CN108321914B - 一种线圈及无线充电接收装置、与发射装置与*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供线圈，包括输出端子、输入端子以及连接在所述输出端子和输入端子之间的绕线部分，其特征在于，所述绕线部分的至少一部分上设置有槽孔，所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上的深度小于或等于所述绕线部分横截面上相距最远的两点间的距离；其中，所述绕线部分为螺旋状绕制而成的金属导体；所述输入端子与输出端子，用于将所述绕线部分与外部电路相连接。

Description

一种线圈及无线充电接收装置、与发射装置与***
技术领域
本发明实施例涉及无线充电领域，更具体地，涉及一种线圈、无线充电装置与***。
背景技术
随着移动终端被广泛使用，无线充电需求越来越强，未来当我们身边所有的移动终端，包括智能手机，都支持无线充电时，我们就不再需要去费时费力的寻找充电器、充电数据线或插座，无需将手机与任何电源物理连接就可以充电，也不必担心手机会因为电量耗尽而无法开机。
但是目前手机中无线充电最大功率受限散热，充电电流有限，为进一步提高充电速度，需要提高无线充电效率。无线充电主要是基于发射线圈与接收线圈磁耦合原理进行能量传输，因此在发射线圈与接收线圈之间存在很强的交流磁场。如图1a所示，金属线圈放在交流磁场中，交流磁场切割金属导体会感应出涡流造成涡流损耗，涡流电流的大小正比于金属面积大小，因此如果线圈面积越大，则在相同磁场下其涡流损耗越大，如果发射线圈与接收线圈具有很大的涡流损耗，则无线充电效率低。只是简单把线圈做细了，充电效率会非常低，甚至低于50％。原因是线圈中流过的为交流电流，线圈损耗是电流乘与交流电阻，交流电阻又是包括了直流电阻的(现有技术中的线圈中交流电阻大概是直流电阻的1.5-2倍)，把线圈做细会使得直流电阻显著增加，使得最终交流电阻显著增加，从而增大了线圈的损耗，降低充电效率。如图1b所示，现有技术中尤其在无线充电器与手机没有正对的情况下，无线充电过程中的磁场在无线充电器中的无线充电线圈与在手机中的无线充电接收线圈上产生的涡流损耗非常大。
发明内容
本申请实施例提供一种线圈结构，通过在所述线圈上设置进行槽孔，可以有效减小无线充电过程中线圈的损耗，达到提高无线充电效率的目的。
所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种线圈，包括输出端子、输入端子以及连接在所述输出端子和输入端子之间的绕线部分，其特征在于，所述绕线部分的至少一部分上设置有槽孔，所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上的深度小于或等于所述绕线部分横截面上相距最远的两点间的距离，以减少所述线圈在磁场作用下的涡流损耗；其中，所述绕线部分为螺旋状绕制而成的金属导体；所述输入端子与输出端子，用于将所述绕线部分与外部电路相连接。
本申请的所述线圈应用在无线充电的场景下时，在交流磁场的作用下，通过在线圈上设置槽孔，切断了交流磁场在所述线圈绕线金属导体产生的涡流产生的闭环路径，显著降低了涡流在所述线圈绕线上所引起的电阻，且所述涡流引起的电阻的减小幅度大于所述线圈绕线金属导体直流电阻的增加幅度，从而总体上减小了所述无线充电场景下所述线圈绕线的交流电阻。
本申请的所述线圈的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流在所述线圈上产生的电阻所占的比重，减小了线圈损耗，从而使得充电效率提高。尤其在无线充电器与手机没有正对着的充电情况下，通过设置所述槽孔，部分切断了交流磁场中与所述线圈所在平面角度较大的磁力线在所述线圈绕线上产生的涡流路径，能够极大的减小无线充电磁场在所述线圈绕线上产生的涡流损耗。
可选的，所述槽孔沿着所述绕线部分的绕制长度方向延伸且所述槽孔的长度等于所述绕线部分的长度，或者沿着所述绕线部分的绕制长度方向上分段设置并且所述槽孔的长度小于所述绕线部分的长度。
可选的，所述绕线部分的至少一匝绕组的宽度与其他绕组宽度不等。
可选的，所述绕线部分的宽度随缠绕半径的增大而增大，以使得所述绕线部分内圈的宽度小于外圈的宽度。所述绕线部分的宽度总体上呈随半径缠绕半径的增大而增大，并不排除有个别匝线圈存在特例的情形。
可选的，在所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上贯通所述绕线部分的情形下，所述槽孔将所述绕线部分的至少一部分形成至少两部分并联的导电路径，其中，所述至少两部分并联的导电路径的并联连接点设置在所述绕线部分未被切割处，或设置在所述输入端子与所述输出端子处，或者直接设置在所述外部电路的连接端子处。
可选的，在所述线圈为双层线圈的情形下，所述槽孔设置于所述线圈的至少一层上。
可选的，在所述线圈为双层线圈的情形下，所述线圈的绕线部分包含第一层绕线部分和第二层绕线部分；其中，所述输入端子或输出端子位于所述线圈的第一层或所述线圈的第二层；
所述输出端子包含输出端子第一部分和输出端子第二部分；
所述输出端子第一部分的一端连接所述第一层绕线部分的最内匝线圈，所述输出端子第一部分与所述第一层绕线部分位于同一平面；
所述输出端子第二部分与所述第二绕线部分位于同一平面，且所述输出端子第二部分的一端做为所述线圈的输出端与外部电路相连，所述输出端子第二部分的另一端与所述输出端子第一部分的另一端通过设置在所述第一层绕线部分和第二层绕线部分之间的过孔串联。
可选的，所述输入端子的一端与第一层绕线部分或第二层绕线部分最外匝相连，另一端与外部电路相连。
可选的，所述第一层绕线部分和第二层绕线部分在所述输入端子或输出端子处分别被截断，并且所述第一层绕线部分和第二层绕线部分通过过孔并联。
可选的，所述槽孔为一个或多个，且所述槽孔在所述线圈所在平面的投影形状包括条形状、与孔状、与圆弧状、与波浪形、与梳状中的一个或多个。所述槽孔的形状并不限于所述列举的形状。
可选的，所述的绕线部分在所述线圈所在平面的投影形状为圆环形、或椭圆环形、或不规则的环形。所述线圈的形状并不限于所述列举的形状。
第二方面，提供了一种移动终端无线充电接收装置，包括匹配电路、AC/DC转换模块、控制单元，还包括上述第一方面及第一方面各种可选实施方式中的所述的线圈；
所述匹配电路连接在所述线圈与AC/DC转换模块之间，用于与所述线圈发生谐振，使得接收线圈接收到的交流能量高效率地传输到待充电设备中；
所述控制单元，用于控制AC/DC转换模块，将所述线圈接收到的交流信号转换成直流信号，为所述移动终端中的负载供电。
本申请所述线圈应用在无线充电场景下，作为无线充电接收装置中如手机中的接收线圈，通过将无线充电接收装置中如手机的接收线圈的部分设置槽孔，所述接收线圈在所述交流磁场的作用下产生的感应电流与所述接受线圈未切割时相同，即所述接收线圈接收到的能量与未切割时相同，但是降低了所述接收线圈的交流电阻，从而降低了所述接收线圈的能量损耗。
可选地，所述移动终端无线充电接收装置还包括导磁片，所述导磁片设置在所述线圈所在平面远离发射装置的一侧，用于防止所述绕线部分产生的磁场泄露，其中，所述发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。
可选地，所述线圈的数量为一个或多个。
第三方面，提供了一种移动终端无线充电发射装置，包括直流电源、DC/AC转换模块、匹配电路、发射线圈和控制单元，所述发射线圈为上述第一方面及第一方面各种各种可选实施方式中的的线圈；
所述控制单元，用于控制所述DC/AC转换模块将直流电源的信号转换成交流信号，并控制所述交流信号流过所述匹配电路与所述发射线圈后，由所述发射线圈将交流能量发出。
本申请方案中通过将无线充电发射装置中的发射线圈设置所述槽孔，通过切割或部分切割所述发射线圈的绕线部分，在作用在无线充电交流磁场下时，所述发射线圈在所述无线充电交流磁场的作用下时，降低了所述发射线圈的交流电阻，从而降低了所述发射线圈的能量损耗。
第四方面，提供了一种移动终端无线充电***，包括权利第二方面及第二方面各种可选实施方式中的所述的移动终端无线充电接收装置与第三方面所述的移动终端无线充电发射装置，所述移动终端无线充电发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。
具体地，虽然本申请通过在所述接收线圈设置槽孔，使得所述接收线圈的厚度变小或横截面积变小，一定程度上使得所述所述线圈的直流电阻增大；但是，无线充电场景下所述线圈的交流电阻中大概还有30％以上不是由所述线圈的直流电阻造成的，这部分的电阻其实主要是由于无线充电过程中产生的磁场切割所述线圈的金属导体本身而产生电流所损耗的等效电阻，即涡流电阻，其中，在所述线圈的金属导体本身被无线充电磁场切割时，会在所述线圈金属导体内部产生涡流闭环路径，这部分涡流不能够形成所述线圈的有效输出电流，并会增加所述线圈的热量损耗；通过把所述线圈的线圈切开或部分切开，可将线圈金属导体本身被无线充电磁场切割而产生的涡流闭环路径切断，从而降低消除涡流在所述接收线圈上的损耗。而且，本申请通过对线圈进行切割，使得涡流在接收线圈上产生的能量损耗的减小幅度，大于所述线圈的直流电阻增大所带来的损耗，从而总体上降低了所述线圈的交流电阻的损耗。
简言之，通过在所述接收线圈设置槽孔，切断了涡流在线圈金属导体上产生的闭环路径，显著降低了涡流在接收线圈上所引起的电阻，且所述涡流引起的电阻的减小幅度大于所述直流电阻的增加幅度，从而总体上减小了所述线圈在无线充电场景下的交流电阻。本申请中所述线圈的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流在所述线圈上产生的电阻所占的比重，减小了线圈损耗，从而使得充电效率提高。尤其在无线充电器与手机没有正对着的充电情况下，通过将所述无线充电过程中与在所述线圈所在平面角度较大的磁力线在所述线圈上产生的涡流路径切断，能够极大的减小无线充电磁场在所述线圈上产生的涡流损耗。
附图说明
图1a所示现有技术提供的一种移动终端无线充电***的磁路示意图；
图1b所示为现有技术提供的一种移动终端无线充电***的磁路示意图；
图2所示本申请一实施例的一种移动终端无线充电接收装置示意图；
图3a所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图3b所示本发明另一实施例一种线圈横截面结构示意图；
图3c所示本申请另一实施例的一种线圈及导磁片的示意图；
图3d所示本申请另一实施例的一种线圈及导磁片横截面结构示意图；
图4所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图5所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图6所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图7a所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图7b所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图8所示本申请另一实施例的一种圈的示意图；
图9所示本申请另一实施例的一种圈的示意图；
图10所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图11所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图12所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图13所示本申请另一实施例的一种线圈的示意图；
图14所示本申请另一实施例提供的一种无线充电发射装置的示意图；
图15所示本申请另一实施例的一种无线充电***的示意图；
图16a、16b为本申请的另一实施例的一种线圈的示意图；
图17a、17b为本申请的另一实施例的一种线圈的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
应理解，本发明实施例的可以应用于各种充电场景中，移动终端不限于智能手机、平板电脑及可穿戴设备，也不限于电动汽车等各种移动终端设备，本发明实施例对此不作限定。
如图2所示，本发明一些实施例中一种移动终端无线充电接收装置，所述移动终端无线充电接收装置设置于移动终端设备内部，如设置于一部手机内部。所述移动终端无线充电接收装置用于接收无线充电发射装置传输的能量，所述无线充电发射装置为无线充电器等，用于为所述移动终端充电。所述移动终端无线充电接收装置包括：无线充电接收线圈、匹配电路20、AC/DC转换模块、控制单元和负载输出。所述无线充电接收线圈为图3a、与图3b、与图4至图13中所示的线圈中的至少一种，以所述线圈为图3a中所示线圈为例，所述线圈包括输出端子304、输入端子303以及连接在所述输出端子304和输入端子303之间的绕线部分302，所述绕线部分302的至少一部分上设置有槽孔305，所述槽孔305在所述绕线部分横截面任一方向上的深度小于或等于所述绕线部分横截面上相距最远的两点间的距离，以减少所述线圈在磁场作用下的涡流损耗；其中，所述绕线部分302为螺旋状绕制而成的金属导体；所述输入端子303与输出端子304，用于将所述绕线部分302与外部电路相连接；其中，所述绕线部分302，在无线充电场景下，用于切割磁场以产生感应电流，所述绕线部分302为螺旋状绕制而成的金属导体；所述输入端子303与输出端子304，用于将所述绕线部分与外部电路相连接，以将所述感应电流供给所述外部电路的负载使用。在所述移动终端无线充电接收装置接收无线充电发射装置传输的能量的情形下，所述无线充电接收线圈用于接收所述无线充电发射装置的发射线圈发出的交流信号，所述交流信号通过接收线圈与匹配电路20传输到AC/DC转换模块，AC/DC转换模块将接收到的交流信号转换成直流信号，为移动终端中的负载供电。所述移动终端无线充电接收装置的控制单元控制所述无线充电接收线圈、匹配电路20、AC/DC转换模块的工作。
进一步地，如图3c所示，所述无线充电接收装置还包括导磁片301，所述导磁片设置在所述线圈所在平面远离发射装置的一侧，用于防止所述绕线部分产生的磁场泄露，其中，所述发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。所述导磁片301起到导磁作用，可以提高所述绕线部分302的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对导磁片下方的器件起到良好的屏蔽效果，所述导磁片301可由铁氧体、非晶纳米晶等磁材料构成。图3d为图3c所示一种线圈及导磁片横截面结构示意图；
本申请所述线圈应用在无线充电场景下，作为无线充电接收装置中如手机中的接收线圈，通过将无线充电接收装置中如手机的接收线圈的部分设置槽孔，所述接收线圈在所述交流磁场的作用下产生的感应电流与所述接受线圈未切割时相同，即所述接收线圈接收到的能量与未切割时相同，但是降低了所述接收线圈的交流电阻，从而降低了所述接收线圈的能量损耗。
如图3a所示，为本申请一实施例的一种线圈示意图，包括线圈，包括输出端子304、输入端子303以及连接在所述输出端子304和输入端子303之间的绕线部分302，所述绕线部分302的至少一部分上设置有槽孔305，所述槽孔305在所述绕线部分横截面任一方向上的深度小于或等于所述绕线部分横截面上相距最远的两点间的距离，以减少所述线圈在磁场作用下的涡流损耗；其中，所述绕线部分302为螺旋状绕制而成的金属导体；所述输入端子303与输出端子304，用于将所述绕线部分302与外部电路相连接。
本申请的所述线圈应用在无线充电的场景下时，在交流磁场的作用下，通过在线圈上设置槽孔，切断了交流磁场在所述线圈绕线金属导体产生的涡流产生的闭环路径，显著降低了涡流在所述线圈绕线上所引起的电阻，且所述涡流引起的电阻的减小幅度大于所述线圈绕线金属导体直流电阻的增加幅度，从而总体上减小了所述无线充电场景下所述线圈绕线的交流电阻。
本申请的所述线圈的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流在所述线圈上产生的电阻所占的比重，减小了线圈损耗，从而使得充电效率提高。尤其在无线充电器与手机没有正对着的充电情况下，通过设置所述槽孔，部分切断了交流磁场中与所述线圈所在平面角度较大的磁力线在所述线圈绕线上产生的涡流路径，能够极大的减小无线充电磁场在所述线圈绕线上产生的涡流损耗。
进一步的，所述槽孔沿着所述绕线部分的绕制长度方向延伸且所述槽孔的长度等于所述绕线部分的长度，或者沿着所述绕线部分的绕制长度方向上分段设置并且所述槽孔的长度小于所述绕线部分的长度。
进一步的，所述绕线部分的至少一匝绕组的宽度与其他绕组宽度不等。
进一步的，所述绕线部分的宽度随缠绕半径的增大而增大，以使得所述绕线部分内圈的宽度小于外圈的宽度。所述绕线部分的宽度总体上呈随半径缠绕半径的增大而增大，并不排除有个别匝线圈存在特例的情形。
可选的，在所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上贯通所述绕线部分的情形下，所述槽孔将所述绕线部分的至少一部分形成至少两部分并联的导电路径，其中，所述至少两部分并联的导电路径的并联连接点设置在所述绕线部分未被切割处，或设置在所述输入端子与所述输出端子处，或者直接设置在所述外部电路的连接端子处。
进一步的，在所述线圈为双层线圈的情形下，所述槽孔设置于所述线圈的至少一层上。
进一步的，在所述线圈为双层线圈的情形下，所述线圈的绕线部分包含第一层绕线部分和第二层绕线部分；其中，所述输入端子或输出端子位于所述线圈的第一层或所述线圈的第二层；
所述输出端子包含输出端子第一部分和输出端子第二部分；
所述输出端子第一部分的一端连接所述第一层绕线部分的最内匝线圈，所述输出端子第一部分与所述第一层绕线部分位于同一平面；
所述输出端子第二部分与所述第二绕线部分位于同一平面，且所述输出端子第二部分的一端做为所述线圈的输出端与外部电路相连，所述输出端子第二部分的另一端与所述输出端子第一部分的另一端通过设置在所述第一层绕线部分和第二层绕线部分之间的过孔串联。
进一步的，所述输入端子的一端与第一层绕线部分或第二层绕线部分最外匝相连，另一端与外部电路相连。
进一步的，所述第一层绕线部分和第二层绕线部分在所述输入端子或输出端子处分别被截断，并且所述第一层绕线部分和第二层绕线部分通过过孔并联。
进一步的，所述槽孔为一个或多个，且所述槽孔在所述线圈所在平面的投影形状包括条形状、与孔状、与圆弧状、与波浪形、与梳状中的一个或多个。所述槽孔的形状并不限于所述列举的形状。
进一步的，所述的绕线部分在所述线圈所在平面的投影形状为圆环形、或椭圆环形、或不规则的环形。所述线圈的形状并不限于所述列举的形状。
进一步地，如图3c所示，所述无线充电接收装置还包括导磁片301，所述导磁片设置在所述线圈所在平面远离发射装置的一侧，用于防止所述绕线部分产生的磁场泄露，其中，所述发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。所述导磁片301起到导磁作用，可以提高所述绕线部分302的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对导磁片下方的器件起到良好的屏蔽效果，所述导磁片301可由铁氧体、非晶纳米晶等磁材料构成。
本申请方案通过在所述线圈上设置槽孔，虽然一定程度使所述线圈直流电阻增大，也进而导致所述线圈交流电阻增加，但是基于在无线充电场景下，所述线圈中的交流电阻中大概还有50％-100％不是所述线圈的直流电阻造成的，这部分的电阻其实主要是由于所述线圈的金属导体本身切割所述无线充电场景下的磁场而带来的，我们把所述无线充电线圈的线圈沿着缠绕长度方向切开或部分切开，可切断所述线圈切割所述无线充电场景下的磁场在所述线圈绕线部分302的金属导体本身上而产生的涡流，从而降低最终的所述线圈的交流电阻。简言之，通过切割所述线圈，来显著降低交流磁场在所述线圈上的涡流，形成的电阻，最终使得交流电阻显著降低，本申请优化后的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流电阻所占的比重。
总之，通过在所述无线充电接收装置中的线圈上设置槽孔，使得无线充电磁场在所述线圈上的涡流闭环气短，从而使得涡流电阻减小，而且所述涡流电阻的减小幅度大于所述线圈的直流电阻的增加幅度，从而减小了所述无线充电接收装置中线圈的交流电阻，降低了充电过程中的能量损耗，使得充电效率提高。
进一步地，具有所述槽孔的所述无线充电接收线圈上的所有槽孔的总长度占该匝绕线部分长度的比例≥10％；进一步地，所述槽孔的宽度与所述绕线部分302的宽度比例≤70％。
图3b为图3a中一种线圈的沿AA’方向的剖视图，展示了所述线圈的横截面结构示意图图3b也显示了在无线充电过程中，本申请方案的线圈周围的磁场分布情况，其中306所示的线条为无线充电过程中交流电流产生的交流磁力线。当交流磁力线306穿过所述绕线部分302时将会感应出感应电压Vac，所述感应电压Vac与绕线部分302的宽度成正比，当所述绕线部分302的宽度越宽则所述感应电压Vac越大；由于所述绕线部分302为导体，因此所述感应电压Vac将会在所述绕线部分302上产生感应电流Iac，所述感应电流Iac将会在所述绕线部分302上造成损耗，损耗与所述感应电压Vac或所述感应电流Iac的平方成正比。现有技术方案的绕线部分302宽度较宽，因此涡流损耗很大；本发明方案通过在所述无线充电接收装置中的线圈上设置槽孔305，具体包括两种情况，一种情况为所述槽孔305将所述线圈切透的情形，另一种情况为所述槽孔305将所述线圈设置预设深度，但未将所述线圈切透的情形，可以大大降低所述绕线部分302的涡流损耗，从而提高无线充电的效率。其中，图中的粘连剂层307，用于使所述绕线部分302与所述导磁片701之间通过所述粘连剂层307相连接，粘连剂层307包括胶水等粘连剂。
如图4所示，为本申请一实施例的一种线圈示意图，包括导磁片401，输出端子404、输入端子403以及连接在所述输出端子404和输入端子403之间的绕线部分402，所述绕线部分402上设置有槽孔405，所述槽孔405将部分所述绕线部分402切割成至少两部分导电路径并联的结构；其中，所述绕线部分402，用于切割磁场以产生感应电流；所述输入端子403与输出端子404，用于将所述绕线部分402与外部电路相连接，以将所述感应电流供给所述外部电路使用。所述绕线部分402由金属导体以螺旋形式绕制而成，每匝之间互相绝缘，在绕制的起始端与结束端由所述输入端子403与所述输出端子404实现所述无线充电绕线部分402与外部电路相连，让电流通过无线充电线圈并形成磁场；所述导磁片401起到导磁作用，可以提高所述绕线部分402的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对导磁片下方空间起到良好的屏蔽效果，导磁片401可由铁氧体、非晶纳米晶等磁材料构成，导磁片401与所述绕线部分402绝缘。本发明实施例中还包含多个槽孔405，所述槽孔405将所述绕线部分402的部分金属导体切割成线宽较窄的两个小绕组，减小了所述绕线部分402的涡流损耗，特别地，在所述绕线部分402金属导体宽度方向上可以具有多个所述槽孔405，本实施例展示的只有一个槽孔。
如图5所示，为本申请一些实施例中一种电线圈，包括导磁片501，绕线部分502、输入端子503、输出端子504以及槽孔505。所述绕线部分502由金属导体以螺旋形式绕制多匝而成，每匝之间互相绝缘，在绕制的起始端与结束端由所述输入端子503与所述输出端子504实现所述无线充电绕线部分502与外部电路相连，让电流通过无线充电线圈并形成磁场；所述导磁片501起到导磁作用，可以提高所述绕线部分502的电感量，同时防止磁场泄露到所述导磁片501下方，对所述导磁片501下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片501可由铁氧体、非晶纳米晶等磁材料构成，所述导磁片501与所述绕组绕组502绝缘。本发明实施例中还包含将多个不规则形状的槽孔505，可以为波浪形、锯齿形、斜线形等各种形状，本实施例展示的槽孔为波浪形，所述槽孔505将所述绕线部分502的部分绕线分成线宽较窄的两个小绕组，减小了所述绕线部分502的涡流损耗，所述绕线部分502未被所述槽孔505切割的部分具有较大的线宽，因此直流电阻比较小，该方案可根据具体应用场景平衡涡流损耗与直流损耗。
如图6所示，为本申请一些实施例中一种线圈，包括导磁片601，绕线部分602、输入端子603、输出端子604以及槽孔605。所述绕线部分602由多匝非等宽的金属绕制而成，每匝之间互相绝缘，在绕制的起始端与结束端由所述输入端子603与所述输出端子604实现所述无线充电绕线部分602与外部电路相连，使电流通过无线充电线圈并形成磁场；所述导磁片601起到导磁作用，可以提高所述绕线部分602的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对导磁片下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片601可由铁氧体、非晶纳米晶等一种或多种磁材料构成，所述导磁片601与所述绕线部分602绝缘。槽孔605在所述绕线部分602局部线宽较宽的地方将所述绕线部分602分成两个宽度较小的绕组，有效减小所述绕线部分602的涡流损耗。同时本实施例中所述绕线部分602采用非等宽绕组绕制，相比等宽绕制方式可有效降低所述绕线部分602的交流电阻，提高无线充电效率。
如图7a所示，为本申请一些实施例中一种线圈，包括导磁片701，绕线部分702、输入端子703、输出端子704以及槽孔705。所述绕线部分702由第一层绕组702a与第二层绕组702b并绕，所述绕线部分702通过所述输入端703、所述输出端子704与外部电路相连。所述导磁片701位于所述第二层绕组702b的下方，与所述绕线部分702互相绝缘；所述导磁片701具有导磁作用，可以提高所述绕线部分702的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对所述导磁片701下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片701可由铁氧体、非晶纳米晶等一种或多种磁材料构成。所述第二层绕组702b与所述导磁片701之间通过粘连剂相连接，如通过胶水进行粘连。
图7b为图7a中所述线圈BB’位置剖面的示意图，槽孔705将第一层绕组702a分成两个线宽较窄的绕组，第二层绕组702b为一个完整的线宽较宽的绕组。本实施例仅展示的是702b被槽孔705切割为两个线宽较窄的绕组，在其他应用中702b也可以与702a一样分成两个线宽较窄的绕组，且槽孔705也可以采用类似实施例二展示的方法，仅仅将所述绕线部分702的局部绕组进行分割。
如图8所示，为本申请一些实施例中一种线圈，包括导磁片801，绕线部分802、输入端子803、输出端子804以及槽孔805、806。所述绕线部分802由金属导体以螺旋形式绕制多匝而成，每匝之间互相绝缘，在绕制的起始端与结束端由所述输入端子803与所述输出端子804实现无线充电绕线部分802与外部电路相连，让电流通过无线充电线圈并形成磁场；所述导磁片801起到导磁作用，可以提高所述绕线部分802的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对导磁片下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片801可由铁氧体、非晶纳米晶等磁材料构成。本发明实施例中还包含槽孔805、806组成“梳状”结构的槽孔，所述槽孔805沿着绕制方向与金属宽度方向布置可以减小所述绕线部分802在802的宽度，槽孔沿着所述绕线部分802绕组宽度方向的切线槽可以有效切断涡流路径，因此“梳状”槽孔可有效切断所述绕线部分802上的涡流电流路径，减小涡流损耗。槽孔可以完全将所述绕线部分802的金属厚度方向完全切透，也只切割一部分金属厚度。槽孔可以通过机械刻蚀、激光刻蚀或者化学反应腐蚀等方式实现。
图9所示为梳状槽孔的一种结构，在金属绕组宽度方向上有多个槽孔906，分布在所述槽孔905两侧，分别指向绕组外侧与绕组内侧，可有效减小每匝金属绕组被所述槽孔905分割后的内外两个小绕组上的涡流损耗。
图10所示为另一种梳状槽孔的结构，在线圈金属绕组宽度方向的槽孔1006与金属绕组绕制方向的槽孔1005相交，整个槽孔以“艹”字形将线圈进行切割。通过设置“艹”字形槽孔，达到了设置少量槽孔即可减小涡流损耗的效果。
图11所示为一个实施例，槽孔1015为过孔，通过在绕线部分1012上分布多个所述槽孔1015可以减小涡流损耗，所述槽孔1015的过孔形状可以是圆形、方形、“十”字形或者其他多边形形状，所述绕线部分1012上每匝金属导体可根据周围磁场大小来分布所述槽孔1015的数量以及排列方式。通过设置圆形、方形、“十”字形或者其他多边形形状的槽孔，达到了设置少量槽孔即可减小涡流损耗的效果。
图12所示为为本申请另一一实施例，根据无线充电过程中线圈周围磁场的大小，优化绕线部分1022的宽度，从而降低线圈上的损耗。其中1021为导磁片，具体可由铁氧体、非晶、纳米晶等材料组成，所述绕线部分1022由金属导体螺旋绕制多匝而成，其特征在于：多匝线圈中，内圈金属导体的宽度较小，线圈绕制外径增大时，导体宽度先增大后减小。因此所述绕线部分1022线圈宽度整体特性为：内圈、外圈的线宽较小，中间位置的导体线宽较宽，具体的宽度大小可根据实际应用场景设计。输入端子1023、输出端子1024与外部电路相连，电流流过线圈时产生磁场进行与另一线圈耦合，进行电能无线传输。
图13所示的绕线部分1022上增加槽孔1025，所述槽孔1025切割所述绕线部分1022金属导体线宽较宽的部分，将线宽较宽的导体分成线宽较窄的两个或多个导体，可有效降低该处的涡流损耗，进一步减小线圈的损耗。
图14所示，为本申请一些实施例中一种移动终端无线充电发射装置，包括直流电源、DC/AC转换模块、匹配电路、发射线圈和控制单元，所述发射线圈为上述第一方面及第一方面各种各种可选实施方式中的的线圈；
所述控制单元，用于控制所述DC/AC转换模块将直流电源的信号转换成交流信号，并控制所述交流信号流过所述匹配电路与所述发射线圈后，由所述发射线圈将交流能量发出。
所述无线充电接收线圈为图3a、与图3b、与图4至图13中所示的线圈中的至少一种。
本申请方案中通过将无线充电发射装置中的发射线圈设置所述槽孔，通过切割或部分切割所述发射线圈的绕线部分，在作用在无线充电交流磁场下时，所述发射线圈在所述无线充电交流磁场的作用下时，降低了所述发射线圈的交流电阻，从而降低了所述发射线圈的能量损耗。
如图15所示，为本申请一些实施例中一种移动终端无线充电***，包括移动终端无线充电接收装置与移动终端无线充电发射装置，所述移动终端无线充电发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。
所述移动终端无线充电发射装置包括：直流电源、DC/AC转换模块、匹配电路10、发射线圈和控制单元；所述移动终端无线充电接收装置包括：接收线圈、匹配电路20、AC/DC转换模块、控制单元和负载。
所述DC/AC转换模块将直流电源转换成交流信号，交流信号流过所述匹配电路10与所述发射线圈，所述发射线圈将交流信号发送到移动终端无线充电接收装置的接收线圈，所述接收线圈接收到的交流信号通过所述接收线圈与所述匹配电路20传输到所述AC/DC转换模块，所述AC/DC转换模块将接收到的交流信号转换成直流信号，为所述负载供电。所述移动终端无线充电发射装置的控制单元控制所述发射线圈的工作、移动终端无线充电接收装置的所述控制单元控制所述接收线圈的工作。
所述发射线圈或接收线圈中的至少一个为图3a、与图3b、与图4至图13中所示的线圈中的至少一种。
具体地，本申请通过在所述接收线圈设置槽孔，使得所述接收线圈的厚度变小或横截面积变小，一定程度上使得所述所述线圈的直流电阻增大；但是，无线充电场景下所述线圈的交流电阻中大概还有50％-100％不是由所述线圈的直流电阻造成的，这部分的电阻其实主要是由于无线充电过程中产生的磁场切割所述线圈的金属导体本身而产生电流所损耗的等效电阻，即涡流电阻，其中，在所述线圈的金属导体本身被无线充电磁场切割时，会在所述线圈金属导体内部产生涡流闭环路径，这部分涡流不能够形成所述线圈的有效输出电流，并会增加所述线圈的热量损耗；通过把所述线圈的线圈切开或部分切开，可将线圈金属导体本身被无线充电磁场切割而产生的涡流闭环路径切断，从而降低消除涡流在所述接收线圈上的损耗。而且，本申请通过对线圈进行切割，使得涡流在接收线圈上产生的能量损耗的减小幅度，大于所述线圈的直流电阻增大所带来的损耗，从而总体上降低了所述线圈的交流电阻的损耗。
简言之，通过在所述接收线圈设置槽孔，切断了涡流在线圈金属导体上产生的闭环路径，显著降低了涡流在接收线圈上所引起的电阻，且所述涡流引起的电阻的减小幅度大于所述直流电阻的增加幅度，从而总体上减小了所述线圈在无线充电场景下的交流电阻。本申请中所述线圈的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流在所述线圈上产生的电阻所占的比重，减小了线圈损耗，从而使得充电效率提高。尤其在无线充电器与手机没有正对着的充电情况下，通过将所述无线充电过程中与在所述线圈所在平面角度较大的磁力线在所述线圈上产生的涡流路径切断，能够极大的减小无线充电磁场在所述线圈上产生的涡流损耗。
通过将图15中所示的发射线圈、接收线圈至少一个线圈设置为使用本申请的线圈，提高无线充电的效率。本方案通过将移动终端无线充电接收装置中的所述接收线圈或者移动终端无线充电发射装置中的所述发射线圈上设置孔槽，一定程度使由所述线圈的直流电阻增大，也进而导致所述线圈的交流电阻增加，但是基于无线充电场景下线圈中的交流电阻中大概还有50％-100％不是所述线圈的直流电阻造成的，这部分的电阻其实主要是由于无线充电的磁场切割线圈而带来的，我们把所述接收线圈或发射线圈的绕线部分切开或部分切开，可打断线圈被所述无线充电的磁场切割而产生的涡流，从而降低最终的所述所述接收线圈或发射线圈的交流电阻。简言之，通过在线圈上设置孔槽，显著降低了涡流对所述线圈电阻的影响，最终使得所述线圈的交流电阻显著降低，本申请优化后所述线圈的交流电阻与直流电阻比值在1.3倍左右，大大降低了涡流电阻所占的比重。总之，通过设置切槽孔使得涡流电阻减小，且所述涡流电阻的减小幅度大于所述直流电阻的增加幅度，从而减小了所述无线充电接收线圈或发射线圈的交流电阻，从而使得充电效率得到提高。
进一步地，当发射线圈与接收线圈在水平方向偏移一定距离时，大部分磁力线垂直于所述发射线圈或接收线圈所在平面，或与所述线圈所在平面角度较大因此所述发射线圈或接收线圈线圈上的涡流损耗快速增大，因此无线充电在发射线圈与接收线圈偏位时整体无线充电效率降低，明显低于两个线圈水平没有偏移的情况，并且在发射线圈与接收线圈大水平偏位时为了维持相同的输出功率，发射侧发射线圈上需要通有比发射线圈与接收线圈没有偏位时更大的电流，因此交流磁场更强，导致线圈上的损耗更大。在现有技术通过优化线宽无法解决偏移下的损耗问题，因此现有无线充电技术方案中，发射线圈与接收线圈在偏移下的充电效率明显低于两个线圈水平正对时的充电效率。本申请技术方案针对无线充电的发射与接收线圈在大水平偏位时充电效率低的原因，提出技术解决方案，有效降低大水平偏位时的线圈损耗，改善无线充电的水平空间自由度，提升用户充电体验。
对充电效率分析，具体地，采用仿真验证，如本方案通过设置槽孔将宽度较宽的线圈上的涡流路径切断，有效地减小线圈在无线充电过程中所产生的损耗，提高无线充电效率。下表为无线充电接收线圈采用现有非等宽线圈技术方案与采用本发明技术的非等宽线圈方案时的无线充电效率，测试结果表明本发明技术有效提高了无线充电效率，当两个线圈的绕制中心位置水平偏移10mm时，效率提高5.19％。
充电效率对比 现有技术一 现有技术二 本申请方案
接收线圈、发射线圈正对 86.00％ 86.50％ 87.00％
接收线圈、发射线圈水平偏移10mm 72.80％ 75.70％ 80.51％
图16a、16b为本申请的另一实施例的一种线圈的示意图，本实施例包含第一导电层1601，第二导电层1602、多个金属过孔1603及导磁片1611。具体地，图16a为沿所述第一导电层1601方向的俯视图，图16b为沿所述第二导电层1601方向的俯视图。所述第一导电层包含第一层绕线部分01及输出端子第一部分02，第二导电层包含第二层绕线部分11与输出端子第二部分12、输入端子13。输出端子第二部分12的一端连接到第二层绕线部分11最内圈，并向外圈延伸到第二层绕线部分11最内侧线圈与最外侧线圈之间的某个位置，输出端子第二部分12的另一端通过金属过孔1603连接到第一导电层输出端子第一部分02的一端，输出端子第一部分02与输出端子第二部分12串联形成线圈的输出端子，输出端子第一部分02的另一端与外部电路相连。第一层绕线部分01与第二层绕线部分11在与输出端子交叉处分别被截断，并且第一层绕线部分01和第二层绕线部分11在截断处通过金属过孔1603并联，第一层绕线部分01与第二层绕线部分11上可具有上述任意一种切割槽。所述输入端子13的一端与第二层绕线部分11的外圈连接，另一端与外部电路相连。所述导磁片1611位于第二导电层下方且与所述第二导电层绝缘，述导磁片1611具有导磁作用，可以提高所述线圈的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对所述导磁片1611下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片1611可由铁氧体、非晶纳米晶等一种或多种磁材料构成。
图17a、17b为本申请的另一实施例的一种线圈的示意图。本实施例包含第一导电层1701，第二导电层1702、多个金属过孔1703及导磁片1711。具体地，图17a为沿所述第一导电层1601方向的俯视图，图17b为沿所述第二导电层1601方向的俯视图。所述第一导电层包含第一层绕线部分001、输出端子第一部分002及输入端子003，第二导电层包含第二层绕线部分011与输出端子第二部分012。输出端子第二部分012的一端连接到第二层绕线部分011最内圈，并向外圈延伸到第二层绕线部分011最内侧线圈与最外侧线圈之间的某个位置，输出端子第二部分012的另一端通过金属过孔1703连接到第一导电层输出端子第一部分002的一端，输出端子第一部分002与输出端子第二部分012串联形成线圈的输出端子，输出端子第一部分002的另一端与外部电路相连。第一层绕线部分001与第二层绕线部分011在与输出端子交叉处分别被截断，并且第一层绕线部分001和第二层绕线部分011在截断处通过金属过孔1703并联，第一层绕线部分001与第二层绕线部分011上可具有上述任意一种切割槽。所述输入端子003的一端与第一层绕线部分001的外圈端子连接，另一端与外部电路相连。所述导磁片1711位于第二导电层下方且与所述第二导电层绝缘，述导磁片1711具有导磁作用，可以提高所述线圈的电感量，同时防止磁场泄露到导磁片下方，对所述导磁片1711下方空间起到良好的屏蔽效果，所述导磁片1711可由铁氧体、非晶纳米晶等一种或多种磁材料构成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种线圈，包括输出端子、输入端子以及连接在所述输出端子和输入端子之间的绕线部分，其特征在于，所述绕线部分的至少一部分上设置有槽孔，所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上的深度小于或等于所述绕线部分横截面上相距最远的两点间的距离，以减少所述线圈在磁场作用下的涡流损耗；
其中，所述绕线部分为螺旋状绕制而成的金属导体；
所述输入端子用于将所述绕线部分与外部电路相连接；
所述线圈为双层线圈，所述绕线部分包含第一层绕线部分和第二层绕线部分，所述第一层绕线部分和第二层绕线部分之间设置有过孔；
其中，所述输入端子位于所述线圈的第一层和/或所述线圈的第二层，所述输出端子位于所述线圈的第一层和所述线圈的第二层，所述输入端子在所述第一层和/或所述第二层上，与所述输出端子并排布置；
所述输出端子包含输出端子第一部分和输出端子第二部分；
所述输出端子第一部分的其中一端与所述输出端子第二部分的其中一端通过所述过孔串联。
2.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，
所述槽孔沿着所述绕线部分的绕制长度方向延伸且所述槽孔的长度等于所述绕线部分的长度，或者沿着所述绕线部分的绕制长度方向上分段设置并且所述槽孔的长度小于所述绕线部分的长度。
3.根据权利要求1或2所述的线圈，其特征在于，
所述绕线部分的至少一匝绕组的宽度与其他绕组宽度不等。
4.根据权利要求3所述的线圈，其特征在于，所述绕线部分的宽度随缠绕半径的增大而增大，以使得所述绕线部分内圈的宽度小于外圈的宽度。
5.根据权利要求3所述的线圈，其特征在于，在所述槽孔在所述绕线部分横截面任一方向上贯通所述绕线部分的情形下，所述槽孔将所述绕线部分的至少一部分形成至少两部分并联的导电路径，其中，所述至少两部分并联的导电路径的并联连接点设置在所述绕线部分未被切割处，或设置在所述输入端子与所述输出端子处，或者直接设置在所述外部电路的连接端子处。
6.根据权利要求3所述的线圈，其特征在于，
所述输出端子第一部分的一端连接所述第一层绕线部分的最内匝线圈，所述输出端子第一部分与所述第一层绕线部分位于同一平面；
所述输出端子第二部分与所述第二层绕线部分位于同一平面，且所述输出端子第二部分的一端做为所述线圈的输出端与外部电路相连。
7.根据权利要求6所述的线圈，其特征在于，
所述输入端子的一端与第一层绕线部分或第二层绕线部分最外匝相连，另一端与外部电路相连。
8.根据权利要求7所述的线圈，其特征在于，
所述第一层绕线部分和第二层绕线部分在所述输入端子或输出端子处分别被截断，并且所述第一层绕线部分和第二层绕线部分通过过孔并联。
9.根据权利要求4-8任一所述的线圈，其特征在于，所述槽孔为一个或多个，且所述槽孔在所述线圈所在平面的投影形状包括条形状、与孔状、与圆弧状、与波浪形、与梳状中的一个或多个。
10.根据权利要求9所述的线圈，其特征在于，所述的绕线部分在所述线圈所在平面的投影形状为圆环形、或椭圆环形、或不规则的环形。
11.一种移动终端无线充电接收装置，包括匹配电路、AC/DC转换模块、控制单元，其特征在于，还包括权利要求1-10任一项权利要求所述的线圈；
所述匹配电路连接在所述线圈与所述AC/DC转换模块之间，用于与所述线圈发生谐振；
所述控制单元，用于控制AC/DC转换模块，将所述线圈接收到的交流信号转换成直流信号，为所述移动终端中的负载供电。
12.根据权利要求11所述的移动终端无线充电接收装置，其特征在于，
所述移动终端无线充电接收装置还包括导磁片，所述导磁片设置在所述线圈所在平面远离发射装置的一侧，用于防止所述绕线部分产生的磁场泄露，其中，所述发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。
13.根据权利要求12所述的移动终端无线充电接收装置，其特征在于，
所述线圈的数量为一个或多个。
14.一种移动终端无线充电发射装置，包括直流电源、DC/AC转换模块、匹配电路、发射线圈和控制单元，其特征在于，所述发射线圈为权利要求1-10任一项权利要求所述的线圈；
所述控制单元，用于控制所述DC/AC转换模块将直流电源的信号转换成交流信号，并控制所述交流信号流过所述匹配电路与所述发射线圈后，由所述发射线圈将交流能量发出。
15.一种移动终端无线充电***，其特征在于，包括权利要求11-13任一项权利要求所述的移动终端无线充电接收装置与权利要求14所述的移动终端无线充电发射装置，所述移动终端无线充电发射装置用于为所述移动终端无线充电接收装置充电。
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