JP3203153U

JP3203153U - 無線充電デバイス

Info

Publication number: JP3203153U
Application number: JP2015005726U
Authority: JP
Inventors: 葉裕洲; 葉宗和; 呉振旗; 葉俊廷; 黄雪蓉; 程柏叡; 胡志明; 崔久震; 林修弘
Original assignee: Jtouch Corp
Current assignee: Jtouch Corp
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: EP3089377A1; US20160322852A1; KR20160129676A

Abstract

【課題】受電デバイスが無線充電デバイスの本体に設置される時、受電デバイスを自動的且つ無線で充電することが可能な無線充電デバイスを提供する。【解決手段】無線充電デバイス３は、本体、少なくとも一つの送信コイルアセンブリ３１、送信モジュール３２、シールド構造、可動搬送部３４、および制御部３５を含んでいる。各送信コイルアセンブリ３１は、アンテナを含み、特定の周波数を有する電磁波を放射し、受電デバイスを無線で充電できる。可動搬送部３４は、本体の収容空間３０１内に配置され、受電デバイスを搬送できる。受電デバイスが、可動搬送部３４を介して、本体の収容空間３０１に導入、または取り外されたかどうかの判断の結果に応じて、送信モジュール３２は、制御部３５によって、有効または無効にされる。【選択図】図３

Description

本考案は無線充電デバイスに関するものであり、特に、受電デバイスが、その本体に設置される時、受電デバイスを自動的且つ無線で充電可能であり、電磁波の発散を抑制可能である、無線充電デバイスに関するものである。

近年、携帯電話またはタブレットコンピュータのような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への電気エネルギーの供給を目的として、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用いられる。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。無線充電デバイスが、様々な環境で動作されることができ、電力ケーブルによる制限がないので、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。無線充電技術によって、電気エネルギーは、電力提供デバイスから受電デバイスに、無線伝送方式で伝達される。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。しかしながら、受電デバイスが、磁気誘導技術に従って、電力供給デバイスに位置合わせされて、取り付けられるべきであるので、受電デバイスは、同時に複数の受電デバイスを充電することはできない。磁気共鳴技術によって、送信端末と受信端末間のエネルギー伝達は、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。

図1は、先行技術における、受電デバイスを無線で充電する、無線充電デバイスの使用を示している。図1に示すように、無線充電デバイス11は、無線充電の手段により、受電デバイス12へ電気エネルギーを伝達する。一般的に、無線充電デバイス11のコイルアセンブリは、マルチコアによる銅線で作られている。さらに、銅線がフェライト磁性酸化物から作られている硬質の基板上に実装された後に、コイルアセンブリは生成される。コイルアセンブリは板状筐体内に設置される。加えて、受電デバイス12は、充電プロセスの間、無線充電デバイス11の外側に置かれなければならない。無線充電デバイス11は、切替要素13をさらに備えている。切替要素13のオン／オフ状態は、ユーザが手動で調節できる。したがって、受電デバイス12は、無線充電デバイス11により選択的に充電されたり、または、充電されなかったりできる。つまり、無線充電デバイス11の無線充電タスクは、切替要素13がオンになった時、有効になる。受電デバイス12が充電領域に配置された時、受電デバイス12は無線充電デバイス11によって自動的に充電されないので、無線充電デバイス11は、使い易くない。さらに、受電デバイス12が充電領域に配置されてない時、無線充電デバイス11の無線充電タスクが有効となっていると、エネルギー損失が増加する。さらに、無線充電デバイス11のコイルアセンブリからの電磁波が周囲の至るところに照射される。これにより、ユーザは、電磁波（特に、高ワット受電デバイス用の高エネルギー電磁波）によって害を受ける可能性があり、無線充電デバイス11の充電効率は、通常不十分となる。

無線充電デバイス11が、車体内に配置される場合、無線充電デバイス11上にある受電デバイス12は、オープンスペースの状態にある。さらに、車両走行中、受電デバイス12は、車体における固定状況により、落下するかもしれない。この状況において、受電デバイス12は、故障する可能性がある。同様に、無線充電デバイス11のコイルアセンブリからの電磁波が周辺の至るところに照射される。これによりユーザは、電磁波によって害を受ける可能性があり、無線充電デバイス11の充電効率は通常不十分となる。

さらに、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されている。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部品と受電デバイスの構成部品には互換性がない。互換性がないので、異なる無線充電デバイスにおけるコイルアセンブリと回路構成部品は、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。この状況で無線充電デバイスの用途は制限される。また、無線充電デバイスは、異なる無線充電技術に基づいて設計された、複数の受電デバイスを無線で充電することができない。

本考案の目的は、受電デバイスが無線充電デバイスの本体に設置される時、受電デバイスを自動的且つ無線で充電することが可能な無線充電デバイスを提供することである。さらに、無線充電デバイスは、電磁波放射損傷を低減するために、電磁波の発散を抑制できる。さらに、電磁波が充電領域に収束できるので、非接触の手段で、一つまたは複数の受電デバイスを充電でき、無線充電デバイスの充電効率は向上する。

本考案の別の目的は、車内で適切に使用される無線充電デバイスを提供することである。無線充電デバイスは、同時または異なる時間に、一つまたは複数の受電デバイスを無線で充電するために、一つまたは複数の周波数を有する電磁波を放射することが可能である。さらに、無線充電デバイスは、一つ又は複数の受電デバイスを収容するために、収容空間を有している。したがって、収容空間内にある一つまたは複数の受電デバイスは、同時または異なる時間に、無線充電デバイスによって、無線で充電される。この状況において、無線充電の適用と利便性は、向上する。

本考案のさらに別の目的は、磁気共鳴または磁気誘導に応じて、同時または異なる時間に、一つまたは複数の受電デバイスを、無線で充電できる、無線充電デバイスを提供することである。

本考案の態様に応じて、少なくとも一つの受電デバイスを無線で充電する、無線充電デバイスが提供される。無線充電デバイスは、本体、少なくとも一つの送信コイルアセンブリ、少なくとも一つの送信モジュール、シールド構造、可動搬送部及び制御部を含んでいる。本体は、収容空間と入口を含んでいる。少なくとも一つの送信コイルアセンブリは、本体内に配置される。各送信コイルアセンブリは、少なくとも一つの特別な周波数を有する電磁波を放射するために、少なくとも一つのアンテナを含み、少なくとも一つの受電デバイスを無線で充電できる。少なくとも一つの送信モジュールは、対応する送信コイルアセンブリおよび電源と電気的に接続されている。送信モジュールは、電源からの電気エネルギーを受信し、対応する送信コイルアセンブリにAC信号を供給する。シールド構造は、本体の外面に設置、又は本体内に配置される。シールド構造は、本体の外側に向かう電磁波の発散を遮断するように、送信コイルアセンブリのアンテナを少なくともシールドする。可動搬送部は、少なくとも一つの受電デバイスを搬送するために、本体の収容空間内に配置される。少なくとも一つの受電デバイスは、可動搬送部を介して、本体の収容空間に導入、または、収容空間から取り外されるかを選択できる。制御部は、少なくとも一つの送信モジュールと電気的に接続されている。少なくとも一つの受電デバイスが、可動搬送部を介して、本体の収容空間内に導入、または、収容空間から取り外されているかの判断の結果に応じて、少なくとも一つの送信モジュールは、制御部によって有効または無効になりえる。

本考案の上記内容は、以下の詳細な説明と添付の図面を検討した後に、当業者により容易に明らかになるであろう。

図1は、先行技術における、受電デバイスを無線で充電する無線充電デバイスの使用を示す。

図2は、本考案の実施形態に係る、無線充電デバイスの外観を示す斜視図である。

図3は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの無線充電デバイスのアーキテクチャを示す。

図4は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの受電デバイスのアーキテクチャを示す。

図5Aは、図3に示すように無線充電デバイスの本体の壁部を示す断面図である。

図5Bは、図5Aにおける無線充電デバイスの送信コイルアセンブリとシールド構造の間の関係を示す。

図6Aは、無線受電デバイスの壁部の変形例を示す断面図である。

図6Bは、図6Aにおける無線充電デバイスの送信コイルアセンブリとシールド構造の間の関係を示す。

図7Aは、無線充電デバイスの側壁の別の変形例を示す断面図である。

図7Bは、図7Aにおける無線充電デバイスの送信コイルアセンブリとシールド構造の関係を示す。

図8は、図2に示す無線充電デバイスのシールド構造の例を示す。

図9は、図3における無線充電デバイスの送信モジュールを示す回路ブロック図である。

図10は、本考案の実施形態に係る、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回路ブロック図である。

図11は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの受電デバイスの外観を示す斜視図である。

図12は、本考案の別の実施形態に係る、無線充電システムのアーキテクチャを示す回路ブロック図である。

図13は、本考案の無線充電デバイスの第一適用例を示す。

図14は、本考案の無線充電システムの第二適用例を示す。

図15は、本考案の無線充電デバイスの第三適用例を示す。

図16は、本考案の無線充電デバイスの第四適用例を示す。

本考案は、以下の実施形態を参照して具体的に説明する。本考案の好ましい実施形態の以下の説明は、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ことが留意されるべきである。それは、開示された正確な形態は、網羅的でもなく限定されるものでもない。

図2は、本考案の実施形態に係る、無線充電デバイスの外観を示す斜視図である。図3は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの無線充電デバイスのアーキテクチャを示す。図4は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの受電デバイスのアーキテクチャを示す。図5Aは、図3に示す、無線充電デバイスの本体の壁部を示す断面図である。図5Bは、図5Aにおける、無線充電デバイスの送信コイルアセンブリとシールド構造の間の関係を示す。

図2、図3、図4、図5A、および図5Bを参照のこと。無線充電システム2は、無線充電デバイス3と少なくとも一つの受電デバイス4を備えている。無線充電デバイス3は、電源5と接続されている。例えば、電源5はAC商用電源、外部電源、または、内蔵電池である。無線充電デバイス3は、特定の周波数（例：単一周波数）または広域周波数（例：複数の周波数）を有する電磁波を放射する。例えば、電磁波の周波数は、60MHzと300MHzの間の範囲である。その結果、磁気誘導技術（低周波数）または磁気共鳴技術（高周波数）により、無線充電デバイス3は、同一または異なる周波数の電磁波を介して、一つまたはそれ以上の受電デバイス4を無線で充電することができる。例えば、受電デバイス4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。

本実施形態において、無線充電デバイス3は、本体30、少なくとも一つの送信コイルアセンブリ31、少なくとも一つの送信モジュール32、シールド構造33、可動搬送部34及び制御部35を備えている。本体30は、収容空間301、入口302、壁部303を備えている筐体である。本体30の収容空間301は、充電領域として用いられる。さらに、無線で充電できるように、少なくとも一つの受電デバイス4は、収容空間301内で収納される。少なくとも一つ送信コイルアセンブリ31は、本体30の壁部303内に配置され、対応する送信モジュール32と電気的に接続されている。送信コイルアセンブリ31は、無線充電デバイス3の送信端子として用いられる。送信モジュール32は、電源5および対応する送信コイルアセンブリ31の間に電気的に接続されている。さらに、送信モジュール32は、電源5から電気エネルギーを受信し、対応する送信コイルアセンブリ31に、AC信号を生成する。シールド構造33は、本体30の壁部303の外面に取り付けられている。シールド構造33は、対応する送信コイルアセンブリ31を部分的、または完全にシールドするために用いられ、電磁波の発散を遮断する。したがって、電磁波は、収容空間301内にある少なくとも一つの受電デバイス4を無線で充電するために、本体30の収容空間301に収束される。可動搬送部304は、本体30の収容空間301内に配置されている。可動搬送部34は、少なくとも一つの受電デバイス4を搬送し、少なくとも一つの受電デバイス4を、第一位置P1または第二位置P2に向けて動かすために用いられる。つまり、可動搬送部34が動かされるうちに、少なくとも一つの受電デバイス4は、本体30の収容空間301内に（例：第一位置P1に向けて）導入、または、本体30の収容空間から（例：第二位置P2に向けて）取り外される。制御部35は、少なくとも一つの送信モジュール32と電気的に接続されている。少なくとも一つの受電デバイス4が、可動搬送部34を介して、本体30の収容空間301内に導入されているかどうかの判断の結果に応じて、制御部35は、少なくとも一つの送信モジュール32の動作を制御する。

本実施形態において、無線充電デバイス3は、駆動部36をさらに備えている。駆動部36は、本体30内に配置され、可変搬送部34および制御部35に電気的に接続されている。制御部35の制御において、駆動部36は、可変搬送部34の動きを駆動できる。したがって、可変搬送部34は、自動的に、本体30の収容空間301内に（第一位置P1に向けて）導入、または、本体30の収容空間301から（第二位置P2に向けて）取り外される。ある実施形態において、駆動部36は、省略される。この状況において、可変搬送部34は、ユーザの押す、または引くの動作に応じて、本体30の収容空間301内に（第一位置P1に向けて）導入、または、本体30の収容空間301から（第二位置P2に向けて）取り外される。

本実施形態で、無線充電デバイス3は、検出部37をさらに備える。検出部37は、制御部35と電気的に接続され、少なくとも一つの受電デバイス4が可動搬送部34によって搬送されて、可動搬送部34が本体30の収容空間301内に（第一位置P1に向かって）導入されていることを検出することができ、且つ、対応する検出信号を制御部35に対して生成することができる。検出部37が、少なくとも一つの受電デバイス4が、可動搬送部34によって搬送され、本体30の収容空間301に（第一位置P1に向かって）導入されていることを検知した場合、有効状態を示す検出信号が、検出部37から制御部35へ発せられる。有効状態を示す検出信号に応じて、制御部35は、送信モジュール32を有効にするために、対応する制御信号S1を送信モジュールに向けて生成する。この状況において、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31は、自動的に電磁波を放射し、少なくとも一つの受電デバイス4を無線で充電する。他方、受電デバイスが可変搬送部34によって搬送されなかった場合、または、可動搬送部が、本体30の収容空間301に（例：第一位置P1に向けて）導入されていない場合、または、可動搬送部34によって搬送された少なくとも一つの受電デバイス4が、本体30の収容空間301から（例：第二位置P2に向けて）取り外されている場合、無効状態を示す検出信号が、検出部37から制御部35へ発せられる。無効状態を示す検出信号に応じて、制御部35は、送信モジュールの動作を停止させるために、対応する制御信号S1を送信モジュール32に向けて生成する。この状況において、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31は、電磁波を放射しない。無線充電がこの瞬間に動作されないので、電力消費が削減される。検出部37は、機械的トリガーセンサ、光学センサ、押圧センサを含むが、それに限定されない。

本実施形態で、無線充電デバイス3は、送信コイルアセンブリ31と送信モジュール32を備えている。したがって、無線充電デバイス3は、特定の周波数を有する電磁波を放射し、受電デバイス4を無線で充電きる。別の実施形態で、無線充電デバイス3は、複数の送信コイルアセンブリ31と複数の送信モジュール32を備えている。送信コイルアセンブリ31は、対応する送信モジュール32と電気的に接続されている。したがって、無線充電デバイス3は、特定の周波数または、複数の周波数を有する電磁波を放射し、それにより、同時または異なる時間に、一つまたは複数の受電デバイス4を無線で充電できる。

本実施形態で、少なくとも一つの送信コイルアセンブリ31はフレキシブルであり、本体30の壁部303内に配置されている。送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、および共振アンテナ313を備えている。発振開始アンテナ312と共振アンテナ313は、フレキシブル基板311にある二つの面のそれぞれに配置されている。特に、発振開始アンテナ312は、フレキシブル基板311の第一面311a上に配置され、共振アンテナ313は、フレキシブル基板311の第二面311b上に配置されている。さらに、一つまたは複数のコンデンサ316は、共振アンテナ313の第一端部313aおよび第二端部313bの間に接続されている。発振開始アンテナ312の二つの端部は、送信モジュール32に接続されている。送信モジュール32からのAC信号が送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ312へ伝達される場合、発振開始アンテナ312と共振アンテナ313の結合効果が生じる。したがって、特定の周波数を有する電磁波と、対応する受電デバイス4の無線受信部4aの受信コイルアセンブリ41は、結合効果を生じる。結合効果に応じて、受信コイルアセンブリ41により受信される電気エネルギーは、（図4に示す）受信モジュール42によって出力電圧に、さらに変換される。出力電圧は、負荷4bに伝達され、それにより、受電デバイス4を無線で充電する。

図5Aおよび図5Bに示す実施形態で、無線充電デバイス3は、保護層38をさらに備えている。保護層38は、シールド構造33を保護するために、シールド構造の外面の少なくとも一部に取り付けられる。例えば、保護層38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又はシリコン（moisture curable polyurethane gel or silicone）を含むが、それに限定されるものではない。

図2、図5A、図5Bを参照のこと。無線充電デバイス3の、共振アンテナ313、フレキシブル基板311、発振開始アンテナ312、シールド構造33、および保護層38は、本体30の収容空間301から壁部303の方向に、順に配列している。言い換えれば、送信コイルアセンブリ31は、壁部303内に配置されている。共振アンテナ313は収容空間301近くに置かれている。フレキシブル基板311は、共振アンテナ313と発振開始アンテナ312の間に配置されている。発振開始アンテナ312は、壁部303の外面近くに置かれ、共振アンテナ313とシールド構造33の間に配置されている。シールド構造33は、送信コイルアセンブリ31の共振アンテナ313と発振開始アンテナ312を、少なくとも一部をシールドするために、壁部303の外面に取り付けられる。図8は、図2に示すように無線充電デバイスのシールド構造の例を示す。本実施形態では、シールド構造33は、高い周波数（例：6MHzより高い周波数）を有する電磁波の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333を備えている。メッシュ部333の隣接するどの2つの金属線334と335も互いに交差せず、距離dだけ離れている。距離dは、送信コイルアセンブリ31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（例：60Hzと20MHzの間の範囲）を有する電磁波発散を遮断する。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（ferrite）、ニッケル亜鉛フェライト（zinc-nickel ferrite）、亜鉛-マンガンフェライト（zinc-manganese ferrite）又は鉄-シリコン-アルミニウム合金（iron-silicon-aluminum alloy）および接着材料（adhesive material）との混合物であるが、それに限定されない。別の実施形態では、シールド構造33は、広帯域周波数（例：60MHzと300MHzの範囲）を有する電磁波の発散を遮断する。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、第一接着層と第二接着層（図に示さず）は、フレキシブル基板311の第一面311aと第二面311b上にそれぞれ配置されている。発振開始アンテナ312と共振アンテナ313は、導電性材料で作られている。さらに、発振開始アンテナ312と共振アンテナ313は、対応する接着層を介して、フレキシブル基板311の第一面311aと第二面311b上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別の適切な硬化性接着材料（例：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。ある実施形態で、接着層は、硬化性接着材料と磁性材料を含んでいる。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、それに限定されるものではない。あるいは、ある別の実施形態では、フレキシブル基板311は、接着層によって置き換えられる。

フレキシブル基板311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）で作られていることが好ましいが、それに限定されるものではない。ある実施形態では、発振開始アンテナ312と共振アンテナ313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312と共振アンテナ313は、円形、楕円形または長方形の形状を有している。発振開始アンテナ312と共振アンテナ313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。

図6Aは、無線充電デバイスの壁部の変形例を示す。図6Bは、図6Aにおける、無線充電デバイスの送信コイルアセンブリとシールド構造の間の関係を示す。図6A、図6Bに示すように、送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を備えている。発振開始アンテナ312と共振アンテナ313は第一保護層314と第二保護層315によってカバーされている。つまり、第一保護層314および第二保護層315は、それぞれ、発振開始アンテナ312および共振アンテナ313の外側に置かれている。本実施形態では、シールド構造34は、本体30の壁部303内に配置され、発振開始アンテナ312と第一保護層314の間に配置されている。

図7Aは、無線充電デバイスの側壁の別の変形例を示す断面図である。図7Bは、図7Aにおける無線充電デバイスの、送信コイルアセンブリとシールド構造の間の関係を示す。図6Aと図6Bを比較すると、シールド構造33は、本体30の壁部303内に配置され、第一保護層314の外側に置かれる。第一保護層314と第二保護層の材料は保護層38の材料と同一であり、重複説明を省略する。

図9は、図3における、無線充電デバイス3の送信モジュールを示す回路ブロック図である。本実施形態で、無線充電デバイス3は、一つまたは複数の送信モジュール32を備えている。各送信モジュール32は、対応する送信コイルアセンブリ31と電気的に接続されている。さらに、各送信モジュール32は、変換回路321、発振器322、電力増幅器323およびフィルタ回路324を備えている。変換回路321の入力端は、電源5と電気的に接続されている。変換回路321の出力端は、発振器322および電力増幅器323と電気的に接続されている。変換回路321は、電気的に制御部35とさらに接続され、制御部35から制御信号S1を受信する。変換回路321は、制御部35の制御において、有効または無効の状態にされる。変換回路321が有効である場合、変換回路321は、電源5からの電気エネルギーを変換し、発振器323および電力増幅器323に調整電圧を供給する。例えば、変換回路321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322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323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324によってフィルタされる。フィルタされたAC信号は、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ312に伝達される。

図2および図4を参照のこと。本実施形態で、各受電デバイス4は、無線受信部4aおよび負荷4bを備えている。無線受信部4aおよび負荷4b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4aは、無線受信パッドであり、負荷4b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た後、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4aは、負荷4b（例えば、携帯電話）の筐体内に配置される。

各受電デバイス4の無線受信部4aは、受信コイルアセンブリ41と受信モジュール42を備えている。送信コイルアセンブリ31と同様に、受信コイルアセンブリ41は、フレキシブル基板、発振開始アンテナ、および共振アンテナを備えている。さらに、一つまたは複数のコンデンサが、共振アンテナの二つの端部の間に接続されている。受信コイルアセンブリ41のフレキシブル基板、発振開始アンテナ、および共振アンテナの構造、材料および機能は、図5Aおよび図5Bに示すように、送信コイルアセンブリ31のフレキシブル基板、発振開始アンテナ、および共振アンテナのそれらと類似しており、重複説明を省略する。別の実施形態では、受信コイルアセンブリ41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、第二保護層を備えている。受信コイルアセンブリ41の構造および材料は、図6A、図6B、図7A、および図7Bに示すように、送信コイルアセンブリのそれらと類似しており、重複説明を省略する。受信コイルアセンブリ41と送信コイルアセンブリ31の間の結合効果に起因して、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31からの電気エネルギーは、磁気共鳴または磁気誘導に応じて、受信コイルアセンブリ41により受信される。受電デバイス4が、無線充電デバイス3の収容空間301内に設置される場合、無線充電デバイス3は自動的に有効になる。したがって、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31によって放射された電磁波の、高い周波数（例：6.78MHz）の電磁波と、受電デバイス4の受信コイルアセンブリ41の周波数が同一であれば、電気エネルギーが、磁気共鳴に応じて、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31から、無線受信部4aの受信コイルアセンブリ41へ、伝達される。別の実施形態において、無線充電デバイス3が自動的に有効になる時、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31によって放射される電磁波の低い周波数（例：100KHz）と、受電デバイス4の受信コイルアセンブリ41の周波数が同一の場合に、電気エネルギーは、磁気誘導に応じて、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31から、受電デバイス4の受信コイルアセンブリ41へ伝達される。シールド構造33が、送信コイルアセンブリ31によって放射された電磁波の発散を遮断できるので、電磁波は、収容空間301に収束される。この状況において、充電効率は向上する。

図10は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムにおける受電デバイスの受信モジュールを示す回路ブロック図である。図2、図4および図10を参照のこと。無線受信部4aは、少なくとも一つの受信モジュール42を備えている。各受信モジュール42は、フィルタ回路421、整流回路422、電圧安定化回路423およびDC電圧調節回路424を備えている。フィルタ回路421は、受信コイルアセンブリ41の共振アンテナと電気的に接続されている。受信コイルアセンブリ41からのAC信号の共振波は、フィルタ回路421によってフィルタされる。整流回路422は、フィルタ回路421および電圧安定化回路423と電気的に接続され、AC信号を整流DC電圧に変換する。電圧安定化回路423は、整流回路422およびDC電圧調節回路424と電気的に接続され、整流DC電圧を安定化させ、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424は、安定化したDC電圧を調節（例：増加）するために、電圧安定化回路423および負荷424と電気的に接続され、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4b（例：携帯電話のバッテリー）を充電するために、負荷4bに供給される。

図11は、本考案の実施形態に係る、無線充電システムの受電デバイスの外観を示す斜視図である。図2、図4および図11を参照のこと。受電デバイス4は、無線受信部4aおよび負荷4bを備えている。本実施形態で、受電デバイス4の無線受信部4aは、無線受信パッドであり、負荷4bは、無線で充電する機能のない携帯電話である。無線受信部4a（例：無線受信パッド）のコネクタ43が、負荷4bの対応するコネクタと電気的に接続されている時、無線充電デバイス3の送信コイルアセンブリ31からの電気エネルギーは、無線受信部4aの受信コイルアセンブリ41と受信モジュール42によって受信される。この状況において、たとえ携帯電話が、無線で充電できる機能を持っていないとしても、携帯電話は、無線受信部4aを介して、無線受信デバイス3によって無線で充電することができる。

図12は、本考案の別の実施形態に係る、無線充電システムのアーキテクチャを示す回路ブロック図である。本実施形態で、無線充電システム2は、無線受信デバイス3と二つの受電デバイス4および4’を備えている。受電デバイス4は、無線受信部4aを備え、受電デバイス4’は、無線受信部4a’を備えている。無線受信部4aおよび4a’の仕様と特徴に応じて、無線充電デバイス3は、磁性共鳴または磁性誘導によって、受電デバイス4と4’の負荷4bおよび4b’を適応的または選択的に充電することができる。本実施形態において、無線充電デバイス3は、送信コイルアセンブリ31、送信モジュール32、制御部35、第一切替回路391、第二切替回路392、二つの第一コンデンサC11およびC12、と、二つの第二コンデンサC21およびC22を備えている。送信コイルアセンブリ31と送信モジュール32の構造、機能、および原理は、上述と類似であり、重複説明を省略する。受信コイルアセンブリ41および41’と、受信モジュール42および42’の構造、機能、および原理は、上述のものと類似であり、重複説明を省略する。第一コンデンサC11およびC12は、並列に、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ（図に示さず）と接続されている。第一コンデンサC11とC12は、互いに並列に接続され、それにより、受電デバイス4と4’の受信コイルアセンブリ41と41’の誘導結合がなされる。第二コンデンサC21とC22は、送信モジュール32の出力端子、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナ（図に示さず）と直列に接続されている。さらに、第二コンデンサC21とC22は、送信モジュール32と誘導結合されるために、互いに並列に接続されている。従って、第二コンデンサC21とC22は、信号をフィルタすることができ、充電性能を向上できる。第一切替回路391は、二つの第一切替要素S11とS12を備えている。第一切替要素S11とS12は、対応する第一コンデンサC11およびC12とそれぞれ接続されている。第二切替回路392は、二つの第二切替要素S21とS22を備えている。第二切替要素S21とS22は、対応する第二コンデンサC21とC22とそれぞれ接続されている。制御部35は、第一切替回路391の第一切替要素S11およびS12と、第二切替回路392の第二切替要素S21およびS22と、電気的に接続されている。適切な無線充電技術に基づいて、制御部35は、受電デバイス4および4’の無線受信部4aおよび4a’からの検出信号に従い、制御信号を生成する。制御信号に従って、第一切替回路391の第一切替要素S11およびS12と、第二切替回路392の第二切替要素S21およびS22は、選択的に、オンまたはオフにされる。結果として、無線充電デバイス3は、無線受信部4aおよび4a’の仕様と特徴に従い、磁気共鳴または磁気誘導の手段によって、受電デバイス4および4’の負荷4bおよび4b’を、適切に、選択的に、充電することができる。

無線充電デバイス3と受電デバイス4および4’の動作周波数は、以下の式によって計算されることができる。
fa = 1/[(2π)×(LaCa)^1/2] = 1/[(2π)× (LbCb)^1/2] = fb
この実施形態において、faは、無線充電デバイス3の動作周波数であり、fbは、受電デバイス4または4’の動作周波数であり、Caは、第一コンデンサC11またはC12の容量値であり、Laは、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナのインダクタンス値であり、Cbは、受電デバイス4または4’の第三コンデンサC3またはC3’の容量値であり、Lbは、受信コイルアセンブリ41または41’の発振開始アンテナのインダクタンス値である。例えば、第一コンデンサC11およびC12の容量値は、それぞれ0.5μFおよび0.1nFであり、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナのインダクタンス値Lは、5μHである。受電デバイス4の第三コンデンサC3の容量値が、0.5μFであり、受信コイルアセンブリ41の発振開始アンテナのインダクタンス値が、5μHである場合、無線充電デバイス3の制御部35は、第一切替回路391と第二切替回路392に対応する制御信号を発する。制御信号に応じて、第一切替要素S11と第二切替要素S21は、オンになり、第一切替要素S12と第二切替要素S22はオフとなる。従って、0.5μFの容量値を持つ第一コンデンサC11は、無線充電デバイス3によって選ばれ、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナのインダクタンス値Lは、5μHとなる。この状況において、無線充電デバイス3の動作周波数と、受電デバイス4の無線受信部4aの動作周波数は、どちらも100KHzである。従って、受電デバイス4の無線受信部4aは、電磁誘導に従って、低い周波数で、無線充電デバイス3により無線で充電される。一方、受電デバイス4’の第三コンデンサC3’の容量値が、0.1nFであり、受信コイルアセンブリ41’の発振開始アンテナのインダクタンス値L3’が、5μHである場合、無線充電デバイス3の制御部35は、第一切替回路391と第二切替回路392に、対応する制御信号を発する。この制御信号に応じて、第一切替要素S12と第二切替要素S22はオンになり、第一切替要素S11と第二切替要素S21は、オフになる。従って、0.1nFの容量値を有する第一コンデンサC12は、無線充電デバイス3によって選ばれ、送信コイルアセンブリ31の発振開始アンテナのインダクタンス値Lは、5μHである。この状況において、無線充電デバイス3の動作周波数と、受電デバイス4’の無線受信部4a’の動作周波数は、どちらも6.78MHzである。結果として、受電デバイス4’の無線受信部4a’は、磁気共鳴に従って、高い周波数で、無線充電デバイス3により無線で充電される。動作周波数は、ここに示されているが、例示と説明のみを目的としている。

以下、本考案の無線充電デバイスのいくつかの適用は、図13、図14、図15、および図16を参照して示される。図13に示されるように、無線充電デバイス3は、受電デバイス4を無線で充電するために、車体6の取り付けスロット61に設置されている。図3と図14に示すように、無線受信デバイス3の可動搬送部34は、トレイ型の可動搬送部34aである。受電デバイス4が、トレイ型の可動搬送部34aの上に保たれ、トレイ型の可動搬送部34aが、入口302に押された後に、受電デバイス4は、本体30の収容空間301内に導入され、無線で充電される。無線充電タスクが完了した後、トレイ型の可動搬送部34aは、入口302から引き出される。したがって、受電デバイス4は、本体30の収容空間301から取り外される。図3と図14に示すように、無線充電デバイス3の可動搬送部34は、吸引型の可動搬送部34bである。受電デバイス4が、入口302に挿入され、吸引型の可動搬送部34bにより吸い込まれた後、受電デバイス4は、無線で充電できるように、本体30の収容空間301内に導入される。無線充電タスクが完了された後、吸引型の可動搬送部34bは、入口302から引き出される。したがって、受電デバイス4は、本体30の収容空間301から取り外される。図3と図16に示すように、無線充電デバイス3の可動搬送部34は、カセット型の可動搬送部34cであり、入口302は、カセット型の可動搬送部34cによって閉じられ、受電デバイス4は、無線で充電するために、本体30の収容空間301内に導入される。無線充電タスクが完了した後、カセット型の自可動搬送部34cは入口302から引き出される。したがって、受電デバイス4は、本体30の収容空間301から取り外される。

上述の説明から、本考案は、無線充電デバイスを提供する。無線充電デバイスは、受電デバイスが無線充電デバイスの本体に設置される時、受電デバイスを自動的且つ無線で充電できる。さらに、無線充電デバイスは、電磁波放射損傷を低減するために、電磁波の発散を抑制できる。さらに、電磁波が充電領域に収束できるので、非接触の手段で、一つまたは複数の受電デバイスを充電でき、無線充電デバイスの充電効率は向上する。本考案の無線充電デバイスは、車内で適切に使用される。無線充電デバイスは、同時または異なる時間に、一つまたは複数の受電デバイスを無線で充電するために、一つまたは複数の周波数を有する電磁波を放射することが可能である。さらに、無線充電デバイスは、一つまたは複数の受電デバイスを収容するため、収容空間を有している。したがって、収容空間内にある、一つまたは複数の受電デバイスは、同時または異なる時間に、無線充電デバイスによって無線で充電される。さらに、無線充電デバイスは、磁気共鳴または磁気誘導に応じて、少なくとも一つの受電デバイスを、適切に、選択的に、充電することができる。

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、請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な修正および類似の構成を包含することが意図され、請求の範囲は、そのような修正および類似の構造のすべてを包含するように最も広い解釈に従うべきである。

Claims

少なくとも一つの受電デバイスを無線で充電するための無線充電デバイスであって、前記無線充電デバイスは、
収容空間と入口を備えている本体と、
前記本体内に配置される少なくとも一つの送信コイルアセンブリと、
対応する前記送信コイルアセンブリおよび電源と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と、
前記本体内の外面上に取り付けられ、または、前記本体内に配置される、シールド構造と、
前記少なくとも一つの受電デバイスを搬送するために、前記本体の前記収容空間内に配置される可動搬送部と、
前記少なくとも一つの送信モジュールと電気的に接続されている制御部と、を備え、
各送信コイルアセンブリは、前記少なくとも一つの受電デバイスを無線で充電するために、少なくとも一つの特定の周波数を有する電磁波を放射する、少なくとも一つのアンテナを備え、
前記送信モジュールは、前記電源から電気エネルギーを受信し、対応する前記送信コイルアセンブリへAC信号を供給し、
前記シールド構造は、前記本体の外側に向かう前記電磁波の発散を遮断するために、前記送信コイルアセンブリの前記アンテナの一部を少なくともシールドし、
前記少なくとも一つの受電デバイスは、前記可動搬送部を介して、選択的に、前記本体の前記収容空間に導入、または、前記収容空間から取り外され、
前記少なくとも一つの受電デバイスが、前記可動搬送部を介して、前記本体の前記収容空間に、導入又は取り外されているかどうかの判断の結果に応じて、前記少なくとも一つの送信モジュールが、前記制御部によって、有効または無効にされる、
無線充電デバイス。
前記無線充電デバイスは、検出部をさらに備え、
前記検出部は、前記少なくとも一つの受電デバイスが、前記可動搬送部によって搬送され、前記本体の前記収容空間に導入されているかどうかの判断するために、前記制御部に電気的に接続されている、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
前記検出部が、前記少なくとも一つの受電デバイスが前記可動搬送部によって搬送され、前記本体の前記収容空間に導入されていることを検出した場合、有効状態を示す検出信号が、前記検出部から前記制御部へ発せられ、前記有効状態を示す検出信号に応じて、前記制御部は、前記送信モジュールを有効にするために、前記送信モジュールに向けて、対応する制御信号を生成する、
請求項2に記載の無線充電デバイス。
前記受電デバイスが、前記可動搬送部によって搬送されなかった場合、または、前記可動搬送部が、前記本体の前記収容空間に導入されていない場合、または、前記可動搬送部によって搬送された前記少なくとも一つの受電デバイスが、前記本体の前記収容空間から取り外された場合、無効状態を示す検出信号が、前記検出部から前記制御部へ発せられ、前記無効状態を示す検出信号に応じて、前記制御部は、前記送信モジュールを無効にするために、前記送信モジュールに向けて、対応する制御信号を生成する、
請求項2に記載の無線充電デバイス。
前記無線充電デバイスは、
駆動部をさらに備え、前記駆動部は、前記制御部および前記可動搬送部と電気的に接続され、前記駆動部は、前記制御部の制御に従って、前記可動搬送部の動きを駆動する、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
各送信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上に配置され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上に配置される共振アンテナとを備え、
前記第一面と前記第二面は、互いに向き合っており、
前記発振開始アンテナは、前記AC信号を受信し、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、前記電磁波が、前記共振アンテナと前記発振開始アンテナの結合効果に応じて、放射される、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
前記送信コイルアセンブリは、
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、をさらに備え、
前記シールド構造は、前記第一保護像の外側に取り付けられ、または、前記シールド構造は、前記第一保護等と前記発振開始アンテナの間に配置されている、
請求項6に記載の無線充電デバイス。
前記シールド構造は、金属メッシュ、磁気透過性膜、または、前記金属メッシュと前記磁気透過性膜の組み合わせを備えている、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
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で作られ、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（ferrite）、ニッケル亜鉛フェライト（zinc-nickel ferrite）、亜鉛-マンガンフェライト（zinc-manganese ferrite）又は鉄-シリコン-アルミニウム合金（iron-silicon-aluminum alloy）および接着材料（adhesive material）との混合物である、
請求項8に記載の無線充電デバイス。
前記無線充電デバイスは、保護層をさらに備え、前記保護層は、前記シールド構造の少なくとも一部をカバーする、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
各送信モジュールは、
前記電源から前記電気エネルギーを変換するために、前記電源と電気的に接続されている変換回路と、
前記特定の周波数を有する前記AC信号を適切に出力するために、前記変換回路と電気的に接続されている発振器と、
前記AC信号を増幅するために、前記発振器および前記変換回路と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、そして、フィルタされたAC信号を対応する前記送信コイルアセンブリに出力するために、前記電力増幅器と接続されているフィルタ回路と、
請求項1に記載の無線充電デバイス。
前記可動搬送部は、トレイ型可動搬送部、吸引型可動搬送部、または、カセット型可動搬送部である、
請求項１に記載の無線充電デバイス。
前記無線充電デバイスは、車体の取り付けスロットに設置される、
請求項1に記載の無線充電デバイス。