JP3201863U - 薄膜コイルアセンブリ、フレキシブル無線充電デバイスおよび無線充電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】フレキシブルでスリムな薄膜コイルアセンブリ、フレキシブル無線充電デバイスおよび無線充電システムを提供する。【解決手段】薄膜送信コイルアセンブリ２１は、フレキシブル基板２１１、発振開始アンテナ２１２、共振アンテナ２１３、第一保護層２１４、第二保護層２１５を含む。フレキシブル基板は、第一面２１１ａと、第一面に対向している第二面２１１ｂを有する。発振開始アンテナは、フレキシブル基板の第一面に配置されている。共振アンテナは、フレキシブル基板の第二面に配置されている。さらに、少なくとも一つのコンデンサ２１６が、共振アンテナの第一端部２１３ａと第二端部２１３ｂの間に接続されている。特定の共振周波数を有する電磁波は、共振アンテナと発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射され、薄膜コイルアセンブリによって受け取られる。第一保護層は、発振開始アンテナをカバーしている。第二保護層は、共振アンテナをカバーしている。【選択図】図２Ａ
Description
本考案は、コイルアセンブリ、充電デバイスおよび充電システムに関するものであり、特に、薄膜コイルアセンブリ、フレキシブル無線充電デバイスおよび無線充電システムに関するものである。
近年、スマートフォン又はタブレットコンピュータなど、様々な携帯型電子デバイスが広く日常生活で使用されている。携帯型電子デバイスに電気エネルギーを供給するため、充電デバイスは、携帯型電子デバイスの内蔵電池を充電するために使用される。一般的に、充電デバイスは、有線充電デバイスと無線充電デバイスに分類される。無線充電デバイスは、様々な環境で動作されることができ、さらに、電力ケーブルによる制限がないことにより、有線充電デバイスは、徐々に無線充電デバイスによって置き換えられている。
無線充電動作は、また、誘導充電動作又は非接触充電動作と呼ばれている。電気エネルギーは、無線充電技術を用いることにより、電力提供デバイスから受電デバイスへ、無線伝達方式で伝達される。一般的に、3つの無線電力充電グループが挙げられ、それは、WPC（Wireless Power Consortium）（QI）、PMA（Power Matters Alliance）およびA4WP（Alliance for Wireless Power）である。WPCおよびA4WP標準は、無線充電技術の主流である。無線充電技術は、磁気誘導（低周波）技術と磁気共鳴（高周波）技術を含む。磁気誘導技術は、近距離エネルギー伝達に適用される。磁気誘導技術の電力変換効率は高い。ただし、磁気誘導技術に応じて、受電デバイスは、電力提供デバイスに整列して取り付けられるべきである。電力提供デバイスは、同時に複数の受電デバイスを充電することはできない。送信端末と受信端末間のエネルギー伝達は、磁気共鳴技術により、特定の共振周波数で実行される。結果的に、磁気共鳴技術は、磁気誘導技術と比較して、より長い距離のエネルギー伝達に適用することができる。
磁気誘導技術又は磁気共鳴技術が採用されているかどうかによらず、無線充電デバイスは、送信コイルアセンブリを有している。送信コイルアセンブリは、通常、銅箔からなり、硬い基板上に形成されている。また、送信コイルアセンブリは、筐体内に配置されている。言い換えれば、薄膜コイルアセンブリの形状は、実際の要件および動作環境に応じて変更することができない。従来、無線充電デバイスの一方の側のみが受電デバイスを充電することが可能である。その結果、無線充電デバイスの用途は制限されている。
また、現在の無線充電デバイスは、様々な異なる技術によって動作している。つまり、コイルアセンブリと送信端末回路の結合周波数は通常異なっている。この状況において、無線充電デバイスの構成要素および受電デバイスの構成要素は互換の可能性がない。互換性がないので、異なる無線充電デバイスのコイルアセンブリおよび回路構成要素は、通常異なっている。したがって、無線充電デバイスは、携帯型電子デバイスの種類に応じてカスタマイズされる。この状況では、無線充電デバイスの適用は制限され、無線充電デバイスの汎用性が低い。また、無線充電デバイスが複数のコイルを有している場合には、受電デバイスの無線受信端末の位置決めをする必要はない。しかしながら、複数のコイルを有する無線充電デバイスは、設計および製造することが困難である。また、複数のコイルの配置は、無線充電デバイス全体の厚さを増加させる。さらに、複数のコイルによる干渉のため、無線充電デバイスの無線充電効率が低下する。
本考案の目的は、フレキシブル無線充電デバイスと薄膜コイルアセンブリを提供することである。薄膜コイルアセンブリの構造はフレキシブルでスリムである。薄膜コイルアセンブリの形状は、実際の要件および動作環境に応じて変更することができる。結果として、両面および遠距離での充電機能が達成され、無線充電の適応性は向上する。さらに、フレキシブル無線充電デバイスは、受電デバイスの無線受信端末の位置決めをする必要がなく、受電デバイスを無線で充電できる。
本考案の別の目的は、フレキシブル無線充電デバイスおよび薄膜コイルアセンブリを提供する。フレキシブル無線充電デバイスおよび薄膜コイルアセンブリは、簡略化された構造のため、費用効率がよく、より幅広い周波数および帯域幅の範囲で動作できるので、適用が増大する。また、フレキシブル無線充電デバイスおよび薄膜コイルアセンブリは、複数のコイルの干渉を回避することができ、したがって、充電効率が向上する。
本考案のさらなる目的は、無線充電システムを提供することである。無線充電システムは、フレキシブル無線充電デバイスと受電デバイスを備える。磁気共鳴による結合効果に起因して、受電デバイスは、フレキシブル無線充電デバイスによって無線で充電され、それによって、上記目的が達成できる。
本考案の一態様によれば、薄膜コイルアセンブリが提供される。薄膜コイルアセンブリは、フレキシブル基板、発振開始アンテナ、共振アンテナ、第一保護層および第二保護層を含む。フレキシブル基板は、第一面と第二面を備える。第一面および第二面は、互いに対向している。発振開始アンテナは、フレキシブル基板の第一面上に配置されている。共振アンテナは、フレキシブル基板の第二面上に配置されている。さらに、少なくとも一つのコンデンサは、共振アンテナの第一端部と第二端部との間に接続されている。特定の共振周波数を有する電磁波は、共振アンテナと発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、薄膜コイルアセンブリによって放射され、または受け取られる。第一保護層は、発振開始アンテナをカバーしている。第二保護層は、共振アンテナをカバーしている。
本考案の別の態様によれば、受電デバイスを無線で充電するため、フレキシブル無線充電デバイスが提供される。フレキシブル無線充電デバイスは、薄膜コイルアセンブリと、少なくとも一つの送信モジュールを含む。薄膜コイルアセンブリは、フレキシブル基板、発振開始アンテナ、共振アンテナ、第一保護層および第二保護層を含む。フレキシブル基板は、第一面と第二面を備える。第一面および第二面は、互いに対向している。発振開始アンテナは、フレキシブル基板の第一面上に配置されている。共振アンテナは、フレキシブル基板の第二面上に配置されている。さらに、少なくとも一つのコンデンサは、共振アンテナの第一端部と第二端部との間に接続されている。第一保護層は、発振開始アンテナをカバーしている。第二保護層は、共振アンテナをカバーしている。少なくとも一つの送信モジュールは、薄膜コイルアセンブリと電源の間に、電気的に接続されている。少なくとも一つの送信モジュールは、電源からの電気エネルギーを受けて、薄膜コイルアセンブリにAC信号を供給する。AC信号は、薄膜コイルアセンブリの発振開始アンテナによって受け取られる。特定の共振周波数を有する電磁波は、共振アンテナと発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射され、それにより、受電デバイスは、フレキシブル無線充電デバイスによって、無線で充電される。
本考案のさらなる態様によれば、無線充電システムが提供される。無線充電システムは、フレキシブル無線充電デバイスと受電デバイスを含む。フレキシブル無線充電デバイスは、薄膜送信コイルアセンブリと、少なくとも一つの送信モジュールを含む。薄膜送信コイルアセンブリは、フレキシブル基板、発振開始アンテナ、共振アンテナ、第一保護層および第二保護層を含む。フレキシブル基板は、第一面と、第一面に対向する第二面を備える。発振開始アンテナは、フレキシブル基板の第一面上に配置されている。共振アンテナは、フレキシブル基板の第二面上に配置されている。さらに、少なくとも一つのコンデンサは、共振アンテナの第一端部と第二端部との間に接続されている。発振開始アンテナは、第一保護層でカバーされている。共振アンテナは、第二保護層でカバーされている。少なくとも一つの送信モジュールは、薄膜送信コイルアセンブリと電源の間に電気的に接続されている。少なくとも一つの送信モジュールは、電源からの電気エネルギーを受け取り、薄膜送信コイルアセンブリにAC信号を供給する。AC信号は、薄膜コイルアセンブリの発振開始アンテナによって受け取られる。特定の共振周波数を有する電磁波は、共振アンテナと発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射される。受電デバイスは、薄膜受信コイルアセンブリおよび受信モジュールを含む。薄膜受信コイルアセンブリは、薄膜受信コイルアセンブリと薄膜送信コイルアセンブリの磁気共鳴結合の効果に応じて、フレキシブル無線充電デバイスから電気エネルギーを受け取る。受信モジュールは、薄膜受信コイルアセンブリによって受信された電気エネルギーを変換するために、薄膜受信コイルアセンブリに接続されている。
本考案の上記の内容は、以下の詳細な説明と添付の図面を検討することによって、当業者に、より容易に明らかとなるだろう。
本考案は、以下の実施形態を参照してより具体的に説明される。本考案を実施するための最良の形態である以下の説明は、例示および説明のみを目的として、本明細書に記載されているということに留意されたい。それは、開示された正確な形態に網羅的であること、または限定されるものではない。
図１は、本考案の実施形態にかかる無線充電システムのアーキテクチャを示したものである。図２Aは、図１のフレキシブル無線充電デバイスの薄膜送信コイルアセンブリを示す分解図である。図３は、図１のフレキシブル無線充電デバイスの送信モジュールを示すブロック回路図である。図１、図２Aおよび図３を参照のこと。無線充電システム１は、フレキシブル無線充電デバイス２と、少なくとも一つの受電デバイス３を備える。フレキシブル無線充電デバイスは、電源５に接続されている。例えば、電源５は、AC商用電源である。フレキシブル無線充電デバイス２は、磁気共鳴結合の効果によって受電デバイス３に無線充電動作を行わせるために、特定の周波数または特定の広帯域の周波数で（例えば、60Hzと300GHzの間の範囲）、電磁波を放射する。これにより、両面および遠距離充電機能が達成される。例えば、受電デバイス3は、携帯電話、タブレットコンピュータ、または電気製品である。フレキシブル無線充電デバイス２は、少なくとも一つの薄膜送信コイルアセンブリ21（それは、薄膜コイルアセンブリとも呼ばれる）と、少なくとも一つの送信モジュール22を備える。薄膜送信コイルアセンブリ21は、送信モジュール22と電気的に接続されている。薄膜送信コイルアセンブリ21は、フレキシブル無線充電デバイス２の送信端末として使用される。送信モジュール22は、電源5と薄膜送信コイルアセンブリ21の間に電気的に接続され、電源5から電気エネルギーを受信し、そして、薄膜送信コイルアセンブリ21に、AC信号を生成することができる。
図１および図２Aを参照のこと。薄膜送信コイルアセンブリ21は、フレキシブル基板211、発振開始アンテナ212、共振アンテナ213、第一保護層214および第二保護層215を備えている。発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、フレキシブル基板211の２つの対向する面上に配置されている。特に、発振開始アンテナ212は、フレキシブル基板211の第一面211aに配置され、共振アンテナ213は、フレキシブル基板211の第二面211b上に配置される。さらに、一つまたは複数のコンデンサ216は、共振アンテナ213の第一端部213aと第二端部213bとの間に接続されている。この実施形態で、共振アンテナ213の第一端部213aは、フレキシブル基板211の穿孔211cを貫通し、第一面211aを通って突き出ている。発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、それぞれ、第一保護層214および第二保護層215によってカバーされている。すなわち、第一保護層214および第二保護層215は、それぞれ、発振開始アンテナ212と共振アンテナ213の外側に配置されている。送信モジュール22からのAC信号が、薄膜送信コイルアセンブリ21の発振開始アンテナ212に伝達される場合、発振開始アンテナ212によって放射される電磁波と、共振アンテナ213の共振結合効果は、最大応答に達する。特定の共振周波数を有する電磁波と、受電デバイス3の無線受信部3aの薄膜受信コイルアセンブリ31は、磁気共鳴結合効果を生じる。磁気共鳴結合効果に応じて、フレキシブル無線充電デバイス2から薄膜受信コイルアセンブリ31によって受信された電気エネルギーは、受信モジュール32によって出力電圧にさらに変換される。出力電圧は、負荷3bに伝達され、それによって、受電デバイス3の無線充電動作は実現される。
ある実施形態では、第一接着層と第二接着層（図示せず）は、それぞれ、フレキシブル基板211の第一面211aおよび第二面211b上に配置されている。発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、導電性材料で作られている。さらに、発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、対応する接着層を介して、フレキシブル基板211の第一面211aおよび第二面211bにそれぞれ固定されている。
各々の第一接着層と第二接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着材料または任意の他の適切な硬化性接着材料で作られている。他の適切な硬化性接着材料は、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）、が含まれるがこれらに限定されない。ある実施形態では、接着層は、硬化性接着材料と磁性材料を含む。好ましくは、磁性材料は、接着材料内に混入される強磁性粉末であるが、それは、排他的なものではない。あるいは、ある他の実施形態では、フレキシブル基板311は、接着層によって置き換えられる。
各々の第一接着層と第二接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着材料または任意の他の適切な硬化性接着材料で作られている。他の適切な硬化性接着材料は、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）、が含まれるがこれらに限定されない。ある実施形態では、接着層は、硬化性接着材料と磁性材料を含む。好ましくは、磁性材料は、接着材料内に混入される強磁性粉末であるが、それは、排他的なものではない。あるいは、ある他の実施形態では、フレキシブル基板311は、接着層によって置き換えられる。
図2Bは、図1のフレキシブル無線充電デバイスの薄膜送信コイルアセンブリの変形例を示した分解図である。図2Bに示すように、ある実施形態では、薄膜送信コイルアセンブリ21は、さらにシールド構造217を備える。シールド構造217は、発振開始アンテナ212と第一保護層214の間に配置され、共振アンテナ213から離れる方向に向かう電磁波発散の少なくとも一部を遮断でき、電磁波のゲインを増加できる。あるいは、図2Cに示すように、薄膜送信コイルアセンブリ21のシールド構造217は、第一保護層214の外側に配置され、共振アンテナから離れる方向に向かう電磁波発散の少なくとも一部を遮断でき、電磁波のゲインを増加できる。ある実施形態では、図4に示すように、シールド構造217は、高周波（例えば、6MHzより高周波）を有する電磁波発散を遮断するために、金属メッシュである。金属メッシュは、銅、金、銀、アルミニウム、タングステン、クロム、チタン、インジウム、スズ、ニッケル、鉄、またはそれらの組み合わせから選ばれた金属材料又は金属複合材料で作られている。金属メッシュのパターンは、複数のメッシュ部218を備えている。メッシュ部218の隣接するどの2つの金属線218aと218bも互いに交差せず、距離dだけ離れている。距離dは、薄膜送信コイルアセンブリ21からの電磁波の波長より短い。ある他の実施形態では、シールド構造217は磁気透過性膜であり、それにより、より低い周波数を有する電磁波発散を遮断し、電磁波のゲインを増加できる。磁気透過性膜は、軟磁性材料で作られている。好ましくは、軟磁性材料は、フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、亜鉛-マンガンフェライト又は鉄-シリコン-アルミニウム合金および接着材料との混合物であるが、排他的なものではない。磁気透過性膜は、第一周波数と第二周波数の間の範囲内（例えば、60Hzと20MHzの間の範囲）の電磁波を遮断するために使用される。別の実施形態では、シールド構造217は複合膜であり、それにより、広帯域周波数（例えば、60Hzと300GHzの範囲）を有する電磁波発散を遮断し、電磁波のゲインを増加できる。例えば、複合膜は、金属メッシュと磁気透過性膜との組み合わせである。ある実施形態では、発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、単一のループアンテナまたは複数のループアンテナである。また、発振開始アンテナ212と共振アンテナ213は、円形、楕円形または長方形の形状を有している。
ある実施形態では、フレキシブル基板211は、ポリエチレンテレフタレート（PET）、薄いガラス、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリイミド（PI）、または、ポリカーボネート（PC）で作られている。発振開始アンテナ212と共振アンテナ213の導電性材料は、銀（Ag）、銅（Cu）、金（Au）、アルミニウム（Al）、スズ（Sn）またはグラフェンを含むが、それに限定されるものではない。また、第一保護層214および第二保護層215は、保護塗料で作られている。保護塗料の例としては、エポキシ樹脂（epoxy resin）、アクリルシリコン（acrylic silicone）、ポリウレタンゴム（polyurethane rubber）、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）、湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）、又はシリコン（silicone）を含むが、それに限定されるものではない。
図１、図2Aおよび図3を参照のこと。ある実施形態では、フレキシブル無線充電デバイス２は、少なくとも一つの送信モジュール22を備える。各送信モジュール22は、変換回路221、発振器222、電力増幅器223およびフィルタ回路224を備える。変換回路221の入力端は、電源5と電気的に接続されている。変換回路221の出力端は、発振器222および電力増幅器223と電気的に接続されている。変換回路221は、電源5からの電気エネルギーを変換し、発振器222および電力増幅器223に調整電圧を供給するために、使用される。例えば、変換回路221は、DC-DCコンバータ、AC-ACコンバータおよび/またはDC-ACコンバータを含む。発振器222は、特定の周波数のAC信号を、調節可能に出力するために使用される。特定の周波数のAC信号は、電力増幅器223によって増幅される。AC信号の望ましくない周波数共振波は、フィルタ回路224によってフィルタされる。フィルタされたAC信号は、薄膜送信コイルアセンブリ21の発振開始アンテナ212に伝達される。
受電デバイス3は、無線受信部3aと負荷3bを備えている。無線受信部3aと負荷3bは別の構成要素であってよく、または、統合された単一の構成要素であってもよい。例えば、無線受信部3aは、無線受信パッドであり、負荷3bは、無線で充電できる機能のない携帯電話である。しかしながら、無線受信パッドおよび携帯電話が、互いに電気的に接続されている状態で、携帯電話は、無線で充電することができる。あるいは、別の実施形態では、無線受信部3aは、負荷3b（例えば、携帯電話）の筐体内に配置される。
図5Aは、図1の受電デバイスの薄膜受信コイルアセンブリを示す分解図である。図1および図5Aに示されるように、ある実施形態では、受電デバイス3の無線受信部3aは、薄膜受信コイルアセンブリ31と受信モジュール32を備える。薄膜送信コイルアセンブリ21と同様に、薄膜受信コイルアセンブリ31は、フレキシブル基板311、発振開始アンテナ312、共振アンテナ313、第一保護層314および第二保護層315を備える。少なくとも一つのコンデンサ316は、共振アンテナ313の、第一端部と第二端部との間に接続されている。薄膜受信コイルアセンブリ31の、フレキシブル基板311、発振開始アンテナ312、共振アンテナ313、第一保護層314および第二保護層315の構造、材料、機能は、薄膜送信コイルアセンブリ21の、フレキシブル基板211、発振開始アンテナ212、共振アンテナ213、第一保護層および第二保護層と類似している。これらの構成要素の詳細な構造については、重複説明を省略する。ある実施形態では、図5Bおよび図5Cに示されるように、薄膜受信コイルアセンブリ31は、さらにシールド構造317を含む。シールド構造317の構造、材料、および機能は、薄膜送信コイルアセンブリ21のシールド構造217のものと類似している。シールド構造317の詳細な構造は、重複説明を省略する。薄膜受信コイルアセンブリ31と、薄膜送信コイルアセンブリ21の間の共振結合効果により、フレキシブル無線充電デバイス2の薄膜送信コイルアセンブリ21から放射された、特定の共振周波数を有する電磁波は、薄膜受信コイルアセンブリ31によって受け取られる。特に、薄膜送信コイルアセンブリ21の特定の共振周波数Fと、薄膜受信コイルアセンブリ31の共振周波数が同一であり、無線受信部3aがフレキシブル無線充電デバイス2の充電可能な距離D内に位置している場合、電気エネルギーは、フレキシブル無線充電デバイス2の薄膜送信コイルアセンブリ21から、無線受信部3aの薄膜受信コイルアセンブリ31へ、伝達できる。例えば、特定の共振周波数Fが900MHzである場合、フレキシブル無線充電デバイス2の充電可能な距離Dは、約3ｍから5ｍである。特定の共振周波数Fが100MHzの場合、フレキシブル無線充電デバイス2の充電可能な距離Dは、約1cmである。特定の共振周波数Fと充電可能な距離Dの値の本明細書における記載は、例示および説明のみを目的としていることに留意されたい。
図6は、図1の無線充電システムの受電デバイスの受信モジュールを示すブロック回路図である。図1および図6に示されるように、無線受信部3aは、少なくとも一つの受信モジュール32を備える。各受信モジュール32は、フィルタ回路321、整流回路322、電圧安定化回路323およびDC電圧調節回路324を備える。フィルタ回路321は、薄膜受信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ312と電気的に接続されている。薄膜受信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ312からのAC信号の共振波は、フィルタ回路321によってフィルタされる。整流回路322は、AC信号を整流されたDC電圧に変換するため、フィルタ回路321と電圧安定化回路323に、電気的に接続される。電圧安定化回路323は、整流されたDC電圧を安定化するために、整流回路322とDC電圧調節回路324に電気的に接続され、それにより、DC電圧を定格電圧値に安定化できる。DC電圧調節回路324は、安定化したDC電圧を調節（例：ブースト）するために、電圧安定化回路323と負荷3bに電気的に接続され、それにより、DC電圧を調整できる。調整されたDC電圧は、負荷3b（例：携帯電話のバッテリー）を充電するために、負荷3bに供給される。
図7は、フレキシブル無線充電デバイスの第一の実施形態を示す図である。図7に示すように、本実施形態では、フレキシブル無線充電デバイス2は、収容空間20がスリーブ構造になるように、湾曲している。つまり、フレキシブル無線充電デバイス2の薄膜送信コイルアセンブリ21は、実用的な要件に応じて変更可能である。薄膜送信コイルアセンブリ21が、充電機能を両面に有しているので、収容空間20内に配置され、または、フレキシブル無線充電デバイス2の近くに配置される受電デバイス3は、フレキシブル無線充電デバイス2によって無線で充電されることができる。
図8は、フレキシブル無線充電デバイスの第二の実施形態を示す図である。この実施形態では、フレキシブル無線充電デバイス2は、U字型構造を有するように、湾曲している。U字型構造は、壁6に取り付けられてもよい。つまり、フレキシブル無線充電デバイス2の薄膜送信コイルアセンブリ21は、実用的な要件に応じて変更可能である。薄膜送信コイルアセンブル21が、充電機能を両面に有しているので、U字型構造内に配置され、または、フレキシブル無線充電デバイス2の近くに配置される受電デバイス3は、フレキシブル無線充電デバイス2によって、無線で充電されることができる。
図9は、フレキシブル無線充電デバイスの第三の実施形態を示す図である。図9に示すように、フレキシブル無線充電デバイス2は、2つの追加の薄膜送信コイルアセンブリ21aおよび21bを含み、それぞれ、薄膜送信コイルアセンブリ21の2つの端部に接続されている。薄膜送信コイルアセンブリ21aおよび21bのそれぞれの構造および動作原理は、薄膜送信コイルアセンブリ21と同様であり、重複説明を省略する。本実施形態では、薄膜送信コイルアセンブリ21は、スリーブの構造を有するように湾曲している。薄膜送信コイルアセンブリ21a、21bは、それぞれ、スリーブ構造の上面と下面に位置されている。これにより、円筒状構造は、薄膜送信コイルアセンブリ21a及び21bと共に、薄膜送信コイルアセンブリ21によって規定される。本実施形態では、フレキシブル無線充電デバイス2は、さらに、ブラケット24およびベース25を備える。ブラケット24は、円筒状構造を支持するために、円筒状構造とベース25との間に配置されている。ベース25はブラケット24に接続されている。ベース25を介して、フレキシブル無線充電デバイス2は、平坦な面上に配置することができる。上記構成により、フレキシブル無線充電デバイス2の電磁波は、3次元発光するように放射される。その結果、充電可能距離内の複数の受電デバイス3（例えば、1メートル以上）は、フレキシブル無線充電デバイス2によって無線で充電されることができる。
図10は、図1の無線充電システムの受電デバイスを示した透視図である。図1および図10に示すように、受電デバイス3は、無線受信部3aと負荷3bを備える。本実施形態では、受電デバイス3の無線受信部3aは、無線受信パッドであり、負荷3bは無線で充電できる機能のない携帯電話である。無線受信部3a（すなわち、無線受信パッド）のコネクタ33が、負荷3b（すなわち、携帯電話）に対応するコネクタに電気的に接続されている場合、フレキシブル無線充電デバイス2の薄膜送信コイルアセンブリ21からの電気エネルギーは、無線受信部3aの薄膜受信コイルアセンブリ31と受信モジュール32によって受け取られる。この状況で、携帯電話が、無線充電される機能を有していない場合であっても、携帯電話は、無線受信部3aを介して、フレキシブル無線充電デバイス2によって、無線で充電することができる。
上記の説明から、本考案は、フレキシブル無線充電デバイスおよびその薄膜コイルアセンブリを提供する。薄膜コイルアセンブリの構造は、フレキシブルでスリムである。薄膜コイルアセンブリの形状は、実際の要件および動作環境に応じて変化させることができる。これにより、両面長距離充電機能が達成可能であり、かつ無線充電の柔軟性が向上する。また、本考案のフレキシブル無線充電デバイスは、無線電力受信デバイスの無線受信端末の位置決めを必要とせず受電デバイスを充電することが可能である。また、本考案のフレキシブル無線充電デバイスと薄膜コイルアセンブリは、費用対効果において有効であり、広い周波数と帯域幅の範囲で動作することができるため、適用が向上する。また、本考案のフレキシブル無線充電デバイスと薄膜コイルアセンブリは、複数のコイルの干渉を回避することができ、したがって、充電効率が向上する。
本考案は、現在最も実用的かつ好ましい実施形態と考えられるものに関して説明してきたが、本考案は、開示された実施形態に限定される必要はないことを理解されるべきである。それどころか、様々な修正およびすべてのそのような修正および類似の構造を包含するように最も広い解釈に従うべきである特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる類似の構成を包含することが意図される。
Claims (20)
- 薄膜コイルアセンブリであって、
第一面と第二面を有するフレキシブル基板と、前記第一面と前記第二面は互いに対向し、
前記フレキシブル基板の前記第一面上に配置されている発振開始アンテナと、
前記フレキシブル基板の前記第二面に配置されている共振アンテナと、
少なくとも一つのコンデンサが前記共振アンテナの第一端部と第二端部との間に接続され、特定の共振周波数を有する電磁波が、前記共振アンテナと前記発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、前記薄型コイルアセンブリにより放射され、または受け取られ、
前記発振開始アンテナをカバーする第一保護層と、
前記共振アンテナをカバーする第二保護層と、
を備える、薄膜コイルアセンブリ。 - AC信号は、前記発振開始アンテナにより受け取られ、特定の共振周波数を有する前記電磁波が、前記共振アンテナと前記発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射される、
請求項1に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - 前記共振アンテナの前記第一端部は、前記フレキシブル基板の穿孔を貫通し、前記第一面を通って突き出ている、
請求項１に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - シールド構造をさらに備え、前記シールド構造が、前記発振開始アンテナと前記第一保護層の間に配置され、または、前記第一保護層の外側に位置され、前記シールド構造は、金属メッシュ、磁気透過性膜、または前記金属メッシュおよび前記磁気透過性膜との組み合わせを含む複合膜である、
請求項1に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - 前記磁気透過性膜は、軟磁性材料で作られ、前記軟磁性材料は、フェライト又は鉄-シリコン-アルミニウム合金、および、接着剤料の混合物であり、前記金属メッシュは、銅、金、銀、アルミニウム、タングステン、クロム、チタン、インジウム、スズ、ニッケル、鉄、またはそれらの組み合わせから選ばれた金属材料又は金属複合材料で作られる、
請求項4に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - 前記フレキシブル基板は、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate）、薄いガラス（thin glass）、ポリエチレンナフタレート（polyethylennaphthalat,）、ポリエーテルスルホン（polyethersulfone）、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate）、ポリイミド（polyimide）、または、ポリカーボネート（polycarbonate）で作られ、
前記発振開始アンテナおよび前記共振アンテナは、導電性材料で作られており、前記導電性材料は、銀（silver）、銅（copper）、金（gold）、アルミニウム（aluminum）、スズ（tin）、またはグラフェン（graphene）であり、
前記第一保護層および前記第二保護層は保護塗料で作られ、前記保護塗料は、エポキシ樹脂（epoxy resin）、ポリウレタンゴム（polyurethane rubber）、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）、又はシリコン（silicone）である、
請求項1に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - 前記フレキシブル基板は、接着層であり、前記接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着剤材料、硬化性接着材料と磁性要素の混合物、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）で作られる、請求項１に記載の薄膜コイルアセンブリ。
- 前記発振開始アンテナは、第一接着層を介して、前記フレキシブル基板の第一面に取り付けられ、前記共振アンテナは、第二接着層を介して、前記フレキシブル基板の第二面に取り付けられ、
それぞれの前記第一接着層と前記第二接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着材料、硬化性接着剤料と磁性材料の混合物、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）で作られる、請求項1に記載の薄膜コイルアセンブリ。 - 受電デバイスを無線で充電するためのフレキシブル無線充電デバイスであって、
前記フレキシブル無線充電デバイスは、
少なくとも一つの薄膜コイルアセンブリと少なくとも一つの送信モジュールを備え、
前記薄膜コイルアセンブリは、
第一面と第二面を有するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の前記第一面に配置された発振開始アンテナと、
前記フレキシブル基板の前記第二面に配置された共振アンテナと、
前記発振開始アンテナをカバーする第一保護層と、
前記共振アンテナをカバーする第二保護層と、を備え、
前記第一面と前記第二面は、互いに対向しており、
少なくとも一つのコンデンサが前記共振アンテナの第一端部と第二端部の間に接続され、
前記少なくとも一つの送信モジュールが、薄膜コイルアセンブリと電源との間に電気的に接続され、
前記少なくとも一つの送信モジュールが、前記電源からの電気エネルギーを受け取り、前記薄膜コイルアセンブリにAC信号を供給し、
前記AC信号は、前記薄膜コイルアセンブリの前記発振開始アンテナによって受け取られ、特定の共振周波数を有する電磁波は、前記共振アンテナと前記発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射される、
受電デバイスを無線で充電するためのフレキシブル無線充電デバイス。
- 前記薄膜コイルアセンブリは、さらにシールド構造を備え、
前記シールド構造は、前記発振開始アンテナと前記第一保護層の間に配置され、または、前記第一保護層の外側に位置され、
前記シールド構造は金属メッシュ、磁気透過性膜、または金属メッシュと磁気透過性膜の組み合わせを含む複合膜である、
請求項9に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- 前記フレキシブル基板は、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate）、薄いガラス（thin glas）、ポリエチレンナフタレート（polyethylennaphthalat）、ポリエーテルスルホン（polyethersulfone）、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate）、ポリイミド（polyimide）、または、ポリカーボネート（polycarbonate）で作られており、
前記発振開始アンテナと前記共振アンテナは、導電性材料で作られており、
前記導電性材料は、銀（silver）、銅（copper）、金（gold）、アルミニウム（aluminum）、スズ（tin）またはグラフェン（graphene）を含み、
前記第一保護層と前記第二保護層は、保護塗料で作られ、
前記保護塗料は、エポキシ樹脂（epoxy resin）、ポリウレタンゴム（polyurethane rubber）、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）、シリコン（silicone）を含む、
請求項9に記載のフレキシブル充電デバイス。
- 前記フレキシブル基板は、接着層であり、
前記接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着材料、硬化性接着剤料と磁性要素との混合物、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）、で作られる、
請求項9に記載のフレキシブル充電デバイス。
- 前記発振開始アンテナは、第一接着層を通って、前記フレキシブル基板の前記第一面に取り付けられ、前記共振アンテナは、第二接着層を通って、前記フレキシブル基板の前記第二面に取り付けられ、
それぞれの前記第一接着層と前記第二接着層は、光硬化性接着材料、熱硬化性接着材料、硬化性接着材料と磁性要素との混合物、酢酸ビニル-エチレン共重合体ゲル（vinyl acetate-ethylene copolymer gel）、ポリイミドゲル（polyimide gel）、ゴム状ゲル（rubbery gel）、ポリオレフィンゲル（polyolefin gel）または湿気硬化性ポリウレタンゲル（moisture curable polyurethane gel）で作られている、
請求項9に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- 前記薄膜コイルアセンブリは、スリーブ構造またはU字構造になるように湾曲される、
請求項9に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- さらに２つの追加の薄膜コイルアセンブリを備え、
前記薄膜コイルアセンブリは、スリーブ構造になるために湾曲され、前記２つの追加の薄膜コイルアセンブリは、それぞれ、前記スリーブ構造の上面と下面に位置され、それによって、円筒状構造は、前記薄膜コイルアセンブリと前記２つの追加の薄膜コイルアセンブリによって規定される、
請求項9に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- ブラケットとベースをさらに備え、前記ブラケットは、前記円筒状構造に接続され、前記ベースは前記ブラケットに接続されている、
請求項15に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- 前記送信モジュールは、
前記電源から前記電気エネルギーを変換するために、前記電源に電気的に接続されている変換回路と、
特定の周波数を有する前記AC信号を調節可能に出力するために、前記変換回路に電気的に接続されている発信器と、
前記AC信号を増幅するために、前記発信器と前記変換回路に電気的に接続されている電力増幅器と、
前記AC信号をフィルタするために、前記電力増幅器に接続されているフィルタ回路とを備える、
請求項９に記載のフレキシブル無線充電デバイス。
- 無線充電システムであって、
前記無線充電システムは、フレキシブル無線充電デバイスと受電デバイスを備え、
前記フレキシブル無線充電デバイスは、少なくとも一つの薄膜送信コイルアセンブリと少なくとも一つの送信モジュールを備え、
前記薄膜送信コイルアセンブリは、フレキシブル基板、発振開始アンテナ、共振アンテナ、第一保護層、および第二保護層、を備え、
ここで、前記フレキシブル基板は、第一面と、前記第一面に対向している第二面を有し、
前記発振開始アンテナは、前記フレキシブル基板の前記第一面に配置され、
前記共振アンテナは、前記フレキシブル基板の前記第二面に配置され、
少なくとも一つのコンデンサは、前記共振アンテナの第一端部と第二端部の間に接続され、
前記発振開始アンテナは、前記第一保護層によってカバーされ、前記共振アンテナは、前記第二保護層によってカバーされ、
前記少なくとも一つの送信モジュールは、前記薄膜送信コイルアセンブリと電源との間に電気的に接続され、
ここで、前記少なくとも一つの送信モジュールは、前記電源からの電気エネルギーを受け取り、前記薄膜送信コイルアセンブリにAC信号を供給し、前記AC信号は、前記薄膜送信コイルアセンブリの前記発振開始アンテナによって受け取られ、
特定の共振周波数を有する電磁波は、前記共振アンテナと前記発振開始アンテナの共振結合効果に応じて、放射され、
前記受電デバイスは、薄膜受信コイルアセンブリと受信モジュールを備え、
前記薄膜受信コイルアセンブリは、前記薄膜受信コイルアセンブリと前記薄膜送信コイルアセンブリの磁気共鳴結合効果に応じて、前記フレキシブル無線充電デバイスから電気エネルギーを受け取り、
前記受信モジュールは、前記薄膜受信コイルアセンブリによって受け取られた電気エネルギーを変換するために、前記薄膜受信コイルアセンブリと接続する、
無線充電システム。
- 前記受電デバイスの前記薄膜受信コイルアセンブリと、
前記フレキシブル無線充電デバイスの前記薄膜送信コイルアセンブリは、同じ構造である、
請求項18に記載の無線充電システム。
- 前記受信モジュールは、
前記薄膜受信コイルアセンブリからAC信号をフィルタするために、前記薄膜受信コイルアセンブリと接続されているフィルタ回路と、
前記AC信号を整流されたDC電圧に変換するために、前記フィルタ回路と電気的に接続されている整流回路と、
前記整流されたDC電圧を、定格電圧値を有する安定化したDC電圧に安定化させるために、前記整流回路と接続されている電圧安定化回路と、
前記安定化したDC電圧を調整されたDC電圧に調節して、前記調整されたDC電圧を負荷に供給するために、前記電圧安定化回路と前記負荷に、電気的に接続されているDC電圧調節回路と、
を備える、
請求項18に記載の無線充電システム。
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