CN108270078B - 一种高效率无线充电接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电接收天线结构，包括：基板；设置在所述基板上的M圈线圈；设置在相邻两个所述线圈间的隔离区；设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈沟槽，其中N<M；电连接至所述线圈第一端上的第一电极；以及电连接至所述线圈第二端上的第二电极。

Description

一种高效率无线充电接收天线

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种高效率无线充电接收天线。

背景技术

无线充电技术(Wireless Charging Technology)是指不通过导线而是通过电磁感应、电磁共振等方式经由空气介质实现非接触式电能传输的技术。相较于传统的充电方式，无线充电技术无需布线和充电端子，具备较高的便捷性。随着电力电子器件、功率变换和控制技术的发展，无线充电技术在转换率、低辐射等方面逐渐取得突破，目前无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产品中实现实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域，未来无线充电技术将不断扩展到医疗、电力、航空航天、节能环保等更多领域。

在各种无线充电技术方案中，当前最成熟、最普遍的是电磁感应方式，近几年必定是无线充电的主流模式。从电磁感应方式的无线充电技术来看，提高高效率是未来主要突破方向，而无线充电接收天线又是充电效率的关键影响因素。

目前现有的无线充电接收天线方案通常是如图1所示的FPC天线，该天线线圈的铜线宽度均匀，通常为11圈双层绕线，线宽约1毫米，绕线间距宽约为0.1毫米，线圈的铜层厚度约为45微米。在交流无线充电时，该种FPCB绕线方案由于趋肤效应、涡流等因素的影响，导致传输能量效率很难提升，品质因子较低，同时温升较高。

为了克服上述问题，专利CN 107452483 A提出了一种导线组的绕线方法，如图2所示，通过细分导线来克服趋肤效应，提升品质因子，从而提高充电效率。但这种方法由于导线组尺寸、规格等因素，很难做到小型化、微型化，例如很难满足智能手机无线充电方案的要求。

因此，本领域需要一种新型的高效率无线充电接收天线，通过这种天线至少部分的解决上述现有技术中存在的传输能量效率很难提升、温升较高、品质因子较低等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种无线充电接收天线结构，包括：

基板；

设置在所述基板上的M圈线圈；

设置在相邻两个所述线圈间的隔离区；

设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈沟槽，其中N<M；

电连接至所述线圈第一端上的第一电极；以及

电连接至所述线圈第二端上的第二电极。

在本发明的一个实施例中，所述M圈线圈的绕线宽度由内向外逐渐增大。

在本发明的一个实施例中，所述线圈为双层绕线线圈。

在本发明的一个实施例中，所述M＝11；所述N＝4。

在本发明的一个实施例中，所述线圈沟槽为间断的弧形沟槽，所述弧形沟槽与其所在的线圈同心。

在本发明的一个实施例中，所述设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈间断的弧形沟槽成径向等弧度分布。

在本发明的一个实施例中，所述隔离区为无填充物的间隙或已填充绝缘材料的间隙。

在本发明的一个实施例中，所述线圈宽度由内向外从0.9毫米逐渐增大到1.3毫米，所述线圈的厚度为40微米至70微米；所述隔离区的宽度为80微米至120微米；所述线圈沟槽的宽度为80微米至120微米。

在本发明的一个实施例中，所述设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈沟槽进一步包括：

设置在所述线圈的最外侧L圈上的K条线圈沟槽，其中L<N，K≥2；

设置在次外侧I圈所述线圈上的J条线圈沟槽，其中L+I≤N，1≤J<K。

在本发明的一个实施例中，所述基板是柔性电路基板。

本发明提供的一种高效率无线充电FPC接收天线结构通过在基板上设置从内至外线宽逐渐增大的多圈线圈，并在靠近外侧的几圈线圈上设置间断的线圈沟槽形成，与传统方案相比，减小了天线结构的电阻，降低了线圈的趋肤效应及线宽带来的涡流的影响，提升了传输能量效率并改善了充电过程中的温度升高。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出一种现有技术的无线充电FPC接收天线结构示意图。

图2示出又一种现有技术的无线充电接收天线结构示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构的正视图。

图4示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构的局部正视图。

图5示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构的局部剖面示意图。

图6示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线与传统方案的传输能量效率对比图。

图7示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线与传统方案的充电过程温度升高对比图。

图8示出根据本发明的又一实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构的局部正视图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

本发明提供的一种高效率无线充电FPC接收天线结构通过在基板上设置从内至外线宽逐渐增大的多圈线圈，并在靠近外侧的几圈线圈上设置间断的线圈沟槽形成，与传统方案相比，减小了天线结构的电阻，降低了线圈的趋肤效应及线宽带来的涡流的影响，提升了传输能量效率并改善了充电过程中的温度升高。

下面结合附图3、附图4来介绍根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构。图3示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构300的正视图；图4示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构300的局部正视图。

如图3所示，该种高效率无线充电FPC接收天线结构300包括第一电极301，第二电极302，线圈303，隔离区304，以及线圈槽沟305。其中第一电极301和第二电极302用于和能量接收器形成电连接，从而将线圈产生的感应电流传导到能量接收器；线圈303基于电磁感应原理，将感应磁场的变化转换成感应电流；隔离区304用于电绝缘相邻的线圈303；线圈沟槽305设置在线圈303上，用于将线圈沟槽305所在位置的线圈导线分成两个并联的导线，线圈沟槽305为成一定弧度的间断的沟槽，并且仅设置在靠外侧的几圈线圈上。

下面结合图4详细介绍该种高效率无线充电FPC接收天线结构300的进一步的结构。如图4所示，线圈303从内到外，其宽度逐渐变宽，在本发明的一个具体实施中，线圈303为双层线圈，共有11圈，从内到外的宽度由0.9毫米逐渐增大到1.3毫米，线圈的厚度约为60微米，线圈的宽度由内到外逐渐增大可以显著降低整体线圈的内阻，因为越靠近外侧的线圈周长越长，在厚度和长度无法改变的时候，通过宽度调节可以产生良好的效果。

继续如图4所示，在每两圈线圈303间均匀的分布有隔离区304，在本发明的一个具体实施例中，隔离区304的宽度约为0.1毫米(100微米)，隔离区304可以为隔离开无填充物的间隙，也可以是隔离开后填充了绝缘材料的结构。

再如图4所示，在靠近最外侧的数圈线圈上设置有线圈沟槽305，线圈沟槽305将沟槽所在区域的线圈导线分成两个并联的导线，从而降低整体线圈工作时趋肤效应和涡流的影响，在本发明的一个具体实施例中，线圈沟槽305设置在最外侧的4圈线圈上，线圈沟槽305与所在线圈成同心的弧形，线圈沟槽305的宽度约为0.1毫米(100微米)，在一圈线圈上的线圈沟槽305成均匀间断的N段圆弧分布，N≥2，线圈上相邻的线圈沟槽305间是完整的线圈导体，这种设计相对于在线圈上设置整体的连续沟槽具有更低的线圈电阻；在本发明的另一个具体实施例中，外侧数圈线圈303上设置的线圈沟槽305之间成径向等弧度分布，如图4所示的径向α₁、α₂示意。

本领域的技术人员应该知道上述实施例中关于线圈303的层数、圈数、宽度、厚度的具体数字，关于隔离区304的宽度，关于线圈沟槽305布局在线圈303上的圈数、分段数、长度、宽度以及是否成径向等弧度分布不作为本发明的限制，仅作为示例实施例的作用。只要是线圈从内到外的宽度逐渐增大，靠外侧的部分线圈上分布有间断的线圈沟槽的技术方案都属于本发明的保护范围。

下面结合图5来进一步说明根据本发明的另一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构500。图5示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构的局部剖面示意图。图5(A)的剖面区域来自于图3所示的AA’虚线所示的位置。

如图5(A)所示，该高效率无线充电FPC接收天线结构500进一步包括衬底501，衬底501为柔性电路基板，设置在衬底501上的M圈线圈502，在本发明的一个具体实施例中，M＝11，即具有设置在衬底501上的线圈502-1、502-2…502-11，线圈502-1至线圈502-11的宽度逐渐从0.9毫米变宽到1.3毫米；在线圈之间设置有隔离区503，在本发明的一个具体实施例中，隔离区503的宽度约为0.1毫米；在靠近衬底501外侧，即图5(A)中的左侧，有4圈线圈上设置有线圈沟槽504，如图5(B)所示，线圈沟槽504与上述线圈沟槽305类似，也为间断的弧形沟槽，沟槽的宽度也约为0.1毫米。

为了更清楚的阐述本发明的技术效果，对传统天线方案与本发明天线方案进行了对比测试，对比测试的具体方案如下：

传统方案，如图1所示，线圈为双层11圈，线圈宽度为1毫米，线圈厚度为45微米，绕线间距为0.1毫米。

本发明方案，如图3所示，线圈为双层11圈，线圈宽度由0.9毫米至1.3毫米逐渐变宽，线圈厚度为60微米，绕线间距为0.1毫米，在外侧4圈线圈上进行中间间隔开槽。

经测试，基本电气参数如下表1所示：

表1 传统方案与发明方案天线电气性能对比表

通过上表对比可知，本发明方案的Rs、Rdc明显低于传统方案，且Q值也比传统方案更高。

下面结合图6、图7来测试和比较传统方案与发明方案的传输能量效率以及温度升高情况。图6示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线与传统方案的传输能量效率对比图；图7示出根据本发明的一个实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线与传统方案的温度升高对比图。

如图6所示，除输出电流较低的范围(例如，输出电流小于约0.3A的范围)之外，本专利的天线方案相对于传统方案具有1％-2％的传输能量效率的提升，传输能量效率提升相对应的可改善温度升高和额外辐射等损耗。

再如图7所示，本专利的天线方案相对于传统方案在充电过程中温度升高较低，平均温度能低2-3℃。温升的降低能改善产品的体验、提升产品寿命并降低能耗。

下面结合图8来描述基于本发明的又一实施例的实施方式，图8示出根据本发明的又一实施例形成的一种高效率无线充电FPC接收天线结构800的局部正视图，如图8所示，该种高效率无线充电FPC接收天线结构与图3所示的无线充电FPC接收天线结构300类似，不同之处在于随着线圈801宽度的增加，在线圈801宽度达到阈值A时，如在801-j处，从该线圈801-j开始，在其上设置单条间断线圈沟槽803；随着线圈宽度继续增大至阈值B时，如在801-k处，从该线圈801-k开始，在其上设置两条沟槽804。本领域的技术人员应该理解到，本实施例仅作为示例，根据类似的设计，可以基于线圈的宽度增加设置3条、4条等等类似的线圈沟槽以降低线圈的趋肤效应及线宽带来的涡流。

根据本发明提供的该高效率无线充电FPC接收天线结构通过在基板上设置从内至外线宽逐渐增大的多圈线圈，并在靠近外侧的几圈线圈上设置间断的线圈沟槽形成，与传统方案相比，减小了天线结构的电阻，降低了线圈的趋肤效应及线宽带来的涡流的影响，提升了传输能量效率并改善了充电过程中的温度升高。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种无线充电接收天线结构，包括：

基板；

设置在所述基板上的M圈线圈；

设置在相邻两个所述线圈间的隔离区；

设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈沟槽，其中N<M，所述线圈沟槽用于将所述线圈沟槽所在位置的线圈导线分成并联的导线，所述线圈沟槽为成一定弧度的间断的沟槽；

电连接至所述线圈第一端上的第一电极；以及

电连接至所述线圈第二端上的第二电极，

其中所述M圈线圈的绕线宽度由内向外逐渐增大，当在线圈宽度达到阈值A时，从此处在其上设置单条间断线圈沟槽；当线圈宽度继续增大至阈值B时，从此处在其上设置两条沟槽。

2.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述线圈为双层绕线线圈。

3.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述M＝11；所述N＝4。

4.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述线圈沟槽为间断的弧形沟槽，所述弧形沟槽与其所在的线圈同心。

5.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈间断的弧形沟槽成径向等弧度分布。

6.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述隔离区为无填充物的间隙或已填充绝缘材料的间隙。

7.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述线圈宽度由内向外从0.9毫米逐渐增大到1.3毫米，所述线圈的厚度为40微米至70微米；所述隔离区的宽度为80微米至120微米；所述线圈沟槽的宽度为80微米至120微米。

8.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述设置在所述线圈的最外侧N圈上的线圈沟槽进一步包括：

设置在所述线圈的最外侧L圈上的K条线圈沟槽，其中L<N，K≥2；

设置在次外侧I圈所述线圈上的J条线圈沟槽，其中L+I≤N，1≤J<K。

9.如权利要求1所述的无线充电接收天线结构，其特征在于，所述基板是柔性电路基板。

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