本發(fā)明涉及感應(yīng)功率發(fā)射器。

背景技術(shù)：

在許多不同類型的電氣系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有電轉(zhuǎn)換器。一般而言，轉(zhuǎn)換器將第一類型的供應(yīng)轉(zhuǎn)換成第二類型的輸出。這種轉(zhuǎn)換可以包括dc-dc、ac-ac和dc-ac電轉(zhuǎn)換。在一些配置中，轉(zhuǎn)換器可以具有任何數(shù)量的dc和ac“部件”，例如dc-dc轉(zhuǎn)換器可以以變壓器的形式包含ac-ac轉(zhuǎn)換器級(jí)。

使用轉(zhuǎn)換器的一個(gè)示例是感應(yīng)功率傳輸(ipt)系統(tǒng)。ipt系統(tǒng)是已知技術(shù)(例如，電動(dòng)牙刷的無(wú)線充電)和正開發(fā)技術(shù)(例如，“充電墊”上的手持設(shè)備的無(wú)線充電)的眾所周知的領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明可以提供一種改進(jìn)的感應(yīng)功率發(fā)射器，或者可以至少為公眾提供有用的選擇。

根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種感應(yīng)功率發(fā)射器，包括：

多個(gè)平面發(fā)射線圈；以及

逆變器，被配置為提供ac電源信號(hào)；以及

多個(gè)控制設(shè)備，每個(gè)控制設(shè)備被配置為調(diào)節(jié)提供給相應(yīng)的發(fā)射線圈的ac電源信號(hào)；

其中，所述多個(gè)發(fā)射線圈中由調(diào)節(jié)的ac電源信號(hào)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向被配置為基本上耦合到無(wú)約束的感應(yīng)功率傳輸接收器。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供根據(jù)權(quán)利要求1、17、35、47、52或54中任一項(xiàng)所述的發(fā)射器。根據(jù)權(quán)利要求1至64中任一項(xiàng)所述的特征的任何組合，可以實(shí)現(xiàn)任何實(shí)施例。

公認(rèn)的是，在不同的管轄范圍下，術(shù)語(yǔ)“包括”可以被賦予排他性含義或包含性含義。為了本說(shuō)明書的目的，除非另外指明，否則這些術(shù)語(yǔ)意在具有包含性含義，即，它們意味著包括使用直接引用的所列組件，并且可能還包括其他未指定的組件或元件。

在本說(shuō)明書中對(duì)任何文件的引用并不構(gòu)成對(duì)那些文件為現(xiàn)有技術(shù)或其形成公知常識(shí)的一部分的承認(rèn)。

附圖說(shuō)明

包括在說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖與上面給出的概述以及下面的詳細(xì)描述一起示出了示例性實(shí)施例。

圖1是感應(yīng)功率傳輸系統(tǒng)的框圖；

圖2是示例性發(fā)射器的框圖；

圖3(a)至圖3(b)是用于圖2中的發(fā)射器的發(fā)射線圈的示例性布局；

圖4(a)至圖4(d)是圖2中的發(fā)射器的操作的場(chǎng)圖；

圖5是第一示例性電路的電路圖；

圖6(a)至圖6(c)是第一示例性電路的波形的示圖；

圖7是第二示例性電路的電路圖；

圖8是第二示例性電路的波形的示圖；

圖9是第三示例性電路的電路圖；

圖10是第四示例性電路的電路圖；

圖11是用于第四示例性電路的發(fā)射線圈的示例性布局；

圖12(a)至圖12(b)是第四示例性電路的波形的示圖；

圖13是用于實(shí)現(xiàn)更大z高度的發(fā)射器的操作的場(chǎng)圖；

圖14是示例性源線圈和諧振器線圈實(shí)施方式的示意圖；

圖15是原型源線圈和諧振器線圈實(shí)施方式的透視圖；

圖16是根據(jù)接收器的位置/取向來(lái)激勵(lì)哪些線圈的示意圖；以及

圖17是根據(jù)另一實(shí)施例的發(fā)射器的電路圖。

具體實(shí)施方式

ipt系統(tǒng)通常包括感應(yīng)功率發(fā)射器和感應(yīng)功率接收器。感應(yīng)功率發(fā)射器包括由合適的發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的發(fā)射線圈。交變磁場(chǎng)將在感應(yīng)功率接收器的接收線圈中感應(yīng)出電流。然后，接收的功率可以用于對(duì)電池充電，或?yàn)榕c感應(yīng)功率接收器相關(guān)聯(lián)的設(shè)備或一些其它負(fù)載供電。

為了大量采用用于手機(jī)充電的充電墊，各個(gè)制造商試圖達(dá)成共同的標(biāo)準(zhǔn)。這為感應(yīng)功率傳輸規(guī)定了對(duì)便攜式消費(fèi)設(shè)備充電的若干最低要求。例如，為了遵守?zé)o線充電聯(lián)盟(wpc)qi1.1規(guī)范，設(shè)備必須靠近墊表面來(lái)放置。

一個(gè)選項(xiàng)可以是限制用戶以設(shè)備上的預(yù)定取向(例如：平坦地)來(lái)安裝要充電的設(shè)備。另一個(gè)選項(xiàng)是如果設(shè)備取向不受限制。然而，可能需要以不同的取向提供多個(gè)接收線圈，或者以不同的取向提供多個(gè)發(fā)射線圈，以確保發(fā)射場(chǎng)被充分耦合。兩者之中任一選項(xiàng)都可能會(huì)顯著限制設(shè)備設(shè)計(jì)，并且對(duì)一些市場(chǎng)來(lái)說(shuō)可能是不可行的。

一種解決方案是使用多個(gè)重疊的平面發(fā)射線圈，其中線圈電壓被控制以操縱整個(gè)場(chǎng)方向。這允許發(fā)射器墊是平面的，并且用于具有單個(gè)接收線圈以及在任何3d方向上被取向的設(shè)備。然后，修改場(chǎng)方向來(lái)適應(yīng)。一個(gè)實(shí)施方式是用于發(fā)射器電路從ac電源轉(zhuǎn)換為dc總線，并且單獨(dú)的全橋逆變器將dc總線電壓轉(zhuǎn)換成每個(gè)發(fā)射線圈期望的ac電壓幅度和相位。

圖1示出了根據(jù)替代實(shí)施方式的感應(yīng)功率傳輸(ipt)系統(tǒng)1的代表。ipt系統(tǒng)包括感應(yīng)功率發(fā)射器設(shè)備2和感應(yīng)功率接收器設(shè)備3。感應(yīng)功率發(fā)射器2連接到發(fā)射器電路，該發(fā)射器電路可以包括合適的電源4(例如，市電電源)和連接到逆變器6的ac-dc轉(zhuǎn)換器5中的一個(gè)或更多個(gè)。發(fā)射器電路的逆變器6為一系列發(fā)射線圈7提供ac信號(hào)，使得發(fā)射線圈7產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。在一些配置中，發(fā)射線圈7也可以被認(rèn)為與逆變器6分離。

感應(yīng)功率發(fā)射器2內(nèi)的控制器8可以連接到感應(yīng)功率發(fā)射器2的每個(gè)部分?？刂破?可以適用于從感應(yīng)功率發(fā)射器2的每個(gè)部分接收輸入并且產(chǎn)生控制每個(gè)部分的操作的輸出?？刂破?可以被實(shí)現(xiàn)為單個(gè)單元或單獨(dú)的單元?？刂破?可以適用于根據(jù)其性能來(lái)控制感應(yīng)功率發(fā)射器2的各個(gè)方面，包括例如：功率流、調(diào)諧、選擇性地激勵(lì)發(fā)射(發(fā)射器)線圈、感應(yīng)功率接收器檢測(cè)和/或通信。

感應(yīng)功率接收器3包括連接到接收器電路的接收線圈9，該接收器電路可以包括功率調(diào)節(jié)電路10，功率調(diào)節(jié)電路10轉(zhuǎn)而向負(fù)載11供電。當(dāng)感應(yīng)功率發(fā)射器2的線圈7和電感功率接收器3的線圈9適當(dāng)?shù)伛詈蠒r(shí)，由發(fā)射線圈7產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在接收線圈中感應(yīng)出交流電流。功率調(diào)節(jié)電路10將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換成適合于負(fù)載11的形式。接收線圈9可以并聯(lián)或串聯(lián)連接到(諧振)電容器(未示出)，以創(chuàng)建諧振電路。在一些感應(yīng)功率接收器中，接收器電路還可以包括控制器12，該控制器12可以例如控制接收線圈9的調(diào)諧、由接收電路和/或通信供應(yīng)給負(fù)載11的功率。

術(shù)語(yǔ)“線圈”可以包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，在其中電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。例如，感應(yīng)“線圈”可以是三維形狀或二維平面形狀的導(dǎo)電線、使用印刷電路板(pcb)技術(shù)制造成在多個(gè)pcb“層”之上的三維形狀的導(dǎo)電材料和其它線圈狀形狀。使用術(shù)語(yǔ)“線圈”(單數(shù)或復(fù)數(shù))并非意味著在這個(gè)意義上是限制性的?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用使用其他配置。

在圖2中示出了示例性發(fā)射器2。在該實(shí)施例中，若干發(fā)射線圈7被示出為202、204、206、208，以及示出了逆變器6。對(duì)于每個(gè)線圈202、204、206、208，提供與其串聯(lián)的相應(yīng)控制設(shè)備210、212、214、216。以這種方式，對(duì)于每個(gè)線圈，來(lái)自218逆變器6的電壓和/或電流的幅度和/或相位可以被獨(dú)立地調(diào)節(jié)220。這允許所產(chǎn)生的整個(gè)磁場(chǎng)在幅度和/或方向上被控制。線圈202、204、206、208可以以平面、重疊和/或相互去耦布置的方式來(lái)制造。因此，可以在三維中操縱磁場(chǎng)，而不需要在第三維中使用線圈，并且不需要針對(duì)每個(gè)線圈的單獨(dú)的逆變器。這可以具有更簡(jiǎn)單的電路、更低的組件成本、更低的損耗和/或更小的覆蓋區(qū)的優(yōu)點(diǎn)。

圖3(a)和圖3(b)示出了示例性發(fā)射器線圈布局300。在圖3(a)中，以平面布置示出三個(gè)重疊線圈配置和四個(gè)重疊線圈配置。以這種方式，可以調(diào)節(jié)線圈電流以在發(fā)射器2的表面上(和z方向的表面之上)的給定位置中實(shí)現(xiàn)不同的磁場(chǎng)矢量。通過(guò)改變每個(gè)線圈中的電流，可以如所示地模擬不同的磁場(chǎng)方向。具有16個(gè)線圈的圖3(b)中的布局允許更復(fù)雜的磁場(chǎng)操縱。

可以如圖4(a)至圖4(d)所示地操作線圈?？梢話呙杈€圈電流的幅度和/或相位，以找到對(duì)接收器的優(yōu)化的感應(yīng)傳輸。例如，在圖4(a)中，示出了兩個(gè)相鄰的重疊線圈以及驅(qū)動(dòng)每個(gè)線圈的電流的相位和所得到的磁場(chǎng)。每個(gè)線圈中心附近的垂直箭頭表示用于激發(fā)每個(gè)線圈的電流。根據(jù)兩個(gè)電流之間的相對(duì)相位和幅度關(guān)系，可以操縱所得到的磁場(chǎng)的方向。圖4(b)示出了當(dāng)用不同相位和幅度驅(qū)動(dòng)時(shí)使用磁場(chǎng)模擬軟件jmag模擬的磁場(chǎng)。圖4(c)示出了對(duì)于每個(gè)可能的接收器線圈取向和位置，可以通過(guò)控制電流的相位和幅度來(lái)操縱所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向，以使功率傳輸最大化。在圖4(d)中示出了這些電流。

在圖5中示出了第一示例性電路圖500。逆變器6是使用兩個(gè)mosfet開關(guān)的半橋。逆變器6向ac濾波器l1c1供應(yīng)ac電壓。每個(gè)發(fā)射線圈l2、l3并聯(lián)連接到濾波的ac電壓總線。每個(gè)線圈具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)控制設(shè)備。第一分支包括與每個(gè)相應(yīng)線圈l2、l3串聯(lián)的ac開關(guān)s3、s4，以控制線圈電流幅度。與第一分支并聯(lián)的第二分支包括與相應(yīng)的ac開關(guān)s1、s2串聯(lián)的電容器c2、c3，以控制線圈電流相位。

在圖6中示出了電路500的模擬。圖6(a)示出了當(dāng)l2中的電流幅度減小時(shí)，l3中的電流保持不變，而小得多的逆變器電流稍微減小。在圖6(b)中更詳細(xì)地示出了改變之前的電流波形，在圖6(c)中更詳細(xì)地示出了改變之后的電流波形。

在圖7中示出了第二示例性電路圖700。逆變器6是使用兩個(gè)mosfet開關(guān)的半橋。逆變器6向ac濾波器l0c0供應(yīng)ac電壓。每個(gè)發(fā)射線圈l1、l2、l3并聯(lián)連接到濾波的ac電壓總線。每個(gè)線圈具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)控制設(shè)備。第一分支包括ac開關(guān)s1、s8、s10，以控制線圈電流幅度。與第一分支并聯(lián)的第二分支包括與相應(yīng)的ac開關(guān)s2、s3、s9串聯(lián)的電容器c6、c8、c10，以控制線圈電流相位。

在圖8中示出了電路700的模擬，圖8示出了l1中的電流與l2同相，但與l3異相。

在圖9中示出了第三示例性電路圖900。逆變器6是使用兩個(gè)mosfet開關(guān)的半橋。逆變器6供應(yīng)ac電壓。每個(gè)發(fā)射線圈l1、l2、l3并聯(lián)連接到ac電壓總線。每個(gè)線圈具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)控制設(shè)備。第一分支包括與電容器c1、c3、c5串聯(lián)的ac開關(guān)fet1、fet3、fet5，以控制線圈電流幅度。與第一分支并聯(lián)的第二分支包括與相應(yīng)的ac開關(guān)fet1、fet3、fet5串聯(lián)的電容器c2、c4、c6，以控制線圈電流相位。兩個(gè)補(bǔ)償電容器c7、c8獨(dú)立地并聯(lián)連接到ac電壓總線，兩個(gè)補(bǔ)償電容器c7、c8中的每個(gè)補(bǔ)償電容器與相應(yīng)的ac開關(guān)fet7、fet8串聯(lián)以控制電容器電流。

在圖10中示出了第四示例性電路圖1000。逆變器6是使用兩個(gè)mosfet開關(guān)的半橋。逆變器6供應(yīng)ac電壓。每個(gè)發(fā)射線圈m1、m2、m3并聯(lián)連接到ac電壓總線。每個(gè)線圈具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)控制設(shè)備。第一分支包括與電容器c1、c3、c5串聯(lián)的ac開關(guān)fet1、fet3、fet5，以控制線圈電流幅度。與第一分支并聯(lián)的第二分支包括與相應(yīng)的ac開關(guān)fet1、fet3、fet5串聯(lián)的電容器c2、c4、c6，以控制線圈電流相位。諧振線圈松散地耦合(k在0.01至0.3之間，例如：基本上約為0.2)到每個(gè)發(fā)射線圈，并且補(bǔ)償電容器c9、c10、c11與諧振線圈串聯(lián)連接。兩個(gè)另外的補(bǔ)償電容器c7、c8并聯(lián)連接到ac電壓總線，兩個(gè)另外的補(bǔ)償電容器c7、c8中的每個(gè)補(bǔ)償電容器與相應(yīng)的ac開關(guān)fet7、fet8串聯(lián)以控制電容器電流。

諧振線圈和補(bǔ)償電容器電路可以被調(diào)諧到與發(fā)射器的操作頻率不同的頻率。這可能比操作頻率低1-20％。例如，如果發(fā)射器以110khz來(lái)操作，則諧振器可以被調(diào)諧到100khz。在110khz處，諧振器可以被模擬為具有非常小的電感的電感器。如果需要是電容性的，則諧振頻率應(yīng)該比操作頻率高1-20％。因此，在小電流在發(fā)射線圈中流動(dòng)的情況下，大得多的電流在諧振器線圈中流動(dòng)。這意味著諧振器線圈提供傳輸功率所需的大部分電容補(bǔ)償電流(va)。由于只有小的va在發(fā)射線圈中流動(dòng)，因此它可以具有低的自然q而不會(huì)太大地影響耦合效率。

這可以允許逆變器開關(guān)的額定電流低得多，因?yàn)樗鼈冎恍枰_關(guān)小得多的電流。開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗可能較低。發(fā)射線圈上的反射實(shí)際負(fù)載可以被更容易地檢測(cè)到，因?yàn)樗碾娏饕〉枚唷４送?，因?yàn)橹C振電路僅由無(wú)源組件組成，因此更容易增加諧振器線圈的自然q。

當(dāng)發(fā)射器靠近接收器(耦合條件良好)時(shí)，鐵氧體的可能存在會(huì)增加線圈的電感，并且自動(dòng)減小產(chǎn)生的總va。這避免了由于產(chǎn)生的va太多而可能發(fā)生的過(guò)電壓狀況的可能性。

為了將補(bǔ)償電容器耦合到發(fā)射線圈，圖11中示出了各種不同的耦合布置。諧振線圈和發(fā)射線圈可以是同軸的，其中一個(gè)比另一個(gè)大?？商娲?，單個(gè)諧振線圈可以與多個(gè)發(fā)射線圈重疊。在另一個(gè)可替代方案中，單個(gè)諧振線圈可以在多個(gè)更大的發(fā)射線圈內(nèi)同軸。

圖12(a)示出了諧振線圈電壓遠(yuǎn)高于發(fā)射器線圈，以及諧振線圈電流遠(yuǎn)高于發(fā)射線圈。圖12(b)示出了因?yàn)榘l(fā)射器線圈電流低得多，因此可以更容易地檢測(cè)到由于不同的負(fù)載條件而導(dǎo)致的相移。

圖13示出了對(duì)線圈電流的控制也允許線圈相互加強(qiáng)其磁場(chǎng)，以產(chǎn)生與充電墊表面正交的整體更高的磁場(chǎng)高度(z)。這允許設(shè)備從更遠(yuǎn)的距離被充電。

在圖14中示出了另一個(gè)實(shí)施例?？傊?，諧振器線圈的陣列向接收器提供磁場(chǎng)。諧振器線圈可以耦合到激勵(lì)諧振器線圈的源線圈。減小線圈的高度，并且可以增加封裝密度，以便最大化磁場(chǎng)和與接收器的耦合。類似地，諧振器線圈可以保持較小且數(shù)量高，以產(chǎn)生針對(duì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的高特異度或高分辨率。這進(jìn)而可以允許以不確定的取向或在甚至更高的z高度應(yīng)用中實(shí)際耦合到商業(yè)上可行的接收器。通過(guò)限制開關(guān)模式切換到較低的電流源線圈，可以最小化切換損耗。因此，諧振線圈的損耗被限制為開關(guān)的rds_on。針對(duì)每個(gè)諧振線圈的開關(guān)可以被稱為非調(diào)節(jié)開關(guān)。

諧振器線圈1402的陣列以交錯(cuò)陣列示出。6個(gè)諧振器線圈的子組被分配給每個(gè)源線圈1404或與每個(gè)源線圈1404相關(guān)聯(lián)。子組通常是三角形陣列。每個(gè)諧振器線圈近似為圓形。每個(gè)源線圈近似為三角形。

為了確保來(lái)自源線圈的磁場(chǎng)平等地耦合每個(gè)諧振器線圈，并且使得由每個(gè)諧振器線圈依次產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等，無(wú)論其位置如何，源線圈形狀應(yīng)該根據(jù)期望的磁場(chǎng)分布進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于更接近源線圈中心的諧振器線圈，在場(chǎng)密度較高的情況下，源線圈應(yīng)該較少地重疊，而在場(chǎng)密度較低的情況下，進(jìn)而源線圈應(yīng)該更多地重疊。對(duì)于三角形子陣列，源線圈可以是如圖14所示的近似回旋鏢形狀。

源線圈的形狀可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，初始設(shè)計(jì)考慮是諧振線圈的布置。對(duì)于諧振線圈的交錯(cuò)陣列，通常三角形形狀是相對(duì)有效的。然而，如果諧振線圈以正方形樣式布置，則正方形源線圈可能是合適的。

在制造期間，諧振線圈可以被首先形成和布置，例如在其之間沒(méi)有間隙地緊密封裝?？紤]到預(yù)期的制造容差，可以使用磁學(xué)模擬軟件優(yōu)化源線圈幾何形狀?；趦?yōu)化的幾何形狀，可以制造(例如：cnc加工或3d印刷)定制的線軸，然后可以在線軸上纏繞源線圈。然后纏繞的源線圈可以被安裝在諧振線圈的頂部上。

源線圈的設(shè)計(jì)可以是確保每個(gè)諧振器線圈內(nèi)的磁場(chǎng)基本相似。在該上下文中，基本相似將取決于應(yīng)用的需求。例如，在通常的消費(fèi)者充電墊應(yīng)用中，小于10％的耦合系數(shù)差異可以被認(rèn)為是基本相似的。

諧振器線圈末端是串聯(lián)的電容器，并且諧振頻率被選擇為接近ipt操作頻率。調(diào)諧頻率與操作頻率有多接近決定了有多少var在諧振器線圈中流動(dòng)。兩個(gè)頻率越接近意味著諧振器電路阻抗越低，因此var可以增加或“諧振”—因此稱為諧振器線圈。使用兩種類型的線圈允許較低的var在源線圈中流動(dòng)，因此每個(gè)源線圈的開關(guān)損耗較低。另一方面，高得多的var在諧振器線圈中流動(dòng)，而沒(méi)有相關(guān)聯(lián)的高開關(guān)損耗。

一些實(shí)施例提供近端定位和布置的諧振器線圈的單層陣列以及源線圈的單層陣列，使得源線圈磁耦合到一個(gè)或更多個(gè)諧振器線圈。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以添加諧振器(或源)線圈的另外的層或陣列。一個(gè)或更多個(gè)逆變器單獨(dú)地、以子組的方式或與為所有源線圈供電的一個(gè)逆變器一起電耦合到源線圈。可以通過(guò)開關(guān)源線圈和/或選擇性開關(guān)諧振器線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)或更多個(gè)諧振器線圈的激勵(lì)。

為了將發(fā)送到接收器的功率和傳輸?shù)男首畲蠡?，因此可以根?jù)應(yīng)用考慮許多對(duì)立的設(shè)計(jì)因素。

可能的考慮是使源線圈和諧振器線圈兩者的質(zhì)量因子或q最大化，因?yàn)檫@相當(dāng)于降低損耗，因此取得更好的耦合效率。高q對(duì)于諧振器線圈而言更為重要，因?yàn)樗梢砸鸫蟛糠譄o(wú)功功率var。諧振器線圈q可以為至少100，任何低于100的q可能意味著在極低耦合條件下耦合效率可以低于50％。

關(guān)于本文所述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，q大于400是不可能的。為了獲得高q，需要使用較低電阻的導(dǎo)線。如果線圈高度太大，則耦合系數(shù)下降，因?yàn)榫€圈的下部離接收器線圈更遠(yuǎn)，并且貢獻(xiàn)較少。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于直徑為20mm的諧振器線圈尺寸，最大高度約為5mm。使線圈變薄(通過(guò)較細(xì)的導(dǎo)線或較少的匝數(shù))的缺點(diǎn)是線圈q可能減小，因此最小高度可以為約1mm。

為了獲得針對(duì)磁場(chǎng)的預(yù)期分辨率，在一些應(yīng)用中可能希望使線圈數(shù)量最大化，但是仍然確保鐵氧體磁芯的足夠部分在諧振器線圈和源線圈兩者的中心內(nèi)。此外，諧振器線圈的數(shù)量越多，組件計(jì)數(shù)越多，線圈的優(yōu)化問(wèn)題以及如何激勵(lì)線圈的復(fù)雜度越高。

諧振器線圈尺寸可以基于接收器尺寸來(lái)選擇。激勵(lì)的諧振器線圈(一個(gè)或多個(gè))的組合區(qū)域應(yīng)該與接收器線圈具有大致相同尺寸，以便使耦合系數(shù)最大化。例如，對(duì)于32mmx48mm的接收器線圈，原型諧振器線圈直徑被選擇為20mm；一次導(dǎo)通2個(gè)，形成的面積約20mmx40mm。對(duì)于較大的線圈，較少的線圈需要被一起導(dǎo)通(例如，如果直徑為40mm，則僅需要導(dǎo)通1個(gè)諧振器線圈)，但是靈活性和空間分辨率降低。另一方面，線圈不能太小，因?yàn)楫?dāng)更多的線圈可以總是被一起導(dǎo)通以產(chǎn)生所期望的任何等效線圈尺寸時(shí)，更多更小的線圈意味著總電流路徑更長(zhǎng)，因此損耗更高。因此，在大多數(shù)應(yīng)用中，4個(gè)或更少的線圈應(yīng)具有與接收器線圈相似的總面積。

在圖15中示出了示例性配置。在該示例中，源線圈具有1-10匝的1mm直徑的導(dǎo)線，而諧振器線圈為5-25匝的100股0.063mm的絞合線。

盡管根據(jù)應(yīng)用可以使用如上所述的其它線圈類型，但是源線圈和諧振器線圈最可能是纏繞的導(dǎo)線線圈。也可以使用具有突出的芯1504的鐵氧體背板1502，以改善耦合和效率。根據(jù)特定配置的需求，源線圈可以在諧振器線圈下方或頂部(如圖15所示)。

因?yàn)閱蝹€(gè)源線圈和多個(gè)諧振器線圈的組合，因此系統(tǒng)可能對(duì)組件容差相對(duì)靈敏。因?yàn)橹C振器線圈基本上被調(diào)諧到操作頻率，因此容差的變化被反映在阻抗和va等的大變化中。為此，諧振器的var不應(yīng)超過(guò)源線圈的var太多(例如大于10)，因?yàn)檫@使電路過(guò)于靈敏。如果諧振器的var高于源的var僅約5倍，則高達(dá)約10％的組件容差的設(shè)計(jì)仍然是可行的。

圖16示出了發(fā)射器線圈的陣列的示例性控制策略。它可以用于圖14中的諧振器線圈陣列，或調(diào)節(jié)線圈陣列的直接開關(guān)模式。在圖4c中，例如，接收器的任一側(cè)的線圈被控制以使與接收器正交的磁場(chǎng)最大化。給定的接收器可能具有對(duì)電子器件和/或鐵氧體磁芯的屏蔽，替代方案是僅在接收器的一側(cè)上激勵(lì)線圈。

對(duì)于不確定的接收器取向的最壞情況是接收器功率接收線圈與功率發(fā)射線圈正交。由于來(lái)自功率發(fā)射線圈的主要磁場(chǎng)通常主要是正交的，因此這意味著在這種最壞情況的取向下，很少的發(fā)射線圈耦合到功率接收線圈。在這種替代方案中，因?yàn)閮H接收器一側(cè)的線圈被激勵(lì)，因此這允許該磁場(chǎng)在其返回路徑上改變方向的機(jī)會(huì)為足以與功率接收線圈正交的點(diǎn)以進(jìn)行有效耦合。即使在垂直取向上，磁通的實(shí)質(zhì)部分也可以被稱為耦合到接收器。在該上下文中，實(shí)質(zhì)上將根據(jù)應(yīng)用而變化。例如，在消費(fèi)者充電墊中，其可能是指耦合系數(shù)為水平取向的預(yù)期最佳情況耦合系數(shù)的至少30％。

圖16示出為了產(chǎn)生進(jìn)入接收器的水平磁通分量，在接收器1604的一側(cè)激勵(lì)兩個(gè)諧振器線圈1602，以便耦合垂直取向的線圈。在這種布置中，激勵(lì)在一側(cè)與接收器正下方的線圈相鄰的線圈?？梢约?lì)第一相鄰行，或者可以激勵(lì)多個(gè)相鄰行。從一側(cè)(例如，智能手機(jī)的線圈側(cè))進(jìn)入接收器的磁通使得能夠耦合，同時(shí)避免另一側(cè)的電子組件暴露于過(guò)度的磁通。這可以通過(guò)在線圈和電子器件之間的接收器中使用屏蔽來(lái)增強(qiáng)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)不激勵(lì)在接收器1606下方的重疊線圈，和/或不激勵(lì)在接收器1608的背側(cè)的線圈來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)；因?yàn)檫@還可以避免與產(chǎn)生非有效地耦合到垂直取向的接收器線圈的磁通相關(guān)聯(lián)的功率損耗。

可選地，可以激勵(lì)在接收器的任一側(cè)上的諧振器線圈，以便加強(qiáng)通過(guò)接收器的垂直取向的線圈的水平磁通。再次，可以切斷接收器正下方的線圈。這種布置可以適用于電子器件被充分屏蔽和/或線圈不被電子器件支持的接收器。

這些布置允許簡(jiǎn)單的逆變器和開關(guān)電路，因?yàn)閮H線圈需要被選擇性地開關(guān)，而不是布置針對(duì)每個(gè)激勵(lì)線圈的相位控制。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然已經(jīng)關(guān)于垂直取向的接收器線圈描述了示例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這種布置也將適用于部分垂直取向的接收器線圈。此外，盡管使用源線圈和諧振器線圈兩者提供了更簡(jiǎn)單的逆變器設(shè)計(jì)和/或降低的開關(guān)損耗，但是在沒(méi)有諧振器線圈的情況下，可以僅使用源線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)接收器的一側(cè)或任一側(cè)的線圈的實(shí)施例。

可以以多種方式確定接收器位置和取向，例如使用外物檢測(cè)陣列并將接收的信號(hào)與諸如可能包含智能手機(jī)和線圈的金屬及其耦合的相對(duì)強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)。可選地，在激勵(lì)合適的源線圈和/或諧振器線圈以實(shí)現(xiàn)通過(guò)接收器的磁通(該磁通基本上與接收器線圈取向?qū)?zhǔn)正交以使磁耦合最大化)之前，“允許”的接收器可以從不同的發(fā)射器發(fā)射諸如rfid的信號(hào)，該發(fā)射器允許充電墊確定它是允許的設(shè)備及其位置和取向。接收器線圈取向可以從接收器取向來(lái)確定，其可以經(jīng)由接收器的類型或型號(hào)來(lái)通信，和/或可以通過(guò)與發(fā)射器線圈的耦合來(lái)確定。

在一些實(shí)際的情況下，可能的情況是，對(duì)于簡(jiǎn)單激勵(lì)接收器一側(cè)的線圈以及不激勵(lì)接收器下方的線圈，接收器不是最佳地取向。例如，在圖16的中間圖中，接收器可以跨越三個(gè)最右側(cè)的線圈，而且也可以成更大角度以部分地跨越頂部激勵(lì)線圈。在這種情況下，即使這將引起通過(guò)接收器的一些垂直磁通，也可以激勵(lì)相同的線圈?？蛇x地，可以激勵(lì)底部最左側(cè)的線圈，以避免垂直取向的磁通的增加。可以根據(jù)應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)這種情況的優(yōu)化。

可以通過(guò)接收器線圈的方向角度來(lái)判斷是否激勵(lì)水平(接收器側(cè))的線圈或垂直(接收器下方)的線圈或其組合。例如，基本上45度的角度(例如35-55度)可能導(dǎo)致接收器下方的線圈以及一側(cè)的第一相鄰行的線圈被激勵(lì)。

為了確定在給定情況下哪些線圈導(dǎo)通，可能需要確定接收器位置和/或取向，或者將線圈組合迭代到優(yōu)化的解決方案?？蛇x地，可以使用查找表。

例如，發(fā)射器可以包括用于檢測(cè)tx表面附近的物體的物體檢測(cè)系統(tǒng)(例如專用于物體檢測(cè)的另一個(gè)線圈)。一旦檢測(cè)到物體并且已知其粗略位置，則可以導(dǎo)通附近的源線圈。如果物體遠(yuǎn)離tx表面，則可以測(cè)試不同的源線圈以及諧振器線圈的不同組合，直到確定最大功率傳輸。如果物體靠近tx表面，并且在檢測(cè)階段期間由諧振器產(chǎn)生太多的va，則替代檢測(cè)順序可能涉及源線圈的逐漸斜升，或者最初不導(dǎo)通諧振器線圈，直到確定沒(méi)有太近的物體。

在圖17中示出了用于控制一系列源線圈和諧振器線圈的示例性電路。示出了兩組源線圈，盡管這可以擴(kuò)展到任何配置。每個(gè)源線圈(l1、l5)耦合到三個(gè)諧振器線圈(l2、l3、l4，l6、l7、l8)。為了導(dǎo)通源線圈l1，m3被導(dǎo)通，然后電流流過(guò)l1。取決于諧振器線圈的哪個(gè)組合要導(dǎo)通，其相應(yīng)串聯(lián)的mosfet被導(dǎo)通。例如，為了導(dǎo)通l2，m4被導(dǎo)通。可以通過(guò)ipt頻率處的開關(guān)m3的占空比來(lái)調(diào)節(jié)源線圈和諧振器線圈兩者中的電流幅度。

雖然已經(jīng)通過(guò)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述來(lái)說(shuō)明了本發(fā)明，并且雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施例，但是申請(qǐng)人的意圖并非是將所附權(quán)利要求的范圍限制或以任何方式限制于這樣的細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易看出額外的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，本發(fā)明在其更廣泛的方面不限于示出和描述的具體細(xì)節(jié)、代表性的裝置和方法以及示例性示例。因此，在不偏離申請(qǐng)人的總體發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下，可以從這些細(xì)節(jié)進(jìn)行偏離。