TW201004087A - Inductive power supply system with multiple coil primary - Google Patents

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201004087 六、發明說明： 13曰挺申的美國專利臨時申請宰第 本申請案請求2008年三月 61/036459 之利益。 【發明所屬之技術領域】 關麵:供多範圍感應式電源 本發明有關電感式耦合及更具體地有 之系統及方法。 【先前技術】 利用電磁感應原理而提供無線電源的系統，係多前年已可取得。 =於，感應技術的實際限制，習知系統面臨到有限度的成就。例：: ，了，供合理的效率操作，習知的感齡統典型地需要在初級線圈及 間密切及精確的對齊’及在感應電源供應中的電子裝置及 遇方褒置中的電子裝置之間，需要高度的_(⑽dinatedtu_ 於不同的遠方裝置可能需要非常不同數量的電源，這些問題更加複雜。 已有些許進步’允許感應式電源供應，對於某些遠方裝置間的差 異加以調節及負責。Kuennen等人的美國專利第628562〇號，揭示一 4種電流供m具相整其操作的能力，㈣應多種負载的 5，QKuennen等人的美國專利第628562〇號的發明名稱 為IndUCtl_ CoupIed Circuif，，及在篇年十一月％日加以 並併入本文以供參考。美國專中請第11/965085號，揭示一種 j電源供應系統，其擁有指認遠方裝置及其操作參數的能力。 ^aan細等人的美國專申請第議聽號，其發明名稱為，硫^ Power Supply Wlth Device Identificati〇n”，係在肅年十二月 π 日提 申=在本文中併入以供參考。雖麟於習知系統已有顯著的改良， 〜應用中’仍存有更大靈活性的需求。在某些應用中，對於能 夠提供多重範圍電源的單—祕式供應，存在著一需求。 3 C:\@Cun»« 2009e\gpu CASE/SKPU-06S\PU-06S-W8^IJ-065-a048-5pe-Cha-090904.Doc 201004087 【發明内容】 本發明提供-種感應式魏供齡統及其所伴隨之方法，指示出 -遠方裝置的電源級，並依照電源級的函數，提供電源。為了依照電 f及函數而提供镇，感應式電源供應包含-她線_成，其具有 夕重線圈。每—線圈係能夠選擇性地加以激發，而提供-附帶有不同 感應電源範圍。感應式獅供射、統提供多重範圍的電源給 予运方裝置而無需物理電接觸。 。。在-實施例中，本發明包含一感應式電流供應，其具有一控制 器線圈選擇器及—線圈總成。在此實施例中 電源線圈，—中電源線圈及-高電源線圈。每—遠方 =Γ 1中電源級及高電源級裝置。控制器及線圈選擇器加以操= 子低擇的線圈。—般而言，低電源線圈係加以激發而供電給 予?電源級裝置’中魏線_純激發祕電給Μ電源級裝置， 及高電源、_係加崎發而供電給予高電魏裝置。在某㈣^中， 即電源級及高電源級裝置中’也能使用低電源線圈;驗證、指 不t 應式電祕應可實施—些技術，__所選線圈提供 二1、°例如’每—線_可適應的及能夠令其共振頻加以調整。進 一步地m麵供觸猶域其錄作雜係可純改變的。 # 時，遠转置以電««訊與絲式電秘應加以通 1㈣=裝置電源級。在某些實施例中，低電源線81在驅動時，產 ，一 .·的磁場。當第二線圈移動至該已驅動之低電源線圈附近 = 低電源線圈形成—互感。低電源線圈的磁場通過及激 樣提供電源給予第二線圈，允許—電源級訊號加以傳 ί a，稭由選用合適的線_在合適的電源範_，啟動電源控 制0 3O09&.SPU CASSi •齡咖-065~004咖條om.細傷⑽队⑽ 201004087 具有多重線圈之線圈總成的感應式電源供應有一優點，即，單一 熱點可傳送低、中、高電源給予一遠方裝置。這樣子降低一需求，即， 一感應式電職應提供電雜予低電職置、-分賴顏式電源供 應提供電源給种電源裝置、及—分離械應式電源供應提供電源給 予尚電源裝置。再者，能夠造成節能，因為高電源裝置可在低電源消 耗期間使用低電源線圈。此外’低電源裝置可從較高電源線圈中抽出 電源’以取仔空間自由(Spatial丘沈加叫。 本發明這些及其他的目的、優點、及特徵，在參照現有實施例的 詳細說明及圖式之下，係可輕易理解及認同的。 【實施方式】 I.概論 在第一圖中指示為i 00的本發明感應式電源供應系統的一實施例 中，感應式電源供應系統包含一感應式電源供應1〇2，及一遠方裝置 1〇4。感應式電源供應102包含一初級電路1〇3，具有一初級線圈總成 1〇1’其能夠產生多重範圍的電源。遠方裝置104包含一第二電路1〇5, 具有一負载106 ^遠方裝置的第二電路105包含電源需求資訊，其可 包含一電源級。電源需求資訊可加以傳送至感應式電源供應1〇2，以 幫助一合適電源範圍内的電源傳輸。為了回應電源需求資訊，初級電 路103選擇一合適的初級線圈總成101的線圈，經由該線圈輸送電源 至該遠方裝置104。在某些應用中，至少部份地依照遠方裝置之電源 級函數，加以選擇線圈。以單一感應式電源供應而選擇不同範圍電源 的能力，允許電源傳輸至電源需求大不相同的裝置。 本發明由線圈總成101相關内容加以描述，其具有三個線圈，提 供二種不同的電源範圍，分別對應至三個電源級。然而在某些實施例 中，線圈總成可包含額外的或較少的線圈，因而分別增加或減少不同

5 C:\eaerfc» 3009^^PU CASgl^Pu-〇6i 物-〇«*〇〇4 卿·〇«. •0048-Spe-Cha-090904.DOC 201004087 ，源範_數量’及因此之其可提供的電職數目。亦即，在所述的 實施例中，在電源範圍數目及電源級數目之間，係一對—地對映。然 而’這種情況並非必要的。在電源級多於線圈的情況下，多重電源級 可對映到相同的線圈。反之，當線圈多於電職時，亦然。在某些實 施例中，在電源級之間或不同線圈所提供之電源間，存有某些重疊。 在某些應用中，裝置在不同時刻可能需要不同量的電源。這樣的 -個例子，可在傳輸電源期間加以說明。感應式電源供應1〇2的初級 電路103 ’使用低電源線圈，周期性地傳輸電源。遠方農置1⑽接收 該電源，使用該電源傳輸電源需求資訊，以選擇線圈總成1〇1的合適 線圈’用於電源傳輸’該線圈可能相異於起始過程中所用的線圈。 π·感應式電源供應系統 依照本發明的—彳喊應式電職齡統的實補，細解在第五 圖中’其-般以5⑻加以指示。感應式電源供應纽描述成咸應 式電源供應5〇3及遠方裝置谢。雖然係廣泛地加以描述，遠方裝置 5〇4基本上可為能夠通訊的任何型式的裳置，其中包含允許感應式電 源供應加⑽測電源需求資訊，如遠方裝置的電源級。 感應式電源供應503可加以包容在一外殼5〇1中，例如，具有一 表面506 ’其上方安置遠方裝置5〇4的精緻外殼。外殼5〇ι及表面沁6 的尺寸、形狀及構形，係可多變的4者，線圈總成5〇2的初級線圈 犯、514及516的位置，也可相對於表面5〇6而加以改變，及相對於 彼此而改變。在第五圖的實施例中，線圈512、514及训係排列在表 面506之下，成一平面的、同心圓構形。 在-可替換的實施例中，如第七圖中的實施例，線圈712、714 及716可垂直對齊排列，並嵌入外殼7〇1喊壁7〇2巾，外殼係加以 塑形為具有表面706的容器，在該表面上可安置遠方裝置烟。第五 6 C:、如aw织納/⑽胸-065^.0«.物帆伽懈—⑽你加 201004087 圖及第七圖只是外殼、表面及線圈如何排列的範例而已。許多其他的 • 構形也是有可能的。 〃、 遠方裝置二次線圈及活性初級線圈之間的相似性，提升電源傳輸 的效率。例如，二次線圈509及低電源線圈512在尺寸，形狀，繞^ 圈數，長度及線規上，均相似。這些相似性能夠形成較佳的對齊，有 助於效率電源傳輸。相似地，中及高電源級裝置可具有—二次線圈， 其特徵分別相似於中及高電源線圈，這在激發線圈時，有助於較佳的 電源傳輸。 送方裝置或二次線圈的尺寸，也能有助於對齊第七圖中的遠方裝 置。雖然在母一情況下並非總是真實，相較之下，低電源級裝置傾於 物理上較小，而高電源級裝置傾於物理上較大。這意謂著，當線圈垂 直地排列時，如第七圖之實施例，較小的裝置有一傾向以較佳j也對齊 低電源線圈712,而較大的裝置有一傾向以較佳地對齊高電源線圈 716。 遠方裝置及活性初級線圈之對齊’可進一步地由磁定位(magnetic positioning)加以協助。在某些應用中，感應式電源供應系統5〇〇可併 入一磁鐵510至感應式電源供應，及一磁鐵5〇8至遠方裝置中，以提 供磁定位。感應式電源供應系統500可併入任何在美國專利臨時申請 案第61/030586號中所述的特徵，該案係於2008年二月22日提申， 發明名稱為”Magnetic Positioning for Inductive Coupling”，並在此併入 以供參考。磁鐵可連同低、中及高電源級遠方裝置的任何組合一起使 用。某些、全部或沒有遠方裝置，可使用磁定位。磁鐵係選用的，及 不必提供至感應式電源供應或遠方裝置中。 在某些應用中，多重裝置可藉由感應式電源供應，同時地加以供 能，如可能最佳地可見於第十四圖。一簡單的場景為，一較高的電源 201004087 線圈被用於提供電源給予較低電源級的裝置 高的感應磁場(ind_Ve fidd)覆蓋更多的面積，所=j圏展現較 置加以安置。亦即，因為在藉由g電㈣ 夕空間1供裝 質地if制㈣、靜電源線圏充電期間，電源效率不實 貝=制低綱置可吸收的電源量，所以較低的崎 = 自由（spatial freedom)。 又仔二間 也應注意，更麵寬容貞叙健，柯朗魏級 义供月b，仁八為基於錢等級及其他判準的低電源 中，藉由在低電源遠方裝置中使财電源線圈別或高電m例 可取得上述的伽。典魏，—寬容㈣駄不同速率或不 加以充電，而不實質地傷害其性能。 冤原而 如同在某些應用中低電源裝置可使用高電源線圈，在某 中，高電縣置可使聽電源、_。某些高電職置可具有翻^項， 其消耗較少的電能。在-實關中，如果高電源裝置指示出其需要較 低電源，因為，例如’其進人備賴式中，祕魏'賴可加以使用 來提供電源。基本上’由於—裝置可具有—通常的電源級，所以可能 有提供較錢較少電_為優闕情況，及適合麵具有多重線圈之 線圈總成的情況。這也造成節能。 III.感應式電源供應 本發明適合使用於基本上任何感應式電源供應，其包含一初級電 路103 ’其具有-含多重線圈的初級線圈總成1G1。因此，不相關於感 應式電源供應102中初級線圈總成1〇1的電路，係不詳細描述。初級 電路103基本上可包含任何能夠供應所要頻率交流電的電路。例如， 初級電路103可包含：美國專利第682562〇號所揭示的感應式電源供 應系統的共振尋求電路(resonant seeking drcuit) ’該案的發明名稱 衡如《 2009颂御 CASE辦.納 201004087 為’’Inductively Coupled Ballast Circuit”及於 2004 年Ί —月 30 日頒發給 Kuennen等人；美國專利第7212414號的可調適感應式電源供應，其 發明名稱為’’Adaptive Inductive Power Supply”，於 2007 年五月 1 日頒 予Baarman等人；美國專利申請案第10/689148號的具通訊之感應式 電源供應，其發明名稱為’’ Adaptive Inductive Power Supp丨y with Communication”，該案由Baarman等人於2003年十月20日提申；美 國專利申請案第11/855Ή0號之鋰離子電池無線充電用的感應式電源 供應’其發明名稱為 System and method of Charging a Battery，，，該宰 由Baarman等人於2007年九月14曰提申；美國專利申請案第i 1/965〇85 號的具有裝置指認的感應式電源供應，其發明名稱為”p〇wer

Supply with Device Identification” ’ 該案由 Baarman 等人於 2007 年十 二月27日提申；美國專利申請案第61/〇19411號的具有耐用循環控制 的感應式電源供應’其發明名稱為”Inductive p〇wer Supply with Duty

Cycle Control”，該案由Baarman等人於2008年元月7曰提申；以上 所有專利在此併入以供參考。 動電路204、開關電路206、儲能電路208、 感應電路210。 -感應式電源供應1G2的初級細的實齡示在第二圖，i 代號為2〇〇。所示實施例的初級線圈200通常包含初級控制器2〇2、驅 >巴言子刀趿控制器202、驅 無線接收212及一電流

々蒗置所從伢的·€雜窩求資訊指示出， 遠方裝置將要接收的電源量(或 201004087 電源調節）’及控制器202處理該資訊以決定要激發哪一個線圈。如果 電源調節橫跨電源級定限’則激發不同的線圈。於另一可替換的實施 例中，電源需求資訊指示出，遠方裝置及初級控制使用一圖形查表 (look-up table)決定激發何者線圈。 在-實施例中，電源需求資訊包含相關於最小、最大或該兩者電 源位準，用於具體的線圈選擇。用於決定激發何者線圈的定限，可依 照電源需求資訊的函數加以改變。例如，就一遠方裝置而言，低電源 線圈定限最小值及最大值可為一個數值，但對於另一遠方裝置而令 低電源線圈定限最小值及最大值可為不同的數值。可能存在著—個情 況，即，在一遠方裝置中，適合使用低電源線圈加以傳輸一特定量^ 電源，及在另-遠方裝置中，適合使用中電源線圈加以傳輸同量的電 源。儲存在遠方裝置情電源絲資訊，可由電容及所設計的期望值 作為基礎。 初級控制器202可由額外的特徵加以程式控制。例如在一實施例 中，初級控制器2〇2以程式控制而指示出，使用美國專申請第⑽6观 號所述發__遠方裝置，其在前文中已併人參考。例如，遠方裳 置ID可包含電源需求資訊。可替換地，可仙遠方裝置①加以存取 電源需求資訊’成為進人感應式電源供應1G2之圖形查表的输匙。 基本上任何型式的驅動電路2〇4及開關電路2〇6均可使用。目前 中的開關電路m，係由一對開關加以實施，形成一轉相器將 DC轉變成AC。 政⑽第的儲能電路2〇8包含線圈選擇器電路220。線圈選擇器電 i夠激發-或更多的線亂總成222之線圈。第四圖說明多重分 選擇，第六圖制單―制之多重分接帥p)之間的選 擇及斜五圖說明單—線圈之多重片段之間的選擇。所示的實施例

*^&>〇CASE^Pu.〇6S\PU>06S-004e\PU-06S-004e>Sp»-CMO^,9〇4,t)OC 10 201004087 只是例子而已，可使用分離線圈、多重分接器及多重片段之任意組合， 以提供多種不同多重線圈構形的選擇。在一實施例中，控制器2〇2指 導線圈選擇器電路220，將要激發何者線圈。在所示的實施例中，= 級線圈總成222包含三個線圈：低電源線圈、中電源線圈及高電線線 圈。在可替換的實施例中，初級線圈總成222包含包含額外的或較少 的線圈。在某些應用中，初級線圈總成222的線圈可由李支線加以製 成。在其他實施例中，線圈可為銅、LITZ、PLITZ、FLITZ、電導墨水 或任何其他具有線圈性質的材料之任意組合。每一線圈之特性，^各 應用中及在各線圈中，係可加以改變的。例如，可改變每一線圈之線 陳數、尺寸、長度、線規、形狀及構形。在—實施例中，低電源線 圈大約有10股的李支線，中電源賴大約有％股的李支線，高電源 線圈大約有m股的李支線。在—實施例中，低、中、高電源線圈= 間的唯-差異在於線圈之各自的線規。雖然係以線圈之相關性加以描 初級線圈總成222基本上可為任何能夠使用電磁場 賴1圍騎構。在—實補巾，她線圈總成 0夕印刷电路板線圈加以實施，如併入美國專利 =5953號之發縣關印刷電路板㈣，職之發明名稱 為 P_edC職itBoardcoil，，，由 Baa_ 等人於肅 申，該案在此併人以供參考其全文。 千九月28日k 第八圖的電路表說明一開關電路及儲能電路8〇4之範例 ，電路包含兩個場效應電晶體開關_、812。然 開關均可使用。開關⑽、812將DC電源轉變成Ac電二 餵入二個並聯較換LC電路。在本實_中 = =814、816'818，為每-線圏設定起始共振。二二： _中，可變電容814、816、818可由非可 貝 可變電容814、816、818在操作期間’或者在製造期間，器 201004087 202加以控制。在所示的實施例中’初級線圈總成包含低電源線圈 832、中電源線圈834及高電源線圈836。然而，也可由先前討論過的、 不同的構形及不同數目的線圈加以實施。開關820、822、824、826、 828、830控制何者線圈832、834、836接收電源，及因此控制何者線 圈加以激發。在本實施例中，控制器3〇2係由相互排他性方式加以啟 動。在本實施例中，控制器302同時啟動一對開關820-822、824-826、 828-830。亦即’線圈係由相互排他性方式加以啟動。然而在可替換的 實施例中，取決於應用，多重線圈可同時地加以啟動。進一步地，在 其他可替換的實施例中，每一線圈之間可安置額外的開關，用於進行 矩陣選擇(matrix selection)。在其他可替換的實施例中，開關822、826、 830係加以去除或縮短’以便降低開關在電路中的數量。 在本實施例中，無線IR接收器212及電流感應電路21〇係用於 通訊遠方裝置。電流祕電路21〇可胁錢來自遠方裝置的反射干 擾’在感餘合綱有效地允許通訊。無線IR接收㈣於通訊二次電 路300中的無線IR傳輸器320。在可替換的實施例中，一峰值偵測器 可取代已經安置的通訊系統或與一聯合使用。無線IR接收哭Μ]及電 流感應電路21〇之-者或兩者，均可由驗通訊一或更^方裝置的 不同通訊系統加以取代。例如，任何之唯非(酱。' 紅外線、藍芽、 料或射頻辨識(RFID通訊系統，均可在初級電路中加以實施。 在一貫施财，目前的感應器電路接收 ==資:，及絲IR接收器接收相關於高電源級遠方裝置 水貝訊。使用目前感應器電路的通 效率的。在顧綱糊能為無 流電imm2、蝴電路2G4及開關挪，施加交 應電源。 在所_電_及鮮下，產生一電磁感 12 C:\S&mice 2009^©ρυ ^®PU.〇65VW.W5-«weipU^〇(Me.i^e.(：h〇.〇5〇9waji； 201004087 第四圖中說明一儲能電路208的例子，其代號為400。儲能電路 208包含一線圈選擇器電路420及一初級線圈總成408。初級線圈總成 408包含一可選用的定位磁鐵420、低電源線圈410、中電源線圈412 及高電源線圈414。在本實施例中，某些線圈分享線圈選擇器電路的 電連接。具體地說，低電源線圈410與中電源線圈412分享一接腳。 中電源線圈412及高電源線圈414享另一接腳。 線圈受到激發時，物理特性影響到被傳輸之電源。這類特性的例 子包含：形狀、長度、線規、及線圈匝數。線圈410、412、414的物 理特性基本上可不同。在所示的實施例中，低電源線圈512相較於中 電源線圈514，具有相對地較短的長度及線規，而中電源線圈514相 較於高電源線圈516，具有相對地較短的長度及線規。進一步地，第 四圖所示的線圈通常是圓形的。然後線圈係可用其他形狀加以實施， 如橢圓形、矩形、正方形等等。在某些實施例中，由多重尺寸的線圈 加以實施。 當線圈受激發時’其他因子也能影響所傳輸的電源。例如，一 因子為線圈410、412、414之間的空隙。在第四圖所示之實施例中， 在線圈410、412、414之間的空隙416、418，能夠潛在地降低串音干 擾(cross-talk interference)。在本實施例中，空隙416、418係由空氣填 滿，並用於提供某些絕緣於線圈41〇、412、414之間。在本實施例中， 空隙416、418係由填充料加以填滿，提供額外的絕緣。在本實施例中， 空隙416、418係由鐵磁體加以填滿，以便引導由線圈41〇、412、414 所生的磁％。在所不的第六圖中，線圈61〇、612、614之間的空隙係 加以限制。這些線圈之間並無空隙，允許線圈更加的緊密，同時維持 其尺寸。在第六圖的實施例中，線圈與線圈選擇器電路62〇分享相同 的接腳。在可更換的實施例中，每一線圈610、612、614可包含兩個 分離的接腳連接線圈選擇器電路62〇。 201004087 IV.遠方裝置 一次電路的一實施例係顯示於第三圖，其通常代號為3〇〇。第三 圖所示之貝知例中，二次電路綱通常包含二次線圈观、整流器 3〇4(或其他用於轉變AC電源成為DC的元件）、二次控繼316、記憶 體322、無線IR傳輸器32〇、訊號電阻318及負載3〇6。也可包含其 他的電路。例如在—可替換的實細巾，低電壓獅供應可加以包含， 以調整所魏的電源。在另_可雜的實闕巾，也可包含重調節電 路’否則就要調節所接收的電源。 所示貫施例的二次線圈3〇2是一種在磁場改變時適合產生電能的 金屬線圈。如可能最佳地示於第五圖者，二次線圈猶在尺寸及形狀 上可相對應於初級線圈512、514、516。例如，兩個線圈可有具有 實質相等的直徑。在某些應用中，二次線圈，可為—李支線線圈。 至於初級線圈’二次_ 5〇9的特性在各制巾係可加以改變。例如， 二次線圈509的線難數、尺寸、形狀、構形、或其他特性，係可以 改變，-步地，金屬線的特性可加以改變，如金屬線的長度、線規、 及種類雖然係相關於金屬線線圈來力口以描述，二次線圈$⑻可選擇 ί1 生地為.基本上任何@夠回應所要之磁場而產生充足電能的結構。 土在可更換之實施例中，遠方裝置可具有多重的二次線圈。例如， 遠方裝置可具有-分離的低電源線圈用於低電源應用，及—分離的高 電源線酬於高電源顧。在另—可更換之實施财，遠方裝置可且 有多重的二次線圈，以提供遠方裝置定位及空間自由。 在貝把例中’接收不同相位電源的多重的二次線圈，能用於降 2波縣。這可以參考Baa職η等人在肅年九狀日所提出的美 ^專利申请案第60/976137號，其發明名稱為：她会 IW S_y System，及在本文中併入以供參寺。具有多重線圈 14 201004087 的夕重線m tc吾人想要的，以便在這!貞實施例巾傳輸 的電源。 饥 在操作中’整流器綱轉變二次線圈地中所生之Ac電源成為 DC電源。在某些應用中，整流器可加以去除。例如，如果負载咖 接受AC電源時。 /二次控制器316可為基本上任何型式的微控制器，其能夠操作通 f系統，將電源需求資訊連通至感應式電源供應。在某些應用中，二 次控制器316包含記憶體。在所示的實施例中，二次電路包含外部的 記憶體322。記憶體通常包含電源需求資訊，及可能包含有關遠方裝 置之額外的資訊。電源需求資訊可包含遠方裝置想要之電源數量之電 • 源級。 在一實施例中，有三個能源級：低電源級、中電源級及高電源級。 低電源級係定義成：需要〇〜5瓦特電源的裝置。中電源級係定義成： 需要5〜110瓦特電源的裝置。高電源級係定義成：需要多於11〇瓦特 電源的裝置》在這個等級表下被分類成為低電源級裝置的例子包含， 行動電路、MP3播放器及個人數位助理(PDA)e中電源級裝置的例子 包含，膝上型電腦及其他中電源設備。高電源級裝置的例子包含，廚 房e又備，如擾拌機或煎銷。在可更換的實施例中，可改變具有不同電 源級表的電源級定義。 在一貫施例中’訊號電阻318可加以使用於傳送資訊至初級控制 器202。使用訊號電阻318來提供二次電路1〇3至初級電路1〇5的通 訊，係討論於美國專利申請案第11/855710號，其已在前文中併入以 供參考。訊號電阻318在分流時，傳送一通訊訊號，指示一過電流或 過電壓狀態。電阻分流時，初級電路1〇3上的電流或峰值偵測器能夠 感應過電廢/過電流狀態，以便適當地回應。本發明的訊號電阻318可 15 201004087 系統化地加以分流’將額外的資料連通至初級控制器搬。例如，一 資料抓滅表電源需求資訊或提供其他相_遠方裝置的資訊。可更 318能由完全不同的通訊系統加以取代。例如，無線 傳輸為320可與訊號電阻318朗使用或加以取代之，而 初城路的無線接收器212。在一可更換的實施例中，無線= 輸益320及訊谠電318之一者或兩者，均可由用於通訊感應式電源供 應之不同的通訊系統加以取代。例如，可在遠方裝置綱中實施唯非 (WIFI)、紅外線、藍芽、蜂窩或射頻辨識(RpiD通訊系統。 無線傳輸器或收發報器係先前地描述在細_的美國專利公開 案第屬/㈣⑽號，其已於前文中併入以供參考。具體地，唯非 (WIFI) '紅外線、藍芽、蜂窩或射頻辨識卿D通訊系統的使用，在 前文中的討論中’是關於遠置及感應式電源供應之_無線式資 訊通訊°進-步地加以討論使用感應線圈的通訊及電線通訊協定 (power line communicati〇n pr〇t〇e〇1)。這些傳輸資料的方法的任一者， 能夠在本發财實施，以便從遠核置，傳輸所要的資料至感 通供廒。 遠方裝置負載306基本上可為任何合適的負載。在某些實施例 中，負載306可為可再充電式電池，及二次電路可包含額外的充電電 路。在其他實施例中’負載3〇6可相關於遠方裝置的功能。 V.方法 在第九圖中說明-用於驗證及電源傳輸控制的方法，其代號為 9〇〇。該方法包含周期性地傳輸細訊息⑼叩mes零) ’驗證任何 為回應9G4所接收的訊息，咖應—驗魏息’決定控制辨識等級 (CIDC) ’及初級電源級(PPC)，及基於所決定的㈤匸及ppc9〇6啟動 電源傳輸。在主動電轉輸模式_期間，裝置的存在及控制點的狀 16 C:\eewnict 2009<^&fiU CASE®WW-065W-M5-0W8\PU-06S.0tt«8.Sp#.Che.0SO«M.Ooc 201004087 μ二在來自遠方裝置912之具有控制回饋包的回饋環中連續地檢查。 叙雷、’感應式電祕麟數種模式巾的-種：彳貞測或主 動，源傳輪。細m式主祕決定是否存在著合格的裝置。電源傳輪 式’只有在裝置辨識級被承認及有效時，加以發生。 ^ i的彳貞W頻可使用感應式電源供應系統中的硬體特性加以 沁定。藉由具體_頻下激發低電源(或其他的)_，及等待其回應， 初、’及線ih旨絲與二次線圈進行通訊。如果二次線義在充電區内'， 2由制操作躺所傳送的能源加以妓的供電，以啟動其本身，及 傳送可能含有電源需求資訊的辨識訊息，給予感應式電源供應。 如果初級線圈在侧操作期間無法偵測在充電場内的襞置，則線 ^馳移除，直射試進行下—次侧時為止。如果在侧操作期 間偵測到農置，則初級線圈返回到所建立的初始操作頻，嘴試進行電 源傳輸。傳輸期間，輸送到二次線圈的電源，可基於從二次線圈所接 收到的通訊加以控制。 控制辨識級可辨別不同的控制方法，其係感應式電源供應用於充 、 電賴枝錄置者。㈣_級_子包含充電奴點控制、 充電錯誤控制、電源供應設定點控制、電源供應錯誤控制及電源供應 指導控制。 ‘ 初級電源級決定了感應式電源供應之具體線圈的電源範圍。初級 電源級也可影轉_狀及參數·。在—可更換的實補中，初級 電源級包含相關於感應式電源供應所提供之全部電源的資訊。遠方裝 置可包含_傳剌錢式電祕應之魏絲資财的翁裝置電源 級。遠方裝置電源級及初級電源級可相同之一者，或可彼此相異。 在-實施例中，電源級係遠方裝置通訊到感應式電源供應之資訊 的一部份。在一實施例中，可提供到初級電路之資訊量，大約為供給 201004087 遇方褒置之所期待之所需要的最大量。例如，行動電話在最 源位準以下時，可能失效。其電職位元可為〇_〇lllb。 、下表描述f源級位元係如何建構。麵、級基本上可由任何方式加 以編碼，本表只是代表一個可能的實施例而已。 表1 電源級位元『7:61 多層 電源級位元[5:〇1 電源位準 00 1 00000-11111 0-32W，0.5W 漸增 01 10 00000-11111 0-320W,5W 漸增 10 100 00000-11111 0-3200W，50W 漸增 11 1000 00000-11111 0-32000W，500W 漸增 。第十圖說明-功能框方塊圖’其用於依照本發明之一實施例提供 電源。第十一圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實施例 接收電源。弟十二圖說明一功能框方塊圖，其用於依照本發明之一實 施例提供電源。第十三圖制—功驗方塊圖，制於紐本發明之 一實施例接收電源。 第十及十一圖之功能框方塊圖係關於感應式充電至遠方裝置中 的負載。第十二及十三圖之功能框方塊圖係關於感應式充電至遠方裝 置中的可再充電式電池。 在第十及第十二圖中，每一線圈代表一初級線圈總成，其具有上 述的多重線圈。可更換地，每一線圈可代表初級線圈總成的一個線圈。 在前文中，已經描述多重線圈感應式電源供應的數個實施例。具 體地，已經提供數個多重線圈感應式電源供應的例子，其使用被構形 成多重接頭構形，及使用分離線圈構形的多重線圈感應供應的例子。 其他提供可變式感應的構形也可加以提供。例如，一片段的初級線圈， 如第十五圖所示的李支線線圈，可提供多重股線，其能加以連接及激 18 C:\(^U77icr CA^@\PU-06S\PU.06S-0048\PU-065-0048-Spe-Cho-0909(K.[hc 201004087 發成多種構形’以提供多種數量的感應。片段的初級線圈之多種構形， ^許感應式電源供應能更佳地匹配二次電源，及使用相同初級線圈之 同電源對低電源位準的耦合需求。在本實施例中，分接頭及片段的構 形之組合’提供廣大範圍的電感值，及金屬線線規。在某些實施例中’ 某些片段可以去連接，允許甚至更廣大的範圍。 取決於股線如何地連接，可產生不同的構形。下表中描述數個多 線圈選擇電路片段選用的例子， 初始匝數 片段 實際均值 構形 實際匝數 10 4 X 4-並聯 10 10 4 X/2 2並聯及2-串聯 20 10 4 X/4 4-串聯 40 第十五圖顯示李支線的横斷面視圖，其已切成片段成為四個片 段。在所示的實施例中，每一片段係各別地激發。在可更換的實施例 中’片段可相異地分離，或每—股線可分離地加以激發。進—步地在 本實施例中，、線圈選擇器電路分別地在每-分接器上連接至每一片 (段，以致片段能加以並聯或串聯排列，這是由線圈選擇器電路如何將 多個片段連接在一起來決定。 雖然第十五圖說明三個各自線規的線圈61〇、612及614，在可更 換的實施财，每—賴可為相_規，賴可由顧選擇器電 路選擇要激發何者片段或個體股線而加以控制。 如前文中侧於祕式電源供應之描述，細選龍電路可依昭 存在控制器202中的程式加以控制。在操作期間，線圈選擇 改變片段減制的獅，以縣於遠找置峨供㈣ = 來調節。祕式改變金屬線線規及其他特㈣能力，^^ ^•^•Ciw-OMW.Oec 19 201004087 更佳地匹配二次電源及耦合需求。 在不離開本發明精神及较 以上描述係本發明現有實施例之描述 大觀點之下，可以進行許多更換及改變。 【圖式簡單說明】 第-圖係依照本發明-實施例之錢式電祕齡_方塊圖。 第二圖係一實施例之初級電路的方塊圖。 第三圖係一實施例之二次電路的方塊圖。 第四圖係一實施例之儲能電路的示意圖。 第五圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖β 第六圖係一實施例之儲能電路的示意圖。 第七圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖。 第八圖係一實施例之開關電路及儲能電路的電路圖。 第九圖係一流程圖，圖示一用於供電至遠方裝置之方法的通常步 第十圖係一實施例之初級電路的功能方塊圖。 第十一圖係一實施例之二次電路的功能方塊圖。 第十二圖係一實施例之初級電路的功能方塊圖。 第十三圖係一實施例之二次電路的功能方塊圖。 第十四圖係一實施例之感應式電源供應系統的示意圖。 第十五圖係李支線的橫斷面視圖。 20 CA5£&Pu-〇6S\fiU^iS.(l〇4eiPU-06S-00«-Spe-Ch〇-0909(H.Ooc 201004087 【主要元件符號說明】 100感應式電源供應系統 102感應式電源供應 104遠方裝置 106負載 200初級線圈 204驅動電路 208儲能電路 210電流感應電路 222初級線圈總成 300二次電路 304整流器 316二次控制器 320無線IR傳輸器 408初級線圈總成 412中電源線圈 416、418 空隙 500感應式電源供應糸統 502線圈總成 504遠方裝置 509二次線圈 512、514、516初級線圈 610、612、614 線圈 701外殼 704遠方裝置 712、714 及 716 線圈 101初級線圈總成 103初級電路 105第二電路 202初級控制器 206開關電路 212無線接收器 220線圈選擇器電路 302控制器 306負載 318訊號電阻 322外部記憶體 410低電源線圈 414局電源線圈 420線圈選擇器電路 501外殼 503感應式電源供應 506外殼 508、510 磁鐵 620線圈選擇器電路 702牆壁 706容器 C:\l§€uniet 2009&\§f>U C>Uf€W-065\ft/-065>OMeV>U-<M5-004e-Spe-0)e-0909M.Ooc 201004087 802開關電路 810、812場效應電晶體開關 814、816、818可變電容 820、822、824、826、828、830 開關 832低電源線圈 836南電源線圈 900方法 904回應 908主動電源傳輸模式 804儲能電路 834中電源線圈 902偵測訊息 906 PPC 912遠方裝置 CMSEunic« 2009<^@PU CASE@\PU-06S\PU-065-004S\PU-06S-004e-Sf>t-Cha-090904.Doc 22

Claims (1)

1. 201004087 七、申請專利範圍： ^ 一贼應式電職應，胁提供 源需求的遠方裝置，該感應式電源供應包括 予一包含有電 多數個儲能電路，其中每一 -初級線圈及一電容器，其中每一該多數成串連的 而無線地傳輸電源至該遠方裝置； ㉘此電路係此夠加以激發 一接收器，用於接絲自該遠方裝置 ，該控制器係該===數_能電路形成電通訊， 方裝置的魏需求資簡缝加以決定。㈣魏之來自知 數個撕嶋_供應，其中該多 初級線―A，輸她m中電源 收器包含至園第1項所述_應式電源供應，其中該接 少…、線通訊錢，至少―簡能電路，或其任意組合。 -線5圈選擇專利範圍第1項所述的感應式電源供應，其中包含 —、…’用於選擇性地激發—或更多之該多數個儲能電路。 m , # "裝置ID，其中該感應式電源供應包含一記憶 至〜包含一 _查表’該圖形查表將遠方裝置ids賴 主茲夕數個初級線圈之至少一者上。 ^ 23 201004087 7·-碱應式電源供應，用於提供無線電源給予—包含有電 源需求資訊的遠方裝置，該感應式電源供應包括·· 一第一儲能電路，包含多數個初級線圈，其中每一該多數 個初級線圈能夠加以激發而無線地傳輸電源給予遠方裝置 -接收器，用於接收來自該遠方裝置的電能需求資訊，其 t該電能需求資訊包含電源調節； '、 一控制态，與該接收器及該多數個儲能電路形成電通訊， 該控制器係加以程式控制，而選擇該多數個儲能電路中之至少一者進 行無線式傳輸電源至該遠方裝置，其中該選擇係由所接收之來自該遠 方裝置的電源調節的函數加以決定。 / —8. b申請專纖圍第7項所述的錢式電源供應，其中包含 :第二儲能電路及-第三儲能電路，每—儲能電路包含多數個初級線 圈’其中該第—及第二儲能電路之每—該多數個初級顧能夠加以激 發而無線地傳輪電源給^遠錢置，其巾該第—航電路包含一低電 原知級線® ’該第二儲能電路包含—巾電源初級線圈，該第三儲能電 路包含一高電源初級線圈。 9· 一如申睛專利範圍第8項所述的感應式電源供應，其中第一、 弟二及第三儲能電路係由—半橋接驅動機加以驅動。 、 收1^人，申請專利範圍第7項所述的感應式電源供應，其中該接 器匕έ至少無線通訊系統，至少一該初級線圈，或其任意組合。 At Π，如申请專利範圍第7項所述的感應式電源供應，其中該儲 ^路包含__選擇器線路，職麟性地激發—或更多之該多數 1固初級線圈。 制器S’、如广請專利範圍帛7項所述的感應式電源供應，其中該控 盗糸加以程式控制，而依照接收自該遠方裝置的電源調節的函數， 24 C:Veewit«2009®l@PK CASE(SW»U.〇i5VPC(.〇i5-D〇4j _。《懈 201004087 決定待傳輸之電源量 13. 其中包含 ii 量，及該控制 圈之不同的一者，以回應高於 一記憶體項所述的感應式電源供應， 個初級線目之—者 該控制雜程式控制而選擇該多數 器係程式控制的，而選之待傳輸的電源量’月一 該定限之待傳輪的電源量。 級線 源需求資訊圍第13項所述的感應式電源供應，其中該電 其組合。 v—攻小電源位準定限，一最大電源位準定限，或 制器依照該圍第14項所述的感應式電源供應，其中該控 之函數，調整該定限。_電源位準定限、該最大電源位準定限或其組合 方裝置包含鳴細絲，其中該遠 訊包含該遠方裝置係杯備模=錄低量的·，魏源需求資 地係^於料找賊㈣妓擇至少部份 裝置或-第式電驗應’用於提供無線賴射—第一遠方 置，該感應式電源供應包括： 中該第-i纽=電路’包含一第一初級線圈及一第二初級線圈，其 缘i及^㉟圈及該第二初級線圈係同心地排列，其中每一該初級 線圈及該弟二線圈係、能夠加以激發而無祕傳輸電源； 方裝置及該第 方裝置及該第二 复中軸輸磁鐵，係細第—初級線圈及第二初級線_軸排列， 二二鐵&供了磁力以幫助對齊，其中該磁鐵的磁力有助於第一遠 初級線圈之對齊’及其中該磁鐵的磁力有助於第二遠 初級線圈之對齊 25 CrVflCuniw 3β09§ΚϋΡ〇 CASE&J>U-069fiU-0iS-0048^PUO6SO048-Sp*-Cho-0909<^.0〇e 201004087 18. 第 專利乾SU 17項所述_ -遠方裝置、n枝置及心‘、、、職源給予— m方裝置的感應式電源供應： =此電路包含-第三初級 、= 圈係與第-及第二初級線圈同心地排列， 具中=二初級線 以激發而無線地傳輸電源；及 h —初級線圈能夠加 其中該磁鐵係與該第一初級線圈、第二初級線 級線圈同軸排列，其中該磁鐵的磁力有助於第 2 =二初 級線圈之對齊。 乃衮罝及該第二初 19. -種感應式電源供應，用於提供 f求的第-遠方裝置、—較低電源需求的第二遠， 需求的第三遠方裝置及該合，财應式電祕較向電源 -儲能電路’包含—低電源初級 圈，其㈣鱗源她、_簡加以激發，^^ 减線 置^中遠方裝置及該較低電源需求的第二遠方裝 傳輸電源:予Ϊ=Γ夠加以激發’而至少。同時地，無線地 的第二遠方& η 裝置及該較低電源需求 裝置；、方裝置’及2)無線地傳輸電源給倾高電源需求的第三遠方 接收器’用於接收電能需求資訊；及 器係加以’與該儲能電路及該接收器形成電通訊，該控制 少一者進f而選擇該低電源初級線圈及高電源初級線圈之至 置的電傳輸電源，其中該選擇係由所接收之來自該遠方裝 电源而未資訊的函數加以決定。 20 置，該感供應，用於提供無線電源給予一遠方裝 儲月b電路，包含多數個初級線圈’其中每一該多數個初 26 C:^Eum« 2009颂例 CASEeu>t/ Μ5νΛ/掀〇〇4齡〇65-雜批咖090904. 201004087 級線圈能夠加以激發而無線地傳輪電源給予遠方裝置. 訊；及 -第-接收器’用於接收來自該遠方裝置的 一第二減器，祕接收來自鶴找 一控制器，與該第一通訊系統、第二搞 路形成電通訊’該控制器係加以程式 該儲二儲能電 =;ΐ圈:之至少-者進行無線式綱源ΐ該 器至少一者的電源 該選擇係由所接收之來自該第—接收器及第二触—置’其中 需求函數加以決定 -接ΐ- 2G項所述喊應式電源供應，其中該第 無線通初級線圈之-讀^ 遠方襄置的電3二i第::接收器，相關於具有低電源級之 之遠方而貝；及該第二接收益接收相關於具有高電源級 《遇方裝置❸t源t求銳。 27 C:V@Cunie# 2009^^1/ CASe^SPU.〇6s\PUO6SO〇48\n-06SO048-Spt-Cho-090904.Doe