CN115210986A - 多线圈无线充电器中的通量操纵 - Google Patents

Abstract

公开了用于无线充电的***、方法和装置。充电设备具有设置在充电表面上的第一多个充电单元和控制器。控制器可以被配置成用于确定可充电设备被定位成接近多个充电线圈，使多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量并且使多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量。第一电磁通量的至少一个特性可以与第二电磁通量的对应特性不同。

Description

多线圈无线充电器中的通量操纵

优先权要求

本申请要求于2021年1月4日在美国专利局提交的美国专利申请No.____和于2020年1月6日在美国专利局提交的美国临时专利申请No.62/957,444的优先权和权益，所述申请的全部内容通过引用结合于此，就好像在下面完整地阐述并用于所有适用的目的。

技术领域

本发明总体涉及电池的无线充电，包括使用多线圈无线充电设备来对移动设备中的电池充电，而不管移动设备在多线圈无线充电设备的表面上的位置。

背景技术

无线充电***已经被部署成使得某些类型的设备能够在不使用物理充电连接的情况下对内部电池进行充电。可以利用无线充电的设备包括移动处理和/或通信设备。诸如由无线电力协会定义的Qi标准之类的标准使得由第一供应商制造的设备能够使用由第二供应商制造的充电器来进行无线充电。无线充电的标准是针对设备的相对简单的配置而优化的，并且倾向于提供基本的充电能力。

需要无线充电能力的改进以支持移动设备的不断增加的复杂性和变化形式因子。例如，需要用于多线圈、多设备充电垫的改进的充电技术。

附图说明

图1示出根据本文所公开的某些方面的可用于提供充电表面的充电单元的示例。

图2示出可以根据本文所公开的某些方面适用的充电表面的区段的单层上设置的多个充电单元的布置的示例。

图3示出可以根据在本文所公开的某些方面适用的当多个层被覆盖在充电表面的区段内时的多个充电单元的布置的示例。

图4示出由充电表面提供的电力传输区域的布置，该充电表面采用根据本文所公开的某些方面配置的多层充电单元。

图5示出根据本文所公开的某些方面可在充电器基站中提供的无线发送器。

图6示出在根据本文所公开的某些方面适用的无线充电设备中使用的支持矩阵复用切换的第一拓扑。

图7示出根据本文所公开的某些方面适用的支持无线充电设备中的直流电流驱动的第二拓扑。

图8示出根据本文所公开的某些方面的充电表面和可充电设备的第一配置。

图9示出了根据本文所公开的某些方面的当可充电设备正在被充电时充电表面上的第二充电配置。

图10示出根据本文所公开的某些方面的当可充电设备正在被充电时充电表面上的第三充电配置。

图11示出根据本公开的某些方面适用的多线圈无线充电***中的通量操纵。

图12是示出由控制器执行的用于检测对象的方法的示例的流程图，所述控制器设置在根据本文所公开的某些方面适用的无线充电装置中。

图13示出采用可根据本文所公开的某些方面适用的处理电路的装置的一个示例。

具体实施方式

下文结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而非旨在表示其中可实践本文所述概念的仅有配置。详细描述包括用于提供对各种概念的透彻理解的特定细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些情况下，以框图形式示出了公知的结构和组件，以避免模糊这些概念。

现在将参考各种装置和方法来呈现无线充电***的若干方面。这些装置和方法将在以下详细描述中描述，并在附图中通过各种框、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等(统称为“元件”)示出。这些元件可以使用电子硬件、计算机软件或其任意组合来实现。这些元件是实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加在整个***上的设计约束。

作为示例，元件、或元件的任何部分、或元件的任何组合可以用包括一个或更多个处理器的“处理***”来实现。处理器的示例包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、状态机、选通逻辑、分离硬件电路和被配置为执行贯穿本发明所描述的各种功能性的其它合适硬件。处理***中的一个或更多个处理器可以执行软件。软件应被广义地解释为意指指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行线程、过程、函数等，无论是否被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言等。软件可以驻留在处理器可读存储介质上。处理器可读存储介质(在本文中也可称为计算机可读介质)可包括例如磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，卡、棒、钥匙驱动器)、近场通信(NFC)令牌、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、寄存器、可拆卸盘、载波、传输线、以及用于存储或发送软件的任何其它合适的介质。计算机可读介质可以驻留在处理***中，处理***外部，或分布在包括处理***的多个实体上。计算机可读介质可以体现为计算机程序产品。作为示例，计算机程序产品可以包括包装材料中的计算机可读介质。所属领域的技术人员将认识到如何最佳地实施贯穿本发明呈现的所描述的功能性，这取决于特定应用和强加于整个***的总体设计约束。

概述

本发明的某些方面涉及适用于无线充电设备的***、设备和方法，所述无线充电设备提供具有多个发送线圈或可同时对多个接收设备充电的自由定位充电表面。在一个方面中，无线充电设备中的控制器可定位待充电的装置且可配置最佳定位的一个或更多个发送线圈以将电力发送到接收设备。充电单元可以配备有或配置有一个或更多个电感式发送线圈，并且多个充电单元可以被布置或配置成用于提供该充电表面。可以通过将设备的位置与集中在充电表面上的已知位置处的物理特性的变化相关联的感测技术来检测要充电的设备的位置。在一些示例中，位置的感测可使用电容性、电阻性、电感性、触摸、压力、负载、应变和/或另一适当类型的感测来实施。

本文所公开的某些方面涉及改进的无线充电技术。公开了在多线圈无线充电设备的表面上安置可充电设备的自由放置的***、装置和方法。某些方面可改进到接收设备的无线电力发送的效率和容量。在一个示例中，无线充电设备具有：电池充电电源；被配置为矩阵的多个充电单元；第一多个开关，其中，每个开关被配置为将矩阵中的一行线圈联接到电池充电电源的第一端子；以及第二多个开关，其中，每个开关被配置为将矩阵中的一列线圈联接到电池充电电源的第二端子。多个充电单元中的每个充电单元可以包括围绕电力传输区域的一个或更多个线圈。所述多个充电单元可以邻近充电表面布置，而所述多个充电单元中的充电单元的电力传输区域不重叠。

本发明的某些方面涉及用于使用多堆线圈进行无线充电的***、装置和方法，所述多堆线圈可对呈现给充电设备的目标装置进行充电，而无需匹配所述充电设备的充电表面内的特定几何形状或位置。每个线圈可以具有基本上为多边形的形状。在一个示例中，每个线圈可以具有六边形形状。每个线圈可以使用以螺旋形式提供的导线、印刷电路板迹线和/或其它连接器来实现。每个线圈可以跨越由绝缘体或基底分开的两层或更多层，使得不同层中的线圈以公共轴为中心。

根据本文所公开的某些方面，电力可被无线传输到位于充电表面上的任何地方的接收设备，所述接收设备可具有任意限定的大小或形状，而不考虑能够用于充电的任何分离放置位置。多个装置可以在单个充电表面上同时充电。充电表面可以使用印刷电路板技术以低成本和/或紧凑设计来制造。

充电单元

本发明的某些方面涉及适用于无线充电设备的***、装置和方法，所述无线充电设备提供具有多个发送线圈或可同时对多个接收设备充电的自由定位充电表面。在一个方面中，联接到自由定位充电表面的处理电路可被配置为定位待充电的设备，且可选择并配置最佳定位以将电力传递到接收设备的一个或更多个发送线圈。充电单元可以被配置成具有一个或更多个电感式发送线圈，并且多个充电单元可以被布置或配置成用于提供充电表面。可以通过将设备的位置与集中在充电表面上的已知位置处的物理特性的变化相关联的感测技术来检测要充电的设备的位置。在一些示例中，位置的感测可使用电容性、电阻性、电感性、触摸、压力、负载、应变和/或另一适当类型的感测来实施。

根据本文所公开的某些方面，可以使用邻近无线充电设备中的充电表面部署的充电单元来提供所述充电表面。在一个示例中，根据蜂窝封装配置来部署充电单元。可以使用一个或更多个线圈来实现充电单元，每个线圈可以沿与邻近线圈的充电表面基本正交的轴感应磁场。在本公开内容中，充电单元可以指具有一个或更多个线圈的元件，其中，每个线圈被配置成产生电磁场，该电磁场相对于由充电单元中的其他线圈产生的场是相加的并且沿着或接近公共轴线被引导。在本说明书中，充电单元中的线圈可以被称为充电线圈或发送线圈。

在一些示例中，充电单元包括沿公共轴堆叠的线圈。一个或更多个线圈可以重叠，使得它们对基本上垂直于充电表面的感应磁场有贡献。在一些示例中，一种充电单元包括多个线圈，这些线圈被布置在该充电表面的限定部分内并且对该充电表面的限定部分内的感应磁场有贡献，该磁场对基本上垂直于该充电表面流动的磁通量有贡献。在一些实现方式中，可以通过向包括在动态定义的充电单元中的线圈提供激活电流来配置充电单元。举例来说，无线充电设备可包含部署在充电表面上的多堆线圈，且无线充电设备可检测待充电设备的位置且可选择多堆线圈的某一组合以提供邻近于待充电设备的充电单元。在一些情况下，充电单元可以包括单个线圈，或者被表征为单个线圈。然而，应当理解，充电单元可以包括多个堆叠的线圈和/或多个相邻的线圈或多堆线圈。

图1示出可以被部署和/或配置为在无线充电设备中提供充电表面的充电单元100的示例。在该示例中，充电单元100具有基本上为六边形的形状，该形状包围使用导体、导线或电路板迹线构造的一个或更多个线圈102，这些线圈可以接收足以在电力传输区域104中产生电磁场的电流。在各种实现方式中，一些线圈102可以具有基本上为多边形的形状，包括图1中示出的六边形充电单元100。其它实施方式可以包括或使用具有其它形状的线圈102。线圈102的形状可以至少部分地由制造技术的能力或局限性来确定，或优化充电单元在诸如印刷电路板基底的基底106上的布局。每个线圈102可以使用导线、印刷电路板迹线和/或其它螺旋结构的连接器来实现。每个充电单元100可以跨越由绝缘体或基底106分开的两层或更多层，使得不同层中的线圈102围绕公共轴线108居中。

图2示出提供在充电表面的区段或部分的一个单层上的多个充电单元202的布置200的一个示例，该布置可以根据本文所公开的某些方面适用。根据蜂窝封装配置来布置充电单元202。在该示例中，充电单元202被端对端地布置而没有重叠。可以在没有通孔或导线互连的情况下提供这种布置。其他布置也是可能的，包括其中充电单元202的一些部分重叠的布置。例如，两个或更多个线圈的线可以在一定程度上交错。

图3示出可以根据本文所公开的某些方面适用的当多个层被覆盖在充电表面的区段或部分内时来自两个视角300、310的充电单元的布置的示例。充电单元层302、304、306、308设置在充电表面内。每个充电单元层302、304、306、308内的充电单元根据蜂窝封装配置来布置。在一个示例中，可在具有四个或四个以上层的印刷电路板上形成充电单元层302、304、306、308。可以选择充电单元100的布置，以提供与所示段相邻的指定充电区域的完全覆盖。

图4示出设置在充电表面400中的电力传输区域的布置，该充电表面400采用根据本文公开的某些方面配置的多层充电单元。所示的充电表面由四层充电单元402、404、406、408构成。在图4中，由第一层充电单元402中的充电单元提供的每个电力传输区域被标记为“L1”，由第二层充电单元404中的充电单元提供的每个电力传输区域被标记为“L2”，由第三层充电单元406中的充电单元提供的每个电力传输区域被标记为“L3”，并且由第四层充电单元408中的充电单元提供的每个电力传输区域被标记为“L4”。

无线发送器

图5示出可以在无线充电设备的基站中提供的无线发送器500的示例。无线充电设备中的基站可包括用于控制无线充电设备的操作的一个或更多个处理电路。控制器502可以接收由滤波器电路508滤波或以其他方式处理的反馈信号。控制器可以控制向谐振电路506提供交流电的驱动器电路504的操作。在一些示例中，控制器502可产生用于控制由驱动器电路504输出的交流电的频率的数字频率参考信号。在一些情况下，可以使用可编程计数器等来生成数字频率参考信号。在一些示例中，驱动器电路504包括功率逆变器电路和一个或更多个功率放大器，它们协作以从直流电流源或输入产生交流电。在一些示例中，数字频率参考信号可由驱动器电路504或由另一电路产生。谐振电路506包括电容器512和电感器514。电感器514可以代表或包括响应于交流电而产生磁通量的充电单元中的一个或更多个发送线圈。谐振电路506在本文中也可称为储能电路，LC储能电路或LC储能电路，且在谐振电路506的LC节点510处测量的电压516可称为储能电压。

被动查验(ping)技术可使用在LC节点510处测量或观察到的电压和/或电流来识别在根据本文所公开的某些方面适用的设备的充电垫附近存在接收线圈。一些常规无线充电设备包括测量谐振电路506的LC节点510处的电压或谐振电路506中的电流的电路。为了功率调节的目的和/或为了支持设备之间的通信，可以监测这些电压和电流。根据本发明的某些方面，可监测图5中所示出的无线发送器500中的LC节点510处的电压以支持无源查验技术，所述无源查验技术可基于谐振电路506对通过谐振电路506发送的短突发能量(查验)的响应来检测可充电设备或其它对象的存在。

被动查验发现技术可用于提供快速、低功率发现。可以通过用包括少量能量的快速脉冲驱动包括谐振电路506的网络来产生无源声脉冲。快速脉冲激励谐振电路506并使网络以其固有谐振频率振荡，直到注入的能量衰减并耗散。谐振电路506对快速脉冲的响应可以部分地由谐振LC电路的谐振频率来确定。谐振电路506对具有初始电压＝V₀的被动查验的响应可以由在LC节点510处观察到的电压V_LC表示，使得：

当控制器502或另一处理器使用数字查验来检测物体的存在时，可以监测谐振电路506。通过驱动谐振电路506一段时间来产生数字查验。谐振电路506是包括无线充电设备的发送线圈的调谐网络。接收设备可以通过根据调制信号的信令状态修改由其电力接收电路呈现的阻抗来调制在谐振电路506中观察到的电压或电流。然后，控制器502或其它处理器等待指示接收设备在附近的数据调制响应。

选择性激活线圈

根据本文所公开的某些方面，可选择性地激活一个或更多个充电单元中的线圈以提供用于对兼容设备充电的最佳电磁场。在一些情况下，线圈可以被分配给充电单元，并且一些充电单元可以与其他充电单元重叠。可以在充电单元级选择最佳充电配置。在一些示例中，充电配置可以包括在充电表面处或中的被确定为与要被充电的设备对准或靠近要被充电的设备定位的充电单元。控制器可以基于充电配置来激活单个线圈或线圈的组合，充电配置又基于对要充电的设备的位置的检测。在一些实现方式中，无线充电设备可以具有驱动器电路，该驱动器电路可以在充电事件期间选择性地激活一个或更多个发送线圈或一个或更多个预定充电单元。

图6示出根据本文所公开的某些方面适用的无线充电设备中使用的支持矩阵复用切换的第一拓扑600。无线充电设备可选择一个或更多个充电单元100来对接收设备充电。未使用的充电单元100可以与电流流动断开。在图2和图3所示的蜂窝封装结构中可以使用相对大量的充电单元100，需要相应数量的开关。根据本文所公开的某些方面，充电单元100可逻辑地布置在矩阵608中，所述矩阵608具有连接到使特定单元能够被供电的两个或更多个开关的多个单元。在图示的拓扑600中，提供了二维矩阵608，其中，维度可以由X和Y坐标表示。第一组开关606中的每一个被配置为将一列单元中的每一单元的第一端子选择性地联接到电压或电流源602的第一端子，所述电压或电流源602提供电流以在无线充电期间激活一个或更多个充电单元中的线圈。第二组开关604中的每一个被配置为将一行单元中的每一单元的第二端子选择性地联接到电压或电流源602的第二端子。当单元的两个端子联接到电压或电流源602时，充电单元是激活的。

矩阵608的使用可以显着地减少操作调谐LC电路的网络所需的开关组件的数量。例如，N个单独连接的单元需要至少N个开关，而具有N个单元的二维矩阵608可以利用

个开关来操作。矩阵608的使用可产生显著的成本节省并降低电路和/或布局复杂性。在一个示例中，9单元实施方式可以在使用6个交换机的3×3矩阵608中实现，节省了3个交换机。在另一示例中，16单元实施可以使用8个开关在4×4矩阵608中实现，节省了8个开关。

在操作期间，闭合至少两个开关以将一个线圈或充电单元主动地联接到电压或电流源602。多个开关可以同时闭合，以便于将多个线圈或充电单元连接到电压或电流源602。例如，可以闭合多个开关，以在向接收设备传输电力时启用驱动多个发送线圈的操作模式。

图7示出根据本文所公开的某些方面的第二拓扑700，其中，每一单独线圈或充电单元被驱动器电路702直接驱动。驱动器电路702可被配置为从一组线圈704中选择一个或更多个线圈或充电单元100来对接收设备充电。应当理解，这里公开的关于充电单元100的概念可以应用于选择性地激活单独的线圈或多堆线圈。未使用的充电单元100不接收电流流动。可以使用相对大量的充电单元100，并且可以采用开关矩阵来驱动单独的线圈或多组线圈。在一个示例中，第一开关矩阵可以配置定义在充电事件期间要使用的充电单元或一组线圈的连接，并且第二开关矩阵可以用于激活充电单元和/或一组所选线圈。

多线圈无线充电器中的通量操纵

图8示出了将可充电设备802定位在无线充电设备的充电表面中的一组充电单元上的某些示例800、820、830、840。每个充电单元包括至少一个充电线圈。可充电设备802可以被自由地定位在充电表面上。可充电设备802具有与充电表面的每个充电单元的电力传输区域所占据的面积相当的面积，或者与充电单元中的组成电感式充电线圈的电力传输区域所占据的面积相当的面积。在示出的示例800、820、830、840中，可充电设备802比单个充电线圈804稍大。基于充电线圈804、806、808、810的几何形状和布置，可充电设备802可以物理地覆盖相邻的充电线圈。在第三示例830和第四示例840中，可充电设备802被放置为使得其基本上与单个充电线圈808重叠并且部分地覆盖多个其他充电线圈804、806、810。可充电设备802可以在其已经确定其存在之后从一个或更多个充电线圈804、806、808，810接收电力。

本发明的某些方面可适应使用多个相邻充电单元或充电线圈804、806、808、810的充电配置。根据本发明的某些方面，任何数量的充电线圈可用于对可充电设备充电。图9示出充电配置900、920的某些方面，当存在用于充电或正被充电的可充电设备902、922时，可针对充电表面限定所述充电配置900、920。可用的充电单元或充电线圈的数量和位置可基于最佳定位的充电线圈910、926的类型，在充电表面与可充电设备902、922之间协商的充电契约以及充电表面的拓扑或配置而变化。例如，可用的充电单元或充电线圈的数量和位置可以基于通过激活的线圈910或潜在地通过另一充电线圈904传输的最大或规定的充电电力，或基于其他因素。

在第一配置900中，可充电设备902可以识别作为包括在充电配置中的候选的充电单元。每个充电单元包括至少一个充电线圈。在所示示例中，可充电设备902被放置成使得其中心基本上与第一充电线圈910同轴。出于本描述的目的，将假设可充电设备902内的第一接收线圈910的中心位于可充电设备902的中心。在此示例中，无线充电设备可确定第一充电线圈910相对于下一带906、908的充电线圈与可充电设备902中的接收线圈具有最强耦合。在一个示例中，无线充电设备可以将充电配置定义为至少包括第一充电线圈910。在一些示例中，充电配置可以标识在充电过程期间要被激活的第一带906中的一个或更多个充电线圈。

在第二充电配置920中，充电表面可采用可检测可充电设备922的边缘的感测技术。例如，可充电设备922的轮廓可以使用电容感测、电感感测、压力、Q因子测量或任何其他合适的设备定位技术来检测。在一些情况下，可使用设置在充电表面中或充电表面上的一个或更多个传感器来确定可充电设备922的轮廓。在所示示例中，可充电设备922具有细长形状。为了描述的目的，将假定可充电设备922内的第一接收线圈924的中心位于可充电设备922的中心。无线充电设备可以确定第一充电线圈924与可充电设备922中的接收线圈具有最强的联接。在一个示例中，无线充电设备可以将充电配置定义为至少包括第一充电线圈924。在一些充电配置中可以包括与第一接收线圈924相邻并且位于可充电设备922的轮廓之下和之内的充电线圈926、928。与第一接收线圈924相邻并且部分地位于可充电设备922的轮廓之下和之内的其他线圈930、932可以由在某些充电过程期间激活的某些充电配置来定义。

在一些示例中，可充电设备可以从两个或更多个激活的充电电池和/或充电线圈接收电力。在一个示例中，可充电设备可以具有相对于充电表面相对大的占地面积，并且可以具有多个接收线圈，该多个接收线圈可以接合多个充电线圈以接收电力。在另一示例中，可充电设备的接收线圈可以与两个或更多个充电线圈基本等距地放置，并且可以定义充电配置，由此充电表面中的两个或更多个相邻充电线圈向可充电设备提供电力。

本发明的某些方面涉及配置或操纵由多线圈无线充电器中的充电线圈产生的电磁通量，其中，充电表面中的一个以上充电线圈向可充电设备提供电力。当接收设备与提供电力的充电线圈未最佳对准或对准不良时，可以激活通量操纵。最佳对准的接收设备具有与多线圈无线充电器的充电线圈同轴对准的接收线圈，并且具有与充电线圈的最大耦合。随着接收线圈与充电线圈的轴之间的距离增大，接收设备与被选择为向可充电设备传输电力的充电线圈之间的耦合可从最大耦合快速减小。在一个示例中，当不良对准的接收设备具有这样的接收线圈(所述接收线圈的中心轴与多线圈无线充电器中的任何充电线圈的电力传输区域不重合)时，可获得最坏情况耦合。为了对未最佳对准或对准不良的接收设备进行充电，多线圈无线充电器可向经选择以向可充电设备传输电力的一个或更多个充电线圈提供较高电流。当发送器选择较高的电力设定点以克服与从一个或更多个充电线圈偏移的接收设备的不良耦合时，充电***的效率可显著降低。

根据本发明的某些方面，当使用多个驱动器来支持多个充电配置时，可以激活通量操纵。可以操纵或定位通量，使得无线发送器具有与接收设备的最佳通量耦合。图10示出了用于部署在充电表面的一部分中的充电线圈1002a、1002b、1002c的某些充电配置1000、1020、1030、1040，其中，充电线圈1002a、1002b、1002c可以电磁耦合到可充电设备中的接收线圈1008。在该示例中，接收线圈1008具有与充电线圈1002a、1002b、1002c的面积量值相似的面积。在第一充电配置1000中，接收线圈1008对称地位于三个充电线圈1002a、1002b、1002c的组的中心点上方。在第二充电配置1020、第三充电配置1030和第四充电配置1040中，接收线圈1008相对于三个充电线圈1002a、1002b、1002c的组的中心点偏心定位。在一些情况下，在第二充电配置1020、第三充电配置1030和第四充电配置1040中，接收线圈1008在远离三个充电线圈1002a、1002b、1002c的中心点的方向1022、1032、1042上移动。在这些后面的情况下，可以动态地或自动地改变充电配置(包括通量操纵配置)以跟踪移动。

根据本公开的某些方面，可以改变在每个充电配置1000、1020、1030、1040中提供给充电线圈1002a、1002b、1002c的电流，以便提供以围绕这些充电线圈1002a、1002b、1002c的二维(x和y)区域内的一个点为中心的组合磁通量。还可以操纵组合磁通量以沿着以直线配置布置的两个或更多个充电线圈1002a/1002b、1002b/1002c或1002a/1002c的中心之间的线定位磁通量的中心。还可以操纵组合磁通量以提供以充电线圈1002a、1002b、1002c上方的三维(x，y，z)空间中的点为中心的组合磁通量。

在图10中，每个充电线圈1002a、1002b、1002c由驱动器电路1004a、1004b、1004c驱动。每一驱动器电路1004a、1004b、1004c可被配置为提供具有所需相位和幅度的电流。在一些示例中，单个驱动器电路可以包括多个输出级，这些输出级可以向对应的充电线圈1002a、1002b、1002c提供所希望的电流幅度和相移。在第一充电配置1000中，每个充电线圈1002a、1002b、1002c由驱动器电路1004a、1004b、1004c驱动，驱动器电路1004a、1004b、1004c提供没有相移的第一电流电平。在第二充电配置1020、第三充电配置1030和第四充电配置1040中，两个或更多个充电线圈1002a、1002b和/或1002c由提供不同电流电平的驱动器电路1004a、1004b和/或1004c驱动。在这些充电配置1020、1030、1040中的一些中，驱动器电路1004a、1004b、1004c中的一个或更多个可被配置为产生相对于由其它驱动器电路1004a、1004b、1004c中的至少一个产生的电流具有相位差的充电电流。图10中提供的示例仅是说明性的，并且由驱动器电路1004a、1004b、1004c产生的电流可以根据充电线圈1002a、1002b、1002c的布局和/或接收线圈1008相对于各个充电线圈1002a、1002b、1002c的位置而变化。驱动器电路1004a、1004b、1004c可配置用于两个以上的电流电平。驱动器电路1004a、1004b、1004c可以被配置为提供具有不同可选相位的电流。驱动器电路1004a、1004b、1004c可以被配置为提供不同安培数的反相(正和负)电流。反向电流可以被说成与非反向电流异相180°。电流或电压电平反转可用于在缺乏可选相位控制能力的***中提供两个相位选项。在一些示例中，驱动器电路1004a、1004b、1004c可被配置为提供正和负电压电平以及其它相移值。

根据本文所公开的某些方面，通量操纵可以用于定位或引导从充电表面流向接收线圈1008的电磁通量。可以通过为充电线圈1002a、1002b、1002c定义的并且包括在充电配置1000、1020、1030、1040中的电流、电压和/或相位配置来实现定位。充电配置1000、1020、1030、1040可以定义提供给每个充电线圈1002a、1002b、1002c的电压和/或电流的比率和分布。充电配置1000、1020、1030、1040可以定义提供给每个充电线圈1002a、1002b、1002c的电压和/或电流的相位。

在一个示例中，第一充电配置1000可以限定三个充电线圈1002a、1002b、1002c中的每一个将接收相同的电流、电压和/或相位，并且通量的分布将趋向于位于三个充电线圈1002a、1002b、1002c的组合的几何中心处的轴线周围。在其他示例中，第二充电配置1020、第三充电配置1030和第四充电配置1040可以限定不同电平的电流、电压和/或相移被施加到三个充电线圈1002a、1002b、1002c中的某些充电线圈，使得通量的分布将倾向于偏离围绕其布置三个充电线圈1002a、1002b、1002c的轴线。可以预期，例如，在充电线圈1002a、1002b、1002c附近，通量密度倾向于随着电流的较高分布而增加。

根据本文公开的某些方面，针对每个充电线圈在LC储能电路上测量的电压可以被用作调整电流或电压的分布和/或引入或调整充电线圈1002a、1002b、1002c之间的相移的度量。在一个示例中，可以调整电流或电压的分布以及相移，直到在三个线圈中的两个或更多个上的LC储能电路上测量的电压被最小化，这表明已经实现了与接收线圈1008的最高耦合。

图11说明根据本发明的某些方面的多线圈无线充电***1100中的通量操纵。无线充电设备1110的一部分的横截面1130的视图示出部署在无线充电设备1110的上表面处的发送线圈1102、1104、1106、1108、1116和1118以及可充电设备1120中的接收线圈1128。在该示例中，接收线圈1128与发送线圈1102、1104、1106、1108、1116和1118的物理对准不是最佳的。

发送线圈1102、1104、1106、1108、1116和1118中的每一个被配置为在相对于无线充电设备1110的表面垂直的方向上产生电磁通量。在图11中，未参与对可充电设备1120充电的一个发送线圈1102在基本上垂直于无线充电设备1110的表面的方向上主动地产生电磁通量1112。

根据本发明的某些方面，无线充电设备1110中的控制器可定义使电磁通量1114朝着接收线圈1128被引导的充电配置。在所示出的示例中，控制器可以针对提供给三个发送线圈1104、1106和1108(所述发送线圈可能已经被确定为最接近可充电设备1120中的线圈1128)的电流或电压定义不同的幅度和相位值。发送线圈1104、1106和1108产生具有相应的相位差和幅度差的通量。相位和幅度差可以引起被有效地引导至接收线圈1128的通量。

由发送线圈1104、1106、1108产生的通量之间的干扰可以在一些方向上相加而在其他方向上相减，导致接收线圈1128处的通量密度增加。在图11中，波瓣(lobe)1114示出了相对于竖直轴线1124的通量流的有效方向1126。波瓣1114可以表示通量密度增加的区域。提供给发送线圈1104、1106、1108的电流的组合可以包括具有不同量值并且相对于彼此可以具有不同相位的电流。不同的电流通过充电线圈1104、1106、1108产生干扰的磁通量。

图12是示出用于操作无线充电设备的方法的一个示例的流程图1200。该方法可以由设置在无线充电装置中的控制器来执行。在框1202处，控制器可以确定可充电设备被定位成接近无线充电设备的充电表面中设置的多个充电线圈。在框1204，控制器可以使多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量。在框1206，控制器可以使多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量。第一电磁通量的至少一个特性可以与第二电磁通量的对应特性不同。在一些实现方式中，第一电磁通量的不同特性包括通量量值。第一电磁通量的不同特征可包括相位。

在第一示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电流，同时向第二充电线圈提供量值可以大于或小于第一电流的第二电流。在第二示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电流，同时向第二充电线圈提供在相位上滞后于第一电流的第二电流。在第三示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供大于第一电压的第二电压。在第四示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供在相位上滞后于第一电压的第二电压。

在一些实现方式中，控制器可以监测多个谐振电路中的每一个中的电压，并且基于该电压来配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差。每个谐振电路可以包括多个充电线圈中的一个。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的量值的差。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的相位的差。

处理电路的示例

图13示出装置1300的硬件实现的示例，该装置1300可以被结合在无线充电设备或使电池能够被无线充电的接收设备中。在一些示例中，装置1300可以执行本文所公开的一个或更多个功能。根据本发明的各个方面，可使用处理电路1302来实施本文所公开的元件或元件的任何部分或元件的任何组合。处理电路1302可以包括由硬件和软件模块的某种组合控制的一个或更多个处理器1304。处理器1304的示例包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、SOC、ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑设备(PLD)、状态机、定序器、选通逻辑、分离硬件电路和被配置为执行贯穿本发明所描述的各种功能性的其它合适硬件。一个或更多个处理器1304可以包括执行特定功能并且可以由软件模块1316之一配置、扩充或控制的专用处理器。一个或更多个处理器1304可以通过在初始化期间加载的软件模块1316的组合来配置，并且还通过在操作期间加载或卸载一个或更多个软件模块1316来配置。

在所示出的示例中，处理电路1302可实施有总线架构，其通常由总线1310表示。总线1310可以包括任意数量的互连总线和桥，这取决于处理电路1302的具体应用和总体设计约束。总线1310将包括一个或更多个处理器1304和存储器1306的各种电路连接在一起。存储器1306可包括存储器设备和大容量存储设备，且在本文中可称为计算机可读介质和/或处理器可读介质。存储器1306可以包括瞬态存储介质和/或非瞬态存储介质。

总线1310还可以链接各种其它电路，例如定时源、定时器、***设备、电压调节器和电源管理电路。总线接口1308可以提供总线1310和一个或更多个收发器1312之间的接口。在一个示例中，可以提供收发器1312以使装置1300能够根据标准定义的协议与充电或接收设备通信。取决于装置1300的性质，还可以提供用户接口1318(例如，小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆)，并且用户接口1318可以直接或通过总线接口1308通信地联接到总线1310。

处理器1304可负责管理总线1310和可包括执行存储在可包括存储器1306的计算机可读介质中的软件的一般处理。在这方面，包括处理器1304的处理电路1302可用于实现本文公开的任何方法、功能和技术。存储器1306可用于存储在执行软件时由处理器1304操纵的数据，且所述软件可被配置为实施本文所公开的方法中的任一者。

处理电路1302中的一个或更多个处理器1304可以执行软件。软件应广义地解释为意指指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行程序、执行线程、过程、函数、算法等，无论其被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其它。软件可以计算机可读形式驻留在存储器1306或外部计算机可读介质中。外部计算机可读介质和/或存储器1306可以包括非瞬态计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括例如磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条)、光盘(例如，压缩盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、智能卡、闪存设备(例如，“闪存驱动器”、卡、棒或钥匙驱动器)、RAM、ROM、可编程只读存储器(PROM)、包括EEPROM的可擦除PROM(EPROM)、寄存器、可拆卸盘、以及用于存储可由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其他合适的介质。作为示例，计算机可读介质和/或存储器1306还可包括载波、传输线、以及用于传送可由计算机访问和读取的软件和/或指令的任何其它合适的介质。计算机可读介质和/或存储器1306可驻留在处理电路1302中，处理器1304中，处理电路1302外部，或分布在包括处理电路1302的多个实体上。计算机可读介质和/或存储器1306可以包含在计算机程序产品中。例如，计算机程序产品可以包括包装材料中的计算机可读介质。所属领域的技术人员将认识到如何最佳地实施贯穿本发明呈现的所描述的功能性，这取决于特定应用和强加于整个***的总体设计约束。

存储器1306可以在可加载代码段、模块、应用、程序等中维护和/或组织软件，其中的一些或全部在本文中可以被称为软件模块1316。每个软件模块1316可以包括当被安装或加载到处理电路1302上并由一个或更多个处理器1304执行时对控制一个或更多个处理器1304的操作的运行时映像1314有贡献的指令和数据。当被执行时，某些指令可以使处理电路1302根据这里描述的某些方法、算法和过程来执行功能。

一些软件模块1316可以在处理电路1302的初始化期间被加载，并且这些软件模块1316可以配置处理电路1302以实现这里公开的各种功能的执行。举例来说，某些软件模块1316可配置处理器1304的内部设备和/或逻辑电路1322，且可管理对外部设备(例如，收发器1312、总线接口1308、用户接口1318、定时器、数学协处理器等)的存取。软件模块1316可以包括控制程序和/或操作***，其与中断处理程序和设备驱动程序交互，并且控制对由处理电路1302提供的各种资源的访问。资源可以包括存储器、处理时间、对收发机1312的访问、用户接口1318等。

处理电路1302的一个或更多个处理器1304可以是多功能的，由此一些软件模块1316被加载并配置为执行不同的功能或相同功能的不同示例。一个或更多个处理器1304可另外适于管理响应于例如来自用户接口1318、收发器1312和设备驱动器的输入而发起的后台任务。为了支持多个功能的性能，一个或更多个处理器1304可以被配置为提供多任务环境，由此多个功能中的每一个被实现为由一个或更多个处理器1304根据需要或期望服务的一组任务。在一个示例中，多任务环境可以使用分时程序1320来实现，分时程序1320在不同任务之间传递处理器1304的控制，由此在完成任何未完成操作时和/或响应于诸如中断的输入，每个任务将一个或更多个处理器1304的控制返回到分时程序1320。当任务具有对一个或更多个处理器1304的控制时，处理电路被有效地专门用于由与控制任务相关联的功能所解决的目的。分时程序1320可以包括操作***，基于循环传送控制的主循环，根据功能的优先级分配对一个或更多个处理器1304的控制的功能，和/或通过向处理功能提供对一个或更多个处理器1304的控制来响应外部事件的中断驱动主循环。

在一个实现中，装置1300包括无线充电设备或作为无线充电设备操作，所述无线充电设备具有联接到充电电路的电池充电电源、多个充电单元和控制器，所述控制器可包含于一个或更多个处理器1304中。多个充电单元可以被配置成提供充电表面。至少一个线圈可以被配置成引导电磁场穿过每个充电单元的电荷转移区域。

该控制器可以被配置成用于确定可充电设备被定位成接近该多个充电线圈，使该多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量，并且使该多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量。第一电磁通量的至少一个特性可以与第二电磁通量的对应特性不同。

在第一示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电流，同时向第二充电线圈提供量值可以大于或小于第一电流的第二电流。在第二示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电流，同时向第二充电线圈提供在相位上滞后于第一电流的第二电流。在第三示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供大于第一电压的第二电压。在第四示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供在相位上滞后于第一电压的第二电压。

在一些实现方式中，控制器可以监测多个谐振电路中的每一个中的电压，并且基于该电压来配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差。每个谐振电路可以包括多个充电线圈中的一个。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的量值的差。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的相位的差。

在一些实现方式中，存储器1306保存指令和信息，其中所述指令被配置成使一个或更多个处理器1304确定可充电设备被定为成接近由充电表面提供的充电线圈，向该充电线圈提供充电电流，并且在向该充电线圈提供电流时将多个相邻线圈排除在操作之外。每个相邻线圈可以位于充电表面内与充电线圈相邻。

在一些实现方式中，这些指令被配置成使一个或更多个处理器1304确定可充电设备被定位成接近该多个充电线圈，使该多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量，并且使该多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量。第一电磁通量的至少一个特性可以与第二电磁通量的对应特性不同。

在第一示例中，指令被配置成使一个或更多个处理器1304向第一充电线圈提供第一电流，同时向第二充电线圈提供量值可以大于或小于第一电流的第二电流。在第二示例中，这些指令被配置成使该一个或更多个处理器1304向该第一充电线圈提供第一电流，同时向该第二充电线圈提供在相位上滞后于该第一电流的第二电流。在第三示例中，控制器可以向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供大于第一电压的第二电压。在第四示例中，指令被配置成使一个或更多个处理器1304向第一充电线圈提供第一电压，同时向第二充电线圈提供在相位上滞后于第一电压的第二电压。

在一些实现方式中，这些指令被配置成使该一个或更多个处理器1304监测多个谐振电路中的每一个中的电压，并且基于这些电压来配置该第一电磁通量与该第二电磁通量之间的差。每个谐振电路可以包括多个充电线圈中的一个。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的量值的差。配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的差可以包括配置第一电磁通量和第二电磁通量之间的相位的差。

提供先前描述以使得所属领域的技术人员能够实践本文所描述的各个方面。所属领域的技术人员将容易明白对这些方面的各种修改，且本文所限定的一般原理可应用于其它方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的方面，而是与语言权利要求一致的全部范围一致，其中，除非明确地如此陈述，否则以单数形式提及元件不旨在表示“一个且仅一个”，而是表示“一个或更多个”。除非另有特别说明，术语“一些”是指一个或更多个。本公开通篇描述的各个方面的元件的所有结构和功能等效物(其对于本领域普通技术人员是已知的或稍后变得已知)明确地以引用的方式并入本文中并且旨在由权利要求书涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在奉献给公众，而不管这些公开内容是否在权利要求书中明确陈述。权利要求要素不应根据35U.S.C.§112第六段的规定来解释，除非使用短语“用于…的装置”明确陈述所述要素，或在方法权利要求的情况下，使用短语“用于…的步骤”陈述所述要素。

Claims (30)

1.一种用于操作充电设备的方法，所述方法包括以下步骤：

确定可充电设备被定位成接近在所述充电设备的充电表面处设置的多个充电线圈；

使所述多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量；以及

使所述多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量，其中，所述第一电磁通量的至少一个特性与所述第二电磁通量的对应特性不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括通量量值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括相位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

向所述第一充电线圈提供第一电流；以及

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在量值上大于所述第一电流。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

向所述第一充电线圈提供第一电流；以及

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在相位上滞后于所述第一电流。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

向所述第一充电线圈提供第一电压；以及

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压大于所述第一电压。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

向所述第一充电线圈提供第一电压；以及

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压在相位上滞后于所述第一电压。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

监测多个谐振电路中的每个谐振电路中的电压，每个谐振电路包括所述多个充电线圈中的一个充电线圈；以及

基于所述电压来配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，配置所述第一电磁通量与所述第二电磁通量之间的差包括：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的量值的差。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差包括：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的相位的差。

11.一种充电设备，所述充电设备包括：

多个充电单元，所述多个充电单元设置在所述充电设备的充电表面处；以及

控制器，所述控制器被配置成：

确定可充电设备被定位成接近所述多个充电线圈；

使所述多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量；并且

使所述多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量，其中，所述第一电磁通量的至少一个特性与所述第二电磁通量的对应特性不同。

12.根据权利要求11所述的充电设备，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括通量量值。

13.根据权利要求11或12所述的充电设备，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括相位。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的充电设备，其中，所述控制器被配置为：

向所述第一充电线圈提供第一电流；并且

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在量值上大于所述第一电流。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的充电设备，其中，所述控制器被配置为：

向所述第一充电线圈提供第一电流；并且

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在相位上滞后于所述第一电流。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的充电设备，其中，所述控制器被配置为：

向所述第一充电线圈提供第一电压；并且

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压大于所述第一电压。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的充电设备，其中，所述控制器被配置为：

向所述第一充电线圈提供第一电压；并且

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压在相位上滞后于所述第一电压。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的充电设备，其中，所述控制器被配置为：

监测多个谐振电路中的每个谐振电路中的电压，每个谐振电路包括所述多个充电线圈中的一个充电线圈；并且

基于所述电压来配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差。

19.根据权利要求18所述的充电设备，其中，所述控制器被配置成：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的量值的差。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的充电设备，其中，所述控制器被配置成：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的相位的差。

21.一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质包括用于以下操作的代码：

确定可充电设备被定位成接近在充电表面处设置的多个充电线圈；

使所述多个充电线圈中的第一充电线圈产生第一电磁通量；以及

使所述多个充电线圈中的第二充电线圈产生第二电磁通量，其中，所述第一电磁通量的至少一个特性与所述第二电磁通量的对应特性不同。

22.根据权利要求21所述的存储介质，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括通量量值。

23.根据权利要求21或22所述的存储介质，其中，所述第一电磁通量的所述至少一个特性包括相位。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的存储介质，所述存储介质还包括：

向所述第一充电线圈提供第一电流；以及

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在量值上大于所述第一电流。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的存储介质，所述存储介质还包括：

向所述第一充电线圈提供第一电流；以及

向所述第二充电线圈提供第二电流，其中，所述第二电流在相位上滞后于所述第一电流。

26.根据权利要求21至25中任一项所述的存储介质，所述存储介质还包括：

向所述第一充电线圈提供第一电压；以及

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压大于所述第一电压。

27.根据权利要求21至26中任一项所述的存储介质，所述存储介质还包括：

向所述第一充电线圈提供第一电压；以及

向所述第二充电线圈提供第二电压，其中，所述第二电压在相位上滞后于所述第一电压。

28.根据权利要求21至27中任一项所述的存储介质，所述存储介质还包括：

监测多个谐振电路中的每个谐振电路中的电压，每个谐振电路包括所述多个充电线圈中的一个充电线圈；以及

基于所述电压来配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差。

29.根据权利要求28所述的存储介质，其中，配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差包括：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的量值的差。

30.根据权利要求28或29所述的存储介质，其中，配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的差包括：

配置所述第一电磁通量和所述第二电磁通量之间的相位的差。

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