用于實施無線電源的方法及設備的制作方法

專利名稱：用于實施無線電源的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及以無線方式為裝置供電。更特定來說，本發明涉及以無線方式為具有 電荷存儲組件的外罩的裝置供電，其中無線電源裝配到所述外罩中。
背景技術：
隨著處理器能力擴展及電力需求減小，完全不依賴電線或電力軟線而操作的裝置 正在不斷發展。這些"無系留"裝置包括從蜂窩電話及無線鍵盤到建筑物傳感器及有源射頻識別(RFID)標簽。這些無系留裝置的工程師及設計師仍然必須將便攜式電源(主要使用電池)的限 制作為關鍵設計參數來處理。雖然處理器及便攜式裝置的性能由摩耳定律(Moore，s law)驅動而每18-24個月加倍，但容量方面的電池技術僅每年增長很少的6%。即使 利用電力自覺設計及最新的電池技術，許多裝置仍不能針對需要大量無系留裝置的應 用(例如，后勤保障及建筑物設備自動化)來滿足壽命成本及維護要求。如今需要雙 向通信的裝置需要每3到18個月進行定期維護以對裝置的電源(通常為電池)進行 更換或再充電。僅廣播其狀態而不接收任何信號的單向裝置(例如，自動化實用電表 讀數器)的電池壽命較好，通常10年內需要進行更換。對于所述兩種裝置類型來說， 定期電源維護較昂貴，且對于裝置希望監視及/或控制的整個系統具有破壞性。非定 期維護行為更為昂貴及具有破壞性。從宏觀上來說，與內部電池相關聯的相對較高的 成本還減少了可部署的裝置的實際或經濟上可行的數目。對無系留裝置的電力問題的理想解決方案是可從外部環境收集并產生的充足能 量的裝置或系統。此能量可從許多不同能源中產生，例如太陽光、振動、熱量或電磁 輻射。然后所產生的能量可直接地為無系留裝置供電或擴充電源。然而，由于外部環 境中的低能量，此理想解決方案實施起來并不總是可行的。因此，地點上的限制可需 要使用專用電源。本發明考慮到了這些因素并提供一種用于理想情況且還用于更多的 限制性環境的解決方案。發明內容本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的設備。 所述設備包括裝配到所述外罩中的無線電源。所述設備包括連接到所述無線電源的天 線。
本發明涉及一種電池。所述電池包括能量部分。所述電池包括第一連接，來自所述能量部分的能量通過所述第一連接來分配。所述電池包括用于與RF收獲天線連接的第二連接。本發明涉及一種用于蜂窩電話的蜂窩電話蓋。所述蜂窩電話包括用于為所述蜂窩 電話供電的無線電源。所述蜂窩電話包括連接到所述無線電源的天線。本發明涉及一種頭戴耳機。所述頭戴耳機包括軟線。所述頭戴耳機包括連接到所 述軟線的揚聲器。所述頭戴耳機包括連接到軟線的插孔。所述頭戴耳機包括附裝到軟 線的無線電源。所述頭戴耳機包括連接到所述無線電源的天線。本發明涉及一種用于DC插孔的無線電源適配器。所述適配器包括無線電源。所述適配器包括連接到所述無線電源的天線。所述適配器包括嚙合所述DC插孔的連接到無線電源的連接器。本發明涉及一種用于以無線方式為裝置供電的設備。所述設備包括襯底，所述襯 底具有設置在所述裝置中的離散組件及集成電路。所述設備包括連接到所述襯底的無線電源。本發明涉及一種用于以無線方式為裝置供電的設備。所述設備包括設置在所述裝 置外部且與所述裝置電連通以向所述裝置供電的無線電源。所述設備包括與所述無線 電源連接的天線。本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的方法。 所述方法包括將所述外罩裝配到無線電源中的步驟。存在通過連接到所述無線電源的 天線以無線方式接收能量的步驟。本發明涉及一種用于以無線方式為裝置供電的方法。所述方法包括將無線電源電 連接到所述裝置的步驟。存在通過連接到所述無線電源的天線以無線方式接收能量的 步驟。存在用所接收的能量為裝置供電的步驟。本發明涉及一種用于為蜂窩電話提供能量的方法。所述方法包括用無線電源為所 述蜂窩電話供電的步驟。存在通過連接到所述無線電源的天線以無線方式接收能量的 步驟。本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的設備。 所述設備包括裝配到所述外罩中的用于以無線方式供電的裝置。所述設備包含連接到 所述供應裝置的天線。本發明涉及一種無線電源，其具有用于將所述無線電源電連接到將被供電的裝置 的連接。所述無線電源經配置以以無線方式接受能量。所述無線電源看上去像至少一 個電池且具有至少一個電池的配置。本發明涉及一種用于由從遠程無線電力傳輸器接收的能量以無線方式為裝置供 電的設備，所述裝置具有電荷存儲組件的外罩。所述設備包括裝配到所述外罩中的無 線電源。所述設備包括連接到所述無線電源且遠離所述電力傳輸器的天線。本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的方法。
所述方法包括傳輸來自無線電力傳輸器的能量的步驟。存在當無線電源從電力傳輸器 接收電力時在無線電源處接收能量的步驟，所述無線電源通過在裝置遠離所述電力傳 輸器時連接到所述裝置的無線電源的天線裝配到外罩中。


在附圖中圖解說明了本發明的優選實施例及實踐本發明的優選方法，其中-圖la顯示用于無線傳感器的電池組示意圖。圖lb顯示對無線傳感器電池組的圖解說明。圖2a顯示具有WPS的電池組的示意圖。圖2b顯示對取代電池組中的兩個電池的WPS的圖解說明。圖3顯示經制造以類似AA電池的具有內部天線的WPS。圖4顯示經制造以類似AA電池的具有外部天線的WPS。圖5顯示經制造以類似AA電池的含有電池化學物及內部天線的WPS。圖6顯示經制造以類似AA電池的含有電池化學物及外部天線的WPS。圖7顯示使用外殼來作為RF收獲天線的電池中的WPS。圖8顯示使用外殼來作為RF收獲天線且具有絕緣部分以形成偶極子天線的電池 中的WPS。圖9顯示使用外殼來作為RF收獲天線且具有使用低通濾波器的RF隔離的電池 中的WPS。圖10顯示具有形成于電池外殼外部上的RF收獲天線的電池中的WPS。 圖11顯示具有形成于電池外殼外部上的RF收獲天線且在外殼與天線之間具有 電介質的電池中的WPS。圖12顯示具有凹陷到電池外殼外部中的RF收獲天線的電池中的WPS。圖13顯示具有形成于電池外殼外部上的RF收獲天線的電池中的WPS。圖14顯示具有連接到專用終端的外部RF收獲天線的電池中的WPS。圖15顯示具有通過連接器連接的外部RF收獲天線的電池中的WPS。圖16顯示用作貼片天線的接地平面且具有同軸饋電及內部WPS的金屬電池外殼。圖17顯示位于使用電池外殼作為天線的電池外部的WPS。 圖18顯示使用兩個浮動AA電池外殼作為偶極子天線的WPS。 圖19顯示具有位于天線結構內的AA電池的WPS電池再充電單元。 圖20顯示由通過蜂窩電話電池再充電插座連接的外部WPS及RF收獲天線再充 電的蜂窩電話。圖21顯示附裝到IPOD的頭戴耳機軟線從而為所述IPOD提供再充電電力的 WPS及RF收獲天線。
圖22a顯示同軸偶極子的典型構造。 圖22b顯示具有集成的WPS的同軸偶極子。 圖23顯示連接到同軸偶極子天線的線內同軸WPS。 圖24顯示實施為形成于PCB上的模塊的WPS。 圖25顯示形成于電池組內部的WPS及RF電力收獲天線。 圖26為本發明的方塊圖。
具體實施方式
現在參照圖式，其中在所有這幾個圖中，相同的元件編號指示相似或相同零件(且 更特定來說與其中的圖26相似或相同)，圖中顯示用于以無線方式為具有電荷存儲 組件50的外罩14的裝置12供電的設備10。圖2中所顯示的設備10包括裝配到外 罩14中的無線電源16。設備IO包括連接到無線電源16的天線18。本發明涉及電池20，如圖14所示。電池20包括能量部分28。電池20包括第一 連接32，來自能量部分28的能量通過所述第一連接來分配。電池20包括用于與RF 收獲天線18連接的第二連接34。本發明涉及用于蜂窩電話的蜂窩電話蓋54，如圖20所示。所述蜂窩電話包括用 于為蜂窩電話供電的無線電源16。所述蜂窩電話包括連接到無線電源16的天線18。本發明涉及頭戴耳機56，如圖21所示。頭戴耳機56包括軟線。頭戴耳機56包 括連接到所述軟線的揚聲器。頭戴耳機56包括連接到所述軟線的插孔。頭戴耳機56 包括附裝到所述軟線的無線電源16。頭戴耳機56包括連接到無線電源16的天線18。本發明涉及用于DC插孔的無線電源適配器38，如圖22b所示。適配器38包括 無線電源16。適配器38包括連接到無線電源16的天線18。適配器38包括嚙合所述 DC插孔的連接到無線電源16的連接器36。本發明涉及用于以無線方式為裝置12供電的設備10，如圖24所示。設備10包 括設置在裝置12中的具有離散組件42及集成電路44的襯底40。設備10包括連接 到襯底40的無線電源16。本發明涉及用于以無線方式為裝置12供電的設備10，如圖4所示。設備10包 括無線電源16,其設置在裝置12外部且與裝置12電連通以向裝置12供電。設備IO 包括與無線電源16連接的天線18。本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件50的外罩14的裝置12供 電的方法。所述方法包括將無線電源16裝配到外罩14中的步驟。存在通過連接到無 線電源16的天線18以無線方式接收能量的步驟。本發明涉及一種用于以無線方式為裝置12供電的方法。所述方法包括將無線電 源16電連接到裝置12的步驟。存在通過連接到無線電源16的天線18以無線方式接 收能量的步驟。存在用所接收的能量為裝置12供電的步驟。本發明涉及一種用于為蜂窩電話提供能量的方法。所述方法包括用無線電源16
為所述蜂窩電話供電的步驟。存在通過連接到無線電源16的天線18以無線方式接收 能量的步驟。本發明涉及用于以無線方式為具有電荷存儲組件50的外罩14的裝置12供電的 設備IO。設備10包括裝配到外罩14中用于以無線方式供電的裝置。設備10包含連 接到所述供應裝置的天線18。本發明涉及無線電源16，其具有用于將無線電源16電連接到將被供電的裝置12 的連接64，如圖3所示。無線電源16經配置以以無線方式接收能量。無線電源16 看起來像至少一個電池20且具有至少一個電池20的配置。本發明涉及用于由從遠程無線電力傳輸器接收的能量以無線方式為裝置12供電 的設備10，裝置12具有電荷存儲組件的外罩14。設備IO包括裝配到外罩14中的無 線電源16。設備IO包括連接到無線電源16且遠離電力傳輸器的天線18。優選地，當無線電源16正從電力傳輸器接收電力時，裝置12距離電力傳輸器至 少為一英寸的間隔，但當無線電源16從電力傳輸器接收電力時裝置12距離電力傳輸 器也可為至少三英寸、或至少七英寸、或至少十二英寸或甚至二十英寸。本發明涉及一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩14的裝置12供電的 方法。所述方法包括傳輸來自無線電力傳輸器的能量的步驟。存在當無線電源16正 從電力傳輸器接收電力時在無線電源16處接收能量的步驟，所述無線電源通過在裝 置12遠離所述電力傳輸器時連接到裝置12的無線電源16的天線18裝配到外罩中。 優選地，所述接收步驟包含當無線電源16正從電力傳輸器接收電力時裝置12距離電 力傳輸器至少為一英寸的間隔時在無線電源16處接收能量的步驟，但當無線電源16 正從電力傳輸器接收電力時，裝置12也可距離電力傳輸器至少三英寸、或至少七英 寸、或至少十二英寸或甚至至少二十英寸。在本發明的操作中，無線電源16的設計已詳細描述于名稱為"用于無線電源的 方法及設備(Method and Apparatus for a Wireless Power Supply)"的美國專利第 7,027,311號、名稱為"使用RF能量收獲的供電裝置(Powering Devices using RF Energy Harvesting)"的美國臨時申請案第11/447,412號及名稱為"用于各種負載的高效整 流的方法及設備(Method and Apparatus for High Efficiency Rectification for Various Loads)"的美國臨時申請案第60/729,792號中，其所有內容以引用方式并入本文中。 所引用的專利詳細論述了如何設計及構造無線電源或RF能量收獲器以用于各種應 用，例如為無線的(例如但不限于蜂窩電話)或有線的用于通信或供電的或此兩者， 例如但不限于工業傳感器。然而，描述如何用新的及現有的裝置集成或實施無線電源 (WPS)或RF能量收獲器已變得有利且成為本發明的中心。應注意，術語無線電源 或WPS可用于描述用于RF能量收獲的電路或與RF收獲天線18結合使用的用于RF 能量收獲的電路。所述WPS可用于收獲RF能量并將RF能量轉換為可用形式，例如 但不限于直流(DC)電力。本發明可使用脈沖RF或其它能量傳輸器，例如，如名稱同為"脈沖傳輸方法 (Pulsing Transmission Method)"的兩個美國臨時申請案第60/656,165號及第 11/356,892號中所描述，其以引用方式并入本文中。對于含有電荷存儲組件50的裝置(例如但不限于電池20)來說，以各種方式實 施或集成無線電源16是可能的。WPS可經設計以裝配到用于容納電池20、電池或電 荷存儲組件50的外罩14、隔室或空間中。此可包含任何電池20或電荷存儲組件50 大小及/或形狀，其中包含但不限于ANSI C18.1M， 1-2001部分中所描述的電池，其 以引用方式并入本文中。WPS可在直接供電應用中完全地取代電池20、電池組30或 電荷存儲組件50，或者可在電池20及電荷存儲組件50的再充電中取代一個或一個 以上電池20或電荷存儲組件50。舉例來說，曾用WPS改裝無線溫度及濕度傳感器 以由于WPS對電池20進行再充電及天線18捕獲并轉換RF能量而獲得較長的電池 20壽命。無線傳感器含有使用四個AAA堿性電池構造而成的3伏電池20組30，其 示意圖及圖式分別顯示于圖la及圖lb中。通過用WPS或能量收獲器取代所述電池 中的兩者來將WPS改裝到無線傳感器中。WPS印刷電路板62(PCB)具有0.83X 1.84 英寸的尺寸且經設計以裝配到由兩個拆除的電池留下的空間中。使用end-launchSMA 連接器36將RF收獲天線18連接到WPS PCB，所述end-launchSMA連接器激勵無 線傳感器外罩14以允許RF收獲天線18位于無線傳感器外部。使用兩個AAA電池 的WPS的示意圖可參見圖2a。圖2b圖解說明如何配置WPS以取代所述AAA電池 中的兩者并在使用兩個AAA電池時保持與無線傳感器的原始電池20組30相同的大 小及/或尺寸。應注意，如果發現對所述應用是有利的，則WPS可與電池20或電池 串聯或并聯放置。在與先前描述的類似的實施例(取代所述電池中的一者或所有)中，可以與任何 電池類型或電池組合(例如但不限于WPSANSI C18.1M， 1-2001部分中所描述的電 池)相似或采取其大小及形狀的一種方式來制造WPS。舉例來說，WPS可設計有允 許將其裝配到標準AA電池20的外殼或殼中的大小及形狀，如圖3所示。在此情況 下，可無需具有電池20化學物，且具有電池20的形狀的WPS可含有WPS電路、PCB、 電荷存儲組件50及/或RF收獲天線18。如果發現是有利的，則天線18還可位于WPS 外部。電荷存儲組件50包含但不限于電容器、超級電容器或任何其它能夠存儲電 荷的組件。如先前所描述，WPS可取代裝置12中的一個或所有電池，不論是不是具有電池 20的形式。如果取代了所有電池，則WPS向裝置12提供直接電力，然而，如果僅 取代裝置12中的一個或某些電池，則WPS可提供用于對剩余電池再充電或擴充剩余 電池的電流，因此排除了拆除電池來取代或再充電或將裝置12插入到電網以對電池 再充電的需要。應注意，可使用可再充電及不可再充電電池來實行此實施例。對于不 可再充電電池來說，必須添加保護電路以確保不向不可再充電電池提供任何充電電 流，這意味著WPS所提供的任何能量都被用于為裝置12直接供電。舉例來說，考慮 一種由兩個不可再充電AA電池供電的無線傳感器。經制造以類似于AA電池的兩個 WPS可取代兩個不可再充電電池。然而，如果僅需要一個經制造以類似于AA電池 的WPS,則另一不可再充電電池可由可再充電AA電池取代或加以保護或配置(串 聯)以確保所述不可再充電電池不會由WPS充電。本發明所使用的可再充電電池化 學物可以是但不限于鎳金屬氫化物(NiMH)、鎳鎘(NiCd)、鋰離子、鋰聚合物、 可再充電堿、鉛酸、鋰薄膜或任何其它類型的可再充電電池化學物25。RF電力接收天線18可位于電池20或具有電池20的大小的組件的內部(如圖3 所示)或外部(如圖4所示)。極其類似于先前所描述及圖3中所示的WPS的另一實施例為將WPS包含在標 準大小或自定大小的可再充電電池20的封裝中且同進保持電池20的功能。此可再充 電電池化學物25或電池20的能量部分28可以是但不限于NiMH、 NiCd、鋰離子、 鋰聚合物、可再充電堿、鉛酸、鋰薄膜或任何其它類型的可再充電電池化學物25。 這可需要置換電池20中的某些化學物以為WPS、PCB及/或可能地為RF收獲天線18 留出空間。此實施例可參見圖5。電池20可正常地發揮作用，但可由于移除了某些 化學物而具有略小的電荷容量。在此情況下，WPS可對具有WPS的外殼中存在的電 池20化學物充電或擴充，而外殼中的電池20化學物可為用WPS改進的裝置12提供 操作電力。對于具有不處于RF電力場中的可能性的裝置(例如但不限于蜂窩電話、 PDA或任何其它由移動電池20供電的裝置)來說，這是一個比圖3中所顯示的更具 吸引力的實施例。在先前的情況下，WPS類似于電池20但不具備電池20的功能， 如果WPS沒有正從RF電力傳輸器或RF電力網絡接收電力，則僅使用WPS來供電 的裝置12不會發揮作用。但是，對于圖5中所示的情況來說，且在僅取代裝置12的 一個或某些電池的先前情況下，WPS-電池20組合仍具有在不處于RF電力場時向裝 置12提供操作電力的能力。舉例來說，可需要用取代電池20的WPS來改進蜂窩電 話。大多數蜂窩電話僅具有一個可修改的電池20組30。在此實例中，圖3中所顯示 的實施例可能不是最佳選擇，因為蜂窩電話僅在處于RF電力場中時或當在RF電力 場中的時間周期時電荷存儲組件50 (例如電容器)內存儲有電荷時才運行。因為可 使蜂窩電話四處移動，所以即使在不是RF電力場的地方，改進此蜂窩電話的最佳選 擇也是將可再充電電池化學物25包含在內，其中當蜂窩電話不在RF電力場中時由 WPS向蜂窩電話提供可操作電力。在先前實施例的情況下，RF電力接收天線18可位于含有電池20化學物的電池 20或具有電池20大小的組件的內部(如圖5中所示)或外部(如圖6中所示)。對于內部RF收獲天線18來說，只要外殼由在所關注頻率下對RF場具有極低或 不具有衰減的材料(例如但不限于塑料)構成，天線18即可形成于電池外殼26內部。 對于非衰減外殼來說，天線18可形成為所述外殼的一部分。舉例來說，所述外殼可 由塑料材料制成，所述塑料內設置有金屬偶極子。對于由衰減的材料(例如金屬)構 成的外殼來說，使電池20的金屬外殼發生諧振以形成RF收獲天線18也是可能的。 不論電池20的外殼是否電連接到電池20的一個端子，均可使外殼發生諧振。在外殼
浮動或沒有電連接到電池20的端子的情況下，WPS可通過阻抗匹配網絡連接到金屬的或其它合適的天線18材料的外殼以將金屬外殼阻抗匹配到WPS。另外，WPS及/ 或阻抗匹配電路與外殼之間的接觸點可用于協助阻抗匹配且還可幫助調整及/或改進 電池外殼22RF收獲天線18的輻射特性。此一實例可參見圖7，其中天線18形成為 中空圓柱體且像外殼一樣環繞WPS及/或電池化學物25。對于所述實施例中的任一者 來說，可必要地將電池外殼22劃分為兩個或兩個以上電絕緣或電隔離部分以使電池 外殼22發生諧振。舉例來說，電池外殼22可通過在偶極子的兩部分之間放置絕緣材 料或電介質而形成為偶極子天線18 (天線18形成為中空圓柱體)，如圖8所示。圖 8中所示的此實例由于偶極子天線18的平衡性質而具有兩個天線18饋電線。饋電點 的數目將取決于WPS所使用的天線18的類型。應注意，本文實施例中的任一者均可形成為WPS或形成為包含電池化學物25 的WPS，不論是否顯示于說明性圖式中。另外，WPS可含有或具有外部阻抗匹配以保證從天線18到WPS的最大電力傳 輸。WPS可經設計以匹配天線18，或反之亦然，而不需要阻抗匹配。因此，所形成 的WPS及天線18系統可具有或可不具有標準阻抗，例如50歐姆。對于電池外殼22電連接到一個電池20端子的情況來說，可需要將隔離添加到電 連接的電池20端子以保證RF噪聲沒有注入到從WPS及/或電池20接收電力的裝置 12中且保證裝置12不會載入電池外殼22RF收獲天線18且致使天線18的特性(例 如阻抗)發生變化。此隔離可僅僅是低通濾波器(LPF)，其可允許來自電池20的 DC能量流到裝置12且同時阻擋RF能量。此一實例可參見圖9。應注意，LPF可視 具體應用而位于電池20的內部或外部。對于外部RF收獲天線18來說，天線18可形成于電池20上或遠離電池20。 RF 收獲天線18可形成于如圖IO所顯示的非衰減外殼外部，或可通過在金屬或衰減外殼 與天線18之間放置電介質而形成于金屬或衰減外殼上，如圖ll所示。金屬外殼可充 當反射體或接地平面以幫助增大天線18的增益。對于金屬外殼來說，其還可能包含 凹處，天線18可形成于所述凹處中且同時保證齊平的表面，如圖12中可見。所述凹 處可限制在外殼的一側或可包含整個電池20圓柱體。另外，金屬外殼可具有電隔離 或電絕緣區域，天線18可形成于所述區域中。在某些應用中，使用電池20標簽來形 成天線18是可能的，所述標簽可部分地或全部為金屬的，例如金屬箔。此一實例可 參見圖13。在某些應用中，使天線18遠離電池20或電荷存儲組件50而定位是有利的。在 這些情況下，天線18可連接到位于電池20上的專用端子。舉例來說，電池20的本 體可含有兩個金屬墊48或環繞電池20外部的環，如圖14所示，其中天線18或傳輸 線60可使用彈簧加載觸點來連接。還可能包含連接器36、插孔、插頭或適配器，這 取決于電池20及電池外罩14的大小及形狀，如圖15所示。在某些應用中，使用電池20的外殼作為天線18的一部分可是有利的。舉例來說， 可將金屬(或其它導電材料)電池外殼22用作貼片天線18的接地平面。所述貼片可 形成于金屬(或其它導電材料)電池外殼22上方且由非導電材料隔開。WPS可位于 電池20內部或外部且可用同軸電纜、微帶或任何其它饋電技術來為貼片天線18饋電。 圖16中可見使用金屬電池外殼22來作為接地平面的同軸饋電貼片天線18的實例。 應注意，電池外殼22可以是浮動的或可連接到一個電池20端子。應注意，可以任何類型及數目的天線來實施本文所描述的天線18配置。舉例來 說，WPS可連接到一個以上RF收獲天線18，其中每一天線18均可以是但不限于 偶極子、單極子、貼片、微帶或任何其它天線18類型或配置。在某些應用中，也可 有利地具有可連接到一個或一個以上天線的多個WPS。在先前的實施例中，WPS集成到電池20或具有電池20大小的外罩14中，而天 線在內部或外部。在某些應用中，可有利地使WPS位于電池20或具有電池20大小 的外罩14外部，而天線可位于外罩14內部或外部。舉例來說，WPS可形成于電池 20的外殼上，而天線如前文描述可在外部連接到電池外殼22或形成為電池外殼22 的一部分。圖17中可見使用電池外殼22作為天線18的外部WPS的實例。在某些應用中，可使用多個電池外殼22來形成WPS的天線18。舉例來說，可 使用兩個具有浮動外殼的AA電池來形成偶極子天線18，如圖18所示。根據將被收 獲的RF電力的一個頻率或多個頻率，可必要地包含阻抗匹配網絡以將偶極子天線18 匹配到WPS。在先前實施例中，使用多個電池外殼22來形成RF收獲天線18。由于到電池20 的電力連接可導致對天線18的輻射特性不合需要的影響，使用電池外殼22來形成天 線18并不總是有利的。因此，RF電力收獲天線18可環繞電池20或多個電池形成以 啟用不會影響天線18的輻射特性的有線連接。舉例來說，可使用兩個由導電材料(例 如但不限于金屬)制成的中空圓柱體(每一中空圓柱體均含有AA電池20)來形成偶 極子天線18。 WPS可安裝在兩個中空圓柱體之間，兩者均具有電連接。另外，來自 WPS的電線可從圓柱體內部穿到電池兩端以作出用于電池20再充電的電連接。因為 位于圓柱體內部，所以所述電線不會對天線18的輻射特性產生影響，且由于表層的 影響，RF電流均存在于圓柱體表面上。另外，可在天線18的每一端處添加隔離以將 WPS電池20再充電單元的電力端子與RF電力收獲天線18結構隔離。圖19中可見 WPS電池20再充電單元的實例。在某些應用中，改進或重新設計含有WPS及/或RF收獲天線18的產品可能不 是有利的。因此，WPS及RF收獲天線18可經設計以位于裝置12外部，且WPS的 輸出可通過連接器36、插口、插頭或適配器連接到裝置12以使由WPS捕獲的能量 被傳送到裝置12來用于直接的供電應用，或傳送到可再充電電池20或電荷存儲組件 50以用于電池20再充電或擴充應用。WPS可以連接到現有的端口、連接器36、插 口、插頭或適配器的方式來設計，其經設計以用于再充電設備52的連接，所述再充 電設備從除RF電力收獲以外的裝置獲得其電力，例如但不限于機動車中的AC電網 或DC電力。舉例來說，可用使用電池20再充電插座的WPS及RF收獲天線18對蜂 窩電話再充電，所述電池再充電插座可構建于所述電話中以通過到墻壁或汽車電源插 座的有線連接來進行電池20再充電。WPS可用集成天線18裝配到PCB上，如圖20 所示。還可能將WPS及RF收獲天線18中的任一者包含在裝置12內部，而另一者 位于裝置12外部并通過連接器36、插口、插頭或適配器連接到裝置12。舉例來說， WPS可足夠小以裝配到蜂窩電話中。然而，當位于所述蜂窩電話外部時，天線18可 能會過大或可具有更好的RF電力收獲特性。因此，WPS可放置在蜂窩電話內部，而 RF電力收獲天線18位于蜂窩電話外部。外部RF電力收獲天線18可使用現有的或專 用連接器36來連接。在某些應用中，可有利地將WPS及RF電力收獲天線18構建到裝置的現有附件 或外部組件(例如但不限于保護蓋、保護殼、腰帶扣、皮套、固定器、面板、入塢 站、項鏈架、臂章架、頭戴耳機、裝運箱或任何其它裝置附件)中或其上。舉例來說， 經常使用皮制外殼來保護蜂窩電話以避免對電話的損害及擦傷。可將WPS及RF收 獲天線18設計到蜂窩電話蓋54中，其中使所述蓋插入到電池20再充電插座中，所 述電池再充電插座構建于所述電話中并連接到WPS的輸出以對蜂窩電話電池20再充 電。蜂窩電話蓋54還可具有接納來自標準再充電設備52的連接或穿過所述連接的能 力，所述標準再充電設備具有到墻壁或汽車電源插座的有線連接。舉另一實例來說， 可以與蜂窩電話類似的方式對iPOD或其它音樂裝置再充電。然而，在iPOD的情況 下，WPS及RF收獲天線18可遠離裝置12定位并附裝到頭戴耳機56的軟線。WPS 的輸出可通過軟線被供應到iPOD，所述軟線可通過連接器36、插口、插頭或適配器 附裝到iPOD再充電插座，如圖21所示。還可能將WPS及天線18集成到現有的頭 戴耳機56軟線中以消除所需要的第二電線及連接器36。在某些應用中，將WPS集成到天線18或天線18結構中可是有益的。因此，天 線18的輸出不會是RF電力，而是可由裝置12使用的電力形式，例如但不限于DC 電力。將WPS集成到天線18中可消除由連接器36及若干段傳輸線60導致的損耗源。 因此，所形成的WPS及RF收獲天線18可具有較高的效率。舉例來說，同軸偶極子 為經設計以直接連接到同軸電纜的不平衡天線18。所述偶極子的兩個軸向元件在偶 極子中央匯合，且兩個導體通過形成為中空圓柱體的較低的軸向元件退出到偶極子末 端。典型的同軸偶極子可參見圖22a。如圖22b顯示，WPS可集成到天線18及DC 電力中，所述DC電力可由連接到DC連接器36、插口、插頭或適配器的兩個導體傳 遞到偶極子底部。在某些應用中，還可有利地將WPS實施為同軸(或其它傳輸線60)線內設備 58。天線18的輸出可連接到WPS且WPS通過連接器36、插口、插頭或適配器將 DC電力傳遞到連接到WPS的裝置12。舉例來說，具有SMA連接器36的同軸偶極 子可連接到位于WPS上的相反極性的SMA連接器36。 WPS可接納RF收獲天線18 所提供的RF電力，且WPS將DC電力輸出到通過連接器36、插口、插頭或適配器
連接的裝置12，以直接為裝置12供電或對裝置12電荷存儲組件50再充電。線內同 軸WPS的實例可參見圖23。WPS可以若干方式形成。在新的設計中，WPS可集成到現有的或新設計的PCB 上，其中集成或外部天線18用于收獲RF能量。WPS可呈離散組件42及/或集成電 路的形式。在集成電路的情況下，可必要地使用一個或一個以上外部組件以使由集成 電路固有的寄生元件(例如但不限于導體、半導體及金屬半導體接合的有限電阻、 低質量因素電感器、襯底40的電容、其它組件的電容及其它寄生元件)導致的WPS 轉換效率的損耗最小化。WPS還可實施為含有離散組件42及集成電路44的PCB (或其它襯底40)。所 述PCB可含有用于連接到另一 PCB或襯底40的通孔銷或表面安裝墊48。舉例來說， 名稱為"用于對各種負載的高效整流的方法及設備(Method and Apparatus for High Efficiency Rectification for Various Loads)"的美國臨時申請案第60〃29，792號中顯示 的WPS實施為具有四個表面安裝墊的模塊。RF輸入墊連接到天線18、輸出墊連接 到裝置12以用于直接供電且連接到電池20或電荷存儲組件50以用于再充電應用， 且其它兩個墊連接到接地。所述模塊經設計以焊接到另一 PCB上以保證適當的布局 且便于由用戶使用。圖24顯示WPS模塊的尺寸。當發現有利時，WPS可實施為電池20組30或實施于所述電池20組30中。舉 例來說，WPS及RF電力收獲天線18可形成于電池20或多個電池的外部封裝內或其 上，而保持在電池外殼26外部。舉一特定的實例，通常將蜂窩電話電池裝入塑料外 殼中以提供保護、給予支撐并呈現美觀的大小及形狀。電池及(可能的)電池再充電 或保護電路形成于所述塑料外殼內。WPS及RF電力收獲天線18還可形成于塑料外 殼內以使其成為電池組30的一部分。在某些應用中，可有益地將RF電力收獲天線 18形成為外部組件或將RF電力收獲天線18形成于用于盛裝電池20的塑料(或其它 材料)外殼外面上。裝有電池20或多個電池的WPS的實例顯示于圖25中。本發明不應與通過感應耦合的電力傳送混淆，所述電力傳送要求裝置12相對靠 近電力傳輸源。作者克勞斯.芬克澤勒(Klaus Finkenzeller)所著的RFID手冊將感應 耦合區定義為傳輸器與接收器之間小于0.16)d的距離，其中人為RF波的波長。本發 明可實施于近場(有時稱作感應)區及遠場區中。遠場區是大于0.16xX的距離。在本發明的任何實施例中，所傳輸的RF電力均可限定為僅包含電力，g卩，信號中不存在數據。如果所述應用需要數據，則所述數據優選地在單獨的頻帶中傳輸且/ 或具有單獨的接收器。雖然在前述實施例中出于圖解說明的目的對本發明進行了詳細描述，但是應了 解，所述細節僅用于該目的，且除可在所附權利要求書中加以描述外，所屬技術領域 的技術人員可在不背離本發明的精神及范圍的情況下對其進行變動。
權利要求
1、一種設備，其用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電，所述設備包括無線電源，其裝配到所述外罩中；及天線，其連接到所述無線電源。
2. 如權利要求1所述的設備 一部分。
3. 如權利要求2所述的設備分。
4. 如權利要求3所述的設備接地平面。
5. 如權利要求4所述的設備
6. 如權利要求3所述的設備 池的至少一部分。
7. 如權利要求3所述的設備 分的外部。
8. 如權利要求2所述的設備
9. 如權利要求1所述的設備 的遮罩。
10. 如權利要求1所述的設備，其包含所述設備的外殼且其中所述天線為所述外 殼的至少一部分。
11. 如權利要求l所述的設備，其中所述無線電源看起來像且具有電池的配置。
12. 如權利要求ll所述的設備，其中所述天線位于所述無線電源內部。
13. 如權利要求ll所述的設備，其中所述天線位于所述無線電源外部。
14. 如權利要求ll所述的設備，其中所述天線與所述無線電源的遮罩成一體。
15. 如權利要求l所述的設備，其包含電池，其中所述無線電源嵌入在所述電池中。
16. 如權利要求l所述的設備，其中所述無線電源設置在所述天線中。
17. 如權利要求l所述的設備，其中所述無線電源含有電池化學物。
18. 如權利要求17所述的設備，其中所述天線位于所述無線電源內部。
19. 如權利要求18所述的設備，其中所述天線位于所述無線電源外部。
20. 如權利要求1所述的設備，其中所述天線連接到設置在所述外罩中的電池的 連接。
21 如權利要求1所述的設備，其中所述無線電源取代所述裝置的一個或一個以，其中所述天線為設置在所述外罩中的電池的至少，其中所述天線為所述電池的電池外殼的至少一部，其中所述電池外殼的至少一部分形成所述天線的，其中所述天線為貼片天線。，其中所述天線為設置在所述外罩中的一個以上電，其中所述天線位于所述電池外殼的所述至少一部,其中所述無線電源設置在所述電池的外部。，其中所述天線為連接到設置在所述外罩中的電池上電池。
22、 如權利要求21所述的設備，其中所述無線電源取代設置在所述外罩中的電 池組內的一個或一個以上電池。
23、 如權利要求1所述的設備，其中所述無線電源與所述裝置的至少一個電池并 聯連接。
24、 如權利要求1所述的設備，其中所述無線電源與所述裝置的至少一個電池串 聯連接。
25、 如權利要求l所述的設備，其中所述天線定位于所述裝置內。
26、 一種電池，其包括 能量部分； 無線電源；及第一連接，來自所述能量部分及所述無線電源的能量通過所述第一連接來分配。
27、 如權利要求26所述的電池，其進一步包含用于與RF收獲天線連接的第二 連接。
28、 如權利要求26所述的電池，其進一步包含天線。
29、 如權利要求28所述的電池，其進一步包含電池外殼，其中所述天線位于所 述電池外殼外部。
30、 如權利要求28所述的電池，其進一步包含電池外殼，其中所述天線位于所 述電池外殼內部。
31、 如權利要求28所述的電池，其進一步包含電池外殼，其中所述天線與所述 電池外殼成一體。
32、 一種用于DC電力連接的無線電力適配器，其包括 無線電源；天線，其連接到所述無線電源；及連接器，其連接到嚙合所述DC電力連接的所述無線電源。
33、 如權利要求32所述的無線電力適配器，其中所述無線電源經配置以裝配在 待被供電的裝置內。
34、 一種用于以無線方式為裝置供電的無線電源，其包括 襯底；及連接到所述襯底的離散組件及集成電路，其中所述無線電源電連接到所述裝置。
35、 如權利要求34所述的無線電源，其中所述無線電源經配置以設置在第二襯 底上。
36、 如權利要求35所述的無線電源，其中所述第二襯底為所述裝置的一部分。
37、 如權利要求34所述的無線電源，其進一步包含表面安裝墊。
38、 如權利要求34所述的無線電源，其進一步包含通孔銷。
39、 如權利要求34所述的無線電源，其中所述無線電源與所述裝置的一個或一個以上電池并聯連接。
40、 如權利要求34所述的無線電源，其中所述無線電源與所述裝置的一個或一 個以上電池串聯連接。
41、 如權利要求34所述的無線電源，其中所述無線電源經配置以成為電池組的 一部分。
42、 一種用于以無線方式為裝置供電的設備，其包括無線電源，其設置在所述裝置外部且與所述裝置電連通以為所述裝置供電；及天線，其與所述無線電源連接。
43、 如權利要求42所述的設備，其中所述裝置具有連接器以接收能量，且所述 無線電源與所述連接器電連通以為所述裝置供電。
44、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源直接為所述裝置供電。
45、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源對所述裝置的電荷存儲組件充電。
46、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源擴充所述裝置的電荷存儲組件。
47、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源經配置以與所述裝置的所述 連接器配對。
48、 如權利要求47所述的設備，其中所述連接器經配置以接納再充電設備。
49、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源經配置以并入到裝置附件中。
50、 如權利要求49所述的設備，其中所述裝置附件為蜂窩電話蓋。
51、 如權利要求49所述的設備，其中所述裝置附件為頭戴耳機。
52、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源經配置以并入到所述天線中。
53、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源經配置以被并入作為傳輸線 的線內設備。
54、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源經配置以被并入到所述裝置 的印刷電路板中。
55、 如權利要求42所述的設備，其中所述裝置包含外罩，其中所述無線電源由 所述外罩支撐。
56、 如權利要求42所述的設備，其中所述無線電源設置在所述天線內。
57、 一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的方法，其包括 以下步驟—將無線電源裝配到所述外罩中；及 通過連接到所述無線電源的天線以無線方式接收能量。
58、 一種用于以無線方式為裝置供電的方法，其包括以下步驟 將無線電源電連接到所述裝置；通過連接到所述無線電源的天線以無線方式接收能量；及用所述接收的能量為所述裝置供電。
59、 如權利要求58所述的方法，其進一步包含將所述無線電源與所述裝置的一 個或一個以上電池串聯放置的步驟。
60、 如權利要求58所述的方法，其進一步包含將所述無線電源與所述裝置的一 個或一個以上電池并聯放置的步驟。
61、 一種用于向蜂窩電話提供能量的方法，其包括以下步驟 用無線電源為所述蜂窩電話供電；及 通過連接到所述無線電源的天線以無線方式接收能量。
62、 一種設備，其用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電，所述 設備包括-用于供電的裝置，其裝配到所述外罩中；及 天線，其連接到所述用于供電的裝置。
63、 一種無線電源，其包括用于將所述無線電源電連接到待被供電的裝置的連接， 其中所述無線電源經配置以以無線方式接收能量，且所述無線電源看起來像且具有至少一個電池的配置。
64、 如權利要求63所述的無線電源，其進一步包含經配置以接收無線電力的天線。
65、 一種設備，其用于從自遠程無線電力傳輸器接收的能量以無線方式為具有電 荷存儲組件的外罩的裝置供電，所述設備包括無線電源，其裝配到所述外罩中；及天線，其連接到所述無線電源且遠離所述電力傳輸器。
66、 如權利要求65所述的設備，其中當所述無線電源正從所述電力傳輸器接收 電力時，所述裝置距所述電力傳輸器至少為一英寸的間隔。
67、 如權利要求66所述的設備，其中當所述無線電源正從所述電力傳輸器接收 電力時，所述裝置距所述電力傳輸器至少三英寸。
68、 如權利要求67所述的設備，其中當所述無線電源正從所述電力傳輸器接收 電力時，所述裝置距所述電力傳輸器至少七英寸。
69、 如權利要求68所述的設備，其中當所述無線電源正從所述電力傳輸器接收 電力時，所述裝置距所述電力傳輸器至少十二英寸。
70、 如權利要求69所述的設備，其中當所述無線電源正從所述電力傳輸器接收 電力時，所述裝置距所述電力傳輸器至少二十英寸。
71、 一種方法，其用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電，其包 括以下步驟傳輸來自無線電力傳輸器的能量；及當所述裝置在裝配到所述外罩中的無線電源正從所述電力傳輸器接收電力時遠 離所述電力傳輸器時，在所述無線電源處通過連接到所述裝置的所述無線電源的天線接收所述能量。
72、如權利要求71所述的方法，其中所述接收步驟包含以下步驟當所述裝置 在所述無線電源正從所述電力傳輸器接收電力時距所述電力傳輸器至少一英寸的間 隔時，在所述無線電源處接收所述能量。
全文摘要
本發明揭示一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的設備，其包含裝配到所述外罩中的無線電源。所述設備包含連接到所述無線電源的天線；電池；用于蜂窩電話的蜂窩電話蓋；頭戴耳機；用于DC插口的無線電力適配器。或者，所述設備包含具有設置在所述裝置中的離散組件及集成電路的襯底。本發明還揭示一種用于以無線方式為具有電荷存儲組件的外罩的裝置供電的方法。
文檔編號H04B1/16GK101401312SQ200680053771
公開日2009年4月1日 申請日期2006年7月27日 優先權日2006年3月22日
發明者丹尼爾·W·哈里斯特, 查爾斯·E·格林, 約翰·G·希勒 申請人:鮑爾卡斯特公司