CN115831569A - 具有受控磁通抵消的磁通耦合结构 - Google Patents

Abstract

一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：第一线圈(15)，所述第一线圈布置在第一层中并且被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及第二线圈(16)。所述第二线圈的至少一部分被布置在第二层中并且被配置成产生反射来自所述第一线圈的磁通的磁通。

Description

具有受控磁通抵消的磁通耦合结构

分案申请

本申请是于2015年9月10日向中国国家知识产权局所提交的标题为“具有受控磁通抵消的磁通耦合结构”的第201580060970.3号专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于从电能源产生磁通或接收磁通以提供电能源的装置。在一个应用中，本发明提供了用于感应电力传输(IPT)(即，无线电力传输应用)的磁通耦合结构。这样的应用可以包括静态和动态电动车辆充电，以及诸如为移动通信设备充电的低功率应用。

背景技术

总体上并且具体地结合在公开的国际专利公开WO 2011/016736中的电动道路应用来讨论IPT***。在所述公开描述的***中，使用焊盘到焊盘IPT传输方法。焊盘在发射器和接收器焊盘两者中包括诸如铁氧体的透磁材料，以便在仍然传输所需功率的同时保持那些器件的尺寸尽可能小。在国际专利公开WO 2010/090539中描述了用于IPT道路应用的合适的焊盘的具体构造，其包括IPT磁通发射器或接收器，其在所述文献中被称为“双D”焊盘设计(并且在本文中也将被称为“双D”焊盘设计)。双D焊盘设计具有优异的性能，并且根据所述设计构造的焊盘布置可以制成小于25-30mm厚，使得如果例如在车辆充电应用中使用，则接收焊盘在车辆下面占据非常小的空间。类似地，根据双D设计的发射器焊盘可以制造得足够薄，使得其可以放置在车库的地板上或地板中，例如用于充电目的。

双D焊盘设计和许多其它焊盘结构使用透磁材料(诸如铁氧体)以产生所需的磁通。铁氧体具有脆性和昂贵的缺点。特别地，在车辆和道路环境中，容易损坏铁氧体。需要开发一种IPT磁通耦合装置，所述耦合装置当被放置在道路环境中时可以承受车辆(如，40-50吨的卡车)连续地在它上面行驶。铁氧体的缺点还延伸到其它应用，例如为移动电话等其它设备充电。减少诸如铁氧体的材料的量将降低成本，增加健壮性并节省空间。

国际专利公开WO2013062427公开了一些极化的无铁氧体磁通耦合结构。图1示出了源自WO2013062427的附图，其是通过具有中心线圈2和端部线圈3和4的磁通耦合结构1的实施例的截面图。所述装置产生主要是单侧的磁场，用于使磁通可用于在所述结构的一侧的磁通耦合区域5中耦合。示出了磁场线，以表示当线圈2-4通电时产生的磁通。磁场线的密度与磁场的大小成比例。磁场线6表示耦合磁通，即，主要用于与借助时变磁场传输功率的另一磁结构耦合的磁通。然而，磁场线7不会有助于耦合功率并且包括漏磁通。

特别是在没有铁氧体的情况下使具有最小漏磁通的耦合磁通有效地最大化是一个持续存在的问题。存在持续需要提供低成本、健壮并且允许为了效率和安全原因而控制或成形由磁通耦合装置产生的磁场的解决方案。在车辆应用中，这个问题还涉及在道路与车辆之间跨显著且可变的气隙高效且安全地无线传输电力。

贯穿整个说明书对现有技术的任何讨论不应被认为是承认这样的现有技术是广泛已知的或构成本领域的公知常识的一部分。上述文献的公开内容全部通过引用并入本文。

发明目的

本发明的目的是提供一种克服现有结构的一个或多个缺点的感应电力传输磁通耦合装置或模块或者无线或感应电力传输方法。可替代地，本发明的目的是至少向公众提供有用的选择。

本发明的其它目的将从下面的描述中变得显而易见。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，所述装置包括：

布置在第一层中的至少一匝的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，并且所述第二线圈的至少一部分被布置在第二层中，所述第二线圈被配置成产生与来自所述第一线圈的磁通相反的磁通。

由所述第二线圈产生的磁通可以使磁通耦合区域中的磁场成形，或者减少所述磁通耦合区域外部的漏磁通。

优选地，所述磁通耦合区域是所述第一线圈的一侧。

在一个实施例中，所述第二线圈设置在所述第一线圈的与所述磁通耦合区域相对的一侧。

由所述第二线圈产生的磁通可以减少所述装置上与所述磁通耦合区域相对的一侧的磁通。

在一个实施例中，所述第二线圈具有比所述第一线圈少的匝数。

所述第二线圈可以被短路，即，无源的。在另一个实施例中，所述第二线圈与所述第一线圈单独驱动。

优选地，所述第二线圈与所述第一线圈相连接，但是与所述第一线圈以相反的方向绕线。所述第二线圈可以具有比所述第一线圈少的安培匝数。

在一个实施例中，提供了至少一匝的第三线圈，所述第三线圈被配置成产生与来自所述第一或所述第二线圈的磁通相反的磁通。

另一方面，本发明广义地提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

第一磁结构，所述第一磁结构具有布置在平面中并且与所述装置的第一侧相邻的至少一匝的第一线圈，所述线圈被配置成在超出所述装置的所述第一侧的磁通耦合区域中产生或接收磁通；以及

第二磁结构，所述第二磁结构包括被配置成产生与来自所述第一线圈的磁通相反的磁通的导电元件。

优选地，所述第一线圈位于所述导电元件的至少一部分与所述第一侧之间。

优选地，所述装置具有与所述第一侧相对的第二侧，所述第一和第二线圈设置在所述第一侧与第二侧之间，并且其中由所述第二磁结构产生的所述相反的磁通充分减小所述装置的第二侧处或之外的磁通。

在一个实施例中，导电元件的一部分可以与第一线圈所处的平面相交。

在一个实施例中，导电元件的一个或多个部分比导电元件的一个或多个其它部分更靠近第一线圈。

在一个实施例中，第一线圈和导电元件成形为具有两侧和两端，并且导电元件被配置成使得所述导电元件和所述第一线圈的侧面比所述导电元件和所述第一线圈的端部更靠近彼此。

在一个实施例中，第二磁结构电连接到第一磁结构。

优选地，导电元件包括具有至少一匝的第二线圈。

优选地，第二线圈被布置成具有比第一线圈更少的安培匝数。

优选地，第二线圈具有基本上为第一线圈的一半的安培匝数。

优选地，第二线圈是无源线圈。

优选地，第二线圈包括短接电路。

优选地，第二线圈包括扁平线圈。

优选地，第二线圈在基本上平行于第一线圈的平面但与第一线圈的平面间隔开的平面中。

优选地，第一线圈和第二线圈基本上是同轴的。

在一个实施例中，第二线圈包括短接电路并且相对于第一线圈成形和定位，使得在第二线圈中从第一线圈的一个区域感应出足够的电流以允许控制或抵消第二线圈在第一线圈的另一区域处的磁通。

在另一实施例中，第二线圈电连接到第一线圈，并且相对于第一线圈成形和定位，以允许控制或抵消与第一线圈的一个或多个选定区域相关联的磁通。

在一个实施例中，第二结构可以包括有源和无源导体两者。这些结构可以相对于彼此布置，使得无源导体具有在其中感应的足够的电流，以提供所需的磁通图案。

另一方面，本发明广义地提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

第一磁结构，所述第一磁结构包括一个或多个线圈，每个线圈具有至少一匝，所述线圈被布置在一个平面中并且与所述装置的第一侧相邻，所述线圈被配置成在超出所述装置的所述第一侧的磁通耦合区域中产生或接收磁通；以及

第二磁结构，所述第二磁结构包括多个线圈，每个线圈具有至少一匝，并且所述线圈被配置成产生与来自所述第一磁结构的所述线圈的磁通相反的磁通，并且其中所述第一磁结构位于所述第二磁结构与所述第一侧之间。

优选地，所述第二结构中的所述线圈包括螺线管线圈。

可替代地，每个结构中的线圈包括扁平线圈。

优选地，所述第一和第二结构各自包括两个或更多个共面线圈。

优选地，所述共面线圈基本上相互解耦。

另一方面，本发明广义地提供一种产生用于感应电力传输的磁通的方法，所述方法包括：

使用包括平面线圈的第一磁结构产生磁通以在电力传输区域中提供磁场；

使用位于比所述第一磁结构更远离所述电力传输区域的第二磁结构，以产生与由所述第一磁结构产生的磁通相反的磁通，从而控制可用于电力传输的磁通。

另一方面，本发明广义地提供了一种适于产生或接收用于感应电力传输的磁场的感应电力传输装置，所述装置包括：

具有第一端和第二端的中心线圈；

两个扁平端线圈；

一个端线圈，所述端线圈设置在所述中心线圈的每个端处或与其相邻；

所述线圈可操作使得当通电时，所述端线圈引导磁通穿过所述中心线圈，以提供超出用于感应电力传输的装置的拱形磁通图案。

另一方面，本发明广义地提供了一种适于在其第一侧产生或接收用于感应电力传输的磁场的感应电力传输装置，所述装置包括：

中心螺线管线圈，所述中心螺线管线圈基本上平行于具有第一端和第二端的所述第一侧，所述中心线圈的相邻匝与所述第一侧以渐增的距离进一步间隔开；

两个端线圈；

一个端线圈，所述端线圈设置在所述中心线圈的每个端处或与其相邻；

所述线圈可操作使得当被通电时，在所述装置的所述第一侧用于感应电力传输的拱形磁通图案是可用的。

另一方面，本发明广义地提供了一种适于在其第一侧产生或接收用于感应电力传输的磁场的感应电力传输装置，所述装置包括：

中心螺线管线圈，所述中心螺线管线圈基本上平行于具有第一端和第二端的所述第一侧，所述中心线圈在穿过所述中心线圈的在垂直于所述第一侧的平面中的中心轴线的横截面中基本上是梯形；

两个端线圈；

一个端线圈，所述端线圈设置在所述中心线圈的每个端处或与其相邻；

所述线圈可操作使得当被通电时，在所述装置的所述第一侧用于感应电力传输的拱形磁通图案是可用的。

另一方面，本发明广义地提供了一种用于感应电力传输的装置，所述装置包括多个相邻的电力传输模块，每个模块包括至少一个线圈，其中模块中的所述线圈可以被通电以提供来自所述模块的用于感应电力传输的磁场，并且其中相邻模块中的一个或多个线圈可以被通电以提供在这些模块之间延伸的用于感应电力传输的磁场。

另一方面，本发明广义地提供了一种用于感应电力传输的装置，所述装置包括多个相邻的电力传输模块，每个模块包括多个线圈，其中模块中的多个线圈可以被通电以提供来自所述模块的用于感应电力传输的磁场，并且其中相邻模块中的一个或多个线圈可以被通电以提供在这些模块之间延伸的用于感应电力传输的磁场。

优选地，所述模块并排布置。

优选地，所述线圈根据被适配成用于以感应方式接收电力的可移动物体的存在而被通电。

在另一个实施例中，所述线圈根据被适配成用于以感应方式接收电力的可移动物体的特性而被通电。

在一个实施例中，所述装置包括选择性地通电所述线圈的控制装置。所述装置还可以包括一个或多个电源。

在一个实施例中，所述模块设置在车辆可以穿过的表面(例如，地面或道路)上或与之相邻。

在一个实施例中，一个或多个模块包括如前述陈述的任一个所述的感应电力传输装置。

在一个实施例中，透磁材料可以与模块相关联以当相邻模块中的线圈被通电时促成相邻模块之间的磁通路。

另一方面，本发明广义地提供了一种用于向可移动物体感应传输电力的方法，所述方法包括选择性地通电模块中的多个线圈中的任一线圈，或通电相邻模块中的至少一个线圈以提供用于向可移动物体感应传输电力的磁场。

另一方面，本发明广义地提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

第一磁结构，所述第一磁结构具有与所述装置的所述第一侧相邻的两个共面线圈，所述线圈被配置成在超出所述装置的所述第一侧的磁通耦合区域中产生或接收磁通；以及

第二磁结构，所述第二磁结构包括被配置成产生与所述第一线圈中的磁通相反的磁通的两个共面线圈。优选地，所述第一结构位于所述磁通耦合区域与所述第二结构之间。

在一个实施例中，所述第一和第二结构可相对于彼此移动。

在另一实施例中，提供了控制装置，以根据一个或多个参数控制所述第一和第二结构的相对位置。在一个实施例中，所述参数包括以下各项中的一项或多项：

所需电力传输的幅度；

电力传输效率；

所需磁场形状。

在一个实施例中，所述第一结构的线圈具有相对于所述第二结构的线圈的大于1的匝数比。

在一个实施例中，所述结构是无铁氧体。在一个实施例中，所述第一磁结构和所述第二磁结构设置在诸如PCB或PCB材料的不可透磁基板的相对侧。

另一方面，本发明提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

至少一匝的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，所述第二线圈被配置成反射从所述第一线圈发出的磁通。

另一方面，本发明提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；

至少一匝的第二线圈，所述第二线圈被配置成反射从所述第一线圈发出的磁通；以及

第三线圈，所述第三线圈被布置成使所述第一线圈产生或接收的磁通延伸。

由所述第二线圈产生的磁通可以使磁通耦合区域中的磁场成形，或者减少所述磁通耦合区域外部的漏磁通。

所述第三线圈可以包括两个线圈，并且在所述两个线圈之间可以存在最小的互耦合。

可替代地，所述两个线圈相耦合。所述两个线圈可以以相位关系布置。

另一方面，本发明提供了一种用于延伸无线电力传输的磁场的装置，所述装置包括被调谐以在选定的工作频率处或附近谐振的多个线圈。

所述线圈可以布置在一层中，并且在一个实施例中，线圈之间存在最小的互耦合。可替代地，线圈耦合。线圈可以被配置成以相位关系操作。

另一方面，本发明提供了一种感应电力传输磁通耦合装置，所述装置包括：

布置在第一层中的第一线圈和第二线圈，所述第一或第二线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

第三线圈，并且所述第三线圈的至少一部分布置在第二层中，所述第三线圈被配置成产生与来自所述第一线圈或所述第二线圈的磁通相反的磁通。

由所述第三线圈产生的磁通可以使磁通耦合区域中的磁场成形。

在一个实施例中，所述装置可以包括透磁材料。

另一方面，本发明提供了一种包括根据前述陈述中任一项所述的装置的道路、或车辆、或个人电子设备、或充电设备。

另一方面，本发明提供了一种用于安装电子部件的基板，所述基板包括：

布置在第一层中的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，并且所述第二线圈的至少一部分被布置在第二层中，所述第二线圈被配置成产生与来自所述第一线圈的磁通相反的磁通。

在一个实施例中，所述第二线圈具有比所述第一线圈少的匝数。所述第二线圈可以被短路。

在另一个实施例中，所述第二线圈与所述第一线圈单独驱动。

所述第一线圈可以具有所述第二线圈的安培匝数的三倍以上的安培匝数。

另一方面，本发明提供了基本上如在此参照附图中所示的任何实施例所描述的装置。

另一方面，本发明广义地包括本文公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合。

本发明的其他方面将从以下描述中变得明显。

附图说明

图1是已知的磁耦合装置的横截面视图。

图2是新的磁耦合装置的等距视图。

图3是图2的装置的分解图。

图4是穿过图2所示的装置中间的竖直平面中的截面图中所示的模拟磁通图案。

图5(a)是新的磁耦合装置的侧视图。

图5(b)是图5(a)的等距视图。

图5(c)是穿过图5(a)所示的装置中间的竖直平面中的截面图中所示的模拟磁通图案。

图5(d)是另一种新的磁通耦合装置的透视图。

图5(e)是图5(d)的装置的截面侧视图。

图5(f)是图5(e)的重排。

图5(g)是另一新的耦合装置的透视图。

图6是具有线圈定位装置的图5(g)的装置的示意性透视图。

图7(a)和7(b)是在穿过图5(g)所示的装置中间的竖直平面中以截面图示出但具有不同安培匝数的模拟磁通图案。

图7(c)和7(d)是另外的形式或磁通耦合装置的简图。

图7(e)和7(f)是当在高度间距为80mm至180mm时对中且不对准时耦合因数对初级圆形无铁氧体耦合器的位移在不同间距的曲线图，耦合器的直径为700mm，用于将电力耦合到具有铁氧体衬背的两个次级方形线圈，这两个线圈的标称直径分别为280mm(标记为S1)和350mm直径(标记为S2)。

图8是示出在其下方具有第二磁结构的双极焊盘的示意性透视图。

图9示出了并排放置的根据图8的两个双极焊盘布置。

图10(a)示出了具有设置在非极化初级焊盘上的非极化次级承载焊盘的车辆。

图10(b)示出了具有能够接收或耦合磁场产生的双极化初级焊盘的次级焊盘的车辆。

图10(c)示出了跨越两个初级焊盘的车辆，所述车辆具有能够与极化磁场耦合的次级焊盘。

图10(d)示出了类似于图10(c)的结构，但是初级焊盘的极被进一步分开，所述磁场由两个单极初级焊盘产生。

图10(e)示出了道路中被通电以各自产生不同极性的两个双极焊盘。

图11示出了扁平初级绕组和抵消线圈的图解说明。

图12示出了重复以提供并排关系的两个线圈的图11的布置。

图13示出了穿过12示出了磁通图案的截面图。

图14示出了用于图11的布置的不同形式的抵消绕组或线圈。

图15示出了通过根据图14并排放置的两个绕组布置的截面图上的磁通图。

图16示出了具有附加的抵消绕组的双极线圈布置的等距视图。

图17示出了具有第一扁平线圈但是具有两个抵消线圈布置以及包括双极焊盘布置的次级焊盘的焊盘结构的又一形式的等距视图。

图18示出了在图17中的初级与拾取器之间的水平面中的截面图中获得的模拟磁通图案。

图19示出了在纵向轴线上穿过图17的布置的中间的竖直平面上获得的模拟磁通图案的截面图。

图20示出了穿过图17的横向方向的竖直平面中的截面图的模拟磁通图案。

图21示出了并排定位的图17的两个布置，其中拾取器位于这两个焊盘布置上方并跨越这两个焊盘布置。

图22是在沿着图21所示的布置的纵向轴线的竖直平面中的截面图中获得的模拟磁通图案。

图23是另一种形式的磁通耦合装置的侧视图。

图24是图23的装置的等距视图。

图25示出了根据本发明的一个实施例的具有在截面磁通图(b)中示出的单侧磁通图案的DD无铁氧体结构(a)。

图26是沿着图25的结构的纵向轴线的竖直截面中的磁通图。

图27示出了根据本发明的一个实施例的单侧无铁氧体的DDQ焊盘的等距视图。

图28示出了利用所示的具有场前端和场后端的电流方向供电的已知单相轨道(a)。

图29示出了根据本发明的实施例的单相轨道结构，其使用在上部线圈(通常3:1)中具有较大NI比率的所提出的反向线圈来实现仅在轨道上方而不在下方的磁场。

图30(a)示出了具有双侧磁场的已知的两相解耦轨道结构。

图30(b)示出了改进的两相轨道结构，其使用所提出的反向线圈来实现仅在轨道结构上方而不在下方的磁场。

图30(c)示出了使用多个通电的两相轨道部分的长轨道的连接。

图30(d)示出了根据本发明的实施例的三相轨道结构。

图31示出了根据本发明的实施例的三相焊盘结构的等距视图。

图32示出了根据本发明的实施例的穿过具有线圈布置的PCB的截面图。

图33示出了根据本发明另一实施例的穿过具有线圈布置的PCB的截面图。

图34是穿过包括处于缩回位置的磁通耦合结构的线圈的结构的一部分的示意性截面图。

图35是图34的另一视图，但是其装置处于延伸位置。

图36是根据所公开的实施例的初级、中间和次级结构的示意性截面图。

图37是根据另一个公开的实施例的初级、中间和次级结构的示意性局部截面图。

具体实施方式

下面描述的感应电力传输装置可以以焊盘的形式提供，并且为了方便的目的，在本文中称为焊盘或电力传输模块，尽管能够以其他形式提供。这些新的焊盘在其中可以没有铁氧体，并且在至少一个实施例中完全没有铁氧体。因此，焊盘的构造可以与目前已知的那些非常不同。新的焊盘可以简单地使用混凝土或另一种合适的坚固非磁性材料(如，塑料、砖石或硬陶瓷材料)和合适的导体(如，利兹线)制成。焊盘特别是当由混凝土制成时适合于道路应用中的感应电力传输，因为它们有利地非常重，但是可以在简单的制造过程中现场构建。

在本公开中，提出了新的无铁氧体结构，其可以是非极化磁通结构，或者被开发以产生两个或甚至三个相位磁场和相关联的磁通路径，其通过载流线圈的合适布置仍然主要在结构的一侧如期望地使磁通成形。第一线圈用于创建或接收耦合磁通，即，所述磁通主要旨在与另一磁结构耦合以借助时变磁场传输功率。第二线圈相对于第一线圈定位，以控制由第一线圈产生或接收的磁通。第二线圈可相对于第一线圈定位，以控制由第一线圈产生或接收的磁场。具体地，第二线圈可以用于减少来自第一线圈的漏磁通。例如，为了效率的目的，或者取决于装置耦合的或旨在耦合的磁通耦合结构，第二线圈还可以相对于第一线圈定位成使耦合磁通成形。

为了示出新的磁结构的第一实施例，图2和图3示出了无铁氧体焊盘8的相应的组装和分解视图，所述无铁氧体焊盘在其上侧或表面10上包括具有N匝的第一圆形线圈12。多个楔形螺线管线圈13位于线圈12下方。线圈13被配置成使得紧接在上部线圈12下方的每个螺线管的表面具有相同的匝数N(尽管其可以被展开以覆盖更宽的表面积)以及与上部线圈12同相流动的具有相同幅度和频率的电流I，而螺线管的底表面承载返回电流(具有与上部线圈异相180度的电流)。因此，每个线圈13的上表面处的区域具有2NI的安培匝数，并且每个线圈12的下表面处的区域(即，线圈13在下表面14处的区域)具有-NI的安培匝数。为了覆盖整个圆形表面，在此示出了四个楔形螺线管，然而，此数量可以变化，例如，在其他实施例中，基于结构要求可以有三个或更多个。螺线管线圈13并排放置，使得每个螺线管的垂直于上表面10和下表面13的侧平面基本上接触并以相同大小但异相的电流操作，因此由相邻侧壁产生的任何磁场有效地抵消。

图4示出了由如图2所示的组装的磁结构产生的磁通图案的二维截面图。参考图4，看到非极化磁场在上表面10处离开焊盘的中心区域并且在外部返回。磁通图案显示大部分磁通穿过结构的侧面返回，使得通常预期存在于焊盘背面处(即，在下表面14处)的磁场基本上被移位。产生的磁场的大体单侧特性是所期望的，因为通过通电所述结构而产生的磁场在所述结构一侧有用地设置在潜在的磁通耦合区域中，从而减少可能以其他方式存在于焊盘的后表面或下表面处的不期望的漏磁通。

现在将参考图5(a)和5(b)描述对图2和图3中所描述的实施例的改进。在这个实施例中，图2和图3的楔形螺线管线圈13由两个扁平线圈15和16代替。线圈15和16复制螺线管线圈13的与图2和图3所示实施例的上表面和下表面相邻的那些部分。螺线管线圈13的这些侧壁因此被抵消。由于侧壁产生彼此抵消的磁通，图5(a)和5(b)所示的此改进实施例具有节省形成所述结构所需的导电材料的量的优点。

扁平线圈的使用还具有可以提供更坚固的结构并且构造更简单的优点。扁平饼状线圈可以容易地嵌入适合于道路结构的套管中，但避免了导电材料，例如玻璃钢筋混凝土。

仍然参考图5(a)和5(b)，整个焊盘可以被构造为使得存在三个线圈，每个线圈具有N匝并且以相同的电流I通电，然而底部线圈16通过合适的间隙分开并且具有与两个上部线圈12和15异相180度的电流。

图5(c)示出了图5(a)和5(b)的实施例在操作中的二维磁通图。从图5(c)可以看出，来自焊盘背侧或下侧的磁通被抑制，而焊盘上方的磁场形成理想的单侧非极化形状，类似于在铁氧体衬背上设计有圆形线圈的焊盘。然而，在这个结构中，不存在铁氧体，并且焊盘适于诸如埋在道路中的应用，因为来自车辆行驶的力将不会影响焊盘的构造或操作。

图5(a)和5(b)中的焊盘的两个线圈12和15可以绕线为具有线圈16两倍匝数的单个线圈12/15。此外，所有线圈12、15和16可以绕线为一个完整的绕组，在上层中为2NI，在下层中为-NI。这是通过以与上部线圈相反的方向绕线下部线圈并且具有一半的匝数来实现的。可替代地，下表面中的匝数可以根据焊盘的期望深度和期望的磁通抑制量而变化。根据所需的磁场形状，这些扁平线圈的表面积可以相同或具有不同的直径。如果线圈都绕线为一个完整的绕组，则所述绕组可以被调谐为用于无线电力供应或无线拾取(即，次级)电路的一个线圈。

考虑图5(a)和5(b)作为三个线圈的结构，如果每个线圈具有NI安培匝数(尽管底部线圈有效地具有-NI)，则随着下部线圈16更靠近上部线圈12和15，合成磁场将改变。如果使下部线圈16与线圈15相接触，则来自线圈15和16的磁场将抵消，并且产生的合成磁场将与来自没有磁通成形的单个圆形线圈(线圈12)的磁场相同，使得合成磁场将在结构上方和下方的所有方向上是对称的，除非铁氧体或类似的透磁结构靠近(如车辆中的次级焊盘)。但是，从控制漏磁通或限制潜在磁场耦合到附近的金属物体的角度来看，这种缺乏对磁场形状的控制是不期望的。

如果两个上部线圈12和15每个以0.5NI安培匝数操作，并且下部线圈16以如前所述的-NI安培匝数操作，则随着下部线圈16接近上部线圈15，焊盘上方的耦合磁通被抑制得越多，直到当线圈15和16接触时，作为有效的磁通耦合装置的操作被有效地停止。因此，结构上方的磁场的水平以及结构下面的磁通抑制的程度取决于线圈15和16之间的间隔以及每个线圈中的NI。类似地，如果线圈12和15包括单个线圈，则结构上方的磁场以及结构下面的磁通抑制程度取决于线圈16和组合线圈12/15之间的间隔，以及每个线圈中的NI。在一些实施例中，可能期望在线圈15与16之间，或者在线圈16与线圈12/15之间提供竖直取向的螺线管线圈。

在概念上，如果仔细选择线圈12/15与16之间的间隔，则下部线圈16可以用短路匝(或包括多匝的短路线圈)替换。使用短路线圈是具有有源电流的操作线圈16的替代方案。短路线圈的位置将自然地导致与线圈12和15中的电流的相位相反的电流流动，但是具有取决于磁通耦合(其取决于间隔)的电流幅度以实现类似但较少受控的结果。

可以基于类似于图2和图3的结构来创建其他实施例。例如，如果图3的线圈12被移除并且替换成位于线圈13的中心处的竖直螺线管14(图3中未示出，但是在图5(d)中可以看到)，则移除线圈13的相邻侧壁(因为如上所述磁通抵消)留下如图5(d)所示的结构。如果每个线圈具有N＝4匝，则在图5(e)中以截面图示出可能的绕组布置。可以消除螺线管14，同时通过将其分成两部分来保持其功能，并且将每一半的效果添加到扁平线圈15和16上，如图5(f)所示。结果是3:1的匝数比，如图5(g)所示。

我们已经发现，在第一层(即线圈12/15)的线圈与第二层(即线圈16)的线圈之间可以使用许多不同的安培匝数比。通常，我们已经发现，优选的是，第二层的线圈具有比第一层的线圈更少的安培匝数。如上所提及的，如果第一层与第二层的安培匝数比大约为2:1或3:1，则结果是令人满意的。似乎最好工作的比例范围为1:1至6:1，并且最优选约1.3:1至3:1。通常，如果线圈12/15和16移动得更靠近在一起，则期望增加NI比率，即增加上部线圈12/15相对于下部线圈16的NI。因此，如果所述布置在PCB上实现，例如所述比率可以大于3:1，例如5:1或6:1。

继图5(d)至5(g)，特别是图5(e)所述的布置之后，第一与第二线圈(即线圈15与16)之间的有效分隔距离与第一线圈的宽度W近似相同，即线圈的直径小于线圈的中心开口除以二。通过保持第二线圈的宽度与第一线圈的宽度相同或基本上相同来实现有效结果。这可以通过使第二线圈的匝与第一线圈的匝离得更远来实现。如下面进一步描述的，两个层之间的距离可以根据所需的磁场而变化。在一些实施例中，线圈或层可以设置成使得它们之间的距离是可调节的。在一个实施例中，例如提供线圈分离设备或移动设备，其将根据所需的磁场使线圈靠近在一起或离得更远。在一个实施例中，可以使用传感器来感测磁场，并且在另一个实施例中，可以存在来自次级设备的与设备产生的磁场有关的信息反馈。基于来自传感器或次级设备的反馈，线圈可以进一步移动在一起或进一步分开，直到实现所需的磁场特性。

在另一实施例中，可操作以使线圈相对于彼此移动的设备可操作以替代地或另外地改变第一和第二层中的线圈结构的对准，从而重定向磁场或控制泄漏或回流。再次，次级设备或多个次级设备或其他传感器可以用于提供正在产生或接收的磁场的指示，并且基于所述信息，可以通过设备改变相对线圈间隔和/或对准，直到实现所需的结果。此过程例如在图6中示出，其中上层线圈12/15和下层线圈16可以通过从传感器或次级设备18接收信息的设备17在分离和对准一者或两者中相对于彼此移动。设备17可包括用于接收和处理信息的控制器，以及可操作以相对于彼此移动线圈的一个或多个致动器。致动器可以是例如电的、机械的、气动的或液压的。

在另一实施例中，上层线圈可以包括其他形状，例如椭圆形或矩形形状，并且设备17可操作以改变线圈的相对角位置，从而影响由结构产生或接收的磁场的性质。例如，设备17可操作以使两个对齐的矩形线圈围绕穿过每个线圈的中心的公共轴线相对于彼此成角度地移动。在其它实施例中，装置17可操作以移动线圈的相对角位置、对准和分离中的一个或多个。角分离可以包括围绕除了垂直于提供线圈的层的一般平面的轴线之外的轴线的角度调整。

参考图5(d)至(g)描述的布置的另一个特征是N/3线圈16两端的电压(图5(g))是电流乘以N/3线圈的感抗加上N线圈15的互感乘以电流。当线圈沿相反方向绕线时，N/3线圈两端的电压可以至少基本上为零。

关于绕组布置，在图5的实施例中，例如，可以有18匝以上和6匝以下，所有匝都携带相同的电流，然而6匝将具有反向电流。

为了使连接简单，我们将串联绕线这两个线圈，使得在焊盘处仅有一个端子连接，并且绕组中没有断路(使端子最小化)。

并且作为管理绕组两端的电压的示例，我们可以选择首先绕线一半的顶层(9匝)，然后是底部绕组的9匝，然后完成所有串联的顶部绕组的最后9匝。

现在参见图7(a)和7(b)，可以在安培匝数比为2:1和3:1的两个相同线圈之间进行比较。图7(a)示出了来自穿过两个相同线圈(例如图6所示的线圈)的竖直截面的磁通图，并且图7(b)示出了具有相同间隔距离，但上部线圈相对于下部线圈的安培匝数比为3:1的相同线圈的磁通图。

此概念可以应用于其它线圈形状或类型，以提供理想的单侧磁通耦合结构。例如，图7(c)示出了与另一个螺线管16基本上轴向间隔开的螺线管线圈12/15。线圈12/15具有比线圈16大的NI，并且线圈16具有沿与线圈12/15的方向相反的方向流动的电流。在此布置中，如上述实施例中所述，线圈16下方的磁场被抑制。线圈16也可以被视为磁反射器，因为它用作反射将从绕组12/15的下侧以其他方式延伸的磁场的线圈。所述磁场被向上反射以提供期望的磁场形状。

在图7(d)中，所述原理再次适用，即使螺线管线圈具有布置成水平而不是竖直的纵向轴线。存在于下部线圈16下面的磁场仍将减小以产生基本上单侧磁通布置，其中磁场基本上存在于上部螺线管线圈12/15上方。然而，存在于布置侧面的磁场将大于图5(a)至5(g)的实施例的磁场。

将会看到，根据本文所讨论的原理，可以使用不同线圈的组合(例如，一个或多个基本上环形或环形扁平线圈和一个或多个螺线管线圈)来提供所需的磁场。

尽管以上实施例示出了布置在基本平行的平面中的第一线圈12/15和第二线圈16，但是应当理解，其他布置也是可能的。例如，第一线圈12/15可以被提供为磁通耦合结构的第一层，并且线圈16可以被提供为所述结构的第二层。这样的层可以采取各种形式，例如它们可以弯曲或波动。在以上实施例中，线圈12/15和16被示出为基本上同轴对准，但是如本文其他地方所述，相对线圈尺寸和对准可以根据在使用中需要实现的磁通图案而变化。线圈16可以布置在不一定是平面的层中，并且不必复制其中设置有(多个)线圈12/15的层的轮廓。虽然在图5(a)、5(b)和5(g)中示出了圆形线圈，但是在其他实施例中可以使用其他线圈环形形状，例如椭圆形、矩形、正方形或不规则形状。此外，线圈12/15和16可以是不同的环形形状。

实际上，结果表明，反射线圈16略微减小了与次级焊盘的耦合，但是抑制了在初级焊盘12/15的背面后面以及在初级和次级焊盘之间的充电区域之外的泄漏。在其最基本的形式中，所述技术是用于具有同轴反射线圈的环形主线圈以及在其下面的环。一个或两个线圈可以是螺旋绕线的，并且在一个实施例中，一个或两个线圈可以是螺旋绕线但没有中心孔的。

线圈12/15和16的参数是外径(OD)、内径(ID)和匝数。对于大多数应用，OD和ID之间的差通常为平均直径的10％至30％，并且主线圈和反射线圈之间的匝数比通常为3:1。通常，直径非常类似，并且线圈之间的间距接***均直径。随着线圈之间的间隔减小，磁场之间的相互作用更强，并且更少的磁通被向上引出。这样做时，必须增加匝数比或者必须重新调整尺寸以保持高耦合磁通。因此，对于主线圈与反射线圈之间的100mm至200mm的间距，对于大多数尺寸，3:1的匝数比是优选的。通过使不同的电流在两个线圈中流动以获得精确的NI比可以实现更精细的控制，但是为了实用性，改变匝数比是优选的，因为使用相同的线材来绕线两个线圈而不中断是方便的。

只要每匝之间的距离不大于4-5线直径，线圈宽度就可以是线圈直径的20％-30％，并且多丝线圈可以用于获得更高的Q值。

改变线圈宽度和线圈间距允许漏磁通被控制并且提高功率对漏磁通比是获得更好线圈的优异品质因数。参考图7(e)和7(f)，例如当使用直径为700mm的初级圆形无铁氧体耦合器将功率耦合到具有标称直径为280mm(标记为S1)和350mm直径(标记为S2)的铁氧体衬背的两个次级方形线圈时，在多个间距处，当在80mm至180mm的高度间距处居中并且不对准时，当初级线圈中的线(通过使每匝中的线接触而最初跨越46mm)分开4mm(使线圈宽度跨度为68mm)时，在焊盘的工作区域中的耦合进一步增加50％至100％(高达100mm的间距偏移)，如图7(e)和图7(f)所示。初级线的这种展开迫使耦合器中心的极更靠近在一起，而不是围绕并靠近绕组的内圆周延伸。结果，如在实践中通常使用的，它导致更多的磁通线与较小的次级相交并且提高***耦合。

在另一个实施例中，现在可以使用双极线圈结构来实现类似的焊盘结构，参考图8示出并描述了其示例。作为背景，双极磁通耦合结构具有相互磁解耦的线圈，这使得所述结构以极化或非极化方式选择性地操作。其它信息可在已公开的国际专利申请WO2011/016737和WO2012/018269中获得。

参见图8，焊盘结构24具有包括两个线圈20和21的上层，所述两个线圈相对于彼此定位，使得它们之间的磁耦合基本上最小化。理想地，互耦合为零，但是实际上由于诸如组件公差等因素，可能存在少量的耦合。我们已经发现，在操作期间减少基本上5％以下的互耦合是期望的。在不存在次级的情况下，期望小于基本上1％的互耦合。这些范围通常足以实现线圈的独立操作，同时仍然使磁场在距离焊盘足够远的距离处可用于向次级结构适当地传输电力。

通过最小化互耦合，线圈可以基本上独立地通电，并且因此一个或两个线圈可以以单极方式操作，或者两个线圈可以以互补方式操作(例如由交流电通电，但是在线圈之间具有180度的相位差)，从而建立从由一个线圈形成的极延伸到另一个极的磁场。在一个实施例中，为了实现最小或接近最小的耦合，线圈20和21基本上共面并且重叠，如图8所示。在其他实施例中，线圈20和21可以布置在相同的通用层中。这样的层可以采取各种形式，例如其可以弯曲或波动。线圈重叠的程度可以根据线圈形状而变化。尽管在图8中示出了矩形线圈，但是在其他实施例中可以使用其他线圈形状，例如椭圆形、圆形、正方形或不规则形状。

仍然参考图8，线圈22和23分别位于线圈20和21的下方。根据上述公开内容，线圈22和23可以用于控制由线圈20和21产生的磁场。因此，线圈22和23可以用于控制由包括四个线圈20-23的焊盘结构产生的磁场，即，使在结构上方的磁通耦合区域25中的磁场成形，和/或减少将以其他方式存在于区域26中的结构之后或之下的磁场。在此实施例中，线圈22和23相对于线圈20和21同轴对准，但是如本文中其他地方所述，相对线圈尺寸和对准可以根据在使用中需要实现的磁通图案而变化。同样，线圈22和23可以布置在一个层中，所述层不一定是平面的，并且不必复制其中设置有线圈10和21的层的轮廓。然而，在这个特定实施例中，线圈22和23也应当布置成与第一层或上层中的线圈20和21基本上相互解耦。

图8所示的上部线圈20和21可以例如绕有2N或3N个绕组，并且下部线圈22和23可以绕有N个绕组，尽管可以基于期望的磁通图案使用其他选项。然而，图6实施例的以下描述将假定第一层的线圈20和21与第二层的线圈22和23之间的比率为2N:N。

尽管每层内的线圈，即线圈20和21(第一层)和线圈22和23(第二层)基本上相互解耦，但是应当注意，层之间的线圈不是解耦的。根据上述公开内容，在一个实施例中，线圈22将与线圈20异相(180度)地驱动，并且线圈23将与线圈21异相(180度)地驱动。实际上，这可以通过简单地将线圈20和22连接为一个绕组但是以相反的方向绕线来实现(并且以相同的方式绕线并连接线圈21和23)。因此，如果线圈20或21被激活以在其中心产生北极，则线圈22或23具有流动以产生南极的电流，然而南极因为线圈22和23具有较少的匝而较弱。在另一个实施例中，线圈22和23可以仅仅具有短路匝，使得来自线圈20和21的操作的磁通耦合导致电流在这些线圈的每个线圈中流动，电流异相并且将实现类似但较少受控结果。

在操作中，解耦线圈20和21分别从具有同步电流的两个谐振逆变器调谐并驱动，使得这些线圈可以以受控且期望的方式彼此完全独立地操作，以产生任何期望的磁场成形。以此方式，它们可以被制成以不同的电流幅度、不同的相位、或甚至以不同的调谐频率来操作。由于线圈22和23与上部线圈20和21的连接(物理连接或耦合连接)，线圈22和23将工作以支持此磁场产生并抑制来自焊盘的回流。

显著地，每层内的线圈的解耦性质允许线圈20或21(并因此线圈22或23)关闭，而另一线圈操作。这在仅需要一个线圈可操作的情况下具有效率益处。例如，如果合适的次级结构位于由线圈20和21之一而不是由另一个高效供电的位置，则可以关闭另一个线圈，并且在另一个线圈中将没有感应电流，这进一步提高了效率。

一种操作模式是仅仅以相同的调谐频率但是同相或异相地操作所有线圈。当同相操作时，线圈20和21(每个具有2N匝)应当用2NI激活，而两个下部线圈22和23(每个具有N匝)也彼此同相操作，但产生-NI，因为这些线圈中的电流方向与上部线圈相反。结果是产生类似于上面参照图5(c)所述的非极化磁场。

如果使解耦线圈20和21在180度(以及类似地22和23)处异相地操作，则可以产生南-北极，并且磁场在焊盘的伸长方向上被极化。在这个示例中，所有焊盘层应当以类似的方式操作，使得在顶层中产生2NI，并且在下层中产生-NI，但是将会看到，取决于所需的磁场形状或磁通图案，可以使用其它布置。

对于圆形模式耦合器或多线圈耦合器，例如以圆形模式操作的双极，具有反射线圈的精心设计的无铁氧体耦合器与具有类似焊盘面积的铁氧体衬背的圆形耦合器之间的耦合差异可以约为20％，然而，对于可能有人存在的充电区域之外的给定漏磁，能够传输到次级的功率量在无铁氧体耦合器的情况下通常是类似的或更好的(其变化取决于次级相对于初级的位置)。这种较低耦合的结果是，必然更难驱动初级线圈以传输功率，并且根据所构造的焊盘的质量，线圈两端的较高的伏安自然造成给定电力传输的更高损耗。发现实验室制造的焊盘具有通常为具有类似面积的含有铁氧体的焊盘的2/3的品质因数。因此，当耦合到同一铁氧体次级中时，额外的***损耗对于给定的电力传输可以仅高1-2％(其变化取决于次级相对于初级的位置)。值得注意的是，如果使无铁氧体焊盘面积略微增大，这仅稍微增加了铜的使用(假设没有铁氧体存在)，则可以改善初级无铁氧体焊盘的耦合因数和品质因数。

对于以产生类似于双D线圈结构的磁通图案的方式操作的诸如双D线圈结构或双极焊盘(两者都在下面进一步描述)的极化无铁氧体耦合器，已经发现与已知次级的耦合低于圆形拓扑结构。基于设计，类似面积的铁氧体和无铁氧体设计之间的耦合差异通常为50-65％。出现这种较低的耦合是因为在双D模式的中心的扩散线圈下的磁通的路径长度可能很长，然而，由于这些磁场流过铁氧体，这产生具有非常低的磁阻的磁通管，这允许在不显著弱化场强的情况下分离北极和南极。因此，在具有铁氧体的双D初级中，可以在初级之上产生高的弧形磁通，而不会通过这种方式显著弱化场强。相反，当通过在无铁氧体焊盘的中心扩展线来分离北极和南极时，扩展线下的磁阻是空气的磁阻，使得随着路径长度变长，产生与铁氧体双D结构类似的磁场形状，产生的场强低得多。这导致与次级的耦合较低。尽管这种耦合较低，在操作中发现，在正常的操作条件下(针对向次级传输的给定功率)，与具有类似面积的基于常规铁氧体的焊盘相比，无铁氧体双D在人类可能存在的区域中产生较少的漏磁。然而，由于焊盘的耦合和品质因素较低，基于预期的操作失调，注意到约2-5％的额外***损耗。

因此，在圆形和极化焊盘设计中，发现所讨论的无铁氧体结构能够在使用具有类似表面积的焊盘(但是焊盘本身是性质坚固的)时以小的额外***损耗传输具有类似或较小磁漏的所需功率。

为了克服双D模式中的无铁氧体双D或双极型的弱场强，可以形成混合焊盘结构，所述混合焊盘结构使用无铁氧体设计来形成磁场，但是使用少量的铁氧体以在线在焊盘的中心扩展的区域下实现期望的磁通管。在这个混合结构中引入的铁氧体的体积预期显著小于传统的铁氧体双D焊盘，并且足够小以免受在道路应用或类似应用中预期的力。在设计中，理想的是，确保引入的铁氧体被密封使得它不会断裂，并且在体积上足以使其在操作中不穿透。铁氧体棒的替代方案可以是真空中的粉末状铁氧体或铁砂并且在盖中受到保护，尽管它们具有较低的相对透磁率，但是将确保场强的改进并且在原始的无铁氧体焊盘上耦合到次级。此混合焊盘结构的其它替代方案包括使用性质上非易碎的软磁材料或其它无定形材料来帮助产生所需的“磁通管”，并且这些材料性质上解决了初级焊盘的健壮性。

在实践中，虽然已经讨论了初级焊盘，但是这些设计可以用于次级焊盘，其中初级焊盘在期望的应用中是传统铁氧体焊盘。

在无铁氧体焊盘设计中的反射线圈虽然通常示出为具有相对于主驱动线圈具有更少匝的相同结构，但还可以通过相对于主线圈扩散绕组或绕组其直径来修改形状，以便实现在人类可能存在的电力传输区域外部产生的磁通泄漏水平的改善。模拟结果已经表明，对于到次级的给定电力传输，使反射线圈的直径增加多达50％可以减少漏磁，尽管它也趋向于不利地影响初级和次级的耦合。然而，对于在人存在的点处的给定磁漏水平，能够传输到次级的功率可以更高。这意味着在达到标准所实施的限制之前可以传输更多的功率。因此，将反射线圈的直径调整为相对于主线圈不同的尺寸是重要的设计参数，并且可以基于期望的操作被优化。

自然地，如果需要三相或四相解耦线圈结构，则可以应用具有多驱动功能的类似多层线圈焊盘，例如如图31所示。

这里讨论的示例主要指的是为车辆提供动力以及使用道路***。然而，应当理解，许多其它应用是可行的。

创建无线充电路径或带对于缓慢移动或甚至静止的车辆充电应用(例如出租车停靠站)以及动态应用(例如道路充电)是令人期望的。在下面参考图9通过示例描述的另一实施例中可以看到这一点。在所述图中，如参照图8所述的两个双极铁氧体焊盘24例如沿着车辆可行经的路径或道路并排放置。为了便于描述，一个焊盘标记为24A，相邻的焊盘标记为24B。彼此靠近的相邻的焊盘24A和24B不解耦。然而，在操作中，当车辆上的次级焊盘(例如)处于接收电力的位置(例如，紧邻焊盘24A上方)时，焊盘24被通电仅用于电力传输。因此，当焊盘24A被通电时，产生的磁通优选地与车辆上的次级焊盘而不是与相邻的焊盘24B耦合。

可以参考图10(a)-(e)进一步描述操作模式。在那些图中，焊盘24设置在道路28之中或之上，道路是支撑车辆30的任何结构，所述车辆具有能够与一个或多个焊盘24耦合以从其接收电力的次级焊盘或磁通耦合结构25。

参考图10(a)，如果次级焊盘25包括非极化结构并且例如位于焊盘24A上方，则焊盘24A可以用其线圈同相通电。焊盘24A的线圈20和21将具有同相电流，并且线圈22和23将具有彼此同相但相对于线圈20和21异相180度的电流。这在图10(a)中示出，其中焊盘24A的中心在某个时刻可以具有北极，而外部类似于南极。

另一种操作模式如图10(b)所示。在这个示例中，次级焊盘25包括极化结构，即被适配成用于在结构的一端具有极区域并且在结构的另一端具有相对极区域的结构。极化结构的一个示例是纵向平行于焊盘24的纵向轴线布置的螺线管。极化焊盘结构的另一个示例是在本文中较早提及并在WO 2010/090539中公开的纵向平行于焊盘24的纵向轴线的双D焊盘设计。为了将电力传输到极化次级25，焊盘24A的线圈20和线圈21***作180度异相，使得磁通从通过线圈20的通电而建立的N极绕到极化次级25的第一极，进入次级，并且离开次级25的第二极，返回到通过线圈21的通电形成的S极。线圈22和23将具有彼此相位相差180度并且相对于线圈20和21异相180度的电流。

现在将参照图10(c)描述另一种操作模式。在这个示例中，次级25再次为极化结构。如果例如车辆30停靠在出租车停靠站或者在两个焊盘24A与24B之间运动，则可以使双极焊盘的两个外部线圈工作以形成相反的极。因此，焊盘24A的线圈21和焊盘24B的线圈20异相地通电。各个焊盘的线圈23和22彼此异相地操作，并且分别与线圈21和20异相。在这种操作模式中，焊盘24A和24B的剩余线圈不被通电，使得磁场根据需要被局限在车辆下方。

图10(d)和10(e)示出了可用于将电力传输到距离初级焊盘24更远的次级结构的操作模式。在所示的示例中，次级25a是极化结构并且设置在具有高于平均离地间隙的车辆30上，例如SUV或卡车。虽然参考标号24A和24B用于指代那些图中的焊盘结构，但是可以使用其它结构。在图10(d)中，可以使用诸如图11的非极化焊盘。

在图10(e)中，车辆在两个焊盘24A和24B之间移动。在这种模式下，每个焊盘可以使它们解耦地同相伴随工作。因此，焊盘24A的线圈20和21同相操作，并且焊盘24B的线圈20和21同相操作。然而，焊盘24A中的线圈与焊盘24B中的线圈异相。这产生了更大的无铁氧体焊盘，两极间隔更大，并且因此具有更高的弧形磁场，以能够耦合到具有更大离地距离的车辆，或者耦合到具有同样较大极间距的较大次级结构25的车辆(例如，可能需要更高的电力传输)。在一个实施例中，第二层的线圈22和23不是必需的，而是用诸如铁氧体的材料代替，以允许相邻焊盘之间的磁通路径。

对于动态道路应用，可以进一步采用这个概念，并且道路可以被认为是由包括位于地面中的扁平线圈的单独部分构成的，并且当车辆在一系列焊盘上方(如图10所示)行驶时，可以基于车辆的位置根据需要激活一个或多个焊盘。这些道路段可以被认为是使用如以下图11中的简单线圈结构或者以上在图8和图9中描述的更复杂的线圈结构来构建的。

对于图11所示的简单焊盘结构40，旨在产生或接收耦合磁通的线圈41绕线在作为非金属非磁性材料的材料42的基本上平坦的表面上。在实践中，材料42可以是强硬陶瓷表面——塑料将是不合适的，因为它将缺少所需的强度。线圈40具有相对较小的匝数，例如8-11匝，并且在端部44和45上相邻线之间的距离大于在侧部46和47上相邻线之间的距离。还提供了用于在使用中抵消或抑制磁通的磁通抵消线圈50。为了简化焊盘40的操作的描述，忽略了磁通抵消线圈50的影响以便于解释图11中的焊盘和/或图12中的一对结构的操作，但是将在下面参考图13和14进一步描述其操作和影响。

参考图11，当线圈40被激励时，产生四个单独的磁通图案。在附近没有铁氧体和金属，因此磁通线不失真。这里用新术语描述绕组。在端部44、45和侧部46、47中的每一个周围产生圆形磁通(B磁场)。这些磁通称为A、B、C和D。由于这些磁通的圆形性质，它们在此被称为磁通涡旋——类似于人类指纹上的涡旋。根据激励电流的极性，这四个磁通限定了北极或南极，但是如这里所示，由于极面外没有磁通，所以没有用于其的磁路径，并且所有磁通都在这四个磁通涡旋中。

如果次级结构被对准但是在线圈41的竖直上方，则这种磁通涡旋图案将电压耦合到次级中，并且电力传输将取决于对准的程度和分离距离。

当另一个焊盘40’与所述焊盘端对端紧密相关时，如图12所示，两个焊盘可部分地合并，并且在端部45周围的磁通涡旋C膨胀以与围绕44’的磁通涡旋A’汇合，从而产生组合C和A’的较大磁通涡旋。可以看出，第二焊盘40’具有相反的南北极性。组合的磁通涡旋C和A’现在可以将功率耦合到焊盘40’。所有四个磁通涡旋A-D可以以这种方式将功率耦合到非常接近的另一线圈，并且随着其他线圈端到端地增加，***将来自沿其提供线圈40、40’的路径(诸如道路)的功率耦合到诸如车辆下方的线圈的次级结构的能力得到扩展。

在实际的道路应用中，线圈40和40’沿着道路以图10中的顺序重复任何所需的距离，因此序列简单地重复40、40’、40、40’、40……。一次只通电两个相邻的线圈，并且这些线圈的接通和断开必须与车辆的运动同步。当车辆上的次级(即接收器)线圈基本上处于如图10(d)中的起动线圈和未起动线圈之间的中间时，发生切换。在一个实施例中，次级是具有双极结构的基于铁氧体的结构，在每一端设置对任一极性的竖直或水平磁通敏感的合适的极区。因此，初级焊盘40，40’必须同步地接通/断开，但是接收器焊盘将自动切换并且独立于未对准误差或可变高度而使电力传输最大化。

应当理解，参考图10描述的模式不仅可应用于无铁氧体焊盘，而且还可以与基于铁氧体的焊盘结构或包含选定量的透磁材料的混合结构一起使用，所述透磁材料可以小于常规使用的透磁材料的量。操作没有或几乎没有透磁材料的一串或系列焊盘具有以下优点：焊盘转变之间的耦合的变化更平滑，因此用于通电焊盘的电子电路处于较小的应力下。

图13示出了穿过图11的结构40的侧绕组46和47的磁通图。如所示，磁通由弯曲的涡流状磁通路径52和52’组成并且在水平方向上显著延伸。现在可以描述抵消绕组50的操作。在这个实施例中，抵消绕组50是短路绕组，其位于主绕组外部(即在主绕组外周)并且具有与主绕组中的电流相反的电流(楞次定律)，以产生其自身的磁通图案，所述磁通图案在图13中标记为53。抵消绕组50削弱由参考标号54表示的区域中的中心磁通；加强由参考标号55表示的区域中的绕组之间的磁通；并且削弱由参考标号56指示的区域中的抵消绕组外部的磁通。如果区域56中的磁通变为零或接近零，则完整的磁通路径不再可行，因此抵消可以在相当大的面积(体积)上扩展。在实际情况中，我们已经发现，当存在抵消绕组时，在没有抵消绕组的焊盘结构的侧面或端部处的30μT的漏磁通可以减小到小于5μT，并且抵消效应在磁通耦合线圈41外部延伸一些距离。

在图11至13中，抵消线圈被示出为位于与线圈41***并且基本上相同的层中。抵消线圈50可以以其它方式用于提供多个有用的选项，其中一些将在下面描述。如图13所示，由线圈41产生的磁通在所述线圈上方较高并且在线圈下方较低，因此磁通抵消线圈50可以被成形或定位成控制这些磁通，并且因此产生所需的磁通图案，并且具体地用于控制或最小化漏磁通。因此，在图14所示的一个实施例中，示出了新的焊盘结构58，其中抵消绕组50仍布置在线圈41的***，但具有在一个平面或层中的侧部60以及在不同的平面或层中的端部62。侧部60位于与线圈41共用的层中，并且端部62位于与来自焊盘结构上方的磁通耦合区域64的线圈41相对的一侧的不同的平面或层中。侧部60之间的宽度是可调节的，以控制抵消区域56发生的位置。类似地，可以调节端部62之间的纵向距离及其在线圈41下方的偏移，以控制磁通涡旋A和C的深度。在一个实施例中，抵消绕组是自供电的并且是1-4匝的闭合短接电路。在其他实施例中，可以主动驱动抵消绕组。

抵消绕组50的使用可使得焊盘设计完全模块化并且相对于相邻焊盘基本上或有效地解耦，使得可以针对焊盘串中的每个焊盘重复所得到的结构58，并且焊盘串可以没有明显的限制。在道路应用的示例中，当构建道路时，可以将抵消绕组50构建在道路结构或基层中，并且例如可以在稍后的时间增加并加盖主绕组41。因此，可以以低成本提供焊盘结构，并且制造和安装都很简单。

图15示出了沿着两个相邻的焊盘58的纵向轴线截取的截面图，为了便于参考，称为焊盘58和58’。当沿着道路放置一串焊盘时，穿过焊盘的截面图可以表现为线圈导体44-45、44’-45’、44”-45”等等。每对配对给出如图15中截面图所示的磁通图案。所述磁通的特征在于在两个相邻的焊盘结构之间的中间区域中具有扩展的磁通涡旋70，并且从焊盘结构向上延伸以使得磁场可用于次级结构以供电力传输。两个较小的磁通涡旋72和72’存在于相邻焊盘的端部。两个相邻焊盘58和58’的这种布置在功能上类似于双D焊盘设计。在常规双D焊盘设计中，此磁通通常由铁氧体衬背控制，但是在此道路应用中并且在许多其它应用中，铁氧体不是优选的，因为它非常易碎并且道路环境对于这种材料而言是具有挑战性的。使用这种新的布置，没有铁氧体衬背用于减少从道路焊盘的底部发射到混凝土中的回流磁通。相反，通过使用通过引导磁通远离焊盘结构的后部区域而提供衬背形式的抵消绕组50可以解决这个问题。

在操作中，如果车辆如图15所示在道路上从左向右移动，则焊盘通电顺序与车辆同步地步进，使得车辆上的次级或接收器焊盘可以继续接收电力。因此，为了顺序地通电下一个焊盘，焊盘58被关闭并且焊盘58’被接通，使得磁通涡旋70向右移动一个焊盘长度。以此方式，可以顺序地切换一串焊盘以给在道路上移动的车辆供电，同时始终保持同步。

在一个实施例中，抵消绕组50可以包括具有较低电流的多匝，以更好地控制不需要的回流磁通。端部导体44和45中的磁通涡旋之间的距离是设计过程的重要部分，以便在车辆从一个焊盘移动到下一个焊盘时使电力传输尽可能平稳。在图15所示的过渡部58至58’的组合中，当焊盘58关闭时，车载焊盘然后与焊盘58’完全对准，并且依次打开下一个焊盘，并重复这个过程。使用可配对的简单焊盘是这里通过在焊盘结构中缺乏铁氧体而更可行的独特特征。实质上，所述方法创建移动(步进)焊盘阵列，但是没有移动部件。它还允许多个焊盘在同一时间步进——对应于道路上的多个车辆——使得另一个焊盘可以是在一串焊盘中进一步前进并且以相同速率或不同速率步进的多个焊盘，但是步进焊盘不能与另一个步进焊盘重叠——但是其可以在相反的方向上步进。

在一个实施例中，车辆中的次级焊盘包括铁氧体，其将从磁通涡旋70接收磁通并增强由所述绕组引起的磁通，以提供从道路焊盘到车载焊盘的更多电力传输。以此方式，焊盘切换***从与车载焊盘具有最佳对准的道路焊盘获得动力，从而提高动力传输的效率。

对于图8和图9更复杂的绕组，可以产生类似的侧磁通抵消绕组，如图16的实施例所示。在图16中，用于表示图8和图9实施例的特征的参考标号再次用于表示相同的特征，并且在图14和图15中使用的表示抵消绕组的特征的参考标号也再次用于表示相似的特征。

参考图16，提供了两个抵消绕组50。如上所述，这些绕组包括沿着焊盘结构的每一侧的侧部60和端部62。抵消绕组50定位在焊盘结构的线圈20和21周围并且重叠，使得它们彼此解耦。为了清楚起见，因为在附图中不是很清楚，涉及线圈21的侧部分60标记为60A，并且涉及焊盘21的端部分62标记为62A。因此，当使焊盘与抵消线圈同相或异相操作时，抵消绕组将操作以同相或异相地性质上改变它们的操作，以抑制在侧面的漏磁通，并且有助于在需要时使线圈的端部处的磁通成形。

在图17中示出了另一实施例，其中双极性次级或拾取焊盘85被示出定位在具有磁通产生线圈41、无源磁通抵消线圈50和无源磁通抵消线圈80的平坦初级焊盘58上。尽管在这个实施例中线圈50和80被示出为无源(即短路)，但是将理解，在其他实施例中，一个或两个线圈可以是有源的(即被驱动的)。还将理解，次级结构85可以采取各种不同的形式。在这个示例中，其包括类似于专利公开WO 2012/018269中公开的双极结构，并且包括呈多个细长条86形式的铁氧体。

线圈50被配置成例如参照图14和图15中所示的无源线圈如上所述地起作用，并且如上所述，无源线圈50的侧部60用于防止在初级线圈41的侧面区域处的不期望的磁通，并且端部62位于初级线圈41的端部，以便在端部提供所需的磁通图案。类似地，线圈80具有与线圈80的侧部84相比更靠近初级线圈41的端部82，从而将足够的磁通耦合到线圈80中，使得线圈80的侧部84可以控制下部磁通图案，即控制在整个焊盘结构的背面的磁通量。图18示出了穿过图17的布置的水平面A-A的水平截面图。图19示出了沿着纵向轴线穿过图17所示的布置的中间的竖直平面B-B中的截面图。图20示出了图17的布置在竖直平面C-C的横向方向(即垂直于线圈41的纵向轴线)上的截面图。

在图21中，图17中所示的两个布置被示出为并列，拾取器85被示出在它跨接焊盘结构之间的间隙的位置，并且在竖直平面A-A中穿过沿着纵向轴线的截面图产生的磁通图案在图22中示出。

参考图23和24，示出了焊盘结构的替代实施例。焊盘结构具有中心线圈90，其本质上是螺线管，但是具有基本上梯形的截面。当沿着在图23中截取的截面的中心轴线观察时，线圈90可以设置成各种不同的形状。在一个实施例中，其可以看起来是圆形的，但是在其他实施例中，其可以例如呈现矩形或梯形。因此，线圈90的匝可以包括第一层或上层91以及类似地延伸到页面中的第二层或下层92。线圈的匝在上层91处更紧密地定位在一起并且在下层92处更远地间隔开，以允许由线圈90产生的磁通向上延伸到用于与无线电力传输的另一结构耦合的区域中。通过使用位于中心线圈90的任一端的线圈93和94来引导磁通，并且通过将耦合磁通引导进入和离开线圈90来防止返回磁通。本领域技术人员将会看到，在另一个实施例中，中心线圈90可以由简单的螺线管线圈替代，并且在其两端仍具有扁平线圈93和94，以引导磁通进入和离开中心螺线管形线圈。本领域技术人员还将明白的是，在一些实施例中，可以不需要端部线圈93和94，而是可被构造具有梯形截面形状的中心线圈9，其实现了所需的磁通路径以在焊盘结构的上侧产生拱形耦合磁通95。线圈93和94以类似于双D结构的方式工作，这将在下面进一步解释。

现在转向图25，示出了无铁氧体的集中磁结构110，其根据在国际专利公开WO2010/090539中描述的原理采用在本文中先前描述为双D焊盘的形式。

从图25可以看出，整体结构110包括第一上部结构层111和第二下部结构层112。层111和112中的每一个包括并排布置的并且基本上在同一层中的两个线圈，这两个线圈在此示例中是平面线圈。这样的层可以采取各种形式，例如其可以弯曲或波动。本领域技术人员将理解，虽然示出了用于结构110的单独的线圈，但是这些可以全部形成为单个绕组。例如，可以发现，线圈在绕线中串联，如本文所述的其它实施例中的线圈。如上所提及的，此布置背后的原理在WO 2010/09053中描述。然而，不同之处在于，使用两层111和112，与单层相反。

层111包括相邻的线圈120和121。两个线圈可以以互补的方式操作(例如由交流电通电，但在线圈之间具有180度的相位差)，以建立从由一个线圈形成的极延伸到另一个线圈的磁场。尽管在图25中示出了矩形线圈，但是在其他实施例中可以使用其他线圈形状，例如椭圆形、圆形、正方形或不规则形状。

仍然参考图25，线圈122和123分别位于线圈120和121的下方。根据以上公开内容，线圈122和123可以用于控制由线圈120和121产生的磁场。因此，线圈122和123可以用于控制由包括四个线圈120-123的焊盘结构产生的磁场，即，使在结构上方的磁通耦合区域125中的磁场成形，和/或减少将以其他方式存在于区域126中的结构之后或之下的磁场。在此实施例中，线圈122和123相对于线圈120和121同轴对准，但是如本文中其他地方所述，相对线圈尺寸和对准可以根据在使用中需要实现的磁通图案而变化。再次，线圈122和123可以布置在一个层中，所述层不一定是平面的，并且不必复制其中设置有线圈120和121的层的轮廓。

图25所示的上部线圈120和121可以例如用2N或3N绕组绕线，并且下部线圈122和123可以绕线N个绕组，但是基于期望的磁通图案可以使用其它选项。

线圈122与线圈120耦合，并且线圈121与线圈123耦合。在一个实施例中，线圈122将与线圈120异相地(180度)被驱动，并且线圈123将与线圈121异相地(180度)被驱动。实际上，这可以通过简单地将线圈120和122连接为一个绕组但是以相反的方向绕线来实现(并且以相同的方式绕线并连接线圈121和123)。因此，如果线圈120或121被激活以在其中心产生北极，则线圈122或123具有流动以产生南极的电流，然而南极因为线圈122和123具有较少的匝而较弱。在另一个实施例中，线圈122和123可以仅仅具有短路匝，使得来自线圈120和121的操作的磁通耦合导致电流在这些线圈的每个线圈中流动，电流异相并且将实现类似但较少受控结果。

在操作中，线圈可以全部由单个逆变器驱动。可替代地，线圈120和121可以从具有同步电流的两个谐振逆变器单独驱动，使得这些线圈可以以受控和期望的方式操作以产生所需的磁场。由于线圈122和123与上部线圈120和121的连接(物理连接或耦合连接)，线圈122和123将工作以支持此磁场产生并抑制来自焊盘的回流。

从图26中可以看出，图25的结构110在超出正面(即，在图25中的结构110的竖直上方)的区域125中提供了有效的耦合磁通，同时控制或限制在结构的背部(即，图27中的结构110下方)的区域126中的磁通。

有源或无源抵消线圈的使用可以扩展到多相结构。参考图27，示出了根据图26的结构，但是在上层111中具有附加线圈130，并且在下层112中具有相应的附加线圈131。附加线圈130被适配成用于产生或接收具有与线圈120和121产生或接收的方向不同的方向的磁通分量。例如，线圈130可以被认为在竖直方向上产生磁通，而线圈120和121可以被认为是在水平方向产生磁通。因此，线圈130可以产生与由线圈120和121产生的磁场的空间上正交的磁场。线圈130可以如图所示相对于线圈120和121定位从而以平衡方式使它们重叠，以便使这些线圈的耦合最小化，即，从这些线圈实质上或完全解耦。因此，线圈120、121和130的组合包括两相解耦拓扑结构。

在操作中，极化磁场由线圈120和121产生，并且空间正交磁场由图28中所示的居中的正方形/圆形线圈130产生。线圈130可以是正方形形状，并且可以比线圈120和121更小或甚至更大。如果线圈130要求更大，则在一些实施例中，它可以被提供为具有设置在线圈130的圆周内的线圈120和121的外周绕组。

第二层的线圈131与线圈130耦合(但最小程度地耦合或基本上从线圈122和123解耦)，以充当如上所述的抵消线圈。因此，线圈131可以是无源的或有源的，并且用于控制结构的磁通图案，如本文中其他地方描述的磁通抵消线圈所描述的。

参考图25和26，可以看出，所述装置可以提供为IPT次级结构。在一个实施例中，可以在层或结构112下面提供适当的屏蔽，例如铝背板(未示出)，以在需要时进一步控制磁通，并且层或结构111可以被物理地移动，例如朝向产生磁场的主结构升高，直到已经确定用于有效电力传输的适当位置。这种布置对于例如卡车或公共汽车的车辆充电应用是方便的，其中图25所示的布置被倒置，其中结构112设置在车辆的基座上，并且当需要电力传输时，结构111降低到基座下方。在一些应用中，不需要手动地改变分离距离，但是可以有利地改变它以便提供最有效或高效的电力传输，或者控制在发生电力传输时出现的这种磁场类型。可以提供控制***以根据所需的参数，即电力传输的大小、电力传输的效率或磁场特性来执行结构111和112之间的距离或相对位置的所需调整。

如上所提及的，图25所示的布置也可以用作用于产生磁通的初级侧结构，例如设置在道路中。由于不要求诸如铁氧体等透磁材料存在，所以所述结构具有许多优点，因为在结构111和112(例如混凝土)之间或周围可以设置具有低透磁率的任何材料。

结合上述概念，现在可以开发出单侧无铁氧体的磁通耦合结构(例如焊盘)选项的完整族，它们一起可用于几乎无限数量的不同应用中。例如，它们可以在道路***内用作单独的焊盘，形成为作为道路的一部分的并排焊盘或轨道段，或甚至根据尺寸或厚度在车辆焊盘上。它们还可以用于低功率应用中以用于向小型电器传送电力。

这一族焊盘利用：具有较高NI的上绕组，其中磁场被成形为呈现在焊盘上方；以及下绕组结构，其与上绕组相同但反向连接到上绕组，用于使磁通成形并且抑制在焊盘背面的磁通(产生相对于焊盘结构的单侧磁通路径)。此拓扑族可以包括：如图25所示的无铁氧体的DD极化结构，其中在操作中，磁通被示出为主要在如图26所示的焊盘的顶侧之外；或者甚至两相解耦拓扑，例如，如图27所示的DDQ。

在图28中示出了具有双侧磁场的已知单相轨道拓扑结构，其中由于绕组中的电流方向，沿着由电源141驱动的轨道140的长度存在交替的北极和南极。使用前面讨论的用于单相焊盘的所提出的结构，现在可以通过使用位于主绕组下方一定距离处的相同结构140’完成轨道而在轨道上方(不需要铁氧体)产生单侧磁场，其实现较低的NI以及与上绕组180度异相的电流，如图29所示。

图28的单相轨道可以转换为由于图30(a)中所示的空间重叠而具有解耦绕组43和144的已知的两相轨道结构，并且使用所提出的技术，可以通过添加抵消或反射绕组143’和144’在不使用如图30(b)中的铁氧体的情况下来实现单侧磁场结构。所述轨道可以通过简单地添加额外的部分沿任何方向延伸，所述额外的部分可以沿着道路或轨道的整个长度被单独通电并级联，如图30(c)(其中示出两个部分)。每个区段仅在车辆存在于所述轨道区段上方时才通电。

可替代地，图29的两相轨道可以由如图30(d)所示的三相单侧轨道拓扑代替，其具有相绕组147和反射绕组147’，其中轨道的上部和下部与上绕组异相地通电，所述上绕组具有比绕组的下部大的NI(通常为2-3倍)以形成所需的单侧运动磁场(虽然这里的轨道将具有恒定且基本上平衡的互耦合而不是两相轨道的解耦性质)。

也可以使用与图31中这个相同的概念来创建具有独立解耦绕组149A、149B和149C以及反射绕组149A’、149B’和149C’的三相单侧焊盘。

本领域技术人员还将看到，可以以不同的比例提供本文献中描述的结构。因此，除了上面已经描述的关于电动车辆的无线充电的示例之外，所述装置还可应用于为更低功率的设备供电，例如个人电子设备，例如手表，蜂窝电话和其他移动计算或通信设备。

在一个实施例中，如图32(以及本文所述的其它附图)中所示的布置可以形成为使得无线电力传输结构151包括：具有线圈152的第一层，所述线圈包括在用于安装或定位诸如印刷电路板160(PCB)结构或类似材料的电子部件的基板的一侧的多匝导电材料；以及包括线圈154的第二层，所述线圈由PCB的另一侧的导电材料形成。这种布置具有以下优点：不需要磁性材料，特别是脆性磁性材料例如铁氧体，整个磁结构简单且容易制造，并且非常容易地设置在诸如蜂窝电话等电子设备中。它还实现了显著的减重。在一个实施例中，一层的匝可以印刷在PCB的一侧，而另一层的匝可以印刷在PCB的相对侧。这在图32中示意性地示出，其在截面图中示出了印刷在PCB 40的一侧的上部线圈152和印刷在相对侧的线圈154。

在图33(又是截面图)中示出了另一个实施例，其中提供了多层PCB161，其中第一线圈的匝162或磁结构的层印刷在与多层PCB的一侧相邻的多个PCB层上，并且第二线圈的匝163或磁结构的层印刷在与多层PCB的另一侧相邻的多个PCB层上。

这些潜在的应用允许PCB或类似材料用作磁导，而不需要脆性铁氧体。它们具有以下优点：它们可以用在用于以非常低的功率传输电力的电器中，确保产生单侧磁场，所述单侧磁场被成形为使得它们不会进一步穿透到电器中。磁场成形的单侧性质最小化了对大量铝或铜屏蔽(其在设备中将以其他方式变热并且效率较低)的需要。此外，初级和次级可以是无铁氧体的，因此如果适当调谐用于确保初级和次级的自感不随相对位置变化而变化，由于在运动或正常操作下存在铁氧体或类似的透磁材料，不存在解谐的可能性。因此，导致解谐的任何物体不是用于电力传输的合适设备，并且***可以被设计为使得在这些条件下不发生电力传输。因此，这种无铁氧体***(用于高功率和低功率应用)可以被设计成便于检测附近或在发生电力传输的区域中的异物。

如上所提及的，包括具有较高NI的绕组的第一层或一部分的车辆焊盘可以在需要电力传输时利用接地焊盘下降到靠近地面，所述接地焊盘可以是互补的无铁氧体焊盘或铁氧体负载焊盘，其中承载较小的NI的绕组的第二部分被固定到车辆的车身上。这对于具有高离地间隙的车辆是特别有利的，因为当在高速公路上静止或移动时，仅无线焊盘的一部分被降低到位。这可意味着道路或车辆焊盘任一者或两者可以是无铁氧体的，同时仍然确保磁场根据需要成形。如果两个焊盘都是无铁氧体的，则另一个优点是，消除了由于在第二焊盘中的相邻铁氧体的接近而导致的解谐问题，使得现在应当更容易检测具有铁氧体材料的异物(如果放置在间隙中)。

参考图34和35，示出了其中线圈可以相对于另一线圈移动以便使磁场可用于耦合的实施例。第一线圈200与固定的第二线圈201相邻设置，例如设置在道路上。线圈200邻近表面202设置，所述表面可以例如是道路表面。第一线圈200由致动器204支撑，致动器可以例如包括线性致动器，其可以电气地(具有适当的屏蔽)、机械地、气动地或液压地操作。

这些致动器允许线圈200和201相对于彼此移动。因此，在图35中，致动器204已经***作以将第一线圈200移动到延伸位置，在所述延伸位置，致动器从相邻表面(例如道路表面202)突出。在使用中，第一线圈200可以移动到如图35所示的升高位置，使得其更靠近设置在位于图35的道路表面上方的车辆上的次级结构。当以图34所示的取向设置时，相邻的焊盘结构可能不可操作。然后，当车辆处于它们在焊盘结构上的适当位置时，致动器204可用于将第一焊盘200升高到图35所示的位置，并且焊盘可以如本文前面所述的那样通电，使得线圈200产生耦合磁通并且线圈201相对于线圈200以所需距离间隔开，但是被通电以便产生适当的抵消磁场，并且因此在沿着焊盘结构的顶部的方向上提供耦合磁通以供车辆接收。

应当理解，图34和图35中的焊盘结构可以倒置并且用在另一个装置上，例如可以使用致动器204将焊盘结构200朝向道路下降以使得焊盘能够作为接收器(或者作为发生器或磁通和双向***)致动的车辆，同时还减小车辆和道路之间的距离，使得可以发生所需的耦合。

例如，当车辆静止并位于合适的道路磁通耦合结构上时，线圈200可以降低。在另一个实施例中，当车辆在具有一个或多个通电磁通耦合结构的道路的合适部分上移动时，线圈200可被降低。这种布置的优点之一是，由于在线圈200中不存在铁氧体，所以线圈是相当坚固的并且不可能被例如道路中的随机物体显著损坏。此外，线圈200将是轻的，并且可以被包封在诸如塑料材料或可能的陶瓷材料等适当材料中，使得其容易从车辆下降并且相对便宜，特别是如果需要出于任何原因需要更换时。此外，如下面进一步描述的，被降低的线圈(或磁结构线圈)可以被设计为具有其他物理特性，以改善道路环境中的性能。在一个示例中，线圈200可以基本上是平面的并且被包封在被成形为具有合适的流体/空气动力学性质的材料中，使得其使用边界层效应，例如以在车辆以高速移动时保持与道路的基本恒定的距离。如果需要，可以在车辆和焊盘之间使用其他屏蔽，例如铝。减少铁氧体或类似的透磁材料可以有利地减少车辆重量。

在一些应用中，不需要手动地改变分离距离，但是可以有利地改变它，以便提供最有效或高效的电力传输，或者控制在发生电力传输时出现的这种磁场类型。可以提供包括诸如此前在本文中参照图6所述的装置的控制***，以根据所需的参数(即电力传输的幅度、电力传输的效率或磁场特性)来执行结构之间的距离或相对位置所需的调整。

本领域技术人员还将看到，可以以不同的比例提供上述(以及在本文中为此描述的其它结构)结构。因此，除了上面已经描述的关于电动车辆的无线充电的示例之外，所述装置还可应用于为更低功率的设备供电，例如移动电子设备，例如手表，蜂窝电话和其他移动计算或通信设备。

这些潜在的应用允许PCB例如用作磁导，而不需要脆性铁氧体。它们具有以下优点：它们可以用在用于以非常低的功率传输电力的电器中，确保产生使磁场成形并且不会进一步穿透到电器中的单侧磁场——磁场成形的单侧特性最大限度地减少了对于显著的铝或铜屏蔽(其将以其他方式在设备中变热并降低效率)的需要。此外，初级和次级两者可以是无铁氧体，并因此在移动或正常操作下不会解谐，因为初级和次级的自感不随相对位置的变化而改变。因此，导致解谐的任何物体不是用于电力传输的合适设备，并且***可以被设计为使得在这些条件下不发生电力传输。因此，这种无铁氧体***(针对高功率和低功率应用)可以被设计成便于在进行电力传输的区域附近检测异物。

然而，存在可以使用两个或更多个线圈的其他方式。例如，可以提供中间谐振结构，以便扩展可以提供用于电力传输的有效磁场的距离。因此，上述多个线圈结构可以另外用于对设置在例如道路上或车辆上的中间谐振线圈通电。此外，中间线圈可以使用诸如参考图6描述的装置相对于道路或相对于车辆移动，以便延伸或以其他方式控制磁场。

现在参考图36，示出了通过道路的示意性截面图。在这个示例中，最下面的线圈结构210设置在道路中。线圈210可以包括基于铁氧体的结构，或者可以包括无铁氧体结构，例如如本文其他部分所述。接收器结构220从道路接收电力，并且这个结构也可以是铁氧体或无铁氧体结构。此外，结构210和220两者本身都可以包括多个线圈磁通耦合器布置。

仍然参考图36，存在两个中间磁通耦合结构。第一个是位于邻近道路表面202的焊盘212。第二个中间结构是可以从车辆下降的焊盘214。中间焊盘212和214可以简单地(通过其固有设计或通过使用电容元件)被调谐为在结构210和220之间的感应电力传输所需的频率处或附近谐振。这些中间谐振或近谐振结构或耦合器在初级和次级焊盘(或其他中间结构)之间工作，并且可以延伸磁场能够延伸的距离。

图36的示例允许底部线圈210被设置在它与交通干扰隔离的道路的深处，并且因此可以包括铁氧体。到达焊盘220的磁通导致其谐振，并且因此使磁场在道路表面上方延伸。如上所提及的，线圈212可以是没有连接线的自含式谐振器，并且这个线圈将是无铁氧体且非常坚固的——例如包封在陶瓷或塑料材料中。线圈214然后将从线圈212接收磁通，使得线圈214谐振，然后产生高的弧形磁通，从而允许功率从其耦合到焊盘220。谐振器线圈214实际上可以从道路上方的汽车或卡车下降并且向其传输电力。如在本文献中较早描述的，诸如致动器204的装置可以用于升高或降低中间谐振结构。此外，在一些实施例中，谐振器可以从道路上升而不是从车辆下降。谐振器没有连接线，并且简单且低成本——如果它破裂，很容易进行维修或更换。在实践中，它可以使用接近或边界层效应在道路上方50-100mm处掠过，例如以正确的高度行驶(例如以与硬盘驱动器相同的方式这样做)。汽车上的另一个谐振器然后可以耦合到这个谐振器以在需要时在道路上方的相当高度处提供输出。

以此方式，道路上的焊盘被深埋，并且更坚固，并且与车相关联的焊盘是轻的，并且占据几乎零空间，并且当路面适当时，被唯一降低以拾取电力。破碎焊盘是不太可能的，但是也是低成本的，并且可以被包封在廉价坚固材料(例如塑料)中。中间耦合器装置可以可替代地被设计成与图34和图35的焊盘结构一起使用，并且被设计成利用如图34和图35所示的焊盘可以分成两个线圈的事实，其中一个线圈是可移动的并且质轻。

焊盘212和/或214可以被设计成以不在道路上丢弃芯片的连续方式故障。还存在其他可能性。从汽车部分下降的焊盘可以收集来自道路下面的焊盘所驱动的道路表面上的焊盘的磁通。

转向图37，示出了另一个实施例。在所述实施例中，存在单个中间结构214，但是本领域技术人员将理解，可以使用多个中间结构(例如，这个布置或其一部分可以与图36的布置组合)。结构214包括布置在层中并具有低的(即几乎为零或理想地为零的)互耦合的两个或更多个线圈，如参照例如图8的线圈20和21所述。线圈被调谐并且因此如上所述地用于扩展磁场。它们也可以如上所述从车辆下降。线圈的这种布置具有以下优点：根据由作为初级操作的焊盘结构产生的磁场，可以根据需要对单独的线圈20、21等中的任何一个或多个线圈进行通电。因此，此布置可以用作各种不同的磁通耦合结构210和220之间的中间耦合器。例如，如果使用双D型结构作为初级结构，或者如果双极焊盘以双D(即，极化)模式操作，则结构214将以所述模式操作并且用于扩展磁场。类似地，其他多个线圈结构可以用作中间耦合器来代替结构214，例如包括正交线圈的双D结构。例如，可以使用其中线圈以相位关系布置或被配置成以相位关系操作的多相结构，如本文其他地方所述。这些中间结构可以是无铁氧体的，或者包含选定体积的透磁材料。

当然，在一些实施例中，可以仅设置一个中间耦合器。还将看到，在本文中描述的这些堆叠线圈布置可以在其他实施例中应用于其他应用，诸如为个人或移动电子设备供电。

前面广义地描述了本发明并且包括本发明的优选实施例。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的修改和变更旨在被包括在本文中描述的本发明的范围内。

Claims (56)

1.一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

布置在第一层中的至少一匝的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，并且所述第二线圈的至少一部分被布置在第二层中，所述第二线圈被配置成产生与来自所述第一线圈的磁通相反的磁通。

2.如权利要求1所述的装置，其中由所述第二线圈产生的磁通使所述磁通耦合区域中的磁场成形。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中由所述第二线圈产生的磁通减少所述磁通耦合区域外部的漏磁通。

4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述磁通耦合区域是所述第一线圈的一侧。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述第二线圈设置在所述第一线圈的与所述磁通耦合区域相对的一侧。

6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中由所述第二线圈产生的磁通减少所述装置上与所述磁通耦合区域相对的一侧的磁通。

7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第二线圈具有比所述第一线圈少的匝数。

8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第二线圈被短路。

9.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述第二线圈与所述第一线圈单独驱动。

10.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述第二线圈与所述第一线圈相连接，但是与所述第一线圈以相反的方向绕线。

11.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第二线圈具有比所述第一线圈少的安培匝数。

12.如前述权利要求中任一项所述的装置，还包括至少一匝的第三线圈，所述第三线圈被配置成产生与来自所述第一或所述第二线圈的磁通相反的磁通。

13.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述第一、第二或第三线圈包括环。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述环包括圆形、矩形或正方形之一。

15.一种产生用于感应电力传输的磁通的方法，所述方法包括：

使用第一线圈产生磁通以提供磁耦合磁通；

使用第二线圈产生与由所述第一线圈产生的磁通相反的磁通，从而控制可用于电力传输的磁通。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第二线圈用于将来自所述第一线圈的磁通引导到磁通耦合区域中。

17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，还包括调节所述第一线圈和所述第二线圈的相对位置。

18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，还包括提供中间线圈以延伸所述磁通耦合区域。

19.一种用于感应电力传输的装置，所述装置包括多个相邻的电力传输模块，每个模块包括至少一个线圈，其中模块中的所述线圈可以被通电以提供来自所述模块的用于感应电力传输的磁场，并且其中相邻模块中的一个或多个线圈可以被通电以提供在这些模块之间延伸的用于感应电力传输的磁场。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述模块并排布置。

21.如权利要求19或权利要求20所述的装置，其中所述线圈根据被适配成用于以感应方式接收电力的可移动物体的存在而被通电。

22.如权利要求19至21中任一项所述的装置，包括用于使来自一个或多个模块的磁场成形的反射器线圈。

23.一种用于向可移动物体感应传输电力的方法，所述方法包括选择性地通电模块中的多个线圈中的任一线圈，或通电相邻模块中的至少一个线圈以提供用于向所述可移动物体感应传输电力的磁场。

24.如权利要求23所述的方法，包括使用第一反射器线圈来使用于感应电力传输的磁场成形。

25.如权利要求24所述的方法，还包括使用第二反射器线圈来使用于感应电力传输的磁场成形。

26.一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

至少一匝的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，所述第二线圈被配置成反射从所述第一线圈发出的磁通。

27.一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；

至少一匝的第二线圈，所述第二线圈被配置成反射从所述第一线圈发出的磁通；以及

第三线圈，所述第三线圈被布置成使所述第一线圈产生或接收的磁通延伸。

28.如权利要求27所述的装置，其中由所述第二线圈产生的磁通使所述磁通耦合区域中的磁场成形。

29.如权利要求27或权利要求28所述的装置，其中由所述第二线圈产生的磁通减少所述磁通耦合区域外部的漏磁通。

30.如权利要求27至29中任一项所述的装置，其中所述第三线圈包括两个线圈。

31.如权利要求30所述的装置，其中在所述两个线圈之间存在最小的互耦合。

32.如权利要求30所述的装置，其中所述两个线圈耦合。

33.如权利要求30所述的装置，其中所述两个线圈以相位关系布置。

34.一种用于延伸无线电力传输的磁场的装置，所述装置包括被调谐以在选定的工作频率处或附近谐振的多个线圈。

35.如权利要求34所述的装置，其中所述线圈被布置在一层中。

36.如权利要求34或权利要求35所述的装置，其中在所述线圈之间存在最小的互耦合。

37.如权利要求34或权利要求35所述的装置，其中所述线圈相耦合。

38.如权利要求34至37中任一项所述的装置，其中所述线圈被配置成以相位关系操作。

39.一种感应电力传输磁通耦合装置，包括：

布置在第一层中的第一线圈和第二线圈，所述第一或第二线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

第三线圈，并且所述第三线圈的至少一部分布置在第二层中，所述第三线圈被配置成产生与来自所述第一线圈或所述第二线圈的磁通相反的磁通。

40.如权利要求39所述的装置，其中由所述第三线圈产生的磁通使所述磁通耦合区域中的磁场成形。

41.如权利要求39或权利要求40所述的装置，其中由所述第三线圈产生的磁通减少所述磁通耦合区域外部的漏磁通。

42.如权利要求39至41中任一项所述的装置，其中所述磁通耦合区域是所述第一层的一侧。

43.如权利要求42所述的装置，其中所述第三线圈设置在所述第一层的与所述磁通耦合区域相对的一侧。

44.如权利要求39至43中任一项所述的装置，其中在所述第一线圈和所述第二线圈之间存在最小的互耦合。

45.如权利要求39至43中任一项所述的装置，其中所述第一线圈和所述第二线圈相耦合。

46.如权利要求39至45中任一项所述的装置，其中所述装置包括透磁材料。

47.一种包括根据权利要求1至14、19至22或26至46中任一项所述的装置的道路。

48.一种包括根据权利要求1至14、19至22或26至46中任一项所述的装置的车辆。

49.一种包括根据权利要求1至14、19至22或26至46中任一项所述的装置的个人电子设备。

50.一种包括根据权利要求1至14、19至22或26至46中任一项所述的装置的充电设备。

51.一种用于安装电子部件的基板，所述基板包括：

布置在第一层中的第一线圈，所述第一线圈被配置成在磁通耦合区域中产生或接收磁耦合磁通；以及

至少一匝的第二线圈，并且所述第二线圈的至少一部分被布置在第二层中，所述第二线圈被配置成产生与来自所述第一线圈的磁通相反的磁通。

52.如权利要求51所述的装置，其中所述第二线圈具有比所述第一线圈少的匝数。

53.如权利要求51或权利要求52所述的装置，其中所述第二线圈被短路。

54.如权利要求51或权利要求52所述的装置，其中所述第二线圈与所述第一线圈单独驱动。

55.如权利要求51或权利要求52所述的装置，其中所述第二线圈与所述第一线圈相连接，但是与所述第一线圈以相反的方向绕线。

56.如权利要求15至55中任一项所述的装置，其中所述第一线圈具有所述第二线圈的所述安培匝数的三倍以上的安培匝数。

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