CN106663948A - 用于使用铁磁材料调节磁场分布的系统和方法 - Google Patents

Abstract

均匀磁场可以在无线功率发射器中提供更好的性能，这归因于无线功率发射器的功率放大器的输出上的更小阻抗变化，并且均匀磁场还可以允许无线功率发射器衬垫更薄。本公开的一个方面提供了一种用于无线功率传送的设备。该设备包括被配置为生成磁场的基本上平面的发射天线。该设备还包括具有充电表面的衬垫。发射天线的至少一部分被设置在衬垫中。该设备还包括具有形状和相对于发射天线的位置的铁磁材料。铁磁材料的形状或位置中的至少一项或者它们的组合被选择以修改充电表面处的磁场的分布。

Description

用于使用铁磁材料调节磁场分布的系统和方法

技术领域

本发明一般性地涉及无线功率。更具体地，本公开针对于使用铁磁材料来调节无线功率发射器所生成的磁场的分布。

背景技术

越来越多数目和种类的电子设备经由可充电电池被供电。这样的设备包括移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数字相机、助听器等。虽然电池技术已经改进，但是电池供电的电子设备越来越需要并消耗更大量的功率，因此经常需要充电。可充电设备经常通过物理连接到电源的电缆或其他类似连接器而经由有线连接被充电。电缆和类似连接器有时可能是不方便的或繁琐的，并且具有其他缺点。无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些缺陷，其能够在自由空间中传送功率以被用于对可充电电子设备充电或者向电子设备提供功率。均匀磁场可以在无线功率发射器中提供更好的性能，这归因于无线功率发射器的功率放大器的输出上的更小的阻抗变化。如此，用于调节磁场分布以改进场均匀性的系统和方法在无线功率传送系统是合意的。

发明内容

所附权利要求的范围之内的系统、方法和设备的各种实施方式均具有若干方面，其中没有单个方面唯一地负责本文描述的合意属性。不限制所附权利要求的范围，一些突出特征在本文中被描述。

这一说明书中所描述的主题的一种或多种实施方式的细节在附图和下文描述中被阐述。其他特征、方面和优点从描述、附图和权利要求来看将变得明显。注意，以下附图的相对尺寸可能没有按比例绘制。

本公开的一个方面提供了一种用于无线功率传送的设备。该设备包括被配置为生成磁场的基本上平面的发射天线。该设备还包括具有充电表面的衬垫。发射天线的至少一部分被设置在衬垫中。该设备还包括具有形状和相对于发射天线的位置的铁磁材料。铁磁材料的形状或位置中的至少一项或者它们的组合被选择以修改充电表面处的磁场的分布。

本公开的另一方面提供了一种用于无线功率传送的方法。该方法包括：在基本上平面的发射天线处生成磁场，发射天线的至少一部分被设置在衬垫中。该方法还包括：使用铁磁材料来修改衬垫的充电表面处的磁场的分布，铁磁材料具有形状并且相对于发射天线被定位。

本公开的另一方面提供了一种用于无线功率传送的设备。该设备包括用于生成磁场的部件。该设备还包括用于修改衬垫的充电表面处的磁场的分布的部件，修改部件具有形状并且相对于生成部件被定位。

本公开的另一方面提供了一种用于向一个或多个接收器设备无线地传送充电功率的装置。该装置包括线圈，线圈被配置为生成用于向该一个或多个接收器设备无线地传送充电功率的磁场，线圈具有限定第一平面的形状。该装置还包括被配置为容纳线圈的壳体，壳体具有表面，该表面被配置为允许将该一个或多个接收器设备定位在其上，该表面限定基本上平行于线圈的第一平面的第二平面。该装置还包括被定位在线圈与该表面之间的铁磁材料。

本公开的另一方面提供了一种用于向一个或多个接收器设备无线地传送充电功率的方法。该方法包括在线圈处生成磁场以用于向该一个或多个接收器设备无线地传送充电功率，线圈被容纳在具有表面的壳体中。该方法还包括选择并定位铁磁材料以增大跨该一个或多个接收器设备经由磁场来接收功率的该表面的磁场的均匀性。

本公开的另一方面提供了一种用于向一个或多个接收器设备无线地传送充电功率的装置。该装置包括用于生成磁场的部件，该磁场用于向该一个或多个接收器设备无线地传送充电功率，磁场生成部件被容纳在具有表面的壳体中。该装置还包括铁磁材料，铁磁材料被选择并定位以增大跨该一个或多个接收器设备经由磁场来接收功率的该表面的磁场的均匀性。

附图说明

图1是示例性无线功率传送系统的功能框图。

图2是可以在图1的无线功率传送系统中使用的示例性组件的功能框图。

图3是包括发射或接收天线的图2的发射电路系统或接收电路系统的一部分的示意图。

图4是可以在图1的无线功率传送系统中使用的发射器的功能框图。

图5是可以在图1的无线功率传送系统中使用的接收器的功能框图。

图6示出了软件所仿真的由发射天线生成的磁场的图形。

图7与图6类似，除了铁磁材料被定位在发射天线下方以修改磁场。

图8示出了无线功率发射器的包括多匝发射环形天线的部分。

图9是沿着图8的线9-9的截面视图，其示出了软件所仿真的由发射天线生成的磁场。

图10与图8类似，除了铁磁材料被定位在发射天线周围以修改磁场的分布。

图11是沿着软件所仿真的磁场的图10的线11-11的截面视图，该磁场由具有被定位在发射天线上方的铁磁材料的发射天线生成。

图12示出了跨无线功率发射器的表面的图9和图11的仿真磁场的强度的图表。

图13示出了被设置在无线功率发射器衬垫内的发射天线。

图14示出了无线功率发射器的包括铁磁材料和发射天线的部分。

图15示出了沿着图14的线15-15的截面视图。

图16示出了无线功率发射器的包括铁磁材料的部分。

图17示出了沿着图16的线17-17的截面视图。

图18示出了无线功率发射器的包括铁磁材料的部分。

图19示出了沿着图18的线19-19的截面视图。

图20示出了无线功率发射器的包括铁磁材料的部分。

图21示出了沿着图20的线21-21的截面视图。

图22示出了根据一种实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图23示出了根据另一实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图24示出了根据另一实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图25示出了根据另一实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图26示出了根据另一实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图27示出了根据另一实施例的包括铁磁材料和发射天线的无线功率发射器的截面视图。

图28示出了包括铁磁材料的无线功率发射器，该铁磁材料具有至少一个弯曲。

图29示出了包括铁磁材料的外环的无线功率发射器，该外环包围被定位在中心的包括多个开口的铁磁材料。

图30示出了包括铁磁材料的无线功率发射器的截面视图，该铁磁材料具有厚度上的变化。

图31示出了包括铁磁材料的无线功率发射器的截面视图，该铁磁材料提供空气间隙。

图32是用于无线功率传送的示例性方法的流程图。

附图中所图示的各种特征可能没有按比例绘制。因此，为了清楚，各种特征的尺寸可以任意地被放大或缩小。另外，一些附图可能没有描绘出给定系统、方法或设备的所有组件。最后，贯穿说明书和附图，相似的参考标号可以用来标示相似的特征。

具体实施方式

下文结合附图阐述的详细描述意图作为本发明的示例性实施例的描述，并且不意图表示本发明可以在其中被实践的仅有实施例。贯穿这一描述所使用的术语“示例性的”意指“用作示例、实例或例证”，并且不应当必然被解释为相对其他示例性实施例是优选的或有利的。该详细描述包括具体细节以用于提供对本发明的示例性实施例的彻底理解的目的。在一些实例中，一些设备以框图形式被示出。

无线地传送功率可以是指将与电场、磁场、电磁场或其他方式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，功率可以通过自由空间被传送)。输出到无线场(例如，磁场)中的功率可以由“接收天线”接收、捕获或耦合以实现功率传送。

图1是依据本发明的示例性实施例的示例性无线功率传送系统100的功能框图。输入功率102可以从功率源(未示出)被提供给发射器104以便生成场105用于提供能量传送。接收器108可以耦合到场105并生成输出功率110，以用于由耦合到输出功率110的设备(未示出)进行存储或消耗。发射器104和接收器108二者以距离112分开。在一个示例性实施例中，发射器104和接收器108根据相互谐振关系被配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本上相同或非常接近时，发射器104与接收器108之间的传输损耗被减小。如此，与可能要求大线圈非常接近(例如，数mm)的纯电感性解决方案相对比，无线功率传送可以在更大的距离上被提供。谐振电感性耦合技术可以因此允许改进的效率以及各种距离上的并且具有各种电感性线圈配置的功率传送。

当接收器108位于由发射器104产生的能量场105中时，接收器108可以接收功率。场105对应于由发射器104输出的能量可以被接收器108捕获的地区。在一些情况下，如下文将进一步描述的，场105可以对应于发射器104的“近场”。发射器104可以包括用于输出能量传输的发射天线114。接收器108进一步包括用于从能量传输接收或捕获能量的接收天线118。近场可以对应于如下的地区，在该地区中存在由发射天线114中的电流和电荷产生的强反应场，其最少地将功率辐射远离发射天线114。在一些情况下，近场可以对应于发射天线114的大约一个波长(或其分数)以内的地区。发射天线和接收天线114和118根据将与之相关联的应用和设备而确定大小。如上文描述的，高效能量传送可以通过以下而发生：将发射天线114的场105中的大部分能量耦合到接收天线118，而不是将电磁波中的大多数能量传播到远场。当定位在场105内时，可以在发射天线114与接收天线118之间发展出“耦合模式”。发射天线和接收天线114和118周围的可能发生这种耦合的区域在本文中被称为耦合模式地区。

图2是依据本发明的各种示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统100中使用的示例性组件的功能框图200。发射器204可以包括发射电路系统206，发射电路系统206可以包括振荡器222、驱动器电路224、以及滤波器和匹配电路226。振荡器222可以被配置为生成所期望的频率(诸如468.75KHz、6.78MHz或13.56MHz)处的信号，其可以响应于频率控制信号223而被调节。振荡器信号可以被提供给驱动器电路224，驱动器电路224被配置为例如以发射天线214的谐振频率来驱动发射天线214。驱动器电路224可以是开关放大器，其被配置为接收电压V_D 225和来自振荡器222的方波并且输出正弦波。例如，驱动器电路224可以是E类放大器。滤波器和匹配电路226也可以被包括以滤除谐波或其他不想要的频率，并且将发射器204的阻抗匹配到发射天线214。作为驱动发射天线214的结果，发射器204可以以足够用于对电子设备充电或供电的电平无线地输出功率。作为一个示例，所提供的功率例如可以在300毫瓦特至5瓦特的量级，以对具有不同功率要求的不同设备供电或充电。更高或更低的功率电平也可以被提供。

接收器208可以包括接收电路系统210，接收电路系统210可以包括匹配电路232以及整流器和开关电路234，以从交流(AC)功率输入生成直流(DC)功率输出来对如图2中示出的电池236充电、或者对耦合到接收器208的设备(未示出)供电。匹配电路232可以被包括以将接收电路系统210的阻抗匹配到接收天线218。接收器208和发射器204可以另外在单独的通信信道219(例如，蓝牙、zigbee、蜂窝等)上进行通信。接收器208和发射器204可以替换地使用无线场205的特性而经由带内信令进行通信。

如下文更全面描述的，接收器208(其可以初始地具有选择性地可禁用的相关联的负载，例如，电池236)可以被配置为确定由发射器204发射并且由接收器208接收的功率量是否适合用于对电池236充电。进一步地，接收器208可以被配置为一经确定功率量为适当而使能负载(例如，电池236)。在一些实施例中，接收器208可以被配置为直接利用从无线功率传送场接收的功率而不对电池236充电。例如，通信设备(诸如近场通信NFC或射频识别设备RFID)可以被配置为从无线功率传送场接收功率，并且通过与无线功率传送场交互而进行通信，和/或利用所接收的功率与发射器204或其他设备进行通信。

图3是依据本发明的示例性实施例的图2的发射电路系统206或接收电路系统210的包括发射或接收天线352的部分的示意图。如图3中图示的，在示例性实施例(包括下文描述那些)中使用的发射或接收电路系统350可以包括天线352。天线352也可以被称作或被配置为“环形”天线352。天线352在本文中也可以被称作或被配置为“磁性”天线或电感线圈。术语“天线”一般是指可以无线地输出或接收能量以便耦合到另一“天线”的组件。天线352还可以称作被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈。如本文所使用的，天线352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传送组件”的示例。天线352可以被配置为包括空气芯或物理芯，例如铁氧体芯(未示出)。空气芯环形天线可以更加容忍被放置于芯附近的外来物理设备。再者，空气芯环形天线352允许其他组件在芯区域内的放置。另外，空气芯环路可以更容易地使能接收天线218(图2)在发射天线214(图2)的平面内的放置，其中发射天线214(图2)的耦合模式地区可以更为强大。

如所陈述的，发射器104与接收器108之间的高效能量传送可以发生在发射器104与接收器108之间的匹配或几乎匹配的谐振期间。然而，即使在发射器104与接收器108之间的谐振未匹配时，能量也可以被传送，但是效率可能被影响。能量的传送通过以下而发生：将能量从发射天线214线圈的场205耦合到驻留在这个场205被建立于其中的邻域中的接收天线218，而不是将能量从发射天线214传播到自由空间中。

环形或磁性天线的谐振频率基于电感和电容。电感可以简单地是由天线352创建的电感，而电容可以被添加到天线的电感以在所期望的谐振频率处创建谐振结构。作为非限制性示例，电容器356和电容器354可以被添加到发射或接收电路系统350以创建谐振电路，其选择谐振频率处的信号358。因此，对于更大直径的天线，维持谐振所需要的电容的大小可能随着环路的直径或电感增大而减小。再者，随着天线的直径增大，近场的高效能量传送区域可以增大。使用其他部件形成的其他谐振电路也是可能的。作为另一非限制性示例，电容器可以并联地被放置在天线352的两个端子之间。对于发射天线，具有基本上与天线352的谐振频率相对应的频率的信号358可以是向天线352的输入。

在一个实施例中，发射器104可以被配置为输出具有与发射天线114的谐振频率相对应的频率的时变磁场。当接收器108处于场105之内时，时变磁场可以在接收天线114中感生电流。如上文描述的，如果接收天线118被配置为在发射天线118的频率处谐振，则能量可以高效地被传送。接收天线118中感生的AC信号可以如上文描述的被整流以产生DC信号，该DC信号可以被提供以对负载充电或供电。

图4是依据本发明的示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的发射器404的功能框图。发射器404可以包括发射电路系统406和发射天线414。发射天线414可以是如图3中示出的天线352。通过提供导致在发射天线414周围生成能量(例如，磁通量)的振荡信号，发射电路系统406可以向发射天线414提供RF功率。发射器404可以操作在任何适合的频率。通过示例的方式，发射器404可以操作在6.78MHz工业、科学和医学(ISM)频带。

发射电路系统406可以包括固定阻抗匹配电路409和低通滤波器(LPF)408，固定阻抗匹配电路409用于将发射电路系统406的阻抗(例如，50欧姆)匹配到发射天线414，低通滤波器(LPF)408被配置为将谐波发射减少到防止耦合到接收器108(图1)的设备的自扰(self-jamming)的水平。发射电路系统406进一步包括驱动器电路424，其被配置为接收电压Vds并且驱动如由振荡器423确定的射频(RF)信号。其他的示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑，包括但不限于陷波滤波器，其对特定频率进行衰减同时使其他频率通过并且可以包括自适应阻抗匹配，自适应阻抗匹配可以基于可测量的发射度量(诸如去往天线414的输出功率或由驱动器电路424汲取的DC电流)而变化。发射电路系统406可以包括分立的设备或电路，或者替换地，可以包括集成配件。从发射天线414输出的示例性RF功率可以在2.5瓦特的量级。

发射电路系统406可以进一步包括控制器415，其用于在针对特定接收器的发射阶段(或工作循环)期间选择性地使能振荡器423，用于调节振荡器423的频率或相位，并且用于调节输出功率电平以便实施用于与相邻设备通过它们的所附接的接收器进行交互的通信协议。注意，控制器415在本文中也可以被称作处理器。传输路径中的振荡器相位和相关电路系统的调节可以允许带外发射的减少，尤其是在从一个频率向另一频率转换时。

发射电路系统406可以进一步包括负载感测电路416，其用于检测活动接收器在发射天线414所生成的近场附近的存在或不存在。通过示例的方式，负载感测电路416监测流向驱动器电路424的电流，如下文将进一步描述的，其可能被活动接收器在发射天线414所生成的场附近的存在或不存在所影响。对驱动器电路424上的带载的改变的检测由控制器415监测，以便使用在确定是否使能振荡器423用于发射能量并且与活动接收器通信中。如下文更全面描述的，在驱动器电路424处测量的电流可以被用来确定无效设备是否被定位在发射器404的无线功率传送地区之内。

发射天线414可以利用编织线(Litz wire)来实施，或者被实施为具有被选择以保持电阻性损耗为低的厚度、宽度和金属类型的天线条带。在一种实施方式中，发射天线414一般可以被配置用于与更大结构的关联性，诸如桌子、垫子、灯具或其他较不便携的配置。因此，发射天线414一般可能不需要“匝”以便具有实践性尺寸。发射天线414的一种示例性实施方式可以是“电小型的”(即，波长的分数)，并且通过使用电容器来定义谐振频率而被调谐为在较低的可使用频率处进行谐振。

发射器404可以收集并追踪有关于可以与发射器404相关联的接收器设备的行踪和状况的信息。因此，发射电路系统406可以包括连接到控制器415(本文中也称为处理器)的存在检测器480、封闭检测器460、或者它们的组合。控制器415可以响应于来自存在检测器480和封闭检测器460的存在信号来调节由驱动器电路424递送的功率量。发射器404可以通过多个功率源接收功率，诸如，例如转换建筑物中存在的常规AC功率的AC-DC转换器(未示出)、将常规DC功率源转换为适用于发射器404的电压的DC-DC转换器(未示出)，或者直接来自常规DC功率源(未示出)。

作为非限制性示例，存在检测器480可以是运动检测器，其被用来感测被插入到发射器404的覆盖区域之中的将被充电的设备的初始存在。在检测之后，发射器404可以被开启并且该设备所接收的RF功率可以被用来以预定方式切换Rx设备上的开关，这进而导致对发射器404的驱动点阻抗的改变。

作为另一非限制性示例，存在检测器480可以是能够例如通过红外检测、运动检测、或其他适当手段来检测人类的检测器。在一些示例性实施例中，可能存在对发射天线414可以在特定频率处发射的功率量加以限制的法规。在一些情况下，这些法规旨在保护人类免于电磁辐射。然而，可能存在这样的环境，其中发射天线414被放置于没有被人类占据或者不频繁被人类占据的区域中，诸如，例如车库、工厂车间、商店等。如果这些环境没有人类，则可以准许将发射天线414的功率输出增大到高于正常功率限制法规。换句话说，控制器415可以响应于人类存在而将发射天线414的功率输出调节到法规电平或更低，并且当人类处于发射天线414的电磁场的法规距离以外时将发射天线414的功率输出调节到高于法规电平的电平。

作为非限制性示例，封闭检测器460(本文中也可以称为封闭隔室检测器或封闭空间检测器)可以是用于确定外壳何时处于关闭状态或打开状态的设备，诸如感测开关。当发射器在处于封闭状态的外壳中时，发射器的功率电平可以增大。

在示例性实施例中，可以使用一种方法，通过该方法发射器404不会无限期地保持开启。在这种情况下，发射器404可以被编程为在用户所确定的时间量之后关断。这一特征防止发射器404(特别是驱动器电路424)在它的周界之中的无线设备被完全充电之后长时间运行。这种情况可能是由于电路未能检测到从中继器或接收天线218所发送的设备被完全充电的信号。为了防止发射器404在另一设备被放置于它的周界之中的情况下自动关闭，发射器404的自动关断特征可以仅在它的周界中不存在所检测到的运动的设定时段之后才被激活。用户可以能够确定无活动时间间隔，并且根据需要改变它。作为非限制性示例，在设备初始被完全放电的假设下，该时间间隔可以长于对特定类型的无线设备完全充电所需要的时间间隔。

图5是依据本发明的示例性实施例的可以在图1的无线功率传送系统中使用的接收器508的功能框图。接收器508包括接收电路系统510，接收电路系统510可以包括接收天线518。接收器508进一步耦合到设备550以便向其提供所接收的功率。应当注意，接收器508被图示为在设备550的外部，但是可以被集成到设备550中。能量可以无线地被传播到接收天线518并且然后通过接收电路系统510的其余部分耦合到设备550。通过示例的方式，充电设备可以包括诸如移动电话、便携式音乐播放器、膝上型计算机、平板计算机、计算机外围设备、通信设备(例如，蓝牙设备)、数字相机、助听器(和其他医疗设备)等的设备。

接收天线518可以被调谐为与发射天线414(图4)在相同频率处或在指定的频率范围内谐振。接收天线518可以与发射天线414类似地确定尺寸，或者可以基于相关联的设备550的尺寸而不同地确定大小。通过示例的方式，设备550可以是具有比发射天线414的直径或长度小的直径或长度尺寸的便携式电子设备。在这样的示例中，接收天线518可以被实施为多匝线圈，以便减小调谐电容器(未示出)的电容值并增大接收线圈的阻抗。通过示例的方式，接收天线518可以放置于设备550的大体周长的周围，以便使天线直径最大化并且减少接收天线518的环路匝(即，绕组)的数目和绕组间电容。

接收电路系统510可以向接收天线518提供阻抗匹配。接收电路系统510包括功率转换电路系统506，其用于将所接收的RF能量源转换为充电功率以便由设备550使用。功率转换电路系统506包括RF至DC转换器520，并且还可以包括DC至DC转换器522。RF至DC转换器520将在接收天线518处接收的RF能量信号整流为非交变功率，其具有由V_rect表示的输出电压。DC至DC转换器522(或其他功率调节器)将经整流的RF能量信号转换为与设备550兼容的能量势(例如，电压)，其具有由V_out和I_out表示的输出电压和输出电流。各种RF至DC转换器被考虑到，包括部分的和完全的整流器、调节器、桥接器、倍增器、以及线性转换器和开关转换器。

接收电路系统510可以进一步包括开关电路系统512，其用于将接收天线518连接到功率转换电路系统506，或者替换地用于断开功率转换电路系统506。将接收天线518从功率转换电路系统506断开不仅暂停对设备550的充电，而且还改变由发射器404(图2)“看到”的“负载”。

如上文公开的，发射器404包括负载感测电路416，其可以检测向发射器驱动器电路424提供的偏置电流中的波动。因此，发射器404具有用于确定接收器何时存在于发射器的近场中的机制。

当多个接收器508存在于发射器的近场中时，可能合意的是，对一个或多个接收器的加载和卸载进行时间复用，以使得其他接收器能够更高效地耦合到发射器。接收器508还可以被遮掩(cloaked)以便消除与其他附近接收器的耦合或者减小附近发射器上的加载。接收器的这种“卸载”在本文中也被称为“遮掩”。再者，由接收器508所控制并且由发射器404所检测的在卸载与加载之间的这种切换可以提供如下文更全面解释的从接收器508到发射器404的通信机制。另外，协议可以与该切换相关联，其使能消息从接收机508向发射机404的发送。通过示例的方式，切换速度可以在100微秒的量级。

在示例性实施例中，发射器404与接收器508之间的通信是指设备感测和充电控制机制，而不是常规的双向通信(即，使用耦合场的带内信令)。换句话说，发射器404可以使用所发射的信号的开/关键控来调节能量在近场中是否使用。接收器可以将能量上的这些改变解释为来自发射器404的消息。从接收器侧，接收器508可以使用接收天线518的调谐和去谐(de-tuning)来调节多少功率正从场被接受。在一些情况下，调谐和去谐可以经由开关电路系统512来完成。发射器404可以检测从场使用的功率上的这一差异，并且将这些改变解释为来自接收器508的消息。注意，发射功率和负载行为的其他调制形式可以被利用。

接收电路系统510可以进一步包括信令检测器和信标电路系统514，其用来识别所接收的能量波动，它们可以对应于从发射器到接收器的信息性信令。再者，信令和信标电路系统514还可以用来检测减少的RF信号能量(即，信标信号)的传输并且将减少的RF信号能量整流为标称功率，以用于唤醒接收电路系统510内的未供电的或功率耗尽的电路以便配置接收电路系统510用于无线充电。

接收电路系统510进一步包括处理器516，其用于协调本文描述的接收器508的过程，包括本文描述的开关电路系统512的控制。接收器508的遮掩也可能发生在其他事件发生时，包括检测到向设备550提供充电功率的外部有线充电源(例如，墙壁/USB功率)。除了控制接收器的遮掩之外，处理器516还可以监测信标电路系统514以确定信标状态并且提取从发射器404发送的消息。处理器516还可以调节DC至DC转换器522以便改进性能。

某些无线功率发射器使用松散耦合谐振器(例如，发射天线)用于无线功率传送，而允许大型发射器衬垫的构造，其包括被配置为同时对多个设备充电的大型发射天线。足够大以对多个设备充电的发射天线可以在发射器衬垫的区域上生成具有不均匀强度的磁场。磁场的均匀性可以基于发射器衬垫的区域上的磁场强度(例如，H场)值之间的方差而被测量。

在无线功率传送中，非均匀磁场可能是有害的，因为它可能向被定位在发射器衬垫的不同区域处的设备提供不同的电压。无线功率接收器可以被配置为在有限的电压范围内操作。电压上的差异可能使得设备取决于它在衬垫上的位置而处于过压或欠压条件。均匀磁场可以跨无线功率发射器的区域提供电压上的更多一致性。再者，在发射器生成非均匀磁场的场合，无线功率发射器与无线功率接收器之间的互感可能取决于位置。均匀磁场是有益的，因为在无线功率接收器被定位在无线功率发射器上时它允许互感上的较小变化。如此，均匀磁场可以允许无线功率接收器符合于各种不同的无线功率发射器。而且，更均匀的磁场可以在无线功率发射器的功率放大器输出处引起更小的阻抗变化，由此提供更高效的无线功率传送。

铁磁材料(例如，铁氧体)可以用来影响磁场的分布。例如，铁磁材料可以提供用于磁场的管道(conduit)。铁磁材料还可以充当阻挡磁通量的流动的屏蔽物，或者充当用于引导磁通量的通道。取决于实施方式，具有更高磁导率的铁磁材料在修改磁场分布时可以更有效、提供更强的屏蔽程度、或者充当更有效的管道。铁磁材料还可以基于材料的磁导率而阻挡一部分磁场穿过材料。如此，铁磁材料的形状、位置和磁导率也可以用来修改磁场的分布。例如，铁磁材料可以被定位在发射天线附近以便影响由发射天线生成的磁场。如下文进一步描述的，铁磁材料的形状、定位和磁导率可以被选择以便实现磁场在无线功率发射器衬垫的充电表面上的更均匀的分布。铁磁材料还可以通过减少发射器附近的金属物体对发射电路系统的影响来改进发射器的磁兼容性。铁磁材料还可以被配置为减少远离于所发射的无线功率进行辐射的磁通量的量。另外，铁磁材料还可以被配置为减少由磁场引起的对其他共址的无线天线系统的负面影响(例如，改进灵敏度劣化(desense))。

图6示出了所仿真的由发射天线614生成的磁场605的图形600。磁场605的图形600示出了铁磁材料不存在时的磁场强度的形状、量值和方向。发射天线614可以是矩形的平面空气芯环形天线。发射天线614可以是如上文参考图4所描述的无线功率发射器404的组件。如图6中示出的，磁场605的强度可能被集中在发射天线614周围，并且磁场在发射天线614的中心区域606中可能较弱。如此，磁场605在发射器的区域上的最大与最小磁场强度值之间可能具有大的方差。一般而言，具有场强度上的大方差的磁场(例如，场605)可以被称为非均匀磁场。

图7示出了所仿真的由图6的发射天线614生成的磁场705的图形700，其具有被定位在发射天线614下方的铁磁材料711。铁磁材料711可以以发射天线614的大小的10％的距离被定位在发射天线614下方。在其他实施例中，铁磁材料711可以被定位在距发射天线614更大或更小的距离处。铁磁材料711可以被整形为矩形板。在其他实施例中，铁磁材料可以具有如下文进一步详细描述的不同形状。铁磁材料711可以被配置为充当用于由发射天线614生成的磁场705的管道。如图7中示出的，与图6的磁场605相比，磁场705可以较少地被集中在发射天线614周围，并且磁场强度在发射天线614的中心区域606中可以更强。如图形700示出的，将铁磁材料711定位在发射天线614下方可以提供更均匀的磁场分布(例如，最大与最小场强值之间的较小方差)。另外，如上文描述的，铁磁材料711可以使得发射天线614对来自附近金属物体的干扰较不敏感。铁磁材料711还可以减少正在无线功率发射器下面发展出的磁通量的量。在无线功率发射器下面发展出的磁通量的量上的减少是有益的，因为这样的磁通量可能不用来对被定位在无线功率发射器之上的无线功率接收器充电，并且它可能引起如上文描述的磁兼容性问题和不必要的耦合。

图8示出了无线功率发射器800的包括多匝发射天线814的部分。如图8中示出的，发射天线可以包括多个匝。例如，发射天线814可以包括螺旋电感器。发射天线814的多个部分可以在绕组相交处重叠。发射天线814的非相交部分可以是平面的(例如，被定位在平面中)。如此，发射天线814一般可以被称为基本上平面的发射天线。与图6的单环发射天线614相比，发射天线814可以在发射天线814的中心包括更多匝和布线。如此，与图6的发射天线614相比，发射天线814可以生成更均匀的磁场。其他的更复杂的发射天线设计(未示出)可以包括比发射天线814更多的匝或更多布线，并且可以提供与发射天线814相比更均匀的磁场。一般而言，随着发射天线设计变得更复杂(例如，具有覆盖更多区域的更多匝)，它们可以生成更均匀的磁场，但是制造也可能变得更昂贵。如下文描述的，铁磁材料可以被整形和定位以基于磁场的强度和方向来改进由发射天线生成的磁场的分布。

图9示出了所仿真的由图8的发射天线814生成的磁场的示图900。示图900示出了一般性地在图8的线9-9上获取的截面视图。在示图900中，接近于发射天线814的绕组的颜色较暗的地区标识具有较高磁场强度(例如，H场)的区域。示图900示出了磁场强度可能被集中在发射天线的绕组814a-f的周围。如示图900中示出的，随着与发射天线814的距离增加，磁场的强度可以变得更均匀。如图9中示出的，跨更加远离发射天线814的线915的磁场的强度上的方差(由示图900中变化的暗度所指示)小于跨更靠近发射天线814(例如，发射天线814上方2mm的距离)的线916的磁场的强度上的方差。

图10示出了无线功率发射器1000的包括图8的多匝发射天线814和铁磁材料1011的部分，铁磁材料1011被定位以修改磁场的分布。铁磁材料1011可以被定位在发射天线814的绕组的一部分的上方。在一些实施例中，如下文参考图13所描述的，发射天线814和铁磁材料1011可以被封装在发射器衬垫(未示出)中。发射器衬垫可以包括塑料、泡沫，或者适合于支撑或包围发射天线814和铁磁材料1011的任何其他材料。在一些实施例中，铁磁材料1011可以通过发射器衬垫的材料与发射天线814隔开。

图10的铁磁材料1011的形状、定位和磁导率可以基于磁场的强度和方向而被选择。磁场的强度和方向可以使用磁仿真或者通过测量由发射天线生成的实际磁场而被确定。铁磁材料1011的形状和定位基于若干仿真迭代而被选择。铁磁材料的定位在每次迭代中被调节以便限制所使用的铁磁材料的量。所使用的铁磁材料的量可以被限制以便减少制造成本。这是因为，一般而言，铁磁材料可能比印刷天线电路昂贵若干倍。因此，铁磁材料1011基于磁场均匀性上的改进而选择性地被放置以便是成本高效的。与图10的配置相比，对更多铁磁材料的使用可以导致更均匀的磁场。

图11示出了所仿真的由图8的发射天线814生成的磁场的示图1100，其具有被定位在发射天线814上方的铁磁材料1011。示图1100示出了一般性地在图10的线11-11上获取的截面视图。如上文描述的，被定位在发射天线814上方的铁磁材料1011可以被配置为阻挡至少一部分磁场穿过材料。示图1100示出了磁场可能被集中在发射天线的绕组814a-f周围。与图9的示图900中示出的磁场分布相比，示图1100还示出了铁磁材料1011a-d可以改进沿着接近于发射天线814的线1016的磁场均匀性(例如，场强度上的较小方差)。与不包括如本文所描述的被定位的铁磁材料的其他无线功率发射器衬垫相比，更接近于发射天线814的更均匀的磁场允许无线功率发射器衬垫具有更薄的厚度。

图12示出了绘制出图9和图11的仿真磁场的强度的图表1200。实线1209绘制出由图9的不具有铁磁材料的发射天线814所生成的磁场的强度。点线1211绘制出由图11的具有被定位以改进磁场均匀性的铁磁材料的发射天线814所生成的磁场的强度。如图12中示出的，被定位在发射天线上方的铁磁材料可以至少减小铁磁材料上方的磁场的最大强度。图12示出了图11的铁磁材料1011的定位改进磁场的均匀性(例如，减小方差)。而且，如上文参考图7所描述的，被定位在发射天线下方或者发射天线的电线(例如，匝)之间的铁磁材料可以充当管道并且提高铁磁材料上方区域中的磁场的强度。磁场均匀性上的这种改进可以提供以下益处：允许发射器衬垫向接收器提供恰当电压而不管接收器在衬垫上的位置，并且可以提供如上文描述的更高效的无线功率传送。而且，更均匀的磁场允许无线功率接收器在更小的电压范围内操作，从而减小接收器设计的复杂度、增大功率传送效率、并且减少制造成本。另外，由铁磁材料提供的磁场的最大强度上的减小是有益的，因为其可以减少电击和人类危险暴露的风险。

图13示出了无线功率发射器衬垫1300。发射器衬垫1300可以被配置为容纳并支撑图10的无线功率发射器1000。衬垫1300一般可以被称为壳体。发射器衬垫1300的至少一部分可以由支撑材料1317形成。支撑材料1317可以包括塑料、泡沫、金属，或者任何其他适合的材料。支撑材料1317可以包含并支撑天线814、铁磁材料1011、以及如上文参考图4所描述的无线功率发射器404的其他组件。如此，支撑材料1317可以被设置在铁磁材料1011与发射天线814之间。发射器衬垫1300还可以包括充电表面1319。充电表面1319可以是发射器衬垫1300的处于发射天线1317上方的表面。无线功率接收器(诸如上文参考图5所描述的无线功率接收器508)可以被定位在充电表面1319上以接收充电功率。在发射器衬垫1300包括金属的实施例中，发射器衬垫1300它本身可以影响磁场的分布，并且发射器衬垫1300的形状可以被选择以修改由发射天线814生成的磁场的分布。

整形和定位铁磁材料1011以修改磁场的分布是有益的，因为与不使用铁磁材料来修改磁场的分布的其他配置相比，其可以在距发射天线814更短的距离(例如，小于无线功率操作的波长的千分之一)处提供均匀的磁场。如此，铁磁材料1011允许更薄的发射器衬垫1300。更薄的发射器衬垫是有益的，因为它为无线功率设备的用户提供更方便的充电可能性。

图14-21示出了无线功率发射器的另外的实施例，它们可以包括发射天线和铁磁材料，铁磁材料被整形或定位以修改由发射天线生成的磁场。发射天线可以是基本上平面的。图14-21的无线功率发射器可以类似于上文参考图4所描述的无线功率发射器而被配置。铁磁材料的形状和定位可以被选择以修改磁场，以增大被配置为支撑发射天线和铁磁材料的发射器衬垫的充电表面处的磁场的均匀性。这样的配置是有益的，因为它们提供了如上文描述的更高效的无线充电。如下文进一步描述的，铁磁材料的形状和定位可以基于发射天线的形状和定位以及由发射天线生成的磁场的强度和方向而被选择。另外，铁磁材料的磁导率也可以被选择以便修改磁场。较不导磁的铁磁材料可以允许较少部分的磁场通过材料，而更为导磁的铁磁材料可以允许较多的磁场通过材料。因此，铁磁材料可以被整形、定位并且具所选择的磁导率，以便增大发射天线周围的某些区域中的磁场并且减小(例如，屏蔽)其他区域中的磁场。在图14-31中，铁磁材料的较暗部分可以具有相比铁磁材料的较亮部分较小的磁导率。在一些实施例中，如下文进一步描述的，铁磁材料的不同部分可以不同地被整形或定位以修改磁场。在一些实施例中，无线功率发射器可以具有多片铁磁材料，每片具有不同的形状或位置。在其他实施例中，铁磁材料可以被整形或定位以实现故意非均匀的磁场。

一般而言，图14-31中的铁磁材料被整形和定位以减小高浓度区域中的磁场的浓度并且增大低浓度区域中的磁场的浓度。如上文参考图6-7所描述的，被定位在发射天线下方或发射天线的绕组之间的铁磁材料可以充当用于磁场的管道。将铁磁材料定位在低浓度区域中(例如，发射天线的绕组之间)可以增大那些区域中的磁场的浓度。如上文参考图8-13所描述的，磁场可能被集中在发射天线的绕组周围，并且铁磁材料可以被定位在绕组上方以减小这些区域中的磁场的浓度。例如，铁磁材料可以被定位在磁场的浓度处于局部最大或局部最小的地方，由此改进磁场的均匀性。

如下文进一步描述的，图14-31示出了铁磁材料整形和定位关于使发射天线的至少一部分被定位在x-y平面上的发射天线的不同变化。在一些实施例中，铁磁材料可以被整形为一个或多个平板或层。在一些实施例中，铁磁材料可以在一个或多个方向(例如，x，y或z轴)上锥形化。在一些实施例中，铁磁材料可以具有非连续锥形(例如，阶梯)。在一些实施例中，铁磁材料可以具有非平面弯曲。在一些实施例中，铁磁材料的第一部分或层可以具有与铁磁材料的第二部分或层的磁导率不同的磁导率。在一些实施例中，铁磁材料的每个部分或层沿着z轴方向可以具有不同的厚度。在一些实施例中，每个部分或层可以具有相同的厚度。在一些实施例中，铁磁材料的每个部分或层沿着x轴可以具有不同的长度。在一些实施例中，每个部分或层可以具有相同的长度。在一些实施例中，铁磁材料的每个部分或层在y轴上可以具有不同的宽度。在一些实施例中，每个部分或层可以具有相同的宽度。在一些实施例中，铁磁材料的至少一部分可以沿着z轴被定位在发射天线的至少一部分上方。在一些实施例中，铁磁材料的一部分可以沿着z轴被定位在发射天线下方。在一些实施例中，沿着z轴，铁磁材料的第一部分可以被定位在发射天线的一部分上方，并且铁磁材料的第二部分可以被定位在发射天线的一部分下方。在一些实施例中，铁磁材料可以被定位在发射天线的匝(例如，绕组)之间。下文进一步描述铁磁材料的形状和位置上的这种变化。

图14示出了包括铁磁材料1411和发射天线814的无线功率发射器1400。如上文描述的，铁磁材料1411可以被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场的均匀性。铁磁材料1411可以被整形和定位以在发射器衬垫(未示出)的充电表面处提供均匀的磁场。铁磁材料1411可以包括第一片铁磁材料1421，其包括铁磁材料的五个部分或层1411a-e，每个部分1411a-e具有与该片铁磁材料中的其他部分1411a-e不同的磁导率。铁磁材料还可以包括第二片铁磁材料1422，其包括铁磁材料的五个部分或层1411g-j，每个部分1411f-j具有与该片铁磁材料中的其他部分1411g-j不同的磁导率。

第一片铁磁材料1421在z轴上可以被定位在发射天线814上方，并且被定位到左侧，在负y轴维度中。铁磁材料的第一片1421和第二片1422可以绕z轴对称。如此，第二片1422在z轴上可以被定位在发射天线814上方，并且被定位到右侧，在正y轴维度中。每组铁磁材料可以被整形为具有四个阶梯。部分1411a、c、f和g(沿着z轴)可以相比其他部分1411c、d、e、h、i和j较薄。部分1411a-j中的每个沿着x轴可以具有相同的长度，但是沿着y轴可以具有不同的宽度。每组的下部分1411e和j可以直接被定位在发射天线814上方。铁磁材料1411(例如，在y轴上)可以以一个距离悬于发射天线814上方，该距离是发射天线814的绕组的轨线宽度的十分之一到若干倍。在一些实施例中，部分1411a-j可以由发射天线814来支撑。在一些实施例中，部分1411a-j可以由发射器衬垫(未示出)的支撑材料来支撑。

铁磁材料1411a-j的每个部分可以具有磁导率。在这一实施例中，铁磁材料1411a-j的每个部分的磁导率可以随着与发射天线814的距离增大而减小。在其他实施例中，铁磁材料1411的磁导率可以随着与发射天线的距离增大而增大。在这一实施例中，部分1411e和1411j比部分1411d和1411i更导磁，部分1411d和1411i比部分1411c和1411h更导磁，部分1411c和1411h比部分1411b和1411g更导磁，部分1411b和1411g比部分1411a和1411f更导磁。如上文描述的，铁磁材料1411的形状和定位可以基于由发射天线814生成的磁场的强度和方向。铁磁材料1411可以使用磁仿真软件(其对通过铁磁材料1411修改的由发射天线814生成的磁场进行建模)通过迭代过程而被选择，以使得发射天线814附近的磁场强度类似于在充电表面处所测量的开放区域中(例如，远离发射天线814)的强度。

图15示出了一般性地在图14的线15-15上获取的图14的发射器1400的截面视图。如上文描述的，发射器1400的充电衬垫(未示出)可以包括沿着z轴被定位在发射天线814上方的充电表面1319。充电表面1319的至少一部分可以被定位在与发射天线814的至少一部分相同的平面中(例如，x-y平面)。如上文描述的，铁磁材料1411可以关于发射天线814被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场，以便在充电表面1319处创建均匀的电磁场。

图16示出了包括铁磁材料1611和发射天线814的无线功率发射器1600。如上文描述的，铁磁材料1611可以被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场的均匀性。铁磁材料1611可以被整形和定位以改进发射器衬垫(未示出)的充电表面处的磁场的均匀性。铁磁材料1611可以包括铁磁材料的九个部分1611a-i，每个部分1611a-i具有磁导率。部分1611a-i的磁导率可以随着z轴上的增大的位置而减小。铁磁材料1611在z轴上可以被定位在发射天线814上方。铁磁材料1611可以由发射器衬垫(未示出)来支撑。如上文描述的，铁磁材料1611的形状和定位可以基于由发射天线814生成的磁场的强度和方向。铁磁材料1611可以使用磁仿真软件(其对通过铁磁材料1611修改的由发射天线814生成的磁场进行建模)通过迭代过程而被选择，以使得发射天线814附近的磁场强度类似于在充电表面处所测量的开放区域中(例如，远离发射天线814)的强度。

图17示出了一般性地在图16的线17-17上获取的图16的发射器1600的截面视图。如上文描述的，发射器1600的充电衬垫(未示出)可以包括沿着z轴被定位在发射天线814上方的充电表面1319。充电表面1319的至少一部分可以被定位在与发射天线814的至少一部分相同的平面中(例如，x-y平面)。如上文描述的，铁磁材料1611可以关于发射天线814被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场，以便在充电表面1319处创建均匀的磁场。

图18示出了包括铁磁材料1811和发射天线814的无线功率发射器1800。如上文描述的，铁磁材料1811可以被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场的均匀性。铁磁材料1811可以被整形和定位以在发射器衬垫(未示出)的充电表面处提供均匀的磁场。铁磁材料1811可以包括铁磁材料的多个分离部分1811a-d。铁磁材料的每个部分1811a-d可以具有与其他部分1811a-d的磁导率相同的磁导率。铁磁材料1811在z轴上可以被定位在发射天线814上方。铁磁材料的每个部分1811a-d可以沿着发射天线814的绕组的一部分被定位。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线814生成的磁场可能被集中在发射天线814的绕组周围。沿着发射天线814的绕组的一部分定位铁磁材料1811a-d可以减小磁场的浓度，由此改进磁场均匀性。如上文描述的，铁磁材料1811的形状和定位以及磁导率可以基于由发射天线814生成的磁场的强度和方向。铁磁材料1811可以使用磁仿真软件(其对通过铁磁材料1811修改的由发射天线814生成的磁场进行建模)通过迭代过程而被选择，以使得发射天线814附近的磁场强度类似于在充电表面处所测量的开放区域中(例如，远离发射天线814)的强度。

图19示出了一般性地在图18的线19-19上获取的图18的发射器1800的截面视图。如上文描述的，发射器1800的充电衬垫(未示出)可以包括沿着z轴被定位在发射天线814上方的充电表面1319。充电表面1319的至少一部分可以被定位在与发射天线814的至少一部分相同的平面中(例如，x-y平面)。如上文描述的，铁磁材料1811可以关于发射天线814被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场，以便增加充电表面1319处的磁场的均匀性。

图20示出了包括铁磁材料2011和发射天线814的无线功率发射器2000。如上文描述的，铁磁材料2011可以被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场的均匀性。铁磁材料2011可以被整形和定位以在发射器衬垫(未示出)的充电表面处提供均匀的磁场。铁磁材料2011可以包括铁磁材料的四个部分2011a-d。铁磁材料的每个部分2011a-d可以具有磁导率。部分2011a和2011d可以具有相同的磁导率。部分2011b和2011c可以具有相同的磁导率。部分2011b和2011c的磁导率可以小于部分2011a和2011d的磁导率。部分2011b和2011b在z轴上可以被定位在发射天线814上方。部分2011a和2011d在z轴上可以被定位在发射天线814下方。部分2011b和2011c可以沿着发射天线814的绕组的一部分被定位。部分2011a和2011d可以在x-y平面中被定位在发射天线814的绕组之间。如上文参考图7所描述的，被定位在发射天线814下方的铁磁材料的部分2011a和2011d可以被配置为充当用于发射天线814所生成的磁场的管道。如图20中所示出的那样来定位铁磁材料2011a和2011d可以增大天线814的绕组之间的磁场的浓度。而且，沿着发射天线814的绕组的一部分来定位铁磁材料2011b和2011c可以减小绕组周围的磁场的浓度。因此，铁磁材料2011a-d可以将磁场修改为在充电表面处是均匀的。如上文描述的，铁磁材料1811的形状和定位可以基于由发射天线814生成的磁场的强度和方向。铁磁材料1811可以使用磁仿真软件(其对通过铁磁材料1811修改的由发射天线814生成的磁场进行建模)通过迭代过程而被选择，以使得发射天线814附近的磁场强度类似于在充电表面处所测量的开放区域中(例如，远离发射天线814)的强度。

图21示出了一般性地在图20的线21-21上获取的图20的发射器2000的截面视图。如上文描述的，发射器2000的充电衬垫(未示出)可以包括沿着z轴被定位在发射天线814上方的充电表面1319。充电表面1319的至少一部分可以被定位在与发射天线814的至少一部分相同的平面中(例如，x-y平面)。如上文描述的，铁磁材料2011可以关于发射天线814被整形和定位以修改由发射天线814生成的磁场，以便在充电表面1319处创建均匀的磁场。

图22-27示出了包括关于发射天线的绕组被整形和定位的铁磁材料的无线功率发射器的另外的截面视图。图12-27的无线功率发射器可以类似于上文参考图4所描述的无线功率发射器而被配置。如上文描述的，铁磁材料可以被整形和定位以增大发射器衬垫的充电表面处的磁场的均匀性。

图22示出了包括铁磁材料2211和发射天线2214的无线功率发射器2200的截面视图。发射天线2214可以是基本上平面的。发射器2200还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2314生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2211可以关于发射天线2214的绕组被整形和定位以在充电表面1319处提供均匀的磁场。铁磁材料可以包括七个部分2211a-g。部分2211d和2211g可以比部分2211c和2211f更导磁。部分2211c和2211f可以比部分2211b和2211e更导磁。部分2211b和2211e可以比部分2211a更导磁。发射天线2214可以包括四个绕组，它们可以是绕z轴对称的。发射天线2214可以包括接近于彼此被定位的三个外部绕组2214o。发射天线2214还可以包括一个内部绕组2214i，其可以关于z轴被定位在中心附近。外部绕组2214o相比于内部绕组2214i可以沿着y轴更远地被定位。为了减小三个外部绕组2214o附近的磁场的浓度，铁磁材料部分2211b-d和部分2211e-g被定位在三个外部绕组2214o之上。仅部分2211a跨中心被定位，因为如上文关于图6所描述的，磁场的浓度在发射天线2214的中心附近较低。如此，铁磁材料2211可以被整形、定位并且具有所选择的磁导率，以便在发射器2200的充电表面1319处提供均匀的磁场。

图23示出了包括铁磁材料2311和发射天线2314的无线功率发射器2300的截面视图。发射天线2314可以是基本上平面的。发射器2300还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。铁磁材料可以包括三个部分2311a-c。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2314生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2311可以关于发射天线2314的绕组被整形和定位以在充电表面1319处提供均匀的磁场。发射天线2314可以包括四个绕组，它们可以是绕z轴对称的。发射天线2314可以包括接近于彼此被定位的三个外部绕组2314o。发射天线2314还可以包括一个内部绕组2314i，其关于z轴被定位在中心附近。外部绕组2314o相比于内部绕组2314i可以沿着y轴更远地被定位。由发射天线2314生成的磁场可以更集中于三个外部绕组附近。为了减小三个外部绕组附近的磁场的浓度，铁磁材料部分2311a和2311c可以被定位在三个外部绕组之上并且可以与外部绕组重叠。铁磁材料的部分2311b可以被定位在发射天线2314的内部绕组上方。部分2311a和2311c可以被选择为相比部分2311b较不导磁，因为磁场可能被集中在外部绕组2314o附近。如上文关于图6所描述的，发射天线2314的中心可能具有磁场的较低浓度。如此，铁磁材料2311可以被整形、定位并且具有所选择的磁导率，以便在发射器2300的充电表面1319处提供均匀的磁场。

图24示出了包括铁磁材料2411和发射天线2414的无线功率发射器2400的截面视图。发射天线2414可以是基本上平面的。发射器2400还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。铁磁材料可以包括四个部分2411a-d。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2414生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2411可以关于发射天线2414的绕组被整形和定位，以在充电表面1319处提供更均匀的磁场。发射天线2414可以包括四个绕组，它们可以是绕z轴对称的。发射天线2414可以包括接近于彼此被定位的三个外部绕组2414o以及接近于它自身被定位的一个内部绕组2414i。内部绕组2414i可以关于z轴被定位在中心附近。外部绕组2414o相比于内部绕组2414i可以沿着y轴更远地被定位。由发射天线2414生成的磁场可能更集中在三个外部绕组2414o附近以及内部绕组2414i附近。为了减小内部绕组2414i和外部绕组2414o附近的磁场的浓度，铁磁材料的部分2411b和2411d可以被定位在三个外部绕组2414o上方，并且铁磁材料的部分2411c可以被定位在内绕组2414i上方。部分2411b可以被定位在发射天线2414的内部绕组上方。部分2411a可以被定位在其他部分2411b-d上方并且可以被定位在天线2414的内部绕组和外部绕组上方。部分2411b、2411c和2411d可以被选择为相比部分2411a较不导磁。如上文关于图6所描述的，发射天线2414的中心可能具有磁场的较低浓度。如此，铁磁材料2411可以被整形、定位并且具有所选择的磁导率，以便在发射器2400的充电表面1319处提供更均匀的磁场。

图25示出了包括铁磁材料2511和发射天线2514的无线功率发射器2500的截面视图。发射天线5214可以是基本上平面的。发射器2500还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。铁磁材料可以包括五个部分2511a-e。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2514生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2511可以关于发射天线2514的绕组被整形和定位，以在充电表面1319处提供均匀的磁场。如图25中示出的，发射天线2514可以包括三个绕组，它们可以是绕z轴对称的。由发射天线2514生成的磁场可能被集中在这三个绕组附近。为了减小绕组附近的磁场的浓度，铁磁材料的部分2511a、2511c、2511d和2511e可以被定位在这三个绕组上方。如图25中所示出的，铁磁材料的部分2511b可以在部分2511a与2511c之间被定位在发射天线2514上方。部分2511d和2511e可以被选择为相比部分2511a和2511c更导磁。部分2511b可以相比其他部分2511a、2511c、2511d和2511e较不导磁。如上文描述的，铁磁材料2511可以被整形、定位并且具有所选择的磁导率，以便在发射器2500的充电表面1319处提供均匀的磁场。

图26示出了包括铁磁材料2611和发射天线2614的发射器2600的截面视图。发射天线2614可以是基本上平面的。发射器2600还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。铁磁材料可以包括四个部分2611a-d。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2614生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2611可以关于发射天线2614的绕组被整形和定位，以在充电表面1319处提供均匀的磁场。如图26中示出的，发射天线2614可以包括两个绕组，它们可以是绕z轴对称的。由发射天线2614生成的磁场可能被集中在这两个绕组附近。为了减小绕组附近的磁场的浓度，铁磁材料的部分2611a-d可以被定位在绕组上方，由此在充电表面1319处提供均匀的磁场。铁磁材料的每个部分2611a-d可以具有相同的磁导率。如上文描述的，铁磁材料2611可以被整形和定位以在发射器2600的充电表面1319处提供更均匀的磁场。

图27示出了包括铁磁材料2711和发射天线2714的无线功率发射器2700的截面视图。发射天线2714可以是基本上平面的。发射器2700还可以包括具有如上文描述的充电表面1319的充电衬垫。铁磁材料可以包括四个部分2711a-d。如上文参考图9和图11所描述的，由发射天线2714生成的磁场的强度和方向可以基于绕组的定位。因此，铁磁材料2711可以关于发射天线2714的绕组被整形和定位，以在充电表面1319处提供均匀的磁场。如图27中示出的，发射天线2714可以包括两个绕组，它们可以是绕z轴对称的。由发射天线2714生成的磁场可能被集中在这两个绕组附近。为了减小绕组附近的磁场的浓度，铁磁材料的部分2711a-d可以被定位在绕组上方，由此在充电表面1319处提供均匀的磁场。铁磁材料的外部部分2711a和2711d可以具有相比内部部分2711b和2711c的磁导率较小的磁导率。如上文描述的，铁磁材料2711可以被整形和定位以在发射器2700的充电表面1319处提供均匀的磁场。如上文描述的，在一些实施例中，铁磁材料的部分2711a-d中的每个部分可以具有与铁磁材料的其他部分2711a-d中的每个部分的磁导率不同的磁导率。再者，在一些实施例中，铁磁材料的部分2711a-d中的具有不同磁导率的每个部分可以相对于发射天线2714和充电表面1319而被定位在不同的高度或深度。

图28-31示出了如上文描述的可以在无线功率发射器中使用的铁磁材料的形状上的变化。图28-31中的变化中的任何变化、或变化的子集可以单独地或组合地被实施在图14-27的实施例中。

图28示出了包括发射天线2814和铁磁材料2811的无线功率发射器2800，铁磁材料2811具有至少一个弯曲2842并且被定位以修改由发射天线2814生成的磁场。发射天线2814可以是基本上平面的。发射器2900可以类似于上文参考图4所描述的发射器404而被配置。如上文参考图7所描述的，铁磁材料2811可以被定位在发射天线下方并且可以充当用于磁场的管道。铁磁材料2811可以被整形为在x-y平面中具有四个凹形弯曲2842a-d。在其他实施例中，铁磁材料2811可以在x-y平面中具有凸形弯曲。在其他实施例中，铁磁材料2811可以具有关于z轴的至少一个弯曲。如上文描述的，铁磁材料2811的形状可以基于由发射天线2814生成的磁场的强度和方向而被选择，以便在发射器2800的充电表面(未示出)处提供均匀的磁场。

图29示出了包括发射天线2814和铁磁材料的外环2911b的无线功率发射器2900，铁磁材料的外环2911b围绕在中心被定位的铁磁材料2911a，铁磁材料2911a包括多个开口或孔1916。两片铁磁材料2911a-b可以被整形和定位以修改由发射天线2814生成的磁场。如图29中示出的，铁磁材料2911a可以包括多个孔或开口2916。孔或开口2916可以被定位以允许至少一些磁场通过铁磁材料2911a。

图30示出了包括铁磁材料3011的无线功率发射器3000的截面视图，铁磁材料3011具有厚度上的变化。无线功率发射器3000可以包括发射天线2814。如上文描述的，铁磁材料3011可以充当用于由发射天线2814生成的磁场的管道。铁磁材料3011可以具有厚度(沿着z轴)，该厚度在铁磁材料3011的一个部分中(例如，沿着线3021)与铁磁材料3011的第二部分中(例如，沿着线3022)的厚度相比而言较大。铁磁材料的厚度上的变化可以引起由发射天线3014生成的磁场的强度上的对应变化。例如，铁磁材料3011的较厚部分(例如，沿着线3021)与铁磁材料3011的较薄部分(例如，沿着线3022)相比可以对应于较大的磁场强度。

图31示出了包括铁磁材料3111的无线功率发射器3100的截面视图，铁磁材料3111提供空气间隙。发射器3100可以包括发射天线2814。铁磁材料3131可以具有弯曲(沿着z轴)并且提供空气间隙3131。如图31中示出的，空气间隙3131可以基于铁磁材料3111的弯曲而在z轴上具有变化。例如，与沿着线3131b相比，空气间隙3131沿着线3131a可以较薄。空气间隙3131可以修改由发射天线3114生成的磁场，并且可以与铁磁材料3111相结合而提供磁场的均匀分布。另外，非铁磁材料可以被整形和定位以提供与空气间隙类似地影响磁场的间隙。

上文参考图14-31所描述的铁磁材料上的变化可以允许无线功率发射器衬底的高度被减小。另外，铁磁材料上的变化可以为发射天线的不同形状提供更均匀的磁场强度。铁磁材料的多个部分的磁导率上的变化也可以提供对磁场强度和分布的控制。

图32是用于无线功率传送的示例性方法的流程图3200。在框3201处，该方法可以在平面发射天线处生成磁场。在框3202处，该方法可以使用铁磁材料来修改衬垫的充电表面处的磁场的分布。除了如上文描述的改进磁场均匀性之外，铁磁材料的形状、位置和磁导率可以被选择以便提供具有特定梯度的非均匀磁场。

一种用于无线功率传送的设备可以包括用于生成磁场的部件(means)。磁场生成部件可以包括上文关于图6-11和图13-31所讨论的任何发射天线或线圈配置。磁场生成部件还可以包括对图6-11和图13-31的发射天线的一些特征进行组合的平面天线。磁场生成部件的至少一部分可以被设置在衬垫中。用于无线功率传送的设备还可以包括用于修改衬垫的充电表面处的磁场的分布的部件。磁场分布修改部件可以具有形状并且相对于磁场生成部件而被定位。磁场分布修改部件可以包括如上文关于图6-11和图13-31所讨论的铁磁材料。磁场分布修改部件还可以包括对图6-11和图13-31的发射天线的特征进行组合的铁磁材料。

信息和信号可以使用各种不同技术和工艺中的任一种来表示。例如，贯穿上文描述可能被提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或者它们的任何组合来表示。

关于本文中公开的实施例而被描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实施为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性组件、块、模块、电路和步骤已经在上文中一般性地按照它们的功能性被描述。这种功能性是被实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加于总体系统的设计约束。所描述的功能性可以针对每个特定应用以变化的方式被实施，但是这样的实施方式决策不应当被解释为引起从本发明的实施例的范围的偏离。

关于本文中公开的实施例而被描述的各种说明性块、模块和电路可以利用以下而被实施或执行：被设计为执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或者它们的任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替换物中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

关于本文中公开的实施例而被描述的功能和方法或算法的步骤可以直接被具体化在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或这两者的组合中。如果被实施在软件中，则这些功能可以作为有形的非瞬态计算机可读介质上的一个或多个指令或代码而被存储或传输。软件模块可以存在于随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、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、可移除盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其他形式的存储介质之中。存储介质耦合到处理器，以使得处理器能够从存储介质读取信息并且将信息写到存储介质。在替换物中，存储介质可以构成处理器的组成部分。如本文中使用的盘和碟包括紧凑碟(CD)、激光碟、光碟、数字多功能碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地再现数据，而碟利用激光光学地再现数据。上面项目的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围之内。处理器和存储介质可以存在于ASIC中。

为了概述本公开的目的，本文中已经描述本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，不是必然所有这样的优点都可以依据本发明的任何特定实施例来实现。因此，本发明可以以实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点的方式被具体化或执行，而不是必然实现如本文中可能教导或建议的其他优点。

上文所描述的实施例的各种修改将容易是明显的，并且本文中定义的一般原理可以应用到其他实施例而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明不意图被限制于本文中示出的实施例，而是将符合于与本文中公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (30)

1.一种用于无线功率传送的设备，包括：

基本上平面的发射天线，被配置为生成磁场；

具有充电表面的衬垫，所述发射天线的至少一部分被设置在所述衬垫中；以及

具有形状和相对于所述发射天线的位置的铁磁材料，所述铁磁材料的所述形状或所述位置中的至少一项或者它们的组合被选择以修改所述充电表面处的所述磁场的分布。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的磁导率被选择以修改所述充电表面处的所述磁场的所述分布。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的所述形状或所述位置中的至少一项或者它们的组合被选择以增大所述充电表面处的所述磁场的所述分布的均匀性。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的所述形状或所述位置中的至少一项或者它们的组合被选择以减小所述充电表面处的最大磁场强度值与最小磁场强度值之间的差异，以修改所述充电表面处的所述磁场的所述分布。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述发射天线的至少一部分被定位在所述铁磁材料与所述充电表面之间的平面上，并且其中所述铁磁材料被配置为减小与所述充电表面相对的方向上的所述磁场的强度。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的至少一部分被定位在所述发射天线与所述充电表面之间的平面上。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料包括第一铁磁部分和第二铁磁部分，所述第一铁磁部分被定位在所述发射天线与所述充电表面之间的第一平面上，所述第二铁磁部分被定位在所述发射天线和所述充电表面下方的第二平面上，所述发射天线被定位在所述第一铁磁部分与所述第二铁磁部分之间的第三平面上。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料包括具有第一磁导率的第一铁磁部分和具有第二磁导率的第二铁磁部分，所述第一磁导率不同于所述第二磁导率。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述发射天线包括多个匝，并且其中所述铁磁材料被定位在所述多个匝之间。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料包括一个或多个孔。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的厚度是不均匀的。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料的所述形状具有至少一个弯曲。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述铁磁材料与所述充电表面被隔开以便在其间提供间隙。

14.一种用于无线功率传送的方法，包括：

在基本上平面的发射天线处生成磁场，所述发射天线的至少一部分被设置在衬垫中；以及

使用铁磁材料来修改所述衬垫的充电表面处的所述磁场的分布，所述铁磁材料具有形状并且相对于所述发射天线被定位。

15.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述充电表面处的所述磁场的分布包括：选择所述铁磁材料的磁导率。

16.根据权利要求14所述的方法，其中修改所述磁场的所述分布包括：增大所述充电表面处的所述磁场的所述分布的均匀性。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述铁磁材料的所述形状或位置中的至少一项或者它们的组合被选择以减小所述充电表面处的最大磁场强度值与最小磁场强度值之间的差异，以修改所述充电表面处的所述磁场的所述分布。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述发射天线的至少一部分被定位在所述铁磁材料与所述充电表面之间。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述铁磁材料的至少一部分被定位在所述发射天线与所述充电表面之间。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述铁磁材料包括具有第一磁导率的第一铁磁部分和具有第二磁导率的第二铁磁部分，所述第一磁导率不同于所述第二磁导率。

21.根据权利要求14所述的方法，其中所述发射天线包括多个匝，并且其中所述铁磁材料被定位在所述多个匝之间。

22.一种用于无线功率传送的设备，包括：

用于生成磁场的部件，磁场生成部件的至少一部分被设置在衬垫中；以及

用于修改所述衬垫的充电表面处的所述磁场的分布的部件，磁场分布修改部件具有形状并且相对于所述磁场生成部件被定位。

23.根据权利要求22所述的设备，其中所述修改部件被配置为增大所述充电表面处的所述磁场的所述分布的均匀性。

24.根据权利要求22所述的设备，其中所述生成部件包括平面发射天线并且所述修改部件包括铁磁材料。

25.一种用于向一个或多个接收器设备无线地传送充电功率的装置，所述装置包括：

线圈，被配置为生成用于向所述一个或多个接收器设备无线地传送所述充电功率的磁场，所述线圈具有限定第一平面的形状；

壳体，被配置为容纳所述线圈，所述壳体具有表面，所述表面被配置为允许将所述一个或多个接收器设备定位在其上，所述表面限定基本上平行于所述线圈的所述第一平面的第二平面；以及

铁磁材料，被定位在所述线圈与所述表面之间。

26.根据权利要求25所述的装置，其中所述铁磁材料被配置为增大跨所述一个或多个接收器设备经由所述磁场来接收功率的所述表面的所述磁场的均匀性。

27.根据权利要求25所述的装置，其中所述铁磁材料的形状或位置中的至少一项或者它们的组合被选择以减小所述表面处的最大磁场强度值与最小磁场强度值之间的差异。

28.根据权利要求25所述的装置，其中所述铁磁材料包括被定位在所述线圈与所述表面之间的第一铁磁部分和被定位在所述线圈下方的第二铁磁部分。

29.根据权利要求25所述的装置，其中所述铁磁材料包括具有第一磁导率的第一铁磁部分和具有第二磁导率的第二铁磁部分，所述第一磁导率不同于所述第二磁导率。

30.根据权利要求25所述的装置，其中所述铁磁材料包括第一铁磁部分和第二铁磁部分，所述第一铁磁部分和所述第二铁磁部分相对于所述线圈和彼此而被定位在不同的高度处。