CN110211779A - 一种无线充电设备感应线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线充电设备感应线圈，其包括基板和设置于基板上金属线圈层，线圈层置于基板正反面，线圈按照同一中心点绕制，基板正反面的金属线圈通过过孔连接形成并联两条走线，线圈从内匝线圈开始到外匝线圈走线宽度逐渐加大，线圈从内匝开始到外匝线圈之间间距逐渐加大，线圈是圆形、椭圆形或多边形。此设计方式通过加宽金属走线宽度和厚度来降低电阻，可以有效降低线圈直流电阻引起的欧姆损耗和涡流引起的磁场损耗，提高线圈的Q值，进而提升无线冲电的效率并降低无线充电时发射端和接收端涡流损耗引起的温度上升，大大提高无线充电应用体验。
Description
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设备感应线圈。
背景技术
随着无线充电技术技术的不断进步，具有无线充电功能的终端越来越多，无线充电终端产品目前一般通过电磁感应方式实现无线充电，而电磁感应的方式一般通过发射端和接收端感应线圈来实现信息以及能量的传输；因此在无线冲电系统中，感应线圈的好坏直接影响充电的效率和无线充电系统的发热量。
Q值（品质因子）是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。无线充电线圈本质上就是一个电感器，线圈的高Q值意味着更高的无线充电系统更高的转换效率以及损耗变小降低无线充电过程中系统发热量。
无线终端目前的集成度越来越高，因此对无线充电感应线圈的厚度，面积相应都有较大的限制，同时无线充电线圈必须有相应的电感量要求；因此在限定的空间内取得较好Q是目前线圈设计的难点，传统的无线充电线圈目前大多采用等宽等距的线圈设计方式，很难在限定的空间内取得较佳Q值，进而存在系统充电效率差，发热量高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种无线充电设备感应线圈。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无线充电设备感应线圈，包括基板和设置于基板正反面的金属线圈层，所述金属线圈匝数≥3。
优选地，所述正反面的金属线圈按照同一中心点方式排列。
优选地，所述基板正反面的金属线圈通过过孔连接形成并联两条走线。
优选地，所述金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈线宽逐渐加大。
优选地，所述金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈之间的间距逐渐加大。
优选地，所述金属线圈每匝线圈宽度在0.5-1.5mm之间。
优选地，所述金属线圈每匝线圈之间的间距在0.05-0.5mm之间。
优选地，所述线圈层厚度在30um-70um之间。
优选地，所述线圈是圆形、椭圆形或多边形。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明中，采用渐变线圈走线的宽度和线圈走线之间的距离来实现线圈绕制，线圈的损耗主要来自线圈本身金属的串联欧姆损耗以及磁场引起的涡流损耗；线圈的欧姆损耗可以通过加宽金属走线宽度和厚度来降低电阻，从而降低电流在线圈上的损耗，线圈的磁场密度最大的地方为线圈内圈，磁场引起的涡流损耗损耗与穿过金属线圈的磁通量成正比，较小磁场损耗可以采用较窄线圈；采用渐变线宽和线距的绕指方式，内圈采用较窄线宽降低线圈的涡流损耗，外圈采用较宽线宽降低线圈的欧姆损耗；对于临近效应比较严重的内圈采用较宽线距，对电感量提升较大的外圈采用较窄线距；在保证一定电感量的同时有效降低线圈的损耗。
2、本发明中，采用渐变线宽和线距的方式绕制，在限定的空间范围内，可以取得较佳的电感量和Q值，并且线圈采用常规材料制作，工艺和成本简单可控；在使用效果上提升无线充电系统的转换效率，缓解无线充电系统充电时的温度上升过快，大大提高无线充电应用体验。
附图说明
图1为本发明提出的一种无线充电设备感应线圈的正面结构示意图。
图2为图1所示的一种小型耦合馈电宽带天线圈的背面图。
图3为线圈局部放大部分的每圈线圈线宽示意。
图4为线圈局部放大部分的相邻线圈线距示意。
图5为3种线圈形式的测试对比数据。
图中：101线圈基板、102线圈走线、121线圈每圈走线、122线圈每圈间距、123过孔、124线圈金手指。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-5，一种无线充电设备感应线圈，包括基板和设置于基板正反面的金属线圈层，金属线圈匝数≥3；线圈层置于基板正反面，线圈按照同心圆绕制；正反面的金属线圈按照同一中心点方式排列；基板正反面的金属线圈通过过孔连接形成并联两条走线；金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈线宽逐渐加大，其宽度的变化可按照同比例或者不同比例加宽，也可以按照每N匝(N≥1)逐渐往外加宽；金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈之间的间距逐渐加大，其间距的变化可按照同比例或者不同比例加大，也可以按照每N匝（N≥1）逐渐往外加大；金属线圈每匝线圈宽度在0.5-1.5mm之间；金属线圈每匝线圈之间的间距在0.05-0.5mm之间；线圈层厚度在30um-70um之间；线圈是圆形、椭圆形或多边形；线圈下方可以增加纳米晶或者非晶材料衬底进一步提高线圈的性能。
请同时参阅图1、图2，在本实施方式中，本发明一种无线充电设备感应线圈包含基板101以及铺设在基板正反面的线圈102，线圈按照按照同心圆方式绕制，正面两面的线圈投影重叠，线圈上下层通过过孔123联通，相当于两条走线并联的方式；线圈外设置金手指124跟设备的无线充电端口连接。
基板材质一般为PET或者PI基材，也可以是其他传输特性更好的材料，如LCP等，本实施例擦用PET基材，性价比较高；线圈层材质一般采用导电较好的金属材质，本实施例中采用扁平压延铜导线；同时导体厚度越厚，则线圈的Rdc越小，线圈性能会有所提升，但是产品厚度增加，并且加工难度增加，一般线圈层厚度30um到70um之间，本实施案例选择50um厚度；
走线层正反两面的铜导线按照同心圆方式绕制形成线圈，请参阅图3，每圈线圈的走线121按照渐变的方式，从内圈开始到外圈逐渐加宽，本实施例中共设置12圈走线，内圈宽度0.7mm，按照0.05mm往外逐渐加宽，最外圈走线宽度为1.25mm；线圈内圈为磁场最强的地方，本实施例在磁场最强的内圈采用最窄线宽，从内往外逐渐加宽，使得磁场穿过金属线圈的磁通量减小，从而降低磁场引起的涡流损耗，对于欧姆损耗为主的外圈线圈，采用较宽线宽降低线圈电阻，降低线圈的欧姆损耗；
请参阅图4，每圈线圈的间距122按照渐变的方式，从内圈到外圈逐渐减小，本实施例中，最内两圈线圈的线距为0.3mm，间距按照0.02mm往外逐渐减小，最外两圈线圈的间距为0.1mm；在内圈磁场强度较强，因此临近效应引起的磁场损耗也较大，在内圈采用较宽线距，降低两个相邻线圈的临近效应；在外圈是对线圈电感量影响较大的部分，外圈采用较小线距，提升线圈电感量；
请参阅图5，图5为3种线圈形式（以下分别简称S1、S2、S3）的测试对比数据，线圈圈数全部为12圈，其中S1为等线宽1.2mm,等线距0.1mm；S2为线宽渐变（从内圈0.7mm渐变到最外圈1.25mm）；S3为线宽渐变（从内圈0.7mm渐变到最外圈1.25mm）渐变线距（从最内2圈间距0.3mm到最外2圈间距0.1mm）；从测试的对比数据上看：
从S1和S2的对比数据看，由于S2的内圈线宽较小，整体面积变小，因此在线圈整体长度上比S1小，电感量也略小，同样Rdc也会相应略小，但是在无线充电要求的120KHz频率下其Rac降低十分明显，因此Q值比S1有较为明显改善；从S2和S3对比，S2的线宽和S3相同，线距S3整体大于S2，内圈线距较大，因此线圈之间的互感减弱，电感量相应会有所下降，但是由于内圈线圈的线距较大，因此慢慢渐变到外圈时外圈的直径增加，线圈走线的整体长度边长，因此电感量基本上S3和S2基本相当，但是由于线圈的临近效应降低，因此在Rac有较为明显下降，因此Q值S3比S2也有明显改善。
无线充电线圈的主要参数有线圈电感量L和线圈品质因子Q，根据Q值的计算公式Q=2πfL/Rac，其中f为频率，L为线圈电感量，Rac是对应频率的交流阻抗；无线充电系统线圈的的设计主要是在限定空间内取得对应电感量L的情况下如何降低损耗，即取得较高Q值，其关键就在如何降低线圈的Rac；本实施案例中通过线圈每圈从内往外逐渐加宽，对于欧姆损耗的外圈线圈采用较宽线宽，对于涡流损耗较大的内圈采用较窄线宽；同时在临近效应比较严重的内圈采用较宽线距，在提升电感量明显的外圈采用较窄线距，在满足一定电感量L的情况下有效降低线圈的Rac，从而使得线圈取得较好Q值。
本发明采用渐变线宽和线距的方式绕制，在限定的空间范围内，可以取得较佳的电感量和Q值，并且线圈采用常规材料制作（如普通双层FPC），工艺和成本简单可控；在使用效果上提升无线充电系统的转换效率，缓解无线充电系统充电时的温度上升过快，大大提高无线充电应用体验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，包括基板和设置于基板正反面的金属线圈层，所述金属线圈匝数≥3。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述正反面的金属线圈按照同一中心点方式排列。
3.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述基板正反面的金属线圈通过过孔连接形成并联两条走线。
4.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈线宽逐渐加大。
5.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述金属线圈从内匝线圈开始到外匝线圈之间的间距逐渐加大。
6.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述金属线圈每匝线圈宽度在0.5-1.5mm之间。
7.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述金属线圈每匝线圈之间的间距在0.05-0.5mm之间。
8.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述线圈层厚度在30um-70um之间。
9.根据权利要求1所述的一种无线充电设备感应线圈，其特征在于，所述线圈是圆形、椭圆形或多边形。
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