CN106208403B - 无线充电传输器与其方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线充电传输器与其方法，无线充电传输器以对具有一接收线圈的电子装置充电。该无线充电传输器包括：充电模块，包括传输线圈，电磁耦合至该接收线圈；以及屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合包括多个偶极天线，且各偶极天线包括多个梳状天线部分。

Description

无线充电传输器与其方法
技术领域
本发明涉及一种无线充电传输器与其方法，且特别涉及一种具有合并的法拉第屏蔽(faraday shield)与偶极天线(dipole antenna)阵列的无线充电传输器与其方法。
背景技术
电子装置的充电可藉由电线连接至充电装置或藉由电子装置内部的可充电电池，以提供所需电力。但是，有线的充电法将因为充电线的有限长度而导致不便。
因此，感应式充电(也称为无线充电)，通过电磁感应而实现，在电子装置上愈来愈普遍。无线电力传输系统从传输器将电力送至接收器，而无需通过任何的有线连接。
然而，电磁干扰(EMI,electromagnetic interference)是个主要问题，其不利于电子装置的性能。由无线充电传输器所发出的不定向电磁辐射可能会影响到邻近的电子装置，将导致高风险与安全性威胁。
因此，需要提供一种无线充电传输器，其使用梳状屏蔽与平面偶极天线阵列，以达到移动天线耦合与法拉第屏蔽(EMI改良)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线充电传输器，其屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合能提供EMI滤波与天线耦合的组合功能。
根据本发明一实施例，提出一种无线充电传输器，以对具有接收线圈的电子装置充电。该无线充电传输器包括：充电模块，包括传输线圈，电磁耦合至该接收线圈；以及屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合包括多个偶极天线，且各偶极天线包括多个梳状天线部分。
根据本发明另一实施例，提出一种无线充电方法，应用至无线充电传输器。该方法包括：将该无线充电传输器的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合无线耦合至该电子装置的天线，以接收由该电子装置所发出的移动通讯信号；以及利用该无线充电传输器的传输线圈来无线充电该电子装置。该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合包括多个偶极天线，且各偶极天线包括多个梳状天线部分。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1显示根据本发明一实施例的无线充电传输器的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合；
图2显示电子装置与本发明实施例的无线充电传输器，无线充电传输器具有屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合，而该电子装置可被该无线充电传输器进行无线充电；
图3A与图3B显示本发明实施例的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的两种可能实现方式；
图4显示，在不具备屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器处于充电模式下的辐射图；
图5显示，具备屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器处于充电模式下的辐射图。
其中，附图标记
100：无线充电传输器
10：充电模块
30：控制单元
11：传输线圈
12：放置区
13、13’：屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合
40：电子装置
41：接收线圈
42：天线
13A-13C、13A’-13C’：偶极天线
13A_1、13A_2：天线部分
131：梳底
132：平行轨
133：间隔
31：接地
32：开关
具体实施方式
本说明书的技术用语是参照本技术领域的习惯用语。如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。在底下详细描述中，本发明的实施例乃是为说明而显示与描述。本技术领域具有通常知识者应当了解，所描述的这些实施例可以多种方式加以改变，而不离开本发明的精神范围内。因此，附图与描述乃是为说明用，非加以限制。
图1显示根据本发明一实施例的无线充电传输器的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。图2显示电子装置40与本发明实施例的无线充电传输器，无线充电传输器具有屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。无线充电传输器100可用于无线充电该电子装置40。
现请参考图1与图2。无线充电传输器100包括充电模块10与控制单元30。充电模块10包括至少一个传输线圈(或称为主线圈)11，放置区12，以及，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13。传输线圈11电磁耦合至电子装置40内的接收线圈(或称为次线圈)41，且耦合至电源供应器(未示出)，以进行电源转换。传输线圈11可整合至无线充电传输器100的基板(例如，印刷电路板(PCB,printed circuit board))。在无线充电时，电子装置40可位于充电模块10的放置区12。无线充电传输器100可更包括其他组件(未示出)，以检测是否有对象(例如，电子装置40)靠近无线充电传输器100。如何检测是否有对象靠近无线充电传输器100的细节可在本发明说明中省略。
一般来说，电子装置40可包括接收线圈41与天线42。在无线充电时，接收线圈41可感应由无线充电传输器100的传输线圈11所产生的电磁场，并将之转换成电流，以充电电子装置40的电池(未示出)或提供电源给电子装置40，以进行操作。
在本发明实施例中，无线充电传输器100具有两种模式，亦即待机模式与充电模式。在待机模式下，无线充电传输器100可检测是否有对象靠近无线充电传输器100的既定半径内。在充电模式下，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13用于屏蔽电场辐射，以及，耦合于电子装置40的天线42。因此，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可提供电场辐射屏蔽与天线耦合功能。底下将说明两种模式的切换。
此外，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可当成EMI滤波器，以屏蔽与减少由传输线圈11在无线充电时所发出的电场(E场)辐射。然而，由传输线圈11所发出的磁场(H场)，其用于无线充电该电子装置40，无法被屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13所屏蔽。
控制单元30耦接至屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13。控制单元30可将充电模块10由待机模式切换至充电模式，以无线充电该电子装置40，如果无线充电传输器100检测到对象(例如，该电子装置40)靠近无线充电传输器100的既定半径内的话。
在通讯时，控制单元30可送出询问信号(ping signal)至电子装置，例如，通过传输线圈11。因此，电子装置40可将调变电容(未示出)或电阻(未示出)切换至此询问信号。由电子装置40所送出的磁场中的调变信息可由无线充电传输器100的传输解调变器(未示出)所解调变，以决定此电子装置40要被充电。在解调变后，无线充电传输器100可决定要将位于既定半径内的该对象无线充电。
在充电模式下，电池的充电状态会由电子装置40回传给无线充电传输器100。由电子装置40内的无线电源接收器所传来的调变后信息则属于询问与充电的磁场内。甚至，在询问，在待机模式与在充电模式下，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13当成天线，且耦合至电子装置40，以接收由电子装置所传来的移动通讯信号。
甚至，在本发明实施例中，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可包括三个偶极天线13A-13C。在本发明实施例中，这三个偶极天线13A-13C可具有相同或相似的天线架构。偶极天线13A包括2个天线部分13A_1与13A_2。偶极天线13A的各天线部分13A_1与13A_2包括梳底(comb case)131与多个平行轨132。相邻轨之间有间隔(space)133。所有的轨132连接至基底132。如图1所示，天线部分13A_1与13A_2的结构乃是梳状。甚至，虽然在图1中，轨132垂直于梳底131，但其可方向也是可能的。这三个偶极天线13A-13C可位于其他位置与其他方向，此仍是本发明精神范围内。屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13由导电材质层所构成。甚至，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可印刷于无线充电传输器100的载体(carrier)上。
偶极天线13A-13C无线耦合至电子装置40的天线42。偶极天线13A-13C以移动通讯频率(例如但不受限于，850MHz-2.7GHz或800MHz-2.5GHz)无线耦接至电子装置40的天线42。
无线充电传输器100的基板(或载体)可为PCB。在可能实施上，其他载体材质，例如铜箔，也可使用。
在本发明实施例的描述中，名词“无线充电”或者是“感应充电”是指，用电磁场，将能量由无线充电传输器100转移至电子装置40。能量由无线充电传输器100的传输线圈11通过感应耦合而送至电子装置40的接收线圈41；以及，此电子装置40利用此能量来充电电子装置40内的电池(未示出)或操作此电子装置40。
一般来说，为了无线充电，无线充电传输器100将传输线圈11当成感应线圈，以耦合至交流电(AC)电源供应器(未示出)，并产生交流电磁场，而电子装置40内的接收线圈41接收由电磁场所传来的能量，并转换成电流，以充电电子装置40的电池。感应线圈11与41，如果彼此靠近的话，可组合成为松散耦合(Loose Coupling)电压变压器。
在充电模式下的无线充电中，由传输线圈11所传来的磁场(H场)充电电子装置40，但无线充电传输器100的传输线圈11也传输电场(E场)。E场可能会干扰无线充电传输器100的附近其他装置。屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可当成EMI滤波器，以屏蔽电场所发出的辐射(当无线充电传输器100处于充电模式)，但并不会屏蔽耦合至电子装置40的感应磁场(H场)。此外，控制单元30会将屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13切换至耦合于接地31，因为，可减少辐射。如果靠近无线充电传输器100的对象未响应于询问信号的话，则控制单元30让无线充电传输器100保持于待机模式。控制单元30可更包括开关32，其电性耦合于接地31以及屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13之间。
屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13也可称为法拉第屏蔽(Faraday shield)。屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可由金属片，或铜箔，或适合用于屏蔽的其他材质所组成。
以较佳实施例而言，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可印刷于PCB板上，以强化结构，或减少金属材质的使用量。屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13可覆盖传输线圈。
图3A与图3B显示本发明实施例的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的两种可能实现方式。符号「+」与「-」代表偶极天线的极性。图3A中的偶极天线13A-13C可用于图1与图2中的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13。如图3B所示，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13’中的偶极天线13A’-13C’所具有的极性排列不同于屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13中的偶极天线13A-13C。然而，屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13’具有相同或相似的功能，相较于屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合13。
现将比较，具有屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器，以及，不具有屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器，两者的屏蔽能力。图4显示，在不具备屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器处于充电模式下的辐射图。图5显示，具备屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合的无线充电传输器处于充电模式下的辐射图。此两者中的线L41与L51代表峰检测轨迹(peak detector trace)，而线L42与L52代表平均检测轨迹(average detector trace)。由图4可看出，电辐射远高于标准，但在图5中，只有一些峰值超过标准。由此可证明，本发明实施例的设计可减少电场的辐射发射。
本发明实施例的无线充电传输器可适合于各种不同业界，例如，自动车业界，居家应用，消费性电子产品，医疗系统等。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线充电传输器，以对具有接收线圈的电子装置充电，其特征在于，该无线充电传输器包括：
充电模块，该充电模块包括，电磁耦合至该接收线圈的传输线圈以及屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合，其中，该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合是指，提供电场辐射屏蔽与天线耦合功能的构件；
控制单元，耦接至该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合，该控制单元能够将该充电模块由待机模式切换至充电模式，以无线充电一电子装置；
其中，该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合包括多个偶极天线，且各偶极天线包括多个梳状天线部分；
其中，在该待机模式下，当该电子装置靠近该无线充电传输器的既定半径内，该多个偶极天线耦合于该电子装置的天线，以接收由该电子装置所发出的移动通讯信号，该充电模块通过该移动通讯信号决定是否对该电子装置进行充电；
在该充电模式下，利用该传输线圈来无线充电该电子装置，并以该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合屏蔽该传输线圈产生的电场辐射。
2.根据权利要求1所述的无线充电传输器，其特征在于，各天线部分包括梳底，以及连接至该梳底的多个平行轨。
3.根据权利要求2所述的无线充电传输器，其特征在于，
该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合让该传输线圈感应磁耦合至该接收线圈；以及
由该传输线圈所发出的磁场贯穿该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。
4.根据权利要求1所述的无线充电传输器，其特征在于，
在询问时，由该电子装置所发出的调变信息被该无线充电传输器所解调变，该无线充电传输器解调变该调变信息以决定该电子装置是否要被该无线充电传输器所充电。
5.一种无线充电方法，应用至无线充电传输器，其特征在于，该无线充电方法包括：
当该无线充电传输器处于待机模式下，将该无线充电传输器的屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合无线耦合至电子装置的天线，以接收由该电子装置所发出的移动通讯信号；
当该电子装置靠近该无线充电传输器的既定半径内，该无线充电传输器通过该移动通讯信号决定是否对该电子装置进行充电；以及
将该无线充电传输器由该待机模式切换至充电模式，利用该无线充电传输器的传输线圈来无线充电该电子装置，并以该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合屏蔽该传输线圈产生的电场辐射，
其中，该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合包括多个偶极天线，且各偶极天线包括多个梳状天线部分，其中，该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合是指，提供电场辐射屏蔽与天线耦合功能的构件。
6.根据权利要求5所述的无线充电方法，其特征在于，各天线部分包括梳底，以及连接至该梳底的多个平行轨。
7.根据权利要求6所述的无线充电方法，其特征在于，更包括：
该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合让该传输线圈感应磁耦合至该电子装置的接收线圈；以及
将该传输线圈所发出的磁场贯穿该屏蔽与平面偶极天线阵列的梳状组合。
8.根据权利要求5所述的无线充电方法，其特征在于，
在询问时，解调变由该电子装置所发出的调变信息，以决定该电子装置是否要被该无线充电传输器所充电。
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