CN109792165B - 用于无线电力传输的天线磁心及包括其的无线电力传输模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于无线电力传输的天线磁心。本发明的示例性实施例的用于无线电力传输的天线磁心供用作传输或接收无线电力的天线的导电构件沿长度方向缠绕多次，上述天线磁心由具有预定长度的磁体构成，包括：第一部分，具有第一截面积；及第二部分，从上述第一部分的端部延伸预定长度，并具有相对大于上述第一截面积的第二截面积，其中，上述导电构件多次缠绕在上述第一部分上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无线电力传输的天线磁心及包括其的无线电力传输模块。
背景技术
随着无线电力传输技术应用于如手机、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、平板电脑等便携式电子设备，无线电力传输技术日益凸显。如上所述的无线电力传输技术是将电力以无线方式传输到便携式电子设备而不使用有线电缆的技术。
并且，近年来，向如电视和吸尘器等家用电器等无线供电或使其由所供给的无线电力驱动的无线家用电器备受瞩目。由于上述无线家用电器不需要供电线，因此，即使家用电器设置在特定位置，也可以实现简洁的外观，从而可以在室内装饰方面提高美观度。
此外，由于无线家用电器不需要供电线，因此在考虑供电线的长度来将家用电器设置在靠近插座的位置的设置位置选定方面也自由。尤其，在不受供电线的长度的限制时，如吸尘器等可移动家用电器由于其移动距离不受限制而使用性显著提高。
作为这种无线电力传输技术的一例，存在一种自谐振方法，其以使在传输线圈和接收线圈之间在预定频带中发生谐振的方式产生磁场，以传输无线电力。对于这种自谐振方法而言，电力传输距离直接影响到在两个线圈之间产生多大的磁场。
由此，最近，将无线电力接收模块和无线电力传输模块实现为沿着由磁体构成的天线磁心的外周面缠绕线圈的螺线管形状，以便在两个线圈之间产生大磁场。
然而，在实现为螺线管形状的一般无线电力接收模块和无线电力传输模块中，在用作用于无线电力传输的天线的线圈的内部布置有天线磁心，上述天线磁心形成为在整个长度上具有相同的厚度。
由此，缠绕在天线磁心上的线圈必然突出于天线磁心的表面，因此整个厚度与线圈的厚度对应地变厚，在厚度方面有局限性。由此，由于整个厚度变厚，因此存在空间利用受到限制，且传输效率与磁感应方法相比差的问题。
发明内容
技术问题
本发明是鉴于上述问题而研制的，其目的在于提供一种用于无线电力传输的天线磁心及包括其的无线电力传输模块，上述用于无线电力传输的天线磁心以通过将用作用于无线电力传输的天线的导电构件不缠绕的部分的截面积相对大于导电构件缠绕的部分的截面积的方式形成天线磁心，从而，在实现为无线电力传输模块时，接收侧天线磁心和传输侧天线磁心之间的距离可以进一步减少而不增加整体大小。
解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明提供一种用于无线电力传输的天线磁心，其为供用作传输或接收无线电力的天线的导电构件沿长度方向缠绕多次的用于无线电力传输的天线磁心，上述用于无线电力传输的天线磁心的特征在于，上述天线磁心由具有预定长度的磁体构成，包括：第一部分，具有第一截面积；及第二部分，从上述第一部分的端部延伸预定长度，并具有相对大于上述第一截面积的第二截面积，其中，上述导电构件多次缠绕在上述第一部分上。
并且，上述第一部分和第二部分可以具有圆形、多边形、椭圆形、弧形及其组合中的一种截面形状。
并且，上述第二部分可以分别延伸形成在上述第一部分的两端部侧。
并且，上述第一部分和第二部分可以沿着上述天线磁心的长度方向连接，使得上述第一部分和第二部分的中心轴相互一致。此时，上述第二部分可以形成为使得从上述第一部分的外面向垂直于上述中心轴的方向突出的突出厚度等于或大于上述导电构件的线直径。
并且，上述第二部分可以以其中心轴相对于上述第一部分的中心轴偏移的方式连接到上述第一部分。
并且，上述磁体可以为包括铁氧体、聚合物、非晶合金及纳米晶合金中的一种以上的带状薄片中的一种。
并且，在上述天线磁心的外面可以形成有绝缘层。
并且，在上述第一部分的整个长度或一部分长度上可以缠绕上述导电构件。
另一方面，本发明可以实现为一种无线电力传输模块，其特征在于，包括：上述的用于无线电力传输的天线磁心；及用于无线电力传输的天线，具有预定线直径的导电构件沿着上述第一部分的圆周沿长度方向缠绕，以用作传输或接收无线电力的天线。上述无线电力传输模块可以用作无线电力接收模块或无线电力传输模块。
发明的效果
根据本发明，以用作用于无线电力传输的天线的导电构件缠绕的部分的两侧包括具有相对大截面积的部分的方式构成天线磁心，从而，可以增加用于无线电力接收的天线与用于无线电力传输的天线之间的耦合系数，以提高无线电力传输效率。
附图说明
图1为示出本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心的示意图。
图2为图1的A-A方向截面图。
图3为示出应用于本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心的第一部分和第二部分的各种形状的截面图。
图4为示出应用于本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心的第一部分和第二部分的各种布置关系的截面图。
图5为示出包括本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心的无线电力传输模块的示意图。
图6为图5中的B-B方向截面图。
图7a为示出使用本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心来实现的无线电力接收模块和一般螺线管型无线电力传输模块之间的磁场分布的图。
图7b为示出使用具有相同的截面积的天线磁心的一般螺线管型无线电力接收模块和无线电力传输模块之间的磁场分布的图。
图8a为示出使用本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心来实现的无线电力接收模块的电力传输效率的图表。
图8b为示出使用具有相同的截面积的天线磁心的一般螺线管型天线磁心来实现的无线电力接收模块的传输效率的图表。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的普通技术人员轻松实现本发明。本发明可通过多种不同的实施方式实现，并不限定于在本说明书中所说明的实施例。为了明确说明本发明，在附图中省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对于相同或相似的结构要素赋予相同的附图标记。
如图5和图6所示，本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100可以通过将用作用于无线电力传输的天线的导电构件200沿着外面缠绕多次来实现传输或接收无线电力的螺线管形状的无线电力传输模块1。
也就是说，上述用于无线电力传输的天线磁心100可以由具有预定长度的磁体构成且布置在导电构件200的内部，上述导电构件200以线圈形状缠绕多次来用作用于无线电力传输的天线。
由此，上述用于无线电力传输的天线磁心100可以在整体上支撑沿长度方向缠绕多次的上述导电构件200的同时提高感应至上述导电构件200的磁场的磁场聚焦度。
作为一例，上述磁体可以为包括铁氧体、聚合物、非晶合金及纳米晶合金中的一种以上的带状薄片，上述铁氧体可以为Ni-Zn或Mn-Zn铁氧体。然而，上述磁体的种类不限于此，而可以使用能够用作天线磁心的所有已知磁体。
此时，本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100可以形成为具有在整个长度中一部分的长度相对于大于剩余部分的截面积。
作为一例，如图1和图2所示，上述用于无线电力传输的天线磁心100可以包括具有在整个长度中相对小的第一截面积的第一部分110和具有比上述第一部分110相对大的第二截面积的第二部分120，且上述导电构件200可以缠绕在具有相对小的第一截面积的第一部分110上。
具体而言，具有比上述第一部分110相对大的第二截面积的第二部分120可以从上述第一部分110的端部延伸预定长度，且分别形成在上述第一部分110的两端部侧。
在本发明中，可以在上述第一部分110的整个长度上缠绕上述导电构件200，或也可以在上述第一部分110的整个长度中一部分长度上缠绕上述导电构件200。
而且，如图3所示，具有相互不同的截面积的第一部分110和第二部分120的截面形状可以为圆形、多边形、椭圆形、弧形及其组合中的一种形状。
此外，如图4所示，上述第一部分110和上述第二部分120的截面形状可以彼此相同或不同。
由此，当上述第二部分120设置在上述第一部分110的一端部或两端部侧时，如图2所示，具有比上述第一部分110的截面积相对大的截面积的第二部分120的至少一部分可以从上述第一部分110的外面沿着垂直于长度方向的方向以预定厚度t1、t2突出。
由此，上述第一部分110的外面和上述第二部分120的外面的至少一部分可以沿外围方向形成台阶面，在导电构件200缠绕在上述第一部分110上时，可以通过突出厚度t1、t2容纳缠绕在上述第一部分110上的导电构件200的厚度。
此时，具有彼此不同的截面积的第一部分110和第二部分120可以以使上述第一部分110和第二部分120的中心轴相互一致的方式形成(参照图2、图4的(c)部分和图4的(e)部分)。
在本发明中，上述中心轴的方向可以为与用于无线电力传输的天线磁心100的长度方向平行的方向，且可以为经过上述用于无线电力传输的天线磁心100的中心的虚拟的直线。
由此，上述第二部分120可以从上述第一部分110的端部相对于上述第一部分110的整个外围以预定的厚度突出，在上述第一部分110和第二部分120的截面形状相同时，从上述第一部分110的表面突出的第二部分120的厚度可以为彼此相同的厚度。
此时，从上述第一部分110的表面向垂直于上述中心轴的方向突出的上述第二部分的突出厚度t1、t2可以为等于或大于上述导电构件200的线直径的厚度。
由此，缠绕在上述第一部分110的导电构件200的厚度可以通过上述第二部分的突出厚度t1、t2被容纳。也就是说，根据本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100，即使将缠绕上述导电构件200的第一部分110的整个厚度设置成与现有厚度相同，也可以实现用于缠绕导电构件200的有效空间使用。
此外，通过将未缠绕上述导电构件200的第二部分120的厚度增加至至少相当于导电构件200的线直径的厚度，可以增加感应至上述导电构件200的磁场量。
也就是说，在本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100实现为无线电力传输模块时，可以增加感应至用于无线电力传输的天线侧的磁场量。
这可以通过图7a和图7b确认。图7a为示出在无线电力接收模块和无线电力传输模块都应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中感应至用于无线电力传输的天线的磁场的分布的图，且图7b为示出在无线电力接收模块和无线电力传输模块都应用了现有的用于无线电力传输的一般天线磁心的形式的无线电力传输系统中感应至用于无线电力传输的天线的磁场的分布的图。
也就是说，如由图7a和图7b可见，在应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中，在相同的条件下，与应用了现有的用于无线电力传输的一般天线磁心的形式的无线电力传输系统相比，感应至用于无线电力传输的天线的磁场量相对大，且在更广泛的范围产生磁场。
换句话说，可以确认在应用了用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中，感应至用于无线电力传输的天线的磁场量与现有无线电力传输系统相比相对大，因此能够产生更大的磁场。
由此，在本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100中，即使将导电构件200以与以往相同的匝数缠绕在上述第一部分110上，也与现有天线磁心相比增加互感值，由此可以提高无线电力传输效率。
并且，在使用本发明的用于无线电力传输的天线磁心100来实现无线电力传输模块时，可以将未缠绕上述导电构件200的第二部分120的厚度增加至相当于导电构件200的线直径的厚度。由此，以螺线管形状实现的无线电力接收模块的天线磁心或无线电力传输模块的天线磁心之间的距离通过上述第二部分120相对变近。
由此，可以通过增加以线圈形状实现的用于无线电力接收的天线和用于无线电力传输的天线之间的耦合系数来提高无线电力传输效率。
作为一例，在使用本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100来实现螺线管形状的无线电力接收模块和无线电力传输模块中的至少一种时，与使用在整个长度上具有相同的截面积的杆状天线磁心来都实现螺线管形状的无线电力接收模块和无线电力传输模块的以往相比，即使将无线电力传输模块和无线电力接收模块隔开彼此相同的距离，也应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式与以往相比，在无线电力接收模块的天线磁心和无线电力传输模块的天线磁心之间的距离可以与上述第二部分120的突出厚度t1、t2对应地变近。
也就是说，应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的无线电力传输系统与应用了现有的用于无线电力传输的天线磁心的无线电力传输系统相比，即使将用于无线电力传输的天线和用于无线电力接收的天线隔开彼此相同的距离，也如上所述天线磁心之间的距离可以通过上述第二部分120的突出厚度变近。
由此，可以增加以线圈形状实现的用于无线电力接收的天线和用于无线电力传输的天线之间的耦合系数，以提高无线电力传输效率。
这可以通过图8a和图8b确认。图8a为示出在无线电力接收模块和无线电力传输模块都应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中的传输效率，且图8b为示出在无线电力接收模块和无线电力传输模块都应用了现有的用于无线电力传输的一般天线磁心的形式的无线电力传输系统中的传输效率。
也就是说，如由图8a和图8b可见，在应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中，在相同的负荷条件下，传输效率与应用了现有的用于无线电力传输的一般天线磁心的无线电力传输系统相比更高，即使发生负荷变化，也能够获得与以往相比更高的传输效率。此外，在应用了本发明的用于无线电力传输的天线磁心100的形式的无线电力传输系统中，即使发生频率变化，也保持恒定的传输效率或波动宽度小的间隔比以往相比相对宽，因此能够稳定地实现高传输效率。
另一方面，在本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100中，上述第一部分110和第二部分120的布置关系不受限制，上述第一部分110和第二部分120也可以以上述第二部分120的中心轴相对于上述第一部分110的中心轴具有预定间隔的方式偏移来连接(参照图4的(a)部分、(b)部分、(d)部分及(f)部分)。
并且，在本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100的外面可以形成用于防止与上述导电构件200之间的短路的绝缘层(图中未示出)。如上所述的绝缘层可以仅形成在上述第一部分110的外面上，或也可以均形成在第一部分110和第二部分120上。此外，上述绝缘层可以具有涂覆有如环氧树脂等的绝缘材料的形式，或也可以是绝缘带。
如上所述，在本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100中，如图5所示，具有预定线直径的导电构件200以线圈形状沿长度方向多次缠绕在上述第一部分110上，以能够实现螺线管形状的无线电力传输模块1。
其中，上述导电构件200可以用作用于传输或接收无线电力的用于无线电力传输的天线，且可以以在阻抗匹配的两个LC电路之间传输功率的自谐振方式操作，且在几十kHz至几十MHz之间适当地选择使用频率。然而，用作用于无线电力传输的天线的上述导电构件200的操作方法不限于此，也可以用作通过已知的磁感应方式操作的天线。
作为具体的一例，上述无线电力传输模块1可以用作耦合到电源以传输无线电力的无线电力传输模块，也可以用作用于接收从无线电力传输模块传输的无线电力的无线电力接收模块。此外，用于无线电力传输的天线磁心100还可包括通常为了传输或接收无线电力所需的如整流部等电路部和其他配置。
如上所述，在包括本发明的一实施例的用于无线电力传输的天线磁心100的无线电力传输模块1实现为无线电力接收模块时，可以包括在电子设备中。由此，可以以通过无线方式接收电力而不使用电缆并通过所接收的电力驱动。作为一例，上述电子设备可以为如电视、冰箱、清洁器、计算机等家用电器，也可以为需要供电线的医疗设备、工业设备等。
如上对本发明的一实施例进行说明，但本发明的主旨并不限于本发明中公开的实施例，本领域所属的普通技术人员在相同主旨范围内，可通过对构成要件的附加、修改、删除、增加等容易地提出其它实施例，而这些属于本发明的主旨范围。
Claims (4)
1.一种用于无线电力传输的天线磁心，其应用于无线电力传输系统，在上述无线电力传输系统中，无线电力接收模块和无线电力传输模块均设置为螺线管形状，上述无线电力接收模块的用于无线电力传输的天线磁心和上述无线电力传输模块的用于无线电力传输的天线磁心沿长度方向彼此平行地设置，其为供用作传输或接收无线电力的天线的导电构件沿上述用于无线电力传输的天线磁心的长度方向缠绕多次的用于无线电力传输的天线磁心，上述用于无线电力传输的天线磁心的特征在于，上述天线磁心由具有预定长度的磁体构成，上述磁体为包括铁氧体、聚合物、非晶合金及纳米晶合金中的一种以上的带状薄片中的一种，上述天线磁心包括：
第一部分，具有第一截面积；及
一对第二部分，从上述第一部分的两端部分别延伸预定长度，并具有相对大于上述第一截面积的第二截面积，
其中，上述导电构件沿长度方向多次缠绕在上述第一部分上，
上述第二部分形成为使得从上述第一部分的外面向垂直于上述第一部分的长度方向突出的突出厚度等于或大于上述导电构件的线直径，
上述第一部分和第二部分沿长度方向连接，使得上述第一部分和第二部分的中心轴相互一致，
上述第一部分和第二部分具有圆形、多边形、椭圆形、弧形及其组合中的一种截面形状。
2.根据权利要求1所述的用于无线电力传输的天线磁心，其特征在于，在上述天线磁心的外面形成有绝缘层。
3.根据权利要求1所述的用于无线电力传输的天线磁心，其特征在于，在上述第一部分的整个长度或一部分长度上缠绕上述导电构件。
4.一种无线电力传输模块，其特征在于，包括：
权利要求1至3 中任一项所述的用于无线电力传输的天线磁心；及
用于无线电力传输的天线，具有预定线直径的导电构件沿着上述第一部分的圆周沿长度方向缠绕，以用作传输或接收无线电力的天线。
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