CN104953626B - 局部计算环境中的无线电力使用 - Google Patents

Abstract

描述了无线地供电的局部计算环境的各实施例。无线地供电的局部计算环境至少包括被配置成无线地向若干个被适当配置的设备中的任何一个提供电力的近场磁谐振(NFMR)电源。在所述各实施例中，被配置成从NFMR电源无线地接收电力的设备必须位于被称为近场的区域内，该区域延伸不超过距离D，距离D是NFMR电源传输设备的特征大小的几倍。通常，距离D大约1米左右。

Description

局部计算环境中的无线电力使用

本申请是申请日为2010年11月10日、申请号为201080051931.4，发明名称为“局部计算环境中的无线电力使用”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

所描述的各实施例一般涉及在便携式计算环境中使用无线电力传输。

背景技术

历史上，对于相当有限的应用，成功地进行了无线电力传输。具体而言，只有那些无线电源和无线电力接收器彼此非常靠近的应用才获得了成功。在此布局中，无线电源和无线电力接收器通常通过能够牵连电源和接收器两者的磁场而感应地耦合。虽然很好地适用于需要相对低电力(大约mW)的应用，但是，该同一个过程不适用于那些需要更多电力(大约至少几瓦到数百瓦)或者电源和电力接收器彼此离得更远(诸如几英寸到几英尺)的应用。

然而，已经发现(参见Karalis等人所著的“Efficient wireless non-radiativemid-range energy transfer”，Annals of Physics 323(2008)，34-38页)，能够从电源向位于被称为近场的距离内的接收器无线地传输可使用电力。近场的意思是指，在传输中所涉及的两个物体的距离的几倍的距离内(对于大多数应用，大约一米左右)，能够以可以接受的效率在无线源设备和接收器之间传输相对大量的电力(至少大约几瓦)。如此，能够实现适于有限应用的距离上无线地传输可使用电量的现实和实际方法。通常，诸如无线电子设备的每一个电池供电的设备都需要其自己的充电器和电源，该电源通常是交流电(AC)电源插座。当有许多设备需要充电时，这样的有线配置变得不便利。

在发射器和耦合到要充电的电子设备的接收器之间实现了各种空中或无线电力传输，它们一般分成两个类别。一个类别基于发射天线和要充电的设备上的接收天线之间的平面波辐射的耦合。接收天线收集辐射的电力并对它进行整流，以便给电池充电。天线一般具有谐振长度以便提高耦合效率。此方法受到下列事实的困扰：电力耦合随着天线之间的距离而快速下降，如此，合理距离(例如，小于1米到2米)内的充电变得困难。

其它技术依赖于例如被嵌入“充电”垫子或表面中的发射天线和被嵌入要充电的电子设备中的接收天线(加上整流电路)之间的感应耦合。此方法具有下列缺点：发射和接收天线之间的间距必须非常近(例如，在千分之一米以内)。尽管此方法确实具有在同一个区域内同时对多个设备进行充电的能力，但是，此区域通常非常小，并要求用户准确地将设备置于特定区域。

对于无线电力传输，需要用于以变化的电力水平和复用的时间来发射和中继无线电力以提高电力传输效率的装置和方法。

此外，所需的是用于无线供电的局部计算环境中的外围设备之间的有效和用户友好交互的方法、系统和装置。具体而言，为了增强用户的体验并提供有效的电力利用，需要无线电力环境的上下文中的多个外围设备之间的协作。

发明内容

本发明提供了用于在计算环境中使用无线近场磁谐振(NFMR，near fieldmagnetic resonance)电力传输的系统和方法。

在各实施例中，描述了用于在无线地从无线电源接收电力的多个外围设备之间进行交互的方法、系统和装置。在一个实施例中，能够创建虚拟充电区域。虚拟充电区域可从并入NFMR电源的中心站延伸到大约1米。虚拟充电区域可以定义一个区域，在该区域中，诸如鼠标、键盘等的适当配置的外围设备能够经由在NFMR电源和包括在外围设备中的NFMR谐振器电路之间形成的NFMR信道来接收电力。如此，当NFMR电源和NFMR谐振器电路两者都被调谐到彼此时，能够通过在两个谐振设备之间形成的电力传导通道来传输可使用电力。

在某些实施例中，外围设备中的至少一个可以具有可调谐谐振器电路，该可调谐谐振器电路具有至少一个具有能够被改变的值的电路元件(如电阻器、电感器或电容器)。如此，可调谐谐振器电路能够通过相对于NFMR电源的谐振频率而失谐可调谐谐振器电路，与NFMR电源去耦合。如此，可调谐电路的有效的Q值降低到基本上不传输电力的点。在一个实施例中，多个外围设备中的至少一个可包括辅助NFMR谐振器电路，该辅助NFMR谐振器电路适用于通过建立到其它外围设备的NFMR信道(在该信道上可以传输可使用电力)，将电力重新谐振到多个外围设备中的另一个外围设备。在某些实施例中，NFMR电源能够通过修改诸如频率的谐振特性来消除虚拟充电区域中的任何空白。

无线地发射电力的方法能够通过下列步骤来执行：在电源发射天线的近场内创建电磁场的第一耦合模式区域，耦合电磁场和耦合模式区域内的第一接收器设备的接收器天线，在第一接收器设备的发射天线的近场内创建不同于第一耦合模式区域的电磁场的第二耦合模式区域，将电磁场耦合到第一接收器设备的发射天线的近场中的第二接收器设备的接收天线，使用电磁场的第一耦合模式区域，经由电源发射天线将电力从电源无线地传递到第一接收器设备；以及，通过使用所述电磁场的所述第二耦合模式区域，经由所述第一接收器发射天线将无线地传递给所述第一接收器设备的电力的至少一些重新发射到所述第二接收器设备，来无线地传递所述至少一些电力。

附图说明

所包括的附图是说明性的，只用于提供可能的结构的示例以及所公开的各实施例的布局。这些附图决不在形式和细节方面限制任何变化，在不偏离各实施例的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对所描述的各实施例进行修改。

图1示出了根据所述实施例的代表性的可调谐谐振器电路。

图2示出了根据所述实施例的代表性的虚拟充电区域。

图3示出了根据所述实施例的代表性的混合电源电路。

图4示出了根据所述实施例的用于分配电力的代表性的时间复用。

图5示出了根据各种示例性实施例的无线传输或充电系统。

图6示出了无线电力传送系统的简化示意图。

图7示出了被配置为“环形”天线的示例性实施例中所使用的天线，该天线在这里还可被称为“磁性”天线。

图8示出了根据所述实施例的详述过程800的流程图。

具体实施方式

描述了无线地供电的局部计算环境的各实施例。无线地供电的局部计算环境至少包括被配置为无线地向若干个被适当配置的设备中的任何一个提供电力的近场磁谐振(NFMR)电源。在所述各实施例中，被配置为从NFMR电源无线地接收电力的设备可位于被称为近场的区域内，该区域延伸不超过距离D，距离D可以是NFMR电源传输设备的特征大小的几倍。通常，距离D大约1米左右。

图1示出了根据所述实施例的各种代表性的可调谐电路。代表性的可调谐电路可包括串联RLC(电阻器(R)、电感器(L)、电容器(C))电路102。在该布局中，能够通过改变部件值中的任何一个来调谐(即，改变)谐振频率。例如电路102，电容器C可以是被用来调谐电路102的可变电容器。类似地，如调谐LC电路106那样，电路104(被称为Hartlely振荡器)可被用作所述实施例中的可调谐电路。

图2示出了根据所述实施例的代表性的虚拟充电区域200。虚拟充电区域200提供了区域R，用于对放在区域R内的适当配置的设备进行充电。NFMR电源可被置于诸如台式计算机的中央单元内。如此，台式计算机能够向NFMR电源提供计算资源。应当注意，近场磁谐振(NFMR)电源可包括高Q电路，该电路依赖于经由在电源和宿的谐振之间形成的谐振通道的近场磁耦合来传输功率。NFMR电源可以是独立的单元，诸如，例如，被包括在台式计算机、膝上型计算机、平板计算机等等中。在其它实施例中，NFMR电源可以呈现携带式单元的形式，诸如可被连接到诸如台式计算机的旧式设备从而提供改装设备的能力的加密狗(加密狗)。在再一些其它实施例中，被用来封闭NFMR电源的外壳或外壳的一部分能够发生作用以扩展NFMR电源的有效范围。

如此，能够直接从NFMR电源为适当配置的外围设备供电。这样一来，当被调谐到适当频率时，外围设备能够无线地从NFMR电源接收电力。这样一来，适当调谐的外围设备可被视为谐振电路的一部分，该谐振电路可包括NFMR电源以及任何其它如此调谐的外围设备。作为这样的电路的一部分，每个设备都具有与其相关联的对应负载，该负载能够被NFMR电源感测到。如此，谐振电路可具有特征负载，该负载可通过向谐振电路添加设备或从中删除设备而改变。例如，如果诸如便携式媒体播放器的适当配置的设备被置于NFMR电源的范围内，那么，当(并且仅当)便携式媒体播放器被适当地调谐时，与便携式媒体播放器相关联的负载能够被NFMR电源感测到。应当注意，在某些情况下，被置于NFMR电源的范围内的设备可以使用诸如WiFi或蓝牙的标准通信协议来传递其初始存在。然而，一旦被并入谐振电路中，该设备就可以使用下面详细描述的通信反向信道。因此，谐振电路的特征负载因素的任何变化都可以传达可被NFMR电源用来通过例如分配电力等等来控制谐振电路中的各种设备的信息。

在某些实施例中，某些外围设备可被配置成包括重新谐振器电路，该电路能够直接从NFMR电源接收电力。这样的设备还可将接收到的电力的一部分传输到其它外围设备。例如，如图2所示，虚拟充电区域200包括可包括NFMR电源的中央单元202(台式计算机)、键盘204、鼠标206、以及便携式媒体播放器208。在一个实施例中，键盘204可被配置成直接从包括在台式计算机202中的NFMR电源接收电力，如鼠标206和便携式媒体播放器208(当位于范围R内时)那样。

在某些情况下，台式计算机202直接向例如鼠标206提供电力的能力会由于任意数量的因素而降低。这样的因素可包括，例如，向区域R中添加需要来自NFMR电源的电力的其它设备、障碍物干扰在NFMR和鼠标206之间形成的直接电力通道等等。在此情况下，键盘204可以充当重新谐振器，使得从NFMR电源传递给键盘204的电力的一部分可以经由键盘204中的重新谐振器传输单元(未示出)被传递下去。如此，由鼠标206体验到的任何电力损失能够被从键盘204接收到的电力改善。此布局可以是短暂的，或者也可以持续，只要鼠标206不能直接从NFMR电源接收到适当电力。在其它情况下，将便携式媒体播放器208置于区域R内会减少可用于键盘204和鼠标206的电量。在此情况下，如果键盘204中的电池是充满电的(或者不需要再充电)，那么，键盘204可以与充电电路去耦而仍维持向鼠标206提供电力的重新谐振器电路。

在某些实施例中，加密狗210可被连接到台式计算机202(例如，通过USB端口或电缆)。如此连接之后，加密狗210可以充当NFMR电源的范围扩展器。如此，加密狗210能够扩展能够由包括在台式计算机202中的NFMR电源提供电力的范围。在某些情况下，加密狗210可以重新谐振已从NFMR电源接收到的电力，而在其它情况下，加密狗210可包括其自己的NFMR电源。通过具有其自己的NFMR电源，加密狗210能够无线地向虚拟充电区域200内的那些设备提供与包括在台式机202中的NFMR电源所提供的电力分开的附加电力。应当注意，在某些实施例中，台式计算机202的外壳(或其一部分)可被用作谐振器，作为NFMR电源的一部分。

图3示出了根据所述实施例的代表性的混合电源电路300。如上文所描述的，混合电源电路300可以将NFMR电源的低电力传递能力匹配到长期存储设备(诸如锂离子聚合物(LiPO)电池)所需的大电力要求。诸如移动电话、便携式媒体播放器等等的设备中的电池需要相对大量电力来进行充电，会大于NFMR电源所能提供的电力。因此，难以使用NFMR电源来对这些诸如LiPO的大容量电池进行充电。然而，能够通过由NFMR电源传递的电力充电的短期电荷存储设备(诸如电容器、超级电容器等等)可被用来在电荷被传递到电池之前临时存储电荷。如此，一旦在短期电荷存储设备中存储了足够的电荷，存储的电荷就可被用来对长期电荷存储设备(诸如LiPO电池)进行充电。例如，图3示出了代表性的混合电源电路300，其中具有电容器302、电容器充电电路304(其可从NFMR电源接收电力P)、长期电力存储单元306(其可以呈现电池306的形式)、以及电池充电电路308。在所述实施例中，由NFMR电源提供的电力P可以“点滴地”对电容器302进行充电。一旦在电容器302中存储了足够的电荷，电容器充电电路304能够感测电容器电压VC，并经由电池充电电路308将充满电的电容器302切换到电池306。如此，存储在电容器302中的电荷Q可被用来增大电池306的电荷。一旦电容器302被放电(如由电容器充电电路304确定的)，电容器302能够再次从NFMR电源接收电力P。

无线地供电的局部计算环境的优点之一是提供增强的用户体验的潜力。例如，通过消除笨拙并且烦人的电缆并消除替换电池的必要性，能够向用户提供易于使用并且有效的局部计算环境。然而，为了提供此增强的用户体验，构成无线地供电的局部计算环境的各种设备能够彼此进行交互并与NFMR电源进行交互是有利的。这样的交互可包括，例如，由NFMR电源向范围内的任何一个设备以需要的任何量提供电力。例如，在NFMR电源(具有第一谐振器电路)和接收设备(具有第二谐振器电路)之间传输的电量能够通过沿着上文所述线路来调谐(或失谐)第二谐振器电路来控制。应当注意，当调谐一个设备时，被调谐的设备可以变为谐振电路的一部分。作为谐振电路的一部分，与设备相关联的负载可被NFMR电源“看到”。此负载又可被NFMR电源用来确定谐振电路的电力要求，以及必须如何在被包括在谐振电路中的各种设备之间分配所需电力。另一方面，当一个设备“失谐”时，该设备不再与NFMR电源谐振，并被有效地从谐振电路中去除，几乎不接收附加电力或不接收附加电力。

应当注意，各种环境因素会对从NFMR电源向包括在谐振电路中的那些设备传输电力的效率产生影响。例如，会干扰NFMR电源和无线地接收电力的那些设备之间的磁耦合的任何物体(例如，金属)都会对所提供的电量以及电力传输的效率产生不利影响。这种传输的电力或电力传输效率的降低会对NFMR电源产生不适当的压力，并增加了特定设备可能没有足够的电力以峰值效率操作以执行重要功能，或在某些情况下，根本不能操作的可能性。在一个实施例中，由设备向NFMR电源提供的指示该设备需要更多电力或体验到电力降低的反馈会导致NFMR电源试图查明该设备为何体验到这种电力降低的一个或多个原因。例如，如果该设备在空白区域内移动(空白被定义为具有显著降低的电力传输或效率因子的那种区域)，那么，NFMR电源可以尝试通过修改选定的谐振因素(诸如谐振频率)从而具有移动空白区域的效果(希望在无线地耦合到NFMR电源的设备的操作区域范围之外)，来移动空白区域。在一个实施例中，NFMR电源可以基于，例如，来自受影响设备的反馈，确定电力传输效率已经降低到低于设备的阈值。作为响应，NFMR电源可以通过修改磁谐振信号的频率，直到电力效率恢复到高于阈值，通过提高电力，或在某些情况下，通过使次要的或不太使用的设备失谐其本身(从而从谐振电路中去除其本身)以便释放可被提供给需要更多电力的那些设备的电力，作出响应。应当注意，这些操作可在后台以用户不会察觉到操作发生的方式来执行。在又一个实施例中，电源能够改变相对于其它链接的相位、频率和/或信号振幅，以便优化电力输送。

为了在与NFMR电源耦合的各种设备之间提供更强健的通信，每个设备都可使用诸如蓝牙或WiFi之类的直接通信信道来向NFMR电源提供肯定的反馈。然而，值得注意的是，也可以使用间接通信信道。这样的间接通信信道可以使用由与NFMR电源无线地耦合的设备的数量(以及类型)传达的谐振电路负载因素来形成。由于每个设备都具有相关联的谐振负载(即，当一个设备被调谐到适当的谐振频率时，由NFMR电源感觉到的负载)，因此，能够与NFMR电源建立由谐振电路中的一个或多个设备的负载状态传达的间接通信信道。例如，NFMR电源可以通过查明总的谐振负载(即，感测谐振电路上的负载)，来表征谐振电路的特定负载状态。负载状态的任何变化都可以指示谐振电路的状态的变化，该变化又可以推断先前被包括在谐振电路中的设备中的一个或多个(即，被调谐到NFMR电源谐振频率)已经退出或失谐。在某些情况下，可在NFMR电源和每个设备之间建立类似于莫尔斯电码的通信协议。此类似于莫尔斯电码的通信协议可基于使用可识别模式来调谐和失谐其本身的设备。如此，可向NFMR电源传递，例如，简单设备标识符。通过使用此布局，已被确定失谐其本身并从谐振电路中去除其本身的设备可向NFMR电源提供表明其意图的信号并标识其本身。如此，NFMR电源能够对谐振电路以及其中包括的设备的条件具有更清楚的理解。这种设备到设备的通信信道(也被称为反向信道)能够传递简单的信息。这样的信息可包括，例如，设备标识符、同步标记等等。应当注意，此通信信道是独立的，与由例如WiFi或蓝牙提供的其它通信信道是分开的。

例如，如果键盘正在使用由NFMR电源无线地提供的电力来对其电池进行充电，当键盘确定电池基本上充满电时，则键盘可以确定不再需要来自NFMR电源的电力(至少直到电池放电到预设水平)。在此情况下，键盘可以通知NFMR电源，它不再需要电力(或至少直到在将来的某个时间点它用信号通知它需要电力)。在此情况下，NFMR可以重定向电力远离键盘(当NFMR电源被配备成在若干个频率范围或频带上发射电力时，例如，使用不同的谐振频率)，或者键盘可以通过失谐其本身而从谐振电路中去除其本身(要么独立地要么按指示)。如此，能够降低谐振电路的负载，允许更多电力被无线地传递给谐振电路中的其它设备。应当注意，由于效率和环境原因，NFMR电源将只提供与需求的一样多的电力。例如，随着电池充电，所需电力变少。如此，电池的充电状态可被传递给NFMR电源，该NFMR电源可通过减少或节流提供给键盘的电力来作出响应。

应当注意，尽管设备能够通过失谐的过程而被从谐振电路中去除，也能够通过对设备进行调谐而将其添加到谐振电路中。调谐(以及相反地，失谐)的意思是指，能够改变电路特征(如电阻)，导致在调谐的情况下电路Q值增大，或者在失谐的情况下电路Q值减小。应当注意，一个电路的Q值的相对增大或减小可取决于电路以及使用该电路的应用。

当设备被置于电源的范围R内时，由电源体验到的负载增大对应于该设备的量。如此，接近度检测可被视为已经发生，这可触发要采取的行动。例如，如果便携式媒体播放器被置于台式计算机的范围R内，那么，由电源体验到的负荷变化所生成的接近度信号可使得台式计算机例如在便携式媒体播放器和台式计算机之间启动同步过程。

在谐振电路中的各种设备之间建立的通信信道可被设备用来确定在它们之间哪个设备在由NFMR电源所提供的电力方面取得优先级。在其它情况下，主机设备(包括NFMR电源和任何相关联的计算资源)可以充当聚合器。聚合器的意思是指，主机设备能够确定用于接收电力的那些设备的优先级、接收多少电力以及多长时间。应当注意，某些设备和/或由设备执行的某些操作可以具有比其它设备和/或操作更高的优先级。例如，高优先级的设备可能需要保证的电力来进行操作(如使用鼠标相对于对便携式媒体播放器进行充电)。主机设备可以使用任何适当的优先级机制(例如，循环)。

在另一实施例中，接收电力的设备能够在它们本身之间进行通信，以确定哪个设备具有优先级。设备理解它们自己的操作点，诸如执行某个功能的最小电量、执行所有功能所需的最大电力。如此，每个设备都能够提供所希望的电量、能够执行的功能的列表、以及操作所需的最小电量。电源能够确定能够传递多少电力以及哪个设备能够得到它需要的电力。在某些情况下，设备本身设置优先级，而在其它情况下，主机设备设置优先级。当设备不接收电力时，它通过失谐而从谐振电路中去除其本身，并通过重新调谐而返回到电路中。

应当注意，NFMR电源能够使用任意数量的协议向包括在谐振电路中的各种设备无线地提供电力。例如，NFMR电源可包括多个谐振器电路，每个谐振器电路都被配置成以特定频率谐振。如此，NFMR电源能够使用不同频带来正交地提供电力。如此，设备可具有多个谐振频率，以便利用由NFMR电源提供的频带。例如，NFMR电源能够使用多个频带来无线地提供电力，其中，若干个设备中的每个设备都能够将其本身调谐到特定频率。如此，能够使用频移技术更有效地向NFMR电源的范围内的多个设备传输电力。

单个NFMR电源独立地向多于一个的设备传输电力的其它机制包括如图4所示的时间复用。如图所示，设备400、402和404中的每一个都可以轮流调谐和失谐其本身，使得在任一时间，只有一个设备正在接收电力。例如，在时段1，设备400通过将其本身调谐到可用谐振频率中的至少一个频率来接收电力，而设备402和404被失谐。一旦设备400已经完成了其电力循环，设备400失谐其本身，而设备402调谐其本身并无线地从NFMR电源接收电力。一旦设备402已经完成了其电力循环，设备402失谐其本身，而设备404将其本身调谐到谐振频率中的至少一个频率以从NFMR电源接收电力。在其它实施例中，NFMR电源可以使用频率复用，其中，NFMR能够在若干个频率之间进行切换，每个频率都调谐到一个特定设备。只有当设备与电源的当前频率谐振时，设备才能够接收电力。

闭环控制还能够影响谐振电路中的设备的操作模式。例如，键盘能够确定从电源接收到的电量，该电量将取决于电源和键盘之间的距离(以及任何干扰物体的存在)。如果接收到的电力降到低于阈值，那么，键盘能够使用更多电池电力或请求电源增大电力。在某些情况下，如果所提供的电力无法被增大到满足键盘的当前操作要求，那么，键盘可通过例如减少背光等来采取行动以降低其电力要求。应当注意，如上文所讨论的，由键盘接收到的电力的减少可由除了距离增大以外的许多其它因素引起。这样的因素可包括，例如，空白的存在、被添加到电路中的物体、其它设备等等。

图5示出了根据各种示例性实施例的无线传输或充电系统500。输入电力502被提供给用于生成辐射场506以便提供能量传送的发射器504。接收器508耦合到辐射场506并生成输出电力510以便被耦合到输出电力510的设备(未示出)存储或消耗。发射器504和接收器508两者相隔距离512。在一个示例性实施例中，发射器504和接收器508是根据相互的谐振关系配置的，当接收器508的谐振频率和发射器504的谐振频率非常接近时，当接收器508位于辐射场506的“近场”中时，发射器504和接收器508之间的传输损耗最小。

发射器504进一步包括用于提供能量传输装置的发射天线514，以及接收器508进一步包括用于提供能量接收装置的接收天线518。发射和接收天线的大小是根据应用和与其相关联的设备而确定的。如前所述，通过将发射天线的近场中的能量的大部分耦合到接收天线而非将电磁波中的大部分能量传播到远场，发生有效的能量传送。当在此近场中时，可在发射天线514和接收天线518之间产生耦合模式。可以发生此近场耦合的天线514和518周围的区域在此处被称为耦合模式区域。

图6示出了无线电力传送系统的简图。发射器504包括振荡器622、功率放大器624以及过滤器和匹配电路626。振荡器被配置成生成所希望的频率，可响应于调整信号623而调整频率。振荡器信号可被功率放大器624放大响应于控制信号625的放大量。可以包括过滤器和匹配电路626以滤出谐波或其它不希望的频率，并将发射器504的阻抗与发射天线514相匹配。

接收器508可包括匹配电路632以及整流器和切换电路634，以生成DC电力输出，以对如图6所示的电池636进行充电或向耦合到接收器的设备(未示出)供电。可以包括匹配电路632以将接收器508的阻抗与接收天线518相匹配。接收器508和发射器504可在单独的通信信道619(例如，蓝牙、zigbee、蜂窝式等等)上进行通信。

如图7所示，示例性实施例中所使用的天线可被配置成“环形”天线750，在此处也可被称为“磁性”天线。环形天线可被配置成包括空芯或诸如铁氧体磁芯的物理芯。空芯环形天线更能容忍被置于芯附近的外来物理设备。此外，空芯环形天线还允许其它组件被置于芯区域内。另外，空芯环可以更容易地使接收天线518(图5，6)放置在发射天线514(图5，6)的平面内，在该处，发射天线514(图5，6)的耦合模式区域可能更强大。

如前所述，在发射器504和接收器508之间的匹配或几乎匹配的谐振期间，发生发射器504和接收器508之间的有效能量传送。然而，甚至在发射器504和接收器508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在邻近区域(此区域建立了所述近场，而非将来自发射天线的能量传播到自由空间)中的接收天线，发生能量传送。

环形或磁性天线的谐振频率基于电感和电容。环形天线中的电感一般而言只是由环产生的电感，而电容一般被添加到环形天线的电感，以便以所希望的谐振频率产生谐振结构。作为非限制性示例，可向天线添加电容器752和电容器754，以产生生成谐振信号756的谐振电路。相应地，对于较大直径的环形天线，随着环的直径或电感增大，产生谐振所需的电容的大小减小。此外，随着环形或磁性天线的直径增大，近场的有效能量传送区域也增大。当然，其它谐振电路也是可以的。作为另一个非限制性示例，可将电容器并联置于环形天线的两个端子之间。另外，本领域技术人员将认识到，对于发射天线，谐振信号756可以是环形天线750的输入。

本发明的示例性实施例包括在位于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。如前所述，近场是天线周围其中存在电磁场但电磁场可能不从天线传播或辐射的区域。它们通常限于天线的物理体积附近的体积。在本发明的示例性实施例中，诸如单匝和多匝环形天线的磁性类型天线被用作发射(Tx)和接收(Rx)天线系统，因为与电类型天线(例如，小偶极子)的电近场相比，对于磁性类型天线，磁性近场振幅趋向于更高。这允许一对天线之间的潜在更高耦合。此外，“电”天线(例如，偶极子和单极子)或磁性和电天线的组合也是可以预期的。

能够以足够低的频率并以足够大的天线尺寸来操作Tx天线，以便以比远场和前面所提及的电感方法所允许的大得多的距离，实现到小的Rx天线的良好耦合(例如，＞-4dB)。如果Tx天线的大小恰当，则当主机设备上的Rx天线被置于被驱动Tx环形天线的耦合模式区域(即，在近场)内时，能够实现高的耦合水平(例如，-1到-4dB)。

图8示出了根据所述实施例的详述过程800的流程图。过程800可以从802开始，在电源发射天线的近场内创建电磁场的第一耦合模式区域。接下来，在804，电磁场和第一接收器设备的接收器天线与耦合模式区域耦合。在806，利用第一接收器设备的发射天线的近场，创建不同于第一耦合模式区域的电磁场的第二耦合模式区域。在808，电磁场耦合到第一接收器设备的发射天线的近场中的第二接收器设备的接收天线。在810，使用电磁场的第一耦合模式区域，经由电源发射天线将电力无线地从电源传递给第一接收器设备。在812，使用电磁场的第二耦合模式区域，经由第一接收器发射天线将无线地传递给第一接收器设备的电力的至少一些无线地重发给第二接收器设备。

Claims (20)

1.一种无线地发射电力的方法，包括：

在无线电源处：

使用无线电源的频带将电力从无线电源无线地传递到外部设备的谐振电路；

从外部设备接收关于从无线电源无线地接收的电力的量的指示；以及

当外部设备需要不同量的电力时，使得外部设备的谐振电路调谐到无线电源的不同频带。

2.如权利要求1所述的方法，还包括经由无线联网协议从外部设备接收包括与外部设备有关的信息的通信。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述信息包括外部设备的当前负载状态和/或当前电力需求。

4.如权利要求3所述的方法，其中无线电源根据所述当前负载状态和/或当前电力需求将电力无线地传递到外部设备。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：在无线电源处从不同于所述外部设备的另一外部设备接收通信。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述外部设备之一或者两者在其各自的通信期间将其各自的当前负载状态和/或其各自的当前电力需求传送到无线电力单元。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述无线电源根据外部设备各自的当前负载状态和/或外部设备各自的电力需求在外部设备之间无线地协调无线电力分布。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述外部设备彼此传送其各自的当前负载状态和/或其各自的电力需求。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述外部设备之一在需要时基于另一外部设备的对应电力需求将从无线电源无线地接收的电力中的至少一些传递到所述另一外部设备。

10.一种被布置为向外部设备无线地发射电力的无线电源，所述无线电源包括：

无线电力发射器，其具有被布置为在无线电源的频带处将电力无线地提供给外部设备的谐振发射器；以及

多个谐振器电路，

其中，所述无线电源接收关于由所述外部设备从无线电源无线地接收的电力的量的指示，并且所述多个谐振器电路在外部设备需要不同量的电力时，使得外部设备调谐到无线电源的不同频带。

11.如权利要求10所述的无线电源，其中，所述无线电源被并入计算设备的外壳。

12.如权利要求11所述的无线电源，其中，所述外部设备是与所述计算设备一起使用的外围设备。

13.如权利要求12所述的无线电源，其中，所述无线电源发射器限定从所述计算设备延伸的无线充电区域。

14.如权利要求13所述的无线电源，其中，在所述无线充电区域中时，所述外围设备无线地接收足够量的电力以维持外围设备的可操作性。

15.一种计算设备，包括：

无线电力单元，其包括布置为提供电力的电源，所述电源耦合到谐振电路，所述谐振电路布置为以谐振频率生成电磁场，所述电磁场与所述电力中的至少一些关联；以及

包括承载所述无线电力单元的外壳主体的外壳；

其中所述电源包括多个谐振器电路，并且接收关于由外部设备从无线电力单元无线地接收的电力的量的指示，并且所述多个谐振器电路在外部设备需要不同量的电力时，使得外部设备调谐到无线电力单元的不同频带。

16.如权利要求15所述的计算设备，其中所述计算设备根据无线联网协议从外部设备接收通信，所述通信包括与外部设备相关的信息。

17.如权利要求16所述的计算设备，其中所述信息包括外部设备的当前负载状态和/或当前电力需求。

18.如权利要求17所述的计算设备，其中所述无线电力单元将电力无线地传递到外部设备。

19.如权利要求18所述的计算设备，其中电力的量是根据外部设备的当前负载状态和/或当前电力需求被无线地传递的。

20.如权利要求15所述的计算设备，其中所述外壳或外壳的一部分能够发生作用以扩展所述无线电力单元的有效范围。