CN207637602U - 一种线圈、无线充电结构及电子设备 - Google Patents

一种线圈、无线充电结构及电子设备 Download PDF

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朱晏军
李有云
刘长征
聂敏
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Abstract

本实用新型公开了一种线圈、无线充电结构及电子设备。无线充电结构包括磁板和设置在磁板上的线圈；所述线圈由N股绕线以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端；或者，所述线圈由单股绕线绕制而成，所述绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端。本实用新型的线圈、无线充电结构以及电子设备，在实现无线充电时，具有较高的充电效率。

Description

一种线圈、无线充电结构及电子设备
【技术领域】
本实用新型涉及电子元器件领域，特别是涉及一种线圈、无线充电结构及电子设备。
【背景技术】
随着智能手机、平板电脑等便携式电子设备的广泛使用，人们对充电的要求也越来越高。尤其是智能手机，其功能强大，软件丰富，使用频率高，导致手机耗电量大，待机时间短，使用这些产品必须反复充电，在实际中成了非常麻烦的事情。
无线充电设备中，一般是无线充电线圈和磁板粘接在一起使用。使用无线充电设备为电子设备，例如手机进行充电时，手机和无线充电设备之间没有导线连接，可以放上即充，又可以随时拿开使用，没有传统手机连接导线的限制，充电方便、灵活，并具有可以同时给多个用电器充电等优势。然而，现有的无线充电设备充电时，仍存在充电效率不够理想的问题。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
【实用新型内容】
本实用新型所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种线圈、无线充电结构及电子设备，在实现无线充电时，具有较高的充电效率。
本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种无线充电结构，包括磁板和设置在磁板上的线圈；所述线圈由N股绕线以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端；或者，所述线圈由单股绕线绕制而成，所述绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端。
一种线圈，所述线圈由N股绕线以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端；或者，所述线圈由单股绕线绕制而成，所述绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端。
一种电子设备，包括无线充电接收线圈，其特征在于：所述无线充电接收线圈为如上所述的线圈。
本实用新型与现有技术对比的有益效果是：
本实用新型的无线充电结构或者电子设备中，实现无线充电时，发射线圈或者接收线圈为由方形绕线替代圆形绕线绕制而成，这样，电流流过方形铜线的有效截面积比电流流过圆形铜线的有效截面积大20％左右，相应地直流电阻RDC和交流电阻RAC要小20％，从而充电时的趋肤效应的影响较小，而且充电时漏磁较小，因此整体充电效率较高。在相同条件下，采用方形铜线制成的无线充电线圈比圆形铜线在效率方面可提升20％。此外，本实用新型的线圈由方形绕线绕制，方形截面结构在绕线时可以紧密并排，紧密叠层缠绕，绕线间不会产生空隙，从而可以提高线圈占用的空间的有效利用率，适应手机、平板电脑等电子设备的薄型化设计要求。
【附图说明】
图1是本实用新型具体实施方式的多股绕线以单层多股并排方式绕线的示意图；
图2是本实用新型具体实施方式的多股绕线以多层多股并排方式绕线的示意图；
图3a是图1所示的多股绕线的横截面示意图；
图3b是图1所示的多股绕线绕制成线圈的截面示意图；
图3c是图2所示的多股绕线绕制成线圈的截面示意图；
图4a是现有的圆形绕线以单层多股并排方式绕制成线圈的截面示意图；
图4b是现有的圆形绕线以多层多股并排方式绕制成线圈的截面示意图；
图5是本实用新型具体实施方式的方形绕线与圆形绕线的趋肤效应的效果示意图；
图6是本实用新型具体实施方式的无线充电结构的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
本具体实施方式中提出一种线圈，由多股绕线或者单股绕线绕制。
以单股绕线绕制时，绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端。
以多股绕线绕制时，以N股以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端。一般地，N在2～20的范围内已可满足电子设备的大部分应用需求。
如图1所示，示意了由6股绕线100以单层多股并排方式绕线的情形。也可根据实际需求，设置多层多股并排方式进行绕线。图2示意了18股绕线以单层6股并排，叠成3层进行绕线的情形。从图2中可以看出，方形绕线绕制时非常致密，不会有空隙，绕线对空间的有效利用率增大。图3a示意了图1所示的绕线的横截面示意图，各绕线100的截面均为方形的。图3b示意了图1所示的绕线绕制成线圈后的截面示意图，图3c示意了图2所示的绕线绕制成线圈后的截面示意图。线圈的内径为ID，外径为OD。作为对比，图4a和图4b分别示意了现有的圆形绕线以单层和多层绕制成线圈的截面示意图。
本具体实施方式中采用方形铜线替代圆形铜线绕制成线圈，可克服现有无线充电线圈的诸多不足，表现在可减小趋肤效应的影响、漏磁小，效率较高；在具有相同效率的情形下可降低线圈占用的空间，提高空间利用率。
具体地，如图5所示，在相同条件下，将圆形和方形铜线绕成线圈，在相同的电压V和频率f下，由于有趋肤效应，电流只在导线表面上较薄的一层中流过，趋肤深度为δ。这样，电流流过铜线的有效截面积可通过公式计算得到。以圆形铜线的直径和方形铜线的边长均为a为例，电流流过圆形铜线的有效截面积为S1＝(π/4)a2-(a-2δ)2＝((π/4)-1)a2+4aδ-4δ2,电流流过方形铜线的有效截面积为S2＝a2-(a-2δ)2＝4aδ-4δ2，从上述比较可知，电流流过方形铜线的有效截面积比电流流过圆形铜线的有效截面积大20％左右，相应的，方形铜线的交流电阻RAC将比圆形铜线小20％左右，从而方形铜线绕制而成的线圈用作无线充电时，趋肤效应的影响较小，可提升充电效率。
另外，根据Rdc＝ρL/S，相同长度L的铜线，圆形铜线的RDC＝4ρL/πa2，方形铜线的RDC＝ρL/a2，可知在同样条件下，方形铜线的直流电阻小于圆形铜线的直流电阻20％左右。
最后，当采用方形铜线并排或者叠层绕线时，同层的线与线之间以及不同的层与层之间均不会产生空隙，可以提高线圈占用的空间的有效利用率。而圆形铜线在绕制过程中，线间、层间均会产生空隙，有效空间利用率相对小。而在占用同样长度的尺寸空间时，长度为L的圆形铜线的表面积S3＝πaL，长度为L的方形铜线的表面积S4＝4aL，方形铜线的表面积比圆形铜线的表面积大约27％。当方形铜线的表面积较大时，可在较大范围内增加发射线圈和接收线圈之间磁通的耦合，这样，本具体实施方式中采用方形绕线的线圈无论作为发射线圈，还是接收线圈，对空间的有效利用率高，可有效地减小漏磁，从而增加充电效率。
本具体实施方式还提出一种无线充电结构，包括磁板和设置在磁板上的线圈，线圈即为如上所述的由方形绕线绕制而成的线圈。其中，方形绕线的边长可为0.05mm～0.10mm。绕制而成的线圈内部可为方形等四边形或者圆形，外部可为方形等四边形或者圆形。当绕制成的线圈为内圆外圆时，优选地，线圈的内径为Ф15mm～Ф25mm，外径为Ф35mm～Ф55mm。在该尺寸范围内，既可适应移动终端电子设备的尺寸空间，同时充电效率也能满足移动终端，例如手机等充电的要求。
本具体实施方式还提供一种电子设备，包括无线充电接收线圈，线圈即为如上所述的由方形绕线绕制而成的线圈。通过将上述方形截面的绕线绕制成的线圈设置在手机、平板电脑等电子设备的壳体内，从而可实现电子设备的高效率无线充电。
鉴于方形铜线相对于圆形铜线的优势，还可以根据不同客户的要求，利用多层方形铜线制作高充电效率的无线充电线圈，用作汽车的无线充电线圈产品上。
本具体实施方式还提出一种无线充电结构的制备方法，如图6所示，包括以下步骤：
(1)将单根厚度为0.05mm～0.10mm的方形截面的铜线N股(N为2以上的整数)单层并排绕线或者多层并排绕线，绕成线圈，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，将N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端；或者，将单根的方形截面的铜线绕制成线圈，铜线的两端分别作为线圈的两个引线端。
(2)将线圈的引线端进行整理，并对引线端进行浸锡处理。
(3)将浸锡处理后的线圈涂胶，贴附在磁板上进行组装。其中，磁板材质可为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体或者是合金等。
(4)将组装好的产品放进烘烤炉中进行烘烤固化。
(5)固化后，对产品进行后处理过程，例如检测、喷码、包装和入库等。
上述制备过程中，步骤(1)中所述绕成线圈，为用全自动绕线机完成的。
步骤(2)中所述对线圈引线进行整理，可以人工通过工装夹具完成，也可以通过设备自动完成。
步骤(2)中所述对引线进行浸锡，可在浸锡槽中实现的，温度为350℃～400℃，时间为3s～10s。
步骤(3)中所述对线圈进行涂胶，胶带为丙烯酸酯类材质，厚度为20μm～60μm。
步骤(3)中所述组装，是将涂好胶的线圈贴在磁板上，可以通过设备实现，也可以人工操作完成。
步骤(4)中所述烘烤固化，是在烘烤炉中进行的，温度为80℃～100℃，时间为5s～10s。
步骤(5)中所述检测，外观检测可通过肉眼或者显微镜完成，电磁性能检测可通过相关仪器完成。
如下，以单层n股方形铜线和传统圆形铜线制成的无线充电线圈为例，通过更具体的实施例对本具体实施方式的无线充电线圈的效率的性能进行进一步验证。
实施例1
取相同尺寸(0.085mm)的方形铜线与传统圆形铜线，用13股线单层绕制成线圈。本实施例中绕制13圈，得到的线圈外径为48mm，内径为19mm。分别测量线圈的直流电阻RDC，圆形铜线对应的线圈为353mΩ，方形铜线对应的线圈为282mΩ。在功率输出方面，设定输入电压和输出电压为12V，在0.1A时，圆形铜线对应的线圈的效率为45％，方形铜线对应的线圈的效率为58％；在0.5A时，圆形铜线对应的线圈的效率为78％，方形铜线对应的线圈的效率为81％；在1.0A时，圆形铜线圈的效率为80％，方形铜线圈的效率为82％。从数据可知，方形铜线对应的线圈的充电效率明显高于圆形铜线对应的线圈。
实施例2
取相同尺寸(0.085mm)的方形铜线与传统圆形铜线，用13股线单层绕制成线圈。本实施例中绕制12圈，得到的线圈外径为44mm，内径为19mm。分别测量线圈直流电阻RDC，圆形铜线对应的线圈为296mΩ，方形铜线对应的线圈为231mΩ。在功率输出方面，设定输入电压和输出电压为12V，在0.1A时，圆形铜线圈的效率为41％，方形铜线圈的效率为54％；在0.5A时，圆形铜线圈的效率为72％，方形铜线圈的效率为75％；在1.0A时，圆形铜线圈的效率为74％，方形铜线圈的效率为76％。从数据可知，方形铜线对应的线圈的充电效率明显高于圆形铜线对应的线圈。
实施例3
取相同尺寸(0.085mm)的方形铜线与传统圆形铜线，用12股线单层绕制成线圈。本实施例中绕制12圈，得到的线圈外径为43mm，内径为19mm。分别测量线圈直流电阻RDC，圆形铜线对应的线圈为294mΩ，方形铜线对应的线圈为226mΩ。在功率输出方面，设定输入电压和输出电压为12V，在0.1A时，圆形铜线圈的效率为38％，方形铜线圈的效率为50％；在0.5A时，圆形铜线圈的效率为66％，方形铜线圈的效率为69％；在1.0A时，圆形铜线圈的效率为68％，方形铜线圈的效率为70％。从数据可知，方形铜线对应的线圈的充电效率明显高于圆形铜线对应的线圈。
对上述三个实施例的测试上个月还有进行整理，如下表所示：
由实施例1-3的检测结果可知，用方形铜线绕制的无线充电线圈性能明显优于圆形铜线绕制的线圈。获得相同充电效率的条件下，本具体实施方式的线圈可绕制较少的圈数，从而实现小型化、薄型化的应用需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线充电结构，包括磁板和设置在磁板上的线圈；其特征在于：所述线圈由N股绕线以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端，N股绕线中相邻的绕线之间无空隙；或者，所述线圈由单股绕线绕制而成，所述绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端，单股绕线中相邻圈的绕线之间无空隙。
2.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述绕线的边长为0.05mm～0.10mm。
3.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述线圈的绕制形状为：内部为四边形或者圆形，外部为四边形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述线圈的绕制形状为内圆外圆。
5.根据权利要求4所述的无线充电结构，其特征在于：所述线圈的内径为15mm～25mm，外径为35mm～55mm。
6.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述磁板的材质为镍锌铁氧体、锰锌铁氧体或者合金。
7.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述N在2～20的范围内。
8.根据权利要求1所述的无线充电结构，其特征在于：所述绕线为铜线。
9.一种线圈，其特征在于：所述线圈由N股绕线以单层多股并排方式或者多层多股并排方式绕制而成，N为2以上的整数，所述绕线的截面为方形，所述绕线分别具有第一端和第二端，N股绕线的第一端连接在一起作为所述线圈的一引线端，N股绕线的第二端连接在一起作为所述线圈的另一引线端，N股绕线中相邻的绕线之间无空隙；或者，所述线圈由单股绕线绕制而成，所述绕线的截面为方形，所述绕线具有第一端和第二端，所述第一端和第二端分别作为所述线圈的两个引线端，单股绕线中相邻圈的绕线之间无空隙。
10.一种电子设备，包括无线充电接收线圈，其特征在于：所述无线充电接收线圈为如权利要求9所述的线圈。
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