專利名稱：可選擇線圈陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及無線功率和無線充電。
背景技術(shù)：
電感電源可以用來供應(yīng)用于向次級設(shè)備供電或者充電的無線功率。在一些已知電感電源中，通過將次級設(shè)備放置于充電表面上來向它們供電或者充電。許多電感電源由于要求遠程設(shè)備相對于電感電源的具體放置和定向而限制了空間自由度。在一些已知電感電源系統(tǒng)中，單個初級線圈102嵌入于充電設(shè)備106的充電表面 104中，而單個次級線圈108嵌入于次級設(shè)備110中。例如，在圖I和圖2中所示現(xiàn)有技術(shù)的電感電源系統(tǒng)中，一個次級線圈108嵌入于次級設(shè)備110中并且與嵌入于充電設(shè)備106中的初級線圈102很接近地對準。從干線電源輸入向充電設(shè)備106提供功率(有時稱為無線電源)。假設(shè)干線電源輸入提供AC功率，可以在干線電源整流電路202中將該功率整流成DC功率，然后可以在DC/DC電源204中調(diào)節(jié)該功率。逆變器206可以以由控制器208控制的頻率切換DC功率以便跨電感儲能(tank)電路210生成AC信號以產(chǎn)生電磁場。在多數(shù)傳統(tǒng)電感電源中的儲能電路包括初級線圈102和初級電容器213。次級設(shè)備110包括次級線圈108和可選的諧振電容器214以接收電磁能。然后可以在整流電路216中將AC信號整流成DC功率。DC功率可以由此向負載220直接供電，或者當負載為電池時，該功率可以用來向電池充電?？刂破?18可以用來控制如何向負載施加功率或者控制用于向電池充電的充電算法。在該類型的系統(tǒng)中，功率傳送效率在線圈中心到中心對準時以及在初級與次級線圈之間的間距減少時通常增加。然而，為了有效通信并且傳輸功率的接近的一對一對準的該要求制約空間自由度并且使充電器限于一次與一個次級設(shè)備一起操作。為了允許利用無線功率的表面，通常為用戶提供關(guān)于設(shè)備需要位于何處的信息。這通常用磁對準特征或者用迫使設(shè)備放置于某個地點中的不同機械引導件或者用引導用戶正確放置設(shè)備的圖元來完成。一些用戶想要在充電設(shè)備的表面上到處移動次級設(shè)備的更多自由度。已經(jīng)提出針對該問題的一些解決方案。例如Baarman等人于2010年I月5日提交的第12/652,077號美國專利申請公開一種具有可移動線圈的電感電源并且通過整體引用將該專利申請結(jié)合于此?？梢苿泳€圈是一種用于在充電器的表面之上實現(xiàn)所期望空間自由度而又維持線圈很接近的機械解決方案。動線圈(moving coil)解決方案可以增加空間自由度、但是可能引起潛在機械可靠性問題的風險。另一提出的解決方案是利用大的初級線圈，使得可以在更大區(qū)域之上提供能量。該解決方案可能有問題，因為更大線圈可能產(chǎn)生不期望的雜散磁場并且可能難以高效傳送功率。又一提出的解決方案是提供在單層中相鄰布置的線圈的陣列。在該解決方案中，多個初級線圈以陣列布置于充電表面附近。當設(shè)備放置于大小比設(shè)備大的充電表面上時，僅從平面充電表面的直接在設(shè)備之下的那部分和能夠與次級線圈耦合的可能緊接相鄰區(qū)域傳送能量。也就是說，在一種配置中，同時驅(qū)動初級線圈陣列的所有線圈以在充電表面之上產(chǎn)生基本上均勻的磁通，使得電子設(shè)備在充電表面上的精確位置和定向不是關(guān)鍵。此外，寄生負載(諸如金屬件或者非無線供電的設(shè)備)可以吸收磁場并且降低系統(tǒng)效率?！┙鉀Q方案提出多層線圈陣列以便提供更均勻的磁場分布。單層線圈陣列的一個問題在于在線圈之間有間隙之處磁場更低(有時稱為稱為谷)。通過令兩層或者更多層線圈布置成使得在一層上的繞組圖案的中心被放置于在另一層上的相鄰繞組圖案之間的間隙上，可以實現(xiàn)更均勻的場分布。同時向所有那些線圈賦能可能導致熱分區(qū)(zone)和死分區(qū)，這是由于從重疊場發(fā)生的場構(gòu)造和場解構(gòu)效應(yīng)。此外，寄生負載(諸如金屬件或者非無線供電的設(shè)備)可以吸收磁場并且降低系統(tǒng)效率。一些陣列解決方案嘗試通過提供用于將設(shè)備具體定位于充電表面上的磁吸引器來回避必須接通大量線圈，使得可以利用單個線圈來傳送功率。然而，磁吸引器增添成本、復雜性并且可能降低功率傳送系統(tǒng)的效率。也已經(jīng)提出各種工效學對準解決方案，但是這些輔助可能破壞表面的美觀、增添表面設(shè)計的復雜性并且可能影響可用性，因為仍然可能 不確保對準。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括線圈陣列的線圈陣列系統(tǒng)，這些線圈可以被選擇性地賦能以向充電表面上的一個或者多個設(shè)備提供功率。由于線圈陣列的可選擇性質(zhì)，可以對線圈的不同組合賦能以智能地改變充電表面上磁場的位置。在一個實施例中，提供一種包括重疊線圈的線圈陣列系統(tǒng)，其中可以接通或者關(guān)斷不同線圈。這使得有可能在表面上的任何點處提供功率，因此賦予跨表面的空間自由度，而又賦予對向哪些區(qū)域提供功率的初級控制。這可以減少由于寄生負載的損耗以及通過提供在初級與次級線圈之間的更佳耦合來增加效率。在一個實施例中，線圈在多層之上堆疊和展開，并且系統(tǒng)具有對線圈陣列中的每個線圈單獨地和選擇性地賦能的能力。線圈選擇可以至少部分基于次級線圈在充電表面上的位置。根據(jù)向哪些和多少線圈賦能，磁場的位置可以改變?yōu)槌潆姳砻嫔系母鞣N位置。通過確定次級線圈在充電表面上定位于何處，可以對控制器編程以選擇性地向線圈賦能，其保證了磁場在次級線圈定位處更強。在另一實施例中，在線圈陣列中的每個線圈連接到單獨串聯(lián)諧振電容器。每個電容器與它連接到的線圈結(jié)合形成具有特定諧振頻率的儲能電路。當多個儲能電路并聯(lián)連接時，在向系統(tǒng)添加每個附加儲能電路時通常維持系統(tǒng)的諧振頻率。這促進向次級線圈的高效功率傳送獨立于選擇以被賦能的線圈數(shù)量，因為無線功率傳送效率在初級線圈諧振頻率和次級線圈諧振頻率相似時通常增加。在另一實施例中，已知一種用于檢測次級線圈在線圈陣列系統(tǒng)的充電表面上的位置的方法。該方法包括探測(Ping)多個線圈、測量每個線圈對探測的響應(yīng)并且比較測量以關(guān)于線圈陣列的位置確定次級線圈位置。通過參照實施例描述和附圖將更完全地理解和認識本發(fā)明的這些和其他特征。


圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感電源系統(tǒng)的代表性視圖。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的電感電源的電路圖。圖3示出了具有變化的次級對準的單線圈發(fā)射器和多線圈發(fā)射器的磁通路徑。圖4示出了通過使用重疊線圈在單個方向上提供空間自由度的初級線圈陣列。圖5示出了線圈陣列的基本組裝塊的一個實施例。圖6示出了陣列的基本組裝塊的一些布線選項。圖7示出了三線圈陣列，其中每個初級線圈具有它自己的串聯(lián)諧振電容器。圖8A-H示出了提供六個潛在分區(qū)的線圈布置，這些潛在分區(qū)可以在一次選擇三個線圈時被賦能以提供功率。
圖9A示出了用于七線圈三層線圈陣列的電路圖的一個實施例。圖9B示出了用于向七線圈三層線圈陣列中的六個分區(qū)賦能的開關(guān)狀態(tài)表。圖10A-F示出了如下實施例，其中可以向一個、兩個或者三個線圈的組合賦能以向次級設(shè)備無線提供功率。圖11示出了提供七個潛在分區(qū)的線圈布置，這些潛在分區(qū)可以在一次選擇三個線圈時被賦能以提供功率。圖12A-G示出了如何可以通過一次向三個線圈賦能來激活來自圖11的分區(qū)。圖13示出了如何通過一次向一個、兩個或者三個線圈賦能來激活來自圖11的線圈。圖14A-C示出了可以被選擇用來向次級設(shè)備提供空間自由度的來自圖11的初級線圈的一些示例性組合。圖15示出了單個低功率次級設(shè)備在大線圈陣列上充電。圖16示出了多個低功率次級設(shè)備在大線圈陣列的一個實施例上充電。圖17示出了多個低功率次級設(shè)備在大線圈陣列的另一實施例上充電。圖18示出了單個中至高功率次級設(shè)備在具有多個賦能分區(qū)的大陣列上充電。圖19示出了單個中至高功率次級設(shè)備在使用多個初級線圈向單個分區(qū)賦能的大陣列上充電。圖20示出了用于具有多個三線圈組裝塊的線圈陣列的布線圖的一個實施例。圖21示出了用于具有多個三線圈組裝塊的線圈陣列的布線圖的另一實施例。圖22示出了用于多線圈陣列的布線圖的一個實施例，其中每個線圈可以被單獨選擇并且包括串聯(lián)諧振電容器。圖23示出了用于檢測負載并且提供功率的過程的一個實施例的流程圖。圖24示出了圖23的流程圖的擴展部分，該部分示出了用于確定向哪個線圈賦能的過程的一個實施例。圖25示出了用于檢測負載并且為使用并聯(lián)諧振電路的設(shè)計提供功率的過程的一個實施例的流程圖。圖26示出了一種用于確定次級設(shè)備在充電表面上的位置的方法的可視表示。圖27示出了用于確定次級設(shè)備在充電表面上的位置的另一方法的可視表示。圖28示出了線圈陣列的電路圖，其中每個線圈是可單獨選擇的。
具體實施方式
在圖8A中示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多層線圈陣列系統(tǒng)。在圖11 (線形多層線圈陣列)和圖15 (矩形多層線圈陣列)中示出了根據(jù)本發(fā)明附加實施例的其他多層線圈陣列系統(tǒng)。多層線圈陣列系統(tǒng)提供可以放置一個或者多個遠程設(shè)備的充電表面，以便接收無線功率。在當前實施例中的每個實施例中，多層線圈陣列系統(tǒng)包括電感電源、多層線圈陣列和如下控制器，該控制器被編程為向多層線圈陣列內(nèi)的一個或者多個線圈選擇性地賦能，以便向放置于充電表面上的設(shè)備無線傳送功率。圖3A-C圖示了電感功率系統(tǒng)的橫截面表示并且示出了由于次級未對準的場消除效應(yīng)。圖3A圖示了在傳統(tǒng)電感功率系統(tǒng)中磁通如何繞著傳送功率的線圈流動。圖3B圖示了當次級線圈在傳統(tǒng)系統(tǒng)中未對準時，來自初級線圈的磁通可以消除在次級線圈的任一半上的電流，這抑制了功率傳送。圖3C示出了通過令多個初級線圈的偏移在距離上等于單個線圈半徑，可以在一些情況之下避免場消除?？赡苋鐖D4中最佳所示，通過層疊多個線圈并且具有選擇向哪些線圈賦能的能力，可以跨表面向次級設(shè)備賦予空間自由度。在所示實施例中，每個線圈依次層疊于下一個 的上面。在替代實施例中，線圈可以具有不同配置，例如線圈可以跨越兩個交錯層而不是單獨層上的每個擴展。在具有次級線圈的遠程設(shè)備滑過表面時，可以向不同的線圈賦能以保證次級線圈與之最接近對準的線圈是被賦能的線圈。在圖4的實施例中，線圈沿著單個軸層疊并且在一個方向上提供空間自由度。在替代實施例中，線圈也可以在其他軸中層疊，從而在附加方向上提供空間自由度。圖5示出了三層陣列，其中每個線圈相互偏移一個半徑，這在多個方向上有效提供圖4的空間自由度?？梢砸愿鞣N方式向系統(tǒng)傳送或者由系統(tǒng)確定關(guān)于次級設(shè)備的位置信息。例如，傳感器可以用來感測儲能電路電流、干線電源輸入電流、整流干線電源輸入電流，以便測量反射阻抗并且辨別位置信息。其他例子包括測量次級側(cè)電壓、次級側(cè)電流或者通信深度、然后向電感電源傳送測量。在當前實施例中，向初級發(fā)回次級上的電壓測量作為數(shù)據(jù)，使得可以確定位置。在一個實施例中，控制器被編程為令電感電源向線圈賦能持續(xù)短時間段并且可以確定對象是否存在以及對象與賦能的線圈定位得有多接近。通過針對線圈陣列中的每個線圈或者線圈子集重復該過程并且比較相對結(jié)果，可以確定次級設(shè)備在充電表面上的位置。該過程也可以包括用于確認檢測到的對象是希望接收無線功率的遠程設(shè)備的驗證步驟。在一個實施例中，當向線圈賦能時，可以在初級側(cè)上使用傳感器來感測來自次級負載的反射阻抗。例如，初級儲能電路中的電流傳感器將示出電流根據(jù)次級線圈是否存在以及次級線圈與初級線圈的距離而改變。該過程可以稱為探測。當從探測多個線圈收集數(shù)據(jù)時，它可以與關(guān)于次級設(shè)備的其他數(shù)據(jù)結(jié)合利用，以便確定關(guān)于次級線圈的位置信息。舉例而言，在七線圈陣列系統(tǒng)中，如果次級線圈放置于圖IOA中所示位置，則可以探測陣列中的每個線圈L1-L7并且可以在存儲器中存儲對探測的響應(yīng)。在圖I中的次級設(shè)備的位置給定時，線圈LI和L3對探測的響應(yīng)將相對相似并且線圈L4和L6對探測的響應(yīng)將相對相似，因為圖IOA中的次級設(shè)備近似等距離地放置于LI與L3之間并且與L4和L6近似等距離地放置。由于線圈層，在探測響應(yīng)中可能存在一些差異，但是可以在該過程中考慮這些差異。線圈L5、L2和L7對探測的響應(yīng)將相對較少，因為次級線圈更遠定位。在該簡單場景中，系統(tǒng)可以確定次級線圈等距離放置于線圈LI與L3之間并且等距離放置于線圈L4與L6之間。利用該位置信息并且針對可以創(chuàng)建的已知功率分區(qū)來交叉參考位置信息，可以選擇適合于該位置的特定功率分區(qū)。在該特定情形中，接通線圈L4和L6在最有利的位置處提供功率分區(qū)。通過另一例子,對于圖IOE中所示次級線圈的位置,探測響應(yīng)可能對于線圈L6為最高，而對線圈LI和L3的響應(yīng)相對相似。利用該信息，系統(tǒng)可以識別次級線圈與L6初級線圈接近對準，因此系統(tǒng)可以判決僅單獨激活L6線圈。兩個前例示出系統(tǒng)在由于次級設(shè)備等距離放置于一些線圈之間而在探測響應(yīng)之間存在一些對稱性時如何工作。系統(tǒng)也在次級線圈未放置于它將與可以創(chuàng)建的分區(qū)之一完美對準的位置時工作。利用三角測量技術(shù)和線圈的相對探測響應(yīng)，系統(tǒng)可以確定哪個分區(qū)最適合于提供功率。例如，放置于三個初級線圈之間的次級設(shè)備可以未同樣耦合到每個線圈。通過使用閾值，初級可以確定每個線圈接近到足以有效提供功率(如圖8C中那樣)，或者可以確定僅需兩個線圈(如圖IOA中那樣)。

在當前實施例中，探測利用初級側(cè)上的電流傳感器。在替代實施例中，可以利用任何能夠測量次級線圈接收多少能量的電路來記錄探測響應(yīng)。例如，可以利用與初級側(cè)的通信路徑(諸如IR、藍牙或者任何其他通信技術(shù))結(jié)合的在初級側(cè)上的電壓傳感器或者在次級側(cè)上的電流或者電壓傳感器。也可以在該過程期間考慮除了定位之外的其他因素。例如，如果連接到次級線圈的遠程設(shè)備需要比兩個初級線圈可以提供的功率更多的功率，則附加初級線圈可以用來增加向負載遞送的功率總量?；蛘呷绻嬖诩纳撦d(諸如位于充電表面上的金屬件)，則控制器可以標識寄生負載并然后選擇激活與寄生負載遠離、但是仍然能夠向次級設(shè)備提供功率的線圈。這些是其他信息的兩個例子，該其他信息可以在判決激活可選擇線圈陣列中的哪些線圈時作為因素。系統(tǒng)可以利用位置信息來確定向哪些線圈以及多少線圈賦能，以便向次級設(shè)備傳送功率。通過接通不同的線圈組合，磁場的位置可以在充電表面內(nèi)到處改變。一般而言，通常期望將磁場中的峰值與遠程設(shè)備中的次級線圈的位置對準。在一些實施例中，可以根據(jù)次級設(shè)備的位置向預定數(shù)量的線圈賦能。在其他實施例中，待賦能的線圈數(shù)量可以是動態(tài)的并且可以根據(jù)次級設(shè)備的位置或者各種其他因素而改變。在線圈陣列系統(tǒng)的一個實施例中，可以選擇三個線圈并且同時向這些線圈并行賦能。并聯(lián)線圈然后共享生成諧振系統(tǒng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，其中跨每個線圈的電壓是相同的。在耦合通常由于次級設(shè)備的位置改變而在三個線圈之間改變時，減少功率傳送效率。可以通過基于次級線圈的位置動態(tài)控制向哪些線圈賦能來輔助功率傳送效率。例如，當次級線圈在單個線圈之上直接對準時，如果可能則應(yīng)當利用該單個對準線圈來執(zhí)行功率傳送。在該情況中，如果通過向三個線圈(諸如圖5中所示的那些)并行賦能來執(zhí)行功率傳送，則可能將功率傳送破壞至系統(tǒng)可能不再運轉(zhuǎn)的點。換而言之，在該位置的場消除可能減少效率以及如果其他線圈與次級的耦合不良時則浪費其他線圈中的功率。線圈可以并聯(lián)或者串聯(lián)接線(有或者無串聯(lián)諧振電容器)，并且可以由具有多個輸出的單個控制器或者由多個控制器控制。為求簡化，在圖示各種線圈配置的附圖中尚未示出布線布置。代之以，多個單獨電路示了多個不同線圈陣列配置。在圖6A中示出了三個線圈串聯(lián)接線的單個組裝塊線圈，并且在圖6B中示出了并聯(lián)接線的單個組裝塊線圈。在這些附圖中未示出諧振電容器?？梢栽陔姼须娫粗械膭e處包括電容器或者可以在一些實施例中完全不包括電容器。圖7圖示了組裝塊線圈，其中每個線圈包括單獨諧振電容器。圖20的電路圖描繪了多層線圈陣列系統(tǒng)，其中三個線圈的組與單個諧振電容器并聯(lián)連接到驅(qū)動/控制電路。圖21的電路圖描繪了多層線圈陣列系統(tǒng)，其中三個線圈的組與單個諧振電容器串聯(lián)連接到驅(qū)動/控制電路。在這些實施例中，接通多不止一個線圈組可以改變諧振點。圖22的電路圖描繪了多層線圈陣列配置，其中每個線圈與單獨諧振電容器串聯(lián)連接到驅(qū)動/控制電路。系統(tǒng)的不同實施例可以利用不同電路配置。在圖28中圖示了多層線圈陣列配置的另一實施例。在該實施例中，系統(tǒng)包括半橋驅(qū)動器、電流和電壓檢測電路、九個線圈、三層陣列和如下復用控制器，該復用控制器可以利用開關(guān)SW1-SW9來單獨選擇九個線圈的任何組合用于包括于電路中。在該實施例中，不同于圖6、圖7、圖20和圖21的實施例，驅(qū)動器電路可以向線圈單獨賦能。單獨選擇任何線圈組合的能力提供相對于向固定數(shù)量的線圈的組賦能的實施例的減少死分區(qū)的能力。雖然圖示了圖28的實施例具有半橋驅(qū)動器、電流和電壓檢測電路以及復用控制器，但是其他實 施例可以包括這些部件的不同版本或者可以包括完全不同部件。例如，電路可以包括全橋驅(qū)動器或者它可以包括用于控制半橋驅(qū)動器和開關(guān)兩者的微控制器。單獨可選擇多線圈陣列可以被配置成與一般任何電感電源電路一起工作。在圖20和圖21中，驅(qū)動/控制電路可以將每組三個線圈切換到電路中或者從電路中切換出來。也就是說，驅(qū)動/控制電路可以向一組或者多組三個線圈同時提供AC功率。在圖22中，驅(qū)動/控制電路可以將每個單獨線圈切換到電路中或者從電路中切換出來。也就是說，驅(qū)動/控制電路可以向整個線圈陣列、向陣列內(nèi)的單個線圈或者同時向陣列中的任何線圈組合提供功率。在圖20-22中未圖示開關(guān)，然而應(yīng)當理解實質(zhì)上任何類型的一個或者多個開關(guān)元件可以用來將線圈或者線圈組切換進來和出去。例如，可以如圖9A的實施例中所示利用場效應(yīng)晶體管作為開關(guān)。在替代實施例中，可以利用不同類型的開關(guān)。驅(qū)動/控制電路可以包括半橋或者全橋逆變器并且可以是諧振或者非諧振的。圖7、圖22和圖28中的線圈配置(這些線圈配置具有用于每個線圈的單獨諧振電容器)提供諸多優(yōu)勢。例如，具有用于每個線圈的串聯(lián)諧振電容器I)允許選擇任何數(shù)量的線圈而維持相同的諧振點，2)即使電感可能隨著每層改變，也允許每個線圈以相同頻率諧振，3)允許電流針對具有與次級的最佳耦合的線圈而平衡。在一些實施例中，一些線圈與串聯(lián)諧振電容器連接而一些線圈未這樣連接。諧振頻率根據(jù)電感和電容而改變，因而在實施例中，當激活附加線圈并且因此激活電感時，諧振點然后改變。然而，當提供單獨串聯(lián)諧振電容器時，假設(shè)串聯(lián)諧振電容器適當，則激活附加電感器將不改變諧振點。每個線圈的電感可以根據(jù)在線圈與屏蔽之間的距離或者出于其他原因而不同。換而言之，上線圈的電感可以是7 y H，而下線圈可以是9 y H。為了為在兩個位置的線圈維持相同的諧振點，串聯(lián)諧振電容器可以不同。無串聯(lián)諧振電容器就可能難以并且在一些情況下可能不可能維持諧振點。此外，電流將平衡至與次級具有最佳耦合的線圈和電容器。一般而言，電流平衡必須應(yīng)對跨最佳耦合的線圈的電壓增加而不增加跨其他更少耦合的線圈的電壓。當每個線圈單獨可選擇時，系統(tǒng)有可能包括I)更快的設(shè)備搜索，2)基于次級的功率需要來調(diào)節(jié)線圈數(shù)量以及3)基于設(shè)備或者線圈幾何形狀來調(diào)節(jié)線圈數(shù)量；以及4)增加在更均勻表面之上提供電感場的能力。可以實現(xiàn)更快的設(shè)備搜索，因為系統(tǒng)能夠一次探測整個線圈陣列或者大線圈組而不是固定的少量線圈。例如，令每個線圈或者線圈組合可選擇允許如下分而治之(divideand conquer)探測方法，由此，可以探測整個表面以確定設(shè)備是否存在，然后可以遞歸地減少探測區(qū)直至可以辨別設(shè)備的位置。在一個實施例中，可以利用線圈組裝塊來創(chuàng)建多層線圈陣列。如圖5中所示，多個線圈LI、L2、L3可以布置于堆疊層中并且偏移以形成線圈組裝塊。在線圈組裝塊中的線圈有時被稱為擴展線圈，并且線圈組裝塊稱為擴展線圈組裝塊，因為在不同層上的每個線圈從在其他層上的線圈展開。圖5中所示的線圈組裝塊布置于三個堆疊層中。線圈可以隔開以實現(xiàn)重疊并且同
時賦予與其他相鄰線圈重疊的能力。在當前實施例中，每個線圈在線圈組裝塊中的位置由
以下公式確定(其中OD=線圈外徑)
A = 0,5 * ODB =OD/C4-SfWOl)
C = OO / |2'SlNf80>)
提供尺寸A、B和C以輔助線圈的中心點在笛卡爾坐標系中的定位。該公式在當前實施例中針對任何給定的線圈直徑提供幾何間距。在替代實施例中，線圈相對于彼此的位置可以由不同公式或者其他標準確定。針對線圈之間的相對距離提供示例尺寸，當然提供這些尺寸僅為了舉例。可以采用線圈大小和/或形狀不統(tǒng)一的陣列。它們可以使用不同公式或者公式集以在坐標系中對線圈定位。單個線圈組裝塊可以形成多層陣列，或者多個組裝塊可以彼此相鄰定位以形成更大陣列。可以使用具有螺旋線圈的三層陣列在所有方向上實現(xiàn)空間自由度。圖5中所示線圈組裝塊包括三個堆疊線圈。在替代實施例中，附加或者更少線圈可以用來形成線圈組裝塊。在當前實施例中，在組裝塊中的三個線圈中的每個線圈相同。在替代實施例中，組成線圈組裝塊的線圈可以在幾何形狀、尺寸、繞組匝數(shù)上或者以其他方式變化。雖然在線圈組裝塊的背景內(nèi)描述了本發(fā)明以簡化對更大多層線圈陣列的描述，但是應(yīng)當理解可以通過布置單獨線圈或者通過布置線圈組裝塊來構(gòu)造這里描述的多層陣列。多個線圈組裝塊可以被布置以形成線圈陣列。例如，可以如圖11中所示通過將線圈組裝塊放置于一條線中來形成線形線圈陣列。另一例子是通過將線圈組裝塊放置于矩形圖案中來形成的圖15中所示矩形線圈陣列。陣列的形狀和大小可以依據(jù)所期望應(yīng)用、根據(jù)線圈組裝塊的數(shù)量和布置而變化。在當前實施例中，每個線圈水平偏移線圈的一個半徑長度并且以堆疊配置直接布置在彼此的頂部。線圈在表示一般螺旋線圈的圖示中被示出為通用多納圈(donut)形狀。然而應(yīng)當理解，線圈幾何形狀、繞組匝數(shù)、接線直徑以及線圈的實質(zhì)上任何其他物理性質(zhì)可以根據(jù)應(yīng)用而變化。圖6A-B示出了用于線圈的兩種不同的可能電路配置。圖6A圖示了串聯(lián)連接的L1、L2和L3。圖6B圖示了并聯(lián)連接的線圈L1、L2和L3。圖7示出了線圈陣列組裝塊的另一實施例，其中每個線圈包括串聯(lián)諧振電容器。在該實施例中，每個線圈是單獨可選擇的。這允許同時向任何一個、任何兩個或者所有三個線圈賦能。圖8A圖示了七線圈三層可選擇線圈電路的一個實施例。在該實施例中，通過圖9中所示開關(guān)SWl至SW12選擇單獨線圈，以便在基本三線圈模塊的圖案中形成賦能分區(qū)。在圖SB中圖示了可以通過向三個線圈賦能來選擇的六個分區(qū)?？梢韵蚓€圈串行或者并行地賦能。六個所示分區(qū)也表示可以將次級線圈定位成接收無線功率 的各種位置。另外，具有對角填充圖案的線圈表示應(yīng)當向哪些線圈賦能，以便為定位于特定分區(qū)中的次級設(shè)備適當?shù)靥峁┕β?。在菱形填充圖案中示出了次級設(shè)備。在圖9A中描繪了代表性的電路圖，該電路圖示出了電感電源可以如何在當前實施例中連接到多層七線圈陣列中的各種線圈。圖9A提供七線圈三層可選擇線圈電路的一個實施例中的結(jié)構(gòu)的電路圖。第一層包括線圈L1、L2和L3。第二層包括線圈L4。第三層包括線圈L5、L6和L7。LI線圈連接到Sffl開關(guān)和SW2開關(guān)。L2線圈連接到SW3開關(guān)和SW4開關(guān)。L3線圈連接到SW5開關(guān)和SW6開關(guān)。L4線圈連接到SW2、Sff4, Sff6, Sff7, SW9和SWll開關(guān)。L5線圈連接到SW7和SW8開關(guān)。L6線圈連接到SWlO開關(guān)。L7線圈連接到SWll開關(guān)和SW12開關(guān)。來自電感電源的一個引線連接到W1、SW3和SW5開關(guān)，并且來自電感電源的另一引線連接到SW8、SW10和SW12開關(guān)。在當前實施例中的開關(guān)是場效應(yīng)晶體管。在替代實施例中，可以利用不同類型的開關(guān)。在當前實施例中，每個線圈連接到兩個開關(guān)，在替代實施例中，可以利用用于每個線圈的單個開關(guān)。在充電表面上的次級設(shè)備可以包括或者可以不包括次級諧振電容器。在圖9B中圖示了用于向適當線圈賦能以產(chǎn)生圖8中所示6個功率分區(qū)的開關(guān)狀態(tài)。如圖8C中所示，當向線圈L1、L4和L6賦能(這可以通過接通開關(guān)SW1、SW2和SW9并關(guān)斷其他開關(guān)來實現(xiàn))時，分區(qū)I活躍。如圖8D中所示，當向線圈L3、L4和L6賦能(這可以通過接通開關(guān)SW5、Sff6, SW9和SWlO并關(guān)斷其他開關(guān)來實現(xiàn))時，分區(qū)2活躍。如圖8E中所示，當向線圈L3、L4和17賦能(這可以通過接通開關(guān)515、516、5111和SW12并關(guān)斷其他開關(guān))時，分區(qū)3活躍。如圖8F中所示，當向線圈L2、L4和L7賦能(這可以通過接通開關(guān)SW3、SW4、SW11和SW12并關(guān)斷其他開關(guān))時，分區(qū)4活躍。如圖8G中所示，當向線圈L2、L4和L5賦能(這可以通過接通開關(guān)SW3、SW4、SW7和SW8并關(guān)斷其他開關(guān)來實現(xiàn))時，分區(qū)5活躍。如圖8H中所示，當向線圈L1、L4和L5賦能(這可以通過接通開關(guān)SW1、SW2、SW7和SW8并關(guān)斷其他開關(guān))時，分區(qū)6活躍。圖10圖示了如下替代實施例，其中線圈可單獨選擇并且每個線圈包括如圖22中所示的串聯(lián)諧振電容器。在替代實施例中，線圈可以是單獨可選擇的，但是不包括串聯(lián)諧振電容器。在該實施例中，開關(guān)選擇單獨的線圈以便形成通過向一個、兩個或者三個線圈并行供電來創(chuàng)建的賦能分區(qū)。可以如上文描述的那樣，通過向相同組的三個線圈賦能來創(chuàng)建原始六個分區(qū)中的每個分區(qū)。此外，可以同時向任何兩個相鄰線圈賦能以創(chuàng)建附加分區(qū)。在圖10A、10B和IOC中圖示了三個示例性分區(qū)。在圖IOA中，向線圈L6和L4賦能。在圖IOB中，向線圈LI和L4賦能。在圖IOC中，向線圈LI和L6賦能。在其他實施例中，可以向陣列中的任何兩個線圈(而不是如在當前實施例中那樣僅任何兩個相鄰線圈)賦能以創(chuàng)建分區(qū)。也可以在當前實施例中獨自向每個單獨線圈賦能。例如在圖IOD中，獨自向線圈L4賦能。在圖IOE中，獨自向線圈L6賦能。在圖IOF中，獨自向線圈LI賦能。圖11-12圖示了十二線圈三層可選擇線圈電路的一個實施例。該線圈布置導致可以被賦能以提供功率的七個潛在分區(qū)。如圖11中所示，可以通過一次向三個線圈賦能來表示可以選擇的七個分區(qū)?？梢韵蚓€圈串行或者并行賦能。圖12A-G圖示了可以被賦能以便創(chuàng)建七個不同分區(qū)的不同的三個初級線圈組。在該實施例中，為次級設(shè)備提供沿著成一條線的分區(qū)滑動的單個自由程度。圖13圖示了可以如何通過一次向少于三個線圈賦能來創(chuàng)建附加分區(qū)?？梢酝ㄟ^除了通過向三個線圈賦能創(chuàng)建的分區(qū)之外還向一個或者兩個線圈的任何組合賦能來實現(xiàn)附加自由度。這也可以在附加方向上提供一些空間自由度。也就是說，利用可以選擇各種數(shù)量的線圈的陣列，可以通過移動高磁通分區(qū)的中心來實現(xiàn)增加的空間自由度。圖14A-C圖示了源自選擇一個、兩個或者三個線圈的能力的增加空間自由度。圖14A圖示了可以如何獨自激活一個線圈以在次級設(shè)備與單個線圈對準時創(chuàng)建更高磁通的分區(qū)。圖14B和14C圖示了如何可以同時激活兩個線圈以創(chuàng)建更高磁通的分區(qū)。圖14B也圖示了在可以通過激活線形多層線圈陣列中的三個相鄰線圈創(chuàng)建的原始七個分區(qū)的軸以外產(chǎn)生峰值磁通的分區(qū)。圖14A和14C圖示了可以如何沿著與原始七個分區(qū)相同的軸創(chuàng)建附 加分區(qū)以提供附加分辨率，使得設(shè)備有機會通過使用未利用三個線圈構(gòu)造的分區(qū)來獲得更佳對準。圖15示出了單個低功率次級設(shè)備在由三層中的48個線圈(每層16個線圈)組成的大陣列上充電的一個實施例的表不圖。在該實施例中，一個分區(qū)供應(yīng)的功率向次級設(shè)備供電。在具有跨越三層擴展的48個線圈(每層16個線圈)的基本矩形圖案中布置線圈。在替代實施例中，只要維持重疊等邊三角形間距圖案，線圈陣列就可以是任何形狀和任何數(shù)量的線圈。在其他實施例中，例如當線圈為不同形狀或者大小時可以更改等邊三角形間距圖案。圖15示出了可以如何向三個線圈賦能以向虛線圓表示的一個小的次級設(shè)備提供功率?？梢酝ㄟ^向所期望分區(qū)周圍的相同圖案中的三個線圈賦能來以相似方式激活所示三角形分區(qū)中的任何分區(qū)。單個或者多個控制器可以使用圖21-23中所示線圈電路配置中的任何線圈電路配置來串行或者并行驅(qū)動賦能的三個線圈。具體而言，可以利用并聯(lián)連接的三個線圈的組(圖20)、利用串聯(lián)連接的三個線圈的組(圖21)或者利用單獨可選擇的線圈(圖22)對線圈陣列布線?？梢酝瑫r激活在圖20和21的配置中的多組線圈，并且可以在圖20的配置中激活任何線圈組合。圖16示出了多個低功率次級設(shè)備在大線圈陣列上充電的一個實施例。在該實施例中，一個分區(qū)向每個次級設(shè)備供電。在具有跨越三層擴展的48個線圈(每層16個線圈)的基本矩形圖案中布置線圈。然而，在替代實施例中，只要維持重疊等邊三角形間距圖案，陣列就可以是任何形狀和任何數(shù)量的線圈。恰如圖15中所示線圈陣列一樣，可以實現(xiàn)圖21-23中所示線圈陣列電路配置中的任何線圈陣列電路配置。圖16示出了可以如何向六個線圈賦能以向虛線圓表示的兩個小的次級設(shè)備提供功率。可以通過向所期望分區(qū)周圍相同圖案中的每個設(shè)備三個線圈賦能來以相似方式激活所示三角形分區(qū)中的任何分區(qū)。單個或者多個控制器可以串行或者并行地驅(qū)動賦能的任何三個線圈。圖17示出了多個低功率次級設(shè)備在大線圈陣列上充電的一個實施例。在該實施例中，附加分區(qū)是可用的，因為除了能夠一次激活三個線圈之外，可以激活其他線圈組合以創(chuàng)建附加分區(qū)。例如，在所示實施例中，示出了單個線圈創(chuàng)建的分區(qū)并且示出了通過同時激活兩個線圈創(chuàng)建的分區(qū)。該圖示出了可以如何向線圈賦能以向虛線圓表示的三個小的次級設(shè)備提供功率?？梢允褂靡粋€、兩個或者三個初級線圈來向設(shè)備供電。在當前實施例中，基于次級線圈的位置來確定待激活的分區(qū)。在替代實施例中，附加或者不同因素可以用來確定激活哪些分區(qū)。圖18示出了單個中至高功率次級設(shè)備在具有多個賦能的分區(qū)的大的陣列上充電的一個實施例。每個賦能的分區(qū)增添向次級設(shè)備的功率傳送。在該實施例中，次級設(shè)備汲取多個分區(qū)供應(yīng)的功率。在具有跨越三層展開的48個線圈(每層16個線圈)的基本矩形圖案中布置線圈。然而，在替代實施例中，陣列可以是任何形狀和任何數(shù)量的線圈。這里，該圖示出了可以如何向九個線圈賦能以向虛線圓表示的一個次級設(shè)備提供功率?？梢酝ㄟ^向所期望分區(qū)周圍相同圖案中的每個設(shè)備三個線圈賦能來以相似方式激活所示三角形分區(qū)中的任何分區(qū)。單個或者多個控制器可以串行或者并行地驅(qū)動賦能的任何三個線圈。圖19示出了可以如何向九個線圈賦能以向虛線圓表示的一個次級設(shè)備提供功率?？梢酝ㄟ^向所期望分區(qū)周圍相同圖案中的每個設(shè)備三個線圈賦能來以相似方式激活所 示三角形分區(qū)中的任何分區(qū)。單個或者多個控制器可以串行或者并行地驅(qū)動賦能的任何三個線圈。利用圖22中所示線圈電路配置，可以如圖19所示激活單獨線圈以提供用于向次級設(shè)備提供功率的適當分區(qū)。這里，該圖示出了可以如何向七個線圈賦能以向虛線圓表示的一個次級設(shè)備提供功率。這通過向在次級線圈的直徑內(nèi)創(chuàng)建磁通的七個線圈供電來實現(xiàn)。在該設(shè)計中，次級設(shè)備僅需一個線圈。所用初級線圈的數(shù)量可以依賴于次級線圈的大小和位置以及次級設(shè)備所需的功率。圖23示出了用于檢測負載并且使用組裝塊線圈陣列來提供功率的過程400的一個實施例的流程圖。該過程的步驟包括探測單獨組裝塊線圈以確定次級設(shè)備的存在，402。可以在定期基礎(chǔ)上或者作為一些其他事件(諸如霍爾效應(yīng)傳感器)的結(jié)果而發(fā)起探測。響應(yīng)于檢測次級設(shè)備404來確定線圈選擇406。下文結(jié)合圖24描述用于確定線圈選擇的過程的一個實施例。一旦確定線圈選擇，就向組裝塊線圈賦能408直至確定設(shè)備已經(jīng)移動410或者已經(jīng)被移除412。如果次級設(shè)備從充電表面移除，則可以將線圈陣列斷電414并且系統(tǒng)可以回到探測組裝塊。在替代實施例中，不同條件可以用來開始或者結(jié)束向組裝塊線圈賦能。圖24示出了來自圖23的用于確定線圈選擇的過程500的一個實施例。向每個組裝塊線圈賦能502，并且確定響應(yīng)是否在范圍內(nèi)504。測量每個組裝塊線圈的響應(yīng)506，在存儲器中暫時存儲該響應(yīng)508，并且選擇具有最佳響應(yīng)的組裝塊510。發(fā)起在次級與初級之間的通信512，并且進行選擇的一個或者多個線圈是否可以提供足夠功率的確定514。如果不能提供充分功率，則基于下一最佳響應(yīng)來選擇另一線圈516。如果可以提供充分功率，則該組裝塊視為確定的線圈選擇。圖25示出了用于檢測負載并且使用線圈陣列來提供功率的方法600的另一實施例。該方法的步驟包括確定次級設(shè)備是否存在于充電表面上602。這可以用數(shù)字存在檢測器、通過探測一個或者多個線圈或者通過任何其他存在檢測過程來完成。響應(yīng)于確定已經(jīng)檢測到次級設(shè)備604，該過程獲得關(guān)于次級設(shè)備的功率要求信息和線圈信息606。在一個實施例中，線圈陣列系統(tǒng)與次級設(shè)備通信以獲得信息。例如，次級設(shè)備可以被編程為響應(yīng)于數(shù)字探測來傳輸信息。在替代實施例中，線圈陣列系統(tǒng)可以利用收發(fā)器或者其他通信系統(tǒng)以從次級設(shè)備請求信息。在一些實施例中，次級設(shè)備可以向線圈陣列系統(tǒng)傳輸標識信號，并且線圈陣列系統(tǒng)可以基于標識在數(shù)據(jù)庫中查找相關(guān)信息。在又一替代實施例中，可以檢測一些信息而不與次級設(shè)備通信。例如，通過探測線圈陣列中的線圈并且測量響應(yīng)，確定次級設(shè)備中的次級線圈的線圈幾何形狀可以是可能的。獲得的具體信息可以隨著應(yīng)用而變化。在一些實施例中，功率要求信息可以包括次級設(shè)備要求的伏特或者瓦特量?？梢垣@得的線圈信息的例子包括線圈形狀、大小、分類和線圈上的匝數(shù)。該過程還確定次級設(shè)備的位置。這可以利用各種不同方法中的任何方法來完成。在當前實施例中，可以通過探測線圈陣列上的線圈、檢測初級線圈的改變并且分析初級線圈的改變的相對值來確定設(shè)備的位置。關(guān)于圖26和圖27描述用于確定次級設(shè)備的位置的方法的兩個具體實施例。圖26有助于描述探測可選擇線圈陣列以對次級設(shè)備的位置定位的方法的一個實施例。在圖26的實施例中，一次一個地探測單獨線圈。電流傳感器可以在初級側(cè)上用來測 量在探測每個初級線圈時的響應(yīng)。次級線圈的反射阻抗將影響初級線圈中的電流，并且反射阻抗是初級與次級線圈之間距離的函數(shù)。以該方式，針對探測的每個線圈的測量電流提供相對距離測量。一般而言，探測的線圈與次級線圈越接近，電流感測測量就越高。因而，通過分析對探測線圈的響應(yīng)，可以確定次級設(shè)備的位置。例如，當電流最高時，知道次級設(shè)備的次級線圈位置最接近。在一些實施例中，粗略位置可以是全部所需。在期望更準確位置測量的實施例中，附加技術(shù)可以用來利用增加的分辨率確定位置。例如，三角測量可以用來利用附加的數(shù)據(jù)點來確定位置。或者，在其他情況中，可以利用線圈幾何信息。在一些實施例中，漸進地探測僅單層線圈。在替代實施例中，漸進地探測多層線圈。此外，可以修改層之間的數(shù)據(jù)以補償層之間的豎直距離，使得可以更容易地比較在不同層中的線圈之間的探測。在其他實施例中，在不同層中的線圈之間的豎直距離對探測結(jié)果無明顯影響并且可以被忽略。圖27有助于圖示探測可選擇線圈陣列以對次級設(shè)備的位置定位的方法的另一實施例。在圖27的實施例中，同時探測線圈組以確定是否有存在于該區(qū)域中的設(shè)備，并且然后將區(qū)域劃分成更小區(qū)域，探測這些更小區(qū)域以確定設(shè)備是否存在于該區(qū)域中。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備，則可以將線圈陣列劃分成多個表面線圈的分區(qū)并且可以單獨探測那些分區(qū)中的每個分區(qū)以確定設(shè)備位于哪個分區(qū)?？梢灾貜驮撨^程直至關(guān)于設(shè)備位置達到適當分辨率水平?？梢酝ㄟ^包括來自其他層的線圈來進一步增加位置信息的準確性。圖27圖示了同時激活線圈陣列的所有表面線圈。該技術(shù)可以用于對次級設(shè)備究竟是否存在于充電表面上的閾值查詢。在當前實施例中，向16個線圈賦能。在一個實施例中，可以將16個線圈分成兩組八個線圈。例如，線圈陣列系統(tǒng)可以探測位于線圈陣列頂部附近的八個線圈并且單獨探測位于線圈陣列底部附近的八個線圈。在圖27上示出的次級線圈的位置給定時，探測的結(jié)果將揭示次級設(shè)備與底部八個線圈比與頂部八個陣列更近地定位。然后，可以將底部八個線圈分成線圈陣列左側(cè)附近的四個線圈和線圈陣列右側(cè)附近的四個線圈，并且可以單獨探測每組線圈。而且，在圖27上示出的次級線圈的位置給定時，探測將揭示次級線圈與線圈陣列左側(cè)附近的四個線圈更接近?？梢岳帽砻婢€圈將該過程重復再多兩次。雖然上文結(jié)合表面線圈描述了該過程，但是可以在同時探測多層或者僅不同層上的線圈時應(yīng)用該相同技術(shù)。此外，分而治之方法可以與結(jié)合圖26描述的漸進探測方法組合。例如，一旦系統(tǒng)確定次級線圈所位于的大體區(qū)域，單獨探測該區(qū)域附近的多個線圈以確定位置就可以是可能的。
上述兩種探測線圈陣列的方法僅是示例性的?？梢岳糜糜诖_定次級線圈在充電表面上的位置的其他方法。例如，充電表面可以包括具體用于輔助確定次級設(shè)備或次級線圈在充電表面上的位置的一個或者多個傳感器。另外，應(yīng)當理解，在一些情況中，確定位置可以包括確定俯仰、偏航和定向。在當前實施例中，當采用螺旋線圈時，位置僅描述次級設(shè)備在充電表面上的x、y位置。在初級或者次級線圈具有長方形形狀或者其他形狀的實施例中，確定次級線圈的俯仰、偏航或者定向可以是可能的。系統(tǒng)可以根據(jù)位置信息、功率要求信息和線圈信息以及任何其他附加信息來確定線圈配置。一旦確定線圈配置，就可以選擇用于該具體配置的線圈并且可以提供功率以在所期望分區(qū)處創(chuàng)建磁場。在一些實施例中，位置信息可以是用于確定線圈配置的唯一因素。在其他實施例中，功率要求信息可以改變?yōu)榱颂峁┯糜谠O(shè)備的必要功率而需要賦能的線圈的最小數(shù)量。另外，當前實施例的所示次級線圈都是螺旋線圈。當 次級線圈具有不同幾何形狀時，線圈陣列系統(tǒng)可以更改待創(chuàng)建的峰值磁場分區(qū)以適應(yīng)該幾何形狀?？梢韵虼渭壴O(shè)備供應(yīng)功率直至次級設(shè)備移動612或者從充電表面移除614。如果設(shè)備從充電表面移除，則線圈陣列被斷電616并且返回到探測602。存在可以通過使用可選擇線圈陣列系統(tǒng)的一個或者多個實施例來實現(xiàn)的多個益處。例如，可選擇線圈陣列系統(tǒng)可以比其他可互操作的解決方案降低制造和運行成本?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以允許寬的可互操作接收器陣列?？蛇x擇線圈陣列解決方案可以幫助保證可互操作通信?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以增加或者最大化X/Y和Z軸自由度?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以在自由位置陣列中提供可變功率解決方案?？蛇x擇線圈陣列可以提供用于驅(qū)動串聯(lián)諧振系統(tǒng)的解決方案?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以提供用于驅(qū)動接收器而沒有串聯(lián)諧振電容器的解決方案?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以保證最大或者增加的功率傳送效率。可選擇線圈陣列系統(tǒng)可以允許更小的接收器?？蛇x擇線圈陣列系統(tǒng)可以使制造商能夠具有增加的設(shè)計靈活性。上文描述是對本發(fā)明當前實施例的描述?？梢赃M行各種更改和改變而不脫離如在所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精神和更廣范圍，將根據(jù)包括等效原則的專利法的原理來解釋對其進行解釋。例如使用冠詞“一個”、“一種”、“該”或者“所述”對權(quán)利要求元素的任何單數(shù)引用將不被認為將要素限制為單數(shù)。
權(quán)利要求
1.ー種線圈陣列系統(tǒng)，包括 驅(qū)動器電路，用于生成AC信號； 多個重疊線圈，被布置于多個層中以形成與用于放置次級設(shè)備的充電表面關(guān)聯(lián)的可選擇線圈陣列，其中所述可選擇線圈陣列包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)可操作用于選擇性地將所述多個線圈的子集電連接到所述驅(qū)動器電路，以便在所述多個線圈的所述子集中生成磁場； 位置檢測電路，用于獲得與放置于所述充電表面上的所述次級設(shè)備的次級線圈有關(guān)的位置信息；以及 控制器，其被編程為根據(jù)所述位置信息來操作所述可選擇線圈陣列，以便相對于所述次級設(shè)備在所述充電表面上的所述位置來對所述磁場定位，其中在所述可選擇線圈陣列中選擇性地電連接到所述驅(qū)動器的線圈數(shù)量至少部分地依賴于所述次級設(shè)備位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中所述多個線圈中的每個線圈與串聯(lián)諧振電容器電連接，其中獨立于在所述可選擇線圈陣列中選擇性地并聯(lián)電連接到所述驅(qū)動器的線圈數(shù)量來維持所述諧振點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中所述位置檢測電路包括所述控制器、初級電流檢測器、初級電壓檢測器、輸入電流檢測器、輸入電壓檢測器、次級電流檢測器、次級電壓檢測器、初級和次級通信系統(tǒng)或者其任何組合中的至少ー個。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中在所述線圈陣列中選擇性地電連接到所述驅(qū)動器電路的線圈數(shù)量是所述次級設(shè)備的功率要求的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中所述控制器被編程為通過探測多個所述線圈、測量每個所述探測的線圈對所述探測的響應(yīng)并且比較所述測量以關(guān)于所述線圈在所述線圈陣列中的所述位置確定所述次級設(shè)備的所述次級線圈的所述位置信息來獲得所述次級設(shè)備的所述位置信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中所述控制器被編程為通過探測多個所述線圈、針對每個探測的線圈從所述次級設(shè)備接收位置信息并且比較所述位置信息以關(guān)于所述探測的線圈在所述陣列中的所述位置確定所述次級設(shè)備的所述次級線圈的所述位置來獲得所述次級設(shè)備的所述位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的線圈陣列系統(tǒng)，其中述控制器被編程為根據(jù)所述位置信息來操作所述可選擇線圈陣列，以便相對于所述次級設(shè)備在所述充電表面上的所述位置來對所述磁場的所述峰值進行定位。
8.ー種可選擇線圈陣列，包括 多個重疊線圈，被布置于多個層中以形成與用于放置次級設(shè)備的充電表面關(guān)聯(lián)的可選擇線圈陣列，其中所述多個線圈中的每個線圈與諧振電容器串聯(lián)電連接，其中所述可選擇線圈陣列包括多個開關(guān)，所述多個開關(guān)可操作用于選擇性地將所述多個線圈的子集并聯(lián)電連接到AC輸入，以便在所述多個線圈的所述子集中生成磁場； 其中獨立于在所述線圈陣列中并聯(lián)電連接的線圈數(shù)量來維持所述多個線圈的諧振點。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈陣列，其中所述可選擇線圈陣列的ー側(cè)被屏蔽。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈陣列，其中根據(jù)在所述線圈與所述屏蔽之間的距離來選擇每個所述串聯(lián)諧振電容器的所述值，以便針對所述陣列中的每個所述線圈維持相同諧振點。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈陣列，其中在所述線圈陣列中選擇性地電連接到所述AC輸入的線圈數(shù)量是待供電或者充電的次級設(shè)備的功率要求的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的線圈陣列，其中所述多個線圈中的每個線圈在物理上相似并且每個線圈的中心與所述陣列中的每個其它線圈的中心相距ー個半徑定位。
13.一種用于向可選擇線圈陣列的充電表面上的次級設(shè)備無線供電的方法，所述方法包括 確定次級設(shè)備是否存在； 獲得關(guān)于所述次級設(shè)備的功率要求信息； 獲得關(guān)于所述次級設(shè)備的次級線圈的線圈信息； 確定所述次級設(shè)備在所述充電表面上的位置； 根據(jù)至少所述功率要求信息、所述線圈信息和所述次級線圈在所述充電表面上的所述位置來確定所述可選擇線圈陣列的將選擇的選線圈子集以向所述次級設(shè)備的所述次級線圈提供功率； 向所述可選擇線圈陣列的選擇的線圈子集賦能以向所述次級設(shè)備的所述次級線圈提供無線功率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述確定所述次級設(shè)備的位置包括 探測所述可選擇線圈陣列中的多個線圈； 根據(jù)所述探測獲得位置信息； 分析所述位置信息以關(guān)于探測的線圈在所述陣列中的位置來所述次級設(shè)備的所述次級線圈的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述確定所述次級設(shè)備的位置包括 単獨地探測所述線圈陣列中的多個線圈； 響應(yīng)于每個單獨探測來獲得對在所述次級設(shè)備的所述次級線圈中接收的功率的測量，其中所述測量基于在所述陣列中的探測的線圈與所述次級之間的距離而變化； 使用三角測量來分析所述測量以確定所述次級設(shè)備的所述次級線圈的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述確定所述次級設(shè)備的位置包括 同時探測與所述線圈陣列的區(qū)域關(guān)聯(lián)的多個線圈； 響應(yīng)于確定所述次級設(shè)備的所述次級線圈在所述區(qū)域的范圍內(nèi)，將與所述線圈陣列的區(qū)域關(guān)聯(lián)的所述多個線圈劃分成每個區(qū)域都與所述陣列中的一個或者多個線圈關(guān)聯(lián)的多個區(qū)域； 單獨探測與所述多個區(qū)域中的每個區(qū)域關(guān)聯(lián)的所述線圈以確定所述設(shè)備是否存在于該區(qū)域中。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在設(shè)備分類內(nèi)包括所述功率要求信息和所述線圈信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述多個線圈中的每個線圈與串聯(lián)諧振電容器電連接，其中獨立于在所述可選擇線圈陣列中選擇性地并聯(lián)電連接的線圈數(shù)量來維持諧振點。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述根據(jù)探測獲得位置信息包括檢測所述線圈陣列中的反射阻抗的改變或者接收所述次級設(shè)備傳輸?shù)奈恢眯畔?，所述反射阻抗的改變指示所述次級線圈接收的功率量。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述根據(jù)所述次級設(shè)備的所述次級線圈在所述充電表面上的位置來確定所述可選擇線圈陣列的將選擇的選線圈子集以向所述次級設(shè)備的所述次級線圈提供功率包括選擇所述可選擇線圈陣列的所述線圈子集以在所述次級設(shè)備的所述次級線圈的位置處生成峰值磁場。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括確定寄生負載是否存在于所述充電表面上并且根據(jù)所述寄生負載來確定所述可選擇線圈陣列的將選擇的所述線圈子集以向所述次級設(shè)備的所述次級線圈提供功率。
全文摘要
一種使用線圈陣列的電感無線功率系統(tǒng)，其具有動態(tài)選擇向哪些線圈賦能的能力。線圈陣列可以確定定位于充電表面上的一個或者多個便攜電子設(shè)備的位置并且向便攜電子設(shè)備提供功率。在陣列中的線圈可以與串聯(lián)諧振電容器連接，使得無論所選線圈數(shù)量如何，都通常維持諧振點。線圈陣列可以提供空間自由度、減少向寄生負載遞送的功率并且增加向便攜電子設(shè)備的功率傳送效率。
文檔編號H02J7/00GK102804541SQ201080025390
公開日2012年11月28日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月8日
發(fā)明者D.W.巴曼, C.J.穆爾, J.B.泰勒, S.A.莫勒馬, W.T.小斯通納, B.C.梅斯 申請人:捷通國際有限公司