TWI589086B - 用於無線電力傳輸之系統及方法 - Google Patents

Description

用於無線電力傳輸之系統及方法 著作權聲明

揭示的這份專利文件中一部份包含受到著作權保護的內容。著作權持有人對於任何人對其專利文件或專利揭示的完全相同之重製沒有任何異議，就如同在美國專利與商標辦公室內的專利記錄或檔案，但是保留此外的其他一切著作權權利。

優先權主張：

本申請案主張以下申請案之優先權權利：2012年3月21日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING POSITIONING FREEDOM IN THREE DIMENSIONS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第61/613,792號之美國臨時專利申請案；2013年3月14日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第13/828,789號之美國專利申請案；2013年3月14日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第13/828,933號之美國專利申請案；2013年3月14日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第13/829,008號之美國專利申請案；2013年3月14日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第13/829,186號之美國專利申請案；及2013年3月14日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WIRELESS POWER TRANSFER」之申請案第13/829,346號之美國專利申請案，該等案之各者係以引用方式併入本文。

本發明之實施例大體上係關於用於無線電力傳輸之系統及方法，包含搭配電動裝置或電子裝置、車輛、蓄電池或其他產品的使用或搭配附加配件(諸如併有用於將電力傳輸至該裝置、車輛、蓄電池或其他產品之一接收器之外殼、蓄電池蓋或外板)的使用。

相關申請案之交叉參考：

本申請案係關於以下申請案：2012年1月17日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING POSITIONING FREEDOM,AND SUPPORT OF DIFFERENT VOLTAGES,PROTOCOLS,AND POWER LEVELS IN A WIRELESS POWER SYSTEM」之美國專利公開案第20120235636號(美國專利申請案第13/352,096號)，其主張2011年1月18日申請之標題為「SYSTEM AND METHOD FOR MODULATING THE PHASE AND AMPLITUDE OF AN ELECTROMAGNETIC WAVE IN MULTIPLE DIMENSIONS」之美國臨時專利申請案第61/433,883號之優先權權利；2011年4月21日申請之標題為「SYSTEM AND METHOD FOR MODULATING THE PHASE AND AMPLITUDE OF AN ELECTROMAGNETIC WAVE IN MULTIPLE DIMENSIONS」之美國臨時專利申請案第61/478,020號；及2011年10月2日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING POSITIONING FREEDOM,AND SUPPORT OF DIFFERENT VOLTAGES,PROTOCOLS,AND POWER LEVELS IN A WIRELESS POWER SYSTEM」之美國臨時專利申請案第61/546,316號；上述申請案之各者係以引用方式併入本文。

用於對行動裝置或其他電子裝置或電動裝置供電或充電之傳統無線技術大體上組合使用一無線電力傳輸器及無線電力接收器以提供用於跨一距離傳輸電力之一方式。在一典型的系統中，傳輸器與接收器線圈對準且大小相當。此要求使用者將其等待充電之裝置或蓄電池置於相對於充電器之一特定位置中，這非所期地受限。此等係本發明之實施例可解決之一些一般領域。

本文揭示用於實現有效率無線電力傳輸及以容許在一維或多維(例如，一維、二維或三維)中自由放置裝置及蓄電池之一方式對該等裝置或該等蓄電池充電之系統及方法。根據各種實施例，應用包含感應或磁性充電及供電以及(例如)以下各者之無線供電或充電：行動裝置；電子裝置；電動裝置；照明裝置；蓄電池；電動工具；廚房、軍用、醫學或牙科、工業應用；車輛；列車或其他裝置或產品。根據各種實施例，該等系統及方法亦可大體上應用於(例如)電源供應器或其他電源或充電系統，諸如用於將無線電力傳輸至一行動裝置、電子裝置或電動裝置、車輛或其他產品之系統。

100‧‧‧無線充電器或電力系統

102‧‧‧第一充電器/傳輸器部件

104‧‧‧第二接收器部件

120‧‧‧無線充電器系統

130‧‧‧系統

140‧‧‧中心分接頭式接收器

150‧‧‧電感

160‧‧‧無線供電蓄電池組/接收器

170‧‧‧實施例

180‧‧‧充電循環

190‧‧‧操作

200‧‧‧連線測試電壓

220‧‧‧組態

222‧‧‧緊密耦合電力傳輸系統

224‧‧‧鬆散耦合無線電力系統

230‧‧‧線圈

240‧‧‧磁場

250‧‧‧電力傳輸

260‧‧‧磁化曲線

270‧‧‧磁滯曲線

280‧‧‧鐵磁材料層

290‧‧‧磁化曲線

320‧‧‧磁耦合幾何形狀

360‧‧‧系統行為

370‧‧‧導磁率變動

380‧‧‧磁性孔隙總體幾何形狀

390‧‧‧變壓器幾何形狀

400‧‧‧變壓器

410‧‧‧圓形E-芯/繞組

420‧‧‧變壓器

440‧‧‧磁諧振/鬆散耦合幾何形狀

450‧‧‧微控制器幾何形狀

452‧‧‧線圈幾何形狀

464‧‧‧實施例

466‧‧‧實施例

468‧‧‧實施例

470‧‧‧輸出整流電壓

472‧‧‧導線/電纜

480‧‧‧實施例

圖1圖解說明根據一實施例之一無線充電器或電力系統。

圖2圖解說明根據一實施例之一無線充電器系統之一更詳細視圖。

圖3圖解說明根據一實施例之一系統，其中針對驗證及/或調節用途實施充電器與接收器之間之單向或雙向通信之一專用頻道。

圖4圖解說明根據一實施例之一中心分接頭式接收器。

圖5圖解說明充電器及接收器線圈可如何藉由其等各自電感表示。

圖6圖解說明根據一實施例之一無線供電蓄電池組及接收器。

圖7圖解說明包含一蓄電池單元(battery cell)之一實施例。

圖8圖解說明一典型的充電循環或一鋰離子(Li-Ion)蓄電池。

圖9圖解說明根據一實施例之一無線電力系統操作。

圖10圖解說明根據一實施例之通信程序及電力調節及/或其他功能之一實例。

圖11根據一實施例在左側圖解說明具有不同大小之兩個個別傳輸器線圈之一緊密耦合電力傳輸系統之組態且在右側圖解說明具有一單個個別傳輸器線圈之一鬆散耦合(磁諧振)電力傳輸系統之組態。

圖12圖解說明一例示性線圈。

圖13圖解說明圖12之線圈之一所得計算磁場。

圖14圖解說明一傳輸器之輸入供應之阻抗，展示電力傳輸中之諧振。

圖15圖解說明多個鐵磁材料之磁化曲線。

圖16圖解說明諸如鋼鐵之一硬鐵磁材料之一磁滯曲線。

圖17圖解說明一鐵磁材料層之磁導率之實部及虛部。

圖18圖解說明一高導磁率專有軟磁性鐵氧體材料之磁化曲線。

圖19圖解說明根據一實施例之藉由一鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層覆蓋之一大面積傳輸器線圈及一代表性接收器線圈。

圖20圖解說明根據一實施例之一磁耦合幾何形狀。

圖21圖解說明根據一實施例之包含一螺線管式接收器之一實施例。

圖22圖解說明根據一實施例之磁鐵之實例。

圖23圖解說明根據一實施例之一磁性孔隙幾何形狀。

圖24圖解說明一軟鐵氧體材料之磁化曲線。

圖25圖解說明施加磁場時磁導率的變動。

圖26圖解說明根據一實施例之具有不同大小及可能額定電力及/ 或電壓輸出之兩個接收器之一可切換層的使用。

圖27圖解說明根據一實施例之一變壓器幾何形狀，其中一共同磁芯在其兩個截面纏繞一初級繞組及一次級繞組。

圖28圖解說明根據一實施例之包括兩個ER-Core(圓形E-Core)之一變壓器之一視圖。

圖29圖解說明根據一實施例之包含一E-Core及一平坦截面及PCB初級線圈及次級線圈之一變壓器之一視圖。

圖30圖解說明根據一實施例之一通量導引(Flux Guide)幾何形狀。

圖31圖解說明根據一實施例之放置在一充電器上之一接收器之一代表性俯視圖。

圖32圖解說明根據一實施例之一磁耦合幾何形狀，其中藉由一磁性層或切換層覆蓋充電器線圈。

圖33圖解說明根據一實施例之放置在此一充電器上之一接收器之一代表性俯視圖。

圖34圖解說明根據一實施例之組合通量導引層之一磁性孔隙線圈之一實例。

圖35圖解說明根據一實施例之放置在該充電器上之一接收器之一俯視圖。

圖36圖解說明根據一實施例之放置在該充電器上之大小相同或不同之兩個或更多個接收器。

圖37圖解說明根據一實施例之具有一較大充電器表面面積之一實施例。

圖38圖解說明來自一接收器之輸出整流電壓隨頻率而變化。

圖39圖解說明根據一實施例之導線或電纜。

圖40圖解說明根據一實施例之包含一屏蔽罩/通量導引之一裝 置。

如上所述，用於對行動裝置或其他電子裝置或電動裝置供電或充電之傳統無線技術大體上組合使用一無線電力傳輸器及無線電力接收器以提供用於跨一距離傳輸電力之一方式。在一典型的系統中，傳輸器與接收器線圈對準且大小相當。此通常要求使用者將其待充電之裝置或蓄電池置於相對於充電器之一特定位置中，這非所期地受限。

根據一實施例，本文揭示用於實現有效率無線電力傳輸及以容許在一維或多維(例如，一維、二維或三維)中自由放置裝置及蓄電池之一方式對該等裝置或該等蓄電池充電之系統及方法。根據各種實施例，應用包含感應或磁性充電及供電以及(例如)以下各者之無線供電或充電：行動裝置；電子裝置；電動裝置；照明裝置；蓄電池；電動工具；廚房、軍用、醫學或牙科、工業應用；車輛；汽車；電動自行車；機車；Segway型裝置；列車或其他運輸車輛或裝置或產品。根據各種實施例，該等系統及方法亦可大體上應用於(例如)電源供應器或其他電源或充電系統，諸如用於將無線電力傳輸至一行動裝置、電子裝置或電動裝置、車輛或其他產品之系統。

根據一實施例，期望接收器可放置在一較大表面面積充電器上而無須特定對準接收器的位置。

根據一實施例，亦期望能夠對具有類似或不同電力及電壓需求或在相同或近似相同表面上以不同的無線充電協定操作之多個裝置充電或供電。

根據一實施例，亦期望對充電器與接收器之間之垂直距離(遠離充電器之表面)提供一定的自由度。此一大間隙之一例示性使用係電動車(EV)或列車之充電中。另一實例包含其中充電器可能需要與待充電之裝置或蓄電池實體分離之情形，諸如當諸如一汽車之中央控制台 之一表面下方或一桌子或書桌之表面下方併有一充電器時。

由於電氣裝置及電子裝置及車輛或列車(其等在本文被視為裝置之實例)增多，對此等裝置供電及/或充電之簡單且通用的方法變得愈來愈重要。

如本文使用，術語裝置、產品或蓄電池係用以包含任何電氣產品、電子產品、行動產品、照明產品或其他產品；蓄電池；電動工具；清洗、工業、廚房、照明、軍用、醫學、牙科或特製產品；及車輛或可移動機器(諸如機器人或行動機器)，藉此該產品、部件或組件藉由電力或一內部或外部蓄電池供電及/或可在外部或內部藉由一發電機或太陽能電池單元(solar cell)、燃料電池單元(fuel cell)、手搖式發電機(hand crank)或其他機械式發電機(mechanical crank)或類似物供電或充電。

根據一實施例，一產品或裝置亦可包含可附接或一體式外板、外殼、蓄電池蓋或可附接或附加或硬體鎖類型的接收器組件以令令使用者能夠對該產品或裝置供電或充電。

感應大體上被定義為回應於通過藉由一封閉電路徑界定之任何表面之一變化磁通量而跨該路徑產生電動力(EMF)或電壓。術語磁諧振近來一直用於其中充電器與接收器可分開相對較遠之感應電力傳輸。因為一般而言這係一種感應形式，所以在本文使用術語感應；然而，術語感應及磁諧振有時候在本文交互使用以指示電力傳輸之方法可在任一領域中或其等之一組合。

根據各種實施例，一感應電力傳輸器採用一或多個磁感應線圈，將能量傳輸至一裝置或產品、外殼、蓄電池蓋或可附接或附加組件中或之上的一或多個接收線圈，組件包含(例如)諸如一硬體鎖或裝置內部或外部或透過一連接器及/或一導線附接至裝置或獨立放置在電力傳輸器平台附近之一蓄電池之附件。接收器可為無線地接收電力 且意欲用於安裝或附接在待供電或充電之一最終產品、蓄電池或裝置中或之上的另一不完整裝置。或者，接收器可為意欲用於藉由一導線或無線地直接連接至另一裝置、產品或蓄電池之一完整裝置。

如本文使用，術語無線充電器、無線電力充電器、傳輸器及感應或磁諧振電力充電器有時候交互使用。

如本文使用，術語韌體、軟體或指令集有時候交互使用且指代引導一電腦、微控制器或其他處理器以執行特定操作之任何機器可讀指令集(最通常呈一電腦程式之形式)。

根據一實施例，無線充電器可為可對一接收器無線地提供能量之一平面或曲面表面或部件。充電器可由可撓性材料及/或線圈或塑膠電子器件建構以實現機械性撓曲度及折曲或摺疊以節省空間或順應非平坦表面。無線充電器可藉由一AC電輸入、DC電或其他電源(諸如一汽車、公共汽車、機車、卡車或其他車輛或列車、飛機或小艇或船或其他運輸系統或車輛電源插座)直接供電或透過裝入於以下各者中而供電且藉由以下各者供電：運輸車輛或系統、單次性電池(不可再充電)或可再充電蓄電池、太陽能電池單元、燃料電池單元、機械電源(例如，手搖式發電機、風源、水源)、核電源或其他或另一無線充電器或電源供應器或其等之一組合。

此外，根據一實施例，無線充電器可藉由諸如一可再充電蓄電池之一部件整合及/或供電，該可再充電蓄電池本身係藉由另一電源充電，諸如一AC或DC電源；汽車；公共汽車；車輛；小艇或船或飛機電源插座或車輛、小艇、列車或船或飛機或其他運輸系統或車輛本身；太陽能電池單元；燃料電池單元；機械電源(例如，手搖式發電機；風源；水源)；核電源；或其他電源；或其等之一組合。在其中無線充電器係藉由諸如一蓄電池之一可再充電電源供電之例項中，蓄電池本身亦可藉由另一無線充電器感應充電。

根據一實施例，無線充電器可為一獨立部件、裝置或產品，或可併入另一電動裝置或電子裝置、桌子、書桌椅、扶手、電視架或底座或傢具或車輛或飛機或航海車輛或小艇或諸如以下各者之物件：桌子；書桌；椅子；櫃台；貨架櫃台或收款台或收銀台；變壓器亭；車座；扶手；汽車控制台；車門；網件；杯座；儀表盤；手套箱；飛機發射架；電腦；膝上型電腦；筆記型電腦；平板電腦；顯示器；TV；磁性；光學或半導體儲存器或播放裝置，諸如硬碟機、固態儲存碟機、光學播放器；有線電視或遊戲主控台；電腦墊；玩具；衣服；工具袋或背包；皮帶；機架；工業；醫學；牙科；軍用或廚房櫃檯、區域、裝置及用具；電話；相機；收音機；立體聲系統或其他媒體。

根據一實施例，無線充電器亦可內建其他功能或經建構使得可適當增加模組化及額外的能力或功能。一些此等能力或功能可包含以下之能力：提供更大電力；充電更多裝置；調換頂面或外殼或裝飾品；如上所述般透過使用一蓄電池及/或可再生電源(諸如太陽能電池)藉由內部電力操作；傳達及/或儲存來自一裝置之資料；在該裝置與(例如)其他裝置、充電器及/或一網路之間提供通信。

一實例係一基本無線充電器，其具有經擴展以包含一可再充電蓄電池組以在不具備外部電力之情況下實現操作之能力。另一實例可為一無線充電器，其含有一或多個揚聲器及/或麥克風或顯示器及藍芽、WiFi或其他連接性作為一模組，該模組將增強基本充電器以容許在充電器上充電之一行動電話或音樂播放器播放/串流傳輸音樂或聲音或視訊，或經由揚聲器及/或麥克風透過藍芽、WiFi或其他連接性無線地實行一免持交談或視訊通話。另一實例可為一充電器產品或電腦或膝上型電腦或顯示器或TV，其亦含有一磁碟機、固態記憶體或其他儲存裝置，且當在充電器上放置一裝置時，亦透過充電器建立資 料連接性(例如，藍芽、NFC、Felica、WiFi、Zigbee或無線USB)以用於傳輸、同步或更新資料或程式發生，以下載/上載資訊、顯示或播放音樂或視訊或使資料同步。一例示性使用可為一相機或電話充電器，藉此可結合充電及其他功能實現產品與能力之許多其他組合。

根據一實施例，無線電力充電器及/或接收器具有藉由一使用者或自動地遠端或本端更新其等指令集、軟體及/或韌體之能力，以實現增強或改良無線充電能力或增加包含使用者應用程式(app)之其他能力或功能。

根據一實施例，可藉由感應傳輸器及接收器供電或充電之產品或裝置類型的實例包含(但不限於)蓄電池；蜂巢式電話；智慧型電話；無接線電話；通信裝置；傳呼器；個人資料助理；可攜式媒體播放器；全球定位(GPS)裝置；藍芽耳機及其他裝置；抬頭式或顯示眼鏡；3D顯示眼鏡；刮刀；手錶；牙刷；計算器；相機；光學瞄準鏡(optical scope)；紅外線觀察器；電腦；膝上型電腦；平板電腦；筆記型電腦；鍵盤；電腦滑鼠；電子書閱讀器或電子郵件裝置；傳呼器；電腦監視器；電視機；音樂或電影播放器及錄音機；儲存裝置；收音機；時鐘；揚聲器；遊戲裝置；遊戲控制器；玩具；遙控器；電動工具；掃描器；施工工具；辦公設備；機器人，包含吸塵機器人、拖地機器人、泳池清潔機器人、排水溝清掃機器人或用於醫院；無塵室；軍用或工業應用之機器人；工業工具；行動真空吸塵器；醫學或牙科工具；軍用裝備或工具；廚房用具；攪拌機；蒸煮鍋；開罐器；食品或飲料加熱器或冷卻器，諸如電動飲料杯；按摩器；成人玩具；燈或燈具；指示牌或顯示器或廣告應用；電子雜誌或報紙或含有一電子部件之雜誌或報紙；印表機；傳真機；掃描器；汽車；公共汽車；列車；機車或自行車；個人移動裝置(例如，Segway)或其他車輛或行動運輸機器；及其他蓄電池或電動裝置或產品；或係上文列出之產品之 一組合之一產品。

根據一實施例，一接收器或充電器可併入(例如)一工具袋、承載架、外板、衣服、外殼、包裝、產品包裝或包裝盒、條板箱、箱子、展示箱或行李架、桌子、容器或裝置中，以實現工具袋、承載架、外板、衣服、外殼、包裝、產品包裝或包裝盒、條板箱、箱子、展示箱或行李架、桌子、容器(諸如，例如導致一展示箱或包裝顯示促銷資訊或指示或照明)，及/或使用工具袋、承載架、外板、衣服、外殼、包裝、產品包裝或包裝盒、條板箱、箱子、支架或連接器、展示箱或行李架、桌子、容器以對另一裝置或其上某處的組件或附近組件供電或充電。

根據一實施例，產品或裝置無須為可攜式及/或含有一蓄電池以利用感應或無線電力傳輸。例如，通常藉由一AC插座或一DC電源供應器供電之一燈具或一電腦監視器可放置在桌子頂部上且無線地接收電力。無線接收器可為可自一充電器無線地接收能量之一平面或曲面表面或部件；且接收器及/或充電器亦可由可撓性材料及/或線圈或塑膠電子器件建構以實現機械撓曲度及折曲或摺疊以節省空間或順應非平坦表面。

根據各種實施例，上述許多類型的裝置含有內部蓄電池，且裝置在接收電力期間可操作或可不操作。取決於蓄電池之充電狀態程度或其存在及系統設計，所施加電力可對裝置供電、對其蓄電池充電或上文之一組合。術語充電及/或供電在本文有時候交互使用以指示所接收電力可用於任一此等情況或其等之一組合。根據各種實施例，術語充電器電源供電器及傳輸器在本文亦有時候交互使用。

圖1圖解說明根據一實施例之一無線充電器或電力系統。如圖1中所示，根據一實施例，一無線充電器或電力系統100包括一第一充電器或傳輸器部件102及一第二接收器部件104。充電器及/或傳輸器 可用其線圈驅動電路或用於傳輸電力之一線圈或天線產生一重複電力信號型樣(諸如一正弦或方波，自10Hz至幾MHz或甚至更高，但通常在100kHz至幾MHz範圍中)。充電器及/或傳輸器亦可包含一通信及調節/控制系統，其偵測一接收器及/或接通或關斷所施加的電力及/或藉由諸如改變振幅、頻率或作用時間循環或改變諧振條件之方式或藉由改變充電器之阻抗(電容或電感)或其等之一組合來修改線圈或天線之所施加電源信號之所施加電量。

根據一實施例，充電器可為電子器件、線圈、屏蔽罩之整體或部分或無線地傳輸電力所需系統之其他部分。電子器件可包括當一起使用時提供無線充電器功能性之離散組件或微電子器件，或包括一或多個多晶片模組(MCM)或一特定應用積體電路(ASIC)晶片、電腦或場可程式化閘陣列(FPGA)、微處理器或一積體電路(IC)或晶片集或經具體設計以用作無線充電器系統之電子器件之整體或一實質部分之微控制器(MC)。

如本文使用，術語微控制器、電腦、MCM、ASIC或FPGA、微處理器或處理器交互使用以指代具有能夠執行一指令集或電腦程式之一中央處理單元之任何系統。

根據一實施例，系統之第二部分係包含接收電力之一線圈或天線之一接收器及用於將所接收AC電壓改變為DC電壓(諸如用一或多個整流器或(例如)橋式或同步整流器及一或多個電容器來整流及平滑化)之一構件。

在負載處之電壓無須保持在一嚴格容限內或無關於負載電阻皆可改變負載處之電壓或負載電阻總係恆定之例項中，接收器之整流及平滑化輸出可直接連接至一負載。此情形之實例可用於照明應用、其中負載係一恆定電阻(諸如一加熱器或電阻器)之應用。在此等例項中，接收器系統可能係簡單且便宜的。

在許多其他例項中，負載之電阻或阻抗在操作期間改變。此包含其中接收器係連接至在操作期間或當接收器用以對一蓄電池充電時需要改變電力之例項。在此等例項中，可能需要調節輸出電壓使得其在多種操作條件期間保持在一範圍或容限內。在此等例項中，接收器可視需要包含一調節器，諸如線性、降壓、升壓或升降壓調節器及/或用於該輸出電力之開關。此外，接收器可包含或操作使接收器與充電器通信之一方法。

根據一實施例，接收器可視需要包含增加系統諧振之一無功組件(電感器或電容器)及容許在對產品或蓄電池充電或供電之一有線方法與無線方法之間直接切換之一切換器。接收器亦可包含選用額外特徵，諸如包含近場通信(NFC)、藍芽、WiFi、RFID或其他通信及/或驗證技術。

根據一實施例，充電器或傳輸器線圈及接收器線圈可由任何所要形狀形成且可由(例如)PCB、導線、李茲(Litz)導線或其等之一組合建構。為減小電阻，線圈可由PCB及/或導線建構中之多個跡線或導線建構。對於PCB建構，多層可在一PCB之不同側中及/或不同層且經適當分層/設計以對線圈提供最佳場型樣、均勻性、電感及/或電阻或品質因數(Q)。各種材料可用於線圈導體，諸如不同的金屬及/或磁性材料或塑膠導體。通常，可使用具有低電阻率之銅。設計應亦考量在操作頻率下用以較佳地提供低電阻之材料之集膚效應。

根據一實施例，接收器可為如上所述之一裝置或蓄電池之整體部分，或可為無線地接收電力且意欲用於安裝或附接在待供電或充電之最終產品、蓄電池或裝置中或之上之另一不完整裝置，或接收器可為意欲用於藉由導線或無線地直接連接至一裝置、產品或蓄電池之一完整裝置。實例可包含可更換蓋、外板、外殼、門、插座、將併有接收器或接收器之部分之裝置或蓄電池之表面，且所接收電力將透過裝 置或蓄電池中或之上的連接器或裝置或蓄電池之正常連線連接器(或電源插座)引導至該裝置。

根據一實施例，接收器亦可為類似於可在一充電器上或附近接收電力且可透過一導線及/或適當的連接器將電力引導至待充電或供電之一裝置或蓄電池之一硬體鎖之一部件或裝置。此一接收器亦可具有將容許其以一不顯著方式附接至該裝置(諸如在一膝上型電腦、筆記型電腦、平板電腦、電話、遊戲機或其他電子裝置之底側、前側或背側處附接至外表面之一部件)且將所接收電力路由至輸入電力連接器或該裝置之插座之一外觀尺寸。此一接收器之連接器可經設計使得其中整合一直通式或一分離式連接器使得用於提供有線充電/供電或通信之一導線電纜可在不移除該連接器之情況下連接至該連接器，因此容許接收器及其連接器在其操作及使用期間永久或半永久地附接至該裝置。

接收器實施方案之許多其他變化例係可行的且上述實例並不意謂詳盡性。

根據一實施例，接收器亦可為電子器件、線圈、屏蔽罩之整體或部分或無線接收電力所需系統之其他部分。電子器件可包括當一起使用時提供無線接收器功能性之離散組件或微控制器，或包括一MCM或特定應用積體電路(ASIC)晶片、或經具體設計以用作無線充接收器系統之電子器件之整體或一實質部分之晶片集。

根據一實施例，可透過與用於傳輸電力相同之線圈之線圈、透過一分離線圈、透過一RF或光學鏈路、透過(例如)RFID、藍芽、WiFi、無線USB、NFC、Felica、Zigbee或Wireless Gigabit(WiGig)或透過如藉由Wireless Power Consortium(WPC)、Alliance for Wireless Power(A4WP)之此等協定或針對無線電力開發之其他協定或標準或其他通信協定或其等之組合提供充電器與接收器之間之選用通信方法。

在透過電力傳輸線圈提供通信之例項中，一種通信方法係調變接收器中之一負載以影響接收器線圈中之電壓且因此產生充電器線圈參數之一調變，可透過監控充電器線圈之電壓或電流而偵測充電器線圈參數。其他方法可包含藉由組合所接收頻率與一本端振盪器信號進行之頻率調變或接收器線圈之輸出之電感、電容或電阻調變。

根據一實施例，所傳達的資訊可為輸出或整流接收器線圈電壓、電流、電力、裝置或蓄電池狀態、接收器之驗證ID、充電結束或各種充電狀態資訊、接收器蓄電池、裝置或線圈溫度及/或使用者資料，諸如音樂、電子郵件、聲音、相片或視訊或一裝置中使用的其他形式的數位或類比資料。該所傳達的資訊亦可為一型樣或信號或電路狀況之變化，其經傳輸或發生以僅通知附近存在接收器。

根據一實施例，所傳達的資料可為以下任何一或多者：本文詳述之資訊；或此等值與所要值之間之差；或僅僅增加或降低電力之簡單命令；或僅僅將確認存在一接收器之一或多個信號；或上述之一組合。此外，接收器可包含其他元件，諸如一DC轉DC轉換器或調節器，諸如一切換、降壓、升壓、降壓/升壓或線性調節器。接收器亦可包含接收器線圈之DC輸出與整流級及平滑級及其輸出或調節器級至一裝置或蓄電池或一裝置外殼或外板之輸出之間之一開關，且在其中接收器係用以對一蓄電池或裝置充電之情況中，接收器亦可包含一調節器、蓄電池充電器IC或電路及/或蓄電池保護電路及相關聯之電晶體。接收器亦可包含將容許接收器改變其諧振條件以影響傳遞給裝置、負載或蓄電池之電量之可變或可切換無功組件(電容器及/或電感器)。為安全及/或放射標準原因，接收器及/或充電器及/或其他線圈亦可包含諸如熱敏電阻器、磁性屏蔽罩或磁芯、磁感測器及輸入電壓濾波器之元件。

根據一實施例，接收器亦可與諸如NFC、WiFi或藍芽之其他通信 或儲存功能組合。此外，充電器及/或接收器可包含使充電器與接收器線圈或天線更精確對準之組件。此等組件可包含視覺組件、實體組件或磁性組件以輔助使用者對準部件。為實施在充電器上更自由地定位接收器，線圈大小亦可失配。例如，充電器可包括一較大線圈大小且接收器包括一較小線圈大小或反之亦然，使得電力傳輸無須精確地對準線圈。

在較簡單的架構中，充電器與接收器之間可能存在最少通信或不存在通信。例如，一充電器可經設計以處於一待命電力傳輸狀態，且緊緊靠近充電器之任何接收器可自充電器接收電力。連接至接收器電路之裝置或蓄電池之電壓、電力或電流需求可未經調節或調節或在接收器處完全控制或可藉由附接至接收器電路之裝置而完全控制。在此例項中，充電器與接收器之間可能無需調節或通信。

在此一變化例中，充電器可經設計以處於其中緊緊靠近之一接收器將使充電器處於電力傳輸之一狀態之一狀態。此之實例將為一諧振系統，其中使用電感及/或電容組件，使得當適當設計之一接收器靠近一充電器時，電力自充電器傳輸至一接收器；但是在不存在一接收器之情況下，自充電器傳輸最少電力或未自充電器傳輸電力。

在上文之一變化例中，充電器可定期用一週期型樣(一連線測試(ping)過程)驅動為接通且若靠近之一接收器開始自充電器汲取電力，則充電器可偵測自其汲取之電力且將保持在一傳輸狀態。若在連線測試過程期間未汲取電力，則充電器關斷或置於一待命或休眠模式以保留電力且定期再次接通及關斷以繼續搜尋一接收器。根據一實施例，為最小化連線測試過程之間的電力汲取，唯微控制器及視需要對其供電之一調節器以外的整個充電器系統可斷電或置於一低電力模式以最小化電力使用。

根據一實施例，供電部分(線圈驅動電路及接收器供電部分)可為 一諧振轉換器、諧振、全橋、半橋、E類、零電壓或電流切換、返馳或任何其他適當的電源供應器拓撲。

圖2圖解說明根據一實施例之具有一諧振轉換器幾何形狀之一無線充電器系統120之一更詳細視圖，其中一對電晶體Q1及Q2(諸如FET、MOSFET或其他類型的開關)係藉由一半橋驅動器IC驅動且電壓透過展示為C1之一或多個電容器施加至線圈L1。根據一實施例，接收器包含一線圈及展示為C2且可與接收器線圈L2串聯或並聯之一選用電容器(以增加效率)。充電器及/或接收器線圈亦可包含阻抗匹配電路及/或其等後面的適當磁性材料層(在與彼此面對之線圈表面相對之側上)以增加其等電感及/或屏蔽對周圍區域的磁場洩漏。充電器及/或接收器線圈亦可包含阻抗匹配電路以最佳化/改良充電器與接收器之間的電力傳輸。

在本文所述之若干實施例及圖式中，以一串聯架構展示接收器中之諧振電容器C2。此僅用作一代表性圖解，且此電容器可與接收器線圈串聯或並聯使用。類似地，大體上以其中諧振電容器與線圈串聯之一架構展示充電器。具有與充電器線圈並聯之電容器C1之系統實施方案亦係可行的。

根據一實施例，充電器亦包含量測通過充電器線圈之電流或跨充電器線圈之電壓之一電路(在此例項中圖式中展示一電流感測器作為一實例)。用於偵測充電器電流或電壓上之通信信號之各種解調變方法係可用的。此解調變機制可為(例如)類似於調諧為通信頻率之一無線電接收器之一AM或FM接收器(取決於接收器調變器是否採用振幅或頻率調變)或一外差式偵測器。

根據一實施例，充電器(MCU1)中之微控制器電路(MCU)可負責瞭解來自一偵測/解調變電路之通信信號且取決於所使用的演算法而適當調整充電器線圈驅動電路以達成來自接收器輸出之所要輸出電 壓、電流或電力。

此外，根據一實施例，MCU1可負責諸如以下各者之程序：定期開啟充電器以在開始充電時搜尋一接收器；當發現一接收器且接受該接收器作為一有效接收器時使充電器保持接通；繼續施加電力且作出必要調整；及/或監控溫度或其他環境因數；對使用者提供關於充電狀態或供電過程之音訊或視覺指示；或歸因於充電結束或客戶偏好或過電流、過電壓或某個其他錯誤狀況或啟動或開始另一程式或程序而終止充電或電力施加。

此外，根據一實施例，可在汽車或其他車輛或運輸系統(諸如列車、飛機等等)中裝入充電器，且當發現一有效接收器及/或一NFC、RFID或整合在一行動裝置中或一行動裝置上之其他ID機構、其外殼或外板、硬體鎖或蓄電池時，充電器可啟動一些其他功能，諸如裝置之藍芽、WiFi連接性、在一顯示器上顯示裝置識別碼或裝置充電狀態。亦可藉由此動作啟動或啟用更先進的功能。如申請案以引用方式引入本文之美國專利公開案第20110050164號中所述，此情境感知功能性之實例包含：使用裝置作為使用者之一識別機構；及將汽車或駕駛員側或乘客側之溫度設定為使用者最佳預程式化溫度；將鏡及座椅設定為較佳設定；開始播放使用者偏好的無線電台或音樂；在一TV或其他監視器或觸控螢幕等等上重製一行動裝置顯示及/或功能性。

根據一實施例，充電器及/或正在充電或附接至充電器之車輛或裝置可同步、上載或下載使用者資料、指令集、韌體或軟體或將此資訊儲存在充電器及/或正在充電或附接至充電器之車輛或裝置之間或透過一有線或無線連接及/或網路將此資訊儲存在一遠端或本端第三裝置或系統之間。

根據一實施例，無線充電器及/或接收器可包含根據一使用者應用層(UAL)指令集執行此額外的功能之硬體及軟體/韌體及實現情境感 知功能之相關硬體。

根據一實施例，充電器亦可包含一RF信號放大器/轉發器，使得放置一行動裝置(諸如一行動電話或平板電腦)將使放大器與其天線緊密耦合及/或接通，使得可獲得用於通信(諸如蜂巢式電話通話)之一更好的信號接收。包含安裝在汽車外部上之一天線、汽車內部之一雙向信號放大器及一轉發器天線之此等信號放大器愈來愈常見。在不同環境中由設定一裝置可對一充電器啟動或開始之動作亦可不同。實例可包含將一行動電話通話或音樂或視訊自一智慧型電話路由至汽車、家裡或辦公室中之揚聲器及麥克風或視訊監視器或TV、電腦、膝上型電腦、平板電腦。其他環境中可提供其他類似動作或不同動作。

根據一實施例，除傳達信號以外，偵測通過充電器線圈之電流之DC值亦可能有用。例如，充電器與接收器之間插入或存在諸如金屬材料之異物可引發故障。此等材料可藉由施加電力而加熱且可透過偵測充電器電流或溫度或比較至充電器之輸入電壓、電流或電力與來自接收器之輸出電壓、電流或電力及推斷出比例在正常範圍之外且歸因於未知原因而發生另外的功耗而加以偵測。在此等條件或諸如異常充電器及/或接收器加熱之情形中，充電器可經程式化以顯示錯誤狀況且被斷電及/或警告使用者或採取其他動作。

根據一實施例，在充電器MCU接收到一信號且解碼該信號之後，可採取動作以對充電器線圈提供更多或更少電力。此可透過對充電器線圈調整頻率、作用時間循環或輸入電壓之已知方法或此等做法之一組合而完成。取決於所使用的系統及電路，MCU可直接調整橋驅動器或一額外的電路，諸如驅動該橋驅動器或FET可能必需的頻率振盪器。

圖2亦圖解說明根據一實施例之接收器之一典型電路。根據一實施例，接收器電路可包含與接收器並聯或串聯之一電容器C2以產生 一調諧接收器電路。已知此電路增加一無線電力系統之效率。接收器線圈及選用電容器之整流及平滑化(透過一橋式整流器及電容器)輸出係直接或透過一開關或調節器而施加至該輸出。一微控制器係用以量測各種值(諸如輸出電壓、電流、溫度、充電狀態、蓄電池充電完全狀態、結束充電)，且用以回報給充電器以對如上所述之充電器提供一閉環系統。在圖2中所示之電路中，接收器MCU藉由憑藉以預定速度及編碼型樣快速閉合及斷開與一調變負載串聯之一開關調變接收器而傳達回至充電器。可易於藉由充電器偵測在不同於電力傳輸頻率之一頻率下進行的此快速負載調變技術。根據一實施例，此調變負載可為電容性、電感性或電阻性(為簡單起見如圖2中所示)或其等之一組合。

作為一實例，若假定對於一最大輸出5W而言，接收器之最大電流輸出係1000mA且輸出電壓係5V；則在此情況中最小負載電阻係5歐姆。幾歐姆的調變負載電阻器(500歐姆至10歐姆或更小)將能夠在接收器線圈電壓上提供一大調變深度信號。亦可使用透過改變阻抗之無功組件而進行通信之其他方法。圖2中所示之調變方案僅僅展示為一代表性方法且並非意欲詳盡性。作為一實例，可藉由用一電容器取代電阻器而電容性地達成該調變。在此例項中，藉由接收器中之開關進行的調變提供以下優點：藉由適當地選取調變頻率，可以最小功耗(與電阻負載調變相比)達成調變及與充電器線圈及電路之信號通信。

根據一實施例，圖2中圖解說明之接收器亦展示用以對接收器MCU提供恆定穩定電壓之一選用DC調節器。避免接收器MCU在其中電力大幅改變之啟動條件期間或輸出電流變化期間下降且亦使MCU能夠具有一穩定電壓參考電源可能必需此電壓供應器，因此此電壓供應器可精確地量測輸出電壓。此外，根據一實施例，可增加一選用輸出調節器及/或開關以提供穩定調節輸出電壓。為避免在一充電器上 放置一接收器期間電壓過衝或負載狀況快速變化，在輸出調節器/開關級之前接收器中亦可包含一限壓電路或元件，諸如暫態電壓抑制器、齊納(Zener)二極體或調節器或其他限壓器。

在上文描述中，大體上描述一單向通信(自接收器至充電器)。然而，根據一實施例，此通信亦可為雙向通信，且資料可透過調變充電器線圈中之電壓或電流而自充電器傳輸至接收器且藉由接收器中之微控制器偵測(例如)該電壓或電流之變化而回讀。

雖然上文根據一實施例描述用於透過電力傳輸線圈或天線在充電器與接收器之間進行通信之一系統，但是該通信亦可透過一分離線圈、一射頻鏈路(AM或FM或其他通信方法)、一光學通信系統或上述之一組合而實施。

根據一實施例，如上所述，以任何此等方法進行的通信亦可為雙向而非單向。作為一實例，圖3圖解說明根據一實施例之一系統130，其中針對驗證及/或調節用途實施用於充電器與接收器之間之單向或雙向通信之一專用RF頻道。此系統類似於圖2中所示之系統，唯一不同的是，通信之方法並非負載調變，而是接收器中之MCU經由一RF通信路徑傳輸必要資訊。可實施具有LED或雷射收發器或偵測器及光源之一類似系統。此系統之優點包含：所接收的電力並未被調變且因此在通信期間並未浪費及/或無歸因於該調變而產生的雜訊加至該系統。

圖2中所示之電路之若干缺點之一者係：在其中所示之接收器電路中，電流路徑通過2個二極體且遭遇2次電壓降低，導致大電力耗散及損失。例如，對於正向電壓降為0.4V之肖特基(Schottky)二極體，當電流輸出為1A時，各二極體將損失0.4W電力，這係因為一橋式整流器組態中之兩個二極體的組合電力損失為0.8W。對於5V、1A的輸出電力(5W)，此0.8W功耗表示僅歸因於整流系統產生的大量損失 (16%)。

根據一實施例，一種替代方法係使用如圖4中圖解說明之一中心分接頭式接收器140，其中在各循環期間電流僅通過接收器中之線圈之一部分及二極體，因此使整流損失減半。可以具有一纏繞導線或一印刷電路板線圈之兩個截面或一雙側或多側PCB線圈或一組合或甚至一戳記、蝕刻或以其他方式製造之線圈或繞組之一纏繞導線幾何形狀實施此一中心分接頭式線圈。

在上述任一系統中，如圖5中圖解說明，充電器及接收器線圈可藉由其等各自自身電感150(L1及L2)及充電器線圈與接收器線圈之間之互感M表示，互感M取決於該兩個線圈之間的材料及其等在x、y及z維度中相對於彼此之位置。藉由以下給定該等線圈之間的耦合係數k：k=M/(L1*L2)^1/2

耦合係數衡量該2個線圈耦合之緊密度且範圍可為自0(未耦合)至1(極緊密耦合)。在重疊小、線圈或不同線圈(例如，大小、匝數、線圈繞組或型樣重疊)之間的間隙大之線圈中，此值可小於1。

圖6圖解說明根據一實施例之一無線供電蓄電池組及接收器160。用於諸如行動電話之應用中使用之蓄電池裝置之一典型的常見蓄電池組之組件(例如，蓄電池單元、保護電路)在虛線內部加以展示。虛線外部的組件係包含用來使蓄電池組實現安全無線及有線充電之額外組件。

根據一實施例，一蓄電池組可具有介接一蓄電池殼中之行動裝置接針或介接一外部典型的有線充電器之四個或更多個外部連接器點。

根據一實施例170，蓄電池單元可如圖7中圖解說明般透過包括使蓄電池免受過電流及欠電壓或過電壓之一蓄電池保護IC之一保護電 路連接至此等連接器中的兩個連接器(圖式中展示為BATT+及BATT-)。一典型的IC可為Seiko 8241 IC，其使用如圖7中所示之2個外部場效電晶體(FET)以當偵測到基於過電流或蓄電池單元過電壓或欠電壓之一錯誤狀況時防止電流自來自外部蓄電池組連接器之蓄電池單元(左側)流出或流至來自外部蓄電池組連接器之蓄電池單元(左側)。此在蓄電池之充電及放電期間提供安全保障。此外，一蓄電池組可包含一PTC導電聚合物被動熔絲。若電流量超過一臨限值，則此等裝置可藉由加熱PTC內部之一層來感測並切斷電流。在此電流降低且PTC裝置冷卻之後重設該裝置。

根據一實施例，蓄電池組可含有其中行動裝置透過一其他連接器檢測該蓄電池組以監控該蓄電池組的運作狀況(health)之一熱敏電阻器，且在一些實施例中，該蓄電池組可含有該行動裝置透過另一連接器詢問以確認原始蓄電池製造商或關於蓄電池之其他資訊之ID晶片或微控制器。一蓄電池組中可包含其他連接器及功能以對藉由一蓄電池組供電之一裝置或對該蓄電池組充電之一充電器提供精確蓄電池狀態及/或充電資訊。

除上述組件以外，根據各種實施例，接收器電路可包括：一接收器線圈，其可為如上所述之一纏繞導線及/或PCB線圈；線圈與蓄電池之金屬體之間的選用電磁屏蔽罩；選用對準輔助部件，諸如磁鐵；一接收器通信電路(諸如用於圖2及圖4中所示之用於負載調變之電阻器及TFE)；一無線電力接收器(諸如如上所述之整流器及電容器)；及具有一預程式化蓄電池充電演算法之一選用蓄電池充電器IC。

一般而言，各類型的蓄電池及化學物質需要用於對該蓄電池類型充電之一預定最佳量變曲線。例如，圖8中圖解說明鋰離子(Li-Ion)之一典型的充電循環180。此一蓄電池的全容量可經充電高至4.2V之 一值。應根據製造商指南而對此一蓄電池充電。對於容量C之一蓄電池，蓄電池單元通常可以速率1C充電。在階段1中，施加最大可用電流且增加蓄電池單元電壓直至該蓄電池單元電壓達到最終值(4.2V)。在該情況中，充電器IC切換至階段2，其中該充電器IC切換至恆定電壓充電，在該恆定電壓充電下該蓄電池單元電壓並未改變而是自電源汲取電流以進一步充滿該蓄電池之恆定電壓充電。此第二階段可耗費1小時或更久，且為使蓄電池充電完全，此第二階段是必要的。最終，蓄電池將會汲取極少電流(低於一臨限值)或不汲取電流。在此階段，蓄電池充電完全且充電器可中斷充電。該充電器IC可定期搜尋蓄電池狀況且在蓄電池因待命而耗盡時進一步結束。

根據一實施例，蓄電池充電之此等多個階段可實施於軟體或韌體中，偕同無線電力充電器及接收器微控制器監控(例如)蓄電池單元電壓、電流且接連工作以提供適當的(例如)電壓或電流，用於對任何類型的蓄電池安全充電。

根據一實施例，在圖6中所示之做法中，可採用具有用於一特定類型蓄電池的特殊蓄電池充電電路及演算法之一蓄電池充電器IC晶片。此等充電器IC(具有或不具備精確量測蓄電池狀態之燃料測量儀能力)可用於不同的蓄電池化學且包含於具有行動蓄電池之大部分行動裝置(諸如行動電話)中。充電器IC可包含如一溫度感測器、開路切斷等等之此等安全特徵，且可對其他電路或微控制器提供作為充電結束信號之此有用的資訊、發送恆定電流或電壓之信號(上述階段1或2等等)。此外，一些此等IC容許使用者用跨IC之2個接針之一外部電阻器程式化並設定蓄電池單元之最大輸出電流。

根據一實施例，無線充電蓄電池組另外包含協調且監控各點之一微控制器，且亦可包含無線電力線圈、蓄電池單元及/或蓄電池組中之其他點上之熱感測器。該微控制器亦可傳達至充電器且亦可監控 來自充電器之通信(在雙向通信之情況下)。上文描述透過負載調變進行的典型通信。

根據一實施例，一無線充電蓄電池組之另一態樣可為一選用之外部/內部開關。一蓄電池組可接收電力且可無線地或透過一蓄電池組之連接器而充電。

例如，當於一行動電話中使用此一蓄電池組時，使用者可希望將該電話放置在一無線充電器上或將該裝置插入一有線充電器中以用於對該裝置充電且同步化或上載及/或下載資料或其他資訊。在此例項中，使蓄電池組辨識傳入該蓄電池組之電流並採取某種動作可能極為重要。此動作可包含(例如)藉由一開關切斷有線充電器或簡單地斷電充電器IC並通過該微控制器發送回一信號且調變電流回至充電器而向使用者通知存在一有線充電器(假如該有線充電器被給定優先權)，或相反地在無線充電器對蓄電池充電時，對該無線充電器提供優先權且切斷對蓄電池之有線充電器存取。在任一例項中，可在硬體及/或韌體中預先建立及實施用於處置同時存在兩個充電器之一協定。

根據一實施例，當電流透過蓄電池接觸件自行動裝置流入一蓄電池時該蓄電池發生無線充電。通常，此電流係藉由一外部DC供應器提供至行動裝置(諸如一行動電話之一AC/DC配接器)，且藉由該行動裝置內部之一充電器IC晶片或電力管理IC處置實際充電，除對蓄電池充電以外，充電器IC晶片或電力管理IC亦衡量蓄電池充電狀態、運作狀況，驗證蓄電池真確性且透過(例如)LED、顯示器對一使用者顯示充電狀態。根據一實施例，系統可在蓄電池組接觸件之一者處包含量測並感測電流流入或流出蓄電池之方向之一電流感測電路。在其中電流向內流動(即，透過一有線充電連接及/或透過一行動裝置而在外部對蓄電池充電)之情形中，微控制器可採取上述動作且切斷無線充電，或相反地對無線充電提供優先權且若存在無線充電，則容許或不 容許有線充電作為實施方案要求。

在許多應用中，包含告知一行動裝置使用者關於裝置中之一蓄電池組之充電狀態之一特徵可能極為重要。為實現精確量測剩餘蓄電池充電，一般而言可藉由在蓄電池或裝置中併入一剩餘充電量測IC或電路來實施幾種氣體測量儀技術。

根據一實施例，行動裝置亦可包含與可無線充電蓄電池通信且量測無線充電蓄電池的充電程度並在行動裝置顯示器上顯示此狀態或以其他方式告知使用者之一電力管理積體電路(PMIC)或一燃料或蓄電池測量儀。在另一實施例中，此資訊傳輸至充電器且亦在充電器上顯示。在典型的境況中，一典型的燃料測量儀或PMIC可使用蓄電池電壓/阻抗等等並量測電流及電流進入行動裝置之時間(庫倫計數)以判定蓄電池充電狀態。然而，在一無線充電系統中，可能必須在蓄電池(而非行動裝置中)實行此庫倫計數，且接著可將此庫倫計數傳達至行動裝置或充電器，這係因為充電電流正透過板上無線電力接收器及電路直接進入蓄電池中。

根據一實施例，行動裝置與蓄電池之間的通信係透過蓄電池之連接器而進行且可涉及與蓄電池組中之一板上微控制器之通信。根據一實施例，可無線充電蓄電池組可包含適當的微控制器及/或電路以：即使在外部未(透過一有線電源供應器或充電器)施加電流至行動裝置且對蓄電池無線充電，仍然與行動裝置或無線充電器電路通信並更新其充電狀態。

在較簡單的燃料測量儀技術中，蓄電池電壓、阻抗等等可用以判定蓄電池充電狀態且繼而該判定可藉由憑藉行動裝置透過蓄電池連接器點執行適當量測或藉由可併入可無線充電蓄電池組及/或行動裝置或其PMIC或電路中之適當電路而完成。在圖6中圖解說明之實施例中，蓄電池組內部包含一微控制器或電路以完成燃料測量儀任務並向 裝置報告充電狀態。此電路可相同或不同於用以識別蓄電池之一ID晶片，且可透過一共同蓄電池連接器或一分離蓄電池連接器而通信。

根據一實施例，接收器微控制器中之韌體在此蓄電池組之操作中起著關鍵作用。微控制器可量測適當位置處之電壓及電流、旗標及溫度以進行適當操作。根據一實施例，例如，微控制器可量測來自整流器電路之值V_out，且嘗試在充電循環內使V_out保持恆定，藉此對充電器IC晶片提供一穩定調節DC供應。微控制器可透過一負載調變或其他方案(例如，如前文所述之RF通信、NFC、藍芽)向充電器報告此電壓值或相對於一所要電壓(例如，5V)之誤差或簡單地以二進位或多位階編碼方案用於使更多或更少電力回至充電器之一碼。充電器接著可透過對充電器線圈調整輸入電壓、調整施加至充電器線圈之AC電壓之頻率或作用時間循環而採取動作，以使V_out在所需電壓範圍內，或採取此等動作或類似方法之一組合。

根據一實施例，微控制器在充電過程中可監控充電結束及/或來自充電器及/或保護電路及(用以感測蓄電池組電流方向及值之)感測電路之其他信號以採取適當動作。例如，由於安全原因必須在某一溫度以下對鋰離子蓄電池充電。根據一實施例，因此可期望監控電池單元(cell)、無線電力接收器線圈或其他溫度並採取適當動作，諸如若超過某一最大溫度，則終止充電或降低充電電流。

在充電期間，如圖8中所示，在此實例中蓄電池單元電壓隨著充電而自3V或更低增加至4.2V。無線電力接收器的V_out輸入至一充電器IC且若此V_out保持恆定(例如，5V)，則尤其在施加最大電流之階段1期間跨此IC可發生大電壓降(高至2V或更大)。由於充電電流高至1A，跨此IC此大電壓降可轉化為高至2瓦特浪費電力/熱量，這可促成蓄電池過熱。根據一實施例，因此可期望實施一策略，藉此進入充電器IC中的V_out追蹤蓄電池電壓，藉此產生跨充電器IC的一較小電壓降 且因此損失較少。此可大幅改良效能，這係因為蓄電池組之熱效能極為重要。

根據一實施例，接收器與充電器之間的通信可遵循一預定協定(包含(例如)鮑率、調變深度)及用於信號交換、通信建立及發送信號之一預定方法及視需要用於提供(例如)接收器中之電力、電壓之閉環控制及調節之方法。

根據一實施例，如圖9中圖解說明之一無線電力系統之操作190可為如下：充電器定期啟動充電器線圈驅動器且用適當頻率之一驅動信號對充電器線圈供電。在此「連線測試」程序期間，若在充電器線圈頂部上或附近放置一接收器線圈，則透過接收器線圈接收電力且供給能量給接收器電路。接收器微控制器係藉由所接收電力予以啟動且開始執行一起始程序，藉此將接收器ID、其存在、電力或電壓要求、接收器或蓄電池溫度或充電狀態及/或其他資訊發送回充電器。若驗證且發現此資訊有效，則充電器進行連續供電給接收器。接收器可替代地發送一充電結束、過高溫度、蓄電池充電完全或將藉由充電器及所執行的動作適當地處置之其他訊息。連線測試過程之長度應經組態為足夠長度以使接收器對其微控制器加電且作出回應且接收並瞭解該回應。可藉由實施方案設計者判定若干連線測試之間的時間長度。若經常執行連線測試過程，則充電器之待命電力使用較高。或者，若偶爾執行連線測試，則系統將使充電器延遲發現附近的接收器。因此實務上，必須達成平衡。

或者，根據一實施例，在藉由其他手段在發現附近的接收器之後可起始連線測試操作。此藉由充電器提供一極低的待命電力使用且可藉由於接收器中包含一磁鐵且於充電器中包含一磁感測器或透過光學、電容、重量、NFC或藍芽、RFID或其他RF通信或用於偵測之其他方法而加以執行。

或者，根據一實施例，系統可經設計或實施以總是接通(即，以一適當驅動頻率供電給充電器線圈)或經定期連線測試，且接收器線圈的存在使該線圈與接收器線圈諧振且發生電力傳輸。此情況中的接收器甚至可不含有一微控制器且自主運行，且該接收器中可僅具有一調節器以提供經調節輸出電力給一裝置、其外板、外殼或蓄電池。在執行定期連線測試之實施例中，可藉由量測較高程度的電流流動或電力傳輸或其他手段偵測一接收器的存在，且充電器可簡單地保持繼續傳輸電力直到在所汲取電力降低至某一位準以下或偵測到一充電結束及/或未偵測到裝置存在。

在另一實施例中，在透過一磁性、RF、光學、電容或其他方法藉由一接收器存在偵測到該接收器之前充電器可關斷或待命或電力狀況低或無電力狀況。例如，根據一實施例，接收器可含有一RFID晶片且當接收器存在於充電器上或附近時，充電器將接通或開始連線測試以偵測一接收器。

根據一實施例，用於通信之協定可為(例如)用於通信之常見的RZ、NRZ、曼徹斯特碼(Manchester code)之任一者。圖10中圖解說明通信程序及電力調節及/或其他功能之一實例。根據一實施例，充電器可定期開始且施加預定頻率及長度之一連線測試電壓200至充電器線圈(圖10中之下方圖解202中所示)。接收器接著被啟動且可開始發送回通信信號(圖10之上方圖解204中所示)。通信信號可包含一選用前置碼，用以同步充電器中之偵測電路且使該偵測電路待備妥以偵測通信。含有一資料封包之一通信可接著遵循總和檢查碼(checksum)及同位位元，視需要後續接著總和檢查碼及同位位元。通信系統中使用類似程序且可遵循類似技術。根據一實施例，實際資料封包可包含諸如以下各者之資訊：接收器之一ID碼；所接收電壓、電力或電流值；蓄電池狀態；蓄電池中的電量；蓄電池或電路溫度；充電結束或蓄電 池充電完全信號；外部有線充電器的存在；或上述之任何組合。此封包亦可包含實際電壓、電力、電流值或實際值與將用於使充電器判定如何最快地調節輸出之所要值或某個編碼值之間之差。

或者，根據一實施例，通信信號可為一預定型樣，其係重複的且簡單地讓充電器瞭解存在一接收器及/或接收器係在充電器之電力範圍內之一有效裝置。系統之任何組合可經設計以提供所需效能。

根據一實施例，回應於接收器提供關於(例如)輸出電力或電壓之資訊，充電器可修改充電器線圈信號之電壓、頻率、作用時間循環或上述之一組合。充電器亦可使用其他技術以修改充電器線圈之電力輸出且調整所接收電力。或者，當偵測到一經批准的接收器且其繼續存在時，充電器可簡單地繼續對接收器供電。充電器亦可監控進入充電器線圈之電流及/或充電器之溫度以確保不存在極不尋常的故障狀況。此類型的故障之一實例可為：在充電器上放置一金屬物件而非一接收器。

根據一實施例，充電器可調整一或多個參數以增加或降低接收器中之電力或電壓，且接著等待接收器在再次改變一參數之前進一步提供資訊，或其可使用更複雜的比例積分微分(PID)或用於使用接收器使迴路封閉且達成輸出電力控制之其他控制機構。或者，如上所述，充電器可提供一恆定輸出電力，且接收器可透過一調節器或一充電器IC或此等之一組合調節電力以對一裝置或蓄電池提供所需電力。

各個製造商可使用不同的編碼且亦使用位元速率及協定。由不同的製造商使用的控制亦可不同，從而進一步在各種充電器與接收器之間導致互操作性問題。互操作性差別之一來源可為用於電力傳輸線圈之大小、形狀及匝數。此外，取決於所使用的輸入電壓，一無線電力系統之設計可取決於一裝置具有適當的充電器及接收器線圈匝數所需電壓而使接收器升壓或降壓。然而，接著來自一製造商之一接收器 歸因於所採用設計之此等差別而不一定能夠對另一製造商充電器起作用。因此有利於提供可以不同接收器或充電器操作且可通用之一系統。

藉由以下給定任何LC電路之諧振頻率F：F=1/2πLC

其中L係電路或線圈之電感(以亨利為單位)且C係電容(以法拉為單位)。對於圖2中所示之系統，一自立運轉(free running)充電器可使用上述計算中的C1及L1值，且隨著一接收器靠近此電路，此值藉由所涉及的互耦而改變。在於充電器及/或接收器中之一線圈後面使用一鐵氧體屏蔽罩層之例項中，線圈之電感受該屏蔽罩之磁導率影響且上述計算中應使用此經修改磁導率。

根據一實施例，為能夠偵測並對各種接收器供電/充電，充電器可經設計使得初始連線測試信號係在此一頻率範圍以最初能夠在連線測試過程期間對任何接收器中之接收器電路供電且啟動該接收器電路。在接收器之此初始加電之後，充電器通信電路應能夠偵測並瞭解來自接收器之通信信號。許多微控制器能夠以多種格式通信且可具有不同的輸入接針(或一單個輸入接針)，其等可經不同地(或個別地)組態以同時接收通信信號且同步並瞭解在不同鮑率及協定下的通信。根據一實施例，充電器韌體可接著決定其上存在何種接收器且進行調節或實施所需事物(例如，充電結束、切斷、故障狀況)。取決於所接收的訊息，充電器接著可決定改變充電器驅動器電壓振幅、頻率或作用時間循環或此等之一組合或其他參數以提供經適當調節的輸出。

根據一實施例，充電器的行為亦可考量線圈幾何形狀(例如，匝數比)之差異。例如，來自一或多個製造商之一充電器及接收器對可需要在150kHz下操作充電器驅動電壓。然而，若在來自另一製造商之一充電器上放置相同接收器或用不同線圈/輸入電壓組合驅動該接 收器以達成相同的輸出電力，則充電器頻率可能必須為200kHz。充電器程式可偵測放置在其上的接收器類型且適當地移位頻率以達成一基線輸出電力且繼續調節該頻率。根據一實施例，充電器可經實施使得其能夠連線測試及/或解碼並實施多個通信及調節協定且適當地對其等作出回應。此使充電器能夠提供作為一多協定系統之部分且搭配不同類型接收器、技術及製造商操作。

對於含有用於輸出電力之一板上調節器之接收器，該調節器之輸入電壓之穩定性的重要性不及不具備輸出調節器級之一接收器，這係因為當任何負載改變時調節器執行一平滑化功能且使輸出電壓保持在所要位準。然而，不超過調節器之最大額定輸入電壓或下降至所需一位準以下使得輸出電壓可能不再維持為所需值係重要的。然而，一般而言，包含一調節器及/或一充電器IC晶片(用於蓄電池)減小調節器級之輸入處之電力/電壓調節需求，代價是額外增加此組件大小及成本。根據各種實施例，可使用較簡單的限壓輸出級，諸如齊納二極體、暫態電壓抑制器(TVS)或其他限壓或鉗壓IC或電路。然而，此等級僅鉗制最大電壓位準，而非提供真實的輸出級調節。根據一實施例，此等組件亦可用作輸出調節器級之前之一安全機構。根據另一實施例，此等限壓級及調節級之一或多者可與如上所述之一回饋調節系統組合，藉此監控接收器輸出調節器及/或限壓系統之輸入電壓並將該輸入電壓傳達至充電器，使得充電器可將此電壓維持在如前文所述之一所要範圍中。以此方式，可產生一多級調節以提供額外的安全及可靠性。

雖然上述系統描述其中主要透過線圈進行通信之一系統，但是如前文所述，亦可透過一分離線圈、RF、光學系統或上述之一組合實施通信。在此等境況中，亦可使用一多協定系統以在具有不同通信及/或控制協定或不同的通信方式之系統之間交互操作。

電磁干擾(EMI)係任何電子裝置之效能之一重要態樣。市售的任何裝置在來自其之輻射電力方面需要遵守不同國家或區域中的法規。包含高頻切換之任何電源供應器(有線或無線)可在超過可接受界限之位準下產生傳導性及輻射電磁干擾(EMI)，因此應關注使此等放射保持最少。

對於包括多個線圈及電子開關及控制電路之一感應充電器，放射的主要來源包含：．來自切換FET、驅動器或感測及控制電路之任何潛在輻射雜訊。此雜訊的頻率可高於線圈之基本驅動頻率且由於頻率之故而遠離充電器放射此雜訊。可藉由最佳化驅動電路而最小化此雜訊以避免驅動波形及相關雜訊中之銳邊緣。

．來自具有AC信號之銅跡線之雜訊。此雜訊的頻率亦可較高且遠離充電器放射此雜訊。此等路徑之長度應被最小化。

．來自經切換線圈之電磁放射。對於此處所述且以100kHz高至幾MHz驅動之線圈，所產生的電磁(EM)場之波長可為幾百米。鑑於線圈繞組的長度小(通常為1m或更小)，所使用的線圈並非EM場之有效率遠場傳輸器，且所產生的EM場一般極度地包含在線圈表面附近。來自一PCB線圈之磁通量型樣係極度地包含於一線圈之區域中且並未有效率遠離線圈放射該磁通量型樣。

．應關注當設計電流路徑時且在一些實施例中，可能必須屏蔽FET或其他IC或電子組件。此外，用具有較高頻率分量之波形切換線圈在高頻下引起雜訊。在所述之上述幾何形狀之任一者中，在系統中併有導電層及/或鐵磁層可屏蔽外部環境不受任何潛在輻射場影響。此等導電層可併入PCB中以消除對額外分離屏蔽罩層的需要。

在此處所述之任一組態中，應關注當設計電流路徑時且在一些實施例中，可能必須屏蔽FET或其他IC或電子組件。

根據一實施例，可藉由併有鐵氧體或金屬板或組件或其等之一組合實施屏蔽。已在其中描述用於在充電器之頂層及/或底層或其他區域中併入一金屬薄層(厚度通常小於幾微米)之一程序之其他專利申請案(例如，美國專利公開案第20090096413號，該申請案以引用方式併入本文)中描述一金屬薄層或其他導電塗料、聚合物、奈米材料、介電質或利用集膚效應之頻率相依以提供一頻率相依屏蔽或衰減之類似物的使用。因為該層在裝置之操作頻率下並不吸收入射EM場，所以該等入射EM場將甚至穿過充電器之頂面(面對充電器線圈或該頂面上)，但是將會吸收較高頻率分量，從而減小或消除較高頻率分量輻射對附近裝置之有害影響、干擾，或減小或消除對生物或人類的影響並滿足操作的法規條件。因此可將充電器或接收器併入其中藉由含有材料或層之一導電薄層覆蓋充電器及/或接收器線圈之部件或產品中。此導電材料可包含金屬、磁性、塑膠電子或其他材料或層。

在許多情形中，來自無線充電器及接收器之任何EMI放射之頻率成分(frequency content)係重要的，且應關注基頻及其諧波不要超過所需值且不要不必要地干擾附近的其他電子裝置、車輛或組件。

根據一實施例，一種可用以減小此等放射之峰值之方法係特意對充電器之操作頻率引入一受控高頻顫動(dither)(變動)。此一高頻顫動將減小該峰值且在藉由所引入的高頻顫動量或移位量判定之一頻率範圍內傳播基本放射之頻率成分及其諧波。適當地實施高頻顫動可將一給定頻率下的非所期干擾問題減小至可接受位準。然而，不一定減小總的放射電力。為在此處所述之任一系統中引入一高頻顫動，可藉由MCU適當地驅動充電器驅動器以高頻顫動該充電器驅動器之操作頻率或此可為硬接線至設計中。引入高頻顫動通常將引入一緩慢漣波至來自接收器之輸出電壓。然而，此緩慢的漣波可保持最小，或一調節器或電路可併入接收器中以將此漣波減小至一可接受位準或消除此 漣波。

根據一實施例，此處所述之多協定做法係用於開發可在多個系統之中操作且方便使用者之一通用系統。

根據一實施例，此處所述之系統可使用離散電子組件，或上述功能、電路或IC之一些或所有可整合於一特定應用積體電路(ASIC)或一多晶片模組(MCM)封裝中以達成較小的佔據面積、更好的效能及/或雜訊及/或成本優勢。此整合常見於電子產業且可在此處提供額外的優點。

在許多情況中，對於上述系統，傳輸器及接收器線圈可類似，但是大小無須相同且大體上橫向對準以能夠有效率地傳輸電力。對於類似大小的線圈，此通常將要求使用者使裝置及/或接收器近似對準傳輸器線圈。例如，對於30mm直徑之一傳輸器/接收器線圈，此將要求進行橫向(x,y)定位在小於30mm內，因此線圈之間存在一定程度的重疊。實務上，達成高輸出電力及效率必需一相當大程度的重疊。此可藉由提供諸如凹口、突起、壁、固持件、緊固件之機械或其他機構以對準該等部件而達成。

根據一實施例，對於用於對各種裝置充電或供電之一通用充電器/電源供應器，可期望能夠接受任何裝置及接收器之一設計。因此，根據一實施例，可使用可與任何類型的接收器一起使用之一平坦或稍微彎曲的充電器/電源供應器表面。於此情況中為達成對準，可使用印記、小突起或凹口及/或助聽器及/或助視器或類似方法。其他方法包含使用磁鐵及可吸引至傳輸器/充電器及接收器中之一磁鐵之磁性或鐵氧體磁吸引子材料。在此等方法中，一單個充電器/傳輸器及接收器通常彼此緊密靠近且彼此對準。

然而，為更容易使用，可期望能夠在一較大區域上方放置待充電/供電之裝置而無須精確對準線圈。

前文已描述解決位置獨立性的主題之若干方法。例如，如美國專利公開案第20070182367號及美國專利公開案第20090096413號(該兩個申請案以引用方式併入本文)中所述，描述包括配置成二維陣列以覆蓋並填充傳輸器表面之多個傳輸器線圈之一實施例。當在此一線圈陣列之表面上放置一接收器時，偵測到並啟動與接收器重疊之程度最大之傳輸器線圈以容許最佳電力傳輸及位置獨立性操作。該偵測可透過(例如)接收器之重量、電容、光學、機械、磁性RFID、RF或電力感測而提供。

根據一實施例，循序對充電器/電源供應器中之線圈供電(連線測試)且充電器/電源供應器等待任何潛在附近接收器被加電且回覆該連線測試。若在一時間窗內未偵測到回覆返回，則啟動下一個線圈直至偵測到一回覆，在偵測到一回覆之情況中，充電器/電源供應器起始加電適當的傳輸器線圈且進行至對接收器充電/供電。

在另一幾何形狀中，各傳輸器(或充電器)線圈中心包含一感測器電感器(例如，如藉由E. Waffenschmidt及Toine Staring《13th European Conference on Power Electronics and Applications,Barcelona,2009，EPE '09》第1頁至第10頁所述)。接收器線圈包含一軟磁性屏蔽罩材料，其使系統之諧振頻率回應移位且可藉由傳輸器中之一感測器感測以接通適當的線圈。此系統之缺陷係：需要三層重疊線圈，各層中心具有一感測器及偵測電路，從而增加系統之複雜性及成本。可使用上述之其他變化例或一技術組合以偵測適當的傳輸器線圈。

根據諸如美國專利公開案第20070182367號及美國專利公開案第20090096413號中所述之其他實施例，充電器或電源供應器可含有在x-y平面中懸掛在充電器/電源供應器之頂面後面且在x-y平面中自由橫向移動之一或多個傳輸器線圈。當在充電器/電源供應器上放置一接收器時，最近的傳輸器線圈將橫向移動至其本身在接收器線圈下方的 位置且與接收器線圈對準。

達成此之一種被動方法可為使用磁鐵或磁鐵與將適當地吸引並被動地對準該兩個線圈之吸引子(一或多個吸引子附接至傳輸器線圈或可移動充電組件及一或多個吸引子附接至接收器線圈或接收器)之一組合。

根據另一實施例，偵測接收器在充電器/電源供應器表面上之位置且使用此資訊以使用馬達、壓電致動器或其他致動器主動地將傳輸器線圈移動至適當位置之一系統係可行的。

一般而言，上述系統大體上使用大小/形狀類似且相對緊密靠近之線圈以產生一無線電力系統。然而，根據各種實施例，可使用不同大小的線圈。

如上所述，耦合係數k係設計無線電力系統之一重要因數。一般而言，無線電力系統可分類為兩種類型。被稱為緊密耦合之一種類型在其中k值通常為0.5或更大之一參數空間中操作。此類型的系統特徵在於：線圈大小通常類似及/或距離(z軸)在空間上緊緊靠在一起且橫向(x,y)重疊良好。此所謂的緊密耦合系統通常與在此處定義為來自接收器線圈之輸出電力對傳輸器線圈之輸入電力之比率之高線圈電力傳輸效率相關聯。上文針對位置獨立性操作(傳輸器線圈及移動線圈之陣列)之方法通常可使用緊密耦合線圈。

相比而言，對於大小或設計不同或較大的傳輸器至接收器距離或較小的橫向線圈重疊之線圈，系統耦合係數較低。另一重要的參數(一傳輸器(tx)及接收器(rx)線圈之品質因數)被定義為：Q_tx=2 π f L_tx/R_tx

Q_rx=2 π f L_rx/R_rx

其中f係操作頻率，L_tx及L_rx係傳輸器及接收器線圈之電感，且R_tx及R_rx係其等各自電阻。系統品質因數可計算如下： Q=(Q_tx.Q_rx)^1/2

一般而言，鬆散耦合系統可具有較小電力傳輸效率。然而，可展示(例如，上文提及的E. Waffenschmidt)：增加Q可補償較小的k值且可獲得合理或類似電力傳輸效率。具有不同線圈大小及較高Q值之此等系統有時候被稱為諧振耦合系統或諧振系統。然而，諧振亦通常用於類似大小的線圈系統之情況。

其他(諸如André Kurs、Aristeidis Karalis、Robert Moffatt、J. D. Joannopoulos、Peter Fisher及Marin Soljac《Science,317》第83頁至第86頁，2007)展示：運用歸因於線圈之間的距離大(高至225cm)而使k小於0.2之系統，可獲得可報告大小之電力傳輸效率40%至70%。其他類型的鬆散耦合系統呈現出使用失配線圈，其中傳輸器線圈遠大於接收器線圈(例如，J. J. Casanova、Z.N. Low、J. Lin及Ryan Tseng《in Proceedings of Radio Wireless Symposium，2009》第530頁至第533頁及J. J. Casanova、Z. N. Low及J. Lin《IEEE Transactions on Circuits and Systems-II：Express Briefs,Vol.56,No.11,Nov.2009》第830頁至第834頁)。

一些參考文獻(例如，美國專利第6,906,495號、第7,239,110號、第7,248,017號及第7,042,196號)描述用於對多個裝置充電藉此使用平行於充電器之平面之一磁場之一鬆散耦合系統。在此等例項中，接收器含有通常纏繞在諸如一矩形薄板之一磁性材料周圍且具有平行於充電器之平面之一軸之一線圈。為容許充電器與旋轉成任何角度之接收器一起操作，使用彼此成90度且反相驅動之兩組線圈，該兩組線圈產生平行於充電器之平面之磁場。

此等系統可具有一較大傳輸器線圈及一較小接收器線圈且搭配一小的k值(取決於線圈大小失配及線圈之間的間隙/線圈偏移，k可能介於0與0.5之間)操作。當然，一小的傳輸器線圈及較大的接收器線 圈之相反情況亦係可行的。

圖11根據一實施例展示具有對一膝上型電腦及一電話供電之不同大小之兩個個別傳輸器線圈之一緊密耦合電力傳輸系統(左側，222)及具有對行動電話中之兩個較小接收器線圈供電之一大傳輸器線圈之一鬆散耦合無線電力系統(右側，224)之組態220。

線圈大部分失配(即，大小/形狀不同)之一理想系統可潛在地具有若干優點：．電力可傳輸至放置在傳輸器線圈上任何處的接收器線圈。

．若干接收器可放置在一傳輸器上且對一傳輸器供電，從而容許傳輸器更簡單且成本更低。

．具有較高Q之系統可經設計使得傳輸器線圈與接收器線圈之間的間隙可大於一緊密耦合系統，從而導致系統設計具有更大的設計自由度。實務上，已論證幾cm甚至更大距離的電力傳輸。

．電力可同時傳輸至多個接收器。此外，接收器可潛在地具有不同的額定電力或處於充電之不同階段或需要不同的電力位準及/或電壓。

為達成上述特性且達成高電力傳輸效率，藉由透過設計(例如)較低電阻線圈來使用一較高Q補償較低k值。此等系統之電力傳輸特性可不同於緊密耦合系統，且諸如E類放大器或零電壓切換(ZVS)或零電流切換(ZCS)或其他電力傳輸系統之其他電力驅動幾何形狀在此等情形中可更有效率地操作。此外，可能需要充電器/傳輸器及/或接收器處之阻抗匹配電路以使此等系統能夠提供一負載值範圍內的電力及輸出電流狀況。然而，系統之一般操作可能極類似於緊密耦合系統且使用與傳輸器及/或接收器線圈串聯或並聯之一或多個電容器以產生可使電力傳輸諧振之一調諧電路。在此諧振點附近進行操作，可達成跨自傳輸器至接收器線圈之有效率電力傳輸。取決於線圈之間的大小 差異及操作點，報告大於50%高至近似80%的效率。

為使跨一線圈的電力傳輸更均勻，可使用提供跨一線圈之一更均勻磁場之方法。用於達成此之一方法使用包括一導線與PCB線圈之一組合之一混合線圈(例如，X. Liu及S. Y. R. Hui《Optimal design of a hybrid winding structure for planar contactless battery charging platform,”IEEE Transactions on Power Electronics》第23卷，第1號，第455頁至第463頁，2008年)。在另一方法中，傳輸器線圈係由李茲(Litz)導線建構且具有介於中心處之連續匝數之間極寬的型樣，且隨著更靠近邊緣而更緊密纏繞(例如，J. J. Casanova、Z. N. Low、J. Lin及R. Tseng「Transmitting coil achieving uniform magnetic field distribution for planar wireless power transfer system」，《Proceedings of the IEEE Radio and Wireless Symposium》第530頁至第533頁，2009年1月)。

圖12展示其中已論證之一線圈230，而圖13展示所得計算磁場240。

在美國專利公開案第20080067874號中所述之一幾何形狀中，論證一平坦螺旋電感器線圈，其中電感器之跡線寬度隨著跡線朝線圈中心呈螺旋而變得更寬以達成一更均勻磁場，從而容許跨一傳輸器表面更靈活地定位一接收器。在又其他實施例中(F. Sato等人《IEEE Digest of Intermag 1999,PP.GR09,1999》)，線圈可為一曲折類型的線圈，其中導線沿X或Y方向拉伸且接著向後折疊且形成一往返型樣以覆蓋表面。

根據一實施例，充電器可繼續操作，且放置在充電器表面上或附近之任何適當的接收器線圈將使充電器諧振且將開始接收電力。可透過一調節階段及/或在接收器處調諧諧振電路執行對輸出調節電力。此一系統之優點包含：可以此方式同時供電給具有不同電力需求 之多個接收器。接收器亦可具有不同的輸出電壓特性。

為達成此，根據一實施例，可改變接收器線圈匝數以達成不同的接收器輸出電壓。當附近無任何接收器時，此一充電器將不會諧振且將會汲取最少的電力。當在充電器上放置一或多個接收器之後，系統諧振移位且將起始電力傳輸。根據一實施例，當充電結束時，接收器亦可包含一開關，該開關將偵測藉由連接至接收器之一裝置汲取之最少電流且使輸出完全斷接及/或使接收器線圈斷接使得接收器不再汲取電力。此將使充電器不會諧振且在此階段將汲取最少輸入電流。

根據另一實施例，充電器可定期對接收器進行連線測試且當偵測到自一接收器汲取足夠多的電流時起始並維持電力傳輸。否則，充電器可恢復待命且繼續連線測試。此一系統將具有更低的待命電力使用。

在一更複雜的系統中，如前文針對緊密耦合情形所述之類似通信及控制及/或接收器偵測可適用於此等鬆散耦合系統。然而，經設計以對放置在一單個傳輸器上之多個接收器供電之一無線電力系統可需要取決於傳遞電力至其之負載/裝置之狀態而不同地調節各接收器處之電力傳輸及電壓。

根據另一實施例，在其中在一傳輸器線圈上放置多個接收器且可期望對所有裝置供電/充電之例項中，所有接收器可嘗試與傳輸器通信，且傳輸器應區分接收器且與各接收器(例如，以不同電力位準或切換頻率)不同地操作。因為傳輸器線圈對所有接收器放射電力，所以可能難以不同地調節傳遞至各接收器之電力。因此在一實際系統中，可在接收器電路中對傳遞至一負載或裝置之電力執行一定程度的調節。

在另一調節方法中，各接收器可隨時間共用傳輸器電力。放置在一傳輸器上之各接收器可透過無線RF通信或RFID或近場通信、藍 芽、WiFi、Zigee、無線USB或其他協定或通過電力傳輸及/或分離線圈或透過光學或其他方法進行的通信來與傳輸器及/或其他接收器同步及通信。傳輸器接著可循序供電給各接收器且透過調整傳輸器頻率、脈寬調變或調整輸入電壓或上述方法之一組合來傳遞適當的電力位準。為操作此系統，在一接收器正接收電力之時間週期期間可能需要使所有或一些接收器與接收電力斷接。此可藉由在接收器線圈電路之路徑中實施並斷開一開關或停用接收器之輸出或其相關聯之選用調節器或類似物而完成。以此方式，僅一接收器線圈(或更多接收器線圈，取決於設計及架構)在任何給定時間皆磁耦合至傳輸器且接收電力。在一定的時間段之後，該接收器可藉由斷開其適當的開關而斷接且供電給下一個接收器。或者，可同時供電給一或多個接收器。在此情況中，接收器可需要共用可用電力，因此(例如)當5W輸出電力之一接收器可用時，2個接收器中的各接收器可僅輸出僅2.5W。此在許多充電及/或供電應用中係可接受的。

在任何實際系統中，除電力傳輸及通信系統以外，經適當電磁屏蔽之傳輸器及接收器亦係必要的且可能類似於或不同於緊密耦合系統。

可取決於設計考慮(諸如在任何給定時間供電/充電之接收器之所要數目、所需定位自由度或待充電/供電之裝置的實際大小)決定傳輸器線圈大小對接收器線圈大小之比率。在傳輸器線圈大小經設計以每次容納一接收器之情況中，傳輸器及接收器線圈大小可能類似，藉此使鬆散耦合系統在此情況中達到緊密耦合限制。

雖然鬆散耦合系統可具有相異優點且在某種程度上可克服緊密耦合系統中採用之多個線圈/移動線圈系統之複雜度以達成位置獨立性，但是傳統的系統亦遭遇幾個問題，例如：

．因為可使用一大面積傳輸器線圈及較小的接收器線圈，所以未 藉由接收器線圈覆蓋之傳輸器線圈之區域中存在電磁放射。此放射係在近場中且隨著遠離線圈而迅速降低。然而，此放射可對傳輸器附近的裝置及/或人具有不利影響。

．接收器可併入或附接至電子裝置及電氣裝置或通常含有金屬組件及/或電路及/或部件/殼體之蓄電池。未被屏蔽之此等金屬截面可吸收來自傳輸器之所放射的電磁(EM)場且在此等部件中產生相消及非所期渦電流及/或熱量。

．所放射之電磁場亦可影響被供電或充電之裝置或甚至並未在傳輸器/充電器上之相鄰裝置之操作。對裝置操作/接收之干擾或一無線電傳輸器/接收器之靈敏度降低(靈敏度降幅)對設計諸如行動電話或通信裝置之行動或電子裝置極為重要。為避免此影響，可能需要屏蔽唯接收器線圈區域之外之被充電或供電之裝置之可曝露於EM場之部分，從而嚴格限制裝置設計且影響裝置中之其他天線或無線組件之操作。

．在許多情形中，可期望一售後市場(after-market)或選用接收器(諸如一外殼、外板、承載架、蓄電池或內建一接收器之附件)能夠對一行動或電子/電裝置無線供電或充電。為在接收器線圈旁邊的位置處屏蔽整個裝置不受EM輻射，此一售後市場或選用接收器將需要屏蔽裝置之所有其他位置，藉此可能嚴格限制設計及選取售後市場產品。例如，內建一接收器電路及屏蔽罩之一蓄電池不一定足以保護待無線充電之一行動裝置。例如，在一行動電話之情況中，此一蓄電池將僅覆蓋一行動電話之背面區域之一小區域，從而使該電話的剩餘部分曝露於可對其效能及操作具有嚴重影響之EM輻射。此外，該屏蔽罩可影響裝置之效能及其多個無線組件。

．含有金屬背面或含有金屬之電路或放置在一充電器/傳輸器上之其他金屬之金屬物(諸如鑰匙或硬幣或電子裝置或相機)可影響傳輸器 之操作且歸因於渦電流而自傳輸器汲取電力。此可導致極度非所期地過度加熱此等物件。

．自傳輸器放射之EM場實體上可進一步足夠靠近一使用者以影響並入射於使用者。對EM輻射之曝露可導致曝露位準非所期或不可接受。

．存在關於對人類及電氣/電子裝置操作之安全曝露限制之許多法規方針且關於此問題之意識及關注逐漸增加。來自一傳輸器之一未覆蓋且操作區域之任何不必要的曝露係極度非所期的。

．實體上未藉由接收器覆蓋之區域可損失來自傳輸器之大量電力，從而導致效率較低且浪費電力。

．為擷取大部分電力且達成較高效率，應最大化接收器線圈面積。此通常導致大於緊密耦合實施方案之一接收器線圈面積。

因此期望獲益於一鬆散耦合系統之優點並同時最小化或避免與其有關的問題。

根據先前在美國專利公開案第20120235636號中描述之實施例，其中描述若干實施例，藉此透過適當地設計系統且使用其中分別被稱為磁性孔隙(MA)及磁耦合(MC)之兩種技術，可保留使用(大小)失配的線圈系統之優點，同時克服上述問題，從而產生用於無線電力傳輸之理想系統。

如上所述，可藉由使用一大面積傳輸器線圈實施一位置獨立性系統，在該傳輸器線圈上於多個或任何位置上放置一較小的接收器線圈且該接收器線圈可接收電力。

通常，諸如圖2中所示之一系統包含與傳輸器及/或接收器線圈串聯及/或並聯之電容器以提供一諧振電路，其展示特定頻率下的強電力傳輸特性。(例如，S.Y. Hui、H.S.H Chung及S.C.Tang《IEEE Transactions on Power Electronics》第14卷，第422頁至第430頁 (1999)，其展示用於此一系統之一分析方法)。使用值L1=46μH的傳輸器線圈及L2=4μH的接收器(基於一16cm x 18cm的13匝傳輸器線圈及一4cm x 5cm的6匝接收器線圈(J. Casanova、Z.N. Low及J. Lin《IEEE Trans.On Circuits and Systems-II,Express Briefs》第56卷，第830頁至第834頁(2009))且使用12nF的接收器電容，可如圖14中所示般計算傳輸器之輸入供應之阻抗，展示電力傳輸250之諧振。

實務上，以諧振頻率或以近似諧振頻率操作之一傳輸器並未汲取太多電力，直到在附近存在適當電感及電容之一接收器，藉此使傳輸器的操作點移位且使其諧振，在該點可自傳輸器供應汲取大量電力且實現大電力傳輸及高電力傳輸效率。然而，如上所述，一大面積傳輸器通常亦將接著放射電力進入未藉由接收器線圈覆蓋之區域中，從而可導致EMI且伴隨著運作狀況問題的產生。

根據先前在美國專利公開案第20120235636號中描述之實施例，其中所述之技術容許操作一位置獨立性電力傳輸系統，並同時減小或消除來自傳輸器線圈之其他區域之非所期輻射。

根據先前所述之一實施例，使用一大的傳輸器線圈及較小的接收器線圈或類似於一鬆散耦合系統之線圈。然而，為減小或消除來自傳輸器線圈之輻射，用一薄軟磁性層覆蓋傳輸器線圈。

圖15圖解說明多個鐵磁材料之磁化曲線260。其等包含：1.薄鋼板；2.矽鋼板；3.鑄鋼；4.鎢鋼；5.磁鋼；6.鑄鐵；7.鎳；8.鈷；及9.磁石。在線性操作體系中，磁場強度H透過材料之磁導率μ與磁通量密度B有關：

其中M係一材料之磁化。B、H及M之各者係向量且μ係等向性材料之一純量及各向異性材料之一張量。在各向異性材料中，在一方向 上施加磁場因此可影響另一方向上的磁通量。鐵磁材料之磁導率係圖15中所示之曲線的斜率且並不恆定，但是取決於H。在如圖15中所示之鐵磁或鐵氧體材料中，磁導率隨著H增加而增加至最大值，接著隨著其接近飽和數量級朝1(真空或空氣之磁導率值)降低。簡而言之，此非線性度或飽和之機制如下：對於包含若干磁域之一磁性材料，由於外部磁場逐漸增加，該等磁域對準(一等向性材料之)磁場方向且產生與磁導率乘以外部磁場成比例之一大的磁通量密度。由於此等磁域繼續對準，在某一磁場值以外，該等磁域全部實體對準且不再進一步增加對準，從而使材料之磁導率減小為更接近真空或空氣之磁導率值之數量級。

不同材料具有不同的飽和度。例如，用於變壓器之高導磁率鐵合金在1.6特斯拉(T)至2.2特斯拉(T)達到磁性飽和，而鐵磁在0.2T至0.5T飽和。金屬玻璃非晶質合金之一者在1.25T飽和。達到飽和所需磁場(H)可自100A/m或更低變化至1000A/m。通常用於變壓器芯之許多材料包含上述材料、軟鐵、矽鋼、疊層材料(以減小渦電流)、矽合金材料、羰基鐵、鐵氧體、玻璃金屬、Ni、Mn、Zn、Fe、Co、Gd及Dy之合金、奈米材料及固態或可撓性聚合物中之許多其他材料或用於變壓器、屏蔽罩或電力傳輸應用之其他基質。一些此等材料可適用於本文所述之各種實施例中之應用。

圖16圖解說明諸如鋼鐵之一硬鐵磁材料之一磁滯曲線270。隨著磁場增加，磁通量在某個點飽和，因此不再遵循上述線性關係。若接著在某個媒介中減小並移除磁場，則仍保留被稱為頑磁(Br)之某個B值，從而產生一磁化行為。藉由施加一相反場，B減小至零之一區域可遵循該曲線。此時H位準被稱為材料之矯頑磁性。

許多磁性屏蔽罩層包括由高導磁率鐵磁體或諸如大的結晶晶粒結構高導磁合金及Mu金屬之金屬合金或用奈米結晶晶粒結構鐵磁金 屬塗層製成之一軟磁性材料。正如電屏蔽罩，此等材料並未阻斷磁場，反而將磁場汲取進入此等材料中，從而對經屏蔽的體積周圍之磁場線提供一路徑。此類型的屏蔽罩之有效率性隨著材料的磁導率降低而降低，該有效率性大體上在極低磁場強度且亦在高磁場強度下降低，其中該材料如上所述般變得飽和。一材料之磁導率一般係一複數值：μ=μ’+jμ”

其中μ’及μ”係磁導率之實部及虛部，其等分別提供磁導率之儲存分量及損失分量。圖17圖解說明一鐵磁材料層280之磁導率之實部及虛部之磁場頻率相依性。

圖18圖解說明一高磁導率(實際磁導率約3300)專屬軟磁性鐵氧體材料在25℃及100℃溫度下的磁化曲線290。增加溫度導致飽和通量密度減小。但在任一溫度下，清晰地觀察到通量密度B隨著H增加而飽和。觀察到B-H曲線之斜率(即，材料磁導率)在約100A/m處明顯減小且在材料磁導率在幾百A/m處接近1之前磁導率之減小隨著H增加而增加。此特定材料係基於MnZn且在高至1MHz的施加磁場頻率下保持高磁導率，但在更高頻率下損失其磁導率。亦存在在其他頻率範圍下操作之材料。一般而言，基於MnZn之材料可在較低頻率範圍下使用，而基於NiZn之材料更多地係在高至幾百MHz之較高頻率下使用。

根據一實施例，可使用適當的材料設計及組合物以最佳化材料參數，以獲得任何操作頻率下的所要實部及虛部磁導率且亦達成飽和磁場及所要行為。

磁耦合(MC)幾何形狀

根據美國專利公開案第20120235636號中所述之實施例，其中描述一種用於屏蔽/減小放射自傳輸器線圈之EM場並同時提供電力自此場傳輸至任意放置在傳輸器之表面上之一接收器線圈之一路徑之方 法。

為達成此，根據圖19中圖解說明之一實施例，藉由導引、限制及屏蔽任何場之一鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層(歸因於其高磁導率)覆蓋(導線、李茲導線或PCB類型或其等之一組合之)一大面積傳輸器線圈。選取材料厚度及其磁導率及飽和性質，磁性材料可減小或屏蔽充電器/傳輸器線圈上方區域中之場，使得該場與不具備磁性層之另外類似幾何形狀相比較減小2個數量級或更小。使一接收器線圈具有與接收器線圈串聯或並聯之適當諧振電容器，可收集滲透該磁性層之場且無論接收器線圈放置在何處皆可達成局部電力傳輸。

在美國專利公開案第20120235636號中，描述類似於圖12中所示之包括李茲導線且大小為18cm x 18cm之一充電器線圈，其覆蓋有具有圖17中所示之性質之材料之0.5mm厚薄板。在充電器表面/磁性層之頂部上放置內半徑為2cm之匝數為7之一圓形接收器線圈。圖20中圖解說明此磁耦合(MC)幾何形狀320。

根據一實施例，接收器電路包括一並聯或串聯諧振電容器，後續接著一橋式或同步整流器及平滑電容器。使用與充電器表面相距幾mm至2cm至3cm的接收器線圈達成大量電力傳輸。電力傳輸及效率隨著在接收器線圈上引入0.5mm厚鐵氧體磁性材料或層以導引並屏蔽如圖20中所示之通量而增加。在此情況中，充電器/接收器電路之諧振對MC組態之操作極為重要。藉由使用較厚或較高的磁導率磁性層而減小來自充電器之表面之洩漏場。選取適當磁性層及接收器屏蔽罩/導引層磁導率及厚度可提供使磁通量容許較高電力傳輸及效率並同時在充電器之其他位置處充分達成場屏蔽之一低磁阻路徑。以充電器/接收器線圈垂直距離幾mm至2cm至3cm之此MC組態可在輸出時達成超過10W的電力傳輸及超過50%的DC輸出轉DC輸入電力傳輸效率。跨傳輸器線圈之表面橫向移動MC接收器線圈確認：可跨傳輸器 表面獲得均勻性良好的高電力傳輸及高效率。來自充電器之其他位置(不存在接收器)之放射係藉由一探針監控且展示與不具備磁性層之一磁諧振充電器中之類似位置相比較降低2個數量級。歸因於鐵氧體層之高磁導率，此邊緣(洩漏)場隨著遠離頂面而快速消失且不應隨著遠離充電器而產生大量EMI問題。未觀察到放置在充電器表面上之磁性或非磁性金屬板或鐵氧體的干擾效應，從而展示來自該表面之洩漏場的量值為小且歸因於由接收器LC電路產生之諧振狀況而僅充分耦合至接收器。亦如所期，可以此MC幾何形狀同時對多個接收器充電/供電。

根據MC幾何形狀，可藉由在接收器環形線圈(類似於一螺線管)芯或一T型芯或類似物中包含高磁導率材料來降低接收器中之通量路徑之磁阻。許多幾何形狀係可行的且此等幾何形狀僅被給定作為實例。此外，雖然使用李茲導線接收器線圈，然而亦可使用PCB線圈及/或李茲導線與PCB線圈之一組合。

根據一實施例，為減小該路徑之磁阻，藉由使用具有垂直於充電器之表面(或與該表面成足以自充電器捕獲實質上垂直通量之一角度)之一軸之一通量導引材料(諸如具有大於1之磁導率之鐵氧體)產生接收器線圈。

如圖21中之330圖解說明，根據一實施例，李茲導線可纏繞在芯周圍以產生具有實質上平行於充電器之表面之一相對較小橫截面(2mm x 10或20mm)之一螺線管類型接收器。在一實例中，螺線管高度之長度(沿垂直於充電器之表面之方向)係自10mm改變至20mm，但是亦可更短。根據一實施例，通量導引層的厚度亦可為0.5mm或更小，從而容許使用一小體積接收器線圈及屏蔽罩。接收器線圈的典型匝數係7匝。諧振時，充電器之表面上或充電器之表面之幾cm內的接收器線圈底部接收到大量電力傳輸(超過20W)。旋轉螺線管相對於充 電器之表面之垂直方向之角度產生大量電力傳輸，從而確認只要充電器通量之一定分量係沿線圈之軸，便可獲得有效率電力傳輸。觀察到來自充電器表面之其他區域的洩漏電力最少且可如期獲得自由定位及多種接收器操作。

根據一實施例，如圖21中所示，亦可視需要在接收器之頂部上及充電器之底部上增加一額外的屏蔽罩/導引層。可建構具有一磁通量導引之一螺線管以使其亦具有平行於充電器之表面之一較大面積，其接近圖20中之實施例，惟線圈中間具有一通量導引層除外。在此情況中，高度(沿垂直於充電器之表面之長度)可能極短(1mm至2mm或更小)。如圖21中所示般使用通量導引及平行於充電器之表面之一較小的橫截面對於其中可使用接收器在充電器之平面中的截面之小區域之應用亦極為重要。實例可為諸如以下各者之裝置：電話或蓄電池或在一維或二維中更長且實質上坐落或鋪設在其等諸端或側上以無線接收電力之三維或通信眼鏡/電話。

根據另一實施例，類似於圖21，在充電器線圈下方(底部)放置一磁性屏蔽罩/導引層且接收器包括具有經垂直放置的鐵氧體材料之一線圈；然而，圖21中所示之磁性切換層被省略。在此情況中，觀察到當充電器表面與平行於充電器表面之接收器線圈區域之間的面積比係50比1或更大時，可達成自充電器至接收器之有效率電力傳輸。此係歸因於由充電器產生的通量強烈趨向於接收器線圈位置之通道，而非歸因於通量在與空氣接觸的區域的流動。以此方式，可達成大面積自由定位及高效率電力傳輸。

如前文所述，根據一實施例，其中如圖20及圖21中所示充電器/傳輸器亦可在充電器之底部包含磁通量導引層/屏蔽罩使得來自充電器/傳輸器之底部之放射減小且導引磁通量。在本文所述之又另一實施例中，接收器屏蔽罩之頂部上及/或充電器/傳輸器屏蔽罩之底部上 亦包含金屬層以進一步屏蔽磁場。

對於圖12中之幾何形狀之一傳輸器線圈(其中線圈中的電流(此處使用的電流)為幾A)，入射磁場被估計係在100A/m²至幾100A/m²範圍中(參見圖13)。應關注選取磁性材料，使得不發生磁性飽和。然而，在介於充電器線圈與傳輸器線圈之間的電力傳輸之區域中，藉由系統之諧振及品質因數(Q)增強磁場，且可存在一極大磁場。如前文所述，在此等測試中，系統的Q係約30。因此可能的是，在接收器線圈下方的電力傳輸位置中，磁性層可經歷導磁率飽和及減小以提供使通量自充電器線圈傳輸至充電器上方的接收器線圈之一更有效率路徑且增加電力傳輸及效率。藉由選取具有適當飽和場值之磁性層，使用此效應以如上所述般獲益。

磁性孔隙(MA)幾何形狀

根據美國專利公開案第20120235636號中所述之另一實施例，可在一磁性屏蔽罩或鐵磁層中於任何所要位置處產生一磁性孔隙(MA)，使得此一層中限制於該位置中之磁場有效率地耦合至一接收器線圈且可對此一接收器提供電力傳輸。在傳輸器線圈上的任何其他位置處，磁場之限制防止或減小不必要的輻射，藉此使EMI、有害運作狀況及干擾效應為低。

美國專利公開案第20120235636號中描述局部改變(切換)呈MA幾何形狀之鐵磁材料之特性之若干方法。根據其中所述之一實施例，藉由透過施加一DC及/或AC磁場(諸如透過一永久磁鐵或電磁鐵或其等之一組合)使層飽和而變更鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層之局部特性。例如，可在接收器線圈後面、前面、周圍或中心或其等之一組合併有一磁鐵或電磁鐵，使得接收器線圈具有足以使局部位於放置接收器線圈之處上方或附近之鐵磁層之磁化曲線飽和或變更該磁化曲線之磁場。

所使用的磁鐵之實例包含(例如)一或多個圓盤、方形、矩形、橢圓形、彎曲、環形(例如，圖22中的340)或任何其他形狀的磁鐵及其等之組合，且適當的磁化定向及強度可提供足以移位磁化曲線之操作位置之DC或AC磁場(如圖15或圖18中所示)，使得傳輸器線圈、受影響的鐵磁層與接收器線圈之組合在電力傳輸之一給定頻率下達到一諧振條件。

如圖23中圖解說明，根據MA之一實施例，藉由在接收器中於接收器線圈前面及/或後面及/或水平面處(線圈外部及/或內部上)併有一永久磁鐵(及/或電磁鐵)且使接收器靠近充電器表面，此時在鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層中敞開一局部「磁性孔隙」，從而容許傳輸器線圈的電磁場在不影響附近的任何區域之情況下傳輸通過此局部孔隙。

以此方式，藉由透過使DC及/或AC場飽和或減小或透過其他方式局部地減小鐵磁層之磁導率，可在應發生電力及能量耦合之位置處建立並同時保持限制於其他區域中之場。磁性或鐵氧體材料層在此處因此亦替代地稱為一切換層。此層用作一貯存器及/或一AC磁通量導引層(用於電力傳輸)及一切換層。

此實施例可用以滿足同時有效率地將電力傳輸至任何所要位置處之一接收器並同時阻止其他位置處放射該場且產生問題之目標。同時，因為由充電器線圈之整個表面產生之磁場經引導或導引朝向所產生的磁性孔隙，所以此提供類似於使電力集中於此磁性孔隙區域之一效果且達成使電力傳輸至一經任意定位的接收器之一有效率方法。

在圖23中，如前文所述，接收器亦可包含一外表面或外殼。如圖23中所示，此一表面或外殼將通常位於接收器線圈與充電器表面部件之間。

圖24提供理解前文所述之系統之行為360之一闡釋性方法。展示 一軟鐵氧體材料在不同的操作溫度下的磁化曲線。亦在兩個操作區域(屏蔽區域及磁性孔隙區域)中展示由無線充電器/電源供應器線圈產生之AC磁場。鐵氧體層之大部分表面區域上面不具備接收器且在具有高磁導率之屏蔽區域中操作，從而自外部引導由傳輸器中之充電器/電源供應器線圈產生之AC磁場且屏蔽該AC磁場。在磁性孔隙區域(其中具有接收器及切換磁鐵)中，DC(及/或AC)磁鐵用作一偏置以將操作點自其中材料具有高磁導率且限制並導引磁場之垂直軸周圍移動至其中材料飽和且具有一低磁導率之一區域，從而產生用於耦合至附近的接收器線圈之一磁性孔隙，從而導致有效率電力傳輸。使切換材料飽和所需磁場(磁切換場)可易於藉由許多類型的通常可用磁鐵產生，該等磁鐵可產生高至幾100A/m或更大的磁場，從而易於使許多鐵氧體材料飽和。

圖25係施加磁場之導磁率之變化例之另一表示370，展示磁導率最初在磁場為低時增加且接著該磁導率隨著磁場值增加而降低。

如自上文可知，美國專利公開案第20120235636號中所述之MC及MA做法利用鐵氧體材料之非線性行為以用作一主動開關以僅在所要位置中提供電力傳輸。磁導率係一磁性材料之一固有材料性質且材料之回應時間僅受限於磁域移動且可取決於材料而為幾奈秒或更快。因此此系統之若干優點之一者係：裝置幾乎即刻回應且若在表面上移動一接收器，則幾乎即刻產生一新的孔隙且在所有其他位置處恢復屏蔽。

相比之下，諸如使用線圈陣列、移動線圈等等之其他無線充電器系統歸因於與線圈之機械移動及/或電子偵測及一電子系統之再組態有關的時滯而對此移動具有一緩慢的回應。

此外，可在充電器表面上或附近放置(具有切換磁鐵之)多個接收器以產生用於使電力耦合至多個接收器之多個磁性孔隙，並同時維持 所有其他位置處之屏蔽及低電磁放射，從而提供一種易於使用、有效率的多充電器系統。

根據一實施例，為屏蔽傳輸器線圈下方(與傳輸器之充電側/供電側相對之側)及在接收器線圈上方(在線圈可緊緊接觸經無線供電或充電之一裝置、蓄電池或電氣部件之側上)之位置處之磁場，必要時亦可視需要進一步在傳輸器線圈下方及/或接收器線圈上方增加諸如鐵磁體及/或金屬層之屏蔽罩層。此外，此等層可整合於線圈設計中(諸如金屬屏蔽罩層整合於包含一PCB線圈之一PCB多層設計中)。可選取材料及厚度的選擇使得即使接收器中之一磁鐵可用以使接收器之頂層(切換層)飽和(切換接收器之頂層(切換層))，亦不影響屏蔽罩層之導磁率。

例如，充電器中之可切換層可包括具有低飽和場值之材料，而充電器及/或接收器中之其他屏蔽罩層具有較高飽和場值。用於此等屏蔽罩之材料之實例可為薄板或其他形狀的材料，諸如鐵氧體、奈米材料、鐵粉(氫氣還原鐵)、羰基鐵、玻璃金屬(非晶質)、軟鐵、疊層矽鋼、鋼鐵等等或用於其中要求導磁率及飽和通量密度高且歸因於操作頻率下的導電率產生的渦電流熱量低之變壓器芯應用之其他材料。

疊層亦一直用於許多變壓器應用以減小渦電流熱量。為避免使來自接收器中之切換磁鐵之鐵氧體屏蔽罩飽和，該屏蔽罩亦可為多層且可使用其他結構。例如，在前文所述之一實施例中，可在該切換磁鐵(如圖23中所示)後面放置(例如，鐵粉或鋼鐵之)一薄的高飽和通量密度層以用其他特性(諸如上述AC磁場頻率下的較高磁導率或操作)之另一選用鐵氧體層屏蔽該切換磁場。因此，高飽和通量密度層將屏蔽該高導磁率層磁鐵使其免受飽和效應影響且容許其有效率地導引且屏蔽AC磁場。

根據前文所述之另一實施例，形成或製造高飽和屏蔽罩層以使 其具有適合磁鐵之切換磁場型樣之一形狀及尺寸以屏蔽該磁場使其免受該屏蔽罩層影響且容許來自充電器之AC電磁場，該AC電磁場通過所產生的磁性孔隙以向上(圖23中)延伸至具有不同特性之另一屏蔽罩或鐵氧體層。例如，在圖23之幾何形狀中，若使用一環型切換磁鐵，則高飽和屏蔽罩材料可為具有適當尺寸之環狀且放置在磁鐵後面(圖23中的頂部)以分流或減小來自磁鐵之場，且在該高飽和屏蔽罩層之頂部上放置一片鐵氧體以導引且屏蔽通過如圖23中所示之線圈中心之AC磁性電力傳輸通量。前文已描述在接收器及充電器中之上述技術及材料之許多組合以充分最佳化效能且此等實施例僅給定作為實例。

圖26中針對大小及可能額定電力及/或電壓輸出不同之兩個接收器展示與可切換層及接收器及磁鐵一起操作之美國專利公開案第20120235636號中所述之MA之總體幾何形狀380。圖23展示根據一實施例之一無線電力系統之一簡化側視圖，其展示一充電器(傳輸器)及接收器線圈、切換層及切換磁鐵。在此例項中，展示一環形切換磁鐵且為簡單起見將線圈描述為圓環線圈。然而，根據其他實施例，可使用其他幾何形狀及設計以達成類似結果。例如，如上所述，線圈可經組態以達成一更均勻場型樣及/或磁鐵可具有不同形狀及磁化定向。此外，磁鐵可放置在與線圈相同之平面前面、後面或上面及/或線圈可由導線、PCB、獨立式金屬部件或其等之一組合或其他幾何形狀及材料製成。

根據各種實施例，描述增加無線充電器系統之效率及垂直操作距離(充電器線圈至接收器線圈之間隙)之方法及程序。此外，此等實施例使無線充電器系統之設計更為靈活。

如前文所述，已開發容許在一無線充電器系統上自由定位一或多個接收器之若干方法。大體上，如上所述，該等方法包含鬆散耦合(或者在一些文獻中被稱為磁諧振)、磁耦合及磁性孔隙技術。雖然重 點關注線圈結構且在MC及MA幾何形狀中重點關注覆蓋充電器之磁性或鐵氧體切換層，但是接收器線圈上方及充電器線圈下方之屏蔽罩層在未屏蔽裝置或環境時亦可起重要作用。根據一實施例，此處所述之系統可有利地使用此等層以增強無線充電器系統之效能。

使用通量導引增強效能之無線充電系統

圖27圖解說明一變壓器幾何形狀390，其中一共同磁芯具有在其兩個截面周圍纏繞之一初級導線繞組及次級導線繞組。通過初級繞組之ac電流產生一交替磁通量，其充分包含於該磁芯之高導磁率材料中且行進至次級繞組中心處之磁芯截面，在該磁芯截面中該ac電流產生一感應電壓。初級繞組及次級繞組之數目定義變壓器之逐步降低(或逐步升高)電壓比，變壓器本質上用作逐步降低(或逐步升高)電壓並同時逐步升高(或逐步降低)電流之一阻抗匹配網路。為有效率地操作變壓器，通量路徑(或磁性電路)應最小化磁能之損失。產生類似於電路中的電阻之磁阻之概念以有助於分析磁性結構及包含變化磁性及非磁性材料及間隔件或空氣之變壓器之效能。

通常使用的基本變壓器之一變體係E-Core或ER-Core(圓形E-Core)變壓器，其中包含一額外的中間通量承載截面。例如，圖28圖解說明包括兩個ER-Core(圓形E-Core)之一變壓器400之一視圖。初級繞組在藉由返回且包圍外部繞組之兩個路徑承載且分為該兩個路徑之中心截面中產生一通量。圖28中展示相同變壓器之一分解圖，其更清晰地圖解說明兩個ER-Core 410。

E-Core變壓器亦用於平面變壓器中，其中為節省空間通常提供繞組作為平坦PCB線圈。圖29圖解說明包含一E-Core及一平坦截面及PCB初級線圈及次級線圈之一變壓器420之一視圖。初級繞組在藉由返回且包圍外部繞組之兩個路徑承載且分為該兩個路徑之中心截面中產生一通量。該通量接著藉由平坦截面導引返回至E-Core的中心截 面。圖29中亦展示相同變壓器之一分解圖，其更清晰地展示E-Core、平坦截面及繞組410。

根據一實施例，在上述幾何形狀中且對於其他變壓器，可使用多種磁性或鐵氧體材料以保持包含於該芯中之通量。

MR、MC及MA無線電力系統的上述變壓具有一些類似性。例如，具有平面線圈之平面E-Core變壓器具有類似於圖20、圖21及圖23中之通量型樣之通量型樣。來自圖20、圖21及圖23中所示之無線充電器系統之通量僅聚焦在其中存在接收器之截面上，且向上流動穿過此等幾何形狀的接收器線圈，接著在其自身封閉之前向外流動至充電器線圈下方。接收器頂部處及充電器下方的選用磁性屏蔽罩不僅屏蔽環境使其不受此磁通量影響且提供使通量行進以封閉其自身之一相對較低磁阻路徑。然而，因為此等層相隔一距離且藉由另一磁性層(切換層)覆蓋充電器屏蔽罩，所以此等幾何形狀中未提供用於返回通量之一有效率低磁阻路徑。此可導致通量洩漏至周圍區域，從而導致與附近的金屬及裝置發生不必要的相互作用或導致不必要的放射或損失電力傳輸效率或電力。根據本文所述之實施例，描述其中改良此返回通量路徑以容許導引通量返回至充電器之若干幾何形狀。藉由應用此等技術，可達成較高的效率及電力傳輸及對充電器線圈與接收器線圈之間的間隙之較低敏感性及較低的非所期放射，從而大幅增強無線電力系統及充電器系統之用處。

根據圖30中針對一改良之磁諧振(MR)或鬆散耦合幾何形狀440所示之一實施例，充電器線圈將電力傳輸至一或多個接收器線圈。接收器具有在一維或多維中在接收器線圈之邊緣上方延伸之一磁性屏蔽罩/導引層。充電器線圈亦在其下方具有在一維或多維中延伸超出線圈區域之一磁性屏蔽罩/導引層或表面。在此幾何形狀中，來自接收器線圈之通量具有完成一通量迴路之一低阻抗路徑，因此提供較高效 率、在較大的線圈下對線圈間隙進行操作之能力且對環境提供較低的放射場。

根據進一步促進磁場耦合至接收器線圈之一實施例，接收器系統可在如圖30中所示之接收器線圈中心併入一額外的磁性材料。此組件可包括在接收器線圈後面使用之相同或不同材料，且其性質可針對其特定使用而加以最佳化。作為一實例，可併有具有一所要磁導率之固態或可撓性鐵氧體材料。芯可僅具有PCB或李茲導線接收器線圈之厚度且因此可具有幾十毫米厚度且厚度及重量最小。然而，將此芯併至接收器線圈可影響接收器線圈電感，且極大地影響系統之效率及電力處置能力。

圖30展示一磁芯併至一通量導引系統之中心區域。根據其他實施例，前文所述之MR、MC及MA接收器系統可增加磁芯以類似地增強其等效能。

圖31中展示放置在充電器上之一接收器之一代表性俯視圖。如其中的442所示，接收器屏蔽罩/通量導引層展示為在一維中延伸超出線圈(在Y軸上)，且充電器線圈下方的充電器屏蔽罩層係在一維或二維中延伸，使得在操作期間，由充電器產生的通量向上流過接收器線圈且接著在向下流過其自身上方的充電器屏蔽罩/磁通量導引層之前在y方向上如所示般藉由接收器通通量導引層導引。對應的側視圖(自圖31左側朝中心觀看)係如上文圖30中所示。

如上所述，MR幾何形狀遭遇缺少充電器通量限制，因此導致大量非所期放射、易受對金屬影響及低效率。為克服此等影響，前文已描述MC及MA幾何形狀。圖32展示一改良之MC幾何形狀450，其中藉由一磁性或切換層覆蓋充電器線圈，且透過增強諧振時運行之充電器與一或多個接收器之間之區域之磁場強度，在此位置處使材料局部飽和且可達成侷限的有效率電力傳輸。藉由在一維或多維中使接收器及 充電器屏蔽罩或通量導引層之區域延伸超出充電器線圈之區域，產生用於返回磁通量之一低磁阻路徑。用類似於圖12中之線圈但在Y維度中收縮之一6cm x 17cm面積的李茲導線螺旋形線圈測試幾何形狀。

圖33中的452展示放置在此一充電器上之一接收器之一代表性俯視圖。對應的側視圖(自圖33左側朝中心觀看)係如上文圖32中所示。

根據如圖34中所示之另一實施例，磁性孔隙(MA)幾何形狀可組合通量導引層以提供更好的通量路徑。如圖34中所示，為輔助局部通量自充電器流至接收器，與圖32中所示之MC及通量導引幾何形狀相比，接收器可增加一磁鐵。唯接收器將增加一切換磁鐵之外，此實施例之對應的俯視圖將類似於圖33中所示之俯視圖。如前文所述，根據各種實施例，此磁鐵可具有各種形狀及大小以最佳化切換層之局部飽和。

作為另一實例，圖33展示用於一經組合的MC及通量導引幾何形狀之線圈幾何形狀452之一實例。此幾何形狀並非唯一且可使用許多其他形狀及大小。如前文所述，可使用李茲導線、PCB或一組合類型線圈。在一經測試的系統中，藉由在低於1MHz頻率下相對實際導磁率值為約1440之面積為70mmx 180mm之一0.5mm厚的鐵氧體材料層(包括磁磚或鐵氧體晶圓)覆蓋充電器線圈。包括0.5mm x 120mm x 200mm的相同鐵氧體材料層(包括50mm x 40mm磁磚或鐵氧體晶圓)之充電器屏蔽罩/通量導引層與線圈相隔5mm的垂直間隙。接收器係面積為50mm x 40m且匝數為7之一李茲導線線圈且在線圈上方直接附接0.5mm x 50mm x90mm相同鐵氧體材料之一接收器屏蔽罩/通量導引層。

為測試效能，充電器線圈附接至一諧振轉換器(類似於圖2中所示之充電器)且接收器線圈連接至一並聯二極體及包括二極體整流器及平滑電容器之一接收器電路。諧振電容器值經選取以使該2個部件接 近約160kHz之諧振。監控DC輸入及輸出電力並同時使系統自高頻側接近諧振。獲得高電力傳輸效率(超過15W)及效率(超過65%的DC轉DC效率)，並同時可在充電器上於X及Y方向上周圍移動接收器。應注意，接收電力無須接收器線圈完全在充電器線圈上。已發現甚至線圈之部分重疊導致大量電力傳輸。藉由在充電器表面上放置金屬板確認充電器對金屬物之不敏感性，從而確認磁耦合(MC)操作方法負責電力傳輸，同時充電器頂部屏蔽罩層對雜散多餘的磁場提供屏蔽。

接著用在接收器頂部上放置一2d磁場掃描表映射系統之放射近場型樣且將嵌入該表中之2D線圈陣列之輸出饋送至一頻譜分析器。在電力傳輸期間將該頻譜分析器調諧至基本操作頻率，映射任何雜散多餘放射之一2D映射。所得信號極小且接收器僅觀察到對應於極小雜散AC磁場之若干微伏之一信號，從而確認此結構中之約束及通量導引程度高。

接著接收器與充電器表面垂直(在垂直於充電器表面之方向上)相隔多達3cm。與小線圈或線圈間隙狀況相比，觀察到效率損失最小(2%至3%)之類似電力傳輸值。可類似地忽略雜散放射近場磁場。因此藉由採用根據各種實施例之通量導引層，可在低放射時獲得高效率傳輸電力位準及線圈至線圈間隙。

根據圖35中所示之一實施例464，可同時在充電器上放置兩個或更多個大小相同或不同的接收器以接收電力。如MA及MC幾何形狀中所述，此實施例中可採用用於控制及調節電力輸出之多種方法。

圖36中展示較大充電器表面面積之另一實施例466。此處，在頂部上(充電器側)，使用頂部藉由鐵氧體切換屏蔽罩覆蓋之若干線圈區域。此等作用區域穿插不具備作用線圈或頂部屏蔽罩之區域。充電器具有一或多個較低通量導引層以完成如圖30至圖35中所示之通量路徑。可在充電器上放置一或多個接收器以接收電力。不同接收器之電 壓及電力位準可不同。因此充電器可為使用不同電力、電壓及大小之多個裝置之一通用自由定位系統。

根據另一實施例468，如圖37中所示，僅使用上述通量導引技術，可省略磁性切換層且使用多個作用充電器線圈以增加充電器作用區域。

在上述接收器諧振電容器並聯連接至接收器線圈之幾何形狀中，觀察到接收器輸出電壓極度取決於藉由輸出負載汲取之電流。根據接收器諧振電容器與接收器線圈串聯連接(如圖1至圖4中所示)之一實施例，觀察到可在一大電壓範圍內獲得極高輸出電壓穩定度。

圖38展示針對不同輸出電流(即，輸出負載值)來自一接收器(具有一100nF串聯諧振電容器及如上所述之通量導引層)之輸出整流電壓470隨充電器或傳輸器操作頻率而變化。在此實施例中，充電器之諧振轉換器係以一增益峰值之高頻斜率(諸如圖14中所示)操作。在較高頻率下獲得較高傳輸電壓(及電力)。可知，在一固定頻率下，對於不同輸出電流而言，輸出電壓顯著恆定。例如，在153kHz下，對於自0A變化至1A之電流輸出，輸出電壓自5V變化為4V。此穩定性改良容許藉由若干技術容易地調節輸出電壓。在一實施例中，可僅藉由輸出級中之一線性、切換或其他調節器實行調節。在另一實施例中，可透過接收器與充電器之間如前文所述般通信改變充電器之頻率、作用時間循環或輸入電壓完成此調節，藉此接收器將接收器電壓、電流或其他參數或此值與一所要值之間之差傳輸至充電器，該充電器作出應而調整其頻率、作用時間循環及/或輸入電壓或其等之一組合以達成所要操作。

根據一實施例，有利的是，可由具有適當性質之鐵磁材料建構充電器/傳輸器線圈使得該線圈針對MA及MC幾何形狀用作磁場產生器及磁性屏蔽罩。此可消除在充電器/傳輸器之頂部表面上具有一額 外磁性層或鐵氧體層之需要。或者，為保持傳輸器及/充電器線圈之所要高導電率及Q且達成切換效果，PCB之一金屬線圈及/或導線可塗佈或覆蓋有諸如鐵磁體之一切換磁鐵材料。

圖39展示可用於具有此等特性之多種測量儀之一商用導線或電纜472。圖39中之截面A包括銅或其他導線之多個導線束，其等亦可個別地塗佈或絕緣以避免該等導線束(類似於李茲導線)之間導電以避免集膚效應。截面B係一防護層或鐵氧體層或其他磁性材料。截面C係一選用外塗層或絕緣體。若適當，鐵氧體層或塗層可藉由浸入一漿體中、濺鍍、電子束等等而達成。

類似地，可在傳輸器線圈上方使用由飽和磁場值低之材料製成之一磁性層或鐵氧體層(例如，如MA或MC中具有或不具備通量導引幾何形狀之一切換層)，同時可在傳輸器線圈下方及/或接收器線圈上方使用飽和磁場值較高之一材料以用於屏蔽用途。例如，飽和磁場值低之鎳、鈷、Mn、Zn、Fe等等或此材料之合金(參見圖15或圖17)可用作充電器/傳輸器之頂層，而飽和磁場值高的薄鋼板或FineMET^®或其他屏蔽罩材料將用於屏蔽。對於任一種材料，應關注使用透過幾何形狀或摻雜材料減小或消除渦電流之材料以提供高電阻性。藉由使用一低飽和磁場材料，一較小及/或較弱的切換永久磁鐵及/或電磁鐵或諧振感應磁場可用於切換可切換層。因此，屏蔽罩將不會由於用於切換之磁鐵而飽和且仍將有效率屏蔽多餘的雜散磁場以免影響附近裝置、材料或活組織。在此一情況中，總系統將完全被屏蔽且安全。同時將有效率地在傳輸器與接收器之間自使用者所要之放置接收器之一或多個位置處之所產生的磁性孔隙傳輸電力。

在一些境況中，一使用者可期望修改用於一固定位置之一接收器或修改MR、MC或MA系統以與具有通量導引之一系統一起運行。如圖30至圖37中所示，此可要求在一維或多維中延伸磁性屏蔽罩層以 覆蓋大於接收器線圈後面的區域之一區域。

根據圖40中所示之一實施例480，此屏蔽罩/通量導引層可為一薄的固體或可撓性鐵氧體或可藉由製造商或使用者附接至接收器或外殼、蓄電池蓋、手機殼/套、蓄電池、硬體鎖或行動裝置或其他裝置以延伸此通量導引路徑之其他磁性層。此附接可在製造期間完成或藉由消費者當做一售後市場或選項而完成。以此方式，該裝置、蓄電池、外殼/套或意欲供電之部件可與此處所述之通量導引位置獨立性系統一起使用。同時，將不會影響且可完成對最初期望的充電器上之裝置充電。一電話外殼/套接收器之一實例可經設計以藉由一固定位置或Wireless Power Consortium(WPC，用於緊密耦合充電器及接收器之一互操作性標準)充電器充電。藉由將一薄可撓性或固體鐵氧體層附接至接收器線圈後面的外殼或蓄電池蓋內部，可產生一通量導引層，從而容許在諸如圖30至圖37中所示且通量導引更充分利用及方便使用之一適當的系統上以一位置獨立性方式對該裝置充電。可用一WPC iPhone套接收器經實驗論證此實施例。(在套與電話之間)增加使套長度延伸至套之內部部件之一薄(0.5mm厚)鐵氧體材料層，可在上述通量導引系統或MC通量導引充電器上使用WPC接收器外殼/套。當然該外殼/套亦可與其期望的WPC充電器一起起作用。通量導引層的增加可藉由使用者或製造商完成且可提供此增加的空間功能性及線圈至線圈間隙分離，而不損失原始功能性或批量增加。

在上文描述中已描述許多幾何形狀及系統。根據各種實施例，可在一充電器及/或接收器中組合使用一或若干幾何形狀或系統以提供所要效能及優點。上文描述及實施例並不旨在詳盡，且反而旨在僅展示可藉由本發明之各種實施例設想且實現之豐富多樣的產品及技術之一些實例。熟習此項技術者應明白，可組合此等及其他實施例以產生上述技術之組合以提供有利效果及產品。

可使用一習知一般用途或一特定數位電腦、微處理器或根據本發明之教示程式化之電子電路方便地實施本發明之一些態樣。如熟習此項技術者應明白，有經驗的程式設計員及電路設計者基於本發明之教示可容易地製備適當的軟體編碼。

在一些實施例中，本發明包含一電腦程式產品，其係上面/其中儲存之可用以程式化一電腦以執行本發明之任一程序之指令之一儲存媒體。該儲存媒體可包含(但不限於)任何類型的磁碟，包含軟碟、光碟、DVD、CD-ROM、微型硬碟及磁光碟、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、快閃記憶體裝置、磁性或光學卡片、奈米系統(包含分子記憶體IC)或適用於儲存指令及/或資料之任何類型的媒體或裝置。

本發明之前述描述係針對圖解及描述之目的而提供。其並不旨在詳盡或將本發明限於所揭示之精確形式。熟習此項技術的實踐者應明白許多修改及變化例。選取並描述該等實施例以充分解釋本發明之原理及其實踐應用，藉此使熟習此項技術者能夠針對各種實施例且用適用於所預期的特定使用之各種修改理解本發明。期望藉由下列申請專利範圍及其等等效物定義本發明之範疇。

440‧‧‧磁諧振或鬆散耦合幾何形狀

Claims (18)

1. 一種於無線充電或電力傳輸(transfer)中使用之系統，其包括：一或多個鐵磁(ferromagnetic)、鐵氧體(ferrite)或其他磁性材料或層，其用以：在一維或多維中修改一電磁場之強度(magnitude)及/或相位及/或對應的磁通量，及/或導引該磁通量以產生用於磁通流動之一路徑，以用於無線充電或電力傳輸。
2. 如請求項1之系統，其中該電磁場係用以使該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層之性質飽和或以其他方式局部修改該等性質，使得其作用為一磁通量切換層且導致透過經局部修改區優先地傳輸一傳輸器線圈之電磁場。
3. 如請求項1之系統，其中一或多個所施加永久磁鐵及/或電磁鐵係用以在一維或多維中修改該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層之該電磁場之該量值及/或該相位，包含使該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層之性質飽和或以其他方式局部修改該等性質，使得其作用為一磁通量切換層且導致透過經該局部修改區優先地傳輸一傳輸器線圈之電磁場。
4. 如請求項1之系統，其中該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層及/或該一或多個永久磁鐵或電磁鐵係與以下各者整合：一無線充電器或電源供應器內之一或多個傳輸器線圈，及/或一或多個接收器線圈，其(其等)與待藉由一無線充電器或電源供應器充電或供電之一或多個蓄電池、車輛及/或裝置相關聯，用於對該一或多個蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電中使用。
5. 如請求項2之系統，其中該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層及/或該一或多個永久磁鐵或電磁鐵係與以下各者整合：一無線充電器或電源供應器內之一或多個傳輸器線圈，及/或一或多個接收器線圈，其(其等)與待藉由一無線充電器或電源供應器充電或供電之一或多個蓄電池、車輛及/或裝置相關聯，用於對該一或多個蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電中使用。
6. 如請求項3之系統，其中該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層及/或該一或多個永久磁鐵或電磁鐵係與以下各者整合：一無線充電器或電源供應器內之一或多個傳輸器線圈，及/或一或多個接收器線圈，其(其等)與待藉由一無線充電器或電源供應器充電或供電之一或多個蓄電池、車輛及/或裝置相關聯，用於對該一或多個蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電中使用。
7. 如請求項4之系統，其中該一或多個鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層在一或多個維度中延伸超出該等傳輸器線圈之一邊緣及/或該等接收器線圈之一邊緣，以提供完成一通量迴路之一低磁阻路徑。
8. 如請求項7之系統，其中於該無線充電器或電源供應器內使用該鐵磁、鐵氧體或其他磁性材料或層及/或該永久磁鐵或電磁鐵以在對該一或多個蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電時提供某程度之位置獨立性，包含當提供多個傳輸器線圈以判定選擇要使用的該一或多個傳輸器線圈時。
9. 如請求項7之系統，其中該一或多個傳輸器線圈係併入一基本單元中，及其中該一或多個接收器線圈係併入與該蓄電池、車輛及/或裝 置相關聯之一接收器中，或併入與該蓄電池、車輛及/或裝置相關聯之一外殼、外板、罩、蓄電池蓋或硬體鎖中，且當放置在該基本單元附近時，該接收器線圈係用以在該接收器線圈中感應地產生一電流以對該蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電。
10. 如請求項9之系統，其中該基本單元與該接收器在充電或供電之前及/或期間藉由定期連線測試或其他通信方式彼此通信，以：判定用以對該蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電之一協定，及/或判定以下一或多者：一存在類型；識別碼；真確性；電力需求；及/或該接收器及/或該蓄電池、車輛及/或裝置或與其等相關聯之該外殼、外板、罩、蓄電池蓋或硬體鎖之其他特性。
11. 如請求項9之系統，其中該基本單元及/或該接收器經組態以用作一多協定系統，與不同的通信及/或控制協定及/或不同的通信方式一起使用。
12. 如請求項9之系統，其中該基本單元係提供作為容許使用者為一行動裝置或蓄電池購買或接收臨時充電之一變壓器亭。
13. 如請求項1至12中任一項之系統，其中該系統經組態以執行一或多個情境感知動作以及該無線充電或電力傳輸，諸如請求在以下一或多者之間傳達資料或在以下一或多者處儲存資料：一基本單元及/或待充電或供電之一蓄電池、車輛及/或裝置或與其相關聯之一外殼、外板、罩、蓄電池蓋或硬體鎖。
14. 如請求項13之系統，其中一或多個傳輸器及/或接收器線圈係併入一列車、飛機、船或一汽車、公共汽車、機車、卡車或其他車輛中，且其中該一或多個情境感知動作包含修改該列車、飛機、船或車輛之一作業環境。
15. 如請求項1至12中任一項之系統，其中該鐵磁、鐵氧體或其他磁 性材料或層包含選自由以下各者組成之清單之一或多種材料：軟鐵、矽鋼、疊層材料、矽合金材料、鐵粉、氫氣還原鐵、羰基鐵、鐵氧體、玻璃金屬、Ni、Mn、Zn、Fe、Co、Gd及Dy之合金、奈米材料、鐵磁流體、磁性聚合物或類似材料或其等之組合。
16. 如請求項9之系統，其中待充電或供電之該裝置係以下任何一者：蓄電池；蜂巢式電話；智慧型電話；無接線電話；通信裝置；傳呼器；個人資料助理；可攜式媒體播放器；全球定位(GPS)裝置；藍芽耳機及其他裝置；抬頭式或顯示眼鏡；3D顯示眼鏡；刮刀；手錶；牙刷；計算器；相機；光學瞄準鏡；紅外線觀察器；電腦；膝上型電腦；平板電腦；筆記型電腦；鍵盤；電腦滑鼠；電子書閱讀器或電子郵件裝置；傳呼器；電腦監視器；電視機；音樂或電影播放器及錄音機；儲存裝置；收音機；時鐘；揚聲器；遊戲裝置；遊戲控制器；玩具；遙控器；電動工具；掃描器；施工工具；辦公設備；機器人，包含吸塵機器人、拖地機器人、泳池清潔機器人、排水溝清掃機器人或用於醫院、無塵室、軍用或工業應用之機器人；工業工具；行動真空吸塵器；醫療或牙科工具；軍用裝備或工具；廚房用具；攪拌機；蒸煮鍋；開罐器；食品或飲料加熱器或冷卻器，諸如電動飲料杯；按摩器；成人玩具；燈或燈具；指示牌或顯示器或廣告應用；電子雜誌或報紙或含有一電子部件之雜誌或報紙；印表機；傳真機；掃描器；汽車；公共汽車；列車；機車或自行車；個人移動裝置或其他車輛或行動運輸機器；及其他蓄電池或電動裝置或產品；或係上文列出之可包含或附接至該接收器線圈或接收器且可藉由該基本單元充電或供電之產品之一組合之一產品。
17. 一種無線充電或電力傳輸之方法，其包括：使用請求項1至16中任一項之系統以對一蓄電池(battery)、車輛及/或裝置充電或供電。
18. 一種微控制器、微處理器、電腦、場可程式化閘陣列(FPGA)、特定應用積體電路(ASIC)、多晶片模組(MCM)或包含經組態以與請求項1至16中任一項之系統一起使用之記憶體及/或指令集、軟體及/或韌體之其他電子器件或處理單元，其用於對一蓄電池、車輛及/或裝置充電或供電。