一种电磁耦合能量传输装置的制作方法

本发明涉及一种高集成度的具有环形分布磁铁结构的电磁耦合能量传输装置，尤其涉及电磁耦合能量传输装置内交直流转换模块的设置位置与磁屏蔽设计，以及为实现降低emi与实时采集信息并输出控制信号而采用的交直流转换与控制单元分离式电路拓扑设计。

背景技术：

越来越多移动电子设备，比如电动工具、厨房用具，向着无线、无绳化发展，因此采用电磁耦合能量传输是必然的选择。

但是，电磁耦合能量传输系统中输出与输入线圈需要实现正对才能获得最优的耦合系数和最高的传输效率与传输功率。另一方面，传统电子设备加工厂与其上游供应商，并不熟悉设计电磁耦合能量传输系统。以及，移动电子产品的外观面有美观的需求，不适宜设计特殊的表面结构、划分出尺寸过大的区域来辅助电磁耦合能量传输。而且，大部分的移动电子设备加工厂与上游供应商无法低成本投产定制的电磁耦合能量传输装置，来为其出品的移动电子设备提供电磁耦合能量传输功能。

因此，需要设计一种标准化的电磁耦合能量传输装置，帮助移动电子设备加工厂低成本、高效率、快速得实现移动电子设备的产品升级，同时保持产品外观漂亮。

并且，越来越多的移动电子设备内设置有不同规格的二次电池作为工作电源，因此移动电子设备在充电中很可能存在一边为二次电池充电、一边为移动电子设备功能供电的需求。

采用已有的设置在电磁耦合能量输入线圈旁边的具有二次电池充电管理功能的交直流转换模块再通过一段较长的电缆为二次电池进行充电，会因为电缆的阻抗等因素而导致无法实现实时监控二次电池与移动电子设备功能的真实功耗，而产生严重的安全风险，包括但不限于二次电池寿命降低、容量降低、过热爆燃等。

因此在设计一种标准化的电磁耦合能量传输装置时，除了要支持移动电子产品工作所需的恒压供电或恒流供电，还要加入对二次电池进行充电管理的功能，并且相关功能的实时性、准确性要求十分严格。

技术实现要素：

本发明揭示了一种电磁耦合能量传输装置，其特征是，具有线圈、磁铁结构、第一软磁材料、第二软磁材料、交直流转换模块；所述线圈为螺旋线圈，具有第一端面和第二端面，所述线圈的轴向长度小于最大外外接圆的直径，所述线圈第一端面朝向电磁耦合能量传输工作方向，所述线圈中间是空心的；所述磁铁结构包含有不少于一块磁铁单元，所述磁铁单元基本分布在同一个平面上并呈环形排布，所述磁铁单元分布的平面与所述线圈第一端面所在平面基本平行，所述磁铁单元在所述线圈第一端面所在平面的投影位于所述线圈在所述线圈第一端面所在平面的投影的外侧；所述第一软磁材料设置在所述线圈的第二端面一侧；所述第二软磁材料设置第一软磁材料的远离所述线圈的一侧，每一个所述磁铁单元都紧贴固定在所述第二软磁材料上；所述交直流转换模块具有交流电传输接口与第一稳定电平，所述交流电传输接口与所述线圈电连接，所述交直流转换模块设置在线圈中心范围并靠近所述第二软磁材料。为了便于螺丝、电缆等穿过，所述交直流转换模块、所述第一软磁材料、所述第二软磁材料上都有穿孔。

进一步，为了减小本发明装置的体积与厚度，更有利于移动电子设备内部结构设计与生产装配，所述交直流转换模块设置在所述第一软磁材料的穿孔内。而为了降低电磁耦合能量传输时交变磁场对所述交直流转换模块的影响，还设计第三软磁材料，所述第三软磁材料与所述第一软磁材料固定后形成的空腔几乎完全包裹所述交直流转换模块。并且所述第三软磁材料上还可以设计穿孔，以便于螺丝、电缆等穿过。

但是在某些情况下，比如对于体积与厚度没有要求、交直流转换模块需要更大的电路面积，所述交直流转换模块可以设置在所述第二软磁材料远离所述线圈的一侧，同时，为了便于螺丝、电缆等穿过，所述交直流转换模块、所述第一软磁材料、所述第二软磁材料上都有穿孔。

为了减少所述磁铁结构对于所述线圈的干扰，每一个所述磁铁单元朝向电磁耦合能量传输工作方向一侧都有一对异性磁极a和b，并且磁极a更靠近所述线圈的轴线。进一步，为了提高所述装置的对其他电磁耦合能量传输装置的兼容性，需要让所述磁铁单元之间留下大范围的低磁阻区域，因此所述磁铁单元之间可以设计间隔，并且所有所述磁铁单元之间的间隔距离之和，不小于所述磁铁单元所在环形周长的1/4。

考虑到传输功率、散热、体积、成本、嵌入难度等因素后，本发明所述磁铁单元在所述线圈第一端面所在平面的投影的内切圆直径大于40mm，外径小于60mm。

为了降低emi干扰，本发明中第二软磁材料具有导电性，并且通过高频低阻电路与所述交直流转换模块的第一稳定电平进行电连接。

进一步，本发明将具有二次电池充电管理功能、输出恒压或输出恒流功能的充电控制模块设置在远离线圈但是靠近二次电池或移动电子设备主要耗电的区域，实现实时采集准确的耗电信息、二次电池相关信息，所述充电控制模块产生相关控制信号，通过一条具有传输直流电、信号以及高频低阻导体的第一电缆传递给设置在所述线圈旁边的控制信号输出模块，在经过所述控制信号输出模块转换为合适的信号通过所述线圈或者所述控制信号输出模块包含的电磁波输出模块对外输出；同时所述充电控制模块的直流输入端通过第一电缆实现与所述交直流转换模块的直流传输端电连接，实现直流电能的传递；以及为了降低emi，所述充电控制模块内的第二稳定电平与所述交直流转换模块内的第一稳定电平通过所述第一电缆实现高频低阻电连接。

本发明的有益效果是：设计了一种标准化的电磁耦合能量传输装置，帮助移动电子设备加工厂低成本、高效率、快速得实现移动电子设备的产品升级，同时保持产品外观漂亮。同时采用充电控制模块与交直流转换模块、控制信号输出模块分离的设计，实现针对具有二次电池的移动电子设备实时而准确的充电与供电管理。

附图说明。

图1是本发明第一种实施例。

图2是本发明第二种实施例。

图3是本发明第二种实施例的爆炸图。

图4是本发明第二种实施例的轴线剖面图局部放大。

图5是本发明第三种实施例。

图6是本发明第四种实施例的轴线剖面图局部放大。

图7是本发明所述磁铁结构的磁场设置示意图。

图8是本发明的第四种实施例。

具体实施方式。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，并不限定本发明的应用范围，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图将本发明应用于其他类似场景；如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词语并非特指单数，也可以包括复数。一般来说，术语“包括”或“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。

如图1所示，本发明第一实施例包括线圈2、磁铁结构3、第一软磁材料4、第二软磁材料5、交直流转换模块1。并且如图3所示，为了方便本发明的装置装配到目标移动电子设备内，第一软磁材料4、第二软磁材料5、交直流转换模块1靠近中心的区域都设计设计有穿孔，便于螺丝等机械结构穿过用于固定本发明的装置。并如图7所示，所述磁铁结构3的每一块磁铁单元31朝向电磁耦合能量传输工作方向一侧都有一对异性磁极a和b，并且磁极a更靠近所述线圈的轴线，而且为了优化本发明装置的兼容性，所有所述磁铁单元之间的间隔距离之和，不小于所述磁铁单元所在环形周长的1/4。

如图2、3、4所示，为了降低本发明装置工作中交变磁场对所述交直流转换模块1的影响，本发明第二实施例在第一实施例的基础上增加了第三软磁材料6，第三软磁材料6为盖子形状，固定后会形成与第一软磁材料4共同形成等磁体空腔，所述交直流转换模块1设置在此成等磁体空腔内。为了方便本发明的装置装配到目标移动电子设备内，第三软磁材料6也设计有穿孔，便于螺丝等机械结构穿过用于固定本发明的装置。

有的情况下，并不需要第三软磁材料6设计穿孔以增强屏蔽交变磁场的效果，因此就会如图5所示。

如图6所示，为了降低本发明装置的厚度，第一软磁材料4的穿孔会略大于交直流转换模块1的外尺寸，以便于交直流转换模块1能与第二软磁材料5直接接触，同时第三软磁材料6的依然直接接触第一软磁材料4，以实现降低本发明装置工作中交变磁场对所述交直流转换模块1的影响。

如图8所示，充电控制模块7设置在远离所述线圈2的位置，具有第二稳定电平71，通过所述第一电缆9内用于传递直流电能的第一线组91与所述交直流转换模块1的直流电传输接口电连接，并且还通过所述第一电缆9内的高频低阻导体93实现所述第一稳定电平11与所述第二稳定电平71的高频低阻电连接，同时所述第二软磁材料5具有导电性而作为稳定电势涡流阻尼器也与所述第一稳定电平11高频低阻电连接；所述充电控制模块7具有控制信号输出接口；所述充电控制模块具有输出恒压、恒流或者为二次电池充电的功能。所述第一电缆9还具有第二线组92与所述控制信号输出接口电连接，再与所述控制信号输出模块8的控制信号输入端电连接；所述控制信号输出模块8具有控制信号输入端和控制信号输出端，所述控制信号输出端与所述线圈2高频低阻电连接，并将所述充电控制模块7产生的控制信号转换为ook、ask、fsk或psk中的一种或多种再通过所述线圈转换为磁场信号对外输出，或者所述控制信号输出端8具有独立的电磁波输出模块，并将所述充电控制模块7产生的控制信号转换为ook、ask、fsk或psk中的一种或多种再通过所述电磁波输出模块转换为电磁波信号对外输出。