CN103733476B - 用于改进在感应能量和/或数据传递系统中的屏蔽件以便提高能量传递效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于增加无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率的方法，该无线感应能量和/或数据传递系统包括；磁场发射器，该磁场发射器位于屏蔽件的第一侧；以及磁场接收器，该磁场接收器位于屏蔽件与第一侧相对的第二侧，该方法包括将至少一个磁通流部件布置在屏蔽件中或附近并至少局部在发射器和接收器之间的步骤。该磁通流部件包括与屏蔽件的磁导率不同的磁导率。这样，磁通流部件增加由发射器产生的、通过屏蔽件而耦合至接收器中的磁通量。

Description

用于改进在感应能量和/或数据传递系统中的屏蔽件以便提 高能量传递效率的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过屏蔽件来无线传输能量和/或数据的磁感应系统。更特别是，本发明涉及一种用于机械改进屏蔽件的方法，以便提高从磁场发射器至磁场接收器的磁通流，从而增加系统的能量传递效率。

背景技术

使用磁感应来穿过屏蔽件无线传输能量和数据信号的系统为本领域已知。参考图1，这样的感应能量和数据传输系统通常包括位于屏蔽件12的一侧的磁场发射器10以及位于屏蔽件12的相对侧的磁场接收器14。磁场发射器10通常包括发射器线圈16，该发射器线圈16环绕发射器芯18缠绕，磁场接收器14通常包括接收器线圈20，该接收器线圈20环绕接收器芯22缠绕。发射器10与信号发生器24连接，该信号发生器24在驱动时产生随时间变化的电流，该电流流过发射器线圈16。流过发射器线圈16的电流产生随时间变化的磁场，该磁场在理论上穿过屏蔽件12流向接收器14。在接收器14处，随时间变化的磁场流过接收器芯22，并引起流过接收器线圈20的电流，该电流再可以用于向与接收器线圈连接的装置26供能。

尽管感应数据传递系统很好地用于由多种材料制造的屏蔽件，但是感应能量传递系统通常只有在屏蔽件由具有相对较低磁导率的材料来制造的情况下才能令人满意地工作。这样的原因能够参考图2和3来解释，该图2和3是图1的感应能量传递系统的视图，分别表示了当屏蔽件12由具有大约10的相对磁导率的材料和由具有大约100的相对磁导率的材料来制造时由发射器10产生的磁场线所沿着的通路。如图2中所示，当屏蔽件12的相对磁导率为大约10时，由发射器10产生的磁场线的主要部分流过屏蔽件和进入接收器芯22。如图3中所示，另一方面，当屏蔽件12的相对磁导率为大约100时，相对较少量的磁场线流过屏蔽件和进入接收器芯22。相反，由发射器10产生的大部分磁场线在到达接收器芯22之前“短路”通过屏蔽件12和返回发射器芯18。

感应能量传递系统的能量传递效率与流过接收器芯的、由发射器产生的磁通量直接成比例。在接收器芯中的磁通量又与经过接收器芯的横截面的磁场线的数目成比例。因此，比较图2和图3，人们能够看见，当屏蔽件12的相对磁导率为大约10时在接收器芯22中的磁通量明显大于当屏蔽件的相对磁导率为大约100时在接收器芯22中的磁通量。因此，当屏蔽件12由具有相对较低磁导率的材料来制造时，感应能量传递系统的能量传递效率将更大。

不过，当屏蔽件的磁导率降低时能量传递效率并不继续增加。图4是图1的感应能量传递系统的视图，表示了当屏蔽件12由相对磁导率为大约1的材料来制造时由发射器10产生的磁场线所沿着的通路。比较图2和4，人们能够看见，当屏蔽件12由相对磁导率为大约1的材料来制造时，由发射器10产生的磁通中的更小比例耦合至接收器芯22中（与当屏蔽件由相对磁导率为大约10的材料来制造时相比）。因此，屏蔽件包括大约1的相对磁导率的系统的能量传递效率比屏蔽件包括大约10的相对磁导率的系统的能量传递效率低。

不过，在很多用途中（其中，无线感应能量传递系统将很有利），屏蔽件由具有相对较高磁导率的材料来制造。例如，在海底油气生产行业中，电动力装置（例如传感器、发射器和促动器）有时定位在生产设备部件内部，例如井口壳体、采油树流动管线和阀促动器，以便监测和控制流体流过该部件。尽管用于这些电动力装置的动力可以由内部电池或外部电源来提供，但是电池在经过一段时间后失去电荷，外部电源需要穿过部件钻孔以便适应穿过连接器，且当必须保证部件的压力完整性时，这些孔是不希望的。

因此，用于向定位在海底烃生产设备部件内部的装置供能的无线感应能量传递系统将很有利。不过，用于制造这些部件的很多普通材料（例如4130、X65、Super Duplex和1010钢）具有接近1000的相对磁导率。因此，对于使用这些部件的感应能量传递系统，能量传递效率将可能只是很小的百分数。因此，感应能量传递系统用于这些部件将并不实际。

在当前使用无线感应能量传递系统的其它用途中，能量传递效率也不理想，因为屏蔽件由非常低磁导率的材料来制造。例如，已经发展了使用无线感应能量传递系统的无绳充电站，以便使得多个便携式装置重新充电，例如移动电话、个人媒体播放器和照像机。不过，这些装置通常包括由非常低磁导率的材料（例如塑料）制造的壳体。因此，充电站的能量传递效率相对较低。因此，需要相对较长时间来使得装置完全充电，且充电效率明显降低。

发明内容

根据本发明，在现有技术中的这些和其它限制通过提供一种用于增加无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率的方法来解决，该无线感应能量和/或数据传递系统包括；磁场发射器，该磁场发射器位于屏蔽件的第一侧；以及磁场接收器，该磁场接收器位于屏蔽件与第一侧相对的第二侧。该方法还包括将至少一个磁通流部件布置在屏蔽件中或附近并至少局部在发射器和接收器之间。该磁通流部件包括与屏蔽件的磁导率不同的磁导率。这样，磁通流部件增加由发射器产生的、通过屏蔽件而耦合至接收器中的磁通量。

根据本发明的一个实施例，该至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率低的磁导率，发射器包括两个发射器磁极，将该至少一个磁通流部件布置在屏蔽件中或附近的步骤包括：将磁通流部件结合在屏蔽件中，以使得磁通流部件的至少一部分位于发射器极之间。这样，磁通流部件防止由发射器产生的磁通在发射器磁极之间短路通过屏蔽件。

在该实施例中，磁通流部件的厚度可以与屏蔽件在屏蔽件和磁通流部件之间的交接面处的厚度近似相同。

根据本发明的另一实施例，磁通流部件包括细长部件，该细长部件位于发射器极之间。在该实施例中，磁通流部件可以大致垂直于发射器极地穿过屏蔽件延伸。另外，磁通流部件的长度可以足以防止由发射器产生的磁通环绕磁通流部件的端部短路通过屏蔽件。而且，磁通流部件与屏蔽件的形状一致。还有，磁通流部件可以与屏蔽件的截面形状一致。

根据本发明的还一实施例，磁通流部件包括至少大致直的第一部分，该第一部分定位在发射器极之间。在该实施例中，磁通流部件还可以包括至少第二部分，该第二部分定位成环绕第一部分和两个发射器极。

根据本发明的还一实施例，该至少一个磁通流部件包括第一磁通流部件，该第一磁通流部件定位成环绕发射器极中的一个。在该实施例中，该至少一个磁通流部件可以包括第二磁通流部件，该第二磁通流部件定位成环绕发射器极中的另一个。

根据本发明的还一实施例，磁通流部件包括第一孔，该第一孔与发射器极中的一个对齐。在该实施例中，磁通流部件可以包括第二孔，该第二孔与发射器极中的另一个对齐。

在任意上述实施例中，将磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤可以包括：使得磁通流部件形成所需形状；在屏蔽件中形成相应开口；以及将磁通流部件固定至屏蔽件上并在该开口中或该开口上面。将磁通流部件固定至屏蔽件上的步骤可以包括将磁通流部件焊接至屏蔽件上。

根据本发明的另一实施例，将磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括：将屏蔽件设置成分开的屏蔽件部分；以及将屏蔽件部分焊接在一起。在该实施例中，磁通流部件包括形成的焊缝。

根据本发明的还一实施例，该至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率大的磁导率，发射器包括两个发射器极，接收器包括两个接收器极，这两个接收器极与发射器极大致对齐，将至少一个磁通流部件布置在屏蔽件中或附近的步骤包括：将磁通流部件结合至屏蔽件中并在第一发射器极和第一接收器极之间以及在第二发射器极和第二接收器极之间。这样，磁通流部件方便磁通在发射器极和接收器极之间流动。

在上述实施例中，将该至少一个磁通流部件结合至屏蔽件中可以包括将第一磁通流部件结合至屏蔽件中并在第一发射器极和第一接收器极之间，和将第二磁通流部件结合至屏蔽件中并在第二发射器极和第二接收器极之间。

根据本发明的另一实施例，屏蔽件包括第一壳体和第二壳体，发射器布置在该第一壳体中，接收器布置在该第二壳体中，将第一和第二磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括将磁通流部件附接在至少一个壳体上。

本发明还涉及一种屏蔽件，该屏蔽件根据上面所述的方法来制造或改进，以便增加横过该屏蔽件安装的无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率。本发明还涉及一种无线感应能量和/或数据传递系统，它包括屏蔽件，该屏蔽件根据上面所述的方法来制造或改进，以便增加系统的能量传递效率。

因此，本发明提供了一种用于增加横过该屏蔽件安装的无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率的有效方法和装置，该屏蔽件由相对较高或非常低磁导率的材料来制造。因此，本发明使得无线感应能量和/或数据传递系统能够用于向装置供电，该装置以前不能这样供电。

通过下面参考附图的详细说明，将清楚本发明的这些和其它目的和优点。在附图中，相同参考标号可以用于表示在多个实施例中的类似部件。

附图说明

图1是示例现有技术的无线感应能量和/或数据传递系统的示意图，该无线感应能量和/或数据传递系统表示为横过示例屏蔽件定位；

图2是图1的感应能量/数据传递系统的视图，表示了流过屏蔽件的磁通流，该屏蔽件由包括大约10的相对磁导率的材料来制造；

图3是图1的感应能量/数据传递系统的视图，表示了流过屏蔽件的磁通流，该屏蔽件由包括大约100的相对磁导率的材料来制造；

图4是图1的感应能量/数据传递系统的视图，表示了流过屏蔽件的磁通流，该屏蔽件由包括大约1的相对磁导率的材料来制造；

图5是用于典型感应能量传递系统的能量传递效率相对于相对磁导率的曲线图；

图6是图1的感应能量/数据传递系统的透视图，表示了根据本发明用于改进屏蔽件以便提高能量传递效率的方法的第一实施例；

图7是图6的感应能量/数据传递系统沿线7-7的剖视图；

图8是图1的感应能量/数据传递系统的透视图，表示了根据本发明用于改进屏蔽件以便提高能量传递效率的方法的第二实施例；

图9是图8的感应能量/数据传递系统沿线9-9的剖视图；

图10是图1的感应能量/数据传递系统的透视图，表示了根据本发明用于改进屏蔽件以便提高能量传递效率的方法的第三实施例；

图11是图10的感应能量/数据传递系统沿线11-11的剖视图；

图12是图1的感应能量/数据传递系统的透视图，表示了根据本发明用于改进屏蔽件以便提高能量传递效率的方法的另一实施例；

图13是图12的感应能量/数据传递系统沿线13-13的剖视图；

图14是电池操作装置和相关充电站的俯视图，它们装备有感应能量/数据传递系统；以及

图15是图14的电池操作装置和充电站的剖视图，表示了根据本发明用于改进屏蔽件以便提高能量传递效率的方法的另一实施例。

具体实施方式

本发明提供了一种用于增加感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率的有效方法，该感应能量和/或数据传递系统横过屏蔽件安装，该屏蔽件由相对较高或非常低磁导率的材料来制造。因此，本发明使得感应能量传递系统能够用于向布置在由相对较高磁导率材料制造的结构中的装置供能，例如海底烃生产设备部件、船和潜水艇船身、核反应堆和压力容器。另外，本发明提高了例如在充电站中用于电池供电装置的感应能量传递系统的能量传递效率，该电池供电装置包括由非常低磁导率材料（例如塑料）制造的壳体。

为了简化，下面将通过图1中所示的无线感应能量和/或数据传递系统来介绍本发明的多个实施例。在感应能量/数据传递系统的该示例和非限定实施例中，发射器和接收器芯18、22各自表示为包括大致C形结构，它由主体部分28和两个支腿部分30来限定，线圈16、20环绕该主体部分28缠绕，这两个支腿部分30从主体部分的相对端横向伸出。在该示例中，发射器芯18的支腿部分30限定了发射器10的极，接收器芯22的支腿部分限定了接收器14的极。不过应当知道，本发明可以用于其它类型的、具有不同发射器芯和接收器芯的磁场发射器和接收器。

如上面结合图2和3所述，与包括大约100的相对磁导率的屏蔽件相比，对于包括大约10的相对磁导率的屏蔽件，图1的典型感应能量/数据传递系统的能量传递效率更大。这是因为当屏蔽件的磁导率较高时，由发射器产生的磁通倾向于在它能够到达接收器之前短路通过屏蔽件和返回发射器。因此，由发射器产生的磁通较少地耦合至接收器中。

还有，如上面结合图4所述，与包括大约10的相对磁导率的屏蔽件相比，对于包括大约1的相对磁导率的屏蔽件，图1的典型能量/数据传递系统的能量传递效率更低。这是因为当屏蔽件的磁导率更低时，由发射器发射的磁场线相当混乱，且在发射器和接收器之间不会存在最佳磁耦合。因此，由发射器产生的磁通较少地耦合至接收器中。不过，当屏蔽件的相对磁导率增加时，磁场线变得更密集地朝着接收器聚集，且由发射器产生的磁通较多地耦合至接收器中。这种效果在图5中表示，该图5是对于包括一英寸厚屏蔽件的模拟能量传递系统的能量传递效率相对于屏蔽件磁导率的曲线图。如图5中所示，该系统的能量传递效率在屏蔽件的相对磁导率为1时是大约3.8%，当屏蔽件的相对磁导率为11时达到为大约10.5%的峰值。

当然，感应能量/数据传递系统能够实现的最大能量传递效率不仅取决于屏蔽件的磁导率，还取决于这些因素，例如屏蔽件的厚度。不过，包括给定屏蔽件的任何感应能量/数据传递系统将在屏蔽件包括特定磁导率时具有最大能量传递效率，该特定磁导率有时可以在下文中称为“最佳磁导率”。

根据本发明，通过机械改进屏蔽件以便增加耦合至接收器中的、由发射器产生的磁通量而提高感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率。屏蔽件通过将至少一个部件（该部件有时可以在下文中称为“磁通流部件”）布置在屏蔽件中或附近且至少局部在发射器和接收器之间而进行机械改进。对于屏蔽件包括比最佳磁导率大的磁导率的系统，具有比屏蔽件的磁导率更低磁导率的磁通流部件布置在屏蔽件中，以便防止由发射器产生的磁通短路通过屏蔽件和返回至发射器中。对于屏蔽件包括比最佳磁导率小的磁导率的系统，具有比屏蔽件的磁导率更高磁导率的磁通流部件布置在屏蔽件中或附近，以便更好地将磁场线朝着接收器聚集，从而使得由发射器产生的更多磁通耦合至接收器中。

对于包括比最佳磁导率大的磁导率的屏蔽件，磁通流部件产生一个或多个较低磁导率区域，该较低磁导率区域将防止由发射器产生的磁通短路通过在发射器的极之间的屏蔽件。较低磁导率区域使得短路通路的磁阻有效增加至足以防止磁通在发射器的极之间流动的水平，且反而有利于磁通横向流过屏蔽件进入接收器中。

本发明用于改进屏蔽件（该屏蔽件包括比它的最佳磁导率大的磁导率）的方法的一个实施例涉及将至少一个磁通流部件结合至屏蔽件中并在发射器的极之间。下面将参考图6和7介绍这种实施例的示例，图6和7表示了横过典型屏蔽件12的一部分安装的、图1的典型感应能量/数据传递系统。在该实施例中，细长磁通流部件32结合在屏蔽件12中，使得当发射器10相对于屏蔽件安装或以其它方式支承时，磁通流部件位于大致垂直于发射器线圈16的发射器芯18的支腿部分30之间。因此，磁通流部件32大致垂直于支腿部分30穿过屏蔽件12延伸，并在屏蔽件中形成较低磁导率区域，该较低磁导率区域防止由发射器10产生的磁通Φ短路通过屏蔽件从一个支腿部分至另一支腿部分。

根据本发明的一个示例和非限定实施例，磁通流部件32可以这样结合至屏蔽件12中，即通过将磁通流部件制造成所需形状，在屏蔽件中机械加工或以其它方式形成相应开口34，然后通过合适方式（例如焊接）而将磁通流部件固定在该开口中。根据本发明的另一示例和非限定实施例，磁通流部件32可以这样结合至屏蔽件12中，即通过将屏蔽件分成分开的屏蔽件部分12a、12b，然后使用合适的填料材料而将该部分焊接在一起，使得产生的焊缝形成磁通流部件。当屏蔽件12通常提供为分开部分（该分开部分通常焊接在一起，例如在管线或船体的情况中）时，后一种方法特别合适。

为了防止由发射器10产生的磁通环绕磁通流部件32短路通过屏蔽件12，磁通流部件的厚度应当与屏蔽件在该屏蔽件和磁通流部件之间的交接面36处的厚度近似相同。另外，磁通流部件32的长度应当足以防止磁通环绕磁通流部件的端部短路通过屏蔽件12。

而且，尽管图6中表示为直的，但是磁通流部件32可以弯曲或以其他方式构造。而且，磁通流部件32可以设计成与屏蔽件12的形状一致。例如，在屏蔽件12为管形部件的情况下，磁通流部件32可以与屏蔽件的截面形状一致，并局部或完全环绕屏蔽件延伸。因此，与上述说明一致，磁通流部件32可以包括圆形焊缝，该圆形焊缝在管的两部分焊接在一起以便形成管道时形成，在这种情况下，管道将包括屏蔽件12。

理想的是，磁通流部件32由包括足够低磁导率的材料来制造，该低磁导率足以防止由发射器10产生的磁通横过磁通流部件短路通过屏蔽件12。用于磁通流部件32的优选材料将取决于屏蔽件12使用的环境以及用于将磁通流部件附接在屏蔽件上的方法。例如，当屏蔽件12用作受到高温和高压的部件的一部分时，磁通流部件32将由能够承受相同温度和压力的材料来制造。还有，当磁通流部件32将焊接在屏蔽件12上时，磁通流部件应当由能够焊接至屏蔽件材料上的材料来制造。另外，当磁通流部件32将由在两个屏蔽件部分之间的焊缝形成时，填料材料应当与屏蔽件材料相容，并将导致焊缝有所需的磁导率。在本发明的一个示例和非限定示例中，屏蔽件由1010钢（具有大约1000的相对磁导率）制造，磁通流部件由Inconel^TM625（具有大约1的相对磁导率）制造，且磁通流部件使用Inconel^TM625作为填料材料而焊接在屏蔽件上。

图8和9中表示了用于改进屏蔽件的本发明方法的第二实施例，该屏蔽件包括比它的最佳磁导率大的磁导率。在该实施例中，磁通流部件38表示为包括大致“Φ”形结构，它包括环部分40，该环部分40由横杆部分42平分，从而限定了两个半圆形孔44。还有，发射器芯18相对于磁通流部件38定位成使得发射器线圈16大致垂直于横杆部分42，且各支腿部分30定位在相应孔44上面。

磁通流部件38可以通过任意合适装置而结合至屏蔽件12中。在本发明的一个示例和非限定实施例中，具有与环部分40近似相同直径的圆形开口46机械加工或以其它方式形成于屏蔽件12中。然后，由屏蔽件材料或者另一材料（该材料有足够高的磁导率，以便磁通在发射器10和接收器14之间流动）机械加工或以其它方式形成与孔44的形状相对应的两个半圆形填料件48。然后，由合适材料（该合适材料有比屏蔽件12的磁导率低的所需磁导率）机械加工或以其它方式形成的磁通流部件38固定在开口46中，且填料件48固定在孔44中。在磁通流部件38和填料件48通过焊接而固定于开口46和孔44中的情况下，开口的轴向端部和填料件的边缘可以为斜角，如图9中所示，以便于形成合适的焊缝50。

因此，磁通流部件38的横杆部分42将防止由发射器10产生的磁通短路通过屏蔽件12而从发射器芯18的一个支腿部分30至另一支腿部分。另外，磁通流部件38的环部分40将防止由发射器10产生的磁通绕过横杆部分42的端部在发射器芯18的支腿部分30之间短路通过屏蔽件12。

如图9中所示，磁通流部件38的厚度可以与屏蔽件12和填料件48的厚度相同。不过，根据特殊用途，磁通流部件38的环部分40和/或横杆部分42可以比屏蔽件12和/或填料件48厚或薄。在环部分40和横杆部分42比屏蔽件12和/或填料件48薄的情况下，理想的是，产生的间隙由合适的填料材料来填充，例如将用于使得这些部件焊接在一起，该填料材料有比屏蔽件材料的磁导率低的所需磁导率，以便防止由发射器10产生的磁通绕过磁通流部件的轴向端部短路通过屏蔽件。

图10和11中表示了用于改进屏蔽件的本发明方法的第三实施例，该屏蔽件包括比它的最佳磁导率大的磁导率。在该实施例中，至少一个（优选是两个）环形磁通流部件52结合在屏蔽件12中，且发射器芯18定位成使得各支腿部分30由相应磁通流部件包围。各磁通流部件52可以包括焊缝，该焊缝布置在插入部件54和屏蔽件12中的相应开口56之间。插入部件54优选是由合适高磁导率的材料来制造，例如屏蔽件12的材料，以方便磁通在发射器10和接收器14之间流动。另外，理想的是，焊缝52使用填料材料来制造，该填料材料具有足够低的磁导率，以便防止由发射器10产生的磁通横过磁通流部件短路通过屏蔽件。还有，如图11中最清楚所示，各插入部件的外径表面和/或各开口56的内径表面可以在焊接之前覆盖有覆层材料58，该覆层材料58由合适低磁导率的材料（例如来制造，以便降低焊缝52的铁扩张（iron dilation），从而保证焊缝的磁导率保持足够低。

作为图10和11中所示的本发明实施例的可选形式，各磁通流部件52可以包括环形部件，该环形部件由具有比屏蔽件12的磁导率低的所需磁导率的合适材料机械加工或以其它方式形成。磁通流部件52再可以通过将各磁通流部件固定在相应开口56中（例如通过焊接）而结合至屏蔽件中。

图12和13中表示了用于改进屏蔽件的本发明方法的另一实施例，该屏蔽件包括比它的最佳磁导率大的磁导率。在本发明的该实施例中，开口60形成于屏蔽件12中，其中形成有两个孔64的磁通流部件62固定在屏蔽件上并在开口上面，且两个盖板66固定在磁通流部件上，一个盖板在一个孔上面。然后，发射器10定位成使得发射器芯18的各支腿部分30布置在相应盖板66的上面，且接收器14定位在盖板的相对侧，以使得接收器芯22的支腿部分与发射器芯的支腿部分对齐。

盖板66优选是由合适高磁导率的材料来制造，例如屏蔽件12的材料，以方便磁通在发射器10和接收器14之间流动。还有，理想的是，磁通流部件62由具有足够低磁导率的材料来制造，该材料足以防止由发射器10产生的磁通在盖板66之间短路通过磁通流部件。另外，磁通流部件62可以固定在屏蔽件12上，且盖板66可以通过任意合适方式固定在磁通流部件上，例如通过焊接或螺栓连接。

在本发明的可选实施例中，磁通流部件62可以包括两个分开部件。在该实施例中，各磁通流部件62将固定在屏蔽件12中的相应开口60上面，并将包括孔64，盖板66将固定在该孔64上面。该实施例可以更适合相对较大的发射器和接收器芯10、14或不规则形状的屏蔽件12。

对于包括比最佳磁导率小的磁导率的屏蔽件，本发明的方法包括将一个或多个磁通流部件布置在屏蔽件12中并在发射器10和接收器14之间，以便产生一个或多个较高磁导率区域，该较高磁导率区域将用于聚集由发射器产生的磁场线，并将它们引导到接收器中。这将导致由发射器10产生的更大量磁通耦合至接收器14中。

下面将参考图14和15介绍用于这样改进屏蔽件的本发明方法的一个实施例。图14是表示便携式装置68和相应充电站72的概括图，该便携式装置68包括机载电池70，该充电站72包括合适的电子装置74，用于当便携式装置与充电站接合时使得电池充电。在本发明的该实施例中，便携式装置68和充电站72各自包括由较低磁导率材料制造的相应壳体76、78，与图1中所示类似的无线感应能量/数据传递系统用于通过壳体而从电子装置74向电池70传递能量，以便使得电池充电。无线感应能量/数据传递系统包括：发射器10，该发射器10布置在充电站72中，并与电子装置74连接；以及接收器14，该接收器14布置在便携式装置68中，并与电池70连接。

参考图15，当便携式装置68与充电站72接合时，在发射器10和接收器14之间的屏蔽件12能够被认为包括两个壳体76、78。在该实施例中，屏蔽件12通过将单个或两个（如图15中所示）单独的磁通流部件80结合至屏蔽件中并在发射器和接收器芯18、22的相应支腿部分30之间而进行改进。在该方面，各磁通流部件80可以附接在充电站72的壳体78上并与发射器芯18的相应支腿部分30对齐。也可选择，磁通流部件80可以附接在便携式装置68的壳体76上并与接收器芯22的支腿部分30对齐。

磁通流部件80设计成方便磁通流过壳体76、78的、位于发射器和接收器芯18、22的相应支腿30之间的部分。因此，磁通流部件80的形状和优选磁导率在很大程度上取决于壳体76、78的形状和材料。对于给定屏蔽件12，磁通流部件80的形状和优选磁导率能够由经验来确定，或者通过使用已知的磁环路模拟程序来确定。

本发明还包括屏蔽件，该屏蔽件根据上面所述的方法来制造或改进，以便增大横过该屏蔽件安装的无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率。本发明还包括一种无线感应能量和/或数据传递系统，它包括屏蔽件，该屏蔽件根据上述方法来制造或改进，以便增加系统的能量传递效率。

应当知道，尽管已经对于本发明的优选实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明原理的情况下发展结构和操作细节的多种变化形式。例如，在不同实施例中所示的多个特征可以以上面未示例说明的方式来组合。因此，附加权利要求将认为覆盖落在本发明的真正范围和精神内的所有等效物。

Claims (40)

1.一种用于增加无线感应能量和/或数据传递系统的能量传递效率的方法，所述无线感应能量和/或数据传递系统包括位于屏蔽件(12)的第一侧的磁场发射器(10)和位于屏蔽件与第一侧相反的第二侧的磁场接收器(14)，所述方法包括：

将至少一个磁通流部件(32、38、52、62、80)布置成至少局部在发射器和接收器之间，所述磁通流部件包括与屏蔽件的磁导率不同的磁导率；

其特征在于：

当所述屏蔽件具有比其最佳磁导率大的磁导率时，所述磁通流部件的磁导率小于屏蔽件的磁导率，当所述屏蔽件具有比其最佳磁导率小的磁导率时，所述磁通流部件的磁导率高于屏蔽件的磁导率，从而磁通流部件增加由发射器产生的、通过屏蔽件而耦合至接收器中的磁通量；

所述磁场发射器定位成抵靠着屏蔽件的第一侧，所述磁场接收器定位成抵靠着屏蔽件的第二侧，所述磁通流部件结合到屏蔽件中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率低的磁导率，发射器包括两个发射器极(30)，将至少一个磁通流部件布置成至少局部在发射器和接收器之间的步骤包括：

将磁通流部件结合在屏蔽件中，以使得磁通流部件的至少一部分位于发射器极之间；

其中，磁通流部件防止由发射器产生的磁通在发射器极之间短路通过屏蔽件。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：磁通流部件的厚度与屏蔽件在屏蔽件和磁通流部件之间的交接面处的厚度近似相同。

4.根据权利要求2所述的方法，其中：磁通流部件包括细长部件(32)，所述细长部件位于发射器极之间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：磁通流部件大致垂直于发射器极地延伸穿过屏蔽件。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：磁通流部件的长度足以防止由发射器产生的磁通环绕磁通流部件的端部短路通过屏蔽件。

7.根据权利要求5所述的方法，其中：磁通流部件与屏蔽件的形状一致。

8.根据权利要求5所述的方法，其中：磁通流部件与屏蔽件的截面构造一致。

9.根据权利要求2所述的方法，其中：磁通流部件至少包括大致直的第一部分(42)，所述第一部分定位在发射器极之间。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：磁通流部件至少包括第二部分(40)，所述第二部分定位成环绕第一部分和两个发射器极。

11.根据权利要求2所述的方法，其中：所述至少一个磁通流部件包括第一磁通流部件(52)，所述第一磁通流部件定位成环绕发射器极中的一个。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：所述至少一个磁通流部件包括第二磁通流部件(52)，所述第二磁通流部件定位成环绕发射器极中的另一个。

13.根据权利要求2所述的方法，其中：磁通流部件包括第一孔(64)，所述第一孔与发射器极中的一个对齐。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：磁通流部件包括第二孔(64)，所述第二孔与发射器极中的另一个对齐。

15.根据权利要求2所述的方法，其中：将磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括：

使得磁通流部件形成所需形状；

在屏蔽件中形成相应开口(34、46、56、60)；以及

将磁通流部件固定至屏蔽件上并在所述开口中或所述开口上面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：将磁通流部件固定至屏蔽件上的步骤包括将磁通流部件焊接至屏蔽件上。

17.根据权利要求2所述的方法，其中：将磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括：

将屏蔽件设置成分开的屏蔽件部分；以及

将屏蔽件部分焊接在一起；

其中，磁通流部件包括形成的焊缝。

18.根据权利要求1所述的方法，其中：所述至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率大的磁导率，发射器包括两个发射器极(30)，接收器包括两个接收器极(30)，这两个接收器极与发射器极大致对齐，将至少一个磁通流部件布置成至少局部在发射器和接收器之间的步骤包括：

将磁通流部件(80)结合至屏蔽件中并在第一发射器极和第一接收器极之间以及在第二发射器极和第二接收器极之间；

其中，磁通流部件方便磁通在发射器极和接收器极之间流动。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：将所述至少一个磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括将第一磁通流部件(80)结合至屏蔽件中并在第一发射器极和第一接收器极之间，和将第二磁通流部件(80)结合至屏蔽件中并在第二发射器极和第二接收器极之间。

20.根据权利要求19所述的方法，其中：屏蔽件包括第一壳体(78)和第二壳体(76)，发射器布置在所述第一壳体中，接收器布置在所述第二壳体中，将第一磁通流部件和第二磁通流部件结合至屏蔽件中的步骤包括将磁通流部件附接在第一壳体和第二壳体中的至少一个上。

21.一种无线感应能量和/或数据传递系统，包括：

磁场发射器(10)，所述磁场发射器位于屏蔽件(12)的第一侧；

磁场接收器(14)，所述磁场接收器位于屏蔽件与第一侧相反的第二侧；

至少一个磁通流部件(32、38、52、62、80)，所述磁通流部件布置成至少局部在发射器和接收器之间，所述磁通流部件包括与屏蔽件的磁导率不同的磁导率；

其特征在于：

当所述屏蔽件具有比其最佳磁导率大的磁导率时，所述磁通流部件的磁导率小于屏蔽件的磁导率，当所述屏蔽件具有比其最佳磁导率小的磁导率时，所述磁通流部件的磁导率高于屏蔽件的磁导率，从而磁通流部件增加由发射器产生的、通过屏蔽件而耦合至接收器中的磁通量；

所述磁场发射器定位成抵靠着屏蔽件的第一侧，所述磁场接收器定位成抵靠着屏蔽件的第二侧，所述磁通流部件结合到屏蔽件中。

22.根据权利要求21所述的系统，其中：所述至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率低的磁导率，发射器包括两个发射器极(30)，所述磁通流部件的至少一部分位于发射器极之间。

23.根据权利要求22所述的系统，其中：磁通流部件的厚度与屏蔽件在屏蔽件和磁通流部件之间的交接面处的厚度近似相同。

24.根据权利要求22所述的系统，其中：磁通流部件包括细长部件(32)，所述细长部件位于发射器极之间。

25.根据权利要求24所述的系统，其中：磁通流部件大致垂直于发射器极地延伸穿过屏蔽件。

26.根据权利要求25所述的系统，其中：磁通流部件的长度足以防止由发射器产生的磁通环绕磁通流部件的端部短路通过屏蔽件。

27.根据权利要求25所述的系统，其中：磁通流部件与屏蔽件的形状一致。

28.根据权利要求25所述的系统，其中：磁通流部件与屏蔽件的截面构造一致。

29.根据权利要求22所述的系统，其中：磁通流部件至少包括大致直的第一部分(42)，所述第一部分定位在发射器极之间。

30.根据权利要求29所述的系统，其中：磁通流部件至少包括第二部分(40)，所述第二部分定位成环绕第一部分和两个发射器极。

31.根据权利要求22所述的系统，其中：所述至少一个磁通流部件包括第一磁通流部件(52)，所述第一磁通流部件定位成环绕发射器极中的一个。

32.根据权利要求31所述的系统，其中：所述至少一个磁通流部件包括第二磁通流部件(52)，所述第二磁通流部件定位成环绕发射器极中的另一个。

33.根据权利要求22所述的系统，其中：磁通流部件包括第一孔(64)，所述第一孔与发射器极中的一个对齐。

34.根据权利要求33所述的系统，其中：磁通流部件包括第二孔(64)，所述第二孔与发射器极中的另一个对齐。

35.根据权利要求22所述的系统，其中：屏蔽件包括开口(34、46、56、60)，磁通流部件固定至屏蔽件上并在所述开口中或所述开口上面。

36.根据权利要求35所述的系统，其中：磁通流部件焊接至屏蔽件上。

37.根据权利要求22所述的系统，其中：屏蔽件包括分开的屏蔽件部分，磁通流部件包括通过将屏蔽件部分焊接在一起而形成的焊缝。

38.根据权利要求21所述的系统，其中：所述至少一个磁通流部件包括比屏蔽件的磁导率大的磁导率，发射器包括两个发射器极(30)，接收器包括两个接收器极(30)，这两个接收器极与两个发射器极大致对齐，且磁通流部件(80)定位在第一发射器极和第一接收器极之间以及在第二发射器极和第二接收器极之间。

39.根据权利要求38所述的系统，其中：所述至少一个磁通流部件包括位于第一发射器极和第一接收器极之间的第一磁通流部件(80)以及位于第二发射器极和第二接收器极之间的第二磁通流部件(80)。

40.根据权利要求39所述的系统，其中：屏蔽件包括第一壳体(78)和第二壳体(76)，发射器布置在所述第一壳体中，接收器布置在所述第二壳体中，第一磁通流部件和第二磁通流部件附接在第一壳体和第二壳体中的至少一个上。