专利名称：经由无线电线路传送能量至电气或电子设备的方法和装置的利记博彩app
技术领域：
本发明整体上涉及用于能量转移或功率传送(power transfer )的方 法和装置，在一方面涉及对与电子设备有关的、诸如电池的便携式电源进 行无线充电。
背景技术：
04现有技术中已知用于电力的无线传输的方法和系统，例如，2003年 10月4日颁发给图奥米宁(Tuominen)的、名称为"无线输电"的美国 专利第6，633，026号披露了包括电力发射器的系统中的、用于无线输电的方 法，该系统还包括第一光源和用于把由第一光源所发射的光线指向所希望 的方向的工具，以及至少一个包括用于接收发射光和用于将该光线转换为 电流的第 一光检测器。包括在电力发射器中的第二光源用于在由第 一光源 所发射的光线的周围发射光线并与其大体平行，光线的密度低于由第一光 源所发射的光线的密度。包括在电力接收器中的第二光检测器用于检测第二光源所发射的光线并用于发射控制信号至电力发射器响应于由第二光 源所发射的光线的成功接收。电力发射器的第一光源被接通响应于接收来 自电力接收器的控制信号，通知第二光源所发射的光线的接收。 2006年2月14日颁发给卡斯珀等人的、名称为"用于传感i殳备的 数据通信和电力发射系统"的美国专利第6，999，857号披露了为用于水下航 行器上的传感器提供询问和动力的无线输电和通信网络。本发明使用允许 电磁波传播通过绝缘材料的波导管，该绝缘材料覆盖水下航行器的船体的 外部。嵌入在绝缘材料中的是耦连至无线电频率(RF)解码器和收发器以 及导电金属带的条的微机电系统的N维阵列传感设备。诸如微波的电磁波 传播通过绝缘材料，对传感器网络供电以及对单个传感i殳备寻址和询问。 传感设备进行读出然后将数据结果格式化并发射返回穿过波导管，其中该 数据结果由水下航行器的外壳中的数字处理器接收和处理。 2006年6月27日颁发给帕里塞的、名称为"用于电子装备的远距 离电力再充电"的美国专利第7,068,991号披露了用于电子器件的无导体充 电和供电系统以及使用无线能量发射将电力传达至电力接收器的方法。远 距离充电系统包括将能量作为定向电力光束发射的电力发射单元以及接 收所发射的能量的电力接收系统。电力接收系统优选地并入器件中以及包 括能够接收无线电力光束和将能量从光束发射至器件所包括的能量存储 设备的能量接收器。电力发射单元从电力接收系统接收并跟踪供电请求信 号以在能量发射期间跟踪电力接收器系统位置。数据流可以并入远距离充 电系统的无线信号中，以允许远距离充电系统用作通信路径以及电力传送系统。 2006年10月14日公开的贝亚尔等人的、名称为"适于4更携式电子 设备无线接收电力"的美国专利申请第20060205381号披露了改进为便携 式电子设备以使设备无线接收电力的无线电力接收装置。装置包括适于例 如通过粘合剂被连接至该设备以及适于当发射器和元件相互邻近时，从电 力发射器无线接收电力的电力接收元件。 一个或更多的电力连接器电子地 连接至电力接收元件，以及当使用装置时，适于连接至一个或更多的便携 式电子设备的相应的电力连接器以将元件所接收的的电力传送至设备。电 力接收元件可以为粘着剂的形式，或者可以由用于便携式电子i殳备的替代 覆盖部分携带或并入其中。 2006年10月26日公开的韦基奥内的、名称为"短距离无线输电和 接收"的美国专利申请第20060238365号披露了短距离无线输电和接收系 统和方法。电力从电力设施主电力网供电通过电磁辐射发射至电子供电设 备。该设备能够接收所发射的电力，将其转换成电并将其存储用于后续使 用，以及将其用于直接对设备供电。
12] 2006年11月30日公开的巴尔帝斯等人的、名称为"无线输电系统，， 的美国专利申请第20060266917号披露了包括发射器和接收器的用于无线 输电的方法。接收器不需要独立电源并由对发射器的光反馈组成，因此无 需至发射器的专用信道。发射器使用光反馈定位和跟踪接收器。发射器能 够以可选择的方式使用用于最优输电的、将波束指向接收器上的宏观调节 器和微观调节器。系统还可以具有紧环束检测器(tight loop beam detector ) 以增强系统安全性。接收器和/或发射器还可以对能量发射上的数据编 码，产生单向数椐发射或双向数据发射。 最近的技术发展使得诸如不限于膝上型电脑或笔记本电脑、行动电 话和PDA (个人数字助理)的电子设备能够运转各种多媒体应用或其它处 理加强器应用。然而，尽管前述的无线输电系统，这些新的多媒体应用经 常需要很大量的电力来运转，而且不能经由无线电线路充电。除了与无线 输电系统相关的便利性以外，当任何此类设备例如行动电话，无需连接至 带电线(powered wire)即可保持充分充电时，在便利性和安全性上还有 显著优点。因此，希望提供经由无线电线路对某些电子设备供电的装置和 /或系统。
此外，根据使用和放置，传送电力至电子或电子设备(例如设备、 照明等)还将允许很大程度的灵活性；例如无线的灯能够被放置在房间的 任何地方而无需考虑绊住线、美学等。
发明内容
在另一变体中，控制单元组件适于控制发射天线在至少两个自由度 上运动。这至少两个自由度包括基本方位角自由度(azimuthal degree of freedom)和基本高度自由度(elevational degree of freedom )。 在另一变体中，控制单元适于才艮据时分复用多址(TDMA)方案经 由无线电线路对多个设备充电。
在本发明的第二方面，披露了用于经由无线电线,供电力至设备 的方法。在一个实施例中，方法包括使用传感天线检测i殳备的第一方向； 检测发射天线使得其能够至少部分地根据检测活动在第一方向上发射至 少一些电力；经由无线电线路从发射天线发射电力至设备。 在一个变体中，多址方案包括基本时分方案。在另一变体中，多址 方案包括基本频分方案。在又一个变体中，多址方案包括跳频方案。在又 一个变体中，多址方案包括基本码分方案。如又一个替代，多址方案包括 传感方案，其中在授予地址前对信道取样。 在本发明的第四方面，披露了用于经由无线电线,供电力至多个 设备的装置。在一个实施例中，该装置包括配置成辐射电力的发射天线， 该天线还包括允许天线有选择性地发射电力至多个设备；能够产生用于发 射的电力的电源；与至少一个天线和电源信号通信的控制器，该控制器适 于根据多址方案引起天线发射电力至多个设备。
在一个变体中，天线基本是定向的，多址方案包括基本时分方案。 在本发明的第五方案，披露了用于经由无线电线,收电力的装置。 在一个实施例中，电力可用于提供电力至一个或更多的装置元件，该装置 包括配置成接收来自发射天线的电力的接收天线；能够为后续4吏用存储 至少一部分所接收的电力的电源装置；与至少一个天线和电源装置信号通 信的控制器，该控制器适于经由天线促进选择性的接收电力。在一个变体 中，选择性接收包括根据多址方案选择性接收，其中，除装置之外的设备 也与装置接收电力基本同时地接收电力。
图1示出了至少一个用于经由无线电线路对电子i殳备充电的系统的 示例性实施例。图2是示出了指引来自发射天线的电力的第一示例性方法的逻辑流 程图。
28] 图3是示出了将多个移动设备之间共享时间(timesharing)列入优 先地位的第一示例性方法的逻辑流程图。
现在对附图进行引用，其中各图中类似的数字指的是类似部分。
31正如此处所用到的，术语"移动设备"或者"客户端设备，，包括但 不局限于个人数字助理(PDA)、手持计算机、个人通信器、J2ME装备设 备(equipped device )、便携式电话、智能电话、"SIP"电话、个人电脑(PC ) 和小型机、桌上型、膝上型或者相反，或者字面上的任何其它能够利用电 功率或电磁功率的设备。 参见图l，描述了根据本发明的动力传送系统的一个示例性实施例。 在一个实施例中，尽管预期了移动应用(例如在轿车、卡车、飞4亍器等)， 系统的发射器102还可以存在于例如悬桂在天花板上的圆顶上或其它此类 固定物上。接收器104可以存在于能够使用电子或电磁电力和/或无线充 电的设备内。设备可以包括但不限于至少一个移动或便携式电话、个人数 字助理(PDA)、便携式电脑(例如笔记本PC)、媒体播放器、时钟、电 子显示器或利用例如来自诸如可充电电池的便携式电源的电子或电磁的 任何其它设备。 打开的移动设备被认为是运行的。在移动电话的示例中，移动电话 是运行的因为通过例如应答信号，其不断地或周期地与其服务提供商的本 地手机发射塔(local cell tower)通信。这一应答信号使得充电系统的发射 器102能够定位移动设备的准确或近似位置，以及将集中充电波束瞄准在 其接收器104处以对其电池充电。
〖40在一个实施例中，如图1的插入物1 (106)所示，单个发射器102 的覆盖范围内的多个移动i殳备可以同时充电。在另一个实施例中，如图1 的插入物2 (108)所示，具有内置接收器104的单个移动设备可以定位在 多个发射器102的覆盖范围内并由该多个发射器102充电。 如上所述，示例性实施例的发射器102定位在例如天花板圆顶103 内并由例如标准120伏AC电源供电。发射器102产生携带充电能量的信 号。包括例如连续波(CW)单频信号、正弦波信号(无谐波)的各种波 形的信号可以用于携带和传送电功率至接收器104。在另一实施例中，可 以使用多频信号。同样地，信号可以为适于携带和传送足以在大约40英尺 范围内、优选地为0-20英尺范围内对移动i殳备的电池进行充电的电力的 任何频率和电力电平。信号的一个示例可以为在微波带中选定的单频。在 一个实施例中，信号可以选定为具有lGHz-40GHz间的频率，优选地为 12GHz - 36GHz之间。希望选择发射器102以产生足够电力以对移动设备 无线充电的信号，同时在相同时间避免不希望的结果，诸如在发射器102的附近与其它无线系统干扰。在一个实施例中，发射器102被选定以在大 约1至50瓦特电力电平处产生信号。例如，发射器102的电力可以选定为 在大约l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 24、 25、 26、 27、 28、 29、 30、 31、 32、 33、 34、 35、 36、 37、 38、 39、 40、 41、 42、 43、 44、 45、 46、 47、 48、 49或 50瓦特电力电平处将信号传达至发射天线105。在另一个实施例中，更低 的或更高的电力信号还可以用于实现电力的传送。 来自发射器102的信号可以馈送至发射(TX)天线105,该天线可 以为全向的或定向的。在一个实施例中，希望选定TX天线105作为定向 天线，例如带有0.1 - 20度之间的波束宽度角(beam-width angle )。例如， 波束宽度角可以选定为大约0.1、 0.2、 0.25、 0.5、 0.75、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18、 19或20度。在一个实 施例中，TX天线105配置成发射波束宽度角为大约1度的信号，该信号 适于发射在12GHz至36GHz带内的频率信号。TX天线105的电力增益 可以为大约5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15或16分贝(dB )。 当使用12分贝电力增益，TX天线105可以将传输信号放大大约16倍。 在另一个实施例中，TX天线105和传感天线107能够^B殳置成在独 立方向上操作。这一实施例的优点使TX天线能够例如独立于传感天线107 操作。例如，传感天线107能够有利地在扫描方式中操作，其经常地试图 重获最优化方向并藉此提供例如接收器104的定位的更新信息至控制单元 111,在该最优化方向上接收器104所发射的信号最大化。在一个实施例中， 控制单元包括集成电路元件(例如数字处理器、存储器、微控制器等)， 该集成电路元件用于影响装置的控制，例如根据此处所描述的原理和方 法，诸如经由控制逻辑和本领域已知类型的计算机程序。因此TX天线105能够保持所希望的方向上的固定位置，而传感天线107扫描该场直至控制 单元111通知TX天线105所希望的发射方向已经改变(例如由于接收器 104的移动等)。在该方式中，TX天线105的发射方向能够保持静止而传 感天线107继续佳发射方向最大化。 如之前所暗示的，方位/垂直控制单元111配置成将装置109移动 通过搜索模式，诸如例如经由图2所示的示例性方法200。在步骤202中， 依据由传感天线107检测工作的移动设备(例如通过在800 - 1900MHz范 围内接收信号)，可移动装置109的位置可以精确调节直至传感天线107 从移动设备接收最大信号或接近所接收的电力的最大值。在步骤204，用 这一瞄准程序所实现的一个目标以准确地排列TX天线105以确保其直接 指向移动设备(例如其接收(RX)天线113 )，藉此实现最大传输-至-接收电力捕捉。在一个实施例中，然后在事先调整的时间期满后，程序200 可以以可选择的方式重复。在另一个实施例中， 一旦在步骤202中检测到 的、从移动设备所接收的电力减少到在预定阈值以外，程序200可以以可 选择的方式重复。在又一个实施例中，程序200可以以可选择的方式继续 重复以便对用于TX天线105的正确方向重新估价。
46在一个实施例中，除了控制单元111配置成响应于传感天线107所 接收的监控信号(例如应答信号)而不是红外信号的移动装置109方位/ 垂直控制单元111可以选定为以类似于红外跟踪安全相机。更具体地，控 制单元111可以配置成用于在所希望的频率(和电力电平范围内)范围内 的无线电频率信号进行扫描以鉴别用于经由无线电线路115激活充电功率 的目标设备。然后TX天线105和传感天线107能够前后移动或如之前所 述的以独立方式移动。
在另一个变体中，能够^f吏用类似于载波侦听(例如CSMA)的方法以在其它设备不使用时有效地"抓住，，电力传送信道，然而认知到在严格 意义上，没有栽波本身(除非以可选择的方式施加调制)。在又一个变体
中，能够使用码分方法(例如CDMA),使得横过频率的范围发射电力至 多个设备，每一个设备配置成根据它们的特定扩频码接收电力。这一选择 性接收能够通过例如使用选择性过滤、仅对某些频率灵敏的接收器或数字 通信和多址领域所公知的任何其它技术来完成。然而，应当理解，不像数 字通信领域，希望时，无需调制能够利用本发明的装置；即，除非希望， 在发射电力上无需对数据或其它调制编码。 接收器104配置成接收来自发射器102的信号，提供相同信号以对 移动设备充电。在某些实施例中，接收器104建成移动设备。接收器104 包括无线充电接收天线113，其可以或不可以与移动设备的用于和电池塔 通信的天线为同一天线。无线充电接收天线113收集同样多的来自发射器 102的波束无线电频率能量，以及将其传送至整流器117。整流器117可以 为锗基的整流器，其特征为低的阻挡层电压或阈值电压(即低电力整流 器)，以允许接收低电平信号时激活整流器117。整流器117还可以描述为 被动RF电力传感器以使来自移动设备的、整流器117所使用的电力最小 化。在一个实施例中，接收器104还包括多个二极管119 (例如两个二极
13管)，其允许移动设备的电池由无线充电线路115或接线充电路由充电。 整流器117配置成将AC电信号从天线转换为电压信号，例如DC 电压信号，适于用于对移动设备的电池充电。在一个实施例中，电压调节 器可以用整流器集成或除整流器外集成以在希望的电平处调节或限制供 应至移动设备的电力。当移动设备的物质运动引起RX天线113所接收的 信号电力变化时，电压调节器可以特别地操作。 示例性的无线充电系统100配置成使得在接收天线113处发射和传 送用于充电的足够能量。如说明，典型的便携式电话可以具有大约4.9伏 和450毫安(mA)的最大额定。因此，电力额定为大约2.2瓦特，1瓦特 最佳。为进行说明，发射器102可以提供有效的充电区域，例如1000平方 英尺。在一个实施例中，发射器102发送出25瓦特电力。发射天线105 可以设计成12分贝电力增益，将信号电力放大为400瓦特(即等于16x 25瓦特)。考虑信号在20英尺的路由上可能受到最大20dB损失，从发射 其102定位20英尺的移动设备可以接收至少4瓦特的信号，足以对典型移 动设备充电。因此，这一实施例提供大于1000平方英尺的覆盖区域。 尽管示出了和说明了上述详细描述并指出施加至各种实施例的本发 明的新颖特征，应当理解，无需背离本发明，本领域的技术人员可以作出 各种形式上的省略、替代和变化以及设备或过程的细节。上述说明为实现 本发明的最佳实施例的目前预期。这一说明决不意图限制但应采用本发明 的一般原则的说明。本发明的范围应当参考权利要求确定。
权利要求
1. 一种经由无线电线路提供电力至设备的装置，包括适于经由所述无线电线路提供电力至所述设备的发射天线；适于感测由所述设备所发射信号的传感天线；和适于控制所述发射天线的操作的控制单元组件。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述装置基本安装在天花板安 装式的圓顶内。
3. 如权利要求l所述的装置，其中所述控制单元组件适于控制所 述发射天线在至少两个自由度上的运动，其中所述至少两个自由度包括 基本方位角自由度和基本高度自由度。
4. 如权利要求l所述的装置，其中所述控制单元适于根据时分多 址(TDMA)方案经由无线电线路对多个设备充电。
5. —种用于经由无线电线路提供电力至设备的方法，包括 使用传感天线来检测用于所述设备的第一方向； 指引发射天线使得其能够至少部分地基于所述检测动作而在所述第一方向上发射至少一些电力；和经由所述无线电线路从所述发射天线发射基本未调制电力至所述设备。
6. —种用于经由无线电线路提供电力至多个设备的方法，所述电 力从发射天线发射，所述方法包括放置所述发射天线使得电力能够基本同时地发射至所述多个设备；和 根据多址方案，经由所述无线电线路从所述发射天线实质上发射电力 至所述多个设备。
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述多址方案包括基本时分方案。
8. 如权利要求6所述的方法，其中所述多址方案包括基本频分方案。
9. 如权利要求6所述的方法，其中所述多址方案包括基本跳频方案。
10. 如权利要求6所述的方法，其中所述多址方案包括基本码分方案。
11. 如权利要求6所述的方法，其中所述多址方案包括传感方案，其 中在被授予地址之前对信道取样。
12. —种用于经由无线电线,供电力至多个设备的装置，包括 配置成辐射电力的发射天线，所述天线还包括允许所述天线选择性地发射电力至所述多个设备的装置；能够产生用于发射的所述电力的源；和与所述天线和功率中的至少一个通信的控制器，所述控制器适于才艮据 多址方案使得所述天线将所述电力发射至所述多个设备。
13. 如权利要求12所述的装置，其中所述天线为基本定向的。
14. 如权利要求13所述的装置，其中所述多址方案包括基本时分方案。
15. —种用于经由无线电线膝接收功率的装置，所述功率用于提供电 功率至所述装置的一个或更多元件，包括配置成从发射天线接收功率的接收天线；能够存储至少一部分所述所接收的功率用于后续^f吏用的功率源；和 与所述天线和源装置中的至少一个通信的控制器，所述控制器适于促 进经由所述天线选择性接收所述功率。
16. 如权利要求15所述的装置，其中所述选择性接收包括根据多址 方案的选择性接收，其中除所述装置外的设备还与所述装置接收功率基本 同时地接收功率。
全文摘要
用于经由无线电频率线路提供电力至例如可充电设备的方法和装置。在一个方面，经由无线电频率线路提供电力至可充电设备的方法包括产生基本未调制信号。所述方法还包括根据所述基本未调制信号经由发射天线将基本未调制无线电频率(RF)信号辐射至所述可充电设备。所述方法还包括用所述基本未调制RF信号所传送的电力对可充电设备供电或充电。
文档编号H04B1/38GK101438504SQ200780005317
公开日2009年5月20日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月18日
发明者奈杰尔·P.·库克, 理查德·C.·莱文 申请人:奈杰尔电力有限责任公司