用于操縱用于智能無線電力傳輸?shù)拇艌龅姆椒?br>【技術領域】
[0001] 本公開總體上涉及用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法。具體來說，本公開涉及借助 于諧振感應耦合發(fā)送器和接收器的無線電力傳輸。
【背景技術】
[0002] 諧振感應耦合是被調諧成按同一頻率諧振的兩個線圈之間的電能的近場無線傳 輸。諧振傳遞通過使初級側線圈環(huán)具有產(chǎn)生振蕩磁場的振蕩電流來工作。接近初級側線圈 的次級側線圈可以從該振蕩磁場拾取能量。如果該初級側和次級側線圈按公共頻率諧振， 則顯著的電力可以按合理的效率在線圈直徑幾倍的范圍上從初級側線圈傳送至次級側線 圈。
[0003] -種已知諧振感應耦合方法需要發(fā)送器與接收器之間的諧振頻率匹配和取向匹 配兩者，以產(chǎn)生顯著電力傳輸。該已知方法匹配頻率，但因為該系統(tǒng)具有恒定的發(fā)送器/接 收器相對方位和取向，所以其不需要致力于取向匹配。
[0004] 對于移動接收器的情況來說，該移動接收器相對于電力發(fā)送器的取向可以改變。 然而，該移動接收器，而且同義地，該接收器所并入的目標對象必須對準磁場線以有效接收 無線電力。固定發(fā)送器生成相同磁場的事實限制了目標對象的空間自由度。該目標對象可 以相對于電力發(fā)送器將方位和取向改變至某種程度，但代價是電力傳輸效率。
[0005] 在無線電力工業(yè)中，一種策略是將發(fā)送器放置在和該裝置所位于的典型桌子同一 平面上。每一個裝置都具有與通過發(fā)送器所生成的磁場對準的內部接收線圈。這考慮到有 效充電。然而，一旦消費者拿起該裝置使用它，無線電力鏈接中斷并且裝置停止充電。換句 話說，這種電源的可用性有限。
[0006] 另外，任何無線技術，無論其是數(shù)據(jù)傳輸還是電力傳輸，都需要干擾考慮。無線電 力傳輸?shù)囊阎椒ㄡ槍﹄妱訖C中的三個接收器（例如，繞組）中的每一個使用不同頻率 (例如，44、62以及77kHz)。使用不同頻率，以使磁場的頻率和取向分化兩者都可以被用于 最小化電動機中的三相中的每一相之間的串擾，或干擾。這種方法的不利方面在于，其占用 了可以導致與其它周圍無線系統(tǒng)之間的干擾的頻帶。
[0007] 相間串擾問題除了取向分化以外還可以通過使用更寬的頻率分化來解決，以生成 "雙濾器"。這是一種有效的方法，但不利方面在于，所發(fā)送電力占用較寬頻帶，其可以導致 與其它周圍無線系統(tǒng)之間的干擾。另一種看法是，每一個這種系統(tǒng)都占用較寬帶寬，使得很 少的系統(tǒng)可以在指定空間容積中操作。
[0008] 希望一種用于在電力發(fā)送器與接收器的諧振感應耦合期間增加目標對象的空間 自由度并減小相間串擾的改進方法。

【發(fā)明內容】

[0009] 在此公開的主旨致力于提供用于在其中希望磁場的方位和取向隨著時間改變的 應用中，減輕與無線電力傳輸相關聯(lián)的約束的系統(tǒng)和方法，例如，因為被供電的接收器的方 位和取向隨著時間改變，或者因為具有不同方位和取向的不同接收器按不同時間供電。在 此公開的系統(tǒng)和方法通常還可應用于無線電力傳輸工業(yè)。根據(jù)下面詳細公開的一些實施方 式，該系統(tǒng)在限定空間中采用多個無線電力發(fā)送器，每一個發(fā)送器都由彼此正交取向的各 個線圈構成。利用在這些各個線圈之間并且在它們形成的發(fā)送器之間的場干擾，可以主動 控制該限定空間中的任何指定點處的無線電力場強度和取向。這允許方法操縱電力發(fā)送按 特定角朝向特定目標。
[0010] 在此公開的系統(tǒng)和方法出于增加目標對象（如三相電動機）的空間自由度并減小 相間串擾的目的而提供了取向匹配。在此過程中，通常因為取向已經(jīng)成為無線電力傳輸工 業(yè)方面的挑戰(zhàn)，所以其提供了一種用于改進無線電力傳輸?shù)目尚蟹椒ā?br>[0011] 下面詳細公開的主旨的一個方面是，提供一種用于向電氣裝置無線傳輸電力的方 法，該方法包括以下步驟：設置具有至少兩個發(fā)送器線圈的發(fā)送器，所述至少兩個發(fā)送器線 圈相對于彼此按固定方位和取向布置；相對于包含具有第一接收器線圈的第一電氣裝置的 空間來定位所述發(fā)送器；以及向所述發(fā)送器的相應發(fā)送器線圈提供相應電流，所述發(fā)送器 線圈在第一時間產(chǎn)生第一合成（resultant)磁場，所述第一合成磁場具有沿所述第一電氣 裝置的所述第一接收器線圈的軸線定位的磁場線。該方法還可以包括以下步驟：確定所述 第一電氣裝置的所述第一接收器線圈的軸線相對于所述發(fā)送器的參照系的取向；以及，至 少部分地基于所述第一電氣裝置的所述第一接收器線圈的所述軸線的所述取向而計算關 于所述相應電流的幅度。
[0012] 在此公開的主旨的另一方面是，提供一種用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 具有軸線的接收器線圈；具有相互正交的軸線的第一發(fā)送器線圈組件、第二發(fā)送器線圈組 件以及第三發(fā)送器線圈組件；計算機系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)被編程為：計算要提供給所述第 一發(fā)送器線圈組件、所述第二發(fā)送器線圈組件以及所述第三發(fā)送器線圈組件的相應電流的 相應幅度，以生成具有沿所述接收器線圈的所述軸線定位的磁場線的合成磁場；以及用于 分別向所述第一發(fā)送器線圈組件、所述第二發(fā)送器線圈組件以及所述第三發(fā)送器線圈組件 提供具有所述相應幅度的所述相應電流的裝置。
[0013] 另一方面是，提供一種用于向電氣裝置無線傳輸電力的方法，該方法包括以下步 驟：設置具有至少兩個發(fā)送器線圈的第一發(fā)送器，該至少兩個發(fā)送器線圈相對于彼此按固 定方位和取向設置；設置具有至少兩個發(fā)送器線圈的第二發(fā)送器，該至少兩個發(fā)送器線圈 相對于彼此按固定方位和取向設置；將所述第一和第二發(fā)送器定位在包含具有接收器線圈 的第一電氣裝置的空間的不同側；以及向所述第一和第二發(fā)送器的相應發(fā)送器線圈提供相 應電流，該發(fā)送器線圈產(chǎn)生合成磁場，該合成磁場具有沿所述電氣裝置的所述接收器線圈 的軸線定位的磁場線。對于該空間包含具有與所述第一電氣裝置的位置不同的位置的第 二電氣裝置的情況來說，所生成的合成磁場可以在所述第二電氣裝置的位置處具有零磁通 量。
[0014] 下面公開的主旨的又一方面是，提供一種用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括： 具有軸線的接收器線圈；萬向節(jié)布置結構；具有軸線并且安裝至所述萬向節(jié)布置結構的發(fā) 送器線圈；第一致動器，該第一致動器耦接至所述萬向節(jié)布置結構，以改變所述發(fā)送器線圈 的軸線的方位角；第二致動器，該第二致動器耦接至所述萬向節(jié)布置結構，以改變所述發(fā)送 器線圈的軸線的仰角；計算機系統(tǒng)（包括一個計算機或處理器或者包括分離計算機或處理 器），該計算機系統(tǒng)被編程為控制所述第一和第二致動器，以生成具有沿所述接收器線圈 的軸線定位的磁場線的合成磁場，并且被編程為計算要提供給所述發(fā)送器線圈的電流的幅 度；以及，用于向所述發(fā)送器線圈提供具有所述幅度的所述電流的裝置。
[0015] 下面公開了用于無線電力傳輸?shù)南到y(tǒng)以及它們的操作方法的其它方面。
【附圖說明】
[0016] 圖1是示出設置在同一平面中的四個接收器和一個發(fā)送器的平面圖的圖，其中一 些接收器相對于發(fā)送器按不同角取向。
[0017] 圖2是示出根據(jù)已知技術的用于向消費者電子裝置提供無線充電而定位并取向 的發(fā)送器的正視圖的圖。
[0018] 圖3是表示根據(jù)一些實施方式的電力發(fā)送器的一些組件的框圖。
[0019] 圖4A是示出二維空間中的雙線圈發(fā)送器和接收器的平面圖的圖。圖4A中的插圖 提供了通過發(fā)送器生成并且耦合至接收器中的線圈或繞組的干擾磁場的放大圖。
[0020] 圖4B是示出當接收器如圖4A所示取向時，對準接收器線圈軸線的合成磁場的平 面圖的圖。（圖4B和圖4A中的插圖相同）。
[0021] 圖4C是示出旋轉了 90°以便對準已經(jīng)旋轉90°的接收器的線圈軸線的合成磁場 的平面圖的圖。
[0022] 圖5是示出根據(jù)在美國專利申請No. 14/199,272中公開的實施方式的、用于無線 控制并供電三相電動機的系統(tǒng)的一些組件的圖。
[0023] 圖6是示出根據(jù)一個實施方式的、電力發(fā)送器的三個相互正交線圈的等角視圖的 圖。
[0024] 圖7是表示其中通過三個相互正交發(fā)送器線圈生成磁場線的限定空間的等角視 圖的圖，所述三個相互正交發(fā)送器線圈具有處于該限定空間中間的目標接收器線圈。圖7 是圖4B的三維模擬。
[0025] 圖8是表示其中通過兩組相互正交發(fā)送器線圈生成磁場線的限定空間的等角視 圖的圖，所述兩組相互正交發(fā)送器線圈按該限定空間內的磁場通過相長干擾來加強的方式 放置并操作。
[0026] 圖9是表示圖8所描繪的磁場線的X-Y平面圖的圖。
[0027] 圖10是表示在將兩個發(fā)送器的Z軸線圈斷開、X軸線圈接通，而Y軸線圈以相對 于X軸線圈的180°相移接通時所生成的磁場線的X-Y平面圖的圖。圖10是圖4C的三維 模擬。
[0028] 圖11是表示其中通過兩組相互正交發(fā)送器線圈生成磁場線的限定空間的等角視 圖的圖，所述兩組相互正交發(fā)送器線圈按該磁場在該限定空間內具有其中磁通量因相消干 擾而為零的區(qū)域的方式放置并操作。
[0029] 圖12是示出其中定位有兩個發(fā)送器和兩個接收器的限定空間