CN105981254B - 用于感应电力传送的线圈拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明提供包含磁通量装置的系统、方法和设备，所述磁通量装置经配置以发射或接收磁通量。在某些配置中，所述磁通量装置可包含具有第一层和第二层的第一线圈、具有第三层和第四层的第二线圈和磁导性材料，其中所述第一线圈在所述磁导性材料的第一边缘上延伸且所述第二线圈在所述磁导性材料的第二边缘上延伸。在某些其它配置中，所述磁通量装置可包含第一传导性结构，所述第一传导性结构包含分别围封第一面积和第二面积的第一线圈和第二线圈。所述磁通量装置可进一步包含第二传导性结构，其中所述第一传导性结构的至少第一平坦部分与所述第二传导性结构的第二平坦部分大体上共平面。

Description

用于感应电力传送的线圈拓扑
技术领域
本发明大体涉及无线电力传送，且更具体地说，涉及与到远程系统(例如，电动车辆)的无线电力传送有关的装置、系统和方法，和耦合器线圈拓扑。
背景技术
已经引入了包含根据从例如电池的能量存储装置接收的电导出的运转动力的远程系统，例如，车辆。举例来说，混合动力电动车辆包含机载充电器，所述机载充电器使用来自车辆制动和传统马达的电力给车辆充电。纯电动车辆一般从其它来源接收电来给电池充电。常常提议通过例如家用或商用AC供应源的某一类型的有线交流电(AC)给电池电动车辆(电动车辆)充电。有线充电连接需要物理上连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器有时可能不方便或繁琐，且具有其它缺点。能够在自由空间中(例如，经由无线场)传送电力以便用于给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不足。因而，高效且安全地传送电力以给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各自具有若干方面，其中的单个方面并不单独负责本文中所描述的合乎需要的属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文中描述一些显要特征。
在附图及以下描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从描述、图式和权利要求书而变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本发明的一个方面提供一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量。所述磁通量装置包括至少第一导电性线圈和第二导电性线圈。所述第一线圈具有第一层和第二层。所述第二线圈具有第三层和第四层。所述第一层与所述第三层大体上共平面。所述磁通量装置进一步包括磁导性材料，其具有大体上平坦第一表面、在第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面。所述第一线圈在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交。所述第二线圈在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其用于从在所述磁通量装置外的空间无线地接收电力或将电力无线地发射到所述空间。所述磁通量装置包括经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的第一传导性结构。所述第一传导性结构包括具有第一下表面的第一线圈和具有第二下表面的第二线圈，所述第一下表面与所述第二下表面大体上共平面。所述第一传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第一长度和第一宽度，其中所述第一长度大于所述第一宽度。所述磁通量装置进一步包括经配置以经由所述磁场无线地接收或发射电力的第二传导性结构。所述第二传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第二长度和第二宽度。所述第二长度大体上平行于所述第一长度且大于所述第二宽度。所述第一传导性结构的至少第一平坦部分与所述第二传导性结构的第二平坦部分大体上共平面。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量。所述磁通量装置包括至少第一导电性线圈和第二导电性线圈。所述第一线圈大体上平坦且具有界限第一面积的第一周边。所述第二线圈大体上平坦且具有界限第二面积的第二周边。所述第二线圈与所述第一线圈大体上共平面。所述磁通量装置进一步包括具有大体上平坦表面且具有界限第三面积的第三周边的磁导性材料。所述第一线圈和所述第二线圈大体上平行于所述大体上平坦表面。所述第一面积与所述第二面积的总和对所述第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。
本发明的另一方面提供一种用于发射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用至少第一导电性线圈和第二导电性线圈使至少一个电流流动。所述第一线圈具有第一层和第二层。所述第二线圈具有第三层和第四层。所述第一层与所述第三层大体上共平面。所述方法进一步包括修改由所述至少一个电流产生或产生所述至少一个电流的磁通量。所述磁通量是使用磁导性材料修改，所述磁导性材料具有大体上平坦第一表面、在第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面。所述第一线圈在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交。所述第二线圈在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量。所述磁通量装置包括用于使至少一个电流流动的装置和用于修改由所述至少一个电流产生或产生所述至少一个电流的磁通量的的装置。所述流动装置可包括至少第一导电性线圈和第二导电性线圈。所述第一线圈具有第一层和第二层。所述第二线圈具有第三层和第四层。所述第一层与所述第三层大体上共平面。所述修改装置可包括磁导性材料，其具有大体上平坦第一表面、在第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面。所述第一线圈在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交。所述第二线圈在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
本发明的另一方面提供一种用于发射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的至少第一传导性结构使至少一个第一电流流动。所述第一传导性结构包括具有第一下表面的第一线圈和具有第二下表面的第二线圈，所述第一下表面与所述第二下表面大体上共平面。所述第一传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第一长度和第一宽度，其中所述第一长度大于所述第一宽度。所述方法进一步包括使用经配置以经由所述磁场无线地接收或发射电力的至少第二传导性结构使至少一个第二电流流动。所述第二传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第二长度和第二宽度。所述第二长度大体上平行于所述第一长度且大于所述第二宽度。所述第一传导性结构的至少第一平坦部分与所述第二传导性结构的第二平坦部分大体上共平面。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其用于从在所述磁通量装置外的空间无线地接收电力或将电力无线地发射到所述空间。所述磁通量装置包括用于使至少一个第一电流流动的第一装置所述第一流动装置可包括经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的第一传导性结构。所述第一传导性结构包括具有第一下表面的第一线圈和具有第二下表面的第二线圈，所述第一下表面与所述第二下表面大体上共平面。所述第一传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第一长度和第一宽度，其中所述第一长度大于所述第一宽度。所述磁通量装置进一步包括用于使至少一个第二电流流动的第二装置。所述第二流动装置可包括经配置以经由所述磁场无线地接收或发射电力的第二传导性结构。所述第二传导性结构具有都大体上平行于所述第一和第二下表面的第二长度和第二宽度。所述第二长度大体上平行于所述第一长度且大于所述第二宽度。所述第一传导性结构的至少第一平坦部分与所述第二传导性结构的第二平坦部分大体上共平面。
本发明的另一方面提供一种用于发射或接收磁通量的方法。所述方法包括使用至少第一导电性线圈和第二导电性线圈使至少一个电流流动。所述第一线圈大体上平坦且具有界限第一面积的第一周边。所述第二线圈大体上平坦且具有界限第二面积的第二周边。所述第二线圈与所述第一线圈大体上共平面。所述方法进一步包括修改由所述至少一个电流产生或产生所述至少一个电流的磁通量。所述磁通量是使用具有大体上平坦表面且具有界限第三面积的第三周边的磁导性材料修改。所述第一线圈和所述第二线圈大体上平行于所述大体上平坦表面。所述第一面积与所述第二面积的总和对所述第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量。所述磁通量装置包括用于使至少一个电流流动的装置。所述流动装置可包括至少第一导电性线圈和第二导电性线圈。所述第一线圈大体上平坦且具有界限第一面积的第一周边。所述第二线圈大体上平坦且具有界限第二面积的第二周边。所述第二线圈与所述第一线圈大体上共平面。所述磁通量装置进一步包括用于修改由所述至少一个电流产生或产生所述至少一个电流的所述磁通量的装置。所述修改装置可包括具有大体上平坦表面且具有界限第三面积的第三周边的磁导性材料。所述第一线圈和所述第二线圈大体上平行于所述大体上平坦表面。所述第一面积与所述第二面积的总和对所述第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。
本发明的另一方面提供一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量。所述磁通量装置包括用于无线地发射或接收电力的装置，其包括用于传导电流的第一装置和用于传导电流的第二装置。用于传导电流的所述第一装置具有第一层和第二层。用于传导电流的所述第二装置具有第三层和第四层。所述第一层与所述第三层大体上共平面。所述磁通量装置进一步包括用于引导磁通量的装置，其具有大体上平坦第一表面、在第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面。用于传导电流的所述第一装置在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交。用于传导电流的所述第二装置在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
附图说明
图1为根据本发明的示范性实施例的用于给电动车辆充电的示范性无线电力传送系统的图。
图2为图1的无线电力传送系统的示范性核心组件的示意图。
图3为展示图1的无线电力传送系统的示范性核心和辅助组件的另一功能框图。
图4为展示根据本发明的示范性实施例的安置于电动车辆中的可替换无触点电池的功能框图。
图5A、5B、5C和5D为根据本发明的示范性实施例的用于感应线圈和铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。
图6为展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆无线充电的示范性频率的频谱的图表。
图7为展示根据本发明的示范性实施例的可用于给电动车辆无线充电的示范性频率与发射距离的图表。
图8A展示可被视为已通过“圆形”型耦合器朝向“螺线管”型耦合器的变形的过程产生的一族“双线圈”型感应电力传送(IPT)耦合器设计。
图8B示意性地说明从“圆形”耦合器朝向“螺线管”型耦合器的变形的过程。
图9A示意性地说明包括“圆形”型线圈结构、铁氧体结构和传导性背板的所谓的“圆形”型耦合器的横截面，以及用于此线圈拓扑的典型电流方向和磁场线。
图9B展示根据图9A的“圆形”型耦合器模型的透视图，其中矩形线圈具有圆拐角(例如，‘O’形线圈)。
图10示意性地说明根据图9A的IPT耦合器的横截面，其中线圈分裂成两半(例如，线圈A和线圈B)。
图11示意性地说明向左移动的线圈A。
图12示意性地说明向右移动的线圈B。
图13A示意性地说明降低到与线圈B相同的平面的线圈A，以及用于产生‘垂直’磁矩的操作模式的电流方向和磁场线。
图13B展示根据图13A的IPT耦合器模型的透视图，且更具体地说，特性在于两个重叠线圈的所谓的“双极”型耦合器，其中线圈A与线圈B具有大体上‘零’互电感。
图14示意性地说明根据图13A的IPT耦合器拓扑的横截面，但具有倒转的线圈B的电流方向，使得磁通量装置产生由两个截然不同的磁极区(N)和(S)和开始于一个极区且结束于另一极区的场线指示的‘水平’磁矩。
图15A示意性地说明线圈A与线圈B进一步分开且稍微收缩使得其不重叠，以及指示产生水平磁矩的操作模式的电流方向和场线。
图15B展示根据图15A的IPT耦合器模型的透视图，且更具体地说，特性在于具有某一互电感的两个不重叠线圈且特性在于具有与“双D”型线圈结构基本上相同大小的铁氧体背衬(被称为“双D——实际大小铁氧体”耦合器拓扑)的所谓的“双D”型磁通量装置。
图16A示意性地说明类似于图15A的IPT耦合器的横截面，但具有使之较小的铁氧体背衬的长度和宽度，使得“双D”型线圈的外部分悬垂于铁氧体背衬上。
图16B展示根据图16A的IPT耦合器模型的透视图，所述IPT耦合器模型被称为“双D，平坦悬垂绕组”耦合器拓扑。
图17A示意性地说明进一步向外移且折叠使得在两个前侧的绕组与在铁氧体背衬的表面的平面下方且更靠近背板的绕组堆叠的“双D”型线圈的外段。
图17B展示根据图17A的IPT耦合器模型的透视图，所述IPT耦合器模型被称为“双D，前堆叠绕组”耦合器拓扑。
图18示意性地说明在铁氧体结构的相对侧和增大的在铁氧体与背板之间的气隙上的“双D，前堆叠绕组”耦合器拓扑(被称为“双螺线管，前堆叠绕组”耦合器拓扑)的线圈。
图19示意性地说明经展开到单层绕组且稍微朝向磁通量装置的中心移动的线圈的底部段，其可被视为两个倾斜螺线管线圈且被称为“双螺线管，倾斜绕组”耦合器拓扑。
图20示意性地说明图19的IPT耦合器拓扑的横截面，但具有经增大以匹配线圈结构的大小的铁氧体的长度，其被称为“双螺线管，倾斜绕组，实际大小铁氧体”耦合器拓扑。
图21示意性地说明进一步收缩且朝向中心移动的两个倾斜螺线管线圈，其被称为“双螺线管，稍微倾斜绕组”耦合器拓扑。
图22示意性地说明使用具有在相同的方向上的电流的直接邻近的两个螺线管线圈的IPT耦合器拓扑的横截面，所述IPT耦合器拓扑被称为“双螺线管，邻近绕组”耦合器拓扑。
图23A示意性地说明具有合并成单一线圈的两个线圈的IPT耦合器的横截面，所述IPT耦合器可被视为平坦“螺线管”型磁通量装置。
图23B展示根据图23A的平坦“螺线管”型耦合器模型的透视图。
图24示意性地说明具有指示的步骤数目的如在先前图中描绘的变形的所有步骤的概述。
图25展示其中线圈大小(总长度和宽度外观尺寸)大体上与铁氧体结构的大小相同的“双D”型耦合器的变体的模型的透视图，所述模型被称为“双D，实际大小铁氧体”耦合器。
图26A到26C分别展示“双D，前堆叠绕组”磁通量装置的模型的透明俯视图、透视切割图和展开图。
图26D展示用于在使用“双D，前堆叠绕组”磁通量装置的小车辆包装集成解决方案中的电子元件的潜在空间。
图27A到27C分别展示集成了“双D”线圈和“圆形”(‘Q’)线圈的“交叉极性”型耦合器(“DDQ”耦合器)的模型的透明俯视图、透视切割图和展开图。
图式中说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。此外，图式中的一些可能并未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最后，可贯穿说明书和图使用相似参考编号来表示相似特征。
具体实施方式
下文结合附图阐述的具体实施方式希望作为本发明的示范性实施例的描述，且并不希望表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味“充当实例、例子或说明”，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的，具体实施方式包含特定细节。在一些情况下，以框图形式展示一些装置。
无线传送电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器，而不使用物理电导体(例如，可通过自由空间来传送电力)。输出到无线场(例如，磁场)内的电力可由“接收线圈”接收、俘获或耦合以达成电力传送。
电动车辆在本文中用以描述远程系统，远程系统的实例为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或其它类型的电池)得出的电力作为其运转能力的部分的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为除了电动马达以外还包含用于直接运转或给车辆的电池充电的传统内燃机的混合电动车辆。其他电动车辆可从电力汲取所有运转能力。电动车辆不限于汽车，且可包含摩托车、手推车、小型摩托车和类似者。借助于实例而非限制，本文描述呈电动车辆(EV)形式的远程系统。此外，还预料到可使用可充电能量存储装置至少部分供电的其它远程系统(例如，例如个人计算装置和类似者的电子装置)。
图1为根据本发明的示范性实施例的用于给电动车辆112充电的示范性无线电力传送系统100的图。无线电力传送系统100实现在电动车辆112停放在底座无线电力充电系统102a附近时给电动车辆112充电。在将在对应的底座无线充电系统102a和102b上方停放的停车区中说明了用于两个电动车辆的空间。在一些实施例中，本地分配中心130可连接到电力主干线132，并且被配置成通过电力链路110将交流电(AC)或直流电(DC)供应提供到底座无线充电系统102a。底座无线充电系统102a还包含底座系统感应线圈104a，用于无线地传送或接收电力。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可与底座系统感应线圈104a相互作用(例如，经由由底座系统感应线圈104a产生的电磁场的区域)。
在一些示范性实施例中，电动车辆感应线圈116可在电动车辆感应线圈116位于由底座系统感应线圈104a产生的能量场中时接收电力。所述场对应于可由电动车辆感应线圈116俘获由底座系统感应线圈104a输出的能量的区域。举例来说，由底座系统感应线圈104a所输出的能量可处于足以给电动车辆112充电或供电的电平。在一些情况下，所述场可对应于底座系统感应线圈104a的“近场”。近场可对应于存在从底座系统感应线圈104a中的电流和电荷产生的并不将电力辐射远离底座系统感应线圈104a的强反应性场的区域。在一些情况下，近场可对应于处于底座系统感应线圈104a的波长的约1/2π内的区域(且针对电动车辆感应线圈116，反之亦然)，如将在下文中进一步描述。本地分配1130可经配置以经由通信回程134与外部源(例如，电力网)通信，并且经由通信链路108与底座无线充电系统102a通信。
在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与底座系统感应线圈104a对准，且因此由驾驶员简单地安置于近场区内，从而相对于底座系统感应线圈104a正确地定位电动车辆112。在其它实施例中，可给予驾驶员视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确定电动车辆112被恰当地放置以用于无线电力传送的时间。在又其它实施例中，电动车辆112可由自动驾驶系统定位，所述自动驾驶系统可将电动车辆112来回移动(例如，呈Z字形移动)，直到对准误差已达到可容许值为止。此可在无驾驶员干预的情况下或在仅具有最少驾驶员干预的情况下(其限制性条件是电动车辆112装备有伺服方向盘、超声波传感器和调整车辆的智能)由电动车辆112自动地及自主地执行。在再其它实施例中，电动车辆感应线圈116、底座系统感应线圈104a或其组合可具有用于使所述感应线圈116与104a相对于彼此移位和移动以更准确地将它们定向并在其间形成更高效的耦合的功能性。
底座无线充电系统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所有者家中的停车区、为按照常规的基于石油的加油站模型化的电动车辆无线充电所保留的停车区和在其它位置(例如，购物中心和工作场所)的停车场。
给电动车辆无线地充电可提供众多益处。举例来说，可自动地执行充电，而实际上不需要驾驶员干预和操纵，由此提高用户的便利性。也可能不存在暴露的电触点且无机械磨损，由此改善无线电力传送系统100的可靠性。可能不需要对电缆和连接器的操纵，并且可能不存在可暴露于在室外环境中的湿气和水的电缆、插头或插口，由此改善安全性。还可不存在可见或可接取的插口、电缆和插头，由此减小对电力充电装置的潜在破坏行为。此外，由于可将电动车辆112用作分散式存储装置以使电力网稳定，因此可使用对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所描述的无线电力传送系统100还可提供美学和非阻碍优点。举例来说，可能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，无线电力发射和接收能力可经配置成互逆式，使得底座无线充电系统102a将电力传送到电动车辆112且电动车辆112将电力传送到底座无线充电系统102a(例如，在能量不足时)。此能力可用以通过在由可再生能量产生(例如，风或太阳)中的过度需求或不足引起的能量不足时允许电动车辆将电力贡献给总分配系统来使配电网稳定。
图2为图1的无线电力传送系统100的示范性核心组件的示意图。如图2中所示，无线电力传送系统200可包含底座系统发射电路206，所述底座系统发射电路包含具有电感L1的底座系统感应线圈204。无线电力传送系统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包含具有电感L2的电动车辆感应线圈216。本文中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)(若初级结构与次级结构两者被调谐到共同谐振频率)的谐振结构。可将线圈用于电动车辆感应线圈216和底座系统感应线圈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”。将基于从底座无线电力充电系统202到电动车辆112的电力传送来描述无线电力传送系统200的操作，但不限于此。举例来说，如上文所论述，电动车辆112可将电力传送到底座无线充电系统102a。
参看图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将电力PSDC供应到底座无线电力充电系统202以将能量传送到电动车辆112。底座无线电力充电系统202包底座充电系统电力转换器236。所述底座充电系统电力转换器236可包含例如以下各者的电路：AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准干线AC转换到处于合适电压电平的DC电力；和DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换到处于适合于无线高电力传送的操作频率的电力。底座充电系统电力转换器236将电力P1供应到包含与底座系统感应线圈204串联的电容器C1的底座系统发射电路206，以在所要频率下发射电磁场。可提供电容器C1以与底座系统感应线圈204形成在所要频率下谐振的谐振电路。底座系统感应线圈204接收电力P1且在足以给电动车辆112充电或供电的电平下无线地发射电力。举例来说，由底座系统感应线圈204无线地提供的电力电平可为大约几千瓦(kW)(例如，从1kW到110kW或更高或更低的任何电力电平)。
包含底座系统感应线圈204的底座系统发射电路206与包含电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222可被调谐到大体上相同频率，且可定位于由底座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116中的一者所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和电动车辆感应线圈116可变得彼此耦合，使得电力可被传送到包含电容器C2和电动车辆感应线圈116的电动车辆接收电路222。可提供电容器C2以与电动车辆感应线圈216形成在所要频率下谐振的谐振电路。要素k(d)表示在线圈分隔时产生的互耦系数。等效电阻Req,1和Req,2表示可为感应线圈204和216以及抗电抗电容器C1和C2所固有的损耗。包含电动车辆感应线圈316和电容器C2的电动车辆接收电路222接收电力P2，且将电力P2提供到电动车辆充电系统214的电动车辆电力转换器238。
除了别的之外，电动车辆电力转换器238可包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器被配置成将处于操作频率的电力转换回到处于与电动车辆电池单元218的电压电平匹配的电压电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换的电力PLDC以对电动车辆电池单元218充电。电力供应器208、底座充电系统电力转换器236和底座系统感应线圈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、电动车辆电力转换器238和电动车辆感应线圈216可包含于作为电动车辆112的一部分或电池组(未图示)的一部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可经配置以经由电动车辆充电感应线圈216而将电力无线地提供到底座无线电力充电系统202以将电力馈入回到电网。电动车辆感应线圈216及底座系统感应线圈204中的每一者可充当基于所述操作模式的发射或接收感应线圈。
尽管未展示，但无线电力传送系统200可包含用以使电动车辆电池单元218或电力供应器208自无线电力传送系统200安全地断开的负载断开单元(LDU)。举例来说，倘若发生紧急情况或系统故障，便可触发LDU以使负载从无线电力传送系统200断开。LDU可能是作为对用于管理给电池充电的电池管理系统的补充而提供的，或LDU可为电池管理系统的一部分。
此外，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电力转换器238和与电动车辆电力转换器238断开的开关电路(未图示)。断开电动车辆感应线圈216可暂停充电并且还可调整如由底座无线充电系统102a(充当发射器)“看见”的“负载”，其可用以“遮盖”电动车辆充电系统114(充当接收器)而不受底座无线充电系统102a影响。可在发射器包含负载感测电路的情况下检测负载变化。因此，例如底座无线充电系统202等发射器可具有用于确定例如电动车辆充电系统114等接收器何时存在于底座系统感应线圈204的近场中的机制。
如上文所描述，在操作中，假设朝向车辆或电池的能量传送，从电力供应器208提供输入电力以使得底座系统感应线圈204产生用于提供能量传送的场。电动车辆感应线圈216耦合到辐射场并产生输出电力以供电动车辆112存储或消耗。如上文所描述，在一些实施例中，底座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈116是根据互谐振关系而配置，使得当电动车辆感应线圈116的谐振频率和底座系统感应线圈204的谐振频率非常接近或大体上相同时。当电动车辆充电感应线圈216位于底座系统感应线圈204的近场中时，底座无线电力充电系统202与电动车辆充电系统214之间的发射损失最小。
如所陈述，通过将在发射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能量中的多数以电磁波传播到远场来进行高效能量传送。当处于近场中时，可在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。在感应线圈周围的可发生此近场耦合的区在本文中被称作近场耦合模式区域。
虽然未图示，但底座充电系统电力转换器236和电动车辆电力转换器238两者可包含振荡器、例如功率放大器的驱动器电路、滤波器和用于与无线电力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，可响应于调整信号而调整所述频率。可由功率放大器以响应于控制信号的放大量来放大振荡器信号。可包含滤波器与匹配电路以滤除谐波或其它不想要的频率，且使电力转换模块的阻抗匹配无线电力感应线圈。电力转换器236和238还可包含整流器与开关电路以产生合适的电力输出以给电池充电。
如贯穿所揭示的实施例而描述的电动车辆感应线圈216和底座系统感应线圈204可被称作或经配置为“环形”天线，且更具体地说，是多匝环形天线。感应线圈204和216还可在本文中被称作或经配置为“磁性”天线。术语“线圈”大体指可无线地输出或接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈也可称作经配置地无线地输出或接收电力的类型的“天线”。如本文所使用，线圈204和216为经配置以无线地输出、无线地接收和/或无线地中继电力的类型的“电力传送组件”的实例。环形(例如，多匝环形)天线可经配置以包含空气芯或物理芯，例如，铁氧体芯。空气芯环形天线可允许将其它组件放置在芯区内。包含铁磁体或铁磁性材料的物理芯天线可允许形成更强的电磁场和改善的耦合。
如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器与接收器之间的能量的高效传送。然而，甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以较低效率传送能量。通过将来自发射感应线圈的近场的能量耦合到驻留于建立此近场的区域内(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发射感应线圈传播到自由空间内来发生能量的传送。
谐振频率可基于包含感应线圈(例如，底座系统感应线圈204)的发射电路的电感和电容，如上文所描述。如图2中所展示，电感可通常为感应线圈的电感，而可将电容添加到感应线圈以在所要的谐振频率下创造谐振结构。作为非限制性实例，如图2中所展示，可与感应线圈串联地添加电容器以创造产生电磁场的谐振电路(例如，底座系统发射电路206)。因此，对于较大直径感应线圈，诱发谐振需要的电容的值可随线圈的直径或电感增大而减小。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈直径的增大，近场的高效能量传送面积可增大。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例，可将电容器并联地放置于感应线圈的两个端子之间(例如，并行谐振电路)。此外，感应线圈可经设计以具有高原生质量(Q)因数以降低感应线圈的损失和增加电感藕合系统的效率。举例来说，原生Q因数可为300或更大。
如上文所描述，根据一些实施例，揭示将电力耦合在处于彼此的近场中的两个感应线圈之间。如上文所描述，近场可对应于存在电磁场的在感应线圈周围的区域，但可不传播或辐射远离感应线圈。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，通常在波长的小分数内。根据一些实施例，使用例如单匝和多匝环形天线的电磁感应线圈来进行发射和接收两者，这是由于实际实施例中的磁性近场振幅对于磁性类型的线圈来说往往高于电气类型的天线(例如，小偶极)的电气近场。这允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电”天线(例如，偶极和单极)或磁性与电天线的组合。
图3为展示图1的无线电力传送系统300的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框图。无线电力传送系统300说明用于底座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316的通信链路376、导引链路366和对准系统352、354。如上文参看图2所描述，且假设朝向电动车辆112的能量流，在图3中，底座充电系统电力接口354可经配置以将电力从电源(例如，AC或DC电源126)提供到充电系统电力转换器336。底座充电系统电力转换器336可从底座充电系统电力接口354接收AC或DC电力以在其谐振频率下或附近激励底座系统感应线圈304。当在近场耦合模式区域中时，电动车辆感应线圈316可从所述近场耦合模式区域接收能量以在谐振频率下或附近振荡。电动车辆电力转换器338将来自电动车辆感应线圈316的振荡信号转换到适合于经由电动车辆电力接口给电池充电的电力信号。
底座无线充电系统302包含底座充电系统控制器342，且电动车辆充电系统314包含电动车辆控制器344。底座充电系统控制器342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)的底座充电系统通信接口162。电动车辆控制器344可包含到其它系统(未图示)(例如，车辆上的机载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子系统和远程电子系统)的电动车辆通信接口。
底座充电系统控制器342和电动车辆控制器344可包含用于具有单独通信信道的特定应用程序的子系统或模块。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，底座充电对准系统352可通过通信链路376而与电动车辆对准系统354通信，以提供用于自主地或在操作者辅助下更紧密地对准底座系统感应线圈304与电动车辆充电感应线圈316的反馈机制。类似地，底座充电引导系统362可通过导引链路与电动车辆导引系统364通信以提供导引操作人员对准底座系统感应线圈304与电动车辆感应线圈316的反馈机制。另外，可存在由底座充电通信系统372和电动车辆通信系统374支持的单独通用通信链路(例如，信道)以用于在底座无线电力充电系统302与电动车辆充电系统314之间传达其它信息。此信息可包含关于以下各者的信息：电动车辆特性、电池特性、充电状态和底座无线电力充电系统302与电动车辆充电系统314两者的电力功能，以及用于电动车辆112的维护和诊断数据。这些通信信道可为单独的物理通信信道，例如，蓝牙、zigbee、蜂窝式等。
电动车辆控制器344还可包含：电池管理系统(BMS)(未图示)，其管理电动车辆主电池的充电和放电；停车辅助系统，其基于微波或超声波雷达原理；制动系统，其经配置以执行半自动停车操作；和方向盘伺服系统，其经配置以辅助大部分自动停车‘线控停车’，这可提供更高的停车准确性，因此减少对在底座无线充电系统102a和电动车辆充电系统114中的任一者中的机械水平感应线圈对准的需求。另外，电动车辆控制器344可经配置以与电动车辆112的电子元件通信。举例来说，电动车辆控制器344可经配置以与视觉输出装置(例如，仪表盘显示器)、声波/音频输出装置(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入装置(例如，键盘、触控萤幕和例如操纵杆、轨迹球等的指向装置)和音频输入装置(例如，具有电子话音辨识的麦克风)通信。
此外，无线电力传送系统300可包含检测和传感器系统。举例来说，无线电力传送系统300可包含用于与系统一起使用以将驾驶员或车辆恰当地导引到充电点的传感器、以所需的分离/耦合来互相对准感应线圈的传感器、检测可阻碍电动车辆充电感应线圈316移动到特定高度和/或位置以达成耦合的物件的传感器和用于与系统一起使用以执行系统的可靠、无损害且安全的操作的安全传感器。举例来说，安全传感器可包含用于以下用途的传感器：检测接近超出安全半径的无线电力感应线圈104a、116的动物或儿童的存在、检测可加热(感应加热)的在底座系统感应线圈304附近的金属物件、检测危险事件(例如，底座系统感应线圈304上的遇热发光物件)和对底座无线电力充电系统302和电动车辆充电系统314组件的温度监控。
无线电力传送系统300还可支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可在将电力传送到电动车辆112或从电动车辆112传送电力之前集成两个不同充电器的输出。开关电路可按需要提供所述功能性以支持无线充电与经由有线充电端口的充电两者。
为在底座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间通信，无线电力传送系统300可使用带内传信与RF数据调制解调器(例如，在未经许可的频带中的通过无线电的以太网)两者。带外通信可提供足够带宽以用于将增值服务分配给车辆用户/所有者。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干扰的带内传信系统。
另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路来执行某一通信。举例来说，无线电力感应线圈304和316还可经配置以充当无线通信发射器。因此，底座无线电力充电系统302的一些实施例可包含用于在无线电力路径上启用键控类型协议的控制器(未图示)。通过用预定义的协议以预定义的间隔来键控发射功率电平(幅移键控)，接收器可检测来自发射器的串行通信。底座充电系统电力转换器336可包含负载感测电路(未图示)，所述负载感测电路用于检测在由底座系统感应线圈304产生的近场附近有源电动车辆接收器的存在或不存在。借助于实例，负载感测电路监控流到功率放大器的电流，其受在由底座系统感应线圈104a产生的近场附近有源接收器的存在或不存在的影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可由底座充电系统控制器342来监控以用于在确定是否启用振荡器以用于发射能量、是否与有源接收器通信或其组合时使用。
为了实现无线高电力传送，一些实施例可经配置以按在从10kHz到150kHz的范围中且确切地说在从80kHz到90kHz的范围中的频率传送电力。此低频耦合可允许可使用固态装置达成的高度有效率的电力转换。此外，与其它频带相比，可存在较少的与无线电系统的共存问题。
所描述的无线电力传送系统100可与包含可再充电或可替换电池的多种电动车辆102一起使用。图4为展示根据本发明的示范性实施例的安置于电动车辆412中的可替换无触点电池的功能框图。在此实施例中，低电池位置对于集成无线电力接口(例如，充电器到电池的无绳接口426)且可从嵌入于地面中的充电器(未图示)接收电力的电动车辆电池单元来说可为有用的。在图4中，电动车辆电池单元可为可再充电电池单元，且可容纳于电池舱424中。电动车辆电池单元还提供无线电力接口426，所述无线电力接口可按需要集成包含谐振感应线圈、电力转换电路和其它控制与通信功能的整个电动车辆无线电力子系统以用于在基于地面的无线充电单元与电动车辆电池单元之间的高效且安全的无线能量传送。
使电动车辆感应线圈集成为与电动车辆电池单元或车身的底侧齐平使得不存在突出部分且使得可维持所指定的地面到车身的间隙可为有用的。此配置可需要电动车辆电池单元中的一些空间专用于电动车辆无线电力子系统。电动车辆电池单元422还可包含电池到EV无绳接口422，和充电器到电池无绳接口426，其提供电动车辆412与如图1所展示的底座无线充电系统102a之间的无接触电力和通信。
在一些实施例中且参看图1，底座系统感应线圈104a和电动车辆感应线圈116可处于固定位置中，并且所述感应线圈通过电动车辆感应线圈116相对于底座无线充电系统102a的总体放置而被带入近场耦合区域内。然而，为了快速、高效且安全地执行能量传送，可需要减小底座系统感应线圈104a与电动车辆感应线圈116之间的距离以改善耦合。因此，在一些实施例中，底座系统感应线圈104a和/或电动车辆感应线圈116可为可部署和/或可移动的，以使它们更好地对准。
图5A、5B、5C和5D为根据本发明的示范性实施例的用于感应线圈和铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。图5A展示完全铁氧体嵌入式感应线圈536a。无线电力感应线圈可包含铁氧体材料538a和围绕铁氧体材料538a卷绕的线圈536a。线圈536a自身可由多股利兹(Litz)线制成。可提供导电屏蔽532a以保护车辆的乘客免受过度EMF发射。导电屏蔽可特别有用于由塑料或复合物制成的车辆。
图5B展示增强耦合且减小传导性屏蔽件532b中的涡电流(热耗散)的经最佳定尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背衬)。线圈536b可完全嵌入于非传导非磁性(例如，塑料)材料中。举例来说，如图5A到5D中所说明，线圈536b可嵌入于保护性外壳534b中。在线圈536b与铁氧体材料538b之间由于磁耦合与铁氧体磁滞损耗之间的权衡而可能存在分离。
图5C说明线圈536c(例如，铜利兹线多匝线圈)可在侧向(“X”)方向上可移动的另一实施例。图5D说明感应线圈模块在向下方向上部署的另一实施例。在一些实施例中，电池单元包含可部署和不可部署电动车辆感应线圈模块540d中的一者作为无线电力接口的部分。为了防止磁场穿透到电池空间530d内且穿透到车辆的内部中，在电池空间530d与车辆之间可存在传导性屏蔽件532d(例如，铜薄片)。此外，非传导性(例如，塑料)保护层533d可用以保护传导性屏蔽件532d、线圈536d和铁氧体材料538d免受环境影响(例如，机械损坏、氧化等)。此外，线圈536d可在侧向X和/或Y方向上可移动。图5D说明其中电动车辆感应线圈模块540d相对于电池单元主体在向下Z方向上部署的实施例。
此可部署电动车辆感应线圈模块542b的设计类似于图5B的电动车辆感应线圈模块的设计，除了在电动车辆感应线圈模块542d处不存在传导性屏蔽之外。传导性屏蔽件532d与电池单元主体留在一起。当电动车辆感应线圈模块542d未处于经部署状态中时，保护层533d(例如，塑料层)提供于传导性屏蔽件432d与电动车辆感应线圈模块542d之间。电动车辆感应线圈模块542与电池单元主体的物理分离可对感应线圈的性能有积极影响。
如上文所论述，经部署的电动车辆感应线圈模块542d可仅含有线圈536d(例如，利兹线)和铁氧体材料538d。可提供铁氧体背衬以增强耦合且防止车辆的底部中或传导性屏蔽件532d中的过度涡电流损失。此外，电动车辆感应线圈模块542d可包含对转换电子元件和传感器电子元件供电的柔性电线连接件。此电线束可集成到机械齿轮中以用于部署电动车辆感应线圈模块542d。
参看图1，上文所描述的充电系统可用于多种位置中以用于给电动车辆112充电或将电力转移回到电力网。举例来说，可在停车场环境中出现电力的传送。应注意，“停车区”在本文中也可被称作“停车空间”。为了增强车辆无线电力传送系统100的效率，电动车辆112可沿着X方向及Y方向对准以使电动车辆112内的电动车辆感应线圈116能够与关联停车区内的底座无线充电系统102a充分地对准。
此外，所揭示实施例适用于具有一或多个停车空间或停车区的停车场，其中停车场内的至少一个停车空间可包括底座无线充电系统102a。导引系统(未图示)可用以辅助车辆操作者将电动车辆112定位于停车区中，以将电动车辆112内的电动车辆感应线圈116与底座无线充电系统102a对准。导引系统可包含用于辅助电动车辆操作者定位电动车辆112以使电动车辆112内的感应线圈116能够与充电底座(例如，底座无线充电系统102a)内的充电感应线圈适当地对准的基于电子的方法(例如，无线电定位、测向原理和/或光学感测方法、准光学感测方法和/或超声波感测方法)或基于机械的方法(例如，车辆车轮导引、跟踪或停止)，或其任何组合。
如上文所论述，电动车辆充电系统114可放置于电动车辆112的底面上以用于从底座无线充电系统102a发射和接收电力。举例来说，电动车辆感应线圈116可集成到优选地在中心位置附近的车辆底部中，从而提供关于EM曝露的最大安全距离且准许电动车辆的正向和反向停放。
图6为展示根据本发明的示范性实施例的可用于给电动车辆无线地充电的示范性频率的频谱图表。如图6中所展示，用于到电动车辆的无线高电力传送的潜在频率范围可包含：在3kHz到30kHz频带中的VLF、在30kHz到150kHz频带中的较低LF(对于类ISM应用)，其具有一些例外：HF 6.78MHz(ITU-R ISM频带6.765MHz到6.795MHz)、HF 13.56MHz(ITU-R ISM频带13.553到13.567)和HF 27.12MHz(ITU-R ISM频带26.957到27.283)。
图7为展示根据本发明的示范性实施例的可用于给电动车辆无线充电的示范性频率与发射距离的图表。可有用于电动车辆无线充电的一些实例发射距离是大约30mm、大约75mm和大约150mm。一些示范性频率可为VLF频带中的约27kHz和LF频带中的约135kHz。
感应电力传送(IPT)系统提供能量的无线传送的一个实例。在IPT系统中，初级(或“发射器”)电力装置向次级(或“接收器”)电力接收器装置发射电力。发射器和接收器电力装置中的每一者包含电感耦合器，例如，电流输送媒体的绕组的单线圈或多线圈布置。主要电感器中的交流电产生交变磁场。在将次级电感器放置成最接近初级电感器时，所述交变的磁场在次级电感器中诱发电动势(EMF)，由此将电力传送到次级电力接收器装置。
出于磁通量成形和屏蔽的目的，也可被称为IPT磁通量装置的平坦IPT耦合器典型地包括用于产生或拾取磁通量的低剖面平坦线圈结构、铁氧体背衬或核心结构和传导性背板。铁氧体结构可包括经组装实际上无间隙的铁氧体块(例如，构成单块)或其可包括铁氧体板，在板之间具有间隙，其中流量的主方向平行于板的长边。传导性包板可促进达成对于地面与车辆底部之间的空间中的磁场所要的特定边界条件。
已提议各种不同平坦线圈耦合器拓扑用于从基于地面的充电单元到电动车辆的感应电力传送(IPT)。这些耦合器拓扑包含(但不限于)：“圆形”型(例如，在铁氧体结构之上的单线圈，例如，铁氧体背衬；见(例如)美国专利申请案第12/451,436号“多源电动车辆提取(Multi-sourced electric vehicle pick-up)”)；“螺线管”型(例如，缠绕于铁氧体结构周围的单线圈，例如，铁氧体芯；见(例如)美国专利申请案第13/138,299号“感应电力传送设备(Inductive power transfer apparatus)”)；“双线圈”型(例如，基本上在铁氧体结构上的两个线圈，例如，铁氧体背衬；见(例如)美国专利申请案第13/138,298号“感应电力传送设备(Inductive power transfer apparatus)”)；和其变体(例如，“双极”型；见(例如)美国专利申请案第13/389,090号“双极垫开发(Bi-polar pad development)”)。此外，已提供为这些拓扑与额外线圈的组合的用于IPT的其它线圈耦合器拓扑(例如，美国专利申请案第13/791,538号，“无线电力传送系统线圈布置和操作方法(Wireless power transfersystem coil arrangements and method of operation)”，其揭示组合“双D”结构与“圆形”结构的布置)。
如果经优化且在相同大小或体积约束下比较，那么这些耦合器拓扑在性能特性方面不同，所述性能特性例如在车辆安装(例如，发射)的情况下的耦合系数、水平位移和垂直位移(例如，偏移和气隙高度)的容差、原生品质因数和紧接在车辆周围或在车辆附近的漏磁通密度。
不同耦合器类型拓扑和设计变体的众多计算机模拟以及实际测量已提供证据：在某些实施方案中，“圆形”型耦合器线圈大体展现最弱的耦合和最小容差，但展现相对于其它者的某些耦合器拓扑的最低发射和最高Q因数，而“螺线管”型耦合器线圈展现最强耦合和最大容差，但展现相对于其它者的某些耦合器拓扑的最高发射电平和最低Q因数。“双线圈”或“双D”型耦合器线圈在“圆形”型与“螺线管”型耦合器线圈之间的某处，从而使其作为展现设计权衡(例如，在耦合性能与发射之间)的拓扑特别引起关注。
“双线圈”型耦合器线圈的此方面可通过将“双线圈”型耦合器拓扑视为“圆形”型与“螺线管”型拓扑之间的变形的阶段来解释。“双线圈”型耦合器拓扑作为“圆形”型和“螺线管”型耦合器拓扑的变形的此描述可有助于理解和解释各种耦合器拓扑的特性，和系统地选择(例如，控制)这些特性且产生展现性能特性之间(例如，耦合因数与发射之间)的所要的权衡的新耦合器设计。
图8A展示一族“双线圈”型耦合器设计，其部件可被视为“圆形”型耦合器朝向“螺线管”型耦合器的变形的过程的中间阶段。确切地说，这些耦合器设计为备受关注的所谓的“双极”耦合器和所谓的“双D”耦合器的变体。
两个耦合器拓扑备受关注：“双D，实际大小铁氧体”耦合器拓扑和“双D，前堆叠绕组”耦合器拓扑。“双D，实际大小铁氧体”耦合器线圈可被视为“双D”型耦合器线圈的变体，其表示有利于发射的权衡。“双D，前堆叠绕组”耦合器线圈可被视为“双D”型耦合器线圈的变体，其表示有利于耦合因数和位移的容差的权衡。在底座垫中使用“双D，实际大小铁氧体”耦合器线圈和在电动车辆上使用“双D，前堆叠绕组”耦合器线圈可提供用于集成了耦合器线圈和电力电子元件(例如，整流器)两者的小车辆包装的良好解决方案。如果“双D”型耦合器线圈和“正交”型耦合器线圈必须被集成到具有最佳空间利用和良好性能的小车辆包装内，那么“双D，前堆叠绕组”耦合器线圈的概念也有用。
“双D，实际大小铁氧体”耦合器(见(例如)图15A、15B和25)可为磁通量装置210，其经配置以将磁通量发射到在磁通量装置210外的空间或从所述空间接收磁通量。如本文中所使用，术语“磁通量装置”具有其最广泛的合理解释，包含(但不限于)底座垫、车辆垫或其它类型的磁通量垫，且不限于任何特定形状、尺寸或组件的组合。如本文中所使用，术语“垫”具有其最广泛的合理解释，包含(但不限于)，经配置用于在无线电动车辆充电系统中使用的装置(例如，底座垫、车辆垫)，且不限于任何特定形状、尺寸或组件的组合。磁通量装置210包括至少第一导电性线圈220和第二导电性线圈230。第一线圈220大体上平坦且具有界限第一面积的第一周边。第二线圈230大体上平坦且具有界限第二面积的第二周边。第二线圈230与第一线圈220大体上共平面。磁通量装置210进一步包括磁导性材料240，其具有大体上平坦表面242且具有界限第三面积的第三周边。磁导性材料240在本文中有时被称作“芯”。如本文中所使用，术语“芯”具有其最广泛的合理解释，明确地说，其不限于在中心位置或由其它组件缠绕。磁导性材料240可与至少第一线圈220和第二线圈230磁性相关联。第一线圈220和第二线圈230大体上平行于大体上平坦表面242。第一面积与第二面积的总和对第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。
“双D，前堆叠绕组”耦合器(见(例如)图17A和17B)可为磁通量装置310，其经配置以将磁通量发射到在磁通量装置310外的空间或从所述空间接收磁通量。磁通量装置310包括至少第一导电性线圈320和第二导电性线圈330。第一线圈320具有第一层322和第二层324。第二线圈330具有第三层332和第四层334。第一层322与第三层332大体上共平面。磁通量装置310进一步包括磁导性材料340，其具有大体上平坦第一表面342、在第一边缘346处邻接第一表面342的第二表面344和在第二边缘350处邻接第一表面342的第三表面348。磁导性材料340可与至少第一线圈320和第二线圈330磁性相关联。第一线圈320在第一边缘346上延伸且与第一表面342的平面相交。第二线圈330在第二边缘350上延伸且与第一表面342的平面相交。
图8A展示大量可供选择的用于IPT的“双线圈”型耦合器拓扑，所述耦合器拓扑可被视为已通过开始于平坦“圆形”拓扑且结束于平坦“螺线管”拓扑的变形的过程产生。此变形过程一般来说示意性地显示于图8B中。在初始步骤中，“圆形”线圈被分裂成第一和第二线圈。接着，向左移动一个线圈且向右移动另一线圈。此外，将两个线圈拉伸到铁氧体结构的宽度。在以下步骤中，按以下方式将线圈在铁氧体结构上进一步拉伸和拉动：内段(例如，邻近的线圈段)的位置保持固定在铁氧体的上表面上且外段(例如，在相对侧上的线圈段)移动到在铁氧体结构下，其中铁氧体结构变为芯，其中线圈缠绕芯。在下一个步骤中，按外线圈段朝向中心移动的方式收缩两个线圈，从而产生两个单独但邻近的螺线管线圈。最后，将两个螺线管线圈合并到单一螺线管内。出于使性能可比较的原因，可假定如由变形产生的所有耦合器具有相等外观尺寸。
还在开始于图9A到9B且终止于图23A到23B的一连串示意性描绘中演示此变形过程。这些示意性描绘至少展示耦合器结构的横截面图，且在一些情况下，另外展示耦合器的透视(3D)图。横截面通常未按比例绘制且应被视为定性的。
图9A示意性地说明“圆形”磁通量装置(例如，图9B的磁通量装置)的横截面。图9A还指示在磁通量装置的中心中的磁极区(N)和在磁通量装置的外围地带中的相对极区(S)和两个特性场力线。如与图8A到8B的其它拓扑相比，假定对于所有拓扑有相同大小(外观尺寸)和相同水平和垂直位移，在某些配置中，一对“圆形”磁通量装置可展现最低耦合因数和容差，但展现最高Q因数和最低发射电平(例如，漏磁通)。可通过以下事实来解释低发射电平：垂直磁场分量由传导性背板(例如，流量成形效应)有效地消除，从而导致在IPT耦合系统的功能空间外的较少杂散通量。在图8A到8B中展示的拓扑序列中，“圆形”耦合器可因此被视为一个极限。
图10、11、12和13A到13B示意性地说明朝向“螺线管”的变形的步骤1、2、3和4：“圆形”线圈被分裂成线圈A和线圈B(见图10)，向左移动线圈A(见图11)且向右移动线圈B(见图12)，且线圈A不与线圈B重叠的部分经降低(例如，调整)到线圈B的平面(见图13A到13B)，从而导致具有重叠线圈和大体上等于铁氧体结构的外尺寸的外尺寸的双线圈结构。在某一重叠程度下，遇到所谓的“双极”磁通量装置，其特性在于线圈A与线圈B之间的实际上零耦合。零耦合(例如，零互电感)允许线圈用不同量值和相位的电流来独立地驱动，使得可在垂直、水平或混合极化模式中操作“双极”耦合器。“双极”耦合器的示范性实施例的模型描绘于图13B中。
如果线圈A和线圈B是用相等电流电平和电流方向驱动(如图13A中所展示)，那么“双极”耦合器作用就像“圆形”耦合器，其产生如由图13A中的极区(N及S)和磁场线指示的垂直磁矩。类似于“圆形”耦合器，其特性在于相对弱的耦合和位移容差，但非常低的发射电平。
在变形的步骤5中，倒转线圈B中的电流方向(如在图14中示意性地展示)，从而导致在水平极化模式中操作的“双极”耦合器，如由两个极区(N和S)和场线指示。改变线圈中的一者中的电流方向可造成可与产生图8A到8B中所描绘的各种拓扑的最显著水平磁矩的“螺线管”型耦合器一致的某些行为。因此，“双极”耦合器的特性大体上改变。由于传导性背板不施加抵消用于水平场分量的效应的杂散磁场，因此耦合和容差增大，但发射电平也增大。相比之下，传导性背板在底座垫中和在车辆垫中的使用，或简单地金属结构在车辆底部和地面中的存在(例如，钢筋混凝土)可关于发射起相反作用。传导性背板可用以防止车辆的钢底部结构中和钢筋混凝土地面的钢筋结构中的过多涡电流损失(例如，感应加热)。另一方面，传导性背板的使用可大体上改善在一些水平极化系统(例如，“螺线管”型)中的耦合，且可部分解释这些耦合器类型的高耦合系数，如与金属结构通常对耦合和性能施加负面影响的“圆形”型磁通量装置相反。
图15A到15B示意性地说明修改两个线圈220、230以变得不重叠的变形的步骤6的结果，从而导致被称为“双D，实际大小铁氧体”耦合器的拓扑，其特性在于线圈220、230和磁导性材料240(例如，铁氧体结构)两者的外水平尺寸大体上彼此相等。在某些情况下，“双D”耦合器的此第一变体可展现在如图8A到8B中所描绘的序列中的所有“双D”变体当中的最低发射电平，这是由于其‘最靠近’“圆形”型耦合器。“双D，实际大小铁氧体”拓扑可适用于充电底座，因为其具有提供产生大体上较低发射(如与“螺线管”拓扑或“双D”拓扑的其它变体相比)的解决方案的潜力。
在图15A到15B中展示的实例结构中，第一线圈220具有界限第一面积的第一周边(例如，D形)，第二线圈230具有界限第二面积的第二周边(例如，D形)，磁导性材料240具有界限第三面积的第三周边，且第一面积与第二面积的总和对第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。举例来说，第一面积与第二面积的总和可大体上等于第三面积。第一周边的一或多个部分(例如，大体上直部分)可大体上与第三周边的一或多个部分(例如，大体上直部分)对准，且第二周边的一或多个部分(例如，大体上直部分)可大体上与第三周边的一或多个部分(例如，大体上直部分)对准。举例来说，第一线圈220与第二线圈230的总和的外水平尺寸(例如，从第一周边的大体上直部分到第二周边的相对且大体上直部分的跨双D线圈的第一长度)可大体上等于磁导性材料240的外水平尺寸(例如，大体上平行于第一长度的跨第三周边的第二长度)。第一周边和第二周边的其它部分(例如，弯曲部分，例如D形周边的拐角)可偏离第三周边，使得第一面积与第二面积的总和可小于第三面积。
在图15A到15B中展示的实例结构中，磁导性材料240为具有第三周边和第三面积的单块铁氧体板。在某些其它配置中，磁导性材料240可包括彼此机械耦合以形成磁导性材料240的多个磁导性部分(例如，板、杆、块、瓦块)。这些多个磁导性部分可至少部分彼此间隔。举例来说，磁导性材料240可包括在第三面积内的至少一个区域，其中所述至少一个区域包括非磁性和非传导性材料(例如，空气、塑料)。所述至少一个区域可包括彼此邻近的多个区域、彼此分开(例如，由铁氧体材料或导电材料分开)的多个区域或所述两者的多个区域。所述至少一个区域可具有小于第三面积的20％的总和面积(例如，至少一个区域的面积的总和。
在图16A到16B中示意性地说明的变形的步骤7中，铁氧体结构的长度和宽度稍微缩短，使得平坦“双D”绕组悬垂于下层铁氧体结构上。此拓扑被称为“双D，平坦悬垂绕组”耦合器且与“双D”耦合器的实施例对应。此步骤可被视为用于以下变形阶段的准备措施，其中在铁氧体上拉动线圈绕组。减小铁氧体的大小提供在给定包装外观尺寸约束下在铁氧体的正面处用于绕组的空间。有趣地，相对于先前“双D”变体(例如，如图13A到13B中所描绘)，铁Y氧体上的此修改增大耦合和容差，并且增大发射电平。
在朝向“螺线管”型耦合器的路途上的步骤8中，在磁导性材料340(例如，铁氧体结构)的正面上拉动第一线圈320和第二线圈330的外段(例如，“双D”线圈的“D线圈”)。在给定磁通量装置外观尺寸约束和线圈铜横截面的情况下，可用初始“双D”耦合器的平坦绕组结构执行此步骤以变形成多层(例如，堆叠)绕组结构，从而导致被称为“双D，前堆叠绕组”拓扑的另一“双D”变体，其实例示意性地描绘于图17A到17B中。另一实例结构的更详细视图提供于图26A到26D中。
就耦合和容差而言，此“双D，前堆叠绕组”耦合器可胜过“双D，平坦悬垂绕组”耦合器，但可展现较高发射电平，这是由于发现其‘较靠近’“螺线管”型耦合器。此变形步骤放大了线圈开口且使线圈绕组(例如，载运电流通过第一线圈320和第二线圈330的线圈绕组中的至少一些)落到磁导性材料340(例如，铁氧体结构)的第一表面342下方，从而导致磁极区朝向磁导性材料340的端部的移位且因此较大的通量拱形，如在图17A中所指示。随着绕组变得更靠近传导性背板，此修改还可增大涡电流损失。
如果存在针对车辆包装的紧体积约束，那么此“双D，前堆叠绕组”拓扑特别适合于在车辆上使用，从而导致其中车辆垫外观尺寸相当小于底座垫的解决方案。与在车辆上装设的高耦合型“双D”耦合器(例如，“螺线管”或“双D，前堆叠绕组”磁通量装置310，其实例展示于图17A和17B中)组合的在地面上的低发射型“双D”拓扑(例如，“双D，实际大小铁氧体”磁通量装置210，其实例展示于图15A到15B和25中)可提供在这些情况下的有用解决方案。较大底座垫可为主导性的发射源，且较小车辆垫可主要负责耦合和容差。因此，使用针对底座侧发射优化的拓扑和针对车辆侧耦合优化的拓扑的方法可适用作最佳权衡。
在图17A到17B中展示的实例结构中，第一线圈320包括至少一个螺旋缠绕线圈，且第二线圈330包括至少一个螺旋缠绕线圈。举例来说，第一线圈320可包括多个传导性绕组(例如，第一层322和第二层324)且第二线圈330可包括多个传导性绕组(例如，第三层332和第四层334)。在某些实施例中，第一线圈320和第二线圈330由以缠绕以形成两个线圈的单一传导性电线形成。第一线圈320和第二线圈330可都邻近磁导性材料340(例如，在第一线圈320和第二线圈330与磁导性材料340之间无插入材料，如在图17A到17B中所展示，或具有具有插入材料)。第一线圈320的第一层322可在第一表面342的第一半上延伸，且第二线圈330的第三层332可在第一表面342的第二半上延伸。第一线圈320的第二层324在第一表面342下方延伸(例如，与第一表面342的平面相交)且第二线圈330的第四层334在第一表面342下方延伸(例如，与第一表面342的平面相交)。在某些实施例中，第一线圈320和第二线圈330都不围绕磁导性材料340(例如，从第一表面342上延伸到磁导性材料340的与第一表面342相对的底表面下方)。如图17A到17B中所展示，第一线圈320可从第一表面342上方延伸到第一表面342下方(例如，可与第一表面342的平面相交)且可邻近在第一边缘346处邻接第一表面342的第二表面344(例如，在第一边缘346上延伸)。此外，第二线圈330可从第一表面342上方延伸到第一表面342下方(例如，可与第一表面342的平面相交)且可邻近在第二边缘350处邻接第一表面342的第三表面348(例如，在第二边缘350上延伸)。在某些实施例中，第一边缘346可与第二边缘350相对，如在图17A到17B中示意性地展示。
在图17A到17B中展示的实例结构中，磁导性材料340为单块铁氧体板。在某些其它配置中，磁导性材料340可包括彼此机械耦合以形成磁导性材料340的多个磁导性部分(例如，板、杆、块、瓦块)。这些多个磁导性部分可至少部分彼此间隔。举例来说，磁导性材料340可包括包括非磁性且非传导性材料(例如，空气，塑料)的至少一个区域。所述至少一个区域可包括彼此邻近的多个区域、彼此分开(例如，由铁氧体材料或导电材料分开)的多个区域或所述两者的多个区域。所述至少一个区域可具有小于磁导性材料340的总面积的20％的总和面积(例如，至少一个区域的面积的总和)。
在某些实施例中，第一线圈320的第一层322具有界限第一区域的第一内周边，且第二线圈330的第三层332具有界限第二区域的第二内周边。第一区域的第一中心点和第二区域的第二中心点可比磁导性材料340的中心点分别更靠近第一边缘346和第二边缘350。在某些实施例中，由分别在第一层322中的第一线圈320和在第三层332中的第二线圈330中的每一者的至少一匝界定的第一几何平面平行于大体上平坦第一表面342。
图26A到26C分别展示根据本文中描述的某些实施例的“双D，前堆叠绕组”耦合器磁通量装置310的模型的透明俯视图、透视切割图和展开图。借助于在第一边缘346上延伸且与第一表面342的平面相交的第一线圈320和在第二边缘350上延伸且与第一表面342的平面相交的第二线圈330，本文中描述的某些实施例提供用于使用“双D，前堆叠绕组”耦合器磁通量装置310的小车辆包装集成解决方案中的电子元件的潜在空间。此磁通量装置310的实例的仰视图由图26D示意性地展示。磁通量装置310包括至少部分由第一线圈320、第二线圈330和磁导性材料340界限的一或多个区域360。图26D的一或多个区域360定位于在第一线圈320和第二线圈330的下侧下方的磁导性材料340的相对侧上。这些区域可经配置以含有电子组件(例如，磁通量装置310的电力转换电子元件和传感器电子元件)。
继续步骤9和10的“双D”的变形，“双D”绕组的外段可完全在铁氧体的正面上拉动，且可向上提升铁氧体，从而为在铁氧体下方的绕组腾出空间。由于围绕铁氧体芯缠绕线圈，因此图18中所描绘的所得新拓扑可被视为“螺线管”型耦合器的变体。然而，两个线圈非常倾斜且仍具有前堆叠绕组，此被称为“双螺线管，前堆叠绕组”拓扑。此步骤还可包含如果将维持磁通量装置的总高度(图18中未展示)，那么减小线圈和/或铁氧体结构的厚度。另外，外绕组段现在可非常靠近背板且可具有对线圈的Q因数的负面影响。另一方面，耦合可大体上增加，从而部分补偿Q因数的损失，且仍导致可接受的效率。
在以下步骤(步骤11、12、13和14)中，连续地收缩(例如，缩小)两个螺线管线圈，从而保持中心段(在铁氧体上方)固定，使得在铁氧体下方的线圈段正朝向磁通量装置的中心逐步移动。此变形过程可产生“双螺线管”拓扑的一些变体且最后结束于“螺线管”拓扑中。在步骤10中，展开底部线圈片段(例如，单一平面中的所有绕组)，从而导致图19A到19D中示意性地描述且被称为“双螺线管，倾斜绕组”的变体。在步骤11中，将铁氧体的长度增大到其‘实际大小’，从而导致被称为“双螺线管，倾斜绕组，实际大小铁氧体”的拓扑，如在图20A到20C中示意性地描绘。此拓扑可被视为类似于“双D，实际大小铁氧体”耦合器(见(例如)图15A到15B和25)。在步骤12和13中，进一步收缩为，从而首先导致“双螺线管，稍微倾斜”耦合器(见(例如)图20A到20C)，且接着导致“双螺线管，线圈邻近”耦合器。最后，在步骤14中，将两个线圈合并成单一“螺线管”拓扑，在图8A到8B中展示的所有拓扑当中，所述拓扑提供最强耦合并且提供最高发射电平。
在某些实施例中，当设计集成了“双D”(DD)线圈和“圆形”线圈(在本文中被称作“正交”(Q)线圈)的所谓的交叉极性耦合器(被称作“DDQ”线圈布置)使得“DDQ”线圈能够提取垂直和水平通量分量两者时，可发现具有减小的铁氧体结构和堆叠绕组的“双D前堆叠绕组”配置(例如，其实例由图17A到17B和图26A到26D示意性地说明)的再一优点。交叉极性耦合器具有同时在x和y方向上提供更大位移容差的潜力。此概念也可应用于底座(例如，主要)侧。此外，如下文更充分地描述，交叉极性耦合器或“DDQ”线圈布置可用于在最大可能程度上采用可用空间(例如，通过仅使最小空气空间打开)。
图27A到27C示意性地说明用于从超出磁通量装置410的空间无线地接收电力或将电力无线地发射到所述空间的实例磁通量装置410(例如，交叉极性耦合器或“DDQ”线圈布置)。磁通量装置410包括经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的第一传导性结构420(例如，“DD线圈”)。第一传导性结构420包括具有第一下表面的第一线圈422(例如，第一D线圈)和具有第二下表面的第二线圈424(例如，第二D线圈)。第一线圈420的第一下表面与第二线圈430的第二下表面大体上共平面。第一传导性结构420具有大体上都平行于第一和第二下表面的第一长度(L1)和第一宽度(W1)，且第一长度大于第一宽度。磁通量装置410进一步包括经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的第二传导性结构440(例如，Q线圈)。第二传导性结构440具有大体上都平行于第一和第二下表面的第二长度(L2)和第二宽度(W2)，且第二长度大体上平行于第一长度且大于第二宽度。第一传导性结构420的至少第一平坦部分426与第二传导性结构430的第二平坦部分436大体上共平面。
在某些实施例中，第一传导性结构420包括界定平行于第二传导性结构440的大体上平坦表面且在与第二传导性结构440的大体上平坦表面不同的层中的第一几何平面的一或多个传导性绕组的第一层，且第一传导性结构420进一步包括界定至少部分与由大体上平坦表面界定的第三几何平面相交(例如，与其共平面)的第二几何平面的一或多个传导性绕组的第二层。第一传导性结构420可具有界限第一区域的第一内周边，且第二传导性结构440可具有界限第二区域的第二内周边，其中第二传导性结构440的一或多个传导性绕组定位在第一和第二区域内，且与第一层大体上共平面且定位在与第二层不同的层中。
在某些实施例中，如在图27A和27C中示意性地展示，第一传导性结构420(例如，第一线圈422和第二线圈424)和第二传导性结构440经配置以大体上完全覆盖磁导性材料440的大体上平坦表面442。在某些实施例中，如在图27A和27C中示意性地展示，第一传导性结构420和第二传导性结构430彼此上下堆叠。如在图27C中可看出，第一传导性结构420的第一平坦部分426至少部分界限含有第二传导性结构430的第二平坦部分436的至少一个区域。在某些此类实施例中，磁通量装置410有利地通过在最大可能程度上采用可用空间(例如，通过仅使最小空气空间打开)来提供最佳空间利用。
在某些实施例中，如在图27A中示意性地展示，第一长度大于第二长度，且第一宽度大体上等于第二宽度。在某些实施例中，第一线圈422和第二线圈424分别围封第一面积和第二面积，且第二传导性结构430围封第三面积。第一传导性结构420可具有第一边缘和第二边缘，每一边缘与沿着第一传导性结构420的第一长度伸展的第一几何线相交。在某些实施例中，第一几何线还沿着第二传导性结构430的第二长度伸展，而在某些其它实施例中，第一几何线大体上平行于沿着第二传导性结构430的第二长度伸展的第二几何线。在某些实施例中，磁通量装置410包括至少部分由第一传导性结构420、第二传导性结构430和磁导性材料440界限的一或多个区域。所述一或多个区域可定位于磁导性材料440的在第一传导性结构420和第二传导性结构430的下侧下方的相对侧上。这些区域可经配置以含有电子组件(例如，磁通量装置410的电力转换电子元件和传感器电子元件)。
为了容纳“DDQ”线圈布置(例如，如在图27A到27C中示意性地说明)，在最大可能程度上采用可用空间(例如，通过仅使最小空气空间打开)可为有用的。用于铁氧体和铜(例如，利兹线)的可用空间的最佳利用可特别可用于紧的外观尺寸约束(例如，对于车辆包装)。因此，填充在具有堆叠绕组的铁氧体的正面处的空间可为具有关于耦合和空间利用两者的正面效应的可用方法。其可为在‘DD’线圈的开口中和在紧处于铁氧体结构之上的同一平面中嵌入‘Q’线圈提供足够空间，如在图27C的透视切割图中所展示。此方法可适用于低剖面磁通量装置解决方案。归因于减小的大小铁氧体，在磁通量装置的每一侧上还可存在一些空间来容纳处于彼此之上的‘DD’和‘Q’线圈绕组的侧面段。用交错且堆叠的线圈绕组，可达成在铁氧体旁边的空间的最佳利用，如可在图27B中看出。
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。通常，各图中所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应功能装置执行。举例来说，用于使至少一个电流流动的装置或用于传导电流的装置可包括导电性线圈。此外，用于修改引导磁通量的装置可包括磁导性材料。此外，用于无线地发射或接收电力的装置可包括无线电力发射器或接收器。
可使用各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，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贯穿以上描述可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
结合本文揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清晰地说明硬件与软件的此可互换性，以上已大体就其功能性来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应用和强加于整个系统的设计约束。可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但此类实施决策不应被解释为会导致脱离本发明的实施例的范围。
可用以下各者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、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所描述的功能的任何组合。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、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的步骤和功能可以直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合来体现。如果以软件来实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储在有形的非暂时性计算机可读媒体上或经由有形的非暂时性计算机可读媒体进行发射。软件模块可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、可卸除式磁盘、CD ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息且将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可集成到处理器。如本文所使用，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)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。以上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。在替代例中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻留在用户终端中。
为了概述本发明的目的，本文已描述了本发明的某些方面、有利和新颖特征。应理解，根据本发明的任何特定实施方案，可能未必达成所有此类优点。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未必达成如本文中可能教示或建议的其它优点的方式来体现或进行本发明。
将容易显而易见对上述实施例的各种修改，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中定义的一般原理应用到其它实施例。因此，本发明并不希望限于本文中所展示的实施例，而应符合与本文中所揭示的原理和新颖特征相一致的最广泛范围。

Claims (26)

1.一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量，所述磁通量装置包括：
至少第一导电性线圈和第二导电性线圈，所述第一导电性线圈具有第一层和第二层，所述第二导电性线圈具有第三层和第四层，所述第一层与所述第三层大体上共平面；以及
磁导性材料，其具有大体上平坦第一表面、在所述第一表面的第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在所述第一表面的第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面，所述第一导电性线圈在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交，所述第二导电性线圈在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
2.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈包括至少一个螺旋缠绕线圈且所述第二导电性线圈包括至少一个螺旋缠绕线圈。
3.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一边缘与所述第二边缘相对。
4.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈邻近所述磁导性材料且所述第二导电性线圈邻近所述磁导性材料。
5.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述磁导性材料包括铁氧体板。
6.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一层和所述第二层包括所述第一导电性线圈的堆叠绕组，且所述第三层和所述第四层包括所述第二导电性线圈的堆叠绕组。
7.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈的所述第一层在所述第一表面的第一半上延伸，且所述第二导电性线圈的所述第三层在所述第一表面的第二半上延伸。
8.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈不包围所述磁导性材料，且所述第二导电性线圈不包围所述磁导性材料。
9.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一层和所述第二层包括多个传导性绕组层。
10.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈和所述第二导电性线圈形成具有至少第一平坦部分的第一传导性结构，所述磁通量装置进一步包括经配置以经由磁场无线地接收或发射电力的第二传导性结构，所述第二传导性结构具有与所述第一平坦部分大体上共平面的至少第二平坦部分。
11.根据权利要求10所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构和所述第二传导性结构经配置以大体上完全覆盖所述磁导性材料的所述第一表面。
12.根据权利要求10所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构、所述第二传导性结构和所述磁导性材料至少部分界限经配置以含有电子组件的区域。
13.根据权利要求10所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构和所述第二传导性结构彼此上下堆叠。
14.根据权利要求10所述的磁通量装置，其中所述第一平坦部分至少部分界限含有所述第二平坦部分的至少一个区域。
15.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈的所述第一层具有界限第一区域的第一内周边，且其中所述第二导电性线圈的所述第三层具有界限第二区域的第二内周边。
16.根据权利要求15所述的磁通量装置，其中所述第一区域的第一中心点和所述第二区域的第二中心点距所述磁导性材料的中心点分别比距所述第一边缘和所述第二边缘更近。
17.根据权利要求1所述的磁通量装置，其中由分别在所述第一层和所述第三层中的所述第一导电性线圈和所述第二导电性线圈中的每一者的至少一匝界定的第一几何平面平行于所述大体上平坦第一表面。
18.一种磁通量装置，其用于从在所述磁通量装置外的空间无线地接收电力或将电力无线地发射到所述空间，所述磁通量装置包括：
第一传导性结构，其经配置以经由磁场无线地接收或发射电力，所述第一传导性结构包括具有第一下表面的第一线圈和具有第二下表面的第二线圈，所述第一下表面与所述第二下表面大体上共平面，所述第一传导性结构具有大体上都平行于所述第一下表面和所述第二下表面的第一长度和第一宽度，所述第一长度大于所述第一宽度；以及
第二传导性结构，其经配置以经由所述磁场无线地接收或发射电力，所述第二传导性结构具有大体上都平行于所述第一下表面和所述第二下表面的第二长度和第二宽度，所述第二长度大体上平行于所述第一长度且大于所述第二宽度，所述第一传导性结构的至少第一平坦部分与所述第二传导性结构的第二平坦部分大体上共平面。
19.根据权利要求18所述的磁通量装置，其进一步包括具有大体上平坦表面的磁导性材料。
20.根据权利要求19所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构、所述第二传导性结构和所述磁导性材料至少部分界限经配置以含有电子组件的区域。
21.根据权利要求18所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构包括界定平行于所述第二传导性结构的大体上平坦表面且在与所述第二传导性结构的大体上平坦表面不同的层中的第一几何平面的一或多个传导性绕组的第一层，且所述第一传导性结构进一步包括界定至少部分与由所述大体上平坦表面界定的第三几何平面相交的第二几何平面的一或多个传导性绕组的第二层。
22.根据权利要求21所述的磁通量装置，其中所述第一传导性结构具有界限第一区域的第一内周边，其中所述第二传导性结构具有界限第二区域的第二内周边，且其中所述第二传导性结构的一或多个传导性绕组定位在所述第一区域和所述第二区域内，且与所述第一层大体上共平面且定位在与所述第二层不同的层中。
23.一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量，所述磁通量装置包括：
至少第一导电性线圈和第二导电性线圈，所述第一导电性线圈大体上平坦且具有界限第一面积的第一周边，所述第二导电性线圈大体上平坦且具有界限第二面积的第二周边，所述第二导电性线圈与所述第一导电性线圈大体上共平面；以及
磁导性材料，其具有大体上平坦表面且具有界限第三面积的第三周边，所述第一导电性线圈和所述第二导电性线圈大体上平行于所述大体上平坦表面，所述第一面积与所述第二面积的总和对所述第三面积的比率处于0.9与1.1之间的范围中。
24.根据权利要求23所述的磁通量装置，其中所述磁导性材料包括在所述第三面积内的至少一个区域，所述至少一个区域包括非磁性且非传导性材料且具有小于所述第三面积的20％的面积。
25.根据权利要求23所述的磁通量装置，其中所述第一导电性线圈与所述第二导电性线圈的所述总和的外水平尺寸大体上等于所述磁导性材料的外水平尺寸。
26.一种磁通量装置，其经配置以将磁通量发射到在所述磁通量装置外的空间或从所述空间接收磁通量，所述磁通量装置包括：
用于使至少一个电流流动的装置，其包括至少第一导电性线圈和第二导电性线圈，所述第一导电性线圈具有第一层和第二层，所述第二导电性线圈具有第三层和第四层，所述第一层与所述第三层大体上共平面；以及
磁导性材料，其具有大体上平坦第一表面、在所述第一表面的第一边缘处邻接所述第一表面的第二表面和在所述第一表面的第二边缘处邻接所述第一表面的第三表面，所述第一导电性线圈在所述第一边缘上延伸且与所述第一表面的平面相交，所述第二导电性线圈在所述第二边缘上延伸且与所述第一表面的所述平面相交。
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