CN107453435B - 无线充电装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线充电装置和系统，涉及无线充电技术领域，通过提供负载线圈、谐振线圈和可以形成缝隙的壳体，负载线圈与谐振线圈不连接，负载线圈环绕谐振线圈。在无线充电过程中，电磁能量可以通过壳体的缝隙传递至谐振线圈，增强负载线圈和谐振线圈的电磁感应效果，从而可以提高负载线圈和谐振线圈的品质因数，进而提高无线充电的效率。而且，由于负载线圈与谐振线圈不连接，可以减少串联电阻，降低在无线充电时所产生的损耗，解决因为发射线圈和接收线圈耦合的变化而产生的谐振偏移问题。另外，通过调节负载线圈与谐振线圈之间的间距，可以降低充电过程中产生的谐振阻抗，也可以提高无线充电的效率。

Description

无线充电装置和系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电装置和系统。

背景技术

随着移动终端的不断发展，受到有线充电不灵活的限制，无线充电已经逐渐应用在移动终端中。

相关技术中，通常采用电感耦合的方式进行无线充电。在采用电感耦合进行无线充电的过程中，充电板的发射线圈与移动终端的接收线圈靠近时，该发射线圈与该接收线圈之间的电感耦合产生的电流被转换为能量，从而完成对移动终端的充电。

然而，在实际应用中，移动终端的外壳通常为金属材质，金属材质的外壳会屏蔽接收线圈，影响接收线圈的电磁感应效果，使得接收线圈的品质因数(Q值)较低，造成充电效率较低。

发明内容

本发明提供一种无线充电装置和系统，以解决现有技术中无线充电过程中金属材质的外壳会屏蔽接收线圈，使得接收线圈的品质因数较低，充电效率较低的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种无线充电装置，应用于移动终端，

所述无线充电装置包括：壳体、以及布置在所述壳体形成的空腔中的负载线圈和谐振线圈；

其中，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体之间形成一缝隙，所述负载线圈环绕所述谐振线圈，且所述负载线圈与所述谐振线圈之间互不连接，所述负载线圈与所述谐振线圈均为螺旋结构，所述负载线圈和所述谐振线圈在竖直方向的投影，均在所述第一壳体和所述第二壳体在竖直方向的投影范围内。

根据本发明的第二方面，提供了一种无线充电系统，所述无线充电系统包括：如第一方面任一所述的无线充电装置和充电板，所述充电板的充电线圈与所述无线充电装置的负载线圈耦合，所述负载线圈与所述无线充电装置的谐振线圈耦合，通过所述谐振线圈进行充电。

本发明实施例提供的一种无线充电装置和系统，通过提供负载线圈、谐振线圈和可以形成缝隙的壳体，负载线圈与谐振线圈不连接，负载线圈环绕谐振线圈。在无线充电过程中，电磁能量可以通过壳体的缝隙传递至谐振线圈，增强负载线圈和谐振线圈的电磁感应效果，从而可以提高负载线圈和谐振线圈的品质因数，进而提高无线充电的效率。

而且，由于负载线圈与谐振线圈不连接，可以减少串联电阻，降低在无线充电时所产生的损耗，解决因为发射线圈和接收线圈耦合的变化而产生的谐振偏移问题。另外，通过调节负载线圈与谐振线圈之间的间距，可以降低充电过程中产生的谐振阻抗，也可以提高无线充电的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种移动终端的硬件结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种无线充电装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种无线充电装置的结构框图；

图4是本发明实施例提供的一种无线充电装置的剖面示意图；

图5是本发明实施例提供的一种无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，移动终端包括但不限于是诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端。

图1为实现本发明各个实施例的一种移动终端的硬件结构示意图，该移动终端100包括但不限于：射频单元101、网络模块102、音频输出单元103、(音频/视频)输入单元104、传感器105、显示单元106、用户输入单元107、接口单元108、存储器109、处理器110、以及电源111等部件。本领域技术人员可以理解，图1中示出的移动终端结构并不构成对移动终端的限定，移动终端可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

下面结合图1对移动终端的各个部件进行具体的介绍：

射频单元101可用于收发信息或通话过程中，信号的接收和发送，具体的，将基站的下行信息接收后，给处理器110处理；另外，将上行的数据发送给基站。通常，射频单元101包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。此外，射频单元101还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。上述无线通信可以使用任一通信标准或协议，包括但不限于GSM(Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统)、GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务)、CDMA2000(CodeDivision Multiple Access 2000，码分多址2000)、WCDMA(Wideband Code DivisionMultiple Access,宽带码分多址)、TD-SCDMA(Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access，时分同步码分多址)、FDD-LTE(Frequency DivisionDuplexing-Long Term Evolution，频分双工长期演进)、TDD-LTE(Time DivisionDuplexing-Long Term Evolution，分时双工长期演进)、Wi-Fi模块、NFC模块以及蓝牙模块等。

移动终端通过网络模块102可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问，网络模块102包括但不限于是RJ45端口模块等。

音频输出单元103可以在移动终端100处于呼叫信号接收模式、通话模式、记录模式、语音识别模式、广播接收模式等等模式下时，将射频单元101或网络模块102接收的或者在存储器109中存储的音频数据转换成音频信号并且输出为声音。而且，音频输出单元103还可以提供与移动终端100执行的特定功能相关的音频输出(例如，呼叫信号接收声音、消息接收声音等等)。音频输出单元103包括扬声器、蜂鸣器以及受话器等等。

输入单元104用于接收音频或视频信号。输入单元104可以包括图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)1041和麦克风1042，图形处理器1041对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理。处理后的图像帧可以显示在显示单元106上。经图形处理器1041处理后的图像帧可以存储在存储器109(或其它存储介质)中或者经由射频单元101或网络模块102进行发送。麦克风1042可以在电话通话模式、记录模式、语音识别模式等等运行模式中经由麦克风1042接收声音(音频数据)，并且能够将这样的声音处理为音频数据。处理后的音频(语音)数据可以在电话通话模式的情况下转换为可经由射频单元101发送到移动通信基站的格式输出。

移动终端100还包括至少一种传感器105，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板1061的亮度，接近传感器可在移动终端100移动到耳边时，关闭显示面板1061和/或背光。作为运动传感器的一种，加速计传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别移动终端姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；至于移动终端还可配置的指纹传感器、压力传感器、虹膜传感器、分子传感器、陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

显示单元106用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息。显示单元106可包括显示面板1061，可以采用液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)等形式来配置显示面板1061。

用户输入单元107可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与移动终端的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，用户输入单元107可包括触控面板1071以及其他输入设备1072。触控面板1071，也称为触摸屏，可收集用户在其上或附近的触摸操作(比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板1071上或在触控面板1071附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。触控面板1071可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器110，并能接收处理器110发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板1071。除了触控面板1071，用户输入单元107还可以包括其他输入设备1072。具体地，其他输入设备1072可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种，具体此处不做限定。

进一步的，触控面板1071可覆盖显示面板1061，当触控面板1071检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器110以确定触摸事件的类型，随后处理器110根据触摸事件的类型在显示面板1061上提供相应的视觉输出。虽然在图1中，触控面板1071与显示面板1061是作为两个独立的部件来实现移动终端的输入和输出功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板1071与显示面板1061集成而实现移动终端的输入和输出功能，具体此处不做限定。

接口单元108用作至少一个外部装置与移动终端100连接可以通过的接口。例如，外部装置可以包括有线或无线头戴式耳机端口、外部电源(或电池充电器)端口、有线或无线数据端口、存储卡端口、用于连接具有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(I/O)端口、视频I/O端口、耳机端口等等。接口单元108可以用于接收来自外部装置的输入(例如，数据信息、电力等等)并且将接收到的输入传输到移动终端100内的一个或多个元件或者可以用于在移动终端100和外部装置之间传输数据。

存储器109可用于存储软件程序以及各种数据。存储器109可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器109可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器110是移动终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个移动终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器109内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器109内的数据，执行移动终端的各种功能和处理数据，从而对移动终端进行整体监控。处理器110可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器110可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器110中。

移动终端100还可以包括给各个部件供电的电源111(比如电池)，优选的，电源111可以通过电源管理系统与处理器110逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。

另外，移动终端100包括一些未示出的功能模块，在此不再赘述。

基于上述移动终端的硬件结构，以下对本发明各实施例进行详细详述。

实施例一

参照图2，本发明实施例提供了一种无线充电装置，应用于移动终端，如图2所示，该无线充电装置可以包括壳体10、以及布置在壳体10形成的空腔中的负载线圈20和谐振线圈30。

其中，负载线圈20和谐振线圈30可以位于壳体10所形成的空腔内，以便在对移动终端进行封装时，可以将负载线圈20和谐振线圈30封装在移动终端的内部。而且，壳体10与负载线圈20和谐振线圈30之间，均可以设置有柔性材料，防止壳体10与负载线圈20和谐振线圈30相接触，形成造成干扰的电路。

具体地，该负载线圈20环绕谐振线圈30，且该负载线圈20与该谐振线圈30之间互不连接，通过调节负载线圈20与谐振线圈30之间的间距，可以对充电过程中产生的谐振阻抗进行调节，从而降低谐振阻抗。例如，通过调整负载线圈20与谐振线圈30之间的间距，可以对充电过程中产生的谐振阻抗降低至50欧姆。其中，负载线圈20和谐振线圈30均可以为螺旋结构。

因此，在负载线圈20与谐振线圈30不存在物理连接的情况下，可以减少串联电阻，并通过调节负载线圈20与谐振线圈30之间的间距，可以有效降低充电过程中所产生的谐振阻抗，从而提高无线充电的效率。

而且，壳体10可以包括第一壳体10a和第二壳体10b，第一壳体10a与第二壳体10b不连接，第一壳体10a与第二壳体10b之间可以形成一缝隙，以便在进行无线充电的过程中，可以通过该缝隙传递电磁能量，从而避免壳体10屏蔽电磁场、造成充电效率下降的情况发生。

其中，第一壳体10a与第二壳体10b形成的缝隙的宽度的取值范围可以为1毫米至2.5毫米，也可以根据移动终端的壳体10的面积大小进行调整，本发明实施例对此不做限定。

另外，负载线圈20和谐振线圈30在竖直方向的投影，均在第一壳体10a和第二壳体10b在竖直方向的投影范围内。也即是，第一壳体10a和第二壳体10b在竖直方向的投影，能够覆盖负载线圈20和谐振线圈30在竖直方向的投影；但是只有第一壳体10a或第二壳体10b在竖直方向的投影时，则无法覆盖负载线圈20在竖直方向的投影，也无法覆盖谐振线圈30在竖直方向的投影。

需要说明的是，如图2所示，移动终端的壳体10、负载线圈20和谐振线圈30均水平放置，则该竖直方向可以为与移动终端的壳体10、和/或负载线圈20、和/或谐振线圈30所在的平面相垂直的方向。

相应的，在进行无线充电的过程中，当谐振线圈30与用于充电的充电板靠近时，则谐振线圈30可以与充电板内的发射线圈产生频率共振，电磁能量通过第一壳体10a和第二壳体10b所形成的缝隙，从发射线圈传递到谐振线圈30，谐振线圈30获得用于充电的电磁能量。谐振线圈30还可以再与负载线圈20之间产生电磁耦合，使得谐振线圈30将用于充电的电磁能量传递至负载线圈20，而负载线圈20可以与移动终端的电池连接，通过对电磁能量进行转换，最终可以对移动终端的电池进行充电。

综上所述，本发明实施例提供的无线充电装置，通过提供负载线圈、谐振线圈和可以形成缝隙的壳体，负载线圈与谐振线圈不连接，负载线圈环绕谐振线圈。在无线充电过程中，电磁能量可以通过壳体的缝隙传递至谐振线圈，增强负载线圈和谐振线圈的电磁感应效果，从而可以提高负载线圈和谐振线圈的品质因数，进而提高无线充电的效率。

而且，由于负载线圈与谐振线圈不连接，可以减少串联电阻，降低在无线充电时所产生的损耗，解决因为发射线圈和接收线圈耦合的变化而产生的谐振偏移问题。另外，通过调节负载线圈与谐振线圈之间的间距，可以降低充电过程中产生的谐振阻抗，也可以提高无线充电的效率。

在一种可选实施例中，参照图3，该装置还可以包括金属贴片40。

其中，金属贴片40可以与谐振线圈30连接，该金属贴片40在竖直方向的投影在谐振线圈30在竖直方向的投影范围内，也即是谐振线圈30和金属贴片40所在的平面不同，但是谐振线圈30和金属贴片40在竖直方向的投影位于同一区域，该谐振线圈30在竖直方向的投影能够覆盖金属贴片40在竖直方向的投影。

当谐振线圈30与金属贴片40连接时，谐振线圈30可以与金属贴片40构成电感电容并联谐振电路，从而可以进一步增大并联电容，减小谐振频率，提高无线充电的效率。

进一步地，该金属贴片40可以包括至少四个金属贴片40，该至少四个金属贴片40位于同一水平面。

相应的，谐振线圈30也可以包括至少四段目标线圈，每段目标线圈与相邻的目标线圈相连接，且每段目标线圈与相邻的目标线圈垂直。该至少四个金属贴片40可以通过接触点与至少四段目标线圈连接，至少四段目标线圈在竖直方向的投影在至少四个金属贴片40在竖直方向的投影范围内，也即是至少四个金属贴片40所在的平面与至少四段目标线圈所在的平面不同，但是至少四个金属贴片40和至少四段目标线圈在竖直方向的投影位于同一区域，至少四个金属贴片40在竖直方向的投影可以与至少四段目标线圈在竖直方向的投影重合。

也即是，每个金属贴片40与一段目标线圈连接，形成四组金属贴片40与目标线圈连接的结构。其中，在俯视目标线圈和金属贴片40时，该至少四个金属贴片40可以分别位于上下左右四个方向，每个金属贴片40在竖直方向的投影与相应的目标线圈在竖直方向的投影重合。

而且，至少四个金属贴片40与壳体10可以分别位于谐振线圈30的两侧。进一步地，至少四个金属贴片40与谐振线圈30之间可以设置有绝缘胶，防止金属贴片40和谐振线圈30在除接触点之外的其他位置产生接触，从而引起更复杂的电路结构，进而降低无线充电的效率。

在一种可选实施例中，参照图4，该装置还可以包括导磁体50。

其中，该导磁体50可以为铁氧体材料，也可以为其他材料，本发明实施例对此不做限定。

由于金属贴片可以位于谐振线圈30的上方或下方：当金属贴片40位于谐振线圈30下方时，导磁体50可以位于金属贴片40下方，而且导磁体50与金属贴片40之间可以设置有柔性材料。通过在金属贴片40下方设置导磁体50，可以提高磁导率，使得通过的磁通量得到显著提高，从而提高无线充电的效率。

实施例二

参照图5，本发明实施例提供了一种无线充电系统，该无线充电系统可以包括：如实施例一所述的无线充电装置510和充电板520。

其中，该无线充电装置510与充电板520不连接，可以通过该充电板520为该无线充电装置510充电，无线充电装置510可以对移动终端的电池进行充电。

充电板520的充电线圈可以与无线充电装置510的谐振线圈耦合，而谐振线圈又可以与无线充电装置510的负载线圈耦合，则可以通过负载线圈进行充电。

具体地，当无线充电装置510靠近充电板520时，无线充电装置510的谐振线圈与充电板520的发射线圈产生频率共振，使得发射线圈可以向谐振线圈发送电磁能量，而谐振线圈则可以再与无线充电装置510的负载线圈产生电磁耦合，从而将接收的电磁能量进行转换，形成电流，对移动终端的电池进行充电，实现无线充电。

需要说明的是，该无线充电装置510可以集成在移动终端的内部，使得移动终端可以通过该无线充电装置510进行无线充电，也可以单独作为一个设备，本发明实施例对此不做限定。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种无线充电装置，应用于移动终端，其特征在于，所述无线充电装置包括：壳体、以及布置在所述壳体形成的空腔中的负载线圈和谐振线圈；

其中，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体之间形成一缝隙，所述负载线圈环绕所述谐振线圈，且所述负载线圈与所述谐振线圈之间互不连接，所述负载线圈与所述谐振线圈均为螺旋结构，所述负载线圈和所述谐振线圈在竖直方向的投影，均在所述第一壳体和所述第二壳体在竖直方向的投影范围内；

所述无线充电装置还包括金属贴片；所述金属贴片与所述谐振线圈连接，所述金属贴片在竖直方向的投影在所述谐振线圈在竖直方向的投影范围内。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述金属贴片包括至少四个金属贴片，所述至少四个金属贴片位于同一水平面；

所述谐振线圈包括至少四段目标线圈，每段目标线圈与相邻的目标线圈相连接，且每段目标线圈与相邻的目标线圈垂直；

所述至少四个金属贴片通过接触点与所述至少四段目标线圈连接，所述至少四段目标线圈在竖直方向的投影在所述至少四个金属贴片在竖直方向的投影范围内。

3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述至少四个金属贴片与所述谐振线圈之间设置有绝缘胶。

4.根据权利要求3所述的无线充电装置，其特征在于，所述至少四个金属贴片与所述壳体分别位于所述谐振线圈的两侧。

5.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述无线充电装置还包括导磁体；

所述金属贴片位于所述谐振线圈下方，所述导磁体位于所述金属贴片下方，所述导磁体与所述金属贴片之间设置有柔性材料。

6.根据权利要求5所述的无线充电装置，其特征在于，所述导磁体为铁氧体材料。

7.根据权利要求1至6任一所述的无线充电装置，其特征在于，所述壳体与所述负载线圈和所述谐振线圈之间均设置有柔性材料。

8.根据权利要求1至6任一所述的无线充电装置，其特征在于，所述缝隙的宽度的取值范围为1毫米至2.5毫米。

9.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括：如权利要求1至8任一所述的无线充电装置和充电板，所述充电板的充电线圈与所述无线充电装置的谐振线圈耦合，所述谐振线圈与所述无线充电装置的负载线圈耦合，通过所述负载线圈进行充电。