[发明专利]大面积可扩展的高度共振无线电力线圈

说明书

本发明提供一种适合于跨域大表面积使用的可扩展的高度共振无线电力线圈结构。该结构包括多个单匝环圈，其中邻近环圈彼此去耦，从而形成单一构件的部分。

技术领域

本发明涉及用于无线充电的线圈结构，并且更具体地，涉及高度共振无线电力线圈结构，其具有彼此去耦、但经连接成为单一结构的一部分的多个单匝线圈。

背景技术

相关技术的描述

近来，使用高度共振电磁感应的无线电力传输系统(亦被称作“能量转移系统”)中有了许多发展。一般而言，这种系统包括电源及连接至待供电的装置(即，负载)的传输线圈以及接收线圈。无线电力传输系统的架构集中于使用线圈来产生用以将能量自电源转移至负载的高频交变磁场。电源能将呈电压及电流形式的能量传递至传输线圈，传输线圈会建立围绕该线圈的随着施加的电压及电流变化而变化的磁场。电磁波将从线圈穿过自由空间行进至耦接至负载的接收线圈。当电磁波经过接收线圈时，接收线圈中将感应电流，其与接收线圈捕获的能量成比例。

无线电力传输系统的一种惯常的线圈布局是基本螺旋环圈。图1示出了基本螺旋环圈线圈。在基本螺旋环圈线圈中，线圈的电感L与N²成比例，其中N系线圈的匝数。此类型的线圈通常用于小于20W的较小低功率系统上。

另一惯常的线圈布局是基本交错式螺旋环圈。图2示出了包含两个交错式环圈绕组的基本交错式螺旋环圈线圈。一个绕组示出为一条连续线。另一绕组示出为短划线。在此图及其他图中示出了连续线、短划线及点线以识别彼此分离的绕组。短划线及点线不指示绕组本身系以短划或点线方式实体地形成。

在图2中，两个绕组可串联地配置以实现高电感或并联地配置以实现低电感。此类型的环圈线圈通常用于无线电力传输器(即，电源侧)上。图2中所示的镜像图案在充电表面(离开线圈一特定距离)处提供接近均匀的磁场。此类型的环圈线圈用于中功率应用(至多70W系统)。线圈的实体大小限于近似12英寸的正方形。

另一惯常的线圈布局系单匝环圈。图3展示重叠配置中的两个单匝环圈线圈，各自具有相同直径。该两个环圈线圈可具有相同直径。如图3中所示，当中心距离(两个线圈的中心之间的距离)为约0.766×线圈直径时，使该两个环圈去耦；即，该两个环圈不能影响彼此；换言之，互感接近零。耦合可低至约-95dB(S₁₂、S₂₁)。换言之，当图3的左边环圈系天线1且图3的右边环圈系天线2时，在1W(0dB)传递至天线1的情况下，天线2处接收到的电力的量是-95dB，反之亦然。该等环圈未必具有相同直径。

若该两个已去耦的环圈串联地连接，则电感将为环圈的电感的总和，与任一环圈中的电流的方向无关。若每一环圈中的电流方向相同，则(进入或离开页面的)磁场将相同。此可用于无线电力转移，这是因为每一环圈产生电力转移所需的场的一部分。图3中的线圈的准确中心距离可通过利用有限元分析软件来判定。

另一惯常的线圈布局是三个已去耦单匝环圈。图4展示三个已去耦的单匝环圈，基本上为图3中所示的配置自两个环圈至三个环圈的扩展。三个环圈的完全去耦取决于该等环圈之间的距离。虽然相同直径的环圈使得找到使环圈去耦的环圈之间的距离更容易，但并不需要同一大小的环圈来使环圈去耦。

发明内容

本发明是对现有技术的扩展，其在于已去耦的环圈被合并成单一(连续的)线圈，并且多个环圈线圈可配置成簇。

本发明通过呈现彼此去耦的多匝或环圈的单线圈来提供一种适合于跨域大表面积使用的可缩放高共振无线电力结构。

本发明的其他特征及优点将在结合附图阅读以下描述时变得显而易见。

附图说明

图1示出了基本螺旋环圈线圈。

图2示出了包含两个交错式环圈绕组的基本交错式螺旋环圈线圈。