CN110797990A - 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，其包括承载部件；充电天线线圈；以及隔磁片，所述隔磁片被所述承载部件承载并且位于所述承载部件和所述充电天线线圈之间，其中，所述充电天线线圈被放置成与所述隔磁片间隔开一距离，所述距离在0.3‑2.5mm的范围内。本发明还涉及一种无线充电模块和一种机动车辆，其包括所述感应充电天线结构。所述感应充电天线结构结构简单且具有高的品质因数。
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模块在电子消费产品中的应用中具有良好的前景。
然而，为了使无线充电模块能够实现更广泛的应用，无线充电模块中的感应充电天线的充电效率仍然有待提高。
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，其结构简单且具有高的品质因数(quality factor)。
本发明的一方面提供一种感应充电天线结构，其包括承载部件；充电天线线圈；以及隔磁片(130、230、330、430)，所述隔磁片被承载在所述承载部件的面向所述充电天线线圈的一侧，其中，所述充电天线线圈被放置成与所述隔磁片间隔开一距离。
优选地，所述距离在0.3-2.5mm的范围内。
优选地，所述感应充电天线结构还包括悬挂部件，所述悬挂部件和所述承载部件位于所述隔磁片的相反侧，其中，所述充电天线线圈放置在所述悬挂部件的面向所述隔磁片的一侧，使得所述充电天线线圈悬挂于距所述隔磁片所述距离的位置处。
进一步优选地，所述悬挂部件为再辐射天线印刷电路板，所述感应充电天线线圈电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承载部件。
进一步优选地，所述悬挂部件为再辐射天线印刷电路板，所述再辐射天线印刷电路板包括电场屏蔽图案，所述电场屏蔽图案能够衰减电场辐射，同时允许磁场通过它。
优选地，所述感应充电天线结构还包括间隔件，所述间隔件设置在所述隔磁片与所述充电天线线圈之间，使得所述充电天线线圈设置在距所述隔磁片所述距离的位置处。
优选地，所述感应充电天线结构还包括包覆模制部分，所述包覆模制部分至少部分地包覆模制所述充电天线线圈，其中，所述包覆模制部分的至少一部分位于所述充电天线线圈和隔磁片之间，使得所述充电天线线圈设置在距所述隔磁片所述距离的位置处。
优选地，所述充电天线线圈为利兹线类型。
优选地，所述充电天线线圈为冲压类型。
优选地，所述充电天线线圈为柔性电路类型。
优选地，所述隔磁片为铁氧体隔磁片。
优选地，所述承载部件为印刷电路板，所述印刷电路板设置有控制所述感应充电天线结构的感应充电操作的电气部件，所述充电天线线圈电连接到所述印刷电路板。
优选地，所述感应充电天线结构应用于机动车辆上，所述印刷电路板上设置有连接到机动车辆的连接器。
本发明的另一方面提供一种无线充电模块，其包括如前所述的感应充电天线结构。
本发明的又一方面提供一种机动车辆，其包括根据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是用于说明本发明的原理的感应充电天线结构的立体图；
图2是图1的感应充电天线结构的侧视图；
图3是根据本发明的一实施例的感应充电天线结构的品质因数根据充电天线线圈与隔磁片之间的距离的变化；
图4是根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的立体图；
图5是图4的感应充电天线结构的侧视图；
图6是根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的立体图；
图7是图6的感应充电天线结构的侧视图；
图8是根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构的立体图。
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是用于说明本发明的原理的感应充电天线结构100的立体图。感应充电天线结构100包括印刷电路板(PCB)110、产生电磁辐射的充电天线线圈120和用于增强充电天线线圈120的辐射强度、具有较高磁性收敛效果的隔磁片130，其中，PCB 110、充电天线线圈120和隔磁片130大体彼此平行设置。隔磁片130使得被辐射到隔磁片130一侧的充电天线线圈120的电磁辐射被反弹，从而增强在与隔磁片130相反的一侧的充电天线线圈120 的辐射磁场强度。隔磁片130被承载在PCB 110的面向充电天线线圈120的一侧。并且，隔磁片130设置在PCB 110和充电天线线圈120之间。在本实施例中，隔磁片130被直接承载在PCB 110的面向充电天线线圈120的表面上，但本发明不限于此。充电天线线圈120可以电连接到PCB110，PCB 110 接地并设置有控制感应充电天线结构100的感应充电操作的电气部件。
通常，充电天线线圈120被直接贴附在隔磁片130上，使得其与隔磁片 130之间的距离为零。这可能有利于减小感应充电天线结构100所占用的空间，但却不利于提高感应充电天线结构100的辐射效率。
在根据本发明的实施例的感应充电天线结构100中，充电天线线圈120 和隔磁片130被放置成彼此间隔一距离。
具有趋肤效应的充电天线线圈120的阻抗可以表示为：
Z＝R+jLw
其中，R、L和w分别表示充电天线线圈120的电阻、电感和谐振频率。
当充电天线线圈120与隔磁片130之间的距离增大时，电阻R和电感L 可以被看做是下降的，其中，电阻R下降将导致感应充电天线结构100的品质因数Q提高，L的下降将导致电天线结构100的品质因数Q降低。然而，在一定距离范围内，充电天线线圈120与隔磁片130之间的距离对电阻R的影响大于对电感L的影响。因此，充电天线线圈120与隔磁片130之间的距离的在一定范围内的增大总体上导致品质因数Q的增大。
实验表明，增大充电天线线圈120和隔磁片130之间的距离能够提高感应充电天线结构100的品质因数Q。
图3是根据本发明的一实施例的感应充电天线结构的品质因数根据充电天线线圈与隔磁片之间的距离d的变化。该感应充电天线结构包括一个充电天线线圈。由图3可以看出，随着充电天线线圈与隔磁片之间的距离d从0 增大到3.5mm以上，根据该实施例的感应充电天线结构的品质因数Q基本上从51增大到58，增大了接近15％。上述数值是在充电天线线圈的中心部分处以及在谐振频率为130kHz的情况下测量的。由图3可以看出，充电天线线圈120和隔磁片130之间的距离d的增大导致感应充电天线结构100的品质因数Q的提高。
在根据本发明的实施例的感应充电天线结构100中，充电天线线圈120 与隔磁片130之间的距离的优选范围为0.3-2.5mm。并且，充电天线线圈120 优选地在85-205kHz的谐振频率下被驱动。另外，充电天线线圈120可以为利兹线类型的线圈，其电阻R可以为50mΩ。充电天线线圈120也可以为平的、冲压(stamped)的线圈(例如，WO2015/077782A1中所描述的线圈)，其电阻R可以为150-300mΩ，优选地可以为200mΩ。所述平的、冲压的线圈由金属片冲压而成。充电天线线圈120的电感L可以为8-12μH。注意，该电感L的值是在隔磁片130上测量的。充电天线线圈120还可以为柔性电路类型的线圈，其中充电天线线圈图案印刷在柔性印刷电路板上。
在根据本发明的实施例的感应充电天线结构100中，隔磁片130的面积优选地大于充电天线线圈120的面积，以更好地提高充电天线线圈120的辐射效率。优选地，隔磁片130的边缘距天线线圈120的边缘的距离大于2mm。
隔磁片130的材料优选为铁氧体材料，其可以是刚性的或者柔性的。隔磁片130是刚性的还是柔性的可以取决于隔磁片130的厚度，例如通常，当隔磁片130的厚度为大约2mm时，其刚性的。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130的厚度可以被降低为小于0.5mm，从而变成柔性的。进一步地，隔磁片130的材料优选为 NiZn铁氧体材料。在图3所示的实验中，隔磁片130被设置成具有650H/m 的磁导率。通常，隔磁片越厚，导磁率约高，其性能约好，品质因数Q越大，但这大体上不影响根据本发明的原理。
下面介绍根据本发明的实施例的感应充电天线的具体结构。
图4、图5是根据本发明的一实施例的感应充电天线结构200。感应充电天线结构200包括PCB 210、充电天线线圈220、隔磁片230和悬挂部件 240，其中，PCB 210、充电天线线圈220、隔磁片230和悬挂部件240大体彼此平行设置。悬挂部件240和PCB 210位于隔磁片230的相对侧。悬挂部件240可以被连接件250支撑使得悬挂部件240距PCB 210一距离。隔磁片 230可以使用粘结剂或以其他方式贴附到PCB 220的面向隔磁片230的表面上。充电天线线圈220被放置在悬挂部件240的面向隔磁片230的一侧，使得充电天线线圈220悬挂于距隔磁片230特定距离的位置处。在本实施例中，充电天线线圈220例如通过粘结和/或焊接等被直接放置在悬挂部件240的面向隔磁片230的表面上，但本发明不限于此。
具体地，悬挂部件240可以为再辐射天线印刷电路板，连接件250可以是支撑和电气地连接再辐射天线印刷电路板与PCB 220的印刷电路板连接件，诸如针脚压入式电路板连接件。在本实施例中，感应充电天线线圈220 可以电连接和机械连接到再辐射天线印刷电路板，并通过该再辐射天线印刷电路板电连接到PCB 210，而不是直接电连接到PCB 210。再辐射天线印刷电路板具有再辐射天线，其能够接收无线电信号，并且将无线电信号再辐射。再辐射天线印刷电路板接地并设置有电场屏蔽图案(或者称为，电场屏蔽天线)，以使得可以衰减电场辐射，从而屏蔽辐射，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200的感应充电功能的磁场通过该再辐射天线印刷电路板。具体地，根据本发明的辐射天线印刷电路板的屏蔽功能能够通过CISPR-25EMC测试级别并满足ICNIRP准则。再辐射天线印刷电路板是单层或多层印刷电路板，其具有非常薄的厚度，并且由于感应充电天线线圈220放置在再辐射天线印刷电路板的面向隔磁片230 的表面上，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250 之间的距离，提高感应充电效率。并且，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200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200的体积。
图6、图7是根据本发明的另一实施例的感应充电天线结构300。感应充电天线结构300包括PCB 310、充电天线线圈320、隔磁片330和间隔件 340。间隔件340设置在隔磁片330与充电天线线圈320之间，使得充电天线线圈320设置在距隔磁片330特定距离的位置处。在该实施例中，间隔件 340可以被隔磁片330承载，并且间隔件340可以承载充电天线线圈320。间隔件340由磁中性的材料制成，所述磁中性是指该材料不磁性地或电气地干扰其周围的材料。磁中性材料的示例包括塑料聚合物、陶瓷等。此外，间隔件340可以实心的，并且可以完全填充于隔磁片330与充电天线线圈320 之间。间隔件340也可以是空心的，或者是框架结构(例如，具有肋条的框架结构)。此外，间隔件340可以是导热聚合物，以利于充电天线线圈320 的散热。
图8是根据本发明的又一实施例的感应充电天线结构400。感应充电天线结构400包括PCB 410、充电天线线圈420、隔磁片430和包覆模制部分 440。充电天线线圈420被至少部分地包覆模制到包覆模制部分440中。也就是说，充电天线线圈420至少部分地被包覆模制部分440围绕。包覆模制部分440的至少一部分位于充电天线线圈420和隔磁片430之间，使得充电天线线圈420设置在距隔磁片430特定距离的位置处。包覆模制部分440可以防止充电天线线圈420损坏，并且易于充电天线线圈420的安装。包覆模制部分440可以是实心的，也可以是空心的或者是框架结构。
在其他实施例中，PCB 110、210、310、410也可以是其他承载部件，本发明不限于此。
在其他实施例中，悬挂部件240也可以是能够将充电天线线圈220悬挂于距隔磁片特定距离的位置处的部件，而不限于再辐射天线印刷电路板。
在其他实施例中，充电天线线圈的数量不限于一个，可以是一个或多个。只要使充电天线线圈120、220、320、420中的至少一个距隔磁片一距离。优选地，每个充电天线线圈120、220、320、420距隔磁片的距离在0.3-2.5mm 的范围内。
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100、200、300、400。
更近一步地，机动车辆中可集成有上述无线充电模块。根据本发明的感应充电天线结构可以包括连接到机动车辆的连接器，所述连接器可以设置在 PCB 110、210、310、410上。
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。
附图标记列表
感应充电天线结构 100、200、300、400
印刷电路板 110、210、310、410
充电天线线圈 120、220、320、420
隔磁片 130、230、330、430
悬挂部件 240
连接件 250
间隔件 340
包覆模制部分 440
Claims (15)
1.一种感应充电天线结构(100、200、300、400)，包括：
承载部件(110、210、310、410)；
充电天线线圈(120、220、320、420)；以及
隔磁片(130、230、330、430)，所述隔磁片被所述承载部件承载并且位于所述承载部件和所述充电天线线圈之间，
其中，所述充电天线线圈被放置成与所述隔磁片间隔开一距离。
2.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述距离在0.3-2.5mm的范围内。
3.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，还包括：
悬挂部件(240)，所述悬挂部件和所述承载部件位于所述隔磁片的相反侧，
其中，所述充电天线线圈放置在所述悬挂部件的面向所述隔磁片的一侧，使得所述充电天线线圈悬挂于距所述隔磁片所述距离的位置处。
4.根据权利要求3所述的感应充电天线结构，其中，
所述悬挂部件为再辐射天线印刷电路板，所述感应充电天线线圈电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承载部件。
5.根据权利要求3所述的感应充电天线结构，其中，
所述悬挂部件为再辐射天线印刷电路板，所述再辐射天线印刷电路板包括电场屏蔽图案，所述电场屏蔽图案能够衰减电场辐射，同时允许磁场通过它。
6.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，还包括：
间隔件(340)，所述间隔件设置在所述隔磁片与所述充电天线线圈之间，使得所述充电天线线圈设置在距所述隔磁片所述距离的位置处。
7.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，还包括：
包覆模制部分(440)，所述包覆模制部分至少部分地包覆模制所述充电天线线圈，其中，所述包覆模制部分的至少一部分位于所述充电天线线圈和隔磁片之间，使得所述充电天线线圈设置在距所述隔磁片所述距离的位置处。
8.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述充电天线线圈为利兹线类型。
9.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述充电天线线圈为冲压类型。
10.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述充电天线线圈为柔性电路类型。
11.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述隔磁片为铁氧体隔磁片。
12.根据权利要求1所述的感应充电天线结构，其中，
所述承载部件为印刷电路板，所述印刷电路板设置有控制所述感应充电天线结构的感应充电操作的电气部件，所述充电天线线圈电连接到所述印刷电路板。
13.根据权利要求12所述的感应充电天线结构，其中，
所述感应充电天线结构应用于机动车辆上，所述印刷电路板上设置有连接到机动车辆的连接器。
14.一种无线充电模块，包括根据权利要求1至13中任一项所述的感应充电天线结构。
15.一种机动车辆，包括根据权利要求14所述的无线充电模块。
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