[发明专利]多维无线充电的相关系统及方法

说明书

根据35U.S.C.8119的优先权主张

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张以下各案的优先权：

2009年2月10日申请的标题为“多维无线充电(MULTI-DIMENSIONAL WIRELESS CHARGING)”的第61/151,290号美国临时专利申请案，所述申请案的全部揭示内容在此以引用的方式并入本文；及

2009年9月21日申请的标题为“用于无线充电的多天线发射器(MULTI-ANTENNA TRANSMITTER FOR WIRELESS CHARGING)”的第61/244,391号美国临时专利申请案，所述申请案的全部揭示内容在此以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体来说涉及无线充电，且更特定来说，涉及与多维无线充电有关的装置、系统及方法。

背景技术

通常，每一电池供电装置需要自己的充电器及电源，所述电源通常为AC电源插座。在许多装置需要充电时，这变得难以使用。

正开发使用发射器与待充电的装置之间的空中电力发射的方法。这些方法大体上分成两类。一类是基于发射天线与待充电装置上的接收天线之间的平面波辐射(也称为远场辐射)的耦合，待充电装置收集所辐射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迅速减退。所以在合理距离上(例如，＞1到2米)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适当控制无意识的辐射，则无意识的辐射可干扰其它系统。

其它方法是基于经嵌入于(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与经嵌入于待充电的主机装置中的接收天线加整流电路之间的感应耦合。此方法具有以下缺点：发射天线与接收天线之间的间距必须极接近(例如，几毫米)。尽管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。

当将一个或一个以上装置置于无线充电器(例如，近场磁性谐振、感应耦合等等)中时，接收器与充电器之间的定向可变化。举例来说，当在溶液槽(solution bath)中对医疗装置消毒的同时对医疗装置充电时，或当在水下工作的同时对工具充电时。在装置落入内部具有流体的容器中时，所述装置停置于容器底部的角度将取决于其质量分布的方式。作为另一非限制实例，在充电器呈箱或碗状物的形式时，将装置随意地扔进其中(此对用户来说极方便)并不能保证所述装置最后所处的位置。充电器也可经整合到可容纳许多装置的大容器或柜中，例如，工具存储柜、玩具柜或经特定设计以用于无线充电的外壳。接收器在这些装置中的整合可为不一致的，因为所述装置具有不同形状因子且可以相对于无线电力发射器的不同定向来置放。

现存的无线充电器的设计在预定义定向下可有最好的工作表现，但如果充电器与接收器之间的定向不同，则会递送较低电力电平。另外，在经充电装置被置于仅可将无线电力的一部分递送到其的位置中时，充电时间可增加。一些解决方案以用户必须将装置置于以有利定向定位待充电的装置的特殊托架或固持器中(与不假思索地将装置置于充电器中相比较不方便)或不能固持多个装置的特殊托架或固持器中的方式来设计充电器。

因此，需要提供与多维无线充电有关的系统及方法。

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。