TW201434063A - 變距螺旋線圈 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於一無觸點電源供應系統的一種感應式線圈。該感應式線圈包括為一平面螺旋圖案的一導電元件，其中相鄰螺旋之間的間距在靠近該平面螺旋圖案中央處要比靠近該平面螺旋圖案外緣處更大。該感應式線圈可用來作為初級線圈、初級側諧振器線圈、次級側諧振器線圈，及(或)次級線圈任何一項，以增加一電源供應系統涵蓋一範圍之距離和對齊定向的總體效率，並用於各種無觸點電源供應的應用例。某些具體實施例中，該等螺旋係遠離該螺旋圖案中央間隔放置，其距離與一平方根曲線成比例，以致該等螺旋在該螺旋圖案的外緣聚攏。

Description

變距螺旋線圈

本發明係關於電源供應系統，更明確地說係關於使用在無觸點電源供應系統中的感應式線圈。

無觸點電源供應系統，包括從一電源供應器傳輸電能至一或多個便攜式裝置而不需實際接線。一典型的無觸點電源供應器驅動一時變電流經過一初級線圈，以生成一時變電磁場。一或多個便攜式裝置可各自包括一次級線圈。若次級線圈被放置於鄰近該時變電磁場，磁場在該次級線圈內誘發一交流電流，因而從該無觸點電源供應器傳輸電力至該便攜式裝置。

一般而言係期望要改進初級線圈與次級線圈之間的電力傳送。可藉由改變多個參數改進電力傳送。舉例來說，可藉由調諧耦合係數(這和初級線圈及次級線圈的相對體形有關)改進電力傳送。進一步舉例，可引入一鐵氧磁體鐵芯元件，或加上一或多個諧振器線圈，改進電力傳送。舉例來說，一無觸點電源供應器可包括一諧振器線圈，且一便攜式裝置可包括一諧振器線圈。在此四線圈配置中，初級線圈(L1)係與諧振器線圈(L2)配成對，且次級線圈(L4)係與諧振器線圈(L3)配成對。諧振器線圈(L2和L3)合作以增進感應式電力傳送，尤其是在中距離應用例中。

雖然已有上述已知技藝用於改進電力傳送，仍持續有需要改 進無觸點電源供應系統的總體效率。此外，有一持續需求要能藉由增加電力傳送位準以縮短用於電池再充電所需時間，同時也最小化從一無觸點電源供應器而來的雜散電磁輻射。效率改進至所期望水準，可潛在地加速在充電器中採用無觸點電力供應器，舉例來說包括用於智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦、個人數位助理及其他裝置的充電器。

本發明提供一種用於無觸點電源供應系統的感應式線圈。該感應式線圈包括為一平面螺旋圖案的一導電元件，其中相鄰螺旋之間的間距在靠近該螺旋圖案中央處要比靠近該螺旋圖案外緣處更大。該感應式線圈可用來作為初級線圈、初級側諧振器線圈、次級側諧振器線圈，及(或)次級線圈任何一項，以增加一電源供應系統跨一範圍之距離和對齊定向的總體效率，並用於各種無觸點電源供應的應用例。

一具體實施例中，感應式線圈包括一平面螺旋圖案的導電元件，其中該平面螺旋圖案的相鄰螺旋之間的間距係隨著該螺旋圖案連續匝圈數而逐步減少。該等螺旋係遠離該螺旋圖案中央放置，其距離與一平方根曲線成比例，以致該等螺旋在該螺旋圖案的外緣聚攏。

另一具體實施例中，感應式線圈包括一平面螺旋圖案的導電元件，其具有一最內側螺旋、一最外側螺旋，以及複數個中間螺旋，其中最內側螺旋與其相鄰螺旋的間距大於任何兩相鄰中間螺旋之間的間距，此係沿從螺旋圖案中央至該螺旋圖案外緣延伸的一放射軸線所測。

又一具體實施例中，感應式線圈包括一平面螺旋圖案導電元件，其中相鄰螺旋之間的間距在該螺旋圖案的整個第一部分逐漸增加，且 其中相鄰螺旋之間的間距在該平面螺旋圖案的整個第二部分維持實質上不變，該第二部分係該第一部分的離心外側。

再一具體實施例中，感應式線圈包括一平面螺旋圖案的導電元件，其中相鄰螺旋之間的間距在某些區域要比在其他區域更大。此具體實施例中，間距可在該螺旋圖案的整個第一部分增加，然後在該螺旋圖案的整個第二部分減少，直到在該螺旋圖案的整個第三部分又再增加。反之，間距可在該螺旋圖案的整個第一部分減少，然後在該螺旋圖案的整個第二部分增加，直到在該螺旋圖案的整個第三部分又再減少。

還有另一具體實施例中，感應式線圈係一初級側諧振器線圈，插入一電力傳送表面與一初級線圈之間。該諧振器線圈包括一平面螺旋圖案的導電元件，其中相鄰螺旋在靠近螺旋圖案中央具有第一螺旋密度，小於靠近該螺旋圖案外緣的第二螺旋密度。此具體實施例中，初級線圈一般而言係與最靠近外緣的螺旋共同延伸，藉以減少初級線圈與置於該電力傳送表面上之次級線圈的耦合。

進一步的具體實施例中，感應式線圈包括一圓圈螺旋圖案、一正方形螺旋圖案、一橢圓形螺旋圖案、一矩形螺旋圖案、一對數螺旋圖案、一碎形螺旋圖案(包括一階及二階碎形)，或其他碎形圖案的導電元件。導電元件可包括一導線繞組、一印刷線路繞組、一李茲線，或其他導電元件，視需要地與一電容性元件串聯電連接，以提供一已調諧共振頻率。此外，感應式線圈可包括一鐵芯元件，例如像是一鐵氧磁體鐵芯元件，而在其他具體實施例中該感應式線圈可不含有任何鐵芯，一般而言係無芯。

本發明的具體實施例可因而提供一改進的感應式線圈用於 無觸點電源供應系統及其他電路裝置，例如像是驅動電子元件。若作為一初級線圈或作為一初級側諧振器線圈使用，該感應式線圈能涵蓋比已知系統更大的區域供電至多個裝置。此外，變距螺旋圖案可增加一目標充電區域內的最小耦合係數，同時也減少最大耦合係數。這接著讓次級線圈能夠在低耦合區域中攫取更多電力，同時在高耦合區域中需要壓制較少過電壓。這也使得無觸點電源供應器能夠在較低耦合區域偵測更多信號(像是通訊信號)，而較少偏離所出現裝置範圍的平均。

參考本文之具體實施例的詳細描述以及圖示，將更容易完全理解並領會本發明的這些和其他優點及特徵。

10‧‧‧感應式線圈

12‧‧‧感應式元件

14‧‧‧第一末端

16‧‧‧第二末端

18‧‧‧幾何中心

20‧‧‧外緣

22‧‧‧第一部分

24‧‧‧第二部分

28‧‧‧額外的螺旋

30‧‧‧無觸點電源供應系統

32‧‧‧無觸點電源供應器

34‧‧‧便攜式裝置

36‧‧‧便攜式裝置

38‧‧‧初級線圈

40‧‧‧初級側諧振器線圈

42‧‧‧次級側諧振器線圈

44‧‧‧次級線圈

46‧‧‧電源供應器

48‧‧‧信號生成電路

50‧‧‧無線電力傳送器

52‧‧‧控制系統

54‧‧‧整流器

56‧‧‧直流對直流轉換器

58‧‧‧儲能電路

60‧‧‧安定電容器

62‧‧‧諧振器電路

64‧‧‧再諧振器電路

66‧‧‧負載

68‧‧‧無線接收器

70‧‧‧整流器

72‧‧‧次級儲能電路

74‧‧‧次級儲能電容器

76‧‧‧次級諧振器電路

78‧‧‧次級諧振器電容器

80‧‧‧調節電路

82‧‧‧電力傳送表面

83‧‧‧遮罩

100‧‧‧諧振器線圈

102‧‧‧接收器線圈

第一圖係合於一具體實施例之感應式線圈的俯視圖。

第二圖係依照一平方根曲線之螺旋圖案的圖示。

第三圖係一示意圖，顯示合於一具體實施例之無觸點電源供應系統。

第四圖是第三圖之無觸點電源供應系統的剖面示意圖。

第五圖係一先前技藝線圈構造及便攜式裝置，用於和第一圖之感應式線圈做性能比較。

第六圖係第五圖之先前技藝線圈構造的二維耦合係數彩標圖。

第七圖係第一圖之感應式線圈少一鐵氧磁體鐵芯元件的二維耦合係數彩標圖。

第八圖係第一圖之感應式線圈包括一鐵氧磁體鐵芯元件的 二維耦合係數彩標圖。

本具體實施例係關於用在無觸點電源供應系統以及其他電路裝置中的感應式線圈。該感應式線圈一般而言包括一平面螺旋圖案導電元件，其中相鄰螺旋之間的間距在靠近該螺旋圖案中心處要比靠近該螺旋圖案外緣處更大。合於一具體實施例的感應式線圈，在以下第一部分討論。包括合於此具體實施例一感應式線圈的一無觸點電源供應系統，將在下文第二部分討論。一示範例將在下午第三部分討論。

I.感應式線圈

現在參照第一圖，顯示的是合於一具體實施例的一感應式線圈，且一般而言係指定為(10)。感應式線圈(10)包括一導電元件(12)，其具有一第一末端(14)以及一第二末端(16)，其間定義一長度。該導電元件(12)係配置為二維或平面螺旋圖案，其具有一近似的幾何中心(18)以及一外緣(20)。該螺旋圖案包括n個螺旋，其中最外側的螺旋是定義為第n個螺旋或螺旋-n，次外側的螺旋是定義為第n-1個螺旋，一直算到最內部的螺旋或螺旋-1。如用於本文中，一螺旋(或匝圈)係定義為包括該導電元件(12)繞著該幾何中心(18)橫越三百六十度的部分。在一給定具體實施例中可使用任意數目的螺旋，包括舉例來說大於二百個螺旋。亦為舉例，螺旋圖案可包括的螺旋可以是全部兩個至兩百個之間，視需要地介於四個與四十個螺旋之間，進一步視需要地介於十個與二十個螺旋之間。

如上述，螺旋圖案在其相鄰螺旋之間包括一間距。該間距測的是相鄰螺旋之中線分隔的距離。相鄰螺旋之的間距和相鄰螺旋之間的空 隙不同，也就是說空隙等於間距減去導線直徑或厚度。對於具有一小直徑或厚度的導線來說，此區別會很小甚至可忽略不計，在這種例子中導線(12)被假設為無限小地薄。本具體實施例中，相鄰螺旋之間的間距在靠近螺旋圖案中心處要大於靠近該螺旋圖案的外緣(20)處。舉例來說，間距在該螺旋圖案的整個第一部分(22)逐漸減小，並在該螺旋模式第一部分之離心外側的該螺旋圖案整個第二部分(24)維持實質上不變。依此觀點，螺旋繞組的第一部分(22)包括一逐漸減小的螺旋間距，而該螺旋繞組的第二部分(24)包括一實質上不變的螺旋間距。然而，其他具體實施例中，螺旋圖案包括一從中央至外緣的漸減間距，且並不包括具有實質上不變間距的第二部分(24)。

螺旋圖案也可依據距螺旋圖案中心(18)的距離加以描述。舉例來說，距螺旋圖案中心(18)的距離可依據一平方根曲線逐漸增加。也就是說，沿著從中心(18)延伸任意弧度角(26)(例如像是，270度角)的每一點，其距螺旋圖案中心(18)的距離係與n的平方根成正比增加，其中n就是該螺旋的圈數。合於一具體實施例的數值顯示於下，其係磁感為35.58μH的一八吋乘八吋正方形螺旋圖案，如第二圖所圖示。

再次強調，螺旋圖案包括一重覆的螺旋圖案，若沿一共同軸線測量，各自定義一距螺旋圖案中心的距離，其中該距離係與該螺旋之圈數的平方根成正比。舉例來說，上述第一至第二圖所顯示的具體實施例中，各螺旋的距離係藉由將n的平方根乘上一比例常數c而決定，其中c視需要地係等於螺旋-1與螺旋圖案中心(18)的距離，或者在本具體實施例中為1.24吋。其公式顯示如下：(1)距中心距離=c*sqrt(n)使用方程式(1)，就可順著一條共同輻射線算出各螺旋的距離，舉例來說像是如第二圖所示的負x軸。除此輻射線之外，可使用不同輻射線。舉例來說，一矩形螺旋圖案可包括在y軸方向的不同距離。使用上述公式(1)，y軸距離等於各n次繞圈的平方根乘上常數c，其中c視需要地等於螺旋-1的y軸距離。

如第一圖視需要地顯示，一額外的螺旋(28)係包含於螺旋-11與螺旋-12之間，而此額外的螺旋並未依循第二圖的平方根曲線。反而，該額外的螺旋(28)實質上係均等放置於螺旋-11與螺旋-12之間，以致這三個螺旋形成實質上固定螺旋間距的第二部分(24)。進一步視需要地，螺旋圖案基本上可具有任何平面體形，包括例如像是一正方螺旋或如第一圖所大致描繪的一矩形螺旋。或者，螺旋圖案可包括一單獨的連續曲線，包括例如像是一橢圓螺旋或一圓形螺旋。在其他具體實施例中，螺旋圖案可具有所期望的不同體形。舉例來說，螺旋圖案可包括一指數螺旋圖案或一碎形螺旋圖案，例如像是一階碎形或二階碎形，其可潛在地生成一平滑磁通場密度。此外，螺旋圖案可由基本上任何導電材料製成，舉例來說包括李茲線、銅 導線、蝕刻或印製導線。

II.無觸點電源供應系統

如上述，感應式線圈(10)係適合用於無觸點電源供應系統，以及用在其他電路裝置中。舉例來說，感應式線圈(10)可與一無觸點電源供應系統(30)合併使用，後者具有一無觸點電源供應器(32)以及一或多個便攜式裝置(34,36)，在第三圖及第四圖中大致描繪出。無觸點電源供應器(32)可包括一初級線圈(38)及一初級側諧振器線圈(40)，而便攜式裝置(34,36)可視需要地包括一次級側諧振器線圈(24)以及一次級線圈(44)。如前述，任一或所有這些感應式元件(38,40,42,44)可包括本發明的感應式線圈(10)。

更明確地說，無觸點電源供應器(32)包括一電源供應器(46)、信號生成電路(48)(描繪為一反相器)、一無線電力傳送器(50)以及一控制系統(52)。本具體實施例的電源供應器(46)可以是一傳統的電源供應器，轉換一交流輸入(例如，一牆上電源)成為一適當直流輸出，適合用於驅動無線電力傳送器(50)。作為一替代的例子，電源供應器(46)可以是一直流電源，適合用於供應電力至該無線電力傳送器(50)。此具體實施例中，電源供應器(46)一般來說係包括一整流器(54)以及一直流對直流轉換器(56)。整流器(54)和直流對直流轉換器(56)提供適當直流電力用於電源供應信號。或者，電源供應器電路(46)基本上可包括能夠將輸入電力轉換成信號生成電路(48)所用型式的任何電路。控制系統(52)可經配置以調整操作參數。舉例來說，控制系統(32)可有能力以調整幹線電壓或切換電路的相位。一可替換的具體實施例中，若需要藉由改變幹線電壓而調整操作參數，直流對直流轉換器(56)可具有一可變輸出。如第三圖所示，適應性控制系統(52) 可被耦合至直流對直流轉換器(56)(以虛線表示)，以容許適應性控制系統(52)控制該直流對直流轉換器(56)的輸出。

信號生成電路(48)包括切換電路經配置以產生並施加一輸入信號至該無線電力傳送器(50)。切換電路可形成一反相器，轉換由電源供應器(46)而來的直流輸出成為一交流輸出，以驅動無線電力傳送器(50)。切換電路可隨應用例不同而有所變化。舉例來說，切換電路可包括複數個切換器，例如像是金氧半場效電晶體(MOSFETs)，配置成為一半橋式佈局或一全橋式佈局。電力傳送器(50)包括一儲能電路(58)，其具有一初級線圈(38)以及一安定電容器(60)經配置以形成一串聯諧振儲能電路，並包括一再諧振器電路(62)，其具有一再諧振器線圈(40)以及一再諧振器電容器(64)。初級線圈電路一詞，可用來指稱整個儲能電路(58)或用來指稱初級線圈(38)。初級諧振器電路一詞，可用來指稱整個諧振器電路(62)或用來指稱諧振器線圈(40)。然而，本發明並非侷限於要配合串聯諧振儲能電路使用，並可能反而要配合其他種類的諧振儲能電路使用，甚至配合非諧振儲能電路，例如像是沒有匹配電容的一單純電感器。而且，雖然所繪出具體實施例包括線圈，無觸點無線電源供應器(32)可包括能夠生成一適當電磁場的替代電感器或架構。

別的不論，控制系統(52)包括係經配置以操作切換電路以產生所需電源供應信號至該無線電力傳送器(50)的部分。適應性控制系統(52)可依據從遠端裝置(34,36)接收到的通訊，控制切換電路。此具體實施例的適應性控制系統(52)包括的控制電路實現各種功能，例如像是控制切換電路(28)的正時，還有擷取並解讀通訊信號。這些功能可替換地可由分離獨立的 多個控制器或其他專屬電路處理。

如第四圖所示，無觸點電源供應器(32)額外地包括一電力傳送表面(82)以在該電力傳送表面(82)上的複數個位置容納便攜式裝置(34,36)，以致於便攜式裝置(34,36)有兩個向度的空間自由度。在此配置中，初級線圈(38)係相對於諧振器線圈(40)橫向放置。此外，初級線圈(38)及初級側諧振器線圈(40)共享的耦合係數，要大於初級線圈(38)與次級線圈(44)或次級側諧振器線圈(42)其一所共享的耦合係數。一可選的遮罩(83)係插入初級線圈(38)與諧振器線圈(40)之間。該遮罩的放置大致使得特定耦合不受阻礙而其他耦合被減量。某些具體實施例中，遮罩(83)係一磁通量集中器或磁導。其他的具體實施例中，一部分的遮罩(83)係一磁通量集中器。一可選的鐵芯元件(85)係置於該螺旋圖案中央，潛在地使得遍及一較大面積的耦合係數平順。此外，雖然第四圖中描繪為僅有六個螺旋，初級側諧振器線圈(40)可包括任何數目的螺旋，舉例來說如第一圖中所描繪包括十三個螺旋。

現在將更為詳加描述合於本發明一具體實施例的便攜式裝置(34,36)。便攜式裝置(34,36)可包括一大致為傳統的電子裝置，例如像是行動電話、媒體播放機、手持無線電、相機、手電筒或基本上任何其他可攜式電子裝置。便攜式裝置(34,36)可包括一電能儲存裝置，例如像是一電池、電容器或一超電容器，或可不需一電能儲存裝置操作。與便攜式裝置(34,36)之主要操作關連(而且與無線式電力傳送無關)的諸多元件一般而言係傳統的，因而並不在本文中詳加描述。反而，與遠端裝置(34,36)之主要操作關連的元件一般來說係以主負載(66)指稱。舉例來說，若為一行動電話，並不費心描述與行動電話本身有關的電子元件。

此具體實施例的具體實施例(34,36)一般而言包括一無線接收器(68)、一整流器(70)、一次級通訊收發器(未顯示)，以及一主負載(66)。該便攜式裝置(34,36)可包括一控制器。無線接收器(68)可包括一次級儲能電路(72)，其具有一次級線圈(44)和一次級儲能電容器(74)，並可包括一次級再諧振器電路(76)，其具有一次級再諧振器線圈(42)和次級再諧振器電容器(78)。次級電路一詞可指稱次級儲能電路或次級線圈。某些具體實施例中，無線接收器(68)可能並不包括一次級儲能電容器。次級諧振器電路可指稱整個次級諧振器電路或次級諧振器線圈。某些具體實施例，便攜式裝置可能並不包括次級諧振器電路(76)，包括例如像是第三圖所示的便攜式裝置(36)。本發明並不限定於第三圖中所繪出具體實施例之無線接收器(68)的佈局。舉例來說，替代的具體實施例中可包括一次級儲能電路(72)和一次級諧振器電路(76)兩者均耦合至該便攜式裝置的整流電路(70)，而並非如第三圖所繪出具體實施例所示該次級諧振器電路(76)係與次級儲能電路(72)獨立分離。

整流器電路(70)及調節電路(80)轉換無線式電力接收器(68)中所生成的交流電力成為供負載(66)操作之電力。舉例來說，在需要轉換至直流電力並調節它的那些具體實施例中，調節電路(80)可包括一直流對直流轉換器。在便攜式裝置(34,36)中期待交流電力的應用例中，整流器(80)可能並不需要。某些具體實施例中，調節電路可能並不必要，或實施為負載(66)的一部分。雖然並未顯示，便攜式裝置(34,36)可包括一次級通訊收發器，其係調適於經由與無觸點電源供應器(32)的無線式電力連結，調變並解調變資訊。或者，一分離的通訊頻道可在便攜式裝置與無觸點電源供應器之間 架設起來，其功能可由分離的控制器或其他專屬電路處理。無觸點電源供應器(32)及便攜式裝置(34,36)可經配置以使用基本上任何數據編碼架構通訊。

除了上述與第三至第四圖關連所描述之無觸點電源供應系統，本發明可被納入2007年5月1日發給Baarman的美國專利案號7,212,414所揭示的無觸點電源供應器，其發明名稱為「適應性感應式電源供應器」；2009年4月21日發給Baarman的美國專利案號7,522,878所揭示具有通訊的無觸點電源供應器，其發明名稱為「具有通訊的適應性感應式電源供應器」；2011年6月9日由Baarman提出列案的美國專利申請案號13/156,390之無觸點電源供應器，發明名稱為「用於感應式電力傳送的線圈配置」；2012年9月11日由Baarman提出列案的美國專利申請序號61/699,582之無觸點電源供應器，發明名稱為「無線式電力控制系統」；或2012年9月11日由Baarman提出列案的美國專利申請序號61/699,643之無觸點電源供應器，發明名稱為「無線電力控制」-所有以上文件均以其整體納入本文列為參考。

III.示範例

以下示範例係為舉例目的而提供，並不應被視為設限。更明確地說，以下示範例包括第一圖之感應式線圈(10)對上第五圖之先前技藝諧振器線圈(100)之比較。若與一便攜式裝置中的一次級線圈(102)搭配，感應式線圈(10)在靠近該感應式線圈(10)中心處達成一較高耦合係數，同時也在遍及該感應式線圈(10)不同部分達成一期望的耦合係數值域，這可特別有助於多個便攜式裝置同時充電。

第五圖之先前技藝諧振器線圈(100)包括一8圈雙層繞組，其 高為219公厘且寬為222公厘。此示範例中所用的接收器線圈(102)包括一單層次級線圈，其具有15圈的40/40李茲線，高為31公厘且寬為24公厘。耦合係數k描繪於第六圖，其中耦合係數係一純量，指示從諧振器線圈(100)所發出並穿過接收器線圈(102)之磁通部分。特別值得注意的是，若接收器線圈(102)係置於先前技藝諧振器線圈(100)的四角之上，耦合係數k最強，達到一峰值耦合係數k為0.085。與之相較，距邊角最遠處之耦合係數k係在約0.005和約0.01之間。此外，耦合係數k在諧振器線圈的中央區域(也就是距其外緣大於2公分處的區域)主要為約0.005至約0.01，。

使用相同接收器線圈(102)，耦合係數k係以第一圖之感應式線圈為模型，帶有一鐵氧磁體遮罩以及沒有遮罩皆。更明確地說，感應式線圈(10)包括一單層正方形螺旋圖案，其具有35.58μH的磁感，0.080歐姆的等效串聯電阻值，以及45.0nF的電容值。感應式線圈(10)包括十三個螺旋，其中螺旋-1至螺旋-12距幾何中心的距離係等於其螺旋數(即：1、2、3、4……12)之平方根乘上1.24吋。螺旋-11.5係插入螺旋11與12之間，以提供該感應式線圈(10)外側較緊密的匝圈，以更佳適應由一橫向初級線圈(38)供電，如之前關連於第四圖所做大致描述。

初級線圈(38)係以一時變電流驅動，其具有一操作頻率為126kHz，生成一時變電磁通量。此磁通造成諧振器線圈(10)快速振盪，視需要地在諧振振盪。諧振器線圈(10)接著在該接收器線圈(102)中誘發一時變電流。在接收器線圈(102)中所誘發的電流，依據該接收器線圈(102)相對於該諧振器線圈(10)之幾何中心的位置而變化。現在參照第七圖，諧振器線圈(10)與接收器線圈(102)之間的耦合係數由靠近該諧振器線圈(10)邊角的約 為0.060，一直到靠近該諧振器線圈(10)幾何中央處的約為0.040。因此，第一圖的諧振器線圈(10)在該線圈的中央區域展現出一改進的耦合係數k勝過第六圖之諧振器線圈(100)。若一鐵氧磁體遮罩(83)被插入該初級線圈(38)與諧振器線圈(10)之間，諧振器線圈(10)與接收器線圈(102)之間的耦合係數從靠近該諧振器線圈(10)邊角處的約為0.065，一直變化至靠近該諧振器線圈(10)幾何中心處的約為0.035，大致如第八圖所顯示。

同樣如第七至第八圖所描繪，整個所欲操作區之耦合係數的值域，為先前技藝諧振器線圈(100)的由0.005-0.085，以及本示範例之感應式線圈(10)的0.015-0.065。若充電板係耦合至多個便攜式裝置，可用耦合係數之值域的窄化可特別有優勢。舉例來說，許多情況下「基礎」耦合係數應為至少約0.015，以允許一便攜式裝置將低功率通訊信號和噪訊及其他周圍干擾區分開來。若一便攜式裝置係置於具有小於0.015之耦合係數的充電板某部分上，可想而知該便攜式裝置會無法識別充電板，也就因而不會啟動與該充電板的通訊信號交接以開始無線電力傳送。再舉一例，許多情況下「上限」耦合係數不應過高，在這況狀下便攜式裝置會降壓在該次級線圈中所誘發的過電壓。舉例來說，一便攜式裝置可需要使用一直流對直流轉換器，也就是一線性轉換器或一降壓升壓轉換器，在需要降壓的情況下潛在地增加便攜式裝置的尺寸。

在兩個或更多便攜式裝置被放置在該充電板上的架構中，窄化的可用耦合係數值域可確保(至少)各便攜式裝置將能與充電板通訊，與該便攜式裝置在充電板上的位置無關。若是如此，剩餘便攜式裝置可在該充電板的其他位置接收電力，不需要求額外電路以降壓次級線圈中所誘 發的過電壓。因此，可用耦合係數的窄化使得便攜式裝置能夠在低耦合區域攫取更多電力，而在高耦合區域抑制過電壓。可用耦合係數的窄化也使得充電板能夠在遍及本發明之便攜式裝置範圍內有較少變異。

以上係本發明之具體實施例的描述。可有許多變異及改變而不會偏離文後隨附申請專利範圍所定義之本發明的精神及其更寬廣觀點，申請專利範圍應以包括均等論在內的專利法原則加以解釋。本說明書是為示範目的而呈現，並不應解讀為係本發明所有具體實施例的排他性描述，或解讀為申請專例範圍侷限於關於這些具體實施例所繪出或描述的特定元件。舉例來說，但不限於，本發明的任何(單數或複數)個別元件可由替代元件取代，前提是其提供實質上類似機能或以其他方式提供適當操作。舉例來說，這就包括目前已知的替代元件，例如像是熟悉本技藝人士目前已知的元件，以及未來可能發展出來的替代元件，例如像是一旦發展出這種東西，熟悉本技藝人士即可認出是一替代元件。進一步，所揭示具體實施例包括一起描述的複數個特徵並可共同提供一堆好處。本發明並不僅限於包括所有這些特徵的具體實施例，或是僅限於包括全部所提出好處的具體實施例，除非在所提出申請專利範圍中另有明白指出。以單數指稱的任何申請專利範圍之元素，例如用「一個(a、an)」、「該(the)」、「所稱(said)」，不應解讀為是要限制該元素為單數。

10‧‧‧感應式線圈

12‧‧‧感應式元件

14‧‧‧第一末端

16‧‧‧第二末端

20‧‧‧外緣

22‧‧‧第一部分

24‧‧‧第二部分

28‧‧‧額外的螺旋

Claims (28)

1. 一種電路裝置，包含：一平面繞組，包括一重覆螺旋圖案，該重覆螺旋圖案在其相鄰螺旋之間定義一間距，其中該間距在整個該平面繞組的第一部分逐漸增加，且其中所餘間距在該平面繞組第一部分離心外側之該平面繞組的一第二部分實質上維持不變。
2. 如申請專利範圍第1項的電路裝置，其中該第一部分間距沿該平面繞組離心往外移動等比例減少。
3. 如申請專利範圍第1項的電路裝置，進一步包括一初級繞組相對於該平面繞組同心放置。
4. 如申請專利範圍第3項的電路裝置，其中該初級繞組一般而言係與該平面繞組的第二部分共同延展。
5. 如申請專利範圍第3項的電路裝置，其中該初級繞組實質上係不與該平面繞組的第一部分重疊。
6. 如申請專利範圍第3項的電路裝置，進一步包括一電源供應器電連接至該初級繞組，並與該平面繞組電性隔離。
7. 如申請專利範圍第3項之電路裝置，其中：該平面繞組是一諧振繞組耦合至一便攜式裝置中的一次級繞組；且該平面繞組及該次級繞組定義一第一耦合係數，大於該初級繞組與該次級繞組之間所定義的耦合係數。
8. 如申請專利範圍第1項的電路裝置，其中該重覆螺旋圖案係四方形繞組、矩形繞組、圓形繞組以及一橢圓形繞組其中之一。
9. 如申請專利範圍第1項的電路裝置，進一步包括一電力傳送表面以容納至少一便攜式裝置在其上，該平面繞組係實質上平行於該電力傳送表面。
10. 如申請專利範圍第1項的電路裝置，其中該平面繞組包括一印製導電元件，一螺旋導線元件，或一蝕刻導電元件。
11. 一種無觸點電源供應器，其包含：一電力傳送表面以容納至少一便攜式裝置在其上；以及一感應式線圈位於該電力傳送表面下方，該感應式線圈包括一平面螺旋繞組在其螺旋之間定義一間距，其中該間距順該感應式線圈一中央軸朝外放射地逐漸減少。
12. 如申請專利範圍第11項的無觸點電源供應器，其中該螺旋距該中央軸線的間隔距離係與一平方根曲線成比例，以致相鄰螺旋遠離中央軸線聚攏。
13. 如申請專利範圍第11項的無觸點電源供應器，進一步包括一初級線圈置於該感應式線圈下方。
14. 如申請專利範圍第13項的無觸點無線電源供應器，其中：該感應式線圈形成一諧振電路的部分，感應式耦合至該便攜式裝置中的一次級線圈；且該感應式線圈及該次級線圈定義一第一耦合係數，大於該初級線圈與該次級線圈之間所定義的耦合係數。
15. 如申請專利範圍第14項的無觸點電源供應器，其中該諧振電路包括一電容器與該感應式線圈串聯電連接。
16. 如申請專利範圍第13項的無觸點電源供應器，進一步包括一電源供應器耦合至該初級線圈。
17. 如申請專利範圍第11項的無觸點電源供應器，其中該感應式線圈包括一正方形繞組圖案，一矩形繞組圖案，一圓形繞組圖案或一橢圓形繞組圖案。
18. 如申請專利範圍第11項的無觸點電源供應器，其中該感應式線圈包括一鐵氧磁體鐵芯元件。
19. 如申請專利範圍第11項的無觸點電源供應器，其中該感應式線圈包括一印製導電元件，一螺旋導線元件，或一蝕刻導電元件。
20. 一種電路裝置，包含：一平面繞組，包括一重覆螺旋圖案具有一中心及一外緣，其中該平面繞組之相鄰螺旋之間的一間距在靠近該平面繞組的中心處要大於靠近該平面繞組的外緣處。
21. 如申請專例範圍第20項的電路裝置，其中該等螺旋係遠離該螺旋圖案中央放置，其距離與一平方根曲線成比例，以致該等螺旋在該平面繞組的外緣聚攏。
22. 如申請專例範圍第20項的電路裝置，其中該螺旋線圈包括n個螺旋，其中n係介於八與十八之間。
23. 如申請專利範圍第22項的電路裝置，其中螺旋n與螺旋n-1之間的該間距係小於螺旋n-1與螺旋n-2之間的間距，其中螺旋n係最外側的螺旋。
24. 如申請專利範圍第20項的電路裝置，其中該重覆螺旋圖案包括一最內側螺旋以及一最外側螺旋，其中若沿著從該中心至該外緣延伸的一放射軸線測量，該最內側螺旋與其相鄰螺旋之間的間距係大於該最外側螺旋與其相鄰螺旋之間的間距。
25. 如申請專利範圍第20項的電路裝置，其中該重覆螺旋圖案包括一最內側螺旋，一最外側螺旋，以及複數個中間螺旋，其中若沿著從該平面繞組中心至該平面繞組外緣延伸的一放射軸線測量，該最內側螺旋與其相鄰螺旋之間的間距係大於該任何兩相鄰中間螺旋之間的間距。
26. 如申請專利範圍第20項的電路裝置，其中該平面繞組包括一印製導電元件，一螺旋導線元件，或一蝕刻導電元件。
27. 如申請專利範圍第20項的電路裝置，其中該重覆螺旋圖案係四方形繞組、矩形繞組、圓形繞組以及一橢圓形繞組其中之一。
28. 如申請專利範圍第20項的電路裝置，進一步包括一電力傳送表面以容納至少一便攜式裝置在其上，該平面繞組係實質上平行於該電力傳送表面。