CN108199493B - 一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统。通过在电能发射线圈和电能接收线圈之间设置电磁屏蔽装置，所述电磁屏蔽装置中所包括的磁片不覆盖所述电能接收线圈，一方面减少了作用到金属材料上的磁场；另一方面提高了电能发射线圈与电能接收线圈之间的耦合系数，在所需电压不变的情况下降低了发射的磁场强度。这使得在无线充电过程中减少了大量的热量和损耗，提高了充电效率。

Description

一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统

本申请要求了2017年12月5日提交的，申请号为2017112704771、发明名称为“一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及电力电子技术，具体涉及无线充电技术，更具体地，涉及一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统。

背景技术

无线充电技术可以以无线方式在电子设备之间传输电能，因而广泛应用于消费电子产品和其它类型的电子产品中。无线充电技术通常通过发射端线圈和接收端线圈的相互电磁耦合来实现电能的无线传输。

发射端将直流电压转换为交变电流，交变电流通过发射端线圈产生交变磁场。接收端耦合交变的磁场感应出相应的交变电压，然后通过整流电路将交变电压转换为直流电压给电子设备充电。接收端耦合交变磁场，感生电压的能力为：

U_s＝ωMI_p

其中ω为交变磁场的频率，M为电能发射线圈和接收线圈的耦合电感，Ip为电能发射线圈中的电流，表征磁场强度。

目前被广泛采用的是低频感应技术，由于ω很小，所以必须提高耦合电感M来提高感生电压，但是这样传输距离就受到了限制。因此，在既要满足足够的耦合电压又要实现隔空充电时，就需要增加发射端线圈中的电流Ip，也即提高磁场强度。但是，这会使得充电设备处于较高的磁场中，使得充电设备中的金属物质产热进而增加耗能，并且低频磁场易于加热金属异物，也会产生额外的热量。因此在无线充电过程中屏蔽金属异物周围的磁场尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本申请公开了一种电磁屏蔽装置、无线充电发射端、接收端及系统，以在提高磁场强度时，降低损耗并提高耦合系数。

第一方面，提供一种电磁屏蔽装置，适于设置在电能发射线圈与电能接收线圈之间，所述装置包括磁片；

其中，所述磁片不覆盖所述电能接收线圈。

进一步地，所述磁片具有镂空部分，所述镂空部分的尺寸与所述电能接收线圈相对应。

进一步地，所述装置还包括固定部；

所述固定部被配置为将所述磁片固定在承载所述电能接收线圈的设备或放置所述设备的家具表面。

进一步地，所述装置还包括保护壳，所述保护壳被配置为与承载所述电能接收线圈的设备结合，所述磁片附着在所述保护壳表面。

进一步地，所述固定部为带有粘胶层的衬底。

第二方面，提供一种无线充电发射端，包括：

电能发射线圈，被配置以无线方式发射电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在所述电能发射线圈面向对应的电能接收线圈的一侧且与所述电能发射线圈相隔预定的距离；

其中，所述电磁屏蔽装置包括磁片，所述磁片不覆盖所述对应的电能接收线圈。

进一步地，所述磁片具有镂空部分，所述镂空部分的尺寸与对应的电能接收线圈相对应。

第三方面，提供一种无线充电接收端，包括：

电能接收线圈，用于以无线方式接收电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在承载所述电能接收线圈的设备表面；

其中，所述电磁屏蔽装置包括磁片，所述磁片不覆盖所述电能接收线圈。

进一步地，所述磁片具有镂空部分，所述镂空部分的尺寸与所述电能接收线圈相对应。

第四方面，提供一种无线充电系统，包括：

电能发射线圈，被配置为以无线方式发射电能；

电能接收线圈，被配置为以无线方式接收电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在电能发射线圈与电能接收线圈之间，所述电装置包括磁片；

其中，所述磁片不覆盖所述电能接收线圈。

本申请实施例通过在电能发射线圈和电能接收线圈之间设置电磁屏蔽装置，所述电磁屏蔽装置中所包括的磁片不覆盖所述电能接收线圈，一方面减少了作用到金属材料上的磁场；另一方面提高了电能发射线圈与电能接收线圈之间的耦合系数，在所需电压不变的情况下降低了发射的磁场强度。这使得在无线充电过程中减少了大量的热量和损耗。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本申请实施例的无线充电系统的剖视图；

图2是本申请实施例的无线充电发射端的剖视图；

图3是本申请实施例的另一种无线充电发射端的剖视图；

图4是本申请实施例的电磁屏蔽装置的侧视图；

图5是本申请实施例的另一种电磁屏蔽装置的俯视图；

图6是本申请实施例的无线充电接收端的剖视图；

图7是本申请实施例的磁片的形状示意图；

图8是本申请实施例的另一种磁片的形状示意图；

图9是本申请实施例的又一种磁片的形状示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本申请实施例的无线充电系统的剖视图。如图1所示，所述无线充电系统1包括电能发射线圈11、电磁屏蔽装置12和电能接收线圈13。电磁屏蔽装置12包括磁片，所述磁片在无线充电系统中起到增强感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。优选地，所述磁片可以采用一种软磁材料，例如NiZn铁氧体磁片和MnZn铁氧体磁片等。

电能发射线圈11被配置为以无线的方式发射电能。具体地，电能发射线圈11利用流过电能发射线圈11的交变电流产生交变磁场。

电能接收线圈13被配置为以无线的方式接收电能。具体地，电能接收线圈13耦合由电能发射线圈11产生的交变磁场感应出相应的交变电压，通过后续电路中的整流电路将该交变电压转换为直流电压给充电设备充电。

电能发射线圈11可以设置在任何便于充电设备充电的地方，例如桌子、茶几或柜子等家具的底部。也可以设置在任意形状的盒子中，将放有电能发射线圈11的盒子放在诸如桌子、茶几或柜子等家具上以便充电设备充电。

电能接收线圈13嵌在充电设备的内部，充电设备可以是移动电话、平板电脑或阅读器等电子设备。

电磁屏蔽装置12适于设置在电能发射线圈11与电能接收线圈13之间。

一方面，电磁屏蔽装置12用于为电能接收线圈13周围的金属材料(如金属类的设备外壳、电池和电路板等)屏蔽磁场，以避免所述金属材料发热。另一方面，在电能发射线圈11和电能接收线圈13之间设置电磁屏蔽装置12能提高电能发射线圈和电能接收线圈之间的耦合系数，在充电设备所需电压不变的情况下可以降低电能发射线圈11发射的磁场强度，这进一步地减少不必要的损耗，提高了无线充电系统的效率。如图1所示，不能被电能接收线圈13接收到的磁场被电磁屏蔽装置12接收，不会作用到充电设备上。

电磁屏蔽装置12中的磁片可以为如图7、8和9所示的各种形状，所述磁片可以有镂空部分，并且镂空部分与电能接收线圈的形状大小相匹配，以便于能被电能接收线圈耦合的磁场磁通顺利通过。如图7中磁片7，镂空部分为与充电设备内部方形电能接收线圈相匹配的方形镂空。并且磁片7将充电设备除了接收线圈对应部位的其他底面全部覆盖，以最大限度的降低作用到充电设备金属材料上的磁场。应理解，磁片的镂空部位及形状尺寸，镂空部位的形状尺寸只需要与电能接收线圈相匹配，并不局限于图7中的磁片7，如磁片和磁片的镂空部分均可设计为椭圆形等。

优选地，由于在充电设备边缘的磁场已经明显减弱，所以结合成本和屏蔽效果，可以适当减小磁片的尺寸，如图8中所示的磁片8和图9所示的磁片9。磁片8及其镂空部分均为椭圆形状，磁片8并没有完全覆盖充电设备除了接收线圈对应部位的其他底面，而是覆盖了除充电设备四角之外的大部分中心区域。这使得在达到屏蔽目的的前提下，节约了原材料，降低了制作成本。

图9中所示的磁片9并不是一个整体，而是将磁片分为四个部分，分别覆盖在充电设备的四周，可以看出，磁片9依旧能够覆盖充电设备的大部分区域，这使得在达到屏蔽目的的前提下，节约了原材料，降低了制作成本。

优选地，可以通过增加电磁屏蔽装置中的磁片的厚度来提高屏蔽效果。

本申请实施例通过在电能发射线圈和电能接收线圈之间设置电磁屏蔽装置，所述电磁屏蔽装置中所包括的磁片不覆盖电能接收线圈，一方面减少了作用到金属材料上的磁场，另一方面提高了电能发射线圈和电能接收线圈之间的耦合系数，在所需电压不变的情况下降低了发射的磁场强度。这使得在无线充电过程中减少了大量的热量和损耗，提高了充电效率。

图2是本申请实施例的无线充电发射端的剖视图。如图2所示，所述无线充电发射端2包括电能发射线圈21和电磁屏蔽装置22。电磁屏蔽装置22包括磁片，所述磁片在无线充电系统中起到增强感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。优选地，所述磁片可以采用一种软磁材料，例如NiZn铁氧体磁片和MnZn铁氧体磁片等。

无线充电发射端2可以设置在桌子，茶几，柜子等充电方便的家具上。电磁屏蔽装置22适于设置在所述电能发射线圈面向对应的电能接收线圈的一侧且与电能发射线圈21相隔预定的距离。例如，电能发射线圈21可以设置在桌子，茶几，柜子等充电方便的家具底部，电磁屏蔽装置22固定在对应部位的家具上方。其中，所述预定的距离根据电能发射线圈产生的磁场强度、所述磁片的厚度以及充电设备所需要的充电电压等因素综合决定。

电能发射线圈21被配置为以无线的方式发射电能。具体地，电能发射线圈21利用流过电能发射线圈21的交变电流产生交变磁场。

电磁屏蔽装置22一方面用于为电能接收线圈周围的金属材料(如金属类的设备外壳、电池和电路板等)屏蔽磁场，以避免所述金属材料发热。另一方面，设置电磁屏蔽装置22能提高耦合系数，在充电设备所需电压不变的情况下可以降低电能发射线圈21发射的磁场强度，这进一步地减少不必要的损耗，提高了无线充电系统的效率。

电磁屏蔽装置22中的磁片不覆盖对应的电能接收线圈，以便于对应的电能接收线圈能够顺利地耦合磁场。

优选地，所述磁片具有镂空部分，所述镂空部分的镂空部位及形状尺寸只需要与电能接收线圈相匹配，因此磁片及其镂空部分并没有固定的形状。可以为方形、椭圆形、圆形以及其他不规则形状。

为了以最大限度的降低作用到充电设备金属材料上的磁场，磁片可以将充电设备除了接收线圈对应部位的其他底面全部覆盖。不过由于在充电设备边缘的磁场已经明显减弱，结合成本和屏蔽效果综合考虑，可以适当减小磁片的尺寸，使之覆盖充电设备的大部分区域即可，这使得在达到屏蔽目的的前提下，节约了原材料，降低了生产成本。部分具有代表性的磁片的形状如图7、8、9所示，磁片7覆盖了充电设备除相对应的电能接收线圈部分的其他全部区域，磁片8和磁片9覆盖了充电设备除相对应的电能接收线圈部分的的其他大部分区域。

优选地，可以通过增加电磁屏蔽装置中的磁片的厚度来提高屏蔽效果。

本申请实施例中的无线充电发射端通过在电能发射线圈面向对应的电能接收线圈的一侧设置电磁屏蔽装置，所述电磁屏蔽装置中所包括的磁片不覆盖对应的电能接收线圈，一方面减少了作用到充电设备金属材料上的磁场，另一方面提高了耦合系数，在所需电压不变的情况下降低了发射的磁场强度。这使得在无线充电过程中减少了大量的热量和损耗，提高了充电效率。

图3是本申请实施例的另一种无线充电发射端的剖视图。如图3所示，无线充电发射端3包括电磁屏蔽装置31、电能发射线圈32和放置电能发射线圈32的装置33。图3中所示出的装置33为一个可以放置电能发射线圈的盒子。应理解，装置33的形状没有特定的要求，满足安装条件即可。无线充电发射端3可以放置在任意便于充电的平面上，充电设备不必在固定的地点进行充电，使得充电更为灵活方便。

图4是本申请实施例的电磁屏蔽装置的侧视图。如图4所示，电磁屏蔽装置4包括磁片41和固定磁片41的固定部42。优选地，固定部42可以是粘胶层的衬底，便于将磁片41固定在家具或充电设备表面。另外，固定部42也可以是磁片41尺寸相对应的卡槽等。固定部42可以将电磁屏蔽装置4固定在诸如桌子、茶几或柜子等便于充电的家具上，也可以将电磁屏蔽装置4固定在装有电能发射线圈的装置上，还可以将电磁屏蔽装置4固定在充电设备上。电磁屏蔽装置4固定地点的灵活性使得充电设备充电更为灵活方便。

优选地，图5是本申请实施例的另一种电磁屏蔽装置的俯视图。如图5所示，电磁屏蔽装置还可以包括与充电设备对应的保护壳52，也即将磁片51固定在充电设备的保护壳52上。将带有电磁屏蔽装置5的充电设备放置于安装有电能发射线圈的平面上即可充电。应理解，带有电磁屏蔽装置5的充电设备中嵌有对应的电能接收线圈，并且，电能发射线圈与对应的电能接收线圈的位置相对应。

电磁屏蔽装置一方面用于为电能接收线圈周围的金属材料(如金属类的设备外壳、电池和电路板等)屏蔽磁场，以避免所述金属材料发热，另一方面，设置电磁屏蔽装置能提高耦合系数，在充电设备所需电压不变的情况下可以降低电能发射线圈21发射的磁场强度，这进一步地减少不必要的损耗，提高了无线充电系统的效率。

图6是本申请实施例的无线充电接收端的剖视图。所述无线充电接收端6包括电磁屏蔽装置61和电能接收线圈62。其中，电能接收线圈61嵌在充电设备中。充电设备可以是移动电话、平板或阅读器等电子设备。电磁屏蔽装置61包括磁片，所述磁片在无线充电系统中起到增强感应磁场和屏蔽线圈干扰的作用。优选地，所述磁片可以采用一种软磁材料，例如NiZn铁氧体磁片和MnZn铁氧体磁片等。

电能接收线圈62被配置为以无线的方式接收电能。具体地，电能接收线圈62耦合由相对应的电能发射线圈产生的交变磁场感应出相应的交变电压，通过后续电路中的整流电路将该交变电压转换为直流电压给充电设备充电。

电磁屏蔽装置61适于设置在承载电能接收线圈62的充电设备表面，例如图4或图5所示的电磁屏蔽装置。

电磁屏蔽装置61一方面用于为电能接收线圈周围的金属材料(如金属类的设备外壳、电池和电路板等)屏蔽磁场，以避免所述金属材料发热，另一方面，设置电磁屏蔽装置61能提高耦合系数，在充电设备所需电压不变的情况下可以降低磁场强度，这进一步地减少不必要的损耗，提高了无线充电系统的效率。

电磁屏蔽装置61中的磁片不覆盖电能接收线圈62，以便于电能接收线圈62能够顺利地耦合磁场。

优选地，所述磁片具有镂空部分，所述镂空部分的镂空部位及形状尺寸只需要与电能接收线圈相匹配，因此磁片及其镂空部分并没有固定的形状。可以为方形、椭圆形、圆形以及其他不规则形状。

为了以最大限度的降低作用到充电设备金属材料上的磁场，磁片可以将充电设备除了接收线圈对应部位的其他底面全部覆盖。不过由于在充电设备边缘的磁场已经明显减弱，结合成本和屏蔽效果综合考虑，可以适当减小磁片的尺寸，使之覆盖充电设备的大部分区域即可，这使得在达到屏蔽目的的前提下，节约了原材料，降低了生产成本。部分具有代表性的磁片的形状如图7、8、9所示，磁片7覆盖了充电设备除相对应的电能接收线圈部分的其他全部区域，磁片8和磁片9覆盖了充电设备除相对应的电能接收线圈部分的大部分区域。

优选地，可以通过增加电磁屏蔽装置中的磁片的厚度来提高屏蔽效果。

本申请实施例中的无线充电接收端通过在承载电能接收线圈的充电设备表面设置电磁屏蔽装置，所述电磁屏蔽装置中所包括的磁片不覆盖对应的电能接收线圈，一方面减少了作用到充电设备金属材料上的磁场，另一方面提高了耦合系数，在所需电压不变的情况下降低了磁场强度。这使得在无线充电过程中减少了大量的热量和损耗，提高了充电效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁屏蔽装置，适于设置在电能发射线圈与电能接收线圈之间，所述装置包括磁片；

其中，所述电能发射线圈设置在第一平面，所述电能接收线圈设置在第二平面，所述磁片设置在第三平面，所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；

所述磁片不覆盖所述电能接收线圈；

所述磁片的中部具有镂空的通孔，所述通孔的尺寸与所述电能接收线圈相对应。

2.根据权利要求1所述的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述装置还包括固定部；

所述固定部被配置为将所述磁片固定在承载所述电能接收线圈的设备或放置所述设备的家具表面。

3.根据权利要求2所述的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述固定部为带有粘胶层的衬底。

4.根据权利要求1所述的电磁屏蔽装置，其特征在于，所述装置还包括保护壳，所述保护壳被配置为与承载所述电能接收线圈的设备结合，所述磁片附着在所述保护壳表面。

5.一种无线充电发射端，包括：

电能发射线圈，被配置以无线方式发射电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在所述电能发射线圈面向对应的电能接收线圈的一侧且与所述电能发射线圈相隔预定的距离；

其中，所述电磁屏蔽装置包括磁片，所述磁片不覆盖所述对应的电能接收线圈；

所述电能发射线圈设置在第一平面，所述电能接收线圈设置在第二平面，所述磁片设置在第三平面，所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；

所述磁片的中部具有镂空的通孔，所述通孔的尺寸与对应的电能接收线圈相对应。

6.一种无线充电接收端，包括：

电能接收线圈，用于以无线方式接收对应的电能发射线圈发射的电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在承载所述电能接收线圈的设备表面；

其中，所述电磁屏蔽装置包括磁片，所述磁片不覆盖所述电能接收线圈；

所述电能发射线圈设置在第一平面，所述电能发射线圈设置在第二平面，所述磁片设置在第三平面，所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；

所述磁片的中部具有镂空的通孔，所述通孔的尺寸与所述电能接收线圈相对应。

7.一种无线充电系统，包括：

电能发射线圈，被配置为以无线方式发射电能；

电能接收线圈，被配置为以无线方式接收电能；

电磁屏蔽装置，适于设置在电能发射线圈与电能接收线圈之间，所述电磁屏蔽装置包括磁片；

其中，所述电能发射线圈设置在第一平面，所述电能接收线圈设置在第二平面，所述磁片设置在第三平面，所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；

所述磁片不覆盖所述电能接收线圈，所述磁片的中部具有镂空的通孔，所述通孔的尺寸与所述电能接收线圈相对应。

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