CN110060852B - 对设备进行充电的方法和磁感应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对设备进行充电的方法和磁感应设备。一种利用单元线圈的阵列进行无线充电和/或近场通信的方法和系统。该单元线圈阵列为各种耗电设备和/或各种类型设备提供各种形状的磁场。该单元线圈的阵列可以包括任何类型的线圈(例如，提供集中电场和强磁场的偏心线圈)。该单元线圈的阵列可以由一个或多个电源供电。

Description

对设备进行充电的方法和磁感应设备

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2016年02月02日、申请号为201610074736.2、发明名称为“对设备进行充电的方法和磁感应设备”的发明专利申请案。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月3日提交的、申请号为62/111，452的美国临时申请以及于2015年2月24日提交的、申请号为14/630,315的美国专利申请，其全部内容通过引证结合于此。

技术领域

本发明涉及一种无线充电和/或近场通信的方法和系统。

背景技术

无线充电(也称为“感应充电”)，采用感应线圈来提供将电能从充电电源传输到耗电设备的电磁场。无线充电可用供各种耗电设备，例如，移动设备(例如，蜂窝电话、平板电脑、移动计算设备等)、电动车辆、远程设备、医疗设备等使用。无线充电器一般采用的是，在充电电源内的固定感应线圈以及在耗电设备内的固定感应线圈。在传统的无线充电器内，线圈通常是大型的并且不可配置的。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种设备充电方法，包括：配置单元线圈的阵列；通过所述单元线圈的所述阵列提供磁场。

优选地，所述单元线圈包括设置在第一方向的第一方向线圈以及设置在第二方向的第二方向线圈，其中，所述第一方向不同于所述第二方向。

优选地，所述第一方向为垂直的，所述第二方向为水平的。

优选地，所述第一方向线圈设置在印制电路板基板上，所述第二方向线圈设置在所述印制电路板基板上，其中，所述第一方向线圈包括穿过所述第二方向线圈设置的至少一个导体，所述第二方向线圈包括穿过所述第一方向线圈设置的至少一个导体。

优选地，每个单元线圈包括以平面偏心形状设置的印制电路板线圈，从而减少相反电流造成的负面效应。

优选地，所述阵列被配置用于多装置充电模式或单装置充电模式。

优选地，所述阵列通过感测移动设备类型而被自动配置。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁感应设备，包括：单元线圈的阵列，被配置用于单独耦接至电源，并且其中，所述阵列能够被配置为提供至少两圈线路。

优选地，所述设备为充电设备。

优选地，所述单元线圈包括双平面双偏心线圈。

优选地，所述单元线圈包括平面矩形偏心线圈。

优选地，所述单元线圈包括矩形偏心线圈，其中，所述矩形偏心线圈的外部磁通线至少部分以非平行方式设置。

优选地，所述单元线圈包括设置在第一方向的第一方向线圈以及设置在第二方向的第二方向线圈，所述第一方向和所述第二方向位于不同的平面中，其中，所述第一方向线圈设置在印制电路板基板上，所述第二方向线圈设置在所述印制电路板基板上，其中，所述第一方向线圈以平面偏心图案被配置，所述第二方向线圈以平面偏心图案被配置。

优选地，所述单元线圈被配置为并联耦接至电源。

优选地，所述单元线圈被设置为一对偏心线圈。

根据本发明的另一方面，提供了一种磁感应设备，包括：单元电池的阵列，其中，每个电池包括两个偏心线圈。

优选地，所述单元电池阵列提供三环磁通路径。

优选地，所述三环磁通路径中的每个磁通路径均是矩形。

优选地，所述单元电池阵列提供磁通路径，其中，所述磁通路径被设置用于多种设备类型中的一种。

优选地，感测设备类型并根据所述设备类型自动设置所述磁通路径。

附图说明

通过参照结合附图进行的详细描述，本发明的各种目的、方面、特征以及优点更加显而易见并且更好理解，其中，在整个描述中，采用参考标识标识相应的元件。在图中，相同的参考标识一般表示相同的、功能上相似的和/或结构上相似的元件。

图1是根据一些示例性实施方式的可配置的无线充电系统的透视图；

图2是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的总体框架图；

图3是根据一些示例性实施方式的通过磁感应设备的一个或多个耗电设备的充电流程的流程图；

图4是根据一些示例性实施方式的无线充电系统的电路图；

图5是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的单元线圈的阵列的总体架构图；

图6是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的单元线圈的示意图，通过顶视图和透视图示出所述单元线圈；

图7是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的单元线圈的阵列生成的充电线路的顶视图示意图；

图8是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的单元偏心线圈的阵列的顶视图示意图；

图9是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的一对矩形单元偏心线圈的顶视图示意图；

图10是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的矩形单元偏心线圈的阵列的顶视图示意图；

图11是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的矩形单元偏心线圈的阵列生成的磁场的顶视图示意图；以及

图12是根据一些示例性实施方式的在图1中示出的可配置的无线充电系统的双层偏心线圈的透视图示意图。

具体实施方式

在对本发明实施例的特征进行具体描述之前，应当注意的是，本申请并不应当限于说明书或者附图中陈述的具体细节或者方法逻辑。应当理解的是，以下术语仅仅用于描述，并不应当对本发明造成限定。

通常参照附图，根据本发明的各个实施例示出了无线充电的系统和方法。在一些实施方式中，上述系统和方法是可配置的或可重配置的、分布式和/或灵活的。在一个或多个实施方式中，通过在无线充电系统中配置单元线圈的阵列，给设备无线充电。在一些实施方式中，在与使用更大的传统固定线圈相比较时，通过使用单元线圈，能够实现更有效的功率传输。

在一些实施方式中，对设备进行充电方法配置了单元线圈的阵列，并且通过单元线圈的阵列提供磁场。在一些实施方式中，磁感应设备包括单元电池的阵列。在一些实施方式中，每个电池包括两个偏心线圈。在一些实施方式中，磁感应设备包括单元线圈的阵列，该阵列被配置用于单独耦接至电源并且该阵列可配置，以用于提供至少两圈充电线路。

在一些实施方式中，单元线圈的阵列可以被配置为提供磁场，该磁场将来自充电电源的能量传输给耗电设备。在一些实施方式中，该单元线圈的阵列被配置为提供多个磁场，该多个磁场将来自一个或多个充电电源的能量传输给多个耗电设备。在一个或多个实施方式中，单元线圈具有磁场产生结构。在一些实施方式中，单元线圈包括一对或多对正交偏心线圈。在一些实施方式中，偏心线圈具有中心集中的结构，该结构能够提供中心集中的电场。在一些实施方式中，单元线圈的尺寸较小。在一些实施方式中，单元线圈设置在一个或多个印制电路板的导电层上。

在一些实施方式中，本公开的方法应用于磁感应设备内。该磁感应设备可以包括单元线圈的阵列，该阵列被配置用于单独耦接至电源。该单元线圈的阵列还可以被配置用于提供至少两圈磁通线。该至少两圈磁通线可以作为基本场来产生电磁感应。在一些实施方式中，该磁感应设备包括单元电池的阵列，其中，每个单元电池还包括两对偏心线圈。这两对偏心线圈设置在不同的方向。每个单元电池可以被配置为通过组合由这对偏心线圈产生的两个磁场，提供任何或者几乎任何方向的磁场。

图1是根据本发明实施例的无线充电系统的示意图。参照图1，无线充电系统100包括磁感应设备101、移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110。在一些实施方式中，无线充电系统100是可重构的或者可配置的、分布式的灵活充电系统。

在一些实施方式中，磁感应设备101是充电平台，该平台可以提供一个或多个磁场，该磁场将能量传输给位于上述一个或多个磁场内的一个或多个移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110。在一些其他实施方式中，磁感应设备101可以用于近场通信。例如，磁感应设备101可用作磁通量计量器、变压器、发电机等。

磁感应设备101包括单元电池或单元线圈102的阵列以及控制系统112。在一些实施方式中，每个单元线圈102可以用于提供单元磁场。单元线圈102的阵列还可以用于组合多个单元磁场，以形成一个磁场，作为基本场。在一些实施方式中，组合的基本场包括至少两圈充电线路。

在一些实施方式中，单元线圈102的阵列设置在印制电路板上。在一些实施方式中，每个单元线圈102包括一对线圈。在一对单元线圈102中的每个线圈设置在一个不同的方向上(例如，水平和竖直方向)。在一些实施方式中，单元线圈102可以为任何类型的导电材料，也可以为偏心形状。在一些实施方式中，在该阵列中的多个单元线圈102可以与电源并联，以便单元线圈102的阵列组合平行的电源输入，生成小形成因数中的大功率。在一些实施方式中，在该阵列中的多个单元线圈与电源串联。在另一些实施方式中，一些单元线圈102与电源串联，另外一些单元线圈与电源并联。在采用并联连接时，每个单元线圈也允许由电源单独控制。控制系统112可以用于控制功率量，也可以用于控制移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110并联或者串联。

在一些实施方式中，磁感应设备101的控制系统112包括感测电路或传感器，以检测在移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110中的二级线圈。在一些实施方式中，控制系统112是一种硬件，或者是一种硬件和软件的组合系统，该控制系统112控制用于提供磁感应设备101的磁场的连接、功率以及信号。在一些实施方式中，通过对控制系统112和单元线圈阵列102的操作，该磁感应设备101可以灵活地用于移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110的各种类型、尺寸以及数量。在一些实施方式中，控制系统112的传感器可以是各种类型的传感器，该传感器可以检测在移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110中的二级线圈或者移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110的尺寸和形状，例如，电感式传感器、光学传感器、机械传感器等。

在一些实施方式中，根据控制系统112的控制，该单元线圈102的阵列可以用于单设备充电模式，也可以用于多设备充电模式。在一些实施方式中，操作模式取决于检测到的移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110的数量。在一些实施方式中，单元线圈102的阵列用于在操作中打开所选择的单元线圈102，并且关闭其他的单元线圈102，以节省能量。在一些实施方式中，该单元线圈102的阵列可以由多种类型的单元线圈102构成。

在一个或多个实施例中，控制系统112用于控制和配置单元线圈102的阵列。控制系统112可以包括能够控制磁感应设备101的操作的合适的逻辑、电路和/或代码。控制系统112可操作，用于将控制信号提供给单元线圈102的阵列和磁感应设备101的各种其他部件。控制系统112可操作，用于控制在磁感应设备101的各种部件之间的数据传输。控制系统112可以包括一个或多个控制器。

附图中，移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110，作为无线充电系统100中示例性的耗电设备。其中，该耗电设备具有作为二级线圈的感应线圈，用于接收从磁感应设备101中传输的功率。移动设备104和106可以是任何类型的移动计算设备，例如，蜂窝电话、平板电脑、个人数字助理、GPS接收器、移动热点、智能手表、活动追踪器、计算机、笔记本电脑、膝上型电脑、使用充电或近场通信的任何设备等。根据一些实施方式，移动设备104和106可以有不同类型的二级线圈。例如，移动设备104可以有内置线圈，并且移动设备106可以有包括线圈的皮肤适配器。如图1中所示，移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110可以在单元线圈102的阵列的任何区域充电，以便单元线圈102的阵列可以有效地使用其区域和形状。在一些实施方式中，耗电设备中的任何类型的导电线圈都可以被检测以及与单元线圈耦合。

图2是根据本发明实施例的无线充电系统的结构框图。参照图2，在一些实施方式中，磁感应设备101包括单元线圈102的阵列、用户接口205以及控制系统112，其中，该控制系统112包括处理器202、多个传感器204、线圈阵列配置模块或电路206、线圈电流配置模块或电路212、存储器210以及控制电路214。

处理器202可以包括能够处理数据和/或控制磁感应设备101的操作的合适的逻辑、电路和/或代码。处理器202可以是微处理器，该微处理器可操作，用于通过控制电路214将控制信号提供给磁感应设备101的各种其他部件。处理器202可操作，用于控制在磁感应设备101的各种部件之间的数据传输。处理器202可操作，用于执行包括一个或多个指令的程序。例如，该程序可以指导处理器202生成、解析、耦合、优化、传输或者另外处理数据。例如，该程序可以指导处理器202配置或者控制磁感应设备101的各种部件的操作。例如，指令可以指导磁感应设备101响应于检测耗电设备207(例如，在图1中的一个或多个移动设备104和106、医疗设备108以及远程设备110)，执行各种动作，例如，根据在已检测设备内的线圈的类型，配置单元线圈102的阵列。处理器202可以是或者包括任何类型的通用或专用处理器。

在一些实施方式中，控制电路214包括用于提供连接(例如，开关)并且在处理器202的控制下应用来自电源209的电功率的电路。在一些实施方式中，控制电路214包括用于与线圈阵列配置电路206、线圈电流配置电路212以及单元线圈102的阵列接合的电路。

在一些实施方式中，传感器204用于检测耗电设备207的各种参数，例如，线圈类型、位置、功率电平等。在一些实施方式中，传感器204包括机械传感器，例如，压力传感器、位置传感器、金属检测器传感器、温度传感器、运动传感器等。在一些实施方式中，机械传感器用于检测耗电设备207的位置。例如，在一些实施方式中，压力传感器用于检测与磁感应设备101接触的耗电设备207并且将信号发送给处理器202和控制电路214。例如，在一些实施方式中，运动传感器用于检测耗电设备207的运动，以便重新配置对应于变化了位置的单元线圈。在一些实施方式中，传感器204包括电子接近传感器，以检测金属物体，例如，在耗电设备207中的二级线圈。在一些实施方式中，可以检测与磁感应设备101没有任何接触的耗电设备207，这样有利于给不可达设备(例如，在患者体内植入的电子医疗设备)充电。在一些实施方式中，传感器204还可以包括电磁传感器，以检测在耗电设备207中的功率状态。在一些实施方式中，传感器204可以是合适的逻辑和/或代码，该合适的逻辑和/或代码使整合了单元线圈102的阵列的电路能够检测对应的参数。在一些实施方式中，传感器204可以是硬件，例如，各种机械传感器。在一些实施方式中，传感器204可以是合适的逻辑、电路、代码以及硬件的组合。在一些实施方式中，传感器204包括用于无线检测耗电设备207的感应特征的电路。在一些实施方式中，感应特征可以用于确定耗电设备207的类型。

用户接口205可以用于输入用户命令，例如，开始充电、选择充电时间、设置充电电平、设置自动关机等。用户接口205可以用于输出磁感应设备101和耗电设备207的各种参数，例如，充电容量、充电历史、温度、效率、功率电平、电流值等。用户接口205可以包括将各种输入和输出方法和系统，例如，显示器、触摸屏、声音控制接口、运动控制接口、按钮、扬声器等。

存储器210是储存设备，例如，永久性介质。存储器210可以包括合适的逻辑、电路和/或代码，该逻辑、电路和/或代码可操作，用于储存信息，例如，由处理器202执行的指令、由磁感应设备101的一个或多个部件生成的数据、通过磁感应设备101的一个或多个部件接收的数据和/或用于控制磁感应设备101的操作的参数。存储器210可以为线圈阵列配置电路206和线圈电流配置电路212储存指令。存储器210可以包括任何类型的计算机或机器可读储存介质，例如，SRAM、DRAM、闪速存储器和/或磁储存器。例如，储存在存储器210内的参数可以包括从传感器204中检测的参数、配置历史等。在一些实施方式中，存储器210可以储存用户的偏好，例如，医疗设备的开始充电计划表。该计划表可以是固定的或者非固定的计划表。

在一些实施方式中，线圈阵列配置电路206包括合适的逻辑、软件模块、硬件、电路和/或代码，该逻辑、软件模块、硬件、电路和/或代码可操作，用于配置单元线圈102的阵列。线圈阵列配置电路206可以配置每个灵活的单元线圈102，以产生期望的单元磁场和单元电场。线圈阵列配置电路206还可以配置单元线圈102的阵列，以组合单元磁场并且形成一个磁场。在一些实施方式中，该组合的磁场有至少两圈充电线路。通过由位于不同方向的至少两个线圈生成的至少两个磁矢量的矢量总和，线圈阵列配置电路206可以配置磁场方向。在一些实施方式中，线圈阵列配置电路206基于从传感器204中检测的数据，接收来自处理器202和控制电路214的指令。在一些实施方式中，线圈阵列配置电路206基于功率传输效率的优化，配置操作的单元线圈102的路径。在一些实施方式中，处理器202和线圈阵列配置电路206通过传感器204感测耗电设备207的感应特征，并且为了提高充电效率，对单元线圈102的配置、提供给单元线圈102的功率和/或提供给单元线圈102的功率信号的频率做出调整。在一些实施方式中，感应特征提供反馈，用于增大功率传输。在一些实施方式中，直到感测到感应特征到达峰值时，才做出调整。

在一些实施方式中，线圈电流配置电路212包括合适的逻辑、软件模块、硬件、电路和/或代码，该逻辑、软件模块、硬件、电路和/或代码可操作，用于配置单元线圈102的阵列。线圈电流配置电路212可以将在该阵列中的每个单元线圈配置为活动或者不活动或者接收特定幅度的电流。线圈电流配置电路212可以配置单元线圈102，并联耦合至电源209。在一些实施方式中，线圈电流配置电路212配置单元线圈102，串联耦合至电源209。在一些实施方式中，线圈电流配置电路212可以配置单元线圈，耦合至多个电源，其中，该多个电源彼此不同。在一些实施方式中，线圈电流配置电路212使用控制电路214配置一些单元线圈102，与一个或多个电源并联，并且配置其他单元线圈102与一个或多个电源串联。线圈电流配置电路212可以通过用户接口205接收来自用户的指令。例如，用户可以选择快速充电模式或正常充电模式。快速充电模式和正常充电模式可以引导不同的电流配置。在一些实施方式中，用户接口205是可选的。

耗电设备207可以包括具有接收器(例如，线圈接收器)的任何类型的电气设备或者可以适合于线圈接收器的设备，例如，移动设备104和106、医疗设备108、远程设备110、电动车辆等。耗电设备207可以由磁感应设备101通过不同的充电模式充电，例如，多设备充电模式、单设备充电模式、快速充电模式、正常充电模式、完全充电模式等。不同的充电模式与不同的线圈阵列配置和线圈电流配置相关联(例如，在快速充电模式中比在正常充电模式中具有更多的电流)。耗电设备207可以通过用户接口205与磁感应设备101通信。

电源209可以包括多个单元电源。电源209可以是将AC功率输入给磁感应设备101的AC源。根据一些实施方式，电源209可以是DC源。功率转换器可以将DC功率转换成AC功率信号，用于通过电池单元阵列充电。电源209可以包括多个转换器，例如，AC-DC转换器、AC-AC转换器、DC-DC转换器等。

图3是根据本发明实施例的通过磁感应设备给一个或多个耗电设备充电的流程的流程图。如图3所示，在流程300的操作302中，磁感应设备101通过各种传感器204检测一个或多个耗电设备207。例如，在耗电设备207足够接近磁感应设备101时，在一些实施方式中，电子接近传感器检测到耗电设备207。在一些实施方式中，电磁传感器检测到耗电设备207的功率电平和线圈类型。在一些实施方式中，检测耗电设备207的身份(例如，通过

接口或者通过耗电设备207的感测特征)。在一些实施方式中，从存储器210中提取与检测的耗电设备207相关联的充电文件。该充电文件可以包括关于耗电设备207的信息，例如，用户偏爱的充电模式、充电电平、充电历史、线圈类型、充电时间等。操作302还可以包括通过用户接口205输出关于耗电设备207的检测的信息。

在操作304中，用户可以基于耗电设备207的检测的信息，通过用户接口205输入指令。例如，用户可以指导磁感应设备101在多设备充电模式中工作，在该多设备充电模式中，移动设备被指示操作于快速充电模式中，医疗设备被指示在正常充电模式，以防止在医疗设备中的二级线圈生成高热量。根据一个或多个实施方式，处理器202接收来自用户的指令。在一些实施方式中，在没有用户输入的情况下或者自动地执行充电。在一些实施方式中，操作304也是可选的。

在一些实施方式中，在操作306中，处理器202基于用户指令和/或基于对耗电设备207相关的检测信息，确定线圈阵列电流配置。例如，如果用户指示医疗设备采用的正常充电模式，那么对应于二级线圈的类型的单元线圈102可以配置为耦合至更低电源。在一些实施方式中，在操作306中，确定线圈阵列电流配置包括确定哪个单元线圈102对应于检测的二级线圈并且通过连接单元线圈102和一个或多个电源，激活相应的单元线圈102。在一些实施方式中，确定线圈阵列电流配置包括确定在由一个或多个线圈形成的每个电路内的电流电平。

在一些实施方式中，在操作308中，激活的单元线圈102基于检测的信息和/或用户指令生成磁场。在一些实施方式中，单元线圈102包括设置在不同方向的一对线圈。在一些实施方式中，在单元线圈102内的每个线圈用于生成磁矢量。因此，在一些实施方式中，单元线圈102至少生成一对磁矢量。根据这对磁矢量的总和，可以生成单元磁矢量。在操作310中，单元磁矢量表示提供的单元磁场。在一些实施方式中，每个单元线圈102包括仅仅一个线圈或不止一对线圈。

在一些实施方式中，所有单元线圈102的组合产生作为基本场的磁场。在一些实施方式中，如果检测到多个耗电设备207，那么单元线圈102可以形成多个基本线圈磁场，该多个基本线圈磁场可以用于耦合在多个耗电设备内的检测到的多个二级线圈。在一些实施方式中，由单元线圈102产生的基本场在磁耦合的二级线圈内产生感应电压。该感应电压可以用于给耗电设备207充电。

在一些实施方式中，在操作312中，一个或多个传感器204用于对充电中的耗电设备207进行监控。在一些实施方式中，操作312是可选的。例如，电磁传感器可以用于监控耗电设备207内的感应电压(图2)，以避免该耗电设备过热，也可以用于监控耗电设备207内的功率电平。在一些实施方式中，监控并且向用户显示耗电设备207的功率电平。

在功率电平达到期望电平时，在一些实施方式中，在操作314中，单元线圈102与电源209断开。在一些实施方式中，在功率电平达到期望电平时，单元线圈102依然连接至电源209，并且为了持续给耗电设备207提供期望的功率电平，直接进入待机模式。在一些实施方式中，基于监控结果可以重新配置单元线圈。例如，当移动设备完全被充满时，单元线圈可以重新配置到一个新的电流电平，以进入待机模式。在一些实施方式中，磁感应设备101是双面充电设备(即，耗电设备207可以在单元线圈102的阵列的两侧充电)，以使单元线圈102可以对一个或多个耗电设备207进行充电。在一些实施方式中，当监控到磁感应设备101一侧的第一设备被完全充满时，单元线圈102可以被重新配置为与其他一些单元线圈组合，以形成一个新的基本场线圈，用于给在磁感应设备101另一侧的第二耗电设备充电。在一些实施方式中，无论新的耗电设备207在何时被检测到，流程300都可以开始。

图4是根据本发明实施例的无线充电系统的示意图。参照图4，无线充电系统400在线圈402、404、406、408与线圈409a-j之间通过电磁感应传输能量。在一些实施方式中，结合线圈402、404、406、408的特征，从线圈409a-j中选择单独的线圈或者线圈集合用于操作。在一些实施方式中，线圈402、404、406、408在相应耗电设备207内或者适合于相应耗电设备207的二级线圈。线圈409a-j是单元线圈102的阵列(图1)内的单元线圈或者单元线圈102集合。控制系统112可以用于控制和配置单元线圈409a-j。虽然上面和下面将该单元线圈409a-j描述为传统线圈，但是在不背离本发明的范围的情况下，耗电设备207可以包括与单元线圈102的阵列102相似的线圈结构。在一些实施方式中，耗电设备207可以有与线圈102的阵列相似的线圈阵列，该线圈阵列配置为作为二级线圈来操作。

根据一个实施方式，线圈409a-d与电源并联。在一些实施方式中，线圈409a-d分别连接至不同的电源411a-d，从而使线圈402和404形成灵活的场强。当仅仅选择了一些必要的线圈409a-j用于操作时，为线圈402和404选择合适的线圈409a-d以及提供给线圈409a-d的功率，才允许进行有效操作。在另一个实例中，线圈409h被选择用于与线圈406进行操作。线圈409e-g可以是断电的，以节省功率。

在一些实施方式中，线圈409a-j与一个或多个电源串联。例如，在一些实施方式中，线圈409i-j串联耦合，与并联相反。在一些实施方式中，选择线圈409i-j，以与线圈408匹配。在一些实施方式中，线圈409i-j配置为产生磁场，以在线圈408内产生感应电压。在一些实施方式中，选择场，以与线圈408的容量匹配。

图5是根据本发明实施例的单元线圈阵列的示意图。参照图5，单元线圈502的阵列500与单元线圈102的阵列相似(图1)。每个单元线圈502可以产生磁场并且包括设置在第一方向的线圈504以及设置在第二方向的线圈506。第一方向和第二方向不同。在一些实施方式中，通过给线圈504和506单独供电，实际上可以产生任何方向的磁场。在线圈504(例如，水平线圈)中的电流

产生水平磁场

在线圈506(例如，竖直线圈)中的电流

产生水平磁场

组合两个矢量

和

可以生成磁场

通过改变竖直和水平磁场的幅度，可以控制磁场

在一些实施方式中，线圈504和506正交，例如，竖直线圈和水平线圈。在一些实施方式中，单元线圈502设置在印制电路板上。在一些实施方式中，单元线圈502可以由各种导电材料制成。在一些实施方式中，线圈504和506可以是单独的线圈，也可以是构造在印制电路板(PCB)和导电材料的组合上。在一些实施方式中，在该单元线圈阵列内的一些单元线圈502由不同的材料制成或者具有不同的几何构造。

可以选择一个或多个单元线圈502，以形成组合的电场和组合的磁场。单元线圈502的阵列500可以配置为激活和/或停用一个或多个单元线圈502。在一些实施方式中，单元线圈502的阵列500可以配置为同时产生多个磁场。每个磁场可以用于产生感应电压，用于给耗电设备207充电。在一些实施方式中，单元线圈502的阵列500配置为与在耗电设备207内的任何类型的二级线圈耦合。在一些实施方式中，由于具有可配置性质，单元线圈502的阵列500可以在区域和形状范围内有效地给设备充电。在一些实施方式中，单元线圈502的阵列500设置在相同的平面(即，平面阵列)内，如图5中所示。在一些实施方式中，单元线圈502的阵列500也可以设置在多个平面(即，3D阵列)内。例如，单元线圈502的阵列500设置在可穿戴式充电器内。

图6是根据本发明实施例的单元线圈不同剖面的示意图。根据一些实施方式，单元线圈600可以是在阵列500中的单元线圈502(图5)或者单元线圈102(图1)。在一些实施方式中，单元线圈600包括分别由电源单独控制的线圈604和线圈606。单元线圈600可以配置为印制电路板线圈，其中，来自线圈604的导体穿过线圈606，并且来自线圈606的导体穿过线圈604。在一些实施方式中，在线圈604顶面上的导体与在线圈606顶面上的导体垂直。在一些实施方式中，在线圈604底面上的导体与在线圈606底面上的导体垂直。

在一些实施方式中，多个单元线圈600的组合可以生成大功率，也可以在小形成因素生成小几何磁场，这使非常高Q的电感和小几何磁场可行。在一些实施方式中，线圈604和606正交，例如，竖直线圈和水平线圈。在一些实施方式中，线圈604和606位于具有4个导电层的电路板上(例如，线圈604设置在由导电通路连接的层1和3上，并且线圈606设置在由导电通路连接的层2和4上)。

图7是根据本发明实施例的单元线圈阵列生成的磁场的示意图。单元线圈702(与单元线圈102、502以及600相似)的平面阵列700配置为提供矩形环，例如，环状物704。每个被选择的单元线圈702连接至电源，并且基于期望的配置，产生磁场。在一些实施方式中，磁场包括4个矩形线路图案。在一些实施方式中，线路图案配置为用于特定类型和数量的耗电设备207。通过组合在每个环状物中的单元磁场，产生四环矩形路径。例如，通过激活竖直线圈或水平线圈中的一个(例如，水平线圈)并且停用竖直线圈或水平线圈中的另一个，单元线圈702a可以配置为产生对应于环状物704的竖直部分的磁场。例如，通过激活竖直和水平线圈，单元线圈702b可以配置为产生45o方向上的磁场。通过在单元线圈702b内配置竖直线圈和水平线圈，生成具有相同幅度的两个磁场，可以产生45o方向上的磁场。例如，通过激活竖直线圈或水平线圈中的一个(例如，竖直线圈)并且停用竖直线圈或水平线圈中的另一个，单元线圈702c可以配置为产生对应于环状物704的水平部分的磁场。在一些实施方式中，提供了多个环状物或者环状物集合，其中，环状物或者环状物集合的尺寸适合于给特定的单独设备充电。

图8是根据一个示例性实施方式的单元偏心线圈阵列的示图。阵列800包括单元偏心线圈802(例如，与线圈102、502、600以及702相似)。在一些实施方式中，每个单元线圈802均包括偏心线圈804和偏心线圈806。偏心线圈804和806中均包括部分808和部分810。在一些实施方式中，偏心线圈804和806设置在不同的方向以及不同的平面上。在一些实施方式中，线圈804和806正交(即，一对竖直的偏心线圈和一对水平的偏心线圈)。在一些实施方式中，线圈804和806设置为在彼此不同的方向提供磁场矢量。在一些实施方式中，线圈804和806是偏心偶极螺旋形线圈。

根据一个或多个实施方式，偏心线圈804和806设置在印制电路板上。偏心线圈804设置在一个印制电路板导电层上，并且另一个偏心线圈806设置在另一个印制电路板导电层上。每个偏心线圈804和806可以单独配置为产生磁场。

在一些实施方式中，部分808和810对称或者几乎对称，并且部分808和810均具有偏心图案。在一些实施方式中，部分808和810不对称。在一些实施方式中，部分808和810由一个或多个导体连接。在一些实施方式中，部分808设置在印制电路板基板上，并且部分810也设置在相同的印制电路板基板上。在一些实施方式中，部分808和810在部分808和810之间的区域由一个或多个导体连接，以形成偏心线圈804或806。在一些实施方式中，在部分808和810中的共同部分接近于部分808和810之间的对称线816。在一些实施方式中，示出对称线816，用于在部分808与部分810之间的线圈804。在一些实施方式中，部分808和810也具有对称电流图案，这是因为部分808和810由至少一个导体连接并且具有相同的电流方向。例如，在对称线816一侧的部分808具有顺时针电流图案，并且在对称线816另一侧的部分810具有逆时针电流图案。因此，部分808和810的中心部分具有一个电流方向。中间集中结构允许更多电流穿过中心导体，以便减少由相反电流造成的负面影响。在一些实施方式中，部分808和810的外部更少集中部分对场强的贡献少于中间集中部分对场强的贡献。与传统线圈相比，这种成对的偏心线圈设置可以提供更强的磁场。

图9是具有不同结构的两对矩形偏心线圈的示意图。参照图9，矩形偏心线圈902包括两个矩形偏心部分906和908。偏心线圈902与线圈804或806(图8)相似。部分906和908由一个或多个导体连接并且对称地设置，集中部分接近中心对称线905。该中心集中结构可以产生中心集中电流，还可以产生中心集中磁场。该中心集中结构也可以减少由在矩形线圈内的相反电流方向造成的负面影响。因此，与传统线圈相比，在一些实施方式中，中心集中磁场可以远远更强。在一些实施方式中，与传统线圈相比，矩形偏心线圈也具有更小的尺寸。

在一个示例性的实施方式中，矩形偏心线圈904与线圈902相似，并且具有提供优点的结构。在一些实施方式中，矩形偏心线圈904的部分910和912的更多导电部分(例如，更长线路)设置为接近对称线905。在一些实施方式中，该结构可以集中穿过偏心线圈904的中心导体的更多电流，还可以产生更强的磁场。在一些实施方式中，矩形偏心线圈902和904均具有20mm×20mm的尺寸。在一些实施方式中，更小尺寸的线圈使用更高频率来传输能量。因此，在一些实施方式中，与传统线圈相比，一对小偏心线圈902或904可以提供高效率的能量传输。在一些实施方式中，线圈902和904可以设置在双层电路板上。

图10是根据一个示例性实施方式的矩形单元偏心线圈阵列的示意图。参照图10，矩形偏心单元线圈1002阵列1000可以配置为生成一个或多个磁场，并且这些磁场可以在一个或多个耗电设备207中感应一个或多个电压。矩形偏心单元线圈1002可以与线圈102、502、600、702以及802相似。在一些实施方式中，矩形偏心单元线圈1002的阵列1000设置在单个平面内，如图10中所示。在一些实施方式中，矩形偏心单元线圈1002的阵列1000设置在多个平面内。

在一些实施方式中，每个矩形偏心单元线圈1002包括两个矩形偏心线圈902。这两个矩形偏心线圈902设置在不同的方向。在一些实施方式中，一个矩形偏心线圈设置为在竖直方向提供场，并且另一个矩形偏心线圈设置为在水平方向提供场。在一些实施方式中，矩形偏心单元线圈1002设置在印制电路板上。一个矩形偏心线圈902设置在一个印制电路板导电层上，并且另一个矩形偏心线圈902设置在另一个印制电路板导电层上。在一些实施方式中，矩形偏心线圈1002设置在双面印制电路板上。在一些实施方式中，单元矩形偏心单元线圈1002包括两个矩形偏心单元线圈904。

图11是矩形单元偏心线圈阵列生成的磁场的示意图。参照图11，在一些实施方式中，矩形偏心单元线圈1102的阵列1100包括多个单元矩形偏心单元线圈(例如，一对线圈904或者线圈902(图9))。在单元矩形偏心单元线圈1102内的每个偏心线圈可以配置为生成磁场。所生成的磁场的幅度可以由电源控制。例如，大电源或者从电源中提供的大功率可以生成强磁场。通过组合由偏心线圈生成的两个磁场，可以形成单元磁场。通过改变这两个磁场的幅度，可以控制单元磁场的方向。每个单元矩形偏心单元线圈1102可以配置为形成磁场。例如，单元1002a围绕具有45o的轴产生磁场1004。例如，单元1002b围绕在竖直方向(例如，H矢量是水平的)的轴产生磁场1006。例如，单元1002c围绕在水平方向(例如，H矢量是竖直的)的轴产生磁场1010。单元线圈1100的阵列可以配置为连接相邻的磁场(例如，由单元线圈1002a和1002b生成的磁场)。连接的磁场可以形成一个或多个环状物1012，如图11中所示。该一个或多个环状物可以用作在耗电设备中感应电压的基本场。如图所示，磁场从阵列的表面延伸，用于与耗电设备207耦合(图2)。在一些实施方式中，磁场通过集中的方式从阵列1100延伸，并且可以实现与U形螺管线圈相关联的场形状。

图12是双层偏心线圈的示意图。参照图12，双层偏心线圈1200可以在单元偏心线圈802(例如，单元偏心线圈802可以包括在不同方向设置的双层偏心线圈1200)内用作单个线圈。根据一些实施方式，双层偏心线圈1200包括两个偏心线圈1202和1204。在一些实施方式中，偏心线圈1202设置在一个印制电路板导电层上，并且偏心线圈1204设置在另一个印制电路板导电层上。偏心线圈1202和1204均具有对称的设置并且均包括由一个或多个导体连接的两个部分。该结构允许电流严格集中接近对称线1206，从而产生强磁场。偏心线圈可以是任何形状。在一些实施方式中，双层偏心线圈1200具有小尺寸。在一些实施方式中，偏心线圈组由两个正交的双层偏心线圈构成。在一些实施方式中，偏心线圈1200包括三层或更多层偏心线圈。

本发明结合附图进行说明。这些附图阐述了本发明实施例的系统和方法及步骤的实现过程中的具体实施细节。然而，通过附图对本发明进行说明，并不应理解为将本发明限定于附图中所限定的内容。本发明集合方法、系统以及程序产品于任何机器可读储存介质上，用于实现其操作。本发明实施例可以使用电路，例如，处理电路(例如，现有计算机处理器，或者集成有这个或那个功能的专用计算机处理器)来实现。本发明的权利要求中的特征并不应当被理解为“功能方法”，除非在权利要求中明确使用“用于”来对特征进行描述。另外，无论是否在权利要求中详细记载有本发明的特征，模块或者方法步骤，该特征，模块或者方法步骤都并非旨在致力于公众。

应注意的是，在本发明的某些段落引用有一些参考术语，例如，与设备关联的“第一”和“第二”，该参考术语仅仅用于区别一个与另一个不同，或者用于区别一个与另一些不同。这些术语并非旨在仅仅暂时或者根据顺序与各个实体(例如，第一线圈和第二线圈)相关，虽然在一些情况下，这些实体可以包括这种关系。这些术语也不限制可以在系统或环境内操作的可能实体(例如，线圈)的数量。

应理解的是，上面描述的系统可以提供任何那些组件中的一个或多个，这些组件可以位于集成电路上，在一些实施方式中，也可以位于多个电路、电路板或者离散组件上。此外，可以调整上面描述的系统和方法，用于各种系统参数和设计标准，例如，线圈的形状、线圈层等。虽然在附图中显示的是，通过彼此直接耦合的某些部件，但是并非通过限制的方式显示直接耦合，而是示例性显示。可替换的实施方式包括电路，该电路在示出的部件之间具有间接耦合。

应注意的是，虽然在本文中提供的流程图显示了方法步骤的特定顺序，但是要理解的是，这些步骤的顺序可以与所描述的顺序不同。而且，可以同时或者部分同时执行两个或多个步骤。这种变化取决于所选择的软件和硬件系统，并且取决于设计者的选择。要理解的是，所有这种变化都在本发明的公开范围内。

虽然所述方法和系统的以上书面描述可以使本领域技术人员能够理解和使用成最佳实施方式，但是本领域技术人员能够理解和推导出上述具体实施方式、方法以及实例的各种明显变型、组合以及等同替换。因此，本发明的方法和系统不应限定于上述描述的实施方式、方法以及实例，而应该包括本发明所公开的范围和精神内的所有实施方式和方法。

Claims (20)

1.一种提供单元线圈的阵列以对设备进行充电的方法，其包括：

提供多个单元线圈，每一单元线圈包括：

第一偏心线圈，其中所述第一偏心线圈具有在第一方向上具有第一对称线的中心集中的结构；以及

第二偏心线圈，其中所述第二偏心线圈具有在第二方向上具有第二对称线的中心集中的结构，其中所述第一偏心线圈垂直位于所述第二偏心线圈上；以及

将所述多个单元线圈布置成所述阵列，

其中所述中心集中的结构经配置以提供用于对所述设备充电的中心集中磁场。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一方向和所述第二方向彼此不同。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一方向正交于所述第二方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一偏心线圈设置在第一印制电路板基板上且所述第二偏心线圈设置在第二印制电路板基板上。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一偏心线圈经配置以在第一磁方向上提供第一磁场，且其中所述第二偏心线圈经配置以在第二磁方向上提供第二磁场。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述线圈经配置以通过组合所述第一磁场和所述第二磁场而提供经组合的磁场以对所述设备充电。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

根据设备相对于单元线圈的所述阵列的位置而选择一或多个单元线圈以对所述设备充电；以及

激活所述一或多个单元线圈而提供经组合的磁场以对所述设备充电。

8.一种磁感应装置，其包括：

单元线圈的阵列，其经配置以产生用于充电设备的磁场，其中每一单元线圈包括：

第一偏心线圈，其配置有中心集中的结构，且在第一方向上提供第一磁场；以及

第二偏心线圈，其配置有中心集中的结构，且在第二方向上提供第二磁场，

其中所述中心集中的结构经配置以提供用于对所述设备充电的中心集中磁场。

9.根据权利要求8所述的磁感应装置，其中所述第一方向和所述第二方向彼此不同。

10.根据权利要求9所述的磁感应装置，其中所述第一方向正交于所述第二方向。

11.根据权利要求10所述的磁感应装置，其中所述第一偏心线圈设置在第一印制电路板基板上且所述第二偏心线圈设置在第二印制电路板基板上。

12.根据权利要求8所述的磁感应装置，其中单元线圈的所述阵列经配置以通过激活或去激活选择的第一偏心线圈和第二偏心线圈而提供矩形磁通图案。

13.根据权利要求12所述的磁感应装置，其中所述矩形磁通图案包括多个矩形环。

14.根据权利要求8所述的磁感应装置，其中所述中心集中的结构包括平面矩形偏心结构或平面圆形偏心结构中的至少一种。

15.根据权利要求14所述的磁感应装置，其中所述平面矩形偏心结构包括至少部分地以非平行方式布置的外部磁通线。

16.根据权利要求14所述的磁感应装置，其中所述平面矩形偏心结构具有对称线且具有接近所述对称线而设置的较长磁通线。

17.一种磁感应装置，其包括：

单元线圈的阵列，其经配置以产生用于充电设备的磁场，其中每一单元线圈包括：

第一偏心线圈，其包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分和所述第二部分根据第一线而对称布置，其中所述第一部分和所述第二部分具有允许电流集中接近所述第一线的结构以提供用于对所述设备充电的中心集中磁场。

18.根据权利要求17所述的磁感应装置，其中单元线圈还包括第二偏心线圈，其包括第三部分和第四部分，其中所述第三部分和所述第四部分根据第二线而对称布置，其中所述第三部分和所述第四部分具有允许电流集中接近所述第二线的结构。

19.根据权利要求18所述的磁感应装置，其中通过将所述第一偏心线圈设置在所述第二偏心线圈的顶部而提供所述单元线圈，其中所述第一线和所述第二线彼此平行。

20.根据权利要求18所述的磁感应装置，其中所述第一偏心线圈设置在第一印制电路板基板上且所述第二偏心线圈设置在第二印制电路板基板上。

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