CN101681719A - 非接触电力传输设备和制造其二次侧的方法 - Google Patents

非接触电力传输设备和制造其二次侧的方法 Download PDF

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Abstract

根据第一方面,非接触电力传输设备的二次侧包括:与一次侧物理地分离的支持构件;磁层;用于屏蔽电磁噪声的屏蔽层;以及隔热层。二次线圈是平面线圈并由支持构件支持,并且至少磁层被层压在平面线圈的一侧上且与平面线圈成一体。根据第二方面,设备的二次侧包括多个磁层。磁层的每个磁导率彼此不同,并且每个磁层形成具有一次侧的磁路径。

Description

非接触电力传输设备和制造其二次侧的方法
技术领域
本发明涉及能够在没有任何直接电连接的情况下传输电力的非接触电力传输设备,以及制造该设备的二次侧的方法。
背景技术
这种非接触电力传输设备大体上被分为一次侧中的电力发送器和二次侧中的电力接收器。电力发送器包括一次线圈并且用于如充电器等的装置(以下称为“一次装置”)。电力接收器包括二次线圈并且用于如无绳电话、剃须刀、电牙刷、个人数字助理等的装置(以下称为“二次装置”)。一次和二次线圈构成变压器,并且通过线圈之间的电磁感应将电力从一次侧发送到二次侧。因而,非接触电力传输设备不具有用于将电力从一次侧发送到二次侧的任何电接触。因此,没有出现接触劣化的问题,并且有可能容易地对一次和二次装置进行配对来将电力从一次侧发送到二次侧。另外,可以容易地实现一次和二次装置的每个防水结构。
电力发送器和电力接收器的每个一般地还具有芯或线轴(成型),并且他们的每个线圈围绕其芯或线轴缠绕。
近年来,特别地需要这种二次装置被微型化、薄型化并且提供有高性能。为了符合该需求,二次线圈需要被薄型化。因此,对二次线圈已经提出了平面线圈(例如2006年11月9日公开的日本专利申请公开号2006-311712)。然而,平面线圈在磁特性方面劣于围绕芯缠绕的线圈,并且因此减小了二次侧中的电力。如果给平面线圈增加磁层,可以提高一次侧和二次侧之间的电力传输效率,但是必须形成薄磁层,这成为了一个问题。
而且为了使二次装置微型化,二次装置中的一些部件被布置成接近平面线圈且它们之间的距离被缩短。因此,如果部件包括在热和噪声方面的弱部件,例如锂离子二次电池等,则弱部件受到热和噪声的影响,其随着与平面线圈的邻近而增加。
发明内容
本发明的目的是提高一次侧和二次侧之间的电力传输效率以及减小来自平面线圈的噪声影响。本发明的另一目的是减小来自平面线圈的热和噪声的影响。
在本发明的第一方面,非接触电力传输设备包括位于二次侧中的二次线圈,并且被配置成通过一次线圈和二次线圈之间的电磁感应将电力从一次侧发送到二次侧(以下称为“第一配置”)。一次线圈位于一次侧中。二次侧还包括:与一次侧物理地分离的支持构件;磁层;用于屏蔽电磁噪声的屏蔽层;以及隔热层。二次线圈是平面线圈并且由支持构件支持。至少磁层被层压在平面线圈的一侧上并且与平面线圈成一体。在该结构中,由于磁层被层压到平面线圈,可以提高一次侧和二次侧之间的电力传输效率。由于二次侧包括屏蔽层,可以减小来自平面线圈的噪声的影响。由于二次侧包括隔热层,可以减小来自平面线圈的热和噪声的影响。
优选地,非接触电力传输设备还包括位于支持构件和平面线圈之间的辐射层。
在实施例中,形成磁层以在平面线圈的所述一侧上覆盖螺旋凹陷。在该结构中,可以提高磁通密度和电力传输效率。
优选地,磁层被层压在平面线圈的所述一侧上;屏蔽层被层压在磁层上;并且隔热层被层压在屏蔽层上(以下称为“第二配置”)。
优选地,非接触电力传输设备还包括二次装置,其包括二次侧并且具有壳。支持构件是壳的一部分。
优选地,非接触电力传输设备还包括位于二次侧中的功能构件。支持构件是功能构件。
在实施例中,非接触电力传输设备还包括二次装置,其包括二次侧和支持构件。平面线圈和至少磁层的组合是卡的形式,并且可以附着到支持构件并可以与其分离。或者平面线圈、磁层、屏蔽层和隔热层的组合是卡的形式,并且可以附着到支持构件并可以与其分离。在这些构造中,可以提高处理的简易性。
制造第一配置中的第二侧的方法包括通过按压晶体金属材料或非晶体金属材料制成的磁材料来形成磁层。在该方法中,可以提高磁通密度。
制造第二配置中的第二侧的方法包括:将隔热层涂布到屏蔽层的一侧;通过干燥固定隔热层和屏蔽层;将屏蔽层的另一侧和磁层的一侧粘在一起;以及将磁层的另一侧和平面线圈的所述一侧粘在一起。在该方法中,可以容易地制造二次侧。
在本发明的第二方面,非接触电力传输设备包括位于一次侧中的一次线圈和位于二次侧中的二次线圈,并且被配置成通过一次和二次线圈之间的电磁感应将电力从一次侧发送到二次侧。一次侧还包括支持第一线圈的第一支持构件。二次侧还包括:第二支持构件,其与第一支持构件物理地分离并支持二次线圈;以及多个磁层。二次线圈是平面线圈。磁层的每个磁导率彼此不同,并且每个磁层形成具有一次侧的磁路径。在该结构中,二次侧包括具有高磁导率的磁层和具有低磁导率的磁层。具有高磁导率的磁层增加一次和二次线圈之间的耦合。具有低磁导率的磁层增加从一次侧到二次侧的高频分量的传输效率并抑制噪声。高频分量包括比电力传输的高开关频率更高的频率。
在第二方面中,优选地,一次侧还包括多个磁层。一次线圈是平面线圈。一次侧中的磁层的每个磁导率彼此不同,并且一次侧中的每个磁层形成具有二次侧的磁路径。在该结构中,到一次侧的噪声和从一次侧到二次侧的噪声可以被抑制。
在实施例中,二次侧中的磁层是位于二次线圈的一侧上的第一磁层,以及位于该第一磁层上的第二磁层。二次线圈的另一侧面对一次线圈,并且第一磁层的磁导率高于第二磁层的磁导率。一次侧中的磁层也可以与二次侧中的磁层以相同的方式形成。该实施例适于传输效率提高和噪声降低。
在实施例中,二次侧中的第二磁层的面积大于二次侧中的第一磁层的面积。在该结构中,可进一步降低噪声。
在实施例中,第二磁层位于二次侧中的功能装置附近。在该结构中,可以减小到功能装置的噪声。
在第二方面中,优选地,非接触电力传输设备还包括用于数据传输的线圈,以及位于用于数据传输的线圈附近的磁层。在该结构中,可以提高信息通信的可靠性。
附图说明
现在进一步详细说明本发明的优选实施例。关于以下详细说明和附图将更好地理解本发明的其他特征和优点,在附图中:
图1A是根据本发明第一实施例的非接触电力传输设备的示意图,且图1B是该设备中的二次装置的电池盖的透视图;
图2是非接触电力传输设备的框图;
图3是二次装置的必要部分的截面图;
图4A-4C是用于二次装置的不同二次线圈的示意图;
图5示出了由二次装置中的磁层的相对磁导率和厚度决定的耦合系数的特性曲线;
图6A-6E是用于二次装置的不同的磁层的截面图;
图7A-7C是用于二次装置的不同的屏蔽层的截面图;
图8是另一示例中的二次装置的必要部分的截面图;
图9是根据本发明第二实施例的非接触电力传输设备中的电力接收器的必要部分的截面图;
图10是根据本发明第三实施例的非接触电力传输设备的示意图;
图11是该设备中的电力接收器的必要部分的截面图;
图12是根据本发明第四实施例的非接触电力传输设备的示意图;
图13是该设备中的电力接收器的必要部分的截面图;
图14A和14B示出了根据本发明第五实施例的非接触电力传输设备中的电力接收器的必要部分;
图15A和15B示出了示例中的电力接收器的必要部分;
图16示出了示例中的电力接收器的必要部分;
图17A和17B示出了根据本发明第六实施例的非接触电力传输设备的必要部分;
图18是设备的电路图;
图19示出了设备的磁通;
图20示出了实施例中的非接触电力传输设备的必要部分;
图21示出了实施例中的非接触电力传输设备的必要部分;以及
图22A和22B示出了实施例中的非接触电力传输设备的必要部分。
具体实施方式
第一实施例
图1A、1B和2示出了根据本发明第一实施例的非接触电力传输设备1。设备1大体被分为一次侧中的电力发送器11和二次侧中的电力接收器16。发送器11和接收器16包括能够分别电磁耦合的一次和二次线圈120和170,其被配置成通过一次和二次线圈120和170之间的电磁感应将电力从一次侧发送到二次侧。因此,发送器11和接收器16可以彼此分离。发送器11和接收器16分别是充电器10(一次装置)和手机15(二次装置),但不限于此。
如图2所示,电力发送器11进一步包括控制器111、整流器112、波纹滤波器113、指示器114和振荡器115,而电力接收器16进一步包括整流器161和负载162。然而,不限于此,当采用直流源代替交流源时,电力发送器11可以由至少一次线圈、控制器和振荡器形成。
具体地,在电力发送器11中,当控制器111被激活以向电力接收器16发送电力时,其被配置成控制指示器114和振荡器115。整流器112例如是全波整流器并且被配置成将来自输入(即交流源)的AC(交流)电压转换成脉动DC(直流)电压,以将脉动DC电压提供给波纹滤波器113。波纹滤波器113被配置成平滑脉动DC电压以产生平滑的DC电压,然后经由振荡器115在一次线圈120上施加平滑的DC电压。例如,滤波器113可以以与在日本专利申请公开号No.2003-244855中所述的设备(以下称为“传统设备”)的充电器相同的方式由电感器和电容器(未示出)形成。也就是说,电容器与电感器串联连接,而电容器和电感器的组合连接在整流器112的输出端之间。指示器114包括例如至少一个LED(发光二极管),并且被配置成根据控制器111的控制驱动LED以显示电力接收器16的充电情况。振荡器115被配置成根据控制器111的控制周期性地在一次线圈120上施加平滑的DC电压。例如,振荡器115可以以与传统设备的充电器相同的方式由至少一个开关装置和驱动器(未示出)形成。开关装置与一次线圈120串联连接,而一次线圈120和开关装置的组合与波纹滤波器113的电容器并联连接。具体地,一次线圈120的第一端连接到滤波器113的电容器的正端子,并且一次线圈120的第二端经由开关装置连接到电容器的负端子。驱动器被配置成根据控制器111的控制、周期性地开启和关闭开关装置。在示例中,优选地由电容器和电阻器形成的吸收电路与一次线圈120并联连接。在示例中,电力发送器11可以进一步包括电压转换器,该电压转换器将平滑的DC电压转换成预定的DC电压以经由振荡器115在一次线圈120上施加转换的DC电压。
在电力接收器16中,例如,整流器161包括至少一个二极管作为半波或全波整流器,并且被配置成将从二次线圈170获得的电流转换成DC电流以将DC电流提供给负载162。负载162是二次电池(电池组),但不限于此。在示例中,整流器161以与传统设备的主体相同的方式由第一和第二二极管形成。第一二极管的阴极和阳极分别连接到二次线圈170的第一端和二次电池的负端子。第二二极管的阴极和阳极分别连接到二次电池的正端子和二次线圈170的第二端。第二线圈170的第一和第二端的极性分别对应于一次线圈120的第一和第二端。在该示例中,无论何时发送器11的开关装置被关闭时,从二次线圈170向负载162提供电流。在另一示例中,接收器16可以进一步包括被配置成将二次电池连接到二次装置的电源、负载等的控制器。控制器可以由与第二二极管并联连接的开关装置、和用于开启和关闭开关装置的驱动器形成,如传统设备的主体一样。
控制器111、整流器112、波纹滤波器113、指示器114和振荡器115被安装在印刷电路板上,他们一起构成如图1A所示的印刷电路组件110。一次线圈120与磁层(或磁材料)121一起包括在一次线圈组12中。另一方面,二次电池(电池组)被放入手机15的壳150内的电池盒(batterycompartment)151中以被电池盖152覆盖,而整流器161被安装在放入壳150中的印刷电路板(未示出)上。二次线圈170也包括在二次线圈组17中,二次线圈组17固定于如图1A和1B所示与一次侧物理地分离的电池盖152(支持构件)的内表面上。其上安装有整流器161的印刷电路板具有分别电连接到整流器161的两个输入端子的两个输入端子(未示出),并且还具有分别电连接到整流器161的两个输出端子的两个输出端子(未示出)。当支持二次线圈组17的电池盖152附着到壳150时,印刷电路板的输入端子分别与二次线圈170的两个端电连接。当二次电池被放入电池盒151中时,印刷电路板的输出端子与二次电池的两个端子电连接。
如图3所示,二次侧中的二次线圈组17还包括磁层171,用于屏蔽电磁噪声的屏蔽层172,以及隔热层173,他们一起与二次线圈170成一体。也就是说,二次线圈170是平面线圈并且磁层171被层压在二次线圈170的至少一侧(上表面)上。屏蔽层172也层压在至少磁层171的上表面上,并且隔热层173层压在屏蔽层172的上表面上。从而,形成二次线圈组17,并且组17中的二次线圈170的另一侧(下表面)通过粘合剂被粘到电池盖152的内表面上。然而,不限于此,在本发明中,至少磁层可以层压在二次线圈的一侧上并且与二次线圈成一体,而且二次线圈组可以位于二次装置的其他部分处。
二次线圈170是单线、绞线、束线(bundled wire)、自粘合铜线、并行放置的多线等。单线(以下称为“磁线”)是聚氨酯磁漆(enameled)铜线、聚酯磁漆铜线、磁漆铜线等。绞线由多个绞在一起的磁线组成。束线是多个磁线的捆束。自粘合铜线是磁线,其进一步覆盖有自粘膜如热塑性树脂、热固性树脂等。并行放置的多线由多个磁线制成,并且并行设置并用粘合剂固定。优选地,磁线的导体在截面上是正方形的形状。二次线圈170可以是形成在印刷电路板(未示出)上的导电图案,或者通过对电池盖152的图案化、电镀和蚀刻或成型制成的导电图案。如图4A-4C所示线圈170的图案可以是圆形、方形、椭圆等的形状。
考虑到薄型和容易处理以及由磁层171的相对磁导率和厚度决定的耦合系数,磁层171可以由具有0.1-0.15mm范围内的厚度和1000或更高的相对磁导率的镍铁氧体片(磁材料)制成。然而,不限于此,磁层171的磁材料可以是由锰铁氧体、非晶磁合金、Fe-Ni合金(坡莫合金(Permalloy))、纳米晶磁材料等制成的片。或者磁材料可以是磁涂覆,或者树脂和磁填充物或磁粉末的磁混合物,其每个都包含镍铁氧体、锰铁氧体、非晶磁合金、Fe-Ni合金、纳米晶磁材料等。
为了形成具有0.05-0.1mm范围内的厚度的磁层171以进一步薄型化二次线圈组17,期望使用具有2000或更高的相对磁导率的磁材料。
图5是由磁层171的相对磁导率和厚度决定的耦合系数的图。在图5中,“A”、“B”和“C”每个是磁层171的厚度,且分别是0.15mm、0.10mm和0.05mm。因此,如果如上所述设置磁层171的相对磁导率和厚度,有可能提高从一次侧到二次侧的电力传输效率。
如图6A所示,磁层171可以层压在二次线圈170的中心空腔171a和周边171b处,以及空腔171a和周边171b上的表面层171c。然而,不限于此,磁层171可以如图6B-6E所示被层压。在图6B中,磁层171被层压在周边171b和表面层171c处。在图6C中,磁层171被层压在中心空腔171a处,以及空腔171a和二次线圈170的表面上的表面层171d。在图6D中,磁层171被层压在表面层171c处。在图6E中,磁层171被层压在中心空腔171a处,并且还层压在二次线圈170的整个表面171e上,并且从而可以提高在线圈170的中央通过的磁通的效率。
屏蔽层172是例如铜箔或铝箔。如图7A所示,当磁层171被层压在中心空腔171a、周边171b和表面层171c处时,屏蔽层172可以层压在磁层171的周边172a、以及磁层171和周边172a上的表面层172b处。然而,不限于此,屏蔽层172可以如图7B和7C所示被层压。在图7B中,磁层171被层压在中心空腔171a和表面层171d处,而屏蔽层172被层压在二次线圈170和磁层171的周边172c处,以及磁层171和周边172c上的表面层172d处。在图7C中,磁层171被层压在中心空腔171a和表面层171c处,而屏蔽层172被层压在磁层171的整个表面上。
隔热层173可以由通过混合树脂与真空珠(vacuum bead)获得的隔热材料形成。然而,不限于此,隔热层173可以是气凝胶体、玻璃布、真空单元等。隔热层173用来保护二次装置的组件不受二次线圈170的热量,并防止第一实施例中电池组的劣化。
说明了制造二次线圈组17的不同方法。在制造方法中,通过混合树脂和真空珠获得的隔热材料被涂布到形成为图7A-7C的一种形状的屏蔽层172(例如铜箔)的一侧(上表面)上。从而,在屏蔽层172的一侧上形成隔热层173,然后它们通过干燥被固定在一起。随后,用粘合剂或压敏粘合剂将屏蔽层172的另一侧(下表面)粘到形成为图6A-6E的一种形状的磁层171(例如镍铁氧体片)的一侧(上表面)。然后用与磁填充物或磁粉末混合的粘合剂或压敏粘合剂将二次线圈170粘在磁层171的另一侧(下表面)上,从而获得二次线圈组17。然而,不限于此,磁层171可以由上述磁材料、和与磁填充物或磁粉末混合的粘合剂或压敏粘合剂形成。在该示例中,由于可以使用片形状的磁材料,因此可以通过更简单的制造方法来制造二次线圈组17。
在制造方法中,通过混合树脂和真空珠获得的隔热材料被涂布到形成为图7A-7C的一种形状的屏蔽层172(例如铜箔)的一侧(上表面)上。从而,在屏蔽层172的一侧上形成隔热层173,然后它们通过干燥被固定在一起。随后,在屏蔽层172的另一侧(下表面)和二次线圈170之间填充Fe-或Ni-扁平粉末或颗粒粉末,并且用与磁填充物或磁粉末混合的粘合剂或压敏粘合剂将屏蔽层172和二次线圈170粘在一起。结果,磁层171由扁平粉末或颗粒粉末以及粘合剂或压敏粘合剂形成,同时获得二次线圈组17。当磁层171被形成为例如图6C的形状时,扁平粉末或颗粒粉末以及粘合剂或压敏粘合剂以图8的171A表示。
在制造方法中,通过混合树脂和真空珠获得的隔热材料被涂布到形成为图7A-7C的一种形状的屏蔽层172(例如铜箔)的一侧(上表面)上。从而,在屏蔽层172的一侧上形成隔热层173,然后它们通过干燥被固定在一起。随后,在屏蔽层172的另一侧(下表面)上涂布磁材料(例如磁漆或树脂和磁填充物或磁粉末的磁混合物),然后它们被干燥。随后,用与磁填充物或磁粉末混合的粘合剂或压敏粘合剂将二次线圈170粘在磁材料的下表面上。随后,获得二次线圈组17。磁层171还由磁材料以及粘合剂或压敏粘合剂形成。
在制造方法中,通过混合树脂和真空珠获得的隔热材料被涂布到形成为图7A-7C的一种形状的屏蔽层172(例如铜箔)的一侧(上表面)上。从而,在屏蔽层172的一侧上形成隔热层173,然后它们通过干燥被固定在一起。随后,用与磁填充物或磁粉末混合的粘合剂或压敏粘合剂将覆盖有磁镀层的二次线圈170粘到屏蔽层172的另一侧(下表面)上。因此,获得二次线圈组17。磁层171还由磁镀层以及粘合剂或压敏粘合剂形成。
在每个制造方法中,优选地通过按压共同处理上述将若干薄层粘在一起。在示例中,二次线圈组17和电池盖152被整体地成型。
在示例中,二次线圈170被粘合然后获得二次线圈组17,同时二次线圈组17被粘到电池盖152的内表面上。例如,通过夹物模压(insertmolding)将二次线圈170固定到电池盖152的内表面上。
第二实施例
图9示出根据本发明第二实施例的非接触电力传输设备中的电力接收器。为了清楚,如第一实施例中所描述的,类似种类的元件被赋予相同的附图标记。
第二实施例中的电力接收器进一步包括插入电池盖152和二次线圈170之间的辐射层174以便改进来自电池盖152的辐射特性。辐射层174可以由具有高热导率并且不干扰一次和二次线圈120和170之间的磁通耦合的材料制成(例如片状硅)。
第三实施例
图10示出根据本发明第三实施例的非接触电力传输设备。为了清楚,如第一实施例中所描述的,类似种类的元件被赋予相同的附图标记。
在第三实施例中,手机15的二次线圈组17和功能构件(支持构件)被结合。例如,如图10和11所示,功能构件是负载162(二次电池(电池组)),并且用粘合剂或压敏粘合剂将二次线圈组17的顶部,即隔热层173的上表面粘在二次电池的底部。然而,不限于此,二次线圈组17和二次电池可以用包装膜被层压或者以块形成。
第四实施例
图12示出了根据本发明第四实施例的非接触电力传输设备。为了清楚,如第一实施例中所描述的,类似的元件被赋予相同的附图标记。
如图12和13所示,第四实施例中的二次线圈组17是卡的形式,并且可以附着到手机15(支持构件)或与其分离。二次线圈组17可以作为单个卡形成,或者放入卡形封装中。二次线圈组17与负载162(二次电池(电池组))一起放入手机15的壳150内的电池盒151中。在支持构件的示例中,二次线圈组17的二次线圈170的第一和第二端位于组17的一端处,其可被附着到手机15中的卡连接器(未示出)和与其分离。卡连接器(支持构件)被安装在其上安装有整流器161的印刷电路板上并且被放入手机15的壳150中。
第五实施例
图14A和14B示出根据本发明第五实施例的非接触电力传输设备中的电力接收器的必要部分。为了清楚的目的,如第一实施例中所描述的,类似种类的元件被赋予相同的附图标记。
如图14A和14B所示,形成第五实施例中的磁层171以在二次线圈170的一侧(上表面)上覆盖螺旋凹陷(spiral depression)。例如,可以通过在二次线圈170的一侧上按压磁材料(例如由晶体金属材料或非晶体金属材料制成的软磁材料)容易地形成磁层171。如果使用具有不同颗粒尺寸的磁材料、扁平形状磁材料或其混合物,可以提高到螺旋凹陷的填充因子。如果使用具有适当粘度的磁材料,可以防止从二次线圈170的螺旋间隙(spiral gap)泄漏磁材料。在该结构中,可以增加磁通密度,并且可以减小二次线圈170和磁层171的厚度。
在示例中,如图15A和15B所示,不仅磁层171而且屏蔽层172(以及隔热层173)可以被同时按压。
在示例中,如图16所示,可以通过在二次线圈170和上述磁材料之间放置绝缘薄膜175(例如PET膜)以在二次线圈170的一侧上按压磁材料来形成磁层171。在该示例中,有可能防止磁材料从二次线圈170的螺旋间隙泄漏,并且磁材料可以仅在二次线圈170的一侧上覆盖螺旋凹陷。
在示例中,磁层171可以通过铸造或成型来形成以通过整体处理(按压)、粘合剂(例如粘合树脂)等层压在二次线圈170上。
第六实施例
图17A和17B示出了根据本发明第六实施例的非接触电力传输设备的必要部分。为了清楚的目的,如第一实施例中所描述的,类似种类的元件被赋予相同的附图标记。
在上述第一到第五实施例中,每个一次侧包括一次线圈,以及层压在一次线圈的至少一侧上的磁层,而每个二次侧包括二次线圈,层压在二次线圈的至少一侧上的磁层,以及层压在磁层上的屏蔽层。在其每个中,如果屏蔽层也被层压在一次侧的磁层上,则噪声可以被转换成热以通过两个屏蔽层被吸收。另外,通过两个磁层可以提高一次和二次侧之间的电力传输效率。而且,如果以几十到几百kHz范围内的高开关频率驱动振荡器115的开关装置,则可以微型化二次装置。
然而,在一次和二次线圈之间存在一次和二次装置的壳,并且因此减小了一次和二次线圈之间的耦合并可以增加磁通泄漏,从而造成难以用铜箔、铝箔等制成的屏蔽层完全消除噪声。
因此,为了进一步减小噪声的影响,至少本发明的二次侧包括多个磁层。在第六实施例中,每个一次和二次侧包括多个磁层。也就是说,一次侧中的电力发送器(一次装置)具有壳100和粘在壳120的内表面上的一次线圈120,并且一次侧的多个磁层是层压在一次线圈120的一侧上的磁层121H和121L。具体地,磁层(第一磁层)121H被层压在一次线圈120的一侧上,并且磁层(第二磁层)121L被层压在磁层121H上。
另一方面,二次侧中的电力接收器(二次装置)具有壳150和粘在壳150的内表面上的二次线圈170,并且二次侧的多个磁层是被层压在二次线圈170的一侧上的磁层171H和171L。具体地,磁层(第一磁层)171H被层压在一次线圈170的一侧上,并且磁层(第二磁层)171L被层压在磁层171H上。当从一次侧向二次侧传输电力时,一次和二次线圈通过壳100和150彼此相对地布置。
磁层121H的磁导率高于磁层121L的磁导率,但这不意味着绝对值。类似地,磁层171H的磁导率高于磁层171L的磁导率。磁层121H和171H的每个磁材料是例如铁氧体,而磁层121L和171L的每个磁材料是例如非结晶材料和树脂的复合物。在示例中,从后面提到的开关频率的观点来看,磁层121H的磁导率是2000,并且磁层121L的磁导率是100,而磁层171H的磁导率是1000,并且磁层171L的磁导率是50。
二次线圈170的整体尺寸(直径)短于一次线圈120。在示例中,一次线圈120的外直径、内直径和厚度分别是ψ34mm、ψ10mm和1mm,并且一次线圈170的外直径、内直径和厚度分别是ψ25mm、ψ8mm和0.2mm。
磁层121H和121L的每个尺寸与一次线圈120的尺寸相同(例如ψ34mm)。另一方面,磁层171H大于二次线圈170,并且磁层171L大于磁层171H。例如,磁层171H的长度、宽度和厚度分别是30mm、30mm(即□30mm×30mm)和0.2mm,而磁层171L的长度、宽度和厚度分别是34mm、34mm(即□34mm×34mm)和0.1mm。
图18是第六实施例中的非接触电力传输设备的电路图。一次侧中的电力发送器11包括一次线圈120、控制器111、DC电源223和振荡器115。振荡器115具有开关装置(FET)116和驱动器117。一次线圈120与开关装置116串联连接,而一次线圈120和开关装置116的组合连接在DC电源223的两个输出端子之间。具体地,一次线圈120的第一端T11连接到DC电源223的正输出端子,并且一次线圈120的第二端T12经由开关装置116连接到DC电源223的负输出端子。控制器111被配置成当其被激活时控制振荡器115以将电力发送到电力接收器16。例如,控制器111通过驱动器117以100kHz的开关频率开启和关闭开关装置116。在图18中,电容器118与一次线圈120并联连接。在示例中,可以使用整流器和波纹滤波器来代替DC电源223。
二次侧中的电力接收器16包括二次线圈170、整流器161和负载162(例如二次电池)。二次线圈170的第一和第二端T21和T22的极性分别对应于一次线圈120的极性。第一端T21与二次电池的负端子连接。整流器161是其阴极和阳极分别连接到二次电池的正端子和二次线圈170的第二端T22的二极管。在图18中,电容器163与二次电池并联连接。
开关装置116通过开关频率被开启和关闭,然后在一次线圈120处生成磁通以与二次线圈170相互链接。因此,从二次线圈170提供电流然后在整流器161和电容器163处对其进行整流和平滑,以将其提供给二次电池。从而对二次电池充电。
图19示出了非接触电力传输设备中的磁通。磁层121H和171H增强了一次和二次线圈120和170的耦合,并且因此增强了一次和二次侧之间的电力传输效率。
利用磁层121L和171L,特别是磁层171L进一步降低了噪声。也就是说,磁层171L和磁层121H和121L之间的磁路径包围一次和二次线圈120和170之间的磁路径,因为磁层171L存在于二次线圈170和磁层171H之后并且大于它们。因此,有可能提高从一次侧到二次侧的频率分量(谐波分量和信号分量)的传输效率,其高于开关频率(即100kHz)。结果,可以进一步抑制噪声,并且可以减小频率分量的泄漏。
在实施例中,如图20所示,一次和二次装置分别是充电器10和手机15。磁层171H位于二次线圈170上,而磁层171L位于壳150中的天线153(功能装置)附近。具体地,磁层171L位于二次线圈170和天线153之间的天线153附近。因此,有可能防止噪声从二次线圈侧进入天线153。
在实施例中,如图21所示,一次和二次装置分别是充电器10和手机15。充电器10进一步包括用于数据发送的线圈104和磁层105,而手机15进一步包括用于数据发送的线圈154和磁层155。线圈104和154用来发送和接收表示充电开始、充电完成等的信号(信息)。线圈104位于壳100的内表面上,并且磁层105位于线圈104上。类似地,线圈154位于壳150的内表面上,并且磁层155位于线圈154上。在该实施例中,可以改进线圈104和154之间信号传输的可靠性。
在实施例中,如果不需要一次侧的薄型化,则可以利用EE芯或UU芯以及围绕其中任一个缠绕的线圈来代替上述一次侧中的一次线圈和一个或多个磁层,如图22A和22B所示。
尽管参考了特定优选实施例说明了本发明,在不脱离本发明的真实精神和范围的情况下本领域技术人员可以做出大量修改和变化。

Claims (24)

1.一种非接触电力传输设备,包括位于二次侧中的二次线圈,所述设备被配置成通过一次线圈和二次线圈之间的电磁感应将电力从一次侧发送到二次侧,所述一次线圈位于所述一次侧中;
其中所述二次侧还包括:与所述一次侧物理地分离的支持构件;磁层;用于屏蔽电磁噪声的屏蔽层;以及隔热层;
其中所述二次线圈是平面线圈并且由所述支持构件支持,以及至少所述磁层被层压在所述平面线圈的一侧上并且与所述平面线圈成一体。
2.根据权利要求1所述的非接触电力传输设备,还包括位于所述支持构件和所述平面线圈之间的辐射层。
3.根据权利要求1或2所述的非接触电力发送设备,其中所述磁层被形成为在所述平面线圈的所述一侧上覆盖螺旋凹陷。
4.根据权利要求1或2所述的非接触电力传输设备,其中:所述磁层被层压在所述平面线圈的所述一侧上;所述屏蔽层被层压在所述磁层上;并且所述隔热层被层压在所述屏蔽层上。
5.根据权利要求3所述的非接触电力传输设备,其中:所述磁层被层压在所述平面线圈的所述一侧上;所述屏蔽层被层压在所述磁层上;并且所述隔热层被层压在所述屏蔽层上。
6.根据权利要求1、2和5中的任一项所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括二次侧并且具有壳,其中所述支持构件是所述壳的一部分。
7.根据权利要求3所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧并且具有壳,其中所述支持构件是所述壳的一部分。
8.根据权利要求4所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧并且具有壳,其中所述支持构件是所述壳的一部分。
9.根据权利要求1、2和5中的任一项所述的非接触电力传输设备,还包括位于二次侧中的功能构件,其中所述支持构件是所述功能构件。
10.根据权利要求3所述的非接触电力传输设备,还包括位于所述二次侧中的功能构件,其中所述支持构件是所述功能构件。
11.根据权利要求4所述的非接触电力传输设备,还包括位于所述二次侧中的功能构件,其中所述支持构件是所述功能构件。
12.根据权利要求1或2所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧和所述支持构件,
其中所述平面线圈和至少所述磁层的组合是卡的形式,并且能够附着到所述支持构件并能够与其分离。
13.根据权利要求3所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧和所述支持构件,
其中所述平面线圈和至少所述磁层的组合是卡的形式,并且能够附着到所述支持构件并能够与其分离。
14.根据权利要求4所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧和所述支持构件,
其中所述平面线圈、所述磁层、所述屏蔽层和所述隔热层的组合是卡的形式,并且能够附着到所述支持构件并能够与其分离。
15.根据权利要求5所述的非接触电力传输设备,还包括二次装置,所述二次装置包括所述二次侧和所述支持构件,
其中所述平面线圈、所述磁层、所述屏蔽层和所述隔热层的组合是卡的形式,并且能够附着到所述支持构件并能够与其分离。
16.一种制造权利要求1的非接触电力传输设备中的第二侧的方法,包括通过按压晶体金属材料或非晶体金属材料制成的磁材料来形成磁层。
17.一种制造权利要求4的非接触电力传输设备中的第二侧的方法,包括:
将所述隔热层涂布到所述屏蔽层的一侧;
通过干燥固定所述隔热层和所述屏蔽层;
将所述屏蔽层的另一侧和所述磁层的一侧粘在一起;以及
将所述磁层的另一侧和所述平面线圈的所述一侧粘在一起。
18.一种非接触电力传输设备,包括位于一次侧中的一次线圈和位于二次侧中的二次线圈,所述设备被配置成通过所述一次和二次线圈之间的电磁感应将电力从所述一次侧发送到所述二次侧;
其中所述一次侧还包括支持所述第一线圈的第一支持构件,以及
所述二次侧还包括:第二支持构件,所述第二支持构件与所述第一支持构件物理地分离并且支持所述二次线圈;以及多个磁层,所述二次线圈是平面线圈,所述磁层的每个磁导率彼此不同,每个磁层形成具有所述一次侧的磁路径。
19.根据权利要求18所述的非接触电力传输设备,其中所述一次侧还包括多个磁层,并且所述一次线圈是平面线圈,所述一次侧中的所述磁层的每个磁导率彼此不同,所述一次侧中的每个磁层形成具有二次侧的磁路径。
20.根据权利要求18所述的非接触电力传输设备,其中所述磁层是位于所述二次线圈的一侧上的第一磁层,和位于所述第一磁层上的第二磁层,所述二次线圈的另一侧面对所述一次线圈,所述第一磁层的磁导率高于所述第二磁层的磁导率。
21.根据权利要求19所述的非接触电力传输设备,其中:所述一次侧中的所述磁层是位于所述一次线圈的一侧上的第一磁层,和位于所述第一磁层上的第二磁层,所述一次线圈的另一侧面对所述二次线圈,所述第一磁层的磁导率高于所述第二磁层的磁导率;以及
所述二次侧中的磁层是位于所述二次线圈的一侧上的第一磁层,和位于该第一磁层上的第二磁层,所述二次线圈的另一侧面对所述一次线圈,所述二次侧中的所述第一磁层的磁导率高于所述二次侧中的所述第二磁层的磁导率。
22.根据权利要求20或21所述的非接触电力传输设备,其中所述二次侧中的所述第二磁层的面积大于所述二次侧中的所述第一磁层的面积。
23.根据权利要求20所述的非接触电力传输设备,其中所述第二磁层位于所述二次侧中的功能装置附近。
24.根据权利要求18所述的非接触电力传输设备,还包括用于数据传输的线圈,以及位于所述用于数据传输的线圈附近的磁层。
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