CN105264742A - 用于非接触电力传输的供电装置及受电装置 - Google Patents

Abstract

供电装置(3)包括：盖板(313)；被盖板(313)覆盖的初级线圈(35)；以及设置于盖板(313)内的多个感温单元(39)，该多个感温单元(39)检测盖板(313)上的物体的温度。若将多个感温单元(39)中相邻的感温单元(39)之间的距离设为W[m]、将作为感温单元(39)的检温对象的物体的温度设为T₀[K]、将要由感温单元(39)检测出的温度设为T₁[K]、将盖板(313)的热传导率设为λ[W/(m·K)]，则W满足下式(1)。由此，供电装置(3)能准确地检测出盖板(313)上的物体的温度。

Description

用于非接触电力传输的供电装置及受电装置

技术领域

本发明涉及以非接触方式收发电力的供电装置及受电装置。

背景技术

以往，作为这种供电装置，例如具有专利文献1记载的非接触充电器。非接触充电器构成为片状或箱状体。非接触充电器的上表面设有四个被充电设备搭载面。若在各搭载面上设置被充电设备，则开始向被充电设备进行充电。

在各搭载面的下方分别设置有热敏电阻部，各热敏电阻部测量对应的搭载面上的物体(被充电设备、异物)的温度。各热敏电阻部包含有柔性基板、作为多个感温单元的典型例的多个热敏电阻、壳体及热传导体，且固定于树脂框架上。多个热敏电阻呈格子状地配置于柔性基板。另外，该热敏电阻部也能设置于作为受电装置的被充电设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-017562号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，供电装置等中具有如下问题：在配置成格子状的多个热敏电阻中，若从某个热敏电阻到相邻的热敏电阻为止的距离相隔过远，则有时无法准确地检测出测温对象的温度。相反，若相邻的热敏电阻间的距离较短，则需要增多热敏电阻的总数，会导致供电装置等的制造成本上升。

因此，本发明的目的在于提供一种能准确地检测出测温对象的温度的供电装置及受电装置。

解决技术问题所采用的技术手段

为了达到上述目的，本发明的一个方面是以非接触方式向受电装置收发电力的供电装置及受电装置，包括：盖板；被所述盖板所覆盖的线圈；以及多个感温单元，该多个感温单元设置于所述盖板内，以检测出所述盖板上的测温对象的温度。

若将多个所述感温单元中相邻的感温单元之间的距离设为W[m]、将所述感温单元的测温对象的温度设为T₀[K]、将要由所述感温单元检测出的温度设为T₁[K]、将所述盖板的热传导率设为λ[W/(m·K)]，则W满足下式(1)。

[数学式1]

$W\≤25\×{10}^{-3}-\frac{17.2\×\mathrm{\λ}}{\ln \left(\frac{20}{T_0-T_1}\right)}\×{10}^{-3}\mathrm{...}\left(1\right)$

发明效果

根据上述方面，通过将相邻感温单元之间的距离W设计由上式(1)所规定的数值，从而能准确地检测出盖板上的测温对象的温度。

附图说明

图1是表示包括本发明的一个实施方式所涉及的供电装置及受电装置的非接触电力传输***的结构的框图。

图2A是图1所示的供电装置的侧视图。

图2B是图1所示的供电装置的主视图。

图2C是图1所示的供电装置的俯视图。

图3是表示与图2A所示的感温单元间的距离相关联的参数的图。

图4A是表示第一实施例所涉及的供电装置的结构的俯视图。

图4B是表示第二实施例所涉及的供电装置的结构的俯视图。

具体实施方式

《实施方式》

下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式所涉及的供电装置。

《非接触电力传输***的结构》

图1中，非接触电力传输***1包括供电装置3。供电装置3为了对智能手机、平板电脑终端等受电装置5进行充电，大致包含适配器31、传输***元器件组33、初级线圈35、初级侧控制器37、以及多个感温单元39。这里，元器件组33、线圈35及控制器37如图2A、图2B的虚线所示那样，配置于底座311，并由盖板313所覆盖。与此相对，如图1所示，受电装置5包含次级线圈51、传输***元器件组53、次级侧控制器55。下面，对各结构的详细情况、动作进行说明。

若供电装置3的盖板313上放置有作为测温对象的受电装置5，则开始进行从供电装置3到受电装置5的非接触电力传输。传输电力时，适配器31将来自商用电源的交流电压(例如100V)提供给传输***元器件组33。传输***元器件组33构成整流电路、平滑电路、及逆变器电路等。整流电路及平滑电路将输入交流电压转换成直流电压。逆变器电路通过对平滑电路的输出直流电压进行开关等，来生成具有规定频率(例如数十kHz)的交流电压。若将上述那样的交流电压施加于线圈35，则线圈35产生交流磁场。以上的动作由控制器37所控制。

通过将受电装置5放置于供电装置3的盖板313上，从而次级线圈51夹着盖板313位于初级线圈35上。因而，由线圈35产生的交流磁场与线圈51交链，并且在线圈51的两端感应出交流电压，提供给传输***元器件组53。传输***元器件组53包含整流电路等，对因感应电压而流动的交流电流进行整流，并提供给配置于受电装置5的外部的电池57。由此，对电池57进行充电。以上的动作由控制器55所控制。

《过热检测》

然而，盖板313上不仅放置有受电装置5，有时也放置有金属异物。为了检测到上述物体(受电装置5、金属异物)的过热，供电装置3中包括多个感温单元39。

作为感温单元39的典型示例是具有负的温度系数的陶瓷热敏电阻(下面称为NTC热敏电阻)。这里，为了能高速地响应物体的过热，各感温单元39优选为热容量较小、例如体积为7.2mm³的小型的NTC热敏电阻。作为具有上述体积的NTC热敏电阻，例如具有JIS标准所记载的1005型。这里，在NTC热敏电阻的尺寸为1005型的情况下，矩形的安装面的长边方向的尺寸为1.0mm，该安装面的短边方向的尺寸为0.5mm。此外，高度方向的尺寸并不由JIS标准所设定，例如为0.25mm。这里，这些尺寸均为设计目标值，并不一定准确到1.0mm、0.5mm及0.25mm。也就是说，这些尺寸均具有公差。上述那样的感温单元39设置于盖板313表面到初级线圈35的上端之间。图2A～图2C示出了多个感温单元39呈格子状地填埋于盖板313内的示例。图2C中，为了易于观察，仅纸面右上的二个NTC热敏电阻附加有作为参照标号的39。

此外，考虑到用户的使用方便性，供电装置3大多设计成不对受电装置5的放置位置进行限制，用户自由能将受电装置5放置在盖板313上的任何位置。换言之，测温对象的物体放置于盖板313上的何处是未知的。因此，供电装置3在盖板313中包括多个感温单元39、即多个NTC热敏电阻。本实施方式中，如图2C的虚线所示，多个感温单元39分别填埋在盖板313内不同的多个部位。由此，能检测出盖板313上多个部位的温度。

上述多个感温单元39分别例如串联连接有未图示的固定电阻。将由未图示的恒压电路所产生的恒定电压提供给上述电路。该电路将与固定电阻之间的分压电位作为温度信息输出至控制器37。控制器37在输入温度信息超过规定温度的情况下，停止向初级线圈35供电等。

这里，若多个感温单元39中相邻的感温单元39彼此配置为相隔很远，则有可能无法准确地检测出测温对象的物体的温度。相反，若相邻的感温单元39间的距离较短，则需要增多感温单元39的总数，会导致供电装置3的制造成本上升。

为了解决上述问题，本申请的发明人发现了导出相邻感温单元39之间的恰当距离W的式子。具体而言，将放置于盖板313上的物体的尺寸(最大宽度)假定为25[mm]以上。将该物体温度设为T₀[K]，将控制器37要检测的物体的温度设为T₁[K](其中，T₁＜T₀，T₀-T₁例如为20[K])。此外，采用在物体温度到达T₀后，感温单元39在20[sec]以内检测出温度T₁的方式。将盖板313的热传导率设为λ[W/(m·K)]。此时，如图3所示，将相邻感音单元39之间的距离W[m]设计为满足下式(1)的数值。

[数学式2]

$W\≤25\×{10}^{-3}-\frac{17.2\×\mathrm{\λ}}{\ln \left(\frac{20}{T_0-T_1}\right)}\×{10}^{-3}\mathrm{...}\left(1\right)$

实施例

《第一实施例》

测温对象为直径25[mm]的铝片。多个感温单元39例如为NTC热敏电阻，俯视时配置成格子状。更具体而言，从某个感温单元39到在前后方向上相邻的两个感温单元39的距离W相互相等，或从某个感温单元39到在左右方向上相邻的两个感温单元39的距离W相互相等。各感温单元39填埋于盖板313，并使得从盖板313的表面朝向初级绕组35的方向为1[mm]的距离。如图4A所示，各NTC热敏电阻分别与控制器37相连接。另外，图4A中，与图2C同样仅对纸面右上的二个NTC热敏电阻附加参照标号。

此外，将盖板313的材质设为热传导率λ为0.25[W/(m·K)]的环氧树脂。若在该盖板313上放置上述铝片，则在25[℃]无风的条件下，由初级线圈35产生该铝片的温度T₀上升至150[℃]左右的磁场。该情况下，为了尽可能早地检测出铝片的过热，采用如下方式：在铝片达到150[℃]后的20[sec]以内，感温单元39检测出130[℃]的温度T₁。在该方式下，W大概在25.235[mm]以下。

另外，第一实施例中，式(1)中的T₀、T₁以绝对温度来代入，但本文中及表中为了易于理解，T₀、T₁不是绝对温度，而是以日本一般的摄氏度来进行记载。

本申请的发明人实际上以以下表1所示的八种距离W准备了温度检测电路(表1中，记为评价样品No.1～No.8)，以作为多个感温单元39，其中，该温度检测电路将三边尺寸为1.0[mm]×0.5[mm]×0.5[mm]的1005型NTC热敏电阻填埋在环氧树脂制的盖板313中而成。样品No.1的距离W为31[mm]，样品No.2的距离W为30[mm]。样品No.3～No.8的距离W如表1所记载的那样。

[表1]

表1：实施例1中的检测温度T₁相对于距离W的变化

发明人在周围温度为25[℃]无风的环境下放置供电装置3，并在各样品的盖板313上放置作为检测对象的铝片。若更具体地进行说明，则铝片被放置在铝片的中心距各感温元件39最远的位置。然后，在铝片变为150[℃]时的20[sec]后，利用所有的感温单元39来确认温度。将所有感温单元39的温度中的最高温度用作T₁。距离W、温度T₁以外的参数T₀、λ如上所述。

测定结果如表1所示那样，样品No.1～No.5中，温度T₁小于130[℃]，温度差(T₀-T₁)超过了20[℃]。由此可知，在距离W不满足式(1)的情况下，无法按照预定方式准确地检测出盖板313上的物体温度。相反，在样品No.6～No.8中，温度T₁在130[℃]以上，温度差(T₀-T₁)在20[℃]以下。由此可知，在距离W满足式(1)的情况下，如设计目标那样，能在盖板313上的物体达到150[℃]起的20[sec]以内，由感温单元39的某一个检测出130[℃]，从而准确地检测出铝片的存在。

《第一实施例的效果》

如上所述，若在供电装置3中、基于式(1)来设计从盖板313的表面到感温单元39为止的距离W，则能与设计目标大致相符地准确检测出盖板313上的物体温度。因而，若提供λ、T₁、T₀这样的设计条件，则无需反复进行填埋有感温单元39的盖板313的实验及评价，就能求得适当的距离W。由此，提高了供电装置3的设计效率。

《第二实施例》

发明人还以热传导率λ为0.17[W/(m·K)]的玻璃来代替环氧树脂制作得到盖板313的材质。此外，各感温单元39采用居里温度为100[℃]、25[℃]下的电阻值为470[Ω]的具有正的温度特性的热敏电阻(以下称为PTC热敏电阻)来取代NTC热敏电阻。准备多个上述感温单元39，在盖板313的内部以2.5[cm]的距离W配置成格子状。各感温单元39如图4B所示那样多个连成一串，其两端与控制器37相连。

本实施例中，将规定的检测对象放置在盖板313上，在温度T₁达到120[℃]时，判断为检测对象变成过热状态。

如下表2所示，发明人利用尺寸互不相同的四种PTC热敏电阻来构成温度检测电路(表2中记为评价样品No.9～No.12)。具体而言，评价样品No.9通过将1608型(体积约为1.02mm³)的PTC热敏电阻多个连成一串而构成。评价样品No.10通过将2012型(体积约为2.16mm³)的PTC热敏电阻多个连成一串而构成。样品No.11、No.12的尺寸如表2所记载的那样。

[表2]

表2：检测出相对于热敏电阻体积V的温度T₁为止的时间

然后，确认在将检测对象放置到盖板313上后经过了几秒后，检测出了各样品为120[℃]。其结果如表2所示，若PTC热敏电阻的体积在7.20mm³以下，则能在30[sec]以内检测出各样品为120[℃]。相反，若PTC热敏电阻的体积超过7.20mm³，则不能检测出各样品为120[℃]。

《第二实施例的效果》

第二实施例中可知，若距离W满足式(1)，且作为感温单元39的一个示例的PTC热敏电阻的体积为7.20mm³，则能在物体放置到盖板313上后立即准确地检测出规定的温度。

《附记》

上述实施方式中，对供电装置3的盖板313设有感温单元39的情况下的距离W进行了说明。然而，并不限于此，也可以是受电装置5的盖板具有多个感温单元39，并基于数学式(1)来设定相邻感温单元39之间的距离W。

上述实施方式中，对供电装置3作为向智能手机、平板电脑终端等进行充电的用途进行了说明。但并不限于此，供电装置3也可以用于向电动汽车、剃须刀等生活用设备进行充电。

此外，上述实施例中，例示了感温单元39为NTC热敏电阻、PTC热敏电阻。然而，关于热敏电阻，不仅可以是陶瓷热敏电阻，也可以是由高分子材料制作而成的热敏电阻。

此外，NTC热敏电阻不限于1005型，也可以是3225型、3216型、2012型、1608型、0603型、0402型。关于上述型号的NTC热敏电阻，安装面的长边方向、安装面的短边方向及安装面的高度方向的尺寸如下表3所记载的那样。

[表3]

表3：NTC陶瓷热敏电阻的尺寸

工业上的实用性

本发明所涉及的供电装置及受电装置能准确地检测盖板上的物体的过热，适用于智能手机、平板电脑终端或电动汽车等的非接触充电***。

标号说明

1非接触电力传输***

3供电装置

35初级线圈

39感温单元

313盖板

5受电装置

Claims (4)

1.一种以非接触方式向受电装置提供电力的供电装置，该供电装置的特征在于，包括：

盖板；

由所述盖板覆盖的线圈；以及

设置于所述盖板内的多个感温单元，该多个感温单元检测出所述盖板上的物体的温度，

若将多个所述感温单元中相邻的感温单元之间的距离设为W[m]、将作为所述感温单元的检温对象的物体的温度设为T₀[K]、将要由所述感温单元检测出的温度设为T₁[K]、将所述盖板的热传导率设为λ[W/(m·K)]，则W满足下式：

[数学式1]

$W\≤25\×{10}^{-3}-\frac{17.2\×\mathrm{\λ}}{\ln \left(\frac{20}{T_0-T_1}\right)}\×{10}^{-3}...\left(1\right).$

2.如权利要求1所述的供电装置，其特征在于，

所述感温单元通过将多个热敏电阻连成一串而构成。

3.如权利要求1或2所述的供电装置，其特征在于，

所述感温单元为体积在7.20mm³以下的热敏电阻。

4.一种受电装置，该受电装置接收由供电装置以非接触方式传输而来的电力，该受电装置的特征在于，包括：

盖板；

由所述盖板所覆盖的线圈；以及

设置于所述盖板内的多个感温单元，该多个感温单元检测出所述盖板上的物体的温度，

若将多个所述感温单元中相邻的感温单元之间的距离设为W[m]、将作为所述感温单元的检温对象的物体的温度设为T₀[K]、将要由所述感温单元检测出的温度设为T₁[K]、将所述盖板的热传导率设为λ[W/(m·K)]，则W满足下式：

[数学式2]

$W\≤25\×{10}^{-3}-\frac{17.2\×\mathrm{\λ}}{\ln \left(\frac{20}{T_0-T_1}\right)}\×{10}^{-3}...\left(1\right).$