CN103249592A - 经由耦合寄生谐振器的无线能量传递 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于使用寄生谐振器无线地传递电力的系统、方法和设备。在一个方面中，提供一种用于对电动车辆(2412)进行供电或充电的无线电力接收器设备。所述无线电力接收器设备包含接收电路，所述接收电路包含第一线圈(2416)。所述接收电路经配置以无线地接收电力以便对所述电动车辆进行供电或充电。所述无线电力接收器设备进一步包含无源电路，所述无源电路包含第二线圈(2403)。所述无源电路经配置以从包含第三线圈(2404)的发射电路无线地接收电力。所述无源电路进一步经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路。所述无线电力接收器设备进一步包含经配置以从所述第一线圈(2416)移位所述第二线圈(2403)的控制器(2444，2454)。

Description

经由耦合寄生谐振器的无线能量传递

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2010年10月29日申请的标题为“经由耦合寄生谐振器的无线能量传递(WIRELESS ENERGY TRANSFER VIA COUPLED PARASITIC RESONATORS)”的第61/408,508号美国专利申请案的优先权，且所述申请案转让给本案受让人。先前申请案的揭示内容被视为本发明的一部分，且以引用的方式并入本发明中。

技术领域

本发明大体上涉及无线电力传递，且更具体来说，涉及与使用寄生谐振器对例如包含电池的车辆等远程系统进行无线电力传递相关的装置、系统和方法。

背景技术

例如车辆等远程系统已被引入，其包含得自从例如电池等能量储存装置接收到的电力的运动力。举例来说，混合电动车辆包含机载充电器，其使用来自车辆制动和传统电动机的电力来对车辆进行充电。纯电动的车辆一般从其它来源接收用于对电池进行充电的电力。常常提出通过某一类型的有线交流电(AC)(例如，家用或商用AC电源)对电池电动车辆(电动车辆)进行充电。有线充电连接需要物理地连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器可能有时不方便或较麻烦，且具有其它缺点。能够在自由空间(例如，经由无线场)中传递用于对电动车辆进行充电的电力的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些缺陷。因此，需要有效地且安全地传递用于对电动车辆进行充电的电力的无线充电系统和方法。

发明内容

处于所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，且其中没有一者单独地负责本文中所描述的所需属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，在本文描述一些突出特征。

在附图和以下描述中陈述了本说明书中所描述的标的物的一个或一个以上实施方案的细节。其它特征、方面及优势将从描述、附图以及权利要求书变得显而易见。应注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。

本发明的一个方面提供一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力接收器设备。所述无线电力接收器设备包含接收电路，所述接收电路包含第一线圈。所述接收电路经配置以无线地接收电力以便对电动车辆进行供电或充电。所述无线电力接收器设备进一步包含无源电路，所述无源电路包含第二线圈。所述无源电路经配置以从包含第三线圈的发射电路无线地接收电力。所述无源电路进一步经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路。所述无线电力接收器设备进一步包含经配置以从第一线圈移位第二线圈的控制器。

本发明的另一方面提供一种用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的方法的实施方案。所述方法包含在包含第一线圈的接收电路处无线地接收电力。所述方法进一步包含在包含第二线圈的无源电路处从发射电路无线地接收电力。所述方法进一步包含经由所述无源电路将从发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路。所述方法进一步包含将从所述接收电路无线地发射的电力提供给电动车辆的能量储存装置。所述方法进一步包含从所述第一线圈移位所述第二线圈。

本发明的又一方面提供一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力接收器设备。所述无线电力接收器设备包含经配置以无线地接收电力以便对所述电动车辆进行供电或充电的用于无线地接收电力的装置。所述无线电力接收器设备进一步包含经配置以从用于无线地发射电力的装置无线地接收电力的用于无源地无线地中继电力的装置。所述用于无源地无线地中继电力的装置进一步经配置以将从所述用于无线地发射电力的装置接收到的电力无线地再发射到所述用于无线地接收电力的装置。所述无线电力接收器设备进一步包含经配置以从所述用于无线地接收电力的装置移位所述用于无源地无线地中继电力的装置的用于控制的装置。

本发明的另一方面提供一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力发射器设备。所述无线电力发射器设备包含发射电路，所述发射电路包含第一线圈。所述发射电路经配置以无线地发射电力。所述无线电力发射器设备进一步包含无源电路，所述无源电路包含第二线圈。所述无源电路经配置以从所述发射电路无线地接收电力。所述无源电路进一步经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到接收电路。所述接收电路包含第三线圈，且经配置以提供电力以便对所述电动车辆进行供电或充电。所述无线电力发射器设备进一步包含经配置以从第一线圈移位第二线圈的控制器。

本发明的另一方面提供一种用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的方法的实施方案。所述方法包含从包含第一线圈的发射电路处无线地发射电力。所述方法进一步包含在包含第二线圈的无源电路处从所述发射电路无线地接收电力。所述方法进一步包含经由所述无源电路将所述无线地接收的电力无线地再发射到包含第三线圈的接收电路，以便提供电力来对电动车辆进行供电或充电。所述方法进一步包含从所述第一线圈移位所述第二线圈。

本发明的另一方面提供一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力发射器设备。所述无线电力发射器设备包含用于无线地发射电力的装置。所述无线电力发射器设备进一步包含经配置以从用于无线地发射电力的装置无线地接收电力的用于无源地无线地中继电力的装置。所述用于无源地无线地中继电力的装置进一步经配置以将从所述用于无线地发射电力的装置接收到的电力无线地再发射到用于无线地接收电力的装置。所述用于无线地接收电力的装置经配置以提供电力以便对电动车辆进行供电或充电。所述无线电力发射器设备进一步包含经配置以从所述用于无线地发射电力的装置移位所述用于无源地无线地中继电力的装置的用于控制的装置。

附图说明

图1是根据本发明的示范性实施例的用于对电动车辆进行充电的示范性无线电力传递系统的图。

图2是图1的无线电力传递系统的示范性核心组件的功能方框图。

图3是图2的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。

图4是展示磁场强度与距线圈的距离相关的基础系统感应线圈和电动车辆感应线圈的图。

图5是作为全桥电力转换和半桥的示范性无线电力传递系统的示意图。

图6A和6B是示范性半桥电力转换配置和示范性全桥电力转换配置的示意图。

图7是展示图1的无线电力传递系统的示范性核心和辅助组件的另一功能方框图。

图8是展示根据本发明的示范性实施例的安置在电动车辆中的可更换无接触电池的功能方框图。

图9A、9B、9C和9D是根据本发明的示范性实施例的用于无线电力线圈和铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。

图10是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率的频谱图表。

图11是展示根据本发明的示范性实施例的可在无线充电电动车辆中有用的示范性频率和发射距离的图表。

图12是包含多个停车区域以及定位在每一停车区域内的示范性充电基座的停车场的图。

图13A是展示车辆可能遇到的可能需要底盘间隙的各种障碍物的实例的图。

图13B是根据本发明的实施例的位于车辆底盘的下侧的空腔内的示范性无线电力线圈的透视图。

图14A、14B和14C是根据一些实施例的嵌入充电基座的示范性变体的图。

图15是包含具有无源电路感应线圈的无源电路的无线电力传递系统的示范性组件的功能方框图。

图16A是包含具有无源电路感应线圈的无源电路的图15的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。

图16B是包含具有无源电路感应线圈的两个多个无源电路的图15的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。

图17A和17B是展示分别以不同距离与主要和次要感应线圈成共面布置的无源电路的两个无源电路感应线圈的图。

图18是展示包含具有无源电路感应线圈的无源电路的无线电力传递系统的示范性核心和辅助组件的功能方框图。

图19A和19B是无线电力传递系统中的无源电路的无源电路感应线圈的放置的示范性配置的图。

图20A和20B说明根据本发明的示范性实施例的定位在基础无线充电系统上以用于与无源电路感应线圈一起使用的电动车辆。

图21是说明根据本发明的示范性实施例的用于将电动车辆充电系统与基础无线充电系统对准的导引系统的使用的图。

图22说明根据示范性实施例的用于调整无源电路感应线圈的位置的X和Y方向上的可能位置。

图23A、23B和23C说明可用于将无源电路感应线圈重新定位在无线电力传递系统内的机械装置。

图24是根据本发明的示范性实施例的用于与无源电路感应线圈一起使用的无线电力传递系统的示范性组件的功能方框图。

图25是根据本发明的示范性实施例的用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的示范性方法的流程图。

图26为根据本发明的示范性实施例的无线电力接收器的功能方框图。

图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，出于清楚目的，各种特征的尺寸可任意扩大或缩小。另外，一些图式可能未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最后，可使用相同的参考数字来表示贯穿说明书和图的相同特征。

具体实施方式

下文结合附图所陈述的详细描述意欲作为对本发明的示范性实施例的描述，且无意表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”是指“用作实例、例子或说明”，且应没有必要被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述详细描述出于提供对本发明的示范性实施例的彻底理解的目的而包含特定细节。所属领域的技术人员将容易明白，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以方框图形式展示众所周知的结构和装置，以便避免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊不清。

无线地传递电力可涉及在不使用物理电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器(例如，可经由无线场将电力传递穿过自由空间)。可通过“接收线圈”来接收或俘获作为无线场(例如，磁场)输出的电力以实现电力传递。所传递的电力量可充分足以对装置进行供电或充电。可将无线地接收到的电力提供给包含电化学电池的一个或一个以上电化学电池或系统以用于对电化学电池进行再充电。

本文中使用电动车辆来描述远程系统，所述远程系统的一实例是车辆，所述车辆包含从可充电能量储存装置(例如，一个或一个以上可再充电电化学电池或其它类型的电池)得到的电力作为其运动能力的一部分。作为非限制性实例，一些电动车辆可为混合电动车辆，其除了电动机之外还包含内燃机以用于直接运动或对车辆的电池进行充电(范围扩展器)。其它电动车辆可从电力汲取所有运动能力。电动车辆不限于汽车，而是可包含摩托车、拖车、小型摩托车等。举例来说且非限制，在本文以电动车辆(EV)的形式描述远程系统。此外，还涵盖至少部分使用可充电能量储存装置供电的其它远程系统(例如，例如个人计算装置等电子装置)。

图1是根据本发明的示范性实施例的用于对电动车辆112进行充电的示范性无线电力传递系统100的图。无线电力传递系统100使得在电动车辆112停靠在基础无线充电系统102a附近时能够对电动车辆112进行充电。用于两辆电动车辆的空间被说明为处于将要停靠的停车区域中对应的基础无线充电系统102a、102b之上。在一些实施例中，本地配电中心130可连接到电力骨干132且经配置以通过电力链路(或电力供应器)110将交流(AC)或直流(DC)供应提供给基础无线充电系统102a。基础无线充电系统102a还包含用于无线地传递或接收电力的基础系统感应线圈104a。电动车辆112可包含电池单元118、电动车辆感应线圈116和电动车辆无线充电系统114。电动车辆感应线圈116可例如经由由基础系统感应线圈104a产生的电磁场的区与基础系统感应线圈104a相互作用。

还可将基础系统感应线圈104a或电动车辆感应线圈116称作或配置为“环形”天线。还可在本文将基础系统感应线圈104a或电动车辆感应线圈116称作或配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“线圈”在一个方面中意在指代可无线地输出或接收能量以用于耦合到另一“线圈”的组件。所述线圈还可被称作经配置以无线地输出或接收电力的一类“天线”。

在一些示范性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由基础系统感应线圈104a产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收电力。所述场对应于其中由基础系统感应线圈104a输出的能量可被电动车辆感应线圈116俘获的区。在一些情况下，所述场可对应于基础系统感应线圈104a的“近场”。所述近场可对应于其中存在由基础系统感应线圈104a中的电流和电荷产生的较强的反应场的区，所述反应场不会将电力辐射远离基础系统感应线圈104a。在一些情况下，近场可对应于位于基础系统感应线圈104a(且对于电动车辆感应线圈116反之亦然)的约一个1/2π波长内的区，如下文将进一步描述。

本地配电中心130可经配置以经由通信回程134与外部源(例如，电网)通信，且经由通信链路108与基础无线充电系统102a通信。

在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与基础系统感应线圈104a对准，且因此简单地通过驾驶者相对于基础系统感应线圈104a准确地定位电动车辆112而安置于近场区内。在其它实施例中，可给予驾驶者视觉反馈、听觉反馈或其组合以确定电动车辆112何时被适当地放置以进行无线电力传递。在又其它实施例中，电动车辆112可由自动导航系统定位，所述自动导航系统可来回移动电动车辆112(例如，以Z字形移动)，直到对准误差已达到可容许值为止。假定电动车辆112装备有伺服方向盘、超声波传感器和用以调整车辆的智能装置，则此定位可由电动车辆112自动且自主地执行，而不需要驾驶者干预或仅需要最少程度的驾驶者干预。在又其它实施例中，电动车辆感应线圈116、基础系统感应线圈104a或其组合可具有用于相对于彼此移位和移动线圈116和104a的功能性，从而将它们更准确地定向且在其之间形成更有效的耦合。

基础无线充电系统102a可位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适的位置包含电动车辆112拥有者家里的停车区域、仿照常规石油加油站模型化的为电动车辆无线充电而保留的停车区域，以及在例如购物中心和工作地点等其它位置处的停车场。

对电动车辆进行无线充电提供了众多益处。举例来说，可在几乎没有驾驶者干预和操纵的情况下自动地执行充电，进而向用户改进了便利性。还可以不存在暴露的电接触且没有机械磨损，进而改进了无线电力传递系统100的可靠性。可以不需要具有电缆和连接器的操纵，且可以不存在可能暴露于户外环境中的湿气和水的电缆、插头或插座，进而改进了安全性。还可以不存在可见或可接近的插座、电缆和插头，进而降低了对电力充电装置的潜在破坏行为。此外，由于电动车辆可用作分布式储存装置来使电网稳定，所以常规的对接到电网解决方案可为合意的，以增加车辆在车辆-电网(V2G)操作中的可用性。

参考图1所描述的无线电力传递系统100还可提供美学和无阻碍优点。举例来说，可以不存在对于车辆和/或行人来说可能是阻碍的充电柱子和电缆。

作为对车辆-电网能力的进一步阐释，无线电力发射和接收能力可经配置成互逆的，使得基础无线充电系统102a将电力传递到电动车辆112，且电动车辆112将电力传递到基础无线充电系统102a(例如，在能量不足时)。通过在由需求过大或可再生能量产生(例如，风力或太阳能)的缺乏引起的能量不足时允许电动车辆将电力贡献给整个配电系统，此能力对于使配电电网稳定可为有用的。

图2是图1的无线电力传递系统的示范性组件的功能方框图。本文中所描述的实施例可使用形成谐振结构的电容性负载线环(即，多匝线圈)，所述谐振结构能够经由磁性或电磁近场将能量从一次结构(发射器)有效地耦合到二次结构(接收器)(在一次和二次结构两者被调谐到共同谐振频率的情况下)。所述线圈可用于电动车辆感应线圈216和基础系统感应线圈204。使用谐振结构来耦合能量可被称作“磁性耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。将基于从基础无线充电系统202到电动车辆112的电力传递来描述无线电力传递系统200的操作，但不限于此。举例来说，如上文所论述，电动车辆112可将电力传递到基础无线充电系统102a。

参考图2，电力供应器210(例如，AC或DC)将电力供应给基础无线电力充电系统202以将能量传递到电动车辆112。基础无线电力充电系统202包含基础充电系统电力转换器236。基础充电系统电力转换器236可包含以下电路(例如)：AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准的干线AC转换为处于合适的电压电平的DC电力；以及DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换为处于适合于无线高功率传递的操作频率的电力。基础充电系统电力转换器236驱动基础系统感应线圈204以在所需频率下发射电磁场。

可将基础系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216调谐为大体上相同的频率，且可定位在由基础系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216中的一者发射的电磁场的近场内。在此情况下，基础系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216可彼此耦合，以使得可将电力传递到电动车辆感应线圈216，且可在电动车辆无线充电系统214的电动车辆电力转换器238中提取电力。

电动车辆电力转换器238可尤其包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以将处于操作频率的电力转换回为处于与电动车辆电池单元218的电压电平匹配的电压电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换的电力以对电动车辆电池单元218进行充电。电力供应器210、基础充电系统电力转换器236以及基础系统感应线圈204可为固定的，且位于上文所论述的多种位置处。电动车辆电池单元218、电动车辆电力转换器238以及电动车辆感应线圈216可包含于作为电动车辆112的一部分或电池组(未图示)的一部分的电动车辆无线充电系统214中。电动车辆无线充电系统214还可经配置以通过电动车辆感应线圈216将电力无线地提供给基础无线电力充电系统202，以将电力反馈到电网。电动车辆感应线圈216和基础系统感应线圈204中的每一者可基于操作模式充当发射或接收线圈。

虽然未图示，但无线电力传递系统200可包含负载断开单元(LDU)，以将电动车辆电池单元218或电力供应器210与无线电力传递系统200安全地断开。举例来说，在紧急或系统故障的情况下，可触发LDU以将负载与无线电力传递系统200断开。可提供LDU以作为对用于管理对电池的充电的电池管理系统的补充，或其可为电池管理系统(未图示)的一部分。

此外，电动车辆无线充电系统214可包含切换电路，以用于将电动车辆感应线圈216选择性地连接到电动车辆电力转换器238且与其断开。断开电动车辆感应线圈216可中止充电，且还可调整由基础无线充电系统102a(充当发射器)“看到”的“负载”，这可用于“遮盖”电动车辆无线充电系统114(充当接收器)不被基础无线电力充电系统102a“看到”。如果发射器包含负载感测电路，那么可检测所述负载改变。相应地，例如基础无线充电系统202等发射器可具有用于确定例如电动车辆无线充电系统114等接收器何时存在于基础系统感应线圈204的近场中的机构。

在操作中，假设朝向车辆或电池的能量传递，从电力供应器210提供输入电力，使得基础系统感应线圈204产生用于提供能量传递的场。电动车辆感应线圈216耦合到辐射场且产生输出电力以供电动车辆112储存或消耗。在一些实施例中，基础系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116根据相互谐振关系而配置，使得当电动车辆感应线圈116的谐振频率和基础系统感应线圈204的谐振频率非常接近或大体上相同时。当电动车辆感应线圈216位于基础系统感应线圈204的近场中时，基础无线电力充电系统202与电动车辆无线充电系统214之间的发射损耗是最小的。

如所陈述，通过在基础系统感应线圈204的近场中将大部分能量耦合到电动车辆感应线圈216而非以电磁波形式将大部分能量传播到远场而进行有效能量传递。当在近场中时，可在基础系统感应线圈204与电动车辆感应线圈216之间建立耦合模式。线圈周围的可发生此近场耦合的区域可在本文中称作耦合模式区。

虽然未图示，但基础充电系统电力转换器236和电动车辆电力转换器238可两者都包含振荡器、功率放大器、滤波器和匹配电路以用于与无线电力线圈的有效耦合。所述振荡器可经配置以产生所需频率，所述所需频率可响应于调整信号进行调整。振荡器信号可由功率放大器以响应于控制信号的放大量进行放大。可包含滤波器和匹配电路以滤除谐波或其它非所要的频率且使电力转换模块的阻抗与无线电力线圈匹配。电力转换器236和238还可包含整流器和切换电路以产生合适的电力输出来对电池进行充电。

如上文所描述，贯穿所揭示的实施例而描述的电动车辆感应线圈216和基础系统感应线圈204可被配置成“环形”天线，且更具体来说，被配置成多匝环形天线，其在本文还可被称作“磁性”天线。环形(例如，多匝环形)天线可经配置以包含空气芯(air core)或物理芯(physical core)(例如，铁氧体芯)。空气芯环形天线可允许将其它组件放置于芯区域内。包含铁磁或铁磁材料的物理芯天线可允许形成较强的电磁场和改进的耦合。

如上文所论述，发射器与接收器之间的能量的有效传递发生在发射器与接收器之间的匹配的或几乎匹配的谐振期间。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以较低的效率传递能量。能量传递通过将来自发射天线的近场的能量耦合到驻留于建立了此近场的区内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区的预定距离内)的接收线圈而非将能量从发射线圈传播到自由空间中而发生。

线圈的谐振频率是基于包含感应线圈(例如，基础系统感应线圈204)的发射或接收电路的电感和电容。感应线圈中的电感一般为由环产生的电感，而一般将电容添加到感应线圈的电感以在所需谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，可单独地使用感应线圈的自电容，或使用所述自电容作为补充，来产生谐振结构。在又另一非限制性实例中，可添加电容器使之与感应线圈串联以形成产生电磁场的谐振电路。因此，对于较大直径的感应线圈来说，诱发谐振所需的电容的值可随着环的直径或电感增加而减小。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的有效能量传递区域可增加。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于感应线圈的两个端子之间(例如，并联谐振电路)。此外，环形天线可被设计成具有高质量(Q)因子以改进感应线圈的谐振。

如上文所描述，根据一些实施例，揭示处于彼此的近场中的两个感应线圈之间的耦合电力。如上文所描述，近场可对应于感应线圈周围的区域，在所述区域中，存在电磁场但可不传播或辐射远离感应线圈。近场耦合模式区可对应于感应线圈的物理体积附近的体积，例如在波长的小分数内。根据一些实施例，电磁感应线圈(例如，单匝或多匝环形感应线圈)用于发射和接收两者，这是因为在实际实施例中磁型感应线圈的磁近场振幅与电型天线(例如，小偶极天线)的电近场相比倾向于更高。这允许这对天线之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电”天线(例如，偶极天线或单极天线)或磁天线和电天线的组合。

图3是图2的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。如图2中所示，无线电力传递系统300包含基础系统发射电路306，基础系统发射电路306包含具有电感L₁的基础系统感应线圈304。无线电力传递系统300进一步包含电动车辆接收电路322，电动车辆接收电路322包含具有电感L₂的电动车辆感应线圈316。元素k(d)表示线圈间隔处所得的相互耦合系数。C₁和C₂是基础系统发射电路306和电动车辆发射电路322的电容，基础系统发射电路306和电动车辆发射电路322可包含用于形成在所需频率下谐振的谐振电路的电容器。等效电阻R_eq，1和R_eq，2表示感应线圈和反电抗电容器可固有的损耗。电力供应器310将电力P_SDC供应给基础充电系统电力转换器电路336，基础充电系统电力转换器电路336又将电力P₁供应给与基础系统感应线圈304串联的电容器C₁。包含串联的电动车辆感应线圈316和电容器C₂的电动车辆接收电路322接收电力P₂，且将电力P₂提供给电动车辆电力转换器电路338。电动车辆电力转换器电路338又可将电力P_LDC供应给电动车辆电池318。

出于本文所描述的一些计算的目的，可假设电力供应器310和电动车辆电池单元318两者的相应电压V_SDC和V_LDC为恒定电压。此可分别反映电网和电动车辆电池的特性。在一个方面中，可将恒定电压理解为实际上零源电阻(zero source resistance)和零吸收电阻(zero sink resistance)。

可将能量从基础系统发射电路306传递到电动车辆接收电路322。然而，能量传递可另外发生在反向方向上，例如，为实现车辆-电网能量传递。电力转换可支持反向电力流动(双向、二象限控制)。

图4是展示磁场强度与距感应线圈404和416的距离相关的基础系统感应线圈404和电动车辆感应线圈416的图。基础系统感应线圈404和电动车辆感应线圈416分别相隔距离d。图4指示由这对线圈产生的在无线电力传递系统附近的位置r处的磁场向量H(r)。

在图3中的示范性实施例中，基础充电系统电力转换器电路336可将DC电力转换为处在低频(VLF)或LF范围中的所需频率(操作频率)的AC电力。举例来说，对于高功率应用，所述范围可从20kHz到60kHz。此范围内的任何频率在本文中可被称作“LF”。

在另一实施例中，基础充电系统电力转换器电路336还可将处于标准“干线”频率的AC电力转换为处于适合于无线电力的操作频率的AC电力。在又另一示范性实施例中，基础充电系统电力转换器电路336可将未经滤波的DC(例如，AC脉动DC电力)转换为处于操作频率的AC电力。在这后两个实施例中，在操作频率下产生的电力可为非恒定包络。

变压比率1∶n₁还可归因于图3中的基础充电系统电力转换器电路336，且可界定为：

等式1    1∶n₁＝V_SDC∶V₁；

其中V_SDC和V₁分别表示DC输入电压和LF输出处的基频的均方根(r.m.s.)电压。

电动车辆电力转换器电路338可执行反向操作，将被电动车辆感应线圈316接收到的LF电力再转换回为DC电力。对应地，变压比率n₂∶1归因于电动车辆电力转换器电路338，且可界定为

等式2    n₂∶1＝V₂∶V_LDC；

其中V₂和V_LDC分别表示LF输入处的基频的r.m.s.电压和DC输出电压。

如果将基础系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316两者的谐振调整为操作频率，那么感应耦合谐振链路的效率和功率可达到最大。这对于任何耦合系数0＜k(d)＜1都可能有效。如果目标是零电流切换，那么电力转换可能需要系统略微偏离谐振操作。这可通过感应线圈电流中所含有的谐波分量的相移来解释。

对于给定参数L₁、L₂、n₁和n₂，可存在最佳负载电阻R_LDC，opt，其可使电力转换中以及谐振感应链路中的损耗最小化，且因此可使端-端效率最大化。端-端效率可界定为

等式3     ${\mathrm{\η}}_{e2e}=\frac{P_{\mathrm{LDC}}}{P_{\mathrm{SDC}}}$

其中P_LDC＝V_LDC·I_LDC和P_SDC＝V_SDC·I_SDC表示电动车辆电力转换器电路338输出功率和基础充电系统电力转换器电路336输入功率。相反，给定负载电阻和变压比率n₁和n₂，可存在一对最佳电感L_1，opt和L_2，opt，或者替代地，给定L₁和L₂，一对最佳比率n_1，opt和n_2，opt使效率η_e2e最大化。

在一个示范性实施例中，可假设无线电力传递系统300是完全对称的，从而意味着

等式4    V_DC＝V_SDC＝V_LDC；

等式5    n＝n₁＝n₂；

等式6    L＝L₁＝L₂；

等式7    R_eq＝R_eq，1＝R_eq，2。

以下描述适用于所应用的以上条件可进一步应用于非对称系统的一般情况的情况。

此外，出于描述的目的，可假设基础充电系统电力转换器电路336和电动车辆电力转换器电路338两者均无损耗，且分别在等效损耗电阻R_eq，1和R_eq，2中考虑到任何电力转换损耗。谐振感应链路的效率可被界定为输出功率-输入功率的比率：

等式8     $\mathrm{\η}=\frac{P_2}{P_1}$

其可等于上文所界定的端-端效率η_e2_e。

假设具有50％工作循环的切换模式电力转换，电压V₁和V₂两者可为方波。尽管通过谐振效应进行滤波，但感应线圈电流I₁和I₂一般可为具有谐波含量的非正弦，所述谐波含量取决于耦合系数。因此，经由谐波发射一些电力。然而，在大多数情况下，经由谐波的能量传递是可忽略的。出于说明的目的，可假设电流是大体上正弦的，使得可将基础系统感应线圈304输入功率和电动车辆感应线圈316输出功率界定为

等式9     $P_1\≅\frac{V_{\mathrm{1,0}}}{I_{\mathrm{1,0}}}$

等式10     $P_2\≅\frac{V_{\mathrm{2,0}}}{I_{\mathrm{2,0}}}$

其分别具有涉及LF处的分量的r.m.s.的电压和电流。

以下两个等式描述系统尺寸设定。

第一等式描述最佳感应线圈电感

等式11     $L_{\mathrm{opt}}\≅\frac{R_{L,0}}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)}$

为了使η最大化，给定耦合系数k(d)和角操作频率ω₀。可将负载电阻界定为

等式12     $R_{L,0}=\frac{V_{\mathrm{2,0}}}{I_{\mathrm{2,0}}}$

如电动车辆电力转换器电路338在基频下所呈现。

等式11可在“强耦合态”中有效，其中L_opt实际上独立于实际的损耗电阻R_eq。等式11可进一步取决于负载电阻和耦合系数，如果基础系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316的负载电阻和/或间隔改变，那么所述负载电阻和耦合系数可需要进行调适。

另一等式可使能量传递率P₂和耦合系数k(d)与所产生的磁场相关

等式13     $H^2\left(r\right)\≅\frac{c(g_1,g_2,r)}{{\mathrm{\ω}}_0}\frac{P_2}{k\left(d\right)}$

其中c表示将以下各项考虑进去的常量：基础系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316的几何形状，分别为g₁和g₂；以及磁场强度所涉及的由图4中所说明的位置向量r界定的位置。对于等式13，可假设位置r足够远离感应线圈，使得在所关注范围中其间隔的改变对参考位置处的磁场几乎不产生影响，但对其相互耦合的效应有影响。

规章约束可限制以所界定的距离在位置r_m处测得的磁场强度H(r_m)，以便不超过所界定的限制H_lim。此针对能量传递率提供限制：

等式14     $P_{2,\max }\≅\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{c(g_1,g_2,r_m)}k\left(d\right)H_{\lim }^2.$

如等式14所示，最大能量传递率可与耦合系数成比例地减小。举例来说，假设0.4的耦合系数下的4kW的最大功率，如果感应线圈间隔增加以使得产生0.2的耦合系数，那么功率可被限制到2kW。

可将电压和电流变压比率界定为适用于基本分量：

等式15    n₀∶1＝V_2，0∶V_LDC＝I_DCL∶I_2，0。

可因此将对应的负载电阻界定为：

等式16     $R_{L,0}=\frac{n_0{V}_{\mathrm{LDC}}}{\left(\frac{1}{n_0}\right)I_{\mathrm{LDC}}}=n_0^2{R}_{\mathrm{LDC}}=n_0^2\frac{{V_{\mathrm{LDC}}}^2}{P_{\mathrm{LDC}}},$

按照负载电压V_LDC和负载功率P_LDC，且假设无损耗电力转换P₂＝P_LDC。等式11可因此写作：

等式17     $L_{\mathrm{opt}}\≅\frac{R_{L,0}}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)}=\frac{n_0^2{R}_{\mathrm{LDC}}}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)}=\frac{n_0^2{V_{\mathrm{LDC}}}^2}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)P_2}.$

在等式17中通过等式14代入P₂提供了L_opt、k(d)与n₀之间的关系：

等式18     $L_{\mathrm{opt}}\≅\frac{c(g_1,g_2,r_m)}{{\mathrm{\ω}}_0}\·\frac{n_0^2}{k^2\left(d\right)}\·\frac{{V_{\mathrm{LDC}}}^2}{H_{\lim }^2\left(r_m\right)}.$

为了满足等式18以确保最大效率和规章遵从，当距离改变时，可能必须调适感应线圈电感L＝L₁＝L₂，或变压比率n＝n₁＝n₂，或以上两者。改变感应线圈电感可涉及复杂的切换电路或机械齿轮，额外的损耗和感应线圈体积的非最佳使用和因此造成的质量因子的损失。其还可能需要可变电容来维持谐振。

可通过使用电力转换提供所需的可变变压比率，来提供较不复杂且更经济的解决方案。改变基础充电系统电力转换器电路336变压比率n₁可等效于电力控制，因为其可较大地影响链路上的能量传递率。相应地改变电动车辆电力转换器电路338变压比率n₂可有助于无线电力链路有效地操作。此可被称作负载调适。

用于电力控制和负载调适的若干方法可包含允许变压比率的连续改变，然而，这样牺牲了零电流切换(ZCS)。这可导致切换装置的一些增加的切换损耗和应力。另一方法可维持ZCS条件，但仅准许变压比率以粗略的步长改变。

用以改变变压比率且可提供低损耗的一种方法是改变桥接器的操作模式(例如，从全桥模式改变为半桥模式，或反之亦然)。

图5是作为全桥电力转换和半桥的示范性无线电力传递系统的示意图。基础充电系统电力转换器电路536开关S_1j可表示FET或IGBT固态装置。电动车辆电力转换器电路538的开关在经配置以执行LF-DC电力转换时可为无源二极管，但还可在同步整流的情况下为有源装置。

在全桥或半桥模式中，电力转换的所有开关以S_j1和S_j2′同时闭合的方式双态切换。当S_j1闭合时，随后S_j2和S_j1′断开，且反之亦然。这可适用于基础充电系统电力转换器电路536和电动车辆电力转换器电路538电力转换(j∈{1，2})。

在半桥模式中，仅S₁₁和S_11′双态切换，且S_12′和S₁₂是静态的。当S₁₁闭合时，随后S_11′断开，且反之亦然。在静态半桥中，S_12′可闭合。电流可能需要通过开关S_12′的事实可导致一些额外损耗，这在非自适应基于半桥的系统中可不存在。额外的开关接通状态电阻可提供经济的解决方案，对于能够有效地调适到两种不同传递距离的系统来说是低价的。

在电动车辆电力转换器电路538电力转换中使用无源二极管全桥整流器的单向能量传递系统的情况下，可用与所述二极管并联的有源开关(FET或IGBT)来对一个半桥进行补充。这些晶体管可为静态开关。

全桥可通过下式将DC电压电平变换为基频的LF电压电平

等式19     $n_0=\frac{\sqrt{8}}{\mathrm{\π}}$

其约为1。

对应地，半桥可通过下式进行变换

等式20     $n_0=\frac{\sqrt{2}}{\mathrm{\π}}$

其约为1/2。

还可提供可以能够将电动车辆感应线圈516调整到分别对应于较短距离d′和较长距离d″的两个离散z位置的系统。如果条件准许，系统可使用例如对应于耦合系数k(d′)的较短距离，否则其调整到对应于k(d″)的d″。距离经选择以使得

等式21    k(d′)＝2·k(d″)。

从等式18、等式19、等式20和等式21可看出，如果系统在距离d′下在全桥模式中操作且在距离d″下在半桥模式中操作，那么可找出在两个距离下最佳的电感L_opt。这可通过界定下式

等式22     $c^{\′}=\frac{c(g_1,g_2,r_m)}{{\mathrm{\ω}}_0}\·\frac{{V_{\mathrm{LDC}}}^2}{H_{\lim }^2\left(r_m\right)}$

且通过如下表达最佳感应线圈电感(等式18)来展示：

等式23     $L_{\mathrm{opt}}\≅c^{\′}\·\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2{k}^2\left(d^{\′}\right)}=c^{\′}\·\frac{2}{{\mathrm{\π}}^2{k}^2\left(d^{\′\′}\right)}=c^{\′}\·\frac{2}{{\mathrm{\π}}^2{k}^2\left(d^{\′}\right)/4}.$

在下表中展示能够在试图在规章约束内维持最大效率和最大功率的同时通过改变电力转换模式而最佳地调适到两个不同距离的系统的实例。

表1：最佳地调适到两个不同距离的系统的实例

桥接器重新配置方法可与电力控制/负载调适的其它方法组合，以便将链路调适到预定义的范围内的任何距离，且/或抑制负载电力(电池充电电流)。替代方法的实例包含通过改变频率来偏离谐振地操作链路，基础系统感应线圈504或电动车辆感应线圈516的有意失谐，使用工作循环＜50％的PWM驱动波形、使用基础充电系统电力转换器电路536和电动车辆电力转换器电路538电力转换中的DC-DC转换器、在2相或3相供应的情况下的相位切换，等等。这些方法可全部被视为直接或间接地改变变压比率n₁和n₂。

可通过具有基础无线电力充电系统502以及电动车辆无线充电系统514中的实体的控制系统(上文所描述)来控制变压比率和感应线圈z轴位置。这些实体可使用带内或带外信令进行通信。

关于等式11的推导，可通过下式展示磁耦合谐振系统的最佳负载电阻

等式24     $R_{L,\mathrm{opt}}=R_2\sqrt{1+k^2{Q}_1{Q}_2}$

其中R₂表示谐振接收感应线圈的损耗电阻，Q₁和Q₂分别是谐振发射和接收感应线圈的Q因子，且k是耦合系数。加载具有R_L，opt的磁性链路可使传递效率最大化。

对于强耦合态：

等式25    k²Q₁Q₂＞＞1

或者，在链路效率接近100％的所谓的‘神奇’态中，可将等式24简化为

等式26     $R_{L,\mathrm{opt}}\≅R_2\sqrt{k^2{Q}_1{Q}_2}.$

如果用下式假设完全对称的链路

等式27    L＝L₁＝L₂

等式28    R＝R₁＝R₂

且通过下式代入等式26中的Q因子Q₁和Q₂

等式29     $Q=Q_1=Q_2=\frac{{\mathrm{\ω}}_{0}L}{R}$

产生

等式30     $R_{L,\mathrm{opt}}\≅k{\mathrm{\ω}}_{0}L$

相反，给定负载电阻R_L，可存在最佳感应线圈电感

等式31     $L_{\mathrm{opt}}\≅\frac{R_L}{k{\mathrm{\ω}}_0}$

其使效率最大化。

关于等式13的推导，可将由实质上是多匝线环的电动车辆感应线圈516在位置r处产生的磁场强度表达为

等式32    H₂(r)＝N₂·I_2，0·γ(g₂，r)

其中N₂表示感应线圈的匝数，I_2，0是基频下的感应线圈电流，且γ基本上是其几何形状g₂以及场强度所涉及的位置向量r的函数。等式32假设改变匝数将不会改变感应线圈的线圈几何形状，因此g₂≠f(N₂)。

可将多匝环的电感表达为

等式33     $L_2=N_2^2\·\mathrm{\β}\left(g_2\right)$

其中β基本上是线圈几何形状g₂的函数。

可将负载电阻如下表达为功率P₂和电流I_2，0的函数：

等式34     $R_{L,0}\≅\frac{P_2}{I_{\mathrm{2,0}}^2}.$

使用等式11且代入以上等式会产生

等式35     $N_2^2\·\mathrm{\β}\left(g_2\right)\≅\frac{P_2}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)\·I_{\mathrm{2,0}}^2}.$

对于等式35，可将位置r处的磁场强度的平方界定为

等式36     $N_2^2\·I_{\mathrm{2,0}}^2\·\mathrm{\β}\left(g_2\right)=H_2^2\left(r\right)\frac{\mathrm{\β}\left(g_2\right)}{{\mathrm{\γ}}^2(g_2,r)}\≅\frac{P_2}{{\mathrm{\ω}}_{0}k\left(d\right)}.$

界定

等式37     $c(g,r)=\frac{{\mathrm{\γ}}^2(g_2,r)}{\mathrm{\β}\left(g_2\right)}$

产生

等式38     $H_2^2\left(r\right)\≅\frac{c(g_2,r)}{{\mathrm{\ω}}_0}\frac{P_2}{k\left(d\right)}.$

基础系统感应线圈504对根据等式32的磁场的影响

等式39    H₁(r)＝N₁·I_1，0·γ(g₁，r)

可忽略。

在对称情况下，匝数N₁等于N₂，且基础系统感应线圈504的电流I_1，0将与I_2，0成比例地改变。因此，位置r处的来自基础系统感应线圈和电动车辆感应线圈的影响H₁(r)和H₂(r)也可成比例地改变，因为

等式40     $\frac{P_2}{P_1}=\frac{V_{\mathrm{2,0}}{I}_{\mathrm{2,0}}}{V_{\mathrm{1,0}}{I}_{\mathrm{1,0}}}=\frac{I_{\mathrm{2,0}}}{I_{\mathrm{1,0}}}=\mathrm{\η}$

给定V_SDC＝V_LDC，因此V_1，0＝V_2，0。

可展示出，如果N₂在优化的过程中改变，那么比例在非对称(N₁≠N₂)情况下也不变。界定c(g₁，g₂，r)，其将两个感应线圈的几何形状以及I_1，0相对于I_2，0的相移考虑进去，所述相移在谐振的情况下可为90度，这与相互耦合无关，总和场(sum field)可表达为

等式41     $H^2\left(r\right)\≅\frac{c(g_1,g_2.r)}{{\mathrm{\ω}}_0}\frac{P_2}{k\left(d\right)},$

其展示于等式13中。

图6A和6B说明图5的无线电力传递系统的两个示范性电路配置。在图6A中，所述配置可假设(1)发射和接收感应线圈之间的较长距离或一般来说较松散的耦合，以及(2)发射和接收侧电力转换两者都在半桥模式中操作。在图6B中，配置B假设(1)发射和接收感应线圈之间的较短距离或一般来说较紧密的耦合，(2)发射和接收侧电力转换两者都在全桥模式中操作。

此外，为了说明的目的，两个配置都可假设恒定电压源和恒定电压吸收。考虑到将能量从电网传递到车辆电池(G2V)或从车辆电池传递到电网(V2G)的系统，此假设可为合理的。能量传递率在图6B的配置下可加倍，而不需要调适供应电压和吸收电压以及谐振感应线圈的电抗(电感和电容)，以上两者都是在不需要用于电力/电压转换和/或可变电抗的额外电路和/或机械的情况下实施的。两种配置可最佳地匹配以实现最大能量传递效率。两种配置在感应线圈的附近测得的磁场强度方面可为等效的，因此潜在地完全利用规章/EMC约束。

可使用恒定电压吸收(电池)，这与恒定负载电阻相反。可使用在较长距离上(较松散耦合)在较低功率下将能量从电压源传递到电压吸收或在较短距离上(较紧密耦合)在较高功率下将能量从电压源传递到电压吸收的自适应系统和方法，其中所述系统可调适以只是通过分别将发射和接收侧电力转换的操作模式改变为半桥模式或全桥模式而在最大效率下操作，而且最佳地利用规章限制。

图7是图1的无线电力传递系统的示范性组件的另一功能方框图。无线电力传递系统700说明用于基础系统感应线圈704和电动车辆感应线圈716的通信链路776、导引链路766和对准系统752、754。如上文参考图1所描述，且假设能量朝向电动车辆112流动，在图7中，基础充电系统电力接口734可经配置以将电力从例如AC或DC电力供应器110等电源提供给基础充电系统电力转换器736。基础充电系统电力转换器736可从基础充电系统电力接口734接收AC或DC电力，以在基础系统感应线圈704的谐振频率下或附近激发基础系统感应线圈704。电动车辆感应线圈716当在近场耦合模式区中时可从近场耦合模式区接收能量，以在谐振频率下或附近进行振荡。电动车辆电力转换器738将来自电动车辆感应线圈716的振荡信号转换为适合于经由电动车辆电力接口740对电池进行充电的电力信号。

基础无线充电系统702包含基础充电系统控制器742，且电动车辆无线充电系统714包含电动车辆控制器744。基础充电系统控制器742可包含到其它系统(未图示)(例如，计算机以及配电中心，或智能电网)的基础充电系统通信接口746。电动车辆控制器744可包含到其它系统(未图示)(例如，车辆上的机载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子系统，以及远程电子系统)的电动车辆通信接口748。

基础充电系统控制器742和电动车辆控制器744可包含具有单独通信信道的用于特定应用的子系统或模块。这些通信信道可为单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非限制性实例，基础充电对准系统752可通过通信链路776与电动车辆对准系统754通信以提供反馈机制，以用于自主地或在操作者辅助下使基础系统感应线圈704与电动车辆感应线圈716更紧密地对准。类似地，基础充电导引系统762可通过导引链路766与电动车辆导引系统764通信以提供反馈机制来导引操作者将基础系统感应线圈704与电动车辆感应线圈716对准。另外，可存在由基础充电通信系统772和电动车辆通信系统774支持以用于在基础无线充电系统702与电动车辆无线充电系统714之间传送其它信息的单独的通用通信链路(例如，信道)。此信息可包含关于电动车辆特性、电池特性、充电状态以及基础无线充电系统702和电动车辆无线充电系统714两者的供电能力的信息，以及电动车辆112的维护和诊断数据。这些通信信道可为单独的物理通信信道，例如蓝牙、紫蜂、蜂窝式等。

电动车辆控制器744还可包含：电池管理系统(BMS)(未图示)，其管理电动车辆主要电池的充电和放电；停车辅助系统，其基于微波或超声波雷达原理；制动系统，其经配置以执行半自动停车操作；以及方向盘伺服系统，其经配置以用较大程度自动停车‘有线停车’进行辅助，其可提供更高的停车准确性，因此减少了对基础无线充电系统102a和电动车辆无线充电系统114中任一者中的机械水平感应线圈对准的需要。此外，电动车辆控制器744可经配置以与电动车辆112中的电子器件通信。举例来说，电动车辆控制器744可经配置以与视觉输出装置(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出装置(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入装置(例如，键盘、触摸屏和例如操纵杆、跟踪球等指向装置)以及音频输入装置(例如，具有电子话音辨识的麦克风)通信。

此外，无线电力传递系统700可包含检测和传感器系统。举例来说，无线电力传递系统700可包含用于与系统一起使用以将驾驶者或车辆适当地导引到充电地点的传感器、用以使感应线圈以所需的间隔/耦合来相互对准的传感器、用以检测可能阻碍电动车辆感应线圈716移动到特定高度和/或位置以实现耦合的物体的传感器，以及用于与系统一起使用以执行系统的可靠、无损坏和安全操作的安全传感器。举例来说，安全传感器可包含用于以下操作的传感器：检测接近无线电力感应线圈104a、116超过安全半径的动物或儿童的存在、检测基础系统感应线圈704附近的可能被加热(感应加热)的金属物体、检测基础系统感应线圈704上的危害事件(例如，炽热物体)、以及对基础无线充电系统702和电动车辆无线充电系统714组件进行温度监视。

无线电力传递系统700还可支持经由有线连接进行插入充电。有线充电端口可在将电力传递到电动车辆112或从电动车辆112传递电力之前整合两个不同充电器的输出。切换电路可提供用以支持无线充电以及经由有线充电端口进行充电所需的功能性。

为了在基础无线充电系统702与电动车辆无线充电系统714之间进行通信，无线电力传递系统700可使用带内信令和RF数据调制解调器两者(例如，在无执照频带中经由无线电的以太网)。带外通信可提供充足的带宽来用于将增值服务分配给车辆用户/拥有者。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可用作具有最小干扰的带内信令系统。

另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路执行一些通信。举例来说，基础系统感应线圈704和电动车辆感应线圈716还可经配置以充当无线通信天线。因此，基础无线充电系统702的一些实施例可包含用于实现无线电力路径上的键控型协议的控制器(未图示)。通过用预定义的协议以预定义的间隔键控发射电力电平(振幅移位键控)，接收器可检测到来自发射器的串行通信。基础充电系统电力转换器736可包含负载感测电路(未图示)以用于检测在基础系统感应线圈704所产生的近场附近有源电动车辆接收器的存在或不存在。通过非限制性实例，负载感测电路监视流动到功率放大器的电流，所述电流受在基础系统感应线圈104a所产生的近场附近有源接收器的存在或不存在所影响。可由基础充电系统控制器742监视对功率放大器上的负载的改变的检测，以用于确定是否启用振荡器来用于发射能量、与有源接收器通信，或其组合。

为了实现无线高电力传递，一些实施例可经配置以在从10kHz到60kHz的范围中的频率下发射电力。此低频耦合可允许可使用固态装置实现的高度有效电力转换。另外，与其它频带相比，可存在与无线电系统的较少的共存问题。

无线电力传递系统300可与包含可再充电或可更换电池的多种电动车辆一起使用。图8是展示根据本发明的示范性实施例的安置在电动车辆812中的可更换无接触电动车辆电池单元818的功能方框图。在此实施例中，低电池位置对于电动车辆电池单元818来说可为有用的，电动车辆电池单元818集成了无线电力接口(例如，充电器-电池无绳接口826)且可从嵌入于地面中的基础无线充电系统(未图示)接收电力。在图8中，电动车辆电池单元818可为可再充电电池单元，且可容纳在电动车辆电池隔间824中。电动车辆电池单元818还可将无线电力提供给充电器-电池无绳接口826，充电器-电池无绳接口826可集成整个电动车辆无线充电系统，包含谐振感应线圈、电力转换电路以及用于基于地面的无线充电单元与电动车辆电池单元之间的有效且安全的无线能量传递所需的其它控制和通信功能。

电动车辆感应线圈(未图示)与电动车辆电池单元或车辆主体的底侧齐平地集成可为有用的，使得不存在突出部分，且使得可维持指定的地面-车辆主体间隙。此配置可需要电动车辆电池单元818中的专用于电动车辆无线充电系统的一些空间。电动车辆电池单元818还可包含电池-车辆无绳接口828以及充电器-电池无绳接口826，充电器-电池无绳接口826提供电动车辆812与基础无线充电系统102a(如图1中所示)之间的无接触电力和通信。

在一些实施例中，且参考图1，基础系统感应线圈104a和电动车辆感应线圈116可位于固定位置中，且通过电动车辆感应线圈116相对于基础无线充电系统102a的整体放置而使感应线圈位于近场耦合区内。然而，为了快速地、有效地且安全地执行能量传递，基础系统感应线圈104a与电动车辆感应线圈116之间的距离可能需要减小以改进耦合。因此，在一些实施例中，基础系统感应线圈104a和/或电动车辆感应线圈116可为可部署的和/或可移动的，以使它们更好地对准。

图9A、9B、9C和9D是根据本发明的示范性实施例的用于无线电力感应线圈和铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。图9A展示全铁氧体嵌入式感应线圈。所述无线电力感应线圈可包含铁氧体材料939a和缠绕在铁氧体材料939a周围的多匝线圈(或线圈)937a。线圈937a自身可由标准绞合线制成。可提供电池空间931a与车辆之间的导电层(或导电屏蔽)933a以保护车辆的乘客免受过多的EMF曝露。导电屏蔽933a在由塑料或复合材料制成的车辆中可特别有用。线圈937a，铁氧体材料939a和电池空间931a的一侧可被塑料保护层935a覆盖。

图9B展示尺寸经最佳设定的铁氧体板(即，铁氧体背衬)以增强耦合且减少电池空间931b与车辆之间的导电层933b中的涡电流(热耗散)。多匝线圈937b可完全嵌入于非导电、非磁性(例如，塑料)保护层935b中。举例来说，如图9B中所说明，线圈937b可嵌入于保护层935b中。作为磁性耦合与铁氧体磁滞损耗之间的折衷的结果，可在线圈937b与铁氧体材料939b之间存在间隔。

图9C说明多匝线圈937c(例如，铜绞合线多匝线圈)可在横向(“x”)方向上移动的另一实施例。图9D说明电动车辆感应线圈模块943d部署于向下方向上的另一实施例。在一些实施例中，电动车辆电池单元包含可部署和不可部署电动车辆感应线圈模块943d中的一者以作为无线电力接口的一部分。为了防止磁场渗透进电池空间931d和车辆内部中，可在电池空间931d与车辆之间存在导电层933d(例如，铜片)。此外，非导电(例如，塑料)保护层935d可用于保护导电层(或导电屏蔽)933d、线圈937d和铁氧体材料939d免受环境影响(例如，机械损坏、氧化等)。此外，多匝线圈937d可在横向X和/或Y方向上移动。图9D说明电动车辆感应线圈模块943d相对于电动车辆电池单元主体部署于向下Z方向上的实施例。

此可部署电动车辆感应线圈模块943d的设计类似于图9B中的设计，不同之处为在电动车辆感应线圈模块943d处不存在导电层933d。导电屏蔽933d与电动车辆电池单元主体留在一起。当电动车辆感应线圈模块943d未处于部署状态时，在导电层933d与电动车辆感应线圈模块943d之间提供保护层935d(例如，塑料层)。电动车辆感应线圈模块943d与电动车辆电池单元主体的物理间隔可对感应线圈的性能具有积极影响。另外，线圈937d和铁氧体材料939d可部分被单独的塑料保护外壳941d覆盖。

如上文所论述，所部署的电动车辆感应线圈模块943d可仅含有多匝线圈937d(例如，绞合线)和铁氧体材料939d。可提供铁氧体背衬以增强耦合且防止车辆的底部中或导电层933d中的过多的涡电流损耗。另外，电动车辆感应线圈模块943d可包含柔性电线连接以对转换电子器件和传感器电子器件进行供电。可将此线束集成到机械齿轮中以用于部署电动车辆感应线圈模块943d。

图10是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率的频谱图表。如图10中所示，用于对电动车辆进行无线高电力传递的潜在频率范围可包含：3kHz到30kHz频带中的VLF、30kHz到150kHz频带中的较低LF(用于类ISM应用)但有一些除外，高频(HF)6.78MHz(ITU-R ISM频带6.765到6.795MHz)，HF13.56MHz(ITU-R ISM频带13.553到13.567)，以及HF27.12MHz(ITU-R ISM频带26.957到27.283)。

图11是展示根据本发明的示范性实施例的可在无线充电电动车辆中有用的示范性频率和发射距离的图表。对于电动车辆无线充电可为有用的一些实例性发射距离为约30mm、约75mm和约150mm。一些示范性频率可为VLF频带中的约27kHz以及LF频带中的约135kHz。

在确定用于无线电力传递系统100的合适频率时，可能要考虑许多考虑因素。举例来说，基础系统感应线圈和电动车辆感应线圈的谐振特性和耦合模式区可为在选择合适频率时的因素。另外，无线电力频率可干扰用于其它应用的频率。作为非限制性实例，可能存在与电力线频率、可听频率和通信频率的VLF/LF共存问题。共存对于VLF和LF可为问题的非限制性实例是：用于无线电控制的时钟的频率、用于长波AM广播和其它无线电服务的频率、与ISDN/ADSL和ISDN/xDSL通信信道的交叉耦合、电动车辆不动系统、RFID(射频识别)系统、EAS(电子物件监管)系统、现场寻呼、低电压PLC系统、医疗植入物(心脏起搏器等)、音频系统，以及可由人类和动物感知到的声学发射。长波AM广播可使用149kHz与284kHz之间的频率范围，且可从高功率发射器广播到小于五百公里的范围中的移动和固定的接收器。

此外，共存对于HF可为问题的非限制性实例是工业、科学和医疗(ISM)无线电频带，例如：用于在全双工(FDX)或半双工(HDX)模式中在连续能量传递下的远程控制应用和RFID的6.78MHz；用于在FDX或HDX模式中在连续能量传递下的RFID以及便携式装置无线电力的13.56MHz；以及用于铁路应用(例如，欧洲型应答器27.095MHz)、城市频带无线电以及远程控制(例如，模型、玩具、车库门、计算机鼠标等)的27.12MHz。

在另一非限制性实例中，图7中的基础充电系统电力转换器736及其控制器742可经配置以控制电力转换的各个方面，包含调节工作循环以用于选择性地调整基础充电系统电力转换器736，以产生用于无线电力发射的磁近场。基础充电系统控制器742还可在无线电力发射暂停间隔期间减少或中止磁近场的产生，或调整操作频率。发射暂停间隔可导致中止产生任何干扰信号，所述干扰信号可(例如)抑制例如无线电控制的时钟等无线通信装置接收所需的无线电台信号。此外，在车辆-电网配置期间，电动车辆控制器744可类似地调节工作循环以用于选择性地调整电动车辆电力转换器，以产生用于无线电力发射的磁近场，且在无线电力发射暂停间隔期间减少或中止磁近场的产生，或调整操作频率。

上文所描述的无线电力传递系统可用于多种场所中以用于对电动车辆进行充电，或将电力传递回到电网。举例来说，电力的传递可发生在停车场环境中。图12是包含多个停车区域1205a、1205b和1205c以及定位在每一停车区域1205a、1205b和1205c内的示范性充电基座的停车场1201的图。应注意，“停车区域”在本文还可被称作“停车空间”。为了增强无线电力传递系统的效率，电动车辆1212可沿着X方向(由图12中的箭头1207描绘)以及Y方向(由图12中的箭头1209描绘)对准，以使得电动车辆1212内的电动车辆感应线圈1216能够与相关联的停车区域1205内的基础系统感应线圈1204充分对准。虽然将图12中的停车区域1205说明为具有单个基础系统感应线圈1204和基础无线电力充电系统(未图示)，但停车区域1205也可包含多个基础系统感应线圈1204和基础无线电力充电系统。

此外，所揭示的实施例可适用于具有一个或一个以上停车空间或停车区域1205a、1205b和1205c的停车场1201，其中停车场内的至少一个停车空间1205a可包含基础无线电力充电系统。导引系统(未图示)可用于辅助车辆操作者将电动车辆1212定位在停车区域1205中，以使电动车辆1212内的电动车辆感应线圈1216与基础系统感应线圈1204对准。导引系统可包含基于电子的方法(例如，无线电定位、测向原理，和/或光学、准光学和/或超声波感测方法)或基于机械的方法(例如，车轮导引、跟踪或停止)，或其任何组合，以用于辅助电动车辆操作者定位电动车辆1212以使得电动车辆感应线圈1216能够与基础无线充电系统内的基础系统感应线圈1204充分对准。

如上文所论述，电动车辆无线充电系统(未图示)可放置在电动车辆1212的底侧以用于发射电力或从基础无线充电系统接收电力。举例来说，电动车辆感应线圈1216可被集成到车辆底部中的中心位置附近，从而提供与电磁曝露的安全距离，且准许电动车辆1212的前进和倒退停车。

为了在规章和人类曝露约束(电磁场强度限制)下实现最大功率以及实现与有线充电解决方案相当的传递效率，可将基础系统感应线圈1204与电动车辆感应线圈1216之间的空气间隙设定得尽可能的小。然而，对于非限制性实例，无法简单地通过‘低置式’电动车辆感应线圈1216来减小空气间隙，因为车辆应提供某一最小底盘-地面间隙。最小地面间隙可取决于车辆种类(城市汽车、越野车辆等)，且可为制造商特有的或由现有标准或推荐界定。

将包含电动车辆感应线圈1216的电动车辆无线充电系统放置在电动车辆1212的下侧上可能会在电动车辆1212的操作或运动期间遇到各种障碍物。图13A是展示电动车辆1312可能遇到的可能需要底盘间隙的各种障碍物1313的实例的图。障碍物1313可在不同位置处接触电动车辆1312的底盘的底盘下侧1315。当将电动车辆感应线圈(未图示)定位在电动车辆1312的底盘下侧1315内或附近时，电动车辆感应线圈可被损坏、未对准，或具有与障碍物1313接触感应线圈相关联的其它问题。

图13B是根据本发明的实施例的位于车辆底盘的下侧1315的空腔1317内的示范性无线电力感应线圈1316的透视图。为了保护电动车辆感应线圈1316不与障碍物进行不合意的接触，可将电动车辆感应线圈1316放置在电动车辆1312的底盘下侧1315的空腔1317内。如上文参考图9D所论述，电动车辆感应线圈1316可为可部署的，以用于发射无线电力或从基础系统感应线圈(未图示)接收电力。

可机械部署的感应线圈可提供较高的端-端效率(例如，绝对在90％以上)、支持远在3kW以上的充电功率电平，且应付可能针对电动车辆1312指定的任何地面间隙要求(例如，＞20cm)。可机械部署的感应线圈还可支持地面嵌入式和表面安装式基础系统感应线圈设施两者，且在低发射和曝露水平下操作。可部署的感应线圈还可补偿感应线圈未对准，从而提供增加的容限，且因此向驾驶者提供增加的停车便利性。

感应线圈间隔和因此造成的减少的耦合还可帮助抑制由开关模式电力转换产生的感应线圈电流谐波。松散耦合的系统可对衰减谐波频率下的不想要的发射水平提供固有的选择性。尽管感应线圈电流泄漏和场强度可通过减小耦合而增加，但一般可在减小的谐波发射水平中存在净益处，其可取代任何补充性谐波滤波，从而减少电路复杂性和损耗。

参考图1，在另一示范性实施例中，基础无线充电系统102a可包含机械或电子组件(例如，处理器)，其可用于基础系统感应线圈104a的位置调整，如将在本文描述。基础无线充电系统102a的组件可收容在基础无线充电系统102a内，基础无线充电系统102a至少部分嵌在地面(例如，停车场、车道或车库的地面)下方。

图14A、14B和14C是根据一些实施例的嵌入充电基座1402的示范性变体的图。基础无线充电系统1402可包含一个或一个以上基础系统感应线圈1404，以用于向与电动车辆相关联的对应电动车辆感应线圈(未图示)发射无线电力信号/从所述电动车辆感应线圈接收无线电力信号。如图14A中所说明，基础无线充电系统可从地面1411的表面突出，这可改进耦合，因为基础系统感应线圈1404与电动车辆感应线圈之间的距离可减小。此外，突出的基础无线充电系统1402可更容易接近以便进行维护和修理。

或者，如图14B中所说明，基础无线充电系统1402可与地面1411的表面齐平。齐平的基础无线充电系统可更容易接近以便进行维护和修理且无阻碍。然而，与图14A的突出的基础无线充电系统相比，可能会减小基础系统感应线圈1404与电动车辆感应线圈之间的耦合。

或者，如图14C中所说明，基础无线充电系统1402可完全定位在地面1411的表面下方(例如，在沥青层1419下方)。此表面下方的基础无线充电系统1402可更安全而免遭侵损(例如，破坏行为)，且无阻碍。在受庇护的环境(例如，家庭车库和多层停车场)中，可使用表面安装式低轮廓基础系统感应线圈1404。如果地面材料是铁加强型混凝土，从而使地面嵌入变得困难且昂贵，那么这可尤其实际。

如上文所描述，有效和安全的高电力传递可受基础系统感应线圈204与电动车辆感应线圈216(图2)之间的距离影响。在(例如)基础系统感应线圈204嵌在地面中而电动车辆感应线圈216可能建置于电动车辆的底盘内的一些情况下，减小所述距离可为困难的。还如上文所描述，可能常常需要基础系统感应线圈204与电动车辆感应线圈216之间的小心对准以增加电力传递的效率。此可需要机械(运动)组件来用于进行基础系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216中的任一者或两者的对准。设计出需要用于汽车环境的物理移动部分的运动对准系统可为困难的。此外，可能难以将高电压电缆从可部署的/移动的基础系统感应线圈204或电动车辆感应线圈连接到电力转换电路。因此，各种实施例的一个方面是针对提供用于克服这些困难的方法和系统。

图15是包含具有无源电路感应线圈203的无源电路的如图2中所示的无线电力传递系统1500的示范性组件的功能方框图。无线电力传递系统1500包含如图2中所示的组件以及无源电路感应线圈(或包含寄生线圈的寄生电路)1503，无源电路感应线圈1503可选择性地定位在基础系统感应线圈1504与电动车辆感应线圈1516之间。无源电路感应线圈1503可用于耦合来自由基础系统感应线圈1504产生的场的能量，且无线地中继所述能量以供由电动车辆感应线圈1516耦合，而不需要基础无线电力充电系统1502或电动车辆无线充电系统1514之间的任何额外电连接。

类似于基础系统感应线圈1504和电动车辆感应线圈1516，可将无源电路感应线圈1503配置为“环形”天线，且更具体来说，配置为多匝环形天线或线圈。环形(例如，多匝环形)天线可经配置以包含空气芯(air core)或物理芯(physical core)(例如，铁氧体芯)。空气芯环形天线可允许将其它组件放置于芯区域内。包含铁磁或铁磁材料的物理芯天线可允许形成较强的电磁场和改进的耦合。

可通过经由无源电路感应线圈1503(在本文还被称作寄生天线或寄生线圈)在基础系统感应线圈1504的近场中将大部分能量耦合到电动车辆感应线圈1516而不是以电磁波将大多数能量传播到远场，而发生有效能量传递。当在此近场中时，可在基础系统感应线圈1504、无源电路感应线圈1503与电动车辆感应线圈1516之间形成耦合模式。

在图15中，可为AC或DC电力供应器的电力供应器1510将电力供应给基础充电系统电力转换器1536，假设能量传递朝向车辆。基础充电系统电力转换器1536驱动基础系统感应线圈1504发射所需的频率信号。如果基础系统感应线圈1504、无源电路感应线圈1503和电动车辆感应线圈1516被调谐到大体上共同(即，相同)频率且足够靠近以处在来自基础系统感应线圈1504的近场辐射内，那么基础系统感应线圈1504和电动车辆感应线圈1516可耦合，使得电力可经由无源电路感应线圈被传递到电动车辆感应线圈1516且在电动车辆电力转换器1538中提取。电动车辆电力转换器1538可随后对电池单元1518进行充电。电力供应器1510、基础充电系统电力转换器1536和基础系统感应线圈1504包含基础无线电力充电系统1502的基础架构，基础无线电力充电系统1502可为固定的且如上文所论述位于多种位置处。电池单元1518、电动车辆电力转换器1538和电动车辆感应线圈1516可构成电动车辆无线充电系统1514，电动车辆无线充电系统1514为电动车辆的一部分或电池组一部分。

在一个示范性实施例中，从电力供应器1510提供输入电力，使得基础系统感应线圈1504产生近场以用于提供能量传递。包含无源电路感应线圈1503的无源电路可耦合到近场且在较靠近电动车辆感应线圈1516的区处产生延伸的近场。电动车辆感应线圈1516可耦合到由无源电路感应线圈1503“延伸”的近场，且产生输出电力以供电动车辆1512储存或消耗。在其它示范性实施例中，根据相互谐振关系来配置基础系统感应线圈1504、无源电路感应线圈1503和电动车辆感应线圈1516。当线圈1504、1503和1516的谐振频率接近时，当电动车辆感应线圈1516位于无源电路感应线圈1503的近场中且无源电路感应线圈1503位于基础系统感应线圈1504的近场中时，可减少发射损耗。

因此，包含无源电路感应线圈1503的无源电路可形成能够将能量从基础系统感应线圈1504有效地耦合到电动车辆感应线圈1516的谐振结构。还可将耦合称为“磁性耦合谐振”和“谐振感应”。应了解，即使当基础系统感应线圈1504、无源电路感应线圈1503与电动车辆感应线圈1516之间的谐振不匹配时，也可以较低效率传递能量。无源电路感应线圈1503的谐振频率可基于其电感和电容。电感可简单地为由构成无源电路感应线圈1503的环产生的电感。可将电容添加到无源电路感应线圈103以在所需谐振频率下产生谐振结构(即，无源电路)。在某些情况下，可单独地使用感应线圈的自电容，或使用所述自电容作为补充，来产生谐振结构。在又另一实例中，可添加电容器使之与无源电路感应线圈1503串联以形成产生磁场的谐振电路。在一些情况下，无源电路感应线圈1503可为“自谐振的”，如将在下文进一步描述，其可除了环自身的电容之外不需要添加额外的电容。

图16A是包含具有无源电路感应线圈的无源电路1623a的图15的无线电力传递系统1500的示范性组件的示意图。除了图3中所示的组件之外，无线电力传递系统包含具有无源电路感应线圈1603a的谐振无源电路1623a。可将如本文中所描述的无源电路感应线圈1603a称作或配置为电容性负载感应线圈1603a。谐振无源电路1623a具有可经选择以在选定频率下谐振的电感L₃和电容C₃。等效电阻R_eq，3表示无源电路感应线圈和反电抗电容器可固有的损耗。相互耦合系数k₁₃、k₃₂和k₁₂分别表示基础系统感应线圈1604a与无源电路感应线圈1603a、无源电路感应线圈1603a与电动车辆感应线圈1616a，以及基础系统感应线圈1604a与电动车辆感应线圈1616a之间的线圈间隔处所得的相互耦合系数。

无源电路1623a可由纯无源组件形成，所述纯无源组件包含形成谐振回路电路(resonant tank circuit)1623a而没有电连接的无源电路感应线圈1603a和谐振电容器，例如图16A中所示。无源电路感应线圈1603a(其可被称作寄生结构或寄生谐振器)可经由磁近场耦合到基础系统感应线圈1604a和电动车辆感应线圈1616a两者，且不需要任何电连接。无源电路感应线圈1623a可被密封，这在位于恶劣环境中的情况下可为有利的。

另外，无源电路感应线圈1623a可从基础系统感应线圈1604a或电动车辆感应线圈1616a机械移位。因为不需要从无源电路感应线圈1623a引出的任何电连接，所以用于部署和对准无源电路感应线圈1623a的机械可经简化，因为电线可能会经受磨损、撕破和绝缘损坏。在一些实施例中，无源电路感应线圈1603a可为电动车辆(未图示)的一部分，在不使用时收藏在电动车辆的底部下方。

因为无源电路感应线圈1603可经配置以耦合到基础系统感应线圈1604和电动车辆感应线圈1616，所以磁路径可不会被紧密接近无源电路感应线圈1603、基础系统感应线圈1604和电动车辆感应线圈1616的金属部分所阻碍。金属部分可减少耦合且增加因涡电流而引起的损耗。

在一个实施例中，无源电路感应线圈1603a可为自谐振线圈，其归因于其自电容而非添加很大程度上可能是金属的电容器而谐振。如果可维持Q因子，那么无源电路感应线圈1603的L-C比率可能对传递效率不具有影响。自谐振无源电路感应线圈1603a可采取多种形态因子和体积。

线圈的自电容和电感可随线圈的匝数增加。具有较高匝数的薄电线线圈可展现出相对低频下的自谐振。谐振频率可通过将绕组嵌入到高介电常数的电介质材料中而进一步减小。合意的电介质可为具有极低损耗(高Q或低正切δ)的电介质以及可承受高电场强度(高电压击穿)的电介质。

自谐振高介电常数嵌入式线圈的优点可为，位于绕组之间的正常用作绝缘的空间可再用于储存作为电容的电场能量。另外，正常用于储存磁场能量(即，电感)的线圈的铜绕组可用作电容器的‘金属板’。

假设电线厚度大约是集肤深度或以下，当线圈的AC电阻接近其DC电阻时，集肤效应和接近度效应损耗可变得可忽略。

自谐振线圈可被视为每单位长度具有高电感和高电容的缠绕传输线，因此被视为慢波传播。因为线圈在其两端将是开放端接的，所以沿着电线的线圈电流可为非均匀的且在电线末端处实际上为零。假定正弦电流分布，则可能浪费约(1-2/π)＝36％的体积。然而，在一些情况下，自谐振线圈可胜过使用外部电容的典型谐振器设计。为了避免电压击穿或起弧，可针对较低的L-C比率设计自谐振无源电路感应线圈1603a，从而需要较厚的电线。较厚的电线又可归因于集肤效应而引入损耗，或者，如果使用绞合线，那么仅可利用其横截面区域的一部分。另外，在外部电容器的金属部分中可存在一些涡电流损耗。

可在制造时通过针对略低的频率设计线圈，且随后切除一些外部绕组(例如，用户激光技术)，直到自谐振圆盘状线圈的谐振处于指定容限内为止，来执行对自谐振圆盘状线圈的谐振频率的调谐。还可使用采用了自电容以及外部电容的混合解决方案。对于混合解决方案，可添加或移除外部电容，直到在指定频率下发生谐振为止。

图16B是包含具有无源电路感应线圈1603b到1603n的多个无源电路1623b到1623n的图15的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。与图16A相比，可提供任何数目的无源电路1623b到1623n。无源电路1623b到1623n包含分别具有电感L₃到L_n的无源电路感应线圈1603b到1603n。个别电容C₃到C_n表示用于形成在所需频率下谐振的谐振电路的谐振无源感应电路1632b到1632n的电容。个别等效电阻R_eq，3到R_eq，n表示无源电路感应线圈和反电抗电容器可固有的损耗。相互耦合因子k₁₃、k_3N、k_N2、k_1N、k₃₂和k₁₂分别表示基础系统感应线圈1604与第一无源电路感应线圈1603b、第一无源电路感应线圈1603b与第n无源电路感应线圈1603n、第n无源电路感应线圈1603n与电动车辆感应线圈1616、基础系统感应线圈1604与第n无源电路感应线圈1603n、第一无源电路感应线圈1603a与电动车辆感应线圈1616，以及基础系统感应线圈1604与电动车辆感应线圈1616之间的线圈间隔处所得的相互耦合系数。

图17A和17B是展示分别以不同距离与主要和次要感应线圈1704a和1716a成共面布置的无源电路的两个无源电路感应线圈1703a和1703b的图。如图所示，一无源电路感应线圈1703a可与次要线圈(例如，电动车辆感应线圈1716a)共面，且另一无源电路感应线圈1703b可另外与主要感应线圈1704a共面。共面布置可允许无源电路感应线圈1703a与其它共面线圈之间的更有效的能量发射以及更好的耦合。如果主要线圈1704a和次要线圈1704b如图17A中所示靠在一起，那么当近场区重叠时，经由无源电路感应线圈1703a和1703b的无源耦合可较低效。然而，对于如图17B中所示的较大的空气间隙，使用无源电路感应线圈1703a和1703b的耦合变得更有效。展示在每一无源电路感应线圈1703c和1703c与其相应的共面线圈1704b和1716b之间的耦合系数k_11′、k_1′2′和k_22′，以及主要线圈1704b与次要线圈1716b之间的耦合系数。

图18是展示包含具有无源电路感应线圈1803的无源电路的无线电力传递系统1800的示范性核心和辅助组件的功能方框图。图18包含图7中所示的组件，还添加了包含无源电路感应线圈1803的无源电路。此外，电动车辆对准系统1854可进一步经配置以调整无源电路感应线圈1803的位置。

与图7的示范性实施例一样，且假设能量流动朝向BEV，在图18中，基础充电系统电力转换器1836可从基础充电系统电力接口1834接收AC或DC电力，以在其谐振频率下或附近激发基础系统感应线圈1804。包含无源电路感应线圈1803的无源电路当处在近场耦合模式区中时从近场耦合模式区接收能量，以在谐振频率下或附近进行振荡。电动车辆感应线圈1816当处在近场耦合模式区中时从包含无源电路感应线圈1803的无源电路的近场耦合模式区接收能量，以在谐振频率下或附近进行振荡。电动车辆电力转换器1838将来自电动车辆感应线圈1816的振荡信号转换为适合于经由电动车辆电力接口1840对电池(未图示)进行充电的电力信号。

基础充电对准系统1852可与电动车辆对准系统1854通信以提供反馈机制，以用于自主地或在操作者辅助下使基础系统感应线圈1804、无源电路感应线圈1803和电动车辆感应线圈1816更紧密地对准。类似地，基础充电导引系统1862可与电动车辆导引系统1864通信以提供反馈机制来导引操作者使基础系统感应线圈1804、无源电路感应线圈1803和电动车辆感应线圈1816对准。

电动车辆感应线圈1816和无源电路感应线圈1803可与车辆主体(未图示)上的电池单元的底侧齐平地集成，使得不存在突出部分，且可维持指定的地面-车辆主体间隙。此配置可需要电池单元中的专用于电动车辆无线充电系统1814的一些空间。

在一些示范性实施例中，基础系统感应线圈1804、无源电路感应线圈1803和电动车辆感应线圈1816可固定于适当位置中，且通过电动车辆(未图示)相对于基础无线充电系统1802的整体放置而使感应线圈位于近场耦合区内。如上文所描述，基础系统感应线圈1804与电动车辆感应线圈1816之间的距离可减小以改进磁耦合。为了实现此，在一个示范性实施例中，基础系统感应线圈1804、无源电路感应线圈1803和电动车辆感应线圈1816可为可移位的(即，可部署或可移动)，以使基础系统感应线圈1804、无源电路感应线圈1803和电动车辆感应线圈1816中的每一者更好地对准。

此外，基础无线充电系统1802(图18)可经配置以自动地移动(例如，作为自动机器人)，被远程控制(例如，经由远程控制单元)，或通过用于控制此平台的其它方法。举例来说，电动车辆112(图1)可请求充电(例如，通过电动车辆通信系统1874)，于是基础充电系统可自动移动到电动车辆下方，且将自身定位以将基础系统感应线圈1804与电动车辆感应线圈1816对准。通过在一个或一个以上方向上调整电动车辆感应线圈1816、无源电路感应线圈1803和基础系统感应线圈1804的位置可实现进一步的精细对准(如果必要)。一旦充分对准，基础充电系统1802可在基础充电系统1802与电动车辆无线电力系统1814之间更有效地传递无线电力。在完成充电之后或在某一其它事件之后，基础无线充电系统1802可返回到等待位置或待用模式。基础无线充电系统1802可进一步包含电缆管理，以便在充电过程之前和之后展开以及盘绕连接电缆。

可针对安全和保护问题进一步配置电动车辆无线电力传递系统1814。举例来说，电动车辆112可经配置以在电动车辆感应线圈1816、无源电路感应线圈1803或基础系统感应线圈1804经部署时或在感应线圈无法缩回(例如，归因于损坏或障碍物)时固定不动。固定不动可保护无线电力传递系统1800免受额外损坏。在另一实施例中，无线电力传递系统1800可包含检测电动车辆感应线圈1816、无源电路感应线圈1803或基础系统感应线圈1804的机械阻力的传感器。所述检测可保护电动车辆感应线圈1816、无源电路感应线圈1803或基础系统感应线圈1804以及伴随的组件在障碍物(例如，石头、碎片、雪、动物等)位于可限制感应线圈的移动的位置中的情况下免受损坏。

示范性实施例中的无线电力传递系统1800可包含对电动车辆感应线圈1816与基础系统感应线圈1804之间的无线电力链路的连续监视(例如，监视电压、电流、电力流动等)，且在无线电力链路中有异常的情况下减少所发射的电力或关闭电力。在其它实施例中，无线电力传递系统1800可进一步包含经配置以检测感应线圈附近人或动物的存在。此类传感器可在人接近无线电力感应线圈的情况下使得处理器能够减少或终止无线电力发射。举例来说，当人在电动车辆下方执行维护或其它修理工作时，此动作可为对长期曝露于电磁辐射的安全预防。此预防对于保护使用心脏起搏器或类似敏感和安全关键医疗装置的人来说可特别重要。

在一个实施例中，无源电路感应线圈1803可正常被收藏在电动车辆的底部中以不突出。当电动车辆112停车以进行充电时，无源电路感应线圈1803可在z方向上下降到电动车辆感应线圈1816与基础系统感应线圈1803之间的位置。

线圈之间的最小距离可实现规章约束下最大效率以及最大功率的能量传递，因此零距离(线圈接触)可为最佳。然而，在需要为稳健、灵活和可靠的实际解决方案中，可预期某一间隔。线圈之间的距离可取决于若干因素，例如环境(主要是在户外停车中的灰尘、碎片、雪的存在)、基础系统感应线圈1804嵌入地面中(在沥青下方、齐平、突出)、基础系统发射电路和电动车辆发射电路的收容，吸收车辆悬挂系统的突然垂直移位所需的安全裕度(例如，在部署电动车辆感应线圈时一位较重的人坐在汽车里的情况下)。

图19A和19B是无源电路的无源电路感应线圈在无线电力传递系统中的放置的示范性配置的图。如图19A中所示，在示范性实施例中，还被称为“寄生线圈”或“寄生天线”或“寄生谐振器”的无源电路感应线圈1903可插入在磁链路内，以显著地增加发射感应线圈(例如，基础系统感应线圈1904)与接收感应线圈(例如，电动车辆感应线圈1916)之间的磁耦合，进而改进传递效率且减少磁场。此实施例中的无源电路感应线圈1903还可被视为能量中继器，其从基础系统感应线圈1904a接收能量且将其中继到电动车辆感应线圈1916a。

如图19B中所示，多个无源电路感应线圈1903b和1903c可定位在基础系统感应线圈1904b与电动车辆感应线圈1916b之间。此布置可被称作多重耦合寄生谐振。在此系统中，在每一谐振器1904b、1903c、1903b与1916b之间可存在相互耦合。可通过每个个别谐振器1904b、1903c、1903b和1916b与每个其它个别谐振器1904b、1903c、1903b和1916b之间的耦合系数(未图示)来描述所述系统。

引入一个或一个以上无源电路感应线圈可向系统提供更高阶的耦合谐振。在一些情况下，多无源电路感应线圈系统对于处置所发射波形和所接收(整流器)波形中所包含的谐波的发射来说可为有利的。

图19A和19B中还展示，磁屏蔽(例如，电动车辆铁氧体材料1939a和1939b以及基础系统铁氧体材料1941a和1941b)可减少导电层(例如，电动车辆导电层1933a和1933b以及基础系统导电层1943a和1943b)中的涡电流损耗，所述磁屏蔽可用于防止磁场渗透进基础无线充电系统1902a和1902b的其它组件中以及渗透进电动车辆1912a和1912b中。此外，磁屏蔽可增加到无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c的耦合。电动车辆感应线圈1916a和1916b可完全嵌入在车辆的底部中且可固定。基础无线充电系统1902可位于地面1911内。

在另一实施例中，无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c的直径可大于基础系统感应线圈1904a和1904b以及电动车辆感应线圈1916a和1916b的直径。此设计可展现出更高的Q因子，因为无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c可位于进一步远离电动车辆1912a和1912b以及基础无线充电系统1902a和1902b的金属表面的有利位置。无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c可为磁性耦合谐振系统的主要谐振器。

寄生谐振可提供对电动车辆感应线圈1916a和1916b相对于基础系统感应线圈1904a和1904b的横向(x，y)-对准误差的一些容限。一个或一个以上无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c可移动(例如，机械移位)到最佳x，y位置，以实现电动车辆感应线圈1916a和1916b与基础系统感应线圈1904a和1904b之间的最大耦合。

因此，可选择性调整位于基础系统感应线圈1904a和1904b(或任何其它谐振发射感应线圈)与电动车辆感应线圈1916a和1916b(或任何谐振接收感应线圈)之间的一个或一个以上无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c(即，寄生谐振器)的位置。通过重新定位无源电路感应线圈1903a、1903b和1903c，可在不显著损害效率的情况下在某一有用范围内控制能量传递率。

图20A和20B说明根据本发明的示范性实施例的定位在基础无线充电系统上以用于与无源电路感应线圈2003a和2003b一起使用的电动车辆。在图20A中，包含电动车辆感应线圈2016a的电动车辆2012a定位在还包含基础系统感应线圈2004a的基础无线充电系统2002a上。电动车辆感应线圈2016a、无源电路感应线圈2003a和基础系统感应线圈2004a在X和Y方向上对准，且在Z方向上隔开距离2027a。

在图20B中，电动车辆感应线圈2016b和基础系统感应线圈2004b在X方向上错开了偏移距离2029b而未对准，且在Z方向上隔开距离2027b。距离2023和偏移距离2029b可减小，以便改进经由无源电路感应线圈2003b的在电动车辆感应线圈2016b与基础系统感应线圈2004之间的耦合强度。可通过用于调整无源电路感应线圈2003b的位置的对准调整系统来改变距离2023b和偏移距离2029b。无源电路感应线圈2003b可被定位成与电动车辆感应线圈2016b或基础系统感应线圈2004b成同心对准，或可与电动车辆感应线圈2016b或基础系统感应线圈2004b在X、Y或Z方向上偏移。

在另一示范性实施例中，对准调整系统可调整基础系统感应线圈2004b、无源电路感应线圈2003b、电动车辆感应线圈2016b或其组合的物理位置，以增加基础系统感应线圈2004b与电动车辆感应线圈2016b之间的耦合强度。可响应于检测到基础系统感应线圈2004b、无源电路感应线圈2003b或电动车辆感应线圈2016b相对于彼此的未对准而执行调整。

在又另一实施例中，可利用来自车辆导引系统1854(图18)的信息来确定未对准。此外，在其它实施例中，可使用来自无线电力链路(未图示)的信息(例如，通过使用指示无线电力链路的性能的各种参数)来确定相关联的感应线圈的未对准。在未对准检测期间，无线电力链路可在减小的电力电平下操作，但在相关联的感应线圈已准确对准之后，可增加电力电平。

在一个实施例中，对准调整系统可与更粗略的对准导引系统(未图示)分离，或作为其补充。举例来说，粗略对准导引系统可导引电动车辆2012b进入给定容限(即，误差半径)内的位置，使得对准调整系统可校正电动车辆感应线圈2016b、无源电路感应线圈2003b与基础系统感应线圈2004b之间的细微误差。

图21是说明根据本发明的示范性实施例的用于将电动车辆充电系统与基础无线充电系统对准的导引系统的使用的图。如图21中所示，电动车辆感应线圈2116和基础系统感应线圈2104在“X”方向上未对准。电动车辆感应线圈2116和基础系统感应线圈2104在“Y”方向上对准。举例来说，可能已经通过电动车辆2112使用其自身的牵引系统(其可由本文所描述的导引系统辅助(例如，自动导航))，从而准许顺畅且准确地移到Y位置，来完成Y方向对准。在此情形中，X方向上的对准误差可仍然存在。消除对Y方向上的对准调整的需要可进一步减少针对无源电路感应线圈(未图示)的空间要求，因为无源电路感应线圈可经配置以仅在X方向上移动，其可被容纳在空腔中且尚未经部署用于无线电力传递。

图22说明根据示范性实施例的用于调整无源电路感应线圈2203的位置的X和Y方向上的可能位置。机械装置(未图示)可选择角度对(α，β)，且相应地将无源电路感应线圈2203移动到X和Y方向上的在半径r_max内的任何位置。

图23A、23B和23C说明可用于在无线电力传递系统100内重新定位无源电路感应线圈2303的机械装置。在图23A中，无源电路感应线圈2303可位于电动车辆2312的下侧的空腔2317内。机械装置2350可通过选择适当的角度对(α，β)而在X和Y方向上调整无源电路感应线圈2303的位置。另外，机械装置2350可通过从电动车辆2312的空腔2317降低无源电路感应线圈2303来调整无源电路感应线圈2303在Z方向上的位置。机械装置2350可包含许多机械装置中的一者，包含电驱动机械装置和/或液压装置。虽然未图示，但机械装置可类似地用于在X、Y或Z方向上或其任何组合来调整电动车辆感应线圈2316或基础系统感应线圈2304的位置。

在图23B和23C中，根据本发明的示范性实施例，可通过可操作地耦合到驱动机构2353的齿轮轴2351来重新定位无源电路感应线圈2303。在操作中，如果致动了驱动机构2353，则可旋转齿轮轴2351以延长支撑部件2355以便在Z方向上降低无源电路感应线圈2203。

在另一实施例中，还可在交替由无线电力发射器产生的电场的通量线的电解决方案(例如，电切换线圈阵列)的辅助下完成精细对准调整。还可使用感应线圈的机械和电对准的组合。

无源电路感应线圈2303可沿着电动车辆2312的底盘的下侧定位。在一个实施例中，可将基础无线充电站配置为位于地面上方的平台。如果不希望在用于充电基座的地面中形成孔洞，那么此配置作为对车库或车棚的改装解决方案可为合意的。在又另一实施例中，基础无线充电系统还可作为能够储存在一个位置中、被转移到不同位置且在另一位置中使用的移动充电平台而提供灵活性。

图24是根据本发明的示范性实施例的用于与无源电路感应线圈2403一起使用的无线电力传递系统2400的示范性组件的功能方框图。无线电力传递系统2400可适于实际的条件，其目标为使距离最小化(实际地或有效地)，以使无线电力传递的效率最大化。基础系统感应线圈2404和无源电路感应线圈2416的间隔可为可变的，且可受益于将某些链路参数调适成对付最大功率、最大效率和规章遵从。

无线电力传递系统2400包含基础无线充电系统2402和电动车辆无线充电系统2414。基础无线充电系统2402包含基础充电系统电力转换器2436，基础充电系统电力转换器2436可经由基础充电电力接口2434将供应频率下的DC电力或AC电力转换为操作频率(例如，LF)下的发射电力，或在反向操作模式(车辆-电网)中反之亦然。基础充电系统电力转换器2436可集成若干传感器(未图示)以测量电压和电流。基础无线充电系统2402进一步包含基础系统感应线圈2404，基础系统感应线圈2404可向电动车辆感应线圈2416无线地发射电力/从电动车辆感应线圈2416无线地接收电力。如图24中所示，基础系统感应线圈2404可为固定的且嵌入地面的。

基础无线充电系统2402还可包含基础系统通信系统2427，基础系统通信系统2427经由电动车辆通信接口2448与电动车辆1612通信以交换系统控制数据，且还识别或认证电动车辆1612或由其它应用直接或间接产生的与电动车辆充电相关的数据。如上文所描述，基础系统通信系统2427可使用专用天线或使用基础系统感应线圈2404。基础无线充电系统2402还包含基础充电系统控制器2442，基础充电系统控制器2442可处理经由电动车辆通信接口2448以及基础无线充电系统2402的各种传感器接收到的数据，且可控制基础无线充电系统2402的不同实体。

电动车辆无线充电系统2414包含电动车辆电力转换器2438，电动车辆电力转换器2438可将在操作频率(例如，低频)下接收到的无线接收的电力转换为供应频率下的DC电力或AC电力，或在反向操作模式(V2G)中反之亦然。电动车辆电力转换器2438可包含若干传感器(未图示)以测量电压和电流。电动车辆无线充电系统2414包含电动车辆感应线圈2403，电动车辆感应线圈2403可从基础系统感应线圈2404无线地接收电力或向基础系统感应线圈2404无线地发射电力。

在一个实施例中，电动车辆感应线圈2416可在X、Y、Z方向上移位。在另一实施例中，电动车辆感应线圈2416可固定。电动车辆感应线圈还可集成有至少一个传感器(S)以检测可能约束基础系统感应线圈2404(例如)移动到足够低的z位置的自由度的不想要的物体，比如石头、碎片、雪、冰等。传感器可包含以下各者中的至少一者：集成于感应线圈机械装置中的机械阻力传感器、感应线圈模块表面处的触觉传感器、超声波传感器、光学传感器，以及用以检测金属物体的电磁传感器。如果电动车辆感应线圈2416可移位，那么可使用电动车辆对准系统2454来将电动车辆感应线圈2416对准到基础系统感应线圈2404，且调整距离以用于所需的耦合。电动车辆对准系统2454可包含致动器，所述致动器可为驱动电动车辆感应线圈机械装置的伺服电动机(M)。

电动车辆无线充电系统2414可进一步包含无源电路的无源电路感应线圈2403。无源电路感应线圈2403可用于“延伸”基础系统感应线圈2404与电动车辆感应线圈2416之间的近耦合区，如上文所描述。电动车辆对准系统2454可用于将无源电路感应线圈2403对准到电动车辆感应线圈2416或基础系统感应线圈2404。电动车辆对准系统2454可包含致动器，所述致动器可为驱动无源电路感应线圈机械装置的伺服电动机(M)。无源电路感应线圈2403还可集成有如上文参考电动车辆感应线圈2416所描述的传感器以检测机械阻力。因此，电动车辆感应线圈3416可处于固定位置中，且可经由无源电路感应线圈2403完成任何对准和距离控制。因为包含无源电路感应线圈2403的无源电路可不需要任何额外的电连接，所以可简化对准的机械装置，尤其在电缆或电线未与任何可机械移位的组件一起集成的情况下更是如此。

虽然图24展示与电动车辆1612一起集成的无源电路感应线圈2403，但应了解，基础无线充电系统2402还可包含无源电路感应线圈(未图示)。因此，基础无线充电系统2402可包含基础系统对准系统(未图示)，基础系统对准系统类似于如上文参考并入所需的任何传感器和电动机的电动车辆所描述来机械地移位(例如，对准)集成的无源电路感应线圈。因此，电动车辆无线充电系统2414或基础无线充电系统2402中的一者或两者可包含无源电路感应线圈2403。

电动车辆无线充电系统2414进一步包含电动车辆通信接口2448，电动车辆通信接口2448可与基础系统通信系统2427通信以交换控制数据，且还识别或认证电动车辆1612或由其它应用直接或间接产生的与电动车辆充电相关的数据。电动车辆通信接口2448可使用专用天线或使用电动车辆感应线圈2416。此外，电动车辆无线充电系统2414包含电动车辆控制器2444，电动车辆控制器2444可处理从基础无线充电系统2402和电动车辆无线充电系统2414的各种传感器接收到的数据，且可控制电动车辆无线充电系统2414的不同实体。

当执行对准过程时，在无线电力传递系统2400调整到新的距离/耦合系数时，可能必须减小发射电力。因此，无线电力传递系统2400可出于链路调整目的而以各种方式抑制电力。因为可显著地减少电力，所以在此操作模式中，效率可不是问题。

如果条件准许且需要更高的功率(例如，4kW)，那么无线电力传递系统2400可调整到距离d′下的所界定的耦合k′。如果检测到指示条件不适合于更高电力传递(例如，因为传感器(S)中的至少一者检测到地面上的物体，或如果需要更低的功率(例如，2kW))的某事，那么无线电力传递系统2400可调整到较大距离d″下的较弱的但是所界定的耦合k″＝k/2。因为耦合系数与距离之间的关系可在某一程度上不同，其取决于本地条件，所以可能需要测量耦合系数而不是依赖于距离。

电动车辆控制器2444可通过使用来自电动车辆电力转换器2438和基础充电系统电力转换器2436的电压和电流传感器的可经由通信链路从基础充电系统控制器2442发射到电动车辆控制器2444的测量数据来确定耦合系数。已知链路参数(例如，L₁、C₁、R₁、L₂、C₂和R₂)、操作频率以及电力转换的各种参数，可例如从下文等式42中所展示的谐振感应链路的方程组导出耦合系数k(d)。

等式42：     $V_1-R_1{I}_1-j({\mathrm{\ωL}}_1-\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_1})I_1-\mathrm{j\ω}{\mathrm{MI}}_2=0$

$V_2-R_1{I}_2-j({\mathrm{\ωL}}_2-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_2})I_2-j{\mathrm{\ωMI}}_2=0$

基于这些导出的值，电动车辆对准系统2454可相应地使感应线圈2403与2416对准。一旦经调整以实现所需耦合(即，两个目标耦合系数(k′或k″)中的一者)，基础充电系统电力转换器2436和电动车辆电力转换器2438可经配置到全桥模式(在k′的情况下)或半桥模式(在k″的情况下)，且功率可斜升到在此目标耦合系数下可准许的最大功率(例如，分别为4kW或2kW)。

在另一实施例中，如果所测得的耦合系数高于阈值，那么可将电力转换配置到全桥模式。相反，如果所导出的耦合系数等于或低于所述阈值，那么可将电力转换配置到半桥模式。此阈值可被界定在所述两个目标耦合系数之间的一半的某处(例如，在全桥模式和半桥模式两者同样良好地执行的值处)。然而，在与两个目标耦合系数偏离很大的耦合系数下操作系统可能需要额外装置来控制功率、效率以及发射水平，如上文所描述。

分别在全桥模式或半桥模式中在所界定的耦合系数k′和k″下的操作可在最大效率下提供改进的能量传递，其中电力转换的复杂度最低。可通过略微地降低或增加耦合或通过不显著降低效率的另一方法来实现用以将功率精确地调整到标称功率的精细控制。可经由如上文所描述来移位/对准无源电路感应线圈2403来完成基于目标耦合系数的精细控制和调整。

图25是根据本发明的示范性实施例的用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的示范性方法2500的流程图。在方框2502中，电动车辆2412可在包括第一线圈的接收电路处无线地接收电力。在方框2504中，电动车辆2412可在包括第二线圈2403的无源电路处从发射电路无线地接收电力。在方框2506中，所述无源电路可经由所述无源电路将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路。在方框2508中，所述接收电路可将无线地发射的电力提供给电动车辆2412的能量储存装置。在方框2510中，电动车辆2412可从第一线圈2608选择性地移位第二线圈2403。如上文所描述，电动车辆2412可移位第二线圈2403以改进第一线圈2416与发射电路的第三线圈2404之间的耦合。

图26为根据本发明的示范性实施例的无线电力接收器的功能方框图。装置2600包含用于关于图1到25所论述的各种动作的装置2602、2604、2606和2608。

以上描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块)执行。通常，图1到25中所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应功能装置执行。

所属领域的技术人员将了解，可使用多种不同技术和技艺中的任一者来表示信息和信号。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可贯穿以上描述所参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。

所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文所揭示的示范性实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚说明硬件与软件的此互换性，上文已大致就功能性描述了各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同的方式实施所描述的功能性，但此些实施决策不应被解释为导致偏离本发明的示范性实施例的范围。

可用经设计以执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或其任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此种配置。

结合本文中所揭示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、由处理器执行的软件模块或所述两者的组合来体现。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸磁盘、CD ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将示范性存储媒体耦合到处理器，使得所述处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端中。

在一个或一个以上示范性实施例中，所描述的功能可用硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件实施，则可将功能作为计算机可读媒体上的一个或一个以上指令或代码而加以存储或传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与包括促进将计算机程序从一处传递到另一处的任何媒体的通信媒体两者。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例而非限制，此类计算机可读媒体可包括RAM、ROM、EEPROM、CD ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。同样，可恰当地将任何连接称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波等无线技术包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘使用激光光学地再现数据。上述各者的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。

如本文中所使用，术语“确定”涵盖多种动作。举例来说，“确定”可包含推算、计算、处理、导出、研究、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、断定等。而且，“确定”可包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，在存储器中存取数据)等等。而且，“确定”可包含解析、选择、挑选、建立等。

本文中所揭示的方法包括用于实现所描述的方法的一个或一个以上步骤或动作。在不偏离权利要求书的范围的情况下，方法步骤和/或动作可互换。换句话说，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则在不偏离权利要求书的范围的情况下可对特定步骤和/或动作的次序和/或用法加以修改。

提供对所揭示示范性实施例的先前描述以使得所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。对这些示范性实施例的各种修改对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明并不希望限于本文中所展示的示范性实施例，而将被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广泛范围。

Claims (42)

1.一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力接收器设备，其包括：

接收电路，其包括第一线圈，所述接收电路经配置以无线地接收电力以便对所述电动车辆进行供电或充电；

无源电路，其包括第二线圈，所述无源电路经配置以从包括第三线圈的发射电路无线地接收电力，所述无源电路进一步经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路；以及

控制器，其经配置以从所述第一线圈移位所述第二线圈。

2.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中根据第一配置，所述第一线圈和所述第二线圈大体上共面。

3.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述无源电路具有一电容和一电感，且其中所述无源电路经配置以在基于所述电容和所述电感的频率下谐振。

4.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述无源电路包括自谐振线圈。

5.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述接收电路和所述无源电路经配置以在大体上共同频率下谐振。

6.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述无源电路是第一无源电路，其中所述发射电路进一步包括具有第四线圈的第二无源电路，且其中所述第二无源电路经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述第一无源电路。

7.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述第二线圈被收容在所述电动车辆的下侧部分中的空腔内。

8.根据权利要求1所述的无线电力接收器设备，其中所述无源电路仅经由机械耦合而耦合到电动车辆。

9.一种用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的方法，其包括：

在包括第一线圈的接收电路处无线地接收电力；

在包括第二线圈的无源电路处从所述发射电路无线地接收电力；

经由所述无源电路将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到所述接收电路；

将所述从所述接收电路无线地发射的电力提供给所述电动车辆的能量储存装置；以及

从所述第一线圈移位所述第二线圈。

10.根据权利要求9所述的方法，其中根据第一配置，所述第一线圈和所述第二线圈大体上共面。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述无源电路包括自谐振线圈。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述无源电路是第一无源电路，且其中无线地接收电力包括从所述发射电路的第二无源电路无线地接收电力。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二线圈被收容在所述电动车辆的下侧部分中的空腔内。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述无源电路仅经由机械耦合而耦合到电动车辆。

15.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括检测所述发射电路的第三线圈与所述第一线圈之间的未对准，且其中移位包括响应于所述检测而进行移位。

16.一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力接收器设备，其包括：

经配置以无线地接收电力以便对所述电动车辆进行供电或充电的用于无线地接收电力的装置；

经配置以从用于无线地发射电力的装置无线地接收电力的用于无源地无线地中继电力的装置，所述用于无源地无线地中继电力的装置进一步经配置以将从所述用于无线地发射电力的装置接收到的电力无线地再发射到所述用于无线地接收电力的装置；以及

经配置以从所述用于无线地接收电力的装置移位所述用于无源地无线地中继电力的装置的用于控制的装置。

17.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中根据第一配置，所述用于无线地接收电力的装置和所述用于无源地无线地中继电力的装置大体上共面。

18.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置包括自谐振线圈。

19.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置是第一用于无源地无线地中继电力的装置，所述用于无线地发射的装置进一步包括第二用于无源地无线地中继电力的装置，所述第二用于无源地无线地中继电力的装置经配置以将从所述用于无线地发射的装置接收到的电力无线地再发射到所述第一用于无源地无线地中继电力的装置。

20.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置被收容在所述电动车辆的下侧部分中的空腔内。

21.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置仅经由机械耦合而耦合到电动车辆。

22.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于控制的装置经配置以响应于检测到所述用于无线地发射电力的装置与所述用于无线地接收电力的装置之间的未对准而移位所述用于无源地无线地中继电力的装置。

23.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于无线地接收电力的装置包括具有第一线圈的接收电路，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置包括具有第二线圈的无源电路，且其中所述用于无线地发射电力的装置包括发射电路。

24.根据权利要求16所述的无线电力接收器设备，其中所述用于控制的装置包括控制器。

25.一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力发射器设备，其包括：

发射电路，其包括第一线圈，所述发射电路经配置以无线地发射电力；

无源电路，其包括第二线圈，所述无源电路经配置以从所述发射电路无线地接收电力，所述无源电路进一步经配置以将从所述发射电路接收到的电力无线地再发射到接收电路，所述接收电路包括第三线圈且经配置以提供电力以便对所述电动车辆进行供电或充电；以及

控制器，其经配置以从所述第一线圈移位所述第二线圈。

26.根据权利要求25所述的无线电力发射器设备，其中根据第一配置，所述第一线圈和所述第二线圈大体上共面。

27.根据权利要求25所述的无线电力发射器设备，其中所述无源电路包括自谐振线圈。

28.根据权利要求25所述的无线电力发射器设备，其中所述发射电路和所述无源电路经配置以在大体上共同频率下谐振。

29.根据权利要求25所述的无线电力发射器设备，其中所述无源电路是第一无源电路，所述接收电路进一步包括具有第四线圈的第二无源电路，所述第二无源电路经配置以从所述第一无源电路无线地接收电力。

30.根据权利要求25所述的无线电力发射器设备，其中所述控制器经配置以响应于检测到所述第一线圈与所述第三线圈之间的未对准而移位所述第二线圈。

31.一种用于在发射电路与电动车辆之间无线地传递电力的方法，其包括：

从包括第一线圈的发射电路无线地发射电力；

在包括第二线圈的无源电路处从所述发射电路无线地接收电力；

经由所述无源电路将所述无线地接收的电力无线地再发射到包括第三线圈的接收电路，以便提供电力来对所述电动车辆进行供电或充电；以及

从所述第一线圈移位所述第二线圈。

32.根据权利要求31所述的方法，其中根据第一配置，所述第一线圈和所述第二线圈大体上共面。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述无源电路包括自谐振线圈。

34.根据权利要求31所述的方法，其中所述无源电路是第一无源电路，且其中无线地发射电力包括经由所述第一无源电路将电力无线地发射到所述接收电路的第二无源电路。

35.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括检测所述第一线圈与所述接收电路的第三线圈之间的未对准，且其中移位包括响应于所述检测而进行移位。

36.一种用于对电动车辆进行供电或充电的无线电力发射器设备，其包括：

用于无线地发射电力的装置；

经配置以从所述用于无线地发射电力的装置无线地接收电力的用于无源地无线地中继电力的装置，所述用于无源地无线地中继电力的装置进一步经配置以将从所述用于无线地发射电力的装置接收到的电力无线地再发射到用于无线地接收电力的装置，所述用于无线地接收电力的装置经配置以提供电力以便对所述电动车辆进行供电或充电；以及

经配置以从所述用于无线地发射电力的装置移位所述用于无源地无线地中继电力的装置的用于控制的装置。

37.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中根据第一配置，所述用于无线地发射电力的装置和所述用于无源地无线地中继电力的装置大体上共面。

38.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置包括自谐振线圈。

39.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置是第一用于无源地无线地中继电力的装置，所述用于无线地接收电力的装置进一步包括第二用于无源地无线地中继电力的装置，所述第二用于无源地无线地中继电力的装置经配置以从所述第一用于无源地无线地中继电力的装置无线地接收电力。

40.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中控制器经配置以响应于检测到所述用于无线地发射电力的装置与所述用于无线地接收电力的装置之间的未对准而移位所述用于无源地无线地中继电力的装置。

41.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中所述用于无线地发射电力的装置包括具有第一线圈的发射电路，其中所述用于无源地无线地中继电力的装置包括具有第二线圈的无源电路，且其中所述用于无线地接收电力的装置包括接收电路。

42.根据权利要求36所述的无线电力发射器设备，其中所述用于控制的装置包括控制器。

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