無線供電組件和電子裝置的製作方法
2023-06-26 02:10:16 2
本發明涉及電力電子技術，具體涉及無線供電技術，更具體地，涉及一種無線供電組件和應用其的電子裝置。
背景技術：
無線供電技術可以以無線方式在電子設備之間傳輸電能，因而廣泛應用於消費電子產品和其它類型的電子產品中。無線供電技術通常通過發射側線圈和接收側線圈的相互電磁耦合來實現電能的無線傳輸。
在現有技術中，通常通過緊貼線圈設置磁片來增強線圈的磁場，提高發射側和接收側之間的耦合。如圖1所示，通常會將磁片1、線圈2和電路板堆疊形成為無線供電組件以減小電子裝置的體積。電路板通常被設置在磁片1遠離線圈2的一側以減少電路板上的金屬導線響應於高頻磁場產生的渦流損耗。但是，即使如此，系統的損耗仍然不能令人滿意。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種無線供電組件和電子裝置，以進一步減小電子裝置的損耗，提高電子裝置的電能傳輸效率。
第一方面，本發明實施例提出一種無線供電組件，包括：
磁片；以及，
線圈，堆疊於所述磁片上，被配置為適於以無線方式接收或發射電能；
其中，在所述線圈和磁片之間設置有間隙以使得穿過所述磁片的磁場強度保持在預定的範圍內。
優選地，所述無線供電組件還包括：
線圈承載部件，用於承載所述線圈以使得線圈和所述磁片之間具有所述間隙。
優選地，所述線圈承載部件為設置於所述線圈和磁片之間的至少一個絕緣墊片。
優選地，所述線圈承載部件被設置為在所述線圈下方具有中空的部分。
優選地，所述中空的部分中填充有預定的間隙材料，所述間隙材料為氣態、液態或固態。
優選地，所述無線供電組件還包括：
間隙材料層，設置於所述線圈和所述磁片之間以形成所述間隙。
優選地，所述間隙材料為具有低磁導率和低電導率的材料。
優選地，所述間隙材料層包括疊置的多個不同的材料層。
優選地，還包括：
電路板，設置於所述磁片遠離線圈的一側。
優選地，所述電路板和所述磁片之間設置有間隙。
第二方面，本發明提出一種電子裝置，適於以無線方式接收或發射電能，所述電子裝置包括：
如上所述的無線供電組件。
通過在磁片和線圈之間設置間隙，使得緊靠線圈的密集磁力線從間隙中穿過而避免穿過磁片，由此減小由於磁片造成的損耗。同時，還可以進一步避免由於安裝誤差導致的線圈和磁片之間的水平偏移引起線圈電感參數大幅度變化，降低無線供電組件的諧振補償電容的對於位置的敏感度，進一步降低損耗。本發明可以有效地降低無線供電系統的損耗，提高無線電能傳輸效率。
附圖說明
通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：
圖1是現有技術中無線供電組件的示意圖；
圖2是本發明實施例的無線供電組件的示意圖；
圖3是本發明實施例的無線供電組件的磁場分布的示意圖；
圖4是本發明實施例的無線供電組件在線圈和磁片出現水平偏移時的示意圖；
圖5是本發明實施例的一種可選實施方式的示意圖；
圖6是本發明實施例的另一種可選實施方式的示意圖；
圖7是本發明實施例的另一種可選實施方式的立體示意圖；
圖8是本發明實施例的又一種可選實施方式的各部分分離示意圖；
圖9是本發明實施例的再一種可選實施方式的示意圖；
圖10是本發明另一個實施例的無線供電組件的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的幾個優選實施例進行詳細描述，但本發明並不僅僅限於這些實施例。本發明涵蓋任何在本發明的本質和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發明有徹底的了解，在以下本發明優選實施例中詳細說明了具體的細節，而對本領域技術人員來說沒有這些細節的描述也可以完全理解本發明。
應理解，諸如「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「上面」、「下面」、「內」、「向內」、「外」和「向外」的方向術語被用來輔助基於在圖示中示出的實施例的取向來描述本發明。方向術語的使用意圖促進公開，並且不應將其解釋為使本發明局限於所圖示的一個或多個取向。
應當理解，當元件被稱為與另一個元件「連接」或「耦接」時，它可以與另一個元件直接連接或耦接，或者可以存在中間元件。相比之下，當元件被稱為與另一個元件上「直接連接」、「直接耦接」時，不存在中間元件。用於描述元件之間的關係的其他詞語應當用相同的方式進行理解(即，「...與...之間」與「...與...直接之間」，「相鄰」與「直接相鄰」等)。
圖2是本發明實施例的無線供電組件的示意圖。如圖2所示，本實施例的無線供電組件A可以是具有無線供電功能的電子裝置的一部分。所述電子裝置可以是例如智慧型手機、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴電子設備等各種適於應用無線供電技術的電子裝置。從無線供電的角度來看，電子裝置可以是無線電能發射端，也可以是無線電能接收端。在應用於無線電能發射端中時，無線供電組件A被配置為接收來自電源的電能並以無線方式對外發送。在應用於無線電能接收端中時，無線供電組件1被配置於與對應的發射側線圈耦合，以無線的方式接收電能。
無線供電組件A包括磁片1和線圈2。磁片1可以由例如軟磁材料構成，軟磁材料可以包括金屬材料或鐵氧體材料，並且可以以包括球、板、帶、箔、膜等各種形式實施。例如，磁片1可以是包括鎳-鋅(Ni-Zn)鐵氧體或錳-鋅(Mn-Zn)鐵氧體的片材、帶、箔或膜。又例如，磁片1也可以是包含鐵、鈷和鎳的至少一種的單金屬或合金粉末片的形式或者包含聚合樹脂的複合物形式。又例如，磁片1可以是包含鐵、鈷和鎳的至少一種的金屬帶、合金帶、堆疊帶、箔或膜。將磁片1設置在線圈2的一側，可以提高線圈另一側的磁場強度，從而有利於增強無線供電系統發射側和接收側的耦合度。線圈2可以為基本位於一個平面內的螺線形導線。
在本實施例中，線圈2與磁片1之間不緊貼安裝，而且設置有間隙3以使得穿過磁片1的磁場保持在一定的範圍內。通過設置間隙3的寬度，也即，線圈2和磁片1所在平面之間的距離，可以調節穿過磁片1的磁場強度。同時，通過設置間隙3的電導率和磁導率，也可以調節穿過磁片1的磁場強度。通過在設計時調節上述參數中的其中之一或同時調節上述兩個參數，可以在保證磁片1增強線圈2上方磁場的同時，將穿過磁片1的磁場強度控制在一個預定的範圍內。
優選地，為了節省空間可以將電子裝置的部分或全部電路的電路板4設置在磁片1遠離線圈2的一側(也即，設置在磁片的背面)。電路板4上可以設置集成電路或分離電路元器件以實現功率變化或電子裝置需要的其它功能。
圖3是本發明實施例的無線供電組件的磁場分布示意圖。如圖3所示，由於磁片1和線圈2之間設置有間隙3，在進行電磁耦合時，由線圈2產生的磁力線在靠近線圈所在平面的位置密度較大。現有技術中線圈和磁片緊貼安裝時，所有的磁力線均穿過磁片。穿過磁片的交流磁場會形成渦流損耗和磁滯損耗，從而降低效率。通過設置間隙3，靠近線圈所在平面的密集磁力線並不會穿過磁片，從而可大大減小穿過磁片的交流磁場的強度，進而減小由此造成的損耗。具體地，對於應用於消費電子產品的無線充電組件，可以將間隙3的寬度設置為0.5毫米以上，優選設置為1毫米以上，由此，可以使得穿過磁片的交流磁場強度得到有效的控制。這一寬度的間隙遠大於通常散熱所需的間隙。
同時，在磁片和線圈緊貼安裝時，如果兩者的位置由於安裝誤差產生了水平偏移，則線圈的電感值會發生明顯的變化，進而導致電路的諧振頻率點發生偏移，這會降低無線電能傳輸效率。如圖4所示，在本實施例的無線供電組件中，在磁片1和線圈2的位置在水平方向上出現偏移時，由於在磁片1和線圈2之間設置有間隙3，線圈的電感值變化不明顯，這可以顯著地降低諧振補償電容的敏感度，調高無線電能傳輸效率。
在本發明中，間隙3可以採用各種方式來設置。圖5是本發明實施例的一種可選實施方式的示意圖。如圖5所示，在磁片1和線圈2之間設置有線圈承載部件5以形成所述間隙3。在本實施方式中，線圈承載部件5為一個或多個絕緣墊片，其設置在線圈2與磁片1之間，與線圈的一部分接觸，從而使得線圈2不接觸磁片1形成一個存在空氣的間隙3。由於空氣是低磁導率和低電導率的介質，不會改變磁場或電場的方向，因此，可以有效地防止靠近線圈2的密集磁力穿過磁片，減小損耗。絕緣墊片可以形成為明顯小於線圈覆蓋的面積。
可選地，線圈承載部件5還可以形成為一個具有中空結構的部件。如圖6和圖7所示，所述線圈承載部件5可以形成為一個密封的盒狀結構，其上側用於承載線圈2，下側與磁片1接觸，中間部分設置為空心，其中設置為真空或填充氣態、液體或固態的間隙材料。所述間隙材料可以根據實際需要來選擇，只要是具有低磁導率和低電導率的材料即可。在本發明中，低磁導率是指材料的磁導率低於一個預定的磁導率閾值，低電導率是指材料的電導率低於一個預定的電導率閾值。這樣的結構在間隙3設置得較大時，且所使用的間隔材料為液態或氣態時尤其有效。當然，承載部件5本身需要使用絕緣以及具有低磁導率的材料製造。
可選地，如圖8所示，所述線圈承載部件5也可以形成為一個中間鏤空的環狀結構，其環狀部分可以承載線圈2，中間鏤空的部分在線圈下方形成一個中空空間，其中可以不填充材料，從而使得間隙中充滿空氣，也可以填充固態的間隙材料。
在另一個具體實施方式中，如圖9所示，間隙3通過設置於線圈2和磁片1之間的間隙材料層6形成。間隙材料層6採用低磁導率和低電導率的間隙材料。間隙材料層6可以通過各種物理或化學工藝沉積形成在磁片1上，也可以單獨形成後再設置在磁片1和線圈2之間。優選地，間隙材料層6可以包括多個不同材料的子層，由此，間隙材料層6可以形成為複合層的形式。通過間隙材料層6來形成所述間隙可以為線圈2提供更為穩固的支撐，同時可以降低對於安裝精度的要求。
圖10是本發明另一個實施例的無線供電組件的示意圖。如圖10所示，在本實施例中，除了在線圈2和磁片1之間設置一個間隙3以外，在磁片1和電路板4之間也設置一個間隙7。由此使得線圈2、磁片1以及電路板4之間均存在間隙。由於在電路板4和磁片1緊貼安裝時，一部分交流磁場會穿過磁片1與電路板4上的金屬圖案相互作用，產生渦流，增加系統的損耗。在磁片1和電路板4之間設置間隙7可以在由於間隙3降低穿過電路板4的磁場的前提下，進一步降低將穿過電路板4的磁場，將其保持在一定的範圍內。這可以減小由於交流磁場與電路板上的金屬圖案相互作用產生的損耗，進一步提高無線電能傳輸效率。
間隙7通過與形成間隙3相同或類似的手段來獲得，也即，可以通過承載部件來進行間隔，或設置間隙材料層來進行間隔。
本發明實施例的無線供電組件均可以被應用於電子裝置中，作為電能發射端或電能接收端以無線(或稱非接觸)方式來進行電能的傳輸。
本發明實施例通過在磁片和線圈之間設置間隙，使得緊靠線圈的密集磁力線從間隙中穿過而避免穿過磁片，可以減小由於磁片造成的損耗。同時，還可以進一步避免由於安裝誤差導致的線圈和磁片之間的水平偏移引起線圈電感參數大幅度變化，降低無線供電組件的諧振補償電容的對於位置的敏感度，提高效率。本發明實施例可以有效地降低無線供電系統的損耗，提高無線電能傳輸效率。
以上描述是本發明實施例的描述。在不脫離本發明的範圍的情況下，可以實現各種變更和改變。本公開是出於說明性目的提出的，並且不應被解釋為本發明的所有實施例的排他性描述，或使本發明的範圍局限於結合這些實施例所說明和所描述的特定元件。在沒有限制的情況下，可以用提供基本上類似功能或以其他方式提供充分操作的替換元件來代替所描述的發明的任何一個或多個單獨元件。這包括目前已知的替換元件，諸如本領域的技術人員當前可能已知的那些，以及可能在未來開發的替換元件，諸如本領域的技術人員在開發時可能承認為替換的那些。