CN107005067A

CN107005067A - 用于扩展有源区的平铺的无线充电线圈方案

Info

Publication number: CN107005067A
Application number: CN201580060335.5A
Authority: CN
Inventors: E·叶尔霍夫里; 杨松楠
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: US10109416B2; US20170069421A1; CN107005067B; WO2016089528A1; JP2017536796A; US20160164332A1; DE102015118704A1

Abstract

本发明通常涉及用于无线充电站的方法和装置。在一个实施例中，本发明提供了多个线圈的重叠(或平铺)布局。每个线圈都可具有对称或非对称匝布局。本发明还提供了配置为确定最佳瓦片重叠距离和/或线圈尺寸以在无线充电站的表面上提供基本均匀的电磁场的设计优化技术。

Description

用于扩展有源区的平铺的无线充电线圈方案

技术领域

本发明涉及对设备进行无线充电的方法、装置和系统。具体地，所公开的实施例提供用于增大的有源充电区的改进的充电站。

背景技术

无线充电或感应充电使用磁场在两个设备之间传输能量。可在充电站实现无线充电。能量通过电感耦合从一个设备发送至另一设备。电感耦合用于对电池充电或运行接收设备。无线电联盟(A4WP)成立，旨在创建行业标准以通过非辐射、近场、磁谐振从功率发射单元(PTU)向功率接收单元(PRU)传送电力。

A4WP定义了由PRU谐振器输出的最大功率参数化的五类PRU。类别1针对较低功率应用(例如，蓝牙耳机)。类别2针对功率输出约为3.5W的设备，类别e设备具有约为6.5W的输出。类别4和5针对更高功率的应用(例如，平板电脑、上网本和笔记本电脑)。

A4WP的PTU使用感应线圈从充电基站内产生磁场，并且PRU(即，便携式设备)中的第二感应线圈从磁场获取功率并将功率转换回电流以对电池进行充电。以这种方式，两个近端感应线圈形成电力变压器。当感应充电系统使用磁谐振耦合时，可以实现发送器与接收器线圈之间更大的距离。磁谐振耦合是被调谐为以相同频率谐振两个线圈之间的电能的近场无线传输。

无线充电对于具有有限的充电接入方式的设备(例如可植入医疗设备)尤其重要。需要改进的无线充电系统以扩展有源充电区并改善耦合和充电均匀性。

发明内容

附图说明

将参考以下示例性和非限制性说明来讨论本发明的这些和其他实施例，其中，相似的元件被类似地编号，并且其中：

图1示出作为线圈尺寸关于操作频率的波长的函数的辐射电阻；

图2示出两个单匝线圈的耦合系数与两个线圈的半径比；

图3(a)示出根据本发明的一个实施例的二乘一发射线圈阵列的平铺；

图3(b)示出用于包括调谐电容器的图3(a)的平铺配置电路的等效电路；

图4示出(a)常规线圈与根据本发明的一个实施例的(b)平铺线圈配置之间的线圈比较；

图5示出以下之间的线圈比较：(a)常规线圈尺寸、(b)两线圈平铺的线圈尺寸和(c)接收器线圈尺寸；

图6示出根据本发明的一个实施例的示例性二乘一(2×1)阵列线圈的一个线圈元件；

图7示出根据本发明的一个实施例的用于线圈匝(coil turn)的构建模块(building block)的八个自由度；

图8(a)示出在z₀＝2.5cm处使用Biot-Savart定律产生的优化的归一化z方向磁场(Hz)；

图8(b)示出图8(a)的优化区；

图9示出在线圈表面上方2.5cm高度处的磁场强度(Hz)；

图10示出根据本发明的一个实施例的在2×1平铺的区上扫描小线圈时测量的功率传输；

图11是根据本发明的一个实施例的示例性优化流程图；

图12示出根据本发明的一个实施例的第一和第二线圈之间的示例性重叠；

图13示意性地示出根据本发明的一个实施例的一乘四(1×4)平铺线圈阵列；

图14示意性地示出具有用于覆盖较大区的七个平铺线圈的二维设计；以及

图15示出根据本发明的一个实施例的平铺线圈的环形图案。

具体实施方式

常规的无线充电系统提供有限的有效充电区覆盖。对于无线充电系统的广泛使用和基础设施部署(即，在咖啡店、机场等中进行充电)，需要较大的有源充电区。然而，由于两个基本问题，所以针对基于无线充电系统(A4WP)的磁谐振，扩展充电区存在挑战性。首先，随着线圈尺寸相对于工作波长的增加，辐射和欧姆损耗均增加。

图1示出作为线圈尺寸长度的函数的常规辐射电阻。具体地，图1示出在不同线圈直径下绘制的当通过恒定为1A的AC电流驱动时的4匝螺旋线圈100的辐射和表面损耗。如在图1中所见，随着线圈尺寸的增加，辐射损耗急剧增加，并且线圈形成更有效的远场辐射器。线圈100的表面(欧姆)损耗110也随着线圈尺寸增长而增加，并且线圈更接近并行(自)谐振。当线圈尺寸超过一定限度时，两种损耗机制都经历非线性增长。增加的损耗降低线圈的品质因数，最终阻碍系统的功率传输。

第二，为了合适的功率传输效率，发射线圈与接收线圈之间的耦合系数应尽可能高。两个紧密间隔的线圈之间的耦合系数K与发射线圈和接收线圈的尺寸比成反比。图2示出两个单匝线圈的耦合系数与两个线圈的半径比。如图2所示，当发射器线圈和接收器线圈的尺寸大约相同时，耦合系数K为最大值。实际上，当发射器线圈在接收线圈较小的情况下(例如，手机)增长到非常大的尺寸时，耦合和效率急剧下降。

为了克服这些和其他缺陷，本发明的实施例提供了用于磁谐振(即A4WP)无线充电系统的发射器线圈设计的平铺线圈结构。所公开的实施例解决了扩展有源充电区的问题，同时保持显着改善的场均匀性、耦合和功率传输效率。

在某些实施例中，通过使用彼此相邻的两个线圈的阵列来扩展无线充电发射器的覆盖区。可像瓦片一样布置两个线圈。在另一实施例中，像重叠的瓦片一样布置两个线圈。在其他实施例中，平铺线圈可串联连接。在某些实施例中，可将一个或多个线圈单独调谐至基本相等的谐振频率。

图3(a)示出根据本发明的一个实施例的2×1发射线圈阵列的平铺。在图3(a)中，线圈310以部分重叠的方式放置在线圈320上。图3(a)所示的实施例能够线性地增加两个更小线圈的AC电阻(两个表面(欧姆)损耗和辐射损耗效应的组合)。组合损耗远小于具有组合尺寸的较大线圈的AC电阻。由于更小的尺寸比，所以更小的线圈与正在充电的设备之间的耦合系数也更高。总体而言，平铺方案的线圈至线圈效率(发送线圈与接收线圈之间)更高。

图3(b)示出图3(a)的平铺线圈的等效电路。通过将一个或多个调谐电容器添加至每个线圈使每个线圈单独调谐至期望的谐振。彼此串联地添加调谐电容器。两个线圈瓦片(coil tile)可通过位于它们之间的调谐电容连接。

在一个实施例中，因为在单个线圈的任一端处串联地添加调谐电容，所以两个线圈之间的电容的值基本类似。这种布置可通过最小化两个线圈瓦片之间的互电容来最大化来自两个线圈瓦片的组合线圈的Q。

构造平铺线圈的挑战在于，通过多个线圈的组合实现磁场(H场)均匀性。在没有优化的线圈设计的情况下，简单平铺任意线圈可导致不均匀的H场，这是因为每一匝内部的正场和每一匝外部的负场的叠加产生场分布变化(即谷值和峰值)。

在一个实施例中，相对于彼此设计和定位线圈(和瓦片(tile))，以便具有整体均匀的场。每个线圈的每一匝的场的叠加都被优化以保证均匀的场。根据所公开的实施例开发了某些优化过程，以控制线圈的相对位置及其匝的形状，从而产生优化的均匀场。

在示例性实施方案中，与常规的单一大型线圈设计相比，设计并且构造了两组线圈以证明所公开的实施例(平铺线圈)的优点。下面讨论的比较示出线圈损耗和与小功率接收单元(PRU)耦合的显著改进。

图4示出根据本发明的一个实施例的(a)常规线圈与(b)平铺线圈之间的线圈比较。具体地，图4示出具有相同尺寸的两个发射器线圈装配件。图4(a)中所示的线圈使用常规的单螺旋线圈拓扑。图4(b)中的线圈构造为根据本发明的一个实施例的两个螺旋线圈的平铺。图4(a)的走线(trace)长度比图4(b)中的线圈大。两个线圈设计都提供5匝，并使用相同的原型设计方法来构造。最后，为了场均匀性，两个线圈组均被优化。

表1示出所测量的图4(A)和图4(B)示出的线圈的AC电阻。具体地，表1示出：尽管图4(b)的平铺设计的整体走线长度更长，但是其具有比图4(a)的常规大线圈设计低得多的AC损耗。相对于同一PRU线圈所测量的耦合效率也是图4(b)的2×1平铺线圈设计高出约10％。

表1--根据所公开的实施例的常规线圈设计与平铺线圈设计之间的性能比较。

	(a)一个线圈	(b)两个线圈平铺
			AC电阻	11欧姆	6.7欧姆
与PRU耦合的效率	67％	76％

与A4WP兼容的发射器线圈的关键考虑是与可佩戴的类别1PRU设备的有效耦合。如以下所讨论的，所公开的平铺线圈设计通过用两个或更多的小线圈覆盖有源区来提高针对类别1PRU设备的耦合效率。

图5示出以下之间的线圈比较：(a)常规线圈尺寸、(b)两线圈平铺的线圈尺寸和(c)接收器线圈尺寸。这里，构造了两个相同尺寸的线圈。一个线圈使用常规单螺旋线圈拓扑(图5(a))，而另一个具有根据本发明的实施例的两个平铺(2×1)线圈(图5(b))。两个设计都具有5匝，并使用相同的原型设计方法来构造。为了场均匀性，两个设计均被优化。

表2总结了图5的不同线圈之间的性能比较。如表2所示，所测量的两线圈平铺设计的AC电阻与常规螺旋设计类似。然而，平铺线圈提供与两个不同尺寸的PRU线圈整体更高的耦合(如测量的耦合阻抗Z₂₁结果所示)。重要的是，虽然两个设计都提供了相对于同一电话大小的PRU线圈(图5(c))所测量的类似线圈耦合效率，但与小得多的可穿戴线圈相比，平铺线圈设计提供了高得多的线圈耦合效率。更高的效率是由关于图2的实施例所讨论的由更小尺寸差异引起的更大的相互耦合所导致的。

表2--平铺线圈与常规线圈之间的性能比较

以上实施例表明，可利用根据所公开的实施例的平铺线圈设计实现相等或更高的耦合均匀性。

图6示出根据本发明的实施例的(2×1)平铺线圈阵列的示例性单元瓦片。具体地，图6示出具有图4(b)所示的平铺线圈的两个瓦片中的一个的尺寸。优化图6的平铺线圈的结构，使得组合的2线圈方案(如图4(b)所示)在串联连接时在组合线圈区内提供最大的场均匀性。

在一个实施方式中，设计目标在于优化瓦片中两个线圈的结构和布置，以产生最大的场均匀性。使用分离的构建模块来构建线圈的每一匝。构建模块包括控制线圈匝的形状的一组变量。常规的构建模块具有若干自由度(例如，矩形线圈具有长度、宽度和中心位置)。构建模块可为柔性的，以获得产生基本均匀的场的形状。在一个实施例中，构建模块配置为具有几个自由度，以便简化优化过程。

因此，本发明的实施例涉及形成平铺线圈系统的构建模块的单个线圈模块。在示例性实施例中，构建模块可为具有弯曲的边的矩形。可基于二次函数来配置曲率。一条边的二次函数可由两个顶点和在中间延伸(凸出)的负或正线来定义。每一匝都可具有八个自由度。

图7示出根据本发明的示例性实施例的线圈匝的模块。图7的线圈具有八个自由度，四条边向外弯曲。其他形状可与本文公开的平铺布局一起使用。图7的构建模块变量表示矩形，宽度为A+An，长度为B+Bn，曲率为C、Cn、D、Dn，x坐标中心为(A-An)/2，以及y坐标中心为(B-Bn)/2。基于这些变量而不是基于中心、宽度和长度构建线圈模块简化了优化过程。所公开的实施例简化限定阻止交叉线圈的圈的约束条件。

表3示出图6所示的每个线圈匝的尺寸。因为线圈关于x轴对称，所以边B和D分别等于Bn和Dn。两个线圈的中心之间的在x方向上的距离为X_dif＝15.7cm。边B、D、Bn和Dn的值与图5所示的相同。在图6中，作为优化的结果，并且由于遵守针对最大线圈尺寸(即，10cm)所定义的约束条件，外部两圈的An、A、B、Cn、C相等，因此这两圈为正方形。

表3--示例性线圈匝的尺寸(cm)(Turn：匝)

Turn	1	2	3	4	5
						An	10	9.05	6.84	5.78	4.64
A	10	9.2	8.4	7.6	1.14
						B＝Bn	10	9.2	8.4	7.6	6.79
Cn	10	9.2	8.4	6.78	5.54
						C	10	9.2	8.4	7.6	3.09
D＝Dn	10	9.2	8.4	7.6	6.10

在一个实施例中，优化过程包括在期望区上监测场均匀性。可在各个高度处观察场均匀性。图8示出根据本发明的一个实施例的示例性优化过程。具体地，图8(a)示出使用Biot-Savart定律在线圈表面上方2.5cm高度处产生的优化的归一化Hz。图8(b)示出根据本发明的一个实施例的示例性优化电路。在图8的示例性实施方式中，关注区(area ofinterest)为线圈平面上方约2.5厘米。关注区基本等于两个平铺线圈占据的区(图8(b))。取而代之，因为与线圈表面上方约2.5厘米高度处的线圈区相比，磁场强度缩小，所以关注区边界为向内至线圈外边界约3cm。

由于设计沿着水平和垂直轴对称，所以优化了区的四分之一。优化区显示在图8(b)的右上角。在约7.2％处观察定义为STD(Hz)/MEAN(Hz)的磁场的均匀性，这里STD表示标准差。

使用FEM电磁软件在z＝2.5cm处验证图8(b)的平铺布局设计。图9示出模拟的由图8(b)的平铺线圈产生的均匀Hz场。磁场与图8(a)所示通过Biot-Savart定律所产生的场类似。

向量网络分析仪(VNA)用于测量从图8(a)的发射器平铺线圈至较小接收器线圈(未示出)的功率传输效率。在瓦片上方约2.5cm高度处，在2×1平铺的区上扫描接收器线圈。收集归一化的测量效率，并且在图10中示出。图10的归一化的场示出发射器平铺线圈区上的基本均匀的磁场。

在某些实施例中，本发明涉及优化过程和方法。优化过程可配置为在发射器线圈上方一距离处的磁场的函数。可根据所公开的实施例平铺发射器线圈。可在线圈上方约2.5cm的示例性距离处测量磁场。在示例性实施方式中，优化目标可为最大化磁场均匀性(即，最小化场的标准差，STD(Hz)/Mean(Hz))。公式(1)的Boit-Savart定律可用于量化磁场(B)。对于均匀性计算，H(磁通密度)和B场可互换使用。

在公式(1)中，位置(x₀，y0，z₀)是观察点；r是从线圈至观察点的向量；是r的方向上的单位向量；I是通过线圈的电流；dl是大小等于微分元素的向量；u₀是表示自由空间的导磁率的磁常数。Dl的方向可假定为与电流相同。积分为可在整个线圈路径上进行评估的线积分。

可应用Biot-Savart定律来计算由任意电流丝产生的磁场。任意电流丝可包括螺旋、同心电流环或其它合适的形状或形状的组合。积分形式的Biot-Savart定律不适用于计算机计算。因此，积分形式可转换为公式(2)所示的求和，以在软件中实现：

在公式2中，r_n是从段n至观察点的向量，Δl是段n的长度。优化过程可以被称为初始群体的每一匝尺寸的任意初始值开始。公式(2)中的Biot-Savarat定律可用于通过轮廓线计算针对图8(b)所示的示例性区并且在线圈上方所需z距离处的每个点处的磁场。可跨所需区计算成本函数STD(Bz)/Mean(Bz)。可使用遗传算法重复该过程，直到成本函数停止下降。当成本函数的变化小于预定义的阈值时，该算法可结束。

如所述，本发明的实施例涉及具有平铺线圈布局的发射器充电站。可布置两个或更多的瓦片来提供均匀的充电场。每一瓦片都可具有与本发明一致设计的对称或非对称线圈布局。在示例性的平铺设计中，形成了两个平铺线圈。每一瓦片都具有宽度和长度约为20cm的尺寸。走线宽度约为4mm，以最小化走线电阻，最小走线间隔约为4mm，以最小化匝间电容。每个线圈都具有基本为正方形的五匝，弯曲的边与以上所述类似。

如关于图6和图7所讨论的，优化变量包括线圈的尺寸：A、A_n、B、C、C_n、D。为了确定优化问题，可考虑每个优化变量的约束条件。如表1所示，最外匝是第一匝，其尺寸可合理地不超过10cm，以保持线圈尺寸为20×20cm²(即，A₁＝An₁＝B₁＝C₁＝Cn₁＝D₁≤10cm)。此外，对于每个内匝，尺寸应合理地不超过下一个更大的匝的尺寸。在示例性实施例中，可分配约8mm的间隔以留出用于走线宽度和间隙的空间(例如，A_t>A_t-1+8mm)。因此，优化问题可由公式(3)定义，如下：

这里，z₀＝2.5cm，

(A_t，An_t，B_t，C_t，Cn_t，D_t)>(A_t-l，An_t-1，B_t-1，C_t-1，Cn_t-1，D_t-1)+8mm (5)

图11是根据本发明的一个实施例的遗传优化过程的流程图。图11的流程图或算法开始于步骤1110，由设计者选择任意的初始群体。初始群体表示被认为接近优化设计的变量值。步骤1120至1140是遗传算法。在所需的区上找到磁场的z分量。使用B值计算成本函数STD(B)/Mean(B)。算法通过重复步骤1120至1140连续改变变量值。在步骤1150中达到使成本函数最小的变量值之后，算法结束。一旦配置优化的设计，线圈设计就可耦合至匹配网络，然后连接至无线充电发射器组件。匹配网络可包括一个或多个动态调谐电路。

所公开的线圈技术允许开发覆盖较大有源区并且可以同时支持多个设备的无线充电发射器方案。所公开的实施例可尤其适用于大型无线充电基础设施部署。与常规的无线充电站相比，高度均匀的场发射器线圈提供显着的性能优势。

图11中公开的优化算法可应用于设计具有预定重叠距离的平铺线圈。在图12中示出根据所公开的原理的这样一种示例性设计。在图12中，第一线圈1210与第二线圈1220重叠。重叠距离为d。距离可介于第一或第二线圈之一的长度或宽度的10-50％之间。每个线圈都具有最内匝和最外匝。第一线圈1210示出为具有非对称布局，线圈左侧具有与线圈右侧不同的匝布局。然而，所公开的实施例不限于具有非对称布局的平铺线圈。在不脱离本发明的情况下，可使用对称线圈。当第一线圈1210和第二线圈1220部分重叠(d)时，一个线圈瓦片(对于多匝螺旋线)的最外匝与另一线圈瓦片的最内匝重叠或延伸超过另一线圈瓦片的最内匝。

图12的示例性布局可应用于两个以上的线圈。例如，平铺设计可包括以恒定或变化的重叠距离(即，d₁、d₂、d₃...)重叠的三个或更多的线圈。此外，每一瓦片的线圈设计都可与该瓦片中的其他线圈相同或可与其它线圈不同。可通过改变本文公开的设计元素在重叠的平面上方生成实质的磁场。

在更高耦合和更低耗方面，瓦片布局中的两个或更多的线圈的独特组合显示出相比于常规较大线圈的明显的优点。平铺布局能够通过提供充电能力基本并显著均匀的较大有源区来实现诸如笔记本电脑等较大设备的高效充电。

图13至图15中示出使用平铺线圈设计的替代实施例。图13示出通过沿着一条线串联连接四个调谐线圈构造的一乘四(1×4)线圈阵列。图13的实施例提供了在平铺线圈表面上方距离z处的均匀的矩形磁充电场。

图14示出覆盖更大区的二维平铺线圈设计。在图14中，具有优化设计布局的七个线圈串联连接，并且平铺以提供最大磁场。每个线圈都平铺有相邻的线圈。优化线圈1410、1420、1430、1440、1450、1460和1470中的每一个，使得七个线圈的组合场在扩大的充电区内是均匀的。

图15示出具有圆形图案的另一示例性平铺线圈设计。在图15中，六(6)个线圈1510、4520、1530、1540、1550和1560被平铺以形成圆形设计。如在先前的实施例中，瓦片的每个线圈都被优化以提供均匀的组合磁场。

图16示意性地示出根据本发明的一个实施例的示例性PTU布局。具体地，图16示意性地示出第一线圈电路1610和第二线圈电路1620。第一线圈电路1610或第二线圈电路1620中的每一个都可包括配置为在其上方提供基本均匀的磁场的几何形状。虽然未在图16的图示中示出，但是第一线圈电路1610和第二线圈电路1620可共用重叠区。第一线圈电路1610还包括第一调谐器1615。第一调谐器1615可包括用于影响第一线圈1610的谐振频率的一个或多个调谐电路。调谐电路可包括一个或多个电容器，其被设置为调谐第一线圈电路1610或第二线圈电路1620的谐振频率。电容器1630设置在第一线圈电路1610与第二线圈电路1620之间。电容器1630可串联连接第一线圈电路1610与第二线圈电路1620。电容器1630也可组合为第1或第2调谐器。

在示例性实施方式中，第一调谐器1615和第二调谐器1625与电容器1630一起用于调谐相应的第一和第二线圈电路1610、1620的谐振频率，以在线圈的表面上方提供基本均匀的磁场。串联连接的第1和第2调谐器的组合可设计为匹配电容器1630的电抗。这将使得能够实现组合线圈的最大品质因数。

可任选地提供控制器1640来调谐第一电容器1615和/或第二电容器1625。控制器1640可配置为改变第一线圈电路1610和第二线圈电路1620的谐振频率，以提供与第一和第二线圈电路中的每一个都基本类似的谐振频率。

提供以下非限制性和说明性实施例以说明本发明的各个实施例。示例1涉及一种发射器充电站，包括：第一线圈，具有第一布局几何形状以提供第一谐振磁场；第二线圈，具有第二布局几何形状以提供第二谐振磁场，第二线圈与第一线圈重叠，使得第一和第二磁场的组合在第一和第二线圈的重叠平面上方提供基本均匀的磁场。

示例2涉及示例1的充电站，其中，第一线圈和第二线圈布置为部分重叠的瓦片。

示例3涉及示例1的充电站，其中，第一线圈和第二线圈串联连接。

示例4涉及示例1的充电站，其中，第一线圈或第二线圈中的至少一个限定非对称或偏斜线圈匝。

示例5涉及示例1的充电站，还包括具有第三布局几何形状的第三线圈。

示例6涉及示例4的充电站，其中，第三线圈与第二线圈至少部分重叠以延伸第一和第二线圈的磁场。

示例7涉及示例1的充电站，其中，第二线圈与第一线圈重叠在第一或第二线圈之一的长度的约10-50％的范围内。

示例8涉及示例1的充电站，其中，第一线圈的最外匝延伸超过第二线圈的最内匝。

示例9涉及示例1的充电站，其中，第一线圈限定对称几何形状，第二线圈限定非对称几何形状。

示例10涉及一种无线充电站，包括：第一线圈，具有第一谐振频率调谐器；第二线圈，具有第二谐振频率调谐器；电容器，连接第一和第二线圈；电源，连接至第一线圈和第二线圈；以及控制器，配置第一或第二频率调谐器中的至少一个，以提供与第一和第二线圈中的每一个都基本类似的谐振频率。

示例11涉及示例10的无线充电站，其中，第一线圈或第二线圈中的至少一个限定非对称或偏斜线圈匝。

示例12涉及示例10的无线充电站，其中，第一和第二线圈串联连接。

示例13涉及示例10的无线充电站，其中，第一线圈设置为与第二线圈重叠。

示例14涉及示例13的无线充电站，还包括第三线圈，其中，第三线圈与第一或第二线圈中的一个或多个重叠。

示例15涉及示例10的无线充电站，其中，第一线圈的最外匝延伸超过第二线圈的最内匝。

示例16涉及示例10的无线充电站，其中，第一线圈限定对称几何形状，第二线圈限定非对称几何形状。

示例17涉及一种在功率发射单元(PTU)上提供基本均匀的磁场的方法，该方法包括：形成用于提供第一谐振频率的第一线圈；形成用于提供第二谐振频率的第二线圈；调谐第一线圈或第二线圈中的一个或多个以提供基本类似的谐振频率；重叠第一和第二线圈以在第一和第二线圈上提供基本均匀的磁场。

示例18涉及示例17的方法，其中，第一线圈具有多边形布局，在该多边形布局中，至少一条边向外弯曲。

示例19涉及示例17的方法，还包括串联连接第一和第二线圈。

示例20涉及示例17的方法，还包括在第一与第二线圈之间插入调谐电容器。

示例21涉及示例17的方法，还包括确定作为第一线圈和第二线圈在重叠区处的组合磁场强度的函数的重叠距离。

示例22涉及示例17的方法，还包括通过调谐与第一线圈相关联的至少一个电容器的电容来调谐第一线圈的第一谐振频率。

示例23涉及示例20的方法，还包括调谐与第一线圈相关联的第一电容器和与第二线圈相关联的第二电容器，使得调谐电容器具有与第一或第二电容器基本相同的值。

示例24涉及示例23的方法，还包括串联连接第一电容器、第二电容器和调谐电容器。

示例25涉及示例17的方法，还包括功率接收单元(PRU)邻近地暴露于基本均匀的磁场，从而从PTU接收电场电荷。

虽然已经关于本文示出的示例性实施例说明了本发明的原理，但是本发明的原理不限于此，并且包括其任何变型、变化或置换。

Claims

1.一种发射器充电站，包括：

第一线圈，具有第一布局几何形状以提供第一谐振磁场；

第二线圈，具有第二布局几何形状以提供第二谐振磁场，所述第二线圈与所述第一线圈重叠，使得所述第一磁场和所述第二磁场的组合在所述第一线圈和所述第二线圈的重叠平面上方提供基本均匀的磁场。

2.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第一线圈和所述第二线圈布置为部分重叠的瓦片。

3.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第一线圈和所述第二线圈串联连接。

4.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第一线圈或所述第二线圈中的至少一个限定非对称或偏斜线圈匝。

5.根据权利要求1所述的充电站，还包括具有第三布局几何形状的第三线圈。

6.根据权利要求4所述的充电站，其中，所述第三线圈与所述第二线圈至少部分重叠以延伸所述第一线圈和所述第二线圈的磁场。

7.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第二线圈与所述第一线圈重叠在所述第一线圈或所述第二线圈之一的长度的约10-50％的范围内。

8.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第一线圈的最外匝延伸超过所述第二线圈的最内匝。

9.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述第一线圈限定对称几何形状，所述第二线圈限定非对称几何形状。

10.一种无线充电站，包括：

第一线圈，具有第一谐振频率调谐器；

第二线圈，具有第二谐振频率调谐器；

电容器，连接所述第一线圈与所述第二线圈；

电源，连接至所述第一线圈和所述第二线圈；以及

控制器，配置所述第一频率调谐器或所述第二频率调谐器中的至少一个，以提供与所述第一线圈和所述第二线圈中的每一个都基本类似的谐振频率。

11.根据权利要求10所述的无线充电站，其中，所述第一线圈或所述第二线圈中的至少一个限定非对称或偏斜线圈匝。

12.根据权利要求10所述的无线充电站，其中，所述第一线圈和所述第二线圈串联连接。

13.根据权利要求10所述的无线充电站，其中，所述第一线圈设置为与所述第二线圈重叠。

14.根据权利要求13所述的无线充电站，还包括第三线圈，其中，所述第三线圈与所述线圈第一或所述第二线圈中的一个或多个重叠。

15.根据权利要求10所述的无线充电站，其中，所述第一线圈的最外匝延伸超过所述第二线圈的最内匝。

16.根据权利要求10所述的无线充电站，其中，所述第一线圈限定对称几何形状，所述第二线圈限定非对称几何形状。

17.一种在功率发射单元(PTU)上提供基本均匀的磁场的方法，所述方法包括：

形成用于提供第一谐振频率的第一线圈；

形成用于提供第二谐振频率的第二线圈；

调谐所述第一线圈或所述第二线圈中的一个或多个以提供基本类似的谐振频率；

重叠第一线圈和第二线圈以在所述第一线圈和所述第二线圈上提供基本均匀的磁场。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一线圈具有多边形布局，在所述多边形布局中，至少一条边向外弯曲。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：串联连接所述第一线圈和所述第二线圈。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述第一线圈与所述第二线圈之间插入调谐电容器。

21.根据权利要求17所述的方法，还包括：确定作为所述第一线圈和所述第二线圈在重叠区处的组合磁场强度的函数的重叠距离。

22.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过调谐与所述第一线圈相关联的至少一个电容器的电容来调谐所述第一线圈的第一谐振频率。

23.根据权利要求20所述的方法，还包括：调谐与所述第一线圈相关联的第一电容器和与所述第二线圈相关联的第二电容器，使得所述调谐电容器具有与所述第一电容器或所述第二电容器基本相同的值。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：串联连接所述第一电容器、所述第二电容器和所述调谐电容器。

25.根据权利要求17所述的方法，还包括：功率接收单元(PRU)邻近地暴露于所述基本均匀的磁场，从而从所述PTU接收电场电荷。