CN110829612A

CN110829612A - 无线充电系统、无线充电器和电子设备

Info

Publication number: CN110829612A
Application number: CN201911141821.6A
Authority: CN
Inventors: 郑朝永
Original assignee: Goertek Techology Co Ltd
Current assignee: Goertek Techology Co Ltd
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-02-21

Abstract

一种无线充电系统，包括磁耦合模块，磁耦合模块包括：第一磁耦合部件，第一磁耦合部件包括第一接收线圈和第一磁芯；其中，第一磁芯包括第一磁芯本体，第一磁芯本体的两端分别形成有垂直于第一磁芯本体的第一突出部；和第二磁耦合部件，第二磁耦合部件包括第一发送线圈和第二磁芯；其中，第二磁芯包括第二磁芯本体，第二磁芯本体的两端分别形成有垂直于第二磁芯本体的第二突出部；充电状态下，可操作地使第一突出部与第二突出部分别相对设置，第一磁耦合部件将自第二磁耦合部件接收到的外部电能输出至储能元件。同时提供一种无线充电器和一种电子设备。本发明具有无线充电效率高的优点。

Description

无线充电系统、无线充电器和电子设备

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电系统，一种无线充电器以及一种电子设备。

背景技术

随着5G时代的到来，消费电子设备上的接口，包括lighting, USB-C等的数据传输功能逐渐减弱，不得不保留此类接口的主要原因是将其作为充电接口。从工业设计及安全角度考虑，消费电子设备上可视的物理接口会降低其工业设计价值，增加设备涉水、粉尘及插拔过程的安全隐患。为了解决这一问题，越来越多的产品着重于开发不再受到硬件约束，充电过程更加安全和便捷的无线充电功能。常见的无线充电是依靠无线充电器中的发射线圈和电子设备中的接收线圈，通过电磁感应传递能量，为电子设备充电。

但是，现阶段无线充电依旧受限于功率的限制，无法媲美有线充电速度。现有技术中提供了多种方式对其进行改进，如中国专利申请（申请公布号CN110299740A）中所公开的技术方案：“当无线充电器中的发射线圈感应到移动终端中的接收线圈时，驱动发射线圈在无线充电器的壳体内运动，进而寻找一个接收线圈和发射线圈耦合面积相对较大的位置，并保持在此位置充电以提高无线充电的效率。”

不难看出，在这种方式中，需要在发射线圈一端增设驱动电机、导轨等物理部件，并设计与驱动电机配套的驱动电路。这不可避免地会增加充电器的成本以及体积，背离电子设备小型化、无孔化的设计初衷。

发明内容

本发明针对现有技术中无线充电速率相对较慢的问题，在不增设物理部件的基础上，提供一种全新的无线充电系统。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种无线充电系统，包括：

至少一组磁耦合模块，所述磁耦合模块包括：

第一磁耦合部件，所述第一磁耦合部件包括第一接收线圈和第一磁芯；其中，所述第一磁芯包括第一磁芯本体，所述第一磁芯本体的两端分别形成有垂直于所述第一磁芯本体的第一突出部；和

第二磁耦合部件，所述第二磁耦合部件包括第一发送线圈和第二磁芯；其中，所述第二磁芯包括第二磁芯本体，所述第二磁芯本体的两端分别形成有垂直于所述第二磁芯本体的第二突出部；

充电状态下，可操作地使形成在所述第一磁芯本体两端的第一突出部与形成在所述第二磁芯本体两端的第二突出部分别相对设置，所述第一磁耦合部件将自所述第二磁耦合部件接收到的外部电能输出至储能元件。

为了便于用户在充电过程中使用电子设备，使得在多个方向上均可以实现无线充电，无线充电系统中还包括：接收器，所述接收器上设置有多个第一磁耦合部件，其中至少两个第一磁耦合部件的布设方向不同。

为了与常见电子设备的外壳设计匹配，所述接收器具有相互垂直的第一边沿和第二边沿，所述第一边沿和第二边沿上分别设置有一个第一磁耦合部件；所述第一突出部分别自第一边沿和第二边沿向外伸出。

为了提高连接稳定性，所述接收器内嵌于电子设备的壳体中，所述第一边沿和第二边沿邻近电子设备的壳体内壁设置，所述第一突出部位于电子设备的壳体上。

为使得无线充电系统同时可与传统的无线充电系统的发射器匹配，还包括：第三磁耦合部件，所述第三磁耦合部件包括第二接收线圈和第三磁芯；所述第三磁耦合部件设置在所述接收器的端面上；充电状态下，可操作地使第三磁耦合部件置于外部磁耦合区域中，所述第三磁耦合部件将自外部磁耦合区域接收到的外部电能输出至储能元件。

在第二磁耦合部件一端还包括：发送器，所述发送器包括发送器壳体；所述第二磁耦合部件设置在所述发送器壳体中并沿所述发送器壳体布设，所述第二突出部位于所述发送器壳体上并在充电状态下可操作的与所述第一突出部相对设置。

优选的，所述发送器壳体上形成有开孔，所述开孔与所述第二突出部匹配，所述第二突出部自所述开孔中伸出。

第一磁耦合部件和第二磁耦合部件之间采用磁性吸合定位，具体来说，还包括：第一磁性吸合件，所述第一磁性吸合件对称地设置在所述第一磁耦合部件上；和第二磁性吸合件，所述第二磁性吸合件对称地设置在所述第二磁耦合部件上；所述第一磁性吸合件和第二磁性吸合件的磁性相反。

本发明的另一个方面提供一种电子设备，包括：第一磁耦合部件，第一磁耦合部件包括第一接收线圈和第一磁芯；其中第一磁芯包括第一磁芯本体，第一磁芯本体的两端分别形成有垂直于所述第一磁芯本体的第一突出部；充电状态下，可操作地使形成在第一磁芯本体两端的第一突出部与设置在充电器中的第二磁芯本体两端的第二突出部分别相对设置，第一磁耦合部件将自充电器接收到的电能输出至储能元件。

本发明的第三个方面提供一种无线充电器，包括：第二磁耦合部件，第二磁耦合部件包括第一发送线圈和第二磁芯；其中第二磁芯包括第二磁芯本体，第二磁芯本体的两端分别形成有垂直于第二磁芯本体的第二突出部；充电状态下，可操作地使形成在第二磁芯本体两端的第二突出部与设置在电子设备中的第一磁芯本体两端的第一突出部分别相对设置，第二磁耦合部件向电子设备传输电能。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

由于在无线充电系统中设计了第一突出部和第二突出部，第一磁耦合部件和第二磁耦合部件之间的接触更为紧密，磁力线可以在第一磁耦合部件和第二磁耦合部件之间垂直通过，因此，相较于分离的磁耦合元件，漏磁通明显减少，因此，明显地提高了磁场强度和耦合系数，从而提高了无线充电的充电效率。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明所公开的无线充电系统一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示的无线充电系统使用状态下的结构示意图；

图3为图2中A-A位置的剖视图；

图4为图1所示的无线充电系统中接收器的主视图；

图5为图4的后视图；

图6为图1所示的无线充电系统中接收器的立体图；

图7为接收器和电子设备的装配关系示意图；

图8为图1所示的无线充电系统中一组磁耦合模块的示意图；

图9为图8所示的无线充电系统中第一磁耦合部件和第二磁耦合部件的装配结构示意图；

图10为电子设备在不同方向上配套使用无线充电系统的结构示意图；

图11为图8所示的磁耦合模块的磁场分布图；

图12为现有技术中的磁耦合模块的磁场分布图；

图13示出了图8所示的磁耦合模块中第一突出部和第二突出部之间的距离与耦合系数之间的关系。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为避免设置传统的接触式直接供电系统中所需要的绝缘线路及电源插头，降低由于插拔、发热、烧蚀及电弧等引起的故障，同时达到与有线充电相近或相同的充电效率，一种全新的无线充电系统1的基本结构如图1所示。参照图1、图3和图8所示的结构，无线充电系统1配置有至少一组磁耦合模块10。磁耦合模块10由两部分组成，即能量接收侧的第一磁耦合部件11以及能量发送侧的第二磁耦合部件12。

第一磁耦合部件11包括第一接收线圈16和第一磁芯13。第二磁耦合部件12包括第一发送线圈17和第二磁芯18。其中，第一磁芯13和第二磁芯18均可以采用软磁材料制成，例如铁氧体、铁镍软磁合金、非晶合金等，以降低磁芯损耗。

对于松耦合的无线充电系统，充电效率与耦合系数有密切的关系，为了提高耦合系数，第一磁芯13设计为具有第一磁芯本体15，第一磁芯本体15的两端分别形成有垂直于第一磁芯本体15并同向延伸的第一突出部14。与之对应的，第二磁芯18设计为具有第二磁芯本体19，第二磁芯本体19的两端则分别形成有垂直于第二磁芯本体19并同向延伸的第二突出部20。

在充电状态下，可操作地使形成在第一磁芯本体15两端的第一突出部14和形成在第二磁芯本体19两端的第二突出部20分别相对设置，这样，第一磁耦合部件11将自第二磁耦合部件12接收到的外部电能输出至储能元件。其中，外部电能可以是来自于电网的工频交流电，其经过整流滤波逆变后转换为直流电向第二磁耦合部件12供给，并通过第二磁耦合部件12向外输出。在另一端，第一磁耦合部件11和第二磁耦合部件12之间产生感应电动势，使得第一磁耦合部件11接收自第二次耦合部件输出的外部电能，并进一步输出至储能元件，如电池等中进行存储。图13中示出了磁耦合模块10中第一突出部14和第二突出部20之间的距离与耦合系数之间的关系。其中可以看出，第一突出部14和第二突出部20之间的距离越近，耦合系数越大。

图11中示出了如图1所示的无线充电系统1中充电状态下的磁场分布图；图12中则示出了现有的无线充电系统1中的磁耦合模块10的磁场分布图。从中可以看出，由于设计了第一突出部14和第二突出部20，第一磁耦合部件11和第二磁耦合部件12之间的接触更为紧密，磁力线可以在第一磁耦合部件11和第二磁耦合部件12之间垂直通过，因此，相较于分离的磁耦合元件，漏磁通明显减少，因此，明显地提高了磁场强度和耦合系数，从而提高了无线充电的充电效率。

如图1所示的无线充电系统1主要应用于电子设备的无线充电。电子设备包括但不限于智能手机、平板电脑、可穿戴设备等等。多种电子设备具有不同的外形设计和壳体构造，由于接口和线圈位置设计，传统的有线充电或无线充电方式均限定电子设备充电时的摆放状态。如果将电子设备置于支架或其它平台上使用时，很容易发生支架和充电线、接口和摆放状态之间的干涉，降低用户体验。为了便于用户在充电过程中使用电子设备，使得在多个方向上均可以实现无线充电，如图1、图4至图6所示，在电子设备中设置接收器21，接收器21优选由PCB电路板实现。接收器21上集成有多个第一磁耦合部件11，其中至少两个第一磁耦合部件11的布设方向不同，使得接收器21至少在两个方向上具有无线充电自由度。

为了与常见的智能手机、平板电脑等常见电子设备匹配，接收器21整体设计为矩形或圆角矩形结构并具有相互垂直的第一边沿26和第二边沿27。如图7所示，接收器21内嵌于电子设备的壳体40中。接收器21的第一边沿26和接收器21的第二边沿27邻近电子设备的壳体40内壁设置，以使得第一突出部14位于电子设备的壳体40上；例如抵靠在电子设备的壳体40内壁上，或者自电子设备壳体上开口中伸出并保持于壳体的外壁平齐。如图2和图10所示，在充电状态下，第二磁耦合部件12可以选择性的与设置在第一边沿26的第一磁耦合部件11配合，或者与设置在第二边沿27的第二磁耦合部件12配合充电。由于两个第一磁耦合部件11中的第一突出部14均位于电子设备的壳体40上，第一突出部14和第二突出部20均可以保持相对设置的状态，从而使得两个第一磁耦合部件11可以发挥同样的高效率充电功能，用户可以选择理想的符合使用状态的充电状态下的电子设备的摆放方向，避免发生干涉，提高用户的使用感受。

接收器21同时还可以与现有技术中的普通无线充电系统的发射器匹配。如图4和图6所示，在接收器21上还设置有第三磁耦合部件23。第三磁耦合部件23包括第二接收线圈23和第三磁芯24。第二接收线圈23和第三磁芯24设置在接收器21的端面25上。如图需要采用现有技术中的普通无线充电系统1，则可以在充电状态下，将置有接收器21的电子设备置于普通无线充电系统1的发射器上，使得第三磁耦合部件23位于由普通无线充电系统1发射器形成的外部磁耦合区域中，第三磁耦合部件23将自外部磁耦合区域接收到的外部电能输出至储能元件。优选的，第二接收线圈为圆形线圈23，第三磁芯为与之对应的圆形片状磁芯24。

如图2和图10所示，外置的第二磁耦合部件12设置在发送器中。发送器具有壳体，第二磁耦合部件12设置在发送器壳体30中并沿发送器壳体30布设。在发送器壳体30上优选通过特定工艺，如insert molding等形成开孔。开孔与第二磁芯本体19两端的第二突出部20匹配，第二突出部20自开孔中伸出。充电状态下，第二突出部20位于发送器壳体30上并在充电状态下可操作地与第二突出部20相对设置，使得二者之间保持高效充电状态并维持较低的发热量。发送器还可以根据需要，选择性地设置硬件接口，以使得电子设备具有更多的扩展功能，同时电子设备的壳体上不设置硬件物理接口，提高ID价值。

如图9所示，第一磁耦合部件11和第二磁耦合部件12之间的定位优选通过第一磁性吸合件28和第二磁性吸合件29实现。其中第一磁性吸合件28对称设置在第一磁耦合部件11上，第二磁性吸合件29对称设置在第二磁耦合部件12上。第一磁性吸合件28和第二磁性吸合件29的磁性相反。第一磁性吸合件28和第二磁性吸合件29之间的磁性吸合定位方式简单快捷。

本发明的另一个实施例提供一种电子设备，电子设备包括第一磁耦合部件，第一磁耦合部件包括第一接收线圈和第一磁芯；其中第一磁芯包括第一磁芯本体，第一磁芯本体的两端分别形成有垂直于第一磁芯本体的第一突出部；充电状态下，可操作地使形成在第一磁芯本体两端的第一突出部与设置在充电器中的第二磁芯本体两端的第二突出部分别相对设置，第一磁耦合部件将自充电器接收到的电能输出至储能元件。电子设备和无线充电器之间的充电过程参见上述实施例的详细描述和说明书附图的详细记载，在此不再赘述。

本发明的另一个实施例提供一种无线充电器，无线充电器包括第二磁耦合部件，第二磁耦合部件包括第一发送线圈和第二磁芯；其中第二磁芯包括第二磁芯本体，第二磁芯本体的两端分别形成有垂直于第二磁芯本体的第二突出部；充电状态下，可操作地使形成在第二磁芯本体两端的第二突出部与设置在电子设备中的第一磁芯本体两端的第一突出部分别相对设置，第二磁耦合部件向电子设备传输电能。无线充电器和电子设备之间的充电过程参见上述实施例的详细描述和说明书附图的详细记载，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种无线充电系统，其特征在于，包括：

至少一组磁耦合模块，所述磁耦合模块包括：

2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，还包括：

接收器，所述接收器上设置有多个第一磁耦合部件，其中至少两个第一磁耦合部件的布设方向不同。

3.根据权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于：

所述接收器具有相互垂直的第一边沿和第二边沿，所述第一边沿和第二边沿上分别设置有一个第一磁耦合部件；所述第一突出部分别自第一边沿和第二边沿向外伸出。

4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于：

所述接收器内嵌于电子设备的壳体中，所述第一边沿和第二边沿邻近电子设备的壳体内壁设置，所述第一突出部位于电子设备的壳体上。

5.根据权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于：

还包括：

第三磁耦合部件，所述第三磁耦合部件包括第二接收线圈和第三磁芯；

所述第三磁耦合部件设置在所述接收器的端面上；充电状态下，可操作地使第三磁耦合部件置于外部磁耦合区域中，所述第三磁耦合部件将自外部磁耦合区域接收到的外部电能输出至储能元件。

6.根据权利要求1至5任一项所述的无线充电系统，其特征在于，还包括：

发送器，所述发送器包括发送器壳体；

所述第二磁耦合部件设置在所述发送器壳体中并沿所述发送器壳体布设，所述第二突出部位于所述发送器壳体上并在充电状态下可操作的与所述第一突出部相对设置。

7.根据权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，

所述发送器壳体上形成有开孔，所述开孔与所述第二突出部匹配，所述第二突出部自所述开孔中伸出。

8.根据权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，还包括：

第一磁性吸合件，所述第一磁性吸合件对称地设置在所述第一磁耦合部件上；和

第二磁性吸合件，所述第二磁性吸合件对称地设置在所述第二磁耦合部件上；

所述第一磁性吸合件和第二磁性吸合件的磁性相反。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

第一磁耦合部件，所述第一磁耦合部件包括第一接收线圈和第一磁芯；其中所述第一磁芯包括第一磁芯本体，所述第一磁芯本体的两端分别形成有垂直于所述第一磁芯本体的第一突出部；

充电状态下，可操作地使形成在所述第一磁芯本体两端的第一突出部与设置在无线充电器中的第二磁芯本体两端的第二突出部分别相对设置，所述第一磁耦合部件将自无线充电器接收到的电能输出至储能元件。

10.一种无线充电器，其特征在于，包括：

第二磁耦合部件，所述第二磁耦合部件包括第一发送线圈和第二磁芯；其中所述第二磁芯包括第二磁芯本体，所述第二磁芯本体的两端分别形成有垂直于所述第二磁芯本体的第二突出部；

充电状态下，可操作地使形成在所述第二磁芯本体两端的第二突出部与设置在电子设备中的第一磁芯本体两端的第一突出部分别相对设置，所述第二磁耦合部件向电子设备传输电能。