生第二场的初级谐振电路；
电耦合到所述初级谐振电路的开关，所述开关用于选择性地激活所述初级谐振电路以经由所述第二场将功率传输到所述远程设备；
电耦合到所述初级电路的传感器，所述传感器被配置成测量所述初级电路中的功率的特性；以及
电耦合到所述初级储能电路、所述传感器和所述开关的控制器，所述控制器被配置成作为所述功率的测量的特性的函数控制所述开关，使得（a）响应于所述初级谐振电路被激活，所述初级谐振电路经由所述第二场将功率无线地传输到所述远程设备，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述初级电路经由所述第一场将功率无线地传输到所述远程设备。
22.权利要求21的感应电源，其中所述控制器被配置成改变到初级电路的驱动信号的操作参数以便控制功率传输，其中所述操作参数包括干线电压、占空比、相位和操作频率中的至少一个。
23.权利要求21的感应电源，其中所述初级谐振电路包括能够响应于来自所述控制器的命令而改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述感应电源和所述远程设备之间的互感的影响的可变电容器。
24.权利要求21的感应电源，其中所述初级电路包括初级电容器，并且其中所述初级电路被配置成具有谐振频率。
25.一种操作初级单元来经由感应耦合向接收单元供给无线功率的方法，所述初级单元具有初级电路，所述初级单元被配置成在干线电压、占空比和操作频率下驱动初级电路，所述方法包含：
提供接近初级单元的接收单元；
识别初级单元的一个或更多初级谐振频率和接收单元的一个或更多次级谐振频率；
基于所述识别，活动地调整所述初级单元的该一个或更多初级谐振频率中的至少一个并且活动地调整所述接收单元的该一个或更多次级谐振频率中的至少一个；以及
调整干线电压、占空比和操作频率中的至少一个来经由感应耦合向接收单元提供功率。
26.权利要求25的方法，其中初级单元包括能够感应地与初级电路耦合并产生用于将功率传输到接收单元的场的初级谐振电路，以及
其中所述活动地调整该一个或更多初级谐振频率中的至少一个包括选择初级电路和初级谐振电路中的至少一个以用于将功率传输到接收单元。
27.权利要求 25的方法，其中接收单元包括用于无线地接收功率的次级电路和能够无线地接收功率的次级谐振电路；以及
其中所述调整一个或更多次级谐振频率中的至少一个包括基于（a）想要的对初级单元和接收单元之间的互感的影响以及（b）在初级单元和接收单元之间的距离来选择次级电路和次级谐振电路中的至少一个以用于在所述接收单元中接收功率。
28.权利要求25的方法，其中所述调整一个或更多初级谐振频率中的至少一个包括改变初级可变电容，以及所述调整一个或更多次级谐振频率中的至少一个包括改变次级可变电容。
29.权利要求25的方法，其中所述识别包括如下步骤：
在多个操作频率处驱动初级单元的初级电路；
在初级单元和接收单元两者中测量多个响应；以及
将在初级单元中测量的所述多个响应与在接收单元中测量的所述多个响应进行比较。
30.权利要求29的方法，其中所述比较包括基于在初级单元中测量的所述多个响应和在接收单元中测量的所述多个响应确定频率间隙。
31.权利要求29的方法，还包含基于在初级单元中测量的所述多个响应和在接收单元中测量的所述多个响应确定控制算法；以及其中所述调整干线电压、占空比和操作频率中的至少一个是控制算法的函数。
32.一种感应电源系统，包含：
用于发送无线功率的初级单元，所述初级单元具有可操作地耦合到电源的初级和配置成响应于被激励而生成电磁场的初级谐振器，所述初级被配置成激励所述初级谐振器来生成所述电磁场，其中经由所述电磁场传输所述无线功率；
与所述初级单元可分离的便携式设备，所述便携式设备具有能够接收所述无线功率并将功率提供给所述便携式设备的接收单元；以及
被配置成从所述初级单元无线地接收功率并向所述接收单元无线地发送功率的谐振电路，所述谐振电路与所述初级单元和所述便携式设备物理地分离，由此所述谐振电路能被接近所述初级单元和所述接收单元放置，使得所述接收单元经由所述谐振电路间接接收所述无线功率并且所述谐振电路能够被移出所述初级单元和所述接收单元的附近，使得所述接收单元从所述初级单元直接接收所述无线功率。
33.权利要求32的系统，其中所述谐振电路包括串联连接的电感器和电容器，所述电感器和所述电容器被部署在谐振电路外壳内或由谐振电路外壳承载。
34.权利要求33的系统，其中所述初级单元经由场发送无线功率；以及
还包括部署在所述谐振电路外壳内或由所述谐振电路外壳承载的功率指示器电路，所述功率指示器电路具有当所述谐振电路经由所述场正接收足够的功率时进行指示的指示器，所述场在所述功率指示器电路中感应出功率来向所述指示器提供功率，由此当所述功率指示器电路与所述场足够地耦合时，所述功率指示器电路自动地对所述指示器供电。
35.权利要求34的系统，其中所述功率指示器电路包括当与所述场足够地耦合时产生功率的电感器以及当所述电感器产生足够的功率时产生可见指示的发光二极管。
36.权利要求32的系统，其中所述谐振电路包括串联连接的电感器、电容器和开关，所述电感器、所述电容器和所述开关部署在谐振电路外壳内。
37.权利要求36的系统，其中所述初级单元经由场发送无线功率；以及
还包括部署在所述谐振电路外壳内或由所述谐振电路外壳承载的启用/禁用电路，所述启用/禁用电路具有当所述启用/禁用电路经由所述场正接收足够的功率时致动所述开关的开关致动器，所述启用/禁用电路被配置成从所述场接收功率来致动所述开关致动器，由此当所述启用/禁用电路从所述场接收足够的功率时，所述启用/禁用电路通过致动所述开关而自动地启用/禁用所述谐振电路。
38.权利要求37的系统，其中所述启用/禁用电路包括当与所述场足够地耦合时产生AC功率的电感器以及对所述AC功率进行整流的二极管。
39.权利要求38的系统，其中所述开关是通过磁场进行致动的开关；以及
其中所述开关致动器是电感器，所述电感器被配置成当所述启用/禁用电路与所述场足够地耦合时生成足够强度的磁场来致动所述开关致动器。
40.权利要求38的系统，其中所述二极管是发光二极管，由此当所述/禁用电路与所述场足够耦合时，所述发光二极管发光。
41.一种谐振电路系统，包含：
谐振电路，用于经由场无线地接收功率并无线地发送所述接收到的功率；以及
启用/禁用电路，具有用于选择性地启用和禁用所述谐振电路的致动器，所述启用/禁用电路根据所述场是否在操作特性的范围内来操作所述致动器以启用和禁用所述谐振电路。
42.权利要求41的系统，其中所述谐振电路包括启用/禁用开关，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内操作所述启用/禁用开关。
43.权利要求42的系统，其中所述启用/禁用开关是磁性致动的开关，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内而选择性地产生足够强度的磁场以致动所述启用/禁用开关。
44.权利要求43的系统，其中所述开关致动器是开关电感器。
45.权利要求44的系统，其中所述启用/禁用电路包括产生AC功率的功率电感器和将所述AC功率整流成DC功率的二极管，由此所述DC功率能通过所述开关电感器来生成磁场以致动所述启用/禁用开关。
46.权利要求45的系统，其中所述二极管是发光二极管。
47.权利要求42的系统，其中所述启用/禁用开关是具有栅极的硅控整流器的排列，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内选择性地施加足够强度的电流到所述栅极来致动所述硅控整流器。
48.权利要求41的系统，其中所述启用/禁用电路被调谐成根据所述场是否在所述操作特性的范围内而自动地启用和禁用所述谐振电路。
49.权利要求41的系统，其中所述致动器由所述启用/禁用电路中产生的功率操作，所述启用/禁用电路被调谐成仅当所述场在所述操作特性的范围内时生成足够的功率来致动所述致动器。
50.权利要求41的系统，其中所述致动器由所述启用/禁用电路中产生的功率操作，所述启用/禁用电路被调谐成仅当所述场在所述操作特性的范围之外时生成足够的功率来致动所述致动器。
51.权利要求41的系统，其中所述操作特性的范围被进一步定义为操作频率的范围。
52.一种谐振电路系统，包含：
谐振电路，用于从场无线地接收功率，所述谐振电路包括电感器；以及
功率指示器电路，其具有指示器，所述功率指示器电路与所述谐振电路电隔离并且具有用于生成操作所述指示器的功率的电感器，所述功率指示器电路的所述电感器被足够接近所述谐振电路的所述电感器地部署，使得在所述功率指示器电路的所述电感器中感应出的功率指示在所述谐振电路的所述电感器中感应出的功率。
53.权利要求52的谐振电路系统，其中所述功率指示器电路被调谐成仅当所述功率指示器电路的所述电感器在具有想要的特性的场存在的情况下时产生足够的功率来操作所述指示器。
54.权利要求52的谐振电路，其中所述功率指示器电路包括电感器、电容器和发光二极管，仅当所述功率指示器电路的所述电感器在具有想要的特性的场存在的情况下时选择所述电感器、所述电容器和所述发光二极管来点亮所述发光二极管。
55.权利要求54的谐振电路，其中所述具有想要的特性的场被进一步定义为具有足够强度的场，该足够强度允许所述谐振电路有效地放大和保持所述场。
Claims (55)
1.一种感应电源系统，包含：
用于发送无线功率的初级单元，所述初级单元包括：
具有用于产生第一场的初级的初级电路；以及
与所述初级单元可分离的并且用于从所述初级单元接收所述无线功率的接收单元，所述接收单元包括：
配置成接收所述无线功率的两个或更多次级谐振电路，其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个被配置成在所述初级单元和所述接收单元之间的不同距离处接收所述无线功率；
通过感应地与（1）所述初级电路和（2）所述两个或更多次级谐振电路中的一个中的至少一个耦合来接收所述无线功率的次级电路。
2.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路被配置成考虑在所述接收单元相对于所述初级单元的不同位置处对与所述初级单元的互感的影响。
3.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的一个被配置用于在第一距离处的高效的能量传输并且所述两个或更多次级谐振电路中的另一个被配置用于在第二距离处的高效的能量传输，其中所述第一距离不同于所述第二距离。
4.权利要求1的感应电源系统，其中所述次级电路被配置用于在第一距离处的高效的能量传输并且所述两个或更多次级谐振电路中的一个被配置用于在第二距离处的高效的能量传输，其中所述第一距离不同于所述第二距离。
5.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个包括谐振线圈和谐振电容器，并且其中所述两个或更多次级谐振电路中的每一个被调谐到不同的谐振频率。
6.权利要求1的感应电源系统，其中所述两个或更多次级谐振电路中的至少一个被配置成经由开关被选择性地激活以在所述初级单元和所述接收单元之间无线地传输无线功率。
7.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级电路包括初级电容器，其中所述初级电路被配置成具有谐振频率。
8.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级电路和所述两个或更多谐振电路中的至少一个包括能够改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述初级单元和所述接收单元之间的互感的影响的可变电容器。
9.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级单元包括初级谐振电路，该初级谐振电路具有被配置成经由所述第一场接收功率并配置成产生第二场的初级谐振器；其中所述次级电路用于通过感应地与所述初级谐振器耦合来接收所述无线功率。
10.权利要求1的感应电源系统，其中所述初级谐振电路经由开关被选择性地激活以在所述初级单元和所述接收单元之间传输无线功率，使得（a）响应于所述初级谐振电路被激活，所述初级谐振电路经由所述第二场将无线功率传输到所述接收单元，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述初级经由所述第一场将无线功率传输到所述接收单元。
11.权利要求1的感应电源系统，其中所述接收单元被包含在远程设备中。
12.一种用于从感应电源接收功率的远程设备，所述远程设备包含：
两个或更多谐振电路，被配置成感应地与所述感应电源耦合，所述两个或更多谐振电路中的每一个在所述远程设备和所述感应电源之间的不同距离处高效地接收功率；以及
次级电路，被配置用于感应地与所述两个或更多谐振电路和所述感应电源中的至少一个耦合以无线地接收功率，所述次级电路在第一距离处而不是在所述两个或更多谐振电路中的每一个高效地接收功率的所述不同距离处高效地接收功率。
13.权利要求12的远程设备，其中第一范围包括所述第一距离以及一个或多个附加范围分别包括所述不同距离，并且其中在所述第一范围和所述一个或多个附加范围中的至少两个之间存在重叠。
14.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路和所述次级电路被配置成考虑在所述远程设备和所述感应电源之间的不同位置处对互感的影响。
15.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路中的至少一个被配置成经由相关联的开关被选择性地激活以在所述感应电源和所述远程设备之间无线地传输功率，使得响应于被激活，所述两个或更多谐振电路中的所述至少一个无线地从所述感应电源接收功率。
16.权利要求12的远程设备，其中所述两个或更多谐振电路中的至少一个包括能够改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述远程设备和所述感应电源之间的互感的影响的可变电容器。
17.一种用于从感应初级单元无线地接收功率的接收单元，所述接收单元包含：
次级电路，被配置成与所述感应初级单元感应地耦合以在所述接收单元和所述感应初级单元之间的第一范围的距离处无线地接收功率；
谐振电路，被配置成与所述感应初级感应地耦合以在所述接收单元和所述感应初级单元之间的第二范围的距离处无线地接收功率，所述谐振电路包括可调元件，其中所述谐振电路被配置成与所述次级电路感应地耦合来从所述感应初级单元向所述接收单元传输功率，其中所述第一范围不同于所述第二范围；以及
控制器，电耦合到所述可调元件，所述控制器用于选择性地调整所述可调元件。
18.权利要求17的接收单元，其中所述可调元件是谐振可变电容器，并且其中所述控制器选择性地改变所述谐振可变电容器的电容以便调整所述第二范围。
19.权利要求17的接收单元，其中所述可调元件是开关，并且其中所述控制器被配置成选择性地激活所述谐振电路以从所述感应初级单元接收无线功率，使得（a）响应于所述谐振电路被激活，所述谐振电路从所述感应初级单元接收无线功率，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述次级电路从所述感应初级单元接收无线功率。
20.权利要求17的接收单元，其中所述次级电路包括电耦合到所述控制器的次级可变电容器，并且其中所述控制器选择性地改变所述次级可变电容器的电容以便调整所述第一范围。
21.一种感应电源，用于在所述感应电源和远程设备之间的不同距离处将功率无线地传输到所述远程设备，所述感应电源包括：
用于产生第一场的初级电路；
被配置成经由所述第一场接收功率并被配置成产生第二场的初级谐振电路；
电耦合到所述初级谐振电路的开关，所述开关用于选择性地激活所述初级谐振电路以经由所述第二场将功率传输到所述远程设备；
电耦合到所述初级电路的传感器，所述传感器被配置成测量所述初级电路中的功率的特性；以及
电耦合到所述初级储能电路、所述传感器和所述开关的控制器，所述控制器被配置成作为所述功率的测量的特性的函数控制所述开关，使得（a）响应于所述初级谐振电路被激活，所述初级谐振电路经由所述第二场将功率无线地传输到所述远程设备，以及（b）响应于所述初级谐振电路被去激活，所述初级电路经由所述第一场将功率无线地传输到所述远程设备。
22.权利要求21的感应电源，其中所述控制器被配置成改变到初级电路的驱动信号的操作参数以便控制功率传输，其中所述操作参数包括干线电压、占空比、相位和操作频率中的至少一个。
23.权利要求21的感应电源，其中所述初级谐振电路包括能够响应于来自所述控制器的命令而改变电容以便获得想要的调谐和想要的对所述感应电源和所述远程设备之间的互感的影响的可变电容器。
24.权利要求21的感应电源，其中所述初级电路包括初级电容器，并且其中所述初级电路被配置成具有谐振频率。
25.一种操作初级单元来经由感应耦合向接收单元供给无线功率的方法，所述初级单元具有初级电路，所述初级单元被配置成在干线电压、占空比和操作频率下驱动初级电路，所述方法包含：
提供接近初级单元的接收单元；
识别初级单元的一个或更多初级谐振频率和接收单元的一个或更多次级谐振频率；
基于所述识别，活动地调整所述初级单元的该一个或更多初级谐振频率中的至少一个并且活动地调整所述接收单元的该一个或更多次级谐振频率中的至少一个；以及
调整干线电压、占空比和操作频率中的至少一个来经由感应耦合向接收单元提供功率。
26.权利要求25的方法，其中初级单元包括能够感应地与初级电路耦合并产生用于将功率传输到接收单元的场的初级谐振电路，以及
其中所述活动地调整该一个或更多初级谐振频率中的至少一个包括选择初级电路和初级谐振电路中的至少一个以用于将功率传输到接收单元。
27.权利要求 25的方法，其中接收单元包括用于无线地接收功率的次级电路和能够无线地接收功率的次级谐振电路；以及
其中所述调整一个或更多次级谐振频率中的至少一个包括基于（a）想要的对初级单元和接收单元之间的互感的影响以及（b）在初级单元和接收单元之间的距离来选择次级电路和次级谐振电路中的至少一个以用于在所述接收单元中接收功率。
28.权利要求25的方法，其中所述调整一个或更多初级谐振频率中的至少一个包括改变初级可变电容，以及所述调整一个或更多次级谐振频率中的至少一个包括改变次级可变电容。
29.权利要求25的方法，其中所述识别包括如下步骤：
在多个操作频率处驱动初级单元的初级电路；
在初级单元和接收单元两者中测量多个响应；以及
将在初级单元中测量的所述多个响应与在接收单元中测量的所述多个响应进行比较。
30.权利要求29的方法，其中所述比较包括基于在初级单元中测量的所述多个响应和在接收单元中测量的所述多个响应确定频率间隙。
31.权利要求29的方法，还包含基于在初级单元中测量的所述多个响应和在接收单元中测量的所述多个响应确定控制算法；以及其中所述调整干线电压、占空比和操作频率中的至少一个是控制算法的函数。
32.一种感应电源系统，包含：
用于发送无线功率的初级单元；
与所述初级单元可分离的便携式设备，所述便携式设备具有能够接收所述无线功率并将功率提供给所述便携式设备的接收单元；以及
被配置成从所述初级单元无线地接收功率并向所述接收单元无线地发送功率的谐振电路，所述谐振电路与所述初级单元和所述便携式设备物理地分离，由此所述谐振电路能被接近所述初级单元和所述接收单元放置，使得所述接收单元经由所述谐振电路间接接收所述无线功率并且所述谐振电路能够被移出所述初级单元和所述接收单元的附近，使得所述接收单元从所述初级单元直接接收所述无线功率。
33.权利要求32的系统，其中所述谐振电路包括串联连接的电感器和电容器，所述电感器和所述电容器被部署在谐振电路外壳内或由谐振电路外壳承载。
34.权利要求33的系统，其中所述初级单元经由场发送无线功率；以及
还包括部署在所述谐振电路外壳内或由所述谐振电路外壳承载的功率指示器电路，所述功率指示器电路具有当所述谐振电路经由所述场正接收足够的功率时进行指示的指示器，所述场在所述功率指示器电路中感应出功率来向所述指示器提供功率，由此当所述功率指示器电路与所述场足够地耦合时，所述功率指示器电路自动地对所述指示器供电。
35.权利要求34的系统，其中所述功率指示器电路包括当与所述场足够地耦合时产生功率的电感器以及当所述电感器产生足够的功率时产生可见指示的发光二极管。
36.权利要求32的系统，其中所述谐振电路包括串联连接的电感器、电容器和开关，所述电感器、所述电容器和所述开关部署在谐振电路外壳内。
37.权利要求36的系统，其中所述初级单元经由场发送无线功率；以及
还包括部署在所述谐振电路外壳内或由所述谐振电路外壳承载的启用/禁用电路，所述启用/禁用电路具有当所述启用/禁用电路经由所述场正接收足够的功率时致动所述开关的开关致动器，所述启用/禁用电路被配置成从所述场接收功率来致动所述开关致动器，由此当所述启用/禁用电路从所述场接收足够的功率时，所述启用/禁用电路通过致动所述开关而自动地启用/禁用所述谐振电路。
38.权利要求37的系统，其中所述启用/禁用电路包括当与所述场足够地耦合时产生AC功率的电感器以及对所述AC功率进行整流的二极管。
39.权利要求38的系统，其中所述开关是通过磁场进行致动的开关；以及
其中所述开关致动器是电感器，所述电感器被配置成当所述启用/禁用电路与所述场足够地耦合时生成足够强度的磁场来致动所述开关致动器。
40.权利要求38的系统，其中所述二极管是发光二极管，由此当所述/禁用电路与所述场足够耦合时，所述发光二极管发光。
41.一种谐振电路系统，包含：
谐振电路，用于经由场无线地接收功率并无线地发送所述接收到的功率；以及
启用/禁用电路，具有用于选择性地启用和禁用所述谐振电路的致动器，所述启用/禁用电路根据所述场是否在操作特性的范围内来操作所述致动器以启用和禁用所述谐振电路。
42.权利要求41的系统，其中所述谐振电路包括启用/禁用开关，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内操作所述启用/禁用开关。
43.权利要求42的系统，其中所述启用/禁用开关是磁性致动的开关，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内而选择性地产生足够强度的磁场以致动所述启用/禁用开关。
44.权利要求43的系统，其中所述开关致动器是开关电感器。
45.权利要求44的系统，其中所述启用/禁用电路包括产生AC功率的功率电感器和将所述AC功率整流成DC功率的二极管，由此所述DC功率能通过所述开关电感器来生成磁场以致动所述启用/禁用开关。
46.权利要求45的系统，其中所述二极管是发光二极管。
47.权利要求42的系统，其中所述启用/禁用开关是具有栅极的硅控整流器的排列，所述启用/禁用电路被配置成根据所述场是否在所述操作特性的范围内选择性地施加足够强度的电流到所述栅极来致动所述硅控整流器。
48.权利要求41的系统，其中所述启用/禁用电路被调谐成根据所述场是否在所述操作特性的范围内而自动地启用和禁用所述谐振电路。
49.权利要求41的系统，其中所述致动器由所述启用/禁用电路中产生的功率操作，所述启用/禁用电路被调谐成仅当所述场在所述操作特性的范围内时生成足够的功率来致动所述致动器。
50.权利要求41的系统，其中所述致动器由所述启用/禁用电路中产生的功率操作，所述启用/禁用电路被调谐成仅当所述场在所述操作特性的范围之外时生成足够的功率来致动所述致动器。
51.权利要求41的系统，其中所述操作特性的范围被进一步定义为操作频率的范围。
52.一种谐振电路系统，包含：
谐振电路，用于从场无线地接收功率，所述谐振电路包括电感器；以及
功率指示器电路，其具有指示器，所述功率指示器电路与所述谐振电路电隔离并且具有用于生成操作所述指示器的功率的电感器，所述功率指示器电路的所述电感器被足够接近所述谐振电路的所述电感器地部署，使得在所述功率指示器电路的所述电感器中感应出的功率指示在所述谐振电路的所述电感器中感应出的功率。
53.权利要求52的谐振电路系统，其中所述功率指示器电路被调谐成仅当所述功率指示器电路的所述电感器在具有想要的特性的场存在的情况下时产生足够的功率来操作所述指示器。
54.权利要求52的谐振电路，其中所述功率指示器电路包括电感器、电容器和发光二极管，仅当所述功率指示器电路的所述电感器在具有想要的特性的场存在的情况下时选择所述电感器、所述电容器和所述发光二极管来点亮所述发光二极管。
55.权利要求54的谐振电路，其中所述具有想要的特性的场被进一步定义为具有足够强度的场，该足够强度允许所述谐振电路有效地放大和保持所述场。
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