CN110797951A - 无线功率传输设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及无线功率传输设备。功率系统具有无线功率传输设备和无线功率接收设备。传输设备中的线圈可包括在充电表面处被第一矩形线圈和第二矩形线圈重叠的圆形线圈。矩形线圈各自包括在圆形线圈的中心区域上方延伸的直的区段。控制电路系统可激活圆形线圈以使用由圆形线圈生成的磁场的垂直分量将无线功率传输至第一类型的无线功率接收线圈。控制电路系统可激活矩形线圈以使用由矩形线圈生成的磁场的水平分量将无线功率传输至第二类型的无线功率接收线圈。无论所使用的无线功率接收线圈的类型如何，圆形线圈和矩形线圈在位于充电表面上的相同位置处时对功率接收设备进行无线充电。

Description

无线功率传输设备
本专利申请要求于2019年7月16日提交的美国专利申请No.16/513,583和于2018年7月24日提交的美国临时专利申请No.62/702,709的优先权，其在此以引用方式全文并入本文。
技术领域
本文整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及无线功率系统。
背景技术
便携式电子设备诸如蜂窝电话、腕表设备、平板电脑、无线耳塞和其他便携式设备使用电池。这些设备中的电池可以利用电池充电系统来充电。为了提高用户的便利性，已经提供了无线功率系统，其允许便携式电子设备中的电池以无线方式充电。
发明内容
功率系统具有无线功率传输设备和无线功率接收设备。功率传输设备和功率接收设备中的线圈被用于传输和接收无线功率信号。传输线圈和接收线圈之间的良好耦合促进无线功率传送效率。
功率传输设备中的功率传输线圈的实施方案可包括在充电表面处由第一矩形线圈和第二矩形线圈重叠的圆形线圈。矩形线圈各自包括在没有导电材料的圆形线圈的中心区域上方延伸的直的竖直区段。矩形线圈各自延伸穿过充电表面的比圆形线圈小的侧向区域。
控制电路系统可选择性地激活圆形线圈，以使用由圆形线圈产生的磁场的垂直分量将无线功率传输至第一类型的无线功率接收线圈。控制电路系统可选择性地激活矩形线圈中的一者或两者，以使用由矩形线圈生成的磁场的水平分量将无线功率传输至第二类型的无线功率接收线圈。无论在功率接收设备上使用的无线功率接收线圈的类型如何，圆形线圈和矩形线圈都对功率接收设备进行无线充电，同时位于充电表面上的相同位置处。
在一些实施方案中，第一矩形线圈和第二矩形线圈可在充电表面上彼此重叠。第一矩形线圈和第二矩形线圈以及圆形线圈可形成跨充电表面重复的无线功率传输线圈的单元电池。
在一些实施方案中，无线功率传输线圈的两个、三个或多于三个的单元电池分布在充电表面上。单元电池可分布在沿着无线功率传输设备的纵向轴线延伸的单行内。矩形线圈的直的竖直区段长于矩形线圈的水平区段并且垂直于无线功率传输设备的纵向轴线延伸。
附图说明
图1为根据实施方案的例示性无线功率系统的示意图。
图2为根据实施方案的例示性无线功率传输电路系统的示意图。
图3为根据实施方案的具有用于接收无线功率的线圈的例示性无线功率接收设备的透视图。
图4为根据实施方案的具有用于对不同类型的无线功率接收线圈进行充电的多个线圈的例示性无线功率传输设备的顶视图。
图5是根据实施方案的其中无线充电性能(耦合常数)已绘制为图4所示类型的无线功率传输设备上的距离的函数的曲线图。
图6为根据实施方案的具有多个重叠线圈用于对相同类型的无线功率接收线圈进行充电的例示性无线功率传输设备的顶视图。
图7是根据实施方案的其中无线充电性能(耦合常数)已绘制为图6所示类型的无线功率传输设备上的距离的函数的曲线图。
图8为根据实施方案的具有用于对多个无线功率接收设备进行充电的重叠线圈的多个单元电池的例示性无线功率传输设备的顶视图。
图9是根据实施方案的其中无线充电性能(耦合常数)已绘制为无线功率接收设备相对于图4、图6和图8所示类型的无线功率传输设备的旋转角度的函数的曲线图。
具体实施方式
便携式电子设备具有电池。在对电池进行充电中可以使用有线和无线充电系统。例如，用户可以将设备诸如腕表设备和蜂窝电话放在无线充电垫上以对这些设备进行无线充电。
在图1中示出了例示性无线功率系统。无线功率系统8(有时称为无线充电系统)具有被用于供应无线功率的无线功率传输装置。无线功率被用于对电子设备中的电池充电以及为其他设备部件供应功率。
如图1所示，无线功率系统8包括电子设备10。电子设备10包括提供功率的电子设备(例如，充电垫、充电盘、充电座、平板电脑和其他具有无线功率传输能力的便携式电子设备等)。电子设备10也包括接收功率的电子设备。这些功率接收设备可以包括例如便携式电子设备，诸如蜂窝电话、无线耳塞和腕表设备(作为示例)。
功率可以被用于对功率接收设备中除了电池之外的电路系统供电，并且可以被用于为功率接收设备中的电池充电。因为电池充电是所接收功率的常见用途，所以系统8中的无线功率传送操作有时被称为电池充电操作。如果需要，功率也可以被提供给接收设备以操作接收设备中的显示器或其他电路系统，而不进行电池充电。
充电可以通过将功率从功率传输设备诸如设备12传送给功率接收设备诸如设备24来执行。功率可以无线地(例如，利用感应式充电)在设备12和设备24之间传送。在图1的示例中，功率正利用无线功率信号44而被无线地传送。
在系统8的操作期间，无线功率传输设备12将功率无线地传输给一个或多个无线功率接收设备诸如设备24。无线功率接收设备可以包括电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机、耳塞、用于耳塞和其他设备的电池盒、平板电脑笔(例如，触笔)和其他输入-输出设备(例如，附件设备)、可穿戴设备、或其他电子装置。无线功率传输设备可以是电子设备诸如具有接收要充电的便携式设备的充电表面(例如，平面充电表面)的无线充电垫、具有无线功率传输电路系统的平板电脑或其他便携式电子设备(例如，具有无线功率传输电路系统的设备24中的一者)、或其他无线功率传输设备。无线功率接收设备使用来自无线功率传输设备的功率用于为内部部件供电以及用于为内部电池充电。
如图1所示，无线功率传输设备12包括控制电路系统16。无线功率接收设备24包括控制电路系统30。系统8中的控制电路系统诸如控制电路系统16和控制电路系统30(和/或其他设备10中的控制电路系统)在控制系统8的操作中被使用。此控制电路系统可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路系统。处理电路系统在设备12和24中实现期望的控制和通信特征。例如，处理电路系统能够用于选择线圈、调整线圈驱动信号的相位和幅度、确定功率传输水平、处理传感器数据和其他数据、处理用户输入、处置在设备12和24之间的协商、发送和接收带内数据和带外数据、进行测量、开始和停止充电操作、打开和关闭设备10、将设备10置于低功率睡眠模式，以及其他控制系统8的操作。
系统8中的控制电路系统可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路系统)、固件和/或软件在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路系统8中的非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为软件、数据、程序指令、指令、或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其他可移动介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可以在设备10的处理电路系统(例如控制电路系统16和/或30)上执行。处理电路系统可包括具有处理电路系统的专用集成电路系统、一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)、或其他处理电路系统。
功率传输设备12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路系统的无线充电垫)，可以是通过缆线耦合到功率适配器或其他装置的无线充电垫，可以是便携式电子设备(蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机等)，可以是已经结合到家具、车辆或其他系统中的装置，或可以是其他无线功率传送装置。其中无线功率传输设备12是无线充电垫或便携式电子设备的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述。
功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞、平板电脑输入设备诸如无线平板电脑笔、电池盒、或其他电子装置。功率传输设备12能够耦合到壁装插座(例如，交流功率源)，可具有用于供应功率的电池，和/或可具有另一个功率源。功率传输设备12可具有交流(AC)-直流(DC)功率转换器，诸如AC-DC功率转换器14，用于将来自壁装插座或其他功率源的AC功率转换成DC功率。在一些配置中，AC-DC功率转换器14可设置在与设备12的壳体(例如，无线充电垫壳体或便携式电子设备壳体)分开的壳体(例如，电源砖壳体)中，并且电缆可用于将DC功率从功率转换器耦合至设备12。DC功率可用于为控制电路系统16供电。
在操作期间，控制电路系统16中的控制器可使用功率传输电路系统52来向设备24的功率接收电路系统54传输无线功率。功率传输电路系统统52可具有切换电路系统(例如，由晶体管形成的逆变器电路系统60)，所述切换电路系统基于由控制电路系统16提供的控制信号而接通或截止，以形成通过一个或多个传输线圈42的AC电流信号。线圈42可以被布置成平面线圈阵列(例如，在其中设备12是无线充电垫的配置中)，或者可以被布置成其他配置。在一些布置方式中，设备12可以具有仅单个线圈。在设备12具有多个线圈的布置中，线圈可以被布置成一个或多个层。不同层中的线圈可以彼此重叠或者可以不彼此重叠。
在一些配置中，线圈42由帮助竖直地(例如，平行于充电垫的表面法线)引导磁场的线圈形成。在一些配置中，线圈42包括帮助水平地(例如，平行于充电垫的表面)引导磁场的线圈。这些线圈可例如生成具有平行于设备12的表面运行的大致水平分量的磁场。如果需要，线圈42可包括多种不同类型的线圈，诸如有助于竖直地引导磁场的线圈和有助于水平地引导磁场的线圈。这些不同类型的线圈可形成在不同的层中，并且如果需要可彼此重叠。
设备24中的线圈48也可以由螺线管形成。充电垫中的螺线管可以被形成为阵列，所述阵列位于充电垫的充电表面下方并且跨充电垫的充电表面延伸。在一些配置中，线圈42和/或48可以利用由具有圆形凹槽或其他形状凹槽的磁性材料形成的罐型芯来实现。
当AC电流通过一个或多个线圈42时，产生时变电磁(例如，磁)场(信号44)，其被功率接收设备24中的一个或多个对应的接收器线圈诸如线圈48接收。当所述时变电磁场被线圈48接收时，在线圈48中感生出对应的交流电流。整流器电路系统诸如整流器50(其包含整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从线圈48接收的AC信号(与电磁信号44相关联的接收的交流信号)转换成DC电压信号以用于给设备24供电。
由整流器50产生的DC电压可以被用于为储能设备诸如电池58供电(充电)，并且可以被用于为设备24中的其他部件供电。例如，设备24可以包括输入-输出设备56诸如显示器、触摸传感器、通信电路、音频部件、传感器、产生由平板电脑或具有触摸传感器(例如，用于提供笔输入等)的其他设备中的触摸传感器感测的电磁信号的部件、以及其他部件，并且这些部件可以由整流器50产生的DC电压(和/或设备24中的电池58或其他储能设备产生的DC电压)供电。
设备12和/或设备24可以(例如利用带内和带外通信)进行无线通信。设备12可例如具有无线收发器(TX/RX)电路系统40，该无线收发器电路系统40使用天线来向设备24无线地传输带外信号。无线收发器电路系统40可用于使用天线从设备24无线地接收带外信号。设备24可具有向设备12传输带外信号的无线收发器电路系统46。无线收发器46中的接收器电路系统可使用天线来从设备12接收带外信号。在一些配置中，设备10可以通过局域网和/或广域网(例如，互联网)进行通信。
无线收发器电路系统40可以使用一个或多个线圈42来向无线收发器电路系统46传输带内信号，所述带内信号由无线收发器电路系统46利用线圈48接收。可使用任何合适的调制方案来支持设备12与设备24之间的带内通信。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(FSK)来将带内数据从设备12传送至设备24，并且使用幅移键控(ASK)来将带内数据从设备24传送至设备12。在这些FSK和ASK传输期间，功率可从设备12无线传送至设备24。如果需要，可以使用其他类型的通信(例如，其他类型的带内通信)。
在无线功率传输操作期间，电路系统52在给定功率传输频率下向一个或多个线圈42供应AC驱动信号。功率传输频率可以是例如约125kHz、至少80kHz、至少100khz、小于500khz、小于300khz、小于150KHz、在80kHz和150kHz之间或其他合适的无线功率频率的预先确定的频率。在一些配置中，功率传输频率可在设备12和24之间的通信中进行协商。在其他配置中，功率传输频率可以是固定的。
在无线功率传送操作期间，虽然功率传输电路52在功率传输频率下将AC信号驱动到一个或多个的线圈42中以产生信号44，但无线收发器电路系统40使用FSK调制来调节驱动AC信号的功率传输频率，并由此调节信号44的频率。在设备24中，线圈48用于接收信号44。功率接收电路系统54使用在线圈48上接收的信号和整流器50来产生DC功率。同时，无线收发器电路系统46使用FSK解调来从信号44提取传输的带内数据。这种方法允许通过线圈42和48将FSK数据(例如，FSK数据分组)从设备12带内传输至设备24，同时使用线圈42和48将功率从设备12无线传送至设备24。如果需要，可以使用设备12和设备24之间其他类型的带内通信。
设备24与设备12之间的带内通信使用ASK调制和解调技术或者其他合适的带内通信技术。无线收发器电路系统46通过使用切换器(例如，收发器46中的耦合线圈48的一个或多个晶体管)将带内数据传输至设备12以调节功率接收电路系统54(例如，线圈48)的阻抗。这继而调制信号44的振幅以及通过一个或多个线圈42的AC信号的振幅。无线收发器电路系统40监测通过一个或多个线圈42的AC信号的振幅，并且使用ASK解调从由无线收发器电路系统46传输的这些信号提取传输的带内数据。使用ASK通信允许通过线圈48和42将ASK数据位流(例如，一系列ASK数据分组)从设备24带内传输至设备12，同时使用线圈42和48将功率从设备12无线传送至设备24。
控制电路系统16具有检测与设备12相关联的充电表面上的外部物体的外部物体测量电路系统41(有时称为外来物体检测电路系统或外部物体检测电路系统)。电路系统41可检测外来物体诸如线圈、回形针和其他金属物体，并且可检测无线功率接收设备24的存在。在物体检测和表征操作期间，外部物体测量电路系统41可以被用于在线圈42上进行测量以确定在设备12上是否存在任何设备24(例如，是否怀疑设备24存在于设备12上)。控制电路系统30中的测量电路系统43和/或控制电路系统16中的测量电路系统41也可以被用于进行电流和电压测量，和/或可以被用于在无线功率接收电路系统54上进行其他测量。在设备12包括多个线圈42的情况下，控制电路系统16可以顺序和/或并行地使用每个线圈42来执行测量。控制电路系统16可将使用测量电路系统41进行的测量结果与设备24相关联的预先确定的特性(例如，与控制电路系统16用于识别正在充电的设备24的类型的不同类型的设备24相关联的预先确定的特性)进行比较。
在图2中示出了其中无线功率传输设备12具有多个线圈42的配置中的例示性无线功率传输电路系统52。利用图2的例示性布置方式，电路系统52具有由多个逆变器60形成的逆变器电路系统，每个逆变器由控制电路系统16控制，并且每个逆变器向具有相应线圈42和电容(例如，电容器62)的对应无线功率传输器电路系统提供驱动信号。由每个逆变器60提供给其相关联线圈42的交流驱动信号的相位和幅度可由控制电路系统16独立地调节。因此，线圈42中的一者或多者(例如，与设备24中的线圈48重叠的群集中的线圈)可以被激活，而其余线圈不被驱动并且保持不活动。如果需要，可使用切换电路系统来将不活动线圈与对应的逆变器60和/或接地部分离(例如，不活动线圈可保持在浮动电位)。
每个活动线圈42的相位也可以是不同的。例如，一个线圈可以具有第一相位，第二线圈(例如，相邻线圈)可以以相反的相位被驱动(例如，第二线圈可以具有与第一相位180°异相的第二相位)。利用诸如这些的布置方式，控制电路系统16可以控制线圈42所产生的磁场的强度和取向。
图3为示例性无线功率接收设备24的后透视图。如图3所示，无线功率接收设备24可包括壳体诸如壳体64。壳体64具有表面74(这里有时称为后表面74)，其放置在设备12的充电表面上或上方，用于对设备24进行无线充电(例如，在无线充电期间，后表面74和设备12的充电表面两者基本上平行于图3的X-Y平面)。在其中一个表面基本上由显示屏(例如，OLED显示器)限定的设备上，后表面与由显示屏限定的表面相对。
在一些配置中(例如，在设备24为腕表或其他可穿戴设备的情况下)，设备24包括联接到壳体64的腕带72。在这些情况下，腕带72可在设备24被无线充电时接触充电表面。实际上，腕带72可用于将壳体64保持在充电表面上方(并与其分开)和/或可使壳体64机械地偏置远离充电表面。如果需要，可省略腕带72。
设备24包括壳体48上或壳体64内的一个或多个线圈。壳体64可包括金属材料、电介质材料，或这些和/或其他材料的组合。如果需要，显示器或其他输入-输出设备可被安装到壳体64(例如，在壳体64的与表面74相对的侧面上)。在线圈48安装在壳体64内的情形中，壳体64可包括位于线圈附近的电介质部分，以允许外部磁场与线圈48相互作用。
线圈48可在设备24内以不同的可能取向安装。在一些情况下，设备24包括竖直取向的线圈，诸如线圈48A。线圈48A围绕在垂直(垂直)于表面74的平面内取向的中心(纵向)轴线68(例如，平行于图3的Z轴)缠绕。在其他情形中，设备24包括水平取向的线圈，诸如线圈48B。线圈48B围绕在平行于表面74的平面(例如，平行于图3的X-Y平面)内取向的中心(纵向)轴线70缠绕。线圈48B的中心轴线70被取向成垂直于线圈48A的中心轴线68并且可根据需要平行于壳体64的侧壁延伸(例如，线圈48B具有垂直于中心轴线70延伸并且可平行于壳体64的侧壁的法向矢量延伸的横向轴线80)。设备24可包括一个或多个线圈48A和/或一个或多个线圈48B。线圈诸如线圈48A和48B可安装在壳体64上或壳体64内的任何所需位置处。
线圈48A可被限定在单个平面(例如，平行于图3的示例中所示的X-Y平面的平面)或可沿中心轴线68竖直地延伸(例如，呈圆柱形形状)。相似地，线圈48B可被限定在单个平面内或可沿中心轴线70水平地延伸(如图3的示例所示)。线圈48A在本文中有时被称为竖直线圈48A(例如，因为中心轴线68相对于表面74竖直地取向)。线圈48B在本文中有时被称为水平线圈48B(例如，因为中心轴线70相对于表面74水平地取向)。
竖直线圈48A包括绕着中心轴线68卷绕(缠绕)的一个或多个线匝或其他导电结构。线圈48B包括绕着中心轴线70卷绕(缠绕)的一个或多个线匝或其他导电结构。如果需要，竖直线圈48A中的导线可缠绕在由磁性材料诸如铁氧体形成的中心芯周围。类似地，如果需要，竖直线圈48A中的导线可缠绕在由磁性材料形成的中心芯周围。线圈48A和48B中的导线可由实心铜线或其他合适的导电材料股线形成。
在一些情况下，用户可将设备24放置在设备12的充电表面上，使得壳体64的后表面74平坦地位于充电表面上。在该配置中(例如，在设备10包括竖直线圈48A的情形中)，竖直线圈48A的中心轴线68平行于设备12中的线圈42的中心轴线延伸，并且来自线圈42的磁场76可垂直地穿过线圈48A。磁场76的垂直分量在线圈48A上感生出用于对设备24进行无线充电的电流。
在设备10包括水平线圈48B的情形中，线圈48B的中心轴线70可垂直于设备12中的线圈42的中心轴线延伸，并且来自设备12上的线圈42的磁场76可横向地(在图3的配置中水平地)穿过线圈48B。磁场76的水平分量在线圈48B上感生出用于对设备24进行无线充电的电流。
一些类型的设备24包括竖直线圈，诸如图3的线圈48A，而其他类型的设备24包括水平线圈，诸如图3的线圈48B。例如，在设备24为蜂窝电话的情况下，设备24可仅包括竖直线圈，诸如线圈48A。然而，在其他情形中，诸如在设备12包括腕带72的情况下(例如，在设备12为腕表的情况下)，带72可平行于表面74延伸。如果带72为弹性体套环并且没有卡扣，则用户不可能将壳体64的后表面74直接放置在充电表面上，并且带72可将设备12保持在与充电表面分离(例如，略微升高)的位置。在这些情形中，诸如线圈48A的竖直线圈可能不会从设备12上的一个或多个线圈42接收足够的磁通量，从而对设备24进行充分充电。然而，水平线圈(诸如线圈48B)可从设备12上的一个或多个线圈42接收足够的通量，以在这些情形中充分地对设备24充电。如果需要，这些类型的设备(例如，具有腕带72的设备)可仅包括水平线圈，诸如线圈48B。
设备12被配置为传送足够量的无线功率以无线地充电设备24，而不管设备24是具有竖直线圈或还是水平线圈。设备12包括被优化用于将无线功率传送至竖直线圈或将无线功率传送至水平线圈的不同类型的线圈42。例如，设备12可包括被布置成最大化竖直线圈48A的无线功率传送的第一组线圈42，并且可包括被布置成最大化水平线圈48B的无线功率传送的第二组线圈42。
图4为处于示例性配置的无线功率传输设备12的俯视图，其中设备12在充电表面82处具有不同的线圈42，用于将无线功率传送到竖直线圈48A和水平线圈48B。设备12中的线圈42包括被配置为优化到竖直线圈48A的无线功率传送的第一组线圈42A和被配置为优化到水平线圈48B的无线功率传送的第二组线圈42B。在图4的示例中，设备12包括用于将无线功率传送至竖直线圈48A的第一线圈42A和用于将无线功率传送至水平线圈48B的一对线圈42B(例如，第一线圈42B-1和第二线圈42B-2)。
在一个示例性配置中，设备12为无线充电垫(例如，具有与充电表面82相对并且搁置在下面的表面诸如桌面或其他表面上的平坦表面的无线充电垫)。用户可将设备24放置在用于对设备24进行充电的充电表面82上。在无线充电期间，设备24的后表面74(图3)和充电表面82位于基本上平行于图4的X-Y平面的平面内。
线圈42B-1和42B-2在设备12中的线圈42A上形成(例如，线圈42B-1和42B-2在充电期间插置在线圈42A和设备24之间)。如果需要，可在线圈42A下面形成铁氧体或纳米晶层。如果需要，可使用一个或多个电介质层防止线圈42B-1和42B-2短接至线圈42A。
如图4所示，线圈42A为围绕中心轴线延伸的圆形线圈，该中心轴线平行于图4的Z轴延伸。线圈42A包括从线圈42A的内径88延伸至线圈42A的外径86的多个绕组。内径88围绕线圈42A的中心区域91，该中心区域不含用于形成线圈42A的导电材料(例如，导线)。
选择内径88和外径86以匹配设备24上的竖直线圈48A的尺寸，从而优化到设备24上的竖直线圈48A的无线功率传送。例如，内径88可介于15mm和25mm之间、介于10mm和30mm之间、介于5mm和35mm之间、介于18mm和22mm之间、大于35mm、小于5mm、或为其他尺寸。在一个合适的布置方式中，内径88为大约20mm。外径86可介于45mm和55mm之间、介于40mm和60mm之间、介于35mm和65mm之间、小于35mm、大于65mm或大于内径88的其他尺寸。在一个合适的布置方式中，外径86为约50mm。
设备12驱动线圈42A(例如，使用图2的对应逆变器60)以产生磁场100。在将设备24放置在充电表面82上时磁场100的垂直分量穿过竖直线圈48A，并且在竖直线圈48A上感生出用于对设备24进行无线充电的电流(例如，如图3的磁场76所示)。当竖直线圈48A围绕线圈42A居中时，线圈42A与竖直线圈48A之间的电磁耦合是最大的。然而，线圈42A的尺寸针对设备24放置在充电表面82上允许沿着图4的X轴和Y轴的一些位置公差(例如，设备24可以在围绕线圈42A的中心在几毫米或几厘米内放置在充电表面82上时表现出足够的无线充电效率)。
如果需要，设备12可包括对准结构，诸如指示充电表面82上的位置的视觉标记，用户应该将设备24放置在该位置以最大化线圈42A与竖直线圈48A之间的无线功率传送。在另一个合适的布置方式中，设备12包括磁性或机械对准结构，其用于将设备24保持在充电表面82上的使线圈42A与竖直线圈48A之间的无线功率传送最大化的位置上方。如果需要，设备12可包括视觉对准结构和机械对准结构两者。
在图4的示例中，线圈42B-1和42B-2为矩形线圈，其具有直的水平区段92(例如，平行于图4的X轴延伸)和直的竖直区段90(例如，平行于图4的Y轴延伸)，所述直的水平区段和直的竖直区段共同卷绕在平行于图4的Z轴的相应中心轴线周围。线圈42B-1和42B-2各自完全地或部分地与下面的线圈42A重叠。线圈42B-1和42B-2各自包括与线圈42A的中心区域91重叠的对应的直的竖直区段90(例如，线圈42B-1和42B-2的与中心区域91重叠的部分是直的并且平行于图4的Y轴延伸)。
线圈42B-1和42B-2各自具有等于竖直区段90的长度并且大于线圈42A的内径88的内矩形长度94。线圈42B-1和42B-2各自具有等于水平区段92的长度的内矩形宽度。竖直区段90的长度(例如，长度94)大于或等于水平区段92的长度。线圈42B-1和42B-2也具有矩形外部尺寸，所述矩形外部尺寸由线圈绕组(环)的数量和区段90和92的长度限定。线圈42B-1和42B-2的矩形外部尺寸小于线圈42A的外径86(例如，区段92和90的长度均小于外径86)。在一个示例性布置方式中，线圈42B-1和42B-2中的每一个中的绕组的数量(例如，线圈42B-1和42B-2中的导体的矩形环的数量)小于线圈42A中的绕组的数量(例如，线圈42A中的圆形环的数量)。一般来讲，线圈42B-1和42B-2各自跨充电表面82的比线圈42A小的横向区域(例如，线圈42B-1和42B-2均小于线圈42A)延伸。选择线圈42B-1和42B-2的矩形尺寸和绕组数量以优化至设备24上的水平线圈48B的无线功率传送，而不会在线圈42A处于活动状态时显著阻挡或衰减由线圈42A传输的无线功率。
设备12驱动线圈42B-1和42B-2中的一者或两者(例如，使用图2的对应逆变器60)以产生具有水平分量93的磁场，所述水平分量垂直于竖直区段90并平行于图4的X轴(例如，平行于充电表面82和图4的X-Y平面)延伸。当设备24放置在充电表面82上时磁场的水平分量93由线圈42B-1和42B-2的竖直区段90生成并且穿过水平线圈48B(例如，如穿过图3的水平线圈48B的磁场76所示)。
当水平线圈48B在竖直区段90上居中并且取向成使得水平线圈48B的中心轴线70(图3)基本上平行于(例如，在25度内)由线圈42B-1和42B-2生成的磁场的水平分量93延伸时，线圈42B-1或42B-2与水平线圈48B之间的电磁耦合是最大的。在图4的示例中，水平线圈48B的电磁耦合在充电表面82的区域98和96内是最大的。因此，用户将具有水平线圈48B的设备24在用于无线充电的区域98或96内沿着图4的X轴放置。图4的示例仅为示例性的，并且如果需要，区域98可与区域96连续。
如果需要，设备12可同时使用线圈42B-1或42B-2两者来对设备24进行无线充电。在该情景中，设备12以彼此180度异相的电流驱动线圈42B-1和42B-2(例如，使用图2的相应逆变器60)。这确保由线圈42B-1的最右侧竖直区段90生成的磁场的水平分量93与由线圈42B-2的最左侧竖直区段90生成的磁场的水平分量93相加(而不是取消)。相对于线圈42B-1和42B-2中仅一个在给定时间是活动的情形，这也可用于增加区域96内的无线功率传送(以及可用于无线充电的横向区域)。
这样，即使设备24没有精确地放置在线圈42A的中心上方，设备12也可将无线功率传送到设备24上的水平线圈48B。此外，竖直区段90的长度94被选择为允许设备24沿着图4的Y轴放置在不同位置，同时仍允许令人满意地无线耦合到设备24上的水平线圈48B。例如，只要水平线圈48B与至少一个竖直区段90重叠，就可将设备24放置在沿图4的Y轴的任何期望位置处。
通过将线圈42B-1和42B-2的至少一个竖直区段90与下面线圈42A的中心区域91对准，线圈42A、42B-1和42B-2各自在充电表面82的相同横向区域内(例如，在图4的区域96内)表现出最大的无线功率传送效率。这可允许用户将不同类型的设备24放置在设备12上的相同位置上而不牺牲无线充电效率，无论设备24包括水平线圈48B还是竖直线圈48A。这可例如减小用户将设备24放置在给定类型的设备24的不合适位置上的可能性。同时，这也用于最小化设备10中所需的空间量，以容纳用于对不同类型的设备进行无线充电的线圈。如果需要，充电表面82上的对准结构可用于将设备24引导或定位在充电表面82上的优化无线功率传送的位置上方而不管设备24上使用的线圈类型如何(例如，因为线圈42A、42B-1和42B-2各自在充电表面82上的相同位置处表现出最大无线功率传送)。
线圈42B-1、线圈42B-2和下面的线圈42A在本文中有时可称为单元电池102。设备12可在充电表面82处仅包括单个单元电池102或可在充电表面82处包括多个单元电池102(例如，两个单元电池102、三个单元电池102、或多于三个单元电池102)。在设备10包括多个单元电池102的情况下，单元电池可被布置成具有行和列的阵列或网格或任何其他期望图案(例如，六边形图案或不包括行和列的其他图案)。在这些情形中，不同的单元电池102可用于同时对放置在充电表面82上的多个不同的设备24进行充电。
设备24的无线充电效率部分地由设备12上的线圈42和设备24上的线圈48之间的耦合常数确定。图5为矩形线圈42B-1和42B-2与设备24上的水平线圈48B之间的耦合常数随作为沿着图4的X轴的位置的函数的例示性曲线图。图5的X＝0位置对应于线圈42A的中心轴线的位置(例如，位于线圈42B-1的最右侧竖直区段90和线圈42B-2的最左侧竖直区段90之间的中间位置)。
如图5所示，曲线104绘出当水平线圈48B沿着图4的X轴移动时，线圈42B-2与水平线圈48B之间的耦合常数。曲线104在沿着线圈42B-2最左侧竖直区段90的X轴的位置处表现出峰值量值KM。在该位置处，水平线圈48B直接位于线圈42B-2的最左侧竖直区段90上方，并且响应于由该竖直区段90生成的磁场的水平分量93而生成电流。
曲线106绘出当水平线圈48B沿着图4的X轴移动时线圈42B-1和水平线圈48B之间的耦合常数。曲线106在沿着线圈42B-1的最右侧竖直区段90的X轴的位置处表现出峰值量值KM。在该位置处，水平线圈48B直接位于线圈42B-1的该最右侧竖直区段90上方，并且响应于由该竖直区段90生成的磁场的水平分量93而生成电流。
对于介于X＝-X2和X＝+X2之间的位置，曲线104和106具有大于阈值水平TH1的量值。阈值水平TH1可以是最小耦合常数，对于该最小耦合常数，设备24在仅使用线圈42B-1和42B-2中的一者进行充电时表现出足够的无线充电效率。例如，阈值水平TH1可介于0.10和0.18之间、介于0.11和0.13之间、大于0.1、大于0.18、约0.12或另一阈值水平。通过在线圈42A上方形成线圈42B-1和42B-2，单元电池102可表现出大于阈值水平TH1的令人满意的耦合常数，即使水平线圈48B沿着图4的X轴移动也是如此。
例如，线圈42B-1和42B-2中的一者在给定时间可以是活动的，使得如果水平线圈48B被放置在X＝-X2和X＝X2之间的任何期望位置处，则实现令人满意的耦合常数。换句话讲，设备12可表现出在其上可使用水平线圈48B用足够的无线充电效率对设备24进行充电的的横向区域ΔX。在一种布置方式中，横向区域ΔX对应于图4的区域96。横向区域ΔX大于在单元电池102仅包括用于对水平线圈48B充电的单个线圈的情形下可获得的横向区域(例如，图4的布置方式允许沿着X轴具有比仅使用单个线圈的情形更多的位置自由度)。在线圈42B-1和42B-2两者在给定时间均处于活动状态的情况下，每个线圈的耦合常数只需大于较低的阈值TH2(例如，因为两个线圈将有助于用于对设备24充电的磁场)。
图4和图5的示例仅仅是例示性的。实际上，曲线104和106可具有其他形状。线圈42B-1和42B-2可具有其他形状(例如，六边形形状、具有直的区段和弯的区段的“D”形形状、方形形状或其他形状)，只要线圈42B-1和42B-2各自包括与中心区91重叠并且平行于图4的Y轴延伸的直的区段(例如，诸如图4的竖直区段90的区段)。线圈42B-1和42B-2中的竖直区段90的存在允许除了由线圈42A提供给竖直线圈48A的无线充电能力之外的水平线圈48B的无线充电。如果需要，线圈42A可具有其他形状(例如，六边形形状、“D”形形状、正方形形状、矩形形状、椭圆形形状等)。
在一个示例性布置方式中，在单元电池102中线圈42B-1与线圈42B-2重叠。图6为设备12的俯视图，示出了线圈42B-1可如何与线圈42B-2重叠。图6中所示，线圈42B-1与线圈42B-2的一部分重叠(例如，线圈42B-2的一部分插置在线圈42B-1的一部分和线圈42A之间)。这仅是例示性的，并且如果需要，线圈42B-2可与线圈42B-1的一部分重叠。
在图6的示例中，线圈42B-1的最右侧竖直区段90横向地位于(插置在)线圈42B-2的最左侧竖直区段90和线圈42B-2的最右侧竖直区段90之间。相似地，线圈42B-2的最左侧竖直区段90横向地位于线圈42B-1的最左侧竖直区段90和线圈42B-1的最右侧竖直区段90之间。使用重叠线圈42B可调节沿X轴的耦合常数和位置自由度以及单元电池102相对于线圈42B不重叠的情形(例如，如图4中所示)的总体占有面积。
图7为矩形线圈42B-1和42B-2与设备24上的水平线圈48B之间的耦合常数作为沿着图6的X轴的位置的函数(例如，在其中线圈42B-1和42B-2重叠的情形中)的例示性曲线图。如图7所示，当水平线圈48B沿着图6的X轴线移动时，虚线112绘出了线圈42B-2和水平线圈48B之间的耦合常数。曲线112在沿线圈42B-2的每个竖直区段90的X轴的位置(例如，在X＝-X3和X＝X4处)处表现出峰值量值KM。
图7的曲线110绘制了当水平线圈48B沿着图6的X轴移动时线圈42B-1与水平线圈48B之间的耦合常数。曲线110在沿线圈42B-1的每个竖直区段90的X轴的位置(例如，在X4＝-X4和X＝X3处)处表现出峰值量值KM。对于跨横向区域ΔX2的任何位置，曲线110和112共同表现出大于阈值水平TH1的量值。线圈42B-1和42B-2中的一者或两者可在给定时间激活，以确保无论设备24的水平线圈48B位于横向区域ΔX2内的何处，均实现大于阈值水平TH1的耦合常数。
横向区域ΔX2可大于、小于或等于图5的横向区域ΔX1。横向区域ΔX2大于在单元电池102仅包括用于对水平线圈48B充电的单个线圈的情况下的横向区域(例如，图6的布置方式允许沿X轴具有比仅使用单个线圈的情形更大的位置自由度)。在线圈42B-1和42B-2两者在给定时间均处于活动状态的情况下，每个线圈的耦合常数只需大于较低的阈值TH2(例如，因为两个线圈将有助于用于对设备24充电的磁场)。
图6和图7的示例仅仅是例示性的。实际上，曲线110和112可具有其他形状。线圈42B-1和42B-2可具有其他形状(例如，六边形形状、具有直的和弯的侧面的“D”形形状、正方形形状或其他形状)，同时仍具有彼此重叠的部分。图4和/或图6所示类型的任何所需数量的单位电池102可被布置在设备12的充电表面82上。
图8是示出设备12可如何包括布置在充电表面82上的三个单元电池102的俯视图。在图8的示例中，设备12包括第一单元电池102(诸如单元电池102-1)、第二单元电池102(诸如单元电池102-2)和第三单元电池102(诸如单元电池102-3)，布置成单行(例如，沿着设备12的平行于图8的X轴的纵向轴线)。这仅是例示性的，并且单元电池102可被布置成任何期望的图案(例如，三角形图案或其他图案)。每个单元电池102包括下面的线圈42A和覆盖线圈42B-1和42B-2。如果需要，一个或多个(例如，全部)单元电池102可包括重叠线圈42B-1和42B-2(例如，如图6所示)。
具有竖直线圈48A的设备24可放置在单元电池102-1、102-2和/或102-3中的线圈42A的中心上方，用于从线圈42A接收无线功率。如果需要，可在单元电池102-1、102-2和102-3中的一者或多者上形成对准结构，以帮助引导用户将设备24放置在充电表面82上的优化与线圈42A的耦合系数的位置处(例如，在线圈42A的中心上方)。
具有水平线圈48B的设备24可被放置在单元电池102-1、102-2和/或102-3中的线圈42A的中心上方(例如，中心充电区域124内)，用于接收来自线圈42B-1和/或42B-2的无线功率。当将设备24放置在中心充电区域124上方时，由该单元电池102中的线圈42B-1的最右侧竖直区段90和/或线圈42B-2的最左侧竖直区段90生成的磁场用于将无线功率传送到水平线圈48B。
如果需要，可使用用于帮助引导用户将设备24放置在充电表面82上的优化与线圈42A的耦合系数的位置处的相同对准结构来帮助引导用户将设备24放置在优化与线圈42B-1和42B-2的耦合系数的位置处(例如，因为中心充电区域124与下面线圈42A的中心重叠)。
当以此方式配置时，设备12允许在设备24放置在充电表面82上时的位置公差。例如，可将设备24放置在充电表面82上的任何所需位置处，使得水平线圈48B位于对应的中心充电区域124内(例如，设备24无需精确地放置在线圈42A的中心或图5和图7的位置X＝0上方)。
图8的布置方式允许沿设备12的X轴的进一步的位置公差。例如，具有水平线圈48B的设备24也可被放置在相邻单元电池102之间的区域126(本文中有时称为电池间区域126)上方。当设备24被放置在电池间区域126上方时，由相邻电池单元102中的线圈42B-2的最右侧竖直区段90和/或线圈42B-1的最左侧竖直区段90生成的磁场可用于将无线功率传送到水平线圈48B。设备24也可被放置在充电表面82的端部处的区域128上方。当设备24被放置在区域128上方时，由单元电池102的一个竖直区段90生成的磁场可用于将无线功率传送到水平线圈48B。
这样，区域128、124和126可各自用于向具有水平线圈48B的设备24提供无线功率(例如，使用线圈42B-1和42B-2)，而区域124可用于向具有竖直线圈48A的设备24提供无线功率(例如，使用线圈42A)。在图8的示例中，区域128、124和126是连续的，使得具有水平线圈48B的设备24可沿充电表面82的宽度防止在任何期望的位置(例如，其中水平线圈48B与尺寸118和94限定的区域重叠)。
这样，充电表面82上的相同位置(例如，区域126)可用于对不同类型的设备24充电，而无论设备24包括水平线圈48B还是竖直线圈48A。例如，用户不需要跟踪充电表面82上用于对每种类型的设备充电的精确位置，并且用户不需要精确地将具有水平线圈48B的设备24放置在充电表面82上。如果需要，可使用不同的单元电池102同时对多个不同的设备24进行充电，而无论设备24是具有竖直线圈48A还是水平线圈48B。例如，单元电池102-1可对具有水平线圈48B的第一设备24(例如，使用由线圈42B-1和/或42B-2在对应区域128、126或124内生成的磁场的水平分量)无线地充电，而单元电池102-2对具有竖直线圈48A的第二设备24(例如，使用由线圈42A在对应区域124内生成的磁场的垂直分量)无线地充电，并且单元电池102-3对具有水平线圈48B的第三设备无线地充电。
控制电路系统16可识别在充电表面82上方的设备24(线圈48)的位置和/或在充电表面82上方的线圈48的类型或取向，并且可相应地激活所选择的天线组42。例如，如果控制电路系统16识别出竖直线圈48A位于给定区域124内，则控制电路系统16激活该单元电池102内的线圈42A以将无线功率传输至设备24。如果控制电路系统16识别出水平线圈48B位于区域124内，则控制电路系统16激活该单元电池102中的线圈42B-1和42B-2中的一者或两者，以将无线功率传输至设备24。如果控制电路系统16识别出水平线圈48B位于区域126内，则控制电路系统16激活相邻单元电池102中的线圈42B-1和42B-2中的一者或两者以将功率传输至设备24。
图8的示例仅为例示性的。充电表面82可包括以任何期望图案布置的任何期望数量的单元电池102。设备12可具有任何期望的形状(例如，具有弯曲和/或直的边缘的形状)。
图8所示类型的布置方式还允许在将设备24放置在充电表面82上时的旋转公差。例如，具有竖直线圈48A的设备24可相对于图8的轴线120以任何期望的角度θ放置，同时表现出足够的无线充电效率(例如，只要图3的表面74被放置在充电表面82上)。
理想的是，具有水平线圈48B的设备24应被取向成使得水平线圈48B的中心轴线70(图3)与图8的X轴对准(例如，使得图3的横向轴线80平行于图8的轴线120和Y轴)。这种对准使由竖直区段90和水平线圈48B生成的磁场的水平分量之间的耦合最大化。
然而，相邻线圈42B在充电表面82上的存在还允许具有水平线圈48B的设备24在其他角度范围内旋转，同时仍表现出足够高的耦合常数并因此表现出足够的无线充电效率。例如，可将设备24放置在充电表面82上，使得横向轴线80(图3)取向为平行于轴线122(例如，相对于轴线120成角度θ)。
图9为矩形线圈42B-1和42B-2与设备24上的水平线圈48B之间的耦合常数作为横向轴线80(图3)和轴线120(图8)之间的角度θ的函数的例示性曲线。如图9所示，曲线130绘出了当水平线圈48B(设备24)围绕图8的Z轴旋转时(例如，从固定的位置诸如图7的X＝X3)，线圈42B-1和/或42B-2与水平线圈48B之间的耦合常数。
当角度θ＝0度时，曲线130表现出峰值量值KM，因为水平线圈48B的中心轴线70与由线圈42B-1和/或42B-2生成的磁场的水平分量对准。当水平线圈48B旋转并且角度θ增大时，耦合常数减小，因为中心轴线70变得与磁场的水平分量不对准。当水平线圈48B旋转到最大角度θTH时，耦合常数达到最小阈值TH1。在更大角度下，耦合常数下降至低于获得足够的无线充电效率所需的水平。通过在设备12上布置线圈42，如图4、图6和图8所示的示例，最大角度θTH可相对大。例如，最大角度θTH可介于20度和35度之间、介于15度和40度之间、介于30度和40度之间、介于20度和30度之间、或小于20度。在一个具体的布置方式中，最大角度θTH为约25度。这样，无论设备24是具有水平线圈48B还是竖直线圈48A，用户均无需专注于以精确取向将设备24放置在充电表面82上。
设备12上的控制电路系统16(图1)可使用测量电路系统41从设备12中的每个线圈42收集测量结果，诸如电压和/或阻抗测量结果。不同的测量结果与线圈42上的不同类型的环境相关联。例如，测量电路系统41可在线圈42上方存在水平线圈48B的情况下收集第一测量值，在线圈42上方存在竖直线圈48A的情况下收集第二测量值，在线圈42上方不存在材料的情况下收集第三测量值等。控制电路系统16可使用这些测量结果来确定是否实时地在充电表面82上激活或去激活每个线圈42。
例如，控制电路系统16可存储与线圈42上方的不同类型的环境相关联的预先确定的或校准的测量结果(例如，与线圈42上方的水平线圈48B的存在相关联的第一组预先确定的测量结果，与竖直线圈48A的存在相关联的第二组预先确定的测量结果，与自由空间相关联的第三组预先确定的测量结果，与外来物体相关联的第四组预先确定的测量结果等)。控制电路系统16将使用测量电路系统41收集的测量结果与所存储的测量结果进行比较，以识别位于每个线圈42上方的线圈48的存在、材料类型或类型(取向)。如果需要，控制电路系统16还可使用带内通信以帮助识别存在于给定线圈42上方的设备24的类型(例如，线圈48的类型或取向)(例如，通过使用该线圈42传输和/或接收带内信号)。控制电路系统16可响应于确定水平线圈48B位于该单元电池上方而激活给定单元电池102中的一个或两个线圈42B，并且可响应于确定竖直线圈48A位于该单元电池上方而激活线圈42A。
控制电路系统16可跨充电表面82为每个线圈42顺序地和/或并行地收集这些测量结果。控制电路系统16可识别测量结果随时间推移的变化以识别设备24何时远离线圈42移动(例如，当用户已从充电表面24移除设备82时)并且可响应于此类识别而采取适当的动作(例如，控制电路系统16可响应于确定线圈48不存在于线圈42上方而停用线圈42)。这样，无论设备包括水平线圈48B、竖直线圈48A，还是不包括线圈48，当设备24放置在充电表面82上或者随着时间推移在充电表面82上移动时，控制电路系统16可控制设备12选择性地对该一个或多个设备24进行充电。如果需要，设备12上的一个或多个专用线圈42可仅用于检测放置在充电表面82上的物体的存在和类型(例如，不对任何设备24进行无线充电)。
根据实施方案，提供了无线功率传输设备，该无线功率传输设备被配置为将无线功率传输至无线功率接收设备，所述无线功率传输设备包括在充电表面处的第一无线功率传输线圈、在充电表面处的第二无线功率传输线圈、在充电表面处的第三无线功率传输线圈以及控制电路系统，所述第一无线功率传输线圈包括围绕中心区域的导电环，所述第二无线功率传输线圈比所述第一无线功率传输线圈小并且包括与中心区域重叠的第一直的区段，所述第三无线功率传输线圈比所述第一无线功率传输线圈小并且包括与中心区域重叠并且平行于所述第一直的区段延伸的第二直的区段，所述控制电路系统被配置为使用所述第一无线功率传输线圈、第二无线功率传输线圈和第三无线功率传输线圈传输无线功率。
根据另一个实施方案，所述第一无线功率传输线圈中的导电环包括圆形导电环。
根据另一个实施方案，所述第二无线功率传输线圈包括第一矩形导电环，并且所述第三无线功率传输线圈包括第二矩形导电环。
根据另一个实施方案，所述圆形导电环围绕中心区域从内径向外径卷绕，所述第一矩形导电环和所述第二矩形导电环各自具有小于外径的长度和宽度。
根据另一个实施方案，所述长度小于所述宽度，所述第一直的区段跨所述第一矩形导电环的长度延伸，并且所述第二直的区段跨所述第二矩形导电环的长度延伸。
根据另一个实施方案，内径介于10mm和30mm之间，并且外径介于30mm和70mm之间。
根据另一个实施方案，所述第一无线功率传输线圈包括第一数量的导电环，并且所述第二无线功率传输线圈和所述第三无线功率传输线圈各自包括小于所述第一数量的导电环的第二数量的导电环。
根据另一个实施方案，所述第二无线功率传输线圈与所述第三无线功率传输线圈的一部分重叠。
根据另一个实施方案，所述第二无线功率传输线圈包括平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段，并且所述第三无线功率传输线圈包括平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，所述第二直的区段横向地插置在所述第三直的区段和所述第一直的区段之间，并且所述第一直的区段横向地插置在所述第二直的区段和所述第四直的区段之间。
根据另一个实施方案，所述第二无线功率传输线圈包括平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段，并且所述第三无线功率传输线圈包括平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，所述第二直的区段横向地插置在所述第四直的区段和所述第一直的区段之间，并且所述第一直的区段横向地插置在所述第二直的区段和所述第三直的区段之间。
根据另一个实施方案，所述无线功率传输设备包括耦合到所述第二无线功率传输线圈的第一逆变器和耦合到所述第三无线功率传输线圈的第二逆变器，所述控制电路系统被配置为传输无线功率通过控制所述第一逆变器以在所述第二无线功率传输线圈上驱动第一电流并且通过控制第二逆变器以同时在所述第三无线功率传输线圈上驱动第二电流，所述第二电流相对于第二无线功率传输线圈上的第一电流是异相的。
根据另一个实施方案，无线功率传输设备包括层，所述第一无线功率传输线圈插置在所述层与所述第二无线功率传输线圈和所述第三无线功率传输线圈之间，并且该层包括选自以下项构成的组的材料：铁氧体和纳米晶体材料。
根据另一个实施方案，所述无线功率传输设备包括在所述充电表面处的第四无线功率传输线圈、在所述充电表面处的第五功率传输线圈和在所述充电表面处的第六无线功率传输线圈，所述第四无线功率传输线圈包括围绕附加中心区域的附加导电环，所述第五无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈和所述第四无线功率传输线圈，并且包括与所述附加中心区域重叠并且平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段，所述第六无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈和所述第四无线功率传输线圈，并且包括与所述附加中心区域重叠并且平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，所述控制电路系统为配置为使用所述第四无线功率传输线圈、所述第五无线功率传输线圈和所述第六无线功率传输线圈传输无线功率的控制电路系统。
根据实施方案，提供了一种无线充电垫，所述无线充电垫被配置为将无线功率传输到所述无线充电垫的充电表面上的无线功率接收设备中的无线功率接收线圈，所述无线充电垫包括在所述充电表面处的所述无线功率传输线圈的至少一个单元电池，所述至少一个单元电池中的每个单元电池包括跨所述充电表面的第一横向区域延伸的圆形线圈、至少部分地与圆形线圈重叠的第一矩形线圈以及至少部分地与圆形线圈重叠的第二矩形线圈，所述第一矩形线圈包括第一直的区段和平行于所述第一直的区段延伸的第二直的区段，所述第二矩形线圈包括平行于所述第二直的区段延伸的第三直的区段和平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，所述第一矩形线圈和所述第二矩形线圈各自跨所述充电表面的第二横向区域延伸，所述第二横向区域小于所述第一横向区域，并且控制电路系统被配置为使用所述至少一个单元电池传输无线功率。
根据另一个实施方案，圆形线圈包括围绕没有导电材料的中心区域的导电环，所述第二直的区段和所述第三直的区段各自与中心区域重叠。
根据另一个实施方案，第一矩形线圈包括在所述第一直的区段和所述第二直的区段之间延伸的第五直的区段和第六直的区段，所述第二矩形线圈包括在所述第三直的区段和所述第四直的区段之间延伸的第七直的区段和第八直的区段，所述第一直的区段、所述第二直的区段、所述第三直的区段和所述第四直的区段各自具有第一长度并且所述第五直的区段、所述第六直的区段、所述第七直的区段和所述第八直的区段各自具有小于所述第一长度的第二长度。
根据另一个实施方案，所述至少一个单元电池包括沿着所述无线充电垫的纵向轴线布置成行的第一单元电池、第二单元电池和第三单元电池，并且所述第一直的区段、所述第二直的区段、所述第三直的区段和所述第四直的区段各自垂直于所述无线充电垫的纵向轴线延伸。
根据另一个实施方案，所述控制电路系统被配置为识别所述无线功率接收线圈的取向，响应于识别到所述无线功率接收线圈处于第一取向而激活所述单元电池中的至少一者中的所述第一矩形线圈和所述第二矩形线圈中的至少一者，以及响应于识别到所述无线功率接收线圈处于与所述第一取向不同的第二取向而激活所述单元电池中的至少一者中的所述圆形线圈。
根据另一个实施方案，所述无线充电垫包括测量电路系统，所述控制电路系统被进一步配置为基于数据识别所述无线功率接收线圈的取向，所述数据包括从以下项构成的组选择的数据：来自由所述单元电池中的至少一者从所述无线功率接收线圈接收的带内信号的无线数据以及由所述单元电池中的至少一者使用所述测量电路系统所测量的电压数据。
根据实施方案，提供了一种无线功率传输设备，无线功率传输设备被配置为传输无线功率至所述无线功率传输设备的充电表面上的无线功率接收设备中的无线功率接收线圈，所述无线功率传输设备包括在所述充电表面处的第一圆形线圈和在所述充电表面处的第二圆形线圈、在所述充电表面处且与所述第一圆形线圈重叠的第一对矩形线圈、在所述充电表面处且与所述第二圆形线圈重叠的第二对矩形线圈以及控制电路系统，所述控制电路系统被配置为识别在所述充电表面上的所述无线功率接收线圈的位置，响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第一圆形线圈重叠而使用所述第一圆形线圈和所述第一对矩形线圈中选择的一者来传输无线功率，响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第二圆形线圈重叠而使用所述第二圆形线圈和所述第二对矩形线圈中选择的一者来传输无线功率以及响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第一圆形线圈和所述第二圆形线圈之间的充电表面上的位置重叠而使用来自所述第一对矩形线圈和所述第二对矩形线圈中的每者的一个矩形线圈来传输无线功率。
前述内容仅为例示性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种被配置为将无线功率传输到无线功率接收设备的无线功率传输设备，所述无线功率传输设备包括：
在充电表面处的第一无线功率传输线圈，其中所述第一无线功率传输线圈包括围绕中心区域的导电环；
在所述充电表面处的第二无线功率传输线圈，所述第二无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈并且包括与所述中心区域重叠的第一直的区段；
在所述充电表面处的第三无线功率传输线圈，所述第三无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈并且包括与所述中心区域重叠并且平行于所述第一直的区段延伸的第二直的区段；和
控制电路系统，所述控制电路系统被配置为使用所述第一无线功率传输线圈、所述第二无线功率传输线圈和所述第三无线功率传输线圈传输所述无线功率。
2.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述第一无线功率传输线圈中的所述导电环包括圆形导电环。
3.根据权利要求2所述的无线功率传输设备，其中所述第二无线功率传输线圈包括第一矩形导电环并且所述第三无线功率传输线圈包括第二矩形导电环。
4.根据权利要求3所述的无线功率传输设备，其中所述圆形导电环围绕所述中心区域从内径向外径卷绕，所述第一矩形导电环和所述第二矩形导电环各自具有小于所述外径的长度和宽度。
5.根据权利要求4所述的无线功率传输设备，其中所述长度小于所述宽度，所述第一直的区段跨所述第一矩形导电环的所述长度延伸，并且所述第二直的区段跨所述第二矩形导电环的所述长度延伸。
6.根据权利要求5所述的无线功率传输设备，其中所述内径介于10mm和30mm之间，并且所述外径介于30mm和70mm之间。
7.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述第一无线功率传输线圈包括第一数量的导电环，并且所述第二无线功率传输线圈和所述第三无线功率传输线圈各自包括小于所述第一数量的导电环的第二数量的导电环。
8.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述第二无线功率传输线圈与所述第三无线功率传输线圈的一部分重叠。
9.根据权利要求8所述的无线功率传输设备，其中所述第二无线功率传输线圈包括平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段，并且所述第三无线功率传输线圈包括平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，其中所述第二直的区段横向地插置在所述第三直的区段和所述第一直的区段之间，并且其中所述第一直的区段横向地插置在所述第二直的区段和所述第四直的区段之间。
10.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，其中所述第二无线功率传输线圈包括平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段，并且所述第三无线功率传输线圈包括平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，其中所述第二直的区段横向地插置在所述第四直的区段和所述第一直的区段之间，并且其中所述第一直的区段横向地插置在所述第二直的区段和所述第三直的区段之间。
11.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：
第一逆变器，所述第一逆变器耦合到所述第二无线功率传输线圈；和
第二逆变器，所述第二逆变器耦合到所述第三无线功率传输线圈，其中所述控制电路系统被配置为传输所述无线功率通过控制所述第一逆变器以在所述第二无线功率传输线圈上驱动第一电流并且通过控制所述第二逆变器以同时在所述第三无线功率传输线圈上驱动第二电流，所述第二电流相对于所述第二无线功率传输线圈上的所述第一电流是异相的。
12.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括层，其中所述第一无线功率传输线圈插置在所述层与所述第二无线功率传输线圈和所述第三无线功率传输线圈之间，并且所述层包括选自以下项构成的组的材料：铁氧体和纳米晶体材料。
13.根据权利要求1所述的无线功率传输设备，还包括：
在所述充电表面处的第四无线功率传输线圈，所述第四无线功率传输线圈包括围绕附加中心区域的附加导电环；
在所述充电表面处的第五无线功率传输线圈，所述第五无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈和所述第四无线功率传输线圈，并且包括与所述附加中心区域重叠并且平行于所述第一直的区段和所述第二直的区段延伸的第三直的区段；和
在所述充电表面处的第六无线功率传输线圈，所述第六无线功率传输线圈小于所述第一无线功率传输线圈和所述第四无线功率传输线圈，并且包括与所述附加中心区域重叠并且平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，其中所述控制电路系统为被配置为使用所述第四无线功率传输线圈、所述第五无线功率传输线圈和所述第六无线功率传输线圈传输所述无线功率的控制电路系统。
14.一种无线充电垫，所述无线充电垫被配置为将无线功率传输到所述无线充电垫的充电表面上的无线功率接收设备中的无线功率接收线圈，所述无线充电垫包括：
在所述充电表面处的无线功率传输线圈的至少一个单元电池，其中所述至少一个单元电池中的每个单元电池包括：
圆形线圈，所述圆形线圈跨所述充电表面的第一横向区域延伸，
第一矩形线圈，所述第一矩形线圈至少部分地与所述圆形线圈重叠，其中所述第一矩形线圈包括第一直的区段和平行于所述第一直的区段延伸的第二直的区段，和
第二矩形线圈，所述第二矩形线圈至少部分地与所述圆形线圈重叠，其中所述第二矩形线圈包括平行于所述第二直的区段延伸的第三直的区段和平行于所述第三直的区段延伸的第四直的区段，其中所述第一矩形线圈和所述第二矩形线圈各自跨所述充电表面的第二横向区域延伸，所述第二横向区域小于所述第一横向区域；和
控制电路系统，所述控制电路系统被配置为使用所述至少一个单元电池传输所述无线功率。
15.根据权利要求14所述的无线充电垫，其中所述圆形线圈包括围绕没有导电材料的中心区域的导电环，并且所述第二直的区段和所述第三直的区段各自与所述中心区域重叠。
16.根据权利要求15所述的无线充电垫，所述第一矩形线圈包括在所述第一直的区段和所述第二直的区段之间延伸的第五直的区段和第六直的区段，所述第二矩形线圈包括在所述第三直的区段和所述第四直的区段之间延伸的第七直的区段和第八直的区段，所述第一直的区段、所述第二直的区段、所述第三直的区段和所述第四直的区段各自具有第一长度，并且所述第五直的区段、所述第六直的区段、所述第七直的区段和所述第八直的区段各自具有小于所述第一长度的第二长度。
17.根据权利要求15所述的无线充电垫，其中所述至少一个单元电池包括沿着所述无线充电垫的纵向轴线布置成行的第一单元电池、第二单元电池和第三单元电池，并且其中所述第一直的区段、所述第二直的区段、所述第三直的区段和所述第四直的区段各自垂直于所述无线充电垫的所述纵向轴线延伸。
18.根据权利要求14所述的无线充电垫，其中所述控制电路系统被配置为：
识别所述无线功率接收线圈的取向；
响应于识别到所述无线功率接收线圈处于第一取向而激活所述单元电池中的至少一者中的所述第一矩形线圈和所述第二矩形线圈中的至少一者；以及
响应于识别到所述无线功率接收线圈处于与所述第一取向不同的第二取向而激活所述单元电池中的至少一者中的所述圆形线圈。
19.根据权利要求18所述的无线充电垫，还包括测量电路系统，其中所述控制电路系统被进一步配置为基于数据识别所述无线功率接收线圈的所述取向，并且其中所述数据包括选自由从以下项构成的组的数据：来自由所述单元电池中的至少一者从所述无线功率接收线圈接收的带内信号的无线数据，以及由所述单元电池中的至少一者使用所述测量电路系统所测量的电压数据。
20.一种无线功率传输设备，所述无线功率传输设备被配置为将无线功率传输至所述无线功率传输设备的充电表面上的无线功率接收设备中的无线功率接收线圈，所述无线功率传输设备包括：
在所述充电表面处的第一圆形线圈；
在所述充电表面处的第二圆形线圈；
第一对矩形线圈，所述第一对矩形线圈在所述充电表面处且与所述第一圆形线圈重叠；
第二对矩形线圈，所述第二对矩形线圈在所述充电表面处且与所述第二圆形线圈重叠；和
控制电路系统，其中所述控制电路系统被配置为：
识别在所述充电表面上的所述无线功率接收线圈的位置；
响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第一圆形线圈重叠而使用所述第一圆形线圈和所述第一对矩形线圈中选择的一者来传输所述无线功率，
响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第二圆形线圈重叠而使用所述第二圆形线圈和所述第二对矩形线圈中选择的一者来传输所述无线功率，以及
响应于识别到所述无线功率接收线圈与所述第一圆形线圈和所述第二圆形线圈之间的所述充电表面上的位置重叠而使用来自所述第一对矩形线圈和所述第二对矩形线圈中的每者的一个矩形线圈来传输所述无线功率。
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