本公開總體涉及無線充電電動車輛或混合動力電動車輛，并且更特別地涉及具有可調(diào)節(jié)磁通量角度的電動車輛的無線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近來，與電動車輛(ev：electricvehicle)和混合動力電動車輛(hev：hybridelectricvehicle)相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)得以迅速發(fā)展。至少部分地由電力對ev和hev供電，并且這些車輛常常收集和儲存電力，或換句話說，從非車輛源進行充電。像這樣，已經(jīng)開發(fā)出了對ev和hev充電的各種方法。特別地，用于無線充電或感應(yīng)式充電的技術(shù)已經(jīng)成為相當多的研究的主題。

無線充電與有線充電相對比，通過限制部件的接觸和暴露提高充電部件的耐久性和壽命，通過掩蓋潛在危險電線和連接接口增加安全性，并且通過允許以各種方式實施充電站(例如，作為便攜式充電墊、嵌入到停車場或道路中等)增強多功能性。為了這些目的，無線充電依賴電磁場在充電站(例如，無線充電組件)和電氣設(shè)備之間傳送能量，如在當前情況下，電氣設(shè)備諸如為智能電話、膝上型計算機或電動車輛。通過形成于無線充電組件和設(shè)備之間的感應(yīng)耦合發(fā)送能量。通常，無線充電組件中的感應(yīng)線圈(即，初級線圈)常常使用從電源網(wǎng)格提供的電力，以創(chuàng)建交變電磁場。線圈設(shè)計的參數(shù)包括被設(shè)計用于具體應(yīng)用的半徑、形狀、匝數(shù)和匝之間的間距。然后，電氣設(shè)備中的感應(yīng)線圈(即，次級線圈)可以從所生成的電磁場接收功率，并且將它轉(zhuǎn)換回電流以對它的電池充電。因此，初級感應(yīng)線圈和次級感應(yīng)線圈結(jié)合以形成電力變壓器，從而可以通過電磁感應(yīng)在兩個線圈之間傳送能量。

尤其，初級線圈和次級線圈之間的有效的功率傳送取決于兩個線圈之間的正確對準(alignment)。然而，當初級線圈與次級線圈橫向偏移時，發(fā)生未對準(misalignment)。因為次級線圈上的入射磁通量不是處于最優(yōu)角度，所以未對準導致功率傳送效率的損失。為了說明，圖1示出傳統(tǒng)上用于無線功率傳送的示例初級線圈。初級線圈100包括多匝，并且允許電流從其中流過。流過線圈100的電流創(chuàng)建具有磁通量110的電磁場?；镜某跫壘€圈配置，諸如初級線圈100，導致筆直向上的磁通量方向，如圖1所示。

然而，合成磁通量110的角度將不允許最優(yōu)功率傳送，除非次級線圈直接位于初級線圈100之上。作為示例，在使用位于地上的充電墊或嵌入在地中的充電系統(tǒng)對電動車輛無線充電的情況下，如果車輛沒有正確地停放在充電器的上方，則安裝在車輛中的次級線圈將與傳送能量的初級線圈未對準。因此，電動車輛充電過程將是低效率的。雖然輕微的未對準可能降低充電效率，使無線充電比正?；ㄙM更長時間，但較大的未對準可能徹底阻止無線充電。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開提供了用于利用包括至少兩個平行的線圈(每個線圈用它們之間的電氣開關(guān)元件隔開距離z)的功率發(fā)射器線圈(即，初級線圈)組件的技術(shù)。位于將平行的線圈彼此耦接的跨線圈接點單元(cross-coiljunctionunit)中的開關(guān)元件可以被控制用于指引電流通過線圈的特定部分，并且有效地創(chuàng)建不同的電流流動配置(currentflowconfiguration)。每個電流流動配置產(chǎn)生唯一的磁通量的角度。因此，特別地當對電動(或混合動力電動)車輛充電時，優(yōu)選的電流流動配置可以被選擇用于產(chǎn)生使無線充電效率最大化的磁通量的角度。本文所描述的技術(shù)的使用導致更大的未對準容限。這使得電動車輛的駕駛員不用太擔心精確地停放在初級線圈上方，以便進行充電。額外地，當線圈未對準時，這些技術(shù)創(chuàng)建更好的功率傳送效率。因此，可以在較大的距離跨度上對車輛充電，這特別有益于動態(tài)充電情形。

根據(jù)本公開的實施例，一種方法包括：檢測到能夠無線充電的車輛處于充電位置中，所述充電位置靠近可操作用于通過安裝在所述車輛中的次級線圈對所述車輛無線充電的無線充電系統(tǒng)的初級線圈。所述初級線圈包括基本上彼此平行的頂部線圈和底部線圈，所述頂部線圈和所述底部線圈通過多個跨線圈接點單元彼此耦接，所述多個跨線圈接點單元中的每個包括開關(guān)元件，所述開關(guān)元件將電流路經(jīng)通過(routethrough)所述頂部線圈和所述底部線圈中的一個或多個的至少一部分。所述方法還包括：設(shè)置所述開關(guān)元件，使得考慮到相對于所述次級線圈的位置的所述初級線圈的位置，流過所述初級線圈的電流產(chǎn)生用于對所述車輛無線充電的優(yōu)化的磁通量的角度；以及根據(jù)所設(shè)置的開關(guān)元件，使電流流過所述初級線圈，以對所述車輛無線充電。

所述方法還可以包括：通過調(diào)節(jié)所述開關(guān)元件的狀態(tài)，循環(huán)通過(cyclingthrough)所述初級線圈中的多個電流流動配置；確定所述多個電流流動配置中的哪個電流流動配置產(chǎn)生用于對所述車輛無線充電的所述優(yōu)化的磁通量的角度；以及根據(jù)所確定的電流流動配置，設(shè)置所述開關(guān)元件。在這方面，所述方法還可以包括：在所述多個電流流動配置的所述循環(huán)通過期間，從所述車輛接收充電效率數(shù)據(jù)；以及基于所述充電效率數(shù)據(jù)，確定所述多個電流流動配置中的哪個電流流動配置產(chǎn)生用于對所述車輛無線充電的所述優(yōu)化的磁通量的角度。額外地，所述方法還可以包括：在所述多個電流流動配置的所述循環(huán)通過期間，使低功率電流流過所述初級線圈；以及根據(jù)所確定的電流流動配置，在所述開關(guān)元件的設(shè)置之后，使全功率電流流過所述初級線圈，以對所述車輛無線充電。所述多個電流流動配置中的每個電流流動配置可以產(chǎn)生用于對所述車輛無線充電的唯一的磁通量的角度。

用于對所述車輛無線充電的所述優(yōu)化的磁通量的角度是當所述車輛被定位使得所述次級線圈與所述初級線圈未對準時與從所述初級線圈向上延伸的垂直軸偏移的角度。另外，流過所述初級線圈的所述電流可以產(chǎn)生與z/r的比率成比例的用于對所述車輛無線充電的磁通量的角度，其中z是所述頂部線圈和所述底部線圈之間的垂直距離，并且r是所述初級線圈的平均線圈半徑。

所述多個跨線圈接點單元可以被設(shè)置在所述頂部線圈和所述底部線圈之間。每個跨線圈接點單元的一端可以被連接到所述頂部線圈，并且每個跨線圈接點單元的另一端可以被連接到所述底部線圈。

可以沿著穿越所述頂部線圈和所述底部線圈的直徑的一排設(shè)置所述多個跨線圈接點單元?？商娲?，可以沿著穿越所述頂部線圈和所述底部線圈的直徑的多排設(shè)置所述多個跨線圈接點單元。在該情況下，跨線圈接點單元的每排可以與相鄰的跨線圈接點單元的排成角度地偏移45度。

此外，對于所述頂部線圈或所述底部線圈的每個整圈，兩個跨線圈接點單元可以被設(shè)置在所述初級線圈中。在這樣的情況下，所述方法還可以包括：使用第一控制信號，控制所述兩個跨線圈接點單元的第一跨線圈接點單元的所述開關(guān)元件；以及使用第二控制信號，控制所述兩個跨線圈接點單元的第二跨線圈接點單元的所述開關(guān)元件。

僅當所述開關(guān)元件處于默認狀態(tài)時，所述電流可以流過所述頂部線圈，因此產(chǎn)生平行于從所述初級線圈向上延伸的垂直軸的用于對所述車輛無線充電的磁通量的角度。

此外，所述初級線圈還可以包括設(shè)置在所述頂部線圈和所述底部線圈之間且基本上平行于所述頂部線圈和所述底部線圈的第一中間線圈和第二中間線圈；以及包括在所述多個跨線圈接點單元中的所述開關(guān)元件可以將電流路經(jīng)所述頂部線圈、所述底部線圈、所述第一中間線圈和所述第二中間線圈中的一個或多個的至少一部分。

另外，每個開關(guān)元件可以包括單刀雙擲(spdt：single-poledouble-throw)開關(guān)、雙繼電器或一組四個金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(mosfet：metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistors)。

此外，根據(jù)本公開的實施例，一種無線充電系統(tǒng)包括：初級線圈，所述初級線圈可操作用于通過安裝在所述車輛中的次級線圈對能夠無線充電的車輛無線充電，所述初級線圈包括基本上彼此平行的頂部線圈和底部線圈，所述頂部線圈和所述底部線圈通過多個跨線圈接點單元彼此耦接，所述多個跨線圈接點單元中的每個包括開關(guān)元件，所述開關(guān)元件將電流路經(jīng)所述頂部線圈和所述底部線圈中的一個或多個的至少一部分；電路，所述電路驅(qū)動所述初級線圈，并且使電流流過所述初級線圈；以及無線充電控制器，所述無線充電控制器經(jīng)配置用于：檢測到所述車輛處于靠近所述初級線圈的充電位置中，設(shè)置所述開關(guān)元件，使得考慮到相對于所述次級線圈的位置的所述初級線圈的位置，流過所述初級線圈的電流產(chǎn)生用于對所述車輛無線充電的優(yōu)化的磁通量的角度，以及控制所述電路，使得根據(jù)所設(shè)置的開關(guān)元件，使電流流過所述初級線圈，以對所述車輛無線充電。

附圖說明

通過結(jié)合附圖參考以下描述可以更好地理解本文中的實施例，附圖中相同的附圖標記指示相同的或功能相似的元件，其中：

圖1例示傳統(tǒng)上用于無線功率傳送的示例初級線圈；

圖2例示在靠近無線充電系統(tǒng)的充電位置中能夠無線充電的車輛的示例描述；

圖3例示無線充電器和接收器的示例架構(gòu)圖；

圖4根據(jù)本公開的實施例例示示例功率發(fā)射器線圈組件；

圖5a和圖5b例示初級線圈和跨線圈接點單元的示例簡化的額外視圖；

圖6a-圖6c例示流過功率發(fā)射線圈的電流和合成磁通量的示例簡化的側(cè)視圖；

圖7根據(jù)本公開的實施例例示具有流過頂部線圈和底部線圈的部分的電流的示例初級線圈；

圖8例示用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的多個示例電流流動配置；

圖9例示基于初級線圈和次級線圈之間的未對準用于選擇優(yōu)化的磁通量角度的示例情形；

圖10例示用于驅(qū)動初級線圈的示例電路圖；

圖11例示初級線圈的示例電路圖；

圖12例示對應(yīng)于用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的多個電流流動配置的示例初級線圈電路圖；

圖13例示具有供選擇的開關(guān)元件設(shè)計的初級線圈的示例電路圖；

圖14例示具有供選擇的開關(guān)元件設(shè)計的跨線圈接點單元的示例電路圖；

圖15例示初級線圈和供選擇的跨線圈接點單元的布置的示例簡化的頂視圖；

圖16a-圖16i例示具有與次級線圈處于不同的未對準程度的多列跨線圈接點單元的初級線圈的示例簡化的頂視圖；

圖17a和圖17b例示供選擇的初級線圈的布置和供選擇的跨線圈接點單元的布置的示例簡化的視圖；以及

圖18例示用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的額外的示例電流流動配置。

應(yīng)當理解，上面參考的附圖不一定按比例繪制，呈現(xiàn)對本公開的基本原理的各個優(yōu)選特征說明的稍微簡化的表示。本公開的具體設(shè)計特征，包括例如具體尺寸、取向、位置和形狀，將部分地由特定目的的應(yīng)用和使用環(huán)境進行確定。

具體實施方式

本文使用的術(shù)語只是用于描述特定的實施例，并不旨在限制本公開。如本文所使用的單數(shù)形式“一種/個(a/an)”以及“所述”旨在也包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地指出。應(yīng)當進一步理解，當在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包括的”限定了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如本文使用的術(shù)語“和/或者”包括一個或者多個相關(guān)聯(lián)的所列出的項目中的任一個和全部的組合。術(shù)語“耦接”表示兩個部件之間的物理關(guān)系，從而部件或者彼此直接連接，或者通過一個或多個中間部件間接連接。

應(yīng)當理解，如本文所使用的術(shù)語“車輛”或者“車的”或者其他類似的術(shù)語包括機動車輛，一般來說，諸如包括運動型多功能車(suv)的客運汽車、公共汽車、卡車、各種商用車輛，包括各種船艇和艦船的船只、飛機等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、混合動力電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，燃料來源于石油以外的資源)。如本文所提到的，電動車輛(ev)是包括(作為其運動能力的一部分)來源于可充電能量儲存設(shè)備(例如，一個或多個可充電電化學電池或其他類型的電池)的電功率的車輛。ev并不局限于汽車，并且可以包括摩托車、手推車、小輪摩托車等。此外，混合動力車輛是具有兩個或者更多功率源的車輛，例如，基于汽油的功率和基于電的功率兩者(例如，混合動力電動車輛(hev))。

無線充電、無線傳送功率等可以指從發(fā)射器將與電場、磁場、電磁場或以其他方式相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量傳送到接收器，而不使用物理導電體(例如，可以通過自由空間傳送功率)?？梢杂傻诙?例如，“次級”或“接收”)線圈接收或捕捉從第一(例如，初級)線圈輸出進入到無線場(例如，磁場)的功率，以實現(xiàn)功率傳送。

此外，應(yīng)當理解，下面方法或者其方面中的一個或者多個可以由至少一個控制器來執(zhí)行。術(shù)語“控制器”可以指包括存儲器和處理器的硬件設(shè)備。所述存儲器經(jīng)配置用于存儲程序指令，并且所述處理器專門編程用于執(zhí)行所述程序指令來實行一個或者多個進程，這將在下面進行進一步地描述。本文中可以可交換地使用術(shù)語“控制器”和“無線充電控制器”。此外，應(yīng)當理解，可以由包括所述控制器的無線充電系統(tǒng)執(zhí)行下面的方法，如下面詳細描述的。

現(xiàn)在參考本公開的實施例，所公開的技術(shù)允許利用包括至少兩個平行線圈(每個線圈用它們之間的電氣開關(guān)元件隔開距離z)的功率發(fā)射器線圈(即，初級線圈)組件。位于將平行線圈彼此耦接的跨線圈接點單元中的開關(guān)元件可以被控制用于指引電流通過線圈的特定部分，并且有效地創(chuàng)建不同的電流流動配置。每個電流流動配置產(chǎn)生唯一的磁通量的角度。因此，通過調(diào)節(jié)磁通量角度以優(yōu)化地與安裝在要被充電的車輛中的功率接收線圈(即，次級線圈)耦接，可以提高無線充電系統(tǒng)的效率。進一步地，可以實現(xiàn)磁通量角度的調(diào)節(jié)，而沒有任何物理活動件(例如，機械傾斜線圈)，連同更大的未對準容限和在較大的距離跨度上對車輛充電的能力的結(jié)果。

圖2例示在靠近無線充電系統(tǒng)的充電位置中的能夠無線充電的車輛的示例描述。如圖2所示，車輛210可以是能夠被無線充電的ev、hev等。感應(yīng)線圈(即，次級線圈)可以被安裝在用于接收從無線充電系統(tǒng)的感應(yīng)線圈(經(jīng)過通過線圈之間的感應(yīng)耦合生成的電磁場)無線發(fā)射的能量的車輛210中。通常，次級線圈被連接到阻抗匹配電路、整流器，以及之后負載。為了從充電系統(tǒng)200無線接收能量(該過程在上文中進行了描述)，車輛210可以與無線充電系統(tǒng)200對準，如圖2所示。

無線充電系統(tǒng)200可以包含初級線圈，所述初級線圈包括使用電力創(chuàng)建電磁場且因此對附近的車輛210無線充電的一個或多個感應(yīng)線圈。無線充電系統(tǒng)200可以被連接到當?shù)嘏潆娭行?例如，電源網(wǎng)格)或任何其他合適的能量源，并且從當?shù)嘏潆娭行?例如，電源網(wǎng)格)或任何其他合適的能量源接收電流。無線充電系統(tǒng)200可以位于任何合適的區(qū)域(例如，停車場中的停車位、車庫、車行道等)中，并且以任何合適的方式來實施，所述任何合適的方式諸如便攜式充電墊或嵌入在地中或在地下(或者部分地或者全部地)。或者，為動態(tài)充電的目的，無線充電系統(tǒng)200可以由嵌入在地中或地下的初級線圈的陣列組成。在任何情況下，無線充電系統(tǒng)200被定位和實施使得車輛210可以被驅(qū)動和/或停放在足夠靠近無線充電系統(tǒng)200的充電位置中，使得車輛210無線接收從充電系統(tǒng)200傳送的電力。

更詳細地說，圖3例示無線充電器和接收器的示例架構(gòu)圖。如圖3所示，充電系統(tǒng)200可以與接收器300無線通信，并且將能量傳送到接收器300。無線充電系統(tǒng)200可以包括例如ac/dc前端212、h橋電路214、初級線圈220(“發(fā)射器(tx)線圈”)和無線通信裝置218(“wifi通信”)。無線接收器300可以包括電子負載312、微控制器314、次級線圈320(“接收器(rx)線圈”)和無線通信裝置318(“wifi通信”)。應(yīng)當理解，圖3中所示的無線充電系統(tǒng)200和接收器300的配置僅用于示范的目的，并且不應(yīng)視為局限于與所描繪的配置相同的配置。相反，根據(jù)所附權(quán)利要求書的保護范圍，無線充電系統(tǒng)200和無線接收器300可以以任何合適的方式進行配置。

在可以被包含在電動車輛、混合動力電動車輛或以其他方式能夠無線充電的車輛(例如，車輛210)中的無線接收器300中，次級線圈320可以具有由流過初級線圈220的電流生成的磁場感應(yīng)的電壓。無線功率傳送一般可以發(fā)生在80khz-90khz之間。微控制器314可以控制接收器300的操作。微控制器314可以包括整流器(未示出)和/或濾波器(未示出)，例如，所述整流器用于將ac轉(zhuǎn)換為dc，以便對電子負載312(例如，電池)充電，例如，所述濾波器用于對所接收到的電流進行濾波。根據(jù)在無線通信裝置218和無線通信裝置318之間無線通信的建立，可以開始從無線通信裝置318到無線通信裝置218的信息的發(fā)射，或反之亦然。例如，無線通信裝置318可以將信息無線發(fā)射到無線通信裝置218，以協(xié)助優(yōu)化的電流流動配置的選擇，優(yōu)化的電流流動配置諸如指示電流充電過程的效率的充電效率數(shù)據(jù)、充電的電池狀態(tài)(soc)等等。

在無線充電系統(tǒng)200中，ac/dc前端212可以從電源(例如，發(fā)電廠)接收電流，并且將電流從交流(ac)轉(zhuǎn)換為高壓直流(dc)。作為示例，ac/dc前端212可以將60hzac轉(zhuǎn)換為525vdc。然后，所轉(zhuǎn)換的dc可以從ac/dc前端212被輸出到用作逆變器的h橋電路214。可以用各種方式配置h橋電路214，并且h橋電路214可以包含例如串聯(lián)的電容器和電感器(即，初級線圈220)。h橋電路214可以包括驅(qū)動電子器件以驅(qū)動初級線圈220。無線充電系統(tǒng)200可以額外地包括控制器，所述控制器可以調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和通過負載(即，電容器和電感器)的電流。尤其，h橋電路214僅是可以在用于驅(qū)動初級線圈220的無線充電系統(tǒng)200中實施的電路系統(tǒng)(circuitry)的示例。

圖4根據(jù)本公開的實施例例示示例功率發(fā)射器線圈組件。如圖4所示，初級線圈220可以以兩層線圈為特征：頂部線圈230和底部線圈240。雖然圖4將初級線圈220描繪為具有兩層線圈，但是可以添加額外的線圈層，如下面進一步描述的。頂部線圈230和底部線圈240可以被定位使得它們基本上彼此平行。頂部線圈230可以與底部線圈240隔開距離z，即，“z-間隙”?？梢杂酶鞣N方式設(shè)置包括半徑、匝數(shù)、形狀、電線材料等的用于頂部線圈和底部線圈的參數(shù)。然而，頂部線圈和底部線圈兩者應(yīng)該具有相同的參數(shù)，并且應(yīng)該被定位以便彼此直接相對，如圖4所示。

頂部線圈230可以通過一系列跨線圈接點單元250耦接到底部線圈240?？缇€圈接點單元250可以被設(shè)置在頂部線圈230和底部線圈240之間，并且延伸穿過z-間隙。每個跨線圈接點單元250的一端可以被連接到頂部線圈230，并且每個跨線圈接點單元250的另一端可以被連接到底部線圈240。

圖5a和圖5b中例示了額外的視圖。圖5a例示了初級線圈和跨線圈接點單元的示例簡化的頂視圖。圖5b例示初級線圈和跨線圈接點單元的示例簡化的側(cè)視圖。如圖所示，初級線圈220可以包括單列跨線圈接點單元250。也就是說，可以沿著穿越頂部線圈230和底部線圈240的直徑的一排設(shè)置跨線圈接點單元250。可以添加穿越線圈的直徑的額外的跨線圈接點單元250的排，如下面詳細示出的。

每個跨線圈接點單元250可以包括電氣開關(guān)元件260，電氣開關(guān)元件260將電流路經(jīng)頂部線圈230和/或底部線圈240的特定的部分。如下面更詳細描述的，可以控制開關(guān)元件260，以便將電流路經(jīng)初級線圈的特定的部分(例如，頂部線圈和/或底部線圈)。來自無線充電器控制器的兩個電線——控制信號(controlsignal)和接地(ground)——可以穿透每個跨線圈接點單元250，以為開關(guān)元件260提供控制信號。如下面進一步討論的，可以使用兩個不同的控制信號。通過將電流路經(jīng)線圈的特定的部分，可以創(chuàng)建多個不同的電流流動配置，從而每個電流流動配置導致唯一的磁通量角度。

如本領(lǐng)域中已知的，磁通量是平均磁場乘以其穿透的垂直面積的積。在電流流過環(huán)形線圈的情況下，由此產(chǎn)生的磁通量方向垂直于電流在其中流動的平面。在這方面，圖6a-圖6c例示流過功率發(fā)射線圈的電流和合成磁通量的示例簡化的側(cè)視圖。如圖6a所示，當?shù)湫凸β拾l(fā)射線圈(例如，圖1中的初級線圈100)相對于接地是直的，來源于流過線圈100的電流的磁通量110從線圈100的平面沿著從接地向上延伸的垂直軸垂直延伸。類似地，如圖6b所示，當初級線圈100相對于接地軸向傾斜時，來源于流過線圈100的電流的磁通量110以與垂直軸偏移的角度從線圈100的平面垂直延伸。磁通量與垂直軸的角度偏移等于線圈100與接地的角度偏移。

同時，如圖6c所示，初級線圈220相對于接地是直的，類似于圖6a中的初級線圈100。然而，根據(jù)本公開的實施例，初級線圈220包括通過跨線圈接點單元250耦接在一起的頂部線圈230和底部線圈240。如果設(shè)置初級線圈220組件中的開關(guān)元件260使得電流流過頂部線圈230的一部分和底部線圈240的一部分，如圖6c所示(僅例示了電流流過的線圈的一部分)，則盡管初級線圈220平行于接地，但合成磁通量110可以與垂直軸成角度地偏移，類似于圖6b中的磁通量。因此，通過控制開關(guān)元件260將電流路經(jīng)頂部線圈230和底部線圈240的特定的部分，使用初級線圈220可以實現(xiàn)磁通量110的各種角度。

圖7根據(jù)本公開的實施例例示具有流過頂部線圈和底部線圈的部分的電流的示例初級線圈。如圖7所示，可以設(shè)置下面進一步詳細描述的開關(guān)元件260，使得電流流過頂部線圈230的一部分和底部線圈240的一部分。應(yīng)當注意，僅用于示范的目的，圖7中例示了電流流過的線圈的一部分。因此，與圖1中所示的傳統(tǒng)的線圈組件100和合成磁通量110相比較，合成磁通量110的角度與從初級線圈220向上延伸的垂直軸120偏移。

因此，通過控制開關(guān)元件260將電流路經(jīng)頂部線圈230和底部線圈240的特定的部分，使用初級線圈220可以實現(xiàn)磁通量110的各種角度。每個電流流動配置可以考慮到初級線圈220和次級線圈320之間的對準的程度以優(yōu)化的效率產(chǎn)生用于對車輛無線充電的唯一的磁通量110的角度。在這方面，圖8例示用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的多個示例電流流動配置。如圖8所示，由于圖5a和圖5b中所示的跨線圈接點單元250的定位和初級線圈220中線圈層的數(shù)量(其在該情況下等于二(即，頂層230和底層240))，所以可以有三種可能的電流流動配置(但是本公開并不局限于三種電流流動配置，如下面所示范的)。通過頂部線圈230和/或底部線圈240的部分繪制的實線指示電流的流動。

在第一電流流動配置(“配置1”)中，電流僅流過頂部線圈230。這可以被認為是默認狀態(tài)。對于這一點，跨線圈接點單元250中的開關(guān)元件260可以默認使電流流經(jīng)頂部線圈230，從而產(chǎn)生平行于從初級線圈220延伸的垂直軸120的磁通量110。因此，當要被充電的車輛(例如，車輛210)的駕駛員停放車輛時，使得車輛中的次級線圈320與無線充電系統(tǒng)中的初級線圈220正確地對準，可以使計算最小化。也就是說，在這樣的情況下，因為開關(guān)元件260可以默認將電流路經(jīng)頂部線圈230，所以可以驅(qū)動初級線圈220，而不用調(diào)節(jié)開關(guān)元件260的任何狀態(tài)。該配置實際上相當于圖1中所示的傳統(tǒng)的初級線圈100和合成磁通量110。

在第二電流流動配置(“配置2”)中，電流流過頂部線圈230的一部分和底部線圈240的一部分。具體地說，從圖8中所示的透視圖，電流流過底部線圈240的左側(cè)部分和頂部線圈230的右側(cè)部分。該電流流動配置導致磁通量110角度與垂直軸120的左側(cè)偏移。當然，因為基于相對于線圈觀察者的位置，線圈的方向性將改變，所以本文中使用的術(shù)語“左側(cè)”和“右側(cè)”僅為了簡化的目的。

在第三電流流動配置(“配置3”)中，電流流過頂部線圈230的一部分和底部線圈240的一部分。具體地說，從圖8所示的透視圖，電流流過頂部線圈230的左側(cè)部分和底部線圈240的右側(cè)部分。該電流流動配置導致磁通量110角度與從初級線圈220延伸的垂直軸120的右側(cè)偏移。

尤其，相對于第一電流流動配置中的直接垂直磁通量，第二電流流動配置和第三電流流動配置中的磁通量110的角度與比率z/r成比例，其中z是頂部線圈和底部線圈之間的垂直距離，并且r是平均線圈半徑。因此，相對于垂直軸120，磁通量110的角度偏移(φ)可以變化，如下：

φ∝z/r[式1]

根據(jù)式1，隨著頂部線圈和底部線圈之間的距離增加，磁通量110的角度偏移(φ)增加，并且隨著頂部線圈和底部線圈的平均半徑增加，磁通量110的角度偏移(φ)減少。

圖9例示基于初級線圈和次級線圈之間的未對準用于選擇優(yōu)化的磁通量角度的示例情形。如圖9所示，能夠無線充電的車輛210(例如，電動車輛、混合動力電動車輛等)的駕駛員可以開車到無線充電系統(tǒng)200，以便對車輛210無線充電。無線充電系統(tǒng)200可以檢測到車輛210處于靠近初級線圈220的充電位置中?；蛘撸瑹o線充電系統(tǒng)200可以從車輛210接收充電請求。然后，基于車輛210的次級線圈320和無線充電系統(tǒng)200的初級線圈220之間的對準(未對準)的程度，無線充電控制器可以自動設(shè)置開關(guān)元件260，使得考慮到相對于次級線圈320的位置的初級線圈220的位置，流過初級線圈220的電流產(chǎn)生用于對車輛210無線充電的優(yōu)化的磁通量110的角度。一經(jīng)設(shè)置開關(guān)元件260，根據(jù)所設(shè)置的開關(guān)元件260，控制器可以使電流流過初級線圈220，以對車輛210無線充電。

例如，在圖9所描繪的情形中，車輛210位于靠近無線充電系統(tǒng)200的充電位置中。然而，次級線圈320和初級線圈220沒有正確地對準。因此，在該情況下，如圖1所示，產(chǎn)生垂直磁通量110的傳統(tǒng)的初級線圈100不能有效地將功率傳送到次級線圈320。作為替代，需要被導引朝向次級線圈320的成角度的磁通量110，以便實現(xiàn)最大充電效率。

在該情況下，通過無線充電控制器，可以確定產(chǎn)生用于對車輛210無線充電的優(yōu)化的磁通量110的電流流動配置。這里，因為來源于流過第三電流流動配置中的初級線圈220的電流的磁通量110與垂直軸120偏移，并且被導引朝向次級線圈320，所以可以選擇如圖8所示的第三電流流動配置。也就是說，與其他電流流動配置相比較，考慮到相對于次級線圈320的位置的初級線圈220的位置，合成磁通量110對于對車輛210無線充電是優(yōu)化的。

當確定多個電流流動配置中的哪個電流流動配置產(chǎn)生用于對車輛210無線充電的優(yōu)化的磁通量110的角度，無線充電控制器可以通過調(diào)節(jié)開關(guān)元件260的狀態(tài)，循環(huán)通過多個電流流動配置。當循環(huán)通過電流流動配置，控制器可以使低功率電流流過初級線圈220。因為無線充電系統(tǒng)200尚未對車輛210充電，而只是測試各種配置，所以在該階段全功率電流是沒有必要的。

同時，在多個電流流動配置的循環(huán)通過期間，或在多個電流流動配置的循環(huán)通過之后，控制器可以從車里210接收充電有效數(shù)據(jù)。例如，接收器300中的無線通信裝置318可以將充電效率數(shù)據(jù)發(fā)射到無線充電系統(tǒng)200的無線通信裝置218。然后，基于所接收到的充電效率數(shù)據(jù)(例如，通過將對應(yīng)于每個電流流動配置的充電效率數(shù)據(jù)進行比較)，控制器可以確定哪個電流流動配置產(chǎn)生用于對車輛210無線充電的優(yōu)化的磁通量110的角度。

一經(jīng)確定產(chǎn)生優(yōu)化的磁通量110的電流流動配置，可以設(shè)置適當?shù)拈_關(guān)元件260，以便實現(xiàn)期望的電流流動和合成磁通量110，并且控制器可以根據(jù)所設(shè)置的開關(guān)元件260，使電流流過初級線圈220，以對車輛210無線充電。與在循環(huán)步驟期間用于測試電流流動配置的充電效率的較低功率電流相對比，流過初級線圈220以對車輛210無線充電的電流可以是全功率電流。

圖10例示用于驅(qū)動初級線圈的示例電路圖。如圖10所示，電路214諸如h橋電路(參見圖3)可以被用于驅(qū)動初級線圈220。在這方面，電路214可以用作逆變器。電路214可以包括由串聯(lián)連接的電容器216和電感器220組成的負載。電感器220可以是初級線圈220，并且在圖11中更詳細地描繪了電感器220。v+源可以是來自ac/dc磁頭212的dc電壓。此外，可以由控制器(未示出)控制電路214中的場效應(yīng)晶體管(fet)，控制器可以調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和通過負載的電流。

更詳細地說，圖11例示初級線圈的示例電路圖。如圖11所示，電感器220(或初級線圈220)每半匝線圈可以包括一個跨線圈接點單元250。開關(guān)元件260可以被包括在每個接點單元250中，用于將電流路經(jīng)初級線圈220。雖然圖11中例示的開關(guān)元件260包括單刀雙擲(spdt)開關(guān)，但是開關(guān)元件260可以可替代地或額外地包括例如繼電器和/或金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(mosfet)。無線充電控制器可以使用至少一個控制信號控制開關(guān)元件260。例如，控制器可以使用兩個控制信號c1和控制信號c2控制開關(guān)元件260的狀態(tài)，如圖11所示。因為對于每個整線圈匝，兩個跨線圈接點單元250可以被設(shè)置在初級線圈220中，第一控制信號(例如，c1)可以被用于控制兩個跨線圈接點單元250中的第一跨線圈接點單元的開關(guān)元件260，而第二控制信號(例如，c2)可以被用于控制兩個跨線圈接點單元250中的第二跨線圈接點單元的開關(guān)元件260。

圖12例示對應(yīng)于用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的多個電流流動配置的示例初級線圈電路圖。如圖12所示，所描繪的初級線圈電路圖對應(yīng)于圖8中所描繪的電流流動配置。特別地，可以設(shè)置每個開關(guān)元件260(其在該實例中為單刀雙擲(spdt)開關(guān))的狀態(tài)，以將電流路經(jīng)頂部線圈230和底部線圈240的特定的部分。電路中的每個電感器符號表示半匝線圈，并且對于每個半匝，一個跨線圈接點單元250可以被設(shè)置在頂部線圈和底部線圈之間。

第一電流流動配置(“配置1”)由僅流過頂部線圈230的電流組成，并且因此產(chǎn)生垂直磁通量110，諸如圖1中所示?？梢栽O(shè)置開關(guān)元件260以僅在默認情況下使電流流經(jīng)頂部線圈230。因此，如果車輛210停放在正確的充電位置中(其中初級線圈220與次級線圈320對準)，則控制器不需要對開關(guān)元件260作出任何調(diào)節(jié)。另一方面，根據(jù)開關(guān)元件的狀態(tài)，剩下的兩個電流流動配置(“配置2”和“配置3”)由流過頂部線圈230和底部線圈240的部分的電流組成，并且因此產(chǎn)生具有與從初級線圈220延伸的垂直軸120的角度偏移的成角度的磁通量110。正如上面注意到的，根據(jù)式1，隨著頂部線圈和底部線圈之間的距離z增加，磁通量110的角度偏移(φ)增加，并且隨著頂部線圈和底部線圈的平均半徑r增加，磁通量110的角度偏移(φ)減少。當然，對應(yīng)于圖12所示的每個電流流動配置的電路圖僅用于示范的目的，并且就其本身而論不應(yīng)該被視為限制本公開的保護范圍。

圖13例示具有供選擇的開關(guān)元件設(shè)計的初級線圈的示例電路圖。如圖13所示，初級線圈220包括具有設(shè)置在其間的跨線圈接點單元250的頂部線圈230和底部線圈240。對于每半匝線圈，可以有一個跨線圈接點單元250。另外，每個跨線圈接點單元250可以包括開關(guān)元件260，開關(guān)元件260用于將電流路經(jīng)初級線圈220的特定的部分。無線充電控制器可以使用控制信號(例如，c1或c2)控制開關(guān)元件260。如上面所解釋的，可以用各種方式實現(xiàn)開關(guān)元件260。例如，開關(guān)元件260可以包括spdt開關(guān)，如圖11和圖12所示。

進一步地，圖13的底部部分例示用于控制頂部線圈230和底部線圈240之間的電流流動的跨線圈接點單元250的另一個可能的電路。雙機電式繼電器可以被用作開關(guān)元件260，其中頂部繼電器通常閉合，允許電流流經(jīng)頂部線圈230，并且底部繼電器通常開啟。以該方式，由于繼電器可以保持在默認狀態(tài)下，所以當期望直接垂直磁通量(φ＝0)時，將沒有效率損失。另一方面，當控制信號變?yōu)楦邥r，其可以開啟頂部繼電器，并且閉合底部繼電器，有效地將電流路徑切換到底部線圈240。

因為對于每一匝初級線圈220可以需要兩個跨線圈接點單元250，所以必須的繼電器的總數(shù)量可以被計算為：r＝4*n，其中r是繼電器的數(shù)量，并且n是線圈匝數(shù)。電流可以僅流經(jīng)每個跨線圈接點單元250中的一個繼電器，并且因此，流過初級線圈220的電流可以僅流經(jīng)總繼電器的一半。尤其，雖然固態(tài)開關(guān)通常具有較長期望壽命，并且不易于受到物理沖擊而發(fā)生故障，但是機電式繼電器在通路狀態(tài)中具有顯著較好的傳導性，并且在斷開狀態(tài)中具有較好的絕緣。因此，可以基于特定的應(yīng)用，選擇跨線圈接點單元250的電路設(shè)計。

圖14例示具有供選擇的開關(guān)元件設(shè)計的跨線圈接點單元的示例電路圖。如圖14所示，跨線圈接點單元250可以包括光隔離器，所述光隔離器用于基于來自控制信號的輸入驅(qū)動柵極電壓。源節(jié)點(圖14中的節(jié)點3)處的電壓總是期望在接地基準之上。

進一步地，包括在跨線圈接點單元250中的開關(guān)元件260可以包括一組四個金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(mosfet)。如圖14所示，該組四個mosfet可以被用作開關(guān)元件260，作為開關(guān)或繼電器的替換物，用于將電流路經(jīng)初級線圈220的特定的部分。一對mosfet可以作為單個spst開關(guān)。在該設(shè)計中，因為每個跨線圈接點單元250需要四個mosfet，所以必須的mosfet的總數(shù)量可以被描述為：f＝8*n，其中f是mosfet的數(shù)量，并且n是線圈匝數(shù)。類似于繼電器的設(shè)計，電流可以僅流經(jīng)每個跨線圈接點單元250中的兩個mosfet，并且因此，流過初級線圈220的電流可以僅流經(jīng)總mosfet的一半。

如圖5a和圖5b所示，可以沿著穿越頂部線圈230和底部線圈240的直徑的一列或一排設(shè)置多個跨線圈接點單元250。然而，跨線圈接點單元250的布置并不局限于穿越頂部線圈230和底部線圈240的直徑的單列。在這方面，圖15例示初級線圈和供選擇的跨線圈接點單元的布置的示例簡化的頂視圖。如圖15所示，初級線圈220可以包括多列跨線圈接點單元250。也就是說，可以沿著穿越頂部線圈230和底部線圈240的直徑的多排設(shè)置跨線圈接點單元250。

在圖15中所示的跨線圈接點單元250的配置中，跨線圈接點單元250的每排與相鄰的跨線圈接點單元250的排成角度地偏移45度。然而，包括跨線圈接點單元250的列的數(shù)量、相鄰的跨線圈接點單元250的間距等等的跨線圈接點單元250的布置可以根據(jù)特定的應(yīng)用變化。通過使初級線圈220中的跨線圈接點單元250的列的數(shù)量變化，和/或使初級線圈220中的相鄰的跨線圈接點單元250的間距變化，產(chǎn)生被引導為各種尺寸的磁通量110是可能的。

圖16a-圖16i例示具有與次級線圈處于不同的未對準程度的多列跨線圈接點單元的初級線圈的示例簡化的頂視圖。如圖16a-圖16i所示，初級線圈220可以包括多列跨線圈接點單元250，其中每列跨線圈接點單元250與相鄰的跨線圈接點單元250的列成角度偏移45度，反映了圖15中所示的布置。在圖16a-圖16i中，初級線圈220的淺陰影區(qū)域指示電流正流過底部線圈240，并且初級線圈220的深陰影區(qū)域指示電流正流過頂部線圈230。

雖然具有穿越初級線圈220的直徑的單列跨線圈接點單元250的初級線圈220能夠有至少三種不同的電流流動配置，例如，如圖8和圖12所示范的，但是包括以與每個相鄰的45度的列的偏移角度穿越初級線圈220的直徑的多列跨線圈接點單元250的初級線圈220可以能夠有至少九種不同的電流流動配置，如圖16a-圖16i所示范的。對于這一點，基于初級線圈220和次級線圈320之間的未對準(若有的話)，可以控制包括在圖16a-圖16i中所示的跨線圈接點250中的開關(guān)元件260，以便將電流路經(jīng)頂部線圈230和底部線圈240的特定的部分，來產(chǎn)生優(yōu)化的磁通量110的角度，以對車輛210無線充電。

例如，按照圖16a-圖16i中所采用的自頂向下透視圖，如果次級線圈320位于初級線圈220的前方且初級線圈220的左側(cè)(參見圖16a)，則控制器可以設(shè)置開關(guān)元件260，使得流過初級線圈220(即，頂部線圈230和底部線圈240)的電流產(chǎn)生朝向次級線圈320成角度地磁通量110(即，在初級線圈220的前方且初級線圈220的左側(cè))。進一步地，如果次級線圈320位于初級線圈220的前方(參見圖16b)，則控制器可以設(shè)置開關(guān)元件260，使得流過初級線圈220的電流產(chǎn)生朝向次級線圈320成角度的磁通量110(即，初級線圈220的前方)。進一步地，如果次級線圈320位于初級線圈220的前方且初級線圈220的右側(cè)(參見圖16c)，則控制器可以設(shè)置開關(guān)元件260，使得流過初級線圈220的電流產(chǎn)生朝向次級線圈320成角度地磁通量110(即，在初級線圈220的前方且初級線圈220的右側(cè))。在整個圖16d-圖16i上重復該相同的概念，從而可以優(yōu)化地調(diào)節(jié)磁通量110的方向，以補償初級線圈和次級線圈之間的幾種類型的未對準。應(yīng)當顯而易見的，圖16e中呈現(xiàn)了很少或沒有未對準，并且因此，開關(guān)元件260可以依然處于它們的默認狀態(tài)中，以僅將電流路經(jīng)頂部線圈230，產(chǎn)生垂直磁通量110。

此外，圖17a和圖17b例示供選擇的初級線圈的布置和供選擇的跨線圈接點單元的布置的示例簡化的視圖。如圖17a的頂視圖所示，初級線圈220可以包括穿越頂部線圈230和底部線圈240的直徑的多列跨線圈接點單元250，類似于圖15中所描繪的布置，從而跨線圈接點單元250的每排與相鄰的跨線圈接點單元250的排成角度地偏移45度。

如圖17b的側(cè)視圖中所示，初級線圈220可以包括除了在上文詳細描述的頂部線圈230和底部線圈240之外的線圈層。例如，初級線圈220還可以包括夾在頂部線圈230和底部線圈240之間的第一中間線圈270和第二中間線圈280?？缇€圈接點單元250可以被設(shè)置在包括在初級線圈220中的線圈的每層之間，并且包括在跨線圈接點單元260中的開關(guān)元件260可以將電流路經(jīng)頂部線圈230、底部線圈240、第一中間線圈270和第二中間線圈280中的一個或多個的至少一部分。因此，額外的電流流動配置可以是可能的，從而允許有微調(diào)磁通量110的角度的能力，以補償初級線圈220和次級線圈320之間的寬范圍的未對準。如上面所解釋的，圖17a和圖17b中所示的初級線圈布置僅用于示范目的，并且不限制本公開或權(quán)利要求書的保護范圍。根據(jù)其設(shè)計師的偏好，可以將額外的線圈層和/或跨線圈接點單元的列添加或遷移到初級線圈。

圖18例示用于實現(xiàn)不同的磁通量角度的額外的示例電流流動配置。特別地，圖18示出至少25種電流流動配置中的三種可能的電流流動配置，至少25種電流流動配置中的三種可能的電流流動配置來源于圖17a中所示的跨線圈接點單元250的布置和初級線圈220中的線圈層的數(shù)量(在該情況下，其等于圖17b中所示的四個)。通過頂部線圈230、第一中間線圈270、第二中間線圈280和/或底部線圈240的部分繪制的實線指示電流的流動。應(yīng)當顯而易見的，利用初級線圈220中的四層線圈創(chuàng)建三種可能的z-間隙?？梢赃x擇最有效的z-間隙，以產(chǎn)生最優(yōu)磁通量方向的可變角度。

在第一示例電流流動配置(“配置1”)中，電流流過頂部線圈230的一部分和第一中間線圈270的一部分。該電流流動配置導致磁通量110角度稍微偏移到垂直軸120的右側(cè)，當初級線圈和次級線圈稍微未對準時，這可以實現(xiàn)最大充電效率。在第二示例電流流動配置(“配置2”)中，電流流過頂部線圈230的一部分和第二中間線圈280的一部分。該電流流動配置導致磁通量110角度進一步偏移到垂直軸120的右側(cè)，當初級線圈和次級線圈適度地未對準時，這可以實現(xiàn)最大充電效率。在第三示例電流流動配置(“配置3”)中，電流流過頂部線圈230的一部分和底部線圈240的一部分。該電流流動配置導致磁通量110角度甚至進一步偏移到垂直軸120的右側(cè)，當初級線圈和次級線圈嚴重未對準時，這可以實現(xiàn)最大充電效率。

因此，本文所描述的技術(shù)提供了利用包括具有設(shè)置在其之間的電氣開關(guān)元件的多個平行線圈的功率發(fā)射器線圈組件。可以控制開關(guān)元件以指引電流通過線圈的特定的部分，并且有效地創(chuàng)建不同的電流流動配置。每個電流流動配置產(chǎn)生唯一的磁通量的角度。因此，可以通過調(diào)節(jié)磁通量角度以優(yōu)化地與安裝在要被充電的車輛中的功率接收線圈耦接，提高無線充電系統(tǒng)的效率。進一步地，可以實現(xiàn)磁通量角度的調(diào)節(jié)，而沒有任何物理活動件，連同更大的未對準容限和在較大的距離跨度上對車輛充電的能力的結(jié)果。

雖然已經(jīng)示出和描述了提供彼此協(xié)助的電動車輛無線充電方法和系統(tǒng)的說明性實施例，但應(yīng)當理解，在本文的實施例的精神和保護范圍內(nèi)可以進行各種其他改編和修改。例如，本文中最初關(guān)于具有多層平行線圈的初級線圈已經(jīng)示出和描述了實施例。然而，實施例在其更寬泛的意義上講并不為有限的，與本文所描述的相同的概念可以可替代地或額外地被應(yīng)用于接收(即，次級)線圈。進一步地，雖然本文中最初關(guān)于無線車載充電已經(jīng)示出和描述了實施例，但是實施例在其更寬泛的意義上講并不為有限的，與本文所描述的相同的概念可以可替代地被應(yīng)用于非車載設(shè)備的無線充電。因此，根據(jù)本權(quán)利要求書的保護范圍，可以以任何合適的方式修改所公開的實施例。

上述描述針對本公開的實施例。然而，將顯而易見的是，可以對所描述的實施例進行其他變化和修改，而獲得其優(yōu)點中的某些或全部。因此，僅以示例的方式采用本描述，并且本描述不以其他方式限制本文中實施例的保護范圍。因此，隨附權(quán)利要求書的目的是覆蓋落入本文中實施例的真實精神和保護范圍內(nèi)的所有的此類變化和修改。