CN110648832B - 无线充电线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无线充电线圈，包括第一线圈层、第二线圈层与第一磁性材料。第二线圈层平行地堆叠于第一线圈层的表面以形成线圈堆叠结构，且第二线圈层具有与第一线圈层相同的形状。第一磁性材料设于第一线圈层的远离第二线圈层的一侧且具有与第一线圈层不相同的形状。当无线充电线圈与电源电性连接时，电源产生的电流均匀地分布于第一线圈层、第二线圈层以降低集肤效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种线圈，特别是一种无线充电线圈。
背景技术
为了让电子产品(例如笔记本电脑)在使用上更为方便，越来越多电子产品都设计有无线充电线圈，利用无线充电线圈的电磁感应，以对电子产品的电池进行充电。
在无线电频率、微波线路和电力传输系统等领域，都要考虑到集肤效应(skineffect)的影响。集肤效应的参考依据为集肤深度δ，如式(1)所列：
其中ρ为导体的电阻率；ω为交流电的角频率，ω可进一步表示为2π×频率，而μ为导体绝对导磁率。
由式(1)得知，当电流的频率越高，集肤深度δ就越小，而集肤深度δ越小时，传递于导线的电流会越集中于导线表面，对电流的传导效率影响越大。
由于将来的电子产品有很大机会操作在高压、高电流或高频率的工作状态下，未来的数据处理速度会越来越快，如此一来电子产品所产生的集肤效应会显著，对于研发者来说，集肤效应的确是不可忽略的因素。
有鉴于此，目前确实有需要一种可降低集肤效应的无线充电线圈，以改善以上缺点。
发明内容
本发明在于提供一种无线充电线圈，通过线圈堆叠结构以降低集肤效应的影响力。
依据本发明的一实施例，提供一种无线充电线圈，包括：第一线圈层；第二线圈层，平行地堆叠于该第一线圈层的表面以形成堆叠结构，且第二线圈层具有与第一线圈层相同的形状；以及第一磁性材料，设于第一线圈层的远离第二线圈层的一侧且具有与第一线圈层不相同的形状；当该无线充电线圈与电源电性连接时，电源产生的电流均匀地分布于该堆叠结构以降低集肤效应。
依据本发明的一实施例，提供一种无线充电线圈，包括：线圈层；以及磁性材料，连接于该线圈层的表面；当该无线充电线圈与电源作电性连接时，该磁性材料用于集中磁能以使得该电源产生的电流均匀地分布于该线圈层以降低集肤效应，且该线圈层用于堆叠于另一线圈层的表面以形成堆叠结构以使得该电源产生的电流均匀地分布于两个线圈层以降低集肤效应。
依据本发明的一实施例，提供一种无线充电线圈，包括：第一线圈层；第一磁性材料，设于该第一线圈层的一侧且具有与第一线圈层不同的形状；以及信号导引件，连接于第一线圈层与第一磁性材料之间；当该无线充电线圈与电源作电性连接时，第一线圈层的表面用以供第二线圈层、石墨层或第二磁性材料堆叠以形成堆叠结构，电源产生的电流均匀地分布于堆叠结构以降低集肤效应。
本发明无线充电线圈具有线圈堆叠结构，当无线充电线圈连接电源后，线圈堆叠结构使得电流均匀地分别于每一线圈层，借此降低集肤效应。如此一来，即使在高压、高频或高电流的工作状态下，线圈堆叠结构可达到降低集肤效应的功效。本发明无线充电线圈相较于市面上得无线充电线圈，由于降低集肤效应，所以相对电流传输效率也较高且制造成本也较低。
以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求书更进一步的解释。
附图说明
图1与图2分别为本发明无线充电线圈的第一实施例的顶部与底部平面图。
图3为本发明无线充电线圈的第一实施例的剖视图。
图4为本发明的无线充电线圈的第二实施例的剖视图。
图5为本发明的无线充电线圈的第三实施例的剖视图。
图6为本发明的无线充电线圈的第四实施例的剖视图。
图7为本发明的无线充电线圈的第五实施例的剖视图。
图8为本发明的无线充电线圈的第六实施例的剖视图。
图9为本发明的无线充电线圈的第七实施例的剖视图。
其中，附图标记：
10、20、30、40、50、60、70 无线充电线圈
11、12、21、22、31、32、41、42、51、52、61、62、71、72 线圈层
13、23、33、43、53、63、73 第一磁性材料
111、121 线圈段
112、122、711、721 破孔
14、24、34、44、54、64、74 信号导引件
15、35 第二磁性材料
16、26 线圈堆叠结构
113、123、221、551、611、621 表面
25、45、65 石墨层
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及附图，本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
图1与图2分别为本发明无线充电线圈的第一实施例的顶部平面图与底部平面图。如图1及图2所示，无线充电线圈10为磁感应线圈，无线充电线圈10包含有两个形状相同且厚度相同的线圈层11、12与板状的第一磁性材料13(以虚线表示)，线圈层11、12分别沿着平行于XY平面的方向设置。本实施例的线圈层的数量仅为示例而本发明不以此为限。线圈层11、12具有相同的螺旋形状，其中线圈层11具有多个螺旋形的线圈段111，每一线圈段111的一端部分别与相邻的线圈段111的一端部相连接。线圈层12具有多个线圈段121，每一线圈段121的一端部分别与相邻的线圈段121的一端部相连接。两个线圈层11、12分别具有相对应的两个螺旋状的破孔112、122，且各破孔112、122例如可具有相同宽度。
图3为本发明无线充电线圈的第一实施例的剖视图。共同参阅图1至图3，无线充电线圈10还包含信号导引件14与第二磁性材料15，第一磁性材料13与第二磁性材料15例如可为铁氧体或纳米晶，第一磁性材料13与第二磁性材料15能将磁力线集中于靠近线圈层11、12的附近区域以避免磁力线发散。此外当无线充电线圈10作为Rx端时，第一磁性材料13还可遮蔽磁力线以避免磁力线干扰电子装置内的其他电子零件。两个线圈层11、12使用相同厚度的铜材，而在其他实施例中，两个线圈层11、12的铜材厚度可调整为不相同。线圈层12沿着Z轴方向堆叠于线圈层11的表面113且两个线圈层11、12通过绝缘胶(图未示)相互固定。信号导引件14电性连接于两个线圈层11与12且设于第一磁性材料13与线圈层11之间。第一磁性材料13的形状不同于两个线圈层11、12的形状且第一磁性材料13的厚度小于线圈层11或12的厚度，而在其他实施例中，第一磁性材料13的厚度可调整为大于或相等于线圈层11或12的厚度。第二磁性材料15堆叠于线圈层12的表面123且具有与线圈层12相同的形状。当无线充电线圈10与电源电性连接时，两个线圈层11、12所构成的线圈堆叠结构16可使得电源产生的电流均匀地分布于线圈层11、12。此外由于第一磁性材料13与第二磁性材料15能将磁力线集中于靠近两个线圈层11、12的附近区域以避免磁力线发散，所以也可辅助电流均匀地分布于两个线圈层11、12。在本实施例中，第二磁性材料15可大幅提高无线充电线圈10的整体的L值。举例来说，未加第二磁性材料15的无线充电线圈的整体的L值测得为8.8274微亨(uH)，本实施例具备第二磁性材料15使得无线充电线圈10的整体的L值测得为9.3110uH。
图4为本发明的无线充电线圈的第二实施例的剖视图。如图4所示，无线充电线圈20包含两个线圈层21、22、第一磁性材料23，信号导引件24与石墨层25，第一磁性材料23例如可为铁氧体或纳米晶。两个线圈层21、22为相同厚度的铜材，而在其他实施例中，两个线圈层21、22的铜材厚度可调整为不相同。线圈层22沿着Z轴方向堆叠于线圈层21的表面211且两个线圈层21、22通过绝缘胶(图未示)相互固定。信号导引件24电性连接于两个线圈层21、22且设于第一磁性材料23与线圈层21之间。第一磁性材料23的形状不同于两个线圈层21、22的形状且第一磁性材料23的厚度小于线圈层21或22的厚度，而在其他实施例中，第一磁性材料23的厚度可调整为大于或相等于线圈层21或22的厚度。石墨层25堆叠于线圈层22的表面221且具有与线圈层21或22相同的形状。当无线充电线圈20与电源电性连接时，两个线圈层21、22所构成的线圈堆叠结构26可使得电源产生的电流均匀地分布于线圈层21、22。此外石墨层25的功能在于可以大幅减少无线充电线圈达到热平衡所需要的时间。举例来说，未加石墨层25的无线充电线圈达到热平衡时间需要34分钟，本实施例具有石墨层25的无线充电线圈达到热平衡仅需21分钟。
图5为本发明无线充电线圈的第三实施例的剖视图。如图5所示，无线充电线圈30包含两个线圈层31、32、第一磁性材料33、信号导引件34与第二磁性材料35，第三实施例的结构与第一实施例大致相同，两个实施例的差异为第二磁性材料35连接于两个线圈层31、32之间。
图6为本发明的无线充电线圈的第四实施例的剖视图。如图6所示，无线充电线圈40包含两个线圈层41、42、第一磁性材料43，信号导引件44与石墨层45，第四实施例的结构与第二实施例大致相同，两个实施例的差异为石墨层45连接于两个线圈层41、42之间。
图7为本发明的无线充电线圈的第五实施例的剖视图，如图7所示，无线充电线圈50包含两个线圈层51、52、第一磁性材料53与信号导引件54，两个线圈层51、52使用相同厚度的铜材但分别具有宽度W1与宽度W2，其中宽度W1>宽度W2，第一磁性材料53例如可为铁氧体或纳米晶，而在其他实施例中，两个线圈层51、52的铜材厚度可调整为不相同。线圈层52沿着Z轴方向堆叠于线圈层51的表面511。信号导引件54电性连接于两个线圈层51、52且设于第一磁性材料53与线圈层51之间。第一磁性材料53的宽度大于两个线圈层51、52，第一磁性材料53的厚度小于两个线圈层51或52，而在其他实施例中，第一磁性材料53的厚度可调整为大于或相等于线圈层51或52的厚度。当无线充电线圈50与电源电性连接时，两个线圈层51、52所形成的堆叠结构可使得电源产生的电流均匀地分布于线圈层51、52，借此降低集肤效应。再者，由于两个线圈层51、52的宽度不同，相比较于等宽的两个线圈层，其周围的磁力线分布状态也会不同，借此也可降低集肤效应的影响力。在其他实施例中，线圈层52也可替换为磁性材料或石墨层。
图8为本发明的无线充电线圈的第六实施例的剖视图，如图8所示，无线充电线圈60包含两个线圈层61、62、第一磁性材料63、信号导引件64以及石墨层65，两个线圈层61、62使用相同厚度的铜材但分别具有宽度W1与宽度W2，第一磁性材料63例如可为铁氧体或纳米晶，而在其他实施例中，两个线圈层61、62的铜材厚度可调整为不相同。线圈层62沿着Z轴方向堆叠于线圈层61的表面611，石墨层65沿着Z轴方向堆叠于线圈层62的表面621且石墨层65具有宽度W3，其中宽度W1>宽度W2>宽度W3。信号导引件64电性连接于两个线圈层61、62且设于第一磁性材料63与线圈层61之间。第一磁性材料63的宽度大于两个线圈层61、62，第一磁性材料63的厚度小于两个线圈层61或62，而在其他实施例中，第一磁性材料63的厚度可调整为大于或相等于线圈层61或62的厚度。在其他实施例中，石墨层65也可替换为磁性材料。
图9为本发明的无线充电线圈的第七实施例的剖视图，如图9所示，无线充电线圈70包含两个线圈层71、72、第一磁性材料73、信号导引件74以及石墨层75。第七实施例的结构与第六实施例大致相同，两实施例的差异为信号导引件74分别穿设于两个线圈层71、72的破孔711、721且与两个线圈层71、72电性连接。
在其他实施例中，研发者可依据不同使用需求，让堆叠结构中的每个线圈层的厚度不均等，或者采用磁共振式线圈来达成堆叠结构。
综上所述，本发明无线充电线圈具有线圈堆叠结构，当无线充电线圈连接电源后，线圈堆叠结构使得电流均匀地分别于每一线圈层，借此降低集肤效应。如此一来，即使在高压、高频或高电流的工作状态下，线圈堆叠结构也可达到降低集肤效应的功效。本发明无线充电线圈相比较于市面上得无线充电线圈，由于降低集肤效应，所以相对电流传输效率也较高且制造成本也较低。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种无线充电线圈，其特征在于，包括：
一第一线圈层；
一第二线圈层，平行地堆叠于该第一线圈层的一表面以形成一线圈堆叠结构，且该第一线圈层的宽度大于该第二线圈层的宽度；以及
一第一磁性材料，设于该第一线圈层的远离该第二线圈层的一表面上且该第一磁性材料的宽度大于该第一线圈层的宽度以及该第二线圈层的宽度；以及
一信号导引件，电性连接于该第一线圈层以及该第二线圈层；
当该无线充电线圈通过该信号导引件与一电源电性连接时，该电源的电流均匀地分布于该第一线圈层以及该第二线圈层以降低集肤效应。
2.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，该第一线圈层与该第二线圈层使用相同的导电材料。
3.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，该第一线圈层与该第二线圈层具有相同的厚度。
4.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，该第一磁性材料的厚度小于该第一线圈层或该第二线圈层的厚度。
5.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，还包括一石墨层，该石墨层堆叠于该第二线圈层的远离该第一线圈层的一表面，且该石墨层具有与该第二线圈层相同的形状。
6.根据权利要求5所述的无线充电线圈，其特征在于，该石墨层的厚度小于该第一线圈层或该第二线圈层的厚度。
7.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，还包括一第二磁性材料，该第二磁性材料堆叠于该第二线圈层的远离该第一线圈层的一表面，且该第二磁性材料具有与该第二线圈层相同的形状。
8.根据权利要求7所述的无线充电线圈，其特征在于，该第二磁性材料的厚度小于该第一线圈层或该第二线圈层的厚度。
9.根据权利要求1所述的无线充电线圈，其特征在于，该信号导引件连接于该第一磁性材料与该第一线圈层之间。
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