CN105765678A - 在通过铁磁性材料提供交流电时避免磁功率损耗的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于在通过铁磁性材料提供交流电时避免磁功率损耗的***、方法和设备。在一个方面中，所述铁磁性材料包含至少一个孔。至少一个电气管道从所述铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过所述至少一个孔到所述铁磁性材料的第二侧上的第二区，所述第二侧与所述第一侧相对。所述至少一个电气管道经配置以使至少一种交流电沿着所述第一区与所述第二区之间的所述至少一个电气管道流动。所述铁磁性材料及所述至少一个电气管道经配置以减少由所述至少一种交流电在所述铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的功率损耗。

Description

在通过铁磁性材料提供交流电时避免磁功率损耗的***和方法

技术领域

本发明大体上涉及无线电力传递，且更具体来说，涉及与到远程***(例如，包含电池的车辆或电子装置)的无线电力传递相关的装置、***及方法，及避免无线电力传递***中的磁功率损耗的***和方法。

背景技术

已经引入了包含从例如电池等能量存储装置接收的电导出的运动动力的远程***，例如交通工具。举例来说，混合动力电动车辆包含机载充电器，所述机载充电器使用来自车辆制动和传统马达的电力给车辆充电。纯电动车辆一般从其它来源接收电来给电池充电。常常提议通过例如家用或商用AC供应源等某种类型的有线交流电(AC)给电池电动车辆(电动车辆)充电。有线充电连接需要物理上连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器有时可能不方便或笨重，且具有其它缺点。能够在自由空间中(例如，经由无线场)传递电力以便用于为电动车辆充电的无线充电***可以克服有线充电解决方案的一些缺陷。由此，有效且安全地传递电力以给电动车辆充电的无线充电***和方法。

发明内容

在所附权利要求书的范围内的***、方法及装置的各种实施方案各自具有若干方面，其中的单个方面并不单独负责本文所述的合乎需要的属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些显要特征。

在附图及以下描述中阐述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将从所述描述、图式及权利要求书而变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。

本发明的一个方面提供一种电气装置，其包括包含至少一个孔的铁磁性材料。所述电气装置进一步包括从铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过铁磁性材料的至少一个孔到铁磁性材料的第二侧上的第二区的至少一个电气管道，所述第二侧与所述第一侧相对。所述至少一个电气管道经配置以使至少一种交流电沿着至少一个电气管道在第一区与第二区之间流动。铁磁性材料及至少一个电气管道经配置以减少沿着至少一个电气管道流动的至少一种交流电在铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的铁磁性材料内的功率损耗。

本发明的另一方面提供一种无线地发射或无线地接收电力的方法。所述方法包括通过从铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过铁磁性材料到铁磁性材料的第二侧上的第二区的至少一个孔而传导交流电。所述第二侧与所述第一侧相对。铁磁性材料及至少一个孔经配置以通过所述交流电而减少由铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的铁磁性材料内的功率损耗。所述方法进一步包括经由包括所述铁磁性材料的装置无线地发射或无线地接收电力。

本发明的另一方面提供一种将经配置以无线地发射或无线地接收电力的电气装置制造为无线电力传递***的部分的方法。所述方法包括提供包括至少一个孔的铁磁性材料。所述方法进一步包括使至少一个电气管道从铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过铁磁性材料的至少一个孔到铁磁性材料的第二侧上的第二区。所述第二侧与所述第一侧相对。所述至少一个电气管道经配置以使至少一种交流电沿着至少一个电气管道在第一区与第二区之间流动。铁磁性材料及至少一个电气管道经配置以减少沿着至少一个电气管道流动的至少一种交流电在铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的铁磁性材料内的功率损耗。

本发明的另一方面提供一种无线电力传递***的电气装置。所述装置包含包括用于引导磁通量的装置的用于无线地发射或无线地接收电力的装置，所述用于引导磁通量的装置包括至少一个孔。所述装置进一步包含用于传导交流电的装置。所述传导装置从用于引导磁通量的装置的第一侧的第一区延伸穿过用于引导磁通量的装置的至少一个孔到用于引导磁通量的装置的第二侧上的第二区，所述第二侧与所述第一侧相对。所述传导装置经配置以使至少一种交流电沿着传导装置在第一区与第二区之间流动。所述用于引导磁通量的装置及所述传导装置经配置以通过沿着所述传导装置流动的所述至少一种交流电而减少由用于引导磁通量的装置内产生的周向磁通量引起的用于引导磁通量的装置内的功率损耗。

附图说明

图1是根据本发明的示范性实施例的用于对电动车辆充电的示范性无线电力传递***的图。

图2是图1的无线电力传递***的示范性核心组件的示意图。

图3是展示图1的无线电力传递***的示范性核心组件及辅助组件的另一功能框图。

图4是展示根据本发明的示范性实施例的安置在电动车辆中的可更换的无触点电池的功能框图。

图5A、5B、5C及5D为根据本发明的示范性实施例的用于感应线圈及铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。

图6是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆无线充电的示范性频率的频谱的图表。

图7是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆无线充电的示范性频率及发射距离的图表。

图8A示意性地说明用于模拟延伸穿过铁氧体板的一对电气管道(例如，电导体及回流导体，两者都在差分模式中，具有180度的相移)，且图8B说明此模拟的磁通量。

图9示意性地说明根据本文中描述的某些实施例的实例电气装置600。

图10说明模拟的磁通量，其中铁氧体板具有从铁氧体板移除的材料薄片，所述薄片具有1mm的宽度且从一个孔洞延伸到另一孔洞。

图11A到11D示意性地说明根据本文中描述的某些实施例的具有优选的导体及铁氧体拓扑的电子装置的实例部分。

图12示意性地说明用于简化结构的等效磁电路。

图13是根据本文中描述的某些实施例的无线地发射或无线地接收电力的实例方法的流程图。

图14是将经配置以无线地发射或无线地接收电力的电气装置制造为无线电力传递***的部分的实例方法的流程图。

图式中说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。此外，图式中的一些图式可能并未描绘给定***、方法或装置的所有组件。最后，可能贯穿说明书和图式使用相似参考标号来表示相似特征。

具体实施方式

下文结合附图而阐述的详细描述意欲作为示范性实施例的描述，而并不意欲表示其中可实践本发明的仅有实施例。遍及此描述所使用的术语“示范性”是指“充当实例、例子或说明”，且未必应被解释为比其它示范性实施例优选或有利。为了提供对本发明的示范性实施例的透彻理解，详细描述包含特定细节。在一些例子中，以框图形式展示一些装置。

无线地传递电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传递到接收器，而不使用物理电导体(例如，可通过自由空间来传递电力)。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可由“接收线圈”接收、俘获或耦合以实现电力传递。

电动车辆在本文中用以描述远程***，远程***的实例为包括从可充电能量存储装置(例如，一或多个可再充电电化学电池或其它类型的电池)得到的电力作为其运动能力的部分的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为除了电动马达以外还包含用于直接运动或对车辆的电池充电的传统内燃机的混合电动车辆。其它电动车辆可从电力汲取所有运动能力。电动车辆不限于汽车，且可包含摩托车、手推车、小型摩托车，及其类似者。举例来说而非限制，本文描述呈电动车辆(EV)形式的远程***。此外，还预期可使用可充电能量存储装置而至少部分地供电的其它远程***(例如，例如个人计算装置等电子装置及其类似者)。

图1为根据本发明的一示范性实施例的用于对电动车辆112充电的示范性无线电力传递***100的图。当电动车辆112停车于底座无线充电***102a附近时，无线电力传递***100实现电动车辆112的充电。说明了在停车区中用于待停车于对应的底座无线充电***102a及102b上方的两个电动车辆的空间。在一些实施例中，区域分配中心130可连接到电力主干132且经配置以经由电力链路110将交流(AC)或直流(DC)供电提供到底座无线充电***102a。底座无线充电***102a还包含用于无线地传递或接收电力的基本***感应线圈104a。电动车辆112可包含电池单元118、电动车辆感应线圈116及电动车辆无线充电***114。电动车辆感应线圈116可(例如)经由由底座***感应线圈104a所产生的电磁场的区域来与底座***感应线圈104a相互作用。

在一些示范性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由底座***感应线圈104a所产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收电力。所述场对应于可由电动车辆感应线圈116俘获由底座***感应线圈104a所输出的能量的区域。举例来说，由底座***感应线圈104a输出的能量可处于足以对电动车辆112充电或供电的水平。在一些状况下，所述场可对应于底座***感应线圈104a的“近场”。近场可对应于存在由底座***感应线圈104a中的电流及电荷产生的强反应场的区域，所述强反应场不远离底座***感应线圈104a辐射电力。在一些状况下，近场可对应于在底座***感应线圈104a的约1/2π波长内的区域(且对于电动车辆感应线圈116来说，反之亦然)，如将在下文进一步描述。

地区配电130可经配置以经由通信回程134而与外部源(例如，电网)通信且经由通信链路108而与底座无线充电***102a通信。

在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与底座***感应线圈104a对准，且因此由司机简单地安置于近场区内，从而相对于底座***感应线圈104a而正确地定位电动车辆112。在其它实施例中，可给予司机视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确定电动车辆112何时被恰当地放置以用于无线电力传递。在又其它实施例中，电动车辆112可通过自动驾驶***定位，所述自动驾驶***可将电动车辆112来回移动(例如，呈Z字形移动)直到对准误差已达到可容许值为止。此可在无司机干涉的情况下或在仅具有最小司机干涉的情况下(前提是电动车辆112配备有伺服方向盘、超声波传感器及智能以调整车辆)由电动车辆112自动地及自主地执行。在仍其它实施例中，电动车辆感应线圈116、底座***感应线圈104a或其组合可具有用于使所述感应线圈116与104a相对于彼此移位及移动以更准确地将它们定向并在其间形成更有效率的耦合的功能性。

底座无线充电***102a可位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适位置包含在电动车辆112所有者的家中的停车区、为在常规的基于石油的加油站后模型化的电动车辆无线充电所保留的停车区及在例如购物中心及工作场所等其它位置的停车场。

无线地对电动车辆充电可提供众多益处。举例来说，可自动地执行充电，而几乎不具有司机干预和操纵，由此提高用户的便利性。还可不存在暴露的电触点且无机械磨损，借此提高无线电力传递***100的可靠性。可能不需要对电缆及连接器的操纵，且可不存在可在室外环境中暴露于湿气及水的电缆、插头或插座，借此提高安全性。还可不存在可见或可接近的插口、电缆和插头，借此减小对电力充电装置的潜在破坏行为。另外，由于可将电动车辆112用作分布式存储装置以使电网稳定，所以可使用对接至电网解决方案来增加针对车辆至电网(V2G)操作的车辆可用性。

如参看图1所描述的无线电力传递***100还可提供美学及非阻碍优点。举例来说，可不存在可阻碍车辆及/或行人的充电柱及电缆。

作为车辆至电网能力的进一步解释，无线电力发射及接收能力可经配置成互逆式，使得底座无线充电***102a将电力传递到电动车辆112且电动车辆112将电力传递到底座无线充电***102a(例如，在能量不足时)。此能力可用于通过在由可再生发电(例如，风或太阳能)中的过度需求或不足引起的能量不足时允许电动车辆将电力贡献给整个分配***来使配电网稳定。

图2为图1的无线电力传递***100的示范性核心组件的示意图。如图2中所示，无线电力传递***200可包含底座***发射电路206，所述底座***发射电路206包含具有电感L₁的底座***感应线圈204。无线电力传递***200进一步包含电动车辆接收电路222，所述电动车辆接收电路222包含具有电感L₂的电动车辆感应线圈216。本文中所描述的实施例可使用电容负载型线回路(即，多匝线圈)，从而形成能够经由磁近场或电磁近场将能量从初级结构(发射器)有效率地耦合到次级结构(接收器)(如果初级结构与次级结构两者经调谐到共同谐振频率)的谐振结构。线圈可用于电动车辆感应线圈216及底座***感应线圈204。使用用于耦合能量的谐振结构可涉及“磁性耦合谐振”、“电磁耦合谐振”，及/或“谐振感应”。将基于从底座无线电力充电***202到电动车辆112的电力传递来描述无线电力传递***200的操作，但不限于此。举例来说，如上文所论述，电动车辆112可将电力传递到底座无线充电***102a。

参考图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将电力P_SDC供应到底座无线电力充电***202以将能量传递到电动车辆112。底座无线电力充电***202包含底座充电***电力转换器236。底座充电***电力转换电路236可包含例如以下各者的电路：AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准干线AC转换到处于合适电压电平的DC电力；以及DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换到处于适合于无线高电力传递的工作频率的电力。底座充电***电力转换器236将电力P₁供应到包含与底座***感应线圈204串联的电容器C₁的底座***发射电路206，以在所要频率下发射电磁场。可提供电容器C₁以与底座***感应线圈204形成在所要频率下谐振的谐振电路。底座***感应线圈204接收电力P₁且在足以对电动车辆112充电或供电的电平下无线地发射电力。举例来说，由底座***感应线圈204无线地提供的功率电平可为大约数千瓦(kW)(例如，从1kW到110kW的任何者，或更高或更低)。

包含底座***感应线圈204的底座***发射电路206及包含电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222可经调谐到大体上相同的频率，且可定位于由底座***感应线圈204及电动车辆感应线圈116中的一者发射的电磁场的近场内。在此情况下，底座***感应线圈204及电动车辆感应线圈116可变得彼此耦合，使得电力可被传递到包含电容器C₂及电动车辆感应线圈116的电动车辆接收电路222。可提供电容器C₂以与电动车辆感应线圈216形成在所要频率下谐振的谐振电路。要素k(d)表示在线圈分离下所得的相互耦合系数。等效电阻R_eq,1及R_eq,2表示可为感应线圈204及216以及反电抗电容器C₁及C₂所固有的损耗。包含电动车辆感应线圈316及电容器C₂的电动车辆接收电路222接收电力P₂且将电力P₂提供到电动车辆充电***214的电动车辆电力转换器238。

电动车辆电力转换器238可尤其包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以将处于操作频率的电力转换回到处于与电动车辆电池组单元218的电压电平匹配的电压电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换电力P_LDC以对电动车辆电池单元218充电。电力供应器208、底座充电***电力转换器236及底座***感应线圈204可静止且位于多种位置处，如上文所论述。电池单元218、电动车辆电力转换器238及电动车辆感应线圈216可包含于作为电动车辆112的部分或电池组(未图示)的部分的电动车辆充电***214中。电动车辆充电***214还可经配置以经由电动车辆感应线圈216而将电力无线地提供到底座无线电力充电***202以将电力馈入回到电网。电动车辆感应线圈216及底座***感应线圈204中的每一者可充当基于所述操作模式的发射或接收感应线圈。

虽然未图示，但无线电力传递***200可包含负载断开单元(LDU)以从无线电力传递***200安全地断开电动车辆电池单元218或电力供应器208。举例来说，在紧急或***故障的情况下，LDU可经触发以从无线电力传递***200断开负载。可提供LDU以作为对用于管理对电池到充电的电池管理***的补充，或LDU可为电池管理***的部分。

另外，电动车辆充电***214可包含开关电路(未图示)以用于将电动车辆感应线圈216选择性地连接到电动车辆电力转换器238及选择性地断开电动车辆感应线圈216。断开电动车辆感应线圈216可中止充电且还可调整如由底座无线充电***102a(充当发射器)“看到”的“负载”，其可用于从基座无线充电***102a“掩盖”电动车辆充电***114(充当接收器)。可在发射器包含负载感测电路的情况下检测负载改变。因此，例如底座无线充电***202等发射器可具有用于确定例如电动车辆充电***114等接收器何时存在于底座***感应线圈204的近场中的机制。

如上文所描述，在操作中，假定朝向车辆或电池的能量传递，从电力供应器208提供输入电力以使得底座***感应线圈204产生用于提供能量传递的场。电动车辆感应线圈216耦合到辐射场且产生供电动车辆112储存或消耗的输出电力。如上文所描述，在一些实施例中，底座***感应线圈204及电动车辆感应线圈116是根据相互谐振关系而配置，使得当电动车辆感应线圈116的谐振频率及底座***感应线圈204的谐振频率非常接近或大体上相同时。在电动车辆感应线圈216位于底座***感应线圈204的近场中时，底座无线电力充电***202与电动车辆充电***214之间的发射损耗最小。

如所陈述，通过将在发射感应线圈的近场中的能量的大部分耦合到接收感应线圈而非将能量的大部分以电磁波传播到远场来进行有效能量传递。当处于近场中时，可在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。其中可发生此近场耦合的在感应线圈周围的区域在本文中被称为近场耦合模式区。

虽然未图示，但底座充电***电力转换器236及电动车辆电力转换器238两者可包含振荡器、例如功率放大器等驱动器电路、滤波器，及用于与无线电力感应线圈有效耦合的匹配电路。所述振荡器可经配置以产生所要频率，可响应于调整信号而调整所述频率。可通过功率放大器以响应于控制信号的放大量放大振荡器信号。可包含滤波和匹配电路以滤除谐波或其它不想要的频率，且使电力转换模块的阻抗匹配到无线电力感应线圈。电力转换器236及238还可包含整流器和切换电路以产生合适的电力输出以对电池充电。

如贯穿所揭示的实施例而描述的电动车辆感应线圈216及底座***感应线圈204可被称作或被配置为“环形”天线，且更具体来说是多匝环形天线。感应线圈204及216还可在本文中被称作或被配置为“磁性”天线。术语“线圈”一般是指可无线地输出或接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈也可被称作经配置以无线地输出或接收电力的类型的“天线”。如本文所使用，线圈204及216是经配置以无线地输出、无线地接收及/或无线地中继电力的类型的“电力传递组件”。环形(例如，多匝环形)天线可经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯。此外，空气芯环形天线可允许将其它组件放置在芯区域内。包含铁磁体或铁磁性材料的物理芯天线可允许形成更强的电磁场且改进的耦合。

如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器与接收器之间的能量的有效传递。然而，甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可在较低效率下传递能量。通过将来自发射感应线圈的近场的能量耦合到驻留于其中建立有此近场的区内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区的预定距离内)的接收感应线圈而非将能量从发射感应线圈传播到自由空间中来进行能量的传递。

谐振频率可基于包含感应线圈(例如，底座***感应线圈204)的发射电路的电感及电容，如上文所描述。如图2中所示，电感可一般为感应线圈的电感，而可将电容添加到感应线圈以在所要的谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，如图2中所展示，可与感应线圈串联地添加电容器以形成产生电磁场的谐振电路(例如，底座***发射电路206)。因此，对于较大直径感应线圈来说，用于诱发谐振的电容的值可随线圈的直径或电感增加而减小。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的有效能量传递面积可增加。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例，可将电容器并联地放置于感应线圈的两个端子之间(例如，并联谐振电路)。此外，感应线圈可经设计成具有高质量(Q)因数以改进感应线圈的谐振。举例来说，Q因数可为300或更大。

如上文所描述，根据一些实施例，揭示了将电力耦合于在彼此的近场中的两个感应线圈之间。如上文所描述，近场可对应于存在电磁场的在感应线圈周围的区，但可不远离感应线圈传播或辐射。近场耦合模式区可对应于在感应线圈的物理体积附近的体积，通常在波长的小分数内。根据一些实施例，将电磁感应线圈(例如，单匝循环天线及多匝循环天线)用于发射与接收两者，这是因为在实际实施例中与电型天线(例如，小偶极)的电近场相比，磁型线圈的磁近场振幅趋向于较高。这允许所述对天线之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电”天线(例如，偶极和单极)或磁性与电天线的组合。

图3为展示图1的无线电力传递***300的示范性核心组件及辅助组件的另一功能框图。无线电力传递***300说明用于底座***感应线圈304及电动车辆感应线圈316的通信链路376、导引链路366，及对准***352、354。如上文参看图2所描述且假定能量朝向电动车辆112流动，在图3中，底座充电***电力接口354可经配置以将电力从例如AC或DC电力供应器126等电源提供到充电***电力转换器336。底座充电***电力转换器336可从底座充电***电力接口354接收AC或DC电力以在底座***感应线圈304的谐振频率处或附近激发底座***感应线圈304。电动车辆感应线圈316当在近场耦合模式区中时可从所述近场耦合模式区接收能量以在谐振频率下或附近振荡。电动车辆电力转换器338将来自电动车辆感应线圈316的振荡信号转换到适合于经由电动车辆电力接口对电池充电的电力信号。

底座无线充电***302包含底座充电***控制器342且电动车辆充电***314包含电动车辆控制器344。底座充电***控制器342可包含到其它***(未图示)(例如，计算机及配电中心或智能电网)的底座充电***通信接口162。电动车辆控制器344可包含到其它***(未图示)(例如，车辆上的机载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子***及远程电子***)的电动车辆通信接口。

底座充电***控制器342及电动车辆控制器344可包含用于具有单独通信信道的特定应用的子***或模块。这些通信信道可为单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非限制性实例，底座充电对准***352可经由通信链路376而与电动车辆对准***354通信以提供用于自主地或在操作者辅助下更紧密地对准底座***感应线圈304与电动车辆感应线圈316的反馈机制。类似地，底座充电导引***362可经由导引链路而与电动车辆导引***364通信以提供反馈机制，以在对准基本***感应线圈304与电动车辆感应线圈316的过程中导引操作者。另外，可存在由底座充电通信***372及电动车辆通信***374支持的单独通用通信链路(例如，信道)，以用于在底座无线电力充电***302与电动车辆充电***314之间传达其它信息。此信息可包含关于电动车辆特性、电池特性、充电状态及底座无线电力充电***302与电动车辆充电***314两者的电力能力的信息以及电动车辆112的维修及诊断数据。这些通信信道可为单独物理通信信道(例如，蓝牙、zigbee、蜂窝式等)。

电动车辆控制器344还可包含：管理电动车辆主电池的充电及放电的电池管理***(BMS)(未图示)、基于微波或超声波雷达原理的停车辅助***；制动***，其经配置以执行半自动停车操作；及方向盘伺服***，其经配置以辅助可提供较高停车准确度的较大程度自动化的停车“按线停车”，因此减少对底座无线电力充电***102a及电动车辆充电***114中的任一者中的机械水平感应线圈对准的需求。此外，电动车辆控制器344可经配置以与电动车辆112的电子器件通信。举例来说，电动车辆控制器344可经配置以与以下各者通信：视觉输出装置(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出装置(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如，键盘、触摸屏幕，及例如操纵杆、轨迹球等指向装置)，及音频输入设备(例如，具有电子语音辨识的麦克风)。

此外，无线电力传递***300可包含检测及传感器***。举例来说，无线电力传递***300可包含用于与***一起使用以将司机或车辆恰当地导引到充电点的传感器、以所需的分离/耦合来互相对准感应线圈的传感器、检测可阻碍电动车辆感应线圈316移动到特定高度及/或位置以实现耦合的物体的传感器及用于与***一起使用以执行***的可靠、无损害且安全的操作的安全传感器。举例来说，安全传感器可包含用于以下用途的传感器：检测接近无线电力感应线圈104a、116超过安全半径的动物或儿童的存在、检测可变热(感应加热)的在底座***感应线圈304附近的金属物体、检测危险事件(例如，底座***感应线圈304上的遇热发光物体)及对底座无线电力充电***302及电动车辆充电***314组件进行温度监控。

无线电力传递***300还可支持经由有线连接的***式充电。有线充电端口可在将电力传递到电动车辆112或从电动车辆112传递电力之前将两个不同充电器的输出整合。开关电路可按需要提供用以支持无线充电及经由有线充电端口的充电两者的功能性。

为在底座无线充电***302与电动车辆充电***314之间进行通信，无线电力传递***300可使用频带内信令与RF数据调制解调器(例如，在未经许可的频带中的经由无线电的以太网)两者。频带外通信可提供足够带宽以用于将增值服务分配给车辆用户/拥有者。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干扰的频带内信令***。

另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路来执行某种通信。举例来说，无线电力感应线圈304和316还可经配置以充当无线通信发射器。因此，底座无线电力充电***302的一些实施例可包含用于在无线电力路径上启用键控类型协议的控制器(未图示)。通过使用预定义的协议以预定义的间隔来键控发射功率电平(幅移键控)，接收器可检测来自发射器的串行通信。底座充电***电力转换器336可包含负载感测电路(未图示)，所述负载感测电路用于检测在由底座***感应线圈304产生的近场附近作用中电动车辆接收器的存在或不存在。借助于实例，负载感测电路监视流到功率放大器的电流，其受在由底座***感应线圈104a产生的近场附近作用中接收器的存在或不存在的影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可由底座充电***控制器342来监视以用于在确定是否启用振荡器以用于发射能量、是否将与作用中接收器通信或其组合时使用。

为了实现无线高电力传递，一些实施例可经配置以在从10kHz到60kHz或更高(例如，参看图6)的范围内的频率下传递电力。此低频耦合可允许可使用固态装置而实现的高效电力转换。另外，与其它频带相比，可存在较少的与无线电***的共存问题。

所描述的无线电力传递***100可与包含可再充电或可更换电池的多种电动车辆102一起使用。图4为展示根据本发明的示范性实施例的安置于电动车辆412中的可更换无触点电池的功能框图。在此实施例中，低电池位置对于集成无线电力接口(例如，充电器到电池的无绳接口426)且可从嵌入于地面中的充电器(未图示)接收电力的电动车辆电池单元来说可为有用的。在图4中，电动车辆电池单元可为可再充电电池单元，且可容纳于电池隔室424中。电动车辆电池单元还提供无线电力接口426，所述无线电力接口426可按需要集成整个电动车辆无线电力子***(包含谐振感应线圈、电力转换电路，及其它控制及通信功能)以用于在基于地面的无线充电单元与电动车辆电池组单元之间进行有效且安全的无线能量传递。

使电动车辆感应线圈集成为与电动车辆电池单元或车辆车身的底部侧齐平以使得不存在突出部分且使得可维持所指定的地面到车辆车身的间隙可为有用的。此配置可需要电动车辆电池单元中的一些空间专用于电动车辆无线电力子***。电动车辆电池组单元422还可包含电池到EV的无绳接口422，及充电器到电池的无绳接口426，其提供电动车辆412与如图1所展示的底座无线充电***102a之间的无接触电力及通信。

在一些实施例中且参看图1，底座***感应线圈104a及电动车辆感应线圈116可处于固定位置，且所述感应线圈通过电动车辆感应线圈116相对于底座无线充电***102a的整体放置而被带入近场耦合区内。然而，为了快速、高效且安全地执行能量传递，可需要减小底座***感应线圈104a与电动车辆感应线圈116之间的距离以改进耦合。因此，在一些实施例中，底座***感应线圈104a及/或电动车辆感应线圈116可为可部署及/或可移动的，以使它们更好地对准。

图5A、5B、5C及5D是根据本发明的示范性实施例的感应线圈及铁氧体材料相对于电池的放置的示范性配置的图。图5A展示完全铁氧体嵌入的感应线圈536a。无线电力感应线圈可包含铁氧体材料538a及围绕铁氧体材料538a缠绕的线圈536a。线圈536a自身可由绞合的利兹线制成。可提供导电屏蔽物532a以保护车辆的乘客不受过多的EMF发射影响。导电屏蔽可尤其在由塑料或复合材料制成的车辆中有用。

图5B展示最佳设定尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背衬)以增强耦合且减小导电屏蔽罩532b中的涡电流(热耗散)。线圈536b可完全嵌入非导电非磁性(例如，塑料)材料中。例如，如图5A到5D中所说明，线圈536b可嵌入保护外壳534b中。在线圈536b与铁氧体材料538b之间由于磁耦合与铁氧体磁滞损耗之间的取舍而可存在间距。

图5C说明其中线圈536c(例如，铜利兹线多匝线圈)可为可在横向(“X”)方向上移动的另一实施例。图5D说明其中感应线圈模块部署在向下方向上的另一实施例。在一些实施例中，电池单元包含可部署及不可部署电动车辆感应线圈模块540d中的一者作为无线电力接口的部分。为防止磁场穿透到电池空间530d中及穿透到车辆内部中，在电池空间530d与车辆之间可存在导电屏蔽物532d(例如，铜薄片)。此外，非导电(例如，塑料)保护层533d可用于保护导电屏蔽物532d、线圈536d及铁氧体材料538d免受环境影响(例如，机械损坏、氧化等)。此外，线圈536d可为可在横向X及/或Y方向上移动的。图5D说明其中电动车辆感应线圈模块540d相对于电池单元主体在向下Z方向上进行部署的实施例。

此可部署电动车辆感应线圈模块542b的设计类似于图5B的电动车辆感应线圈模块的设计，除了在电动车辆感应线圈模块542d处不存在导电屏蔽。导电屏蔽532d与电池单元主体保持在一起。当电动车辆感应线圈模块542d未处于经部署状态中时，保护层533d(例如，塑料层)提供于导电屏蔽罩432d与电动车辆感应线圈模块542d之间。电动车辆感应线圈模块542与电池单元主体的物理间距可对感应线圈的性能具有积极影响。

如上文所论述，经部署的电动车辆感应线圈模块542d可仅含有线圈536d(例如，利兹线)及铁氧体材料538d。可提供铁氧体背衬以增强耦合且防止车辆的底部中或导电屏蔽物532d中的过多涡电流损耗。此外，电动车辆感应线圈模块542d可包含到电力转换电子器件及传感器电子器件的柔性电线连接。此电线束可集成到机械齿轮中以用于部署电动车辆感应线圈模块542d。

参看图1，上文所描述的充电***可用于多种位置中以用于对电动车辆112充电或将电力传递回到电网。举例来说，可在停车场环境中发生电力的传递。应注意，“停车区域”在本文中还可被称作“停车空间”。为了提高车辆无线电力传递***100的效率，电动车辆112可沿着X方向及Y方向对准以使电动车辆112内的电动车辆感应线圈116能够与相关联的停车区域内的底座无线充电***102a充分地对准。

此外，所揭示的实施例适用于具有一或多个停车空间或停车区域的停车场，其中停车场内的至少一个停车空间可包括底座无线充电***102a。导引***(未图示)可用于辅助车辆操作者将电动车辆112定位在停车区域中，以将电动车辆112内的电动车辆感应线圈116与底座无线充电***102a对准。导引***可包含用于辅助电动车辆操作者定位电动车辆112以使电动车辆112内的感应线圈116能够与充电站(例如，底座无线充电***102a)内的充电感应线圈充分地对准的基于电子的方法(例如，无线电定位、测向原理，及/或光学感测方法、准光学感测方法及/或超声波感测方法)或基于机械的方法(例如，车辆车轮导引、跟踪或停止)，或其任何组合。

如上文所论述，电动车辆充电***114可放置在电动车辆112的底侧上以用于从底座无线充电***102a发射及接收电力。例如，电动车辆感应线圈116可集成到车辆底部中，优选在关于EM暴露提供最大安全距离且准许电动车辆的正向及反向停车的中心位置附近。

图6是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率的频谱的图表。如图6中所展示，用于到电动车辆的无线高电力传递的潜在频率范围可包含：3kHz到30kHz频带中的VLF、30kHz到150kHz频带中的低LF(用于类ISM应用)(一些除外)、HF6.78MHz(ITU-RISM频带6.765到6.795MHz)、HF13.56MHz(ITU-RISM频带13.553到13.567)，及HF27.12MHz(ITU-RISM频带26.957到27.283)。

图7是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率及发射距离的图表。可可用于电动车辆无线充电的一些实例发射距离是大约30mm、大约75mm及大约150mm。一些示范性频率可为VLF频带中的大约27kHz及LF频带中的大约135kHz。

在无线电力传递***的某些配置中，通过延伸穿过无线发射器或无线接收器的外壳的电气管道(例如，电线、缆线、引线)将交流电(AC)供应到无线发射器(例如，底座无线充电***302)、无线接收器(例如，电动车辆充电***314)或这两者内的电路或从所述电路接收交流电。在某些此类配置中，这些电气管道延伸穿过至少无线发射器或无线接收器的铁磁部分。例如，一或多个电气管道可延伸穿过无线发射器或无线接收器的铁氧体材料、铁氧体板或铁氧体背衬中的至少一者，以提供内部电路与外部电路之间的电连通。更一般地说，一或多个电气管道可延伸穿过电子装置(例如，致动器、无线发射器、无线接收器)的至少铁磁部分(例如，铁氧体材料)以将电子装置连接到电子***。由于铁氧体材料的高磁导率，AC可在环绕电气管道的铁氧体材料中产生显著大的周向通量密度，由此显著增加***的磁性损耗。减少(例如，防止、避免、最小化)此类损耗是有利的，所述损耗还可导致***的较高温度增加及热应力。在一些情况下，用于引导磁通量的装置可包括铁磁性材料。

图8A示意性地说明用于模拟延伸穿过铁氧体板的一对电气管道的模型结构，且图8B说明此模拟的磁通量。电气装置及其组件(例如，铁磁性材料、至少一个电气管道)在尺寸、磁通量或根据本文中描述的某些实施例可使用的其它参数方面不受限制。例如，提供如本文中所揭示的长度尺度、电流、磁通量值及功率损耗(例如，如图8B中所展示)以仅展示一些实例相对量值，且并不希望限制本文中描述的所述装置、***或方法。所述模型结构包含具有延伸穿过铁氧体板的两个孔洞的铁氧体板，每一孔洞具有直径。所述模型结构还包含延伸穿过铁氧体板的孔洞的两个电气管道，每一电气管道具有直径且具有沿着其流动的10A的交流电。流动穿过两个电气管道的交流电具有彼此相反的相位。图8B中展示的模拟展示由流动穿过两个电气管道的交流电诱发的铁氧体板中的磁通量。导致此模型结构的功率损耗量可被计算(例如，使用斯坦梅茨模型)为18.3W。在各种参考(例如，“正弦波形的模型化磁芯损耗(ModelingMagneticCoreLossforSinusoidalWaveforms)”，科林J.顿洛普(ColinJ.Dunlop)的硕士论文，麻省理工学院，2008年6月)中描述了斯坦梅茨模型。

由流动穿过两个电气管道的交流电诱发的磁通量根本上不同于流动穿过接近电流的导电材料的涡电流。例如，归因于磁通量的磁性损耗在较高频率的交流电处比较明显，而归因于涡电流的损耗在低频率(例如，50到60Hz)以及较高频率两者处都比较明显。另外，磁通量围绕流动穿过电气管道的电流的方向而旋转(例如，如图8B中所展示)，而涡电流在平行于流动穿过电气管道的电流的方向的方向上流动。

图9示意性地说明根据本文中描述的某些实施例的实例电气装置600。电气装置600经配置以无线地发射或无线地接收电力(例如，作为如本文中所描述的无线电力传递***100的部分)。此电气装置600的实例可包括无线发射器(例如，底座无线充电***302)、无线接收器(例如，电动车辆充电***314)或这两者。

电气装置600包括包含至少一个孔620(例如，孔洞、开口、不包括铁磁性材料610的区)的铁磁性材料610。电气装置600进一步包括延伸穿过铁磁性材料610的至少一个孔620的至少一个电气管道630(例如，电缆、电线、引线)。例如，至少一个电气管道630可从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640延伸到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650，第二侧614与第一侧612相对(例如，第一区640可在电气装置600之外，且第二区650可在电气装置600内)。至少一个电气管道630经配置以使至少一种交流电沿着第一区640与第二区650之间的至少一个电气管道630流动。在某些实施例中，铁磁性材料610及至少一个电气管道630经配置以减少(例如，避免、防止、最小化)归因于沿着至少一个电气管道630流动的至少一种交流电在铁磁性材料610内产生的周向磁通量密度而引起的功率损耗。如下文更详细地描述，各种配置可用于减少(例如，避免、防止、最小化)归因于所述周向磁通量密度而引起的功率损耗。归因于周向磁通量密度到由交流电产生的任何涡电流的不同方向，这些配置不同于经设计以减少涡电流损耗的配置。

在某些实施例中，至少一个孔620包括气隙(例如，除了至少一个电气管道630之外不包括固体材料)。在某些其它实施例中，至少一个孔620包括一种材料，所述材料不支持流动穿过所述材料的磁通量(例如，非铁磁性材料，其实例包含(但不限于)塑料、陶瓷、导电但非铁磁金属、合金或其它固体材料)。在某些实施例中，至少一个孔620经配置以中断原本将在铁磁性材料610中形成的不想要的磁通量，由此减少(例如，避免、防止、最小化)归因于沿着至少一个电气管道630流动的至少一种交流电在铁磁性材料610内的周向磁通量而引起的功率损耗。例如，至少一个孔620及至少一个电气管道630可经组配以中断铁磁性材料610(例如，铁氧体板)的平面内的周向磁通量密度。相比而言，经设计以减少涡电流损耗的配置将经设计以中断在平行于接近电气管道630的导电材料中的电气管道630的方向(例如，垂直于电气管道630延伸穿过其的导电板的方向)上的涡电流。

图10说明实例模拟的磁通量密度，其中铁氧体板660包括铁磁性材料610及至少一个孔620。至少一个孔620包括一对孔洞620a、620b，其中的每一者具有延伸穿过其的电气管道630(在图10中未展示电气管道630)。至少一个孔620进一步包括不包括铁磁性材料610的区620c(例如，未使用铁磁性材料610形成或已经从其移除铁磁性材料610的铁氧体板660的薄片)。图10的薄片具有1mm的实例宽度且从一个孔洞620a延伸到另一孔洞620b。在此类结构中，两个孔洞620a、620b加上区620c(例如，薄片)形成穿过铁氧体板660的邻接一体孔620。如下文较全面描述，此类结构是根据本文中描述的某些实施例。图10中展示的实例模拟展示由流动穿过两个电气管道630的交流电产生的铁氧体板660中的周向磁通量密度。导致此模型结构的功率损耗的实例量可被计算为(例如，使用斯坦梅茨模型)0.03W。

图11A到11D示意性地说明根据本文中描述的某些实施例的电子装置600的实例部分。图11A到11D中的每一者中的双箭头表示铁磁性材料610中的主要磁通量方向670(例如，用于装置的技术用途的磁通量的方向)。例如，主要磁通量可为用于感应电力传递(例如，WEVC操作)的磁通量，其不同于由沿着穿过铁磁性材料610的电气管道630a、630b流动的交流电产生的不想要的周向磁通量。在某些实施例中，电气管道630a、630b及至少一个孔620经配置以减少(例如，防止、避免、最小化)对铁磁性材料610中的主要磁通量(例如，无线电力传递中使用的主要磁通量)的破坏，同时中断由沿着至少一个电气管道630流动的至少一种交流电在铁磁性材料610内产生的周向磁通量。

例如，如图11A到11D中所展示，电气管道630a、630b及电气管道630a、630b之间的至少一个孔620的部分(例如，图11B的部分620c)及/或电气管道630a、630b中的一者与铁磁性材料610的边缘616之间的至少一个孔620的部分(例如，图11C的部分620d、620e及图11D的部分620f)可与主要磁通量方向670(例如，用于使用铁磁性材料610的无线电力传递中的磁通量的方向)对准。或者，至少一个孔620可形成在铁磁性材料610的预期不会显著影响主要磁通量的部分中(例如，不明显地影响装置600的操作的铁磁性材料610的部分中)。在此类部分中，即使至少一个孔620与主要磁通量方向670垂直地延伸，也将实现铁磁性材料610中的功率损耗减少，而不会归因于发射及接收线圈之间的磁耦合的减少而过度地影响无线电力传递性能。

在图11A中，第一电气管道630a(例如，输入电缆)延伸穿过铁磁性材料610(例如，从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650，第二侧614与第一侧612相对)，且第二电气管道630b(例如，输出电缆)延伸穿过铁磁性材料610(例如，从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650)。例如，第一区640可在电气装置600之外且第二区650可在电气装置600内。第一电气管道630a载运从第一区640流动到第二区650的第一交流电，且第二电气管道载运从第二区650流动到第一区640的第二交流电。例如，第一交流电及第二交流电两者可具有彼此相反的相位且两者可具有相同的量值。铁磁性材料610包括孔620(例如，孔洞、开口、不包括铁磁性材料610的区)，其大于第一和第二电气管道630a、630b的直径的和且从铁磁性材料610的第一侧612延伸到铁磁性材料610的第二侧614。例如，图11A中的孔620是大体矩形且是一体式，且充分大以使得第一和第二电气管道630a、630b两者配合在孔620内。孔620的其它形状也与本文中描述的某些实施例相容，包含但不限于圆形、椭圆形、正方形、三角形及不规则形状。在图11A的配置中，来自第一和第二电气管道630a、630b的对铁磁性材料610中产生的磁通量的影响彼此抵消(例如，在第一和第二交流电具有相同的量值及相反的相位时完全抵消)，由此与其中第一和第二电气管道630a、630b处于未经配置以中断周向磁通量的单独的孔中的配置相比，减少了(例如，避免、防止、最小化)归因于周向磁通量而引起的功率损耗。

对于另一实例，如图11B中示意性地展示，孔620可包括由两个第一部分620a、620b(例如，两个大体圆形部分)及在两个第一部分620a、620b之间延伸的第二部分620c(例如，大体笔直线性部分)形成的邻接一体孔(例如，孔洞、开口、不包括铁磁性材料610的区)，所述两个第一部分中的每一者含有第一电气管道630a及第二电气管道630b中的一者。孔620的第二部分620c可在大体平行于主要磁通量方向670的方向上延伸，且可通过各种技术(例如，在铁磁性材料610中切割薄片、组装铁磁性材料610的不同瓦片，所述瓦片可通过非铁磁性材料耦合在一起)形成。图10的孔620是由图11B示意性地说明的种类的孔中的一员。孔620的第二部分620c可中断围绕每一电气管道630a、630b的磁性路径以防止磁性路径完全环绕单一电气管道而不环绕其它电气管道。以此方式，两个电气管道630a、630b的磁场可彼此抵消，使得在铁磁性材料610中不产生额外的磁通量，由此减少归因于铁磁性材料610中的周向磁通量而引起的功率损耗。可通过组装标准铁氧体块且在电气管道630a、630b之间留下气隙或非铁磁性材料或通过在单一铁氧体结构中对孔620的第二部分620c进行机械加工而形成孔620的第二部分620c。图11A的孔620及图11B的孔620两者都具有含有第一电气管道630a及第二电气管道630b两者的邻接一体孔620的公共属性。

在图11C中，第一电气管道630a延伸穿过铁磁性材料610(例如，从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650，第二侧614与第一侧612相对)，且第二电气管道630b延伸穿过铁磁性材料610(例如，从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650)。第一电气管道630a载运从第一区640流动到第二区650的第一交流电，且第二电气管道630b载运从第二区650流动到第一区640的第二交流电。例如，第一交流电及第二交流电两者可具有彼此相反的相位且可具有相同量值。铁磁性材料610包括含有第一电气管道630a的第一孔620a、620d(例如，孔洞、开口、不包括铁磁性材料610的区)，及含有第二电气管道630b的第二孔620b、620e(例如，孔洞、开口、不包括铁磁性材料610的区)。第一孔620a、620d及第二孔620b、620e中的每一者从铁磁性材料610的第一侧612延伸到铁磁性材料610的第二侧614，且第一孔620a、620d及第二孔620b、620e中的每一者跨越孔620中含有的电气管道630之间的铁磁性材料610延伸到铁磁性材料610的边缘616(例如，铁磁性材料610的外边缘与含有电气管道的孔洞之间的薄片)。

例如，如由图11C示意性地说明，第一孔620a、620d包括含有第一电气管道630a的第一部分620a及从第一部分620a延伸到铁磁性材料的第一边缘616a的第二部分620d。第一孔620a、620d的第二部分620d可在大体平行于主要磁通量方向670的方向上延伸。第二孔620b、620e包括含有第二电气管道630b的第一部分620b及延伸到铁磁性材料610的第二边缘616b的第二部分620e。第二孔620b、620e的第二部分620e可在大体平行于主要磁通量方向670的方向上延伸。在某些实施例中，第一边缘616a及第二边缘616b彼此不同(例如，铁磁性材料610的相对的边缘)。可通过组装标准铁氧体块且在电气管道630与边缘616a、616b之间留下气隙或非铁磁性材料或通过在单一铁氧体结构中对第一孔620a、620d的第二部分620d及/或第二孔620b、620e的第二部分620e进行机械加工，而形成第一孔620a、620d的第二部分620d及/或第二孔620b、620e的第二部分620e。

在图11D中，第一电气管道630A延伸穿过铁磁性材料610(例如，从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650，第二侧614与第一侧612相对)，且第二电气管道630b不延伸穿过铁磁性材料610(例如，不跨越铁磁性材料610)但是从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640延伸到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650。第一电气管道630a载运从第一区640流动到第二区650的第一交流电，且第二电气管道630b载运从第二区650流动到第一区640的第二交流电。例如，第一交流电及第二交流电两者可具有彼此相反的相位且可具有相同的量值。铁磁性材料610包括含有第一电气管道630a的孔620a、620f。孔620a、620f从铁磁性材料610的第一侧612延伸到铁磁性材料610的第二侧614。孔620a、620f跨越第一电气管道630a之间的铁磁性材料610延伸到铁磁性材料610的边缘616。

例如，如由图11D示意性地说明，孔620a、620f包括含有第一电气管道630a的第一部分620a及从第一部分620a延伸到铁磁性材料610的边缘616的第二部分620f。孔620a、620f的第二部分620f可在大体平行于主要磁通量方向670的方向上延伸。可通过组装标准铁氧体块且在电气管道620a与边缘616之间留下气隙或非铁磁性材料或通过在单一铁氧体结构中对孔620a、620f的第二部分620f进行机械加工，而形成孔620a、620f的第二部分620f。

含有图11C的第一电气管道630a的第一孔620a、620d、含有图11C的第二电气管道630b的第二孔620b、620e及含有图11D的第一电气管道630a的孔620a、620f全部共享经配置以使得铁磁性材料610不完全环绕其中包含的电气管道630的相同属性。此属性可被视为类似于在铁磁性材料610外部具有电气管道630(例如，类似于图11D的第二电气管道630b定位在铁磁性材料610外部)。

图12示意性地说明用于简化结构的等效磁电路计算。图12的右侧展示其中电气管道630(未图示)延伸穿过穿过铁磁性材料610的孔620(由白色中心圆标示)(由加阴影的圆标示)的简化结构。流动穿过电气管道630的交流电在铁磁性材料610内产生磁通量(由箭头标示)。图12的左侧展示图12的右侧的简化结构的磁通量密度的等值面。可产生包括等效电路(由叠加在圆形线上的矩形标示)的磁阻及磁动势(由叠加在圆形线上的小白色圆标示)的等效磁电路(由具有半径r的圆形线标示)。此磁电路可被视为类似于电路，但用磁阻代替电阻器、用磁动势代替电池(或电动势)，且用磁通量代替电流。

根据斯坦梅茨模型，铁磁(例如，铁氧体)材料610中的损耗与磁通量密度的二到三的幂的成比例。因此，通过将磁通量密度减小5倍，损耗可减小至少25倍。此外，磁通量以及磁通量密度与理想等效电路中的磁阻的倒数(1/R)成比例，如图12中所展示。因此，为实现使用孔620的修改将损耗减少至少25倍(与未进一步修改孔620的铁磁性材料610)相比，在某些实施例中，孔620的修改(例如，孔620的经配置以中断铁磁性材料610中的磁通量的部分)足够宽以将围绕单一电气管道的相当的磁电路的磁阻增加至少五倍。

例如，如果孔620的修改包括添加穿过铁磁性材料610的薄片，那么以下等式对于选择薄片的宽度(l_slice)可具有指导性：

$R_{ferrite}+R_{slice}=5*R_{{\mathrm{ferrite}}_{{\mathrm{without}}_{slice}}}\→\frac{l_{ferrite}}{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{r}A}*5=\frac{l_{ferrite}-l_{slice}}{{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_{r}A}+\frac{l_{slice}}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}$

此等式可精简为展示l_slice＝0.004*l_ferrite。假设r_mean＝25mm，那么得到损耗减少至少25倍的薄片的宽度(l_slice)可为0.63mm。实际上，归因于非线性场特性，更小宽度的薄片可实现磁阻中的所要的增加及损耗中的伴随的减少。

图13是根据本文中描述的某些实施例的无线地发射或无线地接收电力的实例方法700的流程图。在操作框710中，方法700包括提供无线电力传递***的电气装置600。装置600包括铁磁性材料610及延伸穿过铁磁性材料610的至少一个孔620。在操作框720中，方法700进一步包括通过从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650的至少一个孔620传导交流电。第二侧614与第一侧612相对。铁磁性材料610及至少一个孔620经配置以减少由交流电在铁磁性材料610内产生的周向磁通量而引起的铁磁性材料610内的功率损耗。

图14是制造作为无线电力传递***的部分的经配置以无线地发射或无线地接收电力的电气装置600的实例方法800的流程图。在操作框810中，方法800包括提供包括至少一个孔620的铁磁性材料610。在操作框820中，方法800进一步包括使至少一个电气管道630从铁磁性材料610的第一侧612上的第一区640延伸穿过铁磁性材料610的至少一个孔620到铁磁性材料610的第二侧614上的第二区650。第二侧614与第一侧612相对。至少一个电气管道630经配置以使至少一种交流电沿着第一区640与第二区650之间的至少一个电气管道630流动。铁磁性材料610及至少一个电气管道630经配置以减少由沿着至少一个电气管道630流动的至少一种交流电在铁磁性材料610内产生的周向磁通量引起的铁磁性材料610内的功率损耗。

例如，提供铁磁性材料610可包括在铁磁性材料610的一部分中切割至少一个孔620。对于另一实例，提供铁磁性材料可包括组装铁磁性材料610的瓦片且通过非铁磁性材料将所述瓦片机械地耦合在一起。在某些实施例中，至少一个孔620包括非铁磁性材料。

上文所描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬件及/或软件组件、电路及/或模块)来执行。通常，各图中所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应的功能装置来执行。例如，用于无线地发射电力的装置可包括无线电力发射器且用于无线地接收电力的装置可包括无线电力接收器。另外，用于引导磁通量的装置可包括铁磁性材料。另外，用于传导交流电的装置可包括电管道。可使用多种不同技艺及技术中的任一者来表示信息及信号。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可贯穿以上描述所提及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。

结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已通常在功能性方面描述了各种说明性元件、块、模块、电路及步骤。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个***的设计约束而定。可针对每一特定应用以变化的方式来实施所描述的功能性，但这些实施决策不应解释为造成脱离本发明的实施例的范围。

可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或经设计以执行本文中所描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件元件或其任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可经实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一或多个微处理器与DSP核心的联合或任一其它此配置。

结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法或步骤及功能可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以所述两者的组合来体现。如果以软件实施，则所述功能可作为一或多个指令或程序代码而存储于有形、非暂时性计算机可读媒体上或经由有形、非暂时性计算机可读媒体传输。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、缓冲器、硬盘、可移除式磁盘、CDROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将存储媒体耦合到处理器使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息及将信息写入到所述存储媒体。在替代方案中，存储媒体可整合到处理器。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。以上各者的组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。

出于概括本发明的目的，已在本文中描述本发明的某些方面、优点及新颖特征。应了解，根据本发明的任何特定实施例未必可实现所有这些优点。因此，可以实现或优化如本文中所教示的一个优点或一群优点而不必须实现如本文中可能教示或提出的其它优点的方式来体现或进行本发明。

上文所描述的实施例的各种修改将容易显而易见，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文中所展示的实施例，而是将被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广范围。

Claims (30)

1.一种作为无线电力传递***的部分的经配置以无线地发射或无线地接收电力的电气装置，所述电气装置包括：

铁磁性材料，其包括至少一个孔；

至少一个电气管道，其从所述铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过所述铁磁性材料的所述至少一个孔到所述铁磁性材料的第二侧上的第二区，所述第二侧与所述第一侧相对，所述至少一个电气管道经配置以使至少一种交流电沿着所述至少一个电气管道在所述第一区与所述第二区之间流动，所述铁磁性材料及所述至少一个电气管道经配置以减少由沿着所述至少一个电气管道流动的所述至少一种交流电在所述铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的所述铁磁性材料内的功率损耗。

2.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述电气装置包括无线发射器、无线接收器或这两者。

3.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个孔包括气隙。

4.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个孔包括非铁磁性材料。

5.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个孔经配置以中断由沿着所述至少一个电气管道流动的所述至少一种交流电在所述铁磁性材料中产生的所述周向磁通量。

6.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个电气管道及所述至少一个孔经配置以减少对所述铁磁性材料中的主要磁通量的破坏，同时中断由沿着所述至少一个电气管道流动的所述至少一种交流电产生的在所述铁磁性材料内的所述周向磁通量。

7.根据权利要求6所述的电气装置，其中所述至少一个孔的至少一个部分与主要磁通量方向的方向对准。

8.根据权利要求6所述的电气装置，其中所述至少一个孔形成在所述铁磁性材料的不明显地影响所述电子装置的操作的一部分中。

9.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个电气管道包括：

第一电气管道，其从所述铁磁性材料的所述第一侧上的所述第一区延伸穿过所述铁磁性材料到所述铁磁性材料的所述第二侧上的所述第二区，所述第一电气管道经配置以载运从所述第一区流动到所述第二区的第一交流电；及

第二电气管道，其从所述铁磁性材料的所述第一侧上的所述第一区延伸穿过所述铁磁性材料到所述铁磁性材料的所述第二侧上的所述第二区，所述第二电气管道经配置以载运从所述第二区流动到所述第一区的第二交流电。

10.根据权利要求9所述的电气装置，其中所述第一交流电及所述第二交流电具有彼此相反的相位且具有相同的量值。

11.根据权利要求9所述的电气装置，其中所述第一电气管道及所述第二电气管道两者都延伸穿过所述至少一个孔的邻接一体孔。

12.根据权利要求11所述的电气装置，其中所述邻接一体孔包括两个第一部分及在所述两个第一部分之间延伸的第二部分，所述两个第一部分中的每一者含有所述第一电气管道及所述第二电气管道中的一者。

13.根据权利要求12所述的电气装置，其中所述孔的所述第二部分大体笔直且在大体平行于主要磁通量方向的方向上延伸。

14.根据权利要求9所述的电气装置，其中所述至少一个孔包括含有所述第一电气管道的第一孔及含有所述第二电气管道的第二孔，所述第一孔及所述第二孔中的每一者跨越其中含有的对应电气管道到所述铁磁性材料的边缘之间的所述铁磁性材料而延伸。

15.根据权利要求14所述的电气装置，其中所述第一孔、所述第二孔或这两者包括所述铁磁性材料的外边缘与所述电气管道之间的薄片。

16.根据权利要求14所述的电气装置，其中所述第一孔包括含有所述第一电气管道的第一部分及从所述第一部分延伸到所述铁磁性材料的第一边缘的第二部分。

17.根据权利要求16所述的电气装置，其中所述第一孔的所述第二部分在大体平行于主要磁通量方向的方向上延伸。

18.根据权利要求16所述的电气装置，其中所述第二孔包括含有所述第二电气管道的第一部分及延伸到所述铁磁性材料的第二边缘的第二部分。

19.根据权利要求18所述的电气装置，其中所述第二孔的所述第二部分在大体平行于主要磁通量方向的方向上延伸。

20.根据权利要求18所述的电气装置，其中所述第一边缘及所述第二边缘彼此不同。

21.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述至少一个电气管道包括从所述铁磁性材料的所述第一侧上的所述第一区延伸穿过所述铁磁性材料到所述铁磁性材料的所述第二侧上的所述第二区的第一电气管道，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第一电气管道经配置以载运从所述第一区流动到所述第二区的第一交流电，且所述电气装置包括不延伸穿过所述铁磁性材料而是从所述铁磁性材料的所述第一侧上的所述第一区延伸到所述铁磁性材料的所述第二侧上的所述第二区的第二电气管道，所述第二电气管道经配置以载运从所述第二区流动到所述第一区的第二交流电。

22.根据权利要求21所述的电气装置，其中所述至少一个孔包括含有所述第一电气管道的孔，所述孔跨越所述第一电气管道到所述铁磁性材料的边缘之间的所述铁磁性材料延伸。

23.根据权利要求22所述的电气装置，其中所述孔包括含有所述第一电气管道的第一部分及从所述第一部分延伸到所述铁磁性材料的边缘的第二部分。

24.根据权利要求23所述的电气装置，其中所述孔的所述第二部分在大体平行于主要磁通量方向的方向上延伸。

25.一种无线地发射或无线地接收电力的方法，所述方法包括：

通过从铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过所述铁磁性材料到所述铁磁性材料的第二侧上的第二区的至少一个孔而传导交流电，所述第二侧与所述第一侧相对，所述铁磁性材料及所述至少一个孔经配置以减少由所述交流电在所述铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的所述铁磁性材料内的功率损耗；及

经由包括所述铁磁性材料的装置无线地发射或无线地接收电力。

26.一种制造作为无线电力传递***的部分的经配置以无线地发射或无线地接收电力的电气装置的方法，所述方法包括：

提供包括至少一个孔的铁磁性材料；及

使至少一个电气管道从所述铁磁性材料的第一侧上的第一区延伸穿过所述铁磁性材料的所述至少一个孔到所述铁磁性材料的第二侧上的第二区，所述第二侧与所述第一侧相对，所述至少一个电气管道经配置以使至少一种交流电沿着所述至少一个电气管道在所述第一区与所述第二区之间流动，所述铁磁性材料及所述至少一个电气管道经配置以减少由沿着所述至少一个电气管道流动的所述至少一种交流电在所述铁磁性材料内产生的周向磁通量引起的所述铁磁性材料内的功率损耗。

27.根据权利要求26所述的方法，其中提供所述铁磁性材料包括在所述铁磁性材料的一部分中切割所述至少一个孔。

28.根据权利要求26所述的方法，其中提供所述铁磁性材料包括组装所述铁磁性材料的瓦片且通过非铁磁性材料将所述瓦片机械地耦合在一起。

29.根据权利要求26所述的方法，其中所述至少一个孔包括非铁磁性材料。

30.一种无线电力传递***的电气装置，所述装置包括：

用于无线地发射或无线地接收电力的装置，其包括用于引导磁通量的装置，所述用于引导磁通量的装置包括至少一个孔；及

用于传导交流电的装置，所述传导装置从所述用于引导磁通量的装置的第一侧的第一区延伸穿过所述用于引导磁通量的装置的所述至少一个孔到所述用于引导磁通量的装置的第二侧上的第二区，所述第二侧与所述第一侧相对，所述传导装置经配置以使至少一种交流电沿着所述传导装置在所述第一区与所述第二区之间流动，所述用于引导磁通量的装置及所述传导装置经配置以减少由沿着所述传导装置流动的所述至少一种交流电在所述用于引导磁通量的装置内产生的周向磁通量引起的所述用于引导磁通量的装置内的功率损耗。