CN110277838A - 一种无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电装置，包括磁体和设于所述磁体上的感应线圈模组；所述感应线圈模组包括至少二主线圈和用于对主线圈进行部分消磁的至少一辅助线圈，任一所述主线圈与至少一所述辅助线圈毗邻或相交叠合，且任一所述主线圈配合至少一所述辅助线圈形成一个线圈组用于为一个电子产品充电的；所述辅助线圈为短路线圈，或通电产生反磁场以削弱对应主线圈的部分磁场，而反磁场强度受通电电流强度控制。本发明实施例的无线充电装置能够提高传输效率，为两台或两台以上电子产品实现同时充电。

Description

一种无线充电装置

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其是涉及一种无线充电装置。

背景技术

无线充电技术(Wireless charging technology)源于无线电能传输技术，使充电器摆脱了线路的限制，实现电器和电源的完全分离。在安全性、灵活性等方面显示出比传统充电器更好的优势。

目前无线充电技术主要有电磁感应技术和磁场共振，其中，电磁感应技术(WPC Qi标准)的应用范围最广，但是充电距离小于5cm。随着无线充电市场的发展，现在手机、智能手环，智能手表等电子产品都能支持无线充电，实现“随放随充，拿走即用”。但是发明人在对现有技术的研究和实践中，发现现有的无线充电设备仅仅能为单一电子产品实现充电，使用单一线圈只能支持一个电子产品充电，若是采用绕线面积大的线圈，虽然可以增大充电设备的充电面积和增多充电位置，但是由于另外一个电子产品的线圈固定，漏磁多而导致传输效率较低，若是增加线圈数量以供两台或两台以上电子产品进行同时充电，则会由于线圈之间的磁场干扰而导致充电效率低下和线圈发热过大，因此难以同时为两台或两台以上电子产品实现有效充电。

发明内容

本发明提供一种无线充电装置，能够提高传输效率，以解决两台或两台以上电子产品同时充电时线圈之间磁场干扰的技术问题，本发明能够有效提高充电效率和减少发热，为两台或两台以上电子产品实现同时充电。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种无线充电装置，包括磁体和设于所述磁体上的感应线圈模组；所述感应线圈模组包括至少二主线圈和用于对主线圈进行部分消磁的至少一辅助线圈，任一所述主线圈与至少一所述辅助线圈毗邻或相交叠合，且任一所述主线圈配合至少一所述辅助线圈形成一个线圈组用于为一个电子产品充电的；所述辅助线圈为短路线圈，或通电产生反磁场以削弱对应主线圈的部分磁场，而反磁场强度受通电电流强度控制。

作为优选方案，所述感应线圈模组包括两个所述主线圈和位于两个所述主线圈中间的一个所述辅助线圈。

作为优选方案，所述感应线圈模组包括上下层交错布置的两个线圈组，每一所述线圈组包括一个所述主线圈和一个所述辅助线圈。

作为优选方案，所述感应线圈模组包括一个所述辅助线圈和布置于所述辅助线圈四周的四个所述主线圈。

作为优选方案，所述无线充电装置还包括用于去中心充电盲点的第一线圈，所述第一线圈设于四个所述主线圈的中间，且所述第一线圈的半径小于所述辅助线圈。

作为优选方案，所述无线充电装置还包括用于增加中心充电功率的第二线圈，所述第二线圈设于四个所述主线圈的中间，且所述第二线圈的半径大于所述第一线圈，小于或等于所述辅助线圈。

作为优选方案，任一所述主线圈、任一所述辅助线圈的起尾线扭合成麻花状。

作为优选方案，任一所述主线圈、任一所述辅助线圈的起尾线均套设有热缩套管。

作为优选方案，任一所述主线圈的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形的其中一种；任一所述辅助线圈的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形的其中一种。

作为优选方案，所述磁体的面积大于所述感应线圈模组的面积，且所述磁体的底部设有背板。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

所述主线圈作为无线充电的发射线圈，在通电后产生磁场并通过磁感应方式使电子产品的接收线圈生产电能，从而实现无线充电。而所述辅助线圈设于所述主线圈的旁边，对所述主线圈的漏磁具有消磁作用，能够有效地减弱两个所述主线圈之间磁场的相互干扰，并提高所述无线充电装置的传输效率和减少线圈发热。

其中，所述主线圈、所述辅助线圈有多种组合方式，一个所述线圈组包括一个所述主线圈和至少一个所述辅助线圈，且一个所述线圈组为一个电子产品充电。组合方式可以是一个所述辅助线圈处于中间为两个或两个以上的所述主线圈共用并起到消磁作用，也可以是单独一个所述主线圈配置至少一个所述辅助线圈从而构成一个线圈组，组合形式多样、灵活。因此，当所述无线充电装置为两个电子产品同时充电时，则需要配置两个所述主线圈和至少一个所述辅助线圈；当所述无线充电装置为三个或三个以上电子产品充电时，则需要三个或三个以上的所述主线圈和至少一个所述辅助线圈。

此外，所述辅助线圈可以通过线圈短路实现消磁作用，也可以是线圈通电产生一个相反与旁边的主线圈磁场和磁力线，使得主线圈的磁力线部分被对消；而所述辅助线圈的反磁场强度受通电电流强度控制，从而通过调整电流大小控制反磁场的强弱，进而控制主线圈的磁场削弱效果。

附图说明

图1是本发明实施例中的无线充电装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中的无线充电装置的爆炸图；

图3是本发明实施例中的无线充电装置的俯视图；

图4a～4b展示了主线圈与辅助线圈的位置关系；

图5a～5b展示了两个主线圈与一个辅助线圈所组成的两个线圈组；

图6是展示了图5a、5b上面区域的磁场；

图7是本发明实施例中的实施方案三的组合示意图；

图8是本发明实施例中的实施方案四的组合示意图；

图9是图8的正视图；

图10是本发明实施例中的实施方案五的组合示意图；

图11是图10的正视图；

图12展示了主线圈或辅助线圈的其中三种形状设计图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、主线圈；2、辅助线圈；3、磁体；4、背板；5、第一线圈；6、第二线圈；7、热缩套管。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1至图4a，本发明优选实施例提供一种无线充电装置，包括磁体3和设于磁体3上的感应线圈模组；感应线圈模组包括至少二主线圈1和用于对主线圈1进行部分消磁的至少一辅助线圈2，任一主线圈1与至少一辅助线圈2毗邻或相交叠合，且任一主线圈1配合至少一辅助线圈2形成一个线圈组用于为一个电子产品充电的；辅助线圈2为短路线圈，或通电产生反磁场以削弱对应主线圈1的部分磁场，而反磁场强度受通电电流强度控制。

在本实施例中，主线圈1作为无线充电的发射线圈，在通电后产生磁场并通过磁感应方式使电子产品的接收线圈生产电能，从而实现无线充电。而辅助线圈2设于主线圈1的旁边，对主线圈1的漏磁具有消磁作用，能够有效地减弱两个主线圈1之间磁场的相互干扰，并提高无线充电装置的传输效率和减少线圈发热。

主线圈1、辅助线圈2有多种组合方式，一个线圈组包括一个主线圈1和至少一个辅助线圈2，且一个线圈组为一个电子产品充电。可以是一个辅助线圈2处于中间为两个或两个以上的主线圈1起到消磁作用，也可以是单独一个主线圈1配置至少一个辅助线圈2从而构成一个线圈组，组合形式多样、灵活。因此，当无线充电装置为两个电子产品同时充电时，则需要配置两个主线圈1和至少一个辅助线圈2；当无线充电装置为三个或三个以上电子产品充电时，则需要三个或三个以上的主线圈1和至少一个辅助线圈2。

辅助线圈2可以通过线圈短路实现消磁作用，也可以是线圈通电产生一个相反与旁边的主线圈1磁场和磁力线，使得主线圈1的磁力线部分被对消；而辅助线圈2的反磁场强度受通电电流强度控制，从而通过调整电流大小控制反磁场的强弱，进而控制主线圈1的磁场削弱效果。当然，也可以使用永磁铁替代辅助线圈2，永磁铁产生向上的磁场，旁边主线圈1的磁力线和永磁铁的磁力线相反，部分被对消，但是使用永磁铁不可以调整磁场的强度。

在本发明实施例中，应当说明的是，磁体3的面积大于感应线圈模组的面积，磁体3的材料为软磁铁氧体，而由于软磁具有饱和特性，为了确保不出现饱和状态，厚度规格为：

t>Lm*Imax/(0.7*N*Bs*lc)，

其中，lc为线圈内孔周长，Lm为线圈电感值，Imax为线圈工作是最大电流，N为线圈匝数，Bs为软磁铁氧体最大饱磁通密度。

磁体3的底部设有背板4，背板4的材质优选为铝，当然也可以是其他塑料，主要用于支撑磁体3，通过胶水或其它粘合剂将磁体3固定到背板4上，从而增加磁体3的机械强度。若背板4的材质为金属，如铝，则可以在支撑作用的同时增加散热性。

请参见图1，任一主线圈1、任一辅助线圈2的起尾线采用扭线，将起尾线扭合一起成麻花状，采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，还可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号(共模信号)作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的，在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号(差模信号)，进而可以有效降低EMI。而关于主线圈1、辅助线圈2的匝数、尺寸，则根据实际需求进行设计，在本实施例中，主线圈1、辅助线圈2的线圈匝数优选为1:1。

请参见图1至图3，为了使结构合理化，任一主线圈1、任一辅助线圈2的起尾线均套设有热缩套管7。在起尾线扭合麻花线后，考虑到由于使用多股线丝包线，扭合后容易松散，利用热缩套管7可以固定起尾线，避免起尾线的松散，还可以加强起尾线的绝缘效果。同时通过对起尾线的线端进行热浸镀锡，以避免线材漆膜回烧造成损伤。

请参见图12，在本实施例中，任一主线圈1的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形等形状的其中一种；任一辅助线圈2的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形等形状的其中一种，本领域技术人员在本发明的基础上对线圈形状的设计均在本发明的保护范围内，在此不进行赘述。

在本发明实施例中，感应线圈模组的线圈组为电子产品实现充电，在线圈组内，主线圈1、辅助线圈2的连接关系主要有以下两种：

其一，如图4a所示，主线圈1与辅助线圈2毗邻；

其二，如图4b所示，主线圈1与辅助线圈2相交叠合。

为了能够实现两个或两个以上电子产品的同时充电，需要两个或两个以上的线圈组，主线圈1、辅助线圈2的组合方式主要列举以下五种：

实施方案一、同时为2个电子产品充电：

请参见图5a～5b，感应线圈模组包括两个主线圈1和位于两个主线圈1中间共用的一个辅助线圈2。下面结合图6，以辅助线圈2为短路线圈进行原理描述：

辅助线圈2处于中间位置，在辅助线圈2的上面区域，由于辅助自身短路，辅助线圈2和左侧的主线圈1进行耦合后，导致在辅助线圈2区域上的磁场很弱，使得该区域成为充电盲点，同理，辅助线圈2和右侧的主线圈1的耦合部分区域成为充电盲点，而两侧的主线圈1与辅助线圈2之间没有耦合的部分则可以用于充电，从而为两个电子产品实现同时充电。

实施方案二、同时为2个电子产品充电：

请往回参见图1和图2，感应线圈模组包括上下层交错布置的两个线圈组，每一线圈组包括一个主线圈1和一个辅助线圈2。位于下层的主线圈1、辅助线圈2构成一个线圈组，位于上层的主线圈1、辅助线圈2构成另一个线圈组，采用错开设计，将两个主线圈1的相互干扰降低到最小，同时能够各自利用辅助线圈2的消磁作用实现消磁，实现为两个电子产品同时充电。

实施方案三、同时为4个电子产品充电：

请参见图7，感应线圈模组包括一个辅助线圈2和布置于辅助线圈2四周的四个主线圈1。四个主线圈1环绕一个辅助线圈2，辅助线圈2与主线圈1之间耦合的部分则为主线圈1的充电盲点，非耦合部分为可充电区域。这样，通过这种组合方式，既能够为4个电子产品实现同时充电，又能提高充电装置的紧凑型，减少线圈的数量，优化产品结构。

实施方案四、同时为5个电子产品充电：

请参见图8至图11，考虑到中间区域存在充电盲点，因此在实施方案三的基础上，在中心位置增加用于去中心充电盲点的第一线圈5，第一线圈5设于四个主线圈1的中间，且第一线圈5的半径小于辅助线圈2。这样当电子产品放在第一线圈5的上方时，无线充电装置的芯片检测到有充电设备，则第一线圈5通电并开始为电子产品进行无线充电，从而实现为5个电子产品同时充电。

实施方案五、同时为5个电子产品充电：

请继续参见图8至图11，作为实施方案四的进一步改进，考虑到第一线圈5的尺寸较小而导致充电效率较低，因此为了提高中心区域的充电效率，却又不影响周围的充电设备，增加中心充电功率的第二线圈6，第二线圈6设于四个主线圈1的中间，且第二线圈6的半径大于第一线圈5，小于或等于辅助线圈2。第二线圈6适用于更大导体，采用交错开关控制，通用的控制方法如下：

当待充电设备位于中心区域时，控制第一线圈5、第二线圈6在n个周期T内进行通电断电循环；

在每一周期T的第一时间段内，导通第一线圈5并控制第一线圈5的电流大小逐渐增加至预设的第一电流值，并保持第二线圈6断电；

在每一周期T的第二时间段内，控制第一线圈5的电流大小逐渐减小至零；并保持第二线圈6断电；

在每一周期T的第三时间段内，导通第二线圈6并控制第二线圈6的电流大小逐渐增加至预设的第二电流值，并保持第一线圈5断电；

在每一周期T的第二时间段内，控制第一线圈5的电流大小逐渐减小至零，并保持第一线圈5断电。

作为优选的，可采用以下具体控制方法进行交错开关：

在一个周期T内，T/4时间，导通第一线圈5，使其电流增加；T/4～T/2，第一线圈5的电流逐渐变为零，使其开路，然后，T/2～3T/4，第一线圈5不工作，第二线圈6工作，使其电流逐渐增加，3T/4～T，第二线圈6电流逐渐变为零。第二线圈6是为弥补第一线圈5功率小的缺点而增设，第一线圈5的工作时间可以小于T/2，其中，只有第一线圈5开始工作后，第二线圈6才工作。此外，为了提高第一线圈5的电感值，可以在第一线圈5的底部增加软磁磁片，或在中间放置圆柱软磁。因此所以实施方案五可以同时进行五台电子产品的充电。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括磁体和设于所述磁体上的感应线圈模组；所述感应线圈模组包括至少二主线圈和用于对主线圈进行部分消磁的至少一辅助线圈，任一所述主线圈与至少一所述辅助线圈毗邻或相交叠合，且任一所述主线圈配合至少一所述辅助线圈形成一个线圈组用于为一个电子产品充电的；所述辅助线圈为短路线圈，或通电产生反磁场以削弱对应主线圈的部分磁场，而反磁场强度受通电电流强度控制。

2.如权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述感应线圈模组包括两个所述主线圈和位于两个所述主线圈中间的一个所述辅助线圈。

3.如权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述感应线圈模组包括上下层交错布置的两个线圈组，每一所述线圈组包括一个所述主线圈和一个所述辅助线圈。

4.如权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述感应线圈模组包括一个所述辅助线圈和布置于所述辅助线圈四周的四个所述主线圈。

5.如权利要求4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用于去中心充电盲点的第一线圈，所述第一线圈设于四个所述主线圈的中间，且所述第一线圈的半径小于所述辅助线圈。

6.如权利要求5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用于增加中心充电功率的第二线圈，所述第二线圈设于四个所述主线圈的中间，且所述第二线圈的半径大于所述第一线圈，小于或等于所述辅助线圈。

7.如权利要求1-6任一项所述的无线充电装置，其特征在于，任一所述主线圈、任一所述辅助线圈的起尾线扭合成麻花状。

8.如权利要求7所述的无线充电装置，其特征在于，任一所述主线圈、任一所述辅助线圈的起尾线均套设有热缩套管。

9.如权利要求1-6任一项所述的无线充电装置，其特征在于，任一所述主线圈的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形的其中一种；任一所述辅助线圈的内孔形状为圆形、椭圆形、跑道形、矩形的其中一种。

10.如权利要求1-6任一项所述的无线充电装置，其特征在于，所述磁体的面积大于所述感应线圈模组的面积，且所述磁体的底部设有背板。