TW201532363A - 具有多重線圈之初級線圈的感應式電源供應系統及其感應式電源供應器與方法 - Google Patents

Abstract

一種感應式電源供應器，包含多重儲能電路及一控制器，用於選擇至少一該儲能電路，以便基於所接收的電力需求資訊，無線式地傳輸電力。此外，可使用一磁鐵將多重遠方裝置對齊至該感應式電源供應器。在一實施例中，取決於用來傳輸無線電力的線圈，而使用不同的通訊系統。

Description

具有多重線圈之初級線圈的感應式電源供應系統及其感應式電源供 應器與方法

本申請案請求2008年三月13日提申的美國專利臨時申請案第61/036459之利益。

本發明有關電感式耦合及更具體地有關提供多範圍感應式電源之系統及方法。

利用電磁感應原理而提供無線電力的系統，係多前年已可取得。由於先前感應技術的實際限制，習知系統面臨到有限度的成就。例如，為了提供合理的效率操作，習知的感應系統典型地需要在初級線圈及第二線圈之間密切及精確的對齊，及在感應電源供應器中的電子裝置及遠方裝置中的電子裝置之間，需要高度的調協(coordinated tuning)。由於不同的遠方裝置可能需要非常不同數量的電力，這些問題更加複雜。舉例來說，手機可能具有不同於膝上型電腦或廚房用具的電力需求。\

已有些許進步，允許感應式電源供應器，對於某些遠方裝置間的差異加以調節及負責。Kuennen等人的美國專利第6285620號，揭示一種感應式電流供應系統，具有調整其操作的能力，以回應多種負載的操作參數。Kuennen等人的美國專利第6285620號的發明名稱為”Inductively Coupled Ballast Circuit”，及在2004年十一月30日加以頒發，並併入本文以 供參考。美國專申請第11/965085號，揭示一種感應式電源供應系統，其擁有指認遠方裝置及其操作參數的能力。Baarman等人的美國專申請第11/965085號，其發明名稱為”Inductive Power Supply with Device Identification”，係在2007年十二月27日提申，並在本文中併入以供參考。雖然對於習知系統已有顯著的改良，但在某些應用中，仍存有更大靈活性的需求。在某些應用中，對於能夠提供多重範圍電力的單一感應式供應，存在著一需求。

本發明提供一種感應式電源供應系統及其所伴隨之方法，指示出一遠方裝置的功率級，並依照功率級的函數，提供電力。為了依照功率級函數而提供電力，感應式電源供應器包含一初級線圈總成，其具有多重線圈。每一線圈係能夠選擇性地加以激發，而提供一附帶有不同功率級的感應電力範圍。感應式電源供應系統提供多重範圍的電力給予遠方裝置而無需物理性的電接觸。

在一實施例中，本發明包含一感應式電流供應，其具有一控制器，一線圈選擇器及一線圈總成。在此實施例中，線圈總成包含一低電源線圈，一中電源線圈及一高電源線圈。每一遠方裝置係分類成為低功率級、中功率級及高功率級裝置。控制器及線圈選擇器加以操作而激發一經選擇的線圈。一般而言，低電源線圈係加以激發而供電給予低功率級裝置，中電源線圈係加以激發而供電給予中功率級裝置，及高電源線圈係加以激發而供電給予高電源級裝置。在某些應用中，即使在中功率級及高功率級裝置中，也能使用低電源線圈來驗證、指示或通訊。感應式電源供應器可實施一些技術，用以調協所選線圈提供之電力。例如，每一線圈係可適應的及能夠令其共振頻加以調整。進一步地，感應式電源供應器的操作頻或其他 操作特性係可加以改變的。

在操作時，遠方裝置以電力需求資訊與感應式電源供應器加以通訊，如遠方裝置功率級。在某些實施例中，低電源線圈在驅動時，產生依時改變的磁場。當第二線圈移動至該已驅動之低電源線圈附近時，第二線圈及低電源線圈形成一互感。低電源線圈的磁場通過及激發第二線圈。這樣提供電力給予第二線圈，允許一功率級訊號加以傳輸及驗證，藉由選用合適的線圈而在合適的電力範圍內，啟動電力控制。

具有多重線圈之線圈總成的感應式電源供應器有一優點，即，單一熱點可傳送低、中、高電力給予一遠方裝置。這樣子降低一需求，即，一感應式電源供應器提供電源給予低電源裝置、一分離的感應式電源供應器提供電力給予中電力裝置、及一分離的感應式電源供應器提供電力給予高電力裝置。再者，能夠造成節能，因為高電力裝置可在低電力消耗期間使用低電源線圈。此外，低電力裝置可從較高電源線圈中抽出電源，以取得空間自由度(spatial freedom)。

本發明這些及其他的目的、優點、及特徵，在參照現有實施例的詳細說明及圖式之下，係可輕易理解及認同的。

100‧‧‧感應式電源供應系統

101‧‧‧初級線圈總成

102‧‧‧感應式電源供應器

103‧‧‧初級電路

104‧‧‧遠方裝置

105‧‧‧第二電路

106‧‧‧負載

200‧‧‧初級電路

202‧‧‧初級控制器

204‧‧‧驅動電路

206‧‧‧開關電路

208‧‧‧儲能電路

212‧‧‧無線接收器

210‧‧‧電流感應電路

220‧‧‧線圈選擇器電路

222‧‧‧初級線圈總成

300‧‧‧二次電路

302‧‧‧二次線圈

304‧‧‧整流器

306‧‧‧負載

316‧‧‧二次控制器

318‧‧‧訊號電阻

320‧‧‧無線傳輸器

322‧‧‧記憶體

408‧‧‧初級線圈總成

410‧‧‧線圈

412‧‧‧線圈

414‧‧‧線圈

416、418‧‧‧空隙

420‧‧‧線圈選擇器電路

500‧‧‧感應式電源供應系統

501‧‧‧外殼

502‧‧‧線圈總成

503‧‧‧感應式電源供應器

504‧‧‧遠方裝置

506‧‧‧表面

509‧‧‧二次線圈

508、510‧‧‧磁鐵

512、514、516‧‧‧初級線圈

610、612、614‧‧‧線圈

620‧‧‧線圈選擇器電路

701‧‧‧外殼

702‧‧‧牆壁

704‧‧‧遠方裝置

706‧‧‧表面

712、714及716‧‧‧線圈

802‧‧‧開關電路

804‧‧‧儲能電路

810、812‧‧‧開關

814、816、818‧‧‧可變電容

820、822、824、826、828、830‧‧‧開關

832‧‧‧線圈

834‧‧‧線圈

836‧‧‧線圈

900‧‧‧方法

902‧‧‧偵測訊息

904‧‧‧回應

906‧‧‧PPC

908‧‧‧主動電源傳輸模式

912‧‧‧遠方裝置

第一圖係依照本發明一實施例之感應式電源供應系統的方塊圖。

第二圖係一實施例之初級電路的方塊圖。

第三圖係一實施例之二次電路的方塊圖。

第四圖係一實施例之儲能電路的示意圖。

第五圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖。

第六圖係一實施例之儲能電路的示意圖。

第七圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖。

第八圖係一實施例之開關電路及儲能電路的電路圖。

第九圖係一流程圖，圖示一用於供電至遠方裝置之方法的通常步驟。

第十圖係一實施例之初級電路的功能方塊圖。

第十一圖係一實施例之二次電路的功能方塊圖。

第十二圖係一實施例之初級電路的功能方塊圖。

第十三圖係一實施例之二次電路的功能方塊圖。

第十四圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖。

第十五圖係李支線的橫斷面視圖。

I.概論

在第一圖中指示為100的本發明感應式電源供應系統的一實施例中，感應式電源供應系統包含一感應式電源供應器102，及一遠方裝置104。感應式電源供應器102包含一初級電路103，具有一初級線圈總成101，其能夠產生多重範圍的電力。遠方裝置104包含一第二電路105，具有一負載106。遠方裝置的第二電路105包含電力需求資訊，其可包含一功率級。電力需求資訊可加以傳送至感應式電源供應器102，以幫助一合適電力範圍內的電力傳輸。為了回應電力需求資訊，初級電路103選擇一合適的初級線圈總成101的線圈，經由該線圈輸送電力至該遠方裝置104。在某些應用中，至少部份地依照遠方裝置之功率級函數，加以選擇線圈。以單一感應式電源供應器而選擇不同範圍電力的能力，允許電力傳輸至電力需求大不相同的裝置。

本發明由初級線圈總成101相關內容加以描述，其具有三個 線圈，提供三種不同的電力範圍，分別對應至三個功率級。然而在某些實施例中，線圈總成可包含額外的或較少的線圈，因而分別增加或減少不同電力範圍的數量，及因此之其可提供的功率級數目。亦即，在所述的實施例中，在電力範圍數目及功率級數目之間，係一對一地對映。然而，這種情況並非必要的。在功率級多於線圈的情況下，多重功率級可對映到相同的線圈。反之，當線圈多於功率級時，亦然。在某些實施例中，在功率級之間或不同線圈所提供之電力間，存有某些重疊。

在某些應用中，裝置在不同時刻可能需要不同量的電力。這樣的一個例子，可在傳輸電力期間加以說明。感應式電源供應器102的初級電路103，使用低電源線圈，周期性地傳輸電力。該感應式電源供應器使用該電力需求資訊，選擇初級線圈總成101的合適線圈，用於電力傳輸，該線圈可能相異於起始過程中所用的線圈。

II.感應式電源供應系統

依照本發明的一個感應式電源供應系統的實施例，係圖解在第五圖中，其一般以500加以指示。感應式電源供應系統500描述成感應式電源供應器503及遠方裝置504。雖然係廣泛地加以描述，遠方裝置504基本上可為能夠通訊的任何型式的裝置，其中包含允許感應式電源供應器加以偵測電力需求資訊，如遠方裝置的功率級。

感應式電源供應器503可加以包容在一外殼501中，例如，具有一表面506，其上方安置遠方裝置504的精緻外殼。外殼501及表面506的尺寸、形狀及構形，係可多變的。再者，線圈總成502的初級線圈512、514及516的位置，也可相對於表面506而加以改變，及相對於彼此而改變。在第五圖的實施例中，初級線圈512、514及516係排列在表面506之下，成一平面的、同心圓構形。

在一可替換的實施例中，如第七圖中的實施例，線圈712、714及716可垂直對齊排列，並嵌入外殼701的牆壁702中，外殼係加以塑形為具有表面706的容器，在該表面上可安置遠方裝置704。第五圖及第七圖只是外殼、表面及線圈如何排列的範例而已。許多其他的構形也是有可能的。

遠方裝置二次線圈及活性初級線圈之間的相似性，提升電力傳輸的效率。例如，二次線圈509及具低電源的初級線圈512在尺寸，形狀，繞線圈數，長度及線規上，均相似。這些相似性能夠形成較佳的對齊，有助於效率電力傳輸。相似地，中及高功率級裝置可具有一二次線圈，其特徵分別相似於中及高電源線圈，這在激發線圈時，有助於較佳的電力傳輸。

遠方裝置或二次線圈的尺寸，也能有助於對齊第七圖中的遠方裝置。雖然在每一情況下並非總是真實，相較之下，低功率級裝置傾於物理上較小，而高功率級裝置傾於物理上較大。這意謂著，當線圈垂直地排列時，如第七圖之實施例，較小的裝置有一傾向以較佳地對齊具低電源的線圈712，而較大的裝置有一傾向以較佳地對齊具高電源的線圈716。

遠方裝置及活性初級線圈之對齊，可進一步地由磁定位(magnetic positioning)加以協助。在某些應用中，感應式電源供應系統500可併入一磁鐵510至感應式電源供應器，及一磁鐵508至遠方裝置中，以提供磁定位。感應式電源供應系統500可併入任何在美國專利臨時申請案第61/030586號中所述的特徵，該案係於2008年二月22日提申，發明名稱為”Magnetic Positioning for Inductive Coupling”，並在此併入以供參考。磁鐵可連同低、中及高功率級遠方裝置的任何組合一起使用。某些、全部或沒有遠方裝置，可使用磁定位。磁鐵係選用的，及不必提供至感應式電源供 應器或遠方裝置中。

在某些應用中，多重裝置可藉由感應式電源供應器，同時地加以供能，如可能最佳地可見於第十四圖。一簡單的場景為，一較高的電源線圈被用於提供電力給予較低功率級的裝置。較高的電源線圈展現較高的感應磁場(inductive field)覆蓋更多的面積，所以有更多空間可供裝置加以安置。亦即，因為在藉由高電源線圈充電期間，功率效率不實質地限制低電源裝置可吸收的電力量，所以較低的電源裝置獲得空間自由度(spatial freedom)。

也應注意，更多的寬容負載及裝置，也可使用功率級係高於遠方裝置功率級的線圈，以取得空間自由度的優點。裝置由較高電源線圈加以供能，但其為基於裝置等級及其他判準的較低電力。在所示的實施例中，藉由在低電源遠方裝置中使用具中電源的初級線圈514或具高電源的初級線圈516，可取得上述的優點。其中一寬容負載的例子為遠端搖控。典型地，一寬容負載能在不同速率或以不同電力量而加以充電，而實質上未傷害其性能表現。

如同在某些應用中低電力裝置可使用高電源線圈，在某些應用中，高電力裝置可使用低電源線圈。某些高電力裝置可具有備用選項，其消耗較少的電能。在一實施例中，如果高電力裝置指示出其需要較低電力，因為，例如，其進入備用模式中，則低電源線圈可加以使用來提供電力。基本上，由於一裝置可具有一通常的功率級，所以可能有提供較多或較少電力係為優點的情況，及適合使用具有多重線圈之線圈總成的情況。這也造成節能。

III.感應式電源供應器

本發明適合使用於基本上任何感應式電源供應器，其包含一 初級電路103，其具有一含多重線圈的初級線圈總成101。因此，不相關於感應式電源供應器102中初級線圈總成101的電路，係不詳細描述。初級電路103基本上可包含任何能夠供應所要頻率交流電的電路。例如，初級電路103可包含：美國專利第6825620號所揭示的感應式電源供應系統的共振尋求電路(resonant seeking circuit)，該案的發明名稱為”Inductively Coupled Ballast Circuit”及於2004年十一月30日頒發給Kuennen等人；美國專利第7212414號的可調適感應式電源供應器，其發明名稱為”Adaptive Inductive Power Supply”，於2007年五月1日頒予Baarman等人；美國專利申請案第10/689148號的具通訊之感應式電源供應器，其發明名稱為”Adaptive Inductive Power Supply with Communication”，該案由Baarman等人於2003年十月20日提申；美國專利申請案第11/855710號之鋰離子電池無線充電用的感應式電源供應器，其發明名稱為”System and method of Charging a Battery”，該案由Baarman等人於2007年九月14日提申；美國專利申請案第11/965085號的具有裝置指認的感應式電源供應器，其發明名稱為”Inductive Power Supply with Device Identification”，該案由Baarman等人於2007年十二月27日提申；美國專利申請案第61/019411號的具有耐用循環控制的感應式電源供應器，其發明名稱為”Inductive Power Supply with Duty Cycle Control”，該案由Baarman等人於2008年元月7日提申；以上所有專利在此併入以供參考。

一感應式電源供應器102的初級電路的實施例係圖示在第二圖，其代號為200。所示實施例的初級電路200通常包含初級控制器202、驅動電路204、開關電路206、儲能電路208、無線接收器212及一電流感應電路210。

初級控制器202控制驅動電路204、開關電路206及儲能電 路208。初級控制器202能夠處理資訊，如接收自遠方裝置104的電力需求資訊。初級控制器202可包含內部記憶體、存取外部記憶體或其組合。電力需求資訊可用於決定應該激發初級線圈總成222中的哪一個線圈。在一實施例中，遠方裝置所提供的電力需求資訊指示出，該裝置係為低功率級、中功率級或高功率級。在一可替換的實施例中，遠方裝置所提供的電力需求資訊指示出，遠方裝置將要接收的電力量(或電力調節)，及初級控制器202處理該資訊以決定要激發哪一個線圈。如果電力調節橫跨功率級定限，則激發不同的線圈。於另一可替換的實施例中，電力需求資訊指示出，遠方裝置及初級控制使用一圖形查表(look-up table)決定激發何者線圈。

在一實施例中，電力需求資訊包含相關於最小、最大或該兩者功率位準，用於具體的線圈選擇。用於決定激發何者線圈的定限，可依照電力需求資訊的函數加以改變。例如，就一遠方裝置而言，低電源線圈定限最小值及最大值可為一個數值，但對於另一遠方裝置而言，低電源線圈定限最小值及最大值可為不同的數值。可能存在著一個情況，即，在一遠方裝置中，適合使用低電源線圈加以傳輸一特定量的電力，及在另一遠方裝置中，適合使用中電源線圈加以傳輸同量的電力。儲存在遠方裝置中的電力需求資訊，可由電容及所設計的期望值作為基礎。

初級控制器202可由額外的特徵加以程式控制。例如在一實施例中，初級控制器202以程式控制而指示出，使用美國專申請第11/965085號所述發明原則的遠方裝置，其在前文中已併入參考。例如，遠方裝置ID可包含電力需求資訊。可替換地，可使用遠方裝置ID加以存取電力需求資訊，成為進入感應式電源供應器102之圖形查表的鑰匙。

基本上任何型式的驅動電路204及開關電路206均可使用。目前實施例中的開關電路206，係由一對開關加以實施，形成一轉相器將 DC轉變成AC。

第二圖的儲能電路208包含線圈選擇器電路220。線圈選擇器電路220能夠激發一或更多的線圈總成222之線圈。第四圖說明多重分離線圈之間的選擇，第六圖說明單一線圈之多重分接器(tap)之間的選擇，及第十五圖說明單一線圈之多重片段之間的選擇。所示的實施例只是例子而已，可使用分離線圈、多重分接器及多重片段之任意組合，以提供多種不同多重線圈構形的選擇。在一實施例中，初級控制器202指導線圈選擇器電路220，將要激發何者線圈。在所示的實施例中，初級線圈總成222包含三個線圈：低電源線圈、中電源線圈及高電線線圈。在可替換的實施例中，初級線圈總成222包含包含額外的或較少的線圈。在某些應用中，初級線圈總成222的線圈可由李支線加以製成。在其他實施例中，線圈可為銅、LITZ、PLITZ、FLITZ、電導墨水或任何其他具有線圈性質的材料之任意組合。每一線圈之特性，在各應用中及在各線圈中，係可加以改變的。例如，可改變每一線圈之線圈匝數、尺寸、長度、線規、形狀及構形。在一實施例中，低電源線圈大約有10股的李支線，中電源線圈大約有50股的李支線，高電源線圈大約有138股的李支線。在一實施例中，低、中、高電源線圈之間的唯一差異在於線圈之各自的線規。雖然係以線圈之相關性加以描述，可更換地是，初級線圈總成222基本上可為任何能夠使用電磁場以選擇性地產生多重電力範圍的結構。在一實施例中，初級線圈總成222可由多重印刷電路板線圈加以實施，如併入美國專利申請第60/975953號之發明原則的印刷電路板線圈，該案之發明名稱為”Printed Circuit Board Coil”，由Baarman等人於2007年九月28日提申，該案在此併入以供參考其全文。

第八圖的電路表說明一開關電路802及儲能電路804之範例。開關電路包含兩個開關810、812，其可為場效應電晶體開關。然而基 本上任何型式的開關均可使用。開關810、812將DC電源轉變成AC電源。AC電源餵入三個並聯的交換LC電路。在本實施例中，每一LC電路包含一可變電容814、816、818，為每一線圈設定起始共振。在一可替換的實施例中，可變電容814、816、818可由非可變電容加以取代或去除。可變電容814、816、818在操作期間，或者在製造期間，可由初級控制器202加以控制。在所示的實施例中，初級線圈總成包含具低電源的線圈832、具中電源的線圈834及具高電源的線圈836。然而，也可由先前討論過的、不同的構形及不同數目的線圈加以實施。開關820、822、824、826、828、830控制何者線圈832、834、836接收電力，及因此控制何者線圈加以激發。在本實施例中，初級控制器202係由相互排他性方式加以啟動。在本實施例中，初級控制器202同時啟動一對開關820-822、824-826、828-830。亦即，線圈係由相互排他性方式加以啟動。然而在可替換的實施例中，取決於應用，多重線圈可同時地加以啟動。進一步地，在其他可替換的實施例中，每一線圈之間可安置額外的開關，用於進行矩陣選擇(matrix selection)。在其他可替換的實施例中，開關822、826、830係加以去除或縮短，以便降低開關在電路中的數量。

在本實施例中，無線接收器212，其可選擇性地為一無線IR接收器，及電流感應電路210係用於通訊遠方裝置。電流感應電路210可用於感應來自遠方裝置的反射干擾，在感應耦合期間有效地允許通訊。無線IR接收器用於通訊二次電路300中的無線傳輸器320，其可選擇性地為一無線IR傳輸器。在可替換的實施例中，一峰值偵測器可取代已經安置的通訊系統或與一聯合使用。無線接收器212及電流感應電路210之一者或兩者，均可由用於通訊一或更多遠方裝置的不同通訊系統加以取代。例如，任何之唯非(WIFI)、紅外線、藍芽、蜂窩或射頻辨識(RFID通訊系統，均 可在初級電路200中加以實施。在一實施例中，目前的感應器電路接收相關於低功率級遠方裝置的電力需求資訊，及無線IR接收器接收相關於高功率級遠方裝置的電力需求資訊。使用目前感應器電路的通訊，在高量電力傳輸時，可能為無效率的。在高量電力傳輸時使用不同的通訊系統，可以降低損失。

在操作時，初級控制器202、驅動電路204及開關電路206，施加交流電流至儲能電路208，在所選的電力範圍及頻率下，產生一電磁感應電力。

第四圖中說明一儲能電路208的例子，其代號為400。儲能電路208包含一線圈選擇器電路420及一初級線圈總成408。初級線圈總成408包含一可選用的定位磁鐵、具低電源的線圈410、具中電源的線圈412及具高電源的線圈414。在本實施例中，某些線圈分享線圈選擇器電路的電連接。具體地說，具低電源的線圈410與具中電源的線圈412分享一接腳。具中電源的線圈412及具高電源的線圈414享另一接腳。

線圈受到激發時，物理特性影響到被傳輸之電力。這類特性的例子包含：形狀、長度、線規、及線圈匝數。線圈410、412、414的物理特性基本上可不同。在所示的實施例中，具低電源的初級線圈512相較於具中電源的初級線圈514，具有相對地較短的長度及線規，而具中電源的初級線圈514相較於具高電源的初級線圈516，具有相對地較短的長度及線規。進一步地，第四圖所示的線圈通常是圓形的。然後線圈係可用其他形狀加以實施，如橢圓形、矩形、正方形等等。在某些實施例中，由多重尺寸的線圈加以實施。

當線圈受激發時，其他因子也能影響所傳輸的電力。例如，一因子為線圈410、412、414之間的空隙。在第四圖所示之實施例中，在 線圈410、412、414之間的空隙416、418，能夠潛在地降低串音干擾(cross-talk interference)。在本實施例中，空隙416、418係由空氣填滿，並用於提供某些絕緣於線圈410、412、414之間。在本實施例中，空隙416、418係由填充料加以填滿，提供額外的絕緣。在本實施例中，空隙416、418係由鐵磁體加以填滿，以便引導由線圈410、412、414所生的磁場。在所示的第六圖中，線圈610、612、614之間的空隙係加以限制。這些線圈之間並無空隙，允許線圈更加的緊密，同時維持其尺寸。在第六圖的實施例中，線圈與線圈選擇器電路620分享相同的接腳。在可更換的實施例中，每一線圈610、612、614可包含兩個分離的接腳連接線圈選擇器電路620。

IV.遠方裝置

二次電路的一實施例係顯示於第三圖，其通常代號為300。第三圖所示之實施例中，二次電路300通常包含二次線圈302、整流器304(或其他用於轉變AC電源成為DC的元件)、二次控制器316、記憶體322、無線傳輸器320、訊號電阻318及負載306。也可包含其他的電路。例如在一可替換的實施例中，低電壓電源供應器可加以包含，以調整所接收的電力。在另一可替換的實施例中，也可包含重調節電路，否則就要調節所接收的電力。

所示實施例的二次線圈302是一種在磁場改變時適合產生電能的線圈。如可能最佳地示於第五圖者，二次線圈509在尺寸及形狀上，可相對應於初級線圈512、514、516。例如，兩個線圈可有具有實質相等的直徑。在某些應用中，二次線圈509可為一李支線線圈。至於初級線圈，二次線圈509的特性在各應用中係可加以改變。例如，二次線圈509的線圈匝數、尺寸、形狀、構形、或其他特性，係可以改變。進一步地，導線的特性可加以改變，如導線的長度、線規、及種類。雖然係相關於線圈來 加以描述，二次線圈509可選擇性地為：基本上任何能夠回應所要之磁場而產生充足電能的結構。

在可更換之實施例中，遠方裝置可具有多重的二次線圈。例如，遠方裝置可具有一分離的低電源線圈用於低電力應用，及一分離的高電源線圈用於高電力應用。在另一可更換之實施例中，遠方裝置可具有多重的二次線圈，以提供遠方裝置定位及空間自由。

在一實施例中，接收不同相位電力的多重的二次線圈，能用於降低紋波電壓。這可以參考Baarman等人在2007年九月九日所提出的美國專利申請案第60/976137號，其發明名稱為：Multiphase Inductive Power Supply System，及該案在本文中併入以供參考。具有多重線圈的多重線圈總成，是吾人想要的，以便在這類實施例中傳輸不同相位的電力。

在操作中，整流器304轉變二次線圈302中所生之AC電源成為DC電源。在某些應用中，整流器可加以去除。例如，如果負載306接受AC電源時。

二次控制器316可為基本上任何型式的微控制器，其能夠操作通訊系統，將電力需求資訊連通至感應式電力供應器。在某些應用中，二次控制器316包含記憶體。在所示的實施例中，二次電路可包含位於控制器外部的記憶體322。記憶體通常包含電力需求資訊，及可能包含有關遠方裝置之額外的資訊。電力需求資訊可包含遠方裝置想要之電力量之功率級。

在一實施例中，有三個能源級：低功率級、中功率級及高功率級。低功率級係定義成：需要0~5瓦特功率的裝置。中功率級係定義成：需要5~110瓦特功率的裝置。高功率級係定義成：需要多於110瓦特功率的裝置。在這個等級表下被分類成為低功率級裝置的例子包含，行動電路、 MP3播放器及個人數位助理(PDA)。中功率級裝置的例子包含，膝上型電腦及其他中電源設備。高功率級裝置的例子包含，廚房設備，如攪拌機或煎鍋。在可更換的實施例中，可改變具有不同功率級表的功率級定義。

在一實施例中，訊號電阻318可加以使用於傳送資訊至初級控制器202。使用訊號電阻318來提供二次電路105至初級電路103的通訊，係討論於美國專利申請案第11/855710號，其已在前文中併入以供參考。訊號電阻318在分流時，傳送一通訊訊號，指示一過電流或過電壓狀態。電阻分流時，初級電路103上的電流或峰值偵測器能夠感應過電壓/過電流狀態，以便適當地回應。本發明的訊號電阻318可系統化地加以分流，將額外的資料連通至初級控制器202。例如，一資料流能代表電力需求資訊或提供其他相關於遠方裝置的資訊。可更換的，訊號電阻318能由完全不同的通訊系統加以取代。例如，無線傳輸器320可與訊號電阻318共同使用或加以取代之，而無線地連通初級電路200的無線接收器212。在一可更換的實施例中，無線傳輸器320及訊號電阻318之一者或兩者，均可由用於通訊感應式電源供應器之不同的通訊系統加以取代。例如，可在遠方裝置104中實施唯非(WIFI)、紅外線、藍芽、蜂窩或射頻辨識(RFID通訊系統。

無線傳輸器或收發報器係先前地描述在Baarman的美國專利公開案第2004/130915A1號，其已於前文中併入以供參考。具體地，唯非(WIFI)、紅外線、藍芽、蜂窩或射頻辨識(RFID通訊系統的使用，在前文中的討論中，是關於遠方裝置及感應式電源供應器之間的無線式資訊通訊。進一步地加以討論使用感應線圈的通訊及電線通訊協定(power line communication protocol)。這些傳輸資料的方法的任一者，能夠在本發明中實施，以便從遠方裝置，傳輸所要的資料至感應式電源供應器。

遠方裝置負載306基本上可為任何合適的負載。在某些實施 例中，負載306可為可再充電式電池，及二次電路可包含額外的充電電路。在其他實施例中，負載306可相關於遠方裝置的功能。

V.方法

在第九圖中說明一用於驗證及電力傳輸控制的方法，其代號為900。該方法包含周期性地傳輸偵測訊息(ping message)902，驗證任何為回應904所接收的訊息，以回應一驗證訊息，決定控制辨識等級(CIDC)，及初級功率級(PPC)，及基於所決定的CIDC及PPC906啟動電力傳輸。在主動電力傳輸模式908期間，裝置的存在及控制點的狀態，係在來自遠方裝置912之具有控制回饋包的回饋環中連續地檢查。

在一實施例中，感應式電源供應器係數種模式中的一種：偵測或主動電力傳輸。偵測模式主動地決定是否存在著合格的裝置。電力傳輸模式，只有在裝置辨識級被承認及有效時，加以發生。

一安全的偵測頻可使用感應式電源供應器系統中的硬體特性加以決定。藉由具體偵測頻下激發低電源(或其他的)線圈，及等待其回應，初級線圈嚐試著與二次線圈進行通訊。如果二次線圈係在充電區內，可由偵測操作期間所傳送的能源加以充足的供電，以啟動其本身，及傳送可能含有電力需求資訊的辨識訊息，給予感應式電源供應器。

如果初級線圈在偵測操作期間無法偵測在充電場內的裝置，則線圈電源被移除，直到嚐試進行下一次偵測時為止。如果在偵測操作期間偵測到裝置，則初級線圈返回到所建立的初始操作頻，嚐試進行電力傳輸。傳輸期間，輸送到二次線圈的電力，可基於從二次線圈所接收到的通訊加以控制。

控制辨識級可辨別不同的控制方法，其係感應式電源供應器用於充電或供電給予遠方裝置者。控制辨識級的例子包含充電設定點控 制、充電錯誤控制、電源供應器設定點控制、電源供應器錯誤控制及電源供應器指導控制。

初級功率級決定了感應式電源供應器之具體線圈的電力範圍。初級功率級也可影響線圈形狀及參數特性。在一可更換的實施例中，初級功級包含相關於感應式電源供應器所提供之全部電力的資訊。遠方裝置可包含一傳送到感應式電源供應器之電力需求資訊中的遠方裝置功率級。遠方裝置功率級及初級功率級可相同之一者，或可彼此相異。

在一實施例中，功率級係遠方裝置通訊到感應式電源供應器之資訊的一部份。在一實施例中，可提供到初級電路之資訊量，大約為供給遠方裝置之所期待之所需要的最大量。例如，行動電話在3.5W最大功率位準以下時，可能失效。其功率級位元可為0000 0111b。

下表描述功率級位元係如何建構。功率級基本上可由任何方式加以編碼，本表只是代表一個可能的實施例而已。

第十圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實施例提供電力。第十一圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實施例接收電力。第十二圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實施例提供電力。第十三圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實施例接收電力。

第十及十一圖之功能框方塊圖係關於感應式充電至遠方裝置中的負載。第十二及十三圖之功能框方塊圖係關於感應式充電至遠方裝置中的可再充電式電池。

在第十及第十二圖中，每一線圈代表一初級線圈總成，其具有上述的多重線圈。可更換地，每一線圈可代表初級線圈總成的一個線圈。

在前文中，已經描述多重線圈感應式電源供應器的數個實施例。具體地，已經提供數個多重線圈感應式電源供應器的例子，其使用被構形成多重接頭構形，及使用分離線圈構形的多重線圈感應供應的例子。其他提供可變式感應的構形也可加以提供。例如，一片段的初級線圈，如第十五圖所示的李支線線圈，可提供多重股線，其能加以連接及激發成多種構形，以提供多種數量的感應。片段的初級線圈之多種構形，允許感應式電源供應器能更佳地匹配二次側電力，及使用相同初級線圈之高功率對低功率位準的耦合需求。在本實施例中，分接頭及片段的構形之組合，提供廣大範圍的電感值及線規。在某些實施例中，某些片段可以去連接，允許甚至更廣大的範圍。

取決於股線如何地連接，可產生不同的構形。下表中描述數個多線圈選擇電路片段選用的例子。

第十五圖顯示李支線的橫斷面視圖，其已切成片段成為四個片段。在所示的實施例中，每一片段係各別地激發。在可更換的實施例中， 片段可相異地分離，或每一股線可分離地加以激發。進一步地在本實施例中，線圈選擇器電路分別地在每一分接器上連接至每一片段，以致片段能加以並聯或串聯排列，這是由線圈選擇器電路如何將多個片段連接在一起來決定。

雖然第十五圖說明三個各自線規的線圈610、612及614，在可更換的實施例中，每一線圈可為相同線規，及該線規可由線圈選擇器電路選擇要激發何者片段或個體股線而加以控制。

如前文中相關於感應式電源供應器之描述，線圈選擇器電路可依照存在初級控制器202中的程式加以控制。在操作期間，線圈選擇器電路可改變片段初級線圈的構形，以便基於遠方裝置所提供的電力需求資訊來調節。動態式改變線規及其他特性的能力係有用的，以便更佳地匹配二次側電力及耦合需求。

以上描述係本發明現有實施例之描述。在不離開本發明精神及較大觀點之下，可以進行許多更換及改變。

100‧‧‧感應式電源供應系統

101‧‧‧初級線圈總成

102‧‧‧感應式電源供應器

103‧‧‧初級電路

104‧‧‧遠方裝置

105‧‧‧第二電路

106‧‧‧負載

Claims (39)

1. 一種透過感應耦合來提供電力至一物體之感應式充電器電路的操作方法，該感應式充電器電路具有一初級線圈，該方法包括以下步驟：藉由提供電力至該初級線圈及感測被供應到該初級線圈的電量，探測該物體之存在；判定被感測的電量是否大約相等於一預定的臨界值；基於被感測的電量係大約相等於該預定臨界值，設定一充電狀態以便指示電池並未完全地充電；檢查該充電狀態；如果(i)該感測的電量係非大約相等於該預定臨界值，(ii)該充電狀態指示出該電池係非完全被充電，則在操作頻下，供應電力至該初級線圈，以便充電該物體之電池；及如果(i)該感測的電力係非大約相等於該預定臨界值，(ii)該充電狀態指示出該電池係完全地充電，則重複該探測及該判定步驟。
2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該探測包含，在一預定的探測頻之下，來供應電力至該初級電路。
3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該充電狀態係一充電旗標狀態。
4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該預定臨界值係一未 負載的初級線圈電流。
5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中當該物體係接近該感應式充電器電路時，該感測的電量係大約較大於該預定臨界值。
6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該物體係一二次線圈，其具有電池，可透過感應式耦合來充電。
7. 如申請專利範圍第1項的方法，進一步包含從該二次電路來接收回饋訊號的步驟，以便回應一被感測到的電池過充條件，或被感測到的電池過電條件。
8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該物體包含一開關，以便透過該感應式耦合，產生該回饋訊號至該感應式充電電路，其中開關的啟動變更了一反射阻抗。
9. 一種感應式充電器電路，可透過一感應耦合而用於供應電力至一物體，該感應式充電器電路包括：一電源；一初級線圈電路，其包含一初級線圈，可透過一感應式耦合而用於供應無電力至該物體；一感測器，用於提供該初級線圈內的一電量輸出指示；及一控制器，係電耦合至該初級電路及電耦合至該電源，該控制器係加以配置，而在某一頻率下，從該電源來供應電力至該初級線圈； 該控制器係加以配置，以便藉由施加電力至該初級線圈來探測該物體的存在；該控制器係加以配置，以便基於該感測器輸出來判定該電量是否大約相等於一預定的臨界值，來回應該電力的施加，該控制器係加以配置，以便設定一充電狀態，如果被感測的電量係大約相等於該預定臨界值，則指示出該電池係未完全地充電，其中，如果(i)該被感測的電量並非大約相等於該預定的臨界值，及(ii)該充電狀態指示出該電池並非完全地充電，則電力係在操作頻之下被供應到該初級線圈，以便充電該物體的電池，其中，如果(i)該感測的電量並非大約相等於該預定臨界值，及(ii)該充電狀態指示出該電池係完全地充電，則該控制器重複施加電力至該初級線圈，及基於該感測器輸出來判定該電量是否大約相等於該預定的臨界值。
10. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中該控制器藉由在一探測頻之下，施加電力至該初級線圈來探測該物體之存在。
11. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中該預定的臨界值係一未負載的初級電路。
12. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中當該物 體係接近該感應式充電器電路時，該被感測到的電量係大約較大於該預定的臨界值。
13. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中該感測器係一電流感測器，及該感測器輸出係該初級線圈內的電流指示。
14. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中該充電狀態係一充電旗標的狀態。
15. 如申請專利範圍第9項之感應式充電器電路，其中該物體係一二次電路，其具有一電池，可透過該感應式耦合來充電。
16. 如申請專利範圍第15項之感應式充電器電路，其中該二次電路產生一回饋訊號，以便回應被感測到的該電池的過充條件，或被感測到的該電池的過電條件。
17. 如申請專利範圍第15項之感應式充電器電路，其中該物體包含一開關，以便透過該感應式耦合，產生一回饋訊號至該感應式充電電路，其中開關的關閉，變更了一反射阻抗。
18. 如申請專利範圍第17項之感應式充電器電路，其中為了反應該開關係關閉的，一電流係經由該物體的電阻元件被分流，該電流造成該物體反射阻抗的改變，及增加流經該初級線圈的電流，及其中該感測器偵測該流經該初級線圈的電流增加。
19. 一種感應式電力供應系統，包括：一初級電路，其包含一電源、一電耦合至該電源的控制器、及一電耦合至該控制器的初級線圈，其中該控制器從該電源來施加某一頻率的電力至該初級線圈；一可攜式裝置，係可分離自該初級線圈，及具有一二次電路與一電耦合至該二次電路的回饋電路，該二次電路包含一二次線圈，其感應地耦合至該初級線圈以便接收來自該初級線圈的電力，該回饋電路係加以配置，以便透過一阻抗元件，選擇性地分流該二次線圈電流，其中為了回應被選擇性地透過該阻抗元件而分流的電流，一流經該二次線圈的電流增加，透過該感應式耦合，在電流中產生了一單一湧流，流經該初級線圈；其中該回饋電路係加以配置，以便偵測該可攜式裝置內的一或更多條件，其中為了回應該一或更多條件的偵測，該回饋電路選擇性地經由該阻抗元件來分流電流，以便在該初級線圈內產生該單一湧流；其中該初級電路包含一回饋偵測器，其可操作地耦合至該控制器，其中該回饋偵測器係加以配置，以便感測該初級線圈內的單一湧流；及其中該控制器係加以配置，以便識別該初級線圈內的單一湧流，作為被偵測到的該一或更多條件的指示，藉此，該控制器係能夠識別該可攜式裝置內的一或更多條件 的狀態，以便回應該初級線圈內單一湧流的偵測。
20. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中該控制器控制被施加到該初級線圈的電力特性，以便至少部份地回應該回饋電流所產生的單一湧流。
21. 如申請專利範圍第20項的感應式充電系統，其中該電力特性係被施加到該初級線圈的電力頻率。
22. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中流過該二次線圈的電流增加，變動了該二次電路的反射阻抗。
23. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中該一或更多條件係該可攜式裝置的條件。
24. 如申請專利範圍第23項的感應式充電系統，其中該一或更多條件包含一過電條件及一過充條件之至少一者，其中該回饋電路包含一過充偵測器及一過電偵測器，被安排來控制一開關，其中，為了回應該可攜式裝置電池的一過充條件或一過電條件，該開關被啟動及來自該二次線圈的電流係透過該阻抗元件而被分流。
25. 如申請專利範圍第24項的感應式充電系統，其中該控制器調節被施加到該初級線圈的電力頻率，以便矯正該過充條件及該過電條件之至少一者。
26. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中該回饋偵測器係一電流感測器，其中為了回應經由該阻抗元件而分流的電流以便在該初級線圈內產生單一湧流，該電流感 測器偵測該初級線圈內的單一湧流。
27. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中該回饋偵測器係一尖峰偵測器，其提供一偵測訊號至該控制器，以便反應在該初級線圈內偵測到該單一湧流。
28. 如申請專利範圍第19項的感應式充電系統，其中該控制器包含一反相器，其中該反相器的一操作頻被降低，以便除去相對較接近該初級線圈共振頻之被施加到該初級線圈之該電力的頻率，及其中該反相器的操作頻係被增加，以便除去遠離該初級線圈共振頻之被施加到該初級線圈的該電力之頻率。
29. 一種從一可攜式裝置傳訊到一感應式電力供應器之方法，該感應式電力供應器包含一初級線圈，其具有電源及一耦合至該電源的控制器，該控制器控制從該電源至該感應式電力供應器初級線圈的電力供應，該可攜式裝置係可分離自該感應式電力供應器及具有一二次線圈及一電耦合至該二次線圈的回饋電路，該可攜式裝置的回饋電路包含一阻抗元件，其能夠選擇性地加以控制，以便分流該二次線圈的電流，而在該感應式電源供應器的初級線圈內產生電流內的單一湧流，該方法包括：將該初級線圈內的單一湧流與該可攜式裝置內的一或更多條件進行關聯；操作該感應式電力供應器，使該初級線圈感應地耦合 至該可攜式裝置的二次線圈，其中電力係在某一頻率下，從該電源被供應到該初級線圈；偵測該可攜式裝置內的一或更多條件，及，為了回應偵測到一或更多的條件，選擇性地經由該阻抗元件來分流電流，以便在該感應式電力供應器的初級線圈內產生電流內的單一湧流；及在該感應式電力供應器內，基於該初級線圈內單一湧流的發生，判定該可攜式裝置內的一或更多條件的狀態。
30. 如申請專利範圍第29項的方法，其中進一步包括調節被施加到初級線圈的電力特性，以便回應該初級線圈內單一湧流的發生。
31. 如申請專利範圍第29項的方法，其中該電力特性係被施加到該初級線圈的電力頻率。
32. 如申請專利範圍第29項的方法，其中一或更多條件係依照該可攜式裝置電池的充電輪廓，而被界定為一過充條件及一過電條件之至少一者；及其中該方法進一步包括以下步驟：藉由選擇性地經由該阻抗元件來分流電流，以便回應係符合該過充及該過電條件之至少一者；及調節被施加到該初級線圈的電力頻率，以便回應該單一湧流的發生。
33. 如申請專利範圍第29項的方法，其中該一或更多條件係 該可攜式裝置的條件。
34. 如申請專利範圍第29項的方法，進一步包括在該感應式電力供應器內偵測該初級線圈內的單一湧流的發生。
35. 如申請專利範圍第29項的方法，進一步包括調節被施加到該初級線圈的電力的頻率，以便控制被傳輸到該二次線圈的電量，其中被施加到該初級線圈的電力的頻率被增加，以便移出較遠的頻率，及其中被施加到該初級線圈的電力的頻率被降低，以便移出較接近共振的頻率。
36. 一種可攜式電子裝置，係可分離自一感應式電力供應器，該感應式電力供應器具有一初級線圈，其被配置來感應式地傳輸電力，該可攜式電子裝置包括：一二次線圈，係被配置而透過一感應耦合從該初級線圈感應地接收電力，其中該可攜式電子裝置的反射阻抗係經由該感應耦合而被反射到感應式電力供應器；一回饋電流係電耦合到該二次線圈，該回饋電路具有一阻抗元件，其被配置來選擇性地加以控制，以便分流該二次線圈的電流，其中為了回應電流係選擇性地經由該阻抗元件從該二次線圈來分流，該二次線圈在該可攜式電子裝置的反射阻抗內產生一單一湧流；及其中該回饋電路係被配置來偵測該可攜式裝置內的一或更多條件，其中為了回應偵測到該一或更多條件，該回饋電流選擇性地經由該阻抗元件來分流電流，以便在該 反射阻抗內產生該單一湧流，其中該單一湧流將該可攜式電子裝置內的一或更多條件狀態，傳訊到該感應式電力供應器。
37. 如申請專利範圍第36項的可攜式電子裝置，其中該一或更多條件係該可攜式電子裝置的條件。
38. 如申請專利範圍第36項的可攜式電子裝置，其中該一或更多條件包含該可攜式電子裝置電流之一過充條件及一過電條件之至少一者。
39. 如申請專利範圍第36項的可攜式電子裝置，其中該單一湧流傳訊在該可攜式電子裝置內之一或更多條件的狀態改變。