耦接線圈系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于無線能量傳輸?shù)鸟罱泳€圈系統(tǒng)(400)中的接收器設(shè)備(404)，該接收器設(shè)備包括接收器線圈(410)以及操作性地連接到該接收器線圈并且被配置為從該接收器線圈接收信號的負載設(shè)備(414)。作為一個示例，該負載設(shè)備為可再充電電池。調(diào)節(jié)濾波器(416)被包括在接收器設(shè)備中并且操作性地連接在接收器線圈和負載設(shè)備之間。該調(diào)節(jié)濾波器可用于變換在能量傳輸期間將呈現(xiàn)給變換器的負載的有效電阻和阻抗，使得負載的有效電阻或阻抗保持在大體上恒定水平下并且使得由負載設(shè)備接收的信號保持在大體上恒定水平下。
【專利說明】耦接線圈系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)濾波器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本PCT專利申請要求于2014年2月23日提交的標題為“Adjusting Filter in aCoupled Coil System”的美國臨時專利申請N0.61/943，479的優(yōu)先權(quán)，該專利申請以引用方式并入，如同在本文中完全公開那樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于無線能量傳輸?shù)鸟罱泳€圈系統(tǒng)，并且更具體地涉及耦接線圈系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)濾波器。
【背景技術(shù)】
[0004]無線能量傳輸通常用于對電子設(shè)備進行操作或?qū)﹄姵剡M行充電。例如，電子設(shè)備中的可再充電電池可通過將充電設(shè)備中的發(fā)射器線圈與電子設(shè)備中的接收器線圈耦接通過感應(yīng)充電進行再充電。當(dāng)信號被施加到發(fā)射器線圈時，產(chǎn)生電磁場并且將能量傳輸?shù)浇邮掌骶€圈。該接收器線圈將能量轉(zhuǎn)換為用于對電池進行充電的信號。但是當(dāng)信號通過發(fā)射器和接收器線圈時還產(chǎn)生電阻熱以及其他信號損耗。取決于耦接線圈系統(tǒng)的操作條件，這些電阻熱和信號損耗可不同，并且在一些情形中可減小充電站和電子設(shè)備之間的能量傳輸?shù)男省?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在無線能量傳輸期間，可使用本文描述的一個或多個技術(shù)來變換接收器設(shè)備的負載的有效電阻或阻抗，使得負載的有效電阻或阻抗在被呈現(xiàn)給變換器時大體上恒定并且由負載設(shè)備接收的信號保持在大體上恒定水平下。術(shù)語“負載”在被呈現(xiàn)給變換器時可指代接收器設(shè)備。在一個方面，用于無線能量傳輸?shù)鸟罱泳€圈系統(tǒng)可包括具有負載設(shè)備的接收器設(shè)備，該負載設(shè)備操作性地連接到接收器線圈并且被配置為接收由接收器線圈產(chǎn)生的信號。在一個實施方案中，負載設(shè)備為電子設(shè)備中的可再充電電池。接收器設(shè)備中的調(diào)節(jié)濾波器操作性地連接在接收器線圈和負載設(shè)備之間。在能量傳輸期間，調(diào)節(jié)濾波器可調(diào)節(jié)負載設(shè)備從接收器線圈接收的信號以調(diào)節(jié)負載的有效電阻或阻抗。在一些實施方案中，調(diào)節(jié)濾波器可增大信號，以減小被呈現(xiàn)給變換器的負載的有效電阻或阻抗。在其他實施方案中，調(diào)節(jié)濾波器可減小信號，以向上變換負載的有效電阻或阻抗。整流器可被連接在調(diào)節(jié)濾波器和負載設(shè)備之間。作為一個示例，該整流器可利用被布置在橋接電路中的四個二極管而被實現(xiàn)。術(shù)語“調(diào)節(jié)濾波器”意在涵蓋調(diào)節(jié)接收器設(shè)備中的負載的有效電阻或阻抗的濾波器。
[0006]在一個實施方案中，該調(diào)節(jié)濾波器為線性調(diào)節(jié)濾波器。例如，該線性調(diào)節(jié)濾波器可包括與接收器線圈串聯(lián)連接的第一電容器以及與接收器線圈并聯(lián)連接的第二電容器。在另一實施方案中，該調(diào)節(jié)濾波器為非線性調(diào)節(jié)濾波器。作為一個示例，該非線性調(diào)節(jié)濾波器可包括與接收器線圈串聯(lián)連接的第一電容器以及與橋接電路中的接地二極管(即，整流器)并聯(lián)連接的第二電容器。并且在又一實施方案中，該調(diào)節(jié)濾波器為可編程調(diào)節(jié)濾波器。例如，該可編程調(diào)節(jié)濾波器可包括與接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器以及與接收器線圈并聯(lián)連接的第二可變電容器。另選地，該可編程調(diào)節(jié)濾波器可包括與接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器以及與整流器中的接地二極管并聯(lián)連接的第二可變電容器。并且在另一實施方案中，該可編程調(diào)節(jié)濾波器可包括一個可變電容器和固定電容器，其中電容器中的一個電容器與接收器線圈串聯(lián)連接并且另一電容器與接收器線圈或者整流器中的接地二極管并聯(lián)連接。
[0007]在另一方面，一種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法可包括確定接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)并且確定被施加到發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈的信號的頻率?；谪撦d設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)以及信號頻率來確定用于可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變電容器的電容值，該可編程調(diào)節(jié)濾波器操作性地連接到接收器線圈。該負載設(shè)備的電流或電壓為工作參數(shù)的示例。
[0008]在另一方面，一種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法可包括當(dāng)操作性地連接到接收器線圈的負載設(shè)備處于工作模式時通過將信號施加到發(fā)射器線圈來將能量傳輸?shù)浇邮掌骶€圈。例如，當(dāng)負載設(shè)備為可再充電電池時，該負載設(shè)備可處于充電模式。可調(diào)節(jié)(例如，增大或減小)從接收器線圈接收的信號，并且經(jīng)調(diào)節(jié)的信號被輸入到負載設(shè)備中?？苫谪撦d設(shè)備的工作模式的變化來改變被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率。
[0009]并且在另一方面，一種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法可包括確定被包括在接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)并且確定被施加到發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈的信號的頻率。負載設(shè)備的負載電流或負載電壓為工作參數(shù)的示例?？苫谪撦d設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)以及信號頻率來設(shè)置用于可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變部件的值，該可編程調(diào)節(jié)濾波器操作性地連接到接收器線圈。作為一個示例，可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變部件可為一個或多個可變電容器。
【附圖說明】
[0010]參考以下附圖將更好地理解本發(fā)明的實施方案。附圖中的元件相對于彼此未必按比例繪制。在可能指定附圖共同的相同特征部的位置使用相同的參考標號。
[0011]圖1示出未配對配置中的無線能量傳輸系統(tǒng)的一個示例；
[0012]圖2示出配對結(jié)構(gòu)中的無線能量傳輸系統(tǒng)100;
[0013]圖3示出圖1中示出的無線能量傳輸系統(tǒng)100的一個示例的簡化框圖；
[0014]圖4為第一無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0015]圖5為第二無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0016]圖6為第三無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0017]圖7為第四無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖；
[0018]圖8為用于在圖1所示的無線能量傳輸系統(tǒng)100中將能量從發(fā)射器設(shè)備無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備的示例性方法的流程圖；以及
[0019]圖9為用于分別在圖6和圖7中所示的無線能量傳輸系統(tǒng)600和700中將能量從發(fā)射器設(shè)備無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本文所述的實施方案可通過調(diào)節(jié)接收器設(shè)備中的負載的有效電阻或阻抗(在被呈現(xiàn)給變換器時)使得將有效電阻或阻抗保持在大體上恒定水平下來更有效地將能量從發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌骶€圈。如早前所述，術(shù)語“負載”在被呈現(xiàn)給變換器時指代接收器設(shè)備。該負載應(yīng)作為固定電阻值呈現(xiàn)給變換器，同時由操作性地連接到接收器線圈的負載設(shè)備所接收的信號(例如，電壓)保持在恒定水平下。
[0021]通過將信號施加到發(fā)射器線圈可將能量從發(fā)射器線圈傳輸?shù)浇邮掌骶€圈?？赏ㄟ^接收器設(shè)備中的調(diào)節(jié)濾波器來調(diào)節(jié)從接收器線圈接收的信號。該調(diào)節(jié)濾波器可用于變換被呈現(xiàn)給變換器的負載的有效電阻或阻抗。例如，該調(diào)節(jié)濾波器可向上變換負載的有效電阻或阻抗，從而允許被施加到發(fā)射器線圈的電流得以減小而同時將對負載的輸入信號保持在大體上恒定水平下。除此之外或另選地，該調(diào)節(jié)濾波器可在被施加到發(fā)射器線圈的信號增大時向下變換負載的有效電阻或阻抗，從而允許由負載接收的信號將保持在大體上恒定水平下。如早前所述，術(shù)語“調(diào)節(jié)濾波器”意在涵蓋變換或調(diào)節(jié)負載的有效電阻或阻抗的濾波器。
[0022]在一些實施方案中，除了調(diào)節(jié)濾波器變換負載的有效電阻或阻抗之外，可基于負載的一個或多個工作參數(shù)的變化來偏移或改變被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率。作為一個示例，當(dāng)負載設(shè)備為可再充電電池并且電池充滿電時，由電池所吸引的電流可降低。在該示例中，保持發(fā)射器線圈的信號頻率將產(chǎn)生不必要的損耗，因為發(fā)射器線圈的頻率可能高于電池所需的頻率。改變發(fā)射器線圈的信號頻率(例如，減小頻率)可減小改變電池的工作條件或參數(shù)而產(chǎn)生的電阻熱和其他損耗。因此，不管負載設(shè)備的工作參數(shù)的任何變化，均可保持能量傳輸?shù)男省?br>[0023]在一些實施方案中，可監(jiān)測發(fā)射器設(shè)備和/或接收器設(shè)備中的信號特征，以確定負載的有效電阻或阻抗。在一個示例中，處理設(shè)備可監(jiān)測在發(fā)射器設(shè)備中的電子部件(例如，電阻)接收的電流，以確定是否可調(diào)節(jié)發(fā)射器線圈的信號頻率。在另一個示例中，接收器設(shè)備中的處理設(shè)備可監(jiān)測由接收器設(shè)備中的部件(例如，電阻或電池)接收的電流，以確定調(diào)節(jié)濾波器是否應(yīng)增大或減小由負載設(shè)備(例如，電池)接收的信號水平。其他實施方案可以不同方式來確定調(diào)節(jié)濾波器的操作和/或發(fā)射器線圈信號頻率的調(diào)節(jié)。
[0024]如早前所述，實施方案可執(zhí)行某種類型的阻抗或電阻變換，使得負載的有效阻抗或電阻不管實際負載如何均可保持大體上恒定。本質(zhì)上，接收器設(shè)備中的負載可呈現(xiàn)為大體上固定的電阻值，并且可基于負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)的變化來改變發(fā)射器線圈上的信號。例如，如果工作參數(shù)小于先前的工作參數(shù)(例如，較小電流)，則可減小發(fā)射器線圈上的信號并且接收器設(shè)備中的調(diào)節(jié)濾波器可增大該減小的信號，使得負載的有效電阻或阻抗大體上恒定并且由負載設(shè)備接收的信號保持在大體上恒定水平下。
[0025]實施方案在本文中被描述為使用調(diào)節(jié)濾波器來增大由負載設(shè)備接收的信號(例如，電壓)，以減小負載的有效電阻或阻抗。但是如早前所述，在其他實施方案中，調(diào)節(jié)濾波器可向上變換負載的有效電阻或阻抗，使得被呈現(xiàn)給變換器的有效電阻或阻抗更大。即，在一些實施方案中，調(diào)節(jié)濾波器可減小負載設(shè)備兩端的電壓并且有效增大被呈現(xiàn)給接收器線圈的負載電阻或阻抗。
[0026]現(xiàn)在參見圖1，其示出了未配對結(jié)構(gòu)中的無線能量傳輸系統(tǒng)的一個示例的透視圖。所示的實施方案描述發(fā)射器設(shè)備102，該發(fā)射器設(shè)備配置為將能量無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備104。該接收器設(shè)備104可為包括一個或多個電感器的任何電子設(shè)備。示例性電子設(shè)備包括但不限于便攜式電子設(shè)備或可穿戴通信設(shè)備。
[0027]該可穿戴通信設(shè)備諸如圖1中所述的可穿戴通信設(shè)備可被配置為提供例如來自其他設(shè)備的無線電子通信和/或與健康相關(guān)的信息或數(shù)據(jù)，諸如但不限于心率數(shù)據(jù)、血壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、氧含量數(shù)據(jù)、飲食/營養(yǎng)信息、醫(yī)療提醒、與健康相關(guān)的提示或信息，或者其他與健康相關(guān)的數(shù)據(jù)。該可穿戴通信設(shè)備可包括將條帶或帶連接到用戶的耦接機構(gòu)。例如，智能手表可包括被固定到用戶腕部的帶或條帶。在另一示例中，可穿戴健康助手可包括連接在用戶胸部周圍的條帶，或者另選地，可穿戴健康助手可適于與掛繩或項鏈一起使用。在又一示例中，可穿戴設(shè)備可固定到用戶身體的另一部位或另一部位內(nèi)。在這些或其他實施方案中，條帶、帶、掛繩或其他固定機構(gòu)可包括與通信設(shè)備無線或有線通信的一個或多個電子部件或傳感器。例如，被固定到智能手表的帶可包括一個或多個傳感器、輔助電池、相機或任何其他合適的電子部件。
[0028]在多個示例中，可穿戴通信設(shè)備諸如圖1中所述的可穿戴通信設(shè)備可包括與存儲器耦接或者通信的處理設(shè)備、一個或多個通信接口、輸出設(shè)備(諸如顯示器或揚聲器)、一個或多個傳感器(諸如生物識別和成像傳感器)、以及輸入設(shè)備(諸如一個或多個按鈕、一個或多個撥盤、麥克風(fēng)和/或觸摸感測設(shè)備)。一個或多個通信接口可提供通信設(shè)備與任何外部通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備或平臺之間的電子通信，該通信接口諸如但不限于無線接口、藍牙接口、近場通信接口、紅外接口、USB接口、Wi_Fi接口、TCP/IP接口、網(wǎng)絡(luò)通信接口或者任何常規(guī)的通信接口。除了通信以外，可穿戴通信設(shè)備可提供消息、視頻、操作命令、與時間、健康、狀態(tài)或者外部連接的設(shè)備或正在進行通信的設(shè)備和/或在此類設(shè)備上運行的軟件相關(guān)的信息等等(并且可從外部設(shè)備接收上述中的任一者)。
[0029]盡管圖1和圖2中示出的可穿戴通信設(shè)備描述腕表或智能手表，但是任何電子設(shè)備可適于從發(fā)射器設(shè)備以無線方式接收能量。例如，合適的電子設(shè)備可為可以無線方式接收能量的任何便攜式或半便攜式電子設(shè)備(“接收器設(shè)備”)，并且合適的塢站設(shè)備可為可以無線方式發(fā)射能量的任何便攜式或半便攜式塢站或充電設(shè)備(“發(fā)射器設(shè)備”)。示例性電子設(shè)備包括但不限于智能電話、游戲設(shè)備、數(shù)字音樂播放器、平板計算設(shè)備以及被配置為以無線方式發(fā)射和/或接收能量的其他類型的便攜式和消費電子設(shè)備。
[0030]發(fā)射器設(shè)備102和接收器設(shè)備104可各自分別包括容納本文的電子部件、機械部件和結(jié)構(gòu)部件的外殼106，108。在多個示例中以及如所述的，接收器設(shè)備104可具有比發(fā)射器設(shè)備102更大的橫截面，盡管沒有要求此類配置。在其他示例中，發(fā)射器設(shè)備102可具有比接收器設(shè)備104更大的橫截面。在又一些示例中，截面可大體上相同。并且在其他實施方案中，發(fā)射器設(shè)備可適于插入到接收器設(shè)備中的充電端口中。
[0031]在所示的實施方案中，發(fā)射器設(shè)備102可通過線或連接器110連接到電源。例如，發(fā)射器設(shè)備102可從壁裝電源插座或者通過連接器諸如USB連接器來從另一電子設(shè)備接收電力。除此之外或另選地，發(fā)射器設(shè)備102可為電池驅(qū)動的。類似地，盡管所示實施方案被示為連接器110被耦接到發(fā)射器設(shè)備102的外殼，但是連接器110可通過任何合適的方式進行連接。例如，連接器110可為可移除的并且可包括連接器，該連接器的尺寸適配在發(fā)射器設(shè)備102的外殼106內(nèi)開的孔或插座。
[0032]接收器設(shè)備104可包括可與發(fā)射器設(shè)備102的第二接口表面114進行交互、對齊或以另外方式接觸的第一接口表面112。以此方式，接收器設(shè)備104和發(fā)射器設(shè)備102可相對于彼此定位。在某些實施方案中，發(fā)射器設(shè)備102的第二接口表面114可被配置為與接收器設(shè)備104的互補形狀配對的特定形狀(參見圖2)。示例性第二接口表面114可包括遵循所選擇的曲面的凹面形狀。接收器設(shè)備104的第一接口表面112可包括遵循與第二接口表面114相同或大體上相似的曲面的凸面形狀。
[0033]在其他實施方案中，第一接口表面112和第二接口表面114可具有任何給定的形狀和尺寸。例如，第一接口表面112和第二接口表面114可大體上平坦。除此之外或另選地，發(fā)射器設(shè)備102和接收器設(shè)備104可使用一個或多個對準機構(gòu)彼此定位。作為一個示例，一個或多個磁性設(shè)備可包括在發(fā)射器和/或接收器設(shè)備中并且可用于對準發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備。在另一個示例中，發(fā)射器和/或接收器設(shè)備中的一個或多個致動器可用于對準發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備。并且在又一示例中，對準特征部，如發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備的外殼中的突出部和對應(yīng)凹口可用于對準發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備。接口表面、一個或多個對準機構(gòu)和一個或多個對準特征部的設(shè)計或配置可單獨或者以其各種組合而被使用。
[0034]發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備可各自包括多個內(nèi)部部件。圖3為適于用作接收器設(shè)備或發(fā)射器設(shè)備的示例性電子設(shè)備的簡化框圖。電子設(shè)備300可包括一個或多個處理設(shè)備302、存儲器304、一個或多個輸入/輸出(I/O)設(shè)備306、電源308、一個或多個傳感器310、網(wǎng)絡(luò)/通信接口 312和顯示器314，上述中的每一者在下文輪流被討論。
[0035]一個或多個處理設(shè)備302可控制電子設(shè)備300的一些或所有操作。該一個或多個處理設(shè)備302可直接地或間接地與設(shè)備的基本上所有部件進行通信。例如，一個或多個系統(tǒng)總線316或其他通信機構(gòu)可提供一個或多個處理設(shè)備302、存儲器304、一個或多個I/O設(shè)備306、電源308、一個或多個傳感器310、網(wǎng)絡(luò)/通信接口 312和顯示器314之間的通信。至少一個處理設(shè)備可被配置為確定是否基于環(huán)境數(shù)據(jù)諸如溫度來調(diào)節(jié)電子設(shè)備300中的一個或多個設(shè)備或功能的操作。除此之外或另選地，該處理設(shè)備可被配置為基于環(huán)境數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)操作(例如，調(diào)節(jié)由用于執(zhí)行操作的設(shè)備接收的激勵)。
[0036]一個或多個處理設(shè)備302可被實現(xiàn)作為能夠處理、接收或傳輸數(shù)據(jù)或指令的任何電子設(shè)備。例如，一個或多個處理設(shè)備302可為微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、或多個此類設(shè)備的組合。如本文所述，術(shù)語“處理設(shè)備”意在涵蓋單個處理器或處理單元、多個處理器、多個處理單元或其他適當(dāng)配置的一個或多個計算元件。
[0037]存儲器304可存儲可由電子設(shè)備300使用的電子數(shù)據(jù)。例如，存儲器304可存儲電子數(shù)據(jù)或內(nèi)容諸如音頻文件、文檔文件、定時和控制信號、操作設(shè)置和數(shù)據(jù)、以及圖像數(shù)據(jù)。該存儲器304可被配置作為任何類型的存儲器。僅以舉例的方式，該存儲器304可被實現(xiàn)作為隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃存存儲器、可移動式存儲器或任何組合形式的其他類型的存儲元件。
[0038]一個或多個I/O設(shè)備306可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艋蛄硪粋€電子設(shè)備或從用戶或另一個電子設(shè)備接收數(shù)據(jù)。一個或多個示例性I/o設(shè)備306包括但不限于觸摸感測輸入設(shè)備諸如觸摸屏或跟蹤墊、一個或多個按鈕、麥克風(fēng)、和/或揚聲器。
[0039]電源308可利用可向電子設(shè)備300提供能量的任何設(shè)備來實現(xiàn)。例如，電源308可為一個或多個電池或可再充電電池、或?qū)㈦娮釉O(shè)備連接至另一電源諸如壁裝電源插座的連接纜線。
[0040]該電子設(shè)備300還可包括基本上被定位在電子設(shè)備300上的任何位置上或中的一個或多個傳感器310。一個或多個傳感器310可被配置為基本上感測任何類型的特性，諸如但不限于圖像、壓力、光、熱、接觸、力、溫度、濕度、移動、相對運動、生物識別數(shù)據(jù)等。例如，一個或多個傳感器310可以是圖像傳感器、溫度傳感器、光或光學(xué)傳感器、加速度計、環(huán)境傳感器、陀螺儀、磁體、健康監(jiān)測傳感器等。
[0041]網(wǎng)絡(luò)通信接口312可有助于向或從其他電子設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。例如，網(wǎng)絡(luò)通信接口可經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)連接和/或有線網(wǎng)絡(luò)連接來傳輸電子信號。例如，在一個實施方案中，通信信號被傳輸?shù)桨l(fā)射器設(shè)備和/或接收器設(shè)備，以允許發(fā)射器設(shè)備和接收器設(shè)備彼此通信。無線和有線網(wǎng)絡(luò)連接的示例包括但不限于蜂窩網(wǎng)絡(luò)、W1-F1、藍牙、IR、以太網(wǎng)和近場通信(NFC)0
[0042]在一些實施方案中，外部設(shè)備318可將信號傳輸?shù)诫娮釉O(shè)備300，以用于數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)或信號處理、和/或管理待修改的電子設(shè)備300的一個或多個操作(例如，調(diào)節(jié)被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率)。類似地，電子設(shè)備300可將信號傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備318，以用于數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)或信號處理、和/或管理位于外部設(shè)備318中的一個或多個設(shè)備的操作。在一些實施方案中，信號在電子設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)通信接口 312與外部設(shè)備318中的網(wǎng)絡(luò)通信接口(未示出)之間傳輸。外部設(shè)備318中的處理設(shè)備可被配置為存儲和/或處理數(shù)據(jù)或信號或者確定是否要調(diào)節(jié)外部設(shè)備中的一個或多個設(shè)備的操作。
[0043]顯示器314可為用戶提供視覺輸出。顯示器314可利用任何合適的技術(shù)來實現(xiàn)，包括但不限于使用液晶顯示器(IXD)技術(shù)、發(fā)光二極管(LED)技術(shù)、有機發(fā)光顯示器(OLED)技術(shù)、有機電致發(fā)光(OEL)技術(shù)或另一類型的顯示技術(shù)的多觸摸感測觸摸屏。在一些實施方案中，顯示器314可用作輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備允許用戶與電子設(shè)備300進行交互。例如，該顯示器可為多點觸摸觸摸屏顯示器。
[0044]應(yīng)當(dāng)指出的是，圖3僅為示例性的。在其他示例中，電子設(shè)備可包括比圖3中所示的那些部件更少或更多的部件。除此之外或另選地，電子設(shè)備可被包括在系統(tǒng)中，并且圖3中所示的一個或多個部件與電子設(shè)備分開但與電子設(shè)備進行通信。例如，電子設(shè)備可操作性地與單獨的顯示器連接或通信。作為另一示例，一個或多個應(yīng)用重程序或數(shù)據(jù)可被存儲在與電子設(shè)備分開的存儲器中。作為另一示例，與電子設(shè)備進行通信的處理設(shè)備可控制電子設(shè)備中的各種功能和/或處理從電子設(shè)備接收的數(shù)據(jù)。在一些實施方案中，分開的存儲器和/或處理設(shè)備可位于基于云端的系統(tǒng)中或相關(guān)聯(lián)的設(shè)備中。
[0045]圖4-圖9中示出的實施方案結(jié)合提高或增大由負載設(shè)備接收的信號的調(diào)節(jié)濾波器來進行描述。該調(diào)節(jié)濾波器可通過增大對負載設(shè)備的信號來向下變換有效電阻或阻抗。但是如早前所述的，調(diào)節(jié)濾波器還可減小由負載設(shè)備接收的信號，以增大負載的有效電阻或阻抗。
[0046]現(xiàn)在參考圖4，其示出第一無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖。無線能量傳輸系統(tǒng)400包括發(fā)射器設(shè)備402和接收器設(shè)備404。發(fā)射器設(shè)備402可為充電設(shè)備或為包括充電設(shè)備的電子設(shè)備。接收器設(shè)備404可為任何合適的電子設(shè)備，諸如可穿戴通信設(shè)備、可穿戴健康助手、智能電話、媒體播放器、或任何其他合適的便攜式電子設(shè)備。
[0047]發(fā)射器設(shè)備402可包括操作性地連接到驅(qū)動器電路408的發(fā)射器線圈406。接收器設(shè)備404可包括操作性地連接到整流器412的接收器線圈410?？墒褂萌魏魏线m的整流器。作為一個示例，整流器412可包括被布置在橋接電路中的四個二極管。
[0048]該整流器412可操作性地連接到負載設(shè)備414。作為一個示例，該負載設(shè)備可為便攜式電子設(shè)備中的可再充電電池。調(diào)節(jié)濾波器416可連接到接收器線圈410和整流器412。在所示實施方案中，該調(diào)節(jié)濾波器416為線性調(diào)節(jié)濾波器，該線性調(diào)節(jié)濾波器包括與接收器線圈410串聯(lián)連接的第一電容器Cl以及與接收器線圈410并聯(lián)連接的第二電容器C2。
[0049]當(dāng)能量從發(fā)射器設(shè)備402以無線方式傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備404時，驅(qū)動器電路408將信號施加到發(fā)射器線圈406，并且發(fā)射器線圈406生成將發(fā)射器線圈406和接收器線圈410電子耦接在一起的電磁場。該接收器線圈410作為響應(yīng)產(chǎn)生信號并且調(diào)節(jié)濾波器416提高或增大該信號。整流器412將增大的信號從增大的交流(AC)信號轉(zhuǎn)換為增大的直流(DC)信號。增大的DC信號由負載設(shè)備414接收。
[0050]調(diào)節(jié)濾波器416可通過允許需要向負載設(shè)備414供應(yīng)給定電壓的發(fā)射器線圈信號水平變化來改善能量傳輸?shù)男?。較低信號水平可被施加到發(fā)射器線圈，因為調(diào)節(jié)濾波器416提高或增大由接收器線圈410產(chǎn)生的信號，使得大體上恒定的輸入信號(例如，電壓)被輸入到負載設(shè)備中。增大的信號可減小負載的有效電阻或阻抗(如沿箭頭418的方向看)，這是因為利用由接收器線圈410接收的相同電壓來產(chǎn)生增大的信號。
[0051]另外，負載設(shè)備414的工作參數(shù)中的一個或多個工作參數(shù)可隨時間變化。例如，當(dāng)負載設(shè)備為可再充電電池時，當(dāng)電池充滿電時電流可減小。在一些實施方案中，被施加到發(fā)射器線圈406的信號的頻率可被偏移或改變，以補償負載設(shè)備的工作參數(shù)的變化。負載的有效電阻或阻抗可通過改變發(fā)射器線圈信號的頻率而被保持在大體上恒定水平下。
[0052]在一些實施方案中，圖4中的調(diào)節(jié)濾波器416可產(chǎn)生可引起接收器線圈410中的損耗的相對大的循環(huán)電流。例如，該循環(huán)電流會可在接收器線圈410中產(chǎn)生熱。在相同時間點，熱損耗可超過由調(diào)節(jié)濾波器產(chǎn)生的增大的信號，這降低能量傳輸?shù)男?。圖5中所示的調(diào)節(jié)濾波器可能未產(chǎn)生大的循環(huán)電流。
[0053]圖5為第二無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖。該無線能量傳輸系統(tǒng)500包括發(fā)射器設(shè)備402和接收器設(shè)備502。在所示實施方案中，整流器412利用被布置在橋接電路中的四個二極管而被實現(xiàn)，并且調(diào)節(jié)濾波器為非線性調(diào)節(jié)濾波器，該非線性調(diào)節(jié)濾波器包括與接收器線圈410串聯(lián)連接的第一電容器Cl以及與整流器412中的接地二極管506并聯(lián)連接的第二電容器C2。由整流器412產(chǎn)生的信號為非對稱的，這是因為對于一半循環(huán)，提高的或增大的信號由負載設(shè)備414來接收。如前所述，圖5中的調(diào)節(jié)濾波器504未產(chǎn)生大的循環(huán)電流。凈效應(yīng)為由非線性調(diào)節(jié)濾波器504產(chǎn)生的提高的或增大的信號改善能量傳輸?shù)男?，而不會引起由循環(huán)電流產(chǎn)生的損耗。
[0054]現(xiàn)在參考圖6，其示出第三無線能量傳輸系統(tǒng)的簡化示意圖。該無線能量傳輸系統(tǒng)600包括發(fā)射器設(shè)備402和接收器設(shè)備602。在所示實施方案中，可編程調(diào)節(jié)濾波器604包括與接收器線圈410串聯(lián)連接的第一可變電容器VCl以及與接收器線圈410并聯(lián)連接的第二可變電容器VC2?？稍O(shè)置可變電容器VCl和VC2的電容值，以優(yōu)化發(fā)射器設(shè)備402和接收器設(shè)備502之間的能量傳輸?shù)男?。在一些實施方案中，基于負載設(shè)備414的一個或多個工作參數(shù)(例如，給定電流和/或給定電壓)以及被施加到發(fā)射器線圈406的信號的給定頻率來確定可變電容器VCl和VC2的電容值。
[0055]在一個實施方案中，可編程調(diào)節(jié)濾波器604可在包括連接到多個電容器的開關(guān)的專用集成電路中實現(xiàn)。可基于負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)和/或發(fā)射器線圈信號頻率的變化來打開和關(guān)閉開關(guān)，以自適應(yīng)地改變可變電容器VCl和VC2的電容值。如早前所述，電流或電壓為負載設(shè)備的工作參數(shù)的示例。
[0056]在圖7所示的另一實施方案中，可編程調(diào)節(jié)濾波器704可包括與接收器線圈410串聯(lián)連接的第一可變電容器VCl以及與整流器412中的接地二極管506并聯(lián)連接的第二可變電容器VC2。所示的實施方案可獲得與圖5中所示的實施方案類似的電阻調(diào)節(jié)效果，而不會生成大量循環(huán)電流。
[0057]圖4和圖5中示出的調(diào)節(jié)濾波各自利用兩個電容器而被實現(xiàn)，而圖6和圖7中示出的可編程調(diào)節(jié)濾波器利用兩個可變電容器而被實現(xiàn)。其他實施方案可實現(xiàn)具有不同數(shù)量的電容器或可變電容器的調(diào)節(jié)濾波器或可編程調(diào)節(jié)濾波器。除此之外或另選地，其他實施方案可構(gòu)成具有不同部件的調(diào)節(jié)濾波器或可編程調(diào)節(jié)濾波器。除此之外或另選地，可編程調(diào)節(jié)濾波器可包括具有固定值的一個或多個部件以及具有可調(diào)節(jié)值的一個或多個可調(diào)節(jié)部件。例如，可編程調(diào)節(jié)濾波器可包括一個可變電容器和固定電容器，其中電容器中的一個電容器與接收器線圈串聯(lián)連接并且另一電容器與接收器線圈或者整流器中的接地二極管并聯(lián)連接。
[0058]現(xiàn)在參考圖8，其示出用于在圖4所示的無線能量傳輸系統(tǒng)400中將能量從發(fā)射器設(shè)備無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備的示例性方法的流程圖。初始，如在框800中所示的，通過向發(fā)射器線圈施加信號來將能量從發(fā)射器設(shè)備傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備。調(diào)節(jié)濾波器隨后可提高或增大從接收器線圈接收的信號，并且負載設(shè)備可接收增大的信號(框802)。調(diào)節(jié)濾波器可為線性調(diào)節(jié)濾波器、非線性調(diào)節(jié)濾波器或可編程調(diào)節(jié)濾波器。
[0059]接下來，如在框804中所示，確定負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)是否已被改變(例如，電流下降)。如果沒有改變，則方法可在框804處等待。如果負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)已經(jīng)改變，則過程前進到框806，在此處，基于負載設(shè)備的工作參數(shù)的變化來偏移或改變施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率。改變發(fā)射器線圈信號的頻率可將能量傳輸效率保持在理想或最佳水平下。
[0060]圖9為用于分別在圖6和圖7中所示的無線能量傳輸系統(tǒng)600和700中將能量從發(fā)射器設(shè)備無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備的示例性方法的流程圖。初始，如在框900中所示，確定被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率以及接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)。隨后可改變可編程調(diào)節(jié)濾波器中的一個或多個可變電容器的電容值來確定或?qū)⒛芰總鬏斝时３衷诶硐牖蜃罴阉叫韵?框902)。
[0061]在框904處可確定被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率和/或接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)是否已被改變(例如，如果負載電流或電壓已改變)。如果沒有改變，則方法可在框904處等待。如果被施加到發(fā)射器線圈的信號的頻率和/或接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)已被改變，則過程返回到框902，在此處，改變可編程調(diào)節(jié)濾波器中的一個或多個可變電容器的電容值以將能量傳輸效率保持在理想或最佳水平下。
[0062]特別參考其某些特征結(jié)構(gòu)已詳細地描述了各種實施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解在本公開的實質(zhì)和范圍內(nèi)可進行變型和修改。即使本文已描述了具體實施方案，但應(yīng)當(dāng)指出的是應(yīng)用不限于這些實施方案。特別地，相對于一個實施方案描述的任何特征結(jié)構(gòu)還可用于其他兼容的實施方案中。同樣，其中兼容的不同實施方案的特征結(jié)構(gòu)可被交換。
【主權(quán)項】
1.一種被配置用于無線能量傳輸?shù)慕邮掌髟O(shè)備，所述接收器設(shè)備包括: 接收器線圈； 操作性地連接到所述接收器線圈的負載設(shè)備;和 操作性地連接在所述接收器線圈和所述負載設(shè)備之間的調(diào)節(jié)濾波器，其中所述調(diào)節(jié)濾波器調(diào)節(jié)從所述接收器線圈接收的信號，以調(diào)節(jié)所述接收器設(shè)備的負載的有效電阻或阻抗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，還包括操作性地連接在所述調(diào)節(jié)濾波器和所述負載設(shè)備之間的整流器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括線性調(diào)節(jié)濾波器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括: 串聯(lián)連接到所述接收器線圈的第一電容器;和 與所述接收器線圈并聯(lián)連接的第二電容器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括非線性調(diào)節(jié)濾波器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括非線性調(diào)節(jié)濾波器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接收器設(shè)備，其中所述整流器包括被布置在橋接電路中的四個二極管。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接收器設(shè)備，其中所述非線性調(diào)節(jié)濾波器包括: 串聯(lián)連接到所述接收器線圈的第一電容器;和 與所述整流器中的接地二極管并聯(lián)連接的第二電容器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，其中所述負載設(shè)備包括可再充電電池。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，其中所述接收器設(shè)備包括便攜式電子設(shè)備。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括可編程調(diào)節(jié)濾波器。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的接收器設(shè)備，其中所述可編程調(diào)節(jié)濾波器包括與所述接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器以及與所述接收器線圈并聯(lián)連接的第二可變電容器。13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收器設(shè)備，其中所述整流器包括被布置在橋接電路中的四個二極管。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的接收器設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)濾波器包括可編程調(diào)節(jié)濾波器。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的接收器設(shè)備，其中所述可編程調(diào)節(jié)濾波器包括與所述接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器以及與所述整流器中的接地二極管并聯(lián)連接的第二可變電容器。16.—種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法，所述方法包括: 確定所述接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)，所述負載設(shè)備操作性地連接到所述接收器線圈并且被配置為從所述接收器線圈接收信號； 確定被施加到所述發(fā)射器設(shè)備中的所述發(fā)射器線圈的信號的頻率；以及基于所述負載設(shè)備的所述一個或多個工作參數(shù)以及所述信號的所述頻率來為可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變電容器設(shè)置電容值，所述可編程調(diào)節(jié)濾波器操作性地連接到所述接收器線圈。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述一個或多個工作參數(shù)包括電流。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述一個或多個工作參數(shù)包括電壓。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中為操作性地連接到所述接收器線圈的所述可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變電容器設(shè)置所述電容值包括為與所述接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器設(shè)置第一電容值并且為與所述接收器線圈并聯(lián)連接的第二可變電容器設(shè)置第二電容值。20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述發(fā)射器設(shè)備包括充電設(shè)備。21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述接收器設(shè)備包括便攜式電子設(shè)備。22.—種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法，所述方法包括: 當(dāng)操作性地連接到所述接收器線圈的電池處于工作模式時，通過將信號施加到所述發(fā)射器線圈來將能量傳輸?shù)剿鼋邮掌骶€圈； 調(diào)節(jié)從所述接收器線圈接收的信號； 將經(jīng)調(diào)節(jié)的信號輸入到所述電池中；以及 基于所述電池的所述工作模式的變化來偏移被施加到所述發(fā)射器線圈的所述信號的頻率。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述發(fā)射器設(shè)備包括充電設(shè)備。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述接收器設(shè)備包括便攜式電子設(shè)備。25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中調(diào)節(jié)從所述接收器線圈接收的所述信號包括增大從所述接收器線圈接收的信號。26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中調(diào)節(jié)從所述接收器線圈接收的所述信號包括減小從所述接收器線圈接收的信號。27.—種用于將能量從發(fā)射器設(shè)備中的發(fā)射器線圈無線傳輸?shù)浇邮掌髟O(shè)備中的接收器線圈的方法，所述方法包括: 確定所述接收器設(shè)備中的負載設(shè)備的一個或多個工作參數(shù)，所述負載設(shè)備操作性地連接到所述接收器線圈并且被配置為從所述接收器線圈接收信號； 確定被施加到所述發(fā)射器設(shè)備中的所述發(fā)射器線圈的信號的頻率；以及 基于所述負載設(shè)備的所述一個或多個工作參數(shù)以及所述信號的所述頻率來為可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變部件設(shè)置部件值，所述可編程調(diào)節(jié)濾波器操作性地連接到所述接收器線圈。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述一個或多個工作參數(shù)包括電流。29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述一個或多個工作參數(shù)包括電壓。30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中為操作性地連接到所述接收器線圈的可編程調(diào)節(jié)濾波器中的至少一個可變部件設(shè)置部件值包括為與所述接收器線圈串聯(lián)連接的第一可變電容器設(shè)置第一電容值并且為與所述接收器線圈并聯(lián)連接的第二可變電容器設(shè)置第二電容值。
【文檔編號】H02J7/02GK106030972SQ201580009715
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月19日
【發(fā)明人】D·W·里特, J·M·阿爾維斯, T·K·默耶, S·G·赫伯斯特
【申請人】蘋果公司