[發(fā)明專利]低頻透射式電力傳輸裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310293863.8
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103346623A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾超寧
• 申請（專利權(quán)）人: 曾超寧
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;H02J7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力傳輸，特指一種能夠透過金屬，以電磁感應(yīng)傳輸具備驅(qū)動預(yù)定電子設(shè)備工作，或給預(yù)定電池充電的驅(qū)動電力的電力傳輸裝置。

背景技術(shù)

電力的無線感應(yīng)傳輸是當今熱門推廣的應(yīng)用技術(shù)之一，如手機無線感應(yīng)充電。其工作原理為：安置于感應(yīng)充電座中的電力發(fā)送線圈與手機背殼中的電力接收線圈平行對齊，電力接收線圈通過電磁感應(yīng)獲取電力發(fā)送線圈傳送的交變磁場能量，并將感應(yīng)生成的交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力，以對手機或其它電子設(shè)備無線感應(yīng)充電。充電過程既安全(沒有電氣接觸帶來的諸多弊端)，而且操作方便(將手機隨手放在充電座上便能充電)，日益受到廣大使用者的歡迎。

然而，按照無線充電聯(lián)盟(Wireless?Power?Consortium)制訂的無線充電標準(注：Qi標準)，電力發(fā)送線圈和電力接收線圈的尺寸和形狀都有規(guī)定格式，且為大面積的平板線圈(如其中發(fā)送電力的A1型線圈的面積達到1500mm²)。此外，交變磁場能量的頻率也規(guī)定在110KHz～205KHz之間。這樣一來，作為電力發(fā)送線圈和電力接收線圈之間的隔離材料(即感應(yīng)充電座面板和手機背殼)就不能使用導(dǎo)電的金屬或金屬合金材料。因有著較大面積的電力發(fā)送線圈和相對較高工作頻率的交變磁場，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生嚴重的電渦流損耗(如交變磁場頻率為50KHz左右的電磁爐，激勵平底鍋感應(yīng)電渦流生成的熱量足以用來烹飪各種食物)。

就目前而言，許多高檔手機(如iPhone手機)已采用金屬材料作為手機背殼，按照Qi標準生產(chǎn)的無線感應(yīng)充電產(chǎn)品，則無法對這類手機實施感應(yīng)充電。

其實，利用交變磁場穿透金屬材料在檢測技術(shù)領(lǐng)域早已獲得應(yīng)用。例如，一種稱為低頻透射式渦流檢測傳感器，就是利用較低頻率的交變磁場穿透金屬材料檢測生產(chǎn)線金屬板材的厚度。根據(jù)產(chǎn)品廠商的規(guī)格書介紹，所檢測的金屬板材厚度可達100mm。其工作原理是在被檢測金屬板材的兩面，分別安置激勵線圈和信號接收線圈；當?shù)皖l(音頻)電壓加到激勵線圈的兩端后，激勵線圈便會產(chǎn)生交變磁場，并在金屬板中產(chǎn)生電渦流，這個渦流損耗了部分磁場能量，使得貫穿信號接收線圈的磁力線減少，從而使信號接收線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢減少。金屬板材的厚度越大，渦流損耗的磁場能量也越大，感應(yīng)電勢就越小。信號接收線圈感應(yīng)電勢的大小就間接反映了金屬板材厚度的大小(注：金屬板材中產(chǎn)生的電渦流的大小，還與金屬板材的通訊電阻率有關(guān))。

電渦流在金屬板中的穿透深度由下列函數(shù)式表示：(cm)，其中h＝電渦流穿透深度(cm)；ρ＝導(dǎo)體通訊電阻率(Ω·cm)；μ_r＝導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率；f＝交變磁場頻率(Hz)；k＝常數(shù)(5030)。該函數(shù)式表明，在選定金屬材料(即通訊電阻率ρ和相對磁導(dǎo)率μ_r為固定參數(shù)值)的情況下，交變磁場頻率f在音頻范圍內(nèi)隨著頻率的增大，電渦流的穿透深度h將大幅度變小(注：f值在音頻范圍外增大時，h值的變化則相對平緩)。

低頻透射式渦流檢測傳感器雖然能夠穿透金屬板材傳送交變磁場信號，但其設(shè)計以收集微弱的檢測信號為目的，其中的激勵線圈/信號接收線圈的結(jié)構(gòu)配置(即線圈尺寸大小)、安置方式(即激勵線圈/信號接收線圈間隔于被檢測金屬板材的安置距離)，和電路配置(即僅用于放大和處理檢測信號)，均不適用于傳輸具備驅(qū)動特定電子設(shè)備(如數(shù)瓦級別功耗的電子設(shè)備)工作或給電池(如手機電池)充電的驅(qū)動電力。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明根據(jù)上述要求，目的在于提供一種能夠穿透金屬并傳輸上述描述的驅(qū)動電力的裝置，以克服Qi標準的無線感應(yīng)充電產(chǎn)品無法對金屬背殼手機充電的難題。

透過金屬材料以無線感應(yīng)傳輸所述驅(qū)動電力可以采取以下多項措施：

1、減少電力發(fā)送線圈的外徑，同時使用高磁導(dǎo)率和高磁感度磁芯增強和聚集交變磁場能量(即增大單位面積的磁通密度)。根據(jù)圓面積公式A＝πr²得知，減少電力發(fā)送線圈的外徑d(d＝2r)便能夠大幅減少電渦流形成的面積A，因而有效減少電渦流損耗。

2、選擇適合的激勵交變磁場頻率，增加交變磁場能量透過金屬材料的能力。例如，選擇具有穿透50mm以上厚度的預(yù)選定金屬板材的交變磁場頻率(如1000Hz)，當該交變磁場能量穿透通常只有0.5mm壁厚的手機金屬背殼時，其中的大部分磁場能量便能夠傳送到電力接收線圈。

3、選擇具有較高通訊電阻率和非(低)導(dǎo)磁金屬或金屬合金材料作為手機背殼材料，例如，奧氏體304不銹鋼合金和鈦合金，既有效減少電渦流密度，還能降低被手機背殼傍路損失的磁通能量。