CN208782025U - 便携终端用无线充电天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携终端用无线充电天线，包括：柔性薄膜；单充电天线，其在柔性薄膜表面进行螺旋形图案化来形成；双充电天线，其与单充电天线相邻且并联来实现电磁耦合，双充电天线在柔性薄膜的表面进行螺旋形图案化来形。本实用新型减小了无线充电天线的阻抗，且提高了充电效率。

Description

便携终端用无线充电天线

技术领域

本实用新型涉及便携终端用无线充电天线，更详细而言，在柔性薄膜上进行螺旋形图案化来形成的单充电天线及双充电天线相邻且并联来实现电磁耦合，使得电阻减小，但电磁耦合导致的电感下降较低，且能够保障薄型，进一步有效地减少无线充电时发生的发热现象的同时，实现充电效率的最大化的无线充电天线。

背景技术

一般而言，便携终端机有智能手机、平板电脑、笔记本电脑、PDA(个人数字助理)等，这种便携终端利用电池的电源来进行工作。

图1a是现有技术文献(大韩民国专利授权第1398647号)的在两面形成有充电用线圈的电路基板的俯视图，图1b是现有技术文献的在两面形成有充电用线圈的电路基板的仰视图，图1c是示例性地图示图1a所示的A-A'线的一个示例的剖面图。

如图1a至图1c所示，现有技术文献的基板可以使用柔软的基板100，柔软的基板100是聚酰亚胺(polyimide)类或聚酯(polyester)类的合成树脂薄膜形态的基板。

在基板100的上表面中央部形成有具备多个第一单位绕组120的第一线圈图案110，在基板100的下表面中央部形成有具备多个第二单位绕组220的第二线圈图案210。

在第一线圈图案210的外边框形成有NFC天线线圈图案150，在基板100 的一侧面的凸出部，具备有天线连接端子C、天线连接端子D和充电线圈连接端子A、充电线圈连接端子B。即在NFC天线线圈图案150外侧部的一面，配备有输入NFC天线线圈图案150的通信信号或将接收的通信信号输出的天线信号连接端子C和天线信号连接端子D，以及向第一及第二线圈图案110、210接入充电电流或将感生的充电电流引出的充电线圈连接端子A和充电线圈连接端子B。此时，为了与第一及第二单位绕组120、220及NFC天线线圈图案150 的电气连接，上述的连接端子A、B、C上，分别形成有导通孔(例如140c)。

在基板100的上表面中央部上，设有多个第一线圈图案110，所述第一线圈图案110包括铜制的多个单位绕组120。

第一线圈图案110的起点141通过导通孔140a和基板100的下表面与充电线圈连接端子A连接。

其中，充电线圈连接端子A在基板100上表面形成，形成有贯通基板100 的连接端子的导通孔140c。第一线圈图案110利用导通孔140a和导电性薄膜，在基板100的下表面，连接到多个单位绕组相同材质的导电性薄膜。

第一线圈图案110作为从与充电线圈连接端子A连接的起点141起以螺旋形或角形等多种形状连续地在平面上卷绕的薄膜线圈，形成按一定半径(当其为四边形绕组图案时，沿着各边)而从起点141至接近起点位置的终点142形成的第一线圈图案110的最外侧绕组(以下：第一单位绕组)。与第一单位绕组 120a设置一定的第一隔开间隔d，形成作为第一单位绕组120a下一绕组的第二单位绕组120b，然后继续形成连续的第三、第四...第N单位绕组。

其中，在各个单位绕组的起点141和终点142，形成贯通基板100的导通孔 141a、142a。

在基板100的上表面，各个单位绕组的起点141和终点142的导通孔141a、 142a，在连续的单位绕组的线路上形成。

第二线圈图案210如图2b所示，在基板100的下表面形成，以与所述第一线圈图案110相同的形状和方法形成，而且，第二线圈图案210以与连接第一线圈图案110各个单位绕组的起点141和终点142的导通孔141a、142a的第一线圈图案110各个单位绕组相同的形状和材质形成。

就如上所述的在基板100的下表面形成的第二线圈图案210的各个单位绕组而言，第一线圈图案210各个单位绕组的起点141和终点142通过导通孔141a、 142a([0043])而电气连接，以导电性物质填充导通孔141a、142a，或者作为只在导通孔141a、142a的壁面形成有导电性物质的中空型导电体并电气连接。

特别是第二线圈图案210的多个单位绕组220a、220b...，从最内侧单位绕组220n起，在第二线圈图案210的多个单位绕组间形成有不连接的区域143，以便可以在基板100上形成与充电线圈连接端子B连接的导电性薄膜，多个单位绕组间不连接的区域143在与第一线圈图案110各个单位绕组的起点141和终点142的导通孔141a、142a对应的基板100下表面的导通孔141a、142a之间形成。

现有技术文献中的第一线圈图案110和第二线圈图案210通过导通孔141a、 142a连接，因此，两个线圈图案是电气性一体化的，由一个导电性薄膜构成的线圈形态的绕组。即第一线圈图案110和第二线圈图案210虽然在基板100的上下表面分别形成，但在电气方面，第一线圈图案110与第二线圈图案210并联连接，因而成为导体截面积增加的一种导电线路。

如上所述，若构成第一线圈图案110与第二线圈图案210并联的话，阻抗则会减小。

在本实用新型中，本申请的申请人要提出一种与现有技术文献的在两面形成有充电用线圈的电路基板相比，能够极大地减小阻抗、极大地提高无线充电效率的便携终端用无线充电天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种便携终端用无线充电天线，在柔性薄膜上进行螺旋形图案化来形成的单充电天线及双充电天线相邻且并联来实现电磁耦合，使得电阻减小，但电磁耦合导致的电感下降较低，且能够保障薄型，进一步有效地减少无线充电时发生的发热现象的同时，实现充电效率的最大化。

旨在达成所述目的的本实用新型的便携终端用无线充电天线的技术构成上的基本特征在于，包括：

柔性薄膜；

单充电天线，其在所述柔性薄膜表面进行螺旋形图案化来形成；

双充电天线，其与所述单充电天线相邻且并联来实现电磁耦合，所述双充电天线在所述柔性薄膜的表面进行螺旋形图案化来形成。

本实用新型具有的效果是，在柔性薄膜上进行螺旋形图案化来形成的单充电天线及双充电天线相邻且并联来实现电磁耦合，使得电阻减小，但电磁耦合导致的电感下降较低，且能够保障薄型，进一步有效地减少无线充电时发生的发热现象的同时，实现充电效率的最大化。

本实用新型的效果是，使得在柔性薄膜的上表面进行图案化形成的上部单线圈图案和上部双线圈图案，以及在柔性薄膜的下表面进行图案化形成的下部单线圈图案和下部双线圈图案相邻地配置。即接近地配置，以便可以实现相互间的电磁耦合。此时，上部单线圈图案和上部双线圈图案之间和下部单线圈图案和下部双线圈图案之间在相互交叉的部分断绝并通过导通孔分别使上部单线圈图案和下部单线圈图案之间，以及上部双线圈图案和下部双线圈图案之间相互连接。以此通过单充电天线及双充电天线的电磁耦合来减小阻抗的同时，保障电磁耦合导致的电感下降较低。

本实用新型的效果是，使单充电天线及双充电天线通过导通孔而相互并联，有助于便携终端的薄型化的同时，在便携终端的有限面积内，也能保障电感，进一步实现阻抗的最小化。

附图说明

图1a是现有技术文献(大韩民国专利授权第1398647号)的在两面形成有充电用线圈的电路基板的俯视图；

图1b是现有技术文献的在两面形成有充电用线圈的电路基板的仰视图；

图1c是示例性地图示图1a所示A-A'线的一个示例的剖面图；

图2a是用于说明便携终端的充电状态的包括近距离无线发射器的侧视概念图；

图2b是显示用于说明便携终端的充电方式的发射天线及充电天线的原理图；

图3a至3c作为显示参照现有技术文献的普通便携终端用无线充电天线的图，图3a为俯视图，图3b为在柔性薄膜的上表面形成有上部单线圈图案的剖面图，图3c为在柔性薄膜的两面分别形成有上部单线圈图案及下部单线圈图案的剖面图；

图4a和4b作为显示本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图4a为俯视图，图4b为剖面图；

图5a和5b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图 5a是显示卷绕1圈的单充电天线的立体结构图，图5b是显示卷绕1圈的单充电天线的剖面图；

图6a和6b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图 6a是显示单充电天线及双充电天线的立体结构图，图6b是显示单充电天线及双充电天线的俯视结构图；

图7a和7b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图 7a是显示单充电天线及双充电天线的俯视图，图7b是显示单充电天线及双充电天线的仰视图；

图8是用于对比现有技术文献而说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的、对单充电天线及双充电天线情形的阻抗及电感进行比较的图及表。

附图标记

10：单充电天线 11：上部单线圈图案

12：下部单线圈图案 20：双充电天线

21：上部双线圈图案 22：下部双线圈图案

30：柔性薄膜 V：导通孔

T：近距离无线发射器 TX：发射天线

RX:充电天线 b：电池

H：便携终端

具体实施方式

参照附图，说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的优选实施例，作为其实施例可以存在多个，通过这种实施例，可以更好地理解本实用新型的目的、特征及优点。

图2a是用于说明便携终端H的充电状态的包括近距离无线发射器T的侧视概念图，图2b是显示用于说明便携终端H的充电方式的发射天线TX及充电天线RX的原理图。

无线充电技术包括电磁感应方式、共振方式以及电波辐射(RF/Micro WaveRadiation)方式。

电磁感应方式是作为发射天线TX的第一线圈与作为充电天线RX的第二线圈相互间的电力传输的方式。如果向线圈供应电源，则发生感应电流，利用其在发射天线TX中发生磁场，在充电天线RX中根据磁场变化而感生电流，形成能量。将这种现象称为磁感应现象，利用其的电力传输方法由于能量传输效率卓越而实现大量实用化，应用于多种设备。

更具体而言，电磁感应方式可以利用电感耦合系统(Inductor Coupling System)来充电。

作为电磁感应方式的WPT(Wireless Power Transfer，无线能量传输)，根据电磁感应原理。即根据感应磁场原理使电流流动，形成磁场。将便携终端H置于其上，在100～200KHz的频带或6MHz的频带下对电池b进行充电。

如果从一个电感器穿过另一电感器周边，则在第二个电感器内生成感应电流(Induced current)，WPT的原理正是利用这种非接触式能量传递。

近来开发的无线充电或无接点充电技术，应用到许多电子设备上。这种无线充电技术利用了无线电力收发，设计成不连接另外的充电连接器，仅放在充电垫(近距离无线发射器T)上，电池b就可以自动充电。

作为电磁感应方式的具体说明，如图2a及图2b所示，将与近距离无线发射器T的发射天线TX联动的充电天线RX和电池b内置于便携终端H内。通过电磁感应的方式，在发射天线TX中发生磁场，在充电天线RX中随着磁场的变化而感生电流，形成能量。从而实现了电池b的无线充电。

此时，如果便携终端H的空间允许，使充电天线RX占有更多的表面积的话，充电效率会更好。如果电流流过，形成强磁场，充电天线RX的匝数越多，这种磁场会根据比例越来越增大。

即便携终端H在近处时，磁场在充电天线RX中感生电流，利用如此产生的电流，使电池b进行充电。

充电天线RX的设计有多种考虑要素，有外径尺寸、内径尺寸、截面积、匝数及电感等。

另一方面，最近，便携终端H重点考虑厚度。为了体现这种薄型的便携终端H，要求尽可能薄的充电天线RX。为了较薄的厚度，应制备具有最小限度的线圈厚度的充电天线RX。

但是，线圈的截面积越小(或线圈的厚度越薄)，天线的阻抗越增加。当进行无线充电时，因阻抗导致的电力损失而发热(阻抗导致的电力损失＝电流的平方×阻抗；从阻抗导致的电力损失公式可知，阻抗越高，发热量越增加)。

由于这种问题，初期支持无线充电的手机体现为利用5V、1A的5W充电容量以下进行充电。最近提高充电电压，电流像以往一样维持，其方式为9V、1A 的9W充电，改善了无线充电速度。即使使无线充电IC芯片可以按9W以上进行无线充电，但如果智能手机的电池b超过一定温度，会有因电池b膨胀导致的爆炸问题。实际上进行无线充电时，如果电池b温度超过约40℃以上，则无法保障电池b的稳定性。

特别是充电天线RX一般接近并层叠于便携终端H的电池b。因此，进行无线充电时，降低无线充电的速度来确保不超过一定温度。

可是，与20W的有线充电相比，充电时间会延长2倍以上。

为了增加无线充电速度，需要一种在硬质PCB或柔性基板FPCB中不增加充电天线RX厚度的情况下，可以减小阻抗的技术。

图3a至3c作为显示参照了现有技术文献的普通便携终端用无线充电天线的图，图3a为俯视图，图3b为在柔性薄膜30的上表面形成有上部单线圈图案11 的剖面图，图3c为在柔性薄膜30的两面分别形成有上部单线圈图案11及下部单线圈图案12的剖面图。

参照现有技术文献的便携终端用无线充电天线如图3c所示，当在柔性薄膜 30的两面分别形成上部单线圈图案11和下部单线圈图案12时，与如图3b示出的在柔性薄膜30的上表面形成上部线圈图案时相比，具有使金属(铜箔)截面积扩大到2倍的效果，可以将阻抗减小至约1/2。

即当对在柔性薄膜30两面沉积的铜箔进行蚀刻而形成上部单线圈图案11 及下部单线圈图案12时，与在单面(柔性薄膜30的某一面)形成时相比，可以将阻抗减小至1/2。从而提高无线充电效率的同时，可以改善发热现象。

图4a和4b作为显示本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图4a为俯视图，图4b为剖面图。

如图4a和4b所示，根据本实用新型的便携终端用无线充电天线包括：

由聚酰亚胺等构成的柔性薄膜30；

在柔性薄膜30的表面进行螺旋形图案化形成的单充电天线10；

在柔性薄膜30的表面进行螺旋形图案化来形成的双充电天线20。其中，双充电天线20与单充电天线10相邻且并联来实现电磁耦合。使得电阻减小，但电磁耦合导致的电感下降较低，且能够保障薄型，进一步有效地减少无线充电时发生的发热现象的同时，实现充电效率的最大化。

此时，单充电天线10可以由在柔性薄膜30的上下表面分别进行图案化形成的上部单线圈图案11及下部单线圈图案12构成。双充电天线20可以由在柔性薄膜30的上下表面分别进行图案化形成的上部双线圈图案21及下部双线圈图案22构成。另一方面，单充电天线10及双充电天线20可以在柔性薄膜30 的上下表面的某一面选择性地进行图案化。

优选地，参照图7a和7b可知，上部单线圈图案11在柔性薄膜30上表面进行连续的螺旋形图案化来形成，，下部双线圈图案22在柔性薄膜30的下表面进行连续的螺旋形图案化来形成，上部双线圈图案21在柔性薄膜30的上表面进行螺旋形图案化中，在与上部单线圈图案11交叉的部分断绝并通过导通孔V连接到下部双线圈图案22，下部单线圈图案12在柔性薄膜30的下表面进行螺旋形图案化中，在与下部双线圈图案22交叉的部分断绝并通过导通孔V连接到上部单线圈图案11。

在柔性薄膜30的上表面进行图案化形成的上部单线圈图案11和上部双线圈图案21，以及在柔性薄膜30的下表面进行图案化形成的下部单线圈图案12 和下部双线圈图案22应相邻地配置，即接近地配置，以便可以实现相互间的电磁耦合。此时，上部单线圈图案11和上部双线圈图案21之间和下部单线圈图案12和下部双线圈图案22之间在相互交叉的部分相互断绝并通过导通孔V分别使上部单线圈图案11和下部单线圈图案12之间，以及上部双线圈图案21和下部双线圈图案22之间相互间的连接。以此通过单充电天线10及双充电天线 20的电磁耦合来减小阻抗的同时，保障电磁耦合导致的电感下降较低。

而且，使得单充电天线10及双充电天线20通过导通孔V而相互并联连接，在有助于便携终端H的薄型化的同时，在便携终端H有限的面积内，也能保障电感，进一步实现阻抗的最小化。

单充电天线10包括，在柔性薄膜30的两面形成的通过导通孔V连接的上部单线圈图案11和下部单线圈图案12。同样地，双充电天线20包括，在柔性薄膜30的两面形成的通过导通孔V连接的上部双线圈图案21和下部双线圈图案22。利用导通孔V，使单充电天线10和双充电天线20相互并联，能够实现与现有技术文献相比，将充电天线RX的阻抗降低到50％水平，使电感保持在 75％左右的效果。从而改善Q(Quality factor，品质因数)，在有效减小无线充电的发热的同时，最大限度保障充电效率。

图5a和5b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图5a是显示卷绕1圈的单充电天线10的立体结构图，图5b是显示卷绕1圈的单充电天线10的剖面图(便于说明，省略了柔性薄膜30)。

如图5a和5b所示，单充电天线10中的上部单线圈图案11及下部单线圈图案12各卷绕1圈后，通过导通孔V相互并联。当并联上部单线圈图案11和下部单线圈图案12时，不仅在两者的末端端子处通过导通孔(Via Hole)V连接，而且在中间的任一处也可以通过导通孔V并联。

此时，就单充电天线10而言，在柔性薄膜30的单面形成的情形相比，在柔性薄膜30的两面形成上部单线圈图案11和下部单线圈图案12时，铜箔截面积为2倍，阻抗可以减小到1/2。而且上部单线圈图案11和下部单线圈图案12 相互间的电磁耦合导致的电感会保持原状(双充电天线20的上部双线圈图案21 及下部双线圈图案22也未图示，但适用相同的原理)。

为了便于说明，当上部单线圈图案11和下部单线圈图案12为相同形状，且为对称的结构时，根据相互并联的构成，阻抗会降低一半，电感根据相互间的电磁耦合可以保持原状。

尽管上部单线圈图案11和下部单线圈图案12为并联的构成，但电感并未减小到1/2的原因在于上部单线圈图案11和下部单线圈图案12将柔性薄膜30 置于两者之间，以相互对称接近，所以几乎没有电磁耦合的损失。

这种情形虽然未图示，但双充电天线20的上部双线圈图案21及下部双线圈图案22的情形也一样。

但是，便携终端H的无线充电系统中使用的频率在于数百kHZ～数十MHz 等非常低的频率。因此，单充电天线10或双充电天线20至少需要7Turn以上的绕组，磁共振至少需要通过3Turn以上的绕组来实现。因此，如图5a和5b所示的1圈绕组无法实现近距离通信天线的功能。

图6a和6b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图 6a是显示单充电天线10及双充电天线20的立体结构图，图6b是显示单充电天线10及双充电天线20的俯视结构图(便于说明，省略了柔性薄膜30)。

在柔性薄膜30的上表面进行图案化形成的单充电天线10的上部单线圈图案11和双充电天线20的上部双线圈图案21，在相互交叉的地点不断线，且如图6a和6b所示的方式配置并通过导通孔V相互并联时，上部单线圈图案11和上部双线圈图案21之间存在着相互共享磁束的电磁耦合β1和因上部单线圈图案11及上部双线圈图案21之间的物理间距无法相互共享的磁束导致的电磁耦合损失β2及β3。

如图6a和6b所示，上部单线圈图案11与上部双线圈图案21相邻且并联时，根据一般的电气电路理论所知，阻抗会降低到1/2，但电感根据电磁耦合β1和电磁耦合损失β2及β3，有着最小限度地降低。

本实用新型利用上述性质，提出了一种即使不增加铜箔厚度，也可以减小无线充电天线RX阻抗的同时，还可以获得无线充电所需的充分电感的便携终端用无线充电天线。

图7a和7b作为用于说明本实用新型的便携终端用无线充电天线的图，图 7a是显示单充电天线10及双充电天线20的俯视图，图7b是显示单充电天线 10及双充电天线20的仰视图(便于说明，省略了柔性薄膜30)。

单充电天线10或双充电天线20至少需要7Turn以上的绕组，磁共振至少需要3Turn以上的绕组。图7a和7b中示出所有Turn数时会变得复杂。因此，参照图4a和4b来说明。在这里需要理解的是，图7a和7b中，虽然单充电天线 10和双充电天线20在表达上为1圈绕组，但是应当理解为3Turn或7Turn以上的绕组。

如图7a所示，单充电天线10的上部单线圈图案11完全卷取。相反，如图 7b所示，单充电天线10的下部单线圈图案12在与下部双线圈图案22重叠的部分断绝，且通过导通孔V连接到上部单线圈图案11。如图7b所示，双充电天线20的下部双线圈图案22完全卷取。相反，如图7a所示，双充电天线20的上部双线圈图案21在与上部单线圈图案11重叠的部分断绝，且导通孔V连接到上部双线圈图案21。

根据这种构成，单充电天线10包括将柔性薄膜30置于之间并相互对称地并联的上部单线圈图案11和下部单线线圈图案12。双充电天线20包括将柔性薄膜30置于之间并相互对称地并联的上部双线圈图案21及下部双线圈图案22。单充电天线10及双充电天线20相邻且并联，以便实现电磁耦合，使得可以减小阻抗的同时，最大限度地保持电感。

图8是用于对比说明现有技术文献和本实用新型的便携终端用无线充电天线的、单充电天线10和双充电天线20之间的阻抗和电感的比较图表。。

如图8所示，阻抗在单充电天线10时为0.53Ω，在双充电天线20时为0.26Ω，降低50％左右。电感在单充电天线10时为5.8uH，在双充电天线20时为4.4uH，保持70％左右。可以确认，在充电时极大地减少发热，且充电效率可以依然保持。

Claims (4)

1.一种便携终端用无线充电天线，其特征在于，包括：

柔性薄膜(30)；

单充电天线(10)，其在所述柔性薄膜(30)表面进行螺旋形图案化来形成；

双充电天线(20)，其与所述单充电天线(10)相邻且并联来实现电磁耦合，所述双充电天线(20)在所述柔性薄膜(30)的表面进行螺旋形图案化来形成。

2.根据权利要求1所述的便携终端用无线充电天线，其特征在于，

所述单充电天线(10)包括在所述柔性薄膜(30)的上下表面分别进行图案化来形成的上部单线圈图案(11)及下部单线圈图案(12)，

所述双充电天线(20)包括在所述柔性薄膜(30)的上下表面分别进行图案化来形成的上部双线圈图案(21)及下部双线圈图案(22)构成。

3.根据权利要求2所述的便携终端用无线充电天线，其特征在于，

所述上部单线圈图案(11)在所述柔性薄膜(30)的上表面进行连续的螺旋形图案化来形成，

所述下部双线圈图案(22)在所述柔性薄膜(30)的下表面进行连续的螺旋形图案化来形成，

所述上部双线圈图案(21)在所述柔性薄膜(30)的上表面进行螺旋形图案化中，在与所述上部单线圈图案(11)交叉的部分断绝并通过导通孔(V)连接到所述下部双线圈图案(22)，

所述下部单线圈图案(12)在所述柔性薄膜(30)的下表面进行螺旋形图案化中，在与所述下部双线圈图案(22)交叉的部分断绝并通过导通孔(V)连接到所述上部单线圈图案(11)。

4.根据权利要求3所述的便携终端用无线充电天线，其特征在于，所述单充电天线(10)及所述双充电天线(20)通过所述导通孔(V)相互并联。