TWI573152B - 無線充電印刷電路板線圈結構 - Google Patents

Description

無線充電印刷電路板線圈結構

本發明係為一種無線充電線圈結構，特別是關於一種可解決線圈間「鄰近效應」(Proximity Effect)的無線充電傳送端的線圈結構。

無線充電(Wire-Less Charger,WLC)技術是一種不需要使用電力線，利用電磁感應的方式傳輸電力充電技術。如圖一所示，係為習知無線充電傳輸的架構示意圖，包括有一電力傳送模組10及一電力接收模組20，該電力傳送感應模組10具有一傳送端線圈11、一傳送端鐵心板12，而該電力接收感應模組20亦同樣具有一接收端線圈21、一接收端鐵心板22。當該電力接收模組20靠近該電力傳送模組10時，電流流經該電力傳送感應模組10的傳送端線圈11產生磁場，使得該電力接收感應模組20的接收端線圈21感應該磁場產生電流。

高階的無線充電模組在電力傳送端會做成較大充電範圍感應板，而被充電端的電力接收裝置則不論放在感應板的任何地方都能順利進行充電，而不必放在固定位置， 因此無線充電傳送端就會設置多組的線圈覆蓋充電範圍，如二組線圈、三組線圈...等等。

由於線圈捲繞的匝數及線圈電感值與無線充電的傳送頻率有關，且線圈11捲繞的中心部位會形成感應空窗區13，故一般會將另一組線圈11’排列在線圈11的上方，如圖二所示為一種習知有二組線圈的感應板12示意圖，意即線圈11放置在感應板的上方表面，線圈11’則方置在感應板的下方表面，且上方表面線圈11有一部分會經過下方表面線圈11’中心空窗區13’，相對的下方線圈11’也會有一部分經過上方線圈11的中心空窗區13。

而如圖三為一種有三組線圈的感應板示意圖，如圖四即為圖三感應板的側視示意圖，在圖三及圖四中的三組線圈會排列成上下的品字狀，如感應板12上方表面的線圈11’會排列在感應板12下方表面的另二組線圈11”的中間，使得線圈11’會有一部分經過下方二組線圈11”的中心空窗區13。同樣地，四組、五組或以上的線圈可以使用多層的感應板12，且排列方式也如三組的方式類推，因此就不再贅述。

而在圖四中，為了降低無線充電模組的整體高度，一般會使用多層印刷電路來製做多組交錯堆疊的線圈，其中三組線圈11’、11”的感應板12皆會安置在一鐵心板14上，上端再覆罩一頂板15，因此習知的無線充電感應板就會有至少4層或以上的厚度。

再由於高階無線充電模組對於較高的傳送效率及較佳的散熱有相當高的要求，因此使用印刷電路板的線圈阻抗就必需非常低，然而無線充電技術是使用高頻的交流電(AC)，因此傳送效率又與線圈的頻率及電感值的匹配有關，在線圈的緊密迴圈之間或是上下重疊的線圈之間就會形成電磁場的「鄰近效應」(Proximity Effect)，這會使得線圈的阻抗增加及電感值變動，並發生散熱不良的情況，因此對於高階無線充電模組而言是急待克服解決的問題。

本發明的主要目的係為解決習知印刷電路板的無線充電線圈結構，因線圈導線之間的「鄰近效應」(Proximity Effect)，因此本發明主要技術特徵係提供一種無線充電印刷電路板線圈結構，包括有至少一第一線圈分布於印刷電路板的第一層，且未分布導線的中心處或外圍處為第一空窗區；至少一第二線圈分布於印刷電路板的第二層，且未布導線的中心處或外圍處為第二空窗區；複數第一導線分布於第一空窗區，對應第二線圈的部分導線，與第二線圈之間具有複數電性連接點，電性並聯第一導線與第二線圈的部分導線；及複數第二導線分布於第二空窗區，對應第一線圈的部分導線，與第一線圈之間具有複數電性連接點，電性並聯第二導線與第一線圈的部分導線，藉此提高線圈的電荷量，降低阻抗，以克服線圈導線之間的「鄰近效應」(Proximity Effect)， 以及透過空窗區的導線數量可調整、平衡或增加線圈的電感值(Ls)。

為達成上述目的，本發明之次要技術特徵係在於提供上述無線充電印刷電路板線圈結構，更包括至少一第三線圈分布於印刷電路板的第三層，未分布導線的中心處或外圍為第三空窗區，且第三線圈的部分導線對應第二導線，與第二導線之間具有複數電性連接點，電性並聯第三線圈的部分導線與第二導線；及複數第三導線分布於第三空窗區，對應第二線圈的部分導線，與第二線圈之間具有複數電性連接點，電性並聯第三導線與第二線圈的部分導線。

本發明之又一技術特徵係在於提供上述無線充電印刷電路板線圈結構，更包括至少一第四線圈分布於印刷電路板的第四層，未分布導線的中心處或外圍為第四空窗區，第四線圈的部分導線對應第三導線，與第三導線之間具有複數電性連接點，電性並聯第四線圈的部分導線與第三導線；及複數第四導線分布於第四空窗區，對應第三線圈的部分導線，與該第三線圈之間具有複數電性連接點，電性並聯第四導線與第三線圈的部分導線。。

本發明之再一技術特徵係在於提供上述無線充電印刷電路板線圈結構，其中電性連接點係設於上述第一、第二、第三或第四導線的兩端部或/及中段部。

10‧‧‧電力傳送模組

11,11’,11”‧‧‧傳送端線圈

12‧‧‧傳送端鐵心板

13,13’,13”‧‧‧空窗區

14‧‧‧頂板

30‧‧‧印刷電路板

31‧‧‧上層表面

32‧‧‧下層表面

33,33’,33”‧‧‧第一空窗區

34,34’,34”‧‧‧第二空窗區

41,71‧‧‧第一線圈

42,72‧‧‧第二線圈

43,81‧‧‧第一導線

44,82‧‧‧第二導線

45‧‧‧電性連接點

73‧‧‧第三線圈

74‧‧‧第四線圈

75‧‧‧第五線圈

76‧‧‧第六線圈

83‧‧‧第三導線

84‧‧‧第四導線

85‧‧‧第五導線

86‧‧‧第六導線

圖一係為習知無線充電傳輸的架構示意圖；圖二為習知有二組線圈的感應板示意圖；圖三為習知有三組線圈的感應板示意圖；圖四為習知三組線圈感應板的側視示意圖；圖五A、B係為本發明雙層印刷電路板二組線圈結構的上視示意圖及下視示意圖；圖六A、B係為圖五A的6A-6A截面示意圖及圖五B的6B-6B截面示意圖；圖七A、B係為本發明多組線圈實施例的印刷電路板最上層表面示意圖及最下層表面示意圖；及圖八係為本發明多層印刷電路板部分截面側視示意圖。

為了使 貴審查委員能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明主要是解決無線充電感應板中印刷電路板式線圈的「鄰近效應」(Proximity Effect)，以降低線圈的阻 抗值，然而本發明中所例舉實施例的線圈數並不因以下的說明而受到限制。

首先請參閱圖五A及圖五B所示，圖五A所示係為本發明雙層印刷電路板二組線圈結構的上視示意圖，圖五B為下視示意圖。本發明的無線充電感應線圈結構包括有一印刷電路30，具有一上層表面31及一下層表面32，其中在上層表面31分布有至少一第一線圈41捲繞成一同心軸，在下層表面32分布有至少一第二線圈42捲繞成一同心軸，而上述的印刷電路板30則設置於一鐵心板(圖中未示)上，以形成無線充電的感應板。在本發明的實施例中上述第一線圈41及第二線圖42所捲繞的形狀可以為矩形、圓形、橢圓形或多邊形等，本發明第一線圈41與第二線圈42的捲繞形狀及大小可相同或不相同，且可依印刷電路板的形狀及大小做變動，不受限於本案所列舉的實施例。

在圖五的實施例中，上述第一線圈41是分布在印刷電路板30的上層表面31上，而在上層表面31上未分布有第一線圈41的區域則是無法傳遞電力的空窗區，因此本發明定義為第一空窗區33，如第一線圈41導線捲繞的中心處33’，或如第一線圈41導線未經過的外圍處33”。同樣地，上述第二線圈42是分布在印刷電路板30的下層表面32，而在下層表面32未分布有第二線圈42的區域定義為第二空窗區34，如第二線圈42導線捲繞的中心處34’，或是第二線圈42導線未經過的外 圍處34”。而本發明實施例中第一線圈41與第二線圈42是相對呈交錯排列的，換言之，第一線圈41的導線會經過第二線圈42的中心處34’及外圍處34”等的二空窗區34。第二線圈42的導線會經過第一線圈41的中心處33’及外圍區33”的第一空窗區33，如此可使得本發明的整個印刷電路板沒有感應線圈的空窗區。

再如圖五A、B之實施例所示，本發明利用印刷電路板30上層表面31的第一空窗區33及第二層表面32的第二空窗區34，分別設置複數第一導線43及複數第二導線44，其中該些第一導線43是分布在第一空窗區33，如分布在第一線圈41的中心處33’或分布在第一線圈41的外圍33”，且對應著第二線圈42的部分導線，在該些第一導線43的兩端部或中段部或任意處設有複數電性連接點45，貫穿印刷電路板電性連接至第一線圈41所對應的導線，如圖六A所示，為圖五A第一線圈41中心空窗區33’的6A-6A截面示意圖，其中第一導線43有二個電性連接點45，分別設於該些第一導線43的兩端部，電性連接至第二線圈42的部分導線，使該些第一導線43並聯該第二線圈41的部分導線。

而該些第二導線44則是分布在第二空窗區34，如分布在第二線圈42的中心處34’或分布在第二線圈42的外圍34”，且對應著第一線圈41的部分導線，在該些第二導線44的兩端部或中段部或任意處設有複數電性連接點45，貫穿印刷 電路板電性連接至第二線圈42所對應的導線，如圖六B所示，為圖五B第二線圈42外圍空窗區34”的6B-6B截面示意圖，其中第二導線44有三個電性連接點45，分別設於該些第一導線的兩端部及中段部電性連接至第一線圈41的部分導線，使該些第二導線44並聯該第一線圈41的部分導線。如此第一線圈41及第二線圈42的部分導線可藉由電性連接至第一導線43及第二導線44的方式加大電性傳輸的電荷量，使得線圈的部分導線阻抗降低，進而克服線圈的「鄰近效應」(Proximity Effect)，另外透過空窗區內的線圈導線可平衡線圈的電感值，或者提高線圈的電感值，也可以透過空窗區內不同數量的線圈導線調整線圈的電感值。

接著本發明以多層印刷電路板的三組線圈結構為例說明，請一併參閱圖七A、圖七B及圖八所示，圖七A為本發明多組線圈實施例的印刷電路板最上層表面示意圖，圖七B為最下層表面示意圖，圖八為圖七A、B實施例的多層印刷電路板部分截面側視示意圖。在本實施例中本發明包括有六組線圈分別分布於四層印刷電路板中，其中印刷電路板30的第一層(最上層)表面分布有第一組線圈71、第二組線圈72及第一導線81(如圖七A)，印刷電路板30的第二層分布有第三組線圈73、第二導線82及第三導線83，印刷電路板30的第三層分布有第四組線圈74、第五組線圈75及第四導線84，印刷電路板30的第四層(最下層)表面分布有第六組線圈76、第五導 線85及第六導線86(如圖七B)。

在本發明多層電路板的實施例中，印刷電路板30第一層(最上層)的複數第一導線81是設於第一組線圈71與第二組線圈72的中心空窗區或外圍區(如圖七A及圖八所示)，印刷電路板30第二層的複數第二導線82及複數第三導線83是設於第三組線圈73的中心空窗區或外圍區(等同圖七B及如圖八所示)，印刷電路板30第三層的複數第四導線84設於第四組線圈74與第五組線圈75的中心空窗區或外圍區(等同圖七A及如圖八所示)，印刷電路板30第四層(最下層)的複數第五導線85及複數第六導線86設於第六組線圈76的中心空窗區或外圍區(如圖七B及圖八所示)。

其中在印刷電路板30第一層的第一組線圈71的部分導線與所對應第二層的第二導線82之間設有複數電性連接點45貫穿印刷電路板30第一層至第二層，使第一組線圈71的部分導線電性並聯至所對應的第二導線82。而第二導線82又與第三層的第四組線圈74的部分導線之間設有複數電性連接點45貫穿第二層與第三層，使第二導線82電性並聯於所對應第四組線圈74的部分導線。再第四組線圈74的部分導線與所對應第四層的第五導線85之間同樣設有複數電性連接點45貫穿第三層與第四層，使第四組線圈74的部分導線電性並聯於所對應的第五導線85，換言之，第一組線圈71是電性並聯於第四組線圈74。

同樣地，印刷電路板30第一層的第二組線圈72的部分導線與所對應第二層的第三導線83之間設有複數電性連接點45貫穿第一層至第二層，使第二組線圈72的部分導線電性並聯於所對應的第三導線83。而第二導線83又與第三層的第五組線圈75的部分導線之間設有複數電性連接點45貫穿第二層至第三層，使第三導線83電性並聯於所對應的第五組線圈75。再第五組線圈75的部分導線與所對應第四層的第六導線85之間同樣設有複數電性連接點45貫穿第三層至第四層，使第五組線圈75的部分導線電性並聯於所對應的第六導線86，換言之，第二組線圈72是電性並聯於第五組線圈75。

再，印刷電路板30第一層的第一導線81與所對應第三組線圈73的部分導線之間設有複數電性連點45貫穿第一層至第二層，使第一導線81電性並聯於所對應的第三組線圈73的部分導線。而第三組線圈73的部分導線又與所對應第三層的第四組導線84之間設有複數電性連接點45貫穿第二層至第三層，使第三組線圈74的部分導線電性並聯所對應第三層的第四導線84。再第四導線84與所對應第四層的第六組線圈76的部分導線之間設有複數電性連接點45貫穿第三層至第四層，使第四導線84電性並聯於第六組線圈76的部分導線，換言之，第三組線圈73是電性並聯於第六組線圈76。

由以上的實施例可知，本發明印刷電路板上的六組線圈實際上僅為三組，利用不同層的線圈並聯，可以增加 線圈的電荷量，以降低線圈的組抗，進而克服線圈之間的「鄰近效應」(Proximity Effect)。在本發明實施例中，印刷電路板30最上層有二組完整的線圈，而在下層的線圈也同樣有部分導線並聯到最上層的導線，且分布在最上層線圈的空窗區，如此可使得本發明的線圈完全沒有空窗區，且所有的線圈都能盡可能地分布在最上層，儘量靠近無線電力的被接收端，以提高電力傳輸的效能。當然在本發明的其它實施例中也可以使用超過三組線圈分布在較大的印刷電路板中，如四組線圈、五組線圈…等等，且可以使用超過四層印刷電路板，如六層板、八層板…等等，因此本發明的線圈數量及分布方式完全依需求變化，並不受限於本發明的實施例。

綜上所述，本發明提供一種迥然不同於習知者的設計，堪能提高整體之使用價值，又其申請前未見於刊物或公開使用，誠已符合發明專利之要件，爰依法提出發明專利申請。惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之實施例而已，凡精于此項技藝者當可依據上述之說明作其他種種之改良，而這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。

30‧‧‧印刷電路板

31‧‧‧上層表面

33,33’,33”‧‧‧第一空窗區

41‧‧‧第一線圈

43‧‧‧第一導線

Claims (10)

1. 一種無線充電印刷電路板線圈結構，包括：至少一第一線圈，分布於一印刷電路板的一第一層，其中該第一線圈未分布導線的中心處或外圍為一第一空窗區；至少一第二線圈，分布於該印刷電路板的一第二層，其中該第二線圈未分布導線的中心處或外圍為一第二空窗區；複數第一導線，分布於該第一空窗區，並對應該第二線圈的部分導線，且該些第一導線與該第二線圈之間具有複數電性連接點貫穿該第一層與該第二層，電性並聯該些第一導線與該第二線圈的部分導線；以及複數第二導線，分布於該第二空窗區，並對應該第一線圈的部分導線，且該些第二導線與該第一線圈之間具有複數電性連接點貫穿該第一層與該第二層，電性並聯該些第二導線與該第一線圈的部分導線。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該印刷電路板的該第一層為最上層，該第二層為最下層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中更包括：至少一第三線圈，分布於該印刷電路板的一第三層，其中 該第三線圈未分布導線的中心處或外圍為第三空窗區，該第三線圈的部分導線對應該些第二導線，且該第三線圈與該些第二導線之間具有複數電性連接點貫穿該第二層與該第三層，電性並聯該第三線圈的部分導線與該些第二導線；及複數第三導線，分布於該第三空窗區，並對應該第二線圈的部分導線，且該些第三導線與該第二線圈之間具有複數電性連接點貫穿該第二層與該第三層，電性並聯該些第三導線與該第二線圈的部分導線。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中更包括：至少一第四線圈，分布於該印刷電路板的一第四層，其中該第四層線圈未分布導線的中心處或外圍為第四空窗區，該第四線圈的部分導線對應該些第三導線，且該第四線圈與該些第三導線之間具有複數電性連接點貫穿該第三層至該第四層，電性並聯該第四線圈的部分導線與該些第三導線；及複數第四導線，分布於該第四空窗區，並對應該第三線圈的部分導線，且該些第四導線與該第三線圈之間具有複數電性連接點貫穿該第三層至該第四層，電性並聯該些第四導線與該第三線圈的部分導線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結 構，其中該印刷電路板的該第一層為最上層，該第二層與該第三層為中間層，該第四層為最下層。
6. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該些電性連接點係設於該些第一、第二、第三或第四導線的兩端部。
7. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該些電性連接點係設於該些第一、第二、第三或第四導線的中段部。
8. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該第一、第二、第三線圈或第四線圈捲繞的形狀可為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
9. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該一、第二、第三線圈及第四線圈的大小及形狀可不相同。
10. 如申請專利範圍第4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該印刷電路板係設置於一鐵心板上。