CN101971452A - 具有多个线圈初级的感应电源系统 - Google Patents

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Abstract

一种感应电源，其包括多个储能电路和用于选择至少一个储能电路以便基于所接收到的功率需求信息来无线传输功率的控制器。此外可以使用磁体来将多个远程设备与感应电源对准。在一个实施例中，可以根据哪个线圈被用于传输无线功率来使用不同的通信系统。

Description

具有多个线圈初级的感应电源系统
相关申请
本申请要求2008年3月13日提交的美国临时申请号61/036,459的权益。
技术领域
本发明涉及感应耦合并且更特别地涉及用于提供多个感应功率范围的系统和方法。
背景技术
使用电磁感应原理来提供无线功率的系统已经可用许多年。传统的系统已因为预先存在的感应技术的实际限制而遭遇有限的成功。例如，为了提供合理地高效的操作，传统的感应系统通常需要初级线圈和次级线圈之间的紧密且精确对准，以及感应电源中的电子器件以及远程设备中的电子器件之间的高度协调的调谐。这些问题因不同远程设备可能需要大大不同的功率量的事实而变得复杂。例如，蜂窝电话有可能具有不同于膝上型电脑或厨房电器的功率需求。
已完成了允许感应电源调整并考虑远程设备之间的某些差异的某些进展。Kuennen等人的美国专利6,825,620公开了具有调整其操作来符合各种负载的操作参数的能力的感应电源系统。标题为“InductivelyCoupled Ballast Circuit”的Kuennen等人的美国专利6,825,620在2004年11月30日授权，并且通过参考将其引用于此。美国专利申请11/965,085公开了具有识别远程设备以及其操作参数的能力的感应电源系统。标题为“Inductive Power Supply with Device Identification”的Baarman等人的美国专利申请11/965,085于2007年12月27日提交，并且通过参考将其引用于此。尽管这些是在预先存在的系统上的显著改进，但是在一些应用中，存在对甚至更大灵活性的需要。在一些应用中，存在对能够提供多个功率范围的单个感应电源的需要。
发明内容
本发明提供了一种感应电源系统以及相关联的方法，其识别远程设备的功率等级并且根据该功率等级来提供感应功率。为了根据功率等级来提供功率，感应电源包括具有多个线圈的初级线圈组件。每个线圈能够被选择性地通电(energize)以产生与不同功率等级相关联的一定范围的感应功率。感应电源系统在没有物理电接触的情况下为远程设备提供多个功率范围。
在一个实施例中，本发明包括感应电源，其具有控制器、线圈选择器电路和线圈组件。在该实施例中，线圈组件包括低功率线圈、中功率线圈和高功率线圈。每个远程设备被分类成低功率等级、中功率等级或高功率等级设备。控制器和线圈选择器电路操作用来给所选择的线圈通电。一般来说，低功率线圈被通电以为低功率等级设备供电，中功率线圈被通电以为中等级设备供电，并且高功率线圈被通电以为高功率等级设备供电。在一些应用中，低功率线圈可以被用于认证、识别或通信，甚至用在中功率等级和高功率等级设备中。感应电源可以实施用于调谐由所选择的线圈提供的功率的技术。例如，每个线圈可以是自适应的并且能够使其谐振频率被调整。此外，感应电源的操作频率或其他操作特性可以改变。
在操作中，远程设备与感应电源传送功率需求信息(例如远程设备功率等级)。在一个实施例中，当低功率线圈被驱动时，其产生时变磁场。当将次级电路移动到接近于所驱动的低功率线圈时，次级电路与低功率线圈形成互感。低功率线圈的磁场穿过次级线圈并且给该次级线圈通电。这将功率提供给次级，以允许传送并认证功率等级信号，从而通过选择适当的线圈以适当的功率范围来开始功率控制序列。
包括具有多个线圈的线圈组件的感应电源的一个优点是单个热点可以将低、中和高功率递送到远程设备。这降低了对具有为低功率设备供电的感应电源、为中功率设备供电的单独感应电源以及为高功率设备供电的单独感应电源的需要。此外，可能导致能量节约，因为较高功率设备可以在较低功率消耗时段期间使用较低功率线圈。另外，较低功率设备可以从较高功率线圈汲取功率以便获得空间自由度。
通过参考当前实施例和附图的详细描述，将会容易地理解和认识本发明的这些和其他目的、优点和特征。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的感应电源系统的框图。
图2是一个实施例的初级电路的框图。
图3是一个实施例的次级电路的框图。
图4是一个实施例的储能电路(tank circuit)的示意图。
图5是一个实施例的感应电源系统的示意图。
图6是一个实施例的储能电路的示意图。
图7是一个实施例的感应电源系统的示意图。
图8是一个实施例的开关电路和储能电路的电路图。
图9是示出用于为远程设备供电的方法的一般步骤的流程图。
图10是一个实施例的初级电路的功能框图。
图11是一个实施例的次级电路的功能框图。
图12是一个实施例的初级电路的功能框图。
图13是一个实施例的次级电路的功能框图。
图14是一个实施例的感应电源系统的示意图。
具体实施方式
I.概述
在图1中描绘并被标为100的本发明的感应电源系统的示例性实施例中，感应电源系统包括感应电源102和远程设备104。感应电源包括初级电路103，其具有能够生成多个功率范围的初级线圈组件101。远程设备104包括次级电路105，其具有负载106。该远程设备的次级电路105包括功率需求信息，其可以包括功率等级。该功率需求信息可以被传送给感应电源102以便促进以适当的功率范围传输功率。响应于该功率需求信息，初级电路103选择初级线圈组件101的适当线圈，通过其来将功率传输给远程设备104。在一个实施例中，至少部分根据远程设备的功率等级来选择线圈。利用单个感应电源来选择不同功率范围的能力允许将功率传输给具有大大不同的功率需求的设备。
在具有三个线圈的线圈组件101的背景下描述本发明，其中所述三个线圈提供分别对应于三个功率等级的三个不同功率范围。然而，在一些实施例中，线圈组件可以包括附加的或更少的线圈，从而分别增加或降低不同功率范围的数目，并且因此分别增加或降低可以提供的功率等级的数目。也就是说，在所描述的实施例中，在功率范围数目和功率等级数目之间存在一对一的映射。然而，情况无需是这样。在其中存在的功率等级多于存在的线圈的情况下，多个功率等级可以被映射到相同的线圈。并且当存在的线圈多于功率等级的情况下，情况相反。在一些实施例中，在由不同线圈所提供的功率范围或功率等级之间可能存在某些重叠。
在一些应用中，设备可能在不同时间需求不同的功率量。其示例在传输功率的方法期间被阐述。感应电源102的初级电路103使用较低功率线圈来周期性地传送功率。接收该功率的远程设备104使用它来将功率需求信息传送给感应电源102。感应电源使用功率需求信息来选择线圈组件101的适当线圈以用于功率传输，所述适当的线圈可以是不同于在初始化过程期间所使用的那个线圈的线圈。
II.感应电源系统
在图5中描绘了根据本发明的感应电源系统的一个实施例，并且通常被标为500。感应电源系统500描绘感应电源503和远程设备504。尽管被一般性地描绘，但是远程设备504本质上可以是任何类型的能够通信的设备，包括允许感应电源检测诸如远程设备的功率等级之类的功率需求信息。
感应电源503可以包含在外壳501内，例如具有在其上放置远程设备504的表面506的专用外壳。外壳501和表面506的尺寸、形状和配置可以改变。此外，线圈组件502的初级线圈512、514、516的位置也可以相对于表面506且相对于彼此而改变。在图5的实施例中，线圈512、514、516以平面同中心配置而布置在表面506下。
在可替换实施例中(诸如图7中所描述的实施例)，线圈712、714、716可以以垂直对准的方式布置并且被嵌入在外壳701的侧壁702内，所述外壳701被定形成具有在其上放置远程设备704的表面706的容器。图5和图7仅是可以如何布置外壳、表面和线圈的示例。许多其他配置也是可行的。
远程设备次级线圈和有源的初级线圈之间的类似性促进高效功率传输。例如，次级线圈509和低功率线圈512在尺寸、形状、匝数、长度和规格(gauge)方面都类似。这些类似性使得有可能更好地对准，这促进了高效功率传输。类似地，中功率等级设备和高功率等级设备可以具有分别具有类似于中功率线圈和高功率线圈的特性的次级，当给这些线圈通电时，这促进更好的功率传输。
远程设备或次级线圈的尺寸还可以帮助对准图7的实施例中的远程设备。尽管未必在每种情况下都是如此，但是低功率等级设备趋于在物理上更小，相比而言高功率等级设备趋于在物理上更大。这意味着在线圈被垂直布置(如在图7的实施例中那样)的情况下，较小设备具有与低功率线圈712更好对准的趋势，而较大设备具有与高功率线圈716更好对准的趋势。
可以通过磁定位来进一步促进远程设备和有源初级的对准。在一些应用中，感应电源系统500可以在感应电源中包含磁体510和在远程设备中包含磁体508以提供磁定位。感应电源系统500本质上可以包含来自2008年2月22日提交且标题为“Magnetic Positioning forInductive Coupling”的美国临时专利申请61/030,586的任何特征，该临时专利申请通过参考被结合于此。磁体可以与低、中和高功率等级远程设备的任何组合一起使用。可以在一些、所有远程设备中使用磁定位或不在远程设备中使用磁定位。磁体是可选的，并且无需在感应电源或远程设备中提供。
在一些应用中，多个设备可以同时由感应电源来供电，或许如最好在图14中所看到的那样。一个简单的情形是其中较高功率线圈被用于为多个较低功率等级设备供电。因为较高功率线圈表现出覆盖较大区域的较大感应场，所以存在较大空间来将设备位于其中。也就是说，因为功率效率基本上不会限制较低功率设备在充电期间可以从较高功率线圈接收的功率量，所以较低功率设备获得空间自由度。
还应该注意，更宽容(forgiving)的负载和设备可以使用具有比远程设备功率等级更高的功率等级的线圈以便获取在空间自由度方面的益处。使用较高功率线圈来为设备供电，但是基于设备分级和其他标准所述设备处于较低功率。在所说明的实施例中，这样的益处可以通过将中功率线圈514或高功率线圈516与低功率远程设备一起使用来获取。宽容负载的一个示例是遥控器。典型地，可以以不同速率或者利用不同功率量来为该宽容负载充电，而基本上不损害其性能。
正如较高功率线圈在某些情况下可以与较低功率设备一起使用那样，因此较低功率线圈在某些情况下可以与较高功率设备一起使用。某些较高功率设备可以具有消耗较低功率的待机(standby)选项。在一个实施例中，如果被提供较高功率的设备指示它需要较少功率(因为例如它进入待机模式)，则较低功率线圈可以被用来提供该功率。从本质上来说，尽管一个设备可以具有一般的功率等级，但是可能存在其中提供更多或更少功率有益的情况，并且可以使用具有多个线圈的线圈组件来适应那些情况。这还将导致节省能量。
III.感应电源
本发明本质上适合于和任何感应电源一起使用，所述感应电源包括初级电路103，其包括具有多个线圈的初级线圈组件101。因此，将不详细描述感应电源102中与初级线圈组件101无关的电路。初级电路103本质上可以包括能够以所期望的一个或多个频率供应交流电的任何电路。例如，电源电路103可以包括在下列专利中公开的感应电源系统的谐振查找电路：Kuennen等人的标题为“Inductively CoupledBallast Circuit”并于2004年11月30日授权的美国专利6,825,620；Baarman的标题为“Adaptive Inductive Power Supply”并于2007年5月1日授权的美国专利7,212,414的自适应感应电源；Baarman的标题为“Adaptive Inductive Power Supply with Communication”并于2003年10月20日提交的美国序列号10/689,148的具有通信功能的感应电源；由Baarman于2007年9月14日提交的标题为“System andMethod for Charging a Battery”的美国序列号11/855,710的用于为LI-ION电池无线充电的感应电源；由Baarman等人于2007年12月27日提交的标题为“Inductive Power Supply with Device Identification”的美国序列号11/965,085的具有设备标识的感应电源；或由Baarman于2008年1月7日提交的标题为“Inductive Power Supply with Duty CycleControl”的美国序列号61/019,411的具有占空比控制的感应电源，所有这些专利或专利申请都通过参考被整体结合于此。
在图2中说明了感应电源102的初级电路的一个实施例并且通常被标为200。所说明的实施例的初级电路200通常包括初级控制器202、驱动器电路204、开关电路206、储能电路208、无线接收机212和电流传感器电路210。
初级控制器202控制驱动器电路204、开关电路206和储能电路208。该初级控制器202能够处理从远程设备104接收到的信息，例如功率需求信息。初级控制器202可以包括内部存储器、访问外部存储器或者其组合。功率需求信息可以用来确定应该给初级线圈组件222的哪个线圈通电。在一个实施例中，由远程设备提供的功率需求信息标识该设备是处于低功率等级、中功率等级还是高功率等级。在可替换的实施例中，由远程设备提供的功率需求信息标识远程设备想接收的功率量(或功率调整)并且控制器202处理该信息以确定给哪个线圈通电。如果功率调整越过功率等级阈值，则将给不同的线圈通电。在又一个可替换实施例中，功率需求信息标识远程设备并且初级控制器使用查找表来确定给哪个线圈通电。
在一个实施例中，功率需求信息包括关于针对特定线圈选择的最小功率级、最大功率级或这两个功率级的信息。用于确定给哪个线圈通电的阈值可以根据该功率需求信息来改变。例如，对于一个远程设备而言，低功率线圈阈值最小值和最大值可以是一个值，但是对于不同的远程设备而言，低功率线圈阈值最小值和最大值可以是不同值。可以存在以下情况：对于一个远程设备而言，适合于使用低功率线圈来传送某一功率量，并且对于另一个远程设备而言，适合于使用中功率线圈来传送该相同的功率量。存储在远程设备中的功率需求信息尤其可以基于能力和设计预期。
初级控制器202可以被编程为具有附加特征。例如，在一个实施例中，初级控制器202被编程为使用在美国序列号11/965,085中描述的发明原理来识别远程设备，通过参考将其结合于此。例如，远程设备ID可以包括功率需求信息。可替换地，可以使用远程设备ID作为感应电源102上的查找表的键(key)来访问功率需求信息。
从本质上来说，可以使用任何类型的驱动器204和开关电路206。在当前实施例中的开关电路206被实施为一对开关，其形成将DC变换成AC的逆变器。
图2的储能电路208包括线圈选择器电路220和具有多个线圈的初级线圈组件222。该线圈选择器电路220能够给线圈组件222的多个线圈中的一个或多个线圈通电。图4说明多个单独的线圈之间的选择，图6说明单个线圈的多个抽头之间的选择，并且图15说明单个线圈的多个分段之间的选择。所说明的实施例仅是示例，单独的线圈、多个抽头以及多个分段的任何组合可以被用来提供各种不同的多线圈配置选项。在一个实施例中，控制器202指令(instruct)线圈选择器电路220给哪个线圈通电。在所说明的实施例中，初级线圈组件222包括三个线圈：低功率线圈、中功率线圈和高功率线圈。在可替换的实施例中，初级线圈组件222包括附加的或更少的线圈。在一些应用中，初级线圈组件222的线圈可以由绞合线(Litz wire)制成。在其他实施例中，线圈可以是铜、LITZ、PLITZ、FLITZ、导电油墨或具有线圈特性的任何其他材料的任何组合。每个线圈的特性可以随着应用和线圈而改变。例如，每个线圈的匝数、尺寸、长度、规格、形状和配置可以不同。在一个实施例中，低功率线圈具有大约10股(strand)绞合线，中功率线圈具有大约50股绞合线，并且高功率线圈具有大约138股绞合线。在一个实施例中，低、中和高功率线圈之间的唯一差别是线圈的相应规格。尽管结合线圈进行了描述，但是初级线圈组件222本质上可以可替换地是能够使用电磁场来选择性地生成多个功率范围的任何结构。在一个实施例中，初级线圈组件222可以被实施为多个印刷电路板线圈，例如结合Baarman等人于2007年9月28日提交的标题为“Printed Circuit Board Coil”的美国序列号60/975,953的发明原理的印刷电路板线圈，通过参考将其整体结合于此。
图8的电路图说明示例性开关电路802和储能电路804。开关电路包括两个场效应晶体管开关810、812。然而，本质上可以使用任何类型的开关。开关810、812将DC功率转换成AC功率。将该AC功率并行馈送到三个开关LC电路。在当前实施例中，每个LC电路包括为每个线圈设置起动谐振的可变电容器814、816、818。在可替换实施例中，可变电容器814、816、818可以被删除或用非可变电容器替代。在操作期间可以由控制器202或在制造时可以手动地控制可变电容器814、816、818。在所说明的实施例中，初级线圈组件包括低功率线圈832、中功率线圈834和高功率线圈836。然而，如上所讨论的那样，可以实施不同配置和不同数目的线圈。开关820、822、824、826、828、830控制哪个线圈832、834、836接收功率以及由此给哪个线圈或哪些线圈通电。在当前实施例中，控制器302一次激活一对开关820-822、824-826、828-830。也就是说，以互斥的方式来激活线圈。然而，在可替换实施例中，可以根据应用来同时激活多个线圈。此外，在其他可替换实施例中，可以在每个线圈之间放置附加的开关以用于矩阵选择。在另一个可替换实施例中，开关822、826、830可以被删除或者短路以便降低电路中开关的数目。
在当前实施例中，无线IR接收机212和当前传感器电路210二者都被用于与远程设备的通信。当前传感器210可以被用来感测从远程设备反射的阻抗，其有效地允许通过感应耦合进行的通信。无线IR接收机可以被用于与次级电路300中的无线IR发射机320的通信。在可替换实施例中，峰值检测器可以代替已经处于适当的位置的通信系统或者结合该已经处于适当的位置的通信系统一起使用。无线IR接收机212和当前传感器电路210之一或二者可以被用于与一个或多个远程设备进行通信的不同通信系统所代替。例如，可以在初级电路200中实施WIFI、红外、蓝牙、蜂窝或RFID通信系统中任何一个。在一个实施例中，当前传感器电路接收与具有较低功率等级的远程设备有关的功率需求信息，并且无线IR接收机接收与具有较高功率等级的设备有关的功率需求信息。使用当前传感器电路的通信可能是低效率的，其中传输较高的功率量。通过在较高功率传输期间使用不同的通信系统，可以降低损耗。
在操作中，初级控制器202、驱动器电路204和开关电路206将交流电应用于储能电路208以在所选择的功率范围和频率处生成电磁感应功率的源。
在图4中说明了储能电路208的一个实施例，并且通常被标为400。该储能电路208包括线圈选择器电路420和初级线圈组件408。初级线圈组件408包括可选的定位磁体420、低功率线圈410、中功率线圈412和高功率线圈414。在当前实施例中，一些线圈共享到线圈选择器电路的电连接。具体来说，低功率线圈410与中功率线圈412共享引线。中功率线圈412与高功率线圈414共享不同的引线。
物理特性影响当线圈被通电时所传输的功率。此类特性的示例包括几何结构、长度、规格和匝数。本质上线圈414、412、410的任何物理特性可以不同。在所说明的实施例中，与中功率线圈514相比，低功率线圈512具有相对短的长度和规格，该中功率线圈514接着又具有比高功率线圈514更短的长度和规格。此外，在图4中描绘的线圈一般是圆形的。然而，可以使用其他形状(例如仅举几个例子，椭圆形、矩形、正方形)来实施线圈。在一个实施例中，实施多维线圈。
其他因素也可以影响当线圈被通电时所传输的功率。例如，一个因素是线圈410、412、414之间的间距。在图4所说明的实施例中，在线圈410、412、414之间存在可以潜在地降低串扰或其他干扰的间隙416、418。在当前实施例中，这些间隙416、418填充有空气并且用于提供线圈410、412、414之间的一定隔离。在可替换实施例中，间隙416、418可以被填充有屏蔽材料以提供附加的隔离。在另一个可替换实施例中，间隙416、418可以被填充有铁氧体以便引导由线圈410、412、414产生的磁场。在图6所说明的实施例中，限制线圈610、612、614之间的间隔。在线圈之间不存在间隙，这在保持线圈尺寸的同时允许该线圈变得更紧凑。在图6的实施例中，线圈共享到线圈选择器电路620的一些引线。在可替换的实施例中，每个线圈610、612、614可以包括到线圈选择器电路620的两个单独引线。
IV.远程设备
在图3中示出次级电路的一个实施例，并且通常被标为300。在图3所说明的实施例中，次级电路300通常包括次级302、整流器304(或用于将AC功率转换成DC的其他部件)、次级控制器316、存储器322、无线IR发射机320、信号电阻器318以及负载306。可以包括其他电路。例如，在一个可替换实施例中，可以包括低压电源以缩放所接收的功率。在另一个可替换实施例中，可以包括调节电路以过滤或以其他方式调节所接收到的功率。
所说明的实施例的次级线圈302是适用于在存在变化电磁场的时候发电的导线的线圈。或许如图5中最好地示出的那样，次级线圈509可以在尺寸和形状方面对应于初级线圈512、514、516之一。例如，两个线圈可以具有基本上相等的直径。在一些应用中，次级线圈509可以是绞合线线圈。就初级线圈来说，次级线圈509的特性可以随着应用而改变。例如，次级线圈509的匝数、尺寸、形状、配置或其他特性可以改变。此外，导线的特性可以改变，例如导线的长度、规格和类型。尽管结合导线线圈进行了描述，但是可替换地次级线圈509本质上可以是能够响应于所预期的电磁场而生成足够的电功率的任何结构。
在一些可替换的实施例中，远程设备可以具有多个次级线圈。例如，远程设备可以用于具有低功率应用的单独低功率线圈以及用于中和高功率应用的单独中和高功率线圈。在另一个可替换的实施例中，远程设备具有多个次级线圈以给予远程设备取向和空间自由度。
在一个实施例中，可以使用接收不同相位的功率的多个次级线圈以降低纹波电压。这在Baarman等人于2007年9月9日提交的标题为“Multiphase Inductive Power Supply System”的申请60/976,137中有所提及，通过参考将其引用与此。在这样的实施例中可以期望均具有多个线圈的多个线圈组件以不同相位传送功率。
在操作中，整流器304将在次级线圈302中生成的AC功率转换成DC功率。在一些应用中，整流器可以被删除。例如，在负载306接受AC功率的情况下。
次级控制器316本质上可以是能够操作通信系统以将功率需求信息传送到感应电源的任何类型的微控制器。在一些实施例中，次级控制器316包括存储器。在所说明的实施例中，次级电路包括外部存储器322。存储器通常包括功率需求信息并且可以包括关于远程设备的附加信息。功率需求信息可以包括按照远程设备要求多少功率而分类的功率等级。
在一个实施例中，存在三个功率等级：低功率等级、中功率等级和高功率等级。低功率等级被定义为要求0到5瓦之间的功率的设备。中功率等级被定义为要求5到110瓦之间的功率的设备。高功率等级被定义为要求多于110瓦的功率的设备。在该功率等级方案下，被分类为低功率等级设备的设备示例包括蜂窝电话、MP3播放器和个人数字助理(PDA)。具有中功率等级的设备示例包括膝上型计算机和其他中功率应用。高功率设备的示例包括厨房电器，例如搅拌机或煎锅。在可替换的实施例中，根据不同的功率等级方案，功率等级的定义可以改变。
在一个实施例中，信号电阻器318可以被用来将信息发送到初级控制器202。在美国专利申请号11/855,710中(先前已通过参考而结合)讨论了使用信号电阻器318来提供从次级电路103到初级电路105的通信。当信号电阻器318被分路(shunt)时，其发送表示过流或过压状态的通信信号。当电阻器被分路时，初级电路103上的电流或峰值检测器能够感测到过压/过流状况并且相应地采取动作。本发明的信号电阻器318可以被系统地分路以将附加数据传送到初级控制器202。例如，数据流可以代表功率需求信息或者提供关于远程设备的其他信息。可替换地，信号电阻器318可以完全被不同的通信系统所代替。例如，无线发射机320可以结合或代替信号电阻器318使用以与初级电路200的无线接收机212无线通信。在可替换的实施例中，无线IR发射机320和信号电阻器318中的一个或二者可以用不同的通信系统来代替以与感应电源进行通信。例如，可以在远程设备104中实施WIFI、红外线、蓝牙、蜂窝或RFID通信系统中任何一个。
先前已在Baarman的美国专利申请公布US 2004/130915A1中描述了无线发射机或收发机的使用，先前通过参考将其结合于此。具体来说，先前已讨论了WIFI、红外线、蓝牙、蜂窝或RFID用作在远程设备到感应电源之间无线传送数据的方式。此外，讨论了使用感应线圈和功率线通信协议的通信。可以在本发明中实施这些传送数据的方法的任何一种以便将所要求的数据从远程设备传输给感应电源。
远程设备负载306本质上可以是任何适合的负载。在一些实施例中，负载306可以是可再充电电池并且次级电路可以包括附加的充电电路。在其他实施例中，负载306可以与远程设备的功能有关。
V.方法
图9的流程图中说明了认证和功率传输控制的方法，并且通常被标为900。该方法包括周期性地传送查验(ping)消息902，认证在响应中接收到的任何消息904，响应于真实的消息来确定控制标识等级(CIDC)和初级功率等级(PPC)并且基于所确定的CIDC和PPC来发起功率传输906。在有效功率传输模式908期间，在反馈回路中利用来自远程设备的控制反馈分组912来连续检查910设备的存在和控制点的状态。
在一个实施例中，感应电源处于下列若干模式之一：查验或有效功率传输。查验模式活动地(actively)确定是否存在合格的(qualified)设备。功率传输仅在设备标识等级被识别并确认的时候发生。
可以使用感应电源系统中的硬件的特性来确定安全的查验频率。初级尝试通过以指定查验频率给低功率(或其他)线圈通电并等待响应来与次级进行通信。如果次级存在于充电区内，则可能通过在查验操作期间所发送的能量而为该次级充分供电以初始化它本身并且将可以包含功率需求信息的标识消息发送到感应电源。
如果初级未能在查验操作期间检测到处于充电区的设备，则移除线圈功率直到下一尝试检测为止。如果在查验操作期间检测到设备，则初级回复到所建立的初始操作频率以尝试开始功率传输。可以基于从次级接收到的通信来控制在传输期间被递送到次级的功率。
控制标识等级可以为感应电源标识不同控制方法以用来为远程设备充电或供电。控制标识等级的示例包括充电设置点控制、充电误差控制、电源设置点控制、电源误差控制和电源直接控制。
初级功率等级确定感应电源的特定线圈的功率范围。初级功率等级还可以影响线圈几何结构和参数规范。在可替换实施例中，初级功率等级包括关于由感应电源提供的整个功率范围的信息。远程设备可以在要被传送到感应电源的功率需求信息中包括远程设备功率等级。远程设备功率等级和初级功率等级可以是同一个，或者它们可以不同。
在一个实施例中，功率等级是从远程设备传送到感应电源的信息的一部分。在一个实施例中，可以将关于远程设备预期需要的最大功率量的信息提供给初级电路。例如，蜂窝电话可以归入3.5W最大功率级。其功率等级字节将是0000 0111b。
下面的图表描述如何构造功率等级字节。本质上可以以任何方式来编码功率等级，该图表仅代表一个可能的实施例。
表1
Figure BPA00001223798300131
图10说明根据本发明的一个实施例的用于提供功率的功能框图。图11说明根据本发明的一个实施例的用于接收功率的功能框图。图12说明根据本发明的另一个实施例的用于提供功率的功能框图。图13说明根据本发明的一个实施例的用于接收功率的功能框图。
图10和图11的功能框图针对为远程设备中的负载感应充电。图12和图13的功能框图针对为远程设备中的可再充电电池感应充电。
在图10和图12中，每个线圈可以代表上述具有多个线圈的初级线圈组件。可替换地，每个线圈可以代表初级线圈组件中的一个线圈。
上文已描述了多个线圈感应电源的一些实施例。具体来说，已提供了使用以多抽头配置进行配置的多个线圈的多线圈感应电源和使用单独的线圈配置的多线圈感应电源的示例。提供可变电感的其他配置也可以被提供。例如，分段的初级(例如在图15中示出的绞合线线圈)可以提供多股绞线，它们可以被连接并且以各种配置来通电以提供可变的电感量。分段的初级的各种配置允许使用相同初级来使感应电源更好地匹配从高功率级到低功率级的耦合需要和次级功率。在当前实施例中，抽头和分段配置的组合提供大范围的电感值和线规格。在一些实施例中，可以断开一些分段，从而允许甚至更宽的范围。
可以根据如何连接线股来创建不同的配置。下面的表格描述了各种线圈选择电路分段选项的多个示例。
表2
Figure BPA00001223798300141
图15示出已被分段成四个部分的绞合线的横截面。在所说明的实施例中，每个部分可以被独立通电。在可替换的实施例中，所述部分可以以不同方式划分，或者每股可以被单独通电。此外，在当前实施例中，线圈选择器电路在每个抽头处单独连接到每个分段以使得所述分段可以根据线圈选择器电路如何将各个分段连接到一起而并联或串联布置。
尽管图15说明了不同规格的三个线圈610、612、614。在可替换实施例中，每个线圈可以是相同的规格，并且该规格可以由线圈选择器电路控制，从而选择给哪些分段或单独的股通电。
如上文结合其他感应电源实施例所描述的那样，可以根据驻留于控制器202中的存储器中的程序来控制线圈选择器电路。线圈选择器电路可以在操作期间改变分段的初级的配置以基于从远程设备提供的功率需求信息进行调整。动态改变导线的规格的能力以及其他特性对更好地匹配次级功率和耦合需求是有用的。
上文的描述是本发明的当前实施例的描述。可以在不偏离本发明精神和更宽方面的情况下完成各种改变和变化。

Claims (22)

1.一种用于为包括功率需求信息的远程设备供应无线功率的感应电源，所述感应电源包括：
多个储能电路，其中每个储能电路包括串联电连接的初级和电容器，其中所述多个储能电路中的每一个都能够被通电以将功率无线传输给远程设备；
用于从远程设备接收功率需求信息的接收机；以及
与所述接收机和所述多个储能电路电通信的控制器，所述控制器被编程为选择所述多个储能电路中的至少一个来将功率无线传输给远程设备，其中根据从远程设备接收到的所述功率需求信息来确定所述选择。
2.根据权利要求1所述的感应电源，其中所述多个储能电路包括具有低功率初级线圈的储能电路、具有中功率初级线圈的储能电路、以及具有高功率初级线圈的储能电路。
3.根据权利要求1所述的感应电源，其中所述多个储能电路中的每一个的所述初级是不同的规格。
4.根据权利要求1所述的感应电源，其中所述接收机包括至少一个无线通信系统、至少一个所述储能电路或其任何组合。
5.根据权利要求1所述的感应电源，包括用于选择性地给所述多个储能电路中的一个或多个通电的线圈选择器电路。
6.根据权利要求1所述的感应电源，其中所述功率需求信息包括远程设备ID，其中所述感应电源包括存储器，其中所述存储器包括查找表，所述查找表将远程设备ID映射到所述多个初级中的至少一个。
7.一种用于为包括功率需求信息的远程设备供应无线功率的感应电源，所述感应电源包括：
包括多个初级的第一储能电路，其中所述多个初级中的每一个都能够被通电以将功率无线传输给远程设备；
用于从远程设备接收功率需求信息的接收机，其中所述功率需求信息包括功率调整；以及
与所述接收机和所述储能电路电通信的控制器，所述控制器被编程为选择所述储能电路的所述多个初级中的至少一个来将功率无线传输给远程设备，其中根据从远程设备接收到的所述功率调整来确定所述选择。
8.根据权利要求7所述的感应电源，包括第二储能电路和第三储能电路，每一个都包括多个初级，其中所述第一和第二储能电路的所述多个初级中的每一个能够被通电以将功率无线传输给远程设备，其中所述第一储能电路包括低功率初级线圈，所述第二储能电路包括中功率初级线圈，并且所述第三储能电路包括高功率初级线圈。
9.根据权利要求8所述的感应电源，其中利用半桥驱动器来驱动所述第一、第二和第三储能电路。
10.根据权利要求7所述的感应电源，其中所述接收机包括至少一个无线通信系统、至少一个所述初级或其任何组合。
11.根据权利要求7所述的感应电源，其中所述储能电路包括用于选择性地使所述多个初级中的一个或多个通电的线圈选择器电路。
12.根据权利要求7所述的感应电源，其中所述控制器被编程为根据从所述远程设备接收到的所述功率调整来确定要被传送的功率量。
13.根据权利要求12所述的感应电源，包括存储器，其中所述存储器包括阈值，所述控制器被编程为响应于要被传送的所述功率量低于所述阈值而选择所述多个初级中的一个初级，并且所述控制器被编程为响应于要被传送的所述功率量高于所述阈值而选择所述多个初级中的不同的一个初级。
14.根据权利要求13所述的感应电源，其中所述功率需求信息包括最小功率级阈值、最大功率级阈值或其组合中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的感应电源，其中所述控制器根据所述最小功率级阈值、所述最大功率级阈值或其所述组合中的所述至少一个来调整所述阈值。
16.根据权利要求7所述的感应电源，其中所述远程设备包括其中其需求较低功率量的待机模式，所述功率需求信息包括所述远程设备处于待机模式的指示，并且所述控制器选择至少部分基于所述远程设备是否处于所述待机模式。
17.一种用于为第一远程设备或第二远程设备供应无线功率的感应电源，所述感应电源包括：
包括第一初级线圈和第二初级线圈的储能电路，其中所述第一初级线圈和所述第二初级线圈被同心布置，其中所述第一初级线圈和所述第二初级线圈中的每一个都能够被通电以无线传输功率；
与所述第一初级线圈和所述第二初级线圈同轴布置的磁体，其中所述磁体提供协助对准的磁力，其中所述磁体的所述磁力协助将第一远程设备与所述第一初级线圈对准并且其中所述磁体的所述磁力协助将第二远程设备与所述第二初级线圈对准。
18.根据权利要求17所述的用于为第一远程设备、第二远程设备和第三远程设备中的至少一个供应无线功率的感应电源，
其中所述储能电路包括第三初级线圈，其中所述第三初级线圈与所述第一和所述第二初级线圈同心布置，其中所述第三初级线圈能够被通电以无线传输功率；以及
其中所述磁体与所述第一初级线圈、所述第二初级线圈和所述第三初级线圈同轴布置，其中所述磁体的所述磁力协助将第三远程设备与所述第三初级线圈对准。
19.一种用于为需求较低功率量的第一远程设备，需求较低功率量的第二远程设备，需求较高功率量的第三远程设备以及其组合中的至少一个供应无线功率的感应电源，所述感应电源包括：
包括较低功率初级线圈和较高功率初级线圈的储能电路，其中所述较低功率初级线圈能够被通电以将功率无线传输到需求较低功率量的第一远程设备和需求较低功率量的第二远程设备中的至少一个，其中所述较高功率初级线圈能够被通电以完成以下中的至少一个：1)将功率同时无线传输到需求较低功率量的第一远程设备和需求较低功率量的第二远程设备二者，以及2)将功率无线传输到需求较高功率量的第三远程设备；
用于接收功率需求信息的接收机；以及
与所述储能电路和所述接收机电通信的控制器，所述控制器被编程为选择所述较低功率初级线圈和所述较高功率初级线圈中的至少一个来无线传输功率，其中根据从远程设备接收到的所述功率需求信息来确定所述选择。
20.一种用于为远程设备供应无线功率的感应电源，所述感应电源包括：
包括多个初级的储能电路，其中所述多个初级中的每一个能够被通电以将功率无线传输给远程设备；
用于从远程设备接收功率需求信息的第一接收机；
用于从远程设备接收功率需求信息的第二接收机；以及
与所述第一通信系统，所述第二通信系统和所述储能电路电通信的控制器，所述控制器被编程为选择所述储能电路的所述多个初级中的至少一个来将功率无线传输给远程设备，其中根据从所述第一接收机和所述第二接收机中的至少一个接收到的所述功率需求信息来确定所述选择。
21.根据权利要求20所述的感应电源，其中所述第一接收机包括所述多个初级中的初级并且所述第二接收机包括无线通信系统。
22.根据权利要求20所述的感应电源，其中所述远程设备包括功率等级，其中所述第一接收机接收与具有较低功率等级的远程设备有关的功率需求信息，并且所述第二接收机接收与具有较高功率等级的设备有关的功率需求信息。
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