CN107148710B - 使用堆叠谐振器的无线功率传输 - Google Patents

Abstract

无线功率传输***可以包括主谐振器和一个或多个次谐振器。至少一个次谐振器与主谐振器处于重叠关系。由主谐振器生成的电磁(EM)场可以耦合到次谐振器，从而在次谐振器中引发电流。由次级谐振器生成的EM场与来自主谐振器的EM场相互作用以生成合成EM场。

Description

使用堆叠谐振器的无线功率传输

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月30日提交的美国申请No.14/528,634的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术领域

本公开通常涉及无线功率。更具体地，本公开涉及与使用堆叠谐振器的无线功率传输相关的设备、***和方法。

背景技术

无线功率传输是正在发展的技术，并且应用在许多电子器件和***中。此外，即使非电子对象也可配置有无线功率能力。例如，房屋中的墙壁或天花板可以装备有线圈，以便为灯具、诸如电视机、台式计算机、计算机监视器等的消费电子产品提供功率。

无线功率传输是指在电源(例如，功率发射单元，PTU)和电负载(例如，功率接收单元PRU)之间没有硬线连接的情况下电能从PTU到PRU的传送。一种常见的技术被称为谐振电感耦合，其中在被调谐为以相同频率谐振的紧密间隔的线圈(“谐振器”)之间实现电能的无线传送。PTU中的线圈(发射线圈)可以由时变信号驱动以生成电磁(EM)场。磁场将感应地耦合到诸如智能电话、计算机平板电脑等的电子设备(PRU)中的附近线圈(接收器线圈)。在接收器线圈中感应出电流，然后可以使用该电流来对在PRU中的电池充电或向PRU提供功率。

然而，不同的电子器件可能需要特定的谐振器设计来考虑尺寸、高度、感应电压范围、阻抗范围等，以便提供有效的功率输送。其他设计考虑包括电磁干扰(EMI)效应。制造商可能必须考虑操作和安全规定，这些规定对以下项设了限制：EMI对附近的电子器件的影响、对人类的比吸收率(SAR)等等。这些考虑往往会对PTU中谐振器的设计造成约束。

发明内容

根据本公开的方面的无线充电***可以包括主谐振器和至少一个次谐振器。次谐振器可以在主谐振器的至少一部分上方延伸。次谐振器可以响应于与主谐振器生成的主磁场的耦合而生成次磁场。合成磁场可以通过主磁场和次磁场之间的相互作用而出现。

在一些方面，次谐振器在主谐振器的至多一部分上方延伸。在其他方面，次谐振器的至多一部分在主谐振器上方延伸。

在一些方面，无线充电***还可以包括第三谐振器。第三谐振器可以没有在主谐振器上方延伸的部分。在其他方面，第三谐振器的任何部分都没有在次谐振器上方延伸。在另外的方面，第三谐振器的一部分在次谐振器的一部分上方延伸。在另一方面，第三谐振器可以在主谐振器和次谐振器的至少一部分上方延伸。

在一些方面，次谐振器可以包括电容性元件，以将次谐振器配置为具有与主谐振器大致相同的谐振频率。

根据本公开的其他方面，无线充电***可以包括导电材料的主回路和导电材料的多个次回路。每个次回路的至少一部分可以与主回路处于重叠关系。当所述主回路由时变信号驱动时，次回路可以与由主回路生成的磁场耦合，并且因此生成合成EM场，包括修改由主谐振器生成的磁场。

根据本公开的其他方面，无线充电***可以包括发射线圈和多个寄生线圈。至少一个寄生线圈可以与发射线圈处于重叠关系，其中从发射线圈生成的主磁场可以耦合到寄生线圈，从而生成相应的次磁场，所述次磁场与主磁场相互作用以生成用于将功率传输到接收器设备的合成磁场。

根据本公开的方面，无线充电装置可以包括用于与由主谐振器生成的主磁场耦合的部件。用于耦合的部件可以被配置为生成次磁场作为与主磁场耦合的结果。用于耦合的部件可以与主谐振器共同延伸，使得主磁场和次磁场之间的相互作用可以生成具有不同于主磁场的场分布的合成磁场。该装置还可以包括用于相对于主磁场支撑用于耦合的部件的部件。

附图说明

关于随后要进行的讨论且特别是附图，强调所示的细节代表了用于说明性讨论的示例，并且为了提供本公开的原理和概念方面的描述的原因而呈现。在这方面，除了对本公开的基本理解所需要的内容之外，并未试图示出实施细节。随后结合附图进行的讨论对于本领域技术人员来说可以理解如何实现根据本公开的实施例。在附图中：

图1是根据本公开的无线功率传输***的功能框图。

图2是根据本公开的无线功率传输***的功能框图。

图3是包括发射天线或接收天线的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。

图4A和图4B示出了本公开的涉及充电面积的方面。

图5A、图5B和图5C示出了本公开的涉及场高度的方面。

图6A、图6B和图6C示出了本公开的涉及场分布的方面。

图7示出了根据本公开的谐振器的实施例。

图8A和图8B示出了根据本公开的谐振器的实施例。

图9A和图9B示出了根据本公开的谐振器的配置。

图10A和图10B示出了根据本公开的堆叠的示例。

图11、图12、图12A、图12B、图13、图13A和图14示出了根据本公开的堆叠结构的说明性示例。

具体实施方式

在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多示例和具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，在权利要求中表达的本公开可以包括这些实施例中的一些或全部特征、单独地或与下面描述的其它特征组合，并且还可以包括本文所述的特征和概念的等同物和改型。

无线功率传输可以指将与电场、磁场、电磁场或其它方式相关联的任何形式的能量从发射器传输到接收器而不使用物理电导体(例如，功率可以通过自由空间传输)。输出到无线场(例如，磁场或电磁场)中的功率可以由“接收天线”接收、捕获或耦合以实现功率传输。

图1是根据本公开的无线功率传输***100的功能框图。可以从电源(图中未示出)向发射器104提供输入功率102，以生成用于执行能量传输的无线(例如，磁或电磁)场105。接收器108可以耦合到无线场105并且生成用于由耦合到输出功率110的设备(图中未示出)存储或消耗的输出功率110。发射器104和接收器108二者可以隔开距离112。

在一些实施例中，发射器104和接收器108可以根据相互谐振关系来配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本上相同或非常接近时，发射器104和接收器108之间的传输损耗可以是最小的。因此，与可能涉及非常接近(例如，有时在毫米内)的大型天线线圈的纯感应解决方案形成对比，可以在较大的距离上提供无线功率传输。因此，谐振感应耦合技术可以允许在各种距离上以及在各种感应线圈配置中的改善的效率和功率传输。

当接收器108位于由发射器104生成的无线场105中时，接收器108可以接收功率。无线场105对应于其中由发射器104输出的能量可被接收器108捕获的区域。无线场105可以对应于发射器104的“近场”，如将在下面进一步描述的。发射器104可以包括用于向接收器108传送能量的发射天线或线圈114。接收器108可以包括用于接收或捕获从发射器104传送的能量的接收天线或线圈118。近场可以对应于其中存在由发射线圈114中、远离发射线圈114而最小程度地辐射功率的电流和电荷生成的强反应场的区域。近场可以对应于在发射线圈114的大约一个波长(或其一部分)内的区域。

如上所述，通过将无线场105中的大部分能量耦合到接收线圈118、而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，可以发生有效的能量传输。当定位于无线场105内时，可能在发射线圈114和接收线圈118之间形成“耦合模式”。发射天线114和接收天线118周围可能发生该耦合的区域在本文中称为耦合模式区域。

图2是根据一些实施例的无线功率传输***200的功能框图。***200包括发射器204和接收器208。发射器204(此处也称为功率传输单元PTU)可以包括发射电路206，发射电路206可以包括振荡器222、驱动器电路224以及滤波器和匹配电路226。振荡器222可以被配置为生成可以响应于频率控制信号223调整的处于期望频率的振荡器信号。振荡器222可以将振荡信号提供给驱动器电路224。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号(VD)225以例如发射天线214的谐振频率驱动发射天线214。驱动器电路224可以是被配置为从振荡器222接收方波并输出正弦波的开关放大器。

滤波器和匹配电路226可以滤除谐波或其它不想要的频率，并将发射器204的阻抗匹配到发射天线214。作为驱动发射天线214的结果，发射天线214可以生成无线场205以在足以用于对电池236充电的水平无线地输出功率。

接收器208(在本文中也称为功率接收单元PRU)可以包括接收电路210，该接收电路210可以包含匹配电路232和整流器电路234。匹配电路232可以将接收电路210的阻抗匹配至接收天线218。整流器电路234可以从交流(AC)功率输入生成直流(DC)功率输出，以对电池236充电，如图2所示。接收器208和发射器204可以附加地在单独的通信信道219(例如，蓝牙、Zigbee、蜂窝等)上进行通信。接收器208和发射器204可以备选地通过使用无线场205的特性经由带内信令进行通信。

接收器208可以被配置为确定由发射器204传送并由接收器208接收的功率的量是否适合于对电池236充电。发射器204可以被配置为生成主要是具有用于提供能量传输的直接场耦合系数(k)的非辐射场。接收器208可以直接耦合到无线场205，并且可以生成用于由耦合到输出或接收电路210的电池(或负载)236存储或消耗的输出功率。

如上所述，发射器204和接收器208二者可以分开一距离，并且可以根据相互谐振关系来配置，以最小化发射器204和接收器208之间的传输损耗。当发射天线214和接收天线218相互谐振并且紧邻时，无线功率传输***200可以被描述为耦合系数(耦合系数k)通常高于0.3的强耦合方案。在一些实施例中，发射器204和接收器208之间的耦合系数k可以基于两个相应天线之间的距离或相应天线的尺寸等中的至少一个来改变。

图3是根据一些实施例的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3所示，发射或接收电路350可以包括天线352。天线352也可以被称为或被配置为“环路”天线352。天线352也可以在这里被称为或被配置为“磁”天线或感应线圈。术语“天线”通常是指可以无线地输出或接收能量以耦合到另一“天线”的组件。天线也可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈。如本文所使用的，天线352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传输部件”的示例。天线352可以包括空芯或例如铁氧体芯(图中未示出)的实芯。

如上所述，在发射器104(如图2所示的发射器204)和接收器108(如图2中所示的接收器208)之间的能量的有效传输可以在发射器104和接收器108之间的匹配或接近匹配的谐振期间发生。然而，即使在发射器104和接收器108之间的谐振不匹配时，也可以传输能量，但可能影响效率。例如，当谐振不匹配时，效率可能较低。通过将来自发射线圈114(如图2所示的发射线圈214)的无线场105(图2中所指的无线场205)的能量耦合到接收线圈118(如图2所示的接收线圈218)，能量传输发生，且留在无线场105附近，而不是将能量从发射线圈114传播到自由空间中。

环路或磁性天线的谐振频率基于电感和电容。电感可以简单地是由天线352生成的电感，而电容可以被添加到天线的电感以在期望的谐振频率处生成谐振结构。作为非限制性示例，电容器354和电容器356可以被添加到发射或接收电路350，以生成选择在谐振频率的信号358的谐振电路。因此，对于较大直径的天线，维持谐振所需的电容的尺寸可以随着环路的直径或电感的增加而减小。

此外，随着天线的直径增加，近场的有效能量传输面积可能增加。使用其他部件形成的其他谐振电路也是可能的。作为另一个非限制性示例，电容器可以并联放置在电路350的两个端子之间。对于发射天线，具有基本对应于天线352的谐振频率的频率的信号358可以被输入到天线352。

在图1中，发射器104(以下称为功率传输单元PTU)可以输出具有与发射线圈114的谐振频率对应的频率的时变磁(或电磁)场。当接收器108(以下称为功率接收单元PRU)在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在接收线圈118中感应出电流。如上所述，如果接收线圈118被配置为在发射线圈114的频率处谐振，则可以有效地传输能量。在接收线圈118中感应的AC信号可以如上所述被整流，以生成可以提供用于对负载进行充电或为负载供电的DC信号。

参考图4A，可以扩展由PTU(例如，图2的发射天线214)生成的初始充电面积402的范围，以为附加的或较大的PRU提供扩展的充电面积404。用户可能希望扩展其充电面积，例如，为了为附加电子设备提供无线充电。可替选地，用户可能希望为较大的电子设备提供无线充电。相反，如图4B所示，初始充电面积412的范围在尺寸上可以减小。从用户的角度而言，减小的充电面积414可能是期望的，以减少功耗和/或EMI发射。从性能观点而言，与较大的充电面积相比，减小的充电面积414可以在充电面积上提供更小的阻抗变化，并且可以提供更高的互耦合。

图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的实施例的另外方面。图5A以横截面示出了无线充电***的谐振器502，其可以包括具有一个或多个绕组的导电材料的线圈。谐振器502可以定位于例如桌面52的充电表面下方。注意，尺寸未按比例显示，并且该比例可能被夸大以用于说明。在操作中，谐振器502可以连接到合适的电源(未示出)以生成磁场54。图5A描绘了根据某些实施例的磁场54的有用强度延伸到高度h1并跨越宽度l1。

根据本公开，可以通过使无线充电***与附加谐振器适配来增加磁场54的高度。图5B描绘了其中由谐振器502(本文中称为“主”谐振器)生成的磁场可以通过附加的次谐振器512、514来增强的实施例，例如，用以容纳更厚的桌面52'。例如，图5B示出了可以增加由主谐振器502和次谐振器512、514的组合效应生成的磁场56的有用强度的高度，以便到达较大桌面52'的充电表面。图5B还示出了磁场56的横向跨度可以从l1增加到l2，从而增加充电区域。

图5C描绘了另一个实施例，其中由主谐振器502生成的磁场可以用附加的次谐振器516来增强。如图5C中的示例例子所示，由谐振器502和516生成的磁场58与仅由主谐振器生成的磁场54相比具有减小的跨度(l3<l1)。

图6A、图6B和图6C示出了根据本公开的实施例的另外的方面。图6A示出了磁场62的放大分布，示出了由主谐振器602'生成的磁场可能不均匀，即，磁场强度跨磁场存在很大变化。图6B示出了可以生成具有不均匀分布的磁场64的主谐振器602“的另一示例。图6C示出了适当配置和对准的次谐振器612、614结合主谐振器602”的堆叠可以减小不均匀性以生成具有比单个主谐振器更均匀分布的磁场66。

从上述可以理解，可以通过改变包括无线充电***的谐振器的相对布置和堆叠布置来操纵无线充电***中的磁场。可以控制磁场的方面，例如充电面积、磁场强度、场均匀性等。下面的讨论将解决根据本公开的说明性实施例的细节。

参考图7，主谐振器702可以形成、设置或以其它方式支撑在合适的基板72的表面上。在一些实施例中，基板72可以是印刷电路板(PCB)，并且表面可以是大致平面的。主谐振器702可以包括线圈712(发射线圈)，其可以卷绕成任何合适的匝数。例如，图7示出了包括三匝的线圈712的主谐振器702。用于线圈712的材料可以是任何合适的导电材料，并且可以使用任何合适的制造工艺设置在基板72上。图7还示出了沿着线b-b截取的主谐振器702和衬底72的横截面图(b)。作为惯例，高度方向或垂直方向将沿着Z轴，横向(例如，宽度、长度)将沿着X轴和Y轴。

主谐振器702被指定为“主”，因为它接收用于生成EM场的功率(例如，AC电流)。在一些实施例中，主谐振器702可以包括用于连接到电源(未示出)的端子714。在一些实施例中，端子714可以设置在基板72的主表面上，该主表面与线圈712设置其上在的表面相对。可以通过基板72形成过孔(未示出)，以在设置在基板72的一个主表面上的主谐振器702的端部716a、716b与设置在基板72的相对主表面上的端子714之间提供电连接。

提供以下尺寸仅仅是为了给出谐振器的尺度的感觉。在一些实施例中，主谐振器可以具有以下尺寸。例如，在一些实施例中线圈712中的匝之间的间隔S可以是2mm。线圈的迹线宽度W可以是2mm。线圈712的面积可以为90×90mm²。应当理解，这些尺寸仅仅是示例性的，并且在根据本公开的其它实施例中，其它尺寸是可能的。

根据本公开的次谐振器的说明性实施例在图8A和图8B中示出。图8A示出了包括线圈812(寄生线圈)的次谐振器802，其可被卷绕成具有任何适当的匝数。例如，线圈812被示出具有三匝。在各种实施例中，次谐振器802可以设置在用于支撑次谐振器的基板82上。次谐振器802可以用作与例如可以由主谐振器702生成的主磁场耦合的部件的说明性示例。因此，基板82可以用作用于支撑用于耦合的部件即次谐振器802的部件的说明性示例。

在各种实施例中，次谐振器802可以是闭环。换句话说，次谐振器不连接到电源。次谐振器802可以包括在线圈812的端部之间的电连接814以闭合环路。在一些实施例中，电连接814可制作在支撑线圈812的基板的同一侧上。在其他实施例中，电连接814可以制作在支撑基板的相对侧上，例如使用导电过孔。

根据本公开，主谐振器和次谐振器可以被设计为具有相同的谐振频率。在一些使用情况中，为了最大化谐振器之间的互耦合，这可能是优选的。因此，如图8B所示，在一些实施例中，次谐振器804可以包括与线圈812串联连接的电容器816。通常，电容器816可以由任何合适的无功元件或电路代替。

电容器816可以沿着谐振器的结构连接到任何位置。在一些实施例中，例如，电容器816可以与电连接814成一直线地附接。在其他实施例中，电容器816可以沿着线圈812本身被附接在某处。在另外的实施例中，串联或并联的多个电容器可以被放置在不同的位置并实现相同的目的。

可以选择电容器816的电容，以便将次谐振器802的谐振频率设定为期望的频率；例如主谐振器的谐振频率。可以使用以下关系来提供电容的估计：

其中C是电容，

L是线圈的自感，

f是谐振频率；例如主谐振器的谐振频率。

在一些实施例中，例如，主谐振器702还可以包括串联连接的电容器(例如，图9B中的932)，使得可以选择谐振频率的方便值来简化设计。

以下讨论将提供根据本公开的各种实施例的谐振器设计和谐振器的布置的示例的描述。图9A和图9B示出了根据本公开的谐振器的重叠配置。

图9A示出了根据本公开的主谐振器902和次谐振器912的配置。主谐振器902的部分和次谐振器912的部分在区域922中处于重叠关系。在图9A所示的具体实施例中，次谐振器912的部分延伸到主谐振器902的(重叠)部分上方。

图9B示出了谐振器904、914的另一配置。在该实施例中，主谐振器904在区域926处与次谐振器914处于重叠关系。具体来说，图9B示出了与次谐振器912的部分重叠的主谐振器902的部分。

图9B示出了单匝环路的相对(vis-a-vis)谐振器914的示例。图9B进一步描绘并入主谐振器904中的电容器932的示例。

图10A和图10B示出了根据本公开的谐振器的堆叠配置(堆叠顺序)。图10A描绘了由用于支撑主谐振器的基板限定的主平面和由用于支撑次谐振器的基板限定的一个或多个次平面的垂直堆叠的示例。在一些实施例中，例如，每个谐振器(主和次)可以被封装在壳体中，因此以电流方式或以其他方式将一个谐振器与另一谐振器电隔离；例如，在这些谐振器之间没有直接的有线连接。在其他实施例中，两个或更多次谐振器可以被封装在单个壳体中或制造在基板的不同层上，而是彼此电隔离等等。

如图10A所示，尽管非平行配置可能有助于提供不同形状的磁场，但根据本公开，谐振器可以设置在大体上彼此平行的平面上，从而提供特定的空间配置。主平面和次平面被示出为交错(例如，沿X轴的方向)，以强调一个或多个次谐振器可以与主谐振器处于重叠关系。在一些实施例中，平面之间的间隔S1，S2可以是最小的；例如，每个基板可以放置在另一基板的顶部。平面之间的间隔S1、S2可以相同或不同。

图10A示出了其中次平面堆叠在主平面上方(例如，在Z方向上)的堆叠配置。在一些实施例中，次平面可以堆叠在主平面之下。如图10B所示，在其他实施例中，主平面可以堆叠在次平面之间。

以下讨论将提供根据本公开的谐振器的各种说明性配置的描述。为了简化附图，以下附图将示意性地示出谐振器。应当理解，在各种实施例中，谐振器(主和次)可以包括支撑在合适基板上的线圈。线圈可以具有一匝或多匝，并且可以包括用于调谐谐振器的谐振频率的电容器。

图11描绘了根据本公开的实施例。该配置包括主谐振器1102。多个次谐振器1112可以围绕主谐振器1102而布置。图11示出了大致对称地围绕主谐振器1102布置的次谐振器1112。次谐振器1112的一部分可以在主谐振器1102的部分上方延伸。主谐振器1102可以为与次谐振器1112相同或不同的尺寸。次谐振器1112的尺寸可以彼此相同，或者可以从一个次谐振器变化到另一个次谐振器。

在一些实施例中，次谐振器1112可以相对于主谐振器1102垂直地(例如，Z方向)隔开相同的距离。在其他实施例中，次谐振器1112可以相对于主谐振器1102垂直地隔开不同的距离。次谐振器1112可以被定位于主谐振器1102之上(如图11所示)，而在其它实施例中，次谐振器可以被定位于主谐振器之下。在其他实施例中，主谐振器1102可以被定位于次谐振器1112之间。

在操作中，当时变电流流过主谐振器1102时，生成电磁(EM)场。由主谐振器1102生成的主EM场借助于在主谐振器和次谐振器之间的互耦合而在次谐振器1112中引发电流流动。因此，在次谐振器1112中流动的电流可以生成与主EM场相互作用和改变主EM场的相应次EM场。合成EM场一般从主EM场和次EM场的相互作用而产生。在一些实施例中，例如，主EM场和次EM场可以建设性地组合以生成合成EM场。在其他实施例中，主EM场和次EM场可以破坏性地组合以生成合成EM场。在其它实施例中，合成EM场可以从主EM场和次EM场的建设性和破坏性的组合而产生。

可以调节主谐振器1102和次谐振器1112之间的垂直距离以改变主EM场和次EM场之间的相互作用。类似地，可以调整主谐振器1102和次谐振器1112之间的面积重叠度A，以改变主EM场和次EM场之间的相互作用。

图12描绘了示出本公开的进一步方面的根据本公开的另一实施例。该配置包括主谐振器1202、次谐振器1212和附加(第三)谐振器1214。“第三”的指定除了区分第三谐振器1214与次谐振器1212之外没有意义。次谐振器1212的尺寸可以相同或可以变化。主谐振器1202的部分和次谐振器1212的部分可以重叠。根据图12所示的实施例，第三谐振器1214可以设置在主谐振器1202和次谐振器1212之间，而没有与主谐振器或次谐振器部分地重叠。

在一些实施例中，次谐振器1212可以相对于主谐振器1202垂直地隔开相同的距离。在其他实施例中，次谐振器1212可以相对于主谐振器1202垂直地隔开不同距离。

次谐振器1212可以被定位于主谐振器1202之上(如图12所示)，而在其它实施例中，次谐振器可以被定位于主谐振器之下。在另外的实施例中，主谐振器可以设置在次谐振器之间。第三谐振器1214可以具有任何合适的Z轴位置。

在操作中，当时变电流流过主谐振器1202时生成的电磁(EM)场可以借助于主谐振器和次谐振器以及第三谐振器之间的互耦合而在次谐振器1212和第三谐振器1214中引发电流流动。因此，在次谐振器1212和第三谐振器1214中流动的电流又可以生成与主谐振器1202生成的EM场相互作用并修改该EM场的相应EM场。合成EM场通常从谐振器生成的EM场之间的相互作用而产生。在一些实施例中，例如，由谐振器生成的EM场可以建设性地组合以生成合成EM场。在其他实施例中，由谐振器生成的EM场可以破坏性地组合以生成合成EM场。在其他实施例中，合成EM场可以从由谐振器生成的EM场的建设性和破坏性的组合而产生。

可以调节主谐振器1202、次谐振器1212和第三谐振器1214之间的垂直间隔，以改变EM场如何相互作用。类似地，可以调节主谐振器1202和次谐振器1212之间的重叠量以改变相互作用。

参考图12A，作为图12所示配置的替代方案可以包括与第三谐振器1214处于重叠关系的次谐振器1222。在该配置中，第三谐振器1214的部分与次谐振器的部分重叠，但是第三谐振器1214不与主谐振器1202部分重叠。

参考图12B，作为图12所示的配置的另一种替代方案可以包括第三谐振器1224。在该说明性实施例中，第三谐振器1224的一部分与主谐振器1202的一部分和次谐振器1212的一部分重叠。

从上述可以理解，可以想到根据本公开的其他配置。在一些实施例中，例如，可以提供附加的次谐振器以与由主谐振器生成的EM场相互作用或以其他方式操纵；例如，扩展或减小由合成EM场覆盖的面积(例如，充电面积)、扩展或减小合成EM场的垂直(Z轴)范围、增加场强的均匀性、减少或以其他方式限制EMI/RF暴露等。次谐振器可以具有不同的尺寸。次谐振器中的一个或多个可以与主谐振器重叠地布置，并且以不同的重叠量布置。次谐振器可以与一个或多个其它次谐振器重叠地布置。主谐振器和次谐振器之间的垂直间隔可以变化。主谐振器和次谐振器的堆叠顺序可以变化，等等。

图13描绘了根据本公开的又一实施例，并且提供了本公开的另外的方面。上述说明性实施例将主谐振器和次谐振器描述为具有大致直线形状。通常，谐振器可以具有任何合适的任意形状。例如，图13示出了包括椭圆形主谐振器1302的配置。次谐振器1312具有任意形状，这在图13A的分解图中可以更清楚地看出。

次谐振器1312中的每一个与主谐振器1302的大部分重叠。在这种配置中，由主谐振器1302在谐振器的这种配置的中心生成的EM场可以在次谐振器1312中引发电流。所得到的在次级谐振器1312中生成的EM场可以与主谐振器1302生成的EM场相互作用以生成合成EM场，如上所述。

图14描绘了根据本公开的又一实施例。该配置类似于图12B所示的配置，可以包括与次级谐振器1412和第三谐振器1414处于重叠关系的主谐振器1402。第三谐振器1414与所有次谐振器1412处于重叠关系。主谐振器1402、次谐振器1412和第三谐振器1414的堆叠可以是任何顺序。在特定实施例中，例如，堆叠可以是从底部开始的主谐振器1402、第三谐振器1414和次谐振器1412。在其他实施例中，不同的堆叠顺序可以更适合于实现不同的EM场分布和强度。

根据本公开的实施例的有利方面是，预先存在的无线充电***不需要被重新设计或以其他方式修改。现有的无线充电***可以被适配(修补)来改变由现有无线充电***生成的充电配置(例如，面积、EM场分布等)。例如，预先存在的无线充电***中的谐振器可以起到主谐振器的作用。次谐振器然后可以与主谐振器堆叠以实现期望的EM场配置；例如增加或减少充电面积、降低的EMI/RF干扰等。这对于最终用户来说可能是希望的，因为它们可以使用其预先存在的无线充电***，而不必购买和安装全新的***。对于无线充电***的制造商来说这是可取的。他们不必重新设计他们现有的产品，而是可以简单地在其***中添加一个或多个次谐振器。

作为对上述配置的额外益处，本领域技术人员可以理解，每个单独的次级和/或第三线圈可以通过各种方式(例如，电路中的开关或电阻和/或无功分量的值的变化，这将导致电路的去调谐，从而有效地解耦谐振器并防止能量的传输)被静态或动态耦合(即，赋能)。

还要注意的是，为了在改变***的配置时在电荷区域中保持正确的场强度，可能必须相应地调整主谐振器中的电流。

上面的描述示出了本公开的各种实施例以及可以如何实现特定实施例的各方面的示例。上述示例不应被认为是唯一的实施例，并且被呈现以示出由所附权利要求限定的特定实施例的灵活性和优点。基于上述公开内容和所附权利要求，可以采用其他布置、实施例、实施方式和等同物，而不偏离由权利要求限定的本公开的范围。

Claims (27)

1.一种与主谐振器一起操作的装置，所述主谐振器基本设置在第一平面上，所述主谐振器耦合到电源，所述装置包括：

至少一个次谐振器，基本上设置在第二平面上并且与所述主谐振器的至少一部分共同延伸，

至少一个第三谐振器，设置在第三平面上，其中所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面彼此不同，

所述至少一个次谐振器和所述至少一个第三谐振器是与所述主谐振器电气隔离的寄生线圈，

所述至少一个次谐振器被配置为当与所述主谐振器生成的主磁场耦合时生成次磁场，

所述至少一个第三谐振器被配置为当与所述主谐振器生成的所述主磁场耦合时生成第三磁场，其中合成磁场从所述主磁场、所述次磁场和所述第三磁场之间的增强相互作用而产生，所述合成磁场的高度高于所述主谐振器生成的所述主磁场的高度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个次谐振器和所述至少一个第三谐振器具有相对于所述主谐振器的配置和布置，使得所述合成磁场具有比由所述主谐振器单独产生的磁场更均匀的场分布。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个次谐振器和所述至少一个第三谐振器具有相对于所述主谐振器的配置和布置，使得所述合成磁场具有与由所述主谐振器单独产生的磁场相比范围不同的场分布。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个次谐振器和所述至少一个第三谐振器具有相对于所述主谐振器的配置和布置，使得所述合成磁场具有场分布，所述场分布具有与由所述主谐振器单独产生的磁场的最大高度不同的最大高度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个次谐振器至多只在所述主谐振器的一部分上方延伸。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述主谐振器和所述至少一个次谐振器限定比单独所述主谐振器的周界大的周界。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三谐振器不与所述主谐振器重叠。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三谐振器不与所述至少一个次谐振器重叠。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述主谐振器设置在主衬底上，所述至少一个次谐振器设置在次衬底上，所述至少一个第三谐振器设置在第三衬底上，所述主衬底被设置在所述次衬底和所述第三衬底下方。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三谐振器与所述主谐振器和所述至少一个次谐振器处于重叠关系。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个次谐振器包括与其串联连接的电容性元件。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述电容性元件的尺寸被定制为使得所述至少一个次谐振器的谐振频率与所述主谐振器的谐振频率基本上相同。

13.根据权利要求11所述的装置，其中所述电容性元件的尺寸被定制为使得所述主谐振器和所述至少一个次谐振器之间的互耦合基本上是最大的。

14.一种生成磁场的方法，包括：

与主谐振器生成的主磁场耦合；和

通过将次谐振器以与所述主谐振器重叠的关系进行对准，从与所述主磁场耦合来生成次磁场，

通过将第三谐振器以与所述主谐振器重叠的关系进行对准，从与所述主磁场耦合来生成第三磁场，

其中所述次谐振器和所述第三谐振器是各自设置在不同平面上的寄生回路，并且所述主磁场、所述次磁场和所述第三磁场之间的增强相互作用产生具有不同于所述主磁场的场分布的合成磁场，所述合成磁场的高度高于所述主谐振器生成的所述主磁场的高度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述合成磁场的所述场分布比单独所述主磁场的场分布更均匀。

16.根据权利要求14所述的方法，其中与单独所述主磁场的场分布相比，所述合成磁场的所述场分布的范围不同。

17.根据权利要求14所述的方法，其中与单独所述主磁场的场分布相比，所述合成磁场的所述场分布具有不同的最大高度。

18.根据权利要求14所述的方法，其中所述次谐振器至多只与所述主谐振器的一部分重叠。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括使所述次谐振器相对于所述主谐振器对准，使得由所述主谐振器和所述次谐振器限定的周界大于单独所述主谐振器的周界。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述第三谐振器不与所述主谐振器重叠。

21.根据权利要求14所述的方法，将所述次谐振器的谐振频率设定为基本上等于所述主谐振器的谐振频率。

22.一种用于生成磁场的装置，包括：

用于与由主谐振器生成的主磁场寄生地耦合的部件，所述用于寄生地耦合的部件被配置为从与所述主磁场耦合而生成次磁场和第三磁场，所述用于寄生地耦合的部件与所述主谐振器共同延伸，使得所述主磁场、所述次磁场和所述第三磁场之间的增强相互作用产生具有不同于所述主磁场的场分布的合成磁场，所述合成磁场的高度高于所述主谐振器生成的所述主磁场的高度；和

用于相对于所述主磁场来支撑所述用于寄生地耦合的部件的部件。

23.根据权利要求22所述的装置，其中所述合成磁场的所述场分布比单独所述主磁场的场分布更均匀。

24.根据权利要求22所述的装置，其中与单独所述主磁场的场分布相比，所述合成磁场的所述场分布的范围不同。

25.根据权利要求22所述的装置，其中与单独所述主磁场的场分布相比，所述合成磁场的所述场分布具有不同的最大高度。

26.根据权利要求22所述的装置，其中所述用于寄生地耦合的部件至多只在所述主谐振器的一部分上方延伸。

27.根据权利要求22所述的装置，其中所述主谐振器和所述用于耦合的部件限定比单独所述主谐振器的周界大的周界。

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