CN204497854U - 无线电力传输系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种无线电力传输系统(100)，其通过电场耦合，从输电装置(1)向受电装置(2)传输电力，受电装置具备：受电模块(25)，该受电模块(25)包含对有源电极(11)与无源电极(12)中产生的交流电压进行整流以及平滑的电路；二次电池(3A)；和热传导板(23)，该热传导板在来自输电装置的电力传输时，将受电模块中产生的热传至输电装置。输电装置具备：输电模块(15)，其将被输入的直流电压转换为交流电压，并施加到有源电极以及无源电极之间；和热传导板(13)，其与热传导板(23)接触并从受电装置进行受热。由此，即使在发热最大的“充电的同时驱动设备”的情况下，也抑制受电装置的温度上升，并且防止装置的大型化。

Description

无线电力传输系统
技术领域
本实用新型涉及通过电场耦合，从输电装置向受电装置传输电力的无线电力传输系统。
背景技术
作为使两个装置接近并在装置之间传输电力的代表性的系统，已知利用电磁场，从输电装置的初级线圈向受电装置的次级线圈，利用磁场来传输电力的磁场耦合方式的电力传输系统。例如，在专利文献1中，公开了从输电装置(供电装置)向电子设备(受电装置)非接触地提供电力，对该电子设备内的电池进行充电的非接触充电装置。
在非接触充电装置中，电子设备以及输电装置在内部产生热并变成高温。因此，在专利文献1中在电子设备设置散热器(heat spreader)而在输电装置设置散热片。受电线圈工作时产生的热传导至陶瓷，从陶瓷，经由导热体(heat conductor)，传导至散热器。该散热器能够将受电线圈的热释放到框体中的空间，由此，能够将电子设备以及输电装置内部的热从框体释放到外部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-272938号公报
实用新型内容
-实用新型要解决的课题-
在受电装置是便携式电子设备等的情况下，由于需要受电装置的小型化，因此若如专利文献1那样设置散热用的散热器，则由此存在设备大型化的问题。此外，作为另一电力传输系统，也提出有电场耦合方式的电力传输系统。即使是该电场耦合方式，与基于连接器的接触式的电力传输相 比，由于对以交流受电的电压进行整流/平滑的电路在受电装置中所需要的部分，因此包含发热变大的问题。特别是近年来，由于智能电话、平板型终端的渗透，因此“充电的同时使用(使设备驱动)”这一形式成立。从电力这一观点来看，在对二次电池进行充电的同时使设备驱动的情况下最需要电力，伴随于此，发热也变得最大。由于若受电装置的温度变高，则二次电池的特性恶化、设备故障率的上升、使用者的低温烫伤的可能性等风险因素提高，因此并不优选。
因此，本实用新型的目的在于，提供一种即使在发热变得最大的“充电的同时驱动设备”的情况下，也能够抑制受电装置的温度上升，并且防止装置的大型化的无线电力传输系统。
-解决课题的手段-
本实用新型涉及的一种无线电力传输系统，其通过电场耦合，从输电装置向受电装置传输电力，所述受电装置具备：受电侧有源电极；受电侧无源电极，该受电侧无源电极与基准电位连接；二次电池，该二次电池对从所述受电侧电路提供的电力进行蓄积；负载，该负载在从所述受电侧电路进行电力提供的情况下，从所述受电侧电路得到电力并进行驱动，在从所述受电侧电路未进行电力提供的情况下，从所述二次电池得到电力并进行驱动；受电侧电路，该受电侧电路包含对所述受电侧有源电极与所述受电侧无源电极之间产生的交流电压进行整流以及平滑的电路；受电侧散热部，该受电侧散热部对来自所述受电侧电路的热进行散热；和受电侧热传导体，该受电侧热传导体在来自输电装置的电力传输时，传导所述受电侧电路产生的热，所述输电装置具备：输电侧有源电极，该输电侧有源电极与所述受电侧有源电极隔着间隙而对置；输电侧无源电极，该输电侧无源电极与所述受电侧无源电极直接接触，或者隔着间隙而对置；输电侧电路，该输电侧电路将被输入的直流电压转换为交流电压，并施加到所述输电侧有源电极以及所述输电侧无源电极；和输电侧热传导体，该输电侧热传导体直接或者间接地从所述受电侧热传导体受热，所述受电侧散热部的热容量不满足对所述二次电池进行充电的同时驱动所述负载时所需的热容量，通过使所述输电侧热传导体导热，从而确保对所述二次电池进行充电的同时驱动所述负载时所需的热容量。
受电装置举例有例如便携式的电子设备(智能电话、平板终端等)，需要更小型化。因此，难以确保受电装置中设置冷却单元的空间。因此，在上述结构中，能够使伴随着最大发热的、对二次电池进行充电的同时驱动设备时在受电装置内产生的热从受电侧热传导体，通过输电侧热传导体，传导至输电装置。由于对二次电池进行充电的同时驱动设备这一使用方式仅限于将受电装置承载在输电装置上时，因此受电装置的散热板所具有的热容量不需要达到适当地散热对二次电池进行充电的同时驱动设备时产生的热的水平，通过从受电侧热传导体向输电侧热传导体传导热，从而能够将输电装置的散热部、电极等利用为受电装置的散热部。由此，由于能够抑制电力传输时的受电装置内的温度上升，并且受电装置侧的散热设计能够富裕，因此实现了受电装置的小型化。
所述受电侧热传导体也可以是金属，与所述受电侧无源电极电连接。
在该结构中，例如能够将受电侧无源电极的一部分设为受电侧热传导体。
所述输电侧热传导体也可以是金属，与所述输电侧无源电极电连接。
在该结构中，例如能够将输电侧无源电极的一部分设为输电侧热传导体。
所述受电侧热传导体或者所述输电侧热传导体的至少一方被具有比空气高的热传导率的电绝缘体覆盖，所述输电侧热传导体也可以是经由所述电绝缘体，从所述受电侧热传导体受热的结构。
在该结构中，通过利用电绝缘体来进行覆盖，从而能够防止受电侧热传导体从受电装置的框体露出。在受电侧热传导体是金属的情况下，通过防止露出，从而能够防止与外部的电接触。
所述输电装置或者所述受电装置的至少一方也可以具备密接单元，该密接单元通过磁力，使所述受电侧热传导体与所述输电侧热传导体密接。
在该结构中，通过磁力，从而受电侧热传导体以及输电侧热传导体的密接性提高，热传导性提高。此外，通过输电侧磁铁，从而受电侧热传导体以及输电侧热传导体的位置对应变得容易进行。由此，在用户无意识的情况下，也能够进行输电侧有源电极与受电侧有源电极的位置对应。
-实用新型效果-
根据本实用新型，能够抑制受电装置的温度上升，并且实现受电装置的小型化。
附图说明
图1是实施方式1涉及的无线电力传输系统的俯视图以及正面剖面图。
图2是无线电力传输系统的电路图。
图3是实施方式2涉及的无线电力传输系统的正面剖面图。
图4是表示无线电力传输系统的另一结构例的图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是实施方式1涉及的无线电力传输系统的俯视图以及正面剖面图。
本实施方式涉及的无线电力传输系统100由输电装置1和受电装置2构成。在本例中，受电装置2作为覆盖在平板型的电子设备3的外围框的护罩来进行说明。另外，在图1的俯视图中，省略电子设备3。
受电装置2被承载在输电装置1。虽然后面进行详细叙述，但受电装置2内构成有受电模块25。并且，经由受电装置2内的连接器，受电模块25与电子设备3连接，对电子设备3的二次电池3A进行充电。也就是说，输电装置1是电子设备3的充电台。
另外，受电装置2也可以不是被安装在电子设备3的护罩，而是本实施方式涉及的受电装置2与电子设备3一体化而成的装置。例如，举例有：移动电话机、PDA(Personal Digital Assistant，掌上电脑)、便携音乐播放器、笔记本型PC、数字摄像机等。
输电装置1的框体具有水平的承载面10A，在该承载面10A承载有受电装置2。下面，将承载受电装置2的承载面10A侧(图中上侧)设为上侧。输电装置1具备相对于承载面10A平行的有源电极11以及无源电极12。有源电极11被设置在承载面10A侧，无源电极12比有源电极11大，被设置在有源电极11的下侧。这些有源电极11以及无源电极12由Cu或 者Ag构成。
输电装置1具备输电模块15。输电模块15将被输入的直流电压转换为交流电压，并对该交流电压进行升压。该输电模块15将升压了的交流电压施加在有源电极11与无源电极12之间。
此外，输电装置1具备用于从受电装置2受热的热传导板13。热传导板13是铜或者铝等。热传导板13由相对于无源电极12平行的平板部13A、和相对于平板部13A垂直设置并与平板部13A和无源电极12电连接的连接部13B构成。平面部13A按照一面在承载面10A露出的方式，沿着承载面10A而被设置。另外，热传导板13、特别是平面部13A也可以是金属膜。此外，平面部13A也可以不与无源电极12连接。此外，热传导板13也可以不是另外的部件，而是无源电极12的一部分。
输电装置1的框体由热传导性高的材料构成。并且，热传导板13通过热传导板23而从受电装置2传送的热也被传导到无源电极12，并经由输电装置1的框体来被辐射到外部。
在热传导板13的下侧的面，设置有磁铁(密接单元)16。磁铁16是橡胶(rubber)磁铁或者粘结(bond)磁铁等具有柔软性的磁铁。在受电装置2具有的后述的热传导板23附近，设置有未图示的强磁性体，通过磁铁16与该强磁性体吸附，从而热传导板13的平面部13A与热传导板23密接。
另外，在热传导板23是强磁性体的情况下，不需要在热传导板23附近设置强磁性体。此外，若是通过磁力从而热传导板13、23密接的结构，则设置磁铁16的位置能够适当地进行变更。例如，在受电装置2的框体的一部分具有金属的情况下，也可以是下面的结构：按照该金属部分吸附的方式来配置磁铁16，若磁铁16与受电装置2的框体的金属吸附，则热传导板13、23密接。此外，可以在受电装置两侧设置磁铁，也可以是在输电装置1以及受电装置2的任意一个都不设置磁铁的结构。
受电装置2的框体具有平坦的背面20A，按照背面20A与输电装置1的承载面10A密接的方式，将背面20A设为下侧，受电装置2被承载在输电装置1。另外，在图1的主视图中，为了说明方便，表示输电装置1与受电装置2稍微分离了的状态。
受电装置2具备与背面20A平行的有源电极21以及无源电极22。这些有源电极21以及无源电极22由Cu或者Ag构成。有源电极21被设置在背面20A侧，无源电极22比有源电极21大且按照该有源电极21介于无源电极22与背面20A之间的方式而被设置。在将受电装置2承载在输电装置1的情况下，有源电极11与有源电极21通过间隙而对置，无源电极12与无源电极22也通过间隙而对置。
此外，受电装置2具备受电模块25。在输电装置1中，若有源电极11与无源电极12之间被施加电压，则对置配置的有源电极11、21之间产生电场，此外，无源电极12、22通过热传导板13、23而被直接连接。并且，受电模块25通过与输电装置1的电场耦合，从而将有源电极21以及无源电极22之间产生的交流电压整流以及平滑并转换为直流电压。受电装置2将该直流电压输出到电子设备3。由此，电子设备3中二次电池3A被充电。
受电装置2具备散热片(受电侧散热部)28，该散热片28具备多个散热片(fin)。该散热片28具有为了对受电装置2单个驱动时从受电装置2内部发出的热进行散热的充足的热容量。
进一步地，受电装置2具有与输电装置1的热传导板13直接接触，并用于向热传导板13进行热传导的热传导板23。热传导板23是铜或者铝等金属板。热传导板23由以下部件构成：与无源电极22平行的平行部23A；相对于平行部23A被垂直设置，将平行部23A与无源电极22电连接的连接部23B；以及相对于平行部23A被垂直设置，经由导热部件26来与受电模块25相接的侧面部23C。平行部23A按照一面在背面20A露出的方式，沿着背面20A而被设置。此外，侧面部23C沿着与背面20A正交的侧面20B而被设置。来自受电模块25的热经由导热部件26来传送到侧面部23C。
另外，作为导热部件26，举例有热传导率高的、电绝缘性的部件，例如高热传导性橡胶、树脂。该导热部件26的大小(厚度)根据导热部件26的材质的热传导率、热阻来设定。例如，在导热部件26是高热传导性橡胶的情况下，电子设备3以及表示为受电护罩的受电装置2的框体表面温度需要不超过以IEC规格60335-1而定的85℃的温度上升极限，基于此， 来设定导热部件26的厚度。
此外，热传导板23、特别是平面部23A也可以是金属膜，平面部23A也可以不与无源电极22连接。此外，热传导板23也可以不是另外的部件，而是无源电极22的一部分。
在将受电装置2承载在输电装置1的情况下，热传导板13与热传导板23面接触。一般来讲，在对二次电池3A进行充电的同时驱动设备时，提供电力变得最大，伴随于此，发热也变得最大。同时，在这种使用方式中，受电装置2必定是被承载在输电装置1上的状态。因此，在从输电装置1向受电装置2的电力传输时，若受电装置2的受电模块25发热，则该热从热传导板23传到热传导板13。也就是说，受电装置2中产生的热被传导至输电装置1。此时，由于热传导板13与热传导板23是金属，因此热传导被高效地进行。由此，通过将受电装置2的热释放到输电装置1，从而能够抑制受电装置2内的温度上升。其结果，由于即使受电装置2所具备的散热部不具有能够充分地散热在对二次电池3A进行充电的同时驱动设备时发出的热的热容量，也必然能够经由输电装置来进行散热，因此能够防止受电装置2的框体表面的温度上升。另外，被传到至输电装置1的热被从输电装置1的框体全体辐射。
此外，由于通过磁铁16来提高热传导板13与热传导板23的密接性，因此从受电装置2至输电装置1的热传导效率提高，能够更有效地进行受电装置2的散热。进一步地，通过利用磁铁16的磁力来使热传导板13与热传导板23接触，从而有源电极11、21也被定位成相互对置。由此，用户能够按照无意识地将有源电极11、21对置的方式，将受电装置2承载在输电装置1。由此，由于不会在受电装置2未以适当的位置关系被承载在输电装置1的状态下进行电力输电，也没有异常的状态下的电力传输，因此由于电力传输效率的降低而导致的输电装置1以及受电装置2的异常过热也被抑制。
图2是无线电力传输系统100的电路图。
输电装置1经由未图示的AC适配器，与例如AC100V～240V的家庭用插座连接。通过AC适配器，AC100V～240V被转换为DC5V或者12V，并被输入到输电装置1。输电装置1将被输入的直流电压作为电源来进行 动作。
输电装置1的输电模块15具备高频电压产生电路OSC、升压变压器TG以及电感器LG。高频电压产生电路OSC产生例如100kHz～几10MHz的高频电压。基于升压变压器TG以及电感器LG的升压电路对高频电压产生电路OSC产生的电压进行升压并施加到有源电极11与无源电极12之间。
受电装置2具备受电模块25，并与相当于电子设备3的负载电路RL连接。受电模块25连接在有源电极21与无源电极22之间。受电模块25具备：由电感器LL、降压变压器TL构成的降压电路；将降压了的交流电压转换为直流电压的整流电路251；和对负载电路RL输出规定的直流电压的DC-DC转换器252。
连接在输电装置1的无源电极12与受电装置2的无源电极22之间的电阻r相当于构成在无源电极12、22的接触部、即与无源电极12电连接的热传导板13和与无源电极22电连接的热传导板23的接触部的接触电阻。连接在有源电极11、21之间的电容器Cm相当于在有源电极11、21之间产生的电容。
若将所述接触电阻r的电阻值由r表示，将电容耦合部的电容器Cm的电容由Cm表示，则处于r＜＜1/ωCm的关系。这样，通过输电装置1与受电装置2的无源电极12、22彼此直接导通，从而受电装置侧无源电极22的电位基于与输电装置侧无源电极12的电位相等。其结果，受电装置侧无源电极22的电位稳定化，接地电位变动以及不要的电磁界的泄漏被抑制。此外，由于寄生电容被抑制，因此耦合度提高，得到高的传输效率。
另外，在热传导板13、23未分别与无源电极12、22电连接的情况下，图2中的电阻r由电容来表示。
虽然图2所示的电路中，特别是受电模块25的发热量相对大，但这些热从热传导板23，通过热传导板13，被传递到输电装置1。然后，基于受电模块25的热通过输电装置1而被散热。因此，受电模块25的温度上升被抑制，能够避免受电模块25的故障或者特性的恶化这些问题。
另外，受电装置2的框体也与输电装置1同样地，优选由热传导性高的材料构成。在该情况下，受电装置2的热也经由输电装置1以及受电装 置2的框体而被散热。此外，虽然热传导板13、23的大小等能够适当地变更，但为了提高热传导效率，优选将热传导板13、23的接触面积设置更大。
(实施方式2)
图3是实施方式2涉及的无线电力传输系统的正面剖面图。在实施方式2中，在输电装置1A的热传导板13以及受电装置2A的热传导板23未直接接触这方面与实施方式1不同。另外，对于与实施方式1相同的部件，付与相同的符号，省略说明。
受电装置2A所具备的热传导板23不在受电装置2A的背面20A露出，而被设置在背面20A的内侧。并且，在热传导板23与背面20A之间设置电绝缘性的导热部件27。换言之，热传导板23按照不从受电装置2的框体露出的方式而被导热部件27覆盖。并且，来自受电模块25的发热从热传导板23，通过导热部件27，被传导至热传导板13。这样，通过使热传导板23不露出，从而不损害受电装置2的外观，此外，通过防止露出，从而能够防止与外部的电接触。
另外，虽然在上述中，受电装置2A的热传导板23被电绝缘性的导热部件27覆盖，但是输电装置1A的热传导板13也可以被电绝缘性的导热部件覆盖。在该情况下，来自受电模块25的发热也从热传导板23，通过导热部件，被传导至热传导板13。
导热部件27是热传导率高的部件，例如是氧化金属膜、陶瓷板等。虽然导热部件27的厚度能够适当地变更，但是与实施方式1涉及的导热部件26同样地，导热部件27的大小(厚度)根据导热部件27的材质的热传导率、热阻来被设定。例如，在输电装置1的框体是金属制的情况下，由于根据IEC规格60335-1，框体表面温度不得超过60℃，因此基于此来设定导热部件27的厚度。
此外，输电装置1A具备散热片(散热部)18，该散热片18具备多个散热片。该散热片18对从受电装置2A受热的热以及从输电模块15等发出的热进行散热。因此，能够进一步提高输电装置1A中的散热效率。
以上，如实施方式1、2中所说明的那样，由于根据本实用新型，受 电装置的热经由输电装置而被散热，因此受电装置的温度上升被抑制。因此，受电装置中的散热设计以最小限完成，能够实现受电装置的小型化。
另外，虽然在上述的实施方式中，是将受电装置承载(平放)在输电装置的水平的承载面的结构，但也可以是将受电装置相对于输电装置竖立来进行电力传输的结构(纵放)。
图4是表示无线电力传输系统的另一结构例的图。图4是本实用新型涉及的安装有相当于受电装置的护罩的电子设备被承载在输电装置的状态下的侧面图。如图4表示，安装有护罩的电子设备(以下称为受电装置2B)是与实施方式1、2同样的结构。此外，输电装置1B是与受电装置2B的背面20A密接的承载面10A相对于水平的设置面(例如桌面等)4能够倾斜设置的结构。此外，输电装置1B具有由于承载受电装置2B的槽10B，受电装置2B被插入到该槽并设置在输电装置1B。并且，从输电装置1B向受电装置2B进行电力传输，此外，从受电装置2B向输电装置1B进行热传导。另外，对于电力传输以及热传导的结构，由于与实施方式1、2相同，因此省略说明。
-符号说明-
1、1A、1B-输电装置
2、2A、2B-受电装置
3-电子设备
3A-二次电池
10A-承载面
11-有源电极(输电侧有源电极)
12-无源电极(输电侧无源电极)
13-热传导板(输电侧热传导体)
15-输电模块(输电侧电路)
16-磁铁(密接单元)
18-散热片(散热部)
20A-背面
20B-底面
21-有源电极(受电侧有源电极)
22-无源电极(受电侧无源电极)
23-热传导板(受电侧热传导体)
25-受电模块(受电侧电路)
26、27-导热部件
28-散热片(受电侧散热部)
100-无线电力传输系统

Claims (7)

1.一种无线电力传输系统，其通过电场耦合，从输电装置向受电装置传输电力，
所述受电装置具备：
受电侧有源电极；
受电侧无源电极，该受电侧无源电极与基准电位连接；
受电侧电路，该受电侧电路包含对所述受电侧有源电极与所述受电侧无源电极中产生的交流电压进行整流以及平滑的电路；
二次电池，该二次电池对从所述受电侧电路提供的电力进行蓄积；
负载，该负载在从所述受电侧电路提供电力的情况下，从所述受电侧电路得到电力并进行驱动，在从所述受电侧电路未提供电力的情况下，从所述二次电池得到电力并进行驱动；
受电侧散热部，该受电侧散热部对来自所述受电侧电路的热进行散热；和
受电侧热传导体，该受电侧热传导体在来自输电装置的电力传输时，传导所述受电侧电路中产生的热，
所述输电装置具备：
输电侧有源电极，该输电侧有源电极与所述受电侧有源电极隔着间隙而对置；
输电侧无源电极，该输电侧无源电极与所述受电侧无源电极直接接触，或者隔着间隙而对置；
输电侧电路，该输电侧电路将被输入的直流电压转换为交流电压，并施加到所述输电侧有源电极以及所述输电侧无源电极之间；和
输电侧热传导体，该输电侧热传导体直接或者间接地从所述受电侧热传导体受热，
所述受电侧散热部的热容量不满足对所述二次电池进行充电的同时驱动所述负载时所需的热容量，通过使所述输电侧热传导体导热，从而确保对所述二次电池进行充电的同时驱动所述负载时所需的热容量。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输系统，其中，
所述受电侧热传导体是金属，与所述受电侧无源电极电连接。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输系统，其中，
所述输电侧热传导体是金属，与所述输电侧无源电极电连接。
4.根据权利要求2所述的无线电力传输系统，其中，
所述输电侧热传导体是金属，与所述输电侧无源电极电连接。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的无线电力传输系统，其中，
所述受电侧热传导体或者所述输电侧热传导体的至少一方被具有比空气高的热传导率的电绝缘体覆盖，
所述受电侧热传导体经由所述电绝缘体，从所述受电侧热传导体受热。
6.根据权利要求1至4的任意一项所述的无线电力传输系统，其中，
所述输电装置或者所述受电装置的至少一方具备密接单元，该密接单元通过磁力，使所述受电侧热传导体与所述输电侧热传导体密接。
7.根据权利要求5所述的无线电力传输系统，其中，
所述输电装置或者所述受电装置的至少一方具备密接单元，该密接单元通过磁力，使所述受电侧热传导体与所述输电侧热传导体密接。
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