短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短距离无线电力传输装置

摘要

本发明涉及短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短距离无线电力传输装置，包括：第一线圈，垂直于第一轴而形成；第二线圈，垂直于第二轴而设置，且所述第二轴垂直于所述第一轴；第三线圈，垂直第三轴而设置，且所述第三轴分别垂直于所述第一轴及所述第二轴。

说明书

技术领域

本发明涉及短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短距 离无线电力传输装置。

背景技术

通常，如手机、PDA、PMP、DMB终端、MP3或笔记本电脑的携带 用装置无法使用普通的家庭用电源，因此会安装一次性电池或安装可充放 电的电池。

此外，用于象这种携带用装置的电池进行充电的充电器，通常是利用 端子供给方式，来接收从一般电源供给过来的电力，并通过电池的电源供 给端子向电池组供给电力。但是，以这种端子供给方式供给电力时，在充 电器与电池相互结合或分离时，因为两侧的端子具有相互不同的电位差而 导致发生瞬间放电现象。因此会在两侧端子上逐渐堆积异物，由此会存在 发生火灾的隐患。此外，会存在因为潮湿而导致的自然放电等而使充电器 及电池的寿命及性能降低的问题。

为了解决如上所述的端子供给方式的问题，开发出了无线充电器。根 据这种以往技术的无线充电器，将内载有需要充电的电池的终端放于无线 充电器的一次线圈的上部时，会根据电池的二次线圈而充电。即，根据一 次线圈中发生的磁场，在二次线圈中以感应电力充电感应的电力。

但是，这种以往的无线充电器，只能在无线电力接收装置非常接近充 电器时才可以进行充电动作。

为了解决这种问题，开发出短距离无线电力通信系统。其中，电磁波 问题较少的磁场共鸣型无线电力通信系统备受瞩目。

发明内容

（要解决的技术问题）

本发明涉及磁场共鸣型短距离无线电力通信，其目的在于提供短距离 无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短距离无线电力传输装置，提 高无线电力传输效率，短距离无线电力接收装置位于短距离无线电力传输 装置的任意方向上，都可以有效地进行短距离无线电力通信。

（解决问题的手段）

为了解决如上所述问题，根据本发明的一实施例的短距离无线电力通 信用线圈谐振耦合器，可以包括：第一线圈，垂直于第一轴而形成；第二 线圈，垂直于第二轴而设置，且所述第二轴垂直于所述第一轴；第三线圈， 垂直第三轴而设置，且所述第三轴分别垂直于所述第一轴及所述第二轴。

根据本发明的一实施例的一方案，所述第一线圈、所述第二线圈、所 述第三线圈可以为相同形态的环形线圈。

根据本发明的一实施例的一方案，还可以包括：磁场聚焦板，形成在 与所述第一线圈同一平面上，并设置于所述第一线圈的内侧。

根据本发明的一实施例的一方案，所述磁场聚焦板，可以包括铁氧体。

根据本发明的一实施例的一方案，所述磁场聚焦板，可以具有超材料 结构。

根据本发明的一实施例的一方案，所述第一、第二及第三线圈的截面 可以为正方形、圆形或椭圆形。

根据本发明的另一实施例的短距离无线电力传输装置，可以包括：一 次侧铁芯，包括短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器；位置检测部，检 测无线电力接收装置的位置并发生位置信息；及传输控制部，以从所述位 置检测部接收的位置信息为基础，控制所述一次侧铁芯。

根据本发明的另一实施例的一方案，所述传输控制部，以所述位置信 息中包括的位置矢量信息为基础，来控制对所述第一线圈至第三线圈中的 至少一个发生电力信号。

根据本发明的另一实施例的一方案，所述传输控制部，以所述位置信 息中包括的位置矢量信息为基础，来控制所述第一线圈至第三线圈中的至 少一个进行去耦。

根据本发明的另一实施例的一方案，所述位置检测部，通过所述第一 线圈及所述第三线圈中的一个以上来发生脉冲信号，通过所述所述第一线 圈及所述第三线圈中的一个以上来接收对于所述脉冲信号的应答信号，分 析其以生成所述位置检测信息。

根据本发明的另一实施例的一方案，所述位置检测部，可以为超声波 传感器。

（发明的效果）

根据具有如上所述构成的本发明的一实施例，磁场共鸣型短距离无线 电力通信中，无线电力接收装置即使放置于任意方向上，都可以接收无线 电力。

此外，根据本发明的一实施例，磁场共鸣型短距离无线电力通信中， 可以提高能够传输效率。

附图说明

图1是为了说明与本发明的一实施例相关的磁场共鸣型无线电力充电 系统的概念图。

图2是本发明的一实施例的磁场共鸣型无线电力充电装置的概略框 图。

图3是图2的磁场共鸣型无线电力充电装置的详细框图。

图4是图2的磁场共鸣型无线电力充电装置的一次侧铁芯的线圈谐振 耦合器的斜视图。

具体实施方式

下面，参照附图对根据本发明的优选实施例的短距离无线电力通信用 线圈谐振耦合器及包括其的短距离无线电力传输装置进行详细地说明。本 说明书中，即使为不同的实施例，对于相同或类似的构成赋予了相同或类 似的参考号码，其说明以第一次说明来替代。

首先，参照图1对短距离无线电力通信系统进行简单地说明。

图1是为了说明与本发明的一实施例相关的磁场共鸣型无线电力充电 系统的概念图。如图所示，磁场共鸣型无线电力充电系统，可以由作为充 电器的无线电力传输装置A与无线电力接收装置B构成。

共鸣是指，振动系统周期性地接收具有与固有频率相同频率的外力， 从而使振幅得到明显的增加。这种共鸣中不仅包括力学性振动，且还包括 电气性振动，电气性振动时，称之为谐振。根据电气性谐振，相隔一定距 离的多个振动体以相同的频率振动时，所述多个振动体会相互共鸣，此时， 多个振动体间的阻抗会减少。

如上所述，利用电气性共鸣原理，无线电力传输装置A的一次侧铁芯 中发送的电力信号，会通过根据电场或磁场的共鸣信号传输到无线电力接 收装置B，接收这种电力信号的无线电力接收装置B会整流所述电力信号 向电池进行充电，或起到使其他连接电子设备运行的电源供给部的作用。

下面，参照图2及图3对这种涉及磁场共鸣型无线电力系统的无线电 力充电装置进行详细地说明。

图2是本发明的一实施例的磁场共鸣型无线电力充电装置的概略框 图。如图所示，本发明的一实施例的磁场共鸣型无线电力充电装置，其构 成包括：传输控制部20、一次侧铁芯30与位置传感部40。

所述一次侧铁芯30，接受传输控制部20的控制来发生共鸣信号，一 次侧铁芯30可以包括：包括有三个线圈的谐振耦合器100。图4中会对此 谐振耦合器100进行更加详细地说明。

位置检测部40，是检测无线电力接受装置B的位置并发生位置信息 的装置。此处，位置检测部40，可以为超声波传感器，也可以通过所述谐 振耦合器发生脉冲信号时，接受与此对应的应答信号，利用此应答信号的 相位变化或延迟时间来生成所述位置信息。即，通过所述第一线圈及第三 线圈中的一个以上来发生脉冲信号，通过所述第一线圈及第三线圈中的一 个以上来接收对应所述脉冲信号的应答信号，并分析其来生成所述位置检 测信息。

所述传输控制部20，以从所述位置检测部40接收的位置信息为基础， 来控制所述一次侧铁芯。更详细地说明为，所述传输控制部20，以所述位 置信息中包括的位置矢量信息为基础，来控制对所述谐振耦合器100中包 括的所述第一线圈至第三线圈中的至少一个发生电力信号。即，以所述位 置信息中包括的位置矢量信息为基础，对所述第一线圈至第三线圈中的至 少一个发生电力信号时，会向所述无线电力接收装置B侧形成电磁场，由 此可以更好地控制发生磁场共鸣。即，矢量信息包括：X轴、Y轴及Z轴 信息，传输控制部20，会控制使各轴对应的线圈（第一线圈110、第二线 圈120及第三线圈130）中发生的磁场进行合成来形成对应所述矢量信息 的磁场。根据情况，以所述位置信息中包括的位置矢量信息为基础，来控 制所述第一线圈至第三线圈中的至少一个进行去耦。

下面，通过图3对磁场共鸣型无线电力充电装置的构成进行更加详细 地说明。

图3是图2的磁场共鸣型无线电力充电装置的详细框图。

如图所示，本发明的一实施例的无线电力充电装置B的传输控制部， 其构成包括：主控制部21、输出信号转换模块22、谐振转换器23及接收 信号处理模块24。

所述主控制部21，其作用在于，接收所述位置检测部40中生成的位 置信息并确认，并且控制输出信号转换模块22及谐振转换器23来送出一 次侧铁芯30共鸣电力信号。即，以接收信号处理模块24处理的应答信号 为基础，来决定要传输的电力信号，由此，控制所述输出信号转换模块22 并通过谐振转换器，向一次侧铁芯30传输符合所述应答信号的共鸣电力 信号。

输出信号转换模块22，根据所述主控制部21的控制信号，起到控制 后述的谐振转换器23的动作的作用。

所述谐振转换器23，根据输出信号转换模块22的控制，生成用于发 生要送出的电力信号的送出电源，供给到所述一次侧铁芯30。即，主控制 部21向输出信号转换模块22传输用于送出需求电力值的电力信号的电力 控制信号时，所述输出信号转换模块22会对应传输的电力控制信号控制 谐振转换器23的动作，所述谐振转换器23会根据输出信号转换模块22 的控制，向一次侧铁芯30施加需求电力值对应的送出电源，由此来送出 所需求强度的共鸣无线电力信号。

此外，所述谐振转换器23，根据输出信号转换模块22的控制，初期， 会通过一次侧铁芯30供给为了发生用于确认无线电力接收装置B的位置 的脉冲信号电源。

接收信号处理模块24，是用于处理从无线电力接收装置传输过来的接 收信号的模块。即，初期接收根据脉冲信号的应答信号，由此，起到确认 无线电力接收装置为何物的功能，之后，传输共鸣无线电力信号中，从无 线电力接收信号中接收充电状态信号并处理接收信号，因此，主控制部21 会控制输出信号转换模块22来调节输出共鸣电力信号。

下面，参照图4对具有如上所述构成的磁场共鸣型无线电力充电装置 的利用于一次侧铁芯的线圈谐振耦合器的结构进行详细地说明。

图4是图2的磁场共鸣型无线电力充电装置的一次侧铁芯的线圈谐振 耦合器的斜视图。如图所示，根据本发明的线圈谐振耦合器，可以包括： 第一线圈110，垂直于第一轴而形成；第二线圈120，垂直于第二轴而设 置，且所述第二轴垂直于所述第一轴；第三线圈130，垂直第三轴而设置， 且所述第三轴分别垂直于所述第一轴及所述第二轴；圆板形状的磁场聚焦 板140，以这些线圈的中心轴为中心；固定棒150，将所述磁场聚焦板140 对于第二线圈120进行固定。如图所示，所述第一线圈110、所述第二线 圈120及所述第三线圈130作为相同形态的环形线圈，分别向发生X轴、 Y轴、Z轴发生磁束。通过这些的合成磁场，共鸣电力信号传输到无线电 力接收装置B。

此处，磁场聚焦板140是用于提高电力信号传输效率，所述磁场聚焦 板140，可以包括铁氧体。铁氧体，是在900℃以下，融化稳定的铁芯立 方晶体的铁合金元素或杂质的固溶体。作为钢的金属结构上的术语，是以 α铁为基础的固溶体，因此外观上与纯铁相同，但也会根据固溶的元素的 名称，称之为硅铁氧体或硅铁。用显微镜观察端面时，溶有少量碳的铁氧 体的白部分与珍珠岩的黑部分相互混合而显示。这种铁氧体，在低频到数 百MHz的频率范围中具有高磁导率，因此在磁场共鸣型短距离电力传输 中，可以提高电力传输效率。

另一方面，所述磁场聚焦板140，可以具有超材料结构。超材料是指， 在通常的自然状态下无法具备的，以人为的方法制造电磁性特性的物质， 是指具有负折射率的物质。此超材料物质的特征在于，因为具有负折射率， 光会以在普通物质中折射的相反防线进行折射。因为具有这种负折射率， 因此可以集中磁束来提高传输效率。如图所示，所述磁场聚焦板140，可 以安置于与第一线圈110相同的平面上。

所述固定棒150，作为将所述磁场聚焦板140对于第二线圈120进行 固定的构建，优选为，由不受磁场影响非导电物质构成。

另一方面，具有所述环形态的第一、第二及第三线圈110、120、130 的垂直截面可以为正方形、圆形或椭圆形。

根据具有如上所述构成的本发明的一实施例，磁场共鸣型短距离无线 电力通信中，无线电力接收装置即使放置于任意方向上，都可以接收无线 电力。

此外，根据本发明的一实施例，磁场共鸣型短距离无线电力通信中， 可以提高传输效率。

如上所述的短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短距 离无线电力传输装置并不限定于上述说明的实施例的构成与运行方式。所 述实施例可以由各实施例的全部或部分选择性地组合来实现多种变形。

产业上的可利用性

根据本发明的短距离无线电力通信用线圈谐振耦合器及包括其的短 距离无线电力传输装置，因为可以利用为手机等无线通信设备及家电设备 的电力供给装置，因此具有产业上的可利用性。