CN112740343A - 平衡对称线圈 - Google Patents

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Abstract

一种线圈装置包括：第一导体，在第一层上并且以第一螺旋形状布置；第二导体，在第二层上并且以第二螺旋形状布置；过渡部，所述过渡部将所述第一导体和所述第二导体串联连接；第一端子，连接到所述第一导体的端部；以及第二端子，连接到所述第二导体的端部。当在平面中查看时，所述第一端子和所述第二端子在所述第一导体和所述第二导体的外部。所述第一导体和所述第二导体各自包括：彼此并联连接的多条面内迹线。

Description

平衡对称线圈
技术领域
本发明涉及线圈。更具体地，本发明涉及可以在电子装置应用中使用的柔性印刷电路(FPC)中的平衡对称线圈。
背景技术
传统的接收器(Rx)线圈包括，如图8所示的以圆形螺旋形状形成的连续的圆铜导线800。圆Rx线圈导线800在外表面上具有屏蔽绝缘部或涂层，这允许其在每个线匝之间具有紧密的间隔，而不在Rx线圈的邻近的线匝中的导线之间产生短路。因此，类似于图8所示的Rx线圈的Rx线圈将具有较低的电阻。
虽然诸如图8中所示的具有圆导线的传统的Rx线圈显示了好的性能，但是由于蜂窝电话、平板计算机和其他电子装置中的空间限制，它们不总是适合装置集成。此外，为了连接到Rx线圈的内部端子，需要在Rx线圈间形成连接桥，以使内部端子延伸到Rx线圈的外部，如图9所示。
图9是类似于图8所示的Rx线圈的Rx线圈的透视图，但是在Rx线圈上具有连接桥940。图9示出了连接桥940是从内部端子910到Rx线圈外部的区域的跨越部。这个连接桥940创建：与用于外部端子930的接触部934相邻的内部端子910的接触部932，其连接到外部电路系统。因此，连接桥940增加了Rx线圈装置的总厚度。
Rx线圈也可以被制作在FPC中，但是大量生产中的圆导线Rx线圈的制造、处理和组装不像FPC Rx线圈的制造、处理和组装那样简单。通常，FPC Rx线圈的阵列在大的平板中同时制造，其随后被切割成单独的Rx线圈装置。
在FPC Rx线圈中，传统的圆绝缘铜导线被更容易被制造的具有矩形截面的迹线代替。所述迹线可以以如图10所示的圆形形状或以如图11所示的矩形形状形成。图10示出了包括具有矩形截面的迹线1000的传统的圆形形状的FPC Rx线圈。图11示出了包括具有矩形截面的迹线1100的传统的矩形形状的FPC Rx线圈。如图10和图11所示，FPC Rx线圈在设计方面远远更多变，并且在没有形成圆导线或使其绞缠的情况下，多种形状是可能的。如果希望更低的电阻，那么制作多层FPC Rx线圈也比多层圆导线Rx线圈简单。
FPC Rx线圈，比如传统圆导线线圈，具有两个端子，一个在Rx线圈的内部并且一个在外部。为了接触内部端子，增加另一导电层，以形成连接桥，与针对图9讨论的连接桥类似。因此，需要专用的导电层在内部端子和外部电路之间进行布线连接。
即使在多层线圈中，相同的Rx线圈也以相互并联的配置在顶部进行限定，并且Rx线圈的每个端部上的端子通过通路而被连接到邻近的层上的对应的端子。这种配置非常重要，因为每个Rx线圈上的电流的方向应该在所有时间处保持相同。
在为电子装置——特别是小的电子装置设计硬件时，一种主要限制是装置的体积。因此，电子装置中的空间的高效使用对于获得最可能的性能非常重要。在传统Rx线圈设计中，连接桥所需要的额外的层或导线使用了没有对装置的电气性能做出贡献的不必要的空间。如果可以消除连接桥，那么可获得的空间可以被用于提高Rx线圈性能(通过将整个导电层分配为附加的Rx线圈)、由装置中的另一性能增强的特征使用、或被消除以允许更薄(thinner)的结构。因此，在没有连接桥的情况下，FPC Rx线圈设计变得更对称，并且类似的制造工艺可以被用于每个层。
发明内容
为了克服上面描述的问题，本发明的优选实施例提供了可以在电子装置应用中使用的柔性印刷电路中的平衡对称线圈。
根据本发明的优选实施例，一种线圈装置，包括：第一导体，在第一层上并且以第一螺旋形状布置；第二导体，在第二层上并且以第二螺旋形状布置；过渡部，所述过渡部串联连接所述第一导体和所述第二导体；第一端子，连接到所述第一导体的端部；以及第二端子，连接到所述第二导体的端部。当在平面中查看时，所述第一端子和所述第二端子在所述第一导体和所述第二导体的外部。所述第一导体和所述第二导体各自包括：彼此并联连接的多条面内迹线。
所述第一导体和所述第二导体优选地具有矩形横截面。所述第一螺旋形状优选地是圆形螺旋形状或矩形螺旋形状。所述第二螺旋形状优选地是圆形螺旋形状或矩形螺旋形状。包括所述第一层和所述第二层的层的数量优选地是偶数。所述第一导体或所述第二导体的宽度优选地沿着所述第一导体或所述第二导体的长度而改变。所述第一导体或所述第二导体的中心部分优选地宽于所述第一导体或所述第二导体的内侧部分和外侧部分。所述线圈装置还优选地包括：包括所述第一层和所述第二层的柔性印刷电路结构。所述多条面内迹线优选地包括至少四条迹线。
根据本发明的优选实施例，一种电子装置，包括：根据本发明的各个优选实施例中的一个的线圈装置。
根据本发明的优选实施例，一种制造线圈装置的方法，包括：在第一层上以第一螺旋形状形成第一导体；在第二层上以第二螺旋形状形成第二导体；将所述第一导体串联连接到所述第二导体；以及，形成连接到所述第一导体的端部的第一端子、以及连接到所述第二导体的端部的第二端子。当在平面中查看时，所述第一端子和所述第二端子在所述第一导体和所述第二导体的外部。所述第一导体和所述第二导体各自包括：彼此并联连接的多条面内迹线。
根据以下参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更显而易见。
附图说明
图1示出了包括四条面内并联迹线在内的FPC中的具有矩形截面的圆形形状的线圈导线。
图2是具有四条面内并联迹线的FPC中的两个圆形形状的线圈的导线的视图，其中，两个线圈在两个不同的层中。
图3是包括接触端子的两层线圈结构的平面图。
图4是两层线圈结构的侧透视图。
图5示出了在同一导电层中具有四条并联导线迹线的一个线圈的面内并联配置。
图6是示出利用在不同的层中的两个线圈的串联配置组合的同一层上的四条面内并联迹线的本发明的优选实施例的视图。
图7是示出FPC线圈的一个层的导电迹线图案的本发明的优选实施例的视图，其中，迹线宽度朝着线圈的中心部分变宽。
图8示出了传统的接收器线圈。
图9是包括连接桥的传统的接收器线圈的透视图。
图10示出了传统的圆形形状的FPC接收器线圈。
图11示出了传统的矩形形状的FPC接收器线圈。
具体实施方式
平衡对称柔性印刷电路(FPC)线圈显著地减小或最小化所需要的空间，并且在诸如蜂窝电话、甲板计算机等之类的小电子装置应用中获得了显著增加的最大效率。图1示出了FPC中的包括具有矩形截面的导线的圆形形状的线圈100的示例，其包括四条面内并联迹线110、120、130、14。为了增强线圈性能，布局包括：面内并联迹线，其与不同的层上的其他面内并联迹线串联连接。如图1所示，同一层中的四条迹线110、120、130、140可以并联连接。虽然图1示出了四条迹线110、120、130、140，但是可以使用任意数量的迹线，包括例如四条、五条或六条迹线。
图2示出了FPC中的具有四条面内并联迹线的两个圆形形状的线圈200的导线的示例，其中，两个线圈在两个不同的层中，第一线圈210在一层中并且第二线圈220在另一层中。虽然未示出，但是本领域技术人员将理解，绝缘层位于两个线圈210、220之间。串联连接两个线圈210、220帮助增大或最大化环面积，这增大了输入/输出磁通量。在这种配置中，通过将层的数量限制为偶数，因此两个端子在一侧上，所以不需要连接桥。例如，类似于图2所示的两层结构的具有串联配置的两层结构消除了对于需要附加的空间的跨接连接桥的需要。此外，线圈性能可以通过调整诸如迹线宽度、间隔和厚度之类的参数优化。虽然图2示出了四条共面迹线，但是可以使用任意数量的共面迹线，包括例如四条、五条或六条共面迹线。
图3和图4示出了具有串联连接的不同的层的平衡对称两层线圈300。图3示出了包括接触端子330的两层线圈结构的平面图。在图3中可见，上层线圈320的导线覆盖下层线圈310中的导线。图4示出了两层线圈结构的侧透视图。图3和图4中的箭头指示可能的电流方向。也可以是，电流在相反的方向上流动。如图3和图4所示，电流的方向是进入下层线圈310的接触端子332并且离开上层线圈320的接触端子334。如图所示，电流通过层过渡部或通路340从下层线圈310到达上层线圈320，并且被传送到上层接触端子334而无需连接桥。过渡部或通路340可以邻近线圈300的中心设置。利用这种配置，所需要的线圈300的电感可以利用更少数量的线匝数获得，并且更高效的使用空间。
在线圈中使用更少的线匝导致更低的总电阻。与不同的层上的线圈并联连接的传统线圈不同，串联配置不需要每个线匝之间的紧密的间隔。因此，制造中的工艺变化不对线圈性能产生显著的影响。此外，面内并联导线配置更进一步减小了线圈的电阻。例如，图5示出了在同一层中具有四条并联导线迹线的一个线圈500的面内并联配置。虽然图5示出了四条并联迹线，但是可以使用任意数量的并联迹线，包括例如四条、五条或六条并联迹线。
与单个较宽的迹线相比，并联迹线配置导致更低的总线圈电阻。图6示出了利用串联连接的线圈的不同的层组合的并联连接的线圈的共面迹线。图6示出了以螺旋形状布置的具有在多个均匀间隔开或在制造容差内基本上均匀间隔开的导体的两层线圈。两个层的螺旋形状可以是相同的螺旋形状或可以不同。例如，顶层上的螺旋形状可以具有与底层上的螺旋形状不同数量的环。图6中的导体中的每一个可以包括：四条共面迹线，其被并联连接，并且彼此均匀间隔开或在制造容差之内基本上均匀间隔开。可以提供多于或少于四条共面迹线。例如，可以使用四条、五条或六条共面迹线。
如图6所示，下层线圈610通过层过渡部或通路640被连接到上层线圈620，并且被传送到上层线圈620而无需连接桥。如图6的平面图所示，上层接触端子634和下层接触端子632在螺旋外部。与传统线圈相比，可以利用这种配置获得更高的电感和更低的电阻，这导致线圈装置的更高的Q因数或效率。图6所示的具有四条面内并联迹线和具有串联连接的层的线圈可以被用作用于提供无线充电的小的应用装置中的Rx线圈。图6所示的线圈可以还可以被用在发射(Tx)线圈中。
此外，沿着线圈的迹线宽度可以被调整，以进一步优化线圈性能。通常，具有均匀迹线图案的线圈在内侧环与外侧环之间的中心环附近生成更多的热量，并且传统设计可以使用附加层(例如，石墨)来耗散集中在那些区域中的热量。沿着线圈的迹线宽度可以根据线圈的热图案进行调整。图7示出了FPC线圈700的一个层的示例导电迹线图案，其中，中心环中的迹线宽度被扩大，以减小电阻并且以创建附加的表面面积。图7仅示出了具有单条迹线的线圈700，但是也可以是具有四条共面迹线的线圈，如例如图1所示。因此，如果线圈在某些部分中生成更多热量，那么线圈中的迹线可以在这些部分中被扩大，以减少热量累积。
应当理解，上述描述仅仅用于说明本发明。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以设计出各种替代和修改。因此，本发明旨在包含落在所附权利要求范围内的所有这些替代、修改和变化。

Claims (11)

1.一种线圈装置，包括：
第一导体，在第一层上并且以第一螺旋形状布置；
第二导体，在第二层上并且以第二螺旋形状布置；
过渡部，所述过渡部将所述第一导体和所述第二导体串联连接；
第一端子，连接到所述第一导体的端部；以及
第二端子，连接到所述第二导体的端部；其中，
当在平面中查看时，所述第一端子和所述第二端子在所述第一导体和所述第二导体的外部；并且
所述第一导体和所述第二导体各自包括彼此并联连接的多条面内迹线。
2.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第一导体和所述第二导体具有矩形截面。
3.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第一螺旋形状是圆形螺旋形状或矩形螺旋形状。
4.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第二螺旋形状是圆形螺旋形状或矩形螺旋形状。
5.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，包括所述第一层和所述第二层的层的数量是偶数。
6.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述第一导体或所述第二导体的宽度沿着所述第一导体或所述第二导体的长度而改变。
7.根据权利要求6所述的线圈装置，其中，所述第一导体或所述第二导体的中心部分比所述第一导体或所述第二导体的内侧部分和外侧部分宽。
8.根据权利要求1所述的线圈装置，还包括：包括所述第一层和所述第二层在内的柔性印刷电路结构。
9.根据权利要求1所述的线圈装置，其中，所述多条共面迹线包括至少四条迹线。
10.一种电子装置，包括根据权利要求1所述的线圈装置。
11.一种制造线圈装置的方法，所述方法包括：
在第一层上以第一螺旋形状形成第一导体；
在第二层上以第二螺旋形状形成第二导体；
将所述第一导体串联连接到所述第二导体；以及
形成连接到所述第一导体的端部的第一端子、以及连接到所述第二导体的端子的端部的第二端子；其中，
当在平面中查看时，所述第一端子和所述第二端子在所述第一导体和所述第二导体的外部；以及
所述第一导体和所述第二导体各自包括彼此并联连接的多条面内迹线。
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