CN107591239B - 无线充电装置和具有其的电动交通设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电装置和具有其的电动交通设备，所述无线充电装置包括：PCBA，所述PCBA上具有元器件；充电线圈，所述充电线圈由中空导管绕制，所述中空导管具有供冷却介质流通的通道；导热件，所述导热件与所述元器件和所述充电线圈均相连；冷却装置，所述冷却装置与所述通道连通；控制单元，所述充电线圈与所述控制单元电连接。本发明的无线充电装置，通过用中空导管绕制成的充电线圈可以起到散热的作用，无线充电装置的散热效果好，且无线充电装置的结构简单，节省材质，生产成本低。

Description

无线充电装置和具有其的电动交通设备

技术领域

本发明属于无线输电技术领域，具体而言，涉及一种无线充电装置和具有该无线充电装置的电动交通设备。

背景技术

随着技术的发展，无线充电技术的应用越来越广泛，特别是对于电动汽车，无线充电技术的应用对电动汽车的推广有相当大的积极作用。无线充电的充电效率偏低，比如Qi标准(线圈耦合)充电效率在70％左右，A4WP标准(磁共振)充电效率更低至45％，充电损失的电能大部分都转化为热能，若该热能无法较快地传导出去会导致PCB板及安装在PCB板上的元器件烧毁，产生严重的安全事故。相关技术中，大部分是采用增设风扇或其他散热器的方式来导热，这些技术手段只能应用于小功率的无线充电，且增设的器件较多，布置复杂，存在改进空间。

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，本发明的一个目的在于提出一种散热良好的无线充电装置。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述无线充电装置的电动交通设备。

根据本发明第一方面实施例的无线充电装置包括：PCBA，所述PCBA上具有元器件；充电线圈，所述充电线圈由中空导管绕制，所述中空导管具有供冷却介质流通的通道；导热件，所述导热件与所述元器件和所述充电线圈均相连；冷却装置，所述冷却装置与所述通道连通；控制单元，所述充电线圈与所述控制单元电连接。

根据本发明第一方面实施例的无线充电装置，通过用中空导管绕制成的充电线圈可以起到散热的作用，无线充电装置的散热效果好，且无线充电装置的结构简单，体积小，生产成本低。

另外，根据本发明上述实施例的无线充电装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些优选的实施例中，所述导热件包括：导热硅胶，所述充电线圈通过所述导热硅胶粘结在所述PCBA上，且所述导热硅胶与所述元器件相连。

优选地，所述导热件还包括：导热硅脂，所述导热硅脂填充在所述导热硅胶与所述元器件之间。

优选地，所述导热件覆盖所述元器件的凸出PCB的部分。

进一步地，所述导热件的外表面到所述元器件的外表面的距离为H，且满足：H≥2mm。

在本发明的一些优选的实施例中，所述元器件包括芯片。

在本发明的一些优选的实施例中，所述通道的直径为D，且满足：D≥2mm。

在本发明的一些优选的实施例中，所述冷却装置包括：冷却腔，所述冷却腔内具有所述冷却介质；循环泵，所述循环泵连接在所述冷却腔与所述通道之间以驱动所述冷却介质循环流动。

在本发明的一些优选的实施例中，所述中空导管包括绝缘层和中空的导电层，所述绝缘层覆盖在所述导电层的内表面以形成所述通道。

优选地，所述导电层的壁厚为W，且满足：其中，f为所述充电线圈的磁场频率，μ为所述导电层的磁导率，γ为所述导电层的电导率。

进一步地，W满足：W≥0.3mm。

优选地，所述的无线充电装置还包括：电连接件，所述导电层通过所述电连接件与所述控制单元电连接。

进一步地，所述电连接件上设有相互间隔开的引出端子和弧形安装部，所述引出端子与所述控制单元电连接，所述弧形安装部与所述导电层相连。

优选地，所述导电层为铜制成。

根据本发明第二方面实施例的电动交通设备，设置有如第一方面任一种所述的无线充电装置。

所述电动交通设备与上述的无线充电装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例所述的无线充电装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的充电线圈及电连接件的结构示意图；

图3是根据本发明实施例所述的PCBA及导热件的结构示意图。

附图标记：

无线充电装置100，

PCBA1，元器件11，

充电线圈2，

导热件3，导热硅胶31，导热硅脂32，

电连接件4，引出端子41，弧形安装部42。

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。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

无线充电依靠接收线圈和发射线圈之间的磁场传送能量，接收线圈与用电器相连，发射线圈与电源相连，本发明实施例的充电线圈2主要是指接收线圈，当然，本发明实施例的充电线圈2也能用于发射线圈。

PCBA1(Printed Circuit Board+Assembly)由元器件11通过表面封装工艺组装在PCB板(印刷电路板)上制成，充电线圈2由导体绕制而成，在无线充电装置100中，充电线圈2基本无热量产生，PCBA1是无线充电装置100上的主要热源。

如图1-图3所示，无线充电装置100包括PCBA1、充电线圈2、导热件3、冷却装置(图中未显示)和控制单元(图中未显示)。

其中，PCBA1上具有元器件11，在无线充电装置100工作过程中，元器件11是主要的发热元件，元器件11包括芯片，芯片会产生巨量的热量。

充电线圈2由中空导管绕制而成，中空导管具有供冷却介质流通的通道。也就是说，充电线圈2由空芯导体制成。需要说明的是，根据趋肤效应，当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小。在高频电路中采用空心导体代替实心导体对导体的电阻影响很小，换言之，本发明实施例的充电线圈2用中空导管绕制而成，对充电线圈2的电阻基本无影响。

导热件3与元器件11和充电线圈2均相连，导热件3用于在元器件11与充电线圈2之间进行热传导，将元器件11产生的热量传递给充电线圈2。

冷却装置与充电线圈2内的通道连通，冷却介质可以在冷却装置与充电线圈2内的通道内流动以实现充电线圈2与外界的热交换，冷却介质可以为多种形式，比如水、油、乙醇、气体等冷媒。

充电线圈2与控制单元电连接，控制单元用于控制充电线圈2的工作状态，在无线充电装置100为接收端的实施例中，控制单元可以与蓄电池相连，以向蓄电池充电，控制单元还可以与冷却装置相连，用于控制冷却装置的工作状态，在充电线圈2开始工作时，控制单元可以控制冷却装置开启，以使冷却介质在冷却装置与充电线圈2的通道内循环流动。

根据本发明实施例的无线充电装置100，通过用中空导管绕制成的充电线圈2可以起到散热的作用，无线充电装置100的散热效果好，且无线充电装置100的结构简单小巧，节省材质，生产成本低。

在本发明的一些优选的实施例中，如图1和图3所示，导热件3可以包括导热硅胶31，充电线圈2通过导热硅胶31粘结在PCBA1上，且导热硅胶31与元器件11相连。导热硅胶31可以扩大充电线圈2与PCBA1之间的接触面积，特别是可以增强元器件11的导热面积，使元器件11产生的热量迅速传递到导热硅胶31上，并通过充电线圈2内的冷却介质带走。

进一步地，参照图3，导热件3还可以包括导热硅脂32，导热硅脂32可以填充在导热硅胶31与元器件11之间。需要说明的是，导热硅脂32的流动性优于导热硅胶31，在元器件11之间的间距较小时(比如元器件11之间的间距小于5mm)，可以在元器件11的周围填充导热硅脂32，利用导热硅脂32优异的流动性实现元器件11、导热件3、充电线圈2之间的紧密接触，增强导热性能。

当然，为了确保PCBA1、导热硅胶31/导热硅脂32、充电线圈2之间紧密接触，导热硅胶31/导热硅脂32需要设置一定的压缩量。

如图3所示，导热件3可以覆盖元器件11的凸出PCB的部分，PCB上通过表面封装工艺组装元器件11即形成PCBA1，元器件11的凸出PCB的部分全覆盖导热件3易于散热。这样，元器件11的除了安装面的各个表面都被导热硅胶31或导热硅脂32覆盖，可以较快地将热量传导出去，参考图3，导热件3的外表面到元器件11的外表面的距离为H，且H可以满足：H≥2mm，这样，元器件11附近的导热件3的导热性能好，元器件11产生的热量可以迅速散发。

在本发明的一些优选的实施例中，冷却装置可以包括冷却腔和循环泵，冷却腔内具有冷却介质，循环泵连接在冷却腔与充电线圈2内的通道之间以驱动冷却介质循环流动，循环泵与控制单元相连，在控制单元控制无线充电装置100开启时也控制循环泵启动，图2中箭头所指即为冷却介质的流动方向，冷却腔和循环泵通过塑胶高分子材质制成的管路与充电线圈2内的通道连通，且在接口处用密封胶封严，防止泄露。冷却装置的结构形式并不限于上述描述的，还可以为其他结构。

在本发明的一些优选的实施例中，中空导管可以具有环形截面，通道的直径为D，且D可以满足：D≥2mm，在一个具体的示例中，D＝3mm，这样，充电线圈2内供冷却介质循环流动的通道足够大，冷却介质的流动顺畅，且换热效率高。

在本发明的一些优选的实施例中，中空导管可以包括绝缘层和中空的导电层，绝缘层可以覆盖在导电层的内表面以形成通道。其中，导电层可以具有圆环形截面，且导电层的内表面上可以涂覆绝缘层以防止漏电。

为了加强中空导管的导电性能，导电层通常由导电率高的金属或其合金构成，比如导电层可以为铜制成。

导电层的壁厚为W，且可以满足：其中，f为充电线圈2的磁场频率(Hz)，μ为导电层的磁导率(H/m)，γ为导电层的电导率(S/m)。在趋肤效应中，其中Δ表示趋肤效应的穿透深度(mm)，也就是说，本发明实施例的导电层的壁厚W不小于导电层的穿透深度Δ，由此，充电线圈2的导电性能强。优选地，W可以满足：W≥0.3mm。这样一方面可以满足导电层的导电性能，另一方面还能降低中空导管的成型难度。比如在一个具体的示例中，W＝0.3mm。

如图1-图2所示，无线充电装置100还可以包括电连接件4，导电层通过电连接件4与控制单元电连接。参考图2，电连接件4上可以设有引出端子41和弧形安装部42，引出端子41与弧形安装部42相互间隔开，引出端子41与控制单元电连接，弧形安装部42与导电层相连，导电层的外周壁可以与弧形安装部42形成面面接触且焊接相连，电连接件4为两个，两个电连接件4分别设在充电线圈2引出端(或叫馈电端)的两端。

在将无线充电装置100用于电动交通设备的实施例中，控制单元的供电有多种设置方式，比如控制单元可以利用车载点烟器的电源或者其他USB充电端口供电，或者可以从电源管理系统单独引出一路无线充电电源端口，该电源主要用来给无线充电控制系统供电，满足高频谐振线圈产生磁共振所需要的能量。

下面描述根据本发明的一个具体的实施例。

如图1-图3所示，无线充电装置100包括PCBA1、充电线圈2、导热件3、冷却装置和控制单元。

PCBA1上具有芯片等元器件11，充电线圈2由中空导管绕制而成，充电线圈2不含铁芯，中空导管包括绝缘层和中空的导电层，导电层为铜质圆形管，绝缘层涂覆在导电层的内周壁上，绝缘层限定出供冷却介质流通的通道，通道的直径为3mm，导电层的壁厚为0.5mm，导热件3包括导热硅胶31和导热硅脂32，充电线圈2通过导热硅胶31连接在PCBA1上，导热件3至少覆盖芯片，且在芯片外填充有导热硅脂32，导热硅胶31和导热硅脂32设置有一定的压缩量，且导热硅脂32和导热硅胶31形成为一个平面，该平面到芯片的外表面的距离不小于2mm。充电线圈2的两端分别通过一个电连接件4与控制单元电连接，电连接件4上设有相互间隔开的引出端子41和弧形安装部42，引出端子41与控制单元电连接，弧形安装部42与导电层形成面面接触且焊接相连，冷却装置包括冷却腔和循环泵，循环泵与控制单元相连，冷却腔内具有冷却介质，循环泵连接在冷却腔与通道之间以驱动冷却介质循环流动。在控制单元控制无线充电装置100开启充电时，也控制循环泵开启。

综上所述，根据本发明实施例的无线充电装置100，通过用中空导管绕制成的充电线圈2与导热硅胶31、导热硅脂32的配合可以起到较好的散热作用，且无线充电装置100的结构简单小巧，节省材质，生产成本低。

下面描述根据本发明实施例的电动交通设备。

参考图1-图3，本发明实施例的电动交通设备设置有上述实施例描述的任一种无线充电装置100。

根据本发明实施例的电动交通设备，通过设置上述结构形式的无线充电装置100，电动交通设备的充电方便，无线充电装置100不易烧毁，充电的安全性高。

优选地，本发明实施例的电动交通设备可以为电动汽车。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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 (15)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括：

PCBA，所述PCBA上具有元器件；

充电线圈，所述充电线圈由中空导管绕制，所述中空导管具有供冷却介质流通的通道；

导热件，所述导热件与所述元器件和所述充电线圈均相连；

冷却装置，所述冷却装置与所述通道连通；

控制单元，所述充电线圈与所述控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述导热件包括：

导热硅胶，所述充电线圈通过所述导热硅胶粘结在所述PCBA上，且所述导热硅胶与所述元器件相连。

3.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述导热件还包括：

导热硅脂，所述导热硅脂填充在所述导热硅胶与所述元器件之间。

4.根据权利要求2所述的无线充电装置，其特征在于，所述导热件覆盖所述元器件的凸出PCB的部分。

5.根据权利要求4所述的无线充电装置，其特征在于，所述导热件的外表面到所述元器件的外表面的距离为H，且满足：H≥2mm。

6.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述元器件包括芯片。

7.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述通道的直径为D，且满足：D≥2mm。

8.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述冷却装置包括：

冷却腔，所述冷却腔内具有所述冷却介质；

循环泵，所述循环泵连接在所述冷却腔与所述通道之间以驱动所述冷却介质循环流动。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的无线充电装置，其特征在于，所述中空导管包括绝缘层和中空的导电层，所述绝缘层覆盖在所述导电层的内表面以形成所述通道。

10.根据权利要求9所述的无线充电装置，其特征在于，所述导电层的壁厚为W，且满足：其中，f为所述充电线圈的磁场频率，μ为所述导电层的磁导率，γ为所述导电层的电导率。

11.根据权利要求10所述的无线充电装置，其特征在于，W满足：W≥0.3mm。

12.根据权利要求9所述的无线充电装置，其特征在于，还包括：

电连接件，所述导电层通过所述电连接件与所述控制单元电连接。

13.根据权利要求12所述的无线充电装置，其特征在于，所述电连接件上设有相互间隔开的引出端子和弧形安装部，所述引出端子与所述控制单元电连接，所述弧形安装部与所述导电层相连。

14.根据权利要求9所述的无线充电装置，其特征在于，所述导电层为铜制成。

15.一种电动交通设备，其特征在于，设置有如权利要求1-14中任一项所述的无线充电装置。