CN111180173A - 一种无线充电线圈及无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电线圈及无线充电装置，所述线圈由一根绕组线卷绕而成，至少包括，一第一线圈单元，由所述绕组线的一部分由内向外沿第一方向卷绕形成；以及一第二线圈单元，由所述绕组线的另一部分由内向外沿第二方向卷绕形成，所述第二线圈单元与所述第一线圈单元形成双层堆叠结构；其中，所述第一方向与所述第二方向相反，所述绕组线的两个端侧分别作为所述线圈的两个外出线。利用本发明的绕线方式形成的线圈，可以避免跳线的发生，减小了产品及后道工序的加工难度。

Description

一种无线充电线圈及无线充电装置

技术领域

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无线充电线圈及无线充电装置。

背景技术

无线充电技术(Wireless charging technology；Wireless chargetechnology)，源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。其中，小功率无线充电通常采用电磁感应式，如对手机充电的Qi方式；大功率无线充电常采用谐振式由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用，大部分电动汽车充电采用此方式。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露，无线充电技术已被广泛应用于日常生活中，成为现代生活中非常重要的一项技术。

基于电磁感应的无线充电，无线充电线圈的品质因素(Q factor)是影响充电效率的关键因素，品质因素越高表示电力损耗的比例越低，即充电效率越高。无线充电线圈的品质因素会与无线充电线圈的阻抗及电感有关，然而为了降低无线充电线圈的电阻，并提升无线充电线圈的电感，无线充电线圈一般会需要使用直径较大、较粗的导线，这造成无线充电线圈所需的面积增加，这不仅会增加无线充电装置的尺寸，而且也让制作的过程变得更为复杂。

另外，传统单层无线充电线圈因绕线结构会有内出线与外出线，在引出内出线时无线充电线圈外部会有跳线产生，增加了产品及后道工序难度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无线充电线圈及无线充电装置，用于解决现有技术中由于无线充电线圈品质因素Q小而导致的无线充电设备充电效率低、尺寸大以及加工难度大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无线充电线圈，包括：

一第一线圈单元，由绕组线的一端侧由内向外沿第一方向卷绕形成；以及

一第二线圈单元，由所述绕组线的另一端侧由内向外沿第二方向卷绕形成，所述第二线圈单元与所述第一线圈单元形成双层堆叠结构；

其中，所述第一方向与所述第二方向相反，所述绕组线的两个端侧分别作为所述线圈单的两个外出线。

在本发明的一种实现方式中，所述第一外出线与所述第一线圈单元处于同一平面；所述第二外出线与所述第二线圈单元处于同一平面。

在本发明的一种实现方式中，所述第一线圈单元的卷绕圈数与所述第二线圈单元的卷绕圈数不相等。

在本发明的一种实现方式中，所述第一线圈单元的卷绕圈数与所述第二线圈单元的卷绕圈数差值的绝对值包括一圈。

在本发明的一种实现方式中，所述无线充电线圈为空心环状结构。

在本发明的一种实现方式中，所述无线充电线圈的外缘形状及空心部的形状包括半圆、圆形、椭圆形、多边形和瓜子形中的一种。

在本发明的一种实现方式中，所述第一线圈单元与所述第二线圈单元均为密绕结构。

在本发明的一种实现方式中，所述绕组线之间通过自粘结固定。

在本发明的一种实现方式中，所述无线充电线圈还包括屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述无线充电线圈的至少一个端面上。

在本发明的一种实现方式中，所述绕组线由至少一个N个绝缘导线和自粘层组成，所述自粘层包覆于所述绝缘导线的表面，各所述绝缘导线平行排布于同一平面。

在本发明的一种实现方式中，在所述第一线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线均在第一平面卷绕，在所述第二线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线均在第二平面卷绕，其中，所述第一平面和所述第二平面相互平行。

在本发明的一种实现方式中，在所述第一线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线分别在相互平行的至少一个平面卷绕，在所述第二线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线分别在相互平行的另外至少一个平面卷绕，其中，所述第一线圈单元中的至少一个平面与所述第二线圈单元中的另外至少一个平面相互平行。

在本发明的一种实现方式中，所述第一外出线和所述第二外出线的端部经浸锡处理，以使各所述绝缘导线在所述第一外出线和所述第二外出线的端部处相互电性连接。

在本发明的一种实现方式中，所述绝缘导线的直径介于0.04mm～0.7mm之间。

本发明还提供一种无线充电装置，包括壳体，以及设置于所述壳体中的至少一个上述的无线充电线圈。

利用本发明的绕线方式形成的线圈，可以确保线圈的两个出线均为外出线，从而可以避免跳线的发生，减小了产品及后道工序的难度；

另外，用多股的绝缘导线代替具有同样总截面的单股线，可减少了集肤效应，提高线圈的品质因数Q，降低了电力损耗的比例，可提高无线充电的效率；

又，采用本发明的双层扁平绕组线绕线结构，电感提升的同时，也可以减小线圈圈数，减少线圈的直径，从而降低无线充电装置的尺寸，节约成本，而且携带更方便。

附图说明

图1显示为本发明无线充电线圈的俯视图。

图2显示为本发明无线充电线圈的侧视图。

图3显示为本发明无线充电线圈中第一种卷绕方式中沿图1中A-A方向的截面图图。

图4显示为本发明无线充电线圈中第一种卷绕方式的结构示意图。

图5显示为本发明无线充电线圈中第二种卷绕方式中沿图1中A-A方向的截面图显示为本发明无线充电线圈中第二种卷绕方式的结构示意图。

图6显示为本发明无线充电线圈中第二种卷绕方式的结构示意图。

图7显示为本发明无线充电线圈中设置有屏蔽层的俯视图。

图8显示为本发明的无线充电线圈中设置有屏蔽层的侧视图。

图9-1至图9-12分别显示为本发明的无线充电线圈的不同形状的简图。

元件标号说明

1 第一线圈单元

2 第二线圈单元

3 第一外出线

4 第二外出线

5 锡层

6 绕组线

61 绝缘导线

62 自粘层

7 屏蔽层

8 绕线模芯

9 绕线面

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-6所示，本发明提供一种无线充电线圈，其中，图1显示为本发明所述无线充电线圈的俯视图；图2显示为本发明所述无线充电线圈的侧视图；图3和图5为图1中沿A-A方向的两种不同截面图，对应两种不同卷绕方式，详情在下文中描述。

如图1和图2所示，所述无线充电线圈至少包括，一第一线圈单元1，由所述绕组线6的一端侧由内向外沿第一方向卷绕形成；以及一第二线圈单元2，由所述绕组线6的另一端侧由内向外沿第二方向卷绕形成，所述第二线圈单元2与所述第一线圈单元1形成双层堆叠结构；其中，所述第一方向与所述第二方向相反，所述绕组线6的两个端侧作为所述线圈的两个外出线，也即图1中的第一外出线3和第二外出线4。

具体的，如图1和图2所示，所述第一线圈单元1和所述第二线圈单元2分别位于两个相互平行的平面，其形成过程是将一根绕组线6划分为两段，第一段形成所述第一线圈单元1，第二段形成所述第二线圈单元2，也就是说，这两部分是一体结构，以这两个部分中的分界处为起点，该绕组线6的两个端侧分别在两个相互平行的平面上由内向外沿不同的方向卷绕，即一端沿顺时针/逆时针卷绕形成所述第一线圈单元，而另一端沿逆时针/顺时针卷绕形成所述第二线圈单元2，而这两个端部引出形成所述第一线圈单元的第一外出线3和所述第二线圈单元2的第二外出线4，所述第一外出线3与所述第一线圈单元1位于同一平面，所述第二外出线4与所述第二线圈单元2位于同一平面。由于所述第一线圈单元1和所述第二线圈单元2是一体结构，也即其不存在内出线，从而不需要沿其一个端面引出内出线，可以避免跳线的发生，减小了产品及后道工序的难度。

在一实施例中，由所述第一外出线所在端侧的绕组线在所述第一线圈单元1上由外向内沿上述第一方向卷绕，以形成第三线圈单元(未图示)，然后继续在所述第三线圈单元上沿第一方向由内向外卷绕，以形成第四线圈单元(未图示)，这样就可以在所述第一线圈单元1上形成2个堆叠的线圈单元，同时可以确保出线为外出线(第一外出线1)。

可以理解的是，在另一实施例中，也可不断重复形成第三线圈单元和第四线圈单元的步骤，可以在所述第一线圈单元1上表面形成更多偶数个线圈单元，例如4个，6个，8个，具体的个数可根据需要进行调整，在此不做限制。

在一实施例中，由所述第二外出线所在端侧的绕组线在所述第二线圈单元2下表面由外向内沿上述第二方向卷绕，以形成第五线圈单元(未图示)，然后继续在所述第五线圈单元上沿第二方向由内向外卷绕，以形成第六线圈单元(未图示)，这样就可以在所述第二线圈单元2下表面形成2个堆叠的线圈单元，同时确保出线为外出线(即第二外出线4)。

可以理解的是，在另一实施例中，也可不断重复形成第五线圈单元和第六线圈单元的步骤，可以在所述第二线圈单元2下表面形成更多偶数个线圈单元，例如4个，6个，8个，具体的个数可根据需要进行调整，在此不做限制。

所述第一线圈单元1和所述第二线圈单元2的卷绕圈数可以相等也可以不相等。如图1所示，例如无线充电线圈水平放置(以纸面为水平面)时，我们以位于上层的是第一线圈单元1，位于下层的是第二线圈单元2为例，为了防止第一线圈单元1中的部分所述绕组线6悬空，从而在后续工艺中脱落，同时也为了便于管控无线充电线圈的外形尺寸，无线充电线圈中位于上层的第一线圈单元1的卷绕圈数与位于下层的第二线圈单元2的卷绕圈数不相等，一般位于上层的第一线圈单元1的卷绕圈数小于位于下层的第二线圈单元2的卷绕圈数。

作为示例，所述第一线圈单元1的卷绕圈数与所述第二线圈单元2的卷绕圈数差值的绝对值例如可以是一圈，也即所述第一线圈单元1的卷绕圈数比所述第二线圈单元2的卷绕圈数少一圈。当然，位于上层的也可以是第二线圈单元2，位于下层的是第一线圈单元1，所述第一线圈单元1的卷绕圈数比所述第二线圈单元2的卷绕圈数多一圈。需要说明的是，位于下层的线圈单元的卷绕圈数与位于上层的线圈单元的卷绕圈数的差值例如也可以是1.5圈，2圈等，不以此为限，可根据需要进行调整。

如图1所示，所述无线充电线圈为空心环状结构，在使用所述无线充电线圈制作无线充电装置时可以在所述空心部设置磁芯。在图1中，作为示例，所述无线充电线圈的外缘形状及空心部的形状为圆形，所述无线充电线圈的外径为D，所述无线充电线圈的内径为d，内径d也即无线充电线圈卷绕时所使用卷绕轴的直径。图9-1至9-12为本发明无线充电线圈的几种形状简图，所述无线充电线圈的外缘形状及空心部的形状也可以如图9-1所示的三角形，如图9-2所示的正方形，如图9-3所示的长方形，如图9-4所示的椭圆形，如图9-5所示的圆角矩形，如图9-6到图9-9所示的分别为五边形、六边形、七边形、八边形，图1所示的圆形(对应图1)，如图9-11所示的半圆形，如图9-12所示的瓜子形以及其它环形结构，不以此处列举为限，可以根据需求选用合适的环形结构。

值得注意的是，在图1、图2、图4以及图6中的形状，卷绕圈数仅限于说明，并不用于限制本发明。

如图3和图5所示，显示为第一外出线3上沿A-A方向的截面图，也即绕组线6的截面图，从图中可知，所述绕组线6由N个绝缘导线61和自粘层62组成，所述自粘层62包覆于所述绝缘导线61的表面，各所述绝缘导线61平行排布于同一平面，位于最外层的分别是第一个绝缘导线与第N个绝缘导线，其中N的取值为大于或等于1的正整数，也就是说所述绝缘导线61的个数可以是一个或者多个(大于等于2个)；作为示例，所述绕组线6可以由1～13股绝缘导线61并行排布组成，当然所述绕组线6也可由多于13股的绝缘导线61并行排布组成。

所述绝缘导线61的直径可选用介于0.04mm～0.7mm之间，用多股的直径较小的绝缘导线61代替具有同样总截面积的单股线，可减少集肤效应所带来的负面影响，进而能够降低无线充电线圈的交流阻抗，显著提升无线充电线圈的品质因素。

所述绕组线6为扁平线，根据第一线圈单元1和/或第二线圈单元2中所述绕组线6中N个所述绝缘导线61位置的不同，所述绕组线6的卷绕方式至少包括两种，在这两种卷绕方式中，其对应图1中沿A-A方向的截面图不同。

在第一种卷绕方式中，图1中沿A-A方向的截面图如图3所示，在所述第一线圈单元1中，所述绕组线6的所述N个绝缘导线61均在第一平面(也即图1中的纸面所在平面)卷绕；同样的，在所述第二线圈单元2中，所述绕组线6的所述N个绝缘导线61均在第二平面卷绕，其中，所述第一平面和所述第二平面相互平行。

具体地，如图4所示，在卷绕同一层线圈单元时，所述绕组线6只有一个绝缘导线61与绕线模芯8的绕线面81接触，其余的绝缘导线61依次沿垂直于所述绕线面9的法线方向相邻排布，也就是说，在同一层线圈单元中(除过两层线圈单元的连接处)，相邻两个圈中所述绕组线6中第1个绝缘导线与第N个绝缘导线相互接触，其余位于中间位置的绝缘导线是不接触的。所述第一线圈单元1和所述第二线圈单元2的厚度约等于单根所述绝缘导线61的直径，所述无线充电线圈的厚度T为绝缘导线线径*2加上自粘层余量，自粘层余量小于等于0.02mm。

利用第一种卷绕方式卷绕形成的无线充电线圈，其第一线圈单元1和第二线圈单元2的平行度小于0.02mm，说明本发明的所述无线充电线圈具有良好的平行度；作为示例，所示第一外出线3和所述第二外出线4的长度例如是25mm±2mm，当然，长度也可根据需要自由调整，不以此为限。

如表1所示，表中显示了使用第一种卷绕方式卷绕形成的9中不同规格线圈(A1～A9)的规格数据。

表1利用第一种卷绕方式形成的9种不同线圈的规格

其中，线径是指绕组线中绝缘导线的直径，股数是指绕组线中绝缘导线的根数。

在第一种卷绕方式中，采用多根绝缘导线61并行排布组成的绕组线6，能够提升每一圈线圈的截面积以降低无线充电线圈的直流阻抗，同时还不会增加无线充电线圈的厚度T(因为采用较细的导线)，使无线充电线圈安装时还具有良好的弹性；采用多股的绝缘导线61代替具有同样总截面的单股线，减少了集肤效应，提高无线充电线圈的品质因数Q，降低了电力损耗的比例，可提高无线充电的效率；采用第一种卷绕方式形成的双层扁平无线充电线圈，电感提升的同时，也可以减小无线充电线圈圈数，也即其外径D减小，从而降低基于此无线充电线圈制备的无线充电装置的尺寸，节约成本，而且携带更方便。

在另一种卷绕方式中，图1中沿A-A方向的截面图如图5所示，在所述第一线圈单元1中，所述绕组线6的所述N个绝缘导线61分别在相互平行的N个平面卷绕；同样的，在所述第二线圈单元2中，所述绕组线6的所述N个绝缘导线61分别在相互平行的另外N个平面卷绕；其中，所述第一线圈单元1中的N个平面与所述第二线圈单元2中的另外N个平面相互平行。

具体地，如图6所示，在卷绕同一层线圈单元时，所述绕组线6中的每个绝缘导线61都与绕线模芯8的绕线面9接触，也就是说，在同一层线圈单元中(除过两层线圈单元的连接处)，相邻量圈中，所述绕组线6中每个绝缘导线只和自己以及位于该绝缘导线相邻的两个绝缘导线相互接触，所述无线充电线圈的厚度T为绝缘导线线径*2N加上自粘层62的余量。

利用第二种卷绕方式卷绕形成的无线充电线圈，其第一线圈单元1和第二线圈单元2的平行度小于0.02mm，也即本发明的所述无线充电线圈具有良好的平行度，作为示例，所示第一外出线3和所述第二外出线4的长度例如是25mm±2mm，当然，长度也可根据需要自由调整，不以此为限。

在第二种卷绕方式中，采用多根绝缘导线61并行排布组成的绕组线6，能够提升每一圈线圈的截面积以降低无线充电线圈的直流阻抗；采用多股的绝缘导线61代替具有同样总截面的单股线，可减少了集肤效应，提高无线充电线圈的品质因数Q，降低了电力损耗的比例，可提高无线充电的效率；采用第二种卷绕方式形成的双层扁平无线充电线圈，电感提升的同时，也可以极大的减小无线充电线圈圈数，也即其外径D可以极大的缩小。

为了使卷绕形成的无线充电线圈结构稳定，卷绕结束后所述绕组线6之间可通过自粘层62的自粘结特性固定，当然亦可采用其它合适的方法粘结固定，不以此为限。

如图1所示，所述第一外出线3和所述第二外出线4的端部经浸锡处理，在所述第一外出线3和所述第二外出线4的端部包覆一层锡层5，以使各所述绝缘导线61在所述第一外出线3和所述第二外出线4的端部处相互电性连接。

具体地，所述第一线圈单元1与所述第二线圈单元2均为密绕结构，例如阿尔法密绕。

如图7、图8所示，在一实施例中，所述无线充电线圈还可包括屏蔽层7，其中图7显示为本发明无线充电线圈中设置有屏蔽层7的俯视图，图8显示为本发明的无线充电线圈中设置有屏蔽层7的侧视图，图7和图6的结构分别和图1、图2相似，在此不多赘述。所述屏蔽层7设置于所述无线充电线圈的至少一个端面上，在图6中只是示出了屏蔽层7设置于所述无线充电线圈的一个端面(第二线圈单元2暴露的表面)上的情形，当然也可以设置于所述无线充电线圈的另一个端面(第一线圈单元1暴露的表面)或者两个端面均设置。

可以理解的是，图7中所示的屏蔽层7的形状为圆角矩形只是一种示例，可以根据无线充电线圈的具体外形来灵活的进行设置，不以此为限。

所述无线充电线圈的厚度T约为所述第一线圈单元1的厚度、所述第二线圈单元2的厚度以及所述屏蔽层7厚度之和，其中，所述屏蔽层7的厚度可以为0.05～0.18mm，作为示例，其厚度可采用0.11mm。

本发明还提供一种无线充电装置，所述无线充电装置至少包括壳体以及设置于所述壳体中的发射线圈，所述发射线圈由上面描述的一个或者多个无线充电线圈组成，多个无线充电线圈可以是一种或者几种的任意组合。当然，所述无线充电装置例如还可包括磁芯，大大减少线圈的匝数，从而减小无线充电线圈的直流电阻，有利于提高无线充电线圈的Q值。

需要说明的是，所述无线充电线圈也应用于现有的无线充电装置中，用于替换现有的无线充电装置中的线圈。当然，本发明的无线充电线圈并不限于应用于无线充电领域，也可应用于其它领域。

综上所述，本发明提供一种无线充电线圈及无线充电装置，包括，一第一线圈单元，由所述绕组线的一部分由内向外沿顺时针/逆时针方向卷绕形成；以及一第二线圈单元，由所述绕组线的另一部分由内向外沿逆时针/顺时针方向卷绕形成，所述第二线圈单元与所述第一线圈单元形成双层堆叠结构；其中，所述绕组线的两个端侧分别作为所述第一线圈单元的第一外出线和所述第二线圈单元的第二外出线。利用本发明的绕线方式形成的无线充电线圈，可以避免跳线的发生，减小了产品及后道工序的加工难度；另外，用多股的绝缘导线代替具有同样总截面的单股线，可减少了集肤效应，提高无线充电线圈的品质因数Q，降低了电力损耗的比例，可提高无线充电的效率；本发明的双层扁平无线充电线圈，电感提升的同时，也可以减小无线充电线圈圈数，减少无线充电线圈的直径，从而降低基于此无线充电线圈制备的无线充电装置的尺寸，节约成本，而且携带更方便。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无线充电线圈，其特征在于，至少包括：

一第一线圈单元，由绕组线的一端侧由内向外沿第一方向卷绕形成；以及

一第二线圈单元，由所述绕组线的另一端侧由内向外沿第二方向卷绕形成，所述第二线圈单元与所述第一线圈单元形成双层堆叠结构；

其中，所述第一方向与所述第二方向相反，所述绕组线的两个端侧分别作为所述线圈的两个外出线。

2.一种如权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，所述第一线圈单元的卷绕圈数与所述第二线圈单元的卷绕圈数不相等。

3.一种如权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，所述第一线圈单元与所述第二线圈单元均为密绕结构。

4.一种如权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，所述无线充电线圈还包括屏蔽层，所述屏蔽层设置于所述无线充电线圈的至少一个端面上。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的无线充电线圈，其特征在于，所述绕组线由至少一个绝缘导线和自粘层组成，所述自粘层包覆于所述绝缘导线的表面，各所述绝缘导线平行排布于同一平面。

6.一种如权利要求5所述的无线充电线圈，其特征在于，在所述第一线圈单元中，所述绕组线的所述N个至少一个绝缘导线均在第一平面卷绕，在所述第二线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线均在第二平面卷绕，其中，所述第一平面和所述第二平面相互平行。

7.一种如权利要求5所述的无线充电线圈，其特征在于，在所述第一线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线分别在相互平行的至少一个平面卷绕，在所述第二线圈单元中，所述绕组线的所述至少一个N个绝缘导线分别在相互平行的另外至少一个平面卷绕，其中，所述第一线圈单元中的至少一个平面与所述第二线圈单元中的另外至少一个平面相互平行。

8.一种如权利要求5所述的无线充电线圈，其特征在于，所述第一外出线和所述第二外出线的端部经浸锡处理，以使各所述绝缘导线在所述第一外出线和所述第二外出线的端部处相互电性连接。

9.一种如权利要求5所述的无线充电线圈，其特征在于，所述绝缘导线的直径介于0.04mm～0.7mm之间。

10.一种无线充电装置，其特征在于，包括，壳体，以及设置于所述壳体中的至少一个如权利要求1-9任意一项所述的无线充电线圈。

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