CN213661277U

CN213661277U - 一种线圈模组和电能发射电路

Info

Publication number: CN213661277U
Application number: CN202021963388.2U
Authority: CN
Inventors: 余峰; 徐立智; 冯维一
Original assignee: Ningbo Weie Electronics Technology Ltd
Current assignee: Ningbo Weie Electronics Technology Ltd
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2030-09-09

Abstract

本实用新型实施例公开了一种线圈模组和电能发射电路，所述线圈模组包括至少两个线圈，所述至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，所述至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的感量差异，由此，可以在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率。

Description

一种线圈模组和电能发射电路

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术领域，具体地，涉及无线充电技术领域，更具体地，涉及一种线圈模组和电能发射电路。

背景技术

无线充电的移动终端越来越普及，移动终端大多标配了无线充电功能，用户对无线充电速度和充电自由度的要求也越来越高，由此，无线充电器中的电能发射线圈需要通过更大的电流，才能激发出更强的磁场。为了降低线圈的损耗，有些现有技术采用更粗的绕线，但更粗的非标准线材会增加成本。同时，由于高频电流的集肤效应和邻近效益，当绕线的线径增加到一定程度后，反而不能降低损耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种线圈模组和电能发射电路，以在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率。

第一方面，本实用新型实施例提供一种线圈模组，所述线圈模组包括至少两个线圈，所述至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，所述至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的电感量差异。

可选的，各所述线圈沿垂直于对应磁片的方向上下并联绕制，各所述线圈的匝数根据与对应磁片的距离设置。

可选的，各所述线圈的匝数根据与所述磁片的距离从近到远，以预定尺度逐渐增加，所述预定尺度为大于0的任意值。

可选的，各所述线圈同心放置，各所述线圈内的相邻两匝之间的距离相同。

可选的，各所述线圈的内径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐减小。

可选的，各所述线圈的外径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐增大。

可选的，各所述线圈同心放置，各所述线圈的内径与外径大小相同。

可选的，各所述线圈沿平行于所述磁片的方向在同一水平面上左右并联绕制。

可选的，所述线圈模组还包括磁片。

第二方面，本实用新型实施例提供一种电能发射电路，用于以无线方式发射电能，所述电能发射电路包括如上所述的线圈模组。

本实用新型实施例中的所述线圈模组包括至少两个线圈，所述至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，所述至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的感量差异，由此，可以在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率。

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是一种相关技术的线圈模组的示意图；

图2是另一种相关技术的线圈模组的示意图；

图3是一种相关技术的电路模型示意图；

图4是一种相关技术的等效电路模型示意图；

图5是本实用新型实施例的一种线圈模组的示意图；

图6是本实用新型实施例的另一种线圈模组的示意图；

图7是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图；

图8是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图；

图9是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图；

图10是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图；

图11是本实用新型实施例的一种电能发射电路的等效示意图。

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，否则在说明书的“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，“多个”的含义是两个或两个以上。

在相关技术中，是采用2根或多根标准线材并联的方式来等效地增加绕线线径。例如，采用两根绕线在与底部磁片平行的水平方向并联绕制，或者采用两根绕线在与底部磁片垂直方向并联绕制，以提高线圈的通流能力，降低损耗。

图1是一种相关技术的线圈模组的示意图。如图1所示，绕线L1和绕线L2沿垂直于对应磁片m的方向并联绕制，在通电电流为I时，流过绕线L1的电流为I1，流过L2的电流为I2。在这种线圈模组中，由于绕线L1相对于绕线L2更靠近磁片m，因此，绕线L1的电感量比绕线L2的电感量大，从而导致绕线L1和绕线L2的阻抗不一致。由于绕线L1和绕线L2的阻抗差异，在高频交流电I流过并联绕线时，绕线L1和绕线L2上的电流I1和I2不相等(也即I1≠I2≠I/2)，这显然不能有效降低损耗。

图2是另一种相关技术的线圈模组的示意图。如图2所示，绕线L1'和绕线L2'沿平行于磁片m'的方向并联绕制，在通电电流为I'时，流过绕线L1'的电流为I1'，流过L2'的电流为I2'。在这种线圈模组中，由于绕线L1'和绕线L2'的绕线位置并不完全对称，因此，绕线L1'的电感量与绕线L2'的电感量存在一定的差异，从而导致绕线L1'和绕线L2'的阻抗不一致。由于绕线L1'和绕线L2'的阻抗差异，在高频交流电I'流过并联绕线时，绕线L1'和绕线L2'上的电流I1'和I2'不相等，因此这种方式也不能有效降低损耗。

图3是一种相关技术的电路模型示意图。图4是一种相关技术的等效电路模型示意图。本实施例以图1所示的相关技术为例进行说明，其电路模型和等效电路如图3和图4所示，假设耦合系数为k，上层绕线L2和下层绕线L1之间的耦合电感M为：

则上层绕线L2对应的等效感抗为(L2-M)，下层绕线L1对应的等效感抗为(L1-M)。绕线L2和绕线L1的感抗差异可以表示为(L2-M)：(L1-M)，流过绕线L2的电流I2与流过绕线L1的电流I1上午比值为(L1-M)：(L2-M)。例如，假设绕线L2的感量28uH，绕线L1的感量为31uH，绕线L1和绕线L2之间的耦合系数k＝0.9，则绕线L1和绕线L2的耦合电感

绕线L1的等效感抗为L1-M＝31uH-26.5uH＝4.5uH，绕线L1的等效感抗为L1-M＝28uH-26.5uH＝1.5uH。由此，绕线L1和绕线L2之间的感抗差异为3:1，相应的，在通电后，流过绕线L1的电流I1是流过绕线L2的电流I2的1/3。由此可以看出，微小的感量差异可以导致很大的电流差异，损耗依旧较大。由此，本实施例提供一种线圈模组，其各个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各线圈之间的电感量差异，从而在通电后使得各线圈中的电流保持基本相等，以在保证充电速度和充电自由度的同时，有效降低损耗，提高无线充电效率。

本实施例的线圈模组包括至少两个线圈，至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各线圈之间的电感量差异。在一种可选的实现方式中，线圈模组还包括磁片，以提高线圈的磁通量。磁片可以为一种软磁材料，例如NiZn铁氧体软磁片、MnZn铁氧体软磁片、纳米晶体软磁片等，本实施例并不对此进行限制。

在一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈沿垂直于对应磁片的方向上下并联绕制，各线圈的匝数根据与对应磁片的距离设置，以降低或消除各所述线圈之间的感量差异。可选的，由于具体磁片的距离越近的线圈的电感量越大，因此，在本实施例中，与磁片的距离越近的线圈的匝数越小，以降低或消除各线圈之间的感量差异。可选的，线圈模组中的各线圈的匝数根据与所述磁片的距离从近到远，以预定尺度逐渐增加。其中，预定尺度为大于0的任意值，例如，预定尺度为1/5匝、1/4匝、1/2匝、1匝等。也即，在本实施例中，线圈模组中的各线圈的匝数可以为整数匝也可以为非整数匝。可选的，为了尽可能消除各线圈之间的感量差异，在设置线圈的匝数时，可以先设置各线圈的初始匝数，以预定尺度逐步减小下层线圈的匝数，或者以预定尺度逐步增加上层线圈的匝数，直至线圈模组中各线圈之间的感量差异最小化。

图5-图10是本实用新型实施例的线圈模组的示意图。在一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈同心放置，各线圈内的相邻两匝之间的距离相同。可选的，线圈模组中的各线圈之间的匝数差异为整数匝。

在一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈的外径根据与磁片的距离从近到远逐渐增大。其中，线圈的外径可以为该线圈最外部的线匝的直径，线圈的内径可以为该线圈最内部的线匝的直径。本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图5所示，线圈模组5包括线圈L51和线圈L52。其中，线圈L51和线圈L52沿垂直于磁片m5的方向同心放置。线圈L51靠近磁片m5，线圈L52远离磁片m5，线圈L51的匝数小于线圈L52的匝数。如图5所述，线圈L51的内径与线圈L52相同，线圈中相邻两匝线圈之间的距离相等或基本相等，线圈L51的外径小于线圈L52的外径。可选的，线圈L52的匝数可以为原有的匝数，线圈L51的匝数可以通过实验获得，例如，假设线圈L52和线圈L51的初始匝数均为N匝(N>1)，从线圈L51外侧逐步减少线圈L51的匝数，并测量每次减少后流过线圈L51和线圈L52的电流差异，记录每组实验中，流过线圈L51的电流I51和流过线圈L52的电流I52之间的差异，将电流差异最小的实验组中的线圈L51的匝数确定为线圈L51的目标匝数。应理解，上述线圈L51的匝数确定方法仅仅是示例性的，其他方式，例如将线圈L51保持为初始匝数，从线圈L52外侧逐步增加L52的线匝，并测量每次增加后流过线圈L51和线圈L52的电流差异等，本实施例并不对此进行限制。

在另一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈的内径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐减小。本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图6所示，线圈模组6包括线圈L61和线圈L62。其中，线圈L61和线圈L62沿垂直于磁片m6的方向同心放置。线圈L61靠近磁片m5，线圈L62远离磁片m5，线圈L61的匝数小于线圈L62的匝数。如图6所述，线圈L61的外径与线圈L62相同，线圈中相邻两匝线圈之间的距离相等或基本相等，线圈L61的内径大于线圈L62的内径。可选的，线圈L62的匝数可以为原有的匝数，线圈L61的匝数可以通过实验获得，例如，假设线圈L62和线圈L61的初始匝数均为N匝(N>1)，从线圈L61最内侧逐步减少线圈L61的匝数，并测量每次减少后流过线圈L61和线圈L62的电流差异，记录每组实验中，流过线圈L61的电流I61和流过线圈L62的电流I62之间的差异，将电流差异最小的实验组中的线圈L61的匝数确定为线圈L61的目标匝数。应理解，上述线圈L61的匝数确定方法仅仅是示例性的，其他方式，例如将线圈L61保持为初始匝数，从线圈L62最内侧逐步增加L62的线匝，并测量每次增加后流过线圈L61和线圈L62的电流差异等，本实施例并不对此进行限制。

在另一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈的内径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐减小，且各线圈的外径根据与磁片的距离从近到远逐渐增大。本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图7所示，线圈模组7包括线圈L71和线圈L72。其中，线圈L71和线圈L72沿垂直于磁片m7的方向同心放置。线圈L71靠近磁片m7，线圈L72远离磁片m7，线圈L71的匝数小于线圈L72的匝数。如图7所述，线圈L71的外径小于线圈L72，线圈中相邻两匝线圈之间的距离相等或基本相等，线圈L71的内径大于线圈L72的内径。可选的，线圈L72的匝数可以为原有的匝数，线圈L71的匝数可以通过实验获得，例如，假设线圈L72和线圈L71的初始匝数均为N匝(N>1)，周期性从线圈L71最内侧和/或最外侧(在同一实验周期同时在最内侧和最外侧减少线匝，或者在一个实验周期减少最内侧/最外侧的线匝，在下一实现周期减少最外侧/最内侧的线匝)逐步减少线圈L71的匝数，并测量每次减少后流过线圈L71和线圈L72的电流差异，记录每组实验中，流过线圈L71的电流I71和流过线圈L72的电流I72之间的差异，将电流差异最小的实验组中的线圈L71的匝数确定为线圈L71的目标匝数。应理解，上述线圈L71的匝数确定方法仅仅是示例性的，其他方式，例如将线圈L71保持为初始匝数，从线圈L72最内侧和最外侧逐步增加L72的线匝，并测量每次增加后流过线圈L71和线圈L72的电流差异等，本实施例并不对此进行限制。

在另一种可选的实现方式中，若通过图5-图7的实施例不能使得流过线圈模组中的各线圈的电流相等或基本相等，则可进一步通过调节各线圈中的相邻线匝之间的距离进一步调整各线圈的匝数，从而使得流过线圈模组中的各线圈的电流相等或基本相等，以降低损耗，提高无线充电效率。

在另一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈同心放置，与磁片的距离越近的线圈的匝数越少，且各线圈的内径与外径大小相同或基本相同。如图8所示，本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图8所示，线圈模组8包括线圈L81和线圈L82。其中，线圈L81和线圈L82沿垂直于磁片m8的方向同心放置。线圈L81靠近磁片m8，线圈L82远离磁片m8，线圈L81的匝数小于线圈L82的匝数。如图8所述，线圈L81的内外径与线圈L82相等或基本相等。本实施例可以通过扩大线圈L81中的至少部分相邻线匝之间的距离以使得线圈L81的匝数大于线圈L82，或者通过缩小线圈L82的至少部分相邻线匝之间的距离以使得线圈L81的匝数大于线圈L82。其中，线圈L81的匝数及各相邻线匝线匝之间的距离、L82的匝数及各相邻线匝线匝之间的距离均可通过实验确定，以使得流过线圈L71的电流I71和流过线圈L72的电流I72之间的差异最小，从而降低损耗，提高无线充电效率。

图9是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图。在一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈之间的匝数差异为非整数匝。如图9所示，本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图9所示，线圈模组9包括线圈L91和线圈L92。其中，线圈L91和线圈L92沿垂直于磁片m9的方向同心放置。线圈L91靠近磁片m9，线圈L92远离磁片m9，线圈L91的匝数小于线圈L92的匝数。如图9所述，线圈L91的匝数比线圈L92的匝数少1/2匝，可以最小化线圈L91与线圈92之间的感量差异，从而使得流过线圈L91的电流I91和流过线圈L92的电流I92相等或基本相等，实现了低损耗高充电效率。可选的，线圈L92(或线圈L91)的匝数可以为原有的匝数，线圈L91(或线圈L92)的匝数可以通过实验获得。例如，假设线圈L92和线圈L91的初始匝数均为N匝(N>1)，本实施例可以通过预定尺度(例如1/2匝、1/4匝或1/8匝等)逐渐减小线圈L91的匝数(或者通过预定尺度增加线圈L92的匝数)，并测量每次减少(增加)后流过线圈L91和线圈L92的电流差异，记录每组实验中，流过线圈L91的电流I91和流过线圈L92的电流I92之间的差异，将电流差异最小的实验组中的线圈L91的匝数确定为线圈L91的目标匝数。

图10是本实用新型实施例的又一种线圈模组的示意图。在另一种可选的实现方式中，线圈模组中的各线圈沿平行于磁片的方向在同一水平面上左右并联绕制。在线圈绕制过程中，采用多个绕线并排在同一水平面上并联绕制，形成的线圈中的各线匝位置并不完全对称，因此各线圈的电感量依旧存在差异。本实施例通过减小电感量较大的线圈的匝数或者增大电感量较小的线圈的匝数，降低各线圈之间的电感量差异，从而使得流过各线圈的电流相等或基本相等，降低功耗，提高无线充电效率。如图10所示，本实施例以线圈模组包括两个线圈为例进行举例描述，应理解，线圈模组中线圈的数量根据具体应用场景设置，本实施例并不对此进行限制。如图10所示，线圈模组10包括线圈L101和线圈L102。其中，线圈L101和线圈L102沿平行于磁片m10的方向同心放置。其中，线圈L101的内径小于线圈L102，线圈L101的匝数小于线圈L102的匝数，以使得流过线圈L101的电流I101和流过线圈L102的电流I102之间的差异最小，从而降低损耗，提高无线充电效率。应理解，在采用各线圈沿平行于磁片的方向在同一水平面上左右并联绕制的线圈模组时，可以根据上述类似的方式进行实验以确定各线圈的匝数及相邻线匝之间距离，本实施例并不对此进行限制。

在本实用新型实施例中，线圈模组包括至少两个线圈，至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的感量差异，由此，可以在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率。

应理解，图5-图10所示的实施例中的线圈匝数均为示例性的，在实际应用中，应根据其应用场景设置线圈模组中各线圈的匝数，本实施例并不对此进行限制。并且，图5-图10所示的实施例均采用圆形或椭圆形的线圈及磁片，本实施例并不对线圈及磁片的形状进行限制，其他形状、例如方形(正方形或长方形)、其他规则多边形或者不规则形状均可应用在本实施例的线圈及磁片中。同时，图5-图10所示的实施例均以各线圈同心设置为例，应理解，根据具体应用场景，本实施例并不限制各线圈同心设置。

图11是本实用新型实施例的一种电能发射电路的等效示意图。如图11所示，电能发射电路11包括线圈模组111和电容C。线圈模组111是由至少两根绕线以并联方式绕制的两个线圈L和L'组成。也即，线圈L和L'并联连接。其中，线圈L和L'的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的电感量差异，以使得流过线圈L和L'的电流相等或基本相等，从而可以在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率。线圈模组111中线圈的排布方式可以如图5-图10的任一种实施例，在此不再赘述。

电容C1与线圈模组111串联连接，与线圈模组111构成在预定频率下工作的谐振电路以高效率地产生交变磁场。可选的，线圈模组111还包括磁片m，以提高线圈的磁通量。磁片可以为一种软磁材料，例如NiZn铁氧体软磁片、MnZn铁氧体软磁片、纳米晶体软磁片等，本实施例并不对此进行限制。

本实施例通过采用根据至少两根绕线以并联方式绕制的至少两个线圈，且至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的感量差异的线圈模组，使得在保证充电速度和充电自由度的同时，降低了损耗，提高了无线充电效率。

应理解，本申请实施例中的线圈模组同样可应用于电能接收线圈，也可实现在保证充电速度和充电自由度的同时，降低损耗，提高无线充电效率的功能。

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

1.一种线圈模组，其特征在于，所述线圈模组包括至少两个线圈，所述至少两个线圈根据至少两根绕线以并联方式绕制获得，所述至少两个线圈的匝数被设置为使得降低或消除各所述线圈之间的电感量差异。

2.根据权利要求1所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈沿垂直于对应磁片的方向上下并联绕制，各所述线圈的匝数根据与对应磁片的距离设置。

3.根据权利要求2所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈的匝数根据与所述磁片的距离从近到远，以预定尺度逐渐增加，所述预定尺度为大于0的任意值。

4.根据权利要求3所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈同心放置，各所述线圈内的相邻两匝之间的距离相同。

5.根据权利要求4所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈的内径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐减小。

6.根据权利要求4所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈的外径根据与所述磁片的距离从近到远逐渐增大。

7.根据权利要求3所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈同心放置，各所述线圈的内径与外径大小相同。

8.根据权利要求1所述的线圈模组，其特征在于，各所述线圈沿平行于对应磁片的方向在同一水平面上左右并联绕制。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的线圈模组，其特征在于，所述线圈模组还包括磁片。

10.一种电能发射电路，用于以无线方式发射电能，其特征在于，所述电能发射电路包括如权利要求1-9中任一项所述的线圈模组。