无线充电设备及包含其的运输工具的制作方法

1.本实施例涉及一种无线充电设备及包含其的运输工具。更具体地，本实施例涉及一种通过散热结构提高充电效率的无线充电设备及包含该无线充电设备的运输工具。


背景技术：

2.近年来，信息通信领域发展迅速，综合电力、电子、通信、半导体的各种技术也在不断发展。另外，随着电子设备的移动化趋势，在通信领域，正在积极开展对无线通信和无线电力传输技术的研究。特别地，正在积极开展向电子设备无线传输电力的方法的研究。
3.无线电力传输是指在提供电力的发射器和接收电力的接收器之间没有物理接触的情况下，使用电感耦合、电容耦合或诸如天线的电磁场谐振结构通过空间无线传输电力。无线电力传输适用于需要大容量电池的便携式通信设备、电动汽车等。由于触点不外露，因此短路的风险很小，并且可以防止出现有线方式中充电失败的现象。
4.同时，近年来，随着人们对电动汽车的兴趣迅速增加，人们对建设充电基础设施的兴趣也在增加。各种充电方式已经出现，例如，使用家用充电器为电动汽车充电、更换电池、快速充电设备和无线充电设备。新型充电商业模式也开始出现(参见公开号为2011-0042403的韩国专利申请)。此外，正在测试的电动汽车和充电站开始在欧洲脱颖而出。在日本，由汽车制造商和电力公司牵头，电动汽车和充电站正在试点。
5.在现有的电动汽车无线充电设备中，为了提高无线充电效率，在线圈单元的附近设置磁性单元，并且在与磁性单元隔开预设间隔的位置设置用于屏蔽的金属板。
6.无线充电设备在无线充电过程中，由于线圈的电阻和磁性单元的磁损耗而产生热量。特别地，无线充电设备中的磁性单元中靠近具有高电磁波能量密度的线圈的部分产生热量。产生的热量可能会改变磁性单元的磁特性，并导致发射器和接收器之间的阻抗失配，降低充电效率。因此，反过来，热量的产生会加剧。但是，由于这种无线充电设备安装在电动汽车的底部，因此采用密封结构来防尘、防水和防震。因此，难以实现一种散热结构。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本发明要解决的技术问题是提供一种无线充电设备及包含其的运输工具，无线充电设备包括与磁性单元的至少一部分接触的传热单元，从而磁性单元中产生的热量能够有效地散发到外部，并且可以提高充电效率。
9.问题的解决方案
10.根据本发明的一个实施例，提供了一种无线充电设备，其包括线圈单元；设置在线圈单元上的磁性单元；和与磁性单元的至少一部分接触的传热单元。
11.根据另一实施例，提供了一种运输工具，其包括无线充设备，其中，无线充电设备包括线圈单元；设置在线圈单元上的磁性单元；以及与磁性单元的至少一部分接触的传热单元。
12.本发明的有益效果
13.根据本实施例，本发明的无线充电设备包括与磁性单元的至少一部分接触的传热单元，由此可以有效地将无线充电过程中产生的热量散发到外部，从而可以进一步提高散热效率和充电效率。
14.因此，无线充电设备可有利地用于需要在发射器和接收器之间进行大容量电力传输的运输工具，例如电动汽车。
附图说明
15.图1a是根据一实施例的无线充电设备的分解透视图。
16.图1b是根据另一实施例的无线充电设备的分解透视图。
17.图2a是根据一实施例的无线充电设备的透视图。
18.图2b是根据另一实施例的无线充电设备的透视图。
19.图3a是图2a中沿线d-d’截取的剖视图，并且示出了在集成注塑结构中具有传热单元和磁性单元的无线充电设备的剖视图。
20.图3b是根据另一实施例的无线充电设备的剖视图，该实施例具有通过注塑后将磁性单元和传热单元耦合形成的结构。
21.图3c是图2b中沿线e-e’截取的剖视图，并且示出了在集成注塑结构中具有传热单元和磁性单元的无线充电设备的剖视图。
22.图4a是根据一实施例的具有直接连接到外部冷却系统的传热单元的无线充电设备的剖视图。
23.图4b是根据一实施例的具有间接连接到外部冷却系统的传热单元的无线充电设备的剖视图。
24.图4c是根据另一实施例的具有间接连接到外部冷却系统的传热单元的无线充电设备的剖视图。
25.图4d是根据另一实施例的具有直接连接到外部冷却系统的传热单元的无线充电设备的剖视图。
26.图5是图1a中的沿线a-a'截取的传热单元的剖视图。
27.图6是图1a中的沿线b-b’截取的传热单元的剖视图。
28.图7是图1a中的沿线c-c’截取的磁性元件的剖视图。
29.图8a是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，该磁性元件的一端呈笔直形状。
30.图8b是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，该磁性元件的一端具有沿着线圈的发热部分设置的弯曲形状。
31.图8c是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，该磁性元件的一端具有沿着线圈的发热部分设置的“t”形。
32.图8d是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，其中传热单元的的带状片沿着线圈的发热部分设置。
33.图8e是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，其中，传热单元的网状片沿着线圈的发热部分设置。
34.图8f是根据一实施例的具有传热单元的磁性元件的俯视图，其中，传热单元的导热片沿着线圈的发热部分设置。
35.图9示出了根据一实施例的通过模具形成磁性单元的过程。
36.图10示出了根据一实施例的设置有连接到冷却系统的无线充电设备的运输工具(电动汽车)。
37.图11示出了根据一实施例的设置有无线充电设备的运输工具(电动汽车)。
具体实施方式
38.在下文中，参考附图对实现本发明构思的具体实施方式进行详细描述。
39.此外，在本发明的描述中，如果确定相关已知结构或功能的详细描述可能使本发明的要点模糊不清，则省略其详细描述。
40.此外，在附图中，一些部件被夸大、省略或示意图说明，并且每个部件的尺寸不能完全反映实际尺寸。
41.本说明书中的术语仅用于描述具体实施方式，并不用于限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则单数表达包括复数表达。
42.本说明书中相同的附图标记指代相同的元件。
43.在本说明书中，在一种元件被提及形成在另一个元件“上”或“下”的情况下，不仅意味着一个元件直接形成在另一个元件“上”或“下”，而且还意味着一个元件间接形成在另一个元件“上”或“下”，其他元件介于它们之间。
44.此外，关于每个元件的上或下的术语可以参考附图。为便于描述，附图中的各个元件的尺寸可能被夸大描绘，并且它们可能与实际尺寸不同。
45.此外，本文中使用的术语“包括”指定特定特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件，并且不排除存在或添加其他特定特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或组。
46.此外，除非另有说明，否则表示本文所用元件的物理性质、尺寸等的所有数字应理解为被术语“大约”修饰。
47.在本说明书中，在上下文中解释中，除非另有说明，单数表达被理解为单数或复数表达。
48.[无线充电设备]
[0049]
图1a和1b各自是根据一实施例的无线充电设备的分解透视图。图2a和2b各自是根据一实施例的无线充电设备的透视图。
[0050]
根据本发明一实施例的无线充电设备(10)包括线圈单元(200)；设置在线圈单元(200)上的磁性单元(300)；以及与磁性单元(300)的至少一部分接触的传热单元(400)。此外，无线充电设备(10)还可包括用于支撑线圈单元(200)的支撑单元(100)、设置在磁性单元上的屏蔽单元(500)以及用于保护部件的壳体(600)。
[0051]
根据一个实施例，本发明的无线充电设备包括与磁性单元的至少一部分接触设置的传热单元，由此可以有效地将无线充电过程中产生的热量散发到外部，从而可以进一步提高散热效率和充电效率。
[0052]
因此，无线充电设备可有利地用于需要在发射器和接收器之间进行大容量电力传输的运输工具，例如电动汽车。
[0053]
在下文中，将详细描述无线充电装置的每个构成元件。
[0054]
线圈单元
[0055]
根据本发明一实施例的无线充电设备包括线圈单元，交流电流通过该线圈单元产生磁场。
[0056]
线圈单元可以包括导线。
[0057]
导线包括导电材料。例如，导线可包括导电金属。具体地，导线可包括从铜、镍、金、银、锌和锡组成的组中选择的至少一种金属。
[0058]
此外，导线可以具有绝缘护套。例如，绝缘护套可以包括绝缘聚合物树脂。具体地，绝缘护套可以包括聚氯乙烯(pvc)树脂、聚乙烯(pe)树脂、聚四氟乙烯树脂、硅树脂、聚氨酯树脂等。
[0059]
例如，导线的直径可以为1mm至10mm、1mm至5mm或1mm至3mm。
[0060]
导线可以以平面线圈的形式缠绕。具体地，平面线圈可以包括平面螺旋线圈。此外，线圈的平面形状可以是椭圆形、多边形或具有圆角的多边形，但并不特别限于此。
[0061]
平面线圈的外径可以为5cm至100cm、10cm至50cm、10cm至30cm、20cm至80cm或50cm至100cm。作为具体示例，平面线圈的外径可以为10cm至50cm。
[0062]
此外，平面线圈的内径可以为0.5cm至30cm、1cm至20cm或2cm至15cm。
[0063]
平面线圈的匝数可以为5至50圈、10至30圈、5至30圈、15至50圈、20至50圈。作为具体示例，平面线圈可以通过将导线缠绕10至30次而形成。
[0064]
此外，平面线圈形状的导线之间的距离可以为0.1cm至1cm、0.1cm至0.5cm或0.5cm至1cm。
[0065]
在上述平面线圈的优选尺寸和规格范围内，可适当用于诸如电动汽车等需要大容量电力传输的领域。
[0066]
线圈单元可被设置成与磁性单元隔开预设间隔。例如，线圈单元和磁性单元之间的间隔距离可以是0.2mm以上、0.5mm以上、0.2mm至3mm或0.5mm至1.2mm。
[0067]
磁性单元
[0068]
磁性单元可形成围绕线圈单元形成的磁场的磁路(magnetic path)，并且设置在线圈单元和屏蔽单元之间。
[0069]
磁性单元可被设置为与屏蔽单元隔开预设间隔。例如，磁性单元和屏蔽单元之间的间隔可以是3mm以上、5mm以上、3mm至10mm、或4mm至7mm。
[0070]
此外，磁性单元可被设置成与线圈单元隔开预设间隔。例如，磁性单元和线圈单元之间的间隔可以是0.2mm以上、0.5mm以上、0.2mm至3mm、或0.5mm至1.5mm。
[0071]
磁性单元可以包括聚合物型磁性单元，该聚合物型磁性单元包含粘合剂树脂和磁性粉末。
[0072]
或者，磁性单元可以包括金属磁性单元，例如纳米晶(nanocrystalline)磁性单元。
[0073]
或者，磁性单元还可以包括基于氧化物基磁性单元。
[0074]
磁性单元可以包括上述材料的组合。
[0075]
聚合物型磁性单元
[0076]
磁性单元可以包括包含粘合剂树脂和分散在粘合剂树脂中的磁性粉末的磁性单
元。
[0077]
因此，由于磁性粉末通过粘合剂树脂彼此结合，聚合物型磁性单元可以在大面积上具有较少的缺陷，并且由冲击造成的损坏较少。
[0078]
磁性粉末可以是氧化物磁粉，例如铁氧体(ni-zn系、mg-zn系、mn-zn系铁氧体等)；金属磁性粉末，例如坡莫合金(permalloy)、铁硅铝合金(sendust)、纳米晶(nanocrystalline)磁性材料；或其混合粉末。更具体地，磁性粉末可以是具有fe-si-al合金成分的铁硅铝颗粒。
[0079]
例如，磁性粉末可以具有下列配方1的组成。
[0080]
[配方1]
[0081]
fe
1-a-b-c si
a x
b yc[0082]
在上述配方中，x为al、cr、ni、cu或它们的组合；y为mn、b、co、mo或它们的组合；0.01≤a≤0.2、0.01≤b≤0.1和0≤c≤0.05。
[0083]
磁性粉末的平均粒径可以在约3nm至1mm、约1μm至300μm、约1μm至50μm或约1μm至10μm的范围内。
[0084]
聚合物型磁性单元可以包含按重量计50％或以上、按重量计70％或以上、或按重量计85％或以上的量的磁性粉末。
[0085]
例如，聚合物型磁性单元可以包含按重量计50％至99％、按重量计70％至95％、或按重量计70％至90％、按重量计75％至90％、按重量计75％至95％、按重量计80％至95％、按重量计80％至90％的量的磁性粉末。
[0086]
粘合剂树脂可以是可固化树脂或热塑性树脂。具体地，粘合剂树脂可以包括光固化树脂、热固性树脂和/或高度耐热的热塑性树脂。
[0087]
可固化树脂可以是包括至少一个可通过热固化的官能团或部分的树脂，例如缩水甘油基、异氰酸酯基、羟基、羧基或酰胺基；或是包括至少一个可被活性能量固化的官能团或部分的树脂，例如环氧(epoxide)基、环醚(cyclic ether)基、硫醚(sulfide)基、缩醛(acetal)基或内酯(lactone)基。这样的官能团或部分可以是，例如，异氰酸酯基(-nco)、羟基(-oh)或羧基(-cooh)。
[0088]
具体地，可固化树脂的示例包括聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、异氰酸酯树脂或具有上述至少一个官能团或部分的环氧树脂，但不限于此。
[0089]
作为示例，粘合剂树脂可以包括聚氨酯基树脂、异氰酸酯基固化剂和环氧基树脂。
[0090]
此外，作为粘合剂树脂，磁性单元可以包括基于其重量6％至12％的聚氨酯类树脂、基于其重量的0.5％至2％的异氰酸酯类固化剂和基于其重量的0.3％至1.5％的环氧基树脂。
[0091]
此外，粘合剂树脂可以是热塑性树脂。例如，热塑性树脂可以是选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或其组合的组中的至少一种。
[0092]
磁性单元可以包含按重量计5％至40％、按重量计5％至20％、或按重量计5％至15％、按重量计7％至15％的量的粘合剂树脂。
[0093]
此外，作为粘合剂树脂，聚合物型磁性单元可以包括基于其重量6％至12％的聚氨酯类树脂、基于其重量的0.5％至2％的异氰酸酯类固化剂和基于其重量的0.3％至1.5％的
环氧基树脂。
[0094]
纳米晶磁性单元
[0095]
磁性单元可以包括纳米晶(nanocrystalline)磁性单元。
[0096]
如果采用纳米晶磁性单元，离线圈单元的距离越远，即使线圈单元的电感(ls)降低，电阻(rs)也越低，从而使线圈的品质因数(q因数：ls/rs)增加，可以提高充电效率，减少发热。
[0097]
例如，纳米晶磁性单元可以是铁基纳米晶磁性单元。具体地，可以为fe-si-al基纳米晶磁性单元、fe-si-cr基纳米晶磁性单元或fe-si-b-cu-nb基纳米晶磁性单元。
[0098]
更具体地，纳米晶磁性单元可以是fe-si-b-cu-nb基纳米晶磁性单元。在这种情况下，优选fe含量百分比为70％至85％，si和b的含量百分比合计为10％至29％，cu和nb的含量百分比合计为1％至5％(其中，含量百分比是指特定元素的数量占构成磁性单元的元素总数的百分比)。在上述组成范围内，fe-si-b-cu-nb基合金可以易于通过热处理形成纳米相晶型。
[0099]
例如，纳米晶磁性单元利用熔融纺丝铁基合金通过快速凝固工艺(rsp)来制备。纳米晶磁性单元可以通过在300℃至700℃的温度范围内进行30分钟至2小时的零场热处理来制备。
[0100]
如果热处理温度低于300℃，则纳米晶不能充分形成，因此无法获得所需的磁导率，这需要较长的热处理时间。如果超过700℃，过度热处理可使磁导率显著降低。此外，热处理温度低时，处理时间长。另一方面，热处理温度高时，处理时间被优选地缩短。
[0101]
由于制备工艺的特点，很难将纳米晶磁性单元做厚。例如，纳米晶磁性单元可以做成15μm至35μm的厚度。
[0102]
氧化物基磁性单元
[0103]
磁性单元可以包括氧化物磁性单元。
[0104]
例如，氧化物磁性单元可以是铁氧体基材料。其具体化学式可由mofe2o3表示(其中m为一种或多种二价金属元素，例如mn、zn、cu和ni)。从磁导率等磁性特性来看，铁氧体基材料优选为烧结体。更具体地，可以是铁氧体烧结体。铁氧体基材料可以通过混合原料，然后煅烧、粉碎、与粘合剂树脂混合、成型和烧结的方式来制备成片状或块状。
[0105]
更具体地，氧化物基磁性单元可以是ni-zn基、mg-zn基或mn-zn基铁氧体。特别地，mn-zn基铁氧体在79khz至90khz的频率下，在室温至100℃或更高的温度范围内，可具有高磁导率、低磁导率损耗和高饱和磁通密度。
[0106]
mn-zn基铁氧体包含66％摩尔百分比至70％摩尔百分比的fe2o3、10％摩尔百分比至20％摩尔百分比的zno、8％摩尔百分比至24％摩尔百分比的mno和0.4％摩尔百分比至2％摩尔百分比的nio作为主要成分，并且可以还包含sio2、cao、nb2o5、zro2、sno等作为附加的副成分。mn-zn基铁氧体可以制备成片状或块状，方法是将主要成分以预定摩尔比混合，在800℃至1,100℃的温度下在空气中煅烧1小时至3小时，向其中添加副成分并粉碎，将其与适量的聚乙烯醇(pva)等粘合剂树脂混合，使用压力机进行压制成型，升温至1200℃至1300℃并持续2小时或更长时间对其进行烧结。此后，如果必要的话，使用线锯(wire saw)或水射流(wire jet)对其进行加工并切割成所需的尺寸。
[0107]
制备磁性单元的方法
[0108]
磁性单元可以包括，例如，聚合物型磁性单元，并且聚合物型磁性单元可以通过成片工艺制备，例如将磁性粉末和热固性聚合物树脂组合物混合以形成浆料，然后将其成型为片状，并固化。
[0109]
此外，可以使用热塑性树脂，通过模具将其形成三维结构，以制备具有恒定厚度的大面积磁性单元。具体地，使用机械剪切力和热将磁性粉末和热塑性树脂捏合，然后使用机械装置造粒并注塑成型以制备块体。
[0110]
常规的片材成型或块成型方法可应用于该制备过程。
[0111]
磁性单元可以以一定比例延伸。例如，磁性单元的延伸率可以是0.5％或其以上。在不使用聚合物的陶瓷基磁性单元中，难以获得延伸特性。即使大面积的磁性单元因冲击而变形，也可以减少损坏。具体地，磁性单元的延伸率可以为0.5％或其以上、1％或其以上、或2.5％或其以上。延伸率的上限没有特别限制。但是，如果增加聚合物树脂的含量以提高延伸率，如电感等磁性单元的物理特性可能会劣化。因此，延伸率优选为10％或其以下。
[0112]
可以通过注塑成型将磁性单元的原材料注塑到模具中来进行成型。更具体地，如图9所示，可以通过将磁性粉末和聚合物树脂组合物混合以获得原料组合物，然后通过注塑机(802)将原料组合物(801)注入模具(803)中来制备磁性单元。在这种情况下，可以将模具(803)的内部形状设计为三维结构，从而可以很容易地实现磁性单元的三维结构。与使用传统的烧结铁氧体片材作为磁性单元的情况相比，这种工艺在结构自由度方面可具有优势。
[0113]
磁性单元的面积和厚度
[0114]
磁性单元可以是磁性片材、磁片叠层或磁块。
[0115]
磁性单元可具有大面积。具体地，磁性单元的面积可为200cm2或其以上、400cm2或其以上、600cm2或其以上。此外，磁性单元可以具有10,000cm2或更小的面积。
[0116]
可以通过组合多个磁性单元来配置大面积磁性单元。在这种情况下，各个磁性单元的面积可以是60cm2或其以上、90cm2、或95cm2至900cm2。
[0117]
磁性片材的厚度可为15μm或其以上、50μm或其以上、80μm或其以上、15μm至150μm、15μm至35μm、或85μm至150μm。这种磁性片材可以通过制备常规薄膜或片材的方法来制备。
[0118]
磁片叠层可以是层叠20张或其以上、或50张或其以上的磁性片材的层叠体。此外，磁片叠层可以是层叠150张或其以下、或100张或其以下的磁性片材的层叠体。
[0119]
磁性块的厚度可为1mm或其以上、2mm或其以上、3mm或其以上、或4mm或其以上。此外，磁性块可以具有6mm或其以下的厚度。
[0120]
磁性单元的磁性特性
[0121]
磁性单元可在电动汽车无线充电的标准频率上下具有一定水平的磁性特性。
[0122]
电动汽车无线充电的标准频率可以小于100khz，具体地，标准频率为79khz至90khz，具体地，标准频率81khz至90khz，更具体地，标准频率大约为85khz。这个频段不同于移动电子设备的频率，例如手机。
[0123]
例如，磁性单元在79khz到90khz的频带中的磁导率可以为5至150,000、10至150,000、20至150,000、5至300、30至300、600至3,500或10,000至150,000。具体地，磁性单元在79khz至90khz的频带中的磁导率可以为30至300、600至3,500或10,000至150,000。更具体地，磁性单元在79khz到90khz的频带中的磁导率可以是30至250、或30至200。
[0124]
此外，磁性单元在79khz至90khz的频带中的磁导率损失可为1至150,000、1至50,
000、5至30,000、10至3,000、10至1,000、100至1,000或5,000至50,000。
[0125]
具体地，磁性单元在79khz到90khz的频带中的磁导率可为30至200，磁导率损失为10至3,000。
[0126]
磁性单元的物理特性
[0127]
聚合物型磁性单元可以以一定比例延伸。例如，聚合物型磁性单元的延伸率可以为0.5％或其以上。在不使用聚合物的陶瓷基磁性单元中，难以获得延伸特性。即使大面积的磁性单元因冲击而变形，也可以减少损坏。具体地，聚合物型磁性单元的延伸率可以为0.5％或其以上、1％或其以上、或2.5％或其以上。延伸率的上限没有特别限制。但是，如果增加聚合物树脂的含量以提高延伸率，如电感等磁性单元的物理特性可能会劣化。因此，延伸率优选为10％或其以下。
[0128]
磁性单元在冲击前后的物理特性的变化速率很小，明显优于传统的铁氧体磁片。
[0129]
在本说明书中，冲击前后的物理特性的变化速率(％)可以通过下式计算。
[0130]
特性变化率(％)＝|冲击前的特征值
–
冲击后的特征值|/冲击前的属性值
×
100。
[0131]
例如，当磁性单元从1m的高度自由落体时，其在冲击前后的电感变化率可能小于5％、或小于3％或更小。更具体地，电感的变化率可以为0％至3％、0.001％至2％或0.01％至1.5％。在上述范围内，由于冲击前后的电感变化率较小，提高磁性单元的稳定性进一步。
[0132]
此外，当磁性单元从1m的高度自由落体时，其在冲击前后的q因数的变化率可以为0％至5％、0.001％至4％或0.01％至2.5％。在上述范围内，由于冲击前后的物理特性变化小，磁性单元的稳定性和耐冲击性进一步提高。
[0133]
此外，当磁性单元从1m的高度自由落体时，其在冲击前后的电阻变化率可为0％至2.8％、0.001％至1.8％或0.1％至1.0％。在上述范围内，即使在有实际冲击和振动的环境中反复应用，其电阻值也能很好地保持在一定水平以下。
[0134]
此外，当磁性单元从1m的高度自由落体时，其在冲击前后的充电效率的变化率可为0％至6.8％、0.001％至5.8％或0.01％至3.4％。在上述范围内，即使大面积磁性单元反复受到冲击或变形，其物理特性也能更加稳定保持。
[0135]
传热单元
[0136]
传热单元可以有效地将无线充电过程中产生的热量散发到外部。
[0137]
参照图1a和2a，传热单元(400)可与磁性单元(300)热连接并延伸到壳体(600)的外部。例如，传热单元(400)的一端的至少一部分插入磁性单元(300)中，另一端暴露于壳体(600)的外部。
[0138]
根据本发明一实施例的传热单元可以包括热介质和容器单元。
[0139]
具体地，参照图5和图6，传热单元(400)可以包括能够蒸发和冷凝的热介质(430)；以及用于容纳热介质的容器单元(410)。
[0140]
容器单元(410)可以具有包含内部密封空间的管状结构。具体地，在传热单元中，将挥发性热介质注入管状的密闭容器中，然后将容器密封在真空状态下。在管内填充的热介质反复蒸发和冷凝的过程中，可以冷却周围的磁性单元。
[0141]
换言之，通过利用传热单元内的热介质(流体)的蒸发潜热，即使温度差很小，也能够在没有动力的情况下有效传热。它可以有效地将无线充电过程中产生的热量散发到外部。
[0142]
热介质(430)可以包括在水、油或类似物中的纳米颗粒。或者，热介质(430)包括高温液体或低温液体，这取决于温度。更具体地，例如，热介质(430)可以包括从水、甲醇、丙酮、乙二醇、丙二醇和汞组成的组中的选择的一种或多种。由于热介质(430)在传热单元内部反复蒸发和冷凝过程中将磁性单元产生的热量散发到外部，其性能可优于传统冷却方法6倍以上。
[0143]
容器单元(410)可以是具有高导热率且大多数部位厚度较薄的容器。例如，容器单元可以包括金属或陶瓷。
[0144]
容器单元(410)的内部空间的长度(d)可为10cm至50cm。例如，长度可为20cm至45cm，例如，长度可为30cm至40cm。
[0145]
容器单元的内部空间的内径(id)可为0.1mm至5mm。例如，内径可为0.5mm至3mm，例如，0.5mm至2mm，例如，2mm至5mm。如果采用内径在上述范围内的容器单元，则可以进一步提高本发明中所预期的充电效率和散热特性。
[0146]
此外，传热单元还可包括迁移单元(420)。
[0147]
迁移单元(420)设置于容器单元(410)内，具有多孔结构，热介质为液态时，迁移单元吸收并迁移液态热介质。
[0148]
例如，迁移单元(420)具有由非常薄的金属制成的网状形状，并且连接到传热单元的内壁，并且热介质(430)被填充在容器单元(410)中。
[0149]
传热单元包括蒸发段(440)和冷凝段(450)。在蒸发段(440)中，热介质(430)从磁性单元产生热量时蒸发的热源中吸收热量并蒸发到气态，从而热量可以从蒸发段(440)传递到冷凝段(450)。相反，在冷凝段(450)中，热量以较低的温度向外部散发，气态的热介质(430)冷凝。换言之，在蒸发段蒸发的热介质可以在冷凝段冷凝。随着这一过程的重复，热量从蒸发段(440)传递到冷凝段(450)，并且热量可以有效地散发到外部。
[0150]
当热量传递到蒸发段(440)时，处于平衡状态的热介质(430)被蒸发。例如，由于蒸发段(440)和冷凝段(450)之间的压力差，汽化的热介质(430)可以在传热单元中移动。当热量传递到冷凝段(450)时，由于压力梯度而移动到冷凝段的气体可能发生相变并冷凝成饱和液体。
[0151]
此外，冷凝段(450)可以设置在高于蒸发段(440)位置。其构造使得在蒸发段(440)中蒸发的气态的高温热介质(430)自然地移动到上段冷凝段(450)，并且在冷凝段(450)中冷凝的液态的低温热介质(430)在重力作用下自然返回到下段蒸发段(440)。
[0152]
此外，传热单元还可包括位于蒸发段(440)和冷凝段(450)之间的绝热段(460)。当在蒸发段(440)中蒸发的热介质(430)向冷凝段(450)移动时，绝热段(460)可以防止热量从内部泄漏。
[0153]
传热单元可以包括各种结构。例如，传热单元可以具有圆柱形状、平板形状或分离形状。
[0154]
图8a至8c分别示出了具有根据一实施例的各种形状的传热单元(400)和磁性单元(300)的磁性元件(800)的俯视图。
[0155]
具体地，传热单元(400)可具有至少一个呈笔直形状的端部(参见图8a)。
[0156]
此外，传热单元(400)可具有至少一个沿线圈的发热部分设置的呈弯曲形状的端部(参见图8b)。
[0157]
此外，传热单元(400)可具有至少一个沿线圈的发热部分设置的“t”形端部(见图8c)。
[0158]
对传热单元(400)的结构的描述仅用于说明目的。它们的数量、厚度、形状、大小、位置和结构可以在不损害本发明效果的范围内以各种方式设置，以满足散热的目的。
[0159]
根据一个实施例，传热单元可以包括，例如，热管。传热单元凭借封装在内的热介质的作用，其热导率是相同截面积的铜的500倍，因此，它被广泛用作卫星热控系统中的高效传热装置。在本发明的一个实施例中，由于采用了具有优良导热性的传热单元，可以有效地将磁性单元内部产生的热量散发到外部，以增强散热效果。
[0160]
传热单元可具有5至10,000w/m
·
k的热导率，例如50至8,000w/m
·
k，例如1,000至7,000w/m
·
k，或例如1,000至6,000w/m
·
k。
[0161]
另外，传热单元的电阻率可以为1
×
102至1
×
10
20
ω
·
cm，例如1
×
103至1
×
10
18
ω
·
cm，例如1
×
103至1
×
10
16
ω
·
cm，或例如1
×
103至1
×
10
15
ω
·
cm。
[0162]
根据本发明一实施例，传热单元可以具有以各种方式与磁性单元接触或耦合的结构。
[0163]
图3a至图3c分别示出了磁性元件的截面图，其中传热单元(400)和磁性单元(300)位于集成注塑结构中。具体地，传热单元(400)可以具有与磁性单元(300)一体形成的结构，它通过注塑插入到磁性单元(300)中，而无需粘合剂或固定构件。
[0164]
在这种情况下，其优点是可以有效地处理磁性单元内部产生的热量。传热单元设置在磁性单元内部的结构可以以多种方式设置。
[0165]
再参考图1a，在磁性单元(300)中或表面上设置有凹槽(401)，并且传热单元(400)的一部分插入凹槽(401)中，以提供与磁性单元(300)耦合的结构。
[0166]
作为另一个示例，聚合物型磁性单元可以通过模具成型，以将传热单元容纳在磁性单元内部。
[0167]
作为另一示例，一旦磁性单元已经通过模具成型，使其具有供传热单元插入的内部空间，则可将传热单元插入其中，磁性单元例如为聚合物型磁性单元。
[0168]
此外，传热单元可以具有通过粘合剂或固定构件耦合到磁性单元的结构。
[0169]
作为另一示例，传热单元可以插入并堆放在多个磁性片之间，以制备插入传热单元的磁片叠层。
[0170]
此外，传热单元可以与磁性单元相邻设置。作为示例，传热单元可以设置在磁性单元和屏蔽单元之间。作为另一示例，传热单元可以设置在磁性单元和线圈单元之间。在这种情况下，其优点是可以同时处理在磁性单元和线圈单元中产生的热量。
[0171]
此外，传热单元可以通过多种方式与磁性单元耦合或接触，以达到散热效果。
[0172]
根据本发明的另一个实施例，传热单元可以包括具有网状结构的网状片、带状片或包括多个孔的导热片。
[0173]
参考图1b和2b，无线充电设备(10)包括设置在磁性单元(300)内部的传热单元(400)，其中，传热单元(400)包括具有网状结构的网状片、带状片或包括多个孔的导热片。
[0174]
根据本发明的一个实施例，作为包括具有网状结构的网状片、带状片或具有多个孔的导热片的传热单元，采用开放式结构使得磁场可以在无线充电设备中所用的磁性单元内部流动，磁性单元产生的热量可以容易散失，进一步提高充电效率。
[0175]
特别地，如果将具有高导热率的传热单元直接连接到屏蔽单元，或直接或间接连接到外部冷却器，则可以有效地降低磁性单元内部的温度。此外，由于传热单元包括具有网状结构或孔的开放结构片材，因此可以最大限度地提高无线充电设备的散热效果。
[0176]
图8d至8f分别示出了具有根据一实施例的各种形状的传热单元(400)和磁性单元(300)的磁性元件(800)的俯视图。
[0177]
传热单元(400)可以包括带状片(参见图8d)。
[0178]
此外，传热单元(400)可以包括具有网状结构的网状片(参见图8e)。
[0179]
此外，传热单元(400)可以包括具有多个孔(601)的导热片(见图8f)。
[0180]
参考图1b、3c和8d，具有带状片的传热单元(400)可以包括至少两个或更多的以一定间隔隔开的带状片。虽然图1b、3c和8d示出了在磁性单元(300)中采用带状片的情况，传热单元可以修改为包括具有网状结构的网状片或包括多个孔的导热片来代替上述的带状片。
[0181]
根据本发明的一个实施例，由于采用了间隔开的两个或更多个带状片，磁场可以在磁性单元内部平滑地流动，并且由于采用了具有高导热率的材料的带状片，可以有效消散磁性单元内部的热量。
[0182]
只要不损害本发明的效果，带状片的宽度没有特别限定。例如，它的宽度可以为5mm至10mm、5mm至9mm、5mm至8mm、5mm至7.5mm、或8mm至10m。如果带状片的宽度超过10mm，可能会干扰磁场的循环，从而降低充电效率。如果带状片的宽度小于5mm，则磁性单元内部的散热效果可能会变差。
[0183]
同时，参考图8e和8f，网状片或导热片可以包括开口(孔)，开口(孔)是开放结构，磁场可以通过该开口(孔)在磁性单元内部顺利流动。
[0184]
根据本发明的一个实施例，网状片或导热片的开口(孔)面积可达磁性单元总面积的15％至30％。具体地，网状片或导热片的开口(孔)面积可达磁性单元总面积的18％至25％。在上述范围内，有利于磁性单元内的磁场流动。
[0185]
网状片或导热片的孔的内径可为500μm至1,500μm，具体地，700μm至1,200μm，更具体地，800μm至1,000μm。如果网状片或导热片的孔的内径在上述范围内，则可进一步提高本发明所预期的充电效率和散热特性。
[0186]
传热单元中采用的带状片、网状片或导热片的类型可以没有限制，只要能达到本发明的预期效果即可。具体地，它可以包括金属材料，该金属材料包括从由铝、铜、银和金组成的组中选择的至少一种作为导热材料。
[0187]
传热单元可以具有足够的热导率以在磁性单元内部传递热量。具体地，传热单元的导热率可以为230w/m
·
k至430w/m
·
k、237w/m
·
k至429w/m
·
k、237w/m
·
k至401w/m
·
k、230w/m
·
k至300w/m
·
k，或301w/m
·
k至430w/m
·
k。
[0188]
传热单元可的热容量可以为24j/mole
·
k至25.5j/mole
·
k、24.2j/mole
·
k至25.3j/mole
·
k、24.5j/mole
·
k至25.5j/mole
·
k、或24j/mole
·
k至24.5j/mole
·
k。
[0189]
传热单元与磁性单元的厚度比可以为1:10到250、1:20到200、1:25到100、1:50到150、或1:10到80。
[0190]
此外，传热单元与磁性单元的面积比可以为1:2.3至5.5、1:3至4.5、1:2.3至3.5、或1:3.5至5.5。
[0191]
同时，参照图4c，传热单元(400)还可包括从磁性单元(300)的至少一端沿纵向方向进一步延伸的延伸部(490)。
[0192]
另外，参照图4a和4d，传热单元(400)可包括从磁性单元(300)的至少一端伸出的一个或多个突起(480)。换言之，传热单元(400)的突起(480)可指从磁性单元(300)的至少一端沿纵向方向进一步延伸的部分。
[0193]
同时，由于磁性单元中主要产生热量的区域是与线圈相对应的区域，传热单元可设置成与线圈所存在的区域相对应。换言之，传热单元可能很难设置在线圈中导线密度低的中心区域。
[0194]
此外，传热单元可以设置在线圈所存在的区域以及其他区域中，例如，导线密度低的中心区域。
[0195]
同时，传热单元设置在磁性单元内部的结构可以以多种方式设置。
[0196]
作为示例，聚合物型磁性单元可以通过模具成型，以容纳传热单元，该传热单元包括网状片、带状片或包括多个孔的导热片。
[0197]
作为另一示例，一旦聚合物型磁性单元已经通过模具成型，使其具有供传热单元插入的内部空间，则可将传热单元插入其中。在这种情况下，一旦制备了包括网状片、带状片或包括多个孔作为导热材料的导热片的传热单元，则可以将其插入聚合物型磁性单元的内部。
[0198]
作为另一示例，传热单元可以插入并堆放在多个磁性片之间，以制备插入传热单元的磁片叠层。
[0199]
基于磁性单元的总体积，传热单元的内部总体积可为0.5％至1％。在上述范围内，有利于磁场的流动。
[0200]
屏蔽单元
[0201]
根据一实施例的无线充电设备(10)还可以包括屏蔽单元(500)，屏蔽单元通过屏蔽电磁波来提高无线充电效率。
[0202]
屏蔽单元设置在线圈的一侧。
[0203]
屏蔽单元包括金属板。金属板的材料可以是铝，也可以使用具有电磁波屏蔽能力的其他金属或合金材料。
[0204]
屏蔽单元的厚度可为0.2mm至10mm、0.5mm至5mm或1mm至3mm。
[0205]
此外，屏蔽单元的面积可为200cm2或更大、400cm2或更大、或600cm2或更大。
[0206]
壳体
[0207]
根据一实施例的无线充电设备(10)还可以包括用于容纳线圈单元(200)和磁性单元(300)的壳体(600)。
[0208]
此外，壳体(600)允许诸如线圈单元(200)、屏蔽单元(500)和磁性单元(300)等部件被适当地布置和组装。壳体的形状(结构)可根据其所容纳的部件或环境任意确定。壳体的材料和结构可以是无线充电设备中使用的常规壳体的材料和结构。
[0209]
再参考图1，传热单元(400)可以从磁性单元(300)延伸到壳体(600)的外部。此外，壳体(600)可以包括孔(601)，使得耦合到磁性单元(300)的传热单元(400)可以延伸到壳体(600)的外部。具体地，传热单元(400)的一端的至少一部分可插入到磁性单元(300)中，另一端可暴露于壳体(600)的外部。
[0210]
支撑单元
[0211]
根据一实施例的无线充电设备(10)还可以包括用于支撑线圈单元(200)的支撑单元(100)。支撑单元的材料和结构可以是在无线充电设备中使用的常规支撑单元的材料和结构。支撑单元可以具有平板结构，或其中形成符合线圈形状的凹槽以固定线圈单元的结构。
[0212]
[无线充电设备的各种示例]
[0213]
图3a至图3c分别示出了根据本发明实施例的具有各种结构的无线充电设备的截面图。
[0214]
根据一实施例的无线充电设备可以包括一种结构，其中，传热单元(400)与磁性单元(300)一体形成，它通过注塑插入到磁性单元(300)中，而无需粘合剂或固定构件。在这种情况下，其优点是可以有效地处理磁性单元内部产生的热量。传热单元(400)设置在磁性单元(300)内部的结构可以以各种方式设置。
[0215]
参考图3a和3c，磁性单元(300)(例如，聚合物型磁性单元)可以通过模具成型，以将传热单元(400)容纳在磁性单元(300)内部。
[0216]
另外，参考图3b，在磁性单元(300)中或表面上设置有凹槽(401)，并且传热单元(400)的一部分插入凹槽(401)中，以提供与磁性单元(300)耦合的结构。
[0217]
作为另一示例，一旦磁性单元(300)已经通过模具成型，使其具有供传热单元(400)插入的内部空间，则传热单元(400)可插入其中，磁性单元例如为聚合物型磁性单元。
[0218]
此外，传热单元(400)可以具有通过粘合剂或固定构件耦合到磁性单元的结构。
[0219]
作为另一示例，传热单元(400)可以插入并堆放在多个磁性片之间，以制备插入传热单元的磁片叠层。
[0220]
此外，传热单元可以与磁性单元相邻设置。作为示例，传热单元可以设置在磁性单元和屏蔽单元之间。作为另一示例，传热单元可以设置在磁性单元和线圈单元之间。在这种情况下，其优点是可以同时处理在磁性单元和线圈单元中产生的热量。
[0221]
此外，传热单元可以以通过多种方式与磁性单元耦合或接触，以达到散热效果。
[0222]
此外，参照图4a和4d，无线充电设备(10)还可以包括冷却系统(680)，该冷却系统(680)设置在壳体(600)外部并且直接或间接地连接到传热单元(400)。
[0223]
传热单元(400)可包括从磁性单元(300)的至少一端突出的一个或多个突起(480)。换言之，传热单元(400)的突起(480)可指从磁性单元(300)的至少一端沿纵向方向进一步延伸的部分。
[0224]
如果传热单元包括突起，基于磁性单元的总体积，传热单元的总体积可达5％至70％。在上述范围内，更有利于同时提高磁性单元的电磁波屏蔽性能和散热特性。更具体地，基于磁性单元的总体积，传热单元的总体积可为5％至40％、10％至35％、或15％至30％。
[0225]
此外，突起(480)可以直接或间接地连接到无线充电设备的外部冷却系统(680)。在这种情况下，冷却系统(680)可以通过空气冷却或水冷却来冷却突起(480)。
[0226]
冷却系统(680)可以连接到突起(480)，同时它具有用于防水和防尘的密封结构。冷却系统(680)可以通过连接通道(695)连接到突起(480)。如果突起连接到如上所述的冷却系统(680)，可以有效地将磁性单元内部产生的热量散发到外部。
[0227]
此外，冷却系统可与屏蔽单元连接，并且突起可以连接与冷却系统相连的屏蔽单元。
[0228]
具体地，参照图4c，传热单元(400)还可以包括从磁性单元(300)的每一端沿纵向方向进一步延伸的延伸部(490)，延伸部(490)可与屏蔽单元(500)直接连接。此外，由于外部冷却系统(680)连接到屏蔽单元(500)，可有效降低传热单元(400)的延伸部(490)的温度。如果传热单元中采用的带状片、网状片或导热片与屏蔽单元或外部冷却器相连，则可以通过屏蔽单元或外部冷却器降低带状片、网状片或导热片的温度。从而既可以降低无线充电设备的温度，又可以降低磁性部分内部的温度，进一步提升散热效果。
[0229]
此外，参考图4d，传热单元(400)可以包括从磁性单元(300)的至少一端伸出的一个或多个突起(480)。冷却系统(680)可以连接到屏蔽单元(500)和/或突起(480)。
[0230]
换言之，参考图4a至4d，冷却系统(680)可以通过连接通道(695)连接到从由屏蔽单元(500)、延伸部(490)和突起(480)组成的组中选择的至少一个部件的一部分。
[0231]
同时，传热单元与磁性单元热连接的结构可以以各种方式设置。
[0232]
传热单元的长度、结构、位置、类型和物理特性如上所述。
[0233]
同时，参考图4a至图4c，由于在磁性单元(300)中主要产生热量的区域是与线圈单元(200)相对应的区域，传热单元(400)可被设置为对应于线圈单元(200)在无线充电设备中所存在的区域。换言之，传热单元(400)不太可能设置在线圈单元(200)中导线密度低的中心区域。
[0234]
另外，参照图4d，传热单元(400)可以设置在线圈单元(200)所存在的区域以及其他区域中，例如，导线密度低的中心区域。
[0235]
同时，壳体允许诸如线圈单元、屏蔽单元和磁性单元等部件被适当地布置和组装。
[0236]
根据一实施例的无线充电设备还可以包括用于支撑线圈单元(200)的支撑单元(100)。无线充电设备的支撑单元、线圈单元、屏蔽单元、磁性单元和传热单元的配置和特性如上所述。
[0237]
此外，根据一实施例的无线充电设备还可以包括用于确保屏蔽单元和磁性单元之间空间的间隔单元。间隔单元可以包括空位，并且可以使用无线充电设备中所使用的常规间隔单元的材料和结构来确保空位。
[0238]
[磁性元件]
[0239]
参考图8a至图8f，根据本发明一实施例，提供了一种磁性元件(800)，磁性元件包括磁性单元(300)；以及与磁性单元(300)的至少一部分接触的传热单元(400)。
[0240]
根据本发明一实施例，磁性元件(800)包括磁性单元(300)；部分插入磁性单元(300)中的传热单元(400)，其中，传热单元(400)可以包括能够蒸发和冷凝的热介质；以及用于容纳热介质的容器。
[0241]
根据本发明的另一实施例，磁性元件(800)包括磁性单元(300)；部分插入磁性单元(300)中的传热单元(400)，其中，传热单元(400)可以包括具有网状结构的网状片、带状片或具有多个孔的导热片。
[0242]
图7和8a至8f分别示出了根据本发明实施例的具有各种结构的磁性元件的截面图和俯视图。
[0243]
磁性元件(800)中采用的磁性单元(300)和传热单元(400)具有各种结构，且它们
的各种结构、形状和位置如上所述。
[0244]
具体地，由于磁性元件(800)包括一部分插入磁性单元(300)中的传热部(400)，因此磁性元件或磁性单元中产生的热量易于散发到外部，并且可以进一步提高充电效率。
[0245]
图8a至8f中所示的磁性元件的俯视图仅用于说明目的。它们的数量、厚度、形状、大小、位置和结构可以在不损害本发明效果的范围内以各种方式设置，以满足散热的目的。
[0246]
[运输工具]
[0247]
根据一实施例的无线充电设备可利于用于需要在发射器和接收器之间进行大容量电力传输的运输工具，例如电动汽车。
[0248]
图10和图11各自示出了作为移动工具(1)示例应用的电动汽车。参考图10和图11，无线充电设备(10)可以设置在电动汽车(1)的下方。
[0249]
根据一实施例，电动汽车包括无线充电设备，其中，无线充电设备包括线圈单元；设置在线圈单元上的磁性单元；与磁性单元热连接并向外延伸的传热单元。
[0250]
电动汽车还可包括设置在壳体外部并直接或间接连接到传热单元的冷却系统(680)。
[0251]
电动汽车所采用的无线充电设备的各部件的配置及特性如上所述。
[0252]
电动汽车中常用的冷却设备可以用作无线充电设备的冷却系统。
[0253]
例如，冷却系统可以包括汽车空调。具体地，参照图10，设置在电动汽车(1)内部的空调可以用作冷却系统(680)，并且空调可以连接到与电动汽车(1)的传热单元的突起相连的连接通道(695)。因此，即使部提供单独的冷却系统，也可以进行有效的散热。
[0254]
运输工具还可包括用于从无线充电设备中接收电力的电池。无线充电设备可以无线接收电力并将其传输到电池中，电池可以为电动汽车的驱动系统供电。电池可以通过从无线充电设备或其他附加的有线充电设备传输的电力来充电。
[0255]
此外，运输工具还可以包括信号发送器，用于将关于充电的信息传输到用于电动汽车的无线充电系统的发射器。这种充电的信息可以是充电效率，例如充电速度、充电状态等。
[0256]
无线充电设备可以设置在车辆下方。
[0257]
电动汽车可以在配备有电动汽车无线充电系统的停车区中进行无线充电。
[0258]
参考图11，根据一实施例的电动汽车(1)包括作为接收器(720)的根据一实施例的无线充电设备。
[0259]
无线充电设备可以用作电动汽车(1)的无线充电的接收器，并且可以从无线充电系统的发射器(730)接收电力。
[0260]
附图标记说明：
[0261]
1：运输工具(电动汽车)10：无线充电设备
[0262]
100：支撑单元200：线圈单元
[0263]
300：磁性单元400：传热单元
[0264]
401：凹槽410：容器单元
[0265]
420：迁移单元430：热介质迁移
[0266]
440：蒸发段450：冷凝段
[0267]
460：绝热段480：突起
[0268]
490：延伸部
[0269]
500：屏蔽单元600：壳体
[0270]
601：孔
[0271]
680：冷却系统695：连接通道
[0272]
720：接收器730：发射器
[0273]
800：磁性元件
[0274]
801：原料组合物802：注塑机
[0275]
803：模具
[0276]
a-a'：切割线b-b'：切割线
[0277]
c-c'：切割线d-d'：切割线
[0278]
e-e'：切割线
[0279]
d：长度id：内径