CN106887901A - 一种新型无线充电接收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型无线充电接收系统，包括图案化的导电材料层；所述导电材料层中间位置具有调整PTU和PRU耦合的长条环状开窗；所述长条环状开窗上开有用于阻隔在长条环状开口周围产生涡电流的开槽；所述开槽末端接地。本发明在高导电率材料表面开窗，从而可以控制PTU与PRU之间的磁场耦合；并可以根据设备设计的不同可以调整；这样可以允许无线充电接收端PRU模块在不同设备系统里位于同样的位置；这个特性使得无线充电接收模块能够进行模块化设计，并且独立于系统的设计和主设备的集成环境。

Description

一种新型无线充电接收系统
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种新型无线充电接收系统。
背景技术
将无线充电方案集成到移动设备(比如超极本，平板等)挑战非常大，特别是对于基于A4WP的谐振式无线充电方案。设备上为了减小EMI/ESD的金属外壳或导电涂层会阻隔或吸收掉磁场，并在系统外壳内部，阻止电源发射端单元(PTU,比如一个充电板)将能量通过磁场的方式传递给电源接收单元(PRU)。
根据移动设备的不同构造，同一个PTU与不同PRU之间的耦合随着设备的不同差异会很大。这种差异使得不可能使用统一的无线充电PRU模块集成到不同的移动系统中去。
综上所述，为了使得无线充电方案更利于推广和大规模使用，急切需要一种创新的无线充电集成方案能够使得PRU方案与金属外壳和系统的EMI/ESD方案能够很好的兼容和集成。同时，也需要实现一种在PTU和PRU间能够自调整的耦合方案，而不需要根据不同的设备改动PRU模块的设计方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型无线充电接收系统，旨在解决电源接收单元不能与金属外壳和系统的EMI/ESD方案能够很好的兼容和集成，而且不能根据不同的设备进行电源接收单元PRU与电源发射端单元PTU自调整耦合的问题。
本发明是这样实现的，一种新型无线充电接收系统，所述新型无线充电接收系统包括图案化的导电材料层；所述导电材料层位于PRU线圈和移动设备的非导电的底壳之间；所述导电材料层中间位置具有调整PTU和PRU耦合的长条环状开窗；所述长条环状开窗上开有用于阻隔在长条环状开口周围产生涡电流的开槽；远离开槽口的末端连接接地点。
进一步，所述长条环状开口的截面积根据新型无线充电接收系统内置的PRU线圈的最内层圈面积进行调整大小。
进一步，导电材料层包覆新型无线充电接收系统内置的PRU线圈。
进一步，通过大面积导电材料将ESD噪声引入到导电材料中设计的接地点上。一个大面积导体材料覆盖设备的顶层和底层，从而保留了系统大部分的EMI/ESD完整性，并且与设备在多处进行接地，这种结构实现了一个半法拉第笼或全法拉第笼，从而屏蔽了设备板子上的产生射噪声元件，保证了EMI性能。
同时，此发明中大面积的金属材料给系统提供了低阻抗的接地，从而降低了系统ESD的风险。
本发明不会对无线充电性能及系统的EMI/ESD完整性产生很大影响；在移动设备端将PRU设计为模块化成为可能。
本发明高导电率的材料覆盖了移动设备的大部分元器件，使得PRU线圈的损耗降低并提供线圈之间的耦合效率。同样高导电率的材料与系统的特定位置与系统外壳接地，使系统的EMI具有屏蔽和ESD保护结构。本发明在高导电率材料表面开窗，从而可以控制PTU与PRU之间的磁场耦合。并可以根据设备设计的不同可以调整。这样可以允许无线充电接收端PRU模块在不同设备系统里位于同样的位置。这个特性使得无线充电接收模块能够进行模块化设计，并且独立于系统的设计和主设备的集成环境。
传统设计中，使用不导电的表面材料(阻燃塑料)来用作允许磁场穿透的，但这样会将设备中其他元件暴露于磁场当中，由于这些元件本身的材料属性，会导致损耗。更重要的是，这些不导电材料作为外壳会破坏系统的EMI/ESD完整性。
本发明使用了一种图案化的导电材料层作为设备元件的磁场屏蔽层。大部分与无线充电无关的元件被金属材料覆盖，从而避免了对于系统元件的耦合，损耗和干扰。
本发明提供一个大面积导体材料覆盖设备的顶层和底层，从而保留了系统大部分的EMI/ESD完整性，并且与设备在多处进行接地，这种结构实现了一个半法拉第笼或全法拉第笼，从而屏蔽了设备板子上的产生辐射噪声元件，保证了EMI性能。
同时，本发明中大面积的金属材料给系统提供了低阻抗的接地，从而降低了系统ESD的风险。
传统不导电底壳会迫使ESD产生的噪声穿过主板，从而导致严重的ESD风险。但在本发明中，通过大面积导电材料将ESD噪声引入到导电材料中设计的接地点上，从而大大降低了ESD风险。
附图说明
图1是本发明实施例提供的导电层和它相对于PRU线圈在系统中的位置图。
图中：(a)为设备堆叠图显示外壳，线圈和导电材料相对位置图，导电层位于PRU线圈和移动设备的非导电(如塑料)的底壳之间；(b)导电层形状和PRU线圈的相对位置的结构俯视图。
图2是本发明实施例提供的传统不导电底壳会迫使ESD产生的噪声穿过主板图和本发明通过大面积导电材料将ESD噪声引入到导电材料中设计的接地点上示意图。
图中：(a)传统塑料底壳；(b)本发明中无线充电集成图。
图中：1、主板；2、塑料底座；3、导电层；4、底壳；5、充电板；6、线圈；7、开窗；8、接地点；9、开槽；10、底层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，首先，在导电材料的中间位置具有长条环状开窗，这使得PRU线圈6的磁场可以穿越。这个开窗需要比PRU线圈6最内层圈小，并且可以根据PTU和PRU耦合的需求进行大小调整。其次，需要一个开槽9，它将上述长条环状开口切断，它的作用是阻隔在长条环状开窗周围产生涡电流。这样做不仅不会降低PTU和PRU之间的耦合效应，而且对于设备的大部分区域起到了屏蔽作用。最后，导电层3可以在某些远离开槽9的特定位置进行接地，保证了ESD保护和外壳的EMI屏蔽效果。
此结构也可以通过改变设备金属外壳来实现，例如通过将金属和塑料共模成型的方式实现。在这种情况下，导电材料边缘开槽9处不能与金属底壳3和系统地连接。
传统设计中，为了达到降低系统EMI和ESD保护的目的，完整无开口的EMI涂层或金属外壳在移动设备中被普遍使用。但是，对于集成无线充电模块和线圈6的系统而言，磁场是无法穿透完整的金属和EMI涂层的。一旦位于完整的导电层3下面的PTU在正常工作时，产生间隔性磁场，涡电流就会产生并且会抵消掉间隔性磁场的作用。
本发明通过在金属表面进行开窗7和开槽9的方式，使得无法在金属表面形成涡电流，这样磁场就可以穿透导体。在导电层3中间位置的开窗7使得磁场能够穿透金属表面，但仅有开窗7是不够的，因为涡电流在开窗7周围依然会产生，它产生的磁场与发射磁场方向相反并且幅度接近，从而会抵消掉发射磁场，结果使得耦合变得很低。一个或多个开槽9可以完全切断涡电流形成的路径。所示通过在开窗7路径上增加的开槽9，涡电流无法形成回路。电流被迫在导电材料边缘流动，且流动的方向与线圈6电流的方向一致，这样提高了由位于导电材料下面线圈6产生的磁场强度。
导电材料上开窗7大小控制了有多少磁场会穿透线圈6，同时控制着涡电流的幅度，最终改变了PTU和PRU线圈6的耦合效果。
本发明中所述导电层3用于测试对于耦合效果的影响中，PTU和PRU线圈6之间的耦合阻抗(Z21)会随着开窗7尺寸的变大而变大。假设不通过这种特定的导电材料方案，就很难实现耦合效果的优化，除非直接改变PRU线圈6，但这对于模块化PRU设计不利。
传统设计中，使用不导电的表面材料(阻燃塑料)来用作允许磁场穿透的，但这样会将设备中其他元件暴露于磁场当中，由于这些元件本身的材料属性，会导致损耗。更重要的是，这些不导电材料作为外壳会破坏系统的EMI/ESD完整性。
本发明使用了一种图案化的导电材料层作为设备元件的磁场屏蔽层。大部分与无线充电无关的元件被金属材料覆盖，从而避免了对于系统元件的耦合，损耗和干扰。
本发明提供一个大面积导体材料覆盖设备的顶层和底层10，从而保留了系统大部分的EMI/ESD完整性，并且与设备在多处进行接地，这种结构实现了一个半法拉第笼或全法拉第笼，从而屏蔽了设备板子上的产生辐射噪声元件，保证了EMI性能。
同时，本发明中大面积的金属材料给系统提供了低阻抗的接地，从而降低了系统ESD的风险。
如图2所示，传统不导的塑料底座2会迫使ESD产生的噪声穿过主板1，从而导致严重的ESD风险。但在本发明中，通过大面积导电材料将ESD噪声引入到导电材料中设计的接地点8上，从而大大降低了ESD风险。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理做进一步描述。
本发明提供的图案化的导电材料(铜箔)作为设备的底壳3。PRU线圈6的尺寸大约150x75mm，但在相应导电层3上的开窗7大小只有35x56mm，这样可以保证PTU和在设备中的PRU模块的感应阻抗在24～34Ohms范围内。图案化的导电材料与设备的地在顶部螺丝附近进行连接，以降低EMI/ESD风险。
本发明与PTU充电板5间的测试，测量得到的耦合效率及线圈6效率可知，通过本发明中图案化的导电材料方案，设备中无线充电的性能非常好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型无线充电接收系统，其特征在于，所述新型无线充电接收系统包括图案化的导电材料层；
所述导电材料层位于PRU线圈和移动设备的非导电底壳之间；所述导电材料层中间位置具有调整PTU和PRU耦合的长条环状开窗；
所述长条环状开窗上开有用于阻隔在长条环状开口周围产生涡电流的开槽；远离开槽口的末端连接接地点。
2.如权利要求1所述的新型无线充电接收系统，其特征在于，所述长条环状开窗的截面积根据新型无线充电接收系统内置的PRU线圈的最内层圈面积进行调整大小。
3.如权利要求1所述的新型无线充电接收系统，其特征在于，导电材料层包覆新型无线充电接收系统内置的PRU线圈。
4.如权利要求1所述的新型无线充电接收系统，其特征在于，通过大面积导电材料将ESD噪声引入到导电材料中的接地点上。
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