CN104637658A - 非接触式电力传输线圈和非接触式供电装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种非接触式电力传输线圈和一种非接触式供电装置。所述非接触式电力传输线圈包括：至少一个导体图案，设置在具有预定面积的基体的至少一个表面上，所述导体图案具有多个匝，并且以非接触方式从外部传输所接收的电力。导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的内径的中心部位至导体图案的最外层图案部分的方向上彼此不同。

Description

非接触式电力传输线圈和非接触式供电装置

本申请要求分别于2013年11月11日、2014年6月25日和2014年7月29日向韩国国家知识产权局提交的第10-2013-0136570号、第10-2014-0078487号和第10-2014-0096826号韩国专利申请的权益，这些韩国专利申请的公开内容通过引用整体包含于此。

技术领域

本公开总体上涉及非接触式电力传输线圈和非接触式供电装置。

背景技术

通常，会需要提供电作为能源来操作电子装置。例如，可以从外部源提供电力，自维持装置可以通过其自身生电而能够获得电能。

为了将外部电力提供到电子装置，会需要一种用于将电力从外部电源传输到电子装置的供电装置。

有线式供电装置可以通过连接器等直接连接到电子装置，以将电力提供到设置在电子装置中的电池。非接触式供电装置可以通过例如利用磁感效应或磁共振效应的非接触方式向设置在电子装置中的电池提供电力。

例如，为了通过磁感效应或磁共振效应以非接触方式传输电力，电力传输线圈和电力接收线圈可用于设置为彼此相邻。在这种情况下，基于电力传输线圈和电力接收线圈之间的距离，会出现例如可传输的电力的的电力传输效率和水平的问题。

[相关技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)韩国专利特许公开第10-2013-0093667号

发明内容

本公开的一些实施例可以提供一种非接触式电力传输线圈和一种非接触式供电装置，其能够根据设置在电能传输表面上或上方的电力传输线圈和电力接收线圈的位置来抑制电力传输效率的降低。

根据本公开的一方面，一种非接触式电力传输线圈可以包括：至少一个导体图案，设置在具有预定面积的基体的至少一个表面上，所述导体图案具有多个匝并且以非接触方式从外部传输已接收的电力。导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的内径的中心到导体图案的最外层图案部分的方向上可以彼此不同。

根据本公开的另一方面，在所述非接触式电力传输线圈中，导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的宽度在从导体图案的内径的中心到导体图案的最外层图案部分的方向上可以彼此不同。

根据本公开的另一方面，一种非接触式供电装置可以包括：基体，具有预定的面积；至少一个导体图案，设置在基体的至少一个表面上并且具有多个匝；以及电力单元，向导体图案传输电力，从而以非接触方式从外部传输电力。导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的内径的中心到导体图案的最外层图案部分的方向上可以彼此不同。

根据本公开的另一方面，在所述非接触式供电装置中，导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的宽度在从导体图案的内径的中心到导体图案的最外层图案部分的方向上可以彼此不同。

附图说明

根据下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本公开的上述和其他方面、特征和优点，在附图中：

图1是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式供电装置的示意图；

图2A至图2G是根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的示意性平面图；

图3A是根据示例性实施例的基于电力传输线圈和电力接收线圈之间的距离的效率曲线图；

图3B是根据示例性实施例的电力传输线圈的平面图；

图3C是根据示例性实施例的基于在图3B中示出的电力传输线圈的位置和电力接收线圈的位置的效率曲线图；

图4是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的磁场强度的示图；

图5是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的电流密度的示图；

图6A和图6B是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的磁场强度的示图；

图7A和图7B是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的电场强度的示图；

图8是示出根据本公开中的示例性实施例的基于非接触式电力传输线圈的位置的电力传输效率的示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开中的实施例。

然而，本公开可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为局限于在此阐述的实施例。确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的范围充分传达给本领域技术人员。

在附图中，为了清楚起见，会夸大元件的形状和尺寸，并且将始终使用相同的附图标记来指示相同或相似的元件。

图1是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式供电装置的示意图。

参照图1，根据本公开中的示例性实施例的非接触式供电装置100可以包括线圈110和电力单元120。

线圈110可以以非接触方式从外部传输电力。电力单元120可以将电力传输到线圈110。

在这里，例如，非接触方式可以指但不限于在传输器和接收器的导体之间不直接相连的情况下将电力从传输器传输到接收器的方法。另外，非接触方式可以称作无接触方法或无线传输方法等。

电力接收装置A可以设置在非接触式供电装置100的电力传输表面上。非接触式供电装置100的电力可以从非接触式供电装置100的电力传输表面传输，使得来自线圈110的电力可以传输到电力接收装置A的电力接收线圈a。

在设置在非接触式供电装置100的电力传输表面上的电力接收装置A从非接触式供电装置100接收电力的情况下，电力传输效率可以根据电力接收装置A和非接触式供电装置100的线圈110之间的距离(例如，但不限于电力接收装置A的电力接收线圈a和非接触式供电装置100的线圈110之间的距离)而改变。

例如，根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈可以被构造为如图2A至图2G中所示。

图2A至图2G是根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的示意性平面图。

参照图2A，根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈110可以包括基体111和导体图案112。

如图1中所示，可以设置多个导体图案。由于多个导体图案可以具有与单个导体图案相同或相似的操作和功能，因此为了易于描述，将在下文中描述包括单个导体图案的非接触式电力传输线圈。

基体111可以具有预定的面积。导体图案112可以设置在基体111的至少一个表面上。

设置在基体111的表面上的导体图案112可以具有多个匝，并且可以包括多个弯曲图案部分112a1至112a6、112b1、112c1和112d1，所述多个弯曲图案部分112a1至112a6、112b1、112c1、112dl可以彼此电连接，以形成具有多个匝的单个图案。

如上所述，多个弯曲图案部分112a1至112a6、112b1、112c1、112dl可以彼此电连接，从而具有多个匝。另外，直线图案部分112l1、112l2、112l3中的至少一个可以形成在至少两个弯曲图案部分112a1、112b1、112c1和112d1之间，诸如分别形成在112a1和112b1之间、112b1和112c1之间以及112c1和112d1之间，从而在弯曲图案部分112a1和112b1、112b1和112c1以及112c1和112d1之间形成电连接。因此，可以形成具有多个匝的单个图案。

因此，可以以诸如圆形图案和四边形图案等的各种形式来设置具有多个匝的导体图案112。

在从导体图案112的中心c到最外层图案部分的а方向上，分别位于相邻的弯曲图案部分112a1和112a2、112a2和112a3、112a3和112a4、112a4和112a5以及112a5和112a6之间的距离d1、d2、d3、d4和d5中的至少一些距离可以彼此不同。

例如，在a方向上，分别位于相邻的弯曲图案部分112a1和112a2、112a2和112a3、112a3和112a4、112a4和112a5以及112a5和112a6之间的距离d1、d2、d3、d4和d5可以逐渐减小。

直线图案部分112l1、112l2、112l3、112l1a、112l1b、112l1c、112l1d和112l1e可以额外形成。在从导体图案112的中心c到最外层图案部分的β方向上，分别位于相邻的直线图案部分112l1和112l1a、112l1a和112l1b、112l1b和112l1c、112l1c和112l1d以及112l1d和112l1e之间的距离l1、l2、l3和l4中的至少一些距离可以彼此不同。例如，位于相邻的直线图案部分之间的距离l1、l2、l3和l4可以逐渐减小。

例如，为了便于形成图案，导体图案112可以设置在基体111的两个表面上。例如，为了防止导体图案112的叠置，导体图案112的传输电力的一个或更多个部分可以设置在基体111的一个表面上，该表面与基体111的其上设置有具有多个匝的导体图案112的另一表面相反。

导体图案112还可以用于近场通信(NFC)天线。

参照图2B，在形成图案时，导体图案112可以包括在图案部分之间具有不同间隔的区域140和在图案部分之间具有相同间隔的区域130。可以以交替的方式设置在图案部分之间具有不同间隔的区域140和在图案部分之间具有相同间隔的区域130。另外，导体图案112可以具有多个区域130和/或区域140。例如，可以交替地形成区域130和区域140。

如图2C和图2D中所示，导体图案112可以具有各种形状，例如，但不限于，圆形形状或者八边形形状。

如图2E中所示，导体图案112可以具有相同的水平长度和垂直长度。导体图案112的图案部分之间的间隔可以从导体图案112的中心沿向外方向逐渐减小。另外，导体图案112的图案部分之间的间隔可以按相同比例减小。

如图2F中所示，导体图案112的图案部分可以具有相同的间隔。导体图案112的线宽可以从导体图案112的中心沿向外方向逐渐减小。

如图2G中所示，导体图案112的图案部分之间的间隔可以从导体图案112的中心沿向外方向逐渐减小。导体图案112的图案部分的线宽可以基于图案的纵横比，从导体图案112的中心沿向外方向逐渐减小。导体图案112的线宽可以在相同的匝中按彼此不同的比例减小。例如，如图2G中所示，导体图案112可以设置成水平长度比垂直长度长的矩形形状。导体图案112的图案部分在与导体图案112的中心垂直的第一方向上的线宽可以比导体图案112的图案部分在与导体图案112的中心平行的第二方向上的线宽窄，或反之亦然。

在下文中，将描述由上面提到的导体图案112的图案部分之间的间隔引起的电学行为或者特性变化。

图3A是根据示例性实施例的基于电力传输线圈和电力接收线圈之间的距离的效率曲线图，图3B是根据示例性实施例的电力传输线圈的平面图，图3C是根据示例性实施例的基于在图3B中示出的电力传输线圈的位置和电力接收线圈的位置的效率曲线图。

总体上，如图3A中所示，以非接触方式传输电力的电力传输线圈和接收电力的电力接收线圈之间的电力传输效率可以随着线圈的相应的中心之间的距离d的增大而减小。如图3B中所示，在提供具有多个匝和间隔相同的图案阵列的线圈110的情况下，通过集中在线圈中心部位的敞开的表面上的大量磁场，当线圈110的中心重合时，可以实现高效率。然而，如图3C中所示，当电力接收线圈的中心偏离电力传输线圈的中心时，效率水平会急剧减小。具体地，当电力接收线圈的位置从电力传输线圈的中心在X轴或Y轴上沿向外方向移动时，电力传输效率会是最低水平。

图4是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的磁场强度的示图。

参照图2A和图4，根据本公开中的示例性实施例，非接触式电力传输线圈110的图案部分之间的间隔(即，线密度)在线圈的外部可以相对高，并且可以向线圈的内部减小。换言之，非接触式电力传输线圈110的图案部分之间的间隔可以朝向线圈的中心增大，在下文中称作非等距离间隔。

如图4中所示，根据安培右手定则，磁场F可以形成为垂直于电流的方向。磁场F的强度可以随着靠近于电流的流动而增大。因此，由于电流在线圈中心部分中在所有电线中沿相同的方向流动，所以磁场可以沿相同的方向形成，从而可以实现高充电效率。在本示例中，在根据本公开中的示例性实施例的非等距离线圈中可以形成比在图3B中示出的等距离线圈的磁场大的磁场，因为与图3B中示出的等距离线圈相比，相对减小了从线圈中心到最里层的图案部分的距离。

另外，随着远离线圈中心，磁场强度会急剧减小，因为等距离线圈在其中心处具有强磁场而在线圈的外部线密度高。相反，与等距离线圈相比，具有形成在线圈中心和线圈外部之间的图案部分的根据本公开中的示例性实施例的非等距离线圈可以在预定区域上形成相对平坦的磁场。因此，与等距离线圈相比，非等距离线圈中心的定位自由度可以增大。也就是说，即使在远离线圈中心的线圈外部，也可以避免电力传输效率的急剧减小。

然而，在非等距离线圈的外部，磁场强度会减小。为了补偿磁场强度的减小，线密度可以从非等距离线圈的中心沿向外方向增大。换言之，可以通过借助由线圈中流动的电流形成的电场传输电力，来补偿这种由磁场引起的电力传输效率下降。

图5是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的电流密度的示图。

如图5中所示，在电流密度增大并且电力接收装置A的电力接收线圈a设置在非接触式电力传输线圈的线密度高的线圈部分上的情况下，可以通过高电流密度形成强电场，从而可以在高效率水平下传输电力。

在图5中，蓝色指示线圈，红色、黄色和绿色指示电流密度程度。电流密度程度按照红-黄-绿的顺序降低。电流密度可以沿向外的方向增大，从而可以在线圈的外部形成强电场。电流密度可以是位移电流密度。

如图2F和图2G中所示，可以以非等距离方式来形成线圈的图案部分的线宽t和/或图案部分之间的间隔。

例如，为了增大电力传输效率，通过从线圈中心沿向外的方向增大或减小线圈的线宽可以增加线圈外部的电流密度。

另外，如图2G中所示，可以根据线圈的纵横比来部分地改变线圈的线宽和/或可以在相同的匝中以不同比例来改变线圈的图案部分之间的间隔。

图6A和图6B是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的磁场强度的示图。

如图6A中所示，在电力接收装置的电力接收线圈a设置在非接触式电力传输线圈110的中心处的情况下，沿着从非接触式电力传输线圈110到电力接收线圈a的方向形成的磁场的强度会增大。相反，如图6B中所示，在电力接收装置的电力接收线圈a设置在非接触式电力传输线圈110的外部的情况下，沿着从非接触式电力传输线圈110到电力接收线圈a的方向形成的磁场强度会减小。

图7A和图7B是示出根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈的电场强度的示图。

如图7A中所示，在电力接收装置的电力接收线圈a设置在非接触式电力传输线圈110的中心处的情况下，沿着从非接触式电力传输线圈110到电力接收线圈a的方向形成的磁场强度会减小。相反，如图7B中所示，在电力接收装置的电力接收线圈a设置在非接触式电力传输线圈110的外部的情况下，沿着从非接触式电力传输线圈110到电力接收线圈a的方向形成的磁场的强度会增大。

图8是示出根据本公开中的示例性实施例的基于非接触式电力传输线圈的位置的电力传输效率的示图。

根据本公开中的示例性实施例的非接触式电力传输线圈可以通过磁场在其中心部分具有高电力传输效率，并可以通过电场在其外部具有高电力传输效率。因此，如图8中所示，电力传输效率在整个电力传输线圈中可以是均匀的，从而能够使电力接收装置A接收均匀的电力，而不考虑电力接收装置A的位置，结果实现了高度的定位自由。

图8中的虚线的交叉点可以指示电力接收线圈的中心。即使在电力接收线圈的中心以交叉点设置在电力传输线圈的整个电力传输区域上的类似方式设置在电力传输线圈的任何位置处，无线电力传输效率仍可以是均匀的，在大约84％至90％的范围内。

如上所述，根据本公开中的一些示例性实施例，通过以非等距离方式来形成电力传输线圈的图案部分的间隔，可以获得均匀的无线电力传输效率，而不必考虑设置在电力传输线圈上的电力接收线圈的中心的定位(位置)。

如上面阐述的，根据本公开中的示例性实施例，在非接触式供电装置的整个电能传输表面上，电力传输效率可以是均匀的。

虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，能够做出修改和变化。

Claims (29)

1.一种非接触式电力传输线圈，所述非接触式电力传输线圈包括：

至少一个导体图案，具有多个匝，并且被构造为以非接触方式从外部传输电力，

其中，导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的最外层图案部分的方向上彼此不同。

2.根据权利要求1所述的非接触式电力传输线圈，其中，导体图案的相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例不同。

4.根据权利要求1所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例相同。

5.根据权利要求1所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的在所述方向上的至少一些相邻的图案部分在导体图案的至少一个部分中具有不同的间隔，

导体图案的在所述方向上的至少另一些相邻的图案部分在另一部分中具有相同的间隔。

6.根据权利要求1所述的非接触式电力传输线圈，其中，导体图案的在所述方向上的至少一些相邻的图案部分具有不同的宽度。

7.一种非接触式电力传输线圈，所述非接触式电力传输线圈包括：

至少一个导体图案，具有多个匝，并且被构造为以非接触方式从外部传输电力，

其中，导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的最外层图案部分的方向上彼此不同。

8.根据权利要求7所述的非接触式电力传输线圈，其中，导体图案的相邻的图案部分的宽度在所述方向上逐渐减小。

9.根据权利要求7所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分的宽度在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例不同。

10.根据权利要求7所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分的宽度在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例相同。

11.根据权利要求7所述的非接触式电力传输线圈，其中：

导体图案的至少一些相邻的图案部分在所述方向上在导体图案的至少一个部分中具有不同的宽度，

导体图案的至少另一些相邻的图案部分在所述方向上在导体图案的另一部分中具有相同的宽度。

12.一种非接触式供电装置，所述非接触式供电装置包括：

线圈，包括基体和至少一个导体图案，所述至少一个导体图案设置在基体的至少一个表面上并且具有多个匝；以及

电力单元，被构造为向线圈提供电力，从而以非接触方式从外部传输电力，

其中，导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的最外层图案部分的方向上彼此不同。

13.根据权利要求12所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上逐渐减小。

14.根据权利要求12所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例不同。

15.根据权利要求12所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分之间的间隔在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分之间的间隔在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例相同。

16.根据权利要求12所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的在所述方向上的至少一些相邻的图案部分在导体图案的至少一个部分中具有不同的间隔，

导体图案的在所述方向上的至少另一些相邻的图案部分在导体图案的另一部分中具有相同的间隔。

17.根据权利要求12所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的在所述方向上的至少一些相邻的图案部分具有不同的宽度。

18.一种非接触式供电装置，所述非接触式供电装置包括：

基体；

至少一个导体图案，设置在基体的至少一个表面上并且具有多个匝；

电力单元，被构造为向导体图案提供电力，从而以非接触方式从外部传输电力，

其中，导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的最外层图案部分的方向上彼此不同。

19.根据权利要求18所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的相邻的图案部分的宽度在所述方向上逐渐减小。

20.根据权利要求18所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分的宽度在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例不同。

21.根据权利要求18所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的所述一些相邻的图案部分的宽度在所述方向上以不同的第一比例设置，

导体图案的至少一些相邻的图案部分的宽度在从导体图案的中心至导体图案的另一最外层图案部分的另一方向上以不同的第二比例设置，

第一比例与第二比例相同。

22.根据权利要求18所述的非接触式供电装置，其中：

导体图案的在所述方向上的至少一些相邻的图案部分在导体图案的至少一个部分中具有不同的宽度，

导体图案的在所述方向上的至少另一些相邻的图案部分在导体图案的另一部分中具有相同的宽度。

23.一种非接触式供电装置，所述非接触式供电装置包括：

至少一个导体图案，具有多个匝，并且被构造为以非接触方式提供电力，其中，在导体图案的匝之间的至少一些间距彼此不同。

24.根据权利要求23所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的匝之间的间距按照从导体图案的最里层的匝至最外层的匝的顺序减小。

25.根据权利要求23所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的匝之间的其他间距是相同的。

26.根据权利要求23所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的至少一些匝具有彼此不同的宽度。

27.一种非接触式供电装置，所述非接触式供电装置包括：

至少一个导体图案，具有多个匝，并且被构造为以非接触方式提供电力，其中，导体图案的至少一些匝具有彼此不同的宽度。

28.根据权利要求27所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的匝的宽度按照从导体图案的最里层至导体图案的最外层的顺序减小。

29.根据权利要求27所述的非接触式供电装置，其中，导体图案的匝的其他宽度是相同的。