專(zhuān)利名稱(chēng)：無(wú)接觸式電能傳輸裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種用于以無(wú)接觸的方式傳輸電能的新裝置和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今許多便攜式設(shè)備結(jié)合了可以重復(fù)充電的"輔助"電池，為用戶(hù)節(jié)省了成本，并 免除了不得不定期購(gòu)買(mǎi)新電池所帶來(lái)的不便。這些便攜式設(shè)備的例子包括蜂窩電話(huà)、膝上 型計(jì)算機(jī)、掌上500系列的個(gè)人數(shù)字助理、電動(dòng)剃須刀以及電動(dòng)牙刷。在一些這樣的設(shè)備 中，電池通過(guò)電感耦合而不是直接電連接進(jìn)行重復(fù)充電。這樣的例子包括Braun Oral B的 Plak Control電動(dòng)牙刷、Panasonic的數(shù)字無(wú)繩電話(huà)解決方案KX-PH15AL以及Panasonic 的多頭男士剃須刀ES70/40系列。 每一種這樣的設(shè)備通常具有一個(gè)適配器或充電器，該適配器或充電器從電源供應(yīng) 的電力、汽車(chē)香煙打火機(jī)或其它電源獲取電能，并將其轉(zhuǎn)換成一種適于對(duì)蓄電池進(jìn)行充電 的形式。為這些設(shè)備提供電力或充電所采用的傳統(tǒng)方法存在許多問(wèn)題
各個(gè)設(shè)備內(nèi)的電池的特性和與電池連接的方法根據(jù)制造商和設(shè)備的不同，變化 相當(dāng)大。所以擁有幾種這樣的設(shè)備的用戶(hù)也必須擁有幾種不同的適配器。如果用戶(hù)打算出 門(mén)旅行并且希望在這段時(shí)間使用他們的設(shè)備，他們將不得不帶上他們所有的充電器。
這些適配器和充電器常常要求用戶(hù)把一個(gè)小的連接器插入設(shè)備或?qū)⒃O(shè)備精確校 準(zhǔn)放入機(jī)座中，這造成不便。如果用戶(hù)未能將他們的設(shè)備插入或放入到充電器中且設(shè)備已 用完了電，該設(shè)備將變得毫無(wú)用處，且本地存儲(chǔ)在設(shè)備中的重要數(shù)據(jù)甚至可能會(huì)丟失。
另外，大多數(shù)的適配器和充電器不得不插入電源插座內(nèi)，所以如果幾個(gè)適配器和 充電器一起使用，它們將占用插座條的空間，且造成電線(xiàn)凌亂并且混亂地糾纏在一起。
除了對(duì)設(shè)備重新充電的傳統(tǒng)方法帶來(lái)的上述問(wèn)題之外，具有開(kāi)放式電觸點(diǎn)的設(shè) 備也存在許多實(shí)際的問(wèn)題。例如，由于可能腐蝕觸點(diǎn)或使觸點(diǎn)短路，設(shè)備不能用于潮濕的環(huán) 境中，并且由于可能產(chǎn)生電火花，設(shè)備也不能用于可燃?xì)怏w環(huán)境中。 使用感應(yīng)充電的充電器不需要具有開(kāi)放式電觸點(diǎn)，因此使得適配器和設(shè)備可進(jìn)行 密封且用于潮濕的環(huán)境(例如上面提到的電動(dòng)牙刷被設(shè)計(jì)用于浴室中)。然而，這種充電器 仍然面臨上述的所有其它問(wèn)題。例如，設(shè)備仍需要精確地放置在充電器中，使得設(shè)備和充電 器處于預(yù)定的相對(duì)位置(參見(jiàn)圖la和圖lb)。適配器仍然僅僅被設(shè)計(jì)為專(zhuān)用于某種構(gòu)造和 類(lèi)型的設(shè)備，且仍然僅僅能夠每次對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電。結(jié)果，用戶(hù)仍然需要擁有和管理多個(gè)不同的適配器。 同樣存在有通用型充電器(例如Maha MH-C777+通用充電器)，使得不同形狀和特 性的電池組可以從設(shè)備中取下，且使用同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電。雖然這些通用充電器消除了 擁有用于不同設(shè)備的不同充電器的必要性，但它們給用戶(hù)產(chǎn)生了甚至更大的不便，這是因 為電池組首先需要被取下，然后需要對(duì)充電器進(jìn)行調(diào)整，并且電池組需要被精確地放入充 電器或相對(duì)充電器進(jìn)行放置。另外，必須花費(fèi)時(shí)間來(lái)確定充電器所必須使用的一對(duì)正確的 電池組金屬觸點(diǎn)。 從US 3，938，018"感應(yīng)式充電系統(tǒng)(Induction charging system) "了解至lj，其提 供了一種非接觸式電池充電裝置，借助于該裝置，當(dāng)將設(shè)備放入初級(jí)端上的凹座中時(shí)，初級(jí) 端的感應(yīng)線(xiàn)圈可與次級(jí)端設(shè)備上的水平感應(yīng)線(xiàn)圈對(duì)準(zhǔn)。該凹座確保了該設(shè)計(jì)所必需的較為 精確的校準(zhǔn)，從而確保了初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈之間良好的耦合。 從US 5， 959， 433 "通用感應(yīng)式電池充電器系統(tǒng)(Universallnductive Battery Charger System)"還了解到，其提供了一種非接觸式電池充電系統(tǒng)。所描述的電池充電器 包括一個(gè)產(chǎn)生磁力線(xiàn)的單一充電線(xiàn)圈，該磁力線(xiàn)將在可能屬于蜂窩電話(huà)或膝上型計(jì)算機(jī)的 電池組中感生出電流。 從US 4， 873， 677"電子設(shè)備的充電裝置(Charging Apparatus foran Electronic Device)"還了解到，其提供了一種用于對(duì)電子設(shè)備充電的裝置，該裝置包括一對(duì)線(xiàn)圈。這對(duì) 線(xiàn)圈被設(shè)計(jì)用于反相工作，使得磁力線(xiàn)從一個(gè)線(xiàn)圈耦合到另一線(xiàn)圈。諸如手表的電子設(shè)備 可以放置在這兩個(gè)線(xiàn)圈上以接收電能。 從US 5， 952， 814 "感應(yīng)式充電裝置禾口電子設(shè)備(Inductioncharging apparatus and an electronic device)"還了解到，其提供了一種用于對(duì)可充電的電池進(jìn)行充電的感 應(yīng)式充電器。該電子設(shè)備的外殼形狀與充電器的內(nèi)部形狀匹配，從而使得初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí) 線(xiàn)圈精確對(duì)準(zhǔn)。 從US 6， 208， 115"替代電池組(Battery substitute pack)"還了解到，其提供了 一種可進(jìn)行感應(yīng)充電的替代電池組。 從W0 00/61400 "用于感應(yīng)傳送電能的設(shè)備(Device forlnductively Transmitting Electrical Power) " 了解到，其提供了一種把電能感應(yīng)地轉(zhuǎn)移給傳送裝置 的方法。 從WO 95/11545 "感應(yīng)式電能獲取線(xiàn)圈(Inductive power pick-upcoils) " 了解 到，其提供了一種用于從一系列的內(nèi)置扁平初級(jí)線(xiàn)圈為電動(dòng)交通工具感應(yīng)地提供電能的系 統(tǒng)。 為了克服要求次級(jí)裝置與初級(jí)裝置軸向?qū)?zhǔn)的感應(yīng)式電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的局限性，可 能有人會(huì)提出一個(gè)顯而易見(jiàn)的解決方案，即使用一個(gè)簡(jiǎn)單的感應(yīng)電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，借助該系 統(tǒng)初級(jí)裝置能夠在較大區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁場(chǎng)(參見(jiàn)圖2a)。用戶(hù)可以簡(jiǎn)單地把一個(gè)或多個(gè)待 充電的設(shè)備放置在初級(jí)裝置的范圍內(nèi)，而不要求把它們精確放置。例如，這個(gè)初級(jí)裝置可以 包括一個(gè)環(huán)繞較大區(qū)域的線(xiàn)圈。當(dāng)電流流經(jīng)線(xiàn)圈時(shí)，產(chǎn)生了在較大區(qū)域范圍延伸的電磁場(chǎng)， 設(shè)備可以放置在該區(qū)域內(nèi)的任何位置。雖然該方法理論上可行，但其具有很多缺陷。首先， 電磁發(fā)射的強(qiáng)度受調(diào)節(jié)范圍所控制。這意味著該方法僅僅支持有限速率的電能轉(zhuǎn)移。另外， 許多物體可能受到強(qiáng)磁場(chǎng)的存在的影響。例如，存儲(chǔ)在信用卡上的數(shù)據(jù)可能被毀壞，并且金屬制成的物體內(nèi)部將感應(yīng)生成渦電流，從而產(chǎn)生不希望的加熱效果。另外，如果包括傳統(tǒng)線(xiàn) 圈(參見(jiàn)圖2a)的次級(jí)裝置與諸如印刷電路板內(nèi)的銅板或電池的金屬外殼相對(duì)放置，耦合 可能顯著地降低。 為了避免產(chǎn)生大的磁場(chǎng)，可能有人建議使用線(xiàn)圈陣列，借助該線(xiàn)圈陣列只有所需 的線(xiàn)圈被激活(參見(jiàn)圖3)。該方法在日本磁學(xué)學(xué)會(huì)期刊上2001年11月29日發(fā)表的題 為"臺(tái)式無(wú)接觸電站系統(tǒng)內(nèi)的線(xiàn)圈形狀(Coil Sh即e in Desk-type Contactless Power StationSyetem)"的論文中進(jìn)行了描述。在多線(xiàn)圈原理的一個(gè)實(shí)施例中，傳感機(jī)構(gòu)對(duì)次級(jí)裝 置相對(duì)于初級(jí)裝置的相對(duì)位置進(jìn)行檢測(cè)。然后，控制系統(tǒng)激活相應(yīng)的線(xiàn)圈以定位方式把電 能傳送給次級(jí)裝置。雖然該方法提供了一種之前所列出的問(wèn)題的解決方案，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái) 既復(fù)雜又昂貴。初級(jí)場(chǎng)可被定位的程度受線(xiàn)圈數(shù)量的限制，因此也受所使用的驅(qū)動(dòng)電路的 數(shù)量的限制(也就是初級(jí)裝置的"分解")。多線(xiàn)圈系統(tǒng)的成本將大大限制該原理的商業(yè)應(yīng) 用。場(chǎng)分布不均勻也是一個(gè)缺陷。當(dāng)初級(jí)裝置內(nèi)的所有線(xiàn)圈都被激活時(shí)，它們合起來(lái)等價(jià) 于一個(gè)大線(xiàn)圈，它的磁場(chǎng)分布在線(xiàn)圈的中心顯示為最小。 另一方案在US 5， 519， 262 "近場(chǎng)電能耦合系統(tǒng)(Near Field PowerCoupling System)"中加以概述，其中初級(jí)裝置具有大量從扁平板的一端到另一端布置的窄感應(yīng)線(xiàn)圈 (或可選地電容板)，產(chǎn)生大量以相位移的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的垂直場(chǎng)，而使得運(yùn)動(dòng)正弦波在板 上移動(dòng)。接收設(shè)備布置有兩個(gè)垂直的場(chǎng)接收裝置，使得無(wú)論該接收設(shè)備位于板上的什么位 置，它總能從至少一個(gè)接收裝置收集到電能。雖然該方案也給設(shè)備提供移動(dòng)的自由，但是它 有一些缺點(diǎn)在于需要一個(gè)復(fù)雜的次級(jí)裝置、具有一個(gè)固定的分解以及由于返回磁通路徑是 通過(guò)空氣而耦合較差。 現(xiàn)有技術(shù)的解決方案都不能令人滿(mǎn)意地解決已描述的所有問(wèn)題。如果能獲得一個(gè) 能以以下所有特征向便攜式設(shè)備轉(zhuǎn)移電能、并且能以劃算的成本實(shí)施的解決方案，將是很 令人滿(mǎn)意的 通用性單一初級(jí)裝置，它可以為具有不同電能要求的不同次級(jí)裝置提供電力， 從而消除了多個(gè)不同的適配器和充電器的必要性； 便利性單一初級(jí)裝置，它允許次級(jí)裝置放置在有效鄰近范圍內(nèi)的任何位置，從
而消除了把次級(jí)裝置插入或精確地相對(duì)適配器或充電器進(jìn)行放置的必要性； *多負(fù)載單一初級(jí)裝置，它可以同時(shí)為具有不同電能要求的多個(gè)不同的次級(jí)裝置
提供電力。
用于不同環(huán)境的靈活性單一初級(jí)裝置，它可以為次級(jí)裝置提供電力，而不要求 直接的電接觸，從而允許次級(jí)裝置和初級(jí)裝置自身可用于潮濕的、含有氣體的、清潔的和其 它不正常的環(huán)境；，低電磁發(fā)射單一初級(jí)裝置，它可以將產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和大小降低到最低的方 式傳送電能。 此外可理解，便攜式設(shè)備正大量產(chǎn)生，它們都需要電池給它們提供電能。原電池或 其電池組用完后必須進(jìn)行處理，這既昂貴又污染環(huán)境。而蓄電池或蓄電池組可以進(jìn)行充電 且重復(fù)使用。 許多便攜式設(shè)備具有裝滿(mǎn)足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)大小和電壓的諸如AA、AAA、C、D和PP3的電 池的容器。這使得用戶(hù)能夠自由選擇是否使用原電池或蓄電池以及不同的類(lèi)型的電池。一旦用完，通常必須將蓄電池從設(shè)備中取下并放置到單獨(dú)的充電裝置中?；蛘?，一些便攜式設(shè)
備具有內(nèi)置的充電電路，允許電池在設(shè)備插入外部電源時(shí)就地進(jìn)行充電。 對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，必須把電池從設(shè)備中取下以進(jìn)行充電或把設(shè)備插入外部電源來(lái)原
地進(jìn)行充電，這都是不方便的。最好能通過(guò)某種非接觸方式對(duì)電池進(jìn)行充電，而不必進(jìn)行上
述任何操作。 —些便攜式設(shè)備能夠以感應(yīng)耦合的方式從充電器接收電能，例如Bra皿Oral B的 Plak Control牙刷。這種便攜式設(shè)備通常具有一個(gè)定制的、內(nèi)置于設(shè)備中的專(zhuān)用電能接收 模塊，該模塊然后與一內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電池或電池組相連(該電池可是或不是可取下的)。
然而，如果用戶(hù)能夠簡(jiǎn)單地通過(guò)安裝感應(yīng)式充電電池或電池組而把任何接受工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)電池尺寸的便攜式設(shè)備轉(zhuǎn)換成感應(yīng)式充電設(shè)備，這將是很方便的，其中，可以通過(guò)把設(shè) 備放置到感應(yīng)式充電器上對(duì)感應(yīng)式充電電池或電池組進(jìn)行充電。 現(xiàn)有技術(shù)的例子還包括US 6， 208， 115，它披露了一種可以感應(yīng)式充電的替代電池 組。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于轉(zhuǎn)移(transfer，傳輸)電能而不要求直 接電導(dǎo)接觸的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 i)初級(jí)裝置，它包括基本上是薄片狀的充電表面和至少一個(gè)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝
置，該裝置在充電表面內(nèi)或平行于充電表面的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行二維分布，以限定至少一個(gè)基
本上與預(yù)定區(qū)域共同延伸的充電表面的充電區(qū)域，該充電區(qū)域在充電表面上具有一定寬度
和一定長(zhǎng)度，其中，該裝置以這種方式配置當(dāng)一預(yù)定電流被傳送到該裝置中以及初級(jí)裝置
被有效電磁隔離時(shí)，由該裝置產(chǎn)生的電磁場(chǎng)具有這樣的電磁場(chǎng)線(xiàn)，即在平行于電磁場(chǎng)線(xiàn)的
一個(gè)方向所測(cè)量的充電區(qū)域的任何四分之一長(zhǎng)度部分上對(duì)電磁場(chǎng)線(xiàn)取平均時(shí)，該電磁場(chǎng)線(xiàn)
在接近充電表面的地方與其成45。角或更小的角度，并在充電表面上方以二維分布；并且
其中，基本垂直于充電區(qū)域所測(cè)量的該裝置的高度小于充電區(qū)域的寬度或長(zhǎng)度；以及 ii)至少一個(gè)次級(jí)裝置，它包括至少一個(gè)電導(dǎo)線(xiàn)；其中，當(dāng)至少一個(gè)初級(jí)設(shè)備放置
在初級(jí)裝置的充電區(qū)域上或接近充電區(qū)域放置時(shí)，電磁場(chǎng)線(xiàn)與至少一個(gè)次級(jí)裝置的至少一
個(gè)導(dǎo)線(xiàn)耦合，并感應(yīng)產(chǎn)生電流在其中流動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于轉(zhuǎn)移電能而不要求直接電導(dǎo)接觸的初級(jí) 裝置，該初級(jí)裝置包括基本上是薄片狀的充電表面和至少一個(gè)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置，該 裝置在充電表面內(nèi)或平行于充電表面的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行二維分布，以限定至少一個(gè)基本上與 預(yù)定區(qū)域共同延伸的充電表面的充電區(qū)域，該充電區(qū)域在充電表面上具有一定寬度和一定 長(zhǎng)度，其中，該裝置以這種方式配置當(dāng)一預(yù)定電流被傳送到該裝置中以及初級(jí)裝置被有效 電磁隔離時(shí)，由該裝置產(chǎn)生的電磁場(chǎng)具有這樣的電磁場(chǎng)線(xiàn)，即在平行于場(chǎng)線(xiàn)的一個(gè)方向測(cè) 量的充電區(qū)域的任何四分之一長(zhǎng)度部分上對(duì)電磁場(chǎng)線(xiàn)取平均時(shí)，該電磁場(chǎng)線(xiàn)在接近充電表 面的地方與其成45。角或更小的角度，且在充電表面上方以二維分布；并且其中，基本垂 直于充電區(qū)域所測(cè)量的該裝置的高度小于充電區(qū)域的寬度或長(zhǎng)度。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了 一種以非導(dǎo)電方式從初級(jí)裝置向次級(jí)裝置轉(zhuǎn)移電 能的方法，該初級(jí)裝置包括基本上是薄片狀的充電表面和至少一個(gè)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置，該裝置在充電表面內(nèi)或平行于充電表面的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行二維分布，以限定至少一個(gè)基 本上與預(yù)定區(qū)域共同延伸的充電表面的充電區(qū)域，該充電區(qū)域在充電表面上具有一定寬度 和一定長(zhǎng)度，基本垂直于充電區(qū)域所測(cè)量的該裝置的高度小于充電區(qū)域的寬度或長(zhǎng)度，以 及，次級(jí)裝置具有至少一個(gè)電導(dǎo)線(xiàn)；其中 i)當(dāng)對(duì)裝置通以預(yù)定電流而產(chǎn)生的、并且當(dāng)初級(jí)裝置被有效電磁隔離時(shí)進(jìn)行測(cè)量
的電磁場(chǎng)具有電磁場(chǎng)線(xiàn)，在平行于場(chǎng)線(xiàn)的一個(gè)方向測(cè)量的充電區(qū)域的任何四分之一長(zhǎng)度部
分上對(duì)電磁場(chǎng)線(xiàn)取平均時(shí)，該電磁場(chǎng)線(xiàn)在接近充電表面的地方與其成45。角或更小的角
度，且在充電區(qū)域上方取平均時(shí)在至少一個(gè)充電區(qū)域上方以二維分布；以及 ii)當(dāng)次級(jí)裝置的導(dǎo)線(xiàn)放置在充電區(qū)域上或接近充電區(qū)域放置時(shí)，電磁場(chǎng)與其耦合。 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種與第一、第二或第三方面的系統(tǒng)、裝置或方法 一起使用的次級(jí)裝置。該次級(jí)裝置包括至少一個(gè)電導(dǎo)線(xiàn)和具有基本上是薄片狀的形狀因 子。 在本申請(qǐng)的上下文中，單詞"薄片狀"定義了薄片或薄板形狀的幾何圖形。薄片或 薄板可以是基本上扁平的，或可以是彎曲的。 初級(jí)裝置可以包括至少一個(gè)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置所用的電源，或者可以被提供 有連接器或類(lèi)似器件，使得該至少一個(gè)裝置能夠連接到外部電源。 在一些實(shí)施例中，用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置的高度不超過(guò)(僅僅為)充電區(qū)域的寬 度的一半或長(zhǎng)度的一半；在一些實(shí)施例中，該高度可僅僅為充電區(qū)域的寬度的1/5或長(zhǎng)度 的1/5。 次級(jí)裝置內(nèi)的至少一個(gè)電導(dǎo)線(xiàn)可以圍繞用于聚集流進(jìn)的磁力線(xiàn)的磁芯進(jìn)行纏繞。 具體來(lái)說(shuō)，該磁芯(如果設(shè)置有的話(huà))可以提供一條對(duì)初級(jí)裝置產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)阻 抗最小的路徑。該磁芯可以是非晶導(dǎo)磁材料。在一些實(shí)施例中，無(wú)需使用非晶磁芯。
如果設(shè)置有非晶磁芯，則該非晶磁性材料最好處于未退火狀態(tài)或基本上是鑄造的 狀態(tài)。該材料可以是至少70%未退火的，或最好是至少90%未退火。這是因?yàn)橥嘶鹜?非晶磁性材料易于破碎，這對(duì)于包含在諸如移動(dòng)電話(huà)的設(shè)備中是不利的，舉例來(lái)說(shuō)，移動(dòng)電 話(huà)可能由于偶然的跌落而受到劇烈的撞擊。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，非晶磁性材料具 有柔性帶的形式，它可以包含一層或多層的一種或多種相同或不同的非晶磁性材料。合適 的材料包括可能包含鐵、硼和硅或其它合適的材料的合金。該合金被熔化，然后進(jìn)行快速冷 卻("淬火")使其凝固時(shí)來(lái)不及結(jié)晶，從而使合金處于玻璃狀的非晶狀態(tài)。合適的材料包 括Metglas⑩2714A及類(lèi)似材料。透磁合金或?qū)Т藕辖鸬纫部梢员皇褂谩?
如果設(shè)置有磁芯的話(huà)，那么次級(jí)裝置中的磁芯最好為高導(dǎo)磁性磁芯。這種磁芯的 相對(duì)導(dǎo)磁率最好是100，更好的至少為500，最好至少為1000，至少10， 000或100， 000的量 級(jí)尤其有利。 用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的至少一個(gè)裝置可以是線(xiàn)圈，例如具有一定長(zhǎng)度的電線(xiàn)或印刷條 板的形式，或可以具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電板的形式，或該裝置也可以包括任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線(xiàn)布 置。雖然其它的導(dǎo)電材料，一般是金屬，可以適當(dāng)?shù)厥褂?，但是最好的材料是銅。應(yīng)該明白 的是，這里的術(shù)語(yǔ)"線(xiàn)圈"意圖包括任何適當(dāng)?shù)男纬呻娐返碾妼?dǎo)線(xiàn)，電流可以通過(guò)該電路進(jìn) 行流動(dòng)從而產(chǎn)生電磁場(chǎng)。特別是，"線(xiàn)圈"不必圍繞磁芯或線(xiàn)圈架等纏繞，但可以是簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的環(huán)路或等價(jià)的結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，初級(jí)裝置的充電區(qū)域足夠大，用以沿多個(gè)方位容納次級(jí)裝置的導(dǎo)線(xiàn)和/ 或磁芯。在一特別優(yōu)選實(shí)施例中，充電區(qū)域足夠大，能夠沿任何方位容納次級(jí)裝置的導(dǎo)線(xiàn)和 /或磁芯。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)從初級(jí)裝置到次級(jí)裝置的電能轉(zhuǎn)移，而不必在把次級(jí)裝 置放置在初級(jí)裝置的充電表面上時(shí)，沿任何特定的方向?qū)?zhǔn)次級(jí)裝置的導(dǎo)線(xiàn)和/或磁芯。
初級(jí)裝置的基本為薄片狀的充電表面可以基本上是平的，或可以是彎曲的，或被 設(shè)計(jì)為適合預(yù)定的空間，諸如汽車(chē)儀表板雜物箱等。尤其優(yōu)選的是，用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置 不從充電表面上凸出或突出到充電表面之外。 用于在初級(jí)裝置內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置的一個(gè)重要特征在于，由裝置產(chǎn)生且在初級(jí) 裝置處于有效磁隔離(也就是，當(dāng)沒(méi)有次級(jí)裝置存在于充電表面上或接近充電表面)時(shí)被 測(cè)量的電磁場(chǎng)線(xiàn)，在至少一個(gè)充電區(qū)域上以二維分布，在接近充電區(qū)域(例如，小于充電區(qū) 域的高度或?qū)挾?的地方與其成45。角或更小的角度，以及在通常平行于場(chǎng)線(xiàn)的方向測(cè)量 的充電區(qū)域的任何四分之一長(zhǎng)度部分上取平均。處于這種關(guān)系的場(chǎng)線(xiàn)的測(cè)量應(yīng)該被理解成 在充電區(qū)域的四分之一長(zhǎng)度上取平均時(shí)的場(chǎng)線(xiàn)的測(cè)量，而不是瞬間點(diǎn)的測(cè)量。在某些實(shí)施 例中，場(chǎng)線(xiàn)成30。角或更小的角度。在一些實(shí)施例中，場(chǎng)線(xiàn)基本上平行于所指充電區(qū)域的至 少一個(gè)中心部分。這與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)完全相反。在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，場(chǎng)線(xiàn)往往與初級(jí) 裝置的一個(gè)表面基本垂直。通過(guò)產(chǎn)生與充電區(qū)域或多或少平行或至少有一個(gè)有效分解分量 與充電區(qū)域平行的電磁場(chǎng)，有可能對(duì)場(chǎng)進(jìn)行控制而在充電區(qū)域的平面內(nèi)或與之平行的面內(nèi) 產(chǎn)生角度變化，這種角度變化有助于避免電磁場(chǎng)內(nèi)的任何靜止零信號(hào)(stationary皿ll)， 否則這種靜止零信號(hào)將降低充電表面上的次級(jí)裝置的特定方位的充電效率。場(chǎng)線(xiàn)的方向可 以通過(guò)一個(gè)整圓或半圓朝一個(gè)或兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)?；蛘撸摯艌?chǎng)方向可發(fā)生"抖動(dòng)"或波動(dòng)， 或可在一個(gè)或多個(gè)方向之間轉(zhuǎn)換。在更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，場(chǎng)線(xiàn)的方向可以以L(fǎng)issajous圖 形等進(jìn)行變化。 在一些實(shí)施例中，在任何特定的充電區(qū)域上，場(chǎng)線(xiàn)可以基本上互相平行，或至少在 充電區(qū)域內(nèi)或平行于充電區(qū)域的平面內(nèi)具有分解分量，這些充電區(qū)域在任何特定的時(shí)刻基 本互相平行。 應(yīng)該理解，一個(gè)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置可以用作為不止一個(gè)充電區(qū)域提供電磁 場(chǎng)；也應(yīng)認(rèn)識(shí)到，不止一個(gè)裝置可以用作為僅僅一個(gè)充電區(qū)域提供電磁場(chǎng)。換句話(huà)說(shuō)，用于 產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置和充電區(qū)域不必一一對(duì)應(yīng)。 次級(jí)裝置可以采用基本上扁平的形狀因子，磁芯厚度為2mm或更小。使用一種諸 如一個(gè)或多個(gè)非晶金屬板這樣的材料，有可能使磁芯厚度降低到lmm或更小，以用于大小 和重量都很重要的應(yīng)用。參見(jiàn)圖7a。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，初級(jí)裝置可以包括一對(duì)具有相鄰的共面繞組的導(dǎo)線(xiàn)，該導(dǎo) 線(xiàn)具有相互基本平行布置的線(xiàn)性部分，用以產(chǎn)生基本均勻的電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)通常平行于 繞組平面進(jìn)行延伸，或與繞組的平面成45。角或更小的角度，但基本上與平行部分成直角。
在這個(gè)實(shí)施例中的繞組可以被構(gòu)造成通常為螺旋形的形狀，包含一系列具有基本 平行的平直部分的線(xiàn)匝。 有利地，初級(jí)裝置可以包括第一對(duì)和第二對(duì)導(dǎo)線(xiàn)，這兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)放置在基本平行的 平面內(nèi)，并且第一對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的基本平行的線(xiàn)性部分通常與第二對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的基本平行的線(xiàn)性部分成直角布置；初級(jí)裝置還包括驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路被布置來(lái)以產(chǎn)生在基本平行于繞組的 平面的平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的合成場(chǎng)這樣一種方式驅(qū)動(dòng)這兩對(duì)導(dǎo)線(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于以無(wú)接觸方式轉(zhuǎn)移電能的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括，初級(jí)裝置，它由至少一個(gè)電線(xiàn)圈組成，其中每個(gè)線(xiàn)圈的特點(diǎn)是具有至少一個(gè)有效 區(qū)域(active area)，兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線(xiàn)以使得次級(jí)裝置有可能在接近這一有效區(qū)域的一部 分的位置進(jìn)行放置這種方式而基本分布在這一區(qū)域中，在該有效區(qū)域中沿一特定方向流動(dòng) 的凈瞬間電流基本上不為零； 至少一個(gè)次級(jí)裝置，它包括以使得該次級(jí)裝置有可能放置在接近初級(jí)裝置的表 面的區(qū)域中這種方式圍繞高導(dǎo)磁率磁芯進(jìn)行纏繞的導(dǎo)線(xiàn)，在這個(gè)區(qū)域中凈瞬間電流基本上 不為零； 由此，當(dāng)繞組的中心軸接近初級(jí)裝置的有效區(qū)域、基本上不垂直于初級(jí)裝置的有 效區(qū)域的平面、以及基本上不平行于初級(jí)裝置的至少一個(gè)線(xiàn)圈的有效區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，至 少一個(gè)次級(jí)裝置能夠通過(guò)電磁感應(yīng)接收電能。 在次級(jí)裝置包含一個(gè)感應(yīng)式充電電池組或電池的地方，該電池組或電池可以具有 一個(gè)主軸，且能夠通過(guò)沿電池組或電池的主軸流動(dòng)的交替場(chǎng)進(jìn)行充電，該電池組或電池包 括 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電池組或電池的尺寸近似的外殼和外部電連接裝置 能量存儲(chǔ)裝置 可選的磁力線(xiàn)聚集裝置 電能接收裝置，把所接收的電能轉(zhuǎn)換成適合于通過(guò)外部電連接裝置傳送到電池外部的形式的裝 置，或?qū)δ芰看鎯?chǔ)裝置充電的裝置，或兩功能都有的裝置。 所提出的發(fā)明大大不同于傳統(tǒng)感應(yīng)式電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)和所提出 的系統(tǒng)的區(qū)別可通過(guò)參見(jiàn)它們各自的磁力線(xiàn)圖形最好地加以闡明。(參見(jiàn)圖2a和圖4)
，傳統(tǒng)的系統(tǒng)在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中(參見(jiàn)圖2a)，通常有一個(gè)平面形的初級(jí)線(xiàn)圈，該線(xiàn) 圈產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)以垂直的方式從線(xiàn)圈平面出來(lái)。次級(jí)裝置通常有圍繞一 些或所有的這些磁力線(xiàn)的圓形或方形線(xiàn)圈。，所提出的系統(tǒng)在所提出的系統(tǒng)中，磁場(chǎng)基本上沿線(xiàn)圈平面的表面水平前進(jìn)(參 見(jiàn)圖4)，而不是直接從圖2a中所示的線(xiàn)圈平面出來(lái)。因此，次級(jí)裝置可具有繞磁芯進(jìn)行纏 繞的加長(zhǎng)繞組。參見(jiàn)圖7a和圖7b。當(dāng)次級(jí)裝置放置于初級(jí)裝置上時(shí)，磁力線(xiàn)將被吸引穿過(guò) 次級(jí)裝置的磁芯前進(jìn)，這是因?yàn)樗谴抛枳钚〉穆窂?。這使得次級(jí)裝置和初級(jí)裝置被有效 地耦合。次級(jí)裝置的磁芯和繞組可以基本上展平形成一個(gè)非常薄的部件。
在描述本發(fā)明中，為清楚可見(jiàn)而將采用特定的術(shù)語(yǔ)。然而，這并不意味著本發(fā)明局 限于所選定的特定術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該理解的是，每一特定術(shù)語(yǔ)包括所有的以相似方式進(jìn)行操作而 達(dá)到相似目的的技術(shù)同義詞。 應(yīng)該理解，本專(zhuān)利申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)"充電區(qū)域"可以指用于產(chǎn)生場(chǎng)的至少一個(gè)裝 置(例如以線(xiàn)圈形式存在的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線(xiàn))的區(qū)域，或由初級(jí)導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)合形成的區(qū)域，在該 區(qū)域內(nèi)，次級(jí)裝置可以有效地耦合磁力線(xiàn)。關(guān)于充電區(qū)域的一些實(shí)施例在圖6a 61和圖9c中作為部件740示出。"充電區(qū)域"的一個(gè)特征是導(dǎo)線(xiàn)在初級(jí)裝置的有效區(qū)域上分布，如 此構(gòu)造而使得至少一個(gè)用于產(chǎn)生場(chǎng)的裝置有可能被驅(qū)動(dòng)而獲得朝一個(gè)方向流動(dòng)的瞬間凈 磁力線(xiàn)。初級(jí)裝置可以具有不止一個(gè)充電區(qū)域。當(dāng)磁力線(xiàn)不能被次級(jí)裝置在邊界處的任何 旋轉(zhuǎn)中(諸如圖7a中所示出的那些)有效耦合時(shí)，一個(gè)充電區(qū)域不同于另一充電區(qū)域。
應(yīng)該理解，本專(zhuān)利中使用的術(shù)語(yǔ)"線(xiàn)圈"指所有以如上所述的充電區(qū)域?yàn)樘卣鞯膶?dǎo) 線(xiàn)結(jié)構(gòu)。這包括電線(xiàn)繞組或印刷跡線(xiàn)或圖8e中示出的平面。導(dǎo)線(xiàn)可以由銅、金、合金或任 何其它適當(dāng)?shù)牟牧稀?本申請(qǐng)?jiān)趲讉€(gè)地方提到了次級(jí)裝置的旋轉(zhuǎn)。在這兒應(yīng)該闡明的是，如果次級(jí)裝置 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則所提及的旋轉(zhuǎn)軸與充電區(qū)域的平面垂直。 這種設(shè)計(jì)的根本改變克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)的至少一個(gè)缺陷。所提出的發(fā)明的好處包 括 不需要精確的對(duì)準(zhǔn)次級(jí)裝置可以放置在初級(jí)裝置的充電區(qū)域上的任何位置；
*耦合均勻在所提出的發(fā)明中，初級(jí)裝置和次級(jí)裝置之間的耦合在充電區(qū)域上與 傳統(tǒng)的初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈相比更加均勻。在傳統(tǒng)的大線(xiàn)圈系統(tǒng)(參見(jiàn)圖2a)中，場(chǎng)強(qiáng)在 線(xiàn)圈平面內(nèi)的線(xiàn)圈的中央降到最小(參見(jiàn)圖2b)。這意味著如果足夠的電能在中央位置能 被有效地轉(zhuǎn)移，那么最小場(chǎng)強(qiáng)必須高于某一門(mén)限值。那么最大場(chǎng)強(qiáng)將大大高于所要求的門(mén) 限值，這可能導(dǎo)致不希望的結(jié)果。
通用性多個(gè)不同的次級(jí)裝置，甚至那些具有不同功率要求的設(shè)備，都可以放置 在初級(jí)裝置的充電表面上的充電區(qū)域內(nèi)來(lái)同時(shí)接收電能。
耦合系數(shù)提高次級(jí)裝置內(nèi)的可選的高導(dǎo)磁率磁性材料通過(guò)提供一條低磁阻路 徑大大增加了感應(yīng)產(chǎn)生的磁通量。這可以極大地增加電能轉(zhuǎn)移。
適于次級(jí)裝置的理想形狀因子本系統(tǒng)的幾何形狀允許使用薄片狀磁性材料 (例如非晶金屬帶)。這意味著次級(jí)裝置可以具有薄片狀的形狀因子，使得它適于裝在移動(dòng) 電話(huà)和其它電子設(shè)備的后部。如果在傳統(tǒng)線(xiàn)圈的中央使用磁性材料，有可能增加次級(jí)裝置 的體積。
*場(chǎng)泄漏最小當(dāng)一個(gè)或多個(gè)次級(jí)裝置存在于初級(jí)裝置的充電區(qū)域內(nèi)時(shí)，有可能以
這種方式使用磁性材料，即使得超過(guò)一半的磁路為低磁阻材料(參見(jiàn)圖4d)。這意味著對(duì)于
特定的磁動(dòng)勢(shì)(magneto-motive force, mmf)將有更多的磁力線(xiàn)流入。由于感應(yīng)電壓與所
耦合的磁通量的變化率成比例，這將使轉(zhuǎn)移到次級(jí)裝置的電能增加。磁路中的空氣間隙越
少并且越短，場(chǎng)的邊緣越少，則磁力線(xiàn)離初級(jí)裝置的表面越近，所以泄漏也最小。，成本高效與多線(xiàn)圈設(shè)計(jì)不同，本發(fā)明的解決方案要求更為簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)和更
少的部件。
次級(jí)裝置的自由繞軸旋轉(zhuǎn)如果次級(jí)裝置是薄片狀或可選地甚至是圓柱狀(參 見(jiàn)圖10)，可以這樣對(duì)其進(jìn)行構(gòu)造，使它保持與磁力線(xiàn)的良好耦合，而不管它是否圍繞最長(zhǎng) 軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果次級(jí)裝置是一個(gè)安裝在另一設(shè)備內(nèi)的電池組電池，當(dāng)次級(jí)裝置的繞軸旋 轉(zhuǎn)可能難以控制時(shí)，這可能尤其是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
次級(jí)裝置內(nèi)的磁芯可以設(shè)置為位于該設(shè)備內(nèi)或設(shè)備附近的其它平行金屬平面的 附近，例如位于銅印刷電路板或鋁蓋的附近。在這種情況下，本發(fā)明的實(shí)施例的性能大大優(yōu) 于傳統(tǒng)繞芯纏繞的線(xiàn)圈的性能，這是因?yàn)槿绻麄鹘y(tǒng)設(shè)備線(xiàn)圈面向金屬平面放置，穿過(guò)傳統(tǒng)設(shè)備線(xiàn)圈的場(chǎng)線(xiàn)將遭受磁力線(xiàn)排斥(因?yàn)榇帕€(xiàn)必須垂直于線(xiàn)圈平面?zhèn)鞑?。由于在本發(fā) 明的實(shí)施例中，磁力線(xiàn)沿磁芯的平面?zhèn)鞑?，因此也是沿金屬平面?zhèn)鞑?，使得性能得到提高?一個(gè)附加的好處是，本發(fā)明的實(shí)施例的次級(jí)裝置內(nèi)的磁芯可以作為初級(jí)裝置產(chǎn)生的電磁場(chǎng) 和磁芯另一側(cè)上的任何元件(例如電路和電池組電池)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)之間的屏蔽。
由于本發(fā)明的實(shí)施例的次級(jí)裝置的磁芯的導(dǎo)磁率高于空氣的導(dǎo)磁率，因此它用 來(lái)聚集磁力線(xiàn)，這樣能捕獲更多的磁力線(xiàn)，否則磁力線(xiàn)將流經(jīng)等價(jià)的空氣截面。磁芯"形狀 因子"的大小(等價(jià)的磁力線(xiàn)捕獲范圍)由磁芯的最長(zhǎng)的平面尺寸而確定為一階近似。所 以，如果本發(fā)明的實(shí)施例的次級(jí)裝置的磁芯的平面尺寸具有較大地非正方形長(zhǎng)寬比，例如
長(zhǎng)寬比為4 : i的矩形，而不是長(zhǎng)寬比為i : i的正方形，它將按比例捕獲更多的沿平行于
最長(zhǎng)平面尺寸的方向傳播的任何磁力線(xiàn)。因此，如果磁芯用于具有受限平面形狀比例的設(shè) 備(例如，諸如耳機(jī)或鋼筆的長(zhǎng)薄設(shè)備)，與相同區(qū)域的傳統(tǒng)線(xiàn)圈的性能相比，其性能將大 大提高。 初級(jí)裝置通常由下面的部件構(gòu)成。(參見(jiàn)圖5) 電源該電源把電源電壓轉(zhuǎn)換成較低電壓的直流電。這通常是一個(gè)傳統(tǒng)的變壓 器或開(kāi)關(guān)式電源； 控制裝置如果用于產(chǎn)生場(chǎng)的裝置的電感隨次級(jí)裝置的存在發(fā)生變化，那么 控制裝置起維持電路諧振的功能。為了使這一功能成為可能，控制裝置可以與對(duì)電路電 流狀態(tài)進(jìn)行反饋的傳感裝置進(jìn)行耦合。它也可以與一個(gè)可按需要接入或斷開(kāi)的電容器 庫(kù)耦合。如果用于產(chǎn)生場(chǎng)的裝置要求不止一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，那么該控制裝置也可以調(diào)整諸 如相位差或不同驅(qū)動(dòng)電路的接通/斷開(kāi)次數(shù)等參數(shù)，以達(dá)到理想結(jié)果。也可能對(duì)系統(tǒng)的 Q(qualityfactor，品質(zhì)因數(shù))進(jìn)行設(shè)計(jì)而在一定電感范圍內(nèi)起作用，從而不再需要上面的 控制系統(tǒng)； 驅(qū)動(dòng)電路該驅(qū)動(dòng)電路受控制裝置的控制，以及驅(qū)動(dòng)變化的電流通過(guò)用于產(chǎn)生場(chǎng) 的裝置或裝置的一個(gè)部件。根據(jù)裝置中獨(dú)立部件的數(shù)量，可存在不止一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路；
用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置該裝置使用從驅(qū)動(dòng)電路供給的電流產(chǎn)生預(yù)定形狀和強(qiáng) 度的電磁場(chǎng)。該裝置的具體結(jié)構(gòu)限定了所產(chǎn)生的場(chǎng)的形狀和強(qiáng)度。該裝置可以包括用作磁 導(dǎo)的磁性材料，也包括一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件(繞組)，一起形成充電區(qū)域。多種實(shí)施 例設(shè)計(jì)都是可能的，其例子在圖6中示出。
傳感裝置該傳感裝置檢索并發(fā)送相關(guān)的數(shù)據(jù)給控制裝置以用于分析。
次級(jí)裝置通常由下面的部件構(gòu)成，如圖5中示出。
磁裝置該磁裝置把存儲(chǔ)在初級(jí)裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的能量轉(zhuǎn)換回電能。這通常 借助于圍繞一個(gè)高導(dǎo)磁率磁芯纏繞的繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)。磁芯的最大尺寸通常與繞組的中心軸一 致。
轉(zhuǎn)換裝置該轉(zhuǎn)換裝置把從磁裝置接收到的波動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成對(duì)它所耦合的設(shè)備 有用的形式。例如，轉(zhuǎn)換裝置可以借助于全波橋式整流器和濾波電容器把波動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成 未經(jīng)調(diào)整的直流電。在其它情況下，轉(zhuǎn)換電路可以與加熱元件或電池充電器耦合。通常還 存在有一個(gè)電容器與磁裝置并聯(lián)或串聯(lián)連接，以形成工作于初級(jí)裝置的操作頻率的諧振電 路。 在典型操作中，一個(gè)或多個(gè)次級(jí)裝置放置在初級(jí)裝置的充電表面之上。磁力線(xiàn)流經(jīng)至少一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)和/或存在的次級(jí)裝置的磁芯，并感生出電流。根據(jù)初級(jí)裝置內(nèi)用于產(chǎn)生
場(chǎng)的裝置的結(jié)構(gòu)，次級(jí)裝置的旋轉(zhuǎn)定位可以影響耦合的磁力線(xiàn)的數(shù)量。 初級(jí)裝置 初級(jí)裝置可以許多不同的形式存在，例如 可放在桌子和其它平滑表面上的扁平平臺(tái)或墊板； 內(nèi)置于諸如書(shū)桌、桌子、柜臺(tái)、椅子、書(shū)架等的家具中，使得初級(jí)裝置不可見(jiàn)；
容器的一部分，諸如抽屜、箱子、汽車(chē)儀表板上的小柜、以及用于電動(dòng)工具的容 器； 可粘到墻壁上并豎直使用的扁平平臺(tái)或墊板。
初級(jí)裝置可以從不同的電源供以電能，例如
'AC電源主插座
車(chē)輛點(diǎn)火器插座
電池
燃料電池
太陽(yáng)能電池板
人力(human power) 初級(jí)裝置可以足夠小，使得僅僅一個(gè)次級(jí)裝置容納在單個(gè)充電區(qū)域內(nèi)的充電表面
上，或可以足夠大，以同時(shí)容納多個(gè)次級(jí)裝置，它們往往容裝在不同的充電區(qū)域。 初級(jí)裝置內(nèi)用于產(chǎn)生場(chǎng)的裝置可以以電源頻率(50Hz或60Hz)或某一更高頻率被驅(qū)動(dòng)。 初級(jí)裝置的傳感裝置可以對(duì)次級(jí)裝置的存在、存在的次級(jí)裝置的數(shù)量、甚至其它 不是次級(jí)裝置一部分的磁性材料的存在進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)信息可以用于控制傳送到初級(jí) 裝置的場(chǎng)產(chǎn)生裝置的電流。 初級(jí)裝置和/或次級(jí)裝置可以基本上防水的或防爆炸的。
初級(jí)裝置和/或次級(jí)裝置可以按諸如IP66的標(biāo)準(zhǔn)被密封。 初級(jí)裝置可以包括可視的指示器(例如，但不局限于，諸如發(fā)光二極管、電磷光顯 示器、發(fā)光聚合體的發(fā)光設(shè)備，或諸如液晶顯示器或MIT電子紙張的光反射設(shè)備)以指示初 級(jí)裝置當(dāng)前的狀態(tài)、次級(jí)裝置的存在、或存在的次級(jí)裝置的數(shù)量、或上述任何組合。
用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)的裝置 本申請(qǐng)中提到的場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括所有結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線(xiàn)，其中
導(dǎo)線(xiàn)基本上分布于平面內(nèi)以及；，存在有平面的實(shí)質(zhì)區(qū)域(substantial area)，在該區(qū)域具有非零的凈瞬間電流。 給定正確的方位的話(huà)，次級(jí)裝置將在這些區(qū)域上有效地耦合和接收電能。(參見(jiàn)圖6)
*導(dǎo)線(xiàn)能夠產(chǎn)生電磁場(chǎng)，在電磁場(chǎng)中，場(chǎng)線(xiàn)與平面的實(shí)質(zhì)區(qū)域成45°角或更小的角 度，或與平面的實(shí)質(zhì)區(qū)域基本平行。 圖6示出了這種初級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的一些可能的結(jié)構(gòu)。雖然大多數(shù)的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是線(xiàn)圈 繞組，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，通常不被認(rèn)為是線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)平面也可以取得同樣的效果(參見(jiàn)圖 6e)。這些附圖是一些典型的例子，但不詳盡。這些導(dǎo)線(xiàn)或線(xiàn)圈可以組合使用，使得次級(jí)裝 置在初級(jí)裝置的充電區(qū)域上的同時(shí)沿所有轉(zhuǎn)向都可以進(jìn)行有效的耦合。
磁性材料 有可能在初級(jí)裝置中使用磁材料來(lái)增強(qiáng)性能。
磁性材料可以放置于一個(gè)或多個(gè)充電區(qū)域或整個(gè)充電表面的下面，使得在導(dǎo)體 的下面也存在一條低磁阻路徑使磁力線(xiàn)完成它的路徑。理論上說(shuō)，磁路與電路類(lèi)似。電壓 與磁動(dòng)勢(shì)(mmf)類(lèi)似，電阻與磁阻類(lèi)似，以及電流與磁力線(xiàn)(磁通量)類(lèi)似。從這一點(diǎn)可以 看出，對(duì)于一個(gè)給定的mmf ，如果路徑的磁阻減小，磁力線(xiàn)流動(dòng)將增加。通過(guò)將磁性材料設(shè)置 在充電區(qū)域的下面，磁路的磁阻本質(zhì)上被減小。這實(shí)際上增加了次級(jí)裝置所耦合的磁通量， 并最終增加了所轉(zhuǎn)移的電能。圖4d示出了放置于充電區(qū)域下面的磁性材料板以及產(chǎn)生的 磁路。
磁性材料也可以放置于充電表面和/或充電區(qū)域的上面，以及次級(jí)裝置的下面， 以作為磁導(dǎo)。該磁導(dǎo)實(shí)施兩種功能首先，整個(gè)磁路的磁阻進(jìn)一步減小從而允許更多的磁 力線(xiàn)流動(dòng)。其次，它沿充電區(qū)域的上表面提供了一條低磁阻路徑，因此磁力線(xiàn)將流經(jīng)這些磁 導(dǎo)而不是流經(jīng)空氣。所以，這產(chǎn)生了將場(chǎng)控制在初級(jí)裝置的充電表面附近的效果，而不是將 其包含在空氣中。可以從戰(zhàn)略上或有意地選取用于磁導(dǎo)的磁性材料，以使次級(jí)裝置的磁芯 (如果設(shè)置有的話(huà))具有不同的磁性質(zhì)。例如，可以選取一種較低導(dǎo)磁率和較高飽和磁性的 材料。高飽和磁性意味著該材料可以傳送更多的磁通量，并且較低導(dǎo)磁率意味著當(dāng)次級(jí)裝 置在附近時(shí)，大量的磁力線(xiàn)將選擇通過(guò)次級(jí)裝置而不是磁導(dǎo)。(參見(jiàn)圖8)
在某些初級(jí)裝置的場(chǎng)產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)中，可以存在有不構(gòu)成充電區(qū)域一部分的 導(dǎo)線(xiàn)，例如圖6a和圖6b中標(biāo)為745的部件。在這種情況下，可能希望使用磁性材料來(lái)屏蔽 這些導(dǎo)線(xiàn)的影響。
—些可以使用的材料的例子包括但不局限于不結(jié)晶金屬(金屬玻璃合金諸如
MetGlasTM)、由磁性材料制成的電線(xiàn)網(wǎng)、鋼、鐵氧體磁芯、導(dǎo)磁合金以及透磁合金。 次級(jí)裝置 次級(jí)裝置可以具有不同的形狀和形式。 一般地，為了更好地進(jìn)行磁力線(xiàn)耦合，導(dǎo)線(xiàn) (例如，線(xiàn)圈繞組)的中心軸應(yīng)該基本上不垂直于充電區(qū)域。
初級(jí)設(shè)備可以具有扁平狀繞組的形狀(參見(jiàn)圖7a)。內(nèi)部的磁芯可以由諸如非 晶金屬這樣的磁性材料板構(gòu)成。這一幾何形狀使得次級(jí)裝置能夠裝入諸如移動(dòng)電話(huà)、個(gè)人 數(shù)字助理和膝上型電腦的電子設(shè)備的后部，而不會(huì)給增加設(shè)備的體積。
次級(jí)裝置可以具有長(zhǎng)圓柱體的形狀。長(zhǎng)圓柱體磁芯的周?chē)梢岳p有導(dǎo)線(xiàn)(參見(jiàn) 圖7b)。
次級(jí)裝置可以是一個(gè)周?chē)写判圆牧系奈矬w。 一個(gè)例子是一種標(biāo)準(zhǔn)尺寸 (AA， AAA， C， D)或其它尺寸/形狀(例如為特定應(yīng)用而專(zhuān)用的/定制的)的具有例如包裹 在圓柱體周?chē)拇判圆牧虾屠p繞圓柱體的繞組的充電電池組電池。
次級(jí)裝置可以是上面的兩種或多種個(gè)的組合。上面的實(shí)施例甚至可以和傳統(tǒng)的 線(xiàn)圈結(jié)合。 下面的非詳盡的名單舉例說(shuō)明了可以與次級(jí)裝置耦合以接收電能的物體的一些 例子?？赡懿痪窒抻谙旅嫠龅奈矬w 移動(dòng)通信設(shè)備，例如收音機(jī)、移動(dòng)電話(huà)或?qū)χv機(jī)； 便攜式計(jì)算設(shè)備，例如個(gè)人數(shù)字助理或掌上型電腦或膝上型計(jì)算機(jī)；
便攜式娛樂(lè)設(shè)備，例如音樂(lè)播放器、游戲手柄或玩具；
個(gè)人衛(wèi)生工具，例如牙刷、剃須刀、巻發(fā)器、巻發(fā)機(jī)；
便攜式成像設(shè)備，例如視頻可攜式攝像機(jī)或照相機(jī)； 容納可能需要加熱的東西的容器，例如咖啡杯、盤(pán)子、飯鍋、指甲油和化妝品盒；消費(fèi)型設(shè)備，例如手電筒、時(shí)鐘和扇子；電動(dòng)工具，例如交直流兩用的鉆孔機(jī)和螺絲起子；無(wú)線(xiàn)外圍設(shè)備，例如無(wú)線(xiàn)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)和耳機(jī)；定時(shí)設(shè)備，例如時(shí)鐘、手表、停表和鬧鐘；用于插入上面任意設(shè)備的電池組； 標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電池組電池。 在諸如電池組電池的非智能次級(jí)裝置的情況下，可能還需要一些復(fù)雜的充電控制 裝置，用來(lái)計(jì)量供給電池的感應(yīng)電能，以及處理設(shè)備中的多個(gè)電池具有不同充電狀態(tài)的情 況。而且，能夠顯示"被充電"情況對(duì)初級(jí)裝置來(lái)說(shuō)變得尤為重要，這是因?yàn)楫?dāng)蓄電池或蓄 電池組位于其它電子設(shè)備內(nèi)時(shí)可能不易被看到。 圖IO示出了一種可能的包括感應(yīng)式充電電池組或電池和初級(jí)裝置的系統(tǒng)。除了 可隨意把電池920放置在(X， Y)平面，以及繞rZ軸相對(duì)于初級(jí)裝置910任意旋轉(zhuǎn)，還可使 電池組沿其rA軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而持續(xù)接收電能。 當(dāng)用戶(hù)把電池插入便攜式設(shè)備時(shí)，不容易確保它具有任意特定的繞軸旋轉(zhuǎn)。因此， 本發(fā)明的實(shí)施例是具有高度優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)樗鼈兛梢源_保電池組在圍繞rA朝任意方位旋 轉(zhuǎn)時(shí)能夠接收電能。 蓄電池組或電池可以包括以多種方式布置的磁力線(xiàn)聚集裝置 1.如圖lla中所示，電池930可以被包裹在圓筒形磁力線(xiàn)聚集置931內(nèi)，該磁力線(xiàn)
聚集裝置周?chē)p繞有導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈932。 a.該圓筒形裝置相對(duì)于電池的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短。 2.如圖llb中所示，電池930的表面上可以有磁力線(xiàn)聚集裝置931部分，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈 932纏繞在該磁力線(xiàn)聚集裝置部分上。 a.該部分可以與電池的表面一致，或嵌入電池中。 b.相對(duì)于電池的周邊，該部分的面積可大可小，并且相對(duì)于電池的長(zhǎng)度該部分可 長(zhǎng)可短。 3.如圖llc中所示，電池930的內(nèi)部可以包含磁力線(xiàn)聚集裝置931部分，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈 932纏繞在該磁力線(xiàn)聚集裝置部分上。 a.該部分可以基本上是扁平的、圓柱形的、桿狀的、或任何其它形狀。
b.該部分的寬度相對(duì)于電池的直徑可大可小。
c.該部分的長(zhǎng)度相對(duì)于電池的長(zhǎng)度可大可小。 在這些情況的任何一種情況下，磁力線(xiàn)聚集裝置可以是電池外殼(例如，外部鋅
電極)或電池本身(例如，內(nèi)部電極)的一個(gè)功能部分。 涉及蓄電池(例如在設(shè)備內(nèi)的AA充電電池)的充電的問(wèn)題包括 終端電壓可能比正常值高。
串聯(lián)電池可能表現(xiàn)異常，特別是在一些電池被充電而其它電池未被充電的情況。
不得不提供足夠的電能以使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)以及對(duì)電池充電。
如果不正確地實(shí)施快速充電，可能毀壞電池。 因此，有利地提供了一些復(fù)雜的充電控制裝置來(lái)測(cè)定供給設(shè)備和電池的感應(yīng)電 能。而且，能夠顯示"被充電"狀態(tài)對(duì)于初級(jí)裝置來(lái)說(shuō)尤為重要，這是因?yàn)楫?dāng)蓄電池或蓄電 池組位于電子設(shè)備內(nèi)時(shí)可能不易被看到。 以這種方式實(shí)現(xiàn)的電池或電池組在安裝到另一設(shè)備中時(shí)，可通過(guò)把該設(shè)備放置在 初級(jí)裝置上進(jìn)行充電，或者當(dāng)電池或電池組被安裝在設(shè)備的外面時(shí)，可通過(guò)把電池或電池 組直接放置在初級(jí)裝置上上進(jìn)行充電。 以這種方式實(shí)現(xiàn)的多個(gè)電池組可以如通常的設(shè)備中的那樣(例如端對(duì)端或并排) 以電池組形式進(jìn)行布置，使得單個(gè)電池組能夠代替一組電池。 可選地，次級(jí)裝置可以由裝在設(shè)備內(nèi)的電池組之上的扁平的"適配器"構(gòu)成，該扁
平的"適配器"具有在電池電極和設(shè)備觸點(diǎn)之間向下作用的薄電極。 旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng) 在諸如圖6、圖9a和圖9b中的那些線(xiàn)圈中，通常只有當(dāng)繞組被放置為基本平行于 如箭頭l所示的初級(jí)導(dǎo)線(xiàn)中的凈電流的方向時(shí)，次級(jí)裝置才能有效耦合。在某些應(yīng)用中，可 能需要一個(gè)初級(jí)裝置，它將有效地把電能轉(zhuǎn)移給次級(jí)裝置而無(wú)論次級(jí)裝置如何旋轉(zhuǎn)，條件 是 次級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的中心軸不垂直于平面，以及；
次級(jí)裝置緊鄰初級(jí)裝置。 為了使這一點(diǎn)成為可行，有可能具有兩個(gè)線(xiàn)圈，例如一個(gè)線(xiàn)圈置于另一個(gè)線(xiàn)圈的
頂部，或一個(gè)線(xiàn)圈編織到另一個(gè)線(xiàn)圈中，或者與另一個(gè)線(xiàn)圈編織在一起，第二線(xiàn)圈能夠在初
級(jí)裝置的有效區(qū)域內(nèi)的任何點(diǎn)處產(chǎn)生基本垂直于第一線(xiàn)圈的方向的凈電流。這兩個(gè)線(xiàn)圈可
以交替地被驅(qū)動(dòng)，使得每一個(gè)被激活一段時(shí)間。另一個(gè)可能是相隔四分之一周期驅(qū)動(dòng)兩個(gè)
線(xiàn)圈，從而在平面內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁偶極子。這在圖9中示出。這一點(diǎn)對(duì)于其它組合形式
的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)也是可能的。 諧振電路 使用并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈是本領(lǐng)域?yàn)槿斯?。例如在串?lián)諧振電路
中，線(xiàn)圈和電容器的阻抗在諧振時(shí)相等且相反，所以電路的總阻抗最小，且流經(jīng)初級(jí)線(xiàn)圈的
電流最大。通常還將次級(jí)裝置調(diào)諧到工作頻率，以使感應(yīng)電壓或電流最大。 在一些類(lèi)似電動(dòng)牙刷這樣的系統(tǒng)中，通常有這樣一個(gè)電路，該電路在次級(jí)裝置不
存在時(shí)被解諧(deturned)，并且當(dāng)次級(jí)裝置在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)進(jìn)行調(diào)諧。次級(jí)裝置中存在的
磁性材料改變初級(jí)裝置的自感，并使電路發(fā)生諧振。在其它類(lèi)似無(wú)源無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽(passive
radiotag)這樣的系統(tǒng)中，次級(jí)裝置中沒(méi)有磁性材料，所以不會(huì)影響該系統(tǒng)的諧振頻率。這
些標(biāo)簽通常很小并遠(yuǎn)離初級(jí)裝置使用，從而即使有磁性材料存在，初級(jí)裝置的感應(yīng)也不會(huì)
顯著改變。 而在所提出的系統(tǒng)中，情況并非如此 高導(dǎo)磁率磁性材料可以存在于次級(jí)裝置中，并緊鄰初級(jí)裝置使用；
—個(gè)或多個(gè)次級(jí)裝置可以同時(shí)緊鄰初級(jí)裝置。 這產(chǎn)生了顯著改變初級(jí)裝置的感應(yīng)的效果，并根據(jù)墊板上存在的次級(jí)裝置的數(shù)量改變不同的級(jí)別。當(dāng)初級(jí)裝置的感應(yīng)被改變時(shí)，電路在一特定頻率產(chǎn)生諧振所要求的電容 也隨之改變。使電路保持諧振有三種方法
借助于控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)改變工作頻率； 借助于控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)改變電容，以使在預(yù)定頻率時(shí)發(fā)生諧振；
借助于低Q系統(tǒng)，該系統(tǒng)在電感范圍內(nèi)保持諧振。 改變工作頻率帶來(lái)的問(wèn)題是，次級(jí)裝置通常被構(gòu)造為在一預(yù)定頻率發(fā)生諧振。如 果工作頻率改變，次級(jí)裝置將被失諧。為了克服這個(gè)問(wèn)題，可以改變電容而不改變工作頻 率。次級(jí)裝置可以被設(shè)計(jì)為使得每一靠近初級(jí)裝置放置的附加設(shè)備將使電感變?yōu)橐粋€(gè)量子 級(jí)別，而將一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙萜鹘尤胍允闺娐吩谝活A(yù)定頻率發(fā)生諧振。由于這一諧振頻率的 改變，充電表面上的設(shè)備的數(shù)量可以被檢測(cè)到，并且初級(jí)裝置也可以感覺(jué)到何時(shí)有東西靠 近充電表面或遠(yuǎn)離充電表面。如果除了一個(gè)次級(jí)從屬設(shè)備之外有一個(gè)導(dǎo)磁物體放置于充電 表面附近，則不太可能把系統(tǒng)改變到預(yù)定的量子級(jí)別。在這種情況下，系統(tǒng)能自動(dòng)地失諧并 減小流入線(xiàn)圈的電流。


為了更好的理解本發(fā)明，以及顯示它是如何被實(shí)施的，現(xiàn)在將僅僅通過(guò)舉例的方 式對(duì)附圖進(jìn)行參考，其中 圖1示出典型現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)接觸電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的磁設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)要求初級(jí)裝置和 次級(jí)裝置的精確對(duì)準(zhǔn)； 圖2a示出另一典型現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)接觸電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的磁設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)的初級(jí)裝 置中包括一個(gè)大線(xiàn)圈； 圖2b示出在距離線(xiàn)圈平面5mm處大線(xiàn)圈內(nèi)部的非均勻場(chǎng)分布，在中央具有最小 圖3示出一種多線(xiàn)圈系統(tǒng)，其中每一線(xiàn)圈被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)從而產(chǎn)生局部化的場(chǎng)； 圖4a示出所提出的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例顯示與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)質(zhì)性不同， 圖中不包括次級(jí)裝置； 圖4b示出一個(gè)帶有兩個(gè)次級(jí)裝置的所提出的系統(tǒng)的實(shí)施例； 圖4c示出初級(jí)裝置的有效區(qū)域的橫截面，以及導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的磁通密度的等勢(shì)線(xiàn)； 圖4d示出所提出的發(fā)明的該特定實(shí)施例的磁路； 圖5示出初級(jí)裝置和次級(jí)裝置的實(shí)施例的示意圖； 圖6a至圖61示出初級(jí)裝置的場(chǎng)產(chǎn)生裝置或場(chǎng)產(chǎn)生裝置的部件的一些替代實(shí)施例 的設(shè)計(jì)； 圖7a和圖7b示出次級(jí)裝置的磁裝置的一些可能的設(shè)計(jì)； 圖8示出磁導(dǎo)的作用(磁導(dǎo)的厚度為清楚可見(jiàn)被放大)； 圖8a示出沒(méi)有磁導(dǎo)的情況下，場(chǎng)往往散布到有效區(qū)域正上方的空氣中； 圖8b示出在這一特定實(shí)施例中的導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)電流流動(dòng)的方向； 圖8c示出當(dāng)磁性材料放置在充電區(qū)域的頂部時(shí)，磁導(dǎo)內(nèi)包含有磁力線(xiàn)； 圖8d示出位于初級(jí)裝置頂部的次級(jí)裝置； 圖8e示出沒(méi)有任何次級(jí)裝置的初級(jí)裝置的橫截面；
圖8f示出頂部具有次級(jí)裝置的初級(jí)裝置的橫截面，并顯示使用具有高于磁導(dǎo)導(dǎo) 磁率的次級(jí)裝置的磁芯的效果； 圖9a示出具有用箭頭的方向表示的凈瞬間電流的特定線(xiàn)圈布置；
圖9b示出除被旋轉(zhuǎn)90度之外與圖9a類(lèi)似的線(xiàn)圈布置； 圖9c示出當(dāng)圖9a的線(xiàn)圈放置于圖9b的頂部上時(shí)初級(jí)裝置的充電區(qū)域。如果圖 9a中的線(xiàn)圈與圖9b中的線(xiàn)圈相隔四分之一周期進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則此圖示出了旋轉(zhuǎn)磁偶極子的 作用； 圖10示出次級(jí)裝置具有繞軸旋轉(zhuǎn)度的情況；
圖11示出具有繞軸旋轉(zhuǎn)度的次級(jí)裝置的不同布置； 圖12a和圖12b示出圖9a和圖9b示出的線(xiàn)圈布置類(lèi)型的另一實(shí)施例；以及
圖13示出驅(qū)動(dòng)裝置電子線(xiàn)路的簡(jiǎn)單實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)Dl，其示出了現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)接觸電能轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的兩個(gè)例子，這兩個(gè)例子 都要求初級(jí)裝置和次級(jí)裝置的精確對(duì)準(zhǔn)。這一實(shí)施例通常用于電動(dòng)牙刷或移動(dòng)電話(huà)的充電 器。 圖la示出了初級(jí)磁裝置100和次級(jí)磁裝置200。在初級(jí)磁裝置側(cè)，線(xiàn)圈110纏繞 在諸如鐵氧體這樣的磁芯120上。同樣，次級(jí)側(cè)由纏繞另一磁芯220的線(xiàn)圈210構(gòu)成。在 操作中，交變電流流進(jìn)初級(jí)線(xiàn)圈110，并產(chǎn)生磁力線(xiàn)(flux，又稱(chēng)磁通量)l。當(dāng)次級(jí)磁裝置 200被如此放置而使它與初級(jí)磁裝置100軸向?qū)?zhǔn)時(shí)，磁力線(xiàn)1將從初級(jí)磁裝置耦合到次級(jí) 磁裝置中，在次級(jí)線(xiàn)圈210上感應(yīng)出電壓。 圖lb示出了一種分置式變壓器。初級(jí)磁裝置300由纏繞有線(xiàn)圈310的U形磁芯 320構(gòu)成。當(dāng)交變電流流進(jìn)初級(jí)線(xiàn)圈310時(shí)，產(chǎn)生了變化的磁力線(xiàn)1。次級(jí)磁裝置400由纏 繞有另一線(xiàn)圈410的第二 U形磁芯420構(gòu)成。當(dāng)次級(jí)磁裝置400放置在初級(jí)磁裝置300上 而使兩個(gè)U形磁芯的臂成一條直線(xiàn)時(shí)，磁力線(xiàn)將有效地耦合到次級(jí)U形磁芯420中，并在次 級(jí)線(xiàn)圈410上感應(yīng)出電壓。 圖2a是現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)系統(tǒng)的另一實(shí)施例，該系統(tǒng)通常用于向無(wú)線(xiàn)電頻率無(wú)源 標(biāo)簽供電。初級(jí)設(shè)備通常由覆蓋較大面積的線(xiàn)圈510構(gòu)成。當(dāng)多個(gè)次級(jí)裝置520處于初級(jí) 線(xiàn)圈510環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)時(shí)，這些設(shè)備中將產(chǎn)生感應(yīng)電壓。該系統(tǒng)不要求次級(jí)線(xiàn)圈520與初 級(jí)線(xiàn)圈510精確對(duì)準(zhǔn)。圖2b示出了在高于初級(jí)線(xiàn)圈平面5mm處由初級(jí)線(xiàn)圈510環(huán)繞的區(qū) 域上磁通強(qiáng)度的量值圖。它示出了一個(gè)非均勻的場(chǎng)，在初級(jí)線(xiàn)圈510的中央有一個(gè)最小值 530。 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其中使用了一個(gè)多線(xiàn)圈陣列。初級(jí)磁 裝置600由包括線(xiàn)圈611、612、和613的線(xiàn)圈陣列構(gòu)成。次級(jí)磁裝置700可以由線(xiàn)圈710構(gòu) 成。當(dāng)次級(jí)磁裝置700靠近初級(jí)磁裝置600的某些線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈611和612被激活，而其它 諸如613的線(xiàn)圈待用。被激活的線(xiàn)圈611和612產(chǎn)生磁力線(xiàn)，部分磁力線(xiàn)將耦合進(jìn)入次級(jí) 磁裝置700。 圖4示出了所提出的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖4a示出了使有效區(qū)域740內(nèi)存在凈 瞬間電流的方式進(jìn)行纏繞或印刷的初級(jí)線(xiàn)圈710。例如，如果直流電流流經(jīng)初級(jí)線(xiàn)圈710，有效區(qū)域740內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)都將具有朝相同方向流動(dòng)的電流。流經(jīng)初級(jí)線(xiàn)圈710的電流產(chǎn)生磁 力線(xiàn)l。磁性材料層730存在于充電區(qū)域的下面以向磁力線(xiàn)提供返回路徑。圖4b示出了帶 有兩個(gè)次級(jí)裝置800的圖4a中所示的同樣的初級(jí)磁裝置。當(dāng)次級(jí)裝置800朝向正確的方 位放置于初級(jí)磁裝置的充電區(qū)域740之上時(shí)，磁力線(xiàn)1將流經(jīng)次級(jí)裝置800的磁芯，而不流 經(jīng)空氣。因此，流經(jīng)次級(jí)磁芯的磁力線(xiàn)l將在次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出電流。
圖4c示出了由初級(jí)磁裝置的充電區(qū)域740內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)711產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁通密度 的一些等勢(shì)線(xiàn)。導(dǎo)線(xiàn)下面存在磁性材料層730，用以向磁力線(xiàn)提供低磁阻返回路徑。
圖4d示出了初級(jí)磁裝置的充電區(qū)域740的橫截面。示出了磁路的一條可能的路 徑。磁性材料730為電路提供了一條低磁阻路徑，并且次級(jí)磁設(shè)備800的磁芯820也提供 了一條低磁阻路徑。這大大減小了磁力線(xiàn)必須通過(guò)空氣所行進(jìn)的距離，因而將泄漏降至最 小。 圖5示出了所提出的發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。在這個(gè)實(shí)施例中，初級(jí) 裝置由電源760 、控制裝置770 、傳感裝置780和電磁裝置700構(gòu)成。電源760把電源電壓 (或其它電源)轉(zhuǎn)換成適于該系統(tǒng)的電壓的直流電?？刂蒲b置770對(duì)驅(qū)動(dòng)磁裝置700的驅(qū) 動(dòng)裝置790進(jìn)行控制。在這一實(shí)施例中，磁裝置由兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件線(xiàn)圈1和線(xiàn)圈2構(gòu) 成。線(xiàn)圈1和線(xiàn)圈2這樣布置，使得線(xiàn)圈1的充電區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)線(xiàn)垂直于線(xiàn)圈2的充電區(qū)域內(nèi) 的導(dǎo)線(xiàn)。當(dāng)初級(jí)裝置被激活時(shí)，控制裝置使流經(jīng)線(xiàn)圈1和線(xiàn)圈2的交變電流之間產(chǎn)生90度 的相位移。這在初級(jí)磁裝置700的表面上產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁偶極子，使得次級(jí)裝置不論旋轉(zhuǎn) 方向如何都能夠接收電能(參見(jiàn)圖9)。在沒(méi)有次級(jí)裝置存在的待命模式下，初級(jí)裝置被失 諧，以及流進(jìn)磁裝置700的電流被降至最小。當(dāng)次級(jí)裝置放置于初級(jí)裝置的充電區(qū)域的頂 部時(shí)，初級(jí)磁裝置700的電感發(fā)生變化。這使得初級(jí)電路發(fā)生諧振，并且電流變?yōu)樽畲?。?dāng) 在初級(jí)裝置上存在有兩個(gè)次級(jí)裝置時(shí)，電感被改變到另一級(jí)別，并且初級(jí)電路被再次失諧。 此時(shí)，控制裝置770使用來(lái)自傳感裝置780的反饋把另一電容器接入電路，使得電路再次被 調(diào)諧，并且電流變?yōu)樽畲?。在這一實(shí)施例中，次級(jí)裝置具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，最多有六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸 的設(shè)備可同時(shí)接收初級(jí)裝置的電能。由于次級(jí)裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，由于鄰近次級(jí)裝置的變化 引起的電感的變化被量化到多個(gè)預(yù)定的級(jí)別，使得僅僅需要最多六個(gè)電容就可使系統(tǒng)保持 諧振運(yùn)行。 圖6a至圖61示出了初級(jí)磁裝置的線(xiàn)圈部件的多個(gè)不同的實(shí)施例。這些實(shí)施例可 以?xún)H僅作為初級(jí)磁裝置的線(xiàn)圈部件實(shí)施，在這種情況下，次級(jí)裝置的旋轉(zhuǎn)對(duì)于電能轉(zhuǎn)移至 關(guān)重要。這些實(shí)施例也可以以組合方式實(shí)施，不排除這里未示出的實(shí)施例。例如，圖6a中 示出的兩個(gè)線(xiàn)圈可以互相成90度放置，以形成單個(gè)的磁裝置。在圖6a至圖6e中，充電區(qū) 域740由一系列具有凈電流通常朝相同方向流動(dòng)的導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成。在某些結(jié)構(gòu)中，例如圖6c，當(dāng) 次級(jí)裝置直接放置在線(xiàn)圈的中央時(shí)沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的耦合，因此沒(méi)有電能轉(zhuǎn)移。在圖6d中，當(dāng) 次級(jí)裝置位于兩個(gè)充電區(qū)域740之間的間隙內(nèi)時(shí)，也沒(méi)有實(shí)質(zhì)的耦合。圖6f示出了初級(jí)裝 置的一個(gè)特殊的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，該線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)適于在充電區(qū)域740內(nèi)產(chǎn)生基本平行于初級(jí)裝置表 面的電磁場(chǎng)線(xiàn)。位于充電區(qū)域740兩邊的兩個(gè)初級(jí)繞組710圍繞由磁性材料制成的通常為 矩形的磁導(dǎo)750的相對(duì)的臂形成，初級(jí)繞組710產(chǎn)生反向的電磁場(chǎng)。磁導(dǎo)750包含電磁場(chǎng)， 并沿圖中所示的箭頭的方向在充電區(qū)域740產(chǎn)生磁偶極子。當(dāng)次級(jí)裝置沿預(yù)定方位放置于 充電區(qū)域740時(shí)，產(chǎn)生一條低磁阻路徑，以及磁力線(xiàn)流經(jīng)該次級(jí)裝置，從而產(chǎn)生有效的耦合和電能轉(zhuǎn)移。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，磁導(dǎo)750不必是連續(xù)的，實(shí)際上可以形成為兩個(gè)反向的非連接的 馬蹄鐵部件。 圖6g示出了初級(jí)裝置的另一可能的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，該線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)適于在充電區(qū)域740內(nèi) 產(chǎn)生基本平行于初級(jí)裝置的充電表面的電磁場(chǎng)線(xiàn)。初級(jí)繞組710纏繞在可能是鐵氧體或某 種其它合適的材料的磁芯750上。充電區(qū)域740包括一系列具有通常朝相同方向流動(dòng)的凈 電流的導(dǎo)線(xiàn)。圖6g的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)實(shí)際上在附圖中所示的上面和下面都能夠支持或確定充電 區(qū)域740，并且，根據(jù)初級(jí)裝置的設(shè)計(jì)，充電區(qū)域的一個(gè)或兩個(gè)可以為次級(jí)裝置使用。
圖6h示出了圖6g的結(jié)構(gòu)的變體。與如圖6g中的初級(jí)繞組710均勻地間隔開(kāi)不 同，繞組710沒(méi)有均勻地間隔?？梢赃x定或設(shè)計(jì)本圖所示的間隔和變化，以提高充電區(qū)域 740上的性能均衡或場(chǎng)強(qiáng)級(jí)別均衡。 圖6i示出了這樣一個(gè)實(shí)施例，其中圖6g中所示的兩個(gè)初級(jí)繞組710處于相互正 交的結(jié)構(gòu)，使得場(chǎng)線(xiàn)的方向能夠動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換或圍繞充電表面的平面旋轉(zhuǎn)到其它方位。
圖6j和6k示出了初級(jí)裝置的額外的雙線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不是具有基本平行的導(dǎo) 線(xiàn)的簡(jiǎn)單幾何形狀。 在圖6j中，線(xiàn)條710表示置于充電表面600的平面內(nèi)的一組傳送電流的導(dǎo)線(xiàn)之 一。主導(dǎo)線(xiàn)710為任意形狀，不必是規(guī)則的幾個(gè)圖形，實(shí)際上，導(dǎo)線(xiàn)(conductor,又稱(chēng)導(dǎo) 體)710可能具有直線(xiàn)部分和彎曲部分，并且自身也可能相交叉。 一個(gè)或多個(gè)附屬導(dǎo)線(xiàn)719 布置在主導(dǎo)線(xiàn)710旁邊，且通常與其平行(在任何特定的局部點(diǎn))，為清楚起見(jiàn)僅在此示出 兩個(gè)附屬導(dǎo)線(xiàn)719。附屬導(dǎo)線(xiàn)719中的電流與主導(dǎo)線(xiàn)710中的電流具有相同的方向。附屬 導(dǎo)線(xiàn)719可以串聯(lián)或并聯(lián)以形成單一的線(xiàn)圈布置。 在圖6k中，一組傳送電流的導(dǎo)線(xiàn)720(為清楚起見(jiàn)僅在此示出其中的兩個(gè))布置 于充電表面600的平面內(nèi)。主導(dǎo)線(xiàn)710的設(shè)置與如圖6j —樣，每一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)720被如此布置 以與主導(dǎo)線(xiàn)710局部正交。導(dǎo)線(xiàn)720可以串聯(lián)或并聯(lián)以形成單一的線(xiàn)圈布置。如果第一 正弦電流傳送進(jìn)導(dǎo)線(xiàn)710，以及相對(duì)于第一電流有90度相位移的第二正弦電流傳送進(jìn)線(xiàn)圈 720，那么，通過(guò)改變這兩個(gè)電流的相對(duì)比例和符號(hào)，將會(huì)看到充電區(qū)域740上的大多數(shù)點(diǎn) 處產(chǎn)生的電磁場(chǎng)矢量的方向?qū)⑿D(zhuǎn)360度。 圖61示出了另一可選的布置，在該布置中，磁芯750為中央有一通孔的圓盤(pán)形狀。 第一組傳送電流的導(dǎo)線(xiàn)710以螺線(xiàn)形形狀布置在圓盤(pán)表面。第二組導(dǎo)線(xiàn)720以螺旋管形式 通過(guò)盤(pán)的中央并向周邊成徑向纏繞。這些導(dǎo)線(xiàn)可以以這樣一種方式驅(qū)動(dòng)，例如利用正交的 正弦電流，這樣當(dāng)次級(jí)裝置放置在充電區(qū)域740的任一點(diǎn)以及圍繞垂直于充電區(qū)域的一個(gè) 軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，次級(jí)裝置將不會(huì)檢測(cè)到零電壓。 圖7a和圖7b是所提出的次級(jí)裝置的實(shí)施例。繞組810纏繞在磁芯820上。這兩 種次級(jí)裝置可以結(jié)合成單個(gè)的次級(jí)裝置，例如成直角，使得次級(jí)裝置能夠在所有的旋轉(zhuǎn)中 有效地與初級(jí)裝置耦合。這些次級(jí)裝置也可以與如圖2a中所示的線(xiàn)圈520這樣的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn) 圈結(jié)合，用以消除盲區(qū)。 圖8示出了位于充電區(qū)域頂部的磁導(dǎo)750的作用。為清楚起見(jiàn)，對(duì)該材料的厚度 進(jìn)行了放大，但實(shí)際上它是處于毫米厚度量級(jí)的。磁導(dǎo)750將使泄漏變得最小，并通過(guò)減小 耦合到次級(jí)裝置的磁力線(xiàn)的數(shù)量來(lái)包含磁力線(xiàn)。在圖8a中，示出了沒(méi)有磁導(dǎo)750的初級(jí)磁 裝置。場(chǎng)將散布到充電區(qū)域正上方的空氣中。如圖8b至圖8f中所示，由于磁導(dǎo)750，磁力線(xiàn)被包含在材料的平面內(nèi)，泄漏被最小化。在圖8e中，當(dāng)在頂部沒(méi)有次級(jí)裝置800時(shí)，磁力 線(xiàn)保持在磁導(dǎo)體750內(nèi)。在圖8f中，當(dāng)存在一個(gè)帶有導(dǎo)磁率較高材料的磁芯的次級(jí)裝置 800時(shí)，部分磁力線(xiàn)將流經(jīng)次級(jí)裝置?？梢赃@樣選取磁導(dǎo)750的磁導(dǎo)率，使其磁導(dǎo)率高于諸 如鋼這樣的典型金屬。當(dāng)諸如鋼這樣的其它材料放置于頂部時(shí)，它不是次級(jí)裝置的一部分， 大部分磁力線(xiàn)將保持在磁導(dǎo)750內(nèi)，而不是穿過(guò)該物體。磁導(dǎo)750可以不是連續(xù)的磁性材 料層，但可以在它們之間有小的空氣間隙，以促使更多的磁力線(xiàn)流進(jìn)次級(jí)裝置800(如果次 級(jí)裝置800存在的話(huà))。 圖9示出了使用不止一個(gè)線(xiàn)圈的初級(jí)裝置的實(shí)施例。圖9a示出了線(xiàn)圈710以及 充電區(qū)域740，電流以平行于箭頭2的方向流動(dòng)。圖9b示出了一個(gè)與圖9a中的線(xiàn)圈成90 度布置的類(lèi)似的線(xiàn)圈。當(dāng)這兩個(gè)線(xiàn)圈放置于彼此頂部以使充電區(qū)域740重疊時(shí)，充電區(qū)域 將如圖9c中所示。這種實(shí)施方式將允許次級(jí)裝置在初級(jí)裝置的頂部任意旋轉(zhuǎn)且有效耦合。
圖10示出了這樣一個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，次級(jí)裝置具有繞軸旋轉(zhuǎn)度，其中， 該次級(jí)裝置是一個(gè)電池組電池，或內(nèi)部嵌有電池組電池。在這一實(shí)施例中，次級(jí)裝置可以如 此構(gòu)造，以使它在相對(duì)于初級(jí)裝置(910)進(jìn)行任何軸向旋轉(zhuǎn)(rA)時(shí)與主磁力線(xiàn)耦合，以及 具有上述相同的自由度(亦即，在(X，Y)平面平移和垂直于初級(jí)裝置平面任意繞(rZ)進(jìn)行 旋轉(zhuǎn))。 圖11a示出了這樣一種布置，在該布置中，充電電池組電池930被可選的圓筒形磁 力線(xiàn)聚集裝置931包裹，而后者纏繞有銅線(xiàn)932。該圓筒形裝置相對(duì)于電池的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可 短。 圖11b示出了另一布置，在該布置中，磁力線(xiàn)聚集裝置931僅僅覆蓋電池930的一
部分，且纏繞有銅線(xiàn)932(但不是電池纏繞有銅線(xiàn))。該裝置和銅線(xiàn)可能與電池的表面一致。
它們的面積相對(duì)于電池的周邊可大可小，其長(zhǎng)度相對(duì)于電池的長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短。 圖11c示出了另一布置，在該布置中，磁力線(xiàn)聚集裝置931嵌入電池930內(nèi)，且纏
繞有銅線(xiàn)932。該裝置可以基本上是扁平的、圓柱形的、桿狀的、或任何其它形狀，它的寬度
相對(duì)于電池的直徑可大可小，它的長(zhǎng)度相對(duì)于電池的長(zhǎng)度可大可小。 在圖IO和圖11中示出的任意情況下，這些磁力線(xiàn)聚集裝置還可以是電池組外殼 的一個(gè)功能部分(例如，外部鋅電極)，或電池組本身的一個(gè)功能部分(例如，內(nèi)部電極)。
在圖10和圖11中示出的任意情況下，電能可以存儲(chǔ)在安裝在較大的標(biāo)準(zhǔn)電池外 殼(例如AA)內(nèi)的較小的標(biāo)準(zhǔn)電池(例如AAA號(hào))內(nèi)。 圖12示出了類(lèi)似于圖9中示出的初級(jí)裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖12a示出了一個(gè)產(chǎn) 生水平于頁(yè)面方向的場(chǎng)的線(xiàn)圈。圖12b示出另一產(chǎn)生垂直于頁(yè)面的場(chǎng)的線(xiàn)圈，這兩個(gè)線(xiàn)圈 以基本共面的方式設(shè)置，可能一個(gè)在另一個(gè)之上，或甚至以某種方式互相纏繞。與每一線(xiàn)圈 相連的電線(xiàn)用940示出，以及，充電區(qū)域由箭頭941表示。 圖13示出了驅(qū)動(dòng)裝置(圖5的790)的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施例。在這一實(shí)施例中沒(méi)有控 制裝置。PIC處理器960產(chǎn)生兩個(gè)23. 8kHz的、相位成90度的方波。這些方波被部件961 放大，并被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入兩個(gè)線(xiàn)圈部件962，該線(xiàn)圈部件與圖12a和圖12b中示出的磁裝置相同。 雖然驅(qū)動(dòng)裝置用來(lái)提供方波，但磁裝置的高諧振"Q"把方波變換成正弦波形。
本發(fā)明的優(yōu)選特征適用于本發(fā)明的所有方面，且可以用于任何可能的組合。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種不需要直接電導(dǎo)接觸就可傳輸電能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括基本上平的電能傳輸面；初級(jí)單元，具有設(shè)置在所述電能傳輸面處或之下的場(chǎng)生成裝置，用于產(chǎn)生分布在所述面的預(yù)定的電能傳輸區(qū)域上的電磁場(chǎng)；以及兩個(gè)或多個(gè)要被供電能的物體，彼此物理或電分離，所述物體的每一個(gè)均可與所述初級(jí)單元分離并攜帶有次級(jí)裝置，所述次級(jí)裝置適于在有關(guān)的所述物體設(shè)置在所述電能傳輸面上使得所述物體穿過(guò)所述面放置時(shí)從所述初級(jí)單元感應(yīng)地接收電能，每個(gè)次級(jí)裝置均包括線(xiàn)圈，所述線(xiàn)圈與所述初級(jí)單元生成的所述電磁場(chǎng)耦合、并被設(shè)置為所述線(xiàn)圈的中心軸在所述物體穿過(guò)所述電能傳輸面放置時(shí)基本上不垂直于所述電能傳輸面；其中，所述場(chǎng)生成裝置生成的所述場(chǎng)被設(shè)置為在有關(guān)的所述物體放置在所述電能傳輸區(qū)域內(nèi)任意位置時(shí)，每個(gè)所述物體的所述次級(jí)裝置都能夠從所述初級(jí)單元感應(yīng)接收電能；以及所述電能傳輸區(qū)域尺寸足夠大，使得可以在所述電能傳輸區(qū)域內(nèi)的不同的各自位置設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)物體，以使其各自的次級(jí)裝置能夠同時(shí)從所述初級(jí)單元接收電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，兩個(gè)或更多個(gè)次級(jí)裝置具有相同的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述物體包括至少一個(gè)電池或電池單元，有關(guān)物體中的所述次級(jí)裝置為扁平適配器形式，所述扁平適配器裝配在所述電池或電池單元之上，具有能夠插在所述電池或電池單元的端子和所述物體的端子之間的薄電極。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述物體的所述次級(jí)裝置被裝載入可充電電池或電池單元，或被可充電電池或電池單元裝載，或被裝配進(jìn)或適于被裝配進(jìn)有關(guān)的物體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述電池或電池單元被裝配進(jìn)所述物體且所述物體被穿過(guò)所述電能傳輸面放置時(shí)，所述電池或電池單元可被再充電，而不用將所述電池或電池單元從所述物體去除。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中，所述可再充電電池或電池單元是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電池或電池單元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其中，所述可再充電電池或電池單元的尺寸和/或形狀可為特定應(yīng)用而專(zhuān)用或定制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7所述的系統(tǒng)，其中，所述可再充電電池或電池單元還包括能量?jī)?chǔ)存裝置和電能轉(zhuǎn)換裝置，所述電能轉(zhuǎn)換裝置用于將所述次級(jí)裝置感應(yīng)接收的電能轉(zhuǎn)換成適于通過(guò)其外部電連接傳輸?shù)剿鲭姵鼗螂姵貑卧耐獠康男问?，或轉(zhuǎn)換成適于對(duì)所述能量?jī)?chǔ)存裝置進(jìn)行再充電的形式，或轉(zhuǎn)換成上述兩種形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的從屬于權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，所述可再充電電池或電池單元具有充電控制裝置，所述充電控制裝置適于在所述次級(jí)裝置感應(yīng)地接收電能時(shí)，對(duì)供給至外部電連接以及供給至能量存儲(chǔ)裝置的感應(yīng)接收的電能進(jìn)行計(jì)量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述可再充電電池或電池單元還包括磁通量聚集裝置，所述至少一個(gè)導(dǎo)體纏繞所述磁通量聚集裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的系統(tǒng)，其中，所述磁通量聚集裝置至少部分地圍繞所述電池或電池單元的中部進(jìn)行纏繞。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述物體是便攜的。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述物體是便攜式的電設(shè)備或電子設(shè)備。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述物體是移動(dòng)通信設(shè)備。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，攜帶一個(gè)所述次級(jí)裝置的一個(gè)這樣的物體的電能需求不同于攜帶另一個(gè)所述次級(jí)裝置的另一個(gè)這樣的物體的電能需求。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述初級(jí)單元是至少一個(gè)所述物體的外殼的部分。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述初級(jí)單元被整合到具有用于提供所述電能傳輸面的表面的家具的部件中。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，在所述物體穿過(guò)所述電能傳輸面設(shè)置時(shí)，所述中心軸基本上平行于所述電能傳輸面。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)所述次級(jí)裝置包括用于將磁通量聚集在其中的芯，所述芯被設(shè)置為使得在所述物體穿過(guò)所述電能傳輸面設(shè)置時(shí)，其縱軸基本上不垂直于所述電能傳輸面。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，在所述物體穿過(guò)所述電能傳輸面設(shè)置時(shí)，所述縱軸基本上平行于所述電能傳輸面。
21. —種初級(jí)單元，用于將電能傳輸至兩個(gè)或更多個(gè)物體而不需要在所述初級(jí)單元和每個(gè)物體之間的直接電導(dǎo)接觸，所述兩個(gè)或多個(gè)物體彼此物理或電分離，所述物體的每一個(gè)均與所述初級(jí)單元分離并攜帶有次級(jí)裝置，所述次級(jí)裝置適于從所述初級(jí)單元感應(yīng)地接收電能且包括線(xiàn)圈，所述初級(jí)單元包括基本上平的電能傳輸面；場(chǎng)生成裝置，設(shè)置在所述電能傳輸面處或之下，用于產(chǎn)生分布在所述面的預(yù)定的電能傳輸區(qū)域上的電磁場(chǎng)；其中，所述場(chǎng)生成裝置生成的所述場(chǎng)被設(shè)置為在有關(guān)的所述物體放置在所述電能傳輸面上的所述電能傳輸區(qū)域內(nèi)任意位置使得有關(guān)的物體穿過(guò)所述面設(shè)置，時(shí)，每個(gè)所述物體的所述次級(jí)裝置都能夠從所述初級(jí)單元感應(yīng)接收電能，所述物體的次級(jí)裝置的所述線(xiàn)圈的中心軸基本上不垂直于所述電能傳輸面；以及所述電能傳輸區(qū)域尺寸足夠大，使得能夠在所述電能傳輸區(qū)域內(nèi)的不同的各自位置設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)物體，以使其各自的次級(jí)裝置能夠同時(shí)從所述初級(jí)單元接收電能。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，在二維空間中，從所述電能傳輸區(qū)域的一側(cè)到另一側(cè)，在所述次級(jí)裝置不能被放置以接收電能的所述電能傳輸區(qū)域中沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的不連續(xù)。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，在任何給定時(shí)刻，所述場(chǎng)的場(chǎng)線(xiàn)在所述電能傳輸區(qū)域之上基本上彼此平行。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述場(chǎng)的場(chǎng)線(xiàn)至少在所述電能傳輸區(qū)域的中央部分之上基本平行于所述電能傳輸面。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)次級(jí)裝置在所述初級(jí)單元處的存在。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)存在于所述初級(jí)單元處的次級(jí)裝置的數(shù)量。
27. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)磁性材料在所述初級(jí)單元處的存在，所述磁性材料不是所述系統(tǒng)的一個(gè)所述次級(jí)裝置的一部分。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括連接至所述或每個(gè)所述檢測(cè)裝置的控制裝置，用于根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制提供給所述場(chǎng)生成裝置的電流。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括可視的指示裝置，用于指示次級(jí)裝置在所述初級(jí)單元處的存在。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元包括可視的指示裝置，用于指示所述初級(jí)單元處存在的次級(jí)裝置的數(shù)量。
31. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述場(chǎng)生成裝置包括諧振電路，所述初級(jí)單元還包括控制裝置，用于當(dāng)存在于所述初級(jí)單元處的所述次級(jí)裝置的數(shù)量改變時(shí)保持所述諧振電路的運(yùn)行處于或接近諧振。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述控制裝置用于改變所述諧振電路的工作頻率，以當(dāng)存在于所述初級(jí)單元的所述次級(jí)裝置的數(shù)量改變時(shí)保持所述運(yùn)行處于或接近諧振。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述控制裝置用于改變所述諧振電路的電容，以當(dāng)存在于所述初級(jí)單元的次級(jí)裝置的數(shù)量改變時(shí)保持所述運(yùn)行處于或接近諧振。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述次級(jí)裝置被設(shè)計(jì)為使得將每個(gè)附加的次級(jí)裝置設(shè)置在所述初級(jí)單元處，以從其中接收電能，將所述諧振電路的電感改變?yōu)槎鄠€(gè)預(yù)定電感值中的不同的一個(gè)，而所述控制裝置用于將所述諧振電路的電容改變?yōu)槎鄠€(gè)預(yù)定的電容值中的一個(gè)，以在所述電感具有所述多個(gè)預(yù)定電感值中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)值時(shí)保持所述運(yùn)行處于或接近諧振。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述控制裝置具有一組電容元件，所述電容元件能夠選擇性地切換入或切換出所述諧振電路，以改變其所述電容。
36. 根據(jù)權(quán)利要求31至35中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述諧振電路被配置為使得當(dāng)沒(méi)有這樣的次級(jí)裝置存在于所述初級(jí)單元時(shí)所述諧振電路自動(dòng)失諧。
37. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，在基本上與所述電能傳輸面垂直的方向上測(cè)量的所述場(chǎng)生成裝置的高度小于所述電能傳輸表面上的所述電能傳輸區(qū)域的寬度或長(zhǎng)度。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述高度不大于所述電能傳輸區(qū)域的長(zhǎng)度的一半或?qū)挾鹊囊话搿?br> 39. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述高度不大于所述電能傳輸區(qū)域的長(zhǎng)度的1/5或?qū)挾鹊?/5。
40. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元是扁平平臺(tái)的形式，所述扁平平臺(tái)具有提供所述電能傳輸面的主面。
41. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述場(chǎng)生成裝置不突出到所述電能傳輸面之外。
42. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述初級(jí)單元還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)給所述場(chǎng)生成裝置，使得在所述電能傳輸區(qū)域中或上的至少一個(gè)位置處，所述場(chǎng)具有當(dāng)分解至所述電能傳輸區(qū)域時(shí)在方向上隨時(shí)間改變的場(chǎng)線(xiàn)。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)給所述場(chǎng)生成裝置以使所述場(chǎng)線(xiàn)方向隨時(shí)間在兩個(gè)或更多個(gè)不同的預(yù)定方向之間轉(zhuǎn)換。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)給所述場(chǎng)生成裝置以使所述場(chǎng)線(xiàn)方向隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)一定角度。
45. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于提供電驅(qū)動(dòng)信號(hào)給所述場(chǎng)生成裝置以使所所述場(chǎng)線(xiàn)方向隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期。
46. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述電能傳輸區(qū)域足夠大，以包含在超過(guò)一個(gè)位置和/或方位中的所述次級(jí)裝置的足跡區(qū)域，所述次級(jí)裝置可被放置在所述超過(guò)一個(gè)的位置和/或方位中，所述足跡區(qū)域是當(dāng)所述次級(jí)裝置設(shè)置在所述電能傳輸面時(shí)，平行于被所述線(xiàn)圈和/或被所述次級(jí)裝置的芯占據(jù)的所述電能傳輸面的區(qū)域。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)或初級(jí)單元，其中，所述電能傳輸區(qū)域足夠大，以包含在任意所述方位中的至少一個(gè)所述次級(jí)裝置的所述足跡區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于轉(zhuǎn)移電能而不需要直接電導(dǎo)接觸的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提供了一種具有電源和基本上是薄片狀的充電表面的初級(jí)裝置。該充電表面具有至少一個(gè)在電流流經(jīng)時(shí)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的導(dǎo)線(xiàn)，并具有限定在該充電表面范圍內(nèi)的充電區(qū)域。至少一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)這樣進(jìn)行布置，使得由該至少一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)線(xiàn)與充電表面的平面基本平行或與充電區(qū)域內(nèi)的充電表面至少成45°角或更??；本發(fā)明還提供了至少一種次級(jí)裝置。該次級(jí)裝置包括至少一個(gè)可以圍繞磁芯纏繞的導(dǎo)線(xiàn)。由于電磁場(chǎng)散布在充電區(qū)域且通常于充電區(qū)域保持平行或近似平行，與諸如移動(dòng)電話(huà)等的扁平次級(jí)裝置的耦合從不同的方向大大得到改善。
文檔編號(hào)H01F27/28GK101699708SQ20091016618
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月13日
發(fā)明者皮爾格林·賈爾斯·威廉·貝亞爾, 詹姆士·韋斯特伍德·海, 鄭嘉麗 申請(qǐng)人:捷通國(guó)際有限公司