来自可再生能量的无线电力 根据 35U.S.C.§119(e) 的优先权主张
本申请案根据 35U.S.C.§119(e) 主张以下申请案的优先权 ：
2009 年 2 月 13 日 申 请 的 题 目 为 “使 用 太 阳 能 供 电 的 无 线 充 电 器 (WIRELESS CHARGER POWERED USING SOLAR ENERGY)” 的第 61/152,664 号美国临时专利申请案， 且所述 案已转让给本受让人且在此以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明大体涉及无线充电， 且更具体来说涉及与以无线方式对电子装置充电有关 的装置、 系统及方法。 背景技术
通常， 每一电池供电装置需要其自身的充电器及电源， 所述电源通常为 AC 电源插 座。当许多装置需要充电时， 此情形变得使用不便。正在开发在发射器与待充电的装置之间使用空中电力发射的方法。 大体上将这些 方法分为两个种类。 一类是基于在发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐 射 ( 也称作远场辐射 ) 的耦合， 待充电的装置收集所辐射的电力且将其整流以用于对电池 充电。天线大体上具有谐振长度以便改善耦合效率。此方法的缺陷在于 ： 电力耦合随着天 线之间的距离增加而快速衰减。 因此， 在合理距离 ( 例如， ＞ 1 到 2 米 ) 上的充电变得困难。 另外， 由于系统辐射平面波， 因此如果未经由滤波进行适当控制， 则无意的辐射可干扰其它 系统。
其它方法是基于嵌入于 ( 例如 ) “充电” 垫或表面中的发射天线与嵌入于待充电的 主体装置中的接收天线加上整流电路之间的感应耦合。 此方法具有发射天线与接收天线之 间的间距必须非常靠近 ( 例如， 几毫米 ) 的缺点。虽然此方法确实具有对同一区域中的多 个装置同时充电的能力， 但此区域通常较小， 因此， 用户必须将装置定位到特定区域中。因 此， 存在对提供适应发射天线及接收天线的灵活置放及定向的无线充电布置的需要。 此外， 需要具有经配置以利用可再生能量源对一个或一个以上电子装置充电的无线电力平台。 附图说明 图 1 展示无线电力传送系统的简化框图。
图 2 展示无线电力传送系统的简化示意图。
图 3 展示供用于本发明的示范性实施例中的环形天线的示意图。
图 4 展示指示发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。
图 5A 及图 5B 展示根据本发明的示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线 的布局。
图 6 展示指示与图 5A 及图 5B 中所说明的正方形及圆形发射天线的各种周长大小 有关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。
图 7 展示指示与图 5A 及图 5B 中所说明的正方形及圆形发射天线的各种表面积有 关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。
图 8 展示接收天线相对于发射天线的各种置放点以说明共平面置放及同轴置放 中的耦合强度。
图 9 展示指示在发射天线与接收天线之间的各种距离处的同轴置放的耦合强度 的模拟结果。
图 10 为根据本发明的一示范性实施例的发射器的简化框图。
图 11 为根据本发明的一示范性实施例的接收器的简化框图。
图 12 展示用于进行发射器与接收器之间的消息接发的发射电路的一部分的简化 示意图。
图 13A 到图 13C 展示处于各种状态中的接收电路的一部分的简化示意图以说明接 收器与发射器之间的消息接发。
图 14A 到图 14C 展示处于各种状态中的替代接收电路的一部分的简化示意图以说 明接收器与发射器之间的消息接发。
图 15A 到图 15D 为说明用于在发射器与接收器之间发射电力的信标电力模式的简 化框图。
图 16A 说明大发射天线， 三个不同较小中继器天线经安置成与所述发射天线共平 面且处于所述发射天线的周边内。
图 16B 说明大发射天线， 较小中继器天线相对于所述发射天线成偏移同轴置放及 偏移共平面置放。
图 17 展示指示发射天线、 中继器天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。
图 18A 展示指示在不具有中继器天线的情况下发射天线与接收天线之间的耦合 强度的模拟结果。
图 18B 展示指示在具有中继器天线的情况下发射天线与接收天线之间的耦合强 度的模拟结果。
图 19 为根据本发明的一个或一个以上示范性实施例的发射器的简化框图。
图 20 为根据本发明的一示范性实施例的放大区域无线充电设备的简化框图。
图 21 为根据本发明的另一示范性实施例的放大区域无线充电设备的简化框图。
图 22 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的框图， 所述充电系统包括耦 合到至少一个发射天线的电力产生系统， 其中一障壁定位于所述至少一个发射天线与电力 产生系统之间。
图 23 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的另一框图， 所述充电系统包 括耦合到至少一个发射天线的电力产生系统， 其中一障壁定位于所述至少一个发射天线与 电力产生系统之间。
图 24 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的又一框图， 所述充电系统包 括耦合到至少一个发射天线的电力产生系统， 其中一障壁定位于所述至少一个发射天线与 电力产生系统之间。
图 25 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的框图， 所述充电系统包括耦 合到接近一障壁定位的至少一个发射的电力产生系统。图 26 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的另一框图， 所述充电系统包 括耦合到接近一障壁定位的至少一个发射的电力产生系统。
图 27 为根据本发明的一示范性实施例的充电系统的又一框图， 所述充电系统包 括耦合到接近一障壁定位的至少一个发射的电力产生系统。
图 28 说明根据本发明的一示范性实施例的充电系统的实例， 所述充电系统包括 附接到公共汽车的顶部外表面的太阳能电池。
图 29 说明根据本发明的一示范性实施例的充电系统的另一实例， 所述充电系统 包括附接到列车的顶部外表面的太阳能电池。
图 30 说明根据本发明的一示范性实施例的充电系统的又一实例， 所述充电系统 包括附接到建筑物的顶部外表面的太阳能电池。
图 31 为说明根据本发明的一示范性实施例的操作充电系统的方法的流程图。
图 32 为说明根据本发明的一示范性实施例的操作充电系统的另一方法的流程 图。 具体实施方式 词语 “示范性” 在本文中用以意味着 “充当一实例、 例子或说明” 。本文中经描述为 “示范性” 的任何实施例未必被解释为比其它实施例优选或有利。
下文结合随附图式所阐述的实施方式既定作为对本发明的示范性实施例的描述 且既定不表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语 “示范性” 意味着 “充 当一实例、 例子或说明” ， 且将未必被解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对 本发明的示范性实施例的透彻理解的目的， 实施方式包括特定细节。所属领域的技术人员 将显而易见， 可在不具有这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子 中， 以框图的形式展示众所周知的结构及装置以便避免混淆本文中呈现的示范性实施例的 新颖性。
词语 “无线电力” 在本文中用以意味着与电场、 磁场、 电磁场或在不使用物理电磁 导体的情况下的从发射器发射到接收器的其它者相关联的任何形式的能量。
图 1 说明根据本发明的各种示范性实施例的无线发射或充电系统 100。将输入电 力 102 提供到发射器 104 以用于产生用于提供能量传送的辐射场 106。接收器 108 耦合到 辐射场 106 且产生输出电力 110 以用于由耦合到输出电力 110 的装置 ( 图中未绘示 ) 存储 或消耗。发射器 104 与接收器 108 以距离 112 分离。在一个示范性实施例中， 根据互谐振 关系来配置发射器 104 与接收器 108， 且在接收器 108 的谐振频率与发射器 104 的谐振频率 完全相同时， 在接收器 108 位于辐射场 106 的 “近场” 中时， 发射器 104 与接收器 108 之间 的发射损耗最小。
发射器 104 进一步包括用于提供用于能量发射的装置的发射天线 114， 且接收器 108 进一步包括用于提供用于能量接收的装置的接收天线 118。根据应用及与应用相关联 的装置而设定发射及接收天线的大小。如所陈述， 通过将发射天线的近场中的能量的一大 部分耦合到接收天线 ( 而非将电磁波中的大多数能量传播到远场 ) 而发生有效率的能量传 送。当在此近场中时， 可在发射天线 114 与接收天线 118 之间产生耦合模式。可发生此近 场耦合的在天线 114 与 118 周围的区域在本文中被称作耦合模式区。
图 2 展示无线电力传送系统的简化示意图。发射器 104 包括振荡器 122、 功率放 大器 124 及滤波器及匹配电路 126。振荡器经配置以在所要频率下产生， 其可响应于调整 信号 123 而加以调整。振荡器信号可由功率放大器 124 响应于控制信号 125 而放大一放大 量。可包括滤波器及匹配电路 126 以滤除谐波或其它不需要的频率， 且将发射器 104 的阻 抗与发射天线 114 匹配。
接收器可包括匹配电路 132 及整流器及切换电路以产生 DC 电力输出以对如图 2 所示的电池 136 充电或向耦合到接收器的装置 ( 图中未绘示 ) 供电。可包括匹配电路 132 以将接收器 108 的阻抗与接收天线 118 匹配。
如图 3 中所说明， 用于示范性实施例中的天线可经配置为 “环形” 天线 150， 其在本 文中也可被称作 “磁性” 天线。环形天线可经配置以包括空心 (air core) 或例如铁氧体磁 心等物理磁心。空心环形天线对置放于磁心附近的外来物理装置可更具耐受性。此外， 空 心环形天线允许在磁心区域内置放其它组件。另外， 空心环形可更容易地允许实现在发射 天线 114( 图 2) 的平面内置放接收天线 118( 图 2)， 在所述平面中发射天线 114( 图 2) 的耦 合模式区可为更强的。
如所陈述， 在发射器 104 与接收器 108 之间的经匹配或几乎经匹配的谐振期间发 生发射器 104 与接收器 108 之间的能量的有效传送。然而， 甚至在发射器 104 与接收器 108 之间的谐振不匹配时， 仍可以较低效率传送能量。通过将来自发射天线的近场的能量耦合 到驻留于建立了此近场的邻域中的接收天线 ( 而非将来自发射天线的能量传播到自由空 间中 ) 而发生能量的传送。 环形或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。 环形天线中的电感大体上仅仅为 由环形建立的电感， 而大体上将电容添加到环形天线的电感以建立在所要谐振频率下的谐 振结构。作为非限制实例， 可将电容器 152 及电容器 154 添加到天线以建立产生谐振信号 156 的谐振电路。 因此， 对于较大直径的环形天线来说， 随着环形的直径或电感增加， 诱发谐 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加， 近场的有性能量传送区 域增加。当然， 其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例， 可将电容器并联置于环形天 线的两个端子之间。另外， 一般所属领域的技术人员将认识到， 对于发射天线来说， 谐振信 号 156 可为到环形天线 150 的输入。
本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。 如所 陈述， 近场为在天线周围的区域， 电磁场存在于其中但不可传播或辐射远离天线。 其通常限 于接近天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中， 由于与电型天线 ( 例如， 小偶 极 ) 的电近场相比， 磁型天线的磁性近场振幅倾向于较高， 因此将例如单匝及多匝环形天 线等磁型天线用于发射 (Tx) 与接收 (Rx) 天线系统两者。这允许所述对之间的潜在较高耦 合。此外， 也预期 “电” 天线 ( 例如， 偶极及单极 ) 或磁性天线与电天线的组合。
与较早提及的远场及感应方法所允许者相比， 可在足够低的频率下且用足够大 的天线大小来操作 Tx 天线以实现与显著较大距离处的小 Rx 天线的良好耦合 ( 例如， ＞ -4dB)。如果 Tx 天线被正确地设定大小， 则当主机装置上的 Rx 天线被置于经驱动 Tx 环 形天线的耦合模式区内 ( 即， 近场中 ) 时， 可实现高耦合电平 ( 例如， -2 到 -4dB)。
图 4 展示指示发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。曲线 170 及 172 分别指示发射及接收天线的电力接受的测量。 换句话说， 在较大负数的情况下， 存在极密切
的阻抗匹配， 且大多数电力被接受且 ( 作为结果 ) 由发射天线辐射。相反地， 较小负数指示 大量电力从天线反射回， 因为在给定频率下不存在密切的阻抗匹配。在图 4 中， 发射天线及 接收天线经调谐成具有约 13.56MHz 的谐振频率。
曲 线 170 说 明 在 各 种 频 率 下 从 发 射 天 线 发 射 的 电 力 量。 因 此， 在对应于约 13.528MHz 及 13.593MHz 的点 1a 及 3a 处， 大量电力经反射且未从发射天线发射出去。然 而， 在对应于约 13.56MHz 的点 2a 处， 可看见大量电力被接受且从天线发射出去。
类似地， 曲线 172 说明在各种频率下由接收天线接收的电力量。因此， 在对应于约 13.528MHz 及 13.593MHz 的点 1b 及 3b 处， 大量电力经反射且未传递通过接收天线及到接收 器中。然而， 在对应于约 13.56MHz 的点 2b 处， 可看见， 大量电力由接收天线接受且经传递 到接收器中。
曲线 174 指示在经由发射天线从发射器发送、 经由接收天线接收且经传递到接收 器之后在接收器处所接收的电力量。因此， 在对应于约 13.528MHz 及 13.593MHz 的点 1c 及 3c 处， 从发射器发送出去的大量电力在接收器处不可用， 因为 (1) 发射天线拒绝了从发射 器发送到其的大量电力， 及 (2) 随着频率移动远离谐振频率， 发射天线与接收天线之间的 耦合效率变差。然而， 在对应于约 13.56MHz 的点 2c 处， 可看见， 从发射器发送的大量电力 在接收器处可用， 从而指示发射天线与接收天线之间的高度耦合。 图 5A 及图 5B 展示根据本发明的示范性实施例的用于发射及接收天线的环形天线 的布局。可以众多不同方式通过具有多种多样大小的单环形或多环形来配置环形天线。另 外， 环形可具有众多不同形状， 例如 ( 仅举例来说 )， 圆形、 椭圆形、 正方形及矩形。 图 5A 说明 大正方形环形发射天线 114S 及置于与发射天线 114S 相同的平面中且在发射天线 114S 的 中心附近的小正方形环形接收天线 118。图 5B 说明大圆形环形发射天线 114C 及置于与发 射天线 114C 相同的平面中且在发射天线 114C 的中心附近的小正方形环形接收天线 118′。 正方形环形发射天线 114S 具有为 “a” 的边长， 而圆形环形发射天线 114C 具有为 “.” 的直 径。对于正方形环形来说， 可展示存在直径可经定义为 Φeq ＝ 4a/π 的等效圆形环形。
图 6 展示指示与图 4A 及图 4B 中所说明的正方形及圆形发射天线的各种周长有关 的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。因此， 曲线 180 展示在圆形环形发射 天线 114C 具有各种周长大小时圆形环形发射天线 114C 与接收天线 118 之间的耦合强度。 类似地， 曲线 182 展示在发射环形发射天线 114S 具有各种等效周长大小时正方形环形发射 天线 114S 与接收天线 118′之间的耦合强度。
图 7 展示指示与图 5A 及图 5B 中所说明的正方形及圆形发射天线的各种表面积有 关的发射天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。因此， 曲线 190 展示在圆形环形发 射天线 114C 具有各种表面积时圆形环形发射天线 114C 与接收天线 118 之间的耦合强度。 类似地， 曲线 192 展示在发射环形发射天线 114S 具有各种表面积时正方形环形发射天线 114S 与接收天线 118′之间的耦合强度。
图 8 展示接收天线相对于发射天线的各种置放点以说明共平面置放及同轴置放 中的耦合强度。如本文中所使用的 “共平面” 意味着发射天线与接收天线具有实质上对准 的平面 ( 即， 具有指向实质上同一方向的表面法线 ) 且在发射天线与接收天线的平面之间 不具有距离 ( 或具有小的距离 )。如本文中所使用的 “同轴” 意味着发射天线与接收天线具 有实质上对准的平面 ( 即， 具有指向实质上同一方向的表面法线 ) 且两个平面之间的距离
不可忽视， 且此外， 发射天线与接收天线的表面法线实质上沿着同一向量而延伸或两个法 线成梯形。
作为实例， 点 p1、 p2、 p3 及 p7 均为接收天线相对于发射天线的共平面置放点。作 为另一实例， 点 p5 及 p6 为接收天线相对于发射天线的同轴置放点。以下的表展示在图 8 中所说明的各种置放点 (p1 到 p7) 处的耦合强度 (S21) 及耦合效率 ( 经表达为从发射天线 发射的到达接收天线的电力的百分比 )。
表1
如可见， 共平面置放点 p1、 p2 及 p3 均展示相对较高耦合效率。置放点 p7 也为共 平面置放点， 但处于发射环形天线外部。虽然置放点 p7 不具有高耦合效率， 但清楚的是， 存 在某种耦合且耦合模式区延伸超出发射环形天线的周边。
置放点 p5 与发射天线同轴且展示相当大的耦合效率。置放点 p5 的耦合效率并不 与共平面置放点的耦合效率一样高。然而， 置放点 p5 的耦合效率足够高以使得可在处于同 轴置放中的发射天线与接收天线之间传递相当大的电力。
置放点 p4 处于发射天线的周界内， 但在发射天线的平面上方的微小距离处， 处于 可被称作偏移同轴置放 ( 即， 具有处于实质上同一方向的表面法线但处于不同位置处 ) 或 偏移共平面 ( 即， 具有处于实质上同一方向的表面法线但具有相对于彼此偏移的平面 ) 的 位置。从所述表可见， 在具有 2.5cm 的偏移距离的情况下， 置放点 p4 仍具有相对较好的耦 合效率。
置放点 p6 说明在发射天线的周界外部且在发射天线的平面上方的相当大距离处 的置放点。如从所述表可见， 置放点 p7 展示发射天线与接收天线之间的很小耦合效率。
图 9 展示指示在发射天线与接收天线之间的各种距离处的同轴置放的耦合强度 的模拟结果。 图 9 的模拟是针对同轴置放中的正方形发射及接收天线， 两者均具有为约 1.2 米的边且处于 10MHz 的发射频率。可见， 耦合强度在小于约 0.5 米的距离处保持相当高且 均匀。
图 10 为根据本发明的一示范性实施例的发射器的简化框图。 发射器 200 包括发射 电路 202 及发射天线 204。大体上， 发射电路 202 通过提供导致在发射天线 204 周围产生近 场能量的振荡信号而将 RF 电力提供到发射天线 204。举例来说， 发射器 200 可在 13.56MHz ISM 频带下操作。
示范性发射电路 202 包括用于将发射电路 202 的阻抗 ( 例如， 50 欧姆 ) 与发射 天线 204 匹配的固定阻抗匹配电路 206， 及经配置以将谐波发射减小到防止耦合到接收器
108( 图 1) 的装置的自干扰的电平的低通滤波器 (LPF)208。其它示范性实施例可包括不同 的滤波器拓扑， 包括 ( 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 包括自适应阻抗匹配， 其可基于可测量的发射度量 ( 例如， 到天线的输出电力或由功率放 大器汲取的 DC 电流 ) 而变化。发射电路 202 进一步包括功率放大器 210， 功率放大器 210 经配置以驱动如由振荡器 212 所确定的 RF 信号。所述发射电路可包含离散装置或电路， 或 者可包含集成组合件。从发射天线 204 输出的示范性 RF 电力可为大约 2.5 瓦特。
发射电路 202 进一步包括处理器 214， 其用于在针对特定接收器的发射阶段 ( 或工 作循环 ) 期间启用振荡器 212、 用于调整振荡器的频率， 及用于调整输出电力电平以用于实 施用于经由相邻装置的附接的接收器而与相邻装置交互的通信协议。
发射电路 202 可进一步包括用于检测在由发射天线 204 产生的近场的附近区域中 作用中的接收器的存在或不存在的负载感测电路 216。 举例来说， 负载感测电路 216 监视流 到功率放大器 210 的电流， 其受由发射天线 204 产生的近场的附近区域中作用中的接收器 的存在或不存在影响。由处理器 214 监视对功率放大器 210 上的负载的改变的检测以用于 确定是否启用振荡器 212 以用于发射能量以与作用中的接收器通信。
发射天线 204 可经实施为带形天线 (antenna strip)， 其中厚度、 宽度及金属类型 经选择以将电阻性损耗保持较低。在常规实施中， 发射天线 204 可大体上经配置以用于与 例如台、 垫、 灯的较大结构或其它便携性较差的配置相关联。 因此， 为了具有实用的尺寸， 发 射天线 204 大体上将不需要 “匝” 。发射天线 204 的示范性实施可为 “电学上小的” ( 即， 波 长的分数 )， 且通过使用电容器来定义谐振频率而经调谐以在较低可用频率下谐振。 在发射 天线 204 的直径或边的长度 ( 如果为正方形环形 )( 例如， 0.50 米 ) 相对于接收天线可能较 大的示范性应用中， 发射天线 204 将未必需要大量的匝来获得合理电容。
图 11 为根据本发明的示范性实施例的接收器的框图。接收器 300 包括接收电路 302 及接收天线 304。接收器 300 进一步耦合到装置 350 以用于将所接收的电力提供到装 置 350。应注意， 接收器 300 经说明为处于装置 350 外部， 但可集成到装置 350 中。大体上， 能量无线地传播到接收天线 304 且接着经由接收电路 302 耦合到装置 350。
接收天线 304 经调谐以在与发射天线 204( 图 10) 的频率相同的频率下或在接近 所述相同频率下谐振。接收天线 304 可与发射天线 204 类似地设定尺寸或可基于相关联装 置 350 的尺寸而不同地设定大小。举例来说， 装置 350 可为直径或长度尺寸小于发射天线 204 的直径或长度的便携式电子装置。 在所述实例中， 接收天线 304 可经实施为多匝天线以 便减小调谐电容器 ( 图中未绘示 ) 的电容值且增加接收天线的阻抗。 举例来说， 可将接收天 线 304 置于装置 350 的实质周界周围以便最大化天线直径且减小接收天线的环形匝 ( 即， 绕组 ) 的数目及绕组间电容。
接收电路 302 向接收天线 304 提供阻抗匹配。接收电路 302 包括用于将所接收的 RF 能量源转换成供装置 350 使用的充电电力的电力转换电路 306。电力转换电路 306 包括 RF 到 DC 转换器 308 且也可包括 DC 到 DC 转换器 310。RF 到 DC 转换器 308 将在接收天线 304 处接收的 RF 能量信号整流成非交流电力， 而 DC 到 DC 转换器 310 将经整流的 RF 能量 信号转换成与装置 350 兼容的能量电位 ( 例如， 电压 )。预期包括部分及完全整流器、 调节 器、 桥接器、 倍压器 (doubler) 以及线性及切换转换器的各种 RF 到 DC 转换器。
接收电路 302 可进一步包括用于将接收天线 304 连接到电力转换电路 306 或替代地用于将电力转换电路 306 断开的切换电路 312。将接收天线 304 从电力转换电路 306 断 开不仅中止装置 350 的充电， 而且改变如由发射器 200( 图 2)“所见” 的 “负载” ( 如下文更 充分解释 )。 如上文所揭示， 发射器 200 包括检测经提供到发射器功率放大器 210 的偏置电 流的波动的负载感测电路 216。 因此， 发射器 200 具有用于确定何时接收器存在于发射器的 近场中的机构。
在多个接收器 300 存在于发射器的近场中时， 可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有效地耦合到发射器。也可掩盖 (cloak) 接收器以便消除与其它附近接收器的耦合或减小附近发射器上的负载。接收器的 此 “卸载” 也在本文中称为 “掩盖” 。此外， 由接收器 300 控制且由发射器 200 检测的卸载与 加载之间的此切换提供从接收器 300 到发射器 200 的通信机制 ( 如下文更充分解释 )。另 外， 一协议可与所述切换相关联， 其致使能够从接收器 300 发送消息到发射器 200。举例来 说， 切换速度可为大约 100 微秒。
在一示范性实施例中， 发射器与接收器之间的通信指代装置感测及充电控制机制 而非常规双向通信。换句话说， 发射器使用经发射信号的开 / 关键控 (on/off keying) 以 调整在近场中能量是否可用。接收器将这些能量改变解译为来自发射器的消息。从接收器 侧， 接收器使用接收天线的调谐及失谐 (de-tuning) 来调整正从近场接受多少电力。发射 器可检测从近场所使用的电力的此差异且将这些改变解译为来自接收器的消息。 接收电路 302 可进一步包括用以识别所接收能量的波动的信令检测器及信标电 路 314， 其可对应于从发射器到接收器的信息信令。此外， 信令及信标电路 314 也可用以检 测减小的 RF 信号能量 ( 即， 信标信号 ) 的发射， 且将减小的 RF 信号能量整流成标称电力以 用于唤醒接收电路 302 内的未供电或电力耗尽的电路， 以便配置接收电路 302 以进行无线 充电。
接收电路 302 进一步包括用于协调本文中所描述的接收器 300 的处理 ( 包括本文 中所描述的切换电路 312 的控制 ) 的处理器 316。在发生包括检测到提供充电电力到装置 350 的外部有线充电源 ( 例如， 壁上 /USB 电力 ) 的其它事件时， 也可发生接收器 300 的掩 盖。除了控制接收器的掩盖外， 处理器 316 也可监视信标电路 314 以确定信标状态且提取 从发射器发送的消息。处理器 316 也可调整 DC 到 DC 转换器 310 以实现改善的性能。
图 12 展示用于进行发射器与接收器之间的消息接发的发射电路的一部分的简化 示意图。在本发明的一些示范性实施例中， 可启用在发射器与接收器之间的用于通信的装 置。在图 12 中， 功率放大器 210 驱动发射天线 204 以产生辐射场。由在用于发射天线 204 的所要频率下振荡的载波信号 220 驱动功率放大器。发射调制信号 224 用以控制功率放大 器 210 的输出。
发射电路可通过在功率放大器 210 上使用开 / 关键控过程而将信号发送到接收 器。换句话说， 在发射调制信号 224 经确证时， 功率放大器 210 将在发射天线 204 上驱动出 载波信号 220 的频率。在发射调制信号 224 经否定 (negate) 时， 功率放大器将不在发射天 线 204 上驱动出任何频率。
图 12 的发射电路还包括将电力供应到功率放大器 210 且产生接收信号 235 输出 的负载感测电路 216。在负载感测电路 216 中， 在电力输入信号 226 与到功率放大器 210 的 电力供应 228 之间产生跨越电阻器 Rs 的电压降。 由功率放大器 210 消耗的电力的任何改变
将引起将由差动放大器 230 放大的电压降改变。 在发射天线处于与接收器 ( 未在图 12 中展 示 ) 中的接收天线的耦合模式中时， 由功率放大器 210 汲取的电流的量将改变。换句话说， 如果对于发射天线 210 不存在耦合模式谐振， 则驱动辐射场所需的电力将为第一量。如果 耦合模式谐振存在， 则由功率放大器 210 消耗的电力的量将增长， 因为大量电力正耦合到 接收天线中。因此， 接收信号 235 可指示经耦合到发射天线的接收天线 235 的存在， 且也可 检测从接收天线发送的信号， 如下文所解释。 另外， 接收器电流汲取的改变将可在发射器的 功率放大器电流汲取中观测到， 且此改变可用以检测来自接收天线的信号， 如下文所解释。
图 13A 到图 13C 展示处于各种状态中的接收电路的一部分的简化示意图以说明接 收器与发射器之间的消息接发。图 13A 到图 13C 均展示相同电路元件， 不同之处在于各种 开关的状态。接收天线 304 包括驱动节点 350 的特性电感 L1。节点 350 经由开关 S1A 选择 性地耦合到接地。节点 350 还经由开关 S1B 选择性地耦合到二极管 D1 及整流器 318。整流 器 318 将 DC 电力信号 322 供应到接收装置 ( 图中未绘示 ) 以向所述接收装置供电、 对电池 充电， 或其组合。二极管 D1 耦合到发射信号 320， 所述信号通过电容器 C3 及电阻器 R1 而经 滤波以移除谐波及不需要的频率。因此， D1、 C3 及 R1 的组合可基于发射信号 320 而产生仿 真由上文参考图 12 中的发射器所论述的发射调制信号 224 所产生的发射调制的信号。 本发明的示范性实施例包括用以实现反向链路信令的接收装置的电流汲取的调 制及接收天线的阻抗的调制。参考图 13A 及图 12 两者， 随着接收装置的电力汲取改变， 负 载感测电路 216 检测发射天线上的所得电力改变， 且从这些改变可产生接收信号 235。
在图 13A 到图 13C 的示范性实施例中， 可通过修改开关 S1A 及 S2A 的状态而改变 经由发射器的电流汲取。在图 13A 中， 开关 S1A 及开关 S2A 两者均断开， 从而建立 “DC 断开 状态” 且基本上从发射天线 204 移除负载。这减小由发射器所见的电流。
在图 13B 中， 开关 S1A 闭合且开关 S2A 断开， 从而建立接收天线 304 的 “DC 短路状 态” 。因此， 图 13B 中的状态可用以增加发射器中所见的电流。
在图 13C 中， 开关 S1A 断开且开关 S2A 闭合， 从而建立正常接收模式 ( 也在本文中 被称作 “DC 操作状态” )， 其中可由 DC 输出信号 322 供应电力且可检测发射信号 320。在图 13C 所示的状态中， 接收器接收正常量的电力， 因此与 DC 断开状态或 DC 短路状态相比消耗 来自发射天线的更多或更少电力。
可通过在 DC 操作状态 ( 图 13C) 与 DC 短路状态 ( 图 13B) 之间切换来实现反向链 路信令。也可通过在 DC 操作状态 ( 图 13C) 与 DC 断开状态 ( 图 13A) 之间切换来实现反向 链路信令。
图 14A 到图 14C 展示处于各种状态中的替代接收电路的一部分的简化示意图以说 明接收器与发射器之间的消息接发。
图 14A 到图 14C 均展示相同电路元件， 不同之处在于各种开关的状态。接收天线 304 包括驱动节点 350 的特性电感 L1。节点 350 经由电容器 C1 及开关 S1B 选择性地耦合 到接地。节点 350 还经由电容器 C2 以 AC 方式耦合到二极管 D1 及整流器 318。二极管 D1 耦合到发射信号 320， 所述信号通过电容器 C3 及电阻器 R1 而经滤波以移除谐波及不需要的 频率。因此， D1、 C3 及 R1 的组合可基于发射信号 320 产生仿真由上文参考图 12 中的发射 器所论述的发射调制信号 224 所产生的发射调制的信号。
整流器 318 连接到与电阻器 R2 及接地串联连接的开关 S2B。整流器 318 还连接到
开关 S3B。开关 S3B 的另一侧将 DC 电力信号 322 供应到接收装置 ( 图中未绘示 ) 以向所述 接收装置供电、 对电池充电， 或其组合。
在图 13A 到图 13C 中， 通过经由开关 S1B 将接收天线选择性地耦合到接地而改变 接收天线 304 的 DC 阻抗。 相对照地， 在图 14A 到图 14C 的示范性实施例中， 可通过修改开关 S1B、 S2B 及 S3B 的状态而改变接收天线 304 的 AC 阻抗来修改天线的阻抗以产生反向链路信 令。在图 14A 到图 14C 中， 可通过电容器 C2 调谐接收天线 304 的谐振频率。因此， 可通过 使用开关 S1B 经由电容器 C1 选择性地耦合接收天线 304 而改变接收天线 304 的 AC 阻抗， 从而基本上将谐振电路改变到将处于一将最佳地与发射天线耦合的范围外的不同频率。 如 果接收天线 304 的谐振频率接近发射天线的谐振频率， 且接收天线 304 处于发射天线的近 场中， 则可产生耦合模式， 在所述模式中接收器可从辐射场 106 汲取大量电力。
在图 14A 中， 开关 S1B 闭合， 其使天线失谐且建立 “AC 掩盖状态” ， 从而基本上 “掩 盖” 接收天线 304 而不被发射天线 204 检测到， 因为接收天线不在发射天线的频率下谐振。 由于接收天线将不处于耦合模式中， 因此开关 S2B 及 S3B 的状态对于本发明的论述来说并 不特别重要。
在图 14B 中， 开关 S1B 断开、 开关 S2B 闭合且开关 S3B 断开， 从而建立接收天线 304 的 “经调谐虚拟负载状态” 。由于开关 S1B 断开， 电容器 C1 对谐振电路无影响， 且与电容器 C2 组合的接收天线 304 将处于可与发射天线的谐振频率匹配的谐振频率下。 开关 S3B 断开 与开关 S2B 闭合的组合对于整流器建立相对较高电流虚拟负载， 所述整流器将经由接收天 线 304 汲取更多电力， 其可由发射天线感测到。另外， 由于接收天线处于接收来自发射天线 的电力的状态中， 因此可检测发射信号 320。
在图 14C 中， 开关 S1B 断开、 开关 S2B 断开且开关 S3B 闭合， 从而建立接收天线 304 的 “经调谐操作状态” 。由于开关 S1B 断开， 电容器 C1 对谐振电路无影响， 且与电容器 C2 组 合的接收天线 304 将处于可与发射天线的谐振频率匹配的谐振频率下。开关 S2B 断开与开 关 S3B 闭合的组合建立正常操作状态， 其中可由 DC 输出信号 322 供应电力且可检测发射信 号 320。
可通过在经调谐的操作状态 ( 图 14C) 与 AC 掩盖状态 ( 图 14A) 之间切换来实现 反向链路信令。也可通过在经调谐的虚拟负载状态 ( 图 14B) 与 AC 掩盖状态 ( 图 14A) 之 间切换来实现反向链路信令。也可通过在经调谐的操作状态 ( 图 14C) 与经调谐的虚拟负 载状态 ( 图 14B) 之间切换来实现反向链路信令， 因为将存在由接收器所消耗的电力量的差 异， 其可由发射器中的负载感测电路检测到。
当然， 一般所属领域的技术人员将认识到， 开关 S1B、 S2B 及 S3B 的其它组合可用以 建立掩盖、 产生反向链路信令且将电力供应到接收装置。另外， 可将开关 S1A 及 S1B 添加到 图 14A 到图 14C 的电路以建立用于掩盖、 反向链路信令及将电力供应到接收装置的其它可 能的组合。
因此， 当在耦合模式中时， 可将信号从发射器发送到接收器， 如上文参考图 12 所 论述。另外， 当在耦合模式中时， 可将信号从接收器发送到发射器， 如上文参考图 13A 到图 13C 及图 14A 到图 14C 所论述。
图 15A 到图 15D 为说明用于在发射器与一个或一个以上接收器之间发射电力的信 标电力模式的简化框图。 图 15A 说明发射器 520， 其当在信标耦合模式区 510 中不存在接收装置时具有低电力 “信标” 信号 525。信标信号 525 可 ( 作为非限制实例 ) 例如处于～ 10 到～ 20mW RF 的范围内。在待充电的装置经置于耦合模式区中时， 此信号可足够用以将初 始电力提供到待充电的装置。
图 15B 说明置于发射信标信号 525 的发射器 520 的信标耦合模式区 510 内的接收 装置 530。如果接收装置 530 开启且产生与发射器的耦合， 则接收装置 530 将产生反向链 路耦合 535， 其实际上仅为接收器从信标信号 525 接受电力。可由发射器的负载感测电路 216( 图 12) 感测此额外电力。因此， 发射器可进入高电力模式。
图 15C 说明发射器 520， 其产生导致高电力耦合模式区 510′的高电力信号 525′。 只要接收装置 530 正接受电力且因此产生反向链路耦合 535， 发射器就将保持处于高电力 状态。虽然仅说明一个接收装置 530， 但多个接收装置 530 可存在于耦合模式区 510 中。如 果存在多个接收装置 530， 则所述多个接收装置 530 将基于每一接收装置 530 耦合的良好程 度而共享由发射器发射的电力量。举例来说， 取决于装置置于耦合模式区 510 内何处， 耦合 效率可针对每一接收装置 530 有所不同， 如上文参考图 8 及图 9 所解释。
图 15D 说明发射器 520， 其甚至当接收装置 530 处于信标耦合模式区 510 中时也产 生信标信号 525。可在接收装置 530 被关断或装置掩盖自身 ( 可能因为其不再需要电力 ) 时发生此状态。
接收器与发射器可在单独通信信道 ( 例如， 蓝牙、 zigbee 等等 ) 上通信。通过单 独通信信道， 发射器可基于耦合模式区 510 中的接收装置的数目及其相应电力要求而确定 何时在信标模式与高电力模式之间切换， 或建立多个电力电平。
本发明的示范性实施例包括在相对较大发射天线与较小接收天线之间的近场电 力传送中经由将额外天线 ( 其将充当中继器且将增强从发射天线朝向接收天线的电力流 动 ) 引入到耦合天线的系统中而增强所述两个天线之间的耦合。
在示范性实施例中， 使用耦合到系统中的发射天线与接收天线的一个或一个以上 额外天线。这些额外天线包含中继器天线， 例如有源或无源天线。无源天线可仅仅包括天 线环形及用于调谐天线的谐振频率的电容性元件。有源元件可包括 ( 除了天线环形及一个 或一个以上调谐电容器外 ) 用于增加经中继的近场辐射的强度的放大器。
电力传送系统中的发射天线与中继器天线的组合可经最佳化， 以使得基于例如端 接负载、 调谐分量、 谐振频率及中继器天线相对于发射天线的置放等因素而增强到极小接 收天线的电力耦合。
单一发射天线展现有限的近场耦合模式区。因此， 经由在发射天线的近场耦合模 式区中的接收器进行充电的装置的用户可能需要大量的用户接近空间， 这将是难以办到的 或至少不方便的。此外， 随着接收天线移动远离发射天线， 耦合模式区可迅速缩减。
中继器天线可从发射天线重新聚焦及重新成形耦合模式区以在所述中继器天线 周围建立第二耦合模式区， 这可更适于将能量耦合到接收天线。下文在图 16A 到图 18B 中 论述包括中继器天线的实施例的一些非限制实例。
图 16A 说明大发射天线 610C， 三个较小中继器天线 620C 经安置成与所述发射天线 610C 共平面且处于所述发射天线 610C 的周边内。发射天线 610C 及中继器天线 620C 形成 于台 640 上。包括接收天线 630C 的各种装置置于发射天线 610C 与中继器天线 620C 内的 各种位置处。图 16A 的示范性实施例可能能够将由发射天线 610C 产生的耦合模式区重新聚焦到在中继器天线 620C 中的每一者周围的更小且更强的经中继耦合模式区中。因此， 接 收天线 630C 可获得相对较强的经中继近场辐射。接收天线中的一些被置于任何中继器天 线 620C 外部。应记得， 耦合模式区可在天线的周边外稍微扩展。因此， 接收天线 630C 可能 能够接收来自发射天线 610C 以及任何附近中继器天线 620C 的近场辐射的电力。因此， 置 于任何中继器天线 620C 外部的接收天线可能仍能够接收来自发射天线 610C 以及任何附近 中继器天线 620C 的近场辐射的电力。
图 16B 说明大发射天线 610D， 较小中继器天线 620D 相对于所述发射天线 610D 成 偏移同轴置放及偏移共平面置放。包括接收天线 630D 的装置经置于中继器天线 620D 中的 一者的周边内。作为一非限制实例， 发射天线 610D 可安置于天花板 646 上， 而中继器天线 620D 可安置于台 640 上。处于偏移同轴置放中的中继器天线 620D 可能能够将来自发射器 天线 610D 的近场辐射重新成形且增强为在中继器天线 620D 周围的经中继的近场辐射。因 此， 经置放成与中继器天线 620D 共平面的接收天线 630D 可获得相对较强的经中继近场辐 射。
图 17 展示指示发射天线、 中继器天线与接收天线之间的耦合强度的模拟结果。发 射天线、 中继器天线及接收天线经调谐成具有约 13.56MHz 的谐振频率。 曲线 662 说明在各种频率下在经馈入到发射天线的总电力中从发射天线所发射 的电力量的测量。类似地， 曲线 664 说明在各种频率下在中继器天线的端子的附近区域中 可用的总电力中由接收天线经由中继器天线所接收的电力量的测量。最后， 曲线 668 说明 在各种频率下经由中继器天线在发射天线与接收天线之间实际上耦合的电力量。
在曲线 668 的对应于约 13.56MHz 的峰值处， 可见， 从发射器所发送的大量电力在 接收器处可用， 从而指示在发射天线、 中继器天线与接收天线的组合之间的高度耦合。
图 18A 展示指示在不具有中继器天线的情况下在发射天线与经安置成相对于发 射天线同轴置放的接收天线之间的耦合强度的模拟结果。 发射天线及接收天线经调谐成具 有约 10MHz 的谐振频率。此仿真中的发射天线在一边上为约 1.3 米， 且接收天线为在一边 上为约 30 毫米的多环形天线。将接收天线置于距发射天线的平面约 2 米处。曲线 682A 说 明在各种频率下在馈入到发射天线端子的总电力中从发射天线所发射的电力量的测量。 类 似地， 曲线 684A 说明在各种频率下在接收天线端子的附近区域中可用的总电力中由接收 天线接收的电力量的测量。最后， 曲线 686A 说明在各种频率下在发射天线与接收天线之间 实际耦合的电力量。
图 18B 展示指示在中继器天线经包括于系统中时图 18A 的发射天线与接收天线之 间的耦合强度的模拟结果。发射天线及接收天线具有与图 18A 相同的大小及置放。中继 器天线在一边上为约 28 厘米且经置放成与接收天线共平面 ( 即， 距发射天线的平面约 0.1 米 )。在图 18B 中， 曲线 682B 说明在各种频率下在馈入到发射天线端子的总电力中从发射 天线所发射的电力量的测量。曲线 684B 说明在各种频率下在中继器天线端子的附近区域 中可用的总电力中由接收天线经由中继器天线所接收的电力量。最后， 曲线 686B 说明在各 种频率下经由中继器天线在发射天线与接收天线之间实际上耦合的电力量。
在比较来自图 18A 与图 18B 的经耦合电力 (686A 与 686B) 时， 可见， 在不具有中继 器天线的情况下， 经耦合电力 686A 在约 -36dB 处达到峰值。 而在具有中继器天线的情况下， 经耦合电力 686B 在约 -5dB 处达到峰值。因此， 归因于包括中继器天线， 在谐振频率附近，
存在可用于接收天线的电力量的显著增加。
本发明的示范性实施例包括适当管理发射器辐射到单一及多个装置及装置类型 的方式以便最佳化发射器将充电电力传递到个别装置的效率的低成本、 不引人注目的方 法。
图 19 为包括存在检测器 280 的发射器 200 的简化框图。所述发射器类似于图 10 的发射器， 且因此无需再次解释。 然而， 在图 19 中， 发射器 200 可包括连接到控制器 214( 也 在本文中被称作处理器 ) 的存在检测器 280 及封闭检测器 290 或其组合。控制器 214 可响 应于来自存在检测器 280 的存在信号及封闭检测器 290 而调整由放大器 210 递送的电力的 量。发射器可经由用以转换常规 AC 电力 299 的 AC-DC 转换器 ( 图中未绘示 ) 来接收电力。
作为一非限制实例， 存在检测器 280 可为用以感测经插入到发射器的覆盖区域中 的待充电的装置的初始存在的运动检测器。 在检测之后， 发射器经接通， 且由装置接收的 RF 电力用来以预定方式双态触发 Rx 装置上的开关， 这又导致发射器的驱动点阻抗的改变。
作为另一非限制实例， 存在检测器 280 可为能够 ( 例如 ) 通过红外线检测、 运动检 测或其它合适方法来检测人的检测器。在一些示范性实施例中， 可能存在限制发射天线可 在特定频率下发射的电力量的法规。 在一些状况下， 这些法规意在保护人不受电磁辐射。 然 而， 可能存在发射天线被置于无人区域或偶尔有人的区域 ( 例如， 车库、 厂房、 商店及其类 似者 ) 中的环境。如果这些环境没有人， 则增加发射天线的电力输出而超出一般电力限制 法规可为可允许的。换句话说， 控制器 214 可响应于人的存在而将发射天线 204 的电力输 出调整到法规电平或更低， 且在人处于距发射天线 204 的电磁场的法规距离外时将发射天 线 204 的电力输出调整到超出法规电平的电平。 在以下实例的许多者中， 仅一个客体装置被展示成正被充电。 在实际中， 可从由每 一主体产生的近场对许多装置充电。
在示范性实施例中， 可使用 Tx 电路并不无限期保持开启的方法。在此状况下， Tx 电路可经编程以在用户确定的时间量之后关断。 此特征防止 Tx 电路 ( 特别是功率放大器 ) 在处于其周边中的无线装置经充分充电之后长时间运作。 此事件可能归因于电路未能检测 到从中继器或 Rx 线圈发送的指示装置经充分充电的信号。为了防止在另一装置经置于 Tx 电路的周边中时 Tx 电路自动关闭， 可仅在 Tx 电路的周边中在经设定时段中未检测到运动 之后启动 Tx 电路的自动关断特征。用户可能能够确定不活动性时间间隔， 且按需要改变所 述时间间隔。作为一非限制实例， 所述时间间隔可能长于在假定特定类型的无线装置初始 地被充分放电的情况下对所述装置进行充分充电所需的时间间隔。
本发明的示范性实施例包括使用表面作为完全或部分地收容将电力无线传送到 其它常常较小装置、 设备或机器 ( 被称作 “客体” ) 所必需的发射天线及其它电路的充电台 或 “主体” 。作为非限制实例， 这些充电台或主体可为窗、 墙壁， 等等。可至少部分地嵌入前 述实例中的充电系统可为对现存设备的改装或作为其初始设计及制造的一部分而制作。
电学上小的天线具有低效率， 常常仅仅几个百分比， 如由小型天线的理论所解释。 天线的电学大小越小， 其效率越低。如果可在有意义的距离上将电力发送到处于电力传送 系统的接收端的装置， 则所述无线电力传送可变成在工业、 商业及家庭应用中取代到电力 网的有线连接的可行技术。虽然此距离取决于应用， 但对于大多数应用来说数十厘米到几 米可被认为合适范围。大体上， 此范围减小了在 5MHz 到 100MHz 的间隔中的电力的有效频
率。 图 20 及图 21 为根据示范性实施例的放大区域无线充电设备的框图的平面图。如 所陈述， 由于需要将接收器精确定位在发射天线的近场耦合模式区中， 因此将接收器定位 于发射器的近场耦合模式区中以使接收器进行无线充电可为过度麻烦的。此外， 将接收器 定位于固定位置发射天线的近场耦合模式区中也可能无法由耦合到接收器的装置的用户 达到 ( 尤其在多个接收器分别耦合到多个用户可存取装置 ( 例如， 膝上型计算机、 PDA、 无线 装置 ) 时， 其中用户需要对装置的同时物理存取 )。举例来说， 单一发射天线展现有限的近 场耦合模式区。因此， 经由在发射天线的近场耦合模式区中的接收器进行充电的装置的用 户可能需要大量的用户接近空间， 这将对也在相同发射天线的近场耦合模式区内进行无线 地充电的另一装置的且也需要单独用户接近空间的另一用户来说为难以办到的或至少不 方便的。举例来说， 就座于配置有单一发射天线的会议桌旁的两个邻近的无线可充电装置 用户可归因于发射器近场耦合模式区的局部本质及与相应装置交互所需的大量用户接近 空间而不便于或难以存取其相应装置。另外， 要求特定无线充电装置及其用户进行特定定 位也会使装置的用户感到不方便。
参看图 20， 放大区域无线充电设备 700 的一示范性实施例提供置放多个经邻近定 位的发射天线电路 702A 到 702D 以定义放大的无线充电区域 708。举例来说 ( 且非限制 )， 发射天线电路包括具有例如约 30 到 40 厘米的直径或边尺寸的发射天线 710 以用于提供到 与电子装置 ( 例如， 无线装置、 手持机、 PDA、 膝上型计算机等等 ) 相关联或装设于电子装置 ( 例如， 无线装置、 手持机、 PDA、 膝上型计算机等等 ) 中的接收天线 ( 未图示 ) 的均匀耦合。 通过将发射天线电路 702 视为放大区域无线充电设备 700 的单元或小区， 将这些发射天线 电路 702A 到 702D 彼此相邻地堆叠或邻近地平铺于实质上单平面表面 704( 例如， 在桌顶 部 ) 上会允许增加或放大充电区域。放大的无线充电区域 708 导致用于一个或一个以上装 置的增加的充电区。
放大区域无线充电设备 700 进一步包括用于将驱动信号提供到发射天线 710 的 发射功率放大器 720。在一个发射天线 710 的近场耦合模式区干扰其它发射天线 710 的近 场耦合模式区的配置中， 所述干扰的邻近发射天线 710 经 “掩盖” 以允许经启动的发射天线 710 的改善的无线充电效率。
可根据基于时域的序列而进行放大区域无线充电设备 700 中的发射天线 710 的启 动的定序。 发射功率放大器 720 的输出耦合到多路复用器 722， 所述多路复用器 722 根据来 自发射器处理器的控制信号 724 将来自发射功率放大器 720 的输出信号时间多路复用到发 射天线 710 中的每一者。
为了在功率放大器 720 正驱动作用中的发射天线时抑制在邻近不在作用中的发 射天线 710 中诱发谐振， 可通过 ( 例如 ) 启动掩盖电路 714 来变更不在作用中的天线的谐 振频率而 “掩盖” 所述发射天线。就实施方案来说， 对直接邻近或几乎邻近的发射天线电路 702 的同时操作可导致被同时启动的且物理上靠近或邻近的其它发射天线电路 702 之间的 干扰效应。因此， 发射天线电路 702 可进一步包括用于变更发射天线 710 的谐振频率的发 射器掩盖电路 714。
所述发射器掩盖电路可经配置为用于使发射天线 710 的电抗性元件 ( 例如， 电容 器 716) 短路或变更其值的切换装置 ( 例如， 开关 )。可由来自发射器的处理器的控制信号
721 控制所述切换装置。在操作中， 发射天线 710 中的一者经启动且被允许谐振， 而发射天 线 710 中的其它者被抑制而不进行谐振， 且因此被抑制而不会邻近地干扰经启动的发射天 线 710。因此， 通过使发射天线 710 的电容短路或变更发射天线 710 的电容， 发射天线 710 的谐振频率经变更以防止来自其它发射天线 710 的谐振耦合。还预期用于变更谐振频率的 其它技术。
在另一示范性实施例中， 发射天线电路 702 中的每一者可确定在其相应近场耦合 模式区内接收器的存在或不存在， 其中发射器处理器当接收器存在且准备用于无线充电时 选择启动发射天线电路 702 中的发射天线电路， 或当在相应近场耦合模式区中接收器不存 在或未准备用于无线充电时选择放弃启动发射天线电路 702 中的发射天线电路。可根据本 文中所描述的接收器检测信令协议进行对存在或预备好的接收器的检测， 或可根据对接收 器的物理感测 ( 例如， 运动感测、 压力感测、 图像感测或用于确定在发射天线的近场耦合模 式区内接收器的存在的其它感测技术 ) 进行对存在或预备好的接收器的检测。此外， 通过 向多个天线电路中的至少一者提供增强的成比例工作循环而实现一个或一个以上发射天 线电路的优先启动也被预期处于本发明的范围内。
参看图 21， 放大区域无线充电设备 800 的一示范性实施例提供将多个经邻近定位 的中继器天线电路 802A 到 802D 置放于发射天线 801 内部， 从而界定放大的无线充电区域 808。发射天线 801 在由发射功率放大器 820 驱动时， 诱发与中继器天线 810A 到 810D 中的 每一者的谐振耦合。举例来说且非限制， 具有例如约 30 到 40 厘米的直径或边尺寸的中继 器天线 810 提供到与电子装置相关联或附着到电子装置的接收天线 ( 图中未绘示 ) 的均匀 耦合。通过将中继器天线电路 802 视为放大区域无线充电设备 800 的单元或小区， 将这些 中继器天线电路 802A 到 802D 彼此相邻地堆叠或邻近地平铺于实质上单平面表面 804( 例 如， 在桌顶部 ) 上会允许增加或放大充电区域。放大的无线充电区域 808 导致用于一个或 一个以上装置的增加的充电空间。
放大区域无线充电设备 800 包括用于将驱动信号提供到发射天线 801 的发射功率 放大器 820。在一个中继器天线 810 的近场耦合模式区干扰其它中继器天线 810 的近场耦 合模式区的配置中， 所述干扰的邻近中继器天线 810 经 “掩盖” 以允许经启动的中继器天线 810 的改善的无线充电效率。
可根据基于时域的序列而进行放大区域无线充电设备 800 中的中继器天线 810 的 启动的定序。发射功率放大器 820 的输出大体上恒定地耦合 ( 除了在如本文中所描述的接 收器信令期间 ) 到发射天线 801。在本示范性实施例中， 根据来自发射器处理器的控制信 号 821 将中继器天线 810 时间多路复用。就实施来说， 对直接邻近或几乎邻近的中继器天 线电路 802 的同时操作可导致经同时启动且物理上靠近或邻近的其它中继器天线电路 802 之间的干扰效应。因此， 中继器天线电路 802 可进一步包括用于变更中继器天线 810 的谐 振频率的中继器掩盖电路 814。
所述中继器掩盖电路可经配置为用于使中继器天线 810 的电抗性元件 ( 例如， 电 容器 816) 短路或变更其值的切换装置 ( 例如， 开关 )。可由来自发射器的处理器的控制信 号 821 控制所述切换装置。在操作中， 中继器天线 810 中的一者经启动且被允许谐振， 而中 继器天线 810 中的其它者被抑制而不进行谐振， 且因此不会邻近地干扰经启动的中继器天 线 810。因此， 通过使中继器天线 810 的电容短路或变更中继器天线 810 的电容， 中继器天线 810 的谐振频率经变更以防止来自其它中继器天线 810 的谐振耦合。还预期用于变更谐 振频率的其它技术。
在另一示范性实施例中， 中继器天线电路 802 中的每一者可确定在其相应近场耦 合模式区内接收器的存在或不存在， 其中发射器处理器当接收器存在且准备好用于无线充 电时选择启动中继器天线电路 802 中的中继器天线电路， 或当在相应近场耦合模式区中接 收器不存在或未准备好用于无线充电时选择放弃启动中继器天线电路 802 中的中继器天 线电路。可根据本文中所描述的接收器检测信令协议进行对存在或预备好的接收器的检 测， 或可根据对接收器的物理感测 ( 例如， 运动感测、 压力感测、 图像感测或用于确定接收 器处于中继器天线的近场耦合模式区内的其它感测技术 ) 进行对存在或预备好的接收器 的检测。
放大区域无线充电设备 700 及 800 的各种示范性实施例可进一步包括基于 ( 基于 例如特定接收器的充电优先级、 在不同天线的近场耦合模式区中接收器的变化的数量、 耦 合到接收器的特定装置的电力要求等因素以及其它因素 ) 将启动时隙非对称地分配到发 射 / 中继器天线而对耦合到发射天线 710/ 中继器天线 810 的输入信号进行时域多路复用。
已知电学上小的天线具有低效率， 常常仅仅几个百分比， 如由小型天线的理论所 解释 ( 所属领域的技术人员已知 )。大体上， 天线的电学大小越小， 其效率越低。因此， 如果 可在有意义的距离上将电力发送到处于此种电力传送系统的接收端的装置， 则无线电力传 送可变成在工业、 商业及家庭应用中取代到电力网的有线连接的可行技术。虽然此距离取 决于应用， 但对于大多数应用来说 ( 例如 ) 数十厘米到几米可被认为合适范围。大体上， 此 范围减小了在 ( 例如 )5MHz 到 100MHz 之间的间隔中的电力的有效频率。
如所陈述， 在发射器与接收器之间发生匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器与 接收器之间的能量的有效传送。 然而， 甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时， 也可以 较低效率传送能量。 通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的邻域 中的接收天线 ( 而非将来自发射天线的能量传播到自由空间中 ) 而发生能量的传送。
本发明的示范性实施例包括在处于彼此的近场中的两个天线之间耦合电力。 如所 陈述， 近场为在天线周围的区域， 电磁场存在于其中但不可传播或辐射远离天线。 其通常限 于接近天线的物理体积的体积。在本发明的示范性实施例中， 由于与电型天线 ( 例如， 小偶 极 ) 的电近场相比， 磁型天线的磁性近场振幅倾向于较高， 因此将例如单匝及多匝环形天 线等磁型天线用于发射 (Tx) 与接收 (Rx) 天线系统两者。这允许所述对之间的潜在较高耦 合。此外， 也预期 “电” 天线 ( 例如， 偶极及单极 ) 或磁性天线与电天线的组合。
与较早提及的远场及感应方法所允许者相比， 可在足够低的频率下且用足够大 的天线大小来操作 Tx 天线以实现与显著较大距离处的小 Rx 天线的良好耦合 ( 例如， ＞ -4dB)。如果 Tx 天线被正确地设定大小， 则当主机装置上的 Rx 天线被置于经驱动 Tx 环 形天线的耦合模式区内 ( 即， 近场中 ) 时， 可实现高耦合电平 ( 例如， -2 到 -4dB)。
图 20 及图 21 说明在实质上为平面的充电区域中的多个环形。然而， 本发明的示 范性实施例不限于此。可使用具有多个天线的三维空间。
图 22 为根据本发明的一个或一个以上示范性实施例的充电系统 400 的框图， 所述 充电系统 400 包括经由发射电路 202( 见图 10) 耦合到至少一个发射天线 404 的电力产生 系统 402。电力产生系统 402 可相对于障壁 408 定位于外部或 “室外” 位置， 且作为非限制性实例， 电力产生系统 402 可包含太阳能电池、 风力涡轮机、 水力涡轮机或经配置以将一种 形式的能量 ( 即， 可再生能量 ) 转换为另一种形式的能量的任何其它装置。此外， 发射天线 404 可定位于 ( 例如 ) 建筑物 ( 例如， 房屋或办公楼 ) 内部、 汽车 ( 例如， 小汽车或公共汽 车 ) 内部或列车内部。作为更特定的非限制性实例， 且如下文更充分地描述， 可将发射天线 404 紧固到窗的内表面、 墙壁的内表面或定位于室内位置的一件家具 ( 例如， 架子或桌子 )。
另外， 充电系统 400 可包括接收天线 410， 所述接收天线 410 定位成与发射天线 404 同轴、 与发射天线 404 共平面、 定位于发射天线 404 的周边内， 或其任一组合。此外， 如 在图 23 的充电系统 400′中所说明， 可将接收天线 410 定位成与发射天线 404 同轴且在发 射天线 404 外部、 与发射天线 404 共平面且在发射天线 404 外部， 或其任一组合。此外， 如 在图 24 的充电系统 400″中所说明， 可将发射天线 404 定位成与接收天线 410 同轴、 与接收 天线 410 共平面、 定位于接收天线 410 的周边内， 或其任一组合。
电力产生系统 402 可经由延伸穿过障壁 408 的有线连接 406 耦合到发射电路 202( 图 10) 及发射天线 404。障壁 408 可包含 ( 仅举例来说 ) 墙壁或窗。如一般所属领域 的技术人员将理解， 电力产生系统 402 可经配置以俘获可再生能量， 且将可再生能量转换 成另一种形式的能量。此外， 电力产生系统 402 可经配置以通过相关联的发射电路 202 经 由有线连接 406 将能量传送到发射天线 404。 在接收到能量后， 发射天线 404 可即刻经配置 在相关联的近场内以无线方式发射电力。
由发射天线 404 以无线方式发射的电力可由在相关联的耦合模式区内的接收天 线接收。举例来说， 从发射天线 404 发射的电力可由接收天线 410 及接收器 ( 例如， 图2的 接收器 108) 接收， 所述接收器耦合到相关联的可充电装置 412 的电池 ( 例如， 图 2 的电池 136)。在接收天线 410 及接收器处接收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到可充电装 置 412。作为非限制性实例， 可充电装置 412 可包含任何已知且合适的可充电装置， 例如， 蜂窝式电话、 便携式媒体播放器、 相机或其任一组合。应注意， 发射天线 404 可经配置以用 无线方式将电力同时发射到定位于发射天线 404 的近场内的一个或一个以上接收天线。另 外， 根据一个示范性实施例， 发射天线 404 可经配置以仅在至少一个可充电装置处于其近 场内且所述至少一个可充电装置需要充电的情况下， 在所述近场内以无线方式发射电力。
虽然充电系统 400 仅包括耦合到一个发射天线的一个电力产生系统， 但本发明的 示范性实施例不受如此限制。举例来说， 充电系统 400 可包括耦合到多个发射天线的一个 电力产生系统、 耦合到一个发射天线的多个电力产生系统或耦合到一个或一个以上发射天 线的一个或一个以上电力产生系统。
图 25 为根据本发明的一个或一个以上示范性实施例的另一充电系统 420 的框图， 所述充电系统 420 包括经由发射电路 202( 见图 10) 以可操作方式耦合到接近障壁 418 定位 的至少一个发射天线 424 的电力产生系统 402。电力产生系统 402、 发射电路 202 及发射天 线 424 可各自相对于障壁 418 定位于外部或 “室外” 位置， 且电力产生系统 402 可经由有线 连接 428 耦合到发射电路 202 及发射天线 424。此外， 根据本发明的各种示范性实施例， 可 将发射天线 424 紧固到障壁 418 的外表面， 障壁 418 可包含 ( 仅举例来说 ) 墙壁或窗。如 上所描述， 电力产生系统 402 可经配置以俘获可再生能量， 且将可再生能量转换成另一种 形式的能量。
充电系统 420 还可包括天线 426， 其定位于建筑物 ( 例如， 房屋或办公楼 ) 内部、 汽车 ( 例如， 小汽车或公共汽车 ) 内部或列车内部。作为更特定的非限制性实例， 且如下文更 充分地描述， 可将天线 426 紧固到窗 ( 例如， 障壁 418) 的内表面、 墙壁 ( 例如， 障壁 418) 的 内表面或定位于室内位置的一件家具 ( 例如， 架子或桌子 )。
根据本发明的一个示范性实施例， 天线 426 可经配置为中继器天线， 且充电系统 420 可包括接收天线 410， 所述接收天线 410 定位成与天线 426 同轴、 与天线 426 共平面、 定 位于天线 426 的周边内， 或其任一组合。此外， 如在图 26 的充电系统 420′中所说明， 可将 接收天线 410 定位成与天线 426 同轴且在天线 426 外部、 与天线 426 共平面且在天线 426 外部， 或其任一组合。此外， 如在图 27 的充电系统 420″中所说明， 可将天线 426 定位成与 接收天线 410 同轴、 与接收天线 410 共平面、 定位于接收天线 410 的周边内， 或其任一组合。
在此示范性实施例中， 电力产生系统 402 可经配置以通过有线连接 428 经由发射 电路 202( 见图 10) 将能量发射到发射天线 424。在接收到能量后， 发射天线 424 可即刻经 配置以经由障壁 418 且在相关联的近场内以无线方式发射电力。另外， 由发射天线 424 发 射的电力可由在相关联的耦合模式区内的天线接收。作为一实例， 从发射天线 424 以无线 方式发射的电力可由天线 426 接收， 且在接收到电力后， 天线 426 可即刻经由相关联的电路 通过相关联的近场以无线方式发射电力。由天线 426 发射的电力可由在相关联的耦合模式 区内的接收天线接收。举例来说， 由天线 426 发射的电力可由接收天线 410 及接收器 ( 例 如， 图 2 的接收器 108) 接收， 所述接收器耦合到相关联的可充电装置 412 的电池 ( 例如， 图 2 的电池 136)。在接收天线 410 及接收器处接收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到 可充电装置 412。
应注意， 发射天线 424 可经配置以将电力同时发射到相应近场内的一个或一个以 上中继器天线。另外， 天线 426 可经配置以将电力同时发射到相应近场内的一个或一个以 上接收天线。另外， 根据一个示范性实施例， 天线 426 可经配置以仅在至少一个可充电装置 处于其近场内且所述至少一个可充电装置需要充电的情况下， 在所述近场内发射电力。
根据本发明的另一示范性实施例， 天线 426 可经配置为接收天线， 且可经由有线 连接耦合到电力分配系统 ( 未图示 )。仅举例来说， 电力分配系统可包含实施于建筑物或 交通工具内的电力分配系统。因此， 电力分配系统可包含经配置以用于耦合到可充电装置 的电力线的一个或一个以上电端口 ( 例如， 电力插口 )。在此示范性实施例中， 从发射天线 424 以无线方式发射的电力可由天线 426 接收， 且在接收到电力后， 天线 426 可即刻经由有 线连接将电力发射到电力分配系统。此外， 经由电端口及电力线耦合到电力分配系统的可 充电装置可从电力分配系统接收电力。
图 28 到图 30 各自说明本发明的一个或一个以上示范性实施例的示范性实施方 案， 如本文中所描述。 参看图 28， 充电系统 450 包括附接到交通工具 ( 例如， 小汽车、 公共汽 车、 列车 )454 的顶部外表面的太阳能电池 452。虽然将太阳能电池 452 说明为单一太阳能 电池结构， 但太阳能电池 452 可包含多个太阳能电池。充电系统 450 进一步包括一个或一 个以上发射天线 458， 其中可将每一发射天线 458 紧固到交通工具 454 的障壁 ( 例如， 窗 )。 在此实例中， 充电系统 450 可类似于如图 22 到图 24 中所说明的充电系统 400， 且因此可将 每一发射天线 458 定位于交通工具 454 内部。作为一实例， 可将每一发射天线 458 紧固到 公共汽车 454 的相关联的窗的内表面。此外， 在此实例中， 太阳能电池 452 可借助于延伸穿 过交通工具 454 的一个或一个以上窗的有线连接 456， 经由发射电路 202( 见图 10) 耦合到每一发射天线 458。因此， 交通工具 454 的窗可表示障壁 408， 如上文参看图 22 到图 24 所 描述。
如所属领域的技术人员将理解， 太阳能电池 452 可经配置以俘获太阳能， 且将太 阳能转换成另一种形式的能量。此外， 太阳能电池 452 可经配置以经由有线连接 456 将能 量发射到发射电路 202 及发射天线 458， 且在接收到能量后， 发射天线 458 可即刻经配置以 在相关联的近场内发射电力。由发射天线 458 发射的电力可由在相关联的耦合模式区内的 接收天线接收。更具体来说， 例如， 从发射天线 458 发射的电力可由接收天线及接收器 ( 例 如， 图 2 的接收器 108) 接收， 所述接收器耦合到定位于公共汽车 454 内部且在发射天线 458 的近场内的相关联可充电装置的电池 ( 例如， 图 2 的电池 136)。在接收天线及接收器处接 收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到可充电装置。
图 29 说明另一充电系统 466， 其包括附接到交通工具 ( 例如， 小汽车、 公共汽车、 列 车 )470 的顶部外表面的太阳能电池 468。虽然将太阳能电池 468 说明为单一太阳能电池 结构， 但太阳能电池 468 可包含多个太阳能电池。在此实例中， 充电系统 466 可类似于如图 25 到图 27 中所说明的充电系统 420， 且因此， 可将每一发射天线 478 定位于交通工具 470 的外部。作为一实例， 可将每一发射天线 478 紧固到相关联的窗的外表面。此外， 在此实例 中， 太阳能电池 468 可经由有线连接 476 经由发射电路 202( 见图 10) 耦合到发射天线 458。 因此， 交通工具 470 的窗可表示障壁 418， 如上文参看图 25 到图 27 所描述。 如一般所属领域的技术人员将理解， 太阳能电池 468 可经配置以俘获太阳能， 且 将太阳能转换成另一种形式的能量。此外， 太阳能电池 468 可经配置以经由有线连接 476 将能量发射到发射电路 202 及发射天线 478。在接收到能量后， 发射天线 478 可即刻经配 置以在相关联的近场内发射电力。由发射天线 478 发射的电力可由定位于交通工具 470 内 部且在相关联的耦合模式区内的中继器天线 ( 未图示 ) 接收。更具体来说， 例如， 从发射天 线 478( 例如， 紧固到相关联的窗的外表面的发射天线 ) 发射的电力可由相关联的中继器天 线 ( 未图示 )( 例如， 紧固到相关联的窗的内表面的中继器天线 ) 接收。在接收到电力后， 中继器天线可即刻经由相关联的电路通过相关联的近场发射电力。 由中继器天线发射的电 力可由在相关联的耦合模式区内的接收天线接收。举例来说， 从中继器天线发射的电力可 由接收天线及相关联的接收器 ( 例如， 图 2 的接收器 108) 接收， 所述相关联的接收器耦合 到定位于交通工具 470 内部且在中继器天线的近场内的相关联可充电装置的电池 ( 例如， 图 2 的电池 136)。在接收天线及接收器处接收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到可 充电装置。
虽然图 28 说明在公共汽车内实施的类似于充电系统 400( 见图 23 到图 25) 的充 电系统， 且图 30 说明在列车内实施的类似于充电系统 450( 见图 25 到图 27) 的充电系统， 但充电系统 400 可类似地实施于任何交通工具 ( 例如， 列车或小汽车 ) 或建筑物内， 且充电 系统 450 可类似地实施于任何交通工具 ( 例如， 公共汽车或小汽车 ) 或建筑物内。
图 30 说明充电系统 580 的又一实例， 所述充电系统 580 包括附接到建筑物 599 的 顶部外表面的太阳能电池 582。 虽然将建筑物 599 说明为房屋， 但建筑物 599 可包含任何合 适的建筑物， 例如， 办公楼、 图书馆或学校。此外， 虽然将太阳能电池 582 说明为单一太阳能 电池结构， 但太阳能电池 582 可包含多个太阳能电池。充电系统 580 进一步包括附接到建 筑物 599 的表面的发射天线 584。在实施图 22 到图 24 的示范性实施例的一个实例中， 可将
发射天线 584 定位于建筑物 599 内部。此外， 在此实例中， 太阳能电池 582 可经由延伸穿过 建筑物 599 的表面 ( 例如， 墙壁 ) 的有线连接 586， 经由发射电路 202( 见图 10) 耦合到发射 天线 584。因此， 在此实例中， 建筑物 599 的表面表示障壁 408， 如上文参看图 22 到图 24 所 描述。
太阳能电池 582 可经配置以经由有线连接 586 将能量发射到发射电路 202 及发射 天线 584， 且在接收到能量后， 发射天线 584 可经配置以在相关联的近场内发射电力。由发 射天线 584 发射的电力可由在相关联的耦合模式区内的接收天线接收。更具体来说， 例如， 从发射天线 584 发射的电力可由接收天线及接收器接收， 所述接收器耦合到定位于建筑物 599 的内部且在发射天线 584 的近场内的相关联可充电装置的电池。在接收天线及接收器 处接收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到可充电装置。
在实施图 25 到图 27 的示范性实施例的另一单独实例中， 可将发射天线 584 紧固 到建筑物 599 的外表面。在此实例中， 在接收到能量后， 发射天线 584 可即刻经配置以经由 建筑物 599 的表面以无线方式发射电力。所发射的电力可接着由定位于建筑物 599 内部且 在相关联的耦合模式区内的中继器天线 ( 未图示 ) 接收。更具体来说， 例如， 经由建筑物 599 的表面从发射天线 584( 例如， 紧固到窗的外表面的发射天线 ) 以无线方式发射的电力 可由相关联的中继器天线 ( 未图示 )( 例如， 紧固到窗的内表面的中继器天线 ) 接收。在接 收到电力后， 中继器天线可即刻经由相关联的电路发射电力， 其可由在相关联的耦合模式 区内的接收天线接收。 举例来说， 从中继器天线发射的电力可由接收天线及接收器接收， 所 述接收器耦合到定位于建筑物 599 内部且在中继器天线的近场内的相关联可充电装置 ( 未 图示 ) 的电池。在接收天线及接收器处接收到所发射的电力后， 可即刻将电力提供到可充 电装置。
充电系统 580 可进一步包括涡轮机 588， 其可包含 ( 例如 ) 风力涡轮机或水力涡轮 机。 在实施图 25 到图 27 的示范性实施例的一个实例中， 涡轮机 588 可经由电线连接 596 连 接到各自定位于建筑物 599 外部的发射电路 202( 见图 10) 及发射天线 592。更具体来说， 可将发射天线 592 紧固到窗 594 的外表面。涡轮机 588 可经配置以经由有线连接 596 将能 量传送到发射电路 202 及发射天线 592， 且在接收到能量后， 发射天线 592 可即刻经配置以 在相关联的近场内以无线方式发射电力。由发射天线 592 以无线方式发射的电力可由定位 于建筑物 599 内部且在相关联的耦合模式区内的中继器天线 590 接收。举例来说， 由发射 天线 592 以无线方式发射的电力可由紧固到窗 594 的内表面且在相关联的耦合模式区内的 中继器天线 590 接收。在接收到电力后， 中继器天线 590 可即刻经由相关联的电路通过相 关联的近场以无线方式发射电力。由中继器天线 590 发射的电力可由在相关联的耦合模式 区内的接收天线接收。举例来说， 从中继器天线 590 以无线方式发射的电力可由接收天线 及接收器接收， 所述接收器耦合到定位于建筑物 599 内部且在中继器天线 590 的近场内的 相关联可充电装置 ( 未图示 ) 的电池。在接收天线及接收器处接收到所发射的电力后， 可 即刻将电力提供到可充电装置。
应注意， 虽然根据上文参看图 25 到图 27 所描述的示范性实施例将涡轮机 588 及 建筑物 599 描述为一起实施， 但包括根据上文参看图 22 到图 24 所描述的示范性实施例一 起实施的涡轮机及建筑物的系统也处于本发明的范围内。
图 31 为说明根据一个或一个以上示范性实施例的操作充电系统的方法 600 的流程图。方法 600 可包括将可再生能量转换成另一种形式的能量 ( 由数字 602 描绘 )。方法 600 可进一步包括将另一种形式的能量传送到至少一个发射天线 ( 由数字 604 描绘 )。另 外， 方法 600 可包括将能量从所述至少一个发射天线以无线方式发射到定位于所述至少一 个发射天线的近场内的至少一个其它天线 ( 由数字 605 描绘 )。
图 32 为说明根据一个或一个以上示范性实施例的操作充电系统的另一方法 690 的流程图。方法 690 可包括俘获可再生能量且传送另一种形式的能量 ( 由数字 692 描绘 )。 此外， 方法 690 可包括以至少一个发射天线接收所传送的另一种形式的能量 ( 由数字 694 描绘 )。方法 690 可进一步包括将电力从所述至少一个发射天线以无线方式发射到定位于 相关联的耦合模式区内的至少一个其它天线 ( 由数字 695 描绘 )。
如本文中所描述的本发明的各种示范性实施例可使一个或一个以上无线充电器 能够独立于装置 ( 例如， 小汽车、 列车或公共汽车 ) 或建筑物 ( 例如， 房屋、 图书馆、 办公楼 ) 的电力系统而操作， 所述一个或一个以上无线充电器定位于所述装置或所述建筑物中或接 近所述装置或所述建筑物而定位。 因此， 所述一个或一个以上无线充电器可操作， 而不管相 关联的装置或建筑物的电力系统是否经配置以提供电力。 此外， 与常规充电系统相比， 本发 明的各种示范性实施例可通过利用可再生能量对电子装置充电来减少成本。
所属领域的技术人员应理解， 可使用多种不同技艺及技术中的任一者来表示信息 及信号。举例来说， 可由电压、 电流、 电磁波、 磁场或磁粒子、 光学场或光学粒子或其任何组 合来表示可贯穿以上描述而参考的数据、 指令、 命令、 信息、 信号、 位、 符号及码片。
所属领域的技术人员应进一步了解， 结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的 各种说明性逻辑块、 模块、 电路及算法步骤可经实施为电子硬件、 计算机软件或两者的组 合。 为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性， 各种说明性组件、 块、 模块、 电路及步骤已在 上文大体按其功能性加以描述。 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 于整个系统上的设计约束。 所属领域的技术人员可针对每一特定应用以变化的方式来实施 所描述的功能性， 但所述实施决策不应被解释为引起脱离本发明的示范性实施例的范围。
可通过通用处理器、 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 行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的示范性实施例而描 述的各种说明性逻辑块、 模块及电路。通用处理器可为微处理器， 但在替代例中， 处理器可 为任何常规处理器、 控制器、 微控制器或状态机。也可将处理器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、 结合 DSP 磁心的一个或一个以上微处理器， 或任 何其它所述配置。
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结合本文中所揭 示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤。 软件模块可驻存于随机存取存储器 (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、 可装卸式磁盘、 CD-ROM， 或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。 示范性 存储媒体耦合到处理器， 使得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 替代例中， 存储媒体可与处理器成一体。处理器及存储媒体可驻留于 ASIC 中。ASIC 可驻留 于用户终端中。在替代例中， 处理器及存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端中。
在一个或一个以上示范性实施例中， 可以硬件、 软件、 固件或其任何组合来实施所描述的功能。如果以软件实施， 则功能可作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机 可读媒体上或经由计算机可读媒体而传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体及通信 媒体两者， 通信媒体包括促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可 为可由计算机存取的任何可用媒体。举例来说且非限制， 所述计算机可读媒体可包含 RAM、 ROM、 EEPROM、 CD-ROM 或其它光盘存储装置、 磁盘存储装置或其它磁性存储装置， 或可用以载 运或存储呈指令或数据结构的形式的所要代码且可由计算机存取的任何其它媒体。又， 任 何连接被适当地称为计算机可读媒体。 举例来说， 如果使用同轴电缆、 光纤电缆、 双绞线、 数 字订户线 (DSL) 或例如红外线、 无线电及微波等无线技术而从网站、 服务器或其它远程源 发射软件， 则同轴电缆、 光纤电缆、 双绞线、 DSL 或例如红外线、 无线电及微波等无线技术包 括于媒体的定义中。如本文中所使用的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)、 软性磁盘及蓝光 (blu-ray) 光盘， 其中磁盘通常以磁性方式再 生数据， 而光盘通过激光以光学方式再生数据。上述各者的组合也应包括于计算机可读媒 体的范围内。
提供所揭示的示范性实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制作 或使用本发明。对于所属领域的技术人员来说， 对这些示范性实施例的各种修改将为容易 显而易见的， 且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所定义的一般原理应用 于其它实施例中。 因此， 本发明既定不限于本文中所展示的示范性实施例， 而应被赋予与本 文中所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。