CN114766073A - 使用联网线圈的设备感测和充电 - Google Patents

Abstract

使用线圈对电子设备进行感测和充电。软件定义的协同感测方法可以允许相对于充电表面对多个电子设备进行检测和定位以允许对这些电子设备进行无线充电。系统和方法可以通过嵌套感测线圈的网络测量设备与生成的磁场的相互作用，该嵌套感测线圈可以基于它们与磁场的相互作用来感测位于线圈网络周围的设备的位置。一旦确定了要充电的设备的位置，就可以基于设备在充电表面上的位置将充电能量引导至该设备。充电表面可以包括一个或更多个感测节点，该一个或更多个感测节点具有嵌套有源线圈或从动线圈和无源线圈的组合。这些线圈可以被配置为将现有的二维(two‑dimentional,2D)表面或三维(three‑dimensional,3D)区域转换为多设备非接触式无线充电器。

Description

使用联网线圈的设备感测和充电

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在由国家科学基金会授予的授权号1701041和授权号1452628的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

相关申请

本申请要求于2019年10月4日提交的题为“用于软件定义的认知无线充电网络的方法和装置”并且将Kaushik Chowdhury和Yousof Naderi命名为发明人的美国临时申请号62/910,613，以及于2019年12月5日提交的题为“用于使用联网线圈的协同设备感测和充电的方法和设备”并且将Kaushik Chowdhury和Yousof Naderi命名为发明人的美国临时申请号62/943,870的优先权及权益，每个美国临时申请的内容在此以引用方式全文并入。

技术领域

当前公开的技术总体上涉及使用线圈对电子设备进行感测和充电。

背景技术

在过去十年中，为电子设备充电的无线能量传递取得了有意义的进步，从基于射频的收集电路的效率提高到更高效的基于氮化镓(gallium nitride,GaN)的功率放大器，再到智能电话中基于感应的无线充电技术(称为“Qi”)的标准化，以及到先进的波束成形能量传递技术。这些进步涵盖了从能够为可穿戴设备和传感器充电的低功率能量传递，到为电话、平板电脑和笔记本电脑充电的中等功率，以及到为电动汽车充电的高功率。

无线充电性能取决于多种因素，这些因素包括能量传递的技术(基于射频(RadioFrequency,RF)、磁感应、磁共振等)和频率(KHz、MHz、GHz)，这些因素决定了最大充电距离、传递效率和最大可输送功率。虽然基于射频的能量传递提供了以更长距离向多个接收器转换功率的灵活性，但显著的路径损失和环境中不超过允许的功率密度的限制使基于射频的能量传递最适合诸如传感器和可穿戴设备之类的低功率充电场景。另一方面，基于磁感应和磁共振的能量传递技术提供更短的充电距离，但提供更高的输送功率，这使基于磁感应和磁共振的能量转换技术适用于诸如电话和笔记本电脑之类的中高功率充电场景。

尽管在基于磁感应和共振的无线能量传递方面取得了所有进展，但基于这两种技术的现有的充电解决方案限于(i)基于隔离线圈的发射器，这些发射器单独对它们充电范围内的设备进行感测和充电，以及(ii)在运行中预先连接的并且相互同步的一组少量线圈(例如基于Qi的三线圈感应充电、表面上的同步多线圈多放大器磁共振传递、使用磁共振技术的一个发射器内的垂直和水平同步线圈)。

基于来自诸如WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa和无线电射频识别(Radio FrequencyIdentification,RFID)之类的技术的反射射频信号的定位和跟踪解决方案已被广泛研究。然而(i)来自环境的多路径反射、(ii)需要接收器设备和/或附加的信号反射器以及(iii)发射器处的复杂和功耗算法，是这些工作的主要缺点。

当前包括基于Qi的磁感应的技术，仅允许发射器-接收器线圈之间存在几毫米的对准失配，并且在发射器-接收器线圈之间的间隙小于5mm时有效。此外，为了覆盖大表面，需要数百个线圈，每个线圈都有自己的功率管理电路。这极大地增加了现有充电系统的成本和复杂性。

另外，这需要专门的功率插座以确保数百个线圈持续感测，即使在没有要充电的设备时也是如此。

使用经典的强耦合磁共振能量传递克服了直接接触的要求，尽管现在每个线圈都必须具有自己独立的功率放大器、显式接收器生成的反馈、相位调整电路和线圈间同步。先前的研究已示出这种耦合可以以多于40％的效率在2m的距离上输送功率。

该领域的开创性进展利用了经典RF通信中常用的多进多出(multiple inputmultiple output,MIMO)波束成形原理，以建设性地结合由多个共振发射器提供的磁场能量。磁MIMO类似于RF信号中的MIMO概念，磁MIMO使用6个功率放大器以通过桌子为手机输送功率。这使用来自每个线圈的电流变化作为反馈以定位给定电话的位置，然后控制每个放大器的电流以波束形成到接收器的功率。虽然接收器不需要与发射器完美对准，但每个线圈需要一个放大器，这会增加成本。其次，来自发射器和接收器之间的相互耦合引起的电流反馈延长了感测时间。为了确保反馈的稳健性，发射器需要很大，并且相互耦合足够强以引起清除阻抗变化。

减少昂贵放大器(往往是设计中最昂贵的部分)数量的潜在解决方案依赖于所谓的多米诺线圈概念(domino-coil concept)。此概念基于特斯拉的谐振器(Tesla’sResonator)，在该谐振器中，每个无源共振线圈充当继电器并且将磁场的范围延伸到更长的距离，例如，在远离源线圈3m处点亮14W灯。

另外，无论设计和感测技术如何，线圈的维度都会对感测性能产生负面影响。对于有低功耗(在mW范围内)的感测，基于感应和磁共振的方法都仅提供毫米级的感测距离。另外，为了覆盖大区域，诸如增加感测线圈的尺寸、每个充电位置使用1-1比例的线圈的解决方案会指数式地增加系统成本和整体功耗。进一步地，给定线圈的测量可能导致漏检。例如，考虑以下将线圈激发到相似程度的两个设备放置场景：(i)有比感测线圈更大尺寸的设备，该设备定位到部分覆盖感测线圈，以及(ii)覆盖感测线圈的相同区域的更小的对象。即使尺寸和很可能充电需求不同，但是这两种情况都会产生类似的电压变化。

发明内容

为了能够为设备充电，了解设备的位置很重要。在Qi标准中，这是由用户将设备准确放置在充电器上执行的。但是，当多个设备被任意放置在充电空间内时，要了解它们的位置，需要技术解决方案。虽然一种解决方案可能是在每个设备中嵌入某种信标，但这种方法不能应用于没有此类信标而构建的现有的Qi启用设备。然而，由于设备可以与磁场相互作用，这种相互作用可用于检测设备的位置。

该技术的系统和方法通过嵌套感测线圈的网络利用生成的磁场测量设备的相互作用，嵌套感测线圈基于它们与磁场的相互作用感测位于线圈网络周围的设备的位置。具体来说，多个感测节点用于检测设备的存在。每个感测节点可以包括嵌套在较大无源线圈内的有源线圈。控制器被耦合到两个线圈，并且该控制器可以将交流电(alternatingcurrent,AC)信号[频率在kHz范围内(1kHz和999kHz之间)或在MHz范围内(至少1000kHz)]驱动到有源线圈中。控制器然后测量来自磁耦合到有源线圈的无源线圈的电压。

模块的控制器与中央系统控制器通信并且将检测到的电压报告给中央系统控制器，中央系统控制器然后分析测量数据以确定一个设备或多个设备位于何处。可以通过将从模块接收到的电压集合与不同位置中的不同设备的已知特征进行比较以确定设备位于何处以完成分析。这可以使用诸如支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器之类的基于机器学习的算法来完成，使用从设备和模块网络的已知配置和取向收集或获得的测试数据训练该SVM分类器。多层人工神经网络或其他算法可用于设备识别、定位和跟踪。诸如核密度估计(Kernel Density Estimation,KDE)和生成对抗网络(GenerativeAdversarial Networks,GAN)之类的生成模型可用于创建合成数据，并为未知的和新的设备和位置进行训练。

嵌套线圈可以彼此重叠和/或一个控制器可以被耦合到多于一个嵌套线圈集合。系统和方法主要是关于允许大表面充当充电器的二维实施方式来描述的。然而，如本文所描述的，相同的原理可以应用于三维以通过将感测模块定位在三维(three-dimensional,3D)空间周围和/或3D空间中来定位3D空间中的设备。例如，第二传感器阵列可以包括第二多个瓦片，第二传感器阵列被布置成与第一传感器阵列一起限定三维体积。第一传感器阵列、第二传感器阵列和软件控制器150可以合作以将设备定位在三维体积内。

当前公开的系统和方法可操作以定位和识别远离感测表面3厘米(cm)处的设备。不同的设备以不同的方式与有源线圈和无源线圈之间的磁场耦合相互作用，该相互作用表现为无源线圈输出处的电压不同。通过使用多个无源线圈的输出，设备可以被有效地定位在各个线圈之间，并在设备在充电表面上移动时对设备进行跟踪。

一旦确定了要充电的设备的位置，就会基于设备在充电表面上的位置将充电能量引导至该设备。系统和方法可以提供基于模块化瓦片的软件定义的认知无线充电网络，该模块化瓦片可以被配置为覆盖有广泛尺寸并且具有不同纵横比的充电表面。软件定义的感应充电在图5中更详细地讨论。

如图13所示，本公开可以包括磁感应充电，在磁感应充电中，每个瓦片包括至少一个充电线圈和用于重新配置充电线圈的阻抗和共振的硬件组件。网络控制器耦合到瓦片并且管理线圈的阻抗/共振以将来自放大器模块的充电能量引导到定位成对设备充电的线圈。基于线圈的阻抗和共振，能量可以从线圈跳跃到线圈，从放大器模块跳跃到所选择的线圈。

网络控制器可用于确定应配置哪个或哪些线圈来为设备提供充电功率。可以使用基于使用嵌套线圈的以上描述的感测技术来完成该确定。充电线圈可以与嵌套线圈分开，或者嵌套线圈中的至少一个线圈可以用作充电线圈。网络控制器可以确定从AC功率源到所选择的瓦片的路径，并且配置每个瓦片的电容(“C”)和/或阻抗(“Z”)以允许来自AC功率源的充电能量沿着到所选择瓦片的所需路径在多个瓦片之间跳跃。

为了沿着网络中的路径引导能量，可以设置那些不在所需路径中的瓦片，以通过增加电容C来阻塞通过那个瓦片电路的能量流，对于超过一定数量的瓦片，C取决于提供的电流、功率信号的频率、电路的阻抗和阻塞能量流时可接受的能量损失量。阻塞能量传递的线圈无法为位于该线圈上方的设备充电。

波反射也可用于管理配置那些瓦片给设备充电。能量波在能量流路径的最后一个能量瓦片上的反射会产生负能量流，该负能量流充当与主能量流相反方向传播的反射功率，并且该负能量流可以抵消该能量流路径内的能量瓦片上的功率。另外，波反射消除可能发生在相同频率的多个并发有源和部分重叠能量流的情况下，在该情况下，多个反射来自能量流路径的最后一个能量瓦片处的能量波的反射。正/主能量流和负能量流(反射流)的总和决定了每个能量瓦片处的抵消量。

在某些情况下，可能会同时为多个设备充电。选择的路径会导致传输功率的效率非常不同。系统和方法可以分析可用路径以向多个设备提供功率，并且在某些情况下，可以使用单个路径以向两个设备提供能量。

每个瓦片可以包括微控制器，该微控制器与数据网络中的其他瓦片中的微控制器通信。微控制器之一可以充当管理瓦片网络的整体网络控制器。外部处理器可以充当网络控制器并且与每个瓦片中的微控制器通信。数据网络可以使用任何类型的通信，但在某些情况下，数据网络可以在瓦片之间发送的AC功率信号上进行调制。在其他情况下，可以使用例如诸如Zigbee或蓝牙的可用的网络标准或定制的网状网络来创建网状网络。

为了解决以上描述的挑战，系统和方法可以考虑来自多个线圈的同时输入数据，并且提供系统实验测量值以了解与相对于多线圈表面不同位置处的不同对象类型相关的电压变化。本文描述的多线圈非接触式感测系统的动机在于简化感测系统，和/或增加感测距离和区域，和/或促进灵活性，同时避免在目标设备或多个设备中需要额外的线圈或电路。此外，现有的方法和架构导致解决方案在充电规模上极其有限，在支持多种设备类型方面受到限制，在支持多个设备方面受到限制，成本高昂，需要多个放大器或复杂的同步，在与新充电标准的后向兼容性方面受到限制，缺乏简单的远程软件和易升级协议，有限的适应性、服务个性化和随系统的学习。

本文提供的用于“软件定义的无线充电”的网络、系统和方法可以将现有的二维(two-dimensional,2D)表面或三维(3D)区域转换为多设备非接触式无线充电器。特别是，提供了软件定义的和可编程的无线充电网络和系统，该无线充电网络和系统包括硬件和软件架构、运行和分布式算法，这些硬件和软件架构、运行和分布式算法以根本不同的方式解决了现有充电解决方案的几个缺点。

本文讨论的硬件平台可以是模块化的、即插即用的(plug-and-play)和可编程的(例如作为“认知能量瓦片”的能量发射器和可重新配置的多层能量接收器)。如本文所描述的分布式操作系统(软件控制器)可以创建软件定义的多跳能量流和功率路由网络，在该软件定义的多跳能量流和功率路由网络中，网络软件控制器可以重新配置认知能量发射器模块并且即时在空间上塑造能量场。这种耦合的软件和硬件集成允许基于要充电的检测到的设备的类型、数量和位置协作地并且合作地重新配置认知能量瓦片。

诸如电话、笔记本电脑、平板电脑、无人机、耳机、智能手表、音箱等的能量接收设备可以包括能量接收器以使用来自能量瓦片的功率并且进行充电。本技术是“软件定义的无线充电网络”，互连和多跳认知充电发射器(称为认知能量瓦片)的网络，该网络创建任意的和定制的2D和3D超距离无线充电区域，并且能够为多异构类型的设备进行充电。该技术可包括：

I.在每个能量瓦片(至少一个用计算机可执行模块编码的存储器组件)的微控制器内运行的分布式网络进程，该分布式网络进程可操作以运行诸如分布式共振感测、可重新配置的能量跳跃、以及数据/控制通信之类的各种操作，并在不同的运行状态之间切换；

Ⅱ.用于带外(out-of-band)KHz共振感测的每个能量瓦片内的多个硬件组件，这些硬件组件耦合到至少一个双线圈感测架构线圈；

Ⅲ.至少一个认知能量瓦片引导器，该认知能量瓦片引导器包括：

a.可重新配置的放大器模块，该放大器模块可以产生频率、相位和振幅调制的能量信号，

b.至少一个充电线圈，

c.至少一个微控制器和存储器组件，该微控制器和存储器组件编码有计算机可执行模块，该计算机可执行模块包括软件控制器的一个或更多个模块，以及

d.用于重新配置充电线圈的阻抗和共振的多个硬件组件；

Ⅳ.通过强耦合MHz磁共振能量跳跃，通过认知能量瓦片的多跳网络实现可编程带内和调制能量流。调制能量流可以通过它们在两个或更多个能量瓦片以及能量瓦片和能量接收器单元之间的调制来携带重叠的数据或控制信息。

V.每个能量瓦片内的带外非耦合射频模块，带外非耦合射频模块为能量瓦片之间以及能量瓦片和能量接收器单元之间的数据和控制消息交换创建网状网络

Ⅵ.网络软件控制器-该网络软件控制器基于来自能量瓦片和能量接收器的各种感测输入-管理和调整(不限于)以下各项中的至少一项：软件定义的充电网络、能量瓦片、能量流、充电容量和系统负载，充电服务质量(Quality of Service,QoS)、充电策略、设备定位、身份认证、配置文件、跟踪，以及移动设备充电管理、安全分析、硬件诊断分析。

Ⅶ.至少一个能量接收器单元，能量接收器单元包括：

a.至少一个充电线圈，

b.多个硬件组件，以收集MHz共振能量并且启用/禁用能量接收链中的线圈，

c.可能具有用计算机可执行模块或指令编码的微控制器和存储器组件，以启用有源线圈的集合以及测量和监控所连接的接收器设备负载和收集的功率电压。

软件定义的架构和运行可以包括由分布式操作系统和每个能量瓦片内的网络进程管理的多个认知能量瓦片。无需任何直接反馈即可提供带外分布式的和协作的多瓦片感测和跟踪方法。操作系统可以预测移动对象相对于感测阵列或另一个地标的速度和/或加速度。

系统和方法可以包括具有软件定义的功率路由机制的可编程的和调制的带内能量流，该机制还可以在能量流中承载重叠的控制和数据信息。可以提供网络软件控制器用于能源瓦片和能源网络内的分布式资源管理和功率负载平衡，以及设备身份认证和识别协议。

系统和方法可以包括可重新配置的多层接收器架构，该架构在小尺寸接收器中提供高功率输送以及基于接收器负载的自适应的和可调节的功率接收。该技术可以通过以下在大表面和区域上提供具有成本效益的无线充电解决方案：(i)使用模块化、即插即用、非侵入性和具有成本效益的称为认知能量瓦片的硬件单元，认知能量瓦片的每个发射器均不需要放大器，并且不需要不同发射器之间的复杂同步，(ii)软件控制器和网络水平分布式运行的集成，而不是单独的充电器以及(iii)通过软件可重构性而不是单独的硬件支持多种设备类型充电。

该技术可以提供(i)从诸如电话之类的低功率设备到诸如无人机(UnmannedAerial Vehicle,UAV)之类的高功率设备的多设备充电，(ii)从小区域到大区域充电的可定制区域充电，以及(iii)通过分布式和协作感测的敏捷的、适应性的以及智能的运行。附加的优势包括通过低成本可编程能量继电器提供具有成本效益的以及可扩展的无线充电解决方案；启用支持和附加新标准的可升级软件；支持从电话到笔记本电脑到UAV的多类型设备充电；允许将任意和可定制的区域转换为无线充电器；以及通过独特的感测架构设计和分布式感测，在大区域上提供极低功耗的非接触式设备感测。

利用本文描述的技术，作为发射器的能量瓦片可以以简单的、模块化的和即插即用的方式安装在餐厅、酒店、咖啡店、办公室、商业建筑、图书馆、大学、公共场所和家庭的现有表面上，以启用基于基础设施的充电。另外，该技术可以以充电板的形式被集成用于便携式个人充电解决方案。此外，接收器可以被集成到计算行业细分的平板电脑和笔记本电脑中；移动生态行业细分中的智能手表、无线耳机、健身跟踪器、智能电话、集成家具、以及充电宝；机器人行业细分中的无人机和机器人应用；智能家居行业细分中的智能音箱、相机、门锁、物联网(Internet of Things,IoT)传感器；机动车辆行业细分中的车内饰和电动汽车；家电行业细分的厨房电器、机器人吸尘器、电动牙刷和功率工具；以及可穿戴设备行业细分的智能眼镜、耳机、助听器。

在某些方面，每个感测节点可以包括组合嵌套的有源线圈和无源线圈。有源线圈可以被连接到连续波发生器，无源线圈可以与有源线圈共振并扩展感测区域。嵌套线圈如此设计使得它们相互共振，当有源线圈中有有源电流时，无源线圈充当共振器继电器，该共振器继电器以极低的功耗扩展由电流产生的磁通量。每个这样的多嵌套线圈感测元件(以下称为节点)可以在kHz或MHz的频带中运行。

每个嵌套感测线圈可以被连接到单独的感测电路，或者一组感测线圈/感测线圈的网络可以被连接到一个或更多个中央感测电路。一个或更多个感测电路可以被连接到在存储器中具有可执行代码的微控制器。网络控制器可以充当中央单元，该中央单元收集来自多个感测线圈的所有感测读数并运行算法，该算法包括在2D和3D区域上对电子设备进行分类、识别和跟踪。感测节点可以联网在一起，并且可以与网络控制器交换控制消息。

多个感测节点可以被连接到诸如充电板和桌子之类的大表面的底面。多个感测节点可以被放置在相互靠近的垂直方向和水平方向的混合中，以创建定制的3D感测区域。多层嵌套感测线圈可用于对区域进行高精度覆盖。每层嵌套线圈或每组嵌套线圈可以以一个或更多个不同频率操作。

当设备在联网线圈覆盖感测区域内时，每个节点可以测量其外部线圈中的感应电压，并将这些测量值连同其身份证标识号(Identity Document,ID)报告给中央网络控制器。类似地，如果设备移动，节点可以检测到类似的变化并且将更新消息发送到控制器。可以通过外部线圈中的感应电压随时间测量每个感测节点的输出，以形成时间序列。中央网络控制器可以使用来自多个感测节点的以多电压时间序列形式的同步时间序列，以对2D和3D区域上的设备进行分类、识别、定位和跟踪。

控制器可以运行基于机器学习的算法或融合由整个节点阵列(联网线圈)报告的所有测量数据，并将电压模式与先验储存的签名相匹配，以确定相对于感测表面的设备及其位置。嵌套感测节点中每个无源线圈的输入可以在定制输入窗口上以频率滤波、平滑和平均的形式进行处理，以消除各种噪声。

来自联网线圈的多个同步的电压时间序列流可以被标准化并且馈送到微控制器中基于机器学习的程序。该程序可以使用诸如多层神经网络之类的模型进行设备识别、定位和跟踪。

软件定义的感应充电可以包括联网充电线圈的附加的层，联网充电线圈的附加的层可以在联网嵌套感测线圈之上操作，并共同创建认知感应充电网络。该系统可以组成软件定义的感应充电技术，该感应充电技术可以基于在网络控制器处识别出的检测到的设备的位置和类型(基于协作和联网感测线圈测量)，将一个或更多个无线充电功率管理多路复用到联网充电线圈层中的一个或更多个充电线圈。

用于感测设备位置的装置可以包括控制器电路；以及具有多个感测瓦片的传感器阵列。每个瓦片可以包括一个或更多个从动线圈以响应于驱动信号生成磁信号；一个或更多个感测线圈设置为：(a)磁耦合到一个或更多个从动线圈以接收由从动线圈生成的磁信号，以及(b)根据其与设备的接近度生成感测电压。控制器电路可以被耦合到多个瓦片中的每个感测瓦片以接收对应的多个感测电压，并且被配置为基于多个感测电压的模式确定设备的位置，其中，设备相对于该装置固定或移动。

驱动电路可以生成驱动信号。控制器电路配置多个瓦片中的每个瓦片的驱动信号，关于形状、占空比或功率中的一个或更多个来配置驱动信号。多个瓦片可以包括具有第一尺寸的感测线圈的第一瓦片和与第一瓦片相邻的第二瓦片，该第二瓦片具有不同于第一尺寸的第二尺寸的感应线圈，以减少第一瓦片和第二瓦片之间的耦合干扰。控制器电路可以被配置为通过确定在感测时间(t)处的多个感测电压的模式以及对应的来自较早时间(t-1)的多个感测电压的模式之间的随时间的变化(△P)来确定设备相对于传感器阵列的位置变化。控制器电路可以被配置为基于多个感测电压确定设备与装置的接近度。设备可以是电子设备。控制器电路还可以被配置为预测移动对象的速度。控制器电路还可以被配置为从多个设备类型中确定该设备的设备类型。

每个瓦片可以包括感测电路，该感测电路耦合到感测线圈以从感测线圈接收感测电压；并且控制器电路可以被耦合到多个瓦片中的每个瓦片的感测电路，以通过它们各自的感测电路接收对应的多个感测电压，多个感测电压在传感器阵列内形成图案。感测线圈可以限定二维内部孔和垂直于内部孔延伸的三维内部体积，从动线圈被设置在感测线圈的内部体积内。

该装置可以包括多层印刷电路板，从动线圈可以被设置在多层印刷电路板的第一层集合上；并且感测线圈可以被设置在多层印刷电路板的第二层集合上，第二集合选自以下之一：(a)多层印刷电路板的第一层子集，该第一层子集不与第一层集合共同扩展；以及(b)多层印刷电路板的第二层子集，该第二层子集不与第一层集合共享任何层。一个或更多个从动线圈可以包括一个或更多个有源从动线圈，并且一个或更多个感测线圈可以包括一个或更多个无源感测线圈。多层线圈的附加层可以被设置在多层印刷电路板的第一层集合和第二层集合之上，附加层是配置用于对电子设备无线充电的无线充电线圈。

设备可以没有用于感测或检测的定制电路或附加线圈。多个感测瓦片中的每个感测瓦片可以被嵌套在多个感测瓦片之一中。

可以在定制的输入窗口上以频率滤波、信号谐波滤波、平滑以及平均中的一种或更多种对多个感测电压进行处理，以消除各种噪声。传感器阵列可以生成电压读数的多个同步流，电压读数被标准化并且馈送到微控制器中基于机器学习的程序，用于设备识别、定位和跟踪。

装置可以进一步包括在控制器电路中运行的人工智能引擎，该人工智能引擎被训练以确定设备的位置，以及基于多个感测电压从多个设备类型中确定设备的对应的设备类型。传感器阵列可以是第一传感器阵列；并且该装置可以进一步包括具有第二多个瓦片的第二传感器阵列，第二传感器阵列被设置为与第一传感器阵列一起限定三维体积，第一传感器阵列、第二传感器阵列和控制器电路合作以在三维体积内定位该设备。

可动态配置的无线充电系统可以包括一个或更多个主发射器瓦片，每个主瓦片包括线圈并且配置为耦合到功率源；多个从发射器瓦片，从发射器瓦片分别包括耦合到可配置阻抗匹配电路的线圈，并且分别定位为磁耦合到多个从发射器瓦片中的至少一个其他从发射器瓦片，其中至少一个从发射器瓦片定位为磁耦合到主发射器瓦片之一；控制器，该控制器通信地耦合到多个从发射器瓦片的主发射器瓦片和从发射器瓦片，并且配置为：选择多个从发射器瓦片的子集，可选地排除多个从发射器瓦片中的一些从发射器瓦片，以定义从主发射器瓦片到靠近多个从发射器瓦片中的一个或更多个从发射器瓦片的簇的可充电设备的路径；并且控制每个主瓦片中的功率源配置和从发射器瓦片的子集的相应的阻抗匹配电路，以形成从主发射器瓦片到可充电设备的无线磁共振功率传输的链。

每个主瓦片可以包括发射器线圈，该发射器线圈与可重新配置的放大器电路耦合。可以利用微控制器耦合和配置每个可重新配置的放大器电路中的一个或更多个可配置变量。例如，一个或更多个可配置变量可以包括频率、放大器阻抗、峰间电压(peak-to-peakvoltage)、负载、电阻或输出功率。可以将控制命令发送到多个发射器瓦片，每个发射器瓦片具有射频收发器，以接收和发送控制消息以形成控制无线网状网络。从发射器瓦片可以定义对应于可充电设备的模式。每个发射器瓦片包括感测瓦片阵列，每个感测瓦片包括一个或更多个从动线圈以响应于驱动信号生成磁信号；以及一个或更多个感测线圈，该一个或更多个感应线圈设置为：(a)磁耦合到一个或更多个从动线圈以接收由从动线圈产生的磁信号，以及(b)根据其与设备的接近度产生感测电压。在每个发射器瓦片内，设备定位电路被设置为检测模式集合，每个模式包括对应于设备集合中的对应设备的位置的从发射器的子集，每个这样的设备具有定义其对应模式的设备形状。每个模式可以是其对应设备的形状。

控制器可以被配置为选择性地控制发射器以抑制发射功率，发射器不是来自传输路径集合的传输路径的一部分。

每个发射器瓦片具有用于储存可执行指令的存储器，控制器与存储器和发射器阵列通信，控制器配置为执行指令。感测瓦片阵列可以与控制器通信，并且控制器可以进一步包括可执行指令，可执行指令的执行使得控制器：使用感测瓦片阵列以检测与发射器阵列相邻的至少一个设备的存在，每个这样的设备是检测到的设备。控制器可以执行指令，指令的执行使得控制器：对于靠近发射器阵列的设备集合中的每个设备，确定相对于发射器阵列的设备位置；并且选择性地使发射器的子集发射功率，该子集包括少于发射器阵列的多个发射器中的所有发射器，对于每个检测到的设备，该子集包括在设备位置处的发射器。指令的执行可以进一步使得控制器针对每个检测到的设备从多个设备类型中确定对应的设备类型。

系统可以进一步包括人工智能引擎，该人工智能引擎与感测阵列和感测电压中的一个或更多个通信，人工智能引擎被训练以确定设备的位置，并且对于每个检测到的设备，从多个设备类型中确定对应的设备类型；并且针对每个检测到的设备，指令的执行进一步使控制器根据检测到的设备类型来配置发射器瓦片。多个设备类型具有对应的充电规范，并使得控制器根据检测到的设备位置和类型以及它们的充电规范来配置发射器瓦片。

多个设备类型中的每个设备类型具有服务质量(“QoS”)规范，并且控制器根据其QoS规范来配置发射器瓦片。控制器可以被配置为通过调整此类发射器的阻抗，通过至少一个功率路径中的至少一个发射器，来减少功率传输。

控制器可以被配置为通过将发射器阵列中的至少一个发射器配置为将来自主发射器的功率信号沿着所述至少一个功率路径反射回来，来取消由至少一个发射器在所述至少一个功率路径中的功率传输。控制器可以进一步被配置为响应于从初始设备位置到后续设备位置的设备的设备位置的变化而建立修正的功率路径。此外，控制器进一步被配置为在一个或更多个功率路径上调制主发射器瓦片的功率信号，以编码和叠加数据和控制信息，调制是频率调制、振幅调制或相位调制中的一种或更多种。控制器被配置为通过同时充电的发射器瓦片的协同运行，在2D/表面和3D中创建可定制的能量形状。控制器被配置为执行以下中的一种或更多种：充电管理程序、多瓦片感测、设备识别、设备定位、多接收器功率路由和调度、选择性功率阻塞、功率点成形、能量场整形、位置感知负载平衡、充电策略分配和管理、能量瓦片角色分配、QoS管理、充电容量管理、多频率传递管理、功率需求分类、干扰管理、设备轮询、设备身份认证、充电切换和管理、移动/设备跟踪和管理、诊断分析、全局能量图、安全分析与保障、使用配置文件、以及仪表板/通知。

系统可以进一步包括至少一个能量接收器单元，该能量接收器单元包括至少一个充电线圈；多个硬件组件，多个硬件组件用于收集共振磁能并且启用/禁用能量接收链中的线圈，可选地，微控制器和存储器组件，该微控制器和存储器组件编码有计算机可执行模块以启用有源线圈集合，并且测量和监控所连接的接收器设备负载或功率电压。每个发射器瓦片中的微控制器包括在其上运行的分布式网络进程，分布式网络进程被配置为运行诸如分布式共振感测、可重新配置的能量跳跃、数据/控制通信以及在不同操作状态之间进行切换之类的各种操作。

每个发射器瓦片可以包括射频信号并且为发射器瓦片之间的数据和控制消息交换创建网状网络。基于发射器瓦片或远程能量边缘节点的可用资源，控制器的模块完全地或选择性地设置在发射器瓦片上或远程能量边缘节点上。远程能量边缘节点和主发射器瓦片动态地改变发射器瓦片配置并且运行控制平面功能。

控制器运行能量整形算法，该算法发现一个或更多个最佳能量流路径，该一个或更多个最佳能量流路径将功率输送到充电范围内检测到的设备。能量流被配置为在大区域上创建功率点，来为多个电子设备充电，并且在其他所选择的区域处将能量归零。一个或更多个能量流通过它们的能量路径将功率输送到多个设备。

系统可以进一步包括具有多层线圈的多层可重构能量接收器，该接收器被配置为基于接收器负载、所需功率的量或设备的位置以激活特定数量的线圈。

控制器可以在多个瓦片中的每个瓦片上重新使用同一充电频率以增加系统充电容量，并且可以在多个瓦片中的每个瓦片上使用不同的频率来减少干扰。此外，控制器可以通过重新配置发射器瓦片来改变功率。控制器可以进一步包括附加软件，该附加软件启用附加的监控、管理、维护和优化工具。附加应用程序可以被配置为了解使用模式，使用模式包括常见的检测到的充电位置、常见的充电要求和设备类型，以及常见的移动模式。

软件定义的认知无线充电系统可以包括发射器阵列，该发射器阵列包括多个发射器；储存可执行指令的存储器；与存储器和发射器阵列通信的控制器，控制器配置为执行指令，指令的执行使控制器：针对靠近发射器阵列的设备集合中的每个检测到的设备确定相对于发射器阵列的设备位置；并且选择性地使发射器的子集无线地发射功率，该子集包括的发射器少于发射器阵列的多个发射器中的所有发射器，对于每个检测到的设备，该子集包括靠近其相应设备位置的至少一个发射器。

系统可以进一步包括感测阵列，该感测阵列包括多个感测瓦片，感测阵列与控制器通信；并且其中，指令的执行使控制器：使用感测阵列以检测与发射器阵列相邻的至少一个可充电设备的存在，该至少一个可充电设备是检测到的设备。指令的执行可以进一步使控制器：针对每个检测到的设备，从多个设备类型中确定对应的设备类型。

系统可以进一步包括与感测阵列通信的人工智能引擎，该人工智能引擎训练为针对每个检测到的设备从多个设备类型中确定对应的设备类型；针对每个检测到的设备，指令的执行进一步使控制器根据其由人工智能引擎确定的设备类型向所述设备发送功率。多个设备类型中的每个设备类型具有对应的充电规范，并且

针对每个检测到的设备，可以训练人工智能引擎以从多个充电规范中确定对应的充电规范，并且

使控制器根据其设备类型向所述设备发送功率，包括使控制器根据其由人工智能引擎确定的相应的充电规范向所述设备发送功率。多个设备类型中的每个设备类型可以具有服务质量(“QoS”)规范，并且其中：针对每个检测到的设备，训练人工智能引擎以从多个QoS中确定对应的QoS，并且使控制器根据其设备类型向所述设备发送功率，包括使控制器根据其由人工智能引擎确定的QoS规范向所述设备发送功率。

附图说明

图1A图示了嵌套感测线圈的布局，在该布局中，每个感测节点包括嵌套有源线圈和无源线圈的组合，该组合包括具有一个内部有源线圈和一个外部无源线圈的双线圈架构。

图1B图示了嵌套感测线圈的另一种布局，在该布局中，每个感测节点包括嵌套有源线圈和无源线圈的组合，该组合包括两个内部有源线圈和一个外部无源线圈。

图1C图示了嵌套感测线圈的又一布局，在该布局中，每个感测节点包括嵌套有源线圈和无源线圈的组合，该组合包括多嵌套线圈、两个无源线圈和两个有源线圈。

图2示出了每个嵌套线圈具有单独感测单元的协同联网线圈的系统概况。

图3描绘了具有一个中央感测单元的协同联网嵌套线圈的系统概况。

图4示出了以多频率运行的多层嵌套感测线圈。

图5图示了具有嵌套感测线圈、充电线圈和线圈多路复用的多层的认知感应充电网络。

图6图示了(a)强耦合共振无线功率输送、(b)双线圈电路设计以及(c)具有有源内部线圈和无源外部线圈的双线圈架构的电路示意图。

图7示出了多线圈网络，在该多线圈网络中，每个方框表示感测节点。设备在(a)从时间t-1到t，以及(b)从t到t+1的表面的周围转换。

图8示出了(a)沿感测线圈的x轴和y轴、以及(b)根据与线圈中心的距离的移动设备的正电压变化和负电压变化。

图9示出了节点，该节点具有(a)制造的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)和(b)制造的双线圈。

图10描绘了在(a)功耗、(b)感测距离以及(c)感测覆盖范围方面的感测性能比较。

图11图示了(a)不同设备和三种表面材料的平均电压变化。用于(b)不同设备类型以及(c)不同感测距离的设备检测精度。

图12图示了针对不同对象类型的跟踪精度的结果。

图13图示了可以通过认知能量瓦片和软件定义的无线充电网络，创建任意的和可定制的2D和3D无线充电区域。

图14示出了软件定义的无线充电网络和认知能量瓦片节点的概况。

图15描绘了所提出的软件定义的和联网无线充电架构的主要模块的概况。

图16示出了针对软件定义的无线充电的功能和架构框以及它们的互连性的概况。

图17图示了无线充电线程初始化和重新配置过程。

图18图示了软件定义的能量流重新配置过程。

图19示出了所提出的系统的五个操作平面及它们的组件的概况。

图20图示了给定表面下侧上的能量瓦片的2D示例。可以通过非接触式按需能量设备定位和跨瓦片的自适应能量跳跃来对从UAV到电话的多种数量和类型的设备进行充电。

图21示出了(a)嵌套双线圈磁共振感测架构的布局，以及(b)对具有在外部线圈与内部线圈之间的不同匝数和比率的iPhone 8进行感测的结果。

图22图示了放置在2D表面上的能量瓦片集合的电路图的示例。

图23图示了涉及两行中的十个瓦片的可编程能量流、能量归零和功率阻塞的示例使用情况。

图24示出了(a)由多个继电器线圈R1-R3组成的可重新配置的多层能量接收器的架构；以及(b)接收器设备(Rx)充当最终接收器负载，并且表面上的能量瓦片内的线圈充当功率发射器(Tx)。

图25描绘了当Tx和接收器处的继电器线圈之间的距离变化时，多层的不同配置的(a)功率效率和(b)接收功率的实验结果。

图26示出了以下示例实施方式：(a)PCB与充电线圈和功率放大器集成在一起的引导器能量瓦片、(b)示出了附加感测线圈的继电器瓦片的反面、(c)继电器能量瓦片的俯视图、以及(d)与线圈集成在一起的定制设计的PCB的放大图。

图27示出了(a)施加到内部线圈的150kHz方波激励信号；以及(b)外部线圈中的模拟数字转换器(analog to digital converter,ADC)输出处产生的感应电压。

图28显示了针对位于距离能量瓦片4cm高的位置的4种不同设备(iPhone 8、iPad、13"英寸MacBook Pro和Solo 3DR UAV)的能量瓦片感测外部线圈处的电压变化。

图29图示了(a)针对没有阻抗优化的每个ET的接收功率分布，以及(b)具有阻抗优化的从每个ET接收功率分布的ID能量跳跃。

图30示出了(a)从第二瓦片的左边缘以1cm间隔移动到它的右边缘的具有能量接收器的电话，移动的总长度为8cm；以及(b)一个能量瓦片的阻抗对调整充电覆盖范围和消除能量波反射的影响。

图31描绘了(a)在每对瓦片之间以1.5cm间隙成一条直线水平排列的五个相同能量瓦片的三种功率阻塞概念情况；以及(b)针对三种情况的该行中每个能量瓦片处的接收功率。

图32图示了在8个能量瓦片布置在2行内且每行4个瓦片的情况下，三种不同能量瓦片配置的功率效率的示例性结果。

图33图示了当两个设备同时在水平排列成每行4个瓦片的共2行上的8个能量瓦片上被充电时的两种功率路由情况。

图34示出了在2D表面充电的情况下，针对电话的四个不同位置和诸如木材、塑料和玻璃之类的不同顶部表面材料的接收功率，(b)当电话位于第三能量瓦片时，从电池耗尽到完全充电状态的充电时间。

图35示出了8个能量瓦片的情况下的接收功率，这些能量瓦片排列成两个相等的行，并且用于包括电话、平板电脑、笔记本电脑和UAV的不同的接收器设备，其中：(a)接收器位于第二能量瓦片上，以及(b)接收器位于第五能量瓦片上。

图36图示了针对不同多层接收器配置和不同旋转角的UAV充电情况的充电结果。

图37描绘了一些示例性市场细分和潜在的集成目标，这些示例性市场细分和潜在的集成目标可以通过使用本文描述的技术在增强的设备无线充电方面进行转换。

具体实施方式

本文描述的系统和方法提供了软件定义的、协同的、多线圈、非接触式感测系统，该感测系统包括联网和多层互连的感测线圈，这些感测线圈以一个或更多个感测频率工作，并且能够基于从感测线圈报告的同步实时电压时间序列在2D和3D区域上对多个不同的电子设备的类型和位置进行检测以及跟踪。

本文提供的用于“软件定义的无线充电”的网络、系统和方法可以将现有的二维(2D)表面或三维(3D)区域转换为多设备非接触式无线充电器。特别是，提供了软件定义的和可编程的无线充电网络和系统，该无线充电网络和系统包括硬件和软件架构、运行和分布式算法，这些硬件和软件架构、运行和分布式算法以根本不同的方式解决了现有充电解决方案的几个缺点。

传感器阵列

图1-图4描绘了系统架构和组件的概况。例如，如图1A-图1C所示，每个感应节点可以包括嵌套有源线圈或从动线圈和无源线圈的组合，示例性配置包括：(a)具有一个内部有源线圈102和一个外部无源线圈104的双线圈架构100，(b)感测节点100'中的两个内部有源线圈102'和一个外部无源线圈104'，以及(c)感测节点100"中的具有两个无源线圈104"和两个有源线圈102"的多嵌套线圈。有源线圈102、102'、102"可以被连接到连续波发生器，并且无源线圈104、104'、104"可以与有源线圈共振并扩展感测区域。嵌套线圈如此设计使得它们相互共振，当有源线圈102、102'、102"中有有源电流时，无源线圈104、104'、104”充当共振器继电器，这些共振器继电器以极低的功耗扩展由电流产生的磁通量。每个这样的多嵌套线圈感测元件100(以下称为节点)可以在kHz或MHz频带中运行并且被配置为产生驱动信号。

每个嵌套感测线圈100可以被连接到单独的感测电路106(图2)，或者一组感测线圈/感测线圈的网络100可以被连接到一个或更多个中央感测电路108(图3)。

一个或更多个感测电路106可以被连接到在存储器中具有可执行代码的微控制器。

网络控制器可以充当中央单元，该中央单元收集来自多个感测线圈的所有感测读数并运行算法，该算法包括在2D和3D区域上对电子设备进行分类、识别和跟踪。感测节点可以被联网在一起，并且可以与网络控制器交换控制消息。

多个感测节点100可以附接到诸如充电板和桌子之类的大表面的下侧。

多个感测节点100可以被放置在彼此靠近的垂直方向和水平方向的混合中，以创建定制的3D感测区域。

如图4所示，多层嵌套感测线圈100可用于以高精度覆盖区域。每层嵌套线圈或每组嵌套线圈可以以一个或更多个不同频率运行。

当设备在联网线圈覆盖范围感测区域内时，每个节点可以测量其外部线圈中的感应电压，并将这些测量结果连同其ID报告给中央网络控制器。类似地，如果设备移动，节点可以检测到类似的变化并且将更新消息发送到控制器。每个感测节点的输出可以测量外部线圈中随时间变化的感应电压，并且形成时间序列。中央网络控制器可以使用来自多个感测节点的多电压时间序列形式的同步时间序列，以在2D和3D区域上对设备进行分类、识别、定位和跟踪。控制器可以运行基于机器学习的算法或融合由整个节点阵列(联网线圈)报告的所有测量数据，并且将电压模式与先验储存的签名相匹配。

嵌套感测节点中每个无源线圈的输入可能在定制的输入窗口上以频率滤波、平滑和平均的形式进行处理，以消除各种噪声。

来自联网线圈的多个同步的电压时间序列流可以被归一化并且馈送到微控制器中基于机器学习的程序。该程序可以使用诸如随机森林、超级向量机和多层神经网络之类的模型用于设备识别、定位和跟踪。

如图5所示，可以使用感应充电线圈。例如，联网充电线圈110的附加层可以在联网嵌套感测线圈100之上运行并且一起创建认知感应充电网络112。该系统112可以基于在网络控制器处识别出的检测到的设备的位置和类型(基于协同的和联网感测线圈测量)，将一个或更多个无线充电功率管理多路复用到联网充电线圈层内的一个或更多个充电线圈。可以理解的是，联网充电线圈110之间可以不耦合；例如，充电线圈可以只是打开和关闭。

作为理论分析的背景，图6a示出了用于强耦合磁共振功率传输的电路10，在该电路10中，源线圈连接到交流电(AC)功率源并产生磁场。振荡磁通量在发射器线圈中共振。另一方面，来自发射器的磁通量在接收器线圈处被转换为电流。该电流在负载线圈内产生次级磁通量。该通量也被转换为电流并由表示为R的设备消耗

图6b示出了具有双架构设计(双线圈)的嵌套感测示例的电路示意图，并且图6c示出了该嵌套感测示例的架构。这里的一些示例性值可能是d_ol＝12cm、d_il＝10cm、d_od＝5cm、d_id＝3cm，这些值分别是外部线圈长度、内部线圈长度、外部线圈直径以及内部线圈直径。与无线功率转换不同，在非接触式感测系统中，对象/设备内部不需要具有接收器线圈。

诸如手机、笔记本电脑和鼠标之类的具有较高导电材料的各种设备改变发射器外部线圈处的磁场分布。这种变化可以通过线圈的电压变化来测量，变化量取决于多个变量，诸如尺寸、形状、材料、磁导率、电导率以及设备和发射器线圈之间的重叠区域。可配置变量的一些附加的非限制性示例可以包括频率、峰间电压或输出功率。

软件控制器可以被配置为选择性地控制发射器以抑制发射功率，发射器不是来自传输路径集合的传输路径的一部分。

表(I)总结了电路参数，这些电路参数将用于在理论上为包括一个内部线圈和一个外部线圈的双线圈感测线圈的示例配置制定外部线圈中的电压梯度。

表I：

符号	描述
		V<sub>s</sub>	在源线圈处输入的AC信号电压
I<sub>s</sub>	在源线圈处的电流振幅
		C<sub>s</sub>	在源线圈处的电容
L<sub>s</sub>	在源线圈处的自感
		M<sub>12</sub>	源和Tx之间的互感
Z<sub>s</sub>	源线圈电路处的输入AC信号的电阻
		I<sub>Tx</sub>	Tx线圈处的电流振幅
L<sub>Tx</sub>	Tx线圈处的自感
		C<sub>Tx</sub>	Tx线圈处的电容
Z<sub>Tx</sub>	Tx电路的阻抗
		M<sub>23</sub>	Tx和Rx之间的互感
I<sub>Rx</sub>	Rx线圈处的电流振幅
		L<sub>Rx</sub>	Rx线圈处的自感
C<sub>Rx</sub>	Rx线圈处的电容
		Z<sub>Rx</sub>	Rx电路的阻抗
M<sub>34</sub>	Rx和负载之间的互感
		I<sub>L</sub>	负载线圈处的电流振幅
L<sub>L</sub>	负载线圈处的自感
		C<sub>L</sub>	负载线圈处的电容
R<sub>L</sub>	负载线圈的电阻
		Z<sub>LTx</sub>	Tx线圈的阻抗
Z<sub>CTx</sub>	Tx电路处电容的阻抗
		ω	AC源的角频率

给出了输入AC信号的自感、阻抗、互感、电阻和角频率，因为它们取决于硬件和线圈的特性。因此，双线圈系统的电路方程可以用以下方程来解释：

Z_Tx＝Z_LTx+Z_CTx

这里，由于内部源线圈的AC功率非常低(mW)，因此发射器外部线圈处电流振幅的变化可以忽略不计。在共振模式下，jωLT x和jωCT x相互抵消。VT x为无设备时外部线圈的电压，该电压可通过以下方式进行计算：

V_Tx＝jωM₁₂I_s

V_Tx＝I_TxZ_Tx＝I_Tx(Z_LTx+Z_CTx)

一旦设备进入感测覆盖范围和距离，外部线圈的阻抗Z_LTx变为Z′_LTx，并且因此外部线圈处的电压变化计算为：

|ΔV|＝|I_Tx(Z′_LTx-Z_LTx)|

协同感测和跟踪

该技术可以被配置为基于多个感测电压确定设备与装置的接近度。虽然单个感测节点中的电压读数可能会检测到设备的存在，但它们无法准确预测设备的类型。另外，单个感测节点无法在区域内跟踪设备。例如，具有不同尺寸和类型但与感测节点重叠覆盖相同的设备可能会导致相似的电压变化强度。为了应对这些挑战并且还启用设备跟踪，需要考虑通过协同感测和跟踪从多个感测节点获得的读数。

图7A-图7B示出了示例性多线圈网络120，在该多线圈网络120中，每个方框均是感测节点。如图7A所示，设备可以从时间t-1到时间t在表面周围转换，或者如图7B所示，从时间t到时间t+1在表面周围转换。相对于传感器阵列100，这种位置变化可以被称为(ΔP)，(ΔP)是在感应时间(t)的多个感应电压的模式与来自较早时间(t-1)的多个感应电压中对应的先前模式之间的随时间的变化。在这里，有m×k个节点覆盖了很大的表面区域。为了检测设备的存在，每个节点在其感测覆盖范围内单独感测，并与网络控制器共享电压。在时间t，该网络的m×k电压时间序列和电压矩阵可以计算如下：

其中，V_ij表示位于位置(i,j)处的感测节点的感测电压。无论设备的类型和尺寸如何，任何高于给定噪声阈值(即基于实验凭经验确定)的感测电压都表明设备的存在。另外，基于电压矩阵，当V_ij大于噪声阈值时，可以检测到感测网络上的多个设备及其位置是否存在。

基于机器学习的算法可用于检测设备类型。例如，可以利用支持向量机(SVM)分类器，为此，可以将实验数据以4:1的比例分为训练集和测试集，即对于每个设备，在五个实验中，四个实验用于训练，一个实验用于测试。特征向量可以具有(i)可能的感测电压范围，(ii)覆盖节点的数量(即图7A-图7B中的连接框)。首先，根据设备与感测线圈之间的重叠区域，电压变化值在如图8A-图8B所示的范围内，图8A和图8B图示了移动设备沿如图8A所示的感测线圈100的x轴和y轴的正电压变化和负电压变化，并且如图8B所示根据与线圈中心的距离。因此，为设备的可能重叠区域收集感测数据，并使用电压范围作为SVM特征。设备可以覆盖一个或更多个感测节点100。

可以使用协同跟踪方法，首先计算电压梯度矩阵，然后通过电压梯度矩阵中的△V元素的符号来估计多个运动设备的运动和方向。时间t-1和t之间的电压梯度矩阵定义为：

其中，△Vt是指位于(i,j)位置处的感测线圈ij在时间t-1和t之间的电压变化。此外，△Vt的负号和正号决定了运动的方向。如图8A-图8B所示，如果设备向感测线圈的中心移动，则电压变化为正，如果设备远离感测线圈的中心移动，则电压变化为负。这意味着运动的方向总是从负△V到正。为了证明这一点，图7A-图7B示出了从时间t-1移动到t(图7A)然后移动到t+1(图7B)的两个设备(即电话和笔记本电脑)。对应的电压梯度矩阵可以计算如下，其中，基于从负到正的指示符号确定运动矢量。

节点

图9a-图9b示出了具有嵌套感测线圈的示例性低功率感测节点的组件，称为SoftSense节点。这里，微控制器单元包括3个子单元：波形发生器、模拟数字转换器(ADC)和BLE通信模块(RN-42BLE芯片)。波形发生器产生200kHz的低功率方波信号，并将该低功率方波信号应用于感测线圈。双线圈感测配置具有两种不同尺寸和形状的子线圈。内部线圈与电容器串联，然后链接到波形发生器，以通过200kHz的频率共振产生磁场。电压整流器将外部线圈处的AC电压转换为功能性的直流(Direct Current,DC)电压。在感测线圈覆盖范围内存在设备会导致电压整流器输出处的电压降。微控制器单元中的模拟数字转换器将电压整流器输出处的电压降转换为数字格式。图9a示出了一个示例性原型的制造的印刷电路板(PCB)128。PCB板128被设计为两层，其中一层用作接地平面并用FR-4环氧玻璃基板制造该接地平面。Teensy 3.2可用作微控制器单元。该微控制器单元包含32位ARM Cortex-M472MHz CPU和12位模拟数字转换器。该单元执行波形发生器和模拟数字转换器的功能。采用半导体GBU8JFS-ND全桥整流芯片作为电压整流器。另外，图9b示出了使用直径为1.15mm的利兹线(litz wire)制成的双线圈130。这与诸如Qi的最新标准中使用的线相同，并且外部线圈134和内部线圈132的自感分别是20uH和5uH。

该单元可以包括多层印刷电路板，在该多层印刷电路板中，从动线圈设置在多层印刷电路板的第一层集合上；并且感测线圈设置在多层印刷电路板的第二层集合上。第二集合可以选自以下之一：(a)多层印刷电路板的第一层子集，该第一层子集不与第一层集合共同扩展；(b)多层印刷电路板的第二层子集，该第二层子集不与第一层集合共享任何层。节点100可以没有用于感测或检测的定制电路或附加线圈。

图10a比较了包括与图9中制造的线圈(SoftSense)具有相同尺寸的外部线圈的“感应感测”之间的功耗。线圈与波形发生器连接，“磁共振感测”包括一个具有同一线圈尺寸的线圈和与波形发生器连接的共振电容器，该共振电容器设置为感测高达3cm。另外，将线圈与Qi(即无线充电联盟(Wireless Power Consortium,WPC)标准版本1.2)进行比较，Qi使用数字和模拟ping的组合进行设备感测。在这里，考虑两种Qi配置，(1)一个感测线圈产生12％SoftSense的感测区域，以及(ii)6个重叠线圈提供与SoftSense节点相同的感测区域。可以观察到的是，SoftSense消耗比电感感测少18.5倍，比磁共振感测少15倍，比具有6个线圈的Qi小7.5倍，并且比具有一个线圈的Qi小3.75倍。图10b比较了Qi、感应感测、磁感测和SoftSense之间的感测距离。这里，感测距离被设置为能够以95％的准确率检测到电话的最大距离。事实证明，SoftSense的性能明显优于其他技术5倍以上。图10c描绘了感测覆盖范围，并且考虑了感应和磁共振感测中的每一个的两种感测配置，一种具有较小的内部SoftSense有源线圈，以及第二种具有与外部线圈相同的尺寸。如图所示，与其他方法相比，SoftSense提供了最高的感测覆盖范围。

图11评估SoftSense的性能，以基于测量到的电压变化识别设备类型。基于SYM的分类器，对诸如手机(iPhone X)、笔记本电脑(Acer TravelMate X3)、鼠标(罗技无线鼠标m275)、金属(尺寸7cm×7cm，并且厚度为1mm)，游戏控制器(Xbox无线控制器)以及功率适配器(Belker 70w笔记本电脑充电器)之类的7种具有不同尺寸和形状的设备进行了训练和测试。对每种设备类型进行了150次实验，并且对于每个实验，以20ms的采样率收集数据，持续时间为5s。这些节点被放置在三种表面材料上：带有木材的大型会议桌、带有混合木材的咖啡店桌以及带有硬塑料的图书馆桌。感测节点彼此相距3cm放置，确保表面的全面感测范围。

图11a示出了将不同设备类型放置在线圈中心时的平均测量的电压变化。可以观察到的是，无论表面材料如何，不同的设备都会导致可区分的电压变化水平。另一方面，图11b描绘了在固定的感测距离3cm处的不同类型的设备的检测精度。在分类评估中，针对感测线圈和设备之间的不同重叠区域进行了实验，作为SVM输入特征以及设备覆盖的节点数量之一。此处误检误差的主要原因之一是由于诸如在感测信号上的模拟信号源电阻、模拟输入信号噪声以及ADC动态范围变化的ADC误差导致的硬件损伤。图11c示出了设备“电话”在不同感测距离处的检测精度的结果。它表示3cm作为其他设备类型的有效感测距离。

图12展示了不同类型的运动检测精度的结果。导致超过100mV电压变化的ADC误差可能足以将电压梯度中的估计符号从正转换为负或从负转换为正，并导致运动误检。尽管有这样的误差，图10仍表示SoftSense设备跟踪的高精度。

软件定义的无线充电网络

“软件定义的无线充电网络”可以设置为互连和多跳认知充电发射器(称为认知能量瓦片)的网络，该网络创建任意和可定制的2D和3D超距离无线充电区域，并且能够为多种异构类型的设备充电。如图13和图14所示，磁共振充电可以包括：

I.在每个能量瓦片138的微控制器内运行的分布式网络进程(至少一个用计算机可执行模块编码的存储器组件)可操作以运行诸如分布式共振感应，可重新配置能量跳跃以及数据/控制通信之类的各种操作，并且在不同运行状态之间切换；

Ⅱ.每个能量瓦片138内的多个硬件组件用于带外KHz共振感测，多个硬件组件耦合到至少一个双线圈感测架构线圈；

Ⅲ.至少一个认知能量瓦片主控件或引导器138，包括：

a.可以创建频率调制、相位调制和振幅调制的能量信号的可重构放大器模块140，

b.至少一个充电线圈142，

c.至少一个微控制器和存储器组件，该微控制器和存储器组件编码有计算机可执行模块，该可执行模块包括软件控制器的一个或更多个模块，以及

d.用于重新配置充电线圈的阻抗和共振的多个硬件组件；

Ⅳ.通过强耦合MHz磁共振能量跳跃，通过认知能量瓦片的多跳网络实现可编程带内和调制能量流。调制能量流可以通过它们在两个或更多个能量瓦片以及能量瓦片和能量接收器单元146之间的调制来携带重叠数据或控制信息。

V.每个能量瓦片内的带外非耦合射频模块147为能量瓦片之间以及能量瓦片和能量接收器单元之间的数据和控制消息交换创建网状网络

Ⅵ.网络软件控制器148基于来自能量瓦片138和能量接收器的各种感测输入，管理和调整以下中的至少一项(不限于)：软件定义的充电网络、能量瓦片、能量流、系统的充电容量和负载、充电QoS、充电策略、设备定位、身份认证、配置文件、跟踪，以及移动设备充电管理、安全分析、以及硬件诊断分析。

Ⅶ.至少一个能量接收器单元146，包括：

a.至少一个充电线圈142，

b.多个硬件组件，该多个硬件组件以MHz收集共振能量并且启用/禁用能量接收链中的线圈，

c.可能具有用计算机可执行模块编码的微控制器和存储器组件，以启用有源线圈集合以及测量和监控所连接的接收器设备负载，以及收集的电源电压。控制器可以使用感测瓦片阵列来检测与发射器阵列相邻的至少一个设备的存在，每个这样的设备都是检测到的设备。针对靠近发射器阵列的设备集合中的每个设备，通过控制器执行的指令可以确定相对于发射器阵列的设备位置；并且选择性地使发射器的子集发射功率，该子集包括的发射器少于发射器阵列的多个发射器中的所有发射器，对于每个检测到的设备，该子集包括在设备位置处的发射器。

可编程和调制耦合功率路由

基于“可编程和调制耦合功率路由(programmable and modulated coupledpower routing,PMCPR)”概念和磁共振能量传递，可以提供软件定义的和联网无线充电架构，用于在区域和距离上为电子设备充电。这可以通过软件控制器协同地和实时地重新配置分布式线圈之间的共振耦合，从而在多跳互连线圈网络中塑造能量场，并创建从一个或更多个能量源朝向多个目的地的最佳能量流。

基于磁共振的能量传递可以与跨能量瓦片的“调制的功率路由和耦合”相结合，其中磁场小心地即时成形。

该系统和方法可以包括具有两个角色引导器和能量继电器的多个认知和软件定义的能量瓦片，分布式操作系统150充当软件控制器，用于管理能量瓦片资源、感测和定位设备、启用通信、消息交换以及塑造功率，一个或更多个用户提供的或商业获得的设备，可重构多层能量接收器，该可重构多层能量接收器与设备接口以将磁能转换为电能，以及一个或更多个可以监控和管理作为软件控制器的远程部分的远程能量边缘节点。

能量瓦片引导器可以在频率、振幅和相位方面调制所产生的能量信号。这可以启用能量流上的叠加数据或控制信息，并且可以用于实现能量瓦片之间以及瓦片与能量接收器之间的集成数据通信和能量传输。

可编程功率耦合可以使充电架构在任何可定制区域上具有高度灵活性，因为所有能量瓦片都可以快速且自适应地重新配置。它可以将每个能量瓦片的功率路由(功率耦合)功能与无线充电器硬件解耦，并在软件控制器150中管理联网认知能量瓦片。

通过认知能量瓦片的协同操作，可以在2D/表面和3D中创建可定制的能量形状，这些认知能量瓦片可以同时为配备有能量接收器且在系统充电和感测范围内的一个或多个数量和类型的电子设备充电，而无需更改无线充电硬件。

软件控制器150可以配置多个瓦片中的每个瓦片的驱动信号，驱动信号相对于形状、占空比或功率中的一个或更多个来配置，配置多个瓦片中的每个瓦片的驱动信号，驱动信号相对于形状、占空比或功率中的一个或更多个进行配置。

认知能量瓦片的模块化可以通过添加更多能量继电器和即插即用系统升级，垂直和水平启用充电覆盖范围扩展，从而为位于大表面和空间上的设备供电。

每个能量瓦片可以包括立方体形状架构，在每个瓦片的边缘具有可重新配置的多层垂直线圈和水平线圈。这样的设计可以使软件控制器能够为能量瓦片的每个边缘选择有源线圈层，从而确定两个或更多个瓦片之间的距离、覆盖范围和功率耦合量。

认知能量瓦片可以以不同的垂直和水平布置方式放置，诸如水平放置在现有表面(大或小)下，垂直和水平放置在盒子、书桌抽屉、架子、橱柜等内部。

软件控制器(操作系统)

图15描绘了软件控制器150或操作系统的模块，它们从下到上为：硬件驱动器152、充电虚拟化154、感测156、定位158、通信160、机器学习引擎162、功率管理164、干扰管理166、能量流管理168、设备配置文件170、设备身份认证172、设备移动性174以及诸如诊断分析、实时安全检查、仪表板和通知、使用配置文件等的应用程序176。

图16示出了用于软件定义的无线充电及其跨模块通信和协同的功能和架构框。这些框可以包括充电管理程序、多瓦片感测、设备识别、设备定位、多接收器功率路由和调度、选择性功率阻塞、功率点成形、能量场整形、位置感知负载平衡、充电策略分配和管理，能量瓦片角色分配、QoS管理、充电容量管理、多频率传递管理、功率需求分类、干扰管理、设备轮询、设备身份认证、充电切换和管理、移动/设备跟踪和管理、诊断分析、全局能量图、安全分析和保障、使用配置文件以及仪表板/通知。

软件控制器的模块和功能可以完全地或选择性地设置在能量瓦片以及远程能量边缘节点上，这取决于它们的可用资源。例如，继电器能量瓦片可以设置部分充电虚拟化、感测和通信模块，而引导器瓦片运行操作系统的全栈模块，并将诸如应用程序之类的一些模块委派给远程能量边缘节点。

可以利用资源管理的混合模型，由此远程能量边缘节点和能量瓦片引导器将协同地和动态地改变能量瓦片138配置，并运行控制平面功能。

每个具有角色引导器的能量瓦片都可以将其功率连接到AC插座，而所有继电器瓦片都没有连接到AC电源。这里，唯一的功率是连接到引导器瓦片的功率放大器，其余瓦片通过软件定义的耦合和功率路由转发功率。

该技术可以创建分布式多跳充电架构、动态能量网络，并且支持具有不同功率需求率的多种设备。

认知能量瓦片可以协同检测和定位它们感测覆盖区域内的所有电子设备，塑造能量场，并将功率路由到确定的接收器设备，当与功率接收器结合使用时，这些接收器可以为电子设备充电。

认知能量瓦片138可以利用其他能量瓦片创建无线网状网络，以交换控制消息，并以广播或多跳方式更新。

认知能量瓦片138可以通过与不同的配置、网络资源和充电算法动态关联而在运行中重新编程。

通过引入软件定义的功率路由和能量流，可以通过引入软件定义的无线充电网络架构来塑造和路由能量，软件控制器/分布式操作系统定义该配置、行为以及包括功率路由和系统的能量场形状的充电操作。

引导器瓦片可以通过软件控制器执行能量流路径查找算法，该软件控制器决定应该参与能量路由路径的中间继电器瓦片。能量路径连接充电设备所在的瓦片。

“能量流管理”模块166可以识别应该阻塞其上的所有能量流的瓦片，并且由主引导器通过控制平面通信给所有继电器瓦片。

软件控制器150中的“感测”模块156可以实现分布式多瓦片共振感测方法。每个能量瓦片的双线圈感测架构可用于检测和感测设备，而无需任何直接反馈。在这里，有两个嵌套线圈，将AC电压施加到内部线圈，然后在外部线圈的负载上测量感应电压的变化。

该技术可以考虑在感测覆盖范围与功耗之间进行权衡。这是因为较大的线圈覆盖了更多的区域，但会产生更高的功耗。较小的线圈消耗的功率较少，但必须使用更多较小的线圈来实现类似的感测覆盖范围。感测目标是检测在距离上的对象。

在用于非接触式感测的双线圈架构中，外部线圈可以充当共振器继电器，通过共振器继电器中的感应电压产生磁通量，与直接向共振器继电器施加AC信号相比，损失非常小。当目标对象(诸如电话、笔记本电脑、平板电脑或UAV)靠近表面时，外部线圈中的感应电压变化。由于成分导电材料的不同，这些对象会产生独特的感应电压变化。

软件控制器150中的“定位”模块158可以实现“分布式和协同多瓦片设备定位”以确定检测到的设备的位置。为此，它可以集成从“感测”模块获得的多个实时感测信息流。这里，软件控制器150可以将每个瓦片的所有感测信息组合并创建实时全局感测图以检测设备、设备的尺寸、形状、位置，并在所有充电区域上跟踪它们。

能量整形算法可以由软件控制器执行，并且通过诸如阻抗之类的实时瓦片配置调整对由所有组合能量瓦片的能量场覆盖的充电区域上的能量进行整形。

能量整形算法可以找到向充电范围内检测到的设备提供功率的最佳能量流路径(称为有源能量路径)，以及对不在有源能量流上的所有能量瓦片进行选择性能量阻塞。

能量流可以在大区域上创建功率点，以对多个电子设备进行充电，并且在其他选定区域处消除能量。

一个或更多个能量流可以通过它们的能量路径向多个设备输送功率。

可以使用多层可重新配置的能量接收器设计，其中，能量接收器具有多层线圈，并且基于接收器负载、所需功率的量和设备的位置，确定有源线圈的具体数量。

无需更改硬件即可通过软件定义的可重构硬件支持多种充电标准来实现互操作性，并且可以基于设备的类型、数量和位置分配认知能量瓦片资源。

软件定义的无线充电架构可以通过软件升级支持新的变化、标准和充电改进。

认知能量瓦片可以配备有多个硬件前端，例如，一层或在多层处不同的线圈、不同的放大器、不同的RF收发器，以同时支持不同的充电标准和技术、不同的感测范围和精度以及不同的控制通信技术。这可以基于设备的类型、位置和数量，在一个或更多个能量瓦片中按需分配充电算法/协议和资源，并极大地促进无线充电的互操作性、性能和容量。这称为充电虚拟化，可以在操作系统/软件控制器的“虚拟化”模块中实现。

软件控制器150中的“充电虚拟化”模块154可以允许在认知能量瓦片上运行不同的充电算法/协议、以及感测和通信解决方案，并且可以根据接收器类型和功率需求而动态地和远程地改变而无需改变硬件。

“充电虚拟化”154可以允许创建多个虚拟功率路由/充电网络，例如，磁共振笔记本电脑充电、磁共振UAV充电、近场通信(Near Field Communication,NFC)无线充电、共振充电即服务网络，以共享同一物理无线充电器/能量瓦片基础设施。这可能导致多个充电网络的资源分配不均，从而使它们可以同时共享同一硬件。可以按需部署和动态分配充电服务的添加或删除。

“充电虚拟化”154管理功能和软件堆栈，这些功能和软件堆栈运行多个充电标准以及使用同一可重新配置和认知能量瓦片硬件为具有不同功率要求的多种类型的设备充电。这可能导致产生不同频率的多个能量流或随时间改变充电配置。

“能量流管理”166可以最大化向设备输送的总功率以及具有最佳资源分配的系统充电容量。它可以利用软件控制器中包括“功率管理”、“干扰管理”168以及“充电虚拟化”154的其他模块，协同确定最佳有源能量流和虚拟充电网络。它可以旨在满足所有检测到的设备、给定数量的设备、它们的位置、每个设备的能量接收器支持的充电协议/标准的功率需求，同时最小化系统中的资源框(例如总传输功率和充电持续时间)。

根据充电标准实时检测设备类型和设备的功率需求分类，可以将能量流分类为不同的QoS类别，并促进差异化的资源供应、基于服务的定价以及基础设施即服务的实施方式。

“能量流管理”模块166基于(i)检测到的设备配置文件将QoS类别分配给每个有源能量流，检测到的配置文件包括设备的当前位置、类型和数量以及可以从“设备配置文件170”和“机器学习引擎”162模块获得的历史学习设备充电模式。

软件定义的架构可以启用来自硬件基础设施的分开的无线充电功能。

软件定义的架构可以实现对表面和3D区域充电操作的实时远程管理和监控，并提高资源利用率。

无线充电和感测操作、配置和算法可以在软件中实现，因此可以根据设备的数量、类型和位置进行动态更改。

软件定义的无线充电架构简化了系统管理，可以降低部署成本，并能够实时、快速地系统适应于设备位置、设备数量和环境方面的任何变化。

该技术可以在多频率功率传递模式下运行，在该模式中，多于一个能量瓦片138充当引导器并且每个引导器以不同的频率运行，从而导致(i)总充电功率容量、(ii)并联充电设备的数量、以及(iii)干扰管理的效率的增加。

充电频率可重复使用以增加系统充电容量。

软件定义的无线充电架构可以包括多种特性，诸如按需可重构性、可支持多标准的充电虚拟化、大区域充电能力，并且多设备充电支持可实现无线充电器作为服务部署在诸如家具(桌子、书桌)、墙壁和对象，而不仅仅是硬件的不同的基础设施上。

该技术可能倾向于最大化大区域和多设备充电的充电容量。软件控制器150具有来自感测并且覆盖充电区域的所有联网线圈的集体信息。通过考虑这种网络范围的信息，能量整形和功率路由算法可以考虑大区域上所有可能的功率路由决策，并极大地最大化多设备充电容量以及最小化功率干扰。另外，软件控制器150可以联合分配诸如频率、算法和能量瓦片配置的资源，以实现最佳的全网大区域系统性能。另外，此全网信息可实现快速故障恢复、实时功率重新路由以及无缝移动管理。

软件控制器150中的“机器学习引擎”模块162能够针对不同的对象应用/运行机器学习驱动的算法，不同的对象诸如设备感测、检测、定位和跟踪以及包括寻找最佳能量路径、功率管理和平衡、干扰管理以及设备身份认证的充电资源管理之类。机器学习引擎模块162可以被训练以确定设备的位置，并且基于多个感测电压从多个设备类型中确定设备的对应的设备类型。

软件控制器可以通过调整至少一个发射器的阻抗来减少由该至少一个发射器在至少一个路径中的功率传输。通过将发射器阵列中的至少一个发射器配置为将来自主发射器的功率信号沿所述至少一个功率路径反射回来，可以取消由至少一个发射器在至少一个路径中的功率传输。控制器还可以响应于从初始设备位置到后续设备位置的设备的设备位置的变化而建立修正路径。

“机器学习引擎”162模块可以实现设备和用户充电行为和模式的建模和学习，使得那些学习可以优化系统的能耗，“机器学习引擎”162模块沿着设备检测和充电的响应性(减少延迟)提高感测和定位精度。

软件控制器150中的“能量流管理”模块166可以管理能量流的资源高效创建以在感应/充电区域上为多个设备充电。该模块的功能包括高效的和最佳的功率路由、选择性功率阻塞以及创建能量点。

软件控制器150中的“功率管理”模块164可以在分配充电频率、为每个检测到的设备和每个能量流预算所需的功率和其他QoS性能指标、对功率需求要求进行分类以及实现能量瓦片之间的设备和位置感知负载平衡方面最小化充电容量。

软件控制器150中的“干扰管理”模块168可以最小化“能量瓦片之间”、“能量瓦片和正在充电的设备”、“能量瓦片和人”之间的不同类型的干扰。该模块可以与“功率管理”模块164紧密操作。

软件控制器150中的“设备配置文件”170模块可以为每个检测到的设备管理特定配置文件，特定配置文件具有从“定位”模块158获得的诸如设备类型、尺寸、ID、所需功率、充电模式/历史以及在感测区域内的设备的当前位置和先前位置，并将它们提供给“设备移动性”174和“设备身份认证”模块172。

软件控制器150中的“设备身份认证”模块172可以在任何充电开始之前管理感测区域上检测到的设备的初始交涉和身份认证，并相应地为每个设备启动/更新充电策略。这可以定义不同的权限策略、限制和约束，以及每个设备的QoS。另外，这可以促进在私人的和公共的基础设施中部署和使用软件定义的充电即服务。

“设备移动性”模块174可以具有的功能诸如：(i)跟踪为每个设备充电的有源能量流，以及(ii)当设备从一个位置移动到感测/充电区域中的其他位置时，重新路由该能量流。该模块可以与“定位”模块158一起工作以获得检测到的设备的当前位置和先前位置，并且与“能量流管理”模块166一起工作以获得有源能量流，并且促进重新路由能量流。另外，该模块可以利用和组合来自“机器学习引擎”162、“设备配置文件”170、“设备身份认证”172和“感测”模块156的跨层信息，以提高跟踪的精度和响应性。

软件控制器150中的“设备移动性”模块174可以将移动设备的移动性模式、新位置以及预测到的位置提供给“能量流管理”模块166，因此可以通过重新配置能量瓦片改变有源能量流和能量路径。

当一个或更多个设备从一个位置移动到其他位置时，“设备移动性”模块174可以利用软件控制器中的全局信息来实现对充电区域内的所有设备的全局重新路由优化。它可以优化能量流的重新路由，以实现每个能量流的QoS保障，并且持续对每个设备进行充电。

另外，根据移动性预测从“设备配置文件”170获得的预测设备使用可能有助于重新路由优化。

软件控制器150可以具有附加软件形式的应用层，附加软件基于使用情况场景启用附加的监控、管理、维护和优化工具。这些附加软件176可以安装在边缘能量节点或诸如移动设备、平板电脑或网络之类的其他远程监控/管理界面上。

附加应用程序176可以包括“诊断分析”以记录、监控和分析诸如操作故障、过热、高初始化延迟、控制和通信消息丢失、低充电速度和定位误差之类的问题。

软件控制器附加应用程序176可以包括“实时安全检查”，该“实时安全检查”连续分析设备的位置、有源能量流，并且确保磁场和电场的强度没有通过安全规定，并且可以建议“能量流管理”模块166的特定能量阻塞区域。

软件控制器附加应用176可以包括“仪表板和通知”，“仪表盘和通知”展示充电性能、有源能量流、有源能量图以及检测到的设备的统计数据方面的实时系统统计数据。另外，该模块可用作用户交互的推理，以配置和管理系统参数，并且提供反馈。

软件控制器附加应用程序176可以包括“使用配置文件”，该“使用配置文件”记录和学习使用模式，使用模式包括常见的检测到的充电位置、常见的充电要求和设备类型以及常见的移动模式。

如图17和图18所示，用于软件定义的无线充电的方法可以包括：(i)引导器能量瓦片发起设置控制消息以创建网状网络并且继电器能量瓦片可以加入该网络。在多个引导器的情况下，可以通过引导器选择算法选择一个引导器来创建该网状网络，并且跟踪/管理其他瓦片。(ii)每个能量瓦片可以通过低功率带外共振感测方法持续感知其感测范围内的任何设备/对象，并且在检测新设备、检测设备移动以及移除现有设备时，通过软件控制器发送更新消息。所有认知能量瓦片的全局信息可以使软件控制器执行区域感测、设备定位、设备识别、以及准确且具有低功率的设备跟踪。(iii)在每个瓦片的感测区域内发生诸如添加、移除、移动新设备的任何变化时，软件控制器可以基于功率要求和设备位置确定一个或多个最佳能量流，以最大限度地提高无线充电的容量和效率。(iv)基于确定的能量流，软件控制器可以发现所有有源能量瓦片的配置，并且通过更新控制消息对所有有源能量瓦片进行远程配置，以塑造能量场并且将功率路由到设备。(v)附接到设备的可重构多层能量接收器可以监控设备的负载并且选择能量接收器线圈层以实时调整接收到的到负载的功率，防止过电压并且避免阻抗失配。

图19示出了架构平面180，该架构平面180包括：应用平面182、能量平面184、数据平面186、控制平面188和硬件平面190。

能量平面可以包括可以为设备充电以及通过软件控制器被定制、转发、塑造的“可编程能量流”。

数据平面可以包括“能量瓦片配置表”192，该“能量瓦片配置表”192可以包含诸如瓦片的电流阻抗、瓦片的有源充电协议、检测到的设备的位置以及每个设备所需的功率之类的配置。

控制平面可以包括“通信和控制信道”以及“分布式操作系统(软件控制器)”，“通信和控制信道”以及“分布式操作系统(软件控制器)”具有诸如网络化线圈管理、以“软件充电”形式可以实现不同无线充电协议/标准的充电虚拟化、功率管理和能量负载优化工具之类的功能。

硬件平面可以包括所有硬件组件，硬件组件包括感测线圈、充电线圈、放大器、认知能量瓦片主板和能量接收器硬件。

能量、数据、控制和硬件平面的分离可以使感测、充电、网络功能和算法、功率管理和新应用程序能够轻松、持续和独立地升级，而无需昂贵的硬件更改。

该技术可以具有带内能量信道、带外感测信道和带外控制信道。带内能量信道可用于传输基于磁共振的功率，带外感测信道可用于感测和跟踪远距离的对象/设备，带外控制信道可用于在认知能量瓦片138之间以及在能量瓦片138之间交换控制消息并且对设备进行监控。

通过联合控制的合作和认知能量瓦片的优化，可以提高充电效率和容量。

每个能量瓦片硬件都可以包括主板、双有源-无源感测线圈和充电线圈。继电器的主板可以包括微控制器、感测/充电管理程序、无线电通信模块、阻抗调节电路模块、感测电路模块、反向散射通信模块，并且引导器的主板可以将所有组件作为具有附加放大器的继电器。

每个单独的能量瓦片都可以感知对象、路由、阻塞、形状并且共享功率，并且与其他设备通信。

软件控制器150可以具有系统的感测范围内的所有设备的位置、类型、数量和能量需求的全局信息。利用该全局信息，软件控制器150可以以使系统充电容量最大化的方式确定最功率有效的能量流。这可以最大限度地提高所有能量流之间的端到端传输效率，最大限度地减少系统中的能量干扰，同时满足每能量流QoS性能并且为每个设备提供所需的功率。

在以下详细描述中，参考了构成本文一部分的附图。附图不是按尺度或按比例绘制的，并且在详细描述和权利要求中描述的说明并不意味着限制。在不背离本技术的精神或范围的情况下，可以使用其他方面和特征和/或可以做出其他改变。

充电表面

图20示出了可以附接在给定表面的下侧的2D能量瓦片138的示例。从UAV到电话的多个数量和类型的设备都可以通过非接触式按需能量设备定位和跨瓦片的自适应能量路由进行充电。该技术可以使用磁共振，但通过在二维中通过放置大量线圈来限制给定线圈的范围。单个线圈、连接到低功率微控制器的无线网络接口和双电容器组共同构成了所谓的能量瓦片。只有引导器或主瓦片有自己的功率放大器并连接到AC插座，而所有其他从瓦片没有连接到AC功率。可重新配置的能量瓦片附接到桌子表面的下侧，并且形成无线网状网络控制平面。这允许瓦片在能量平面中围绕桌子表面的任何地方执行合作感测并且以协同方式传递能量。在引导器瓦片中执行的软件定义的框架允许将对象定位到最近的瓦片，检测对象的类型，然后通过在瓦片上的能量跳跃/路由的概念向该特定瓦片(或多于一个对象的情况下的多个瓦片)输送能量。由于所有继电器瓦片都是无源的，因为它们没有功率放大器，这种模块化设计和能量分配方法很容易扩展到任何表面区域。

两线圈架构

图21a描绘了所提出的嵌套磁共振感测架构的布局，该布局中，W是外部线圈104的宽度，r是内部线圈102的半径，t给出了内部线圈102的匝数。这里的主要思想是使用两个线圈，将AC电压施加到内部线圈102，然后测量外部线圈104中负载两端感应电压的变化。该设计考虑了感测覆盖范围与功耗之间的折衷。这是因为较大的线圈覆盖了更多表面，但会产生更高的功耗。较小的线圈消耗的功率较少，但必须使用更多较小的线圈来实现类似的感测覆盖范围。感测目标是在表面上方几个范围内检测对象及其类型。

该感测方法使用在KHz范围(带外感测)内施加到内部线圈102的AC电压信号。这有两个原因：首先，与MHz波段信号(能量传输带)中的变化相比，无源外部线圈中的检测信号变化要简单得多。结果表明，由于这种设计选择，使用类似的线圈尺寸和16位ADC，精度提高了65％。使用KHz范围感测的另一个原因是克服趋肤效应(skin effect)。在这种双线圈布置中，外部线圈104充当共振器继电器，该共振器继电器建立由外部线圈104内的感应电压产生的磁通量，与将AC信号直接施加到线圈相比具有非常小的损失。当目标对象(诸如电话、笔记本电脑、平板电脑和UAV)接近表面时，外部线圈中的感应电压发生变化。由于成分导电材料的水平的不同，这些对象会独特地改变感应电压。在外部线圈104处测量这种变化|AV|。在此阶段，信号是有噪声的并且取决于对象的多种特性，诸如尺寸、形状、材料、磁导率、电导率。它还取决于对象与外部线圈之间的重叠区域以及距离。

感测线圈100的布局和材料影响感测的性能，包括灵敏度和范围。将感测范围视为感应电压|AV|低于50mV的阈值点。图21b描绘了在外部线圈和内部线圈之间使用不同的匝数和比率(标记为0.6、0.54、0.475)感测iPhone 8的结果。例如，可以通过实验观察到根据内部线圈的匝数，电话的平均感测范围是7cm。图中的三条线对应于不同的k＝r/w比率。从这些测量中，可以为内部线圈选择6匝，因为针对多个k值，6匝显示了峰值。注意3匝也是可接受的值，尽管瞬时变化远高于6匝时更稳定的结果。

瓦片相互作用

图22示出了放置在2D表面上的能量瓦片集合的电路图的示例。如图所示，每个能量瓦片与其相邻瓦片可能具有4个强相互耦合，并且对角瓦片之间的耦合可能由于它们之间的弱磁场重叠而接近于零。L、C、Z和I与子模式i′k′表示位于第i行第k列处的瓦片的电感、电容、阻抗和电流。具有不同子模式的M表示两个瓦片之间的互感，并且假设所有瓦片在2-D表面或瓦片链中相同，则所有M在文章中将相同。M表示通用瓦片和其两个垂直邻居以及两个水平邻居之间的四个互感。引导器瓦片只有垂直邻居和一个水平邻居互感M_11，12和M_11，21。图22中连接到AC功率源V_s的引导器瓦片具有以下关系：

其中，w是角频率，并且对于2-D表面中的其余共振继电器瓦片(i′，j′)，1＜＝i′＜＝i并且l＜＝k′＜＝k：

其中，M在瓦片(i′，j′)处具有：

M＝M_{i′j′，i′-1}j_′I_i′-1j′+M_{i′j′，i′j′-1}I_i′j′-1

+M_{i′j′，i′j′+1}I_i′j′+1+M_{i′j′，i′+1j′}I_i′+1j′

通过在检测到的设备处选择性地提供接收功率，该技术倾向于优化2-D表面上/之上到多个设备的无线功率传递，同时限制系统的总发射功率并且减轻总跳频功率损失。

可以基于接收器的总负载和有源瓦片的数量来调整引导器瓦片中放大器的总发射功率。因此，总发射功率最小化可以减少以最小化有源能量瓦片的数量。可以通过选择最短路径(就路径数量和总跳数而言，从源到检测到的接收器)以及通过阻塞不属于有源路径一部分的瓦片上的能量来控制有源能量瓦片。

关于充电容量和QoS优化的一些挑战可以解构为(i)如何找到从源到多个目的地的称为有源路径的最佳能量路径，(ii)如何移除每个能量流路径内的反射以最大化接收功率，以及(iii)如何阻塞不属于有源路径的一部分的其他路径上的能量瓦片的功率。

最佳能量路径(一个或更多个)确定的问题可以表述为从一个或更多个引导器瓦片到检测到的接收器找到最短路径。

在每个有源路径Pa中给定有源能量路径P＝{P1,P2,...}和能量瓦片Ta＝{T1,T2,..}，当以Pa为单位的能量瓦片的阻抗将设置为Ca＝C+△Ca(其中△Ca＝1/(ω)²M)时，可以最大化接收器在2D表面情况下的接收功率。

证明：

位于P上的所有接收器的最大接收功率可以表示为：

其中，I_TP是P中直接位于接收器上方的当前的能量瓦片的矩阵，R_L是对角矩阵，其条目作为设备接收器的电阻，M_RT是接收器和能量瓦片之间的互感。鉴于瓦片之间的距离和线圈(因此M_RT和ω)的物理特性将保持不变，接收功率的最大化转化为最大化能量瓦片的电流。瓦片的水平或垂直链中的电流分布与ρ_T有关，并且由于反射系数ρ_T始终为负数，当有源路径中所有瓦片的ρ_T变为零时，总电流最大化发生，因此淘汰P上的功率反射。简单来说ρ_T用于表示行或列的所有反射，而不是2-D表面中的ρ^h _T或ρ^v _T。反射系数可以写成与阻抗变化△Z有关，如下所示：

这里H＝jωM，d是相邻瓦片之间的距离，γ是传播常数(等于2π/λ并且λ是共振AC功率源波长)。重新排列上述方程提供：

在无线充电系统中，对于每个具有高质量因数和效率的中间共振线圈，线圈的阻抗Z非常小并且近似为零(Z＝0)，并且为消除ρ_T＝0的反射所需的阻抗变化可以表示为：

ΔZ(ρ_T)＝He^-jγd＝jωMe^-jγd

由于在共振状态下，工作频率等于每个瓦片的共振频率，并且在亚波长内相互耦合的情况下，e^-jγt＝-1和γd＝π导致振幅△Z(ρ_T)等于ωM，虚相角为90°。

最大化能量瓦片的电流并最大化接收功率的最佳阻抗变化和相应的电容变化将导出为：

给定有源能量路径P＝{P1，P2，...}并且设置A_T由P中的所有能量瓦片组成，接收功率将在每个瓦片q上被阻塞，设置为T_q＝{T1，T2，..}是位于表面而不是A_T的成员，如果针对每个瓦片将其电容设置为C_q＝C+ΔC_q，以阻塞该瓦片上的传输功率，其中：

这里瓦片p和瓦片q是具有强耦合的4个相邻瓦片中的任意一对，因此在具有瓦片q和p的链中，通过使用电路理论，它们的电流和电压关系可以表示如下：

其中，V_p、I_p、I_q、L_p、L_q、C_p、C_q、Z_p、Z_q和M_pq是这两个瓦片之间的电压、电流、电感、电容、阻抗和互感。具有电容变化ΔC_q的瓦片q中的功率将是：

这里，当瓦片q输送的功率变为ε时，认为瓦片q被阻塞，并且通过将ε代入P_q，获得阻塞功率所需的最小电容变化为：

任何大于△C_q的电容变化都会阻塞能量通过该线圈进行跳跃。

图23描绘了涉及2行中的10个瓦片的可编程能量流、能量归零和功率阻塞的示例使用情况的概况，元组(i,j)分别表示位于第i行和第k列的瓦片。(1,1)是连接到AC功率源的瓦片。集合{(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(2,4)}中的瓦片形成能量跳跃路径，虽然只有{(1,1),(1,3),(2,4)}可以支持放在它们上面的充电设备。对于剩余的瓦片，集合{(1,5),(2,1),(2,2),(2,3),(2,5)}被配置使得它们不通过塑造它们上方的磁场消耗能量，因此无法为移动设备充电。这通过(i)多波反射消除和(ii)能量阻塞来发生。在瓦片(i,j)的能量阻塞情况下，通过调整能量瓦片的阻抗，该瓦片上的可传递功率将低于s。例如，能量瓦片(1,5)、(2,5)、(2,1)、(2,2)和(2,3)。在波反射消除的情况下，能量波在能量流路径的最后一个能量瓦片处的反射会产生负能量流，该负能量流充当在主能量流的相反方向上传播的反射能量，并且该负能量流可以消除在那个能量流动路径内的瓦片上的能量。例如，在图23中，(1,2)和(1,4)处的功率已被瓦片(2,4)处的能量流反射完全消除。另外，波反射消除可能发生在同一频率的多个同时有源且部分重叠的能量流的情况下，在该情况下，多个反射来自能量流路径的最后一个能量瓦片处的波的每个反射。正/主能量流和负能量流(反射流)的总和决定了每个能量瓦片的消除量。

多层能量接收器

图24示出了可重新配置的多层能量接收器的架构，该架构可用于诸如UAV之类的一些充电设备。此架构具有多层线圈，具体数量的线圈可能会被激发，具体取决于接收器距离发射器能量瓦片的高度、其当前负载和所需/要求的功率。另外，多层线圈接收器对于功率输送应始终保持在范围内的情况很有用，例如，根据对象/UAV的类型、其电池容量和其空中高度，特定的继电器线圈(R1-R3)被激活。每个发射器能量瓦片可以具有感测瓦片阵列。每个感测瓦片可以包括一个或更多个从动线圈以响应于驱动信号产生磁信号；一个或更多个感应线圈用于：(a)磁耦合到一个或更多个从动线圈以接收由从动线圈产生的磁信号，以及(b)根据其与设备的接近度产生感测电压。

增强的接收器设计可以包括单个负载接收器线圈(Rx)和放置在其下方的几个多继电器线圈(R1-R3)，如图12所示，在示例中使用3个线圈。接收器侧处任意2个线圈之间的间距为dx，直接发射器线圈(Tx)到Rx的距离为D，Tx到共振继电器层的距离为g。因此，D＝g+dx。

在图24中，具有中间继电器线圈Rr的Tx和Rx之间的电磁关系可以表示为：

其中，L_Tx、C_Tx和Z_Tx分别表示电压、电感、电容、来自能量瓦片Tx的阻抗。

给出了Tx和给定接收器继电器线圈(在本示例中从R1到R3)之间的互感。

和

分别是所选择的继电器线圈的电感、电容和阻抗。类似地，

和R_Load是最终接收器线圈的电感、电容、阻抗和负载电阻。在共振状态下，L和C的作用相互抵消。结合这些等式，功率效率可以表示为：

可以看出，功率效率仅与线圈之间的互感有关，互感与线圈之间的距离有关。因此，对于给定的接收器-继电器线圈布置，功率效率表示为ψ_R＝f(g,dx)。

发射器线圈尺寸和接收器处继电器线圈尺寸可以是相同的，但能量接收器的线圈更小。这使得

的变化比

的变化更大。这意味着g的任何变化都会比dx的变化更大程度地影响功率效率。

图25a示出了当单个继电器线圈R3(线圈R1和R2被关断)与能量瓦片之间的距离“g”在实验设置中如何变化时的功率效率的实验结果。在所有情况下，负载接收器线圈Rx在20cm处保持恒定，中间继电器在9到17cm之间移动。观察到逐步效率下降，多线圈继电器的目标是提高这些拐点处的效率。图25b示出了相同场景实际的接收功率。

图26示出了具有(a)引导器能量瓦片的示例实施方式，PCB与充电线圈和功率放大器集成在一起，(b)继电器瓦片的反面，示出了附加感测线圈，(c)继电器能量瓦片的俯视图，以及(d)与线圈集成的定制设计的PCB的放大图。图26(d)中放大了连接到线圈的示例PCB，该图26(d)示出了微控制器、感测电路、阻抗优化控制部分、RF收发器和电容器组。(a-c)中的大蓝色区域覆盖了在6.78MHz共振的实际的能量传输线圈，符合空燃联盟(AirFuelAlliance)规定的频率。另外，每个单独的能量瓦片具有附加的150KHz共振线圈用于感测，如图26b所示，该共振线圈是在外部应用的。这与Qi标准中使用的频率相同。

可以构建示例感测线圈用于演示目的，其规格为AWG 17(直径1.15mm)类型的2个具有105股直径为0.08mm的利兹线，该利兹线与Qi标准发射器线圈中使用的线相同。

可以使用的示例微控制器是nRF52840-MDK，该微控制器包含ARM-Cortex-M4F处理器，该处理器针对超低功率运行进行了优化。它执行用于感测、模拟数字(ADC)转换器的波形生成功能，构建和维护全网状开放线程(OpenThread,OT)网络和阻抗控制器。波形发生器以150kHz输出振幅为5V的方波信号以激励圆形内部线圈。线圈开始以150kHz与外部无源线圈共振。电压整流器将外部线圈处的感应磁场信号转换为功能DC电压。外部线圈附近存在设备会影响磁场的均值和方差。通过微控制器中的ADC将电压整流器输出处产生的电压降转换为数字格式，这用于检测设备类型。

表II中列出了能量瓦片实施方式的示例实施方式的其他详细信息：

图27a示出了施加到内部线圈的150kHz方波激励信号，图27b示出了在外部线圈中的ADC的输出处产生的感应电压。特别是，图27a示出了施加到能量瓦片的内部感测线圈的激励信号的示例，激励信号在外部线圈处感应出随时间变化的DC电压。外部线圈上的该电压由ADC转换为数字值，并且由微控制器实时分析。采样率设置为104个样本/秒。图27b示出了从ADC输出的DC电压。这是技术上可以尝试识别变化的基线信号。它具有从0.55V到0.3V的清晰的峰间范围。可以对每10个样本的测量值取平均值，以避免由于瞬态波动而导致的误报。

图28示出了针对位于距离能量瓦片4cm高度处的4种不同设备(iPhone 8、iPad、13"英寸MacBook Pro和Solo 3DR UAV)的能量瓦片感测外部线圈处的电压变化。笔记本电脑倾向于示出最高的电压变化。UAV具有与笔记本电脑类似的维度，但UAV具有较小的感测线圈覆盖范围。这使得电压变化最小。类似地，电话和iPad示出了与它们的尺寸成正比的相应的电压变化。

图29a-图29b展示了在5个相同能量瓦片布置成直线且每对瓦片之间有1.5cm间隙的情况下，在接收功率方面的功率路由的性能。特别是，图29a示出了在没有阻抗优化的情况下从每个瓦片的接收功率分布。图29b在具有阻抗优化的情况下从每个瓦片的接收功率分布。这里，首先将每个瓦片与共振匹配电容器串联，以将共振频率设置为6.78MHz，而无需对放大器、发射器/接收器线圈进行任何硬件或软件更改。附接到能量接收器的电话以4cm的固定高度在每个瓦片上移动。可以观察到，如图29a所示，该实验的最大接收功率为5W，尽管并非所有能量瓦片都能够为电话充电。瓦片1、3和5输送大致相同的功率，但因为该行中最后一个瓦片(瓦片5)的波反射，瓦片2和4的功率为零。

图30示出了一个能量瓦片阻抗对调整充电覆盖范围和消除能量波反射的影响。如图所示，考虑了以5cm间隙将3个能量瓦片排成一排的情况，在该情况中，描述了改变最后一个瓦片的阻抗对第二能量瓦片的充电覆盖范围的影响。如图30a所示，带有能量接收器的电话以1cm间隔从第二瓦片的左边缘移动到它的右边缘，移动的总长度为8cm。当最后一个瓦片的电容变化为20pF时，尽管有负波反射，电话仍可以在第二瓦片的任何位置处获得功率，但对于较低的电容，如图30b所示，充电覆盖距离在减小。

功率阻塞示例

当能量瓦片所选择的电容值与实现共振的电容值相差甚远时，能量瓦片的功率中继转发和输送急剧下降，可以定义为“功率阻塞”。图31a示出了针对每对瓦片之间以1.5cm间隙水平直线布置的5个相同能量瓦片的3个功率阻塞概念的情况，并且图3lb示出了这些情况下在行中的每个能量瓦片处的接收功率。

情况i：只有引导器瓦片(缩写为ETM)可以输送功率，因此应该阻塞路径ET1-ET4。选择瓦片1处的330-pF电容器来实现这一目标。

情况ii：引导器瓦片、瓦片1和瓦片2应该输送功率。对于这种情况，前两个选择20pF以平滑功率分配，而瓦片3串联连接到330pF电容器以阻塞功率流进一步沿链向下流动。

情况iii：瓦片4不输送功率，但其余瓦片可能能够输送功率。在这种情况下，瓦片2和瓦片4与20pF电容器和330pF电容器串联连接，以分别减少功率反射并阻塞功率传递。

图32示出了在8个能量瓦片布置成2行且每行有4个瓦片的情况下针对3个不同能量瓦片配置的功率效率的示例结果。如图所示，最佳能量跨越多个瓦片从引导器瓦片(ETM)流向位于能量瓦片7处的设备。软件控制器150可以重新配置能量瓦片，使得在有源能量流路径上所选择的瓦片上的功率被归零(通过阻抗变化引导能量波反射)或被阻塞(通过功率阻塞)。图32中的阴影蓝色瓦片表示那些既没有被归零也没有被阻塞的瓦片。为了便于可视化，功率效率比被归一化。本领域的技术人员将认识到能量瓦片的最佳重新配置可以将本示例实验的功率效率提高至2.4倍。

图33示出了当2个设备在水平排列成2行且每行4个瓦片的8个能量瓦片上充电时的2种功率路由情况。这里，设备位于瓦片5上方，并且瓦片2应同时接收功率。在情况1(图33b)中，2个不同的路径用于传递功率，其中，能量瓦片3、瓦片6和瓦片7通过将阻抗设置为330pF而被阻塞，并且瓦片3被归零。而在情况2(图33c)中，已经使用了一个路径，其中瓦片3、瓦片4、瓦片7被阻塞，而瓦片1被归零。图33a表明情况2可以输送比情况1高1.6倍的能量效率，这表明了最佳能量流路径在整体性能中的重要性和作用。

图34a示出了在如前所描述的具有8个水平能量瓦片的2-D设置的情况下的接收功率，每个瓦片标识符对应于它们在坐标平面中的位置。这里，接收器是依次放置在瓦片3、4、5和6上的4cm高度处的电话。此外，图34a评估了当表面切换到包括木材、塑料和玻璃的不同材料时的接收功率。图34b示出了当电话被放置在第三能量瓦片处时电话从完全耗尽电池到完全充电状态的充电图。

图35示出了8个能量瓦片的情况的接收功率，这些能量瓦片以2个相等的行布置，并且针对包括电话、平板电脑、笔记本电脑和UAV之类的不同的接收器设备，其中UAV位于距离能量瓦片20cm且距离其余设备4cm的位置。图35a示出了接收器位于能量瓦片2的情况下的接收功率，图35b针对能量瓦片5的情况。电话和平板电脑使用5V接收器，笔记本电脑和UAV使用19V接收器。可以观察到，表面合成材料对木材、塑料和玻璃的充电性能没有显著影响。

图36更深入地展示了具有多层可重构接收器的UAV充电情况的充电结果。如以上所描述的，“g”被定义为能量瓦片线圈和多层接收器的共振继电器层之间的距离。相对于图36a、图32b和图32c中示出相对于能量瓦片的水平表面，不同旋转角的接收功率的评估，以及接收器的不同线圈配置(g、10cm、14cm、17.5cm中的3个不同的值)。另外，图36d示出了接收功率如何改变图36a中视觉上看到的不同旋转角的结果。可以看出，与较高的“g”值相比，较小的“g”值提供了较高的功率，但旋转灵活性较低。例如，当“g”为17.5cm时，允许旋转角比g为10cm时大了25度。

图37描绘了一些示例性细分市场和潜在的集成目标，可以通过利用本文描述的技术在增强的设备无线充电方面对该示例性细分市场和潜在的集成目标进行转换。作为发射器的能量瓦片可以以简单、模块化和即插即用的方式安装在餐厅、酒店、咖啡店、办公室、商业建筑、图书馆、大学、公共场所和家庭的现有表面上，以实现基于基础设施的充电。另外，它可以被集成为充电板的形式，用于便携式个人充电解决方案。此外，接收器可以被集成到计算细分的平板电脑和笔记本电脑，移动生态系统细分中的智能手表，无线耳机，健身跟踪器，智能电话，集成家具和充电宝，机器人细分中的无人机和机器人，智能家居细分中的智能音箱、相机、门锁和物联网(IoT)传感器、机动车辆细分中的车内饰和电动汽车、家电细分的厨房电器、机器人吸尘器、电动牙刷和功率工具，以及可穿戴细分的智能眼镜、耳机、助听器。

可以通过在本段之后的段落(并且在本申请末尾提供的实际权利要求之前)中列出的潜在权利要求来表征各个方面和/或特征。这些潜在的权利要求构成本申请的书面描述的一部分。因此，以下潜在权利要求的主题可以在涉及本申请或基于本申请要求优先权的任何申请的后续程序中作为实际权利要求提出。包含此类潜在权利要求不应解释为意味着实际权利要求不涵盖潜在权利要求的主题。因此，在以后的诉讼程序中不提出这些潜在索赔的决定不应被解释为向公众捐赠标的物。

不受限制地，可能要求保护的潜在标的物(以字母“P”开头，以避免与下面提出的实际权利要求混淆)包括：

P1.一种用于感测设备位置的方法，方法包括：

将第一AC感测信号提供给第一有源线圈，第一有源线圈嵌套在第一无源线圈中，并且从第一无源线圈捕获关于第一电压信号的第一信息；

将第二AC感测信号提供给第二有源线圈，第二有源线圈嵌套在第二无源线圈中，并且从第二无源线圈捕获关于第二电压信号的第二信息；以及

对第一信息和第二信息进行分析以确定设备相对于第一有源线圈和第二有源线圈的位置。

P2.根据P1所述的方法，其中，第一AC感测信号和第二AC感测信号具有在kHz范围内的频率。

P3.根据P1-P2中任一项所述的方法，其中，第一有源线圈和第二有源线圈定位在包括至少一个其他嵌套线圈集合的网格中，每个嵌套线圈与耦合到非暂态存储器的处理器通信。

P4.根据P1-P3中任一项所述的方法，其中，分析步骤由耦合到非暂态存储器的处理器执行。

P5.根据P1-P4中任一项所述的方法，其中，分析步骤包括将第一信息和第二信息提供给基于机器学习的算法。

P6.根据P1-P5中任一项所述的方法，其中，分析步骤进一步包括基于第一信息和第二信息确定设备的类型。

P7.根据P1-P6中任一项所述的方法，其中，分析步骤进一步包括基于第一信息和第二信息确定设备的充电要求。

P8.根据P1-P7中任一项所述的方法，进一步包括基于设备的位置向设备提供无线充电功率。

P9.根据P1-P9中任一项所述的方法，其中，设备选自平板电脑、笔记本电脑、智能手表、无线耳机、健身跟踪器、智能电话、集成家具、无人机、机器人、音箱、相机、门锁、IoT传感器、车辆、厨房电器、吸尘器、电动牙刷和功率工具。

P10.根据本文P1-P9中任一项所述的方法，设备的位置距离第一感测线圈和第二感测线圈中的至少一个至少10mm。

P11.一种感测模块，包括：

至少一个嵌套线圈，嵌套线圈包括嵌套在较大无源线圈内的有源线圈；

电路，电路可操作以向有源线圈提供AC感应信号；

处理器，处理器耦合到可操作以从无源线圈接收电压信号的非暂态存储器。

P12.根据P1所述的感测模块，其中，处理器进一步可操作以分析来自无源线圈的电压信号，并且确定电子设备相对于至少一个嵌套线圈的位置信息。

P13.根据P11-P12中任一项所述的感应模块，其中，处理器进一步可操作以分析来自无源线圈的电压信号并且确定电子设备的类型。

P14.根据P11-P13中任一项所述的感测模块，进一步可操作以基于位置信息向电子设备提供无线充电功率。

P15.根据P11-P14中任一项所述的感测模块，可操作以耦合到与处理器和电路通信的一个或更多个附加嵌套线圈。

P16.一种向设备提供无线充电功率的方法，方法包括：

将AC功率信号提供给多个模块中的第一模块中的线圈，其中，多个模块中的每个模块包括相互感应耦合到至少一个其他模块的线圈，以及控制共振电路的电容，该共振电路包括线圈；

控制多个模块中的一个或更多个模块的第一集合中的电容以阻塞功率传输，并且控制多个模块中的一个或更多个模块的第二集合中的电容以允许通过互感耦合传输AC功率信号，通过多个模块中的一个或更多个模块的第二集合，到达位于多个模块中的一个或更多个模块的第二集合中的模块附近的设备。

P17.根据P6所述的方法，其中，多个模块排列成网格。

P18.根据P16-P17中任一项所述的方法，进一步通过多个模块中的一个或更多个模块的第三集合向第二设备提供充电功率。

P19.根据P16-P18中任一项所述的方法，进一步包括确定用于将AC功率信号通过多个模块传输到靠近第二设备的多个模块之一的路径。

P20.根据P16-P19中任一项所述的方法，其中，靠近第二设备的多个模块中的一个模块显示出磁感应波反射附加。

P21.根据P16-P20中任一项所述的方法，其中，多个模块中的一个或更多个模块的第一集合中的一个或更多个模块表现出磁感应波反射消除并且被阻止向邻近的第三设备提供充电功率。

P22.一种充电模块，包括：

线圈，该线圈可磁耦合到至少一个其他的邻近线圈；

第一电路，该第一电路可操作以在第一值和第二值之间改变包括线圈的共振电路的电容；以及

控制电路，该控制电路可操作以控制第一电路以响应于命令从第一值改变到第二值。

P23.一种充电系统，包括：

多个充电模块，每个充电模块包括：

线圈，该线圈可磁耦合到多个充电模块中的至少一个其他的充电模块中的线圈；

第一电路，该第一电路可操作以在第一值和第二值之间改变包括线圈的共振电路的电容；以及

控制电路，该控制电路可操作以控制第一电路响应于命令从第一值改变到第二值；

放大器，该放大器可操作以向多个充电模块中的至少一个第一模块提供AC功率信号；

控制模块，该控制模块耦合到多个模块中的每个模块的控制电路，并且可操作以：

确定从第一模块到多个充电模块中的目标模块的路径；以及

与多个模块中的至少一个其他的模块中的控制电路通信，以通过将电容从第一值改变为第二值来阻塞AC功率信号通过至少一个其他模块的传输。

可以至少部分地以任何传统的计算机编程语言实现该技术。例如，可以使用过程编程语言(例如“C”)或面向对象的编程语言(例如“C++”)或Python、R、Java、LISP或Prolog。该技术可以实现为预编程的硬件元件(例如，专用集成电路、FPGA和数字信号处理器)或其他相关组件。

该装置和方法可以实现为与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这样的实现可以包括固定在诸如非暂态计算机可读介质(例如，软盘、只读光盘存储器(compact discread-only memory,CD-ROM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、FLASH闪存或固盘)之类的有形介质上的一系列计算机指令。该系列计算机指令可以体现本文先前关于系统描述的全部或部分功能。

本领域的技术人员应当理解的是，这种计算机指令可以用多种编程语言编写，以供与许多计算机体系架构或操作系统一起使用。此外，这样的指令可以储存在任何存储设备中，诸如半导体、磁性、光学或其他存储设备，并且可以使用任何通信技术，诸如光学、红外、微波或其他传输技术来传输。

在其他方式中，这样的计算机程序产品可以作为具有随附印刷或电子文档(例如，收缩包装的软件)、预加载有计算机系统(例如，在系统ROM或固定磁盘上)、或从服务器或网络上的电子公告板(例如，互联网或万维网)之类的可移动介质被分发。该技术可以实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的组合。该技术可以完全实现为硬件，也可以完全实现为软件。

可以在不同时间(例如，同时)在单个处理器上执行实现本文先前描述的全部或部分功能的计算机程序逻辑，或者可以在相同或不同时间在多个处理器上执行并且可以在单个操作系统进程/线程下运行或可以在不同操作系统的进程/线程下运行。因此，术语“计算机进程”通常是指执行计算机程序指令的集合，而不管不同的计算机进程是在相同的处理器还是不同的处理器上执行，也不管不同的计算机进程是否运行在相同的操作系统进程/线程或不同的操作系统进程/线程下。

本文描述的该技术仅是示例性的；对于本领域的技术人员来说，许多变化和修改将是显而易见的。所有这些变化和修改旨在落入如任何所附权利要求所定义的本公开的范围内。

Claims (62)

1.一种用于感测设备位置的装置，包括：

控制器电路；以及

传感器阵列，所述传感器阵列具有多个感测瓦片，每个瓦片包括：

一个或更多个从动线圈，其响应于驱动信号产生磁信号；

一个或更多个感测线圈，设置为：

(a)磁耦合到所述一个或更多个从动线圈以接收由所述从动线圈产生的所述磁信号，以及

(b)根据所述一个或多个感测线圈与所述设备的接近度产生感测电压；以及

其中，所述控制器电路耦合到所述多个瓦片中的每个感测瓦片以接收对应的多个感测电压，并且被配置为基于所述多个感测电压的模式来确定所述设备的位置，

其中，所述设备相对于所述装置固定或移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，驱动电路被配置为产生所述驱动信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其中：

每个瓦片进一步包括感测电路，所述感测电路耦合到所述感测线圈以从所述感测线圈接收所述感测电压；以及

所述控制器电路耦合到所述多个瓦片中的每个瓦片的所述感测电路，以通过所述多个瓦片的各自的感测电路接收对应的多个感测电压，所述多个感测电压在所述传感器阵列内形成所述模式。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器电路进一步被配置为通过确定在感测时间(t)的所述多个感测电压的模式从更早的时间(t_-1)的所述多个感测电压的对应先前模式之间随时间的变化(△P)来确定所述设备相对于所述传感器阵列的位置变化。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器电路进一步被配置为基于所述多个感测电压确定所述设备与所述装置的接近度。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测线圈限定二维内部孔和垂直于所述内部孔延伸的三维内部体积，所述从动线圈被设置在所述感测线圈的内部体积内。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括多层印刷电路板，并且其中：

所述从动线圈设置在所述多层印刷电路板的第一层集合上；以及

所述感测线圈设置在所述多层印刷电路板的第二层集合上，所述第二集合选自以下之一：

(a)所述多层印刷电路板的第一层子集，所述第一层子集与所述第一层集合不共同扩展；

(b)所述多层印刷电路板的第二层子集，所述第二层子集不与所述第一层集合共享任何层。

8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括设置在所述多层印刷电路板的所述第一层集合和所述第二层集合的顶部上的多层线圈的附加层，所述附加层是无线充电线圈，所述无线充电线圈被配置用于对电子设备进行无线充电。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或更多个从动线圈包括一个或更多个有源从动线圈，并且所述一个或更多个感应线圈包括一个或更多个无源感测线圈。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述设备没有用于感测或检测的定制电路或附加线圈。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个感测瓦片中的每个感测瓦片能够嵌套在所述多个感测瓦片中的一个感测瓦片中。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器电路配置所述多个瓦片中的每个瓦片中的驱动信号，所述驱动信号关于形状、占空比或功率中的一个或更多个被配置。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器电路被配置为预测运动对象的速度。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述设备是电子设备。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，在定制输入窗口上以频率滤波、信号谐波滤波、平滑和平均中的一种或更多种对所述多个感测电压进行处理，以消除各种噪声。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器阵列生成多个电压读数同步流，所述电压读数被归一化并且馈送到微控制器中的基于机器学习的程序，用于设备识别、定位和跟踪。

17.根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述控制器电路中运行的人工智能引擎，所述人工智能引擎被训练以确定所述设备的位置，以及基于所述多个感测电压从多个设备类型中确定所述设备对应的设备类型。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个瓦片包括具有第一尺寸感测线圈的第一瓦片和与所述第一瓦片相邻的第二瓦片，所述第二瓦片具有第二尺寸的感测线圈，所述第二尺寸不同于所述第一尺寸，以减少第一瓦片和所述第二瓦片之间的耦合干扰。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器电路进一步被配置为从多个设备类型中确定所述设备的设备类型。

20.根据权利要求1所述的装置，其中：

所述传感器阵列是第一传感器阵列；以及

所述装置进一步包括具有第二多个瓦片的第二传感器阵列，所述第二传感器阵列被布置成与所述第一传感器阵列一起限定三维体积，其中，所述第一传感器阵列、所述第二传感器阵列和所述控制器电路协同以在所述三维体积内定位所述设备。

21.一种可动态配置的无线充电系统，包括：

一个或更多个主发射器瓦片，每个主瓦片包括线圈并且被配置为耦合到功率源；

多个从发射器瓦片，所述从发射器瓦片分别包括耦合到可配置阻抗匹配电路并分别定位为与所述多个从发射器瓦片中的至少一个其他从发射器瓦片磁耦合的线圈，其中至少一个从发射器瓦片被定位为磁耦合到所述主发射器瓦片之一；以及

控制器，所述控制器通信地耦合到所述多个发射器瓦片中的主发射器瓦片和从发射器瓦片，并且配置为：

选择所述多个从发射器瓦片的子集，可选地排除所述多个从发射器瓦片中的一些从发射器瓦片，以定义从所述主发射器瓦片到靠近所述多个从发射器瓦片中的一个或更多个从发射器瓦片群的可充电设备的路径；以及

控制每个主瓦片中的所述功率源配置和所述从发射器瓦片子集的相应阻抗匹配电路，以形成从所述主发射器瓦片到所述可充电设备的无线磁共振功率传输链。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，每个主瓦片包括与可重新配置的放大器电路耦合的发射器线圈。

23.根据权利要求22所述的系统，其中，利用所述微控制器耦合并配置每个可重新配置放大器电路中的一个或更多个可配置变量。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述一个或更多个可配置变量包括频率、放大器阻抗、峰间电压、负载、电阻或输出功率中的一项或更多项。

25.根据权利要求21所述的系统，其中，当将所述控制命令被发送到所述多个发射器瓦片时，每个发射器瓦片具有射频收发器，以接收和发送控制消息以形成控制无线网状网络。

26.根据权利要求21所述的系统，其中，所述从发射器瓦片群定义了对应于所述可充电设备的模式。

27.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为选择性地控制发射器以抑制发射功率，所述发射器不是来自所述传输路径集合的传输路径的一部分。

28.根据权利要求21所述的系统，其中，每个发射器瓦片包括感测瓦片阵列，每个感测瓦片进一步包括：

一个或更多个从动线圈，用于响应于驱动信号产生磁信号；以及

一个或更多个感测线圈，所述一个或更多个感测线圈设置为：

(a)磁耦合到一个或更多个从动线圈以接收由所述从动线圈产生的磁信号，以及

(b)根据所述一个或更多个感测线圈与所述设备的接近度产生感测电压。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，在每个发射器瓦片内，设置设备定位电路以检测模式集合，每个模式包括对应于设备集合中的对应设备的位置的从发射器子集，每个这样的设备都具有定义其对应模式的设备形状。

30.根据权利要求28所述的系统，其中，每个发射器瓦片具有用于储存可执行指令的存储器，所述控制器与所述存储器和所述发射器阵列通信，所述控制器配置为执行所述指令。

31.根据权利要求29所述的系统，其中：

所述感测瓦片阵列与所述控制器通信，以及

所述控制器进一步包括可执行指令，其中，所述可执行指令的执行使所述控制器：

使用所述感测瓦片阵列来检测与所述发射器阵列相邻的至少一个设备的存在，每个这样的设备都是检测到的设备。

32.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器执行所述指令，所述指令的执行使所述控制器：

对于靠近所述发射器阵列的设备集合中的每个设备，确定相对于所述发射器阵列的设备位置；以及

选择性地使发射器的子集发射功率，所述子集包括的发射器少于发射器阵列的多个发射器中的所有发射器，对于每个检测到的设备，所述子集包括在所述设备位置处的发射器。

33.根据权利要求29所述的系统，其中，每个模式具有其对应设备的形状。

34.根据权利要求28所述的系统，其中，所述指令的执行进一步使所述控制器针对每个检测到的设备从多个设备类型中确定对应的设备类型。

35.根据权利要求28所述的系统，进一步包括：

与所述感测阵列和所述感测电压中的一个或更多个通信的人工智能引擎，所述人工智能引擎被训练以确定设备的位置，以及对于每个检测到的设备，从多个设备类型中确定对应的设备类型；以及

针对每个检测到的设备，所述指令的执行进一步使所述控制器根据检测到的设备类型配置所述发射器瓦片。

36.根据权利要求35所述的系统，其中，所述多个设备类型具有相应的充电规范，以及

其中，使所述控制器根据检测到的设备位置和类型以及它们的充电规范来配置所述发射器瓦片。

37.根据权利要求35所述的系统，其中：

所述多个设备类型中的每个设备类型具有服务质量QoS规范，以及

所述控制器根据其QoS规范配置所述发射器瓦片。

38.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过调整至少一个发射器的阻抗来减少由所述至少一个发射器在至少一个功率路径中的功率传输。

39.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过将所述发射器阵列中的至少一个发射器配置为将来自所述主发射器的功率信号沿着至少一个功率路径反射回来，来取消由至少一个发射器在所述至少一个功率路径中的功率传输。

40.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为响应于设备的设备位置从初始设备位置到后续设备位置的改变而建立修正的功率路径。

41.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步被配置为在一个或更多个功率路径上调制所述主发射器瓦片的功率信号以编码和覆盖数据以及控制信息，其中所述调制是频率调制、振幅调制、或相位调制中的一种或更多种。

42.根据权利要求21所述的系统，进一步包括至少一个能量接收器单元，所述能量接收器单元包括：

a.至少一个充电线圈；

b.多个硬件组件，所述多个硬件组件用于收集共振磁能并且启用/禁用能量接收链中的线圈，以及

c.可选地，利用计算机可执行模块编码的微控制器和存储器组件以启用有源线圈集合，并测量和监控连接的接收器设备负载或功率电压。

43.根据权利要求23所述的系统，其中，每个发射器瓦片中的微控制器包括在所述微控制器上运行的分布式网络进程，所述分布式网络进程被配置为运行各种操作，诸如分布式共振感测、可重新配置的能量跳跃、数据/控制通信以及在不同运行状态之间切换。

44.根据权利要求21所述的系统，其中，每个发射器瓦片包括射频信号并且创建网状网络以用于发射器瓦片之间的数据和控制消息交换。

45.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器被配置为通过同时充电的发射器瓦片的协同操作来创建2D/表面和3D中的可定制能量形状。

46.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器被配置为执行充电管理程序、多瓦片感测、设备识别、设备定位、多接收器功率路由和调度、选择性功率阻塞、功率点成形、能量场塑造、位置感知负载均衡、充电策略分配和管理、能量瓦片角色分配、QoS管理、充电容量管理、多频传输管理、功率需求分类、干扰管理、设备轮询、设备身份认证、充电切换和管理、移动/设备跟踪和管理、诊断分析、全局能量图、安全分析和保障、使用配置文件和仪表板/通知中的一项或更多项。

47.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器的模块基于所述发射器瓦片或所述远程能量边缘节点的可用资源完全地或选择性地部署在所述发射器瓦片或远程能量边缘节点上。

48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述远程能量边缘节点和所述主发射器瓦片动态地改变所述发射器瓦片配置并且运行控制平面功能。

49.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器运行能量整形算法，所述算法发现向在所述充电范围内检测到的设备递送功率的一个或更多个最佳能量流路径。

50.根据权利要求49所述的系统，其中，所述能量流被配置为在大区域上创建功率点以对多个电子设备充电并且将其他所选择的区域处的能量归零。

51.根据权利要求49所述的系统，其中，所述一个或更多个能量流通过它们的能量路径向多个设备输送功率。

52.根据权利要求21所述的系统，进一步包括具有多层线圈的多层可重构能量接收器，所述接收器被配置为基于接收器负载、所需功率的量或所述设备的位置来激活特定数量的线圈。

53.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器在所述多个瓦片中的每个瓦片上重新使用同一充电频率以增加系统充电容量，并且在所述多个瓦片中的每个瓦片上使用不同的频率以减少干扰。

54.根据权利要求28所述的系统，其中，所述控制器通过重新配置所述发射器瓦片来改变所述功率。

55.根据权利要求21所述的系统，其中，所述控制器进一步包括附加软件，所述附加软件启用附加的监控、管理、维护和优化工具。

56.根据权利要求55所述的系统，其中，所述附加应用被配置为学习使用模式，所述使用模式包括常见的检测到的充电位置、常见的充电要求和设备类型以及常见的移动模式。

57.一种软件定义的认知无线充电系统，包括：

发射器阵列，所述发射器阵列包括多个发射器；

储存可执行指令的存储器；

与所述存储器和所述发射器阵列通信的控制器，所述控制器配置为执行所述指令，所述指令的执行使所述控制器：

为靠近所述发射器阵列的设备集合中的每个检测到的设备确定相对于所述发射器阵列的设备位置；以及

选择性地使发射器的子集无线地发射功率，所述子集包括的发射器少于所述发射器阵列的多个发射器中的所有发射器，对于每个检测到的设备，所述子集包括靠近每个检测到的设备的相应的设备位置的至少一个发射器。

58.根据权利要求57所述的系统，进一步包括感测阵列，所述感测阵列包括多个感测瓦片，所述感测阵列与所述控制器通信；以及

其中，所述指令的执行使所述控制器使用所述感测阵列来检测与所述发射器阵列相邻的至少一个可充电设备的存在，所述至少一个可充电设备是检测到的设备。

59.根据权利要求58所述的系统，其中，所述指令的执行进一步使所述控制器为每个检测到的设备从多个设备类型中确定对应的设备类型。

60.根据权利要求58所述的系统，进一步包括：

与所述感测阵列通信的人工智能引擎，所述人工智能引擎被训练为针对每个检测到的设备从多个设备类型中确定对应的设备类型；以及

对于每个检测到的设备，所述指令的执行进一步使所述控制器根据由所述人工智能引擎确定的设备类型向所述设备传输功率。

61.根据权利要求60所述的系统，其中：

所述多个设备类型中的每个设备类型具有相应的充电规范；

针对每个检测到的设备，训练所述人工智能引擎以从多个充电规范中确定对应的充电规范；以及

使所述控制器根据所述设备的设备类型将功率传输至所述设备，包括使所述控制器根据由所述人工智能引擎确定的所述设备的相应的充电规范将功率传输到所述设备。

62.根据权利要求60所述的系统，其中：

所述多个设备类型中的每个设备类型具有服务质量QoS规范；

针对每个检测到的设备，训练所述人工智能引擎以从多个QoS中确定对应的QoS；以及

使所述控制器根据所述设备的设备类型将功率传输到所述设备，包括使所述控制器根据由所述人工智能引擎确定的所述设备的QoS规范将功率传输至所述设备。

Images