CN104756357A - 无线功率传输***中的绕组布置 - Google Patents

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Abstract

本文公开了用于无线功率传输特别是到达诸如电动车的远程***的无线功率传输的***、方法和设备。在一个方面，提供了感应线圈，所述感应线圈包括多个基本上共面并由一个或多个长度的导电材料形成的线圈，每个长度的导电材料在每一端可电连接到电源或电池；并且其中，所述各长度的导电材料中的至少一个绕两个或更多个所述线圈连续缠绕。在另一方面，提供了用于形成这种感应线圈的方法。在又一方面，开关装置例如响应于检测的另一感应线圈或与其耦连的装置的特征可操作以改变线圈的配置。

Description

无线功率传输***中的绕组布置
技术领域
技术领域一般涉及无线功率传输，并且更具体地涉及与传输到远程***(诸如包括电池的车辆)的无线功率传输有关的装置、***和方法。更具体地，本申请涉及用于在无线功率传输***中使用的感应线圈的绕组布置，并且具体地涉及感应功率传输(IPT)***。
背景技术
已经提出包括从能量储存装置(诸如电池)接收的电能获得运动动力的远程***，诸如车辆。例如，混合电动车包括车载充电器，车载充电器使用车辆刹车的动力和传统的电动机来对车辆充电。只依赖电的车辆通常从其它来源接收电力以对电池充电。通常提出通过某种类型的有线交流电(AC)(诸如家用或商用AC电源)对电池电动车(电动车)充电。有线充电连接需要物理连接到电源的电缆或其它类似的连接器。电缆和类似的连接器有时可能是不方便的或者笨重的，还存在其它缺陷。能够在自由空间中(例如通过无线场)传输功率的用于对电动车充电的无线充电***可以克服有线充电解决方案中的一些缺陷。因此，高效、安全地传输功率以用于对电动车充电的无线充电***和方法是期望的。
无线功率传输的一种***是感应功率传输(IPT)。在IPT中，功率从初级功率装置传递到次级(或者“拾取”)功率装置。通常，每个装置包括电流传输介质(诸如导线)的一个或多个绕组，所以通常称作线圈。
WO 2008/140333公开了一种IPT***，在此***中，初级和次级装置包括形状为圆形或椭圆形的单个线圈。这种布置的缺点包括，即使在使用了屏蔽的情况下，通量也会从线圈泄漏，因此导致较差的功率传输效率，而且还包括初级和次级线圈之间远离最优对齐的公差不足，然后观察到功率传输的大幅降低。电动车的可操作性可能会限制在拾取线圈和初级线圈之间实现高度对齐的容易程度，从而希望获得更大的公差。
WO 2011/016736公开了用于给电动车供电的IPT***，在此***中，基站(通常是初级)线圈通常位于地面上，由位于磁芯上的两个单独的共面线圈组成，所述磁芯由高导磁材料(诸如铁氧体)制成。在此布置中，没有穿过线圈并通过磁芯的直的路径。因此，线圈充当电极区和线圈上方电极区之间的形式为“通量管”磁通弧形线，一种高磁通集中的区域。有利的是，此布置在磁芯一侧的线圈下方几乎不产生磁通泄露。然而，使用两个单独的线圈的一个问题是由于拾取线圈的位置不同，每个线圈的电感可以相对于彼此变化。当两个基站线圈并行驱动时，这可能导致不均匀的电流分布，这会不利地影响功率传输曲线和磁场。由于***的失调增加以及两个基站线圈之间的互感，可能还会出现低效率。
通常，对于IPT***，希望初级线圈具有低电感。具有高电感的线圈在高频下难以驱动，原因是线圈的端部之间要求有大电压。此外，形成具有低电感有足够大的物理区能够给电动车充电同时保持感应线圈实际上是薄的感应线圈是困难的。实际上薄的线圈是难获得的，对于基站或初级线圈位于地面，通过在基站线圈上定位拾取感应线圈而给车辆充电的无线功率传输***中是有利的。这是因为一些基站线圈可以定位在地表面上，而其它基站线圈可以嵌入其中。在这两种情形下，基站线圈越薄，基站和拾取线圈之间的气隙的相对差越小。对于最佳充电，基站线圈的电感可以调谐为预期的线圈分离距离。结果，薄的基站线圈意味着对基站线圈相对于地面的不同安装有更大的公差。
通常，基站线圈设计有特定的电感，在特定的频率和线圈电流下工作，以确保连接到具有互补特征的拾取线圈的电池的最佳充电。尝试对与基站线圈次优兼容的拾取线圈充电可能导致缓慢的充电时间、能量浪费或过热组件。然而，不同类型或模型的车辆可能具有不同的拾取线圈或电池。因此，期望无线充电***中的基站充电器能够用最小的效率损失对不同特征的车辆充电。
发明内容
在所附权利要求的范围内的***、方法和装置的各种实现方式分别具有几个方面，没有任何一个方面能够单独代表本文中描述的期望属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文中描述了一些显著的特征。
在本说明书中描述的主题的一种或多种实现方式的细节在附图中给出，并在下文描述。其它特征、方面和优点通过说明书、附图和权利要求将变得明显。注意，图中的相对尺寸可能是未按比例绘制的。
本申请的一个方面提供了一种用于发射或接收无线功率的设备。所述设备可以包括多个基本上共面的线圈。所述多个线圈可以由一个或多个长度的导电材料形成，每个长度的导电材料在每一端可电连接到电源或电池；并且其中，所述线圈中的两个或更多个可以包括相同的所述长度的导电材料中的至少一个。
在相关方面，本申请提供了一种形成用于发射或接收无线功率的设备的方法。所述方法可以包括以连续路径缠绕一个或多个长度的导电材料，形成多个基本上共面的线圈，一个或多个长度的导电材料中的至少一个绕两个或更多个线圈连续缠绕。
本申请的另一方面提供了一种操作无线功率传输***中的第一感应线圈的方法。所述方法可以包括从第二感应线圈接收信号，第一感应线圈使用所述第二感应线圈传输功率，所述信号包括第二感应线圈或所述第二感应线圈附连的装置的特征。所述方法可以进一步包括基于所述第二感应线圈和第一和第二感应线圈之间的期望功率传输的特征选择所述第一感应线圈的配置。所述方法还可以包括相应地改变所述第一感应线圈的配置。
本发明的进一步方面(应在所有其新颖性方面考虑)将通过下面的描述变得显然。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例用于对电动车充电的示例性无线功率传输***的图。
图2是图1的无线功率传输***的示例性核心组件的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例用在感应线圈中的一个长度的导电材料的绕组布置的图。
图4是根据本发明的另一实施例用在感应线圈中的一个长度的导电材料的绕组布置的图。
图5是根据本发明的又一实施例用在感应线圈中的一个长度的导电材料的绕组布置的图。
图6是根据本发明的另外的实施例两个长度的导线的绕组布置的图。
图7是根据本发明的另外的实施例三个长度的导线的绕组布置的图。
图8是根据本发明的一个实施例感应线圈的示例性组件的图。
图9是根据本发明的另一实施例三个长度的导电材料的绕组布置的图。
图中图示的各个特征可能不是按比例绘制的。因此，为了简洁，各个特征的尺寸可以任意扩大或缩小。此外，一些图可以不描绘出给定***、方法或装置的所有组件。最后，相同的附图标记可以用来指说明书和附图中的相同特征。
具体实施方式
关联附图在下文给出的详细描述旨在描述本发明的示例性实施例，不旨在只代表可以在其中实践本发明的实施例。在此说明书中使用的词语“示例性”意思是“用作示例、实例或示意”，不应该一定解读为优于或相对于其它任何实施例是有利的。详细描述包括用于提供彻底理解本发明的示例性实施例的特定细节。在一些实例中，一些装置以框图形式示出。
无线传输功率可以指传输与电场、磁场、电磁场相关的任何形式的能量，或者不使用物理导体将任何形式的能量从发射器发射到接收器(例如，功率可以通过自由空间传输)。输出到无线场(例如磁场)中的功率输出可以由接收功率传输结构(诸如“天线”或“线圈”)接收、捕获或耦连以实现功率传输。词语“线圈”想要指可以无线地输出或接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈还可以称作被配置成无线地输出或接收功率的某种类型的“天线”。环形(例如多匝环形)天线可以被配置成包括空气磁芯或物理磁芯(诸如铁氧体磁芯)。空气磁芯环形天线可以允许其它组件设置于磁芯区域内。包括铁磁或铁磁材料的物理磁芯天线可以允许产生更强的电磁场和改进的耦合。
词语“线圈”可以用在表示导电材料的任何绕组布置的含义以及具有许多匝都绕一个中心点的导电材料的局部绕组布置的含义。本文中描述的“线圈”可以包括单个线圈或许多个“线圈”。
电动车在本文中用来描述远程***，其一个示例是包括由可充电的能量储存装置(例如一个或多个可再充电电化学蓄电池或其它类型的电池)得到电力作为其运动能力的一部分的车辆。作为非限制性示例，一些电动车可以是混合电动车，它包括除了电动机之外的传统燃烧引擎以用于直接运动或对车辆的电池充电。其它电动车可以从电力汲取所有的运动能力。电动车不限于汽车，可以包括摩托车、手推车、踏板车等等。作为示例但不是限制，远程***在本文中以电动车(EV)来描述。而且，可以至少部分使用可充电能量储存装置供电的其它远程***也可以考虑(例如，诸如个人计算装置等等的电子装置)。
图1是根据本发明的示例性实施例用于为电动车112充电的示例性无线功率传输***100的图。无线功率传输***100能够在电动车112停在基站无线充电***102a附近时对电动车112充电。在停车区中示出了用于两台电动车的空间，以停在相应的基站无线充电***102a和102b。在一些实施例中，本地配电中心130可以连接到电力骨干网132，并被配置成通过到基站无线充电***102a的电力链接110提供交流(AC)或直流(DC)电源。基站无线充电***102a还包括用于无线传输或接收功率的基站***感应线圈104a。电动车112可以包括电池单元118、电动车感应线圈116和电动车无线充电***114。电动车感应线圈116可以与基站***感应线圈104a例如通过由基站***感应线圈104a产生的电磁场区域交互。
在一些示例性实施例中，电动车感应线圈116可以在电动车感应线圈116位于由基站***感应线圈104a产生的能量场中的时候接收功率。场对应于基站***感应线圈104a的能量输出可以被电动车感应线圈116捕获的区域。在一些情况下，场可以对应于基站***感应线圈104a的“近场”。近场可以对应于其中有由于基站***感应线圈104a中的电流和电荷产生的很强的感应场的区域，它不将功率辐射到远离基站***感应线圈104a。在一些情况下，近场可以对应于在基站***感应线圈104a(反之是电动车感应线圈116)的波长的大约1/2π内的范围。
本地配电130可以被配置成与外部源(例如电网)通过通信回程134通信，与基站无线充电***102a通过通信链路108通信。
基站无线充电***102a可以位于各种不同的位置。作为非限制性示例，一些适当的位置包括电动车112的所有者家里的停车区、在石油型加油站之后模拟的为电动车无线充电预留的停车区以及在其它位置(诸如购物中心和工作地点)的停车处。
无线地给电动车充电可以提供各种好处。例如，充电可以自动地进行，实际上不需要驾驶员干预和操纵，从而提高了对用户的便利性。还可以不暴露于电气接触，没有机械磨损，从而提高无线功率传输***100的可靠性。可以避免用电缆和连接器操作，可以没有可能暴露于户外环境中的湿气和水分的电缆、插头或插座，从而提高了安全性。还可以没有可见或可接近的插座、电缆和插头，从而降低了对功率充电装置的可能的恶意破坏。而且，由于电动车112可以用作稳定电网的分布式储存装置，接入电网(docking-to-grid)的解决方案可以用来提高车辆对于车辆到电网(V2G)操作的可用性。
如参照图1描述的无线功率传输***100还可以提供美学和无障碍的优点。例如，可以没有可能妨碍车辆和/或行人的充电桩和电缆。
作为对车辆到电网能力的进一步解释，无线功率发射和接收能力可以被配置成是相互的，使得基站无线充电***102a给电动车112传输功率，电动车112在能量短缺时给基站无线充电***102a传输功率。这种能力可以通过允许电动车在由过度需求引起的能量短缺时或在可再生能量产生(例如风力或太阳能)短缺时给整个配电***贡献功率来稳定配电网。
图2是图1的无线功率传输***100的示例性核心组件的示意图。如图2所示，无线功率传输***200可以包括基站***发射电路206，基站***发射电路206包括具有电感L1的基站***感应线圈204。无线功率传输***200进一步包括电动车接收电路222，电动车接收电路222包括具有电感L2的电动车感应线圈216。本文中描述的实施例可以使用形成谐振结构的容性负载线圈环形(即，多匝线圈)，谐振电路能够在初级和次级调谐到共同的谐振频率时，通过磁的或电磁近场有效地将能量从初级结构(发射器)耦合到次级结构(接收器)。
谐振频率可以基于包括如上文描述的感应线圈(例如基站***感应线圈204)的发射电路的电感和电容。如图2所示，电感通常可以是感应线圈的电感，而电容可以加入到感应线圈，以产生期望谐振频率的谐振结构。作为非限制性示例，如图2所示，电容器可以与感应线圈串联地加入，以产生生成电磁场的谐振电路(例如基站***发射电路206)，这可以称作串联调谐谐振电路。相应地，对于较大直径的感应线圈，用于引起谐振的电容的值可以随着线圈的直径或电感的增大而降低。电感还可以取决于感应线圈的匝数。而且，当感应线圈的直径增加时，近场的有效能量传输区增大。其它谐振电路是可行的。作为另一个非限制性示例，电容器可以并联设置在感应线圈的两端(例如并联谐振电路，也可称作并联调谐谐振电路)。而且，感应线圈可以设计成具有高品质(Q)因数，以提高感应线圈的谐振。
线圈可以用作电动车感应线圈216和基站***感应线圈204。使用用于耦合能量的谐振结构可以称作“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。无线功率传输***200的操作将基于从基站无线充电***202到电动车112的功率传输来描述，但不限于此。例如，如上文讨论的，电动车112可以向基站无线充电***102a传输功率。
参照图2，电源208(例如AC或DC)向基站无线功率充电***202供应功率PSDC，以向电动车112传输能量。基站无线功率充电***202包括基站充电***功率变换器236。基站充电***功率变换器236可以包括：诸如AC/DC变换器的电路，该电路被配置成将来自标准主AC的功率转换成适当的电压电平的DC功率；以及DC/低频(LF)变换器，其被配置成将DC功率转换成适合无线高功率传输的操作频率的功率。基站充电***功率变换器236向包括基站充电***调谐电路205的基站***发射电路206供应功率P1，基站充电***调谐电路205可以包含与基站***感应线圈204串联或并联配置或串并联配置的电抗性调谐组件以发射期望频率的电磁场。在一个实施例中，电容器可以提供以与基站***感应线圈204形成在期望频率下谐振的谐振电路。
基站***发射电路206(包括基站***感应线圈204)和电动车接收电路222(包括电动车感应线圈216)可以调谐为基本上是相同的频率，可以位于由基站***感应线圈204和电动车感应线圈216之一发射的电磁场的近场内。在这种情况下，基站***感应线圈204和电动车感应线圈216可以变得彼此耦合，使得功率可以传输到包括电动车充电***调谐电路221和电动车感应线圈216的电动车接收电路222。可以提供电动车充电***调谐电路221以与电动车感应线圈216形成在期望频率下谐振的谐振电路。在线圈分离处产生的互耦合系数在图中由k(d)表示。等效电阻Req,1和Req,2代表感应线圈204和206内部固有的损耗和在一些实施例中分别提供于基站充电***调谐电路205和电动车充电***调谐电路221中的反电抗电容器。电动车接收电路222(包括电动车感应线圈216和电动车充电***调谐电路221)接收功率P2，将功率P2提供给电动车充电***214的电动车功率变换器238。
电动车功率变换器238可以包括LF/DC变换器及其它，LF/DC变换器被配置成将操作频率的功率转换回与电动车电池单元218的电压电平匹配的电压电平的DC功率。电动车功率变换器238可以提供经变换的功率PLDC以对电动车电池单元218充电。电源208、基站充电***功率变换器236和基站***感应线圈204可以是静止的，位于如上文讨论的各种不同的位置。
电池单元218、电动车功率变换器238和电动车感应线圈216可以包括于电动车充电***214中，作为电动车112的一部分或者电池组件(未显示)的一部分。电动车充电***214还可以被配置成通过电动车感应线圈216无线地给基站无线充电***202提供功率，以将功率反馈回电网。电动车感应线圈216和基站***感应线圈204基于操作模式分别可以充当发射感应线圈或接收感应线圈。
而且，电动车充电***214可以包括开关电路(未显示)，开关电路用于选择性将电动车感应线圈216连接到电动车功率变换器238以及从其断开。断开电动车感应线圈216可以中止充电，还可以调节由基站无线充电***102a(充当发射器)“观察”的“负载”，其可以用来将电动车充电***214(充当接收器)与基站无线充电***202去耦合。如果发射器包括负载感测电路则负载变化可以被检测。相应地，诸如基站无线充电***202的发射器可以具有用于确定诸如电动车充电***114的接收器何时出现在基站***感应线圈204的近场中的机制。
如上文讨论的，在操作中，假设能量朝车辆或电池传输，则输入功率从电源208提供，使得基站***感应线圈204生成用于提供能量传输的场。电动车感应线圈216耦合到辐射场，产生输出功率，以由电动车112储存或消耗。如上文描述的，在一些实施例中，基站***感应线圈204和电动车感应线圈216根据互谐振关系配置，使得电动车感应线圈116的谐振频率和基站***感应线圈204的谐振频率非常接近，或基本上相同。基站无线充电***202和电动车充电***214之间的传输损耗在电动车感应线圈216位于基站***感应线圈204的近场中的时候可以被降低。
如指出的，高效能量传输是通过将发射感应线圈的近场中的大部分能量耦合到接收感应线圈产生的，而不是将大多数的能量以电磁波传播到近场产生。当在近场时，耦合模式可以在发射感应线圈和接收感应线圈之间建立。可以出现此近场耦合的感应线圈周围的区域在本文中称作近场耦合模式区域。
在所公开的实施例中描述的电动车感应线圈216和基站***感应线圈204可以称作或配置为“环形”天线，并且更具体地是多匝环形天线。感应线圈204和216在本文中还可以称作或配置为“磁性”天线。词语“线圈”想要指可以无线地输出或接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈还可以称作被配置成无线地输出或接收功率的某种类型的“天线”。环形(例如多匝环形)天线可以被配置成包括空气磁芯或物理磁芯(诸如铁氧体磁芯)。空气磁芯环形天线可以允许其它组件设置于磁芯区域内。包括铁磁或铁磁材料的物理磁芯天线可以允许产生更强的电磁场和改进的耦合。
如上文讨论的，能量在发射器和接收器之间的高效传输出现在发射器和接收器之间匹配的或差不多匹配的谐振期间。然而，即使发射器和接收器之间的谐振不匹配，能量也可以以较低的效率传输。能量的传输出现在将来自发射感应线圈的近场的能量耦合到建立此近场的区域(例如在谐振频率的预定频率范围内，或者在近场区的预定距离内)内驻存的接收感应线圈，而不是出现在将能量从发射感应线圈传播到自由空间。
参照图1，上文描述的充电***可以用在各个位置，以用于对电动车112充电或者将功率传输回电网。例如，功率的传输可以发生在停车场环境中。注意，“停车区”在本文中还可以称作“停车空间”。为了提高车辆无线功率传输***100的效率，电动车112可以沿X方向和Y方向对齐，以使得电动车112内的电动车感应线圈116能够与关联的停车区中的基站无线充电***102a充分对齐。
如上文讨论的，电动车充电***114可以设置在电动车112的底侧，以用于与基站无线充电***102a发射和接收功率。例如，电动车感应线圈116可以集成到靠近中心位置的车辆的下主体，在EM暴露方面提供最大的安全距离，允许电动车的向前和倒车泊车。
根据本发明的一些实施例，感应线圈包括缠绕成多个个别线圈的各种长度的导电材料。例如，图3是根据本发明的一个实施例用在感应线圈中的一个长度的导电材料301的绕组布置300的图。导电材料301可以是由导电介质形成的任何适当材料，可以包括导线等等。在一个实施例中，导电材料301包括绞合线，原因是绞合线降低集肤效应和传送交流电时的接近效应的有利性质。“一个长度的导电材料”可以由一个或多个较小长度的连接在一起的导电材料形成，籍由此方式，较长的长度象单个长度的导电材料一样。例如，各种长度的导线可以缠绕、系、插、熔合、焊接等等在一起，形成更长长度的导线。
在绕组布置300中，一个长度的导电材料301缠绕成包括两个基本上共面通常位置彼此邻近的线圈302和303的布置。该长度的导电材料301以螺旋布置缠绕，即使得每个线圈302和303由增大半径的螺旋环形成的布置，这里，该长度的导电材料在每个线圈内自身不交叉。导电材料301的端部形成终端304和305，在使用中，终端304和305电连接到无线功率传输***中的电源或电池。
线圈302和303以相反方式缠绕，使得一个顺时针缠绕，另一个逆时针缠绕。以此方式，线圈302和303缠绕成使得通过该长度的导电材料的电流在两个线圈的相邻部分中以相同的方向流动。而且，当用在感应线圈中的时候，两个线圈302和303可以定位成与一个或多个导磁部件磁关联。例如，线圈可以定位在由许多个并行的铁氧体棒形成的磁芯的顶部。结果，当交流电通过感应线圈时，线圈302和303充当电极区和线圈上方(高磁通集中区)形式为“通量管”的电极区之间的磁通弧形线。拾取线圈可以定位在通量管内，以获得无线的或更具体的是感应功率传输。有利的是，此布置在磁芯一侧的线圈下方几乎不产生磁通泄露。
两个线圈302和303由连续地围绕着线圈缠绕的同一长度的导电材料形成。图3-5中所示在下文描述的实施例提供各种布置，通过这些布置，单一长度的导电材料可以缠绕成两个线圈，其中，两个线圈以相反方向缠绕，该长度的导电材料在每个线圈内自身不交叉。对于一个长度的导电材料的每一端如何形成，或者恰好连接到每个线圈的最里面或最外面的绕组，图3-5的布置是不同的。
在图3的绕组布置300中，一个长度的导电材料的一端形成线圈302最里面的绕组，另一端形成线圈303的最里面的绕组。在图4的绕组布置400中，一个长度的导电材料的一端形成线圈402最里面的绕组，另一端形成线圈403最外面的绕组。在图5的绕组布置500中，一个长度的导电材料的一端形成线圈502最外面的绕组，另一端形成线圈503最外面的绕组。
尽管所有前述的绕组布置由本发明的不同实施例涵盖，但在三种布置之间存在可能影响选择哪种布置用于不同的无线功率传输情形的差异。
在绕组布置400中，都通过以从最里面的绕组到最外面的绕组以连续路径缠绕一个长度的导电材料来形成两个线圈。相比较而言，绕组布置300和500分别具有通过将一个长度的导电材料从外面到里面缠绕形成的一个线圈。这使得在人工布置导电材料时最容易产生绕组布置400，原因是材料可以绕位于每个线圈内部的中心的物体缠绕，每个材料的环可以恰好设置在之前环的外面。当从外面向里面缠绕时，以期望的线圈布置手工布置材料更加困难。
绕组布置300在一个长度的导电材料在彼此相邻的线圈302和线圈303中的部分之间具有最小的电压差。这是因为线圈302最外面的绕组恰好连接到线圈303最外面的绕组。相反，绕组布置400和500在彼此相邻或实际上相互交叉的两个线圈之间的长度的导电材料之间具有较大的电压差。在有明显的电压差时，在相邻的或交叉的导线之间有放电的风险，这可能引起***失效或出现火花，可能引起火灾。为了减少这种风险，需要附加的绝缘，这提高了制造感应线圈的复杂度和/或成本，增加了附加的组件。
在比较图3至5中公开的三种绕组布置时纳入考虑的其它因素有：线圈之间的导线路径和进入点和退出点；在交叉点上面或下面穿线；以及预先将导线切割成特定的长度。这些因素可以进一步增加制造的复杂度。
要理解，上文描述的各种不同和因素对用在不同的情形中以不同方式制造的感应线圈有不同程度的重要性。例如，当感应线圈是人工组装时很重要的因素可能在大生产环境中是不重要的。本发明不局限于上文讨论的布置中的任何一个。
在一些实施例中，对于自动和半自动的制造环境，例如，可以使用图3中所示的线圈布置。在此布置中，导线在线圈之间自身并不交叉，相邻长度的导线之间的最小电压差不需要另外的绝缘。在使用自动化时，从外面到中心手工缠绕导线的线圈的困难度可以减轻。图4中所示的线圈布置可以认为对手工生产是合适的，原因是两个线圈是从中心到外面缠绕的。图5包括一种配置，认为此配置与图3和图4的配置相比，较不适合上文描述的相应环境。
关于图3至5描述的本发明的实施例涉及包括单一长度的导电材料的感应线圈，诸如缠绕成两个线圈的导线。在其它实施例中，其它线圈数目的导电材料可以包括整个感应线圈。例如，感应线圈可以包括排列成类似正方形图案的四个线圈的阵列。在一个实施例中，单一长度的导线可以连续缠绕，形成所有四个线圈。然而，两个长度的导线可以连续缠绕，各自形成两个线圈。线圈可以设置成使得电流围绕对角线相对的线圈以相同方向流动，相邻的线圈以相反方向流动。
更一般地，图6-9的实施例涉及包括多个线圈的感应线圈，所述多个线圈由单一长度的导电材料或许多长度的导电材料的连续缠绕形成，其中，所述许多长度的导电材料中的至少一个长度的导电材料形成至少两个线圈。
在本发明的其它实施例中，两个或更多个长度的导电材料围绕着多个线圈并行对齐排列。一个示例示于图6中，图6是根据本发明的一个实施例两个长度的绞合线601和604的绕组布置600的图。每个长度的绞合线601和604连续缠绕，形成两个线圈602和603，两个导线的每一端可电连接到电源或电池。
本发明的进一步的实施例示于图7中，图7提供了绕组布置700，其中，三个长度的绞合线701、704和705并行对齐排列，形成两个线圈702和703。设想了其它实施例，这些实施例包括其它数目长度的导电材料并行对齐设置，形成任何数目的线圈。
图6和7中所示实施例的绞合线可以并联连接到电源或电池。感应线圈具有并联连接的导线越多，其电感越低，其它都是相同的。因此，选择感应线圈的线圈中排列的导线的数目可以用作裁剪线圈电感的方式，以满足要使用的情况的需求。待充电的不同车辆可以使用不同电感的基站感应线圈最佳地工作。根据基站线圈相对于拾取线圈的物理定位，选择线圈的电感也是需要的。两个线圈之间较大或较小的物理间隔可以保证在基站线圈中有较大或较小的电感，以用于最佳耦合。
例如，出于某些原因(例如，如果从地面竖立基站线圈可能很危险)，希望一些基站线圈嵌入到地表面中，不在地面上。在这种情况下，基站线圈和特定车辆中的拾取线圈之间的距离会与其它基站线圈不同，其它基站线圈可能希望在地面上(例如，如果挖到地表面下是困难的或者不允许的)。根据使用他们的情况能够改变基站线圈的电感可能是有利的。
要注意，在图6和7所示的实施例中不论有多少导线以并行对齐排列，绞合线的长度都具有相同的长度。因为个别线圈彼此相反地缠绕，使得当电流通过线圈时产生通量管，一个线圈中最外面的导线是另一线圈中最里面的导线，反之亦然。这意味着所有导线两端的电压基本上是相同的，每个导线的自感也基本上是相同的。反过来，这意味着在线圈周围有均匀的电流分布。这种性质的结果是根据本发明的实施例并行设置和连接的长度的导线能够提供相对于现有技术(诸如单个或双线圈，其中单独长度的导线包括每个线圈)的优点。在这些布置中，并行排列和连接的导线会造成每个导线具有不同的路径长度，因此有不同的电感。结果，与使用本发明的实施例可获得的结果相比，可获得较差的耦合。
上文关于图6和7讨论的本发明实施例的进一步的优点是感应线圈可以构造成比等效电感的圆形线圈物理上更薄。这是因为在描述的本发明的实施例中导线彼此紧挨着排列。在圆形线圈中，需要更厚的导线来降低线圈的电感，其它所有的都相等(由于在圆形线圈中使用并行导线具有上文讨论的缺点)。物理上薄的线圈是有利的原因是当将设置在地面上的感应线圈与嵌入地面中的感应线圈相比时，感应线圈越薄，基站线圈和拾取线圈之间的距离的相对差越小。此距离的相对小的差转换成耦合因素的较小的差。因此，根据本发明的基站线圈更灵活，适合安装在不同地点或位置。
在本发明的某些实施例中，感应线圈包括开关装置，开关装置包括一个或多个开关，这些开关可操作于以不同方式连接包括线圈的各个长度的导电材料。示例性实施例图示于图8中，图8是根据本发明的一个实施例的感应线圈800的图。感应线圈800包括由两个长度的绞合线803和804彼此并行对齐连续缠绕形成的两个线圈801和802。该长度的绞合线可电连接到开关装置805，开关装置805在使用中通过无线功率传输***中的终端806和807连接到电源或电池。
使用中，开关装置805可操作于将导线803和804选择性连接到终端806和807。在图8所示的实施例中，以下连接组合是可行的：
A)只有导线803连接于终端之间；
B)只有导线804连接于终端之间；
C)两个导线并联连接于终端之间；
D)两个导线串联连接于终端之间；以及
E)任何导线都不连接到终端。
上文不同的布置A)-E)中的每一个造成感应线圈800具有不同的电感。因此，开关装置805操作以选择性改变感应线圈800的电感，以适合特定的充电情形的需要，例如，确保拾取线圈的最佳充电。
在其它实施例中，开关装置可以操作于切换感应线圈中排列的任何数目的导线之间的连接。每个线圈中的导线越多，使用导线的不同连接布置可用的电感值的范围越大。更多可用的电感值意味着感应线圈适应不同的充电需求有更大的灵活性。
开关装置808可以包括能够将感应线圈的导线以期望方式连接到终端的开关的任何组合。开关装置可以包括在使用中控制开关的操作的处理器。
可选地，感应线圈可以包括接收器808，接收器808适于接收信号并连接到开关装置，使得开关装置可以响应于所接收的信号操作。信号可以从被充电的装置(诸如电动车或其拾取线圈)发送，信号可以包括代表被充电的车辆(电动车或电池)的类型或特征的数据。接收器808能够基于所接收的信号计算基站感应线圈的期望电感，例如优化用拾取线圈充电的电感，将相应的信号发送到开关装置，以连接基站感应线圈的导线，使线圈具有与期望电感相同或类似的电感。
包括关于被充电的装置的细节的信号可以通过适当的通信手段发送，包括蜂窝等。
在本发明的一些实施例中，开关装置805和接收器808容置在与感应线圈801和802相同的物理外壳中。在其它实施例中，开关装置805和接收器808与包含感应线圈801和802的外壳远离，但电连接到外壳。
更一般地，感应线圈可以包括任何响应于从另一线圈或装置接收的指示线圈或被充电的装置的特征或从哪充电的信号，可操作以改变感应线圈的配置的装置。感应线圈还可以包括基于所接收的信号选择感应线圈的配置的装置。例如，如果来自拾取线圈的信号表明拾取线圈的最佳充电要求基站线圈具有特定的电感，则感应线圈可以包括处理器或其它适当的能够选择感应线圈的适当配置的装置，例如，产生与用于最优充电的期望电感最接近的电感的配置。
图9是根据本发明的另一实施例三个长度的导电材料的绕组布置900的图。绕组布置900包括由两个基本上共面的线圈904和905形成的感应线圈中的三个绞合线901、902和903。只是为了清楚，导线901和903显示为图9中的虚线。导线901与导线902的一部分并行布置缠绕，形成线圈904。导线903与导线902的另一部分并行布置缠绕，形成线圈905。结果，两个线圈包括为两个线圈共用的一个长度的导线，即导线902。
取决于导线的连接方式，图9的绕组布置900可以在许多情况下用作感应线圈。如果导线901和903串联连接，产生例如与图6的绕组布置600相似的绕组布置。在替代性实施例中，导线901和903反相连接，导线901和903的线圈独立于导线902的线圈调谐，在整流器之后合并。与上文描述的绕组布置相比，这个实施例能够使绕组布置900在用作电动车感应线圈中的拾取线圈时拾取磁通矢量的附加空间维度。
可以提供适当的连接装置，从而以期望方式将每个导线901、902和903的终端连接在一起。
通过用在无线功率传输***中的基站感应线圈的示例，讨论了图3至9中所示的实施例。还要理解，本发明的这些实施例还可以用在拾取或电动车感应线圈中，这里，讨论的优点是适当的，对其在这方面的应用是有用的。
上文描述的各种方法的操作可以由能够执行这些操作的任何适当的装置执行，诸如各种硬件和/或软件组件、电路和/或(若干)模块。通常，图中所示的任何操作可以由能够执行这些操作的相应的功能装置来执行。
信息和信号可以使用不同的科技和技术中的任何一种表示。例如，在上述描述中可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或光粒子或其任何组合来代表。
关于本文中公开的实施例描述的各种图示的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地图示硬件和软件的可互换性，在上文大致根据其功能描述了各种示意性组件、块、模块、电路和步骤。这些功能是实现为硬件还是软件取决于具体应用和整个***上强加的设计约束。对于每种具体应用，所描述的功能可以以各种方式实现，但这些实施的确定不应当解读为造成对本发明的实施例的范围的偏离。
关于本文中公开的实施例描述的各种示意块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现。通用处理器可以是微处理器，但作为替代，处理器可以是处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算装置的组合，例如DSP和微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核的组合或其它任何这种配置。
关于本文中公开的实施例描述的方法或算法或功能的步骤可以直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来体现。如果用软件实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的非暂态计算机可读介质上，或者通过该介质发射。软件模块可以驻存在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可擦除ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD ROM、或领域内已知的其它任何形式的存储介质上。存储介质耦连到处理器，使得处理器可以从存储介质读信息，向其写入信息。作为替代，存储介质可以与处理器是一体的。如本文中使用的磁盘和光盘包括光盘(CD)、激光盘、光碟、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中，磁盘通常以磁方式再现数据，而光盘使用激光以光的方式再现数据。上述的组合还应当包括于计算机可读介质的范围内。处理器和存储介质可以驻存在ASIC中。ASIC可以驻存在用户终端。作为替代，处理器和存储介质可以作为分立组件驻存在用户终端中。
为了概括本公开，本文中已经描述了本发明的某些方面、优点和新特征。要理解根据本发明的任何特定的实施例不一定都能获得所有的这些优点。因此，本发明可以以达到或优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式体现或执行，不一定获得如本文中教导或建议的其它优点。
上述实施例的各种变型是很显然的，在不偏离本发明的精神或范围下，本文中定义的通用原则可以应用于其它实施例。因此，本发明不想要限制到本文中所示的实施例，而是给予与本文中公开的原理和新特征一致的最宽范围。
除非上下文明确要求为相反，否则在说明书和权利要求中，词语“包括”等等应解读为包括含义，与排他性或详尽的含义相对。即，是“包括但不限于”的含义。
在此说明书中对现有技术的任何讨论决不认为是对此现有技术是广为个知的或形成本领域中公知常识的一部分的承认。

Claims (20)

1.一种用于发射或接收无线功率的设备，所述设备包括：
多个基本上共面的线圈；以及
其中，所述多个线圈包括一个或多个长度的导电材料，每个长度的导电材料在每一端能够电连接到电源或电池；
其中，所述多个线圈缠绕成使得所述长度的导电材料中的电流在相邻线圈的相邻部分中以相同的方向流过，以及
其中，两个或更多个所述线圈包括相同的所述长度的导电材料中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，每个线圈包括每个长度的导电材料的螺旋绕组。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，每个长度的导电材料被连续缠绕以包括所有线圈。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，每个长度的导电材料包括：
第一端，所述第一端形成所述线圈之一的最里面的绕组；以及
第二端，所述第二端形成所述线圈中的另一个的最里面的绕组。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，每个长度的导电材料包括：
第一端，所述第一端形成所述线圈之一的最里面的绕组；以及
第二端，所述第二端形成所述线圈中的另一个的最外面的绕组。
6.根据权利要求3所述的设备，其中，每个长度的导电材料包括：
第一端，所述第一端形成所述线圈之一的最外面的绕组；以及
第二端，所述第二端形成所述线圈中的另一个的最外面的绕组。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述多个线圈包括两个或更多个长度的导电材料。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述两个或更多个长度的导电材料以并行对齐的方式排列。
9.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述设备进一步包括开关装置，所述开关装置能够操作以与所述电源或电池并联地连接任何数量的所述两个或更多个长度的导电材料。
10.根据权利要求7或8所述的设备，其中，所述设备进一步包括开关装置，所述开关装置能够操作以串联地将任何数量的所述两个或更多个长度的导电材料连接在一起。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其中，所述设备进一步包括与所述开关装置通信的接收器，其中，所述接收器能够操作以接收信号，并引起所述开关装置基于所接收的信号操作。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述设备进一步包括一个或多个导磁部件，所述导磁部件与所述多个线圈磁关联。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，一个或多个长度的导电材料包括绞合线。
14.一种形成用于发射或接收无线功率的设备的方法，所述方法包括：
以连续路径缠绕一个或多个长度的导电材料，形成多个基本上共面的线圈，两个或更多个所述线圈包括相同的所述长度的导电材料中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括：
从最里面的绕组到最外面的绕组缠绕第一线圈；以及
从最外面的绕组到最里面的绕组缠绕第二线圈。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括：
从最里面的绕组到最外面的绕组缠绕第一线圈；以及
从最里面的绕组到最外面的绕组缠绕第二线圈。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括：
从最外面的绕组到最里面的绕组缠绕第一线圈；以及
从最里面的绕组到最外面的绕组缠绕第二线圈。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，进一步包括：提供与所述线圈磁关联的一个或多个导磁部件。
19.一种操作无线功率传输***中的第一感应线圈的方法，所述方法包括：
从第二感应线圈接收信号，第一感应线圈使用所述第二感应线圈传输功率，所述信号包括第二感应线圈或所述第二感应线圈附连的装置的特征；
基于所述第二感应线圈和第一和第二感应线圈之间的期望功率传输的特征选择所述第一感应线圈的配置；以及
基于所选择的配置改变所述第一感应线圈的配置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，改变所述第一感应线圈的配置的步骤包括彼此之间并联和/或串联地连接所述第一感应线圈中的两个或更多个长度的导电材料、电源和/或电池。
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