无线充电接收装置、终端设备及无线充电设备的制作方法

专利检索2022-05-11  1



1.本公开涉及无线充电技术领域,尤其涉及一种无线充电接收装置、终端设备及无线充电设备。


背景技术:

2.无线充电技术是通过无线方式为移动终端进行充电的一种技术。无线充电设备包括发射端和接收端。发射端设置有发射线圈,接收端(一般为终端设备)设置有接收线圈。无线充电技术原理是:通过发射端的发射线圈和接收端的接收线圈之间的电磁场耦合来实现电能的无线传输。
3.因为发射线圈与接收线圈之间通过空气进行耦合,所以发射线圈与接收线圈的耦合系数较低,发射线圈产生的变化的磁场也会在接收线圈周围的接收电路中存在,从而造成位于接收线圈的印刷电路板中产生涡流。涡流会产生热量,造成终端设备发热,甚至发烫,影响用户体验。


技术实现要素:

4.为克服相关技术中存在的问题,本公开提供一种无线充电接收装置、终端设备及无线充电设备。
5.根据本公开实施例的第一方面,提供一种无线充电接收装置,应用于终端设备,包括:接收线圈,响应于变化的磁场感应出电流,并对所述终端设备进行充电;印刷电路板,与所述接收线圈电性连接,所述印刷电路板包括接地平面区;磁屏蔽材料,设置并覆盖在所述印刷电路板的接地平面区,用于屏蔽变化的所述磁场;所述磁屏蔽材料的面积大于所述印刷电路板的接地平面区的面积。
6.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料与所述接地平面区同轴设置。
7.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的面积与所述印刷电路板的接地平面区的面积比为2~3.5。
8.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的面积与所述印刷电路板的接地平面区的面积比为2.8。
9.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的轴心至边缘的最远长度比所述接地平面区的轴心至边缘的最远长度长3

5mm。
10.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的轴心至边缘的最远长度比所述接地平面区的轴心至边缘的最远长度长3.75mm。
11.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的厚度为6mm。
12.在一些实施例中,所述磁屏蔽材料的磁导率为1600~3000h/m。
13.在一些实施例中,所述接收线圈的数量为至少一个。
14.根据本公开实施例的第二方面,提供一种终端设备,包括如第一方面所述的无线充电接收装置。
15.根据本公开实施例的第三方面,提供一种无线充电设备,包括:无线充电发射装置,包括发射线圈;如第一方面所述的无线充电接收装置,包括接收线圈;所述接收线圈用于与所述发射线圈耦合连接。
16.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:首先,通过采用磁屏蔽材料,可以屏蔽变化的磁场,避免印刷电路板产生涡流。其次,磁屏蔽材料设置在印刷电路板的接地平面区处,可以屏蔽接地平面处变化的磁场,避免接地平面处因产生涡流而热量。再次,磁屏蔽材料的面积大于接地平面区的面积,可以进一步有效地屏蔽接地平面区处变化的磁场。最后,通过减小接地平面区的面积,可以减少接地平面区在变化磁场中的导电面积,从而减少涡流在接地平面区上的产生。
17.应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
18.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。
19.图1是根据一示例性实施例示出的一种无线充电设备的结构示意图。
20.图2是根据一示例性实施例示出的一种印刷电路板的接地平面区的俯视图。
21.图3是根据一示例性实施例示出的一种印刷电路板的接地平面区的剖视图。
22.图4是根据一示例性实施例示出的磁屏蔽材料与接地平面区的结构示意图。
具体实施方式
23.这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
24.终端设备尤其是便携式终端设备,如数码相机、手机、平板电脑等在人们的工作和生活中得到越来越多的使用,与之相配套的充电器也沿用传统的有线充电器。而有线充电器的兼容性、通用性比较差,充电也不方便。同时,对废弃后的有线充电器的处理,增加了对环境的污染。
25.因此,为用户提供更加可靠、便捷、方便、及时的充电设备迫在眉睫。无线技术的发展,将满足目前用户的要求。
26.无线充电技术(wireless charging technology)是通过无线方式为移动终端充电的一种技术。当需要对移动终端进行充电时,不需要将数据线与终端设备的充电接口连接起来,只需要将终端设备放置在相应的无线充电设备上即可。
27.由于无线充电技术具有无导线限制、无拔插等优势,目前无线充电技术在终端设备上的应用越来越广泛,无线充电技术也大大方便了人们的生活。目前,无线充电技术主要包括四种方式:电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式以及磁共振方式。其中,电磁感应方式的无线充电技术在终端设备中应用的更为广泛。
28.对于电磁感应方式的无线充电技术,在实际应用中会伴随着严重的发热情况出
现。移动终端无线充电时发热严重。一方面,致使移动终端从无线充电发射装置上取下来后非常烫,影响用户体验。另一方面,由于耦合系数低,导致充电时间长,而长时间充电可能引起终端设备的电池鼓包,影响电池的使用寿命。
29.其中,耦合系数是指,接收线圈接收发射线圈发出的磁通量的多少。接收线圈接收到越多的磁通量,耦合强度越高。一般耦合系数取值区间为0到1。若所有的变化磁通量都被接收线圈接收到时,耦合系数为1。耦合系数为0则表示发射线圈和接收端线圈相互独立,完全不耦合。
30.因此,为解决上述技术问题,并依据电磁感应方式的无线充电技术。本公开提供一种无线充电接收装置20,应用于终端设备。
31.无线充电接收装置20属于无线充电设备的一部分。如图1所示,无线充电设备包括发射端和接收端。无线充电发射装置可以作为发射端,无线充电接收装置20则作为接收端。无线充电发射装置10可以应用于充电平台,无线充电接收装置20可以应用于终端设备。终端设备放置在充电平台上之后,充电平台为终端设备进行无线充电。
32.终端设备可以是移动电话,计算机,数字广播终端,消息收发设备,游戏控制台,平板设备,医疗设备,健身设备,个人数字助理、翻译机、手表、手环等可穿戴设备等。在以下实施例中,均以手机为实施例进行详细说明。
33.在一个实施例中,无线充电接收装置20包括接收线圈21。此外,在无线充电发射装置10中设有发射线圈11。给无线充电发射装置10接通电源后,无线充电发射装置10中的发射线圈11则通入交变电流,使发射线圈11产生一个不断变化的磁场。
34.当终端设备放置在无线充电发射装置10时,无线充电接收装置20上的接收线圈21就会感应到磁场的变化,并感应出交变的电流,终端设备再把交变的电流转化为直流电,给终端设备的电池进行充电,如此便实现了无线充电。
35.无线充电接收装置20中还包括印刷电路板30(printed circuit board,pcb)。印刷电路板30可以应用于每一种终端设备当中。印刷电路板30的功能除了固定各种电子器件外,还可以为终端设备内的各项电子器件提供相互的电流连接。
36.在一个实施例中,印刷电路板30与接收线圈21电性连接。印刷电路板30与无线充电接收装置20电性连接,在接收线圈21感应生成交流电后,印刷电路板30可以将交流电传输至无线充电转换装置,无线充电转换装置将交流电转换为直流电,最终直流电可以为终端设备内的电池充电。
37.在一个实施例中,如图2和图3所示,印刷电路板30包括接地平面区31。印刷电路板30的接地平面区31,是指参考平面(又称零电位点)或者是回路流径。接地平面区31与印刷电路板30上的其他电子器件之间没有电压差。
38.接地平面区31由金属材料制成,接地平面区31越大越完整,接地平面区31的电阻越小。然而金属材料位于变化的磁场中,或在非均匀的磁场中运动时,在金属内部要产生感应电动势。产生感应电动势后,就会在金属内部产生涡流,进而造成涡流损耗。
39.其中,涡流是指,当磁路中的磁通量随时间交变时,会在金属中感生出一个旋涡状电动势,从而在金属内部形成一圈圈闭合的电流线,成为涡流。金属在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时,金属内的感应产生的电流导致的能量损耗,叫做涡流损耗。
40.而金属的外周长越长(即接地平面区31的面积越大),金属的电阻(即接地平面区
31的电阻)越小,交变磁场的频率越高,金属(即接地平面区31)内部产生的涡流就越大。即使产生的感应电动势不是很大,也能引起金属内部(即接地平面区31)产生强大的涡流以及涡流损耗。强大的涡流损耗使接地平面区31产生的热量大,从而导致无线充电时,引起终端设备的发热,甚至发烫。
41.在一些实施例中,为了避免印刷电路板30的接地平面区31产生涡流,可以通过采用磁屏蔽材料40,用于屏蔽发射线圈11发射的变化的磁场。磁屏蔽材料40可以选取钢、铁、铝、铜和锌等。
42.在一些实施例中,磁屏蔽材料40可以设置在印刷电路板30的接地平面区31,进一步地,磁屏蔽材料40覆盖接地平面区31,磁屏蔽材料40用于屏蔽接地平面区31变化的磁场。
43.进一步地,印刷电路板30的接地平面区31可以是方形、圆形、椭圆形或其他根据设计需求所设计的任意形状中的一种。磁屏蔽材料40也可以为方形、圆形、椭圆形或其他任意形状中的一种。
44.在一个实施例中,磁屏蔽材料40可以不与接地平面区31的形状相匹配。即接地平面区31为圆形,磁屏蔽材料40可以为方形;或接地平面区31为方形,磁屏蔽材料40为圆形。在此不作限定。
45.在一个实施例中,磁屏蔽材料40可以与接地平面区31的形状相匹配。即,接地平面区31为圆形,磁屏蔽材料40也为方形。或接地平面区31为圆形,磁屏蔽材料40为圆形。又或接地平面区31为椭圆形,磁屏蔽材料40为椭圆形。磁屏蔽材料40与接地平面区31的具体形状在此不作限定。
46.需要说明的是,上述提到的磁屏蔽材料40与接地平面区31的形状均是示例性的,并非用以限定本公开的保护内容,磁屏蔽材料40和接地平面区31可以是任意形状。
47.在一个实施例中,磁屏蔽材料40的厚度为6mm。在一些实施例中,磁屏蔽材料40的磁导率为1600~3000h/m。在一个具体地实施例中,磁屏蔽材料40的磁导率为2300h/m。
48.磁导率(magnetic permeability),为表征磁屏蔽材料40的磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后,产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力。
49.需要说明的是,上述磁屏蔽材料40的厚度以及磁屏蔽材料40的磁导率均是示例性,并非用以限定本公开的保护内容。本领域技术人员可以根据实际产品的需求,对磁屏蔽材料40的厚度以及磁导率进行更换或改变,在此不作限定。
50.在一些实施例中,磁屏蔽材料40与接地平面区31同轴设置。具体地,当磁屏蔽材料40和接地平面区31均为方形时,磁屏蔽材料40与接地平面区31形成同轴方形。方形可以是长方形、正方形或菱形等。
51.需要说明的是,当磁屏蔽材料40与接地平面区31为同轴方形时,磁屏蔽材料40的角并不一定与接地平面区31的角相对应。即,接地平面区31的角可以对着磁屏蔽材料40的边。
52.在一个实施例中,如图4所示,当磁屏蔽材料40和接地平面均为圆形时,磁屏蔽材料40与接地平面区31形成同轴圆形。
53.同轴设置的磁屏蔽材料40与接地平面区31,可以使磁屏蔽材料40覆盖接地平面区31时,易定位且最大化的保证磁屏蔽材料40覆盖接地平面区31。从而避免磁屏蔽材料40与
接地平面区31的错开,致使部分接地平面区31无法被磁屏蔽材料40覆盖,导致磁屏蔽效果不佳或失效。
54.在一些实施例中,磁屏蔽材料40的面积大于印刷电路板30的接地平面区31的面积。具体地包括以下两种情况。
55.第一种情况,可以增大磁屏蔽材料40的面积,而接地平面区31的面积不变。磁屏蔽材料40大于接地平面区31的面积,可以使接地平面区31完全被磁屏蔽材料40覆盖,磁屏蔽效果更佳。
56.第二种情况,可以磁屏蔽材料40的面积不变,而减小接地平面区31的面积。由上述内容可知,接地平面区31由金属材料制成,接地平面区31越大,外周长越长,接地平面区31的电阻越小。
57.在缩小接地平面区31的面积后,一方面,接地平面区31的面积变小,则外周长缩短,接地平面区31的电阻变大。因此,产生的涡流以及涡流损耗就变小,从而避免接地平面区31产生过大的热量而影响终端设备的使用寿命。
58.另一方面,接地平面区31的面积变小,减少了在变化磁场中的导电面积,从而减少涡流以及涡流损耗的产生,避免出现过热、过烫的现象发生。
59.由上述内容可知,无论是第一种情况(增大磁屏蔽材料40,接地平面区31不变)还是第二种情况(减小接地平面区31,磁屏蔽材料40不变)。在一些实施例中,磁屏蔽材料40的面积与印刷电路板30的接地平面区31的面积比为2~3.5。在一个实施例中,磁屏蔽材料40的面积与印刷电路板30的接地平面区31的面积比为2.8。
60.在一些实施例中,磁屏蔽材料40的轴心至边缘的最远长度比接地平面区31的轴心至边缘的最远长度长3

5mm。
61.具体地,由于磁屏蔽材料40与接地平面区31同轴设置,假设接地平面区31的轴心到接地平面区31的边缘的最远距离为第一距离,磁屏蔽材料40的轴心到磁屏蔽材料40的边缘的最远距离为第二距离,此时,第二距离减第一距离为恒定数值。
62.在一个实施例中,磁屏蔽材料40的轴心至边缘的最远长度比接地平面区31的轴心至边缘的最远长度长3.75mm。即第一距离减第一距离的数值为3.75mm。
63.在一个具体地实施例中,磁屏蔽材料40与接地平面区31为同轴圆形。磁屏蔽材料40的直径为18.5mm,面积为268.6mm2;接地平面区31的直径为11mm,面积为94.9mm2。
64.需要说明的是,上述内容提到的磁屏蔽材料40与接地平面区31的面积比以及边缘之间的距离差均是示例性的,并非用以限定本公开的保护范围。在此不作限定。本领域技术人员凡是在本公开的发明构思下对上述数据所作出的任何改变,均属于本公开的保护范围。
65.相关技术中,接收线圈21与发射线圈11之间有效的充电距离大概在10cm以内,而且对终端设备充电时,无线充电接收装置20的接收线圈21可以设置在终端设备的任意位置,无线充电发射装置10的发射线圈11可以设置在无线充电发射装置10的任意位置。
66.因此,在一些实施例中,接收线圈21的数量为至少一个。将至少两个接收线圈21输出的交流电进行叠加,再由终端设备内的无线充电转换装置将交流电转换为直流电,最终由直流电可以为终端设备内的电池充电。
67.在本公开实施例中,无线充电接收装置20的接收线圈21设置在终端设备的中轴线
上,无线充电发射装置10的发射线圈11设置在无线充电发射装置10的中轴线上。对终端设备进行充电时,终端设备中的位于中轴线上的接收线圈21与位于中轴线上的发射线圈11相对,提高无线充电的效率以及减少充电时间,延长终端设备电池的使用寿命。
68.进一步地,无线充电接收装置20可以包括多个接收线圈21,无线充电发射装置10可以包括多个发射线圈11。且相邻接收线圈21中心的距离和发射线圈11中心的距离均设置为1~3cm。
69.可以确保任意型号的终端设备放置在无线充电装置的任意位置时,终端设备的接收线圈21中心与多个发射线圈11中的至少一个发射线圈11的中心的距离小于1cm,从而可以确保任意型号的终端设备放置在无线充电装置的任意位置时,都能够进行无线充电,不仅提高了终端设备的通用性,也提高了无线充电发射装置10的通用性。
70.基于同一发明构思,提供一种终端设备,包括上述的无线充电接收装置20。终端设备可以是移动电话,计算机,数字广播终端,消息收发设备,游戏控制台,平板设备,医疗设备,健身设备,个人数字助理、翻译机、手表、手环等可穿戴设备等。
71.基于相同的发明构思,本公开提供一种无线充电设备,包括:无线充电发射装置10,包括发射线圈11;无线充电接收装置20,包括接收线圈21;接收线圈21用于与发射线圈11耦合连接。
72.综上所述,具有无线充电接收装置20的终端设备及无线充电设备具有以下优点。
73.首先,通过采用磁屏蔽材料40,可以屏蔽变化的磁场,避免印刷电路板30产生涡流。
74.其次,磁屏蔽材料40设置在印刷电路板30的接地平面区31处,可以屏蔽接地平面处变化的磁场,避免接地平面处因产生涡流而热量。
75.再次,磁屏蔽材料40的面积大于接地平面区31的面积,可以进一步有效地屏蔽接地平面区31处变化的磁场。
76.最后,通过减小接地平面区31的面积,可以减少接地平面区31在变化磁场中的导电面积,从而减少涡流在接地平面区31上的产生。
77.可以理解的是,本公开实施例提供的终端设备及无线充电设备为了实现上述功能,其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。结合本公开实施例中所公开的各示例的单元及算法步骤,本公开实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本公开实施例的技术方案的范围。
78.关于上述实施例中的终端设备及无线充电设备,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关无线充电接收装置20的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
79.可以理解的是,本公开中“多个”是指两个或两个以上,其它量词与之类似。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
80.进一步可以理解的是,术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开,并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上,“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。
81.进一步可以理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
82.进一步可以理解的是,除非有特殊说明,“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接,也包括两者之间存在其他元件的间接连接。
83.进一步可以理解的是,本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作,但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作,或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中,多任务和并行处理可能是有利的。
84.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后,将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利范围指出。
85.应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利范围来限制。
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