無接觸式電能傳輸裝置及方法

2023-08-22 07:56:16 2

專利名稱：無接觸式電能傳輸裝置及方法
技術領域：
該發明涉及一種用於以無接觸的方式傳輸電能的新裝置和方法。
背景技術：
當今許多可攜式設備結合了可以重複充電的"輔助"電池，為用戶節省了成本，並免除了不得不定期購買新電池所帶來的不便。這些可攜式設備的例子包括蜂窩電話、膝上型計算機、掌上500系列的個人數字助理、電動剃鬚刀以及電動牙刷。在一些這樣的設備中，電池通過電感耦合而不是直接電連接進行重複充電。這樣的例子包括Braun Oral B的Plak Control電動牙刷、Panasonic的數字無繩電話解決方案KX-PH15AL以及Panasonic的多頭男士剃鬚刀ES70/40系列。 每一種這樣的設備通常具有一個適配器或充電器，該適配器或充電器從電源供應的電力、汽車香菸打火機或其它電源獲取電能，並將其轉換成一種適於對蓄電池進行充電的形式。為這些設備提供電力或充電所採用的傳統方法存在許多問題
參各個設備內的電池的特性和與電池連接的方法根據製造商和設備的不同，變化相當大。所以擁有幾種這樣的設備的用戶也必須擁有幾種不同的適配器。如果用戶打算出門旅行並且希望在這段時間使用他們的設備，他們將不得不帶上他們所有的充電器。
參這些適配器和充電器常常要求用戶把一個小的連接器插入設備或將設備精確校準放入機座中，這造成不便。如果用戶未能將他們的設備插入或放入到充電器中且設備已用完了電，該設備將變得毫無用處，且本地存儲在設備中的重要數據甚至可能會丟失。
參另外，大多數的適配器和充電器不得不插入電源插座內，所以如果幾個適配器和充電器一起使用，它們將佔用插座條的空間，且造成電線凌亂並且混亂地糾纏在一起。
參除了對設備重新充電的傳統方法帶來的上述問題之外，具有開放式電觸點的設備也存在許多實際的問題。例如，由於可能腐蝕觸點或使觸點短路，設備不能用於潮溼的環境中，並且由於可能產生電火花，設備也不能用於可燃氣體環境中。 使用感應充電的充電器不需要具有開放式電觸點，因此使得適配器和設備可進行密封且用於潮溼的環境(例如上面提到的電動牙刷被設計用於浴室中)。然而，這種充電器仍然面臨上述的所有其它問題。例如，設備仍需要精確地放置在充電器中，使得設備和充電器處於預定的相對位置(參見圖la和圖lb)。適配器仍然僅僅被設計為專用於某種構造和類型的設備，且仍然僅僅能夠每次對一個設備進行充電。結果，用戶仍然需要擁有和管理多個不同的適配器。 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備中取下，且使用同一個設備進行充電。雖然這些通用充電器消除了擁有用於不同設備的不同充電器的必要性，但它們給用戶產生了甚至更大的不便，這是因為電池組首先需要被取下，然後需要對充電器進行調整，並且電池組需要被精確地放入充電器或相對充電器進行放置。另外，必須花費時間來確定充電器所必須使用的一對正確的電池組金屬觸點。 從US 3，938，018"感應式充電系統(Induction charging system) "了解至lj，其提供了一種非接觸式電池充電裝置，藉助於該裝置，當將設備放入初級端上的凹座中時，初級端的感應線圈可與次級端設備上的水平感應線圈對準。該凹座確保了該設計所必需的較為精確的校準，從而確保了初級線圈和次級線圈之間良好的耦合。 從US 5， 959， 433 "通用感應式電池充電器系統(Universallnductive BatteryCharger System)"還了解到，其提供了一種非接觸式電池充電系統。所描述的電池充電器包括一個產生磁力線的單一充電線圈，該磁力線將在可能屬於蜂窩電話或膝上型計算機的電池組中感生出電流。 從US 4， 873， 677"電子設備的充電裝置(Charging Apparatus foran ElectronicDevice)"還了解到，其提供了一種用於對電子設備充電的裝置，該裝置包括一對線圈。這對線圈被設計用於反相工作，使得磁力線從一個線圈耦合到另一線圈。諸如手錶的電子設備可以放置在這兩個線圈上以接收電能。 從US 5， 952， 814 "感應式充電裝置禾口電子設備(Inductioncharging apparatusand an electronic device)"還了解到，其提供了一種用於對可充電的電池進行充電的感應式充電器。該電子設備的外殼形狀與充電器的內部形狀匹配，從而使得初級線圈和次級線圈精確對準。 從US 6， 208， 115"替代電池組(Battery substitute pack)"還了解到，其提供了一種可進行感應充電的替代電池組。 從W0 00/61400 "用於感應傳送電能的設備(Device forlnductivelyTransmitting Electrical Power) " 了解到，其提供了一種把電能感應地轉移給傳送裝置的方法。 從WO 95/11545 "感應式電能獲取線圈(Inductive power pick-upcoils) " 了解到，其提供了一種用於從一系列的內置扁平初級線圈為電動交通工具感應地提供電能的系統。 為了克服要求次級裝置與初級裝置軸向對準的感應式電能轉移系統的局限性，可能有人會提出一個顯而易見的解決方案，即使用一個簡單的感應電能轉移系統，藉助該系統初級裝置能夠在較大區域內發射電磁場(參見圖2a)。用戶可以簡單地把一個或多個待充電的設備放置在初級裝置的範圍內，而不要求把它們精確放置。例如，這個初級裝置可以包括一個環繞較大區域的線圈。當電流流經線圈時，產生了在較大區域範圍延伸的電磁場，設備可以放置在該區域內的任何位置。雖然該方法理論上可行，但其具有很多缺陷。首先，電磁發射的強度受調節範圍所控制。這意味著該方法僅僅支持有限速率的電能轉移。另外，許多物體可能受到強磁場的存在的影響。例如，存儲在信用卡上的數據可能被毀壞，並且金
8屬製成的物體內部將感應生成渦電流，從而產生不希望的加熱效果。另外，如果包括傳統線 圈(參見圖2a)的次級裝置與諸如印刷電路板內的銅板或電池的金屬外殼相對放置，耦合 可能顯著地降低。 為了避免產生大的磁場，可能有人建議使用線圈陣列，藉助該線圈陣列只有所需 的線圈被激活(參見圖3)。該方法在日本磁學學會期刊上2001年11月29日發表的題 為"臺式無接觸電站系統內的線圈形狀(Coil Sh即e in Desk-type Contactless Power StationSyetem)"的論文中進行了描述。在多線圈原理的一個實施例中，傳感機構對次級裝 置相對於初級裝置的相對位置進行檢測。然後，控制系統激活相應的線圈以定位方式把電 能傳送給次級裝置。雖然該方法提供了一種之前所列出的問題的解決方案，但是實現起來 既複雜又昂貴。初級場可被定位的程度受線圈數量的限制，因此也受所使用的驅動電路的 數量的限制(也就是初級裝置的"分解")。多線圈系統的成本將大大限制該原理的商業應 用。場分布不均勻也是一個缺陷。當初級裝置內的所有線圈都被激活時，它們合起來等價 於一個大線圈，它的磁場分布在線圈的中心顯示為最小。 另一方案在US 5， 519， 262 "近場電能耦合系統(Near Field PowerCoupling System)"中加以概述，其中初級裝置具有大量從扁平板的一端到另一端布置的窄感應線圈 (或可選地電容板)，產生大量以相位移的方式進行驅動的垂直場，而使得運動正弦波在板 上移動。接收設備布置有兩個垂直的場接收裝置，使得無論該接收設備位於板上的什麼位 置，它總能從至少一個接收裝置收集到電能。雖然該方案也給設備提供移動的自由，但是它 有一些缺點在於需要一個複雜的次級裝置、具有一個固定的分解以及由於返回磁通路徑是 通過空氣而耦合較差。 現有技術的解決方案都不能令人滿意地解決已描述的所有問題。如果能獲得一個 能以以下所有特徵向可攜式設備轉移電能、並且能以划算的成本實施的解決方案，將是很 令人滿意的 參通用性單一初級裝置，它可以為具有不同電能要求的不同次級裝置提供電力， 從而消除了多個不同的適配器和充電器的必要性； 參便利性單一初級裝置，它允許次級裝置放置在有效鄰近範圍內的任何位置，從
而消除了把次級裝置插入或精確地相對適配器或充電器進行放置的必要性； 參多負載單一初級裝置，它可以同時為具有不同電能要求的多個不同的次級裝
置提供電力。 參用於不同環境的靈活性單一初級裝置，它可以為次級裝置提供電力，而不要求
直接的電接觸，從而允許次級裝置和初級裝置自身可用於潮溼的、含有氣體的、清潔的和其 它不正常的環境； 參低電磁發射單一初級裝置，它可以將產生的磁場的強度和大小降低到最低的
方式傳送電能。 此外可理解，可攜式設備正大量產生，它們都需要電池給它們提供電能。原電池或 其電池組用完後必須進行處理，這既昂貴又汙染環境。而蓄電池或蓄電池組可以進行充電 且重複使用。 許多可攜式設備具有裝滿足工業標準大小和電壓的諸如AA、AAA、C、D和PP3的電 池的容器。這使得用戶能夠自由選擇是否使用原電池或蓄電池以及不同的類型的電池。一旦用完，通常必須將蓄電池從設備中取下並放置到單獨的充電裝置中。或者，一些可攜式設
備具有內置的充電電路，允許電池在設備插入外部電源時就地進行充電。 對於用戶來說，必須把電池從設備中取下以進行充電或把設備插入外部電源來原
地進行充電，這都是不方便的。最好能通過某種非接觸方式對電池進行充電，而不必進行上
述任何操作。 —些可攜式設備能夠以感應耦合的方式從充電器接收電能，例如Bra皿Oral B的 Plak Control牙刷。這種可攜式設備通常具有一個定製的、內置於設備中的專用電能接收 模塊，該模塊然後與一內部標準電池或電池組相連(該電池可是或不是可取下的)。
然而，如果用戶能夠簡單地通過安裝感應式充電電池或電池組而把任何接受工業 標準電池尺寸的可攜式設備轉換成感應式充電設備，這將是很方便的，其中，可以通過把設 備放置到感應式充電器上對感應式充電電池或電池組進行充電。 現有技術的例子還包括US 6， 208， 115，它披露了一種可以感應式充電的替代電池 組。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供了一種用於轉移(transfer，傳輸)電能而不要求直 接電導接觸的系統，該系統包括 i)初級裝置，它包括基本上是薄片狀的充電錶面和至少一個用於產生電磁場的裝
置，該裝置在充電錶面內或平行於充電錶面的預定區域進行二維分布，以限定至少一個基
本上與預定區域共同延伸的充電錶面的充電區域，該充電區域在充電錶面上具有一定寬度
和一定長度，其中，該裝置以這種方式配置當一預定電流被傳送到該裝置中以及初級裝置
被有效電磁隔離時，由該裝置產生的電磁場具有這樣的電磁場線，即在平行於電磁場線的
一個方向所測量的充電區域的任何四分之一長度部分上對電磁場線取平均時，該電磁場線
在接近充電錶面的地方與其成45。角或更小的角度，並在充電錶面上方以二維分布；並且
其中，基本垂直於充電區域所測量的該裝置的高度小於充電區域的寬度或長度；以及 ii)至少一個次級裝置，它包括至少一個電導線；其中，當至少一個初級設備放置
在初級裝置的充電區域上或接近充電區域放置時，電磁場線與至少一個次級裝置的至少一
個導線耦合，並感應產生電流在其中流動。 根據本發明的第二方面，提供了一種用於轉移電能而不要求直接電導接觸的初級 裝置，該初級裝置包括基本上是薄片狀的充電錶面和至少一個用於產生電磁場的裝置，該 裝置在充電錶面內或平行於充電錶面的預定區域進行二維分布，以限定至少一個基本上與 預定區域共同延伸的充電錶面的充電區域，該充電區域在充電錶面上具有一定寬度和一定 長度，其中，該裝置以這種方式配置當一預定電流被傳送到該裝置中以及初級裝置被有效 電磁隔離時，由該裝置產生的電磁場具有這樣的電磁場線，即在平行於場線的一個方向測 量的充電區域的任何四分之一長度部分上對電磁場線取平均時，該電磁場線在接近充電錶 面的地方與其成45。角或更小的角度，且在充電錶面上方以二維分布；並且其中，基本垂 直於充電區域所測量的該裝置的高度小於充電區域的寬度或長度。 根據本發明的第三方面，提供了 一種以非導電方式從初級裝置向次級裝置轉移電 能的方法，該初級裝置包括基本上是薄片狀的充電錶面和至少一個用於產生電磁場的裝
10置，該裝置在充電錶面內或平行於充電錶面的預定區域進行二維分布，以限定至少一個基 本上與預定區域共同延伸的充電錶面的充電區域，該充電區域在充電錶面上具有一定寬度 和一定長度，基本垂直於充電區域所測量的該裝置的高度小於充電區域的寬度或長度，以 及，次級裝置具有至少一個電導線；其中 i)當對裝置通以預定電流而產生的、並且當初級裝置被有效電磁隔離時進行測量
的電磁場具有電磁場線，在平行於場線的一個方向測量的充電區域的任何四分之一長度部
分上對電磁場線取平均時，該電磁場線在接近充電錶面的地方與其成45。角或更小的角
度，且在充電區域上方取平均時在至少一個充電區域上方以二維分布；以及 ii)當次級裝置的導線放置在充電區域上或接近充電區域放置時，電磁場與其耦合。 根據本發明的第四方面，提供了一種與第一、第二或第三方面的系統、裝置或方法 一起使用的次級裝置。該次級裝置包括至少一個電導線和具有基本上是薄片狀的形狀因 子。 在本申請的上下文中，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。 初級裝置可以包括至少一個用於產生電磁場的裝置所用的電源，或者可以被提供 有連接器或類似器件，使得該至少一個裝置能夠連接到外部電源。 在一些實施例中，用於產生電磁場的裝置的高度不超過(僅僅為)充電區域的寬 度的一半或長度的一半；在一些實施例中，該高度可僅僅為充電區域的寬度的1/5或長度 的1/5。 次級裝置內的至少一個電導線可以圍繞用於聚集流進的磁力線的磁芯進行纏繞。 具體來說，該磁芯(如果設置有的話)可以提供一條對初級裝置產生的電磁場的磁力線阻 抗最小的路徑。該磁芯可以是非晶導磁材料。在一些實施例中，無需使用非晶磁芯。
如果設置有非晶磁芯，則該非晶磁性材料最好處於未退火狀態或基本上是鑄造的 狀態。該材料可以是至少70%未退火的，或最好是至少90%未退火。這是因為退火往往使 非晶磁性材料易於破碎，這對於包含在諸如行動電話的設備中是不利的，舉例來說，移動電 話可能由於偶然的跌落而受到劇烈的撞擊。在一個特別優選的實施例中，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、硼和矽或其它合適的材料的合金。該合金被熔化，然後進行快速冷 卻("淬火")使其凝固時來不及結晶，從而使合金處於玻璃狀的非晶狀態。合適的材料包
括Metglas 714A及類似材料。透磁合金或導磁合金等也可以被使用。 如果設置有磁芯的話，那麼次級裝置中的磁芯最好為高導磁性磁芯。這種磁芯的 相對導磁率最好是100，更好的至少為500，最好至少為1000，至少10， 000或100， 000的量
級尤其有利。 用於產生電磁場的至少一個裝置可以是線圈，例如具有一定長度的電線或印刷條 板的形式，或可以具有適當結構的導電板的形式，或該裝置也可以包括任何適當的導線布 置。雖然其它的導電材料，一般是金屬，可以適當地使用，但是最好的材料是銅。應該明白 的是，這裡的術語"線圈"意圖包括任何適當的形成電路的電導線，電流可以通過該電路進行流動從而產生電磁場。特別是，"線圈"不必圍繞磁芯或線圈架等纏繞，但可以是簡單的或 複雜的環路或等價的結構。 優選地，初級裝置的充電區域足夠大，用以沿多個方位容納次級裝置的導線和/ 或磁芯。在一特別優選實施例中，充電區域足夠大，能夠沿任何方位容納次級裝置的導線和 /或磁芯。通過這種方式，可以實現從初級裝置到次級裝置的電能轉移，而不必在把次級裝 置放置在初級裝置的充電錶面上時，沿任何特定的方向對準次級裝置的導線和/或磁芯。
初級裝置的基本為薄片狀的充電錶面可以基本上是平的，或可以是彎曲的，或被 設計為適合預定的空間，諸如汽車儀錶板雜物箱等。尤其優選的是，用於產生電磁場的裝置 不從充電錶面上凸出或突出到充電錶面之外。 用於在初級裝置內產生電磁場的裝置的一個重要特徵在於，由裝置產生且在初級 裝置處於有效磁隔離(也就是，當沒有次級裝置存在於充電錶面上或接近充電錶面)時被 測量的電磁場線，在至少一個充電區域上以二維分布，在接近充電區域(例如，小於充電區 域的高度或寬度)的地方與其成45。角或更小的角度，以及在通常平行於場線的方向測量 的充電區域的任何四分之一長度部分上取平均。處於這種關係的場線的測量應該被理解成 在充電區域的四分之一長度上取平均時的場線的測量，而不是瞬間點的測量。在某些實施 例中，場線成30。角或更小的角度。在一些實施例中，場線基本上平行於所指充電區域的至 少一個中心部分。這與現有技術的系統完全相反。在現有技術的系統中，場線往往與初級 裝置的一個表面基本垂直。通過產生與充電區域或多或少平行或至少有一個有效分解分量 與充電區域平行的電磁場，有可能對場進行控制而在充電區域的平面內或與之平行的面內 產生角度變化，這種角度變化有助於避免電磁場內的任何靜止零信號(stationary皿ll)， 否則這種靜止零信號將降低充電錶面上的次級裝置的特定方位的充電效率。場線的方向可 以通過一個整圓或半圓朝一個或兩個方向旋轉。或者，該磁場方向可發生"抖動"或波動， 或可在一個或多個方向之間轉換。在更為複雜的結構中，場線的方向可以以Lissajous圖 形等進行變化。 在一些實施例中，在任何特定的充電區域上，場線可以基本上互相平行，或至少在 充電區域內或平行於充電區域的平面內具有分解分量，這些充電區域在任何特定的時刻基 本互相平行。 應該理解，一個用於產生電磁場的裝置可以用作為不止一個充電區域提供電磁 場；也應認識到，不止一個裝置可以用作為僅僅一個充電區域提供電磁場。換句話說，用於 產生電磁場的裝置和充電區域不必一一對應。 次級裝置可以採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 如一個或多個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，以用於大小 和重量都很重要的應用。參見圖7a。 在一個優選實施例中，初級裝置可以包括一對具有相鄰的共面繞組的導線，該導 線具有相互基本平行布置的線性部分，用以產生基本均勻的電磁場，該電磁場通常平行於 繞組平面進行延伸，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。
在這個實施例中的繞組可以被構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匝。 有利地，初級裝置可以包括第一對和第二對導線，這兩對導線放置在基本平行的
12平面內，並且第一對導線的基本平行的線性部分通常與第二對導線的基本平行的線性部分 成直角布置；初級裝置還包括驅動電路，該驅動電路被布置來以產生在基本平行於繞組的 平面的平面內進行旋轉的合成場這樣一種方式驅動這兩對導線。 根據本發明的第五方面，提供了一種用於以無接觸方式轉移電能的系統，該系統 包括 參初級裝置，它由至少一個電線圈組成，其中每個線圈的特點是具有至少一個有
效區域(active area)，兩個或多個導線以使得次級裝置有可能在接近這一有效區域的一 部分的位置進行放置這種方式而基本分布在這一區域中，在該有效區域中沿一特定方向流 動的淨瞬間電流基本上不為零； 參至少一個次級裝置，它包括以使得該次級裝置有可能放置在接近初級裝置的表
面的區域中這種方式圍繞高導磁率磁芯進行纏繞的導線，在這個區域中淨瞬間電流基本上 不為零； 由此，當繞組的中心軸接近初級裝置的有效區域、基本上不垂直於初級裝置的有 效區域的平面、以及基本上不平行於初級裝置的至少一個線圈的有效區域內的導線時，至 少一個次級裝置能夠通過電磁感應接收電能。 在次級裝置包含一個感應式充電電池組或電池的地方，該電池組或電池可以具有 一個主軸，且能夠通過沿電池組或電池的主軸流動的交替場進行充電，該電池組或電池包 括 參與工業標準的電池組或電池的尺寸近似的外殼和外部電連接裝置 參能量存儲裝置 參可選的磁力線聚集裝置 參電能接收裝置 參把所接收的電能轉換成適合於通過外部電連接裝置傳送到電池外部的形式的
裝置，或對能量存儲裝置充電的裝置，或兩功能都有的裝置。 所提出的發明大大不同於傳統感應式電能轉移系統的設計。傳統的系統和所提出 的系統的區別可通過參見它們各自的磁力線圖形最好地加以闡明。(參見圖2a和圖4)
參傳統的系統在傳統的系統中(參見圖2a)，通常有一個平面形的初級線圈，該 線圈產生一個磁場，該磁場的磁力線以垂直的方式從線圈平面出來。次級裝置通常有圍繞 一些或所有的這些磁力線的圓形或方形線圈。 參所提出的系統在所提出的系統中，磁場基本上沿線圈平面的表面水平前進
(參見圖4)，而不是直接從圖2a中所示的線圈平面出來。因此，次級裝置可具有繞磁芯進
行纏繞的加長繞組。參見圖7a和圖7b。當次級裝置放置於初級裝置上時，磁力線將被吸引
穿過次級裝置的磁芯前進，這是因為它是磁阻最小的路徑。這使得次級裝置和初級裝置被
有效地耦合。次級裝置的磁芯和繞組可以基本上展平形成一個非常薄的部件。 在描述本發明中，為清楚可見而將採用特定的術語。然而，這並不意味著本發明局
限於所選定的特定術語，應該理解的是，每一特定術語包括所有的以相似方式進行操作而
達到相似目的的技術同義詞。 應該理解，本專利申請中使用的術語"充電區域"可以指用於產生場的至少一個裝 置(例如以線圈形式存在的一個或多個導線)的區域，或由初級導線聯合形成的區域，在該
13區域內，次級裝置可以有效地耦合磁力線。關於充電區域的一些實施例在圖6a 61和圖 9c中作為部件740示出。"充電區域"的一個特徵是導線在初級裝置的有效區域上分布，如 此構造而使得至少一個用於產生場的裝置有可能被驅動而獲得朝一個方向流動的瞬間淨 磁力線。初級裝置可以具有不止一個充電區域。當磁力線不能被次級裝置在邊界處的任何 旋轉中(諸如圖7a中所示出的那些)有效耦合時，一個充電區域不同於另一充電區域。
應該理解，本專利中使用的術語"線圈"指所有以如上所述的充電區域為特徵的導 線結構。這包括電線繞組或印刷跡線或圖8e中示出的平面。導線可以由銅、金、合金或任 何其它適當的材料。 本申請在幾個地方提到了次級裝置的旋轉。在這兒應該闡明的是，如果次級裝置 進行旋轉，則所提及的旋轉軸與充電區域的平面垂直。 這種設計的根本改變克服了傳統系統的至少一個缺陷。所提出的發明的好處包 括 參不需要精確的對準次級裝置可以放置在初級裝置的充電區域上的任何位置；
參耦合均勻在所提出的發明中，初級裝置和次級裝置之間的耦合在充電區域上 與傳統的初級線圈和次級線圈相比更加均勻。在傳統的大線圈系統(參見圖2a)中，場強 在線圈平面內的線圈的中央降到最小(參見圖2b)。這意味著如果足夠的電能在中央位置 能被有效地轉移，那麼最小場強必須高於某一門限值。那麼最大場強將大大高於所要求的 門限值，這可能導致不希望的結果。 參通用性多個不同的次級裝置，甚至那些具有不同功率要求的設備，都可以放置 在初級裝置的充電錶面上的充電區域內來同時接收電能。 參耦合係數提高次級裝置內的可選的高導磁率磁性材料通過提供一條低磁阻路
徑大大增加了感應產生的磁通量。這可以極大地增加電能轉移。 參適於次級裝置的理想形狀因子本系統的幾何形狀允許使用薄片狀磁性材料
(例如非晶金屬帶)。這意味著次級裝置可以具有薄片狀的形狀因子，使得它適於裝在移動 電話和其它電子設備的後部。如果在傳統線圈的中央使用磁性材料，有可能增加次級裝置 的體積。
參場洩漏最小當一個或多個次級裝置存在於初級裝置的充電區域內時，有可能
以這種方式使用磁性材料，即使得超過一半的磁路為低磁阻材料(參見圖4d)。這意味著對
於特定的磁動勢(magneto-motive force, mmf)將有更多的磁力線流入。由於感應電壓與
所耦合的磁通量的變化率成比例，這將使轉移到次級裝置的電能增加。磁路中的空氣間隙
越少並且越短，場的邊緣越少，則磁力線離初級裝置的表面越近，所以洩漏也最小。 參成本高效與多線圈設計不同，本發明的解決方案要求更為簡單的控制系統和
更少的部件。
參次級裝置的自由繞軸旋轉如果次級裝置是薄片狀或可選地甚至是圓柱狀(參
見圖io)，可以這樣對其進行構造，使它保持與磁力線的良好耦合，而不管它是否圍繞最長
軸進行旋轉。如果次級裝置是一個安裝在另一設備內的電池組電池，當次級裝置的繞軸旋 轉可能難以控制時，這可能尤其是一個優點。 參次級裝置內的磁芯可以設置為位於該設備內或設備附近的其它平行金屬平面
的附近，例如位於銅印刷電路板或鋁蓋的附近。在這種情況下，本發明的實施例的性能大大優於傳統繞芯纏繞的線圈的性能，這是因為如果傳統設備線圈面向金屬平面放置，穿過 傳統設備線圈的場線將遭受磁力線排斥(因為磁力線必須垂直於線圈平面傳播)。由於在 本發明的實施例中，磁力線沿磁芯的平面傳播，因此也是沿金屬平面傳播，使得性能得到提 高。 一個附加的好處是，本發明的實施例的次級裝置內的磁芯可以作為初級裝置產生的電 磁場和磁芯另一側上的任何元件(例如電路和電池組電池)產生的電磁場之間的屏蔽。
參由於本發明的實施例的次級裝置的磁芯的導磁率高於空氣的導磁率，因此它用 來聚集磁力線，這樣能捕獲更多的磁力線，否則磁力線將流經等價的空氣截面。磁芯"形狀 因子"的大小(等價的磁力線捕獲範圍)由磁芯的最長的平面尺寸而確定為一階近似。所 以，如果本發明的實施例的次級裝置的磁芯的平面尺寸具有較大地非正方形長寬比，例如
長寬比為4 : i的矩形，而不是長寬比為i : i的正方形，它將按比例捕獲更多的沿平行於
最長平面尺寸的方向傳播的任何磁力線。因此，如果磁芯用於具有受限平面形狀比例的設 備(例如，諸如耳機或鋼筆的長薄設備)，與相同區域的傳統線圈的性能相比，其性能將大 大提高。 初級裝置通常由下面的部件構成。(參見圖5) 參電源該電源把電源電壓轉換成較低電壓的直流電。這通常是一個傳統的變壓 器或開關式電源； 參控制裝置如果用於產生場的裝置的電感隨次級裝置的存在發生變化，那麼 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，控制裝置可以與對電路電 流狀態進行反饋的傳感裝置進行耦合。它也可以與一個可按需要接入或斷開的電容器 庫耦合。如果用於產生場的裝置要求不止一個驅動電路，那麼該控制裝置也可以調整諸 如相位差或不同驅動電路的接通/斷開次數等參數，以達到理想結果。也可能對系統的 Q(qualityfactor，品質因數)進行設計而在一定電感範圍內起作用，從而不再需要上面的 控制系統； 參驅動電路該驅動電路受控制裝置的控制，以及驅動變化的電流通過用於產生 場的裝置或裝置的一個部件。根據裝置中獨立部件的數量，可存在不止一個驅動電路；
參用於產生電磁場的裝置該裝置使用從驅動電路供給的電流產生預定形狀和強 度的電磁場。該裝置的具體結構限定了所產生的場的形狀和強度。該裝置可以包括用作磁 導的磁性材料，也包括一個或多個獨立的驅動部件(繞組)，一起形成充電區域。多種實施 例設計都是可能的，其例子在圖6中示出。
參傳感裝置該傳感裝置檢索並發送相關的數據給控制裝置以用於分析。
次級裝置通常由下面的部件構成，如圖5中示出。 參磁裝置該磁裝置把存儲在初級裝置產生的磁場中的能量轉換回電能。這通常 藉助於圍繞一個高導磁率磁芯纏繞的繞組來實現。磁芯的最大尺寸通常與繞組的中心軸一 致。 參轉換裝置該轉換裝置把從磁裝置接收到的波動電流轉換成對它所耦合的設備 有用的形式。例如，轉換裝置可以藉助於全波橋式整流器和濾波電容器把波動電流轉換成 未經調整的直流電。在其它情況下，轉換電路可以與加熱元件或電池充電器耦合。通常還 存在有一個電容器與磁裝置並聯或串聯連接，以形成工作於初級裝置的操作頻率的諧振電 路。
在典型操作中，一個或多個次級裝置放置在初級裝置的充電錶面之上。磁力線流經至少一個導線和/或存在的次級裝置的磁芯，並感生出電流。根據初級裝置內用於產生場的裝置的結構，次級裝置的旋轉定位可以影響耦合的磁力線的數量。
初級裝置 初級裝置可以許多不同的形式存在，例如 參可放在桌子和其它平滑表面上的扁平平臺或墊板； 參內置於諸如書桌、桌子、櫃檯、椅子、書架等的家具中，使得初級裝置不可見；
參容器的一部分，諸如抽屜、箱子、汽車儀錶板上的小櫃、以及用於電動工具的容器； 參可粘到牆壁上並豎直使用的扁平平臺或墊板。
初級裝置可以從不同的電源供以電能，例如
參AC電源主插座
參車輛點火器插座
參電池
參燃料電池
參太陽能電池板
*人力(human power) 初級裝置可以足夠小，使得僅僅一個次級裝置容納在單個充電區域內的充電錶面
上，或可以足夠大，以同時容納多個次級裝置，它們往往容裝在不同的充電區域。 初級裝置內用於產生場的裝置可以以電源頻率(50Hz或60Hz)或某一更高頻率被驅動。 初級裝置的傳感裝置可以對次級裝置的存在、存在的次級裝置的數量、甚至其它不是次級裝置一部分的磁性材料的存在進行檢測。這種檢測信息可以用於控制傳送到初級裝置的場產生裝置的電流。 初級裝置和/或次級裝置可以基本上防水的或防爆炸的。
初級裝置和/或次級裝置可以按諸如IP66的標準被密封。 初級裝置可以包括可視的指示器(例如，但不局限於，諸如發光二極體、電磷光顯示器、發光聚合體的發光設備，或諸如液晶顯示器或MIT電子紙張的光反射設備)以指示初級裝置當前的狀態、次級裝置的存在、或存在的次級裝置的數量、或上述任何組合。
用於產生電磁場的裝置 本申請中提到的場產生裝置包括所有結構的導線，其中
參導線基本上分布於平面內以及； 參存在有平面的實質區域(substantial area)，在該區域具有非零的淨瞬間電流。給定正確的方位的話，次級裝置將在這些區域上有效地耦合和接收電能。(參見圖6)
參導線能夠產生電磁場，在電磁場中，場線與平面的實質區域成45。角或更小的角度，或與平面的實質區域基本平行。 圖6示出了這種初級導線的一些可能的結構。雖然大多數的結構實際上是線圈繞組，但是應該認識到，通常不被認為是線圈的導線平面也可以取得同樣的效果(參見圖6e)。這些附圖是一些典型的例子，但不詳盡。這些導線或線圈可以組合使用，使得次級裝置在初級裝置的充電區域上的同時沿所有轉向都可以進行有效的耦合。
磁性材料 有可能在初級裝置中使用磁材料來增強性能。 參磁性材料可以放置於一個或多個充電區域或整個充電錶面的下面，使得在導體
的下面也存在一條低磁阻路徑使磁力線完成它的路徑。理論上說，磁路與電路類似。電壓與磁動勢(mmf)類似，電阻與磁阻類似，以及電流與磁力線(磁通量)類似。從這一點可以看出，對於一個給定的mmf ，如果路徑的磁阻減小，磁力線流動將增加。通過將磁性材料設置在充電區域的下面，磁路的磁阻本質上被減小。這實際上增加了次級裝置所耦合的磁通量，並最終增加了所轉移的電能。圖4d示出了放置於充電區域下面的磁性材料板以及產生的磁路。 參磁性材料也可以放置於充電錶面和/或充電區域的上面，以及次級裝置的下
面，以作為磁導。該磁導實施兩種功能首先，整個磁路的磁阻進一步減小從而允許更多的磁力線流動。其次，它沿充電區域的上表面提供了一條低磁阻路徑，因此磁力線將流經這些磁導而不是流經空氣。所以，這產生了將場控制在初級裝置的充電錶面附近的效果，而不是將其包含在空氣中。可以從戰略上或有意地選取用於磁導的磁性材料，以使次級裝置的磁芯(如果設置有的話)具有不同的磁性質。例如，可以選取一種較低導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，並且較低導磁率意味著當次級裝置在附近時，大量的磁力線將選擇通過次級裝置而不是磁導。(參見圖8)
參在某些初級裝置的場產生裝置的結構中，可以存在有不構成充電區域一部分的導線，例如圖6a和圖6b中標為745的部件。在這種情況下，可能希望使用磁性材料來屏蔽這些導線的影響。 參一些可以使用的材料的例子包括但不局限於不結晶金屬(金屬玻璃合金諸如
MetGlasTM)、由磁性材料製成的電線網、鋼、鐵氧體磁芯、導磁合金以及透磁合金。 次級裝置 次級裝置可以具有不同的形狀和形式。 一般地，為了更好地進行磁力線耦合，導線(例如，線圈繞組)的中心軸應該基本上不垂直於充電區域。 參初級設備可以具有扁平狀繞組的形狀(參見圖7a)。內部的磁芯可以由諸如非晶金屬這樣的磁性材料板構成。這一幾何形狀使得次級裝置能夠裝入諸如行動電話、個人數字助理和膝上型電腦的電子設備的後部，而不會給增加設備的體積。 參次級裝置可以具有長圓柱體的形狀。長圓柱體磁芯的周圍可以纏有導線(參見圖7b)。 參次級裝置可以是一個周圍包裹有磁性材料的物體。 一個例子是一種標準尺寸(AA， AAA， C， D)或其它尺寸/形狀(例如為特定應用而專用的/定製的)的具有例如包裹在圓柱體周圍的磁性材料和纏繞圓柱體的繞組的充電電池組電池。 參次級裝置可以是上面的兩種或多種個的組合。上面的實施例甚至可以和傳統的線圈結合。 下面的非詳盡的名單舉例說明了可以與次級裝置耦合以接收電能的物體的一些例子。可能不局限於下面所述的物體 參移動通信設備，例如收音機、行動電話或對講機；
參可攜式計算設備，例如個人數字助理或掌上型電腦或膝上型計算機； 參可攜式娛樂設備，例如音樂播放器、遊戲手柄或玩具； 參個人衛生工具，例如牙刷、剃鬚刀、巻發器、巻發機； 參可攜式成像設備，例如視頻可攜式攝像機或照相機； 參容納可能需要加熱的東西的容器，例如咖啡杯、盤子、飯鍋、指甲油和化妝品 參消費型設備，例如手電筒、時鐘和扇子； 參電動工具，例如交直流兩用的鑽孔機和螺絲起子；
參無線外圍設備，例如無線計算機滑鼠、鍵盤和耳機；
參定時設備，例如時鐘、手錶、停表和鬧鐘；
參用於插入上面任意設備的電池組；
參標準尺寸的電池組電池。 在諸如電池組電池的非智能次級裝置的情況下，可能還需要一些複雜的充電控制裝置，用來計量供給電池的感應電能，以及處理設備中的多個電池具有不同充電狀態的情況。而且，能夠顯示"被充電"情況對初級裝置來說變得尤為重要，這是因為當蓄電池或蓄電池組位於其它電子設備內時可能不易被看到。 圖IO示出了一種可能的包括感應式充電電池組或電池和初級裝置的系統。除了可隨意把電池920放置在(X， Y)平面，以及繞rZ軸相對於初級裝置910任意旋轉，還可使電池組沿其rA軸進行旋轉而持續接收電能。 當用戶把電池插入可攜式設備時，不容易確保它具有任意特定的繞軸旋轉。因此，本發明的實施例是具有高度優勢，這是因為它們可以確保電池組在圍繞rA朝任意方位旋轉時能夠接收電能。 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聚集置931內，該磁力線
聚集裝置周圍纏繞有導線線圈932。 a.該圓筒形裝置相對於電池的長度可長可短。 2.如圖llb中所示，電池930的表面上可以有磁力線聚集裝置931部分，導線線圈932纏繞在該磁力線聚集裝置部分上。 a.該部分可以與電池的表面一致，或嵌入電池中。 b.相對於電池的周邊，該部分的面積可大可小，並且相對於電池的長度該部分可長可短。 3.如圖llc中所示，電池930的內部可以包含磁力線聚集裝置931部分，導線線圈932纏繞在該磁力線聚集裝置部分上。 a.該部分可以基本上是扁平的、圓柱形的、杆狀的、或任何其它形狀。
b.該部分的寬度相對於電池的直徑可大可小。
c.該部分的長度相對於電池的長度可大可小。 在這些情況的任何一種情況下，磁力線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，內部電極)的一個功能部分。 涉及蓄電池(例如在設備內的AA充電電池)的充電的問題包括
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參終端電壓可能比正常值高。 參串聯電池可能表現異常，特別是在一些電池被充電而其它電池未被充電的情況。
參不得不提供足夠的電能以使設備運轉以及對電池充電。
參如果不正確地實施快速充電，可能毀壞電池。 因此，有利地提供了一些複雜的充電控制裝置來測定供給設備和電池的感應電 能。而且，能夠顯示"被充電"狀態對於初級裝置來說尤為重要，這是因為當蓄電池或蓄電 池組位於電子設備內時可能不易被看到。 以這種方式實現的電池或電池組在安裝到另一設備中時，可通過把該設備放置在 初級裝置上進行充電，或者當電池或電池組被安裝在設備的外面時，可通過把電池或電池 組直接放置在初級裝置上上進行充電。 以這種方式實現的多個電池組可以如通常的設備中的那樣(例如端對端或並排) 以電池組形式進行布置，使得單個電池組能夠代替一組電池。 可選地，次級裝置可以由裝在設備內的電池組之上的扁平的"適配器"構成，該扁
平的"適配器"具有在電池電極和設備觸點之間向下作用的薄電極。 旋轉電磁場 在諸如圖6、圖9a和圖9b中的那些線圈中，通常只有當繞組被放置為基本平行於 如箭頭l所示的初級導線中的淨電流的方向時，次級裝置才能有效耦合。在某些應用中，可 能需要一個初級裝置，它將有效地把電能轉移給次級裝置而無論次級裝置如何旋轉，條件 是 參次級導線的中心軸不垂直於平面，以及；
參次級裝置緊鄰初級裝置。 為了使這一點成為可行，有可能具有兩個線圈，例如一個線圈置於另一個線圈的
頂部，或一個線圈編織到另一個線圈中，或者與另一個線圈編織在一起，第二線圈能夠在初
級裝置的有效區域內的任何點處產生基本垂直於第一線圈的方向的淨電流。這兩個線圈可
以交替地被驅動，使得每一個被激活一段時間。另一個可能是相隔四分之一周期驅動兩個
線圈，從而在平面內產生一個旋轉磁偶極子。這在圖9中示出。這一點對於其它組合形式
的線圈結構也是可能的。 諧振電路 使用並聯或串聯諧振電路驅動線圈是本領域為人公知的。例如在串聯諧振電路
中，線圈和電容器的阻抗在諧振時相等且相反，所以電路的總阻抗最小，且流經初級線圈的
電流最大。通常還將次級裝置調諧到工作頻率，以使感應電壓或電流最大。 在一些類似電動牙刷這樣的系統中，通常有這樣一個電路，該電路在次級裝置不
存在時被解諧(deturned)，並且當次級裝置在適當的位置時進行調諧。次級裝置中存在的
磁性材料改變初級裝置的自感，並使電路發生諧振。在其它類似無源無線標籤(passive
radiotag)這樣的系統中，次級裝置中沒有磁性材料，所以不會影響該系統的諧振頻率。這
些標籤通常很小並遠離初級裝置使用，從而即使有磁性材料存在，初級裝置的感應也不會
顯著改變。 而在所提出的系統中，情況並非如此
參高導磁率磁性材料可以存在於次級裝置中，並緊鄰初級裝置使用；
參 一個或多個次級裝置可以同時緊鄰初級裝置。 這產生了顯著改變初級裝置的感應的效果，並根據墊板上存在的次級裝置的數量改變不同的級別。當初級裝置的感應被改變時，電路在一特定頻率產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
參藉助於控制系統動態改變工作頻率； 參藉助於控制系統動態改變電容，以使在預定頻率時發生諧振；
參藉助於低Q系統，該系統在電感範圍內保持諧振。 改變工作頻率帶來的問題是，次級裝置通常被構造為在一預定頻率發生諧振。如果工作頻率改變，次級裝置將被失諧。為了克服這個問題，可以改變電容而不改變工作頻率。次級裝置可以被設計為使得每一靠近初級裝置放置的附加設備將使電感變為一個量子級別，而將一個適當的電容器接入以使電路在一預定頻率發生諧振。由於這一諧振頻率的改變，充電錶面上的設備的數量可以被檢測到，並且初級裝置也可以感覺到何時有東西靠近充電錶面或遠離充電錶面。如果除了一個次級從屬設備之外有一個導磁物體放置於充電錶面附近，則不太可能把系統改變到預定的量子級別。在這種情況下，系統能自動地失諧並減小流入線圈的電流。


為了更好的理解本發明，以及顯示它是如何被實施的，現在將僅僅通過舉例的方式對附圖進行參考，其中 圖1示出典型現有技術的無接觸電能轉移系統的磁設計，該系統要求初級裝置和次級裝置的精確對準； 圖2a示出另一典型現有技術的無接觸電能轉移系統的磁設計，該系統的初級裝置中包括一個大線圈； 圖2b示出在距離線圈平面5mm處大線圈內部的非均勻場分布，在中央具有最小 圖3示出一種多線圈系統，其中每一線圈被獨立驅動從而產生局部化的場； 圖4a示出所提出的系統的一個實施例，該實施例顯示與現有技術的實質性不同，圖中不包括次級裝置； 圖4b示出一個帶有兩個次級裝置的所提出的系統的實施例； 圖4c示出初級裝置的有效區域的橫截面，以及導線產生的磁通密度的等勢線； 圖4d示出所提出的發明的該特定實施例的磁路； 圖5示出初級裝置和次級裝置的實施例的示意圖； 圖6a至圖61示出初級裝置的場產生裝置或場產生裝置的部件的一些替代實施例的設計； 圖7a和圖7b示出次級裝置的磁裝置的一些可能的設計； 圖8示出磁導的作用(磁導的厚度為清楚可見被放大)； 圖8a示出沒有磁導的情況下，場往往散布到有效區域正上方的空氣中； 圖8b示出在這一特定實施例中的導線內電流流動的方向；
圖8c示出當磁性材料放置在充電區域的頂部時，磁導內包含有磁力線； 圖8d示出位於初級裝置頂部的次級裝置； 圖8e示出沒有任何次級裝置的初級裝置的橫截面； 圖8f示出頂部具有次級裝置的初級裝置的橫截面，並顯示使用具有高於磁導導 磁率的次級裝置的磁芯的效果； 圖9a示出具有用箭頭的方向表示的淨瞬間電流的特定線圈布置； 圖9b示出除被旋轉90度之外與圖9a類似的線圈布置； 圖9c示出當圖9a的線圈放置於圖9b的頂部上時初級裝置的充電區域。如果圖 9a中的線圈與圖9b中的線圈相隔四分之一周期進行驅動，則此圖示出了旋轉磁偶極子的 作用； 圖10示出次級裝置具有繞軸旋轉度的情況； 圖11示出具有繞軸旋轉度的次級裝置的不同布置； 圖12a和圖12b示出圖9a和圖9b示出的線圈布置類型的另一實施例；以及 圖13示出驅動裝置電子線路的簡單實施例。
具體實施例方式
首先參照圖l，其示出了現有技術的無接觸電能轉移系統的兩個例子，這兩個例子 都要求初級裝置和次級裝置的精確對準。這一實施例通常用於電動牙刷或行動電話的充電 器。 圖la示出了初級磁裝置100和次級磁裝置200。在初級磁裝置側，線圈110纏繞 在諸如鐵氧體這樣的磁芯120上。同樣，次級側由纏繞另一磁芯220的線圈210構成。在 操作中，交變電流流進初級線圈110，並產生磁力線(flux，又稱磁通量)l。當次級磁裝置 200被如此放置而使它與初級磁裝置100軸向對準時，磁力線1將從初級磁裝置耦合到次級 磁裝置中，在次級線圈210上感應出電壓。 圖lb示出了一種分置式變壓器。初級磁裝置300由纏繞有線圈310的U形磁芯 320構成。當交變電流流進初級線圈310時，產生了變化的磁力線1。次級磁裝置400由纏 繞有另一線圈410的第二 U形磁芯420構成。當次級磁裝置400放置在初級磁裝置300上 而使兩個U形磁芯的臂成一條直線時，磁力線將有效地耦合到次級U形磁芯420中，並在次 級線圈410上感應出電壓。 圖2a是現有技術的感應系統的另一實施例，該系統通常用於向無線電頻率無源 標籤供電。初級設備通常由覆蓋較大面積的線圈510構成。當多個次級裝置520處於初級 線圈510環繞的區域內時，這些設備中將產生感應電壓。該系統不要求次級線圈520與初 級線圈510精確對準。圖2b示出了在高於初級線圈平面5mm處由初級線圈510環繞的區 域上磁通強度的量值圖。它示出了一個非均勻的場，在初級線圈510的中央有一個最小值 530。 圖3是現有技術的感應系統的另一實施例，其中使用了一個多線圈陣列。初級磁 裝置600由包括線圈611、612、和613的線圈陣列構成。次級磁裝置700可以由線圈710構 成。當次級磁裝置700靠近初級磁裝置600的某些線圈時，線圈611和612被激活，而其它 諸如613的線圈待用。被激活的線圈611和612產生磁力線，部分磁力線將耦合進入次級磁裝置700。 圖4示出了所提出的發明的一個實施例。圖4a示出了使有效區域740內存在淨 瞬間電流的方式進行纏繞或印刷的初級線圈710。例如，如果直流電流流經初級線圈710， 有效區域740內的導線都將具有朝相同方向流動的電流。流經初級線圈710的電流產生磁 力線l。磁性材料層730存在於充電區域的下面以向磁力線提供返迴路徑。圖4b示出了帶 有兩個次級裝置800的圖4a中所示的同樣的初級磁裝置。當次級裝置800朝向正確的方 位放置於初級磁裝置的充電區域740之上時，磁力線1將流經次級裝置800的磁芯，而不流 經空氣。因此，流經次級磁芯的磁力線l將在次級線圈中感應出電流。
圖4c示出了由初級磁裝置的充電區域740內的導線711產生的磁場的磁通密度 的一些等勢線。導線下面存在磁性材料層730，用以向磁力線提供低磁阻返迴路徑。
圖4d示出了初級磁裝置的充電區域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，並且次級磁設備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必須通過空氣所行進的距離，因而將洩漏降至最 小。 圖5示出了所提出的發明的整個系統的實施例的示意圖。在這個實施例中，初級 裝置由電源760 、控制裝置770 、傳感裝置780和電磁裝置700構成。電源760把電源電壓 (或其它電源)轉換成適於該系統的電壓的直流電。控制裝置770對驅動磁裝置700的驅 動裝置790進行控制。在這一實施例中，磁裝置由兩個獨立的驅動部件線圈1和線圈2構 成。線圈1和線圈2這樣布置，使得線圈1的充電區域內的導線垂直於線圈2的充電區域內 的導線。當初級裝置被激活時，控制裝置使流經線圈1和線圈2的交變電流之間產生90度 的相位移。這在初級磁裝置700的表面上產生一個旋轉磁偶極子，使得次級裝置不論旋轉 方向如何都能夠接收電能(參見圖9)。在沒有次級裝置存在的待命模式下，初級裝置被失 諧，以及流進磁裝置700的電流被降至最小。當次級裝置放置於初級裝置的充電區域的頂 部時，初級磁裝置700的電感發生變化。這使得初級電路發生諧振，並且電流變為最大。當 在初級裝置上存在有兩個次級裝置時，電感被改變到另一級別，並且初級電路被再次失諧。 此時，控制裝置770使用來自傳感裝置780的反饋把另一電容器接入電路，使得電路再次被 調諧，並且電流變為最大。在這一實施例中，次級裝置具有標準尺寸，最多有六個標準尺寸 的設備可同時接收初級裝置的電能。由於次級裝置的標準尺寸，由於鄰近次級裝置的變化 引起的電感的變化被量化到多個預定的級別，使得僅僅需要最多六個電容就可使系統保持 諧振運行。 圖6a至圖61示出了初級磁裝置的線圈部件的多個不同的實施例。這些實施例可 以僅僅作為初級磁裝置的線圈部件實施，在這種情況下，次級裝置的旋轉對於電能轉移至 關重要。這些實施例也可以以組合方式實施，不排除這裡未示出的實施例。例如，圖6a中 示出的兩個線圈可以互相成90度放置，以形成單個的磁裝置。在圖6a至圖6e中，充電區 域740由一系列具有淨電流通常朝相同方向流動的導線構成。在某些結構中，例如圖6c，當 次級裝置直接放置在線圈的中央時沒有實質性的耦合，因此沒有電能轉移。在圖6d中，當 次級裝置位於兩個充電區域740之間的間隙內時，也沒有實質的耦合。圖6f示出了初級裝 置的一個特殊的線圈結構，該線圈結構適於在充電區域740內產生基本平行於初級裝置表 面的電磁場線。位於充電區域740兩邊的兩個初級繞組710圍繞由磁性材料製成的通常為
22矩形的磁導750的相對的臂形成，初級繞組710產生反向的電磁場。磁導750包含電磁場， 並沿圖中所示的箭頭的方向在充電區域740產生磁偶極子。當次級裝置沿預定方位放置於 充電區域740時，產生一條低磁阻路徑，以及磁力線流經該次級裝置，從而產生有效的耦合 和電能轉移。應該認識到，磁導750不必是連續的，實際上可以形成為兩個反向的非連接的 馬蹄鐵部件。 圖6g示出了初級裝置的另一可能的線圈結構，該線圈結構適於在充電區域740內 產生基本平行於初級裝置的充電錶面的電磁場線。初級繞組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。充電區域740包括一系列具有通常朝相同方向流動的淨 電流的導線。圖6g的線圈結構實際上在附圖中所示的上面和下面都能夠支持或確定充電 區域740，並且，根據初級裝置的設計，充電區域的一個或兩個可以為次級裝置使用。
圖6h示出了圖6g的結構的變體。與如圖6g中的初級繞組710均勻地間隔開不 同，繞組710沒有均勻地間隔。可以選定或設計本圖所示的間隔和變化，以提高充電區域 740上的性能均衡或場強級別均衡。 圖6i示出了這樣一個實施例，其中圖6g中所示的兩個初級繞組710處於相互正 交的結構，使得場線的方向能夠動態地轉換或圍繞充電錶面的平面旋轉到其它方位。
圖6j和6k示出了初級裝置的額外的雙線圈結構，該結構不是具有基本平行的導 線的簡單幾何形狀。 在圖6j中，線條710表示置於充電錶面600的平面內的一組傳送電流的導線之 一。主導線710為任意形狀，不必是規則的幾個圖形，實際上，導線(conductor,又稱導 體)710可能具有直線部分和彎曲部分，並且自身也可能相交叉。 一個或多個附屬導線719 布置在主導線710旁邊，且通常與其平行(在任何特定的局部點)，為清楚起見僅在此示出 兩個附屬導線719。附屬導線719中的電流與主導線710中的電流具有相同的方向。附屬 導線719可以串聯或並聯以形成單一的線圈布置。 在圖6k中，一組傳送電流的導線720(為清楚起見僅在此示出其中的兩個)布置 於充電錶面600的平面內。主導線710的設置與如圖6j —樣，每一個導線720被如此布置 以與主導線710局部正交。導線720可以串聯或並聯以形成單一的線圈布置。如果第一 正弦電流傳送進導線710，以及相對於第一電流有90度相位移的第二正弦電流傳送進線圈 720，那麼，通過改變這兩個電流的相對比例和符號，將會看到充電區域740上的大多數點 處產生的電磁場矢量的方向將旋轉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形狀。 第一組傳送電流的導線710以螺線形形狀布置在圓盤表面。第二組導線720以螺旋管形式 通過盤的中央並向周邊成徑向纏繞。這些導線可以以這樣一種方式驅動，例如利用正交的 正弦電流，這樣當次級裝置放置在充電區域740的任一點以及圍繞垂直於充電區域的一個 軸進行旋轉時，次級裝置將不會檢測到零電壓。 圖7a和圖7b是所提出的次級裝置的實施例。繞組810纏繞在磁芯820上。這兩 種次級裝置可以結合成單個的次級裝置，例如成直角，使得次級裝置能夠在所有的旋轉中 有效地與初級裝置耦合。這些次級裝置也可以與如圖2a中所示的線圈520這樣的標準線 圈結合，用以消除盲區。 圖8示出了位於充電區域頂部的磁導750的作用。為清楚起見，對該材料的厚度
23進行了放大，但實際上它是處於毫米厚度量級的。磁導750將使洩漏變得最小，並通過減小 耦合到次級裝置的磁力線的數量來包含磁力線。在圖8a中，示出了沒有磁導750的初級磁 裝置。場將散布到充電區域正上方的空氣中。如圖8b至圖8f中所示，由於磁導750，磁力 線被包含在材料的平面內，洩漏被最小化。在圖8e中，當在頂部沒有次級裝置800時，磁力 線保持在磁導體750內。在圖8f中，當存在一個帶有導磁率較高材料的磁芯的次級裝置 800時，部分磁力線將流經次級裝置。可以這樣選取磁導750的磁導率，使其磁導率高於諸 如鋼這樣的典型金屬。當諸如鋼這樣的其它材料放置於頂部時，它不是次級裝置的一部分， 大部分磁力線將保持在磁導750內，而不是穿過該物體。磁導750可以不是連續的磁性材 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流進次級裝置800(如果次 級裝置800存在的話)。 圖9示出了使用不止一個線圈的初級裝置的實施例。圖9a示出了線圈710以及 充電區域740，電流以平行於箭頭2的方向流動。圖9b示出了一個與圖9a中的線圈成90 度布置的類似的線圈。當這兩個線圈放置於彼此頂部以使充電區域740重疊時，充電區域 將如圖9c中所示。這種實施方式將允許次級裝置在初級裝置的頂部任意旋轉且有效耦合。
圖10示出了這樣一個實施例，在這個實施例中，次級裝置具有繞軸旋轉度，其中， 該次級裝置是一個電池組電池，或內部嵌有電池組電池。在這一實施例中，次級裝置可以如 此構造，以使它在相對於初級裝置(910)進行任何軸向旋轉(rA)時與主磁力線耦合，以及 具有上述相同的自由度(亦即，在(X，Y)平面平移和垂直於初級裝置平面任意繞(rZ)進行 旋轉)。 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 力線聚集裝置931包裹，而後者纏繞有銅線932。該圓筒形裝置相對於電池的長度可長可 短。 圖11b示出了另一布置，在該布置中，磁力線聚集裝置931僅僅覆蓋電池930的一
部分，且纏繞有銅線932(但不是電池纏繞有銅線)。該裝置和銅線可能與電池的表面一致。
它們的面積相對於電池的周邊可大可小，其長度相對於電池的長度可長可短。 圖11c示出了另一布置，在該布置中，磁力線聚集裝置931嵌入電池930內，且纏
繞有銅線932。該裝置可以基本上是扁平的、圓柱形的、杆狀的、或任何其它形狀，它的寬度
相對於電池的直徑可大可小，它的長度相對於電池的長度可大可小。 在圖IO和圖11中示出的任意情況下，這些磁力線聚集裝置還可以是電池組外殼 的一個功能部分(例如，外部鋅電極)，或電池組本身的一個功能部分(例如，內部電極)。
在圖10和圖11中示出的任意情況下，電能可以存儲在安裝在較大的標準電池外 殼(例如AA)內的較小的標準電池(例如AAA號)內。 圖12示出了類似於圖9中示出的初級裝置的一個實施例。圖12a示出了一個產 生水平於頁面方向的場的線圈。圖12b示出另一產生垂直於頁面的場的線圈，這兩個線圈 以基本共面的方式設置，可能一個在另一個之上，或甚至以某種方式互相纏繞。與每一線圈 相連的電線用940示出，以及，充電區域由箭頭941表示。 圖13示出了驅動裝置(圖5的790)的一個簡單實施例。在這一實施例中沒有控 制裝置。PIC處理器960產生兩個23. 8kHz的、相位成90度的方波。這些方波被部件961 放大，並被驅動進入兩個線圈部件962，該線圈部件與圖12a和圖12b中示出的磁裝置相同。雖然驅動裝置用來提供方波，但磁裝置的高諧振"Q"把方波變換成正弦波形。
本發明的優選特徵適用於本發明的所有方面，且可以用於任何可能的組合。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求範圍之內。
權利要求
一種不需要直接電導接觸就可傳輸電能的系統，所述系統包括初級單元、與所述初級單元分離的至少一個次級裝置、以及電能傳輸面，所述電能傳輸面被形成和設置為使得當所述系統在使用中時，次級裝置可以被放置到在所述面上或靠近所述面以接收電能，其中所述初級單元具有場生成裝置，布置在所述電能傳輸面處或平行於所述電能傳輸面，用於在所述面的電能傳輸區域之上生成電磁場；所述次級裝置或每個所述次級裝置包括至少一個電導體，當所述次級裝置處於所述電能傳輸面上或靠近所述電能傳輸面時，所述場生成裝置生成的所述電磁場與所述至少一個電導體耦合，並感應出電流，在所述導體中流動；所述電能傳輸區域大於由所述次級裝置覆蓋的所述面的區域，所述場分布在所述電能傳輸區域上，使得當將次級裝置以關於垂直於所述面的軸的至少一個旋轉方位放置在電能傳輸區域內的任一位置的面上或沿通過所述電能傳輸區域內的任何這樣的位置的所述面的法線放置在所述面附近時，該次級裝置能夠接收來自所述初級單元的電能；以及所述場生成裝置包括一個或多個傳導件，用於產生磁通量，並且還包括設置在基本上全部的所述電能傳輸區域處或之下的磁性材料，所述磁性材料用於與由所述傳導件產生的磁通量進行耦合併將所述磁通量分布為平行於所述電能傳輸面，使得在所述面處或在距離所述面給定距離處且在可應用於有關位置的預定工作方向上測量的所述電磁場的場強在所述電能傳輸區域內的基本上所有的所述位置上均具有基本均勻的大小。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述次級裝置包括線圈，所述線圈提供所述至少 一個電導體，且所述線圈被設置為使得當所述次級裝置設置在所述旋轉方位中時所述線圈 的中心軸在所述預定工作方向上延伸，而在所述面處或在距離所述面的給定距離處且平行 於所述工作方向測量的所述電磁場的場強在所述電能傳輸區域內的基本上所有的所述位 置上均具有基本均勻的大小。
3. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述次級裝置包括磁通聚集芯，所述至少一個電 導體纏繞所述磁通聚集芯，所述芯被布置為使得在所述次級裝置處於所述旋轉方位中時其 縱軸在所述預定工作方向上延伸，而在所述面處或在距離其對給定距離處且平行於所述工 作方向測量的所述電磁場的場強在所述電能傳輸區域內的基本上所有的所述位置上均具 有基本均勻的大小。
4. 根據權利要求1、2或3所述的系統，其中，所述工作方向至少在所述電能傳輸區域內 基本上不垂直於所述電能傳輸面。
5. 根據權利要求1、2或3所述的系統，其中，所述工作方向至少在所述電能傳輸區域內 基本上平行於所述電能傳輸面。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，所述次級裝置被裝載入需要電能的 物體，或被需要電能的物體裝載，當所述物體被放置在所述電能傳輸面上或靠近所述電能 傳輸面，以使得所裝載的次級裝置具有其所述旋轉方向時，所述次級裝置可以從所述初級 單元接收電能。
7. 根據權利要求6所述的系統，其中，所述物體包括至少一個電池或電池單元，所述次 級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。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，所述次級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，所述可充電電池或電池單元被裝配進或適 於被裝配進需要電能的物體。
9. 根據權利要求8所述的系統，其中，當所述電池或電池單元被裝配進所述物體且所 述物體被放置在所述電能傳輸面上或靠近所述電能傳輸面，使得所述次級裝置具有其所述 工作配置，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。
10. 根據權利要求8或9所述的系統，其中，所述可再充電電池或電池單元是工業標準 尺寸的電池或電池單元。
11. 根據權利要求8或9所述的系統，其中，所述可再充電電池或電池單元的尺寸和/ 或形狀可為特定應用而專用或定製。
12. 根據權利要求8、9、10或11所述的系統，其中，所述可再充電電池或電池單元還包 括能量儲存裝置和電能轉換裝置，用於將所述次級裝置感應接收的電能轉換成適於通過其 外部電連接傳輸到所述電池或電池單元的外部的形式，或轉換成適於對所述能量儲存裝置 進行再充電的形式，或轉換成上述兩種形式。
13. 根據權利要求12所述的從屬於權利要求9的系統，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於在所述次級裝置感應地接收電能時，對供 給至外部電連接以及供給至能量存儲裝置的感應接收的電能進行計量。
14. 根據權利要求8至13中任一項所述的系統，其中，所述可再充電電池或電池單元還 包括磁通聚集裝置，所述至少一個導體纏繞所述磁通聚集裝置。
15. 根據權利要求14所述的系統，其中，所述磁通聚集裝置至少部分地巻繞在所述電 池或電池單元的中部。
16. 根據權利要求6至15中任一項所述的系統，其中，所述物體是便攜的。
17. 根據權利要求6至16中任一項所述的系統，其中，所述物體是可攜式的電設備或電 子設備。
18. 根據權利要求6至17中任一項所述的系統，其中，所述物體是移動通信設備。
19. 根據權利要求6至18中任一項所述的系統，其中，所述電能傳輸區域足夠大，以同 時容納兩個或更多個這樣的次級裝置，所述次級裝置被裝載入不同的各個這樣的物體，或 被不同的各個這樣的物體裝載。
20. 根據權利要求6至19中任一項所述的系統，其中，所述初級單元是所述物體的外殼 的部分。
21. 根據前述權利要求中任一項所述的系統，其中，所述初級單元被整合到具有用於提 供所述電能傳輸面的表面的家具的部件中。
22. 根據前述權利要求中的任一項所述的系統，其中，所述電能傳輸區域足夠大，以包 含在超過一個位置和/或方位中的所述次級裝置的足跡區域，所述次級裝置可被放置在所 述超過一個的位置和/或方位中，所述足跡區域是當所述次級裝置處於其所述工作配置 時，平行於被所述至少一個電導體和/或被所述次級裝置的磁芯佔據的所述電能傳輸面的 區域。
23. 根據權利要求22所述的系統，其中，所述電能傳輸區域足夠大，以包含在任意所述方位中的所述次級裝置的所述足跡區域。
24. —種不需要直接電導接觸就可向至少一個次級裝置傳輸電能的初級單元，所述或 每個次級裝置可與所述初級單元分離，所述初級單元包括電能傳輸面，所述電能傳輸面被形成和設置為使得當所述系統在使用中時，次級裝置 可以被放置到在所述面上或靠近所述面以接收電能；以及場生成裝置，布置在所述電能傳輸面處或平行於所述電能傳輸面，用於在所述面的電 能傳輸區域之上生成電磁場，所述電能傳輸區域大於由所述次級裝置覆蓋的所述面的區 域，所述場分布在所述電能傳輸區域上，使得當次級裝置以關於垂直於所述面的軸的至少 一個旋轉方位放置在電能傳輸區域內的任一位置的面上或沿通過所述電能傳輸區域內的 任何這樣的位置的所述面的法線放置在所述面附近時，該次級裝置能夠接收來自所述初級 單元的電能；所述場生成裝置包括一個或更多個傳導件，用於產生磁通量，並且還包括設置在基本 上全部的所述電能傳輸區域處或之下的磁性材料，所述磁性材料用於與由所述傳導件產生 的磁通量進行耦合併將所述磁通量分布為平行於所述電能傳輸面，使得在所述面處或在距 離所述面給定距離處且在可應用於有關位置的預定工作方向上測量的所述電磁場的場強 在所述電能傳輸區域內的基本上所有的所述位置上均具有基本均勻的大小。
25. 根據前述權利要求中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述電磁場的場線在任 何給定時刻都在所述電能傳輸區域之上基本上彼此平行。
26. 根據權利要求1至24中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述電磁場的場線在 所述電能傳輸面的平面中或平行於所述電能傳輸面的所述平面具有分解分量，所述分解分 量在任何給定時刻都在所述電能傳輸區域內基本上彼此平行。
27. 根據前述權利要求中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述電磁場的場線基本 上平行於所述電能傳輸區域內的所述電能傳輸面。
28. 根據權利要求1至26中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述電磁場的場線具 有顯著的分解分量，所述分量平行於所述電能傳輸區域內的所述電能傳輸面。
29. 根據前述權利要求中任一項所述的系統或初級單元，其中，在二維空間中，從所述 電能傳輸區域的一側到另一側，在所述次級裝置不能被放置以接收電能的所述電能傳輸區 域中沒有實質上的不連續。
30. 根據前述權利要求中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述傳導件基本上共 面，並設置在生成區域中的所述電能傳輸面處或之下。
31. 根據權利要求30所述的系統或初級單元，其中，所述的基本上共面的傳導件通常 彼此平行穿過所述生成區域而延伸，而流經所述生成區域中的所有傳導件的各瞬時電流具 有相同的總方向。
32. 根據權利要求30或31所述的系統或初級單元，其中，所述生成區域中的所述多個 傳導件均基本上是直的。
33. 根據權利要求30、31或32所述的系統或初級單元，其中，所述生成區域中的所述多 個傳導件彼此分開設置。
34. 根據權利要求30至33所述的系統或初級單元，其中，至少一對相鄰的傳導件之間 的間隔不同於另 一對相鄰的傳導件之間的間隔。
35. 根據前述權利要求中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述場生成裝置的兩個 或更多個傳導件是同一線圈的不同部分。
36. 根據權利要求35所述的系統或初級單元，其中，所述線圈纏繞所述磁性材料。
37. 根據權利要求36所述的系統或初級單元，其中，所述磁性材料為具有第一和第二 相對主面的片的形式，所述線圈的第一部分延伸穿過所述第一主面，以提供在第一生成區 域中的第一這樣的多個傳導件，所述第一生成區域用於生成穿過第一這樣的電能傳輸區域 的第一電磁場，所述線圈的第二部分延伸穿過所述第二主面，以提供在第二生成區域中的 第二這樣的多個傳導件，所述第二生成區域用於生成穿過第二這樣的電能傳輸區域的第二 電磁場。
38. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，其中，所 述場生成裝置具有第一這樣的多個傳導件和第二這樣的多個傳導件，所述第一多個傳導件 基本上在第一方向延伸穿過所述生成區域，所述第二多個傳導件基本上在與所述第一方向 大體垂直的第二方向延伸穿過所述生成區域。
39. 根據權利要求38所述的系統或初級單元，具有驅動裝置，用於交替驅動所述第一 多個傳導件和所述第二多個傳導件。
40. 根據權利要求38所述的系統或初級單元，具有驅動裝置，用於正交驅動所述第一 多個傳導件和所述第二多個傳導件。
41. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，具有位於所述生成區域外部的另外的傳導件，所述另外的傳導件連接至所述生成區域中的所述傳 導件，所述另外的傳導件相互之間的間隔小於所述生成區域中的所述傳導件相互之間的間隔。
42. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，具有位於 所述生成區域外部的另外的傳導件，所述另外的傳導件連接至所述生成區域中的所述傳導 件，流過所述另外的傳導件的電流的方向基本上與流過所述生成區域中的所述傳導件的電 流的方向相反，所述初級單元還包括設置在所述另外的傳導件之上的磁性材料，用於屏蔽 其影響。
43. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，其中，所 述多個傳導件是形成在平坦表面上的傳導跡線。
44. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，具有並排 設置的第一和第二螺旋形導體，這兩個螺旋形導體每個的一部分在所述生成區域中，所述 第一和第二螺旋形導體之一中的電流為逆時針方向，所述第一和第二螺旋形導體的另一個 中的電流為順時針方向，所述多個傳導件包括第一傳導件和第二傳導件，所述第一傳導件 通過所述第一螺旋形導體的不同部分提供，所述第二傳導件通過所述第二螺旋形導體的不 同部分提供。
45. 根據權利要求44所述的系統或初級單元，其中，所述第一和第二螺旋形導體串聯 連接。
46. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，具有並 排設置的第一和第二這樣的生成區域，所述多個傳導件包括所述第一生成區域中的第一傳 導件和所述第二生成區域中的第二傳導件，還具有螺旋形導體，其第一部分在提供所述第一傳導件的所述第一生成區域中，其第二部分在提供所述第二傳導件的所述第二生成區域 中，從而，流過所述螺旋形導體的電流在一個方向流過每個所述第一傳導件，在相反方向流 過每個所述第二傳導件。
47. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述場生成裝置在所述生成 區域且在基本上與其垂直的方向測量的高度小於所述電能傳輸面上的所述電能傳輸區域 的寬度或長度。
48. 根據權利要求47所述的系統或初級單元，其中，所述高度不大於所述電能傳輸區 域的長度的一半或寬度的一半。
49. 根據權利要求47所述的系統或初級單元，其中，所述高度不大於所述電能傳輸區 域的長度的1/5或寬度的1/5。
50. 根據權利要求30或從屬於它的任一項權利要求所述的系統或初級單元，其中，所 述電能傳輸區域與所述生成區域共同延伸。
51. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述初級單元是扁平平臺的 形式，所述扁平平臺具有提供所述電能傳輸面的主面。
52. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述電能傳輸面基本上是平的。
53. 根據權利要求1至51中任一項所述的系統或初級單元，其中，所述電能傳輸面是彎 曲的。
54. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述場生成裝置不突出到所 述電能傳輸面之外。
55. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述初級單元還包括驅動裝 置，用於提供電驅動信號給所述場生成裝置，從而使得在所述電能傳輸區域中或之上的至 少一個位置處，所述場具有在分解到所述電能傳輸區域上的隨時間改變方向的場線。
56. 根據權利要求55所述的系統或初級單元，其中，所述驅動裝置用於提供電驅動信 號給所述場生成裝置以使所述場線隨時間在兩個或更多個不同的預定方向之間切換。
57. 根據權利要求55所述的系統或初級單元，其中，所述驅動裝置用於提供電驅動信 號給所述場生成裝置以使所述場線隨時間旋轉一定角度。
58. 根據權利要求55所述的系統或初級單元，其中，所述驅動裝置用於提供電驅動信 號給所述場生成裝置以使所所述場線隨時間旋轉一個整圓。
59. 根據上述任一權利要求所述的系統或初級單元，其中，所述預定工作方向在所述電 能傳輸區域內的幾乎所有所述位置處基本相同。
全文摘要
本發明披露了一種用於轉移電能而不需要直接電導接觸的系統和方法。本發明提供了一種具有電源和基本上是薄片狀的充電錶面的初級裝置。該充電錶面具有至少一個在電流流經時產生電磁場的導線，並具有限定在該充電錶面範圍內的充電區域。至少一個導線這樣進行布置，使得由該至少一個導線產生的電磁場線與充電錶面的平面基本平行或與充電區域內的充電錶面至少成45°角或更小；本發明還提供了至少一種次級裝置。該次級裝置包括至少一個可以圍繞磁芯纏繞的導線。由於電磁場散布在充電區域且通常於充電區域保持平行或近似平行，與諸如行動電話等的扁平次級裝置的耦合從不同的方向大大得到改善。
文檔編號H01F27/28GK101714788SQ200910166188
公開日2010年5月26日 申請日期2003年5月13日 優先權日2002年5月13日
發明者皮爾格林·賈爾斯·威廉·貝亞爾, 詹姆士·韋斯特伍德·海, 鄭嘉麗 申請人:捷通國際有限公司