CN110504532A - 感应充电天线结构、无线充电模块和机动车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种感应充电天线结构,包括:印刷电路板,所述印刷电路板设置有控制感应充电操作的电气部件;感应充电天线线圈组件,包括至少一个线圈;其中,所述感应充电天线线圈组件定位于所述印刷电路板与所述再辐射天线印刷电路板之间,并且所述感应充电天线线圈组件的所述至少一个线圈电连接和机械连接到所述再辐射天线印刷电路板,并通过所述再辐射天线印刷电路板电连接到所述印刷电路板,而不是直接电连接到所述印刷电路板。本发明还涉及一种包括这样的感应充电天线结构的无线充电模块以及包括这样的无线充电模块的机动车辆。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应充电天线结构,特别涉及一种用于无线能量传输的感应充电天线结构。本发明还涉及包括这样的感应充电天线结构的无线充电模块、以及包括这样的无线充电模块的机动车辆。
背景技术
无线能量传输是指在发送器和接收器之间的非接触的能量传输。基于无线能量传输的无线充电器在电子消费产品中的应用中具有良好的前景。
通常,感应充电天线结构可包括设置有控制感应充电天线操作的电气部件的印刷电路板、直接连接到印刷电路板的充电天线线圈组件、以及单独的屏蔽板,该屏蔽板接地并且位于充电天线线圈组件与印刷电路板之间。然而,由于这样的单独的屏蔽板一般厚度较厚,使得感应充电天线结构的成本和厚度增加,不便于携带和使用,并且不便于感应充电天线的组件的组装。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种感应充电天线结构,其体积小、成本低、有助于全自动生产。
根据本发明的一方面,本发明提供了一种感应充电天线结构。在根据本发明的感应充电天线结构的一个实施例中,感应充电天线结构包括:印刷电路板(PCB),所述印刷电路板设置有控制感应充电操作的电气部件;感应充电天线线圈组件,其包括至少一个线圈;其中,所述感应充电天线结构还包括接地的再辐射天线印刷电路板,并且感应充电天线线圈组件定位于印刷电路板与再辐射天线印刷的线路板之间,并且所述感应充电天线线圈组件的所述至少一个线圈电连接并机械连接到所述再辐射天线印刷电路板,并通过所述再辐射天线印刷电路板电连接到所述印刷电路板,而不是直接电连接到所述印刷电路板。
另外,在本实施例中,所述再辐射天线印刷电路板具有过滤的功能,其能够衰减电场辐射,同时允许磁场通过该再辐射天线印刷电路板。也就是说,对于低频电场辐射,再辐射天线印刷电路板能够对其进行衰减;对于高频电场辐射,再辐射天线印刷电路板能够对其进行阻断,也即,衰减到零。由此,不必要的电场辐射被衰减。这样,根据本发明的感应充电天线结构通过再辐射天线印刷电路板屏蔽了对人体有害的电磁波的辐射,同时又不显著影响用于实现感应充天线结构的感应充电功能的磁场通过该再辐射天线印刷电路板。
在本实施例中,优选地,所述再辐射天线印刷电路板是用于设置屏蔽天线的单层或多层印刷电路板。
通过这样的配置,感应充电天线组件与再辐射印刷电路板直接贴合,使得可以最小化待充电设备(例如手机)的充电表面与感应充电天线线圈之间的距离,提高感应充电效率。
此外,优选地,所述再辐射天线印刷电路板的表面面积被设定为使得所述再辐射天线印刷电路板能够承载整个所述感应充电天线线圈组件。也就是说,再辐射天线印刷电路板的表面面积设置的足够大,从而承载线圈组件。这样的配置允许再辐射天线印刷电路板覆盖整个感应充电天线线圈组件,从而针对整个感应充电天线线圈组件起到上述屏蔽作用,同时允许PCB不必像在现有技术中那样覆盖整个感应充电天线线圈组件以承载对整个感应充电天线线圈组件起屏蔽和保护作用的屏蔽板,从而允许相比于现有技术使用更小的PCB,即允许根据本实施例的PCB的尺寸被设计为只要满足在其上设置控制感应充电的操作的电气部件的要求即可。
在本实施例中,优选地,感应充电天线线圈组件的所述至少一个线圈通过焊接电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板,或与所述再辐射天线印刷电路板的连接部互补的连接部电连接和机械连接到所述再辐射天线印刷电路板。同时,在本实施例中,PCB与再辐射天线印刷电路板之间通过印刷电路板连接器实现电气互连,该印刷电路板连接器例如是针脚压入式电路板连接器。这样,感应充电天线线圈组件直接电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板,并通过再辐射天线印刷电路板与PCB之间的电连接而实现与PCB之间的间接电连接。而在现有技术中,由于屏蔽板设置于感应充电天线线圈组件与PCB之间,同时感应充电天线线圈组件直接电连接到PCB,从而要求屏蔽板的结构设计须满足充电天线线圈组件与PCB之间的直接电连接,从而不利于自动化生产和组装,本发明中的配置有效地克服了这样的问题。
在本实施例中,由于设置有很薄的接地的、其上设置有屏蔽天线的再辐射天线印刷电路板,可以省去设置单独的较厚的屏蔽板,从而降低感应充电天线结构的制造成本和总体厚度,减小其体积,便于携带和应用于自由空间小的场所。同时,由于省去了设置单独的屏蔽板,同时省去了该单独的屏蔽板与其它部件的连接步骤,使得根据本发明的配置可以简化感应充电天线结构的组装。
优选地,在本实施例中,所述感应充电天线结构还包括隔磁片,所述隔磁片位于所述感应充电天线线圈组件与所述印刷电路板之间。该隔磁片由铁氧体制成。
优选地,在本实施例中,所述感应充电天线结构还包括至少一个温度感测元件,其中,每个温度感测元件表面组装在所述印刷电路板的面向线圈的侧上或所述再辐射天线印刷电路板的面向线圈的侧上并且位于相应的线圈的中央。
优选地,所述温度感测元件为负温度系数元件。
在另外的实施例中,所述再辐射天线印刷电路板包括用于设置屏蔽天线的层和用于设置额外的电气部件的额外的层,额外的电气部件诸如近场通信天线、蓝牙天线、WIFI天线、长期演进中继器、背光元件等。
根据本发明的另一方面,本发明还涉及一种无线充电模块,其包括根据如前所述的感应充电天线结构。
优选地,本发明的无线充电模块包括连接到机动车辆的电连接器。
还优选地,在本发明的无线充电模块中,电连接器和印刷电路板的电气部件均设置在印刷电路板的同一个侧上,且该同一个侧与印刷电路板的面对感应充电天线线圈组件的侧相反。通过这样的配置,可以确保最小化无线充电模块的整体厚度。根据本发明的又一方面,本发明还涉及一种机动车辆,其包括如前所述的无线充电模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定。在附图中:
图1示出了根据本发明的实施例的感应充电天线结构的分解立体图;
图2示出了根据本发明的实施例的被组装的感应充电天线结构的局部剖切图;
图3示出了根据本发明的实施例的感应充电天线结构的仰视局部分解图。
具体实施方式
下面,参照附图详细描述根据本发明的实施例的感应充电天线结构以及包括该感应充电天线结构的无线充电模块。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
因此,以下对结合附图提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
图1示出了根据本发明的实施例的感应充电天线结构100的分解立体图。感应充电天线结构100包括大体彼此平行设置的印刷电路板(PCB)110、感应充电天线线圈组件120、再辐射天线印刷电路板130,其中感应充电天线线圈组件120定位于PCB 110与再辐射天线印刷电路板130之间。
PCB 110上设置有控制感应充电天线的操作的电气部件(未示出),其与PCB 110构成印刷电路板组件(PCBA)。PCB 110具有第一侧和第二侧,该第一侧面对感应充电天线线圈组件120,该第二侧与第一侧相反。优选地,电气部件全部设置在PCB 110的第二侧上,即,与面对感应充电天线线圈组件120的侧相反的一侧上,以减小感应充电天线结构100的整体厚度。
感应充电天线线圈组件120包括至少一个线圈150。在一个优选实施例中,感应充电天线线圈组件120包括三个线圈150,其中两个线圈并排地设置在同一平面中,而第三个线圈150叠置在另外两个线圈150上。线圈150可以是平的冲压线圈(例如,WO2015/077782A1中所描述的线圈),以便减小天线结构的体积,也可以是其他形式,例如,利兹线的形式。
再辐射天线印刷电路板130接地并设置有屏蔽天线,以使得可以衰减电场辐射,从而屏蔽电磁波的辐射,防止对人身健康造成损害。对于低频电场辐射,再辐射天线印刷电路板能够对其进行衰减;对于高频电场辐射,再辐射天线印刷电路板能够对其进行阻断,也即,衰减到零。由此,不必要的电场辐射被衰减。同时,再辐射天线印刷电路板130允许磁场通过,也就是说,其不显著地影响用于实现感应充电天线结构100的感应充电功能的磁场通过该再辐射天线印刷电路板130。根据本发明的辐射天线印刷电路板130的屏蔽功能能够通过CISPR-25EMC测试级别并满足ICNIRP准则。
在本实施例中,感应充电天线线圈组件120电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板130,并通过该再辐射天线印刷电路板130电连接到PCB110,而不是直接电连接到PCB110。具体地,感应充电天线线圈组件120的线圈150可以通过诸如回流焊或激光焊接的焊接方式电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板130。替代地,线圈150可以具有连接部,该连接部与再辐射天线印刷电路板130的连接部互补,通过互补的两个连接部将线圈150电连接和机械连接到该再辐射天线印刷电路板130。例如,线圈150可以包括线圈本体和电连接端子。线圈150通过电连接端子电连接和机械连接到再辐射印刷电路板130的互补电连接端子。此外,电连接端子可以表面贴装到再辐射印刷电路板130上。
同时,在本实施例中,PCB 110与再辐射天线印刷电路板130之间通过印刷电路板连接器电气地互连,该印刷电路板连接器如针脚压入式电路板连接器。
通过这样的配置,感应充电天线线圈组件120直接电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板130,并通过再辐射天线印刷电路板130与PCB 110之间的电连接而实现与PCB110之间的间接电连接。这样的配置相对于现有技术有利于自动化生产和组装。
优选地,再辐射天线印刷电路板130是能够实现上述功能的单层或多层印刷电路板,其具有非常薄的厚度,并由于感应充电天线线圈组件120直接贴合到再辐射天线印刷电路板130,使得可以最小化待充电设备的充电表面与感应充电天线线圈150之间的距离,提高感应充电效率。
优选地,再辐射天线印刷电路板130为矩形形状,并且其表面面积被设定为使得所述再辐射天线印刷电路板能够承载整个感应充电天线线圈组件120,即再辐射天线印刷电路板130的表面面积足够大,以覆盖整个感应充电天线线圈组件120,从而针对整个感应充电天线线圈组件120起到上述屏蔽作用,如图2所示,其示出了根据本实施例的被组装的感应充电天线结构的局部剖切图。另外,通过这样的配置,由于很薄的接地的单层再辐射天线印刷电路板130的设置,可以省去设置单独的较厚的屏蔽板,从而降低感应充电天线结构100的制造成本和厚度,减小了根据本发明的感应充电天线结构100的体积。并且,由于再辐射天线印刷电路板130的尺寸可以覆盖整个感应充电天线线圈组件,使得根据本发明的PCBA的尺寸设计只要能够满足在其上设置控制感应充电的操作的电气部件即可,而不必覆盖整个感应充电天线线圈组件以承载对整个感应充电天线线圈组件起屏蔽和保护作用的屏蔽板,从而相比于现有技术允许使用更小的PCBA。同时,因为省去了设置单独的屏蔽板,同时省去了该单独的屏蔽板与其他部件的连接步骤,根据本发明的配置使得可以简化感应充电天线结构的组装。
优选地,再辐射天线印刷电路板130是刚性的印刷电路板。
在本实施例中,感应充电天线结构100还包括隔磁片140,该隔磁片140诸如以胶合的方式贴在PCBA的与线圈150相对的面上。
隔磁片140可以由铁氧体制成,其可以是刚性的或者柔性的。大多数当前的发射器应用使用刚性的铁氧体板(其厚度为大约2mm,从而是刚性的),作为隔磁部件。为了减小感应充电天线结构100的厚度和重量,从而减小所需空间和成本,隔磁片140的厚度可以被降低,从而变成柔性的。但应该注意,隔磁片140的性能随厚度的减少而降低。这里,柔性的隔磁片140的厚度优选为小于0.5mm,具体地,优选为0.2mm、0.3mm或0.5mm。为了防止破损,隔磁片140可以被封装到PET膜之间。
此外,如图1所示,感应充电天线结构100还可以包括用于测量每个线圈150的温度的温度感测元件170,温度感测元件170可以是负温度系数(NTC)元件。每个温度感测元件170电连接(优选地,表面组装)到PCB110并且被设置在相应的线圈150的中央附近,例如设置在线圈150中的中央孔151中。在一个实施例中,温度感测元件170通过隔磁片140中的孔(或凹口)141连接到PCB 110。在一个未示出的实施例中,温度感测元件170可以直接连接到再辐射天线印刷电路板130。在另外的实施例中,再辐射天线印刷电路板130除了包括用于设置屏蔽天线的层之外还包括额外的层,用于设置诸如近场通信天线、蓝牙天线、WIFI天线、长期演进中继器、背光元件等的额外的电气部件。
此外,印刷电路板110还可以为多层印刷电路板。
进一步地,本发明还涉及一种无线充电模块,其包括如上所述的感应充电天线结构,并包括如图3所示的用于连接到机动车辆的电连接器160,以便于在机动车辆中使用。优选地,该电连接器160设置于PCB 110的其上设置有电气部件的侧上,即电连接器160和电气部件均设置与PCB 110的同一个侧上,且该同一个侧与PCB 110的面对感应充电天线线圈组件120的侧相反。通过这样的配置,可以确保最小化无线充电模块的整体厚度。
不同的无线充电原理将导致不同的天线组件的结构,因此,天线组件的配置不限于根据本发明实施例的天线组件的配置。此外,本公开的感应充电天线结构可以根据无线充电联盟(WPC)的QI标准设计,也可以根据其他标准设计。
更近一步地,机动车辆中可集成有上述无线充电模块。
尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述,但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
Claims (13)
1.一种感应充电天线结构,包括:
印刷电路板,所述印刷电路板设置有控制感应充电操作的电气部件;
感应充电天线线圈组件,包括至少一个线圈;
其中,所述感应充电天线结构还包括:
接地的再辐射天线印刷电路板,所述感应充电天线线圈组件定位于所述印刷电路板与所述再辐射天线印刷电路板之间,并且所述感应充电天线线圈组件的所述至少一个线圈电连接并机械连接到所述再辐射天线印刷电路板,并通过所述再辐射天线印刷电路板电连接到所述印刷电路板,而不是直接电连接到所述印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的感应充电天线结构,其中,
所述再辐射天线印刷电路板能够衰减电场辐射,同时允许磁场通过该再辐射天线印刷电路板。
3.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述再辐射天线印刷电路板是用于设置屏蔽天线的单层或多层印刷电路板。
4.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述再辐射天线印刷电路板的表面面积被设定为使得所述再辐射天线印刷电路板能够承载整个所述感应充电天线线圈组件。
5.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述感应充电天线线圈组件的所述至少一个线圈通过焊接电连接和机械连接到所述再辐射天线印刷电路板,或通过其与所述再辐射天线印刷电路板的连接部互补的连接部电连接和机械连接到所述再辐射天线印刷电路板。
6.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述再辐射天线印刷电路板包括用于设置屏蔽天线的层和用于设置近场通信天线、蓝牙天线、WIFI天线、长期演进中继器或背光元件的额外的层。
7.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述感应充电天线结构还包括隔磁片,所述隔磁片位于所述感应充电天线线圈组件与所述印刷电路板之间。
8.根据权利要求1或2所述的感应充电天线结构,其中,
所述感应充电天线结构还包括:
至少一个温度感测元件,其中,每个温度感测元件表面组装在所述印刷电路板的面向线圈的侧上或再辐射天线印刷电路板的面向线圈的侧上并且位于相应的线圈的中央。
9.根据权利要求8所述的感应充电天线结构,其中,
所述温度感测元件为负温度系数元件。
10.一种无线充电模块,包括根据权利要求1至9中任一项所述的感应充电天线结构。
11.根据权利要求10所述的无线充电模块,其中,
所述无线充电模块包括用于连接到机动车辆的电连接器。
12.根据权利要求11所述的无线充电模块,其中,
所述电连接器与所述印刷电路板的电气部件设置在所述印刷电路板的同一侧上。
13.一种机动车辆,包括根据权利要求10至12中任一项所述的无线充电模块。
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