专利名称：电力传输线圈及无线电力传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无线传输电力的电力传输线圈，及使用所述电力传输线圈来无线传输电力的无线电力传输装置。
背景技术：
通常,如手机及PDA (Personal Digital Assistant)等的各种携带用终端机中都安装有进行电力充电来供给运行电力的如电池组的输电装置。所述电池组通过从外部的充电装置供给的电力进行电力充电，并将充电的电力供给到所述携带用终端来使其进行运转。所述输电装置，包括:电池单元模块，用于电力充电；充放电电路，通过从外部的充电装置供给的电力向所述电池单元模块进行充电，并使所述电池单元模块中充电的电力来向携带用终端机进行放电供给电力。众所周知，所述充电装置与所述输电装置的电气连接方式，通过电缆直接连接从充电装置输出电力的端子与从输电装置输入电力的端子的端子连接方式。但是，所述端子连接方式，在所述充电装置的端子与所述输电装置的端子因为具有相互不同的电位差，因此在所述充电装置的端子与所述输电装置的端子相互间接触或分离时，会发生瞬间放电现象。这种瞬间放电现象会磨损所述充电装置的端子及所述输电装置的端子，并且在所述充电装置的端子及所述输电装置的端子上覆盖有异物时，会有引发火灾等安全事故的隐患。此外，所述输电装置的电池单元模块中充电的电，因潮湿等原因引起通过输电装置的端子向外部自然放电的问题，由此会引起输电装置的使用寿命缩短、使用性能降低的问题。近年来，为了解决如上所述的端子连接方式的各种问题，公开了通过无线向输电装置传输电力的无线电力传输装置。所述无线电力传输装置，例如，可以利用电磁感应方式来无线传输电力。并且，所述输电装置，接收所述无线电力传输装置无线传输的电力，并向电池单元模块充电接收的电力。为了稳定且高效的无线电力传输电力，同时，为了所述输电装置可以最大限度地接收所述无线电力传输装置传输的电力来向电池单元模块进行充电，对所述无线电力传输装置付出了诸多努力。所述无线电力传输装置，包括铁芯组件。所述无线电力传输装置的铁芯组件，包括:铁芯；电力传输线圈，安装于所述铁芯，来进行电力传输。此外，所述输电装置，也包括铁芯组件，所述输电装置的铁芯组件，包括:铁芯；电力接收线圈，安装于所述铁芯，接收所述无线电力传输装置传输的电力。所述无线电力传输装置的铁芯组件中包括的电力传输线圈与所述输电装置的铁芯组件中包括的电力接收线圈，其特性上大小为不同。S卩，所述输电装置的电力接收线圈，需要连接于携带用终端机来提供充电功能，因此会存在所述电力接收线圈的大小取决于输电装置的大小的局限性。与之相反，所述无线电力传输装置的电力传输线圈，需要可以搭载安装有所述输电装置的携带用终端机的整体。因此，会存在所述无线电力传输装置的电力传输线圈的大小需要大于所述携带用终端机的大小的局限性。因为这种大小局限性，导致所述无线电力传输装置及所述输电装置中分别配置作为主要构件的铁芯组件的铁芯、电力传输线圈及电力接收线圈的大小的不均衡性。另外，所述携带用终端机通常会具有长方形的形态，因此，所述无线电力传输装置的铁芯组件中具备的电力传输线圈的形状很难维持圆形，通常会具有椭圆形或长方形的形态，并且所述无线电力传输装置的铁芯组件中具备的铁芯的形状也会具有不是正方形，而是长方形或椭圆形的形态。但是，所述携带用终端机中安装的输电装置通常会具有正方形的形态，因此，所述输电装置的铁芯组件中具备的电力接收线圈通常为圆形，并且搭载有所述电力接收线圈的铁芯通常会具有四边形或圆形的形态。所述无线电力传输装置及所述输电装置中分别具备的铁芯组件的大小不均衡性，会引起输电装置接收电力的不均衡性。即，所述输电装置放置于所述无线电力传输装置的上部时，根据所述输电装置的铁芯组件放置的位置，会使根据所述无线电力传输装置的铁芯组件的电力传输线圈中流动的电流所发生的磁通量，来感应到所述输电装置的铁芯组件的电力接收线圈的电力发生变化。感应到所述电力接收线圈的电力的不均衡性，对所述无线电力传输装置与所述输电装置的相互间传输的数字数据通信也会引起不利的影响。
发明内容
(要解决的技术问题)因此，本发明要解决的问题在于提供电力传输线圈及无线电力传输装置，与输电装置的铁芯组件放置于无线电力传输装置的铁芯组件的上部的位置无关，可以以最佳的状态从所述无线电力传输装置的铁芯组件向所述输电装置的铁芯组件传输电力。此外，本发明提供电力传输线圈及无线电力传输装置，可以扩大输电装置的铁芯组件放置于所述无线电力传输装置的铁芯组件的上部的位置自由度。(解决问题的手段)本发明的电力传输线圈，包括:一个以上的第一线圈，在电力传输时，使电流以第一方向流动；一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动。之后，本发明的无线电力传输装置，包括:电力传输单元，切换直流电力来生成交流电力；铁芯组件，无线传输所述电力传输单元生成的交流电力，所述铁芯组件包括:电力传输线圈，施加有所述交流电力；铁芯，收容所述电力传输线圈，所述电力传输线圈包括:一个以上的第一线圈，在电力传输时，使电流以第一方向流动；一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动。
所述电力传输单兀,包括:电力传输控制部，控制电力传输；驱动器，根据所述电力传输控制部的控制，来发生用于电力传输的驱动信号；串联谐振转换器，根据所述驱动器发生的驱动信号来切换所述直流电力，来向所述电力传输线圈供给交流电力。此外，本发明的无线电力传输装置，包括:电力传输单元，切换直流电力来生成交流电力；铁芯组件，所述铁芯组件包括:电力传输线圈，用于无线传输所述电力传输单元生成的交流电力，铁芯，收容所述所述电力传输线圈；切换部，设置于所述电力传输单元与所述铁芯组件的电力传输线圈之间，根据所述电力传输单元的控制来切换为所述交流电力，所述电力传输线圈，包括:一个以上的第一线圈，在电力传输时，使电流以第一方向流动；一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动，所述切换部，根据所述电力传输单元的控制，切换为所述交流电力来选择性地供给向所述第一线圈及所述第二线圈。所述电力传输单元，包括:电力传输控制部，控制电力传输，并且控制所述切换部的切换动作；驱动器，根据所述电力传输控制部的控制，来发生用于电力传输的驱动信号；串联谐振转换器，根据所述驱动器发生的驱动信号，切换所述直流电力来向所述切换部输出。此外，本发明的无线电力传输装置，还包括:信号传输部，根据所述电力传输控制部的控制，生成向输电装置请求信息的请求信号，并通过所述电力传输线圈传输到所述输电装置；信号接收部，通过所述电力传输线圈，从所述输电装置接收信号，并提供给所述电力传输控制部。所述串联谐振转换器，根据输电装置的电力接收线圈放置于所述电力传输线圈的上部的位置，选择性地向所述第一线圈及所述第二线圈供给交流电力。所述电力传输控制部，根据输电装置的电力接收线圈放置于所述电力传输线圈的上部的位置，控制所述切换部来选择性地向所述第一线圈及所述第二线圈供给交流电力。所述第一线圈及所述第二线圈合起来的内周面与外周面之间的直线距离，大于无线接收电力的电力接收线圈的直径。所述第一线圈及所述第二线圈，相互间以相反的方向绕线。此外，所述第一线圈及所述第二线圈，由覆盖有绝缘材料的一个导线连续性地进行绕线。此外，所述第一线圈及所述第二线圈，分别由覆盖有绝缘材料的一个导线进行绕线，所述第一线圈的外侧端部与所述第二线圈的内侧端部通过焊接来实现电气性串联连接。此外，所述第一线圈及所述第二线圈，配置为在同一平面上以同心圆排列。(发明的效果)本发明的电力传输线圈，包括:第一线圈，以第一方向绕线；及第二线圈，以与所述第一方向相反的第二防线绕线，因此，输电装置位于电力传输线圈的任何位置上时，也可以以最佳的状态传输电力，由此，可以扩大需要进行电力充电的输电装置的放置位置的自由度。此外，本发明使无线电力传输装置与输电装置相互间可以进行流畅的数字数据传输。
图1a及图1b是为了说明，从无线电力传输装置的铁芯组件的电力传输线圈向输电装置的铁芯组件的电力接收线圈传输电力的动作的图。图2a至图2c是为了说明，根据电力接收线圈放置在电力传输线圈的上部的位置，感应到电力接收线圈的电流的图。图3是表示本发明的电力传输线圈的实施例的构成的图。图4a至图4c是为了说明，本发明的根据电力接收线圈放置于电力传输线圈的上部的位置，感应到电力接收线圈的电流的图。图5是表示本发明的根据电力接收线圈放置于电力传输线圈的上部的位置，测量电压增益-频率响应特性的图表。图6是表不本发明的电力传输线圈的另一实施例的构成的图。图7是表示本发明的电力传输线圈的又另一实施例的构成的图。图8是表示本发明的无线电力传输装置的实施例的构成的图。图9是表示本发明的电力传输线圈的又另一实施例的构成的图。图10是表示本发明的无线电力传输装置的另一实施例的构成的图。图1la至图1ld为了说明，本发明的无线电力传输装置的另一实施例中，根据切换部的切换动作，流向电力传输线圈的第一线圈及第二线圈的电流方向的图。(附图标记说明)100:电力传输线圈110、220:电力接收线圈200、312、322、412、422、432、521、600:第一线圈210、314、324、414、424、434、523、610:第二线圈310、410:第一电力传输线圈 320、420:第二电力传输线圈430:第三电力传输线圈300:铁芯500:交流/直流转换器510:电力传输单元511:电力传输控制部513:驱动器515:串联谐振转换器517:信号传输部519:信号接收部520、700:铁芯组件710:切换部SWl SWlO:开关
具体实施例方式下面参照附图，并通过不限定本发明的实施例对本发明进行详细地说明，并且对于部分图中的相同要素会赋予相同的符号。下面的详细说明仅限于例示性，仅仅为图示本发明的实施例。此外，提供的目的在于，使本发明的原理与概念可以以最有用且简单地方式进行说明。因此，并不提供理解本发明的基本所需以上的仔细的结构，此外，会通过图面示意具有通常知识者可以在本发明的实体中实施的各种形态。图1a及图1b是为了说明，从无线电力传输装置的铁芯组件的电力传输线圈向输电装置的铁芯组件的电力接收线圈传输电力的动作的图。 此处，符号100为设置于无线电力传输装置的铁芯组件中的用于传输电力的电力传输线圈，符号110为设置于输电装置的 铁芯组件中的用于接收电力的电力接收线圈。所述电力传输线圈100及所述电力接收线圈110是由覆盖有绝缘材料的导线以， 例如，顺时针方向(或逆时针方向)进行绕线，所述电力传输线圈100及所述电力接收线圈 110具有相互相异的形态。此外特性上，相比于所述电力接收线圈110，所述电力传输线圈 100的大小通常会非常大。例举一例，所述电力传输线圈100具有椭圆形的形态,在图中，横宽约为57mm,竖 宽约为70mm,所述电力接收线圈110具有圆形形态，外周面的直径约为32_。如图la所不，所述电力传输线圈100中有供给传输向输电装置的电力时,查看图 中，所述电力传输线圈100,会以第一方向,例如,顺时针方向，在上侧位置区域中流动上部 电流ITxT()p、右侧位置区域中流动右侧电流ITxKight、下侧位置区域中流动下部电流ITxB(rttom& 左侧位置区域中流动左侧电流IM6ft，来发生磁通量。之后，电力接收线圈110放置于所述电力传输线圈100的上部时，所述电力传输线 圈100中发生的磁通量会以所述电力接收线圈110发生耦合，并如图lb所示，查看图中，所 述电力接收线圈110，会以顺时针方向，在上侧位置区域中流动上部电流IM()P、右侧位置区 域中流动右侧电流IKXKight、下侧位置区域中流动下部电流IKXB(rttM及左侧位置区域中流动左 侧电流IfeLeft。如图2a所示，所述电力接收线圈110放置于所述电力传输线圈100的中央位置上 时，向所述电力传输线圈100流动的上部电流ITxT()p、右侧电流ITxKight、下部电流ITxB(rttom及左 侧电流iMeft与，感应到所述电力接收线圈110流动的上部电流IM()P、右侧电流IKxKight、下 部电流IExBottom及左侧电流 I^xLeft 的方向都会一致。因此，所述电力传输线圈100与所述电力接收线圈110整体上会耦合构成流畅的 磁通链，从而使所述电力接收线圈110可以以最佳的状态接收电力。但是，用户没有准确地把所述电力接收线圈110放置于所述电力传输线圈100的 中央位置，或准确地把所述输电装置的电力接收线圈110放置于所述电力传输线圈100的 中央位置时，因为安装有所述输电装置的携带用终端机发生震动而移动，由此会出现所述 输电装置的电力接收线圈110脱离所述电力传输线圈100的中央位置的情况。如图2b所示，所述电力传输线圈100的上端位置，即，所述电力接收线圈110放 置于向所述电力传输线圈100流动的上部电流ITxT()p的位置的上部时，向所述电力传输线圈 100流动的上部电流ITxT()p与感应到所述电力接收线圈110的上部电流IM()P的流动的方向 虽然一致，但是向所述电力传输线圈100流动的上部电流ITxT()p的位置上会流动所述电力接 收线圈110的下部电流IKxB()tt(M，由此为相互相反的方向。因此，向所述电力传输线圈100流动的上部电流11!￡_和向所述电力接收线圈110 流动的下部电流IKxB()ttM会链接成磁通链抵消，感应到所述电力接收线圈110的电力，相比 于所述图2a中所示的情况，会相对变小。此外，如图2c所示，所述电力传输线圈100的下端位置，S卩，所述电力接收线圈110 放置于向所述电力传输线圈100流动的下部电流ITxB(rtt(M的位置的上部时，向所述电力传输 线圈100流动的下部电流ITxB()tt()m与感应到所述电力接收线圈110的下部电流IKxB(rtt()m的流 动的方向虽然一致，但是向所述电力传输线圈100流动的下部电流IT.tt(M的位置上会流动所述电力接收线圈110的上部电流IKxT()p，由此为相互相反的方向。向所述电力传输线圈100流动的下部电流IKxB(rtt()m和向所述电力接收线圈110流动的上部电流IM()P会链接成磁通链抵消，因此感应到所述电力接收线圈110的电力，相比于所述图2a中所示的情况，会相对变小。如上所述，根据所述电力接收线圈110放置的位置，从所述电力传输线圈100向所述电力接收线圈110传输的电力强度会不同，由此，所述电力接收线圈110放置于所述电力传输线圈100的位置自由度会非常地受限，因此有必要对其进行改善。图3是表不本发明的电力传输线圈的实施例的构成的图。此处,符号200为第一线圈，安装于铁芯(未图示)中央部。所述第一线圈200是以第一方向，例如，以逆时针方向绕线，在传输电力时，电流会以第一方向流动。符号210为第二线圈，安装于所述铁芯的上部，并位于所述第一线圈200外侧的。所述第二线圈210是以与所述第一方向相反的第二方向，例如，以顺时针方向绕线。之后，所述第二线圈210，如图3的局部扩大图中所示，可以与所述第一线圈200串联连接，在传输电力时，电流会以与流向所述第一线圈200的电流相反的第二方向，例如，顺时针方向流动。此处，所述电力传输线圈的制造方法可以有多种方法，；例如，通过覆盖有绝缘材料的一个导线，连续性地绕线所述第一线圈200及所述第二线圈210来进行串联连接。此夕卜，所述第一线圈200及所述第二线圈210可以分别进行绕线后，将两个中的一个向反面翻转，并焊接230所述第一线圈200的外侧端部与所述第二线圈210的内侧端部来进行串联连接。此外，利用规定的专用绕线机器，以所述绕线机器的工作条件来设置完毕之后，通过一连串的绕线工序或在完成第一线圈后，改变绕线方向来进行第二线圈绕线的方式等来制造。因为所述电力传输线圈的更加具体的制造方法与本发明的意图相异，因此在此省略对其的详细说明。之后，所述第一线圈200及所述第二线圈210的合起来的内周面与外周面之间的直线距离，大于设置于输电装置中的电力接收线圈的直径。具有这种构成的本发明的电力传输线圈，在传输电力时，会在第一线圈200及第二线圈210施加交流电力。此时，所述第一线圈200上会以第一方向，例如，以逆时针方向流动电流，来向电力接收线圈传输电力。之后，所述第二线圈210上会以与所述第一方向相反的第二方向，例如，以顺时针方向流动电流，来向电力接收线圈传输电力。图4a至图4c是为了说明，根据电力接收线圈放置于本发明的电力传输线圈的上部的位置，感应到电力接收线圈的电流的图。参照图4a，电力接收线圈220放置于由第一线圈200及第二线圈210构成的电力传输线圈的中央部上时，所述电力接收线圈220会位于所述第一线圈200上。此时，向所述第一线圈200流动的上部电流ITxT()p、右侧电流ITxKight、下部电流及左侧电流ITxwt与，感应到所述电力接收线圈110流动的上部电流IM()P、右侧电流
^ExEight、 下部电流I
ExBottom
及左侧电流 I^xLeft 的方向都会一致。因此， 所述电力传输线圈200与所述电力接收线圈220整体上会链接构成流畅的磁通链，从而使所述电力接收线圈220可以以最佳的状态接收电力。参照图4b，电力接收线圈220放置于由第一线圈200及第二线圈210构成的电力传输线圈的上端时，所述电力接收线圈220的上端会位于所述第一线圈200的上部，所述电力接收线圈220的下端会位于所述第二线圈210的的上部。此时，分别向所述第二线圈210及第一线圈200流动的上部电流ITxT()p的方向与感应到所述电力接收线圈220的上部电流ΙΚχΤ()ρ及下部电流IKxB()tt(M的方向一致。因此，分别向所述第二线圈210及第一线圈200流动的上部电流ITxT()p与所述电力接收线圈220的上部电流ΙΚχΤ()ρ及下部电流IKxB()tt(M链接成一致的磁通链，由此，相比于所述图4a所示的情况，虽然会相对地稍微变小，但是所述电力接收线圈220可以以最佳的状态接收电力。此外，参照图4c，电力接收线圈220放置于由第一线圈200及第二线圈210构成的电力传输线圈的下端时，所述电力接收线圈220的上端会位于所述第一线圈200的下侧上部，所述电力接收线圈220的下端会位于所述第二线圈210的下侧上部。此时，向所述第一线圈200流动的上部电流ITxT()p及下部电流ITxB(rttM的方向与感应到所述电力接收线圈220的上部电流IKxT()p及下部电流IKxB()tt(M的方向一致。因此，所述第一线圈200及第二线圈210的下部电流ITxB()tt()m与所述电力接收线圈220的上部电流IKxT()p及下部电流!^。―链接成一致的磁通链，由此,相比于所述图4a所示的情况，虽然会相对地稍微变小，但是所述电力接收线圈220可以以最佳的状态接收电力。为了测量根据电力接收线圈220放置于这种本发明的电力传输线圈的第一线圈200及第二线圈210上的位置变动的频率响应特性，执行了根据可变频率的电压增益的特性分析实验，并得到了如表I所示的结果。表1:
权利要求
1.一种电力传输线圈，包括: 一个以上的第一线圈,在电力传输时,使电流以第一方向流动；及一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动。
2.根据权利要求1所述的电力传输线圈，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈合起来的内周面与外周面之间的直线距离，大于无线接收电力的电力接收线圈的直径。
3.根据权利要求1所述的电力传输线圈，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈，相互间以相反的方向卷线。
4.根据权利要求1所述的电力传输线圈，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈，由覆盖有绝缘材料的一个导线连续性地进行绕线。
5.根据权利要求1所述的电力传输线圈，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈，分别由覆盖有绝缘材料的导线进行绕线，所述第一线圈的外侧端部与所述第二线圈的内侧端部通过焊接来实现电气性串联连接。
6.根据权利要求1所述的电力传输线圈，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈，配置为在同一平面上以同心圆排列。
7.一种无线电力传输装置，包括: 电力传输单元，切换直流电力来生成交流电力；及 铁芯组件，无线传输所述电力传输单元生成的交流电力， 所述铁芯组件包括: 电力传输线圈，施加有所述交流电力 '及 铁芯，收容所述电力传输线圈， 所述电力传输线圈包括: 一个以上的第一线圈,在电力传输时,使电流以第一方向流动；及一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动。
8.根据权利要求7所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述电力传输单元包括: 电力传输控制部，控制电力传输； 驱动器，由所述电力传输控制部的控制，来发生用于电力传输的驱动信号；及串联谐振转换器，根据所述驱动器发生的驱动信号，切换所述直流电力来向所述电力传输线圈输出交流电力。
9.根据权利要求8所述的无线电力传输装置，还包括: 信号传输部，根据所述电力传输控制部的控制，生成向输电装置请求信息的请求信号，并通过所述电力传输线圈传输到所述输电装置；及 信号接收部，通过所述电力传输线圈，从所述输电装置接收信号，并提供给所述电力传输控制部。
10.根据权利要求7所述的无线电力传输装置，其特征在于， 所述第一线圈及所述第二线圈，相互间以相反的方向绕线。
11.根据权利要求7所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述第一线圈及所述第二线圈，配置在同一平面上以同心圆排列。
12.一种无线电力传输装置，包括: 电力传输单元，切换直流电力来生成交流电力； 铁芯组件，所述铁芯组件包括:电力传输线圈，用于无线传输所述电力传输单元生成的交流电力；铁芯，收容所述所述电力传输线圈 '及 切换部，设置于所述电力传输单元与所述铁芯组件的电力传输线圈之间，来切换为所述交流电力， 所述电力传输线圈包括: 一个以上的第一线圈,在电力传输时,使电流以第一方向流动；及一个以上的第二线圈，安置于所述第一线圈的外侧，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动， 所述切换部，根据所述电力传输单元的控制，切换为所述交流电力，来选择性地供给向所述第一线圈及所述第二线圈。
13.根据权利要求1 2所述的无线电力传输装置，其特征在于，所述电力传输单元包括: 电力传输控制部，控制电力传输，并且控制所述切换部的切换动作； 驱动器，根据所述电力传输控制部的控制，来发生用于电力传输的驱动信号；及串联谐振转换器，根据所述驱动器发生的驱动信号，切换所述直流电力来向所述切换部输出。
14.根据权利要求13所述的无线电力传输装置，还包括: 信号传输部，根据所述电力传输控制部的控制，生成向输电装置请求信息的请求信号，并通过所述电力传输线圈传输到所述输电装置；及 信号接收部，通过所述电力传输线圈，从所述输电装置接收信号，并提供给所述电力传输控制部。
15.根据权利要求13所述的无线电力传输装置，其特征在于， 所述电力传输控制部，根据输电装置的电力接收线圈的位置放置于所述电力传输线圈的上部，控制所述切换部来选择性地向所述第一线圈及所述第二线圈供给交流电力。
全文摘要
本发明涉及使用于无线传输电力的电力传输线圈与，使用所述电力传输线圈来无线传输电力的无线电力传输装置。本发明所述的电力传输线圈，包括一个以上的第一线圈，搭载于铁芯的中央上部，在电力传输时，使电流以第一方向流动；第二线圈，搭载于所述第一线圈的外侧的所述铁芯的上部，在电力传输时，使电流以与所述第一方向相反的第二方向流动。本发明所述的无线电力传输装置，使用具备有所述第一线圈及所述第二线圈的电力传输线圈来无线传输电力。
文档编号H02J17/00GK103107008SQ201210444389
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月8日 优先权日2011年11月10日
发明者郑春吉 申请人:翰林Postech株式会社