CN114944708A - 用于提高无线功率传输效率的附件设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于提高无线功率传输效率的附件设备。本发明公开了一种在无线功率传输系统中用于提高无线功率传输效率的附件，所述附件可包括磁芯(例如，铁氧体)，所述磁芯的尺寸和位置被设定成减小从PTx绕组耦合到PRx的友好金属中的通量和/或增强从所述PTx绕组耦合到所述PRx绕组的通量。所述磁芯可限定与所述PRx绕组的外部尺寸(例如，外径)对应的孔。所述磁芯还可具有被选择成拦截足够的通量以减少耦合到所述PRx的所述友好金属中的通量的外部尺寸，诸如与所述PRx绕组的外部尺寸(例如，外径)对应的外部尺寸。所述附件可以是所述PRx设备的壳体，或者可被配置为附连到所述PTx设备的面，并且还可包括一个或多个对准夹具。
Description
背景技术：
图1描绘了示例性无线(感应)功率传输系统。无线功率发射器(PTx)102和无线功率接收器(PRx)104之间的无线(感应)功率传输的效率取决于PTx(绕组103)和PRx(绕组105)的相应绕组之间的磁耦合程度。无线(感应)功率传输绕组可采取多种形式，包括从合适的导线诸如磁线或利兹线缠绕的线圈，或在印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路板(柔性电路)上适当形成的迹线。这些绕组可被认为是大致圆形的，并且可以但不必是基本上平面的。所谓大致圆形的是指绕组形成闭环，但该形状可为任何闭合形式，包括正方形、矩形、圆形、椭圆形和其他形状，通常但不总是具有圆角。另外，绕组将通常具有与绕组的最外线匝与绕组的最内线匝之间的距离对应的宽度。例如，圆形绕组可具有外径(对应于最外绕组的直径)和内径(对应于绕组的最内线匝的直径)。根据上下文，如本文所用的“直径”可指外径、内径或两者的平均值。“直径”也可理解为涵盖形状不严格为圆形的绕组的类似内部或外部尺寸，诸如正方形绕组的边的长度或矩形或椭圆形绕组的长轴或短轴的长度。
发明内容
可影响绕组之间的磁耦合程度的一个因素是这些绕组的相对尺寸。在PTx线圈和PRx线圈之间尺寸不匹配的情况下，来自PTx绕组的磁通量可耦合到除接收器绕组之外的接收设备的金属结构中。此类结构可为已知的或称为“友好金属”。这种耦合可能是不期望的，因为它浪费了发射器的能量，从而导致效率降低。在一些情况下，此类不期望的磁耦合也可导致PTx设备和PRx设备中的一者或两者误解正在传输的无线功率的量，从而导致反馈回路困难。
在包括具有PTx绕组的功率发射器(PTx)和具有PRx绕组的功率接收器(PRx)的无线功率传输系统中用于提高无线功率传输效率的附件可包括由具有选定磁特性的材料(有时称为铁磁材料)形成的磁芯。磁芯的尺寸和位置可被设定成减小从PTx绕组耦合到PRx的友好金属中的通量和/或增强从PTx绕组耦合到PRx绕组的通量。磁芯可以是铁氧体磁芯。磁芯可由纳米晶体材料诸如一个或多个片材制成。PTx绕组可大于PRx绕组，并且磁芯可限定与PRx绕组的外部尺寸对应的孔。磁芯还可具有被选择成拦截足够的通量以减少耦合到PRx的友好金属中的通量的外部尺寸。孔可具有与PRx绕组的外径对应的内径。
上述附件可以是PRx设备的壳体。该壳体可包括对准夹具，诸如一个或多个磁体。该一个或多个磁体可被布置成环形。另选地，附件可被配置为例如通过粘合剂附连到PTx设备的面。此类附件还可包括一个或多个对准夹具，用于帮助PRx设备的对准。
附图说明
图1描绘了无线功率传输系统。
图2A和图2B描绘了无线功率传输系统，示出了在线圈具有不同尺寸的情况下的通量耦合。
图3A和图3B描绘了无线功率传输系统，其具有插置在PTx和PRx之间以提高无线功率传输效率的附件。
图4示出了移动电话壳体形式的无线功率传输效率增强附件的实施方案。
图5示出了呈用于充电板的适配器形式的无线功率传输效率增强附件的实施方案。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节以便提供对所公开构思的彻底理解。作为该描述的一部分，为了简单起见，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备。为了清晰起见，在本公开中未描述实际具体实施的所有特征。此外，本公开中使用的语言是出于可读性和指导目的而选择的，尚未选择它来描绘或限制所公开的主题。相反，所附权利要求旨在用于此目的。
所公开的概念的各种实施方案以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。为简单和清楚说明起见，在合适的情况下，在不同附图中重复参考标号以指示对应或类似的元件。此外，示出许多具体细节以便提供对本文所述的具体实施的充分理解。在其他情况下，未详细描述方法、规程和部件以免模糊所描述的相关功能。在本公开中提到“一个”、“一种”或“另一种”实施方案未必是相同或不同的实施方案，并且这意味着至少一个。给定附图可用于示出本公开的多于一个实施方案或多于一个种类的特征，并且对于给定的实施方案或种类可能不需要附图中的所有元件。当在给定附图中提供时，参考标号在整个若干附图中是指相同的元件，但其可以不在每个附图中重复。除非另外指明，否则附图未按比例绘制，并且某些部件的比例可被放大以更好地示出本公开的细节和特征。
图2A和图2B示出了无线(感应)功率传输布置，其包括PTx绕组103和PRx绕组105之间的尺寸失配。在所示布置中，PTx绕组103具有比PRx绕组105更大的直径。在未示出的其他情况下，应当理解，反之亦然。在图2B的轮廓图中，通量线202示出了沿逆时针方向与驱动PTx绕组103(在图2A中以平面图示出)相关联的示例性通量路径。从图2B可以看出，通量线202中的一些穿过PRx绕组105。通量的该部分可被认为有效地耦合到PRx设备。然而，通量线202中的一些不穿过PRx绕组105，而是到达PRx设备104的金属部件(即，前述的“友好金属”)，其在图2B中由“X”标记表示。这在某种程度上是由于相应PTx绕组103和PRx绕组105的不同尺寸。
解决这种尺寸失配并改善PTx绕组103和PRx绕组105之间的磁耦合程度的一种方式是在PTx和PRx之间提供通量屏蔽和/或重定向附件，以更好地耦合相应的绕组。图3A示出了这种布置的轮廓图，而图3B示出了这种布置的平面图。通量屏蔽和/或重定向附件可包括由铁氧体或其他具有合适磁特性的材料制成的磁芯300。磁芯300的尺寸可被设计成屏蔽PRx 104的友好金属免受PTx绕组104感应的通量的影响和/或有效地将该通量的一些或基本上全部重定向到PRx绕组105中。
在具有相对较大的PTx线圈103和相对较小的PRx线圈105的例示的示例中，铁氧体磁芯300可以是环形形状，其内径(ID)通常对应于PRx线圈的内径，并且外径(OD)足够大以拦截来自PTx线圈的原本会耦合到友好金属中的通量。通过将此类磁芯300定位在相应的绕组之间、平行于相应的绕组并且基本上与相应的绕组重叠/同轴，可改善绕组之间的磁耦合，并且可减少耦合到PRx设备104的友好金属中的通量。
应当理解，基本上类似的解决方案也可应用于相反的情况，其中PTx线圈较大并且PRx线圈绕组较小。如上所述，相应绕组和磁芯的形状不必是严格圆形的，而是可以是任何封闭形状，使得上面提及的直径可以是内侧长度、长轴和短轴长度等。重要的是，磁芯300的位置和尺寸被设定成减少从PTx绕组103耦合到PRx设备104的友好金属中的不期望的通量，并且增强耦合到PRx绕组105中的通量。另外，尽管所述实施方案的特征在于基本上平面的线圈和磁芯300，但相同的原理适用于非平面绕组和非平面中间磁芯300。在此类实施方案中，中间磁芯300的形状、位置和尺寸应被设定成减少耦合到所谓的“友好金属”中的不期望的通量和/或增加耦合到PRx绕组中的通量的量。
在PTx设备102和PRx设备104的各种具体实施中，结合磁芯300的中间设备可采取多种形式。作为一个示例，PTx 102可以是充电垫，PRx104可以是移动电话或其他个人电子设备，并且结合铁氧体磁芯300的中间设备可以是如图4所示的移动电话或个人电子设备的壳体400。铁氧体磁芯300可设置在壳体400中，其中壳体被设计且尺寸定位成使磁芯300相对于PRx设备的PRx绕组适当定位。例如，将电话放置在壳体400内可将铁氧体磁芯300与电话104的功率接收绕组105适当对准，使得铁氧体磁芯/环300的内径与接收器绕组105的直径对准，并且铁氧体磁芯/环300的外径屏蔽电话104的友好金属免受由充电板102的PTx绕组103感应的通量的影响。
在各种具体实施中，磁芯300的尺寸符合PTx线圈的形状而不是PRx线圈的形状。例如，将电话放置在壳体400内可将铁氧体磁芯300与充电板102的功率发射绕组103对准，使得铁氧体磁芯/环300的外径与发射器绕组103的直径对准，并且铁氧体磁芯/环300的内径的尺寸被设定成使得结构300的中心孔允许通量流向电话104的功率接收绕组105。即，铁氧体磁芯/环300的内径大于结构300的内径大于电话104的功率接收绕组105的内径。在一些情况下，铁氧体磁芯/环300的内径大于功率接收绕组105的内径并且小于功率接收绕组105的外径。
壳体400还可任选地包括用于帮助用户将壳体/电话组合与外部充电设备对准的一个或多个机构。仅作为一个示例，壳体400还可包括一个或多个磁体402，该一个或多个磁体可用于将壳体/电话组合与具有互补磁体的无线功率发射器设备对准。这种对准可帮助对准设备的相应线圈以及迫使铁氧体磁芯300与PTx绕组103对准。在图4中，磁体环402被描绘为在铁氧体环300的外部，或者换句话讲，具有大于铁氧体环300的内径和外径的直径。然而，该描述主要是为了说明清楚。在实际构造中并且根据具体实施方案的要求，定位磁体可与铁氧体环重叠或者在铁氧体环的内径内。
在一些实施方案中，壳体400包括足以允许壳体400同时附接到PTx102和PRx 105的磁性部件。考虑一下，壳体400可在铁氧体环300的两侧上包括磁环结构(例如，磁体环402)。这样，更靠近壳体400的内部的磁体环结构可促进PRx 105(例如，电话)与壳体400之间的附接，而更靠近壳体400的外部的磁体环结构可促进PTx 102(例如，充电盘)与壳体400之间的附接。这两个磁体环可具有一致的直径，使得在一定程度上PTx 102的尺寸被设定成与PRx 105耦合，由于具有一致直径的磁环，相同的PTx102自然也将与壳体400耦合。
图5示出了结合铁氧体磁芯300的通量屏蔽/重定向附件501的另选实施方案。附件501可被配置用于定位并任选地固定到PTx设备102本身。(如上所述，PTx设备102可以是例如充电垫、充电板或其他合适的无线/感应充电设备。)附件501还可包括用于相对于PTx102和相关联的PTx绕组103对准和/或固定中间设备501的机械、粘合和/或磁性特征部502。如上所述，磁芯300的尺寸应被设定为定位成适当地减少耦合到PRx设备(诸如移动电话或其他个人电子设备或附件)的友好金属中的不期望的通量和/或增强耦合到PRx设备的PRx绕组105中的通量。这样，该磁芯将需要相对于PTx绕组105定位，使得该磁芯拦截和/或重定向通常将耦合到PRx设备的友好金属中的通量。另外，附件501还可包括用于相对于中间设备对准PRx的附加机械或磁性特征部(未示出)。这可例如采取与PRx设备或其附件中的类似磁环相对应的磁体环、用于接收和对准PRx设备的机械凹部等形式。
Claims (12)
1.一种在包括具有PTx绕组的功率发射器(PTx)和具有PRx绕组的功率接收器(PRx)的无线功率传输系统中用于提高无线功率传输效率的附件，所述附件包括由具有选定磁特性的材料形成的磁芯，所述磁芯的尺寸和位置被设定成减小从所述PTx绕组耦合到所述PRx的友好金属中的通量和/或增强从所述PTx绕组耦合到所述PRx绕组的通量。
2.根据权利要求1所述的附件，其中所述磁芯为铁氧体磁芯。
3.根据权利要求1所述的附件，其中所述PTx绕组大于所述PRx绕组，并且其中所述磁芯限定与所述PRx绕组的外部尺寸对应的孔。
4.根据权利要求4所述的附件，其中所述磁芯具有被选择成拦截足够的通量以减少耦合到所述PRx的所述友好金属中的通量的外部尺寸。
5.根据权利要求4所述的附件，其中所述孔具有与所述PRx绕组的外径对应的内径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的附件，其中所述附件是用于所述PRx设备的壳体。
7.根据权利要求6所述的附件，其中所述壳体包括对准夹具。
8.根据权利要求7所述的附件，其中所述对准夹具包括一个或多个磁体。
9.根据权利要求8所述的附件，其中所述一个或多个磁体形成环。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的附件，其中所述附件被配置为附连到所述PTx设备的面。
11.根据权利要求7所述的附件，其中所述附件被配置为通过粘合剂附连到所述PTx设备的所述面。
12.根据权利要求7所述的附件，其中所述附件包括一个或多个对准夹具，用于帮助所述PRx设备的对准。
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| PB01 | Publication | ||
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