专利名称：无线电力充电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电力充电系统，并且更具体地涉及一种非接触充电系统，该系统在初级和次级铁芯侧具有屏蔽部件和涡电流减少部件，以包括充电系统和电池包不受电磁场的影响。
背景技术：
如便携式电话、个人数字助理(PAD)、便携媒体播放器(PMP)、数字多媒体广播终端(DMB终端)、音频动态压缩第三层(MP3)播放器或笔记本电脑的便携式的电子设备不能 插入家或办公室中的普通电源，这是因为它们通常在使用者移动的时候而被使用。因此，便携式电子器件配备有电池或可充电电池。通过电源线或电源连接器，充电系统可以被用来将由普通电源提供的电能充入到电池或电池包。然而，当充电器和电池被连接或断开以用连接器电源系统来补充电池的电能时，由于充电器连接器与电池连接器之间的电势差，将发生瞬时放电。因此，杂质将被逐渐地聚集在两个连接器上，并且最终将有火灾发生也会严重地降低充电质量。此外，由于连接器暴露在空气中，在连接器上聚集的湿度和灰尘可能引起电池的自然放电。也会引起像降低电池寿命和电池质量低等其它问题。为了解决上面提到的使用电源连接器的充电系统的问题，开发了非接触充电系统。在根据现有技术所述的非接触充电系统中，对电池进行充电的设备被放在非接触充电系统的初级线圈上，并且电池由电池的次级线圈充电。通过初级线圈产生的磁场，电池由来自次级线圈感应电动势的感应电流来充电。具有现有技术的传统的非接触充电系统只能被用来给便携式设备供电。由于它们不能在各种可选择的情况下使用，所以在实际使用中受到限制。此外。如果将金属放置在初级线圈产生的磁场的有效半径中，由于磁场的改变，初级线圈中将会有大量的电损耗，以致非接触充电系统可能被损坏。无线电力充电系统的电路组成部分、便携式设备以及电池将被初级线圈和次级线圈之间存在的电磁场损坏。那些设备也可能在没有预兆的情况下发生故障。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明旨在构造一种无线电力充电系统以给电池包或便携式设备充电而在它们之间不用实际接触，由此将不会发生任何由连接器接触而引起的火灾。由于没有连接器之间的杂质引起的任何不利的连接问题，因此也能预料到更好的电力传输效率。本发明通过在无线电力传输装置的初级铁芯和无线电力接收装置的初级铁芯两者中分别安装屏蔽部件和涡电流减少部件，也可以直接用来保护无线电力充电系统和电池包不受初级铁芯和次级铁芯产生的电磁场的影响。因此，本发明的目的是通过保持电池的稳定温度并且甚至在充电/放电实验500次之后也能保证电池包的充电能力未减弱，从而得到充电系统和电池包较好的充电能力。根据本发明的一个方面，依照本发明的无线电力充电系统包括无线电力传输装置，该装置用于在传输控制单元控制通过谐振转换器从初级铁芯传输电力信号；以及无线电力接收装置，该装置用于通过次级铁芯接收从无线电力传输装置的初级铁芯传输的电力信号，并且通过接收控制单元的控制给电池充电。无线电力接收装置包括在次级铁芯侧的接收屏蔽板和涡电流减少部件，用于屏蔽从 次级铁芯产生的电磁场。无线电力接收装置20的接收屏蔽板,可以由聚安酯(polyurethane)和招娃铁粉(sendust)组成,相对于每65_75重量份的招娃铁粉,聚安酯的含量是25-35重量份。此外，无线电力接收装置的涡电流减少部件可以由镀有涡电流减少组合物的网状聚酯制成，其中涡电流减少组合物包括锌和镍，相对于每55-65重量份的镍，锌的含量是35-45重量份。无线电力传输装置可以包括在初级铁芯侧的传输屏蔽板，用来屏蔽从初级铁芯产生的电磁场，无线电力传输装置的传输屏蔽板可以由聚安酯和铝硅铁粉制成，相对于每55-65重量份的铝硅铁粉，聚安酯的含量是35-45重量份。此外，无线电力传输装置可以包括电源模块，该模块用于提供电能，这样电力信号从初级铁芯被传输；显示单元，该单元用于显示无线电力传输装置的运行状态、无线电力接收装置的运行状态和电池的充电状态；以及传输存储单元。传输控制单元可以包括预置驱动器(pre-driver)，用于通过主控制器的控制来操作谐振转换器；以及接收信号处理块，该处理块用于接收从初级铁芯检测到的信号并传输所检测的信号到主控制器。通过上面描述形成的本发明的无线电力充电系统被构造来为电池包或便携式设备充电且在它们之间没有任何实际连接，由此将不会发生任何由连接器接触而引起的火灾。由于没有连接器之间的杂质引起的任何不利的连接问题，也可以预期到更好的电力传输效率。特别地，由于屏蔽部件和涡电流减小部件被分别安装在无线电力传输装置的初级铁芯和无线电力接收装置的次级铁芯，这样对保护充电系统和电池包避免受到由初级铁芯和次级铁芯产生的电磁场的影响有极好的效果。因此，具有的好处是为充电系统和电池包提供可靠且更好的充电能力，其能保持稳定的电池温度并且甚至在500次充电/放电实验中能保持电池包的充电能力未减弱。
图I是根据本发明的无线电力充电系统的结构示意图；图2是根据本发明的无线电力充电系统的无线电力接收装置的结构示意图；图3是根据本发明的无线电力充电系统的屏蔽部件的结构示意图；图4是根据本发明的无线电力充电系统的实验结果的图表；图5是根据本发明的无线电力充电系统的接收屏蔽板和涡电流减少部件的结构示意图。
具体实施例方式将结合附图对本发明做详细的描述。
图I是根据本发明的无线电力充电系统的结构示意图；图2是根据本发明的无线电力充电系统的无线电力接收装置的结构示意图；图3是根据本发明的无线电力充电系统的屏蔽部件的结构示意图；图4是根据本发明的无线电力充电系统的实验结果的图表。参考图I至图4，根据本发明的无线电力充电系统A包括无线电力传输装置10，该装置10用于在传输控制单元12的控制下通过谐振转换器13从初级铁芯14传输电力信号；以及无线电力接收装置20，该装置20用于通过次级铁芯24接收从无线电力传输装置10的初级铁芯14传输的电力信号，并且通过接收控制单元22的控制给电池21充电。无线电力充电系统A的无线电力传输装置10被构造来传输初级铁芯14的感应电磁场的电力信号。对于详细的构造，无线电力传输装置10可以包括电源模块16，该模块用于给无线电力传输装置10提供电能；显示单元17，用于在传输控制单元12的控制下显示无线电力传输装置10的运行状态、无线电力接收装置20的运行状态和电池21的充电状态；以及传输存储单元18。
传输控制单元12可以包括预置驱动器122，该驱动器122用于在主控制器121的控制下操作谐振转换器13 ;以及接收信号处理块123，该处理块123用于接收从初级铁芯14检测到的信号并传输所检测的信号到主控制器121。此外，无线电力传输装置10可以包括温度感应模块19，该模块19用于检测无线传输装置10的各部分的温度，例如电源模块16、谐振转换器13等等，并且发送正常/非正常信号到传输控制单元12。对于电力供应，无线电力传输装置10可以被插入到电脑、笔记本电脑、家或办公室中的普通电源、诸如车辆、发电机或高容量充电装置的任意便携式电源。因此，无线电力传输装置10的电源模块16可以被形成来可选择地只使用一个电源，或被形成来使用具有多功能插头的多个电源。对于插入电脑或笔记本电脑，USB类型的连接器可以被安装或合适类型的转换器可以连同电源模块16—起被形成。对于普通电源，用于普通电源的家用连接器或工厂用连接器(单相或三相)可以被形成，并且具有电源模块16的合适类型的转换器可以被安装。对于如车辆的移动电源、如汽车点火插孔的专用连接器可以被形成，并且合适类型的转换器也可以连同电源模块16 —起被形成。对于发电机或高容量充电装置，用于连接设备的合适的连接器可以被形成，并且合适的转换器可以被形成以用于设备的稳定电源。用于无线电力传输装置10的电源，许多方法可以被用于普通电源，或选择如上面所述的单个电源。对于目前的普通应用，如多连接器类型的多个电源连接器可以被使用。从电源模块16供应的电力被供应给谐振连接器13，并且通过产生感应电磁场来传输电力信号，该感应电磁场由连接在谐振转换器13的初级铁芯14产生的。在传输控制单元12的控制下，通过在预置驱动器122中处理的振荡信号来传输电力信号；全桥谐振转换器可以被用作谐振转换器13 ;并且预置驱动器可以被形成来包括门电路驱动器等。对于本领域的技术人员来说，本发明不局限于那些详细的构造，而根据本发明的许多改变以及变换也可以被应用和使用。传输控制单元12还包括信号处理块(没有显示)，该处理块用于处理从温度感应模块19传输的信号并且传输该信号到主控制器121 ;数据处理块(没有显示)，该处理块用于处理输入/输出数据；以及传输存储单元18 ;显示信号处理块(没有显示)，该处理块用于处理传输的信号，如状态信号或无线电力传输装置10和无线电力接收装置20的警报信号，该信号将被发送到显示单元17 ;以及电力信号处理块(没有显示)。该处理块用于处理在电源模块16间传输的信号。用于处理在初级铁芯14中检测到的信号的接收信号处理块123将从初级铁芯14和非接触的无线电力接收装置20中传输的信号的检测信号发送到主控制单元12。通常地，接收信号处理块123收集无线电力接收装置20的电力接收状态和控制状态、以及电池包的充电状态，并且发送到传输控制单元12。然后，传输控制单元12判断接收的数据并且通过显示单元17显示数据。另外。传输控制单元12可以被形成以通过控制预置驱动器122和谐振转换器13来控制从初级铁芯14传输的无线电力信号。无线电力接收装置20通过来自无线电力传输装置10的感应电磁场来接收电力，该无线电力接收装置20被形成为通过次级铁芯24来接收作为感应电动势的电力，并且在 电力被整流器单元231和滤波器单元232处理之后，通过接收控制单元22的控制为电池21充电。当通使用在初级铁芯14和次级铁芯24之间产生的电磁场，电力从无线电力传输装置10被传输到无线电力接收装置20时，在无线电力传输装置10和无线电力接收装置20之间，控制信号和通信信号也被传输和接收。如上面所述，无线电力传输装置10通过与初级铁芯14连接的接收信号处理块123从无线电力接收装置20接收传输的信号。在无线电力接收装置20中，接收控制单元22可以被形成为具有与次级铁芯24连接的接收信号处理块(没有显示)，并且信号可以在整流器单元231和滤波器单元232之间的连接部分被检测。这个过程的结果是，从无线电力传输装置10传输的信号可以在无线电力接收装置20中被接收和判断。当无线电力传输装置10第一次准备无线电力传输时，由于无线电力传输装置10不能判断在初级铁芯14附近是否存在任何无线电力接收装置20，因此它定期发送感应信号作为具有预定的周期的脉冲信号。脉冲感应信号在初级铁芯14周围形成感应电磁场，并且传输控制单元12通过初级铁芯14可以检测接近的物体，因为当无线电力接收装置20接近时，感应电磁场被改变。无线电力传输装置10发送信号，该信号请求连同脉冲信号一起的唯一的ID数据，无线电力接收装置20的接收控制单元22发送它唯一的ID信号作为返回信号。因此，当无线电力传输装置10认出返回信号是无线电力接收装置20正确的唯一ID时，无线电力传输装置10开始通过初级铁芯14传输无线电力信号。在无线电力接收装置20中，通过次级铁芯24接收的电力信号通过整流器单元231和滤波器单元232被处理，并且然后通过充电块233 (充电器IC)给电池21充电。电池21的充电状态通过保护电路模块234 (PCM)被检测，并且所检测的信号被发送到接收控制单元22，由此根据电池21的充电状态或完全充电状态可以控制充电操作。从电池包传输的关于充电状态、充电量以及电池包状态的所有信息通过无线电力传输装置10被接收；并且在被判断之后，该信息将在显示单元17上显示以让使用户可以使用该信息。如上所述，在无线电力充电系统A中，普遍具有无线电力传输装置10和无线电力接收装置20，在初级铁芯14和次级铁芯24之间产生感应电磁场使电力的传输以及数据信号的接收/发送成为可能。 为了电力的传输以及数据信号的接收/发送，如传输控制单元12的无线电力传输装置10的电力传输部件和如接收控制单元22的无线电力接收装置20的电力接收部件都需要一起被构造。这就是为什么要安装用于保护无线电力传输装置10和无线电力接收装置20的部件不受感应电磁场影响的屏蔽部件，例如韩林浦项工业(Hanrim Postech)的电磁屏蔽(HPES)。对于这些屏蔽部件，传输屏蔽板15 (传输HPES)可以在无线电力传输装置10中被提供，并且接收屏蔽板25 (接收初级HPES)和涡电流减小部件26 (接收次级HPES)可以在无线电力接收装置20中被提供。因此，传输屏蔽板15形成在无线电力传输装置10的初级铁芯14侧，用于屏蔽从初级铁芯14和次级铁芯24产生的电磁场。无线电力传输装置10的传输屏蔽板15可以包括聚安酯和铝硅铁粉，其中相对于每55 — 65重量份的铝硅铁粉，聚安酯的含量是35 - 45重量份。接收屏蔽板25和涡电流减小部件26形成在无线电力接收装置20的次级铁芯24侦牝用于屏蔽从初级铁芯14和次级铁芯24产生的电磁场。
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无线电力接收装置20的接收屏蔽板25可以包括包括聚安酯和铝硅铁粉，其中相对于每65 - 75重量份的铝硅铁粉，聚安酯的含量是25 - 35重量份。无线电力接收装置20的涡电流减小部件26可以由镀有涡电流减少组合物的网状的聚酯制成，该涡电流减少组合物包括锌和镍，其中相对于每55 — 65重量份的镍,锌的含量是35 — 45重量份。招娃铁粉是一种包括招、娃和铁的高磁导率(permeability)的合金。传输屏蔽材料15可以结合具有极好屏蔽性能的铝硅铁粉和聚安酯化合物来被制造。当铝硅铁粉低于55重量份时，可以理解屏蔽性能将会降低。当铝硅铁粉高于75重量份时，与输入相比将会有一些改进。无线电力传输装置10的每单位面积的磁密度可以比无线电力接收装置20的小，其可以包括铝硅铁粉和聚安酯，其中相对于每35 - 45重量份的聚安酯，铝硅铁粉的含量是55 — 65重量份。它也可以由60重量份的招娃铁粉和40重量份的聚安酯组成。另一方面，由于无线电力接收装置20可以容易地暴露在由次级铁芯24和初级铁芯14产生的电磁场中，可以理解其可能发生数据丢失或故障，并且可以提高铝硅铁粉的含量以防止便携式电池包的温度升高。无线电力接收装置20的接收屏蔽板25可以包括65 -75重量份的铝硅铁粉和25 - 35重量份的聚安酯，并且它也可以包括70重量份的铝硅铁粉和30重量份的聚安酯。通过以平板状形成且被制造包含铝硅铁粉的传输屏蔽板15可以有效地屏蔽感应电磁场，并且通过接收屏蔽板25可以有效地屏蔽来自次级铁芯24的电磁场。此外，在无线电力接收装置20中可能存在涡电流，所以要形成涡电流减少部件来减少润电流。所述涡电流减少部件形成为网状，它是镀有涡电流减少组合物的网状聚酯。并且电流减少组合物可以包括锌和镍，其中相对于每55-65重量份的镍,锌的含量是35-45重量份。由于包括镍和锌的涡电流减少组合物被镀在聚酯的表面，因此涡电流减少部件26由一种网状合金制成。涡电流减少部件26的螺旋形效应可以减少从初级铁芯14和次级铁芯24的电磁场所产生的涡电流，由此来保护无线电力接收装置20。由于多个合金筛孔(mesh)可以通过涡电流减少部件26的网状合金的筛孔分别减少涡电流，因此在无线电力接收装置20的所有电池包中，可以减少电磁场产生的涡电流。涡电流减少部件26可以包括具有100个筛孔或200个筛孔的网状合金，优选的情况为具有135个筛孔。此外，根据本发明的无线电力充电系统A的无线电力接收装置20包括接收屏蔽板25 (接收初级HPES)和涡电流减少部件26 (接收次级HPES)，用于保护无线电力接收装置20的电路和电池21避免受到在初级铁芯14和次级铁芯24之间产生的电磁场的影响。形成有筛孔的接收初级HPES和接收次级HPES可以通过形成连续的双层被安装具有若干层。如图5所示，作为中间身份的涡电流减少部件26 (接收次级HPES)，接收屏蔽板25 (接收初级HPES)可以形成在涡电流减少部件26的下面，并且另外次级接收屏蔽板25’可以形成在涡电流减少部件26的上面。整个构造以及作为涡电流减少部件26的接收次级HPES和作为接收屏蔽板25和次级接收屏蔽板25’的接收初级HPES的数量，可以根据无线电力传输装置10和无线电力接收装置20的类型、铁芯之间的距离以及设备的电路组成被恰当地配置。通过恰当地配置，无线电力接收装置20的电路可稳定地工作，并且电池21可以安全地 充电而不会过热。实施例参考图3，作为实施例，在根据本发明的无线电力充电系统A的无线电力传输装置10中，板状的传输屏蔽板15被形成在初级铁芯14周围，并且传输屏蔽板15包括聚安酯和铝硅铁粉，其中，相对于每60重量份的铝硅铁粉，聚安酯的含量是40重量份。无线电力接收装置20作为电池包被测试。在电池包中，涡电流减少部件26连同板状的接收屏蔽板25被形成在次级铁芯24周围；接收屏蔽板25包括聚安酯和铝硅铁粉，其中相对于每70重量份的铝硅铁粉，聚安酯的含量是30重量份；并且涡电流减少部件26是镀有涡电流减少组合物的筛孔筛(mesh-screen)聚酯,该组合物包括锌和镍,其中相对于每60重量份的镍，锌的含量是40重量份，该涡电流减少部件26也是具有135个筛孔的网状合金。在这个实施例中，屏蔽部件(HPES)被实现为无线电力传输装置10的传输屏蔽板15和无线电力接收装置20的接收屏蔽板25 (接收初级HPES)以及涡电流减少部件26 (接收次级HPES )。测试实例如上面提到实施方式的形成，包括传输屏蔽板(传输HPES，15)、接收屏蔽板(接收初级HPES，25)以及涡电流减少部件(接收次级HPES，26)的屏蔽部件(HPES)在下面的条件下被测试。无线电力传输装置10的输入电压是5. 4V，电流是700mA，并且用于测试的初级铁芯14和次级铁芯24之间的距离是3mm。初级铁芯14和传输屏蔽板15两者都是圆形的，直径分别是50mm和55mm ;次级铁芯24和接收屏蔽板25也是圆形的，它们的直径分别是30mm和34mm。温度被测试两次开始时电池的初始温度和在充电/放电测试500次之后的第二温度。发明的实例结合屏蔽部件(HPES)而被形成，并且传统的实例没有屏蔽部件。电池包的电池也都被测试。表I
权利要求
1.一种用于将电力信号传输到无线电力接收装置的无线电力传输装置，该无线电力接收装置具有次级铁芯和用于屏蔽从该次级铁芯产生的电磁场的接收屏蔽板，所述的无线电力传输装置包括 初级铁芯，被构造成与所述次级铁芯电磁耦合；以及 被设置成面对所述初级铁芯的传输屏蔽板，该传输屏蔽板的面积比所述接收屏蔽板的面积大，用于屏蔽从所述初级铁芯产生的电磁场。
2.根据权利要求I所述的无线电力传输装置，其中传输屏蔽板被构造为与所述接收屏蔽板相比包含更少的铝硅铁粉。
3.根据权利要求I所述的无线电力传输装置，其中所述传输屏蔽板包括铝硅铁粉和聚氨酯，其中相对于每55-65重量份的铝硅铁粉，聚氨酯的含量是35-45重量份。
4.一种用于从无线电力传输装置接收电力信号的无线电力接收装置，该无线电力传输装置具有初级铁芯和用于屏蔽从该初级铁芯产生的电磁场的传输屏蔽板，所述无线电力接收装置包括 次极铁芯，被构造为与所述初级铁芯电磁耦合；以及 被设置成面对所述第二铁芯的接收屏蔽板，该接收屏蔽板的面积比所述传输屏蔽板的面积小，用于屏蔽从所述次级铁芯产生的电磁场。
5.根据权利要求4所述的无线电力接收装置，其中所述接收屏蔽板被构造为与所述传输屏蔽板相比包含更多的铝硅铁粉。
6.根据权利要求5所述的无线电力接收装置，其中所述接收屏蔽板包括聚氨酯和铝硅铁粉，其中相对于每65-75重量份的铝硅铁粉，聚氨酯的含量是25-35重量份。
7.根据权利要求4所述的无线电力接收装置，该无线电力接收装置还包括 涡电流减少部件，该涡电流减少部件由镀有涡电流减少组合物的网状聚酯构成，且该涡电流减少部件相对于所述次级铁芯被设置在所述接收屏蔽板的后面。
8.根据权利要求7所述的无线电力接收装置，其中所述涡电流减少组合物包括锌和镍，其中相对于每55-65重量份的镍,锌的含量是35-45重量份。
9.根据权利要求7所述的无线电力接收装置，该无线电力接收装置还包括 相对于所述次级铁芯被设置在所述涡流减少部件后面的另一个接收屏蔽板。
10.根据权利要求4所述的无线电力接收装置，该无线电力接收装置还包括 电池；以及 接收控制单元，被配置成允许所述次级铁芯使用所接收的电力信号对所述电池进行充电。
11.根据权利要求10所述的无线电力接收装置，该无线电力接收装置还包括 保护电路模块，该保护电路模块将所述接收控制单元与所述电池连接，并将所述电池的充电状态传送到所述接收控制单元。
12.根据权利要求11所述的无线电力接收装置，其中所述接收控制单元被配置成经由所述次级铁芯将所接收的所述电池的充电状态传送到所述无线电力传输装置。
全文摘要
一种无线电力充电系统，该系统包括无线电力传输装置(10)，该装置(10)用于在传输控制单元(12)的控制下，通过谐振转换器(13)从初级铁芯(14)传输电力信号；和无线电力接收装置(20)，该装置(20)用于通过次级铁芯(24)接收从无线电力传输装置(10)的初级铁芯(14)传输的电力信号并且在接收控制单元(22)的控制下给电池(21)充电。无线电力接收装置(20)包括在次级铁芯(24)侧的接收屏蔽板(25)和涡电流减少部件(26)，用于屏蔽从次级铁芯(24)产生的电磁场，从而避免充电系统和电池受到电磁场的影响。
文档编号H02J17/00GK102780272SQ20121015151
公开日2012年11月14日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年4月28日
发明者郑春吉 申请人:郑春吉