CN103208847A

CN103208847A - 一种非接触充电站

Info

Publication number: CN103208847A
Application number: CN2013100423016A
Authority: CN
Inventors: 郑春吉; 鞠润相
Original assignee: 郑春吉
Current assignee: GE Hybrid Technologies LLC
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: JP5393804B2; CN103208847B; US20110140653A1; USRE49300E1; EP2357715B1; JP5932743B2; WO2010067927A1; EP2357715A4; PT2357715T; CN101828320B; HUE039569T2; PL2357715T3; JP2014057511A; DK2357715T3; JP2012511890A; US9178376B2; EP2357715A1; ES2687775T3; CN101828320A

Abstract

本发明提供一种具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站。所述非接触充电站，包括：站部件，其包括：具有至少一个上部线圈的上部芯体部、具有至少一个下部线圈且与所述上部芯体部部分重叠的下部芯体部、以及芯体基底；传送控制器，其基于通过由所述上部芯体部和下部芯体部检测的信号来决定所述上部芯体部和下部芯体部中的至少一个作为感应图案芯体，并且，通过控制连接到所述感应图案芯体的开关，将无线电力信号经由所述感应图案芯体传送给非接触受电装置。通过本发明的非接触充电站，能够减小受电装置的整体尺寸，从而它可以容易安装到便携设备上，且能有效稳定的传送电力。

Description

一种非接触充电站

本申请是国际申请日为2009年4月17日，进入中国国家阶段的申请日为2010年2月26日、发明名称为“具有输电平面螺旋芯体的非接触充电站、非接触受电装置以及控制它们的方法”的国际申请号为PCT/KR2009/002003、国家阶段申请号为200980100248.2的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站、非接触受电装置以及控制它们的方法。更具体地，利用感应磁场将电能信号传送到便携设备的非接触充电站的原边芯体被构造为输电印刷电路板（PCB）芯体，其中平面螺旋芯体结构形成在芯体基底上。输电PCB芯体具有简化的形状和便于其安装在非接触充电器上的改进的适用性。另外，接收芯体具有减小的体积，以减小受电装置的整体尺寸，从而它能容易安装到便携设备上。

背景技术

通常，例如手机、个人数字助理（PDA）、便携式媒体播放器（PMP）、数字多媒体广播（DMB）终端、动态影像专家压缩标准音频层面3（MP3）播放器和笔记本电脑的便携设备不能保持插在家中或者办公室的常规电源上，因为它们是当用户移动时使用。因此，这样的便携设备配备有一次性电池（即，原电池）或者可充电电池（即，蓄电池）。在将从常规电源提供的电能再充到便携设备的电池或者电池组的情况下，传统上使用了通过电源线或者电源连接器向便携设备供电的方法。

然而，在通过连接器向便携设备供电的情况下，当充电器和电池互相连接或者断开时，由于充电器和电池的连接器之间的电势差，连接器可能发生瞬时放电。

瞬时放电可能导致在两个连接器上积累杂质，因此导致火灾。

另外，由于连接器直接暴露在空气中，所以连接器附着了水气或者尘土，由此导致自然放电。结果，充电器和电池的寿命和性能可能下降。

为了克服涉及通过连接器供电的方法的问题，开发了非接触充电器。当包括将要充电的电池的终端放置在充电器的初级线圈上时，电池的次级线圈被充电。在此情况下，通过利用从初级线圈产生的磁场使次级线圈上感应电动势而充电。

然而，现有技术的非接触充电器仅仅能向便携设备供电，并且由于它不用于其它应用，所以它的使用受到限制。

当金属体放置在磁场中时，从初级线圈产生的磁场改变。因而在初级线圈中产生可能损坏非接触充电器的相当大的的电能损失。

由于过量电流流过次级线圈，并且电池组的电路产生热，因此电池组可能由于过热而爆炸。

此外，由于大多数初级和次级芯体是由一些细金属线拧成的一个粗线圈来实现的（以下，称为“李兹（Litz）线圈”），所以耗费大量线圈材料，并且使充电器变得笨重。因此充电器具有复杂结构，并且难以制造。通常很难将充电器安装到便携设备上，因为便携设备包括一些半导体元件和电池组。而且，热或者磁场会干扰若干控制器和构件，由此使它们发生故障。

另外，充电器不适用于多种技术领域，因为它不容易制造为各种形状。例如，不常使用一个电池组，因为诸如手提电话、PDA、PMP、DMB终端、MP3播放器和笔记本电脑的便携设备的电池组具有根据应用和制造商而安装在不同位置连接器。

由于现有技术的非接触充电器也使用粗线圈，所以充电器笨重、结构复杂并且难以制造。

此外，非接触充电器具有有限应用，因为它不易制造为各种形状。如果在被充电时电池组移动，则输电不能适当地完成，因此传送效率降低。

发明内容

本发明的一种非接触充电站，包括：

站部件，其包括：具有至少一个上部线圈的上部芯体部、具有至少一个下部线圈且与所述上部芯体部部分重叠的下部芯体部、以及芯体基底；

传送控制器，其基于通过由所述上部芯体部和下部芯体部检测的信号来决定所述上部芯体部和下部芯体部中的至少一个作为感应图案芯体，并且，通过控制连接到所述感应图案芯体的开关，将无线电力信号经由所述感应图案芯体传送给非接触受电装置。

进一步地，所述至少一个下部线圈或所述至少一个上部线圈包括两个线圈，其中，所述两个线圈被隔开。

进一步地，所述非接触充电站还包括：在所述芯体基底的下表面设置的用以屏蔽感应磁场的屏蔽部分。

进一步地，其中，所述屏蔽部分包括屏蔽板、屏蔽网和金属薄膜。

进一步地，所述传送控制器进行如下控制：当仅有所述至少一个上部线圈接收到来自所述非接触受电装置的响应信号时，所述无线电力信号不被传送。

进一步地，至少一个上部和下部线圈被卷绕成方形螺旋结构、圆形的螺旋结构、椭圆形的螺旋结构或者多边形螺旋结构中的任何一种。

本发明是为了解决现有技术的以上问题而提出的，本发明的实施例提供了具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站、非接触受电装置以及控制它们的方法，其中使用感应磁场向便携设备传送电能信号的非接触充电站的初级芯体被构造为平面螺旋输电印刷电路板（PCB）芯体，以简化它的形状，从而可以改善对非接触充电器等的适用性。

本发明的实施例还提供了具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站、非接触受电装置以及控制它们的方法，其中，由于初级芯体的平面螺旋输电PCB结构和此结构的多样性使得能确保高效充电操作，初级芯体可以具有双层结构，由此即使移动便携设备，也能对便携设备稳定地进行充电。

本发明的实施例还提供了具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站，非接触受电装置，以及控制它们的方法，其中，具体地，初级芯体构造有若干个细输电PCB芯体，每个细输电PCB芯体被分别控制以进行操作，从而即使便携设备从对应于一个芯体的位置移动到对应于另一个芯体的位置（例如，即使便携设备从为所述便携设备充电的芯体上移走），电能也可以通过输电控制算法稳定地传送到便携设备。

本发明的实施例可以通过将非接触受电装置的次级受电芯体构造为平面螺旋输电PCB芯体，使所述非接触受电装置的次级受电芯体的体积减至最小，由此使便携设备的整体尺寸减至最小，并且改善了将要安装在便携设备上的非接触受电装置的特征。

本发明的实施例还提供了具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站、非接触受电装置以及控制它们的方法，其中由于输电芯体在PCB上以平面形状形成，因此便于制造并且改善了受电特征。

此外，本发明的实施例可以提供具有若干连接器的一个非接触受电装置，从而所述非接触受电装置可以应用于使用一个电池组的各种类型的便携设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种非接触充电站，用于向用于充电和数据传送的非接触受电装置产生感应磁场。所述非接触充电站可以包括：传送控制器，其设置在所述非接触充电站内，用于控制输电和数据传送/接收；以及站部件，其与传送控制器电连接，所述站部件产生感应磁场，并且在其上端上放置非接触受电装置。所述站部件包括产生感应磁场的初级芯体，所述初级芯体在芯体基底上具有感应图案芯体，所述芯体基底固定到所述站部件，并且所述感应图案芯体包括具有平面螺旋芯体结构的输电PCB芯体。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制非接触充电站的方法，其中非接触充电站包括具有平面螺旋芯体结构的输电PCB芯体。所述方法可以包括下述步骤：

在初级芯体，在传送控制器的控制下将唯一标识请求信号传送到非接触受电装置；

在接收信号处理器，响应所述唯一标识请求信号，检测和处理从所述非接触受电装置传送的唯一标识信号；

将所述接收信号处理器检测的所述信号传送到所述传送控制器，并且确定检测到的信号是来自第一上部、第二上部和下部芯体中哪一个；

将开关控制信号传送到状态控制器模块，所述开关控制信号使经确定的一个芯体接通；以及

向预驱动器传送输电控制信号和开关控制信号，从而将电能施加到被接通的芯体上，以产生感应磁场。

根据本发明的又一方面，提供一种非接触充电站，用于向用于充电和数据传送的非接触受电装置产生感应磁场。所述非接触充电站可以包括：传送控制器，其设置在所述非接触充电站内，用于控制输电和数据传送/接收；以及站部件，其包括与所述传送控制器电连接以产生感应磁场的初级芯体，并且在所述站部件的上端上放置所述非接触受电装置。初级芯体在芯体基底上具有感应图案芯体，所述芯体基底设置到所述站部件，所述感应图案芯体包括具有基于平面单位芯体的平面螺旋芯体结构的输电PCB芯体，在所述平面单位芯体中，若干细线圈纹沿横向平行地形成，并且所述感应图案芯体包括在所述芯体基底的上端上的第一和第二平面线圈。

根据本发明的再一方面，提供了一种非接触受电装置，其中次级芯体接收由从非接触充电站产生的感应磁场引起的电能信号，从而在电池组控制器控制下电能充到蓄电池组电池，并且所充电能供应到便携设备。所述非接触受电装置可以包括：次级芯体，其设置在所述蓄电池组电池的上端上；充电PCB，其具有所述电池组控制器，并且设置在所述蓄电池组电池的前或者侧边缘；以及终端连接器，其设置在在所述蓄电池组电池的前或者侧边缘上的充电印刷电路中，并且使电能通过连接器接触供应到所述便携设备，其中所述终端连接器包括：设置在中心部分的中心连接器，设置在左边的左连接器，和设置在右边的右连接器；整流器模块，其与所述次级芯体连接，以对感应电流进行整流；电池组控制器，其处理由所述次级芯体传送/接收的数据；充电电路模块，其使从所述整流器模块供应的电能在电池组控制器的控制下充到所述蓄电池组电池；以及充电监控电路模块，其监控所述蓄电池组电池的充电量，和向所述电池组控制器传送通知所述蓄电池组电池已充满电或者已放电的信号，其中所述整流器模块、所述电池组控制器、所述充电电路模块、和充电监控电路模块设置在充电PCB上。

根据以上所述的本发明的实施例，由于使用感应磁场向便携设备传送电能信号的初级芯体被构造为平面螺旋输电PCB芯体，所以非接触充电站的形状简单。因此，非接触充电站可以容易地安装在非接触充电器上，从而获得改善适用性的显著效果。

初级芯体可以被构造为单层或者多层结构，因为它是细输电PCB芯体，而不是李兹芯体。这结果是即使便携设备移动到任意位置，也能确保便携设备连续和稳定地被充电。

具体地，即使设置到便携设备的非接触受电装置在充电时由于振动而移动，电能输送也可以通过输电控制算法稳定地输电而得到改善。

另外，由于非接触受电装置的次级受电芯体被构造为平面螺旋输电PCB芯体，因此次级受电芯体的体积可以减至最小。这结果是使便携设备的整体尺寸减至最小，并且改善了将要安装在便携设备上的非接触受电装置的特征。

具体地，由于在PCB上输电芯体形成为平面形状，所以有益效果是便于制造，并且受电特征得到改善。

此外，非接触受电装置的次级芯体的屏蔽部分可以屏蔽无线电功率信号，以便保证安装在非接触受电装置上的其它电子元件的工作性能。结果，可以改善产品的可靠性和安全性，并且可以稳定地充电。

此外，由于非接触受电装置的终端连接器组件包括若干连接器，所以非接触受电装置可以应用于使用一个电池组的不同类型的便携设备。作为有益效果，可以改善产品的通用性和兼容性。

附图说明

本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将从以下结合附图的详细说明得到更清楚的理解，其中：

图1是示出根据本发明的一个示例性实施例的非接触充电站和非接触受电装置的方框图；

图2是剖面图，示出根据本发明的一个示例性实施例的非接触受电装置的初级芯体；

图3到图5是俯视图，示出根据本发明的非接触受电装置的初级芯体的一些实施例；

图6是示出非接触充电站和非接触受电装置的电路的方框图，所述电路用于控制具有图5所示的多层结构的初级芯体；

图7是流程图，示出用于控制根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站和非接触受电装置的方法；

图8是流程图，示出根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站的过程控制的一个实施例；

图9是流程图，示出根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触受电装置的过程控制的一个实施例；

图10是示出设置在根据本发明的初级芯体和次级芯体中的单位芯体的横截面的立体图；

图11是示出电压校准前初级芯体和次级芯体的感应电流量，以及合成效率的图；

图12是示出电压校准后初级芯体和次级芯体的感应电流量，以及合成效率的图；

图13是方框图，示出根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触受电装置的另一个实施例；

图14是图13所示的电池组控制器的一个实施例的电路图；

图15是俯视图，示出根据本发明的非接触受电装置的次级芯体的一个实施例；

图16是示出在根据本发明的非接触受电装置的次级芯体上进行性能测试的俯视图；以及

图17和18是示出根据本发明的非接触受电装置的实施例的分解立体图。

具体实施方式

将参考附图更全面地描述根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站，非接触受电装置，以及控制它们的方法，在附图中示出其示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式来体现。

参考图1，当由于来自本发明的非接触充电站10的初级芯体31的感应磁场发生电能信号时，非接触受电装置50的次级芯体51通过接收所述电能信号对蓄电池或者电池53进行充电。

因此，非接触充电站10在其中包括：传送电能，以及传送和接收数据的传送控制器11；以及站部件（station part）30，其包括与传送控制器11电连接的初级芯体31，以生成感应磁场。设置有供电部件13，所述供电部件13从外部电源接收电能，并且将电能提供给非接触充电站10的每个元件（即，电子元件等）和初级芯体31，以从初级芯体31产生感应磁场。这里，供电部件13可以被构造为执行与外部设备（例如，图1中的计算机C）的数据通信。

非接触充电站10还包括：将来自供电部件13的电能提供给初级芯体元件31的谐振转换器14：在传送控制器11的控制下将振动信号传送到谐振转换器14的预驱动器15等。通过响应从传送控制器11传送的振动信号来驱动谐振转换器14，预驱动器15将来自供电部件13的电能提供给初级芯体元件31。

另外，站内存12存储根据本发明的非接触充电站10的内部操作的处理和其结果。

非接触充电站10还包括与初级芯体31连接的接收信号处理器19。接收信号处理器19处理从非接触受电装置50传送的信号，以将处理后的信号传送到传送控制器11。将在后面更详细描述接收信号处理器19。

此外，非接触充电站10的实例（未示出）可以额外地设置有用于额外功能的多种装置，包括启动/停止操作的电源开关，用于信号输入的输入面板，用作站部件30的非接触充电板，以及显示单元，例如显示非接触受电装置50的充电状态的液晶显示器（LCD）和发光二极管（LEDs）。

因此，当例如手机、个人数字助理（PDA）、便携式媒体播放器（PMP）、数字多媒体广播（DMB）终端、动态影像专家压缩标准音频层面3（MP3）播放器和笔记本电脑的便携设备，或者例如安装在便携设备上的可拆卸电池组的非接触受电装置50放置在充电板，即非接触充电站10的站部件30上时，接收信号处理器19处理从非接触受电装置50传送的信号，并将所述处理后的信号传送到传送控制器11，并且传送控制器11执行充电操作，从而可以给非接触受电装置50充电。

提供给非接触充电站10的供电部件13的外部电能是通过通用串行总线（USB）端口、交流（AC）适配器、雪茄插座（cigar jack）等提供的。在通过USB端口供应电能的情况下，与计算机的数据通信当然可以建立。

非接触充电站10还包括检测非接触充电站10的内部温度的温度传感器18。当温度检测器18检测的温度上升（例如站部件的温度局部上升）时，充电操作可以选择性地停止，当温度检测器18检测的温度进一步上升（例如整个非接触充电站过热）时，系统的全部操作可以停止。

另外，非接触充电站10还包括电流传感器17，例如，连接到供电部件13、预驱动器15、谐振转换器14、以及接收信号处理器19的电流检测元件，以监控元件中和元件之间的电流。当电流传感器17从任何一个元件检测到过电流或者过电压时，非接触充电站10的充电操作或者系统的操作可以停止。

以下，将给出对以上构造的非接触充电站10和非接触受电装置50的更详细的描述。

从非接触充电站10的站部件30中的初级芯体31产生的感应磁场使非接触受电装置50的次级芯体51中产生感应电流。所述感应电流还产生感应电能以给蓄电池组电池53充电。

在这种情况下，电池组控制器54检测感应电能的强度，并且将检测信号传送到非接触充电站10，非接触充电站10继而基于接收的检测信号（即，数据）控制从初级芯体31产生的感应磁场的强度。

结果，可以控制电能的大小，从而稳定地给便携设备充电。

另外，非接触受电装置50可以通过电池组或者半电池组（semi-batterypack）来实现，所述电池组或者半电池组设置为与便携设备分离的单元，从而与便携设备连接和断开。可选地，根据本领域普通技术人员的要求，非接触受电装置50可以一体地构成，从而安装在便携设备的内部。

如以上用于接收感应电能的非接触受电装置50包括：与次级芯体51连接以对感应电流进行整流的整流器模块52，和处理通过次级芯体51传送/接收的数据的电池组控制器54。通过次级芯体51传送/接收的数据可以由非接触充电站10的电流传感器17来检测。

另外，非接触受电装置50还包括充电电路模块55和充电监控电路模块（都改为模模块）56。充电电路模块55使得从整流器模块52提供的电能在电池组控制器54的控制下被充到蓄电池组电池53。充电监控电路模块56监控蓄电池组电池53的充电程度，并且将通知蓄电池组电池53充满或者放电的信号传送到电池组控制器54。

电池组控制器54控制非接触受电装置50的元件，例如整流器模块52、充电电路模块55、充电监控电路模块56和量块（gauge block）57，并且将例如充电状态信息的数据传送到非接触充电站10。充电监控电路模块56安装在充电电路模块55和蓄电池组电池53之间。充电监控电路模块56检测提供到蓄电池组电池53的电流，将蓄电池组电池53的充电状态信息传送给电池组控制器54，并且检测电池组的过电压、电压不足、过电流、短路等。

另外，非接触受电装置50的电池组控制器54通过监控经由次级芯体51接收的感应电能和测量感应电能的电压来确定感应电能是否被稳定地接收。接收的感应电能的多种参考电压可以基于根据本领域普通技术人员的要求的非接触受电装置50的说明进行选择。例如，参考电压可以被设定为约为2V到20V。在被应用到典型的电子设备的情况下，参考电压还可以设定为大约5V。

通过将接收的感应电能的电压与预设的参考电压进行比较，充电监控电路模块56确定感应电能是低电压还是高电压。例如，当参考电压是5V时，如果感应电能的电压比参考电压5V低大约0.5V到1.5V，则充电监控电路模块56确定感应电能为低电压。如果感应电能的电压比参考电压5V高大约0.5到1.5V，则充电监控电路模块56确定感应电能为高电压。

当感应电能的电压被确定为高电压或者低电压时，电池组控制器54将电压校准度的信息连同非接触受电装置50的唯一标识（ID）传送到非接触充电站10。然后，非接触充电站10基于接收的电压校准信息，控制从初级芯体31感应的电能大小。

如图2所示，非接触充电站10的初级芯体31包括芯体基底32上的感应图案芯体（inductance pattern core）33，所述芯体基底32固定到站部件30。

感应图案芯体33（替换）包括具有平面螺旋结构的输电PCB芯体。所述输电PCB芯体通过在PCB上形成铜制的一层或者多层平面螺旋芯体而实现。输电PCB芯体可以构造为如图3所示的方形螺旋结构、如图4所示的圆形螺旋结构、椭圆形螺旋结构、四边形螺旋结构等。

结果，根据本发明，在芯体基底32上可以容易地制造具有平面螺旋结构的初级芯体31的感应图案芯体33。此外，如上制造的初级芯体31可以容易地安装在站部件30上。

另外，如图2和图5所示，感应图案芯体33可以构造为多层结构，包括基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333。可选地，根据本领域普通技术人员的要求，感应图案芯体33可以具有多个平面芯体层。

例如，在充电站被应用到消耗较少电能的小型便携设备的情况下，芯体可以被构造为单层。在充电站被应用到消耗较多电能的大型便携设备的情况下，芯体可以构造为多层，以便改善受电效率，以及稳定充电。

另外，如图2所示，光敏阻焊（PSR）层34涂敷在初级芯体31的感应图案芯体33的上端，以防止损坏感应图案芯体33，从而可以更稳定地生成感应磁场。PST层34可以被构造为非电解电镀层（electroless plating layer），以便防止损坏铜制初级芯体31的感应图案芯体33，以及改善向次边电池组传送的感应磁场的效率，由此改善总输电效率。

初级芯体31还包括在感应图案芯体33下面的屏蔽部分35，屏蔽部分35包括屏蔽板351、屏蔽网352、以及金属薄膜353。

屏蔽板351可以制造为包含重量占55到75等份的铝硅铁粉，和重量占25到55等份的聚亚安酯。铝硅铁粉是包含铝、硅、铁等的高导磁率合金。屏蔽板是通过将具有优异屏蔽性能的铝硅铁粉与聚亚安酯混合而形成的。如果铝硅铁粉的含量超过重量的55等份，则屏蔽性能可能下降。相反，如果铝硅铁粉的含量超过重量的75等份，则相比使用的铝硅铁粉量，性能没有改善。

由于屏蔽板351如以上所述地被构造为含铝硅铁粉的板，因此它可以有效屏蔽向下辐射的磁场，由此确保安装在非接触充电站10上的电子设备等的性能。

另外，屏蔽网352是减少与感应磁场生成的感应电动势相关的涡电流的部件。屏蔽网352具有网状聚酯纤维主体，所述网状聚酯纤维主体上涂覆有涡电流减少成分。涡电流减少成分可以包含重量占55到65等份的镍，和重量占35到45等份的锌。屏蔽网可以用大约100到200个孔的金属网来实现，更优选地，135个孔。

结果，可能从非接触充电站10产生的涡电流被作为涡电流减少部件的屏蔽网352消除。

另外，金属薄膜353用铝薄膜来实现。金属薄膜353放置在屏蔽部分35（例如，HPES：Hanrim Postech电磁屏蔽）的底部，以基本上屏蔽磁场，由此防止磁场对电路的影响。

在以上描述的本发明的非接触充电站10中，如图5所示，站部件30的初级芯体31可以包括至少一个上部芯体和下部芯体，其在平面上部分相互重叠。

上部芯体和下部芯体可以重复地一个放在另一个上面。例如，如图5所示，当非接触受电装置50在第一上部芯体332上向下移动时，电能可以通过基底芯体331和第二上部芯体333被持续地供应，因为基底芯体331和第二上部芯体333可以与非接触受电装置50的次级芯体51通信。当非接触受电装置50完全移动到第二上部芯体333上时，第一上部芯体332不再供应电能以防止费电。

如图6所示，非接触充电站10的接收信号处理器19在保持与初级芯体31的基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333的连接的同时，持续发送信号到非接触受电装置50，或者接收来自非接触的受电装置50的信号。

另外，设置了若干分开的开关，以便通过基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333分别控制输电。所述开关包括：连接在谐振转换器14和基底芯体331之间的第一开关211（图8中的‘SSR1’），连接在谐振转换器14和第一上部芯体332之间的第二开关212（图8中的‘SSR2’），以及连接在谐振转换器14和第二上部芯体333之间的第三开关213（图8中的‘SSR3’）。

还提供有固体继电器控制器22，其使得第一开关211到第三开关213在传送控制器11的控制下切换。

因此，在检测非接触受电装置50和通过基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333将感应电能传送到非接触受电装置50的传送控制器11中，当接收信号处理器19（即，ID检查逻辑）接收从基底芯体331、第一上部芯体332、或者第二上部芯体333检测的信号，并将检测信号传送到传送控制器11时，传送控制器11（即，无线功率转换控制器）确定从基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333传送的信号中哪一个最稳定。其后，传送控制器11控制连接到稳定地传送/接收信号的芯体的开关，从而感应电能可以通过相应的芯体传送。然后，通过预驱动器15和谐振转换器14（即，串联的全桥谐振转换器（a series full bridge resonant converter）），相应的芯体产生用于传送电能信号的感应磁场。

以下，将参考图7到图9对本发明的控制非接触充电站10的方法进行描述。

首先，在传送控制器11的控制下，初级芯体31将唯一ID的请求信号发送到非接触的受电装置50（待命步骤S11）。在待命步骤S11中，基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333通过预驱动器15、谐振转换器14和固体继电器控制器22顺序地发送唯一ID请求信号。唯一ID包括初级芯体31的每个芯体的唯一ID，和非接触受电装置50的唯一ID。

而且，在待命步骤S11中，非接触受电装置50检测从非接触充电站10传送的信号的敏感度（例如，感应电流和电压的强度），选择提供最好敏感度的芯体，并且传送包括所选择芯体的唯一ID，非接触受电装置50的唯一ID，以及关于芯体敏感度的信息的响应信号。

将从非接触的受电装置50传送的响应信号传输到非接触充电站10的接收信号处理器19。

当待命步骤S11完成时，接收信号处理器19通过分析从非接触受电装置50传送的响应信号来提取数据具体信息（ID信号检测步骤S12）。提取的信息包括芯体的唯一ID、芯体敏感度和非接触受电装置50的唯一ID。

当ID信号检测步骤S12完成，从接收信号处理器19提取的信息传送到传送控制器11，其继而通过分析传送的信息确定第一上部芯体332、第二上部芯体333和基底芯体331中的哪个匹配唯一ID（定位步骤S13）。

当如上述地选择了提供最好敏感度的芯体时，控制器11将用于打开相应开关（例如当选择了第一上部芯体时的开关211）的切换信号传送到固体继电器控制器22（开关控制信号传送步骤S14）。

当通过开关控制信号传送步骤S14打开相应的开关时，预驱动器15在传送控制器11的控制下将振动信号传送到谐振转换器14，并且谐振转换器14通过打开开关将电量提供给相应的芯体，从而芯体产生感应磁场以给非接触受电装置50的蓄电池组电池53充电（非接触输电步骤S15）。在此情况下，除了所选择的芯体以外，对应于其它芯体的其它开关可以控制为关闭，以便防止费电。

另外，如图8所示，非接触充电站10包括利用用于显示唯一ID和充电状态的显示设备（例如LCD或者LEDs）而实现的显示单元101，从而可以标识作为能被无线地充电的专用电池组的非接触受电装置50。也可以包括使用所述元件的输出信息步骤（未示出）。

还可以设置能与内嵌在便携设备中的无线数据通信功能同步的无线通信模块（例如，蓝牙、紫蜂（Zigbee）、无线宽带（WiFi）、或者WiBro模块）。另外，存在另外步骤：对除了将要被充电的便携设备以外的其它金属体是否放在站部件上进行检测，和停止充电操作（即，杂质检测功能），以及防止过载和过热。

在附图中，图8是在图7的过程中的非接触充电站10的流程图，图9是在图7的过程中的非接触受电装置50的流程图。

同时，根据本发明的非接触充电站10的站部件30的芯体使用根据现有技术的接合引线（bond wires）由薄膜状的输电PCB芯体来实现，而不是李兹芯体。因此，根据本发明的芯体具有比现有芯体更好的特点和改善的功能，并且可以容易被使用和制造。

特别地，当仅仅提供一个上述薄膜状的输电PCB芯体时，芯体尺寸可以设计为45到55Φ，以便防止杂质检测能力和其它输电效率变差。

此外，如上所述当电池组比芯体移动的范围更宽时，使用一个芯体难以稳定地传送电能。如果增加芯体尺寸以解决此困难，那么磁场会集中到中心部分，从而磁场在中心部分具有过高的强度，而在边缘强度低。由于这样形成了抛物线型分布，传送的电压可能不均衡。

因此，当设置了单个芯体时，站部件30的充电板的尺寸减小，从而非接触受电装置50不移动。相反，当站部件30增大以给更大尺寸的非接触受电装置50或者若干非接触受电装置50充电时，设置若干输电PCB芯体。在此情况下，若干芯体可以由如图2、5和6所示的若干层实现，以在平面上互相重叠。因此，即使非接触受电装置50抖动和因此而移动，也可以持续实现稳定地输电。

如图6所示，非接触充电站10的接收信号处理器19具有通过利用过滤技术提取电感-电容（LC）谐振信号的功能，以便提取从非接触受电装置50传送的具有唯一ID的数据信号。另外，传送控制器11在预定时间内控制传送脉冲信号，并且具有分辨从次边非接触受电装置50接收的唯一ID信号的ID扫描功能。传送控制器11还产生用于控制串联谐振转换器的四相开关的序列的信号。然后，谐振转换器14通过预驱动器15切换。

因此，固体继电器控制器22执行切换，从而感应磁场从初级芯体31的三个平面输电PCB芯体（即，平面螺旋输电PCB芯体）中的一个中产生。

通过如上所述的感应磁场，电压在非接触受电装置50的次级芯体51和整流器模块52上感应，然后通过整流电路进行整流。非接触受电装置50的电池组控制器54将唯一ID数据信号传送到原边，执行充电IC（integratedcircuit，集成电路）的开/关切换的控制切换功能，以便启动充电模式，将当充满电时反馈的状态值传送到原边，控制用于给蓄电池组电池充电的充电电路模块55，以及控制充电监控电路模块56，以接收蓄电池组电池53的检测数据，包括过电压、过电流、低残留电压等。

在如上述的本发明的非接触充电站10中，将给出初级芯体被构造为方形多层结构的实例。如图2、5和8所示，初级芯体31包括基底芯体331、第一上部芯体332和第二上部芯体333。即使次级芯体51（即图5中标明‘负载#1’的方形区域）位于初级芯体31的任何部分上，它也位于作为输电PCB芯体的包括第一上部芯体332、第二上部芯体333和基底芯体331的三个平面绕组芯体的任何一个的区域内。

因此，即使次级芯体51位于初级芯体31上的任何部分上，初级芯体31的位置也可以找到，由此只有相应的芯体可以接通以给非接触受电装置50充电。

换句话说，当图5中标明‘负载#1’的次级芯体51位于第一上部芯体332上时，仅仅第一上部芯体332在控制下接通，而第二上部芯体333和基底芯体331关断。

如图5所示，当次级芯体51从第一上部芯体332移动到第二上部芯体333时，第一上部芯体332的操作关断，而第二上部芯体333接通，从而非接触受电装置50的充电操作可以不中断地进行。

如图9所示，当从整流器测量的电压不超过预定值（例如4.5V）时，被充电的非接触受电装置50将关于电能补偿的信号传送到非接触充电站10。如图8所示，非接触充电站10从非接触受电装置50接收关于电能补偿的信号，并且将其输电被补偿的电能信号传送到非接触受电装置50。

根据图8和图9所示的控制算法，次边非接触受电装置50上感应的电压控制在从4.5到5.5V的范围内，从而非接触受电装置50可以被稳定地充电。

同时，初级芯体31和次级芯体51的单位芯体如图10所示地构造。

具体地，铜制单位芯体330形成为指定形状，并且被用连接部件330′固定，以便在使用时铜制单位芯体330不移动。如图2所示，单位芯体固定到芯体基底32和间隔部件321。虽然铜制的芯体330示出为具有环形横截面，但是它的横截面形状可以改变为方形。单位芯体在平面上的整体形状可以是圆形、椭圆形、或者例如方形的多边形。

以下，参考以下的表1，将根据尺寸给出上述单位芯体的特征的描述：

[表1]

根据尺寸的非接触充电站的初级芯体的能耗

如以上表1所示,次级整流器电压（＠2.5w）,即通过测量次边非接触受电装置50的整流器而获得的电压，是通过测量在负载电流为500mA和负载电压为5V的负载而获得,而电压降差(V_drop)是当蓄电池组电池使用通过非接触受电装置50的次级芯体从整流器产生的电压被以充电为4.5V时获得的。

参考以上表1示出的测量结果，不带负载时，整流器上感应的电压随着非接触充电站10的初级芯体31尺寸的增加而增加。带负载时，整流器上感应的电压随着初级芯体的尺寸的增加而增加，电压降差增加，因此耗能更多。

因此，当电池组是应用到典型的手提电话的非接触受电装置50时，非接触充电站10的初级芯体31可以具有带有一个50×45mm²的图案芯体的矩形结构，而非接触受电装置50的次级芯体51可以具有带有较小尺寸的矩形结构。

现在，参考以下表2，将给出根据形状的上述单位芯体的特征的描述：

[表2]

根据形状的非接触充电站的初级芯体的耗能

以上表2示出基于根据初级芯体的形状移动的次级芯体的位置的特征。当初级芯体是圆形时，在芯体的中心部分的输电特征好，而当次级芯体位于边缘上时变差。相反，当初级芯体是矩形时，即使次级芯体移动到边缘，输电效率也不变差。可以理解矩形初级芯体不具有严格的位置限制。

为了参考，图11是感应电能的电压被校准前的图，图12是感应电能的电压被校准后的图。图12示出通过图8和图9所示的应用算法可以稳定地提供的电能。

如图2示出的根据本发明的上述构造的芯体的特征将与以下表3示出的常规李兹芯体的特征进行比较。

[表3]

与常规李兹芯体的比较

在表3中将根据本发明的芯体与常规的李兹芯体进行比较中，本发明的芯体是涂有PSR的铜芯和非电解镀层铜芯。当然，可以理解本发明不限于上述数值，而是在不脱离本发明的范围的情况下可以应用各种数值。

在表3中，效率和温度指示了效率（或者温度），即从次级非接触受电装置50输出的电能与输入到初级非接触充电站10、用于当2.5w负载应用到次边时产生感应磁场的电能的比。

因此，即使效率与常规的李兹芯体的效率相近，但是由于本发明的次级芯体51通过在铜芯上构成PSR涂层或者非电解镀层而形成为输电PCB芯体，所以制造本发明的芯体花费较少量的材料，并且简化了制造过程。当然，本发明的芯体容易安装在非接触受电装置50中。

此外，对于感应磁场来说，在电能信号接收效率方面，即使要求感应系数以稳定的比率改变，也是在常规李兹芯体中的感应系数的改变率高。相反，本发明的平面螺旋输电PCB芯体可以确保感应系数的稳定的改变率，基本上稳定和改善了电能信号接收效率。

特别地，以上表3描述了构造为根据本发明的输电PCB芯体的铜制图形芯体的性能，具体地，描述了关于涂覆PSR的实例和构成有非电解镀层的实例。

以下，参考图15，将给出对根据本发明的非接触受电装置50的次级芯体51的效率的描述。

当芯体具有内直径Din和外直径Dout时，如以下计算式1所示，感应系数L可以根据电流层近似法来计算：

L＝μ×n²×d_avg×c₁[1n(c₂/ρ)+c₃×ρ+c₄×ρ₂] ……计算式1，

其中μ是4π×10^-7，n是匝数（number of turn），d_avg是（d_out+d_in）/2，ρ是（d_out-d_in）/（d_out+d_in），c₁是1.09,c₂是2.23，c₃是0，c₄是0.17。

另外，质量系数Q根据以下计算式2计算：

Q=ωL/R_eq ……计算式2，

其中ω是2×π×f，L是感应系数，f是频率，并且R_eq是等效电阻。

当李兹芯体中的Q值如表3描述的一般在从20到50的范围中时，，本发明的平面螺旋芯体（即平面PCB绕组芯体）的Q值可以较低（例如，20或者更少）。高Q值至少部分地由低DCR值引起。为了提高DCR值，使用PSR油墨（ink）的涂层在包括挠性覆铜板（FCCL）膜的平面PCB芯体上形成。PSR油墨是用以防止腐蚀以及确保绝缘的涂布剂。结果，高DCR值导致本发明的低Q值。

换句话说，根据本发明，通过在包括FCCL膜的平面PCB芯体的铜芯上形成非电解镀层（例如，厚度为0.03μm），DCR值降低到1/3。结果，当费用相近时提高了性能。

此外，以下表4描述了通过将用于屏蔽感应磁场的屏蔽部分35添加到上述平面螺旋输电芯体而获得的实验结果。

[表4]

具有屏蔽的芯体的效率

分类	单层平面螺旋PCB	双层平面螺旋PCB
			Q（具有屏蔽）	12	27
效率（＠2.5w）	58%	67%

如以上表4所述，与未设置屏蔽部分的实例相比，在如图2所示设置了屏蔽部分35的实例中，性能进一步改善。

换句话说，当在单层芯体中未设置屏蔽部分时，如以上表3所述，Q是9，效率是53%，然而，当单层芯体具有屏蔽部分时，如以上表4所述，Q是12，效率是58%。

同样地，在平面PCB芯体具有多层结构的实例中，当未设置屏蔽部分时，如表3中，Q是20，效率是60%，然而，当设置了屏蔽部分时，如表4中，Q是27，效率是67%。因此，可以理解当设置了屏蔽部分时，性能得到改善。

为了评估如图16所示的本发明的平面螺旋输电PCB芯体的特征，使恒定电流流过一个芯体，以产生感应磁场，同时从其它芯体测量由感应磁场产生的电压。（在此测试中，间隔“d”例如大约是3mm。）

这里，在设置了屏蔽部分的实例中，感应电压的屏蔽效率（SE）可以通过以下计算式3表示：

SE=20log₁₀[Vrms（没有屏蔽）/Vrms（具有三层屏蔽）]……计算式3，

其中Vrms（没有屏蔽）是未设置屏蔽部分的实例中的平均电压，Vrms（具有3层屏蔽）是设置了屏蔽部分的实例中的平均电压，rms是均方根。

如果输入电流是0.5A，则从Vrms（没有屏蔽）测量到170mV，而从设置了屏蔽部分的Vrms（有三层屏蔽）测量到0.5mV。因此，结果值可以由以下计算式4表示：

SE=20log₁₀（170/0.5）=50.62（dB） ……计算式4

由于40dB或者更大一般是平均值，所以大约50dB的特征说明由于给芯体设置屏蔽部分而提高了性能。

如以上描述，描述了根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站和控制它的方法。

以下，参考图13、17和18，将给出根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触受电装置50的更详细描述。

如图17和18所示，根据本发明的非接触受电装置50包括分别在蓄电池组电池53的前或者侧边缘上的充电PCB71或者81。这里，电池组控制器54设置到充电PCBs71和81中的每一个中。

在前边缘上的充电PCB71或者在侧边缘上的充电PCB81具有给便携设备提供电能的终端连接器组件58。终端连接器组件58与便携设备的连接器接触。

终端连接器组件58包括用于从非接触受电装置50向便携设备提供电能的若干连接器581到583（即，P+、P-和ID）。连接器执行数据信号传送/接收功能，以便在非接触受电装置50和便携设备之间传送信息。因此，充电和输电程度的详细数据可以通过终端连接器58传送/接收。

当然，来自如图1所示的计算机C等的数据可以通过非接触充电站10和非接触受电装置50传送到便携设备。因此，除了充电操作，数据（例如，更新数据）可以通过可与互联网连接的计算机C传送。

另外，蓄电池组电池53在后端与后罩72或者82联结，在前端与前罩73或者83联结。蓄电池组电池53还与围绕蓄电池组电池53的外罩74或者84联结。

简单地说，非接触受电装置50具有联结到蓄电池组电池53的前边缘的前充电PCB71，或者联结到蓄电池组电池53的侧边缘的侧充电PCB81。

因此，联结到前端的前充电PCB71被设置在前罩73和前部PCB罩75之间，从而连接到蓄电池组电池53的连接器，并且由此连接到次级芯体51。另外，联结到侧边缘的侧充电PCB81被设置在联结到蓄电池组电池53的侧PCB罩85之间，从而连接到蓄电池组电池53的连接器，并且由此连接到次级芯体51。

充电PCBs71和81中的每个都包括：与次级芯体51连接的整流器模块52，以对感应电流进行整流；处理由次级芯体51传送/接收的数据的电池组控制器54；在电池组控制器54的控制下，将来自整流器模块52的电能充到蓄电池组电池53的充电电路模块55；监控蓄电池组电池53的充电程度并且将通知蓄电池组电池53充满电或者放电的信号传送到电池组控制器54的充电监控电路56等。

结果，通过充电PCB71或者81的整流模块52对由设置在蓄电池组电池53的上端上的次级芯体51产生的感应电流进行整流，然后在电池组控制器54的控制下通过蓄电池组电池53的连接器进行充电。从而电能通过终端连接器组件58由电池组控制器54、充电电路模块55等供应到便携设备。

终端连接器组件58包括设置在中心部分的中心连接器582、设置在中心连接器582左边的左连接器581，和设置中心连接器582右边的右连接器583。

因此，由于一个非接触受电装置50设置有左连接器581、中心连接器582和右连接器583，所以非接触受电装置50可以应用到各种类型的便携设备。根据与非接触受电装置50联结的便携设备的电能连接器的位置，终端连接器组件58的左连接器581、中心连接器582和右连接器583中的至少一个可以与便携设备的电能连接器接触。

因此，在不做任何改进的情况下，非接触受电装置50可以应用到任何类型的便携设备M中。这结果增加了非接触受电装置可以安装的应用范围，和提高了其适用性。

特别地，由于例如手提电话、PDA、PMP、MP3播放器和DMB的便携设备是从若干不同制造商提供的，与作为各电池组的非接触受电装置50发生接触的终端连接器可以根据制造商以不同形式提供。

根据本发明的具有平面螺旋输电芯体的非接触受电装置包括例如左连接器581、中心连接器582和右连接器583的各种连接器，以便持续应用于各种类型的便携设备。因此，根据本发明的非接触受电装置可以有利地应用于所有类型的便携设备。

另外，左连接器孔751、中心连接器孔752和右连接器孔753形成在前PCB罩75上对应于充电PCB71的终端连接器组件58的左连接器581、中心连接器582和右连接器583的位置，从而使便携设备的电能连接器连接到左连接器581、中心连接器582或者右连接器583。同样地，左连接器孔851、中心连接器孔852和右连接器孔853形成在前PCB罩85上对应于充电PCB71的终端连接器组件58的左连接器581、中心连接器582和右连接器583的位置。

孔盖585分别与左连接器孔751或者851、中心连接器孔752或者852，和右连接器孔753或者853联结。

因此，将要使用的终端连接器组件58的孔盖585中只有一个打开，但是不使用的其它孔盖被构造为关闭，以保持联结状态。这结果可以防止杂质或者潮气进入不用的孔，其会导致非接触受电装置50工作异常。

另外，如图13所示，充电监控电路56可以具有连接器控制器561，其控制将要传送到终端连接器组件58的左连接器581、中心连接器582和右连接器583中一个的电能。

根据本发明，如图13所示，设置在充电监控电路中的连接器控制器561示出为控制将要供应到与便携设备M的电能连接器相对应的左连接器581、中心连接器582和右连接器583中的一个的电能。因此，对应于便携设备的电能连接器（未示出）的终端连接器组件58的左连接器581、中心连接器582和右连接器583中一个的孔盖585被移走，从而对应的连接器被连接到便携设备的电能连接器。然后，当便携设备与非接触受电装置50联结时，便携设备与非接触受电装置50通过连接器互相电连接。

然后电池组控制器54检测对应的连接器之间的电连接，并且电池组控制器54响应性地传送开关控制信号，从而电能通过连接器控制器561连接到对应的连接器。

相反，在电池组控制器54的控制下，连接器控制器561执行切换操作，从而电能不连接到其它两个连接器。

因此，由于即使附着了杂质，不使用的连接器也没有电连接，，因此非接触受电装置50和便携设备都不会损坏。

以上描述了具有平面螺旋输电芯体的非接触充电站、非接触受电装置和用于控制它们的方法。如以上的说明，应该理解，在不超出本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以将实施例替换、变型、或者改进为不同形式。

因此，前述实施例可以认为是示例性而不是限制性的。本发明的范围不是由以上的详细描述限定的，而是由本发明所附的权利要求确定的。应该理解，所有源于权利要求和其等效物的定义和范围而进行的改动或者改进都落入本发明的范围内。

Claims

1.一种非接触充电站，包括：

传送控制器，其基于通过由所述上部芯体部和下部芯体部检测的信号来决定所述上部芯体部和下部芯体部中的至少一个作为感应图案芯体，

并且，通过控制连接到所述感应图案芯体的开关，将无线电力信号经由所述感应图案芯体传送给非接触受电装置。

2.根据权利要求1所述的非接触充电站，其特征在于，所述至少一个下部线圈或所述至少一个上部线圈包括两个线圈，其中，所述两个线圈被隔开。

3.根据权利要求1所述的非接触充电站，其特征在于，还包括：在所述芯体基底的下表面设置的用以屏蔽感应磁场的屏蔽部分。

4.根据权利要求1所述的非接触充电站，其特征在于，其中，所述屏蔽部分包括屏蔽板、屏蔽网和金属薄膜。

5.根据权利要求1所述的非接触充电站，其特征在于，所述传送控制器进行如下控制：当仅有所述至少一个上部线圈接收到来自所述非接触受电装置的响应信号时，所述无线电力信号不被传送。

6.根据权利要求1所述的非接触充电站，其特征在于，至少一个上部和下部线圈被卷绕成方形螺旋结构、圆形的螺旋结构、椭圆形的螺旋结构或者多边形螺旋结构中的任何一种。