TWI587329B - 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的空窗區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’放置在線圈11的上方，且上方線圈11’有一部分會經過下方線圈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11’的中心空窗區13’。

而如圖三所示為一種習知有三組線圈的感應板示意圖。在圖三中的三組線圈會排列成上下的品字狀，其中每一組線圈11’會排列在另外一組線圈11”中間的上方或下方，使每一組線圈11’都會有一部分經過另一組線圈11”的中心空窗區13”。同樣地，四組、五組或以上的線圈也是以此類推，只是排列的方式會有些差異，因此就不再贅述。

而為了降低無線充電模組的整體高度，業者會使用多層印刷電路來製做多組交錯堆疊的線圈，如圖四即為習知印刷電路板的三組線圈感應板的側視示意圖，其中三組線圈11’、11”皆會安置在一傳送端鐵心板12上，上端再覆罩一頂板14，因此習知的無線充電感應板就會有至少四層或以上的厚度。

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，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，在線圈的至少一部分導線上設計有狹縫，且該狹縫位於線圈導線的中央處，沿著線圈導線平行延伸，如此可增加線圈導線圈繞的距離，降低線圈阻抗及加強散熱效果。

本發明的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，該線圈可分布於印刷電路板的單一表面、上下層表面或中間層。且上述的狹縫可布滿整個線圈導線，僅線圈的兩端部導線沒有狹縫；或者上述的狹縫僅存在於該線圈的非轉角導線上。

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，其中印刷電路的其中一層該線圈的導線經過另一層該線圈中心無導線的空窗區，使上下層間的 該些線圈呈交錯堆疊狀。

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，其中印刷電路板下層或中間層的線圈至少有部分導線穿過印刷電路板分布在上層表面，且分布在上層表面線圈的非重疊區。

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

20‧‧‧電力接收模組

21‧‧‧接收端線圈

22‧‧‧接收端鐵心板

30‧‧‧印刷電路板

50,81~83,85~90‧‧‧線圈

51,84‧‧‧狹縫

91~93‧‧‧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；圖五為本發明單一線圈的印刷電路板實施例示意圖；圖六為本發明四組線圈的印刷電路板實施例示意圖；圖七為本發明線圈轉角導線的實施例局部放大圖；圖八A~C為本發明三組線圈實施例的印刷電路板上視圖、下視圖及側視圖；圖九為本發明三組線圈實施例的印刷電路板側示意圖；及圖十A、B為本發明雙面印刷電路板的另一實施例的上視圖及下視圖。

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，而本發明的印刷電路板包括有單層板、雙面板或多層板，因此以下將分別舉出實施例加以說明，然而本發明的線圈數並不受限於所例舉的實施例。

首先本發明以單層印刷電路板的無線充電線圈結構為例，如圖五所示係為本發明單一線圈的印刷電路板實施例示意圖。本發明的無線充電感應線圈結構包括有一組線圈50捲繞成一同心軸方式設置於一印刷電路板30上，而該印刷電路板30則設置於一鐵心板(圖中未示)，以形成無線充電的感應板，且該線圈50的導線上形成有一狹縫51，且該狹縫51是位於該線圈50導線的中央處，沿著該線圈50導線平行延伸。而該線圈50捲繞的形狀可為矩形、圓形、橢圓形或多邊形等，本發明線圈20的捲繞形狀不受限於本案所列舉的實施例。又如圖六所示為本發明四組線圈的印刷電路板實施例示意圖，本發明的無線充電線圈結構，包括有四組線圈50分布於一印刷電路板30上，每一線圈20的導線上同樣地形成有狹縫21，而該些線圈50的組數、大小及形狀等可不盡相同，可依印刷電路板的形狀及大小做變動，不受限於本發明所列舉 的實施例。

在本發明的實施例中，在線圈20導線上的狹縫21可以增加線圈50導線圈繞的距離，但又不會增加線圈50的圈繞匝數，如此可降低線圈50導線之間鄰近效應，使得線圈50的交流(AC)阻抗降低，並加強線圈50的散熱效果。而在圖五及圖六的實施例中，該線圈50導線上的狹縫51是佈滿整個線圈50，僅線圈50的兩端部導線52沒有狹縫51。另外，在本發明的圖七線圈轉角導線的實施例局部放大圖中，該狹縫51是僅存在於線圈50的非轉角導線上，如僅在線圈50的直線導線上存在有狹縫51，而在線圈50的轉角導線53上並沒有狹逢51存在，因為轉角處導線相較於直線處導線較不易產生「鄰近效應」，因此本發明可以在轉角的導線處不在存狹逢51。

接著本發明以雙面印刷電路板的無線充電線圈結構為例說明，請一併參閱圖八A、圖八B及圖八C所示，圖八A為本發明三組線圈實施例的印刷電路板上視圖，圖八B為下視圖，圖八C為側視圖。在本發明圖八的實施例中包括有三組線圈，其中一組線圈81分布於印刷電路板30的第一表面，另外二組線圈82、83則分布於印刷電路板30的第二表面，當然本發明雙面印刷電路板上的線圈數量、大小及形狀並不受限於所列舉的實施例。同樣地，在每一線圈81~83的導線上都形成有狹縫84，而該狹縫84可以佈滿整個線圈81~83，僅線圈兩端部導線沒有狹縫84，也可以僅存在於線圈81~83的非轉角 導線上。而在圖八A~C的實施例中該狹縫84是布滿整個線圈導線。另外在圖八A~C的實施例中，三組線圈的排列方式是在印刷電路板30第一表面的一組線圈81對應於第二表面二組線圈82、83中間位置，使印刷電路板的上下表面間的該些線圈呈交錯堆疊狀，換言之，線圈81的導線會經過線圈82、83中心的空窗區，同樣地，線圈82、83也會經過線圈31中心的空窗區，使得無線充電感應板上的每個位置都能感應充電而沒有空窗區。

再著本發明以多層印刷電路板的無線充電線圈結構為例說明，請參閱圖九所示，圖九為本發明三組線圈實施例的印刷電路板側示意圖。在本發明圖九的實施例中包括有三組線圈，其中第一組線圈85分布於印刷電路板30的最上層表面，第二組線圈86分布於印刷電路板30的中間層，而第三組線圈87分布於印刷電路板的最下層表面，當然本發明多層印刷電路板上的線圈數量、大小及形狀並不受限於所列舉的實施例。同樣地，在每一線圈85~87的導線上都形成有狹縫84，而該狹縫84可以佈滿整個線圈85~87，僅線圈兩端部沒有狹縫84，也可以僅存在於線圈85~87的非轉角導線上。而在印刷電路板中的其中一層(包括最上層表面、中間層或最下層表面)線圈的導線會經過至少另一層(包括最上層表面、中間層或最下層表面)線圈中心的空窗區。如圖九的實施例中，第一組線圈85經過第二組線圈86中心的空窗區，而第二組線圈86又 經過第三線87及第一組線圈85中心的空窗區，第三組線圈亦經過第二線圈86中心的空窗區，使得無線充電感應板上的每個位置都能感應充電而沒有空窗區。

另外，眾所周知的，無線電力感應板的電力傳輸端與接收端的距離越近，則傳輸耗損越低，效率則越高，因此，本發明利用雙面印刷電路板或多層印刷電路，將中間層或最下層的線圈儘可能的移到最上層，如圖十A及圖十B所示，為本發明之雙面印刷電路板的另一無線充電線圈結構的上視圖及下視圖。如圖十A所示，該印刷電路板30的上層表面有二組線圈88、89，下層表面有一組線圈90，而在印刷電路板30上層表面線圈88、89的中心空窗區及外圈區的無導線區域為與下層表面線圈90的非重疊區，故下層表面線圈90有部分導線穿過該印刷電路板30分布在上層表面，且分布在前述的非重疊區，如圖十A的導線91分布在線圈88、89的外圍，而導線92分布在線圈88中心的空窗區，及導線93分布在線圈89中心的空窗區，如此可使印刷電路板的上層表面儘可能地布滿線圈導線，以縮短與被接收端的距離，增加傳輸效率。

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。

20‧‧‧電力接收模組

21‧‧‧接收端線圈

22‧‧‧接收端鐵心板

30‧‧‧印刷電路板

Claims (15)

1. 一種無線充電印刷電路板線圈結構，包括：至少一線圈，設置於一印刷電路板上，由一導線以同心軸方式捲繞形成，其中該線圈的至少一部分該導線上形成有一狹縫，且該狹縫位於該導線的中央處沿著該導線平行延伸，且該線圈的兩端部導線沒有該狹縫。
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，其中該線圈係分布於該印刷電路板的單一表面。
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，其中該線圈為複數個，分布於該印刷電路板之雙面的上、下層表面。
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，其中該些線圈更包括分布於該印刷電路板之至少一中間層。
5. 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，其中該狹縫僅存在於該線圈的非轉角導線上。
6. 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，其中該狹縫布滿整個該線圈導線，僅線圈的兩端部導線沒有狹縫。
7. 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，其中該印刷電路板係設置於一鐵心板上。
8. 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，其中該印刷電路的其中一面該線圈的導線經過另一面該線圈中心無導線的空窗區，使上下表面間的該些線圈呈交錯堆疊狀。
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，其中該印刷電路板的其中一層該線圈的導線經過至少另一層該線圈中心無導線的空窗區。
10. 如申請專利範圍第1、3或4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該線圈捲繞的形狀可為矩形、圓形、橢圓形或多邊形。
11. 如申請專利範圍第3或4項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該些線圈的大小可不相同。
12. 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，其中分布於該印刷電路板下層表面的至少一該線圈，至少有部分導線穿過該印刷電路板分布於該印刷電路板的上層表面，且該些導線分布於該上層表面線圈的非重疊區。
13. 如申請專利範圍第12項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該上層表面線圈的非重疊區為中心空窗區或外圍區。
14. 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，其中分布於該印刷電路板中間層的至少一該線圈，至少有部分導線穿過該印刷電路板分布於該印刷電路板的上層表面，且該些導線分布於該上層表面線圈的非重疊區。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無線充電印刷電路板線圈結構，其中該上層表面線圈的非重疊區為中心空窗區或外圍區。