CN103168405A - 无线电源系统和多层填隙片组件 - Google Patents

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Abstract

一种无线电源包括多层填隙片组件。每个填隙片有助于在多层线圈阵列中对线圈进行对准以及对导体进行路由。可以使用屏蔽或者PCB作为所述多层填隙片组件的部分。可以通过通道将导线路由至填隙片组件的边缘，或者导线可以通过所述多层填隙片组件的一部分伸出。可以使用迹线来通过所述多层填隙片组件对电流进行路由。可以通过利用塑料对线圈进行包覆模制来创建塑料填隙片。

Description

无线电源系统和多层填隙片组件
技术领域
本发明涉及无线电源以及用于构造无线电源的方法。
背景技术
无线电力解决方案正变得更加普遍。简单的无线电力解决方案可以包括无线电源和远程装置，例如，移动电话。无线电源可以具有壁式插头、无线电源电路和初级线圈。从墙壁插座提供电力，所述电路使用所述电力来激励所述初级线圈，从而产生电磁场。所述远程装置包括次级线圈、无线电源电路和负载。在将所述远程装置放置在由所述初级线圈生成的电磁场附近时，所述次级线圈接收能量。所述远程装置中的电路使用来自所述次级线圈的电力来激励所述负载，由此在无线电源和远程装置之间在不使用电接触的情况下将电力从无线电源传递至远程装置。
还已经开发出一些更为复杂的无线电力解决方案。例如，一些无线电源包括在阵列中配置的多个初级线圈，其中，能够可以将远程装置放置在所述阵列上来接收无线电力。一些阵列在单层中提供彼此相邻的所有初级线圈。其他的阵列为多层的，并且具有重叠的初级线圈。通过利用初级线圈阵列，能够使电力传递表面比单线圈无线电源更大。在一些情况下，阵列被用来传递比单个初级线圈能够提供的电力更多的电力。在其他情况下，阵列可以被用来向远程装置提供位置自由度。在另外其他情况下，阵列可以提供对多个远程装置充电的能力。
在构造初级线圈阵列时可能产生各种问题。首先，由于每个初级线圈具有用于连接至无线电源电路的至少两条引线，因而由于所要路由的连接的数量而使对所述连接进行管理是困难的。在每个线圈和无线电源电路之间构成个别连接可能是耗时的。其次，确保每个初级线圈处于适当位置可能是繁重且耗时的。初级线圈相对于彼此的放置能够影响所生成的电磁场，并因此影响电力传递的效率。在制造期间不良的对准可能导致无线电源的整个寿命期间上的效率损失。第三，在给定要在阵列中路由的连接的数量的情况下，有时通过所述阵列中的一些其他线圈来路由一些连接，以便到达无线电源电路。跨越线圈的导线太多可能对叠层的厚度以及由阵列生成的电磁场具有负面影响。
用于解决构造初级阵列时的一些困难的一种尝试的解决方案是使用印刷电路板来构造阵列。可以使用导体迹线图案来在印刷电路板中构造初级结构。可以利用多层印刷电路板来产生多层阵列。尽管印刷电路板阵列能够克服与构造初级阵列相关联的一些挑战，但是其可能是低效率的，尤其是在较高的电力输出水平下。热量也可能是印刷电路板阵列中难以解决的一个问题。
在导线初级阵列中将导线初级线圈进行对准和连接比在印刷电路板初级阵列中可能更困难，但是导线初级阵列中的效率和热量问题比印刷电路板阵列解决方案中的问题更少。已经尝试了一些针对初级导线线圈阵列的初步解决方案，但是这些方案不满足大量生产情况，并且限于小型阵列。
发明内容
通过本发明的实施例克服了前述问题，其中，一种无线电源包括多层填隙片组件。所述组件中的每个填隙片有助于在多层线圈阵列中对线圈进行对准以及对导体进行路由。每个填隙片的部分能够提供适于对准和路由的图案。可以在具有多层填隙片组件和多层线圈阵列的所述无线电源中包括外壳、屏蔽和无线电源电路。
在一个实施例中，每个填隙片层由非导电材料构成，并且包括用于使线圈在阵列中对准的导向器以及用于将导线路由至填隙片组件的边缘的通道。为了构造所述多层线圈阵列，可以将所述填隙片每次一个地在彼此之上安装至所述屏蔽，可以使用所述导向器来将每层中的线圈对准并固定在适当位置，并且可以在叠置下一填隙片之前使用导线路由通道来路由每层中的导线。可以将无线电源电路安装到印刷电路板上的所述屏蔽的另一侧上，或者将其置于所述无线电源内的其他位置。从多层填隙片组件的边缘伸出的导线能够缠绕所述屏蔽的外侧，并连接至所述印刷电路板或者以其他方式连接至无线电源电路。在一个实施例中，能够将所述导线全部路由至填隙片组件的同一边缘。在替代实施例中，能够将导线路由至填隙片组件的多个边缘上。
在替代实施例中，屏蔽能够替代与电力传递表面相对的填隙片，一个例子是多层填隙片组件中的底部填隙片。也就是说，所述屏蔽可以包括用于使线圈对准的导向器和用于对导线路由的通道。通过利用所述屏蔽作为多层填隙片组件的部分，能够降低无线电源的厚度。
在一个实施例中，不是通过通道将导线路由至填隙片组件的边缘，而是将导线通过多层填隙片组件的一部分伸出并连接至无线电源电路。在无线电源电路处于固定到屏蔽的印刷电路板上的实施例中，来自填隙片组件的导线能够通过印刷电路板中的孔伸出，并被焊接到或者以其他方式连接到印刷电路板。
在一个实施例中，一个或多个填隙片是印刷电路板，并且具有用于对电流进行路由的迹线。可以将线圈连接至所述迹线，并将所述线圈路由至无线电源电路。填隙片电路板可以具有通孔连接，其允许将分层的填隙片焊接在一起，并且在它们之间传递电流。填隙片电路板可以包括用于将多层填隙片组件连接至无线电源电路的插针连接器。在多层填隙片组件中包括无线电源电路的实施例中，能够将所述迹线直接连接至无线电源电路。
在一个实施例中，对压制电迹线进行包覆模制（over-mold），以形成塑料填隙片。塑料填隙片包括用于使线圈对准的导向器以及用于通过填隙片对电流进行路由的嵌入电迹线。压制金属迹线上的用于连接至无线电源电路和多层线圈阵列中的线圈的端接点可以是压接连接、焊盘或者其他适当的端接结构。
在一个实施例中，通过利用塑料对线圈层进行包覆模制来创建塑料填隙片。电连接器引线能够从塑料覆盖向外伸出以便与无线电源电路连接。可以使多个塑料填隙片在彼此之上放置，以形成多层线圈阵列填隙片组件。一些塑料填隙片可以包括孔径，使得来自其他塑料填隙片的电连接器能够穿过。线圈引线从每个线圈的外径和内径伸出，并连接至电连接器引线。这一构造的一个优点在于，处于线圈的内径上的线圈引线不跨越线圈。在对这一实施例的变型中，填隙片中的每个线圈可以被个别地包覆模制。每层个别地包覆模制的线圈构成了填隙片。
期望提供一种有助于使线圈在阵列中对准的构造，其中，无线电源解决方案的性能取决于所述阵列的中心到中心的间隔的几何图案。所述多层填隙片阵列组件通过辅助对线圈进行对准，辅助对导线进行路由以及将线圈阵列连接至无线电源电路而易于制造。
通过参考对当前实施例的描述和附图将更加充分地理解和认识到本发明的这些和其他目的、优点和特征。
附图说明
图1示出了具有路由至两个边缘的引线的组装多层填隙片组件的透视图。
图2示出了图1的多层填隙片组件的一部分的细节图。
图3示出了图1的多层填隙片组件的分解图。
图4示出了具有路由至一个边缘的引线的组装多层填隙片组件的透视图。
图5示出了图4的多层填隙片组件的一部分的分解视图。
图6示出了具有屏蔽填隙片的组装多层填隙片组件的透视图。
图7示出了图6的多层填隙片组件的一部分的细节图。
图8示出了图6的多层填隙片组件的分解图。
图9示出了具有穿过组件伸出的导线的组装多层填隙片组件的顶部透视图。
图10示出了图9的多层填隙片组件的底部透视图。
图11示出了图9的多层填隙片组件的分解图。
图12示出了具有印刷电路板填隙片的组装多层填隙片组件的透视图。
图13示出了图12的多层填隙片组件的底部分解图。
图14示出了图12的多层填隙片组件的顶部分解图。
图15示出了图12的多层填隙片组件的一部分的细节图。
图16示出了具有插针连接器的图12的多层填隙片组件的透视图。
图17示出了具有带有嵌入迹线的塑料包覆模制填隙片的组装多层填隙片组件的透视图。
图18示出了图17的多层填隙片组件的分解视图。
图19示出了在已经将迹线的部分冲压出来之后图17的多层填隙片组件的一部分的细节图。
图20示出了在已经将迹线的部分冲压出来之前图17的多层填隙片组件的一部分的细节图。
图21示出了具有包覆模制线圈阵列填隙片的组装多层填隙片组件的顶部透视图。
图22示出了图21的多层填隙片组件的底部透视图。
图23示出了图21的多层填隙片组件的分解图。
图24示出了具有个别地包覆模制的线圈的多层填隙片组件的分解图。
图25示出了根据本发明的实施例的无线电源系统的透视图。
图26示出了制造多层填隙片组件的一个实施例的一些步骤的代表性流程图。
图27示出了制造多层填隙片组件的一个实施例的一些步骤的代表性流程图。
在详细解释本发明的实施例之前，应当理解，本发明不限于下述描述中阐述的或者附图中图示的操作细节或者构造细节和部件布置。可以按照各种其他实施例来实施本发明，以及按照本文中未明确公开的替代方式来实践或执行本发明。而且，应当理解，本文中使用的用语和术语是出于描述的目的，并且不应将其视为限制性的。“包含”和“包括”及其变形的使用意思是涵盖其后所列出的项目及其等价方式，以及额外的项目及其等价方式。此外，可能在各种实施例的描述中使用列举。除了另行明确陈述，否则列举的使用不应被解释为使本发明限于任何特定的部件顺序或数量。也不应当将列举的使用解释为将可能与所列举的步骤或部件相组合或者组合到其中的任何额外步骤或部件从本发明的范围排除。
具体实施方式
图1-3中示出了根据本发明的一个实施例构造的多层填隙片组件，并且将其一般指定为100。通常，所述多层填隙片组件包括多个填隙片和多个线圈。每个填隙片有助于将一些线圈对准到线圈阵列中，并且所述填隙片一起共同将所述线圈布置成多层线圈阵列。所述填隙片还有助于对无线电源电路和线圈之间的电进行路由。
参考图1-3，所描绘的多层填隙片组件100的实施例包括三个填隙片102、104、106、形成多层线圈阵列110的十八个线圈108以及屏蔽112。每个填隙片将六个线圈对准到单层线圈阵列中，并且三个填隙片共同将十八个线圈对准到三层线圈阵列中。
每个线圈108具有绕组部分114和传输部分116。绕组部分114包括一个或多个匝，以便在利用交变电流激励时生成电磁场。传输部分116是指提供与交变电流源的连接的线圈部分，并且包括用于连接线圈的两条或者更多条引线117。有时将传输部分116称为线圈导线。尽管在当前实施例中示出的线圈是平的且是螺旋缠绕的，但是在其他实施例中，可以实现不同类型和形状的线圈。例如，可以使用平的矩形缠绕线圈替代螺旋缠绕线圈。
在当前实施例中，每个填隙片层由非导电材料构成，并且包括用于使线圈在阵列中对准的导向器120和用于路由来自所述线圈的电连接的路由部分118。
导向器120是每个填隙片的适于将线圈在指定位置对准到阵列中的部分。如所描绘的，导向器120可以是所述填隙片被去除的部分，其提供了具有限定了针对每个线圈的位置的壁的孔径。在将填隙片固定到表面时，能够将线圈置于所述孔径内，并且能够使用所述孔径的壁来确保线圈被适当地定位。如图3中所示，在将所述填隙片在彼此之上放置时，线圈能够搁置在下面的填隙片的顶表面上或者下面的线圈的顶表面上。如所描绘的，每层的线圈通常与放置所述线圈的相应填隙片的顶表面和底表面平齐。通过该方式，搁置在填隙片表面的顶部上的线圈通常与搁置在线圈表面的顶部上的线圈垂直对准。在其他实施例中，导向器120可以是辅助对准的凸起图案。也就是说，作为对填隙片中的孔径的替代，每个填隙片可以具有用于使线圈在该填隙片中对准的图案。在这类实施例中，来自每层的线圈不搁置在下面的填隙片上。线圈的尺寸和形状可能根据实施例而变化。例如，可以将线圈制造得很薄，以便在将其放置在凸起图案上时，使其与填隙片的顶表面平齐或者在顶表面以下。可以在制造期间模制导向器120或者在模制之后铣磨导向器120。在又一实施例中，所述导向器120可以是线圈可以被电连接的连接点。
路由部分118辅助将线圈108的传输部分116从线圈108的绕组部分114路由至无线电源电路。例如，每个填隙片可以包括路由通道118，其大到足以对与该填隙片相关联的线圈阵列中的每个线圈108的传输部分116进行路由。在其他实施例中，例如，在图1-3中所示的实施例中，两个填隙片可以协作，从而在相互挨着放置时形成更大的路由通道。在一些实施例中，一些或所有路由通道118都大到足以同时对多个线圈的传输部分116进行路由。
一般而言，为了构建多层填隙片组件，能够将所述填隙片安装到彼此，或者在具有屏蔽的实施例中，能够将所述填隙片每次一个地在彼此之上安装到所述屏蔽。在放置了所述第一填隙片102之后，能够使用导向器120将该层的每个线圈的绕组部分在适当位置对准，并将其就地固定。可以在叠置下一填隙片上之前，使用导线路由通道118来对该层的每个线圈的传输部分116进行路由。可以将无线电源电路安装到印刷电路板上的所述屏蔽的另一侧，或者定位在其他位置。从多层填隙片组件的边缘伸出的导线能够缠绕所述屏蔽的外侧，并连接至所述印刷电路板或者以其它方式连接至无线电源电路，例如，通过接线板的焊接连接来进行所述连接。在一个实施例中，如图1-3中所示，能够将所述导线路由至所述填隙片组件的多个边缘。在一个实施例中，如图4-5中所示，能够将所述导线全部路由至所述填隙片组件的同一边缘。
图1-3的多层填隙片组件的构造的一种具体方法包括：1)利用诸如胶水或双面胶带的粘合物或者实质上的任何其他适当的紧固件来将第一填隙片附着到屏蔽，2)将六个线圈对准并附到第一填隙片的切口中，使得线圈导线被对准以通过接近每个线圈的导线路由通道伸出，3)将第二填隙片附到第一填隙片和第一六个线圈的上面，4)将第二层的六个线圈对准并附到第二填隙片，5)通过第二填隙片中的通道对第二层的线圈的导线进行路由，6)放置第三层的六个线圈，7)通过第二填隙片中的通道对第三层线圈的导线进行路由，8)将第三填隙片对准并附到第二填隙片和第二层线圈的上面，9)将第三层的六个线圈对准并附到第三填隙片。
图26图示了替代结合图1-3的多层填隙片组件的构造方法以上所讨论的步骤6-9的一组替代步骤的一般流程图。在这一实施例中，组装顶部填隙片组件2601、2602、2603，并使之与底部填隙片组件2604接合。可以如结合上文讨论的步骤1-5所描述的或者使用其他适当的组装方法来对底部填隙片组件2604进行组装。在一个实施例中，可以组装顶部填隙片组件并使之与底部填隙片组件接合，以创建多层填隙片组件，如下文所述。首先，可以放下单侧粘性膜2601，使其粘合侧朝上。可以将顶部填隙片2602颠倒放置在粘性膜2601上。可以将线圈2603在顶部填隙片2602中放下。可以通过顶部填隙片2602中的通道对导线进行路由。接下来，任选的步骤是向顶部填隙片组件2601、2602、2603或者向底部填隙片组件2604施加粘合剂。接下来，翻转顶部填隙片组件2601、2602、2603，并使之与底部填隙片组件2604对准，从而创建出多层填隙片组件。
图27图示了替代结合图1-3的多层填隙片组件的构造方法以上讨论的步骤6-9的另一组替代步骤的一般流程图。在这一实施例中，组装顶部填隙片组件2702、2703，并使之与底部填隙片组件2704接合。可以如结合上文讨论的步骤1-5所描述的或者使用其他适当的组装方法来对底部填隙片组件2704进行组装。在一个实施例中，可以组装顶部填隙片组件并使之与底部填隙片组件接合，以创建多层填隙片组件，如下文所述。首先，将顶部填隙片2702颠倒放在平表面上。将线圈2703在顶部填隙片2702中放下。通过顶部填隙片2702中的通道对导线进行路由。接下来，任选的步骤是向顶部填隙片组件2702、2703或者向底部填隙片组件2704施加粘合剂。接下来，翻转局部填隙片组件2704，并使之与顶部填隙片组件2702、2703对准，从而创建多层填隙片组件。
一旦被组装，就能够将多层填隙片组件安装到无线电源的外壳。所述外壳可以具有特定的特征，从而使所述多层填隙片组件对准并附到所述外壳。可以将整个组件隐藏在外壳内、外壳后或者外壳下。所描绘的实施例将使所述无线电源的总厚度最小化，因为每层线圈都与其相应的填隙层的顶表面和底表面平齐。此外，这一构造使初级线圈阵列和远程装置之间的缝隙最小化。
所描绘的多层填隙片组件的实施例提供了高水平的屏蔽效率，因为第一层线圈与屏板112物理接触。所述屏蔽实质上可以是任何适当的屏蔽，例如，铁氧体磁通量屏蔽112。在一些实施例中，所述屏蔽可以是通量集中器，例如，如2010年8月25日提交的题为Flux Concentrator and Method of Making a Magnetic Flux Concentrator的美国专利申请No. 12/868052中描述的通量集中器，通过引用将其并入本文。
参考图4-5，描绘了一种与图1-3中所示的多层填隙片组件类似的多层填隙片组件200的实施例。所述多层填隙片组件200包括三个填隙片202、204、206、形成多层线圈阵列210的十八个线圈208以及屏蔽212。主要区别在于将每个线圈的线圈引线217全部路由至所述填隙片组件的同一边缘。图5图示了在填隙片中形成导线路由通道的一种方式，以实现向多层填隙片组件的一个边缘的路由。屏蔽212、线圈208以及填隙片202、204、206可以通常如结合图1-3的实施例所描述的那样被组装。可以将组装多层填隙片组件200安装在无线电源的外壳之中或者之上。可以将无线电源电路包括在安装在屏蔽下面的印刷电路板上，并且可以使线圈引线217缠绕，以连接至所述电路。在替代实施例中，可以将所述无线电源电路包括在所述无线电源的其他位置。
参考图6-8，描绘了一种与图1-3中所示的多层填隙片组件有些类似的多层填隙片组件300的实施例。所述多层填隙片组件300包括两个填隙片304、306、形成多层线圈阵列310的十八个线圈308以及屏蔽填隙片312。这一实施例和图1-3中所描绘的实施例之间的主要区别在于，屏蔽填隙片312替代了所述填隙片之一以用于对线圈进行对准和对导线进行路由。
屏蔽填隙片312包括用于使线圈在阵列中对准的导向器320和用于将导线路由至所述填隙片组件的边缘的通道318。所述屏蔽中的导向器320是所述屏蔽的适于将线圈在指定位置对准到阵列中的部分。如示描绘的，导向器320可以是辅助对准的凸起图案。也就是说，屏蔽填隙片312可以具有用于使线圈在屏蔽对准的凸起图案。凸起图案的尺寸和形状可以根据线圈的尺寸和形状而变化。可以在制造期间模制屏蔽填隙片312中的导向器320或者在模制之后铣磨屏蔽填隙片312中的导向器320。如图8中所示，可以使用导向器320将线圈定位到阵列中，并且可以将304固定在屏蔽填隙片312的顶部上，以便在将线圈定位在填隙片304中时，使所述线圈搁置在屏蔽填隙片312的顶表面上，或者搁置在屏蔽填隙片312中的线圈308的顶表面上。每层的线圈可以通常与放置所述线圈的相应填隙片的顶表面和底表面平齐。通过该方式，搁置在填隙片表面的顶部上的线圈通常与搁置在线圈表面的顶部上的线圈垂直对准。在替代实施例中，导向器320可以是所述屏蔽的被移除的部分，以提供具有限定了针对每个线圈的位置的壁的孔径。在将填隙片固定到诸如另一层屏蔽的表面时，能够将线圈置于所述孔径中，并且能够使用所述孔径的壁来确保线圈被适当地定位。
在替代实施例中，填隙片304、306可以包括受到屏蔽的部分和未受屏蔽的部分。例如，可以将未受屏蔽的填隙片部分定位成与多层线圈阵列中的线圈以及多层线圈阵列周围的区域重叠，而每个填隙片304、306的受到屏蔽的部分可以覆盖未与多层线圈阵列中的线圈重叠的任何填隙片部分。通过这种方式，可以提供一种多层填隙片组件，其包括的无线传递路径不被屏蔽所中断，而除了无线传递路径之外的所有其他路径都可以被所述屏蔽所禁止。
参考图9-11，描绘了一种与图6-8中所示的多层填隙片组件有些类似的多层填隙片组件400的实施例。所述多层填隙片组件400包括两个填隙片404、406、形成多层线圈阵列410的十八个线圈408、屏蔽填隙片412和印刷电路板421。这一实施例和图6-8中所描绘的实施例之间的主要区别在于，导线路由通道418是垂直的而不是水平的。
将填隙片404、406和屏蔽填隙片412如结合图6-8实施例所述的进行叠置，然而，不是将线圈导线通过通道路由至组件的边缘，而是将所述导线通过多层填隙片组件的部分伸出，并连接至无线电源电路423。在无线电源电路423位于固定到屏蔽412的印刷电路板421上的实施例中，线圈导线能够通过印刷电路板中的孔伸出，并被焊接或者以其他方式连接至印刷电路板421上的导电迹线422。所述印刷电路板421上的导电迹线422能够将电连接路由至位于印刷电路板421上的无线电源电路423，或者路由至诸如边板连接器、焊盘、螺栓端子或者其他适当端接的端接区域。
参考图12-16，描绘了一种与图4-5中所示的多层填隙片组件有些类似的多层填隙片组件500的实施例。所述多层填隙片组件500包括三个印刷电路板填隙片502、504、506，形成了多层线圈阵列510的十八个线圈508，和屏蔽512。这一实施例和图4-5中所描绘的实施例之间的主要区别在于，所述填隙片由印刷电路板构成。
印刷电路板填隙片502、504、506由双层印刷电路板构造，并且具有迹线518来替代导线路由通道。在当前实施例中，每个印刷电路板填隙片502、504、506包括用于使线圈在阵列中对准的导向器520和用于将电路由至填隙片组件的边缘的迹线518。每个线圈的线圈导线517通过焊接至处于每个线圈的外径附近的连接区域519来被连接至每个填隙片502、504、506的迹线518。通过这种方式，能够使线圈导线的长度保持可管理的短长度。双侧电路板可以具有通孔连接，其允许将分层填隙片焊接到一起，并在它们之间传递电流。
或许如图13中最好地示出的，印刷电路板填隙片502之一能够比其他填隙片504、506和屏蔽512延伸得更远，以允许电连接。延伸的印刷电路板填隙片502的边缘可以具有焊盘、插针连接器、接线板或者实质上任何其他端接结构。例如，如图16中所示，多层填隙片组件500可以包括插针连接器524。所述插针连接器提供了用于将无线电源电路电连接至多层填隙片组件500的接口。与印刷电路板填隙片的连接可以用分立的导线、带状电缆或者本质上任何其他适当的连接器来构成。
参考图17-20，描绘了一种与图12-16所示的多层填隙片组件有些类似的多层填隙片组件600的实施例。所述多层填隙片组件600包括三个填隙片602、604、606、形成多层线圈阵列610的十八个线圈608和屏蔽612。图12-16的多层填隙片组件和这一实施例之间的主要区别在于，这一实施例中的填隙片不是带有迹线的印刷电路板，而是共同模制在压制电迹线周围以形成电路路径的塑料填隙片。
在塑料包覆模制之前，将压制迹线618一起冲压出来，并通过接片630将其连接起来。这样能够易于在包覆模制之前对压制迹线618的操纵和放置。在模制过程期间或者之后，将连接器接片630冲压出来，从而使各条迹线618嵌入在塑料填隙片中。一旦将接片630冲压出来，就在填隙片中留下孔径632。如果所述迹线具有端接点，那么压制金属迹线618上的端接点619可以是压接连接、插针连接器、焊盘或者实质上任何其他类型的端接器。如图18中所示的，插针连接器624可以提供用于将无线电源电路电连接至多层填隙片组件600的接口。
参考图21-23，描绘了一种每个填隙片都是包覆模制的多层填隙片组件700的实施例。在所描绘的实施例中，多层填隙片组件700包括三个包覆模制的填隙片702、704、706、形成多层线圈阵列710的十八个线圈708、屏蔽712以及印刷电路板721。所述多层包覆模制填隙片组件700可以包括用于使无线电力线圈的第一子集和无线电力线圈的第二子集在多层无线电力线圈阵列中对准的对准系统。所述对准系统可以包括处于每个包覆模制填隙片层中的以及处于所述屏蔽层中的对准特征。对准特征可以包括凸块、柱、栓、突出物、边、腔体、孔或者本质上任何其他类型的对准特征。所述多层包覆模制填隙片组件700还可以包括用于对来自无线电力线圈的第一子集和第二子集的电连接进行路由的路由系统。所述路由系统可以包括处于第一包覆模制填隙片层、第二包覆模制填隙片层和屏蔽层（如果存在一个的话）中的路由特征。路由特征可以包括通道、压制迹线、边、孔或者本质上任何其他类型的路由特征。
在当前实施例中，将每个包覆模制填隙片与六个线圈708一起包覆模制，在所述线圈周围形成了塑料外壳，其中，线圈导线从所述填隙片中伸出。所述包覆模制填隙片702、704、706完全或者部分包围所述线圈708。在一个实施例中，所述线圈导线从填隙片的边缘伸出。在另一实施例中，线圈导线从每个线圈的外径和内径伸出到填隙片的底表面之外。在线圈导线伸出到填隙片的底表面之外的实施例中，填隙片704、706、屏蔽712和印刷电路板721都可以包括孔径734，使得线圈导线718能够通过多层填隙片组件700路由，以到达印刷电路板721，在该处线圈导线718的线圈引线717能够被焊接或者以其他方式连接至印刷电路板721上的导电迹线722。所述印刷电路板上的导电迹线722能够将电连接路由至无线电源电路，或者路由至诸如边板连接器、焊盘、螺栓端子或者其他适当端接的端接区域。
在一种有关导线缠绕线圈的变型当中，可以在利用塑料进行包覆模制之前将导线引线焊接到、熔接到或者以其他方式附着到金属接片。然后，所述金属接片将在包覆模制过程之后从盘（disk）中伸出。
在一些实施例中，线圈708可以由压制薄板金属构造，而非由导线构造。在压制线圈实施例中，所述线圈可以具有从线圈的外径和内径伸出的金属接片，而不是线圈导线。可以使伸出的金属接片垂直于填隙片的平面弯曲，使得每个填隙片能够如上文利用线圈导线所描述的那样在彼此之上叠置。这一配置的一个优点在于，处于线圈的内径上的线圈引线不跨越线圈，跨越线圈的情况将增大Z维度厚度。
参考图24，描绘了关于图21-23的实施例的变型。在所描绘的实施例中，所述多层填隙片组件800包括三个包覆模制的填隙片802、804、806、形成多层线圈阵列810的十八个线圈808、屏蔽812和印刷电路板821。这一实施例和图21-23的实施例之间的主要区别在于，能够对每个填隙片中的每个线圈个别地进行包覆模制而不是对整个填隙片同时进行包覆模制。正如图21-23的实施例中那样，多层包覆模制填隙片组件800可以包括对准系统和路由系统。
在当前实施例中，将每个线圈个别地包覆模制到塑料盘中。来自每个线圈的导线引线按照与上文描述的几乎相同的方式从所述塑料盘伸出。尽管将所述个别包覆模制的线圈描述为导线线圈，但是在替代实施例中，也可以对压制线圈个别地进行包覆模制。屏蔽812、印刷电路板821和填隙片802、804、806中的孔径834允许通过所述多层填隙片组件对来自每个线圈的导线引线进行路由。在一些实施例中，每个填隙片802、804、806中个别包覆模制的线圈808之间的空隙835足以对来自每个线圈的导线引线进行路由，并且填隙片中的孔径是没有必要的。
在一些实施例中，包覆模制中的伸出物有助于辅助对准。例如，凸块、柱、栓、突出物或其他类型的伸出物能够辅助对准。在当前实施例中，对线圈引线进行包覆模制，使得其具有刚性，并由此既能够在个别包覆模制线圈和印刷电路板821之间提供电连接（通过底层线圈引线），又能够同时充当用于线圈对准的导向器。例如，在本实施例中，由线圈引线的位置以及屏蔽812中的孔的位置确定线圈的间隔和布置。在替代实施例中，可以使用两个单独的结构来提供电连接和对准。例如，可以通过屏蔽812中的孔将非刚性线圈引线路由至印刷电路板821，并且可以使用每个个别包覆模制盘上的单独的伸出物来使线圈按照期望布置进行对准。在另一实施例中，可以在屏蔽上包括单独的伸出物，以便使个别包覆模制线圈对准。
图25中示出了根据本发明的一个实施例构造的无线电源系统，并且将其一般指定为2500。通常，无线电源系统2500包括无线电源2502和远程装置2504。无线电源系统可以指无线电源、一个或多个远程装置或者无线电源和一个或多个远程装置的组合。无线电源2502能够生成电磁场，并且远程装置能够无线接收并利用电磁场中的能量。
无线电源2502包括外壳2506、电线2508、无线电源电路2510和多层填隙片组件2512。外壳2506保护无线电源2502的部件，并提供无线传递表面，在该处可以放置远程装置以接收电力。通常，所述外壳的无线传递表面和周围区域是不导电的且是非磁性的。如果期望的话，所述外壳的其他部分可以是导电的且磁性的。
提供电线2508来将无线电源连接至诸如AC或DC电源的电源。在替代实施例中，例如，在电池供电构造中，电线可能是不必要的。
无线电源电路2510本质上可以包括能够向多层填隙片组件2512的多层线圈阵列中的一个或多个线圈供应AC信号的任何电路。在当前实施例中，无线电源电路2510位于外壳2506内。在一些实施例中，无线电源电路2510可以与多层填隙片组件2512集成。可能期望使用感应电源电路，包括2004年11月30日颁发给Kuennen等的题为“Inductively Coupled Ballast Circuit”的美国专利6825620中公开的感应电源系统的共振勘察（seeking）电路；2007年5月1日颁发给Baarman的题为“Adaptive Inductive Power Supply”的美国专利7212414中的自适应感应电源；Baarman于2003年10月20日提交的题为“Adaptive Inductive Power Supply with Communication”的序号为 10/689148的美国专利中的具有通信的感应电源；Baarman于2007年9月14日提交的题为“System and Method for Charging a Battery”的序号为 11/855710的美国专利中的用于对锂离子电池充电的感应电源；Baarman等于2007年12月27日提交的题为“Inductive Power Supply with Device Identification”的序号为 11/ 965085的美国专利中的具有装置识别的感应电源；或者Baarman于2008年1月7日提交的题为“Inductive Power Supply with Duty Cycle Control”的序号为 61/019411的美国专利中的具有占空比控制的感应电源，通过引用将所有这些文献全文并入本文。
上文讨论了多层填隙片组件的各种不同的实施例。实质上可以利用辅助使线圈对准到多层线圈阵列中并辅助将来自无线电源电路2510的导体路由至所述多层线圈阵列的任何多层填隙片组件2512。
所述无线电源2502旨在供各种各样的不同设计和构造的远程装置2504使用。一般而言，每个远程装置包括一个或多个次级线圈、无线电力接收电路和负载。对于DC负载而言，所述无线电力接收电路可以包括用于将AC电力转化为DC电力的整流电路。在一些实施例中，所述无线电力接收电路可以包括用于向负载提供调节的输出的调节电路。所述负载可以是电池或者能够利用由无线电力接收电路所提供的电力的一些其他部件。
诸如“垂直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“内”、“向内”、“外”、“向外”的方向性术语就其被使用的范围而言用于基于图示中所示的实施例的取向来辅助描述本发明。方向性术语的使用不应被解释为使本发明限于具有任何特定的一个或多个取向的封装。
上述描述是对本发明的当前实施例的描述。在不背离如所附权利要求中限定的本发明的精神和更加宽广的方面的情况下，可以做出各种更改和改变，应当根据专利法的包括等价原则的规则来解释所述精神和更加宽广的方面。本公开是出于说明性目的而呈现的，并且不应将其解释为是对本发明的所有实施例的穷举性说明，或者使权利要求的范围限于结合这些实施例说明或者描述的特定元件。例如但非限制性的，可以由提供基本上相似的功能的或者以其他方式提供适当操作的替代元件来代替所描述的发明的一个或多个个别元件。例如，这包括当前已知的替代元件，诸如可能当前为本领域技术人员所知的那些元件，并且包括可能在未来开发的替代元件，诸如在开发时本领域技术人员可能将其识别为替代物的那些元件。此外，所公开的实施例包括被一致描述的多个特征，并且这些特征可以协作提供益处的集合。本发明不限于包括所有的这些特征或者提供所陈述的所有益处的那些实施例，除非到所发布的权利要求中另外明确阐述的程度。以单数对权利要求元件的任何引用，例如，使用冠词“a”、“an”、“the”或“所述”，都不被解释将所述元件限于单数。

Claims (42)

1. 一种用于在使多个无线电力线圈对准中使用的多层填隙片组件，所述多层填隙片组件包括：
第一填隙片层，其包括用于使所述多个无线电力线圈的第一子集对准的第一导向部分和用于对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集的电连接进行路由的第一路由部分；
与所述第一填隙片层接合的第二填隙片层，所述第二填隙片层包括用于使所述多个无线电力线圈的第二子集对准的第二导向部分和用于对来自所述多个无线电力线圈的所述第二子集的电连接进行路由的第二路由部分。
2. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一填隙片层由非导电材料构造。
3. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一填隙片层至少部分由通量集中材料构造，其中，所述通量集中材料提高了所述多个无线电力线圈的电感，并且增强了所述多层填隙片组件内的通量路径。
4. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一填隙片层至少部分由屏蔽材料构造，其中，所述导向部分包括由通量集中材料构造的凸块、柱、栓和突出物中的至少一个。
5. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一填隙片层是印刷电路板。
6. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分包括腔体，所述腔体被成形为限定针对所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的位置，并且其中，所述第二导向部分包括腔体，所述腔体被成形为限定针对所述多个无线电力线圈的所述第二子集中的每个线圈的位置。
7. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分包括用于使所述多个无线电力线圈的所述第一子集对准的多对端接点，并且所述第一路由部分包括处于所述多对端接点和用于连接至无线电源电路的多对端接点之间的压制迹线网络。
8. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分和所述第二导向部分协作，以使所述多个无线电力线圈在预定义的重叠的线圈阵列中对准。
9. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一路由部分和所述第二路由部分包括用于在所述多个无线电力线圈和所述填隙片的边缘之间对导线进行路由的通道系统。
10. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一路由部分和所述第二路由部分的所述至少一个包括用于在所述多层填隙片组件的边缘和用于所述多个无线电力线圈的多个连接点之间对电力进行路由的压制迹线。
11. 根据权利要求10所述的多层填隙片组件，其中，将所述压制迹线被包覆模制到所述第一填隙片层和所述第二填隙片层的至少一个中。
12. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分包括凸起图案，所述凸起图案被成形为接受所述多个无线电力线圈的所述第一子集。
13. 根据权利要求1所述的多层填隙片组件，其中，沿所述第一填隙片层的表面对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的引线进行路由，以用于连接到无线电源电路。
14. 根据权利要求13所述的多层填隙片组件，其中，围绕屏蔽对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的所述引线进行路由，以用于连接到印刷电路板。
15. 根据权利要求13所述的多层填隙片组件，其中，将来自所述多个无线电力线圈中的每个线圈的引线路由至连接器，所述连接器能够将所述多个无线电力线圈电连接至无线电源电路。
16. 一种用于在使多个无线电力线圈对准中使用的多层填隙片组件，所述多层填隙片组件包括：
第一填隙片层，其包括用于使所述多个无线电力线圈的第一子集对准的第一导向部分和用于对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集的电连接进行路由的第一路由部分；以及
形成第二填隙片层的印刷电路板，其包括印刷在所述印刷电路板上的所述多个无线电力线圈的第二子集以及包括印刷电路板迹线网络的第二路由部分。
17. 根据权利要求16所述的多层填隙片组件，其中，所述第一填隙片层的至少一部分由通量集中材料构造。
18. 根据权利要求16所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分使所述多个无线电力线圈的所述第一子集相对于所述多个无线电力线圈的所述第二子集在预定义的重叠阵列中对准。
19. 根据权利要求16所述的多层填隙片组件，其中，所述第一路由部分包括用于在所述第一多个无线电力线圈和所述印刷电路板之间对导线进行路由的通道系统。
20. 根据权利要求16所述的多层填隙片组件，其中，所述第一路由部分包括用于在所述多个无线电力线圈的所述第一子集和所述印刷电路板之间对电力进行路由的压制迹线。
21. 根据权利要求20所述的多层填隙片组件，其中，将所述压制迹线包覆模制到所述第一填隙片层中。
22. 根据权利要求16所述的多层填隙片组件，其中，所述第一导向部分包括空腔和凸起图案中的至少一个，所述空腔被成形为限定针对所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的位置，以及所述凸起图案被成形为接受所述多个无线电力线圈的所述第一子集。
23. 根据权利要求13所述的多层填隙片组件，其中，所述印刷电路板迹线网络在所述多个无线电力线圈的所述第二子集和用于所述无线电源电路的多个连接点之间提供电连接，并且所述印刷电路板迹线网络在所述第一路由部分和用于无线电源电路的所述多个连接点之间提供电连接。
24. 一种使用多层填隙片组件制造无线电源的方法，所述无线电源包括能够通过多个无线电力线圈传递无线电力的无线电源电路，所述方法包括：
提供外壳；
将所述多层填隙片组件的第一填隙片层安装在所述外壳中，所述第一填隙片层包括第一导向部分和第一路由部分；
使用第一导向部分来使所述多个无线电力线圈的第一子集在所述第一填隙片层中对准；
对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集的电连接进行路由；
与所述第一填隙片层相邻安装所述多层填隙片组件的第二填隙片层，所述第二填隙片层包括第二导向部分和第二路由部分；
使所述多个无线电力线圈的所述第二子集在所述第二填隙片层中对准；
对来自所述多个无线电力线圈的所述第二子集的电连接进行路由。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中，将所述多层填隙片组件的所述第一填隙片层安装在所述外壳中包括将所述第一填隙片层安装至电磁屏蔽。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中，将所述无线电源电路安装至所述电磁屏蔽，与所述多层填隙片组件的第一填隙片层相对。
27. 根据权利要求24所述的方法，其中，所述对电连接进行路由包括将来自所述多个无线电力线圈的所述第二子集的电连接通过所述多层填隙片组件中的孔径路由至所述无线电源电路。
28. 根据权利要求24所述的方法，其中，所述对电连接进行路由包括通过将来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集的引线连接至所述第一填隙片层中的压制迹线来将来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集的电连接路由至所述无线电源电路，其中，所述第一填隙片层中的所述第一压制迹线与所述无线电源电路直接或者间接电连通。
29. 一种用于在使多个无线电力线圈对准中使用的多层包覆模制填隙片组件，所述多层包覆模制填隙片组件包括：
第一包覆模制填隙片层，其包括所述多个无线电力线圈的第一子集，所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈包括线圈引线对；
与所述第一包覆模制填隙片层相邻的第二包覆模制填隙片层，所述第二包覆模制填隙片层包括所述多个无线电力线圈的第二子集，所述多个无线电力线圈的所述第二子集中的每个线圈包括线圈引线对；
与所述第二包覆模制填隙片层相邻的屏蔽层；
对准系统，用于使所述多个无线电力线圈的所述第一子集和所述多个无线电力线圈的所述第二子集在多层无线电力线圈阵列中对准，所述对准系统包括处于所述第一包覆模制填隙片层、所述第二包覆模制填隙片层和所述屏蔽层中的对准特征；以及
路由系统，用于对来自所述多个无线电力线圈引线的第一子集和所述多个无线电力线圈引线的第二子集的电连接进行路由，所述路由系统包括处于所述第一包覆模制填隙片层、所述第二包覆模制填隙片层和所述屏蔽层中的路由特征。
30. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述路由特征包括处于所述第二包覆模制填隙片层中的孔径，通过所述孔径对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的所述线圈引线对进行路由，并且所述路由特征包括处于所述屏蔽层中的孔径，通过所述孔径对来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的所述线圈引线对以及来自所述多个无线电力线圈的所述第二子集中的每个线圈的所述线圈引线对进行路由，并将其连接至印刷电路板。
31. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述对准特征包括处于所述第一包覆模制填隙片层中的多个刚性伸出物、处于所述第二包覆模制填隙片层中的用于接受所述多个刚性伸出物的多个孔径、以及处于所述屏蔽层中的用于接受所述多个刚性伸出物的多个孔径，其中，所述伸出物与所述第二包覆模制填隙片层中的所述多个孔径以及所述屏蔽层中的所述多个孔径相配合，以使所述多个无线电力线圈对准。
32. 根据权利要求31所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，处于所述第一包覆模制填隙片层中的所述路由特征包括通过所述多个刚性伸出物对所述多个线圈引线进行路由，以及通过所述第二包覆模制填隙片层和所述屏蔽层中的所述多个孔径对所述线圈引线进行路由。
33. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述路由特征包括导电迹线，所述导电迹线通过所述第一包覆模制填隙片层、所述第二包覆模制填隙片层和所述屏蔽层的至少一个对电连接进行路由。
34. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，使来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的所述线圈引线电接合至通过所述第一包覆模制填隙片层伸出的单独的金属接片。
35. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述第一包覆模制填隙片层和所述第二包覆模制填隙片层的至少一个包括通量集中材料，以提高所述多个无线电力线圈的电感，并增强所述多层包覆模制填隙片组件内的通量路径。
36. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，将来自所述多个无线电力线圈的所述第一子集中的每个线圈的所述线圈引线对进行路由，以穿过共同的孔径，从而降低共模阻抗。
37. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述对准特征包括用于使所述第一包覆模制填隙片层、所述第二包覆模制填隙片层和所述屏蔽层中的至少两个接合的机械连接器。
38. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，所述对准特征包括处于所述第二包覆模制填隙片层内的多个孔径，所述多个孔径中的每个被定位在所述多个无线电力线圈的所述第二子集中的所述无线电力线圈之一的内部，由此所述孔径与其他对准特征协作，以使所述多个无线电力线圈对准。
39. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，对所述无线电力线圈中的每个线圈个别地进行包覆模制。
40. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，利用塑料和树脂中的至少一个来对每个无线电力线圈进行包覆模制。
41. 根据权利要求29所述的多层包覆模制填隙片组件，其中，利用塑料和树脂中的至少一个来对所述第一包覆模制填隙片层进行包覆模制，以及利用塑料和树脂中的至少一个来对所述第二包覆模制填隙片层进行包覆模制。
42. 根据权利要求29所述的填隙片系统，其中，将无线电源电路接合至所述多层填隙片组件，并对所述多层填隙片组件进行包覆模制，以形成所述无线电源的外部外壳。
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