CN112219449B - 用于无线功率传输的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于支持从提供功率传输电磁信号的功率发射器(201)到电磁负载(505)的功率传输的中间设备包括：谐振电路(507)，其包括线圈(701)和电容器(703)。所述线圈(701)被布置为电磁耦合到所述功率发射器(201)和所述电磁负载(505)使得来自所述功率发射器(201)的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述电磁负载(505)集中。中空支撑结构(1001)具有侧向地放置的进气口(1205)和放置在中央的排气口(1207)。所述线圈(701)被安装在所述中空支撑结构(1001)上并且被设置在所述中央的排气口(1207)周围。所述设备还包括用于产生进入所述进气口(1205)的气流的气流发生器(901)。

Description

用于无线功率传输的设备和方法

技术领域

本发明涉及无线功率传输，并且具体地但非排他地涉及用于加热器具的无线功率传输。

背景技术

大多数当今的电子系统和设备需要专用的电气接触部以便从外部电源供电。然而，这往往是不现实的并且需要用户物理地插入连接器或者以其他方式建立物理电气接触。通常，功率要求也差别很大，并且当前大多数设备被提供有它们自己的专用电源，从而导致典型的用户具有大量不同的电源，其中每个电源是专用于特定设备的。尽管对内部电池的使用可以避免在使用期间对于与电源的有线连接的需求，但是这仅仅提供了部分解决方案，因为电池将需要再充电(或更换)。对电池的使用也可能显著增加设备的重量以及潜在地增加设备的成本和尺寸。

为了提供显著改善的用户体验，已经提出了使用无线电源，其中，功率从功率发射器设备中的发射器线圈被感应地传输到个体设备中的接收器线圈。

经由磁感应的功率传输是众所周知的概念，主要被应用在初级发射器线圈与次级接收器线圈之间具有紧密耦合的变压器中。通过在两个设备之间将初级发射器线圈和次级接收器线圈分开，基于松散耦合的变压器的原理，在这些设备之间的无线功率传输变得可能。

这样的布置允许在不要求进行任何线缆或物理电气连接的情况下对设备进行无线功率传输。实际上，其可以简单地允许设备被放置在发射器线圈的附近或顶部以便在外部进行再充电或供电。例如，功率发射器设备可以被布置有水平表面，设备能够被简单地放置在该水平表面上以便被供电。

此外，这样的无线功率传输布置可以被有利地设计为使得功率发射器设备能够与一系列功率接收器设备一起使用。具体地，被称为Qi规范的无线功率传输方法已经被定义并且目前正在进一步开发。该方法允许满足Qi规范的功率发射器设备与也满足Qi规范的功率接收器设备一起使用，而无需这些设备必须来自相同的制造商或者必须对彼此专用。Qi规范还包括用于允许操作适于特定功率接收器设备(例如，取决于特定功率消耗)的一些功能。

Qi规范是由无线充电联盟开发的并且例如能够在其网站上找到更多信息：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html，其中，具体地，能够找到所定义的规范文档。

为了支持功率发射器和功率接收器的互通和互操作性，优选的是这些设备能够彼此通信，即，在支持在功率发射器与功率接收器之间的通信的情况下，并且优选地在两个方向上支持通信的情况下，这是期望的。

Qi规范支持从功率接收器到功率发射器的通信，从而使得功率接收器能够提供可以允许功率发射器适于特定的功率接收器的信息。在当前规范中，已经定义了从功率接收器到功率发射器的单向通信链路，并且该方法是基于功率接收器作为控制元件的原则的。为了准备和控制功率发射器与功率接收器之间的功率传输，功率接收器具体地向功率发射器传送信息。

以Qi规范为起点，正在开发新的规范，以支持功率要求越来越高的应用。例如，该规范旨在与消耗若干千瓦的功率的设备一起使用。此外，正在开发新的无线功率传输规范和标准，以解决此类较高功率应用。

例如，预期无线功率传输将越来越多地用于例如厨房器具，诸如水壶、搅拌器、食品处理器等。具体地，无线功率传输被设想用于为各种加热设备提供功率。例如，预期这一概念被广泛地用在例如支持借助于磁感应来加热的水壶和平底锅的炉灶中。

作为一个示例，图1示出了对加热器具(例如，平底锅或水壶)的无线功率供应。

在该示例中，功率提供装置包括功率发射器101，功率发射器被示为被细分为功率源103、发射器线圈105和逆变器107，逆变器从功率源103接收功率并且生成用于发射器线圈105的驱动信号。发射器线圈105位于厨房台面109附近或集成在厨房台面内。加热器具111(例如，水壶)位于台面上并且包括加热元件113，其中，功率发射器101可以感应出导致加热元件加热的涡流。

平底锅或水壶的底部可能变得很热。然而，台面可能由不耐这样的高温的材料制成。例如，典型的厨房台面可以由诸如木材或花岗岩之类的材料制成。然而，这些材料可以具有低得多的耐热性，并且如果遭受水壶的高温，甚至可能潜在地被损坏。

实际上，通常，在越来越高的功率水平下(尤其在功率传输可以支持被加热的功率消耗设备的情况下)无线功率传输的应用的灵活性和变化性的增加已经导致增加的风险和复杂性。对于使用无线功率传输的厨房情景而言可能尤其是这种情况，但不限于此类应用。

为了支持这种温度应用，在WO2015062947A1和WO2017134101A1中已经建议可以引入能够保护台面表面的热屏障。

此外建议：热屏障包括用于将电场聚焦向器具(以补偿功率发射器与器具之间的额外距离Z)的功率中继器，并且可以通过该功率中继器被布置为在温度上升到阈值以上的情况下减小磁场强度来提供过温保护。实际上，已经提议使用这样的功率中继方法来提供中间设备(其可以用作或可以不用作热屏障)，该中间设备能够位于功率发射器与被供电的器具之间并且能够提供对于功率传输所需要的控制功能中的一些控制功能。这可以例如允许Qi无线发射器与不具有所需要的Qi功能的功率接收器一起使用。实际上，其甚至可以允许常规设备(例如平底锅)与Qi功率发射器一起使用，其中，Qi功率传输控制是由中间设备提供的，并且所提供的功率传输信号仅在平底锅的金属加热元件中感应出涡流，从而导致对平底锅的加热。

因此，中间设备可以提供多个优点和选项。然而，尽管这样的方法可以为例如厨房器具的无线供电提供改进的支持，但是仍然存在多个未解决的难题、问题和挑战。

已经发现，一个特别的问题是针对这种功率中继中间设备的热设计。已经发现，在无绳功率发射器与被供电的器具之间的较大距离需要增加的电流通过功率发射器线圈以生成较强的磁场。虽然通过在中间设备中提供功率中继线圈可以缓解此问题，但是这往往需要在功率中继线圈中运行强电流。由于这个的不可避免的欧姆电阻，在线圈中可能耗散大量的功率，从而不仅导致效率降低，而且导致线圈潜在地变得非常热。具体地，热点可以经常导致许多实际的热设计。这不仅可能导致增加的温度，而且可能有效地限制能够由设备桥接的最大距离。

因此，改进的无线功率传输方法将是有利的，并且具体地，允许(中间)设备将电磁负载耦合到功率发射器的方法将是有利的，其中，该设备提供增加的灵活性、对不同应用和使用情景的改进的支持、改进的热设计、增加的功率处理能力、降低的成本、降低的复杂性和/或改善的性能。

发明内容

因此，本发明试图优选单独地或以任何组合减轻、缓解或消除上述缺点中的一个或多个缺点。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于支持从提供功率传输电磁信号的功率发射器到电磁负载的功率传输的设备；所述设备包括：谐振电路，其包括线圈和电容器，所述线圈被布置为通过第一表面区域而电磁耦合到所述功率发射器，并且通过第二表面区域而电磁耦合到所述电磁负载；所述谐振电路被布置为通过经由以下操作将来自所述第一表面区域的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述第二表面区域集中来将来自所述功率发射器的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述电磁负载集中：将来自第二电磁信号的磁场线朝向所述第二表面区域偏置，由此使来自所述功率发射器的所述磁场变形以提供通过所述第二表面区域的增加的通量；中空支撑结构，其具有侧向地放置的进气口和放置在中央的排气口，所述线圈被安装在所述中空支撑结构上并且被设置在所述中央的排气口周围；以及气流发生器，其用于产生进入所述进气口的气流。

本发明可以在许多实施例中提供改进的操作，并且具体地，可以为在功率发射器与电磁负载之间的中间设备中的(功率中继)线圈提供有效的冷却。为了清楚起见，所述线圈还将被称为中继器线圈。类似地，所述设备可以被称为中间设备。

该方法可以在许多实施例和情形下提供中继器线圈的有利放置，以扩展从电磁负载到功率发射器的范围。该方法可以允许这种布置与高得多的功率水平和场强度一起使用。其可以提供对中继器线圈的改进的冷却，从而允许其中的损耗增加，并且因此允许更高的功率传输。该方法可以减少中间设备中的损耗，并且具体地可以减少气流发生器的金属部分中的损耗，例如由于风扇的金属部分中的涡流引起的损耗。

这种方法可以在许多情景下提供越来越均匀的并且通常对称的气流，并且可以降低针对中继器线圈的热点的风险。通常，能够有利地实现跨中继器线圈的区域的均匀热分布。

线圈可以被设置在中空支撑结构的外部，例如，通过附接到中空支撑结构的外壁。外壁通常大体上是平面的，并且通常可以比线圈大。在许多实施例中，线圈被安装在其上的壁可以大体上是圆形的，并且线圈可以具有圆形绕组。

与侧向地放置的进气口相比，放置在中央的排气口可以被放置为更接近线圈(并且通常是中空支撑结构)的中心。放置在中央的排气口通常可以位于线圈的最内绕组内部。侧向地放置的排气口通常可以位于线圈的最外绕组外部。

气流发生器通常可以是风扇。

线圈被布置为通过(所述设备的)第一表面区域而耦合到功率发射器，并且通过(所述设备的)第二表面区域而耦合到电磁负载，并且谐振电路可以被布置为将来自第一表面区域的功率传输电磁信号的能量朝向第二表面区域集中。

本发明可以允许针对用于无线功率传输的增加的各种不同使用情景的改进的灵活性和支持。例如，其可以提供针对例如厨房使用情景的改进的支持。

该设备可以具体地是热屏障，并且可以为功率发射器提供对抗电磁负载的高温的保护。该设备可以允许例如通过无线功率传输加热的电磁负载与和不充分的热保护相关联的无线功率发射器一起使用，而同时确保有效的功率传输。

谐振电路可以作为功率中继器来操作，功率中继器通过被布置为增加针对第二表面区域的磁通量密度(与在功率为中继器(即谐振电路)不存在的情况下的磁通量密度相比)而被布置为将来自第一表面区域的功率传输电磁信号的能量/功率朝向第二表面区域集中。谐振电路可以允许该设备被插入在功率发射器与电磁负载之间，同时仍然允许向电磁负载提供强磁场。例如，在大多数情景下，使用常规的热屏障将导致显著降低的功率传输性能，这是由于在功率发射器的发射线圈与电磁负载之间的距离增加和耦合减少而导致的。然而，该设备可以通过允许在发射线圈与电磁负载之间的增加的距离来提供有效的热保护，同时仍然确保发射线圈与电磁负载之间的有效的高效耦合。具体地，谐振电路可以集中磁场，使得增加的通量传递通过电磁负载，即可以增加通量密度。谐振电路可以通过将来自第二电磁信号的磁场线朝向第二表面区域引导或移动来将能量朝向第二表面区域集中。谐振电路可以有效地用作磁透镜。具体地，其可以使来自功率发射器的磁场变形，以提供通过第二表面区域/电磁负载的增加的通量。因此，其可以增加针对第二表面区域的磁通量密度。

第一表面区域和第二表面区域可以在所述设备的相对(并且可能大体上平行的)表面上。然而，这不是必要的，并且在一些实施例中，第一表面和第二表面可以不与彼此平行，并且可能不一定是相对表面。例如，对于立方体形状的设备，第二表面可以是顶表面，而第一表面可以是相邻的侧表面。在这样的实施例中，线圈可以将来自侧表面的能量/场线集中到顶表面。

在许多实施例中，线圈可以位于第一表面与第二表面之间。

第一表面区域可以具体地通过被布置为接收功率发射器而被布置为耦合到功率发射器。第一表面区域可以被布置为接触、附接、连接到或依靠在功率发射器的表面上，或者可以提供用于功率发射器被放置在其上或者被放置在功率发射器上的表面区域。

第二表面区域可以具体地通过被布置为接收电磁负载而被布置为耦合到电磁负载。第二表面区域可以被布置为接触、附接、连接到或依靠在电磁负载的表面上，或者可以提供用于电磁负载被放置在其上或者用于功率发射器被放置在其上的表面区域。

第一表面区域和第二表面区域可以是所述设备的外壳的相对壁的外表面区域。

电磁负载可以是从功率传输电磁信号中提取功率的实体。电磁负载可以具体地是功率接收器，其潜在地(至少部分地)不具有用于与功率发射器进行交互的功能。电磁负载提供功率传输电磁信号的负载。以这种方式，可以通过功率传输电磁信号将功率直接从功率发射器传输到电磁负载，而无需到电能的任何中间转换。电磁负载为由功率传输信号生成的磁场加载负载。因此，功率传输磁场/信号使得在电磁负载中感应出电流，从而导致电磁负载从场中提取功率。

在一些实施例中，电磁负载可以包括或包含传导元件(并且具体地，导热元件)。具体地，可以通过在电磁负载的传导元件中引起涡流的功率传输电磁信号来接收功率。在许多实施例中，电磁负载可以是例如平底锅、水壶、锅或类似厨房加热器具的加热板。

根据本发明的一个可选特征，所述设备还包括气流引导件，所述气流引导件与所述排气口相对并且被布置为将气流引导在所述线圈之上。

这可以提供改进的热设计，同时允许低复杂性的实施方式。具体地，在许多实施方式中，其可以改善在线圈之上的气流并且改善对其的冷却。

与排气口相对(面向/相对)的气流引导件可以使得来自排气口的气流通过气流引导件被重定向为在线圈之上流动。气流引导件可以将气流重定向为更多地沿着线圈的延伸的方向而不是正交于该方向。在许多实施方式中，气流引导件可以与中空支撑结构(和线圈)一起形成线圈被放置于其中的空气导管，使得来自排气口的空气将在导管中流动，使得其穿过线圈的至少部分/在线圈的至少部分之上流动。

气流引导件可以是这样的元件，其具有大体上平行于中空支撑结构的支撑线圈的表面而放置的侧面。

在许多实施例中，从线圈到气流引导件的距离可以有利地不小于1mm且不大于20mm。这通常可以提供有效且高速的气流，从而导致高效的冷却。

根据本发明的一个可选特征，气流引导件由所述设备的外壳的壁形成。

这可以提供特别有效且低复杂性的实施方式。

根据本发明的一个可选特征，中空支撑结构至少部分地由通过侧壁连接的相对壁形成，所述线圈被设置在相对壁中的第一壁的外部上，并且排气口被形成在第一壁中。

在许多实施例中，这可以提供特别有效且有利的实施方式。

根据本发明的一个可选特征，相对壁中的第二壁由所述设备的外壳的部分形成。

在许多实施例中，这可以提供特别有效且低复杂性并且通常低成本的实施方式。

根据本发明的一个可选特征，进气口至少部分地被形成在侧壁中。

在许多实施例中，这可以允许特别有利的实施方式。

根据本发明的一个可选特征，相对壁中的仅第一壁包括任何排气口。

在许多实施例中，这可以允许特别有利的实施方式。在许多实施例中，其可以降低复杂性和/或提供用于冷却的改进的气流。

根据本发明的一个可选特征，所述设备还包括被设置在侧壁周围的通信天线。

该方法可以为通信线圈和功率中继线圈两者提供有利的实施方式和支持。通信天线可以具体地是通信线圈。通信线圈可以由附接/安装到侧壁的绕组形成。通信线圈可以具体地是NFC线圈。

根据本发明的一个可选特征，进气口位于线圈的外周边外部。

在许多实施例中，这可以是特别有利的。线圈的外周边可以对应于线圈的外部绕组。

根据本发明的一个可选特征，中空支撑结构仅包括单个进气口。

在许多实施例中，这可以允许特别有利的实施方式。在许多实施例中，其可以降低复杂性和/或提供用于冷却的改进的气流。

根据本发明的一个可选特征，中空支撑结构仅包括单个排气口。

在许多实施例中，这可以允许特别有利的实施方式。在许多实施例中，其可以降低复杂性和/或提供用于冷却的改进的气流。

根据本发明的一个可选特征，中空支撑结构可以大体上是圆柱形的，其中，线圈被设置在中空支撑结构的平坦表面上。

在许多实施例中，中空支撑结构1001可以具有不小于5cm且不大于30cm的直径和/或不小于1cm且不大于5cm的高度。

根据本发明的一个可选特征，排气口被形成在线圈的最内绕组内部。

在许多实施例中，这可以允许特别有利的实施方式。在许多实施例中，其可以降低复杂性和/或提供用于冷却的改进的气流。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于支持从提供功率传输电磁信号的功率发射器到电磁负载的功率传输的方法；所述方法包括：提供包括线圈和电容器的谐振电路，所述线圈被布置为通过第一表面区域而电磁耦合到所述功率发射器，并且通过第二表面区域而电磁耦合到所述电磁负载；所述谐振电路通过经由以下操作将来自所述第一表面区域的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述第二表面区域集中来将来自所述功率发射器的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述电磁负载集中：将来自第二电磁信号的磁场线朝向所述第二表面区域偏置，由此使来自所述功率发射器的所述磁场变形以提供通过所述第二表面区域的增加的通量；提供中空支撑结构，所述中空支撑结构具有侧向地放置的进气口和放置在中央的排气口；所述线圈被安装在所述中空支撑结构上并且被设置在所述中央的排气口周围；以及气流发生器，其产生进入所述进气口的气流。

本发明的这些和其他方面、特征和优点将从下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并且参考下文描述的(一个或多个)实施例得到阐述。

附图说明

将仅通过举例的方式，参考附图来描述本发明的实施例，在附图中，

图1是无线功率传输系统的图示；

图2是无线功率传输系统的图示；

图3是无线功率传输系统的功率路径的图示；

图4是无线功率传输系统的功率路径的一些电压波形的图示；

图5是根据本发明的一些实施例的无线功率传输系统的图示；

图6是根据本发明的一些实施例的用于无线功率传输系统的功率中继器的示例的图示；

图7是根据本发明的一些实施例的用于无线功率传输系统的功率中继器的示例的图示；

图8是根据本发明的一些实施例的包括具有功率中继器的中间设备的无线功率传输布置的截面图的图示；

图9是根据本发明的一些实施例的包括具有功率中继器的中间设备的无线功率传输布置的横截面视图的图示；

图10是根据本发明的一些实施例的包括具有功率中继器的中间设备的无线功率传输布置的横截面视图的图示；

图11是根据本发明的一些实施例的包括具有功率中继器的中间设备的无线功率传输布置的横截面视图的图示；

图12是根据本发明的一些实施例的包括具有功率中继器的中间设备的无线功率传输布置的横截面视图的图示；

图13是根据本发明的一些实施例的具有用于无线功率传输布置的功率中继器的中间设备的图示；

图14是根据本发明的一些实施例的具有用于无线功率传输布置的功率中继器的中间设备的热图像的图示；以及

图15是根据本发明的一些实施例的用于具有用于无线功率传输布置的功率中继器的中间设备的中空支撑结构的横截面视图的图示。

具体实施方式

以下描述集中于本发明的适用于厨房应用的实施例，并且具体地适用于对诸如平底锅之类的厨房器具的加热元件的无线功率传输。然而，将明白的是，本发明不限于此应用，而是可以应用于许多其他应用和无线功率传输系统。该描述还将集中于与Qi无线功率传输系统的许多方面兼容的实施例，但是将明白的是，这仅仅用于示例，并且所描述的原理和方法不限于这样的应用。

图2示出了功率传输系统的示例。该功率传输系统包括功率发射器201，该功率发射器包括(或者耦合到)发射器线圈/电感器203。该系统还包括功率接收器205，该功率接收器包括(或者耦合到)接收器线圈/电感器207。

该系统提供从功率发射器201到功率接收器205的无线感应功率传输。具体地，功率发射器201生成功率传输电磁信号(为了简洁起见，其还将被称为功率信号或功率传输信号)，功率传输电磁信号是作为磁通量由发射器线圈203进行传播的。功率信号通常可以具有在大约20kHz到大约200kHz之间的频率。发射器线圈203和接收器线圈207被松散地耦合，并且因此，接收器线圈207拾取来自功率发射器201的功率信号(的至少部分)。因此，经由从发射器线圈203到接收器线圈207的无线感应耦合，功率从功率发射器201被传输到功率接收器205。术语功率信号/功率传输信号或功率传输电磁信号可以用于指代在发射器线圈203与功率接收实体之间的磁信号或感应信号(磁通量信号)，并且因此指代使用电磁场实现的感应功率传输。将明白的是，通过等效，该术语也可以被认为并用作对被提供给发射器线圈203的电信号的引用。

在下文中，将具体参考Qi规范来描述功率发射器201和功率接收器205的操作。具体地，功率发射器201和功率接收器205可以基本上与Qi规范版本1.0或1.1(除了本文中描述的(或随之发生的)修改和增强之外)兼容。

为了控制功率传输，该系统可以经由不同的阶段(具体地，选择阶段、ping阶段、识别和配置阶段以及功率传输阶段)进行。能够在Qi无线功率规范第1部分第5章中找到更多信息。

最初，功率发射器201处于选择阶段，其中，其仅监测功率接收器的潜在存在。出于此目的，功率发射器201可以使用例如如在Qi无线功率规范中描述的的各种方法。如果检测到这种潜在存在，则功率发射器201进入ping阶段，其中，临时地生成功率信号。功率接收器205可以应用所接收的信号来为其电子设备加电。在接收到功率信号之后，功率接收器205向功率发射器201传送初始分组。具体地，发送指示在功率发射器与功率接收器之间的耦合程度的信号强度分组。能够在Qi无线功率规范第1部分第6.3.1章中找到更多信息。因此，在Ping阶段，确定在功率发射器201的接口处是否存在功率接收器205。

在接收到信号强度消息后，功率发射器201移动到识别和配置阶段中。在该阶段中，功率接收器205保持其输出负载断开并且使用负载调制来与功率发射器201进行通信。出于此目的，功率发射器201提供恒定幅度、频率和相位的功率信号(除了由负载调制引起的变化之外)。功率发射器201使用这些消息，以根据功率接收器205的请求来配置自身。来自功率接收器205的消息不被连续地传送，而是以间隔来传送。

在识别和配置阶段之后，该系统移动到功率传输阶段，其中，发生实际的功率传输。具体地，在已经传送了其功率要求之后，功率接收器205连接输出负载并且向其供应所接收的功率。功率接收器205监测输出负载并且测量在特定操作点的实际值与期望值之间的控制误差。其以例如每250ms的最小速率来向功率发射器201传送这种控制误差，以向功率发射器201指示这些误差以及针对功率信号的改变或不改变的期望。因此，在功率传输阶段，功率接收器205还以负载调制间隔来执行对功率信号的负载调制，以便将信息传送给功率发射器201。将明白的是，可以替代地或额外地使用其他通信方法。

图3示出了用于向电磁负载(具体地，诸如加热元件(例如，平底锅底))提供功率传输的电源路径的示例。加热元件可以简单地是金属物体/块/体积/物品/零件。功率供给包括如关于图2描述的功率发射器201。功率发射器201包括具有AC/DC转换器形式的功率源301，其对输入ac电压(例如，市电)进行整流。经整流的市电信号被馈送到具有逆变器303的形式的DC/AC转换器，其生成高频驱动信号，该高频驱动信号被馈送到包括发射机线圈的谐振槽305(调谐L-C电路)。该系统包括具有加热平底锅形式的电磁负载。电磁负载能够通过接收器线圈307和负载R_Sole 309(表示电磁负载的负载，并且具体地，表示加热元件(平底锅底)中的涡流损耗)来表示。

图4示出了图3的功率路径的电压波形。市电电压Umains被AC/DC转换器303整流为电压Udc_abs。用于对经整流的市电电压进行缓冲的大存储电容器通常不应用于此类应用中，因为其将增加这种应用的总市电谐波失真。因此，由AC/DC转换器303生成变化的DC电压。

由于经整流的电压Udc_abs的特性，将逆变器303的输出电压Uac_HF整形，如图4所示。逆变器的正常操作频率在20kHz至100kHz的量级上。

发射器线圈以及接收器线圈307和电阻R_Sole 309本质上是逆变器303的负载。然而，由于该负载的性质(电感性和电阻性两者)，通常在逆变器303与该负载之间中使用谐振电路，以消除负载的电感部分。此外，谐振网络通常导致逆变器303的开关损耗的降低。

在该示例中，功率发射器201因此不将功率传输到用于向外部负载提供电功率的常规功率接收器，而是替代地向电磁负载提供功率，电磁负载直接从由功率传输系统生成的电磁场中提取能量。电磁负载可以具体地包括或包含传导元件，电磁信号在传导元件生成涡流，涡流然后产生热量。

此外，在许多实施例中，电磁负载设备或实体可以不包括用于与功率发射器进行通信的功能，并且因此没有用于控制功率传输操作的功能。实际上，电磁负载可以简单地是传导元件，诸如没有相关联的电子器件或功能的加热板。

同一功率发射器201可以相应地被用在不同的情景中。具体地，其可以与图2的示例中的常规功率接收器205一起使用，或者其可以与简单的电磁负载一起使用，该电磁负载具有用于与功率发射器201对接的有限功能或者可能不具有这种功能。

在示例性情景中，功率发射器201可以被用在厨房环境中，以向包括搅拌器、食品处理器、水壶、锅、平底锅等的各种厨房器具提供无线功率。在该示例中，功率发射器201可以是一组功率发射器的部分，这组功率发射器可以同时向多个器具提供功率。功率发射器中的一些可以被提供在由耐热材料(例如，陶瓷材料)制成的烹饪区中。功率发射器中的其他功率发射器可以被提供在由不耐热材料制成的准备区(诸如由木材制成的厨房台面)中。因此，用户可能处于以下情形中：其中，他可能具有多个可用的功率位置，其中的一些功率位置可能适合于可能变热的器具，而其他功率位置可能不适合于这些位置。然而，如果这些位置也可以用于向可能变热的加热器具提供功率，则有时对用户可能是有用的。

具体地，功率发射器201可能位于非耐热台面的正下方(或其部分)，从而使其不适合于加热诸如水壶、锅和平底锅之类的器具。然而，可能期望使用该功率发射器来为这种加热器具(并且具体地，可以通过在导热元件中感应出涡流来提供热量的加热器具)供电。然而，为了使功率效率最大化，这种加热元件通常可以被放置在器具的与功率发射器紧密接触的部分处。具体地，对于在台面表面中的功率发射器，该器具可以被设计为在底部具有加热元件。在使用中，加热元件也将相应地与台面表面接触(如图1所示)。这可能对通常将被制作为不耐热的台面造成损坏。

为了解决这个问题，如图5所示，可以在台面503与加热板/电磁负载505之间引入可以形成热屏障的中间设备501。中间设备501可以由适当的耐热材料制成，例如由适当的陶瓷材料制成。例如，中间设备501可以被实现为用户能够放在台面上的杯垫或三角架，其中用户然后将器具(例如锅或平底锅)放置在该杯垫/三角架上。

然而，尽管这可以允许未受保护的功率位置(功率发射器)用于为加热设备供电，但是其通常也将大幅增加功率发射器201与电磁负载201之间的距离Z。因此，功率发射器线圈与加热板之间的距离将大幅增加，从而导致这些之间的耦合大幅减小。

这将导致对功率发射器线圈305中的更高电流的要求，以便实现由电磁负载505捕获的相同量的磁通量。较高的电流导致逆变器303和发射器线圈305中的较多损耗。此外，较高的电流以及在功率发射器201与电磁负载505之间的增加的距离将导致较多的漏通量。这导致关于电磁干扰(EMI)和电磁力(EMF)的问题。例如，国际电工技术委员会(IEC)制定了用于针对无线功率传输系统必须考虑的经辐射和传导的电磁干扰的国际标准，并且当功率接收器与功率发射器之间的距离增加时，这些要求可能越来越难以满足。

为了解决这种问题，根据本发明的一些实施例的中间设备501可以包括谐振电路，该谐振电路包括电感器和电容器。谐振电路可以有效地用作将磁场朝向电磁负载指引的功率中继器。谐振电路通常由单个电感器和单个电容器形成。然而，将明白的是，在一些实施例中，谐振电路可以包括多个电感器和/或电容器。通常，这种电路等效于包括单个电容器和电感器的谐振电路。还将明白的是，谐振电路可以包括其他组件，例如电阻器或者有时包括开关元件。

通常，该电路可以形成简单(等效)的并联谐振电路，例如在图6中所示的(示意性地并且以电感器的横截面视图来示出)。

将明白的是，这些问题并非形成热屏障的中间设备501特有的，而是当中间设备501不提供热屏障时也是适用的。例如，中间设备501可以由与台面503相同的材料(具体地，木材)制成，并且仅用于低温加热应用(或用于非加热应用)。实际上，在一些实施例中，甚至可能可接受的是，使用将被加热元件损坏的中间设备501。例如，其可以由与台面503相同的材料制成，但是可能可接受的是，例如由于过度加热而对此留下印记，因为与台面503相比，其可以是低成本并且可易于更换的。因此，中间设备501的热屏障的存在或功能在许多实施例中可以是有利的，但绝不是必要的，并且可以在许多实际实施例中避免。

作为另一示例，中间设备可以是提供用于支持根据所采用的方法和协议的功率传输的缺失功能的设备。例如，对于功率接收器/电磁负载可以是不具有任何Qi控制功能的简单功率提取电感器。在这种情况下，可以引入中间设备以包括该功能，从而使功率接收器能够与Qi无线发射器一起使用。然而，与热屏障方法类似，将被放置在功率发射器与功率接收器之间的这种控制功能中间设备将增加功率发射器线圈103与电磁负载之间的距离。这可以通过将功率中继谐振电路包括在中间设备中来解决。

图5示出了包括功率中继器507的中间设备501，功率中继器包括谐振电路，在这种情况下，谐振电路由电感器Lrep(在横截面中示出)和电容器Crep形成。

中间设备501具有第一表面区域509，第一表面区域在该系统处于使用中时与接近功率发射器101的台面109接触。因此，中间设备501(并且具体地，功率中继器/谐振电路507)通过第一表面区域509而耦合到功率发射器101。功率发射器101相应地生成功率中继器507主要经由第一表面区域509耦合到的第一电磁信号/电磁场/电磁通量。

此外，中间设备501包括第二表面区域511，第二表面区域旨在当处于使用中时与电磁负载505接触。具体地，加热设备的加热元件可以位于第二表面区域511上。

无线功率通过主要通过第二表面区域511提供的第二磁信号/磁场/磁通量被提供给电磁负载505。因此，电磁负载505到中间设备501/功率中继器507的耦合主要是经由第二表面区域511。

第二表面区域511可以具体地通过被布置为接收电磁负载而被布置为耦合到电磁负载505。第二表面区域511可以被布置为接触、附接、连接到或依靠在电磁负载505的表面上，或者可以提供用于电磁负载505被放置在其上的表面区域。

第一表面区域509可以具体地通过被布置为接收功率发射器201而被布置为耦合到功率发射器201。第一表面区域509可以被布置为接触、附接、连接到或依靠在功率发射器201的表面上，或者可以提供用于功率发射器201被放置在其上的表面区域。

在中间设备501中，谐振电路包括电感器和电容器，其中，电感器被布置为通过第一表面区域509而耦合到功率发射器201，并且通过第二表面区域511而耦合到电磁负载505。谐振电路具有将来自第一表面区域509的功率传输电磁信号的能量朝向第二表面区域511集中的效果。具体地，谐振电路具有集中/增加通过第二表面区域的电磁通量密度的效果(与不存在谐振电路的情形相比)。

在特定示例中，到达功率中继器/谐振电路(并且具体地，电感器Lrep)的大部分磁通量经由第一表面区域509这样做。可以认为该通量对应于第一磁信号。类似地，从功率中继器/谐振电路(并且具体地，从电感器Lrep)到达电磁负载505的大部分磁通量经由第二表面区域511来这样做。该通量可以被认为对应于第二磁信号。

中间设备501/热屏障的深度通常是显著的，并且实际上在许多实施例中，第二表面区域511与第一表面区域509之间的距离至少是1cm、2cm、3cm或者甚至5cm。这样显著的深度可以提供非常有效的隔热和保护。实际上，其通常可以允许非常热的加热元件与热敏感的工作表面热隔离。然而，相关联的缺点是在功率发射器201与电磁负载505之间的直接耦合可能被大幅降低，从而导致增加的功率损耗等。在所描述的方法中，这些缺点通过包括功率中继器507的热屏障来减轻。

具体地，功率中继器507被布置为将第二电磁信号的能量朝向第二表面区域511集中。具体地，功率中继器507可以有效地充当磁透镜，其集中来自第一电磁信号的通量以提供第二电磁信号。功率中继器507通过利用从第一电磁信号感应的电流来振荡的谐振电路来实现对磁场的集中。有效地，谐振电路耦合到功率发射器201和电磁负载505，从而使得来自功率发射器201的磁通量在被提供给电磁负载505时被集中。该方法可以允许通过在功率发射器线圈与功率中继器507之间以及在功率中继器507与电磁负载505之间的距离而不是通过在功率发射器线圈与电磁负载505之间的总距离来确定在功率发射器线圈与电磁负载505之间的总体耦合。

谐振电路可以通过在由功率发射器生成的功率信号的频率处或附近进行谐振来有效地桥接在发射器线圈与电磁负载(加热元件)之间的距离。谐振电路的谐振频率frepeater可以是使用以下公式通过电感器Lrep和电容器Crep来确定的：

谐振电路的电感值Lrep可以是在附近没有电磁负载或功率发射器201的情况下在空气中测量的。Lrep和Crep的典型值分别为200uH和200nF，这导致25kHz的谐振频率frepeater。然而，将明白的是，具体值将取决于各个实施例和特定谐振频率。

当谐振电路的谐振频率被适当地调谐到功率信号的频率时，在谐振电路中感应出谐振电流Irep。在这种条件下，在环路区域内部的磁场线与由功率发射器201生成的磁场线完全同相。结果，将第一表面的磁场线朝向第二表面引导，即，将来自功率发射器201的磁场线朝向电磁负载505引导。

在典型操作中，功率中继器的谐振电路的谐振频率可能例如由于负载、热变化等的存在而移位。在一些实施例中，该系统(并且具体地，功率发射器)可以被布置为动态地适应这种变化。例如，操作/驱动频率可以被适配为匹配经移位的谐振频率(例如，基于找到用于功率发射器中的谐振电路的有效阻抗的测量结果的极值)。

因此，所描述的方法可以提供这样的手段，该手段用于例如使用热屏障在功率发射器201与电磁负载505之间提供隔热和保护，同时减少和减轻对功率传输的影响。具体地，在功率发射器201与电磁负载505之间的产生热屏障所需要的增加的距离通过热屏障的体积内的功率中继器来桥接。

在该示例中，第二表面区域511和第一表面区域509位于中间设备501的相对表面上，即它们是彼此相对的。然而，将明白的是，尽管这在许多情景中可能是实际的实施方式，但是在其他实施例中，这些表面之间的几何相互关系可以是不同的。

类似地，在该示例中，第一表面区域509被布置为允许中间设备501接触并且具体地依靠在功率发射器201/台面上。类似地，第二表面区域511被布置为接收电磁负载505，该电磁负载具体地是加热器具。第二表面区域511可以具体地被布置用于电磁负载505在被供电时依靠在上面。此外，在该示例中，第二表面区域511和第一表面区域509在处于使用中时基本上都是水平的。然而，将明白的是，在其他实施例中，这些表面可以具有其他特性并且以其他方式耦合到功率发射器201和电磁负载505。

在该系统中，中间设备501是与功率发射器201和电磁负载505分离的实体。例如，这可以允许中间设备501被实施为具有三脚架形式的热屏障，其能够被放置在厨房准备区的功率供应位置上(当这些与加热器具一起使用时)。

中间设备501可以以这种方式提供隔热，并且另外，通过将功率信号桥接到烹饪设备的谐振线圈(功率中继器)来桥接功率发射器201与电磁负载505之间的距离。然而，除了中间设备的(可选)热保护(对于中间设备而言，提供热保护不是其必要特征)和功率中继器实现的改进的功率传输效率之外，中间设备501还可以提供协助功率传输的操作和控制的功能。

图7示出了根据本发明的一些实施例的中间设备501的一些元件的示例。中间设备501包括谐振电路507，该谐振电路包括线圈701(Lrep)和电容器703(Crep)。如所描述的，谐振电路507被布置为集中通过第二表面区域511的磁通量密度，即，将来自功率发射器201的电磁信号朝向电磁负载505集中。

中间设备501还包括控制器705，控制器可以被布置为通过与功率发射器201交换一个或多个消息来适配功率发射器201的功率控制操作。

控制器705耦合到通信器707，通信器被布置为与功率发射器201交换消息。在本示例中，通信器707被布置为通过对由功率发射器201生成的功率传输电磁信号的负载调制来向功率发射器201发送消息。因此，通信器707包括可变阻抗709，可变阻抗为谐振电路加负载，并且在特定示例中与并联谐振电路的谐振组件并联耦合。可变阻抗709由通信器707控制，通信器通过改变阻抗能够生成负载调制变化，负载调制变化能够被功率发射器201检测到，如技术人员将已知的。

在该示例中，通信器707还可以被布置为从功率发射器201接收消息。在该示例中，功率发射器201可以通过调制功率传输电磁信号(例如，通过应用幅度或频率调制)来进行通信。

中间设备501包括信号测量器711，信号测量器被布置为测量谐振电路的信号的属性。例如，可以测量电感器电流。例如，信号测量器711可以测量瞬时电流幅度或频率，并且将这些值馈送到通信器707，通信器随后可以继续解调信号以生成所接收的消息。

在该示例中，功率传输控制器705因此可以被布置为通过与功率发射器201交换消息来控制功率传输操作的元件。在不同的实施例之间，被控制的功率传输操作和用于这样做的消息的各方面将变化。

在许多实施例中，中间设备501可以被布置为通过交换电磁负载505不能够交换的消息来发起功率传输或支持对功率传输的发起。例如，功率发射器201可以被布置为发送标识和配置设置消息以初始化功率传输。

替代地或另外，中间设备501可以被布置为通过交换电磁负载505不能够交换的功率传输阶段消息来在功率传输阶段期间支持功率传输。例如，中间设备501可以被布置为在功率传输阶段期间发送功率控制环路误差消息。

实际上，在一些实施例中，中间设备501可以被布置为执行功率发射器201所需要的所有功率传输控制和支持，并且实际上，中间设备501可以是功率发射器201与之进行交互的唯一设备。因此，在一些实施例中，电磁负载505可以简单地是不具有其他功能的加热元件(例如，传导元件)，并且中间设备501可以提供功率发射器201对于功率传输操作所需要的所有功能。实际上，在一些这样的示例中，中间设备501可以被有效地视为实施完整的功率接收器功能，但是其中，实际的核心功率提取不是通过中间设备501，而是替代地直接在电磁负载505(通过其被暴露于功率传输电磁负载505)中。

对于如所描述的包括功率中继谐振电路的中间设备而言的一个问题在于，相当高电平的电流通常可能在中继器线圈701中流动，由于其固有电阻，这将导致在中继器线圈701中耗散大量功率，从而导致显著发热。因此，中继器线圈701的有效冷却是至关重要的，并且有效的热设计对于高功率操作是必不可少的。

在图8中示出了一种可能的方法，其中，中继器线圈701被设置在中间设备501的外壳803内的支撑元件801上。在该示例中，中间设备501被放置在元件805(例如，柜台或桌面)上，具有发射器线圈103的功率发射器101被安装在该元件下方。中间设备501的相对表面/壁支撑具有平底锅的简单加热元件的形式的电磁负载105。在该示例中，外壳包括一个或多个通风口或排气口807，其允许加热的空气逸出，从而为线圈701提供冷却的元件。然而，对于即使相对低的功率水平，这种冷却也是不充分的，并且导致不可接受的加热。

在图9中示出了对此的修改。在该示例中，引入风扇901以将空气从外壳进气口903吸入外壳中，导致空气跨线圈701流动到外壳排气口807，从而提供对线圈701的更主动且有效的冷却。

虽然在许多系统中这种方法可以允许低复杂性实施方式，但是这种冷却系统的一个重要缺点在于，跨中继器线圈区域的热分布不是均匀的。具体地，该方法趋向于在线圈701的远离风扇901的部分处引起热点，从而限制无绳功率发射器与中间设备501/电磁负载105之间的最大操作距离。此外，在许多情形下，支撑元件801可能变得不期望地热。

在图10的示例中，实心支撑元件801已经被中空支撑结构1001代替，中空支撑结构允许空气在线圈下方流动。尽管相对于先前示例的支撑元件801而言，这可以降低支撑结构1001的温度，但是热分布仍然趋向于不均匀。另一个缺点是气流设计相对复杂。

如图11所示，可以修改该设计，其中，风扇901已经被移动到线圈701的中间，具有距中空结构1001和设备外壳803两者的对称排气口。这可以提供更均匀且对称的气流，从而导致跨中继器线圈区域和支撑结构1001两者的更均匀的温度分布。然而，一个显著的缺点在于风扇本身可能被不可接受地加热。实际上，来自功率发射器的强磁通量(黑色虚线)将在风扇901的金属部分中造成功率耗散(轴承、绕组等中的涡流、磁滞损耗等)。此外，气流设计仍然是复杂的。

图12示出了根据本发明的一些实施例的设备。与图10和图11的方法类似地，中间设备501包括中空支撑结构1001，其上安装有中继器线圈701。中间设备501具有其中包括中空支撑结构1001和中继器线圈701的设备外壳803，并且实际上，中间设备501的所有功能通常被包括在设备外壳803内。在该示例中，该设备具有相对的侧面或壁，其中，第一外壳壁1201被布置为接收电磁负载105，并且第二外壳壁1203被布置为朝向功率发射器101放置，并且例如直接或经由诸如元件805(例如，工作面或柜台)之类的中间物体与功率发射器101接触。

在该示例中，中继器线圈701由此经由外壳的第一外壳壁/侧面1201耦合到电磁负载105，并且经由第二相对的外壳壁/侧面1203耦合到功率发射器101。谐振电路(507)和中继器线圈701经由第二外壳壁/侧面1203电磁耦合到功率发射器101，并且经由第一外壳壁/侧面1201电磁耦合到电磁负载105。谐振电路(507)将来自功率发射器(201)的功率传输电磁信号的能量朝向电磁负载(505)集中。

中空支撑结构1001具有侧向地放置的进气口1205和放置在中央的排气口1207。气流发生器1209(通常是风扇)被布置为产生进入进气口1205的气流，从而导致气流进入中空支撑结构1001的中空内部。空气将通过排气口1207离开中空内部，从而在中空支撑结构1001的内部引起气流。已经发现，这种布置提供了显著改进的热设计，具有显著减少的热点。已经发现，侧向的进气口和中央的排气口的布置提供了中继器线圈701的更加均匀的冷却。同时，气流发生器1209不暴露于高电磁场中，并且因此可以包括金属部分，而不会感应出大的涡流。因此，气流发生器1209中的功率耗散和加热变得问题少得多。

图12的中间设备501还包括气流引导件，其与排气口相对并且指引气流在中继器线圈701之上离开排气口1207。在图12的示例中，气流引导件由外壳803的第一侧面或壁1201形成。因此，在该示例中，中空支撑结构1001、排气口1207和第一外壳壁1201被布置为使得从排气口1207离开的空气被第一外壳壁1201指引跨过中继器线圈701。

在许多实施例(例如，在图12中所示的实施例)中，中空支撑结构1001至少部分地由通过侧壁1211连接的相对壁形成。相对壁包括第一壁1213，其支撑中继器线圈701并且中继器线圈701被设置/安装在其上(通常附接到其上)。第一壁1213随后也将被称为支撑壁1213。

在该示例中，相对壁中的第二壁由第二外壳壁1203形成。这可以允许较低的复杂性和成本实施方式，但是将明白的是，在其他实施例中，可以采用中空支撑结构1001的单独的第二壁。中空支撑结构1001的第二相对壁在下面将被称为基础壁，并且将具体地与第二外壳壁1203相同(或其部分相同，该部分与支撑壁1213和侧壁1211一起形成中空支撑结构1001)。

通常，支撑壁1213和基础壁1203将大体上彼此平行，但是将明白的是，这不是必需的或必要的，并且可以设想许多其他结构。在该示例中，支撑壁1213和基础壁1203通过侧壁1211连接。在其中支撑壁1213和基础壁1203大体上平行的实施例中，侧壁1211通常可以与两者大体上正交。

将明白的是，这些壁中的一些或全部可以被一起形成为单个物理元件的集成部分，或者可以由随后连接在一起的一个或多个单独的元件形成。例如，在图12中，支撑壁1213和侧壁1211可以被形成为能够被附接到外壳的底部的单个模塑件，并且具体地，第二外壳壁1203由此形成中空支撑结构1001。

在该示例中，排气口1207被形成在支撑壁1213中，使得离开中空支撑结构1001的空气的方向具有与支撑壁1213正交的强分量，并且实际上在许多实施例中，平均气流可以与支撑壁1213大体上正交。气流引导件(并且在这种情况下，具体地为第一外壳壁1201)被布置为将气流重定向为沿着支撑壁1213，以使得其在中继器线圈701之上流动。在该示例中，气流引导件/第一外壳壁1201被布置为大体上平行于支撑壁1213并且与排气口1207相对，使得从排气口1207离开的空气将撞击第一外壳壁1201并且在侧向方向上偏转。因此，在该示例中，支撑壁1213和气流引导件/第一外壳壁1201形成空气导管或通道，其引导空气从排气口1207跨过中继器线圈701。然后，空气从导管离开侧向地到达中继器线圈701/其外部。然后，来自该冷却导管的气流可以例如通过适当的通风口807离开设备外壳。

在许多实施例中，中空支撑结构1001、排气口1207和气流引导件可以被布置为关于中继器线圈701对称，使得气流在不同方向上是均匀的。具体地，支撑壁1213、气流引导件和排气口1207可以围绕中继器线圈701的中心点旋转对称。这可以提供跨过中继器线圈701的均匀气流，并且减少或防止热点出现。

在图12的方法中，中继器线圈701被设置在支撑壁1213的外部上，并且因此被设置在中空支撑结构1001的外部上。排气口1207关于中继器线圈701被形成在中央，并且具体地被形成在支撑壁1213中，在中继器线圈701的绕组内部。在大多数实施例中，排气口1207的中心被布置为与中继器线圈701的(绕组的)中心重合。

进气口1205关于中继器线圈701被侧向地形成，并且具体地被形成为使得其位于中继器线圈701的(绕组的)外部。通常可以在中继器线圈701的外周边外部形成进气口1205。

具体地，如果圆柱体被形成为具有对应于中继器线圈701的外(最外)绕组的弯曲壁(或者更一般地，具有对应于中继器线圈701的外绕组的横截面的三维区域)，则将在中空支撑结构1001中在该圆柱体(区域)外部形成进气口1205。如果圆柱体被形成为具有对应于中继器线圈701的内(最内)绕组的弯曲壁(或更一般地，具有对应于内绕组的横截面的三维区域)，则将在中空支撑结构1001中在该圆柱体(区域)的内部形成排气口1207。

在许多实施例(例如，图12的实施例)中，可以直接地在中空支撑结构1001的侧壁中形成进气口1205。在许多实施例中，这可以提供较低的复杂性和更容易实现的结构，并且可以进一步在中空支撑结构1001中提供有利的气流。

将明白的是，在一些实施例中，中空支撑结构1001可以包括多个排气口。然而，在图12的示例中，唯一的排气口是在支撑壁1213中形成的排气口，并且另外，在支撑壁1213中仅形成一个排气口。这导致低复杂性的结构、布置和热设计。其可以进一步使在中继器线圈701之上的气流最大化，并且可以提供更有效的冷却效果。

在该示例中，中空支撑结构仅包括单个进气口和单个排气口。在其他实施例中，更多的进气口和/或排气口可以被包括在中空支撑结构中。然而，在许多实施例中，对单个进气口和/或单个排气口的限制可以提供改进的气流和冷却。另外或替代地，其可以提供在机械上更稳定或更低复杂性的布置和中间设备501。

图13示出了图12的中间设备501的透视图。虽然在中间设备501中，气流发生器(具体地为风扇)位于侧面，但是在中继器线圈701之上流动的气流仍然源自于中继器线圈的“磁性”中间。尽管风扇处于侧面，但是在中空支撑结构1001的中空腔中以及在中继器线圈701之上的气流能够有效地从中继器线圈701(包括从下方)移除热量。另外，气流设计并不复杂，并且实际上通过相对低复杂性的结构和布置来实现。

具体地，由于排气口位于线圈的磁性中间，所以气流可以变得关于中继器线圈对称，从而导致跨中继器线圈的更加均匀的冷却和温度分布。

此外，风扇位于具有低磁通量密度的区域中，并且因此金属部分(轴承、绕组等)将不会由于感应出的涡流或磁滞损耗而发热。

图14示出了在以2000瓦操作1-2分钟之后如所描述的中间设备的热图像。如能够看出的，跨中继器线圈区域的温度分布是均匀的。此外，也可以看到在外壳的两个通风口807附近的温度增加。

在许多实施例(例如，在图12中所示的实施例)中，中空支撑结构1001大体上是圆柱形的，并且中继器线圈701被设置在中空支撑结构的平坦表面之一上。在许多实施例中，这可以特别适于大体上是圆形的中继器线圈。此外，其通常可以提供更均匀的气流并减少热点，并且提供改进的冷却。

在许多实施例中，中间设备501还包括通信线圈/天线，该通信线圈/天线可以用于与功率发射器101(或实际上是功率接收器105)进行通信。通信线圈可以具体地是NFC通信线圈/天线，并且因此可以是NFC天线的绕组。具体地，中空支撑结构1001的并入不仅可以用于支撑中继器线圈701，而且还可以被布置为支撑通信线圈。具体地，如图15所示，在许多实施例中，支撑壁1213可以支撑中继器线圈701，而侧壁可以用于支撑通信线圈/天线1501。

将明白的是，为了清楚起见，以上描述已经参考不同的功能电路、单元和处理器描述了本发明的实施例。然而，将显而易见的是，可以在不削弱本发明的情况下使用在不同的功能电路、单元或处理器之间的任何适当的功能分布。例如，被示为由单独的处理器或控制器执行的功能可以由相同的处理器或控制器来执行。因此，对特定功能单元或电路的引用仅被视为对用于提供所描述的功能的适当的单元的引用，而并不指示严格的逻辑或物理结构或组织。

本发明能够以任何适当的形式来实现，包括硬件、软件、固件或者这些的任何组合。本发明可以任选地至少部分地作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件来实现。本发明的实施例的各元件和部件可以以任何适当的方式来物理地、功能地和逻辑地实现。实际上，功能可以在单个单元中、在多个单元中或者作为其他功能单元的部分来实现。因此，本发明可以在单个单元中实现，或者可以物理地且功能地分布在不同的单元、电路和处理器之间。

尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是并不旨在将本发明限于本文所阐述的特定形式。相反，本发明的范围仅受所附的权利要求限制。另外，尽管可能看起来结合特定实施例描述了特征，但是本领域技术人员将意识到，可以根据本发明来将所描述的实施例的各种特征进行组合。在权利要求中，术语包括不排除其他元件或步骤的存在。

此外，尽管单独列出，但是多个单元、元件、电路或方法步骤可以通过例如单个电路、单元或处理器来实现。另外，尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求中，但是这些特征可能可以被有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不暗示特征的组合是不可行和/或不利的。而且，在一种类别的权利要求中包括特征并不暗示对该类别的限制，而是指示该特征在合适时同样适用于其他权利要求类别。此外，权利要求中的特征的顺序并不暗示特征必须工作的任何特定顺序，并且具体地，方法权利要求中的各个步骤的顺序并不暗示必须以该顺序执行这些步骤。相反，可以以任何适当的顺序来执行这些步骤。另外，单数引用并不排除多个。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。权利要求中的附图标记仅是作为澄清的示例来提供的，而不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种用于支持从提供功率传输电磁信号的功率发射器(201)到电磁负载(505)的功率传输的设备；所述设备(501)包括：

谐振电路(507)，其包括线圈(701)和电容器(703)，所述线圈(701)被布置为通过第一表面区域而电磁耦合到所述功率发射器(201)并且通过第二表面区域而电磁耦合到所述电磁负载(505)；所述谐振电路(507)被布置为通过经由以下操作将来自所述第一表面区域的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述第二表面区域集中来将来自所述功率发射器(201)的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述电磁负载(505)集中：将来自第二电磁信号的磁场线朝向所述第二表面区域偏置，由此使来自所述功率发射器的所述磁场变形以提供通过所述第二表面区域的增加的通量；

中空支撑结构(1001)，其具有侧向地放置的进气口(1205)和放置在中央的排气口(1207)，所述线圈(701)被安装在所述中空支撑结构(1001)上并且被设置在所述中央的排气口(1207)周围；以及

气流发生器(1209)，其用于产生进入所述进气口(1205)的气流。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：气流引导件(1201)，其与所述排气口(1207)相对并且被布置为将气流指引在所述线圈(701)之上。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述气流引导件(1201)由所述设备(501)的外壳的壁形成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述中空支撑结构(1001)至少部分地由通过侧壁(1211)连接的相对壁形成，所述线圈(701)被设置在所述相对壁中的第一壁(1213)的外部上，并且所述排气口被形成在所述第一壁(1213)中。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述相对壁中的第二壁(1203)由所述设备(501)的外壳的部分形成。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述进气口至少部分地被形成在所述侧壁(1211)中。

7.根据前述权利要求4所述的设备，其中，所述相对壁中的仅所述第一壁(1213)包括任何排气口。

8.根据前述权利要求4所述的设备，还包括被设置在所述侧壁(1211)周围的通信天线(1501)。

9.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述进气口(1205)位于所述线圈(701)的外周边外部。

10.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述中空支撑结构(1001)仅包括单个进气口。

11.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述中空支撑结构(1001)仅包括单个排气口。

12.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述中空支撑结构(1001)大体上是圆柱形的，其中，所述线圈(701)被设置在所述中空支撑结构(1001)的平坦表面上。

13.根据前述权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述排气口(1207)被形成在所述线圈(701)的最内绕组内部。

14.一种用于支持从提供功率传输电磁信号的功率发射器(201)到电磁负载(505)的功率传输的方法；所述方法包括：

提供包括线圈(701)和电容器(703)的谐振电路(507)，所述线圈(701)被布置为通过第一表面区域而电磁耦合到所述功率发射器(201)，并且通过第二表面区域而电磁耦合到所述电磁负载(505)；所述谐振电路(507)通过经由以下操作将来自所述第一表面区域的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述第二表面区域集中来将来自所述功率发射器(201)的所述功率传输电磁信号的能量朝向所述电磁负载(505)集中：将来自第二电磁信号的磁场线朝向所述第二表面区域偏置，由此使来自所述功率发射器的所述磁场变形以提供通过所述第二表面区域的增加的通量；

提供中空支撑结构(1001)，所述中空支撑结构具有侧向地放置的进气口(1205)和放置在中央的排气口(1207)；所述线圈(701)被安装在所述中空支撑结构(1001)上并且被设置在所述中央的排气口(1207)周围；以及

气流发生器(1209)，其产生进入所述进气口(1205)的气流。

Images