CN104203641A - 无线功率传递装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示用于无线功率传递并且尤其是对例如电动车等远端系统的无线功率传递的方法和设备。在一个方面中，提供一种无线功率传递装置，其包括遮罩着至少一个组件的罩壳，所述罩壳的第一部分容纳凝固的第一可流动介质，并且所述罩壳的第二部分容纳第二凝固的可流动介质，所述第二凝固的可流动介质具有与所述第一凝固的可流动介质的密度不同的密度。所述罩壳可包含定位部分，所述定位部分与在所述罩壳内凝固的可流动介质接触。在另一方面中，提供一种制造无线功率传递装置的方法。在制造期间，可以装载所述装置的罩壳以维持期望的形状，同时将至少一个组件和可凝固的可流动介质引入到所述罩壳中。

Description

无线功率传递装置及制造方法
技术领域
技术领域总体上涉及无线功率传递，并且更具体来说涉及与对例如电池供电的车辆等远端系统的无线功率传递有关的装置、系统和方法。更具体来说，技术领域涉及用于制造无线功率传递系统中使用的无线功率传递装置的布置。
背景技术
已经引入例如车辆等远端系统，其包含从由例如电池等能量储存装置接收的电力导出的动力。举例来说，混合动力电动车包含车载充电器，其使用来自车辆制动和电机的功率给车辆充电。完全电力的车辆一般从其它源接收电力来给电池充电。通常提议通过例如家用或商用AC电源等某种类型的有线交流电(AC)给电池电动车(电动车)充电。有线充电连接必需被物理上连接到功率源的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器有时候可能不方便或者麻烦，并且具有其它缺点。
能够(例如，经由无线场)在自由空间中传递要用于给电动车充电的功率的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些不足。如此，需要高效地并且安全地传递用于给电动车充电的功率的无线充电系统和方法。
无线功率传递系统可以利用感应式功率传递(IPT)在底座与拾取器功率装置之间传递功率。在车辆使用的背景下，装置可以位于地面上，并且因此在冲击和压缩力方面(特别是来自在上面开车)还有暴露于元素(特别是水)方面经受恶劣状况。通过在装置的构造中使用厚的护套以增加机械强度或者通过将底座装置嵌入在地面里，可以实现对装置的保护。然而，总体上期望减少装置的物理占地面积，这既是为了美观上的吸引力，也是为了容易安装。还期望尽量减小底座与拾取装置之间的屏蔽程度以减少对功率传递的影响。此外，可能期望减小装置特别是安装到车辆上的装置的重量。
发明内容
属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意在解决前述目的中的至少一者的若干方面，其中没有哪单个方面单独负责本文中描述的期望属性。本文中描述了一些显著特征，而并不限制所附权利要求书的范围。
附图和下面的描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节。从描述、图式和权利要求书中将清楚其它特征、方面和优点。请注意，下面各图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。
本发明的一个方面涉及一种无线功率传递装置。一些实施例的装置包含(举例来说)罩壳、遮罩在罩壳内的经配置以无线地接收和发射功率的线圈，以及容纳在所述罩壳的围绕所述线圈的至少一部分的第一部分中的凝固的第一可流动介质。在一些实施例中，所述罩壳的第二部分包含凝固的第二可流动介质，其具有与所述凝固的第一可流动介质的密度不同的密度。在一些实施例中，所述装置进一步包含磁性可渗透部件。所述磁性可渗透部件的至少一部分固持在所述凝固的第二可流动介质内。在一些实施例中，所述罩壳包含与所述凝固的第一可流动介质接触的定位部分。在一些此些实施例中，所述定位部分是底切部分。在其它实施例中，所述定位部分是罩壳中的小孔。在另外其它实施例中，所述定位部分是罩壳中的突出部。一些实施例的罩壳由基本上耐化学性的材料制成。在一些实施例中，所述罩壳是由聚乙烯制成的。
本发明的另一方面提供一种制造无线功率传递装置的方法，所述装置包含罩壳和遮罩在罩壳内的线圈。各种实施例的线圈经配置以无线地接收和发射功率。一些实施例的方法包含(举例来说)将线圈引入到罩壳中；将第一可流动介质引入到罩壳中；以及使得第一可流动介质凝固，并且形成占据罩壳的围绕线圈的至少一部分的第一部分的凝固的第一可流动介质。在一些实施例中，所述第一可流动介质基本上填满所述罩壳。在一些实施例中，所述第一可流动介质是环氧树脂。在一些实施例中，所述无线功率传递装置的罩壳包含定位部分，一旦所述第一可流动介质已经凝固，所述定位部分就与所述凝固的第一可流动介质接触。
在一些实施例中，所述方法进一步包含将第二可流动介质引入到所述罩壳中，并且使得所述第二可流动介质凝固，并且形成占据罩壳的第二部分的凝固的第二可流动介质。在各种实施例中，第二可流动介质具有与第一可流动介质的密度不同的密度。在一些此些实施例中，第二可流动介质具有比第一可流动介质低的密度。一些实施例的第二可流动介质是环氧树脂与具有比环氧树脂低的密度的第二材料的混合物。在一些实施例中，在第一可流动介质已经凝固之后引入第二可流动介质。在一些实施例中，第一可流动介质和第二可流动介质一起基本上填满所述罩壳。在所述方法的一些实施例中，所述无线功率传递装置包含磁性可渗透部件。此外，在一些此些实施例中，所述方法包含将所述第一可流动介质引入到所述罩壳中，使得一旦所述第一可流动介质凝固，就即刻将所述线圈固持在所述凝固的第一可流动介质内。此些实施例的方法还包含将第二可流动介质引入到罩壳中，并且使得第二可流动介质凝固，以便将磁性可渗透部件的至少一部分固持在凝固的第二可流动介质内。在一些实施例中，将所述磁性可渗透部件的一部分固持在所述凝固的第一可流动介质内。在其它实施例中，通过所述凝固的第二可流动介质封围所述磁性可渗透部件。在另外其它实施例中，通过所述凝固的第一可流动介质和所述凝固的第二可流动介质两者封围所述磁性可渗透部件。
根据另一方面，提供一种制造无线功率传递装置的方法，其中所述制造的装置包含罩壳和遮罩在罩壳内的线圈。一个实施例的方法包含(举例来说)对罩壳施加力以维持期望的形状，将线圈引入到罩壳中，将可流动形式的介质引入到罩壳中，使得一旦介质凝固，即刻就将线圈至少部分地固持在介质内，并且在介质凝固后即刻从罩壳移除所施加的力。在一些实施例中，对从所述罩壳的内部延伸的突出部施加所述力。在其它实施例中，通过对所述罩壳的外部施加真空而对所述罩壳施加所述力。在一些实施例中，在移除所述施加的力后，凝固形式的所述介质即刻维持所述罩壳的所述形状。
附图说明
这些和/或其它方面将通过下面的图变得清楚并且更加容易理解，附图配合本申请案的说明书用于解释本发明的原理。
图1是根据示范性实施例的用于给电动车充电的示范性无线功率传递系统的透视图。
图2是图1的无线功率传递系统的示范性组件的示意图。
图3是根据示范性实施例的无线功率传递装置的截面图。
图4是根据另一示范性实施例的无线功率传递装置的截面图。
图5是根据示范性实施例的用于制造无线功率传递装置的示范性方法的流程图。
图6是根据示范性实施例的无线功率传递装置的罩壳的截面图。
图7是根据示范性实施例的无线功率传递装置的罩壳的截面图。
图8是根据示范性实施例的用于制造无线功率传递装置的设备的截面图。
图中说明的各种特征可能不是按比例绘制的。因此，为了清晰起见，各种特征的尺寸可以任意扩大或缩小。此外，一些图可能并未描绘给定系统、方法或装置的所有组成部分。
具体实施方式
在下面的具体描述中，参照形成本发明的一部分的附图。图中，类似的符号通常识别类似的组件，除非上下文另有指示。具体描述、图式和权利要求书中描述的说明性实施例不打算是限制性的。下文结合附图阐述的具体描述意在作为对示范性实施例的描述，并且不意在表示可实践的仅有实施例。本说明书全文使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，并且不应必然理解为比其它实施例优选或有利。可以利用其它实施例，并且可以进行其它改变，而并不偏离这里呈现的主题的精神或范围。将容易理解，本文中总体上描述并且在图中说明的本发明的方面可以用多种多样的不同配置来布置、替换、组合和设计，这些配置全都被明确涵盖并且形成本发明的一部分。
本文中使用的术语只是为了描述特定实施例，并且不意在限制本发明。所属领域的技术人员将理解，如果期望特定数目的权利要求要素，那么此期望将在权利要求中明确陈述，并且在没有此陈述时，不存在此期望。举例来说，如本文中使用，单数形式“一”和“所述”意在也包含复数形式，除非上下文另有清楚指示。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列举的项中的一或多者的任何和所有组合。将进一步了解，术语“包括”、“包括着”、“包含”和“包含着”在本说明书中使用时是指明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。例如“中的至少一者”等表述当在元件列表前面时，修改了整个元件列表，并且未修改列表的各个元件。
无线地传递功率可以指不使用物理电导体(例如，可以通过自由空间传递功率)将与电场、磁场、电磁场或其它相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器。输出到无线场(例如，磁场)中的功率可以被“接收线圈”接收、捕获或耦合以实现功率传递。因此，术语“无线”和“无线地”用于指示充电站与远端系统之间的功率传递是不使用其间的电线型电导体而实现的。
本文中使用电动车来描述远端系统，其一个实例是作为其动力能力的一部分包含从可充电能量储存装置(例如，一或多个可再充电电化学电池组或其它类型的电池)导出的电功率的车辆。作为非限制性实例，一些电动车可以是混合动力电动车，其除了电动机之外还包含用于直接动力或者给车辆的电池充电的内燃机。其它电动车可以从电功率汲取所有动力能力。电动车不限于汽车，并且可以包含摩托车、手推车、踏板车等等。举例来说并且不是作为限制，本文中用电动车(EV)的形式描述远端系统。此外，还涵盖其它可以至少部分地使用可充电能量储存装置来供电的远端系统(例如，例如，个人计算装置、移动电话等等电子装置)。
图1是根据示范性实施例的用于给电动车112充电的示范性无线功率传递系统100的图。当电动车112停靠在底座无线充电系统102a附近的同时，无线功率传递系统100启用对电动车112的充电。在一个停车区域中说明了用于两辆电动车的充电空间。每一充电空间经配置使得电动车可以开到充电空间中，并且停靠在底座无线充电系统上，例如底座无线充电系统102a和102b。在一些实施例中，本地分配中心130可以连接到功率主干网132，并且经配置以通过功率链路110向底座无线充电系统102b提供交流电(AC)或直流电(DC)供应。功率链路可以是电缆、电线、金属线或其它用于沿着一段距离传送功率的装置。在一些实施例中，功率主干网132经由功率链路110向一个底座无线充电系统供应功率；在其它实施例中，功率主干网132可以经由功率链路110向两个或更多个底座无线充电系统供应功率。因此，在一些实施例中，功率链路110延伸超出底座无线充电系统102b，从而向额外底座无线充电系统(例如底座无线充电系统102a)递送功率。虽然下文中的描述是指底座无线充电系统102a及其各种组件，但是所述描述也适用于底座无线充电系统102b，并且适用于无线功率传递系统100内包含的任何额外底座无线充电系统。
本地分配中心130可以经配置以经由通信回程134与外部源(例如，电网)通信，并且经由通信链路108与所有底座无线充电系统(例如，举例来说，底座无线充电系统102a)通信。通信链路108可以包含用于沿着一段距离传送信号的一或多个电缆或其它装置。
各种实施例的底座无线充电系统102a包含底座系统感应线圈104a，用于无线地传递或接收功率。当电动车112在底座系统充电系统102a的范围内时，可以在底座无线感应线圈104a与电动车112内的电动车感应线圈116之间传递功率。在一些实施例中，可以将功率从底座无线感应线圈104a发射到电动车感应线圈116。可以接着将电动车感应线圈116接收到的功率传送到电动车112内的一或多个组件以便向电动车112提供功率。电动车112内的此些组件包含(举例来说)电池单元118和电动车无线充电系统114。
在一些示范性实施例中，当电动车感应线圈116位于底座系统感应线圈104a所产生的电磁场的目标区域内时，称电动车感应线圈116在底座系统感应线圈104a的范围内，并且可以从其接收功率。目标区域对应于底座系统感应线圈104a输出的能量可以被电动车感应线圈116捕获到的区域的至少一部分。在一些情况下，目标区域可以对应于底座系统感应线圈104a的“近场”。近场是底座系统感应线圈104a产生的电磁场的至少一部分。近场可以对应于其中存在从底座系统感应线圈104a中的电流和电荷得到的强反应场并且所述强反应场不远离底座系统感应线圈104a辐射功率的区域。在一些情况下，近场可以对应于在底座系统感应线圈104a的波长的大约1/2π内的区域。此外，在下文更详细描述的各种实施例中，可以将功率从电动车感应线圈116发射到底座系统感应线圈104a。在此些实施例中，近场可以对应于在电动车感应线圈116的波长的大概1/2π内的区域。
在各种实施例中，对准电动车感应线圈116，使得其设置在底座系统感应线圈104a的近场区域内，可以有利地改进或尽可能增大功率传递效率。在一些实施例中，电动车感应线圈116可以与底座系统感应线圈104a对准，并且因此设置在近场区域内，方法就是简单地通过驾驶员将电动车112相对于底座系统感应线圈104a正确地对准。在其它实施例中，可以给驾驶员视觉反馈、听觉反馈或其组合以确定何时电动车112被正确地放置以进行无线功率传递。在另外其它实施例中，可以通过自动导航系统来定位电动车112，自动导航系统可以将电动车112前后移动(例如，以之字形移动)，直到对准误差已经达到可容忍的值为止。这可以由电动车112自动并且自主地执行，不需要驾驶员的介入或者只需要驾驶员稍加介入，前提是电动车112配备有伺服转向轮、超声传感器和调整车辆用的智能功能。在另外其它实施例中，电动车感应线圈116、底座系统感应线圈104a或其组合可以具有使感应线圈116和104a相对于彼此位移和移动以将其更加准确地定向并且在其间形成更有效率耦合的功能性。
底座无线充电系统102a可以位于多种位置。作为非限制性实例，一些合适的位置包含电动车112主人家里的停车区域、按照常规汽油加油站建造的为电动车无线充电预留的停车区域，以及在购物中心和办公地点等其它位置的停车场。
给电动车无线地充电可以提供许多益处。举例来说，充电可以自动地执行，基本上不需要驾驶员的介入和操纵，因而改善了用户的方便度。而且可以没有暴露的电触点并且没有机械磨损，因而改善了无线功率传递系统100的可靠性。可以避免处理电缆和连接器，并且可以没有可能在户外环境中暴露于湿气和水分的电缆、插头或插座，因而改善了安全性。而且没有能看到或能碰到的插座、电缆和插头，因而减少了功率充电装置遭受破坏的可能性。此外，因为电动车112可以用作分布式储存装置以使电网保持稳定，所以可以用对接到电网式解决方案来增加车辆对于车辆到电网(V2G)操作的可用性。
参看图1描述的无线功率传递系统100还可以提供美观并且无障碍的优点。举例来说，可能没有可能会妨碍车辆和/或行人的充电桩和电缆。
作为对车辆到电网能力的进一步解释，无线功率发射和接收能力可以配置成互逆的，这样的话底座无线充电系统102a将功率传递到电动车112，并且(举例来说，在能量不足的时候)电动车112将功率传递到底座无线充电系统102a。这种能力可以用于使功率分配电网保持稳定，方法是通过允许电动车在需求过高或可再生能量产生(例如，风能或太阳能)不足导致能量不足的时候给总分配系统贡献功率。
图2是图1的无线功率传递系统100的示范性组件的示意图。如图2所示，无线功率传递系统200可以包含底座无线功率充电系统202，其包含底座系统发射电路206，底座系统发射电路206具有带有电感L1的底座系统感应线圈204。无线功率传递系统200进一步包含电动车充电系统，其包含电动车接收电路222，电动车接收电路222具有带有电感L2的电动车感应线圈216。本文中描述的某些实施例可以使用电容加载型线环(即，多匝线圈)以形成能够经由磁或电磁近场高效地将能量从主结构(发射器)耦合到次级结构(接收器)的谐振结构(如果主结构和次级结构两者被调谐到共同的谐振频率的话)。在一些此些实施例中，电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204可以各自包括多匝线圈。使用谐振结构来耦合能量可以称为“磁性耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。将基于从底座无线功率充电系统202到电动车112的功率传递来描述无线功率传递系统200的操作，但是其操作不限于此。举例来说，如上所述，电动车112可以将功率传递到底座无线充电系统102a。
参看图2，功率源208(例如，AC或DC)将功率PSDC供应到底座无线功率充电系统202，以便向电动车112传递能量。
底座无线功率充电系统202包含底座充电系统功率转换器236。底座充电系统功率转换器236可以包含电路，例如经配置以将功率从标准主干AC转换成合适的电压电平下的DC功率的AC/DC转换器，以及经配置以将DC功率转换成适合于无线高功率传递的操作频率下的功率的DC/低频(LF)转换器。底座充电系统功率转换器236向底座系统发射电路206(包含向底座充电系统调谐电路205，其可以包含串联或并联配置或者这两者的组合的反应性调谐组件和底座系统感应线圈204，以在期望频率下发射电磁场)供应功率P1。在一个实施例中，可以提供电容器以与在期望频率下谐振的底座系统感应线圈204形成谐振电路。底座系统感应线圈204接收功率P1，并且在足以给电动车112充电或供电的电平下无线地发射功率。举例来说，由底座系统感应线圈204无线地提供的功率电平可以在大约数千瓦(kW)(例如，从1kW到110kW或者更高或更低的任何数值)。
包含底座系统感应线圈204的底座系统发射电路206和包含电动车感应线圈216的电动车接收电路222可以调谐成基本上相同的频率，并且可以位于通过底座系统感应线圈204和电动车感应线圈216中的一者发射的电磁场的近场内。在这种情况下，底座系统感应线圈204和电动车感应线圈216可以通过其间的电磁场变成彼此耦合，以便可以将功率传递到电动车接收电路222，包含传递到电动车充电系统调谐电路221和电动车感应线圈216。可以提供电动车充电系统调谐电路221以与电动车感应线圈216一起形成谐振电路，使得电动车感应线圈216在期望频率下谐振。在线圈分离下得出的相互耦合系数由k(d)表示。等效电阻Req，1和Req，2表示感应线圈204和216以及任何抗电抗电容器可能固有的损失，所述抗电抗电容器在一些实施例中可以分别在底座充电系统调谐电路205和电动车充电系统调谐电路221中提供。包含电动车感应线圈216和电动车充电系统调谐电路221的电动车接收电路222经由感应线圈204与216之间的电磁场从底座无线功率充电系统202接收功率P2。电动车接收电路222接着向电动车充电系统214的电动车功率转换器238提供功率P2以使得电动车112能使用功率。
电动车功率转换器238可以包含LF/DC转换器等等，所述LF/DC转换器经配置以将操作频率下的功率转换回与电动车电池单元218的电压电平匹配的电压电平的DC功率。电动车功率转换器238可以提供经转换的功率PLDC以给电动车电池单元218充电。功率源208、底座充电系统功率转换器236和底座系统感应线圈204可以是固定的，并且位于多种位置，如上所述。电池单元218、电动车功率转换器238和电动车感应线圈216可以包含在电动车充电系统214中，所述电动车充电系统214是电动车112的一部分或电池组(未图示)的一部分。电动车充电系统214还可经配置以通过电动车感应线圈216向底座无线功率充电系统202无线地提供功率以将功率馈回给电网。电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204中的每一者可以基于操作模式充当发射或接收感应线圈。
虽然未图示，但是无线功率传递系统200可以包含负载断开单元(LDU)以将电动车电池单元218或功率源208从无线功率传递系统200上安全地断开。举例来说，在紧急事件或系统故障的情况下，LDU可以被触发以将负载从无线功率传递系统200上断开。除了电池管理系统之外，还提供LDU，以便管理给电池的充电，或者LDU可以是电池管理系统的一部分。
此外，电动车充电系统214可以包含切换电路(未图示)，用于选择性地将电动车感应线圈216连接到电动车功率转换器238或者从其断开。使电动车感应线圈216断开可以使充电暂停，并且还可调整底座无线充电系统202(充当发射器)“看到”的“负载”，这可用于将电动车充电系统214(充当接收器)从底座无线充电系统202解耦。如果发射器包含负载感测电路，则可以检测到负载变化。因此，例如底座无线充电系统202等发射器可具有用于确定底座系统感应线圈204的近场中何时存在例如电动车充电系统214等接收器的机构。
如上所述，在操作中，假设能量传递是朝向车辆或电池，那么从功率源208提供输入功率，使得底座系统感应线圈204产生用于提供能量传递的场。电动车感应线圈216耦合到辐射场并且产生输出功率，供电动车112储存或消耗。如上所述，在一些实施例中，底座系统感应线圈204和电动车感应线圈216是根据相互谐振关系配置的，使得电动车感应线圈216的谐振频率和底座系统感应线圈204的谐振频率非常接近或者基本上相同。当电动车感应线圈216位于底座系统感应线圈204的近场中时，底座无线功率充电系统202与电动车充电系统214之间的发射损失非常小。
如所陈述的，通过将发射感应线圈的近场中的较大部分能量耦合到接收感应线圈而不是使大部分能量超出近场在电磁波中传播，会发生高效的能量传递。当在近场中时，可以在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。感应线圈周围可以发生这个近场耦合的区域在本文中称为近场耦合模式区域。
虽然未图示，但是底座充电系统功率转换器236和电动车功率转换器238两者都可以包含振荡器、例如功率放大器等驱动器电路、滤波器和匹配电路，用于与无线功率感应线圈高效地耦合。振荡器可以经配置以产生期望频率，期望频率可以响应于调整信号得到调整。可以通过功率放大器响应于控制信号以某个放大量放大振荡器信号。可以包含滤波器和匹配电路以过滤掉谐波或其它不需要的频率，并且使功率转换模块的阻抗与无线功率感应线圈匹配。功率转换器236和238还可包含整流器和切换电路，以产生合适的功率输出以给电池充电。
所揭示的实施例中描述的电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204可以称为或者配置为“环路”天线，并且更具体来说，是多匝环路天线。感应线圈204和216也可以在本文中称为或配置为“磁性”天线。术语“线圈”意在指代可以无线地输出或接收能量以便耦合到另一“线圈”的组件。线圈也可以称为经配置以无线地输出或接收功率的类型的“天线”。如本文中使用，线圈204和216是经配置以无线地输出、无线地接收和/或无线地中继功率的类型的“功率传递组件”的实例。环路(例如，多匝环路)天线可以经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯。空气芯环路天线可以允许将其它组件放置在芯区域内。包含铁磁材料的物理芯天线可以允许形成较强的电磁场和改进的耦合。
如上所述，在发射器与接收器之间的匹配或接近匹配的谐振期间，会发生发射器与接收器之间的高效的能量传递。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以在较低效率下传递能量。通过将能量从发射感应线圈的近场耦合到驻留在其中建立这个近场的区域内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区域的预定距离内)的接收感应线圈而不是将能量从发射感应线圈传播到自由空间中，发生能量传递。
谐振频率可以基于包含感应线圈(例如，底座系统感应线圈204)的发射电路的电感和电容，如上所述。如图2所示，电感可以总体上是感应线圈的电感，而电容可以添加到感应线圈(例如，感应线圈204)，以在期望的谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，可以与感应线圈(例如，感应线圈204)串联地添加电容器(未图示)以产生一个产生电磁场的谐振电路(例如，底座系统发射电路206)。因此，对于较大直径的感应线圈，用于诱发谐振的电容值可以随着线圈直径或电感的增加而减小。电感还可以取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的高效能量传递区域可以增加。其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，可以将电容器并联放置在感应线圈的两个端子之间(例如，并联谐振电路)。此外，感应线圈可以经设计而具有高质量(Q)因子以改进感应线圈的谐振。
如上所述，根据一些实施例，揭示了在彼此的近场中的两个感应线圈之间耦合功率。如上所述，近场可以对应于在感应线圈周围的其中存在电磁场但是电磁场可能不远离感应线圈而传播或辐射的区域。近场耦合模式区域可以对应于接近感应线圈的物理体积的一个体积，通常在波形的较小部分内。根据一些实施例，对发射和接收两者都使用例如单匝和多匝环路天线等电磁感应线圈，因为在实际实施例中，与电力型天线(例如，小型双极天线)的电近场相比，对于磁性型线圈来说磁性近场振幅倾向于更高。这允许成对装置之间可能更高的耦合。此外，可以使用“电力”天线(例如，双极天线和单极天线)或磁性天线与电力天线的组合。
图3是含有图1的相应感应线圈116和104a或图2的底座系统发射电路206或电动车接收电路222的示范性模块构造的截面图。本文中可以将这些模块总体上描述为无线功率传递装置。
图3的无线功率传递装置300包括罩壳301。罩壳301可以由任何合适的耐用材料制成，但是在某些实施例中，罩壳可以由刚性或半刚性塑料材料或其它塑料或复合材料(举例来说，聚乙烯)制成。聚乙烯可以提供抗冲击特性以及耐化学性和防水性，这可能适合于在暴露于无线功率传递装置300可能会经受的多种条件时保持罩壳的完整性。聚乙烯还可以经受相对高温而不会翘曲，这可能对于在制造期间还有在经受高温的环境内使用时维持罩壳形状都是有用的。中等密度聚乙烯(MDPE)可以为罩壳提供相对低成本的材料，其还可以容易加工。高密度聚乙烯(HDPE)可能更容易加工，但是可能会增加装置300的成本。应清楚的是，虽然将聚乙烯论述为具有使其成为罩壳的合适材料的属性，但是这不意在是限制性的。所属领域的技术人员应清楚，可以使用其它材料-无论是塑料还是别的。
无线功率传递装置300进一步包括感应线圈302，位于罩壳301内。在某些实施例中，线圈302可以由一或多段导电材料(举例来说，利兹线)形成。
铁磁天线芯或磁性可渗透部件(图3中展示为铁氧体块303)可以通过绝缘层304与线圈302隔开，以在线圈302与铁氧体块303之间提供电隔离。
背衬板305可以连接到第一罩壳部分301以容纳罩壳301内的组件，并且向装置300提供额外的机械强度。背衬板305可以用作安装表面，举例来说，在无线功率传递装置300是电动车的拾取器的情况下(举例来说，见图1的感应线圈116)。背衬板305可以由导电材料(举例来说，例如铝、铜或其它导电金属或导电复合物)制成，以便用作电磁屏蔽物。
罩壳301可以填充或灌注有环氧树脂306形式的可凝固的可流动介质。在一个示范性实施例中，环氧树脂306是船舶级环氧树脂，其有效粘度大约是725厘泊。应清楚的是，这个实例不期望是限制性的，并且可以在本发明的这个实施例中实施其它合适的可凝固的可流动介质。提到可凝固的可流动介质应理解为意味着在经历凝固过程以形成固体之前用流体方式散布的任何材料。应清楚的是，未凝固的可流动介质可以包含固态和液体分量两者-举例来说，液体树脂中的固体纤维或颗粒。
当凝固时，环氧树脂306可以在罩壳301内部提供加强。这可以为无线功率传递装置300产生改进的机械强度，尤其是在抗冲击性方面-无论是在基于地面的装置还是岩石和其它撞击安装到车辆的装置的碎块上行驶的车辆。这些压缩力可以更加均匀地分布在凝固的环氧树脂306上并且受到其抵抗，这不同于只通过罩壳301抵抗。
此外，通过封围感应线圈302和铁氧体块303，环氧树脂306可以提供防水效应，这是非常符合需要的，以便帮助在潮湿的条件下安全地使用无线功率传递装置300。
而且，通过在环氧树脂306内封围铁氧体块303，可以在铁氧体块303中的一或多者开裂的情况下减小对无线功率传递装置300的电特性的影响。这对于放置在车辆可能经过的地面里或地面上的装置来说可能是不可避免的。环氧树脂306可以用以基本上保持块303的形式，以便保持块303的特性，以便于无线功率传递装置300的操作。
环氧树脂306可以充当罩壳内的组件之间的电绝缘体。此外，环氧树脂306还可以改进无线功率传递装置300的导热率以便帮助减少装置300在操作期间的发热。
图4说明具有与图3的无线功率传递装置300的构造类似的构造的无线功率传递装置400，其包括罩壳401、感应线圈402、铁氧体块403、绝缘层404和背衬板405。
在图4说明的实施例中，罩壳401的第一部分406可以填充或灌注有环氧树脂的形式的第一可凝固的可流动介质。在一个实施例中，环氧树脂可以是船舶级环氧树脂，其有效粘度大约是725厘泊。
罩壳401的第二部分407可以进一步填充有第二可凝固的可流动介质。在某些实施例中，第二可凝固的可流动介质与第一可凝固的可流动介质界面连接，这可以改进装置400的强度。第二可凝固的可流动介质可以具有低于第一可凝固的可流动介质的强度的强度。在一个实施例中，第二可凝固的可流动介质是与硅石珠混合的环氧树脂，其可以提供轻的不导电并且低成本的填充物材料。然而，应清楚的是，可以取代环氧树脂或硅石珠使用其它不导电/非磁性材料，并且其它不导电/非磁性材料可以具有较大的密度，以便提供其它期望的属性。举例来说，在替代实施例中，第一可凝固的可流动介质是与纤维状材料混合的环氧树脂。虽然可能更重，但是所述组成可以增加装置400的抗张强度。
为了容易参考，罩壳401的第一部分406和第二部分407现在在说明书中可以称为环氧树脂层406和407。
在一些实施例中，将感应线圈402与绝缘层404和铁氧体块403的一部分一起封围在第一较高密度的环氧树脂层406内。此布置可以用于将这些组件相对于彼此和罩壳401固定在合适位置，同时还改进机械强度。在一些实施例中，为了改进机械强度，可能必需特别小心以确保在将流体环氧树脂层406引导到罩壳中时不会俘获气泡，例如在绝缘层404下方；此些气泡可能会导致凝固层内的弱点。
在一些实施例中，与自身利用较高密度的环氧树脂的实施例相比，使用第二较低重量环氧树脂层407会减小无线功率传递装置400的总重量，同时仍然在罩壳401内提供加强结构。在一些实施例中，使用一或多个填充物材料(例如，举例来说，硅石珠)也可以帮助降低第二环氧树脂层407的成本。
在一些实施例中，向环氧树脂层406和407中的至少一者添加额外材料以便改变所述层的机械属性。举例来说，可以在铁氧体块403与背衬板405之间添加纤维玻璃片408以在可能最需要抗挠曲的区域中向装置400增加抗张强度。可以根据无线功率传递装置400的期望属性来选择材料及其比率。举例来说，可以准许用于高交通密度区域的装置有较重的组成，以便实现期望的机械强度。或者，用于性能车辆的车辆安装型装置可能会牺牲机械强度以便减轻总重量。
应清楚的是，可以使用可凝固的可流动介质的额外部分或层，并且本发明在这里涵盖此使用。可凝固的可流动介质的属性可以经过选择，以适合介质所接触的组件，或实现无线功率传递装置400的期望属性。
图5是说明制造无线功率传递装置(例如图4中说明的无线功率传递装置400)的示范性方法500的流程图。将在描述方法500的过程中参照图4中的组件。应清楚的是，虽然描述的是实施可凝固的可流动介质的多个层的方法，但是所述过程也可以应用于填充有单个可凝固的可流动介质的无线功率传递装置(例如图3所说明的)的制造。
在501处，将罩壳401倒转，使得罩壳401的内部面朝上。在502处，将感应线圈402引入到罩壳401中。在503处，将足够量的第一环氧树脂引入到罩壳401中以覆盖感应线圈402。在某些实施例中，将足够量的第一环氧树脂引入以还围绕铁氧体块403的一部分。在504处，将绝缘层404放置到感应线圈402上。
在505处，如果需要的话，可以针对额外的线圈层重复步骤502到504。在一些实施例中，在引入额外线圈之前，准许每一线圈层凝固。
在506处，添加额外量的第一环氧树脂以覆盖绝缘层404。在507处，将铁氧体块403定位在罩壳401中并且压缩，使得所述组件对准，并且铁氧体块403的一部分可以在第一环氧树脂内。在508处，完成第一环氧树脂层406(包括在上述步骤中引入的第一环氧树脂)的形成；准许第一环氧树脂层406内的尚未凝固的任何第一环氧树脂凝固。
在509处，将某一量的第二环氧树脂引入到罩壳401中，覆盖铁氧体块403的剩余的暴露部分。在一些实施例中，第二环氧树脂包含硅石珠。在510处，准许包括在步骤509中引入的第二环氧树脂的第二环氧树脂层407凝固，然后才使第二环氧树脂层407与罩壳401的边缘齐平，并且附接背衬板405。
为了帮助改进无线功率传递装置的机械强度(尤其是在抵抗压缩力方面)，可能需要化学地联合罩壳与环氧树脂层。虽然对于无线功率传递装置的罩壳使用聚乙烯等材料可能是有用的(如图4所说明)，但是由于材料的机械属性，所以相对高的耐化学性意味着其可能会抵抗与可凝固的可流动介质(例如，举例来说，环氧树脂)的键合。因此，在一些实施例中，可以为罩壳和/或可凝固的可流动介质选择所属领域的技术人员一般已知的其它材料。
图6说明在无线功率传递装置600中使用定位部分，所述无线功率传递装置600包括罩壳601，例如环氧树脂602等可凝固的可流动介质被引入到罩壳601中。对定位装置的参考应被理解为意味着从罩壳的内部表面的任何偏离；此偏离可以帮助抵抗凝固的可流动介质相对于罩壳的移动。
举例来说，定位部分可以是接纳流体环氧树脂602的底切部分603。类似地，定位部分可以是罩壳601中的小孔604。在一些实施例中，可以容易地将此些定位部分添加到罩壳，从而可能帮助便于制造。替代地，或另外地，定位部分可以是形成在罩壳601中的突出部605和/或放置到罩壳601的小孔中的插入物606。
一旦环氧树脂602已经凝固，环氧树脂602相对于罩壳601的移动就会受到环氧树脂602与定位部分603、604、605或606之间的机械相互作用的限制。在一些实施例中，插入物606是由与环氧树脂602发生化学作用的材料制成，以提供额外程度的连接。
应清楚的是，虽然图6中说明的是单层环氧树脂，但是对于本发明的这个方面，也可以利用参考图4描述的双层配置和多层配置。
可能总体上期望在装置制造期间维持例如图3或图4中说明的无线功率装置的罩壳的所选形状。具体来说，可能期望将罩壳的上表面或下表面维持为平坦的，因为罩壳中的任何弯曲都可能特别容易在被重型车辆碾轧时断裂。在引入到罩壳中的可凝固的可流动介质通过发热过程凝固的情况下(例如在环氧树脂的情况下)，这个热量释放可能会导致罩壳变形。罩壳还可能因为其制造或后续处置而变形。
通过对罩壳施加力以在可凝固的可流动介质凝固期间维持期望形状，可以避免或校正这些变形。
图7说明用于制造根据本发明的一个方面的无线功率传递装置的罩壳701的实施例。罩壳701可以包含多个突出部702，其从罩壳701的内表面703延伸。这些突出部702可以用于定位要遮罩在罩壳701内的组件，例如感应线圈和铁氧体块(未说明)。
砝码704可以定位在突出部702上，迫使罩壳701的底面705抵靠其搁置在的表面706上。一旦组件已经定位在罩壳701内，并且可凝固的可流动介质(未说明)被引入到罩壳701中并且凝固，就可以移除砝码704，并且凝固的可流动介质可以用于在此之后维持罩壳701的期望形状。
图8说明对罩壳801施加力的替代方法，使用经过成形以接纳罩壳的模具802，并且经由模具中的连接到真空源(未说明)的小孔803对罩壳801的外部上的多个点施加真空。模具802还可提供用于在引入要容纳在其中的组件(例如感应线圈)期间定位罩壳801的方便的装置。一旦可凝固的可流动介质凝固，就可以释放真空。
可以通过能够执行上述方法的各种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)来执行所述操作。总地来说，可以通过能够执行图中说明的任何操作的对应功能装置来执行所述操作。
可以使用多种不同技艺和技术中的任一者来表示信息和信号。举例来说，在上面的描述中参照的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片可以通过电压、电流、电磁波、电磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来表示。
结合本文中揭示的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的这种可互换性，上文已经在功能性方面总体上描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。此功能性是实施为硬件还是软件取决于特定的应用和施加于整体系统的设计约束。所描述的功能性可以针对每一特定应用而用不同的方式实施，但是此些实施决策不应被解释为导致偏离本发明的实施例的范围。
结合本文中揭示的实施例描述的各种说明性块、模块和电路可以用通用处理器、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、离散硬件组件或其经设计以执行本文中描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，处理器可以是任何处理器、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、一或多个微处理器配合DSP核心或任何其它此配置。
配合本文中揭示的实施例描述的方法或算法的步骤和功能可以直接在硬件中体现，在处理器执行的软件模块中体现，或者用两者的组合来体现。如果在软件中实施，那么所述功能可以作为一或多个指令或代码在有形的非暂时性计算机可读媒体上存储或经由其传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(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、可装卸盘、CD ROM或所属领域中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可以从存储媒体读取信息和将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可以与处理器形成一体。如本文所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘用激光光学地复制数据。上述各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器和存储媒体可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可以作为离散组件驻留在用户终端中。
为了概述本发明，本文中已经描述了某些方面、优点和特征。应理解，根据任何特定实施例，未必可以实现所有此些优点。因此，可以用实现或优化本文中教示的一个优点或一组优点而未必实现本文中可能教示或提示的其它优点的方式来体现或执行本发明。
虽然已经结合目前视为实际实施例的内容描述了本发明，但是所属领域的技术人员将清楚的是，可以进行各种修改和改变，而不会偏离本发明的范围。所属领域的技术人员还将清楚的是，与一个实施例混合的部分可以与其它实施例互换；来自所描绘的实施例的一或多个部分可以用任何组合包含在其它所描绘的实施例中。举例来说，本文中描述和/或图中描绘的各种组件中的任何组件可以组合、互换或从其它实施例中排除。关于本文中的基本上任何复数和/或单数项的使用，所属领域的技术人员可以按照上下文和/或应用合适的情况从复数翻译成单数和/或从单数翻译成复数。本文中为了清楚起见可以明确地阐述各种单数/复数的交换。因此，虽然本发明已经描述了某些示范性实施例，但是应理解，本发明不限于所揭示的实施例，而是相反，意在涵盖包含在所附权利要求书及其等效物的范围内的各种修改和等效布置。

Claims (26)

1.一种无线功率传递装置，其包括：
罩壳；
线圈，其经配置以无线地接收和发射功率，并且遮罩在所述罩壳内；以及
凝固的第一可流动介质，其容纳在所述罩壳的第一部分中，并且围绕所述线圈的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述罩壳的第二部分包括凝固的第二可流动介质，其具有与所述凝固的第一可流动介质的密度不同的密度。
3.根据权利要求2所述的装置，其包括磁性可渗透部件，其中所述磁性可渗透部件的至少一部分固持在所述凝固的第二可流动介质内。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的装置，其中所述罩壳包括与所述凝固的第一可流动介质接触的定位部分。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述定位部分包括底切部分。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述定位部分包括所述罩壳中的小孔。
7.根据权利要求4所述的装置，其中所述定位部分包括所述罩壳中的突出部。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的装置，其中所述罩壳包括基本上耐化学性的材料。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的装置，其中所述罩壳至少部分地是由聚乙烯制成的。
10.一种制造无线功率传递装置的方法，所述无线功率传递装置包含罩壳和经配置以无线地接收和发射功率并且遮罩在所述罩壳内的线圈，所述方法包括下面的步骤：
将所述线圈引入到所述罩壳中；
将第一可流动介质引入到所述罩壳中；以及
使得所述第一可流动介质凝固并且形成占据所述罩壳的围绕所述线圈的至少一部分的第一部分的凝固的第一可流动介质。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一可流动介质基本上填满所述罩壳。
12.根据权利要求10或11中的任一权利要求所述的方法，其中所述第一可流动介质是环氧树脂。
13.根据权利要求10到12中的任一权利要求所述的方法，其中所述无线功率传递装置的所述罩壳包含定位部分，并且其中在使得所述第一可流动介质凝固并且形成所述凝固的第一可流动介质后，所述定位部分即刻与所述凝固的第一可流动介质接触。
14.根据权利要求10、12或13中的任一权利要求所述的方法，其进一步包括：
将具有与所述第一可流动介质的密度不同的密度的第二可流动介质引入到所述罩壳中，并且使得所述第二可流动介质凝固并且形成凝固的第二可流动介质，其中所述凝固的第二可流动介质占据所述罩壳的第二部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二可流动介质具有比所述第一可流动介质低的密度。
16.根据权利要求14或15中的任一权利要求所述的方法，其中所述第二可流动介质是环氧树脂与具有比所述环氧树脂低的密度的第二材料的混合物。
17.根据权利要求14到16中的任一权利要求所述的方法，其进一步包括在所述第一可流动介质已经凝固之后引入所述第二可流动介质。
18.根据权利要求14到17中的任一权利要求所述的方法，其中所述第一可流动介质和第二可流动介质一起基本上填满所述罩壳。
19.根据权利要求14到18中的任一权利要求所述的方法，其中所述无线功率传递装置进一步包含磁性可渗透部件，并且其中所述方法包括：
将所述第一可流动介质引入到所述罩壳中，使得一旦所述第一可流动介质凝固，就即刻将所述线圈固持在所述凝固的第一可流动介质中；
将具有与所述第一可流动介质的密度不同的密度的所述第二可流动介质引入到所述罩壳中；以及
使得所述第二可流动介质凝固，其中在所述第二可流动介质凝固后，即刻就将所述磁性可渗透部件的至少一部分固持在所述凝固的第二可流动介质内。
20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述磁性可渗透部件的一部分固持在所述凝固的第一可流动介质内。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述凝固的第二可流动介质封围所述磁性可渗透部件。
22.根据权利要求19到20中的任一权利要求所述的方法，其中所述凝固的第一可流动介质和所述凝固的第二可流动介质封围所述磁性可渗透部件。
23.一种制造无线功率传递装置的方法，所述无线功率传递装置包含罩壳和遮罩在所述罩壳内的线圈，所述方法包括下面的步骤：
对所述罩壳施加力以维持期望形状；
将所述线圈引入到所述罩壳中；
将可流动形式的介质引入到所述罩壳中，使得一旦所述介质凝固，即刻就将所述线圈至少部分地固持在所述介质内；以及
在所述介质凝固后，即刻就从所述罩壳移除所述施加的力。
24.根据权利要求23所述的方法，其中对从所述罩壳的内部延伸的突出部施加所述力。
25.根据权利要求23所述的方法，其中通过对所述罩壳的外部施加真空而对所述罩壳施加所述力。
26.根据权利要求23到25中的任一权利要求所述的方法，其中在移除所述施加的力后，凝固形式的所述介质即刻维持所述罩壳的所述形状。
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