大面积可扩展的高度共振无线电力线圈制造技术

本发明专利技术提供一种适合于跨域大表面积使用的可扩展的高度共振无线电力线圈结构。该结构包括多个单匝环圈，其中邻近环圈彼此去耦，从而形成单一构件的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】大面积可扩展的高度共振无线电力线圈专利技术背景
本专利技术涉及用于无线充电的线圈结构，并且更具体地，涉及高度共振无线电力线圈结构，其具有彼此去耦、但经连接成为单一结构的一部分的多个单匝线圈。相关技术的描述近来，使用高度共振电磁感应的无线电力传输系统(亦被称作“能量转移系统”)中有了许多发展。一般而言，这种系统包括电源及连接至待供电的装置(即，负载)的传输线圈以及接收线圈。无线电力传输系统的架构集中于使用线圈来产生用以将能量自电源转移至负载的高频交变磁场。电源能将呈电压及电流形式的能量传递至传输线圈，传输线圈会建立围绕该线圈的随着施加的电压及电流变化而变化的磁场。电磁波将从线圈穿过自由空间行进至耦接至负载的接收线圈。当电磁波经过接收线圈时，接收线圈中将感应电流，其与接收线圈捕获的能量成比例。无线电力传输系统的一种惯常的线圈布局是基本螺旋环圈。图1示出了基本螺旋环圈线圈。在基本螺旋环圈线圈中，线圈的电感L与N2成比例，其中N系线圈的匝数。此类型的线圈通常用于小于20W的较小低功率系统上。另一惯常的线圈布局是基本交错式螺旋环圈。图2示出了包含两个交错式环圈绕组的基本交错式螺旋环圈线圈。一个绕组示出为一条连续线。另一绕组示出为短划线。在此图及其他图中示出了连续线、短划线及点线以识别彼此分离的绕组。短划线及点线不指示绕组本身系以短划或点线方式实体地形成。在图2中，两个绕组可串联地配置以实现高电感或并联地配置以实现低电感。此类型的环圈线圈通常用于无线电力传输器(即，电源侧)上。图2中所示的镜像图案在充电表面(离开线圈一特定距离)处提供接近均匀的磁场。此类型的环圈线圈用于中功率应用(至多70W系统)。线圈的实体大小限于近似12英寸的正方形。另一惯常的线圈布局系单匝环圈。图3展示重叠配置中的两个单匝环圈线圈，各自具有相同直径。该两个环圈线圈可具有相同直径。如图3中所示，当中心距离(两个线圈的中心之间的距离)为约0.766×线圈直径时，使该两个环圈去耦；即，该两个环圈不能影响彼此；换言之，互感接近零。耦合可低至约-95dB(S12、S21)。换言之，当图3的左边环圈系天线1且图3的右边环圈系天线2时，在1W(0dB)传递至天线1的情况下，天线2处接收到的电力的量是-95dB，反之亦然。该等环圈未必具有相同直径。若该两个已去耦的环圈串联地连接，则电感将为环圈的电感的总和，与任一环圈中的电流的方向无关。若每一环圈中的电流方向相同，则(进入或离开页面的)磁场将相同。此可用于无线电力转移，这是因为每一环圈产生电力转移所需的场的一部分。图3中的线圈的准确中心距离可通过利用有限元分析软件来判定。另一惯常的线圈布局是三个已去耦单匝环圈。图4展示三个已去耦的单匝环圈，基本上为图3中所示的配置自两个环圈至三个环圈的扩展。三个环圈的完全去耦取决于该等环圈之间的距离。虽然相同直径的环圈使得找到使环圈去耦的环圈之间的距离更容易，但并不需要同一大小的环圈来使环圈去耦。
技术实现思路
本专利技术是对现有技术的扩展，其在于已去耦的环圈被合并成单一(连续的)线圈，并且多个环圈线圈可配置成簇。本专利技术通过呈现彼此去耦的多匝或环圈的单线圈来提供一种适合于跨域大表面积使用的可缩放高共振无线电力结构。本专利技术的其他特征及优点将在结合附图阅读以下描述时变得显而易见。附图说明图1示出了基本螺旋环圈线圈。图2示出了包含两个交错式环圈绕组的基本交错式螺旋环圈线圈。图3示出了重叠配置中的两个单匝环圈线圈，各自具有相同的直径。图4示出了重叠配置中的三个单匝环圈，各自具有相同的直径。图5示出了根据本专利技术的实施例的具有三个已去耦的环圈的单线圈。图6示出了根据本专利技术的实施例的具有多个已去耦的环圈的单线圈。图7示出了根据本专利技术的实施例的形成为线圈簇的多个环圈。图8示出了根据本专利技术的实施例的串联地连接以形成较大面积单绕组的两个线圈簇。图9示出了根据本专利技术的实施例的可并联地或串联地连接的重叠线圈簇。图10示出了根据本专利技术的实施例的线圈簇可如何重叠及去耦，其类似于环圈可如何重叠及去耦。图11示出了根据本专利技术的实施例的用于形成线圈簇的绕制方法。图12示出了根据本专利技术的允许簇的串联或并联连接的线圈簇设计。图13示出了等效面积无线电力线圈的磁场通量的比较--传统绕组结构对比根据本专利技术的实施例的线圈簇结构。图14示出了根据本专利技术的实施例的形成于线圈簇的PCB上的线圈卷绕路径。图15示出了根据本专利技术的一实施例展示线圈簇的PCB的顶侧上的线圈卷绕路径。图16示出了根据本专利技术的一实施例的线圈簇的PCB的底侧上的线圈卷绕路径。图17示出了根据本专利技术的一实施例的形成于线圈簇的PCB中的通孔位置。图18示出了根据本专利技术的实施例的共振调谐电容器在线圈簇上的放置。图19示出了根据本专利技术的实施例的凹陷区域在线圈簇的PCB中的放置。图20示出了根据本专利技术的实施例的线圈簇的连接点。图21示出了根据本专利技术的实施例的彼此水平地(并排地)连接的线圈簇。图22示出了根据本专利技术的实施例的彼此垂直地(顶部-底部)连接的线圈簇。图23示出了根据本专利技术的实施例的线圈簇的导体路径的股。具体实施方式在以下详细描述文中，参考某些实施例。这些实施例经足够详细地描述以使本领域技术人员能够实践该实施例。应理解，可利用其他实施例，并且可进行各种结构、逻辑及电气改变。此外，虽然结合能量转移系统来描述特定实施例，但应理解，本文中所描述的特征通常可适用于其他类型的电路。图5示出了根据本专利技术的实施例的具有三个已去耦的环圈的单线圈。该三个环圈组合成具有单一环圈电感的三倍的电感的单线圈。若所有环圈是圆形的且具有相同直径，则环圈的中心必须以大约0.766×直径或更大的距离间隔开以实现彼此去耦。图6示出了根据本专利技术的实施例的具有多个已去耦的环圈的单线圈。在图6实施例中，由多个线圈形成的环圈(左边)组合成具多个环圈的单线圈(右边)。当环圈由多个线圈形成时(左边)，不再可能将一些环圈，诸如以短划线说明的环圈或以圆点说明的环圈，彼此充分去耦。示出为短划线1的环圈、示出为圆点2的环圈及图6的左边的中心环圈3彼此去耦。但示出为短划线1的环圈中的每一者之间及示出为圆点2的环圈中的每一者之间存在耦合。通过将多个线圈组合成具多个环圈的单线圈(右边)，经组合环圈组合成具有与经设计具有相同面积的螺旋线圈相比较低的电感的线圈。右边的小环圈中的每一者可藉由简单地添加一系列电容器来个别地调谐。此减小了环圈的阻抗，从而帮助使非邻近环圈去耦。此外，其增大对因诸如固体外来金属物体之类的外部因素所致的去谐(假想阻抗移位)的抗扰性。由于环圈的去耦，由串联连接的小环圈的组合(右边)产生的电感与等效大小的绕组线圈(左边)相比相对校低。低感应线圈在无线电力转移中是有利的，此是因为环境对假想阻抗变化的影响较低。简单地说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线电力系统的天线，包括：/n第一基板；以及/n第一线圈，其卷绕在所述第一基板上以形成至少三个圆形环圈的图案，其中所述三个圆形环圈中的每一环圈的中心与所述三个圆形环圈中的其他环圈的中心等距。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170317 US 62/472,6681.一种用于无线电力系统的天线，包括：
第一基板；以及
第一线圈，其卷绕在所述第一基板上以形成至少三个圆形环圈的图案，其中所述三个圆形环圈中的每一环圈的中心与所述三个圆形环圈中的其他环圈的中心等距。


2.如权利要求1所述的天线，其中所述三个圆形环圈的直径实质上相同。


3.如权利要求2所述的天线，其中所述三个圆形环圈的所述中心之间的距离约为所述三个圆形环圈的所述直径的0.766倍。


4.如权利要求1所述的天线，其中所述三个圆形环圈的所述中心之间的所述距离与使所述三个圆形环圈中的环圈彼此去耦所需的距离实质上相同。


5.如权利要求1所述的天线，其中所述第一线圈卷绕在所述第一基板的两侧上以形成所述图案。


6.如权利要求5所述的天线，其中所述第一基板包括通孔，卷绕在所述第一基板的一侧上的所述第一线圈经由所述通孔连接至卷绕在所述第一基板的另一侧上的所述第一线圈。


7.如权利要求5所述的天线，其中所述第一基板的两侧上的所述图案彼此至少部分地重叠。


8.如权利要求1所述的天线，其中：
所述第一线圈经水平地卷绕以形成所述图案的第一部分，并且经水平地卷绕以在所述第一部分下方形成所述图案的第二部分，以及
所述图案的所述第一部分形成以一个方向流动的电流路径，并且所述图案的所述第二部分形成以相反方向流动的电流路径。


9.如权利要求1所述的天线，其进一步包含电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·A·德·鲁伊，张远哲，
申请(专利权)人：宜普电源转换公司，
类型：发明
国别省市：美国;US