TW201351837A

TW201351837A - 無線電力供應系統

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Publication number: TW201351837A
Application number: TW102108969A
Authority: TW
Inventors: 克莉絲汀Ｊ布剌德; 約書亞Ｂ泰勒; 馬修Ｊ諾寇; 柯林Ｊ摩爾; 班傑明Ｃ摩伊斯; 約翰詹姆斯洛德
Original assignee: 通路實業集團國際公司
Priority date: 2012-05-20
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2013-12-16
Also published as: WO2013176752A3; CN103427495A; TWI600248B; US20150102685A1; CN103427495B; US9680311B2; WO2013176752A2

Abstract

一種無線電力供應系統，用於從一無線電力供應器，無線地傳輸電力至一距離範圍上的遠方裝置。許多實施例已被思及，其中，藉由降低對於外部所想要無線電力傳輸途徑的耦合，能夠降低來自該遠方裝置的反射阻抗，允許一距離範圍內的無線電力傳輸。例如，併入一或更多屏蔽、間距、偏移的系統，可用來降低來自該遠方裝置的反射阻抗。也可使用一轉接器來延伸無線電力傳輸範圍。

Description

無線電力供應系統

本發明相關於無線電力供應系統，更加具體地，係關於傳輸電力至一距離範圍上之裝置所用的系統及方法。

許多習知的無線電力供應系統依賴感應性電力傳輸，在不使用金屬線之下來傳輸電力。一種典型地的感應電力傳輸系統包含一感應電力供應器，其使用初級線圈(或發射機)，無線地傳輸各種電磁場形式的能源；及一遠方裝置，其使用一次級線圈(或接收器)，將電磁場形式的能源轉換成電力。

許多習知的無線電力供應器，係在非常靠近的範圍上有效率地操作，例如，在充電器及遠方裝置之間小於1英吋的場合。某些開發人士已經將焦點集中來生產能夠在較大距離下有效地提供無線電力的無線電力供應系統。這種較大的範圍，在遠方裝置無法靠近充電器來安置的場合下，是能夠使用的。例如，在感應式充電器被安裝在桌子底下的場合，較大的範圍幫助有效地供電至座落在桌子上的裝置。

一個用於提供較大範圍的方式，係藉由設計出一電力供應器來完成，其基本上係在一固定的Z距離之下來操作。這類中範圍電力供應器係吾人熟知的，可藉由在該初級線圈及次級線圈的側邊上利用隔離的再共振器線圈來設計。這些中範圍電力供應器的一個問題在於，它們能夠有效地傳輸電力的範圍係非常的窄。如此，當所想要的無線電力傳輸距離係變動的或未知的場合時，中範圍電力共應器係不實用的。例如，被安裝在桌底或工作台上的中範圍電力供應器係不實用的，因為桌子及工作台的厚度並不均勻，及該厚度的變動係足夠大，而在特定中範圍無線電力供應器設計容許範圍之外。設計或銷售中範圍電力供應器以便傳輸電力至不同距離，沒有成本效率或不實用。

本發明提供一種無線電力系統，用於在一距離範圍上，從一無線電力供應器，無線地傳輸電力至一遠方裝置。藉由降低在所想要的無線電力傳輸途徑之外的耦合，能夠降低反射阻抗，允許無線電力在一距離範圍上來傳輸。

該無線電力系統包含一耦合降低元件，在無線電力傳輸期間，用於降低反射阻抗。該耦合降低元件能夠降低一或更多以下者之間的耦合：該初級電路及該次級再共振器電路，該初級電路及該次級電路，該次級電路及該初級再共振器電路，及該次級電路及該初級電路。該耦合降低元件並不實質地阻礙該無線電力傳輸途徑內的耦合。

在一實施例中，該耦合降低元件能夠為一屏蔽。該屏蔽能夠加以安置，以致於某些耦合並未受到阻礙而同時其他耦合係降低。例如，該屏蔽能夠被安置在該初級線圈L1(有時係指驅動器線圈L1)及該次級再共振器之間。在某些實施例中，該屏蔽係一通量集中器或磁導。在其他實施例中，該屏蔽的一部份係通量集中器。

在可替換的實施例中，該耦合降低元件能夠為一預定距離所界定的空間(space)。藉由將所選定的元件加以隔離，某些耦合不會受到阻礙，同時其他耦合能夠被降低。例如，在初級線圈及初級再共振器之間由預定距離所界定的空間，能夠充分地實質地降低反射阻抗，例如，實質地降低來自該次級再共振器L3之反射阻抗，不會實質地阻礙在該初級線圈及該初級再共振器之間的耦合，有利於有效地進行無線電力傳輸。當該空間係介於該次級線圈L4(有時係指接收器線圈L4)及該次級再共振器線圈L3之間時，該空間能夠足以實質地降低反射阻抗，不會實質地阻礙該初級再共振器線圈L2及該次再共振器線圈L3之間的耦合，有利於有效地無線電力傳輸。該空間能夠由與一無線電力傳輸的距離來界定，或由線圈之間的距離來界定。

在一實施例中，提供一種用於無線電力傳輸至一遠方裝置的無線電力傳輸器。該無線電力傳輸器包括一無線電力傳輸表面、一初級線圈L1、一初級再共振器線圈L2。該屏蔽係可安置在該初級線圈L1及該無線電力傳輸表面之間，藉由降低在該初級線圈及該遠方裝置之間的耦合，在無線電力傳輸期間降低反射阻抗。該屏蔽可加以安置，而不實質地阻礙無線電力傳輸至該遠方裝置。

在另一實施例中，提供一種用於繼電從一無線電力供應器至一具有一次級電路及無次級再共振器之遠方裝置的中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器。該轉接器能夠包含一無線電力傳輸表面、一次級再共振器電路及一屏蔽。該屏蔽能夠被安置在該次級再共振器電路及無線電力傳輸表面之間，藉由降低在該遠方裝置及該中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器與該無線電力供應器之至少一者之間的耦合，在無線電力傳輸期間降低反射阻抗。

在一實施例中，該次級再共振器電路包含一第一次級再共振器及一第二次級再共振器。該屏蔽能夠被安置在該第一次級再共振器及第二次級再共振器之間，及該第一次級再共振器及第二次級再共振器能夠以串接來電連接。

在另一實施例中，該次級再共振器電路包含一屏蔽的部份及一未屏蔽的部份。該屏蔽能夠被安置在該被屏蔽部份及該遠方裝置之間，以降低耦合。

在另一實施例中，該初級線圈可以相對於該初級再共振器來偏移，使該遠方裝置的反射阻抗受到降低。在這種偏移的配置中，該初級線圈係可被安置來耦合至該初級再共振器之一部份，以致於該初級線圈主要地係遠離或並不位在該遠方裝置可能被安置而傳輸電力的地方。該初級線圈可以有效地耦合至該初級再共振器，以利無線電力傳輸，同時可能避免與該次級線圈及該次級再共振器之耦合。例如，該初級線圈可以鄰近及正交於該初級再共振器之一部份，以致於該初級線圈耦合至該部份。另一初級線圈偏移配置的例子，包含相對於該初級再共振器來平行及鄰近的安置、及具有單一或多層的繞線。另一初級線圈偏移配置的例子，包含一環形鐵心(toroidal core)，該初級線圈及該初級再共振器係可纏繞於此。這些偏移配置，可以取得在該初級再共振器及該次級線圈與該次級再共振器L3、68之間的耦合，其可能以數個數量級大於該初級線圈及該次級線圈與該次級再共振器之間的耦合。

這些及其他本發明目的、優點及特徵，在參照現有實施例及圖式之描述之下，將會更加完全地被瞭解及承認。

在本發明實施例詳細解說之前，要瞭解的是，本發明並不局限於以下描述所述或圖式所圖解之詳細操作、或詳細結構及元件排列。本發明可由許多其他實施例加以實施及執行，或以未在本文中明確揭示之可替換方式加以施行。又，應該瞭解的是，在本文中所使用之片語及專業用語，係為了描述之目的而提供，而不應被視為一種限制。”包含”及”包括”及其變型之使用，表示涵蓋該詞之後所列出的品項及其等價者，以及額外的品項及其等價者。又，數字編號可用來描述許多實施例的描述。除非另有明確聲明，數字編號之使用不應被解釋本發明被限制於任何具體元件排列順序或數目。使用數字編號也不得解釋為：任何可能被結合至編號步驟或元件之額外的步驟及元件，係被排除於本發明範圍。

10‧‧‧Wireless power supply 無線電力供應器

12‧‧‧Remote device 遠方裝置

14‧‧‧Control system 控制系統

16‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力發射器

18‧‧‧Power supply 電力供應器

20‧‧‧Signal generating circuit 訊號產生電路

20‧‧‧inverter 反相器

20‧‧‧Switching circuitry 開關電路

24‧‧‧Rectifier 整流器

26‧‧‧DC-DC converter DC-DC轉換器

30‧‧‧Tank circuit 槽路

32‧‧‧Primary coil 初級線圈

33‧‧‧Flux guide 磁導

34‧‧‧Ballast capacitor 鎮流電容

35‧‧‧Power transfer area 電力傳輸區

35‧‧‧Charging area 充電區

37‧‧‧Primary coupling area 主要耦合區

39‧‧‧core 核心

40‧‧‧Re-resonator circuit 再共振器電路

41‧‧‧Re-resonator capacitor 再共振器電容

42‧‧‧Re-resonator coil 再共振器線圈

50‧‧‧Principle load 主要負載

52‧‧‧Regulation circuitry 調節電路

54‧‧‧rectifier 整流器

60‧‧‧Tank circuit 槽路

61‧‧‧Secondary tank capacitor 次級槽式電容

62‧‧‧Secondary coil 次級線圈

66‧‧‧Secondary re-resonator circuit 次級再共振器電路

67‧‧‧Secondary re-resonator capacitor 次級再共振器電容

68‧‧‧Secondary re-resonator coil 次級再共振器線圈

70‧‧‧Wireless receiver 無線接收器

72‧‧‧Synchronous rectification and adaptive resonance control circuitry 同步整流及轉接共振控制電路

74‧‧‧controller 控制器

75‧‧‧sensor 感測器

76‧‧‧sensor 感測器

78‧‧‧Control system 控制系統

L1‧‧‧Primary coil 初級線圈

L2‧‧‧Re-resonator coil 再共振器線圈

L3‧‧‧Secondary re-resonator coil 次級再共振器線圈

L3’‧‧‧Secondary re-resonator coil 次級再共振器線圈

L4‧‧‧Secondary coil 次級線圈

第一圖係依照本發明一實施例之無線電力供應器及遠方裝置的代表性示意圖。

第二圖係依照本發明一實施例之無線電力供應器及遠方裝置的代表性示意圖。

第三A圖係習知中範圍無線電力供應系統之代表性橫斷面視圖，其中在該初級線圈及該次再共振器/次線圈之間係2英吋。

第三B圖係習知中範圍無線電力供應系統之代表性橫斷面視圖，其中在該初級線圈及該次再共振器/次線圈之間係.75英吋。

第四圖係一實施例之代表性橫斷面視圖，其具有一屏蔽，被安置在該初級電路及該電力傳輸表面之間。

第五圖係一實施例之代表性橫斷面視圖，其中在該初級線圈及該次再共振器電路之間有一空間。

第六A圖係一中範圍無線電力近接式耦合轉接器實施例之電路圖。

第六B圖係一中範圍無線電力近接式耦合轉接器實施例之代表性橫斷面視圖。

第七圖係一中範圍無線電力近接式耦合轉接器實施例之代表性橫斷面視圖。

第八圖係一具有屏蔽之中範圍無線電力近接式耦合轉接器實施例之代表性橫斷面視圖。

第九圖係一具有屏蔽及磁鐵之中範圍無線電力近接式耦合轉接器實施例之代表性橫斷面視圖。

第十圖係依照本發明一實施例之無線電力供應器及遠方裝置之代表性示意圖。

第十一圖係依照本發明一實施例之無線電力供應器及遠方裝置之代表性示意圖。

第十二A圖係一初級線圈實施例之代表性橫斷面視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十二B圖係一初級線圈實施例之代表性透視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十三A圖係一初級線圈實施例之代表性橫斷面視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十三B圖係一初級線圈實施例之代表性透視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十四A圖係一初級線圈實施例之代表性橫斷面視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十四B圖係一初級線圈實施例之代表性頂視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十五圖係一初級線圈實施例之代表性頂視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

第十六圖係一初級線圈實施例之代表性頂視圖，其相對於該初級再共振器來偏移。

A.概述

本發明相關於無線電力供應系統，其適合在一距離範圍之上提供電力至一遠方裝置。該系統包含一感應充電器，其具有一無線電力發射器；及一遠方裝置，其具有一無線電力接收器。在一實施例中，該感應充電器無線電力發射器包含一初級槽路及一再共振器電路，及該遠方裝置無線電力接收器包含一次級槽路及次級再共振器電路。在另一實施例中，該遠方裝置包含一次級槽路及一中範圍無線電力近接式耦合轉接器，其包含一次級再共振器電路。該轉接器能夠為分離式裝置之形式，例如三腳架，或可附著式裝置之形式，其連接到靠近該無線電力傳輸表面之表面，或連接到該遠方裝置。例如，該轉接器可採用貼簽或套筒之形式，將該遠方裝置與該轉接器結合在一起。本發明之系統及方法一般相關於降低不想要的系統內耦合，例如在初級槽路及該次級再共振器之間者，不會明顯地降低所想要的耦合，例如在該初級再共振器電路及該次級再共振器電路之間者。在一實施例中，一磁導材料被插入在該初級槽路及該無線電力接收器(例如次級線圈或次級再共振器之一者或此兩者)之間。在另一實施例中，該初級槽路係與該無線電力接收器相距一個距離來安置。雖然在該初級槽路及該無線電力接收器之間的耦合被降低，但該初級槽路及該初級再共振器電路之間的耦合並不明顯地受到影響，及該初級再共振器電路及該次級再共振器電路之間的耦合不明顯地受到影響。

在屏蔽的實施例中，該屏蔽材料能夠由高磁通材料來製造，例如鐵磁體，其能夠較接近一線圈附近(相較於另一線圈)來安放，藉以變動該磁導途徑。在可替換的實施例中，該屏蔽材料能夠為高傳導材料，例如銅。在另一實施例中，屏蔽可使用高磁導材料及高傳導材料之組合。

依照本發明一實施例之無線電力供應器10及一或更多的遠方裝置12，係圖解於第一~二圖及第十~十一圖。該無線電力供應器10通常包含一控制系統14及一無線電力發射器16。

B.系統

參照第一~二圖及第十~十一圖，本發明一實施例將被描述。第一~二圖及第十~十一圖實施例的無線電力供應器10，通常包含一電力供應器18、一訊號產生電路20(以反相器20來圖解)、一無線電力發射器16、及一控制系統14。該實施例之電力供應器18可為習知的電力供應器，其將AC輸入(例如壁面電力)轉換成適合驅動該無線電力發射器16之合適DC輸出。可替換地，該電力供應器18可為DC電源，其適合來供電至該無線電力發射器16。在本實施例中，該電力供應器18通常包含一整流器24及一DC-DC轉換器26。該電力供應器18基本上可包含任何能夠將輸入電力轉換成為該訊號產生電路20所用形式之電路。控制系統14係可加以配置，以便調整操作參數。例如，該控制系統14可具有一種能力來調整軌壓或切換電路相位。在一可替換的實施例中，其中藉由變動軌壓來調整操作參數，該DC-DC轉換器26可具有一可變輸出。如第一圖所示，該改編的控制系統14可以耦合至該DC-DC轉換器26(以虛線來表示)，允許該改編的控制系統14來控制該DC-DC轉換器26的輸出。

在本實施例中，該訊號產生電路20包含一開關電路，其係加以配置來產生及施加一輸入訊號至該無線電力發射器16。該開關電路可以形成一個反相器，其將電力供應器18的DC輸出轉換成為AC輸出，來驅動該無線電力發射器16。該開關電路在各個應用之間係可變動。例如，該開關電路可包含多數個開關，例如MOSFETs，其被安排成為半橋式拓樸或全橋式拓樸。

在本實施例中，該電力發射器16包含一槽路30，其具有一初級線圈32；及一鎮流電容34，其係加以排列而形成一串接的共振槽路及一再共振器電路40，其具有一再共振器線圈42及一再共振器電容41。字詞”初級電路”可用來指稱全部的槽路30，或初級線圈32。”再共振器電路”可用來指稱全部的再共振器電路40，或再共振器線圈42。本發明並不局限於使用串接的共振槽路，可取代的是，使用其他類型的共振槽路，甚至使用非共振槽路，例如不具有匹配電容的簡單的感應器。又，雖然所示的實施例包含線圈，但該無線電力供應器10可包含可替換的感應器或結構，其能夠產生合適的電磁場。本發明也不局限於具有再共振器電路的無線電力發射器。例如，如第十圖之實施例所示，該無線電力發射器30可以使用不具有再共振器電路40之槽路30來傳輸電力。

控制系統14包含某些部份，其係加以配置來操作該開關電路20(這只是其中一者)，來產生所想要的電力供應訊號至該無線電電力發射器16。該轉接控制系統14，基於從該遠方裝置12所接收到的通訊，可以控制該開關電路。本實施例的轉接控制系統14，包含控制電路，其執行許多功能，例如控制開關電路之計時及抽出與插入通訊訊號。可替換地，這些功能可以藉由分離式控制器或其他專用電路路來處理。

除了基於通訊來控制該開關電路之外(或可替換地)，該控制系統14可基於來自感測器75之感測器輸出，來控制無線電力傳輸。該感測器可能能夠感測一或更多無線電力發射器16內的電力特徵。例如，該感測器75能夠包含一電流感測器及一電壓感測器，如第十一圖實施例所示，其提供感測器輸出至該控制系統14。其他能夠被感測的電力特徵，包含(但不限於)：有效功率(real power)、視功率(apparent power)、及相位。該控制系統14可以基於這個感測到的資訊，進行操作參數調整。相似於以通訊為基礎的控制，一或更多被調整操作參數，可以包含以下至少一者：操作頻率、軌壓、工作周期、相位及共振頻率。

一依照本發明實施例的遠方裝置12，現在將要參照第一圖來更加詳細地描述。遠方裝置12可包含一般習知的電子裝置，例如手機、媒體播放器、手持收音機、照相機、手電筒，或基本上任何其他可攜式的電子裝置。該遠方裝置12可包含一電能儲存裝置，例如電池、電容或超電容，或其可在不具有電能儲存裝置之下進行操作。附屬於遠方裝置12主要操作之元件(但不附屬於無線電力傳輸)，通常係習知的，因而不詳細描述。事實上，附屬於遠方裝置12主要操作之元件，通常係指主要負載50。例如，在手機相關內容中，並不著力來描述附屬於手機本身的電子元件。

本實施例的遠方裝置12，通常包含一無線接收器70、一整流器54、一次級通訊收發器(未示)、及一主要負載50。該遠方裝置12可包含一控制器。該無線接收器70可包含一次級槽路60，其具有一次級線圈62及一次級槽式電容61；及一次級再共振器電路66，其具有一次級再共振器線圈68及次級再共振器電容67。字詞”次級電路”可指稱該次級槽路或該次級線圈。在某些實施例中，該無線接收器可以不包含次級槽式電容。字詞”次級再共振器電路”可以指稱全部的次級再共振器電路或該次級再共振器線圈。在某些實施例中，該遠方裝置12可以不包含次級再共振器電路66，如第十圖實施例所示之例子。在某些實施例中，該次級再共振器電路係以中範圍無線電力近接式耦合轉接器來實施，其將在下文中更詳細地討論。

本發明並未局限於第一圖實施例所示之無線接收器70之拓樸。例如，可替換的實施例可包含次級槽路60及次級再共振器電路66，均耦合至該遠方裝置之整流器電路54，而該次級再共振器電路66並非如第一圖實施例所示，被隔離於該次級槽路60。一個這樣的範例性實施例係示於第二圖之實施例中。

另一無線接收器70的範例性實施例，係示於第十一圖之實施例，其中該遠方裝置包含一轉接電力接收器及控制電路，其相似於美國專利申請案第61/699,643號所描述的轉接共振控制電路，該案係2012年九月11日由Baarman等人提申，發明名稱為”Wireless Power Control”，及其全文在此併入以供參考。第十一圖所示的遠方裝置12，包含一轉接電力接收器66、70，其具有一次級線圈68，並加以配置而在一部份的電力接收周期內被激發，及在一部份電力接收周期內被放電。例如，該轉接電力接收器66、70可以在激發周期部份時，從負載50上解除耦合，而依照可以更易於激發之高Q共振電路來運作。該轉接電力接收器可以在放電部份時，電耦合至該負載，提供一直接電道，用於從被激發的轉接電力接收器66、70，傳輸電力至該負載50。藉由控制該激發及放電部份的長度，被施加到負載50的電量，係可以被控制。

遠方裝置12可以包含一控制系統78，其具有一控制器74；及一同步整流及轉接共振控制電路72，其控制該轉接電力接收器66、70之操作。如所示者，該控制系統78包含分離式控制器74及同步整流及轉接共振控制電路72，但在某些實施例中，該控制系統78可以被整合在一起。該遠方裝置12也可包含一或更多的感測器76，以便監視一或更多在轉接電力接收器66、70內的電力特徵。該控制系統78，可以基於該一或更多感測器76之輸出，來控制操作。例如，如第十一圖實施例所示，該遠方裝置包含電壓及電流感測器，其輸出可以被控制系統78使用，以便控制該激發及放電部份的長度。

應該注意的是，本發明也不局限於使用串接的共振槽路，可以取代的是，使用其他類型的共振槽路，甚至使用非共振電路，例如不具有匹配電容的簡單感應器。又，雖然所示的實施例包含線圈，但該遠方裝置12可以包含可替換的感應器或結構，其能夠透過一磁場來接收電力，或者在回應該無線電力供應器10所生電磁場變動來產生電力。

整流器54及調節電路52，將無線電力接收器70內所產生的電力轉換成為可供負載50操作的電力。在需要轉換及調節DC電力的實施例中，該調節電路52可以(例如)包含一DC-DC轉換器。在遠方裝置12想要AC電力之應用中，該整流器54並非必要的。在某些實施例中，調節電路可為非必要的，或者被實施成為一部份的負載50。

雖並未圖示，但該遠方裝置12可包含一次級通訊收發器，其適合經由與該無線電力供應器10之無線電力鏈接，來調變及解調變資訊。可替換的是，一分離式通訊頻道能夠被設立在該遠方裝置及無線電力供應器之間，而其功能係可由該分離式控制器或其他專用電路來處理。該無線電力供應器10及遠方裝置12，可以被配置來使用基本上任何資料編碼方案來進行通訊。

C.操作方法

在近接式耦合無線電力系統中，通常有兩個線圈。L1係指初級線圈，其係由無線電力供應器來驅動的線圈，及L2係指次級線圈，其係接收電力之線圈。

在中範圍系統中，使用兩個額外的線圈。參照第三A~三B圖，一習知中範圍電力供應器的橫斷面被示出。L1初級線圈係由反相器20所驅動之線圈。L2次級再共振器線圈係一高Q共振初級線圈，其堅固地耦合至L1。L3次級再共振器線圈係一高Q共振次級線圈，其堅固地耦合至L4。L4次級線圈，係連接到該遠方裝置負載的線圈，例如近接式耦合。雖然第三A及三B圖所示之該電力供應器係針對特定距離操作而設計，但在可替換的實施例中，該電力供應器可以被設計而有效地在不同距離或距離範圍之下來操作。第三B圖解說一個範例性的中範圍電力供應系統，其中該初級再共振器及該次級再共振器，係以大約1.875英吋的距離相隔。電力供應器及遠方裝置之間的距離，可由可攜式裝置外罩、無線電力供應器外罩及表面厚度來計算。在本例中，初級線圈L1及次級再共振器K1、3之間的耦合，及初級線圈L1及次級線圈L4之間的耦合，在1.875英吋之下係比較低的。在所示習知技術的例子中，K1、3係在約.031之下加以測量，及K1、4係在約.006之下加以測量。如第三B圖所示，當充電器及遠方裝置之間的距離改變，負面耦合(adverse coupling)會降低效率，及降低可供使用的電力傳輸，例如在所示實施例中，該降低明顯地出現在.75英吋。例如，如第三B圖所示，初級線圈L1及次級再共振器之間的耦合係約0.121，及初級線圈L1及次級線圈L4之耦合係約0.046。當耦合增加時，系統內不想要的反射阻抗也增加。雖然在第三A及三B圖內所示的距離係具體距離，但應該瞭解的是，這些距離只是示範性的，其被顯示出來以便強調該習知中範圍無線電力供應器內的距離敏感度。

習知中範圍無線電力供應器可能在一距離範圍上有效地傳輸能量。然而該距離範圍係受到反射阻抗(由不想要的耦合產生)的限制。藉由降低不想要的耦合，有用於該無線電力傳輸的距離範圍，能夠被增加，及在該原始距離範圍上的效率也能夠增加。

中範圍系統內無線電力傳輸所用的無線電力傳輸途徑，係從L1至L2、L2至L3、及L3至L4。具體地說，初級線圈耦合初級再共振器、初級再共振器耦合次級再共振器、次級再共振器耦合次級線圈。這種無線電力傳輸途徑，致能有效的無線電力傳輸。高Q再共振器線圈L2、L3，使該無線電力能夠被傳輸地更遠(相較於不包含它們者)。

目前，當嚐試以非針對其設計的Z距離來供電至中範圍初級線圈上的次級線圈時，該次級線圈可能不接收合適數量的電力，或者該電力傳輸係無效率的。這至少有一部份係起因於阻抗從L3(經由K1~3的相互耦合)、及從L4(經由K1~4的相互耦合)，被反射回到該初級線圈L1。該反射阻抗可能大於所預期者，因此，在特定初級線圈的設計中，該初級線圈L1內能夠產生有限的電流水準，因而能夠產生有限的電磁場水準。能夠被傳輸的電力係由反相器電壓及反射阻抗來限制。在特定反射阻抗及預期電力水準之下，反相器係限制於一特定水準。如果反相器電壓係在其極限上，則合適的電力可能無法傳輸。

例如，該無線電力供應器可能具有某些反相器電壓、頻率、及線圈電流之限制，其可能在某些Z距離上未受到維持。

藉由降低進入該初級線圈L1之反射阻抗，所想要數量的電磁場能夠被產生，及所想要數量的電力能夠被傳輸至該負載。反射阻抗，能夠藉由選取一合適的耦合降低元件及選用L1及L2之結合來加以降低，其中該結合允許含有L3及L4之次級線圈在任何Z距離之下(其從L1及L2平面至上方至少2英吋之距離)，來接收合適數量的電力。耦合降低元件的兩個例子係屏蔽及空間物理分離式線圈。

一個降低該反射阻抗的方法是，在線圈之間安置一屏蔽。屏蔽能夠保持、避免或降低線圈間的耦合量。藉由戲劇性地安置屏蔽，某些耦合能夠降低，同時其他耦合保留不受阻礙。例如，在一實施例中，屏蔽係安置在初級線圈L1及該遠方裝置之間，但屏蔽並不安置在初級再共振器及遠方裝置之間，或初級線圈及初級再共振器之間。屏蔽也允許取得可供無線電力供應器、轉接器或遠方裝置使用的一薄外形，因為耦合能夠被降低，而不利用距離來物理性地分離該線圈(距離能夠產生較厚的線圈結構及最終地產生較大外形)。

另一個降低反射阻抗的方法、或維持或增強無線發射器及無線接收器之間耦合的方法，係相對於初級再共振器線圈L2、42來偏移該初級線圈L1、32。藉由偏移該初級線圈L1、32(其意義為初級線圈L1、32並不同心地對準該初級再共振器線圈L2、42)，相似於屏蔽配置的耦合降低可以取得，同時可能降低初級線圈及該屏蔽材料的尺寸及成本。初級線圈L1、32及一或更多遠方裝置12之線圈(例如次級再共振器線圈68及次級線圈L4、62)之間的耦合，能夠被降低或甚至最小化，因為初級線圈L1、32係主要遠離一個位置來安放，在該位置上，該遠方裝置12可被安放以利電力傳輸。

再另一個方法是物理性地分離該線圈。耦合係數(及因而該反射阻抗)係受到線圈間物理距離的影響。因此，藉由選取一合適物理距離用於系統內每一個線圈，耦合能夠受到控制。例如，藉由將該初級線圈L1與初級再共振器L2、次級再共振器L3、及次級線圈L4，物理性地以一距離分隔，可以降低反射阻抗。介於初級線圈L1及初級再共振器L2之間的距離能夠加以選取，以便維持足夠的耦合，用於無線電力傳輸，同時，介於L1及L3之間的距離及介於L1及L4之間的距離，能夠被選取，來降低或最小化該耦合。

在可替換的實施例中，在選取一次級再共振器L3(其能夠適當地共振，及提供電力至原初設計在近接耦合下工作的特定組接收器)之下，能夠結合使用一耦合降低元件。該耦合降低元件及L3再共振器能夠被包含在一轉接器之內。

D.無線電力供應器屏蔽實施例

參照第四圖，一具有屏蔽之無線電力供應器係加以解說。第四圖所示之無線電力供應器及可攜式裝置，能夠包含前述相關於第一及二圖所述之無線電力供應器及遠方裝置之全部元件。由於在第四圖實施例的焦點係屏蔽相對於線圈L1、L2、L3及L4之位置，所以無線電力供應器及遠方裝置之其他元件並不顯示。

初級線圈L1及初級再共振器線圈L2係同心排列，及被安裝在無線電力供應器之內，相距該無線電力供應器無線電力傳輸表面一固定距離。在可替換的實施例中，初級線圈L1及初級再共振器線圈L2可以不同地來排列。例如，它們可以非同心地加以排列，及它們可以被安裝在無線電力供應器內不同地點，其包含相距該無線電力傳輸表面一不同距離。

次級線圈L4及次級再共振器線圈L3係同心排列，及被安裝在可攜式電力裝置之內，以一固定距離相距該遠方裝置無線電力傳輸表面。在可替換的實施例中，該次級線圈L4及次級再共振器線圈L3可以不同地排列。例如，它們可以非同心地加以排列，及它們可以被安裝在無線電力供應器內不同地點，其包含相距該無線電力傳輸表面一不同距離。

該無線電力供應器包含一屏蔽，其被安放在初級線圈L1及可攜式裝置內遠方裝置線圈、次級再共振器線圈L3及次級線圈L4之間。藉由安放一屏蔽在初級線圈L1及遠方裝置之間，介於該初級線圈L1及次級再共振器L3之間的耦合係數，以及初級線圈L1及次級線圈L4之間的耦合係數，被降低。這樣接著降低發生在L1之內的反射阻抗數量。例如，在第四圖實施例中，介於該初級線圈L1及次級再共振器L3之間的耦合係數係降低0.121~0.051，介於該初級線圈L1及次級再共振器L3之間的耦合係數係降低0.046~0.016。耦合降低數量可以取決於中範圍電力供應器所設計用的距離。在某些距離之下，L1及L3之間的耦合、L1及L4之間的耦合，係明顯地降低。耦合降低在一距離範圍上係有效的，這允許無線電力供應器在多種距離下來使用，無需使用複雜的控制方案來承擔距離改變。

在所示之實施例中，該無線電力供應器係安裝在一桌子上，及該可攜式裝置已經選擇性地被安放在該桌子上來接收電力。因此，在不同厚度的不同桌子上安裝無線電力供應器、及供電相同位置上的相同遠方裝置，將會使初級線圈L1及次級線圈L3、L4之間的距離不同。因為該屏蔽降低了初級線圈及次級線圈之間的耦合，所以反射阻抗被減低(相對於無屏蔽者之可能值)。例如在第四圖實施例中，初級線圈L1及次級線圈L3、L4之間的Z距離，可為約1.75英吋。在初級線圈L1及次級線圈L3、L4之間的Z距離係不同量的場合下，相同的電力供應器能夠有效地使用。第四圖中的桌子可為更加地薄，使L1及L3、L1及L4之間的Z距離變小，例如其可為0.75英吋。本例的屏蔽中，在沒有耦合降低元件之下，電力供應器可能不會有效地操作(除非該電力供應器恰巧被設計為在約0.75英吋下操作)。在本實施例中，引入耦合降低元件之下，觀察到改良效率，從30%~62%。如前文所述，在屏蔽之下，該無線電力供應器將能夠有效地在一距離範圍下操作。在某些實施例中，在0.5英吋中心對準的Z間隙之下，當L1及L3之間距離增加0.5英吋時，效率增加20%可以實現。

雖然第四圖所示的無線電力供應器被安裝在桌子上，但是該無線電力供應器能夠與一具有厚度的無線電力表面整體地成形或與之結合。取決於應用，可在製造期間結合不同厚度的表面。可替換地，在購買之後，該表面能夠由消費者來安裝，改變無線電力供應器的厚度。本發明有助於確保：即使相同無線電力供應器被安裝在不同厚度的無線電力供應器時，也可以取得有效的電力供應傳輸。一可能性的應用係用於車輛充電站，其中該無線電力供應器係安裝在或嵌入如地板之類的表面。車輛能夠對準無線電力供應器及無線地被供電。初級側邊元件及/或次級側邊元件之尺寸、形狀及元件值，可加以調整，以便提供車輛充電用的合適電量及距離範圍。一般而言，為了提供適用於車輛充電之較大距離範圍，線圈尺寸可以較大(相較於行動電話電力傳輸情況)。例如，元件能夠加以選取，提供遠離初級線圈3英吋~12英吋之間的車輛充電。這種較大距離範圍，在諸如車輛充電的應用中，(其中依照次級線圈及次級再共振器是否安裝在車內來決定，線圈距離可以大幅變動)，能夠是有用的。

在本實施例中，初級線圈L1係正方形8.8uH線圈，由8匝數金屬線製成。較薄尺寸的初級線圈L1係約2.10英吋，同時其外部尺寸約2.875英吋。初級再共振器線圈L2係正方形36uH線圈，由12匝數金屬線製成。較薄尺寸的初級再共振器線圈L2係約4.035英吋，同時其外部尺寸約5.05英吋。初級線圈L1係物理性地中心對準地與初級再共振器L2被安置在一平面。由鐵磁體材料製成、尺寸相同於初級線圈L1之屏蔽，直接地被安放在該初級線圈L1之頂部。鐵磁體係一種磁導材料。在可替換的實施例中，其他的磁導材料可取代或補充該鐵磁體。本實施例中選用特定元件，允許可攜式裝置可以被安置在L1之0.575”及1.575”之間的任何地方。在所示實施例中，距離範圍係基於從初級共振器頂部至次級再共振器底部之距離。L1厚度/位置，基於某些參數(耦合、ESR、感應等等)，係可以改變，及可能不是恆定的。

在可替換的實施例中，不同的數值、形狀及尺寸的元件係可加以選取，以便調整無線電力供應器能夠有效地供應電力之距離範圍。

E.無線電力供應器偏移實施例

雖然相關於第四圖實施例中用來屏蔽之屏蔽材料可以降低初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器線圈L3、68之間的耦合量，但是第十二A~十六圖相關描述的偏移配置也可以取得相似結果。這些偏移配置也可以避免在次級線圈L4、62及次級再共振器線圈L3、68之內的感應改變，其可能影響遠方裝置12之電力接收器70的共振頻率。如本文所述，如果調協明顯地受到影響，則被傳輸的電量或電力傳輸效率，可能被限制。

在偏移位置中，初級線圈L3、32可以不同心於初級再共振器L2、42，這樣可能造成遠方裝置的下降的反射阻抗，或降低了介於初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器線圈L3、68之間的耦合。初級線圈L1、32及初級再共振器線圈L2、42，可以排列成偏移位置，其中該初級線圈L1、32係被安置以便沿著其一部份來耦合至初級再共振器L2、42。偏移排列中的初級線圈L1、32，主要地遠離該遠方裝置12可能被安放來進行電力傳輸的地點，或不在該地點上，這樣可能降低或甚至最小化該初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的直接耦合。

參照第十二A~十六圖，解說許多具有偏移配置之無線電力供應器實施例。第十二A~十六圖中所示的無線電力供應器及可攜式裝置，能夠包含前文相關於第一~二圖及十~十一圖之無線電力供應器及遠方裝置描述之全部元件。由於第十二A~十六圖內的焦點集中在初級線圈L1、32相對於初級再共振器線圈L2、42與一或更多遠方裝置12線圈之位置，所以無線電力供應器10及遠方裝置12的其他元件並未解說。

許多針對於偏移配置的本發明實施例，可以取得介於初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器線圈 L3、68之間的耦合降低。在該偏移排列中，初級線圈L1、32可由多種方式來配置及安置，而耦合至一部份的初級再共振器L2、42。例如，初級線圈L1、32可在下方但平行於一部份的初級再共振器L2、42。初級線圈L1、32也可以包覆在一磁導或鐵磁體棒上。在這種排列之下，初級線圈L1、32的感應可以接近等價於本發明其他實施例中初級線圈L1、32的感應，及初級線圈L1、32及初級再共振器之間的耦合可以接近等價於本發明其他實施例中初級線圈L1、32及初級再共振器之間的耦合。

如另一個例子，初級線圈L1、32可加以配置成為較小的，及被安置在相同於初級再共振器L2、42之平面，但不同心。可替換地，初級線圈L1、32可以被安置而正交於初級再共振器L2、42，或初級再共振器L2、42可加以延伸超越該電力傳輸表面，至一用於初級線圈L1、32耦合的耦合區。

1.第一偏移實施例

在第十二A~十三B圖所示實施例中，初級線圈L1、32可為多層螺旋繞線，其沿著初級再共振器L2、42之一部份延伸。初級線圈L1、32可被安置，以致於該多層繞線內每一層的一般部份係鄰近該初級再共振器L2、42的該部份。在這種偏移配置之下，初級線圈L1、32主要地耦合至該初級再共振器L2、42的該部份，並非實質地全部的初級再共振器L2、42。

換句話說，該偏移排列可以致能該初級線圈L1、32實質地耦合某一些但並非全部的該初級再共振器L2、42，以致於，雖然相對於該初級再共振器L2、42來偏移，但該初級線圈L1、32可以激發該初級再共振器L2、42。以這種方式來激發初級再共振器L2、42，電力可以傳輸到遠方裝置12，同時初級線圈L1、32及次級再共振器L3、68與次級線圈L4、62之間的耦合被降低。

應該瞭解的是，初級線圈L1、32的繞線軸可以相對於初級再共振器L2之繞線軸來變動。然而，基於揭示之目的，第十二A~B圖實施例所示的初級線圈L1、32的繞線軸，可以實質地正交於初級再共振器L2、42之繞線軸。又在第十三A~B圖所示之實施例中，初級線圈L1、32的繞線軸可以實質地平行於初級再共振器L2、42，換句話說，初級線圈L1、32沿著一個主要平面來延伸，其係正交於該初級再共振器L2、42所延伸的主要平面。

初級線圈L1、32耦合至一部份初級再共振器L2、42之近接度及長度，可能影響其間的耦合程度。這些因子(至少)，取決於所想要的耦合度，可以在各應用之間加以變動。

初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間耦合度的增加及降低，有一可能性的折衷。例如，在增加耦合之下，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的關係，可能潛在地阻礙無線電力傳輸。又，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間耦合增加之下，初級線圈L1、32及次級再共振器L3、68之間不想要的耦合可能結果增加。然而，在耦合降低之下，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間耦合關係，可能不允許合適的電力傳輸到遠方裝置。藉由變動初級線圈L1、32耦合至初級再共振器L2、42之一部份的長度，除其他設計參數之外，還可以增加或減少耦合程度。

所示實施例之無線電力供應器10，可能包含一磁導33，其為平坦、矩形長條形式，該初級線圈L1、32可纏繞於此。磁導33可操作來集中及引導初級線圈L1、32所產生的磁通，以致於初級線圈L1、32維持與初級再共振器L2、42之間充足的耦合，以利電力傳輸。磁導33可由相似於前文所述之屏蔽結構用的材料來形成，包含(例如)鐵磁體。應該瞭解的是，本發明並不局限於矩形長條形式的磁導33，或具有磁導33之配置。在某些實施例中，例如，該初級線圈L1、32可加以配置，而在不具有磁導33之下，與初級再共振器L2、42充分地耦合。

如第十二B及十三B圖實施例所示，初級線圈L1、32可以在磁導33之長軸上或沿著它來長向地纏繞。磁導33的長軸連同該初級線圈L1、32，可以被安置靠近一部份的初級再共振器L2、42，以便與其耦合。如第十二A~B圖實施例所示，初級線圈L1、32係直接安置在一部份的初級再共振器L2、42之下，以致於初級再共振器L2、42係安置在無線電力供應器10之電力傳輸表面及初級線圈L1、32之間。在第十三A~B圖中，初級線圈L1、32係直接鄰近一部份的初級再共振器L2、42來安置，以致於初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42，相對於無線電力供應器10之電力傳輸表面，係在同一平面上。

利用第十二A~十三B圖實施例所示的偏移排列，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的耦合，可以相似於第四圖所述屏蔽實施例所取得的耦合。初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合，如前文所述，也可以被降低。在這種方式下，初級再共振器L2、42及次級再共振器L3、68與次級線圈L4、62之間的耦合，可能以數個數量級來大於初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合。

基於本揭示之目的，第十二B及十三B圖所示實施例之具體尺寸及性質，現在將要描述。然而應該瞭解的是，無線電力供應器10內元件的配置及排列，包含磁導33、初級線圈L1、32、及初級再共振器L2、42，可取決於所想要的耦合來變動；及考慮有多種偏移排列。在第十二B及十三B圖所示實施例中，初級線圈L1、32包含七匝數的金屬線，其包覆在尺寸為53mm x 10.5mm x 2.6mm的磁導33之長軸上。初級線圈L1、32之感應度係約4uH。初級再共振器L2、42包含一正方形的36uH的線圈，其由12匝數金屬線製成。初級再共振器 L2、42之內徑係4.035英吋，而其外徑係5.05英吋。在這種配置中，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的耦合係在0.1~0.2範圍內，同時，初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合係在0~0.005之範圍內。

本實施例一範例性無線電力供應器所使用之金屬線及磁導材料的數量，相較於第四圖所示實施例之範例性無線電力供應器之金屬線及屏蔽之數量，顯示出在利用偏移配置之下，材料有降低的可能性。磁導材料的體積下降約7300mm³~1440mm³，及所用的金屬線數量下降1850mm~800mm。

2.第二偏移實施例

第十四A~十四B圖所示實施例係相似於某些其他的偏移實施例，但有些例外。如同第十二A~十三B圖實施例，第十四A~十四B圖所示實施例的初級線圈L1、32，係相對於初級再共振器L2、42來偏移或不與之同心。相似地，本實施例的初級線圈L1、32係鄰近至及沿著初級再共振器L2、42之一部份來延伸。然而在本實施例中，初級線圈L1、32可為單層螺旋繞線的形式。可替換地，初級線圈L1、32可為多層螺旋繞線。該形狀及繞線配置，取決於所想要的與初級再共振器L2、42之耦合量，係可變動的。

如第十二A~十三B圖所示實施例，初級線圈L1、32的繞線軸可以相對於初級再共振器L2、42之繞線軸來變動，但主要地，初級線圈L1、32可加以安置，以致於其耦合一部份的初級再共振器L2、42。例如，如第十四A~B圖所示之實施例，初級線圈L1、32之繞線軸係平行於初級再共振器L2、42的繞線軸，並與其一部份耦合。又，初級線圈L1、32與初級再共振器L2、42，係同平面的。因此，雖然與初級再共振器L2、42相對地偏移，但初級線圈L1、32能夠激發該初級再共振器L2、42，及在初級線圈L1、32及次級再共振器L3、68與次級線圈L4、62耦合降低之下，電力能夠被傳輸到遠方裝置12。

本實施例的偏移配置可能最佳地見於第十四A圖。如所示者，初級線圈L1、32並不同心於或被結合至初級再共振器L2、42。然而，初級線圈L1、32係加以安置，以致於其耦合一部份的初級再共振器L2、42，使電力能夠從初級再共振器L2、42傳輸到次級再共振器L3、68及次級線圈L4、62。藉由初級線圈L1被安置在初級再共振器L2、42之主要電力傳輸區之外側或與之遠離，初級再共振器L2、42及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合，可能以數個數量等級來大於，初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合。

所示的本實施例的初級線圈L1、32並不具有附屬的磁導，但在可替換之實施例中，可以有附屬的磁導，相似於第十二A~十三B圖所述之磁導33。

3.第三偏移實施例

所示的第十五圖實施例係相似於某些其他之偏移，但有些例外。如第十二A~十四B圖所示之實施例，第十五圖所示實施例之初級線圈L1、32可以偏移或不同心於初級再共振器L2、41。相似地，本實施例之初級線圈L1、32係鄰近至及沿著初級再共振器L2、42之一部份來延伸。然而在實施例中，初級再共振器L2、42可以形成兩個分離的區域：一電力傳輸區35，用於耦合該遠方裝置12；及一主要耦合區37，用於與初級線圈L1、32進行耦合。利用分離的區域，次級再共振器L3、68及次級線圈L4、62可以在電力傳輸區35之內耦合到初級再共振器L2、42，及可能地避免與初級線圈L1、32明顯的耦合。亦即，遠方裝置12可以被安置在電力傳輸區35之內，與主要耦合區37相隔，以致於其與初級線圈L1、32之間的耦合降低，或甚至可能被最小化。

初級線圈L1、32可在主要耦合區37之內由多種方式來安置及配置，包含相關於第十二A~十四B圖所述之許多位置及配置之任一者。例如，初級線圈L1、32可直接地安置在主要耦合區37內之一部份的初級再共振器L2、42之上方或下方。如另一個例子，初級線圈L1、32可以鄰近或黏結至或解黏結該初級再共振器L2、42。

在第十五圖所示實施例中，初級線圈L1、32黏結及鄰近該初級再共振器L2、42。初級再共振器L2、42係加以結構，以致於其主要黏結區係貢獻給電力傳輸區35，而非常較小的區域被貢獻給主要耦合區37，用於初級線圈L1、32之耦合。在這種配置之下，初級再共振器L2、42及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合，可能以數個數量等級來大於，初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的耦合。例如，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的耦合可在0.1~0.2之範圍內，同時，初級線圈L1、32及次級再共振器L3、68與次級線圈L4、62之間的耦合可在0~0.005之範圍內。

4.第四偏移實施例

第十六圖所示實施例係相似於某些偏移實施例，但有一些例外。如第十二A~十五圖所示實施例，第十六圖所示實施例中初級線圈L1、32可以偏移或不同心於初級再共振器L2、42。然而在本實施例中，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42分享一個核心39，其可由前文相關於某些其他偏移實施例所述之相似的磁導材料或鐵磁體材料來形成。所示實施例的核心39係一環形鐵心，在其一部份之上包覆有初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42。初級再共振器L2、42相較於初級線圈L1、32係較鬆散地包覆，藉此提供一個充電區35，可供安置次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68。

相似於第十六圖所示實施例的偏移配置，其包含核心39之環形鐵心配置，可以致能該初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的耦合，同時可能性地避免初級線圈L1、 32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間的明顯耦合。又，包覆在核心39周圍之初級線圈L1、32及次級線圈L4、62匝數變動，可能允許耦合增加或減少。

例如，包覆在核心39周圍有七個匝數的初級線圈L1、32之下，及包覆在核心39周圍有三個匝數(八個匝數裡的三個)的次級線圈L4、62之下，初級線圈L1、32及初級再共振器L2、42之間的耦合係在0.15~0.2的範圍內，同時，初級線圈L1、32及次級線圈L4、62與次級再共振器L3、68之間耦合，明顯地較少(可能數個數量等級)。

取決於所想要的配置，包覆在核心39周圍之初級線圈L1、32及次級線圈L4、62的匝數，可被調節而影響其間的耦合量。如前文所述，初級線圈L1、32及次級線圈L4、62之間耦合增加或降低，存有可能性的折衷。藉由選取合適數量的繞數及(因此)所想要耦合，該無線電力供應器可以被配置，在一寬廣的距離範圍上，來有效地傳輸電力至遠方裝置。

F.無線電力供應器物理性分離實施例

參照第五圖，圖示一無線電力供應器實施例，其中初級線圈L1係物理性地與初級再共振器線圈L2加以分離。第五圖所示之無線電力供應器及遠方裝置，能夠包含前文相關於第一~二圖之無線電力供應器及遠方裝置所述的全部元件。由於第五圖實施例的焦點在於線圈位置，所以無線電力供應器及遠方裝置的其他元件並不解說。

第五圖中耦合降低元件係空間。在一實施例中，該空間能夠由初級線圈及初級再共振器之間的預定距離來界定。在另一實施例中，該空間能夠由初級線圈及無線電力傳輸表面之間的預定距離來界定。該空間能夠充填有空氣、塑膠、或其他低的及非傳導性材料。

藉由物理性地從該遠方裝置來分離該初級線圈L1，介於L1及L3以及L1及L4之間的耦合係數，被降低。進而降低了發生在L1之內的反相阻抗數量。介於初級線圈及初級再共振器之間的空間，降低了在初級線圈及初級再共振器之間的耦合，其足以實質地降低反射阻抗，不會實質地阻礙該初級線圈及初級再共振器之間有利於無線電力傳輸的耦合。

在所示的實施例中，L1係正方形23uH線圈，其由9匝數金屬線製成。L1的內徑係4.035”，而其外徑係4.88”。L2係正方形36uH線圈，由12匝數金屬線製成。L2的內徑係4.035”，同時其外徑係5.05”。L1係物理性地中心對準該L2來安置，但在其下方0.75”。這允許遠方裝置被安置在L1的1.325”及2.325”之間的任意地點。在本說明書全文中，”距離”係與線圈之邊緣相距之距離。

G.無線電力供應器轉接器實施例

中範圍無線電力系統及近接耦合系統之間的相容性，係吾人所想要的。可以提供一種含有再共振器線圈L3的轉接器，其能夠致能一種只具有次級線圈L4的近接耦合的遠方裝置，與一中範圍系統共同使用。

在中範圍系統中，次級再共振器L3及次級線圈L4係加以設計於固距離環境中，這表示L3/L4耦合及感應，一般並不變動。這兩種線圈均打算被實施在一可攜式裝置中。當針對近接耦合來設計之次級線圈L4被改編而連同中範圍系統一起使用時，再共振器L3能夠被選擇，以便有效地與中範圍及近接式耦合系統一同使用。

企圖安置一近接式耦合次級線圈至一中範圍初級線圈之上時，該次級線圈可能無法接收其所要求的電量，或電力傳輸可能不具效率，因為其並不包含次級再共振器L3線圈。這起因於L3的共振能力、及集中電磁場至L4線圈的能力。沒有針對近接耦合來適當設計之再共振器線圈L3之下，反射阻抗可能大於所預期者，又在給定之無線電力系統容計誤差之下，(例如最大反相器電壓、被允許的操作頻率範圍、及最大線圈電流限制)，在初級線圈L1之內能夠產生有限水準的電流，因而能夠產生有限水準的電磁場。

藉由獨立地最佳化彼此間的耦合，次級再共振器L3能夠被配置來取得所想要的耦合，以便轉接中範圍初級線圈至一近接耦合次級線圈。

藉由物理性地分離L4與L1、L2及L3之距離，一實施例進行工作。在另一組實施例中，一屏蔽結合至一或更多的次級再共振器，共同合作來降低耦合及反射阻抗。

1.轉接器屏蔽實施例

參照第六A~六B圖，一屏蔽係安置在一第一次級再振器L3及一第二次級再共振器L3’之間。這兩個次級再共振器係串接成電連接，如第六A圖之電路圖所見到的。如第六B圖所示，屏蔽材料係安置在該第一次級再共振器L3及第二次級再共振器之間，這樣最佳化該L3/L2的耦合係數。耦合係從可能性較大的L3及磁通集中器來增加。L3’被安置來最佳化該L3’至L4的耦合。同時，L3及L3’係串接成電連接，它們藉由屏蔽進行磁性隔離，因而允許L3/L2及L3/L4之間耦合係數進行獨立調協，同時提供一個薄的線圈結構。這種屏蔽也能夠避免L3所生雜散電磁場干擾到該可攜式裝置。該屏蔽、L3、L3’、及L4，允許中範圍系統被最佳化，有利於控制力及效率。

L3及L3’線圈之尺寸、形狀及數值，在各應用之間係可變動。在本實施例中，L3及L3’線圈之特徵係加以選取，以便最佳化該L2/L3及L3’/L4之間的耦合。該屏蔽分享該L3線圈的一般尺寸，及係由撓性或易破的(breakable)鐵磁體材料製成。如第六B所見到的，該屏蔽能夠具有一部份來安置L3’線圈。該撓性的鐵磁體材料能夠被模塑，以致於L3及L3’座落在同一平面，這樣能夠允許近接耦合L4被安放在相距L3’的一個距離範圍上。

參照第八圖，單一的次級再共振器(並非兩個)，能夠有一部份被屏蔽，及一部份未被屏蔽。該非屏蔽之部份耦合至L4，及允許L4及L3之間耦合的控制及最佳化。全部的L3線圈仍然耦合至12，用於接收來自初級再共振器L2的無線電力。如第八圖所示，L3係安置鄰近一設有開孔的屏蔽，及該屏蔽係介於L3及L4之間。這樣獨立地控制介於L3/L4及L3/L2之間的耦合。藉由將設有開孔的屏蔽安置在L3/L4之間，L2/L3及L3/L4之間的耦合係數能夠獨立地由磁性屏蔽內開孔尺寸來控制。這樣允許中範圍系統被最佳化，有利於控制力及效率。

在本實施例中，L3線圈係圓形。尺寸相同於L3、而由撓性或易破的鐵磁體材料所製成之屏蔽，直接地安置鄰近該L3。該屏蔽具有一個開孔，允許近接耦合線圈L4被安置在遠離L3的一個距離範圍。

參照第九圖，該屏蔽並不具有開孔，而是能夠藉由一磁鐵來飽和，以便提供一磁性穿孔。該磁鐵能夠打開一個開孔，用於將L3耦合至L4的電磁場。該開孔的特徵，例如尺寸，能夠藉由不同強度磁鐵來調整。該磁鐵也能夠加倍，作為一種引子，用於可攜式裝置將L4對準L3。雖然該磁鐵係位在該轉接器內，但在可替換的結構中，一磁鐵可以被安置在次級裝置內，以便打開屏蔽內的穿孔。藉由安置一種具有L3/L4之間磁鐵的屏蔽，介於L2/L3及L3/L4之間的耦合係數，可以獨立地控制。屏蔽中心內的磁鐵有效地飽和該電磁場。當電磁場係飽和時，材料的相對導磁率，接近1。這允許電磁場來通過。這種現象允許某些L3的繞線較良好地耦合至L4(相較於其他者)。這提供一種能力來獨立地調協L2/L3耦合及L3/L4耦合。這允許中範圍系統被最佳化，有利於控制力及效率。

在本實施例中，L3係圓形線圈。該屏蔽有相同於L3的尺寸，及由鄰近該L3來安置之撓性或易破的鐵磁體材料製成。一磁係靠近該屏蔽之中心來安置。該磁鐵之磁性強度係能夠變動。這個配置能夠允許一種近接耦合L4被安置在遠離L3的一距離範圍上。所示實施例中，該距離範圍係小於0.25英吋。

2.轉接器物理性分離實施例

參照第七圖，次級再共振器線圈能夠物理性地分離自電力傳輸表面(及L4線圈)，以便降低耦合係數。藉由物理性地分離L3及L4，介於L3及L4以及L3及L2之間的耦合係數能夠獨立地控制。這樣允許中範圍系統被最佳化，有利於控制力及效率。

第七圖所示之耦合降低元件係空間。在一實施例中，該空間能夠由次級線圈及次級再共振器之間的預定距離來界定。在另一實施例中，該空間能夠由次級再共振器及無線電力傳輸表面之間的預定距離來界定。該空間能夠充填有空氣、塑膠、或其他低的及非傳導性材料。

藉由物理性地自遠方裝置之次級線圈L4來分離該次級再共振器L3，介於L4及L1以及L4及L2之間的耦合係數被降低。進而降低了L4內所發生的反射阻抗數量。介於次級再共振器L3及次級線圈L4之間的空間，降低了次級再共振器L3及次級線圈L4之間的耦合，其足以實質地降低反射阻抗，而不會實質地阻礙介於次級再共振器L3及次級線圈L4之間的耦合，以利有效的無線電力傳輸。

方向性字詞，例如”垂直”、”水平”、”頂”、”底”、”上”、”下”、”內”、”向內”、”外”、”向外”，基於所示實施例的定位，係用來協助本發明描述。使用方向字詞，不應該解釋來限制本發明於任何具體定位。

上述係本發明目前實施例之描述。許多變動及改變係能夠被完成而不離開本發明精神及較寬大範圍，其係被界定如後附申請專利範圍，而依照包含均等論之專利法原理來加以解釋。本揭示內容係基於說明目的而提供，不應被釋釋成為全部本發明實施例之排他性描述，或限制申請專利範圍於以這些實施例相關來說明或描述之具體元件。例如(及未限制)，任何所述發明之個體元件係可由提供實質相似功能或提供足夠操作之可替換元件來取代。這包含(例如)目前已知之可替換元件、例如一般精於本項技藝人士已熟知者，及可能在未來加以開發之可替換元件，例如，一般於本項技藝人士在研發時，識別出的可替換者。進一步地，所揭示的實施例包含多數個特徵及/或元件，它們可能個別地或互助合作來提供優點加成。除在申請專利範圍內另有陳述之範圍以外，本發明並未限制只包含這些全部特徵、或提供全部所述優點之實施例。請求權利之元件的任何單數的參考符號，例如，使用冠詞”一”(a,an)或”該”(the,said)，並不解釋為限制該元件為單數。

L1‧‧‧Primary coil 初級線圈

L2‧‧‧Re-resonator coil 再共振器線圈

L3‧‧‧Secondary re-resonator coil 次級再共振器線圈

L4‧‧‧Secondary coil 次級線圈

Claims

一種無線電力供應系統，用於無線地供應電力至一遠方裝置，該無線電力系統包括：一初級電路；及一初級再共振器電路；一次級再共振器電路；及一次級電路；一用於傳輸無線電力的無線電力傳輸途徑，該無線電力傳輸途徑包含耦合該初級電路至該初級再共振器電路，耦合該初級再共振器電路至該次級再共振器電路，及耦合該次級再共振器電路至該次級電路；及一耦合降低元件，在無線電力傳輸期間，藉由降低以下至少一者之耦合來降低反射阻抗：該初級電路及該次級再共振器電路，該初級電路及該次級電路，該次級電路及該初級再共振器電路，及該次級電路及該初級電路，其中，該耦合降低元件並不實質地阻礙該無線電力傳輸途徑內的耦合。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中在無線電力傳輸期間該初級電路及該次級共振器電路之間的耦合，係低於一第一預定臨界值，及其中在無線電力傳輸期間該初級電路及該次級電路之間的耦合係低於一第二預定臨界值。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中在無線電力傳輸期間，該次級電路及該初級再共振器電路之間的耦合係低於一第一預定臨界值，及其中在無線電力傳輸期間，該次級電路及該初級電路之間的耦合係低於一第二預定臨界值。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該無線電力供應器係加以配置，來提供電力到一距離範圍內的遠方裝置。
如申請專利範圍第4項的無線電力供應系統，其中該距離範圍係0.75英吋~2英吋。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該耦合降低元件係一屏蔽。
如申請專利範圍第6項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係加以安放，以致於該初級再共振器電路及該初級電路在無線電力傳輸期間的耦合，係高於一預定的臨界值。
如申請專利範圍第6項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係加以安放，以致於該初級再共振器電路及該次級再共振器電路在無線電力傳輸期間的耦合，係高於一預定的臨界值。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該耦合降低元件係一空間，其係由該初級電路及該初級再共振器之間的預定距離加以界定。
如申請專利範圍第9項的無線電力供應系統，其中該初級電路及該初級再共振器之間的空間，降低了該初級電路及該初級再共振器之間的耦合，其足以實質性地降低反射阻抗，而不實質地阻礙該初級電路及該初級再共振器之間針對有效無線電力傳輸的耦合。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該耦合降低元件係一空間，其係由該次級電路及該次級再共振器之間的預定距離加以界定。
如申請專利範圍第11項的無線電力供應系統，其中該次級電路及該次級再共振器之間的間隔，係足以降低該次級電路及該次級再共振器之間的耦合，以便實質地降低反射阻抗，不會實質地阻礙該次級電路及該次級再共振器之間針對有效無線電力傳輸的耦合。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該耦合降低元件係一空間，由該初級電路及一無線電力傳輸表面之間的預定距離加以界定。
如申請專利範圍第1項的無線電力供應系統，其中該耦合降低元件係一空間，由該次級再共振器電路及一無線電力傳輸表面之間的預定距離加以界定。
一種用於無線地供應電力之無線電力供應系統，該無線電力供應系統包括：一無線電力供應器，包含：一初級電路；及一初級再共振器電路；一遠方裝置，包含：一次級再共振器電路；及一次級電路；一屏蔽，在無線電力傳輸期間，藉由降低耦合來降低反射阻抗，該屏蔽被安置在以下至少一者之間：該初級電路及該次級再共振器電路，該初級電路及該次級電路，該次級電路及該初級再共振器電路，及該次級電路及該初級電路，其中，該屏蔽並不實質地阻礙以下所列者之間的耦合：該初級電路及該初級再共振器電路，該初級再共振器電路及該次級再共振器電路，及該次級再共振器電路及該次級電路。
如申請專利範圍第15項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係安置在該初級電路及該次級再共振器電路之間，及該屏蔽係安置在該初級電路及該次級電路之間。
如申請專利範圍第15項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係安置在該次級電路及該初級再共振器電路之間，及該屏蔽係安置在該次級電路及該初級電路之間。
如申請專利範圍第15項的無線電力供應系統，其中該無線電力供應器係加以配置，而提供無線電力至一距離範圍內的該遠方裝置。
如申請專利範圍第18項的無線電力供應系統，其中該距離範圍係該初級再共振器電路及該次級再共振器電路之間的0.75英吋~2英吋。
如申請專利範圍第15項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係加以安置，以致於該初級再共振器電路及該初級電路在無線電力傳輸期間的耦合，係高於一預定的臨界值。
如申請專利範圍第15項的無線電力供應系統，其中該屏蔽係加以安置，以致於該初級再共振器電路及該次級再共振器電路在無線電力傳輸期間的耦合，係高於一預定的臨界值。
一種用於無線傳輸電力至一遠方裝置的無線電力供應器，該無線電力供應器包括：一無線電力傳輸表面；一初級電路；一初級再共振器電路；及一屏蔽，被安置在該初級電路及該無線電力傳輸表面之間，在無線電力傳輸期間，藉由降低該初級電路及該遠方裝置之間的耦合，來降低反射阻抗，其中該屏蔽實質地不阻礙無線電力傳輸至該遠方裝置。
如申請專利範圍第22項的無線電力供應器，其中該初級電路及該遠方裝置之間的耦合，在無線電力傳輸期間，係低於一預定的臨界值。
如申請專利範圍第22項的無線電力供應器，其中該無線電力供應器係加以配置，以便提供無線電力至一距離範圍上的一遠方裝置。
如申請專利範圍第24項的無線電力供應器，其中該距離範圍係該初級再共振器電路及該遠方裝置之間的.75英吋~2英吋。
如申請專利範圍第22項的無線電力供應器，其中該屏蔽進一步地被安置，以致於該初級再共振器電路及該初級槽路之間的耦合，在無線電力傳輸期間，係高於一臨界值。
如申請專利範圍第22項的無線電力供應器，其中該屏蔽進一步地被安置，以致於該初級再共振器電路及該遠方裝置之間的耦合，在無線電力傳輸期間，係高於一臨界值。
一種中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器，用於繼電從一無線電力供應器至一具有次級電路之遠方裝置的電力，該轉接器包括：一無線電力傳輸表面；一次級再共振器電路；一屏蔽，係安置在該次級再共振器電路及該無線電力傳輸表面之間，藉由降低該中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器及該無線電力供應器之至少一者與該遠方裝置之間的耦合，便降低反射阻抗。
如申請專利範圍第28項的中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器，其中該次級再共振器電路包含一第一次級再共振器及一第二次級再共振器，其中該屏蔽係安置在該第一次級再共振器及第二次級再共振器之間，及其中該第一次級再共振器及第二次級再共振器係以串接來電連接。
如申請專利範圍第28項的中範圍無線電力供應器近接式耦合轉接器，其中該次級再共振器電路包含一屏蔽的次級再共振器部及一未屏蔽的次級再共振器部，其中該屏蔽係安置在該屏蔽的次級再共振器部及該遠方裝置之間。
一種用於無線地傳輸電力至一遠方裝置的無線電力供應器，該無線電力供應器包括：一無線電力傳輸表面；一初級再共振器，能夠無線地傳輸電力至該遠方裝置的一次級線圈及該遠方裝置的一次級再共振器之至少一者；一初級線圈，能夠與一部份的該初級再共振器電路形成感應性耦合，其中該感應耦合激發該初級再共振器電路來無線地傳輸電力，其中該初級線圈係相對於該初級再共振器來偏移，以致於該感應耦合係大於該初級線圈與該次級線圈及該次級再共振器之至少一者的感應耦合；及藉此，該次級線圈及該次級再共振器之至少一者的反射阻抗被降低，而沒有明顯降低該初級線圈及該初級共振器一部份之間的感應耦合。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中在該偏移之下，該初級線圈係安置來靠近該初級再共振器的一部份，其中該初級線圈係遠離該無線電力傳輸表面的電力傳輸區。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈相對於該初級再共振器係非同心的。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈的繞線軸係正交於該初級再共振器的繞線軸。
如申請專利範圍第34項的無線電力供應器，其中該初級線圈係在該初級再共振器之該部份的下方。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈的繞線軸係平行於該初級再共振器之繞線軸。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈相對於該初級再共振器係同平面的。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈係多層螺旋繞線。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中初級線圈係藉由該初級再共振器來黏結並與之同平面，其中該初級再共振器之該部份係鄰近該初級線圈，及其中該初級再共振器之該部份及該初級線圈係安置在該無線電力傳輸區之電力傳輸區外部的耦合區。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，進一步包括一磁導，該初級線圈係相對於該磁導來纏繞。
如申請專利範圍第40項的無線電力供應器，其中該磁導材料係矩形及實質地平坦，其中該初級線圈係末端對末端而相對於該磁導材料的最長向度來纏繞，及其中該磁導係沿著該最長向度而鄰近該初級再共振器之該部份。
如申請專利範圍第40項的無線電力供應器，其中該磁導材料係一環形鐵心，該初級線圈及該初級再共振器係相對該環形鐵心來纏繞；及其中該初級再共振器的一繞線，界定一黏結的電力傳輸區，其遠離該初級線圈，以致於該初級線圈及該初級再共振器之間的感應耦合，係大於在該黏結電力傳區之內該初級線圈與該次級線圈及該次級再共振器之至少一者的感應耦合。
如申請專利範圍第42項的無線電力供應器，其中該初級再共振器之一或更多匝數係位在該環形鐵心之外部。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該無線電力供應器係加以配置，提供無線電力至一距離範圍上的該遠方裝置。
如申請專利範圍第44項的無線電力供應器，其中該距離範圍係該初級共振器電路及該次級再共振器電路之間0.75英吋~2英吋。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈偏移，以致在無線電力傳輸期間，該初級再共振器及該初級線圈之間的感應耦合係高於一預定的臨界值。
如申請專利範圍第31項的無線電力供應器，其中該初級線圈偏移，以致在無線電力傳輸期間，該初級再共振器及該次級再共振器之間的感應耦合係高於一預定的臨界值。