CN103051069A - 无线电力传送器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线电力传送器。根据实施例的无线电力传送器包括与无线电力接收器谐振的线圈和电容器。线圈包括多个单元组和将单元组彼此连接的芯。单元组中的每一个包括多个单元。单元中的每一个被配置使得通过流过单元的电流产生的磁场在相同的方向上形成。单元组中的每一个邻近于至少一个单元组。单元组中的每一个以及芯被配置成一根导线。

Description

无线电力传送器
技术领域
本实施例涉及一种无线电力传送器。更加特别地，实施例涉及一种能够提高无线电力传送器和无线电力接收器之间的电力传输效率并且减少向外泄漏的磁场的量的无线电力传送器。
背景技术
无线电力传输或者无线能量传递指的是向所期望的装置无线地传递电能的技术。在19世纪，已经广泛地使用了采用电磁感应原理的电动机或者变压器并且然后已经提出了用于通过辐射诸如无线电波或者激光的电磁波而传输电能的方法。实际上，频繁地在日常生活中使用的电动牙刷或者电动剃刀是基于电磁感应原理而被充电的。直至现在，使用磁感应、谐振和短波长射频的长距离传输已经被用作无线能量传递方案。
近来，在无线电力传输技术中，已经广泛地使用了使用谐振的能量传输方案。
因为在使用谐振的无线电力传输方案中，通过线圈无线地传递在无线电力传送器和无线电力接收器之间产生的电信号，所以使用者可以容易地对于诸如便携式装置的电器充电。
然而，在使用谐振的无线电力传输方案中，可以向外泄漏从传输侧产生的磁场。被泄漏的磁场可能对人类健康产生不良的影响。
发明内容
实施例涉及一种无线电力传送器以最小化在无线电力传送器和无线电力接收器之间产生的磁场的泄漏，同时使用谐振传送电力并且最小化电力传输效率。
根据实施例的无线电力传送器包括与无线电力接收器谐振的线圈和电容器。线圈包括多个单元组和将单元组彼此连接的芯（core）。单元组中的每一个包括多个单元。单元中的每一个被配置使得通过流过单元的电流产生的磁场在相同的方向上形成。单元组中的每一个邻近于至少一个单元组。单元组中的每一个以及芯被配置成一根导线。
根据实施例，能够实现下述效果。
首先，通过改进无线电力传送器中的线圈的结构可以最小化向外泄漏的磁场。
其次，可以最大化无线电力传送器和无线电力接收器之间的电力传输效率。
附图说明
图1是示出根据实施例的无线电力传输系统的视图；
图2是示出根据实施例的传输线圈的等效电路的电路图；
图3是示出根据实施例的电源和传送单元的等效电路的电路图；
图4是示出根据实施例的接收谐振线圈、接收线圈、整流电路和负载的等效电路的电路图；
图5是示出根据实施例的无线电力传送器的结构示例的视图；以及
图6是示出根据实施例的无线电力传送器的结构示例的平面图。
具体实施方式
在说明书和权利要求中使用的术语和单词不应该被解释成通常使用的字典含义，而是应该基于本发明人可以正确地定义术语概念从而以最佳方式解释本发明的事实被解释为与本发明的技术范围有关。
因此，在附图中描绘的实施例和配置仅仅是为了示意性的意图而不代表实施例的全部技术范围，从而应该理解，在提交该申请时，可以存在各种等效形式和修改。
图1示出根据实施例的无线电力传输系统。
从电源10产生的电力被提供给传送单元20，从而电力通过谐振而被传递到与传送单元20谐振且具有与传送单元20的相同的谐振频率值的接收单元30。被传递到接收单元30的电力经由整流电路40而被传递到负载侧50。负载侧50可以是电池或者需要电力的预定设备。
详细地，电源10是用于供应具有预定频率的AC电力的AC电源。
传送单元20包括传输线圈21和传输谐振线圈22。传输线圈21被连接到电源10，从而AC电流流过传输线圈21。当AC电流流过传输线圈21时，由于电磁感应，AC电流被感应到被与传输线圈21物理地隔开的传输谐振线圈22。被传递到传输谐振线圈22的电力通过谐振而被传输到与传送单元20形成谐振电路的接收单元30。
可以使用在彼此阻抗匹配的两个LC电路之间的谐振传递电力。与通过电磁感应的那些相比，使用谐振的电力传递能够在更高效率下以更长的距离传递电力。
接收单元30包括接收谐振线圈31和接收线圈32。在接收谐振线圈31处接收通过传输谐振线圈22传送的电力，从而交流电流过接收谐振线圈31。被传递到接收谐振线圈31的电力通过电磁感应而被传递到接收线圈32。被传递到接收线圈32的电力通过整流电路40而被整流并且被传递到负载50。
图2是根据实施例的传输线圈21的等效电路图。如在图2中所示，传输线圈21可以包括电感器L1和电容器C1，并且形成具有适当的电感值和适当的电容值的电路。电容器C1可以是可变电容器。传送单元20可以控制该可变电容器，从而传送单元20可以执行阻抗匹配。同时，传输谐振线圈22、接收谐振线圈31和接收线圈32的等效电路可以等同于在图2中描绘的电路。
图3是根据实施例的电源10和传送单元20的等效电路图。如在图3中所示，传输线圈21和传输谐振线圈22中的每一个可以包括电感器L1或者L2和电容器C1或者C2。
图4是根据实施例的接收谐振线圈31、接收线圈32、整流电路40和负载50的等效电路图。
如在图4中所示，传输谐振线圈31和接收线圈32中的每一个可以包括具有预定电感值和预定电容值的电感器L3或者L4和电容器C3或者C4。整流电路40可以包括二极管D1和整流电容器C5从而整流电路40将AC电转换成DC电并且输出DC电。虽然负载50被指示为1.3V DC电，但是负载50可以是电池或者需要DC电的其它装置。
图5是示出根据实施例的无线电力传送器的结构示例的视图。
无线电力传送器包括线圈100和电容器200。
在实施例中，当使用谐振将电力传送到无线电力接收器30时，线圈100可以是在图1中描述的传输谐振线圈22。
在实施例中，当使用电磁感应将电力传送到无线电力接收器30时，线圈100可以是在图1中描述的传输线圈21。
线圈100可以与无线电力接收器30的接收谐振线圈31谐振地组合以使用谐振来传送电力。
电容器200可以是可变电容器，从而可以在谐振频率处通过无线电力接收器30操作电容器200。
线圈100包括第一单元组110、第二单元组120、第三单元组130、以及第四单元组140的多个单元组以及芯150。虽然在图5中描述包括四个单元组的线圈100，但是线圈100不限于此并且可以包括四个单元组或者更多的单元组。
所有的第一至第四单元组110至140以及芯150可以被配置成一根导线。
优选地，导线可以是由铜制成。
通过各个单元组中的单元形成的平面可以具有矩形和三角形中的一个，但是平面的形状不限于此并且平面可以具有各种形状。
第二单元组120邻近于第一单元组110，第三单元组130邻近于第二单元组120，并且第四单元组140邻近于第三单元组130。
第一单元组110包括第一单元110a、第二单元110b、以及第三单元110c。
第一和第二单元110a和110b之间的距离可以等于第二和第三单元110b和110c之间的距离。
由第一至第三单元110a至110c形成的平面可以彼此平行。
第二单元组120包括第一单元120a、第二单元120b、以及第三单元130c。
第一和第二单元120a和120b之间的距离可以等于第二和第三单元120b和120c之间的距离。
由第一至第三单元120a至120c形成的平面可以彼此平行。
第一单元组110的第一至第三单元110a至110c可以通过芯150彼此垂直地连接。第二单元组120的第一至第三单元120a至120c可以通过芯150彼此垂直地连接。
即，芯150可以将在各个单元组中包括的单元彼此连接。根据实施例，芯150可以是由铜制成。
第三单元组130包括第一单元130a、第二单元130b、以及第三单元130c。
第一和第二单元130a和130b之间的距离可以等于第二和第三单元130b和130c之间的距离。
由第一至第三单元130a至130c形成的平面可以彼此平行。
第四单元组140包括第一单元140a、第二单元140b、以及第三单元140c。
第一和第二单元140a和140b之间的距离可以等于第二和第三单元140b和140c之间的距离。
由第一至第三单元140a至140c形成的平面可以彼此平行。
第三单元组130的第一至第三单元130a至130c可以通过芯150彼此垂直地连接。第四单元组140的第一至第三单元140a至140c可以通过芯150彼此垂直地连接。
此外，通过芯150将第一和第二单元组110和120连接到第三和第四单元组130和140。
如在图5中的第三单元组130的第一单元130a上所表示的，从连接到外部设备的电源供应的电流在顺时针方向的箭头方向上围绕第一单元130a流动，并且然后，围绕芯150流入第四单元组140的第一单元140a。然后，电流在逆时针方向上围绕第一单元140a流动并且围绕芯150流入第二单元130b。
在重复此过程之后，从第三单元140c流出的电流可以流入第二单元组120的第三单元120c。重复此电流流动过程。即，流入第二单元组120的第三单元120c的电流沿着第三单元120c逆时针流动一次并且然后经由通过芯150来流入第一单元组110的第三单元110c。流入第二单元组120的第三单元120c的电流可以沿着第三单元110c顺时针流动一次，并且然后经由通过芯150来流入第二单元组120的第二单元120b。下一过程与上面的相同。
当电流流过各个单元时，在到第三单元组130的各个单元130a至130c的中心的流入方向上和在从第四单元组140的各个单元140a至140c的中心的流出方向上产生磁场。原因是：根据安培的右手螺旋定则来定义其中通过电流流动形成磁场的方向。
如果如上所述形成磁场，则由流过第三单元组130的电流和流过第四单元组140的电流形成的磁场可以被同心地形成在第三单元组130的中心处，并且磁场的形成方向可以被各个单元组改变。
改变磁场的形成方向的原理如下。
在从第二单元组120的中心向上的方向上形成的磁场的一部分被进入邻近于第二单元组120的第一单元组110的中心的磁场影响，从而磁场的部分进入第一单元组110的中心。这是通过使用相反的极性改变磁场的前进方向的原理。
同样地，在第二单元组120的中心处的向上方向上形成的磁场的一部分被进入邻近于第二单元组120的第三单元组130的中心的磁场影响，从而磁场的部分进入第三单元组130的中心。
邻近于第二单元组120的第一和第三单元组110和130改变由第二单元组120形成的磁场的一部分，从而向外泄漏的磁场的量可以被最小化，并且同时，通过各个单元组形成的磁场可以被集中在特定的方向上。
虽然在图5中仅描述形成在线圈100的上部分处的磁通量线，但是可以以与图5的相同的方式描述形成在线圈100的下部分处的磁通量线。
结果，无线电力传送器的线圈100的结构可以改变在向下方向或向上方向上形成的磁场，从而向外泄漏的磁场的量可以被最小化。如果向外泄漏的磁场的量被最小化，则可以防止对人类健康造成的不良影响。
同时，线圈100的结构可以同心地形成磁场，从而能够最大化电力传输效率。
图6是示出根据实施例的无线电力传送器的配置的一个示例的平面图。
当从顶部观察无线电力传送器时，可以如在图6中所示地示出线圈100。
线圈100包括多个单元组。各个单元组可以包括多个单元并且由各个单元组中的单元形成的平面可以彼此平行。
各个单元组可以邻近于至少一个单元组。
当电流在图6中描述的箭头方向上流过各个单元时，根据安培的右手螺旋定则在流入各个单元和从各个单元流出的方向上磁场可以形成在各个单元处。
各个单元组可以在流入或者流出方向上形成由单元集中的磁场，并且可以使用线圈100的上侧和下侧之间的不同极性改变磁场的流出方向。
如上所述，无线电力传送器的线圈100的结构可以通过改变磁场的流入或者流出方向最小化在向上方向或者向下方向上泄漏的磁场，从而线圈100可以协助防止对健康的危险，同时，可以通过同心地形成磁场来最大化电力传输效率。

Claims (14)

1.一种无线电力传送器，包括：
线圈和电容器，所述线圈和电容器与无线电力接收器谐振，
其中所述线圈包括多个单元组和将所述单元组彼此连接的芯，
其中所述单元组中的每一个包括多个单元，
其中所述单元中的每一个被配置，使得通过流过所述单元的电流产生的磁场在相同的方向上形成，
其中所述单元组中的每一个邻近于至少一个单元组，并且
其中所述单元组中的每一个以及所述芯被配置成一根导线。
2.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中由通过所述芯彼此邻近地连接的所述单元组中的第一单元组和第二单元组形成的磁场的方向彼此不同。
3.根据权利要求2所述的无线电力传送器，其中由所述第一单元组形成的磁场指向所述第一单元组的内部，并且由所述第二单元组形成的磁场指向所述第二单元组的外部。
4.根据权利要求2所述的无线电力传送器，其中从所述第一单元组产生的磁场改变从所述第二单元组产生的磁场的方向。
5.根据权利要求2所述的无线电力传送器，其中所述第一单元组的单元和所述第二单元组的单元被在顺时针方向和逆时针方向上交替地缠绕。
6.根据权利要求5所述的无线电力传送器，其中所述第一单元组的单元和所述第二单元组的单元被在所述顺时针方向和所述逆时针方向上交替地缠绕和堆叠。
7.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述磁场的方向是基于安培的右手螺旋定则。
8.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中各个单元组的单元之间的间隔彼此相等。
9.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中各个单元组的单元和邻近单元组的单元通过所述芯彼此垂直地连接。
10.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中由各个单元组的单元形成的平面彼此平行。
11.根据权利要求9所述的无线电力传送器，其中由各个单元组的单元形成的平面具有矩形和三角形中的一个。
12.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述单元组形成在印刷电路板上。
13.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述单元由被缠绕至少一次的导线形成。
14.根据权利要求1所述的无线电力传送器，其中所述导线包括铜。
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