CN104768795B - 在低电磁发射的无线功率传递系统中的线圈布置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于无线功率传递的系统、方法和设备。在一个方面中，本发明提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含第一导电结构，所述第一导电结构具有大于宽度的长度且经配置以经由磁场来无线地接收功率。所述第一导电结构包含两个实质上共平面环。所述第一导电结构具有各自沿所述第一导电结构的所述长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。所述设备进一步包含第二导电结构，所述第二导电结构具有大于宽度的长度，定位于所述第一导电结构与磁性材料之间且经配置以经由所述磁场来无线地接收功率。所述第二导电结构的所述长度实质上至少等于沿所述几何线的在所述第一导电结构的所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离。

Description

在低电磁发射的无线功率传递系统中的线圈布置
技术领域
本发明大体来说涉及无线功率传递，且更具体地说，涉及与无线功率传递到远端系统(例如包含电池的车辆)有关的装置、系统和方法。更明确地说，本发明涉及无线功率传递系统中的感应线圈的线圈布置。
背景技术
已引进例如车辆的远端系统，其包含得自接收自例如电池的能量存储装置的电的运转功率。例如，混合电动车辆包含使用来自车辆制动的功率的车载充电器和用以对车辆充电的传统马达。仅为电动的车辆大体从其它源接收电以用于对电池充电。电池型电动车辆(电动车辆)常常被提议通过某一类型的有线交流电(AC)(例如家用或商用AC电源)来充电。有线充电连接需要电缆或物理连接到电力供应器的其它类似的连接器。电缆和类似的连接器可能有时不方便或麻烦且具有其它缺陷。能够在自由空间中传递功率(例如，经由无线场)以用于对电动车辆充电的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些缺点。因而，需要高效且安全地传递功率以用于对电动车辆充电的无线充电系统和方法。
发明内容
在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主张各自具有若干方面，所述方面中没有单一一个方面单独地负责本文中所描述的所要属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文中描述一些显著特征。
本说明书中所描述的标的的一或多个实施方案的细节在随附图式和以下描述中予以阐述。其它特征、方面和优点将从所述描述、所述图式和权利要求书而变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本发明中所描述的标的的一个方面提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含经配置以经由磁场来无线地接收功率的第一导电结构。第一导电结构具有大于宽度的长度。第一导电结构包含分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环。第一环具有第一下表面且第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面。第一导电结构具有各自沿第一导电结构的长度而与第一几何线相交的第一边缘和第二边缘。所述设备进一步包含第二导电结构，所述第二导电结构定位于第一导电结构与磁性材料之间且经配置以经由磁场来无线地接收功率。第二导电结构包含封闭第三区的第三环。第二导电结构具有大于宽度的长度。第二导电结构的长度实质上至少等于沿第一几何线的在第一导电结构的第一边缘与第二边缘之间的距离。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种无线地传送功率的方法的实施方案。所述方法包含经由第一导电结构经由磁场来无线地接收功率。第一导电结构具有大于宽度的长度。第一导电结构包含分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环。第一环具有第一下表面且第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面。第一导电结构具有各自沿第一导电结构的长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。所述方法进一步包含经由定位于第一导电结构与磁性材料之间的第二导电结构来无线地接收功率。第二导电结构封闭第三区。第二导电结构具有大于宽度的长度。第二导电结构的长度实质上至少等于沿几何线的在第一导电结构的第一边缘与第二边缘之间的距离。
本发明中所描述的标的的又一方面提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含用于经由磁场来无线地接收功率的第一装置。第一接收装置具有大于宽度的长度。第一接收装置包含分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环。第一环具有第一下表面且第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面。第一接收装置具有各自沿第一接收装置的长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。所述设备进一步包含用于经由磁场来无线地接收功率且定位于第一接收装置与磁性材料之间的第二装置。第二接收装置封闭一第三区。第二接收装置具有大于宽度的长度。第二接收装置的长度实质上至少等于沿几何线的在第一接收装置的第一边缘与第二边缘之间的距离。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含经配置以输出时变信号的传输电路。所述设备进一步包含导电结构，所述导电结构经配置以接收时变信号和在足以无线地传递功率以用于对接收器装置供电或充电的电平下产生电磁场。导电结构具有具有宽度a和长度a+b的矩形形状因数，且其中a除以b实质上等于a+b除以a。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种无线地传送功率的方法的实施方案。所述方法包含从传输电路输出时变信号。所述方法进一步包含接收时变信号，且在导电结构处在足以无线地传递功率以用于对接收器装置供电或充电的电平下产生电磁场，所述导电结构具有具有宽度a和长度a+b的矩形形状因数，且其中a除以b实质上等于a+b除以a。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种无线地传送功率的设备。所述设备包含用于输出时变信号的装置。所述设备进一步包含用于基于时变信号来产生电磁场的装置。所述电磁场处于足以无线地传递功率以用于对接收器装置供电或充电的电平。产生装置具有具有宽度a和长度a+b的矩形形状因数，且其中a除以b实质上等于a+b除以a。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含第一导电结构，所述第一导电结构经配置以在足以对负载供电或充电的电平下经由第一电磁场来无线地发射或接收功率。第一导电结构包含封闭第一区的第一环。所述设备进一步包含第二导电结构，所述第二导电结构经配置以经由在足以对负载供电或充电的电平下经由第二电磁场来无线地发射或接收功率。第二导电结构定位于第一区内部且实质上与第一导电结构共平面。第二导电结构包含分别封闭第二区和第三区的第二环和第三环。第二环具有第二下表面且第三环具有第三下表面，所述第二下表面与所述第三下表面实质上共平面。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种无线地传送功率的方法的实施方案。所述方法包含在第一导电结构处在足以对负载供电或充电的电平下经由第一电磁场来无线地发射或接收功率。第一导电结构包含封闭第一区的第一环。所述方法进一步包含在第二导电结构处在足以对负载供电或充电的电平下经由第二电磁场来无线地发射或接收功率。第二导电结构定位于第一区内部且实质上与第一导电结构共平面。第二导电结构包含分别封闭第二区和第三区的第二环和第三环。第二环具有第二下表面且第三环具有第三下表面，所述第二下表面与所述第三下表面实质上共平面。
本发明中所描述的标的的另一方面提供一种用于无线地传送功率的设备。所述设备包含第一装置，所述第一装置用于在足以对负载供电或充电的电平下经由第一电磁场来无线地发射或接收功率。第一装置包含封闭第一区的第一环。所述设备进一步包含第二装置，所述第二装置用于在足以对负载供电或充电的电平下经由第二电磁场来无线地发射或接收功率。第二装置定位于第一区内部且实质上与第一装置共平面。第二装置包含分别封闭第二区和第三区的第二环和第三环。第二环具有第二下表面且第三环具有第三下表面，所述第二下表面与所述第三下表面实质上共平面。
附图说明
图1为根据示范性实施例的用于对电动车辆充电的示范性无线功率传递系统的图。
图2为图1的无线功率传递系统的示范性组件的示意图。
图3为包含基底垫片和车辆垫片的示范性实施例的感应式功率传递系统的俯视图和剖面图。
图4为根据图3的垫片的实施例的曲线，其说明作为x和y方向上的对准偏移的函数的耦合系数k的示范性值。
图5为根据图3的垫片的实施例的曲线，其说明作为x和y方向上的偏移的函数的初级电流变化的示范性值。
图6为根据一实施例的充电系统的透视图，所述充电系统包含布置于基底垫片上方的车辆垫片。
图7为根据一实施例的包含基底垫片和车辆垫片的示范性实施例的感应式功率传递系统的俯视图和剖面图。
图8为作为图7的基底垫片和车辆垫片的对准偏移的函数的初级电流变化的示范性值的曲线。
图9为根据一实施例的包含基底垫片和车辆垫片的示范性感应式功率传递系统的俯视图和剖面图。
图10为根据图7和9的垫片的曲线，其说明作为x和y方向上的对准偏移的函数的耦合系数k的示范性值。
图11为作为图9的基底垫片和车辆垫片的对准偏移的函数的初级电流变化的示范性值的曲线。
图12A、12B和12C为根据图9的垫片的示范性垫片的图，其展示Q线圈和DD线圈的示范性电流配置。
图13为根据一实施例的无线功率传递垫片的示范性实施例的俯视图和剖面图。
图14为根据一实施例的另一示范性无线功率传递垫片的俯视图和剖面图。
图15A为根据一实施例的包含基底垫片和车辆垫片的示范性感应式功率传递系统的俯视图和剖面图。
图15B为根据一实施例的可用于感应式功率传递系统中的示范性车辆垫片的俯视图和剖面图。
图16为根据一实施例的包含基底垫片和车辆垫片的另一示范性感应式功率传递系统的俯视图和剖面图。
图17展示根据一实施例的图9的感应式功率传递系统，其具有用于对基底垫片和车辆垫片标注尺寸以达成选定的对准容限的信息。
图18展示图9的车辆垫片在图9的‘圆角矩形’基底垫片上方的对准情况。
图19为根据一实施例的图9的示范性基底垫片的俯视图。
图20为根据一实施例的图9的示范性车辆垫片的俯视图和剖面图。
图21A和21B为说明当图20的车辆垫片对准于图19的基底垫片上方时感应式功率传递系统的对准容限的图。
图22A为作为水平偏移(y方向)的函数的在两个不同示范性垫片高度的示范性耦合系数k的曲线，其说明系统水平对准容限。
图22B为作为垂直偏移(x方向)的函数的在两个不同示范性垫片高度的示范性耦合系数k的曲线，其说明系统垂直对准容限。
图23为展示图1的无线功率传递系统的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框图。
图24为根据一实施例的无线地传送功率的方法的实施方案的流程图。
图25为根据一示范性实施例的无线功率接收器的功能框图。
图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为清楚起见，可任意扩大或缩小各种特征的尺寸。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，相似参考数字可用以贯穿说明书和诸图表示相似特征。
具体实施方式
下文结合所附图式而阐述的详细描述希望作为示范性实施例的描述而并不希望表示可实践本发明的唯一实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意谓“充当实例、例子或说明”，且未必应被解释为相比其它示范性实施例优选或有利。为了提供对示范性实施例的透彻理解，所述详细描述包含特定细节。所属领域的技术人员应显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践示范性实施例。在一些例子中，以框图形式展示众所周知结构和装置以便避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。
无线地传递功率可指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，可经由自由空间来传递功率)。到无线场(例如，磁场)中的功率输出可由“接收线圈”加以接收、俘获或耦合以达成功率传递。
本文中使用电动车辆来描述远端系统，远端系统的实例为包含(作为其运转能力的部分)得自可充电的能量存储装置(例如，一或多个可再充电电化学电池或其它类型的电池)的电功率的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为混合电动车辆，除电动马达之外，所述混合电动车辆包含用于直接运转或用以对车辆的电池充电的传统内燃机。其它电动车辆可从电功率吸取所有运转能力。电动车辆并不限于汽车而是可包含机车、搬运车、小型机车和其类似者。通过实例且非限制，本文中以电动车辆(EV)的形式来描述远端系统。此外，也预期可使用可充电的能量存储装置而被至少部分地供电的其它远端系统(例如，例如个人计算装置和其类似者的电子装置)。
图1为根据示范性实施例的用于对电动车辆112充电的示范性无线功率传递系统100的图。当电动车辆112停放于基底无线充电系统102a附近时，无线功率传递系统100实现对电动车辆112充电。说明了在停车场中的用于待停放于相应的基底无线充电系统102a和102b上方的两辆电动车辆的空间。在一些实施例中，区域分配中心130可连接到功率主干线132，且经配置以经由功率链路110将交流电(AC)或直流电(DC)供电提供到基底无线充电系统102a。基底无线充电系统102a也包含用于无线地传递或接收功率的基底系统感应线圈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)经由由基底系统感应线圈104a所产生的电磁场的区域来与基底系统感应线圈104a相互作用。
在一些示范性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由基底系统感应线圈104a所产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收功率。所述场对应于其中可由电动车辆感应线圈116俘获由基底系统感应线圈104a所输出的能量的区域。在一些状况下，所述场可对应于基底系统感应线圈104a的“近场”。近场可对应于其中存在由基底系统感应线圈104a中的电流和电荷产生的强反应场的区域，所述强反应场不将功率辐射远离基底系统感应线圈104a。在一些状况下，近场可对应于在基底系统感应线圈104a的约1/2π波长内的区域(且对于电动车辆感应线圈116来说反的也然)，如下文将予以进一步描述。
区域分配130可经配置以经由通信回程134而与外部源(例如，电网)通信且经由通信链路108而与基底无线充电系统102a通信。
在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与基底系统感应线圈104a对准，且因此仅通过驾驶员相对于基底系统感应线圈104a来正确地定位电动车辆112便可安置于近场区域内。在其它实施例中，可给予驾驶员视觉回馈、听觉回馈或其组合以确定电动车辆112何时被恰当地放置以用于达成无线功率传递。在又其它实施例中，可通过自动驾驶仪系统来定位电动车辆112，所述自动驾驶仪系统可来回移动电动车辆112(例如，呈Z字形移动)直到对准误差已达到容许值。此可在无驾驶员干涉的情况下或在具有仅最少驾驶员干涉的情况下(只要电动车辆112配备有伺服方向盘、超音波传感器和智能设备以调整车辆)由电动车辆112自动地和自主地执行。在其它实施例中，电动车辆感应线圈116、基底系统感应线圈104a或其组合可具有用于使所述感应线圈116和104a相对于彼此移位和移动以更精确地定向其并在其间逐渐形成更高效的耦合的功能性。
基底无线充电系统102a可位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适位置包含在电动车辆112所有者的家中的停车场、为模仿常规的基于石油的加油站的电动车辆无线充电而保留的停车场和在例如购物中心和就业场所的其它位置的停车坪。
对电动车辆无线地充电可提供众多益处。例如，可在实际上无驾驶员干涉和操纵的情况下自动地执行充电，由此改善对用户的便利性。也可不存在暴露的电接点且无机械磨损，由此改善无线功率传递系统100的可靠性。可能不需要对电缆和连接器的操纵，且可不存在可在室外环境中暴露于湿气和水的电缆、插头或插座，由此改善安全性。也可不存在看得见或可接近的插座、电缆和插头，由此减少对功率充电装置的潜在破坏行为。另外，由于可将电动车辆112用作分配式存储装置以使电网稳定，所以可使用衔接到电网解决方案来增加针对车辆到电网(V2G)操作的车辆可用性。
如参看图1所描述的无线功率传递系统100也可提供美学和无阻碍优点。例如，可不存在可阻碍车辆和/或行人的充电柱和电缆。
作为车辆到电网能力的进一步解释，无线功率传输和接收能力可经配置成互逆的，使得基底无线充电系统102a将功率传递到电动车辆112抑或电动车辆112将功率传递到基底无线充电系统102a(例如，在能量不足时)。此能力可有用于通过允许电动车辆在由可再生能量生产(例如，风或太阳能)中的过度需求或不足引起的能量不足时将功率贡献给整个分配系统来使配电电网稳定。
在一些其它用例中，反方向上的功率流可仅为少量的，以作为用以改善发射器装置与接收器装置的对准或用以识别哪一发射器装置经适当地放置以用于将功率传递到接收器装置的过程的部分。
因此应理解，本文中使用术语“发射器”、“接收器”、“初级”和“次级”以及其类似者以指无线功率传递系统的组件在用于将功率从电力供应器传递到电动车辆(即，从发射器或初级装置传递到接收器或次级装置)时的正常使用。因此，“发射器”也可用以接收功率且“接收器”也可用以传输功率。虽然出于容易理解起见，这些术语的使用指系统的某些组件的正常操作意义，但这些术语的使用并未将本发明限于此类组件的任何特定操作。
图2为图1的无线功率传递系统100的示范性组件的示意图。如图2中所示，无线功率传递系统200可包含基底系统传输电路206，所述基底系统传输电路206包含具有电感L1的基底系统感应线圈204。无线功率传递系统200进一步包含电动车辆接收电路222，所述电动车辆接收电路222包含具有电感L2的电动车辆感应线圈216。本文中所描述的实施例可使用电容性负载型线环(即，多匝线圈)，从而形成能够经由磁近场或电磁近场将能量从初级结构(发射器)高效地耦合到次级结构(接收器)(如果初级结构与次级结构两者经调谐到共同谐振频率)的谐振结构。
谐振频率可基于包含如上文所描述的感应线圈(例如，基底系统感应线圈204)的传输电路的电感和电容。如图2中所示，电感可大体为感应线圈的电感，而电容可被加到感应线圈以形成处于所要谐振频率的谐振结构。作为非限制性实例，可添加与感应线圈串联的电容器以形成产生电磁场的谐振电路(例如，基底系统传输电路206)。因此，对于较大直径的感应线圈来说，用于诱发谐振的电容值可随线圈的直径或电感增加而减小。电感也可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的高效能量传递区可增大。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，可将电容器并联放置于感应线圈的两个端子之间(例如，并联谐振电路)。此外，感应线圈可经设计成具有高质量(Q)因子以改善感应线圈的谐振。
可将线圈用于电动车辆感应线圈216和基底系统感应线圈204。将谐振结构用于耦合能量可被称为“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。将基于从基底无线功率充电系统202到电动车辆112的功率传递来描述无线功率传递系统200的操作，但所述操作并不限于此。例如，如上文所论述，电动车辆112可将功率传递到基底无线充电系统102a。
参看图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将功率PSDC供应到基底无线功率充电系统202以将能量传递到电动车辆112。基底无线功率充电系统202包含基底充电系统功率转换器236。所述基底充电系统功率转换器236可包含例如以下各者的电路：AC/DC转换器，其经配置以将功率从标准市电AC转换到处于合适电压电平的DC功率；和DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC功率转换到处于适于无线高功率传递的操作频率的功率。基底充电系统功率转换器236将功率P1供应到包含基底充电系统调谐电路205的基底系统传输电路206。可提供基底充电系统调谐电路205以在所要频率下与基底系统感应线圈204形成谐振电路。调谐电路205可包含耦合到基底系统感应线圈204的一或多个无功调谐组件(例如，一或多个电容器)。所述无功调谐组件可以与基底系统感应线圈204的串联或并联配置或串联和并联配置的任何组合而电连接。
包含基底系统感应线圈204的基底系统传输电路206与包含电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222可经调谐到实质上相同的频率，且可定位于由基底系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216中的一者所传输的电磁场的近场内。在此状况下，基底系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216可变成彼此耦合，使得功率可被传递到包含电动车辆充电系统调谐电路221和电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222。可提供电动车辆充电系统调谐电路221以在所要频率下与电动车辆感应线圈216形成谐振电路。调谐电路221可包含耦合到电动车辆感应线圈216的一或多个无功调谐组件(例如，一或多个电容器)。所述无功调谐组件可以与电动车辆感应线圈216的串联或并联配置或串联和并联配置的任何组合而电连接。在线圈分离时产生的互耦系数由元素k(d)表示。等效电阻Req,1和Req,2表示可为感应线圈204和216以及任何抗电抗电容器所固有的损耗，在一些实施例中所述抗电抗电容器可分别提供于基底充电系统调谐电路205和电动车辆充电系统调谐电路221中。包含电动车辆感应线圈216和电动车辆充电系统调谐电路221的电动车辆接收电路222接收功率P2，且将功率P2提供到电动车辆充电系统214的电动车辆功率转换器238。
其中，电动车辆功率转换器238可包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以将处于操作频率的功率转换回到处于经匹配到电动车辆电池单元218的电压电平的电压电平的DC功率。电动车辆功率转换器238可提供经转换的功率PLDC以对电动车辆电池单元218充电。电力供应器208、基底充电系统功率转换器236和基底系统感应线圈204可为固定的且位于多种位置处，如上文所论述。电池单元218、电动车辆功率转换器238和电动车辆感应线圈216可包含于为电动车辆112的部分或电池组(未图示)的部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214也可经配置以经由电动车辆感应线圈216将功率无线地提供到基底无线功率充电系统202从而将电力回馈到电网。电动车辆感应线圈216和基底系统感应线圈204中的每一者可基于操作模式而充当传输感应线圈或接收感应线圈。
应理解，为了简单性起见，已将以上描述和2的框图限于单信道无线功率发射器和单信道无线功率接收器，此意谓存在驱动单一初级感应线圈的单一电源且存在将功率递送到单一功率耗散器(power sink)(例如，整流器)的单一次级感应线圈(拾取器)。然而，无线功率传递系统200可为多信道型系统，其包括驱动多个初级感应线圈的多个(聚集)电源和将功率递送到多个功率耗散器(例如，整流器)的多个次级感应线圈。双信道配置可用以根据本文中所描述的某些实施例使用线圈布置来操作系统。
尽管未展示，但无线功率传递系统200可包含用以使电动车辆电池单元218或电力供应器208从无线功率传递系统200安全地断开的负载断开单元(LDU)。例如，倘若发生紧急情况或系统故障，便可触发LDU以使负载从无线功率传递系统200断开。除了用于管理对电池的充电的电池管理系统之外可提供LDU，或LDU可为电池管理系统的部分。
另外，电动车辆充电系统214可包含用于将电动车辆感应线圈216选择性地连接到电动车辆功率转换器238和与电动车辆功率转换器238断开的切换电路(未图示)。断开电动车辆感应线圈216可暂停充电且也可调整如由基底无线充电系统102a(充当发射器)“看见”的“负载”，其可用以使电动车辆充电系统114(充当接收器)从基底无线充电系统102a去耦。如果发射器包含负载感测电路，那么可检测到负载改变。因此，发射器(例如基底无线充电系统202)可具有用于确定接收器(例如电动车辆充电系统214)何时存在于基底系统感应线圈204的近场中的机构。
如上文所描述，在操作中，假定能量传递朝向车辆或电池，提供来自电力供应器208的输入功率使得基底系统感应线圈204产生用于提供能量传递的场。电动车辆感应线圈216耦合到电磁场且产生输出功率以供电动车辆112存储或消耗。如上文所描述，在一些实施例中，基底系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216是根据互谐振关系而配置，使得电动车辆感应线圈216的谐振频率和基底系统感应线圈204的谐振频率非常接近或实质上相同。当电动车辆感应线圈216位于基底系统感应线圈204的近场中时，基底无线功率充电系统202与电动车辆充电系统214之间的传输损耗为最小的。
如所陈述，通过将位于传输感应线圈的近场中的能量的大部分耦合到接收感应线圈而非将电磁波中的大多数能量传播到远场而发生高效能量传递。当位于近场中时，可在传输感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。本文中将位于感应线圈周围且其中可发生此近场耦合的区称作近场耦合模式区域。
如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或近似匹配的谐振期间发生发射器与接收器之间的高效能量传递。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振未被匹配时，仍可以较低效率和/或以较低功率来传递能量。能量的传递是通过将能量从传输感应线圈的近场耦合到驻留于建立有此近场的区域内(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)的接收感应线圈而非将能量从传输感应线圈传播到自由空间中来发生。
如上文所描述，根据一些实施例，揭示了将功率耦合于在彼此的近场中的两个感应线圈之间。如上文所描述，近场可对应于在感应线圈周围且电磁场存在于其中但可不传播或辐射远离感应线圈的区域。近场耦合模式区域可对应于在感应线圈的物理体积附近的体积，其通常在波长的小部分内。根据一些实施例，将电磁感应线圈(例如，单匝回圈天线和多匝回圈天线)用于发射与接收两者，这是因为在实际实施例中与电型天线(例如，小偶极)的电近场相比磁型线圈的磁近场振幅趋向于较高。此允许所述对天线之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电”天线(例如，偶极和单极)或磁天线与电天线的组合。在此说明书中，术语“线圈”可在导电结构或具有诸多匝导电材料(皆缠绕在单一中心点上)的意义上加以使用。术语“线圈布置”用以意谓导电材料的任何缠绕布置，其可包括诸多“线圈”。在一些示范性实施例中，绞合漆包线可用以形成线圈布置。
尽管未展示，但基底充电系统功率转换器236和电动车辆功率转换器238两者可包含振荡器、驱动器电路(例如功率放大器)、滤波器和用于与无线功率感应线圈高效耦合的匹配电路。振荡器可经配置以产生所要频率，所述所要频率可响应于调整信号而加以调整。振荡器信号可响应于控制信号通过功率放大器而放大一放大量。可包含滤波器和匹配电路以滤除谐波或其它不当频率，且使功率转换模块的阻抗匹配到无线功率感应线圈。功率转换器236和238也可包含整流器和切换电路以产生合适的功率输出从而对电池充电。
可将如贯穿所揭示的实施例而描述的电动车辆感应线圈216和基底系统感应线圈204称作或配置为“回圈”天线，且更具体地说多匝回圈天线。本文中也可将感应线圈204和216称作或配置为“磁性”天线。也可将线圈称作经配置以无线地输出或接收功率的类型的“天线”。回圈(例如，多匝回圈)天线可经配置以包含空心或实心(例如铁氧体磁心)。空心回圈天线可允许将其它组件放置于核心区内。包含铁磁或亚铁磁材料的实心天线可允许逐渐形成较强的电磁场和改善的耦合。
如部分地参看图1和2所描述的感应功率传递(IPT)系统提供无线能量传递的一个实例。在IPT中，初级(或“发射器”)功率装置将功率传输到次级(或“接收器”)功率接收器装置。发射器功率装置和接收器功率装置中的每一者包含电感器，其通常为电流输送媒介的线圈或绕组的布置。初级电感器中的交流电流产生交变磁场。当次级电感器被放置成最接近初级电感器时，所述交变磁场感应次级电感器中的电动势(EMF)，由此将功率传递到次级功率接收器装置。
图3为包含基底垫片302和车辆垫片314的示范性实施例的感应式功率传递系统300的俯视图和剖面图。在电动车辆和插入式混合车辆IPT系统中，初级功率装置可位于地面上且可被称为“基底”装置或基底垫片302。在一方面中，基底垫片302可对应于包含基底系统感应线圈104a的基底无线充电系统102a，如上文参看图1和2所描述。次级功率装置可位于电动车辆上且可被称为“拾取”装置或车辆垫片314。在一方面中，车辆垫片314可对应于包含电动车辆感应线圈116的电动车辆无线充电系统114，如上文参看图1和2所描述。这些装置用以将功率从地面传输到车辆112(图1)。
基底垫片302包含初级线圈304，所述初级线圈304经配置以产生用于提供如上文所描述的功率传递的交变磁场。基底垫片302进一步包含磁性材料350(例如，铁氧体结构)和导电背板360。磁性材料350定位于线圈304与导电背板360之间。车辆垫片314包含次级线圈316，所述次级线圈316经配置以响应于由初级线圈304产生的磁场而产生电流，使得可将功率提供到负载(未图示)。车辆垫片314进一步包含定位于线圈316与导电背板362之间的磁性材料352。应了解，IPT系统可进一步包含图1或2中所示或以其它方式在下文描述的组件中的一或多者。
在以下描述中，假定基底垫片302位于地面上且车辆垫片314安装于车辆112的底部(车身下部)，例如，在提供最大距离和保护而使人免于暴露到磁场的车辆112中心处。此外，根据某些实施例，基底垫片302与车辆垫片314两者实质上为在水平方向(x、y维度)上扩展且在垂直(z)维度上具有低高度(剖面)的平面结构。
IPT系统300也可能能够以其中功率以其它方式而被传递(即，从车辆到电网(V2G))的模式起作用。在此模式中，车辆垫片314在技术上为初级装置且基底垫片302为次级装置，这是因为车辆垫片314感应基底中的电动势(EMF)。此可允许存储于电动车辆电池118(图1)中的功率被传递回到市电电网。
在电动车辆IPT系统300中，需要纵向(即，相对于车辆112的向前/向后)方向和横向(即，侧面对侧面)方向上的容限。在不同情形中，具有对在纵向或横向方向上的未对准的较大容限度可为有益的。因此需要电动车辆IPT系统300具有容限方面的灵活性以适合特定情形的要求。
PCT公开案第WO 2010/090539号揭示一种用于对电动车辆供电的IPT系统，其中基底(通常为初级)线圈布置(通常定位于地面上)包含定位于由高磁导率的材料(例如铁氧体)形成的核心上方的两个单独共平面线圈。此外，可存在位于磁心下方的导电背板，其充当屏蔽件和额外通量整形器。在此布置中，贯穿核心而不存在穿过所述线圈的直线路径。因而，如果在相反意义上通过电流加以特定地驱动，那么此线圈布置(称作‘双D’布置)在线圈上方产生两个不同磁极区和位于其间的呈“通量管”形式的磁通量弧线(被称为IPT系统的功能空间的高通量浓度区)。与被称为‘圆形’垫片的平面单线圈结构的磁矩(其实质上为垂直的)相反，由此结构产生的磁矩实质上为水平的。
根据本文中所描述的各种实施例，也可将三个或三个以上的线圈用于接收器(拾取)装置的线圈布置中。接收器装置在本文中也被称作车辆垫片。最初两个线圈可为如在基底线圈布置中的形成‘双D’的单独共平面线圈。在能量传递期间，此‘双D’与发射器(基底)装置中的‘双D’对准。第三线圈(本文中称作‘正交’线圈)在磁导核心的相同侧上定位于‘双D’中心上方。‘正交’线圈允许除水平分量(其通过‘双D’提取)之外从接收器装置所拦截的磁场垂直分量来提取功率。至于螺线管线圈结构，‘双D’具有对发射器装置与接收器装置之间的在垂直于其磁矩的方向上的未对准的容限，但具有对在平行于其磁矩的方向上的未对准的较小容限。由车辆垫片中的‘双D’(DD)和‘正交’(Q)建置的三线圈布置可改善IPT系统在平行方向上的容限，因此增加系统对在任何方向上的未对准的总容限。
本文中所描述的实施例的一个方面是针对改善达成低发射电平(例如，低于ICNIRP'98参考电平的EMF暴露电平或(例如)低于如由欧洲标准EN 300330或FCC部分15所定义的限度的射频干扰电平)同时执行对电动车辆的充电的能力的线圈结构。例如，某些实施例可达成低发射电平，即使在车辆车身下部为金属和/或包含金属屏蔽件的情况下和/或在地面结构包含优质导电材料(例如，钢筋混凝土地面中的铁条)的情况下也如此。
位于车辆垫片上方和基底垫片下面的水平平面导电结构大体可实质上不抑制在正常用例中人所在的某些位置处的磁场。相比之下，如果与在不存在此类导电结构的情况下加以操作的系统相比，那么所述水平平面导电结构可充当增加这些位置处的磁通量密度的磁通量信道。
与‘圆形’单线圈垫片相对，可围绕垫片的磁性结构的导电背板和其任何扩展部(例如美国公开案第US 2010/0109604号中所揭示)或其它导电表面(例如，车辆钢制车身下部或任何其它额外车身下部屏蔽件或导电性地面结构)可不帮助抑制在关键位置处(车辆内部(客舱)中除外)的发射电平。此可与磁场边界条件有关。垂直于优质导电表面的磁场分量实质上不存在。所述磁场分量通过所感应的涡电流而被消除(楞次定律)。
为有效地消除在车辆下方外张的水平通量，可使用垂直导电屏蔽件。如果安装于车辆底部，那么此类屏蔽件可需要用于收缩的机械装置(例如，片状物、金属裙板)，所述机械装置可被视为不切实际的、不可靠的、太昂贵和缺乏美感。
根据本文中所描述的各种实施例，‘圆形’垫片可具有低发射的潜力。图3的基底垫片302和车辆垫片314展示‘圆形’配置的一个实例。此外，磁心上的‘双D’或螺线管线圈结构(未图示)可提供对对准偏移的更大容限且因此用于车辆停放的更大自由度。
可通过提供高对称度的实质上经完美地对准的‘圆形’垫片(例如，同轴线圈布置)来提供低发射电平。任何不对称性(例如，归因于对准偏移)可产生可不通过屏蔽结构而消除的水平磁矩且可增加如在车辆周围环境中所测量的发射。
图4为根据图3中所示的垫片302和314的实施例的曲线，其说明作为x和y方向上的对准偏移的函数的耦合系数k的示范性值。图4说明对于给定气隙高度(被定义为基底垫片表面到车辆垫片表面)来说耦合系数k与对准偏移之间的示范性关系。气隙高度可考虑到垫片302和314的外壳的某一厚度。图4说明可随着增加x和y方向上的偏移而发生耦合的相对快速衰减。此行为可至少部分地为如图3中所示的圆形线圈几何形状的结果。
图5为根据图3中所示的垫片302和314的实施例的曲线，其说明作为x和y方向上的偏移的函数的初级电流变化的示范性值。图5中所示的值假定被递送到负载的恒定功率、恒定的次级侧负载电压(电动车辆电池)和使用简单被动式整流器(由于为电路复杂性和成本)的非自适应性无线功率接收器，使得次级谐振电流在所要x和y偏移范围中保持实质上恒定。图5说明初级电流变化可至少部分地基于如图3中所示的圆形线圈几何形状的线圈的对准而显著地变化。例如，作为示范性值，图5说明针对特定偏移半径的约40％电流变化，其将正规化初级电流变化定义为：
图6为根据一实施例的充电系统600的透视图，所述充电系统600包含布置于基底垫片602上方的车辆垫片614。基底垫片602包含导电背板660(例如，屏蔽件)和磁性材料650(例如，铁氧体结构)。‘双D’线圈(下文中称作‘DD线圈’)包括实质上直接搁置在基底垫片602的磁性材料650上的线圈604b和604a(下文中参看图6而被称作DD线圈604a-b)。DD线圈604a-b可由各自封闭相应区的两个环616a和616b形成。根据实施例，DD线圈604a-b可由单独的线圈616a和616b抑或单一导电结构(例如，以如此的方式缠绕或形成以包括封闭相应区的两个环的任何导电材料)形成。车辆垫片614也包含导电背板(例如，屏蔽件)662和磁性材料652。车辆垫片614包含直接定位于磁性材料652上的DD线圈616a和616b(下文中称作DD线圈616a-b)。车辆垫片614进一步包含额外线圈616c。当除DD线圈616a-b之外加以使用时，可将所述线圈616c称作‘正交’线圈(下文中称作‘Q线圈’)。在一些实施例中，当线圈616c经缠绕以封闭单一区时，所述线圈616c被另外称作‘圆形’线圈。Q线圈616c定位于DD线圈616a-b上。如图6中所示，Q线圈616c的宽度实质上与磁性材料652的宽度相同。Q线圈616c的长度实质上短于磁性材料652的长度。
发射电平和未对准容限可为根本上相关的。同时达成最小发射和高容限可为困难的。此可被视为在严格的发射约束下达成感应功率传递的困境。
然而，根据下文所描述的实施例，可存在发射与容限之间的可接受取舍。在一实施例中，可使用当特定地相对于产生实质上水平磁矩的第二线圈结构来定位时在偏移条件中得到支撑的‘圆形’线圈结构(例如，图6的Q线圈616c)。此第二布置可为DD线圈(例如，图6的DD线圈616a-b)，其可为基底垫片的部分或车辆垫片的部分或基底垫片与车辆垫片两者的部分。在操作为接收器的情况下，此第二结构提取拦截能量接收垫片的磁通量的水平分量。在经配置为无线功率发射器的情况下，此第二线圈布置产生允许在偏移条件下通过无线功率接收器的‘圆形’线圈来提取能量的磁场。
可将使用Q线圈616c和DD线圈616a-b的垫片称作DDQ型垫片。本文中可将可产生垂直磁矩与水平磁矩两者或可拾取垂直通量分量与水平通量分量两者的垫片662称作交叉极垫片，这是因为其支持垂直极化与水平极化两者。
图7为根据一实施例的包含基底垫片702和车辆垫片714的示范性感应式功率传递系统700的俯视图和剖面图。基底垫片702包括具有定位于磁性材料750(例如，铁氧体结构)上方的‘圆形’几何形状的线圈704。磁性材料750定位于导电背板760上方。车辆垫片714也包含导电背板762。车辆垫片714为交叉极垫片且经配置以拾取垂直通量分量与水平通量分量两者并支持垂直极化与水平极化两者。为此，车辆垫片714包含DD线圈716a-b和Q线圈716c。Q线圈716c定位于磁性材料752与DD线圈716a-b之间。根据实施例，DD线圈716a-b可由单独的线圈716a和716b抑或单一导电结构(例如，经缠绕以包含封闭相应区的两个环716a和716b的单一线圈)形成。
由于来自水平极化的磁性结构(例如，DD线圈716a-b)的发射趋向于更为显著，所以水平极化的磁性结构(例如，DD线圈716c)的用途可为‘间隙填补剂’以增强/提高在偏移条件(其中完全垂直极化的系统中的耦合通常降级)下的系统性能。根据本文中所描述的实施例，此可通过将线圈适当地定尺寸和通过控制垫片电流使得所得杂散磁场在感兴趣点处被最小化来实现。因为可着重于‘圆形’或Q线圈716c而非DD线圈716a-b(假定DDQ型垫片)，所以将本文中所描述的对应实施例称作QDD垫片。
来自交叉极布置(例如，车辆垫片线圈716a-b和716c)的至少一个益处可为较小垫片电流变化产生较小应力且因此较低的功率转换损耗(如果被递送到负载的功率在指定的容限范围内经维持为在所有偏移条件下恒定)。换句话说，通过使用交叉极线圈布置，可减小和/或最小化系统的操作或负载质量因子(下文中称作Q因子)的变化，从而使系统针对可发生于车辆或地面设施的实际环境中的去谐和损耗效应而变得较稳健。交叉极磁性结构(例如，车辆垫片线圈716a-b和716c)的使用可避免为达成自适应性阻抗调谐和匹配的对额外有损电路的使用或放松要求。通过使用交叉极方法，可保留此类额外电路(例如，主要是为了将系统调适到不同气隙高度和/或如由车辆电池在充电周期中改变其电压而产生的不同负载条件的目的)。根据参看图3到7和以其它方式在本文中所描述的实施例，可将术语‘圆形’线圈用于产生实质上垂直极化的磁矩的具有任何几何形状的单一线圈结构。‘圆形’线圈可具有(例如)圆形、方形或实质上矩形几何形状。可将术语‘圆形’垫片用于集成有‘圆形’线圈的任何垫片。‘圆形’垫片以及其屏蔽部件和其磁心部件可具有(例如)圆形、方形或矩形几何形状。
根据参看图3到7和以其它方式在本文中所描述的实施例，术语‘双D’或‘DD’可用以指明双线圈结构且可经配置以产生实质上水平极化的磁矩。
根据参看图3到7和以其它方式在本文中所描述的实施例，本文中使用术语‘DDQ’或‘QDD’来描述经配置以产生垂直极化的磁矩与水平极化的磁矩两者的三线圈布置。
根据参看图3到7和以其它方式在本文中所描述的实施例，本文中使用术语‘单体’来描述由至少一块高磁导率磁性材料(例如，铁氧体)构成的磁心结构，其中在多个块(例如，铁氧体方块)的状况下，块之间的间隙相对于块大小而为小的(例如，<其长度的10％且<其宽度的10％)，使得所述结构引用与真正单体结构类似的效应。
如上文所描述，根据示范性实施例，图7的基底垫片702包括‘圆形’线圈配置，而车辆垫片714为具有Q线圈716c和DD线圈716a-b的‘QDD’型车辆垫片。图7进一步展示坐标系统(x,y)。
车辆垫片714经配置而使得着重于Q线圈716c而非DD线圈716a-b。这是至少通过以下示范性性质来表达。首先，Q线圈716c的区相对于垫片区而较大(例如，与图6中所示的Q线圈616c相比)。在一实施例中，通过实质上直接邻近于磁心的垂直位置(见图7中的剖面)来界定Q线圈716c相对于垫片区的较大区，此既增加了电感、自然Q因子又增加了耦合。第二，Q线圈716c的宽度相对于磁心752的宽度而减小(例如，Q线圈716c的宽度小于磁心752的宽度)。在一方面中，Q线圈716c的减小宽度减少了在导电背板762中和在可围绕车辆垫片714的任何导电结构(例如，背板762和车辆钢制车身下部)中的损耗，此又增加了线圈的自然Q因子。第三，Q线圈716c定位于磁心752与DD线圈716a-b之间。DD线圈716a-b位于Q线圈716c的顶部上且与磁心752相隔至少Q线圈716c的厚度。在一方面中，此定位至少部分地损害了DD线圈716a-b的性能而有利于Q线圈716c。
主要依赖DD线圈配置的系统可大体受益于相对强大的耦合。基于‘圆形’的系统大体可经历较弱的耦合，因此使线圈结构也依据自然Q因子(给定效率为耦合系数与初级Q因子和次级Q因子的几何平均数的乘积的函数)而被优化。此可导致不同几何形状和以上不同的特征。
图8为作为图7的基底垫片702和车辆垫片714的对准偏移的函数的初级电流变化的示范性值的曲线。如在图5中，所述值基于以下假定来说明示范性初级电流变化：当有效时，DD线圈716a-b与Q线圈716c两者的谐振电流在所要的x和y偏移范围中保持实质上恒定，且DD线圈716a-b仅对于实质上大于阈值的x偏移才有效。
对于较小的x偏移来说，在某些实施例中可将DD线圈716a-b假定为经停用或去耦而使得在DD线圈716a-b上实质上不存在电流。图8中所示的示范性值假定DD线圈716a-b经停用。在某些实施例中，DD线圈716a-b基于对准偏移而经选择性地去耦。DD线圈716a-b基于对准偏移的选择性去耦大体改善了DD线圈716a-b不能实质上促成总能量传递的那些偏移点处的效率。应注意，根据本文中所描述的实施例，可基于耦合测量来选择性地去耦Q线圈716c抑或DD线圈716a-b。例如，如刚才所注释，在DD线圈716a-b不能实质上促成总能量传递的情形中，其它损耗(当激活时)可降低总效率。因而，可通过在此情形中停用DD线圈716a-b来提高效率。应注意，给定以上假定，Q线圈716c与DD线圈716a-b两者的电流(因此功率损耗)也独立于其对功率传递的贡献而保持实质上恒定。因此，可将线圈去耦视为一种用以优化效率的有效方式。代替两个线圈配置的硬去耦、软组合或软耦合的做法，可提供Q线圈716c和DD线圈716a-b。在此状况下，可通过选择性地调适如(例如)在每一整流器输入处所看见的负载电阻(例如，使用受控整流器(例如，同步整流器))来个别地控制由每一线圈716c和716a-b达成的功率贡献。
图8说明根据一个示范性实施例的图7的DD线圈716a-b的效应，其实质上将x偏移方向上的初级电流变化减小到大约10％，从而预期系统可应付超过150mm或更大的x偏移或应付不对称偏移容限要求(例如，椭圆容限区而非圆形)。针对x和y方向上的相等容限要求的总电流变化可相对于针对图7的垫片配置的x和y方向上的相等容限要求的总电流变化而类似。
图9为根据一实施例的包含基底垫片902和车辆垫片914的另一实施例的示范性感应式功率传递系统900的俯视图和剖面图。图9进一步展示坐标系统(x,y)的定义。车辆垫片914经配置成类似于图7的车辆垫片714，且包含定位于磁性材料952(例如，铁氧体结构)与DD线圈916a-b之间的Q线圈916c。图9中所示的基底垫片902为具有矩形形状因数的‘圆形’基底垫片配置。与图3和图7的‘圆形’垫片和图6的‘QDD’垫片相比，基底垫片902的长度稍大但宽度和面积显著较小。基底垫片902包含线圈904，所述线圈904具有定位于磁性材料950上方的实质上矩形几何形状。磁性材料950定位于导电背板960上方。磁性材料950和导电背板960具有矩形几何形状。在一些方面中，图9中所示的‘圆角矩形’基底垫片902可关于相对于图7的垫片配置的初级电流变化而具有改善的性能。
如上文所描述，DD线圈916a-b经配置以经由磁场来无线地接收功率。DD线圈916a-b具有大于宽度的长度且包含：导电材料的第一部分，其经缠绕以封闭具有第一中心点的第一区；和导电材料的第二部分，其经缠绕以封闭具有第二中心点的第二区。第一部分和第二部分具有实质上共平面的下表面。DD线圈916a-b具有各自沿DD线圈916a-b的长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。Q线圈916c定位于DD线圈916a-b与磁性材料(例如，磁性材料950或具有类似于磁性材料950的性质的其它材料)之间。Q线圈916c经进一步配置以经由磁场来无线地接收功率。Q线圈916c包括经缠绕以封闭具有第三中心点的第三区的导电材料。Q线圈916c进一步具有大于宽度的长度。Q线圈916c的长度实质上至少等于沿几何线的在DD线圈916a-b的第一边缘与第二边缘之间的距离。
图10为根据图7和9的垫片配置的曲线，其说明作为x和y方向上的对准偏移的函数的耦合系数k的示范性值。图10通过比较基底垫片902与图7的垫片配置的‘QDD’车辆垫片714的Q线圈716c(即，‘圆形’和‘QDD’)和图9的Q线圈916c(‘圆角矩形’和‘QDD’)两者之间的耦合来说明图9的基底垫片902的矩形形状的效应。虽然耦合系数可针对图7的垫片配置的x和y偏移而类似地衰减，但对于使用矩形状基底垫片902的图9的配置来说，存在y方向上的实质上平坦进程和x方向上的较快速衰减。如由这些示范性值所示，根据图9，如果DD线圈916a-b的极化轴线实质上被垂直定向到基底垫片902的较长轴线，那么所述行为有利地与车辆侧上的‘QDD’布置匹配。在图9的配置中，DD线圈916a-b补偿x方向上的较快速的耦合衰减，但无需y方向上的任何补偿。
图11为作为图9的基底垫片902和车辆垫片914的对准偏移的函数的初级电流变化的示范性值的曲线。此外，假定次级侧谐振电流在所要的x和y偏移范围中保持实质上恒定且仅将DD线圈916a-b用于大于阈值的x偏移。如上文参看图7所描述，对于较小的x偏移来说，在某些实施例中可假定DD线圈916a-b可经停用使得在DD线圈916a-b上实质上不存在电流。在图11中，假定DD线圈916a-b针对小于阈值的x偏移而经停用。图11说明根据一个实施例的归因于水平垫片未对准可为大约20％的示范性总初级电流变化，在一些情形中，其可为可通过(例如)与图3中所示的垫片配置类似的垫片配置而达成的总初级电流变化的大约一半。
如在图7和9中所示的车辆垫片714和914中所示的‘QDD’布置提供电流配置方面的某种自由度，其可用以控制如(例如)沿车辆轮圈或在特定磁场‘热点’中所测量的发射，此被视为对于系统安全性来说为重要的。可通过改变线圈916a、916b或916c中的一者的电流的相对振幅和/或相位来实现发射控制。使用电流控制，可实质上减小暴露电平(例如，以达成关于参考电平的ICNIRP'98顺应性)。
在一些实施例中，选择Q线圈916c和DD线圈916a-b中的电流的相对方向(相对相位)以减小在最坏状况位置(‘热点’)处的磁场强度。
图12A、12B和12C为示范性垫片1214(例如，对应于图9的车辆垫片914)的图，其展示Q线圈1216c和DD线圈1216a-b的示范性电流。垫片1214包含定位于磁性材料1250(例如，铁氧体结构)与DD线圈1216a-b之间的Q线圈1216c。图12A展示箭头1240，所述箭头1240指示相对于DD线圈1216a-b中的线圈1216a中的一者的位置的相对电流方向。图12B展示箭头1242，所述箭头1242指示相对于DD线圈1216a-b中的另一线圈1216b的位置的相对电流方向。图12C展示箭头1244，所述箭头1244指示相对于垫片的Q线圈1216c的相对电流方向。应注意，可将图12A、12B和12C中所示的线圈配置用于车辆垫片抑或基底垫片。
虽然电流正高频率地进行交替，但可将相对意义上的电流方向指派给每一线圈1216a、1216b和1216c(例如，感应电压的极性)。
在一个实施例中，可通过使用线圈的端子到功率转换器的固定连接来减小发射。应注意，当车辆垫片在x方向上从负偏移移到正偏移时，DD线圈1216a-b的极性且因此电流方向改变其相对于Q线圈1216c的正负号(180度的相位改变)，这是因为耦合系数将改变其正负号。此效应可协作地起作用，这是因为场热点(最大)也可从(例如)车辆112(图1)的左侧移到车辆112的右侧从而需要使电流的相对方向反向以用于达成最小场强。
在另一实施例中，可通过使用换向器开关来改变感应线圈1216a、1216b或1216c的极性而动态地更改电流方向。
如上文业已描述，也可使用‘QDD’线圈布置中的电流控制以用于减小功率损耗。
图13为根据一实施例的垫片1302的示范性实施例的俯视图和剖面图。虽然垫片1302可经配置为基底垫片或车辆垫片，但根据一实施例，垫片1302可经特定地配置以用作基底垫片。图13展示根据一实施例的‘圆角矩形’垫片1302(例如，类似于如上文参看图9的基底垫片902所描述)的结构，且展示可针对垫片1302加以界定和配置的一些尺寸。可将矩形垫片1302的较长边称作长度。因此将垫片1302的较短边称作宽度。垫片1302包含具有矩形几何形状的线圈1304。根据一实施例，线圈1304可由绞合漆包线线圈形成。线圈1304具有由尺寸1374界定的外长和由尺寸1372界定的内长。此外，线圈1304具有由尺寸1384界定的外宽和由尺寸1382界定的内宽。线圈1304定位于磁性材料1350(例如，铁氧体结构)上方，所述磁性材料1350具有由尺寸1376界定的长度和由尺寸1386界定的宽度。磁性材料1350定位于导电背板1360上方，所述导电背板1360具有由尺寸1378界定的长度和由尺寸1388界定的宽度。另外，垫片1302可包含位于导电屏蔽件1360与磁性材料1350之间的第一绝缘层1362。垫片1302也可包含位于磁性材料1350与线圈1304之间的绝缘层1364。
图14为根据一实施例的垫片1414的示范性实施例的俯视图和剖面图。虽然垫片1414可经配置为基底垫片或车辆垫片，但根据一实施例垫片1414可经特定地配置以用作车辆垫片。图14展示根据一示范性实施例的‘QDD’型垫片1414(类似于图9的车辆垫片914)的结构的实施例，且展示可针对垫片1414加以界定和配置的一些尺寸。可将矩形垫片1414的较长边称作长度。因此将垫片1414的较短边称作宽度。垫片1414包含具有矩形几何形状的Q线圈1416c。根据一实施例，线圈1416c可由绞合漆包线线圈形成。Q线圈1416c可为包括导电材料的导电结构，所述导电材料经配置成被缠绕以封闭具有中心点的内部分。Q线圈1416c的长度由尺寸1424界定，且Q线圈1416c的宽度由尺寸1446界定。另外，沿Q线圈1416c的长度的从沿所述长度的Q线圈1416c的边缘到内区域的边缘的距离由尺寸1432界定。沿Q线圈1416c的宽度的从沿所述宽度的Q线圈1416c的边缘到内区域的边缘的距离由尺寸1444界定。
Q线圈1416c定位于DD线圈1416a-b与磁性材料1450(例如，铁氧体结构)之间。可将DD线圈1416a-b视为具有导电材料的至少两个环，所述环经缠绕以封闭具有两个中心点的两个内区域。DD线圈1416a-b的每一部分的长度由尺寸1422界定。DD线圈1416a-b的每一部分的宽度由尺寸1448界定。另外，沿DD线圈1416a-b的长度的从沿所述长度的DD线圈1416a-b的边缘到内区域的边缘的距离由尺寸1430界定。沿DD线圈1416a-b的长度的从划分DD线圈1416a-b的两个部分的点与内区域的相反边缘的距离由尺寸1434界定。此外，沿DD线圈1416a-b的宽度的从沿所述宽度的DD线圈1416a-b的边缘到内区域的边缘的距离由尺寸1442界定。磁性材料1450具有由尺寸1426界定的长度和由尺寸1448界定的宽度。磁性材料1450定位于导电背板1460上方，所述导电背板1460具有由尺寸1428界定的长度和由尺寸1440界定的宽度。导电背板1460、磁性材料1450、Q线圈1416c和DD线圈1416a-b中的每一者的中心点是对准的。垫片1414的厚度由尺寸1420界定。
如上文所描述，DD线圈1416a-b经配置以经由磁场来无线地接收功率。DD线圈1416a-b具有大于宽度的长度，且包含：导电材料的第一环，其经缠绕以封闭具有第一中心点的第一区；和导电材料的第二环，其经缠绕以封闭具有第二中心点的第二区。第一环和第二环具有实质上共平面的下表面。DD线圈1416a-b具有各自沿DD线圈1416a-b的长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。Q线圈1416c定位于DD线圈1416a-b与磁性材料(例如，磁性材料1450或具有类似于磁性材料1450的性质的其它材料)之间。Q线圈1416c经进一步配置以经由磁场来无线地接收功率。Q线圈1416c包括经缠绕以封闭具有第三中心点的第三区的导电材料。Q线圈1416c进一步具有大于宽度的长度。Q线圈1416c的长度实质上至少等于沿几何线的在DD线圈1416a-b的第一边缘与第二边缘之间的距离。
垫片1414可进一步包含定位于导电背板1460与磁性材料1450之间的绝缘层1462。垫片1414可进一步包含定位于磁性材料1450与Q线圈1416c之间的绝缘层1464。垫片1414可进一步包含位于Q线圈1416c与DD线圈1416a-b之间的绝缘层1466。
图15A为根据一实施例的包含基底垫片1502和车辆垫片1514的另一实施例的示范性感应式功率传递系统1500的俯视图和剖面图。图15进一步展示坐标系统(x,y)的定义。车辆垫片1514经配置成类似于图9的车辆垫片914，且包含定位于磁性材料1552(例如，铁氧体结构)与DD线圈1516a-b之间的Q线圈1516c。所述垫片配置包括‘QDD’型基底垫片1502和‘QDD’型车辆垫片1514。基底垫片1502包含DD线圈1604a-b和Q线圈1604c。DD线圈1504a使用如由Q线圈1504c的开口所给予的自由空间而经实质上布置于与Q线圈1504c相同的平面中。因此，垫片的总厚度保持为相同。
根据图15A的线圈配置，基底垫片DD线圈1504a-b的性能经配置成“被损害”而有利于Q线圈1504c，这是根据如上文参看图7所描述的着重于Q线圈1504。此外，DD线圈1504a-b的磁矩的极化相对于车辆垫片DD线圈1516a-b而为垂直的。当依据来自双信道电源的电流振幅和相位加以选择性地驱动时，此配置可提供增加的未对准容限和/或耦合(初级电流)的平度对y方向上的偏移。
图15B为根据一实施例的可用于感应式功率传递系统中的示范性车辆垫片1514B的俯视图和剖面图。图15B展示可经配置成类似于图15A的基底垫片1502的车辆垫片1514B的实例。例如，车辆垫片1514B包含DD线圈1516B-a-b和Q线圈1516B-c。DD线圈1516B-a-b使用如由Q线圈1516B-c的开口所给予的自由空间而经实质上布置于与Q线圈1516B-c相同的平面中。车辆垫片1514B经配置以经由通过上文所描述的基底垫片配置中的任一者所产生的磁场来无线地接收功率。
图16为根据一实施例的包含基底垫片1602和车辆垫片1614的另一实施例的示范性感应式功率传递系统1600的俯视图和剖面图。车辆垫片1614经配置成类似于图9的车辆垫片914，且包含定位于磁性材料1652(例如，铁氧体结构)与DD线圈1616a-b之间的Q线圈1616c。图16的垫片配置包含‘QDD’型基底垫片1602和‘QDD’型车辆垫片1604。基底垫片1602包含DD线圈1604a-b和Q线圈1604c。类似于车辆垫片1614的配置，基底垫片Q线圈1604c经定位于DD线圈1604a-b与磁性材料1650之间。此外，如上文所描述，基底垫片Q线圈1604c相对于基底垫片1602的区而较大，使得Q线圈1604c的长度横跨DD线圈1604a-b的边缘的长度。
根据参看图7到16所描述的实施例，所述垫片配置可用以满足在x与y方向两者上的所要对准容限同时允许达成减少的发射。
另外，如本文中所描述的配置可提供设计垫片以满足所要对准容限同时避免供证实的显著的模拟量。换句话说，使用上文所描述(例如，参看图9、13、14、15和16)的基本几何形状的垫片可允许根据一般几何形状来选择将产生特定对准容限的特定尺寸。如果垫片的一般几何形状是基于上文所描述(例如，参看图9)的垫片的几何形状，那么可无需显著测试和/或模拟以证实所要对准容限得以满足。下文进一步描述了此。
图17展示根据一实施例的图9的感应式功率传递系统，其具有用于对基底垫片1702和车辆垫片1714标注尺寸以达成选定的对准容限的信息。基底垫片线圈1704具有具有宽度a的矩形形状因数。可通过宽度a+值b来界定基底垫片线圈1704的长度。根据一实施例，可选择长度a和b使得所述长度a和b实质上满足‘黄金’比例，从而使得：
特定对准容限可依据此标注尺寸，使得设计垫片以满足此比例可产生具有可预测的对准容限的垫片。另外，在一些实施例中，磁性材料在两个维度中延伸超出矩形基底垫片线圈实质上0.15*a。
由Q+DD线圈1716a-b和1716c形成的车辆垫片1714也具有具有宽度c和由c+另一值d界定的长度的矩形形状因数。根据一实施例，可选择所述长度c和d使得所述长度c和d实质上满足‘黄金’比例，从而使得
因此，按照以上比例而被标注尺寸的车辆垫片1714可允许容易确定对准容限而无需参与显著测试。在一些实施例中，车辆垫片1714的长度c+d实质上等于基底垫片1702的宽度w。如上文所描述，Q线圈1716c经直接定位于磁性材料上(例如，≈1毫米气隙)，其中Q线圈1716c为磁性材料1752的大小的约95％，而DD线圈1716a-b约为磁性材料1752的大小。
参看图7和9，例如，具有具有‘圆形’线圈904(例如，封闭单一区的圆形或矩形形状因数)的基底垫片902的实施例可允许达成低发射。基底垫片902中的‘圆形’线圈904产生具有环形杂散场的垂直极化的磁矩，所述杂散场通过基底垫片的金属导电背板960和通过车辆112(图1)的车身下部金属或通过任何额外屏蔽结构而得到有效地抑制。相比之下，DD或‘螺线管’结构产生具有漏泄场的水平分量，所述泄漏场特定地在钢筋混凝土地面的状况下通过水平金属表面而被“挤”出。扩展‘圆形’基底垫片902的y维度以形成矩形形状因数可增加y方向上的对准偏移容限，但减小x方向上的容限。可接着使用车辆垫片914中的补充DD线圈916a-b结构(例如，补充Q线圈916c)来补偿x容限方面的不足。DD线圈916a-b(其可潜在地为显著发射的源)是通过减少的安培匝数来操作，但对于达成所需的x容限已足够。选择DD线圈916a-b相对于Q线圈916c的电流方向而使得如通过Q线圈916c和DD线圈916a-b在特定位置(例如，场“热点”)处所产生的磁场分量趋向于实质上抵消。可定位Q线圈916c和DD线圈916a-b而使得在Q线圈916c与DD线圈916a-b之间存在实质上零互耦合。例如，Q线圈916c中的时变信号可实质上不感应DD线圈916a-b中的任何电压(由于Q线圈916c中的时变信号)。类似地，DD线圈916a-b中的时变信号可实质上不感应Q线圈916c中的任何电压(由于DD线圈916a-b中的时变信号)。
另外，与可放松外来目标检测的敏感性要求的DD基底垫片602(图6)相比，基底垫片的磁通量密度可为较低(例如，大约30％)。
图18展示车辆垫片1814(如在图9中)在‘圆角矩形’基底垫片1802(如在图9中)上方的对准。在图18中，DD-Q车辆垫片1814经展示为对准于基底垫片1802上方。如所示，DD-Q车辆垫片1814的纵向轴线垂直于基底垫片1802的纵向轴线。换句话说，沿车辆垫片1814的长度(即，较长尺寸)而延伸的几何线垂直于沿基底垫片1802的长度(即，较长尺寸)而延伸的几何线。
图19为根据一实施例的示范性基底垫片1902(如在图9中)的俯视图。图19进一步说明用于对基底垫片1902标注尺寸以用于确定对准容限的信息。图19展示圆角矩形基底垫片1902，所述圆角矩形基底垫片1902具有定位于磁性材料1950(例如，铁氧体结构)上方的‘圆角矩形’线圈1904。磁性材料1950定位于导电背板1960上方。‘圆角矩形’线圈1904具有沿宽度的从线圈1904的每一边的中心的示范性矩形尺寸A。‘圆角矩形’线圈1904进一步具有界定y方向上的窗长度(例如，被线圈1904封闭的区的长度)的尺寸B。将中心点1982展示为被共同地界定为覆盖垫片1902的表面积的矩形的中心。
图20为根据一实施例的示范性车辆垫片2014(如在图9中)的俯视图和剖面图。图20结合图19进一步说明用于对车辆垫片2014标注尺寸以用于确定对准容限的信息。图20展示DDQ车辆垫片2014的层，所述层具有示范性尺寸以形成矩形车辆垫片2014。所述车辆垫片包含导电背板2062和磁性材料2052(例如，铁氧体结构)。在第一层中，Q线圈2016c定位于磁性材料2052上方。Q线圈具有矩形几何形状，其中C界定Q线圈2016c的窗宽度(被封闭的区的宽度)的宽度。在第二层中，DD线圈2016a-b定位于Q线圈2016c上方。将中心点2082展示为被共同地界定为覆盖垫片2014的表面积的矩形的中心。如所示，窗(例如，被DD线圈封闭的区)的宽度至少与尺寸C一样宽。
图21A和21B为说明当车辆垫片2114(如在图20中)对准于基底垫片2102(如在图19中)上方时感应式功率传递系统的对准容限的图。由箭头所界定的区域2180展示系统的对准容限区域，在其中达成垫片2102和2216的线圈间的充分耦合。如图21A中所指示，根据关于图19和20所描述的尺寸，当在y方向上移动时系统对准容限通过实质上正或负的二分之一乘以B-C的值来界定。另外，如图21B中所指示，根据关于图19和20所描述的尺寸，x方向上的系统对准容限是通过实质上正或负的二分之一乘以A的值来界定。因此，通过根据参看图19和20所描述的垫片配置来使用标注尺寸，可容易确定对准容限。可不需要显著测试和模拟。
换句话说，可通过实质上矩形区域来界定对准容限区域2180。此对准容限区域2180可对应于其中功率传递的量高于阈值(例如，车辆垫片2114与基底垫片2102之间的耦合高于阈值)的区域。根据本文中所描述的实施例，所述阈值可对应于足以对负载充电的功率量。换句话说，通过车辆垫片的中心点2082与基底垫片1902的中心点1982之间的偏移距离所界定的一组点(在所述组点处，耦合量或效率高于阈值)界定实质上矩形区域。可通过得自一组耦合系数(测量不同的初级线圈和次级线圈对中的每一者之间的耦合)的值来定义耦合量，使得耦合量为不同的初级和次级对之间的耦合中的每一者的组合。可将效率定义为可通过多线圈感应式耦合系统的最佳使用来达成的最大能量传递效率。在一些实施方案中，所述耦合的组合可实质上与效率等效。对准容限区域2180的长度(例如，在y方向上)可实质上等于正或负的二分之一乘以尺寸B与C之间的差。此外，对准容限区域2180的宽度(例如，在x方向上)可实质上等于正或负的二分之一乘以尺寸A。以此方式，给定目标对准容限区域2180，可容易确定车辆垫片2114和基底垫片2102的线圈的达成目标对准容限的尺寸(例如，不需要使用显著测试)。
图22A为作为水平偏移(y方向)的函数的在两个不同示范性垫片高度的示范性耦合系数k的曲线，其说明系统水平对准容限。图22A的曲线可对应于当图21A的车辆垫片2114在图21B的基底垫片2102上方水平地移动时在不同高度的耦合系数。所展示的耦合系数可为在基底垫片2102的‘圆角矩形’线圈2104与车辆垫片2114的Q线圈2116c之间所测量的耦合系数。如上文所描述，根据一些实施例，沿水平轴线的在基底垫片线圈2104与车辆垫片2114的DD线圈2116a-b之间的耦合可为可忽略的，或可停用DD线圈2116a-b。所述示范性耦合系数说明对于图21A的垫片配置的水平偏移来说耦合在y方向上的大范围中保持实质上恒定。垂直线指示耦合可下降到阈值以下所在的点。在一个方面中，可因此将系统y容限定义为耦合高于阈值的区域。所述阈值可对应于用以达成充分功率传递以用于对电动车辆供电或充电的充足耦合量。
图22B为作为垂直偏移(x方向)的函数的在两个不同示范性垫片高度的示范性耦合系数k的曲线，其说明系统垂直对准容限。图22B的曲线可对应于当图21B的车辆垫片2114在图21B的基底垫片2102上方垂直地(在x方向上)移动时在不同高度的耦合系数。被指明为k_12的耦合系数对应于基底垫片线圈2104与车辆垫片2114的DD线圈2116a-b之间的耦合。如上文所描述，当车辆垫片2114在x方向上相对于基底垫片2102移动时，基底垫片线圈2104与DD线圈2116a-b之间的耦合增加。被指明为k_13的耦合系数对应于基底垫片线圈2104与车辆垫片2114的Q线圈2116c之间的耦合。如上文所描述，当车辆垫片2114在x方向上相对于基底垫片2102移动时，基底垫片线圈2104与Q线圈2116c之间的耦合减小。对于容限区域2180(图22B)来说，基底垫片2102与车辆垫片线圈2116a-b和2116c之间的组合耦合可高于阈值，这是因为与Q线圈2116c的耦合的减小可通过与DD线圈2116a-b的耦合的增加而相抵。因而，在x方向上可存在大的偏移范围，其中用于达成足够功率传递的充分耦合高于阈值。因此，达成了大的对准容限，其中基底垫片2102与车辆垫片2114之间的耦合在x与y方向两者上保持高于阈值。
因而，根据所描述的实施例，提供通过较少的总基底垫片电流变化来改善未对准容限的垫片配置。此外，达成了可提供在x与y方向两者上的显著容限的矩形或方形容限区域。此外，实施例经配置以具有减少的发射(在一个方面中归因于由基底垫片产生的垂直通量极)。另外，在一些实施例中，可减小基底垫片的大小(特别在DD方向上)。另外，给定上文所描述的标注尺寸，对于不同容限区域和车辆配置可较简单地定制垫片配置。另外，实施例可产生较低的基底垫片表面通量密度。
在一方面中，如参看图7到21所描述的垫片配置在大且实质上‘方形’容限区域中提供高效率。因此，本文中所描述的配置可以高功率传递效率来达成大的对准容限区域，同时减少发射。
图23为展示图1的无线功率传递系统100的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框图。上文所描述的车辆垫片或基底垫片中的任一者可并入到图23的无线功率传递系统中，或可使用参看图23所描述的组件中的任何一者或多者。无线功率传递系统2310说明通信链路2376、导引链路2366和用于基底系统感应线圈2308和电动车辆感应线圈2316的对准系统2352、2354。如上文参看图2所描述和假定能量流是朝向电动车辆112，在图23中，基底充电系统功率接口2354可经配置以将功率从电源(例如，AC或DC电力供应器126)提供到充电系统功率转换器2336。基底充电系统功率转换器2336可从基底充电系统功率接口2354接收AC或DC功率，以在基底系统感应线圈2308的谐振频率或接近所述谐振频率下激发基底系统感应线圈2308。电动车辆感应线圈2316在位于近场耦合模式区域中时可从所述近场耦合模式区域接收能量以在谐振频率或接近谐振频率下振荡。电动车辆功率转换器2338将来自电动车辆感应线圈2316的振荡信号转换到适于经由电动车辆功率接口来对电池充电的功率信号。
基底无线充电系统2312包含基底充电系统控制器2342，且电动车辆充电系统2314包含电动车辆控制器2344。基底充电系统控制器2342可包含到其它系统(未图示)(例如，计算机和配电中心或智能电网)的基底充电系统通信接口。电动车辆控制器2344可包含到其它系统(未图示)(例如，车辆上的车载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子系统和远端电子系统)的电动车辆通信接口。
基底充电系统控制器2342和电动车辆控制器2344可包含用于具有单独通信信道的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，基底充电对准系统2352可经由通信链路2376而与电动车辆对准系统2354通信，以提供用于自主地抑或在操作者帮助下更紧密地对准基底系统感应线圈2308与电动车辆感应线圈2316的回馈机制类似地基底充电导引系统2362可经由导引链路而与电动车辆导引系统2364通信，以提供用以导引操作者对准基底系统感应线圈2308和电动车辆感应线圈2316的回馈机制。另外，可存在由基底充电通信系统2372和电动车辆通信系统2374支持的单独通用通信链路(例如，信道)，以用于在基底无线功率充电系统2312与电动车辆充电系统1314之间传送其它信息。此信息可包含关于电动车辆特性、电池特性、充电状态和基底无线功率充电系统2312与电动车辆充电系统2314两者的功率能力的信息以及电动车辆112的维修和诊断数据。这些通信信道可为单独的物理通信信道(例如，蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝式等)。这些系统可操作而以任何适当的方式来确定并传送基底系统感应线圈2308和电动车辆感应线圈2316的相对位置和/或相对定向。
为在基底无线充电系统2312与电动车辆充电系统2314之间进行通信，无线功率传递系统2310可使用频带内发信与RF数据调制解调器(例如，在未经许可的频带中的无线电上的以太网(Ethernet over radio))两者。频带外通信可提供足够频宽以用于将增值服务布置给车辆用户/拥有者。无线功率载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干扰的频带内发信系统。
另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线功率链路来执行某种通信。例如，无线功率感应线圈2308和2316也可经配置以充当无线通信发射器。因此，基底无线功率充电系统2312的一些实施例可包含用于在无线功率路径上启用键控型协议的控制器(未图示)。通过以预定时间间隔用预定协议来键控传输功率电平(幅移键控)，接收器可检测来自发射器的串列通信。基底充电系统功率转换器2336可包含用于检测在由基底系统感应线圈2308所产生的近场附近有效电动车辆接收器的存在或不存在的负载感测电路(未图示)。通过实例，负载感测电路监视流到功率放大器的电流，其受在由基底系统感应线圈104a所产生的近场附近有效接收器的存在或不存在的影响。可通过基底充电系统控制器2342来监视对功率放大器上的负载的改变的检测，以用于确定是否将启用振荡器以用于传输能量、是否将与有效接收器通信或其组合。
为实现无线高功率传递，一些实施例可经配置以在在10kHz到60kHz的范围中的频率下传递功率。此低频耦合可允许高度有效的功率转换，可使用固态装置来达成高度有效率的功率转换。另外，与其它频带相比，无线电系统可存在较少的共存问题。
图24为根据一实施例的无线地传送功率的方法2400的实施方案的流程图。在块2402处，经由第一导电结构经由磁场来无线地接收功率。第一导电结构具有大于宽度的长度。第一导电结构包括分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环。第一环具有第一下表面且第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面。第一导电结构具有各自沿第一导电结构的长度而与几何线相交的第一边缘和第二边缘。在块2404处，经由定位于第一导电结构与磁性材料之间的第二导电结构来无线地接收功率。第二导电结构封闭第三区。第二导电结构具有大于宽度的长度，第二导电结构的长度实质上至少等于沿几何线的在第一导电结构的第一边缘与第二边缘之间的距离。
图25为根据一示范性实施例的无线功率接收器2500的功能框图。无线功率接收器2500包括用于关于图1到24所论述的各种动作的装置2502和2504。
上文所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)来执行。大体来说，诸图中所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应的功能装置来执行。
可使用多种不同技艺和技术中的任一者来表示信息和信号。例如，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、符号和码片。
结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体在功能性方面描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此类功能性实施为硬件或是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束而定。可针对每一特定应用而以变化的方式来实施所描述的功能性，但此类实施方案决策不应解释为导致脱离所述实施例的范围。
可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或经设计以执行本文中所描述的功能的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实施例而描述的各种说明性块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可经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、一或多个微处理器结合DSP核心或任何其它此类配置。
结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法和功能的步骤可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以所述两者的组合来体现。如果以软件实施，那么所述功能可作为有形、非暂时性计算机可读媒体上的一或多个指令或代码而加以存储或传输。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)、电可抹除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可去除式磁盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将存储媒体耦合到处理器使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息和将信息写入到所述存储媒体。在替代例中，存储媒体可集成到处理器。如本文中所使用，磁盘和光盘包含紧密光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字影音光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘通过激光以光学方式再生数据。以上各者的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。处理器和存储媒体可驻留于ASIC中。所述ASIC可驻留于用户终端机中。在替代例中，处理器和存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端机中。
出于概述本发明的目的，已在本文中描述本发明的某些方面、优点和新颖特征。应了解，根据本发明的任何特定实施例未必可达成所有此类优点。因此，可以达成或优化如本文中所教示的一个优点或一群优点而不必达成如本文中可能教示或提出的其它优点的方式来体现或实施本发明。
上文所描述的实施例的各种修改将容易显而易见，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所定义的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明并不希望限于本文中所展示的实施例，而是应符合与本文中所揭示的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (22)

1.一种用于无线地传送功率的设备，其包括：
第一导电结构，其经配置以经由磁场来无线地接收功率，所述第一导电结构具有大于宽度的长度，所述第一导电结构包括分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环，所述第一环具有第一下表面且所述第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面，所述第一导电结构具有各自与沿所述第一导电结构的所述长度的第一几何线相交的第一边缘和第二边缘；以及
第二导电结构，其定位于所述第一导电结构与磁性材料之间且经配置以经由所述磁场来无线地接收功率，所述第二导电结构包括封闭第三区的第三环，所述第二导电结构具有大于宽度的长度，所述第二导电结构的所述长度实质上至少等于沿所述第一几何线的在所述第一导电结构的所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性材料、所述第一导电结构和所述第二导电结构为实质上矩形，其具有沿所述第一几何线而对准的长度。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构经配置成定位于经配置以产生所述磁场的第三导电结构上方，所述第三导电结构为实质上矩形且具有与所述第三导电结构的所述长度相交的第二几何线，当所述第一导电结构和所述第二导电结构定位于所述第三导电结构上方时，所述第二几何线垂直于所述第一几何线。
4.根据权利要求2所述的设备，其中由所述磁性材料、所述第一导电结构和所述第二导电结构共同界定的第一矩形具有宽度c和长度c+d，且其中c除以d实质上等于c+d除以c。
5.根据权利要求3所述的设备，其中由所述第三导电结构形成的第二矩形具有宽度a和长度a+b，且其中a除以b实质上等于a+b除以a。
6.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构共同地界定第一中心点，所述第一中心点位于覆盖所述第一导电结构和所述第二导电结构的表面积的几何矩形的中心处，其中所述第三导电结构界定第二中心点，所述第二中心点位于覆盖所述第三导电结构的表面积的几何矩形的中心处，且其中由所述第一中心点与所述第二中心点之间的偏移距离所界定且耦合量高于阈值所在的一组点界定实质上矩形区域，所述耦合量至少部分地由得自第一耦合系数和第二耦合系数的值来界定，所述第一耦合系数测量所述第一导电结构与所述第三导电结构之间的耦合，且所述第二耦合系数测量所述第二导电结构与所述第三导电结构之间的耦合。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第三导电结构包括界定第四区的环，其中所述实质上矩形区域的长度实质上等于正或负的二分之一乘以得自所述第四区的长度与所述第三区的宽度之间的差的值。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第三导电结构具有沿第一边的第一外边缘、和沿所述第一边的第一内边缘、和沿第二边的第二外边缘和沿所述第二边的第二内边缘，且其中所述实质上矩形区域的宽度实质上等于正或负的二分之一乘以在所述第一外边缘与所述第一内边缘之间的第一中心点与所述第二外边缘与所述第二内边缘之间的第二中心点之间的距离。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一导电结构具有水平极化的磁矩，其中所述第二导电结构具有垂直极化的磁矩。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构经定位以维持所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的互耦合的不存在。
11.根据权利要求10所述的设备，其中由所述第一导电结构产生且与所述第二导电结构相交的磁场的净和为零。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一导电结构包括以下中的至少一者：
第一线圈，其经缠绕以封闭所述第一区和所述第二区；或
第二和第三线圈，其经缠绕以分别封闭所述第一区和所述第二区。
13.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构为电容性负载型且经配置以在等于所述磁场的频率的谐振频率下谐振，且其中所述第一导电结构和所述第二导电结构经配置以在足以对车辆充电或供电的电平下经由所述磁场来感应性地接收功率。
14.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括接收电路，所述接收电路耦合到所述第一导电结构和所述第二导电结构且经配置以基于经由所述第一导电结构和所述第二导电结构所接收的所述功率的组合的至少一部分来对电动车辆供电或充电。
15.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以接收指示所述第一导电结构和所述第二导电结构中的每一者与发射器导电结构之间的耦合量的测量，所述控制器经配置以基于所述耦合量来选择性地停用所述第一导电结构或所述第二导电结构。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备进一步包括控制器，所述控制器经配置以检测所述第一导电结构和所述第二导电结构中的每一者与发射器导电结构之间的耦合量，且经配置以基于所述耦合量来控制所述第一导电结构和所述第二导电结构中的电流的振幅或相位中的至少一者。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述控制器经配置以控制所述电流的所述振幅或所述相位中的至少一者以将电磁发射的电平维持低于阈值。
18.一种无线地传送功率的方法，其包括：
经由第一导电结构经由磁场来无线地接收功率，所述第一导电结构具有大于宽度的长度，所述第一导电结构包括分别封闭第一区和第二区的第一环和第二环，所述第一环具有第一下表面且所述第二环具有第二下表面，所述第一下表面与所述第二下表面实质上共平面，所述第一导电结构具有各自与沿所述第一导电结构的所述长度的几何线相交的第一边缘和第二边缘；以及
经由定位于所述第一导电结构与磁性材料之间的第二导电结构来无线地接收功率，所述第二导电结构封闭第三区，所述第二导电结构具有大于宽度的长度，所述第二导电结构的所述长度实质上至少等于沿所述几何线的在所述第一导电结构的所述第一边缘与所述第二边缘之间的距离。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述磁性材料、所述第一导电结构和所述第二导电结构为实质上矩形，其具有沿所述几何线而对准的长度，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构经配置成定位于经配置以产生所述磁场的第三导电结构上方，所述第三导电结构为实质上矩形且具有与所述第三导电结构的所述长度相交的第二几何线，当所述第一导电结构和所述第二导电结构定位于所述第三导电结构上方时，所述第二几何线垂直于所述几何线。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构共同地界定第一中心点，所述第一中心点位于覆盖所述第一导电结构和所述第二导电结构的表面积的几何矩形的中心处，其中所述第三导电结构界定第二中心点，所述第二中心点位于覆盖所述第三导电结构的表面积的几何矩形的中心处，且其中由所述第一中心点与所述第二中心点之间的偏移距离所界定且耦合量高于阈值所在的一组点界定实质上矩形区域，所述耦合量至少部分地由得自第一耦合系数和第二耦合系数的值来界定，所述第一耦合系数测量所述第一导电结构与所述第三导电结构之间的耦合，且所述第二耦合系数测量所述第二导电结构与所述第三导电结构之间的耦合。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构经定位以维持所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的互耦合的不存在。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构为电容性负载型且经配置以在等于所述磁场的频率的谐振频率下谐振，且其中所述无线地接收功率包括在所述第一导电结构和所述第二导电结构处在足以对车辆充电或供电的电平下经由所述磁场来感应性地接收功率。
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