CN114630762A - 无线充电装置及包括其的移动工具 - Google Patents

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Abstract

如一实施方式所述的无线充电装置包括布置在磁性单元内部或邻近部分处的流体通道，且其具有流入流体通道以接触磁性单元的冷却流体，并因此可以容易地释放无线充电期间产生的热量。因此，无线充电装置可以有效用于例如电动车等需要在发射器和接收器之间进行大容量电能传输的移动工具中。

Description

无线充电装置及包括其的移动工具
技术领域
实施例涉及无线充电装置及包括其的移动工具。更具体地，实施例涉及通过散热结构来提升充电效率的无线充电装置及包括其的例如电动车的移动工具。
背景技术
近年来，信息和通信领域正在快速发展，全面结合了电力、电子、通信和半导体的各种技术也正在持续发展。此外，随着电子装置的移动性增强，通信领域中正在积极开展对无线通信和无线电能传输技术的研究。特别是，正在积极开展对将电能无线传输至电子装置的方法的研究。
无线电能传输是指，在提供电能的发射器和接收电能的接收器之间无物理接触的情况下，使用电感耦合、电容耦合或诸如天线的电磁场谐振结构来在空间中无线传输电能。无线电能传输适用于需要大容量电池的便携式通信装置、电动车等等。由于触点不外露，故其短路风险很小，可以防止出现有线方式中的充电失败现象。
同时，由于近年来对电动车的关注快速增长，因此对充电基础设施建设的关注也正在增加。例如使用家用充电器、电池更换、快速充电装置和无线充电装置来为电动车充电的多种充电方式已经出现。一种新的充电商业模式也已经开始出现(参见韩国公开专利，公开号2011-0042403)。此外，测试中的电动车和充电站也开始在欧洲脱颖而出。在日本，由汽车制造商和电力公司牵头，电动车和充电站正在进行试点。
[现有技术文献]
(专利文献1)韩国公开专利，公开号2011-0042403
发明内容
技术问题
传统的电动车无线充电装置中，磁性材料设置在与线圈相邻的位置，以提升无线充电效率，并且用于屏蔽的金属板设置为与磁性材料相隔预设间隔。
在无线充电运行期间，无线充电装置因线圈电阻和磁性材料的磁损耗而发热。特别是，无线充电装置中磁性材料靠近线圈、具有高电磁波能量密度的部分会发热。其产生的热量会改变磁性材料的磁特性，并会导致发射器和接收器之间阻抗失配，从而降低充电效率。结果，反而加剧了发热。然而，由于此类无线充电装置安装在电动车的下部，故其使用密封结构来防尘、防水和减震。因此，难以设置散热结构。
从本发明人获得的研究成果中，已经发现如果在无线充电装置所采用的磁性单元内部或附近设置通道，则可以容易地通过制冷剂释放热量。
因此，本实施例解决的问题是，提供散热性增强的无线充电装置及包括其的移动工具。
解决问题的方案
如一实施例所述，提供一种无线充电装置，该无线充电装置包括线圈单元；设置在线圈单元之上的屏蔽单元；设置在线圈单元和屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在磁性单元内部或附近的通道，其中，用于冷却的流体被引入通道并与磁性单元相接触。
如另一实施所述，提供一种移动工具，该移动工具包括无线充电装置，其中，无线充电装置包括线圈单元；设置在线圈单元之上的屏蔽单元；设置在线圈单元和屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在磁性单元内部或附近的通道，且用于冷却的流体被引入通道并与磁性单元相接触。
发明的有益效果
由于如实施例所述的无线充电装置包括设置在磁性单元内部或附近的通道，且用于冷却的流体被引入通道并与磁性单元相接触，因此可以容易地释放出无线充电期间产生的热量。
因此，无线充电装置可以有利地用于需要在发射器和接收器之间进行大容量电能传输的电动车中。
附图说明
图1a为如一实施例所述的无线充电装置的分解透视图。
图1b为如一实施例所述的无线充电装置的剖视图。
图2为如另一实施例所述的无线充电装置的剖视图。
图3a为如又一实施例所述的无线充电装置的剖视图。
图3b为如一实施例所述的空气循环单元的平面图。
图4a为如又一实施例所述的无线充电装置的剖视图。
图4b和4c分别为如一实施例所述的磁性单元的的透视图和平面图。
图4d为如另一实施例所述的磁性单元的平面图。
图4e为如又一实施例所述的磁性单元的平面图。
图5为如又一实施例所述的无线充电设备的剖视图。
图6为如又一实施例所述的无线充电装置的分解透视图。
图7a为其中包括微通道的磁性单元的平面图。
图7b例示了通过模具形成磁性单元的过程。
图8a至8b分别为如又一实施例所述的无线充电装置的剖视图。
图9示出了应用无线充电装置的电动车的示例。
图10示出了以无线充电装置作为接收器的电动车。
<附图标记说明>
1：移动工具(电动车)
2：注塑机 3：模具
15：冷却器 16：连接通道
21：接收器 22：发射器
100、100'、200、300、400、500、600：无线充电装置
110、110'、210、310、410、510、610：线圈单元
120、120'、220、320、420、420a、420b、420c、520、620：磁性单元
130、130'、230、330、430、530、630：屏蔽单元
140、140'、240、340、440、540：空气循环单元
145、245、345、445、555：空气(流体)
160、560,660：支撑单元
270、370、470：入口管 280、380、480：出口管
390：导流壁
490：孔 495a、495b、495c：冷却通道
501、601：外壳 621：原料组成成分
640：散热单元 695：微通道
670：入口 680：出口
具体实施方式
以下对实施例的描述中，在提到元件形成于另一元件“之上”或“之下”的情况时，其不仅意味着一个元件直接地形成于另一元件“之上”或“之下”，还意味着一个元件间接地形成于另一元件之上或之下，其间插入有其他元件(单数或复数个其他元件)。
此外，有关每个元件的术语之上或之下可以参考附图。为便于说明，附图中个别元件的大小进行了扩大描绘，他们可能不同于实际大小。
本说明书自始至终，在提及部件“包括”元件时，其应当理解为可以包括其他元件而非排除包括其他元件的可能，除非另有明确说明。
此外，除非另有指示，本文中所使用的表示元件物理特性、尺寸等诸如此类的所有数字均应理解为由术语“约”进行修饰。
在本说明书中，除非另有说明，否则单数表达应理解为包括单数或复数表达，根据上下文进行解释。
无线充电装置
如实施例所述的无线充电装置包括线圈单元；设置在线圈单元之上的屏蔽单元；设置在线圈单元和屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在磁性单元内部或附近的通道，其中，用于冷却的流体被引入通道并与磁性单元相接触。
作为示例，无线充电装置可以包括设置在磁性单元和屏蔽单元之间作为通道的空气循环单元。可以将作为冷却流体的空气引入空气循环单元并使其直接接触磁性单元的表面。
参见图1a和1b，无线充电装置(100、100’)包括线圈单元(110、110’)，线圈单元(110、110’)包括导线；设置在线圈单元(110、110’)一侧的磁性单元(120、120’)；与磁性单元(120、120’)间隔而形成的屏蔽单元(130、130’)；以及设置在磁性单元(120、120’)和屏蔽单元(130、130’)之间的空气循环单元(140、140’)，其中，空气(145)被引入空气循环单元(140、140’)并直接接触磁性单元(120、120’)的表面。引入空气循环单元(140、140’)的空气可以是由外部空调系统供应的空气。
空调系统可以包括车辆的散热、通风和冷却系统。具体地，其可以包括汽车空调。
由于如实施例所述的无线充电装置包括空气循环单元，使得从外部引入的空气能够通过空气循环单元进行循环并直接接触磁性单元的表面，因此，可以在将磁性单元中产生的热量循环并释放至外部的同时提升散热特性和充电效率。此外，由于引入空气循环单元的空气是由外部空调系统供应的空气，因此可以解决由于潮湿而导致的磁性单元劣化的问题。
此外，参见图5，无线充电装置可以进一步包括用于支撑线圈单元(510)的支撑单元(560)和用于容纳部件的外壳(501)。
作为另一示例，无线充电装置可以包括设置在磁性单元内部作为通道的微通道。
参见图6，如实施例所述的无线充电装置(600)包括线圈单元(610)，线圈单元(610)包括导线；设置在线圈单元(610)之上的屏蔽单元(630)；设置在线圈单元(610)和屏蔽单元(630)之间的磁性单元(620)；以及设置在磁性单元(620)内部或附近的微通道(695)。
由于如实施例所述的无线充电装置包括设置在磁性单元内部或附近的通道，因此可以容易地通过制冷剂释放热量。具体地，由于磁性单元内部形成有微通道，并且作为制冷剂的气态或液态流体与外部冷却器相连以进行循环，因此可以容易地将磁性单元中产生的热量释放至外部。
下文将详细描述无线充电装置的每个构成元件。
线圈单元
线圈单元可以包括导线。
导线包括导电材料。例如，导线可以包括导电金属。具体地，导线可以包括选自铜、镍、金、银、锌和锡中的至少一种金属。
此外，导线可以具有绝缘护套。例如，绝缘护套可以包括绝缘聚合树脂。具体地，绝缘护套可以包括聚氯乙烯(PVC)树脂、聚乙烯(PE)树脂、特氟龙树脂、硅树脂、聚氨酯树脂等。
导线的直径可以为，例如1mm至10mm、1mm至5mm或1mm至3mm。
可以将导线缠绕为平面线圈的形式。具体地，平面线圈可以包括平面螺旋线圈。此外，线圈的平面形状可以为圆形、椭圆形、多边形或具有圆角的多边形状，但其并不特定局限于此。
平面线圈的外径可以为5cm至100cm、10cm至50cm、10cm至30cm、20cm至80cm或50cm至100cm。作为具体示例，平面线圈的外径可以为10cm至50cm。
此外，平面线圈的内径可以为0.5cm至30cm、1cm至20cm或2cm至15cm。
平面线圈的匝数可以为5至50次、10至30次、5至30次、15至50次或20至50次。作为具体示例，平面线圈可以通过将导线缠绕10至30次形成。
此外，平面线圈形状的导线之间的距离可以为0.1cm至1cm、0.1cm至0.5cm或0.5cm至1cm。
在上述平面线圈的优选尺寸和规格范围内，其可适用于例如电动车等需要大容量输电的领域。
线圈单元可以设置为以预设间隔与磁性单元相隔开。例如，线圈单元和磁性单元之间的间隔距离可以为0.2mm或以上、0.5mm或以上、0.2mm至0.3mm或0.5mm至1.2mm。
屏蔽单元
屏蔽单元设置在线圈和磁性单元之上。
屏蔽单元通过电磁屏蔽抑制可能由电磁波泄露至外部而产生的电磁干扰(EMI)。
屏蔽单元可以设置为以预设间隔与线圈单元相隔开。例如，屏蔽单元和线圈单元之间的间隔距离可以为10mm或以上或15mm或以上，具体地，10mm至30mm或10mm至20mm。
此外，屏蔽单元可以设置为以预设间隔与磁性单元相隔开。例如，屏蔽单元和磁性单元之间的间隔距离可以为3mm或以上、5mm或以上、3mm至10mm或4mm至7mm。
屏蔽单元的材料可以为，例如金属。因此，屏蔽单元可以为金属板，但其并不特定局限于此。作为具体示例，屏蔽单元的材料可以为铝。其他具有电磁波屏蔽能力的金属或合金材料也可以使用。
屏蔽单元的厚度可以为0.2mm至10mm、0.5mm至5mm或1mm至3mm。此外，屏蔽单元的面积可以为200cm2或以上、400cm2或以上或600cm2或以上。
磁性单元
磁性单元设置在线圈单元与屏蔽单元之间。
磁性单元可以设置为以预设间隔与线圈单元相隔开。例如，磁性单元和线圈单元之间的间隔距离可以为0.2mm或以上、0.5mm或以上、0.2mm至0.3mm或0.5mm至1.5mm。
磁性单元可以为包括粘合剂树脂和磁性粉末的聚合物型磁性材料。或者，磁性单元可以为铁氧体基磁性材料，例如，烧结铁氧体基磁性材料。或者，磁性单元可以包括金属磁性材料，例如，纳米晶体磁性材料。或者，磁性单元可以为聚合物型磁性材料、铁氧体基磁性材料和纳米晶体磁性材料中的两种或以上的复合材料。
聚合物型磁性材料
磁性单元可以包括磁性粉末和粘合剂树脂。
具体地，磁性单元可以包括粘合剂树脂和分散在粘合剂树脂中的磁性粉末。结果是，由于磁性粉末通过粘合剂树脂相互结合，因此磁性单元在大面积上可以缺陷较少，并且冲击对其造成的损坏会较小。
磁性粉末可以为氧化物基磁性粉末、金属基磁性粉末及其混合粉末。例如，氧化物基磁性粉末可以为铁氧体基粉末，具体地，Ni-Zn基、Mg-Zn基或Mn-Zn基铁氧体粉末。此外，金属基磁性粉末可以为Fe-Si-Al合金磁性粉末或Ni-Fe合金磁性粉末，更具体地，铁硅铝粉粉末或坡莫合金粉末。
作为示例，磁性粉末的成分可以如下式1。
[式1]
Fe1-a-b-c Sia Xb Yc
在上式中，X为Al、Cr、Ni、Cu或其组合；Y为Mn、B、Co、Mo或其组合；0.01≤a≤0.2、0.01≤b≤0.1且0≤c≤0.05。
此外，磁性粉末可以为纳米晶体磁性粉末。例如，其可以为Fe基纳米晶体磁性粉末。具体地，其可以为Fe-Si-Al基纳米晶体磁性粉末、Fe-Si-Cr基纳米晶体磁性粉末或Fe-Si-B-Cu-Nb基纳米晶体磁性粉末。
磁性粉末的平均粒径的范围可以为约3nm至1mm、约1μm至300μm、约1μm至50μm或约1μm至10μm。
磁性单元可以包括的磁性粉末的量为其重量的10％或以上、其重量的50％或以上、其重量的70％或以上或其重量的85％或以上。
例如，磁性单元可以包括的磁性粉末的量为其重量的10％至其重量的99％、其重量的10％至其重量的95％、其重量的50％至其重量的95％、其重量的50％至其重量的92％、其重量的70％至其重量的95％、其重量的80％至其重量的95％或其重量的80％至其重量的90％。
粘合剂树脂的示例包括聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS)树脂、聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)树脂、聚醚醚酮(polyether etherketone，PEEK)树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、异氰酸酯树脂和环氧树脂，但其并不局限于此。
例如，粘合剂树脂可以为可固化树脂。具体地，粘合剂树脂可以为光固化树脂和/或热固性树脂。特别是，可以为能够在固化时表现出粘合性的树脂。更具体地，可以作为粘合剂树脂的树脂包括至少一个能够热固化的官能团或部分，例如缩水甘油基、异氰酸酯基、羟基、羧基或酰胺基；或至少一个能够被活性能量固化的官能团或部分，例如环氧基、环醚基、硫醚基、缩醛基或内酯基。此种官能团或部分可以为例如异氰酸酯基(-NCO)、羟基(-OH)或羧基(-COOH)。
或者，粘合剂树脂可以为热塑性树脂。具体地，其可以为高耐热性热塑性树脂。
磁性单元可以包括的树脂的量为其重量的5％至其重量的40％、其重量的5％至其重量的20％、其重量的5％至其重量的15％或其重量的7％至其重量的15％。
此外，基于其重量来说，磁性单元可以包括为其重量的6％至其重量的12％的聚氨酯类树脂、为其重量的0.5％至其重量的2％的异氰酸酯类固化剂和为其重量的0.3％至其重量的1.5％的环氧树脂，以作为粘合剂树脂。
磁性单元可以为通过如模具模制的方法制备的磁块。例如，磁性单元可以是一种通过模具模制成的三维结构。可以通过混合磁性粉末和粘合剂树脂并通过注射成型将其注射至模具中以模制成三维结构来获得此种磁块。
具体地，可以通过注射成型来将磁性单元的原材料注射至模具中以进行模制。更具体地，可以通过混合磁性粉末和聚合物树脂成分以获得原材料组成成分，然后通过如图7b所示的注塑机(2)将原材料组成成分(621)注入模具(3)中来制备磁性单元。在这种情况下，可以将模具(3)的内部形状设计为三维结构，从而可以容易地使磁性单元的三维结构得以实现。在用传统的烧结铁氧体片作为磁性单元时，这种工艺可能很难实现。
铁氧体基磁性材料
铁氧体基磁性材料可以包括例如表示为MOFe2O3的氧化物(其中M为一个或以上二价金属元素，例如Mn、Zn、Cu和Ni)。考虑到如导磁率等的磁特性，铁氧体基磁性材料优选为烧结体。可以通过混合原料，然后进行煅烧、粉碎、与粘合剂树脂混合、成型和烧结来将铁氧体基磁性材料制备成片状或块状。
更具体地，铁氧体基磁性材料可以为Ni-Zn基、Mg-Zn基或Mn-Zn基铁氧体。特别是，在频率为85kHz、温度范围为室温至100℃或更高时，Mn-Zn基铁氧体可以表现出高导磁率、低导磁率损失和高饱和磁通密度。
Mn-Zn基铁氧体包括66％摩尔至70％摩尔的Fe2O3、10％摩尔至20％摩尔的ZnO、8％摩尔至24％摩尔的MnO、0.4％摩尔至2％摩尔的NiO作为主要成分，并且进一步包括SiO2、CaO、Nb2O5、ZrO2、SnO等诸如此类作为额外的次要成分。可以通过以预设摩尔比例混合主要成分、将其在800℃至1100摄氏度的温度下在空气中煅烧1小时至3小时、向其中添加次要成分并将其磨碎、将其与适量例如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)的粘合剂树脂混合、使用压力机加压成型并升温至1200℃至1300℃烧结2小时或更久来将Mn-Zn基铁氧体制备成片状或块状。其后，若有需要，则使用线锯或水射流进行加工并切割为所需的尺寸。
纳米晶体磁性材料
磁性单元可以包括纳米晶体磁性材料。若使用纳米晶体磁性材料作为磁性单元，则与线圈距离越远，即使线圈的电感(Ls)降低，电阻(Rs)也越低。因此，线圈的品质因素(Q值：Ls/Rs)增加，其可以提升充电效率并减少发热。
例如，磁性单元可以为Fe基纳米晶体磁性材料。具体地，其可以为Fe-Si-Al基纳米晶体磁性材料、Fe-Si-Cr基纳米晶体磁性材料或Fe-Si-B-Cu-Nb基纳米晶体磁性材料。
更具体地，磁性单元可以为Fe-Si-B-Cu-Nb基纳米晶体磁性材料。在这种情况下，优选Fe的元素占比为70％至85％、Si和B的元素总和占比为10％至29％并且Cu和Nb的元素总和占比为1％至5％(其中，元素占比％是指具体元素的数量占构成磁性单元的元素总数的百分比)。在上述组成范围内，可以容易地通过热处理使Fe-Si-B-Cu-Nb基合金形成纳米晶体磁性材料。
纳米晶体磁性材料是通过例如对Fe基合金进行熔融纺丝的快速凝固工艺(rapidsolidification process，RSP)来制备的。其可以通过在300℃至700℃的温度范围内进行30分钟至2小时的零场热处理来制备。
如果热处理温度低于300℃，则不能充分形成纳米晶体，从而无法获得所需的需要进行较长热处理的导磁率。如果其超过700℃，则过度的热处理可能会严重降低导磁率。此外，在热处理温度低时，处理时间会长。另一方面，在热处理温度高时，优选处理时间会缩短。
纳米晶体磁性材料的厚度可以为15μm至150μm。同时，限于制备工艺的特性，很难制备厚的纳米晶体磁性材料。例如，其可以形成厚度为15μm至35μm的薄片。因此，可以将若干此种薄膜片进行层压，以形成磁性单元。在这种情况下，可以在薄片之间插入粘合剂层，例如胶带。
此外，可以在制造工序结束时通过压力辊等碾压纳米晶体磁性材料，以在薄片中形成多个裂纹，从而可以将其制成为包括多个纳米晶体细片。
纳米晶体磁性材料在用于电动车无线充电的标准频率附近可以具有在一定范围内的磁特性。
例如，纳米晶体磁性材料在85kHz频率处可以具有500至150000的导磁率和100至50000的导磁率损失。作为示例，在磁性单元包括碾碎的纳米晶体磁性材料时，其在85kHz频率处可以具有500至3000的导磁率和100至1000的导磁率损失。作为另一示例，在磁性单元包括未碾碎的纳米晶体磁性材料时，其在85kHz频率处可以具有10000至150000的导磁率和1000至10000的导磁率损失。
磁性单元的面积和厚度
磁性单元可以为磁片、磁片层压体或磁块结构。
磁性单元可以具有较大面积。具体地，其面积可以为200cm2或以上、400cm2或以上或600cm2或以上。此外，磁性单元的面积可以为10000cm2或以下。
可以通过组合多个单元磁性材料来配置面积较大的磁性单元。在这种情况下，单个单元磁性材料的面积可以为60cm2或以上、90cm2或以上或95cm2至900cm2。
磁片的厚度可以为15μm或以上、50μm或以上、80μm或以上、15μm至150μm、15μm至35μm或85μm至150μm。可以通过制备常规薄膜或片材的方法来制备此种磁片。
磁片层压体可以为层压的20或以上或50或以上的磁性片材。此外，磁片层压体可以为层压的150或以下或100或以下的磁性片材。
磁块的厚度可以为1mm或以上、2mm或以上、3mm或以上或4mm或以上。此外，磁块的厚度可以为6mm或以下。
可以通过例如注塑成型等方法来制备磁块。
磁性单元的磁特性
磁性单元在用于电动车无线充电的标准频率附近可以具有在一定范围内的磁特性。
电动车无线充电的标准频率可以低于100kHz，例如，79kHz至90kHz，具体地，81kHz至90kHz，更具体地，约85kHz。其是不同于应用在例如手机等移动电子装置上的频率的频段。
磁性单元在85kHz频率处的导磁率可以根据材料而变化。根据具体材料，其可以为5或以上，例如，5至150000，并且具体范围可以是5至300、500至3500或10000至150000。此外，磁性单元在85kHz频率处的导磁率损失可以根据材料而变化。根据具体材料，其可以为0或以上，例如，0至50000，并且具体可以是0至1000、1至100、100至1000或5000至50000。
作为具体示例，当磁性单元为包括磁性粉末和粘合剂树脂的聚合物型磁性单元时，在85kHz频率处，其导磁率可以为例如5至130、15至80或10至50，并且其导磁率损失可以为0至20、0至15或0至5。
磁性单元的物理特性
磁性单元可以以一定比例进行伸长。例如，磁性单元的伸长率可以为0.5％或以上。未应用聚合物的陶瓷基磁性材料很难具备延长特性。即使面积较大的磁性单元因冲击而变形，其也可以减少损坏。具体地，磁性单元的伸长率可以为0.5％或以上、1％或以上或2.5％或以上。伸长率的上限不作特别限制。然而，如果以增加聚合物树脂的含量来提高伸长率，则磁性单元的电感等特性可能会变差。因此，伸长率优选为10％或以下。
磁性单元在冲击前后特性变化率小，且其特性变化率明显优于传统的铁氧体磁性片材的特性变化率。在本说明书中，冲击前后的某些特性的变化率(％)可以通过下式计算。
特性变化率(％)＝|冲击前特性值—冲击后特性值|/冲击前特性值×100
例如，当磁性单元从1m高度自由下落时，其冲击前后的电感的变化率可以低于5％或3％或更少。更具体地，电感的变化率可以为0％至3％、0.001％至2％或0.01％至1.5％。在上述范围内，由于冲击前后的电感的变化率相对较小，故可以进一步提升磁性单元的稳定性。
此外，当磁性单元从1m高度自由下落时，在冲击前后，其Q值(Ls/Rs)的变化率可以为0％至5％、0.001％至4％或0.01％至2.5％。在上述范围内，由于冲击前后的特性的变化率小，故可以进一步提升磁性单元的稳定性和抗冲击性。
此外，当磁性单元从1m高度自由下落时，在冲击前后，其电阻的变化率可以为0％至2.8％、0.001％至1.8％或0.1％至1.0％。在上述范围内，即使反复应用于真实冲击和震动的环境中，电阻值也能很好地保持在一定水平以下。
此外，当磁性单元从1m高度自由下落时，在冲击前后，其充电效率的变化率可以为0％至6.8％、0.001％至5.8％或0.01％至3.4％。在上述范围内，即使大面积磁性单元反复受到冲击和变形，其也能更稳定地保持其特性。
空气循环单元
无线充电装置可以包括设置在磁性单元和屏蔽单元之间作为通道的空气循环单元。
在具有代表性的电动车无线充电装置中，为了防止出现由于产生抗磁场而使充电效率突然下降的问题，将屏蔽单元设置为与磁性单元间隔一定距离。结果是，可以在磁性单元和屏蔽单元之间的空余空间中设置空气循环单元。由于从外部引入的空气直接接触磁性单元的表面后会释放至外部，因此可以对磁性单元中产生的热量进行循环，从而提升散热特性和充电效率。此外，由于引入空气循环单元的空气可以是由外部空调系统供应的空气，因此可以解决由于潮湿而导致的磁性单元劣化的问题。
引入空气循环单元的空气可以直接接触磁性单元的表面。此外，引入空气循环单元的空气可以直接接触屏蔽单元的表面。此外，引入空气循环单元的空气可以直接接触磁性单元和屏蔽单元的表面。
空气循环单元内部的温度可以为5℃至50℃。例如，其可以为10℃至40℃、10℃至30℃、20℃至40℃、10℃至25℃或15℃至30℃。
此外，空气循环单元内部的湿度可以为30％至80％。例如，其可以为30％至70％、50％至60％、30％至60％或40％至65％。如果空气循环单元内部的湿度满足上述范围，则不仅可以提升散热特性，还可以最小化可能由高湿度引起的磁性单元劣化的问题。
由于如本发明实施例所述的无线充电装置包括空气循环单元，该空气循环单元中由外部空调系统供应的空气直接接触磁性单元的表面并进行循环，因此相较于不包括此种空气循环单元的无线充电设备，其可以将充电效率提升0.1％或以上，具体地，0.2％至10％，更具体地，0.5％至5％。此外，其可以防止由于磁性单元和线圈产生的热量而可能导致的对相邻电路的机械损坏。
空气循环单元的应用
图2，3a至4a分别为包括空气循环单元的各种无线充电装置(200、300、400)的剖视图。
根据示例，如图2所示，其可以进一步包括连接以使空气能被引入空气循环单元(240)的入口管(270)和连接以使来自空气循环单元(240)的空气能被排出的出口管(280)，二者均设置在空气循环单元(240)的一侧或两侧。。
具体地，无线充电装置(200)包括线圈单元(210)，线圈单元(210)包括导线；设置在线圈单元(210)一侧的磁性单元(220)；与磁性单元(220)间隔而形成的屏蔽单元(230)；以及设置在磁性单元(220)和屏蔽单元(230)之间的空气循环单元(240)，空气循环单元(340)中空气直接接触磁性单元(220)的表面，其中，其可以进一步包括连接以使空气能被引入空气循环单元(240)的入口管(270)和连接以使来自空气循环单元的空气能被排出的出口管(280)，二者均设置在空气循环单元(240)的一侧或两侧。
更具体地，空气循环单元(240)与磁性单元(220)的一侧相接触，空气循环单元(240)中从外部空调系统供应的空气(245)可以通过入口管(270)被引入空气循环单元(240)，并且引入的空气可以在空气循环单元(240)中进行循环，以将磁性单元(220)中产生的热量通过出口管(280)释放至外部。在这种情况下，通过入口管(270)引入的空气可以直接接触屏蔽单元(230)的表面。此外，如果通过入口管(270)引入的空气可以直接接触屏蔽单元(230)的表面和磁性单元(220)的表面，则可以最大化散热效果。只要不影响本发明的效果，入口管(270)和出口管(280)的大小、形状和材料不作特别限制。
由于典型的无线充电装置具有防止潮湿的空气或灰尘流入的封闭结构，因此其不利于发散无线充电期间产生的热量。特别是，如果引入了潮湿的空气或灰尘，则可能导致磁性单元劣化。
然后，由于入口管连接至外部空调系统相连，使得空调系统供应的空气通过入口管后进行上述循环，因此可以将磁性单元中产生的热量释放至外部。进一步地，由于来自空调系统的低湿度干燥空气可以在磁性单元的表面均匀循环，因此可以解决现有技术中存在的因潮湿而导致磁性单元劣化的问题。
同时，图3a至3b分别示出了如另一实施例所述的无线充电装置的剖视图和无线充电装置中采用的空气循环单元的平面图。
参见图3a和3b，无线充电装置(300)包括设置在磁性单元(320)和屏蔽单元(330)之间的空气循环单元(340)，空气循环单元(340)中空气直接接触磁性单元(320)的表面，其中，空气循环单元(340)可以进一步包括形成以允许空气流动的导流壁(390)。
如果将导流壁(390)设置为与磁性单元(320)的表面相接触，则可以使空气能均匀接触磁性单元(320)的表面。
此外，导流壁(390)可以设置成对应于与线圈单元(310)所在的区域。一般而言，线圈单元具有高的电磁波能量密度，并且因此可能会积累最多的热量，以使得温度最高。因此，将导流壁(390)对应于线圈单元(310)所在的区域设置，以使空气通过导流壁进行循环以排出热量。此外，导流壁(390)可以设置在线圈单元(310)所在的区域，也可以设置在其他区域。
此外，可以通过导流壁固定构件(未示出)来固定导流壁(390)，并且磁性单元可以在其一部分中包括导流壁固定构件。只要能够固定导流壁(390)，导流壁构件的大小、形状和材料不作特别限制。
由于可以通过模具将磁性单元模制成所需的三维结构，因此在模制磁性单元时，可以将导流壁固定构件设置在所需的位置而不受其侧面或上面的限制。可以通过导流壁固定构件将导流壁(390)固定至无线充电装置，具体地，使其不会从磁性单元脱落。或者，可以使用粘合剂将导流壁固定至磁性单元。
此外，导流壁可以由耐热塑料材料制成。具体地，其可以包括选自聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer，ABS)、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚和聚醚醚酮中的至少一种。导流壁的厚度和宽度不作特别限制。例如，其厚度可以为1mm至3mm、1mm至2.5mm、1.5mm至3mm、1.5mm至2.5mm或2mm3mm，并且其宽度可以为0.1mm至6mm、0.1mm至5mm、0.1mm至3mm、0.5mm至4mm或0.3mm至4mm。
基于磁性单元的周长，导流壁的空气流动路径的总长度可以为其长度的25％至500％，具体地，50％至400％，更具体地，75％至300％。如果空气流动路径的总长度满足上述范围，则空气可以均匀地在磁性单元的表面进行循环，从而可以进一步提升散热特性。
同时，图4a为如本发明又一实施例所述的无线充电装置的剖视图。图4b为无线充电装置采用的各种形状的磁性单元的透视图。图4c至4e分别为用于对其内部进行例示的无线充电装置所采用的各种形状的磁性单元的平面图。
参见图4a至4e，在无线充电装置(400)中，磁性单元(420、420a、420b、420c)可以进一步包括至少一个孔(490)和冷却通道(495a，495b，495c),空气通过孔(490)从空气循环单元(440)引入，冷却通道(495a，495b，495c)设置在磁性单元(420，420a，420b，420c)中并连接到孔(490)以循环空气(445)。
由于可以通过模具将磁性单元(420、420a、420b、420c)模制成三维结构，因此模制磁性单元时，可以将孔(490)和冷却通道(495a、495b、495c)设置在磁性单元内部。此外，无线充电装置(400)可以进一步包括设置在空气循环单元(440)的一侧并连接以使空气能被引入空气循环单元(440)的入口管(470)和设置在磁性单元(420)的一侧并连接以使来自冷却通道(495a、495b、495c)的空气能被排出的出口管(480)。
图4b示出了包括存在于磁性单元(420)内部的孔(490)的磁性单元(420)和设置在磁性单元(420)的一侧并连接以释放空气的出口管(480)。由于从入口管(470)引入的空气(445)经由孔(490)穿过磁性单元(420)的内部，因此可以使散热效果最大化。
此外，图4c至4e分别示出了设置在磁性单元(420a、420b、420c)内部并连接至孔(490)以循环空气的冷却通道(495a、495b、495c)的各种形状。此外，出口管(480)可以与设置在磁性单元内部的冷却通道(495a、495b、495c)相连。
只要不影响本发明的效果，冷却通道的形状不作特别限制。例如，其可以包括曲线形通道、直线通道或弯曲形通道。
具体地，如图4c所示，冷却通道(495a)可以为曲线形通道。此外，如图4d所示，冷却通道(495a)可以为直线通道。此外，如图4e所示，冷却通道(495a)可以为弯曲形通道。
孔(490)的直径可以为0.5mm至4.5mm，具体地，1mm至3mm，更具体地，1.5mm住2.5mm。
此外，冷却通道(495a、495b、495c)的直径可以为0.5mm至4.5mm，具体地，1mm至3mm，更具体地，1.5mm至2.5mm。此外，冷却通道及其孔的直径彼此可以相同或不同。若冷却通道的直径超过上述范围，则可能降低充电效率。若冷却通道的直径小于上述范围，则外部引入的空气循环通过冷却通道的区域可能会变窄，从而可能降低散热特性。
冷却通道(495a、495b、495c)的内部总体积可以为磁性单元总体积的1％至40％，具体地，3％至30％，更具体地，5％至20％。
冷却通道设置为对应于线圈单元所在位置的区域，从而由于高电磁波能量密度而积累了大量热量的线圈单元的热量通过冷却通道释放到外部，由此可以使散热效果最大化。此外，冷却通道可以设置在线圈单元所在的区域，也可以设置在其他区域。
微通道
如图6所示，如实施例所述的无线充电装置(600)可以包括设置在磁性单元(620)内部或附近的微通道(695)。结果是，磁性单元(620)中产生的热量可以有效地通过屏蔽单元进行释放。
微通道的形状不作特别限制，只要其形状易于通过流体来将磁性单元的热量传递至外部。图7a为其中包括微通道的磁性单元的平面图。如图7a所示，微通道(695)可以设计为使注入入口(670)的流体能够在大面积上进行循环，然后通过出口(680)排出。
同时，由于磁性单元中主要发热的区域为与线圈单元相对应的区域，因此微通道可以设置为与线圈所在的区域相对应。换言之，微通道可能难以设置在线圈单元中导线密度低的中心区域。
微通道的内径可以为0.1mm至5mm。在上述范围内，可以在通过流体的平稳流动进一步地提升散热特性的同时保持磁性材料的单位体积的磁特性。更具体地，微通道的内径可以为0.5mm至3mm、0.5mm至2mm、2mm至5mm。
如图7a所示，微通道(695)可以设置在磁性单元(620)内部。在这种情况下，有利于能够有效处理磁性单元内产生的热量。可以将设置在磁性单元内部的微通道的结构设计为多种方式。
作为示例，可以通过模具来模制聚合物型磁性材料，以使其中具有微通道。在这种情况下，可以将磁性单元内部的空的空间定义为微通道。
作为另一示例，一旦通过模具将聚合物型磁性材料模制为具有插入微通道的内部空间，则可以将微通道插入其中。在这种情况下，可以使用金属或其他导热材料预制微通道，然后将其插入聚合物型磁性材料中。
作为又一示例，可以将微通道插入若干磁片之间，然后堆叠磁片以制备用于插入微通道的磁片层压体。
微通道的总内部体积可以为基于磁性单元总体积的5％至70％。在上述范围内，可以更有利于同时提升磁性单元的电磁波屏蔽性能和散热特性。更具体地，微通道的总内部体积可以为基于磁性单元总体积的5％至40％、20％至50％或40％至70％。
或者，如图8b所示，微通道(695)可以设置在磁性单元(620)的附近。作为示例，微通道(695)可以设置在磁性单元(620)和屏蔽单元(630)之间。具体地，微通道(695)可以形成于散热单元(640)内部，并且散热单元(640)可以设置在磁性单元(620)的附近。例如，散热单元(640)可以附接至磁性单元(620)的一侧。具体地，散热单元(640)可以附接至磁性单元(620)面向屏蔽单元(630)的一侧。
散热单元可以由导热材料构成。导热材料可以包括金属基、碳基、陶瓷基材料等等。此外，导热材料可以为复合材料，其中金属基、碳基或陶瓷基材料分散在粘合剂树脂中。
或者，微通道可以设置在磁性单元和线圈单元之间，以同时对磁性单元和线圈单元中产生的热量进行处理。
冷却器和循环泵
无线充电装置可以进一步包括连接至微通道的冷却器。图8a和8b，如实施例所述的无线充电装置(600)可以进一步包括连接至微通道(695)的冷却器(15)。
冷却器(15)可以设置在无线充电装置的外壳(601)的外部。冷却器可以采用用于有效冷却流体的方法和结构。例如，冷却器可以通过空气冷却或水冷却来冷却流体。
冷却器与微通道相连，同时其具有用于防水和防尘的密封结构。如图8a和8b所示，冷却器(15)可以通过连接通道(16)连接至微通道(695)的入口和出口。
可以使用电动车中通常设置的冷却装置作为无线充电装置的冷却器。
例如，冷却器可以包括汽车空调。具体地，如图9所示，可以使用设置在移动工具(1)内部的空调作为冷却器(15)，并且可以将空调连接至与无线充电装置(600)的微通道的入口和出口相连的连接通道(16)。结果是，即使不设置单独的冷却装置也可以有效散热。
此外，无线充电装置可以进一步包括用于在微通道中产生流体流动的装置，例如循环泵。
流体
无线充电装置可以进一步包括通过微通道和冷却器进行循环的冷却流体。流体可以将磁性材料中产生的热量传递至外部。具体地，流体可以将磁性材料中产生的热量传递至冷却器。
流体可以为气体或液体，例如，空气、水或用作制冷剂的其他液体或气体流体。
具体地，流体可以为空气、水、油(例如，机油)、醇类(例如，乙二醇、丙二醇、防冻剂)或其混合物。
在20℃下，流体的导热系数可以为0.022W/m·K至0.69W/m·K，例如，0.022W/m·K至0.038W/m·K、0.57W/m·K至0.69W/m·K、0.13W/m·K至0.15W/m·K或0.24W/m·K至0.69W/m·K。
在20℃下，流体的密度可以为0.75kg/m3至1100kg/m3，例如，0.75kg/m3至1.39kg/m3、840kg/m3至1000kg/m3、800kg/m3至900kg/m3或840kg/m3至1100kg/m3。
在20℃下，流体的热容量可以为1005J/kg·K至4250J/kg·K，例如，1005J/kg·K至1023J/kg·K、4150J/kg·K至4250J/kg·K、1700J/kg·K至2500J/kg·K或2500J/kg·K至4250J/kg·K。
在20℃下，流体的热扩散系数可以为6×10-8m2/s至4960×10-8m2/s，例如，1570×10-8m2/s至4960×10-8m2/s、10×10-8m2/s至20×10-8m2/s、6×10-8m2/s至10×10-8m2/s或9×10-8m2/s至20×10-8m2/s。
如一具体示例所述，在1atm(标准大气压)和20℃下，流体可以具有0.022W/m·K至0.038W/m·K的导热系数、0.75kg/m3至1.39kg/m3的密度、1005J/kg·K至1023J/kg·K的热容量和1570×10-8m2/s至4960×10-8m2/s的热扩散系数。
如另一具体示例所述，在20℃下，流体可以具有0.57W/m·K至0.69W/m·K的导热系数、840kg/m3至1000kg/m3的密度、4150J/kg·K至4250J/kg·K的热容量和10×10-8m2/s至20×10-8m2/s的热扩散系数。
如又一具体示例所述，在20℃下，流体可以具有0.13W/m·K至0.15W/m·K的导热系数、800kg/m3至900kg/m3的密度、1700J/kg·K至2500J/kg·K的热容量和6×10-8m2/s至10×10-8m2/s的热扩散系数。
如又一具体示例所述，在20℃下，流体可以具有0.24W/m·K至0.69W/m·K的导热系数、840kg/m3至1100kg/m3的密度、2500J/kg·K至4250J/kg·K的热容量和9×10-8m2/s至20×10-8m2/s的热扩散系数。
支撑单元
如图6所示，无线充电装置(600)进一步包括用于支撑线圈单元(610)的支撑单元(660)。支撑单元的材料和结构可以为用于无线充电装置的常规支撑单元的材料和结构。支撑单元可以为平板结构或其上形成有符合线圈形状的凹槽以固定线圈单元的结构。
外壳
如图8a和8b所示，如实施例所述的无线充电装置(600)进一步包括用于容纳上述部件的外壳(601)。
外壳使得如线圈单元、屏蔽单元和磁性单元的部件能够适当地进行布置和安装。外壳的材料和结构可以为用于无线充电装置的常规外壳的材料和结构。可以根据其中采用的部件进行适当设计。
隔板
此外，如实施例所述的无线充电装置可以进一步包括用于保持屏蔽单元和磁性单元之间的间隔的隔板。隔板的材料和结构可以为用于无线充电装置的常规隔板的材料和结构。
移动工具
无线充电装置可以有利地用于例如电动车等需要在发射器和接收器之间进行大容量电能传输的移动工具中。
图10示出了移动工具，具体地，设置有无线充电装置的移动工具。由于其下侧具有无线充电装置，因此可以在配备有电动车无线充电系统的停车场进行无线充电。
参见图10，如实施例所述的移动工具(1)包括如实施例所述的无线充电装置以作为接收器(21)。无线充电装置可以用作移动工具(1)的无线充电的接收器，并可以从用于无线充电的发射器(22)接收电能。
如上所述，移动工具包括无线充电装置，并且无线充电装置的配置如上所述。
具体地，移动工具采用的无线充电装置包括线圈单元；设置在线圈单元之上的屏蔽单元；设置在线圈单元和屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在磁性单元内部或附近的通道，其中，用于冷却的流体被引入通道并与磁性单元相接触。
移动工具中采用的无线充电装置的每个部件的配置和特性如上所述。
移动工具进一步包括用于从无线充电装置接收电能的电池。无线充电装置可以无线接收电能并将其传输至电池，电池可以为电动车的驱动系统供电。可以通过由无线充电装置或其他额外的有线充电装置所传输的电能对电池进行充电。
此外，移动工具可以进一步包括用于将有关充电的信息传输至无线充电系统的发射器的信号发射器。这种有关充电的信息可以为充电效率，例如充电速度、充电状态等诸如此类。

Claims (15)

1.一种无线充电装置，包括线圈单元；设置在所述线圈单元之上的屏蔽单元；设置在所述线圈单元和所述屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在所述磁性单元内部或附近的通道，其中，用于冷却的流体被引入所述通道并与所述磁性单元相接触。
2.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述无线充电装置包括设置在所述磁性单元和所述屏蔽单元之间作为所述通道的空气循环单元，以及被引入所述空气循环单元并直接接触所述磁性单元表面的作为所述冷却流体的空气。
3.如权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述被引入所述空气循环单元的空气由外部空调系统进行供应。
4.如权利要求2所述的无线充电装置，进一步包括入口管和出口管，所述入口管被连接以允许空气被引入所述空气循环单元，所述出口管被连接以从所述空气循环单元排出空气，所述入口管和所述出口管均被设置在所述空气循环单元的一侧或两侧。
5.如权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述被引入所述空气循环单元的空气直接接触所述屏蔽单元的表面。
6.如权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述空气循环单元进一步包括形成为允许所述空气进行流动的导流壁。
7.如权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述磁性单元进一步包括从所述空气循环单元引入空气的至少一个孔，以及设置在所述磁性单元中并连接至所述孔以循环所述空气的冷却通道。
8.如权利要求2所述的无线充电装置，其中，所述空气循环单元内部的温度为5℃至50℃，所述空气循环单元内部的湿度为30％至80％。
9.如权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述无线充电装置包括设置在所述磁性单元内部以作为所述通道的微通道。
10.如权利要求9所述的无线充电装置，其中，所述微通道的总内部体积为基于所述磁性单元总体积的5％至70％。
11.如权利要求9所述的无线充电装置，其中，所述微通道的内径为0.1mm至0.5mm。
12.如权利要求9所述的无线充电装置，其中，将所述微通道设置为与所述线圈单元所在的区域相对应。
13.如权利要求9所述的无线充电装置，其中，所述磁性单元包括粘合剂树脂和分散在所述粘合剂树脂中的磁性粉末。
14.如权利要求9所述的无线充电装置，其中，所述无线充电装置进一步包括连接至所述微通道的冷却器，用于冷却的流体循环并流经所述微通道和所述冷却器，并且所述冷却器通过空气冷却或水冷却来冷却所述流体。
15.一种移动工具，所述移动工具包括无线充电装置，其中所述无线充电装置包括线圈单元；设置在所述线圈单元之上的屏蔽单元；设置在所述线圈单元和所述屏蔽单元之间的磁性单元；以及设置在所述磁性单元内部或附近的通道，且用于冷却的流体被引入所述通道并与所述磁性单元相接触。
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