CN108391457B - 利用三维相位线圈阵列的无线充电平台 - Google Patents

利用三维相位线圈阵列的无线充电平台 Download PDF

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Abstract

公开了用于对电子设备进行无线充电的方法、***和设备。一方面，无线充电发射器设备包括三维线圈阵列，其电联接到电源并且被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从三维线圈阵列发出的电磁场，其中线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直以引导电磁场。所述无线充电发射器设备可操作为通过在电子设备的接收器线圈处提供电磁场来将电磁能转换成电能以向电子设备供电，从而对电子设备进行无线充电。

Description

利用三维相位线圈阵列的无线充电平台
优先权要求及相关专利申请
本专利文件适时提交以要求名称为“WIRELESS CHARGING PLATFORMS VIA THREE-DIMENSIONAL PHASE COIL ARRAYS(利用三维相位线圈阵列的无线充电平台)”且于2015年9月11日提交的第62/217,669号美国临时专利申请的优先权和权益。
技术领域
本专利文件涉及使用无线充电技术的***、设备和过程。
背景技术
无线充电技术使用电磁场基于感应耦合在两个或多个设备之间传输能量。一个设备是充电站或平台，用于生成电磁场以传输所生成的电磁场的功率。另一设备或其它设备通过谐振感应耦合接收电磁功率，并且将所接收的电磁能转换成电能以操作接收器设备或对其电源充电。
发明内容
描述了用于提供无线电力传输的技术、***和设备，所述无线电力传输用于对例如诸如智能电话的电子设备和诸如微型机器人的机器人进行充电。在一些方面，所公开的技术包括通过发射器设备对一个或多个接收器设备进行无线充电的谐振感应无线电力***，所述***能够克服发射器设备和接收器设备之间的严重角度不对齐。所公开的技术能够同时为处于固定位置或在三维空间中移动的多个接收器设备充电。
一方面，提供了无线电力***，所述***包括无线充电发射器设备，所述无线充电发射器设备包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从三维线圈阵列发出的电磁场。线圈被布置成使得至少两个线圈彼此垂直以将电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，电子设备可以通过包括接收器线圈以从三维线圈阵列接收电磁场来为电子设备充电或供电，从而对电子设备进行无线充电。
另一方面，提供了用于对设备进行无线充电的方法，并且包括：提供充电发射器设备，所述充电发射器设备包括布置在三维相位线圈阵列中的感应线圈，以共同地在充电区域中产生电磁场；至少将两个感应线圈布置成彼此垂直以产生彼此垂直的两种电磁场；操作联接到三维相位线圈阵列的可调节电容器网络电路以基于在充电区域中待进行无线充电的设备的定向或位置动态地调节阻抗以增加从三维相位线圈阵列到待进行无线充电的设备的能量传输。
在附图、说明书和权利要求书中更详细地描述了这些和其它方面及其实现方式。
附图说明
图1示出了所公开技术的示例性谐振感应无线电力***。
图2A、图2B和图2C示出了本发明技术的三维发射器线圈阵列的示例。
图3示出了本发明技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。
图4示出了本发明技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。
图5A示出了所公开技术的另一示例性谐振感应无线电力***的框图。
图5B示出了示例性数据处理与通信单元的框图。
图6、图7和图8示出了所公开技术的联接至谐振感应无线电力***的动态可调节电容器网络的示例。
图9示出了所公开技术的便携式无线充电发射器设备的示例的框图。
图10示出了本发明技术的另一示例性发射器线圈阵列的示图。
具体实施方式
无线电力传输由Nikola Tesla(尼古拉特斯拉)在1893年使用感应线圈证实。对于高品质Q线圈或相对于其电阻具有高感抗的线圈，基于感应线圈的谐振感应技术现在被开发以实现跨越中距离或者线圈直径的两倍、三倍甚至四倍的距离的显著的***效率(例如，80％以上)。感应线圈可设计成生成能够以各种频率范围(包括国际、科学和医学(ISM)波段，诸如6.78MHz和13.56MHz)和特定吸收率(SAR)穿过包括人体组织的物体的电磁场以及功率水平在甚至千瓦(kW)范围、低于FCC规定的电场。然而，用于传输电力的这种谐振感应技术的多种实现方式常常具有某些缺点，诸如，难以同时对多个设备充电，以及接收器设备和发射器设备的线圈之间的角度不对齐引起的不期望的灵敏度。
例如，在一些无线充电设计中，如果接收器设备(例如，待进行无线充电的电子设备)和发射器设备(例如，无线充电设备)之间的角度不对齐，则接收器设备可能不能经由感应耦合适当地接收电力，并且因此不能适当地被充电，或者有时根本不被充电。此外，如果发射器线圈不是远大于接收线圈，则谐振感应技术的某些实现方式难以同时对多个设备充电。
由于无线充电中的这些和其它技术问题，基于谐振感应技术的各种商业充电产品已在某些方面受到限制，诸如各种商业感应充电垫产品。一些现有的感应充电垫配置为薄的不光滑形物体，其在电子设备被放置在垫上时对电子设备充电。这些感应充电垫几乎总是完全依赖于具有非常有限充电距离(例如，通常在若干厘米的范围内)的插座。此外，由于构建阻抗匹配网络的工程困难，感应充电垫通常是非谐振产品，由于***效率的严重下降，这限制了电子设备距垫的充电距离的最大值约为5cm。
在开发使负载两端的功率最大化的阻抗匹配网络中存在工程挑战，尤其在接收器处于运动中时。这种挑战的一个示例包括最小化或消除因发射器与接收器之间的耦合系数改变引起的充电中断或故障，其中，发射器与接收器之间的耦合系数的改变因接收器到发射器的角度位置或距离移动(例如，诸如智能电话相对于无线充电产品移动)而引起。另一示例包括管理接收器中负载的电阻的改变，这可在如果例如智能电话中的电池(诸如，可再充电锂离子电池)以不同容量充电时发生。
许多感应充电垫在电源线约束的范围内可移动，并且由于电源线的限制而不是便携式的。在这种情况下，这样的充电垫可以相对容易地从一个地方移动到另一地方，但当电子设备在有限的角度平面上接触或非常靠近产品时其维持对电子设备进行充电的相同应用。这使得这样的感应充电垫的应用相当有限和不便，并且对于各种充电需求而言不切实际。
描述了用于对电子设备(例如，移动的或可穿戴的通信设备(例如，诸如智能电话、平板、智能眼镜、智能手表等)和机器人(例如，诸如紧凑尺寸的微型机器人))进行充电的提供无线电力传输的方法、***和设备。在一些方面，所公开的技术包括通过发射器设备对一个或多个接收器设备进行无线充电的谐振感应无线电力***，所述***能够克服发射器设备和接收器设备之间的严重角度不对齐。所公开的技术能够同时对在固定位置或在三维空间中移动时的多个接收器设备进行充电。
在一些实施方式中，例如，基于本发明技术的谐振感应无线电力***包括发射器设备，发射器设备包括放大器电路，放大器电路从直流(DC)电源(例如，诸如可再充电电池)获取电力，并且将电力传输至谐振LC储能电路(tank)，谐振LC储能电路结构设计成包括专用线圈。发射器设备的LC储能电路将电信号转换成电磁波，电磁波传输至一个或多个接收器设备中的相应谐振LC储能电路。如果应用(诸如将DC电力传输至电子设备(例如，智能电话))中需要DC，则接收器可例如通过桥式整流器将交流(AC)转换成DC。
所公开的技术的实现方式可用于开放式和封闭式无线充电***。例如，在“开放式”感应充电***中，接收器可以在距发射器的限定半径内固定或者从发射器的外部自由地移动，同时接收负载两端的电力。充电半径根据谐振频率、电源、阻抗匹配网络以及各线圈的构造和品质因子或Q因子而变化。在“封闭式”充电***中，例如，接收器可以在发射器充电设备的内部中固定或者自由地移动，同时接收负载两端的电力。在一些情况下，“开放式”***和“封闭式”***之间的差异在于：发射器线圈阵列的构造和接收器位置。
特别地，“封闭式”***可设计成直接从交流(AC)电源获取电力，示例性***为无线供电的微型机器人***。在这种情况下，所述***在被传输至发射器中的谐振LC储能电路之前可能或者可能不需要功率增益。
所公开技术的示例性实施方式
图1示出了所公开技术的示例性谐振感应无线电力***100的框图。***100包括无线充电(发射器)设备110和电子(接收器)设备120。接收器设备120包括电联接至电路126的一个或多个接收器线圈122以向电路126供应所接收的电功率。在一些实现方式中，例如，电路126包括充电电路(例如，用于存储电能，诸如电池)或调节器电路和/或降压转换器以基于所转换的电磁能在线圈122处转换成电能而直接为设备120供电。在一些实现方式中，例如，接收器设备120包括AC/DC转换器，以将在线圈122处产生的AC电能转换成DC电能以供应充电电路或调节器电路126。
发射器设备110可包括电联接至三维相位线圈阵列112的电源114，所述三维相位线圈阵列112包括多个感应线圈并且被布置成将电磁能感应地传输到接收器设备120的接收器线圈122。电源114可包括可通过电力电缆连接至电插座的AC电源，或者例如在设备110中的DC电源(诸如，电池)。在包括DC电源的实现方式，例如，发射器设备110包括DC/AC转换器，以将DC电能转换成在三维相位线圈阵列112处提供的AC电能。
发射器设备110中的三维相位发射器线圈阵列112可结构设计成包括以三维形式构造的两个或多个感应线圈。这样的线圈可以是矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯线圈或铁氧体磁芯线圈。三维相位发射器线圈阵列112可构造成形成多种几何形状或成行的体积，例如，包括矩形或正方形体积、球形、椭圆形或其它弯曲体积、螺旋形状体积或所需的其它形状。三维相位发射器线圈阵列112可结构设计成具有所需的形状和体积以集成到整个发射器设备110的形状中。例如，三维相位发射器线圈阵列112的结构允许发射器设备110通过从x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上的多个角度发送电磁场来补偿例如因发射器和/或接收器的潜在定位偏移引起的接收器设备120的电磁感应的减小。对于谐振感应***，在发射器设备110的无线充电操作期间，三维相位发射器线圈阵列112可增加接收器设备120的角度灵活性。三维相位发射器线圈阵列112被设计成通过使发射器线圈阵列112中的一个或几个发射器线圈在每个接收器设备120处增强电磁场的强度和方向来允许接收器设备120维持自由的360度移动，以在发射器线圈和接收器线圈之间的角度对齐变得越来越接近彼此垂直(这是不期望的感应耦合状况)时维持有效的无线电力传输。
根据所公开技术的无线充电实现方式与波束成形相当，例如诸如在雷达中。然而，所公开的无线充电***技术不是控制无线电信号的传输和接收方向性，而是经由三维线圈的相位角度和每个发射器线圈的信号的强度来控制谐振感应发射器的磁场的角度和强度。
例如，在发射器设备使用具有空芯或铁氧体磁芯的单个矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋发射器线圈的情况下，磁场的方向根据电子的流动而在线圈中或在线圈外。接收线圈可放置成与发射器线圈足够近，以使得两个线圈开始耦合并且在接收器上感应出磁场。然而，如果接收线圈相对于单个发射器线圈的定位接近90度，则由于接收器的电磁感应显著地减小，接收线圈与单个发射器线圈不能很好的耦合。因此，由于接收器相对于发射器的角度定位(尤其是发射器保持固定而接收器移动其角度定位时)，存在“死区”或无线电力传输过程受到极大抑制的区域。
所公开技术的三维相位发射器线圈阵列提供了其线圈中的至少之一来补偿发射器和接收器之间的潜在角度对齐偏移，从而防止因发射器和/或接收器定位引起的潜在死区。
在用于“开放式”***实现方式的***100的实施方式中，例如，三维线圈阵列112结构设计成使得每个连续线圈被构造在另一个内部。这个的示例在图2A中示出，其中，三维发射器线圈阵列212包括三个圆形线圈，所述三个圆形线圈在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上定向成彼此以90度相位错开：x-轴线圈大体上在与x轴垂直的平面上，y-轴线圈大体上在与y轴垂直的平面上，以及z-轴线圈大体上在与z轴垂直的平面上。如图2A中所示，发射器线圈阵列212的三个圆形空芯线圈布置成在x、y和z轴平面上相互垂直。在一些实施方式中，例如，阵列中的线圈的数量以及它们彼此的角度定位可以改变，以便在接收器的角度位置相对于发射器改变时使接收器的电磁感应最大化。图2A中的示例中的每个线圈大体上在圆形或近圆形环路(例如，椭圆形环路)中。图2B示出了三维发射器线圈阵列222的另一示例，包括三个线圈，所述三个线圈在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上定向成彼此以90度相位错开，其中每个线圈是非圆形形状或非椭圆形形状。通常，可基于充电应用的具体需求使用各种线圈几何形状。
用于“开放式”***的三维相位线圈阵列的特殊类型被称为表面螺旋三维相位线圈阵列。这种类型的阵列又在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上彼此以90度相位错开，但实质上减小了无线电频率处的邻近效应或者因匝的角度缠绕引起的有效电阻的增加。
如果交流电流流经附近的导体(诸如绕线)，则可约束导体内的电流分布。此约束效应被称为邻近效应，其引起有效电阻随着频率典型地增加而增加，这对无线电频率波段的天线设计工程师提出了巨大的挑战。
三维相位线圈阵列中的每个发射器线圈可包括电导体材料，诸如呈各种合适几何形状的金属或其它合适的导电材料。例如，线圈可包括多个环路，以通过线圈中的激励电流产生所需的电磁场。此外，用于线圈的导体可呈各种几何形状。图2C示出了导体线圈的螺旋几何形状的一个示例，其中，导体材料是螺旋形，螺旋形的两端由间隙分开，所示的导体线圈用于联接至线圈激励电路(诸如，图6和图7中所示的示例)，导体线圈通过螺旋形引导电流。可由介电材料或其它绝缘材料形成的支撑结构可设置成支撑导体的螺旋几何形状，并且还可呈螺旋几何形状或一些其它合适的几何形状。在一些设计中，这样的支撑结构在导体本身可维持所需的螺旋几何形状时是非必需的。在这样的表面螺旋三维相位线圈阵列中，阵列中每个天线的匝可以彼此以所需的角度缠绕，以允许更多的电流经过导体的每个缠绕，从而减小邻近效应。例如，在图2C中，匝被示出为以彼此～120度的角度定位缠绕三次。由于厚度仅40um且直径仅～6英寸，此示例在高频(HF)范围具有～700的CST模拟Q(这给出了其尺寸和RF波段)，从而使其成为用于无线充电应用的高效和理想的谐振器。将表面螺旋技术用于天线阵列中的每个线圈可增加或最大化基于所公开技术的三维相位线圈阵列中的线圈的磁场的能量强度。在实施所公开的技术中，上述和其它表面螺旋设计可应用于各种线圈。
在用于“封闭式”***实现方式的***100的实施方式中，例如，三维线圈阵列112构造成位于无线充电产品或发射器设备110的内部，从而最大化接收器设备120的电磁感应，而无论接收器设备120在整个所述结构的内部移动还是固定。三维发射器线圈阵列112配置成使得发射器设备110的表面区域覆盖有阵列112的发射器线圈，或者以使针对发射器的所需部分的接收器的电磁感应最大化的三维方式定位。例如，所述结构中的线圈的形状、定位和数量可根据整个产品的哪些区域需要补偿接收器的角度和定位偏移而改变。
三维发射器线圈阵列112的“封闭式”***配置的示例在图3中示出，图3示出了五线圈三维发射器线圈阵列312的示图，包括彼此在x、y和z轴平面上定位和布置的五个椭圆形空芯线圈。线圈阵列312结构设计成使得第一椭圆形空芯线圈(在图3中示出为y-轴线圈1)绕y-轴平面布置在阵列的顶部区域，以及第二椭圆形空芯线圈(在图3中示出为y-轴线圈2)绕y-轴平面布置在阵列的底部区域，与顶部区域线圈平行。第三椭圆形空芯线圈(在图3中被示出为x-轴线圈1)绕x-轴平面布置在阵列的第一侧区域，以及第四椭圆形空芯线圈(被示出为图3中的x-轴线圈2)绕x-轴平面布置在阵列第二侧区域，与第一侧区域线圈平行。第五椭圆形空芯线圈布置成使得其水平地延伸穿过线圈阵列312(在图3中示出为2-轴线圈)，垂直于第一线圈和第二线圈以及第三线圈和第四线圈。
在此实施方式的示例性应用中，五椭圆形发射器线圈阵列312可配置在发射器设备110中以在用于充电的所需位置或空间(诸如，汽车、飞机、火车或其它车辆)的内部中无线地供应电力，使得例如诸如驾驶员或乘客的智能电话的接收器设备120可在整个车辆中自由地移动的同时有效地对设备进行充电时，由此利用本发明技术的谐振感应无线充电***。作为用于配置自动车辆的这种设计的具体示例，五椭圆形发射器线圈阵列312可配置在车辆中以使得第一椭圆形空芯线圈布置在车辆的在直径上从前座跨越后座的屋顶，第二椭圆形空芯线圈布置在车辆的在直径上延伸大致相同距离的地板中，第三椭圆形空芯线圈布置成使得其从双门的右手侧跨越，以及第四椭圆形空芯线圈布置成使得其在左手侧跨越大致相同的距离，以及第五椭圆形空芯线圈布置成使得其水平地延伸穿过车辆，垂直于屋顶和地板线圈(例如，定位在前门和后门之间)。
在***100的另一实现方式中，矩形微型机器人无线充电***可设置成包括建造在发射器设备110的所有六个侧部中的矩形空芯线圈，这将允许微型机器人在整个结构的每个区段无线地充电，即使它们在三维平面上移动时。
图4示出了三维发射器线圈阵列112的“封闭式”***配置的另一示例，其示出了六线圈三维发射器线圈阵列412的示图，六线圈三维发射器线圈阵列412包括彼此在x、y和z轴平面上定位和布置的六个矩形空芯线圈。线圈阵列412结构设计成使得第一矩形空芯线圈(在图4中被示出为z-轴线圈2)绕z-轴(或x-y)平面布置在阵列的顶部区域，以及第二矩形空芯线圈(在图4中被示出为z-轴线圈1)绕z-轴平面布置在阵列的底部区域，与顶部区域线圈平行。第三矩形空芯线圈(在图4中示出为y-轴线圈1)绕y-轴(或x-z)平面布置在阵列的第一侧区域，以及第四矩形空芯线圈(在图4中示出为y-轴线圈2)绕y-轴平面布置在阵列的第二侧区域，平行于第一侧区域线圈。第三侧区域处的第五矩形空芯线圈(在图4中示出为x-轴线圈1)绕x-轴(或y-z)平面水平地布置在第一矩形线圈、第二矩形线圈、第三矩形线圈和第四矩形线圈的交叉处，并且垂直于第一矩形线圈、第二矩形线圈、第三矩形线圈和第四线圈。第四侧区域处的第六矩形空芯线圈(在图4中示出为x-轴线圈2)绕x-轴平面水平地布置在第一矩形线圈、第二矩形线圈、第三矩形线圈和第四矩形线圈的交叉处，在阵列412相对于第三侧的相反侧上。
在此实施方式的示例性应用中，六矩形发射器线圈阵列412可配置在发射器设备110中以对微型机器人无线地充电。如果微型机器人能在移动时利用谐振感应充电平台，则这种微型机器人的基本功能可大大地扩展。例如，通过恒定的无线充电而无需在微型机器人中存储显著的电力，这样的微型机器人可维持非常小的尺寸并且同时能够以类似三维打印机的方式将其自身建造或编译成发射器内部的可再用三维结构，而且不仅能够精确地模拟尺寸，还具有重量及多色结构，这可以是更精确和可再用的原型形式。本发明技术的“封闭式”***实施方式的此示例还将线圈维持在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上，但由于在无线充电期间接收器设备(例如，微型机器人)位于发射器设备110内部而不是***外部，因而具有与在“开放式”***中不同的放置和定位。
图5A示出了所公开技术的另一示例性谐振感应无线电力***500的框图。***500包括分别如发射器设备110和接收器设备120那样配置的无线充电(发射器)设备510和电子(接收器)设备520，并且另外包括数据处理与通信单元。接收器设备520包括与电路126通信的数据处理与通信设备526。发射器设备510包括与控制电路518通信的数据处理与通信单元516，以控制从电源114供应至三维相位发射器线圈阵列112的电功率。控制电路518还可在电力传输至三维相位发射器线圈阵列112时控制发射器设备510的操作频率和/或匹配网络。
数据处理与通信单元516和/或526的示例性实施方式在图5B中示出。数据处理与通信单元516、526包括用于处理数据的处理器501(例如，诸如中央处理单元(CPU)或微控制器)和与处理器501通信的用于存储和/或缓冲数据的存储器502。数据处理与通信单元516、526包括与处理器501通信的输入/输出(I/O)单元503，其提供与典型数据通信标准兼容的有线和/或无线接口(也称为通信接口)以供计算机与其它计算机和计算机***或外部接口、数据存储源或显示设备等通信。例如，存储器502可包括处理器可执行代码，其在被处理器501执行时使数据处理与通信单元516、526配置成执行各种操作，诸如接收信息、命令和/或数据，处理信息和数据，以及向另一实体或用户传输或提供信息/数据。例如，I/O单元503可包括收发器以使用例如包括但不限于以下的标准通信接口中的一个或多个来提供有线或无线通信：通用串行总线(USB)、IEEE 1394(防火线)、蓝牙、蓝牙低功耗(BLE)、ZigBee、IEEE 802.11(Wi-Fi)、无线局域网(WLAN)、无线个人区域网(WPAN)、无线广域网(WWAN0、WiMAX、IEEE 802.16(微波存取全球互通(WiMAX))、3G/4G/5G/LTE蜂窝通信方法和并行接口等。
为了动态地调节接收器的耦合系数的变化，可实现反馈***以维持一致的高效无线电力传输。在实施所公开的感应充电技术中，当发射器和接收器靠得更近时，耦合系数和阻抗增加，从而增加了反射到发射器的反射功率并降低了***效率。另一方面，当距离增加且阻抗接近零时，大电流被感应出并且可潜在地破坏发射器电路，诸如D类或E类放大器配置中的晶体管。在一些实现方式中，发射器可设计成将电容网络与三维相位线圈阵列组合以动态地改变三维空间中的阻抗而不引起谐振频率偏移，从而最大化传输到负载的功率，并且确保所述单元的安全操作。这可在阵列中的各线圈具有独立的反馈***时尤其更有效。
图6示出了基于处理器或微控制器反馈控制的示例，其用于操作电容器网络以基于待改变的设备的位置或定向在无线充电设备中提供所需的可调节的阻抗匹配。在此示例中，给充电设备供电的电源可包括功率放大器，功率放大器连接至定向耦合器或另一无源波反射/电流/电压/功率监视设备，其向模拟-数字转换器(ADC)单元提供模拟信号样本作为控制反馈环路的一部分。电容器网络联接在定向耦合器和发射器线圈之间，其中发射器线圈可以是如图2A、图2B、图3、图4和图10中示出的线圈阵列中的多个发射器线圈之一。发射器线圈电磁耦合到待充电的设备的接收器线圈，以及从发射器线圈引导至待充电的设备(其作为充电设备的LC网络的负载)的电力的一部分可被反射回来并且此反射信号的一部分可由从电容器网络到定向耦合器的信号表示，并且此信号通过定向耦合器引导至控制反馈环路中的ADC单元，如图6中所示。ADC单元接收和处理来自定向耦合器的模拟信号样本，并且生成携带与来自发射器线圈的反射信号的电力变化相关的信息的数字监控信号，其表示发射器线圈与待充电的设备的接收器线圈之间的阻抗匹配条件。此信息被发送至微控制器单元(MCU)或微处理器，其基于调节反射到发射器的反射电力的电位变化的算法来选择网络中的电容器的值。MCU向电容器网络生成反馈控制信号以操作电容器网络中的开关，从而基于反馈控制信号实现所需的阻抗。此过程可在设备充电操作期间立即或实时执行。当考虑到成本时，针对此调节操作，可使用共享相同ADC单元和MCU的多个独立子***。例如，可使用移位寄存器以便在MCU上可用更多的引脚。
在图6的示例中，电容网络被结构设计成经由微控制器单元(MCU)向发射器线圈(L)提供改变的并联和串联谐振电容线路，以便补偿反射阻抗变化。图7示出了具有电容器C11至Cxy的电容网络的示例，其中Cxy是网络中最后一个电容器，并且双向开关由可将每个电容器放置在并联或串联线路上的双侧拱形箭头表示。这样的双向开关的示例包括机电式开关、机械式开关或纯电子开关。操作开关以将网络中各电容器的连接改变为并联或串联线路，以改变发射器设备的阻抗匹配条件并优化充电操作。由于双向开关用于将每个电容器置于两种配置之一，因此存在2N种可能不同的组合，其中n表示网络中电容器的数量。例如，如果网络中存在七个电容器，则存在27或128种可能的组合或可能的电容值阶段。
图8示出了所得到的与L谐振的C(s)和C(p)线路，其中，C(s)或串联线路与L和C(p)串联，或者并联线路与L并联。由于总的谐振电容激励L不改变，这是因为C(s)+C(p)是常数且仅并联线路和串联线路的值经由网络中的电容器的独立组合而改变，因而谐振频率在发射器的阻抗改变时保持相同。
以上所公开的电容网络能够在动态地改变发射器的阻抗的同时维持相同的谐振频率。实际的实现方式可基于另外的考虑来设计。例如，由于网络中的电容器将在放大器电路之后的LC储能电路中谐振，开关两端的电压可能不期望地出现尖峰(例如，超过100伏特)，并且穿过开关的电流也可超过所需的高电流限制，例如，对于低功率充电***为几个安培数。此外，开关的寄生电容应当低以便网络有效地操作，并且开关的寄生电阻也应当低以便充电***高效地操作。因此，对于安全、高效和有效的充电***设计和操作而言，对开关设备的选择是重要的。
图1或图5A中描述的接收器设备120或520在接收器设备120或520中的一个或多个线圈处接收由无线充电(发射器)设备产生的电磁场，并且当接收器到发射器的定位或角距离处于各种不同定位或角距离时，可通过调节电容网络来针对能量传输效率最大化此接收。具体地，接收器的实现方式可包括LC储能电路和平滑旁路电容器，所述LC储能电路接收用于传送待传输的能量的AC信号并且可操作为通过转换电路(例如，使用桥式整流器的转换电路来执行转换)将所接收的AC信号转换成DC信号，所述平滑旁路电容器进一步调节所转换的DC信号。在LC储能电路和桥式整流器之间，放置LC或Pi匹配网络以消除假想电阻并减小谐波失真。然后DC信号通过电压调节器被调节到特定电压(例如，5伏特)以用于移动应用，并且被施加至电子设备。接收器天线的尺寸和电压调节器可基于应用而改变。
在“开放式”或“封闭式”***的一些实现方式中，例如，可限制同时操作的接收器的数量，以便保留发射器设备110的潜在有限电池容量。例如，在具有“开放式”***发射器(该“开放式”***发射器包括电池或其他未连接到AC源(例如，诸如，墙壁插座)的设备)的便携式无线充电产品中，所述源受限于可再充电电池的电流容量(该可再充电电池被构造成发射器)。因此，可能更希望对单个设备或有限数量的设备更快和更有效地充电，而不是通过将来自充电设备的有限能量分配给太多待充电的设备来对大量的设备缓慢充电。使用通信接口(例如，诸如蓝牙低功耗(BLE))，用户可通过用户接口控制哪些设备需要充电和为这样的设备充电的持续时间。例如，当移动设备待进行充电时，移动用户可使用移动设备上的移动应用来经由蓝牙通知充电设备发射器哪些接收器设备应被充电以及如何调节电容器矩阵以提高或最大化充电。
在一些实现方式中，例如，对于在发射器附近的、用户不愿意进行充电的那些接收器，可以通过由处理器501(例如，微控制器)控制的(控制电路518的)机械式开关或电子开关(诸如，NPN双极晶体管)创建开路，以使得反射阻抗不以影响阻抗匹配网络的改变的方式突然地改变。
例如，诸如汽车无线充电***的应用，电动车辆的制造商可能更倾向于对无线充电***可使用的电力的总量设置限制，以便为其它功能保留电池容量。例如，对于可以同时操作多少设备和哪种设备可能存在隐含的限制，使得为有限数量的接收器创建开路的选择是必要的而非消费者偏好的。此外，对于“开放式”***，可能无法优化匹配网络以满足多个接收器的最低水平的操作效率。如前所述，如果发射器线圈不显著地大于接收线圈，则谐振感应技术可能难以同时对多个设备充电。如果在“开放式”***的充电半径中匹配网络由于例如多个接收器到发射器的定位而不能为多个接收器的有效能量传输进行优化，则限制发射器的区域中的接收器的数量的能力可能对其操作至关重要。
当附接到具有比其内置DC源的功率更大的功率水平的源或墙壁插座时，“开放式”***可增大发射器的输出功率和充电半径。例如，在所公开的技术的一些实现方式中，“开放式”***可设计成能够经由无线电频率(RF)收获和/或谐振感应充电来无线地再充电，其中“开放式”无线充电产品充当到另一无线充电平台的接收器，例如，诸如用于产品或谐振感应自行车***的定制设计的感应充电垫。在示例中，谐振感应自行车***可包括附接至自行车的发电机，其将用户骑行自行车的机械能转换成在传输到谐振LC储能电路之前可以进一步放大的电能，其中谐振LC储能电路将电能转换成电磁波。然后将其发送至“开放式”无线充电产品(例如，诸如便携式无线充电***)中的相应LC储能电路，以对其DC电源再充电。由于用户背包的底部可能非常接近自行车的后座，因此，谐振感应自行车产品可附接至后轮并且再充电，例如，用户背包中的便携式无线充电平台在它们通过利用其三维相位线圈阵列而自由地移动时将对用户的设备再充电。总而言之，“开放式”***功能与路由器具有可比性，但不是发送数据而是发送电力，并且可设计成增大路由器的半径以及被为其设计的多个调制解调器充电。
在用于“开放式”***的一些实施方式中，发射器设备(例如，设备110或510)的封装设计是实施便携式谐振感应充电过程的重要考虑因素，其中发射器设备包括三维线圈阵列、DC电源和印刷电路板(PCB)。例如，因为线圈的直径与为谐振感应***实现的充电距离高度相关，所以对于发射器和接收器之间有意义的距离，便携式无线充电平台的线圈可以配置为足够大以使电磁场到达接收器。此外，为了实现接收器的角度灵活性，根据所公开的技术，发射器线圈可以定位在三维架构中。然而，整个发射器设备内的发射器部件(例如，电源和/或转换器，包括PCB的控制电路等)的布置以及发射器设备的形状因子可能影响由发射器设备进行的谐振感应耦合的功效和效率。本发明技术的示例性三维线圈阵列配置允许将剩余的发射器部件(例如，电源和/或转换器、包括PCB的控制电路等)放置在三维线圈阵列内部或部分内部的配置中以实现发射器设备的便携性。
例如，如果将高功率密度可再充电电池放置在线圈阵列附近，则发射器设备产品的大小可能显著地变得更大，并且形状可能不同和/或更严格。对于便携式无线充电***，使产品尺寸最小化是其所需应用的重要考虑因素。例如，如果发射器太大而无法放入公文包、书包、钱袋或其它存储位置并且无法在便携式应用中使用，则无线充电产品的预期应用和使用可能会减少。
图9示出了所公开技术的便携式无线充电发射器设备900的示例的框图。发射器设备900包括壳体914，壳体914包含三维相位发射器线圈阵列112，其包含或至少部分地包含电源114、数据处理与通信单元516以及控制电路518。在此示例性实施方式中，发射器组件被放置在线圈架构内部以最小化产品尺寸，使得三维线圈阵列成为产品大小中的关键决定因素。同时，对于“封闭式”***，线圈阵列和PCB将被直接制造到发射器设备的内部可能是有利的。关于用于“封闭式”***的发射器设备的封装设计，发射器部件不必布置在发射器设备内部的线圈阵列内。
作为示例，所公开的技术的一些特征可以包括以下中的一个或多个。对于阵列112中的每个线圈，***100可以具有单独的驱动和谐振线圈。接收器设备120可以包括单个谐振线圈或线圈阵列，例如，诸如线圈阵列112。接收器设备120可以包括二维或三维线圈结构以根据应用进一步增加角度灵活性，例如，诸如三维环形线圈或垂直放置的偶极线圈。发射器设备110可以具有这样的线圈阵列，该线圈阵列具备针对各线圈的不同谐振频率，并且接收器设备120可以具有具备相应谐振频率的线圈阵列。
对于“开放式”***，例如，发射器设备110可以具有单个矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯线圈或铁氧体磁芯线圈，其带有致动器和/或其它电动机，所述致动器和/或其它电动机将单个线圈移动到三维平面作为三维线圈阵列的替代。
在一些实现方式中，发射器设备110可以具有对线圈阵列112的供应和对阻抗匹配网络的改变进行控制的单独***，例如诸如各种无线通信接口、诸如蓝牙低功耗，从而通过访问陀螺仪和加速计来通知发射器接收器的定位改变，并且通过诸如定向耦合器的功率嗅探器来改变这些线圈的阻抗匹配网络。
在本发明技术的一些实施方式中，三维相位线圈阵列中的线圈的配置可相对于彼此以锐角布置。在一些实施方式中，例如，一些线圈可以彼此垂直，而另一些具有锐角对齐。
图10示出了本发明技术的三维相位线圈阵列1000的示例，其包括以锐角和垂直角度彼此对齐并彼此相交的四个圆形空芯线圈。线圈阵列1000包括图中示出的布置在y-z平面上的第一线圈1010(称为x-轴线圈)和示出为布置在x-y平面上的第二线圈1020(称为z-轴线圈)。第一线圈1010和第二线圈1020布置为彼此垂直。线圈阵列1000包括被称为图中的锐角线圈1031的第三线圈1030，其相对于x-轴线圈1010和z-轴线圈1020以锐角布置。线圈阵列1000包括为锐角线圈1032的第四线圈，其相对于x-轴线圈1010和z-轴线圈1020布置。锐角线圈1031和锐角线圈1032可以被布置成相对于彼此具有锐角角度对齐或垂直对齐。线圈阵列1000可以包括额外的线圈以影响朝向用于进行谐振感应耦合的接收器线圈的发射电磁场方向，以从发射器设备无线地对接收设备充电。在一些实现方式中，例如，线圈阵列1000可以在“开放式”***发射器设备中实现。
所公开技术的示例性应用
全球电池充电器市场估计约为12亿美元，主要由无线充电领域驱动。该领域涵盖了所有打算对诸如智能电话和平板电脑等电子设备进行无线再充电的解决方案，并且目前约为20亿美元，预计未来几年将增至约70亿美元。
目前，市场被很好地分开，因为存在许多关于哪些电路维持最高效和便利的充电的许多分歧。这两个主要标准目前被称为“Qi”和“空燃AirFuel”(以前称为A4WP)，并且其市场分割方式让人想起过去的VHS和Betamax战争。主要问题是每个标准使用不同的频率和集成电路(IC)，这在一个标准的接收器与另一个标准的产品一起使用时会导致不兼容。虽然有些人认为所述两个标准最终将合并，但如果一个标准击败另一标准，则将会有许多公司很难采用另一标准，因为许多产品被高度调整到标准频率。因此，即使选择标准(如果有的话)，在构建新的无线充电产品之前，其本身也是一个难题，并且使市场急剧分化，许多消费电子制造商不愿遵守特定标准。
现有的感应充电垫设备通常是薄的垫状物体，其通过简单地使电子设备位于垫上来对智能电话充电，并且有时对平板电脑充电。感应充电垫设备被认为是可以在餐馆到机场等地方普遍存在的流行产品。然而，值得注意的是，这些现有的设备不能有效或高效地对多个设备充电，遭受过热问题，不是独立的(例如，几乎全部完全依赖于插座，并且因此不是便携式的)，提供待充电电子设备的不灵活定位，并且无法提供无线用户控制或定制。
所公开的技术提供了用于对例如诸如智能电话的电子设备和诸如微型机器人的机器人进行充电的无线电力传输，其可以通过所公开的技术的包括三维相位线圈阵列的发射器设备对一个或多个接收器设备进行无线充电。所公开的发射器设备能够以能够克服发射器和接收器设备之间的严重角度不对齐的方式对接收设备进行无线充电，并且同时为多个接收器设备充电而无论是在固定位置还是在三维空间中移动时。
示例
以下示例是对本发明技术的若干实施方式的说明。本发明技术的其它示例性实施方式可以在以下列出的示例之前或者在以下列举的示例之后呈现。
在本发明技术的示例(示例1)中，无线电力***包括无线充电发射器设备，所述无线充电发射器设备包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计为包括两个或多个线圈以产生电磁场，所述电磁场从三维线圈阵列发出，在所述三维线圈阵列中线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直以将电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中可以通过包括接收器线圈来接收来自三维线圈阵列的电磁场来对电子设备充电或供电，从而对电子设备进行无线充电。
示例2包括示例1的***，其中三维线圈阵列的线圈被结构设计成包括矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯线圈或铁氧体磁芯线圈。
示例3包括示例1的***，其中三维线圈阵列可操作为基于根据通过线圈的电子的流动而产生的磁场来将电磁场引导至线圈阵列的线圈中或外。
示例4包括示例1的***，其中三维线圈阵列被结构设计成包括三个圆形线圈，所述三个圆形线圈被布置为分别在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上彼此以90度相位错开。
示例5包括示例1的***，其中三维线圈阵列被结构设计成包括五个椭圆形空芯线圈，包括：第一线圈，布置在y-轴平面上、线圈阵列的顶部区域；第二线圈，布置在y-轴平面上、阵列的底部区域并且与第一线圈平行；第三线圈，布置在x-轴平面上、阵列的第一侧区域；第四线圈，布置在x-轴平面上、阵列的第二侧区域并且与第三线圈平行，其中第一线圈和第二线圈垂直于第三线圈和第四线圈；以及第五线圈，布置为使得其水平地延伸穿过线圈阵列并且垂直于第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈。
示例6包括示例1的***，其中三维线圈阵列被结构设计成包括六个矩形空芯线圈，其包括：第一线圈，布置在z-轴上、阵列的顶部区域；第二线圈，绕z-轴平面布置在阵列的底部区域并且与第一线圈平行；第三线圈，布置在y-轴上、阵列的第一侧区域上；第四线圈，布置在y-轴平面上、阵列的第二侧区域并且与第三线圈平行；第五线圈，在第三侧区域上且水平地布置在x-轴平面上、在第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈的一部分的第一交点处；以及第六线圈，在第四侧区域上、x-轴平面上且水平地布置在第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈的另一部分的第二交点处、在阵列的相对于第三侧的相反侧上。
示例7包括示例1的***，其中发射器设备可操作为在发射器设备或接收器设备的定位偏移期间，通过从三维线圈阵列的线圈的多个角度发送电磁场而在接收器线圈处引起电磁感应。
示例8包括示例1的***，其中发射器设备可操作为通过使线圈中一个或多个增强磁场的强度和方向来在接收器线圈处引起电磁感应，同时允许接收器设备经历自由的360度移动。
示例9包括示例1的***，其中电源是AC电源。
示例10包括示例1的***，其中电源是DC电源，并且无线充电发射器设备还包括DC/AC转换器以将DC电能转换为AC电能，所述AC电能被提供至三维线圈阵列。
在本发明技术的示例中(示例11)，无线充电发射器设备包括电源、三维线圈阵列，所述三维线圈阵列电联接到电源并且被结构设计成包括两个或多个线圈以产生从三维线圈阵列发出的电磁场，其中线圈被布置成使得至少两个线圈垂直于彼此以引导电磁场，其中无线充电发射器设备可操作为通过在电子设备的接收器线圈处提供电磁场来将电磁能转换成电能以给电子设备供电，从而对电子设备进行无线充电。
示例12包括示例11的设备，其中三维线圈阵列的线圈被结构设计成包括矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯线圈或铁氧体磁芯线圈。
示例13包括示例11的设备，其中三维线圈阵列可操作为基于根据通过线圈阵列的线圈的电子的流动而产生的磁场来将电磁场引导至线圈阵列的线圈中或外。
示例14包括示例11的设备，其中，三维线圈阵列被结构设计成包括三个圆形线圈，所述三个圆形线圈被布置为分别在x-轴平面、y-轴平面和z-轴平面上彼此以90度相位错开。
示例15包括示例11的设备，其中三维线圈阵列被结构设计成包括五个椭圆形空芯线圈，包括：第一线圈，布置在y-轴平面上、线圈阵列的顶部区域；第二线圈，布置在y-轴平面上、阵列的底部区域并且与第一线圈平行；第三线圈，布置在x-轴平面上、阵列的第一侧区域；第四线圈，布置x-轴平面上、阵列的第二侧区域并且与第三线圈平行，其中第一线圈和第二线圈垂直于第三线圈和第四线圈；以及第五线圈，布置为使其水平地延伸穿过线圈阵列并且垂直于第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈。
示例16包括示例11的设备，其中三维线圈阵列被结构设计成包括六个矩形空芯线圈，包括：第一线圈，布置在z-轴上、阵列的顶部区域；第二线圈，绕z-轴平面布置在底部区域并且与第一线圈平行；第三线圈，布置在y-轴上、阵列的第一侧区域；第四线圈，布置在y-轴平面上、阵列的第二侧区域，并且与第三线圈平行；第五线圈，在第三侧区域处、在第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈的一部分的第一交点处水平地布置并且在x-轴平面上；以及第六线圈，在第四侧区域处、在第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈的另一部分的第二交点处水平地布置且在x-轴平面上的，所述第四侧区域在阵列的相对于第三侧相反的侧上。
示例17包括示例11的设备，还包括用于控制从电源供应到三维线圈阵列的电功率的电路。
示例18包括示例17的设备，其中控制电路可操作为控制操作频率或者在向三维线圈阵列供应电功率时提供设备的匹配网络。
示例19包括示例17的设备，其中电源和电路被放置在或至少部分地放置在设备的三维线圈阵列内。
在本发明技术的示例(示例20)中，无线电力***包括无线充电发射器设备，所述无线充电发射器设备包括电联接到三维线圈阵列的电源，所述三维线圈阵列被结构设计成包括两个或多个线圈以产生电磁场，所述电磁场从三维线圈阵列发出，其中所述线圈被布置成使得至少两个线圈彼此呈锐角或垂直以将电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，可通过包括接收器线圈来接收来自三维线圈阵列的电磁场来对电子设备充电或供电，从而对电子设备进行无线充电。
示例21包括示例20的***，其中三维线圈阵列的线圈被结构设计成包括矩形、椭圆形、圆形或表面螺旋空芯线圈或铁氧体磁芯线圈。
示例22包括示例20的***，其中，三维线圈阵列可操作为基于根据通过线圈阵列的线圈的电子的流动而产生的磁场将电磁场引导至线圈阵列的线圈中或外。
本专利文献中描述的主题和功能操作的实现方式可以在各种***、数字电子电路中或者在计算机软件、固件或硬件中或者在它们的一个或多个的组合中实施。在本说明书中描述的主题的实现方式可以被实施为一个或多个计算机程序产品，即，供数据处理装置执行或控制数据处理装置操作的、编码在有形和非暂时性计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质成分，或它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，举例来说，包括可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，所述装置还可包括为所涉及的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理***、操作***或它们的一个或多个的组合的代码。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写，并且其可以以任何形式部署，包括部署为单独的程序或部署为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其它单元。计算机程序不一定与文件***中的文件对应。程序可以存储在保存其它程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于所涉及的程序的单个文件中或者存储在多个协调文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可部署为在一个计算机上或在位于一个站点或跨多个站点分布并且通过通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。处理和逻辑流程也可以由专用逻辑电路(例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))执行，并且装置也可以实施为专用逻辑电路。
举例来说，适用于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器二者以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或二者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘，或者可操作地连接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储设备接收数据或将数据传输到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备或两者。然而，计算机不一定需要这种设备。适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，举例来说，包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
意图是，说明书中描述的实施方式和实现方式连同附图一起被认为是示例性的，其中示例性意味着示例。如本文中所使用的，除非上下文清楚地另有指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式。此外，除非上下文清楚地另有指出，否则“或”的使用可以包括“和/或”。
虽然本专利文件包含许多细节，但这些细节不应被解释为对任何发明或可要求保护的范围的限制，而应被解释为对可特定于具体发明的具体实施方式的特征的描述。在本专利文件中，分开的实施方式中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反地，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该理解为要求以所示出的特定顺序或按顺序执行这样的操作，或者不应该理解为要执行所有示出的操作以实现所需的结果。此外，在本专利文件中描述的实施方式中，各种***部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都要求这种分离。
仅描述了几个实现方式和示例，并且可以基于本专利文档中描述和示出的内容来作出其它实现方式、提高和变化。

Claims (16)

1.无线电力***，包括：
无线充电发射器设备，包括电联接到三维线圈阵列的电源，其中，所述三维线圈阵列包括配置为生成电磁场的两个或更多个线圈，
其中，所述两个或更多个线圈中的每个线圈被结构设计为表面螺旋线圈，所述表面螺旋线圈中的导体材料是两端由耦合到线圈驱动电路的间隙分开的螺旋形，其中，所述两个或更多个线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直或者彼此形成锐角，以将所述电磁场引导至充电区域，在所述充电区域中，接收器设备能通过所述接收器设备的从所述三维线圈阵列接收所述电磁场的接收器线圈以进行无线充电，
其中，所述两个或更多个线圈的匝包括厚度等于40um的导体，所述导体彼此成角度缠绕在电介质上，从而减小邻近效应，
其中，所述无线充电发射器设备可操作以在所述接收器线圈处引起电磁感应，同时通过使所述表面螺旋线圈中的一个或多个加强所生成的电磁场的强度和方向而允许所述接收器设备围绕所述发射器设备自由移动，并且
其中，所述电源布置在所述三维线圈阵列内或部分布置在所述三维线圈阵列内。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述三维线圈阵列包括：
第一表面螺旋线圈，布置在y-轴平面上、所述三维线圈阵列的顶部区域处；
第二表面螺旋线圈，布置在y-轴平面上、所述三维线圈阵列的底部区域处并且与所述第一表面螺旋线圈平行；
第三表面螺旋线圈，布置在x-轴平面上、所述三维线圈阵列的第一侧区域处；
第四表面螺旋线圈，布置在x-轴平面上、所述三维线圈阵列的第二侧区域处并且与所述第三表面螺旋线圈平行，其中所述第一表面螺旋线圈和所述第二表面螺旋线圈垂直于所述第三表面螺旋线圈和所述第四表面螺旋线圈；以及
第五表面螺旋线圈，布置在所述三维线圈阵列的z-轴平面上，垂直于所述第一表面螺旋线圈、所述第二表面螺旋线圈、所述第三表面螺旋线圈和所述第四表面螺旋线圈。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述三维线圈阵列包括：
第一表面螺旋线圈，布置在z-轴上、所述三维线圈阵列的顶部区域处；
第二表面螺旋线圈，布置在z-轴上、所述三维线圈阵列的底部区域处并且与所述第一表面螺旋线圈平行；
第三表面螺旋线圈，布置在y-轴上、所述三维线圈阵列的第一侧区域处；
第四表面螺旋线圈，布置在y-轴平面上、所述三维线圈阵列的第二侧区域处并且与所述第三表面螺旋线圈平行；
第五表面螺旋线圈，布置在所述三维线圈阵列的第三侧区域处，其中，所述第三侧区域位于x-轴平面上并且水平地布置在所述第一表面螺旋线圈、所述第二表面螺旋线圈、所述第三表面螺旋线圈和所述第四表面螺旋线圈的一部分的第一交点处；以及
第六表面螺旋线圈，布置在所述三维线圈阵列的第四侧区域处，其中，所述第四侧区域位于x-轴平面上、水平地布置在所述第一表面螺旋线圈、所述第二表面螺旋线圈、所述第三表面螺旋线圈和所述第四表面螺旋线圈的不同部分的第二交点处，并且其中，所述第四侧区域在所述三维线圈阵列相对于所述第三侧的相反侧上。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述接收器设备能在所述三维线圈阵列的内部自由移动。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述电源是可再充电电池或AC电源。
6.根据权利要求1所述的***，还包括：联接在所述电源和所述三维线圈阵列之间的可调节电容网络电路，
其中所述可调节电容网络电路包括能由开关控制的电容器，以在没有调节所述无线充电发射器设备的谐振频率的情况下调节所述无线充电发射器设备的阻抗。
7.根据权利要求6所述的***，其中，所述***还包括控制电路，所述控制电路联接到所述可调节电容网络电路，以控制所述开关的变化而调节所述无线充电发射器设备的所述阻抗。
8.根据权利要求7所述的***，其中，联接到所述可调节电容网络电路的所述控制电路至少部分地响应于从所述接收器设备接收的通信信号来控制所述开关。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的***，其中，所述***还包括：
控制电路，能操作以控制联接到所述无线充电发射器设备的信号的频率；或者
控制电路，放置在或至少部分地放置在所述设备的所述三维线圈阵列内。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的***，其中，所述两个或更多个线圈中的每个表面螺旋线圈都具有700的品质因子Q。
11.根据权利要求1所述的***，其中，所述导体以等于120度的角度缠绕在所述电介质上。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的***，还包括：
可调节阻抗匹配网络，联接到所述三维线圈阵列以响应于反射功率的变化而动态地调节所述无线充电发射器设备的阻抗，
其中，所述反射功率的变化基于所述接收器线圈的定向和所述接收器线圈的位置的变化中的至少一个，以及
其中，动态地调节所述无线充电发射器设备的阻抗增加从所述无线充电发射器设备到所述接收器设备的所述接收器线圈的能量传输，其中，所述无线充电发射器设备感应地耦合到所述接收器线圈并与所述接收器线圈谐振。
13.根据权利要求1所述的***，其中，减小所述邻近效应包括：减小所述无线充电发射器设备在操作频率处的邻近效应，以维持所述表面螺旋线圈在所述操作频率处的高固有品质因子Q。
14.用于将功率从发射器设备无线传输到接收器设备的方法，包括：
从电源向三维线圈阵列提供电力，其中，所述三维线圈阵列包括两个或更多个表面螺旋线圈，所述两个或更多个表面螺旋线圈中的导体材料是两端由耦合到线圈驱动电路的间隙分开的螺旋形，
其中，所述两个或更多个表面螺旋线圈布置成使得至少两个线圈彼此垂直或者彼此形成锐角，并且配置成产生电磁场，
其中，所述两个或更多个表面螺旋线圈的匝包括厚度等于40um的导体，所述导体彼此成角度缠绕在电介质上，从而减小邻近效应；以及
将生成的电磁场引导到充电区域以对一个或多个接收器设备充电或供电，同时通过使所述表面螺旋线圈中的一个或多个加强所生成的电磁场的强度和方向而允许所述接收器设备围绕所述发射器设备自由移动。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
响应于反射功率的变化而动态地调节所述发射器设备的阻抗，
其中，所述反射功率的变化基于所述接收器线圈的定向和所述接收器线圈的位置的变化中的至少一个，以及
其中，动态地调节所述发射器设备的阻抗不偏移所述发射器设备的谐振频率。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，减小所述邻近效应包括：减小所述发射器设备在操作频率处的邻近效应，以维持所述表面螺旋线圈在所述操作频率处的高固有品质因子Q。
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