TWI687946B - 無線充電裝置及其發射端模組與發射端線圈 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種發射端線圈，其繞線部為呈具有中空部份的近圓形狀，且繞線部的外徑介於56公釐至66公釐之間，繞線部的內徑介於30公釐至40公釐之間，而繞線部的線圈匝數介於7至13之間。本發明還提供一種具有上述發射端線圈的發射端模組以及一種具有上述發射端線圈的無線充電裝置。

Description

無線充電裝置及其發射端模組與發射端線圈
本發明係關於一種充電裝置，尤其係關於利用無線充電技術之無線充電裝置。
以往的電子裝置大都是透過將電源線插接於電源(例如電源插座)來獲得運作所需的電力，但隨著科技的發展，各種電子裝置係因應使用者的需求而輕薄微小化，並且為了讓使用者方便攜帶，大部份的電子裝置內皆設置有充電電池，因此電子裝置就不需再仰賴電源線來獲得電力。
當電子裝置內的電池電量不足時，使用者可使用一充電裝置對電子裝置內的充電電池進行充電。習知充電傳輸裝置具有一連接線，當習知充電傳輸裝置插接於市電電源時，使用者可透過將充電傳輸裝置的連接線插設於電子裝置，藉此讓市電電 源的電力能夠傳輸至電子裝置，以進而對充電電池進行充電。
然而，充電傳輸裝置之連接線的長度有限，因此在充電傳輸裝置對電子裝置進行充電的過程中，使用者會被連接線所限制而無法依照自己的使用習慣操作，也無法攜帶電子裝置任意移動。另一方面而言，在長期透過充電傳輸裝置對電子裝置進行充電的情況下，充電傳輸裝置的連接線會因經常性的插拔動作而損耗，造成電能傳輸效率低落，而當連接器損耗嚴重時，其連接線將無法傳輸電能。
有鑒於此，可進行無線充電(Wireless Charging)的無線充電裝置已越來越普及。請參閱圖1，其為習知無線充電裝置與電子裝置的結構概念示意圖。習知的無線充電裝置1包括殼體10、電源線11、驅動電路模組12以及發射端模組13，電源線11顯露於殼體10外，用以連接於一市電電源(未顯示於圖中)，而驅動電路模組12與發射端模組13皆設置於殼體10的內部，且驅動電路模組12電性連接於電源線11以及發射端模組13之間；其中，當市電電源提供電力予驅動電路模組12時，驅動電路模組12會被一輸入功率所驅動，使得相對應的電流量通過發射端模組13而產生電磁效應，進而令發射端模組13產生相對應的磁通量。
再者，習知的電子裝置2包括殼體20、接收端模組21、充電電池22以及驅動電路模組23，且接收端模組21、充電電池22以及驅動電路模組23皆設置於殼體20內，而驅動電路模組23電性連接於充電電池22與接收端模組21之間；其中，接收端模組21用以接收來自於發射端模組13的至少部份磁通量，且驅動電路模組23係將接收端模組21所接收的磁通量轉換為相對 應的電流量，並予以傳輸至充電電池22以進行充電動作。
請參閱圖2，其為圖1所示發射端模組之發射端線圈的結構概念示意圖。圖2所示為發射端模組13之發射端線圈131的外觀結構，其係以傳統的A11發射端線圈為示例，包括輸出端子1311、輸入端子1312以及連接於輸出端子1311與輸入端子1312之間的繞線部1313，且輸出端子1311與輸入端子1312用以供繞線部1313與驅動電路模組12相連接，而繞線部1313以一螺旋方式繞製並形成具有中空部份1314的圓形狀，其中，繞線部1313的內徑Di1與外徑Do1分別為20.5公釐與44公釐，且繞線部1313的線圈匝數為10圈。
請參閱圖3與圖4，圖3為採用圖2所示發射端線圈時之電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的對比示意圖，圖4為採用圖2所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的對比示意圖。其中，圖3與圖4所示內容係以電子裝置2最多可接收10瓦功率為前提進行示例，且充電距離的起始點以繞線部1313的中心處起算，而充電效率為電子裝置2所接收到的功率除以無線充電裝置1的輸入功率所形成的比例。由圖3與圖4所示內容可知，圖3所示的功率(瓦)以及圖4所示的充電效率(%)於充電距離大於8公釐或小於-8公釐的情況下驟減，而經申請人潛心研究，通過大量實驗後發現，發射端線圈131的形狀、大小與線圈匝數應為提升更大充電距離時之功率與效率的重要因素。
另一方面，目前符合無線充電標準(Qi)的無線充電裝置1大致具有二種型態。在第一種型態的無線充電裝置1中，發射端模組12採用單一發射端線圈131，其缺點在於充電面積普遍 不大，且對於電子裝置2可放置充電的位置亦具有嚴苛的要求；而在第二種型態的無線充電裝置1中，發射端模組12採用複數個發射端線圈131，且無線充電裝置1會因應電子裝置2所放置的位置而相對應的開通一個發射端線圈131或多個發射端線圈131，但其具有體積較大、成本較高以及磁場均勻性較差的缺點，而且若其中有二個以上的發射端線圈131上下至少部分重疊，則會有感應死區的情形發生，此外，第二種型態的無線充電裝1置所需配合的軟體或韌體於設計上亦較為複雜。
根據以上的說明可知，習知的無線充電裝置及其發射端模組與發射端線圈具有改善的空間。
本發明之一第一目的在提供一種滿足其形狀、大小與線圈匝數滿足特定範圍的發射端線圈，藉以提升磁場分佈的均勻性與充電面積。本發明之一第二目的在提供一種具有上述發射端線圈的發射端模組。本發明之一第三目的在提供一種具有上述發射端模組的無線充電裝置，藉以降低生產成本，並有利於無線充電裝置的量產。
於一較佳實施例中，本發明提供一種應用於無線充電裝置之發射端線圈，包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與一驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線 部滿足下列關係式：56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
於一較佳實施例中，本發明亦提供一種無線充電裝置之發射端模組，包括：一隔磁片；以及一發射端線圈，至少部分設置於該隔磁片上，其包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與一驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線部滿足下列關係式：56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
於一較佳實施例中，本發明還提供一種無線充電裝置，包括：一驅動電路模組；以及一發射端模組，包括：一隔磁片；以及 一發射端線圈，至少部分設置於該隔磁片上，其包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與該驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線部滿足下列關係式：56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
1:無線充電裝置
2:電子裝置
3:無線充電裝置
10:殼體
11:電源線
12:驅動電路模組
13:發射端模組
20:殼體
21:接收端模組
22:充電電池
23:驅動電路模組
31:驅動電路模組
32:發射端模組
131:發射端線圈
321:隔磁片
321’:隔磁片
322:發射端線圈
1311:輸出端子
1312:輸入端子
1313:繞線部
1314:中空部份
3211:中間凸起部
3212:周緣凸起部
3213:容置空間
3221:輸出端子
3222:輸入端子
3223:繞線部
32231:最外匝線圈
32232:最內匝線圈
32233:匝線圈
32234:中空部份
Di1:繞線部的內徑
Di2:繞線部的內徑
Do1:繞線部的外徑
Do2:繞線部的外徑
Dms:隔磁片的外徑
T:繞線部的線圈匝數
X:剖面線
圖1：係為習知無線充電裝置與電子裝置的結構概念示意圖。
圖2：係為圖1所示發射端模組之發射端線圈的結構概念示意圖。
圖3：係為採用圖2所示發射端線圈時之電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的對比示意圖。
圖4：係為採用圖2所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的對比示意圖。
圖5：係為本發明無線充電裝置於一較佳實施例之系統方塊概念示意圖。
圖6：係為圖5所示無線充電裝置之發射端模組的外 觀結構上視圖。
圖7：係為採用圖6所示發射端線圈時之具有接收端線圈的電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的對比示意圖。
圖8：係為採用圖6所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的對比示意圖。
圖9：係為採用圖6所示發射端線圈時之具有接收端線圈的電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的另一對比示意圖。
圖10：係為採用圖6所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的另一對比示意圖。
圖11：係為本發明發射端模組之隔磁片於一另一較佳實施例之外觀結構上視圖。
圖12：係為圖11所示隔磁片相應於剖面線X的剖面示意圖。
請參閱圖5與圖6，圖5為本發明無線充電裝置於一較佳實施例之系統方塊概念示意圖，圖6為圖5所示無線充電裝置之發射端模組的外觀結構上視圖。無線充電裝置3包括驅動電路模組31以及發射端模組32，驅動電路模組31電性連接於電源(圖未示)以及發射端模組32之間，而發射端模組32包括隔磁片321以及至少部分設置於隔磁片321上的發射端線圈322；其中， 發射端線圈322包括輸出端子3221、輸入端子3222以及連接於輸出端子3221與輸入端子3222之間的繞線部3223，且輸出端子3221與輸入端子3222用以供繞線部3223與驅動電路模組31電性相連。如此一來，當電源提供電力予驅動電路模組31時，驅動電路模組31會被一輸入功率所驅動，使得相對應的電流量通過發射端模組32而產生電磁效應，進而令發射端線圈322產生相對應的磁通量，以對具有接收端線圈的電子裝置(圖未示)進行充電。
再者，發射端線圈322係符合無線充電標準(Qi)，且其繞線部3223係以一螺旋方式繞製並形成具有中空部份32234的近圓形狀，因此繞線部3223包括最外匝線圈32231、最內匝線圈32232以及位於最外匝線圈32231以及最內匝線圈32232之間的複數匝線圈32233，特別留意的是，本案發明的繞線部3223應滿足下列關係式：56公釐≦Do2≦66公釐；30公釐≦Di2≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do2為繞線部3223的外徑，Di2為繞線部3223的內徑，而T為繞線部3223的線圈匝數。
較佳者，但不以此為限，繞線部3223係為一單層繞線部，且其最外匝線圈32231、最內匝線圈32232與複數匝線圈32233中的任二相鄰者係相互緊密設置，亦即任二相鄰者彼此之間不具間隙，也就是說，繞線部3223呈單層且螺旋式緊密排列的態樣，其如圖6所示。於一較佳實施態樣中，繞線部3223的外徑Do為61公釐，繞線部3223的內徑Di為35公釐，而繞線部3223的 線圈匝數T為10。
此外，隔磁片321可用來防止發射端線圈322產生的磁通量往隔磁片321下方洩露，藉以對隔磁片321下方的裝置起到良好的屏蔽效果，還能於無線充電裝置3對具有接收端線圈的電子裝置(圖未示)進行充電時提供導磁的功用，進而提升發射端線圈322的電感量。於本較佳實施例中，發射端線圈322係透過背膠而與隔磁片321相結合，且隔磁片321呈一周緣無凸起的近圓形平板狀，並可由鐵氧體、非晶納米晶等磁材料構成，且隔磁片321的外徑Dms係介於61公釐至71公釐之間，但不以上述為限。
請參閱圖7與圖8，圖7為採用圖6所示發射端線圈時之具有接收端線圈的電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的對比示意圖，圖8為採用圖6所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的對比示意圖。其中，圖7與圖8所示內容係以繞線部3223之外徑Do為61公釐、繞線部3223之內徑Di為35公釐、繞線部3223之線圈匝數T為10以及具有接收端線圈的電子裝置最多可接收10瓦功率為前提進行示例，且充電距離的起始點係以繞線部3223的中心處起算，而充電效率為具有接收端線圈的電子裝置所接收到的功率除以無線充電裝置3的輸入功率所形成的比例。
由圖7與圖8所示內容可知，相較於習知所採用的發射端線圈131(其表現如圖3與圖4所示)，圖7所示的功率(瓦)以及圖8所示的充電效率(%)於充電距離大於8公釐或小於-8公釐的情況皆大幅改善。整體而言，本案無線充電裝置3具有均勻的磁場分佈並可提升充電面積，因此在無線充電裝置3中無需設置 太多的發射端線圈322，進而可降低無線充電裝置3的生產成本，並有利於無線充電裝置3的量產。
請參閱圖9與圖10，圖9為採用圖6所示發射端線圈時之具有接收端線圈的電子裝置所接收的功率(瓦)與充電距離(公釐)的另一對比示意圖，圖10為採用圖6所示發射端線圈時之充電效率(%)與充電距離(公釐)的另一對比示意圖。其中，圖9與圖10所示內容係以繞線部3223之外徑Do為63.5公釐、繞線部3223之內徑Di為30公釐、繞線部3223之線圈匝數T為13以及具有接收端線圈的電子裝置最多可接收10瓦功率為前提進行示例，且充電距離的起始點係以繞線部3223的中心處起算，而充電效率為具有接收端線圈的電子裝置所接收到的功率除以無線充電裝置3的輸入功率所形成的比例。
由圖9與圖10所示內容可知，相較於習知所採用的發射端線圈131(其表現如圖3與圖4所示)，圖9所示的功率(瓦)以及圖10所示的充電效率(%)於充電距離大於8公釐或小於-8公釐的情況皆大幅改善。整體而言，本案無線充電裝置3具有均勻的磁場分佈並可提升充電面積，因此在無線充電裝置3中無需設置太多的發射端線圈322，進而可降低無線充電裝置3的生產成本，並有利於無線充電裝置3的量產。
當然上述皆僅為實施例，熟知本技藝人士可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。舉例來說，請參閱圖11與圖12，圖11為本發明發射端模組之隔磁片於一另一較佳實施例之外觀結構上視圖，圖12為圖11所示隔磁片相應於剖面線X的剖面示意圖。圖11與圖12示意了隔磁片321’並不限定如圖6所 示般呈周緣無凸起的近圓形平板狀，亦可變更設計為，隔磁片321’包括中間凸起部3211以及周緣凸起部3212，且中間凸起部3211以及周緣凸起部3212之間形成有容置空間3213，用以容置至少部分的發射端線圈322，藉此可提供良好的定位效果。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。
321:隔磁片
322:發射端線圈
3221:輸出端子
3222:輸入端子
3223:繞線部
32231:最外匝線圈
32232:最內匝線圈
32233:匝線圈
32234:中空部份
Di2:繞線部的內徑
Do2:繞線部的外徑
Dms:隔磁片的外徑
T:繞線部的線圈匝數
X:剖面線

Claims (19)

  1. 一種應用於無線充電裝置之發射端線圈，包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與一驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線部滿足下列關係式：56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於無線充電裝置之發射端線圈，其中該繞線部係為一單層繞線部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於無線充電裝置之發射端線圈，其中該繞線部包括一最外匝線圈、一最內匝線圈以及位於該最外匝線圈以及該最內匝線圈之間的複數匝線圈，且該最外匝線圈、該最內匝線圈以及該複數匝線圈中之任二相鄰者係相互緊密設置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於無線充電裝置之發射端線圈，其中Do=61公釐，Di=35公釐，T=10。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於無線充電裝置之發射端線圈，係符合一無線充電標準(Qi)。
  6. 一種無線充電裝置之發射端模組，包括：一隔磁片；以及一發射端線圈，至少部分設置於該隔磁片上，其包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與一驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線部滿足下列關係式：56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中該繞線部係為一單層繞線部。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中該繞線部包括一最外匝線圈、一最內匝線圈以及位於該最外匝線圈以及該最內匝線圈之間的複數匝線圈，且該最外匝線圈、該最內匝線圈以及該複數匝線圈中之任二相鄰者係相互緊密設置。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中Do=61公釐，Di=35公釐，T=10。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中該隔磁片呈一周緣無凸起之近圓形平板狀，且該發射端線圈係透過一背膠而與該隔磁片相結合。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中該隔磁片包括一中間凸起部以及一周緣凸起部，且該中間凸起部以及該周緣凸起部之間形成一容置空間以容置至少部分該發射端線圈。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之無線充電裝置之發射端模組，其中該發射端線圈係符合一無線充電標準(Qi)。
  13. 一種無線充電裝置，包括：一驅動電路模組；以及一發射端模組，包括：一隔磁片；以及一發射端線圈，至少部分設置於該隔磁片上，其包括一輸出端子、一輸入端子以及連接於該輸出端子與該輸入端子之間之一繞線部，且該輸出端子與該輸入端子用以供該繞線部與該驅動電路模組相連接，而該繞線部係以一螺旋方式繞製並形成具有一中空部份之一近圓形狀，該繞線部滿足下列關係式： 56公釐≦Do≦66公釐；30公釐≦Di≦40公釐；以及7≦T≦13；其中，Do為該繞線部之一外徑，Di為該繞線部之一內徑，而T為該繞線部之一線圈匝數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該繞線部係為一單層繞線部。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該繞線部包括一最外匝線圈、一最內匝線圈以及位於該最外匝線圈以及該最內匝線圈之間的複數匝線圈，且該最外匝線圈、該最內匝線圈以及該複數匝線圈中之任二相鄰者係相互緊密設置。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中Do=61公釐，Di=35公釐，T=10。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該隔磁片呈一周緣無凸起之近圓形平板狀，且該發射端線圈係透過一背膠而與該隔磁片相結合。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該隔磁片包括一中間凸起部以及一周緣凸起部，且該中間凸起部以及該周緣凸起部之間形成一容置空間以容置至少部分該發射端線圈。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該發射端線圈係符合一無線充電標準(Qi)。
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