CN105940587A - 确定磁耦合器之间的物理对准 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能量输入模块(202)，所述能量输入模块将一定量的能量施加至无线功率传输(“WPT”)系统(100)的初级转换器(106)，所述无线功率传输(“WPT”)系统包括具有次级接收器垫(120)的次级转换器(108)。所述WPT系统(100)将能量从初级发射器垫(114)传输至所述次级接收器垫(120)，并且所述次级转换器(108)向负载提供功率。当所述初级发射器垫(114)和所述次级接收器垫(120)隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，耦合测量模块(204)测量所述初级发射器垫(114)和所述次级接收器垫(120)之间的耦合系数。耦合阈值模块(206)确定所述耦合系数是否高于耦合阈值，并且对准提示模块(208)响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。

Description

确定磁耦合器之间的物理对准

技术领域

本发明涉及无线功率传输，更具体地讲，涉及使用耦合系数确定无线功率传输垫的对准。

背景技术

无线功率传输常常受初级发射器垫和次级接收器垫的对准情况的影响。一般来讲，对准量越高，无线功率传输的效率就越高。目前有多种无线功率传输方法可供使用，但一般情况下，这些方法除了需要用于无线功率传输的初级发射器垫和次级传输垫外，还需要其它组件和设备。另外，很多可用于对准的方法除了成本高昂外，还存在某些缺点。

发明内容

本发明公开了一种用于无线功率传输对准的装置。一种系统和方法也执行该装置的功能。该装置包括能量输入模块，该能量输入模块将一定量的能量施加到无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器。WPT系统包括具有初级发射器垫的初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器。WPT系统将能量从初级转换器的初级发射器垫传输到次级转换器的次级接收器垫，而次级转换器向负载提供功率。该装置包括耦合测量模块，当初级发射器垫和次级接收器垫被间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该耦合测量模块测量初级发射器垫和次级接收器垫之间的耦合系数。该装置包括耦合阈值模块和对准提示模块，该耦合阈值模块确定耦合系数是否高于耦合阈值，该对准提示模块响应于耦合系数高于耦合阈值而发送对准提示。

在一个实施例中，该能量模块包括能量增加模块，该能量增加模块通过在规定量的时间内增加施加到初级转换器的一定量的能量来将所述量的能量施加到初级转换器。在另一个实施例中，该能量增加模块在输入电压范围内增加输入电压。在另一个实施例中，初级转换器包括逆变器，并且包括H-桥，该H-桥使用相位角占空比控制技术来控制。能量增加模块在导通角范围内增加导通角。在另一个实施例中，相位角占空比控制可包括对称电压消除(“SVC”)控制、非对称电压消除(“AVC”)控制或非对称占空比(“ADC”)控制。

在一个实施例中，在初级转换器切换周期的至少品质因子数量的切换循环期间，能量输入模块将所述量的能量施加到初级转换器。该品质因子包括WPT系统在暂态条件之后达到稳态条件的多个切换循环。在另一个实施例中，初级转换器以约23.4千赫的切换频率运行，并且能量输入模块在约1毫秒内将所述量的能量施加到初级转换器。在另一个实施例中，能量输入模块在约100毫秒至1秒的时间范围内将所述量的能量施加到初级转换器。在一个相关实施例中，耦合系数与输出直流(“DC”)电压与发射器垫电流的比值成比例。在另一个实施例中，该装置包括电压重置模块，在能量输入模块将所述量的能量施加到初级转换器之前，和/或在能量输入模块将所述量的能量施加到初级转换器之后，该电压重置模块将次级转换器的输出电容器上的电压重置为初始电压。在另一个实施例中，能量输入模块多次将所述量的能量施加到初级转换器，并且在能量输入模块每次将所述量的能量施加到初级转换器之后，电压重置模块重置输出电容器电压。耦合测量模块根据与每次将所述量的能量施加到初级转换器相关的测量来确定平均耦合系数。

在一个实施例中，能量输入模块在次级转换器和负载之间无负载的情况下将所述量的能量施加到初级转换器，并且WPT系统在所述无负载的情况下基本上不向负载提供功率。在另一个实施例中，能量输入模块包括静态输入模块，该静态输入模块使用固定的能量输入速率将所述量的能量施加到初级转换器。在另一个实施例中，静态输入模块以规定量的时间向初级转换器施加能量。

在一个实施例中，耦合测量模块测量桥接电流和输出电压，并根据测得的桥接电流和/或输出电压来确定耦合系数。输出电压为次级转换器的输出电压。在另一个实施例中，耦合测量模块包括耦合查找模块，该耦合查找模块根据耦合系数表确定耦合系数，其中耦合系数表包括多个耦合系数，并且耦合系数表中的每个耦合系数包括对应的输出电压和/或对应的桥接电流。

在另一个实施例中，耦合测量模块包括耦合计算模块，该耦合计算模块使用耦合系数公式确定耦合系数，其中输出电压和/或桥接电流为变量，耦合系数为耦合系数公式的输出。在另一个实施例中，初级转换器和次级转换器包括LCL谐振逆变器系统，耦合系数公式为：

其中：

$i_b=\frac{L_b{L}_m{\mathrm{MR}}_2{V}_1{s}^2}{C_1\mathrm{\β}(V_1-\frac{L_m{V}_1{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2(L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1(R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}){\mathrm{\σ}}_2}$

$\mathrm{\β}=L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_1=L_{m}s+\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{s\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_2=L_{1}s+\frac{1}{C_{1}s}+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

${\mathrm{\σ}}_3=L_{1}s+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

$k=\frac{M}{\sqrt{L_1\·L_2}}$

并且：

k 耦合系数；

M 初级发射器垫和次级接收器垫之间的互感；

L1 初级发射器垫的自感；

L2 次级接收器垫的自感；

ib 电感器Lb的电感器电流；

Lm 变压器励磁电感；

C2 次级转换器的次级谐振电路上的并联调谐电容器；

C1s 初级转换器的初级LCL负载谐振转换器上的串联调谐电容器；

C1 初级LCL负载谐振转换器上的并联调谐电容器；

Lb LCL负载谐振转换器的桥接电感；

R2 初始输出电压除以输出电流；

V1 到初级LCL负载谐振转换器的DC输入电压；

s i·ω，其中i为虚数；

ω 以弧度表示的初级转换器的角运行频率，其中ω＝2πf；

f 以赫兹表示的初级转换器的运行频率；以及

n 初级转换器中变压器的匝数比。

在一个实施例中，该装置包括未对准提示模块，该未对准提示模块响应于耦合系数低于耦合阈值而发送未对准提示。在另一个实施例中，初级转换器包括LCL负载谐振转换器，该LCL负载谐振转换器包括H-桥、LCL网络和初级发射器垫；次级转换器包括LCL网络和整流区段。该整流区段包括输出电容器，并且该整流区段连接至负载。在另一个实施例中，耦合阈值为最小耦合阈值。在该实施例中，该装置包括最大阈值模块和最大信号模块，该最大阈值模块确定耦合系数是否高于最大耦合阈值，该最大信号模块响应于最大阈值模块确定耦合系数高于最大耦合阈值而发送最大阈值提示。在另一个实施例中，次级转换器响应于接收到对准提示模块的对准提示而将能量传输到负载。

在一个实施例中，初级转换器和次级转换器是双向的，能量输入模块将一定量的能量施加到次级转换器，次级转换器将能量从次级接收器垫传输到初级转换器的初级发射器垫，初级转换器在测量操作期间向负载提供功率，初级转换器将能量从初级发射器垫传输到次级转换器的次级接收器垫，次级转换器在负载功率操作期间向负载提供功率。在另一个实施例中，该装置包括关断阈值模块和充电关断模块，该关断阈值模块确定耦合系数是否低于耦合关断阈值，该充电关断模块响应于耦合系数低于耦合关断阈值而使初级转换器停止提供功率。

无线功率传输(“WPT”)系统包括具有初级发射器垫的初级转换器、具有次级接收器垫的次级转换器以及耦合至次级接收器的负载。初级转换器将能量从初级发射器垫无线传输到次级接收器垫，而次级转换器将接收的能量发送到负载。在一个实施例中，该系统包括能量输入模块和耦合测量模块，该能量输入模块将一定量的能量施加到初级转换器；当初级发射器垫和次级接收器垫被间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该耦合测量模块测量初级发射器垫和次级接收器垫之间的耦合系数。在一个实施例中，该系统包括耦合阈值模块和对准提示模块，该耦合阈值模块确定耦合系数是否高于耦合阈值，该对准提示模块响应于耦合系数高于耦合阈值而发送对准提示。在一个实施例中，初级转换器是固定的，次级转换器在车辆上，次级接收器垫被定位为与固定的初级发射器垫对准。

一种用于无线功率传输系统的对准方法包括将一定量的能量施加到WPT系统的初级转换器。WPT系统包括具有初级发射器垫的初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器。WPT系统将能量从初级转换器的初级发射器垫传输到次级转换器的次级接收器垫，而次级转换器向负载提供功率。该方法包括当初级发射器垫和次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，测量初级发射器垫和次级接收器垫之间的耦合系数。该方法包括确定耦合系数是否高于耦合阈值，并且响应于耦合系数高于耦合阈值而发送对准提示。

一种用于与多组接收器垫对准的装置包括耦合测量模块，该耦合测量模块为每组接收器垫测量耦合系数。一组接收器垫包括安装在固定位置的初级发射器垫和安装在可移动物体上的次级接收器垫。一组接收器垫的初级发射器垫将功率无线传输到该组接收器垫的次级接收器垫，可移动物体包括两个或更多个次级接收器垫，每个都与安装在固定位置的一个初级发射器垫相对应。在一个实施例中，该装置包括耦合比较模块，该耦合比较模块针对每组接收器垫将测得的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较，以确定每组接收器垫的对准。所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应。该装置包括对准模块，该对准模块根据所确定的这些组接收器垫的对准来确定可移动物体的对准。

在一个实施例中，所述两个或更多个次级接收器垫以及对应的初级发射器垫包括第一组接收器垫和第二组接收器垫，并且第一组初级发射器垫和次级接收器垫以及第二组初级发射器垫和次级接收器垫与可移动物体的行进方向线性对准或垂直于可移动物体的行进方向。在另一个实施例中，所述两个或更多个次级接收器垫以及对应的初级发射器垫包括三组或更多组初级发射器垫和次级接收器垫，这些组的初级发射器垫和次级接收器垫以一定模式安装，以提供在可移动物体的行进方向上或垂直于可移动物体的行进方向的对准信息。

在一个实施例中，该装置包括四组或更多组初级发射器垫和次级接收器垫，并且次级接收器垫和对应的初级发射器垫相对于可移动物体的行进方向以正方形模式布置，相对于可移动物体的行进方向以矩形模式布置，相对于可移动物体的行进方向以菱形模式布置，以及以下列模式布置：一次级接收器垫靠近可移动物体的前部、一次级接收器垫靠近可移动物体的后部、一对次级接收器垫彼此相邻布置在垂直于可移动物体的行进方向的直线上并介于该前部和后部次级接收器垫之间。

在一个实施例中，所述多组接收器垫中的一组或多组是将能量从一个或多个初级发射器垫无线传输到对应的次级接收器垫的WPT系统的一部分。在另一个实施例中，WPT系统通过所述多组接收器垫中的一组或多组将功率传输到可移动物体的负载。在另一个实施例中，该装置包括对准通信模块，该对准通信模块将可移动物体的对准传达给用户、电脑系统和/或当可移动物体包括车辆时传达给驾驶者。

在另一个实施例中，对准通信模块通过可移动物体和对准量或未对准量的图形表示、每组接收器垫对准或未对准的量、指示对准或未对准的文本、指示对准或未对准的音频信号、以及未对准的方向来传达可移动物体的对准。在另一个实施例中，每个初级发射器垫和对应的次级接收器垫用唯一标识符进行配对，并且耦合测量模块测量一组接收器垫的耦合系数，而不测量第一组中的初级发射器垫和第二组中的次级接收器垫的耦合系数。在另一个实施例中，一组接收器垫包括两个或更多个与单个初级发射器垫配对的次级接收器垫，并且对准模块基于耦合测量模块测量每个次级接收器垫和初级发射器垫的耦合系数以及耦合比较模块将每个测得的耦合系数与预先确定的耦合系数进行比较，来确定未对准的方向。

一种用于WPT系统的对准方法包括针对每组接收器垫测量耦合系数。一组接收器垫包括安装在固定位置的初级发射器垫和安装在可移动物体上的次级接收器垫。一组接收器垫中的初级发射器垫将功率无线传输到该组接收器垫中的次级接收器垫，可移动物体包括两个或更多个次级接收器垫，每个都与安装在固定位置的一个初级发射器垫相对应。该方法包括对于每组接收器垫将测得的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较，以确定每组接收器垫的对准。所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应。该方法包括根据所确定的该组接收器垫的对准来确定可移动物体的对准。

一种用于确定对准的装置包括能量输入模块，该能量输入模块将一定量的能量施加到WPT系统的第一初级发射器垫和第二初级发射器垫。WPT系统包括第一初级发射器垫、第二初级发射器垫、第一次级接收器垫和第二次级接收器垫。WPT系统将能量从第一初级发射器垫传输到第一次级接收器垫、从第二初级发射器垫传输到第二次级接收器垫，而第一次级接收器垫为负载提供功率、第二次级接收器垫为负载提供功率。该装置包括第一耦合测量模块，当第一初级发射器垫和第一次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该第一耦合测量模块测量第一初级发射器垫和第一次级接收器垫之间的第一耦合系数。该装置包括第二耦合测量模块，当第二初级发射器垫和第二次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该第二耦合测量模块测量第二初级发射器垫和第二次级接收器垫之间的第二耦合系数。该装置包括对准模块，该对准模块根据第一耦合系数和第二耦合系数确定第一初级发射器垫和第二初级发射器垫相对于第一次级接收器垫和第二次级接收器垫之间的对准。

在一个实施例中，第二初级发射器垫被成形成具有围绕内部区段的线圈，第一初级发射器垫位于第二初级发射器垫的内部区段之内，并且第二次级接收器垫被成形成具有围绕内部区段的线圈，第一次级接收器垫位于第二次级接收器垫的内部区段之内。在另一个实施例中，第一初级发射器垫位于第二次级接收器垫的内部区段中心，并且第一次级接收器垫位于第二次级接收器垫的内部区段中心。在另一个实施例中，第一初级发射器垫和第一次级接收器垫的尺寸被设计成传输符合对准操作的能量水平，并且第二初级发射器垫和第二次级接收器垫的尺寸被设计成传输符合对准操作和充电操作的能量水平。

在一个实施例中，对准模块通过将第一耦合系数和第二耦合系数输入算法中计算对准情况来确定对准，其中对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合有关。在另一个实施例中，对准模块使用对准查找表来确定对准。对准查找表包括多种对准情况，其中每种对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合相对应。在另一个实施例中，对准模块使用对准查找表和对准查找表中值之间的插值确定对准情况，来确定对准。

在一个实施例中，对准模块通过确定第一初级发射器垫和第一次级接收器垫的第一垫对准情况并且通过确定第二初级发射器垫和第二次级接收器垫的第二垫对准情况，来确定对准。在另一个实施例中，对准包括耦合阈值模块和对准提示模块，该耦合阈值模块确定第一耦合系数是否高于第一耦合阈值，并且确定第二耦合系数是否高于第二耦合阈值，而该对准提示模块响应于第一耦合系数高于第一耦合阈值而发送第一对准提示，并且响应于第二耦合系数高于第二耦合阈值而发送第二对准提示。在另一个实施例中，耦合阈值模块将第一耦合系数与多个第一耦合阈值进行比较，并且将第二耦合系数与多个第二耦合阈值进行比较，而对准提示模块针对第一耦合系数超过多个第一阈值的第一耦合阈值以及第二耦合系数超过多个第二阈值的第二耦合阈值的每种情况发送不同的对准提示。

在一个实施例中，WPT系统包括初级逆变器和次级转换器，该初级逆变器接收输入功率并将该输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率选择性地传输到第一初级发射器垫和第二初级发射器垫，而该次级转换器从第一次级接收器垫和/或第二次级接收器垫接收功率并将功率转换为可用于向负载提供功率的形式。在另一个实施例中，WPT系统包括第一初级逆变器、第一次级转换器、第二初级逆变器和第二次级转换器，该第一初级逆变器接收输入功率并将该输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率传输到第一初级发射器垫；该第一次级转换器接收来自第一次级接收器垫的功率并将来自第一次级接收器垫的功率转换为可用于向负载提供功率的形式；该第二初级逆变器接收输入功率并将该输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率传输到第二初级发射器垫；该第二次级转换器接收来自第二次级接收器垫的功率并将来自第二次级接收器垫的功率转换为可用于向负载提供功率的形式。

一种用于对准的方法包括将一定量的能量施加到WPT系统的第一初级发射器垫和第二初级发射器垫。WPT系统包括第一初级发射器垫、第二初级发射器垫、第一次级接收器垫和第二次级接收器垫。WPT系统将能量从第一初级发射器垫传输到第一次级接收器垫、从第二初级发射器垫传输到第二次级接收器垫。第一次级接收器垫为负载提供功率，并且第二次级接收器垫为负载提供功率。该方法包括当第一初级发射器垫和第一次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，测量第一初级发射器垫和第一次级接收器垫之间的第一耦合系数。该方法包括当第二初级发射器垫和第二次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，测量第二初级发射器垫和第二次级接收器垫之间的第二耦合系数。该方法包括根据第一耦合系数和第二耦合系数，确定第一初级发射器垫和第二初级发射器垫相对于第一次级接收器垫和第二次级接收器垫之间的对准。

在一个实施例中，确定对准包括将第一耦合系数和第二耦合系数输入算法中计算对准情况来确定对准，其中对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合有关。在另一个实施例中，确定对准包括使用对准查找表。对准查找表包括多种对准情况，其中每种对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合相对应。

在另一个实施例中，确定对准包括确定第一初级发射器垫和第一次级接收器垫的第一垫对准情况，以及确定第二初级发射器垫和第二次级接收器垫的第二垫对准情况。在另一个实施例中，确定对准包括确定第一耦合系数是否高于第一耦合阈值，以及确定第二耦合系数是否高于第二耦合阈值，并且响应于第一耦合系数高于第一耦合阈值而发送第一对准提示，以及响应于第二耦合系数高于第二耦合阈值而发送第二对准提示。

WPT系统包括第一初级发射器垫、第一次级接收器垫、第二初级发射器垫、第二次级接收器垫，其中WPT系统将能量从第一初级发射器垫传输到第一次级接收器垫、从第二初级发射器垫传输到第二次级接收器垫。WPT系统包括耦合到次级接收器垫的负载，其中来自第二次级接收器垫的能量向负载提供功率。WPT系统包括能量输入模块，该能量输入模块将一定量的能量施加到第一初级发射器垫和第二初级发射器垫。WPT系统包括第一耦合测量模块和第二耦合测量模块，当第一初级发射器垫和第一次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该第一耦合测量模块测量第一初级发射器垫和第一次级接收器垫之间的第一耦合系数；当第二初级发射器垫和第二次级接收器垫间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该第二耦合测量模块测量第二初级发射器垫和第二次级接收器垫之间的第二耦合系数。WPT系统包括对准模块，该对准模块根据第一耦合系数和第二耦合系数确定第一初级发射器垫和第二初级发射器垫相对于第一次级接收器垫和第二次级接收器垫之间的对准。

在一个实施例中，该系统包括车辆，其中第一次级接收器垫和第二次级接收器垫安装到该车辆上，该负载包括向车辆和/或移动车辆的驱动系统提供功率的电池。在另一个实施例中，该系统包括第一初级逆变器和/或第一次级转换器，该第一初级逆变器从输入模块接收输入功率并将该输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率选择性地传输到第一初级发射器垫和第二初级发射器垫中的一者或多者；该第一次级转换器从第一次级接收器垫和第二次级接收器垫中的一者或多者接收功率并将功率转换为可用于向负载提供功率的形式。WPT系统可包括第二初级逆变器和/或第二次级转换器，该第二初级逆变器接收输入功率并将该输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率传输到第二初级发射器垫；该第二次级转换器接收来自第二次级接收器垫的功率并将来自第二次级接收器垫的功率转换为可用于向负载提供功率的形式。WPT系统可包括电池和/或电机，该电池从第一次级转换器和第二次级转换器中的一者或多者接收功率，并且该电池包括负载的至少一部分；该电机接收来自第一次级转换器和/或第二次级转换器的功率，其中该电机为负载的至少一部分。

附图说明

为了使本发明的优点易于理解，通过参考附图中所示的具体实施例来更具体地说明上文简要描述的本发明。应理解这些附图仅示出了本发明的典型实施例而不该视为对其范围的限制，通过使用附图将更为具体详尽地描述和阐明本发明，其中：

图1A是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统的一个实施例的示意性框图；

图1B是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统的第二实施例的示意性框图；

图1C是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统的第三实施例的示意性框图；

图2是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准装置的一个实施例的示意性框图；

图3是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准装置的另一实施例的示意性框图；

图4是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准方法的一个实施例的流程图；

图5是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的另一对准方法的一个实施例的流程图；

图6是根据本发明的一个实施例示出用于使用多个接收器垫的无线功率传输的对准系统的一个实施例的示意性框图；

图7是根据本发明的一个实施例示出用于使用多个接收器垫的无线功率传输的对准装置的一个实施例的示意性框图；

图8是根据本发明的一个实施例示出用于使用多个接收器垫的无线功率传输的对准方法的一个实施例的流程图；

图9A是根据本发明的一个实施例示出可移动物体中次级接收器垫的布局的示意性框图；

图9B是根据本发明的一个实施例示出可移动物体中次级接收器垫的另一布局的示意性框图；

图10是根据本发明的一个实施例示出第一初级发射器垫和第二初级发射器垫或者第一次级接收器垫和第二次级接收器垫的设计的示意性框图；

图11是根据本发明的一个实施例示出用于具有两个接收器垫的无线功率传输的对准系统的一个实施例的示意性框图；

图12是根据本发明的一个实施例示出用于具有多个接收器垫的无线功率传输的对准装置的一个实施例的示意性框图；

图13是根据本发明的一个实施例示出用于具有多个接收器垫的无线功率传输的对准装置的另一实施例的示意性框图；以及

图14是根据本发明的一个实施例示出用于具有多个垫的无线功率传输的对准方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

在整个本说明书中所提到的“一个实施例”、“实施例”或类似语句意是指结合该实施例所述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个本说明书中，短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语句的出现可(但不一定)全部指同一实施例，但是指“一个或多个(但不是所有)实施例”，除非另外明确地指出。术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型形式是指“包括但不限于”，除非另外明确地指出。列举的项目的列表并非暗示任何或所有的项目互相排斥和/或互相包含，除非另外明确地指出。术语“一个”、“一种”和“该”也指“一个或多个”，除非另外明确地指出。

此外，实施例的所述特征、优点和特性可以任何合适的方式进行组合。相关领域的技术人员应认识到这些实施例可在没有具体实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实施。在其它情况下，应认识到某些实施例中额外的特征和优点并不存在于所有实施例中。

根据以下的说明和所附的权利要求书，实施例的这些特征和优点将变得更完全地显而易见，或可通过下文所述的实施例的实施进行了解。如本领域技术人员将会理解，本发明的方面可以实现为系统、方法和/或计算机程序产品。因此，本发明的方面可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，所述软件和硬件在本文中均可统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的方面可采取在其上实现有程序代码的一个或更多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式。

为了更具体地强调实施独立性，将在本说明书中描述的许多功能单元称作模块。例如，模块可实现为包括定制的VLSI电路或门阵列，成品半导体(诸如逻辑芯片、晶体管或其它分立部件)的硬件电路。模块还可在可编程硬件设备中实现，例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件等。

模块还可在软件中实现，以供各种类型的处理器执行。例如，程序代码的一个所标识的模块可例如包括例如可组织为对象、过程或功能的计算机指令的一个或多个物理或逻辑块。然而，所标识的模块的可执行文件不必物理上位于一起，而是可包括存储在不同位置的完全不同的指令，当在逻辑上连接在一起时，这些指令构成模块并实现模块的规定目标。

实际上，程序代码模块可为单一指令或多个指令，并且甚至可分布在若干不同代码段上，分布在不同程序中和多个存储器装置上。相似地，在此，操作数据可在模块内标识和说明，且可被具体化为任何合适的形式，并被组织在任何适当类型的数据结构中。操作数据可聚集为单个数据集，或者可分布在不同位置上(包括在不同的存储装置上)，并且可至少部分地仅作为系统或网络上的电信号存在。在模块或模块的部分在软件中实现的情况下，程序代码可存储在一个或多个计算机可读介质中并且/或者在一个或多个计算机可读介质上传播。

计算机可读介质可为存储程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以例如但不限于是电子、磁性、光学、电磁、红外、全息、微机械或半导体系统、设备或器件或者前述各项的任何合适的组合。

计算机可读存储介质的更具体的例子可包括但不限于便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)、光学存储装置、磁存储装置、全息存储介质、微机械存储装置，或前述各项的任何合适的组合。在本文献的上下文中，计算机可读存储介质可为任何可包含和/或存储供指令执行系统、设备或装置使用和/或与指令执行系统、设备或装置结合的程序代码的有形介质。

计算机可读介质还可为计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可包括具有例如在基带中或作为载波的一部分实现在其中的程序代码的传播的数据信号。这样的传播的信号可以采用多种形式中的任何形式，包括但不限于电、电磁、磁、光学，或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何不是计算机可读存储介质、但可传送、传播或发送供指令执行系统、设备或装置使用或者与指令执行系统、设备或装置结合的程序代码的计算机可读介质。实现在计算机可读信号介质上的程序代码可使用任何适当的介质来发送，所述介质包括但不限于有线、光纤、射频(RF)等，或前述各项的任何合适的组合。

在一个实施例中，计算机可读介质可包括一个或多个计算机可读存储介质和一个或多个计算机可读信号介质的组合。例如，程序代码可作为电磁信号通过光纤电缆传播以用于由处理器执行并且存储在RAM存储装置上以用于由处理器执行。

用于执行本发明方面的操作的程序代码可以一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象的编程语言，诸如Java、Smalltalk、C++、PHP等，以及传统的过程化编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以作为单机软件包完全在用户的计算机上运行、部分地在用户的计算机上运行、部分地在用户的计算机上运行并且部分地在远程计算机上运行、或者完全在远程计算机或服务器上运行。在后一种情形下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者(例如利用因特网服务提供商通过因特网)可以连接到外部计算机。

可共享计算机程序产品，以灵活、自动化的方式同时服务于多个客户。可标准化计算机程序产品，只需要很少的用户化和可扩展性，以即付即用的模式按需提供容量。可将计算机程序产品存储在一个或多个服务器可访问的共享文件系统上。

计算机程序产品可通过以下方式而集成到客户端、服务器和网络环境中：提供计算机程序产品以与应用、操作系统和网络操作系统软件共存，然后在其中计算机程序产品将工作的环境中的客户端和服务器上安装该计算机程序产品。

在一个实施例中，在包括其中将部署计算机程序产品的网络操作系统的客户端和服务器上标识出软件，该客户端和服务器是计算机程序产品所需的或者与该计算机程序产品协同工作。该软件包括网络操作系统，该网络操作系统是通过增加联网特征而增强基本操作系统的软件。

此外，实施例的所述特征、结构或特性可以任何合适的方式进行组合。在以下的说明中，提供了许多具体细节，诸如编程、软件模块、用户选择、网络事务处理、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等的例子以提供对实施例的充分理解。然而，相关领域的技术人员将认识到实施例可在没有一个或多个所述具体细节的情况下实践，或可用其它方法、部件、材料等来实践。在其它情况下，众所周知的结构、材料或操作没有被详细地展示或描述，以避免使实施例的方面含混不清。

下面参考根据本发明实施例的方法、设备、系统和计算机程序产品的示意性流程图和/或示意性框图来描述实施例的方面。应当理解，示意性流程图和/或示意性框图的每个方框以及示意性流程图和/或示意性框图中的方框组合可以通过程序代码来实现。该程序代码可以被提供给通用计算机、专用计算机、序列发生器或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现在示意性流程图和/或示意性框图单个方框或多个方框中所指定的功能/动作的装置。

该程序代码也可以被存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可指示计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现在示意性流程图和/或示意性框图单个方框或多个方框中所指定的功能/动作的指令的制品。

该程序代码也可以被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以使得一系列操作步骤在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行来产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的程序代码提供用于实现流程图和/或框图单个方框或多个方框中所指定的功能/动作的过程。

附图中的示意性流程图和/或示意性框图示出了根据本发明多个实施例的设备、系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能性和操作。就此而言，示意性流程图和/或示意性框图中的每个方框可代表包括程序代码的一个或多个用于实现所指定逻辑功能的可执行指令的代码模块、代码段或代码部分。

还应该指出的是，在一些可选的具体实施中，方框中所标记的功能可以以不同于附图中所标记的顺序来进行。例如，连续示出的两个方框事实上可以基本上同时地执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序来执行，这取决于所涉及的功能性。可以想到其它步骤和方法在功能、逻辑或效果方面等效于附图中所示的一个或多个方框或其部分。

虽然在流程图和/或框图中可能使用了多种箭头类型和线条类型，但是他们不被理解为对相应实施例的范围进行限制。实际上，一些箭头或其它连接符可能是用来仅仅表明所示实施例的逻辑流。例如，箭头可能表明所示实施例的所列举步骤之间未明确指出的持续时间的等待或监测周期。还应该注意到，框图和/或流程图的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框组合可以通过执行所指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件与程序代码的组合来实现。

图1A是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统100的一个实施例的示意性框图。系统100包括对准装置104、初级转换器106、次级转换器108、负载110和电源112，这些部件在下文中进行描述。

系统100包括对准装置104，用于确定无线功率传输(“WPT”)系统的接收器垫的对准。在一个实施例中，对准装置104与初级转换器106为一体，并且可与安装有次级转换器108的车辆或其它可移动物体通信。在另一个实施例中，对准装置104的一部分与初级转换器106位于一起，并且对准装置104的一部分与安装有次级转换器108的车辆或其它可移动物体安装在一起。对准装置104提供了确定初级发射器垫(初级转换器106的一部分)与次级接收器垫(次级转换器108的一部分)的对准的方法。结合图2和图3的装置200、300更详细地描述对准装置104。

在一个实施例中，系统100包括初级转换器106，该初级转换器从电源112接收能量，并将能量从初级发射器垫(初级转换器106的一部分)跨间隙无线传输到次级接收器垫(次级转换器108的一部分)。在一个实施例中，初级转换器106是逆变器，该逆变器将电能转换为包含一种或多种交流电(“AC”)波形的波形。

如本文中所用，当提及将电能转换为包含一种或多种AC波形的波形的设备时，初级转换器106可与术语“初级逆变器”互换使用。同样，次级转换器108可包括逆变器。例如，WPT系统100可以是双向的，其中次级转换器108可接收功率并将该功率转换为具有一种或多种AC波形的波形，并且可将功率传输到初级转换器106，该初级转换器可将功率传输到负载。

在一个实施例中，初级发射器垫安装在固定位置，而初级转换器106通常位于初级发射器垫附近。系统100包括具有次级接收器垫的次级转换器108。次级转换器108向负载110提供功率。在一个实施例中，次级转换器108和负载110可安装在车辆或其它可移动物体中。可移动物体可以是任何无线地接收功率的设备，诸如移动通信设备、移动计算设备等。

在一个实施例中，初级转换器106将来自电源112的能量转换为具有一种或多种正弦频率的交流电(“AC”)波形。AC波形被传输到初级发射器垫，该初级发射器垫利用磁耦合将能量跨间隙传输到次级接收器垫。在一个实施例中，次级转换器108从跨间隙传输到次级接收器垫的磁能产生AC波形。在一个实施例中，次级转换器108将AC波形转换为直流电(“DC”)波形，用于向负载110提供DC功率。在另一个实施例中，次级转换器108向负载110提供AC功率。

在一个实施例中，次级转换器108以及相关联的次级接收器垫和负载110位于车辆上，当车辆移动通过初级发射器垫时，对准装置104提供对准信息。对准信息可允许车辆使初级发射器垫和次级接收器垫对准，以提高接收器垫之间无线功率传输的效率。在一个实施例中，负载110是电池，而车辆是由该电池供能的电动车。初级发射器垫可以位于行驶表面中，车辆可移动通过初级发射器垫来对作为负载110的电池充电，然后移动到另一个初级发射器垫进一步充电。

在一个实施例中，电源112是DC电源，初级转换器106将来自电源112的DC功率转换为AC功率，用于无线功率传输。在另一个实施例，电源112是诸如来源于电力公司、发电机、燃料电池、涡轮机等的AC电源，初级转换器106将该AC功率用于无线功率传输。在一个实施例中，初级转换器106包括整流器区段，用于将AC功率转换为DC功率。该整流器区段可包括无源整流器区段，例如其具有二极管和滤波器。该整流器区段可包括有源整流器区段，例如用于提供有源功率因数校正。

图1B是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统101的第二实施例的示意性框图。系统101包括对准装置104的一个实施例；具有初级发射器垫114、初级LCL网络116和H-桥118的初级转换器106；具有次级接收器垫120、次级LCL网络122和整流区段124的次级转换器108；具有电池126的负载110；以及电源112；这些部件在下文中进行描述。以上结合图1的系统100针对对准装置104、初级转换器106、次级转换器108、负载110和电源112进行的讨论适用于图1B的系统101。

在一个实施例中，初级转换器106包括H-桥118和连接到初级发射器垫114的初级LCL网络116。在一个实施例中，初级转换器106是本领域已知的LCL谐振逆变器。H-桥118被图示为具有四个开关器S1-S4。开关器S1-S4是典型的半导体开关，并且可以是绝缘栅双极晶体管(“IGBT”)开关、金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)、双极结型晶体管(“BJT”)或其它类型的开关器。在一个实施例中，开关器是机械开关。

H-桥118允许电源以任一极性连接到负载。例如，当开关器S1和S4闭合而开关器S2和S3断开时，H-桥118以第一极性将电源112或DC电压连接到初级LCL网络116，当开关器S2和S3闭合而开关器S1和S4断开时，H-桥118以第二极性将电源112或DC电压连接到初级LCL网络116。

通常，对于LCL谐振逆变器和其它初级转换器106，电源是DC电源。在一个实施例中，电源112是直接连接到H-桥118的DC电源。在另一个实施例中，电源112是AC电源，初级转换器106包括将来自电源112的AC功率转换为DC功率的整流区段。在所图示的LCL谐振逆变器中，初级LCL网络116作为负载连接至H-桥118。所图示的初级LCL网络116是一种可能的LCL结构，包括电容器Cb、具有桥接电流ib的桥电感器Lb、电容器C1和电容器C1s。本领域的技术人员将想到可用于LCL谐振逆变器的其它初级LCL网络116结构。

初级发射器垫114包括电感L1，并且具有流经电感器L1的电流i1。初级发射器垫114从初级LCL网络116接收AC波形，并且包括产生电磁波形的磁性组件，所产生的电磁波形耦合至次级接收器垫120，该次级接收器垫同样具有电感L2。初级发射器垫114与次级接收器垫120之间的磁耦合使能量从初级发射器垫114无线传输到次级接收器垫120，从而AC电流i2流经次级接收器垫120电感L2。初级发射器垫114和次级接收器垫120共同具有互感M。在一个实施例中，初级发射器垫114和次级接收器垫120基本上类似于Hunter Wu提交于2013年1月23日的名称为“Wireless Power Transfer System”(无线功率传输系统)的美国专利申请No.13/748,269中所述的接收器垫，该美国专利申请以引用方式并入本文用于所有目的。

次级接收器垫120的电感器电流i2流向次级转换器108的次级LCL网络122。次级LCL网络122包括电容器C2和电容器C2s。通常，初级LCL网络116和次级LCL网络122，以及初级发射器垫114和次级接收器垫120的电感L1、L2被设计在谐振频率附近。谐振频率通常与H-桥118的切换频率有关。在一个实施例中，H-桥的切换频率可在约10千赫(“kHz”)到100kHz的范围内。在一个实施例中，H-桥118的切换频率为约23kHz。发现LCL谐振逆变器是在WPT系统中将能量从初级发射器垫跨间隙无线传输到次级接收器垫的有效方式。

次级转换器108还包括整流区段124。所图示的整流区段124包括整流电路(绘制成具有整流器的方框)，后接DC到DC的转换器，该转换器包括电感器Ldc、开关器Sb、二极管Dd和电容器Cdc。整流电路可包括一个或多个二极管，诸如半桥或全桥整流器，并且可包括具有电感器、电容器等的滤波器区段。本领域的技术人员将想到对AC波形进行整流以形成输入DC到DC转换器的DC电压的方法。所图示的DC到DC转换器是简单的降压转换器，但可以是任何DC到DC转换器拓扑结构，例如降压衍生型转换器、升压衍生型转换器、升/降压转换器、丘克转换器等。典型的DC到DC转换器包括用于控制输出电压Vout或输出电流iout的某种类型的反馈。该DC到DC转换器可用于控制到负载110的功率，诸如电池126的充电。

初级发射器垫114和次级接收器垫120的磁耦合很大程度上取决于间隙的大小、间隙中的物质以及初级发射器垫和次级接收器垫120的对准。在次级接收器垫120位于可移动物体(诸如车辆)上的情况下，初级发射器垫114可安装在地面的固定位置或附连到地面，车辆可靠近初级发射器垫114进行充电。通常，初级发射器垫114包括位于水平面中的顶表面，次级接收器垫120包括平行于初级发射器垫114的顶表面的底表面。在这种情况下，间隙的大小可为初级发射器垫114和可安装在车辆底部的次级接收器垫120之间的垂直间距。间隙可主要是空气，但也可包括行驶表面的一部分，诸如沥青、混凝土、灰尘等，并且还可包括初级发射器114和次级接收器垫120的某种类型的覆盖物。例如，次级接收器垫120可具有用于将次级接收器垫120保持在适当位置或保护次级接收器垫120免受道路侵害的覆盖物。

初级发射器垫114和次级接收器垫120的对准还将取决于车辆靠近初级发射器垫114的方式以及停车的位置。通常，对准量越高，跨间隙无线传输能量的效率就越高，因此充电效率越高。间隙大小、间隙中的物质以及对准通常会影响初级发射器垫114和次级接收器垫120的耦合系数。结合图2和图3的装置200、300将更详细地讨论耦合系数。

图1C是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准系统102的第三实施例的示意性框图。系统102包括对准装置104的一个实施例；具有初级发射器垫114、初级LCL网络116和H-桥118的初级转换器106；具有次级接收器垫120、次级LCL网络122和整流区段124的次级转换器108；负载110和电源112；这些部件与上文针对图1B的系统101所述的那些部件基本上相同，除了初级LCL网络116的拓扑结构不同，整流区段124不包括DC到DC转换器，以及负载110是电阻R2。

在一个实施例中，系统102包括负载110(即电阻R2)和整流区段124，出于建模目的，不包括DC到DC转换器。例如，当系统102为模型时，在负载不具有暂态负载变化的条件下，该模型可表示图1B中的系统101。电阻R2可表示稳态负载条件，其表示输出电压Vout除以输出电流iout。在稳态条件下，无需对DC到DC转换器的反馈回路进行建模，可将DC到DC转换器功能建模为仅仅是电压变化。该电压变化可用初级LCL网络116中的变压器XFMR表示。初级LCL网络116也不包括电容器Cb，包括与否取决于为LCL谐振逆变器和建模目的所选择的拓扑结构。下文将更详细地讨论建模结果。

在另一个实施例中，负载110可包括实际电阻负载，并且电阻R2可表示电阻负载。在一个实施例中，负载110可能不需要严格的电压调整，并且在输出电压Vout可变化的情况下，可省略DC到DC转换器。

在一个实施例中，初级发射器垫114和次级接收器垫120之间的耦合系数可用于确定初级发射器垫114和次级接收器垫120的对准。例如，当次级接收器垫120位于车辆上时，次级接收器垫120可定位为与地面相距固定距离或几乎固定距离。由于轮胎压力和地形发生变化等原因，次级接收器垫120到地面的距离可能稍有变化，但这些变化可能较小，可能不会是确定耦合系数过程中的重要因素。

初级发射器垫114可安装为与地面齐平，或者略微高于或低于地面。由于初级发射器垫114具有固定安装，并且车辆将次级接收器垫120支承在初级发射器垫114上方几乎固定量的位置，所以对准和间隙中的物质可能是确定耦合系数的相关变量。间隙中的物质通常是空气加上初级发射器垫114和次级接收器垫120的任何覆盖物，诸如沥青。雪、冰、碎片等也可能存在间隙中，但可能不会显着影响耦合系数，或者可通过调整计算耦合系数的公式或通过调整已知耦合系数值来解决。

在一个实施例中，可通过测量桥接电流ib或输出电压Vout或这二者来确定耦合系数。一些现有的对准系统可能需要实时跨间隙传输数据。例如，测量系统变量可能对数据传输速度有要求，这需要昂贵的数据传输技术。其它对准系统可使用的方法(诸如传感器)可能受天气、阻碍物和其它问题的影响，并且还需要除WPT系统之外的设备。使用桥接电流ib和/或输出电压Vout来计算耦合系数克服了现有技术的许多问题。例如，无需实时跨间隙通信即可测量初级转换器106中的桥接电流ib。

在一个实施例中，耦合系数与未对准量相关。例如，当初级发射器垫114和次级接收器垫120以特定的竖直距离对准时，耦合系数可为最大值。当初级发射器垫114和次级接收器垫120未对准时，耦合系数可降低。特定的耦合系数可表示特定的对准量或未对准量。例如，对准时可测得一个特定的耦合系数，一英寸未对准时可测得较低的第二耦合系数，两英寸未对准时可测得更低的第三耦合系数。耦合系数可受垂直高度、初始输出电压Vout、间隙中的物质等的影响。当已知垂直高度(即，车辆与地面相距特定高度)时，并且当已知间隙中的物质(即，主要是空气但可能包括特定量的沥青等)时，可将测得的耦合系数与在相同的垂直高度、间隙中的物质、相同的初始输出电压Vout等条件下的其它耦合系数进行比较，从而确定未对准量。

一旦确定耦合系数，可使用比实时通信更经济的通信方法将信息传输到车辆。如果使用输出电压Vout确定耦合系数，则输出电压Vout在车辆上测得，并且不需要跨间隙传输。一旦测得桥接电流ib和/或输出电压，可用此信息确定对准。下文描述了用于确定初级发射器垫114和次级接收器垫120的对准的对准装置102的实施例。

图2是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准装置200的一个实施例的示意性框图。装置200包括对准装置104的一个实施例，该对准装置具有能量输入模块202、耦合测量模块204、耦合阈值模块206和对准提示模块208，这些模块在下文中进行描述。

在一个实施例中，装置200包括能量输入模块202，该能量输入模块将一定量的能量施加到WPT系统(诸如，图1A、图1B和图1C的系统100、101、102)的初级转换器106。系统100、101、102包括具有初级发射器垫114的初级转换器106和具有次级接收器垫120的次级转换器108。系统100、101、102将能量从初级发射器垫114传输到次级接收器垫120，而次级转换器108向负载110提供功率。

在一个实施例中，能量输入模块202将固定量的能量施加到初级转换器106。例如，能量输入模块202可以固定速率以规定量的时间施加一定量的能量。在另一个实例中，能量输入模块202可改变在规定量的时间内将能量输入初级转换器106的速率。在一个实施例中，能量输入模块202在初级转换器106中开始切换，并以一定的切换频率继续进行切换持续规定量的时间。例如，能量输入模块202可控制初级转换器106的H-桥118的切换，以在规定的时间开启切换然后关闭切换。

在一个实施例中，装置200包括耦合测量模块204，当初级发射器垫114和次级接收器垫120间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，该耦合测量模块测量初级发射器垫114和次级接收器垫120之间的耦合系数。耦合测量模块204可测量桥接电流ib和/或输出电压Vout，从而确定耦合系数。在一个实施例中，通过计算得到耦合系数，在另一个实施例中，通过与桥接电流ib和/或输出电压Vout相关的已知耦合系数确定耦合系数。

装置200包括耦合阈值模块206，该耦合阈值模块确定耦合系数是否高于耦合阈值。例如，耦合阈值是与可接受的最小WPT效率相关的耦合阈值。在另一个实施例中，有多个耦合阈值可供使用，并且耦合阈值模块206确定耦合系数是否高于特定的耦合阈值。例如，不同的耦合阈值可与不同水平的充电效率相关，或可与不同的对准方法相关。例如，一个充电阈值可与需要车辆移动的对准相关，而另一充电阈值可与次级接收器垫120相对于车辆的移动相关，其中次级接收器垫120具有有助于相对于车辆移动的机构。本领域中的技术人员将想到其它相关的耦合阈值。

装置200包括对准提示模块208，该对准提示模块响应于耦合系数高于耦合阈值而发送对准提示。例如，对准提示模块208可通知车辆的驾驶者：车辆正确对准。对准提示可以采取多种形式，诸如描述车辆和接收器垫的图形、文本提示、音频信号、灯泡发光等。

在一个实施例中，能量输入模块202在次级转换器108和负载110之间无负载的情况下将所述量的能量施加到初级转换器106，其中WPT系统在所述无负载的情况下基本不向负载110提供功率。在该实施例中，对准装置104在WPT系统向负载110提供功率之前运行。通常，当具有次级接收器垫120的可移动物体(诸如车辆)正被定位时，并且在WPT系统开始无线功率传输以向负载110提供功率之前，WPT系统运行，同时系统100、101、102处于预充电状态。在一个实施例中，对准装置104被设计成确定未附连负载110的输出电容器Cdc上的桥接电流ib和/或输出电压Vout。在检查对准情况之前进行无线功率传输可能导致系统效率不佳或其它问题。

图3是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准装置300的另一实施例的示意性框图。装置300包括对准装置104的一个实施例，该对准装置104包括能量输入模块202、耦合测量模块204、耦合阈值模块206和对准提示模块208，这些模块与上文针对图2的装置200所述的那些模块基本上相同。在多个实施例中，在能量输入模块202中，装置300还可包括能量增加模块302和/或静态输入模块304、具有耦合查找模块和/或耦合计算模块308的耦合系数模块204、电压重置模块310、最大阈值模块312、最大信号模块314、未对准提示模块316、关断阈值模块318和/或充电关断模块320，这些模块在下文中进行描述。

在一个实施例中，在能量输入模块202中，装置300包括能量增加模块302，该能量增加模块通过在规定量的时间内增加施加到初级转换器106的一定量的能量来将所述量的能量施加到初级转换器106。例如，能量增加模块302可线性地增加到初级转换器106的能量。在另一个实施例中，能量增加模块302可非线性地增加到初级转换器106的能量。非线性地增加可以是呈指数增加，可以是呈线性增加然后接着静态能量输入水平，等等。在一个实施例中，能量增加模块302在输入电压范围内增加输入电压。例如，能量增加模块302可向H-桥118增加电压。

在一个实施例中，初级转换器106包括H-桥118，该H-桥118使用相位角占空比控制技术来控制。在该实施例中，能量增加模块302可在导通角范围内增加导通角。通常，H-桥118对每个开关器组合均具有最大占空比0.5，使得在S2和S3开关器接通期间S1和S4开关器不接通。然而，有些切换技术允许某种切换重叠。就通常情况而言，可通过控制初级转换器106的切换区段的占空比来控制输入初级转换器106的能量。在切换区段为H-桥118的情况下，占空比控制可采取多种形式，诸如对称电压消除(“SVC”)控制、非对称电压消除(“AVC”)控制、非对称占空比(“ADC”)控制、具有可变电压的固定导通角控制、固定导通角控制等。

例如，SVC控制通常调整导通角以调节到负载110的电压、电流和/或功率。就SVC控制而言，开关器S1-S4通常以一定顺序闭合和断开，使得电压在占空比内被对称地施加到转换器组件，以减少总谐波失真(“THD”)。SVC控制可使用导通角和/或可变输入电压来控制功率流。AVC控制是SVC和ADC的变型，用于控制三个变量。AVC控制可与LCL转换器拓扑结构一起使用。AVC在Hunter Wu等人提交于2012年10月23日的名称为“METHOD AND APPARATUS FORCONTROLLING LCL CONVERTERS USING ASYMMETRICVOLTAGE CANCELLATION TECHNIQUES”(使用非对称电压消除技术控制LCL转换器的方法和装置)的美国专利申请No.13/642,925中有所描述，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。也可使用其它占空比控制技术。能量增加模块302可在规定范围内线性或非线性地增加初级转换器106的占空比。

在一个实施例中，能量输入模块202包括静态输入模块304，该静态输入模块使用固定的能量输入速率将所述量的能量施加到初级转换器106。例如，在使用占空比控制的情况下，静态输入模块304可将占空比维持在固定水平。在另一个实施例中，静态输入模块304也可将对初级转换器106或H-桥118的输入电压维持在恒定水平。能量增加模块302逐渐增加到初级转换器106的能量，这种方式可能比突然改变到静态能量输入速率的方式更有利。例如，突然改变而达到某个静态能量输入速率可能增加组件上的应力，可能引起不期望的暂态等。在一个实施例中，能量增加模块302持续一段时间地增加输入到初级转换器106的能量，然后静态输入模块304维持输入到初级转换器106的能量输入速率。例如，能量增加模块302可以避免组件应力、暂态等的速率增加输入到初级转换器106的能量，直至达到特定的占空比，然后静态输入模块304可将该占空比维持在固定值。

在一个实施例中，静态输入模块304以规定量的时间将能量施加到初级转换器106。在使用能量增加模块302和静态输入模块304两者的情况下，可在时间上对这两者进行限定，使得将特定量的能量输入到初级转换器106。在一个实施例中，能量输入模块202输入特定量的能量以匹配之前测量耦合系数的条件，使得耦合测量模块204可正确地计算或比较耦合系数。

在另一个实施例中，能量输入模块202以规定量的时间施加能量，使得WPT系统达到稳态条件。稳态条件可能与初级转换器106的切换循环的量相关。切换循环与切换周期相关，其中切换周期通常为接通初级转换器106的开关器的时刻之间的时间量。切换循环是接通开关器的速率，通常用赫兹表示。例如，如果初级转换器106包括一个开关器，则可以固定的周期间隔接通该开关器，而占空比为开关器接通时间量除以切换周期。如上所述，当初级转换器106包括H-桥118时，每对开关器的占空比通常小于50％。能量输入模块202输入能量所持续的规定时间段可以是允许WPT系统达到稳态的一定量的切换循环。

在一个实施例中，在初级转换器106切换周期的至少品质因子(“Q”)数量的切换循环期间，能量输入模块202将所述量的能量施加到初级转换器106。该品质因子可以是使WPT系统在暂态条件之后达到稳态条件的多个切换循环。品质因子的一种表示方法为：

$Q=\frac{\mathrm{\ω}L}{R}=\frac{1}{\mathrm{\ω}CR}$

对于串联组件，并且

$Q=\frac{R}{\mathrm{\ω}L}=\mathrm{\ω}CR$

对于并联组件，其中ω＝2πf，f为初级转换器106的AC波形的基频的频率。L为电感，R为电阻。可推导出更复杂的Q形式，但Q本质上是使WPT系统在暂态输入(诸如，能量输入模块202施加的能量)后达到稳态的切换循环量。对于Q＝1的良好阻尼的系统而言，WPT系统在一个切换循环后就应达到稳态。对于例如Q＝4的较次阻尼的系统而言，WPT系统在四个切换循环后就应达到稳态。对于例如Q＝10的更次阻尼的系统而言，WPT系统在十个切换循环后就应达到稳态。在一个实施例中，能量输入模块202将能量施加到初级转换器106所持续的规定时间比WPT系统的Q值长，尤其是比WPT系统的有负载的Q值长。在一个实施例中，初级转换器106以约10千赫(“kHz”)至200kHz之间的切换频率运行。在一个实施例中，初级转换器106以约23.4千赫的切换频率运行。能量输入模块202在规定量的时间内将所述量的能量施加到初级转换器106，时间可以为约10微秒至约1秒的范围内，在一个实施例中，该规定时间段可为约1毫秒(“mS”)。对于23.4kHz，切换周期为约43μs，或者说对于1毫秒的规定时间有23.4个循环。

在一个实施例中，能量输入模块202在更长的规定量的时间内向初级转换器106施加所述量的能量。以使用能量增加模块302增加能量输入为例，将能量施加到初级转换器106可具有以下优势：系统100中的电流和电压可处于更为稳态的情况。在稳态情况下，耦合系数则可与输出电压Vout和初级发射器垫电流i1的比率直接相关。在更短的时间内(例如1ms)增加能量输入，根据组件的变化可具有5％至15％的误差率，在更长的时间内(例如100ms至1s)增加能量输入对组件变化的敏感度可更低，并且可具有低于1％的误差率。

在一个实施例中，能量增加模块302在约50ms至5s的范围内增加输入功率。在另一个实施例中，能量增加模块302在约100ms至1s的范围内增加输入功率。可选择斜坡时间以最大程度地降低由于组件变化和其它因素引起的误差，同时最大程度地减少确定耦合系数所需的时间。例如，当次级转换器108位于可移动物体上时，该可移动物体可在能量增加模块302增加施加到初级转换器106的能量期间处于停止状态。初级转换器106及次级转换器108的组件尺寸和设计、切换频率及其它因素可决定斜坡时间，并且当增加操作基本处于稳态情况时，可使用更长或更短的斜坡时间。

在一个实施例中，耦合测量模块204包括耦合查找模块306，该耦合查找模块根据耦合系数表确定耦合系数。耦合系数表包括多个耦合系数条目。耦合系数表中的每个耦合系数都与对应的输出电压Vout和/或对应的桥接电流ib相关。耦合系数表可包括此前针对不同车辆高度、对准情况、初始条件等测量的耦合系数、桥接电流ib和输出电压Vout的条目。在另一个实施例中，耦合系数表可包括诸如由与图1C的系统102中所示类似的模型计算的耦合系数、桥接电流ib和输出电压Vout的条目。本领域技术人员将想到计算和/或测量耦合系数及相关的桥接电流ib和输出电压Vout的其它方法。

在一个实施例中，耦合测量模块204包括耦合计算模块308，该耦合计算模块使用耦合系数公式确定耦合系数，其中输出电压Vout和桥接电流ib为变量，耦合系数为该耦合系数公式的输出。该实施例可适用于能量增加模块302在相对较短时间段内增加能量的情况，在此情况下装置300未达到稳态情况。例如，如果初级转换器106和次级转换器108为诸如图1B的系统101中所示那样的LCL谐振逆变器系统的一部分，则耦合系数公式可为：

其中：

$i_b=\frac{L_b{L}_m{\mathrm{MR}}_2{V}_1{s}^2}{C_1\mathrm{\β}(V_1-\frac{L_m{V}_1{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2(L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1(R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}){\mathrm{\σ}}_2}$

$\mathrm{\β}=L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{R}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_1=L_{m}s+\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{s\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_2=L_{1}s+\frac{1}{C_{1}s}+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

${\mathrm{\σ}}_3=L_{1}s+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

$k=\frac{M}{\sqrt{L_1\·L_2}}$

并且：

k 耦合系数；

M 初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的互感；

L1 初级发射器垫的自感；

L2 次级接收器垫的自感；

ib 电感器Lb的电感器电流；

Lm 变压器励磁电感；

C2 次级转换器的次级谐振电路上的并联调谐电容器；

C1s 初级转换器的初级LCL负载谐振转换器上的串联调谐电容器；

C1 初级LCL负载谐振转换器上的并联调谐电容器；

Lb LCL负载谐振转换器的桥接电感；

R2 初始输出电压除以输出电流；

V1 到初级LCL负载谐振转换器的DC输入电压；

s i·ω，其中i为虚数；

ω 以弧度表示的初级转换器的角运行频率，其中ω＝2πf；

f 以赫兹表示的所述初级转换器的运行频率；以及

n 所述初级转换器中变压器的匝数比。

本领域技术人员将认识到该公式的其它形式。在一个实施例中，图1B系统101的等效模型可为图1C的系统102。可使用其它拓扑结构，而且将具有不同的耦合系数公式。当使用耦合计算模块308时，对准装置104可能需要相当大的处理速度来及时计算耦合系数。耦合查找模块306可能更优选以避免长时间计算耦合系数，但随后可能需要创建耦合系数表。

通常，能量输入模块202在稳态情况下开始能量输入。通常，稳态情况发生于任何无线传输之前，或者组件具有零电流和零电压的条件下。具体地讲，输出电容器Cdc的电压为零。在一个实施例中，装置300包括电压重置模块310，在能量输入模块202将所述量的能量施加到初级转换器106之前，和/或在能量输入模块202将所述量的能量施加到初级转换器106之后，电压重置模块将次级转换器108的输出电容器上的电压重置为初始电压。

例如，能量输入模块202可多次将所述量的能量施加到初级转换器106，并且在能量输入模块202每次将所述量的能量施加到初级转换器106之后，电压重置模块310重置输出电容器电压。电压重置模块310可将输出电容器Cdc上的电压重置为零。耦合测量模块204于是可根据与每次将所述量的能量施加到初级转换器106相关的测量来确定平均耦合系数。

在一个实施例中，耦合阈值为最小耦合阈值，并且装置300包括最大阈值模块312和最大信号模块314。最大阈值模块312确定耦合系数是否高于最大耦合阈值，并且响应于最大阈值模块312确定耦合系数高于最大耦合阈值，最大信号模块314发送最大阈值提示。例如，在某些情况下，耦合系数可能过高，指示危险的谐振情况。最大阈值可对应于耦合系数的上限。例如，在系统100、101、102中一些参数随时间推移发生变化之后可能产生高耦合系数。

在另一个实施例中，装置300包括未对准提示模块316，该未对准提示模块响应于耦合系数低于耦合阈值而发送未对准提示。例如，未对准提示可指示应当移动车辆或者不应当进行无线功率传输。对于耦合系数低于耦合阈值的未对准情况而言，系统100、101、102可能以无法接受的效率进行充电，或无线功率传输可能是不可能进行的。在一个实施例中，未对准提示模块316与对准提示模块208一起工作。例如，未对准提示可为红灯，而对准提示可为绿灯。又如，对准装置104多次确定对准，并且可能在车辆正在移动期间确定对准，而未对准提示模块316和对准提示模块208一起工作，以向驾驶者或车辆和对准情况的图形显示提供几乎连续的反馈。本领域技术人员将认识到对准装置104可使用未对准提示模块316和对准提示模块208提供对准信息来进行工作的其它方法。

在一个实施例中，初级转换器106和次级转换器108是双向的。例如，整流区段124可包括H-桥，与初级转换器106的H-桥118类似。在该实施例中，通过控制H-桥中的开关器或使用其它控制技术，可将功率由初级转换器106传输至次级转换器108，或由次级转换器108传输至初级转换器106。还可使用其它拓扑结构实现双向转换器。

在该实施例中，能量输入模块202可将一定量的能量施加到次级转换器108，次级转换器108将能量从次级接收器垫120传输至初级转换器106的初级发射器垫114，并且在测量操作过程中，初级转换器106向负载提供功率。例如，初级转换器106可包括仅用于耦合系数测量过程的负载，或者可包括用于其它用途的负载。初级转换器108可包括二极管、开关等，以在负载和电源112之间切换。在反向操作中，初级转换器106将能量从初级发射器垫114传输至次级转换器108的次级接收器垫120，并且在负载功率操作过程中，次级转换器108向负载110提供功率。

该实施例对于防止初级转换器106在可移动物体未就位时意外地传输功率这样的安全性是有用的，使得次级接收器垫120相对于初级发射器垫114就位以用于充电。在测量操作中，相较于负载功率操作期间所提供能量的量，次级转换器108可传输更少量的功率。可实施控制以防功率从初级转换器106传输至次级转换器108，直至测量操作完成并且耦合系数在特定范围内。

在一个实施例中，装置300包括关断阈值模块318和充电关断模块320，该关断阈值模块确定耦合系数是否低于耦合关断阈值，该充电关断模块响应于耦合系数低于耦合关断阈值而使初级转换器106停止提供功率。例如，关断阈值模块318可在初级转换器108运行期间监控耦合系数，并可连续地或以基于安全建立的采样率来确定耦合系数是否低于耦合关断阈值。

例如，关断阈值模块318可具有由安全标准决定的采样率。例如，采样率可为0.1秒、1秒、10秒等等。在关断阈值模块318确定耦合系数低于耦合关断阈值的情况下，充电关断模块320可使初级转换器106停止提供功率。例如，充电关断模块320可关闭初级转换器108。通过在耦合系数低于耦合关断阈值时停止功率流，装置300可通过避免在不安全情况期间的功率流来增加安全性，比如有物体或人在初级发射器垫114和次级接收器垫120之间的间隙中移动时、可移动物体移动时等等。

在另一个实施例中，耦合关断阈值可为耦合关断下阈值，而关断阈值模块318确定耦合系数是否高于耦合关断下阈值。充电关断模块320可随后响应于耦合系数高于耦合关断下阈值而使初级转换器106停止提供功率。例如当可移动物体移动更靠近初级发射器垫114时，耦合系数可增加。在某些情况下，耦合系数过高可能引起损坏。

图4是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的对准方法400的一个实施例的流程图。方法400开始并向WPT系统的初级转换器106提供402一定量的能量。WPT系统包括具有初级发射器垫114的初级转换器106和具次级接收器垫120的次级转换器108。WPT系统将能量从初级转换器106的初级发射器垫114传输到次级转换器108的次级接收器垫120，而次级转换器108向负载110提供功率。

当初级发射器垫114和次级接收器垫120被间隔开一竖直距离但在水平位置上水平对准时，方法400测量404初级发射器垫114和次级接收器垫120之间的耦合系数。方法400确定406耦合系数是否高于耦合阈值。如果方法400确定406耦合系数不高于耦合阈值，则方法400结束。如果方法400确定406耦合系数高于耦合阈值，则方法400发送408对准提示，并且方法400结束。

图5是根据本发明的一个实施例示出用于无线功率传输的另一个对准方法500的一个实施例的流程图。方法500开始并重置502输出电容器Cdc上的输出电压Vout。方法500增加504施加到初级转换器106的能量的量，并测量506初级发射器垫114和次级接收器垫120的耦合系数。方法500确定508耦合系数是否高于耦合阈值。如果方法500确定508耦合系数不高于耦合阈值，则方法500发送510未对准提示并返回以重置502输出电容器Cdc上的输出电压out。

如果方法500确定508耦合系数高于耦合阈值，则方法500确定512耦合阈值是否高于最大耦合阈值。如果方法500确定512耦合系数高于最大耦合阈值，则方法500发送未对准提示并返回以重置502输出电容器Cdc上的输出电压out。如果方法500确定512耦合系数不高于最大耦合阈值，则方法500发送514对准提示并向负载110施加516无线功率传输能量，并且方法500结束。

图6是根据本发明的一个实施例示出使用多个接收器垫的无线功率传输的对准系统600的一个实施例的示意性框图。系统600包括在一个或多个初级发射器608中具有第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606的多垫对准装置602、一个或多个次级转换器614中的第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612、负载110、可移动物体616和电源112，这些部件在下文中进行描述。

系统600包括多垫对准装置602，其为可移动物体616(比如车辆)提供对准信息。多垫对准装置602确定第一初级发射器垫604和第一次级接收器垫610之间及第二初级发射器垫606和第二次级接收器垫612之间的耦合系数，以确定对准信息。多垫对准装置602被图示为是一个或多个初级转换器608的一部分，但全部或者一部分多垫对准装置602可包括在可移动物体616或者一个或多个次级转换器614中。将参照图7的装置700对多垫对准装置602进行更详细的描述。

系统600包括第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606。在一个实施例中，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606与上文参照图1A、图1B、图1C、图2和图3中系统100、101、102和装置200、300所述的初级发射器垫114基本类似。在另一个实施例中，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606可与上述初级发射器垫114不同。例如，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606与上述发射器垫114可具有物理差异，而且可以是仅为对准操作设计的，而不是为对准以及无线功率传输而设计。与具有单套发射器垫的WPT系统相比，来自两个或更多个接收器垫的对准信息可允许可移动物体616进行更精确的对准，而且可提供更多对准信息。

在一个实施例中，可以固定量的间距将第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606安装在固定位置。例如，可将第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606安装于地面、行驶表面或类似位置，其中可移动物体616可被定位在第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606上方。第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606可与地面齐平、低于该表面(如混凝土或沥青)，或可被抬高。

通常，当可移动物体616为车辆时，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606定位于车辆的行使路径上，并且具体地与车辆行驶方向相关地放置。通常，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606的位置和间距与安装在可移动物体616上的第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612的位置和间距相匹配。在一个实施例中，将第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606放置为与可移动物体616移动方向一致。在另一个实施例中，将第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606放置为与可移动物体616移动方向垂直。通常，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606具有位于水平面中的顶表面，并且以一定水平距离间隔开。

系统600还包括一个或多个初级逆变器608，该逆变器包括第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606。所述一个或多个初级逆变器608将来自电源112的能量转换为适于传输至第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606的形式。电源112与上文所述的电源112基本类似。在一个实施例中，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606具有单独的初级逆变器608。在另一个实施例中，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606包括在单个初级逆变器608内。在一个实施例中，所述一个或多个初级逆变器608与图1A、图1B、图1C、图2和图3中系统100、101、102和装置200、300的初级逆变器106基本类似。

系统600包括第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612，它们包括在可移动物体616中。通常，第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612中的每一者具有在可移动物体上被定位为平行于第一初级发射器垫604的顶表面的底表面。第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612以一定水平间隔放置，通常放置为匹配第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606的布局，以使得第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612及第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606的对准将导致可移动物体616对准，并可导致比未对准情况更有效的WPT充电。在一个实施例中，第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612与上文参照图1A、图1B、图1C、图2和图3中系统100、101、102和装置200、300所述的次级接收器垫120基本类似。

系统600包括一个或多个次级转换器614，该转换器包括或连接至第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612。在一个实施例中，系统对于第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612中每一者都具有单独的次级转换器614。在另一个实施例中，系统600包括同时连接至第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612的单个的次级转换器614。在另一个实施例中，次级转换器614与上文参照图1A、图1B、图1C、图2和图3中系统100、101、102和装置200、300所述的次级转换器108基本相似，并且可包括次级LCL网络122和/或整流区段124。在一个实施例中，所述一个或多个次级转换器108有助于能量从第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612向一个或多个负载110的传输。在另一个实施例中，一个或多个次级转换器108提供对准信息，但不连接到负载110用于无线功率传输。

系统600包括一个或多个负载110。在一个实施例中，所述一个或多个负载110用于可移动物体616的功率消耗，其可包括电机、功率存储装置，例如电池126等。在一个实施例中，所述一个或多个负载110与图1A、图1B、图1C、图2和图3中的系统100、101、102和装置200、300基本相似。虽然图6示出了第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606以及对应的第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612，但本领域技术人员将认识到多于两个初级发射器垫和次级接收器垫是有可能的。参考图9A和图9B描述了其它可能的构型。

图7是根据本发明的一个实施例示出使用多个接收器垫的无线功率传输的对准装置700的一个实施例的示意性框图。装置700包括具有耦合测量模块702、耦合比较模块704、对准模块706和对准通信模块708的多垫对准装置602的一个实施例，这些模块在下文中进行描述。

在一个实施例中，装置700包括耦合测量模块702，该耦合测量模块对于每组接收器垫测量耦合系数。一组接收器垫包括安装在固定位置的初级发射器垫，即第一初级发射器垫604，和安装在可移动物体616(比如车辆)上的次级接收器垫，即第一次级接收器垫610。一组接收器垫中的初级发射器垫将功率无线传输至该组接收器垫中的次级接收器垫。可移动物体616包括两个或更多个次级接收器垫，例如610、612，其中每一者对应于安装于固定位置的初级发射器垫，例如604、606。耦合测量模块702可为任意数量组的接收器垫测量耦合系数。

在一个实施例中，该组接收器垫是LCL谐振逆变器系统的一部分。例如，该组接收器垫与上文参照图1A、图1B、图1C、图2和图3中系统100、101、102和装置200、300所述的那些基本类似。此外，耦合测量模块702可通过类似于图2和图3中装置200、300的方式来测量耦合系数。例如，可通过测量桥接电流ib和/或输出电压Vout来测量耦合系数，桥接电流ib和/或输出电压Vout可被用来计算或查找耦合系数。在另一个实施例中，这些组的接收器垫是WPT系统的一部分，其测量耦合系数的方式不同于上述那些情况。

在一个实施例中，装置700包括耦合比较模块704，该耦合比较模块对于每组接收器垫将所测得的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较，以确定每组接收器垫的对准。所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应。例如，在上文图6所示的系统600包括两组接收器垫的情况下，耦合比较模块704可将第一初级发射器垫604和第一次级接收器垫610的耦合系数与已知耦合系数进行比较，该已知耦合系数或为计算所得的耦合系数或为耦合系数表中的耦合系数。例如，该已知耦合系数可用于一组接收器垫中接收器垫(例如第一初级发射器垫604和第一次级接收器垫610)之间的特定竖直距离、间隙中的已知材料等等。

在一个实施例中，耦合比较模块704将测得的耦合系数与单一的预先确定的耦合阈值进行比较。例如，耦合比较模块704的运行可类似于图2和图3中装置200、300的耦合阈值模块206。在另一个实施例中，耦合比较模块704将测得的耦合系数与多个预先确定的耦合阈值进行比较，每个预先确定的耦合阈值对应于一种特定对准情况。同样，耦合比较模块的运行可类似于上述耦合阈值模块206，但是以多个耦合阈值进行。在另一个实施例中，耦合比较模块704将测得的耦合系数与预先确定的计算所得的耦合系数进行比较，其中计算所得的耦合系数对应于一种特定对准情况。通常，预先确定的耦合系数是针对某种已知条件的耦合系数，比如特定的竖直高度和未对准情况。本领域技术人员将认识到耦合比较模块704对于每组接收器垫将测得的耦合系数与预先确定的耦合系数进行比较的其它方法。

装置700包括对准模块706，该对准模块根据所确定的各组接收器垫的对准情况来确定可移动物体616的对准情况。例如，对准模块706可确定可移动物体616是对准的还是未对准的。例如，如果耦合比较模块704确定测得的第一组接收器垫(即604、610)的耦合系数高于耦合阈值，而测得的第二组接收器垫(即606、612)的耦合系数低于耦合阈值，则对准模块706可确定该车辆未对准。在一个实施例中，第一组和第二组接收器垫(即604、610和606、612)中的一组或两组所具有的测得的耦合系数低于耦合阈值，即为未对准情况，而第一组和第二组接收器垫(即604、610和606、612)两组都具有高于耦合阈值的所测得的耦合系数，即为对准情况。

在另一个实施例中，对准模块706为各组接收器垫单独确定对准情况。例如，对准模块706单独地返回每组接收器垫的对准情况，以对每组接收器垫的对准情况进行单独评估。例如，对准模块706通过为每组接收器垫确定未对准的量来确定每组接收器垫的对准情况。例如，耦合比较模块704将测得的耦合系数与多个预先确定的耦合系数进行比较，根据测得的耦合系数高于这些预先确定的耦合系数中的哪一项，对准模块706可确定未对准的量。在另一个实施例中，如果耦合比较模块704将测得的耦合系数与计算的耦合系数和/或计算的未对准量进行比较，则对准模块706可返回针对一组接收器垫的特定对准状况。

在一个实施例中，装置700包括对准通信模块708，该对准通信模块用于传达可移动物体616的对准。例如，对准通信模块708可将对准信息传达给用户、计算机系统、驾驶员(当可移动物体616是车辆时)等。对准通信模块708可通过多种方式来传达对准信息。例如，对准通信模块708可通过可移动物体616以及对准量或未对准量的图形表示来传达可移动物体616的对准。在另一个实施例中，对准通信模块708可通过每组接收器垫的对准量或未对准量传达可移动物体616的对准。在另一个实施例中，对准通信模块708可通过指示对准或未对准的文本来传达可移动物体616的对准。在另一个实施例中，对准通信模块708可通过指示对准或未对准的音频信号来传达可移动物体616的对准。

在一个实施例中，对准通信模块708可通过未对准的方向来传达可移动物体616的对准。例如，这些组的接收器垫可包括一种布局，该布局除了允许确定未对准的量之外，还允许确定未对准的方向，并且对准模块706可确定未对准的方向，使得对准通信模块708可传达未对准的方向。

在一个实施例中，使用唯一标识符将每个初级发射器垫与对应次级接收器垫配对。例如，每个初级发射器垫(例如604、606)或相关设备可传输唯一标识符，使得每个对应次级接收器垫可验证从正确的初级发射器垫无线接收了功率。例如，耦合测量模块702可测量一组接收器垫(即604、610)的耦合系数，而不测量第一组中初级发射器垫(即604)和第二组中次级接收器垫(即612)的耦合系数。在一个实施例中，将唯一标识符添加到初级发射器垫的AC波形，使得AC波形用作唯一标识符的载体。次级转换器614可具有解码部件，以确定由初级发射器垫传输的唯一标识符。在另一个实施例中，每组接收器垫以不同的基频进行操作，该基频作为唯一标识符工作。在另一个实施例中，将唯一标识符与一组接收器垫的无线功率传输分开传输。本领域技术人员将认识到用于区分接收器垫组的其它方法。

图8是根据本发明的一个实施例示出使用多个接收器垫的无线功率传输的对准方法800的一个实施例的流程图。方法800开始并且测量802一组接收器垫的耦合系数。一组接收器垫包括安装在固定位置的初级发射器垫和安装在可移动物体上的次级接收器垫。一组接收器垫中的初级发射器垫将功率无线传输至该组接收器垫中的次级接收器垫。可移动物体616包括两个或更多个次级接收器垫，其中每一者对应于安装于固定位置的初级发射器垫。方法800确定804是否有另一组接收器垫要测量802耦合系数。如果方法800确定804有另一组接收器垫要测量802耦合系数，则该方法800返回并测量802下一组接收器垫的耦合系数。

如果方法800确定804没有另一组接收器垫要测量802耦合系数，则该方法800对于每组接收器垫将所测量的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较806，以确定每组接收器垫的对准。所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应。方法800根据所确定的所述组接收器垫的对准来确定808可移动物体616的对准，然后方法800结束。

图9A是根据本发明的一个实施例示出可移动物体中次级接收器垫的布局的示意性框图。在左上角，图9A包括可移动物体诸如车辆，在该车辆前部(即，朝向典型行进方向的前部，如图所示)具有第一次级接收器垫610，在可移动物体616的后部或至少在第一次级接收器垫610的后面具有第二次级接收器垫612。通常，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606被定位成具有相似的间距和对准，从而当可移动物体616在初级发射器垫604、606上方时，成组的接收器垫(即，604、610以及606、612)正好对准。在另一个实施例(未示出)中，第一次级接收器垫610和第二次级接收器垫612为并排式，并且垂直于行进方向。

图9A右上角的图示出了另一模式，其中可移动物体616有四组接收器垫。在该实施例中，次级接收器垫610、612、902、904相对于行进方向呈正方形排列。图9A中底部的图示出了四组接收器垫，其中次级接收器垫610、612、902、904相对于行进方向呈菱形排列。同样，具有四组接收器垫的所示实施例中的每一个通常会具有呈相同排列模式和间距的初级发射器垫。当然，图9A所示的排列模式和间距可根据可移动物体616的形状和特征而有所不同。

在其它实施例中，发射器垫和接收器垫的排列模式可呈现其它形状，例如卵形、椭圆形、圆形等。发射器垫和接收器垫还可呈现各种形状，例如圆形(如图所示)、椭圆形、卵形、正方形或本领域技术人员已知的其它形状。其它的垫设计可基于位置或可移动物体的特殊需要进行定制。

图9B是根据本发明的一个实施例示出可移动物体中次级接收器垫的另一布局的示意性框图。在所示实施例中，可移动物体616包括次级接收器垫906-916，其中，在可移动物体616的前部有三个次级接收器垫，即次级接收器垫1A 906、次级接收器垫1B 908和次级接收器垫1C 910，在可移动物体616的后部有三个次级接收器垫，即次级接收器垫2A 912、次级接收器垫2B 914和次级接收器垫2C 916。在一个实施例中，中心次级接收器垫(即906、912)被尺寸设定为用于无线功率传输，而两侧的次级接收器垫较小，并且可用于对准而不用于无线功率传输。

在一个实例中，第一初级发射器垫604和第二初级发射器垫606可安装在固定位置处，且两侧没有任何初级发射器垫。在未对准的情况下，例如，如果可移动物体616如图所示的那样被定位成次级接收器垫1A 906和次级接收器垫1C 910均在第一初级发射器垫604上方，则耦合测量模块702可测量次级接收器垫1A 906和第一初级发射器垫604的耦合系数以及次级接收器垫1C 910和第一初级发射器垫604的耦合系数，而可能无法测量次级接收器垫1B 908的耦合系数，这样可知该可移动物体定位在次级接收器垫906和第一初级发射器垫604对准这样的所需位置的右边。耦合比较模块704可将所测量的耦合系数与预先确定的耦合系数进行比较，然后对准模块706可确定可移动物体向右边偏离的量。在其它实施例中，旁侧的次级接收器垫(即908、910、914、916)的尺寸被设定为与中心次级接收器垫(即906、912)相同。本领域技术人员将认识到其它方式来将对多个次级接收器垫和初级发射器垫的耦合系数的测量结构用来进行对准。

图10是根据本发明的一个实施例示出第一初级发射器垫和第二初级发射器垫或者第一次级接收器垫和第二次级接收器垫的设计1000的示意性框图。该设计1000包括第二接收器垫1004内的第一接收器垫1002。在一个实施例中，第一接收器垫1002是第一初级发射器垫，第二接收器垫1004是第二初级发射器垫。第一接收器垫1002可具有一组导线1006，第二接收器垫1004可具有一组导线1008，用于连接到初级转换器或次级转换器。在另一个实施例中，第一接收器垫1002和第二接收器垫1004可以是第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118。举例而言，初级发射器垫的尺寸和形状可匹配次级接收器垫的尺寸和形状。虽然所示第一接收器垫1002和第二接收器垫1004为圆形，但也可设想其它接收器垫形状。此外，虽然所示第一接收器垫1002在第二接收器垫1004的中心处，但也可设想其它设计，例如如图9A和图9B所示的设计。

第一接收器垫1002在物理上可以较小，以适配在第二接收器垫1004内。例如，第一接收器垫1002和第二接收器1004可被设计成使得第一接收器垫1002和第二接收器垫1004的相互作用或干扰最小。在另一个实施例中，第二接收器垫1004较大，以便传输更多功率。在另一个实施例中，第一接收器垫1002和第二接收器垫1004被分开操作。例如，可在对准操作中使用第一初级发射器垫和第二初级发射器垫形式的一对第一接收器垫1002，而在负载功率操作中使用第二初级发射器垫和第二次级接收器垫形式的一对第二接收器垫1004来向负载110提供功率。在一个实施例中，为一对第一接收器垫1002计算第一耦合系数，并为一对第二接收器垫1004计算第二耦合系数，并且使用第一耦合系数和第二耦合系数确定对准。

具有一对初级发射器垫和次级接收器垫形式的第一接收器垫1002以及具有另一对初级发射器垫和次级接收器垫形式的第二接收器垫1004可基本上类似于上文参照系统100、101、102以及装置200、300、600和700所述的那些。例如，第一接收器垫1002和第二接收器垫1004可用于确定耦合系数是高于耦合阈值还是低于耦合阈值。本领域技术人员将认识到其它方式来如上文在系统100、101、102以及装置200、300、600和700中所述的那样利用第一接收器垫1002和第二接收器垫1004。

图11是根据本发明的一个实施例示出具有两个接收器垫的无线功率传输的对准WPT系统1100的一个实施例的示意性框图。WPT系统1100包括对准装置1104、一个或多个初级转换器1106、一个或多个次级转换器1108、电源112、负载110、第一初级发射器垫1112、第二初级发射器垫1114、第一次级接收器垫1116以及第二次级接收器垫1118，它们在下文中进行描述。

电源112和负载基本上类似于上文参照图1A至图1C的系统100、101、102所述的那些。电源112为一个或多个初级转换器1106供电，所述初级转换器包括第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114。第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114跨过间隙向一个或多个次级转换器1108中的第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118传输功率。这些次级转换器1108中的至少一者向负载110提供功率。

图12是根据本发明的一个实施例示出具有多个接收器垫的无线功率传输的对准装置1200的一个实施例的示意性框图。该装置1200包括对准装置104的一个实施例，该对准装置具有能量输入模块1202、第一耦合测量模块1204、第二耦合测量模块1206和对准模块1208，它们在下文中进行描述。

在一个实施例中，装置1200包括能量输入模块1202，其向WPT系统1100的第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114施加一定量的能量。第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114可类似于上述初级发射器垫(例如114、604、606)。WPT系统1100包括第一初级发射器垫1112、第二初级发射器垫1114、第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118。此外，WPT系统1100可包括一个或多个初级转换器、一个或多个次级转换器以及一个或多个负载。WPT系统1100将来自第一初级发射器垫1112的能量传输到第一次级接收器垫1116，并将来自第二初级发射器垫1114的能量传输到第二次级接收器垫1118。第一次级接收器垫1116为负载提供功率，并且第二次级接收器垫1118为负载提供功率。

所述一个或多个初级转换器可基本上类似于上文参照图1的系统100所述的初级转换器106和/或上文参照图6的系统600所述的初级逆变器608。在一个实施例中，WPT系统1100包括一个初级转换器，该初级转换器向第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114提供功率。在另一个实施例中，WPT系统1100包括第一初级转换器和第二初级转换器，第一初级转换器向第一初级发射器垫1112提供功率，第二初级转换器向第二初级发射器垫1114提供功率。在一个实施例中，次级转换器基本上类似于图1的系统100中的次级转换器108和/或图6的系统600中的次级转换器614。在一个实施例中，WPT系统1100包括一个次级转换器，该次级转换器连接到第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118。在另一个实施例中，WPT系统1100包括连接到第一次级接收器垫1116的第一次级转换器以及连接到第二次级接收器垫1118的第二次级转换器。

在一个实施例中，WPT系统1100包括第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116，如上文参考图10的接收器垫所述，该第一初级发射器垫和第一次级接收器垫位于或居中位于第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118内。在另一个实施例中，WPT系统1100包括第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114以及第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118，其取向如图9A和图9B所述。虽然图12的装置1200仅描述了第一接收器垫和第二接收器垫，但参照装置1200和1300所述的实施例也可包括两个以上的初级发射器垫和/或次级接收器垫。

在一个实施例中，能量输入模块1202类似于图2和图3的装置200、300的能量输入模块202。在另一个实施例中，能量输入模块1202向第一初级发射器垫1112施加一定量的能量，稍后向第二初级发射器垫1114施加一定量的能量。在另一个实施例中，能量输入模块1202同时向第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114施加一定量的能量。

在一个实施例中，装置1200包括第一耦合测量模块1204，当第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，该第一耦合测量模块测量第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116之间的第一耦合系数。在另一个实施例中，装置1200包括第二耦合测量模块1206，当第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，该第二耦合测量模块测量第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118之间的第二耦合系数。第一耦合测量模块1204和第二耦合测量模块1206可使用与上文参照图2和图3的装置200、300的耦合测量模块206所述类似的技术来测量耦合系数。

在一个实施例中，装置1200包括对准模块1208，其根据第一耦合系数和第二耦合系数确定第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114相对于第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118之间的对准。例如，对准模块1208可比较耦合系数以确定对准，其中，两个耦合系数均高可表示较高的对准量。例如，在第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116小而第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118较大的情况下，第二耦合系数高而第一耦合系数低可表示接收器垫的对准不如第一耦合系数和第二耦合系数均高时那样好。

在一个实施例中，对准模块1208通过将第一耦合系数和第二耦合系数输入算法中计算对准情况来确定对准，其中对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合有关。例如，算法可接受第一耦合系数和第二耦合系数作为输入并且可数学计算对准情况。在另一个实施例中，对准模块1208使用对准查找表确定对准。对准查找表包括多种对准情况，其中每种对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合相对应。例如，对准查找表可以针对各种对准情况的第一耦合系数和第二耦合系数的测量结果为基础。

在另一个实施例中，对准模块使用对准查找表和对准查找表中值之间的插值确定对准情况来确定对准。在另一个实施例中，对准模块通过确定第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116的第一垫对准情况并通过确定第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118的第二垫对准情况来确定对准。然后，可用第一垫对准情况和第二垫对准情况确定接收器垫的总体对准情况。本领域技术人员将认识到使用第一耦合系数和第二耦合系数确定对准的其它方式。

在一个实施例中，能量输入模块1202向第一初级发射器垫1112施加一定量的能量，并且第一耦合测量模块1204测量第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116之间的第一耦合系数，然后对准模块1208确定第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116的对准，并且WPT系统1100响应于对准模块1208确定第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116对准至可接受水平而开始通过第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118向负载(例如110)提供能量。在此情况下，第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116用于对准，而第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118用于传输功率。

图13是根据本发明的一个实施例示出具有多个接收器垫的无线功率传输的对准装置1300的另一个实施例的示意性框图。装置1300包括对准装置104的一个实施例，该对准装置具有能量输入模块1202、第一耦合测量模块1204、第二耦合测量模块1206和对准模块1208，这些模块基本上类似于上文参照图12的装置1200所述的那些。装置1300可包括对准模块，该对准模块具有耦合阈值模块1302和对准提示模块1304，它们在下文中进行描述。

在一个实施例中，装置1300包括耦合阈值模块1302和对准提示模块1304，该耦合阈值模块确定第一耦合系数是否高于第一耦合阈值，并确定第二耦合系数是否高于第二耦合阈值，该对准提示模块响应于第一耦合系数高于第一耦合阈值而发送第一对准提示，并响应于第二耦合系数高于第二耦合阈值而发送第二对准提示。在一个实施例中，每个耦合阈值各自对应一种对准情况。在对准提示模块1304针对特定对准仅发出一个提示的情况下，该对准可能不足以用于充电或功率传输。在对准提示模块1304发出第一对准提示和第二对准提示的情况下，接收器垫的对准可能足以用于充电。

在一个实施例中，耦合阈值模块1302将第一耦合系数与多个第一耦合阈值进行比较，并将第二耦合系数与多个第二耦合阈值进行比较，对准提示模块1304针对第一耦合系数超过多个第一阈值中第一耦合阈值以及第二耦合系数超过多个第二阈值中第二耦合阈值的每种情况发送不同的对准提示。在该实施例中，各种对准提示可指示数种对准情况。

例如，第一耦合系数可与对应于三个对准水平(例如靠近、紧接和对准)的三个第一耦合阈值进行比较。第二耦合系数也可与三个第二耦合阈值进行比较。相比于具有单个第一耦合阈值和单个第二耦合阈值，具有多个耦合阈值可提供更多关于对准的信息。在另一个实施例中，第一耦合系数和第二耦合系数与各个耦合系数的连续范围的对准有关，并且可显示或传输与耦合系数相对应的对准情况。本领域技术人员将认识到对准模块使用两个耦合系数确定对准的其它方式。

图14是根据本发明的一个实施例示出具有多个垫的无线功率传输的对准方法1400的一个实施例的流程图。方法1400开始，向WPT系统1100的第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114施加1402一定量的能量。WPT系统1100包括第一初级发射器垫1112、第二初级发射器垫1114、第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118，并且WPT系统1100将能量从第一初级发射器垫1112传输至第一次级接收器垫1116，并从第二初级发射器垫1114传输至第二次级接收器垫1118。第一次级接收器垫1116为负载提供功率，并且第二次级接收器垫1118为负载提供功率。在一个实施例中，能量输入模块1202将能量施加到第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114。

当第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，方法1400测量1404第一初级发射器垫1112和第一次级接收器垫1116之间的第一耦合系数；当第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，该方法测量1404第二初级发射器垫1114和第二次级接收器垫1118之间的第二耦合系数。第一耦合测量模块1204可测量第一耦合系数，并且第二耦合测量模块1206可测量第二耦合系数。方法1400根据第一耦合系数和第二耦合系数确定1406第一初级发射器垫1112和第二初级发射器垫1114相对于第一次级接收器垫1116和第二次级接收器垫1118之间的对准，然后方法1400结束。方法1400可使用算法、阈值、查找表或上述方法中的任一种或者本领域技术人员已知的任何其它方法来确定1406对准。

在不脱离本发明精神或本质特性的情况下，本发明可以其它具体方式体现。无论从哪个方面来看，都应将所述实施例视为仅为示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书指明而非上述说明内容指明。落入权利要求等同物的意义和范围内的所有变化都包括在其范围内。

Claims (58)

1.一种装置，包括：

能量输入模块，所述能量输入模块将一定量的能量施加到无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器，所述WPT系统包括具有初级发射器垫的所述初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器，所述WPT系统将能量从所述初级转换器的所述初级发射器垫传输至所述次级转换器的所述次级接收器垫，所述次级转换器向负载提供功率；

耦合测量模块，当所述初级发射器垫和所述次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述耦合测量模块测量所述初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的耦合系数；

耦合阈值模块，所述耦合阈值模块确定所述耦合系数是否高于耦合阈值；以及

对准提示模块，所述对准提示模块响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块还包括能量增加模块，所述能量增加模块通过在规定量的时间内增加施加至所述初级转换器的一定量的能量来将所述量的能量施加至所述初级转换器。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述能量增加模块在整个输入电压范围内增加输入电压。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述初级转换器包括逆变器，并包括H-桥，所述H-桥使用相位角占空比控制技术控制，并且其中所述能量增加模块在整个导通角范围内增加导通角。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述相位角占空比控制包括对称电压消除(“SVC”)控制、非对称电压消除(“AVC”)控制和非对称占空比(“ADC”)控制中的一者。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块在所述初级转换器的切换周期的至少品质因子数量的切换循环期间将所述量的能量施加至所述初级转换器，所述品质因子包括所述WPT系统在暂态条件之后达到稳态条件所需的多个切换循环。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述初级转换器以约23.4千赫的切换频率运行，并且所述能量输入模块在约1毫秒内将所述量的能量施加至所述初级转换器。

8.根据权利要求6所述的装置，其中所述能量输入模块在约100毫秒至1秒的范围内将所述量的能量施加至所述初级转换器。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述耦合系数与输出直流(“DC”)电压与发射器垫电流的比率成比例。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括在下述的一种或多种时候将所述次级转换器的输出电容器上的电压重置为初始电压的电压重置模块：

在所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之前；以及

在所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之后。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述能量输入模块多次将所述量的能量施加至所述初级转换器，并且所述电压重置模块在每次所述能量输入模块将所述量的能量施加至所述初级转换器之后重置所述输出电容器的电压，其中所述耦合测量模块根据与每次所述量的能量施加至所述初级转换器相关的测量结果确定平均耦合系数。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块在所述次级转换器和所述负载之间无负载的情况下将所述量的能量施加至所述初级转换器，其中所述WPT系统在所述无负载的情况下基本上不向所述负载提供功率。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量输入模块还包括使用固定的能量输入速率将所述量的能量施加至所述初级转换器的静态输入模块。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述静态输入模块持续规定量的时间将能量施加至所述初级转换器。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述耦合测量模块测量桥接电流和输出电压，并根据所测量的桥接电流和输出电压中的一者或多者确定耦合系数，所述输出电压包括所述次级转换器的输出电压。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述耦合测量模块还包括耦合查找模块，所述耦合查找模块由耦合系数表确定耦合系数，所述耦合系数表包括多个耦合系数，所述耦合系数表中的每个耦合系数包括对应输出电压和对应桥接电流中的一者或多者。

17.根据权利要求15所述的装置，其中所述耦合测量模块还包括耦合计算模块，所述耦合计算模块使用耦合系数公式确定耦合系数，其中所述输出电压和桥接电流中的一者或多者是变量，并且耦合系数是所述耦合系数公式的输出。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述初级转换器和次级转换器包括LCL谐振转换器系统，并且所述耦合系数公式如下：

$i_b=\frac{L_b{L}_m{\mathrm{MR}}_2{V}_1{s}^2}{C_1\mathrm{\β}(V_1-\frac{L_m{V}_1{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2(L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}){\mathrm{\σ}}_1(R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}){\mathrm{\σ}}_2}$

其中：

$\mathrm{\β}=L_{b}s+\frac{L_m{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{\σ}}_1{\mathrm{\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_1=L_{m}s+\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{C_1{n}^2{\mathrm{s\σ}}_2}$

${\mathrm{\σ}}_2=L_{1}s+\frac{1}{C_{1}s}+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

${\mathrm{\σ}}_3=L_{1}s+\frac{1}{C_{1s}s}-\frac{M^2{s}^2}{R_2+L_{2}s+\frac{1}{C_{2}s}}$

$k=\frac{M}{\sqrt{L_1\·L_2}}$

并且：

k耦合系数；

M初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的互感；

L1所述初级发射器垫的自感；

L2所述次级接收器垫的自感；

ib电感器Lb的电感器电流；

Lm变压器励磁电感；

C2所述次级转换器的次级谐振电路上的并联调谐电容器；

C1s所述初级转换器的初级LCL负载谐振转换器上的串联调谐电容器；

C1所述初级LCL负载谐振转换器上的并联调谐电容器；

Lb LCL负载谐振转换器的桥接电感；

R2初始输出电压除以输出电流；

V1至所述初级LCL负载谐振转换器的DC输入电压；

s i·ω，其中i为虚数

ω以弧度表示的初级转换器的角运行频率，其中ω＝2πf；

f以赫兹表示的所述初级转换器的运行频率；以及

n所述初级转换器中变压器的匝数比。

19.根据权利要求1所述的装置，还包括响应于所述耦合系数低于所述耦合阈值而发送未对准提示的未对准提示模块。

20.根据权利要求1所述的装置，其中所述初级转换器包括LCL负载谐振转换器，所述LCL负载谐振转换器包括H-桥、LCL网络和初级发射器垫，并且所述次级转换器包括LCL网络和整流区段，所述整流区段包括输出电容器，所述整流区段连接至负载。

21.根据权利要求1所述的装置，其中所述耦合阈值包括最小耦合阈值，并且所述装置还包括：

最大阈值模块，所述最大阈值模块确定所述耦合系数是否高于最大耦合阈值；以及

最大信号模块，所述最大信号模块响应于所述最大阈值模块确定所述耦合系数高于所述最大耦合阈值而发送最大阈值提示。

22.根据权利要求1所述的装置，其中所述次级转换器响应于从所述对准提示模块接收到的所述对准提示而将能量传输至所述负载。

23.根据权利要求1所述的装置，其中所述初级转换器和所述次级转换器是双向的，所述能量输入模块将一定量的能量施加至所述次级转换器，所述次级转换器将能量从所述次级接收器垫传输至所述初级转换器的所述初级发射器垫，所述初级转换器在测量操作期间向负载提供功率，并且所述初级转换器将能量从所述初级发射器垫传输至所述次级转换器的所述次级接收器垫，所述次级转换器在负载功率操作期间向所述负载提供功率。

24.根据权利要求1所述的装置，还包括：

关断阈值模块，所述关断阈值模块确定所述耦合系数是否低于耦合关断阈值；以及

充电关断模块，所述充电关断模块响应于所述耦合系数低于所述耦合关断阈值而使所述初级转换器停止提供功率。

25.一种无线功率传输(“WPT”)系统，包括：

包括初级发射器垫的初级转换器；

包括次级接收器垫的次级转换器；

耦合至所述次转换器的负载，其中所述初级转换器将能量从所述初级发射器垫无线传输至所述次级接收器垫，而所述次级转换器将所接收的能量发送至所述负载；

将一定量的能量施加至所述初级转换器的能量输入模块；

耦合测量模块，当所述初级发射器垫和所述次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述耦合测量模块测量所述初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的耦合系数；

耦合阈值模块，所述耦合阈值模块确定所述耦合系数是否高于耦合阈值；以及

对准提示模块，所述对准提示模块响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。

26.根据权利要求25所述的WPT系统，其中所述初级转换器是固定的，所述次级转换器在车辆上，所述次级接收器垫被定位为与固定的所述初级发射器垫对准。

27.一种用于对准的方法，所述方法包括：

将一定量的能量施加至无线功率传输(“WPT”)系统的初级转换器，所述WPT系统包括具有初级发射器垫的所述初级转换器和具有次级接收器垫的次级转换器，所述WPT系统将能量从所述初级转换器的所述初级发射器垫传输至所述次级转换器的所述次级接收器垫，所述次级转换器向负载提供功率；

当所述初级发射器垫和所述次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，测量所述初级发射器垫和所述次级接收器垫之间的耦合系数；

确定所述耦合系数是否高于耦合阈值；以及

响应于所述耦合系数高于所述耦合阈值而发送对准提示。

28.一种装置，包括：

耦合测量模块，所述耦合测量模块为每组接收器垫测量耦合系数，一组接收器垫包括安装在固定位置的初级接收器垫和安装在可移动物体上的次级接收器垫，其中一组接收器垫的所述初级接收器垫将功率无线传输至该组接收器垫的所述次级接收器垫，所述可移动物体包括两个或更多个次级接收器垫，每个次级接收器垫与安装在固定位置的一个初级接收器垫相对应；

耦合比较模块，所述耦合比较模块为每组接收器垫将所测量的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较，以确定每组接收器垫的对准，所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应；以及

对准模块，所述对准模块根据所确定的所述组接收器垫的对准确定所述可移动物体的对准。

29.根据权利要求28所述的装置，其中所述两个或更多个次级接收器垫和对应的初级接收器垫包括第一组接收器垫和第二组接收器垫，并且第一组初级发射器垫和次级接收器垫与第二组初级发射器垫和次级接收器垫以下列方式中的一种对准：

与所述可移动物体的行进方向一致；以及

垂直于所述可移动物体的行进方向。

30.根据权利要求28所述的装置，其中所述两个或更多个次级接收器垫和对应的初级接收器垫包括三组或更多组初级发射器垫和次级接收器垫，并且其中所述组的初级发射器垫和次级接收器垫以一定模式安装，从而在所述可移动物体的行进方向上并且垂直于所述可移动物体的所述行进方向提供对准信息。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述三组或更多组初级发射器垫和次级接收器垫包括四组或更多组初级发射器垫和次级接收器垫，并且所述次级接收器垫和对应的初级接收器垫按以下模式中的一种布置：

相对于所述可移动物体的所述行进方向的正方形模式；

相对于所述可移动物体的所述行进方向的矩形模式；

相对于所述可移动物体的所述行进方向的菱形模式；以及

这样一种模式：一次级接收器垫靠近所述可移动物体的前部、一次级接收器垫靠近所述可移动物体的后部、一对次级接收器垫彼此相邻布置在垂直于所述可移动物体的所述行进方向的直线上并介于所述前部和后部次级接收器垫之间。

32.根据权利要求28所述的装置，其中所述组接收器垫中的一组或多组是将能量从所述初级接收器垫中的一者或多者无线传输至对应次级接收器垫的无线功率传输(“WPT”)系统的一部分。

33.根据权利要求32所述的装置，其中所述WPT系统通过所述组接收器垫中的一组或多组将功率传输至所述可移动物体的负载。

34.根据权利要求28所述的装置，还包括对准通信模块，所述对准通信模块将所述可移动物体的对准传达至下列中的一者或多者：

用户；

计算机系统；以及

当所述可移动物体包括车辆时，驾驶者。

35.根据权利要求34所述的装置，其中所述对准通信模块通过下列中的一者或多者来传达所述可移动物体的对准：

所述可移动物体和对准量或未对准量的图形表示；

每组接收器垫的对准或未对准的量；

指示对准或未对准的文本；

指示对准或未对准的音频信号；以及

未对准的方向。

36.根据权利要求28所述的装置，其中每个初级接收器垫和对应次级接收器垫使用唯一标识符配对，其中所述耦合测量模块测量一组接收器垫的耦合系数，而不测量第一组中初级接收器垫和第二组中次级接收器垫的耦合系数。

37.根据权利要求28所述的装置，其中一组接收器垫包括与单个初级接收器垫配对的两个或更多个次级接收器垫，并且其中，所述对准模块基于所述耦合测量模块为每个次级接收器垫和所述初级接收器垫测量耦合系数以及所述耦合比较模块将每个所测量的耦合系数与预先确定的耦合系数进行比较，来确定未对准的方向。

38.一种方法，包括：

为每组接收器垫测量耦合系数，一组接收器垫包括安装在固定位置的初级接收器垫和安装在可移动物体上的次级接收器垫，其中一组接收器垫的所述初级接收器垫将功率无线传输至该组接收器垫的所述次级接收器垫，所述可移动物体包括两个或更多个次级接收器垫，每个次级接收器垫与安装在固定位置的一初级接收器垫相对应；

为每组接收器垫将所测量的耦合系数与一个或多个预先确定的耦合系数进行比较，以确定每组接收器垫的对准，所述预先确定的耦合系数与一组接收器垫的各种对准情况相对应；以及

根据所确定的所述组接收器垫的对准确定所述可移动物体的对准。

39.一种装置，包括：

能量输入模块，所述能量输入模块将一定量的能量施加至无线功率传输(“WPT”)系统的第一初级接收器垫以及第二初级接收器垫，所述WPT系统包括所述第一初级接收器垫、所述第二初级接收器垫、第一次级接收器垫和第二次级接收器垫，所述WPT系统将能量从所述第一初级接收器垫传输至所述第一次级接收器垫，并从所述第二初级接收器垫传输至所述第二次级接收器垫，所述第一次级接收器垫为负载提供功率，并且所述第二次级接收器垫为负载提供功率；

第一耦合测量模块，当所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述第一耦合测量模块测量所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫之间的第一耦合系数；

第二耦合测量模块，当所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述第二耦合测量模块测量所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的第二耦合系数；

对准模块，所述对准模块根据所述第一耦合系数和所述第二耦合系数确定所述第一初级接收器垫和所述第二初级接收器垫相对于所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的对准。

40.根据权利要求39所述的装置，其中所述第二初级接收器垫被成形成具有围绕内部区段的线圈，其中所述第一初级接收器垫位于所述第二初级接收器垫的所述内部区段内，并且其中所述第二次级接收器垫被成形成具有围绕内部区段的线圈，其中所述第一次级接收器垫位于所述第二次级接收器垫的所述内部区段内。

41.根据权利要求40所述的装置，其中所述第一初级接收器垫位于所述第二初级接收器垫的所述内部区段中心处，所述第一次级接收器垫位于所述第二次级接收器垫的所述内部区段中心处。

42.根据权利要求40所述的装置，其中所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫的尺寸被设定成传输符合对准操作的能量水平，并且所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫的尺寸被设定成传输符合对准操作和充电操作的能量水平。

43.根据权利要求39所述的装置，其中所述对准模块通过将所述第一耦合系数和所述第二耦合系数输入算法中计算对准情况来确定对准，其中对准情况与所述第一耦合系数和所述第二耦合系数的组合有关。

44.根据权利要求39所述的装置，其中所述对准模块使用对准查找表确定对准，所述对准查找表包括多种对准情况，其中每种对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合相对应。

45.根据权利要求44所述的装置，其中所述对准模块使用所述对准查找表和所述对准查找表中的值之间的插值确定对准情况来确定对准。

46.根据权利要求44所述的装置，其中所述对准模块通过确定所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫的第一垫对准情况并通过确定所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫的第二垫对准情况来确定对准。

47.根据权利要求46所述的装置，其中所述对准模块还包括

耦合阈值模块，所述耦合阈值模块确定所述第一耦合系数是否高于第一耦合阈值，并确定所述第二耦合系数是否高于第二耦合阈值；以及

对准提示模块，所述对准提示模块响应于所述第一耦合系数高于所述第一耦合阈值而发送第一对准提示，并响应于所述第二耦合系数高于所述第二耦合阈值而发送第二对准提示。

48.根据权利要求47所述的装置，其中所述耦合阈值模块将所述第一耦合系数与多个第一耦合阈值进行比较，并将所述第二耦合系数与多个第二耦合阈值进行比较，其中所述对准提示模块针对所述第一耦合系数超过多个第一阈值中的第一耦合阈值以及所述第二耦合系数超过多个第二阈值中的第二耦合阈值的每种情况发送不同的对准提示。

49.根据权利要求39所述的装置，其中所述WPT系统还包括：

初级逆变器，所述初级逆变器接收输入功率，将所述输入功率转换为具有交流电(“AC”)波形的波形，并且将功率选择性地传输至所述第一初级接收器垫和所述第二初级接收器垫；以及

次级转换器，所述次级转换器从所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫中的一者或多者接收功率，并将功率转换为可用于向负载提供功率的形式。

50.根据权利要求39所述的装置，其中所述WPT系统还包括：

第一初级逆变器，所述第一初级逆变器接收输入功率，将所述输入功率转换为具有交流电(“AC”)波形的波形，并且将功率传输至所述第一初级接收器垫；

第一次级转换器，所述第一次级转换器从所述第一次级接收器垫接收功率，并将来自所述第一次级接收器垫的功率转换为可用于向负载提供功率的形式；

第二初级逆变器，所述第二初级逆变器接收输入功率，将所述输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率传输至所述第二初级接收器垫；以及

第二次级转换器，所述第二次级转换器从所述第二次级接收器垫接收功率，并将来自所述第二次级接收器垫的功率转换为可用于向负载提供功率的形式。

51.一种方法，包括：

将一定量的能量施加至无线功率传输(“WPT”)系统的第一初级接收器垫和第二初级接收器垫，所述WPT系统包括所述第一初级接收器垫、所述第二初级接收器垫、第一次级接收器垫和第二次级接收器垫，所述WPT系统将能量从所述第一初级接收器垫传输至所述第一次级接收器垫，并从所述第二初级接收器垫传输至所述第二次级接收器垫，所述第一次级接收器垫为负载提供功率，并且所述第二次级接收器垫为负载提供功率；

当所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，测量所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫之间的第一耦合系数；

当所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，测量所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的第二耦合系数；

根据所述第一耦合系数和所述第二耦合系数确定所述第一初级接收器垫和所述第二初级接收器垫相对于所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的对准。

52.根据权利要求51所述的方法，其中确定对准包括将所述第一耦合系数和所述第二耦合系数输入算法中计算对准情况，其中对准情况与所述第一耦合系数和所述第二耦合系数的组合有关。

53.根据权利要求51所述的方法，其中确定对准包括使用对准查找表，所述对准查找表包括多种对准情况，其中每种对准情况与第一耦合系数和第二耦合系数的组合相对应。

54.根据权利要求51所述的方法，其中确定对准包括确定所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫的第一垫对准情况、以及确定所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫的第二垫对准情况。

55.根据权利要求54所述的方法，其中确定对准包括：

确定所述第一耦合系数是否高于第一耦合阈值，并确定所述第二耦合系数是否高于第二耦合阈值；以及

响应于所述第一耦合系数高于所述第一耦合阈值而发送第一对准提示，并响应于所述第二耦合系数高于所述第二耦合阈值而发送第二对准提示。

56.一种无线功率传输(“WPT”)系统，包括：

第一初级接收器垫；

第一次级接收器垫；

第二初级接收器垫；

第二次级接收器垫，其中所述WPT系统将能量从所述第一初级接收器垫传输至所述第一次级接收器垫，并从所述第二初级接收器垫传输至所述第二次级接收器垫；

耦合至所述次级接收器垫的负载，其中来自所述第二次级接收器垫的能量向所述负载提供功率；

能量输入模块，所述能量输入模块将一定量的能量施加至所述第一初级接收器垫，并施加至所述第二初级接收器垫；

第一耦合测量模块，当所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述第一耦合测量模块测量所述第一初级接收器垫和所述第一次级接收器垫之间的第一耦合系数；

第二耦合测量模块，当所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫隔开一竖直距离并在水平位置上水平对准时，所述第二耦合测量模块测量所述第二初级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的第二耦合系数；以及

对准模块，所述对准模块根据所述第一耦合系数和所述第二耦合系数确定所述第一初级接收器垫和所述第二初级接收器垫相对于所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫之间的对准。

57.根据权利要求56所述的系统，还包括车辆，其中所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫安装到所述车辆上，并且所述负载包括向所述车辆提供功率的电池和移动所述车辆的驱动系统中的一者或多者。

58.根据权利要求56所述的系统，还包括下列中的一者或多者：

第一初级逆变器，所述第一初级逆变器从所述输入模块接收输入功率，将所述输入功率转换为具有交流电(“AC”)波形的波形，并且将功率选择性地传输至所述第一初级接收器垫和所述第二初级接收器垫中的一者或多者；

第一次级转换器，所述第一次级转换器从所述第一次级接收器垫和所述第二次级接收器垫中的一者或多者接收功率，并将功率转换为可用于向负载提供功率的形式；

第二初级逆变器，所述第二初级逆变器接收输入功率，将所述输入功率转换为具有AC波形的波形，并且将功率传输至所述第二初级接收器垫；

第二次级转换器，所述第二次级转换器从所述第二次级接收器垫接收功率，并将来自所述第二次级接收器垫的功率转换为可用于向所述负载提供功率的形式；

电池，所述电池从所述第一次级转换器和所述第二次级转换器中的一者或多者接收功率，所述电池包括所述负载的至少一部分；以及

电机，所述电机从所述第一次级转换器和所述第二次级转换器中的一者或多者接收功率，所述电机包括所述负载的至少一部分。