[发明专利]低频透射式电力传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力传输，特指一种能够透过金属，以电磁感应传输具备驱动预定电子设备工作，或给预定电池充电的驱动电力的电力传输装置。

背景技术

电力的无线感应传输是当今热门推广的应用技术之一，如手机无线感应充电。其工作原理为：安置于感应充电座中的电力发送线圈与手机背壳中的电力接收线圈平行对齐，电力接收线圈通过电磁感应获取电力发送线圈传送的交变磁场能量，并将感应生成的交流电力转换为直流电力，以对手机或其它电子设备无线感应充电。充电过程既安全(没有电气接触带来的诸多弊端)，而且操作方便(将手机随手放在充电座上便能充电)，日益受到广大使用者的欢迎。

然而，按照无线充电联盟(Wireless Power Consortium)制订的无线充电标准(注：Qi标准)，电力发送线圈和电力接收线圈的尺寸和形状都有规定格式，且为大面积的平板线圈(如其中发送电力的A1型线圈的面积达到1500mm²)。此外，交变磁场能量的频率也规定在110KHz～205KHz之间。这样一来，作为电力发送线圈和电力接收线圈之间的隔离材料(即感应充电座面板和手机背壳)就不能使用导电的金属或金属合金材料。因有着较大面积的电力发送线圈和相对较高工作频率的交变磁场，会在金属导体中产生严重的电涡流损耗(如交变磁场频率为50KHz左右的电磁炉，激励平底锅感应电涡流生成的热量足以用来烹饪各种食物)。

就目前而言，许多高档手机(如iPhone手机)已采用金属材料作为手机背壳，按照Qi标准生产的无线感应充电产品，则无法对这类手机实施感应充电。

其实，利用交变磁场穿透金属材料在检测技术领域早已获得应用。例如，一种称为低频透射式涡流检测传感器，就是利用较低频率的交变磁场穿透金属材料检测生产线金属板材的厚度。根据产品厂商的规格书介绍，所检测的金属板材厚度可达100mm。其工作原理是在被检测金属板材的两面，分别安置激励线圈和信号接收线圈；当低频(音频)电压加到激励线圈的两端后，激励线圈便会产生交变磁场，并在金属板中产生电涡流，这个涡流损耗了部分磁场能量，使得贯穿信号接收线圈的磁力线减少，从而使信号接收线圈产生的感应电势减少。金属板材的厚度越大，涡流损耗的磁场能量也越大，感应电势就越小。信号接收线圈感应电势的大小就间接反映了金属板材厚度的大小(注：金属板材中产生的电涡流的大小，还与金属板材的通讯电阻率有关)。

电涡流在金属板中的穿透深度由下列函数式表示：(cm)，其中h＝电涡流穿透深度(cm)；ρ＝导体通讯电阻率(Ω·cm)；μ_r＝导体相对磁导率；f＝交变磁场频率(Hz)；k＝常数(5030)。该函数式表明，在选定金属材料(即通讯电阻率ρ和相对磁导率μ_r为固定参数值)的情况下，交变磁场频率f在音频范围内随着频率的增大，电涡流的穿透深度h将大幅度变小(注：f值在音频范围外增大时，h值的变化则相对平缓)。

低频透射式涡流检测传感器虽然能够穿透金属板材传送交变磁场信号，但其设计以收集微弱的检测信号为目的，其中的激励线圈/信号接收线圈的结构配置(即线圈尺寸大小)、安置方式(即激励线圈/信号接收线圈间隔于被检测金属板材的安置距离)，和电路配置(即仅用于放大和处理检测信号)，均不适用于传输具备驱动特定电子设备(如数瓦级别功耗的电子设备)工作或给电池(如手机电池)充电的驱动电力。

发明内容

因此，本发明根据上述要求，目的在于提供一种能够穿透金属并传输上述描述的驱动电力的装置，以克服Qi标准的无线感应充电产品无法对金属背壳手机充电的难题。

透过金属材料以无线感应传输所述驱动电力可以采取以下多项措施：

1、减少电力发送线圈的外径，同时使用高磁导率和高磁感度磁芯增强和聚集交变磁场能量(即增大单位面积的磁通密度)。根据圆面积公式A＝πr²得知，减少电力发送线圈的外径d(d＝2r)便能够大幅减少电涡流形成的面积A，因而有效减少电涡流损耗。

2、选择适合的激励交变磁场频率，增加交变磁场能量透过金属材料的能力。例如，选择具有穿透50mm以上厚度的预选定金属板材的交变磁场频率(如1000Hz)，当该交变磁场能量穿透通常只有0.5mm壁厚的手机金属背壳时，其中的大部分磁场能量便能够传送到电力接收线圈。

3、选择具有较高通讯电阻率和非(低)导磁金属或金属合金材料作为手机背壳材料，例如，奥氏体304不锈钢合金和钛合金，既有效减少电涡流密度，还能降低被手机背壳傍路损失的磁通能量。