專利名稱：一種非接觸充電站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站、非接觸受電裝置以及控制它們的方法。更具體地，利用感應磁場將電能信號傳送到便攜設備的非接觸充電站的原邊芯體被構造為輸電印刷電路板(PCB)芯體，其中平面螺旋芯體結構形成在芯體基底上。輸電PCB芯體具有簡化的形狀和便于其安裝在非接觸充電器上的改進的適用性。另外，接收芯體具有減小的體積，以減小受電裝置的整體尺寸，從而它能容易安裝到便攜設備上。
背景技術：
通常，例如手機、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放器(PMP)、數(shù)字多媒體廣播(DMB)終端、動態(tài)影像專家壓縮標準音頻層面3 (MP3)播放器和筆記本電腦的便攜設備不能保持插在家中或者辦公室的常規(guī)電源上，因為它們是當用戶移動時使用。因此，這樣的便攜設備配備有一次性電池(即，原電池)或者可充電電池(即，蓄電池)。在將從常規(guī)電源提供的電能再充到便攜設備的電池或者電池組的情況下，傳統(tǒng)上使用了通過電源線或者電源連接器向便攜設備供電的方法。然而，在通過連接器向便攜設備供電的情況下，當充電器和電池互相連接或者斷開時，由于充電器和電池的連接器之間的電勢差，連接器可能發(fā)生瞬時放電。瞬時放電可能導致在兩個連接器上積累雜質，因此導致火災。另外，由于連接器直接暴露在空氣中，所以連接器附著了水氣或者塵土，由此導致自然放電。結果，充電器和電池的壽命和性能可能下降。為了克服涉及通過連接器供電的方法的問題，開發(fā)了非接觸充電器。當包括將要充電的電池的終端放置在充電器的初級線圈上時，電池的次級線圈被充電。在此情況下，通過利用從初級線圈產(chǎn)生的磁場使次級線圈上感應電動勢而充電。然而，現(xiàn)有技術的非接觸充電器僅僅能向便攜設備供電，并且由于它不用于其它應用，所以它的使用受到限制。當金屬體放置在磁場中時，從初級線圈產(chǎn)生的磁場改變。因而在初級線圈中產(chǎn)生可能損壞非接觸充電器的相當大的的電能損失。由于過量電流流過次級線圈，并且電池組的電路產(chǎn)生熱，因此電池組可能由于過熱而爆炸。此外，由于大多數(shù)初級和次級芯體是由一些細金屬線擰成的一個粗線圈來實現(xiàn)的(以下，稱為“李茲(Litz)線圈”)，所以耗費大量線圈材料，并且使充電器變得笨重。因此充電器具有復雜結構，并且難以制造。通常很難將充電器安裝到便攜設備上，因為便攜設備包括一些半導體元件和電池組。而且，熱或者磁場會干擾若干控制器和構件，由此使它們發(fā)生故障。另外，充電器不適用于多種技術領域，因為它不容易制造為各種形狀。例如，不常使用一個電池組，因為諸如手提電話、PDA、PMP、DMB終端、MP3播放器和筆記本電腦的便攜設備的電池組具有根據(jù)應用和制造商而安裝在不同位置連接器。由于現(xiàn)有技術的非接觸充電器也使用粗線圈，所以充電器笨重、結構復雜并且難以制造。此外，非接觸充電器具有有限應用，因為它不易制造為各種形狀。如果在被充電時電池組移動，則輸電不能適當?shù)赝瓿桑虼藗魉托式档汀?br>
發(fā)明內容
本發(fā)明的一種非接觸充電站，包括:站部件，其包括:具有至少一個上部線圈的上部芯體部、具有至少一個下部線圈且與所述上部芯體部部分重疊的下部芯體部、以及芯體基底；傳送控制器，其基于通過由所述上部芯體部和下部芯體部檢測的信號來決定所述上部芯體部和下部芯體部中的至少一個作為感應圖案芯體，并且，通過控制連接到所述感應圖案芯體的開關，將無線電力信號經(jīng)由所述感應圖案芯體傳送給非接觸受電裝置。進一步地，所述至少一個下部線圈或所述至少一個上部線圈包括兩個線圈，其中，所述兩個線圈被隔開。進一步地，所述非接觸充電站還包括:在所述芯體基底的下表面設置的用以屏蔽感應磁場的屏蔽部分。進一步地，其中，所述屏蔽部分包括屏蔽板、屏蔽網(wǎng)和金屬薄膜。進一步地，所述傳送控制器進行如下控制:當僅有所述至少一個上部線圈接收到來自所述非接觸受電裝置的響應信號時，所述無線電力信號不被傳送。進一步地，至少一個上部和下部線圈被卷繞成方形螺旋結構、圓形的螺旋結構、橢圓形的螺旋結構或者多邊形螺旋結構中的任何一種。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術的以上問題而提出的，本發(fā)明的實施例提供了具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站、非接觸受電裝置以及控制它們的方法，其中使用感應磁場向便攜設備傳送電能信號的非接觸充電站的初級芯體被構造為平面螺旋輸電印刷電路板(PCB)芯體，以簡化它的形狀，從而可以改善對非接觸充電器等的適用性。本發(fā)明的實施例還提供了具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站、非接觸受電裝置以及控制它們的方法，其中，由于初級芯體的平面螺旋輸電PCB結構和此結構的多樣性使得能確保高效充電操作，初級芯體可以具有雙層結構，由此即使移動便攜設備，也能對便攜設備穩(wěn)定地進行充電。本發(fā)明的實施例還提供了具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站，非接觸受電裝置，以及控制它們的方法，其中，具體地，初級芯體構造有若干個細輸電PCB芯體，每個細輸電PCB芯體被分別控制以進行操作，從而即使便攜設備從對應于一個芯體的位置移動到對應于另一個芯體的位置(例如，即使便攜設備從為所述便攜設備充電的芯體上移走)，電能也可以通過輸電控制算法穩(wěn)定地傳送到便攜設備。
本發(fā)明的實施例可以通過將非接觸受電裝置的次級受電芯體構造為平面螺旋輸電PCB芯體，使所述非接觸受電裝置的次級受電芯體的體積減至最小，由此使便攜設備的整體尺寸減至最小，并且改善了將要安裝在便攜設備上的非接觸受電裝置的特征。本發(fā)明的實施例還提供了具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站、非接觸受電裝置以及控制它們的方法，其中由于輸電芯體在PCB上以平面形狀形成，因此便于制造并且改善了受電特征。此外，本發(fā)明的實施例可以提供具有若干連接器的一個非接觸受電裝置，從而所述非接觸受電裝置可以應用于使用一個電池組的各種類型的便攜設備。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種非接觸充電站，用于向用于充電和數(shù)據(jù)傳送的非接觸受電裝置產(chǎn)生感應磁場。所述非接觸充電站可以包括:傳送控制器，其設置在所述非接觸充電站內，用于控制輸電和數(shù)據(jù)傳送/接收；以及站部件，其與傳送控制器電連接，所述站部件產(chǎn)生感應磁場，并且在其上端上放置非接觸受電裝置。所述站部件包括產(chǎn)生感應磁場的初級芯體，所述初級芯體在芯體基底上具有感應圖案芯體，所述芯體基底固定到所述站部件，并且所述感應圖案芯體包括具有平面螺旋芯體結構的輸電PCB芯體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了 一種控制非接觸充電站的方法，其中非接觸充電站包括具有平面螺旋芯體結構的輸電PCB芯體。所述方法可以包括下述步驟:在初級芯體，在傳送控制器的控制下將唯一標識請求信號傳送到非接觸受電裝置；在接收信號處理器，響應所述唯一標識請求信號，檢測和處理從所述非接觸受電裝置傳送的唯一標識信號；將所述接收信號處理器檢測的所述信號傳送到所述傳送控制器，并且確定檢測到的信號是來自第一上部、第二上部和下部芯體中哪一個；將開關控制信號傳送到狀態(tài)控制器模塊，所述開關控制信號使經(jīng)確定的一個芯體接通；以及向預驅動器傳送輸電控制信號和開關控制信號，從而將電能施加到被接通的芯體上，以產(chǎn)生感應磁場。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種非接觸充電站，用于向用于充電和數(shù)據(jù)傳送的非接觸受電裝置產(chǎn)生感應磁場。所述非接觸充電站可以包括:傳送控制器，其設置在所述非接觸充電站內，用于控制輸電和數(shù)據(jù)傳送/接收；以及站部件，其包括與所述傳送控制器電連接以產(chǎn)生感應磁場的初級芯體，并且在所述站部件的上端上放置所述非接觸受電裝置。初級芯體在芯體基底上具有感應圖案芯體，所述芯體基底設置到所述站部件，所述感應圖案芯體包括具有基于平面單位芯體的平面螺旋芯體結構的輸電PCB芯體，在所述平面單位芯體中，若干細線圈紋沿橫向平行地形成，并且所述感應圖案芯體包括在所述芯體基底的上端上的第一和第二平面線圈。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了 一種非接觸受電裝置，其中次級芯體接收由從非接觸充電站產(chǎn)生的感應磁場引起的電能信號，從而在電池組控制器控制下電能充到蓄電池組電池，并且所充電能供應到便攜設備。所述非接觸受電裝置可以包括:次級芯體，其設置在所述蓄電池組電池的上端上；充電PCB，其具有所述電池組控制器，并且設置在所述蓄電池組電池的前或者側邊緣；以及終端連接器，其設置在在所述蓄電池組電池的前或者側邊緣上的充電印刷電路中，并且使電能通過連接器接觸供應到所述便攜設備，其中所述終端連接器包括:設置在中心部分的中心連接器，設置在左邊的左連接器，和設置在右邊的右連接器；整流器模塊，其與所述次級芯體連接，以對感應電流進行整流；電池組控制器，其處理由所述次級芯體傳送/接收的數(shù)據(jù)；充電電路模塊，其使從所述整流器模塊供應的電能在電池組控制器的控制下充到所述蓄電池組電池；以及充電監(jiān)控電路模塊，其監(jiān)控所述蓄電池組電池的充電量，和向所述電池組控制器傳送通知所述蓄電池組電池已充滿電或者已放電的信號，其中所述整流器模塊、所述電池組控制器、所述充電電路模塊、和充電監(jiān)控電路模塊設置在充電PCB上。根據(jù)以上所述的本發(fā)明的實施例，由于使用感應磁場向便攜設備傳送電能信號的初級芯體被構造為平面螺旋輸電PCB芯體，所以非接觸充電站的形狀簡單。因此，非接觸充電站可以容易地安裝在非接觸充電器上，從而獲得改善適用性的顯著效果。初級芯體可以被構造為單層或者多層結構，因為它是細輸電PCB芯體，而不是李茲芯體。這結果是即使便攜設備移動到任意位置，也能確保便攜設備連續(xù)和穩(wěn)定地被充電。具體地，即使設置到便攜設備的非接觸受電裝置在充電時由于振動而移動，電能輸送也可以通過輸電控制算法穩(wěn)定地輸電而得到改善。另外，由于非接觸受電裝置的次級受電芯體被構造為平面螺旋輸電PCB芯體，因此次級受電芯體的體積可以減至最小。這結果是使便攜設備的整體尺寸減至最小，并且改善了將要安裝在便攜設備上的非接觸受電裝置的特征。具體地，由于在PCB上輸電芯體形成為平面形狀，所以有益效果是便于制造，并且受電特征得到改善。此外，非接觸受電裝置的次級芯體的屏蔽部分可以屏蔽無線電功率信號，以便保證安裝在非接觸受電裝置上的其它電子元件的工作性能。結果，可以改善產(chǎn)品的可靠性和安全性，并且可以穩(wěn)定地充電。此外，由于非接觸受電裝置的終端連接器組件包括若干連接器，所以非接觸受電裝置可以應用于使用一個電池組的不同類型的便攜設備。作為有益效果，可以改善產(chǎn)品的通用性和兼容性。


本發(fā)明的以上和其它目的、特征和其它優(yōu)點將從以下結合附圖的詳細說明得到更清楚的理解，其中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的非接觸充電站和非接觸受電裝置的方框圖；圖2是剖面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的非接觸受電裝置的初級芯體；圖3到圖5是俯視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的非接觸受電裝置的初級芯體的一些實施例；圖6是示出非接觸充電站和非接觸受電裝置的電路的方框圖，所述電路用于控制具有圖5所示的多層結構的初級芯體；圖7是流程圖，示出用于控制根據(jù)本發(fā)明的具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站和非接觸受電裝置的方法；圖8是流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站的過程控制的一個實施例；圖9是流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的具有平面螺旋輸電芯體的非接觸受電裝置的過程控制的一個實施例；圖10是示出設置在根據(jù)本發(fā)明的初級芯體和次級芯體中的單位芯體的橫截面的立體圖；圖11是示出電壓校準前初級芯體和次級芯體的感應電流量，以及合成效率的圖；圖12是示出電壓校準后初級芯體和次級芯體的感應電流量，以及合成效率的圖；圖13是方框圖，示出根據(jù)本發(fā)明的具有平面螺旋輸電芯體的非接觸受電裝置的另一個實施例；圖14是圖13所示的電池組控制器的一個實施例的電路圖；圖15是俯視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的非接觸受電裝置的次級芯體的一個實施例；圖16是示出在根據(jù)本發(fā)明的非接觸受電裝置的次級芯體上進行性能測試的俯視圖；以及圖17和18是示出根據(jù)本發(fā)明的非接觸受電裝置的實施例的分解立體圖。
具體實施例方式將參考附圖更全面地描述根據(jù)本發(fā)明的具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站，非接觸受電裝置，以及控制它們的方法，在附圖中示出其示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以很多不同的形式來體現(xiàn)。參考圖1，當由于來自本發(fā)明的非接觸充電站10的初級芯體31的感應磁場發(fā)生電能信號時，非接觸受電裝置50的次級芯體51通過接收所述電能信號對蓄電池或者電池53進行充電。因此，非接觸充電站10在其中包括:傳送電能，以及傳送和接收數(shù)據(jù)的傳送控制器11 ;以及站部件(station part)30,其包括與傳送控制器11電連接的初級芯體31,以生成感應磁場。設置有供電部件13，所述供電部件13從外部電源接收電能，并且將電能提供給非接觸充電站10的每個元件(即，電子元件等)和初級芯體31，以從初級芯體31產(chǎn)生感應磁場。這里，供電部件13可以被構造為執(zhí)行與外部設備(例如，圖1中的計算機C)的數(shù)據(jù)通信。非接觸充電站10還包括:將來自供電部件13的電能提供給初級芯體元件31的諧振轉換器14:在傳送控制器11的控制下將振動信號傳送到諧振轉換器14的預驅動器15等。通過響應從傳送控制器11傳送的振動信號來驅動諧振轉換器14，預驅動器15將來自供電部件13的電能提供給初級芯體元件31。另外，站內存12存儲根據(jù)本發(fā)明的非接觸充電站10的內部操作的處理和其結果。非接觸充電站10還包括與初級芯體31連接的接收信號處理器19。接收信號處理器19處理從非接觸受電裝置50傳送的信號，以將處理后的信號傳送到傳送控制器11。將在后面更詳細描述接收信號處理器19。此外，非接觸充電站10的實例(未示出)可以額外地設置有用于額外功能的多種裝置，包括啟動/停止操作的電源開關，用于信號輸入的輸入面板，用作站部件30的非接觸充電板，以及顯示單元，例如顯示非接觸受電裝置50的充電狀態(tài)的液晶顯示器(LCD)和發(fā)光二極管(LEDs)。因此，當例如手機、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式媒體播放器(PMP)、數(shù)字多媒體廣播(DMB)終端、動態(tài)影像專家壓縮標準音頻層面3 (MP3)播放器和筆記本電腦的便攜設備，或者例如安裝在便攜設備上的可拆卸電池組的非接觸受電裝置50放置在充電板，即非接觸充電站10的站部件30上時，接收信號處理器19處理從非接觸受電裝置50傳送的信號，并將所述處理后的信號傳送到傳送控制器11，并且傳送控制器11執(zhí)行充電操作，從而可以給非接觸受電裝置50充電。提供給非接觸充電站10的供電部件13的外部電能是通過通用串行總線(USB)端口、交流(AC)適配器、雪爺插座(cigar jack)等提供的。在通過USB端口供應電能的情況下，與計算機的數(shù)據(jù)通信當然可以建立。非接觸充電站10還包括檢測非接觸充電站10的內部溫度的溫度傳感器18。當溫度檢測器18檢測的溫度上升(例如站部件的溫度局部上升)時，充電操作可以選擇性地停止，當溫度檢測器18檢測的溫度進一步上升(例如整個非接觸充電站過熱)時，系統(tǒng)的全部操作可以停止。另外，非接觸充電站10還包括電流傳感器17，例如，連接到供電部件13、預驅動器
15、諧振轉換器14、以及接收信號處理器19的電流檢測元件，以監(jiān)控元件中和元件之間的電流。當電流傳感器17從任何一個元件檢測到過電流或者過電壓時，非接觸充電站10的充電操作或者系統(tǒng)的操作可以停止。以下，將給出對以上構造的非接觸充電站10和非接觸受電裝置50的更詳細的描述。從非接觸充電站10的站部件30中的初級芯體31產(chǎn)生的感應磁場使非接觸受電裝置50的次級芯體51中產(chǎn)生感應電流。所述感應電流還產(chǎn)生感應電能以給蓄電池組電池53充電。在這種情況下，電池組控制器54檢測感應電能的強度，并且將檢測信號傳送到非接觸充電站10，非接觸充電站10繼而基于接收的檢測信號(即，數(shù)據(jù))控制從初級芯體31產(chǎn)生的感應磁場的強度。結果，可以控制電能的大小，從而穩(wěn)定地給便攜設備充電。另外,非接觸受電裝置50可以通過電池組或者半電池組(sem1-battery pack)來實現(xiàn)，所述電池組或者半電池組設置為與便攜設備分離的單元，從而與便攜設備連接和斷開。可選地，根據(jù)本領域普通技術人員的要求，非接觸受電裝置50可以一體地構成，從而安裝在便攜設備的內部。如以上用于接收感應電能的非接觸受電裝置50包括:與次級芯體51連接以對感應電流進行整流的整流器模塊52，和處理通過次級芯體51傳送/接收的數(shù)據(jù)的電池組控制器54。通過次級芯體51傳送/接收的數(shù)據(jù)可以由非接觸充電站10的電流傳感器17來檢測。另外，非接觸受電裝置50還包括充電電路模塊55和充電監(jiān)控電路模塊(都改為模模塊)56。充電電路模塊55使得從整流器模塊52提供的電能在電池組控制器54的控制下被充到蓄電池組電池53。充電監(jiān)控電路模塊56監(jiān)控蓄電池組電池53的充電程度，并且將通知蓄電池組電池53充滿或者放電的信號傳送到電池組控制器54。電池組控制器54控制非接觸受電裝置50的元件，例如整流器模塊52、充電電路模塊55、充電監(jiān)控電路模塊56和量塊(gauge block) 57，并且將例如充電狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)傳送到非接觸充電站10。充電監(jiān)控電路模塊56安裝在充電電路模塊55和蓄電池組電池53之間。充電監(jiān)控電路模塊56檢測提供到蓄電池組電池53的電流，將蓄電池組電池53的充電狀態(tài)信息傳送給電池組控制器54，并且檢測電池組的過電壓、電壓不足、過電流、短路等。另外，非接觸受電裝置50的電池組控制器54通過監(jiān)控經(jīng)由次級芯體51接收的感應電能和測量感應電能的電壓來確定感應電能是否被穩(wěn)定地接收。接收的感應電能的多種參考電壓可以基于根據(jù)本領域普通技術人員的要求的非接觸受電裝置50的說明進行選擇。例如，參考電壓可以被設定為約為2V到20V。在被應用到典型的電子設備的情況下，參考電壓還可以設定為大約5V。通過將接收的感應電能的電壓與預設的參考電壓進行比較，充電監(jiān)控電路模塊56確定感應電能是低電壓還是高電壓。例如，當參考電壓是5V時，如果感應電能的電壓比參考電壓5V低大約0.5V到1.5V，則充電監(jiān)控電路模塊56確定感應電能為低電壓。如果感應電能的電壓比參考電壓5V高大約0.5到1.5V，則充電監(jiān)控電路模塊56確定感應電能為高電壓。當感應電能的電壓被確定為高電壓或者低電壓時，電池組控制器54將電壓校準度的信息連同非接觸受電裝置50的唯一標識(ID)傳送到非接觸充電站10。然后，非接觸充電站10基于接收的電壓校準信息，控制從初級芯體31感應的電能大小。如圖2所示，非接觸充電站10的初級芯體31包括芯體基底32上的感應圖案芯體(inductance pattern core) 33,所述芯體基底32固定到站部件30。感應圖案芯體33 (替換)包括具有平面螺旋結構的輸電PCB芯體。所述輸電PCB芯體通過在PCB上形成銅制的一層或者多層平面螺旋芯體而實現(xiàn)。輸電PCB芯體可以構造為如圖3所示的方形螺旋結構、如圖4所示的圓形螺旋結構、橢圓形螺旋結構、四邊形螺旋結構等。結果，根據(jù)本發(fā)明，在芯體基底32上可以容易地制造具有平面螺旋結構的初級芯體31的感應圖案芯體33。此外，如上制造的初級芯體31可以容易地安裝在站部件30上。另外，如圖2和圖5所示，感應圖案芯體33可以構造為多層結構，包括基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333?？蛇x地，根據(jù)本領域普通技術人員的要求，感應圖案芯體33可以具有多個平面芯體層。例如，在充電站被應用到消耗較少電能的小型便攜設備的情況下，芯體可以被構造為單層。在充電站被應用到消耗較多電能的大型便攜設備的情況下，芯體可以構造為多層，以便改善受電效率，以及穩(wěn)定充電。另外，如圖2所示，光敏阻焊(PSR)層34涂敷在初級芯體31的感應圖案芯體33的上端，以防止損壞感應圖案芯體33，從而可以更穩(wěn)定地生成感應磁場。PST層34可以被構造為非電解電鍍層(electroless plating layer),以便防止損壞銅制初級芯體31的感應圖案芯體33，以及改善向次邊電池組傳送的感應磁場的效率，由此改善總輸電效率。初級芯體31還包括在感應圖案芯體33下面的屏蔽部分35，屏蔽部分35包括屏蔽板351、屏蔽網(wǎng)352、以及金屬薄膜353。屏蔽板351可以制造為包含重量占55到75等份的鋁硅鐵粉，和重量占25到55等份的聚亞安酯。鋁硅鐵粉是包含鋁、硅、鐵等的高導磁率合金。屏蔽板是通過將具有優(yōu)異屏蔽性能的鋁硅鐵粉與聚亞安酯混合而形成的。如果鋁硅鐵粉的含量超過重量的55等份，則屏蔽性能可能下降。相反，如果鋁硅鐵粉的含量超過重量的75等份，則相比使用的鋁硅鐵粉量，性能沒有改善。由于屏蔽板351如以上所述地被構造為含鋁硅鐵粉的板，因此它可以有效屏蔽向下輻射的磁場，由此確保安裝在非接觸充電站10上的電子設備等的性能。另外，屏蔽網(wǎng)352是減少與感應磁場生成的感應電動勢相關的渦電流的部件。屏蔽網(wǎng)352具有網(wǎng)狀聚酯纖維主體，所述網(wǎng)狀聚酯纖維主體上涂覆有渦電流減少成分。渦電流減少成分可以包含重量占55到65等份的鎳，和重量占35到45等份的鋅。屏蔽網(wǎng)可以用大約100到200個孔的金屬網(wǎng)來實現(xiàn)，更優(yōu)選地，135個孔。結果，可能從非接觸充電站10產(chǎn)生的渦電流被作為渦電流減少部件的屏蔽網(wǎng)352消除。另外，金屬薄膜353用鋁薄膜來實現(xiàn)。金屬薄膜353放置在屏蔽部分35 (例如，HPES:Hanrim Postech電磁屏蔽)的底部，以基本上屏蔽磁場，由此防止磁場對電路的影響。在以上描述的本發(fā)明的非接觸充電站10中，如圖5所示，站部件30的初級芯體31可以包括至少一個上部芯體和下部芯體，其在平面上部分相互重疊。上部芯體和下部芯體可以重復地一個放在另一個上面。例如，如圖5所示，當非接觸受電裝置50在第一上部芯體332上向下移動時，電能可以通過基底芯體331和第二上部芯體333被持續(xù)地供應，因為基底芯體331和第二上部芯體333可以與非接觸受電裝置50的次級芯體51通信。當非接觸受電裝置50完全移動到第二上部芯體333上時，第一上部芯體332不再供應電能以防止費電。如圖6所示，非接觸充電站10的接收信號處理器19在保持與初級芯體31的基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333的連接的同時，持續(xù)發(fā)送信號到非接觸受電裝置50，或者接收來自非接觸的受電裝置50的信號。另外，設置了若干分開的開關，以便通過基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333分別控制輸電。所述開關包括:連接在諧振轉換器14和基底芯體331之間的第一開關211 (圖8中的‘SSR1’)，連接在諧振轉換器14和第一上部芯體332之間的第二開關212 (圖8中的‘SSR2’)，以及連接在諧振轉換器14和第二上部芯體333之間的第三開關213 (圖8中的‘SSR3’)。還提供有固體繼電器控制器22，其使得第一開關211到第三開關213在傳送控制器11的控制下切換。因此，在檢測非接觸受電裝置50和通過基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333將感應電能傳送到非接觸受電裝置50的傳送控制器11中，當接收信號處理器19 (B卩，ID檢查邏輯)接收從基底芯體331、第一上部芯體332、或者第二上部芯體333檢測的信號，并將檢測信號傳送到傳送控制器11時，傳送控制器11 (即，無線功率轉換控制器)確定從基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333傳送的信號中哪一個最穩(wěn)定。其后，傳送控制器11控制連接到穩(wěn)定地傳送/接收信號的芯體的開關，從而感應電能可以通過相應的芯體傳送。然后，通過預驅動器15和諧振轉換器14 (即，串聯(lián)的全橋諧振轉換器(a series full bridge resonant converter)),相應的芯體產(chǎn)生用于傳送電能信號的感應磁場。以下，將參考圖7到圖9對本發(fā)明的控制非接觸充電站10的方法進行描述。首先，在傳送控制器11的控制下，初級芯體31將唯一 ID的請求信號發(fā)送到非接觸的受電裝置50(待命步驟S11)。在待命步驟Sll中，基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333通過預驅動器15、諧振轉換器14和固體繼電器控制器22順序地發(fā)送唯一 ID請求信號。唯一 ID包括初級芯體31的每個芯體的唯一 ID，和非接觸受電裝置50的唯一 ID。而且，在待命步驟Sll中，非接觸受電裝置50檢測從非接觸充電站10傳送的信號的敏感度(例如，感應電流和電壓的強度)，選擇提供最好敏感度的芯體，并且傳送包括所選擇芯體的唯一 ID，非接觸受電裝置50的唯一 ID，以及關于芯體敏感度的信息的響應信號。將從非接觸的受電裝置50傳送的響應信號傳輸?shù)椒墙佑|充電站10的接收信號處理器19。當待命步驟Sll完成時，接收信號處理器19通過分析從非接觸受電裝置50傳送的響應信號來提取數(shù)據(jù)具體信息(ID信號檢測步驟S12)。提取的信息包括芯體的唯一 ID、芯體敏感度和非接觸受電裝置50的唯一 ID。當ID信號檢測步驟S12完成，從接收信號處理器19提取的信息傳送到傳送控制器11，其繼而通過分析傳送的信息確定第一上部芯體332、第二上部芯體333和基底芯體331中的哪個匹配唯一 ID (定位步驟S13)。當如上述地選擇了提供最好敏感度的芯體時，控制器11將用于打開相應開關(例如當選擇了第一上部芯體時的開關211)的切換信號傳送到固體繼電器控制器22 (開關控制信號傳送步驟S14)。當通過開關控制信號傳送步驟S14打開相應的開關時，預驅動器15在傳送控制器11的控制下將振動信號傳送到諧振轉換器14，并且諧振轉換器14通過打開開關將電量提供給相應的芯體，從而芯體產(chǎn)生感應磁場以給非接觸受電裝置50的蓄電池組電池53充電(非接觸輸電步驟S15)。在此情況下，除了所選擇的芯體以外，對應于其它芯體的其它開關可以控制為關閉，以便防止費電。另外，如圖8所示，非接觸充電站10包括利用用于顯示唯一 ID和充電狀態(tài)的顯示設備(例如IXD或者LEDs)而實現(xiàn)的顯示單元101，從而可以標識作為能被無線地充電的專用電池組的非接觸受電裝置50。也可以包括使用所述元件的輸出信息步驟(未示出)。還可以設置能與內嵌在便攜設備中的無線數(shù)據(jù)通信功能同步的無線通信模塊(例如，藍牙、紫蜂(Zigbee)、無線寬帶(WiFi)、或者WiBro模塊)。另外，存在另外步驟:對除了將要被充電的便攜設備以外的其它金屬體是否放在站部件上進行檢測，和停止充電操作(即，雜質檢測功能)，以及防止過載和過熱。在附圖中，圖8是在圖7的過程中的非接觸充電站10的流程圖，圖9是在圖7的過程中的非接觸受電裝置50的流程圖。同時，根據(jù)本發(fā)明的非接觸充電站10的站部件30的芯體使用根據(jù)現(xiàn)有技術的接合引線(bond wires)由薄膜狀的輸電PCB芯體來實現(xiàn)，而不是李茲芯體。因此，根據(jù)本發(fā)明的芯體具有比現(xiàn)有芯體更好的特點和改善的功能，并且可以容易被使用和制造。特別地，當僅僅提供一個上述薄膜狀的輸電PCB芯體時，芯體尺寸可以設計為45到55Φ，以便防止雜質檢測能力和其它輸電效率變差。此外，如上所述當電池組比芯體移動的范圍更寬時，使用一個芯體難以穩(wěn)定地傳送電能。如果增加芯體尺寸以解決此困難，那么磁場會集中到中心部分，從而磁場在中心部分具有過高的強度，而在邊緣強度低。由于這樣形成了拋物線型分布，傳送的電壓可能不均衡。因此，當設置了單個芯體時，站部件30的充電板的尺寸減小，從而非接觸受電裝置50不移動。相反，當站部件30增大以給更大尺寸的非接觸受電裝置50或者若干非接觸受電裝置50充電時，設置若干輸電PCB芯體。在此情況下，若干芯體可以由如圖2、5和6所示的若干層實現(xiàn)，以在平面上互相重疊。因此，即使非接觸受電裝置50抖動和因此而移動，也可以持續(xù)實現(xiàn)穩(wěn)定地輸電。如圖6所示，非接觸充電站10的接收信號處理器19具有通過利用過濾技術提取電感-電容(LC)諧振信號的功能，以便提取從非接觸受電裝置50傳送的具有唯一 ID的數(shù)據(jù)信號。另外，傳送控制器11在預定時間內控制傳送脈沖信號，并且具有分辨從次邊非接觸受電裝置50接收的唯一 ID信號的ID掃描功能。傳送控制器11還產(chǎn)生用于控制串聯(lián)諧振轉換器的四相開關的序列的信號。然后，諧振轉換器14通過預驅動器15切換。因此，固體繼電器控制器22執(zhí)行切換，從而感應磁場從初級芯體31的三個平面輸電PCB芯體(即，平面螺旋輸電PCB芯體)中的一個中產(chǎn)生。通過如上所述的感應磁場，電壓在非接觸受電裝置50的次級芯體51和整流器模塊52上感應，然后通過整流電路進行整流。非接觸受電裝置50的電池組控制器54將唯一ID數(shù)據(jù)信號傳送到原邊,執(zhí)行充電IC (integrated circuit,集成電路)的開/關切換的控制切換功能，以便啟動充電模式，將當充滿電時反饋的狀態(tài)值傳送到原邊，控制用于給蓄電池組電池充電的充電電路模塊55，以及控制充電監(jiān)控電路模塊56，以接收蓄電池組電池53的檢測數(shù)據(jù)，包括過電壓、過電流、低殘留電壓等。在如上述的本發(fā)明的非接觸充電站10中，將給出初級芯體被構造為方形多層結構的實例。如圖2、5和8所示，初級芯體31包括基底芯體331、第一上部芯體332和第二上部芯體333。即使次級芯體51 (即圖5中標明‘負載#1’的方形區(qū)域)位于初級芯體31的任何部分上，它也位于作為輸電PCB芯體的包括第一上部芯體332、第二上部芯體333和基底芯體331的三個平面繞組芯體的任何一個的區(qū)域內。因此，即使次級芯體51位于初級芯體31上的任何部分上，初級芯體31的位置也可以找到，由此只有相應的芯體可以接通以給非接觸受電裝置50充電。換句話說，當圖5中標明‘負載#1’的次級芯體51位于第一上部芯體332上時，僅僅第一上部芯體332在控制下接通，而第二上部芯體333和基底芯體331關斷。如圖5所示，當次級芯體51從第一上部芯體332移動到第二上部芯體333時，第一上部芯體332的操作關斷，而第二上部芯體333接通，從而非接觸受電裝置50的充電操作可以不中斷地進行。如圖9所示，當從整流器測量的電壓不超過預定值(例如4.5V)時，被充電的非接觸受電裝置50將關于電能補償?shù)男盘杺魉偷椒墙佑|充電站10。如圖8所示，非接觸充電站10從非接觸受電裝置50接收關于電能補償?shù)男盘?，并且將其輸電被補償?shù)碾娔苄盘杺魉偷椒墙佑|受電裝置50。根據(jù)圖8和圖9所示的控制算法，次邊非接觸受電裝置50上感應的電壓控制在從
4.5到5.5V的范圍內，從而非接觸受電裝置50可以被穩(wěn)定地充電。同時，初級芯體31和次級芯體51的單位芯體如圖10所示地構造。具體地，銅制單位芯體330形成為指定形狀，并且被用連接部件330'固定，以便在使用時銅制單位芯體330不移動。如圖2所示，單位芯體固定到芯體基底32和間隔部件321。雖然銅制的芯體330示出為具有環(huán)形橫截面，但是它的橫截面形狀可以改變?yōu)榉叫?。單位芯體在平面上的整體形狀可以是圓形、橢圓形、或者例如方形的多邊形。以下，參考以下的表1，將根據(jù)尺寸給出上述單位芯體的特征的描述:[表I]根據(jù)尺寸的非接觸充電站的初級芯體的能耗
權利要求
1.一種非接觸充電站，包括: 站部件，其包括:具有至少一個上部線圈的上部芯體部、具有至少一個下部線圈且與所述上部芯體部部分重疊的下部芯體部、以及芯體基底； 傳送控制器，其基于通過由所述上部芯體部和下部芯體部檢測的信號來決定所述上部芯體部和下部芯體部中的至少一個作為感應圖案芯體， 并且，通過控制連接到所述感應圖案芯體的開關，將無線電力信號經(jīng)由所述感應圖案芯體傳送給非接觸受電裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的非接觸充電站，其特征在于，所述至少一個下部線圈或所述至少一個上部線圈包括兩個線圈，其中，所述兩個線圈被隔開。
3.根據(jù)權利要求1所述的非接觸充電站，其特征在于，還包括:在所述芯體基底的下表面設置的用以屏蔽感應磁場的屏蔽部分。
4.根據(jù)權利要求1所述的非接觸充電站，其特征在于，其中，所述屏蔽部分包括屏蔽板、屏蔽網(wǎng)和金屬薄膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的非接觸充電站，其特征在于，所述傳送控制器進行如下控制:當僅有所述至少一個上部線圈接收到來自所述非接觸受電裝置的響應信號時，所述無線電力信號不被傳送。
6.根據(jù)權利要求1所述的非接觸充電站，其特征在于，至少一個上部和下部線圈被卷繞成方形螺旋結構、圓形的螺旋結構、橢圓形的螺旋結構或者多邊形螺旋結構中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有平面螺旋輸電芯體的非接觸充電站。所述非接觸充電站，包括站部件，其包括具有至少一個上部線圈的上部芯體部、具有至少一個下部線圈且與所述上部芯體部部分重疊的下部芯體部、以及芯體基底；傳送控制器，其基于通過由所述上部芯體部和下部芯體部檢測的信號來決定所述上部芯體部和下部芯體部中的至少一個作為感應圖案芯體，并且，通過控制連接到所述感應圖案芯體的開關，將無線電力信號經(jīng)由所述感應圖案芯體傳送給非接觸受電裝置。通過本發(fā)明的非接觸充電站，能夠減小受電裝置的整體尺寸，從而它可以容易安裝到便攜設備上，且能有效穩(wěn)定的傳送電力。
文檔編號H02J7/02GK103208847SQ20131004230
公開日2013年7月17日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權日2008年12月12日
發(fā)明者鄭春吉, 鞠潤相 申請人:鄭春吉