无接触式电能传输装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术披露了一种用于转移电能而不需要直接电导接触的系统和方法。本发明专利技术提供了一种具有电源和基本上是薄片状的充电表面的初级装置。该充电表面具有至少一个在电流流经时产生电磁场的导线，并具有限定在该充电表面范围内的充电区域。至少一个导线这样进行布置，使得由该至少一个导线产生的电磁场线与充电表面的平面基本平行或与充电区域内的充电表面至少成４５°角或更小；本发明专利技术还提供了至少一种次级装置。该次级装置包括至少一个可以围绕磁芯缠绕的导线。由于电磁场散布在充电区域且通常于充电区域保持平行或近似平行，与诸如移动电话等的扁平次级装置的耦合从不同的方向大大得到改善。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

该专利技术涉及一种用于以无接触的方式传输电能的新装置和方法。
技术介绍
当今许多便携式设备结合了可以重复充电的辅助电池，为用户节省了成本，并免除了不得不定期购买新电池所带来的不便。这些便携式设备的例子包括蜂窝电话、膝上型计算机、掌上500系列的个人数字助理、电动剃须刀以及电动牙刷。在一些这样的设备中，电池通过电感耦合而不是直接电连接进行重复充电。这样的例子包括Braun Oral B的Plak Control电动牙刷、Panasonic的数字无绳电话解决方案KX-PH15AL以及Panasonic的多头男士剃须刀ES70/40系列。 每一种这样的设备通常具有一个适配器或充电器，该适配器或充电器从电源供应的电力、汽车香烟打火机或其它电源获取电能，并将其转换成一种适于对蓄电池进行充电的形式。为这些设备提供电力或充电所采用的传统方法存在许多问题 各个设备内的电池的特性和与电池连接的方法根据制造商和设备的不同，变化相当大。所以拥有几种这样的设备的用户也必须拥有几种不同的适配器。如果用户打算出门旅行并且希望在这段时间使用他们的设备，他们将不得不带上他们所有的充电器。 这些适配器和充电器常常要求用户把一个小的连接器插入设备或将设备精确校准放入机座中，这造成不便。如果用户未能将他们的设备插入或放入到充电器中且设备已用完了电，该设备将变得毫无用处，且本地存储在设备中的重要数据甚至可能会丢失。 另外，大多数的适配器和充电器不得不插入电源插座内，所以如果几个适配器和充电器一起使用，它们将占用插座条的空间，且造成电线凌乱并且混乱地纠缠在一起。 除了对设备重新充电的传统方法带来的上述问题之外，具有开放式电触点的设备也存在许多实际的问题。例如，由于可能腐蚀触点或使触点短路，设备不能用于潮湿的环境中，并且由于可能产生电火花，设备也不能用于可燃气体环境中。 使用感应充电的充电器不需要具有开放式电触点，因此使得适配器和设备可进行密封且用于潮湿的环境(例如上面提到的电动牙刷被设计用于浴室中)。然而，这种充电器仍然面临上述的所有其它问题。例如，设备仍需要精确地放置在充电器中，使得设备和充电器处于预定的相对位置(参见图la和图lb)。适配器仍然仅仅被设计为专用于某种构造和类型的设备，且仍然仅仅能够每次对一个设备进行充电。结果，用户仍然需要拥有和管理多4个不同的适配器。 同样存在有通用型充电器(例如Maha MH-C777+通用充电器)，使得不同形状和特性的电池组可以从设备中取下，且使用同一个设备进行充电。虽然这些通用充电器消除了拥有用于不同设备的不同充电器的必要性，但它们给用户产生了甚至更大的不便，这是因为电池组首先需要被取下，然后需要对充电器进行调整，并且电池组需要被精确地放入充电器或相对充电器进行放置。另外，必须花费时间来确定充电器所必须使用的一对正确的电池组金属触点。 从US 3，938，018感应式充电系统(Induction charging system) 了解至lj，其提供了一种非接触式电池充电装置，借助于该装置，当将设备放入初级端上的凹座中时，初级端的感应线圈可与次级端设备上的水平感应线圈对准。该凹座确保了该设计所必需的较为精确的校准，从而确保了初级线圈和次级线圈之间良好的耦合。 从US 5， 959， 433 通用感应式电池充电器系统(Universallnductive BatteryCharger System)还了解到，其提供了一种非接触式电池充电系统。所描述的电池充电器包括一个产生磁力线的单一充电线圈，该磁力线将在可能属于蜂窝电话或膝上型计算机的电池组中感生出电流。 从US 4， 873， 677电子设备的充电装置(Charging Apparatus foran ElectronicDevice)还了解到，其提供了一种用于对电子设备充电的装置，该装置包括一对线圈。这对线圈被设计用于反相工作，使得磁力线从一个线圈耦合到另一线圈。诸如手表的电子设备可以放置在这两个线圈上以接收电能。 从US 5， 952， 814 感应式充电装置禾口电子设备(Inductioncharging apparatusand an electronic device)还了解到，其提供了一种用于对可充电的电池进行充电的感应式充电器。该电子设备的外壳形状与充电器的内部形状匹配，从而使得初级线圈和次级线圈精确对准。 从US 6， 208， 115替代电池组(Battery substitute pack)还了解到，其提供了一种可进行感应充电的替代电池组。 从W0 00/61400 用于感应传送电能的设备(Device forlnductivelyTransmitting Electrical Power) 了解到，其提供了一种把电能感应地转移给传送装置的方法。 从WO 95/11545 感应式电能获取线圈(Inductive power pick-upcoils) 了解到，其提供了一种用于从一系列的内置扁平初级线圈为电动交通工具感应地提供电能的系统。 为了克服要求次级装置与初级装置轴向对准的感应式电能转移系统的局限性，可能有人会提出一个显而易见的解决方案，即使用一个简单的感应电能转移系统，借助该系统初级装置能够在较大区域内发射电磁场(参见图2a)。用户可以简单地把一个或多个待充电的设备放置在初级装置的范围内，而不要求把它们精确放置。例如，这个初级装置可以包括一个环绕较大区域的线圈。当电流流经线圈时，产生了在较大区域范围延伸的电磁场，设备可以放置在该区域内的任何位置。虽然该方法理论上可行，但其具有很多缺陷。首先，电磁发射的强度受调节范围所控制。这意味着该方法仅仅支持有限速率的电能转移。另外，许多物体可能受到强磁场的存在的影响。例如，存储在信用卡上的数据可能被毁坏，并且金属制成的物体内部将感应生成涡电流，从而产生不希望的加热效果。另外，如果包括传统线圈(参见图2a)的次级装置与诸如印刷电路板内的铜板或电池的金属外壳相对放置，耦合可能显著地降低。 为了避免产生大的磁场，可能有人建议使用线圈阵列，借助该线圈阵列只有所需的线圈被激活(参见图3)。该方法在日本磁学学会期刊上2001年11月29日发表的题为台式无接触电站系统内的线圈形状(Coil Sh即e in Desk-type Contactless PowerStationSyetem)的论文中进行了描述。在多线圈原理的一个实施例中，传感机构对次级装置相对于初级装置的相对位置进行检测。然后，控制系统激活相应的线圈以定位方式把电能传送给次级装置。虽然该方法提供了一种之前所列出的问题的解决方案，但是实现起来既复杂又昂贵。初级场可被定位的程度受线圈数量的限制，因此也受所使用的驱动电路的数量的限制(也就是初级装置的分解)。多线圈系统的成本将大大限制该原理的商业应用。场分布不均匀也是一个缺陷。当初级装置内的所有线圈都被激活时，它们合起来等价于一个大线圈，它的磁场分布在线圈的中心显示为最小。 另一方案在US 5， 519， 262 近场电能耦合系统(Near Field PowerCouplingSystem)中加以概述，其中初级装置具有大量从扁平板的一端到另一端布置的窄感应线圈(或可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式电设备或电子设备，用于从初级单元感应接收电能，所述设备包括：盖件，具有基本上是平面的部分，所述基本上是平面的部分具有内表面和外表面，所述设备适于在接收来自所述初级单元的电能时使所述外表面放置在这样的初级单元上或附近；以及电能接收件，为薄片形式，包括设置在所述盖件的所述内表面附近的线圈，所述电能接收件的中心轴基本上平行于所述平面部分的平面延伸，用于在所述设备被这样放置到所述初级单元上或附近时从所述初级单元感应接收电能。

【技术特征摘要】
GB 2002-5-13 0210886.8;GB 2002-6-7 0213024.3;GB 20一种便携式电设备或电子设备，用于从初级单元感应接收电能，所述设备包括盖件，具有基本上是平面的部分，所述基本上是平面的部分具有内表面和外表面，所述设备适于在接收来自所述初级单元的电能时使所述外表面放置在这样的初级单元上或附近；以及电能接收件，为薄片形式，包括设置在所述盖件的所述内表面附近的线圈，所述电能接收件的中心轴基本上平行于所述平面部分的平面延伸，用于在所述设备被这样放置到所述初级单元上或附近时从所述初级单元感应接收电能。2. —种适配器组件，用于便携式电设备或电子设备，所述便携式电设备或电子设备包 括具有带有内表面和外表面的基本上是平面的部分的盖件，装配有或适于装配有一个或 多个电池，使得所述一个或多个电池位于所述平面部分的所述内表面的附近，所述组件包 括电能接收件，为薄片形式，具有线圈，所述电能接收件适于装配在所述平面部分的所述 内表面和所述一个或多个电池之间的空间中，以使所述线圈被设置为靠近所述平面部分的 所述内表面，所述线圈的中心轴基本上平行于所述平面部分的平面延伸，所述电能接收件 适于在所述设备以所述外表面放置到所述初级单元上或附近时从所述初级单元感应接收 电能；以及薄电极，连接至所述电能接收件，适于在所述电能接收件被装配在所述空间中时插在 所述一个或多个电池的端子和所述设备的电池端子之间，用于将所述电能接收件感应接收 的电能供应给所述设备。3. 根据权利要求1或2所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中，所述薄片 基本上是平的。4. 根据权利要求1或2所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中，所述薄片 是弯曲的。5. 根据前述权利要求中任一项所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中， 所述电能接收件还包括磁性材料的芯，所述线圈缠绕所述芯，所述芯的纵向轴基本上平行 于所述平面延伸。6. 根据权利要求5所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中，所述芯为基 本上平行于所述平面延伸的薄片形式。7. 根据权利要求5或6所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中，在垂直于 所述平面的方向上测量的所述芯的厚度为2mm或更小。8. 根据权利要求7所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中，所述芯的厚 度为lmm或更小。9. 根据权利要求5至8中任一项所述的便携式电设备或电子设备或适配器组件，其中， 所述芯的最大尺寸位于所述线圈的所述中心轴的方向。10. 根据权利要求5至9中任一项所述的便携式电设备或电子设备或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑嘉丽，詹姆士韦斯特伍德海，皮尔格林贾尔斯威廉贝亚尔，
申请(专利权)人：捷通国际有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]