[发明专利]用于扩展有源区的平铺的无线充电线圈方案

说明书

本发明通常涉及用于无线充电站的方法和装置。在一个实施例中，本发明提供了多个线圈的重叠(或平铺)布局。每个线圈都可具有对称或非对称匝布局。本发明还提供了配置为确定最佳瓦片重叠距离和/或线圈尺寸以在无线充电站的表面上提供基本均匀的电磁场的设计优化技术。

技术领域

本发明涉及对设备进行无线充电的方法、装置和系统。具体地，所公开的实施例提供用于增大的有源充电区的改进的充电站。

背景技术

无线充电或感应充电使用磁场在两个设备之间传输能量。可在充电站实现无线充电。能量通过电感耦合从一个设备发送至另一设备。电感耦合用于对电池充电或运行接收设备。无线电联盟(A4WP)成立，旨在创建行业标准以通过非辐射、近场、磁谐振从功率发射单元(PTU)向功率接收单元(PRU)传送电力。

A4WP定义了由PRU谐振器输出的最大功率参数化的五类PRU。类别1针对较低功率应用(例如，蓝牙耳机)。类别2针对功率输出约为3.5W的设备，类别e设备具有约为6.5W的输出。类别4和5针对更高功率的应用(例如，平板电脑、上网本和笔记本电脑)。

A4WP的PTU使用感应线圈从充电基站内产生磁场，并且PRU(即，便携式设备)中的第二感应线圈从磁场获取功率并将功率转换回电流以对电池进行充电。以这种方式，两个近端感应线圈形成电力变压器。当感应充电系统使用磁谐振耦合时，可以实现发送器与接收器线圈之间更大的距离。磁谐振耦合是被调谐为以相同频率谐振两个线圈之间的电能的近场无线传输。

无线充电对于具有有限的充电接入方式的设备(例如可植入医疗设备)尤其重要。需要改进的无线充电系统以扩展有源充电区并改善耦合和充电均匀性。

发明内容

附图说明

将参考以下示例性和非限制性说明来讨论本发明的这些和其他实施例，其中，相似的元件被类似地编号，并且其中：

图1示出作为线圈尺寸关于操作频率的波长的函数的辐射电阻；

图2示出两个单匝线圈的耦合系数与两个线圈的半径比；

图3(a)示出根据本发明的一个实施例的二乘一发射线圈阵列的平铺；

图3(b)示出用于包括调谐电容器的图3(a)的平铺配置电路的等效电路；

图4示出(a)常规线圈与根据本发明的一个实施例的(b)平铺线圈配置之间的线圈比较；

图5示出以下之间的线圈比较：(a)常规线圈尺寸、(b)两线圈平铺的线圈尺寸和(c)接收器线圈尺寸；

图6示出根据本发明的一个实施例的示例性二乘一(2×1)阵列线圈的一个线圈元件；

图7示出根据本发明的一个实施例的用于线圈匝(coil turn)的构建模块(building block)的八个自由度；

图8(a)示出在z₀＝2.5cm处使用Biot-Savart定律产生的优化的归一化z方向磁场(Hz)；

图8(b)示出图8(a)的优化区；

图9示出在线圈表面上方2.5cm高度处的磁场强度(Hz)；

图10示出根据本发明的一个实施例的在2×1平铺的区上扫描小线圈时测量的功率传输；

图11是根据本发明的一个实施例的示例性优化流程图；

图12示出根据本发明的一个实施例的第一和第二线圈之间的示例性重叠；

图13示意性地示出根据本发明的一个实施例的一乘四(1×4)平铺线圈阵列；

图14示意性地示出具有用于覆盖较大区的七个平铺线圈的二维设计；以及