CN103733535B - 具有多个接收器线圈的无线电力接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示用于使用多个接收线圈进行无线电力传递的系统、方法和设备。在一个方面中，提供经配置以从无线电力发射线圈接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包含与所述发射线圈具有第一相互耦合的第一接收线圈。所述无线电力接收器进一步包含与所述发射线圈具有第二相互耦合的第二接收线圈。所述无线电力接收器进一步包含负载，所述负载耦合到所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的至少一者以用于接收所述无线电力。

Description

具有多个接收器线圈的无线电力接收器
技术领域
本发明大体上涉及无线电力。更具体来说，本发明针对于具有多个接收线圈的无线电力接收器。
背景技术
越来越多数目和种类的电子装置经由可再充电电池进行供电。此类装置包含移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、桌上型计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器等。虽然电池技术已有所提高，但靠电池供电的电子装置愈加需要和消耗更大量的电力。因此，这些装置一直需要再充电。可再充电装置常常经由有线连接通过物理地连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器来进行充电。电缆和类似连接器可能有时不方便或较麻烦，且具有其它缺点。能够在自由空间中传递电力以用于对可再充电电子装置进行充电或将电力提供给电子装置的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些缺陷。因此，需要有效地且安全地将电力传递到电子装置的无线电力传递系统和方法。
发明内容
处于所附权利要求的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，且其中没有单个一者单独地负责本文中所描述的所需属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，在本文描述一些突出特征。
在附图和以下描述中陈述了本说明书中所描述的标的物的一个或一个以上实施方案的细节。其它特征、方面及优势将从描述、附图以及权利要求书变得显而易见。应注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本发明中所描述的标的物的一个方面提供一种经配置以从无线电力发射线圈接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包含与所述发射线圈具有第一相互耦合的第一接收线圈。所述无线电力接收器进一步包含与所述发射线圈具有第二相互耦合的第二接收线圈。所述第二接收线圈经设计以用于大体上与第一接收线圈相同的频率的操作。所述无线电力接收器进一步包含负载，所述负载耦合到所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的至少一者。所述负载经配置以接收无线电力。所述第一接收线圈的定向相对于所述第二接收线圈的定向是可变的。
本发明中所描述的标的物的另一方面提供一种经配置以从无线电力发射线圈接收无线电力的无线电力接收器。所述无线电力接收器包含与所述发射线圈具有第一相互耦合的第一接收线圈。所述无线电力接收器包含与所述发射线圈具有第二相互耦合的第二接收线圈。所述无线电力接收器包含耦合到所述第一接收线圈的第一负载。所述第一负载经配置以接收所述无线电力的至少一部分。所述无线电力接收器包含耦合到所述第二接收线圈的第二负载。所述第二负载经配置以接收所述无线电力的至少一部分。
本发明中所描述的标的物的另一方面提供一种从无线电力发射线圈接收无线电力的方法。所述方法包含确定第一接收线圈的第一特性。所述第一接收线圈与所述发射线圈具有第一相互耦合。所述方法进一步包含确定第二接收线圈的第二特性。所述第二接收线圈与所述发射线圈具有第二相互耦合。所述第二接收线圈经设计以用于大体上与第一接收线圈相同的频率的操作。所述方法进一步包含基于所述第一特性和所述第二特性来选择所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的一者。所述方法进一步包含将负载耦合到所述选定的接收线圈。所述第一接收线圈的定向相对于所述第二接收线圈的定向是可变的。
本发明中所描述的标的物的另一方面提供一种用于从无线电力发射器接收无线电力的设备。所述设备包含用于从所述发射器接收无线电力的第一装置。所述设备进一步包含用于从所述发射器接收无线电力的第二装置。所述用于接收无线电力的第二装置经设计以用于大体上与所述用于接收无线电力的第一装置相同的频率的操作。所述设备进一步包含负载，所述负载耦合到所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置中的至少一者。所述用于接收无线电力的第一装置的定向相对于所述用于接收无线电力的装置的定向是可变的。
本发明中所描述的标的物的另一方面提供一种非暂时性计算机可读媒体，所述非暂时性计算机可读媒体包含代码，所述代码在被执行时致使设备确定第一接收线圈的第一特性。所述第一接收线圈与经配置以发射无线充电电力的发射线圈具有第一相互耦合。所述媒体进一步包含在被执行时致使所述设备确定第二接收线圈的第二特性的代码。所述第二接收线圈与所述发射线圈具有第二相互耦合。所述第二接收线圈经设计以用于大体上与第一接收线圈相同的频率的操作。所述媒体法进一步包含在被执行时致使所述设备基于所述第一特性和所述第二特性来选择所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的一者的代码。所述媒体进一步包含在被执行时致使所述设备将负载耦合到所述选定的接收线圈的代码。所述第一接收线圈的定向相对于所述第二接收线圈的定向是可变的。
附图说明
图1为根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传递系统的功能框图。
图2为根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的示范性组件的功能框图。
图3是根据本发明的示范性实施例的包含发射线圈或接收线圈的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。
图4为根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的发射器的功能框图。
图5为根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的接收器的功能框图。
图6A为第一配置中的示范性无线电力传递系统的图。
图6B为第二配置中的示范性无线电力传递系统的图。
图6C为第三配置中的示范性无线电力传递系统的图。
图6D是图6B的示范性无线电力传递系统的透视图。
图7是示范性无线电力发射系统的简化框图。
图8是示范性无线电力发射系统的又一简化框图。
图9是示范性无线电力发射系统的又一简化框图。
图10展示接收无线充电电力的示范性方法的流程图。
图11是可在图1的无线电力传递系统内采用的示范性无线装置的功能方框图。
图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，出于清楚目的，各种特征的尺寸可任意扩大或缩小。另外，一些图式可能未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最终，可使用相同的参考数字来表示贯穿说明书和图的相同特征。
具体实施方式
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。在贯穿此描述所使用的术语“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含特定细节。可以在没有这些具体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。
无线地传递电力可涉及在不使用物理电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器(例如，可将电力传递穿过自由空间)。可通过“接收线圈”来接收、俘获或耦合输出为无线场(例如，磁场)的电力以实现电力传递。
图1为根据本发明的示范性实施例的示范性无线电力传递系统100的功能框图。将输入电力102从电源(未图示)提供到发射器104以用于产生用于提供能量传递的场105。接收器108可耦合到场105，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，发射器104和接收器108是根据相互谐振关系进行配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率大体上相同或非常接近时，发射器104与接收器108之间的发射损耗最小。因此，与可需要线圈非常接近(例如，数毫米)的纯感应解决方案相比，可在更大的距离上提供无线电力传递。谐振感应耦合技术可因此实现提高的效率以及在各种距离上以及在多种感应线圈配置下的电力传递。
接收器108可在接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时接收电力。场105对应于其中发射器104所输出的能量可被接收器105俘获的区。在一些情况下，场105可对应于发射器104的“近场”，如下文将进一步描述。发射器104可包含发射线圈114以用于输出能量发射。接收器108进一步包含接收线圈118以用于从能量发射接收或俘获能量。所述近场可对应于其中存在由发射线圈114中的电流和电荷产生的较强的反应场的区，所述电流和电荷最小程度地将电力辐射远离发射线圈114。在一些情况下，所述近场可对应于处于发射线圈114的约一个波长(或其分数)内的区。根据应用和将与其相关联的装置来设定发射线圈114和接收线圈118的大小。如上文所描述，通过将发射线圈114的场105中的大部分能量耦合到接收线圈118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。当定位于场105中时，可在发射线圈114与接收线圈118之间形成“耦合模式”。发射线圈114和接收线圈118周围的其中可发生此耦合的区域在本文中称作耦合模式区。
图2为根据本发明的各种示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统100中的示范性组件的功能框图。发射器204可包含发射电路206，所述发射电路可包含振荡器222、驱动器电路224以及滤波器与匹配电路226。所述振荡器222可经配置以在所要频率(例如，468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)下产生信号，所述所要频率可响应于频率调整信号223来调整。可将振荡器信号提供给驱动器电路224，所述驱动器电路经配置以在发射线圈214的(例如)谐振频率下驱动发射线圈214。驱动器电路224可为切换放大器，所述切换放大器经配置以从振荡器222接收方波且输出正弦波。举例来说，驱动器电路224可为E类放大器。还可包含滤波器与匹配电路226以滤除谐波或其它非所要的频率且使发射器204的阻抗与发射线圈214匹配。
接收器208可包含接收电路210，所述接收电路可包含匹配电路232以及整流器与切换电路234，以从AC电力输入产生DC电力输出来对电池236(如图2中所展示)进行充电或向耦合到接收器108的装置(未图示)供电。可包含匹配电路232以使接收电路210的阻抗与接收线圈218匹配。接收器208和发射器204可另外在单独通信信道219(例如，蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝式等)上通信。接收器208和发射器204可替代地使用无线场206的特性经由带内信令进行通信。
如下文更全面地描述，可起初具有可选择性地停用的相关联负载(例如，电池236)的接收器208可经配置以确定由发射器204发射以及由接收器208接收的电力量是否适合用于对电池236进行充电。此外，接收器208可经配置以在确定电力量适当后即刻启用负载(例如，电池236)。在一些实施例中，接收器208可经配置以直接利用从无线电力传递场接收的电力，而不对电池236进行充电。举例来说，例如近场通信(NFC)或射频识别装置(RFID)可经配置以从无线电力传递场接收电力且通过与无线电力传递场交互而进行通信，且／或利用所接收的电力来与发射器204或其它装置进行通信。
图3是根据本发明的示范性实施例的包含发射线圈或接收线圈352的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3中所说明，用于示范性实施例中的发射电路或接收电路350可包含线圈352。所述线圈还可被称作或被配置为“环形”天线352。线圈352在本文还可被称作或被配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“线圈”意在指代可向另一“线圈”无线地输出能量或从到另一“线圈”的耦合接收能量的组件。所述线圈还可被称作经配置以无线地输出或接收电力的类型的“天线”。线圈352可经配置以包含空气芯或物理芯(例如，铁氧体芯(未图示))。空气芯环形线圈可能更可容许放置于所述芯附近的外来物理装置。此外，空气芯环形线圈352允许将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线圈218(图2)在发射线圈214(图2)的平面内的放置，在所述平面中，发射线圈214(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之间有匹配或几乎匹配的谐振期间可发生发射器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，也可传递能量，但效率可能受到影响。能量的传递是通过将来自发射线圈的场105的能量耦合到驻留于建立了此场105的邻域中的接收线圈而非将能量从发射线圈传播到自由空间中而发生的。
环形线圈或磁性线圈的谐振频率是基于电感和电容。电感可简单地为由线圈352产生的电感，然而可将电容添加到线圈的电感以在所要的谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，可将电容器352及电容器354添加到发射电路或接收电路350，以形成选择谐振频率下的信号356的谐振电路。因此，对于较大直径的线圈来说，持续谐振所需的电容的大小可随着环的直径或电感增加而减小。此外，随着线圈的直径增加，近场的有效能量传递区域可增加。使用其它组件形成的其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于线圈352的两个端子之间。对于发射线圈，具有大体上对应于线圈352的谐振频率的频率的信号358可为到线圈352的输入。
在一个实施例中，发射器104可经配置以输出具有对应于发射线圈114的谐振频率的频率的时变磁场。当接收器处于场105内时，所述时变磁场可在接收线圈118中感应电流。如上文所描述，如果接收线圈118经配置以在发射线圈118的频率下谐振，那么可高效地传递能量。可如上所述对接收线圈118中感应的AC信号进行整流以产生DC信号，可提供所述DC信号对负载进行充电或供电。
图4为根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的发射器404的功能框图。发射器404可包含发射电路406和发射线圈414。发射线圈414可为如图3中所示的线圈352。发射电路406可通过提供振荡信号而将RF电力提供到发射线圈414，所述振荡信号导致在发射线圈414周围产生能量(例如，磁通量)。发射器404可在任何合适频率下操作。举例来说，发射器404可在13.56MHz的ISM频带下操作。
发射电路406可包含：固定阻抗匹配电路409，其用于将发射电路406的阻抗(例如，50欧姆)与发射线圈414匹配；以及低通滤波器(LPF)408，其经配置以将谐波发射减少到防止耦合到接收器108(图1)的装置的自干扰的水平。其它示范性实施例可包含不同滤波器拓扑(包含(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)，且可包含自适应阻抗匹配，其可基于可测量的发射度量(例如，到线圈414的输出电力或由驱动器电路424汲取的DC电流)而变化。发射电路406进一步包含经配置以驱动如由振荡器423确定的RF信号的驱动器电路424。发射电路406可由离散装置或电路组成，或者替代地，可由集成组合件组成。来自发射线圈414的示范性RF功率输出可为约2.5瓦。
发射电路406可进一步包含控制器415，以用于在针对特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间选择性地启用振荡器423，以用于调整所述振荡器423的频率或相位，且用于调整输出电力水平来实施用于经由相邻装置所附接的接收器与相邻装置交互的通信协议。应注意，控制器415在本文中还可被称作处理器415。振荡器相位的调整以及发射路径中的相关电路可允许减少带外发射，尤其在从一个频率转变到另一频率时。
发射电路406可进一步包含负载感测电路416，以用于检测在由发射线圈414产生的近场附近的有效接收器的存在或不存在。举例来说，负载感测电路416监视流动到驱动器电路424的电流，所述电流可受在由发射线圈414产生的场附近的有效接收器的存在或不存在影响，如下文进一步描述。由控制器415监视对驱动器电路424上的负载的改变的检测，以用于确定是否启用振荡器423来用于发射能量且与有效接收器通信。如下文更全面地描述，在驱动器电路424处测得的电流可用于确定无效装置是否定位在发射器404的无线电力传递区内。
发射线圈414可用绞合线实施，或实施为具有经选择以使电阻性损耗保持较低的厚度、宽度和金属类型的天线带。在一个实施方案中，发射线圈414可一股经配置以与较大结构(例如，桌子、垫子、灯或其它较不便携的配置)相关联。因此，发射线圈414一股可不需要“若干匝”以便具有实用尺寸。发射线圈414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。
图5为根据本发明的示范性实施例的可用于图1的无线电力传递系统中的接收器508的功能框图。接收器508包含接收电路510，所述接收电路可包含接收线圈518。接收器508进一步耦合到装置550以向所述装置提供所接收的电力。应注意，将接收器508说明为在装置550外部，但其可集成到装置550中。能量可无线地传播到接收线圈518且接着经由接收电路510的剩余部分而耦合到装置550。举例来说，充电装置包含例如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、桌上型计算机、计算机外围装置、通信装置(例如，蓝牙装置)、数码相机、助听器(其它医疗装置)等装置。
接收线圈518可经调谐以在与发射线圈414(图4)相同的频率下或在指定的频率范围内谐振。接收线圈518可与发射线圈414类似地设定尺寸，或可基于相关联装置550的尺寸来不同地设定大小。举例来说，装置550可为具有比发射线圈414的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子装置。在此实例中，接收线圈518可实施为多匝线圈，以便减少调谐电容器(未图示)的电容值，且增加接收线圈的阻抗。举例来说，接收线圈518可放置于装置550的实质性圆周周围，以便使天线直径最大化并减少接收线圈518的环匝(即，绕组)的数目和绕组间电容。
接收电路510可提供与接收线圈518的阻抗匹配。接收电路510包含用于将接收到的RF能源转换为供装置550使用的充电电力的电力转换电路506。电力转换电路506包含RF-DC转换器520且还可包含DC-DC转换器522。RF-DC转换器520将在接收线圈518处接收到的RF能量信号整流为具有由Vrect表示的输出电压的非交变电力。DC-DC转换器522(或其它电力调节器)将经整流的RF能量信号转换为与装置550相容的能量电位(例如，电压)，其中由Vout和Iout表示输出电压和输出电流。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510可进一步包含切换电路512，以用于将接收天线518连接到电力转换电路506或者用于断开电力转换电路506。将接收线圈518与电力转换电路506断开不仅会中止对装置550的充电，而且还会改变发射器404(图2)所“看到”的“负载”。
如上文所揭示，发射器404包含负载感测电路416，所述负载感测电路可检测提供到发射器驱动器电路424的偏置电流的波动。因此，发射器404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508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及卸载进行时间多路复用，以使其它接收器能够更高效地耦合到发射器。也可遮盖接收器508，以便消除到其它近旁接收器的耦合或减少近旁发射器上的加载。接收器的此“卸载”在本文中还称为“遮盖”。此外，如下文更充分地阐释，由接收器508控制且由发射器404检测的卸载与加载之间的此切换可提供从接收器508到发射器404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508发送到发射器404。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404与接收器508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(即，使用耦合场的带内信令)。换句话说，发射器404可使用所发射信号的开／关键控来调整近场中的能量是否可用。接收器可将这些能量改变解译为来自发射器404的消息。从接收器侧，接收器508可使用接收线圈518的调谐与解谐来调整正从场接受多少电力。在一些情况下，可经由切换电路512来完成所述调谐与解谐。发射器404可检测来自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508的消息。应注意，可利用对发射电力和负载特性的其它形式的调制。
接收电路510可进一步包含用以识别所接收的能量波动的信令检测器和信标电路514，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，信令与信标电路514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信号能量整流为标称电力，以用于唤醒接收电路510内的未供电或耗尽电力的电路，以便配置接收电路510进行无线充电。
接收电路510进一步包含处理器516，以用于协调本文中所描述的接收器508的过程(包含对本文中所描述的切换电路512的控制)。还可在其它事件(包含检测到将充电电力提供到装置550的外部有线充电源(例如，壁式／USB电力))发生后即刻进行对接收器508的遮盖。除了控制对接收器的遮盖外，处理器516还可监视信标电路514以确定信标状态，并提取从发射器404发送的消息。处理器516还可调整DC-DC转换器522以获得提高的性能。
如上文所描述，无线电力传递系统可包含经配置以产生磁场的发射器以及经配置以将所述磁场转换为电能的接收器。所述接收器可与待充电的装置(DTBC)互连。在各种实施例中，待充电的装置可包含例如移动电话或便携式计算机等便携式电子装置。当将接收器放置在由发射器产生的磁场中时，接收器可将电能提供给待充电的装置。所述系统可经由磁感应将电力从发射器线圈传递到接收器线圈。
可传递的电力量以及可传递电力的效率可取决于发射器与接收器线圈之间的磁性耦合。磁性耦合可受各种因素影响，例如线圈几何形状、相对线圈定位、线圈屏蔽以及金属的存在。一股来说，无线电力系统经设计以在将待充电的装置平坦放置在充电表面上时且在发射器和接收器线圈彼此对准且平行时进行操作。
在各种实施例中，待充电的某些装置可包含可在多个位置中接收充电电力的无线电力接收器。此类多位置充电装置可允许例如平板计算机等装置在其平放在充电表面上时(如图6A中所示)且在其处于竖立位置中时(如图6B中所示)接收充电电力。
实际上，支持可变位置可具挑战性。为了维持足以满足设计目标的无线电力传递，接收器线圈设计可考虑到线圈与金属(包含待充电的装置)的接近度以及线圈与发射器垫的相对位置。使用维持单一接收器线圈与待充电的装置以及发射线圈两者的相对位置的所述单一接收器线圈可能难以支持图6A和图6B中所示的不同消费者使用模型。在一些情况下，有可能让单一接收线圈支持多个充电位置。然而，单一线圈设计还可导致增加的成本、难用的使用模型或无线电力性能的降低。
根据一个实施例，无线电力接收器可使用多个可变定向的接收器线圈来支持多个使用情况，例如图6A到6C中所示的使用情况。另外，多线圈接收器的原理可允许两个或两个以上低功率发射线圈支持单个高功率接收器的功率。单个接收器电子器件板可支持两个接收器线圈。在此实例性实施例中，集成到计算装置箱中的单个接收器板和两个接收器线圈可允许例如平板计算机等计算装置在图6A到6C中所示的三个位置中进行充电，这将在下文进一步详细描述。
图6A为第一配置中的示范性无线电力传递系统600的图。在所说明的实施例中，无线电力传递系统600包含连接到DTBC620的接收器610，以及发射器630。在一实施例中，接收器610可例如为用于DTBC620的盖。在各种实施例中，DTBC620可为例如计算装置、平板计算机、蜂窝式电话等电子装置。发射器630可为(例如)充电垫。所述第一配置可被称作“平坦”位置。在各种实施例中，“平坦”位置可包含接收器610、DTBC620和／或发射器630围绕Y轴的任何旋转。
接收器610可经配置以从发射器630接收无线充电电力。在一实施例中，接收器610可包含接收器108(图1)、208(图2)和／或508(图5)的一个或一个以上方面。接收器610可包含两个或两个以上接收线圈650和660，其经配置以从发射器630中的至少一个发射线圈640接收电力传递。在一实施例中，接收器610包含接收线圈650和660，且上文关于图1到5所描述的接收器电路中的一些或全部可包含在DTBC620中。在一实施例中，接收器610可具有外壳，所述外壳包含非铁材料，例如塑料、皮革等。
发射器630可经配置以将无线充电电力发射到接收器610。发射器630可包含发射器104(图1)、204(图2)和／或504(图5)的一个或一个以上方面。在一实施例中，发射器630包含至少一个发射线圈640，其经配置以将电力传递提供给接收器610中的两个或两个以上接收线圈650和660。
在一实施例中，所述两个或两个以上接收线圈650和660可以相对彼此且相对于发射线圈和／或DTBC620两者可变地定向。如图6A中所示，无线电力传递系统600处于第一配置中。图6A中所示的第一配置可对应于(例如)其中平板计算机(DTBC620)被封围在盖(接收器610)中且安放在充电垫(发射器630)上的实施例。如图所示，第一接收线圈650和第二接收线圈660相对于发射线圈640以大体上相同的角度定向。
在各种实施例中，第一接收线圈650和第二接收线圈660可经设计以用于大体上相同的操作频率。举例来说，第一接收线圈650和第二接收线圈660可经设计以在10％的频率偏差内操作。作为另一实例，第一接收线圈650和第二接收线圈660可经设计以在5％的频率偏差内操作，第一接收线圈650和第二接收线圈660可经设计以在1％的频率偏差内操作，或更特定来说，在0.1％的频率偏差内操作。
仍参看图6A，第一接收线圈650更靠近发射线圈640，且可因此比第二接收线圈660接收更多的无线充电电力。在一实施例中，DTBC620可能包含干扰无线电力传递的材料，例如铁外壳或其它干扰材料。因为DTBC620位于第二接收线圈660与发射线圈640之间，所以第二接收线圈660可能接收比第一接收线圈650少的无线充电电力。
在一实施例中，如本文中将更详细地描述，当无线电力传递系统600处于第一配置中时，接收器610可检测到第二接收线圈660在第一配置中接收较少的无线充电电力，且可选择第一接收线圈650来接收无线充电电力。
图6B为第二配置中的示范性无线电力传递系统600的图。在所说明的实施例中，无线电力传递系统600包含连接到DTBC620的接收器610，以及发射器630。如图所示，接收器610和DTBC620经定向以使得DTBC620处于“竖立”位置中。举例来说，在其中DTBC包含可能优选在倾斜定向中观看的屏幕的实施例中，DTBC620可定向在“竖立”位置中。在一实施例中，包含第一接收线圈650的接收器610的一部分可支持处于“竖立”位置中的DTBC。在各种实施例中，“竖立”位置可包含接收器610、DTBC620和／或发射器630围绕Y轴的任何旋转。
如图6B中所示，在第二配置中，第一接收线圈650比第二接收线圈660更靠近发射线圈640。另外，第一接收线圈650以与发射线圈640大体上相同的角度定向。另一方面，第二接收线圈660相对于第一接收线圈650、发射线圈640和DTBC620中的一者或一者以上以倾斜角度定向。因此，在第二配置中，第二接收线圈660可比第一接收线圈650接收更少的无线充电电力。在一实施例中，如本文中将更详细地描述，当无线电力传递系统600处于第二配置中时，接收器610可检测到第一接收线圈650在第二配置中接收较少的无线充电电力，且可选择第二接收线圈660来接收无线充电电力。
图6C为第三配置中的示范性无线电力传递系统600的图。在所说明的实施例中，无线电力传递系统600包含连接到DTBC620的接收器610，以及发射器630。如图所示，接收器610和DTBC620经定向以使得DTBC620处于“平坦未覆盖”位置中。在其中DTBC包含可优选在平放在充电垫上时观看的屏幕的实施例中，DTBC620可定向在“平坦未覆盖”位置中。在各种实施例中，“平坦未覆盖”位置可包含接收器610、DTBC620和／或发射器630围绕Y轴的任何旋转。
如图6C中所示，在第三配置中，第二接收线圈660比第一接收线圈650更靠近发射线圈640。然而，不同于第一配置，DTBC620可大体上不干扰发射线圈640与第一接收线圈650之间的无线电力传递。因此，在第三配置中，第一接收线圈650可接收与第二接收线圈660大致相同的无线充电电力。在一实施例中，如本文中将更详细地描述，当无线电力传递系统600处于第三配置中时，接收器610可检测到第二接收线圈660在第三配置中接收大致相同的无线充电电力，且可选择第一接收线圈650和第二接收线圈660两者来接收无线充电电力。
图6D是图6B的示范性无线电力传递系统的透视图。在所说明的实施例中，无线电力传递系统600包含连接到DTBC620的接收器610，以及发射器630。如图所示，接收器610和DTBC620经定向以使得DTBC620处于“竖立”位置中。在各种实施例中，“竖立”位置可包含接收器610、DTBC620和／或发射器630围绕Y轴的任何旋转。
图7是示范性无线电力发射系统700的简化框图。无线电力发射系统700包含发射器710、“平坦”RX线圈720、“竖立”RX线圈730、第一整流器740和第二整流器750、DC／DC调节器760，以及DTBC770。在一实施例中，发射器710可例如为发射器630(图6B)。当无线电力发射系统600处于第二配置中时，“平坦”RX线圈720可例如为第二接收线圈660。DTBC770可为(例如)DTBC620。在各种实施例中，整流器740和750，和／或DC／DC调节器760可包含在接收器610和／或DTBC770中。
如图7中所示，每一接收线圈650和660可分别连接到专用整流器电路740和750，所述专用整流器电路可经配置以将AC线圈电压转换为未调节的DC电压。这些第一调节器740和第二调节器750的输出可并联连接到电压调节器760。电压调节器760可将未调节的DC电压转换为用于DTBC770的适当的经调节DC电压。在一实施例中，两个整流器作用在二极管“或”配置中。在一实施例中，最紧密接近发射线圈640的任何一个接收线圈650或660将具有较高的感应电压。因此，与具有较高的感应电压的接收线圈650或660相关联的整流器可传导到调节器760中。
图8是示范性无线电力发射系统800的另一简化框图。在一实施例中，还可使用多个发射器线圈将电力供应到多个DTBC。无线电力发射系统800包含发射器810、第一发射线圈820、第一接收线圈830、第一接收器840、第一DTBC850、第二发射线圈860、第二接收线圈870、第二接收器880和第二DTBC890。
如图8中所示，发射器810包含第一发射线圈820，所述第一发射线圈经配置以将电力供应到第一接收线圈830。第一接收器840可包含第一接收线圈830。在一实施例中，第一接收器840可将从第一接收线圈830接收到的AC信号转换为经调节的DC信号以用于供应到第一DTBC850。在一实施例中，第一DTBC850可为5W装置。
仍参看图8，发射器810包含第二发射线圈860，所述第二发射线圈经配置以将电力供应到第二接收线圈870。第二接收器880可包含第二接收线圈870。在一实施例中，第二接收器880可将从第二接收线圈870接收到的AC信号转换为经调节的DC信号以用于供应到第二DTBC890。在一实施例中，第二DTBC890可为5W装置。
图9是示范性无线电力发射系统900的又一简化框图。在一实施例中，还可使用多个接收器线圈以允许多个“低功率”发射线圈将电力供应到多个“高功率”DTBC。图9中的框图描绘其中两个发射器线圈各自能够同时将5W提供给接收器线圈的无线电力系统。在此系统中，在发射器线圈的数目与接收器线圈的数目之间存在1∶1的关系。如图9中所示，无线电力发射系统900包含发射器910。发射器910包含第一发射线圈920和第二发射线圈930。
仍参看图9，第一发射器920经配置以将无线充电电力供应到第一接收线圈930。在一实施例中，第一接收线圈930可具有第一所接收功率界限，例如5W。第二发射线圈930经配置以将无线充电电力供应到第二接收线圈940。在一实施例中，第二接收线圈940可具有第二所接收功率界限，例如5W。
接收器950可包含第一接收线圈930和第二接收线圈940两者。接收器950可经配置以将从第一接收线圈930和第二接收线圈940接收到的AC信号转换为经调节的DC信号以用于供应到高功率DTBC960。在一实施例中，第一DTBC960可具有比任何一个接收线圈930和940的功率界限高的功率汲取。举例来说，第一DTBC960可为10W装置。
图10展示接收无线充电电力的示范性方法的流程图1000。所述方法可实施于上文关于图1到9所描述的装置中的一者或一者以上上。虽然下文关于接收器610(图6A到6C)的元件来描述所述方法，但所属领域的技术人员将了解，可使用其它组件来实施本文中所描述的步骤中的一者或一者以上。虽然可将框描述为以特定次序发生，但所述框可重新排序，可省略若干框且／或可添加额外的框。
首先，在框1010处，接收器610确定第一接收线圈650的第一特性。第一接收线圈650与发射线圈640具有第一相互耦合。在一实施例中，所述第一特性可为第一接收线圈650处的电压。在另一实施例中，所述第一特性可为第一接收线圈650与发射线圈640之间的互感。在一实施例中，接收器610可使用第一整流器740和第二整流器750(图7)中的一者或一者以上来确定第一特性。
接下来，在框1020处，接收器610确定第二接收线圈660的第二特性。所述第二接收线圈660与发射线圈640具有第二相互耦合。在一实施例中，所述第二接收线圈660可经设计以用于大体上与第一接收线圈650相同的频率的操作。在一实施例中，所述第二特性可为第二接收线圈660处的电压。在另一实施例中，所述第二特性可为第二接收线圈660与发射线圈640之间的互感。在一实施例中，接收器610可使用第一整流器740和第二整流器750(图7)中的一者或一者以上来确定第二特性。
随后，在框1030处，接收器610基于所述第一特性和所述第二特性来选择第一接收线圈650和第二接收线圈660中的一者。举例来说，在一实施例中，接收器610可选择具有最高电压的接收线圈650和／或660。在另一实施例中，接收器610可选择最靠近发射线圈640的接收线圈650或660。在一实施例中，第一整流器740和第二整流器750中的一者或一者以上可选择接收线圈650和／或660。
随后，在框1040处，接收器610将负载耦合到选定的接收线圈650和／或660。在一实施例中，接收器610仅将负载耦合到选定的接收线圈650或660。在另一实施例中，接收器610部分将负载耦合到选定的接收线圈650或660，且部分将负载耦合到未选定的接收线圈650或660。在一实施例中，未选定的接收线圈650或660比选定的接收线圈650或660耦合少。
图11是可在图1的无线电力传递系统内采用的示范性无线装置的功能方框图1100。装置1100包括用于从发射器630接收无线电力的第一装置1110、用于从发射器630接收无线电力的第二装置1120，以及用于耦合到第一装置1110以用于接收无线电力或耦合到第二装置1120以用于接收无线电力的负载。
在一实施例中，用于接收无线电力的第一装置1110可经配置以执行上文关于图10中所说明的框1010所论述的功能中的一者或一者以上。用于接收无线电力的第一装置1110可对应于(例如)接收线圈118(图1)、218(图2)、650(图6)和／或660中的一者或一者以上。在一实施例中，用于接收无线电力的第二装置1120可经配置以执行上文关于图10中所说明的框1020所论述的功能中的一者或一者以上。用于接收无线电力的第二装置1120可对应于(例如)接收线圈118(图1)、218(图2)、650(图6)和／或660中的一者或一者以上。
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，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示贯穿以上描述所参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。
可将结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚说明硬件与软件的此互换性，上文已大致关于其功能性而描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。可针对每一特定应用以不同的方式实施所描述的功能性，但此些实施决策不应被解释为导致与本发明的实施例的范围的偏离。
结合本文所揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块及电路可用通用处理器、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所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此配置。
结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤和功能可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块，或以两者的组合体现。如果以软件实施，则可将功能作为有形的非暂时性计算机可读媒体上的一个或一个以上指令或代码而加以存储或传输。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，使得所述处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文中所使用，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)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘使用激光光学地再现数据。以上各者的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端中。
为了概括本发明，已在本文描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。将理解，可不一定根据本发明的任何特定实施例实现所有此些优点。因此，本发明可以实现或优化如本文所教示的一个优点或优点群组的方式来体现或实行，而不一定实现如可在本文教示或建议的其它优点。
对上文所描述的实施例的各种修改将容易显而易见，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文所界定的一股原理可应用于其它实施例。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及新颖特征一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种经配置以从无线电力发射线圈接收无线电力的无线电力接收器，所述无线电力接收器包括：
第一接收线圈，其与所述发射线圈具有第一相互耦合；
第二接收线圈，其与所述发射线圈具有第二相互耦合，所述第二接收线圈经设计以用于大体上与所述第一接收线圈相同频率的操作；以及
负载，其耦合到所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的至少一者，所述负载经配置以接收无线电力，
其中所述第一接收线圈和所述第二接收线圈之间的定向角是可变的。
2.根据权利要求1所述的无线电力接收器，其进一步包括：
第一整流器，其耦合到所述第一接收线圈；
第二整流器，其耦合到所述第二接收线圈；以及
调节器，其经配置以将所述第一整流器和所述第二整流器耦合到所述负载。
3.根据权利要求1所述的无线电力接收器，其进一步包括：
整流器，其耦合到所述第一接收线圈和所述第二接收线圈；以及
调节器，其经配置以将所述整流器耦合到所述负载。
4.根据权利要求3所述的无线电力接收器，其中所述调节器经配置以基于所述第一接收线圈和所述第二接收线圈的特性而经由所述整流器从所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的一者接收电力。
5.根据权利要求4所述的无线电力接收器，其中所述特性包括所述第一接收线圈和所述第二接收线圈处的电压。
6.根据权利要求4所述的无线电力接收器，其中所述特性包括所述第一接收线圈与所述发射线圈之间以及所述第二接收线圈与所述发射线圈之间的互感。
7.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的无线电力接收器，其中所述无线电力接收器进一步经配置以从第二无线电力发射线圈接收无线电力，所述第一接收线圈与所述第二无线电力发射线圈具有第三相互耦合，所述第二接收线圈与所述第二发射线圈具有第四相互耦合。
8.一种从无线电力发射线圈接收无线电力的方法，所述方法包括：
确定第一接收线圈的第一特性，所述第一接收线圈与所述发射线圈具有第一相互耦合；
确定第二接收线圈的第二特性，所述第二接收线圈与所述发射线圈具有第二相互耦合，所述第二接收线圈经设计以用于大体上与所述第一接收线圈相同频率的操作；以及
基于所述第一特性和所述第二特性来选择所述第一接收线圈和所述第二接收线圈中的一者；以及
将负载耦合到所述选定的接收线圈，
其中所述第一接收线圈和所述第二接收线圈之间的定向角是可变的。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括相对于所述第二接收线圈的定向来调整所述第一接收线圈的所述定向。
10.根据权利要求8到9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：
将所述第一接收线圈的输出进行整流；
将所述第二接收线圈的输出进行整流；以及
调节所述选定的接收线圈的所述输出。
11.根据权利要求8到9中任一权利要求所述的方法，其中所述特性包括所述第一接收线圈和所述第二接收线圈处的电压。
12.根据权利要求8到9中任一权利要求所述的方法，其中所述特性包括所述第一接收线圈与所述发射线圈之间以及所述第二接收线圈与所述发射线圈之间的互感。
13.根据权利要求8到9中任一权利要求所述的方法，其进一步包括选择与所述发射线圈具有最大耦合的接收线圈。
14.一种用于从无线电力发射器接收无线电力的设备，所述设备包括：
用于从所述发射器接收无线电力且与所述发射器具有第一相互耦合的第一装置；
用于从所述发射器接收无线电力且与所述发射器具有第二相互耦合的第二装置，所述用于接收无线电力的第二装置经设计以用于大体上与所述用于接收无线电力的第一装置相同频率的操作；以及
负载，其耦合到所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置中的至少一者，
其中所述用于从所述发射器接收无线电力的第一装置和所述用于从所述发射器接收无线电力的第二装置之间的定向角是可变的。
15.根据权利要求14所述的设备，其进一步包括：
耦合到所述用于接收无线电力的第一装置的用于整流的第一装置；
耦合到所述用于接收无线电力的第二装置的用于整流的第二装置；以及
用于将所述用于整流的第一装置和所述用于整流的第二装置耦合到所述负载的调节装置。
16.根据权利要求14所述的设备，其进一步包括：
耦合到所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置的用于整流的装置；以及
用于将所述用于整流的装置耦合到所述负载的调节装置。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述调节装置经配置以基于所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置的特性而经由所述用于整流的装置从所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置中的一者接收电力。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述特性包括所述用于接收无线电力的第一装置和所述用于接收无线电力的第二装置处的电压。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述特性包括所述用于接收无线电力的第一装置与所述发射器之间以及所述用于接收无线电力的第二装置与所述发射器之间的互感。
20.根据权利要求14到17中任一权利要求所述的设备，其中所述无线电力接收器进一步经配置以从第二无线电力发射器接收无线电力，所述用于接收无线电力的第一装置与所述第二无线电力发射器具有第三相互耦合，所述用于接收无线电力的第二装置与所述第二发射器具有第四相互耦合。
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