CN102906828B - 无线电力通信用铁芯组件及无线电力通信用电力供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法，所述无线电力通信用铁芯组件，包括：板状形的铁芯，柱面具备有凹槽部，并由磁性体形成；多个绕线型线圈，收容于所述凹槽部，各个线圈的一部分会相互重叠地安置；电路基板，接触于所述各个线圈的两端，并控制向所述线圈施加电源。

Description

无线电力通信用铁芯组件及无线电力通信用电力供给装置
技术领域
本发明涉及使用于无线电力通信系统中的无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法。
背景技术
通常，如移动通信终端机、PDA(PersonalDigitalAssistants)等的携带用电子设备中会安装有可再次充电的二次电池(SecondaryBattery)来充当电池。为了对电池进行充电，需要有可以利用家庭用、商用电源来向携带用电子设备的电池提供电能的独立的充电装置。
通常，充电装置与电池的外部分别会形成有独立的接触端子，通过两个接触端子相互接触来使充电装置与电池进行电气连接。但是，如上所述的接触端子暴露于外部时，会影响到美观，并且接触端子也会因为外部的异物的污染导致接触状态的不良。此外，因用户的不注意引发电池的短路或暴露于湿气中时，会导致轻易地损失充电的能量。
作为这种接触式充电方式的替代方案，提出通过不需要使充电装置与电池分别的接触端子相互接触的方式来向电池进行充电的非接触式(无线)充电系统。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明的目的在于提供无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法，通过线圈的安置来有效地减少会影响到与电力接收装置无线电力传输的暗区(Darkarea)，并且可以稳定地维持所述线圈的安置。
(解决问题的手段)
为了实现上述的技术问题，根据本发明的一实施例的无线电力通信用铁芯组件，包括：板状形的铁芯，柱面具备有凹槽部，并由磁性体形成；多个绕线型线圈，收容于所述凹槽部，各个线圈的一部分会相互重叠地安置；电路基板，接触于所述各个线圈的两端，并控制向所述线圈施加电源。
此处，所述凹槽部，可以包括：第一凹槽部，以第一深度形成；第二凹槽部，联通形成于所述第一凹槽部，并具有小于所述第一深度的第二深度。
此处，所述凹槽部形成为具有闭曲线的轮廓，所述第一凹槽部及所述第二凹槽部，形成为内接于所述凹槽部的闭曲线的两个小闭曲线的一部分，相互重叠的形态来形成凹槽。
此处，所述小闭曲线的一部分相互重叠的部分可以以所述第一深度来形成凹槽。
此处，所述闭曲线可以为椭圆形。
此处，所述凹槽部包括底部与侧壁，所述凹槽部，以所述多个重叠的线圈整体形成的外周与所述侧壁接触的大小，来形成凹槽。
此处，所述线圈分别可以绕线为椭圆形。
此处，所述多个线圈可以绕线为相互相同的大小。
此处，所述线圈，包括从所述铁芯凸出的至少一个支撑部，所述支撑部形成为，插入所述线圈的中孔部。
此处，所述支撑部的端面的至少一区间形成为曲线，来与所述线圈的中孔部的内周面中的一部分相接。
此处，所述铁芯，具备有多个第一贯通孔，使所述线圈分别两端贯通，所述电路基板具备有多个第二贯通孔，对应于所述第一贯通孔。
此处，所述多个第一贯通孔，可以包括：至少一对贯通孔，以所述铁芯的中心为基准来对称。
此处，可以包括：多个接触部，在所述电路基板的所述铁芯相对的面的反面形成对应所述两端的个数，来使所述线圈分别两端接触。
此处，还可以包括：沟槽，在所述凹槽部的底面上沿所述线圈的绕线方向形成，收纳所述线圈的与所述底面接触的部分。
根据本发明的另一实施例的无线电力通信用电力供给装置，包括：无线电力通信用铁芯组件，形成有上述说明的充电电力供给电路；壳体，包裹所述铁芯组件。
根据本发明的又另一实施例的无线电力通信用铁芯组件的制造方法，包括：向作为磁性体的粉末中添加粘合剂来形成混合物的步骤；将所述混合物装入模具里进行压制，在一面上形成凹槽部来成型为铁芯的步骤；烧结所述成型的铁芯的步骤；在所述烧结的铁芯的凹槽部中，使绕线的多个线圈的一部分相互重叠地进行安置的步骤；将所述铁芯各个的两端部接触于电路基板上的步骤。
此处，所述粉末可以包括锰-锌。
此处，烧结所述成型的铁芯的步骤，可以包括：烧结温度维持在60℃至80℃的步骤。
(发明的效果)
根据具有如上所述构成的本发明相关的无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法，可以通过线圈的安置来有效地减少会影响到与电力接收装置无线电力传输的暗区(Darkarea)，并且可以稳定地维持所述线圈的安置。
附图说明
图1是与本发明相关的无线电力通信系统的概略性立体图。
图2是图1的无线电力通信系统的内部功能框图。
图3是表示从正面查看根据本发明的一实施例的无线电力通信用铁芯组件的组装立体图。
图4是从背面查看图3的组件的组装立体图。
图5是图3的组件的分解立体图。
图6是表示根据图3的铁芯120的一变形例的铁芯120'的立体图。
图7是表示图6的铁芯120'中安装有线圈111的状态的局部概念图。
图8是表示根据本发明的另一实施例的无线电力通信用铁芯组件制造方法的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对根据本发明的优选实施例的无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法进行详细地说明。本说明中，对于相同或类似的构成，即使其在相互不同的实施例中也会赋予相同或类似的参照号，并会用初次的说明来替代对其的说明。
图1是与本发明相关的无线电力通信系统的概略性立体图。
如图所示，所述无线电力通信系统，包括：电力供给装置100；电力接收装置200，为了对电池进行充电而从电力供给器100无线接收电力。
电力供给器100是从外部电源接收电能，并生成向电力接收器200供给的充电电力的装置。电力供给器100可以形成为平板形态，来使电力接收器200容易安装。供给到电力供给器100上的外部电源，可以采用商用交流电源(60Hz，220V/100V)或直流电源。
电力接收器200，包括：携带用电子设备，内置有，内置电池的电池组或电池。此外，电力接收器200，可以为与电池接触的携带用电子设备的一部分或独立于携带用电子设备来与电池接触的部件。作为携带用电子设备，可以为移动电话、PDA、MP3播放器等。电池作为可再充电的电池单元，可以包括：锂离子电池或锂聚合物电池等。
电力供给器100与电力接收器200可以具备相互对应的一次线圈110及二次线圈210。一、二次线圈110、210通过感应结合来形成磁性的相互耦合。因此，通过一次线圈110生成的磁场会在二次线圈210内感应成感应电流。
电力供给器100，内置有充电电力供给电路150(参照图2)，来用于驱动第一线圈110来生成磁场。电力接收器200，内置有充电电路250(参照图2)，通过二次线圈210来利用感应到的感应电动势来对电池进行充电。
下面，参照图2来查看充电电力供给电路150与充电电路250的详细构成。图2是图1的无线充电系统的内部功能框图。
参照本图，内置于电力供给器100内的充电电力供给电路150，可以包括：一次线圈110、整流器152、驱动电路153、控制器155、无线接收模块156。
整流器152，将商用交流电源151的交流电压整流为直流后，传达到驱动电路153。驱动电路153利用通过整流器152整流的直流电压，生成商用频率以上的高频交流电压脉冲，并将其施加到一次线圈110来生成磁场(MagneticField)。
驱动电路153，可以包括：电力驱动部154a与PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)信号发生器154b。电力驱动部154a，可以包括：高频振荡电路，转换规定等级的直流电压来振荡出商用频率以上的高频交流电压；驱动电路，通过向一次线圈110施加脉冲宽度调制的高频交流电压脉冲来驱动一次线圈110。所述PWM信号发生器154b是对所述高频交流电压实施脉冲宽度调制(PWM：pulsewidthmodulation)。由此，通过电力驱动部153的输出端排出的输出信号会转换为高频交流电压脉冲。此高频交流电压脉冲会成为脉冲列(pulsetrain)，且此脉冲列的脉冲宽度会通过控制器155来调节。以上的驱动电路153可以采用，如切换模式电源(SMPS：switchingmodepowersupply)。
控制器155，根据通过无线送、收信模块156、256反馈的电池的充电状态信息来调节所述脉冲宽度调制的高频交流电压脉冲的脉冲宽度。例如，控制器155在从充电电路250反馈的应答信号为充电开始信号时，会将一次线圈110的驱动模式从待机模式转换为充电模式。此外，分析从充电电路250反馈的充电状态信息的结果，判断为电池充满电时，会将一次线圈110的驱动模式从充电模式转换为充电完毕模式。控制器155，在没有从充电电路250反馈的应答信号时，会将一次线圈110的驱动模式维持为待机模式。
无线接收模块156，包括：如解调器的收信部156，随着线圈110接收从充电电路250的无线送信模块256传输的反馈应答信号，解调此反馈应答信号来复原电池262的充电状态信息。无线接收模块156还可以包括：天线，独立于线圈110来接收从充电电路250的无线送信模块256传输的反馈应答信号。
以上的充电电力供给电路150，还可以包括：恒压电路，为了过电压保护电路，使通过过电压滤波电路或整流器整流的电压维持为规定等级的电压。所述过电压滤波电路，安置于商用交流电源151与整流器152之间，所述恒压电路安置于整流器152与驱动电路153之间。
之后，对从充电电力供给电路150接收电力来对电池262进行充电的充电电路250进行查看。此充电电路250内置于电力接收器200。
充电电路250，可以包括：二次线圈210、整流器251、恒压/恒流电路252、下降检测器253、控制器255、无线送信模块256。
二次线圈210，磁性耦合于一次线圈110来发生感应电动势。如上所述，因为一次线圈110上施加的电力信号为脉冲宽度调制信号，因此感应到二次线圈210上的感应电动势也为交流电压脉冲列。此外，根据一次线圈110的驱动模式，感应到二次线圈210上的交流电压脉冲也会遵循待机模式、充电模式及充电完毕模式中的某一种形态。
整流器251，连接于二次线圈210的输出端，以一定等级的直流平坦化通过二次线圈210感应的交流电压脉冲。恒压/恒流电路252，利用规定等级的直流电压来生成对电池262进行充电的恒电压与恒电流。具体地说是，在电池262的初期充电时间点维持恒电流模式，直到电池262的充电电压呈饱和状态时，转换为恒电压模式。
下降检测器253，是用于检测通过二次线圈210感应的交流电压脉冲的下降时间点，即，检测下降时间点(fallingtime)的装置。下降检测信号会输入到控制器255。
控制器255作为一种微处理器，接收如下降检测信号、充电电流、充电电压等监控信号，并根据此监控信号来控制恒压/恒流电路252与无线送信模块256。例如，控制器255，根据从下降检测器253输入的下降检测信号，来确认脉冲的下降时间点，并将向充电电力供给电路150传输的反馈应答信号的传输时间点同步于脉冲的下降时间点。控制器255，监控电池262的充电电流与充电电压，并将此监控值临时储存于内部储存器(未图示)。未图示的所述储存器不仅可以储存如监控到的充电电流与充电电压的电池262充电状态信息，还可以一同储存电池262的式样信息(产品编号、额定值等)。
此外，控制器255，会根据电池262的充电状态，来适当地选择并转换恒电压模式与恒电流模式。控制器255，监控是否有过度的电压施加到恒压/恒流电路252两端上，并在施加有过度的电压时，生成调整请求信号。此调整请求信号会经过无线送信模块256反馈到电力供给器100侧的充电电力供给电路150上。
监控恒压/恒流电路252的两端电压的动作，是通过测量恒压/恒流电路252的前端电压与后端电压来检查其差值是否超过基准值而实现。无线送信模块256，包括：送信部256，在线圈210传输要向充电电力供给电路150传输的反馈应答信号(充电开始信号、充电状态信号、调整要求信号)时，调制如充电状态信号的基带信号来生成反馈应答信号。无线接收模块256，还可以包括：天线，独立于线圈210来向充电电力供给电路150传输反馈应答信号。
恒压/恒流电路252与电池262之间会安置有保护电路(PCM，ProtectiveCircuitModule)261，来防止向电池262施加过电压或过电流。此保护电路261与电池262可以构成一个电池单元260。
图3是表示从正面查看根据本发明的一实施例的无线电力通信用铁芯组件的组装立体图。
根据本发明的一实施例的电力供给装置100，包括：铁芯组件，将要参照本图来进行说明；壳体(参照图1)，包裹所述铁芯组件并形成外观。
所述铁芯组件，可以包括：多个线圈110、板状形的铁芯120及电路基板130。
线圈110形成为具有两个自由端的绕线型。此外，线圈110具备为多个。多个线圈中邻接的线圈110相互间一部分重叠地进行安置。本实施例中例示了两个线圈110一部分重叠安置的形态。
铁芯120可以形成为板状形。本实施例中例示了铁芯120大体构成长方体。铁芯120的宽面，即，柱面上会形成凹槽的部分122、123来收容线圈110。铁芯120是由磁性体形成，从而降低通过收容的线圈110上流动的电流而发生的磁场向电力接收装置200(图1)的方向泄露的可能性。
电路基板130，会位于铁芯120的下侧。电路基板130的一部分会在铁芯120下侧进行支持。电路基板130的其他部分会内置有控制对线圈110施加电源的电路。所述控制电路，包括：上述说明的充电电力控制电路150(图2)。
图4是从背面查看图3的组件的组装立体图。
参照本图，线圈110分别的两端会贯通铁芯120与电路基板130并延长。具体地说是，线圈110的两端会贯通电路基板130的底面(铁芯120相对的面的反面)上形成的贯通孔137。此处，此自由端接触于本图上包裹贯通槽137而形成的接触部138，从而邻接于贯通孔137。
接触部138，连接于从电路基板130的一部分130b向另一部分130a延长的导电模式139上。因此，另一部分130a上形成的充电电力控制电路150(图2)会与线圈110连接来控制线圈110。
此时，邻接的两个贯通孔137，会以电路基板130的中心线为基准放置于上部区域。其他一对的邻接的贯通孔137，会以上述中心线为基准放置于下部区域。因此，导电模式139可以区分在相互不同的区域中形成。
图5是图3的组件的分解立体图。
参照本图，线圈110由一对线圈构成，即，第一线圈111与第二线圈112。第一线圈111与第二线圈112，分别可以在中心部形成中孔部111'、112'。中孔部111'、112'的面积可以由线圈111、112的绕线程度来调节。
第一线圈111与第二线圈112大体上绕线为相同的大小。第一线圈111与第二线圈112分别会绕线构成一个平面。第一线圈111与第二线圈112构成的平面可以相互平行地进行安置(参照图3)。
第一线圈111与第二线圈112的形态，可以形成为椭圆形。这是为了最大化第一线圈111与第二线圈112重叠的面积的同时，为了最大化重叠的第一线圈111与第二线圈112所占据的长度方向大小。
铁芯120，如上述说明，大体具有长方体形态。铁芯120的柱面121形成有收容线圈110的凹槽部122、123。凹槽部122、123可以包括：第一凹槽部122，以第一深度形成凹槽(recessed)；第二凹槽部123，以第二深度形成凹槽。本实施例中，第一线圈111收容于第一凹槽部122；第二线圈112收容于第二凹槽部123。此时，第一线圈111相比于第二线圈112会位于下侧，因此所述第一深度优选为，大于第二深度。
再参照本图，凹槽部122、123是以闭曲线形，具体地说是以椭圆形轮廓来形成凹槽。凹槽部122、123整体形成大椭圆形的轮廓时，第一凹槽部122与第二凹槽部123分别在大椭圆内形成如内接的小椭圆一部重叠的轮廓。如上述说明，小椭圆分别以第一深度与第二深度来形成凹槽。小椭圆重叠的部分以第一深度形成凹槽，并可以定义为第一凹槽部122。
凹槽部122、123的大小为，可以紧凑地(tightly)收容一部分相互重叠的第一线圈111与第二线圈112的整体形成的组合体外周的程度。由此，第一线圈111与第二线圈112仅仅以收容于凹槽部122、123中，即可维持电力供给装置100内设定的位置。
凹槽部122、123，其形态上会具有侧壁125与底部126。侧壁125会具有凹槽部122、123会具有对应于形成凹槽的深度的高度。侧壁125，具有对应于线圈110的厚度的大小，从而来防止或缓解线圈110中发生的磁场向侧壁125方向泄露。如上述说明，侧壁125与紧凑地收容线圈110的外周接触，来使线圈110安置于一定的位置。
凹槽部122、123的底部126上凸出形成有支撑部127、128。支撑部127、128分别形成在插入第一线圈111的中孔部111'或第二线圈112的中孔部112'的位置上。由此，支撑部127、128会使第一线圈111或第二线圈112不脱离设定的位置，从而使之维持其之间设定的安置关系。
支撑部127、128的形状可以对应线圈110的中孔部111'、112'的内周面的形状来形成。本实施例中，支撑部127、128的外周，会对应曲线形的中孔部111'、112'的内周面，而具有曲线的区间。为了确保防止与支撑部127、128的曲线区间的相反侧的线圈110的外周的干扰的空间，可以处理为直线区间。由此，支撑部127、128可以为整体向具有半圆形的端面来延长的凸起部。
凹槽部122、123的底部126可以形成贯通线圈111、112两端的第一贯通孔129。电路基板130上会形成第二贯通孔137，来对应第一贯通孔129。本图中，为了表示线圈111、112的两端贯通贯通孔129、137的形象而有意地以夸张了的长度进行了表现，但是参照图3的组装图，从业者应当可以充分理解，没必要形成如本图的长度。
贯通孔129总共形成有四个，第一线圈111的两端对应的一对及第二线圈112的两端对应的一对。各对贯通孔129显示出了相类似的安置。具体地说是，以铁芯120的中心为基准，各不同对的贯通孔129中某一对会相互对称，其他各对的贯通孔129中其他一对也会对称。由此，贯通孔129会相互对称，可以相关于第一线圈111与第二线圈112形成具有相互类似的形态。从而可以消除在组装时，故意区分第一线圈111与第二线圈112来进行组装的不便。
图6是表示根据图3的铁芯120的一变形例的铁芯120'的立体图，图7是表示图6的铁芯120'中安装有线圈111的状态的局部概念图。
参照图6，关于所述铁芯120'，凹槽部122、123上沿线圈111、112(参照图3)的绕线方向可以形成有沟槽120a(Groove)。
本图中，例示了不仅在第一凹槽部122并且在第二凹槽部123上也形成了沟槽120a。但是，并不一定在所有凹槽部122、123中形成沟槽120a。
参照图7，沟槽120a中可以安置线圈111、112。由此，沟槽120a，可以与支撑部127、128(图5)一同来帮助维持线圈111、112的正位置。
此外，随着线圈111、112安置于沟槽120a中，可以减少铁芯111、112的铜损(Copperloss)。
图8是表示根据本发明的另一实施例的无线电力通信用铁芯组件制造方法的流程图。
参照本图，上述说明的无线电力通信用铁芯组件的制造方法，可能需求制造铁芯120、120'。
为了制造铁芯120、120'，粉末中混合入粘合剂来形成混合物(S1)。此时，粉末中包括使铁芯120、120'带有磁性的物质。为此，本实施例中，粉末可以包括锰-锌成分。
所述混合物应当成型为具有铁芯120、120'的形态(S2)。为此，所述混合物可以放入模具中压制来形成铁芯120、120'的形态。通过这种压制，铁芯120、120'会成型具有凹槽部122、123、支撑部127、128及贯通孔129。
成型的铁芯120、120'会经过烧结过程(S3)。烧结过程中，对于锰-锌粉末可以维持在低温，例如，维持在60℃至80℃的温度。
烧结的铁芯120、120'的凹槽部122、123上会安置线圈110(S4)。
线圈110的两端会经过铁芯120、120'的贯通孔129与电路基板的贯通孔137，与电路基板130的底面的接触部138接触(S5)。
如上所述的无线电力通信用铁芯组件与具备其的无线电力通信用电力供给装置以及无线电力通信用铁芯组件的制造方法并不限定于上述说明的实施例的构成与运行方式。所述实施例，其构成可以通过各个实施例的全部或部分选择性的组合来实行多种变形。

Claims (14)

1.一种无线电力通信用铁芯组件，包括：
板状形的铁芯，柱面具备有凹槽部，并由磁性体形成；
多个绕线型线圈，收容于所述凹槽部，各个线圈的一部分会相互重叠地安置；及
电路基板，位于所述铁芯的下方，接触于所述各个线圈的两端，并控制向所述线圈施加电源；
所述凹槽部包括：
第一凹槽部，以第一深度形成；及
第二凹槽部，联通形成于所述第一凹槽部，并具有小于所述第一深度的第二深度；
所述凹槽部形成为具有闭曲线的轮廓。
2.根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，
所述第一凹槽部及所述第二凹槽部，通过形成为内接于所述凹槽部的闭曲线的两个小闭曲线的一部分相互重叠的形态凹陷来形成。
3.根据权利要求2所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述小闭曲线的一部分相互重叠的部分以所述第一深度凹陷。
4.根据权利要求2所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述闭曲线为椭圆形。
5.根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述凹槽部包括：底部与侧壁，
所述凹槽部，以所述多个重叠的线圈整体形成的外周与所述侧壁接触的大小，通过凹陷来形成。
6.根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述线圈分别绕线为椭圆形。
7.根据权利要求6所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述多个线圈绕线为相互相同的大小。
8.根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述线圈，包括从所述铁芯凸出的至少一个支撑部，
所述支撑部形成为，插入所述线圈的中孔部。
9.根据权利要求8所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，
所述支撑部的端面的至少一区间形成为闭曲线，来与所述线圈的中孔部的内周面中的一部分相接。
10.根据权利要求9所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，
所述铁芯，具备有多个第一贯通孔，使所述线圈的两端分别贯通所述第一贯通孔，
所述电路基板具备有多个第二贯通孔，对应于所述第一贯通孔。
11.根据权利要求10所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，所述多个第一贯通孔包括：
至少一对贯通孔，以所述铁芯的中心为基准来对称。
12.根据权利要求10所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，包括：
多个接触部，在所述电路基板的面向所述铁芯的面的反面对应所述线圈的两端的个数来形成，使所述线圈的两端分别接触所述多个接触部。
13.根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，其特征在于，还包括：
沟槽，在所述凹槽部的底面上沿所述线圈的绕线方向形成，收纳所述线圈的与所述底面接触的部分。
14.一种无线电力通信用电力供给装置，包括：
根据权利要求1所述的无线电力通信用铁芯组件，所述电路基板上形成充电电力供给电路；及
壳体，包裹所述铁芯组件。
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