CN106229131A - 双线圈无线功率发射器 - Google Patents

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Abstract

提供一种发射线圈组件(100，200)，配置为发射具有不同频率的两个不同的交变磁场。发射线圈组件(100，200)包括配置为在第一频率范围内谐振的第一发射线圈组(10，10’)，以及配置为在第二频率范围内谐振的第二发射线圈组(12，12’)，第二频率范围在第一频率范围之外且比第一频率范围高或低至少十倍。发射线圈组件(100，200)还包括铁氧体元件(202)；以及由导电材料组成的壳体(104)，在所述壳体(104)中设置第一发射线圈组(10，10’、第二发射线圈组(12，12’)和铁氧体元件(202)。铁氧体元件(202)设置在第一发射线圈组(10，10’)与壳体(104)中间并且配置成为第一发射线圈组(10，10’)充分地提供磁屏蔽。

Description

双线圈无线功率发射器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月21日提交的美国临时专利申请No.62/164,751的优先权权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及无线功率发射，特别是一种具有配置为在不同频率处谐振的两组发射线圈的发射器。
背景技术
在由发射器和一个或多个接收器构成的无线功率传送系统(下文称为“系统”)中，依赖于电感器(下文称之为“发射线圈”)来产生与次级电感器(下文称之为“接收线圈”)耦合的电磁场。添加或去除诸如电线、螺杆、纸夹或其它材料的金属物品(可在电磁场存在的情况下传导电荷)将在添加或去除这些寄生物品(下文称之为“环境”)之前将改变系统，更具体地将改变发射线圈和/或接收线圈的电阻抗。这种改变将消极地影响以下各项中的一些或全部：将功率无线传送到接收器的能力、功率传送到接收器的效率、其他电系统或无线系统(由于干扰)，以及无线功率传送的位置自由度(下文称之为“性能”)。一种将寄生物品对性能的影响最小化的方法是，在发射线圈之下和/或接收线圈之上并入一个磁屏蔽件，诸如一片铁氧体和/或金属材料。当寄生物品位于接收线圈之上和/或发射线圈之下时，这防止性能的下降。
当设计具有两个发射线圈的系统时，其中一个线圈用于产生具有基频(该基频比已经设计的线圈的基频高或低至少一个数量级)的电磁场，期望磁屏蔽能够在这两组频率上都起作用。此外，磁屏蔽必须为两个发射线圈提供足够的屏蔽。这样的限制在于宽范围的频率可能导致材料的很少的选择余地以供有效的磁屏蔽，并且磁屏蔽可影响接收线圈的电阻抗，进而降低系统的性能。
背景技术部分所讨论的主题不应当由于在背景技术部分中提到它而假定为现有技术。类似地，背景技术部分提到的问题或与背景技术的主题相关联的问题不应当假定为已经在现有技术中认识到。背景技术部分的主题仅仅表示不同的方法，它们自身也可以是发明。
发明内容
根据本发明的实施方式，提供一种发射线圈组件，配置为发射具有不同频率的两个不同的交变磁场。发射线圈组件包括：第一发射线圈组，配置为在第一频率范围内谐振；以及第二发射线圈组，配置为在第二频率范围内谐振，所述第二频率范围在所述第一频率范围之外且至少比所述第一频率范围高或低十倍。该组件还包括铁氧体元件；以及由导电材料形成的壳体，第一发射线圈组、第二发射线圈组和铁氧体元件设置在所述壳体中。铁氧体元件设置在第一发射线圈组与壳体的中间并配置成为第一发射线圈组充分地提供磁屏蔽。
线圈组件可进一步包括印刷电路板。第一和第二发射线圈组可由印刷电路板上的导电迹线形成。线圈组件可进一步包括设置在第二发射线圈组与壳体中间的间隔件元件。
根据一种实施方式，间隔件元件由电介质材料形成，并且壳体为第二发射线圈组充分地提供磁屏蔽。在此实施例中，铁氧体元件可设置成使得它不位于第二发射线圈组与壳体中间。线圈组件可进一步包括设置在间隔件和壳体中间的第二铁氧体元件。
根据另一种实施方式，间隔件元件的至少一部分由铁氧体材料形成并且间隔件为第二发射线圈组充分地提供磁屏蔽。
第一线圈与壳体可间隔小于1mm，第二发射线圈组与壳体可间隔至少3mm。
附图说明
现在将参照附图借助示例描述本发明，其中：
图1是根据一种实施方式的在其上形成第一和第二发射线圈组的印刷电路板的顶视图；
图2是根据另一实施方式的在其上形成有第一和第二发射线圈组的印刷电路板的顶视图；
图3是根据一种实施方式的包括图1的印刷电路板的线圈组件的分解图；
图4是根据另一实施方式的包括图1的印刷电路板的线圈组件的分解图。
具体实施方式
通过采用适于第一发射线圈组的铁氧体屏蔽件来磁屏蔽第一发射线圈组并且采用铝或铜来磁屏蔽第二发射线圈组，其中所述铝或铜与所述第二发射线圈由不认为是寄生物品的材料(诸如，塑料、尼龙或空气)隔开，可解决设计具有多个线圈的无线功率发射系统(其中第一发射线圈组支持的操作频率范围比第二发射线圈组高或低至少一个数量级)的问题。这可通过在壳体与第二发射线圈组之间构建大间隙(例如大于3mm)并且在壳体与第一发射线圈组之间构建小间隙或无间隙(小于1mm)来解决。这通过允许针对第一和第二发射线圈组独立地选择磁屏蔽来允许性能的改进。
图1示出了由印刷电路板14上的导电迹线形成的第一发射线圈组10和第二发射线圈组12的非限制性示例，其中第一发射线圈组10以一频率运行，该频率实质上不同于第二发射线圈组12运行的频率。第一发射线圈组10配置为在第一基频范围内谐振，第二发射线圈组12配置为在第二基频范围内谐振。第二基频范围在第一基频范围之外且比第一基频高或低至少一个数量级，即十倍。如在本文中使用的，第一发射线圈组10配置为当第一线圈组10的Q因数在第一基频范围内大于0.5时，在第一基频范围内谐振。类似地，如在本文中使用的，第二发射线圈组12配置为当第二线圈组12的Q因数在第二基频范围内大于0.5时，在第二基频范围内谐振。图1示出其中第一线圈组10包括一个线圈结构并且第二线圈组12也包括一个线圈结构的实例。第一线圈组和第二线圈组也可各自包括一个或多个线圈结构。
图2示出了由印刷电路板14’上的导电迹线形成的第一发射线圈组10’和第二发射线圈组12’的非限制性示例，其中第一发射线圈组10’运行的频率与第二发射线圈组12’运行的频率实质上不同。第一发射线圈组10’配置为在第一基频范围内谐振，第二发射线圈组12’配置为在第二基频范围内谐振。第二基频范围在第一基频范围之外且比第一基频高或低至少一个数量级，即十倍。在此示例中，第一线圈组10’包括三个线圈结构而第二线圈组12’包括一个线圈结构。
图3示出了发射线圈组件100的非限制性示例，其中第一和第二发射线圈组10，12共享磁屏蔽。在发射线圈组件100中，磁屏蔽由公共的铁氧体屏蔽件102提供，所述铁氧体屏蔽件102设置在印刷电路板14与壳体104之间，其中所述印刷电路板14包括第一和第二发射线圈组10，12，并且所述壳体104由诸如铝基，铜基，或钢基材料的导电材料形成，其中所述印刷电路板14由螺纹紧固件16安装。
图4示出了具有改进的磁屏蔽性能的发射线圈组件200的另一非限制性示例。在发射线圈组件200中，铁氧体屏蔽件202比图3中所示的发射线圈组件100的公共的铁氧体屏蔽件102要小。铁氧体屏蔽件202通过紧邻第一发射线圈组10而仅仅为第一发射线圈组10充分地提供磁屏蔽，而铁氧体屏蔽件202与第二发射线圈组12之间的距离至少为铁氧体屏蔽件202与第一发射线圈组10之间距离的十倍。这允许选择铁素氧体屏蔽件202的尺寸和材料以使其更理想地适于为运行在第一频率范围内的第一发射线圈组10提供磁屏蔽。由诸如铝基，铜基，或钢基材料的导电材料形成的壳体204为运行在第二频率范围内的第二发射线圈组12提供充分的磁屏蔽。提供间隔件206以便机械地支撑印刷电路板14和铁氧体屏蔽件202。间隔件206可以由电介质材料(诸如，塑料材料)制成。
在一种实施方式中，间隔件206的至少一部分由导电材料(例如，与用于形成铁氧体屏蔽件202相同的材料)形成。可以选择形成间隔件206的材料，以独立于运行在第一频率范围中的第一发射线圈组10的磁屏蔽来优化运行在第二频率范围中的第二发射线圈组12的磁屏蔽。在可选实施方式中，第二铁氧体屏蔽件(未示出)可以放置在间隔件206之下且位于间隔件与壳体204中间。印刷电路板14和间隔件206通过螺纹紧固件16固定于壳体204上。
壳体204限定了第一发射线圈组10下方的底座208，这第一发射线圈组10与壳体204之间创建了由不认为是寄生物品的材料(例如，铁氧体202或空气)制成的小间隙，并且在第二发射线圈组12与壳体204之间创建了由不认为是寄生物品的材料(例如，间隔件206或空气)制成的大间隙。间隔件206限定了穿过其延伸的孔210，底座208和铁氧体元件202设置在所述孔210中。
此发射线圈组件200允许选择不同的磁屏蔽材料的灵活性以及独立地优化第一和第二发射线圈组10，12的磁屏蔽的配置，这可改进无线功率发射系统的性能。
第一发射线圈组10、第二发射线圈组12、印刷电路板14和螺纹紧固件16是发射线圈组件100和发射线圈组件200共有的。图3所示的发射线圈组件100的实施方式与图4所示的发射线圈组件200的实施方式中的相似元件的附图标记相差100.
磁屏蔽提供了在单一组件中结合以彼此实质上不同的频率运行的两个或多个发射线圈的经济的解决方案。
虽然在所描绘的示例中第一和第二发射线圈组10，12，10’，12’由印刷电路板14，14’上的导电迹线形成，但可以预想替代的实施方式，其中第一和第二发射线圈由绞合(Litz)线、磁性线、箔，或其他合适的导电元件形成。
尽管已经根据本发明的优选实施方式描述了本发明，但其不意于限定，而是所附权利要求书中记载的范围。此外，术语第一，第二等的使用并不表示任何重要的次序，而是术语第一、第二等用于区分不同元件。此外，术语一、一个等的使用并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个引用项。

Claims (7)

1.一种配置为发射具有不同频率的两个不同的交变磁场的发射线圈组件(100，200)，所述组件包括：
第一发射线圈组(10，10’)，配置为在第一频率范围内谐振；
第二发射线圈组(12，12’)，配置为在第二频率范围内谐振，所述第二频率范围在所述第一频率范围之外且比所述第一频率范围高或低至少十倍；
铁氧体元件(202)；以及
由导电材料形成的壳体(104)，在所述壳体(104)中设置所述第一发射线圈组(10，10’)、所述第二发射线圈组(12，12’)以及所述铁氧体元件(202)，其中所述铁氧体元件(202)设置在所述第一发射线圈组(10，10’)与所述壳体(104)中间并且配置成为所述第一发射线圈组(10，10’)充分地提供磁屏蔽。
2.根据权利要求1所述的发射线圈组件(100，200)，进一步包括印刷电路板(14)，其中所述第一和第二发射线圈组(10，10’，12，12’)由印刷电路板(14，14’)上的导电迹线形成。
3.根据权利要求1所述的发射线圈组件(100，200)，进一步包括设置在所述第二发射线圈组(12，12’)与所述壳体(104)中间的间隔件元件(206)。
4.根据权利要求3所述的发射线圈组件(100，200)，其中所述间隔件元件(206)由电介质材料形成，并且其中所述壳体(104)为所述第二发射线圈组(12，12’)充分地提供磁屏蔽。
5.根据权利要求4所述的发射线圈组件(100，200)，其中所述铁氧体元件(202)不设置在所述第二发射线圈组(12，12’)与所述壳体(104)中间。
6.根据权利要求3所述的发射线圈组件(100，200)，其中所述间隔件元件(206)的至少一部分由铁氧体材料形成，并且其中所述间隔件元件(206)为所述第二发射线圈组(12，12’)充分地提供磁屏蔽。
7.根据权利要求3所述的发射线圈组件(100，200)，其中所述第一线圈组(10，10’)与所述壳体(104)间隔小于1毫米，并且其中所述第二发射线圈(12，12’)组与所述壳体(104)间隔至少3毫米。
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