专利名称：：充电效率变化减小的无线充电器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种无线充电器(例如，利用非接触或无接触方法的无线充电器)，并且更具体地涉及具有如下结构的无线充电器所述结构能够降低充电效率根据待充电对象所处位置而出现的变化。
背景技术：
：一般而言，便携式电子装置(例如蜂窝电话、笔记本电脑、PDA等)在其中具有蓄电池，从而用户可以在移动中使用。然而，这类便携式电子装置单独地具有用来为蓄电池充电的充电器，充电器连接到普通电源以向便携式电子装置的蓄电池提供充电电流，由此对蓄电池充电。同时，为了使充电器可以向便携式电子装置的蓄电池提供充电电流，充电器的充电体应与便携式电子装置的蓄电池电连接。为了将充电体与便携式电子装置的蓄电池电连接，在有线充电器中，分别为充电体和便携式电子装置或蓄电池提供接触端子(例如，利用接触式方法)。因此，为了向便携式电子装置的蓄电池充电，便携式电子装置或蓄电池的接触端子应和充电器的接触端子彼此连接。然而，在其中为充电体和便携式电子装置或蓄电池提供接触端子利用接触方法的充电器中，所述接触端子是突出的，因此将损害外观，并且可能由于由外部杂质引起的接触端子的污染而造成接触不良。有时，可能由于用户的疏忽而发生短路，这会导致蓄电池的完全放电。为了解决上述问题，开发了一种方法，其中便携式电子装置的蓄电池以无线方式(或以无接触方法)电耦合到充电体以充入充电体的电能。在无接触方法中，用高频工作的初级电路布置在充电体中，并且次级电路布置在蓄电池侧，即在便携式电子装置或蓄电池中，从而通过感应耦合将充电体的电流或能量提供给便携式电子装置的蓄电池。使用感应耦合的无接触充电方法已经在一些家电中使用(例如，电动牙刷，电动剃须刀等)。然而，在将无接触充电方法用于便携式电子装置(例如蜂窝电话、便携式MP3播放器、CD播放器、MD播放器、盒式磁带播放器、笔记本电脑、PDA等)的情况下，增加到蓄电池侧的体积和重量应当很小，并且应当降低充电效率随着便携式电子装置或蓄电池所在位置的变化。也就是说，为了与具有各种形状和尺寸的(例如，仅考虑具有恒定额定电压的蓄电池的蜂窝电话时，就有各种形状和尺寸)便携式电子装置兼容，充电体应被设计为具有比待充电对象略大的尺寸，并且如果其形状和构造仅仅适用于特定对象则是不可接受的。另外，如果考虑同时为至少两个便携式电子装置或蓄电池充电的结构，则充电体的尺寸进一步增加，由此对作为要由该充电体充电的对象的便携式电子装置或蓄电池的位置引起显著变化。然而，随着与线圈的距离增加，由充电体的初级电路(或初级线圈)产生的磁场强度(或磁通密度)急剧下降。因此，根据要由初级线圈充电的对象的位置，与要感应耦合的磁通密度成比例的充电效率具有很大变化。此外，如果待充电的对象不在合适的位置，则完全充电所用的时间急剧增加，并且在最差的情况下，充电基本不能进行。具体来说，与在很短时间使用而基本上全天不用的电动牙刷或电动剃须刀不同，应当在短时间内(如睡眠时间内)对便携式电子装置(例如蜂窝电话、PDA、MP3播放器等)充电，所以充电效率根据位置出现的变化更加严重。由此，为了对诸如蜂窝电话的便携式电子装置广泛使用无线充电器，急需降低充电效率根据待充电对象所在的位置而出现的变化。
发明内容技术问题本发明是考虑到上述问题而设计的，因此本发明的目的是提供一种无线充电器，其中降低了充电效率根据待充电对象相对于无线充电器的位置而出现的变化。技术方案为了达到上述目的，本发明提供一种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈包括以预定绕组数和预定尺寸设置的外线圈、以及被设置为包括在所述外线圈之内的至少一个内线圈，其中，所述外线圈和所述内线圈被设置为当向外线圈和内线圈施加初级电流时，在外线圈和内线圈产生的磁通沿相同方向形成。在此，所述外线圈和内线圈可以被设置为其中心相同。另外，可以按如下方式设置至少两个内线圈使得这些内线圈彼此相继设置。在本发明的另一方面，还提供了一种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈设置有预定绕组数和预定尺寸，并且其中，当将初级电流施加到初级线圈时形成的磁通密度曲线(profde)在所述初级线圈内沿所述初级线圈横穿线具有至少三个局部最大值点。在本发明的另一方面，还提供了一种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈设置有预定绕组数和预定尺寸，并且其中，当将初级电流施加到初级线圈时形成的磁通密度在所述初级线圈内的任何点处是磁通密度最大值的至少50°/0。本发明的优选实施方式的这些以及其他特征、方面和优点将在随后的详细描述中参考附图更全面地进行描述。在附图中图1是示出了利用根据本发明实施方式的无线充电器对便携式电子装置的蓄电池进行充电的立体图；图2是示出了根据本发明实施方式的无线充电器的初级线圈的平面示意图；图3是示出了根据现有技术和本发明的无线充电器的初级线圈产生的磁场的磁通密度曲线的示意图；图4是示出了根据本发明的无线充电器的初级线圈的变型例的平面示意图；图5是示出了如下实验的图其中，初级线圈被构造为根据本发明实施方式的蜂窝电话蓄电池的无线充电器，接着在改变蜂窝电话蓄电池的次级线圈的位置的情况下测量感应功率；以及图6是感应功率曲线的曲线图，其示出了根据图5的结构的实验结果。具体实施方式此后，将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。在说明之前，应当理解的是，在说明书和所附的权利要求中使用的术语不应被认为限于通常的以及字典的意义，而是基于允许发明人合理定义术语以进行最佳说明这一原则，根据与本发明的技术特征对应的意义和概念来理解。因此，这里提供的说明仅仅是出于示例目的的优选实例，而不应当认为是限制本发明的范围，所以应当理解的是，可以对其做出其他等同物和修改而不脱离本发明的精神和范围。图1是示出了利用根据本发明实施方式的无线充电器对便携式电子装置的蓄电池进行充电的立体图。如图1所示，本实施方式的无线充电器IO包括基座(pad)11，作为待充电对象的便携式电子装置20或其蓄电池放置在其上；电路单元12，其安装在无线充电器10中并且具有集成在基板上的用于无线充电器的各种初级电路；以及用于指示充电状态的状态指示器13。在大致为盘形的基座11上设置有当向其施加高频初级电流时产生磁场的初级线圈30(参见图2)。在电路单元12中安装有用于从普通AC电源产生所希望的高频初级电流的整流器；SMPS(开关型电源)，用于与二次电池通信的通信电路；以及用于控制上述部件的控制电路。状态指示器13用于指示是否连接了电源，是否正在充电，是否完全充电等，其由适当数量和颜色的LED组成。随后描述的初级线圈的形状和设置对于本发明是至关重要的，但是基座ll、电路单元12以及状态指示器13的构造、设置和形状可以按照需要做出改变。例如，包括基座11和电路单元12的无线充电器10的整体形状可以是诸如矩形或六边形的多边形形状以及盘形，并且电路单元12可以不突起。此外，尽管在图1中示出为无线充电器10平坦地放置在地面上，但是该无线充电器也可以具有壁挂式结构从而将便携式电子装置20容纳在袋或抽屉内。另外，安装在电路单元12内的电路在其使用如汽车点烟器的DC电源而不使用110V或220V的普通AC电源的情况下可以没有整流器。此外，状态指示器13可以使用小型LCD元件而不是LED，并且也可以将其替换为发出声音或报警的扬声器。蓄电池(或二次电池)安装于蜂窝电话20当其放置在基座11上时朝向基座11的一侧，与设置在基座11中的初级线圈30感应耦合的次级线圈(未示出)安装于蓄电池内以产生感应电流。同时，尽管图1中示出了便携式电子装置是蜂窝电话20作为示例，但是本发明不限于此，而是可以应用于各种便携式电子装置，例如PDA、便携式MP3播放器、CD播放器等。另外，尽管示出了整个蜂窝电话20都置于无线充电器IO上来进行充电，但是也可以仅将蜂窝电话的蓄电池置于其上来进行充电。现在，将参考图2详细描述本实施方式的初级线圈30的构造和设置。如图2所示，形成在基座ll中的初级线圈30由外线圈31和内线圈32组成。外线圈31按预定绕组数和半径r。设置，并且内线圈32按预定绕组数和半径ri设置。同时，各个线圈31和32的绕组数和半径没有精确在图中绘出，而是为了描述的方便进行了简化。在图中，Si和S。分别是内线圈32和外线圈31的同心面积，其分别具有关系式K和S,兀r。2。其中，每个线圈的绕组数、半径和同心面积是考虑到待充电蓄电池的额定值、充电电源的额定值和频率、线圈阻抗、次级线圈的形状和尺寸等，并且还考虑到稍后参考图3说明的磁通密度曲线来确定的。同时，尽管图2中外线圈31和内线圈32均被构造为平面螺旋形，但是这些线圈可以根据基座11或次级线圈的形状而具有诸如方形或六边形的多边形形状。外线圈31和内线圈32也可以具有彼此不同的形状。另外，尽管在图2中外线圈31和内线圈32被设置为具有相同中心的同心圆，但是其中心可以不是相同一致。此外，尽管图2中示出了仅有一个内线圈32，但是也可以是至少两个内线圈32a、32b彼此相继设置，如图4所示。另外，各个线圈31、32通常由在表面涂敷了绝缘材料的铜导线制成，但如果其材料具有良好导电性，例如金、银、铝等，则其材料没有特别限制。此外，各个线圈31、32可以按巻绕一个导线的方式构成，但优选使用其中聚集多个单根导线的绞合线(Litewire)来使用高频电流进行充电。另外，各个线圈31、32可以具有其中并非巻绕导线的形状的导体图案(conductorpattern)。艮口，各个线圈31、32可以具有如下的导体图案其中，例如铜和铝的具有良好导电性的金属薄膜层叠在PCB基板上或者例如由聚酰亚胺制成的挠性绝缘膜(或基板膜)上，接着将其刻蚀成如图2或图4所示的图案。此外，尽管上述描述是关于本发明的初级线圈来进行的，但是次级线圈(即便携式电子装置的线圈)也可以构成为其中巻绕诸如铜线的导线的形状、或者构成为如同本发明的初级线圈31、32的导体图案。因此，术语"线圈"在说明书和权利要求书中具有较宽的意义，其包括所有线圈形的图案，无论导线是完好的(sound)还是刻蚀了金属薄膜的事实。外线圈31和内线圈32如图2所示地串联连接从而向其施加初级电流，但它们也可以单独形成，从而独立地向其施加初级电流。这里，应注意的是所有线圈应被设置如下当将初级电流施加于初级线圈30时，在所有线圈产生的磁场应指向相同方向(其原因将在后文解释)。现在，将参考图3更详细地描述本发明的原理。图3是示出了在将初级电流施加于初级线圈30时沿着横穿外线圈31和内线圈32的线(或图2中的线III一ni)看到的强度(或磁通密度)曲线的示意图，其中图3(a)示出了没有任何内线圈的现有初级线圈的情况，图3(b)示出了根据本发明的如图2所示的包括外线圈31和内线圈32的情况。首先，在如图3(a)所示的没有内线圈的情况下，如果将初级电流施加于初级线圈(或外线圈)31，则沿根据右手螺旋定律(或安培法则)的方向产生磁场，并且在线圈31附近的特定点处的磁场强度(或磁通密度)与离线圈31的距离的立方成反比。因此，如箭头41所示，磁通密度41随着离线圈31的距离增加而迅速减小，并且线圈31内的磁通密度具有虚线40所示的曲线。如从磁通密度40可见，在线圈31产生的磁通密度在最靠近线圈31的位置具有最大值，并且在线圈中心具有最小值。因此，根据蜂窝电话20或蓄电池所在的位置，充电效率可能急剧恶化，并且完全充电所花费的时间可能迅速增加，尽管这与初级电流的强度或线圈31的半径相关。同时，在其中存在内线圈32的图3(b)中，由内线圈32形成磁场，并且其磁通密度以与离内线圈32的距离的立方成反比的方式减小，如箭头42所示。因此，由外线圈31和内线圈32产生的整体磁通密度变为两个线圈31、32的磁通密度之和，其表示实线50所示的曲线。这个整体磁通密度曲线50在内线圈32之外的区域与仅由外线圈形成的曲线40相比略微减小，因为它被外线圈31形成的磁通所抵消，但其在内线圈32之内的区域得到加强，因此给出了在初级线圈的中心附近处也具有最大值点的独特的曲线。另外，整体磁通密度曲线50在内线圈32的外侧部分附近为最小，但此最小值大于仅由外线圈31形成的磁通密度曲线40的最小值。由此，整体磁通密度曲线50与仅由外线圈形成的磁通密度曲线40相比在整体上变平坦，因此磁通密度的变化在初级线圈(或外线圈)31内进一步减小，由此感应功率的变化和充电效率的变化也进一步减小，结果是完全充电所花费的时间的变化大大减小。这里，外线圈31和内线圈32应被设置为使得当向其施加初级电流时产生的磁场如上所述地是同一方向，因为由线圈31、32形成的磁通密度41、42在线圈31、32的中心处增强以增加整体磁通密度的最小值。同时，整体磁通密度曲线50随外线圈31的和内线圈32的半径、绕组数和阻抗以及初级电流的强度和频率等而变化，但其保持如图3所示的基本形状。然而，可以通过适当地控制线圈的半径、绕组数和阻抗以及初级电流的强度和频率等来调节最大值点和最小值点的具体位置和值。通过如上所述地控制整体磁通密度曲线50，可以将初级线圈30内的最小磁通密度值设置为理想级别。优选的是，如果将整体磁通密度的最小值设置为等于或大于最小值的50%，则能够减小充电效率的变化，并且因此减小完全充电花费的时间的变化。更优选的是，如果将整体磁通密度的最小值设置为等于或大于最大值的70%，则能够进一步縮短完全充电所花费的时间，这对于为最差情况做准备是有用的。这里，将基于为蜂窝电话的蓄电池充电的情况来说明初级线圈的构造和设置的理想实施例。然而，本实施例仅仅是出于示例目的而提供的，本发明不限于本实施例。此外，如果待充电的第二对象不是蜂窝电话的蓄电池而是另一种便携式电子装置(例如PDA和笔记本电脑)的蓄电池，则可以通过各种方式改变下面的设置实施例。输入电源AC220V充电电流的频率80kHz充电电流的强度110至160A内线圈的直流电阻0.1至0.5Q外线圈的直流电阻1.0至3.0Q线圈的半径比("。0.1至0.9线圈的同心面积比(S^。)0.01至0.81内线圈的绕组数5至15外线圈的绕组数40至60内线圈的交流(lkHz至lMHz)电阻0.1至0.4Q外线圈的交流(lkHz至lMHz)电阻2.0至20内线圈的电感4.7至5.0pH外线圈的电感240至250jiH同时，更具体地说，在使用220V的输入电源和频率80kHz的充电电流构造如图5和随后的表1所示的初级线圈和次级线圈后，测量与其磁通密度成比例的感应功率曲线以及感应功率的最大值和最小值。这里，通过将由绞合线形状的铜材料制成的外线圈和内线圈串联连接以准备初级线圈31、32来准备复合线圈，并且使用由绞合线形状的铜材料制成的圆形单线圈作为次级线圈21。表1线圈参数初级线圈(31，32)次级线圈(21)备注直流电阻(n)内线圈0.1外线圈2.01.3电感(pH)373.3(1kHz)38(80kHz)绕组数内线圈12外线圈5025线圈导线直径(mm)0.150.08绞合线的单位导线的直径线圈厚度(mm)2.50.3至0.4垂直于图5的平面的厚度内半径(mm)内线圈(巧)18外线圈(r。〉35r':15外半径(mm)内线圈(Ri):19外线圈(R。)37R':20线圈之间的间隔(d)(mm)16-另外，为了将本发明的效果与现有技术的效果进行比较，作为比较例，除了去除内线圈之外，以与以上实施方式相同的方式构造初级线圈，并且接着测量其感应功率曲线以及感应功率的最大值和最小值。在如上所述地准备的上述示例中，测量本实验例和比较例的感应到次级线圈的电压、电流和功率，如下表2中所列出，感应功率的曲线如图6所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>如从表2和图6所见，根据本发明的实验例的次级感应功率具有最大值1.9W和最小值1.1W，并且因此最小值达到最大值的大约58%。同时，比较例的次级感应功率显示最大值1.86W和最小值0.8W，所以最小值仅是最大值的大约43%。从上述实验例和比较例，可以理解，在具有根据本发明的初级线圈的无线充电器中，大大减小了充电效率的变化。已经详细描述了本发明。然而，应当理解，尽管详细描述和具体实施例给出了本发明的优选实施方式，但是这些详细描述和具体实施例仅仅是作为示例给出的，这是因为本领域技术人员根据本详细描述可以显见在本发明的精神和范围之内的各种变化和修改。产业应用性如上所述，根据本发明的无线充电器的初级线圈具有由外线圈和内线圈组成的复合结构，由此用内线圈形成的磁通补充在外线圈的内部中心附近急剧减小的磁通密度。因此，在初级线圈的内部，磁通的变化明显减小，由此显著减小了充电效率根据待充电蓄电池所在的位置而出现的变化。权利要求1.一种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈包括以预定绕组数和预定尺寸设置的外线圈；以及被设置为包括在所述外线圈之内的至少一个内线圈，其中，所述外线圈和所述内线圈被设置为当向所述外线圈和所述内线圈施加初级电流时，在所述外线圈和所述内线圈中产生的磁通沿相同方向形成。2.如权利要求1所述的无线充电器，其中，所述外线圈和所述内线圈的中心是相同的。3.如权利要求1所述的无线充电器，其中，设置有至少两个内线圈，并且所述至少两个内线圈彼此相继设置。4.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和/或所述内线圈巻绕为大致平面圆形。5.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和/或所述内线圈巻绕为大致平面多边形。6.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和/或所述内线圈是通过巻绕至少一种导线而构成的，所述至少一种导线由选自包括金、银、铜和铝的组的材料制成。7.如权利要求6所述的无线充电器，其中，所述外线圈和/或所述内线圈由绞合线组成。8.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和/或所述内线圈由通过在基板膜上进行构图而形成的导体图案构成。9.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和所述内线圈彼此串联连接。10.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述外线圈和所述内线圈彼此间接连接。11.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，沿着所述初级线圈的横穿线看去，在向所述初级线圈施加初级电流时形成的磁通密度曲线在所述初级线圈内具有至少三个局部最大值点。12.如权利要求1至3中的任一项所述的无线充电器，其中，所述内线圈设置在所述外线圈与如下的点之间在所述点处，当仅向所述外线圈施加初级电流时由所述外线圈形成的磁通密度是其最大值的50%。13.—种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈设置有预定绕组数和预定尺寸，并且其中，沿着所述初级线圈的横穿线看去，当向所述初级线圈施加初级电流时形成的磁通密度曲线在所述初级线圈内具有至少三个局部最大值点。14.如权利要求13所述的无线充电器，其中，在所述初级线圈内的磁通密度曲线中，磁通密度的最小值是磁通密度的最大值的至少50%。15.如权利要求13所述的无线充电器，其中，所述初级线圈包括以预定绕组数和预定尺寸设置的外线圈；以及被设置为包括在所述外线圈之内的至少一个内线圈，其中，所述外线圈和所述内线圈被设置为当向所述外线圈和所述内线圈施加初级电流时，在所述外线圈和所述内线圈中产生的磁通沿相同方向形成。16.—种无线充电器，该无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈，其中，所述初级线圈设置有预定绕组数和预定尺寸，并且其中，当向所述初级线圈施加初级电流时形成的磁通密度在所述初级线圈内的任何点处都是所述磁通密度的最大值的至少50%。17.如权利要求16所述的无线充电器，其中，当向所述初级线圈施加初级电流时形成的磁通密度在所述初级线圈内的任何点处都是所述磁通密度的最大值的至少70%。18.如权利要求16的无线充电器，其中，沿着所述初级线圈的横穿线看去，所述磁通密度曲线在所述初级线圈内具有至少三个局部最大值点。19.如权利要求16所述的无线充电器，其中，所述初级线圈包括以预定绕组数和预定尺寸设置的外线圈；以及被设置为包括在所述外线圈之内的至少一个内线圈，其中，所述外线圈和所述内线圈被设置为当向所述外线圈和所述内线圈施加初级电流时，在所述外线圈和所述内线圈中产生的磁通沿相同方向形成。全文摘要本发明提供充电效率变化减小的无线充电器。无线充电器以无线方式即非接触或无接触方式对便携式电子装置的蓄电池充电，使得无论蓄电池处于无线充电器的任何位置，充电效率都没有严重变化。所述无线充电器具有用于产生磁场以通过与次级线圈的感应耦合来向具有所述次级线圈的对象充电的初级线圈。所述初级线圈包括以预定绕组数和预定尺寸设置的外线圈；以及被设置为包括在所述外线圈之内的至少一个内线圈。所述外线圈和所述内线圈被设置为当向所述外线圈和所述内线圈施加初级电流时，在所述外线圈和所述内线圈中产生的磁通沿相同方向形成。文档编号H02J7/00GK101233664SQ200680027409公开日2008年7月30日申请日期2006年5月4日优先权日2005年7月27日发明者崔星旭,文盛煜,朴东荣,权光熙,燮韩申请人:Ls电线有限公司