CN207977221U - 电能发射线圈和无线电能发射端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电能发射线圈和无线电能发射端，通过增加绕线的等效线径，扩大电能发射线圈的面积，当电能接收线圈发生偏移时，可以有效地减少耦合电感的降低，增加充电范围。

Description

电能发射线圈和无线电能发射端

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术，具体涉及无线充电技术，更具体地，涉及一种电能发射线圈和无线电能发射端。

背景技术

无线充电技术可以以无线方式在电子设备之间传输电能，因而广泛应用于消费电子产品和其它类型的电子产品中。无线充电技术通常通过发射端线圈和接收端线圈的相互电磁耦合来实现电能的无线传输。

无线充电装置包含电能发射端和接收端：通常电能发射端包含电能发射电路，将直流电压转换为交变电流，交变电流通过电能发射线圈，产生交变磁场；电能接收端包含电能接收线圈，耦合交变的磁场感应出相应的交变电压，然后通过整流电路将交变电压转换为直流电压给电子设备充电。

电能接收端耦合交变磁场产生的感生电压为：

U_s＝ωMI_p(其中)

其中ω为交变磁场的频率，M为电能发射线圈和电能接收线圈的耦合电感，I_p为电能发射线圈中的电流，表征磁场强度，Lp为电能发射线圈的电感值，Ls为电能接收线圈的电感值，k为电能发射线圈和电能接收线圈的耦合系数。

目前被广泛采用的是低频磁感应技术，产生低频磁场(100kHz左右)，因此交变磁场的频率ω很小，必须提高耦合电感M来提高感生电压，这样传输距离和能量传输面积就受到了限制。

图1和图2是Qi标准A11电能发射线圈的示意图。在图1中，电能发射线圈1的匝数为10匝，线圈内径20mm，外径44mm，电能接收线圈2有效充电时可左右偏移7mm。当电能接收线圈2偏移更多时，例如发生15mm以上的偏移时，如图2所示，由于电能发射线圈1和电能接收线圈2重叠区域减少，此时电能发射线圈1和电能接收线圈2的耦合系数k和耦合电感M急剧下降，接收端不能感生足够的电压，导致不能正常充电。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种电能发射线圈和应用所述电能发射线圈无线电能发射端，以减少由于位置偏移引起的耦合电感降低，提高位置自由度。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种电能发射线圈，其中，所述电能发射线圈由N股并列的绕线绕制以形成多个并联的子线圈，其中N为大于等于2的整数。

优选地，所述电能发射线圈的匝数大于或等于Qi标准规定的标准线圈匝数。

优选地，所述绕线的横截面积大于或等于Qi标准规定的标准绕线横截面积。

优选地，所述N股并列的绕线具有不同的横截面积。

优选地，每股所述绕线为利兹线。

优选地，所述利兹线的材质为0.1mm*N3股，其中N3为大于或等于100的整数。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种电能发射线圈，其中，所述电能发射线圈的绕线的横截面积大于Qi标准规定的标准绕线横截面积。

优选地，所述电能发射线圈由N股并列的绕线绕制以形成多个并联的子线圈，其中N为大于等于2的整数。

优选地，所述电能发射线圈的匝数大于或等于Qi标准规定的标准线圈匝数。

根据本实用新型实施例的第三方面，提供一种无线电能发射端，其中，所述无线电能发射端包括如第一方面或第二方面所述的电能发射线圈。

本实用新型提出的电能发射线圈结构，通过增加绕线的等效线径，扩大电能发射线圈的面积，当电能接收线圈发生偏移时，可以有效地减少耦合电感M的降低，增加了充电范围，提高位置自由度。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是Qi标准A11电能发射线圈的示意图；

图2是Qi标准A11电能发射线圈在出现电能接收线圈位置偏移时的示意图；

图3是本实用新型实施例1的电能发射线圈的结构图；

图4是本实用新型实施例2的电能发射线圈的结构图；

图5是本实用新型实施例3的电能发射线圈的结构图；

图6是本实用新型实施例4的电能发射线圈的结构图；

图7为本实用新型实施例5的电能发射线圈的结构图；

图8是本实用新型实施例的无线电能发射端的框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多股”的含义是两股或两股以上。

实施例1

相比较现有的Qi标准A11电能发射线圈，本实用新型电能发射线圈每一匝线圈由多股绕线并列绕制形成，由此，可以形成多个并联的子线圈。多股绕线并联的绕线方式使得电能发射线圈的等效绕线面积增加，进而扩大电能接收线圈的移动范围。每股绕线可以为绝缘导线，优选为绞合线，进一步优选地为利兹线。并列绕制是指将多个绕线以相互平行或近似相互平行的方式放置于平面进行绕制的方式。

图3是本实用新型实施例1的电能发射线圈结构图。如图3所示，本实施例的电能发射线圈3的线圈匝数、内径和绕线材质与Qi标准规定的A11电能发射线圈相同。电能发射线圈3的每一匝线圈由两股绕线11和12并列绕制形成。由此，绕线11可以形成一个子线圈，而绕线12可以形成另一个子线圈。由于绕线11和12从相同的位置引出并以相同的方式连接，因此，两个子线圈形成并联的关系。由绕线11子线圈的每两匝之间均有由绕线12形成的子线圈绕制的线圈匝。两股绕线并列绕制的方式使得等效绕线面积增加，使得电能发射线圈3的电感值Lp也会较Qi标准A11电能发射线圈增加。当电能接收线圈2发生偏移时，跟Qi标准A11电能发射线圈相比，可以有效地减少耦合系数k和耦合电感M的降低，扩大了电能接收线圈2的偏移范围。

当电能接收线圈2居中(也即，电能发射线圈3和电能接收线圈2没有偏移)时，由于电能发射线圈3由多股绕线并列绕制，相比较符合Qi标准的标准A11电能发射线圈整体外扩，外扩的电能发射线圈3和电能接收线圈2的耦合系数k反而降低，电感值Lp增加，使得耦合电感M基本维持不变，所以当电能接收线圈2水平居中放置在电能发射线圈3上时，不会导致耦合电感M太大，从而也不会出现电能发射线圈3激发不出磁场的情况。

在本实施例中，电能发射线圈3采用两股绕线并列排布的方式绕制。线圈匝数为10匝、线圈内径为20mm，绕线材质与Qi标准A11电能发射线圈相同的情况下，电能发射线圈3的外径扩大到68mm。与Qi标准A11电能发射线圈相比，电能接收线圈2偏移15mm时电能发射线圈3和电能接收线圈2大部分区域还是重叠，所以耦合系数k和耦合电感M基本上没有降低，电能接收线圈2可以产生足够的感生电压。

本实施例采用两股绕线并联的方式，增加了电能发射线圈3的等效绕线面积，使得电能接收线圈2在偏移和居中的情况下都能够正常充电，且偏移范围较Qi标准的A11电能发射线圈扩大。

实施例2

在本实施例中，通过采用更大线径的线材进行绕制，这同样能扩大充电面积，提高位置自由度，达到实施例1中多股绕线并联相似的扩大电能接收线圈移动范围的效果，且操作更加简便。绕线可以为绝缘导线，优选为绞合线。所述绕线进一步优选为0.1mm*X股利兹线，也即X股线径为0.1mm的导线绞合，其中X为大于100的整数。可选地，绕线可选用0.1mm*150股利兹线或0.1mm*300股利兹线等。

图4为本实用新型实施例2的电能发射线圈结构图，电能发射线圈4的绕线内径20mm，采用更粗的绕线13绕制。相比较Qi标准的A11线圈采用0.1mm*100股利兹线，绕线13采用0.1mm*200股利兹线，近似于两股0.1mm*100股利兹线的绕线并联。由此，电能发射线圈4的等效绕线面积增加，扩大了充电面积，且电能接收线圈2居中放置,不会出现电能发射线圈4激发不出磁场的情况。

相较于Qi标准的A11电能发射线圈，本实施例中通过采用更大线径的线材绕制电能发射线圈，使得电能发射线圈4的等效绕线面积增加，扩大了充电面积。

实施例3

实施例3在实施例1采用多股绕线并联的绕线方式绕制电能发射线圈3的基础上增加电能发射线圈3的匝数，使得线圈匝数大于Qi标准规定的标准A11电能发射线圈的匝数。图5为实施例3的电能发射线圈结构示意图，在维持线圈内径、绕线材质、两股绕线并联的绕线方式不变的基础上，电能发射线圈5的匝数较电能发射线圈3的匝数增加。这样能够进一步增加等效绕线面积，扩大电能接收线圈2的移动范围。

本实施例中，电能发射线圈5的内径为20mm，绕线材质为0.1mm*100股，每一匝线圈由11和12两股绕线并联。线圈匝数增加到13匝，11’和12’为增加的3匝线圈。与电能发射线圈3相比，电能发射线圈5的绕线匝数增加后，等效绕线面积较增加，电能接收线圈2的可移动范围进一步扩大，可偏移到18mm以上。

实施例4

实施例4在实施例2采用更大线径的线材绕制电能发射线圈4的基础上增加电能发射线圈4的匝数。图6为本实用新型实施例4的电能发射线圈的结构图，在维持线圈内径、绕线材质与电能发射线圈4相同的基础上，电能发射线圈6的匝数较电能发射线圈4增加。这样能够进一步增加等效绕线面积，扩大电能接收线圈2的移动范围。

本实施例中，电能发射线圈6的内径为20mm，绕线材质为0.1mm×200股的利兹线，线圈匝数增加到14匝，使用标记13’表示相对于Qi标准规定的线圈匝数增加的4匝线圈。由此，电能发射线圈6的等效绕线面积较电能发射线圈4增加，电能接收线圈2可偏移到20mm以上，进一步扩大了充电范围。

实施例5

本实施例同时采用并列绕线和相对于Qi标准规定增大线径两种方式来扩大等效绕线面积。图7为本实施例的电能发射线圈的结构图。本实施例采用绕线14和15以并列方式绕制形成两个并联的子线圈。绕线14和15具有大于Qi标准规定尺寸的横截面积。由此，可以进一步增加等效绕线面积，扩大电能接收线圈2的移动范围。

具体地，在本实施例中，电能发射线圈7的内径设置为20mm，线圈匝数为10匝，绕线14为0.1mm*150股，绕线15为0.1mm*230股，采用绕线14和绕线15两股并列的绕线方式绕制。由此，可以更好地达到扩大等效绕线面积，扩大电能接收线圈2的移动范围的效果，提高电能接收端位置自由度。

应理解，在本申请的实施例中，电能发射线圈的线圈以圆形举例，实际中，可应用于制备不同形状、不同材质和不同尺寸的电能发射线圈。例如，电能发射线圈可以被设置为正方形、矩形、椭圆形或其它形状。

图8是本实用新型实施例的无线电能发射端的框图。如图8所示，本实施例的电能发射端包括电能发射线圈A和交变电流生成电路B。交变电流生成电路B输入市电或经过转换的直流电，在控制电路控制下通过DC-AC逆变电路转换为频率在Qi标准范围内的高频交流电向电能发射线圈A输出。电能发射线圈A响应于高频交流电生成交变磁场，从而可以通过交变磁场与电能接收端耦合进行无线电能传输(或称非接触电能传输)。在将上实施例的电能发射线圈应用于图8所示的无线电能发射端可以有效地提高耦合的电能接收端的位置自由度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射线圈由N股并列的绕线绕制以形成多个并联的子线圈，其中N为大于等于2的整数。

2.根据权利要求1所述的电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射线圈的匝数大于或等于Qi标准规定的标准线圈匝数。

3.根据权利要求1所述的电能发射线圈，其特征在于，所述绕线的横截面积大于或等于Qi标准规定的标准绕线横截面积。

4.根据权利要求1所述的电能发射线圈，其特征在于，所述N股并列的绕线具有不同的横截面积。

5.根据权利要求1所述的电能发射线圈，其特征在于，每股所述绕线为利兹线。

6.根据权利要求5所述的电能发射线圈，其特征在于，所述利兹线的材质为0.1mm*N3股，其中N3为大于或等于100的整数。

7.一种电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射线圈的绕线的横截面积大于Qi标准规定的标准绕线横截面积。

8.根据权利要求7所述的电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射线圈由N股并列的绕线绕制以形成多个并联的子线圈，其中N为大于等于2的整数。

9.根据权利要求8所述的电能发射线圈，其特征在于，所述电能发射线圈的匝数大于或等于Qi标准规定的标准线圈匝数。

10.一种无线电能发射端，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的电能发射线圈。