CN107112813B - 无线功率多线圈互感消除方法和装置 - Google Patents

无线功率多线圈互感消除方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种消除相互耦合的发射线圈之间的互感的方法和装置，每个发射线圈由单独的功率放大器馈电，并且所有发射线圈与功率放大器共享公共接地。公开的方法和系统包括将每个发射线圈的返回支路耦合到公共接地返回连接附近的互感消除电路。消除电路使用电感器和电容器的组合来桥接发射线圈的各种组合，而不物理地连接被“桥接”的发射线圈。使用电感器“桥接”的发射线圈具有添加到发射线圈的正互感，而使用电容器“桥接”的发射线圈具有添加到发射线圈的负互感。另外，可以使用对重叠发射线圈的发射线圈重叠的操纵和/或对消除电路的位置的操纵来细调谐发射线圈之间的互感。

Description

无线功率多线圈互感消除方法和装置
技术领域
所描述的技术总体上涉及无线功率。更具体而言，本公开内容关注于与无线功率传输相关的、包括多个发射线圈的设备、系统和方法，其中该设备、系统和方法在发射线圈彼此紧密间隔或彼此重叠时消除多个发射线圈之间的互感。
背景技术
越来越多数量和种类的电子设备通过可充电电池供电。这样的设备包括移动电话、电动车辆、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)、数码相机、助听器等。虽然已经改进了电池技术，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，从而常常需要充电。当诸如无线设备充电系统之类的充电系统包括紧密间隔或重叠的多个发射线圈时，该充电系统可能会遇到互感问题。在仅具有利用单个功率放大器来代替一个或多个功率放大器馈电的单个发射线圈或多个发射线圈的无线充电系统中，不存在互感问题。采用多个发射线圈的、且每个发射线圈由单独的功率放大器馈电的无线充电系统可以具有诸如能够在较大区域上提供无线能量等优点，在该较大区域中，该能量可用于对多个设备进行充电。另外，使用多个发射线圈可以提供更均匀的磁场并且可以提高效率。然而，使用多个发射线圈具有缺点，即除了与接收线圈磁耦合之外，发射线圈还可以与其它有源发射线圈耦合。这种发射机到发射机的耦合引起发射机之间的不期望的相互作用。因此，需要用于使每个有源发射线圈均具有单独的功率放大器的多个有源发射线圈之间的互感最小的系统和方法。
发明内容
本发明的系统、方法和设备每个均具有几个方面，其中没有一个单一方面仅负责其所期望的属性。在不限制由以下权利要求书表示的本发明的范围的情况下，现在将简要讨论一些特征。在考虑了该讨论之后，并且特别是在阅读了标题为“具体实施方式”的章节之后，将会理解本发明的各种实施例的特征如何提供包括在无线功率系统中改进的功率和阻抗测量在内的优点。
本发明的一个方面包括一种用于向第一接收机发射无线功率的装置。该装置包括第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈。该装置还包括可操作地耦合到第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈的电路。在一些方面中，电路可以被配置为至少部分地消除在第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈之间的互感。在一些方面中，第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈可以被配置为通过所述电路共享公共接地。
公开的另一方面是一种用于向接收机发射无线功率的方法。该方法包括通过第一驱动器线圈生成第一无线场。该方法还包括通过第二驱动器线圈生成第二无线场。该方法还包括通过第三驱动器线圈生成第三无线场。该方法还可以包括至少部分地消除在第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈之间的互感。在一些方面中，消除的互感的至少一部分可以由第一无线场、第二无线场和第三无线场中的至少一个引起。在一些方面中，可以通过可操作地耦合到第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈的消除电路来进行所述消除。该方法还包括通过消除电路与第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈共享公共接地。
公开的另一方面是一种用于向第一接收机发射无线功率的设备。该设备可以包括用于生成第一无线场的单元、用于生成第二无线场的单元、以及用于生成第三无线场的单元。该设备还可以包括可操作地耦合到第一无线场生成单元、第二无线场生成单元和第三无线场生成单元的用于消除互感的单元。用于消除互感的单元可以被配置为至少部分地消除在第一无线场生成单元、第二无线场生成单元和第三无线场生成单元之间的互感。第一无线场生成单元、第二无线场生成单元和第三无线场生成单元可以被配置为共享共同接地。
在附图和下面的说明书中阐述了在本说明书中描述的客体的一个或多个实施例的细节。依据说明书、附图和权利要求书，其他特征、方面和优点将变得显而易见。应当注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
现在将参考附图并结合各种实施例来描述本技术的上述方面以及其它特征、方面和优点。然而，所示出的实施例仅仅是示例，而不是限制性的。在整个附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另有说明。应当注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
图1是根据示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图2是根据示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图3是根据示例性实施例的包括发射天线或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。
图4是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传输系统中使用的发射机的功能框图。
图5是根据示例性实施例的可以在图1的无线功率传输系统中使用的接收机的功能框图。
图6是可以在图4的发射机中使用的发射电路的一部分的示意图。
图7a是根据示例性实施例的没有互感消除电路的发射区域的透视图。
图7b示出了根据示例性实施例的示例性发射区域的示意图。
图7c示出了根据示例性实施例的发射线圈相对于彼此的布局的水平视图。
图8a是根据示例性实施例的没有互感消除电路的发射区域的透视图。
图8b示出了根据示例性实施例的示例性发射区域的示意图。
图8c示出了根据示例性实施例的发射线圈相对于彼此的布局的水平视图。
图9是根据示例性实施例的无线功率传输的示例性方法的流程图900。
图10是根据示例性实施例的用于将无线功率传输到接收机的系统的功能框图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对示例性实施例的描述，而非旨在表示可以实践本发明的唯一实施例。在整个说明书中使用的术语“示例性”表示“用作示例、实例或举例”，而不必被解释为比其他示例性实施例优选或有利。具体实施方式包括用于提供对示例性实施例的透彻理解的具体细节。在一些实例中，一些设备以框图形式示出。
无线功率传输可以指将与电场、磁场、电磁场或其他相关联的任何形式的能量从发射机传输到接收机而不使用物理电导体(例如，功率可以通过自由空间传输)。输出到无线场(例如，磁场或电磁场)中的功率可以由“接收天线”接收、捕获或耦合以实现功率传输。
图1是根据一个示例性实施例的无线功率传输系统100的功能框图。可以从电源(该图中未示出)向发射机104提供输入功率102，以生成用于执行能量传输的无线(例如，磁或电磁)场105。接收机108可以耦合到无线场105并且生成输出功率110，以便于由耦合到输出功率110的设备(该图中未示出)存储或消耗。发射机104和接收机108二者以距离112间隔开。
在一个示例性实施例中，发射机104和接收机108根据相互谐振关系来配置。当接收机108的谐振频率和发射机104的谐振频率基本上相同或非常接近时，发射机104和接收机108之间的传输损耗最小。因此，与可能需要非常接近(例如，有时在几毫米内)的大天线线圈的纯感应解决方案相比，可以在更大的距离上提供无线功率传输。因此，谐振感应耦合技术可以允许在各种距离上并且在各种感应线圈配置下提高效率和功率传输。
当接收机108位于由发射机104产生的无线场105中时，接收机108可以接收功率。无线场105对应于由发射机104输出的能量可由接收机108捕获的区域。无线场105可以对应于发射机104的“近场”，如将在下面进一步描述的。发射机104可以包括用于向接收机108发射能量的发射天线或线圈114。接收机108可以包括用于接收或捕获从发射机104发射的能量的接收天线或线圈118。近场可以对应于其中存在由发射线圈114中的电流和电荷产生的强反应场(其最小程度地从发射线圈114向远处辐射功率)的区域。近场可以对应于在发射线圈114的大约一个波长(或其分数)内的区域。
如上所述，通过将无线场105中的大部分能量耦合到接收线圈118而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，可以进行有效的能量传输。当位于无线场105内时，可以在发射线圈114和接收线圈118之间形成“耦合模式”。发射天线114和接收天线118周围可以发生该耦合的区域在本文中被称为耦合模式区域。
图2是根据另一示例性实施例的无线功率传输系统200的功能框图。系统200包括发射机204和接收机208。发射机204可以包括发射电路206，发射电路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可以被配置为生成期望频率的信号，该期望频率的信号可以响应于频率控制信号223而被调整。振荡器222可以向驱动器电路224提供振荡器信号。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号(VD)225以例如发射天线214的谐振频率驱动发射天线214。驱动器电路224可以是被配置为从振荡器222接收方波并输出正弦波的开关放大器。
滤波器和匹配电路226可以滤除谐波或其它不想要的频率，并将发射机204的阻抗与发射天线214相匹配。作为驱动发射天线214的结果，发射天线214可以生成无线场205以足以对电池236充电的水平无线地输出功率。
接收机208可以包括接收电路210，接收电路210可以包括匹配电路232和整流器电路234。匹配电路232可以将接收电路210的阻抗与接收天线218相匹配。整流器电路234可以利用交流(AC)功率输入生成直流(DC)功率输出以对电池236充电，如图2所示。接收机208和发射机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。接收机208和发射机204可以可替换地使用无线场205的特性通过带内信令进行通信。
接收机208可以被配置为确定由发射机204发射并由接收机208接收的功率的量是否适合于对电池236充电。发射机204可以被配置为生成具有直接场耦合系数(k)的主要非辐射场，以便提供能量传输。接收机208可以直接耦合到无线场205，并且可以生成用于由耦合到接收电路210的输出的电池(或负载)236存储或消耗的输出功率。
如上所述，发射机204和接收机208二者被隔开一定距离，并且可以根据相互谐振关系来配置，以使得发射机204与接收机208之间的传输损耗最小。当发射天线214和接收天线218相互谐振并且紧密接近时，无线功率传输系统200可以被描述为其中耦合系数(耦合系数k)通常在0.3以上的强耦合体(coupled regime)。在一些实施例中，发射机204和接收机208之间的耦合系数k可以基于两个对应天线之间的距离或对应天线的尺寸等中的至少一个而改变。
图3是根据示例性实施例的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3所示，发射或接收电路350可以包括天线352。天线352也可以被称为或被配置为“环形”天线352。在这里，天线352也可以被称为或被配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“天线”通常是指可以无线地输出或接收能量以耦合到另一个“天线”的部件。天线也可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的一类线圈。如本文所使用的，天线352是被配置为无线地输出和/或接收功率的一类“功率传输部件”的示例。
天线352可以包括空气芯或诸如铁氧体芯等实体芯(该图中未示出)。
如上所述，发射机104(如在图2中提及的发射机204)和接收机108(如在图2中提及的接收机208)之间的有效能量传输可以在发射机104和接收机108之间的匹配或接近匹配的谐振期间发生。然而，即使在发射机104和接收机108之间的谐振不匹配时，尽管可能影响效率，但也可以传输能量。例如，当谐振不匹配时，效率可能较低。通过将来自发射线圈114(如在图2中提及的发射线圈214)的无线场105(如在图2中提及的无线场205)的能量耦合到位于无线场105附近的接收线圈118(如在图2中提及的接收线圈218)而不是将来自发射线圈114的能量传播到自由空间中来进行能量传输。
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产生的电感，而电容可以被添加到天线的电感以产生处于期望的谐振频率的谐振结构。作为非限制性示例，可以将电容器354和电容器356添加到发射或接收电路350，以创建谐振电路，该谐振电路选择处于谐振频率的信号358。因此，对于较大直径的天线，维持谐振所需的电容的大小可以随着环的直径或电感的增大而减小。
此外，随着天线的直径增大，近场的有效能量传输区域可以增大。使用其他部件形成的其他谐振电路也是可能的。作为另一个非限制性示例，电容器可以并联放置在电路350的两个端子之间。对于发射天线，具有基本对应于天线352的谐振频率的频率的信号358可以是天线352的输入。
在图1中，发射机104可以输出具有对应于发射线圈114的谐振频率的频率的时变磁(或电磁)场。当接收机108在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在接收线圈118中感应出电流。如上所述，如果接收线圈118被配置为以发射线圈114的频率谐振，则可以有效地传输能量。在接收线圈118中感应出来的AC信号可以如上所述被整流，以产生可以被提供以为负载充电或供电的DC信号。
图4是根据本发明的示例性实施例的可以在图1的无线功率传输系统中使用的发射机404的功能框图。发射机404可以包括发射电路406和发射线圈414。发射线圈414可以是如图3所示的线圈352。发射电路406可以通过提供导致在发射线圈414周围生成能量(例如，磁通量)的振荡信号而向发射线圈414提供RF功率。发射机404可以以任何合适的频率操作。作为示例，发射机404可以在13.56MHz ISM频带上操作。
发射电路406可以包括固定阻抗匹配电路409，用于向驱动器电路424提供负载，使得从DC到AC的功率传输的效率增大或最大。发射电路406还可以包括低通滤波器(LPF)408，该低通滤波器(LPF)408被配置为将谐波发射降低到防止耦合到接收机108(图1)的设备的自干扰的水平。其他示例性实施例可以包括不同的滤波器拓扑，包括但不限于在通过其他频率的同时衰减特定频率的陷波滤波器，并且可以包括自适应阻抗匹配，其可以基于可测量的发射度量(例如到发射线圈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406还包括被配置为驱动如由振荡器423确定的RF信号的驱动器电路424。发射电路406可以由分立的器件或电路组成，或者可替换地，由集成组件组成。来自发射线圈414的示例性RF功率输出可以是大约1瓦-10瓦，例如大约2.5瓦。
发射电路406还可以包括控制器415，用于在针对特定接收机的发射阶段(或工作周期(duty cycle))期间选择性地使能振荡器423，以调整振荡器423的频率或相位，并且调整输出功率水平，以便实施通信协议来通过其附接的接收机与相邻设备进行交互。应当注意，控制器415在这里也可以称为处理器415。调整传输路径中的振荡器相位和相关电路可以允许降低带外发射，特别是当从一个频率转变到另一个频率时。
发射电路406还可以包括负载感测电路416，用于检测在由发射线圈414生成的近场附近是否存在有源接收机。作为示例，负载感测电路416监测流到驱动器电路424的电流，该电流可以受到在由发射线圈414生成的场附近是否存在有源接收机的影响，如下面将进一步描述的。控制器415监视对驱动器电路424上的负载的变化的检测，以用于确定是否使能振荡器423来发射能量并与有源接收机通信。如下面更充分描述的，可以使用在驱动器电路424处测量的电流来确定无效设备是否位于发射机404的无线功率传输区域内。
发射线圈414可以利用利兹线来实施或被实施为天线带，其具有选择的厚度、宽度和金属类型，以保持电阻损耗较低。在一个实施例中，发射线圈414可以总体上被配置为与诸如桌子、垫子、灯或其他较不便携的构造等较大结构相关联。因此，发射线圈414一般可能不需要“线匝”(turns)，以便具有实用的尺寸。发射线圈414的示例性实施例可以是“电气上小的”(即，波长的分数)，并且可以通过使用电容器来调谐发射线圈414的示例性实施例以在较低的可用频率下谐振，从而限定谐振频率。
发射机404可以收集和跟踪关于可与发射机404相关联的接收机设备的所在之处和状态的信息。因此，发射电路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或其组合。响应于来自存在检测器480和封闭检测器460的存在信号，控制器415可以调整由驱动器电路424递送的功率的量。发射机404可以通过多个电源接收功率，举例而言，该多个电源例如是用于对建筑物中存在的常规AC功率进行变换的AC-DC变换器(未示出)、将常规DC电源变换为适合于发射机404的电压的DC-DC变换器(未示出)、或直接来自于常规DC电源(未示出)。
作为非限制性示例，存在检测器480可以是用于对被插入到发射机404的覆盖区域中的要充电的设备的初始存在进行感测的运动检测器。在检测到后，发射机404可以被开启，并且由设备接收的RF功率可以用于以预定方式切换RX设备上的开关，这进而导致发射机404的驱动点阻抗的改变。
作为另一个非限制性示例，存在检测器480可以是能够例如通过红外检测、运动检测或其它合适手段来检测人的检测器。在一些示例性实施例中，可以具有规定，用于限制发射线圈414能够以特定频率发射的功率的量。在一些情况下，这些规定旨在保护人类免受电磁辐射。然而，可以存在这样的环境，在该环境中，发射线圈414被放置于未被人占据的或人很少占据的区域中，例如车库、工厂车间、商店等。如果这些环境没有人，则可以允许将发射线圈414的功率输出增大到高于正常功率限制规定。换言之，控制器415可以响应于人的存在而将发射线圈414的功率输出调整到规定水平或更低，并且当人在距发射线圈414的电磁场的规定距离之外时，控制器415可以将发射线圈414的功率输出调整到高于规定水平的水平。
作为非限制性示例，封闭检测器460(在本文中也可以称为封闭隔室检测器或封闭空间检测器)可以是诸如感测开关等设备，用于确定外壳何时处于关闭状态或打开状态。当发射机在处于封闭状态的外壳中时，可以增大发射机的功率水平。
在示例性实施例中，可以使用一种方法，通过该方法发射机404不会无限期地保持开启。在这种情况下，发射机404可以被编程为在用户确定的时间量之后关闭。该特征防止发射机404，特别是驱动器电路424，在其周边的无线设备充满电之后长时间运行。该事件可能是由于用于检测从转发器或接收线圈发送的、设备已充满电的信号的电路故障所引起的。为了防止发射机404在另一设备被放置在其周边的情况下自动关闭，发射机404的自动关闭特征仅在其周边没有检测到运动的设定时间段之后才能被激活。用户能够确定不活动时间间隔，并根据需要对其进行改变。作为非限制性示例，在特定类型的无线设备初始被完全放电的假设下，该时间间隔可以比将该设备充满电所需的时间间隔长。
图5是根据本发明的示例性实施例的可以在图1的无线功率传输系统中使用的接收机508的功能框图。接收机508包括接收电路510，该接收电路510可以包括接收线圈518。接收机508还耦合到设备550以向其提供接收的功率。应当注意，接收机508被示出为在设备550的外部，但是接收机508可以被集成到设备550中。能量可以无线传播到接收线圈518，并且然后通过接收电路510的其余部分耦合到设备550。作为示例，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)、数码相机、助听器(和其他医疗设备)等设备。
接收线圈518可以被调谐为以与发射线圈414(图4)相同的频率或在指定的频率范围内谐振。基于相关联的设备550的尺寸，接收线圈518的尺寸可以被设置为与发射线圈414的尺寸类似，或者可以具有不同的尺寸。作为示例，设备550可以是具有小于发射线圈414的直径或长度的直径或长度尺寸的便携式电子设备。在该示例中，接收线圈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。作为示例，接收线圈518可以放置在设备550的实际周边的周围，以便使线圈直径最大并减少接收线圈518的环形线匝(即绕组)的数量和绕组间电容。
接收电路510可以向接收线圈518提供阻抗匹配。接收电路510包括功率变换电路506，用于将接收到的RF能量源变换为供设备550使用的充电功率。功率变换电路506包括RF-DC变换器520，并且还可以包括DC-DC变换器522。RF-DC变换器520将在接收线圈518处接收的RF能量信号整流为具有由Vrect表示的输出电压的非交流功率。DC-DC变换器522(或其它功率调节器)将整流的RF能量信号变换为与设备550兼容的能势(例如，电压)，其具有由Vout和Iout表示的输出电压和输出电流。设想了各种RF-DC变换器，包括部分和完全整流器、调节器、桥接器、倍增器以及线性变换器和开关变换器。
接收电路510还可以包括开关电路512，用于将接收线圈518连接到功率变换电路506，或者可替换地，用于断开功率变换电路506。将接收线圈518与功率变换电路506断开连接不仅暂停了对设备550的充电，而且还改变了发射机404(图2)所“见到”的“负载”。
如上文所公开的，发射机404包括负载感测电路416，负载感测电路416可以检测提供给发射机驱动器电路424的偏置电流的波动。因此，发射机404具有用于确定接收机何时出现在发射机的近场中的机制。
在一些实施例中，接收机508可以被掩蔽，以便消除与附近的其他接收机的耦合或减少附近发射机上的负载。接收机的这种“卸载”在本文中也称为“掩蔽”。此外，这种由接收机508控制并由发射机404检测的卸载和加载之间的切换可以提供从接收机508到发射机404的通信机制，如在下面更充分解释的。另外，协议可以与使得能够从接收机508向发射机404发送消息的切换相关联。作为示例，切换速度可以在大约100微秒的数量级。
在示例性实施例中，发射机404和接收机508之间的通信指的是设备感测和充电控制机制，而不是传统的双向通信(即，使用耦合场的带内信号传输)。换言之，发射机404可以使用对发射信号的开/关键控来调整在近场中是否可获得能量。接收机可以将能量的这些变化解释为来自发射机404的消息。从接收机侧，接收机508可以使用对接收线圈518的调谐和解谐来调整从场接受多少功率。在一些情况下，调谐和解谐可以通过开关电路512来实现。发射机404可以检测所使用的来自场的功率的这种差异，并将这些变化解释为来自接收机508的消息。应当注意，可以采用其他形式的对发射功率和负载特性的调制。
接收电路510还可以包括信令检测器和信标电路514，用于识别接收的能量波动，该能量波动可以对应于从发射机到接收机的信息信令。此外，信令和信标电路514还可以用于检测降低的RF信号能量(即，信标信号)的传输，并且将降低的RF信号能量整流为标称功率，以唤醒接收电路510内的未供电电路或功率耗尽的电路，以便配置接收电路510来进行无线充电。
接收电路510还包括处理器516，用于协调本文所述的接收机508的过程，包括本文所述的对开关电路512的控制。接收机508的掩蔽也可以在发生其它事件后发生，该其它事件包括检测到向设备550提供充电功率的外部有线充电源(例如墙壁电源/USB电源)。除了控制接收机的掩蔽之外，处理器516还可以监测信令检测器和信标电路514以确定信标状态并提取从发射机404发送的消息。处理器516还可以调整DC-DC变换器522，以改善性能。
图6是可以在图4的发射电路406中使用的发射电路600的一部分的示意图。发射电路600可以包括图4中的如上所述的驱动器电路624。如上所述，驱动器电路624可以是开关放大器，其可以被配置为接收方波并输出要提供给发射电路650的正弦波。在一些情况下，驱动器电路624可以被称为放大器电路。驱动器电路624被示出为E类放大器；然而，根据本发明的实施例，可以使用任何合适的驱动器电路624。驱动器电路624可以由来自如图4所示的振荡器423的输入信号602驱动。驱动器电路624还可以提供有驱动电压VD，其被配置为控制可通过发射电路650传送的最大功率。为了消除或减少谐波，发射电路600可以包括滤波器电路626。在一些实施例中，滤波器电路626可以是三极(电容器634、电感器632和电容器636)低通滤波器电路626。
可以将由滤波器电路626输出的信号提供给包括线圈614的发射电路650。发射电路650可以包括具有电容620和电感的串联谐振电路，该串联谐振电路能够以由驱动器电路624提供的滤波的信号的频率谐振。在各种实施例中，线圈或附加电容器部件可以产生电感或电容。发射电路650的负载可以由可变电阻器622表示。负载可以是被放置为从发射电路650接收功率的无线功率接收机508的功能件。
在各种实施例中，上面相关于图1-6所述的无线功率传输系统100可以基于对附近物体的检测来改变无线功率传输。附近物体可以包括预期的接收机、要充电的设备和/或外来物。外来物可以是除了预期传输目标以外的东西(即，非充电设备)，例如寄生接收机、无机体或活体(例如人、动物等)。寄生接收机可以包括例如非电子金属物体、未授权的充电设备等。
例如，如上文关于图4所讨论的，发射机404可以包括存在检测器480，其可以检测附近物体的存在、距离、取向和/或位置。在各种其他实施例中，存在检测器480可以位于另一位置中，举例而言，例如在接收机508上，或在其他地方。当在第一距离内检测到外来物时，控制器415可以降低传输功率。在各种实施例中，无线功率传输系统100可以根据关于生物安全、消防安全等规则或规定来调整无线功率传输的特性。例如，无线功率传输系统100可以调整发射功率，以使得在给定了与人体的距离的情况下，到达附近人体的电磁场低于阈值。
返回参考图2，在特定实施例中，无线功率传输系统200可以包括多个接收机208。在一个实施例中，TX线圈214的尺寸是固定的。因此，发射机204可能不能与不同尺寸的RX线圈218良好地匹配。由于各种原因，期望发射机204可以使用多个TX线圈214。在一些实施例中，多个TX线圈214可以排列为阵列。在一些实施例中，阵列可以是模块化的。在一些实施例中，阵列可以包括相同或基本上相同尺寸的TX线圈214。
在各种实施例中，可以基于接收机208的位置和/或它们的RX线圈218的尺寸而独立地激活每个TX线圈214。例如，单个TX线圈214可以向具有相对较小的RX线圈218的附近接收机208提供无线功率。另一方面，多个TX线圈214可以向具有相对较大的RX线圈218的附近接收机提供无线功率。可以去激活不在RX线圈218附近的TX线圈214。
在一些实施例中，多个TX线圈214可以形成大的发射区域。发射区域可以是可扩展的，以使用附加的TX线圈214覆盖更大的区域。TX线圈214可以允许将设备自由地放置在大的区域上。此外，它们可以被配置为同时对多个接收机208充电。在一些实施例中，各个TX线圈214可以彼此耦合。耦合的TX线圈214可以例如引起一个功率放大器将功率驱动到相邻放大器中。因此，耦合的TX线圈214可能引起放大器不稳定和/或损坏。期望无线功率传输系统100可以包括用于减少或消除同时运行的彼此紧密接近的TX线圈214之间的相互耦合/互感的方法、系统和/或装置。
图7a是根据示例性实施例的示例性发射区域700的透视图。如图所示，发射区域700包括四个发射电路(未单独标记)。发射区域700的发射电路可以包括上面关于图1-6描述的发射机和/或发射电路，每个均包括上述部件(例如，线圈、放大器、谐振部件)。如上文关于图4所述，发射区域700中的发射电路可以包括第一功率放大器(PA)724a、第二PA724b、第三PA 724c和第四PA 724d。PA 724a-724d可以对应于图4的放大器或驱动器424。PA724a-724d连接到可以对应于图3的谐振电容器354/356的相应谐振电容器702a-702d。发射区域700还包括第一发射线圈714a、第二发射线圈714b、第三发射线圈714c和第四发射线圈714d以及所有发射线圈714a-714d所连接到的公共接地725。发射线圈714a-714d可以对应于图4的发射线圈414。因此，发射线圈714a-714d的第一端连接到它们各自的PA724a-724d，并且发射线圈714a-714d的第二端连接到公共接地725。尽管图7a中所示的发射区域700包括四个发射电路，但在其他实施例中，更多或更少的发射电路(及其相关联的部件)可以包括在发射区域700中。如图所示，一对发射线圈714a和714c可以设置在与一对发射线圈714b和714d不同的公共平面中。在一些实施例中，可以与PA 724a-724d共享公共接地725。
发射线圈714a-714d被示出为矩形；然而，在一些实施例中，发射线圈714a-714d可以具有任何其它形状(例如，三角形、圆形、六边形等)。在一些实施例中，发射线圈714a-714d可以形成发射线圈阵列，其中，每个发射线圈714a-714d被放置为基本上与发射区域700的其它发射线圈714a-714d相邻。在一些实施例中，可以以重叠的方式放置发射线圈714a-714d，其中，发射线圈714a-714d中的每一个均可以与发射区域700中的一个或多个其他发射线圈714a-714d重叠。另外，图7a中所示的发射线圈714a-714d是多匝线圈。然而，在其他实施例中，发射线圈714a-714d可以是单匝线圈，并且可以是单层或多层线圈。在一些实施例中，发射线圈714a-714d可以具有2000nH的电感。在其他实施例中，发射线圈714a-714d可以具有大于或小于2000nH的电感。在其他实施例中，发射线圈714a-714d中的每一个可以具有不同值的电感，或者发射线圈714a-714d的各种组合可以共享不同值的电感。
如上所述，PA 724a-724d和发射线圈714a-714d中的每一个可以形成单个发射电路，其中，没有任何发射电路可以被连接在除了公共接地725之外的任何点。发射电路用于生成无线场(未示出)以无线地向一个或多个接收机或接收电路(未示出)发射功率和/或通信。尽管在该图中未示出，但是每个发射电路可以包括谐振电容器。如上所述，如图7a所示，一对发射线圈714a和714c可以设置在第一平面中，而一对发射线圈714b和714d可以设置在与第一平面不同的第二平面中。在其他实施例中，发射电路的四个发射线圈714a-714d中的特定发射线圈可以被设置在电路板的相同或相对侧上(即，第一平面可以是电路板的前侧，而第二平面可以是电路板的背侧)。在一些实施例中，电路板可以包括印刷电路板(PCB701)。在一些实施例中，四个发射线圈714a-714d可以设置在PCB 701的同一侧上。在一些其它实施例中，各对发射线圈714a-714d可以设置在PCB 701的相对侧上。例如，发射线圈714a和714c可以在PCB 701的一侧上，而发射线圈714b和714d可以在PCB 701的相对侧上。尽管所描述的发射电路的四个发射线圈714a-714d被示出为相对于彼此基本上位于两个平面(即，PCB 701的相对侧)中的一个平面中，但在其它实施例中，发射电路的发射线圈714a-714d可以相对于彼此设置在更多或更少的平面(或层)中。
发射电路可以均被配置为基于由PA 724a-724d生成的信号由相关联的发射线圈714a-714d生成无线场，如上面关于图4所讨论的。然而，当发射电路与其他发射电路紧密接近(即，来自一个发射电路的发射线圈714a与来自另一个发射电路的发射线圈714b紧密接近)时，可以在发射线圈714a-714d之间生成互感(由于每对发射线圈714a-714d之间的相互耦合)。互感可以是一个电感器(这里为发射线圈714a)可以对另一电感器(例如发射线圈714b)产生的影响，反之亦然。与其他发射线圈714a-714d紧密接近的发射线圈714a-714d之间的互感可能对发射线圈714a-714d阵列上的效率和场均匀性产生不利影响。发射线圈714a-714d中的两个发射线圈之间的互感量可以至少部分地对应于发射线圈714a-714d的尺寸和/或发射线圈714a-714d相对于彼此的位置。例如，两个重叠的发射线圈714a和714b可以具有正的互感，这是因为来自两个发射线圈714a和714b的磁场可以沿相同的方向穿过两个发射线圈714a和714b的中心。两个相邻的发射线圈，例如发射线圈714a和714c，可以具有负的互感，这是因为来自发射线圈714a和714c的磁场可以沿相反的方向穿过发射线圈714a和714c的各自中心。
图7b示出了根据示例性实施例的示例性发射区域700的示意图。如图7a所示，发射区域700可以包括多个发射线圈714a-714d，每个发射线圈具有单独和隔离的PA 724a-724d，并且没有任何互感消除电路或电路系统。如图7b所示，有四个单独的发射电路。四个发射电路可以均包括发射线圈714a-714d中的一个，发射线圈714a-714d中的每一个分别与PA 724a-724d连接，谐振电容器702a-702d位于功率放大器724a-724d和相应的发射线圈714a-714d之间。谐振电容器702a-702d可以包括上述电容器354、357和/或620中的一个或多个以创建谐振电路。在发射线圈714a-714d的相对端，发射线圈714a-714d中的每一个具有直接连接到公共接地725的归路(return)。因此，发射线圈714a-714d中的每一个在接地725处连接到每一个其他发射线圈714a-714d。
如上文关于图2所讨论的，发射天线214和接收天线218之间的相应耦合可以存在并且与耦合系数或耦合系数(k)有关。耦合系数的值可以在-1到1之间变化。两个线圈之间的互感可以使用以下等式1来计算：
M＝K*(L1*L2)的平方根(等式1)
关于图7a和图7b，当以波动/变化的电流激活相邻发射线圈714a-714d中的一个或多个(生成无线场)时，可以在相邻或重叠的发射线圈714a-714d之间生成互感。例如，互感M12可以表示当两个发射线圈714a-714b中的至少一个工作时在发射线圈714a和714b之间产生的互感。类似地，互感M23可以表示在发射线圈714b和714c之间产生的互感，而互感M13可以表示在发射线圈714a和714c之间的互感。互感M34可以表示当发射线圈714c和714d中的至少一个具有流过它们的电流时在发射线圈714c和714d之间产生的互感。互感M14表示在发射线圈714a和714d中的一个或多个的操作期间生成的互感，而互感M24表示在发射线圈714b和714d之间生成的互感。
根据图7b所示的部件，如上所述并且如以下表1中的示例性值所示，在发射线圈714a-714d每一个均具有大致相同的尺寸时，与发射线圈714a-714d的各种组合之间的互感相关联的耦合系数可以基于发射线圈714a-714d中的两个之间的距离而变化。以下所示的耦合系数(k)值可以基于包括具有2000nH的电感的发射线圈714a-714d和具有276pF的电容的谐振电容器702a-702d的无线功率传输系统100。在一些实施例中，这些电感或电容中的任何一个可以具有不同的值并且引起互耦系数值(k)改变。
表1：
发射线圈组合 互感耦合系数(k)值
714a-714b .024
714a-714c .035
714a-714d .0085
714b-714c .018
714b-714d .035
714c-714d .022
在相邻发射线圈714a-714d之间的这些互感耦合系数可以对应于在所指出的发射线圈714a-714d组合之间的互感，如下表2中的示例性值所示。
表2：
发射线圈组合 互感值
714a-714b 48
714a-714c -70
714a-714d -17
714b-714c 36
714b-714d -70
714c-714d 44
图7c示出了根据示例性实施例的发射区域700的发射线圈714a-714c相对比彼此的布局的水平视图。如图7c所示，发射区域700包括发射线圈714a、发射线圈714b和发射线圈714c。两个发射线圈714a和714b以重叠的布局被示出(即，其中，发射线圈714a的至少一部分与发射线圈714b的至少一部分重叠)，而发射线圈714b和714c也重叠。距离s1表示两个发射线圈714a和714b之间的重叠量。距离s2表示两个重叠的发射线圈714a和714b之间在y方向上的距离，其可以表示当发射线圈714a和714b在水平方向上重叠时两个重叠的发射线圈714a和714b之间的高度差。在一些实施例中，当发射线圈714a和714b设置在PCB 701的相对侧上时，距离s2可以对应于PCB 701的厚度。重叠的距离s1可以是基于两个发射线圈714a和714b的尺寸的可变距离。重叠的距离s2可以是基于其上可以安装两个发射线圈714a和714b的基板(即，印刷电路板(PCB 701))的厚度的可变距离。接收机(未示出)可以以基于设计的无线功率传输应用的距离放置在发射线圈714a-714d之上。例如，对于高功率无线功率传输(例如，用于电动车辆充电的无线功率传输)，接收机和发射线圈714a-714d之间的距离可以大于在低功率无线功率传输应用(例如，移动设备的无线充电)中的距离。
如图7c所示，两个发射线圈714a和714c以相邻的布局被示出(即，其中，发射线圈714a和714c不重叠并且处于相同的y轴平面中)。距离s3表示两个发射线圈714a和714c之间的距离。尽管该图中未示出，但是发射线圈714a和714c可以位于不同的y轴平面中。距离s3可以是基于两个发射线圈714a和714c的尺寸和/或用于发射区域700的无线功率传输应用的可变距离。
图8a是根据示例性实施例的示例性发射区域800的透视图。如图所示，发射区域800包括四个发射电路。发射区域800的发射电路可以包括上面关于图1-6描述的发射机和/或发射电路。发射电路包括第一功率放大器(PA)824a、第二PA 824b、第三PA 824c和第四PA824d。在给发射线圈814a-814d馈电之前，PA 824a-824d连接到相应的谐振电容器802a-802d。发射区域800还包括第一发射线圈814a、第二发射线圈814b、第三发射线圈814c和第四发射线圈814d、消除电路809、以及所有发射线圈814a-814d通过消除电路809连接的公共接地825。因此，发射线圈814a-814d的第一端连接到它们各自的PA 824，并且发射线圈814a-814d的第二端通过消除电路809连接到公共接地825。尽管图8a所示的发射区域800包括四个发射电路，但在其他实施例中，更多或更少的发射电路(及其相关联部件)可以包括在发射区域800中。在一些实施例中，也可以与PA 824a-824d中的一个或多个共享公共接地825。
发射线圈814a-814d被示出为矩形；然而，在一些实施例中，发射线圈814a-814d可以具有任何其它形状(例如，三角形、圆形、六边形等)。在一些实施例中，发射线圈814a-814d可以形成发射线圈阵列，其中，每个发射线圈814a-814d被放置为基本上与发射区域800的其它发射线圈814a-814d相邻。在一些实施例中，可以以重叠的方式放置发射线圈814a-814d，其中，发射线圈814a-814d中的每一个可以与发射区域800中的一个或多个其他发射线圈814a-814d重叠。另外，图8a中所示的发射线圈814a-814d是多匝线圈。然而，在其他实施例中，发射线圈814a-814d可以是单匝线圈，并且可以是单层或多层线圈。在一些实施例中，发射线圈814a-814d可以具有2000nH的电感。在其他实施例中，发射线圈814a-814d可以具有大于或小于2000nH的电感。在其他实施例中，发射线圈814a-814d中的每一个可以具有不同值的电感，或者发射线圈814a-814d的各种组合可以共享不同值的电感。
如上所述，PA 824a-824d和发射线圈814a-814d中的每一个均可以形成单个发射电路，其中，没有任何发射电路可以被连接在除公共接地825和消除电路809的连接处之外的任何点。发射电路用于生成无线场(未示出)以无线地向一个或多个接收机或接收电路(未示出)发射功率和/或通信。尽管在该图中未示出，但是每个发射电路可以包括谐振电容器。如图所示，发射电路的四个发射线圈814a-814d中的特定发射线圈可以设置在电路板的相同(即共面)或相对侧上。在一些实施例中，四个发射线圈814a-814d可以设置在印刷电路板(PCB 801)的同一侧上。在一些其他实施例中，发射线圈814a-814d中的一个或多个(例如，发射线圈对)可以设置在PCB 801的相对侧上。例如，发射线圈814a和814c可以在PCB801的一侧上，而发射线圈814b和814d可以在PCB 801的相对侧上。尽管示出的发射电路的四个发射线圈814a-814d被示出为相对于彼此基本上位于两个平面(即，PCB 801的相对侧)中的一个平面中，但在其它实施例中，发射电路的发射线圈814a-814d可以相对于彼此设置在更多或更少的平面(或层)中。另外，在一些实施例中，PA 824a-824d可以与发射线圈814a-814d和相关联的电路(即，谐振电容器802a-802d)一起设置在PCB 801上。在一些实施例中，PA 824a-824d可以不被设置在PCB 801上，但是可以在PCB 801上具有连接器，以使得它们可以连接到它们各自的发射线圈814a-814d。在一些实施例中，消除电路809可以设置在PCB 801上(如图8a所示)。在一些实施例中，公共接地825可以设置在PCB 801上，或者可以是由整个PCB 801共享的连接。
发射电路可以均被配置为基于由PA 824a-824d生成的信号由相关联的发射线圈814a-814d生成无线场，如上面关于图4所讨论的。然而，当发射电路与其他发射电路紧密接近(即，来自一个发射电路的发射线圈814a与来自另一个发射电路的发射线圈814b紧密接近)时，可以在发射线圈814a-814d之间生成互感(由于发射线圈814a-814d中的每一对之间的相互耦合)。消除电路809可以被配置为减少和/或消除在发射线圈814a-814d之间生成的互感。消除电路809可以包括被配置为增加或减少一对或多对发射线圈814a-814d的互感或所有发射线圈814a-814d的互感的一个或多个电气部件。在一些实施例中，消除电路809可以被配置为移动发射线圈814a-814d或消除电路809中的至少一个以补偿发射线圈814a-814d中的一个或多个的互感。
图8b示出了根据示例性实施例的紧密接近的多个发射线圈与互感消除电路的系统的示意图，每个发射线圈均具有单独且隔离的功率放大器。类似于图8a，图8b示出了四个单独的发射电路。四个发射电路可以均包括发射线圈814a-814d中的一个，发射线圈814a-814d中的每一个分别连接到功率放大器824a-824d，谐振电容器位于功率放大器824a-824d和相应的发射线圈814a-814d之间。谐振电容器802a-802d可以包括上述电容器354和/或357中的一个或多个以创建如上所述的谐振电路。在发射线圈814a-814d的相对端，每个发射电路均具有通过互感消除电路809直接连接到公共接地的归路。消除电路809可以包括一个或多个电气部件，其被配置为当发射线圈814a-814d中的一个或多个工作时，将正或负的互感添加到接近的发射线圈814a-814d之间的互感。消除电路809中的电气部件的数量可以至少部分地基于阵列中的发射线圈814a-814d的数量而变化。通过使用各种布置和结构的耦合电感器和电容器，可以将正和/或负的电感引入到发射线圈814a-814d之间的互感。
消除电路809可以允许补偿各对发射线圈814a-814d之间的互感，同时补偿发射线圈814a-814d的整个阵列的互感。例如，电感器810a和810b可以包括在发射线圈814a和814d之间形成变压器T14的一对耦合电感器。发射线圈814a类似于发射线圈814d通过由电感器810a和810b形成的变压器馈电。由电感器810a和810b形成的变压器允许你们有助于发射线圈814a和814d的互感。
电感器815a可以与发射线圈814a和814c串联，以使得发射线圈814a和814c的电流通过电感器815a相加。电感器815b可以与发射线圈814b和814d串联，以使得发射线圈814b和814d的电流通过电感器815b相加。电感器815a可以允许控制发射线圈814a和814c之间的互感，而与由电感器810a和810b形成的变压器无关。类似地，电感器815b可以允许控制发射线圈814b和814d之间的互感，而与由电感器810a和810b形成的变压器无关。电感器815a可以将电感添加到发射线圈814a和814c的互感。因此，由于发射线圈814a和814c之间的互感为负(如上所述)，与这两个发射线圈814a和814c串联的电感器815a将正电感添加到负互感，并帮助抵消该互感。类似地，电感器815b可以将正电感添加到发射线圈814b和814d的互感，发射线圈814b和814d的互感由于发射线圈814b和814d相邻而是负的(如上所述)。因此，与发射线圈814b和814d串联的电感器815b的电感帮助抵消发射线圈814a-814d之间的互感。
耦合的电感器810a和810b可以被配置为在发射线圈814a和814d之间添加正互感。电感器815a可以被配置为在发射线圈814a和814c之间添加正互感，而电感器815b可以被配置为在发射线圈814b和814d之间添加正互感。电容器820可以被配置为在所有发射线圈814a-814d之间添加负互感。在一些实施例中，可以互换电感器和/或电容器以在这些位置中的任何位置或在新位置以及在不同的新连接之间添加正或负互感。
电容器820与所有四个发射线圈814a-814d串联并接地。电容器820在所有发射线圈814a-814d之间添加负电感，并且使所有四个发射线圈814a-814d的互感相对于彼此偏移(起到最终以零附近为中心的作用)。电容器820可以用于使发射线圈814a-814d中的每一个的互感改变相同的量。
关于图8a和图8b，当以波动/变化的电流激活相邻发射线圈814a-814d中的一个或多个(生成无线场)时，可以在相邻或重叠的发射线圈814a-814d之间生成互感。例如，互感M12可以表示当两个发射线圈814a-814b中的至少一个工作时在发射线圈814a和814b之间产生的互感。类似地，互感M23可以表示在发射线圈814b和814c之间产生的互感，而互感M13可以表示发射线圈814a和814c之间的互感。互感M34可以表示当发射线圈814c和814d中的至少一个具有流过它们的电流时在发射线圈814c和814d之间生成的互感。互感M14表示在发射线圈814a和814d中的一个或多个的操作期间生成的互感，而互感M24表示在发射线圈814b和814d之间生成的互感。
根据图8b所示的部件，如上所述并且如以下表3中的示例性值所示，在发射线圈814a-814d每一个均具有大致相同的尺寸时，与发射线圈814a-814d的各种组合之间的互感相关联的耦合系数可以基于两个发射线圈814a-814d之间的距离而变化。以下所示的耦合系数(k)值可以基于包括具有2000nH的电感的发射线圈814a-814d和分别具有258pF、266pF、266pF和259pF的电容的谐振电容器802a-802d的无线功率传输系统100。在一些实施例中，这些电感或电容中的任何一个可以具有不同的值并且使得互耦系数值(k)改变。此外，耦合的电感器810a-810b可以具有65nH的电感和0.99的耦合系数，而电感器815a和815b可以均具有110nH的电感。电容器820可以具有12600pF的电容。
表3：(与表1相同)
发射线圈组合 互感耦合系数(k)值
814a-814b .024
814a-814c .035
814a-814d .0085
814b-814c .018
814b-814d .035
814c-814d .022
在相邻发射线圈814a-814d之间的这些互感可以对应于在所指出的发射线圈814a-814d组合之间的互感，如下表4中的示例性值所示的。
表4：
发射线圈组合 互感值
814a-814b 4.267
814a-814c -3.733
814a-814d 3.617
814b-814c -7.733
814b-814d -3.733
814c-814d 0.267
如通过比较表2和4所示，消除电路809允许多个发射线圈814a-814d共享公共接地825，同时消除或大大减小发射线圈814a-814d的各种组合之间的互感。在一些实施例中，消除电路809内的部件可以允许减小发射线圈814a-814d的组合之间的互感，但是可能不允许消除互感。因此，在一些实施例中，消除电路809可以采用平移，即将多个发射线圈814a-814d中的一个或多个发射线圈814a-814d在x方向或y方向中的至少一个方向上相对于与每个发射线圈814a-814d重叠的其他发射线圈814a-814d平移。在一些实施例中，移动重叠的发射线圈814a-814d，以使得重叠量的增加或减少可以增加或减少重叠发射线圈之间的互感。
在一些实施例中，可以将消除电路809本身相对于发射线圈814a-814d移动不同的位置。这种移动可以影响消除电路809对发射线圈814a-814d的影响。例如，当消除电路809在所有发射线圈814a-814d之间居中时，消除电路809与发射线圈814a-814d的相互作用可以与消除电路809位于四个发射线圈814a-814d的阵列的一端或另一端处时不同。
图8c示出了根据示例性实施例的发射区域800的发射线圈814a-814c相对于彼此的布局的水平视图。图8c的布局和部件类似于上面关于图7c所解释的布局和部件，并且在此无需再对其解释。
消除电路809的集成可以是有利的，这是因为它可以允许独立控制发射线圈814a-814d的不同组合的互感。如上所述，由电感器810a和810b形成的变压器可以控制发射线圈814a和814d之间的互感，而电感器815a和815b可以分别控制发射线圈814a与814c及814b与814d的互感。如上所述，电容器820可以允许将每个发射线圈814a-814d的互感调整相同的量。因此，消除电路809中可以没有允许调整发射线圈814a-814d的连续对的互感(即，发射线圈对814a与814b、发射线圈对814b与814c、以及发射线圈对814c与814d)的物理部件(感性或容性)。然而，这些对发射线圈814a-814d之间的互感可以受它们各自重叠的影响(即，发射线圈814a和814b的重叠可以影响这些线圈之间的互感M12)。因此，可以通过操纵发射线圈814a-814d或消除电路809中的至少一个的物理位置(即，重叠)来对发射线圈814a-814d的这些连续对之间的互感进行“调整”或补偿。例如，可以改变发射线圈814a-814d的对的重叠以调整重叠的发射线圈814a-814d的对之间的互感。在一些实施例中，对发射线圈814a-814d的对的重叠的操纵可以仅影响重叠的发射线圈814a-814d的互感。在一些实施例中，可以在设计发射区域800时调整发射线圈814a-814d的物理位置和重叠。例如，每个发射线圈814a-814d相对于邻近发射线圈814a-814d的位置可以使得发射线圈814a-814d之间的互感最小或减小。
使用消除电路809的部件调整发射线圈814a-814d的互感可以被描述为对互感的“粗”调谐，而调整发射线圈814a-814d的对的重叠可以包括对发射线圈814a-814d的互感的“最终”调谐或“细”调谐。在一些实施例中，附加的电感器和/或电容器可以被包括在消除电路809中，以允许单独控制每对发射线圈814a-814d(例如，可以引入与每一对发射线圈814a-814b、814b-814c和814c-814d串联的电感器)。可替换地，如上所述，可以重新定位消除电路809，从而改变消除电路809对发射线圈814a-814d的互感的影响。因此，电感器810a、810b、815a和815b及电容器820的组合以及发射线圈814a-814d的对准(alignment)(重叠的调整)和消除电路809的对准可以允许补偿发射线圈814a-814d之间的互感的所有组合。
消除电路809的物理位置可以改变发射线圈814a-814d的组合的互感，这是因为发射线圈814a-814d的性质(aspect)随着消除电路809的位置改变而改变。例如，至少发射线圈814a-814d的长度可以均根据消除电路的位置而改变，这是因为发射线圈814a-814d的长度可以改变发射线圈814a-814d对彼此的并且相对于消除电路809的互感效应。因此，在一些实施例中，消除电路809可以位于发射区域800中，以使得发射线圈814a-814d的各种组合之间的互感最小或减小。
实施消除电路809的一个优点是发射线圈814a-814d的阵列中的各个发射线圈814a-814d可以根据接收负载而按照需要被激活。另外，由于发射线圈814a-814d的阵列可以被划分为单独的发射线圈814a-814d(即，可以独立驱动每个单独的发射线圈814a-814d)，所以驱动发射线圈814a-814d的PA 824a-824d可以平均分配由发射线圈814a-814d的阵列所见到的任何负载(即，对于图8a的系统800，四个发射线圈814a-814d连同四个独立PA 824a-824d表示每个PA需要生成所需总功率的四分之一(1/4)。在一些实施例中，消除电路809可以允许使用PA 824a-824d中的单个PA来驱动发射线圈814a-814d，而不需耦合多个PA 824a-824d来提供足够高的功率而言。另外，当向发射线圈814a-814d的阵列施加负载时，消除电路809将允许利用与单个发射线圈814a-814d相关联的PA 824a-824d激活单个发射线圈814a-814d，而不会通过互感而损坏阵列中的邻近发射线圈814a-814d。因此，消除电路809可以通过消除发射线圈814a-814d之间的互感来提供更高效的功率传输。
图9是根据示例性实施例的无线功率传输的示例性方法的流程图900。尽管本文参考上面关于图1-2所讨论的无线功率传输系统100、上面关于图4所讨论的发射机、以及上面关于图8a-8c所讨论的发射区域800描述了流程图900的方法，但是在一些实施例中，流程图的方法可以由本文所描述的另一设备或任何其它合适的设备来实施。在一些实施例中，举例而言，流程图900中的块可以由诸如控制器415(在图4中提及的)和/或处理器信令控制器516(在图5中提及的)等处理器或控制器来执行。尽管本文中参考特定顺序描述了流程图900的方法，但是在各种实施例中，这里的块可以以不同的顺序执行或者省略，并且可以增加额外的块。
在块905处，第一驱动器线圈(发射线圈814a-814d中的一个)生成第一无线场。发射天线814a-814d中的任何一个可以生成第一无线场。无线场可以用于将功率无线地传输到其他设备或与其他设备无线通信。在块910处，第二驱动器线圈(发射线圈814a-814d中的第二个)生成第二无线场。在块915处，第三驱动器线圈(发射线圈814a-814d中的第三个)生成第三无线场。在块920处，消除电路809消除分别由第一驱动器线圈、第二驱动器线圈和第三驱动器线圈生成的第一无线场、第二无线场和第三无线场中的至少一个引起的互感的至少一部分。在一些实施例中，如上所述，消除电路向生成第一无线场、第二无线场和第三无线场的第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈中的每一个添加正的互感和/或负的互感。在一些实施例中，消除电路809可以使用与发射线圈814a-814d串联的电感器(即，电感器810a-810b或815a-815b)来添加正电感。在一些实施例中，消除电路809可以使用与发射线圈814a-814d串联的电容器(即，电容器820)来添加负电感。在一些实施例中，消除电路809还可以被配置为沿x方向或y方向中的至少一个方向移动发射线圈814a-814d或消除电路809中的至少一个以对发射线圈814a-814d的互感进行细调谐。
如上所述，发射线圈814a-814d可以通过经由消除电路809连接到公共接地825来共享公共接地825。在一些实施例中，也可以与连接到发射线圈814a-814d中的每一个的功率放大器824共享公共接地825。在一些实施例中，消除电路809可以至少部分地消除正互感和负互感中的至少一个。在一些实施例中，可以在相邻的驱动器线圈之间以90度的步长彼此异相地对用于驱动驱动器线圈(发射线圈814a-814d)的功率放大器824a-824d中的每一个进行驱动。电容器820和/或电感器810a-810b/815a-815b可以桥接任何两个或多个驱动器线圈(发射线圈814a-814d)。在一些实施例中，变压器可以由两个或多个电感器810a-810b/815a-815b形成。在一些实施例中，驱动器线圈(发射线圈814a-814d)可以被配置为与至少一个其它驱动器线圈重叠。在一些实施例中，可以以共面或非共面的方式设置驱动器线圈。
图10是根据本发明的示例性实施例的用于将无线功率传输到接收机的系统的功能框图。被配置用于无线功率传输的设备1000包括用于生成无线场的第一单元1005和互感消除单元。在一些实施例中，用于生成无线场的单元1005可以包括用于生成无线场的多个单元。
在一实施例中，用于生成无线场的第一单元1005可以被配置为执行上面关于块905(图9)所述的一个或多个功能。在各种实施例中，用于生成无线场的第一单元1005可以由图8a-8d的发射线圈814a-814d中的一个或多个来实施。在一些实施例中，用于生成无线场的多个第一单元1005可以被配置为执行上面关于块905(图9)所述的一个或多个功能。
用于消除互感的第二单元1010可以被配置为执行上面关于块910(图9)所述的一个或多个功能。在各种实施例中，用于消除互感的第二单元1010可以由一个或多个消除电路809来实施。在一些实施例中，附加单元可以被配置为执行上面关于图9所述的一个或多个步骤。在一些实施例中，用于放大功率的单元可以被配置为放大功率，用于由用于生成无线场的单元传输以生成无线场(未示出)。在一些实施例中，用于放大功率的单元可以包括上述功率放大器824a-824d。在一些实施例中，用于与用于生成无线场的单元共享公共接地的单元可以被配置为将用于生成无线场的单元连接到单个接地。在一些实施例中，用于生成无线场的单元和用于放大功率的单元可以共享单个接地。在一些实施例中，用于调整用于生成无线场的单元中的至少一个单元的位置的单元和/或用于调整用于消除互感的单元的位置的单元可以被配置为物理地移动用于生成无线场的单元和/或用于消除互感的单元中的至少一个。在一些实施例中，用于调整用于生成无线场的单元中的至少一个单元的位置的单元和/或用于调整用于消除互感的单元的位置的单元可以包括被配置为沿x方向和y方向物理移动的x-y平移电机或类似设备中的一个。
上述方法的各种操作可以由能够执行操作的任何合适的单元来执行，该单元例如是各种硬件和/或软件部件、电路和/或模块。总体而言，附图中所示的任何操作都可以由能够执行操作的相应功能单元来执行。
可以使用各种不同的科技和技术来表示信息和信号。例如，在以上整个描述中提及的数据、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、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或者其任意组合来表示。
结合本文公开的实施例所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、计算机软件或二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在其功能方面一般地描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。该功能被实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以各种方式实施，但是这样的实施决策不应被解释为导致脱离本发明的实施例的范围。
结合本文公开的实施例所述的各种说明性块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计为执行本文所述功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在可替换方案中，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、与DSP内核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。
结合本文公开的实施例所述的方法或算法的步骤和功能可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中或者二者的组合中。如果在软件中实施，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在有形非暂态计算机可读介质上或通过有形非暂态计算机可读介质传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、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、可移动盘、CD ROM或本领域已知的任何其他形式的储存介质中。储存介质耦合到处理器，使得处理器可以从储存介质读取信息并将信息写入储存介质。在替代方案中，储存介质可以与处理器一体。如本文所使用的，磁盘和盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软磁盘和蓝光盘，其中，磁盘通常磁性地再现数据，而盘用激光光学地再现数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。处理器和储存介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和储存介质可以作为分立部件驻留在用户终端中。
出于总结本公开内容的目的，本文已经描述了本发明的特定方面、优点和新颖性特征。应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定能够实现所有这些优点。因此，可以以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文可教导或提出的其它优点的方式来体现或实施本发明。
上述实施例的各种修改将是显而易见的，并且可以将本文定义的通用原理应用于其它实施例，而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不应被限于本文所示的实施例；相反，本发明应该被给予与本文公开的原理和新颖性特征相一致的最宽范围。

Claims (30)

1.一种被配置为向第一接收机发射无线功率的设备，包括：
第一驱动器线圈；
第二驱动器线圈；
第三驱动器线圈；以及
电路，所述电路可操作地耦合到所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈，其中所述电路包括一个或多个电气部件，所述一个或多个电气部件被配置为增加或减少所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的一对或多对驱动器线圈的互感，以至少部分地消除所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈之间的互感，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈被配置为通过所述电路共享公共接地。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路被配置为至少部分地消除所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈的各种组合之间的正互感或负互感中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的一个或多个被相对于彼此放置，以使得所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈之间的互感减小。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路被相对于所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈放置，以使得所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈之间的互感减小。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的每一个由对应的第一功率放大器、第二功率放大器和第三功率放大器驱动，其中，以90度的步长彼此异相地驱动所述第一功率放大器、所述第二功率放大器和所述第三功率放大器中的每一个。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路包括电容器，所述电容器被配置为向一个或多个耦合的驱动器线圈添加负互感。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述电路包括电容器，所述电容器被配置为桥接所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路包括电感器，所述电感器被配置为向一个或多个耦合的驱动器线圈添加正互感。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路包括电感器，所述电感器被配置为桥接任何两个驱动器线圈。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的任何两个是共面的。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述电路包括变压器，所述变压器被配置为桥接任何两个非共面且非重叠的驱动器线圈。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的至少一个与所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈或所述第三驱动器线圈中的至少另一个重叠。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的任何一个不与所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈或所述第三驱动器线圈中的任何另一个重叠。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路被配置为至少部分地基于所述设备的多个驱动器线圈来至少部分地消除多个互感。
15.一种用于向接收机发射无线功率的方法，包括：
通过第一驱动器线圈生成第一无线场；
通过第二驱动器线圈生成第二无线场；
通过第三驱动器线圈生成第三无线场；以及
通过消除电路消除由所述第一无线场、所述第二无线场和所述第三无线场中的至少一个引起的互感的至少一部分，所述消除电路可操作地耦合到所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈，其中，所述消除电路包括一个或多个电气部件，所述一个或多个电气部件被配置为增加或减少所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的一对或多对驱动器线圈的互感，以至少部分地消除所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈之间的互感，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈被配置为通过所述消除电路共享公共接地。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，消除互感的至少一部分包括：至少部分地消除由所述第一无线场、所述第二无线场和所述第三无线场中的至少一个引起的正互感或负互感中的至少一个。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：沿x方向和y方向中的至少一个方向调整所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的一个或多个的位置。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：沿x方向和y方向中的至少一个方向调整所述消除电路的位置。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：利用对应的第一功率放大器、第二功率放大器和第三功率放大器来驱动所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的每一个，其中，彼此异相地驱动所述第一功率放大器、所述第二功率放大器和所述第三功率放大器中的每一个。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路包括电容器，所述电容器被配置为向一个或多个耦合的驱动器线圈添加负互感。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路包括电容器，所述电容器桥接所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的至少一个。
22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路包括电感器，所述电感器被配置为向一个或多个耦合的驱动器线圈添加正互感。
23.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路包括电感器，所述电感器被配置为桥接任何两个驱动器线圈。
24.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的任何两个是共面的。
25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路包括变压器，所述变压器被配置为桥接任何两个非共面且非重叠的驱动器线圈。
26.根据权利要求15所述的方法，还包括：将所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的至少一个与所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈或所述第三驱动器线圈中的至少另一个重叠。
27.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈和所述第三驱动器线圈中的任何一个不与所述第一驱动器线圈、所述第二驱动器线圈或所述第三驱动器线圈中的任何另一个重叠。
28.根据权利要求15所述的方法，其中，所述消除电路被配置为至少部分地基于多个驱动器线圈来至少部分地消除多个互感。
29.一种被配置为向第一接收机发射无线功率的设备，包括：
用于生成第一无线场的单元；
用于生成第二无线场的单元；
用于生成第三无线场的单元；以及
用于消除互感的单元，其可操作地耦合到所述第一无线场生成单元、所述第二无线场生成单元和所述第三无线场生成单元，其中，所述用于消除互感的单元包括一个或多个电气部件，所述一个或多个电气部件被配置为增加或减少所述第一无线场生成单元、所述第二无线场生成单元和所述第三无线场生成单元中的一对或多对无线场生成单元的互感，以至少部分地消除所述第一无线场生成单元、所述第二无线场生成单元和所述第三无线场生成单元之间的互感，其中，所述第一无线场生成单元、所述第二无线场生成单元和所述第三无线场生成单元被配置为共享共同接地。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述用于消除互感的单元被配置为至少部分地消除所述用于生成第一无线场的单元、所述用于生成第二无线场的单元和所述用于生成第三无线场的单元的各种组合之间的正互感和负互感中的至少一个。
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