一种无线供电接收线圈和无线供电装置的制作方法

本实用新型属于无线供电技术领域，尤其涉及一种无线供电接收线圈和无线供电装置。

背景技术：

随着无线充电、供电技术的发展，应用无线供电装置的设备对电能的需求越来越多元化。往往一个接收部分会存在多个功率差异较大且电压需求差异较大的情况，作为一个线圈与线圈之间通过电磁场为媒介的电能传输方式，可以等效为一个松耦合的变压器模型。在隔离开关电源中，如果需要不同电源值电源或相互隔离的多路电源时，会在变压器的次级设置多个绕组来解决这种多路不同输出的用电需求。同理，磁共振的电能传输也可以在次级接收线圈上设置多个绕组来满足我们接收电器对于多种不同功率、电压幅值的需求，这样就可以避免单接收线圈输入后需要多个高耐压大功率电路来转换以满足使用需求，可以精简接收电器的电路设计和节省成本，同时还提高了电能转换效率。但是尽管变压器次级多绕组绕线工艺成熟，对于无线供电常用的平板线圈实现多绕组绕线，需要繁琐工艺流程才能完成，多绕组平板线圈的成本也大大增加，且多绕组平板线圈产能的产能也因定制需求而受到限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种无线供电接收线圈和无线供电装置，以实现方便快速制作双绕线组线圈，并且能够为不同电压需求的用电单元供电。

第一方面，本实用新型提供了一种无线供电接收线圈，包括：

第一线圈，所述第一线圈呈环形，包括第一线圈绕线、第一线圈绕线进线端、第一线圈绕线出线端和第一固定柱，所述第一固定柱设置于所述第一线圈的环形内侧；

第二线圈，所述第二线圈包括第二线圈绕线、第二线圈绕线进线端、第二线圈绕线出线端和第二固定耳，所述第二固定耳设置于所述第二线圈的外侧，所述第一固定柱与所述第二固定耳配合将所述第二线圈固定于所述第一线圈的环形内侧。

可选的，在一实施例中，所述第一线圈还包括第一磁条，所述第一磁条沿所述第一线圈轴向间隔设置，所述第二线圈还包括第二磁条，所述第二磁条沿所述第二线圈轴向间隔设置。

可选的，在一实施例中，所述第一固定柱沿所述第一线圈的环形内侧设置于所述第一磁条间隙。

可选的，在一实施例中，所述第一固定柱包括限位柱，所述第二固定耳包括限位孔，所述限位柱与所述限位孔配合实现固定。

可选的，在一实施例中，所述第一线圈绕线和所述第二线圈绕线的绕线方向相同。

可选的，在一实施例中，所述第一线圈还包括第一固定耳，所述第一固定耳用于将所述第一线圈固定于无线供电接收器。

可选的，在一实施例中，还包括：状态切换开关，所述状态切换开关用于连接第一线圈绕线进线端、第一线圈绕线出线端、第二线圈绕线进线端、第二线圈绕线出线端和用电单元。

可选的，在一实施例中，所述用电单元包括第一用电单元和第二用电单元，当所述状态切换开关处于第一状态，所述第一线圈绕线出线端连接所述第二线圈绕线进线端，所述第一线圈绕线进线端和所述第二线圈绕线出线端连接所述第一用电单元，所述第二线圈绕线进线端和所述第二线圈绕线出线端连接所述第二用电单元。

可选的，在一实施例中，所述用电单元包括第一用电单元和第二用电单元，当所述状态切换开关处于第二状态，所述第一线圈绕线进线端和所述第一线圈绕线出线端连接所述第一用电单元，所述第二线圈绕线进线端和所述第二线圈绕线出线端连接所述第二用电单元。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种无线供电装置，包括无线供电发射器和无线供电接收器，所述无线供电接收器包括如本实用新型任一实施例提供的无线供电接收线圈。

本实用新型提供的一种无线供电接收线圈，将第一线圈固定于第二线圈的环形内侧，以组合得到无线供电接收线圈，在生产过程中只需要分别制作好不同匝数和感量的第一线圈和不同匝数和感量的第二线圈，便可以快速组合得到需要的匝数和感量的无线供电接收线圈；线圈模具设计制作简单，线圈绕线面不需要预留第二线圈与无线供电接收器的固定位置；通过第一固定柱和第二固定耳配合固定，去除线圈绕线中间第二线圈固定螺丝在磁场中的影响；第二线圈的导磁条和环形大线圈导磁条扣好后对齐，能够在相同磁条数量的情况下提高线圈整体耦合系数，提高线圈整体导磁率并且；第一线圈上的第一线圈绕线进线端的第一线圈绕线出线端是独立接线，第二线圈上的第二线圈绕线进线端和第二线圈绕线出线端同样是独立接线，可以通过四个接线端的不同接线方式实现对用电单元的不同供电方式。

主要元件符号说明

第一线圈10

第一线圈绕线11

第一线圈绕线进线端12

第一线圈绕线出线端13

第一固定柱14

限位柱141

第一固定耳15

第一磁条16

第二线圈20

第二线圈绕线21

第二线圈绕线进线端22

第二线圈绕线出线端23

第二固定耳24

限位孔241

第二磁条25

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本申请的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的第一线圈正面图；

图2为本实用新型实施例一提供的第一线圈背面图；

图3为本实用新型实施例一提供的第二线圈正面图；

图4为本实用新型实施例一提供的第二线圈背面图；

图5a为本实用新型实施例一提供的第一固定柱示意图；

图5b为本实用新型实施例一提供的第二固定耳示意图；

图5c为本实用新型实施例一提供的第一固定柱与第二固定耳配合示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的无线供电接受线圈结构示意图；

图7为本实用新型实施例二提供的第一状态下的电路示意图；

图8为本实用新型实施例二提供的第一状态下的等效电路图；

图9为本实用新型实施例二提供的第二状态下的电路示意图；

图10为本实用新型实施例二提供的第二状态下的等效电路图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以将第一区域称为第二区域，且类似地，可将第二区域称为第一区域。第一区域和第二区域两者都是区域，但其不是同一区域。术语“第一”、“第二”等而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。需要说明的是，当一个部被称为“固定于”另一个部，它可以直接在另一个部上也可以存在居中的部。当一个部被认为是“连接”到另一个部，它可以是直接连接到另一个部或者可能同时存在居中部。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述，只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

实施例一

本实施例提供了一种无线供电接收线圈，可以简单方便的生产不同需求的无线供电接收器，且能够根据实际需求由一个无线供电接收器对不同用电单元供电。

本实用新型实施例一提供的无线供电接收线圈包括第一线圈10和第二线圈20，其中：

如图1的第一线圈正面图和图2的第一线圈背面图所示，所述第一线圈10呈环形，包括第一线圈绕线11、第一线圈绕线进线端12、第一线圈绕线出线端13和第一固定柱14，所述第一固定柱14设置于所述第一线圈10的环形内侧。

第一线圈10为一内部中空的环形线圈，图1所示的圆环形仅为一种示例，实际可以根据具体情况不同采用椭圆环、方形环，更进一步的第一线圈10的内侧与外侧可以是不同形状，如内侧为椭圆形，外侧为圆形，此处不作限制。

第一线圈10上设置有用于接收电力的第一线圈绕线11，第一线圈绕线11的绕线方向由实际需求(无线供电发射器的具体结构)确定，第一线圈绕线11的匝数同样由实际需求确定，此处不作限制。

第一线圈绕线11的末端设置有第一线圈绕线进线端12和第一线圈绕线出线端13，两个接线端是独立的，可以根据实际需求与其他电路连接以应对不同供电情况。

第一线圈10的环形内侧还设置有用于连接第二线圈的第一固定柱14，本实施例中给出了一种第一固定柱14的较佳实施方式：沿第一线圈环形内侧等间距分布的12个第一固定柱14，足够数量的第一固定柱14和对称式设计用于保证第一线圈10和第二线圈20的稳定连接。当然本实施例仅是给出了一种第一固定柱14具体实施方式，实际可以根据需求自行设置第一固定柱14的数量和位置。

如图3的第二线圈正面图所示，所述第二线圈20包括第二线圈绕线21、第二线圈绕线进线端22、第二线圈绕线出线端23和第二固定耳24，所述第二固定耳24设置于所述第二线圈20的外侧，所述第一固定柱14与所述第二固定耳24配合将所述第二线圈20固定于所述第一线圈10的环形内侧。

为了保证第二线圈20能够置于第一线圈10的环形内部，应当保证第一线圈10的最小内径大于第二线圈20的最大外径。当然在为了保证成本以及加工难度等因素时，优选的采用本实施例中提供的圆环形第一线圈10和圆形第二线圈20时，第一线圈10的内径等于第二线圈20的外径(实际可以根据装配需求留有配合间隙)，以保证第一线圈10和第二线圈20的紧密连接。

本实施例中，第二线圈绕线21与第一线圈绕线11类似，同样用于接收电力，且所述第一线圈绕线11和所述第二线圈绕线21的绕线方向相同，第二线圈绕线21的匝数此处不作限制；第二线圈绕线21的末端设置有第二线圈绕线进线端22和第二线圈绕线出线端23，两个接线端是独立的，可以根据实际需求与其他电路连接以应对不同供电情况。

如图4第二线圈背面图所示，第二线圈20的外侧设置有12个第二固定耳24，第二固定耳24与第一固定柱14对应设置，每个第一固定柱14对应一个第二固定耳24，第一固定柱14与第二固定耳24配合实现第一线圈10和第二线圈20的组合固定。当然本实施例仅给出了第一固定柱14和第二固定耳24的一种具体实施方式，实际可以自行改变第一固定柱14和第二固定耳24的位置、大小和数量。只需要实现第一固定柱14与第二固定耳24的配合即可。

更具体的，在一实施例中，所述第一线圈10还包括第一固定耳15，所述第一固定耳15用于将所述第一线圈10固定于无线供电接收器。第一线圈10与无线供电接收器的固定要求不高，因此可以采用如图1所示的三个第一固定耳15实现第一线圈的固定，当然，无线供电接收器上应当设置有与第一固定耳15对应的固定结构如无线供电接收器固定柱。

更具体的，在一个实施例中，所述第一线圈10还包括第一磁条16，所述第一磁条16沿所述第一线圈10轴向间隔设置，所述第二线圈20还包括第二磁条25，所述第二磁条25沿所述第二线圈20轴向间隔设置。第一磁条16和第二磁条25同样是对应设置的，如本实施例中所述第一磁条16沿所述第一线圈10的环形内侧设置于所述第一固定柱14间隙，所述第二磁条25沿所述第二线圈20的内侧设置于所述第二固定耳24间隙，这样在将第二线圈20固定在第一线圈10的环形内侧时，第一磁条16和第二磁条25是对齐的，能够有效的提高整体线圈的磁导率。

更具体的，在一实施例中，如图5a所示所述第一固定柱14包括限位柱141，图5b表示所述第二固定耳24包括限位孔241，所述限位柱141与所述限位孔241配合实现固定。限位柱141为第一固定柱14上的凸起部分，可以卡进限位孔241，在实际生产过程中，如图5c所示，将限位柱141卡进限位孔241之后，利用高温烫平以将限位柱141和限位孔241固定。

本实施例提供的一种无线供电接收线圈，将第一线圈固定于第二线圈的环形内侧，以组合得到无线供电接收线圈，在生产过程中只需要分别制作好不同匝数和感量的第一线圈和不同匝数和感量的第二线圈，便可以快速组合得到需要的匝数和感量的无线供电接收线圈；线圈模具设计制作简单，线圈绕线面不需要预留第二线圈与无线供电接收器的固定位置；通过第一固定柱和第二固定耳配合固定，去除线圈绕线中间第二线圈固定螺丝在磁场中的影响；第二线圈的导磁条和环形大线圈导磁条扣好后对齐，能够在相同磁条数量的情况下提高线圈整体耦合系数，提高线圈整体导磁率并且；第一线圈上的第一线圈绕线进线端的第一线圈绕线出线端是独立接线，第二线圈上的第二线圈绕线进线端和第二线圈绕线出线端同样是独立接线，可以通过四个接线端的不同接线方式实现对用电单元的不同供电方式。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，进一步提供了通过控制状态切换开关，以实现对第一线圈绕线进线端、第一线圈绕线出线端、第二线圈绕线进线端、第二线圈绕线出线端的不同连接方式，具体包括：

如图6所示。本实施例提供的无线供电接收线圈还包括状态切换开关30，所述状态切换开关30用于连接第一线圈绕线进线端12、第一线圈绕线出线端13、第二线圈绕线进线端22、第二线圈绕线出线端23和用电单元(图未示)。状态切换开关30根据实际接入的用电单元的用电需求，对应调整第一线圈绕线进线端12、第一线圈绕线出线端13、第二线圈绕线进线端22、第二线圈绕线出线端23和用电单元之间的连接方式，具体的，状态切换开关30可以处于第一状态和第二状态，第一状态和第二状态下的具体工作情况包括：

第一种供电情况，所述用电单元包括第一用电单元和第二用电单元，当所述状态切换开关30处于第一状态，所述第一线圈绕线出线端13连接所述第二线圈绕线进线端22，所述第一线圈绕线进线端12和所述第二线圈绕线出线端23连接所述第一用电单元，所述第二线圈绕线进线端22和所述第二线圈绕线出线端22连接所述第二用电单元。

如图7所示，为状态切换开关30处于第一状态时的电路结构示意图，图7中无线供电发射器包括整流滤波电路41、谐振变换电路42和发射线圈40，用电单元包括第一用电单元rl1和第二用电单元rl2，其中第一用电单元rl1连接串联的第一线圈10和第二线圈20，第二用电单元rl2连接第二线圈20，其中发射线圈由谐振变换电路驱动产生交变电磁场，第一线圈10和第二线圈20作为接受线圈产生感生电动势。其等效电路图如图8所示(等效电路图中假定线圈为理想线圈，未考虑线圈绕线阻抗，发射线圈等效为l1，第一线圈等效为l2，第二线圈等效为l3)，第二线圈l3的第二绕线输出端p32与第一线圈l2的第一线圈绕线进线端p21连接实现第一线圈l2和第二线圈l3的串联，串联后共同连接第一用电单元rl1，而第二线圈l3单独连接第二用电单元rl2，发射线圈l1与第一线圈l2的互感为m12，发射线圈l1与第二线圈l3的互感为m13，第一线圈l2与第二线圈l3的互感为m23，那么在接收部分的负载电压有以下关系：

rl1电压：

vrl1＝jωm12i1+jωm23(i2+i3)+jωm13i1+jωm23i2

rl2电压：

vrl2＝jωm13i1+jωm23i2

所以有vrl2/vrl1为：

i1为发射线圈l1电流，i2为l2电流，l3电流为i2+3，ω为系统角频率。

从两用电单元的电压比值关系可以看到，发射输出恒定时，第一用电单元rl1和第二用电单元rl2两端的电压vrl1和vrl2与发射线l1和第一线圈l2及第二线圈l3的互感m12、m13，第一线圈l2和第二线圈l3互感m23，负载阻抗匹配相关。但由关系式可以很直观的得出结论：vrl1＞vrl2的，也就是通过这种双线圈的组合方式可以使得负载rl2的电压应力更小。

第二种供电情况，所述用电单元包括第一用电单元和第二用电单元，当所述状态切换开关30处于第二状态，所述第一线圈绕线进线端12和所述第一线圈绕线出线端13连接所述第一用电单元，所述第二线圈绕线进线端22和所述第二线圈绕线出线端23连接所述第二用电单元。

如图9所示，为状态切换开关30处于第二状态时的电路结构示意图，图9中无线供电发射器包括整流滤波电路41、谐振变换电路42和发射线圈40，用电单元包括第一用电单元rl1和第二用电单元rl2，其中第一用电单元rl1由第一线圈10单独供电，第二用电单元rl2由第二线圈20单独供电。其等效电路图如图10所示，其中发射线圈l1与第一线圈l2的互感为m12，发射线圈l1与第二线圈l3的互感为m13，第一线圈l2与第二线圈l3的互感为m23，那么在接收部分的负载电压有以下关系：

rl1电压：

vrl1＝jωm12i1+jωm23i3

rl2电压：

vrl2＝jωm13i1+jωm23i2

i1为发射线圈l1电流，i2为l2电流，l3电流为i3，ω为系统角频率。

同样从两用电单元的负载电压计算式看到，第一电单元rl1和第二用电单元rl2两端的电压vrl1和vrl2与发射线l1和第一线圈l2及第二线圈l3的互感m12、m13，第一线圈l2和第二线圈l3互感m23，负载阻抗匹配相关。由于发射线圈与接收线圈为螺旋线圈并且同轴放置，发射线圈与接收线圈匝数与互感的关系为：

式中，n1、n2为发射与接收线圈的匝数；r1、r2为发射与接收线圈的半径；d为线圈间距离。由于发射线圈的形状固定即发射线圈的匝数n1、半径与材料的电导率不变，在传输距离和接收线圈半径保持不变情况下，发射与两个接收线圈之间的互感m12、m13由接收线圈的匝数n21和n22决定，互感随着匝数增加而增加。因此，通过调整双接收线圈中第一线圈匝数n21和第二线圈匝数n22就可以分配不同负载单元的感应电压。

本实施例提供的无线供电接受线圈通过状态切换开关实现了两种供电状态：第一线圈和第二线圈串联供电以及单独供电，通过第一线圈和第二线圈的分别控制实现了精细的电压配比，避免了用电单元间的互相干扰，可以适应更多电压需求的用电单元，简化接收电路结构，降低低电压部分电路的电压应力，提高接收电器系统可靠性。

实施例三

本实施例进一步提供了一种无线供电装置，该无线供电装置包括无线供电发射器和无线供电接收器，其中，无线供电发射器包括整流滤波电路、谐振变换电路和发射线圈，发射线圈由谐振变换电路驱动产生交变电磁场，无线供电接收器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈呈环形，包括第一线圈绕线、第一线圈绕线进线端、第一线圈绕线出线端和第一固定柱，所述第一固定柱设置于所述第一线圈的环形内侧，所述第二线圈包括第二线圈绕线、第二线圈绕线进线端、第二线圈绕线出线端和第二固定耳，所述第二固定耳设置于所述第二线圈的外侧，所述第一固定柱与所述第二固定耳配合将所述第二线圈固定于所述第一线圈的环形内侧，所述第一线圈和所述第二线圈受发射线圈产生的交变电磁场驱动产生感生电动势实现供电。

本实施例提供了一种无线供电装置，将第一线圈固定于第二线圈的环形内侧，以组合得到无线供电接收线圈，在生产过程中只需要分别制作好不同匝数和感量的第一线圈和不同匝数和感量的第二线圈，便可以快速组合得到需要的匝数和感量的无线供电接收线圈；线圈模具设计制作简单，线圈绕线面不需要预留第二线圈与无线供电接收器的固定位置；通过第一固定柱和第二固定耳配合固定，去除线圈绕线中间第二线圈固定螺丝在磁场中的影响；第二线圈的导磁条和环形大线圈导磁条扣好后对齐，能够在相同磁条数量的情况下提高线圈整体耦合系数，提高线圈整体导磁率并且；第一线圈上的第一线圈绕线进线端的第一线圈绕线出线端是独立接线，第二线圈上的第二线圈绕线进线端和第二线圈绕线出线端同样是独立接线，可以通过四个接线端的不同接线方式实现对用电单元的不同供电方式。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。