迷你感应充电装置论文和设计-王坤

全文摘要

本实用新型涉及迷你感应充电装置，包括充电电池、无线充电接收和发射电路、接收和发射隔磁片和供电电池，无线充电接收、发射电路分别包括接收、发射线圈，无线充电接收电路的输入端与接收线圈的输出端相连，它的输出端与充电电池和负载相连；无线充电发射电路电源输入端与输入电源或供电电池相连，它的输出端与发射线圈相连，所述接收和发射线圈的上、下表面分别贴有接收、发射隔磁片。贴在发射及接收线圈上的柔性隔磁材料能保证线圈磁场耦合更紧密、传输能量损失更少的同时，还能够利用隔磁片及线圈的柔性性能，在产品安装过程中随着安装环境而弯曲变形，从而紧贴合复杂的曲面、凹凸外壳或异形面。此柔性结构能进一步使产品的体积设计的更小。

主设计要求

1.迷你感应充电装置，其特征在于：包括充电电池、无线充电接收电路、接收隔磁片、供电电池、无线充电发射电路、发射隔磁片，所述无线充电接收电路包括接收线圈，所述接收线圈上表面贴有接收隔磁片，接收线圈的输出端接于无线充电接收电路的输入端，无线充电接收电路的输出端与充电电池和负载相连；无线充电发射电路包括发射线圈，输入电源或供电电池接于无线充电发射电路电源输入端，发射线圈接于无线充电发射电路的输出端，所述发射线圈的下表面贴有隔磁片。

设计方案

2.根据权利要求1所述的迷你感应充电装置，其特征在于：无线充发射电路包括N个电源输出端，分别为第一电源输出端、第二电源输出端、……第N电源输出端，它们分别与第一发射线圈、第二发射线圈、……第N发射线圈相连，所述N为大于1的自然数；无线充电接收电路包括接收线圈,所述接收线圈与发射线圈对接，经无线充电接收电路给充电电池供电，无线发射的N个发射端可以和N个无线接收电路对接实现能量从一个无线发射电路传递到N个无线接收电路。

3.根据权利要求2所述的迷你感应充电装置，其特征在于：所述无线充电发射电路每间隔一定的时间向接收线圈发送高频检测信号；所述无线充电接收电路接收到相应信号后被激活，反馈相应信号给无线充电发射电路。

4.根据权利要求3所述的迷你感应充电装置，其特征在于：所述无线充电发射电路接通电源后，无线充电发射电路处于低功耗检测状态，发射线圈附近有金属异物时，发射线圈会检测到干扰信号，并通过指示灯警示。

5.根据权利要求1所述的迷你感应充电装置，其特征在于：当无线充电发射电路的电压过低时，无线充电发射电路自动进入休眠状态，停止工作，无线充电发射电路不对外发射高频信号。

6.根据权利要求1所述的迷你感应充电装置，其特征在于：所述的无线充电接收及发射电路还包括过热保护电路、欠压保护电路和过流保护电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电子领域，尤其涉及一种迷你感应充电装置。

背景技术

小型数码产品由于体积限制(蓝牙耳机(MP3耳机)、助听器、手表、运动手环、运动耳环等)都采用USB\/type-c\/DC\/lightning 等接口充电或其他导电介质接触导电(触点)的充电方式，充电与被充电设备通过金属接触导电的方式实现充电。这种充电的方式易受使用环境的限制，导致设计或者充电困难。使用时，人体产生的汗液、环境的氧化，容易侵蚀到充电接口(或电路板)上，会在充电位置(或电路板)形成氧化层导致接触不良而充电失败，同时汗液会腐蚀电路板，加快电路板的老化、损坏电路板。传统的充电方式导致数码产品使用寿命缩短，且使用和维护不太方便。

传统无线充电方式需要相对较大功率，充电电流或电压不适合迷你设备，且传统无线充电线圈体积相对比较大，小的设备无法容纳大体积充电线圈或电路。

传统无线充电发热量大，导致能量损失大，发热对于外壳及电路的寿命影响大。

无线充电采用大功率，为保证能量传递的高效率，采用一个发射电路对接一个接收电路的方式。而一个发射电路对接多个电路会导致能量分流，影响能量传输的效率，增加充电时间。

传统无线充电受到装置结构及充电电路材料限制，发射接收端形状固定，实际安装时不能跟随相应装置的外形及结构需求随意调整变化。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种迷你感应充电装置，利用隔磁片的柔性性能，产品安装过程中随着安装环境的变化而改变形状，能量传递线圈保证能量传输高效率的同时，节约产品内部空间，让产品设计更小；无线充电的方式，能量传递实现电路无需金属接触，让产品充电更方便，允许设计密闭的产品外壳从而保护电路。

本实用新型的技术实施方案是：迷你感应充电装置，包括充电电池、无线充电接收电路、接收隔磁片、供电电池、无线充电发射电路、发射隔磁片，所述无线充电接收电路包括接收线圈，所述接收线圈上表面贴有接收隔磁片，接收线圈的输出端接于无线充电接收电路的输入端，无线充电接收电路的输出端与充电电池和负载相连；无线充电发射电路包括发射线圈，输入电源或供电电池接于无线充电发射电路电源输入端，发射线圈接于无线充电发射电路的输出端，所述发射线圈的下表面贴有隔磁片。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：无线充发射电路包括N个电源输出端，分别为第一电源输出端、第二电源输出端、……第N电源输出端，它们分别与第一发射线圈、第二发射线圈、……第N发射线圈相连，所述N为大于1的自然数；无线充电接收电路包括接收线圈,所述接收线圈与发射线圈对接，经无线充电接收电路给充电电池供电，无线发射的N个发射端可以和N个无线接收电路对接实现能量从一个无线发射电路传递到N个无线接收电路。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述无线充电发射电路每间隔一定的时间向接收线圈发送高频检测信号；所述无线充电接收电路接收到相应信号后被激活，反馈相应信号给无线充电发射电路。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述无线充电发射电路接通电源后，无线充电发射电路处于低功耗检测状态，发射线圈附近有金属异物时，发射线圈会检测到干扰信号，并通过指示灯警示。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：当无线充电发射电路的电压过低时，无线充电发射电路自动进入休眠状态，停止工作，无线充电发射电路不对外发射高频信号。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述的无线充电接收及发射电路还包括过热保护电路、欠压保护电路和过流保护电路。

有益效果

本实用新型由于采用上述方案。功率传输线圈具有弯折性、可实现能量传递，柔性隔磁片也有弯曲性能。线圈与隔磁片的组合能保证线圈磁场耦合更紧密，传输能量损失更少。同时产品组装时，其形状能随外壳的变化而改变，紧紧贴合复杂的曲面、凹凸外壳或异形平面。这种柔性性能节省产品空间，缩小能量传输距离而达到高效能量传递，允许产品设计时体积设计的更小。

一个无线充发射电路可以连接多个发射电路，可实现一对多的无线充电方式。给多个接收器供电，保证能量传递效率，实现一对多的供电方式，节省电路板面积，节约电路电子元件，也更经济。

附图说明

图1为本实用新型实施例一迷你感应充电装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例一发射线圈及柔性隔磁片安装前的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一发射线圈及柔性隔磁片安装后的结构示意图；

图4为现有技术无线充电的基本原理图；

图5为本实用新型实施例一无线充电发射电路原理图；

图6为本实用新型实施例一无线充电接收电路原理图；

图7为无发射和接收隔磁片和有发射和接收隔磁片迷你感应充电装置电感谐振回路磁场示意图；

图8为无发射和接收隔磁片和有发射和接收隔磁片屏蔽的辐射场示意图；

图9为为本实用新型实施例一发射线圈及柔性隔磁片安装前及安装后的结构剖面图；

图10为本实用新型实施例一一侧无屏蔽隔磁片和有屏蔽隔磁片的磁场分布示意图；

图11为本实用新型实施例一充电原理流程图；

图12为本实用新型实施例一系统原理框架图；

图13为本实用新型实施例一隔磁片结构图；

图14为有源晶振逆变电路原理图。

1.无线充电接收电路；2.接收隔磁片；3.接收线圈；4.充电接收部分数码产品外壳；5.第一充电发射部分数码产品外壳；6.发射线圈；7.发射隔瓷片；8.第二充电发射部分数码产品外壳；9.第三充电发射部分数码产品外壳；10.数码产品电路板；11.电池；12.无线充电发射电路；覆盖膜21、隔磁片22、胶粘带23、离型纸24

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本实用新型进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1、图5、图6和图11所示，迷你感应充电装置，包括充电电池、无线充电接收电路、接收隔磁片、供电电池、无线充电发射电路、发射隔磁片，所述无线充电接收电路包括接收线圈，所述接收线圈上表面贴有接收隔磁片，接收线圈的输出端接于无线充电接收电路的输入端，无线充电接收电路的输出端与充电电池和负载相连；无线充电发射电路包括发射线圈，输入电源或供电电池接于无线充电发射电路电源输入端，发射线圈接于无线充电发射电路的输出端，所述发射线圈的下表面贴有隔磁片。发射及接受线圈线使用漆包铜线或多股漆包铜线或多股线，线圈同时具有柔韧性，发射线圈贴有线圈隔瓷片。隔磁材料不仅能保证线圈磁场耦合更紧密，传输能量损失更少(通过磁滞损耗、铁磁共振和涡流损耗等机制大量吸收电磁波的能量，并将电磁能转化为热能来达到吸波效果，最大限度地使入射电磁波进入到吸波材料内部，从而减少电磁波的直接反射，吸波材料对入射电磁波能产生有效吸收或衰减，即产生电磁损耗，使电磁波能量转化为热能或其他形式能，从而使电磁波在介质中被最大限度地吸收。)无线充发射电路包括N个电源输出端，分别为第一电源输出端、第二电源输出端、……第N电源输出端，它们分别与第一发射线圈、第二发射线圈、……第N发射线圈相连，所述N为大于1的自然数；无线充电接收电路包括接收线圈，所述接收线圈与发射线圈对接，经无线充电接收电路给充电电池供电。无线发射的N个发射端可以和N个无线接收电路对接实现能量从一个无线发射电路传递到N个无线接收电路。其中本实施例N取值为2(见图2、图3)，所述无线充电发射电路每间隔一定的时间通过发射线圈发送高频检测信号；所述无线充电接收电路接收到相应信号后被激活，反馈相应信号给无线充电发射电路。所述电路接通电源后处于低功耗检测状态，发射线圈附近有金属异物时，发射线圈会检测到干扰信号，并通过指示灯警示，指示灯可以闪烁提醒。本实用新型还可以包括以下过程：1)当无线充电发射电路接通电源时，所述无线充电发射电路每间隔一定的时间通过发射线圈发送高频检测信号(此时发射端功耗为7微安，处于低功耗检测状态)，发射电路处于检测阶段1，当检测到金属异物时，控制指示灯闪烁；当异物移除，控制指示灯熄灭，当未检测到接收端的信号时，发射端处于低功耗检测状态；2)当接收端发出电池充满状态信号时，则进入检测阶段3，充电截止，并每间隔一定的时间发射线圈向接收线圈发送高频信号，发射端与接收端处于低功耗检测状态(发射端电路此时的功耗为7微安，接收端通过接收到发射端的能量信号启动并回应)；3)当接收端向发射端发送接收端电量不足信号，发射端接收到接收端发射的配置信息，发射端进入检测阶段2，发射端通过电磁波耦合传输能量，同时检测无线充电接收电路的电量，并通过外部电路控制指示灯点亮指示能量传输状态，可以通过呼吸、闪烁和常亮等方式来指示充电状态。当接收端发出电池充满状态时，则进入检测阶段3，充电截止，并每间隔一定的时间发射线圈向接收线圈发送高频信号，并通过外部电路控制指示灯熄灭，发射端与接收端进入低功耗检测状态；4)当接收端移除发射端能量磁场，发射端未接收到发射端相应信号，接收端进入低功耗检测状态；发射端未接收到发射端信号，则进入休眠状态，停止工作(停止工作是指无线充电发射电路不对外发射高频信号。5)当无线充电发射电路的电压过低时，无线充电发射电路自动进入休眠状态，停止工作无线充电发射电路不对外发射高频信号。

此专利应用于小功耗电子产品，能量传输功耗小，低发热近场充电的方式能够有效延缓电路寿命，无线传输能量的方式能够让产品整体设计更完整，从而保护电路在使用过程中不受环境影响(例如，充电器与被充电装置之间有水、污垢、沙子、棉花等异物时，不会影响充电)。

如图11、图12所示，无线充电发射电路接通电源后，处于低功耗检测状态，装置无线充电发射电路通过初级线圈(发射线圈)每间隔一段时间，如每秒，发射高频信号检测充电磁场区域内是否存在负载(通过初级线圈发射电磁信号)，电路此时的功耗为7微安,超省电；电路能够自动感应并判断充电。能量接收装置放入发射端磁场内，无线充电发射电路能够自动判断无线充电接收电路负载的电量。无线充电发射电路通过初级线圈(发射线圈)发射高频信号检测。接收端接收线圈(次级线圈)检测到信号时(初级线圈发射的电磁信号传输给次级线圈，次级线圈把接受到的电磁信号转变成电信号)，激活内部电路并检测接收端电池电压(接收侧电池电压未达到4.2v被判定为未充满状态)，接收端电池电压不足会反馈信号给发射端，无线充电发射电路接收到信号，激活充电功能并发射高频电磁波能量；接收端(被充电设备)被充电时内部电路处于激活状态，检测接收端电池电压充满后反馈信号(通过次级线圈发射电磁信号传输给初级线圈，初级线圈把接受到的电磁信号转变成电信号)给无线充电发射电路，无线充电发射电路接收到相应信号停止充电功能并进入低功耗检测状态；由于电池材料、无线充电接收端电路待机功耗综合因素，无线充电接收电路在充满后，无线充电接收电路内部震荡电路由于体积大小限制，电路内电子元件精度等因素，会影响电路对电池电压的精确识别，存在一定压降，即充电截止电压突然下降，降幅和电池材料有关，降幅不会太大，接收端电路判定充满状态后持续接收发射端检测信号并发出“满电状态”反馈信号，此时只有由于无线充电接收电路内电池电压降到4.1V时(待机功耗、电池损耗导致电池自耗电、组装导致漏电、电路老化导致元件漏电等因素)，无线充电接收电路才会发出“电量不足”的反馈信号，重新激活充电电路，在被充电端负载电压低时，自动开始充电；在被充电端负载电池电量充满或者满电状态时，无线充电发射电路则进入低功耗检测状态，当有异物或干扰物体进入发射端磁场范围内，无线充电发射电路进入保护状态，内置无线充电发射电路进入低功耗检测直至异物被移除(线圈附近有金属物体产生涡电流，涡电流产生反向磁场导致与原磁场相互抵消，产生不规则磁场信号干扰原发射磁场。由此特性，当有干扰发射端原有发射线圈内电磁信号现场出现时，则判定有异物或干扰物)。自动功率控制(发射端自动匹配3.0V—5.6V的直流供电电压)，使用宽频供电电压(可采用3.0V—5.6V直流电供电，也可通用USB 5V直流或常规电池供电)自动检测负载(自动判断并实现充电，充电完成后自动进入低功耗检测状态。

如图2至图3所示，产品使用柔性发射线圈，让产品外观设计更自由。柔性发射及接收线圈隔瓷片，材料的柔性允许产品的体积设计的更小，材料随安装环境的变化而改变形状，紧紧贴合复杂的曲面、凹凸外壳或异形平面，同时有效保证能量传输的效率。

如图4所示，两个共振频率相同的物体之间能够有效地传输能量，而不同频率物体之间的相互作用较弱。变化的磁场会产生变化的电场，变化的电场会产生变化的磁场，其大小均与他们的变化率有关系。而正弦函数的变化率是另外一个正弦函数，所以电磁波能够传播出去，而感应电压产生于磁通量的变化相关，所以线圈内部变化的磁场产生感应电压，从而完成充电过程。直流电通过有源晶振逆变电路(集成于芯片内部，如图14逆变电路原理图所示，电源信号通过耦合多谐振荡器电路变换成高频信号再通过第七电阻R7A和第三电容C3组成的耦合电路之后被功率放大电路放大。放大后的信号通过耦合被无线传输到无线充电接收电路。高频交流信号被整流滤波后变成直流电能给接收端设备充电电池进行充电。放大后的信号由P44\/SCL、P45\/SDL 引脚引出，详见图5)转换成高频交流电供给初级线圈(发射线圈)。通过两个电感线圈(初级线圈及次级线圈)耦合能量，次级线圈输出的电流经功率接受转换电路变换成直流电为充电电池充电。由此，无线充电的特性：1.通过电磁感应方式实现电能传输；2.电磁能通过初级线圈到达次级线圈,能量通过电磁耦合实现传输；3.耦合系数越高能量传输越快，能量损失越少。在线圈匝数固定，功率发射器功率固定的情况下，如图4所示，影响无线传输效率的因素有：初级线圈(发射线圈)与次级线圈(接收线圈)间的距离d；减少线圈耦合时能量损失的材料。由于功率发射器(无线充电发射电路)和功率接收器(无线充电接收电路)外壳及结构限制，线圈需集成贴合到电子设备上，作为设备的一个部件发挥功能，当将电感线圈(初级线圈或次级线圈) 贴在金属、电池、电路板等导电物体表面或贴在临近位置有金属器件的地方。这样一来，感应线圈在电磁能的作用下激发感应出的交变电磁场很容易受到金属的涡流衰减作用(涡流产生反向磁场，与感应线圈的电磁场相互抵消而减弱原磁场能量)，使能量传输效率大大减弱。因此，如图7、图8和图10所示，为提高能量传输效率，需在产品中增加抗金属吸波的材料，给交感磁场提供回路，从而提高效率。传统电磁屏蔽材料主要成分由铁氧体、铁磁性金属粉等属于磁损耗型，通过磁滞损耗、铁磁共振和涡流损耗等机制大量吸收电磁波的能量，并将电磁能转化为热能来达到吸波和反射磁通的效果。由于工艺限制，传统铁氧体磁片多采用高温烧结而成，使用时无法承受张力，易碎。本专利中使用的柔性隔磁片很好的解决了此问题。

如图9所示，柔性隔磁片由粘结铁氧体料粉与合成橡胶复合，经挤出、压延、注射成型等工艺而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的隔磁片。如图13所示，柔性隔磁片主要成分有：覆盖膜21(用于隔离隔磁片与其他物体接触的介质)、隔磁带22(铁氧体磁粉+粘合胶)、胶粘带23(用于粘接隔磁带与线圈)、离型纸24(用于分离粘胶带)。隔磁片成型后，按所需尺寸修整形状。磁能积在0.60至1.50MGOe 之间。隔磁片生产工艺流程:进料检验→磁粉+橡胶→材料混合→压力挤出→裱涂(双面胶、pvc、标签标贴)→裁剪成型(二次裁剪)。其特点为:柔韧性强，可弯曲，折叠，而不损害磁性；可塑性强，可随意打孔，剪裁，压制成各种复杂的形状。电子产品在设计时，由于产品内部空间和产品本身功能的需求限制了产品的外形。传统平面线圈的传导方式安装到产品外壳时大量占用产品空间，且由于产品结构限制，导致线圈耦合的距离大大增加，由此导致无线传输能量大打折扣甚至由于感应距离过远而导致充电失败。本专利使用的柔性隔磁片有优越的弯折性能，可灵活运用在各种复杂曲面外表的数码产品上。线圈由导线(自粘线：多股自粘丝包线、自粘漆包线)绕制而成。绕制耦合线圈的线材直径纤细(多股线可使用直径0.05mm*10股 \/0.07mm*14股等多种规格替代，漆包线可使用直径0.2～0.5mm)，且自粘线圈绕制平面只有不超过3个(绕制线圈的直径方向在同一平面上为一个绕制平面)，这样线圈即保证了其功率传输的可靠性能，也拥有了绕制平面上的柔韧性能。成品绕制线圈贴合到柔性隔磁片后，在外力的作用下可以延曲面的形状弯曲进而紧密贴合，这样安装后的线圈即保证了安装空间和耦合距离的最小化，也有效避免了由于耦合线圈安装距离过大导致的磁通量降低而引起的耦合能量损失。

发射端主芯片内部集成三极管发射极耦合多谐振荡器和共基极复合管放大器，发射端耦合多谐振器用小功率三极管组成，振荡频率为380Khz。电源信号通过射极耦合多谐振荡电路变换成高频信号,内部共基极复合管功率放大电路放大。第一电阻R1和第四电阻R4分别是初级和次级线圈，放大后的信号通过第一电阻R1和第四电阻R4的耦合被无线传输到无线充电接收电路。高频交流信号被整流滤波后变成直流电能给充电电池充电。电路可以设计成多个耦合线圈(R2、R3) 部分，能同时给多个设备充电。多个初级线圈和次级线圈分别位于不同的磁场范围，实现相互耦合输出。

工作过程(如图1及图11所示)：接收线圈3和接收隔磁片2装入第一充电接收部分数码产品外壳4后，可随第一充电接收部分数码产品外壳4的曲面面变化而弯曲，通过外力按压后，能够自动适应曲面外壳形状，紧紧贴合曲面外壳；发射线圈6和发射隔磁片7装入第二充电发射部分数码产品外壳8和第一充电发射部分数码产品外壳5之间，可随外壳的曲面变化而弯曲，能够自动适应曲面外壳形状，紧紧贴合曲面外壳。

装置实现了迷你数码设备的单路或多路无线能量传递，同时由柔性线圈及柔性隔磁片材料组成的电路使得整个装置结构更加紧凑的同时，更高效的提升了近场能量传递的效率。为产品的整体防水、密闭提升了空间，从而能够更好的保护电路、提升产品的品质及寿命。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

设计图

迷你感应充电装置论文和设计

迷你感应充电装置论文和设计-王坤

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主设计要求

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