无线电力传送薄型线圈组件制造技术

一种为低损耗和易于制造而设计的薄谐振感应无线电力传输传送线圈组件，包括：一个或更多个印制电路板，其具有在其第一侧上以螺旋方式缠绕的第一导体图案和在其第二侧上以螺旋方式缠绕的第二导体图案，其中第二导体图案与第一导体图案对准，由此第二导体图案增强由第一导体图案产生的磁通量。第一导体图案和第二导体图案被彼此相对地放置以沿相同方向提供通量传输。一个或更多个这样的印制电路板形成具有导电绕组层、铁氧体通量转移层、共形间隔层、涡流屏蔽层和组件壳体的无线电力传送线圈组件。

Thin coil assembly for wireless power transmission

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线电力传送薄型线圈组件相关申请的交叉引用本申请要求于2017年5月30日提交的美国临时专利申请第62/512,544号的优先权。该申请的内容通过引用并入本文中。
本专利申请描述了无线电力传送线圈组件，因为其涉及通过使用磁谐振感应进行的无线充电。本文描述的无线电力传送线圈组件可以用作发送无线电力的传送装置的一部分或接收无线电力的传送装置的一部分。
技术介绍
谐振感应无线充电利用由沿着公共线圈轴移位的两个同心线圈组成的空气芯变压器。借助于两个传送线圈之间的磁通链将电力从发送装置发送到接收装置。在初级线圈中流动的高频交流电将交流电感应到次级线圈中。由于无线电力传送工作频率显著高于线频率，通常为20kHz和更高，因此实心导线由于趋肤效应而相对于直流具有显著升高的AC损耗。为了限制AC电阻，通常将无线电力传送线圈导体实现为并联连接的多个独立绝缘的小直径导体，其通常被聚集在一起成为绳捻配置。这种类型的线被称为利兹(Litz)线。在这种应用中利兹线具有许多缺点。由于各个导线之间的空隙空间以及还由于各个导线绝缘材料占据截面的很大部分，导致利兹线的截面面积的利用率较差。绝缘材料和空隙空间体积使得难以从利兹束内部移除热量。最后，利兹线是昂贵的，并且涉及利兹线的组装操作，尤其是线形成和连接器附接，是劳动密集型的。期望设计和构造避免利兹线的不利使用的谐振感应传送线圈的方法。
技术实现思路
一种谐振感应无线电力传送线圈，包括：防风雨壳体内部的背靠通量引导铁氧体磁性材料层的印制电路板。附加部件包括：包括在防风雨壳体中的谐振电容器、整流器和整流后波纹滤波器。多个独立的单独印制电路板迹线对应于在常规传送线圈中存在的多个独立利兹线导体。选择迹线宽度以使导体涡流和邻近效应最小化。整个迹线图案确保多个迹线之间的电流共享。本文描述的所得到的平面螺旋电感器具有低AC电阻，并且可以容易地和廉价地制造为常规的印制电路板。样例实施方式包括无线电力传送线圈，该无线电力传送线圈包括：印制电路板，其具有第一侧和第二侧；第一导体图案，其包括在印制电路板的第一侧上以螺旋方式缠绕的第一多个导体；以及第二导体图案，其包括在印制电路板的第二侧上以螺旋方式缠绕的第二多个导体，第二导体图案与第一导体图案对准，由此第二导体图案增强由第一导体图案产生的磁通量。在样例实施方式中，第一导体图案和第二导体图案被彼此相对地放置以沿相同方向提供通量传输。可以提供至少一个电连接件以将第一导体图案和第二导体图案的相应导体电连接。电连接件可以包括穿过印制电路板的至少一个通孔或者夹具、接线片(lug)和端子中的至少一个或更多个。通孔也可以是镀制偏移通孔。在样例实施方式中，第一导体图案和第二导体图案包括被配置为正方形扁平平面螺旋的至少2匝导体，并且第一多个导体和第二多个导体均包括至少两个独立导体。迹线厚度受到工作频率处的趋肤深度的限制，因为其对AC电阻有贡献。在谐振感应无线电力工作频率处的趋肤深度δ由给出，其中σ是以欧姆-米为单位的导体电阻率，ω是以弧度/秒为单位的工作频率，并且μ是导体的磁导率。迹线宽度受到容许的导体涡流的限制。导电元件在均匀磁场中的涡流损耗为其中B是峰值磁场，d是导电元件垂直于磁场矢量的最小尺寸，f是以Hz为单位的工作频率，ρ是导电元件的电阻率并且P是每单位体积的功率耗散。因为迹线间电压接近于零，所以使迹线间间隔最小化到制造能力。匝间邻近效应使迹线间邻近效应最小化。使匝间间隔最小化到匝间电压所允许的极限。无线电力传送线圈还可以包括在第一导体图案和第二导体图案的中心的线圈端子和相关联的通孔，或者在第一导体图案和第二导体图案的外边缘以及印制电路板的外边缘处的线圈端子和相关联的通孔。无线电力传送线圈还可以包括多层线圈堆叠，该多层线圈堆叠包括2n层，具有第一导体图案和第二导体图案，其中n是正整数。在第一配置中，其中，n＝1，该多层线圈堆叠包括提供正向电流路径导体的第一导体图案、提供返回电流路径导体的第二导体图案，以及设置在第一导体图案与第二导体图案之间的差模电介质。在另一实施方式中，其中，n＝2，多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供返回电流路径导体的第二导体图案；提供正向电流路径导体的第三导体图案；提供返回电流路径导体的第四导体图案；设置在第一导体图案与第二导体图案之间的第一差模电介质；设置在第三导体图案与第四导体图案之间的第二差模电介质；以及设置在第二导体图案与第三导体图案之间的第三差模电介质。在替选实施方式中，多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供返回电流路径导体的第二导体图案；提供返回电流路径导体的第三导体图案；提供正向电流路径导体的第四导体图案；设置在第一导体图案与第二导体图案之间的第一差模电介质；设置在第三导体图案与第四导体图案之间的第二差模电介质；以及设置在第二导体图案与第三导体图案之间的共模电介质。在又一实施方式中，多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供正向电流路径导体的第二导体图案；提供返回电流路径导体的第三导体图案；提供返回电流路径导体的第四导体图案；设置在第一导体图案与第二导体图案之间的第一共模电介质；设置在第三导体图案与第四导体图案之间的第二共模电介质；以及设置在第二导体图案与第三导体图案之间的差模电介质。多层线圈堆叠还可以包括端子，该端子被实现为沿着每个印制电路板的边缘偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。还可以提供过孔或端子以经过相应板的中间连接相应的导体图案。第二端子也可以被实现为沿着每个印制电路板的中心偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。在其他实施方式中，端子可以被实现为沿着每个印制电路板的中心偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。在这样的实施方式中，过孔或端子可以经过相应电路板的外边缘连接相应导体图案。差模电介质应当能够承受导体之间的最大电压差。在样例实施方式中，可以使共模电介质最小化到制造公差，因为跨共模电介质的电压接近于零。可以将无线电力传送线圈并入到无线电力传送线圈组件中，该无线电力传送线圈组件还包括壳体、铁氧体层和涡流屏蔽件。在样例实施方式中，无线电力传送线圈、铁氧体层和涡流屏蔽件并联设置在壳体内。铁氧体层可以包括铁氧体背衬层，该铁氧体背衬层被结合到等厚度的铁氧体条、拼贴(tile)或板以便将铁氧体条保持在一起作为单个组件，其中铁氧体的拼贴密度在无线电力传送线圈的中心附近是连续的或接近连续的，并且拼贴密度随着靠近无线电力传送线圈的周界而逐渐减小。替选地，该铁氧体层可以包括复合磁性结构，该复合磁性结构包括与粘结材料组合并且被注射成型以形成复合铁氧体层的铁氧体粉末，其中复合铁氧体层的中心处较厚并且其周界处较薄。另一方面，涡流屏蔽件可以包括沉积在电介质基板上的导电片或导电膜，该导电片或导电膜适于拦截并耗散未被铁氧体层转移的剩余磁通量。组件还可以包括布置在壳体与无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电力传送线圈，包括：/n印制电路板，其具有第一侧和第二侧；/n第一导体图案，其包括在所述印制电路板的第一侧上以螺旋方式缠绕的第一多个导体；以及/n第二导体图案，其包括在所述印制电路板的第二侧上以螺旋方式缠绕的第二多个导体，所述第二导体图案与所述第一导体图案对准，由此所述第二导体图案增强由所述第一导体图案产生的磁通量，/n其中，所述第一导体图案和所述第二导体图案被彼此相对地放置以沿相同方向提供通量传输。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170530 US 62/512,5441.一种无线电力传送线圈，包括：
印制电路板，其具有第一侧和第二侧；
第一导体图案，其包括在所述印制电路板的第一侧上以螺旋方式缠绕的第一多个导体；以及
第二导体图案，其包括在所述印制电路板的第二侧上以螺旋方式缠绕的第二多个导体，所述第二导体图案与所述第一导体图案对准，由此所述第二导体图案增强由所述第一导体图案产生的磁通量，
其中，所述第一导体图案和所述第二导体图案被彼此相对地放置以沿相同方向提供通量传输。


2.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，还包括：至少一个电连接件，其将所述第一导体图案和所述第二导体图案的相应导体电连接。


3.根据权利要求2所述的无线电力传送线圈，其中，所述至少一个电连接件包括穿过所述印制电路板的至少一个通孔。


4.根据权利要求3所述的无线电力传送线圈，包括：多个镀制偏移通孔。


5.根据权利要求2所述的无线电力传送线圈，其中，所述至少一个电连接件包括夹具、接线片和端子中的至少一个。


6.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，其中，所述第一导体图案和所述第二导体图案包括被配置为正方形扁平平面螺旋的至少2匝导体。


7.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，其中，所述第一多个导体和所述第二多个导体均包括至少两个独立导体。


8.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，还包括：在所述第一导体图案和所述第二导体图案的中心的线圈端子和相关联的通孔。


9.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，还包括：在所述第一导体图案和所述第二导体图案的外边缘以及所述印制电路板的外边缘处的线圈端子和相关联的通孔。


10.根据权利要求1所述的无线电力传送线圈，还包括：多层线圈堆叠，其包括2n个印制导体图案，具有所述第一导体图案和所述第二导体图案，其中n是正整数。


11.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，其中，n＝1，所述多层线圈堆叠包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供返回电流路径导体的第二导体图案；以及设置在所述第一导体图案与所述第二导体图案之间的差模电介质。


12.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，其中，n＝2，所述多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供返回电流路径导体的第二导体图案；提供正向电流路径导体的第三导体图案；提供返回电流路径导体的第四导体图案；设置在所述第一导体图案与所述第二导体图案之间的第一差模电介质；设置在所述第三导体图案与所述第四导体图案之间的第二差模电介质；以及设置在所述第二导体图案与所述第三导体图案之间的第三差模电介质。


13.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，其中，n＝2，所述多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供返回电流路径导体的第二导体图案；提供返回电流路径导体的第三导体图案；提供正向电流路径导体的第四导体图案；设置在所述第一导体图案与所述第二导体图案之间的第一差模电介质；设置在所述第三导体图案与所述第四导体图案之间的第二差模电介质；以及设置在所述第二导体图案与所述第三导体图案之间的共模电介质。


14.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，其中，n＝2，所述多层线圈堆叠分别包括：提供正向电流路径导体的第一导体图案；提供正向电流路径导体的第二导体图案；提供返回电流路径导体的第三导体图案；提供返回电流路径导体的第四导体图案；设置在所述第一导体图案与所述第二导体图案之间的第一共模电介质；设置在所述第三导体图案与所述第四导体图案之间的第二共模电介质；以及设置在所述第二导体图案与所述第三导体图案之间的差模电介质。


15.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，还包括：端子，其被实现为沿每个印制电路板的边缘偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。


16.根据权利要求15所述的无线电力传送线圈，还包括：经过相应的板的中间连接相应印制电路板的过孔或端子。


17.根据权利要求15所述的无线电力传送线圈，还包括：第二端子，其被实现为沿每个印制电路板的中心偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。


18.根据权利要求10所述的无线电力传送线圈，还包括：端子，其被实现为沿每个印制电路板的中心偏移以有助于连接至每个印制电路板的相应导体图案的独立端子对的独立突片。


19.根据权利要求18所述的无线电力传送线圈，...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·理查德·隆，安德鲁·W·达加，约翰·M·沃尔格穆特，彼得·C·施拉菲尔，本杰明·H·科恩，莫塞斯·M·基纳，弗朗西斯·J·麦克马洪，
申请(专利权)人：动量动力学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US