БЕСКОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕГО ВТОРИЧНОЙ СТОРОНЫ
NON-CONTACT ENERGY TRANSFER DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF ITS SECONDARY SIDE

Область техники
Настоящее изобретение относится к бесконтактному устройству передачи энергии, выполненному с возможностью передачи электроэнергии без какого-либо прямого электрического соединения, и к способу изготовления вторичной стороны этого устройства.
Предшествующий уровень техники
Такого рода бесконтактное устройство передачи энергии в широком смысле можно разделить на передатчик энергии на первичной стороне и приемник энергии на вторичной стороне. Передатчик энергии включает в себя первичную катушку и используется в качестве устройства, такого как зарядное устройство, или тому подобное (ниже называется "первичным устройством"). Приемник энергии включает в себя вторичную катушку и используется в качестве устройства, такого как беспроводный телефон, электробритва, электрическая зубная щетка, карманный персональный компьютер или тому подобное (ниже называется "вторичным устройством"). Первичная и вторичная катушки составляют трансформатор, и электроэнергия передается от первичной стороны на вторичную сторону посредством электромагнитной индукции между катушками. Таким образом, бесконтактное устройство передачи энергии не имеет какого-либо электрического контакта для передачи энергии с первичной стороны на вторичную сторону. В соответствии с этим не возникает проблемы деградации контактов, и становится возможным легко состыковывать первичное и вторичное устройства для передачи энергии с первичной стороны на вторичную сторону. Кроме того, может быть легко реализована каждая водонепроницаемая структура из первичного и вторичного устройств.
Каждый из передатчика энергии и приемника энергии дополнительно имеет сердечник или бобину (форму), и каждая их катушка намотана вокруг своего сердечника или бобины.
В последние годы для таких вторичных устройств, в частности, потребовалась их миниатюризация, тонкий профиль, и при этом они должны иметь высокие рабочие характеристики. Для соответствия этим требованиям вторичная катушка должна быть выполнена тонкой. В связи с этим для вторичной катушки были предложены плоские катушки (например, японская патентная публикация №2006-311712, опубл. 9 ноября 2006 г.). Однако плоская катушка обладает худшими магнитными свойствами по сравнению с катушкой, намотанной вокруг сердечника, и в соответствии с этим мощность на вторичной стороне уменьшается. Если магнитный слой будет добавлен к плоской катушке, эффективность передачи энергии между первичной и вторичной сторонами может быть улучшена, но при этом должен быть сформирован тонкий магнитный слой, что становится проблемой.
Также для миниатюризации вторичного устройства некоторые детали во вторичном устройстве расположены как можно ближе к плоской катушке, и расстояние между ними сокращено. В соответствии с этим, если эти детали включают в себя часть, неустойчивую к воздействию тепла и помехам, например литий-ионную аккумуляторную батарею или тому подобное, эта слабая часть будет находиться под влиянием тепла и помех, увеличенных из-за непосредственной близости к плоской катушке.
Краткое изложение сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является улучшение эффективности передачи энергии между первичной и вторичной сторонами, а также уменьшение влияния помех от плоской катушки. Другой задачей настоящего изобретения является уменьшение влияния тепла и помех от плоской катушки.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения бесконтактное устройство передачи энергии содержит вторичную катушку, расположенную на вторичной стороне, и сконфигурировано для передачи электроэнергии с первичной стороны на вторичную сторону посредством электромагнитной индукции между первичной катушкой и вторичной катушкой (ниже называется "первой конфигурацией"). Первичная катушка расположена на первичной стороне. Вторичная сторона дополнительно содержит: удерживающий элемент, который физически отделен от первичной стороны; магнитный слой; экранирующий слой для экранирования электромагнитных помех и слой теплоизоляции. Вторичная катушка представляет собой плоскую катушку и поддерживается удерживающим элементом. По меньшей мере, магнитный слой нанесен на одну сторону плоской катушки и является одним целым с плоской катушкой. В этой структуре, поскольку магнитный слой нанесен на плоскую катушку, эффективность передачи энергии между первичной и вторичной сторонами может быть улучшена. Поскольку вторичная сторона включает в себя экранирующий слой, влияние помех от плоской катушки может быть уменьшено. Поскольку вторичная сторона включает в себя слой теплоизоляции, влияние тепла и помех от плоской катушки может быть уменьшено.
Предпочтительно бесконтактное устройство передачи энергии дополнительно содержит слой излучения, расположенный между удерживающим элементом и плоской катушкой.
В одном варианте выполнения магнитный слой сформирован так, что он распределен поверх спиральной выемки на одной стороне плоской катушки. В этой структуре плотность магнитного потока и эффективность передачи энергии могут быть улучшены.
Предпочтительно магнитный слой нанесен на упомянутую одну сторону плоской катушки; экранирующий слой нанесен на магнитный слой; и слой теплоизоляции нанесен на экранирующий слой (ниже называется "второй конфигурацией").
Предпочтительно бесконтактное устройство передачи энергии дополнительно содержит вторичное устройство, которое включает в себя вторичную сторону и имеет корпус. Удерживающий элемент представляет собой часть корпуса.
Предпочтительно бесконтактное устройство передачи энергии дополнительно содержит функциональный элемент, расположенный на вторичной стороне. Удерживающий элемент представляет собой функциональный элемент.
В варианте выполнения бесконтактное устройство передачи энергии дополнительно содержит вторичное устройство, включающее в себя вторичную сторону и удерживающий элемент. Комбинация из плоской катушки и, по меньшей мере, магнитного слоя выполнена в форме карты и может быть закреплена на и отсоединена от удерживающего элемента. Или комбинация из плоской катушки, магнитного слоя, экранирующего слоя и слоя теплоизоляции может быть выполнена в форме карты, и может быть закреплена на и может быть отсоединена от удерживающего элемента. В этих конструкциях можно улучшить простоту изготовления.
Способ изготовления второй стороны в первой конфигурации содержит этап, на котором формируют магнитный слой путем прессования магнитного материала, изготовленного из кристаллического металлического материала или некристаллического металлического материала. В способе может быть улучшена плотность магнитного потока.
Способ изготовления второй стороны во второй конфигурации содержит этапы, на которых: наносят слой теплоизоляции на одну сторону экранирующего слоя; фиксируют слой теплоизоляции и экранирующий слой путем сушки; склеивают вместе другую сторону слоя и одну сторону магнитного слоя; и склеивают вместе другую сторону магнитного слоя и одну сторону плоской катушки. В этом способе вторичная сторона может быть легко изготовлена.
Во втором аспекте настоящего изобретения бесконтактное устройство передачи энергии содержит первичную катушку, расположенную на первичной стороне, и вторичную катушку, расположенную на вторичной стороне, и сконфигурировано для передачи электроэнергии с первичной стороны на вторичную сторону посредством электромагнитной индукции между первичной и вторичной катушками. Первичная сторона дополнительно содержит первый удерживающий элемент, который поддерживает первую катушку. Вторичная сторона дополнительно содержит: второй удерживающий элемент, который физически отделен от первого удерживающего элемента и поддерживает вторичную катушку; и множество магнитных слоев. Вторичная катушка представляет собой плоскую катушку. Проницаемость каждого из магнитных слоев отличается друг от друга, и каждый из магнитных слоев образует линии магнитной индукции с первичной стороной. В этой структуре вторичная сторона включает в себя магнитный слой, имеющий высокую проницаемость, и магнитный слой, имеющий низкую проницаемость. Магнитный слой, имеющий высокую проницаемость, увеличивает связь между первичной и вторичной катушками. Магнитный слой, имеющий низкую проницаемость, повышает эффективность передачи высокочастотных составляющих с первичной стороны на вторичную сторону и подавляет помехи. Высокочастотные составляющие включают в себя более высокие частоты, чем высокая частота переключения передачи энергии.
Во втором аспекте, предпочтительно, первичная сторона дополнительно содержит множество магнитных слоев. Первичная катушка представляет собой плоскую катушку. Проницаемость каждого из магнитных слоев на первичной стороне отличается друг от друга, и каждый из магнитных слоев на первичной стороне образует линии магнитной индукции со вторичной стороной. В этой структуре могут подавляться помехи, поступающие на первичную сторону, и помехи, поступающие с первичной стороны на вторичную сторону.
В варианте выполнения магнитные слои на вторичной стороне представляют собой первый магнитный слой, расположенный с одной стороны вторичной катушки, и второй магнитный слой, расположенный на первом магнитном слое. Другая сторона вторичной катушки обращена к первичной катушке, и проницаемость первого магнитного слоя выше, чем у второго магнитного слоя. Магнитные слои на первичной стороне также могут быть сформированы таким же образом, как и на вторичной стороне. Данный вариант воплощения пригоден для улучшения эффективности передачи и снижения помех.
В варианте выполнения площадь второго магнитного слоя на вторичной стороне больше, чем у первого магнитного слоя на вторичной стороне. В этой структуре могут быть дополнительно понижены помехи.
В варианте выполнения второй магнитный слой расположен в непосредственной близости к функциональному устройству на вторичной стороне. В этой структуре помехи, передаваемые в функциональное устройство, могут быть уменьшены.
Во втором аспекте, предпочтительно, бесконтактное устройство передачи энергии дополнительно содержит катушку для передачи данных, и магнитный слой, расположенный в непосредственной близости к катушке для передачи данных. В этой структуре может быть повышена надежность передачи информации.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
на фиг.1A показана схема бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.1B - общий вид крышки батареи вторичного устройства в данном устройстве;
на фиг.2 - блок-схема бесконтактного устройства передачи энергии;
на фиг.3 - вид в разрезе основных частей вторичного устройства;
на фиг.4A-4C - схемы различных вторичных катушек для вторичного устройства;
на фиг.5 - характеристические кривые коэффициентов соединения, определенных относительной проницаемостью и толщиной магнитного слоя во вторичном устройстве;
на фиг.6A-6E - виды в разрезе различных магнитных слоев для вторичного устройства;
на фиг.7A-7C - виды в разрезе различных экранирующих слоев для вторичного устройства;
на фиг.8 - вид в разрезе основных частей вторичного устройства в другом примере;
на фиг.9 - вид в разрезе основных частей приемника энергии в бесконтактном устройстве передачи энергии в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.10 - схема бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.11 - вид в разрезе основных частей приемника энергии в устройстве;
на фиг.12 - схема бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.13 - вид в разрезе основных частей приемника энергии в устройстве;
на фиг.14A и 14B - основные части приемника энергии в бесконтактном устройстве передачи энергии в соответствии с пятым вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.15A и 15B - основные части приемника энергии в одном примере;
на фиг.16 - основные части приемника энергии в одном примере;
на фиг.17А и 17B - основные части бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с шестым вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.18 - принципиальная схема устройства;
на фиг.19 - магнитный поток в устройстве;
на фиг.20 - основные части бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с вариантом воплощения;
на фиг.21 - основные части бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с вариантом воплощения; и
на фиг.22A и 22B - основные части бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с вариантом воплощения.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения
Первый вариант воплощения
На фиг.1A, 1B и 2 показано бесконтактное устройство 1 передачи энергии в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения. Устройство 1 в широком смысле разделено на передатчик 11 энергии на первичной стороне и приемник 16 энергии на вторичной стороне. Передатчик 11 и приемник 16 включают в себя первичную и вторичную катушки 120 и 170, выполненные с возможностью электромагнитного соединения, соответственно, и сконфигурированные для передачи электроэнергии с первичной стороны на вторичную сторону посредством электромагнитной индукции между первичной и вторичной катушками 120 и 170. В соответствии с этим передатчик 11 и приемник 16 могут быть отделены друг от друга. Передатчик 11 и приемник 16 представляют собой, но не ограничены этим, зарядное устройство 10 (первичное устройство) и сотовый телефон 15 (вторичное устройство), соответственно.
Как показано на фиг.2, передатчик 11 энергии дополнительно включает в себя контроллер 111, выпрямитель 112, сглаживающий фильтр 113, индикатор 114 и генератор 115, в то время как приемник 16 энергии дополнительно включает в себя выпрямитель 161 и нагрузку 162. Однако передатчик 11 энергии может быть сформирован, по меньшей мере, из первичной катушки, контроллера и генератора, когда источник постоянного тока используется вместо источника переменного тока.
В частности, в передатчике 11 энергии контроллер 111 сконфигурирован для управления индикатором 114 и генератором 115, когда он активирован для передачи электроэнергии в приемник 16 энергии. Выпрямитель 112 представляет собой, например, двухполупериодный выпрямитель и сконфигурирован для преобразования переменного напряжения (переменного тока) со входа (то есть, источника переменного тока) в пульсирующее постоянное напряжение (постоянный ток), для подачи пульсирующего постоянного напряжения в сглаживающий фильтр 113. Сглаживающий фильтр 113 сконфигурирован для сглаживания пульсирующего постоянного напряжения, для получения сглаженного постоянного напряжения и с последующей подачей этого сглаженного постоянного напряжения на первичную катушку 120 через генератор 115. Например, фильтр 113 может быть сформирован из катушки индуктивности и конденсатора (не показан) так же, как и зарядное устройство, описанное в Японской патентной публикации № 2003-244855 (ниже называется "обычным устройством"). Таким образом, конденсатор последовательно соединен с катушкой индуктивности, в то время как комбинация конденсатора и катушки индуктивности подключена между выходными выводами выпрямителя 112. Индикатор 114 включает в себя, например, по меньшей мере, один светодиод (излучающий светодиод) и сконфигурирован для возбуждения светодиода в соответствии с управлением от контроллера 111, для показа состояния зарядки приемника 16 энергии. Генератор 115 сконфигурирован для периодической подачи сглаженного постоянного напряжения на первичную катушку 120 в соответствии с сигналом управления от контроллера 111. Например, генератор 115 может быть сформирован, по меньшей мере, из одного переключающего устройства и драйвера (не показан) так же, как и зарядное устройство обычного устройства. Переключающее устройство последовательно включено с первичной катушкой 120, в то время как комбинация из первичной катушки 120 и переключающего устройства параллельно подключена к конденсатору сглаживающего фильтра 113. В частности, первый конец первичной катушки 120 подключен к положительному выводу конденсатора фильтра 113, и второй вывод первичной катушки 120 подключен к отрицательному выводу конденсатора через переключающее устройство. Драйвер сконфигурирован для периодического включения и выключения переключающего устройства в соответствии с сигналом управления от контроллера 111. В примере предпочтительно демпфирующая схема, сформированная из конденсатора и резистора, подключена параллельно первичной катушке 120. В одном примере передатчик 11 энергии может дополнительно включать в себя преобразователь напряжения, который преобразует сглаженное постоянное напряжение в заданное постоянное напряжение, для подачи преобразованного постоянного напряжения на первичную катушку 120 через генератор 115.
В приемнике 16 энергии, например, выпрямитель 161 включает в себя, по меньшей мере, один диод, включенный как однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель, и сконфигурирован для преобразования электрического тока, полученного из вторичной катушки 170, в постоянный ток, для подачи постоянного тока на нагрузку 162. Нагрузка 162 представляет собой, без ограничений, вторичную батарею (блок батарей). В примере выпрямитель 161 сформирован из первого и второго диодов так же, как и основная часть обычного устройства. Катод и анод первого диода соединены с первым концом вторичной катушки 170 и отрицательным выводом вторичной батареи, соответственно. Катод и анод второго диода соединены с положительным выводом вторичной батареи и вторым концом вторичной катушки 170, соответственно. Полярности первого и второго концов вторичной катушки 170 соответствуют полярности первичной катушки 120, соответственно. В данном примере всякий раз, когда переключающее устройство передатчика 11 отключается, ток подают из вторичной катушки 170 в нагрузку 162. В другом примере приемник 16 может дополнительно включать в себя контроллер, сконфигурированный для подключения аккумуляторной батареи к источнику питания, нагрузке и так далее вторичного устройства. Контроллер может быть сформирован из переключающего устройства, подключенного параллельно второму диоду, и драйвера, для включения и выключения переключающего устройства, так же, как и основная часть обычного устройства.
Контроллер 111, выпрямитель 112, сглаживающий фильтр 113, индикатор 114 и генератор 115 установлены на печатной плате и вместе составляют сборку 110 печатной платы, как показано на фиг.1A. Первичная катушка 120 включена в блок 12 первичной катушки вместе с магнитным слоем (или магнитным материалом) 121. С другой стороны, вторичная батарея (блок батарей) помещена в отсек 151 батареи, внутри корпуса 150 сотового телефона 15, который закрывается крышкой 152 батареи, в то время как выпрямитель 161 установлен на печатной плате (не показана), помещенной в корпус 150. Вторичная катушка 170 также включена в блок 17 вторичной катушки, закрепленный на внутренней поверхности крышки 152 батареи (удерживающий элемент), которая физически отделена от первичной стороны, как показано на фиг.1A и 1B. Печатная плата, на которой смонтирован выпрямитель 161, имеет два входных вывода (не показаны), электрически соединенные с обоими входными выводами выпрямителя 161, соответственно, и также имеет два выходных вывода (не показаны), электрически соединенные с обоими выходными выводами выпрямителя 161, соответственно. Входные выводы печатной платы электрически соединены с обоими концами вторичной катушки 170, соответственно, когда крышка 152 батареи, поддерживающая блок 17 вторичный катушки, закреплена на корпусе 150. Выходные выводы печатной платы электрически соединены с обоими выводами вторичной батареи, когда вторичная батарея установлена в отсек 151 для батареи.
Как показано на фиг.3, блок 17 вторичной катушки на вторичной стороне дополнительно включает в себя магнитный слой 171, экранирующий слой 172 для экранирования электромагнитных помех и слой 173 теплоизоляции, которые вместе являются одним целым с вторичной катушкой 170. Таким образом, вторичная катушка 170 представляет собой плоскую катушку, и магнитный слой 171 нанесен, по меньшей мере, с одной стороны (на верхнюю поверхность) вторичной катушки 170. Экранирующий слой 172 также нанесен, по меньшей мере, на верхнюю поверхность магнитного слоя 171, и слой 173 теплоизоляции нанесен на верхнюю поверхность экранирующего слоя 172. Таким образом, сформирован блок 17 вторичной катушки, и другая сторона (на нижней поверхности) вторичной катушки 170 в блоке 17 наклеена на внутреннюю сторону крышки 152 батареи с помощью клея. Однако, не ограничиваясь этим, в настоящем изобретении, по меньшей мере, магнитный слой может быть нанесен на одну сторону вторичной катушки и может являться одним целым с вторичной катушкой, а также блок вторичной катушки может быть расположен на другой части вторичного устройства.
Вторичная катушка 170 выполнена из одиночного провода, многожильного провода, из пучков проводов, самосоединяющегося медного провода, параллельно уложенных множества проводов или тому подобное. Одиночный провод (ниже называется "магнитный провод") выполнен как медный провод с полиуретановой эмалью, медный провод с полиэфирной эмалью, эмалированный медный провод или тому подобное. Многожильный провод состоит из множества магнитных проводов, скрученных вместе. Пучки проводов представляют собой пучок из множества магнитных проводов. Самосоединяющийся медный провод представляет собой магнитный провод, который дополнительно покрыт самосоединяющейся пленкой, такой как термопластичная смола, термоусадочная смола или тому подобное. Уложенные параллелью множества проводов состоят из множества магнитных проводов, расположены параллельно и зафиксированы с помощью клея. Предпочтительно проводник магнитного провода выполнен в форме с квадратным сечением. Вторичная катушка 170 может представлять собой электропроводную структуру, сформированную на печатной плате (не показана), или может быть изготовлена путем нанесения структуры, покрытия слоем металла, вытравливания, на крышке 152 батареи или формованием. Структура катушки 170 может быть выполнена в форме круга, квадрата, эллипса или тому подобное, как показано на фиг.4A-4C.
Магнитный слой 171 может быть изготовлен в виде листа из феррита никеля (магнитный материал), имеющего толщину порядка 0,1-0,15 мм и относительную проницаемость 1000 или больше, с учетом тонкого стиля и простоты обработки, а также коэффициента связи, определяемого относительной проницаемостью и толщиной магнитного слоя 171. Однако, не ограничиваясь этим, магнитный материал магнитного слоя 171 может быть выполнен как лист, изготовленный из феррита марганца, аморфного магнитного сплава, сплава Fe-Ni (пермаллой), нанокристаллического магнитного материала или тому подобное. Или магнитный материал может представлять собой магнитное покрытие, или магнитную смесь смол и магнитного наполнителя, или магнитного порошка, каждый из которых содержит феррит никеля, феррит марганца, аморфный магнитный сплав, сплав Fe-Ni, нанокристаллический магнитный материал или тому подобное.
Для того чтобы сформировать магнитный слой 171, имеющий толщину порядка 0,05-0,1 мм, для того чтобы сделать дополнительно более тонким блок 17 вторичной катушки, желательно использовать магнитный материал с относительной проницаемостью 2000 или больше.
На фиг.5 показан график коэффициентов связи, определенных относительной проницаемостью и толщиной магнитного слоя 171. На фиг.5, "A", "B" и "C" представляют толщину каждого магнитного слоя 171 и составляют 0,1 мм, 0,10 мм и 0,05 мм, соответственно. В соответствии с этим, если относительная проницаемость и толщина магнитного слоя 171 будут установлены, как отмечено выше, становится возможным улучшить эффективность передачи энергии с первичной стороны на вторичную сторону.
Как показано на фиг.6A, магнитный слой 171 может быть нанесен в центр полости 171a и на внешнюю окружность 171b вторичной катушки 170, а также как слой 171c поверхности, поверх полости 171a и внешней окружности 171b. Однако, не ограничиваясь этим, магнитный слой 171 может быть нанесен, как показано на фиг.6B-6E. На фиг.6B магнитный слой 171 нанесен на внешней окружности 171b и на слой 171c поверхности. На фиг.6C - магнитный слой 171 нанесен в центральной полости 171a, а также как слой 171d поверхности поверх полости 171a и поверхности вторичной катушки 170. На фиг.6D - магнитный слой 171 нанесен на слой 171c поверхности. На фиг.6E - магнитный слой 171 нанесен в центральной полости 171a и также нанесен по всей поверхности 171e вторичной катушки 170, и, таким образом, позволяет повысить эффективность магнитного потока, проходящего в центре катушки 170.
Экранирующий слой 172 выполнен, например, в виде медной фольги или алюминиевой фольги. Как показано на фиг.7A, когда магнитный слой 171 нанесен в центральной полости 171a, по внешней окружности 171b и на слое 171c поверхности, экранирующий слой 172 может быть нанесен на внешней окружности 172a магнитного слоя 171, а также как слой 172b поверхности поверх магнитного слоя 171 и по внешней окружности 172a. Однако, не ограничиваясь этим, экранирующий слой 172 может быть нанесен, как показано на фиг.7B и 7C. На фиг.7B магнитный слой 171 нанесен в центральной полости 171a и на слой 171d поверхности, в то время как экранирующий слой 172 нанесен по внешней окружности 172c вторичной катушки 170 и на магнитный слой 171, а также на слой 172d поверхности, поверх магнитного слоя 171 и внешней окружности 172c. На фиг.7C - магнитный слой 171 нанесен в центральной полости 171a и на слой 171c поверхности, в то время как экранирующий слой 172 нанесен по всей поверхности магнитного слоя 171.
Слой 173 теплоизоляции может быть сформирован из теплоизолирующего материала, полученного путем смешивания полимерной смолы с вакуумными шариками. Однако, не ограничиваясь этим, слой 173 теплоизоляции может быть выполнен как аэрогель, стеклоткань, вакуумные ячейки или тому подобное. Слой 173 теплоизоляции используют для защиты компонентов вторичного устройства от нагрева вторичной катушки 170, он предотвращает деградацию аккумуляторной батареи в первом варианте воплощения.
Ниже поясняются различные способы изготовления блока 17 вторичной катушки. В способе изготовления теплоизолирующий материал, полученный путем смешения смолы с вакуумными шариками, наносят с одной стороны (на верхней поверхности) экранирующего слоя 172 (например, медной фольги), сформированного в одной форме, показанной на фиг.7A-7C. Таким образом, слой 173 теплоизоляции сформирован на одной стороне экранирующего слоя 172, который затем закреплен путем высушивания. После этого, другая сторона (нижняя поверхность) экранирующего слоя 172 наклеивается на одну сторону (верхнюю поверхность) магнитного слоя 171 (например, листа феррита никеля), сформированного в виде одной формы, показанной на фиг.6A-6E, с помощью клея или клея, чувствительного к давлению. Вторичная катушка 170 затем наклеивается на другую сторону (нижнюю поверхность) магнитного слоя 171 с помощью клея или клея, чувствительного к давлению, смешанного с магнитным наполнителем или магнитным порошком, таким образом, что получается блок 17 вторичной катушки. Однако, не ограничиваясь этим, магнитный слой 171 может быть сформирован из упомянутого выше магнитного материала и клея или клея, чувствительного к давлению, который смешивают с магнитным наполнителем или магнитным порошком. В этом примере, поскольку можно использовать магнитный материал в форме листа, блок 17 вторичной катушки может быть изготовлен с помощью более простого способа изготовления.
В способе изготовления теплоизолирующий материал, полученный путем смешивания смолы с вакуумными шариками, наносят на одну сторону (верхнюю поверхность) экранирующего слоя 172 экрана (например, медной фольги), сформированного в одной из форм, показанных на фиг.7A-7C. Таким образом, слой 173 теплоизоляции формируют на одной стороне экранирующего слоя 172, который затем фиксируют вместе с помощью сушки. После этого порошком из плоских частиц Fe- или Ni- или порошком из частиц заполняют пространство между одной из сторон (нижней поверхностью) экранирующего слоя 172 и вторичной катушкой 170 и экранирующий слой 172 и вторичную катушку 170 склеивают вместе с помощью клея или клея, чувствительного к давлению, который смешивают с магнитным наполнителем или магнитным порошком. В результате магнитный слой 171 формируют из порошка из плоских частиц или порошка из частиц и клея или чувствительного к давлению клея, в то время как при этом получают блок 17 вторичной катушки. Порошок из плоских частиц или порошок из частиц и клей или клей, чувствительный к давлению, обозначены как 171A на фиг.8, когда магнитный слой 171 формируют, например, по форме, показанной на фиг.6C.
В способе изготовления теплоизолирующий материал, получаемый путем смешивания смолы с вакуумными шариками, наносят на одну сторону (верхнюю поверхность) экранирующего слоя 172 (например, медной фольги), сформированного в одной из форм, показанных на фиг.7A-7C. Таким образом, слой 173 теплоизоляции формируют на одной стороне экранирующего слоя 172, которые затем скрепляют вместе путем высушивания. После этого магнитный материал (например, магнитную краску или магнитную смесь из полимерной смолы и магнитного наполнителя, или магнитного порошка) наносят на другую сторону (нижнюю поверхность) экранирующего слоя 172, который затем сушат. После этого вторичную катушку 170 наклеивают на нижнюю поверхность магнитного материала с помощью клея или чувствительного к давлению клея, который смешивают с магнитным наполнителем или магнитным порошком. После этого получают блок 17 вторичной катушки. Магнитный слой 171 также формируют из магнитного материала и клея или чувствительного к давлению клея.
В способе изготовления теплоизолирующий материал, полученный путем смешивания полимерной смолы с вакуумными шариками, наносят на одну сторону (верхнюю поверхность) экранирующего слоя 172 (например, из медной фольги), сформированного в одной из форм, показанных на фиг.7A-7C. Таким образом, слой 173 теплоизоляции формируют на одной стороне экранирующего слоя 172, который затем скрепляют вместе путем сушки. После этого вторичную катушку 170, покрытую магнитным покрытием, приклеивают на другой стороне (нижней поверхности) экранирующего слоя 172 с помощью клея или чувствительного к давлению клея, который смешивают с магнитным наполнителем или магнитным порошком. После этого получают блок 17 вторичной катушки. Магнитный слой 171 также формируют путем нанесения магнитного покрытия и клея или чувствительного к давлению клея.
В каждом из способов изготовления предпочтительно склейку из нескольких тонких слоев вместе, как отмечено выше, обрабатывают совместно путем прессования. В одном примере блок 17 вторичной катушки и крышку 152 батареи формуют как единую деталь.
В одном примере вторичную катушку 170 склеивают и затем получают блок 17 вторичной катушки, в то время как одновременно с этим блок 17 вторичной катушки наклеивают на внутреннюю сторону крышки 152 батареи. Например, вторичную катушку 170 фиксируют на внутренней стороне крышки 152 батареи путем формования со вставкой.
Второй вариант воплощения
На фиг.9 показан приемник энергии в бесконтактном устройстве передачи энергии в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения. С целью ясности изложения элементы одинакового вида обозначены теми же номерами ссылочных позиций, которые представлены в первом варианте воплощения.
Приемник энергии во втором варианте воплощения дополнительно включает в себя слой 174 излучения, вставленный между крышкой 152 батареи и вторичной катушкой 170, для улучшения характеристик излучения из крышки 152 батареи. Слой 174 излучения может быть изготовлен из материала, который обладает высокой теплопроводностью и не нарушает связь магнитного потока между первичной и вторичной катушками 120 и 170 (например, кремний в форме листа).
Третий вариант воплощения
На фиг.10 показано бесконтактное устройство передачи энергии в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения. С целью ясности изложения элементы одного вида обозначены теми же номерами ссылочных позиций, которые представлены в первом варианте воплощения.
В третьем варианте воплощения объединены блок 17 вторичной катушки и функциональный элемент (удерживающий элемент) сотового телефона 15. Например, как показано на фиг.10 и 11, функциональный элемент представляет собой нагрузку 162 (вторичную батарею (блок батарей)), и верхнюю часть блока 17 вторичной катушки, а именно верхнюю поверхность теплоизолирующего слоя 173, наклеенную на нижнюю часть вторичной батареи с помощью клея или клея, чувствительного к давлению. Однако, не ограничиваясь этим, блок 17 вторичной катушки и вторичная батарея могут быть объединены с помощью оборачивающей пленки или могут быть сформированы в виде единой детали.
Четвертый вариант воплощения
На фиг.12 показано бесконтактное устройство передачи энергии в соответствии с четвертым вариантом воплощения настоящего изобретения. С целью ясности изложения элементы одного вида обозначены теми же номерами ссылочных позиций, которые представлены в первом варианте воплощения.
Как показано на фиг.12 и 13, блок 17 вторичной катушки в четвертом варианте воплощения выполнен в форме карты и может быть закреплен на сотовом телефоне 15 (удерживающий элемент) или отсоединен от него. Блок 17 вторичной катушки может быть сформирован как одна карта или может быть установлен в пакете в форме карты. Блок 17 вторичной катушки установлен в отсеке 151 для батареи внутри корпуса 150 сотового телефона 15 вместе с нагрузкой 162 (вторичная батарея (блок батареи)). В одном примере удерживающего элемента первый и второй концы вторичной катушки 170 блока 17 вторичной катушки расположены на одном конце блока 17, который может быть закреплен на и отсоединен от соединителя карты (не показан) в сотовом телефоне 15. Соединитель карты (удерживающий элемент) установлен на печатной плате, на которой установлен выпрямитель 161 и которая установлена внутри корпуса 150 сотового телефона 15.
Пятый вариант воплощения
На фиг.14A и 14B показаны основные части приемника энергии в бесконтактном устройстве передачи энергии в соответствии с пятым вариантом воплощения настоящего изобретения. С целью ясности элементы одного вида обозначены теми же номерами ссылочной позиции, которые представлены в первом варианте воплощения.
Как показано на фиг.14A и 14B, магнитный слой 171 в пятом варианте воплощения сформирован так, что он распределен по спиральной выемке на одной стороне (на верхней поверхности) вторичной катушки 170. Например, магнитный слой 171 может быть легко сформирован путем прессования магнитного материала (например, мягкого магнитного материала, изготовленного из кристаллического металлического материала или некристаллического металлического материала) на одной стороне вторичной катушки 170. Если используют магнитный материал, имеющий разные размеры частиц, магнитный материал с частицами плоской формы или их смесь, коэффициент заполнения в спиральной выемке может быть улучшен. Если используют магнитный материал с соответствующей вязкостью, утечка магнитного материала из спиральной канавки вторичной катушки 170 может быть предотвращена. В этой структуре может быть повышена плотность магнитного потока, и толщина вторичной катушки 170 и магнитного слоя 171 может быть уменьшена.
В примере, показанном на фиг.15A и 15B, не только магнитный слой 171, но также и слой 172 экрана (и слой 173 теплоизоляции) могут быть спрессованы одновременно.
В одном примере, как показано на фиг.16, магнитный слой 171 может быть сформирован путем размещения изолирующей тонкой пленки 175 (например, пленка PET (ПЭТ, полиэтилентерефталат)) между вторичной катушкой 170 и упомянутым выше магнитным материалом для прижимания магнитного материала на одной стороне вторичной катушки 170. В этом примере можно предотвратить утечку магнитного материала из спиральной канавки вторичной катушки 170, и магнитный материал может распределяться только поверх спиральной канавки на одной стороне вторичной катушки 170.
В одном примере магнитный слой 171 может быть сформован путем отливки или формования с нанесением на вторичную катушку 170 с помощью объединяющей обработки (прессования), склеивания (например, клеящая полимерная смола) или тому подобное.
Шестой вариант воплощения
На фиг.17A и 17B показаны основные части бесконтактного устройства передачи энергии в соответствии с шестым вариантом воплощения настоящего изобретения. С целью ясности элементы одного вида обозначены теми же номерами ссылочных позиций, которые представлены для первого варианта воплощения.
В упомянутых выше первом - пятом вариантах воплощения каждая первичная сторона включает в себя первичную катушку и магнитный слой, нанесенный, по меньшей мере, на одну сторону первичной катушки, в то время как каждая вторичная сторона включает в себя вторичную катушку, магнитный слой, нанесенный, по меньшей мере, на одну сторону вторичной катушки, и экранирующий слой, нанесенный на магнитный слой. В каждом из них, если экранирующий слой также будет нанесен на магнитный слой первичной стороны, помехи могут быть преобразованы в тепло, поглощаемое двумя экранирующими слоями. Кроме того, эффективность передачи энергии между первичной и вторичной сторонами может быть улучшена с помощью двух магнитных слоев. Кроме того, если переключающее устройство(устройства) генератора 115 возбуждать с высокой частотой переключения в диапазоне от десятков до нескольких сотен кГц, вторичное устройство может быть выполнено миниатюрным.
Однако корпуса первичного и вторичного устройств присутствуют между первичной и вторичной катушками, в соответствии с этим связь между первичной и вторичной катушками уменьшается, и может повыситься утечка магнитного потока, создавая, таким образом, трудность для полного устранения помех с помощью экранирующего слоя, изготовленного из медной фольги, алюминиевой фольги или тому подобное.
Поэтому, для того чтобы дополнительно уменьшить влияние помех, по меньшей мере, вторичная сторона настоящего изобретения включает в себя множество магнитных слоев. В шестом варианте воплощения каждая из первичной и вторичных сторон включает в себя множество магнитных слоев. Таким образом, передатчик энергии (первичное устройство) на первичной стороне имеет корпус 100 и первичную катушку 120, приклеенную на внутренней стороне корпуса 120, и множество магнитных слоев первичной стороны представляют собой магнитные слои 121H и 121L, которые нанесены на одну сторону первичной катушки 120. В частности, магнитный слой (первый магнитный слой) 121H нанесен на одну сторону первичной катушки 120, и магнитный слой (второй магнитный слой) 121L нанесен на магнитный слой 121H.
С другой стороны, приемник энергии (вторичное устройство) на вторичной стороне имеет корпус 150 и вторичную катушку 170, наклеенную на внутреннюю сторону корпуса 150, и множество магнитных слоев вторичной стороны представляют собой магнитные слои 171H и 171L, которые нанесены на одну сторону вторичной катушки 170. В частности, магнитный слой (первый магнитный слой) 171H нанесен на одну сторону первичной катушки 170, и магнитный слой (второй магнитный слой) 171L нанесен на магнитный слой 171H. Когда электроэнергию передают с первичной стороны на вторичную сторону, первичная и вторичная катушки располагаются противоположно друг другу через корпуса 100 и 150.
Проницаемость магнитного слоя 121H выше, чем проницаемость магнитного слоя 121L, но это не означает абсолютное значение. Точно так же, проницаемость магнитного слоя 171H выше проницаемости магнитного слоя 171L. Каждый магнитный материал магнитных слоев 121H и 171H представляет собой, например, феррит, в то время как каждый магнитный материал магнитных слоев 121L и 171L представляет собой, например, компаунд из аморфного материала и полимерной смолы. В одном примере, с точки зрения упомянутой ниже частоты переключения, проницаемость магнитного слоя 121H является 2000, и проницаемость магнитного слоя 121L является 100, в то время как проницаемость магнитного слоя 171H является 1000, и проницаемость магнитного слоя 171L является 50.
Общий размер (диаметр) вторичной катушки 170 короче, чем диаметр первичной катушки 120. В одном примере внешний диаметр, внутренний диаметр и толщина первичной катушки 120 составляют φ34 мм, φ10 мм и φ1 мм, соответственно, и внешний диаметр, внутренний диаметр и толщина первичной катушки 170 составляют φ25 мм, φ8 мм и φ0,2 мм, соответственно.
Каждый из размера магнитных слоев 121H и 121L является таким же, как и у первичной катушки 120 (например, φ34 мм). С другой стороны, магнитный слой 171H больше, чем вторичная катушка 170, и магнитный слой 171L больше, чем магнитный слой 171H. Например, длина, ширина и толщина магнитного слоя 171H составляют 30 мм, 30 мм (то есть, 30 мм × 30 мм) и 0,2 мм, соответственно, в то время как длина, ширина и толщина магнитного слоя 171L составляют 34 мм, 34 мм (то есть, 34 мм × 34 мм) и 0,1 мм, соответственно.
На фиг.18 показана принципиальная схема бесконтактного устройства передачи энергии в шестом варианте воплощения. Передатчик 11 энергии на первичной стороне включает в себя первичную катушку 120, контроллер 111, источник 223 питания постоянного тока и генератор 115. Этот генератор 115 имеет переключающее устройство (FET, ПТ, полевой транзистор) 116 и драйвер 117. Первичная катушка 120 последовательно соединена с переключающим устройством 116, в то время как комбинация из первичной катушки 120 и переключающего устройства 116 соединена между обоими выводами источника 223 питания постоянного тока. В частности, первый конец T11 первичной катушки 120 соединен с положительным выходным выводом источника 223 питания постоянного тока, и второй конец T12 первичной катушки 120 соединен с отрицательным выходным выводом источника 223 питания постоянного тока через переключающее устройство 116. Контроллер 111 сконфигурирован для управления генератором 115, когда его активируют для передачи электроэнергии в приемник 16 энергии. Например, контроллер 111 включает и выключает переключающее устройство 116 с частотой переключения 100 кГц через драйвер 117. На фиг.18 - конденсатор 118 соединен параллельно с первичной катушкой 120. В одном примере выпрямитель и сглаживающий фильтр можно использовать вместо источника 223 питания постоянного тока.
Приемник 16 энергии на вторичной стороне включает в себя вторичную катушку 170, выпрямитель 161 и нагрузку 162 (например, вторичную батарею). Полярности первого и второго концов T21 и T22 вторичной катушки 170 соответствуют полярности первичной катушки 120, соответственно. Первый конец T21 соединен с отрицательным выводом вторичной батареи. Выпрямитель 161 представляет собой диод, катод и анод которого соединены с положительным выводом вторичной батареи и вторым концом T22 вторичной катушки 170, соответственно. На фиг.18 - конденсатор 163 соединен параллельно с вторичной батареей.
Переключающее устройство 116 включается и выключается с частотой переключения, и затем магнитный поток генерируется в первичной катушке 120 так, что он сцепляется со вторичной катушкой 170. В соответствии с этим электрический ток поступает из вторичной катушки 170, затем его выпрямляют и сглаживают в выпрямителе 161 и на конденсаторе 163 для подачи во вторичную батарею. Таким образом, происходит заряд аккумуляторной батареи.
На фиг.19 показан магнитный поток в бесконтактном устройстве передачи энергии. Магнитные слои 121H и 171H улучшают связь первичной и вторичной катушек 120 и 170, и соответственно, эффективность передачи энергии между первичной и вторичной сторонами улучшается.
Помехи дополнительно уменьшаются с помощью магнитных слоев 121L и 171L, в частности магнитного слоя 171L. Таким образом, линии магнитной индукции между магнитным слоем 171L и магнитными слоями 121H и 121L заключают в себе линии магнитной индукции между первичной и вторичной катушками 120 и 170, поскольку магнитный слой 171L присутствует позади вторичной катушки 170, и магнитный слой 171H больше, чем они. В соответствии с этим становится возможным улучшить эффективность передачи частотных составляющих (составляющих гармоник и составляющих сигнала) с первичной стороны на вторичную сторону, которые выше, чем частота переключения (то есть, 100 кГц). В результате можно дополнительно подавлять помехи и можно уменьшить утечку частотных составляющих.
В одном варианте воплощения, как показано на фиг.20, первичное и вторичное устройства представляют собой зарядное устройство 10 и сотовый телефон 15, соответственно. Магнитный слой 171H расположен на вторичной катушке 170, в то время как магнитный слой 171L расположен в непосредственной близости к антенне 153 (функциональное устройство) внутри корпуса 150. В частности магнитный слой 171L расположен в непосредственной близости к антенне 153 между вторичной катушкой 170 и антенной 153. В соответствии с этим, становится возможным предотвратить попадание помех в антенну 153 со стороны вторичной катушки.
В одном варианте воплощения, как показано на фиг.21, первичное и вторичное устройства представляют собой зарядное устройство 10 и сотовый телефон 15, соответственно. Зарядное устройство 10 дополнительно включает в себя катушку для передачи 104 данных и магнитный слой 105, в то время как сотовый телефон 15 дополнительно включает в себя катушку для передачи 154 данных и магнитный слой 155. Катушки 104 и 154 используют для передачи и приема сигнала (информации), представляющего начало заряда, окончание заряда или тому подобное. Катушка 104 расположена на внутренней стороне корпуса 100, и магнитный слой 105 расположен на катушке 104. Аналогично катушка 154 расположена на внутренней стороне корпуса 150, и магнитный слой 155 расположен на катушке 154. В данном варианте воплощения может быть улучшена надежность передачи сигналов между катушками 104 и 154.
В варианте воплощения, если не требуется обеспечить тонкую форму первичной стороны, можно использовать сердечник типа EE или сердечник типа UU и катушку, намотанную вокруг одного из них, вместо упомянутой выше первичной катушки и магнитного слоя (слоев) на первичной стороне, как показано на фиг.22A и 22B.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты воплощения, различные модификации и варианты могут быть выполнены специалистами в данной области техники без выхода за пределы истинной сущности и объема настоящего изобретения.