本申請(qǐng)大體涉及無(wú)線功率輸送。特別地，本申請(qǐng)涉及用于全向無(wú)線功率輸送的負(fù)載位置檢測(cè)和功率控制的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

由tesla在一個(gè)世紀(jì)以前倡導(dǎo)的無(wú)線功率可以被分類(lèi)為輻射式和非輻射式。對(duì)于非輻射式應(yīng)用，低功率和中等/高功率無(wú)線功率應(yīng)用中的大多數(shù)使其功率流由線圈諧振器引導(dǎo)。在諸如傳感器和rfid設(shè)備之類(lèi)的許多低功率應(yīng)用中，更換電池已經(jīng)是工業(yè)界中的維護(hù)問(wèn)題。經(jīng)良好設(shè)計(jì)的全向無(wú)線充電系統(tǒng)因而是用于同時(shí)為多個(gè)設(shè)備充電的高度吸引人且經(jīng)濟(jì)的選項(xiàng)。

目前為止，非輻射式無(wú)線功率系統(tǒng)中的大部分具有一個(gè)方向（即1維功率流）或相同平面上的兩個(gè)方向（即2維功率流）上的功率流。然而，由wang等人發(fā)表的三份最新報(bào)道（參見(jiàn)d.wang,y.zhu,z.zhu,t.t.mo和q.huang，“enablingmulti-anglewirelesspowertransmissionviamagneticresonantcoupling”，internationalconferenceoncomputingandconvergencetechnology(iccct)2012，pp:1395-1400；以下“wang”），jonah等人（參見(jiàn)o.jonah,s.v.georgakopoulos和m.m.tentzeris，“orientationinsensitivepowertransferbymagneticresonanceformobiledevices”，ieeewirelesspowertransfer，佩魯賈，意大利，2013年5月15-16日，pp:5-8；以下“jonah”）和kathleeno’brien（博士論文：“inductivelycoupledradiofrequencypowertransmissionsystemforwirelesssystemsanddevices”，德累斯頓工業(yè)大學(xué)，2005年12月5日；以下“o’brien”）探索了全向無(wú)線功率的可能性。o’brien描述了包括三個(gè)正交線圈的傳送器系統(tǒng)和同樣包括三個(gè)正交線圈的接收器系統(tǒng)。然而，在諸如用于移動(dòng)電話和射頻身份（rfid）標(biāo)簽的接收器線圈之類(lèi)的現(xiàn)代應(yīng)用中，移動(dòng)設(shè)備的形狀因子要求接收器線圈是平面線圈。因此，具有三個(gè)正交線圈的接收器系統(tǒng)不是合適的。wang利用正交線圈來(lái)減少當(dāng)接收器線圈垂直于傳送器線圈之一時(shí)的小互感的影響，其中兩個(gè)分離的正交線圈由具有相同ac電流的單個(gè)功率源驅(qū)動(dòng)，也就是說(shuō)，兩個(gè)分離的線圈串聯(lián)連接。這是為何接收器線圈可以在兩個(gè)正交傳送器線圈之間的45°角度處拾取最大功率的原因，其中如果兩個(gè)正交線圈電流相等，則來(lái)自這兩個(gè)正交線圈的兩個(gè)同軸磁場(chǎng)矢量的矢量和最大。wang還建議基于3個(gè)分離的正交線圈而延伸到3-d結(jié)構(gòu)，所述3個(gè)分離的正交線圈串聯(lián)連接并且由相同電流饋送。事實(shí)上，wang將末端開(kāi)口的線圈視為天線，并且使用寄生線圈電感和電容以形成等效lc電路。然而，考慮被視為天線的線圈，基于阻抗匹配或最大功率輸送定理的這樣的設(shè)計(jì)方案將具有以下限制：

1）用于實(shí)現(xiàn)諧振電路的導(dǎo)線長(zhǎng)度與諧振頻率處的波長(zhǎng)相當(dāng)。傳送器和接收器線圈二者是諧振頻率處的波長(zhǎng)的四分之一。該方案因而是尺寸相關(guān)的并且在傳送器和接收器線圈的相對(duì)大小方面是受限的。

2）由于末端開(kāi)口的線圈中的通常低的寄生電容，諧振頻率和因而操作頻率通常是高的。高頻ac功率源通常比低頻ac功率源更加昂貴。

jonah公開(kāi)了將具有3個(gè)正交末端開(kāi)口線圈的3-線圈接收器結(jié)構(gòu)放置在同樣具有末端開(kāi)口的線圈的類(lèi)似但更大的3-線圈傳送器結(jié)構(gòu)內(nèi)部。3個(gè)正交傳送器線圈串聯(lián)連接并且利用相同的ac電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)論證，可以實(shí)現(xiàn)去往3-線圈接收器單元的無(wú)線功率輸送而不管傳送器結(jié)構(gòu)內(nèi)部的接收器單元的取向如何。然而，只有如果接收器具有3個(gè)正交線圈，該取向不敏感的特征才是可能的。對(duì)于rfid標(biāo)簽應(yīng)用，更可能的是具有作為接收器線圈的rfid標(biāo)簽中的單個(gè)平面線圈。因此由jonah提出的方案不適合于單線圈接收器。

另外，wang和jonah二者采用基于最大功率輸送（mpt）方法的阻抗匹配，其導(dǎo)致系統(tǒng)能量效率將不超過(guò)50%。正交線圈中的相同電流（即相等電流控制）的使用還不生成以3維（3-d）方式指向在所有方向上的磁場(chǎng)矢量——這是針對(duì)真實(shí)的全向無(wú)線功率輸送的本質(zhì)特征。

w.m.ng和本發(fā)明的發(fā)明人之前已經(jīng)提出非相等電流控制方法，其可以生成2維和3維空間中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以用于全向無(wú)線充電系統(tǒng)；參見(jiàn)題為“wirelessenergytransfersystems”并且在2013年8月26日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/975,409，其通過(guò)引用以其整體并入本文（以下“wmng1“）。

wmng1提供了一種使用三個(gè)正交閉環(huán)線圈的用于全向無(wú)線功率系統(tǒng)的非相等電流控制方法。圖1示出3維（3d）全向傳送器的典型繞組結(jié)構(gòu)，其包括x、y和z平面中的3個(gè)正交線圈。在實(shí)踐中，每一個(gè)線圈連接到串聯(lián)電容器以形成線圈諧振器。每一個(gè)諧振器由ac功率源驅(qū)動(dòng)。對(duì)于真正的全向無(wú)線功率輸送，必要的是使正交線圈電流與彼此不相等。3個(gè)線圈電流i1、i2、i3一般可以被分別表示為：

其中ω是電流的角頻率，t是時(shí)間變量，imx是線圈x（對(duì)于x=1,2,3）的電流振幅；α和β是兩個(gè)角位移。為了實(shí)現(xiàn)全向無(wú)線功率傳輸，可以通過(guò)（i）電流幅度調(diào)制，（ii）相位角控制或（iii）由wmng1描述的頻率調(diào)制來(lái)生成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量。

例如，幅度調(diào)制方案利用以下示例來(lái)說(shuō)明。令：

，，，并且，其中ω2是不同于ω的另一角頻率。等式（1）-（3）變成：

。

基于該幅度調(diào)制方案，磁場(chǎng)矢量的軌跡將形成如圖2中所示的3維球體，其為真實(shí)的全向無(wú)線功率系統(tǒng)的確認(rèn)。根據(jù)由wmng1提出的方法，基于2-正交線圈傳送器系統(tǒng)的2維原型已經(jīng)在圖3中由w.m.ng等人成功地論證（參見(jiàn)w.m.ng，c.zhang，d.lin和s.y.r.hui，“two-andthree-dimensionalomni-directionalwirelesspowertransfer”，ieeetransactionsonpowerelectronicsletters，印刷中，以下“wmng2”）。wmng2已經(jīng)示出在相等電流方法之下，能量輸送效率在一些角度中接近于零，如圖4中所示，這暗示2個(gè)正交線圈中的相等電流控制將不在2維平面中生成真實(shí)的全向無(wú)線功率。但是由wmng1和wmng2提出的非相等電流控制可以生成360°內(nèi)的相當(dāng)均勻分布的能量效率，如圖5中所示，這確認(rèn)該2維原型中的無(wú)線功率輸送系統(tǒng)的真實(shí)的全向性質(zhì)。

然而，由發(fā)明人（即w.m.ng等人）獲得的圖4和圖5的結(jié)果讓我們考慮到新的問(wèn)題。通過(guò)比較圖4和圖5中的結(jié)果，其示出如果以特殊方式控制磁通量方向，則實(shí)現(xiàn)如圖4中所示的某些角度位置處的73%的高能量效率是可能的。如果我們令磁場(chǎng)矢量指向在圖2中所示的球形表面之上的所有方向，則所有角度之上的平均能量效率是高的，但是最大能量效率僅為大約60%，如圖5中所示，其小于如圖4中所示的73%。

對(duì)描述中的任何現(xiàn)有技術(shù)的引用不是并且不應(yīng)當(dāng)被視為該現(xiàn)有技術(shù)形成公知常識(shí)的部分或者該現(xiàn)有技術(shù)可以被合理地預(yù)計(jì)為被本領(lǐng)域技術(shù)人員探明、理解和視為相關(guān)的承認(rèn)或任何形式的暗示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，存在開(kāi)發(fā)新的全向無(wú)線功率輸送技術(shù)的需要，其可以（i）生成2維或3維空間中的所有方向上的磁場(chǎng)，（ii）檢測(cè)負(fù)載的位置，并且（iii）朝向負(fù)載聚焦磁通量以用于高能量效率條件之下的無(wú)線能量輸送。本申請(qǐng)涉及用于檢測(cè)接收器/負(fù)載的位置并且向負(fù)載提供定向無(wú)線功率輸送以最大化能量輸送的能量效率的方法和系統(tǒng)。

在一些方面中，本申請(qǐng)涉及一種用于全向無(wú)線功率輸送的控制方法，其包括針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將用于無(wú)線功率輸送傳送器的電壓幅度調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度，以及捕獲流過(guò)傳送器的每一個(gè)線圈的電流幅度以形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；其中n個(gè)點(diǎn)優(yōu)選地是從單位空間的表面采樣的均勻分布的點(diǎn)，單位空間的形狀是由傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀，并且每一個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度成比例。對(duì)于共享相同中心的三個(gè)正交傳送器線圈，單位空間的這樣的表面正常是球面。該方法還包括針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，獲取所形成的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考坐標(biāo)之間的失真距離，并且參考坐標(biāo)是在無(wú)負(fù)載條件之下形成的對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)。該方法還包括在與每一個(gè)點(diǎn)的失真距離成比例的時(shí)間段內(nèi)向傳送器應(yīng)用對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度。

在一些實(shí)施例中，每一個(gè)參考電壓矢量包括多個(gè)電壓，其中電壓的數(shù)目等于傳送器的線圈數(shù)目。參考電壓矢量中的多個(gè)電壓中的每一個(gè)可以應(yīng)用于傳送器的對(duì)應(yīng)線圈。對(duì)于n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)，對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)包括在將對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量應(yīng)用于傳送器時(shí)流過(guò)傳送器的線圈的電流幅度。

在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括濾掉具有小于預(yù)定閾值的失真距離的點(diǎn)。

在一些實(shí)施例中，傳送器的線圈可以生成至少兩個(gè)線性獨(dú)立的磁場(chǎng)矢量。

在一些方面中，本申請(qǐng)涉及一種用于全向無(wú)線功率輸送的控制方法，其中從單位空間的表面采樣n個(gè)分布點(diǎn)，單位空間的形狀是由無(wú)線功率輸送傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀，每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電流矢量的幅度成比例。該方法包括：（a）針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將用于傳送器的電流幅度調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電流矢量的幅度，并且捕獲傳送器的每一個(gè)線圈中的電壓幅度以形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；（b）針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，獲取所形成的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考坐標(biāo)之間的失真距離，參考坐標(biāo)是在無(wú)負(fù)載條件之下形成的對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；以及（c）在與每一個(gè)點(diǎn)的失真距離成比例的時(shí)間段內(nèi)向傳送器應(yīng)用對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電流矢量的幅度。

在一些實(shí)施例中，每一個(gè)參考電流矢量包括多個(gè)電流，其中電流的數(shù)目等于傳送器的線圈數(shù)目。參考電流矢量中的多個(gè)電流中的每一個(gè)可以應(yīng)用于傳送器的對(duì)應(yīng)線圈。

在一些實(shí)施例中，該方法還可以包括濾掉具有小于預(yù)定閾值的失真距離的點(diǎn)。

在一些實(shí)施例中，傳送器的線圈生成至少兩個(gè)線性獨(dú)立的磁場(chǎng)矢量。

在一些方面中，本申請(qǐng)涉及一種用于全向無(wú)線功率輸送的控制系統(tǒng)，其中從單位空間的表面采樣n個(gè)分布點(diǎn)，單位空間的形狀是由無(wú)線功率輸送傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀，每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度成比例。該系統(tǒng)包括：用于針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將用于傳送器的電壓幅度調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度，并且捕獲流過(guò)傳送器的每一個(gè)線圈的電流幅度以形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)的部件；用于針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，獲取所形成的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考磁坐標(biāo)之間的失真距離的部件，參考坐標(biāo)是在無(wú)負(fù)載條件之下形成的對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；以及用于在與每一個(gè)點(diǎn)的失真距離成比例的時(shí)間段內(nèi)向傳送器應(yīng)用對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度的部件。

在一些實(shí)施例中，傳送器的線圈生成至少兩個(gè)線性獨(dú)立的磁場(chǎng)矢量。

在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還可以包括用于濾掉具有小于預(yù)定閾值的失真距離的點(diǎn)的部件。

在一些方面中，本申請(qǐng)涉及一種具有存儲(chǔ)在其上的軟件指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述軟件指令在被執(zhí)行時(shí)使得系統(tǒng)：（a）針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)將用于無(wú)線功率輸送傳送器的電壓幅度調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度，并且捕獲流過(guò)傳送器的每一個(gè)線圈的電流幅度以形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；（b）針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，獲取所形成的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考坐標(biāo)之間的失真距離，參考坐標(biāo)是在無(wú)負(fù)載條件之下形成的對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)；以及（c）在與每一個(gè)點(diǎn)的失真距離成比例的時(shí)間段內(nèi)向傳送器應(yīng)用對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度。n個(gè)點(diǎn)是從單位空間的表面采樣的均勻分布的點(diǎn)，單位空間的形狀是由傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀，每一個(gè)采樣點(diǎn)的坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度成比例。

要理解到，本文所描述的各種實(shí)施例的特征不相互排斥，并且可以以各種組合和排列而存在。貫穿該說(shuō)明書(shū)對(duì)“一個(gè)示例”、“示例”、“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的引用意味著結(jié)合該示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本技術(shù)的至少一個(gè)示例中。因此，短語(yǔ)“在一個(gè)示例中”、“在示例中”、“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”在貫穿該說(shuō)明書(shū)的各處的出現(xiàn)不一定全部是指相同的示例。另外，特定特征、結(jié)構(gòu)、例程、步驟或特性可以以任何合適的方式組合在本技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)示例中。本文提供的標(biāo)題僅僅為了方便起見(jiàn)并且不意圖限制或解釋所要求保護(hù)的技術(shù)的范圍或含義。

如本文所使用的，除了其中上下文另有要求的情況，術(shù)語(yǔ)“包括”和該術(shù)語(yǔ)的變體，諸如“包括著”、“包括有”和“被包括”，不意圖排除另外的特征、組件或步驟。

在附圖和以下的描述中闡述本公開(kāi)的各種實(shí)施例的細(xì)節(jié)。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的前述和其它目的、方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參考結(jié)合附圖考慮的以下描述而變得更加明顯和更好理解，其中：

圖1是用于具有三個(gè)正交閉環(huán)線圈的無(wú)線功率傳送器的傳送器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖；

圖2是在非相等電流控制之下從3d全向無(wú)線功率傳送器的視點(diǎn)[1,1,1]的磁場(chǎng)矢量的軌跡的實(shí)施例的示意圖；

圖3是示出由放置在2d全向無(wú)線功率傳送器周?chē)娜齻€(gè)接收器諧振器供電的3個(gè)led負(fù)載的照片，所述2d全向無(wú)線功率傳送器利用相同振幅但是具有90度的相位角差的2個(gè)線圈電流來(lái)激勵(lì)；

圖4示出在相等電流控制之下的所測(cè)量的和理論的能量效率；

圖5示出在非相等電流控制之下的所測(cè)量的和理論的能量效率；

圖6是具有同相電流的三個(gè)線圈的中心處的磁場(chǎng)矢量的軌跡的示意圖；

圖7示出當(dāng)流過(guò)三個(gè)線圈的電流具有不同相位角時(shí)的旋轉(zhuǎn)矢量軌跡的示例；

圖8是三個(gè)正交閉環(huán)線圈的中心處的磁場(chǎng)矢量的軌跡的示意圖；

圖9是球體的采樣的示意圖；

圖10是具有單個(gè)負(fù)載的三個(gè)線圈的中心處的最大磁場(chǎng)矢量的包絡(luò)的失真；

圖11是具有多個(gè)負(fù)載的三個(gè)線圈的中心處的最大磁場(chǎng)矢量的包絡(luò)的失真；

圖12是針對(duì)使用離散幅度調(diào)制方法的具有三個(gè)正交線圈的無(wú)線功率系統(tǒng)的時(shí)間幀圖；

圖13示出用于全向無(wú)線功率輸送的電壓控制和電流控制實(shí)現(xiàn)方式的框圖；

圖14示出用于全向無(wú)線功率輸送的精確負(fù)載檢測(cè)和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方式的框圖；

圖15示出驅(qū)動(dòng)傳送器線圈的功率逆變器的dc鏈路電壓控制的實(shí)施例的示意圖；

圖16示出驅(qū)動(dòng)傳送器線圈的功率逆變器的相移控制的實(shí)施例的示意圖；

圖17示出驅(qū)動(dòng)傳送器線圈的功率逆變器的電流控制的實(shí)施例的示意圖；

圖18示出傳送器線圈的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖；

圖19示出傳送器線圈的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意圖；

圖20示出傳送器線圈的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意圖；以及

圖21示出傳送器線圈的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意圖。

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下闡述的詳細(xì)描述變得更加明顯，其中相同的參考字符自始至終標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的元件。在附圖中，相同的參考數(shù)字一般指示相同、功能上類(lèi)似和/或結(jié)構(gòu)上類(lèi)似的元件。而且，附圖未必按照比例，而是代之以一般將重點(diǎn)放在說(shuō)明本發(fā)明的原理上。

具體實(shí)施方式

以下，將與附圖組合地詳細(xì)解釋本發(fā)明。為了描述的方便，借助于針對(duì)3d空間（即x、y和z平面）的3維無(wú)線功率輸送系統(tǒng)來(lái)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，相同的概念可以應(yīng)用于2維的系統(tǒng)（用于x和y平面）。盡管借助于3個(gè)正交環(huán)形傳送器線圈來(lái)解釋本發(fā)明的原理，但是應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明可以應(yīng)用于其它多邊形形狀的傳送器線圈，諸如方形、矩形和六邊形。此外，雖然理想情形是使3個(gè)傳送器線圈垂直于彼此，但是本發(fā)明中描述的原理可以應(yīng)用于可能由于特定商用產(chǎn)品的形狀因子限制的要求而從理想正交結(jié)構(gòu)略微偏離的傳送器線圈。

基于之前由wmng1和wmng2報(bào)道的在非相等電流控制之下“全向”無(wú)線功率輸送，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)負(fù)載的存在（即功率吸收）將使由正交傳送器線圈生成的磁場(chǎng)的球體形狀變形。磁場(chǎng)表面的幾何形狀可以通過(guò)如本文稍后解釋的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)監(jiān)視。這樣的磁場(chǎng)形狀監(jiān)視可以周期性地進(jìn)行以便檢測(cè)是否存在負(fù)載數(shù)目和負(fù)載位置方面的狀態(tài)的任何改變。

在討論本申請(qǐng)的方法之前，解釋如何描述磁場(chǎng)表面和監(jiān)視表面形狀是必要的。

當(dāng)檢查環(huán)形線圈傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)時(shí)，共面中心處的磁場(chǎng)方向?qū)⒖偸蔷€圈平面的法向。這可以通過(guò)應(yīng)用在線圈回路之上積分的biot-savart定律來(lái)證明如下：

(7)；

其中dl是承載電流i的導(dǎo)體的無(wú)窮小的長(zhǎng)度；?r是從導(dǎo)體段dl到所調(diào)查的點(diǎn)的位移矢量的單位矢量；μ0標(biāo)示真空的可滲透性，并且其值典型地為4π×10^-7tm/a。左側(cè)上的項(xiàng)db指示由dl貢獻(xiàn)的部分磁場(chǎng)。

在環(huán)形線圈之上對(duì)等式（7）的db進(jìn)行積分將給出共面中心處的磁場(chǎng)，如下：

(8)；

(9)；

其中是沿長(zhǎng)度l的單位矢量。在等式（9）中示出中心處的磁場(chǎng)具有與環(huán)形回路l和半徑矢量r二者垂直的方向和與流過(guò)環(huán)形線圈的電流i成比例的標(biāo)量振幅值μoi/(2r)。因此，具有k·i的振幅的在平面線圈的中心處開(kāi)始的矢量可以用于表示線圈中心處的磁場(chǎng)，其中k是等于μoi/(2r)的常量。

考慮多個(gè)相等環(huán)形線圈具有相同中心位置但是不同角度取向（例如正交）的情形，中心處的磁場(chǎng)可以根據(jù)疊加原理進(jìn)行簡(jiǎn)單相加。由于等式（9）中的bo的旋度為零，因此加起來(lái)的磁場(chǎng)也應(yīng)當(dāng)具有為零的旋度，這使得多線圈系統(tǒng)具有與單個(gè)線圈類(lèi)似的中心磁場(chǎng)圖案，其中新的單個(gè)線圈具有在中心處疊加的矢量的法向矢量。

關(guān)于如圖1中所示的三線圈系統(tǒng)，三個(gè)相等環(huán)形線圈具有相同的中心位置，并且它們垂直于彼此，這使得它們之中的每一對(duì)的互感為零。由于每一個(gè)線圈所致的單個(gè)磁場(chǎng)也獨(dú)立于彼此并且也垂直于彼此。中心處的并發(fā)磁場(chǎng)矢量可以以以下形式表示。

(10)

其中t表示時(shí)間；ix(t)是流過(guò)與x軸垂直的線圈的電流，iy(t)和iz(t)分別是流過(guò)其余兩個(gè)線圈的電流；和分別是x軸、y軸和z軸上的單位矢量。并且三個(gè)線圈中的電流流動(dòng)具有在以下等式中的形式：

(11)

其中和是ac電流振幅，ωx，ωy和ωz是角頻率并且θx，θy和θz是電流的角度相移。

由于磁矢量點(diǎn)可以在兩個(gè)方向上（沿相同線）振蕩，因此中心磁場(chǎng)矢量bomax（即從3維空間的原點(diǎn)（0,0,0）指向磁場(chǎng)表面的磁場(chǎng)矢量）用于在本申請(qǐng)中表示磁場(chǎng)圖案以描述磁場(chǎng)的形狀，也就是說(shuō)：

(12)

并且bomax的最大振幅涉及三個(gè)線圈中的電流振幅，如下：

(13)。

圖6示出具有這樣的電流的三線圈系統(tǒng)的中心處的磁場(chǎng)矢量的示例性軌跡，所述電流具有相同頻率和相移。但是電流的振幅分別為和?？梢钥吹?，該操作條件之下的磁矢量在兩個(gè)方向上沿筆直線移動(dòng)。這是“定向”無(wú)線功率控制的典型情況。圖6中的矢量移動(dòng)的線的兩個(gè)相反方向可以被視為“主導(dǎo)磁場(chǎng)矢量方向”。

對(duì)于由wmng1提出的非相等電流控制方法，三個(gè)線圈中的電流ix(t)，iy(t)和iz(t)沒(méi)有一致地同相（但是仍舊適用相同頻率）。例如，如果將三線圈系統(tǒng)用作無(wú)線能量輸送傳送器并且利用具有相同頻率和相位的精確相同的電壓源驅(qū)動(dòng)三個(gè)線圈，其中將多個(gè)接收器負(fù)載應(yīng)用于系統(tǒng)，則三個(gè)線圈中的電流立即異相。但是當(dāng)三個(gè)電流同相時(shí)，磁場(chǎng)矢量軌跡在線上，bomax被視為“主導(dǎo)磁場(chǎng)振蕩方向”。當(dāng)它們異相時(shí)，軌跡變成橢圓或圓形。找到針對(duì)圓形軌跡的“主導(dǎo)”方向（其為不存在負(fù)載時(shí)的特殊情況）不是直截了當(dāng)?shù)?。但是?duì)于橢圓軌跡，主軸（即橫向直徑）的方向可以被視為旋轉(zhuǎn)磁通量的“主導(dǎo)”方向。圖7示出當(dāng)流過(guò)三個(gè)線圈的電流具有不同的相位角時(shí)的旋轉(zhuǎn)矢量軌跡的示例。在圖7中流過(guò)三個(gè)線圈的電流通過(guò)等式（14）表示：

(14)。

wmng2提出一種用于全向無(wú)線功率輸送的控制方法，其通過(guò)迫使磁場(chǎng)矢量以兩個(gè)頻率在兩個(gè)自由度上旋轉(zhuǎn)使得軌跡將覆蓋整個(gè)球體，如圖8中所示。所使用的電流如下：

(15)。

球形表面可以通過(guò)n個(gè)均勻分布的點(diǎn)來(lái)描述。在原則上，其它形式的分布點(diǎn)可以是適用的。但是均勻分布的點(diǎn)是優(yōu)選的，因?yàn)榇嬖谌菀椎厣伤鼈兊臉?biāo)準(zhǔn)技術(shù)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，球形表面可以基于由semechko提出的方法均勻地采樣（參見(jiàn)a.semechko，“uniformsamplingofasphere”http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/37004-uniform-sampling-of-a-sphere，2013年5月），并且n個(gè)采樣點(diǎn)用于表示球體的表面。圖9示出表面的采樣點(diǎn)，其中在球體之上對(duì)數(shù)百個(gè)點(diǎn)進(jìn)行采樣。采樣點(diǎn)的數(shù)目（n）取決于實(shí)時(shí)控制中所使用的處理器的計(jì)算能力和分辨率要求。為了確保磁場(chǎng)矢量將均勻地覆蓋整個(gè)球體，朝向這n個(gè)點(diǎn)聚焦（或發(fā)射）磁通量是良好的解決方案。

如果在一個(gè)小時(shí)間段內(nèi)周期性地激勵(lì)三個(gè)正交線圈使得磁場(chǎng)矢量指向每一個(gè)點(diǎn)，則所有點(diǎn)均勻且重復(fù)地接收相同的磁通量。磁場(chǎng)矢量將被視為均勻地“發(fā)射”到所有方向。該方案以下在本申請(qǐng)中將稱為“球形磁通量控制”。用于該球形表面模型的全向無(wú)線功率輸送可以利用以下的組合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)：（i）之前由wmng1和wmng2報(bào)道的非相等電流控制和（ii）球形磁通量控制的該方案。這樣的“磁場(chǎng)的球形形狀”在吸收功率的一個(gè)或多個(gè)負(fù)載處于全向傳送器附近時(shí)將變形。

在以下示例中，使用電壓幅度控制，因?yàn)闃?gòu)建電壓可控的ac功率源更加容易。在該示例中，所有電壓源同相?；谟蓅emechko提出的方法從單位球體均勻地采樣n個(gè)點(diǎn)，其中n是正整數(shù)。令n=200，并且n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)用于三個(gè)電壓幅度，如下：

(16)

其中kv是可調(diào)電壓系數(shù)；px(n)，py(n)和pz(n)分別是單位球體的表面上的n個(gè)點(diǎn)的第n個(gè)點(diǎn)的x、y和z平面中的坐標(biāo)，其中n是正整數(shù)；vx(t)，vy(t)和vz(t)構(gòu)成對(duì)應(yīng)于第n個(gè)點(diǎn)的參考電壓矢量，其中vx(t)，vy(t)和vz(t)還可以稱為參考電壓矢量的幅度；并且第n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值與參考電壓矢量的幅度成比例。對(duì)于n個(gè)點(diǎn)，可以獲取n個(gè)參考電壓矢量。每一個(gè)參考電壓矢量包括多個(gè)電壓，并且電壓的數(shù)目等于傳送器的線圈數(shù)目。參考電壓矢量中的多個(gè)電壓中的每一個(gè)將應(yīng)用于傳送器的對(duì)應(yīng)線圈；例如，vx(t)應(yīng)用于線圈x，vy(t)應(yīng)用于線圈y，并且vz(t)應(yīng)用于線圈z。當(dāng)每一個(gè)參考電壓矢量應(yīng)用于傳送器時(shí)，磁場(chǎng)形狀的失真可以通過(guò)比較針對(duì)每一個(gè)點(diǎn)在無(wú)負(fù)載條件和負(fù)載條件之下流過(guò)傳送器的線圈的電流改變來(lái)檢測(cè)。應(yīng)當(dāng)理解到，可以從任何單位空間的表面均勻地采樣n個(gè)點(diǎn)，只要單位空間的形狀與由傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀相同即可。

當(dāng)存在一個(gè)或多個(gè)負(fù)載（或接收器）時(shí)三個(gè)線圈中的電流可以通過(guò)kvl（kirchhoff電壓定律）的以下等式（17）來(lái)求解。假定系統(tǒng)中存在n個(gè)負(fù)載，l1,l2…..ln,：

(17)；

其中rm是線圈m（包括連接到線圈的任何電阻性負(fù)載）的等效串聯(lián)電阻；xm是線圈m的等效串聯(lián)電抗并且等于，其中km是線圈m電感，并且cm是等效電容，包括寄生電容以及線圈m上的外部連接的電容器。下標(biāo)m=x,y,z,l1,l2,……至ln，其中x，y和z是指三個(gè)傳送器線圈并且l1至ln是指負(fù)載線圈。mg?h代表線圈g和h之間的互感，因此mg?h等于等式（17）中的mh?g?！?i>j”指示用于虛部的運(yùn)算符。注意，在等式（17）中存在六項(xiàng)，即線圈x，y和z之中的互感。這是因?yàn)槿齻€(gè)線圈垂直于彼此而同時(shí)共享相同的中心位置。

當(dāng)在圖1中所示的三線圈結(jié)構(gòu)傳送器附近不存在負(fù)載（或接收器），并且如在等式（16）中描述的那樣控制電壓時(shí)，三個(gè)線圈中的電流與電壓成比例。因此當(dāng)繪制中心處的最大磁場(chǎng)矢量（bomax）時(shí)，針對(duì)n個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)矢量的表面將形成如圖9中所示的對(duì)稱球形形狀。

現(xiàn)在考慮包括平面電感器、串聯(lián)連接的電容器和串聯(lián)電阻性負(fù)載的接收器，該電路的諧振頻率精確地匹配傳送器的驅(qū)動(dòng)頻率。因此接收器可以在其被放置在靠近傳送器時(shí)容易地從傳送器接收一些功率。使用等式（17），找出三個(gè)傳送器線圈中的電流是容易的。在實(shí)踐中，電流還可以利用電流傳感器來(lái)測(cè)量。由于輸送至負(fù)載的一些功率，電流圖案不同于當(dāng)不存在負(fù)載時(shí)的電流圖案，并且因此中心處的最大磁場(chǎng)矢量（bomax）圖案在有負(fù)載的條件下失真。

表1示出用于具有單個(gè)負(fù)載的全向無(wú)線功率輸送系統(tǒng)的參數(shù)的示例：

如果負(fù)載的接收器線圈被放置在具有3d坐標(biāo)（0.173,0.173,0.173）的位置中并且面向傳送器的原點(diǎn)，則圖1的所得傳送線圈電流可以從等式（17）獲取或者在實(shí)踐中利用電流傳感器來(lái)測(cè)量并且用于重構(gòu)如圖10中所示的磁場(chǎng)表面。可以看到，磁場(chǎng)表面的形狀從原始球形形狀（在沒(méi)有負(fù)載的條件下）變形到卵形或鐵餅形狀。在該示例中，接收器線圈面向傳送器的中心，并且變形方向如同負(fù)載的磁場(chǎng)正在“壓扁”磁場(chǎng)表面，因?yàn)樽冃蝸?lái)自負(fù)載的方向。另一重要觀察在于，盡管僅存在放置于靠近傳送器的一個(gè)負(fù)載，但是磁場(chǎng)表面在中心處是對(duì)稱的。

在將多個(gè)接收器放置在靠近三線圈傳送器時(shí)，磁場(chǎng)表面將根據(jù)疊加原理而失真。例如，如果將兩個(gè)負(fù)載放置在坐標(biāo)（0.173,0.173,0.173）和（0.173,0.173,-0.173）處，所得傳送器線圈電流可以從等式（17）獲取或者在實(shí)踐中利用電流傳感器來(lái)測(cè)量并且用于繪制如圖11中所示的磁場(chǎng)表面。可以看到，表面從原始球形形狀失真，如果其從負(fù)載方向的兩側(cè)被壓扁。

如以上所討論的，負(fù)載的位置可以通過(guò)磁場(chǎng)表面的失真來(lái)反映。換言之，負(fù)載位置檢測(cè)可以通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)表面的失真來(lái)執(zhí)行。

在實(shí)施例中，本申請(qǐng)涉及一種用于全向無(wú)線功率輸送的控制方法，其牽涉基于磁場(chǎng)形狀的負(fù)載檢測(cè)和將功率流朝向檢測(cè)到的（多個(gè)）負(fù)載聚焦的功率控制，以便最大化無(wú)線功率輸送的能量效率。具體地，如結(jié)合等式（16）所討論的，從單位空間的表面采樣n個(gè)均勻分布的點(diǎn)，單位空間的形狀是由無(wú)線功率輸送傳送器的線圈生成的磁場(chǎng)的形狀，并且每一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度成比例。該方法包括在無(wú)負(fù)載條件之下獲取對(duì)應(yīng)于每一個(gè)點(diǎn)的參考磁坐標(biāo)（步驟1）；周期性地獲取對(duì)應(yīng)于每一個(gè)點(diǎn)的新的磁坐標(biāo)（步驟2）；通過(guò)比較所述新的磁坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于每一個(gè)點(diǎn)的參考磁坐標(biāo)來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)表面的失真（步驟3）；以及使得傳送器的磁矢量以與其失真距離成比例的時(shí)間指向n個(gè)點(diǎn)。

在步驟1處，所有方向上的磁場(chǎng)可以基于由在先專(zhuān)利申請(qǐng)（us13/975,409）公開(kāi)的用于全向無(wú)線功率輸送的非相等電流控制方法而在2維或3維空間中生成。如以上所討論的，當(dāng)不存在圖1中所示的三線圈結(jié)構(gòu)傳送器附近的負(fù)載（接收器），并且如等式（16）中所描述的那樣控制電壓時(shí)，三個(gè)線圈中的電流與電壓成比例。給定用于傳送器線圈的某個(gè)電流集合，可以構(gòu)造由n個(gè)采樣點(diǎn)表示的參考磁場(chǎng)球形表面。對(duì)于每一個(gè)點(diǎn)，針對(duì)點(diǎn)n的參考坐標(biāo)（xr_n,yr_n,zr_n）在等式（16）中被表示為<px(n),py(n),pz(n)>。要指出的是，這些坐標(biāo)的值將控制對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考矢量中的三個(gè)電壓（vx(t)，vy(t)和vz(t)）的幅度，如等式（16）中所描述的。因此，三個(gè)電壓應(yīng)當(dāng)生成傳送器線圈中的“非相等”電流，這是針對(duì)真實(shí)全向無(wú)線功率輸送的條件。

“參考”磁場(chǎng)球形表面（由n個(gè)點(diǎn)表示）可以通過(guò)在沒(méi)有傳送器線圈附近的任何負(fù)載的情況下（即無(wú)負(fù)載條件）向n個(gè)點(diǎn)順序地應(yīng)用等式（16）中所描述的參考電壓矢量來(lái)構(gòu)造。然后捕獲針對(duì)這n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)的傳送器的線圈中的對(duì)應(yīng)電流值imx，imy和imz。在實(shí)踐中，這些電流值可以是從電流傳感器獲取的縮小版本?；诘仁剑?2），這三個(gè)電流分量形成作為結(jié)果的磁場(chǎng)矢量。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)獲取的電流值imx，imy和imz形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)，其可以被視為對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的“參考坐標(biāo)”。也就是說(shuō)，對(duì)于點(diǎn)h，“參考”坐標(biāo)prh=(xr_h,yr_h,zr_h)=(imx_h,imy_h,imz_h)，其中在無(wú)負(fù)載條件之下在點(diǎn)h處捕獲三個(gè)電流。

由于參考表面（在無(wú)負(fù)載條件之下獲?。┩ㄟ^(guò)n個(gè)點(diǎn)來(lái)表示，因此對(duì)應(yīng)于n個(gè)點(diǎn)的該參考坐標(biāo)集合被表示為：

pr={pr1,pr2,…,prj,…,prn}(18)

其中第h個(gè)參考表面點(diǎn)prh通過(guò)坐標(biāo)（xr_h,yr_h,zr_h）來(lái)表示。

在步驟2處，周期性地或?qū)崟r(shí)地監(jiān)視和捕獲傳送器的線圈中的電流以重構(gòu)磁場(chǎng)表面，并且還如等式（16）中所描述的那樣控制電壓。用于傳送器的電壓幅度包括應(yīng)用于傳送器的每一個(gè)線圈的電壓幅度。例如，對(duì)于n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，在小時(shí)間段內(nèi)將用于傳送器的電壓幅度調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度，并且捕獲流過(guò)傳送器的線圈的電流幅度以形成對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的磁坐標(biāo)。

在將一個(gè)或若干負(fù)載放置在靠近傳送器線圈并且無(wú)線功率輸送發(fā)生時(shí)，作為結(jié)果的傳送器線圈電流將不同于在無(wú)負(fù)載條件之下的那些。有負(fù)載的傳送器線圈電流可以在n個(gè)點(diǎn)處捕獲以用于構(gòu)造“有負(fù)載的磁場(chǎng)表面”。在這樣的有負(fù)載的條件之下，針對(duì)這n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)的流過(guò)傳送器的線圈的電流值imx，imy和imz用于獲取針對(duì)這n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)的磁場(chǎng)矢量的最大振幅。對(duì)于點(diǎn)h，“有負(fù)載的”磁坐標(biāo)plh=(xl_h,yl_h,zl_h)=(imx_h,imy_h,imz_h)，其中在有負(fù)載的條件之下捕獲針對(duì)點(diǎn)h的傳送器線圈中的三個(gè)電流。如之前所解釋的，這樣的有負(fù)載的表面將從球形形狀失真。照此失真的表面同樣由n個(gè)點(diǎn)表示，將對(duì)應(yīng)于n個(gè)點(diǎn)的這個(gè)有負(fù)載的磁坐標(biāo)集合表示為：

pl={pl1,pl2,…,plj,….prn}(19)；

其中第h個(gè)點(diǎn)plh通過(guò)坐標(biāo)（xl_h,yl_h,zl_h）來(lái)表示。

在步驟3處，對(duì)于n個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)，獲取所形成的坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)于所述點(diǎn)的參考坐標(biāo)之間的失真距離。例如，針對(duì)第h個(gè)點(diǎn)的所形成的坐標(biāo)與參考坐標(biāo)之間的距離dh（其在本文稱為失真距離）為：

對(duì)于h=1至n(20)。

因此n個(gè)失真距離的集合可以導(dǎo)出為：

d={d1,d2,…,dn}(21)；

在步驟4處，傳送器的振幅矢量以與其失真距離成比例的時(shí)間指向n個(gè)點(diǎn)。例如，如等式（16）中描述的對(duì)應(yīng)于每一個(gè)點(diǎn)的參考電壓矢量的幅度在與針對(duì)所述點(diǎn)的失真距離成比例的時(shí)間段內(nèi)應(yīng)用于傳送器。失真距離可以被視為能量輸送的度量。通過(guò)使磁矢量在時(shí)間序列中以與其失真距離成比例的時(shí)間指向n個(gè)不同的表面點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)較高的能量效率。以上方法不需要負(fù)載中的接收器線圈的任何電學(xué)參數(shù)，其還被稱為離散幅度調(diào)制方案。該方法的實(shí)現(xiàn)方式主要牽涉如圖12中所示的3階段過(guò)程，包括（i）掃描（即步驟2），（ii）負(fù)載檢測(cè)（即步驟3）和（iii）功率遞送（即步驟4）。例如，在稱為時(shí)間幀的tframe的重復(fù)激勵(lì)時(shí)期內(nèi)，用于掃描和檢測(cè)階段的時(shí)間應(yīng)當(dāng)相對(duì)小，使得時(shí)間幀的大部分用于功率遞送。令tp為每一個(gè)時(shí)間幀內(nèi)的可用于功率遞送的總時(shí)間（tp<tframe）。tp可以細(xì)分成許多小的時(shí)間樣本tsp，即圖12中的功率遞送塊。針對(duì)每一個(gè)有負(fù)載的表面點(diǎn)的功率遞送塊（即充電時(shí)間）的數(shù)目應(yīng)當(dāng)與等式（21）中的失真距離成比例。

并且等式（21）中的失真距離可以歸一化。對(duì)于第h個(gè)失真距離（dh），其可以定義為：

其中是所有失真距離之和。因此，用于向第h個(gè)表面點(diǎn)應(yīng)用磁場(chǎng)矢量的時(shí)間可以表述為：

。

用于功率遞送的總時(shí)間為：

。

然而，在實(shí)踐中，可以忽略過(guò)?。ɡ缧∮谀硞€(gè)小閾值）的那些失真距離。因此，在一些實(shí)施例中，該方法還包括忽略具有較低水平的失真距離（例如最小的20%失真距離）的表面點(diǎn)中的一些并且主要將磁矢量指引至具有較高值的失真距離（例如最高的80%失真距離）的表面點(diǎn)。這樣的較低閾值可以根據(jù)具體應(yīng)用而設(shè)定。

以上討論的該方案享有以下有利特征：不存在知曉負(fù)載的數(shù)目和負(fù)載的電參數(shù)的需要。只要負(fù)載是兼容的，傳送器線圈就將磁通量聚焦到最多地導(dǎo)致針對(duì)球形表面的變形的表面區(qū)域。一般而言，兼容的負(fù)載應(yīng)當(dāng)包含針對(duì)無(wú)線功率傳送器系統(tǒng)的操作頻率被良好調(diào)諧的接收器線圈。負(fù)載的兼容性查核可以通過(guò)兼容的負(fù)載與傳送器控制系統(tǒng)之間的無(wú)線通信鏈路來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)。

該以上方案的實(shí)現(xiàn)方式可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)傳送器線圈的功率逆變器的電壓控制或電流控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖13描繪了電壓控制和電流控制實(shí)現(xiàn)方式的框圖。對(duì)于電壓控制，功率逆變器用于向傳送器線圈應(yīng)用電壓以便生成在小時(shí)間段內(nèi)去往每一個(gè)所選表面點(diǎn)的磁場(chǎng)矢量。對(duì)于每一個(gè)所選表面點(diǎn)，測(cè)量傳送器線圈中的電流并且將其用于生成磁場(chǎng)矢量。因此，包括所有有負(fù)載的表面點(diǎn)的矢量陣列可以在磁場(chǎng)矢量已經(jīng)掃描了所有所選表面點(diǎn)之后建立。這是掃描過(guò)程。然后可以在檢測(cè)過(guò)程中通過(guò)與參考磁場(chǎng)表面上的點(diǎn)進(jìn)行比較來(lái)獲取所有有負(fù)載的表面點(diǎn)的失真距離。然后，在功率遞送過(guò)程中，以與失真距離成比例的時(shí)間來(lái)將電壓矢量應(yīng)用于所有所選表面點(diǎn)。如圖13中所示，可以基于電流控制而應(yīng)用類(lèi)似的概念，其中控制傳送器線圈的電流振幅。然后測(cè)量跨傳送器線圈的電壓并且將其用于確定有負(fù)載的表面點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，提出另一方案以朝向負(fù)載指引無(wú)線功率。第二方案不同于以上的離散幅度調(diào)制方案，其不依賴于任何精確的負(fù)載位置信息。在第二方案中，不需要掃描階段，但是需要確定負(fù)載的位置。負(fù)載位置可以（i）通過(guò)數(shù)學(xué)方法或（ii）通過(guò)使用諸如視頻相機(jī)之類(lèi)的測(cè)量?jī)x器來(lái)確定。圖14示出用于實(shí)現(xiàn)“檢測(cè)”和“功率遞送”階段的框圖的示例。對(duì)于數(shù)學(xué)方法，等式（17）的系統(tǒng)矩陣的參數(shù)可以通過(guò)在題為“methodsforparameteridentification,loadmonitoringandoutputpowercontrolforwirelesspowertransfersystems”并且在2013年8月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/862,627中描述的參數(shù)監(jiān)視技術(shù)來(lái)確定。這樣的信息允許通過(guò)計(jì)算作為未知量的互感項(xiàng)來(lái)間接地確定負(fù)載的位置?；ジ许?xiàng)包括傳送器線圈與負(fù)載的接收器線圈之間的距離以及負(fù)載的接收器線圈的取向的效果。如果視頻相機(jī)或激光儀器用于檢測(cè)負(fù)載的位置，則位置信息可以直接用于選擇性單向功率流路徑。這通過(guò)朝向負(fù)載聚焦磁通量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在各種實(shí)施例中，所提出的掃描、檢測(cè)和功率遞送過(guò)程的實(shí)現(xiàn)方式可以以不同形式實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)方式的一些示例包括驅(qū)動(dòng)傳送器線圈的功率逆變器的dc鏈路電壓控制（圖15）、相移控制（圖16）和電流控制（圖17）的使用。一般而言，需要單獨(dú)的控制回路（每一個(gè)相位一個(gè)）。取決于選擇哪個(gè)類(lèi)型的控制，可以使用3相功率逆變器或3個(gè)單相功率逆變器。由于每一個(gè)瞬時(shí)磁場(chǎng)矢量可以從三個(gè)傳送器線圈的輸入電流和/或電壓信息確定，因此三個(gè)單獨(dú)的電流/電壓參考信號(hào)可以被視為用于針對(duì)如圖15-圖16中所示的三個(gè)傳送器線圈的對(duì)應(yīng)控制回路的輸入?yún)⒖际噶俊?/p>

重要的是要指出，其內(nèi)可以對(duì)負(fù)載無(wú)線充電的控制空間可以在3個(gè)正交線圈外部和/或內(nèi)部。盡管已經(jīng)利用共享相同中心的3個(gè)正交線圈的示例解釋了所提出的方法的以上實(shí)施例，但是可以修改所提出的方法，使得3個(gè)正交線圈不需要共享作為其線圈中心的相同原點(diǎn)。例如，3個(gè)正交線圈可以放置在房間的地面和墻壁的兩個(gè)鄰近側(cè)面上。這樣的結(jié)構(gòu)將造成如圖18中所示的其磁場(chǎng)表面的不同形狀。只要無(wú)負(fù)載磁場(chǎng)表面形狀是已知的，由負(fù)載功率消耗導(dǎo)致的這樣的表面的失真就可以用于導(dǎo)出負(fù)載位置，使得無(wú)線功率可以被指引至表面的失真區(qū)。正交繞組結(jié)構(gòu)的另一可替換方案在圖19中示出，其中將相繞組拆分成兩個(gè)部分。也就是說(shuō)，將用于x軸的繞組拆分成x1線圈和x2線圈。這兩個(gè)拆分的線圈與導(dǎo)線連接。相同的拆分線圈原理應(yīng)用于相位y和相位z。重要的是要強(qiáng)調(diào)，由6個(gè)線圈的平面圍封的3維空間形成由全向無(wú)線功率系統(tǒng)控制的體積。這樣的被圍封空間（被圖19中的6個(gè)線圈平面圍封）外部且靠近這樣的被圍封空間的空間可以被視為用于全向無(wú)線功率系統(tǒng)的控制空間。

盡管以上提出了傳送器線圈的規(guī)則形式，但是多個(gè)不規(guī)則的傳送器線圈可以用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用本文所描述的控制方法的全向無(wú)線功率輸送的部分或全部功能性。這是因?yàn)槿驘o(wú)線功率輸送的強(qiáng)制要求是接收線圈的位置處的兩個(gè)或更多線性獨(dú)立的磁場(chǎng)矢量的存在。系統(tǒng)將工作而不管傳送器線圈的形狀、尺寸、位置和姿態(tài)（面向角度）如何。在實(shí)踐中，存在關(guān)于能量效率、電氣設(shè)備的最大額定功率和安全問(wèn)題的約束而限制傳送線圈的分配。在圖20中所示的示例中，c1和c2是位于相同平面中的兩個(gè)方形傳送器線圈。在接收器位置r處，由c1和c2感生的磁場(chǎng)分別為矢量b1和b2。由于矢量b1和b2線性獨(dú)立，因此能夠使用本申請(qǐng)所提出的控制方法在點(diǎn)r處部分地實(shí)現(xiàn)全向無(wú)線功率輸送。在圖21中，示出使用三個(gè)多邊形線圈作為用于全向無(wú)線功率輸送的傳送器線圈的示例。

已經(jīng)出于說(shuō)明和描述的目的提供了所要求保護(hù)的主題的各種實(shí)施例的前述描述。其不意圖是詳盡的或者將所要求保護(hù)的主題限制到所公開(kāi)的確切形式。本文中所采用的術(shù)語(yǔ)和表述被用作描述而非限制的術(shù)語(yǔ)和表述，并且在這樣的術(shù)語(yǔ)和表述的使用中不存在排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物的意圖。選擇和描述實(shí)施例以便最好地描述本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得相關(guān)領(lǐng)域其他技術(shù)人員能夠理解所要求保護(hù)的主題、各種實(shí)施例和適于所設(shè)想到的特定用途的各種修改。因此，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明顯的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下使用合并本文所公開(kāi)的概念的其它實(shí)施例。因此，所描述的實(shí)施例要在所有方面被視為僅是說(shuō)明性而非限制性的。