CN112821571A - 充电线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种充电线圈，包括：两个第一线圈，两个第一线圈沿第一方向并行排列，每一第一线圈均包括沿第一方向间隔分布的第一感应部和第二感应部，且两个第一感应部相互靠近，两个第二感应部相互远离；一个第二线圈，一个第二线圈与两个第一线圈层叠设置，第二线圈包括沿第一方向间隔分布的第三感应部和第四感应部；其中，每一第一线圈的第一感应部的内边缘和第二感应部的外边缘之间均形成有一预设区域，第三感应部在第一线圈所在平面的投影位于其中一个预设区域内，第四感应部在第一线圈所在平面的的投影位于另外一个预设区域内。本发明技术方案能够减小或者消除传统三线圈方案中的充电死区，克服手机放在充电器中间附近却不充电的问题。

Description

充电线圈

技术领域

本发明涉及充电技术领域，特别涉及一种充电线圈。

背景技术

无线充电因其便捷性，应用越来越广泛，其中Qi协议推荐TX参考设计中的MP-A9和MP-A13三线圈方案逐渐成为车载无线充的热门方案。但是，上述两种方案存在同样的诟病，即相邻线圈之间存在充电死区，手机放在充电器中间附近时却不充电的现象极易发生，对消费者的使用体验造成不良影响。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种充电线圈，旨在减小或者消除传统三线圈方案中的充电死区，克服手机放在充电器中间附近却不充电的问题。

为实现上述目的，本发明提出的充电线圈，包括：两个第一线圈，两个第一线圈沿第一方向并行排列，每一第一线圈均包括沿第一方向间隔分布的第一感应部和第二感应部，且两个第一感应部相互靠近，两个第二感应部相互远离；一个第二线圈，一个第二线圈与两个第一线圈层叠设置，第二线圈包括沿第一方向间隔分布的第三感应部和第四感应部；其中，每一第一线圈的第一感应部的内边缘和第二感应部的外边缘之间均形成有一预设区域，第三感应部在第一线圈所在平面的投影位于其中一个预设区域内，第四感应部在第一线圈所在平面的的投影位于另外一个预设区域内。

可选地，两个第二感应部的外边缘之间的距离小于94.00㎜，第一感应部的外边缘和第二感应部的外边缘之间的距离大于45.00㎜。

可选地，第三感应部在第一线圈所在平面的投影与其中一个第二感应部至少部分重合；第四感应部在第一线圈所在平面的投影与另外一个第二感应部至少部分重合。

可选地，每一第一线圈中，第一感应部的内边缘和第二感应部的内边缘之间的距离在8.50㎜至12.50㎜之间，且第一感应部的外边缘和第二感应部的外边缘之间的距离在33.67㎜至39.67㎜之间；第二线圈中，第三感应部的内边缘和第四感应部的内边缘之间的距离在39.00㎜至45.00㎜之间，且第三感应部的外边缘和第四感应部的外边缘之间的距离在63.00㎜至73.00㎜之间。

可选地，每一第一线圈中，第一感应部的内边缘和第二感应部的内边缘之间的距离为10.50㎜，且第一感应部的外边缘和第二感应部的外边缘之间的距离为36.70㎜；第二线圈中，第三感应部的内边缘和第四感应部的内边缘之间的距离为42.00㎜，且第三感应部的外边缘和第四感应部的外边缘之间的距离为68.00㎜。

可选地，两个第一线圈关于第二线圈所在区域的中心对称设置。

可选地，两个第一线圈所在区域的中心之间的距离为38.70±1㎜。

可选地，第一线圈由导线卷绕而成，或第一线圈通过在FPCB上蚀刻铜箔制成；第二线圈由导线卷绕而成，或第二线圈通过在FPCB上蚀刻铜箔制成。

可选地，充电线圈还包括：屏蔽片，第一线圈和第二线圈均设于屏蔽片上。

可选地，屏蔽片的材质为铁氧体或纳米晶。

本发明技术方案中，充电线圈包括两个并排的第一线圈以及叠设于其上的一个第二线圈，第二线圈的第三感应部在第一线圈所在平面的投影位于左侧的第一线圈的第一感应部的内边缘至第二感应部的外边缘之间，且第二线圈的第四感应部在第一线圈所在平面的投影位于右侧的第一线圈的第一感应部内边缘至第二感应部的外边缘之间，相较于传统的三线圈的技术方案，本发明的充电线圈中，相邻两个充电区域的间隔减小，从而减小或者消除充电死区，能够克服手机放在充电器中间附近却不充电的问题，为用户提供更好的使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术的MP-A9线圈一实施例的结构示意图；

图2为MP-A9线圈与15W接收线圈的耦合系数随着两者偏移距离增大的变化示意图；

图3为MP-A9线圈中一个线圈上侧5mm平面内的磁场分布示意图；

图4为本发明充电线圈一实施例的结构示意图；

图5为图4充电线圈的前视图；

图6为图4充电线圈的俯视图；

图7为图4充电线圈中第一线圈的结构示意图；

图8为图4充电线圈中第二线圈的结构示意图；

图9为图4充电线圈中第二线圈上侧5mm平面内的磁场分布示意图；

图10为图4充电线圈和MP-A9线圈分别与15W接收线圈的耦合系数随着X向偏移距离增大的变化示意图；

图11为图4充电线圈和MP-A9线圈分别与15W接收线圈的耦合系数随着Y向偏移距离增大的变化示意图；

图12为图4充电线圈和MP-A9线圈分别与15W接收线圈的耦合系数在X方向不同偏移距离下的耦合系数的大小示意图；

图13为图4充电线圈和MP-A9线圈分别与15W接收线圈的耦合系数在Y方向不同偏移距离下的耦合系数的大小示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种充电线圈100。

在本发明实施例中，如图4至5所示，该充电线圈100，包括：两个第一线圈10，两个第一线圈10沿第一方向并行排列，每一第一线圈10均包括沿第一方向间隔分布的第一感应部11和第二感应部12，且两个第一感应部11相互靠近，两个第二感应部12相互远离；一个第二线圈20，一个第二线圈20与两个第一线圈10层叠设置，第二线圈20包括沿第一方向间隔分布的第三感应部21和第四感应部22；其中，每一第一线圈10的第一感应部11的内边缘和第二感应部12的外边缘之间均形成有一预设区域，第三感应部21在第一线圈10所在平面的投影位于其中一个第一线圈10的预设区域内，第四感应部22在第一线圈10所在平面的的投影位于另外一个第一线圈10的预设区域内。

需要说明的是，请参阅图1，图1为现有车载无线充常用的MP-A9线圈，从图1中可以看出，MP-A9线圈方案包括两个并排的充电线圈100以及叠设于其上的一个充电线圈100，且上层的充电线圈100的左右两个侧部分别与下层两个充电线圈100相互靠近的两个侧部在水平面上的投影部分重合。请参阅图2，图2为MP-A9线圈与15W接收线圈的耦合系数随着两者偏移距离增大的变化情况，其中横线S以上的区域为可充电区域(图中的R1表示可充电区域，S代表可充电基准线，R2表示非充电区域，a表示MP-A9线圈)，从图2中可以看出，相邻线圈之间有大约12mm的充电死区。经研究发现，现有MP-A9线圈方案中，相邻线圈之间存在充电死区的原因是：单个线圈的充电区域太小，而相邻线圈的总长度过大，大于两个线圈的充电区域之和，因此在两个相邻线圈的中间区域形成充电死区。而影响单个线圈的充电区域大小的主要原因是线圈周围磁场分布不均匀，导致发射端线圈和接收端线圈相对偏移时，耦合系数变化大，使得充电效率降低，容易误触发充电器的异物检测系统(Foreign ObjectDetection，FOD)报警，从而造成手机不能充电。对MP-A9线圈方案中的单个线圈而言，另请参阅图3，图3示出的是一个线圈上侧5mm的平面的磁场分布情况，由图3可知，线圈中间区域的磁场较强，磁场集中于中心，磁场范围较小，因此可充电区域小。

本发明技术方案改进了上述缺陷，具体地，请参阅图4，图中的X方向为第一方向，图中的Y方向为第二方向，第一方向与第二方向垂直，第一方向和第二方向构成一坐标平面，该坐标平面以水平面示例，本发明的充电线圈100包括两个第一线圈10和一个第二线圈20，第一线圈10和第二线圈20均平行于水平面，两个并排的第一线圈10位于下层，一个第二线圈20叠设于上层。其中，第一线圈10除了包括沿第一方向间隔分布的第一感应部11和第二感应部12外，还包括沿第二方向间隔分布的第五感应部13和第六感应部14，第一感应部11、第五感应部13、第二感应部12和第六感应部14依次连接并围合；第二线圈20除了包括沿第一方向间隔分布的第三感应部21和第四感应部22外，还包括沿第二方向间隔分布的第七感应部23和第八感应部24，第三感应部21、第七感应部23、第四感应部22和第八感应部24依次连接并围合。

相较于现有技术，本发明的充电线圈100中，第二线圈20的第三感应部21与左侧的第一线圈10的第一感应部11在水平面上的投影不重合，并且，第二线圈20的第四感应部22与右侧的第一线圈10的第一感应部11在水平面上的投影不重合。第二线圈20的第三感应部21在第一线圈10所在平面的投影位于左侧的第一线圈10的预设区域C1内，并且，第二线圈20的第四感应部22在第一线圈10所在平面的投影位于右侧的第一线圈10的预设区域C2内。本发明的充电线圈100结构，可在现有的MP-A9线圈方案上对形状位置作出调整得到，即沿第一方向“拉长”上层的线圈，同时可以沿第一方向将下层的两个线圈朝二者间隔处的中心“挤压”，通过调整下层线圈和上层线圈的形状位置关系，可以使三个线圈的充电区域中，相邻两个充电区域的间隔减小，从而减小或者消除充电死区，能够克服手机放在充电器中间附近却不充电的问题，为用户提供更好的使用体验。

值得注意的是，在基于MP-A9线圈方案进行改进时，单独地“拉长”上层的线圈，或者单独地“挤压”下层的两个线圈，都可以达到本发明减小或者消除充电死区的目的，但是，单独地调整上层线圈会导致上层线圈充电效率降低，单独地调整下层线圈会导致下层线圈充电效率降低，而同时调整上层线圈和下层线圈，可以使上层线圈和下层线圈分别和接收端线圈的耦合程度更相似，上层线圈和下层线圈的充电效率差异比较小，即二者的充电效率都比较适中，不会出现充电效率很低的区域，因此，在改进调整时优选同时调整上层线圈和下层线圈。由于在MP-A9线圈方案中，沿第一方向，下层两个线圈的相互远离的两个侧部的外边缘之前的距离为94.00㎜，上层线圈的两个侧部距离为45.00㎜。所以，本发明技术方案中，作为一种实施方式，两个第二感应部的外边缘之间的距离小于94.00㎜，第一感应部的外边缘和第二感应部的外边缘之间的距离大于45.00㎜。

作为一种实施方式，请参阅图4，第三感应部21在第一线圈10所在平面的投影与其中一个第二感应部12至少部分重合；第四感应部22在第一线圈10所在平面的投影与另外一个第二感应部12至少部分重合。

本实施例中，在现有的MP-A9线圈的基础上，通过沿第一方向“拉长”上层的线圈，同时沿第一方向将下层的两个线圈朝二者间隔处的中心“挤压”，形成本发明的充电线圈100方案，其中，当第二线圈20的第三感应部21在第一线圈10所在平面的投影与左侧的第一线圈10的第二感应部12部分重合，并且第二线圈20的第四感应部22在第一线圈10所在平面的投影与右侧的第一线圈10的第二感应部12部分重合时，可以克服传统三线圈方案中存在充电死区的问题，而且，此技术方案中，充电线圈100具有较高的充电自由度和充电效率，能够提供给用户更好的使用体验。

在本发明的一实施例中，请参阅图6至8，每一第一线圈10中，第一感应部11的内边缘和第二感应部12的内边缘之间的距离l1在8.50㎜至12.50㎜之间，且第一感应部11的外边缘和第二感应部12的外边缘之间的距离L1在33.67㎜至39.67㎜之间；第二线圈20中，第三感应部21的内边缘和第四感应部22的内边缘之间的距离l2在39.00㎜至45.00㎜之间，且第三感应部21的外边缘和第四感应部22的外边缘之间的距离L2在63.00㎜至73.00㎜之间。

请参阅图9，图9示出是第二线圈20上侧5mm平面内的磁场分布情况，相对MP-A9线圈而言，第二线圈20的中间磁场分布较均匀且范围明显大于MP-A9线圈，暗示着第二线圈20具有更大的自由度；同时，相对MP-A9线圈而言，两个第一线圈10沿第一方向朝中间收拢，可减小相邻线圈的中心距，从而减小或者消除充电死区。因此，本发明的充电线圈100，在提高充电自由度的情况下，还能保持较高的充电效率，能够提供给用户良好的使用体验。

请参阅图10，图10为本实施例充电线圈100方案和MP-A9线圈方案分别与15W接收线圈的耦合系数随着X向偏移距离增大的变化情况(图中S代表可充电基准线，a表示MP-A9线圈，b表示本发明实施例充电线圈100)，从图中可以看出，本实施例的充电线圈100方案中，相邻线圈之间几乎没有充电死区，能够克服手机放在充电器中间附近却不充电的问题，为用户提供更好的使用体验。

本实施例提出的充电线圈100的尺寸结构，基于MP-A9线圈方案来说，不仅沿第一方向“拉长”上层的线圈，而且同时沿第一方向将下层的两个线圈朝二者间隔处的中心“挤压”。请参阅图12和13，图12和图13分别为本发明充电线圈100方案和MP-A9线圈方案分别与15W接收线圈的耦合系数在X和Y方向不同偏移距离下的耦合系数的大小情况(图中a表示MP-A9线圈，b表示本发明实施例充电线圈100)，从图中可以看出，本发明充电线圈100方案和MP-A9线圈方案在同样的偏移距离下耦合系数相差不大，甚至本发明充电线圈100方案的耦合系数比MP-A9线圈方案更大。也即是说，本发明充电线圈100方案在提高充电自由度的情况下，还能保持较高的充电效率，具有良好的用户体验。需要说明的是，为了保证相邻线圈之间完全消除充电死区，应保证本发明实施例的充电线圈100与15W接收线圈的耦合系数在X向的变化曲线中，靠近零点的两个下凹点的值大于0.45(耦合系数大于0.45时方能有效充电)。

作为一种优选实施例，每一第一线圈10中，第一感应部11的内边缘和第二感应部12的内边缘之间的距离l1为10.50㎜，且第一感应部11的外边缘和第二感应部12的外边缘之间的距离L1为36.70㎜；第二线圈20中，第三感应部21的内边缘和第四感应部22的内边缘之间的距离l2为42.00㎜，且第三感应部21的外边缘和第四感应部22的外边缘之间的距离L2为68.00㎜。进一步地，两个第一线圈10关于第二线圈20所在区域的中心对称设置。进一步地，两个第一线圈10所在区域的中心之间的距离I为38.70±1㎜。此技术方案中，可以克服传统三线圈方案中存在充电死区的问题，而且充电自由度和充电效率达到最优效果，能够提供给用户更好的使用体验。

此外，请参阅图11，图11为本发明充电线圈100方案和MP-A9线圈方案分别与15W接收线圈的耦合系数随着Y向偏移距离增大的变化情况(图中S代表可充电基准线，a1和a3表示MP-A9线圈中下层的两个线圈，a2表示MP-A9线圈中上层的一个线圈，b1和b3表示本发明实施例充电线圈100中的两个第一线圈10，b2表示本发明实施例充电线圈100中的一个第二线圈20)，从图中可以看出新线圈方案在Y方向的自由度与MP-A9线圈方案的几乎相同。容易理解的是，因为本发明的充电线圈100并没有过多调整Y向的形状位置，所以本发明的充电线圈100的磁场在第二方向上几乎不受影响。具体地，第一线圈10的第五感应部13的内边缘和第六感应部14的内边缘之间的距离n1在23.00㎜至27㎜之间(优选25.00㎜)，且第一线圈10的第五感应部13的内边缘和第六感应部14的内边缘之间的距离N1在48.00㎜至54㎜之间(优选51.00㎜)，第二线圈20的第七感应部23的内边缘和第八感应部24的内边缘之间的距离n2在25.50㎜至29.50㎜之间(优选27.50㎜)，且第二线圈20第七感应部23的外边缘和第八感应部24的外边缘之间的距离N2在50.00㎜至56.00㎜之间(优选53.00㎜)。其中，第一线圈10的厚度可以为1.40±1㎜，第二线圈20的厚度可以为1.40±1㎜。

可选地，第一线圈10由导线卷绕而成，或第一线圈10通过在FPCB上蚀刻铜箔制成；第二线圈20由导线卷绕而成，或第二线圈20通过在FPCB上蚀刻铜箔制成。

第一线圈10和第二线圈20的制作方式，可以是通过导线在平面内螺旋卷绕形成的盘状结构，也可以是利用柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit Board，FPCB)上的走线，通过对电路板上的铜箔进行刻蚀形成一匝一匝的线圈结构。线圈的制作属于本领域的成熟工艺，此处不再赘述。

在本发明的一实施例中，充电线圈100还包括：屏蔽片30，第一线圈10和第二线圈20均设于屏蔽片30上。

为了防止外界信号对充电器内充电线圈100的电路造成电磁干扰，本实施例在第一线圈10和第二线圈20的底部设置有屏蔽片30，屏蔽片30可屏蔽外界的电磁信号，从而保证本发明充电线圈100充电的稳定性和可靠性。

进一步地，屏蔽片30的材质为铁氧体或纳米晶。

其中，铁氧体是一种新型的非金属磁性材料，一般是指铁族的和其他一种或多种适当的金属元素的复合氧化物，属于半导体，它是作为磁性介质而被利用，适于用作屏蔽材料。而纳米晶材料是指由纳米级尺寸(1～10nm)的晶体所组成的材料，由于晶体极细，故晶界可占整个材料的50％或更多。以纳米晶软磁材料为基础制成的磁场屏蔽材料，有着高磁导率、轻薄且易加工等诸多优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电线圈，其特征在于，包括：

两个第一线圈，两个所述第一线圈沿第一方向并行排列，每一所述第一线圈均包括沿所述第一方向间隔分布的第一感应部和第二感应部，且两个所述第一感应部相互靠近，两个所述第二感应部相互远离；

一个第二线圈，一个所述第二线圈与两个所述第一线圈层叠设置，所述第二线圈包括沿所述第一方向间隔分布的第三感应部和第四感应部；

其中，每一所述第一线圈的第一感应部的内边缘和第二感应部的外边缘之间均形成有一预设区域，所述第三感应部在所述第一线圈所在平面的投影位于其中一个所述预设区域内，所述第四感应部在所述第一线圈所在平面的的投影位于另外一个所述预设区域内。

2.如权利要求1所述的充电线圈，其特征在于，两个所述第二感应部的外边缘之间的距离小于94.00㎜，所述第一感应部的外边缘与所述第二感应部的外边缘之间的距离大于45.00㎜。

3.如权利要求2所述的充电线圈，其特征在于，所述第三感应部在所述第一线圈所在平面的投影与其中一个所述第二感应部至少部分重合；

所述第四感应部在所述第一线圈所在平面的投影与另外一个所述第二感应部至少部分重合。

4.如权利要求3所述的充电线圈，其特征在于，每一所述第一线圈中，所述第一感应部的内边缘和所述第二感应部的内边缘之间的距离在8.50㎜至12.50㎜之间，且所述第一感应部的外边缘和所述第二感应部的外边缘之间的距离在33.67㎜至39.67㎜之间；

所述第二线圈中，所述第三感应部的内边缘和所述第四感应部的内边缘之间的距离在39.00㎜至45.00㎜之间，且所述第三感应部的外边缘和所述第四感应部的外边缘之间的距离在63.00㎜至73.00㎜之间。

5.如权利要求4所述的充电线圈，其特征在于，每一所述第一线圈中，所述第一感应部的内边缘和所述第二感应部的内边缘之间的距离为10.50㎜，且所述第一感应部的外边缘和所述第二感应部的外边缘之间的距离为36.70㎜；

所述第二线圈中，所述第三感应部的内边缘和所述第四感应部的内边缘之间的距离为42.00㎜，且所述第三感应部的外边缘和所述第四感应部的外边缘之间的距离为68.00㎜。

6.如权利要求5所述的充电线圈，其特征在于，两个所述第一线圈关于所述第二线圈所在区域的中心对称设置。

7.如权利要求6所述的充电线圈，其特征在于，两个所述第一线圈所在区域的中心之间的距离为38.70±1㎜。

8.如权利要求1至7中任一项所述的充电线圈，其特征在于，所述第一线圈由导线卷绕而成，或所述第一线圈通过在FPCB上蚀刻铜箔制成；

所述第二线圈由导线卷绕而成，或所述第二线圈通过在FPCB上蚀刻铜箔制成。

9.如权利要求1至7中任一项所述的充电线圈，其特征在于，所述充电线圈还包括：

屏蔽片，所述第一线圈和所述第二线圈均设于所述屏蔽片上。

10.如权利要求9所述的充电线圈，其特征在于，所述屏蔽片的材质为铁氧体或纳米晶。

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