CN108028126A

CN108028126A - 使用金属板的无线功率发射单元

Info

Publication number: CN108028126A
Application number: CN201680052555.8A
Authority: CN
Inventors: 郑胜宪; W·H·冯诺瓦克三世
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2018-05-11
Also published as: WO2017044211A1; US20170077733A1

Abstract

一种用于无线功率传输的装置，可以包括多个导电板，通过槽彼此之间被隔离以及被布置以限定充电表面。被设置在所述多个导电板之间的电流驱动电路可以被配置为在所述多个导电板的一个或多个中产生电流的流动。产生的磁场可以从所述槽辐射，以建立围绕充电表面的充电区域适合用于向靠近所述充电表面的一个或多个功率接收单元的功率的无线传输。

Description

使用金属板的无线功率发射单元

技术领域

本公开总体涉及无线功率传输系统。更具体地，本公开涉及无线功率发射单元(充电垫)。

背景技术

除非另外指出，前述内容不被承认为是本文所述的权利要求的现有技术，并且不应被解释为如此。

无线功率传输在诸如移动电话、平板电脑等的便携式电子设备中变得越来越普及，该便携式电子设备通常需要长电池寿命和低电池重量。不使用电线为电子设备提供功率的能力为便携式电子设备的用户提供了便利的解决方案。无线功率传输为制造商提供了针对归因于消费电子设备中的电源有限的问题开发创造性解决方案的工具。这项技术的优势可以在很多便携式设备中看到，从手机到电动汽车，这些设备一般采用电池供电。

发明内容

根据本公开，用于无线功率传输的装置可以包括通过槽彼此之间被电隔离的导电板。电流驱动电路可以被提供在导电板之间。电流驱动电路可以被配置为在多个导电板的一个或多个中感应涡电流，该涡电流可以引起磁场从所述槽辐射，以建立围绕所述充电表面的充电区域，所述充电表面适于向被设置在靠近所述充电表面的功率接收单元的功率的无线传输。

在一些方面，电流驱动电路可以包括导电材料的线圈。导电材料的线圈可以通过导电板的一个或多个被暴露。电流驱动电路可以进一步包括建立针对电流驱动电路的谐振频率。在一些方面，导电材料的线圈可以被缠绕围绕所述充电表面的周边的。

在一些方面，电流驱动电路可以包括跨过多个导电板的第一集合的第一导线材料线圈以及被布置在第一导电材料线圈的周界内部与所述槽的一些槽相交的第二导电材料线圈，以及通过连接器电连接在一起。

在一些方面，电流驱动电路可以包括被设置在所述充电表面周边的一个或多个导电材料线圈。

在一些方面，电流驱动电路可以在导电板中一些导电板(源板)中感应涡电流。作为响应，在所述多个导电板中其他导电板中的涡电流可以由所述源板感应。

在一些方面，电流驱动电路可以包括沿着所述充电表面的第一侧的第一导体以及沿着所述充电表面的第二侧的至少第二导体。

在一些方面，装置可以包括被设置在所述导电板中的一个或多个导电板上的磁屏蔽材料的贴片。

在一些方面，装置可以包括被连接到第一导电板的信号反馈。

根据本公开，无线功率发射单元可以包括充电表面，被配置为辐射磁场用于向一个或多个功率接收单元的功率的无线传输。充电表面可以包括彼此之间物理分隔以及彼此之间电隔离的导电板。无线功率发射单元可以包括选择性地以及单独地可操作以电连接或断开导电板对。第一开关可以形成被连接的和被断开的导电板的第一配置以限定第一功率发射元件。第一和第二端子可以向第一功率发射元件提供功率以生成磁场，该磁场从包括第一功率发射元件的导电板集合辐射。

在一些方面，第一开关可以被设置在所述导电板之间的槽中。在一些方面，每个第一开关可以被连接在四个所述导电板之间，并且可操作以将所述四个导电板的任意组合连接在一起。

在一些方面，所述导电板中的一些导电板可以被电连接至第一端子，例如以接收功率。在一些方面，无线功率发射单元可以包括第二开关，其将导电板中的一些导电板连接到第二端子或从第二端子断开连接，例如以充当功率的返回。

在一些方面，无线功率发射单元可以包括控制器以操作第一开关将不同导电板连接在一起以限定一个或多个功率发射元件。

在一些方面，控制器可以响应于从一个或多个功率接收单元接收的信息，操作第一开关以重新配置，连接的和断开的导电板的第一配置以形成连接的和断开的导电板的第二配置。

根据本公开，用于无线功率传输的方法可以包括在被布置以限定充电表面的一个或多个金属板之间产生一个或多个电流的流动。该方法可以包括响应于电流的流动而辐射磁场。该方法可以包括将磁场耦合到靠近所述充电表面的功率接收单元以向功率接收单元无线传输功率。

在一些方面，一个或多个电流的流动可以向设置在金属板中的一些金属班上的导电材料的线圈提供电流来产生，以在多个金属板中其他的金属板中感应涡电流。

在一些方面，一个或多个电流的流动可以通过操作被配置为电连接或断开金属板对的多个开关以限定功率发射元件以及向功率发射元件提供功率而被产生，以生成从所述第一功率发射元件的所述金属板之间的槽辐射的磁场。

根据本公开，无线功率传输可以包括用于布置金属板以限定充电表面的部件，用于在金属板中的一些金属板之间产生电流的流动的部件，以及用于辐射由于所述金属板之间的电流的流动而产生的磁场部件，以便于将磁场到靠近所述充电表面设置的功率接收单元以向功率接收单元无线地传输功率。

在一些方面，用于产生电流的流动的部件可以包括被设置在金属板中的一些金属板上的一个或多个导电材料的线圈以在金属板中的一些金属板之间感应电流。

在一些方面，所述用于产生电流的流动的部件可以包括被配置为电连接或断开金属板对的开关。

以下详细的描述和附图提供对本公开的特性和优点的更好理解。

附图说明

关于下面的讨论，特别是附图，要强调的是所示的细节代表用于例示性讨论目的的示例，并且以提供本公开的原理和概念方面的描述的原因被呈现。在这方面，没有尝试去显示超出用于本公开的基本理解所需之外的实施方式细节。结合附图的以下的讨论使得根据本公开的实施例如何可以被实现对于本领域技术人员而言显而易见。在附图中：

图1是根据例示性实施例的无线功率传输系统的功能框图。

图2是根据例示性实施例的无线功率传输系统的功能框图。

图3是根据例示性实施例的包括功率发射或接收元件的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。

图4示出根据本公开的充电表面的实施例。

图4A和图4B示出根据本公开的充电表面的备选实施例。

图5示出根据本公开的电流驱动电路的实施例。

图5A示出围绕充电表面的充电区域。

图6示出根据本公开的磁场的产生和辐射。

图7A和图7B示出根据本公开的成形磁场的示例。

图8A、图8B、图9、图10、图10A和图11示出根据本公开的建立充电区域的备选方案。

图12A-12C示出本公开涉及射频通信的一个方面。

图13A和图13B示出根据使用有槽的金属板的一些实施例的充电表面的实施例。

图14和图14A示出根据本公开的充电表面。

图15A-15C示出图14中所示充电表面的配置的示例。

图16示出根据本公开的充电表面。

图16A-16C示出图16的充电表面的方面。

图17示出图16的充电表面的配置的示例。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多示例和具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，如在权利要求中所表达的本公开可以包括这些示例中的一些或全部特征，单独或与下面描述的其他特征组合，并且还可以包括修改和本文描述的特征和概念的等同物。

无线功率传输可以指的是不使用物理电导体将与电场、磁场、电磁场或其他关联的任何形式的能量从发射器传输到接收器(例如功率可以通过自由空间被传输)。进入无线场(例如磁场或电磁场)的功率输出可以被“功率接收元件”接收、捕获或耦合以实现功率传输。

图1是根据说明性实施例的无线功率传输系统100的功能框图。输入功率102可以从电源(在该图中未示出)被提供到发射器104以生成用于执行能量传输的无线场105(例如，磁或电磁)。接收器108可以耦合到无线场105并且生成输出功率110，用于由耦合到输出功率110的设备(在该图中未示出)存储或消耗。发射器104和接收器108可以由间隔112分开。发射器104可以包括用于向接收器108发射/耦合能量的功率发射元件114。接收器108可以包括用于接收或捕获/耦合从发射器104发射的能量的功率接收元件118。

在一个例示性实施例中，发射器104和接收器108可以根据相互谐振关系配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本相同或非常接近时，发射器104和接收器108之间的传输损耗减少。如此，可以在更大的距离上提供无线功率传输。谐振感应耦合技术因此可以允许用于在各种距离以及各种感应功率发射和接收元件配置下改善效率和功率传输。

在某些实施例中，无线场105可以与如下文将进一步描述的发射器104的“近场”相对应。近场可以对应这样的区域，其中由功率发射元件114中的电流和电荷产生的强反应场，其最低程度地从功率发射元件114中辐射功率。近场可以对应在功率发射元件114的大约一个波长(或其一部分)内的区域。

在某些实施例中，可以通过将无线场105中的大部分能量耦合到功率接收元件118而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，发生有效率的能量传递。

在某些实施方式中，发射器104可以输出随时间变化的磁场(或电磁场)，磁场(或电磁)场的频率与功率发射元件114的谐振频率相对应。当接收器108在无线场105内时，随时间变化的磁场(或电磁场)可以在功率接收元件118中感应出电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置为在功率发射元件114的频率下谐振的谐振电路，能量可以被有效地传输。在功率接收元件118中感应的交流(AC)信号可以被整流以产生可被提供为负载充电或供电的直流(DC)信号。

图2是根据另一说明性实施例的无线功率传输系统200的功能框图。系统200可以包括发射器204和接收器208。发射器204(在本文中也被称为功率发射单元PTU)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和前端电路226。振荡器222可以被配置为在期望的频率生成信号，该期望的频率可以响应于频率控制信号223而调整。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(V_D)225在例如功率发射元件214的谐振频率下驱动功率发射元件214。驱动器电路224可以是开关放大器，该开关放大器被配置为从振荡器222接收方波以及输出正弦波。

前端电路226可以包括滤波器电路，该滤波器电路被配置为滤除谐波或其他不需要的频率。前端电路226可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将发射器204的阻抗与功率发射元件214相匹配。如将在下文更详细地解释的，前端电路226可以包括调谐电路，以与功率发射元件214建立谐振电路。作为驱动功率发射元件214的结果，功率发射元件214可以生成无线场205，以便以足够为电池236充电或其他方式为负载供电的电平无线地输出电能。

发射器204还可以包括控制器240，控制器240可操作地耦合到发射电路206，被配置为控制发射电路206的一个或多个方面或者完成与管理功率传输相关的其他操作。控制器240可以是微控制器或处理器。控制器240可以被实施为专用集成电路(ASIC)。控制器240可以可操作地直接或间接地连接到发射电路206的每个组件。控制器240可以进一步被配置为从发射电路206的每个组件接收信息，并且基于所接收的信息执行计算。控制器240可以被配置为生成用于每个组件的可以调整该组件的操作的控制信号(例如信号223)。如此，控制器240可以被配置为基于由其执行的操作的结果来调整或管理功率传输。发射器204可以还包括存储器(未示出)，该存储器被配置为存储数据，例如，诸如用于使控制器240执行特定功能(例如与无线功率传输的管理有关的功能)的指令。

接收器208(在本文中也被称为功率接收单元PRU)可以包括接收电路210，接收电路210可以包括前端电路232和整流器电路234。前端电路232可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将接收电路210的阻抗与功率接收元件218相匹配。如下文将要解释的，前端电路232可以进一步包括调谐电路以与功率接收元件218建立谐振电路。如图2中所示，整流器电路234可以从AC功率输入中产生DC功率输出以对电池236充电。接收器208和发射器204可以在单独的通信信道219(例如蓝牙、Zigbee、蜂窝等)另外通信。接收机208和发射机204可以替换地利用无线场205的特性经由带内信令进行通信。

接收器208可以被配置为确定由发射器204发射以及由接收器208接收的功率量是否适合用于对电池236充电。在某些实施例中，发射器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，用于提供能量传输。接收器208可以直接耦合到无线场205，并且可以生成输出功率，用于供耦合到输出或接收电路210的电池(或负载)236存储或消耗。

接收器208可以进一步包括控制器250，控制器250被配置为类似于如上所述的发射控制器240，以用于管理无线功率接收器208的一个或多个方面。接收器208可以还包括存储器(未示出)，该存储器被配置为存储数据，例如，诸如用于使控制器250执行特定功能(例如与无线功率传输的管理有关的功能)的指令。

如上所述，发射器204和接收器208可以以间隔分隔开，并且可以根据相互谐振关系被配置，以最小化发射器204和接收器208之间的传输损耗。

根据例示性实施例，图3是图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可以包括功率发射或接收元件352和调谐电路360。功率发射或接收元件352也可以被称为或被配置为天线或“回路”天线。术语“天线”通常指代用于耦合到另一个“天线”的可以无线地输出或接收能量的组件。功率发射或接收元件352在本文中也可以被称为或被配置为“磁性”天线、或感应线圈、谐振器或谐振器的一部分。功率发射或接收元件352也可以被称为线圈或被配置为无线输出或接收功率的类型的谐振器。如本文所使用的，功率发射或接收元件352是被配置为无线输出和/或接收功率的类型的“功率传输部件”的示例。功率发射或接收元件352可以包括空芯或诸如铁氧体芯的实芯(在该图中未示出)。

当功率发射或接收元件352被配置为具有调谐电路360的谐振电路或谐振器时，功率发射或接收元件352的谐振频率可以是基于电感和电容。电感可以是简单地由形成功率发射或接收元件352的线圈或其他电感器所产生的电感。电容(例如电容器)可以由调谐电路360提供以在期望的谐振频率处产生谐振结构。作为非限制性示例，调谐电路360可以包括电容器354和电容器356，可以被添加到发射和/或接收电路350以建立谐振电路。

调谐电路360可以包括其他部件以与功率发射或接收元件352形成谐振电路。作为另一非限制性示例，调谐电路360可以包括在电路350的两个端子之间并联放置的电容器(未示出)。其他的设计也是可能的。在一些实施例中，前端电路226中的调谐电路可以具有与前端电路232中的调谐电路相同的设计(例如360)。在其他实施例中，前端电路226可以使用与前端电路232中不同的调谐电路设计。

对于功率发射元件，信号358可以是到功率发射或接收元件352的输入，信号358具有的频率基本对应于功率发射或接收元件352的谐振频率。对于功率接收元件，信号358可以是来自功率发射或接收元件352的输出，信号358具有的频率基本对应于功率发射或接收元件352的谐振频率。

在图1的某些实施例的方面中，发射器104可以输出随时间变化的磁场(或电磁场)，随时间变化的磁场(或电磁场)具有的频率对应于功率发射元件114的谐振频率。当接收器108在无线场105中时，随时间变化的磁场(或电磁场)可以在功率接收元件118中感应出电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置为在功率发射元件114的频率处谐振，能量可以更有效地被传输。在功率接收元件118中感应的AC信号可以如上所述被整流以产生DC信号，该DC信号可以被提供对负载充电或供电。根据“线圈”被使用的上下文，“线圈”将在本文被使用以指代功率发射元件(例如114)或是指代功率接收元件(例如118)。

现在讨论将转向根据本公开的例如诸如图2所示的无线功率发射单元(PTU)的描述。参照图4，根据本公开的一些实施例的PTU 400可以包括充电平台402和PTU电路406。该图描述了充电平台402的上(顶)侧。PTU电路406可以包括用于驱动充电平台402的电路。PTU400的这个方面将更详细地被讨论。

充电平台402可以包括充电表面404，在充电表面404上一个或多个设备(例如PRU)可以被放置以用于无线充电。根据本公开，充电表面404可以包括板412的布置。板412可以是金属或其他导电材料。在一些实施例中，板412可以包括几种不同的导电材料。充电表面404的上侧可以是可见的，以及因此用于板412的一种或多种类型的导电材料的选择可以由于美观原因促使实现期望的视觉设计或图案。在一些实施例中，涂层(未示出)可以被提供在板412上，例如以避免暴露的金属表面的氧化。由于板412可以暴露中等电压，所以涂层可以是电绝缘材料。涂层可以是透明的以显露下面的表面(例如出于美观的原因)，或者涂层可以是半透明或不透明。

板412可以通过一系列的槽414彼此电隔离或彼此间隔开，一系列的槽414将板412彼此之间物理隔离。板412可以被支撑在框架或其他用于布置板412的装置上以限定充电表面404。在一些实施例中，例如，槽414可以通过以在板412之间留下间隔的布置将板412贴附在基板(未示出)上而被限定。在其他实施例中，槽414可以被填充不导电材料以将板412保持在一起。在一些实施例中，对于所有槽414，槽的宽度w可以是相同的。在其他实施例中，槽的宽度w可以变化。在一些实施例中，充电表面404可以是平面，例如，诸如图4中所示的。在其他实施例中，充电表面404可以是波状的、三维表面。

图4A和图4B示出包括充电表面404的板412的备选布置。例如，图4A示出槽414可以在不同于图4所示的水平和竖直的方向上延伸。在一些实施例中，例如，槽414可以对角地延伸，以及更一般地，槽414可以在不同的方向延伸。在其他实施例中，槽414可以是弯曲的。在又一些其他实施例中，槽414可以包括直线段和弯曲段的组合，等等。

图4A进一步示出包括充电表面404的板412可以是其他形状；例如，菱形。在其他实施例中，板412可以具有其他几何形状，诸如三角形、六边形等。图4B示出板412a、412b可以是不同的尺寸。一般而言，板412可以具有任意的形状。例如，可以出于美观的原因选择形状，因为在一些实施例中，充电表面404的上表面可以是可见的。此外，充电表面404可以是波状的，而不是如图所示的平面。

图5示出从底侧看的PTU 400(图4)的充电平台402的示例。充电平台402可以还包括设置在包括充电表面404的板412之间的电流驱动电路502。在一些实施例中，例如，电流驱动电路502可以被贴附到充电表面404的底侧。PTU电路406可以包括提供驱动电流(例如电流源，未示出)，以驱动电流驱动电路502的电源。

在一些实施例中，电流驱动电路502可以包括一个或多个导电材料的线圈(“线圈”)504、506。在一些实施例中，例如，504、506可以是柔性印刷电路板(PCB)线、印刷或冲压的线圈。然而，在其他实施例中，线圈504、506可以是任何适当的导电材料。图5示出在一些实施例中，电流驱动电路502可以是与充电表面404大约相同的尺寸。

线圈504、506可以以任何适当的方式缠绕。在一些实施例中，例如，线圈504可以被缠绕在充电表面404的外周边上，并且在充电表面404的外周边处被设置或放置跨过板412。线圈504、506可以是任意数目的匝数。例如，图5示出线圈504具有两匝。在图5所示的示例中，线圈506具有三匝并且跨过充电表面404的两个内部的板412设置。

线圈506可以小于线圈504，可以被布置在由线圈504建立的周界之内。连接器512可以连接两个线圈504、506，以及由单个电源(例如被提供在PTU电路406中)驱动。磁屏蔽508可以被提供在连接器512和连接器512下面的板412之间，以避免扭曲用于无线充电的磁场。在一些实施例中，连接器512可以被省略，以及线圈504、506可以由单独的相应电源(未示出)驱动。

图5A示出PTU 400(图4)的充电平台402的上侧。当驱动电流被提供给电流驱动电路502时，磁场可以自充电表面404产生以在充电表面404周围建立充电区域(充电范围)522。相应地，当一个或多个PRU(未示出)被放置在充电表面404上或靠近充电表面404时，包括充电区域522的磁场可以耦合到一个或多个PRU，用于从PTU 400的充电平台402到接近充电区域522的一个或多个PRU的功率无线传输。在一些实施例中，图5中所示的电容器可以被连接到电流驱动电路502以限定用于与PRU耦合的谐振器。

图6示出根据本公开在充电表面404上磁场可以如何产生。可以关于图5和图5A中示出的线圈504、506进行不失一般性的解释。在图6中线圈504、506已被省略以避免使该图混乱。此外，该图示出仅仅板412中的一些的涡电流的示例，也是为了减少图中的混乱。本领域普通技术人员将理解，涡电流可以在其他板412中被感应出。

在操作中，一些的板412可以充当“源”板622，以及一些的板412可以充当“非源”板624。线圈504、506可以由驱动电流驱动以产生如图6中所示的电流62的流动。涡电流602可以在线圈504、506横跨的板412中直接被感应出。这样的板可以被指定为源板622。直接被感应的涡电流602转而可以在与源板622相邻的板412中间接地感应出涡电流604。这样的板可以被指定为非源板624。

板412之间的槽可以充当用于辐射磁场的部件。例如，作为感应涡电流602、604存在的结果，磁场626可以从充电表面404上的槽414产生并辐射。这些磁场626在图6中由覆盖槽414的灰色区域指示。磁场626可以延伸跨越板412的表面并且组合以在充电表面404上产生充电区域(例如，图5A的522)。最高场强的区域可以在槽414彼此交叉的交叉点628处获得。

根据本公开，磁场626可以被“成形”。换言之，充电表面404上的磁场626的分布可以被改变。成形可以包括改变充电表面上的磁场626的强度。例如，从槽414辐射的磁场626的强度可以通过改变槽414的宽度(例如，图4的w)被改变。相应地，在一些实施例中，槽414的宽度可以在充电表面404上变化。在一些实施例中，槽414的宽度可以逐渐变化。在其他实施例中，槽414的宽度可以是离散的，等等。

在一些实施例中，磁场626可以通过在充电表面404上放置磁屏蔽材料被成形。图7A和图7B示出本公开的这个方面。在图7A中，电流驱动电路502可以建立由包括电流驱动电路502的线圈704限定的周界。一个或多个磁屏蔽贴片712、714可以被贴附到充电表面404，以及特别地可以是被放置跨过在充电表面404上的槽414。贴片712、714可以是任何适当的铁氧体材料。

在一些实施例中，贴片712、714可以被定位在由电流驱动电路502建立的周界内。在一些实施例中，贴片712、714可以被定位在该周界之外。例如，图7B示出了一个实施例，该实施例示出由线圈704限定的电流驱动电路502建立的周界之外的贴片716、718的放置。图7A和图7B中示出的贴片放置仅仅是例示性的。使用的实际贴片数目及它们的放置将根据设计有所不同。在一些实施例中，例如，设计可以只需要单个贴片。在其他实施例中，可以使用多个贴片。

在操作中，贴片可以防止或以其他方式阻碍从槽414辐射的磁场(例如，图6的626)。贴片可以因此改变磁场从充电表面辐射的位置。充电表面404上的一个或多个贴片的放置可以因此成形磁场的分布以实现磁场的均衡分布。在一些实施例中，贴片可以用于限定充电表面404上的被具有低磁场强度的区域分隔开的具有高磁场强度的区域。在其他实施例中，可以实现磁场的其他分布。一般而言，充电表面404上的磁场可以通过改变槽414的槽的宽度(如上所述)和/或在充电表面404上贴片(例如712、714)的放置而被成形。

图8A和图8B示出根据本公开的一些实施例的电流驱动电路802。参照图8A，在一些实施例中，电流驱动电路802可以包括两个或更多个包括导电材料的直线导体802a、802b。直线导体802a、802b可以被相同的驱动电流或不同的驱动电流驱动。直线导体802a、802b可以被设置跨越包括充电表面404的相邻板412的线。例如，直线导体802a可以沿着充电表面404周边的一侧延伸，跨过一排的板412。同样地，直线导体802b可以沿着充电表面404周边的相反一侧延伸，跨过另一排的板412。在操作期间，当电流驱动电路802被驱动时，磁场可以在直线导体802a、802b之间建立充电区域822。

图8B示出电流驱动电路802'的实施例，电流驱动电路802'包括具有位于充电表面404外部的返回段802a'的单个导体。

图9示出包括单个线圈904的电流驱动电路902的实施例。如图9所示，在一些实施例中，电流驱动电路902可以是大约包括充电表面404的板412的尺寸。线圈904中的线匝可以是高的数目，以便生成足够强的磁场以建立充电区域922。仅仅为了举例说明，线圈904中的线匝数量例如可以是10-20匝。在一些实施例中，线圈904可以位于金属板下方。在其他实施例中，由于充电表面404在线圈904的位置不具有金属板，线圈904可以被“暴露”。然而，清晰的环氧树脂或其他电绝缘涂层可以被设置在线圈904上用于提供与外界的保护。以这种方式暴露线圈904从美学或设计观点出发可能是合乎需要的。

尽管未示出，但是在其他实施例中，线圈902可以更大。例如，在一些实施例中，线圈902可以是大约2×2阵列的板412的尺寸。通常，包括电流驱动电路的线圈可以是任何适当的尺寸，范围从图5中示出的线圈504的尺寸到图9中示出的线圈902的尺寸。

图10示出在一些实施例中，电流驱动电路1002(例如，图9的线圈904)可以被放置在充电表面404的角板1012中。电流驱动电路1002可以生成向充电表面404的内部范围延伸的充电区域1022。如图9所示，电流驱动电路1002可以位于金属板1012下方，或者可以金属板1012可被省略以暴露电流驱动电路1002。图10A示出在一些实施例中，磁屏蔽1032、1034可以被用来抑制与角板1012相邻的板1012a、1012b中的涡电流的形成。在其他实施例中，或者磁屏蔽1032或者磁屏蔽1034可以被用来暴露顶部或底部。磁屏蔽1032、1034可以被提供，例如，以减少角板1012的充电表面404的角部的电磁干扰(EMI)效应。

图11示出在一些实施例中，电流驱动电路(例如，图9的线圈904)可以被放置在角板1112a、1112b、1112c、1112d处以建立充电区域1122。在其他实施例中，电流驱动电路可以被放置在两个角板或三个角板中。图10A中所示的磁屏蔽夹层结构可以被用来减少EMI效应。如图9所示，一个或多个角板1112a、1112b、1112c、1112d可以被省略以暴露电流驱动电路。

在一些实施例中，板(例如，图4的412)可以被用于射频(RF)通信。RF信号可以是任何适当的信令技术，例如蓝牙、WiFi、GPS、LTE、WCDMA、GSM等。在一些实施例中，PTU(例如，图4的400)通过使用RF信令与PRU通信可以协调与PRU(未示出)的无线充电。例如，根据特定实施例，通信可以被用于确定传送给PRU多少功率、PRU中的负载、PRU的温度等等。

参照图12A，在一些实施例中，PTU中的PTU电路406可以包括RF电路1206以提供例如与PRU的通信。根据本公开，来自RF电路1206的反馈1216可以直接连接到包括充电表面404的一个或多个板412。图12A示出，例如充电表面404可以接收来自侧面的反馈1216，并且特别是在充电表面的外周边上的板1212。在一些实施例中，天线(例如贴片天线)1226可以被提供在板1212上，并且反馈1216被连接到天线1226。

在其他实施例中，例如如图12B中所示，位于充电表面404周边的内部的板1212'可以被反馈1216使用。图12B示出在一些实施例中，反馈1216可以被直接连接到板1212'，例如在充电表面404的底侧，以将板1212'本身用作天线。

在一些实施例中，板412可以被驱动在6.78MHz的频率用于无线功率传输。射频信号可以在6.78MHz的工作频率之外工作用于无线功率传输。相应地，PTU电路406可以包括双工器(未示出)以支持并发的无线功率传输操作和RF通信。在一些实施例中，PTU电路406可以包括在无线功率传输操作和RF通信之间切换的双工器(未示出)。

图12C示出在一些实施例中，两个或更多的板1212a、1212b可以被电连接在一起以支持RF通信。根据RF信号的频带，单个板412可以是足够大的以发射RF信号。然而，较低频率RF的波长可能需要比单个板412更大的尺寸。因此，两个或更多的板1212a、1212b可以被连接在一起以产生足够尺寸的天线来发送特定的频带。

图13A示出根据本公开的一些实施例的PTU 1300。PTU 1300可以包括充电平台1302。该图描绘了充电平台1302的正面。充电平台1302可以包括充电表面1304，在充电表面1304上一个或多个设备(例如PRU)可以被放置以用于无线充电。根据本公开，充电表面1304可以包括金属板，该金属板具有穿过金属板形成的槽1314。

图13B示出PTU 1300的充电表面1304的背面。根据一些实施例，一个或多个线圈1312可以被缠绕在充电表面的背面上。根据本公开，线圈1312可以与槽1314对准。在一些实施例中，铁氧体材料1318可以被提供以增大互感。

在操作中，当功率被施加到线圈1312时，电流流过线圈1312而生成的磁场可以通过槽1314辐射以耦合到PRU。调谐电容器(未示出)可以被连接到线圈1312以调谐磁场的谐振频率。

线圈1312中的线匝数目可以确定磁场的分布及其大小。例如，图13B示出线圈1312包括两组线匝1312a、1312b。外线匝1312a围绕开槽的充电表面1304的外周边被缠绕，并与外周边的槽1314对准。内线匝1312b围绕内周边被缠绕并与内周边的槽1314对准。外线匝1312a和内线匝1312b可以被连接以限定具有单个电流路径的单个线圈。在其他实施例中，充电表面1304可以包括具有单独电流路径的两个或更多个单独的线圈。

在一些实施例中，充电表面1304可以是平面的，例如，诸如图13A和图13B所示。在其他实施例中，充电表面1304可以是波状的三维表面。

在一些实施例中，槽1314可以是矩形的，例如，诸如图13A和图13B所示。在其他实施例中，槽1314可以是任何形状；例如三角形、圆形、八角形、六角形、不规则形状等。槽形状可以出于美观的原因而被选择。

参照图14，根据本公开，PTU 1400可以包括充电平台1402和PTU电路1406。该图描绘了充电平台1402的上(顶)侧。PTU电路1406可以包括用于驱动充电平台1402(例如，通过提供驱动电流)的电源1462和被配置为生成控制信号的控制器1464。

充电平台1402可以包括充电表面1404，在充电表面1404上一个或多个设备(例如PRU)可以被放置以用于无线充电。根据本公开，充电表面1404可以包括板1412的布置。板1412可以是金属或其他导电材料。在一些实施例中，板1412可以包括几种不同的导电材料。充电表面1404的上侧可以是可见的，以及因此用于板1412的一种或多种类型的导电材料的选择可以由于美观原因促使实现期望的视觉设计或图案。在一些实施例中，涂层(未示出)可以被提供在板1412上，例如以避免暴露的金属表面的氧化。由于板1412可以暴露中等电压，所以涂层可以是电绝缘材料。该涂层可以是透明的以显露下面的表面(例如出于美观的原因)，或者该涂层可以是半透明或不透明。

在一些实施例中，充电表面1404可以是平面的，例如，诸如图14所示。在其他实施例中，充电表面1404可以是波状的三维表面。

板1412的分隔限定了一系列槽1414。板1412可以被支撑在框架或其他用于布置板1412装置上以限定充电表面1404。在一些实施例中，例如，槽1414可以通过以在板1412之间留下间隔的布置将板1412贴附在基板(未示出)上而被限定。在其他实施例中，槽1414可以被填充非导电材料以将板1412保持在一起。

图14A示出图14中所示的圆圈区域的放大图。根据本公开的实施例，板1412可以通过第一路由开关1432被连接。路由开关1432可以被提供在板1412对之间，以及可以可选择地将板1412对电连接在一起以及将板1412断开对。例如，图14A示出一对板1412a和1412b通过路由开关1432被连接在一起。同样地，板1412b和1412d通过路由开关1432被连接在一起，板1412c和1412d通过路由开关1432被连接在一起，以及板1412ab和1412c通过路由开关1432被连接在一起。

板1412中的一些可以进一步包括第二“出口”开关1434。在一些实施例中，出口开关1434可以选择性地将它们对应的板(例如1412a)与导电返回平面1422(例如，诸如金属层)连接/断开，该导电返回平面1422与板1412电隔离。如下文将要解释的，出口开关提供用于板1412中电流流动的出口路径。在其他实施例中，导体(未示出)可以被使用以替换返回平面1422提供电流流动的出口路径。

返回图14，一些的板1412-1可以通过不能开关切换的导体1436被连接在一起。在一些实施例中，例如，充电表面1404的外周边的板1412-1可以被连接在一起以形成环绕充电表面1404的导电环。在其他实施例中，板1412-1可以被配置为两个或更多个的板1412-1的电隔离导电段。

第一端子和第二端子可以分别将电源1462连接到导体1436和返回平面1422中的一个。在一些实施例中，可以有如图14中所示的单个电源1462以驱动板1412-1的单个导电环。在其他实施例中，可以有两个或更多个电源以驱动两个或更多个的板1412-1的导电部分。

控制器1464可以生成控制信号以选择性地单独地操作开关1432、1434中的每一个。例如，路由开关1432可以具有将一对板(例如1412a、1412b)电连接在一起的闭合状态，以及将一对板1412a、1412b电断开的打开状态。类似地，出口开关1434可以具有将板(例如1412a)与返回平面1422电连接的闭合状态以及将板1412a与返回平面1422电断开的打开状态。

在操作中，控制器1464可以发出和不发出控制信号以闭合一些开关1432、1434以及打开一些开关1432、1434，以配置板1412以形成一个或多个功率发射元件。电流可以被提供给包括功率发射元件的板1412以生成从板1412之间的槽1414辐射的磁场，以无线地发送/耦合能量到PRU。

控制器1464可以操作开关1432、1434以获得板1412的适当配置用于给定的功率接收单元(PRU)的布置。例如，控制器1464可以基于感测到的PRU的位置、期望的与PRU的耦合以及估计的磁场限制来决定建立什么(多个)回路。在一些实施例中，控制器1464可以重新配置回路，例如，如果PRU需要改变磁场。假设，例如两个PRU存在于充电平台1402上，并且一个正在接收不足的电压。该PRU可以将这个事实传达给控制器1464，以及作为响应，控制器1464可以重新配置板1412以增加PRU周围的额外的线圈来增大磁场，从而增加发送到该PRU的电能量。

当配置或重新配置板1412时，控制器1464可以考虑下列中的一些：

·H场。回路的数目结合来自电源1462的电流应该足够产生足以对设备充电的H场(磁场)。如果存在多个设备，则一个或多个回路可以被建立以维持足够为所有设备充电的H场。

·容性损失。放置感应元件的一个线匝非常靠近另一个线匝，将趋于增加电容损耗和交流电阻。控制器1464可以选择通过重新路由线匝来增加线匝之间的间隔。

·交流电阻损耗。交流电阻损耗与路线的长度成比例，所以控制器1464可以选择最小化路线的长度以使交流损耗最小化。

·干扰。H场(及其相关联的电场)可能对设备或部分的设备造成干扰。控制器1464可以选择改变回路的路由以避开敏感设备或设备上的敏感区域。

·总H场最小化。控制器1464可以选择使路由回路尽可能的小以减少不需要的H场的发射。

·放大器阻抗。通过改变路由电感和长度，电源1462中的放大器呈现的阻抗可以被调整以获得最佳效率。

·安全。通过改变由板1412的配置限定的线圈的阻抗，可以降低产生给定电流所需的电压。更小的并联谐振器可以产生更低的电压(如果谐振器被暴露则是问题)。

现在讨论将转向充电表面1404的配置的一些例示性示例。图15A示出被配置为功率发射元件以将能量无线地发送/耦合到PRU的板A-N的配置。来自控制器1464的控制信号可以操作板A-N对之间的路由开关(例如，图14的1432)，以将板电连接在一起形成功率发射元件。例如，控制器1464可以发出控制信号以操作板A和板B之间的路由开关到闭合状态以将板A和板B电连接在一起；对于板B和板C、板C和板D以及直到板M和板N也是类似的。板N和板A之间的路由开关被操作在打开状态以将板A和板N电断开。

板A和板AA之间的路由开关可以是闭合的，以便从由外周边的板1412-1限定的功率反馈中分得功率，允许来自电源1462的电流流过板A至N。用于板A-M的出口开关(例如，图14的1434)可以是打开的。用于板N的出口开关可以是闭合的，以便将板N与返回平面1422电连接从而为电流提供到电源1462的返回路径。图15A中所示的板A-N限定了一匝的线圈，其中来自电源1474的电流可以进入板AA，流过板A-N，并且经由返回平面1422离开板N。可以理解的是，两匝或更多匝的线圈可以通过操作适当的路由开关以将另外的板电连接在一起而被配置。

在一些实施例中，未被使用的板的路由开关和出口开关可以是打开的；换言之，未被使用的板可以“浮动”。这可以帮助减少寄生电容。在其他实施例中，一些或全部的未被使用的板可以使用路由开关电连接在一起以减少杂散电场和磁场，以及在一些情况下可以使用一个或多个出口开关进一步连接到返回平面1422。由于电容性交叉连接，权衡可能降低效率。这些以及与性能问题相关的其他考虑超出了本公开的范围。

图15B示出另一配置的示例，描绘了包括板O-V的第二配置；例如用于无线功率传输至另一个PRU(未示出)。单匝线圈通过电连接板O-W被限定。板O被连接到板BB以从由外周边的板1412-1限定的功率反馈中分得功率，以及板V与板O电隔离，但是经由它的出口开关被电连接到返回平面1422以提供电流的返回路径。图15B示出线圈A-N和线圈O-V被并联馈电的示例。

图15C示出线圈A-N和O-V被串联馈电的示例。这里，两个额外的板X和Y可以被连接以使得来自线圈A-N的电流可以被分接(例如，在板H处)以馈送线圈O-V(例如，在板Q处)。在该配置中，板R与板Q电断开，但是经由它的出口开关电连接到返回平面1422以提供电流的返回路径。还有其他配置是可能的。图15A至图15C示出根据本公开的充电平台1402的灵活性和可再配置性。

图16示出根据本公开的一些实施例的充电平台1602。充电平台1602可以包括由导电板1612的布置限定的充电表面1604。板1612可以被间隔开以限定槽1614。板1612可以被支撑在框架1622或其他装置上用于布置板1612以限定充电表面1604，以及被交叉点开关1632互连。

图16A示出图16所示的充电表面1604的一部分的细节。在一些实施例中，板1612可以与先前公开相比具有不同的尺寸。例如，图16A示出板1612具有窄的尺寸，允许更宽的槽1614。参照图16B片刻，在其他实施例中，板1612'可以具有非直线几何形状。可以理解的是，其他图案也可能用于导电板。

继续参考图16A，每个交叉点开关1632可以连接到四个板1612。每个交叉点开关1632可以包括开关节点1632a和标为N、S、E、W(北、南、东、西)的四个端子1632b。每个端子1632b可以连接到板1612。开关节点1632a可以包括开关元件的集合，诸如图16A中所示，其可以将端子N、S、E、W的任何组合连接在一起，以及因此四个板1612的任何组合被连接到这些端子。相应地，进入给定端子(例如北端子)的电流可以被引导离开任何一个或多个其他端子S、E、W。图16C中所示的连接矩阵总结了可能的组合。

交叉点开关1632的设计中的一些考虑包括：

·最小化导通电阻。导通电阻越低，效率越高。

·最大化关断状态隔离。隔离度越大，谐振器的特性越可预测。

·减少杂散关断状态电容。高的关断状态电容可能引起不需要的耦合，使得它不可能完全“关断”区域，并且引入了不需要的共振可能性。

·减少交叉点开关1632和控制电路之间的杂散电容。使用非常高的阻抗、非电耦合(光学或无线)或驱动变压器的精心设计可以减轻这一点。

图17示出由交叉点开关1632(图16)提供的额外的灵活性。该图示出功率发射元件1702，功率发射元件1702包括被连接以形成双匝线圈的板1612的配置。功率发射元件1702的水平段可以，例如通过连接包括水平段的板之间的交叉点开关的东端子和西端子而被限定。功率发射元件1702的垂直段可以类似地通过连接包括垂直段的板之间的交叉点开关的北端子和南端子而被限定。90°线匝可以通过连接北/南端子与东/西端子而被限定。如图17所示，交叉点开关1732-1，例如可以通过连接西端子与南端子而将水平板连接到垂直板。

交叉点开关可以允许板1612的路由交叉。例如，图17示出交叉点开关1732-2处的交叉。如图17所示，交叉点开关1732-2的南北端子被连接在一起，以及同样，交叉点开关1732-12的东西端子被连接在一起。交叉点开关允许水平支路和垂直支路交叉，而不会使流过相应支路的电流短路在一起。

以上描述示出本公开的各种实施例以及如何实现特定实施例的各方面的示例。上文的示例不应该被认为是唯一的实施例，以及被呈现来说明由所附权利要求限定的特定实施例的灵活性和优点。基于上述公开和所附权利要求书，可以采用其他布置、实施例、实施方式和等同物，而不偏离如权利要求所限定的本公开的范围。

Claims

1.一种用于无线功率传输的装置，包括：

充电表面，包括通过多个槽彼此之间被物理间隔开的多个导电板；

电流驱动电路，被配置为在所述多个导电板的一个或多个中感应涡电流，所述涡电流引起磁场从所述多个槽的一个或多个中辐射并且在由所述磁场限定的所述充电表面周围建立充电区域，所述充电区域适用于向靠近所述充电区域的一个或多个功率接收单元的功率的无线传输。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路包括设置在所述多个导电板的一个或多个上的至少一个导电材料的线圈，所述导电材料的线圈具有用于连接到电源的端子。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述电流驱动电路进一步包括连接到所述导电材料的线圈的一个或多个电容器，以建立针对所述电流驱动电路的谐振频率。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述导电材料的线圈被缠绕围绕所述充电表面的周边。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路包括通过所述多个导电板的一个或多个而暴露的至少一个导电材料的线圈，所述导电材料的线圈具有用于连接至电源的端子。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路包括：第一导电材料线圈，被设置跨过所述多个导电板的第一集合；第二导电材料线圈，被布置在由所述第一导电材料线圈建立的周界内部并且与所述多个槽中的一些槽相交；以及连接器，将所述第一线圈电连接到所述第二线圈。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路包括设置在所述充电表面的周边的一个或多个导电材料的线圈。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路被配置为仅在所述多个导电板(源板)中的一些导电板中直接感应涡电流，其中所述多个导电板中的其他导电板中的所述涡电流由所述源板感应。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电流驱动电路包括沿着所述充电表面的第一侧的第一导体以及沿着所述充电表面的第二侧的至少第二导体，其中所述充电区域被建立在所述第一导体和所述第二导体之间。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一导体与所述第二导体串联连接。

11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括磁屏蔽材料贴片，所述磁屏蔽材料贴片被设置在所述多个导电板的位于由所述电流驱动电路建立的周界内部的一个或多个上。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一个或多个磁屏蔽材料贴片，所述一个或多个磁屏蔽材料贴片被设置在所述多个导电板的位于由所述电流驱动电路建立的周界之外的一个或多个上。

13.根据权利要求1所述的装置，进一步包括连接到所述多个导电板中的一个或多个的信号反馈，所述信号反馈被配置为提供用于由所述多个导电板的一个或多个传输的信号并且接收由所述多个导电板的一个或多个接收的信号。

14.一种用于无线功率传输的装置，包括：

充电表面，被配置为辐射磁场用于向一个或多个功率接收单元的功率的无线传输，所述充电表面包括彼此之间被物理间隔开并且彼此之间电隔离的多个导电板；

多个第一开关，选择性地以及单独地可操作以电连接或断开导电板对，所述多个第一开关可操作以形成连接和断开的导电板的第一配置，所述第一配置包括导电板的第一集合，其电连接在一起以限定第一功率发射元件；以及

第一端子和第二端子，被配置为从电源接收功率以及向第一功率发射元件提供所接收的功率以产生磁场，所述磁场从包括所述第一功率发射元件的所述导电板的第一集合之间的槽辐射。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述多个第一开关被设置在所述多个导电板之间的所述槽中。

16.根据权利要求14所述的装置，其中每个第一开关被连接在导电板对之间，以及具有将所述导电板对彼此电断开的打开状态和将所述导电板对电连接在一起的闭合状态。

17.根据权利要求14所述的装置，其中每个第一开关被连接在四个导电板之间。

18.根据权利要求17所述的装置，其中每个第一开关可操作以将所述四个导电板的任意组合连接在一起。

19.根据权利要求14所述的装置，进一步包括电连接到所述第一端子的一个或多个第二导电板，所述多个第一开关可操作以将所述多个导电板的一个或多个连接到所述一个或多个第二导电板。

20.根据权利要求14所述的装置，进一步包括多个第二开关，所述多个第二开关选择性地以及单独地可操作以将所述多个导电板中的一些导电板电连接到所述第二端子或从所述第二端子断开。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述第一功率发射元件的所述导电板中的一个导电板通过所述多个第一开关中的一个第一开关连接到所述第一端子，以及所述第一功率发射元件的所述导电板中的另一个导电板通过所述多个第二开关中的一个第二开关连接到所述第二端子。

22.根据权利要求14所述的装置，进一步包括控制器，被配置为操作所述多个第一开关以将不同导电板连接在一起以形成一个或多个功率发射元件。

23.根据权利要求14所述的装置，进一步包括控制器，被配置为响应于从一个或多个功率接收单元接收的信息，操作所述多个第一开关，以重新配置连接的和断开的导电板的第一配置来形成连接的和断开的导电板的第二配置。

24.根据权利要求14所述的装置，进一步包括控制器，被配置为操作所述多个第一开关，以将所述多个导电板的第一集合电连接在一起以限定所述第一功率发射元件。

25.一种用于无线功率传输的方法，包括：

在多个金属板中的一些金属板之间产生一个或多个电流的流动，所述多个金属板被布置以限定充电表面；

响应于所述一个或多个电流的流动而辐射磁场；以及

将磁场耦合到靠近所述充电表面的功率接收单元以向所述功率接收单元无线传输功率。

26.根据权利要求25所述的方法，其中产生一个或多个电流的流动包括向设置在所述多个金属板中的一些金属板上的导电材料的线圈提供电流，以在所述多个金属板中的其他金属板中感应涡电流。

27.根据权利要求25所述的方法，其中产生一个或多个电流的流动包括用驱动电流驱动来自所述多个金属板的一个或多个源板以在靠近所述一个或多个源板的非源板中感应涡电流。

28.根据权利要求25所述的方法，其中产生一个或多个电流的流动包括：

操作多个开关，所述多个开关被配置为电连接或断开所述多个金属板对，以将所述多个金属板的第一集合电连接在一起以限定功率发射元件；以及

向所述功率发射元件提供功率以生成磁场，所述磁场从所述第一功率发射元件的所述多个金属板的第一集合之间的槽辐射。

29.一种用于无线功率传输的装置，包括：

用于布置多个金属板以限定充电表面的部件；

用于在所述多个金属板中的、限定所述充电表面的一些金属板之间产生电流的流动的部件；以及

用于辐射由于所述多个金属板中的一些金属板之间的电流的流动而产生的磁场的部件，以便将所述磁场耦合到靠近所述充电表面设置的功率接收单元，以向所述功率接收单元无线地传输功率。

30.根据权利要求29所述的装置，其中用于产生一个或多个电流的流动的所述部件包括一个或多个导电材料的线圈，所述一个或多个导电材料的线圈被设置在所述多个金属板的一个或多个上以在所述多个金属板中的一些金属板之间感应电流。

31.根据权利要求29所述的装置，其中用于产生一个或多个电流的流动的所述部件包括多个开关，所述多个开关被配置为电连接或断开所述多个金属板对。