用于感應電力傳送的線圈拓撲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供包含磁通量裝置的系統(tǒng)、方法和設備，所述磁通量裝置經配置以發(fā)射或接收磁通量。在某些配置中，所述磁通量裝置可包含具有第一層和第二層的第一線圈、具有第三層和第四層的第二線圈和磁導性材料，其中所述第一線圈在所述磁導性材料的第一邊緣上延伸且所述第二線圈在所述磁導性材料的第二邊緣上延伸。在某些其它配置中，所述磁通量裝置可包含第一傳導性結構，所述第一傳導性結構包含分別圍封第一面積和第二面積的第一線圈和第二線圈。所述磁通量裝置可進一步包含第二傳導性結構，其中所述第一傳導性結構的至少第一平坦部分與所述第二傳導性結構的第二平坦部分大體上共平面。
【專利說明】
用于感應電力傳送的線圈拓撲
技術領域
[0001]本發(fā)明大體涉及無線電力傳送，且更具體地說，涉及與到遠程系統(tǒng)(例如，電動車輛)的無線電力傳送有關的裝置、系統(tǒng)和方法，和耦合器線圈拓撲。
【背景技術】
[0002]已經引入了包含根據從例如電池的能量存儲裝置接收的電導出的運轉動力的遠程系統(tǒng)，例如，車輛。舉例來說，混合動力電動車輛包含機載充電器，所述機載充電器使用來自車輛制動和傳統(tǒng)馬達的電力給車輛充電。純電動車輛一般從其它來源接收電來給電池充電。常常提議通過例如家用或商用AC供應源的某一類型的有線交流電(AC)給電池電動車輛(電動車輛)充電。有線充電連接需要物理上連接到電力供應器的電纜或其它類似連接器。電纜和類似連接器有時可能不方便或繁瑣，且具有其它缺點。能夠在自由空間中(例如，經由無線場)傳送電力以便用于給電動車輛充電的無線充電系統(tǒng)可克服有線充電解決方案的一些不足。因而，高效且安全地傳送電力以給電動車輛充電的無線充電系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內容】

[0003]在所附權利要求書的范圍內的系統(tǒng)、方法和裝置的各種實施方案各自具有若干方面，其中的單個方面并不單獨負責本文中所描述的合乎需要的屬性。在不限制所附權利要求書的范圍的情況下，本文中描述一些顯要特征。
[0004]在附圖及以下描述中闡述本說明書中描述的標的物的一或多個實施方案的細節(jié)。其它特征、方面和優(yōu)點將從描述、圖式和權利要求書而變得顯而易見。應注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]本發(fā)明的一個方面提供一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量。所述磁通量裝置包括至少第一導電性線圈和第二導電性線圈。所述第一線圈具有第一層和第二層。所述第二線圈具有第三層和第四層。所述第一層與所述第三層大體上共平面。所述磁通量裝置進一步包括磁導性材料，其具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面。所述第一線圈在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交。所述第二線圈在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。
[0006]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其用于從在所述磁通量裝置外的空間無線地接收電力或將電力無線地發(fā)射到所述空間。所述磁通量裝置包括經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的第一傳導性結構。所述第一傳導性結構包括具有第一下表面的第一線圈和具有第二下表面的第二線圈，所述第一下表面與所述第二下表面大體上共平面。所述第一傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第一長度和第一寬度，其中所述第一長度大于所述第一寬度。所述磁通量裝置進一步包括經配置以經由所述磁場無線地接收或發(fā)射電力的第二傳導性結構。所述第二傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第二長度和第二寬度。所述第二長度大體上平行于所述第一長度且大于所述第二寬度。所述第一傳導性結構的至少第一平坦部分與所述第二傳導性結構的第二平坦部分大體上共平面。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量。所述磁通量裝置包括至少第一導電性線圈和第二導電性線圈。所述第一線圈大體上平坦且具有界限第一面積的第一周邊。所述第二線圈大體上平坦且具有界限第二面積的第二周邊。所述第二線圈與所述第一線圈大體上共平面。所述磁通量裝置進一步包括具有大體上平坦表面且具有界限第三面積的第三周邊的磁導性材料。所述第一線圈和所述第二線圈大體上平行于所述大體上平坦表面。所述第一面積與所述第二面積的總和對所述第三面積的比率處于0.9與1.1之間的范圍中。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供一種用于發(fā)射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用至少第一導電性線圈和第二導電性線圈使至少一個電流流動。所述第一線圈具有第一層和第二層。所述第二線圈具有第三層和第四層。所述第一層與所述第三層大體上共平面。所述方法進一步包括修改由所述至少一個電流產生或產生所述至少一個電流的磁通量。所述磁通量是使用磁導性材料修改，所述磁導性材料具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面。所述第一線圈在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交。所述第二線圈在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。
[0009]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量。所述磁通量裝置包括用于使至少一個電流流動的裝置和用于修改由所述至少一個電流產生或產生所述至少一個電流的磁通量的的裝置。所述流動裝置可包括至少第一導電性線圈和第二導電性線圈。所述第一線圈具有第一層和第二層。所述第二線圈具有第三層和第四層。所述第一層與所述第三層大體上共平面。所述修改裝置可包括磁導性材料，其具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面。所述第一線圈在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交。所述第二線圈在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。
[0010]本發(fā)明的另一方面提供一種用于發(fā)射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的至少第一傳導性結構使至少一個第一電流流動。所述第一傳導性結構包括具有第一下表面的第一線圈和具有第二下表面的第二線圈，所述第一下表面與所述第二下表面大體上共平面。所述第一傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第一長度和第一寬度，其中所述第一長度大于所述第一寬度。所述方法進一步包括使用經配置以經由所述磁場無線地接收或發(fā)射電力的至少第二傳導性結構使至少一個第二電流流動。所述第二傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第二長度和第二寬度。所述第二長度大體上平行于所述第一長度且大于所述第二寬度。所述第一傳導性結構的至少第一平坦部分與所述第二傳導性結構的第二平坦部分大體上共平面。
[0011]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其用于從在所述磁通量裝置外的空間無線地接收電力或將電力無線地發(fā)射到所述空間。所述磁通量裝置包括用于使至少一個第一電流流動的第一裝置所述第一流動裝置可包括經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的第一傳導性結構。所述第一傳導性結構包括具有第一下表面的第一線圈和具有第二下表面的第二線圈，所述第一下表面與所述第二下表面大體上共平面。所述第一傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第一長度和第一寬度，其中所述第一長度大于所述第一寬度。所述磁通量裝置進一步包括用于使至少一個第二電流流動的第二裝置。所述第二流動裝置可包括經配置以經由所述磁場無線地接收或發(fā)射電力的第二傳導性結構。所述第二傳導性結構具有都大體上平行于所述第一和第二下表面的第二長度和第二寬度。所述第二長度大體上平行于所述第一長度且大于所述第二寬度。所述第一傳導性結構的至少第一平坦部分與所述第二傳導性結構的第二平坦部分大體上共平面。
[0012]本發(fā)明的另一方面提供一種用于發(fā)射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用至少第一導電性線圈和第二導電性線圈使至少一個電流流動。所述第一線圈大體上平坦且具有界限第一面積的第一周邊。所述第二線圈大體上平坦且具有界限第二面積的第二周邊。所述第二線圈與所述第一線圈大體上共平面。所述方法進一步包括修改由所述至少一個電流產生或產生所述至少一個電流的磁通量。所述磁通量是使用具有大體上平坦表面且具有界限第三面積的第三周邊的磁導性材料修改。所述第一線圈和所述第二線圈大體上平行于所述大體上平坦表面。所述第一面積與所述第二面積的總和對所述第三面積的比率處于
0.9與1.1之間的范圍中。
[0013]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量。所述磁通量裝置包括用于使至少一個電流流動的裝置。所述流動裝置可包括至少第一導電性線圈和第二導電性線圈。所述第一線圈大體上平坦且具有界限第一面積的第一周邊。所述第二線圈大體上平坦且具有界限第二面積的第二周邊。所述第二線圈與所述第一線圈大體上共平面。所述磁通量裝置進一步包括用于修改由所述至少一個電流產生或產生所述至少一個電流的所述磁通量的裝置。所述修改裝置可包括具有大體上平坦表面且具有界限第三面積的第三周邊的磁導性材料。所述第一線圈和所述第二線圈大體上平行于所述大體上平坦表面。所述第一面積與所述第二面積的總和對所述第三面積的比率處于0.9與1.1之間的范圍中。
[0014]本發(fā)明的另一方面提供一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量。所述磁通量裝置包括用于無線地發(fā)射或接收電力的裝置，其包括用于傳導電流的第一裝置和用于傳導電流的第二裝置。用于傳導電流的所述第一裝置具有第一層和第二層。用于傳導電流的所述第二裝置具有第三層和第四層。所述第一層與所述第三層大體上共平面。所述磁通量裝置進一步包括用于引導磁通量的裝置，其具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面。用于傳導電流的所述第一裝置在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交。用于傳導電流的所述第二裝置在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。
【附圖說明】
[0015]圖1為根據本發(fā)明的示范性實施例的用于給電動車輛充電的示范性無線電力傳送系統(tǒng)的圖。
[0016]圖2為圖1的無線電力傳送系統(tǒng)的示范性核心組件的示意圖。
[0017]圖3為展示圖1的無線電力傳送系統(tǒng)的示范性核心和輔助組件的另一功能框圖。
[0018]圖4為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的安置于電動車輛中的可替換無觸點電池的功能框圖。
[0019]圖5A、5B、5C和5D為根據本發(fā)明的示范性實施例的用于感應線圈和鐵氧體材料相對于電池的放置的示范性配置的圖。
[0020]圖6為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的可用于對電動車輛無線充電的示范性頻率的頻譜的圖表。
[0021]圖7為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的可用于給電動車輛無線充電的示范性頻率與發(fā)射距尚的圖表。
[0022]圖8A展示可被視為已通過“圓形”型耦合器朝向“螺線管”型耦合器的變形的過程產生的一族“雙線圈”型感應電力傳送(IPT)耦合器設計。
[0023]圖SB示意性地說明從“圓形”耦合器朝向“螺線管”型耦合器的變形的過程。
[0024]圖9A示意性地說明包括“圓形”型線圈結構、鐵氧體結構和傳導性背板的所謂的“圓形”型耦合器的橫截面，以及用于此線圈拓撲的典型電流方向和磁場線。
[0025]圖9B展示根據圖9A的“圓形”型耦合器模型的透視圖，其中矩形線圈具有圓拐角(例如，‘0’形線圈)。
[0026]圖10示意性地說明根據圖9A的IPT耦合器的橫截面，其中線圈分裂成兩半(例如，線圈A和線圈B)。
[0027]圖11示意性地說明向左移動的線圈A。
[0028]圖12示意性地說明向右移動的線圈B。
[0029]圖13A示意性地說明降低到與線圈B相同的平面的線圈A，以及用于產生‘垂直’磁矩的操作模式的電流方向和磁場線。
[0030]圖13B展示根據圖13A的IPT耦合器模型的透視圖，且更具體地說，特性在于兩個重疊線圈的所謂的“雙極”型耦合器，其中線圈A與線圈B具有大體上‘零’互電感。
[0031]圖14示意性地說明根據圖13A的IPT耦合器拓撲的橫截面，但具有倒轉的線圈B的電流方向，使得磁通量裝置產生由兩個截然不同的磁極區(qū)(N)和(S)和開始于一個極區(qū)且結束于另一極區(qū)的場線指示的‘水平’磁矩。
[0032]圖15A示意性地說明線圈A與線圈B進一步分開且稍微收縮使得其不重疊，以及指示產生水平磁矩的操作模式的電流方向和場線。
[0033]圖15B展示根據圖15A的IPT耦合器模型的透視圖，且更具體地說，特性在于具有某一互電感的兩個不重疊線圈且特性在于具有與“雙D”型線圈結構基本上相同大小的鐵氧體背襯(被稱為“雙D—一實際大小鐵氧體”耦合器拓撲)的所謂的“雙D”型磁通量裝置。
[0034]圖16A示意性地說明類似于圖15A的IPT耦合器的橫截面，但具有使之較小的鐵氧體背襯的長度和寬度，使得“雙D”型線圈的外部分懸垂于鐵氧體背襯上。
[0035]圖16B展示根據圖16A的IPT耦合器模型的透視圖，所述IPT耦合器模型被稱為“雙D，平坦懸垂繞組”耦合器拓撲。
[0036]圖17A示意性地說明進一步向外移且折疊使得在兩個前側的繞組與在鐵氧體背襯的表面的平面下方且更靠近背板的繞組堆疊的“雙D”型線圈的外段。
[0037]圖17B展示根據圖17A的IPT耦合器模型的透視圖，所述IPT耦合器模型被稱為“雙D，前堆疊繞組”耦合器拓撲。
[0038]圖18示意性地說明在鐵氧體結構的相對側和增大的在鐵氧體與背板之間的氣隙上的“雙D，前堆疊繞組”耦合器拓撲(被稱為“雙螺線管，前堆疊繞組”耦合器拓撲)的線圈。
[0039]圖19示意性地說明經展開到單層繞組且稍微朝向磁通量裝置的中心移動的線圈的底部段，其可被視為兩個傾斜螺線管線圈且被稱為“雙螺線管，傾斜繞組”耦合器拓撲。
[0040]圖20示意性地說明圖19的IPT耦合器拓撲的橫截面，但具有經增大以匹配線圈結構的大小的鐵氧體的長度，其被稱為“雙螺線管，傾斜繞組，實際大小鐵氧體”耦合器拓撲。
[0041]圖21示意性地說明進一步收縮且朝向中心移動的兩個傾斜螺線管線圈，其被稱為“雙螺線管，稍微傾斜繞組”耦合器拓撲。
[0042]圖22示意性地說明使用具有在相同的方向上的電流的直接鄰近的兩個螺線管線圈的IPT耦合器拓撲的橫截面，所述IPT耦合器拓撲被稱為“雙螺線管，鄰近繞組”耦合器拓撲。
[0043]圖23A示意性地說明具有合并成單一線圈的兩個線圈的IPT耦合器的橫截面，所述IPT耦合器可被視為平坦“螺線管”型磁通量裝置。
[0044]圖23B展示根據圖23A的平坦“螺線管”型耦合器模型的透視圖。
[0045]圖24示意性地說明具有指示的步驟數(shù)目的如在先前圖中描繪的變形的所有步驟的概述。
[0046]圖25展示其中線圈大小(總長度和寬度外觀尺寸)大體上與鐵氧體結構的大小相同的“雙D”型耦合器的變體的模型的透視圖，所述模型被稱為“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器。
[0047]圖26A到26C分別展示“雙D，前堆疊繞組”磁通量裝置的模型的透明俯視圖、透視切割圖和展開圖。
[0048]圖26D展示用于在使用“雙D，前堆疊繞組”磁通量裝置的小車輛包裝集成解決方案中的電子元件的潛在空間。
[0049]圖27A到27C分別展示集成了“雙D”線圈和“圓形” (‘Q’)線圈的“交叉極性”型耦合器(“DDQ”耦合器)的模型的透明俯視圖、透視切割圖和展開圖。
[0050]圖式中說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為了清晰起見，可任意擴大或減小各種特征的尺寸。此外，圖式中的一些可能并未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最后，可貫穿說明書和圖使用相似參考編號來表示相似特征。
【具體實施方式】
[0051]下文結合附圖闡述的【具體實施方式】希望作為本發(fā)明的示范性實施例的描述，且并不希望表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術語“示范性”意味“充當實例、例子或說明”，且未必應解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。出于提供對本發(fā)明的示范性實施例的透徹理解的目的，【具體實施方式】包含特定細節(jié)。在一些情況下，以框圖形式展示一些裝置。
[0052]無線傳送電力可指將與電場、磁場、電磁場或其它相關聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳送到接收器，而不使用物理電導體(例如，可通過自由空間來傳送電力)。輸出到無線場(例如，磁場)內的電力可由“接收線圈”接收、俘獲或耦合以達成電力傳送。
[0053]電動車輛在本文中用以描述遠程系統(tǒng)，遠程系統(tǒng)的實例為包含從可充電能量儲存裝置(例如，一或多個可再充電電化學電池或其它類型的電池)得出的電力作為其運轉能力的部分的車輛。作為非限制性實例，一些電動車輛可為除了電動馬達以外還包含用于直接運轉或給車輛的電池充電的傳統(tǒng)內燃機的混合電動車輛。其他電動車輛可從電力汲取所有運轉能力。電動車輛不限于汽車，且可包含摩托車、手推車、小型摩托車和類似者。借助于實例而非限制，本文描述呈電動車輛(EV)形式的遠程系統(tǒng)。此外，還預料到可使用可充電能量存儲裝置至少部分供電的其它遠程系統(tǒng)(例如，例如個人計算裝置和類似者的電子裝置)。
[0054]圖1為根據本發(fā)明的示范性實施例的用于給電動車輛112充電的示范性無線電力傳送系統(tǒng)100的圖。無線電力傳送系統(tǒng)100實現(xiàn)在電動車輛112停放在底座無線電力充電系統(tǒng)102a附近時給電動車輛112充電。在將在對應的底座無線充電系統(tǒng)102a和102b上方停放的停車區(qū)中說明了用于兩個電動車輛的空間。在一些實施例中，本地分配中心130可連接到電力主干線132，并且被配置成通過電力鏈路110將交流電(AC)或直流電(DC)供應提供到底座無線充電系統(tǒng)102a。底座無線充電系統(tǒng)102a還包含底座系統(tǒng)感應線圈104a，用于無線地傳送或接收電力。電動車輛112可包含電池單元118、電動車輛感應線圈116和電動車輛無線充電系統(tǒng)114。電動車輛感應線圈116可與底座系統(tǒng)感應線圈104a相互作用(例如，經由由底座系統(tǒng)感應線圈104a產生的電磁場的區(qū)域)。
[0055]在一些示范性實施例中，電動車輛感應線圈116可在電動車輛感應線圈116位于由底座系統(tǒng)感應線圈104a產生的能量場中時接收電力。所述場對應于可由電動車輛感應線圈116俘獲由底座系統(tǒng)感應線圈104a輸出的能量的區(qū)域。舉例來說，由底座系統(tǒng)感應線圈104a所輸出的能量可處于足以給電動車輛112充電或供電的電平。在一些情況下，所述場可對應于底座系統(tǒng)感應線圈104a的“近場”。近場可對應于存在從底座系統(tǒng)感應線圈104a中的電流和電荷產生的并不將電力輻射遠離底座系統(tǒng)感應線圈104a的強反應性場的區(qū)域。在一些情況下，近場可對應于處于底座系統(tǒng)感應線圈104a的波長的約1/2JI內的區(qū)域(且針對電動車輛感應線圈116，反之亦然)，如將在下文中進一步描述。本地分配1130可經配置以經由通信回程134與外部源(例如，電力網)通信，并且經由通信鏈路108與底座無線充電系統(tǒng)102a通
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[0056]在一些實施例中，電動車輛感應線圈116可與底座系統(tǒng)感應線圈104a對準，且因此由駕駛員簡單地安置于近場區(qū)內，從而相對于底座系統(tǒng)感應線圈104a正確地定位電動車輛112。在其它實施例中，可給予駕駛員視覺反饋、聽覺反饋或其組合，以確定電動車輛112被恰當?shù)胤胖靡杂糜跓o線電力傳送的時間。在又其它實施例中，電動車輛112可由自動駕駛系統(tǒng)定位，所述自動駕駛系統(tǒng)可將電動車輛112來回移動(例如，呈Z字形移動)，直到對準誤差已達到可容許值為止。此可在無駕駛員干預的情況下或在僅具有最少駕駛員干預的情況下(其限制性條件是電動車輛112裝備有伺服方向盤、超聲波傳感器和調整車輛的智能)由電動車輛112自動地及自主地執(zhí)行。在再其它實施例中，電動車輛感應線圈116、底座系統(tǒng)感應線圈104a或其組合可具有用于使所述感應線圈116與104a相對于彼此移位和移動以更準確地將它們定向并在其間形成更高效的耦合的功能性。
[0057]底座無線充電系統(tǒng)102a可位于多種位置中。作為非限制性實例，一些合適位置包含在電動車輛112所有者家中的停車區(qū)、為按照常規(guī)的基于石油的加油站模型化的電動車輛無線充電所保留的停車區(qū)和在其它位置(例如，購物中心和工作場所)的停車場。
[0058]給電動車輛無線地充電可提供眾多益處。舉例來說，可自動地執(zhí)行充電，而實際上不需要駕駛員干預和操縱，由此提高用戶的便利性。也可能不存在暴露的電觸點且無機械磨損，由此改善無線電力傳送系統(tǒng)100的可靠性?？赡懿恍枰獙﹄娎|和連接器的操縱，并且可能不存在可暴露于在室外環(huán)境中的濕氣和水的電纜、插頭或插口，由此改善安全性。還可不存在可見或可接取的插口、電纜和插頭，由此減小對電力充電裝置的潛在破壞行為。此夕卜，由于可將電動車輛112用作分散式存儲裝置以使電力網穩(wěn)定，因此可使用對接到電網解決方案來增加針對車輛到電網(V2G)操作的車輛可用性。
[0059]如參看圖1所描述的無線電力傳送系統(tǒng)100還可提供美學和非阻礙優(yōu)點。舉例來說，可能不存在可阻礙車輛和/或行人的充電柱和電纜。
[0060]作為車輛到電網能力的進一步解釋，無線電力發(fā)射和接收能力可經配置成互逆式，使得底座無線充電系統(tǒng)102a將電力傳送到電動車輛112且電動車輛112將電力傳送到底座無線充電系統(tǒng)102a(例如，在能量不足時)。此能力可用以通過在由可再生能量產生(例如，風或太陽)中的過度需求或不足引起的能量不足時允許電動車輛將電力貢獻給總分配系統(tǒng)來使配電網穩(wěn)定。
[0061]圖2為圖1的無線電力傳送系統(tǒng)100的示范性核心組件的示意圖。如圖2中所示，無線電力傳送系統(tǒng)200可包含底座系統(tǒng)發(fā)射電路206，所述底座系統(tǒng)發(fā)射電路包含具有電感1^的底座系統(tǒng)感應線圈204。無線電力傳送系統(tǒng)200進一步包含電動車輛接收電路222，所述電動車輛接收電路包含具有電感^的電動車輛感應線圈216。本文中描述的實施例可使用電容性負載型線環(huán)(即，多匝線圈)，從而形成能夠經由磁近場或電磁近場將能量從初級結構(發(fā)射器)高效地耦合到次級結構(接收器)(若初級結構與次級結構兩者被調諧到共同諧振頻率)的諧振結構?？蓪⒕€圈用于電動車輛感應線圈216和底座系統(tǒng)感應線圈204 ο將諧振結構用于耦合能量可被稱為“磁耦合諧振”、“電磁耦合諧振”和/或“諧振感應”。將基于從底座無線電力充電系統(tǒng)202到電動車輛112的電力傳送來描述無線電力傳送系統(tǒng)200的操作，但不限于此。舉例來說，如上文所論述，電動車輛112可將電力傳送到底座無線充電系統(tǒng)102a。
[0062]參看圖2，電力供應器208(例如，AC或DC)將電力Psdc供應到底座無線電力充電系統(tǒng)202以將能量傳送到電動車輛112。底座無線電力充電系統(tǒng)202包底座充電系統(tǒng)電力轉換器236。所述底座充電系統(tǒng)電力轉換器236可包含例如以下各者的電路:AC/DC轉換器，其經配置以將電力從標準干線AC轉換到處于合適電壓電平的DC電力;和DC/低頻(LF)轉換器，其經配置以將DC電力轉換到處于適合于無線高電力傳送的操作頻率的電力。底座充電系統(tǒng)電力轉換器236將電力P1供應到包含與底座系統(tǒng)感應線圈204串聯(lián)的電容器C1的底座系統(tǒng)發(fā)射電路206，以在所要頻率下發(fā)射電磁場?？商峁╇娙萜鰿1W與底座系統(tǒng)感應線圈204形成在所要頻率下諧振的諧振電路。底座系統(tǒng)感應線圈204接收電力P1且在足以給電動車輛112充電或供電的電平下無線地發(fā)射電力。舉例來說，由底座系統(tǒng)感應線圈204無線地提供的電力電平可為大約幾千瓦(kW)(例如，從IkW到11OkW或更高或更低的任何電力電平)。
[0063]包含底座系統(tǒng)感應線圈204的底座系統(tǒng)發(fā)射電路206與包含電動車輛感應線圈216的電動車輛接收電路222可被調諧到大體上相同頻率，且可定位于由底座系統(tǒng)感應線圈204和電動車輛感應線圈116中的一者所發(fā)射的電磁場的近場內。在這種情況下，底座系統(tǒng)感應線圈204和電動車輛感應線圈116可變得彼此耦合，使得電力可被傳送到包含電容器C2和電動車輛感應線圈116的電動車輛接收電路222?？商峁╇娙萜鰿2以與電動車輛感應線圈216形成在所要頻率下諧振的諧振電路。要素k(d)表示在線圈分隔時產生的互耦系數(shù)。等效電阻Req,?和Req,2表示可為感應線圈204和216以及抗電抗電容器CjPC2所固有的損耗。包含電動車輛感應線圈316和電容器&的電動車輛接收電路222接收電力?2，且將電力?2提供到電動車輛充電系統(tǒng)214的電動車輛電力轉換器238。
[0064]除了別的之外，電動車輛電力轉換器238可包含LF/DC轉換器，所述LF/DC轉換器被配置成將處于操作頻率的電力轉換回到處于與電動車輛電池單元218的電壓電平匹配的電壓電平的DC電力。電動車輛電力轉換器238可提供經轉換的電力PLDC以對電動車輛電池單元218充電。電力供應器208、底座充電系統(tǒng)電力轉換器236和底座系統(tǒng)感應線圈204可為固定的且位于多種位置處，如上文所論述。電池單元218、電動車輛電力轉換器238和電動車輛感應線圈216可包含于作為電動車輛112的一部分或電池組(未圖示)的一部分的電動車輛充電系統(tǒng)214中。電動車輛充電系統(tǒng)214還可經配置以經由電動車輛充電感應線圈216而將電力無線地提供到底座無線電力充電系統(tǒng)202以將電力饋入回到電網。電動車輛感應線圈216及底座系統(tǒng)感應線圈204中的每一者可充當基于所述操作模式的發(fā)射或接收感應線圈。
[0065]盡管未展示，但無線電力傳送系統(tǒng)200可包含用以使電動車輛電池單元218或電力供應器208自無線電力傳送系統(tǒng)200安全地斷開的負載斷開單元(LDU)。舉例來說，倘若發(fā)生緊急情況或系統(tǒng)故障，便可觸發(fā)LDU以使負載從無線電力傳送系統(tǒng)200斷開。LDU可能是作為對用于管理給電池充電的電池管理系統(tǒng)的補充而提供的，或LDU可為電池管理系統(tǒng)的一部分。
[0066]此外，電動車輛充電系統(tǒng)214可包含用于將電動車輛感應線圈216選擇性地連接到電動車輛電力轉換器238和與電動車輛電力轉換器238斷開的開關電路(未圖示)。斷開電動車輛感應線圈216可暫停充電并且還可調整如由底座無線充電系統(tǒng)102a(充當發(fā)射器)“看見”的“負載”，其可用以“遮蓋”電動車輛充電系統(tǒng)114(充當接收器)而不受底座無線充電系統(tǒng)102a影響?？稍诎l(fā)射器包含負載感測電路的情況下檢測負載變化。因此，例如底座無線充電系統(tǒng)202等發(fā)射器可具有用于確定例如電動車輛充電系統(tǒng)114等接收器何時存在于底座系統(tǒng)感應線圈204的近場中的機制。
[0067]如上文所描述，在操作中，假設朝向車輛或電池的能量傳送，從電力供應器208提供輸入電力以使得底座系統(tǒng)感應線圈204產生用于提供能量傳送的場。電動車輛感應線圈216耦合到輻射場并產生輸出電力以供電動車輛112存儲或消耗。如上文所描述，在一些實施例中，底座系統(tǒng)感應線圈204和電動車輛感應線圈116是根據互諧振關系而配置，使得當電動車輛感應線圈116的諧振頻率和底座系統(tǒng)感應線圈204的諧振頻率非常接近或大體上相同時。當電動車輛充電感應線圈216位于底座系統(tǒng)感應線圈204的近場中時，底座無線電力充電系統(tǒng)202與電動車輛充電系統(tǒng)214之間的發(fā)射損失最小。
[0068]如所陳述，通過將在發(fā)射感應線圈的近場中的能量的大部分耦合到接收感應線圈而非將能量中的多數(shù)以電磁波傳播到遠場來進行高效能量傳送。當處于近場中時，可在發(fā)射感應線圈與接收感應線圈之間建立耦合模式。在感應線圈周圍的可發(fā)生此近場耦合的區(qū)在本文中被稱作近場耦合模式區(qū)域。
[0069]雖然未圖示，但底座充電系統(tǒng)電力轉換器236和電動車輛電力轉換器238兩者可包含振蕩器、例如功率放大器的驅動器電路、濾波器和用于與無線電力感應線圈高效耦合的匹配電路。振蕩器可經配置以產生所要頻率，可響應于調整信號而調整所述頻率?？捎晒β史糯笃饕皂憫诳刂菩盘柕姆糯罅縼矸糯笳袷幤餍盘??？砂瑸V波器與匹配電路以濾除諧波或其它不想要的頻率，且使電力轉換模塊的阻抗匹配無線電力感應線圈。電力轉換器236和238還可包含整流器與開關電路以產生合適的電力輸出以給電池充電。
[0070]如貫穿所揭示的實施例而描述的電動車輛感應線圈216和底座系統(tǒng)感應線圈204可被稱作或經配置為“環(huán)形”天線，且更具體地說，是多匝環(huán)形天線。感應線圈204和216還可在本文中被稱作或經配置為“磁性”天線。術語“線圈”大體指可無線地輸出或接收用于耦合到另一“線圈”的能量的組件。線圈也可稱作經配置地無線地輸出或接收電力的類型的“天線”。如本文所使用，線圈204和216為經配置以無線地輸出、無線地接收和/或無線地中繼電力的類型的“電力傳送組件”的實例。環(huán)形(例如，多匝環(huán)形)天線可經配置以包含空氣芯或物理芯，例如，鐵氧體芯?？諝庑经h(huán)形天線可允許將其它組件放置在芯區(qū)內。包含鐵磁體或鐵磁性材料的物理芯天線可允許形成更強的電磁場和改善的耦合。
[0071]如上文所論述，在發(fā)射器與接收器之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間發(fā)生發(fā)射器與接收器之間的能量的高效傳送。然而，甚至在發(fā)射器與接收器之間的諧振不匹配時，也可以較低效率傳送能量。通過將來自發(fā)射感應線圈的近場的能量耦合到駐留于建立此近場的區(qū)域內(例如，在諧振頻率的預定頻率范圍內，或在近場區(qū)域的預定距離內)的接收感應線圈而非將能量從發(fā)射感應線圈傳播到自由空間內來發(fā)生能量的傳送。
[0072]諧振頻率可基于包含感應線圈(例如，底座系統(tǒng)感應線圈204)的發(fā)射電路的電感和電容，如上文所描述。如圖2中所展示，電感可通常為感應線圈的電感，而可將電容添加到感應線圈以在所要的諧振頻率下創(chuàng)造諧振結構。作為非限制性實例，如圖2中所展示，可與感應線圈串聯(lián)地添加電容器以創(chuàng)造產生電磁場的諧振電路(例如，底座系統(tǒng)發(fā)射電路206)。因此，對于較大直徑感應線圈，誘發(fā)諧振需要的電容的值可隨線圈的直徑或電感增大而減小。電感還可取決于感應線圈的匝數(shù)。此外，隨著感應線圈直徑的增大，近場的高效能量傳送面積可增大。其它諧振電路是可能的。作為另一非限制實例，可將電容器并聯(lián)地放置于感應線圈的兩個端子之間(例如，并行諧振電路)。此外，感應線圈可經設計以具有高原生質量(Q)因數(shù)以降低感應線圈的損失和增加電感藕合系統(tǒng)的效率。舉例來說，原生Q因數(shù)可為300或更大。
[0073]如上文所描述，根據一些實施例，揭示將電力耦合在處于彼此的近場中的兩個感應線圈之間。如上文所描述，近場可對應于存在電磁場的在感應線圈周圍的區(qū)域，但可不傳播或輻射遠離感應線圈。近場耦合模式區(qū)域可對應于在感應線圈的物理體積附近的體積，通常在波長的小分數(shù)內。根據一些實施例，使用例如單匝和多匝環(huán)形天線的電磁感應線圈來進行發(fā)射和接收兩者，這是由于實際實施例中的磁性近場振幅對于磁性類型的線圈來說往往高于電氣類型的天線(例如，小偶極)的電氣近場。這允許所述對之間的潛在較高耦合。此外，可使用“電”天線(例如，偶極和單極)或磁性與電天線的組合。
[0074]圖3為展示圖1的無線電力傳送系統(tǒng)300的示范性核心組件和輔助組件的另一功能框圖。無線電力傳送系統(tǒng)300說明用于底座系統(tǒng)感應線圈304和電動車輛感應線圈316的通信鏈路376、導引鏈路366和對準系統(tǒng)352、354。如上文參看圖2所描述，且假設朝向電動車輛112的能量流，在圖3中，底座充電系統(tǒng)電力接口354可經配置以將電力從電源(例如，AC或DC電源126)提供到充電系統(tǒng)電力轉換器336。底座充電系統(tǒng)電力轉換器336可從底座充電系統(tǒng)電力接口 354接收AC或DC電力以在其諧振頻率下或附近激勵底座系統(tǒng)感應線圈304。當在近場耦合模式區(qū)域中時，電動車輛感應線圈316可從所述近場耦合模式區(qū)域接收能量以在諧振頻率下或附近振蕩。電動車輛電力轉換器338將來自電動車輛感應線圈316的振蕩信號轉換到適合于經由電動車輛電力接口給電池充電的電力信號。
[0075]底座無線充電系統(tǒng)302包含底座充電系統(tǒng)控制器342，且電動車輛充電系統(tǒng)314包含電動車輛控制器344。底座充電系統(tǒng)控制器342可包含到其它系統(tǒng)(未圖示)(例如，計算機和配電中心或智能電網)的底座充電系統(tǒng)通信接口 162。電動車輛控制器344可包含到其它系統(tǒng)(未圖示)(例如，車輛上的機載計算機、其它電池充電控制器、車輛內的其它電子系統(tǒng)和遠程電子系統(tǒng))的電動車輛通信接口。
[0076]底座充電系統(tǒng)控制器342和電動車輛控制器344可包含用于具有單獨通信信道的特定應用程序的子系統(tǒng)或模塊。這些通信信道可為單獨的物理信道或單獨的邏輯信道。作為非限制性實例，底座充電對準系統(tǒng)352可通過通信鏈路376而與電動車輛對準系統(tǒng)354通信，以提供用于自主地或在操作者輔助下更緊密地對準底座系統(tǒng)感應線圈304與電動車輛充電感應線圈316的反饋機制。類似地，底座充電引導系統(tǒng)362可通過導引鏈路與電動車輛導引系統(tǒng)364通信以提供導引操作人員對準底座系統(tǒng)感應線圈304與電動車輛感應線圈316的反饋機制。另外，可存在由底座充電通信系統(tǒng)372和電動車輛通信系統(tǒng)374支持的單獨通用通信鏈路(例如，信道)以用于在底座無線電力充電系統(tǒng)302與電動車輛充電系統(tǒng)314之間傳達其它信息。此信息可包含關于以下各者的信息:電動車輛特性、電池特性、充電狀態(tài)和底座無線電力充電系統(tǒng)302與電動車輛充電系統(tǒng)314兩者的電力功能，以及用于電動車輛112的維護和診斷數(shù)據。這些通信信道可為單獨的物理通信信道，例如，藍牙、zigbee、蜂窩式等。
[0077]電動車輛控制器344還可包含:電池管理系統(tǒng)(BMS)(未圖示)，其管理電動車輛主電池的充電和放電；停車輔助系統(tǒng)，其基于微波或超聲波雷達原理;制動系統(tǒng)，其經配置以執(zhí)行半自動停車操作;和方向盤伺服系統(tǒng)，其經配置以輔助大部分自動停車‘線控停車，，這可提供更高的停車準確性，因此減少對在底座無線充電系統(tǒng)102a和電動車輛充電系統(tǒng)114中的任一者中的機械水平感應線圈對準的需求。另外，電動車輛控制器344可經配置以與電動車輛112的電子元件通信。舉例來說，電動車輛控制器344可經配置以與視覺輸出裝置(例如，儀表盤顯示器)、聲波/音頻輸出裝置(例如，蜂鳴器、揚聲器)、機械輸入裝置(例如，鍵盤、觸控螢幕和例如操縱桿、軌跡球等的指向裝置)和音頻輸入裝置(例如，具有電子話音辨識的麥克風)通信。
[0078]此外，無線電力傳送系統(tǒng)300可包含檢測和傳感器系統(tǒng)。舉例來說，無線電力傳送系統(tǒng)300可包含用于與系統(tǒng)一起使用以將駕駛員或車輛恰當?shù)貙б匠潆婞c的傳感器、以所需的分離/耦合來互相對準感應線圈的傳感器、檢測可阻礙電動車輛充電感應線圈316移動到特定高度和/或位置以達成耦合的物件的傳感器和用于與系統(tǒng)一起使用以執(zhí)行系統(tǒng)的可靠、無損害且安全的操作的安全傳感器。舉例來說，安全傳感器可包含用于以下用途的傳感器:檢測接近超出安全半徑的無線電力感應線圈104a、116的動物或兒童的存在、檢測可加熱(感應加熱)的在底座系統(tǒng)感應線圈304附近的金屬物件、檢測危險事件(例如，底座系統(tǒng)感應線圈304上的遇熱發(fā)光物件)和對底座無線電力充電系統(tǒng)302和電動車輛充電系統(tǒng)314組件的溫度監(jiān)控。
[0079]無線電力傳送系統(tǒng)300還可支持經由有線連接的插入式充電。有線充電端口可在將電力傳送到電動車輛112或從電動車輛112傳送電力之前集成兩個不同充電器的輸出。開關電路可按需要提供所述功能性以支持無線充電與經由有線充電端口的充電兩者。
[0080]為在底座無線充電系統(tǒng)302與電動車輛充電系統(tǒng)314之間通信，無線電力傳送系統(tǒng)300可使用帶內傳信與RF數(shù)據調制解調器(例如，在未經許可的頻帶中的通過無線電的以太網)兩者。帶外通信可提供足夠帶寬以用于將增值服務分配給車輛用戶/所有者。無線電力載波的低深度振幅或相位調制可充當具有最小干擾的帶內傳信系統(tǒng)。
[0081]另外，可在不使用特定通信天線的情況下經由無線電力鏈路來執(zhí)行某一通信。舉例來說，無線電力感應線圈304和316還可經配置以充當無線通信發(fā)射器。因此，底座無線電力充電系統(tǒng)302的一些實施例可包含用于在無線電力路徑上啟用鍵控類型協(xié)議的控制器(未圖示)。通過用預定義的協(xié)議以預定義的間隔來鍵控發(fā)射功率電平(幅移鍵控)，接收器可檢測來自發(fā)射器的串行通信。底座充電系統(tǒng)電力轉換器336可包含負載感測電路(未圖示)，所述負載感測電路用于檢測在由底座系統(tǒng)感應線圈304產生的近場附近有源電動車輛接收器的存在或不存在。借助于實例，負載感測電路監(jiān)控流到功率放大器的電流，其受在由底座系統(tǒng)感應線圈104a產生的近場附近有源接收器的存在或不存在的影響。對功率放大器上的負載的改變的檢測可由底座充電系統(tǒng)控制器342來監(jiān)控以用于在確定是否啟用振蕩器以用于發(fā)射能量、是否與有源接收器通信或其組合時使用。
[0082]為了實現(xiàn)無線高電力傳送，一些實施例可經配置以按在從1kHz到150kHz的范圍中且確切地說在從80kHz到90kHz的范圍中的頻率傳送電力。此低頻耦合可允許可使用固態(tài)裝置達成的高度有效率的電力轉換。此外，與其它頻帶相比，可存在較少的與無線電系統(tǒng)的共存問題。
[0083]所描述的無線電力傳送系統(tǒng)100可與包含可再充電或可替換電池的多種電動車輛102—起使用。圖4為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的安置于電動車輛412中的可替換無觸點電池的功能框圖。在此實施例中，低電池位置對于集成無線電力接口(例如，充電器到電池的無繩接口 426)且可從嵌入于地面中的充電器(未圖示)接收電力的電動車輛電池單元來說可為有用的。在圖4中，電動車輛電池單元可為可再充電電池單元，且可容納于電池艙424中。電動車輛電池單元還提供無線電力接口 426，所述無線電力接口可按需要集成包含諧振感應線圈、電力轉換電路和其它控制與通信功能的整個電動車輛無線電力子系統(tǒng)以用于在基于地面的無線充電單元與電動車輛電池單元之間的高效且安全的無線能量傳送。
[0084]使電動車輛感應線圈集成為與電動車輛電池單元或車身的底側齊平使得不存在突出部分且使得可維持所指定的地面到車身的間隙可為有用的。此配置可需要電動車輛電池單元中的一些空間專用于電動車輛無線電力子系統(tǒng)。電動車輛電池單元422還可包含電池到EV無繩接口 422，和充電器到電池無繩接口 426，其提供電動車輛412與如圖1所展示的底座無線充電系統(tǒng)102a之間的無接觸電力和通信。
[0085]在一些實施例中且參看圖1，底座系統(tǒng)感應線圈104a和電動車輛感應線圈116可處于固定位置中，并且所述感應線圈通過電動車輛感應線圈116相對于底座無線充電系統(tǒng)102a的總體放置而被帶入近場耦合區(qū)域內。然而，為了快速、高效且安全地執(zhí)行能量傳送，可需要減小底座系統(tǒng)感應線圈104a與電動車輛感應線圈116之間的距離以改善耦合。因此，在一些實施例中，底座系統(tǒng)感應線圈104a和/或電動車輛感應線圈116可為可部署和/或可移動的，以使它們更好地對準。
[0086]圖5A、5B、5C和5D為根據本發(fā)明的示范性實施例的用于感應線圈和鐵氧體材料相對于電池的放置的示范性配置的圖。圖5A展示完全鐵氧體嵌入式感應線圈536a。無線電力感應線圈可包含鐵氧體材料538a和圍繞鐵氧體材料538a卷繞的線圈536a。線圈536a自身可由多股利茲(Litz)線制成?？商峁щ娖帘?32a以保護車輛的乘客免受過度EMF發(fā)射。導電屏蔽可特別有用于由塑料或復合物制成的車輛。
[0087]圖5B展示增強耦合且減小傳導性屏蔽件532b中的渦電流(熱耗散)的經最佳定尺寸的鐵氧體板(即，鐵氧體背襯)。線圈536b可完全嵌入于非傳導非磁性(例如，塑料)材料中。舉例來說，如圖5A到5D中所說明，線圈536b可嵌入于保護性外殼534b中。在線圈536b與鐵氧體材料538b之間由于磁耦合與鐵氧體磁滯損耗之間的權衡而可能存在分離。
[0088]圖5C說明線圈536c(例如，銅利茲線多匝線圈)可在側向(“X”)方向上可移動的另一實施例。圖f5D說明感應線圈模塊在向下方向上部署的另一實施例。在一些實施例中，電池單元包含可部署和不可部署電動車輛感應線圈模塊540d中的一者作為無線電力接口的部分。為了防止磁場穿透到電池空間530d內且穿透到車輛的內部中，在電池空間530d與車輛之間可存在傳導性屏蔽件532d(例如，銅薄片)。此外，非傳導性(例如，塑料)保護層533d可用以保護傳導性屏蔽件532d、線圈536d和鐵氧體材料538d免受環(huán)境影響(例如，機械損壞、氧化等)。此外，線圈536d可在側向X和/或Y方向上可移動。圖5D說明其中電動車輛感應線圈模塊540d相對于電池單元主體在向下Z方向上部署的實施例。
[0089]此可部署電動車輛感應線圈模塊542b的設計類似于圖5B的電動車輛感應線圈模塊的設計，除了在電動車輛感應線圈模塊542d處不存在傳導性屏蔽之外。傳導性屏蔽件532d與電池單元主體留在一起。當電動車輛感應線圈模塊542d未處于經部署狀態(tài)中時，保護層533d(例如，塑料層)提供于傳導性屏蔽件432d與電動車輛感應線圈模塊542d之間。電動車輛感應線圈模塊542與電池單元主體的物理分離可對感應線圈的性能有積極影響。
[0090]如上文所論述，經部署的電動車輛感應線圈模塊542d可僅含有線圈536d(例如，利茲線)和鐵氧體材料538d?？商峁╄F氧體背襯以增強耦合且防止車輛的底部中或傳導性屏蔽件532d中的過度渦電流損失。此外，電動車輛感應線圈模塊542d可包含對轉換電子元件和傳感器電子元件供電的柔性電線連接件。此電線束可集成到機械齒輪中以用于部署電動車輛感應線圈模塊542d。
[0091]參看圖1，上文所描述的充電系統(tǒng)可用于多種位置中以用于給電動車輛112充電或將電力轉移回到電力網。舉例來說，可在停車場環(huán)境中出現(xiàn)電力的傳送。應注意，“停車區(qū)”在本文中也可被稱作“停車空間”。為了增強車輛無線電力傳送系統(tǒng)100的效率，電動車輛112可沿著X方向及Y方向對準以使電動車輛112內的電動車輛感應線圈116能夠與關聯(lián)停車區(qū)內的底座無線充電系統(tǒng)102a充分地對準。
[0092]此外，所揭示實施例適用于具有一或多個停車空間或停車區(qū)的停車場，其中停車場內的至少一個停車空間可包括底座無線充電系統(tǒng)102a。導引系統(tǒng)(未圖示)可用以輔助車輛操作者將電動車輛112定位于停車區(qū)中，以將電動車輛112內的電動車輛感應線圈116與底座無線充電系統(tǒng)102a對準。導引系統(tǒng)可包含用于輔助電動車輛操作者定位電動車輛112以使電動車輛112內的感應線圈116能夠與充電底座(例如，底座無線充電系統(tǒng)102a)內的充電感應線圈適當?shù)貙实幕陔娮拥姆椒?例如，無線電定位、測向原理和/或光學感測方法、準光學感測方法和/或超聲波感測方法)或基于機械的方法(例如，車輛車輪導引、跟蹤或停止)，或其任何組合。
[0093]如上文所論述，電動車輛充電系統(tǒng)114可放置于電動車輛112的底面上以用于從底座無線充電系統(tǒng)102a發(fā)射和接收電力。舉例來說，電動車輛感應線圈116可集成到優(yōu)選地在中心位置附近的車輛底部中，從而提供關于EM曝露的最大安全距離且準許電動車輛的正向和反向停放。
[0094]圖6為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的可用于給電動車輛無線地充電的示范性頻率的頻譜圖表。如圖6中所展示，用于到電動車輛的無線高電力傳送的潛在頻率范圍可包含:在3kHz到30kHz頻帶中的VLF、在30kHz到150kHz頻帶中的較低LF(對于類ISM應用)，其具有一些例外:HF 6.78MHz(ITU-R ISM頻帶6.765MHz到6.795MHz)、HF 13.56ΜΗζ(ITU-R ISM頻帶 13.553到13.567)和HF 27.12MHz(ITU-R ISM頻帶26.957到27.283)。
[0095]圖7為展示根據本發(fā)明的示范性實施例的可用于給電動車輛無線充電的示范性頻率與發(fā)射距離的圖表?？捎杏糜陔妱榆囕v無線充電的一些實例發(fā)射距離是大約30mm、大約75mm和大約150mm。一些示范性頻率可為VLF頻帶中的約27kHz和LF頻帶中的約135kHz。
[0096]感應電力傳送(IPT)系統(tǒng)提供能量的無線傳送的一個實例。在IPT系統(tǒng)中，初級(或“發(fā)射器”)電力裝置向次級(或“接收器”)電力接收器裝置發(fā)射電力。發(fā)射器和接收器電力裝置中的每一者包含電感耦合器，例如，電流輸送媒體的繞組的單線圈或多線圈布置。主要電感器中的交流電產生交變磁場。在將次級電感器放置成最接近初級電感器時，所述交變的磁場在次級電感器中誘發(fā)電動勢(EMF)，由此將電力傳送到次級電力接收器裝置。
[0097]出于磁通量成形和屏蔽的目的，也可被稱為IPT磁通量裝置的平坦IPT耦合器典型地包括用于產生或拾取磁通量的低剖面平坦線圈結構、鐵氧體背襯或核心結構和傳導性背板。鐵氧體結構可包括經組裝實際上無間隙的鐵氧體塊(例如，構成單塊)或其可包括鐵氧體板，在板之間具有間隙，其中流量的主方向平行于板的長邊。傳導性包板可促進達成對于地面與車輛底部之間的空間中的磁場所要的特定邊界條件。
[0098]已提議各種不同平坦線圈耦合器拓撲用于從基于地面的充電單元到電動車輛的感應電力傳送(IPT)。這些耦合器拓撲包含(但不限于):“圓形”型(例如，在鐵氧體結構之上的單線圈，例如，鐵氧體背襯;見(例如)美國專利申請案第12/451,436號“多源電動車輛提取(Mult1-sourced electric vehicle pick-up)”)； “螺線管”型(例如，纏繞于鐵氧體結構周圍的單線圈，例如，鐵氧體芯;見(例如)美國專利申請案第13/138,299號“感應電力傳送設備(Inductive power transfer apparatus)”)； “雙線圈”型(例如，基本上在鐵氧體結構上的兩個線圈，例如，鐵氧體背襯;見(例如)美國專利申請案第13/138,298號“感應電力傳送設備(Inductive power transfer apparatus)”)；和其變體(例如，“雙極”型；見(例如)美國專利申請案第13/389,090號“雙極墊開發(fā)(B1-polar pad development)” )。此外，已提供為這些拓撲與額外線圈的組合的用于IPT的其它線圈耦合器拓撲(例如，美國專利申請案第13/791，538號，“無線電力傳送系統(tǒng)線圈布置和操作方法(Wireless power transfersystem coil arrangements and method of operat1n)”，其揭不組合“雙D”結構與“圓形”結構的布置)。
[0099]如果經優(yōu)化且在相同大小或體積約束下比較，那么這些耦合器拓撲在性能特性方面不同，所述性能特性例如在車輛安裝(例如，發(fā)射)的情況下的耦合系數(shù)、水平位移和垂直位移(例如，偏移和氣隙高度)的容差、原生品質因數(shù)和緊接在車輛周圍或在車輛附近的漏磁通密度。
[0100]不同耦合器類型拓撲和設計變體的眾多計算機模擬以及實際測量已提供證據:在某些實施方案中，“圓形”型耦合器線圈大體展現(xiàn)最弱的耦合和最小容差，但展現(xiàn)相對于其它者的某些耦合器拓撲的最低發(fā)射和最高Q因數(shù)，而“螺線管”型耦合器線圈展現(xiàn)最強耦合和最大容差，但展現(xiàn)相對于其它者的某些耦合器拓撲的最高發(fā)射電平和最低Q因數(shù)。“雙線圈”或“雙D”型耦合器線圈在“圓形”型與“螺線管”型耦合器線圈之間的某處，從而使其作為展現(xiàn)設計權衡(例如，在耦合性能與發(fā)射之間)的拓撲特別引起關注。
[0101 ] “雙線圈”型耦合器線圈的此方面可通過將“雙線圈”型耦合器拓撲視為“圓形”型與“螺線管”型拓撲之間的變形的階段來解釋?！半p線圈”型耦合器拓撲作為“圓形”型和“螺線管”型耦合器拓撲的變形的此描述可有助于理解和解釋各種耦合器拓撲的特性，和系統(tǒng)地選擇(例如，控制)這些特性且產生展現(xiàn)性能特性之間(例如，親合因數(shù)與發(fā)射之間)的所要的權衡的新耦合器設計。
[0102]圖8A展示一族“雙線圈”型耦合器設計，其部件可被視為“圓形”型耦合器朝向“螺線管”型耦合器的變形的過程的中間階段。確切地說，這些耦合器設計為備受關注的所謂的“雙極”耦合器和所謂的“雙D”耦合器的變體。
[0103]兩個耦合器拓撲備受關注:“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器拓撲和“雙D，前堆疊繞組”耦合器拓撲。“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器線圈可被視為“雙D”型耦合器線圈的變體，其表示有利于發(fā)射的權衡。“雙D，前堆疊繞組”耦合器線圈可被視為“雙D”型耦合器線圈的變體，其表示有利于耦合因數(shù)和位移的容差的權衡。在底座墊中使用“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器線圈和在電動車輛上使用“雙D，前堆疊繞組”耦合器線圈可提供用于集成了耦合器線圈和電力電子元件(例如，整流器)兩者的小車輛包裝的良好解決方案。如果“雙D”型耦合器線圈和“正交”型耦合器線圈必須被集成到具有最佳空間利用和良好性能的小車輛包裝內，那么“雙D，前堆疊繞組”耦合器線圈的概念也有用。
[0104]“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器(見(例如)圖15A、15B和25)可為磁通量裝置210，其經配置以將磁通量發(fā)射到在磁通量裝置210外的空間或從所述空間接收磁通量。如本文中所使用，術語“磁通量裝置”具有其最廣泛的合理解釋，包含(但不限于)底座墊、車輛墊或其它類型的磁通量墊，且不限于任何特定形狀、尺寸或組件的組合。如本文中所使用，術語“墊”具有其最廣泛的合理解釋，包含(但不限于)，經配置用于在無線電動車輛充電系統(tǒng)中使用的裝置(例如，底座墊、車輛墊)，且不限于任何特定形狀、尺寸或組件的組合。磁通量裝置210包括至少第一導電性線圈220和第二導電性線圈230。第一線圈220大體上平坦且具有界限第一面積的第一周邊。第二線圈230大體上平坦且具有界限第二面積的第二周邊。第二線圈230與第一線圈220大體上共平面。磁通量裝置210進一步包括磁導性材料240，其具有大體上平坦表面242且具有界限第三面積的第三周邊。磁導性材料240在本文中有時被稱作“芯”。如本文中所使用，術語“芯”具有其最廣泛的合理解釋，明確地說，其不限于在中心位置或由其它組件纏繞。磁導性材料240可與至少第一線圈220和第二線圈230磁性相關聯(lián)。第一線圈220和第二線圈230大體上平行于大體上平坦表面242。第一面積與第二面積的總和對第三面積的比率處于0.9與1.1之間的范圍中。
[0105]“雙D，前堆疊繞組”耦合器(見(例如)圖17A和17B)可為磁通量裝置310，其經配置以將磁通量發(fā)射到在磁通量裝置310外的空間或從所述空間接收磁通量。磁通量裝置310包括至少第一導電性線圈320和第二導電性線圈330。第一線圈320具有第一層322和第二層324。第二線圈330具有第三層332和第四層334。第一層322與第三層332大體上共平面。磁通量裝置310進一步包括磁導性材料340，其具有大體上平坦第一表面342、在第一邊緣346處鄰接第一表面342的第二表面344和在第二邊緣350處鄰接第一表面342的第三表面348。磁導性材料340可與至少第一線圈320和第二線圈330磁性相關聯(lián)。第一線圈320在第一邊緣346上延伸且與第一表面342的平面相交。第二線圈330在第二邊緣350上延伸且與第一表面342的平面相交。
[0106]圖8A展示大量可供選擇的用于IPT的“雙線圈”型耦合器拓撲，所述耦合器拓撲可被視為已通過開始于平坦“圓形”拓撲且結束于平坦“螺線管”拓撲的變形的過程產生。此變形過程一般來說示意性地顯示于圖SB中。在初始步驟中，“圓形”線圈被分裂成第一和第二線圈。接著，向左移動一個線圈且向右移動另一線圈。此外，將兩個線圈拉伸到鐵氧體結構的寬度。在以下步驟中，按以下方式將線圈在鐵氧體結構上進一步拉伸和拉動:內段(例如，鄰近的線圈段)的位置保持固定在鐵氧體的上表面上且外段(例如，在相對側上的線圈段)移動到在鐵氧體結構下，其中鐵氧體結構變?yōu)樾?，其中線圈纏繞芯。在下一個步驟中，按外線圈段朝向中心移動的方式收縮兩個線圈，從而產生兩個單獨但鄰近的螺線管線圈。最后，將兩個螺線管線圈合并到單一螺線管內。出于使性能可比較的原因，可假定如由變形產生的所有耦合器具有相等外觀尺寸。
[0107]還在開始于圖9A到9B且終止于圖23A到23B的一連串示意性描繪中演示此變形過程。這些示意性描繪至少展示耦合器結構的橫截面圖，且在一些情況下，另外展示耦合器的透視(3D)圖。橫截面通常未按比例繪制且應被視為定性的。
[0108]圖9A示意性地說明“圓形”磁通量裝置(例如，圖9B的磁通量裝置)的橫截面。圖9A還指示在磁通量裝置的中心中的磁極區(qū)(N)和在磁通量裝置的外圍地帶中的相對極區(qū)(S)和兩個特性場力線。如與圖8A到SB的其它拓撲相比，假定對于所有拓撲有相同大小(外觀尺寸)和相同水平和垂直位移，在某些配置中，一對“圓形”磁通量裝置可展現(xiàn)最低耦合因數(shù)和容差，但展現(xiàn)最高Q因數(shù)和最低發(fā)射電平(例如，漏磁通)?？赏ㄟ^以下事實來解釋低發(fā)射電平:垂直磁場分量由傳導性背板(例如，流量成形效應)有效地消除，從而導致在IPT耦合系統(tǒng)的功能空間外的較少雜散通量。在圖8A到SB中展示的拓撲序列中，“圓形”耦合器可因此被視為一個極限。
[0109]圖10、11、12和13A到13B示意性地說明朝向“螺線管”的變形的步驟1、2、3和4: “圓形”線圈被分裂成線圈A和線圈B(見圖10)，向左移動線圈A(見圖11)且向右移動線圈B(見圖12)，且線圈A不與線圈B重疊的部分經降低(例如，調整)到線圈B的平面(見圖13A到13B)，從而導致具有重疊線圈和大體上等于鐵氧體結構的外尺寸的外尺寸的雙線圈結構。在某一重疊程度下，遇到所謂的“雙極”磁通量裝置，其特性在于線圈A與線圈B之間的實際上零耦合。零耦合(例如，零互電感)允許線圈用不同量值和相位的電流來獨立地驅動，使得可在垂直、水平或混合極化模式中操作“雙極”耦合器?！半p極”耦合器的示范性實施例的模型描繪于圖13B 中。
[0110]如果線圈A和線圈B是用相等電流電平和電流方向驅動(如圖13A中所展示)，那么“雙極”耦合器作用就像“圓形”耦合器，其產生如由圖13A中的極區(qū)(N及S)和磁場線指示的垂直磁矩。類似于“圓形”耦合器，其特性在于相對弱的耦合和位移容差，但非常低的發(fā)射電平。
[0111]在變形的步驟5中，倒轉線圈B中的電流方向(如在圖14中示意性地展示)，從而導致在水平極化模式中操作的“雙極”耦合器，如由兩個極區(qū)(N和S)和場線指示。改變線圈中的一者中的電流方向可造成可與產生圖8A到8B中所描繪的各種拓撲的最顯著水平磁矩的“螺線管”型耦合器一致的某些行為。因此，“雙極”耦合器的特性大體上改變。由于傳導性背板不施加抵消用于水平場分量的效應的雜散磁場，因此耦合和容差增大，但發(fā)射電平也增大。相比之下，傳導性背板在底座墊中和在車輛墊中的使用，或簡單地金屬結構在車輛底部和地面中的存在(例如，鋼筋混凝土)可關于發(fā)射起相反作用。傳導性背板可用以防止車輛的鋼底部結構中和鋼筋混凝土地面的鋼筋結構中的過多渦電流損失(例如，感應加熱)ο另一方面，傳導性背板的使用可大體上改善在一些水平極化系統(tǒng)(例如，“螺線管”型)中的耦合，且可部分解釋這些耦合器類型的高耦合系數(shù)，如與金屬結構通常對耦合和性能施加負面影響的“圓形”型磁通量裝置相反。
[0112]圖15A到15B示意性地說明修改兩個線圈220、230以變得不重疊的變形的步驟6的結果，從而導致被稱為“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器的拓撲，其特性在于線圈220、230和磁導性材料240(例如，鐵氧體結構)兩者的外水平尺寸大體上彼此相等。在某些情況下，“雙D”耦合器的此第一變體可展現(xiàn)在如圖8A到SB中所描繪的序列中的所有“雙D”變體當中的最低發(fā)射電平，這是由于其‘最靠近’“圓形”型耦合器。“雙D，實際大小鐵氧體”拓撲可適用于充電底座，因為其具有提供產生大體上較低發(fā)射(如與“螺線管”拓撲或“雙D”拓撲的其它變體相比)的解決方案的潛力。
[0113]在圖15A到15B中展示的實例結構中，第一線圈220具有界限第一面積的第一周邊(例如，D形)，第二線圈230具有界限第二面積的第二周邊(例如，D形)，磁導性材料240具有界限第三面積的第三周邊，且第一面積與第二面積的總和對第三面積的比率處于0.9與1.1之間的范圍中。舉例來說，第一面積與第二面積的總和可大體上等于第三面積。第一周邊的一或多個部分(例如，大體上直部分)可大體上與第三周邊的一或多個部分(例如，大體上直部分)對準，且第二周邊的一或多個部分(例如，大體上直部分)可大體上與第三周邊的一或多個部分(例如，大體上直部分)對準。舉例來說，第一線圈220與第二線圈230的總和的外水平尺寸(例如，從第一周邊的大體上直部分到第二周邊的相對且大體上直部分的跨雙D線圈的第一長度)可大體上等于磁導性材料240的外水平尺寸(例如，大體上平行于第一長度的跨第三周邊的第二長度)。第一周邊和第二周邊的其它部分(例如，彎曲部分，例如D形周邊的拐角)可偏離第三周邊，使得第一面積與第二面積的總和可小于第三面積。
[0114]在圖15A到15B中展示的實例結構中，磁導性材料240為具有第三周邊和第三面積的單塊鐵氧體板。在某些其它配置中，磁導性材料240可包括彼此機械耦合以形成磁導性材料240的多個磁導性部分(例如，板、桿、塊、瓦塊)ο這些多個磁導性部分可至少部分彼此間隔。舉例來說，磁導性材料240可包括在第三面積內的至少一個區(qū)域，其中所述至少一個區(qū)域包括非磁性和非傳導性材料(例如，空氣、塑料)。所述至少一個區(qū)域可包括彼此鄰近的多個區(qū)域、彼此分開(例如，由鐵氧體材料或導電材料分開)的多個區(qū)域或所述兩者的多個區(qū)域。所述至少一個區(qū)域可具有小于第三面積的20%的總和面積(例如，至少一個區(qū)域的面積的總和。
[0115]在圖16A到16B中示意性地說明的變形的步驟7中，鐵氧體結構的長度和寬度稍微縮短，使得平坦“雙D”繞組懸垂于下層鐵氧體結構上。此拓撲被稱為“雙D，平坦懸垂繞組”耦合器且與“雙D”耦合器的實施例對應。此步驟可被視為用于以下變形階段的準備措施，其中在鐵氧體上拉動線圈繞組。減小鐵氧體的大小提供在給定包裝外觀尺寸約束下在鐵氧體的正面處用于繞組的空間。有趣地，相對于先前“雙D”變體(例如，如圖13A到13B中所描繪)，鐵Y氧體上的此修改增大耦合和容差，并且增大發(fā)射電平。
[0116]在朝向“螺線管”型耦合器的路途上的步驟8中，在磁導性材料340(例如，鐵氧體結構)的正面上拉動第一線圈320和第二線圈330的外段(例如，“雙D”線圈的“D線圈”)。在給定磁通量裝置外觀尺寸約束和線圈銅橫截面的情況下，可用初始“雙D”耦合器的平坦繞組結構執(zhí)行此步驟以變形成多層(例如，堆疊)繞組結構，從而導致被稱為“雙D，前堆疊繞組”拓撲的另一“雙D”變體，其實例示意性地描繪于圖17A到17B中。另一實例結構的更詳細視圖提供于圖26A到26D中。
[0117]就耦合和容差而言，此“雙D，前堆疊繞組”耦合器可勝過“雙D，平坦懸垂繞組”耦合器，但可展現(xiàn)較高發(fā)射電平，這是由于發(fā)現(xiàn)其‘較靠近’“螺線管”型耦合器。此變形步驟放大了線圈開口且使線圈繞組(例如，載運電流通過第一線圈320和第二線圈330的線圈繞組中的至少一些)落到磁導性材料340 (例如，鐵氧體結構)的第一表面342下方，從而導致磁極區(qū)朝向磁導性材料340的端部的移位且因此較大的通量拱形，如在圖17A中所指示。隨著繞組變得更靠近傳導性背板，此修改還可增大渦電流損失。
[0118]如果存在針對車輛包裝的緊體積約束，那么此“雙D，前堆疊繞組”拓撲特別適合于在車輛上使用，從而導致其中車輛墊外觀尺寸相當小于底座墊的解決方案。與在車輛上裝設的高耦合型“雙D”耦合器(例如，“螺線管”或“雙D，前堆疊繞組”磁通量裝置310，其實例展示于圖17A和17B中)組合的在地面上的低發(fā)射型“雙D”拓撲(例如，“雙D，實際大小鐵氧體”磁通量裝置210，其實例展示于圖15A到15B和25中)可提供在這些情況下的有用解決方案。較大底座墊可為主導性的發(fā)射源，且較小車輛墊可主要負責耦合和容差。因此，使用針對底座側發(fā)射優(yōu)化的拓撲和針對車輛側耦合優(yōu)化的拓撲的方法可適用作最佳權衡。
[0119]在圖17A到17B中展示的實例結構中，第一線圈320包括至少一個螺旋纏繞線圈，且第二線圈330包括至少一個螺旋纏繞線圈。舉例來說，第一線圈320可包括多個傳導性繞組(例如，第一層322和第二層324)且第二線圈330可包括多個傳導性繞組(例如，第三層332和第四層334)。在某些實施例中，第一線圈320和第二線圈330由以纏繞以形成兩個線圈的單一傳導性電線形成。第一線圈320和第二線圈330可都鄰近磁導性材料340(例如，在第一線圈320和第二線圈330與磁導性材料340之間無插入材料，如在圖17A到17B中所展示，或具有具有插入材料)。第一線圈320的第一層322可在第一表面342的第一半上延伸，且第二線圈330的第三層332可在第一表面342的第二半上延伸。第一線圈320的第二層324在第一表面342下方延伸(例如，與第一表面342的平面相交)且第二線圈330的第四層334在第一表面342下方延伸(例如，與第一表面342的平面相交)。在某些實施例中，第一線圈320和第二線圈330都不圍繞磁導性材料340(例如，從第一表面342上延伸到磁導性材料340的與第一表面342相對的底表面下方)。如圖17A到17B中所展示，第一線圈320可從第一表面342上方延伸到第一表面342下方(例如，可與第一表面342的平面相交)且可鄰近在第一邊緣346處鄰接第一表面342的第二表面344(例如，在第一邊緣346上延伸)。此外，第二線圈330可從第一表面342上方延伸到第一表面342下方(例如，可與第一表面342的平面相交)且可鄰近在第二邊緣350處鄰接第一表面342的第三表面348(例如，在第二邊緣350上延伸)。在某些實施例中，第一邊緣346可與第二邊緣350相對，如在圖17A到17B中示意性地展示。
[0120]在圖17A到17B中展示的實例結構中，磁導性材料340為單塊鐵氧體板。在某些其它配置中，磁導性材料340可包括彼此機械耦合以形成磁導性材料340的多個磁導性部分(例如，板、桿、塊、瓦塊)ο這些多個磁導性部分可至少部分彼此間隔。舉例來說，磁導性材料340可包括包括非磁性且非傳導性材料(例如，空氣，塑料)的至少一個區(qū)域。所述至少一個區(qū)域可包括彼此鄰近的多個區(qū)域、彼此分開(例如，由鐵氧體材料或導電材料分開)的多個區(qū)域或所述兩者的多個區(qū)域。所述至少一個區(qū)域可具有小于磁導性材料340的總面積的20%的總和面積(例如，至少一個區(qū)域的面積的總和)。
[0121]在某些實施例中，第一線圈320的第一層322具有界限第一區(qū)域的第一內周邊，且第二線圈330的第三層332具有界限第二區(qū)域的第二內周邊。第一區(qū)域的第一中心點和第二區(qū)域的第二中心點可比磁導性材料340的中心點分別更靠近第一邊緣346和第二邊緣350。在某些實施例中，由分別在第一層322中的第一線圈320和在第三層332中的第二線圈330中的每一者的至少一匝界定的第一幾何平面平行于大體上平坦第一表面342。
[0122]圖26A到26C分別展示根據本文中描述的某些實施例的“雙D，前堆疊繞組”耦合器磁通量裝置310的模型的透明俯視圖、透視切割圖和展開圖。借助于在第一邊緣346上延伸且與第一表面342的平面相交的第一線圈320和在第二邊緣350上延伸且與第一表面342的平面相交的第二線圈330，本文中描述的某些實施例提供用于使用“雙D，前堆疊繞組”耦合器磁通量裝置310的小車輛包裝集成解決方案中的電子元件的潛在空間。此磁通量裝置310的實例的仰視圖由圖26D示意性地展示。磁通量裝置310包括至少部分由第一線圈320、第二線圈330和磁導性材料340界限的一或多個區(qū)域360。圖26D的一或多個區(qū)域360定位于在第一線圈320和第二線圈330的下側下方的磁導性材料340的相對側上。這些區(qū)域可經配置以含有電子組件(例如，磁通量裝置310的電力轉換電子元件和傳感器電子元件)。
[0123]繼續(xù)步驟9和10的“雙D”的變形，“雙D”繞組的外段可完全在鐵氧體的正面上拉動，且可向上提升鐵氧體，從而為在鐵氧體下方的繞組騰出空間。由于圍繞鐵氧體芯纏繞線圈，因此圖18中所描繪的所得新拓撲可被視為“螺線管”型耦合器的變體。然而，兩個線圈非常傾斜且仍具有前堆疊繞組，此被稱為“雙螺線管，前堆疊繞組”拓撲。此步驟還可包含如果將維持磁通量裝置的總高度(圖18中未展示)，那么減小線圈和/或鐵氧體結構的厚度。另外，外繞組段現(xiàn)在可非?？拷嘲迩铱删哂袑€圈的Q因數(shù)的負面影響。另一方面，耦合可大體上增加，從而部分補償Q因數(shù)的損失，且仍導致可接受的效率。
[0124]在以下步驟(步驟11、12、13和14)中，連續(xù)地收縮(例如，縮小)兩個螺線管線圈，從而保持中心段(在鐵氧體上方)固定，使得在鐵氧體下方的線圈段正朝向磁通量裝置的中心逐步移動。此變形過程可產生“雙螺線管”拓撲的一些變體且最后結束于“螺線管”拓撲中。在步驟10中，展開底部線圈片段(例如，單一平面中的所有繞組)，從而導致圖19A到19D中示意性地描述且被稱為“雙螺線管，傾斜繞組”的變體。在步驟11中，將鐵氧體的長度增大到其‘實際大小’，從而導致被稱為“雙螺線管，傾斜繞組，實際大小鐵氧體”的拓撲，如在圖20A到20C中示意性地描繪。此拓撲可被視為類似于“雙D，實際大小鐵氧體”耦合器(見(例如)圖15A到15B和25)。在步驟12和13中，進一步收縮為，從而首先導致“雙螺線管，稍微傾斜”耦合器(見(例如)圖20A到20C)，且接著導致“雙螺線管，線圈鄰近”耦合器。最后，在步驟14中，將兩個線圈合并成單一“螺線管”拓撲，在圖8A到SB中展示的所有拓撲當中，所述拓撲提供最強耦合并且提供最高發(fā)射電平。
[0125]在某些實施例中，當設計集成了“雙D”(DD)線圈和“圓形”線圈(在本文中被稱作“正交”(Q)線圈)的所謂的交叉極性耦合器(被稱作“DDQ”線圈布置)使得“DDQ”線圈能夠提取垂直和水平通量分量兩者時，可發(fā)現(xiàn)具有減小的鐵氧體結構和堆疊繞組的“雙D前堆疊繞組”配置(例如，其實例由圖17A到17B和圖26A到26D示意性地說明)的再一優(yōu)點。交叉極性耦合器具有同時在X和y方向上提供更大位移容差的潛力。此概念也可應用于底座(例如，主要)側。此外，如下文更充分地描述，交叉極性耦合器或“DDQ”線圈布置可用于在最大可能程度上采用可用空間(例如，通過僅使最小空氣空間打開)。
[0126]圖27A到27C示意性地說明用于從超出磁通量裝置410的空間無線地接收電力或將電力無線地發(fā)射到所述空間的實例磁通量裝置410(例如，交叉極性耦合器或“DDQ”線圈布置)。磁通量裝置410包括經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的第一傳導性結構420(例如，“DD線圈”)。第一傳導性結構420包括具有第一下表面的第一線圈422(例如，第一D線圈)和具有第二下表面的第二線圈424(例如，第二D線圈)。第一線圈420的第一下表面與第二線圈430的第二下表面大體上共平面。第一傳導性結構420具有大體上都平行于第一和第二下表面的第一長度(L1)和第一寬度(W1),且第一長度大于第一寬度。磁通量裝置410進一步包括經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的第二傳導性結構440(例如，Q線圈)。第二傳導性結構440具有大體上都平行于第一和第二下表面的第二長度(L2)和第二寬度(W2)，且第二長度大體上平行于第一長度且大于第二寬度。第一傳導性結構420的至少第一平坦部分426與第二傳導性結構430的第二平坦部分436大體上共平面。
[0127]在某些實施例中，第一傳導性結構420包括界定平行于第二傳導性結構440的大體上平坦表面且在與第二傳導性結構440的大體上平坦表面不同的層中的第一幾何平面的一或多個傳導性繞組的第一層，且第一傳導性結構420進一步包括界定至少部分與由大體上平坦表面界定的第三幾何平面相交(例如，與其共平面)的第二幾何平面的一或多個傳導性繞組的第二層。第一傳導性結構420可具有界限第一區(qū)域的第一內周邊，且第二傳導性結構440可具有界限第二區(qū)域的第二內周邊，其中第二傳導性結構440的一或多個傳導性繞組定位在第一和第二區(qū)域內，且與第一層大體上共平面且定位在與第二層不同的層中。
[0128]在某些實施例中，如在圖27A和27C中示意性地展示，第一傳導性結構420(例如，第一線圈422和第二線圈424)和第二傳導性結構440經配置以大體上完全覆蓋磁導性材料440的大體上平坦表面442。在某些實施例中，如在圖27A和27C中示意性地展示，第一傳導性結構420和第二傳導性結構430彼此上下堆疊。如在圖27C中可看出，第一傳導性結構420的第一平坦部分426至少部分界限含有第二傳導性結構430的第二平坦部分436的至少一個區(qū)域。在某些此類實施例中，磁通量裝置410有利地通過在最大可能程度上采用可用空間(例如，通過僅使最小空氣空間打開)來提供最佳空間利用。
[0129]在某些實施例中，如在圖27A中示意性地展示，第一長度大于第二長度，且第一寬度大體上等于第二寬度。在某些實施例中，第一線圈422和第二線圈424分別圍封第一面積和第二面積，且第二傳導性結構430圍封第三面積。第一傳導性結構420可具有第一邊緣和第二邊緣，每一邊緣與沿著第一傳導性結構420的第一長度伸展的第一幾何線相交。在某些實施例中，第一幾何線還沿著第二傳導性結構430的第二長度伸展，而在某些其它實施例中，第一幾何線大體上平行于沿著第二傳導性結構430的第二長度伸展的第二幾何線。在某些實施例中，磁通量裝置410包括至少部分由第一傳導性結構420、第二傳導性結構430和磁導性材料440界限的一或多個區(qū)域。所述一或多個區(qū)域可定位于磁導性材料440的在第一傳導性結構420和第二傳導性結構430的下側下方的相對側上。這些區(qū)域可經配置以含有電子組件(例如，磁通量裝置410的電力轉換電子元件和傳感器電子元件)。
[0130]為了容納“DDQ”線圈布置(例如，如在圖27A到27C中示意性地說明)，在最大可能程度上采用可用空間(例如，通過僅使最小空氣空間打開)可為有用的。用于鐵氧體和銅(例如，利茲線)的可用空間的最佳利用可特別可用于緊的外觀尺寸約束(例如，對于車輛包裝)。因此，填充在具有堆疊繞組的鐵氧體的正面處的空間可為具有關于耦合和空間利用兩者的正面效應的可用方法。其可為在‘DD’線圈的開口中和在緊處于鐵氧體結構之上的同一平面中嵌入‘Q’線圈提供足夠空間，如在圖27C的透視切割圖中所展示。此方法可適用于低剖面磁通量裝置解決方案。歸因于減小的大小鐵氧體，在磁通量裝置的每一側上還可存在一些空間來容納處于彼此之上的‘DD’和‘Q’線圈繞組的側面段。用交錯且堆疊的線圈繞組，可達成在鐵氧體旁邊的空間的最佳利用，如可在圖27B中看出。
[0131]上文所描述的方法的各種操作可由能夠執(zhí)行所述操作的任何合適裝置(例如，各種硬件和/或軟件組件、電路和/或模塊)來執(zhí)行。通常，各圖中所說明的任何操作可由能夠執(zhí)行所述操作的對應功能裝置執(zhí)行。舉例來說，用于使至少一個電流流動的裝置或用于傳導電流的裝置可包括導電性線圈。此外，用于修改引導磁通量的裝置可包括磁導性材料。此夕卜，用于無線地發(fā)射或接收電力的裝置可包括無線電力發(fā)射器或接收器。
[0132]可使用各種不同技藝和技術中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合來表示貫穿以上描述可能提及的數(shù)據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。
[0133]結合本文揭示的實施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為清晰地說明硬件與軟件的此可互換性，以上已大體就其功能性來描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路和步驟。此功能性是實施為硬件還是軟件取決于特定應用和強加于整個系統(tǒng)的設計約束?？舍槍γ恳惶囟☉靡圆煌绞絹韺嵤┧枋龅墓δ苄?，但此類實施決策不應被解釋為會導致脫離本發(fā)明的實施例的范圍。
[0134]可用以下各者來實施或執(zhí)行結合本文中所揭示的實施例而描述的各種說明性塊、模塊和電路:通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其經設計以執(zhí)行本文所描述的功能的任何組合。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器還可實施為計算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心或任何其它此類配置。
[0135]結合本文中所揭示的實施例而描述的方法或算法的步驟和功能可以直接以硬件、以由處理器執(zhí)行的軟件模塊或以兩者的組合來體現(xiàn)。如果以軟件來實施，那么可將功能作為一或多個指令或代碼存儲在有形的非暫時性計算機可讀媒體上或經由有形的非暫時性計算機可讀媒體進行發(fā)射。軟件模塊可駐留在隨機存取存儲器(RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可卸除式磁盤、CD ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取信息且將信息寫入到存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可集成到處理器。如本文所使用，磁盤和光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學光盤、數(shù)字多功能光盤(DVD)、軟盤和藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據，而光盤用激光以光學方式再現(xiàn)數(shù)據。以上各項的組合也應包含在計算機可讀媒體的范圍內。處理器和存儲媒體可以駐留在ASIC中。ASIC可以駐留在用戶終端中。在替代例中，處理器和存儲媒體可作為離散組件駐留在用戶終端中。
[0136]為了概述本發(fā)明的目的，本文已描述了本發(fā)明的某些方面、有利和新穎特征。應理解，根據本發(fā)明的任何特定實施方案，可能未必達成所有此類優(yōu)點。因此，可以達成或優(yōu)化如本文中所教示的一個優(yōu)點或一群優(yōu)點而未必達成如本文中可能教示或建議的其它優(yōu)點的方式來體現(xiàn)或進行本發(fā)明。
[0137]將容易顯而易見對上述實施例的各種修改，且可在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下將本文中定義的一般原理應用到其它實施例。因此，本發(fā)明并不希望限于本文中所展示的實施例，而應符合與本文中所揭示的原理和新穎特征相一致的最廣泛范圍。
【主權項】
1.一種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量，所述磁通量裝置包括: 至少第一導電性線圈和第二導電性線圈，所述第一線圈具有第一層和第二層，所述第二線圈具有第三層和第四層，所述第一層與所述第三層大體上共平面；以及 磁導性材料，其具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面，所述第一線圈在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交，所述第二線圈在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。2.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈包括至少一個螺旋纏繞線圈且所述第二線圈包括至少一個螺旋纏繞線圈。3.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一邊緣與所述第二邊緣相對。4.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈鄰近所述磁導性材料且所述第二線圈鄰近所述磁導性材料。5.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述磁導性材料包括鐵氧體板。6.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一層和所述第二層包括所述第一線圈的堆疊繞組，且所述第三層和所述第四層包括所述第二線圈的堆疊繞組。7.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈的所述第一層在所述第一表面的第一半上延伸，且所述第二線圈的所述第三層在所述第一表面的第二半上延伸。8.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈不包圍所述磁導性材料，且所述第二線圈不包圍所述磁導性材料。9.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一層和所述第二層包括多個傳導性繞組層。10.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈和所述第二線圈形成具有至少第一平坦部分的第一傳導性結構，所述磁通量裝置進一步包括經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力的第二傳導性結構，所述第二傳導性結構具有與所述第一平坦部分大體上共平面的至少第二平坦部分。11.根據權利要求10所述的磁通量裝置，其中所述第一傳導性結構和所述第二傳導性結構經配置以大體上完全覆蓋所述磁導性材料的所述第一表面。12.根據權利要求10所述的磁通量裝置，其中所述第一傳導性結構、所述第二傳導性結構和所述磁導性材料至少部分界限經配置以含有電子組件的區(qū)域。13.根據權利要求10所述的磁通量裝置，其中所述第一傳導性結構和所述第二傳導性結構彼此上下堆疊。14.根據權利要求10所述的磁通量裝置，其中所述第一平坦部分至少部分界限含有所述第二平坦部分的至少一個區(qū)域。15.根據權利要求1所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈的所述第一層具有界限第一區(qū)域的第一內周邊，且其中所述第二線圈的所述第三層具有界限第二區(qū)域的第二內周邊。16.根據權利要求15所述的磁通量墊，其中所述第一區(qū)域的第一中心點和所述第二區(qū)域的第二中心點距所述磁導性材料的中心點分別比距所述第一邊緣和所述第二邊緣更近。17.根據權利要求1所述的磁通量墊，其中由分別在所述第一層和所述第三層中的所述第一線圈和所述第二線圈中的每一者的至少一匝界定的第一幾何平面平行于所述大體上平坦第一表面。18.—種磁通量裝置，其用于從在所述磁通量裝置外的空間無線地接收電力或將電力無線地發(fā)射到所述空間，所述磁通量裝置包括: 第一傳導性結構，其經配置以經由磁場無線地接收或發(fā)射電力，所述第一傳導性結構包括具有第一下表面的第一線圈和具有第二下表面的第二線圈，所述第一下表面與所述第二下表面大體上共平面，所述第一傳導性結構具有大體上都平行于所述第一下表面和所述第二下表面的第一長度和第一寬度，所述第一長度大于所述第一寬度；以及 第二傳導性結構，其經配置以經由所述磁場無線地接收或發(fā)射電力，所述第二傳導性結構具有大體上都平行于所述第一下表面和所述第二下表面的第二長度和第二寬度，所述第二長度大體上平行于所述第一長度且大于所述第二寬度，所述第一傳導性結構的至少第一平坦部分與所述第二傳導性結構的第二平坦部分大體上共平面。19.根據權利要求18所述的磁通量裝置，其進一步包括具有大體上平坦表面的磁導性材料。20.根據權利要求19所述的磁通量裝置，其中所述第一傳導性結構、所述第二傳導性結構和所述磁導性材料至少部分界限經配置以含有電子組件的區(qū)域。21.根據權利要求18所述的磁通量裝置，其中所述第一傳導性結構包括界定平行于所述第二傳導性結構的大體上平坦表面且在與所述第二傳導性結構的大體上平坦表面不同的層中的第一幾何平面的一或多個傳導性繞組的第一層，且所述第一傳導性結構進一步包括界定至少部分與由所述大體上平坦表面界定的第三幾何平面相交的第二幾何平面的一或多個傳導性繞組的第二層。22.根據權利要求21所述的磁通量墊，其中所述第一傳導性結構具有界限第一區(qū)域的第一內周邊，其中所述第二傳導性結構具有界限第二區(qū)域的第二內周邊，且其中所述第二傳導性結構的一或多個傳導性繞組定位在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域內，且與所述第一層大體上共平面且定位在與所述第二層不同的層中。23.—種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量，所述磁通量裝置包括: 至少第一導電性線圈和第二導電性線圈，所述第一線圈大體上平坦且具有界限第一面積的第一周邊，所述第二線圈大體上平坦且具有界限第二面積的第二周邊，所述第二線圈與所述第一線圈大體上共平面；以及 磁導性材料，其具有大體上平坦表面且具有界限第三面積的第三周邊，所述第一線圈和所述第二線圈大體上平行于所述大體上平坦表面，所述第一面積與所述第二面積的總和對所述第三面積的比率處于0.9與1.1之間的范圍中。24.根據權利要求23所述的磁通量裝置，其中所述磁導性材料包括在所述第三面積內的至少一個區(qū)域，所述至少一個區(qū)域包括非磁性且非傳導性材料且具有小于所述第三面積的20%的面積。25.根據權利要求23所述的磁通量裝置，其中所述第一線圈與所述第二線圈的所述總和的外水平尺寸大體上等于所述磁導性材料的外水平尺寸。26.—種磁通量裝置，其經配置以將磁通量發(fā)射到在所述磁通量裝置外的空間或從所述空間接收磁通量，所述磁通量裝置包括: 用于使至少一個電流流動的裝置；以及 磁導性材料，其具有大體上平坦第一表面、在第一邊緣處鄰接所述第一表面的第二表面和在第二邊緣處鄰接所述第一表面的第三表面，所述第一線圈在所述第一邊緣上延伸且與所述第一表面的平面相交，所述第二線圈在所述第二邊緣上延伸且與所述第一表面的所述平面相交。27.根據權利要求26所述的磁通量裝置，其中所述流動裝置包括至少第一導電性線圈和第二導電性線圈，所述第一線圈具有第一層和第二層，所述第二線圈具有第三層和第四層，所述第一層與所述第三層大體上共平面。
【文檔編號】H01F38/14GK105981254SQ201480066887
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】漢斯彼得·威德默, 尼古拉斯·阿索爾·基林, 喬納森·比弗
【申請人】高通股份有限公司