WO2021051993A1 - 一种无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种无线充电装置，属于无线充电技术领域，包括无线充电线圈，其包括励磁层、第一线圈环形回路和第二线圈环形回路，第一线圈环形回路平行的设置在励磁层上端面上，第一线圈环形回路的外围布置有由导磁材料构成的电磁屏蔽板，该电磁屏蔽板固定在所述励磁层的上端面，且电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度；第二线圈环形回路环绕励磁层的上、下端面和两个侧面设置；第二线圈环形回路在上端面上的边与第一线圈环形回路的边就近设置。本申请的无线充电装置能够提高无线充电效率，还能够屏蔽充电线圈在传输能量过程中产生的辐射散射，起到良好的电磁屏蔽效果。

Description

一种无线充电装置

相关申请的交叉引用

本申请基于申请号为201910882643.5、申请日为2019年9月18日的中国专利申请提出，并要求中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。

技术领域

本申请涉及无线充电技术领域，尤其是涉及一种无线充电装置。

背景技术

随着现代社会的发展，电子设备不断更新，人们对电子设备的性能和功能提出了更高的要求。传统充电方式在使用时给人们生活带来很多不便，无线充电方式应运而生，解决了传统充电方式采用充电线材带来的不便。无线充电方式主要以电磁感应原理，无需充电线材与手机设备接触，方便快捷，但是弊端是充电效率低于传统的有线充电方式，如何提高充电效率是无线充电技术上的一个难题。

现有技术中用于无线电力传输的无线充电装置，包括无线充电发射器和无线充电接收器，且均设置有无线充电线圈，该无线充电线圈包括励磁层和设置在励磁层上的平面线圈，平面线圈绕制形成线圈环形回路。无线充电发射器的无线充电线圈用于通电产生电磁信号，无线充电接收器的无线充电线圈用于感应该电磁信号，从而产生电流给用电设备。现有技术中的这种无线充电线圈的缺陷是无线充电效率较低、实用性差。

申请公布号为CN110189897A的中国发明专利申请提出了一种无线充电线圈，利用同一绝缘导线设计两个线圈环形回路，使无线充电线圈通电后产生的磁场加强，相对提高了无线充电效率，但是，在无线充电线圈进行能量传输的过程中，线圈环形回路会产生辐射散射，导致电磁辐射污染，不利于无线充电 作业区域外的环境安全；另外由于线圈环形回路会产生辐射散射，也会导致无线充电效率降低。

发明内容

本申请的目的是提供一种无线充电装置，用于解决现有无线充电线圈在无线充电过程中充电效率降低的问题。

基于上述目的，一种无线充电装置的技术方案一如下：

包括无线充电线圈，无线充电线圈包括励磁层和由同一绝缘导线绕制而成的线圈环形回路，所述线圈环形回路包括第一线圈环形回路和第二线圈环形回路，其中，第一线圈环形回路设置在所述励磁层上端面上，且第一线圈环形回路所在平面与所述励磁层平行，第二线圈环形回路环绕所述励磁层的上、下端面和两个侧面设置；且通电后，第二线圈环形回路在上端面上的边与第一线圈环形回路的边的电流方向一致，所述第二线圈环形回路在上端面上的边与所述第一线圈环形回路的边就近设置，第一线圈环形回路的外围布置有由导磁材料构成的电磁屏蔽板，该电磁屏蔽板固定在所述励磁层的上端面，且电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路在励磁层上端面的高度。

上述技术方案的有益效果是：

本申请的无线充电装置由于在第一线圈环形回路的外围布置了电磁屏蔽板，电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路在励磁层上端面的高度，能够屏蔽充电线圈在传输能量过程中产生的辐射散射，起到良好的电磁屏蔽效果。并且，由于电磁屏蔽板的作用，增大了无线充电线圈通电后的磁路面积，使无线充电线圈通电后工作区(用于传输电能)的磁场强度大幅度增加，有利于提高电能传输的效率。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述电磁屏蔽板为铁氧体材料构成的屏蔽板，铁磁性材料可以使工作区的磁场大幅度增加，使非工作区的磁场减小。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述励磁层为铁氧体材料构成的励磁层，且所述电磁屏蔽板与所述励磁层为一体化的集成结构。

进一步，所述励磁层与电磁屏蔽板粘接固定。作为其他实施方式，还可以使用非铁磁性材料的夹具固定安装。直接粘接安装会更加方便快捷，同时减少使用材料。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述励磁层和电磁屏蔽板的外围套接有U型铝板屏蔽层，铝板属于非铁磁性金属，非铁磁性材料的屏蔽机理是由于材料内部产生的涡流生成了反向的磁场，与原边源之间的磁场相互抵消从而起到屏蔽作用。因此，铝板屏蔽层不仅能够有效屏蔽非工作区的磁场泄露，降低非工作区的磁场指标，还能够增强工作区的磁场，使耦合更加紧密，进而实现铝板屏蔽层和电磁屏蔽板形成双层屏蔽机构。

基于上述目的，一种无线充电装置的技术方案二如下：

包括无线充电线圈，无线充电线圈包括励磁层和由同一绝缘导线绕制而成的线圈环形回路，所述线圈环形回路包括第一线圈环形回路和第三线圈环形回路，第二线圈环形回路和第四线圈环形回路，其中，第一线圈环形回路和第三线圈环形回路相邻设置在所述励磁层上端面上，且第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的所在平面均与所述励磁层平行；第二线圈环形回路和第四线圈环形回路相邻的环绕所述励磁层的上、下端面和两个侧面设置；且通电后，第二线圈环形回路和第四线圈环形回路在上端面上的边，与第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的边的电流方向一致，所述第二线圈环形回路在上端面上的边与所述第一线圈环形回路的边就近设置，所述第四线圈环形回路在上端面上的边与所述第三线圈环形回路的边就近设置；

其中，第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的外围布置有由导磁材料构成的电磁屏蔽板，该电磁屏蔽板固定在所述励磁层的上端面，且电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度。

上述技术方案的有益效果是：

本申请的无线充电装置由于在第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的外围布置了电磁屏蔽板，电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回 路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度，能够屏蔽充电线圈在传输能量过程中产生的辐射散射，起到良好的电磁屏蔽效果。并且，由于电磁屏蔽板的作用，增大了无线充电线圈通电后的磁路面积，使无线充电线圈通电后工作区(用于传输电能)的磁场强度大幅度增加，有利于提高电能传输的效率。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述电磁屏蔽板为铁氧体材料构成的屏蔽板，铁磁性材料可以使工作区的磁场大幅度增加，使非工作区的磁场减小。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述励磁层为铁氧体材料构成的励磁层，且所述电磁屏蔽板与所述励磁层为一体化的集成结构。

进一步，所述励磁层与电磁屏蔽板粘接固定。作为其他实施方式，还可以使用非铁磁性材料的夹具固定安装，直接粘接安装会更加方便快捷，同时减少使用材料。

为了提高电磁屏蔽效果，进一步，所述励磁层和电磁屏蔽板的外围套接有U型铝板屏蔽层，铝板属于非铁磁性金属，非铁磁性材料的屏蔽机理是由于材料内部产生的涡流生成了反向的磁场，与原边源之间的磁场相互抵消从而起到屏蔽作用。因此，铝板屏蔽层不仅能够有效屏蔽非工作区的磁场泄露，降低非工作区的磁场指标，还能够增强工作区的磁场，使耦合更加紧密，进而实现铝板屏蔽层和电磁屏蔽板形成双层屏蔽机构。

附图说明

图1是本申请的无线充电线圈和电磁屏蔽结构的剖面示意图；

图2是本申请的一种无线充电线圈的俯视图；

图3是本申请的一种无线充电线圈的侧视图；

图4是本申请的无线充电线圈的应用场景示意图；

图5是本申请的另一种无线充电线圈和电磁屏蔽结构的剖面示意图；

图6是本申请的另一种无线充电线圈的俯视图；

附图的标号说明如下：

1——第一线圈环形回路，2——第二线圈环形回路，3——第三线圈环形回 路，4——第四线圈环形回路，5——励磁层，1-1——第一线圈环形回路的边，2-1——第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边，3-1——第三线圈环形回路的边，4-1——第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边，6——无线充电发射器，7——无线充电接收器，8、8-1、8-2——电磁屏蔽板，9——U型铝板屏蔽层。

具体实施方式

本申请的无线充电装置，既可以是无线充电发射器，可以是无线充电接收器，且本申请的无线充电装置的改进在于，提出了一种新的无线充电线圈和电磁屏蔽板。下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步的说明。

实施例一：

如图1所示的一种无线充电装置，包括无线充电线圈，电磁屏蔽板(8-1、8-2)和U型铝板屏蔽层9，其中无线充电线圈包括励磁层5，以及由同一绝缘导线绕制而成的第一线圈环形回路1、第二线圈环形回路2、第三线圈环形回路3、第四线圈环形回路4。为了方面描述四个线圈环形回路的位置关系，在图1中以励磁层的中垂线为y轴，沿励磁层的水平方向为x轴，绘制坐标系。

如图1所示，四个线圈环形回路分别位于四个象限，且绕制的形状均为矩形。其中，第一线圈环形回路1和第三线圈环形回路3相邻设置在励磁层5上端面上，且第一线圈环形回路1和第三线圈环形回路3的所在平面均与励磁层5平行。另外，第一线圈环形回路1和第三线圈环形回路3的外围布置有电磁屏蔽板(8-1、8-2)，U型铝板屏蔽层9套接在励磁层5和电磁屏蔽板(8-1、8-2)的外围。该电磁屏蔽板为设置在励磁层端部的铁氧体屏蔽板(即铁氧体材料构成的屏蔽板，铁氧体材料如NiZn铁氧体、MnZn铁氧体等)，如图1所示，铁氧体屏蔽板在上端面上，铁氧体屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度。作为其他实施方式，设置铁氧体屏蔽板在励磁层上端面的高度，也可以和第一线 圈环形回路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度相当，达到磁屏蔽效果即可。

第二线圈环形回路2和第四线圈环形回路4相邻的环绕励磁层5的上、下端面和两个侧面设置，且第二线圈环形回路2的所在平面和第四线圈环形回路4的所在平面平行。且无线充电线圈通电后，第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边2-1和第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边4-1，与第一线圈环形回路1-1和第三线圈环形回路的边3-1的电流方向一致。第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边2-1与第一线圈环形回路的边1-1就近设置，第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边4-1与第三线圈环形回路的边3-1就近设置。

励磁层5的上端面上开有两个相邻设置的凹槽，分别用于放置第二线圈环形回路2和第四线圈环形回路4的绝缘导线，以保证第一线圈环形回路1和第三线圈环形回路3的平整设置。另外，当第二线圈环形回路2和第四线圈环形回路4的线圈匝数为多匝时，将第二线圈环形回路2的绝缘导线放置在一个凹槽中，第四线圈环形回路4的绝缘导线放置在另一个凹槽中，有助于提高无线充电线圈通电后磁场的加强效果。

励磁层5的左右端面高于线圈上表面，分别用来包裹第一线圈环形回路1和第三线圈环形回路3的绝缘导线，以保证线圈上表面的平整设计，同时也能增大磁路面积使工作区的磁场强度大幅度增加,有利于提高电能传输的效率。

图1中，椭圆形标识区域定义为线圈中央区域，四个线圈环形回路的绕制过程如图2、图3所示，第二线圈环形回路2的入端按图2中箭头指示方向进入，由励磁层5下端面按逆时针方向(从x轴正向观察)绕过励磁层5，绕制一定周数(即匝数)，在励磁层5的线圈中央区域转向第一线圈环形回路1的绕制，第一线圈环形回路1按逆时针方向(从y轴正向观察)环形堆叠绕制一定周数，从励磁层5的线圈中央区域转向第三线圈环形回路3的绕制，第三线圈环形回路3按顺时针方向(从y轴正向观察)环形堆叠绕制一定周 数，从励磁层5的线圈中央区域转向第四线圈环形回路4的绕制，第四线圈环形回路4按逆时针方向(从x轴正向观察)向下绕过励磁层5，围绕励磁层5绕制一定周数。

以上线圈在绕制时，线圈中央区域内的部分绕制方向一致，即第一线圈环形回路的边1-1、第三线圈环形回路的边3-1、第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边4-1和第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边2-1的绕制方向一致，图1中，电流方向用点和叉表示(点表示垂直图1的平面由图内指向图外，叉表示垂直图1的平面由图外指向图内)，其中，线圈中央区域内的边1-1、2-1、3-1、4-1的电流方向为点，图1所示。当然，线圈中央区域内的边的电流方向全部为叉也可。另外，四个线圈环形回路的绕制形式可堆叠可平铺，能够加强中央磁路。

本实施例的无线充电线圈，上层线圈环形回路的所在平面与下方线圈环形回路的所在平面互相垂直，即第一线圈环形回路的所在平面与第二线圈环形回路的所在平面垂直，第三线圈环形回路的所在平面与第四线圈环形回路的所在平面垂直，无线充电线圈充电时，线圈中央区域的绝缘导线内通过的电流方向一致，产生的磁场互相加强，有利于提高无线充电能量传输的效率。

本实施例的无线充电线圈，能作为无线充电发射器中的发射线圈，和无线充电接收器中的接收线圈，作为发射线圈用时，本实施例的无线充电装置即为无线充电发射器；作为接受线圈用时，本实施例的无线充电装置即为无线充电接收器。其应用场景，既可以用于汽车电池的无线充电，也可用于便携式设备的无线充电，如手机的无线充电。例如，应用至无线充电系统，如图4所示，该无线充电系统包括具有无线充电线圈和电磁屏蔽结构的无线充电发射器6和无线充电接收器7。

本实施例中，铁氧体屏蔽板和励磁层为一体化设计的结构，励磁线(既指线圈环形回路的绝缘导线，也包括励磁层中的绝缘导线)完全镶嵌起来。这样是不仅增大磁路面积使工作区的磁场强度大幅度增加,有利于提高电能传输的效率，而且使非工作区的磁场减小，加强了无线充电线圈四周的漏磁 场屏蔽，有利于EMF(electromagnetic field，电磁场)测试。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。例如，本实施例中仅在励磁层端部设置有铁氧体屏蔽板，作为其他实施方式，还可以在励磁层的下端面设置有与其大小相当的铁氧体屏蔽板，以提高电磁屏蔽效果。

又如，对于本实施例中的无线充电线圈，第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边4-1与第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边2-1是平行的，作为其他实施方式，保持基本平行也是可行的，不必严格平行。

又如，本实施例中的第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的绕制形状为矩形，作为其他实施方式，还可以为椭圆形，此时，可将第一线圈环形回路中与第二线圈环形回路在励磁层上端面上的边靠近的一段绝缘导线，作为第一线圈环形回路的边；同理，将第三线圈环形回路中与第四线圈环形回路在励磁层上端面上的边靠近的一段绝缘导线，作为第三线圈环形回路的边。

实施例二：

本实施例的无线充电装置如图5、图6所示，包括无线充电线圈和电磁屏蔽板8，无线充电线圈包括励磁层5和由同一绝缘导线绕制而成的线圈环形回路，线圈环形回路包括第一线圈环形回路1和第二线圈环形回路2，其中，第一线圈环形回路1设置在励磁层5的上端面上，且第一线圈环形回路1所在的平面与励磁层5平行。

第二线圈环形回路2环绕励磁层5的上、下端面和两个侧面设置；且通电后，第二线圈环形回路2在上端面上的边2-1与第一线圈环形回的边1-1的电流方向一致，第二线圈环形回路在上端面上的边2-1与第一线圈环形回路的边1-1就近设置。励磁层5的上端面开设有凹槽，当第二线圈环形回路2的线圈匝数为多匝时，将第二线圈环形回路2的绝缘导线放置在凹槽中。

励磁层5的左、右端设置有铁氧体屏蔽板8(电磁屏蔽板)，铁氧体屏蔽板8在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路1在励磁层上端面的高度，分别用来包裹第一线圈环形回路1的绝缘导线，以保证线圈上表面的平整设 计，同时也能增大磁路面积使工作区的磁场强度大幅度增加,有利于提高电能传输的效率。

本实施例中，铁氧体屏蔽板8和励磁层5为一体设计的结构，以增加磁屏蔽效果，且在层励磁层5和电磁屏蔽板8的外围套接有U型铝板屏蔽层9。

由于本实施例的无线充电线圈，实际上是线圈实施例一中的无线充电线圈的一半，在结构上仅为图1中以y轴为界的左半部分或右半部分，故不再详细进行描述。

需要说明的是，本申请提到的左、右、上和下等方位用语，仅是互为相对概念，而不应该认为是具有限制性的。且本申请提到的平行，是理想状态下的相对位置关系，在实际应用是接近平行即可。

Claims (10)

1. 一种无线充电装置，包括无线充电线圈，无线充电线圈包括励磁层和由同一绝缘导线绕制而成的线圈环形回路，所述线圈环形回路包括第一线圈环形回路和第二线圈环形回路，其中，第一线圈环形回路设置在所述励磁层上端面上，且第一线圈环形回路所在平面与所述励磁层平行，第二线圈环形回路环绕所述励磁层的上、下端面和两个侧面设置；且通电后，第二线圈环形回路在上端面上的边与第一线圈环形回路的边的电流方向一致，所述第二线圈环形回路在上端面上的边与所述第一线圈环形回路的边就近设置，其特征在于，第一线圈环形回路的外围布置有由导磁材料构成的电磁屏蔽板，该电磁屏蔽板固定在所述励磁层的上端面，且电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路在励磁层上端面的高度。
2. 根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述电磁屏蔽板为铁氧体材料构成的屏蔽板。
3. 根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述励磁层为铁氧体材料构成的励磁层，且所述电磁屏蔽板与所述励磁层为一体化的集成结构。
4. 根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述励磁层与电磁屏蔽板粘接固定。
5. 根据权利要求1所述的无线充电装置，其中，所述励磁层和电磁屏蔽板的外围套接有U型铝板屏蔽层。
6. 一种无线充电装置，包括无线充电线圈，无线充电线圈包括励磁层和由同一绝缘导线绕制而成的线圈环形回路，所述线圈环形回路包括第一线圈环形回路和第三线圈环形回路，第二线圈环形回路和第四线圈环形回路，其中，第一线圈环形回路和第三线圈环形回路相邻设置在所述励磁层上端面上，且第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的所在平面均与所述励磁层平行；第二线圈环形回路和第四线圈环形回路相邻的环绕所述励磁层的上、下端面和两个侧面设置；且通电后，第二线圈环形回路和第四线圈环形回路在上端面上的边，与 第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的边的电流方向一致，所述第二线圈环形回路在上端面上的边与所述第一线圈环形回路的边就近设置，所述第四线圈环形回路在上端面上的边与所述第三线圈环形回路的边就近设置；其特征在于，第一线圈环形回路和第三线圈环形回路的外围布置有由导磁材料构成的电磁屏蔽板，该电磁屏蔽板固定在所述励磁层的上端面，且电磁屏蔽板在励磁层上端面的高度高于第一线圈环形回路、第三线圈环形回路在励磁层上端面的高度。
7. 根据权利要求6所述的无线充电装置，其中，所述电磁屏蔽板为铁氧体材料构成的屏蔽板。
8. 根据权利要求6所述的无线充电装置，其中，所述励磁层为铁氧体材料构成的励磁层，且所述电磁屏蔽板与所述励磁层为一体化的集成结构。
9. 根据权利要求6所述的无线充电装置，其中，所述励磁层与电磁屏蔽板粘接固定。
10. 根据权利要求6所述的无线充电装置，其中，所述励磁层和电磁屏蔽板的外围套接有U型铝板屏蔽层。

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