用於感應電能傳輸系統的發射器的製作方法

2023-09-09 16:55:35 1

本發明屬於感應電能傳輸(ipt)系統的領域。更具體地，本發明涉及一種用在這種系統中的具有新穎配置的電能發射器。

背景技術：

ipt系統是已有技術(例如，電動牙刷的無線充電)和正開發技術(例如，在「充電墊」上的手持設備的無線充電)的公知領域。通常，初級側從發射線圈或多個發射線圈產生時變磁場。這個磁場在合適的接收線圈中感應出交流電，然後該交流電可以用於對電池充電，或者為設備或其他負載供電。在某些情況下，發射器線圈或接收器線圈可以與電容器連接以創建諧振電路，該諧振電路可以以相對應的諧振頻率來增加電能吞吐量或效率。

在ipt系統設計中必須克服的基本問題是確保有效的電能傳輸。改善性能的一種方法是要求發射器線圈和接收器線圈的精確對準，諸如使用專用充電座的電動牙刷的無線充電的情況。然而，需要精確對準破壞了某些ipt系統的關鍵目標之一，即，對設備的簡單充電和供電(用戶參與最少)。

另一種類型的ipt系統是充電(或供電)板。通常，這些系統提供被配置為產生磁場的表面，使得當合適的設備被放置在表面上時，通過在設備內部合適的接收器線圈布置來獲取電能。存在已知的各種發射線圈配置。在一個示例中，單個線圈被放置在表面之下，並且與表面共面。線圈可以很小，因此接收器線圈仍然必須相當好地對準以實現電能傳輸。可選地，線圈可以很大，覆蓋表面的整個區域。在這種情況下，一個或更多個接收器可以放置在表面上的任何地方。這對於給設備充電或供電來講給予了更多的自由度(即，用戶只需將設備放在墊上的任何位置)。然而，由這種配置產生的磁場不均勻，並且磁場朝向線圈的中心會尤其更弱。因此，接收器線圈根據它們在表面上的位置而獲得不同量的電能。

第三種類型的ipt系統是充電(或供電)殼體。通常，這些系統提供具有發射器線圈的盒體，發射器線圈被包含在盒體的側壁和/或基底中。線圈在盒體內產生磁場，使得當設備被放置在盒體內時，通過在設備內的合適的接收器線圈布置來獲取電能。線圈可以是線圈陣列，或大線圈，或兩者的組合。然而，會出現與充電板相同的缺點。即，場在整個體積中是不均勻的，朝向中心尤其更弱。因此，即使在設備被放置在殼體的中心時，為了確保足夠的電能傳輸，初級側上的電能也必須更高，這導致損耗增加和效率降低。

在所有上述情形中，已知的是，由高磁導率材料(諸如鐵氧體)製成的層/芯可以包括在發射器或接收器中，以改善在磁場之上的能量的傳輸。

本發明的目的是提供一種產生電能傳輸特性得到改善的磁場的發射器，或者至少為公眾提供有用的選擇。

技術實現要素：

根據一個示例性實施例，提供一種感應電能傳輸發射器，其包括：殼體，用於容納待通電的設備，具有一個或更多個側壁；一個或更多個線圈，用於在殼體內產生交變磁場，一個或更多個線圈的密度隨著離一個或更多個側壁的端部的距離而變化；以及驅動電路，用於驅動一個或更多個線圈。

根據另一個示例性實施例，提供一種感應電能傳輸發射器，其包括：殼體，用於容納待通電的設備，具有基底部分和從基底部分凸出的一個或更多個側壁；一個或更多個線圈，用於在殼體內產生交變磁場，一個或更多個線圈的密度最初隨著離基底部分的距離的增加而減小，然後隨著離基底部分的距離的進一步增加而增加；以及驅動電路，用於驅動一個或更多個線圈。

根據另一個示例性實施例，提供一種感應電能發射器，其包括：一個或更多個線圈，用於產生交變磁場；驅動電路，用於驅動一個或更多個線圈；以及一個或更多個導磁層，與一個或更多個線圈相關聯，其中一個或更多個導磁層的組合厚度變化。

根據又一個示例性實施例，提供一種感應電能發射器，其包括：一個或更多個線圈，用於產生交變磁場；驅動電路，用於驅動一個或更多個線圈；以及一個或更多個導磁層，與一個或更多個線圈相關聯，其中一個或更多個導磁層的磁導率變化。

公認的，在不同的權限下，術語「包含」及其變型可以具有排他的意思或包括的意思。為了本說明書的目的，除非另外說明，否則這些術語旨在具有包括的意思，即，它們將被認為表示包括使用直接引用的所列組件，以及可能還包括其他未指定的組件或元件。

在本說明書中對任何現有技術的引用不構成承認這些現有技術形成公知常識的一部分。

附圖說明

併入說明書中並且構成說明書一部分的附圖示出了本發明的實施例，並且附圖與上面給出的本發明的一般描述以及下面給出的實施例的詳細描述一起用於解釋本發明的原理。

圖1示出根據本發明的第一方面的實施例的發射器的視圖；

圖2示出根據圖1所示的本發明的第一方面的另一個實施例的發射器的視圖；

圖3示出圖1所示的發射器的截面圖；

圖4示出對由兩個不同發射器產生的磁場線進行比較的示意圖；

圖5示出根據本發明的另一方面的實施例的發射器的視圖；

圖6示出根據本發明的另一方面的實施例的發射器的視圖；

圖7示出圖6所示的發射器的截面圖；

圖7a示出根據圖6所示的方面的實施例的發射器的一部分的截面圖；

圖8示出圖6所示的發射器的另一個實施例的截面圖；

圖9示出由圖6的發射器產生的磁場線的示意圖；

圖10示出根據本發明的另一方面的發射器的截面圖；

圖11示出對由兩個不同發射器產生的磁場線進行比較的示意圖；

圖12示出根據本發明的另一方面的發射器的截面圖；

圖13示出對由兩個不同發射器產生的磁場線進行比較的示意圖；

圖14示出根據圖12所示的本發明的方面的另一個實施例的發射器的截面圖；以及

圖15示出用於驅動本發明的實施例的發射器的驅動電路的示意圖。

具體實施方式

線圈布置

參考圖1，示出根據本發明的實施例的用於ipt系統的發射器1。發射器採用帶有側壁3和基底部分4的充電殼體2的形式。發射器包括在殼體內部產生時變磁場的線圈5。放置在殼體內的設備6包括接收器線圈7，其與時變磁場感應耦合併且產生可以用於對設備充電或供電的電流。線圈被殼體的側壁所包含，並且圍繞與基底部分共面的殼體的周圈而纏繞，如圖1中的虛線所示。

發射器1連接到合適的電源8，並且驅動電路(未示出)被配置為驅動所述線圈，使得其產生磁場。驅動電路被配置為使得線圈5產生適合於特定應用的時變磁場。這種驅動電路對本領域技術人員來講是已知的，本發明在這方面不受限制。

能夠接收感應傳輸電能的設備在本領域中是公知的，本發明不限於任何特定類型。在優選實施例中，該設備包括與基底部分共面的接收器線圈，因為這將使電能傳輸最大化，其中磁場的磁通量垂直於基底部分。

圖1所示的殼體2的形狀採用矩形稜柱的形式，然而本發明在這方面不受限制。本領域技術人員將理解如何使本發明應用為限定殼體的各種三維體積。舉例來說，圖2示出其中殼體是具有單個連續側壁10的圓柱體形式的發射器9。在該示例中，線圈11大體上是圓形的並且圍繞殼體的周圈而纏繞，如圖2中的虛線所示。

在本發明的優選實施例中，殼體包括基底部分4。如將在後面描述的，在基底部分中包含導磁層(諸如鐵氧體層)可以顯著地改善電能傳輸。然而，殼體2並非必須包括基底部分。本領域技術人員將知道如何可以使本發明適用於不包括基底部分的充電殼體。

參考圖3，示出圖1所示的發射器1的垂直截面。該視圖示出側壁3、基底部分4、線圈5以及設備6。殼體可以可選地包括合適的外層12(例如，塑料外殼)，外層12包圍發射器的內部工作結構，賦予發射器更有吸引力和流線型的外觀。線圈被布置成使得線圈的密度(為每單位高度的環的數量)通常隨著高度而增加。這導致更多的環朝向側壁的頂部「集中」。圖3所示的環的數量相對較少，因為這最有利於說明本發明的原理。實際上，環的數量在任何方面都不受限制，並且本領域技術人員將理解，在某些應用中，環的數量可以是數百或甚至數千。

可選地，在本發明的另一個實施例中，線圈可以被配置成使得密度隨高度以某種其他方式變化。例如，與本發明一致的是，線圈的密度首先隨著高度而增加，然後朝向側壁的頂部又減小。稍後描述這種替代實施例。

線圈5是連續的並且串聯連接到驅動電路(未示出)。在本發明的實施例中，線圈包括重複地纏繞以形成一系列環的單根長度的導線。在本發明的一個實施例中，單根長度的導線包括規格不同的多段導線。多段導線可以以合適的方式(例如，焊接)連接在一起，使得該長度的導線從最大直徑漸變直到最窄直徑。因此，如果導線根據圖3所示的線圈配置來纏繞，則導線的較窄區段對應於具有較高密度的環。由於導線較窄，所以它比導線具有一致規格時所佔據的空間更小。導線可以是任何合適的載流導線，包括利茲型導線。利茲導線是有益的，因為它大大減少了在高頻下操作時在ipt系統中由導體中的趨膚效應和鄰近效應引起的電能損耗。在本發明的另一個實施例中，存在不止一個線圈。每個線圈可以以串聯、並聯或其他合適的形式來連接。總的來說，線圈的淨密度(為每單位高度的環的數量)仍然可以根據本發明而變化。

本發明的益處可以在圖4a和圖4b中看到，圖4a和圖4b示出了根據本發明的實施例的發射器1的垂直截面。圖4a和圖4b分別示出了由具有均勻密度的線圈布置產生的磁場和根據本發明的線圈布置產生的磁場之間的比較。將觀察到，對於圖4a中的前一情形，磁通量朝向殼體13的壁集中，其中存在朝向中心14的較低磁通量的區域。因此，為了確保足夠的電能傳輸到放置在該中心區域中的接收器，則必須增加通過發射器的功率流。這導致電源的低效使用。此外，靠近殼體側壁放置的接收器比放置在中心處的接收器受到更強的磁場。這要求接收器根據其在殼體內的精確位置來調節它們的功率流。它還增加在設備中的寄生發熱。圖4b示出了根據本發明的線圈布置的磁場。如將觀察到的，可變線圈密度導致整個殼體的磁場更均勻。實際上，附加繞組使得磁場進一步延伸到殼體中。這有助於解決由上述非均勻場引起的問題。具體地，可以減小通過發射器的功率流，同時仍然確保足夠的電能傳輸到接收器，而不管其在殼體內部的放置。在發射器中具有減小的功率流最小化了低效率並且減少了寄生發熱。本領域技術人員將理解，圖4b中所示的場是定性的，以便說明本發明的原理。在實踐中，實現期望的場特性所需的精確線圈布置取決於許多變量，諸如尺寸和額定功率。將理解，將需要調整線圈布置的設計以適合特定的應用。

返回圖3，還示出了在充電殼體的側壁3和基底部分4內部的鐵氧體層15。本領域技術人員將理解包含導磁層可以如何改善電能傳輸的性能。特別地，在基底部分中的導磁層「迫使」磁場線更靠近中心分布。這有助於提供更均勻的場並且改善整個基底部分區域的電能傳輸。

參考圖5，示出了根據本發明另一方面的發射器1。在這種情況下，發射器是充電殼體2a，其類似於前面描述的充電殼體2，然而充電殼體2a具有不規則形狀，而不是如圖1實施例中的矩形稜柱形狀。即，殼體包括側壁3和基底部分4，其中一個側壁3a具有與相對側壁3b不同的尺寸，使得接合側壁3c具有傾斜的上表面。術語上和下相對於基底部分4使用。殼體2a的實際形狀取決於發射器的特定應用，然而應當理解，與本發明有關的本文所述的導磁材料和線圈的配置可應用於殼體是不規則形狀的情況。

如後面將描述的，在基底部分中包含導磁層(例如，鐵氧體層)可以顯著地改善電能傳輸。然而，類似於圖1的實施例，殼體2a並非必須包括基底部分。本領域技術人員將理解可以如何使本發明適用於不包括基底部分的充電殼體。

在殼體2a內部產生時變磁場的線圈5被殼體的側壁包含，並且圍繞與基底部分共面的殼體的周圈而纏繞，如圖5中的虛線所示。殼體2a的不規則形狀需要線圈5的繞組配置適應該不規則形狀，同時產生以基本上均勻的方式基本上包圍殼體的所有內部的磁場。如圖5所示，這是通過確保線圈5的繞組在至少殼體2a的上部中沿著側壁部分3a、3b和3c的上表面並且通過採用上述密度變化的線圈布置來實現的。因此，放置在殼體2a內部的包括接收器線圈7的設備6將與時變磁場感應耦合，以允許對設備進行充電或供電，而不管在殼體內部設備的相對定位如何。

發射器1連接到合適的電源，驅動電路(未示出)被配置為驅動所述線圈，使得其產生磁場。驅動電路被配置為使得線圈5產生適合於特定應用的時變磁場。這種驅動電路對本領域技術人員來講是已知的，本發明在這方面不受限制。

由發射器線圈感應的磁場的均勻性的進一步增強可以使用如圖6所示的線圈布置來實現，圖6示出了圖5的發射器1。在圖6中，線圈5以實線示出以有助於描述。如可以看到的，線圈5的繞組配置如前適應殼體2a的不規則形狀，但是使用了與圖1和圖5的實施例中描述的變化密度布置不同的變化密度布置(為每單位高度的環的數量)。即，不同於其中線圈繞組的密度從基底部分4到側壁3的上表面單調增加的先前實施例，在圖6實施例中的線圈繞組的密度在側壁3的下部和上部兩處增加，而在側壁的中間部分減小。即，在殼體上部處的部分5a中的繞組和在殼體下部處的部分5b中的繞組比在殼體中間部分的部分5c中的繞組更密集。這導致更多的環朝向側壁的頂部和底部「集中」。在圖6中所示的環的數量相對較少，因為這最有利於說明本發明的原理。實際上，環的數量在任何方面都不受限制，並且本領域技術人員將理解，在某些應用中，環的數量可以是數百或甚至數千。發明人已經發現，該替代的線圈繞組配置在感應磁場中提供甚至更好的均勻性。這種配置還允許適應殼體形狀、尺寸和配置的不規則性，同時在殼體內部提供所需的場。

參考圖7，示出了圖6所示的發射器1的垂直截面。該視圖示出了側壁3、基底部分4、線圈5和設備6a。殼體可以可選地包括合適的外層12(例如塑料外殼)，其包圍發射器的內部工作結構。外層12可以是用於發射器1本身的殼，或者可以是車輛內部或其他基礎設施的組件的一部分。設備6a被示出為任意形狀的物項，而不是先前附圖中所示的設備的大致矩形的物項。設備6a的任意形狀用於說明由本發明的各種實施例的發射器感生的磁場的均勻性，使得有效的無線電能傳輸或感應電能傳輸不依賴於設備中接收器線圈的形狀和/或對於發射器線圈的相對取向而被實現。

圖5和圖6的線圈5可以是連續的並且連接到驅動電路(未示出)。在一個實施例中，線圈是重複地纏繞以形成一系列環的單根長度的導線，其中所述環在側壁的下部和上部處的線圈部分5a和5b處靠近在一起，而在側壁的中間部分處的線圈部分5c離得更遠，如圖7所示。在另一個實施例中，線圈5可以具有規格不同的多段導線，如圖8所示。即，在側壁的最高部分和最低部分處的區段5d比相鄰區段5e厚，區段5e比在側壁的中間部分處的區段5f厚。這些段導線可以以合適的方式(例如，焊接)連接在一起，使得該長度的導線在側壁的高度之上從最大直徑漸變直到最窄直徑並且再次回到最大直徑。導線可以是任何合適的載流導線，包括利茲型導線。在本發明的另一個實施例中，存在不止一個線圈。每個線圈可以以串聯、並聯或其他合適的形式連接。總的來說，線圈的淨密度(為每單位高度的環的數量)仍然可以根據本發明而變化。

利用圖7所示的線圈配置，發明人發現，在密度增加的部分5a和5b中的相鄰匝之間間隔的特定數量的環或匝以及從密度增加的部分到密度減小的部分的特定漸變為感應磁場提供了優化操作。圖7a示出了殼體具有圖5和圖6中所示的非規則配置的發射器的示例性實施例，其中使用相同的附圖標記。在圖7a的示例中，提供了21匝的線圈5，其中線圈密度從殼體2a的基底部分4開始隨著高度而增加到減小到增加地漸變，其中漸變取決於殼體2a的局部配置。即，如可以看到的，在殼體的「較高」側上的漸變不同於在殼體的「較低」側上的漸變。

具體地，在該示例中，在較低側壁3a上離殼體2a的開口(例如，充電「盒體」的頂部，其中頂部相對於基底部分來定義)最近的線圈5的部分a具有十匝的最大線圈密度，其中線圈的相鄰匝彼此接觸，即，在相鄰匝之間基本沒有間隔，然而在較高側壁3b上離殼體2a的開口最近的線圈5的部分d具有七匝的最大線圈密度，其中線圈的相鄰匝彼此接觸。在較低側上，相鄰線圈匝之間的這個間距針對一匝增加到約1.0mm，而在較高側上，間距針對兩匝增加到約1.0mm。漸變隨著相鄰線圈匝之間的間距在低側和高側兩側上針對一匝增加到約3.0mm，然後在兩側上針對一匝增加到約5.0mm而繼續。

在較低側上封閉容積(例如，充電「盒體」)的中間部分中的線圈的部分b中，設置了三匝的最小線圈密度，其中線圈的相鄰匝間隔大約6.0mm，而在較高側上中間部分中的線圈5的部分e中，設置了五匝的最小線圈密度，其中線圈的相鄰匝間隔大約7.0mm。隨著在低側和高側兩側上相鄰線圈匝之間的間距針對一匝減少到約5.0mm，然後針對一匝減少到約3.0mm，以及然後針對兩匝減少到約1.0mm，漸變繼續。最後，在較低側壁3a和較高側壁3b上離殼體2a的基底部分4最近的線圈5的部分c和f每個分別具有三匝的最大線圈密度，其中線圈的相鄰匝彼此接觸，即，在相鄰匝之間基本上沒有間隔。

這種配置基於距離殼體的基底部分的距離為總共21匝提供了相鄰匝之間的20個特定間隔，其中間隔從大約0.0mm到大約7.0mm。如所理解的，例如，如圖6所示，相關間隔在殼體的「傾斜」側上貫徹展開。

在圖9中可以看到本發明的本實施例的益處，圖9示出了具有圖8的線圈布置的發射器1的垂直截面以及由此產生的磁場。通過將由圖9的線圈布置產生的磁場與由圖4a中所示的線圈布置產生的磁場進行比較，可以看出，與圖4a中的磁通量朝向殼體13的壁集中而存在朝向中心14的較低磁通量的區域的示例不同，在本實施例的布置中，磁通量在整個殼體2a的內部更均勻。實際上，附加繞組使得磁場進一步延伸到殼體中。這有助於解決由前面討論的圖4a的非均勻場引起的問題。具體地，通過本發明的發射器的功率流可以相對於圖4a的功率流而減小，同時仍然確保足夠的電能傳輸到接收器，而不管其在殼體內的放置。在發射器中具有減小的功率流最小化了低效率並且減少了寄生發熱。本領域技術人員將理解，圖9中所示的磁場是定性的，以便說明本發明的原理。在實踐中，實現期望的場特性所需的精確線圈布置取決於許多變量，諸如尺寸和額定功率。應當理解，將需要調整線圈布置的設計以適合特定應用。

回到圖7和圖8，還示出了在充電殼體2a的側壁3和基底部分4內部的導磁材料元件15a。本領域技術人員將理解包含導磁材料(諸如鐵氧體)可以如何改善電能傳輸的性能。特別地，合適的導磁材料「迫使」磁場線更靠近中心分布。這有助於提供更均勻的場以及改善整個基底部分區域的電能傳輸。它還阻擋或屏蔽在發射器殼體之外的(電)磁場的產生。這在具有其他電子部件或金屬部件的環境(諸如車輛內部)中提高了發射器的安全性以及發射器的使用兼容性。這種屏蔽效果通過確保元件15a之間沒有間隙而增強，如圖7和圖8所示。進一步的增強可以通過設置導磁材料元件的另外部分15b來提供，其中導磁材料元件的另外部分15b在側壁的上表面的區域中包圍發射器線圈5，如圖8所示。還可以設置導磁材料的或具有導磁材料的可移動蓋子。有效的屏蔽也通過在圖3實施例中的元件15的配置以及稍後描述的實施例來提供。應注意，發射器的某些應用可能需要在殼中的間隙，其中導磁材料元件形成殼的一部分，以便適應殼體和電源連接件(諸如圖1中的連接件8)的形狀/配置。在可以避免或需要間隙的任何應用中，導磁材料元件可以通過模製或本領域技術人員公知的其他技術形成為單個單元，而不是分離的元件。

上述充電/供電殼體不必是獨立設備，而是可以結合到預先存在的結構或特別設計的結構中。作為示例，根據本發明可以構造書桌抽屜，因此用戶將僅需要將他們的電子設備放置在抽屜中，該電子設備可以被再充電或供電。在另一個示例中，根據本發明，車輛內部的控制臺或其他類似組件可以被配置為包括發射器殼體，因此用戶將僅需要將他們的電子設備放置在車輛控制臺或類似組件中，以允許對設備進行再充電或供電。

導磁層-可變厚度

參考圖10，示出了根據本發明另一方面的發射器1的截面。在這種情況下，發射器是與關於先前實施例描述的充電殼體2類似的充電殼體。殼體包括側壁3和圍繞殼體的周圈纏繞的線圈5，它們都容納在合適的外層12內。包括在基底部分4中的是主導磁層16。如前所述，包括導磁層可以通過本質上「再成形」磁場來改善電能傳輸。除了該主導磁層之外，還有鄰近主導磁層定位的附加導磁層17。

包括附加導磁層17的結果是增加朝向充電殼體2中心的導磁層的有效厚度。在圖10所示的本發明的實施例中，這有助於通過進一步強迫磁場朝向充電殼體的中心導致更均勻的磁場而改善電能傳輸。這通過如圖11a和圖11b所示的磁場線的比較來證明。將觀察到，對於圖11a中的前一情形，磁通量朝向殼體18的壁集中，其中存在朝向中心19的較低磁通量的區域。這引起與之前關於圖4a所描述的相同的問題。圖11b示出了根據本發明的導磁層布置的磁場。如將觀察到的，朝向殼體2的中心20的導磁層的厚度增加導致更均勻的磁場。發生這種情況的機制是，包括附加導磁層增加了導磁層的高度，這導致場線通過的朝向殼體的中心穿過空氣的磁路徑更短。實際上，磁場被「吸引」朝向中心。等同的是，較厚的導磁層使得磁路徑的磁阻減小的區段更長；因此磁場將被強迫朝向該區域。更均勻的磁場有助於解決由非均勻場引起的問題，如先前關於圖4a所述。

再次參考圖10看出，導磁層的有效厚度的增加是通過包括輔助塊17來實現的。本領域技術人員將理解，輔助塊的相對尺寸取決於特定發射器的大小和尺寸。此外，本領域技術人員將理解，在某些應用中，可能適合於將尺寸減小的一系列(即，三個或更多個)補充塊層疊在彼此的頂部上，導致「階梯式金字塔」型配置，其中有效厚度按一系列的不連續的階段而變化。

在本發明的替代實施例中，導磁層最初可以被製造成具有可變的厚度。在這種情況下，厚度的變化可以是不連續的(如以「階梯式金字塔」配置)或連續的。本領域技術人員將理解，存在用於在導磁層中實現可變厚度的其他可能的解決方案，本發明在這方面不受限制。

在本發明的另一個實施例中，導磁層的厚度可以以某些其他方式變化，而並非必須朝嚮導磁層的中心增加。例如，在某些應用中，使更厚的導磁層朝向特定發射器的邊緣可以是有益的。

在本發明的優選實施例中，導磁層是鐵氧體材料。然而，本領域技術人員將理解，可以使用其他合適的材料來獲得相同或類似的效果。

儘管已經關於充電殼體的基底部分描述了本發明，但是本發明不限於這個應用。本領域技術人員將理解，在發射器中包括導磁層是有益的任何情況下，可以並且實際上值得根據本發明來改變該層的厚度。作為示例，包括與充電錶面共面的大線圈的充電錶面可以從包括厚度朝向表面的中心而增加的導磁層中受益。這將有助於解決與磁場朝向這種充電錶面的中心較弱(以及較低效率的電能傳輸)相關的問題。

導磁層-可變磁導率

參考圖12，示出了根據本發明的另一方面的發射器1的截面。在這種情況下，發射器是與前述充電殼體類似的充電殼體2。殼體包括側壁3和圍繞殼體的周圈纏繞的線圈5，它們都容納在合適的外層12內。包括在基底部分4中的是導磁層20。如前所述，包括導磁層可以通過本質上「再成形」磁場來改善電能傳輸。

如圖12中的相應曲線圖所示，導磁層20的磁導率跨越充電殼體2的寬度變化，其中磁導率通常朝向充電殼體的中心最大。在圖12所示的本發明的實施例中，這有助於通過進一步強迫磁場朝向充電殼體的中心導致更均勻的磁場來改善電能傳輸。這通過如圖13a和圖13b所示的磁場線的比較來證明。將觀察到，對於圖13a中的前一情形，磁通量朝向殼體21的壁集中，其中存在朝向中心22的磁通量較低的區域。這引起了與之前關於圖4a所描述的相同的問題。圖13b示出了根據本發明的導磁層布置的磁場。如將觀察到的，導磁層的磁導率朝向殼體的中心增加導致更均勻的磁場。發生這種情況的機制是，導磁層的磁導率朝向中心增加導致磁路徑具有磁阻減小的區段，因此磁場將被強迫朝向這個區域。更均勻的磁場有助於解決由非均勻場引起的問題，如先前關於圖4a所述。

再次參考圖12看出，導磁層20具有恆定的厚度，但是磁導率以連續的方式變化。在本發明的一個實施例中，導磁層最初可以被製造為其磁導率特性是連續變化的。在另一個實施例中，導磁層最初可以被製造為其磁導率特性是不連續變化的。

參考圖14，示出了根據本發明的發射器1的另一個實施例，該發射器1包括在基底部分4內彼此相鄰布置的導磁層23的若干區段。在這種情況下，每個區段的磁導率可以具有不同的大小，導致所附曲線圖中所示的磁導率的變化。在根據本發明的一個實施例的殼體的情況下，這些區段可以由導磁材料的同心環製成。

在本發明的另一個實施例中，導磁層的磁導率可以以某種其他方式變化，而並非必須朝嚮導磁層的中心增加。例如，在某些應用中，使導磁層朝向特定發射器的邊緣的磁導率更高可以是有益的。

在本發明的優選實施例中，導磁層是鐵氧體材料。然而，本領域技術人員將理解，可以使用其他合適的材料來獲得相同或類似的效果。

儘管已經關於充電殼體的基底部分描述了本發明，但是本發明不限於這個應用。本領域技術人員將理解，在發射器中包括導磁層是有益的任何情況下，可以並且實際上值得根據本發明改變該層的磁導率。作為示例，包括與充電錶面共面的大線圈的充電錶面可以從包括磁導率朝向表面的中心增加的導磁層中受益。這將有助於解決與朝向這種充電錶面的中心的磁場較弱(以及較低效率的電能傳輸)相關聯的問題。

組合

已經描述了根據本發明的發射器的幾個方面，即：可變線圈密度；導磁層的可變厚度；以及導磁層的可變磁導率。本領域技術人員將理解，可以以任何數量的方式來組合這些方面中的任意方面。例如，對於某些充電殼體，使線圈密度朝向殼體的頂部增加以及使基底部分包括磁導率朝向基底部分的中心增加的導磁層可能是值得的。在另一個示例中，充電錶面可以包括導磁層，其中該層的厚度和磁導率朝向充電錶面的中心逐漸增加。在包括導磁材料的本發明的任何實施例中，材料「層」或材料「屏蔽」可以具有小於約1.0mm的厚度，例如，約0.5mm。此外，磁導率可以是由北川工業公司(kitagawaindustries)生產的鐵氧體ds037803的磁導率。

用於驅動由發射器線圈產生的時變磁場的驅動電路可以具有如圖15所示的電流注入拓撲。在這個拓撲中，dc電源使用逆變器配置轉換為發射器線圈兩端的正弦電壓。逆變器有兩種工作模式：能量注入和自由振蕩。當開關sa「閉合」而開關sb「斷開」時，由電感器l(例如，發射器線圈)和串聯電容器c提供的諧振迴路直接連接到電源。在這個期間，能量被注入諧振迴路。然而，當開關sa「斷開」而開關sb「閉合」時，電感器l、其調諧電容器c和電阻器r形成自由振蕩網絡。在諧振迴路的閉合路徑中儲存的能量將以電容器中的電場和電感器中的磁場的形式振蕩。開關的控制由合適的控制電路(諸如微控制器)來提供。在發射器設置在車輛內部中的本發明的應用中，dc電源可以是12v電源。其他應用可以要求ac電源，然而，本領域技術人員理解如何實現。

因此，提供一種用於ipt系統的發射器布置，其導致產生更均勻的磁場。由於該場更均勻，所以改善了發射器和接收器之間的耦合的質量，並且需要更少的電能來對設備供電或對設備充電，導致更有效的ipt系統。此外，由於為設備供電所需的電流減小，因此由於放置在發射器附近或其上的設備中的寄生發熱而導致的損失更少。

雖然已經通過對其實施例的描述說明了本發明，並且雖然已經詳細描述了實施例，但是申請人的意圖不是將所附權利要求的範圍限制或以任何方式限制到這樣的細節。額外的優點和修改對於本領域技術人員來講將是顯而易見的。因此，本發明在其更廣泛的方面不限於所示和所描述的具體細節、代表性設備和方法以及說明性示例。因此，在不脫離申請人的總體發明構思的精神或範圍的情況下，可以變更這些細節。