CN115699513A - 用于在扩展间隔距离处传送功率的无线功率发射器和相关联基站 - Google Patents

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CN115699513A CN202180036348.4A CN202180036348A CN115699513A CN 115699513 A CN115699513 A CN 115699513A CN 202180036348 A CN202180036348 A CN 202180036348A CN 115699513 A CN115699513 A CN 115699513A
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Abstract

功率发射器被配置成在扩展范围处将无线功率传输到无线接收器，该扩展范围包括大于8毫米(mm)的间隔间隙。功率发射器包括控制和通信单元以及逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括被配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈至少限定顶面。功率发射器还包括屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈除了线圈顶面之外的全部。

Description

用于在扩展间隔距离处传送功率的无线功率发射器和相关联 基站
对相关申请的交叉引用
本申请请求下述优先权：(i)美国非临时申请号16/863,706，2020年4月30日提交且名为“WIRELESS POWER TRANSMITTERS AND ASSOCIATED BASE STATIONS FORTRANSMITTING POWER AT EXTENDED SEPARATION DISTANCES(用于在扩展间隔距离处传送功率的无线功率发射器和相关联基站)”，(ii)美国非临时申请号16/863,691，2020年4月20日提交且名为“SURFACE MOUNTABLE WIRELESS POWER TRANSMITTER FOR TRANSMISSION ATEXTENDED RANGE(用于在扩展范围处传输的表面可安装无线功率发射器)”，(iii)美国非临时申请号16/863,703，2020年4月30日提交且名为“WIRELESS POWER TRANSMITTERS WITHFRONT END VEHICULAR INPUT POWER PROTECTION(具有前端车辆输入功率保护的无线功率发射器)”，(iv)美国非临时申请号16/863,698，2020年4月30日提交且名为“OPERATINGFREQUENCY BASED POWER LEVEL ALTERING IN EXTENDED RANGE WIRELSS POWERTRANSMITTERS(扩展范围无线功率发射器中基于操作频率的功率电平改变)”，以及(vi)美国非临时申请号16/863,710，2020年4月30日提交且名为“MULTI-CHANNEL COOLING FOREXTENDED DISTANCE WIRELESS POWER TRANSMITTER(用于扩展距离无线功率发射器的多通道冷却)，它们每个都通过引用以其整体结合于此”。
技术领域
本公开一般涉及用于电功率的无线传递的系统和方法，并且更具体地涉及用于在扩展间隔距离处传送功率的无线功率发射器。
背景技术
无线功率传递系统被用在用于电能、电功率信号、电磁能、电数据信号以及其他已知的可无线传送的信号的无线传递的各种应用中。此类系统通常使用感应式无线功率传递，这在由发射元件产生的磁场在接收元件中感生出电场且因此感生出电流时发生。这些发射和接收器元件将通常采取盘绕电线和/或天线的形式。
因为一些无线功率传递系统在近场中是可操作的和/或最高效的，所以一些发射器可能局限于仅在发射器线圈与接收器线圈之间的限制性小间隙处具有可操作性。为此，在无线功率联盟的QiTM标准下的典型无线功率发射器可限于在大约3毫米(mm)到大约5mm的最大线圈到线圈间隔间隙(其在本文中可称为“间隔间隙”或“间隙”)处的操作性。间隔间隙有时被称为Z高度或Z距离，并且通常被测量为发射器线圈与接收器线圈之间的距离。
随着无线功率的采用增长，商业应用需要能够以大于3-5mm的间隙将功率传递给功率接收器的功率发射器。作为示例，橱柜和/或台面厚度可能大于3-5mm，并且因此，阻止穿过这种家具进行无线充电。因而，如果无线功率发射器仅能够发射穿过3-5mm材料，那么此充电器可能需要昂贵地内置到此类基础设施中，像机柜、工作台面和/或桌子等。就功率发射器相对于基础设施的放置而言，对内置充电器的这种需要限制了模块化。作为另一示例，现代移动设备可与可能阻碍到移动设备的无线功率传输和/或产生不允许无线功率传输的可操作性的间隔间隙的外壳、抓握设备和/或钱包等一起使用。由于传统近场无线功率传递系统所固有的间隔间隙的限制，传统无线功率发射器设计还可能不能够进行所需商业应用(例如，穿过对象充电器、桌下充电器、基础设施充电器、加固计算设备充电，等等)。增加间隔间隙同时保持令人满意的性能(例如，热性能、传递/充电速度、效率等)将增加可利用无线功率的商业应用的数量。
此外，当前标准规范、规章和/或最终用户产品规范可能需要特定功率电平以供传输给功率接收器。为此，出于效率、安全性和/或任何其他功率控制原因，功率接收器可以具有特定的功率请求和/或特定的限制。
概要
因此，需要能够附接到表面下方且可与所述表面上的功率接收器正确地耦合的新无线功率发射器。为此，需要无线功率发射器和/或相关联的基站，其能够在大于传统发射器的大约3mm到大约5mm的间隔间隙的间隔间隙处将无线功率信号传递给功率接收器，使得这样的无线功率发射器能够附接到表面的底部并且向在所述表面的顶部的接收器发射。此类无线功率发射器在交通工具中使用是合需的。另外，这些较大间隙距离处的无线功率发射器可能需要和/或可经由更精确和/或粒度化的功率控制来增强。此外，为了减轻可能由于增加的功率和/或间隔间隙的相关联增加而发生的任何发热问题，需要用于减轻此类潜在发热问题的新系统、方法和装置。
在一实施例中，发射器的总体结构以允许发射器在约87千赫(kHz)至约205kHz的操作频率下传递功率并且实现与在该频率范围中操作的传统发射器相同和/或增强的功率传递相对特性(例如，功率传递速率、功率传递速度、功率电平、功率电平管理等)的方式来配置。因此，间隔间隙可使用发射器的总体结构从约3-5mm增加至约15mm或更大。在一实施例中，发射器可配置有铁氧体芯，该铁氧体芯在三侧上基本上包围发射器天线。铁氧体芯没有包围发射器天线的唯一位置是在顶部(例如，在功率传递方向上)和功率线连接到发射器天线的地方。发射器的这种总体结构允许功率传递特性、功率电平特性、自谐振频率限制、设计要求、对标准主体所需特性的遵守、材料清单(BOM)和/或形状因子限制等的组合，其允许在更大的间隔间隙上进行功率传递。
通常，从此类线圈天线中的一者到另一者的电能、电功率、电磁能或电子数据信号中的一者或多者的传输在一个操作频率和/或一个操作频率范围下操作。可以出于多种原因来选择操作频率，诸如但不限于，功率传递特性、功率电平特性、自谐振频率限制、设计要求、遵守标准主体的所需特性、材料清单(BOM)和/或形状因子限制、以及其他。应注意，如本领域技术人员已知的，“自谐振频率”通常是指由于组件的寄生特性引起的电感器的谐振频率。
交通工具可以是运输人和/或货物的机器。示例性交通工具包括汽车，诸如小汽车、卡车、公共汽车和其他陆地交通工具。交通工具的其他示例可包括飞机、船、高尔夫车、小型工业车、农业设备、建筑装备、航海交通工具、混用交通工具、休闲交通工具、运动交通工具、公共交通工具和火车。交通工具功率源引入用于设计无线功率发射器的挑战，因为输入功率易受功率浪涌、瞬变和静电放电(ESD)等等中的一者或多者影响，这些可造成功率发射器和功率源系统本身中的一者或两者中的损坏和/或失效。为此，单个瞬态电压尖峰有可能损坏和/或破坏功率发射器的电路系统的组件。附加地或替换地，由交通工具功率源产生的电噪声(即使是相对低能量的噪声)可导致数字通信的显著中断。
在一实施例中，一种交通工具包括交通工具功率输入调节器，其被配置成接收输入功率并且将该输入功率滤波成经滤波输入功率。交通工具功率输入调节器包括输入保护电路和DC/DC电压转换器。逆变器电路接收经滤波输入功率并且将经滤波输入功率转换成功率信号。该功率信号被提供给高Z无线充电器。因此，由于交通工具功率输入调节器的配置，交通工具功率源被保护免受功率浪涌、瞬变和静电放电。
在一些示例中，与常规无线功率发射器相比，诸如由Qi标准限定的那些功率分布(profile)可能需要更复杂和/或精确的控制。此类示例可涉及到无线功率发射器的较高功率输入，且因此在功率调节系统和/或放大器设计中可能需要较昂贵和/或复杂的电压调节机构。为此，利用本文中所公开的系统和方法，这些电压调节机构可从无线功率发射器移除，且无线功率发射器可利用本文中所公开的控制方案经由与外部输入电源的通信来控制到无线功率发射器的输入功率。通过利用与外部电源的通信，对于这样的功率发射器，可以减少材料清单(BOM)，导致更低成本的功率发射器。附加地或替换地，通过利用这些控制方案，当与现成电源(例如，通用串行总线(USB)电源、照明电源、高通快速充电设备、USB-C电源、USB-PD(USB功率传递)电源、迷你USB电源、专有电源、电子设备(例如，计算机、多设备充电器、汽车控制台、移动设备、便携式电源、电池、发电机等)上的输入/输出一起使用时，利用本文中所公开的所述方案的功率发射器可具有较大兼容性和/或性能。
在本文公开的一些示例中，由方法或过程确定的或存储在数据库中的数据可被用来经由操作点将功率输出电平与功率发射器的操作的操作频率范围内的特定操作频率相关联。为此，由于不同操作点处的不同功率特性，可以通过动态地改变操作频率范围内的操作频率来实现功率、电压和/或电流电平的粒度控制，以实现用于输出到功率接收器的所需功率电平。
此外，因为增加间隔间隙可与功率电平的升高相关联，所以应在新的、更高间隔间隙的无线功率发射器中利用适当的热减轻。本文中所描述的系统及装置允许此热减轻，使得在不损坏功率发射器、待供电的设备和/或与所述设备相关联的功率接收器、功率发射器所安装到的表面或其组合中的一者或多者的情况下实现大间隔间隙。
另外，相对于功率发射器安装在其上的表面而言，将本文公开的功率发射器和/或发射器天线用作可表面安装的功率发射器的一部分允许发射器放置的更大的模块化。此外，在一些示例中，当与传统表面相关联的功率发射器相比时，本文公开的功率发射器实现的经扩展间隔距离可允许在较厚的表面厚度和/或较厚的表面材料上使用可表面安装的功率发射器。
另外，在本公开的一些实施例中，提供一种外壳，其包括两个或更多个气流开口和/或通道，该气流开口和/或通道被配置成用于在电子设备正由本文中所公开的无线功率发射器供电和/或充电时向该电子设备提供气流。通过利用本文所公开的外壳，可利用多个冷却和/或气流通道来减轻与经由无线功率发射器的无线功率发射相关联的任何热问题。此类热问题可包括(但不限于)包括无线功率发射器的发热、无线功率发射器的组件的发热、与无线功率发射器在操作上相关联的外壳的发热、由无线功率发射引起的移动设备的发热、由移动设备引起的移动设备的发热、移动设备的外壳的发热、系统附近的材料的发热，或其任何组合。与传统设备相比，此类外壳可允许更高功率无线传输，这可允许移动设备的更快无线充电，同时与传统无线功率发射器相比，还维持更大间隔间隙和/或Z距离。
根据本公开的一个方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元以及逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括被配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz(绞合)线形成并且包括至少一个层，该线圈至少限定顶面。功率发射器还包括屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯且限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5毫米(mm)至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约2mm至约3mm的范围中的厚度。
在一种细化中，该至少一个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，Litz线是双股Litz线。
在进一步细化中，第一层包括在约4匝至约5匝的范围中的第一匝数，并且其中第二层包括在约4匝至约5匝的范围中的第二匝数。
在另一细化中，Litz线具有在约1mm至约1.5mm范围中的直径，并且包括多根股线，该多根股线包括在约80根股线至约120根股线范围中的股线数。
在进一步细化中，多根股线中的每根股线具有在约0.05mm至约0.1mm范围中的直径。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的基站。该基站包括接口表面、控制和通信单元以及逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该基站还包括被配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈至少限定顶面。基站还包括屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯且限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，接口表面与线圈通过接口间隙距离分开，该接口间隙距离在约8毫米(mm)至约10mm的范围中。
在一种细化中，接口表面基本上跨线圈的整个顶面延伸。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，基站还包括至少一个用户反馈机构，其被配置成帮助用户将功率接收器与用于经由线圈的无线功率传输的活动区域(active area)对准，功率接收器配置成从线圈获取近场感应功率。
在进一步细化中，至少一个用户反馈机构包括接口表面上的指示活动区域的位置的标记。
在另一细化中，至少一个用户反馈机构包括视觉反馈显示器，该视觉反馈显示器被配置成指示功率接收器与活动区域的正确对准。
在另一进一步细化中，至少一个用户反馈机构包括被配置成指示功率接收器是否与活动区域正确对准的触觉反馈机构或者被配置成指示功率接收器是否与活动区域正确对准的可听反馈机构、触觉反馈机构中的一者或多者。
根据本公开的又一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元以及逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括被配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括第一层和第二层，第一层和第二层中的每一者包括在大约4匝至大约5匝的范围中的相应匝数。该线圈限定至少顶面，并且具有在约40mm至约50mm的外径长度范围中的外径长度，在约15mm至约25mm的内径长度范围中的内径长度，以及在约2mm至约3mm的厚度范围中的厚度。功率发射器还包括E芯型屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯且限定腔，该腔配置有E芯配置，使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面外的全部。
根据本公开的一个方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。该功率发射器包括交通工具功率输入调节器，其被配置成接收输入功率并将输入功率滤波成经滤波输入功率，交通工具功率输入调节器包括输入保护电路和DC/DC电压转换器。该功率发射器还包括控制和通信电路和逆变器电路，逆变器电路接收经滤波输入功率并将经滤波输入功率转换成功率信号。功率发射器还包括用于将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该至少一个层中的每一个具有N匝，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，输入保护电路包括过压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括欠压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括静电放电保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括电磁干扰减轻电路。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5mm至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
在一种细化中，该线圈具有在约2mm至约3mm的范围中的厚度。
在一种细化中，至少两个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，Litz线是双股Litz线。
在又一细化中，第一层包括约4.5匝，并且其中第二层包括约4.5匝。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。该功率发射器包括交通工具功率输入调节器，其被配置成接收输入功率并将输入功率滤波成经滤波输入功率，交通工具功率输入调节器包括输入保护电路和DC/DC电压转换器。该功率发射器还包括控制和通信电路和逆变器电路，逆变器电路接收经滤波输入功率并将经滤波输入功率转换成功率信号。功率发射器还包括用于将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该至少一个层中的每一个具有N匝，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，输入保护电路包括过压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括欠压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括静电放电保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括电磁干扰减轻电路。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5mm至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
在一种细化中，该线圈具有在约2mm至约3mm的范围中的厚度。
在一种细化中，至少两个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，Litz线是双股Litz线。
在又进一步细化中，第一层包括约4.5匝，并且其中第二层包括约4.5匝。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递系统的基站。该基站包括交通工具功率输入调节器，其被配置成接收输入功率并将输入功率滤波成经滤波输入功率，交通工具功率输入调节器包括输入保护电路和DC/DC电压转换器。该基站还包括接口表面、控制和通信电路和逆变器电路，逆变器电路接收经滤波输入功率并将经滤波输入功率转换成功率信号。该基站还包括用于将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该至少一个层中的每一个具有N匝，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，输入保护电路包括过压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括欠压保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括静电放电保护电路。
在一种细化中，输入保护电路包括电磁干扰减轻电路。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
根据本公开的又一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。该功率发射器包括交通工具功率输入调节器，其被配置成接收输入功率并将输入功率滤波成经滤波输入功率，交通工具功率输入调节器包括输入保护电路和DC/DC电压转换器，该输入保护电路包括过压保护电路、欠压保护电路、静电放电保护电路、电磁干扰减轻电路、及其任何组合中的一者或多者。该功率发射器还包括控制和通信电路和逆变器电路，逆变器电路接收经滤波输入功率并将经滤波输入功率转换成功率信号。功率发射器还包括用于将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该至少一个层中的每一个具有N匝，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔配置有E芯配置，使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。该线圈具有在约40mm至约50mm的外径长度范围中的外径长度，在约15mm至约25mm的内径长度范围中的内径长度，以及在约2mm至约3mm的厚度范围中的厚度。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成提供功率控制信号以控制功率信号的功率电平，该功率信号被配置成用于传输给功率接收器。该功率发射器还包括逆变器电路，其被配置成从功率发射器外部的电源接收直流(DC)功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，控制和通信单元还被配置成从功率接收器接收功率请求信号并基于该功率请求信号来确定功率控制信号。
在一种细化中，控制和通信单元被配置成将功率控制信号提供给功率发射器外部的电源，并且该电源被配置成配置输入DC功率以基于功率控制信号来生成所提供的DC功率并且将DC功率提供给逆变器电路。
在进一步细化中，电源包括电压调节器和电源控制器，电源控制器被配置成接收功率控制信号，基于该功率控制信号来生成用于更改DC功率的DC电压的电压调节指令，以及将电压调节指令提供给电压调节器以控制DC功率的DC电压。
在又进一步细化中，电压调节指令包括用于电压调节器的升压指令或降压指令，升压指令和降压指令具有阶跃电平，该阶跃电平是电压调节器被配置成升高或降低DC功率的DC电压处的电压变化。在又进一步细化中，阶跃电平在约10毫伏(mV)至约500mV的范围中。
在又另一进一步细化中，阶跃电平是约200mV。
在进一步细化中，功率信号是具有均方根电压的交流(AC)功率信号，并且控制和通信电路被配置成生成用于在操作频率处配置功率信号的交流(AC)频率的脉宽调制信号，该脉宽调制信号由占空比更改来修改，占空比更改被配置成降低功率信号的均方根电压。
在又进一步细化中，输出功率具有均方根电压，该均方根电压小于经升高或降低的DC电压。
在一种细化中，控制和通信单元被配置成生成用于在操作频率处配置功率信号的交流(AC)频率的脉宽调制信号，该脉宽调制信号由占空比更改来修改，占空比更改被配置成在一段时间内更改传送给功率接收器的功率量。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成将功率信号提供给功率发射器外部的电源用于控制传输给功率接收器的功率信号的功率电平，该电源被配置成基于功率控制信号来配置直流(DC)功率。该功率发射器还包括逆变器电路，其被配置成从功率发射器外部的电源接收DC功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5毫米(mm)至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
在一种细化中，该至少一个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，第一层包括在约4匝至约5匝的范围中的第一匝数，并且其中第二层包括在约4匝至约5匝的范围中的第二匝数。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的系统。该系统包括功率发射器和电源。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成提供用于控制传输给功率接收器的功率信号的功率电平的功率控制信号；以及逆变器电路，其被配置成接收直流(DC)功率并将输入功率转换成功率信号。该功率发射器还包括配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。电源在功率发射器外部，该电源被配置成基于功率控制信号来配置DC功率。电源包括电压调节器和电源控制器，电源控制器被配置成接收输入功率信号，基于功率控制信号来生成用于更改DC输入功率的电压调节指令，电压调节指令包括用于DC/DC转换器的升压指令或降压指令，该升压指令和降压指令具有阶跃电平，该阶跃电平是电压调节器被配置成升高或降低DC功率的DC电压的电压变化，并且将电压调节指令提供给电压调节器以控制DC功率的DC电压。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于从在约87千赫(kHz)至约205kHz的操作范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成提供功率控制信号以控制配置成用于传输给功率接收器的功率信号的功率电平，并且包括用于从操作频率范围确定和选择操作频率的脉宽调制(PWM)信号发生器。该功率发射器还包括逆变器电路，其被配置成接收直流(DC)功率并将输入功率转换成功率信号；线圈，其被配置成将功率信号传送给功率接收器，该线圈由缠绕Litz线形成并且包括至少一层，该线圈至少限定顶面；以及屏蔽，其包括铁氧体芯且限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，控制和通信单元还被配置成从功率接收器接收功率请求信号并基于该功率请求信号来确定功率控制信号。
在一种细化中，控制和通信单元被配置成将功率控制信号提供给功率发射器外部的电源，并且该电源被配置成配置输入DC功率以基于功率控制信号来生成所提供的DC功率并且将DC功率提供给逆变器电路。
在进一步细化中，电源包括电压调节器和电源控制器，电源控制器被配置成接收功率控制信号，基于该功率控制信号来生成用于更改DC功率的DC电压的电压调节指令，以及将电压调节指令提供给电压调节器以控制DC功率的DC电压。
在进一步细化中，控制和通信电路被配置成生成用于功率输入信号的多个频移信号，这些频移信号被提供给PWM信号发生器并且被配置成通过在操作频率范围内偏移该操作频率来改变逆变器电路的功率信号的功率电平。
在另一进一步细化中，电压调节指令包括选择用于指派作为DC功率的DC电压的基本DC电压，并且电源被配置成针对DC电压配置具有基本DC电压的DC功率，其中基本电压选自一个或多个预设DC功率电压电平。
在又进一步细化中，预设DC功率电压包括5伏(V)、9V、15V或20V中的一者或多者。
在另一进一步细化中，一个或多个基本电压电平包括第一基本电压电平和第二基本电压电平，第一基本电压电平与第一基本功率电平电关联，并且第二基本电压电平与第二基本功率电平电关联，并且频移被确定成使得功率信号的AC输出功率电平大于第一基本功率电平且小于第二基本功率电平。
在一种细化中，控制和通信电路被配置成生成用于功率输入信号的多个频移信号，这些频移信号被提供给PWM信号发生器并且被配置成通过在操作频率范围内偏移操作频率来更改逆变器电路的功率信号的功率电平。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成将功率信号提供给功率发射器外部的电源以用于控制传输给功率接收器的功率信号的功率电平，该电源被配置成基于功率控制信号来配置直流(DC)功率，控制和通信单元还包括用于从操作频率范围中确定并选择操作频率的脉宽调制(PWM)信号发生器。该功率发射器还包括逆变器电路，其被配置成从功率发射器外部的电源接收DC功率并将输入功率转换成功率信号；线圈，其被配置成将功率信号传送给功率接收器，该线圈由缠绕Litz线形成并且包括至少一层，该线圈至少限定顶面；以及屏蔽，其包括铁氧体芯且限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5毫米(mm)至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
在一种细化中，该至少一个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，第一层包括在约4匝至约5匝的范围中的第一匝数，并且其中第二层包括在约4匝至约5匝的范围中的第二匝数。
在本公开的又另一方面中，公开了一种用于从一操作范围中选择的操作频率处的无线功率传递的系统，该操作频率范围在约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中。该系统包括功率发射器和电源。功率发射器包括控制和通信单元，其被配置成提供功率控制信号用于控制配置成用于传输给功率接收器的功率信号的功率电平，并且包括用于从操作频率范围确定和选择操作频率的脉宽调制(PWM)信号发生器。该功率发射器还包括逆变器电路，其被配置成接收直流(DC)功率并将输入功率转换成功率信号；线圈，其被配置成将功率信号传送给功率接收器，该线圈由缠绕Litz线形成并且包括至少一层，该线圈至少限定顶面；以及屏蔽，其包括铁氧体芯且限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。电源是功率发射器外部的电源，该电源被配置成基于功率控制信号来配置DC功率。电源包括电压调节器以配置DC功率以具有用于DC电压的基本DC电压；以及电源控制器，其被配置成接收输入功率信号，基于该功率控制信号来生成用于更改DC功率的电压调节指令，该电压调节指令包括用于选择用于指派作为DC功率的DC电压的基本DC电压的指令，该基本DC电压选自于一个或多个预设的DC功率电压电平，并将电压调节指令提供给电压调节器以配置DC功率的DC电压。
在一种细化中，预设DC功率电压包括5伏(V)、9V、15V或20V中的一者或多者。
在一种细化中，一个或多个基本电压电平包括第一基本电压电平和第二基本电压电平，第一基本电压电平与第一基本功率电平电关联，并且第二基本电压电平与第二基本功率电平电关联，并且确定频移使得功率信号的AC输出功率电平大于第一基本功率电平且小于第二基本功率电平。
在一种细化中，控制和通信电路被配置成生成用于功率输入信号的多个频移信号，这些频移信号被提供给PWM信号发生器并且被配置成通过在操作频率范围内偏移操作频率来更改逆变器电路的功率信号的功率电平。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器。功率发射器包括控制和通信单元、逆变器电路以及发射器天线，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该发射器天线还包括配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。功率发射器还包括表面可安装外壳，该表面可安装外壳基本上至少连接至发射器天线，并且表面可安装外壳包括连接器系统，连接器系统被配置成用于至少将发射器天线安装至结构表面的底侧，使得发射器天线被配置成当接收器天线邻近结构表面的顶侧时，其与功率接收器的接收器天线耦合。
在一种细化中，表面可安装外壳的至少一部分还包括散热器，该散热器被配置成当功率发射器连接至结构表面时至少部分地搁置在发射器天线下方，并且被配置成将由功率发射器生成的热引导远离结构表面。
在进一步细化中，功率发射器还包括发射器电子电路板，该发射器电子电路板包括控制和通信电路、逆变器电路或其组合中的一者或多者的组件，并且散热器被配置成将由电子电路板或位于电子电路板上的组件中的一者或多者生成的热消散远离结构表面。
在又进一步细化中，功率发射器还包括热界面材料，该热界面材料布置在电子电路板和散热器之间并且被配置成将热从电子电路板引导到散热器。
在又进一步细化中，热界面材料包括热胶、热粘合剂、热间隙过滤器、导热垫、热带、相变材料、金属热界面或其组合中的一者或多者。
在另一进一步细化中，表面可安装外壳还包括天线外壳，该天线外壳基本上包围发射器天线的侧壁，并且天线外壳连接到散热器并且定位在散热器与结构表面之间。
在另一进一步细化中，散热器限定了一个或多个切口，该一个或多个切口中每一者被配置成增加散热器的外表面面积。
在另一进一步细化中，散热器至少部分地由铝形成。
在一种细化中，结构表面的底侧与结构表面的顶侧之间的厚度在约5毫米(mm)至约15mm的范围中，并且表面可安装外壳被配置成经由连接系统直接安装在结构编码的底侧。
在一种细化中，表面厚度被定义成结构表面的底侧与结构表面的顶侧之间的厚度，该结构构件限定了孔洞，该孔洞限定了孔洞顶板(ceiling)和孔洞开口，孔洞厚度被定义为该孔洞顶板与该孔洞开口之间的厚度，该孔洞厚度小于表面厚度，并且表面可安装外壳被配置成安装到结构表面的孔洞的孔洞顶板。
在进一步细化中，表面厚度在约20mm至约60mm的范围中，而孔厚度在约5mm至约50mm的范围中。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的表面可安装功率发射器，该表面可安装功率发射器被配置成安装在结构表面的底侧。表面可安装功率发射器包括控制和通信单元、逆变器电路以及发射器天线，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号。该发射器天线还包括配置成将功率信号传送给功率接收器的线圈，该线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，该线圈限定至少顶面；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围线圈的除了线圈顶面之外的全部。功率发射器还包括表面可安装外壳，该表面可安装外壳基本上至少连接至发射器天线，并且表面可安装外壳包括连接器系统，连接器系统被配置成用于至少将发射器天线安装至结构表面的底侧，使得发射器天线被配置成当接收器天线邻近结构表面的顶侧时，其与功率接收器的接收器天线耦合。
在一种细化中，该屏蔽是E-芯型屏蔽，并且该腔被配置成E形结构。
在一种细化中，该至少一个层包括第一层和第二层。
在进一步细化中，Litz线是双股Litz线。
在又进一步细化中，第一层包括在约4匝至约5匝的范围中的第一匝数，并且其中第二层包括在约4匝至约5匝的范围中的第二匝数。
在一种细化中，屏蔽的屏蔽外边缘从线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5毫米(mm)至约6.5mm。
在一种细化中，该线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
在一种细化中，其中该线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的厚度。
根据本公开的又另一方面，公开了一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器的表面可安装外壳，该功率发射器至少包括发射器天线。表面可安装外壳包括连接器系统，连接器系统被配置成用于至少将发射器天线安装到结构表面的底侧，使得发射器天线被配置成当接收器天线靠近结构表面的顶侧时与功率接收器的接收器天线耦合。表面可安装外壳还包括散热器，该散热器被配置成当功率发射器连接到结构表面时至少部分搁置在发射器天线的下方，并且被配置成将由功率发射器生成的热引导远离结构表面；以及天线外壳，该天线外壳基本上包围发射器天线的侧壁，天线外壳连接到散热器并定位在散热器和结构表面之间。
根据本公开的另一方面，一种用于无线功率传递至具有功率接收器的移动设备的功率发射器，该功率接收器可与功率发射器耦合，该移动设备至少限定移动设备前表面和移动设备后表面。功率发射器包括控制和通信单元；逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号；以及发射器天线和外壳。该发射器天线包括配置成将功率信号传送给功率接收器的至少一个线圈，该至少一个线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围该至少一个线圈的除了该至少一个线圈的顶面之外的全部。外壳被配置成至少容纳发射器天线并限定被配置成放置移动设备用于无线功率传递的前表面；被配置成提供气流的气流开口；第一气流通道，该第一气流通道被配置成用于经由与气流开口处于流体连通、靠近前表面或移动设备的后表面中的一者或多者提供气流中的至少一些；突出部，该突出部至少部分地从前表面向外延伸，该突出部具有突出部顶面，该突出部顶面与前表面形成一角度，该角度小于约180度并且大于约0度；以及第二气流通道，该第二气流通道被配置成用于经由与气流开口流体连通、靠近突出部顶面、移动设备顶面、和其任何组合中的一者或多者来提供该气流的至少一些。
在一种细化中，功率发射器还包括风扇，该风扇被配置成将气流中的至少一些提供给气流开口，并且外壳还限定风扇腔，该风扇腔被配置成至少容纳风扇，并且风扇腔至少与气流开口处于流体连通，以将气流中的至少一些提供给气流开口。
在一种细化中，外壳还限定后表面，其中该外壳的厚度被限定在前表面和后表面之间，并且其中第一气流通道包括第一气流通道腔，第一气流通道腔是至少部分地延伸约该厚度的腔。
在进一步细化中，第一气流通道还包括第一通道开口，第一通道开口至少与气流开口处于流体连通，该第一通道开口被配置成将来自气流开口的气流中的至少一些提供给第一气流通道腔或移动设备的后表面中的一者或多者。
在又进一步细化中，第一通道开口被限定为突出部顶面中的第一突出部开口，第一突出部开口至少与气流开口处于流体连通。
在另一进一步细化中，第一气流通道还包括与第一气流通道腔处于流体连通的至少一个通风口，该至少一个通风口被配置成减轻来自移动设备后表面的热。
在又进一步细化中，至少一个通风口向外壳外部的环境打开，并且被配置成促进外部气流从外壳进入或离开中的一者或多者。
在另一进一步细化中，第一气流通道腔被配置成在机械上接收与移动设备相关联的机械体，其中出于无线功率传递的目的，机械体的接收至少部分地将发射器天线与移动设备的接收器天线对准，并且机械体是移动设备的机械部件、与移动设备相关联的外围、或其任何组合中的一者或多者。
在一种细化中，第二气流通道包括第二通道开口，第二通道开口至少与气流开口处于流体连通，该第二通道开口被配置成将来自气流开口的气流中的至少一些提供给移动设备前表面。
在一种细化中，外壳还限定外壳基底结构和外壳支架(stand)结构，外壳支架结构包括前表面和后表面，前表面和后表面由外壳支架结构厚度分隔开，外壳基底结构包括顶表面和底表面，顶表面和底表面由外壳基底结构厚度分隔开，外壳支架结构和外壳基底结构分别被定位成使得至少部分地通过后表面的第一部分和顶表面的第二部分形成一角度，并且该角度大于约0度且小于约180度。
在一种细化中，该角度被配置成使得当移动设备被置于靠近前表面时，移动设备前表面相对于移动设备的用户在适当的视角。
根据本公开的另一方面，一种用于无线功率传递至具有功率接收器的移动设备的功率发射器，该功率接收器可与功率发射器耦合，该移动设备至少限定移动设备前表面和移动设备后表面。功率发射器包括控制和通信单元；逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号；以及发射器天线和外壳。该发射器天线包括配置成将功率信号传送给功率接收器的至少一个线圈，该至少一个线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层；以及屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围该至少一个线圈的除了该至少一个线圈的顶面之外的全部。外壳被配置成至少容纳发射器天线并限定顶表面、底表面，移动设备被置于该顶表面上用于无线功率传递，其中外壳厚度至少部分地限定在顶表面与底表面之间。外壳还限定被配置成提供气流的气流开口；第一气流通道，其被配置成经由与气流开口流体连通、靠近前表面或移动设备后表面中的一者或多者提供气流中的至少一些；至少部分地从前表面向外延伸的突出部，该突出部具有突出部顶面，该突出部顶面与前面形成一角度，该角度小于大约180度并且大于大约0度；以及第二气流通道，其被配置成经由与气流开口流体连通、靠近突出部顶面、移动设备顶表面、和其任何组合中的一者或多者提供气流中的至少一些。
在一种细化中，气流开口被配置成与外部气流源处于流体连通，外部气流源将气流中的至少一些提供给气流开口。
在进一步细化中，外部气流源是与交通工具在操作上相关联的气流源。
在一种细化中，功率发射器还包括风扇，该风扇被配置成将气流中的至少一些提供给气流开口，并且外壳还限定风扇腔，该风扇腔用于至少容纳风扇，并且风扇腔至少与气流开口处于流体连通，以将气流中的至少一些提供给气流开口。
在一种细化中，第一气流通道包括第一气流通道腔，第一气流腔是至少部分地沿外壳厚度从顶表面并且朝向底表面的腔。
在进一步细化中，第一气流通道还包括第一通道开口，第一通道开口至少与气流开口处于流体连通，该第一通道开口将来自气流开口的气流中的至少一些提供给第一气流通道腔或移动设备的后表面、以及其组合中的一者或多者。
在另一进一步细化中，第一通道开口被限定为突出部顶面中的第一突出部开口，第一突出部开口至少与气流开口处于流体连通。
根据本公开的又另一方面，一种用于无线功率传递至具有功率接收器的移动设备的功率发射器，该功率接收器可与功率发射器耦合，该移动设备至少限定移动设备前表面和移动设备后表面。功率发射器包括控制和通信单元；逆变器电路，该逆变器电路被配置成接收输入功率并将输入功率转换成功率信号；以及发射器天线和外壳。该发射器天线包括发射器线圈阵列，该发射器线圈阵列包括顶面和两个或更多个发射器线圈，两个或更多个发射器线圈被配置成将功率信号传送给功率接收器，两个或更多个发射器线圈由缠绕Litz线形成且包括至少一个层和屏蔽，该屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，该腔被配置成使得铁氧体芯基本上包围该至少一个线圈的除了该至少一个线圈的顶面之外的全部。外壳被配置成至少容纳发射器天线并限定顶表面、底表面，移动设备被置于该顶表面上以用于无线功率传递，其中外壳厚度至少部分地限定在顶表面与底表面之间。外壳还限定被配置成提供气流的气流开口；第一气流通道，其被配置成经由与气流开口流体连通、靠近前表面或移动设备后表面中的一者或多者以提供气流中的至少一些；至少部分地从前表面向外延伸的突出部，该突出部具有突出部顶面，该突出部顶面与前面形成一角度，该角度小于大约180度并且大于大约0度；以及第二气流通道，其被配置成经由与气流开口流体连通、靠近突出部顶面、移动设备顶表面、和其任何组合中的一者或多者以提供气流中的至少一些。
在一种细化中，铁氧体芯包括用于包围两个或更多个发射器线圈中的每一者的外径的外壁以及在两个或更多个发射器线圈中的每一者的一个或多个内径内占据两个或更多个线圈的Litz线之间的空间的一个或多个铁氧体芯。
当结合附图阅读时，将更好地理解本发明的这些和其他方面和特征。
附图的简要描述
图1A是根据本公开的实施例的无线功率传递系统的实施例的示例性框图。
图1B是根据本公开的实施例的无线功率传递系统的另一实施例的示例性框图。
图2A是根据图1A以及本公开的实施例的可结合图1的无线功率传递系统使用的功率发射器的示例性框图。
图2B是根据图1B以及本公开的实施例的可结合图1的无线功率传递系统使用的另一功率发射器的示例性框图。
图3是根据图1-2以及本公开的实施例的图2的功率发射器的控制和通信系统的组件的示例性框图。
图4是根据图1-3以及本公开的实施例的图3的功率发射器的控制和通信系统的感测系统的组件的示例性框图。
图5A是根据图1A和2A以及本公开的实施例的图1A和2A的功率发射器的功率调节系统的组件的示例性框图。
图5B是根据图1A和2B以及本公开的实施例的图1A和2B的功率发射器的功率调节系统的组件的示例性框图。
图5C是根据图1-2以及本公开的实施例的图1-2的功率发射器中的任一者的功率调节系统的组件的示例性框图。
图6是根据本公开的实施例的无线功率传递系统的另一实施例的示例性框图。
图7是根据图1-6以及本公开的实施例的可结合图6的无线功率传递系统使用的另一无线功率发射器的示例性框图。
图8是解说根据本公开的瞬态电压浪涌的示例性电压绘图。
图9A是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的交通工具功率输入调节器的配置的示例性框图。
图9B是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的交通工具功率输入调节器的另一配置的示例性框图。
图9C是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的交通工具功率输入调节器的又一配置的示例性框图。
图9D是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的交通工具功率输入调节器的又一配置的示例性框图。
图9E是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的交通工具功率输入调节器的又一配置的示例性框图。
图10是解说根据图1至图5、9A-9E和本公开的用于图9A-9E的交通工具功率输入调节器中的任一者的输入保护电路的示例性组件的示例性框图。
图11A是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的组件和图1的无线功率传递系统的外部电源的示例性框图。
图11B是解说根据图1-11A和本公开的功率发射器的、与图11A的组件类似的组件的示例性框图，但是进一步解说在生成功率信号的过程中的占空比偏移。
图11C是解说根据图1-11B和本公开的、与图11A和11B的发射器控制器、脉宽调制发生器或其组件中的一者或多者相关联的组件和/或功能的示例性框图。
图12A是根据图1-5和本公开的用于图1-5的功率发射器的组件和图1的无线功率传递系统的外部电源的示例性框图。
图12B是解说根据图1-5、12A和本公开的功率发射器的与图12A的组件类似的组件的示例性框图，但是进一步解说在生成功率信号的过程中的占空比偏移。
图12C是解说根据图1-5、12A-B和本公开的与图12A和12B的发射器控制器、脉宽调制发生器或其组件中的一者或多者相关联的组件和/或功能的示例性框图。
图12D是解说根据图1-5、12A-C和本公开的与图12A-C的发射器控制器、脉宽调制发生器或其组件中的一者或多者相关联的组件和/或功能的另一示例性框图。
图13是根据图1-5、12A-D和本公开的用于控制图1-5和12-D的无线功率发射器中的功率输出并且利用图12中解说的元件的方法的框图。
图14是根据图1-13和本公开的图1-13的功率发射器的组件的示例性电气示意图。
图15是根据图1-14和本公开的实施例的图1-14的功率发射器的发射器线圈的形状的透视图。
图16是根据图1-15和本公开的与功率发射器20相关联的基站的组件的截面图。
图17是根据图1-16和本公开的实施例的与图1-16的发射器线圈相关联的屏蔽的透视图。
图18A是根据图1-5和本公开的图1-17的发射器线圈和图16和17的屏蔽的透视图。
图18B是根据图1-18A和本公开的图1-18A的发射器线圈和图16和17的屏蔽的分解透视图。
图19A是根据图1-18和本公开的图1-18的基站的实施例的示例性框图。
图19B是根据图1-18和本公开的图1-18的基站的另一实施例的示例性框图。
图20是由图1-19中解说的和本文中公开的线圈和/或发射器生成的磁场的实际模拟的读出。
图20A是根据图1-20和本公开的用于与图1-20的系统、方法和装置一起使用的发射器线圈的示例性阵列的透视图，发射器线圈阵列中的每一者至少部分地根据图1-20的线圈和/或天线来构造。
图21B是根据图1-21A和本公开的图20A的发射器线圈阵列的截面侧视图。
图22是根据图1-21B和本公开的用于图21A和21B的发射器线圈的示例性阵列的屏蔽的透视图。
图23A是根据图1-22和本公开的图1-22的系统、方法和装置和/或与图1-22的系统、方法和装置在操作上相关联的示例性外壳、以及由图1-22的系统、方法和装置供电和/或充电的移动设备的透视图。
图23B是根据图1-23A和本公开的图23A的外壳和移动设备的前视图。
图24A是根据图1-23和本公开的图23A-B的外壳和移动设备的透视图，其中外壳被解说成透明的，以便示出位于其中的组件。
图24B是根据图1-24A和本公开的图20-24A的外壳和移动设备的前视图，其中外壳和移动设备被解说成透明的，以便示出位于外壳内的组件。
图25是根据图1-24和本公开的图20-24的外壳和移动设备的侧截面视图。
图26A是根据图1-25和本公开的图23-25的外壳(没有移动设备)的侧透视图。
图26B是根据图1-26A和本公开的图23-25的外壳的另一侧透视图，其中没有移动设备并且进一步解说了空气通道开口。
图27A是根据图1-26和本公开的图1-22的系统、方法和装置和/或与图1-22的系统、方法和装置在操作上相关联的另一示例性外壳、以及由图1-22的系统、方法和装置供电和/或充电的移动设备的透视图，该外壳包括与图23-26的外壳类似的特征。
图27B是根据图1-27A和本公开的图24A的外壳和移动设备的俯视图。
图28A是根据图1-27B和本公开的图26的外壳和移动设备的侧截面视图。
图28B是根据图1-28A和本公开的图27和28A的具有外部气流源的外壳和移动设备的侧截面视图。
图29A是根据图1-20和本公开的利用图1-20中描述的功率发射器、发射器天线、或其组合的表面可安装功率发射器的俯视透视图。
图29B是根据图1-20、29A和本公开的图29A的表面可安装功率发射器的透视仰视图。
图29C是根据图1-20、29B和本公开的图29A-B的表面可安装功率发射器器的分解透视图。
图29D是根据图1-20、29A-C和本公开的图29A-C的表面可安装功率发射器的侧截面视图。
图29E是根据图1-20、29A-D以及本公开的图29A-D的表面可安装功率发射器的仰视图。
图30是根据图1-20、29以及本公开的图29A-9E的表面可安装功率发射器的截面侧视图，其解说了图29A-29E的表面可安装功率发射器相对于表面的示例性使用。
图31A是根据图1-20、29A-E以及本公开的图29A-E的表面可安装功率发射器的截面侧视图，其解说了图29A-E的表面可安装功率发射器相对于表面的另一示例性使用。
图31B是根据图1-20、29、31A和本公开的图31A的表面可安装功率发射器的所解说的示例性使用的仰视透视图。
图32是根据图1-20、29A-E以及本公开的图29A-E的表面可安装功率发射器的截面侧视图，其解说了图29A-E的表面可安装功率发射器相对于表面的又一示例性使用。
图33是根据图1-32以及本公开的用于设计功率发射器的示例性方法的流程图。
图34是根据图1-33以及本公开的用于制造功率发射器的示例性方法的流程图。
虽然下面的详细描述将针对某些解说性实施例给出，但是应理解，附图不一定按比例绘制，并且有时图解地和以局部视图解说所公开的实施例。另外，在某些情况下，可以省略对于理解所公开的主题而言不必要的细节或者使得其他细节太难察觉的细节。因此，应理解，本公开不限于本文所公开和示出的特定实施例，而是对整个公开和权利要求及其任何等效物的公平阅读。这些系统和方法中可包含另外、不同或更少的组件和方法。
详细描述
在以下描述中，通过这些示例阐述了众多具体细节以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言应当显而易见的是，可以在没有此类细节的情况下实践本教导。在其他示例中，为了避免不必要地模糊本教导的各方面，在相对较高的层次上描述了公知的方法、进程、组件、和/或电路，而不提供太多细节。
现在参照附图并且具体参照图1A-B，解说了无线功率传递系统10A。无线功率传递系统10提供电信号(诸如但不限于，电能、电功率信号和电磁能)的无线传输。另外，无线功率传递系统10可提供独立于和/或关联于前述电信号的电子可传送数据(“电子数据”)的无线传输。具体地，无线功率传递系统10经由近场磁耦合提供电信号的无线传输。如图1A-B的实施例中所示，无线功率传递系统10包括功率发射器20和功率接收器30。功率接收器30被配置成从至少功率发射器20接收电能、电功率、电磁能和/或电子数据。
如所解说的，功率发射器20和功率接收器30可被配置成经由发射器天线21和接收器天线31在至少间隔距离或间隙17上传送电能、电功率、电磁能和/或电子可传送数据。在诸如系统10之类的无线功率传递系统的上下文中，诸如间隙17之类的间隔距离或间隙不包括诸如有线连接之类的物理连接。可存在位于间隔距离或间隙(诸如间隙17)中的中间对象，诸如但不限于空气、台面、电子设备的外壳、用于移动设备的抓持设备、塑料细丝、绝缘体、机械壁等；然而，在这样的间隔距离或间隙处没有物理电连接。
无线发射器20和无线接收器30的组合创建了电连接而不需要物理连接。如本文所定义的，“电连接”是指电流、电压和/或功率从第一位置、设备、组件和/或源到第二位置、设备、组件和/或目的地的传递的任何设施。“电连接”可以是物理连接，诸如但不限于将第一位置、设备、组件和/或源连接到第二位置、设备、组件和/或目的地的导线、迹线、通孔以及其他物理电连接。附加地或替换地，“电连接”可以是将第一位置、设备、组件和/或源连接至第二位置、设备、组件和/或目的地的无线电连接，诸如但不限于磁场、电磁场、谐振场和/或感应场，以及其他无线电连接。
替换地，间隙17可以被称为“Z-距离”，因为如果认为天线21、31基本上沿着共同的X-Y平面布置，那么分开天线21、31的距离是在“Z”或“深度”方向上的间隙。然而，本公开的实施例当然设想了柔性和/或非平面线圈，并且因此，设想了跨天线21、31之间的连接距离的包络，间隙17可能不均匀。设想各种调谐、配置和/或其他参数可改变间隙17的可能的最大距离，使得从功率传递系统20到功率接收器系统30的电传输保持可能。
无线功率传递系统10在功率发射器20和功率接收器30耦合时操作。如本文所定义的，术语“耦合至”、“被耦合至”和“耦合”通常是指当发射器和/或其任何组件的能量和接收器和/或其任何组件的能量通过磁场彼此耦合时发生的磁场耦合。系统10中的功率发射器20和功率接收器30的耦合可以由系统10的谐振耦合系数表示，并且出于无线功率传递的目的，系统10的耦合系数可以在约0.01和0.9的范围中。
功率发射器20可以在操作上与基站11相关联。基站11可以是能够经由功率发射器20向功率接收器提供近场感应功率的设备，诸如充电器。在一些示例中，基站11可被配置成提供如QiTM无线功率传递系统、功率等级0规范中指定的近场感应功率。在一些此类示例中，基站11可以携带徽标以在视觉上向用户指示基站11符合QiTM无线功率传递系统、功率等级0规范。
功率发射器20可以从输入电源12接收功率。基站11可以是任何电操作的设备、电路板、电子组装件、专用充电设备或任何其他所设想的电子设备。功率发射器20可以与其相关联的示例基站11包括但不限于：包括集成电路的设备、用于可穿戴电子设备的壳体、用于电子设备的插座、便携式计算设备、配置有电子器件的衣服、用于电子设备的存储介质、用于一个或多个电子设备的充电设备、专用充电设备、活动或运动相关装备、商品、和/或数据收集设备、以及其他所设想的电子设备。
输入电源12可以是或者可以包括一个或多个储电设备，诸如电化学电池、电池组和/或电容器，以及其他储电设备。附加地或替换地，输入电源12可以是任何电输入源(例如，任何交流(AC)或直流(DC)递送端口)并且可以包括从所述电输入源到无线传输系统20(例如，变压器、调节器、导电导管、迹线、电线、或装备、商品、计算机、相机、移动电话、和/或其他电气装置连接端口和/或适配器，诸如但不限于USB或照明端口和/或适配器、以及其他设想的电气组件)的连接装置。此外，如下文参照图1B、5C和9-12所讨论的，出于功率配送的目的，输入电源12可包括外部电源45、可由外部电源45实现和/或与外部电源45在操作上相关联，外部电源45直接向功率发射器20提供直流(DC)功率输入。外部电源45可包含或包括一个或多个通用串行总线(USB)电源、照明电源、高通快速充电设备、USB-C电源、USB-PD(USB功率传递)电源、迷你USB电源、专有电源、电子设备(例如，计算机、多设备充电器、汽车控制台、移动设备、便携式电源、电池、发电机，以及已知电源)上的输入/输出。
在一些其他示例中，诸如图1A的系统10B，输入电源12可与交通工具15在操作上相关联，因此，输入电源12可以是或者可包括一个或多个交通工具电输入、交通工具电池、交通工具电源轨、储电设备(诸如电化学电池)、电池组和/或电容器，以及其他储电设备。附加地或替换地，输入电源12可以是任何电输入源(例如，任何交流(AC)或直流(DC)传递端口)并且可以包括从所述电输入源到无线传输系统20的连接装置(例如，变压器、调节器、导电导管、迹线、电线、或装备、商品、计算机、相机、移动电话、和/或其他电气设备连接端口和/或适配器，诸如但不限于USB或照明端口和/或适配器、以及其他所设想的电气组件)。
由功率发射器20接收的电能然后被用于至少两个目的：向功率发射器20的内部组件提供电功率和向发射器线圈21提供电功率。发射器天线21被配置成无线地传送被调节和修改以用于由功率发射器20经由近场磁耦合(NFMC)进行无线传输的电信号。近场磁耦合使得能够通过发射器线圈21与无线接收器系统30的或与其相关联的接收线圈31之间的磁感应来无线地传递电能、电功率、电磁能和/或电子可传输数据。近场磁耦合可以使得能够“感应耦合”，如在此所定义的，“感应耦合”是利用交变电磁场来在两个或更多个天线/线圈之间传递电能的无线功率传输技术。这样的感应耦合是被调谐成以类似频率谐振的两个磁耦合线圈之间的电能的近场无线传输。此外，这种近场磁耦合可以经由“互感”提供连接，如在此定义的，“互感”是通过磁耦合至第一电路的至少一个电路中的电流变化在电路中产生电动势。
在一个或多个实施例中，发射器线圈21或接收器线圈31的电感器线圈策略性地定位成促进通过近场磁感应接收和/或传输无线传递的电能、功率、电磁能和/或数据。天线操作频率可包括所有操作频率范围，其示例可包括但不限于，约87kHz至约205kHz(QiTM接口标准)。线圈21、31的操作频率可以是由国际电信联盟(ITU)在工业、科学和医疗(ISM)频带中指定的操作频率。
如本领域技术人员已知的，“谐振频率”或“谐振频带”是指其中天线的振幅响应处于相对最大值的频率或频率，或者附加地或替换地，其中电容电抗具有与感应电抗的量级基本上相似的量级的频率或频带。在一个或多个实施例中，发射天线谐振频带从约87kHz延伸至约205kHz。在一个或多个实施例中，接收器天线31的电感器线圈被配置成以接收天线谐振频率或在接收天线谐振频带内谐振。
在一些示例中，本公开的发射线圈和接收线圈可被配置成用于在具有高达约5瓦(W)的量级的基线功率分布下传送和/或接收功率。在一些其他示例中，本公开的发射线圈和接收线圈可被配置成在经扩展的功率分布下传送和/或接收功率，从而支持高达15W的功率的传递。
功率接收器30被配置成从功率发射器20获取近场感应功率。在一些示例中，功率接收器30是电子设备14的子系统。电子设备14可以是能够消耗QiTM无线功率传递系统、功率等级0规范中所指定的近场感应功率的任何设备。在一些此类示例中，电子设备14可携带徽标以向用户可视地指示电子设备14符合该规范。
电子设备14可以是出于任何功能和/或功率存储(例如，经由电池和/或电容器)而需要电功率的任何设备。附加地或替换地，电子设备14可以是能够接收电子可传输数据的任何设备。例如，该设备可以是但不限于手持式计算设备、移动设备、便携式电器、集成电路、可识别标签、厨房实用设备，汽车设备、电子工具、电动车、游戏控制台、机器人设备、可穿戴电子设备(例如，电子手表、电子修改眼镜、变更现实(AR)眼镜、虚拟现实(VR)眼镜等)、便携式扫描设备、便携式标识设备、体育用品、嵌入式传感器、物联网(IoT)传感器、启用IoT的服装、启用IoT的娱乐设备、工业装备、医疗装备，医疗设备、平板计算设备、便携式控制设备、用于电子设备的遥控器、游戏控制器等。
出于解说所公开的实施例的特征和特性的目的，箭头端线被用于解说可传递和/或通信信号，并且不同图案被用于解说旨在用于功率传输的电信号和旨在用于传输数据和/或控制指令的电信号。实线指示以功率信号的形式通过物理和/或无线电连接的电能、电功率信号和/或电磁能的信号传输，该功率信号最终在从功率发射器20到功率接收器30的无线功率传输中使用。此外，虚线被用于解说可电子传输的数据信号，其最终可以从功率发射器20无线传送至功率接收器30。
现在转向图2A，无线功率传递系统10被解说为包括功率发射器20的示例子系统的框图。无线传输系统20可以至少包括功率调节系统40、控制和通信系统26、感测系统50以及传输线圈21。来自输入电源12的电能输入的第一部分被配置成用于对无线传输系统20的组件(诸如但不限于控制和通信系统26)进行供电。来自输入电源12的电能输入的第二部分被调节和/或修改以用于经由传输线圈21向功率接收器30进行无线功率传输。因此，输入能量的第二部分由功率调节系统40修改和/或调节。虽然未解说，但当然设想，输入电能的第一和第二部分中的一者或两者可在由功率调节系统40和/或传输控制系统26接收之前由另外的设想子系统(例如，电压调节器、电流调节器、开关系统、故障系统、安全调节器等)修改、调节、改变和/或以其他方式改变。
现在参见图2B并参照图1B，输入电源12是交通工具电源，输入功率由交通工具功率输入调节器90接收，交通工具功率输入调节器90尤其易受功率浪涌、瞬变和静电放电(ESD)等中的一者或多者的影响。为此，单个瞬态电压尖峰有可能损坏和/或破坏功率发射器的电路系统的组件。附加地或替换地，由交通工具电源产生的电噪声(即使是相对低能量的噪声)可导致数字通信的显著中断。交通工具功率输入调节器90可被配置成用于瞬变电压抑制等，以保护功率发射器20的下游组件。下面参见图8-10讨论交通工具功率输入调节器90的实施例的进一步描述。
控制和通信系统26通常包括功率发射器20的数字逻辑部分。控制和通信系统26从功率接收器30接收和解码消息，执行相关的功率控制算法和协议，并且驱动AC波形的频率以控制功率传递。如下面更详细讨论的，控制和通信系统26还与功率发射器20的其他子系统对接。例如，控制和通信系统26可以出于用户接口的目的与功率发射器20的其他元件对接。
现在参照图3，继续参照图1和图2，解说了控制和通信系统26的子组件和/或系统。控制和通信系统26可包括传输控制器28、通信系统29、驱动器48和存储器27。
传输控制器28可以是任何电子控制器或计算系统，其至少包括处理器，该处理器执行操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据、控制和/或提供与和功率发射器20相关联的其他组件和/或子系统的通信、和/或执行所需的任何其他计算或控制任务。传输控制器28可以是单个控制器或者可以包括一个以上的控制器，该控制器被设置成控制功率发射器20的各种功能和/或特征，例如但不限于向外部电源45提供控制指令。传输控制器28的功能可以在硬件和/或软件中实现，并且可以依赖于与功率发射器20的操作相关的一个或多个数据映射。为此，传输控制器28可在操作上与存储器27相关联。存储器可以包括内部存储器、外部存储器和/或远程存储器(例如，经由网络(诸如但不限于互联网)在操作上连接到传输控制器28的数据库和/或服务器)中的一者或多者。内部存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(ROM)(包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或有时但很少标记的EROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、随机存取存储器(RAM)(包括动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、单数据速率同步动态RAM(SDR SDRAM)、双数据速率同步动态RAM(DDR SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)、以及图形双数据速率同步动态RAM(GDDR SDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、闪存、便携式存储器)等中的一者或多者。此类存储介质是非暂态机器可读和/或计算机可读存储介质的示例。
虽然控制和通信系统26的特定元件被解说成控制和通信系统26的独立组件和/或电路(例如，驱动器48、存储器27、通信系统29、以及其他所设想元件)，但这些组件可以与传输控制器28集成。在一些示例中，传输控制器28通常可以是配置成包括传输控制器28和功率发射器20中的一者或两者的功能元件的集成电路。
如所解说的，出于数据传输、接收和/或通信的目的，传输控制器28至少与存储器27、通信系统29、功率调节系统40、驱动器48和感测系统50处于操作关联。驱动器48可被实现成至少部分地控制功率调节系统40的操作。在一些示例中，驱动器48可以从传输控制器28接收指令，以生成脉宽调制(PWM)信号和/或将所生成的脉宽调制信号输出到功率调节系统40。在一些这样的示例中，PWM信号可被配置成驱动功率调节系统40以将电功率作为交流电信号输出，其操作频率由PWM信号定义。如以下关于图11A-11B更详细讨论的，PWM信号可至少出于功率控制目的由控制器28更改。
感测系统50可包括一个或多个传感器，其中每个传感器可在操作上与功率发射器20的一个或多个组件相关联，并配置成提供信息和/或数据。术语“传感器”在其最广泛的解释中被用于定义与功率发射器20在操作上相关联的一个或多个组件，其操作以感测功率发射器20、功率接收器30、输入电源12、基站11、传输线圈21、接收器线圈31以及其任何其他组件和/或子组件中的一者或多者的功能、条件、电气特性、操作和/或操作特性。
如图4的实施例中所解说的，感测系统50可包括但不限于包括热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、(诸)电传感器和/或任何其他(诸)传感器58。在这些系统内，可存在解决应用所需的特定感测方面的甚至更具体的可任选的附加或替换的感测系统，诸如但不限于：基于条件的维护感测系统、性能优化感测系统、充电状态感测系统、温度管理感测系统、组件发热感测系统、IoT感测系统、能量和/或功率管理感测系统、冲击检测感测系统、电气状态感测系统、速度检测感测系统、设备健康感测系统等。对象感测系统54可以是异物检测(FOD)系统。
热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56和/或其他(诸)传感器58(包括可任选的附加或替换系统)中的每一个在操作上和/或在通信上连接至传输控制器28。热感测系统52被配置成监测功率发射器20内或功率发射器20附近的其他元件内的环境温度和/或组件温度。热感测系统52可被配置成检测功率发射器20内的温度，并且如果所检测到的温度超过阈值温度，则传输控制器28阻止功率发射器20操作。出于安全考虑、操作考虑、效率考虑和/或它们的任何组合，可以配置这种阈值温度。在非限制性示例中，如果传输控制器28经由来自热感测系统52的输入确定功率发射器20内的温度已经从可接受的操作温度提升至不合需的操作温度(例如，在非限制性示例中，内部温度从约20℃提升至约50℃)，则传输控制器28阻止功率发射器20的操作和/或降低从功率发射器20的功率输出水平。在一些非限制性示例中，热感测系统52可包括热电偶、热敏电阻、负温度系数(NTC)电阻器、电阻温度检测器(RTD)和/或其任何组合中的一者或多者。
如图4中所描绘的，传输感测系统50可包括对象感测系统54。对象感测系统54可被配置成检测与无线传输系统20接触或接近功率发射器20的不想要的对象的存在。在一些示例中，对象感测系统54被配置成检测不合需的对象的存在。在一些这种示例中，如果传输控制器28经由对象感测系统54提供的信息检测到不合需的对象的存在，那么传输控制器28阻止或以其他方式修改功率发射器20的操作。在一些示例中，对象感测系统54利用阻抗变化检测方案，其中传输控制器28针对已知的、可接受的电阻抗值或电阻抗值的范围来分析由传输线圈21观察到的电阻抗的变化。附加地或替换地，在一些示例中，对象感测系统54可以通过测量与功率发射器20相关联的功率输出和确定与功率发射器20相关联的接收器相关联的功率输入来确定是否存在异物。在此类示例中，对象感测系统54可以计算与功率发射器20相关联的功率和与接收器相关联的功率之间的差，并且确定该差是否指示损耗，与未被指定用于无线功率传输的异物一致。
附加地或替换地，对象感测系统54可利用品质因子(Q)变化检测方案，其中传输控制器28分析来自诸如接收器线圈31之类的被检测对象的已知品质因子值或品质因子值范围的变化。电感器的“品质因子”或“Q”可以被定义为(频率(Hz)×电感(H))/电阻(欧姆)，其中频率是电路的操作频率，电感是电感器的电感输出，并且电阻是电感器内部的辐射电阻和无功电阻的组合。如本文所定义的，“品质因子“通常被接受为测量像天线、电路或谐振器那样的装置的效率的指数(测量图)。在一些示例中，对象感测系统54可包括光学传感器、电光传感器、霍尔效应传感器、接近传感器和/或其任何组合中的一者或多者。
接收器感应系统56是被配置成检测可与功率发射器20耦合的任何无线接收系统的存在的任何传感器、电路和/或其组合。在一些示例中，如果检测到任何这种无线接收系统的存在，则功率发射器启用到所述无线接收系统的电能、电功率、电磁能和/或数据的无线传输。在一些示例中，如果未检测到无线接收器系统的存在，则阻止发生电能、电功率、电磁能和/或数据的无线传输。因此，接收器感测系统56可以包括一个或多个传感器和/或可以在操作上与一个或多个传感器相关联，这些传感器被配置成分析功率发射器20的环境内或附近的电气特性，并且基于这些电气特性来确定功率接收器30的存在。
(诸)电传感器57可以包括被配置成检测和/或测量功率发射器20内的任何电流、电压和/或功率的任何传感器。由电传感器57提供给传输控制器28的信息可以由热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、其他传感器58中的一者或多者和其任何组合独立地和/或与提供给传输控制器28的任何信息结合使用。
现在参照图5A，并继续参照图1-4，解说了解说功率调节系统40A的实施例的框图。在电功率调节系统40A处，经由输入电源12本身或居间功率转换器将AC源转换成DC源(未示出)，电功率通常被接收作为DC电源。电压调节器46从输入电源12接收电功率，并且被配置成提供用于通过线圈21进行传输的电功率并且提供用于向功率发射器20的组件供电的电功率。因此，电压调节器46被配置成将接收到的电功率转换成至少两个电功率信号，每个电功率信号处于用于各个下游组件的操作的适当电压：第一电功率信号，对功率发射器20的任何组件供电；以及第二部分，被调节和修改以用于无线传输到无线接收器系统30。如图3中所解说的，这种第一部分至少传送给感测系统50、传输控制器28和通信系统29；然而，第一部分不限于仅传输至这些组件，并且可传送给功率发射器20的任何电组件。
电功率的第二部分被提供给功率调节系统40A的放大器42，该功率调节系统40A被配置成调节用于由线圈21进行无线传输的电功率。放大器可以充当逆变器，该逆变器从电压调节器46接收输入DC功率信号并且至少部分地基于来自传输控制系统26的PWM输入来生成AC作为输出。放大器42可以是或可以包括例如功率级逆变器。在功率调节系统40A内并且进而功率发射器20中使用放大器42使得能够无线传输具有比在没有这种放大器的情况下传输时大得多的幅值的电信号。例如，放大器42的添加可以使无线传输系统20能够传送作为具有从约10毫伏(mW)至约60W的电功率的电功率信号的电能。
现在参照图5B，并继续参照图1A、2B和3-4，解说了解说功率调节系统40B的实施例的框图。在功率调节系统40B处，经由交通工具功率输入调节器90本身或居间功率转换器，经滤波输入功率通常被接收作为直流(DC)电源。电压调节器46从输入电源12接收电功率，并且被配置成提供用于通过线圈21进行传输的电功率并且提供用于向功率发射器20的组件供电的电功率。因此，电压调节器46被配置成将接收到的电功率转换成至少两个电功率信号，每个电功率信号处于用于各个下游组件的操作适当电压：第一电功率信号，对功率发射器20的任何组件供电；以及第二部分，被调节和修改以用于无线传输到无线接收器系统30。如图3中所解说的，这种第一部分至少传送给感测系统50、传输控制器28和通信系统29；然而，第一部分不限于仅传输至这些组件，并且可传送给功率发射器20的任何电组件。电功率的第二部分被提供给功率调节系统40B的放大器42，该功率调节系统40B被配置成调节用于由线圈21进行无线传输的电功率。放大器可以充当逆变器，该逆变器从电压调节器46接收输入DC功率信号并且至少部分地基于来自传输控制系统26的PWM输入来生成交流(AC)作为输出。放大器42可以是或可以包括例如功率级逆变器。在功率调节系统40内并且进而功率发射器20中使用放大器42使得能够无线传输具有比在没有这种放大器的情况下传输时大得多的幅值的电信号。例如，放大器42的添加可以使无线传输系统20能够传送作为具有从约10mW至约60W的电功率的电功率信号的电能。
现在参照图5C，并继续参照图1-4，解说了解说功率调节系统40A的实施例的框图。在功率调节系统40处，经由外部电源45，电功率通常被接收作为DC电源。电功率被提供给功率调节系统40的放大器42，该功率调节系统40被配置成调节用于由线圈21进行无线传输的电功率。放大器42可以充当逆变器，该逆变器从外部电源45接收DC功率信号并且至少部分地基于来自传输控制系统26的PWM输入来生成AC功率信号作为输出。放大器42可以是或可以包括例如功率级逆变器。在功率调节系统40内并且进而功率发射器20中使用放大器42使得能够无线传输具有比在没有这种放大器的情况下传输时大得多的幅值的电信号。例如，放大器42的添加可以使无线传输系统20能够传送作为具有从约10毫伏(mW)至约60W的电功率的电功率信号的电能。
现在转向图6，解说了另一无线功率传递系统10B。无线功率传递系统10B包括与无线功率传递系统10A相同的大多数元件，并且因此基站传输天线21、接收器天线31、功率接收器30、负载16、电子设备14和输入电源12功能上等同于图1A中那些并且共享与上面参照图1-5的那些相同的书面描述。与无线功率传递系统10A相反，无线功率传递系统10B中的输入电源12在操作上与交通工具15相关联。虽然确实有可能图1A的系统10A和/或其组件可在操作上与交通工具相关联，但是为了本公开的该示例性实施例的目的，在图5中具体示出了该系统。另外，系统10B包括功率发射器20B，其与功率发射器20A共享许多类似的元件，如以下所讨论的。功率发射器20可包括基站11B或可以在操作上关联于基站11B。
交通工具15可以是运输人和/或货物的机器。示例性交通工具包括汽车，诸如小汽车、卡车、公共汽车和其他陆地交通工具。交通工具的其他示例可包括飞机、船、高尔夫车、小型工业交通工具、农业设备、建筑装备、航海交通工具、混用交通工具、休闲交通工具、运动交通工具、公共交通工具和火车。因此，输入电源12可以是或者可以包括一个或多个交通工具电输入、交通工具电池、交通工具功率轨、储电设备，诸如电化学电池、电池组和/或电容器，以及其他储电设备。附加地或替换地，输入电源12可以是任何电输入源(例如，任何交流(AC)或直流(DC)传递端口)并且可以包括从所述电输入源到无线传输系统20B(例如，变压器、调节器、整流器、导电导管、迹线、电线、或装备、商品、计算机、相机、移动电话、和/或其他电气装置连接端口和/或适配器，诸如但不限于USB或照明端口和/或适配器、以及其他设想的电气组件)的连接装置。
图7解说了功率发射器20B。功率发射器20B包括大多数与功率发射器20A相同的元件，并且因此控制和通信系统26、功率调节系统40、发射器线圈21、感测系统50以及外壳100共享与上面参照图1-5的那些相同的书面描述。1-5.与无线功率传递系统20A相反，功率发射器20B包括交通工具功率输入调节器90。交通工具功率输入调节器90被配置成接收和调节来自输入电源12的功率输入，以生成传送给功率调节系统40的经滤波输入功率。
当输入电源12是交通工具电源时，输入功率由交通工具功率输入调节器90接收，交通工具功率输入调节器90尤其易受功率浪涌、瞬变和静电放电(ESD)等中的一者或多者的影响。为此，单个瞬态电压尖峰有可能损坏和/或破坏功率发射器的电路系统的组件。附加地或替换地，由交通工具电源产生的电噪声(即使是相对低能量的噪声)可导致数字通信的显著中断。交通工具功率输入调节器90可被配置成用于瞬变电压抑制等，以保护功率发射器20B的下游组件。
图8是示出从输入电源11传送给交通工具功率输入调节器的输入功率信号13的示例电压实施例的示例性绘图19。应注意，曲线图19不是按比例的，并且电压值仅是示例性的。输入功率信号13是从交通工具电源(例如像交通工具的交流发电机和/或电池)生成的。由于交通工具的性质和所述交通工具的组件可能对功率信号13的电压具有的各种影响，多个瞬变电压可被施加到输入功率信号13在其上传播的连接和/或轨。如所解说的，并参照基线0V电平观察，交通工具功率连接和/或轨中的功率电压可具有可影响附连到所述连接和/或轨的组件的瞬变尖峰和下降。如所解说的，这样的瞬变可以是对标称电压的改变，并且包括但不限于包括：由于曲柄导致的电压降、显著地增加电压的负载抛弃(load dump)、信号噪声、来自不同源的过电压(诸如跳变开始)、反向电池连接等。
交通工具功率输入调节器90由功率发射器20使用以基本上“变平”示例性绘图19，从而在提供给功率发射器20的下游组件的经过滤功率信号中提供恒定的安全电压。如图9A-E中所解说的，交通工具功率输入调节器90包括输入保护电路91，其被用于从输入功率信号去除瞬变和/或将输入功率信号的电压展平为共用的持续电压。
现在转向图10并继续参照图9A-E，解说了输入保护电路91的组件。输入保护电路91可包括静电放电(ESD)保护电路94，其被配置成防止ESD和/或减轻ESD进入或发生在功率发射器20内。如本文中定义的“静电放电(ESD)”是由接触、电短路和/或介电击穿中的一者或多者引起的两个带电对象之间的突然电流流动。当不同充电的对象靠近在一起或当它们之间的电介质损坏时，ESD可能发生。示例性ESD保护电路94可体现或包括二极管、瞬态电压抑制器(TVS)、齐纳二极管及其他。
输入保护电路91还可以包括电磁干扰(EMI)减轻电路95。EMI(其可以可替代地，被称为“射频干扰”)是指干扰，该干扰一般可能由功率发射器20的组件不希望地产生，其可能影响电路，并且由电磁感应、静电耦合、和/或传导、以及其他EMI源来生成。此类干扰可能使电路的性能降级、停止电路运行和/或可能违反如经由法规提供的针对商业产品的EMI限制。人造和自然源两者都能生成变化的电流和电压，这可能引起EMI。因此，可以包括EMI减轻电路95以减轻EMI对功率发射器20的组件的不利影响和/或限制功率发射器20对EMI的传输。EMI减轻电路95可以体现或包括滤波器、RF滤波器、共模扼流圈、铁氧体磁珠、电感器、调谐网络等等。
输入保护电路91可包括过电压保护电路92，其被配置成保护功率发射器20的组件和/或子组件免受输入功率信号中的过电压。如本文中所定义的，“过电压”是指当功率发射器20中的电压升高到功率发射器20的任何组件的设计上限之上时。过电压可导致功率发射器20的组件中的损坏和/或故障。取决于过电压的历时，过电压事件可为瞬变，例如尖峰，或可为基本上恒定和/或永久过电压，因此导致功率浪涌。示例性过电压保护电路92可体现或包括消弧保护电路、齐纳电压调节器电路、齐纳二极管、双极晶体管、电压调节器、继电器以及其他已知的过电压保护电路。
输入保护电路91还可以包括欠压保护电路93，该欠压保护电路被配置成阻止欠压被传递给功率调节系统40。当输入功率的电压降至用于功率发射器20的操作的预期电压电平以下时，发生如本文中定义的“欠电压”。欠电压可导致组件由于缺乏所传送的功率而失效，和/或欠电压可导致功率发射器20的组件汲取过量电流，这可导致组件失效或损坏。欠电压可能对功率发射器20的数字逻辑元件有害，因为欠电压可能使数字逻辑电路进入未知和/或不可预测的状态，可能使易失性存储器(诸如随机存取存储器(RAM))损坏，使微控制器执行不可预见的动作，使逻辑电路内的不安全状况等等。当由欠电压引起时，这样的出现可能导致组件损坏、产生不安全状况、和/或可能导致功率发射器停止运行。
欠电压保护电路93可以任何合适的方式配置以防止欠前压，诸如但不限于包括对电路的额外电容，以在掉电期间提供功率，包括CPU停止机制，和/或切换/检测元件，以关闭功率发射器20直到电压达到可接受的极限。示例性欠电压保护电路93可以体现或包括比较器电路、高电容电路、故障-安全电路、定时器等。
现在返回图9A，包括DC/DC电压转换器96A，用于接收经滤波功率，转换经滤波功率的输入电压，并且以用于功率发射器20的操作输入电压输出经滤波功率信号。DC/DC电压转换器96A可以是被配置成改变DC功率信号的DC电压的任何元件、组件和/或组件，其可以包括但不限于尤其包括以下各项中的一项或多项：降压(buck)转换器、减压(step-down)转换器、升压转换器、变压器、放大器、分裂π转换器、升压-降压转换器、推挽转换器、全桥转换器。在一些示例中，来自输入电源的输入功率可以是约12V，并且功率发射器器20的操作电压是约19V。在这样的示例中，DC/DC电压转换器96A被配置成将用于经滤波功率信号的功率信号的电压从12V提升或升压至19V。在一些其他示例中，DC/DC电压转换器96A被配置成将用于经滤波功率信号的功率信号的电压从24V降压至19V。
在图9B中解说的交通工具功率输入调节器90B的另一实施例中，包括DC/DC输入降压转换器96B，用于接收经滤波功率，对经滤波功率的输入电压进行降压和/或减压，并且以功率发射器20的操作输入电压输出经滤波功率信号。DC/DC电压转换器可以是用于对DC功率信号的DC电压进行降压、减压和/或降低的任何元件、组件和/或组件，其可以包括但不限于包括降压转换器、减压转换器、变压器、放大器、分裂π转换器、推挽转换器、全桥转换器等中的一者或多者。在一些示例中，来自输入电源的输入功率可以是约12V，并且功率发射器器20的操作电压是约12V。在这样的示例中，DC/DC电压转换器96B被配置成将输入功率信号的电压维持和/或稳定在约12V。在一些其他示例中，DC/DC电压转换器96B被配置成将用于经滤波功率信号的功率信号的电压从约24V降压至约12V。
图9C解说了交通工具功率输入调节器90C的另一实施例，其被包括用于接收经滤波功率、转换经滤波功率的输入电压、以及在功率发射器20的操作输入电压处输出经滤波功率信号。交通工具功率输入调节器90C可包括DC/DC电压转换器96C，其可为被配置成改变DC功率信号的DC电压的任何元件、组件和/或组件，其可包括但不限于包括降压转换器、减压转换器、升压转换器、变压器、放大器、分裂π转换器、升压-降压转换器、推挽转换器、全桥转换器等中的一者或多者。在图9C的示例性实施例中，功率发射器20可以包括被配置成检测和/或测量从输入电源11接收的功率的输入电压的输入电压传感器97。然后，输入电压传感器97向控制和通信系统26提供这样的电压信息，该控制和通信系统26然后可以基于检测到的输入电压来控制DC/DC输入转换器96C的电压。例如，如果输入电压是约12V并且功率发射器20的操作电压是约19V，则控制和通信系统26可以指示DC/DC输入转换器96C将电压升压和/或增压至约19V。在一些替换示例中，如果输入电压是约24V并且功率发射器20的操作电压是约19V，则控制和通信系统26可以被配置成将电压降压或减压至约19V。
图9D解说了交通工具功率输入调节器90D的另一实施例，其被包括用于接收经滤波功率、转换经滤波功率的输入电压、以及在功率发射器20的操作输入电压处输出经滤波功率信号。交通工具功率输入调节器90D可包括DC/DC降压-升压转换器96D，其可为被配置成改变DC功率信号的DC电压的任何元件、组件和/或组件，其可包括但不限于包括降压转换器、减压转换器、升压转换器、变压器、放大器、分裂π转换器、推挽转换器、全桥转换器等中的一者或多者。在图9D的示例性实施例中，降压-升压转换器96D可被配置成检测和/或测量从输入电源11接收的功率的输入电压，并且随后基于功率发射器20的所需操作条件来降压或升压。例如，如果输入电压是约12V并且功率发射器20的操作电压是约19V，则降压-升压转换器96D可以将电压升压和/或增压至约19V。在一些替换示例中，如果输入电压是约24V并且功率发射器20的操作电压是约19V，则降压-升压转换器96D可被配置成将电压降压或减压至约19V。
在交通工具功率输入调节器90E的一些示例性实施例中，如图9E中所解说的，交通工具功率输入调节器90E的元件可与功率发射器20的功率调节系统40集成。在这样的示例中，电压调节器46可以实现为体现图9A-D的任何DC/DC电压转换器90A-D的类似功能。为此，电压调节器46可被配置成将来自输入电源11的输入电压转换成用于功率发射器20的适当操作电压。
现在转向图11A和11B，继续参照图1-5，为了描述功率发射器20的功率控制方法、方案、和/或组件的目的，解说了功率发射器20和外部电源45的组件。为此，图6A的框图解说了功率调节系统40、放大器42、控制器28、外部电源45或其组件中的一者或多者之间的相互作用。
如上所述，外部电源45可以是任何合适的电源，其可被配置成用于以DC电压向放大器42提供合适的DC功率信号(VDC)。DC功率经由发射器天线21被调节成用于无线功率传输作为交流(AC)功率信号(VAC)。在一些示例中，外部电源45可以经由物理电组件(例如，功率发射器器20的内部DC/DC转换器)在没有任何附加的升压或降压的情况下将VDC直接提供给放大器42。然而，尽管没有利用功率发射器内部的硬件来改变VDC，但是如下面所讨论的，当然可以设想，可以通过经由控制器28的控制来改变所得功率信号VAC的电压、电流和/或功率电平。
外部电源45接收输入功率VIN，其可以是任何DC或AC输入功率，由外部电源45调节，用于作为VDC直接输出至放大器42。电压调节器46从输入电源12接收VIN并且被配置成向放大器42提供电功率。因此，电压调节器46被配置成用于将接收到的功率转换成处于适当电压的功率信号以用于对应的下游组件进行操作。电压调节器46可以是本领域已知的能够将输入电压转换成输出直流电压的任何电压调节器，除了其他已知的电压调节器之外，其可以包括一个或多个DC/DC转换器、放大器、晶体管、变压器、逆变器、开关、二极管、整流器、开关系统。为此，电压调节器46可被配置成将VIN升压以得到VDC、将VIN降压以得到VDC、和/或维持基本相似的电压VIN以得到VDC。
用于生成VDC的电压的这种升压、降压和/或维持可以由外部电源45的电源控制器47控制。电源控制器47可以包括任何内部固件和/或可以响应来自任何外部控制器(例如，变速器控制器28)的信号，用于确定用于提供给电压调节器46的指令，以控制所得到的VDC的电压电平。如下面更详细讨论的，电源控制器47利用一个或多个控制方法、方案和/或组件以将所需的VDC直接输出给放大器42。
电源控制器47可以是任何电子控制器或计算系统，其至少包括处理器，该处理器执行操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据、控制和/或提供与和外部电源45相关联的其他组件和/或子系统的通信、和/或执行所需的任何其他计算或控制任务。电源控制器47可以是单个控制器，或者可以包括一个以上的控制器，其被设置成控制外部电源45的各种功能和/或特征。电源控制器47的功能可以在硬件和/或软件中实现，并且可以依赖于与外部电源45的操作相关的一个或多个数据映射。为此，电源控制器47可在操作上与存储器相关联。存储器可以包括内部存储器、外部存储器和/或远程存储器(例如，经由网络(诸如但不限于互联网)在操作上连接到电源控制器47的数据库和/或服务器)中的一者或多者。内部存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(ROM)(包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或有时但很少标记的EROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、随机存取存储器(RAM)(包括动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、单数据速率同步动态RAM(SDR SDRAM)、双数据速率同步动态RAM(DDR SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)、以及图形双数据速率同步动态RAM(GDDR SDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、闪存、便携式存储器)等中的一者或多者。此类存储介质是非暂态机器可读和/或计算机可读存储介质的示例。在一些示例中，电源控制器47通常可以是配置成包括电源控制器47和外部电源45中的一者或两者的功能元件的集成电路。
如图11A-C中所解说的，传输控制器28可被用于与外部电源45、电源控制器47或放大器42中的一者或多者进行通信，用于控制功率发射器20内的功率信号的功率电平。特别地，传输控制器28被配置成提供功率控制信号(Pcon)以控制功率信号VAC的功率电平，VAC被配置成供传输到功率接收器30。为了控制VAC、VDC或功率发射器20的任何居间功率信号中的一者或多者的电压，发射器控制器28可包括、实现、执行固件以实现和/或在功能上提供电压控制器41和脉宽调制信号(PWM)发生器43。
电压控制器41通常被配置成提供使直流功率信号VDC升压或降压、或者变更交流功率信号VAC的功率电平的控制指令中的一者或两者。此外，为了确定功率控制信号(Pcon)，电压控制器可被配置成从功率接收器30接收功率请求信号(Preq)，并且至少部分地基于Preq来确定Pcon。Preq可以是确定用于传输到功率接收器30的所需功率电平的任何信息，诸如但不限于与功率接收器30相关联的负载的当前充电水平、功率接收器30的整流器处的电压、与功率接收器30相关联的负载电阻、以及与功率接收器30相关联的其他电信息。为了控制VDC的电压电平，当从外部电源45输入到放大器42时，发射器控制器28被配置成向外部电源45至少部分地提供Pcon，使得电源可以至少部分地基于VIN和Pcon利用Pcon的信息来配置VDC，并且向放大器42提供VDC。在一些这样的示例中，诸如在图6A中解说的那些示例中，电源控制器47被配置成至少部分地接收Pcon，并且基于Pcon来生成电压调节指令(Vreg)，Vreg被配置成用于更改VDC的DC电压。电源控制器47向电压调节器46提供Vreg，以供电压调节器46在输入到放大器42之前调节和/或控制VDC的DC电压的电平。
在一些示例中，传输到电源控制器47的Pcon信息可以包括升压指令和/或降压指令(Pcon_step)。Pcon_step包括阶跃电平，该阶跃电平是电压调节器46和/或电源控制器47被配置成用于当从VIN配置VDC时使VDC的DC电压升高或降低时的电平、阶跃大小和/或电压变化。在一些示例中，阶跃电平可以是专有的，其中特定电压电平被配置用于特定设备的一个和/或多个操作。在一些其他示例中，阶跃电平可以是恒定的电压变化速率，电源45从该电压变化速率被配置成高达上限最大输出功率的阶跃电平的倍数的任何功率电平。通过功率发射器20利用外部电源45的外部功率调节，利用小阶跃电平可允许功率控制的更高精度。例如，阶跃电平可以在约10毫伏(mV)至约500mV的范围中。在一些其他示例中，阶跃电平可以是约200mV。在外部电源45的控制中利用阶跃电平可以允许功率发射器20有效地利用现成的便宜电源，代替更昂贵的内部电压调节硬件。
现在转向图11B，PWM发生器43可被用于向放大器提供PWM信号，用于至少部分地基于放大器42的输入VDC来形成VAC。PWM发生器43可以至少基于由操作频率发生器48提供的操作频率来生成PWM信号。在一些示例中，由操作频率生成器48产生的操作频率可选自约87kHz至约205kHz的范围。
在一些示例中，PWM发生器还包括占空比偏移49，其可被配置成偏移、更改和/或另行配置所得AC功率信号VAC的占空比，所得AC功率信号VAC至少部分地基于PWM信号(PWM)来生成。如本文所定义的，占空比指代AC功率信号的正电压周期循环。在对于AC功率信号VAC的示例性的、理想的正弦波形中，VAC的初始占空比是正弦波形的周期的大约50％。因此，如果VAC的占空比减小，则在一段时间内的有效功率量将小于在一段时间内对于理想的正弦波形未改变的约50％占空比的功率输出量。
出于说明和示例的目的，图11C被提供来解说基于相对于图11A和11B所公开的控制系统、方案、和/或设备的占空比偏移对放大器42的功率输出的影响。如图11A和图11B中所解说的，至少部分基于VDC和PWM在放大器42处产生功率信号VAC。如图9C中所解说的，具有VDC和PWM的输入的放大器的输出可产生具有等于正弦波形(T)的周期的约50％的初始占空比(di)的基本正弦波形。如所解说的，该未偏移的正弦功率信号是具有初始均方根电压(VACi_rms)的初始AC功率信号(VACi)。均方根(rms)电压是指针对交流信号在一段时间内的电压的瞬时值的平方函数的平均值的平方根。换言之，可以考虑rms电压来指代等效DC值，该DC值告知波形与其相比在产生相同功率的能力方面多少伏的电压和/或电流安培。如所解说的，VACi具有峰值电压Vpeak、初始占空比di和周期T。如果di偏移并且VPeak和T保持基本上恒定，则波形的rms电压将与占空比的偏移成比例偏移。为此，如图11C中所解说的，如果di被偏移和/或减小一偏移(s)并且基本上保持恒定T和VPeak，则当与VACi_rms相比时，具有经偏移的占空比dshift的经偏移最终输出VAC的rms电压将具有改变的rms电压(VAC_rms)。
在一些示例中，PWM发生器43可被配置成接收Pcon的占空比偏移信息(Pcon_shift)，并且生成修改的PWM以生成具有经修改占空比的VAC，如图9C中所解说的。
在这样的示例中，在修改之后，均方根电压VAC_rms小于VACi_rms，而没有占空比偏移。因此，通过利用控制器28和/或PWM发生器43偏移VAC的占空比，VAC输出功率电平的精确控制可以通过VAC占空比偏移的直接软件和/或硬件控制来实现。
通过结合外部电源控制系统、方法和/或装置利用占空比偏移系统、方法和/或装置，功率发射器20可以实现对输出功率信号的精确功率电平控制。另外，这样的系统、方法和/或装置可以允许控制中的更高精度和/或更大范围的控制，而不需要在功率发射器20本身内包括附加的和/或昂贵的电压调节硬件。如以上所讨论的，所述系统、方法和装置有益于利用具有已知的、可负担的、现成的电源组件的功率发射器20，用于成本降低和/或材料费用降低。
现在转向图11A和11B，继续参照图1-10，出于描述功率发射器20的功率控制方法、方案、和/或组件的目的，解说了功率发射器20和外部电源45的组件。为此，图12A的框图解说了功率调节系统40、放大器42、控制器28、外部电源45或其组件中的一者或多者之间的相互作用。因此，功率发射器20和外部电源45的组件可以与图11A-C的组件类似或者相似，并且因此共享共同的描述，如上面参照图11A-C所讨论的。
如图12A-D中所解说的，传输控制器28可被用于与外部电源45、电源控制器47或放大器42中的一者或多者进行通信，用于控制功率发射器20内的功率信号的功率电平。特别地，传输控制器28被配置成提供功率控制信号(Pcon)以控制功率信号VAC的功率电平，VAC被配置成供传输到功率接收器30。为了控制VAC、VDC或功率发射器20的任何居间功率信号中的一者或多者的电压，发射器控制器28可包括、实现、执行固件以实现和/或在功能上提供电压控制器41和脉宽调制信号(PWM)发生器43。
电压控制器41通常被配置成提供使直流功率信号VDC升压或降压、或者变更交流功率信号VAC的功率电平的控制指令的一者或两者。此外，为了确定功率控制信号(Pcon)，电压控制器可被配置成从功率接收器30接收功率请求信号(Preq)，并且至少部分地基于Preq来确定Pcon。Preq可以是确定用于传输到功率接收器30的所需功率电平的任何信息，诸如但不限于与功率接收器30相关联的负载的当前充电水平、功率接收器30的整流器处的电压、与功率接收器30相关联的负载电阻、以及与功率接收器30相关联的其他电信息。
为了控制VDC的电压电平，当从外部电源45输入到放大器42时，发射器控制器28被配置成向外部电源45至少部分地提供Pcon，使得电源可以至少部分地基于VIN和Pcon利用Pcon的信息来配置VDC，并且向放大器42提供VDC。在一些这样的示例中，诸如在图12A中解说的那些示例中，电源控制器47被配置成至少部分地接收Pcon，并且基于Pcon来生成电压调节指令(Vreg)，Vreg被配置成用于改变VDC的DC电压。电源控制器47向电压调节器46提供Vreg，以供电压调节器46在输入到放大器42之前调节和/或控制VDC的DC电压的电平。
在一些示例中，传送给电源控制器47的Pcon的信息可以包括电压预置选择指令(Pcon_preset)。Pcon_prefig包括为DC功率选择基本DC电压，其中所述选择是从一个或多个预设DC功率电压电平中选择的。预设DC功率电压可以是任何数量的电压，使得外部电源45知道预设DC功率电压，并且控制器28能够将所需的预设DC电源电压传送给外部电源45。在一些示例中，预设DC电压可以是专有的，其中特定电压电平被配置成用于特定设备的一个和/或多个操作。在一些示例中，预设DC功率电压包括5伏(V)、9V、15V或20V中的一者或多者。在外部电源45的控制中利用预设DC电压可以允许功率发射器20有效地利用现成的便宜电源，代替更昂贵的内部电压调节硬件。
在一些其他示例中，预设DC电压可以是恒定电压变化速率的阶跃，电源45从该电压变化速率被配置成高达上限最大输出功率的阶跃电平的倍数的任何功率电平。通过功率发射器20利用外部电源45的外部功率调节，利用小阶跃电平可允许功率控制的更大粒度。例如，阶跃电平可以在约10毫伏(mV)至约500mV的范围中。
现在转向图12B，PWM发生器43可被用于向放大器提供PWM信号，用于至少部分地基于放大器42的输入VDC来形成VAC。PWM发生器43可以至少基于由操作频率发生器48提供的操作频率来生成PWM信号。在一些示例中，由操作频率生成器48产生的操作频率可选自约87kHz至约205kHz的范围。
在一些示例中，PWM发生器48还包括操作频率选择器49。操作频率选择器49可以接收用于偏移在频率发生器48处选择的操作频率的Pcon的频率偏移信号(Pcon_freq)，以响应于功率发射器20的功率需求。在一些示例中，Pcon_freq可以是用于在操作频率范围内基于传输系统20响应于特定频率的电特性对VAC的输出功率进行粒度偏移的频移信息。例如，可以基于在给定频率处的已知或导出的电压或电流特性来选择用于频移49的操作频率。
在非限制性示例中，基于无线功率发射器的操作点分析，发现在约87kHz至约205kHz的操作范围内的较高操作频率下，功率发射器20的电流输出较大，其中电流输出与操作频率之间的关系是非线性的。由此，对于输入到放大器42的DC功率，在恒定的DC电压下，更改操作频率，从而更改从功率发射器20输出的电流，可以提高或降低VAC的输出功率。为此，频率选择器49可以接收对电源45的基本DC电压的改变的需求，并且粒度地确定和生成VAC的所得输出功率。
为了说明和示例的目的，包括图12C和图12D以解说操作频率选择器49及其与PWM信号发生器43的操作频率发生器48的相互作用的示例性实施例。图12C解说了接收Pcon_freq作为Pcon的频率改变信息(Palt)的PWM信号发生器43A。PWM信号发生器43C包括查找表(LUT)49C，其被参照以确定操作频率的频率偏移，以实现Palt的所需频率更改。为此，LUT 49C可以是任何数据库、表格、存储器、远程访问的存储器和/或数据源，其将功率发射器20的输出功率的功率、电流和/或电压的变化与操作频率的频率和/或频率偏移进行比较，该频率和/或频率偏移将引起功率发射器20的输出功率的功率、电流和/或电压的所需变化。为此，存储在LUT 49C中和/或由LUT 49C访问的数据可以由以下中的一者或多者预先确定：功率发射器的已知特性、关于功率发射器20和/或其组件的操作的实验结果、关于功率发射器20的电气性能的推导和/或模型、与功率发射器20和/或其组件相关联的已知电气和/或物理特性、或者任何其他已知的电气与频率特性关系。
附加地或替换地，如图12D中的示例中所解说的，PWM信号发生器43可包括确定器49D，用于基于Palt的值来确定适当的操作频率偏移。因此，确定器49D可以是任何非静态模型、仿真、导出关系、控制回路、积分器和/或确定器，其基于基本DC功率信号的已知值和来自基本DC功率电平的所需变化来接收所请求的功率变化并且确定所述功率变化的操作频移。确定器49D可以基于实验推导、数学推导、推导成经建模结果的观测结果、以及用于确定给定功率发射器20的功率与操作频率之间的关系的其他系统、方法和装置。
通过结合外部电源控制系统、方法和/或装置利用频率偏移系统、方法和/或装置，功率发射器20可以实现对输出功率信号的粒度功率电平控制。另外，这样的系统、方法和/或装置可以允许控制中的更大粒度和/或更大范围的控制，而不需要在功率发射器20本身内包括附加的和/或昂贵的电压调节硬件。如以上所讨论的，所述系统、方法和装置有益于利用具有已知的、可负担的、现成的电源组件的功率发射器20，用于成本降低和/或材料费用降低。
现在转向图13并且继续参照图12A-C，解说了用于控制功率发射器20的功率输入和/或输出的示例性方法600的框图。方法600可在框605处开始，其中发射器控制器28从功率接收器30接收Preq。如框610中所解说的，方法600可以包括基于Preq来确定Pcon。此外，方法600包括向外部电源45和/或其任何组件提供Pcon的Pcon_preset。
外部功率发射器45至少基于Pcon_preset来确定Vreg(框620)，并且基于Vreg来确定VDC并将VDC提供给功率发射器20(在放大器42处)(框625)。
在一些示例中，诸如参照图11C最佳描述的那些示例，方法600还可以包括针对VAC的进一步所需电压配置来确定Pcon(Pcon_freq)的操作频率偏移，如框630中所解说的。此外，然后可以基于Pcon_freq来更改和/或调整PWM，如框635中所解说的。
放大器42被配置成从发射器控制器28接收PWM信号，如框540中所解说的。然后，放大器42至少部分地基于VDC和PWM来生成VAC，如框645中所解说的。
图14是功率发射器20的实施例的示例性示意图120。在该示意图中，放大器42是驱动发射器线圈21和串联电容器CS的全桥逆变器142。在一些示例中，其中功率发射器20的操作频率在约87kHz至约205kHz的范围中，发射器线圈21具有在约5μH至约7μH的范围中的自感。在一些此类示例中，CS具有在约400nF至约450nF的范围中的电容。
基于由控制和通信系统26配置的控制，体现输入电源12的输入电源112被更改以控制传输到功率接收器30的功率的量。输入电源112到全桥逆变器142的输入电压可以在约1伏(V)至约19V的范围内改变以控制功率输出。在这样的示例中，输入电源112的电压的分辨率可以是10毫伏(mV)或更小。在一些示例中，当功率发射器20、120首次施加功率信号以传送给功率接收器30时，输入电源112的功率信号具有在约4.5V至约5.5V的范围中的初始输入功率电压。
发射器线圈21可以是绕线型，例如由Litz线绕线。如本文所定义的，Litz线是指在电子器件中利用以一定频率运载交流电的多股线或电缆的类型。Litz线被设计成在高达约1MHz的频率下减少导体中的趋肤效应和接近效应损耗，并且由许多细导线束组成，这些细导线束遵循图案单独地绝缘并扭绞或编织在一起。在一些示例中，Litz线可以是17号美国线规(AWG)(1.15mm)类型2Litz线，具有105股40号AWG(0.08mm直径)，或等效线。在一些示例中，用于发射器线圈21的Litz线可以是双股Litz线。为此，使用更厚的Litz线，诸如17号AWG类型2Litz线，使用双股Litz线以及它们的组合，可导致发射器线圈21的品质因子(Q)增加，并且更高的Q可与间隙17高度和/或Z-距离的增加直接相关。由于Q与由发射器天线21产生的磁场的量级直接相关，并且因此与具有较低的Q设计的传统传输线圈相比，在产生的较大量级的磁场的情况下，从发射器天线21发射的场可以达到较大的Z距离和/或充电量。虽然描述和解说了Litz线，但是可以使用其他等效和/或功能上类似的线。此外，可以使用其他尺寸和厚度的Litz线。此外，可以使用Litz线的其他尺寸和厚度。
转向图15，解说了用于描绘发射器天线21的尺寸的示例性图121。图121是发射器天线21的顶部透视图，并且示出了发射器天线21的顶面60。注意，图121并不必然按比例，并且用于解说性目的。顶面60和发射器天线21通常在形状上是相对圆形的。如所解说的，外径do被定义为发射器天线21的外径。在一些示例中，外径do的外径长度在约40mm至约50mm的范围中。内径di被定义成发射器天线21内部的空隙空间的直径。内径di可具有在约15mm至约25mm的范围中的内径长度。外径do和内径di相对于彼此可以相对同心。发射器线圈21具有厚度tw，其被定义成线圈的导线的厚度。厚度tw可以在约2mm至约3mm的范围中。在这样的示例中，发射器线圈21可以由Litz线制成并且包括至少两层，该至少两层彼此堆叠。利用增大的内径di、增大的外径do、用于天线21的多个Litz线层中的一者或多者，本文公开的特定尺寸和/或其组合中的可以有益于实现更大的间隙17高度和/或Z距离。发射器天线21的其他形状和尺寸可以基于具有发射器线圈的屏蔽的形状和尺寸的选择的配置来选择。在需要所需屏蔽的情况下，根据一实施例，发射器天线21的形状和尺寸可以被成形和设定成使得屏蔽包围发射器天线21。
现在转向图16，解说了发射器线圈21的截面图，该发射器线圈21位于基站11内并且部分地被发射器线圈21屏蔽80包围。屏蔽80包括铁氧体芯并限定腔82，该腔被配置成使得当发射器天线21被放置在腔中时，铁氧体芯基本上包围发射器天线21的除顶面60之外的全部。如本文所使用的，“包围”意在包括覆盖、围绕、封闭、在四周延伸或以其他方式提供屏蔽。在这一上下文中，“基本上包围”可能会考虑到线圈的未被覆盖的小部分。例如，电源线可以将发射器线圈21连接到电源。电源线可以经由屏蔽80的侧壁中的开口进入。在该连接处或附近的发射器线圈21可以不被覆盖。在另一示例中，发射器线圈21可以稍微升高出腔，并且因此侧壁的顶部可以不被覆盖。举例来说，基本上包围将包括发射器天线的该部分的至少50+％的覆盖。然而，在其他示例中，屏蔽可为发射器天线21的一个或多个侧面提供更大或更小的覆盖范围。在一实施例中，如图16中所示，屏蔽80至少包围发射器天线21的整个底部和发射器天线21几乎所有的侧部。如本文所使用的，发射器天线21的整个底部可包括例如发射器天线21的整个底表面或发射器天线21的Litz线的所有匝。关于侧壁，如图16中所示，磁环84没有一直延伸到发射器天线21侧壁的上方。然而，如其他图示中所示，侧壁可以一直延伸到侧壁的上方。
在另一实施例中，屏蔽80可以包围发射器天线21的小于整个底部。例如，连接线(例如，如图18A、18B中最佳解说的和下面讨论的连接线292)可以穿过屏蔽80底部的开口。
在一实施例中，如图16中所示，屏蔽80是“E芯”型屏蔽，其中当在侧视图中截面上观察屏蔽时，腔82和屏蔽80的结构元件被配置成E形结构。E芯配置在图17中进一步示出，图17是屏蔽80的透视图。屏蔽80可以包括磁芯86、磁背衬85和磁环84。磁芯86从磁背衬85的外边缘向内隔开，并从该磁背衬85的顶表面向上突出。磁芯86和磁环84用于包围发射器线圈21并引导和聚焦磁场，从而改善与功率接收器30的接收器线圈31的耦合。
除了覆盖发射器线圈21的整个外径外，屏蔽80还可以覆盖发射器线圈的内径di。也就是说，如图所示，E芯配置的内部部分可以通过发射器线圈21中部向上突出。
在一实施例中，腔82被配置成使得屏蔽80覆盖发射器线圈21的整个底部和发射器线圈21整个侧部。发射器线圈21的顶部未被覆盖。发射器线圈21的底部是发射器线圈21与初级功率传递给接收器线圈的方向相反的一侧。对于绕线式发射器线圈21，发射器线圈21的侧部包括线圈21的最外绕组的侧部。
图18A是发射器线圈21和图16的E芯屏蔽的实施例的透视图，而图18B是发射器线圈21和图16的E芯屏蔽的实施例的分解透视图。发射器线圈21被定位在屏蔽80的上方，如上所讨论的，结构体的组合可包括磁芯86、磁背衬85和磁环84的组合。磁屏蔽组合作用是帮助引导和集中由发射器线圈21产生的磁场，并且还可以限制另行由通过附近金属物体的磁通量导致的副作用。在一些示例中，磁环限定开口88，其中发射器线圈21的连接线292可以离开屏蔽80。
如本文所定义的，形成屏蔽80的“屏蔽材料”是捕获磁场的材料。其示例是铁氧体材料。为屏蔽80选择的铁氧体屏蔽材料也取决于操作频率，因为复磁导率(μ＝μ′-j×μ〃)与频率有关。该材料可以是烧结柔性铁氧体片或刚性屏蔽，并由不同的材料成分组成。在一些示例中，用于屏蔽80的铁氧体材料可以包括Ni-Zn铁氧体、Mn-Zn铁素体及其任何组合。
现在返回图16并且继续参照图17和18，屏蔽80与发射器天线21对准，使得屏蔽80在除顶面60之外的所有侧面上基本上包围发射器天线21。换句话说，发射器天线21可以缠绕在磁芯86周围，并且在底部和侧面上分别被磁背衬85和磁环84包围。如所解说的，磁背衬和磁芯中的一者或两者的形式的屏蔽80可以延伸超过发射器天线21的外径do达屏蔽延伸距离de。在一些示例中，屏蔽延伸距离de可以在约5mm至约6mm的范围中。如所解说的，磁背衬85处的屏蔽80和发射器线圈21彼此分离达间隔距离ds。在一些示例中，间隔距离ds可以在约0.1mm和0.5mm的范围中。
基站11的接口表面70位于距发射器线圈21和屏蔽80的接口间隙距离dint处。接口表面70是基站11上的表面，其被配置成使得当功率接收器30接近接口表面70时，功率接收器30能够经由发射器天线21和接收器天线31之间的近场磁感应与功率发射器20耦合，以实现无线功率传递。在一些示例中，接口间隙距离dint可以在约8mm至约10mm的范围中。在这样的示例中，dint大于QiTM经认证无线功率传输的标准所需Z距离(3-5mm)。因此，通过具有更大的dint，可以在传输线圈21和接口表面70之间设置空的空间和/或绝缘体，以减轻在操作期间向接口表面70、功率接收器30和/或电子设备14的热传递。此外，这种更大的dint允许接口设计结构，其中在操作期间，电子设备14上或附接到电子设备14的对象可以保持附接到电子设备。如下面更详细描述的，可以包括接口表面70的设计特征，用于与这样的对象交互，以对准功率发射器20和功率接收器30以进行操作。
现在回到图18B，在发射器天线21和屏蔽80的分解图中解说了用作发射器天线21的示例性线圈221。线圈221包括用于第一双股线圈层261和第二双股线圈262的一个或多个双股Litz线290。如本文所定义的“双股”是指具有两个紧密间隔的线圈，平行螺纹和/或线。第一和第二双股线圈层261、262中的每一个包括N匝。在一些示例中，第一和第二双股线圈层261、262中的每一者都包括约4.5匝和/或双股线圈层261和262可以包括约4到大约5匝范围中的匝数。在一些示例中，一个或多个双股Litz线290可以是17号AWG(1.15mm)型2Litz线，具有105股40号AWG线(0.08mm直径)或等效线。利用多层、厚Litz线、双股Litz线及其任何组合可导致线圈21获得更大的Q和/或可导致间隙17高度和/或线圈21与接收器线圈之间的Z距离增加。
图19A是用于基站11的实现的第一框图311A。如所解说的，功率发射器20包含在基站11内。在一些示例中，基站11包括一个或多个用户反馈机构300，其中一个或多个用户反馈机构300中的每一者被配置成帮助用户将功率接收器30和/或其关联的电子设备14与活动区域310对准，以经由发射器线圈21进行无线功率传递，其中功率接收器30被配置成从发射器线圈21获取近场感应功率。如本文所定义的，术语“近场感应功率”是指靠近接口70的任何区域、体积和/或空间，其中功率发射器20能够向功率接收器30传送近场感应功率。
一个或多个用户反馈机构300可以包括视觉反馈显示器302、触觉反馈机构304、听觉反馈机构306、接口表面70上的标记308、任何其他反馈机构300以及它们的任何组合中的一者或多者。视觉反馈显示器302被配置成视觉地指示功率接收器30与活动区域310的正确对准。视觉反馈显示器304可包括但不限于视觉屏幕、灯、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)显示器、其他视觉显示器和/或其任何组合。触觉反馈机构304被配置成触觉地指示功率接收器30是否与活动区域310正确对准。触觉反馈机构304可包括但不限于触觉反馈设备、振动设备、其他触觉反馈机构及其任何组合。听觉反馈设备306被配置成可听地指示功率接收器30是否与活动区域310正确对准。听觉反馈机构306可包括但不限于扬声器、声音发生器、语音发生器、音频电路、放大器、其他可听反馈设备及其任何组合。
标记308可以是任何可视的和/或机械的标志，其指示电子设备14的用户应当将他/她/他们的电子设备14放置在接口表面70上的何处，使得功率发射器20将与电子设备14的功率接收器30适当地对准。附加地或替换地，标记308可指示有效区310的位置和/或有效区70内的适当位置。在图311A的示例性实施例中，标记308A可以是在接口表面70上标记的基本上二维的视觉指示器。基本上二维的标记308A可包括但不限于包括印刷指示器、徽标、指示用户应当将电子设备14放置在标记308A上的消息、任何其他基本上二维的标记、以及它们的任何组合。在替换实施例中，在图19B中解说的第二示意性框图311B中，标记308B是基本上三维的和/或机械的标记308B，诸如但不限于接口表面70中的凹痕和/或凹口。三维标记308B可被配置成与电子设备14的机械部件72交互。机械部件72可以是电子设备14的任何机械部件和/或与电子设备14相关联的另一连接的机械部件和/或设备。因而，机械部件72与三维标记308B之间的交互可被配置成将功率发射器20与电子设备14的功率接收器30对准。例如，机械部件72可以是相对靠近电子设备14的功率接收器30定位的外部突起，并且标记308B被配置成接收机械部件，并且根据这种接收的性质，功率发射器20和功率接收器30被适当地对准以用于近场感应无线功率传递。在一些此类示例中，电子设备14是移动设备，诸如智能电话和/或平板计算设备，并且机械部件72可以是被配置成在使用时抓握电子设备14的外部附接的抓握设备。在此类示例中，标记308B被配置成接收抓握设备机械部件72并允许功率发射器20和功率接收器30的正确对准以用于近场感应无线功率传递，同时可移除机械部件72保持附接到电子设备14。图20是当根据本公开的教导设计、制造和/或实现发射器线圈21和/或功率发射器20时，由发射器线圈21和/或其相关联的功率发射0生成并且由示例性接收器线圈31和/或其相关联的功率接收器30捕获的磁场的示例性的实际模拟900。接收器线圈30是由商用电子设备(诸如移动电话)利用的标准QiTM接收器线圈，并且接收器线圈30是用线圈后面的金属件建模的，其中金属件被用于模拟电池。模拟示出了由发射线圈20生成的磁场被接收器线圈30在9mm的扩展Z距离处捕获。如前所讨论的，QiTM无线发射器线圈通常在约3mm至约5mm的线圈到线圈的距离之间操作。发射器线圈21的成形磁体已示出有利地重塑磁场，以便线圈到线圈的耦合可在扩展的Z距离处发生，其中Z距离延伸约2倍至约5倍于标准QiTM无线功率传递的距离。此外，本申请的成形磁体可将当前QiTM无线功率次发射器的耦合延伸至约5mm至约25mm的Z距离。与标准的当前功率发射器相比，任何E芯和/或用于屏蔽80的附加或替换的定制形状可成功地被用于重塑磁场，以用于扩展最小5％的Z距离耦合。另外，之前讨论过的任何E芯和定制形状(每个与其与线圈到磁场的关系的结合)，也可能会进一步增加至少另外5％的z方向耦合。一个包括结构的实施例，该结构包括线圈和磁性材料，其中线圈和位于该线圈的内径处的磁性材料之间的间隙为2mm，该实施例重塑磁场，使耦合增加5％。
如上文所讨论的，当与传统、低频(例如，在约87kHz至约205kHz的范围中)传输线圈、功率发射器和/或基站相比时，本文中所公开的发射器线圈21、功率发射器20和/或基站11可实现Z距离和/或间隙17高度的极大进步。为此，扩展的Z距离不仅扩展接收器在其内可被放置并且与发射器适当耦合的线性距离，而且扩展的Z距离也扩展接收器可在其内从发射器接收无线功率信号的三维充电和/或操作体积(“充电体积”)。对于以下示例，讨论将相对于发射器线圈定位的接收器线圈的横向空间自由度(X和Y距离)固定为控制变量。因而，仅出于讨论的目的，假设基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21的X和Y距离基本上类似于传统系统的X和Y距离。然而，当然设想本文公开的发明可增加X距离和Y距离中的一者或两者。此外，虽然本示例使用8-10mm的示例性范围用于基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21的Z距离，但是当然设想并实验的结果已经显示，基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21确实能够实现具有大于约10mm的长度的Z距离，诸如但不限于高达15mm和/或高达30mm。因此，下表仅是示例性的并且用于解说，由基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21实现的扩展的Z距离对与基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21中的一者或多者相关联的充电量具有显著的、有用的和有益的影响。
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因此，当于传统的低功率无线功率发射器相比，通过利用基站11，功率发射器20、和/或发射器线圈21，有效充电体积可增加超过100％。因此，基站11、功率发射器20和/或发射器线圈21可实现大的Z距离、间隙高度和/或充电体积，这些Z距离、间隙高度和/或充电体积对于传统低频是不可能的，但被认为仅在较低功率、高频(例如，高于约2Mhz)无线功率传递系统中是可能的。
图21A和图21B解说了线圈阵列321，该线圈阵列可被用作功率发射器21、基站11、或其组合中的一者或多者的发射器天线21。如所解说的，线圈阵列321可包括两个或多个发射器线圈322，这两个或多个发射器线圈可根据发射器天线21的规格构造，如以上所讨论的，关于尺寸、材料以及它们的组合，如参照图14-18所述。虽然图21A-B的示例性线圈阵列321示出了三个发射器线圈322，但是线圈阵列321当然不限于仅具有三个发射器线圈322。此外，由于发射器线圈322被解说为基本上线性和/或矩形布局，因此它们当然不限于基本上线性和/或矩形布局；其他布局的示例包括但不限于包括基本上正方形的布局、基本上三角形的布局、不对称的布局以及其他所设想的布局。此外，虽然发射器线圈322被解说为相对于至少一个线圈分层和/或堆叠(例如，第一和第二发射器线圈322A、322B被定位于或堆叠在第三发射器线圈322C上方)；然而，当然设想发射器线圈322可具有其他堆叠或分层布置，或发射器线圈322可不堆叠且基本上共面。此外，虽然发射器线圈322被解说为基本上圆形和/或卵形形状，但设想发射器线圈322可具有用于无线功率传递的任何可接受形状，包括(但不限于)基本上正方形形状、基本上矩形形状、基本上椭圆形形状、基本上多边形形状，以及其他设想形状。
如图21A中所示，发射器线圈322A、322B在第一平面上彼此相邻。在一些实施例中，发射器线圈322A、322B的外边缘可接触或几乎接触。几乎接触可考虑小间隙。发射器线圈322C在第一平面下方的第二平面中。如图21A中所示，发射器线圈322C的中心位于第二平面中的相邻发射器线圈322A、322B之间。第一平面不同于第二平面。第一平面在无线功率传输的方向上在第二平面的上方。可能的是，第一平面和第二平面可以颠倒，并且第二平面在无线功率传输的方向上在第二平面的上方。在一些实施例中，发射器线圈322C的中心可从相邻发射器线圈322A、322B之间的位置偏移。例如，在实施例中，发射器线圈322C的中心可被偏移成与发射器线圈322B或322A的中心对准。
如所说明的，线圈阵列321包括屏蔽380。屏蔽380包括铁氧体芯且限定腔382，腔382被配置成使得铁氧体芯基本上包围发射器线圈322中的每一者的除顶面之外的全部，类似于上文所讨论的屏蔽80。如所解说的，屏蔽380至少包围发射器线圈322的整个底部和发射器线圈322几乎所有的侧部。
虽然不一定是“E-芯”屏蔽，但是屏蔽380(在图22中被解说为没有发射器线圈322)被配置成在功能上复制屏蔽80，但是用于多个线圈。由此，在没有维持基本上E形横截面的同时，屏蔽380的结构构件的配置和位置被配置成基本上包围发射器线圈322，类似于E芯屏蔽80基本上包围单个发射器天线21的方式。屏蔽380可以包括磁芯386、磁背衬385和磁壁384。磁芯386从磁背衬385的外边缘向内隔开，并从该磁背衬385的顶表面向上突出。磁芯386和磁环384用于包围发射器线圈322并引导和聚焦磁场，从而改善与功率接收器30的接收器线圈31的耦合。
如在图22中看到的，腔382被配置成使得屏蔽380覆盖发射器线圈322的整个底部(例如，利用磁背衬385)和发射器线圈322的整个侧部分(例如，利用磁壁384)。发射器线圈322的顶部未被覆盖。发射器线圈322的底部是发射器线圈322的与到接收器天线31的初级功率传递的方向相对的一侧(例如，线圈322的顶面的相对侧)。对于绕线发射器线圈322，发射器线圈322的侧部包括发射器线圈322的最外绕组的侧部。
发射器线圈322被定位在屏蔽380的上方，如上所讨论的，结构体的组合可包括磁芯386、磁背衬385和磁环384的组合。磁屏蔽组合作用是帮助引导和集中线圈322产生的磁场，并且还可以限制否则由通过附近金属物体的磁通量导致的副作用。在一些示例中，磁环限定一个或多个开口388，其中每个发射器线圈322的连接线389可离开屏蔽380。
除了基本上包围发射器线圈322的外径之外，屏蔽380还可覆盖与发射器线圈322相关联的内部区域的部分。也就是说，如图所示，屏蔽380的内部部分可以通过每个发射器线圈322中部向上突出。在本示例中，基于线圈阵列321的布局/配置，三个磁芯386A、386B和386C可具有不同的形状。因此，这些不同形状各自被配置成填充发射器线圈322中的每一者的元件之间的开放空间之间的间隙，使得发射器线圈322的最内匝的内部上的区域大体上填充有另一发射器线圈322和磁芯386中的一些的一或多者。应注意，磁芯386A-C的形状仅是示例性的，并且磁芯386可为使得它们基本上填充发射器线圈322内部的空隙的任何形状。
现在转向图23至图26，解说了示例性外壳400A。功率发射器20容纳在外壳400A内，并且示出了示例性移动设备414，该移动设备414可被配置成从功率发射器20接收无线功率。因此，功率接收器30可以是移动设备的一部分或可在操作上与移动设备相关联，且移动设备414可以是在操作上与功率接收器30相关联的电子设备14。图23A解说了示例性外壳400A和移动设备414的透视图，而图23B在前视图中解说了当移动设备414相对于外壳400A定位使得功率接收器30能够从功率发射器20接收无线功率信号时的外壳400A和移动设备414。在一些示例中，移动设备414可以具有与其相关联的外围设备418，其中该外围设备是可附接至移动设备414的物理设备。外围设备的示例包括但不限于包括机壳、抓握设备、专用抓握设备、钱包等。在一些示例中，当移动设备414相对于外壳400被放置在适当位置时，为了无线功率传递的目的，功率发射器20可被配置成通过外壳400和外围设备418与功率发射器30耦合。
图24A和24B分别呈现了与图23A和23B的透视图和顶视图类似的透视图和顶视图，但是外壳440被解说为透明的，使得可以解说系统20的某些内部组件。发射器天线21和/或线圈阵列321被容纳在外壳440内，且发射器天线21不限于用线圈阵列321来实现，而可以是能够在移动设备相对于外壳400定位以用于无线功率传递时向移动设备414的接收器系统30提供无线功率的任何发射器天线21。如下文将更详细讨论的，外壳可容纳风扇410，风扇410是功率传输系统20的一部分，其可被用于生成用于冷却功率发射器20组件、天线21、移动设备414、外壳400和其组合中的一者或多者的气流。
如在图25中的外壳400A的横截面中最佳地解说的，风扇410和/或任何其他气流源可以被定位成与外壳400的气流开口430连通。气流开口430可以是外壳400内的允许气流在气流源(例如，风扇410)与外壳的一个或多个气流通道之间处于流体连通的任何腔、切口、和/或空隙，其被配置成提供用于冷却外壳400、移动设备414、功率发射器20、发射器天线21、或功率发射器20组件中的一者或多者的气流。如本文所定义的，“气流”至少指空气(包括与其混合的材料、气体和/或颗粒)以流体方式进入或离开外壳400的任何移动。在一些示例中，气流可以指颗粒、流体和/或气体本体从较高压力的区域流到压力较低的区域。气流可以由机械诱导引起(例如，操作风扇和/或外部气流源)或气流可以由自然源引起(例如，向外部非真空气氛打开开口)。如本文所定义的，“处于流体连通”是指机械体的两个或更多个结构、空隙和/或区域之间的关系，其中流体(例如，气体、液体、等离子体、气流等)在受到一些力时可以流入或流出彼此。
在图25中，示例性气流被解说为带有解说气流方向的箭头的粗虚线。尽管被解说为将空气从外壳400的气流开口430向外推动，但当然设想，不是将气流从气流开口4300推动到外壳400的外部，以冷却功率发射器20组件、天线21、移动设备414、外壳400或其组合中的一者或多者，当然设想，气流可以反向，并将气流通过气流开口430拉到外部源，以将热量从移动设备414中抽走，以冷却功率发射器20组件、天线21、移动设备412、外壳400及其组合中的一者或多者。
为了允许此类冷却，外壳400至少限定了前表面402A、气流开口430、第一气流通道431、第二气流通道432和突出部408。外壳400A的此类结构元件可在图26A和26B的外壳400A的透视图中被最佳地解说，其中移动设备414被移除。前表面402A被配置成用于替换移动设备414，用于从功率发射器20到或移动设备414的功率接收器的无线功率传递。例如，当相对于外壳400定位以用于无线功率传递时，移动设备414可抵靠在前表面402A上。气流开口430被配置成提供气流，如上文所讨论的。如上所讨论的，气流可经由机械设备(诸如风扇410)提供给气流开口。在一些此类示例中，外壳400进一步限定用于容纳至少风扇的风扇腔411A，且风扇腔411A与至少气流开口430处于流体连通以用于将气流中的至少一些提供给气流开口。第一气流通道431被配置成经由与气流开口430处于流体连通而邻近移动设备414的前表面402A和后表面416中的一者或多者来提供气流中的至少一些。在一些示例中并且如在图26A和26B的外壳400A的透视图中最佳地解说的，第一气流通道431可以包括第一气流通道腔435。第一气流通道腔435至少部分地延伸约第一厚度403A，该第一厚度403A被定义为在外壳的前表面402A与后表面404A之间的厚度。第一气流通道腔435允许向/从第一气流通道431提供的气流将热量引导离开移动设备后表面416、天线21、移动设备414、外壳400、以及它们的组合中的一者或多者。在一些示例中并且如图26B中最佳地解说的，第一气流通道431还包括第一通道开口437，该第一通道开口至少与气流开口430处于流体连通。第一通道开口437被配置成将来自气流开口430的至少一些气流提供给第一气流通道腔435或移动设备后表面416中的一者或多者。在一些此类示例中，第一通道开口437被限定为突出部408的顶面409中的第一开口，并且因此，突出部408及其限定第一通道开口437的开口与气流开口430处于流体连通。
在一些示例中，第一气流通道还包括与第一气流通道腔435处于流体连通的至少一个通气孔439。如所解说的，至少一个通气孔439被配置成将气流引导至外壳400的外部和/或在外壳400的一侧或多侧处的第一气流通道431；然而，通气孔439不限于这样的布置，只要通气孔439保持与第一气流通道431和外壳400外部的环境处于流体连通。因此，至少一个通气孔439通向外壳400外部的环境并且允许外部空气流进入或离开外壳400中的一者或多者。
突出部408至少部分地从前表面402A向外延伸并且包括突出部顶面409，其中突出部顶面409与前表面402A形成一角度。角度407小于约180度且大于约0度。在一些示例中，角度407被配置成使得当移动设备414邻近前表面402A放置时，移动设备前表面417处于相对于移动设备414的用户的适当视角。第二气流通道432被配置成经由与气流开口430流体连通、邻近突出部顶面409、移动设备前表面417、或其任何组合的一者或多者来提供气流中的至少一些。在一些示例中，第二气流通道432包括第二通道开口438，第二通道开口438至少与气流开口430处于流体连通(例如，不阻塞或限制)。第二通道开口438被配置成将来自气流开口430的气流中的至少一些提供给移动设备前表面417。在一些示例中，第二通道开口437被定义为突出部顶面409中的至少与气流开口430处于流体连通的开口。在一些此类示例中，气流开口430可以相对于突出部顶面409的另一表面朝向前表面402A向内成角度。在这样的示例中，成角度的气流开口430被配置成在移动设备前表面417处以定向的方式提供气流。返回图25，在一些示例中，移动设备414和/或相关联的外围设备418可以包括在移动设备414的后表面416的方向上向外延伸的突出部的机械体419。这样的相关联的外围设备可以是用于移动设备414的壳体的一部分、抓握设备、可拆卸设备、附件、用于其他外围设备的壳体等中的一者或多者。在此类示例中并且如图25中所解说的，第一气流通道腔435可被配置成机械地接收机械体419，并且机械体419的这种接收至少部分地将功率发射器20的发射器天线21与功率接收器30的接收器天线31对准，以用于无线功率传递的目的。
现在参照图23-26的全部，如所解说的，外壳400A包括和/或限定外壳支架结构440和外壳基底结构450。外壳支架结构包括前表面402A和后表面404A，并且至少部分地延伸约第一厚度403A。外壳基底结构包括顶表面452和底表面454，其中顶表面452和底表面454由外壳基底结构厚度456分开。外壳支架结构440和外壳基底结构450分别被定位成使得至少部分地由后表面404A的一部分和顶表面452的一部分形成支架角458。角度458大于约0度且小于约180度。在一些示例中，角度458被配置成使得当移动设备414邻近前表面402A放置时，移动设备前表面416处于相对于移动设备的用户的适当视角。尽管未在示例性图中解说，但当然设想功率发射器20的任何电气组件可以附加地容纳在外壳400内，诸如但不限于控制和通信系统26的组件、功率调节系统40的组件、感测系统50的组件和/或功率发射器20的或与功率发射器20相关联的任何其他组件。
现在转向图27A和图27B，解说了另一示例性外壳400B。功率发射器20容纳在外壳400B内，并且示出了移动设备414，该移动设备414可被配置成从功率发射器20接收无线功率。因此，功率接收器30可以是移动设备的一部分或可在操作上与移动设备相关联，且移动设备414可以是在操作上与功率接收器30相关联的电子设备14。图27A解说了外壳400B和移动设备414的透视图，而图27B在俯视图中解说了当移动设备414相对于外壳400B定位使得功率接收器30能够从功率发射器20接收无线功率信号时的外壳400B和移动设备414。如同图23-26的示例，移动设备414可以具有与其相关联的外围设备418。移动设备414、外围设备418或其组件中的一者或多者可以是参照图23-26的外壳400A被包括并描述的类似和/或等效元件。
如图26A、26B中的一者或多者和/或图28A和28B的截面视图所解说的，示例性外壳400B包括参照图23-26的外壳400A包括并描述的许多类似和/或等效元件。这些元件可包括但不限于包括风扇410、气流开口430、第一气流通道431、第一气流通道腔435、第一气流通道开口437、一个或多个通风口439、突出部408、突出部顶面409、第二气流通道432和第二气流通道开口438。因此，图27-28中的此类元件包括与图20-23的其相关的类似物相同的附图标记并且共享以上书面描述。
与外壳400A相比，外壳400B不包括分开的基底结构和支架结构，而是主要限定为垫或平躺体，除了突出部408以外，在系统10执行无线功率传递时移动设备414可搁置在突出部408上。为此，外壳400B限定顶面402B和底面404B，移动设备放置在顶面402B上以用于无线功率传递。外壳厚度403B，其被定义为顶表面402B与底表面404B之间的厚度。为此，第一气流通道腔435至少部分地沿外壳厚度403B延伸。
如在图28A中最佳解说的，当风扇410被包括在功率发射器20中时，外壳400B可以包括风扇腔411B。风扇腔411B与气流开口430处于流体连通，并且向气流开口430和/或从气流开口430和/或外壳400、功率发射器20和/或移动设备414的下游/上游处于流体连通元件提供气流。
可替换地，如图28B所解说的，可以用外部气流源输入腔411C代替风扇腔411B。外部气流源输入腔411C与气流开口430处于流体连通，并提供气流开口430与外部气流源460之间流体连通。因此，外部气流源输入腔411C可以实现气流开口430与外部气流源460之间流体连通，其中外部气流源向气流开口430提供气流中的至少一些。为此，外部气流源460可以是任何外部气流源，诸如但不限于外部风扇、外部通风系统、外部空调单元、外部吸入设备和/或被配置成用于向气流开口430提供气流和/或从气流开口提供气流的任何其他外部设备和/或源。在其中功率发射器20B的输入电源12是交通工具电源的一些示例中(例如，图1A、2B、5B、8-10的示例)，外部气流源460可以是交通工具15的气流源或者与交通工具15可在操作上相关联。
当与用于无线功率传递的传统热解决方案和/或传统功率发射器设计相比时，本文中所公开的外壳400可在无线功率传递期间提供对移动设备414和/或功率发射器20的较大冷却。可通过包含多个气流通道(诸如第一气流通道431和第二气流通道432)来实现此经增强的冷却，该多个气流通道被配置成同时将气流提供给移动设备414的多个面。与常规无线功率发射器相比，功率发射器20或移动设备414中的一者或两者的此经增强的冷却可实现允许功率发射器20向功率接收器30安全地提供较大功率电平的较大热减轻。此外，本文中所公开的外壳400可在具有升高的环境温度的环境中(诸如当外壳400处于直接阳光下时、当外壳400位于交通工具内时、当外壳400接近造成升高的热的机器和/或电子装置时，以及其他环境)提供适当的无线功率传输而无热问题。附加地或替换地，与传统无线功率传递系统相比，功率发射器20或移动设备414中的一者或两者的此种经增强冷却和/或由所述冷却启用的经扩展功率电平和/或分布可允许功率发射器20与功率接收器30之间的较大的Z距离和/或间隔间隙。图29A至图29E示出了表面可安装功率发射器720，其可包括与功率发射器20相似和/或等效的元件，包括但不限于发射器天线21、控制和通信单元26、功率调节系统40、感测系统50、上述元件的任何组件或者它们的任何组合。除了所引述的功率发射器20的元件之外，表面可安装功率发射器720还包括表面可安装外壳700。表面可安装外壳400至少基本上连接至发射器天线21。
表面可安装外壳700被配置成用于至少将发射器天线21安装到结构表面的底侧，使得发射器天线21被配置成当接收器天线靠近结构表面的顶侧时与功率接收器30的接收器天线31耦合。将参照图29至图32更详细地讨论外壳700和结构表面800的这种配置。如本文所定义的，“结构表面”是由介电材料制成的任何表面，其中电子设备14的用户将需要向电子设备14提供无线功率传递，并且所述表面在无线功率传递可发生的环境(例如，功率可用于向功率发射器720提供的环境)内。结构表面的示例包括(但不限于)桌子、桌面、柜台、柜台顶、酒吧、桌子、桌面、终端桌，终端桌面、家具、户外家具、椅子、椅臂、扶手、休息室家具的表面、内座家具的表面、家庭影院家具、支架，工作空间表面、会议室桌表面、墙壁、墙壁突起、公共表面、交通工具的表面、酒吧、酒吧顶部、壁架，货架、书架、娱乐中心、橱柜表面、以及其他所设想的表面和/或表面的部分。这种表面可以由例如木材、聚合物、混凝土、层压复合材料、皮革、玻璃、陶瓷、泡沫以及其他用于表面的介电材料制成。
表面可安装外壳700可包括散热器430，该散热器430被配置成当功率发射器720连接到结构表面800时至少部分地搁置在发射器天线下方(如在图29C中的外壳700的分解图中最佳解说的)。散热器730被配置成引导功率发射器720生成的热量至少远离结构表面800。在一些示例中，并且如图29B和29E中最佳解说的，散热器730可以包括一个或多个切口722，一个或多个切口被配置成增加散热器的外部表面积，从而允许热量在增加的表面积上扩散，引导和/或耗散热量远离功率发射器20组件和/或相关联的表面。包含切口722导致到环境中的较高热耗散速率，且因此导致散热器表面上和模块内部的较低温度。
附加地或替换地，在一些示例中，可使用压铸、锻造、冲压或适合于低成本大规模生产的另一制造工艺来CNC机械加工或成形散热器730。在一些示例中，散热器730可由具有相对高热导率的金属形成。散热器720可以至少部分地由适合于压铸并且具有高热导率的任何金属或金属合金制成，诸如但不限于铝或铝合金。在一些示例中，其中通过压铸形成散热器730，在散热器730的外表面上形成具有气流(drafts)的散热器430的一个或多个表面。为了增加发射率，散热器可用不同的涂层来修整、对散热器进行化学处理和/或涂漆。增加的发射率增加了由散热器耗散的热，降低了模块700内部的组件的温度上升。在一些示例中，对铝压铸散热器730进行阳极化处理以产生均匀的黑色饰面，这增加了发射率，并且从而改善了散热器730的热耗散。
此外，在一些示例中，功率发射器720包括发射器电子电路板735。电路板735可以是任何电路板，控制和通信系统26、功率调节系统40和/或感测系统50中的一者或多者的组件可以与电路板430连接、安装、可操作和/或以其他方式在操作上与其相关联。在这样的示例中，散热器730被配置成将由电子电路板735和/或位于电子电路板735上的任何组件中的一者或多者生成的热从结构表面800传导并耗散。在一些示例中，电路板735可以在操作上与外部功率连接器411相关联，该外部功率连接器可被配置成与输入电源11对接以向功率发射器720提供输入功率。外部功率连接器711可以是提供到输入电源的电连接的任何输入和/或连接器，诸如但不限于桶形连接器、通用串行总线(USB)连接器、USB-C连接器、迷你USB连接器、闪电连接器、雷电连接器、专用电连接器、AC适配器连接器以及其他设想的连接器。在一些示例中，热界面材料(TIM)732被设置在电子电路板735和散热器730之间。在一些示例中，TIM432被放置在电子电路板735和/或功率发射器720上和/或与电子电路板735和/或功率发射器720在操作上相关联的一个或多个热产生组件附近。热界面材料732被配置成替换空气且在电子电路板735的组件与散热器730之间提供低热阻抗路径。热界面材料的示例包括但不限于包括热胶、热粘合剂、热间隙过滤器、导热垫、热带、相变材料、金属热界面或其组合。在一些示例中，在热界面材料中使用的材料可包括但不限于包括以下材料，诸如但不限于环氧树脂、硅树脂、氨基甲酸乙酯和丙烯酸酯，溶剂基体系、热熔粘合剂和压敏粘合带、氧化铝、氮化硼、氧化锌、氮化铝、镓铟锡合金、镓、环氧树脂、氰基丙烯酸酯、金属氧化物、二氧化硅、陶瓷微球、石蜡、铜等用于热界面材料的材料。在一些示例中，外壳700还包括天线外壳710，该天线外壳基本上包围天线21的侧壁(例如，天线21屏蔽80的磁环84)。天线外壳710经由例如外壳700的连接系统755连接至散热器720，如下所讨论的。天线外壳710可被用于将天线位置固定在模块内，防止由金属制成的任何外来对象进入天线附近，一旦模块被安装，就将外壳700的组件保持在一起，和/或用于封装和/或掩盖功率发射器420的成品中的功率发射器720的组件的目的。在一些示例中，天线外壳710的部分可以限定连接系统755的一部分，如下面更详细讨论的。在一些示例中，天线外壳710由可注入成型的聚合物和/或任何其他基本上介电材料形成。
现在转向图30并且继续参照图1-29，相对于第一结构表面800A解说了功率发射器720，该功率发射器720可附接至第一结构表面并且功率发射器720可用于经由发射器天线21和功率接收器30的接收器天线31之间的耦合将无线功率传送到电子设备的功率接收器30。结构表面800A具有顶侧804A和下侧802A；如以上所讨论的，功率发射器720被配置成安装到底侧802A。如图30中最佳解说的，包括连接系统755以将功率发射器700连接至结构表面800的底侧802。如所解说的，连接系统755可包括一个或多个连接孔752；连接孔752被配置成接纳一个或多个紧固件754，紧固件754可与连接孔752配合，并且然后进入结构表面800，以将功率发射器720固定到底侧802。虽然解说成孔752和紧固件754的组合，但是连接系统755当然不限于孔/紧固件组合，并且可以是和/或包括粘合剂、可移除连接器、连接材料连接(例如Velcro)、磁性连接、密封连接、熔融连接、以及用于将功率发射器720连接到结构表面800的其他系统、方法和装置。
图31A和图31B解说了安装到第二结构表面800B的功率发射器700，结构表面800B包括孔810A。该孔限定了孔顶板814A和孔开口812A。孔深度815A被定义为孔顶板814A与孔开口812A之间的距离。在一些示例中，孔810A被配置成当安装在靠近孔顶板814A的底侧表面802A上时接收功率发射器720。在一些示例中，孔厚度815A小于表面厚度805B，并且外壳700被配置成安装到孔顶板814A上。
在另一示例中，图32解说了限定表面厚度805C的具有顶侧804C和底侧802C的第三结构表面800C。结构表面800C限定了孔810B，该孔具有孔顶板814B和孔开口812B。孔顶板814B与孔开口812B之间的厚度限定孔厚度815B。与图31的孔810A相比，孔810B具有显著更大的厚度815B，使得孔厚度815B大于功率发射器720的厚度。在一些示例中，孔810A被配置成当安装在靠近孔顶板814B的底侧表面802C上时接收功率发射器720。在一些示例中，孔厚度815B小于表面厚度805B，并且外壳700被配置成安装到孔顶板814B上。在一些示例中，表面厚度805C在约20mm至约60mm的范围中，且孔厚度815B在约5mm至约50mm的范围中。如图32中所解说的，外壳700在操作上与替换连接系统765相关联，替换连接系统765被配置成将外壳700连接到表面804C的底侧。连接系统465包括用于安装到表面804的底侧的托架(bracket)760，托架460限定一个或多个孔762，紧固件754可插入这些孔中以将托架760以及通过关联将外壳700连接到表面804C的底侧。在一些示例中，连接系统765可以包括外部热连接器766，外部热连接器766经由例如散热器730的中心孔738将托架760连接到散热器730。热连接器766可至少部分地由类似于散热器730的导电材料构成，且被配置成进一步将热量从散热器730、功率发射器20和/或表面804汲取和/或耗散热量。
图33是用于设计功率发射器20的方法1200的示例框图。方法1200可以包括设计外壳400和/或与其相关联的冷却结构中的一者或两者。方法1200还可以包括设计和/或选择用于功率发射器20的发射器线圈21，如框1210中所解说的。方法1200包含调谐功率发射器20，如框1220中所解说的。这种调谐可用于(但不限于)阻抗匹配。
方法1200还包括设计用于功率发射器20的功率调节系统40，如框1230中所解说的。功率调节系统40可用多个功率输出特性考虑(诸如但不限于，功率传递效率、最大化传输间隙(例如，间隙17)、增加到接收器的输出电压、减轻无线功率传递期间的功率损耗、在不降低数据通信的保真度的情况下增加功率输出、优化从公共电路和/或放大器接收功率的多个线圈的功率输出、以及其他所设想的功率输出特性考虑)中的任何一者来设计。此外，在框1240处，方法1200可以确定和优化连接以及任何相关联的连接组件，以配置和/或优化输入电源12和框1230的功率调节系统40之间的连接。这样的确定、配置和/或优化可包括设计和/或选择交通工具输入功率调节器90、选择和实现保护机构和/或装置、选择和/或实现电压保护机构等。
方法1200还包括设计和/或编程功率发射器20的控制和通信系统26，如框1250中所解说的。这种设计的组件包括但不限于感测系统50、驱动器41、传输控制器28、存储器27、通信系统29、热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、(诸)电传感器57、(诸)其他传感器58，全部或部分地，以及可任选地包括其任何组件。
图34是用于制造功率发射器20的方法2200的示例框图。方法2200可包括形成、制造或以其他方式构造外壳400和/或与其相关联的冷却结构中的一者或两者。方法2200还可以包括制造设计和/或选择用于功率发射器20的发射器线圈21，如框2210中所解说的。方法2200包含调谐功率发射器20，如框2220中所解说的。这种调谐可用于(但不限于)阻抗匹配。
方法2200还包括制造用于功率发射器20的功率调节系统40，如框2230中所解说的。功率调节系统40可用多个功率输出特性考虑(诸如但不限于，功率传递效率、最大化传输间隙(例如，间隙17)、增加到接收器的输出电压、减轻无线功率传递期间的功率损耗、在不降低数据通信的保真度的情况下增加功率输出、优化从公共电路和/或放大器接收功率的多个线圈的功率输出、以及其他所设想的功率输出特性考虑)中的任何一者来设计和/或制造。此外，在框2240处，方法2200可包括连接和/或优化连接以及任何相关联的连接组件，以配置和/或优化框2230的输入电源12与功率调节系统40之间的连接。这样的确定、制造、配置和/或优化可包括设计和/或选择交通工具输入功率调节器90、选择和实现保护机构和/或装置、选择和/或实现电压保护机构等。方法2200还包括设计和/或编程功率发射器20的控制和通信系统26，如框2250中所解说的。这种设计的组件包括但不限于感测系统50、驱动器41、传输控制器28、存储器27、通信系统29、热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、(诸)电传感器57、(诸)其他传感器58，全部或部分地，以及可任选地包括其任何组件。
如在此所使用，在一系列项目之前的短语“中的至少一者”(用术语“和”或“或”来分隔任何项目)，作为一个整体修改列表，而不是列表的每个成员(即，每个项目)。短语“中的至少一者”不要求在列出的每个项目中选择至少一项；相反，该短语的含义包括任意一个项目的至少一者，和/或项目的任意组合的至少一者，和/或每个项目的至少一者。例如，短语“A、B和C中的至少一者”或“A、B或C中的至少一者”各自指仅A、仅B或仅C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每个的至少一者。
谓词“配置成”、“可操作来”和“编程成”并不意味着对主语进行任何具体的有形或无形的修改，而是旨在互换使用。在一个或多个实施例中，配置成监视和控制操作或组件的处理器也可以指被编程成监视和控制操作的处理器，或可操作来监视和控制操作的处理器。同样，配置成执行代码的处理器可以被解释为编程以执行代码或可操作来执行代码的处理器。
诸如“一方面”之类的短语并不意味着该方面对主题技术是必要的，或者该方面适用于主题技术的所有配置。与方面有关的公开可适用于所有配置，或一个或多个配置。一个方面可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“一方面”之类的短语可以指一个或多个方面，反之亦然。诸如“一实施例”之类的短语并不意味着该实施例对主题技术是必要的，或者该实施例适用于主题技术的所有配置。与实施例有关的公开可适用于所有实施例，或一个或多个实施例。一实施例可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“一实施例”之类的短语可以指一个或多个实施例，反之亦然。诸如“配置”之类的短语并不意味着该配置对主题技术是必要的，或者该配置适用于主题技术的所有配置。与配置有关的公开可适用于所有配置，或一个或多个配置。一配置可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“配置”之类的短语可以指一个或多个配置，反之亦然。
措辞“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”或“作为示例”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。此外，在说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有”等的范围内，这种术语旨在是以类似于术语“包括有(comprise)”的方式包括，因为“包括有”(comprise)是当如在权利要求中被采用作衔接词时所解释的。此外，在说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有”等的范围内，这种术语旨在是以类似于术语包括有(“comprise)”的方式包括，因为“包括有”(comprise)是当如在权利要求中被采用作衔接词时所解释的。
本公开通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在捐献于公众，无论此类公开内容是否明确记载在权利要求书中。根据35U.S.C.§112的第六段的规定，不得对任何权项要素进行解释，除非该要素使用“用于……的装置”的短语明确陈述，或者在方法权项的情况下，该要素使用“用于……的步骤”短语陈述。
除非明确说明，否则对单数形式的要素的引用并不旨在意味着“一个且仅有一个”，而是意味着“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。阳性代词(如他的)包括阴性和中性(如她的和它的)，反之亦然。标题和副标题(如有)仅用于方便，而不是限制主题公开。
尽管本说明书包含许多特定内容，但是特定内容不应被解读为是对可能要求保护的范围的限制，而应被解读为是对主题的特定实现的描述。也可将在本说明书中单独的各实施例的情境中所描述的某些特征以组合的形式实现在单个实施例中。相反，在单个实施例的情境下描述的各个特征也可以在多个实施例中被分开地或以任何合适的子组合的方式实施。此外，虽然诸特征在以上可被描述为以某些组合的方式起作用且甚至最初是如此要求保护的，但来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情形中可从该组合被删去，且所要求保护的组合可以针对子组合、或子组合的变体。

Claims (20)

1.一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器，所述功率发射器包括：
控制和通信单元；
逆变器电路，其被配置成接收输入功率并且将所述输入功率转换成功率信号；
线圈，其被配置成将所述功率信号传送给功率接收器，所述线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，所述线圈至少限定顶面；以及
屏蔽，所述屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，所述腔被配置成使得所述铁氧体芯基本上包围所述线圈的除了所述线圈的顶面之外的全部。
2.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述屏蔽是E芯型屏蔽，并且所述腔被配置成E形结构。
3.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述屏蔽的屏蔽外边缘从所述线圈的线圈外边缘向外延伸约4.5毫米(mm)至约6.5mm。
4.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述线圈具有在约40mm至约50mm的范围中的内径长度。
5.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述线圈具有在约15mm至约25mm的范围中的内径长度。
6.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述线圈具有在约2mm至约3mm的范围中的厚度。
7.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述至少一层包括第一层和第二层。
8.如权利要求7所述的功率发射器，其特征在于，所述Litz线是双股Litz线。
9.如权利要求8所述的功率发射器，其特征在于，所述第一层包括在约4匝至约5匝的范围中的第一匝数，并且其中所述第二层包括在约4匝至约5匝的范围中的第二匝数。
10.如权利要求1所述的功率发射器，其特征在于，所述Litz线具有在约1mm至约1.5mm范围中的直径，并且包括多根股线，所述多根股线包括在约80根股线至约120根股线范围中的股线数。
11.如权利要求10所述的功率发射器，其特征在于，所述多根股线中的每根股线具有在约0.05mm至约0.1mm范围中的直径。
12.一种用于在从约87千赫(kHz)至约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递系统的基站，所述基站系统包括：
接口表面；
控制和通信单元；
逆变器电路，其被配置成接收输入功率并且将所述输入功率转换成功率信号；
线圈，其被配置成将所述功率信号传送给功率接收器，所述线圈由缠绕的Litz线形成并且包括至少一个层，所述线圈至少限定顶面；以及
屏蔽，所述屏蔽包括铁氧体芯并限定腔，所述腔被配置成使得所述铁氧体芯基本上包围所述线圈的除了所述线圈的顶面之外的全部。
13.如权利要求12所述的基站，其特征在于，所述接口表面与所述线圈通过接口间隙距离分开，所述接口间隙距离在约8毫米(mm)至约10mm的范围中。
14.如权利要求12所述的基站，其特征在于，所述接口表面基本上跨所述线圈的整个顶面延伸。
15.如权利要求12所述的基站，其特征在于，所述屏蔽是E芯型屏蔽，并且所述腔被配置成E形结构。
16.如权利要求12所述的基站，其特征在于，还包括至少一个用户反馈机构，其被配置成帮助用户将功率接收器与用于经由所述线圈进行无线功率传输的活动区域对准，所述功率接收器被配置成从所述线圈获取近场感应功率。
17.如权利要求16所述的基站，其特征在于，所述至少一个用户反馈机构包括所述接口表面上的指示所述活动区域的位置的标记。
18.如权利要求16所述的基站，其特征在于，至少一个用户反馈机构包括视觉反馈显示器，所述视觉反馈显示器被配置成指示所述功率接收器与所述活动区域的正确对准。
19.如权利要求16所述的基站，其特征在于，所述至少一个用户反馈机构包括被配置成指示所述功率接收器是否与所述活动区域正确对准的触觉反馈机构或者被配置成指示所述功率接收器是否与所述活动区域正确对准的可听反馈机构、触觉反馈机构中的一者或多者。
20.一种用于在从约87千赫(kHz)到约205kHz的范围中选择的操作频率下的无线功率传递的功率发射器，所述功率发射器包括：
控制和通信单元；
逆变器电路，其被配置成接收输入功率并且将所述输入功率转换成功率信号；
线圈，其被配置成将所述功率信号传送给功率接收器，所述线圈由缠绕的Litz线形成并且包括第一层和第二层，
所述第一层和所述第二层中的每一者包括在约4匝至约5匝范围中的相应匝数，
所述线圈限定至少顶面，
所述线圈具有在约40mm至约50mm的外径长度范围中的外径长度，
所述线圈具有在约15mm至约25mm的内径长度范围中的内径长度，以及
所述线圈具有在约2mm至约3mm的厚度范围中的厚度；以及
E芯型屏蔽，其包括铁氧体芯且限定腔，所述腔配置有E芯结构，使得所述铁氧体芯基本上包围所述线圈的除了所述线圈的顶面之外的全部。
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