CN106329680A - 无线充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电器，包括发射线圈模组和发射控制装置，其中，发射线圈模组包括第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组，第一线圈组设置在第一方向上，第一线圈组包括第一线圈和第二线圈，第一线圈与第二线圈相互平行且同轴且相距第一预设距离；第二线圈组设置在第二方向上，第二线圈组包括第三线圈和第四线圈，第三线圈与第四线圈相互平行且同轴且相距第二预设距离；第三线圈组设置在第三方向上，第三线圈组包括第五线圈和第六线圈，第五线圈和第六线圈相互平行且同轴且相距第三预设距离；发射控制装置根据负载情况对第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组进行控制。该无线充电器可以降低对充电接收端放置位置和角度的要求，充电效率提高。

Description

无线充电器

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种无线充电器。

背景技术

无论对于Qi标准的无线电能传输器件还是A4WP标准的无线电能传输器件，相关技术方案中，多采用单线圈或多线圈平面堆叠的方式进行制备。但是，单线圈或多线圈平面堆叠的Tx发射端充电方式，除了对Rx接收端与Tx发射端之间的距离有特殊要求之外，对于Rx接收端与Tx发射端之间的角度也有限制，也就是说，限定了充电区域和充电角度。例如，当Rx与Tx之间为0°夹角时，充电效率最高，90°夹角时则出现无法充电的情况，简言之，随着Rx与Tx之间角度的增大充电效率降低，同时由于电磁场空间上的不均匀性，导致Rx线圈中心与Tx线圈中心虽然无夹角但出现偏心(不共轴)时，充电效率也降低，可充电区域内存在充电效率的明显差异。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种无线充电器，该无线充电器在充电时可以降低对充电接收端放置位置和角度的要求，充电效率提高。

为解决上述问题，本发明实施例提出一种无线充电器，该无线充电器包括：

发射线圈模组，所述发射线圈模组包括：第一线圈组，所述第一线圈组设置在第一方向上，所述第一线圈组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第二线圈相互平行且同轴，所述第一线圈和所述第二线圈相距第一预设距离；第二线圈组，所述第二线圈组设置在第二方向上，所述第二线圈组包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第四线圈相互平行且同轴，所述第三线圈和所述第四线圈相距第二预设距离；第三线圈组，所述第三线圈组设置在第三方向上，所述第三线圈组包括第五线圈和第六线圈，所述第五线圈和所述第六线圈相互平行且同轴，所述第五线圈和所述第六线圈相距第三预设距离；其中，所述第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，所述第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组在空间上相互交叠，且同组内的线圈的缠绕方向相同；和

发射控制装置，所述发射控制装置用于循环控制所述发射线圈模组检测负载情况，并根据所述负载情况对所述第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组进行控制。

本发明实施例的无线充电器，通过采用三维立体结构的发射线圈模组，其中，三组线圈在空间上交叠且同组内的线圈平行同轴、缠绕方向相同，从而在无线充电器内部很大的区域内形成更加均匀磁场，可以最大限度地消除对充电接收端摆放位置的限制，降低发射线圈模组与充电接收端之间的角度和偏心要求，防止因接收端位置偏离造成的无法充电现象，另外，在接收端出现偏位时可以通过发射控制装置自动调节发射线圈模组内的线圈工作以达到适合的充电条件，提高充电效率。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的无线充电器的框图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的发射线圈模组的绕线示意图；

图3是根据本发明的另一个具体实施例的发射线圈模组的绕线示意图；

图4是根据本发明的再一个具体实施例的平面绕线的单组线圈示意图；以及

图5是根据本发明的有一个具体实施例的立体绕线的单组线圈的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的无线充电器。

图1为根据本发明的一个实施例的无线充电器的框图，如图1所示，该无线充电器100包括发射线圈模组10和发射控制装置20。

发射线圈模组10包括第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组。图2为根据本发明的一个实施例的发射线圈模组的示意图，如图2所示，第一线圈组设置在第一方向上，第一线圈组包括第一线圈11和第二线圈12，第一线圈11与第二线圈12相互平行且同轴，第一线圈11和第二线圈12相距第一预设距离；第二线圈组设置在第二方向上，第二线圈组包括第三线圈13和第四线圈14，第三线圈13与第四线圈14相互平行且同轴，第三线圈13和第四线圈14相距第二预设距离；第三线圈组设置在第三方向上，第三线圈组包括第五线圈15和第六线圈16，第五线圈15和第六线圈16相互平行且同轴，第五线圈15和第六线圈16相距第三预设距离。

其中，第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，例如可以分别为X轴方向、Y轴方向和Z轴方向，并且第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组在空间上相互交叠，与单线圈或多线圈的平面堆叠不同，可以认为本发明实施例的无线充电器100的发射线圈模组10为具有三维空间结构的无线充电线圈模组。

发射控制装置20用于循环控制发射线圈模组10检测负载情况，并根据负载情况对第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组进行控制。

具体地，本发明实施例的无线充电器100采用单位立体结构的发射线圈模组10，要求在三个方向例如X方向、Y方向和Z方向上的三组线圈(两两一组)各自彼此平行且共轴，同一组的两线圈间距等于对应预设距离，并且同组内的线圈的缠绕方向相同，通以相同方向的电流，从而可以保证同一组内两个线圈形成的磁场在轴的中心附近较大区域是均匀的，同时，当充电接收端与发射线圈模组10内的任何线圈不平行(有夹角或偏心)时，可以通过发射控制装置20进行识别判断，根据负载情况择优选择一组、两组或者三组线圈同时工作，发射控制装置20自动调节各组线圈中通过的电压大小，形成方向不同大小各异的磁场，进而各组线圈形成的磁场矢量叠加，形成与接收端线圈平面垂直的、夹角小、场强适当的叠加磁场，从而达到适合的充电模式，使得充电效率最大化。

可以看出，本发明实施例的无线充电器100，通过采用三维立体结构的发射线圈模组10，其中，三组线圈在空间上交叠且同组内的线圈平行同轴、缠绕方向相同，从而在无线充电器100内部很大的区域内形成均匀磁场，可以最大限度地消除对充电接收端摆放位置的限制，降低发射线圈模组10与充电接收端之间的角度和偏心要求，防止因接收端位置偏离造成的无法充电现象，另外，在接收端出现偏位时可以通过发射控制装置20自动调节发射线圈模组10内的线圈工作以达到适合的充电条件，提高充电效率。本发明实施例的发射线圈模组10可以适用于250KHz以下充电要求，也能够适用于6.78MHz充电要求。

具体地，本发明实施例中的发射线圈模组10中的线圈可以使用常规的圆线、扁线等线型，线圈的材质可以选用铜材、银线等常规材质，制备方式可以采用业内常用的线圈制备方式例如绕线方式、冲压方式、PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)方式等，由于本发明实施例中的各组线圈在空间上的交叠，优选地，可以采用绕线或冲压方式制备发射线圈模组10，如图2所示为采用立体螺旋绕线方式实现的发射线圈模组10的绕线示意图，图3为采用平面螺旋绕线方式实现的发射线圈模组10的绕线示意图。

下面对本发明实施例中的发射线圈模组10的一种制备方式进行详细说明。

本发明实施例的发射线圈模组10采用三维立体结构，例如，可以认为分别在六面体三组相对平面上设置三组线圈，即X、Y和Z三个方向上布质三组线圈，三维正交性90°±1°。每个线圈组由位于相对的两个平面上的两个线圈构成，同组内的两个线圈彼此平行且共轴，线圈材质、线型、半径一致，匝数相同，例如，线圈采用铜质圆形10股线圈2匝绕线制备。

其中，同组的线圈的半径相等，不同组的线圈的半径不同，较优地，第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组的线圈的轴心相交于一点，可以有利于在较大的区域内形成形状相对规则的均匀磁场区。再就是，同一组的两个线圈，其间距为该组线圈半径的90％-110％,即言，第一预设距离、第二预设距离和第三预设距离分别为对应线圈组内线圈的半径的0.9-1.1倍，预设距离越接近对应线圈半径越有利于提高充电磁场均匀度，当预设距离等于对应线圈半径时，模组充电磁场均匀度最大化。

在本发明的实施例中，第一线圈组内的第一线圈11和第二线圈12的半径可以采用50-300具体地例如120mm，第二线圈组内的第三线圈13和第四线圈14的半径可以采用50-300具体地例如114mm，第三线圈组内的第五线圈15和第六线圈16的半径可以采用50-300具体地例如108mm，设置三组线圈的轴线相交于六面体的体心。

对于各组线圈的距离设置，下面以三个具体实施例进行描述。实施例1，可以设置同一组内的两个线圈之间的间距为该组线圈的半径，即第一线圈11与第二线圈12之间的距离设为120mm，第三线圈13与第四线圈14之间的距离设为114mm，第五线圈15与第六线圈16之间的距离设为108mm。实施例2，同一组内的线圈半径为该组线圈的半径的90％，即第一线圈11与第二线圈12之间的距离设为120*90％＝108mm，第三线圈13与第四线圈14之间的距离设为114*90％＝102.6mm，第五线圈15与第六线圈16之间的距离设为108*90％＝97.2mm。实施例3，同一组内的线圈半径为该组线圈的半径的110％，即第一线圈11与第二线圈12之间的距离设为120*110％＝132mm，第三线圈13与第四线圈14之间的距离设为114*110％＝125.4mm，第五线圈15与第六线圈16之间的距离设为108*110％＝118.8mm。

理论上，同一组内的两个线圈可以是串联的线圈也可以为分别独立的线圈，同意同方向的电流即可。在实际中，考虑到电流的同步性问题，在本发明的实施例中，如图4和图5所示，同一组内的两个线圈串联连接，可以认为同组内的两个线圈由同一根线例如铜线绕成，并且绕线方向相同，如图4和5分别为串联连接的平面绕线和立体绕线(类似弹簧绕线方式)的单组线圈示意图，以保证通以相同方向的电流，以使在通以交流电的情况下，两线圈工作同步，在于各自线圈相对位置相同的地方分别形成的磁场大小相等方向相同。

进而将上述制备的发射线圈模组10装夹于相应外壳内，保留适当距离的中空部分，以满足谐振距离的要求，配合发射控制装置20，从而形成本发明实施例的无线充电器100。发射控制装置20检测接收端的接收状况，并自动调节各组线圈中通过的电压大小，各组线圈形成方向不同大小各异的磁场，进而由原始磁场的矢量叠加得到与接收端线圈平面垂直、长钳适宜的叠加磁场，使得充电效率最大化。

具体地，无线充电器100可以设置为空心的柱状结构，或者，无线充电器100可以设置为空心的球状结构，适用于为无线充电接收端设备充电。

另外，发射线圈模组10还包括充电框，充电框位于发射线圈模组内部，用于限制充电区域，。在发射线圈模组10内部采用内置充电框，可以保证发射线圈与接收端线圈之间的距离，从而达到较好的谐振效果，实现充电效果的最大化。

下面通过对本发明实施例的发射线圈模组10形成的磁场强度范围测量结果进一步证明磁场强度的均匀性。

其中，作为对比例的为相关技术中采用多线圈的柱状结构的无线充电器。该对比例的无线充电器采用柱状结构，在其侧壁上设置多个发射线圈为充电设备充电，以期解决对智能手表等腕式设备充电时对准困难的问题。但是在工作时，充电设备的充电接收端进入充电区域，该对比例的无线充电器的发射端通过循环控制多个发射线圈检测负载情况，但检测到其中一个发射线圈的负载最大时，发射控制装置控制该发射线圈工作，为充电设备充电。此时发射端虽然在限定条件下选择了几个线圈中充电效率相对较高的线圈进行工作，但是由于角度、距离限制该线圈也未必能够达到其自身最佳的工作状态，仍然很难达到较理想的充电效果。

将上述对比例的无线充电器的磁场强度的分布与本发明实施例的无线充电器100的磁场分布进行比较。具体实验过程为：1、用低频磁场检测仪测量无线充电器发射端充电范围内的场强分布，描述距离、方位与场强的关系，得到本发明实施例的无线充电器100的磁场均匀区范围数据。2、进行充电效率测量。

具体地，在Qi协议环境下，分别将充电设备结束段接收线圈设置于无线充电器100和对比例的充电器的发射端充电区域内的不同位置，测试相同负载情况下发射端输出功率与输入功率的比值，以及该情况下的充电效率。测量数据如表1所示，

表1

其中，实施例1、实施例2和实施例3分别对应上述各组内线圈之间的距离采用对应组内线圈的半径的100％、90％和110％时的情况，1#位置为充电接收端线圈与发射端任一线圈平行且同轴位置，2#位置为充电接收端线圈平面与发射端任意线圈平面夹角45°。可以看出，本发明实施例的发射线圈模组10随着各组线圈的距离为改组线圈的半径时产生的磁场均匀区范围更大，但是不管各组线圈内两个线圈的距离为多少，与充电接收端的线圈不同轴或存在夹角时，充电效率变化不大，所以本发明实施例的无线充电器100的发射线圈模组10产生的磁场更加均匀，降低了对充电角度的限制，并且可充电区域内的充电效率也比较均匀。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种无线充电器，其特征在于，包括：

发射线圈模组，所述发射线圈模组包括：

第一线圈组，所述第一线圈组设置在第一方向上，所述第一线圈组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述第二线圈相互平行且同轴，所述第一线圈和所述第二线圈相距第一预设距离；

第二线圈组，所述第二线圈组设置在第二方向上，所述第二线圈组包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈与所述第四线圈相互平行且同轴，所述第三线圈和所述第四线圈相距第二预设距离；

第三线圈组，所述第三线圈组设置在第三方向上，所述第三线圈组包括第五线圈和第六线圈，所述第五线圈和所述第六线圈相互平行且同轴，所述第五线圈和所述第六线圈相距第三预设距离；

其中，所述第一方向、第二方向和第三方向相互垂直，所述第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组在空间上相互交叠，且同组内的线圈的缠绕方向相同；和

发射控制装置，所述发射控制装置用于循环控制所述发射线圈模组检测负载情况，并根据所述负载情况对所述第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组进行控制。

2.如权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，其中，同组的线圈的半径相等，不同组的线圈的半径不同，且所述第一线圈组、第二线圈组和第三线圈组的线圈的轴心相交于一点。

3.如权利要求2所述的无线充电器，其特征在于，第一预设距离、第二预设距离和第三预设距离分别为对应线圈组内线圈的半径的0.9-1.1倍。

4.如权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，同组内的线圈串联连接。

5.如权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，通过绕线或冲压的方式制备所述发射线圈模组。

6.如权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，所述无线充电器设置为空心的柱状结构。

7.如权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，所述无线充电器设置为空心的球状结构。

8.如权利要求6或7所述的无线充电器，其特征在于，所述发射线圈模组还包括：

充电框，所述充电框位于所述发射线圈模组内部，用于限制充电区域。

9.如权利要求2所述的无线充电器，其特征在于，所述第一线圈组的线圈的半径为50-300mm，所述第二线圈组的线圈的半径为50-300mm，所述第三线圈组的线圈的半径为50-300mm。