CN109215992B - 磁性组件及包含该磁性组件的无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种磁性组件及包含该磁性组件的无线电能传输装置，磁性组件包括绕组、第一磁芯及电路组件。绕组由线圈卷绕形成，且所述绕组的中部具有第一贯通部。第一磁芯设置于所述绕组的一侧，且在所述第一磁芯与所述绕组之间设置有第一绝缘支撑部。所述电路组件位于所述第一贯通部内，并与所述绕组电性连接。通过将电路组件设置在绕组的中部的第一贯通部内，有效节省空间。

Description

磁性组件及包含该磁性组件的无线电能传输装置

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种磁性组件及包含该磁性组件的无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术具有便捷、可靠、安全等优点，应用越来越广泛，例如无线充电盘，其可快速、简便的通过充电机给用电设备提供电能。

在无线电能传输装置的开发中,为了将无线电能传输装置的结构做得紧凑，可将无线电能传输装置中的电路组件与磁性元件如变压器做成一体。由于受到无线电能传输装置尺寸的限制，电路组件不能与磁性元件的绕组拉开太大距离。但当电路组件与磁性元件的绕组距离较近时，会使电路组件中的导体处在高频磁场中，受涡流效应的影响而产生较大程度的发热，由此导致电路组件以及整个无线电能传输装置都存在过热的风险。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种磁性组件及包含该磁性组件的无线电能传输装置。

根据本发明的一方面，提供一种磁性组件，其包括绕组、第一磁芯及电路组件。绕组由线圈卷绕形成，且所述绕组的中部具有第一贯通部。第一磁芯设置于所述绕组的一侧，且在所述第一磁芯与所述绕组之间设置有第一绝缘支撑部。所述电路组件位于所述第一贯通部内，并与所述绕组电性连接。

根据本发明的另一方面，提供一种无线电能传输装置，其包括发射盘和接收盘，所述发射盘和所述接收盘均包括上述的磁性组件。

本发明通过将电路组件设置在绕组的中部的第一贯通部内，可有效节省空间。

附图说明

图1为本发明一实施例的磁性组件的分解图。

图2为本发明一实施例的磁性组件的剖视图。

图3为本发明一实施例的磁性组件的第一磁芯、电路组件及绕组的分解图。

图4为本发明一实施例的磁性组件的第一磁芯的立体图。

图5为本发明一实施例的磁性组件的第一磁芯和第二磁芯的分解图。

图6为本发明一实施例的磁性组件的第一磁芯和第二磁芯的组合状态剖视图。

图7为本发明一实施例的磁性组件的第一磁芯和第二磁芯的组合状态立体图。

图8为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了一个线饼。

图9为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了两个线饼。

图10为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了三个线饼。

图11为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了四个线饼。

图12为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了两个线饼。

图13为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了三个线饼。

图14为本发明一实施例的磁性组件的绕组的立体图，其示出了四个线饼。

图15为本发明一实施例的无线电能传输装置的立体图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。

请参照图1-3，本发明实施例提供一种磁性组件，该磁性组件包括绕组10、第一磁芯20及电路组件30。其中，绕组10由线圈卷绕形成，且绕组10的中部具有第一贯通部11。第一磁芯20设置于绕组10的一侧(surface)，且在第一磁芯20与绕组10之间设置有第一绝缘支撑部40。电路组件30位于第一贯通部11内，并与绕组10电性连接。

本实施例中，通过将电路组件30设置在绕组10的中部的第一贯通部11内，可有效利用空间。在第一磁芯20与绕组10之间设置的第一绝缘支撑部40，一方面可用于承载绕组10，另一方面可起到使第一磁芯20与绕组10绝缘的作用。第一磁芯20用于导磁，以增大电感量。

下面结合图1-3并参照图4-7对磁性组件进一步说明。

在一些实施例中，第一磁芯20的中部具有第二贯通部21，第二贯通部21与第一贯通部11同轴设置，且第二贯通部21也能够用于容纳电路组件30。如图4所示，所述第一磁芯20包括多个磁片22，所述多个磁片22拼接形成环形，环形的内部为所述第二贯通部21。应当理解，本实施例是以拼接结构的第一磁芯20为例进行说明，但第一磁芯20的结构不限于此，例如还可以为一体成型结构等。

在一些实施例中，磁性组件还包括第二磁芯50。该第二磁芯50包括一盖板51和设置于盖板51一侧的凸起部52，盖板51与凸起部52之间形成一容置空间55，电路组件30位于该容置空间55内，且该第二磁芯50位于第一贯通部11内。其中，第二磁芯50既能增强绕组10之间的耦合，也能增强对绕组10中部的电路组件30的屏蔽效果。第二磁芯50可以使磁力线几乎不会穿过绕组10中部的第一贯通部11内，因此第一贯通部11里面的导体，即，电路组件30，处于磁场极弱的位置，从而能够避免出现被高频的磁场加热引起过热的问题。

在一些实施例中，如图5、6所示，第二磁芯50的凸起部52的一端与盖板51连接，凸起部52的另一端与第一磁芯20连接，且第二贯通部21与容置空间55连通。此时，第二磁芯50与第一磁芯20之间形成一连通空间，用于容纳电路组件30。此外，由于第二磁芯50与第一磁芯20连接，可利于磁通从第二磁芯50平稳地传递到第一磁芯20。

在一些实施例中，第二磁芯50与第一磁芯20分别单独加工，第二磁芯50搭接于第一磁芯20的一侧。此时，可在第一磁芯20与第二磁芯50之间设置缓冲薄片，以起到缓冲作用，有效避免两个磁芯直接搭接造成损坏。但在一些其它实施例中，如图7所示，所述第一磁芯20与所述第二磁芯50可为一体成型，相比分别加工的两磁芯，组装更加方便。应当理解，第一磁芯20与第二磁芯50的结构和成型方式并不以上述为限。

在一些实施例中，如图1所示，第一绝缘支撑部40包括第一支撑板41和第一罩体42，第一支撑板41围绕第一罩体42的外周，第一罩体42位于第一贯通部11内，电路组件30容纳于第一罩体42内部，绕组10放置于第一支撑板41上。其中，第一支撑板41可对绕组10起到良好的支撑作用；罩体42设置于绕组10和电路组件30之间，可在二者之间形成绝缘。

在一些实施例中，如图1、3所示，绕组10具有第一端A1和第二端A2。第一罩体42的外周设有第一开孔43，绕组10的第一端A1和第二端A2能够经由第一开孔43伸入第一罩体42内。第一开孔43的数量可为1个或多个，绕组10的第一端A1和第二端A2可经由一个第一开孔43伸入第一罩体42内，也可分别通过两个第一开孔43伸入第一罩体42内。当第一开孔43的数量为多个时，例如2个，其可根据需要开设于第一罩体42的外周的不同位置。

其中，第一支撑板41的外周可具有环形的凸缘44，绕组10放置于凸缘44与第一罩体42的外周之间，防止绕组10在第一支撑板41上发生偏移。可根据绕组10的尺寸调整第一绝缘支撑部40的直径、高度等。

相应的，如图5、6所示，第二磁芯50的凸起部52的外周可设有磁芯开孔53，绕组10的第一端A1和第二端A2能够依次经由第一开孔43和磁芯开孔53伸入容置空间55内。磁芯开孔53的数量可为1个或多个，绕组10的第一端A1和第二端A2可经由一个磁芯开孔53伸入容置空间55内，也可分别通过两个磁芯开孔53伸入容置空间55内。当磁芯开孔53的数量为多个时，例如2个，其可根据需要开设于凸起部52的外周的不同位置。磁芯开孔53与第一开孔43的数量、位置可为对应的。

在一些实施例中，如图1所示，磁性组件还可包括第二绝缘支撑部70，第二绝缘支撑部70位于第一贯通部11内，并设置于第二磁芯50与电路组件30之间。第二绝缘支撑部70不仅可以实现第二磁芯50与电路组件30的绝缘，还可用于容纳并固定电路组件30。

其中，第二绝缘支撑部70的外周可具有第二开孔71，绕组10的第一端A1和第二端A2能够依次经由第一开孔43、磁芯开孔53及第二开孔71伸入第二绝缘支撑部70的内部，以与电路组件30电性连接。第二开孔71的数量可为1个或多个，第一端A1和第二端A2可经由一个第二开孔71伸入第二绝缘支撑部70的内部，也可分别通过两个第二开孔71伸入第二绝缘支撑部70的内部。当第二开孔71的数量为多个时，例如2个，其可根据需要开设于凸起部52的外周的不同位置。第二开孔71与第一开孔43的数量、位置可为对应的。

在一些实施例中，磁性组件可容纳于外壳80中。具体地，外壳80包括第一壳体81和第二壳体82，上述磁性组件容纳于第一壳体81和第二壳体82之间的空间。其中，第一壳体81可为绝缘壳体；第二壳体82可为金属壳体，用于屏蔽磁场对外部的作用。电路组件30可通过电源线60实现与磁性组件外部的功率传输。其中，第一壳体81、第一绝缘支撑部40、第二磁芯50的凸起部52及第二绝缘支撑部70的外周分别设有第一穿孔83、第二穿孔45、第三穿孔54及第四穿孔72，第一磁芯20设有贯通内周和外周的通道23，所述通道23可沿着第一磁芯20的径向设置，电源线60可经由第四穿孔72、第三穿孔54、通道23、第二穿孔45及第一穿孔83伸出至外壳80的外部。

下面参照图8-14对绕组结构进行详细说明。

在一些实施例中，绕组10为线饼结构，例如其可包括一个或多个线饼，每一线饼均由线圈卷绕形成，且具有第一端A1和第二端A2。其中，第一端A1和第二端A2位于第一贯通部11内，且均与电路组件30电性连接。通过将第一端A1和第二端A2置于第一贯通部11内，可有效屏蔽磁场对其的干扰，避免出现被高频的磁场加热引起过热的问题。

在一些实施例中，如图8所示，绕组10为单层线饼结构。具体的，该绕组10包括第一线饼C1，该第一线饼C1内周的端部作为绕组10的第一端A1，第一线饼C1外周的端部作为绕组10的第二端A2；且第一线饼C1具有相对的第一表面和第二表面，例如上表面和下表面，第二端A2跨过第一表面伸入第一贯通部11内。在其它实施例中，第二端A2也可通过跨过第二表面伸入第一贯通部11内。

在一些实施例中，绕组10可以包括多个线饼，多个线饼堆叠设置，中空的部分对齐且连通，形成第一贯通部11。以下，通过多个实施例对绕组10的形式进行说明，应当理解，以下实施例中线饼的数量和绕制方式仅是示意性说明，可根据需要调整线饼的数量和绕制方式。

如图9所示，绕组10为双层线饼结构。具体的，该绕组10包括同轴堆叠设置的第一线饼C1和第二线饼C2，该第一线饼C1的内周的端部作为绕组10的第一端A1，该第二线饼C2的内周的端部作为绕组10的第二端A2，且该第一线饼C1的外周的端部与该第二线饼C2的外周的端部电性连接。

此双层线饼结构是在线饼外侧进行连线，不需要跨线，因此能够在线饼层数固定的情况下，尽可能降低绕组的高度。由于两层线饼之间电压比较高，因此可增加绝缘层90。如图12所示，绝缘层90具有与第一贯通部11连通的第三贯通部91。

如图10所示，所述绕组10为三层线饼结构。具体的，该绕组10包括同轴堆叠设置的第一线饼C1、第二线饼C2和第三线饼C3，该第一线饼C1内周的端部作为绕组10的第一端A1，该第三线饼C3外周的端部作为绕组10的第二端A2，该第一线饼C1外周的端部与该第二线饼C2外周的端部电性连接，该第二线饼C2内周的端部与该第三线饼C3内周的端部电性连接，该第三线饼C3具有相对的第一表面和第二表面，该第二端A2跨过所述第一表面或所述第二表面伸入所述第一贯通部11内。应当理解，该第二线饼C2内周的端部与该第三线饼C3内周的端部在第一贯通部11内电性连接，无需跨线到外部。

依次类推，在其它实施例中，当绕组10的线饼层数为奇数时，可在外部和内侧分别进行连线，外部连线或内部连线时不需跨线；但第一端A1或第二端A2仍需要一次跨线，才可保证第一端A1和第二端A2均在绕组10的贯通部11内。

如图11所示，所述绕组10为四层线饼结构，具体的，该绕组10包括同轴堆叠设置的第一线饼C1、第二线饼C2、第三线饼C3和第四线饼C4，该第一线饼C1内周的端部作为绕组10的第一端A1，该第四线饼C4内周的端部作为绕组10的第二端A2，该第一线饼C1外周的端部与该第二线饼C2外周的端部电性连接，该第二线饼C2内周的端部与该第三线饼C3内周的端部电性连接，该第三线饼C3外周的端部与该第四线饼C4外周的端部电性连接。此四层线饼结构是在线饼外侧及线饼内侧分别进行连线，不需要跨线，因此能够尽可能降低绕组的高度。

依次类推，在其它实施例中，当绕组10的线饼层数为偶数时，均可做到在外部和内侧分别进行连线，不需要跨线，即可保证第一端A1和第二端A2在绕组10的贯通部11内。

上述实施例中，多层线饼结构中，相邻两个线饼同在外侧或同在内侧进行连线，从而尽可能减少跨线，有利于降低绕组的高度。相邻线饼之间均可设置绝缘层90，如图13、14所示，绝缘层90的结构与上述实施例相同，故不在此赘述。

上述实施例中，每个线饼均为单层结构，由线圈卷绕而成，再根据需要由一个或多个线饼构成绕组10。但应当理解，在其它实施例中，线饼可以为其它结构，如线饼本身由线圈直接顺绕或逆绕为多层结构，再根据需要由一个或多个线饼构成绕组10。其中，所述线圈可以为漆包线、带绝缘层的漆包线或三层绝缘线。

上述实施例中，电路组件30可包括印刷电路板、电容以及连接端子等器件。其中，连接端子不仅可用于绕组10与电路组件的电连接，还可通过用于电路组件30与磁性组件外部的电连接。电容设置于印刷电路板上，并与绕组10电连接，这样可以将高电压集成于磁性组件内部，降低电源线60上的电压，更加安全可靠。

请参照图15，本发明实施例还提供一种无线电能传输装置，其包括发射盘100和接收盘200，发射盘100和接收盘200中的磁性组件均可采用以上实施例中示出的方式。其中，发射盘100将接收的电能转化为磁能并输出，接收盘200将磁能再转化为电能输出。其中，发射盘100和接收盘200均包括外壳80，用于容纳所述磁性组件，且发射盘100的第一壳体81与接收盘200的第一壳体81呈面对面方式设置。在其它实施例中，也可仅发射盘100中的磁性组件或接收盘200中的磁性组件采用以上实施例中示出的方式。应当理解，磁性组件的应用不限于此，其可根据需要与其它电子器件连接，实现相应的功能。

综上所述，本发明将电路组件设置在绕组的中部，节省空间。当绕组中部设置有第二磁芯50时，磁力线几乎不会穿过绕组中心的第一贯通部内，因此第一贯通部里面的导体，即，电路组件，处于磁场极弱的位置，从而能够避免出现被高频的磁场加热引起过热的问题。且电路组件包括电容时，电容设置于印刷电路板上，并与绕组10电连接，这样可以将高电压集成于磁性组件内部，降低电源线60上的电压，更加安全可靠。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种磁性组件，包括：

绕组，由线圈卷绕形成，且所述绕组的中部具有第一贯通部；

第一磁芯，设置于所述绕组的一侧，且在所述第一磁芯与所述绕组之间设置有第一绝缘支撑部；以及

电路组件，所述电路组件位于所述第一贯通部内，并与所述绕组电性连接。

2.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，还包括第二磁芯，所述第二磁芯包括一盖板和设置于所述盖板一侧的凸起部，所述盖板与所述凸起部之间形成一容置空间，所述电路组件位于所述容置空间内，且所述第二磁芯位于所述第一贯通部内。

3.根据权利要求2所述的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯的中部具有第二贯通部，第二贯通部与第一贯通部同轴设置。

4.根据权利要求3所述的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯包括多个磁片，所述多个磁片拼接形成环形，环形的内部构成所述第二贯通部。

5.根据权利要求3所述的磁性组件，其特征在于，所述第二磁芯的凸起部的一端与盖板连接，所述凸起部的另一端与所述第一磁芯连接，所述第二贯通部与所述容置空间连通。

6.根据权利要求5所述的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯与所述第二磁芯之间设置有缓冲薄片。

7.根据权利要求2所述的磁性组件，其特征在于，所述第一磁芯与所述第二磁芯一体成形。

8.根据权利要求2所述的磁性组件，其特征在于，第一绝缘支撑部包括第一支撑板和第一罩体，所述第一支撑板围绕所述第一罩体的外周，所述第一罩体位于所述第一贯通部内，所述电路组件容纳于所述第一罩体内部，所述绕组支撑于所述第一支撑板上。

9.根据权利要求2所述的磁性组件，其特征在于，还包括第二绝缘支撑部，所述第二绝缘支撑部位于所述第一贯通部内，所述电路组件容纳并固定于所述第二绝缘支撑部的内部。

10.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，所述绕组具有第一端和第二端，所述第一端和所述第二端位于所述第一贯通部内，且均与所述电路组件电性连接。

11.根据权利要求10所述的磁性组件，其特征在于，所述绕组包括第一线饼，所述第一端为所述第一线饼内周的端部，所述第二端为所述第一线饼外周的端部，所述第一线饼具有相对的第一表面和第二表面，所述第二端跨过所述第一表面或所述第二表面伸入所述第一贯通部内。

12.根据权利要求10所述的磁性组件，其特征在于，所述绕组包括同轴堆叠设置的第一线饼和第二线饼，所述第一端为所述第一线饼的内周的端部，所述第二端为所述第二线饼的内周的端部，且所述第一线饼的外周的端部与所述第二线饼的外周的端部电性连接。

13.根据权利要求10所述的磁性组件，其特征在于，所述绕组包括同轴堆叠设置的第一线饼、第二线饼和第三线饼，所述第一端为所述第一线饼内周的端部，所述第二端为所述第三线饼外周的端部，所述第一线饼外周的端部与所述第二线饼外周的端部电性连接，所述第二线饼内周的端部与所述第三线饼内周的端部电性连接，所述第三线饼具有相对的第一表面和第二表面，所述第二端跨过所述第三线饼的第一表面或所述第三线饼的第二表面伸入所述第一贯通部内。

14.根据权利要求12或13所述的磁性组件，其特征在于，相邻线饼之间设置有绝缘层。

15.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，所述线圈为漆包线。

16.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，所述线圈为三层绝缘线。

17.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，所述线圈为带绝缘层的漆包线。

18.根据权利要求1所述的磁性组件，其特征在于，所述电路组件包括印刷电路板和电容。

19.一种无线电能传输装置，其特征在于，包括发射盘和接收盘，所述发射盘和/或所述接收盘包括如权利要求1-18中任一项所述的磁性组件。

20.根据权利要求19所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述发射盘和所述接收盘均包括外壳，用于容纳所述磁性组件。

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