大功率中远距离无线传输的充电线圈及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率中远距离无线传输的充电线圈及其制备方法，包括电路板，电路板上表面设有上层电路布线A，下表面设有下层电路布线B，上层电路布线A是由从电路板的中心沿逆时/顺时针方向双线依次向外环绕至电路板边沿的贴片铜线绕制形成；双线起始端均贯穿电路板到达电路板的下表面，其中一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线并经电容模块与能源端口连接，且该路贴片铜线的末端贯穿电路板后与另一路贴片铜线的起始端通过贴片铜线连接，形成下层电路布线B；另一路贴片铜线的末端延伸至接地端口并与接地端口连接，上层电路布线A和下层电路布线B的贴片铜线上沿其线路固定有金属条/管。解决了充电线圈散热量高的问题。

【技术实现步骤摘要】
大功率中远距离无线传输的充电线圈及其制备方法
本专利技术属于无线电磁与能源
，涉及一种大功率中远距离无线传输的充电线圈及其制备方法。
技术介绍
无线电能传输技术源于特斯拉在1891年进行的实验：由一个电磁发射源和一个电磁波接收端形成一个无线电磁能传输通道。这项技术由麻省理工学院在2007年改进发表并获得广泛关注。与其最为近似的电磁技术，就是被大众所熟知和使用的无线数据通讯传输技术(如：3G、4G、WiFi)。无线数据传输原理与无线电能传输工作原理相似，不同的是数据传输主要利用远场平面波(farfield)，而无线电能输送则是利用近场电磁波(nearfield)。伴随着移动数据终端的兴盛和广泛使用，无线电能输送在2000年后被企业界重新关注。在技术研究领域，无线电能传输主要分为两个发展方向：以实验室为依托的尖端前沿领域的技术探索；专注于消费领域的可实用技术研发。目前，市场应用领域的技术主要分为：1.极近距离电磁波共振传输，理论上来说，这是基于传统变压器(transformer)的原理，将电磁场两端传输器微调至共振频段，从而实现电能的无线电感共振传输(Systemoftransmissionofelectricalenergy.US645576A)。2.借助于电磁波传输的较远距离无线电能传输。这项技术主要是利用高频天线阵实现的阵列增益，在特定方向上，提高天线发射阵列与接收天线之间的传输效率，如PowerCast公司的Wattup；相较于现在较成熟的无线数据传输技术，无线电能传输技术仍然处于初期阶段，有效传输距离近（几厘米），电路结构复杂，成本高昂。目前，现有针对手机无线充电主要使用QI技术标准：由缠绕线圈和磁芯组成，这就造成了体积较大，传输效率在50%~70%，易在手机内部产生热量；穿透能力低，造成了传输距离3~5mm，充电功率5~10瓦，另外发射线圈和接收线圈需要严格对准。此类技术的诸多缺点严重制约了无线充电在手机平板和可穿戴设备等的应用前景。由于工作原理，QI技术使用的电磁感应方式必须使用铜线线圈和磁芯共同作用提高传输效率，这造成了在手机内部的QI充电模块体积较大，散热量较高。针对手机、平板、可穿戴设备等空间狭小的设备，位于设备内部无线充电接收模块体积必须足够小，保证高传输效率。伴随着手机平板可穿戴设备功能的日益强大，传输功率也需要越来越大以达到快速充电的需求。为了提高产品的用户体验保持较长传输距离，较低散热量等要求也需要综合考虑。这些都需要使用全新理念进行设计。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种大功率中远距离无线传输的充电线圈，以解决现有充电线圈模块体积大、传输效率以及传输功率低、传输距离短、散热量较高等问题。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种大功率中远距离无线传输的充电线圈的制备方法。本专利技术实施例所采用的技术方案是，大功率中远距离无线传输的充电线圈，包括电路板，电路板上表面设有上层电路布线A，电路板下表面设有下层电路布线B；上层电路布线A是由从电路板的上表面中心沿逆时针或顺时针方向双线依次向外环绕至电路板该表面一侧边沿的贴片铜线绕制形成；上层电路布线A的双线起始端均贯穿电路板到达电路板的下表面，其中一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线并经电容模块与能源端口连接，且该路贴片铜线的末端贯穿电路板后与另一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线连接，形成下层电路布线B；所述另一路贴片铜线的末端延伸至接地端口并与接地端口连接；所述上层电路布线A和下层电路布线B的贴片铜线上沿其线路固定有金属条或金属管。进一步的，所述金属条宽度或金属管外径，与上层电路布线A以及下层电路布线B的贴片铜线宽度相等；所述金属条或金属管的线间距，与上层电路布线A以及下层电路布线B的线间距相等；所述金属管采用铜管，所述金属条采用铜条。进一步的，所述上层电路布线A和下层电路布线B的线宽均为2±1.5mm、线间距均为3.25±2mm，其线路拐弯处采用弧线形设置。进一步的，所述电路板为介电常数小于5、厚度小于5mm的硬质或柔性板材，其长和宽均小于15cm。进一步的，所述上层电路布线A和下层电路布线B上焊接的金属管内流通有导电率差、阻抗高的冷却液，且所述上层电路布线A上焊接的金属管穿过电路板与下层电路布线B上焊接的金属管连接。进一步的，所述导电率差、阻抗高的冷却液由与该传输线圈连接形成闭环回路的外部散热装置供给；所述外部散热装置由水泵、散热器、进水管、第一出水管和第二出水管组成，水泵的冷却液出口经进水管与线圈的冷却液入口连接，线圈的冷却液出口经第一出水管与散热器的冷却液入口连接进行散热，散热器的冷却液出口经第二出水管与水泵的冷却液入口连接。进一步的，所述线圈的冷却液入口为上层电路布线A与接地端口连接处的金属管管口，所述线圈的冷却液出口为电容模块不与能源端口连接的引脚与下层电路布线B连接处的金属管管口；或所述线圈的冷却液入口为电容模块不与能源端口连接的引脚与下层电路布线B连接处的金属管管口，所述线圈的冷却液出口为上层电路布线A与接地端口连接处的金属管管口；所述水泵采用微泵；所述导电率差、阻抗高的冷却液采用液氮；所述进水管、第一出水管和第二出水管均采用橡胶软管，其内径小于等于该传输线圈上的金属管内径。本专利技术实施例所采用的另一技术方案是，大功率中远距离无线传输的充电线圈的制备方法，按照以下步骤进行：步骤S1、仿真调校优化上层电路布线A和下层电路布线B的物理参数即线宽、线间距和拐角处弧线形设置的弯角角度，确定上层电路布线A和下层电路布线B的最佳物理参数；步骤S2、依据上层电路布线A和下层电路布线B的最佳物理参数，在电路板上刻蚀上层电路布线A和下层电路布线B，然后在刻蚀的上层电路布线A和下层电路布线B的贴片铜线上焊接金属条或金属管。进一步的，所述步骤S1是先按照一定的物理参数在电路板上刻蚀上层电路布线A和下层电路布线B制备形成贴片铜线线圈，测量其传输效率，然后采用仿真软件对上层电路布线A和下层电路布线B的物理参数进行仿真调校优化，依据优化的上层电路布线A和下层电路布线B的物理参数制备形成优化的贴片铜线线圈并测量其传输效率，循环进行仿真优化、刻蚀、测量传输效率，直至得到使贴片铜线线圈的传输效率最大的上层电路布线A和下层电路布线B的物理参数，将其作为上层电路布线A和下层电路布线B的最佳物理参数；所述步骤S2中的金属条或金属管的厚度大于等于趋肤深度。进一步的，所述步骤S2是采用模具辅助固定，依据电路板上刻蚀的上层电路布线A和下层电路布线B的布线直接在其贴片铜线上沿其线路焊接金属条或金属管，使得在间隔1mm~10cm的距离内，焊接电容模块即可于6.78MHz产生1.5MHz带宽的传输效率高于85%的电磁共鸣耦合。本专利技术实施例的有益效果是，为了降低高传输功率的升温问题并获得更高的传输效率，在贴片铜线上布设金属条或金属管，且金属条或金属管的厚度满足趋肤深度，金属条或金属管外层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，包括电路板（1），电路板（1）上表面设有上层电路布线A（2），电路板（1）下表面设有下层电路布线B（4）；上层电路布线A（2）是由从电路板（1）的上表面中心沿逆时针或顺时针方向双线依次向外环绕至电路板（1）该表面一侧边沿的贴片铜线绕制形成；上层电路布线A（2）的双线起始端均贯穿电路板（1）到达电路板（1）的下表面，其中一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线并经电容模块（7）与能源端口（5）连接，且该路贴片铜线的末端贯穿电路板（1）后与另一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线连接，形成下层电路布线B（4）；所述另一路贴片铜线的末端延伸至接地端口（6）并与接地端口（6）连接；所述上层电路布线A（2）和下层电路布线B（4）的贴片铜线上沿其线路固定有金属条或金属管。/n

【技术特征摘要】
1.大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，包括电路板（1），电路板（1）上表面设有上层电路布线A（2），电路板（1）下表面设有下层电路布线B（4）；上层电路布线A（2）是由从电路板（1）的上表面中心沿逆时针或顺时针方向双线依次向外环绕至电路板（1）该表面一侧边沿的贴片铜线绕制形成；上层电路布线A（2）的双线起始端均贯穿电路板（1）到达电路板（1）的下表面，其中一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线并经电容模块（7）与能源端口（5）连接，且该路贴片铜线的末端贯穿电路板（1）后与另一路贴片铜线的起始端通过与其规格相同的贴片铜线连接，形成下层电路布线B（4）；所述另一路贴片铜线的末端延伸至接地端口（6）并与接地端口（6）连接；所述上层电路布线A（2）和下层电路布线B（4）的贴片铜线上沿其线路固定有金属条或金属管。


2.根据权利要求1所述的大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，所述金属条宽度或金属管外径，与上层电路布线A（2）以及下层电路布线B（4）的贴片铜线宽度相等；
所述金属条或金属管的线间距，与上层电路布线A（2）以及下层电路布线B（4）的线间距相等；
所述金属管采用铜管，所述金属条采用铜条。


3.根据权利要求1所述的大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，所述上层电路布线A（2）和下层电路布线B（4）的线宽均为2±1.5mm、线间距均为3.25±2mm，其线路拐弯处采用弧线形设置。


4.根据权利要求1所述的大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，所述电路板（1）为介电常数小于5、厚度小于5mm的硬质或柔性板材，其长和宽均小于15cm。


5.根据权利要求1所述的大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，所述上层电路布线A（2）和下层电路布线B（4）上焊接的金属管内流通有导电率差、阻抗高的冷却液，且所述上层电路布线A（2）上焊接的金属管穿过电路板（1）与下层电路布线B（4）上焊接的金属管连接。


6.根据权利要求5所述的大功率中远距离无线传输的充电线圈，其特征在于，所述导电率差、阻抗高的冷却液由与该传输线圈连接形成闭环回路的外部散热装置供给；
所述外部散热装置由水泵（8）、散热器（9）、进水管（10）、第一出水管（14）和第二出水管（15）组成，水泵（8）的冷却液出口经进水管（10）与线圈的冷却液入口连接，线圈的冷却液出口经第一出水管（14）与散热器（9）的冷却液入口连接进行散热，散热器（9）的冷却液出口经第二出水管（15）与水泵（8）的冷却液入口连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，
申请(专利权)人：西安电掣风云智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61