CN219180332U - 一种超薄无线电能传输用的线圈模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超薄无线电能传输用的线圈模块，线圈模块包括基材，传输线圈以双线并绕、环向螺旋的方式布设于基材的表面，最内侧的传输线圈与最外侧的传输线圈通过第一连接线连通，次外侧的传输线圈连接能源接口，次内侧的传输线圈通过第二连接线连接能源接口；基材远离传输线圈的一侧从内至外依次设有导磁层、绝缘层和屏蔽导热层。在本实用新型中，电磁场被紧紧限制在收发结构之间，侧面磁漏少，柔性好，提高了传输效率和传输功率，工作频率满足实际需求，整体厚度超薄，热量分布均匀。

Description

一种超薄无线电能传输用的线圈模块

技术领域

本实用新型属于电能传输技术领域，涉及一种超薄无线电能传输用的线圈模块。

背景技术

耦合线圈是无线电能传输***里的核心模组，部分现有技术使用普通PCB板或者柔性FPC材质制作而成，线圈尺寸较大，厚度较厚，制作工艺简单。或者使用冲压方式，是普通绕制线圈托管粘合剂粘连固定的，而且主要是针对移动设备和QI标准。

目前市场上小型设备电能传输或无线电能传输大多为20KHz的工作频率，但是2021年新国标已经规定只能以120KHz和6.78MHz作为工作频率；现有技术中，相同功率，工作频率为KHz的线圈整体比较大、难集成、高功率。工作频率为MHz的线圈，其他辅助模块设计优化在市场上还没完全量产成熟。存在的技术瓶颈主要是成本高、温度高、功率低（约为10W）、厚度大。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种超薄无线电能传输用的线圈模块，电磁场被紧紧限制在收发结构之间，侧面磁漏少，柔性好，提高了传输效率和传输功率，工作频率满足实际需求，整体厚度超薄，热量分布均匀，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种超薄无线电能传输用的线圈模块，包括基材，传输线圈以双线并绕、环向螺旋的方式布设于基材的表面，最内侧的传输线圈与最外侧的传输线圈通过第一连接线连通，次外侧的传输线圈连接能源接口，次内侧的传输线圈通过第二连接线连接能源接口；基材远离传输线圈的一侧从内至外依次设有导磁层、绝缘层和屏蔽导热层。

进一步的，所述第一连接线、第二连接线与未连通的传输线圈保持绝缘。

进一步的，所述基材为柔性的FPC或PCB。

进一步的，所述基材的厚度为0.1-0.2mm，传输线圈的厚度为0.1-0.5mm，超薄无线电能传输用的线圈的整体厚度0.2-1mm。

进一步的，传输距离0.2-40mm。

进一步的，传输功率小于100W。

进一步的，工作频率为6.78MHz和120KHz。

进一步的，所述导磁层为厚度小于0.1mm的导磁吸软片。

进一步的，所述屏蔽导热层为厚度为0.01-0.05mm的金属箔片、石墨烯或陶瓷。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型实施例提出了多层结构的线圈模块，整体结构厚度0.2-1mm，电磁场被紧紧限制在收发结构之间，侧面磁漏少，EMC（电磁干扰）问题明显降低，传输效率>96%，符合小型设备内部结构和传输功率的需求；此外，柔性好，在散热和电磁辐射上都有极为出色的表现，适用于各种小型消费电子设备，更适合作为便携移动家用、办公用消费电子设备的无线电能传输线圈。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本实用新型实施例的线圈电路分布（宽线圈）。

图1b是本实用新型另一实施例的线圈电路分布（宽线圈）。

图1c是本实用新型实施例的线圈电路分布（窄线圈）。

图2是本实用新型实施例的侧视叠层示意图。

图3a是本实用新型实施例的传输效率仿真图。

图4是本实用新型实施例的50W磁场分布图。

图5是本实用新型实施例的热仿真图。

图中，1.第一连接线，2.基材，3.传输线圈，4.第二连接线，5.导磁层，6.绝缘层，7.屏蔽导热层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1，

一种超薄无线电能传输用的线圈模块，如图1a-1c所示，传输线圈3以双线并绕的方式布设于基材2的表面；传输线圈3在基材2的上表面由内至外或由外至内双线环向螺旋绕制，最内侧的传输线圈3与最外侧的传输线圈3通过第一连接线1连通，次外侧的传输线圈3连接能源接口，次内侧的传输线圈3通过第二连接线4连接能源接口，第一连接线1、第二连接线4与其他传输线圈3保持绝缘；第一连接线1为I型，第二连接线4为L型，传输线圈3尽量绕完基材2的整个可用表面，输出端可以设于在任意角落。

实施例中传输线圈3为铜皮线圈，铜皮也可以替换为银皮或其它导电金属层；与图1c相比，图1a、1b中传输线圈3更宽，传输距离更远。

如图2所示，基材2远离传输线圈3的一侧从内至外依次设有导磁层5、绝缘层6和屏蔽导热层7；基材2为柔性的FPC材料或者PCB材料，FPC基材厚度为0.1mm（厂家设置）。实施例中基材2的厚度通过试验确定，采用1~2层FPC基材。一些实施例中，基材2的厚度为0.2mm，厚一点，有利于散热和整体结构刚性支撑；太厚会浪费磁损和成本。

导磁层5采用厚度小于0.1mm的导磁吸软片（可层叠使用，为常规导磁材料），作用是增益与屏蔽。选材不良容易积热，必须经过测试确认，根据产品参数以及具体设计实验为依据。

屏蔽导热层7采用金属箔片、石墨烯或陶瓷，屏蔽导热层7的厚度为0.01-0.05mm，屏蔽导热层7用于填满剩余空间；实施例中屏蔽导热层7的厚度为0.02mm，屏蔽导热层7与导磁层5的总厚度越厚越好，太薄容易破裂，太厚很沉、成本高。

传输效率影响的因素包括线圈绕法、圈数、所选择的材料损耗参数（角正切损耗、磁损等等）；本实用新型实施例基材2赋予微损耗，导磁层5赋予微磁损，屏蔽导热层7赋予微电磁损。

本实用新型实施例适合应用在高密度集成的电子产品内。线圈的效率如图3a所示，图3a为仿真结果，纵坐标的物理含义是S21（传输电压比），不仅拥有非常宽的耦合频率（5.5~10MHz），其有效带宽（S21>0.9）最高可以达到0.9586左右，具备更高的传输效率，保障功率有效传输。

在图4的50W磁场分布图中，可以看出磁场集中在电能传输用线圈模块的两面之间，电磁场被紧紧限制在收发结构之间，侧面磁漏少，EMC（电磁干扰）问题明显降低，该无线电能传输（非接触）线圈，非常适合作为量产型电子产品。同时，因为线圈结构合理的设计，传输效率极高，线圈热损非常低，对比现有市场其他产品75%传输效率，本实用新型实施例的线圈模块传输效率>96%。

如图5所示，在热仿真中，线圈模块传输功率50W，线圈表面最热点仅为48.6℃，且线圈表面热量分布均匀，达到最严苛的医学电子设备热量标准。

线圈的间隔宽度和阻抗匹配为线圈设计的难点，线圈太密，温升就会高；本实用新型实施例在提高传输效率的同时，线圈之间的间隔并不拥挤，优化到用更少的电容搭配线圈的感值来达到谐振，线圈整体厚度可为0.2mm，并且在传输功率<100W时，温升不超过20℃。

小型化便携移动电子设备的传输功率100W以下（小功率能量传输），本实用新型实施例将柔性FPC材料或者PCB材料与导磁材料联合使用，结合高频共振、可印制线圈设计、磁场压缩等，将高频无线能量线圈与导磁材料、铜箔散热材料集成为一个超薄收发线圈模块，传输线圈3的厚度压缩至0.1-0.5mm，使得整体结构厚度为0.2-1mm，极限压缩线圈层与导磁层间的高频交变电磁场，提高磁场强度，减少电磁场在传输线圈3和导磁层5上产生的感应电流损耗，保证收发线圈模块的传输效率。从仿真和测试结果看，传输效率高于95%以上，传输距离0.2-40mm，符合小型设备内部结构和传输功率的需求特点，实现了超薄无线传能结构在工作频率为120KHz和6.78MHz的高频率下进行高效能量传输；在散热和电磁辐射上均有极为显著的优势。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，包括基材（2），传输线圈（3）以双线并绕、环向螺旋的方式布设于基材（2）的表面，最内侧的传输线圈（3）与最外侧的传输线圈（3）通过第一连接线（1）连通，次外侧的传输线圈（3）连接能源接口，次内侧的传输线圈（3）通过第二连接线（4）连接能源接口；基材（2）远离传输线圈（3）的一侧从内至外依次设有导磁层（5）、绝缘层（6）和屏蔽导热层（7）。

2.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，所述第一连接线（1）、第二连接线（4）与未连通的传输线圈（3）保持绝缘。

3.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，所述基材（2）为柔性的FPC或PCB。

4.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，所述基材（2）的厚度为0.1-0.2mm，传输线圈（3）的厚度为0.1-0.5mm，超薄无线电能传输用的线圈的整体厚度0.2-1mm。

5.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，传输距离0.2-40mm。

6.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，传输功率小于100W。

7.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，工作频率为6.78MHz和120KHz。

8.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，所述导磁层（5）为厚度小于0.1mm的导磁吸软片。

9.根据权利要求1所述一种超薄无线电能传输用的线圈模块，其特征在于，所述屏蔽导热层（7）为厚度为0.01-0.05mm的金属箔片、石墨烯或陶瓷。

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