CN116057647A - 谐振lc结构 - Google Patents

Abstract

一种谐振线圈结构可以包括：多个导体，所述多个导体包括具有第一端和第二端的第一导体、具有第三端和第四端的第二导体、具有第五端和第六端的第三导体以及具有第七端和第八端的第四导体；以及将第一端电耦合至第五端并且将第四端电耦合至第八端的至少一个电耦合导体。

Description

谐振LC结构

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2020年7月15日提交的美国临时申请63/052,265的优先权，该美国临时申请的全部内容在此通过引用并入本文。

背景

1.技术领域

本文所描述的装置和技术涉及谐振电感/电容(LC)结构。

2.相关技术的讨论

能够处理高频(HF)交流电(AC)而不发生高损耗的电磁部件对于构建高性能的磁性部件(例如，在用于电力转换的电感器和变压器以及RF和微波电路中使用的磁性部件)是有用的。电磁部件可以生成用于无线电力传输、感应加热和磁性热疗等应用的外部磁场。

发明内容

一种谐振线圈结构可以包括：多个导体，所述多个导体包括具有第一端和第二端的第一导体、具有第三端和第四端的第二导体、具有第五端和第六端的第三导体以及具有第七端和第八端的第四导体；以及将第一端电耦合至第五端并且将第四端电耦合至第八端的至少一个电耦合导体。

谐振线圈结构还可以包括：在第一导体与第二导体之间的第一绝缘层，在第二导体与第三导体之间的第二绝缘层，以及在第三导体与第四导体之间的第三绝缘层。

第一导体、第二导体、第三导体和/或第四导体可以包括多个匝。

多个导体还可以包括电耦合至电耦合导体的第五导体，所述第五导体具有与第一端对齐的第九端和与第二端对齐的第十端，并且谐振线圈结构还可以包括将第一导体与第五导体分隔开的高损耗电介质。

多个导体还可以包括电耦合至电耦合导体的第六导体，所述第六导体具有与第三端对齐的第十一端和与第四端对齐的第十二端，并且谐振线圈结构还可以包括将第二导体与第六导体分隔开的高损耗电介质。

多个导体还可以包括电耦合至电耦合导体的第七导体，所述第七导体具有与第五端对齐的第十三端和与第六端对齐的第十四端，并且谐振线圈结构还可以包括将第三导体与第七导体分隔开的高损耗电介质。

多个导体还可以包括电耦合至电耦合导体的第八导体，所述第八导体具有与第七端对齐的第十五端和与第八端对齐的第十六端，并且谐振线圈结构还可以包括将第四导体与第八导体分隔开的高损耗电介质。

高损耗电介质可以包括印刷电路板衬底。

至少一个电耦合导体可以将第一端、第四端、第五端和第八端中的每个端彼此电耦合。

谐振线圈结构可以电感耦合至激励导体以电感激励多个导体。

至少一个电耦合导体可以包括将第一端与第五端电耦合的第一电耦合导体和将第四端与第八端电耦合的第二电耦合导体。

第一导体至第四导体中的任一导体可以形成在导体层中。

第一导体至第四导体中的任一导体可以包括箔。

导体层可以具有C形边缘缠绕形状。

导体层可以具有桶形缠绕形状。

多个根据权利要求1所述的谐振线圈结构可以相互连接。

多个谐振线圈结构可以相互串联连接。

多个谐振线圈结构的串联连接可以具有环形状，并且每个谐振线圈结构可以延伸至多部分环周。

多个谐振线圈结构的串联连接可以延伸超过环周的距离的25％。

多个谐振线圈结构的串联连接可以延伸超过环周的距离的50％。

第一导体、第二导体、第三导体和第四导体可以彼此电感耦合。

第一导体、第二导体、第三导体和第四导体中的相邻导体可以彼此电容耦合。

电耦合导体可以包括镀有或填充有一种或更多种导电材料的一个或更多个导孔、通孔和/或槽。

至少一个电耦合导体可以将第九端、第十二端、第十三端和第十六端中的每个端彼此电耦合。

一种低频谐振结构可以包括：围绕中心点布置并且彼此电感耦合的多个堆叠的导体层，多个堆叠的导体层中的连续导体通过相应的电介质层彼此电容耦合，多个堆叠的导体层中的每个导体层具有第一端和第二端；以及电耦合导体，其在多个堆叠的导体层中的第一导体层的第一端处连接至第一导体层，并且在多个堆叠的导体层中的第二导体层的第二端处连接至第二导体层，其中，多个堆叠的导体层围绕中心点形成闭合电流环。

一种谐振结构可以包括：围绕中心点布置并且彼此电感耦合的多个堆叠的导体层，多个堆叠的导体层中的连续导体通过相应的电介质层彼此电容耦合，多个堆叠的导体层中的每个导体层具有第一端和第二端；在多个堆叠的导体层中的第一导体层的第一端处连接第一导体层的第一导体；以及在多个堆叠的导体层中的第二导体层的第二端处连接第二导体层的第二导体。

上述概要通过说明性方式提供，而并非意在进行限制。

附图说明

在附图中，在各个附图中所示出的每个相同或几乎相同的部件由相似的附图标记表示。为了清楚起见，并非在每个附图中标记每个部件。附图不一定是按比例绘制的，而重点在于示出本文所描述的技术和装置的各个方面。

图1A示出了具有被电介质层分隔开的四个导体层的示例MCIC。

图1B示出了以边缘缠绕的方式围绕圆柱形的中心心轴或轴缠绕的MCIC。

图1C示出了通过将图1B的MCIC的端子短接在一起所形成的LFRS。

图1D示出了图1D的LFRS和电感激励线圈。

图1E示出了图1C和图1D的LFRS的侧视图。

图1F和图1G示出了图1C、图1D和图1E的结构的导体的顶视图。

图1H示出了LFRS的原型的示例。

图1I示出了针对图1H的原型的相对频率绘制的LFRS的阻抗大小。

图1J示出了桶形缠绕的LFRS的示例。

图2A示出了由围绕中心轴缠绕的MCIC串形成的具有四个导电层的LFRS的另一示例，其端子电气连接以形成闭合电流环。

图2B示出了包括具有C形、彼此分隔开相应的间隙的导体的图2A的LFRS的顶部导电层的顶视图。

图3A和图3B示出了导体的顶视图，该顶视图示出LFRS的导体可以具有多个同心匝。

图3C示出了多匝边缘缠绕的LFRS的原型。

图4A示出了C形导体层的示例。

图4B示出了修改的MCIC的示例，该修改的MCIC可以由C形导体层(例如，箔)和C形电介质层的交替对构造，其中，一个或更多个C形电介质层由高损耗材料形成。

图4C示出了修改的LFRS的示例，该修改的LFRS可以由C形导体层(例如，箔)和C形电介质层的交替对构造，其中，一个或更多个C形电介质层由高损耗材料形成。

图4D示出了图4C的LFRS在进行电连接的点处的侧视图。

图5示出了图1B的MSRS MCIC 100在端子的位置处的侧视图。

具体实施方式

在高频下工作的电导体受到趋肤效应和邻近效应的影响。前者将HF电流限制在导体的表面，从而显著减少了有效的导体截面；后者使来自一个导体的磁场在相邻的导体中产生额外的损耗，导致导体之间不均匀的电流密度，增加了电力损耗。

多层自谐振结构或MSRS是可以由交替的导体(例如，箔)层和电介质层制成的谐振线圈。这些结构形成利用单一部件实现谐振的集成的电感和电容部件。该集成可以用于迫使整个箔层的电流密度大致相等，这可以显著地减少损耗。尽管MSRS的性能良好，但是其可能难以集成到电力电子系统中，这是由于补偿架构和谐振频率上的限制。MSRS的许多实施方式是可能需要附加部件来与电压馈电的电力电子拓扑对接的并联谐振器。此外，因为由1)用于生成磁通的单匝绕组，以及2)由于绕组和电容器的集成而导致的电容限制所引起的相对高的工作频率，所以MSRS实施方式可能增加电力电子的复杂性和损耗。

发明人已经开发了称为“低频谐振结构”或LFRS的新的电磁部件结构，其可以提供并联谐振，并且实现了在相同的材料和尺寸的情况下比MSRS更低的谐振频率。发明人还已开发了对MSRS的改进，该改进使该结构能够成为串联谐振器和/或多匝谐振器——实现更低频率的操作并且更容易与电力电子器件集成。

低频谐振结构(LFRS)

LFRS可以由一个具有集成电容的多层导体(MCIC)或多个MCIC的串形成，所述MCIC的电端子通过集成电容彼此连接以提供闭合电流环。可以将MCIC或多个MCIC的串以桶形缠绕或边缘缠绕的方式围绕任何截面的中心轴或心轴放置或缠绕一次或者多次(单匝或多匝LFRS)。每个MCIC可以具有多个电端子。LFRS可以包括其端子彼此电短接的MCIC，从而使感应电流环闭合。或者包括多个MCIC的串的LFRS可以通过以下操作来构造：将一个MCIC的第二端子电连接至串中随后的MCIC的第一端子并且将串中最后一个MCIC的第二端子电连接至串中第一个MCIC的第一端子，从而使感应电流环闭合。在LFRS中，MCIC的总长度(沿着电流流动的方向)可以大于电流环总长度的25％，可选地可以大于电流环总长度的50％——电流环长度的剩余部分是电连接的物理长度。

具有集成电容的多层导体(MCIC)是具有多个电端子和多个导体层的电磁部件。当未被短接在一起时，电端子是可以将电流运载到部件中或者运载到部件外以使其与电子电路或系统对接的导体。在MCIC中，多个导体层可以通过分隔电介质层彼此隔离，并且每个导体层可以电连接至电端子中的仅一个电端子，并且导体层被布置以使得每个导体层——除了分隔电介质层之外——与连接至其他电端子的至少一个导体层相邻并且具有一些交叠区域；连接至不同电端子的导体层被限定为具有相反的方向。可以将相同或不同设计的多个LFRS一起置于同一中心轴或心轴上。可以将一个或更多个单匝或多匝电导体或MCIC围绕与LFRS相同的中心轴或心轴缠绕以提供与较大的电气系统或电力电子系统(例如，电源或负载)的电连接。

图1A示出了具有被相应的电介质层4分隔开的四个导体层2的示例MCIC。当图1A的MCIC以边缘缠绕的方式围绕圆柱形的中心心轴或轴缠绕时，结果是图1B中所示出的示例MCIC。将图1B的示例MCIC的两个端子短接形成图1C中所示出的示例LFRS。如图1D所示，由于两个端子被短接在一起，所以耦合到图1C的LFRS中可以使用电感激励线圈5来执行。

电流在LFRS中从交变磁场感应，交变磁场可以由靠近LFRS的电流环产生。相邻导体层的交叠区域中的每个交叠区域连接至不同的端子，形成集成电容，通过该集成电容由磁场感应的电流以位移电流的形式传输。磁场可以由通过围绕与LFRS相同的中心轴或心轴缠绕的一个或更多个电导体5的电流生成(如图1D所示)。虽然电导体5被示出为薄的、平面的、C形的、边缘缠绕的导体，但是所描述的技术和装置在该方面不受限制，因为电导体5可以是具有任何尺寸、形状或匝数的任何电导体。可替选地或另外地，磁场可以通过一个或更多个物理上分离的电磁部件或谐振结构的激励来产生——例如，在无线电力传输(WPT)系统中，无线电力接收器中的LFRS可以由无线电力发射器所产生的磁场来激励。LFRS可以用作WPT系统中发射器、接收器或中继器线圈系统的一部分。

图1E示出了图1C和图1D的LFRS 200的侧视图。四个导体2a至导体2d被相应的电介质层4a至4c分隔开，以沿其长度隔离导体层并且在导体2a至2d的相邻层之间形成集成电容。具体地，导体2a电容耦合至导体2b，导体2b电容耦合至导体2a和2c，导体2c电容耦合至导体2b和2d，并且导体2d电容耦合至电耦合导体2c。导体2a至导体2d中的每个导体由导体3在一端处电短接。在该示例中，导体2a的A端、导体2b的B端、导体2c的A端和导体2d的B端被电耦合导体3短接在一起。在其他实施方式中，可以将相反的端短接在一起：即，可以将导体2a的B端、导体2b的A端、导体2c的B端和导体2d的A端短接在一起。在电耦合导体3处连接相邻导体的相反端的模式可以针对任意数目的导体层继续。电感耦合到LFRS 200中可以由激励导体5来执行，激励导体5可以通过电介质层4d或其他电绝缘体与LFRS 200电隔离。

图1F示出了对应于导体2a和导体2c的导体的顶视图，因为导体2a和导体2c两者在顶视图中具有相同的形状。如所示出的，A端和B端被间隙分隔开。图1G示出了对应于导体2b和导体2d的导体的顶视图，因为导体2b和导体2d两者在顶视图中具有相同的形状。同样，A端和B端被间隙分隔开。

导体2、导体3和导体5(电导体)可以全部或部分地由任何导电材料或材料的组合制成，所述材料包括但不限于一种或更多种金属(例如银、铜、铝、金和钛)以及非金属材料(例如石墨)。导电材料可以具有高于200kS/m的电导率，可选地可以具有高于1MS/m的电导率。电导体可以具有任何物理形状，包括但不限于固体材料、箔、层压在衬底上的导体、印刷电路板迹线、多层陶瓷电容器(MLCC)工艺中的电极层、低温共烧陶瓷(LTCC)工艺中的电极层、集成电路迹线或其任何组合。

导体层，或电导体层或箔或箔层是在其中导体的宽度远小于导体的高度(例如，比导体的高度小至少10倍)的电导体。一些示例可以包括但不限于：形成平面电流环的箔层(例如，C形、弧形、矩形或任何多边形的导体)；围绕圆柱体或棱柱缠绕的箔层；桶形缠绕和边缘缠绕的导体；和/或其表面全部或部分地由导电材料覆盖的具有圆形、多边形或圆形多边形截面的环形或环形多面体。

导体层可以由任何不导电的材料(电介质材料)或材料的组合分隔开，所述材料包括但不限于空气、FR4、PLA、ABS、聚酰亚胺、PTFE、聚丙烯，PTFE和为便于处理的支持材料(例如，罗杰斯衬底(Rogers Substrates)、戈尔材料(Gore Materials)或泰康利TLY材料(Taconic TLY materials))的混合、塑料、玻璃、氧化铝、陶瓷、多层陶瓷电容器(MLCC)工艺中的电介质或陶瓷层，或低温共烧陶瓷(LTCC)工艺中的电介质或陶瓷层中的一种或更多种。

导体2之间的电耦合导体(例如，电耦合导体3)可以由任何类型的电连接形成。在一些实施方式中，这样的电连接包括镀有或填充有一种或更多种导电材料的一个或更多个导孔、通孔和/或槽。在由印刷电路板(PCB)、多层陶瓷电容器(MLCC)或低温共烧陶瓷(LTCC)工艺和结构形成的MCIC中，包括镀有或填充有导电材料的一个或更多个导孔、通孔和/或槽的电气连接可以是有用的。

LFRS可以被置于磁芯附近或磁芯内部(例如，如图1H所示)。在实施方式中，LFRS可以被构造成使得围绕其放置LFRS的中心心轴是磁芯或磁芯的一部分(例如，中心柱)。磁芯可以全部或部分地由一种或更多种铁磁材料制成，所述铁磁材料具有大于1的相对磁导率，可选地具有大于10的相对磁导率。铁磁材料可以包括但不限于铁、各种钢合金、钴、包括锰锌(MnZn)和/或镍锌(NiZn)铁氧体的铁氧体、纳米颗粒材料(例如，Co-Zr-O)以及由混合有有机或无机粘合剂的铁磁材料的粉末制成的粉末磁芯材料中的一种或更多种。然而，本文所描述的技术和装置不限于特定材料的磁芯。磁芯的形状可以是：罐磁芯、片状(I磁芯)、具有中心柱的片状、具有外缘的片状、RM磁芯、P磁芯、PH磁芯、PM磁芯、PQ磁芯、E磁芯、EP磁芯、EQ磁芯。然而，本文所描述的技术和装置不限于特定的磁芯形状。

实验结果验证了LFRS的该实施方式的高Q值和低频能力。原型(图1H)由13层具有12.5微米箔厚度的铜箔(导体层)构造。箔层被50微米厚的PTFE(电介质层)彼此分隔开。LFRS被置于具有6.6厘米直径的磁罐磁芯中。单个C形截面驱动层用于激励LFRS。得到的谐振线圈在6.09MHz的频率下具有974的Q值(图1I)。图1I示出了相对频率绘制的LFRS的阻抗大小。Q值可以比使用常规方法构成的线圈高四倍，并且谐振频率可以比使用类似材料的类似数量的层构造的MSRS低三倍以上。

图1J示出了根据一些实施方式的桶形缠绕LFRS 350的示例，其是桶形缠绕MCIC的示例。桶形缠绕LFRS 350类似于LFRS 200，但是具有以桶形缠绕方式而不是边缘缠绕方式延伸的导体。在桶形缠绕的LFRS 350中，导体具有在径向上延伸的其最薄尺寸，而不是如LFRS 200中在垂直方向上。如以上针对LFRS 200所描述的，电耦合导体35在径向上延伸以在交替的端处连接导体2。桶形缠绕的LFRS 350具有圆形的截面(顶视图)，然而，桶形缠绕的MCIC可以具有不限于圆形的任何截面。本文所描述的任何结构可以以桶形缠绕的方式形成，不限于LFRS。

图2A示出了由围绕中心轴缠绕的MCIC串形成的具有导电层的LFRS 300的另一示例，所述MCIC的端子被电连接以形成闭合电流环。在该示例中，LFRS 300具有四个导电层和两个MCICs(310，320)的串。LFRS 300类似于LFRS 200，区别在于，替代LFRS 200的一个电连接点(在电耦合导体3处)，LFRS 300包括两个这样的连接点(电耦合导体3a和3b)。在本示例中，每个MCIC 310、320延伸略小于MCIC的周长的一半。然而，本文所描述的技术和结构在该方面不被限制。在一些实施方式中，例如具有连接导体2的导孔的实施方式，每个MCIC可以延伸MCIC的圆周的一半。此外，尽管每个MCIC可以具有沿着圆周的相同的范围，但是其沿着圆周的范围可以不相等。例如，一个MCIC可以延伸圆周的四分之一，并且另一MCIC可以延伸圆周的四分之三。

图2B示出了包括导体302a和导体302b的顶部导电层的顶视图，导体302a和导体302b中的每个具有C形，彼此分隔开相应的间隙，即间隙1和间隙2。MCIC 310和MCIC 320可以以如图1E中所示出的针对导体2的相同的方式使其导体在间隙1和间隙2处彼此电连接，针对间隙2由C端和D端分别替代A端和B端。此外，尽管LFRS 300包括两个MCIC，但是应当理解，MCIC串可以具有任何数目的两个或更多个MCIC。MCIC串可以具有可以在围绕LFRS的圆周的任何位置处的对应数目的连接点。

在一些实施方式中，LFRS可以形成为具有由围绕中心轴或心轴延伸多个匝的导体。图3A和图3B示出了导体的顶视图，该顶视图示出LFRS的导体可以具有多个同心匝。然而，本文所描述的结构不限于具有同心匝。在图3A和图3B的示例中，导体是边缘缠绕的。例如，如图3A和图3B所示，可以通过用围绕中心轴或心轴延伸多个匝的一个或更多个导体替代LFRS 200的导体2a、导体2b等来形成LFRS。

在一些实施方式中，LFRS可以由被电介质层分隔开的螺旋形导体层的交替层构造，所述电介质层可选地被置于磁芯中或磁芯附近。针对该实施方式，考虑箔的螺旋，其中沿着外径的螺旋的开始是点A，并且沿着内径的螺旋的结束是点B(针对具有2匝的螺旋的实施方式，见图3A和图3B)。多个这样的箔堆叠在一起，以图3A与图3B之间的形状交替。对应于图3A的每隔一个导体层的点A连接在一起以形成MCIC的端子(端子1)，并且对应于图3B的剩余的交替导体层的点B连接在一起以形成MCIC的另一端子(端子2)，虚线表示两个或更多个螺旋被短接在一起的端子的角度位置。连接至端子2的导体层的点A从连接至端子1的导体层沿着螺旋偏移一个角度；并且连接至端子1的导体层的点B从连接至端子2的导体层沿着螺旋偏移一个角度。该角度偏移提供附加空间以形成两个电端子，同时提供针对连接至端子2的导体层的点A与连接至端子1的导体层的点B的电隔离。可以将MCIC的端子1和端子2电连接以形成LFRS；该电连接可以使用任何电导体来构造。应当注意，该模式可以针对任意数目的导体层而继续。

实验结果验证了多匝边缘缠绕的LFRS的低频能力。该实施方式的原型(图3C)由被50微米厚的PTFE分隔开的75微米厚的铝箔层构造。图3C示出了顶视图。MCIC的端子在蓝色塑料杯状物的下方被短接。该原型具有约77个箔层，其中，每层是3匝的螺旋。得到的LFRS具有85kHz的谐振频率，该谐振频率可以比最低频率的MSRS低3倍。

LFRS结构的一些实施方式使高损耗衬底能够结合到LFRS中而不增加显著的损耗。该结构在本文中被称为修改的LFRS。在由MCIC制成的LFRS中，其中，每个导体层在该层的两侧上——除了分隔电介质层之外——与具有相反方向的导体层相邻，由高损耗材料制成的电介质层可以导致较差的性能(低Q值)。可以使用高损耗电介质或衬底材料部分地构造的LFRS可以实现使用标准的印刷电路板(PCB)工艺构造LFRS。PCB通常是层压在衬底(例如，FR4、聚酰亚胺或罗杰斯材料)上的薄箔，其可能具有过高的损耗角正切而无法形成有效的LFRS。

发明人认识到，如果与高损耗电介质或衬底层相邻的两个导体是重复的——相同的方向和相同的电连接，则高损耗衬底的影响将会显著地降低。高损耗衬底是具有大于任何其他电介质层的损耗角正切的损耗角正切的任何电介质或衬底材料，可选地具有大于电介质层的损耗角正切的1.5倍的损耗角正切。

图4示出了修改的LFRS的实施方式，该修改的LFRS可以由C形导体层(例如，箔)和C形电介质层的交替对构造，所述C形电介质层可选地被置于磁芯中。在图4B和图4C中，低损耗电介质层以浅灰色示出，并且高损耗衬底层以深灰色示出。C形箔对是具有相同方向的两个相邻的(除了分隔电介质层或衬底层)C形箔层，其中，C形的相同的端点(A或B)连接至相同的端子(端子1或端子2)。C形箔对可以使用标准印刷电路板工艺构造，并且由包括FR4和聚酰亚胺的任何电介质材料分隔开。图4C示出了由以边缘缠绕方式围绕圆柱形中心点或心轴缠绕一次的MCIC制成的修改的LFRS的示例，其中，每个导体层与在一侧具有相同方向的一个导体层以及在另一侧具有相反方向的一个导体层相邻。图4A示出了C形箔层，示例修改的LFRS由该C形箔层制成，示出了点A和点B。图4B示出了包括C形导体的MCIC，并且修改的LFRS由该MCIC制成。该MCIC包括八个C形导体层，或四对C形导体层。每对C形导体层以交替的方式电连接至相同的电端子(端子1或端子2)，使得从顶部计数，C形导体层的第一对(层1和层2)和第三对(层5和层6)的点A被连接以形成端子1，并且C形导体层的第二对(层3和层4)和第四对(层7和层8)的点B被连接以形成端子2。然后，可以将MCIC的端子1和端子2电短接以形成图4C中所示出的修改的LFRS 400。应当注意，该模式可以针对任意数目的导体层的对而继续。还应当注意，每个导体层仅具有一个电连接(例如，层1和层2的点A，层3和层4的点B等)。图4D示出了图4C的LFRS 400在进行电连接的点处的侧视图。导体层2a1和导体层2a2是被可以由高损耗材料形成的层14a分隔开的重复的导体。导体层2a1和导体层2a2在其A端处电连接至电耦合导体3。导体2b1和导体2b2是被可以由高损耗材料形成的层14b分隔开的重复的导体。导体层2b1和导体层2b2在其B端处电连接至电耦合导体3。导体层2c1和导体层2c2是被可以由高损耗材料形成的层14c分隔开的重复的导体。导体层2c1和导体层2c2在其A端处电连接至电耦合导体3。导体2d1和导体2d2是被可以由高损耗材料形成的层14d分隔开的重复的导体。导体层2d1和导体层2d2在其B端处电连接至导体3。剩余的电介质层4a至电介质层4c可以由低损耗材料形成。

一些实施方式涉及对MSRS的改进，该改进使结构能够串联谐振和/或具有多个匝，实现更低频率的操作并且更容易与更大的电气系统或电力电子系统集成，使得能够更容易与电力电子器件集成。在图1B中示出了一个实施方式，其通过省略图1C中形成完整电流环的电耦合导体3而不同于图1C的LFRS。如上所述，发明人认识到，具有集成电容的多层导体(MCIC)或MCIC串可以以桶形缠绕或边缘缠绕的方式围绕任何截面的中心轴或心轴被放置或缠绕一次或多次(单匝或多匝MSRS)。得到的MSRS结构具有至少两个端子，其中，电连接可以用于将部件与较大的电气系统或电力电子系统对接。MSRS中的每个导体层连接至MCIC的不超过一个端子，并且通过电介质层与相邻的导体层分隔开。得到的结构可以可选地置于磁芯附近或磁芯内部。得到的结构可以用作独立的电磁部件(例如，无线电力传输线圈或无源网络电力转换)，或者用作电磁结构中的子部件(例如，用于LFRS或另一MSRS的激励器绕组)。

图5示出了图1B的MSRS 100在端子位置处的侧视图。该结构与如图1E中所示出的LFRS 200的结构相同，省略了电耦合导体3。相反，MSRS 100包括在端子1处连接导体2a和导体2c的A端的导体51，以及在端子2处连接导体2b和导体2d的B端的导体52。在一些实施方式中，例如在图1B和图5中所示出的，边缘缠绕的单匝串联MSRS与先前的MSRS相比可以在谐振频率上具有高达2倍的降低。

在一些实施方式中，如图3A和图3B所示以及上面所讨论的，可以形成类似于图1B和图5中所示出的MSRS的MSRS，但是具有一个或更多个多匝的线圈。这样的实施方式与先前的MSRS相比可以在谐振频率上具有显著超过2倍的降低。

本文所描述的装置和技术的各个方面可以单独使用，组合使用，或以在以上描述中所描述的实施方式中未具体讨论的各种布置使用，并且因此在其应用中不限于在以上描述中所阐述的或在附图中所示出的部件的细节和布置。例如，可以将一个实施方式中所描述的方面以任何方式与其他实施方式中所描述的方面进行组合。

在权利要求书中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一权利要求元素的任何优先级、级别高低或顺序或执行方法的行为的时间顺序，而仅用作将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(除了序数术语的使用之外)的另一元素进行区分的标签以区分权利要求元素。

术语“基本上”、“大致”、“大约”等是指参数在其规定值的10％以内，可选地小于其规定值的5％。

另外，本文所使用的短语和术语是出于说明性目的，而不应当被视为限制性的。本文中使用“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意在包括此后列出的项和其等同物以及附加项。

Claims (23)

1.一种谐振线圈结构，包括：

多个导体，包括：

具有第一端和第二端的第一导体；

具有第三端和第四端的第二导体；

具有第五端和第六端的第三导体；以及

具有第七端和第八端的第四导体；以及

将所述第一端电耦合至所述第五端并且将所述第四端电耦合至所述第八端的至少一个电耦合导体。

2.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，还包括：在所述第一导体与所述第二导体之间的第一绝缘层，在所述第二导体与所述第三导体之间的第二绝缘层，以及在所述第三导体与所述第四导体之间的第三绝缘层。

3.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体和/或所述第四导体包括多个匝。

4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述多个导体还包括电耦合至所述电耦合导体的第五导体，所述第五导体具有与所述第一端对齐的第九端和与所述第二端对齐的第十端，并且所述谐振线圈结构还包括将所述第一导体与所述第五导体分隔开的高损耗电介质，

其中，所述多个导体还包括电耦合至所述电耦合导体的第六导体，所述第六导体具有与所述第三端对齐的第十一端和与所述第四端对齐的第十二端，并且所述谐振线圈结构还包括将所述第二导体与所述第六导体分隔开的高损耗电介质，

其中，所述多个导体还包括电耦合至所述电耦合导体的第七导体，所述第七导体具有与所述第五端对齐的第十三端和与所述第六端对齐的第十四端，并且所述谐振线圈结构还包括将所述第三导体与所述第七导体分隔开的高损耗电介质，以及/或者

其中，所述多个导体还包括电耦合至所述电耦合导体的第八导体，所述第八导体具有与所述第七端对齐的第十五端和与所述第八端对齐的第十六端，并且所述谐振线圈结构还包括将所述第四导体与所述第八导体分隔开的高损耗电介质。

5.根据权利要求4所述的谐振线圈结构，其中，所述高损耗电介质包括印刷电路板衬底。

6.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述至少一个电耦合导体将所述第一端、所述第四端、所述第五端和所述第八端中的每个端彼此电耦合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述谐振线圈结构电感耦合至激励导体以电感激励所述多个导体。

8.根据权利要求1至5或权利要求7中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述至少一个电耦合导体包括将所述第一端与所述第五端电耦合的第一电耦合导体和将所述第四端与所述第八端电耦合的第二电耦合导体。

9.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述第一导体至所述第四导体中的任一导体形成在导体层中。

10.根据权利要求9所述的谐振线圈结构，其中，所述第一导体至所述第四导体中的任一导体包括箔。

11.根据权利要求9所述的谐振线圈结构，其中，所述导体层具有C形边缘缠绕形状。

12.根据权利要求9所述的谐振线圈结构，其中，所述导体层具有桶形缠绕形状。

13.相互连接的多个根据权利要求1所述的谐振线圈结构。

14.根据权利要求13所述的多个谐振线圈结构，其相互串联连接。

15.根据权利要求14所述的多个谐振线圈结构，其中，所述多个谐振线圈结构的所述串联连接具有环形状，并且每个谐振线圈结构延伸至多部分环周。

16.根据权利要求15所述的多个谐振线圈结构，其中，所述多个谐振线圈结构的所述串联连接延伸超过所述环周的距离的25％。

17.根据权利要求15至16中任一项所述的多个谐振线圈结构，其中，所述多个谐振线圈结构的所述串联连接延伸超过所述环周的距离的50％。

18.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体和所述第四导体彼此电感耦合。

19.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述第一导体、所述第二导体、所述第三导体和所述第四导体中的相邻导体彼此电容耦合。

20.根据前述权利要求中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述电耦合导体包括镀有或填充有一种或更多种导电材料的一个或更多个导孔、通孔和/或槽。

21.根据权利要求4至6中任一项所述的谐振线圈结构，其中，所述至少一个电耦合导体将所述第九端、所述第十二端、所述第十三端和所述第十六端中的每个端彼此电耦合。

22.一种低频谐振结构，包括：

围绕中心点布置并且彼此电感耦合的多个堆叠的导体层，所述多个堆叠的导体层中的连续导体通过相应的电介质层彼此电容耦合，所述多个堆叠的导体层中的每个导体层具有第一端和第二端；以及

电耦合导体，其在所述多个堆叠的导体层中的第一导体层的第一端处连接至所述第一导体层，并且在所述多个堆叠的导体层中的第二导体层的第二端处连接至所述第二导体层，

其中，所述多个堆叠的导体层围绕所述中心点形成闭合电流环。

23.一种谐振结构，包括：

围绕中心点布置并且彼此电感耦合的多个堆叠的导体层，所述多个堆叠的导体层中的连续导体通过相应的电介质层彼此电容耦合，所述多个堆叠的导体层中的每个导体层具有第一端和第二端；

第一导体，其在所述多个堆叠的导体层中的第一导体层的第一端处连接所述第一导体层；以及

第二导体，其在所述多个堆叠的导体层中的第二导体层的第二端处连接所述第二导体层。

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