CN103427495A - 无线电源系统 - Google Patents

Abstract

一种无线电源系统，用于从在一定距离范围的无线电源无线地传输电力到远程设备。各种实施例被考虑，其中来自远程设备的反射阻抗可以通过降低所需无线电力传输路径外部的耦合而被降低，允许在一定距离范围内输送无线电力。例如，一种包括屏蔽、间隔和偏移中的一个或多个的系统可以被用来降低来自远程设备的反射阻抗。一种适配器也可以被使用来延伸无线电力传输的范围。

Description

无线电源系统

技术领域

本发明涉及无线电源系统，并且更尤其涉及用于传输电力给一定范围的距离处的设备的系统和方法。

背景技术

许多传统的无线电源系统依靠感应电力传输，从而不需电线输送电能。一种典型的感应电力传输系统包括使用初级线圈(或发送器)以变化的电磁场的形式来无线地传输能量的感应电源，以及使用次级线圈(或接收器)来将电磁场中的能量转换成电能的远程设备。

许多传统的无线电源在相当近的范围有效运行，例如在充电器和远程设备之间小于一英寸的地方。一些开发人员已经致力于生产可以在更大距离有效提供无线电力的无线电源系统。这一更大的范围在不可能将远程设备放置于充电器附近的情况下可能是有用的。例如，在感应式充电器被安装于桌子下面的情况下，该更大的范围有助于有效地给坐于桌子顶上的设备供电。

用于提供更大的范围的一个途径是通过设计在基本固定的z距离运行的电源来完成的。这样的中距离电源是众所周知的，并且可以通过利用在初级和次级侧的隔离的重谐振器(re-resonator)线圈来被设计。这些中距离电源的一个问题是它们具有相当窄的范围，在该范围可以有效地传递电力。这使得中距离电源在无线电力传输的所需距离改变或未知的情况下变得不切实际。例如，将被安装在桌子或台面下面的中距离电源是不切实际的，因为桌子和台面的厚度不是均一的，并且对于给定的中距离无线电源设计，厚度上的变化足够大到在容限的范围之外。设计和销售不同的中距离(mid range)电源以传输无线电力到不同距离不是节省成本或实际的。

发明内容

本发明提供一种无线电源系统，用于从在一定距离范围的无线电源无线地传输电力到远程设备。通过降低所需的无线电力传输路径外的耦合，反射阻抗可以被降低，允许在一定距离范围内传递无线电力。

无线电源系统包括耦合降低元件，用于在无线电力传输期间降低反射阻抗。该耦合降低元件可以降低下述中的一个或多个之间的耦合：初级电路和所述次级重谐振器电路，该初级电路和次级电路，该次级电路和初级重谐振器电路，以及该次级电路和初级电路。该耦合降低元件没有实质上阻碍在无线电力传输路径上的耦合。

在一个实施例中，耦合降低元件可以是护罩。该护罩可以被放置成使得当其他耦合被降低时某种耦合不被阻碍。例如，该护罩可以被放置在初级线圈L1(有时被称为驱动线圈L1)和次级重谐振器之间。在一些实施例中，该护罩是通量集中器或磁导(flux guide)。在其他实施例中，护罩的一部分是通量集中器。

在替代的实施例中，耦合降低元件可以是通过预定距离限定的空间。通过将选定的部件间隔开，当其他耦合可以被降低时某种耦合不被阻碍。例如，由在初级线圈和初级重谐振器之间的预定距离限定的空间可以足以实质上降低反射阻抗，例如为了有效的无线电力传输实质上降低来自次级重谐振器L3的反射阻抗，而不实质上阻碍初级线圈和初级重谐振器之间的耦合。在所述空间在次级线圈L4(有时被称为接收器线圈L4)与次级重谐振器线圈L3之间的情况下，为了有效的无线电力传输，该空间可以足以实质上降低反射阻抗，而不实质上阻碍初级重谐振器线圈L2和次级重谐振器线圈L3之间的耦合。该空间可以根据到无线电力传输的距离或线圈之间的距离来被限定。

在一个实施例中，提供一种用来无线地传输电力到远程设备的无线电源。该无线电源包括无线电力传输表面，初级线圈L1，初级重谐振器线圈L2。所述护罩可以被放置在初级线圈L1和无线电力传输表面之间，以通过降低初级线圈和远程设备之间的耦合来降低无线电力传输期间的反射阻抗。所述护罩可以被放置成使得不实质上阻碍到远程设备的无线电力传输。

在另一个实施例中，提供一种中距离无线电源紧耦合适配器，用于将来自无线电源的电力中继到具有次级电路且不具有次级重谐振器的远程设备。所述适配器可以包括无线电力传输表面，次级重谐振器电路，以及护罩。所述护罩可以被放置在次级重谐振器电路和无线电力传输表面之间，以通过降低远程设备与中距离无线电源紧耦合适配器和无线电源中的至少一个之间的耦合来降低无线电力传输期间的反射阻抗。

在一个实施例中，次级重谐振器电路包括第一次级重谐振器和第二次级重谐振器。所述护罩可以被放置在该第一次级重谐振器和该第二次级重谐振器之间，并且该第一次级重谐振器和该第二次级重谐振器可以被串联电连接。

在另一个实施例中，次级重谐振器电路包括被屏蔽部分和未被屏蔽部分。所述护罩可以被放置在被屏蔽部分和远程设备之间以降低耦合。

在又一个实施例中，为了实现来自远程设备的反射阻抗的降低，初级可以相对于初级重谐振器偏移。在偏移结构中，所述初级可被放置成与初级重谐振器的一部分耦合，从而该初级原则上远离或不是在这样的地方：在该地方远程设备可以被安置用于电力传输。该初级可以与初级重谐振器有效地耦合用于无线电力传输，同时有可能避免了与次级和次级重谐振器的大量的耦合。例如，该初级可以相邻于和垂直于初级重谐振器的一部分，使得该初级与那部分耦合。该初级的其他实例偏移结构包括相对于初级重谐振器的平行和相邻放置，并且具有单或多层绕组。另一个实例偏移结构包括环形磁心，该初级和初级重谐振器可以围绕该环形磁心被缠绕。这些偏移结构可以实现在初级重谐振器以及次级和次级重谐振器L3，68之间的耦合，其比在初级以及次级和次级重谐振器之间的耦合大了可能几个数量级。

本发明的这些和其他目的，优点，和特征将参照当前实施例的描述和附图而被更加基本上理解和认识到。

在本发明的实施例被详细说明前，可以理解的是，本发明并不限于在下面的描述中阐明的或在附图中示出的操作的细节或部件的构造和布置的细节。本发明可以在各种其他实施例中被实现，以及以这里未明确披露的替代方式被实施或执行。而且，可以理解的是，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，并且不应被认为是限制性的。“包括”和“包含”以及其变型的使用意在包括其后列出的项及其等同物以及额外的项及其等同物。进一步地，列举可以在各实施例的描述中被使用。除非另作明确的说明，列举的使用不应被解释为将本发明局限于任何特定顺序或数目的部件。列举的使用也不应被解释为将可能与所列举的步骤或部件结合或者可能被结合到所列举的步骤或部件中的任何额外的步骤或部件从本发明的范围中排除。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意图。

图2是根据本发明的实施例的所述无线电源和远程设备的示意图。

图3A是在初级线圈和次级重谐振器/次级线圈之间具有2英寸的现有技术的中距离无线电源系统的代表性截面。

图3B是在初级线圈和次级重谐振器/次级线圈之间具有.75英寸的现有技术的中距离无线电源系统的代表性截面。

图4是具有被放置在初级电路和电力传输表面之间的护罩的一个实施例的代表性截面。

图5是在初级电路和初级重谐振器电路之间具有空间的一个实施例的代表性截面。

图6A是中距离无线电源紧耦合适配器的一个实施例的电路图。

图6B是中距离无线电源紧耦合适配器的一个实施例的代表性截面。

图7是中距离无线电源紧耦合适配器的一个实施例的代表性截面。

图8是具有护罩的中距离无线电源紧耦合适配器的一个实施例的代表性截面。

图9是具有护罩和磁铁的中距离无线电源紧耦合适配器的一个实施例的代表性截面。

图10是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意图。

图11是根据本发明的实施例的无线电源和远程设备的示意图。

图12A是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的代表性截面。

图12B是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的透视图。

图13A是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的代表性截面。

图13B是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的透视图。

图14A是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的代表性截面。

图14B是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的代表性顶视图。

图15是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的代表性顶视图。

图16是所述初级相对于初级重谐振器偏移的一个实施例的透视图。

具体实施方式

A.概述

本发明涉及适于在一定距离范围供给电力到远程设备的无线电源系统。该系统包括带有无线电力发送器的感应式充电器，以及带有无线电力接收器的远程设备。在一个实施例中，感应式充电器无线电力发送器包括初级储能电路和重谐振器电路，并且远程设备无线电力接收器包括次级储能电路和次级重谐振器电路。在另一个实施例中，所述远程设备包括次级储能电路，并且中距离无线电源紧耦合适配器包括次级重谐振器电路。所述适配器可以是分离的设备的形式，例如三角架，或是连接到接近无线电力传输表面的表面或连接到远程设备的可附着设备的形式。例如，适配器可以采用将远程设备和适配器接合的贴纸或套筒的形式。本发明的系统和方法通常涉及降低系统中的不希望的耦合，例如在初级储能电路和次级重谐振器之间的耦合，而不会显著降低所需的耦合，例如在初级重谐振器电路和次级重谐振器电路之间的耦合。在一个实施例中，磁导材料被插入初级储能电路和无线电力接收器(例如，次级线圈、次级重谐振器，或二者)之间。在另一个实施例中，初级储能电路被放置得远离无线电力接收器一定距离。尽管初级储能电路和无线电力接收器之间的耦合降低，初级储能电路和初级重谐振器电路之间的耦合没有被显著影响，并且初级重谐振器电路和次级重谐振器电路之间的耦合没有被显著影响。

在屏蔽实施例中，屏蔽材料可以由高导磁率材料制成，例如铁氧体，其可以被安置得比另一个线圈更接近一个线圈，从而改变磁通量的路径。在替代的实施例中，屏蔽材料可以是高导电率材料，例如铜。在又一个实施例中，护罩可以使用高导磁率材料和高导电率材料的结合。

图1-2和10-11示出了根据本发明的实施例的无线电源10和一个或多个远程设备12。无线电源10通常包括控制系统14和无线电力发送器16。

B.系统。

现在将参照图1-2和10-11描述本发明的实施例。图1-2和10-11实施例的无线电源10通常包括电源18，信号生成电路20(描绘为逆变器20)，无线电力发送器16，和控制系统14。当前实施例的该电源18可以是将AC输入(例如墙上电力(wall power))转换成合适的适于驱动无线电力发送器16的DC输出的常规电源。作为替代，电源18可以是合适的用来提供电力给无线电力发送器16的DC电源。在这个实施例中，电源18通常包括整流器24和DC-DC变换器26。该整流器24和DC-DC变换器26为电源信号提供合适的DC电力。电源18可以替代地包括基本上任何能够将输入电力转换成由信号生成电路20使用的形式的电路。控制系统14可以被配置为调节运行参数。例如，控制系统14可以具有调节干线电压或开关电路相位的能力。在替代的实施例中，其中期望通过改变干线电压来调节运行参数，DC-DC变换器26可以具有可变输出。如图1中所示的，自适应控制系统14可以耦合到DC-DC变换器26(由虚线所表示的)以允许自适应控制系统14控制DC-DC变换器26的输出。

在这个实施例中，信号生成电路20包括被配置为生成和施加输入信号到无线电力发送器16的开关电路。开关电路可以形成逆变器，该逆变器将来自电源18的DC输出转换成AC输出以驱动无线电力发送器16。开关电路可以根据应用的不同而变化。例如，开关电路可以包括多个开关，例如MOSFET，其被布置为半桥拓扑或全桥拓扑。

在这个实施例中，电力发送器16包括具有初级线圈32和镇流器电容器34的储能电路30以及具有重谐振器线圈42和重谐振器电容器41的重谐振器电路40，所述初级线圈32和镇流器电容器34被布置为形成串联谐振储能电路。术语初级电路可以被用来指整个储能电路30或用来指初级线圈32。术语初级重谐振器电路可以被用来指整个重谐振器电路40或用来指重谐振器线圈42。本发明不限于与串联谐振储能电路一起使用，而且可以替代地与其他类型的谐振储能电路一起使用，并且甚至与非谐振储能电路(例如单个电感器而不用匹配电容)一起使用。并且，尽管所示的实施例包括线圈，无线电源10可以包括替代的电感器或能够产生合适的电磁场的结构。本发明也不限于具有重谐振器电路的无线电力发送器。例如，如图10的所示实施例中所示出的，无线电力发送器30可以使用不具有重谐振器电路40的储能电路30发送电力。

控制系统14包括除了别的以外还被配置成操作开关电路20来产生所需要的电源信号给无线电力发送器16的部分。自适应控制系统14可以基于从远程设备12接收的通信来控制开关电路。本实施例的自适应控制系统14包括执行各种功能的控制电路，例如控制开关电路的定时，以及提取和解释通信信号。这些功能可以替代地由独立的控制器或其他专用电路处理。

除了或替代基于通信控制开关电路，控制系统14还可以基于来自传感器75的传感器输出控制无线电力的发送。该传感器可以能够感测无线电力发送器16中的一个或多个电力特性。例如，传感器75可以包括电流传感器和电压传感器，如图11的所示实施例中所示出的，其提供传感器输出给控制系统14。其他能够被感测的电力特性包括但不限于，有功功率，视在功率，以及相位。该控制系统14可以以该感测的信息作为调节运行参数的基础。与基于通信的控制相似，一个或多个调节的运行参数可以包括运行频率、干线电压，占空比，相位，和谐振频率中的至少一个。

现在将关于图1更详细地描述根据本发明的实施例的远程设备12。该远程设备12可以包括一般常规的电子设备，例如蜂窝电话，媒体播放器，手持无线电，照相机，手电筒或者基本上任何其他便携式电子设备。远程设备12可以包括电能存储设备，例如电池，电容器或超级电容器，或者其可以在不具有电能存储设备的情况下运行。与远程设备12的原则运行(principle operation)相关联(并且不与无线电力传输相关联)的部件是一般常规的，并因此将不再被详细描述。代替地，与远程设备12的原则运行相关联的部件一般被称作原则负载(principle load)50。例如，在蜂窝电话的情况下，不做出努力来描述与蜂窝电话自身相关联的电子部件。

该实施例的远程设备12一般包括无线接收器70，整流器54，次级通信收发器(未示出)，以及原则负载50。该远程设备12可以包括控制器。该无线接收器70可以包括具有次级线圈62和次级储能电容器61的次级储能电路60，以及具有次级重谐振器线圈68和次级重谐振器电容器67的次级重谐振器电路66。术语次级电路可以指次级储能电路或次级线圈。在一些实施例中，无线接收器可以不包括次级储能电容器。术语次级重谐振器电路可以指整个次级重谐振器电路或次级重谐振器线圈。在一些实施例中，远程设备12可以不包括次级重谐振器电路66，例如在图10的所示实施例中所示出的。在一些实施例中，次级重谐振器电路可以在中距离无线电源紧耦合适配器中被实施，这在下面将会更详细地讨论。

本发明不限于图1中所示实施例的无线接收器70的拓扑。替代的实施例，例如，可以包括均耦合到远程设备的整流电路54的次级储能电路60和次级重谐振器电路66，而不是如图1的所示实施例中示出的那样次级重谐振器电路66与次级储能电路60隔离。一个这样的实例实施例在图2的所示实施例中示出。

无线接收器70的另一个实例实施例在图11的所示实施例中被示出，其中远程设备包括自适应电力接收器和控制电路，类似于在于2012年9月11日提交的Baarman等人的题为“Wireless Power Control”的序号为61/699,643的美国专利申请中所描述的自适应谐振控制电路-其全部内容通过引用并入本文。图11的所示实施例中的远程设备12包括具有次级68的自适应电力接收器66，70，其被配置为在电力接收周期的一部分被通电和在电力接收周期的一部分被放电。例如，自适应电力接收器66，70可以在该周期的通电部分期间从负载50被电解耦以用作可以更容易被通电的高Q谐振电路。自适应电力接收器在放电部分期间可以被电耦合到负载以提供直接电路径，用来将来自被通电的自适应电力接收器66，70的电能传输到负载50。通过控制通电和放电部分的长度，提供给负载50的电力量可以被控制。

远程设备12可以包括具有控制器74和同步整流和自适应谐振控制电路72的控制系统78，控制系统78控制自适应电力接收器66，70的运行。如所示，控制系统78包括分离的控制器74及同步整流和自适应谐振控制电路72，但是在一些实施例中，控制系统78可以被集成。远程设备12也可以包括一个或多个传感器76，以监测自适应电力接收器66，70中的一个或多个电力特性。控制系统78可以基于来自该一个或多个传感器76的输出控制运行。例如，如图11的所示实施例中所示出的，远程设备包括电压和电流传感器76，其输出可以被控制系统78用来控制通电和放电部分的长度。

应当指出的是，本发明也不限于与串联谐振储能电路一起使用，并且可以替代地与其他类型的谐振储能电路一起使用，并且甚至与非谐振电路(例如单个电感器而不用匹配电容)一起使用。并且，尽管所示的实施例包括线圈，远程设备12可以包括替代的电感器或能够通过场接收电力或者响应于由无线电源10产生的变化的电磁场生成电能的结构。

整流器54和调节电路52将无线电力接收器70中生成的AC电力转换为用于负载50的运行的电力。在那些需要转换和调节DC电力的实施例中，调节电路52可以，例如，包括DC-DC变换器。在远程设备12中需要AC电力的应用中，整流器54可以不是必需的。在一些实施例中，调节电路可以是不必要的或者被实施为负载50的一部分。

尽管没有被示出，远程设备12可以包括适于通过与无线电源10的无线电力链路来调制和解调信息的次级通信收发器。替代地，独立的通信通道可以在远程设备和无线电源之间被建立，通信通道的功能可以由独立的控制器或者其他专用电路来处理。无线电源10和远程设备12可以被配置为使用基本上任何数据编码方案来通信。

C.运行方法.

在紧耦合无线电源系统中通常有两个线圈。L1，被称为初级线圈，是由无线电源驱动的线圈，L2，被称为次级线圈，是接收电力的线圈。

在中距离系统中，两个额外的线圈被使用。参照图3A-3B，现有技术的中距离电源的截面被示出。L1，初级线圈，是由逆变器20驱动的线圈。L2，初级重谐振器线圈，是具有与L1的固定耦合的高Q谐振初级线圈。L3，次级重谐振器线圈，是具有与L4的固定耦合的高Q谐振次级线圈。L4，次级线圈，是正如紧耦合那样连接到远程设备负载的线圈。尽管图3A-3B中示出的电源被设计用来在特定的距离运行，然而在替代的实施例中电源可以被设计为在不同的距离或在一定距离范围有效地运行。图3B示出了示范性的中距离电源系统，其中初级重谐振器和次级重谐振器被放置成相距大约1.875英寸。电源和远程设备之间的距离可以由便携式设备外壳、无线电源外壳和表面厚度来负责。在这个实例中，在初级线圈L1和次级重谐振器K1，3之间的耦合，以及在初级线圈L1和次级线圈L4之间的耦合在1.875英寸处相对低。在所描绘的现有技术的实例中，k1，3在约.031处被测量，并且k1，4在约.006处被测量。如图3B中所示的，由于充电器和远程设备之间的距离改变，不利的耦合可能会使效率退化和减少可用的电力传输，例如在所描绘的实施例中在0.75英寸处退化是显著的。例如，如图3B中所示的，在初级线圈L1和次级重谐振器之间的耦合大约为0.121，并且在初级线圈L1和次级线圈L4之间的耦合大约为0.046。由于耦合增加了，系统中的不需要的反射阻抗也增加了。尽管图3A-3B中的距离被示为特定的距离，然而应当指出的是这些距离是示例性的，并且被示出以突出常规的中距离无线电源中的距离的灵敏度。

常规的中距离无线电源可以在一定范围的距离内有效地传输能量。然而，该距离范围受到由不需要的耦合引起的反射阻抗限制。通过降低不需要的耦合，用于有效无线电力传输的距离范围可以被增大，并且在原始距离范围的效率可以被提高。

用于在中距离系统中传输无线电力的无线电力传输路径是从L1到L2，从L2到L3，和从L3到L4。特别地，初级线圈与初级重谐振器耦合，初级重谐振器与次级重谐振器耦合，以及次级重谐振器与次级线圈耦合。这个无线电力传输路径能够实现无线电力的有效传输。高Q重谐振器线圈L2，L3使无线电力能够被传输的比不包括它们时的距离更远。

目前，当试图在不同于被设计的距离的z距离的中距离初级上给次级供电时，次级可能不接收合适的电力量，或者电力传输可能是低效的。这至少部分地由于通过K1-3的相互耦合从L3和通过K1-4的相互耦合从L4反射回初级线圈L1的阻抗。反射阻抗可能比预期的更大，从而给定初级的设计，存在可以在初级线圈L1中产生有限的电流电平，从而可以产生有限的磁场水平。能被输送的电力被逆变器电压和反射阻抗限制。给定了反射阻抗和预期的电力电平，逆变器被限制在特定的水平。如果逆变器电压在它的极限处，那么可能不输送合适的电力。

例如，无线电源可以具有没有被保持在特定的z距离的逆变器电压、频率和线圈电流的特定极限。

通过降低初级线圈L1中的反射阻抗，可以生成所需的磁场量，并且可以传输所需的电力量到负载。反射阻抗可以通过选择合适的耦合降低元件和选择L1和L2的组合而被降低，L1和L2的组合允许包括L3和L4的次级在从甚至L1和L2的平面到远高于至少2的距离的任何z距离来接收合适的电力量。耦合降低元件的两个实例是屏蔽和物理分离线圈的空间。

降低反射阻抗的一个方法是在线圈之间放置护罩。护罩可以保持，阻止或降低线圈间的耦合量。通过策略地放置屏蔽，某些耦合可以被降低，而其他耦合可能不受阻碍。例如，在一个实施例中，屏蔽被置于初级线圈L1和远程设备之间，但是屏蔽不被放置在初级重谐振器和远程设备之间或初级线圈和初级重谐振器之间。屏蔽也允许获得薄外形用于无线电源，适配器或远程设备，因为在没有物理分离线圈的情况下耦合可以使用距离被降低，这可能造成更厚的线圈结构和最终更大的外形。

另一个降低反射阻抗，或维持或加强在无线发送器和无线接收器间的耦合范围的方法是相对于初级重谐振器线圈L2，42偏移初级线圈L1，32。通过偏移初级线圈L1，32，在这个意义上初级线圈L1，32不与初级重谐振器线圈L2，42同心地对准，与护罩结构相似的耦合的降低可以被实现，同时潜在地减少了初级线圈L1和屏蔽材料的尺寸和成本。在初级线圈L1，32和远程设备12的一个或多个线圈之间的耦合，例如在次级重谐振器线圈68和次级线圈L4，62之间的耦合，可以被降低或者甚至被最小化，因为初级线圈L1，32原则上被定位成远离远程设备12可能被放置用于电力传输的位置。

然而另一个方法是物理分离线圈。耦合系数(并且因此反射阻抗)被线圈之间的物理距离影响。从而，通过为系统中的每个线圈选择合适的物理距离，耦合可以被控制。例如，反射阻抗可以通过在距离上物理分离初级线圈L1与初级重谐振器L2，次级重谐振器L3，和次级线圈L4而被降低。初级线圈L1和初级重谐振器L2之间的距离可以被选择以维持用于无线电力传输的充足的耦合，同时在L1和L3之间以及L1和L4之间的距离可以被选择以降低或最小化耦合。

在替代的实施例中，耦合降低元件可以结合选择次级重谐振器L3而被使用，次级重谐振器L3可以适当地谐振和提供电力到一组特定的接收器，所述接收器原本被设计用来工作在紧耦合状态。耦合降低元件和L3重谐振器可以被包括在适配器中。

D.无线电源护罩实施例

参考图4，带有护罩的无线电源的一个实施例被示出。图4中示出的无线电源和便携式设备可以包括上面结合图1-2的无线电源和远程设备的描述所讨论的所有部件。由于图4实施例中的关注点在关于线圈L1，L2，L3，L4的屏蔽的位置上，无线电源和便携式设备的其他部件没有被示出。

初级线圈L1和初级重谐振器线圈L2被同心设置，并且被安装在无线电源内距离无线电源电力传输表面一固定距离处。在替代的实施例中，初级线圈L1和初级重谐振器线圈L2可以被不同地设置。例如，它们可以被不同心地设置，并且它们可以被安装在无线电源中的不同位置处，包括在离无线电力传输表面不同距离处。

次级线圈L4和次级重谐振器线圈L3被同心地设置，并被安装在便携式电气设备内距离远程设备无线电力传输表面一固定距离处。在替代的实施例中，次级线圈L4和次级重谐振器线圈L3可以被不同地设置。例如，它们可以被不同心地设置，并且它们可以被安装在无线电源中的不同位置处，包括在离无线电力传输表面不同距离处。

无线电源包括位于便携式设备内的放置在初级线圈L1和远程设备线圈之间，次级重谐振器线圈L3和次级线圈L4之间的护罩。通过将护罩放置在初级线圈L1和远程设备之间，初级线圈L1和次级重谐振器L3之间以及初级线圈L1和次级线圈L4之间的耦合系数被降低。这又降低了在L1中出现的反射阻抗的量。例如，在图4描绘的实施例中，初级线圈L1和次级重谐振器L3之间的耦合系数从0.121降低到0.051，并且初级线圈L1和次级重谐振器L3之间的耦合系数从0.046降低到0.016。耦合降低的量可能取决于中距离电源被设计的距离。在一些距离处，可能存在L1和L3，以及L1和L4之间的耦合的显著降低。在其他距离处，耦合的降低可能是最小的或不存在。耦合的降低在一定范围的距离内是有效的，其允许无线电源结合多种距离被使用，而不必使用复杂的控制方案来解决距离的变化。

在描绘的实施例中，无线电源被安装到桌子，并且便携式设备被选择性地置于桌上以接收电力。桌子，台面，和无线电源可能被安装的其他表面可以不具有均匀厚度。因此，在具有不同厚度的不同的桌子上安装无线电源和在同一位置给同一远程设备供电将会导致初级线圈L1和次级线圈L3，L4之间的距离不同。因为屏蔽降低了初级线圈和次级线圈之间的耦合，反射阻抗相对于其在没有屏蔽时的状况被降低了。例如，在图4实施例中，初级线圈L1和次级线圈L3，L4之间的z距离可以是大约1.75英寸。同样的电源在初级线圈L1和次级线圈L3，L4之间的z距离是不同量的情况下可以被有效地使用。图4中的桌子可以更薄，使得L1和L3，以及L1和L4之间的z距离更小，例如其可以为0.75英寸。在没有耦合降低元件的情况下，在该情况下为屏蔽，电源将不有效地工作(除非电源恰好被设计工作在大约0.75英寸)。在当前的实施例中，在引入了耦合降低元件的情况下观察到效率从30％到62％的改善。如所描述的那样，利用屏蔽，无线电源将能够在一定距离范围内有效地工作。在一些实施例中，当将L1和L3之间的距离增加了0.5英寸时，可以实现在0.5英寸Z空间居中的效率的20％的增加。

尽管无线电源在图4中被示为安装到桌子，无线电源可以与具有厚度的无线电力表面一体形成或者与其接合。在制造中取决于应用不同厚度的表面可以被接合。可替换地，在交易后，表面可以由改变无线电源的厚度的客户安装。本发明可以辅助确保可以得到有效的电源传输，即使相同的无线电源被安装在不同厚度的无线电源中。一个可能的应用是用于车辆充电站，在此无线电源被安装或嵌入表面例如地板中。车辆可以与无线电源对准并被无线地供电。初级侧部件和/或次级侧部件的尺寸、形状和部件值可以被调节以提供合适的电力量和距离范围用于车辆充电。通常，为了提供适于车辆充电的更大的距离范围，线圈尺寸将比当传输电力给手机电话时更大。例如，部件可以被选择来在远离初级线圈3英寸和12英寸之间提供车辆充电。这个更大的距离范围在例如车辆充电的应用中是有用的，其中线圈距离可以根据次级线圈和次级重谐振器被安装在车辆中的什么位置而大大变化。

在当前的实施例中，初级线圈L1是方形的8.8uH的由8匝线制成的线圈。初级线圈L1的内部尺寸是大约2.10”，而外部尺寸是大约2.875”。初级重谐振器线圈L2是方形的36uH的由12匝线制成的线圈。初级重谐振器L2的内部尺寸是大约4.035”，而外部尺寸是大约5.05”。初级线圈L1被物理放置在初级重谐振器L2的平面的中心。由铁氧体材料制成的与初级线圈L1相同尺寸的护罩被直接地放置在初级线圈L1的顶部。铁氧体是磁导材料。在替换实施例中，其他磁导材料可以代替铁氧体或作为铁氧体的补充。在这个实施例中的特别的部件选择允许便携式设备位于在L1的0.575”和1.575”之间的任何位置。在描述的实施例中，距离范围基于从初级重谐振器的顶部到次级重谐振器的底部的距离。L1厚度/位置可基于某些参数(耦合，ESR，电感等)改变，并且可以不是一致的。

在替换实施例中，为了调节无线电源可以有效地提供电力的距离范围，部件的不同值，形状和尺寸可以被选择。

E.无线电源偏移实施例

尽管在关于图4描述的屏蔽实施例中使用的屏蔽材料可以降低在初级线圈L1，32和次级线圈L4，62以及次级重谐振器线圈L3，68之间的耦合的量，但是关于图12A-16描述的各种偏移结构可以获得相似的结果。这些偏移结构还可以避免引起在次级线圈L4，62和次级重谐振器线圈L3，68中的电感变化，电感变化可能影响远程设备12的电力接收器70的谐振频率。如这里所描述的，如果调谐被显著地影响，传输的电力量或电力传输效率可能被限制。

在偏移位置，初级线圈L1，32可以关于初级重谐振器L2，42不同心，潜在地导致远程设备的反射阻抗降低或在初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器线圈L3，68之间的耦合降低。初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42可以被设置在偏移位置，在这个位置初级线圈L1，32被放置成沿着其一部分与初级重谐振器L2，42耦合。在这个偏移布置中的初级线圈L1，32可以原则上远离或不在可设置远程设备12用来电力传输的地方，潜在地降低或者甚至最小化了在初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的直接耦合。

现在参考图12A-16，具有偏移结构的无线电源的多种实施例被示出。图12A-16中示出的无线电源和便携式设备可以包括上面结合图1-2和10-11的无线电源和远程设备的描述所讨论的所有部件。由于图12A-16实施例中的关注点在初级线圈L1，32关于初级重谐振器线圈L2，42和远程设备12的一个或多个线圈的位置上，无线电源10和远程设备12的其他部件没有被示出。

本发明的针对偏移结构的各实施例可以实现在初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器线圈L3，68之间的耦合的降低。在偏移布置中，初级线圈L1，32可以被以多种方式被配置和放置以与初级重谐振器L2，42的一部分耦合。例如，初级线圈L1，32可以在初级重谐振器L2，42的一部分下面，但平行于初级重谐振器L2，42的该部分。初级线圈L1，32也可以缠绕在磁导或铁氧体棒上。利用这一布置，初级线圈L1，32电感可以接近等效于在本发明其他实施例中的初级线圈L1，32的电感，并且初级线圈L1，32和初级重谐振器之间的耦合可以接近等效于本发明其他实施例的初级线圈和初级重谐振器的电感。

作为另一个实例，初级线圈L1，32可以被配置得更小，并被置于与初级重谐振器L2，42相同但不同心的平面内。可替换地，初级线圈L1，32可以被放置得与初级重谐振器L2，42正交，或者初级重谐振器L2，42可以超出电力传输表面延伸到耦合区域用于与初级线圈L1，32耦合。

1.第一偏移实施例

在图12A-13B所示的实施例中，初级线圈L1，32可以是沿着初级重谐振器L2，42的一部分延伸的多层螺旋绕组。初级线圈L1，32可以被放置成使得在多层绕组中的每一层的共同部分与初级重谐振器L2，42的所述部分相邻。利用该偏移结构，初级线圈L1，32可以原则上与初级重谐振器L2，42的所述部分耦合，而不是基本上与整个初级重谐振器L2，42耦合。

换句话说，偏移布置可以使初级线圈L1，32能够基本上与初级重谐振器L2，42的一些但不是所有部分耦合，因此，尽管关于初级重谐振器L2，42偏移，初级线圈L1，32仍可以激励初级重谐振器L2，42。利用以这种方式激励的初级重谐振器L2，42，电力可以传输到远程设备12，同时降低初级线圈L1，32和次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62之间的耦合。

应该理解的是初级线圈L1，32的绕组轴可以关于初级重谐振器L2的绕组轴改变。然而，为了公开的目的，在图12A-B描述的实施例中的初级线圈L1，32的绕组轴可以基本上与初级重谐振器L2，42的绕组轴正交。并且，在图13A-B所示的实施例中，初级线圈L1，32的绕组轴可以基本上与初级重谐振器L2，42的轴平行，或者换而言之，初级线圈L1，32沿与初级重谐振器L2，42延伸所在的主平面正交的主平面延伸。

接近度和长度，在该接近度和长度上初级线圈L1，32耦合到初级重谐振器L2，42的一部分，可以影响它们之间的耦合的程度。这些因素除了别的之外还可以取决于所需的耦合程度根据应用的不同而变化。

在初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合程度的增加和降低之间存在潜在的折衷。例如，随着耦合增加，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的关系可能潜在地阻碍无线电力的传输。并且，随着初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合增加，可能存在初级线圈L1，32和次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62之间的不需要的耦合的合成增加。然而，随着耦合降低，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合关系可能不允许合适的能量传输到远程设备。通过改变初级线圈L1，32耦合到初级重谐振器L2，42的一部分所在的长度，除了其他设计参数以外，耦合程度可以增加或降低。

在示出的实施例中的无线电源10可以包括平矩形条形式的磁导33，初级线圈L1，32可以围绕该磁导被缠绕。磁导33可以工作来集中和引导由初级线圈L1，32产生的通量，从而初级线圈L1，32保持与初级重谐振器L2，42的充分耦合用于电力传输。磁导33可以由与在此描述的屏蔽结构中使用的那些材料相似的材料形成，包括例如铁氧体。应该理解的是本发明不限于矩形条形式的磁导33，或者不限于具有磁导33的结构。在一些实施例中，例如，初级线圈L1，32可以被配置用于在没有磁导33的情况下与初级重谐振器L2，42充分耦合。

如图12B和13B的实施例中所示的，初级线圈L1，32可以纵向围绕或沿磁导33的长轴缠绕。磁导33的长轴连同初级线圈L1，32一起可以被放置得接近初级重谐振器L2，42的一部分，以便与其耦合。如可以在图12A-12示出的实施例中看到的那样，初级线圈L1，32被直接地放置在初级重谐振器L2，42的一部分的下面，使得初级重谐振器L2，42被设置在无线电源10的电力传输表面和初级线圈L1，32之间。在图13A-13B的示出的实施例中，初级线圈L1，32被直接放置得与初级重谐振器L2，42的一部分相邻，使得初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42关于无线电源10的电力传输表面共面。

使用图12A-13B的实施例中所示的偏移布置，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合可以与关于图4描述的屏蔽实施例中获得的耦合相似。初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合也可以被降低，如上所提到的。这样，初级重谐振器L2，42和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合可以比初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合大可能几个数量级。

为了公开的目的，图12B和13B的示出的实施例的具体的尺寸和特性现在将被描述。然而，应该理解的是在无线电源10内的部件的结构和布置，包括磁导33，初级线圈L1，32，和初级重谐振器L1，42，可以取决于所需的耦合而改变，并且预期有多种偏移布置。在图12B和13B的示出的实施例中，初级线圈L1，32包括缠绕在尺寸为53mm×10.5mm×2.6mm的磁导33的长轴上的七匝线。初级线圈L1，32的电感为大约4uH。初级重谐振器L2，42包括由12匝线制成的方形的36uH线圈。初级重谐振器L2，42的内部尺寸是4.035英寸，而外部尺寸是5.05英寸。在这个结构中，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合在0.1到0.2的范围之内，而初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合在0到0.005的范围之内。

在用于本实施例的实例无线电源中的线和磁导材料的量与用于图4的示出的实施例的实例无线电源的线和护罩中的量之间的比较表明通过利用偏移结构在材料上的可能的减少。磁导材料的体积从约7300mm³降低到1450mm³，并且用于初级线圈L1，32的线的量从1850mm降低到800mm。

2.第二偏移实施例

图14A-14B的示出的实施例与一些其他的偏移实施例相似，除了几个例外。如同在图12A-13B的示出的实施例中那样，图14A-14B的示出的实施例中的初级线圈L1，32相对于初级重谐振器L2，42偏移或不同心。同样，这个实施例中的初级线圈L1，32与初级重谐振器L2，42的一部分邻近并沿着初级重谐振器L2，42的一部分延伸。然而，在这个实施例中，初级线圈L1，32可以是单层螺旋绕组的形式。替换地，初级线圈L1，32可以是多层螺旋绕组。形状和绕组结构可以依据所需的与初级重谐振器L2，42的耦合量而改变。

如同在图12A-13B的示出的实施例中那样，初级L1，32的绕组轴可以关于初级重谐振器L2，42的绕组轴变化，但是原则上初级L1，32可以被放置成使得其耦合到初级重谐振器L32，42的一部分。例如，如图14A-14B的示出的实施例中所示的，初级线圈L1，32的绕组轴平行于初级重谐振器L2，42的绕组轴，并且耦合到其一部分。进一步地，初级线圈L1，32与初级重谐振器L2，42共面。因此，尽管关于初级重谐振器L2，42偏移，初级线圈L1，32能够激励初级重谐振器L2，42，并且电力可以被传输到远程设备12，同时初级线圈L1，32和次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62之间的耦合降低。

在图14A中看到的这个实施例的偏移结构或许是最好的。如所示的，初级线圈L1，32可以关于初级重谐振器L2，42不同心或以初级重谐振器L2，42为界。然而，初级线圈L1，32被放置成使得其与初级重谐振器L2，42的一部分耦合，使电力能够从初级重谐振器L2，42传输到次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62。通过放置初级线圈L1在初级重谐振器L2，42的主电力传输区域之外或者远离该主电力传输区域，初级重谐振器L2，42和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合可以比初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合大可能几个数量级。

在这个实施例中示出的初级线圈L1，32没有关联的磁导，但在替代的实施例中，可以有与关于图12A-13B描述的磁导33相似的关联的磁导。

3.第三偏移实施例

图15的示出的实施例与一些其他的偏移实施例相似，除了几个例外。如同在图12A-14B的示出的实施例中那样，图15的示出的实施例中的初级线圈L1，32可以相对于初级重谐振器L2，42偏移或不同心。同样，这个实施例中的初级线圈L1，32与初级重谐振器L2，42的一部分邻近并沿着初级重谐振器L2，42的一部分延伸。然而，在这个实施例中，初级重谐振器L2，42可以形成两个独立区域：用于与远程设备12耦合的电力传输区域35，和用于与初级线圈L1，32耦合的初级耦合区域37。通过使用独立区域，次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62可以在电力传输区域35内与初级重谐振器L2，42耦合，并且可能避免与初级线圈L1，32的显著耦合。亦即，远程设备12可以位于与初级耦合区域37分离的电力传输区域35中，从而与初级线圈L1，32的耦合被降低，或者甚至可能被最小化。

初级线圈L1，32可以以多种方式被放置和配置在初级耦合区域37中，包括关于图12A-14B描述的各种位置和结构中的任何一种。例如，初级线圈L1，32可以在初级耦合区域37内被直接地放置在初级重谐振器L2，42的所述部分之上或者下面。作为另一个实例，初级线圈L1，32可以邻近初级重谐振器L2，42和以初级重谐振器L2，42为界或不以初级重谐振器L2，42为界。

在图15的示出的实施例中，初级线圈L1，32以初级重谐振器L2，42为界和邻近初级重谐振器L2，42。初级重谐振器L2，42被构造成使得其有界区域的大部分被用于电力传输区域35，并且小得多的区域被用于初级耦合区域37以与初级线圈L1，32耦合。利用这种结构，初级重谐振器L2，42和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合可以比初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的耦合大可能几个数量级。例如，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合可以在0.1到0.2的范围之内，而初级线圈L1，32和次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62之间的耦合可以在0到0.005的范围之内。

4.第四偏移实施例

图16的示出的实施例与一些其他的偏移实施例相似，除了几个例外。如同在图12A-15的示出的实施例中那样，图16的示出的实施例中的初级线圈L1，32可以相对于初级重谐振器L2，42偏移或不同心。然而，在这个实施例中，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42共用磁心39，磁心39可以由与关于一些其他偏移实施例描述的磁导33相似的磁导材料或铁氧体材料形成。所示实施例中的磁心39是环形磁心，部分初级线圈L1，32和部分初级重谐振器L2，42缠绕其上。初级重谐振器L2，42被缠绕得比初级线圈L1，32松，因此提供充电区域35用于定位次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68。

与图16示出的实施例相似的偏移布置，包括磁心39的环形结构，可以使初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间能够耦合，同时可能避免初级线圈L1，32和次级线圈L4，62和次级重谐振器L3，68之间的显著耦合。进一步地，改变初级线圈L1，32和次级线圈L4，62缠绕在磁心39上的匝数可以允许耦合如所需的那样增加或降低。

例如，在缠绕在磁心39上的初级线圈L1，32为七匝，并且缠绕在磁心39上的初级重谐振器L2，42为三个八匝的情况下，初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合可以在0.15到0.2的范围之内，而初级线圈L1，32和次级重谐振器L3，68和次级线圈L4，62之间的耦合可以显著地小了可能几个数量级。

取决于所需的结构，初级线圈L1，32和初级重谐振器线圈L2，42被缠绕在磁心39上的匝数可以被调节以影响它们之间的耦合的量。如这里所提到的，在初级线圈L1，32和初级重谐振器L2，42之间的耦合的增加和减少之间有潜在的折衷。通过选择合适的匝数，和由此所需的耦合，无线电源可以被配置来在一个宽距离范围内有效地传输电力到远程设备。

F.无线电源物理分离实施例

参见图5，具有与初级重谐振器线圈L2物理分离的初级线圈L1的无线电源的一个实施例被示出。图5示出的无线电源和便携式设备可以包括上面结合图1-2的无线电源和远程设备的描述所讨论的所有部件。由于图5实施例中的关注点在线圈的位置上，无线电源和便携式设备的其他部件没有被示出。

图5中的耦合降低部件是空间(space)。在一个实施例中，该空间可以由初级电路和初级重谐振器之间的预定距离来限定。在另一个实施例中，该空间可以由初级电路和无线电力传输表面之间的预定距离来限定。该空间可以填充有空气，塑料，或另一低导电或不导电材料。

通过物理分离初级线圈L1与远程设备，L1和L3以及L1和L4之间的耦合系数降低。这又降低了L1中出现的反射阻抗的量。为了有效的无线电力传输，初级电路和初级重谐振器之间的空间降低了初级电路和初级重谐振器之间的耦合，其足以实质上降低反射阻抗，而不实质上阻碍所述初级电路和所述初级重谐振器之间的耦合。

在图示实施例中，L1为方形的由9匝线制成的23uH线圈。L1的内部尺寸是4.035”，而外部尺寸是4.88”。L2是方形的由12匝线制成的36uH线圈。L2的内部尺寸是4.035”，而外部尺寸是5.05”。L1被物理地放置成与L2中间对齐但比L2低了0.75”。这允许远程设备位于L1的1.325”和2.325”之间的任何位置。整个距离根据从线圈的边缘的距离而被提供。

G.无线电源适配器实施例

在中距离无线电源系统和紧耦合系统之间的兼容性是需要的。包含重谐振器线圈L3的适配器可以被提供，其可以使得仅具有次级线圈L4的紧耦合远程设备能够与中距离系统一起被使用。

在中距离系统中次级重谐振器L3和次级线圈L4被设计成处于固定距离的环境中，意味着L3/L4耦合和电感通常不会变化。两个线圈都旨在被具体实施在便携式设备中。当适应被设计用来紧耦合以与中距离系统一起工作的次级线圈L4时，重谐振器L3可以被选择来与中距离和紧耦合系统一起有效地工作。

当试图将紧耦合次级放置在中距离初级时，因为其不包括次级重谐振器L3线圈，次级可能不接收它需要的电力量或者电力传输可能是低效的。这归因于L3的谐振和将磁场集中到L4线圈的能力。在没有被适当设计用于紧耦合的重谐振器线圈L3的情况下，反射阻抗可能比预期的要大，并且给定无线电源系统容限，例如最大逆变器电压，允许的工作频率范围，和最大线圈电流限值，存在有限的电流电平，其可以在初级线圈L1中产生，并且从而可以产生有限的磁场水平。

通过独立地优化彼此间的耦合，次级重谐振器L3可以被配置来实现所需的耦合，以使中距离初级适应紧耦合次级。

一个实施例通过在距离上物理分离L4与L1，L2，和L3而工作。在另一组实施例中，护罩结合一个或多个次级重谐振器协同工作以降低耦合和反射阻抗。

1.适配器护罩实施例

参见图6A-6B，护罩被设置在第一次级重谐振器L3和第二次级重谐振器L3’之间。如可以在图6A的电路图中看到的，两个次级重谐振器被串联地电连接。如图6B所示的，屏蔽材料被放置于第一次级重谐振器L3和第二次级重谐振器之间，这优化了L3/L2耦合系数。来自可能更大的L3和通量集中器的耦合增加。L3’被放置成优化L3’到L4的耦合。而L3和L3’被串联地电连接，它们通过护罩被磁隔离，因而允许独立调节在L3/L2和L3/L4之间的耦合系数，同时提供薄线圈结构。该屏蔽也可以防止从L3产生的杂散磁场干扰便携式设备。护罩，L3，L3’，和L4的布置允许针对可控性和效率优化中距离系统。

L3和L3’线圈的尺寸，形状和值可以根据不同应用而变化。在当前实施例中，L3和L3’线圈的特性被选取以优化L2/L3和L3’/L4之间的耦合。护罩共享L3线圈的一般尺寸，并且由柔性的或者易碎的铁氧体材料制成。如可以在图6B中看到的，护罩可以具有用来放置L3’线圈的部分。柔性铁氧体材料可以成型使得L3和L3’位于同一平面内，这能够允许紧耦合L4位于远离L3’的距离范围处。

参见图8，代替两个次级重谐振器，单个的次级重谐振器可以具有屏蔽的部分和未屏蔽的部分。未屏蔽的部分耦合到L4，并允许L4和L3之间的耦合的控制和优化。整个L3线圈仍然耦合到L2以从初级重谐振器L2接收无线电力。如图8中所示，L3被放置得邻近在其中具有孔的护罩，并且护罩位于L3和L4之间。这独立地控制了L3/L4和L3/L2之间的耦合。通过放置具有孔的护罩在L3/L4之间，L2/L3和L3/L4之间的耦合系数可以通过磁护罩中的孔尺寸被独立地控制。这允许针对可控性和效率优化中距离系统。

在这个实施例中，L3线圈是圆形的。与L3同样尺寸的由柔性或易碎的铁氧体材料制成的护罩被放置得与L3直接相邻。护罩具有孔，其允许紧耦合线圈L4位于远离L3的距离范围处。

参见图9，护罩不具有孔，而是可以通过磁铁达到饱和以提供磁孔隙。磁铁可以为了磁场开孔以从L3耦合到L4。孔的特征例如尺寸可以通过使用不同强度的磁铁被调节。磁铁还可以加倍作为用于便携式设备的吸引体以对齐L4和L3。尽管磁铁位于适配器中，在替代的结构中磁铁可以位于次级设备中以打开护罩中的孔隙。通过在L3/L4之间放置具有磁铁的护罩，L2/L3和L3/L4之间的耦合系数可以被独立地控制。在护罩中心的磁铁有效地使磁护罩达到饱和。当磁护罩达到饱和时，材料的相对磁导率接近1。这允许磁场通过。这种现象允许L3的一些绕组比其他绕组更好地与L4耦合。这提供了独立地调节L2/L3耦合和L3/L4耦合的能力。这允许针对可控性和效率优化中距离系统。

在当前的实施例中，L3是圆形线圈。护罩具有与L3同样的尺寸并且由柔性或易碎的铁氧体材料制成，其被放置得邻近L3。磁铁被放置得接近护罩的中心。磁铁的磁场强度可以变化。这一结构可以允许紧耦合L4位于远离L3的距离范围。在描述的实施例中，该距离范围小于25英寸。

2.适配器物理分离实施例

参见图7，为了降低耦合系数，次级重谐振器线圈可以与电力传输表面(以及与L4线圈)物理地隔开。通过从L4物理地隔开L3，L3和L4以及L3和L2之间的耦合系数可以被独立地控制。这允许针对可控性和效率优化中距离系统。

图7中的耦合降低元件是空间。在一个实施例中，该空间可以由次级电路和次级重谐振器之间的预定距离来限定。在另一个实施例中，该空间可以由次级重谐振器和无线电力传输表面之间的预定距离来限定。该空间可以填充有空气，塑料，或另一低导电或不导电材料。

通过从远程设备的次级线圈L4物理地分离次级重谐振器L3，L4和L1以及L4和L2之间的耦合系数被降低。这又降低了L4中出现的反射阻抗的量。为了有效的无线电力传输，次级重谐振器L3和次级线圈L4之间的空间降低了次级重谐振器L3和次级线圈L4之间的耦合，其足以实质上降低反射阻抗，而不实质上阻碍次级重谐振器L3和次级线圈L4之间的耦合。

方向术语例如“垂直”，“水平”，“顶部”，“底部”，“上部”，“下部”，“内部”，“向内”，“外部”和“向外”被用来基于图中所示的实施例的取向来帮助描述本发明。方向术语的使用不应被阐释为将本发明限制到任何特定的(多个)取向。

上面的描述是本发明的当前实施例的描述。在不脱离本发明的精神和更广泛的方面的情况下，可以作出各种替代和变化，如在所附的权利要求中限定的，其将根据包括等同原则的专利法的原则被阐释。本公开被呈现用于说明的目的，并且不应被解释为本发明的所有实施例的详尽描述，或者将权利要求的范围限制到结合这些实施例所示或所描述的特定元件。例如，并且没有限制地，所描述的发明的任何单独的元件可以被提供基本类似的功能或者以其他方式提供足够的操作的替代元件所代替。这包括，例如，目前已知的替代元件，例如那些本领域技术人员目前可能已知的元件，以及可以在将来开发的替代元件，例如那些本领域技术人员在开发时认识到作为替代的元件。进一步地，所公开的实施例包括被一致描述的多个特征，并且该多个特征可以合作地提供许多好处。本发明并不局限于那些包括所有这些特征或者提供所有所述好处的实施例，除非在提出的权利要求中在某种程度上另外明确阐述。例如使用冠词“一”，“一个”，“该”或“所述”对单数形式的权利要求元件的任何引用，不应被解释为将该元件限制为单数。

Claims (47)

1.一种用于无线地提供电力到远程设备的无线电源系统，所述无线电源包括：

初级电路；和

初级重谐振器电路；

次级重谐振器电路；和

次级电路；

用于传输无线电力的无线电力传输路径，所述无线电力传输路径包括耦合所述初级电路到所述初级重谐振器电路，耦合所述初级重谐振器电路到所述次级重谐振器电路，和耦合所述次级重谐振器电路到所述次级电路；和

耦合降低元件，用于在无线电力传输期间通过降低下述中的至少一个之间的耦合来降低反射阻抗：

所述初级电路和所述次级重谐振器电路，

所述初级电路和所述次级电路，

所述次级电路和所述初级重谐振器电路，以及

所述次级电路和所述初级电路；

其中所述耦合降低元件不实质上阻碍所述无线电力传输路径中的耦合。

2.权利要求1的无线电源系统，其中在无线电力传输期间所述初级电路和所述次级重谐振器电路之间的所述耦合低于第一预定阈值，并且其中在无线电力传输期间所述初级电路和所述次级电路之间的所述耦合低于第二预定阈值。

3.权利要求1的无线电源系统，其中在无线电力传输期间所述次级电路和所述初级重谐振器电路之间的所述耦合低于第一预定阈值，并且其中在无线电力传输期间所述次级电路和所述初级电路之间的所述耦合低于第二预定阈值。

4.权利要求1的无线电源系统，其中所述无线电源被配置以提供无线电力到在一定距离范围的远程设备。

5.权利要求4的无线电源系统，其中所述距离范围为75英寸到2英寸。

6.权利要求1的无线电源系统，其中所述耦合降低元件是护罩。

7.权利要求6的无线电源系统，其中所述护罩被放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和所述初级电路之间的耦合高于预定阈值。

8.权利要求6的无线电源系统，其中所述护罩被放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和次级重谐振器电路之间的耦合高于预定阈值。

9.权利要求1的无线电源系统，其中所述耦合降低元件是由所述初级电路和所述初级重谐振器之间的预定距离所限定的空间。

10.权利要求9的无线电源系统，其中为了有效的无线电力传输，所述初级电路和所述初级重谐振器之间的所述空间降低了所述初级电路和所述初级重谐振器之间的耦合，其足以实质上减少反射阻抗，而不实质上阻碍所述初级电路和所述初级重谐振器之间的耦合。

11.权利要求1的无线电源系统，其中所述耦合降低元件是由所述次级电路和所述次级重谐振器初级电路之间的预定距离所限定的空间。

12.权利要求11的无线电源系统，其中为了有效的无线电力传输，所述次级电路和所述次级重谐振器之间的所述空间降低了所述次级电路和所述次级重谐振器之间的耦合，其足以实质上减少反射阻抗，而不实质上阻碍所述次级电路和所述次级重谐振器之间的耦合。

13.权利要求1的无线电源系统，其中所述耦合降低元件是由所述初级电路和无线电力传输表面之间的预定距离所限定的空间。

14.权利要求1的无线电源系统，其中所述耦合降低元件是由所述次级重谐振器电路和无线电力传输表面之间的预定距离所限定的空间。

15.一种用于无线地提供电力的无线电源系统，所述无线电源包括：

无线电源，其包括：

初级电路；和

初级重谐振器电路；

远程设备，其包括：

次级重谐振器电路；和

次级电路；

护罩，其通过降低耦合来在无线电力传输期间降低反射阻抗，所述护罩被放置在下述中的至少一个之间：

所述初级电路和所述次级重谐振器电路，

所述初级电路和所述次级电路，

所述次级电路和所述初级重谐振器电路，以及

所述次级电路和所述初级电路；

其中所述护罩不实质上阻碍下述之间的耦合：

所述初级电路和所述初级重谐振器电路，

所述初级重谐振器电路和所述次级重谐振器电路，以及

所述次级重谐振器电路和所述次级电路。

16.权利要求15的无线电源系统，其中所述护罩被放置在所述初级电路和所述次级重谐振器电路之间，并且所述护罩被放置在所述初级电路和所述次级电路之间。

17.权利要求15的无线电源系统，其中所述护罩被放置在所述次级电路和所述初级重谐振器电路之间，并且所述护罩被放置在所述次级电路和所述初级电路之间。

18.权利要求15的无线电源系统，其中所述无线电源被配置以提供无线电力到在一定距离范围的远程设备。

19.权利要求18的无线电源系统，其中所述距离范围为在初级重谐振器电路和所述次级重谐振器电路之间75英寸到2英寸。

20.权利要求15的无线电源系统，其中所述护罩被放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和所述初级电路之间的耦合高于预定阈值。

21.权利要求15的无线电源系统，其中所述护罩被放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和所述次级重谐振器电路之间的耦合高于预定阈值。

22.一种用于无线地传输电力到远程设备的无线电源，所述无线电源包括：

无线电力传输表面；

初级电路；

初级重谐振器电路；和

护罩，其被放置在所述初级电路和所述无线电力传输表面之间，以通过降低所述初级电路和远程设备之间的耦合来在无线电力传输期间降低反射阻抗，其中所述护罩不实质上阻碍无线电力传输到远程设备。

23.权利要求22的无线电源，其中在无线电力传输期间所述初级电路和远程设备之间的所述耦合低于预定阈值。

24.权利要求22的无线电源，其中所述无线电源被配置以提供无线电力到在一定距离范围的远程设备。

25.权利要求24的无线电源，其中所述距离范围为在所述初级重谐振器电路和远程设备之间.75英寸到2英寸。

26.权利要求22的无线电源，其中所述护罩被进一步放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和所述初级储能电路之间的耦合高于预定阈值；以及

27.权利要求22的无线电源，其中所述护罩被进一步放置成使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器电路和远程设备之间的耦合高于预定阈值。

28.一种中距离无线电源紧耦合适配器，用于将来自无线电源的电力中继到具有次级电路的远程设备，该适配器包括：

无线电力传输表面；

次级重谐振器电路；

护罩，其被放置在所述次级重谐振器电路和所述无线电力传输表面之间，以通过降低所述远程设备与中距离无线电源紧耦合适配器和无线电源中的至少一个之间的耦合来在无线电力传输期间降低反射阻抗。

29.权利要求28的中距离无线电源紧耦合适配器，其中所述次级重谐振器电路包括第一次级重谐振器和第二次级重谐振器，其中所述护罩被放置在所述第一次级重谐振器和所述第二次级重谐振器之间，并且其中所述第一次级重谐振器和所述第二次级重谐振器串联地电连接。

30.权利要求28的中距离无线电源紧耦合适配器，其中所述次级重谐振器电路包括被屏蔽的次级重谐振器部分和未被屏蔽的次级重谐振器部分，其中所述护罩被放置在所述被屏蔽的次级重谐振器部分和远程设备之间。

31.一种用于无线地传输电力到远程设备的无线电源，所述无线电源包括：

无线电力传输表面；

初级重谐振器，其能够传输无线电力到远程设备的次级和远程设备的次级重谐振器中的至少一个；

初级，其能够与所述初级重谐振器的一部分形成感应耦合，其中所述感应耦合激励初级重谐振器以无线地传输电力，其中所述初级关于所述初级重谐振器被偏移，使得所述感应耦合比所述初级与所述次级和所述次级重谐振器中的至少一个之间的感应耦合大；以及

由此来自所述次级和所述次级重谐振器中的至少一个的反射阻抗被降低，在所述初级和所述初级重谐振器的所述部分之间的所述感应耦合没有显著降低。

32.如权利要求31所述的无线电源，其中利用所述偏移，所述初级被放置得接近所述初级重谐振器的所述部分，其中所述初级远离所述无线电力传输表面的电力传输区域。

33.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级关于所述初级重谐振器不同心。

34.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级的绕组轴与所述初级重谐振器的绕组轴正交。

35.如权利要求34所述的无线电源，其中所述初级在所述初级重谐振器的所述部分的下面。

36.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级的绕组轴与所述初级重谐振器的绕组轴平行。

37.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级相对于所述初级重谐振器共面。

38.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级是多层螺旋绕组。

39.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级以所述初级重谐振器为界，并与所述初级重谐振器共面，其中所述初级重谐振器的所述部分邻近所述初级，并且其中所述初级重谐振器的所述部分和所述初级被放置在所述无线电力传输区域的电力传输区域以外的耦合区域中。

40.如权利要求31所述的无线电源，进一步包括所述初级缠绕其上的磁导。

41.如权利要求40所述的无线电源，其中所述磁导材料是矩形的并且基本上是平的，其中所述初级被端对端地缠绕在所述磁导材料的最长尺寸上，并且其中所述磁导沿所述最长尺寸邻近所述初级重谐振器的所述部分。

42.如权利要求40所述的无线电源，其中所述磁导材料是所述初级和所述初级重谐振器缠绕其上的环形磁心；并且

其中所述初级重谐振器的绕组限定远离所述初级的有界电力传输区域，使得所述初级和所述初级重谐振器之间的所述感应耦合比在所述有界电力传输区域中所述初级和所述次级与所述次级重谐振器中的至少一个之间的感应耦合大。

43.如权利要求42所述的无线电源，其中初级重谐振器的一匝或多匝位于环形磁心外。

44.如权利要求31所述的无线电源，其中所述无线电源被配置以提供无线电力到在一定距离范围的远程设备。

45.如权利要求44所述的无线电源，所述距离范围为在所述初级重谐振器电路和所述次级重谐振器电路之间.75英寸到2英寸。

46.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级被偏移使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器和所述初级之间的所述感应耦合高于预定阈值。

47.如权利要求31所述的无线电源，其中所述初级被偏移使得在无线电力传输期间所述初级重谐振器和所述次级重谐振器之间的感应耦合高于预定阈值。

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