CN109074945B - 自消磁结构、系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种自消磁结构包括线圈的多个第一匝以及具有与线圈的多个第一匝类似的形状的线圈的多个第二匝，其中线圈的多个第一匝和线圈的多个第二匝具有类似的中心位置，并且流过线圈的多个第一匝的电流和流过线圈的多个第二匝的电流沿相反方向。

Description

自消磁结构、系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及2016年3月14日申请的题为“Self-Canceling Magnetic Structures(自消磁结构)”的美国临时申请号62/307,915并主张其优先权，该临时申请以引用的方式并入到本文。

技术领域

本发明涉及线圈结构，并且在特定实施例中，涉及无线电能传输系统中的线圈结构。

背景技术

无线电能传输(WPT)系统中的许多功率型电感器(包括在电源转换器和EMI滤波器中使用的功率型电感器)以及传送器线圈和接收器线圈需要在从10KHz到几百MHz的高频操作。为了达到更好的效率，需要精心设计此类电感器的绕组。由于磁性材料在此类较高频率的性能不怎么好，或者在诸如WPT系统中所需的空间的给定空间中需要相当大的磁场，所以普遍采用空芯电感器。

空芯电感器的一个缺点是，它可能会对附近的组件造成显著的磁干扰。更具体来说，通过采用空芯电感器，空芯电感器和周围组件之间的干扰可能会造成显著问题，例如扰乱操作和/或损坏周围组件，增加由于相邻金属组件中的感生涡流引起的功率损耗，和/或类似问题。

图1示出常规线圈结构的实现。图1示出具有两个匝的线圈结构。这两个匝102和104可作为印刷电路板(PCB)上的导线或迹线实现。如图1所示，第一匝102从线圈结构100的第一端子开始，并在第二匝104的起点处结束。第二匝104在线圈结构100的第二端子处结束。如图1所示，线圈结构100的第一匝102和第二匝104作为两个同心圆实现。如图1所示，这两个同心圆的电流沿相同方向流动。线圈结构100可具有其它合适的形状，例如椭圆形、矩形等。

图1中示出的线圈结构100可提供无线电能传输系统的期望电感。但是，该结构的磁场的很大一部分可能会扩张到线圈结构100的外面。

图2示出图1中示出的线圈结构的磁通量分布。图2的水平轴表示距离图1中示出的圆的中心的距离。水平轴的单位是米。垂直轴表示由图1中示出的线圈结构产生的磁通量密度。垂直轴的单位是特斯拉。在图1中示出的线圈结构100的上表面上方约1mm的高度测量磁通量密度。沿图1中示出的线A-A’取图2中示出的磁通量密度。

如图2所示，磁通量密度具有两个正峰值112和116与两个负峰值114和118。返回参考图1，线圈结构100的两个匝彼此紧邻。另外，流过这两个匝的电流沿相同方向。

如图2所示，稍微离开磁通量密度的峰值，由流过这两个匝的电流产生的磁场不会抵消掉。因此，图2中的磁通量密度花费较长的距离衰减至较低值。

图3示出图1中示出的线圈结构的另一个磁通量分布。图3的水平轴表示距离图1中示出的圆的中心的距离。水平轴的单位是米。垂直轴表示由图1中示出的线圈结构产生的磁通量密度。垂直轴的单位是特斯拉。在线圈结构100的上表面上方约10mm的高度测量磁通量密度。沿图1中示出的线A-A’取图3中示出的磁通量密度。

图3中示出的磁通量分布与图2中示出的磁通量分布类似，不同之处在于，在图1中示出的线圈结构的上表面上方约10mm而不是1mm的高度测量磁通量密度。

如图2-3所示，由于磁通量密度花费较长的距离衰减至较低值，所以从图1中示出的线圈结构100产生的大量磁通量位于线圈结构100的外部。该磁场可切入到附近的导电组件中，从而产生功率损耗并造成干扰。尤其是，如果线圈结构100是WPT线圈，并且另一个组件是近场通信(NFC)标签。当NFC标签移动到与线圈结构100相邻的位置时，由线圈结构100产生的磁场可能会扰乱或损坏NFC标签中的组件。因此，重要的是具有对附近组件具有最小影响的线圈结构。

发明内容

在特定实施例中提供一种线圈结构与常规线圈结构相比，可对附近组件具有更少的磁干扰。

根据一个实施例，一种结构包括线圈的多个第一匝以及具有与线圈的多个第一匝类似的形状的线圈的多个第二匝，其中线圈的多个第一匝和线圈的多个第二匝具有类似的中心位置，并且流过线圈的多个第一匝的电流和流过线圈的多个第二匝的电流沿相反方向。

根据另一个实施例，一种系统包括：具有第一绕组结构的第一线圈，它包括具有类似形状的第一线圈的多个第一匝和多个第二匝，其中多个第一匝和多个第二匝具有类似的中心位置，并且流过多个第一匝的电流和流过多个第二匝的电流沿相反方向；以及具有多个匝的第二线圈。

根据又一个实施例，一种方法包括：将电能从传送器上的传送线圈无线地传输到接收器上的接收线圈，其中传送线圈和接收线圈中的每个线圈均包括具有类似形状的多个第一匝和多个第二匝，其中流过多个第一匝的电流和流过多个第二匝的电流沿相反方向；以及在传送器和接收器之间通信。

本发明的较佳实施例的优点是，通过与常规绕组结构相比具有更佳的磁通量分布的绕组结构改善无线电能传输系统的性能。

上文相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本发明的详细描述。下文将描述本发明的额外特征和优点，它们形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应明白，可容易地利用公开的概念和特定实施例作为修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员还应意识到，此类等效构造没有偏离随附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更全面地了解本发明及其优点，现在结合附图谈及以下描述，图中：

图1示出常规线圈结构的实现；

图2示出图1中示出的线圈结构的磁通量分布；

图3示出图1中示出的线圈结构的另一个磁通量分布；

图4示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第一实现；

图5示出根据本公开的各种实施例图4中示出的线圈结构的磁通量分布；

图6示出根据本公开的各种实施例图4中示出的线圈结构的另一个磁通量分布；

图7示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第二实现；

图8示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第三实现；

图9示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第四实现；

图10示出根据本公开的各种实施例形成在多层PCB中的自抵消线圈结构；

图11示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的线圈结构；

图12示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的另一个线圈结构；

图13示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的又一个线圈结构；

图14示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的再一个线圈结构；

图15示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的另一个线圈结构；

图16示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的又一个线圈结构；

图17示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的再一个线圈结构。

除非另外指示，否则不同图中的对应数字和符号一般指对应部分。绘制附图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面，它们不一定按比例绘制。

具体实施方式

下面详细论述目前较佳的实施例的制作和使用。但是，应明白，本发明提供可在各种各样的特定情境中实施的许多适用的发明概念。论述的特定实施例只是说明制作和使用本发明的特定方式，而不是限制本发明的范围。

将在特定情境(即，在无线电能传输系统中运用的线圈结构)中关于较佳实施例描述本发明。该线圈结构可改善无线电能传输系统的性能。本公开中描述的线圈结构可以用各种合适的材料和结构实现。例如，可将绕组结构集成到诸如印刷电路板(PCB)的衬底中，或集成到诸如蜂窝电话的塑料后盖或电子设备的塑料外壳上。但是，本发明也可适用于各种电力系统。下文中，将参考附图详细解释各种实施例。

图4示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第一实现。图4示出自抵消线圈结构400的两匝配置。采用图4中示出的自抵消线圈结构400来减少线圈结构外部的磁通量扩张，以使得随着距离自抵消线圈结构400的距离沿z轴(垂直方向)以及沿x轴(水平方向)增加时，由自抵消线圈结构400产生的磁通量密度快速衰减至较低值。下文将关于图5-6描述自抵消线圈结构400的磁通量密度。在本描述通篇中，为简单起见，自抵消线圈结构400也可称为线圈结构400。

如图4所示，线圈结构400的第一部分402从端子1开始，端子1是线圈结构400的第一端子。第一部分402的终点连接到连接元件403。在一些实施例中，第一部分402可包括多个匝。在另一些实施例中，第一部分402包括线圈结构400的一个匝，如图4所示。在本描述通篇中，第一部分402也可称为第一匝402。

线圈结构400的第二部分404的起点连接到连接元件403。第二部分404的终点连接到端子2，端子2是线圈结构400的第二端子。在一些实施例中，第二部分404可包括多个匝。在另一些实施例中，第二部分404包括线圈结构400的一个匝，如图4所示。在本描述通篇中，第二部分404也可称为第二匝404。如图4所示，端子1和端子2彼此紧邻设置。

图4中示出的第一匝402和第二匝404形成两个同心圆。如图4所示，第二匝404设置在紧邻第一匝402的位置。第一匝402包围第二匝404。更具体来说，第一匝402的圆形部分围住第二匝404的圆形部分。根据一个实施例，如图4所示，当流过第一匝402的电流沿顺时针方向时，流过第二匝404的电流沿逆时针方向。

如图4所示，流到这两个匝402和404中的电流具有相反方向，并且因此，由这些电流产生的磁通量往往在线圈结构400外部彼此抵消或减小。这就是线圈结构400的自抵消效应。在离开线圈的某个点(例如，沿Z轴离开线圈结构的点)处的所得磁通量密度可快速衰减，因为由具有相反方向的这两个电流产生的磁通量可彼此抵消掉。同时，磁场可在第一匝402和第二匝404之间的空间内加强。因此，只有具有与图4中示出的结构类似的结构的线圈才可在该线圈设置在与图4中示出的线圈结构400相邻的位置时从线圈结构400提取大量信号或电能。这种加强的磁场有助于维持无线电能传输系统的线圈(例如，在传送器和接收器上的线圈)之间的良好耦合，同时可减少或避免对附近的电子装置和/或组件的干扰和/或损坏。

在一个实施例中，取决于设计需要，每个部分(例如，部分402和404)可具有一个或多个匝。应注意，第一部分402和第二部分404可不具有完全相同的形状。只要第一部分402和第二部分404的形状大致类似并且具有类似的中心位置，就可实现上文描述的优点。此外，第一部分402的一部分或整个第一部分402可具有与第二部分404不同的形状。即使这两个部分具有不同形状，流过这两个部分的电流的相反方向仍可有助于实现自抵消效应。但是，如果这两个部分的导体之间的距离或间距统一且得到很好的控制，那么可实现更好的抵消。这两个部分的导体之间的统一间距需要这两个部分具有相同或类似的形状。此外，这两个部分的导体之间的统一间距需要这两个部分具有相同的中心位置。在另一些实施例中，第一部分的中心和第二部分的中心彼此相邻。

例如，移动电话可包括无线电能传输系统。更具体来说，移动电话包括无线电能传输系统的接收线圈。当将包括近场通信(NFC)标签的卡放到与移动电话相邻的位置时，接收线圈和NFC标签之间的耦合可能会对NFC标签造成干扰以及损坏。这种不良干扰和/或损坏可通过用图4中示出的线圈结构400取代常规线圈结构来解决。具体来说，图4中示出的线圈结构400外部的减少的磁通量扩张可有助于减少接收线圈和NFC标签之间的耦合，从而减少对NFC标签的干扰和/或损坏。

在一些实施例中，线圈结构400可用作无线电能传输系统中的传送线圈和/或接收线圈。线圈结构400的圆形形状可有助于克服传送线圈和接收线圈之间的不对准。例如，当传送线圈和接收线圈均作为8字形线圈(例如，图11中的线圈161)实现时，传送线圈和接收线圈之间的耦合可能会在线圈旋转离开它的理想位置时劣化。相比之下，当传送线圈和接收线圈均作为图4中示出的线圈结构400实现时，在这两个线圈之一旋转离开它的理想位置几度时，传送线圈和接收线圈之间的耦合可保持大体相同。

图5示出根据本公开的各种实施例图4中示出的线圈结构的磁通量分布。图5的水平轴表示距离图4中示出的圆的中心的距离。水平轴的单位是米。垂直轴表示由图4中示出的线圈结构400产生的磁通量密度。垂直轴的单位是特斯拉。在图4中示出的线圈结构400的上表面上方约1mm的高度沿z轴测量磁通量密度。沿图4中示出的线B-B’取图5中示出的磁通量密度。

图5示出，有四个正磁通量密度峰值501、504、505和508与四个负磁通量密度峰值502、503、506和507。根据一个实施例，在第一匝402的左侧(图4中的虚线和第一匝402之间的左交叉点)周围产生正磁通量密度峰值501和负磁通量密度峰值502。同样地，在第二匝404的左侧(图4中的虚线和第二匝404之间的左交叉点)周围产生负磁通量密度峰值503和正磁通量密度峰值504。

在第二匝404的右侧(图4中的虚线和第二匝404之间的右交叉点)周围产生正磁通量密度峰值505和负磁通量密度峰值506。在第一匝402的右侧(图4中的虚线和第一匝402之间的右交叉点)周围产生负磁通量密度峰值507和正磁通量密度峰值508。与图2中示出的磁通量密度分布相比，图4中的通量密度分布表明，磁通量密度在线圈结构400周围有所增强。例如，在图4中，线圈结构400内的较大区域具有相当大的磁通量密度，同时在线圈结构400外部磁通量密度快速衰减。

返回参考图4，线圈结构400的这两个部分402和404彼此紧邻。另外，流过这两个匝的电流沿相反方向。略微离开线圈，由流过这两个匝的电流产生的磁场彼此抵消。因此，在围绕线圈结构400的预定充电区域外部，磁通量密度快速衰减至较低值。磁场的这种快速衰减有助于减少线圈结构400对设置在与线圈结构400相邻位置的导电组件的影响。

可将诸如NFC标签的通常具有与图1中示出的线圈类似的大型线圈的敏感组件设置在与线圈结构400相邻的位置。作为具有线圈结构400的自抵消效应的结果，减少或消除了具有诸如干扰、涡流诱导的损耗、对诸如NFC IC/标签的敏感组件的损坏等的一些磁耦合问题的可能性。可相应地改善具有线圈结构400的无线电能传输系统的性能和可靠性。

图6示出根据本公开的各种实施例图4中示出的线圈结构的另一个磁通量分布。图6的水平轴表示距离图4中示出的圆的中心的距离。水平轴的单位是米。垂直轴表示由图4中示出的线圈结构产生的磁通量密度。垂直轴的单位是特斯拉。在图4中示出的线圈结构的上表面上方约10mm的高度测量磁通量密度。沿图4中示出的线B-B’取图6中示出的磁通量密度。

图6中示出的磁通量分布与图5中示出的磁通量分布类似，不同之处在于，在图4中示出的线圈结构的上表面上方约10mm而不是1mm的高度测量磁通量密度。

图6中示出的磁通量分布包括两个负峰值602和606与一个负谷值604。与图3中示出的磁通量密度相比，图6的负峰值的绝对值比图3中示出的负峰值小得多。这种更低的峰值有助于减少线圈结构400和与线圈结构400相邻设置的导电组件之间的不必要的耦合。

图7示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第二实现。图7示出自抵消线圈结构700的多匝配置。在本描述通篇中，为简单起见，自抵消线圈结构700也可称为线圈结构700。

如图7所示，线圈结构700的匝可分成两个组。第一组包括一个匝706；第二组包括彼此紧邻设置的两个匝702和704。在一些实施例中，第一组的匝和第二组中的它的相邻匝之间的距离大于第二组的两个匝之间的距离，如图7所示。

图7中示出的这三个匝702、704和706形成三个同心圆。流过第一组(例如，匝706)的电流沿逆时针方向。相反，流过第二组(例如，匝702和704)的电流沿顺时针方向。在一些实施例中，这三个匝702、704和706可形成在多层板中。例如，匝702和匝704可在多层板的两个不同层中。

应注意，图7示出具有一个匝的第一组和具有两个匝的第二组。这只是一个实例。取决于不同应用和设计需要，每个组的匝数可相应改变。换句话说，限制本文中示出的每个组中的匝数只是为了清楚地说明各种实施例的发明方面。本发明不限于任何特定数量的匝。

在一些实施例中，为了实现更好的磁耦合，可利用线圈结构700的各种参数来改善线圈结构700的性能。根据一个实施例，可利用第二组和/或第一组中的匝的数量作为第一控制变量。可利用第一组和第二组之间的距离作为第二控制变量。通过选择第一控制变量和第二控制变量的合适值，可改善若干个系统性能指标。例如，如果在传送器线圈结构中设计图7中示出的线圈结构700，那么可实现传送器线圈结构内的平稳磁场。这种平稳磁场可有助于通过维持传送器线圈和它的对应接收器线圈之间的稳定耦合因子来改善传送器线圈和接收器线圈之间的耦合系统的空间稳定性。另外，通过选择第二组的匝数和/或调整这两个组之间的间距，可以使线圈结构700外部的磁场最小化，从而减少EMI问题。

图8示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第三实现。图8中示出的线圈结构800与图4中示出的线圈结构400类似，不同之处在于，每个匝的形状是矩形。如图8所示，第一匝802的形状是矩形。流过第一匝802的电流沿逆时针方向。第二匝804的形状是矩形。第二匝804被第一匝802包围。流过第二匝804的电流沿顺时针方向。上文关于图4详细描述了具有图8中示出的自抵消线圈结构的优点，因此为了避免重复，不再论述。

应注意，选择图8中的匝的形状纯粹是为了论证的目的，而不是要将本申请的各种实施例限制为任何特定形状。在本公开的各种实施例的范围内，匝802和804可包括诸如但不限于椭圆形、多边形或任何其它合适形状的其它形状。

图9示出根据本公开的各种实施例的自抵消线圈结构的第四实现。图9中示出的线圈结构900与图4中示出的线圈结构400类似，不同之处在于，每个匝的形状是八边形。

如图9所示，第一匝902的形状是八边形。流过第一匝902的电流沿逆时针方向。第二匝904的形状是八边形。流过第二匝904的电流沿顺时针方向。第二匝904被第一匝902包围。另外，第二匝904的每个边与第一匝902的对应边平行，如图9所示。上文关于图4详细描述了具有图9中示出的自抵消线圈结构的优点，因此为了避免重复，不再论述。

应注意，选择图9中的匝902和904的形状纯粹是为了论证的目的，而不是要将本申请的各种实施例限制为任何特定形状。在各种实施例的范围内，这些匝可包括诸如但不限于椭圆形、多边形或任何其它合适形状的其它形状。

图10示出根据本公开的各种实施例形成在多层PCB中的自抵消线圈结构。自抵消线圈结构1000形成在两个不同PCB层中。如图10所示，线圈结构1000的俯视图150示出，线圈结构形成在两个不同PCB层中。至少一个过孔(未示出)连接在这两个PCB层之间。过孔的上端子153连接到第一层上的迹线(在俯视图151中示出)，而过孔的下端子154连接到第二层的迹线(在俯视图152中示出)。

俯视图151和152示出，线圈结构1000的匝分成两个部分。第一部分可作为PCB的第一层上的金属线路实现。第二部分可作为PCB的第二层上的金属线路实现。此外，如果需要，可利用诸如过孔的互连结构来连接这两个层上的金属线路。

第一PCB层的俯视图151示出，第一层的迹线从端子1开始，并在过孔的上端子153处结束。第二PCB层的俯视图152示出，第二层上的迹线从过孔的下端子154开始，并在端子2处结束。

在一些实施例中，图10中示出的匝可以是印刷电路板的多个层上的多个金属线路、或诸如蜂窝电话、智能手表或其它装置的塑料后盖、或设备或装置的塑料外壳的非导电主体的一个或两个表面上的金属图案。此外，可将金属图案印刷、涂覆、电镀或以其它方式沉积到非导电主体的一个侧表面或两个或更多个侧表面上。

具有图10中示出的多层结构的一个有利特征是，可串联连接这两个层的迹线以便提供更高的电感。另一方面，在备选实施例中，可并联连接这两个层的迹线以便实现更低的电阻。

应注意，尽管图10中示出的匝的形状大体上是矩形，但是在本发明的范围和精神内，这些匝可包括诸如但不限于椭圆形、正方形或圆形的其它形状。还应注意，尽管图10示出每个层具有四个匝，但是线圈结构1000可容纳任何数量的匝。

由于传送器和接收器之间的通信变成是设计具有诸如功率控制、状态报道、装置认证、广告和其它合适的信息交换的各种功能特征的可靠且高效的无线电能传输系统的重要要求，所以在无线电能传输系统中采用了各种通信机制。一种方法是利用蓝牙(用于在短距离交换数据的无线技术标准)作为无线电能传输系统的传送器和接收器之间的通信链路。但是，蓝牙电路相对昂贵。另外，如果接收器侧的电能完全耗尽，那么接收器侧上的蓝牙电路可能会存在启动问题。

在一些系统中，可采用带内通信技术来满足传送器和接收器之间的通信。更具体来说，可由传送器侧通过调制接收器侧上的负载或其它电路或操作参数来检测带内通信的信号。传送器检测该信号，并将它转换为对应的数字信号。类似地，可利用传送器中的电路或操作参数的调制来将信号从传送器传递给耦合到传送器的一个或多个接收器。在一些实施例中，电路或操作参数的调制意味着，以预定方式有意地改变电路或操作参数。实现带内通信的成本相对较低。但是，带内通信技术的精度对于无线电能传输系统中的负载变化和其它操作变化敏感。除了通过无线电能传输系统中的电能传输线圈进行带内通信以外，可通过对电能传输线圈具有更低干扰的专用辅助线圈来建立更加可靠的通信通道。

图11示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的线圈结构。图11示出，辅助线圈161和无线电能传输线圈162集成在一个线圈结构1100中。如图11所示，辅助线圈161略大于电能传输线圈162。在一些实施例中，辅助线圈161可以是用于提供偏置电压的偏置线圈和/或用于在无线电能传输系统中提供高速双向通信链路的通信线圈。

在备选实施例中，辅助线圈161可以是与主电能传输线圈162相比在不同路径、不同频率和/或不同电能传输标准中提供电能的另一个电能传输线圈。在一些实施例中，辅助线圈161可通过相同的带内通信通道传输电能和通信信号。主电能传输线圈162和辅助线圈161可同时操作。

此外，当主电能传输线圈162和辅助线圈161同时操作时，任一个线圈都可以是接收器线圈或传送器线圈。换句话说，当两个线圈同时操作时，有可能将图11的一个线圈配置成是传送器线圈并将另一个线圈配置成是接收器线圈。在另一些实施例中，图11的两个线圈均可充当耦合到它们的相应接收器线圈(未示出)的传送器线圈。此外，图11的两个线圈均可充当耦合到它们的相应传送器线圈(未示出)的接收器线圈。为了消除或减少图11的这两个线圈之间的磁干扰，线圈161和162中的至少一个线圈应具有自消磁结构。

根据一个实施例，辅助线圈161作为通信线圈实现。在本描述通篇中，辅助线圈161也可称为通信线圈161。

图11中示出的通信线圈161耦合到通信电路(未示出)，通信电路可产生适合通信目的的多个电压或电流脉冲。如图11所示，电能传输线圈162作为常规多匝线圈实现。更具体来说，电能传输线圈162具有从端子T1开始并在端子T2结束的两个匝，如图11所示。在被通信线圈161围住的区域中，由电能传输线圈162产生的磁通量基本上是单向的。

通信线圈161可作为诸如图4和图7-10中示出的线圈结构的自抵消结构实现。在另一些实施例中，通信线圈161可以是如图11所示的8字形结构。通信线圈161具有自闭合磁路。如图11所示，通信线圈161分成两个部分，即第一部分352和第二部分354。每个部分包括直线和圆弧。第一部分352的直线和第二部分354的直线彼此相邻设置，从而增强通信线圈161的磁通量分布。每个部分的圆弧连接直线的这两个端子，对于给定区域，直线具有相对较短的长度。这种相对较短的长度有助于减小通信线圈161的电阻。

如图11所示，第一部分352形成第一个半圆。同样地，第二部分354形成第二个半圆。当电流流过通信线圈161时，绕组的每个部分将产生磁通量。参照垂直于绕组的垂直轴，第一个半圆中的磁通量的方向与第二个半圆中的磁通量的方向相反。沿相反方向的磁通量形成自闭合磁路。这种自闭合磁路有助于增强这两个部分352和354中的磁场，并且通过自抵消效应减少通信线圈161外部的磁通量。

利用图11中示出的线圈布置，由电能传输线圈162产生的磁场在通信线圈161的两个端子T3和T4间产生非常低的电压(约等于0)。同时，由通信线圈161产生的磁场在电能传输线圈162的两个端子T1和T2间产生非常低的电压(约等于0)。这些低电压(例如，T3和T4间的电压以及T1和T2间的电压)有助于消除或减少对图11中示出的线圈和/或耦合到线圈的电路的干扰或损坏。

在一些实施例中，通信线圈161如此布置以使得耦合到第一部分352和第二部分354的磁通量可在与通信线圈161紧邻的空间内形成闭合回路，并且通信线圈161的每个部分中的电流加强这种耦合的磁通量。相反，对于在该空间外部的点，那里的磁通量有所弱化，因为来自第一部分352的磁通量和来自第二部分354的磁通量往往会彼此抵消掉。

应注意，通信线圈161可形成在PCB的至少两个不同层中。在一个实施例中，通信线圈161可形成在彼此紧邻的两个PCB层中。在另一些实施例中，可通过其它PCB层来间隔其中形成通信线圈161的PCB层。此外，通信线圈161和电能传输线圈162可形成在PCB的不同层中。

在通信线圈161中，8字形结构有助于增强这两个部分352和354内的磁场，并减少通信线圈161外部的磁通量。因此，来自耦合到通信线圈161的其它通信线圈的通信信号可对于具有类似结构的附近线圈产生强耦合，从而对附近线圈产生强信号或大量电能传输。

图12示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的另一个线圈结构。图12中示出的线圈结构1200与图11中示出的线圈结构1100类似，不同之处在于，电能传输线圈163具有三个匝，通信线圈164小于电能传输线圈163，并且通信线圈164位于电能传输线圈163内部并被电能传输线圈163包围。在一些实施例中，电能传输线圈163和通信线圈164可形成在PCB的两个不同层中。

具有图12中示出的线圈结构1200的一个有利特征是，通信线圈164的8字形结构是自消磁结构。因此，通信线圈164和电能传输线圈163之间的干扰最小化。

图13示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的又一个线圈结构。图13中示出的线圈结构1300与图11中示出的线圈结构1100类似，不同之处在于，电能传输线圈172具有8字形结构。在一些实施例中，该8字形结构可形成在PCB的两个不同层中。上文关于图11描述了8字形结构的操作和优点，因此为了避免重复，不再论述。

应注意，8字形结构只是一个实例。本领域技术人员将了解，可存在改变、修改和备选。例如，电能传输线圈172可以是诸如图4和图7-10中示出的自抵消线圈的其它合适的线圈结构。

如图13所示，通信线圈171具有一个匝，它可作为圆形形状的线圈实现。在另一些实施例中，通信线圈171可以是其它合适的线圈，诸如赛道线圈、圆线圈或矩形线圈。通信线圈171可设置在传送器和/或耦合到传送器的接收器中。在一些实施例中，通信线圈171独立控制。因此，通信线圈171不依赖于无线电能传输系统来传输通信信号。因此，基于图13中示出的线圈结构的通信不受无线电能传输系统中的负载变化和其它瞬态的影响。通信线圈171能够传输双向信号。这样的双向通信系统可通过在无线电能传输系统的传送器和接收器之间提供协商路径而大大提高无线电能传输系统的性能。

图14示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的再一个线圈结构。图14中示出的线圈结构1400与图13中示出的线圈结构1300类似，不同之处在于，电能传输线圈173的直径大于通信线圈174的直径。更具体来说，通信线圈174被电能传输线圈173包围。应注意，在一些实施例中，电能传输线圈173和通信线圈174可形成在PCB的两个不同层中。

图15示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的另一个线圈结构。图15中示出的线圈结构1500与图13中示出的线圈结构1300类似，不同之处在于，电能传输线圈182具有与图4中示出的结构类似的结构。应注意，尽管辅助线圈181的直径大于电能传输线圈182的直径，但是取决于不同应用和设计需要，电能传输线圈182的直径可大于辅助线圈181的直径。

图16示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的又一个线圈结构。图16中示出的线圈结构1600与图15中示出的线圈结构1500类似，不同之处在于，辅助线圈183具有与图4中示出的结构类似的结构。

应注意，尽管图16示出电能传输线圈184被辅助线圈183包围，但是取决于不同应用和设计需要，辅助线圈183可设置在被电能传输线圈184包围的区域中。

图17示出根据本公开的各种实施例包括电能传输线圈和辅助线圈的再一个线圈结构。图17中示出的线圈结构1700与图16中示出的线圈结构1600类似，不同之处在于，电能传输线圈186具有常规一匝结构。

应注意，取决于不同应用和设计需要，电能传输线圈186可如图17所示设置在辅助线圈185的内部，或者可设置在辅助线圈185的外部。

尽管详细描述了本发明的实施例及其优点，但是应了解，在不偏离由随附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行各种改变、替换和变更。

此外，不希望本申请的范围局限于本说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、方式、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员将从本发明的公开容易地明白，根据本发明，可利用执行与本文中描述的对应实施例大体相同的功能或实现大体相同的结果的目前现有或以后要开发的过程、机器、制造、物质组成、方式、方法和步骤。因此，希望随附权利要求在它们的范围内包括此类过程、机器、制造、物质组成、方式、方法或步骤。

Claims (20)

1.一种自消磁结构，包括：

发射线圈和接收线圈，所述发射线圈与所述接收线圈的线圈构造基本相同；其中，所述线圈构造包括：

线圈的第一部分；以及

具有与所述线圈的所述第一部分类似的形状的所述线圈的第二部分，其中

所述线圈的所述第一部分和所述线圈的所述第二部分在同一层连续连接；并且

流过所述线圈的所述第一部分的电流和流过所述线圈的所述第二部分的电流沿相反方向；

所述第一部分与所述第二部分设置为在流过电流时产生的磁场在所述结构附近的一部分空间内相互加强，在另一部分空间内磁场相互削弱。

2.如权利要求1所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分的线圈匝的形状是圆形。

3.如权利要求2所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分从所述线圈的第一端子开始，并在连接元件处结束；并且

所述线圈的所述第二部分从所述连接元件开始，并在所述线圈的第二端子结束，并且其中：

所述线圈的所述第一部分包围所述线圈的所述第二部分；并且

所述第一端子和所述第二端子彼此紧邻地设置。

4.如权利要求1所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分中的线圈匝具有与所述线圈的所述第二部分中的线圈匝略微不同的形状。

5.如权利要求1所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分的线圈匝的形状是矩形。

6.如权利要求1所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分的线圈匝的形状是八边形。

7.如权利要求1所述的结构，还包括：

所述线圈的第三部分和所述线圈的第四部分，其中：

所述线圈的所述第三部分的线圈匝和所述线圈的所述第四部分的线圈匝具有类似的形状；并且

流过所述线圈的所述第三部分的电流和流过所述线圈的所述第四部分的电流沿相反方向。

8.如权利要求7所述的结构，其中：

所述线圈的所述第一部分和所述线圈的所述第二部分设置在印刷电路板的一层上；并且

所述线圈的所述第三部分和所述线圈的所述第四部分设置在所述印刷电路板的另一层上。

9.如权利要求8所述的结构，还包括：

位于所述印刷电路板中并连接在所述线圈的所述第二部分和所述线圈的所述第三部分之间的过孔。

10.一种自消磁系统，包括：

具有多个匝的第一线圈，它包括：

具有类似形状的所述第一线圈的第一部分和第二部分，其中：

所述第一部分和所述第二部分在同一层连续连接；并且流过所述第一部分的电流和流过所述第二部分的电流沿相反方向；其中，所述第一部分与所述第二部分设置为在流过电流时所产生的磁场在附近的一部分空间里相互加强，在另一部分空间里磁场相互削弱；以及

具有多个匝的第二线圈，所述第一线圈与所述第二线圈具有基本相同的构造。

11.如权利要求10所述的系统，其中：

所述第一线圈设置在所述第二线圈内。

12.如权利要求10所述的系统，其中：

所述第一线圈设置在所述第二线圈外。

13.如权利要求10所述的系统，其中：

所述第一线圈和所述第二线圈之一配置成传输电能。

14.如权利要求10所述的系统，其中：

所述第一线圈和所述第二线圈之一配置成传输通信信号。

15.如权利要求10所述的系统，其中：

所述第一线圈和所述第二线圈之一配置成传输电能和通信信号。

16.一种自消磁方法，包括：

将电能从传送器上的传送线圈无线地传输到接收器上的接收线圈，其中所述传送线圈和所述接收线圈的构造基本相同，其中的每个线圈均包括：

具有类似形状的第一部分和第二部分；所述第一部分和所述第二部分在同一层连续连接；

并且其中流过所述第一部分的电流和流过所述第二部分的电流沿相反方向，并且所述第一部分和所述第二部分设置为在流过电流时产生的磁场在一部分空间里相互加强，在另一部分空间里磁场相互削弱；

以及在所述传送器和所述接收器之间通信。

17.如权利要求16所述的方法，其中：

所述在所述传送器和所述接收器之间通信的步骤通过调制所述传送器的电路参数或操作参数来实现。

18.如权利要求17所述的方法，其中：

所述传送器和所述接收器之间的所述通信通过设置在所述传送器处的通信线圈进行。

19.如权利要求16所述的方法，其中：

所述在所述传送器和所述接收器之间通信的步骤通过调制所述接收器的电路参数或操作参数来实现。

20.如权利要求19所述的方法，其中：

所述传送器和所述接收器之间的所述通信通过设置在所述接收器处的通信线圈进行。

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