[发明专利]共振器和无线电力传输设备

说明书

技术领域

在此所述的实施方式总体上涉及共振器和无线电力传输设备，尤其涉及利用例如磁性线圈的共振器和利用所述共振器的无线电力传输设备。

背景技术

在传统的电力传输设备中，为了加强抵抗初级侧线圈和次级侧线圈的左右方向上的位置偏移，以面对面的关系布置初级和次级侧共振器，其中，初级和次级侧共振器是用线圈缠绕的基本上扁平的磁芯。然而，由于磁芯的扁平表面的放大面积，出现了重量增加的问题。

为了避免关于重量的缺陷，在传统的无线电力传输设备中，为了减小重量，各个线圈的磁芯涉及使用按一定间隔放置的多个磁芯，而且初级侧和次级侧是以面对面的关系设置的。用于补偿磁芯到磁芯间隙的磁力线是从缠绕有线圈的多个磁芯输出的，而且因此初级侧磁芯和次级侧磁芯被配置成充当具有放大尺寸的磁芯，在其尺寸当中包括磁芯到磁芯间隙。

然而，在所述多个磁芯当中，磁通量在左右两端都大部分集中在磁芯的被线圈缠绕的部分上。由此，划分成多个磁芯可能造成磁芯截面积减小、集中程度下降和磁芯损耗增加的问题。出于以下将要说明的原因，磁芯损耗增加。

通常，磁芯损耗，即，在AC磁场中利用磁性体作为磁芯的情况下的损耗被分成滞后损耗、涡流损耗和其它残余损耗。根据Steinmetz的经验公式，如果磁通量密度B在大约0.1-1特斯拉的范围内，那么滞后损耗与磁通量密度B的1.6次方成比例。另外，涡流损耗与磁通量密度B的2次方成比例。附带地，在大约MHz或者更高的频率，已知其它残余损耗增大。相应地，在利用例如1MHz或更低频率的情况下，其它残余损耗可被近似成比滞后损耗和涡流损耗小得多。

在这种情况下，例如，如果磁芯的截面积减半并且如果近似成通过该磁芯的磁通量没有变化，那么磁通量密度增加成两倍，而且由此每单位截面积的磁芯损耗增加到大约2.56倍到4倍。甚至当关于整个磁芯的磁芯损耗考虑时，并且如果磁芯的截面积减半，也可以假设磁芯损耗增加到大约1.28倍到2倍。考虑当在多个磁芯中磁通量大部分集中在左右两侧磁芯被线圈缠绕的部分上时所产生的效果，预测磁芯损耗将进一步增加。此外，如果增加的磁通量密度达到一个高到足以造成磁性体磁饱和的值，那么问题就是磁性体的效果突然消失并且共振器的电感急剧减小。

另外，如果线圈一直缠到邻近磁芯上端和下端的部分，那么，由于抗磁性，等效磁导率在临近上端和下端的位置会有很大程度的减小，并因此存在线圈的电感难以上升的问题。而且，采取面对面关系的磁芯块中没有绕组缠绕的部分被缩短，由此存在磁通环的路径被缩短从而减小耦合的问题。

另一方面，在另一种传统的无线电力传输设备中，线圈块是按H形状布置的，以便提高初级侧线圈和次级侧线圈之间的耦合系数。然而，在这种情况下，线圈块的面积增加了，导致重量增加的问题。

因此，传统的无线电力传输设备具有由于使用基本上扁的磁芯而使得缠绕有线圈的共振器的重量变重的问题。此外，如果为了减小重量而使用以一定间隔放置的多个磁芯，那么磁通量大部分集中在磁芯中左右两端缠绕有线圈的部分上，由此存在集中度下降和磁芯损耗上升的问题。而且，在把线圈一直缠到临近磁芯上端和下端的部分的情况下，由于抗磁性，等效磁导率在临近上端和下端的位置有很大程度的减小，并因此存在线圈电感难以上升的问题。

还给出了其它问题，例如减小设备的尺寸、降低损耗、减小设备的厚度、减小整个设备的重量、简化热辐射机制、增加电力和减小损耗。

发明内容

根据第一方面，提供了一种共振器，包括：磁芯，包括第一磁芯块和第二磁芯块，第二磁芯块距离第一磁芯块一定间隔放置；以及线圈，在第一和第二磁芯块的横向方向上缠绕在所述磁芯上，其中，第一磁芯块包括第一部分和沿第一磁芯块的纵向方向在第一部分的侧面上的第二部分，以及，在与第一磁芯块的纵向方向正交的方向上，第一部分的截面积大于第二部分的每个截面积，其中，第二磁芯块包括第三部分和沿第二磁芯块的纵向方向在第三部分的侧面上的第四部分，以及，在与第二磁芯块的纵向方向正交的方向上，第三部分的截面积大于第四部分的每个截面积，以及其中，所述线圈被缠绕在第一磁芯块的第一部分和第二磁芯块的第三部分上。

根据第二方面，提供了一种共振器，包括：磁芯；以及在第一方向上缠绕在所述磁芯上的线圈，其中，所述磁芯包括线圈缠绕在其上的第一部分、第二部分和第三部分，在第一部分的一个边缘，第二部分沿与第一方向不同的第二方向跨第一部分彼此面对，在第一部分的其它边缘，第三部分沿第二方向跨第一部分彼此面对，第一部分在第一方向上的截面积大于第二部分在第一方向上的每个截面积，而且大于第三部分在第一方向上的每个截面积。