CN108521836B - 无线功率传输设备和方法 - Google Patents

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CN108521836B CN201680076895.4A CN201680076895A CN108521836B CN 108521836 B CN108521836 B CN 108521836B CN 201680076895 A CN201680076895 A CN 201680076895A CN 108521836 B CN108521836 B CN 108521836B
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Abstract

一种无线功率传输设备(105)，包括具有第一部分(150)并被配置成生成磁场的第一线圈(115)和具有第二部分(165)的第二线圈(120)。第二线圈(120)相对于第一线圈(115)定位，使得第一线圈(115)的第一部分(150)与第二线圈(120)的第二部分(165)在重叠区域(170)中重叠。无线功率传输设备(105)还包括：电耦合到从由第一线圈(115)和第二线圈(120)组成的组中选择的一个的功率放大器(130)；以及，通量集中器(195)，其与重叠区域(170)对准，并且被配置成集中磁场的磁通量。功率放大器(130)被配置成输出驱动信号。

Description

无线功率传输设备和方法
背景技术
近来，对于无线功率传输的兴趣一直在增长。另外，存在用于无线功率传输的各种应用，诸如在小型电子设备(例如，智能电话和平板电脑等)、电动车辆和/或其它电子设备中的电池充电。可以通过多种方式实现无线功率传输(WPT)。一种无线功率传输技术是磁共振功率传输。
附图说明
在附图中，相同的附图标号在全部独立的视图中指代相同或功能相似的元件，附图与下面的详细描述一起并入说明书并且形成说明书的一部分，并且用于进一步说明包括所要求保护的发明的概念的实施例，并解释那些实施例的各种原理和优点。
图1是无线功率传输系统的框图。
图2A至图2B是图1的无线功率传输系统的无线功率传输设备的图。
图3A至3D是图2A至2B的无线功率传输设备的发射器线圈和中继器线圈的不同配置的图。
图4A至4D是示出图2A至2B的无线功率传输设备的开关网络的不同配置的图。
图5A至5D是示出接收器线圈相对于图2A至B的无线功率传输设备的不同位置的图。
图6是示出基于接收器线圈的位置确定开关网络的配置的方法的流程图。
图7是示出当单个接收器线圈耦合到图2A至2B的无线功率传输设备并且无线功率传输设备不解谐无线功率传输设备的第一线圈时的示例性功率传输效率的曲线图。
图8是示出图2A至2B的无线功率传输设备的整体操作的流程图。
图9A和图9B一起是示出当接收器线圈定位成最靠近图2A至2B的无线功率传输设备的重叠区域时跟踪接收器线圈的方法的流程图。
图10是示出当接收器线圈定位成最靠近图2A至B的无线功率传输设备的第一线圈时跟踪接收器线圈的方法的流程图。
图11是示出当接收器线圈定位成最靠近图2A至B的无线功率传输设备的第二线圈时跟踪接收器线圈的方法的流程图。
图12是示出放大无线功率传输设备的功率传输区域的方法的流程图。
技术人员将认识到，图中的元件为了简单和清楚而被示出并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以帮助改善对本发明的实施例的理解。
在适当的情况下通过附图中的常规符号来表示装置和方法组件，该附图仅示出与理解本发明的实施例相关的那些具体细节，以便不会以对于受益于本文的描述的本领域普通技术人员将容易清楚的细节混淆本公开。
具体实施方式
一个实施例提供了一种无线功率传输设备，在一个特定实例中，所述无线功率传输设备包括具有第一部分的第一线圈。第一线圈被配置成生成磁场。无线功率传输设备还包括具有第二部分的第二线圈。第二线圈相对于第一线圈定位，使得在重叠区域中第一线圈的第一部分与第二线圈的第二部分重叠。无线功率传输设备还包括功率放大器，所述功率放大器电耦合到从由第一线圈和第二线圈组成的组中选择的一个，并且被配置成输出驱动信号。无线功率传输设备进一步包括通量集中器(flux concentrator)，其与重叠区域对准并且被配置成集中磁场的磁通量。
另一个实施例提供了一种利用包括第一线圈、第二线圈、功率放大器、开关网络和电子处理器的无线功率传输设备无线传输功率的方法。在一个实例中，该方法包括在重叠区域中使第一线圈的第一部分与第二线圈的第二部分重叠，将通量集中器与重叠区域对准，并且利用功率放大器生成驱动信号。该方法还包括通过从由第一线圈和第二线圈组成的组中选择的一个来接收驱动信号，并且响应于接收到驱动信号而通过从由第一线圈和第二线圈组成的组中选择的一个生成磁场。
图1示出了包括无线功率传输设备105和外部设备110的无线功率传输系统100。在所示的示例中，外部设备110除了别的还包括接收器线圈113。接收器线圈113磁耦合到无线功率传输设备105，以从无线功率传输设备105接收功率。外部设备110可以是例如电池。电池可以位于智能电话、平板电脑或其他电子设备中。为了简单起见，外部设备110的特定组件未被示出，但是被本领域技术人员理解。
在所示的实施例中，无线功率传输设备105通过磁共振将功率无线地传输到外部设备110。在磁共振功率传输中，发射线圈(即发射功率的线圈)从例如功率放大器接收电流，并生成磁场。诸如接收器线圈113的接收器线圈(即，接收功率的线圈)被置于发射器线圈附近。由于接收器线圈磁耦合到发射器线圈，所以传输功率。当发射器线圈和接收器线圈具有相同或相似的尺寸和形状因子时，功率传输的效率得到改善。但是，在许多应用中，不可能匹配发射器和接收器线圈的尺寸和形状。例如，无线电池充电器可以被设计为对具有特定配置的接收器线圈的电池进行充电，但是电池可能由许多不同的实体制造并且缺乏统一的配置。如图1所示，无线功率传输设备105包括第一线圈115、第二线圈120、开关网络125、功率放大器130和电子处理器135。无线功率传输设备105还包括壳体(未示出)，其支持第一线圈115、第二线圈120、开关网络125、功率放大器130和电子处理器135。在一些实施例中，无线功率传输设备105可以包括比上述那些更多或更少的组件。
如图2A所示，第一线圈115包括具有第一正极端子116和第一负极端子118的第一环形导线。第二线圈120包括具有第二正极端子122和第二负极端子124的第二环形导线。如图1所示，第一线圈115和第二线圈120耦合到开关网络125，并且被配置成根据开关网络125的配置选择性地并且在一些情况下同时从功率放大器130接收功率。功率放大器130生成被提供给第一线圈115、第二线圈120或两者的驱动信号。响应于接收来自功率放大器130的驱动信号，第一线圈115和第二线圈120生成磁场。当接收器线圈113处于适用传输范围内时，接收器线圈113磁耦合到通过第一线圈115、第二线圈120或两者所生成的磁场。结果，功率从无线功率传输设备105传输到接收器线圈113。
在一个特定实施例中，如图2B所示，第一线圈115具有例如约十八(18)厘米(cm)的第一长度140和例如约十二(12)厘米的第一宽度145。然而，应该明白，这些尺寸(以及本文提供的其他尺寸)是示例，并且可以使用不同的尺寸。第一线圈115还包括沿着第一宽度145位于第一线圈115的第一纵向端部152处的第一部分150。在所示实施例中，第二线圈120基本上类似于第一线圈115。因此，第二线圈120具有约十八厘米的第二长度155和约十二厘米的第二宽度160。第二线圈120还包括沿着第二宽度160位于第二线圈120的第二纵向端部147处的第二部分165。如图2B所示，第二线圈120被定位成使得第一线圈115的第一部分150在重叠区域170中与第二线圈120的第二部分165重叠。如图2B所示，重叠区域170的尺寸小于第一线圈115的尺寸，并且小于第二线圈120的尺寸。换句话说，第一线圈115和第二线圈120仅部分重叠。重叠区域170的大小(例如，面积和尺寸)不是任意的，并且例如基于以下部分而被确定：第一线圈115的几何形状、第二线圈120的几何形状、第一线圈115的匝数、第二线圈120的匝数、第一线圈115的匝圈宽度、第二线圈120的匝圈宽度、第一线圈115的匝圈之间的间距、第二线圈120的匝圈之间的间距等等。在所示实施例中，重叠区域170具有大约二(2)厘米的第三长度175和大约十二厘米的第三宽度180。换句话说，第一部分150与第二部分165重叠大约两厘米。因此，重叠的第一线圈115和第二线圈120具有大约三十四(34)厘米的总长度185和大约十二厘米的总宽度190。在其他实施例中，基于第一线圈115和第二线圈120的特定尺寸，重叠区域170可以具有不同的尺寸。
如图2B所示，无线功率传输设备105还包括通量集中器195，其在第一线圈115与第二线圈120之间集中磁通量。换句话说，通量集中器195使第一线圈115与第二线圈120之间的磁通耦合最大化，同时最小化耦合中的磁损耗。在所示的实施例中，通量集中器195与重叠区域170对准并且定位在第二线圈120的下方，如图2B所示。在该位置中，通量集中器195由于其材料性质可以改善当第一线圈115和第二线圈120磁耦合时的回波损耗。在所示实施例中，通量集中器195包括铁氧体层。通量集中器195还具有高磁导率(例如，120)和低损耗因子(例如，0.017)。在所示实施例中，通量集中器195具有大约十分之三毫米(0.3mm)的第一高度200。另外，如图2B所示，间隔物205a、205b将第一线圈115与第二线圈120以及将第二线圈120与通量集中器195分开。间隔物205a、205b包括无源材料并用于保持第一线圈115和第二线圈120分开适当的距离207。在一个实施例中，间隔物205a、205b包括具有大约2mm的第二高度210的绝缘材料。在所示的实施例中，间隔物205a、205b使用名称为
Figure BDA0001711892310000051
的微孔聚氨酯材料。在其他实施例中，间隔物205a、205b可以使用其他类型的绝缘材料。第一线圈115和第二线圈120之间的距离207不是任意的，并且例如基于第一线圈115的几何形状、第二线圈120的几何形状、第一线圈中的匝数115和第二线圈120中的匝数等而被确定。
图3A示出了如上参考图2A和2B所述的重叠区域170的配置。然而，重叠区域170的形状和尺寸可以不同于图2A和2B中所示的尺寸和形状。图3B至3D示出重叠区域170的变化以及第一线圈115的第一部分150和第二线圈120的第二部分165的配置。
图3B示出了沿着第一线圈115的第一长度140定位的第一线圈115的第一部分150以及沿着第二线圈120的第二长度155定位的第二线圈120的第二部分165。因此，如图3B中所示的重叠区域170沿着第一线圈115的第一长度140和第二线圈120的第二长度155定位。
相反，图3C示出了沿着第一线圈115的第一宽度145定位的第一线圈115的第一部分150以及沿着第二线圈120的第二长度155定位的第二线圈120的第二部分165。在图3C中，重叠区域170沿着第一线圈115的第一宽度145定位，并且沿着第二线圈120的第二长度155定位，从而形成L形重叠区域170。
图3D示出了沿着第一线圈115的第一长度140定位的第一线圈115的第一部分150以及沿着第二线圈120的第二宽度160定位的第二线圈120的第二部分165。在图3D中，重叠区域170沿着第一长度140定位，并且沿着第二宽度160定位，从而形成T形重叠区域170。在图3A至3D中所示的那些之外的变化是可能的。例如，如图3C所示的第一线圈115可相对于第二线圈120居中地定位，使得形成侧向T形而不是L形。
在一些应用中，可能期望放大无线功率传输设备105的功率传输区域，以例如在布置用于功率传输的外部设备110的地方提供更大的灵活性和/或提供将功率传输到多个外部设备的能力。典型地，通过扩大发射器线圈(即，从无线功率传输设备105发射功率的线圈)的尺寸来扩大功率传输区域。然而，通过扩展发射器线圈的尺寸来扩大功率传输区域可能导致发射器线圈和外部设备110的接收器线圈113的尺寸和形状因子的不匹配。然而，图1中所示的无线功率传输设备105使用第一线圈115、第二线圈120和开关网络125来有效地扩大无线功率传输设备105的功率传输面积，同时最小化在无线功率传输设备105的发射器线圈(例如，第一线圈115或第二线圈120)之间的尺寸或形状因子的不匹配。
如上面参考图1所述的，第一线圈115和第二线圈120电耦合到开关网络125，并且开关网络125电耦合到功率放大器130。图4A到4D示出了开关网络125的各种配置。开关网络125包括多个开关，以选择性地解谐第一线圈115、第二线圈120或两者都否。如图4A至图4D所示，开关网络125包括第一电源开关300、第二电源开关305、第一解谐组件310、第二解谐组件315、第一解谐开关320和第二解谐开关325。在一些实施例中，开关网络125可以包括更多或更少的开关和/或解谐组件。例如，在一些实施例中，无线功率传输设备105可以包括多于两个线圈(例如，第三线圈)，在这种情况下，开关网络125还可以包括比图4A至4D所示的那些更多的开关和解谐组件。
第一功率开关300选择性地将第一线圈115电耦合到功率放大器130。第二功率开关305选择性地将第二线圈120电耦合到功率放大器130。第一功率开关300和第二功率开关305每个都在其中功率放大器130分别电耦合到第一线圈115和第二线圈120的导电状态与其中功率放大器130被分别从第一线圈115和第二线圈120电解耦(例如，断开)的非导通状态之间可切换。
第一解谐组件310通过第一解谐开关320选择性地电耦合到第一线圈115。第一解谐开关320在其中第一线圈115电耦合到第一解谐组件310的导通状态和其中第一线圈115从第一解谐组件310解耦(例如，断开)的非导通状态之间可切换。当第一解谐组件310电耦合到第一线圈115时(即，当第一解谐开关320处于导通状态时)，第一解谐组件310改变第一线圈115的谐振频率，这降低了第一线圈115将功率传输到外部设备110的操作性。因此，当第一解谐组件310耦合到第一线圈115时，第一解谐组件310使第一线圈115解谐。在一些实施例中，第一解谐组件310可以改变降低第一线圈115传输功率的可操作性的第一线圈115的另一个特性和由第一线圈115生成的磁场。在所示实施例中，第一解谐组件310包括解谐电容器。在其他实施例中，可以使用其他电气部件，其当电耦合到第一线圈115时，解谐第一线圈115。
第二解谐组件315通过第二解谐开关325选择性地电耦合到第二线圈120。第二解谐开关325在其中第二线圈120电耦合到第二解谐组件315的导通状态以及其中第二线圈120从第二解谐组件315解耦(例如，断开)的非导通状态之间可切换。当第二解谐组件315电耦合到第二线圈120时(即，当第二解谐开关325处于导通状态时)，第二解谐组件315改变第二线圈120的谐振频率，或者改变第二线圈120的另一特性和/或第二线圈120生成的磁场，使得第二线圈120传输功率的可操作性降低。因此，当第二解谐组件315耦合到第二线圈20时，第二解谐组件315使第二线圈120解谐。在图示的实施例中，第二解谐组件315包括解谐电容器。可以使用除了电容器以外的组件用于解谐第二线圈120。
基于第一功率开关300和第二功率开关305以及第一解谐开关320和第二解谐开关325的状态，开关网络125选择性地将功率放大器130连接到第一线圈115或第二线圈中的一个。如图4A至4D所示，开关网络125可以置于四种不同的配置中。图4A示出了开关网络125的第一配置327，其中，第一电源开关300处于导通状态，第一解谐开关320处于非导通状态，第二电源开关305处于非导通状态，并且第二解谐开关325处于导通状态。在第一配置327中，功率放大器130电耦合到第一线圈115，而通过第二解谐组件315解谐第二线圈120。因此，功率放大器130向第一线圈115提供驱动信号，并且仅第一线圈115生成磁场以将功率传输到外部设备110的接收器线圈113。在第一配置327中，第一线圈115是无线功率传输设备105的发射器线圈(即，接收来自功率放大器的驱动信号并且响应于该驱动信号生成磁场以将功率传输到接收器线圈113的线圈)。
图4B示出了开关网络125的第二配置329，其中，第一电源开关300和第二解谐开关325处于非导通状态，并且第一解谐开关320和第二电源开关305处于导通状态。在第二配置329中，功率放大器130电耦合到第二线圈120，而经由第一解谐组件310解谐第一线圈115。因此，功率放大器130将驱动信号提供给第二线圈120，并且仅第二线圈120生成磁场以将功率传输到外部设备110的接收器线圈113。在第二配置329中，第二线圈120是无线功率传输设备105的发射器线圈(即，从功率放大器接收驱动信号并且响应于该驱动信号生成磁场以将功率传输到接收器线圈113的线圈)。当开关网络125处于第一配置327或第二配置329时，仅有线圈之一(例如，第一线圈115或第二线圈120)生成磁场并将功率传输到外部设备110(例如，是发射器线圈)。因此，当开关网络125在第一配置327或第二配置329中操作时，开关网络125被认为以其中解谐第一线圈115或第二线圈120的单独配置操作。
图4C示出了开关网络125的第三配置331，其中，第一电源开关300处于导通状态，而第二电源开关305、第一解谐开关320和第二解谐开关325处于非导通状态。在第三配置331中，功率放大器130电耦合到第一线圈115，并将驱动信号提供给第一线圈115，第一线圈115响应于接收到驱动信号而生成第一磁场。由于第二线圈120磁耦合到第一线圈115并且从第二解谐组件315解耦，所以第二线圈120响应于第一线圈115生成第一磁场而生成第二磁场。虽然开关网络125处于第三配置331中，但即使仅第一线圈115接收到来自功率放大器130的驱动信号，第一线圈115和第二线圈120两者也将功率传输到外部设备110。换句话说，开关网络125处于第三配置中时，第一线圈115表现为发射器线圈(例如，因为第一线圈115接收来自功率放大器130的驱动信号并且作为响应生成第一磁场)，而第二线圈120表现为中继器线圈(即，与发射器线圈磁耦合且响应于发射器线圈生成磁场而生成磁场的线圈)。
图4D示出了开关网络125的第四配置333，其中，第二电源开关305处于导通状态，而第一电源开关300、第一解谐开关320和第二解谐开关325处于非导通状态。在第四配置333中，功率放大器130电耦合到第二线圈120，并将驱动信号提供给第二线圈120，第二线圈120响应于接收到驱动信号而生成磁场。由于第一线圈115磁耦合到第二线圈120并且从第一解谐组件310解耦，所以第一线圈115响应于第二线圈120生成磁场而生成另一个磁场。因此，在开关网络125处于第四配置333的同时，即使仅第二线圈120接收到来自功率放大器130的驱动信号，第一线圈115和第二线圈120两者也将功率传输到外部设备110。换言之，在开关网络125处于第四配置333的同时，第二线圈120表现为发射器线圈(例如，因为第二线圈120接收来自功率放大器130的驱动信号并且作为响应生成磁场)，而第一线圈115表现为中继器线圈(即，因为第一线圈115磁耦合到发射器线圈(例如，第二线圈120)并且响应于发射器线圈生成磁场而生成磁场)。当开关网络125以第三配置331或第四配置333操作时，第一线圈115和第二线圈120都生成磁场，并且第一线圈115和第二线圈120都可以执行功率传输操作(即，将功率传输到外部设备110)。因此，当开关网络125以第三配置331或第四配置333操作时，开关网络125被认为以其中第一线圈115和第二线圈120都被调谐并且可以向外部设备110传输功率的组合配置操作。
如图1所示，开关网络125电耦合到电子处理器135。电子处理器135控制在开关网络125中的开关300、305、320和325的每个的状态。在所示实施例中，电子处理器135基于接收器线圈113的位置确定将开关网络125置于哪个配置中。如图5A至5D所示，一个或多个接收器线圈113可以耦合到无线功率传输设备105。图5A示出了最靠近第一线圈115定位的单个接收器线圈113。图5B示出了最靠近第二线圈120定位的单个接收器线圈113。图5C示出了最靠近重叠区域170定位的单个接收器线圈113。图5D示出了最靠近第一线圈115定位的第一接收器线圈113a和最靠近第二线圈120定位的第二接收器线圈113b。相对于无线功率传输设备105，接收器线圈113、第一接收器线圈113a或第二接收器线圈113b被定位为相对于接收器线圈113、第一接收器线圈113a或第二接收器线圈113b的其他位置“最靠近”第一线圈115、第二线圈120或重叠区域170。换句话说，接收器线圈113可以定位在无线功率传输设备105的表面上的任何地方。当接收器线圈113保持在无线功率传输设备105的表面上时，接收器线圈113可以定位成相对于第二线圈120并且相对于重叠区域170例如更接近于第一线圈115。
当如图5A中所示单个接收器线圈113被定位成最靠近第一线圈115，并且开关网络125处于组合配置(即，第一线圈115和第二线圈120两者都传输功率)时，由第二线圈120传输的功率保持未被使用，因为不存在定位成从第二线圈120接收功率的外部设备。因此，当第一线圈115和第二线圈120两者生成磁场但接收器线圈113被定位为仅仅从第一线圈115接收功率时，从无线功率传输设备105传输功率的总体效率降低。为了在这种情况下减少功率损耗并提高功率传输效率，电子处理器135检测到只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105，检测到接收器线圈113的位置，并且基于接收器线圈113是否位于最接近第一线圈115或第二线圈120而将开关网络125置于适当的单独配置中。类似地，当如例如图5D所示两个接收器线圈113a和113b耦合到无线功率传输设备105但是只有第一线圈115或第二线圈120生成磁场以传输功率时，总体功率传输效率也降低。因此，当多个接收器线圈113a、113b(图5D)耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135将开关网络125置于组合配置中，由此提高功率传输效率。
电子处理器135基于与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗来确定接收器线圈113的位置。与第一线圈115相关联的阻抗以及与第二线圈120相关联的阻抗指的是在电路中对于电流的流动的明显阻碍。当接收器线圈113接近第一线圈115时(例如，接收器线圈113与第一线圈115磁耦合，因为外部设备110相对于第二线圈120和重叠区域170被布置为最靠近第一线圈115，如图5A所示)，与第一线圈115相关联的第一阻抗减小。类似地，当接收器线圈113接近第二线圈120(例如，接收器线圈113磁耦合到第二线圈120，因为外部设备110相对于第一线圈115和重叠区域170被布置得最靠近第二线圈120，如图5B所示)时，与第二线圈120相关联的第二阻抗减小。电子处理器135监视在与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗中的改变。检测与第一线圈115相关联的第一阻抗和/或与第二线圈120相关联的第二阻抗中的改变用作向电子处理器135指示接收器线圈113的相对位置。在电子处理器135确定接收器线圈113的位置之后，电子处理器135控制开关网络125(即，控制开关网络125的多个开关)以将开关网络125置于第一配置327、第二配置329、第三配置331或第四配置333中。
在所示实施例中，当电子处理器135确定接收器线圈113相对于第二线圈120和重叠区域170位于最靠近第一线圈115(图5A)时，电子处理器135将开关网络125置于第一配置327(如图4A所示)中。当电子处理器135确定接收器线圈113相对于第一线圈115和重叠区域170位于最靠近第二线圈120时，如图5B所示，电子处理器135将开关网络125置于第二配置329中(如图4B所示)。当电子处理器135确定接收器线圈113相对于第一线圈115和第二线圈120位于最靠近重叠区域170(如图5C所示)，或者多个接收器线圈113a、113b耦合到无线功率传输设备105(如图5D所示)时，电子处理器135将开关网络125置于第三配置331或第四配置333中。
图6示出了由电子处理器135实现的示例性方法340，用于基于接收器线圈113的位置(例如，接收器线圈113是否位于最靠近第一线圈115、第二线圈120或重叠区域170)确定开关网络125的配置。如图6所示，电子处理器135监视第一线圈115和第二线圈120的参数。如上所述，在图1至6中所示的实施例中，电子处理器135监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗。在一些实施例中，电子处理器135可以附加地或替选地监视与第一线圈115和第二线圈120相关联的帮助确定接收器线圈113的相对位置的其他参数。如图6所示，电子处理器135周期性激活(例如，通过提供来自功率放大器130的驱动信号)第一线圈115和/或第二线圈120(框345)。周期性地为第一线圈115和第二线圈120供电允许电子处理器135检测在与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗中的改变。电子处理器135监视与第一线圈115相关联的第一阻抗，并确定电子处理器135是否检测到指示第一线圈115的第一阻抗的减小的第一阻抗改变(框350)。当电子处理器135检测到与第一线圈115相关联的第一阻抗的改变(例如，监视到的参数)时，电子处理器135然后确定是否也检测到指示与第二线圈120相关联的第二阻抗的减小的第二阻抗改变(框355)。如果电子处理器135在框355检测到第二阻抗改变(即，检测到第一阻抗改变和第二阻抗改变两者)，则电子处理器135通过将开关网络125置于组合配置(即，以第三配置331或第四配置333)来激活第一线圈115和第二线圈120两者(框360)。当接收器线圈113位于最靠近重叠区域170时(如图5C所示)，或者当第一接收器线圈113a位于最靠近第一线圈115和第二接收线圈113b被定位成最靠近第二线圈120(如图5D所示)时，电子处理器135可以检测第一阻抗改变和第二阻抗改变。回来参考框355，如果没有检测到第二阻抗改变(即，处理器仅检测到第一阻抗改变)，则电子处理器135通过将开关网络125置于第一配置327中而仅激活第一线圈115以传输功率(框365)。当接收器线圈113相对于第二线圈120和重叠区域170位于最靠近第一线圈115时，电子处理器135可以检测第一阻抗改变，但不检测第二阻抗改变。
参考框350，如果未检测到第一阻抗改变(即，电子处理器135未检测到第一阻抗改变)，则电子处理器135确定是否检测到指示第二线圈120的阻抗的减小的第二阻抗改变(框370)。如果电子处理器135检测到第二阻抗改变(即，仅检测第二阻抗改变，而不是第一阻抗改变)，则电子处理器135通过将开关网络置于第二配置329中来仅仅激活第二线圈120以用于功率传输(框375)。当接收器线圈113相对于第一线圈115和重叠区域170位于最靠近第二线圈120时，电子处理器135可检测第二阻抗改变，但不检测第一阻抗改变。但是，如果在框370未检测到第二阻抗改变(即，电子处理器135未检测到第一阻抗改变或第二阻抗改变)，则电子处理器135返回到框345以周期性地激活第一线圈115并且第二线圈120，并由此继续监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗以用于检测接近的接收器线圈113。
通过基于至少部分地由功率传输操作的监视参数(例如，与第一线圈115相关联的第一阻抗或与第二线圈120相关联的第二阻抗)确定的检测到的接收器线圈113的位置来控制开关网络125，无线功率传输设备105可以有效地改变无线功率传输区域的大小以最大化功率传输效率。换句话说，并且如上所讨论的，当单个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105时，无线功率传输设备105可以激活较小的无线功率传输区域(例如，通过仅激活第一线圈115或第二线圈120)，并且当例如多个接收器线圈113a、113b耦合到无线功率传输设备105时，无线功率传输设备105可以激活扩大的功率传输区域(例如，通过激活第一线圈115和第二线圈120两者)。
另外，当仅有单个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105时，使第一线圈115或第二线圈120解谐也在执行功率传输操作时增加无线功率传输设备105的功率传输效率。图7示出了图示当如图5B所示单个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105并且无线功率传输设备105不解谐第一线圈115时的功率传输效率(例如，监视的效率)的一个示例的曲线图，如曲线图所示，功率传输效率大约等于百分之六十(60％)。然而，当再一次如图5B所示单个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105并且开关网络125使第一线圈115解谐时，功率传输效率增加到大约百分之七十(70％)。因此，通过使离接收器线圈113最远的无论哪一个的第一线圈115或第二线圈120解谐，无线功率传输设备105都可以实现更大的功率传输效率。
为了维持提高的功率传输效率，即使在电子处理器135检测到接收器线圈113的初始位置(如图6所示)之后并且在已经启动功率传输之后，电子处理器135仍继续跟踪外部设备110的位置。图8是示出无线功率传输设备105的整体操作的流程图。电子处理器135监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗(框400)。电子处理器135基于监视到的阻抗确定接收器线圈113是否耦合到无线功率传输设备105(框405)。在电子处理器135未检测到接收器线圈113已耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135继续监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗(框400)。如上所述，电子处理器135通过周期性地和选择性地激活第一线圈115和第二线圈120来监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗。当另一方面电子处理器135检测到接收器线圈113已经耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135在框410处确定接收器线圈113的位置(即，确定接收器线圈113是否位于最靠近第一位置线圈115、第二线圈120或重叠区域170)。如上所述，电子处理器135基于所检测到的与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗来确定接收器线圈113的位置。因此，电子处理器135确定接收器线圈113是否被置于最接近第一线圈115、最靠近第二线圈120、最接近重叠区域170和/或是否多个接收器线圈113a、113b耦合到无线功率传输设备105。
一旦电子处理器135确定接收器线圈113的位置，电子处理器135就将开关网络125置于对应于接收器线圈113的确定位置的适当配置中(框415)。无线功率传输设备105开始向接收器线圈113的功率传输(框420)。在无线功率传输设备105正在将功率传输到接收器线圈113的同时，电子处理器135在框425处监视功率传输效率(例如，功率传输操作的效率参数)。基于功率传输效率(例如，功率传输操作的监视参数)及其改变，电子处理器135可以确定接收器线圈113是否已经移动(例如，从最接近第一线圈115到最接近第二线圈120)和/或是否另一个接收器线圈(例如，第二接收器线圈113b)已经耦合到无线功率传输设备105(框430)。如果电子处理器135确定接收器线圈113已经移动或者另一接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135确定接收器线圈113和/或任何另外的接收器线圈的新位置(框435)。如果有必要，电子处理器135在接收器线圈113的位置被确定(框440)之后更新开关网络125的配置，并且进行到框445。另一方面，如果电子处理器135确定接收器线圈113没有移动并且没有另外的接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备105时，则电子处理器135跳转到框445。
在框445处，电子处理器135还确定接收器线圈113是否或何时从无线功率传输设备105解耦(例如，从无线功率传输设备105移除)。当电子处理器135确定接收器线圈113已经从无线功率传输设备105解耦时，电子处理器135返回到监视与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗，以检测接收器线圈113何时耦合到无线功率传输设备105(框400)。另一方面，如果电子处理器135确定接收器线圈113仍然耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135继续监视功率传输效率以在发生功率传输的同时跟踪接收器线圈113的移动(框425)。
如图8中所示，电子处理器135监视由无线功率传输设备105执行的功率传输操作的功率传输效率，并且基于功率传输效率确定接收器线圈113是否已经移动和/或第二接收器线圈是否已经耦合到无线功率传输设备105。图9至图11提供了关于由电子处理器135实施的方法的更多细节，用于监视功率传输效率并且基于监视到的功率传输效率跟踪接收器线圈113的移动。图9A和图9B一起示出了当接收器线圈113通过定位成最靠近无线功率传输设备105的重叠区域170而开始时跟踪接收器线圈113的方法448。方法448由电子处理器135在电子处理器135基于与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗确定接收器线圈113位于最靠近重叠区域170时实现。由于电子处理器135确定接收器线圈113最靠近重叠区域170，所以电子处理器135通过将开关网络置于组合配置来激活第一线圈115和第二线圈120(框450)。当第一线圈115和第二线圈120都被激活时，电子处理器135测量功率传输效率(框455)。为了监视功率传输效率，电子处理器135然后在框460处在短持续时间内仅激活第一线圈115(即，在短持续时间内使第二线圈120解谐)。电子处理器135在框465测量仅在激活第一线圈115(例如，在仅第一线圈115被激活的持续时间期间)时的功率传输效率。电子处理器135然后在框470处通过确定仅与第一线圈115相关联的功率传输效率(例如，第一传输效率)是否大于与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率(例如，第二功率传输效率)来比较功率传输效率。
如果电子处理器135确定仅与第一线圈115相关联的功率传输效率大于与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率，则电子处理器135确定接收器线圈113已经移动到相对于第二线圈120和重叠区域170更靠近第一线圈115(框475)，并且通过将开关网络125置于第一配置327中而仅激活第一线圈115(框480)。另一方面，如果电子处理器135确定与第一线圈115和第二线圈120两者被激活相关联的功率传输效率大于与仅第一线圈115被激活相关联的功率传输效率，则电子处理器135然后继续确定第二接收器线圈是否已经耦合到无线功率传输设备105(框485)。电子处理器135通过将当前功率传输效率与先前测量的功率传输效率进行比较来确定第二接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备。当第二接收器线圈耦合到无线功率传输设备105时，功率传输效率显著降低。因此，通过比较先前的功率传输效率与当前测量的功率传输效率，当电子处理器135检测到当前测量的功率传输效率相对于先前的功率传输效率的减小时，电子处理器135确定第二接收器线圈已耦合到无线功率传输设备105。
如果电子处理器135确定第二接收器线圈已耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135通过将开关网络125保持在组合配置331、333中而继续激活第一线圈115和第二线圈120两者(框490)。电子处理器135然后继续监视功率传输效率以确定耦合到功率传输设备105的接收器线圈的数量是否已经减少并且仅有一个接收器线圈113保持耦合到无线功率传输设备105(框495)。如果电子处理器135确定只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135返回到框450以通过监视功率传输效率来继续跟踪接收器线圈113的位置，并且由此确定开关网络125的适当配置。然而，如果电子处理器135确定多个接收器线圈仍然耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135通过将开关网络保持在组合配置中而继续激活第一线圈115和第二线圈120(框490)。
回到框485，如果电子处理器135确定没有附加的接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135在第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时测量功率传输效率(框500)。在框505处，电子处理器135然后在短持续时间内仅激活第二线圈120(即，在短持续时间内解谐第一线圈115)。电子处理器135继续在仅第二线圈120被激活时测量功率传输效率(框510)。然后，电子处理器135通过确定仅与第二线圈120相关联的功率传输效率是否大于与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率，将在第一线圈115和第二线圈120两者被激活时的功率传输效率与仅在第二线圈120被激活时的功率传输效率进行比较(框515)。
如果电子处理器135确定仅当第二线圈120被激活时的功率传输效率大于当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率，则电子处理器135确定接收器线圈113已经相对于第一线圈115和重叠区域170移动到更靠近第二线圈120(框520)，并且通过将开关网络125置于第二配置329中而仅激活第二线圈120(框525)。另一方面，如果电子处理器135确定当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率大于当仅第二线圈120被激活时的功率传输效率，则电子处理器135继续确定第二接收器线圈是否已经耦合到无线功率传输设备105(框530)。如以上关于框485所讨论的，电子处理器135通过将当前测量的功率传输效率与先前测量的功率传输效率进行比较来确定第二接收器线圈已经耦合到功率传输设备105。
如果电子处理器135确定第二接收器线圈已耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135通过将开关网络125保持在组合的配置中而继续激活第一线圈115和第二线圈120两者(框535)。电子处理器135然后继续监视功率传输效率，以确定耦合到功率传输设备105的接收器线圈的数量是否减少到一个并且仅有一个接收器线圈113耦合到功率传输设备105(框540)。如果电子处理器135确定只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135返回到框450，以通过监视功率传输效率来跟踪接收器线圈113的位置。然而，如果电子处理器135确定多个接收器线圈仍然耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135通过将开关网络125保持在组合配置中而继续激活第一线圈115和第二线圈120(框535)。回到框530，如果电子处理器135确定没有附加接收器线圈已耦合到功率传输设备105，则电子处理器135确定接收器线圈113保持相对于第一线圈115和第二线圈120最接近重叠区域170(框545)，并且返回到框450以激活第一线圈115和第二线圈120两者。
通过监视功率传输效率，电子处理器135跟踪接收器线圈113的位置并调整开关网络125的配置以最大化功率传输效率，并确保功率均匀地分布在无线功率传输设备105的表面上。电子处理器135还通过监视功率传输效率确定附加的接收器线圈是否耦合到功率传输设备105。图10示出了当接收器线圈113开始定位为相对于第二线圈120和重叠区域170最靠近无线功率传输设备105的第一线圈115时跟踪接收器线圈113的方法598。方法598由电子处理器135当电子处理器135基于与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗确定接收器线圈113位于最靠近第一线圈115的位置时实现。由于电子处理器135确定接收器线圈113最靠近第一线圈115，电子处理器135仅通过将开关网络置于第一配置327来激活第一线圈115(框600)。值得注意的是，当电子处理器135在跟踪接收器线圈113时确定接收器线圈113移动得更靠近第一线圈115时，如例如框475所述，电子处理器135跳转到框600，并且实现下面描述的方法598。当只有第一线圈115被激活时，电子处理器135测量功率传输效率(框605)。为了监视功率传输效率，电子处理器135然后在短持续时间内激活第一线圈115和第二线圈120两者(框610)。当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时，电子处理器135继续测量功率传输效率(框615)。电子处理器135然后将开关网络125返回到第一配置327，使得仅第一线圈115被激活(框620)。电子处理器135通过确定与第一线圈115相关联的功率传输效率是否大于与第一线圈115和第二线圈120相关联的功率传输效率，将与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率与仅与第一线圈115相关联的功率传输效率进行比较(框625)。
如果电子处理器135确定仅与第一线圈115相关联的功率传输效率大于与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率，则电子处理器135确定接收器线圈113保持定位得最靠近第一线圈115(框630)。电子处理器135然后通过周期性地激活第一线圈115和第二线圈120两者并测量功率传输效率来继续监视功率传输效率(框600到框625)。然而，如果电子处理器135确定与第一线圈115和第二线圈120两者相关联的功率传输效率大于当仅仅第一线圈115被激活时的功率传输效率，则电子处理器135继续确定第二接收器线圈是否已经耦合到无线功率传输设备105(框635)。如果电子处理器135确定没有附加的接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135假设接收器线圈113已经移动，使得其被定位成最靠近重叠区域170(框640)，其引导电子处理器135到图9A的框450。
在其他实施例中，电子处理器135不假定接收器线圈113已经移动得最靠近重叠区域170。相反，电子处理器135测量当仅激活第一线圈115时的功率传输效率，测量当仅第二线圈120被激活时的功率传输效率，并且测量当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率。通过比较三个功率传输效率(每个功率传输效率与第一线圈115和第二线圈120两者被激活的不同组合相关联)，电子处理器135可以确定接收器线圈113的位置(例如，接收器线圈113是否被定位得最靠近第一线圈115、第二线圈120或重叠区域170)。
回到框635，如果电子处理器135确定附加的接收器线圈113已经耦合到无线功率传输设备105，则电子处理器135通过将开关网络125置于组合配置而激活第一线圈115和第二线圈120两者(框645)。然后，电子处理器135继续监视功率传输效率以确定耦合到功率传输设备105的接收器线圈的数量是否减少到1，并且确定是否只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105(框650)。当电子处理器135确定只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135假定接收器线圈113被定位成最靠近重叠区域170(框640)，并且返回到图9A的框450，以更精确地确定接收器线圈113的位置。然而，当电子处理器135确定多个接收器线圈仍然耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135通过将开关网络125保持在组合配置中而继续激活第一线圈115和第二线圈120两者(框645)。
图11示出了当接收器线圈113开始定位为相对于第一线圈115和重叠区域170最靠近无线功率传输设备105的第二线圈120时跟踪接收器线圈113的方法698。方法698由电子处理器135在电子处理器135基于与第一线圈115相关联的第一阻抗和与第二线圈120相关联的第二阻抗确定接收器线圈113定位成比第一线圈115或重叠区域170更靠近第二线圈120时实现。由于电子处理器135确定接收器线圈113最接近第二线圈120，所以电子处理器135通过将开关网络125置于第二配置329中来仅激活第二线圈120(框700)。值得注意的是，当电子处理器135在跟踪接收器线圈113时确定接收器线圈113相对于第一线圈115和重叠区域170移动得更靠近第二线圈120时，例如如图9A中的步骤475中所述，电子处理器135跳转到框700并且实现如下所述的方法698。当只有第二线圈120被激活时，电子处理器135测量功率传输效率(框705)。为了监视功率传输效率，电子处理器135然后在短持续时间内激活第一线圈115和第二线圈120两者(框710)。电子处理器135然后在第一线圈115和第二线圈120两者都被激活的同时测量功率传输效率(框715)。电子处理器135将开关网络125返回到第二配置329，使得仅第二线圈120被激活(框720)。电子处理器135通过确定与第二线圈120相关联的功率传输效率是否大于与第一线圈115和第二线圈120相关联的功率传输效率，继续比较当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率与当只有第二线圈120被激活时的功率传输效率(框725)。
如果电子处理器135确定仅当第二线圈120被激活时的功率传输效率大于当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率，则电子处理器135确定接收器线圈113保持相对于第一线圈115和重叠区域170最接近第二线圈120(框730)。电子处理器135通过周期性地激活第一线圈115和第二线圈120两者并测量功率传输效率来继续监视功率传输效率(框700到框725)。然而，当电子处理器135确定当第一线圈115和第二线圈120两者都被激活时的功率传输效率大于仅当第二线圈120被激活时的功率传输效率时，电子处理器135继续确定第二接收器线圈是否已耦合到无线功率传输设备105(框735)。当电子处理器135确定没有附加的接收器线圈已经耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135假定接收器线圈113已经移动到最接近重叠区域170(框740)，这提示电子处理器135返回到图9A的框450。另一方面，当电子处理器135确定附加的接收器线圈113已经耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135通过将开关网络125置于组合配置激活第一线圈115和第二线圈120(框745)。
然后，电子处理器135继续监视功率传输效率以确定何时只有一个接收器线圈113保持耦合到无线功率传输设备105(框750)。当电子处理器135确定只有一个接收器线圈113耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135假定接收器线圈113被定位成最接近重叠区域170(框740)，并且返回到图9A的框450，以更精确地确定接收器线圈113的位置。另一方面，当电子处理器135确定多个接收器线圈仍然耦合到无线功率传输设备105时，电子处理器135将开关网络125维持在组合配置中，使得第一线圈115和第二线圈120两者保持激活(框745)。
通常，在无线功率传输系统和设备中，接收器线圈113和发射器线圈(例如，第一线圈115、第二线圈120或两者)的阻抗匹配以抑制在接收器线圈113或发射器线圈(例如，第一线圈115、第二线圈120或两者)的端部的反射。无线功率传输系统中通常包括阻抗匹配电路以匹配发射器线圈(例如，第一线圈115、第二线圈120或两者)和接收器线圈113的阻抗。另一方面，无线功率传输设备105如上所述提供了第一线圈115和第二线圈120两者的物理配置，其提高了无线功率传输设备105在每个物理配置中的功率传输效率。无线功率传输设备105的第一线圈115和第二线圈120两者在开关网络125的四种配置(例如，第一配置327、第二配置329、第三配置331和第四配置333)中的每一种中以50欧姆终止(terminate)，而不包含阻抗匹配电路。例如，当开关网络125处于第一配置327时，第一线圈115终止于50欧姆，而不包括阻抗匹配电路。当开关网络125处于第二配置329时，第二线圈120终止于50欧姆，而不包括阻抗匹配电路。当开关网络125处于第三配置331或第四配置333时，第一线圈115和第二线圈120两者组合终止于50欧姆，而不包括阻抗匹配电路。
另外，与仅包括第一线圈115的无线功率传输设备105相比，无线功率传输设备105包括扩大的功率传输区域。图12示出了放大无线功率传输设备105的功率传输区域的方法800。如图12所示，方法800包括将第一线圈115的第一部分150与第二线圈120的第二部分165重叠以形成重叠区域170(框805)。方法800还包括将通量集中器195与重叠区域170对准(框810)。如图2B所示，在所示实施例中，通量集中器195位于第二线圈120下方。然后使用功率放大器130来生成驱动信号(框815)。基于开关网络125的配置，第一线圈115或第二线圈120从功率放大器130接收驱动信号(框820)，并且响应于接收到驱动信号，第一线圈115或第二线圈120生成磁场(框825)。当第一线圈115和第二线圈120两者均被调谐时，第一线圈115和第二线圈120两者都生成磁场并传输功率。由重叠的第一线圈115和第二线圈120提供的功率传输效率高于由包括阻抗匹配电路的扩大的发射器线圈(例如，简单地，耦合到阻抗匹配电路的扩展的第一线圈115)提供的功率传输效率。例如，在模拟测试中，具有与重叠的第一线圈115和第二线圈120的聚集尺寸相同的尺寸(例如，大约34厘米×12厘米)的单个放大的发射器线圈在使用阻抗匹配电路后提供大约60％的功率传输效率。相反，当无线功率传输设备105包括部分重叠的第一线圈115和第二线圈120并且使用开关网络125来解谐第一线圈115或第二线圈120中的一个时，无线功率传输设备105提供大约70％的功率传输效率，而无需使用阻抗匹配电路。
在前述说明书中，已经描述了特定实施例。但是，本领域内的普通技术人员明白，在不偏离在下面的权利要求中提出的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被看作是说明性而不是限定性的含义，并且所有这样的修改意欲被包括在本教导的范围中。
益处、优点或者对于问题的解决方案或者可以使得任何益处、优点或者对于问题的解决方案发生或者变得更突出的任何一个或多个元素不应当被理解为任何或者全部权利要求的关键的、所需要的或者必要的特征或者元素。本发明被所附权利要求唯一地限定，所附权利要求包括在本申请的待审期间进行的任何修改和所发出的那些权利要求的所有等同物。
而且，在本文中，诸如第一和第二与上和下等的关系术语可以唯一地用于将一个实体或者行为与另一个实体或者行为相区分，而不必要求或者暗示在这样的实体或者行为之间的任何实际的这样的关系或者顺序。
术语“包括”、“具有”、“包含”或者其任何其他变体形式意欲涵盖非排他的包含，以便包括、具有、包含一系列元素的过程、方法、物品或者设备不仅包含那些元素，而且包含未明确地列出或者这样的过程、方法、物品或者设备固有的其他元素。前有“包括……一”、“具有……一”“包含……一”的元素在没有更多限制的情况下，不排除在包括、具有、包含所述元素的过程、方法、物品或者设备中存在另外的相同的元素。术语“一(a/an)”被定义为一个或多个，除非在此另外明确地规定。
术语“基本上”、“本质上”、“大致上”“大约”或者其任何其他版本被定义为接近由本领域内的普通技术人员所理解的那样，并且在一个非限定性实施例中，所述术语被限定为在10％内。在另一个实施例中在5％内，在另一个实施例中在1％内。在另一个实施例中在0.5％内。在此使用的术语“耦合”被定义为连接，虽然不必然直接地连接或者不必然机械地连接。以特定方式“配置”的装置或者结构至少以那种方式被配置，但是也可以以未列出的方式被配置。
可以明白，一些实施例可以由一个或多个通用或者专用的处理器(或者“处理设备”)和唯一地存储的控制所述一个或多个处理器的程序指令(包括软件和固件)结合特定的非处理器电路、在此所述的方法和/或设备的一些、大多数或者全部功能构成，所述由一个或多个通用或者专用的处理器诸如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(FPGA)。或者，可以通过没有存储的程序指令的状态机或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现一些或者全部功能，在一个或多个专用集成电路(ASIC)中，每个功能或者特定功能的某些组合被实现为定制逻辑。当然，可以使用所述两种手段的组合。
而且，可以将实施例实现为计算机可读存储介质，其上存储了计算机可读代码，用于对计算机(例如包括处理器)进行编程以执行在此所述和所要求保护的方法。这样的计算机可读存储介质的示例包括但是不限于，硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备、ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电子可擦除可编程只读存储器)和闪速存储器。
而且，预期普通技术人员，虽然可能进行了例如由可用时间、当前技术和经济考虑驱动的显著努力和许多设计选择，但当由在此公开的思想或者原理引导时，能够以最少的实验来容易地生成这样的软件指令和程序以及IC。
提供本公开的摘要以允许读者迅速地确定本技术公开的特性。可以明白，其不用于解释或者限制权利要求的范围或者含义。另外，在前述详细说明中，可以看出，在各个实施例中，将各个特征分组在一起，以使得本公开流畅。这种公开方法不被解释为反映下述意图：所要求保护的实施例需要比在每个权利要求中明确地列举的特征更多的特征。而是，如所附的权利要求所反映的那样，本发明的主题在于少于单个所公开的实施例的全部特征。因此，所附的权利要求在此被并入详细说明中，每个权利要求本身作为独立地要求保护的主题。

Claims (19)

1.一种无线功率传输设备，包括：
第一线圈，所述第一线圈具有第一部分，并且被配置成生成磁场；
第二线圈，所述第二线圈具有第二部分，并相对于所述第一线圈定位，使得所述第一线圈的所述第一部分与所述第二线圈的所述第二部分在重叠区域中重叠；
通量集中器，所述通量集中器与所述重叠区域对准，并且被配置成集中所述磁场的磁通量；
功率放大器，所述功率放大器经由响应于所述第一线圈或所述第二线圈的阻抗参数而被选择性控制的开关网络电耦合到从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中选择的一个，所述功率放大器被配置成通过所述开关网络根据四个开关网络配置中的一个输出驱动信号，所述四个开关网络配置包括：
第一配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当用于向外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第二线圈解谐；
第二配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当用于向所述外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第一线圈解谐；
第三配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第二线圈磁耦合到所述第一线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率；
第四配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第一线圈磁耦合到所述第二线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：
所述开关网络经由多个开关电耦合到所述第一线圈、所述第二线圈和所述功率放大器，并且被配置成根据所述四个开关网络配置中的所述一个选择性地电耦合所述功率放大器，以将所述驱动信号提供给从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中选择的一个；以及
电子处理器，所述电子处理器被配置成控制所述多个开关中的每个。
3.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中，所述开关网络被配置成：
在所述第一线圈或所述第二线圈解谐的单独配置中操作，以及
在所述第一线圈和所述第二线圈被调谐的组合配置中操作。
4.根据权利要求3所述的无线功率传输设备，其中，所述第一线圈解谐，并且所述功率放大器电耦合到所述第二线圈。
5.根据权利要求3所述的无线功率传输设备，其中，所述第二线圈解谐，并且所述功率放大器电耦合到所述第一线圈。
6.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中，所述电子处理器进一步被配置成监视与所述第一线圈及所述第二线圈的阻抗参数，并且其中，所述电子处理器基于所监视的参数控制所述多个开关的每个。
7.根据权利要求3所述的无线功率传输设备，其中，所述电子处理器被配置成：
检测第一阻抗的改变，所述第一阻抗与所述第一线圈相关联，并且
当所述电子处理器检测到所述第一阻抗的改变时，将所述开关网络置于所述第二线圈解谐并且所述功率放大器电耦合至所述第一线圈的所述第一配置。
8.根据权利要求7所述的无线功率传输设备，其中，所述电子处理器被配置成：
检测第二阻抗的改变，所述第二阻抗与所述第二线圈相关联，
当所述电子处理器检测到所述第二阻抗的改变时，将所述开关网络置于所述第一线圈解谐并且所述功率放大器电耦合至所述第二线圈的所述第二配置。
9.根据权利要求8所述的无线功率传输设备，其中，所述电子处理器被配置成当所述电子处理器检测到所述第一阻抗的改变并且检测到所述第二阻抗的改变时，将所述开关网络置于所述第三或第四配置中。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中，所述通量集中器包括铁氧体层。
11.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中，所述无线功率传输设备执行与效率参数相关联的功率传输操作，所述电子处理器被配置为基于与所述第一线圈相关联的第一阻抗和与所述第二线圈相关联的第二阻抗确定所述外部设备的接收器线圈的位置，并且其中，所述电子处理器被配置成监视由所述无线功率传输设备执行的所述功率传输操作的效率，并且其中，所述电子处理器基于所监视的效率来控制所述多个开关中的每个。
12.根据权利要求11所述的无线功率传输设备，其中，所述电子处理器被配置成比较所述功率传输操作的第一效率与所述功率传输操作的第二效率，所述第一效率对应于当所述第一线圈和所述第二线圈两者同时执行所述功率传输操作时的所述功率传输操作的效率，并且，所述第二效率对应于当所述第一线圈或所述第二线圈执行所述功率传输操作时的所述功率传输操作的效率。
13.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中，基于从由以下项构成的组中选择的至少一个因子来确定所述第一线圈的所述第一部分的尺寸和所述第二线圈的所述第二部分的尺寸：所述第一线圈的几何形状、所述第二线圈的几何形状、所述第一线圈的匝数、所述第一线圈的匝的宽度、所述第一线圈的匝之间的间隔、所述第二线圈的匝数、所述第二线圈的匝的宽度以及所述第二线圈的匝之间的间隔。
14.一种利用无线功率传输设备无线传输功率的方法，所述无线功率传输设备包括第一线圈、第二线圈、功率放大器、开关网络和电子处理器，所述方法包括：
使所述第一线圈的第一部分与所述第二线圈的第二部分在重叠区域中重叠；
将通量集中器与所述重叠区域对准；
用所述功率放大器生成驱动信号；
通过从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中选择的一个接收所述驱动信号；以及
响应于接收到所述驱动信号，通过从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的所述组中选择的一个生成磁场；
进一步包括：
经由响应于所述第一线圈或所述第二线圈的阻抗参数而选择性控制开关网络，将所述功率放大器电耦合到从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中选择的一个；
由此所述功率放大器被配置成通过所述开关网络根据四个开关网络配置中的一个输出驱动信号，所述四个开关网络配置包括：
第一配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当用于向外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第二线圈解谐；
第二配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当用于向所述外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第一线圈解谐；
第三配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第二线圈磁耦合到所述第一线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率；
第四配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第一线圈磁耦合到所述第二线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，监视所述参数包括利用所述电子处理器检测第一阻抗的改变，所述第一阻抗与所述第一线圈相关联，并且其中，将所述开关网络置于所述第一配置中包括当所述电子处理器检测到所述第一阻抗的改变时，将所述开关网络置于所述第一配置。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，监视所述参数包括利用所述电子处理器检测第二阻抗的改变，所述第二阻抗与所述第二线圈相关联，并且其中，将所述开关网络置于所述第二配置包括：当所述电子处理器检测到所述第二阻抗的改变时，将所述开关网络置于所述第二配置。
17.一种无线功率传输系统，包括：
无阻抗匹配电路的无线功率传输设备，包括：
多个线圈，所述多个线圈选择性地电耦合到所述功率放大器，并且被配置成生成第一多个磁场，所述多个线圈能够以多种配置耦合到所述功率放大器并且彼此耦合，所述多个线圈中的第一线圈和第二线圈被配置成在所述多个配置中的每个配置中终止于预定阻抗，并且所述第一线圈的第一部分与所述第二线圈的第二部分在重叠区域中重叠；以及
通量集中器，所述通量集中器与所述重叠区域对准，并且被配置成集中所述磁场的磁通量；
功率放大器，所述功率放大器经由响应于所述第一线圈或所述第二线圈的阻抗参数而被选择性控制的开关网络电耦合到从由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中选择的一个，所述功率放大器被配置成通过所述开关网络根据四个开关网络配置中的一个输出驱动信号，所述四个开关网络配置包括：
第一配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当用于向外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第二线圈解谐；
第二配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当用于向所述外部设备传输功率的发射器线圈，而所述第一线圈解谐；
第三配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第一线圈，所述第一线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第二线圈磁耦合到所述第一线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率；
第四配置，其中所述功率放大器电耦合到所述第二线圈，所述第二线圈接收所述驱动信号以充当发射器线圈，而所述第一线圈磁耦合到所述第二线圈以充当中继器线圈，所述发射器线圈和所述中继器线圈两者向所述外部设备传输功率，
包括接收器线圈的外部设备，所述接收器线圈被配置成磁耦合到由所述第一线圈和所述第二线圈组成的组中的一个，以通过由所述第一线圈和所述第二线圈组成的所述组中的所述一个接收无线功率。
18.根据权利要求17所述的无线功率传输系统，其中，所述预定阻抗为大约50欧姆。
19.根据权利要求17所述的无线功率传输系统，其中，所述接收器线圈以大于百分之五十(50％)的效率接收无线功率。
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