局部計算環(huán)境中的無線電力使用
【專利說明】局部計算環(huán)境中的無線電力使用
[0001]本申請是申請日為2010年11月10日、申請?zhí)枮?01080051931.4，發(fā)明名稱為“局部計算環(huán)境中的無線電力使用”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]所描述的各實施例一般涉及在便攜式計算環(huán)境中使用無線電力傳輸。
【背景技術(shù)】
[0003]歷史上，對于相當有限的應(yīng)用，成功地進行了無線電力傳輸。具體而言，只有那些無線電源和無線電力接收器彼此非?？拷膽?yīng)用才獲得了成功。在此布局中，無線電源和無線電力接收器通常通過能夠牽連電源和接收器兩者的磁場而感應(yīng)地耦合。雖然很好地適用于需要相對低電力(大約mW)的應(yīng)用，但是，該同一個過程不適用于那些需要更多電力(大約至少幾瓦到數(shù)百瓦)或者電源和電力接收器彼此離得更遠(諸如幾英寸到幾英尺)的應(yīng)用。
[0004]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)(參見Karalis 等人所著的“Efficient wireless non-radiativemid-range energy transfer，，，Annals of Physics 323 (2008)，34-38 頁)，能夠從電源向位于被稱為近場的距離內(nèi)的接收器無線地傳輸可使用電力。近場的意思是指，在傳輸中所涉及的兩個物體的距離的幾倍的距離內(nèi)(對于大多數(shù)應(yīng)用，大約一米左右)，能夠以可以接受的效率在無線源設(shè)備和接收器之間傳輸相對大量的電力(至少大約幾瓦)。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)適于有限應(yīng)用的距離上無線地傳輸可使用電量的現(xiàn)實和實際方法。通常，諸如無線電子設(shè)備的每一個電池供電的設(shè)備都需要其自己的充電器和電源，該電源通常是交流電(AC)電源插座。當有許多設(shè)備需要充電時，這樣的有線配置變得不便利。
[0005]在發(fā)射器和耦合到要充電的電子設(shè)備的接收器之間實現(xiàn)了各種空中或無線電力傳輸，它們一般分成兩個類別。一個類別基于發(fā)射天線和要充電的設(shè)備上的接收天線之間的平面波輻射的耦合。接收天線收集輻射的電力并對它進行整流，以便給電池充電。天線一般具有諧振長度以便提高耦合效率。此方法受到下列事實的困擾:電力耦合隨著天線之間的距離而快速下降，如此，合理距離(例如，小于I米到2米)內(nèi)的充電變得困難。
[0006]其它技術(shù)依賴于例如被嵌入“充電”墊子或表面中的發(fā)射天線和被嵌入要充電的電子設(shè)備中的接收天線(加上整流電路)之間的感應(yīng)耦合。此方法具有下列缺點:發(fā)射和接收天線之間的間距必須非常近(例如，在千分之一米以內(nèi))。盡管此方法確實具有在同一個區(qū)域內(nèi)同時對多個設(shè)備進行充電的能力，但是，此區(qū)域通常非常小，并要求用戶準確地將設(shè)備置于特定區(qū)域。
[0007]對于無線電力傳輸，需要用于以變化的電力水平和復(fù)用的時間來發(fā)射和中繼無線電力以提高電力傳輸效率的裝置和方法。
[0008]此外，所需的是用于無線供電的局部計算環(huán)境中的外圍設(shè)備之間的有效和用戶友好交互的方法、系統(tǒng)和裝置。具體而言，為了增強用戶的體驗并提供有效的電力利用，需要無線電力環(huán)境的上下文中的多個外圍設(shè)備之間的協(xié)作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了用于在計算環(huán)境中使用無線近場磁諧振(NFMR，near fieldmagnetic resonance)電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。
[0010]在各實施例中，描述了用于在無線地從無線電源接收電力的多個外圍設(shè)備之間進行交互的方法、系統(tǒng)和裝置。在一個實施例中，能夠創(chuàng)建虛擬充電區(qū)域。虛擬充電區(qū)域可從并入NFMR電源的中心站延伸到大約I米。虛擬充電區(qū)域可以定義一個區(qū)域，在該區(qū)域中，諸如鼠標、鍵盤等的適當配置的外圍設(shè)備能夠經(jīng)由在NFMR電源和包括在外圍設(shè)備中的NFMR諧振器電路之間形成的NFMR信道來接收電力。如此，當NFMR電源和NFMR諧振器電路兩者都被調(diào)諧到彼此時，能夠通過在兩個諧振設(shè)備之間形成的電力傳導(dǎo)通道來傳輸可使用電力。
[0011]在某些實施例中，外圍設(shè)備中的至少一個可以具有可調(diào)諧諧振器電路，該可調(diào)諧諧振器電路具有至少一個具有能夠被改變的值的電路元件(如電阻器、電感器或電容器)。如此，可調(diào)諧諧振器電路能夠通過相對于NFMR電源的諧振頻率而失諧可調(diào)諧諧振器電路，與NFMR電源去耦合。如此，可調(diào)諧電路的有效的Q值降低到基本上不傳輸電力的點。在一個實施例中，多個外圍設(shè)備中的至少一個可包括輔助NFMR諧振器電路，該輔助NFMR諧振器電路適用于通過建立到其它外圍設(shè)備的NFMR信道(在該信道上可以傳輸可使用電力)，將電力重新諧振到多個外圍設(shè)備中的另一個外圍設(shè)備。在某些實施例中，NFMR電源能夠通過修改諸如頻率的諧振特性來消除虛擬充電區(qū)域中的任何空白。
[0012]無線地發(fā)射電力的方法能夠通過下列步驟來執(zhí)行:在電源發(fā)射天線的近場內(nèi)創(chuàng)建電磁場的第一耦合模式區(qū)域，耦合電磁場和耦合模式區(qū)域內(nèi)的第一接收器設(shè)備的接收器天線，在第一接收器設(shè)備的發(fā)射天線的近場內(nèi)創(chuàng)建不同于第一耦合模式區(qū)域的電磁場的第二耦合模式區(qū)域，將電磁場耦合到第一接收器設(shè)備的發(fā)射天線的近場中的第二接收器設(shè)備的接收天線，使用電磁場的第一耦合模式區(qū)域，經(jīng)由電源發(fā)射天線將電力從電源無線地傳遞到第一接收器設(shè)備；以及，通過使用所述電磁場的所述第二耦合模式區(qū)域，經(jīng)由所述第一接收器發(fā)射天線將無線地傳遞給所述第一接收器設(shè)備的電力的至少一些重新發(fā)射到所述第二接收器設(shè)備，來無線地傳遞所述至少一些電力。
【附圖說明】
[0013]所包括的附圖是說明性的，只用于提供可能的結(jié)構(gòu)的示例以及所公開的各實施例的布局。這些附圖決不在形式和細節(jié)方面限制任何變化，在不偏離各實施例的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所描述的各實施例進行修改。
[0014]圖1示出了根據(jù)所述實施例的代表性的可調(diào)諧諧振器電路。
[0015]圖2示出了根據(jù)所述實施例的代表性的虛擬充電區(qū)域。
[0016]圖3示出了根據(jù)所述實施例的代表性的混合電源電路。
[0017]圖4示出了根據(jù)所述實施例的用于分配電力的代表性的時間復(fù)用。
[0018]圖5示出了根據(jù)各種示例性實施例的無線傳輸或充電系統(tǒng)。
[0019]圖6示出了無線電力傳送系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0020]圖7示出了被配置為“環(huán)形”天線的示例性實施例中所使用的天線，該天線在這里還可被稱為“磁性”天線。
[0021]圖8示出了根據(jù)所述實施例的詳述過程800的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]描述了無線地供電的局部計算環(huán)境的各實施例。無線地供電的局部計算環(huán)境至少包括被配置為無線地向若干個被適當配置的設(shè)備中的任何一個提供電力的近場磁諧振(NFMR)電源。在所述各實施例中，被配置為從NFMR電源無線地接收電力的設(shè)備可位于被稱為近場的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域延伸不超過距離D，距離D可以是NFMR電源傳輸設(shè)備的特征大小的幾倍。通常，距離D大約I米左右。
[0023]圖1示出了根據(jù)所述實施例的各種代表性的可調(diào)諧電路。代表性的可調(diào)諧電路可包括串聯(lián)RLC(電阻器(R)、電感器(L)、電容器(C))電路102。在該布局中，能夠通過改變部件值中的任何一個來調(diào)諧(即，改變)諧振頻率。例如電路102，電容器C可以是被用來調(diào)諧電路102的可變電容器。類似地，如調(diào)諧LC電路106那樣，電路104 (被稱為Hartlely振蕩器)可被用作所述實施例中的可調(diào)諧電路。
[0024]圖2示出了根據(jù)所述實施例的代表性的虛擬充電區(qū)域200。虛擬充電區(qū)域200提供了區(qū)域R，用于對放在區(qū)域R內(nèi)的適當配置的設(shè)備進行充電。NFMR電源可被置于諸如臺式計算機的中央單元內(nèi)。如此，臺式計算機能夠向NFMR電源提供計算資源。應(yīng)當注意，近場磁諧振(NFMR)電源可包括高Q電路，該電路依賴于經(jīng)由在電源和宿的諧振之間形成的諧振通道的近場磁親合來傳輸功率。NFMR電源可以是獨立的單元，諸如，例如，被包括在臺式計算機、膝上型計算機、平板計算機等等中。在其它實施例中，NFMR電源可以呈現(xiàn)攜帶式單元的形式，諸如可被連接到諸如臺式計算機的舊式設(shè)備從而提供改裝設(shè)備的能力的加密狗(加密狗)。在再一些其它