TW201644135A - 可抑制電磁波發散和提升充電效能之無線充電裝置及系統 - Google Patents

Abstract

本案關於一種無線充電裝置，可發出一種以上頻率的電磁波以對至少一個受電裝置進行無線充電，其包括殼體、至少一組發射薄膜線圈元件及屏蔽元件。殼體包括本體，其具有可容收受電裝置之容置空間以及開口。發射薄膜線圈元件設置於本體中且發射一種以上頻率的電磁波，並且包括至少一天線以接收交流訊號，俾發射該電磁波。屏蔽元件貼附於本體之外表面，或設置於該本體中且至少部分地覆蓋發射薄膜線圈元件之天線，以阻擋電磁波向外發散，並集中電磁波能量於殼體中，增加充電效能。

Description

可抑制電磁波發散和提升充電效能之無線充電裝置及系統 【0001】

本案係關於一種充電裝置及系統，尤指一種可抑制電磁波發散且可集中電磁波以對一個或多個受電裝置進行非接觸式充電之無線充電裝置及無線充電系統。

【0002】

各種可攜式電子裝置例如手機、平板電腦已廣泛應用於日常生活中，為提供可攜式電子裝置運作所需電能，須以充電器對其內部電池充電。由於無線充電裝置可適用於各種使用環境且不會受電源線之限制，可便於使用者進行充電應用，因此無線充電裝置已逐漸被發展以取代有線充電器之使用。

【0003】

無線充電又稱感應充電或非接觸式充電，其係藉由無線方式將能量從供電裝置提供予受電裝置。目前，無線充電技術概括分為三大陣營，無線充電聯盟WPC(Wireless Power Consortium)(QI)、電力事業聯盟PMA（Power Matters Alliance）、無線電源聯盟A4WP(Alliance For Wireless Power)，其中以WPC、A4WP聯盟為主流，而採用之無線充電方式則有磁感應(低頻)與磁共振(高頻)之技術分別。磁感應方式僅能用於短距離傳輸且受電裝置需對位貼附於供電裝置，其電能轉換效率較高，卻難以實現多個受電裝置同時進行充電。磁共振則是讓發送端與接收端達到特定共振頻率，可讓雙方形成磁共振現象，透過電磁波達到能量傳輸的目的。相較於磁感應方式，磁共振方式可實現較遠距離之充電。

【0004】

第1圖顯示習用無線充電裝置對受電裝置進行無線充電之示意圖。如第1圖所示，無線充電裝置11係藉由無線方式傳輸能量予受電裝置12，一般而言，無線充電裝置11之線圈元件通常採用多芯銅線線圈且將銅線線圈設置於硬質鐵氧磁氧化物基板上並裝配於板形殼體內，且受電裝置12僅能於無線充電裝置11之一外側進行充電。然而，習用無線充電裝置11之線圈元件所發射之電磁波會發散至四周，如此將造成使用者被電磁波傷害的可能，且無線充電裝置11之充電效率無法有效提升。此外，無線充電裝置11僅能於該側面之一特定距離範圍內對受電裝置12充電，為避免受電裝置12放置於無法有效充電之距離與範圍，無線充電裝置11需增加感測裝置提醒使用者或利用定位機構之輔助定位受電裝置12，如此將增加無線充電裝置11之製造成本，且使用者無法任意地將受電裝置12放置而可確保無線充電的進行，如此亦降低了使用之便利性。

【0005】

此外，現有的無線充電裝置由於採用之技術不同，其線圈元件之耦合頻率以及發射端電路設計亦不同，造成產品各自規格之不相容且無法共用元件。由於不相容之因素，無線充電裝置無法使用相同的線圈元件及電路元件，使得各種可攜式電子裝置需要使用搭配之各種客製化無線充電裝置，如此降低了無線充電裝置之優勢與通用性，且無法以單一無線充電裝置對多個採用不同無線充電技術之受電裝置進行無線充電。

【0006】

本案之目的在於提供一種無線充電裝置，其可抑制電磁波發散以降低電磁波對使用者之傷害，且可集中電磁波至一充電區域以對一個或多個受電裝置進行非接觸式充電，俾強化電磁波量以提升充電效能。

【0007】

本案之另一目的在於提供一種可發射一種以上不同頻率的電磁波之無線充電裝置，其具有一容置空間供一個或多個可接收同一頻率或不同頻率之電磁波之受電裝置放置，並可確保該一個或多個受電裝置於該容置空間內可同時或分時地且有效地進行無線充電，其結構簡單，可降低成本，且可增加通用性及使用之便利性。

【0008】

本案之另一目的在於提供一種無線充電系統，其包括前述無線充電裝置以及一個或複數個受電裝置，其可適應性或選擇性地切換使用磁共振耦合或磁感應方式實現無線充電，且可達到前述功效。

【0009】

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種無線充電裝置，用於對一個或複數個受電裝置進行無線充電，該無線充電裝置包括殼體、至少一組發射薄膜線圈元件及一屏蔽元件。殼體包括本體，該本體具有容置空間以及開口，該容置空間係容收一個或複數個受電裝置。至少一組發射薄膜線圈元件係設置於本體中且架構於發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波，其中每一組發射薄膜線圈元件包括至少一天線以接收一交流訊號，俾發射該電磁波。屏蔽元件貼附於本體之外表面，或設置於本體中且至少部分地覆蓋發射薄膜線圈元件之天線，以架構於阻擋電磁波向外發散。

【0010】

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種無線充電系統，其包括無線充電裝置以及至少一個受電裝置。無線充電裝置包括殼體、至少一組發射薄膜線圈元件以及一屏蔽元件。殼體包括本體，該本體具有容置空間以及開口。至少一組發射薄膜線圈元件係設置於本體中，且架構於發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波，其中每一組發射薄膜線圈元件包括至少一天線以接收一交流訊號，俾發射該電磁波。屏蔽元件係貼附於本體之外表面，或設置於本體中且至少部分地覆蓋發射薄膜線圈元件之天線，以架構於阻擋該電磁波向外發散。至少一個受電裝置係容收於殼體之容置空間，且包括一接收薄膜線圈元件，該接收薄膜線圈元件與無線充電裝置之發射薄膜線圈元件耦合，以接收無線充電裝置所傳輸之能量。

【0035】

11‧‧‧無線充電系統
12‧‧‧受電裝置
2‧‧‧無線充電系統
3、3a、3b、3c、3d‧‧‧無線充電裝置
4、4’‧‧‧受電裝置
5‧‧‧電源
30‧‧‧殼體
31、31a、31b‧‧‧發射薄膜線圈元件
32‧‧‧發射模組
33‧‧‧控制器
34‧‧‧屏蔽元件
35‧‧‧保護層
36‧‧‧第一切換電路
37‧‧‧第二切換電路
301‧‧‧本體
302‧‧‧蓋體
303‧‧‧容置空間
304‧‧‧開口
305‧‧‧側壁
306‧‧‧底壁
311‧‧‧柔性基板
311a‧‧‧第一面
311b‧‧‧第二面
312‧‧‧起振天線
313‧‧‧諧振天線
313a‧‧‧第一端
313b‧‧‧第二端
316‧‧‧電容器
321‧‧‧電源轉換電路
322‧‧‧振盪器
323‧‧‧功率放大器
324‧‧‧濾波電路
341‧‧‧第一屏蔽部
342‧‧‧第二屏蔽部
343‧‧‧網格單元
344、345‧‧‧金屬微線
4a、4a’‧‧‧無線充電接收器
4b、4b’‧‧‧負載
41、41’‧‧‧接收薄膜線圈元件
42、42’‧‧‧接收模組
43‧‧‧連接器
421‧‧‧濾波電路
422‧‧‧整流電路
423‧‧‧穩壓電路
424‧‧‧直流放大電路
C₁₁、C₁₂‧‧‧第一電容器
C₂₁、C₂₂‧‧‧第二電容器
S₁₁、S₁₂‧‧‧第一開關元件
S₂₁、S₂₂‧‧‧第二開關元件
L‧‧‧中心軸
AA‧‧‧截面
B‧‧‧徑向
d‧‧‧間距

【0011】

第1圖顯示習用無線充電裝置對受電裝置進行無線充電之示意圖。
第2A圖為本案之無線充電系統之架構示意圖。
第2B圖為本案之無線充電系統之另一變化例之架構示意圖。
第3圖為本案之無線充電裝置之第一實施例之結構示意圖。
第4A圖為第3圖所示無線充電裝置於其AA截面之剖面圖。
第4B圖顯示第4A圖之發射薄膜線圈元件與屏蔽元件之關係圖。
第5A圖為本案無線充電裝置之另一變化例於其側壁之截面圖。
第5B圖顯示第5A圖之發射薄膜線圈元件與屏蔽元件之關係圖。
第6A圖為本案無線充電裝置之另一變化例於其側壁之截面圖。
第6B圖顯示第6A圖之發射薄膜線圈元件與屏蔽元件之關係圖。
第7圖為第3圖所示屏蔽元件之一示範例之結構示意圖。
第8圖為第3圖所示無線充電裝置之發射模組之電路方塊圖。
第9圖為第2圖所示之受電裝置之接收模組之電路方塊圖。
第10圖顯示第2圖之受電裝置之一示範例之結構示意圖。
第11圖係為本案之無線充電系統之一變化例之電路方塊示意圖。
第12圖為本案之無線充電裝置之第二實施例之結構示意圖。
第13圖為本案之無線充電裝置之第三實施例之結構示意圖。
第14圖為本案之無線充電裝置之第四實施例之結構示意圖。
第15圖為本案之無線充電裝置之第五實施例之結構示意圖。

【0012】

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

【0013】

第2A圖為本案之無線充電系統之架構示意圖，第2B圖為本案之無線充電系統之另一變化例之架構示意圖，第3圖為本案之無線充電裝置之結構示意圖，第4A圖為第3圖所示無線充電裝置於其AA截面之剖面圖，第4B圖顯示第4A圖之發射薄膜線圈元件與屏蔽元件之關係圖，第7圖為第3圖所示屏蔽元件之一示範例之結構示意圖，以及第8圖為第3圖所示無線充電裝置之發射模組之電路方塊圖。如第2A、2B、3、4A、4B、7及8圖所示，本案之無線充電系統2包括無線充電裝置3以及至少一個受電裝置4，其中無線充電裝置3係連接於一電源5(例如但不限於交流市電，或是外接或內建之電池單元)，且可發射出特定(單一)頻率或寬頻(多種不同頻率)之電磁波(例如但不限於頻率範圍介於60Hz到300GHz之電磁波)，以利用磁共振(高頻)或磁感應(低頻)方式對一個或多個接收相同或不同頻率電磁波的受電裝置4(例如但不限於手機、平板電腦、電器產品)實現無線充電。

【0014】

本案之無線充電裝置3包括殼體30、至少一組發射薄膜線圈元件31、至少一組發射模組32以及屏蔽元件34，其中殼體30包括本體301以及蓋體302。本體301具有容置空間303、開口304、側壁305以及底壁306，蓋體302係架構於覆蓋本體301之開口304。本體301之容置空間303係架構為一充電區域，且可容收一個或複數個受電裝置4以進行無線充電。每一組發射薄膜線圈元件31係設置於本體301之側壁305內或設置於側壁305與底壁306內，且電性連接於對應之發射模組32，發射薄膜線圈元件31係架構為無線充電裝置3之發射端。發射模組32係電連接於電源5以及對應之發射薄膜線圈元件31之間，以接收電源5所提供之電能並且產生一交流訊號至對應之發射薄膜線圈元件31。於一些實施例中，屏蔽裝置34係至少部分地貼附於本體301之側壁305之外表面或貼附於側壁305與底壁306之外表面，且至少部份地包覆發射薄膜線圈元件31，藉此以阻擋發射薄膜線圈元件31之電磁波向外發散，並使電磁波可集中朝向本體301之容置空間303，以對容收於容置空間303內之一個或複數個受電裝置4進行無線充電。於一些實施例中，無線充電裝置3更包括保護層35，該保護層35係至少部分地貼附於屏蔽元件34之外表面，以保護屏蔽元件34。於一些實施例中，保護層35可由保護塗料構成，其可選自環氧樹脂、壓克力矽膠、聚氨酯膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物系膠、聚醯胺系膠、橡膠系膠、聚烯烴系膠、濕氣硬化聚氨酯膠或矽膠，且不以此為限。

【0015】

於一些實施例中，如第2A圖所示，無線充電裝置3包括一組發射薄膜線圈元件31以及一組發射模組32，藉此無線充電裝置3可發射一特定頻率之電磁波以對受電裝置4進行無線充電。於另一些實施例中，如第2B圖所示，無線充電裝置3包括複數組發射薄膜線圈元件31以及複數組發射模組32，其中每一組發射薄膜線圈元件31電性連接於一對應之發射模組32，藉此無線充電裝置3可發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波，以同時或分時地對一個或多個可接收同一頻率或不同頻率電磁波之受電裝置4進行無線充電。

【0016】

於一些實施例中，每一組發射薄膜線圈元件31係為可撓且包括柔性基板311、起振天線312以及諧振天線313，其中起振天線312與諧振天線313係設置於柔性基板311之兩相對面，詳言之，柔性基板311具有第一面311a與第二面311b，該第一面311a與第二面311b相對，且起振天線312與諧振天線313分別設置於柔性基板311之第一面311a與第二面311b。諧振天線313之兩端(即第一端313a與第二端313b)係連接一個或多個電容器316，且起振天線312之兩端係連接於發射模組32。當無線充電裝置3經由其發射模組32通以一交流訊號於發射薄膜線圈元件31之起振天線312時，起振天線312與諧振天線313耦合，藉由發射出來之特定頻率之電磁波與受電裝置4之無線充電接收器4a之接收薄膜線圈元件41產生耦合，且經接收模組42轉換電源輸出至負載4b，俾實現對受電裝置4進行無線充電。

【0017】

於本實施例中，由本體301之中心軸L沿其徑向至側壁305之外表面之方向(如標號B所指方向)，無線充電裝置3係依序包括諧振天線313、柔性基板311、起振天線312、屏蔽元件34以及保護層35。換言之，發射薄膜線圈元件31係設置於側壁305內，且諧振天線313係鄰近於容置空間303，柔性基板311係位於諧振天線313與起振天線312之間，起振天線312係鄰近於側壁305之外表面且位於諧振天線313與屏蔽元件34之間。屏蔽元件34係貼附於側壁305之外表面且至少部分地覆蓋發射薄膜線圈元件31之諧振天線313以及起振天線312。於本實施例中，如第7圖所示，屏蔽元件34係為金屬網格(Metal mesh)膜，可適用於阻擋較高頻率之電磁波向外發散，例如阻擋具第一特定頻率以上(例如6MHz以上)之電磁波向外發散。該金屬網格膜係由金屬或金屬複合材料製成，其中該金屬或金屬複合材料係選自銅、金、銀、鋁、鎢、鉻、鈦、銦、錫、鎳、鐵或其至少二者以上所組成之金屬複合物，但不以此為限。金屬網格膜具有網格圖案，該網格圖案包括複數個網格單元343，其中每一個網格單元343之兩相鄰但不相接之金屬微線344、345具有一間距d，該間距d係小於發射薄膜線圈單元31所發出電磁波之波長。於另一些實施例中，屏蔽元件34係為導磁膜，該導磁膜係由軟磁材料製成，例如但不限於鐵氧體(ferrite)、鋅鎳鐵氧體(NiZn)、鋅錳鐵氧體(MgZn)或鐵矽鋁合金與黏結材料構成，可適用於阻擋較低頻率之電磁波向外發散，例如阻擋介於第一特定頻率與第二特定頻率之間(例如介於60Hz至20MHz之間)之電磁波向外發散。於另一些實施例中，屏蔽元件34係為一種結合金屬網格膜與導磁膜的複合薄膜，可阻擋所有頻率範圍(例如介於60Hz至300GHz之間)之電磁波向外發散。

【0018】

於一些實施例中，屏蔽元件34包括第一屏蔽部341以及第二屏蔽部342，其中第一屏蔽部341係貼附於本體301之外表面且覆蓋發射薄膜線圈元件31，第二屏蔽部342係貼附於蓋體302之外表面，以阻擋電磁波從蓋體302向外發散。

【0019】

於一些實施例中，柔性基板311之第一面311a與第二面311b分別包括一黏結層(未圖示)，且起振天線312與諧振天線313係分別為導電材料且藉由其黏結層設置於柔性基板311之第一面311a與第二面311b。黏結層可為一種具有光固化（light curing）、熱固化（thermal curing）或其他具有固化特性的黏結材料，其中其他具有固化特性的黏結材料可為但不限於乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物系膠、聚醯胺系膠、橡膠系膠、聚烯烴系膠或濕氣硬化聚氨酯膠等。於一些實施例中，黏結層除包含上述固化黏結材料外，更可混有磁性材料，其中磁性材料可為例如但不限於混合在固化黏結材料內之鐵磁粉粒。於另一些實施例中，柔性基板311可為前述之黏結層所取代。

【0020】

於一些實施例中，柔性基板311之材料可選自聚對苯二甲酸乙二酯（Polyethylene terephthalate，PET）、薄玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylennaphthalat，PEN)、聚醚(Polyethersulfone，PES)、聚酸甲酯(Polymethylmethacrylat，PMMA)、聚酰亞胺（Polyimide，PI）或聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)，且不以此為限。於一些實施例中，起振天線312與諧振天線313可為但不限於單環路或多環路天線，且其環路之形狀包括且不限於圓形、橢圓形或矩形。起振天線312與諧振天線313係分別由導電材料製成，其中該導電材料可選自銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、錫（Sn）或石墨烯，且不以此為限。

【0021】

第5A圖為本案無線充電裝置之另一變化例於其側壁之截面圖，以及第5B圖顯示第5A圖之發射薄膜線圈元件與屏蔽元件之關係圖。於一些實施例中，如第5A及5B圖所示，發射薄膜線圈元件31除包括柔性基板311、起振天線312及諧振天線313之外，更可包括第一保護層314及第二保護層315，其中第一保護層314及第二保護層315係分別覆蓋起振天線312與諧振天線313，亦即第一保護層314及第二保護層315係分別位於起振天線312與諧振天線313之外側。於此實施例中，屏蔽元件35係可設置於本體30中且位於側壁305內，並且位於發射薄膜線圈元件31之起振天線312與第一保護層314之間。可替換地，如第6A及6B圖所示，屏蔽元件35亦可設置於本體30中且位於側壁305內，並且位於發射薄膜線圈元件31之第一保護層314之外側。於此實施例中，第一保護層314與第二保護層315之材質可與前述之保護層35相同，於此不再贅述。

【0022】

於一些實施例中，無線充電裝置3包括一組或多組發射模組32，其中每一組發射模組32係電性連接於對應之發射薄膜線圈元件31，且包括電源轉換電路321、振盪器322、功率放大器323及濾波電路324。電源轉換電路321係電連接於電源5且連接於振盪器322及功率放大器323，電源轉換電路321係將電源5所提供之電能轉換並供電予振盪器322與功率放大器323。於一些實施例中，電源轉換電路321包括直流-直流轉換器、交流-交流轉換器及/或直流-交流轉換器。振盪器322係可調地輸出一特定頻率之交流訊號，功率放大器323係架構於放大該特定頻率之交流訊號，以及濾波電路324係架構於濾除該交流訊號之諧波與不需之頻率部分，藉此以輸出至對應之發射薄膜線圈元件31之起振天線312。

【0023】

於本實施例中，每一個受電裝置4包括一無線充電接收器4a以及一負載4b，其中該無線充電接收器4a與負載4b可為結構上可分離之兩器件或可整合為單一器件。舉例而言，受電裝置4之無線充電接收器4a可為一無線充電接收墊，且負載4b可為不具無線充電功能之手機，藉由將無線充電接收墊與該手機電連接，可使不具無線充電功能之手機可以實現無線充電。於另一實施例中，無線充電接收器4a亦可整合安裝於負載4b(例如手機)之殼體內部。

【0024】

請再參閱第2A、2B、3、4A及4B圖，於一些實施例中，每一個受電裝置4之無線充電接收器4a包括接收薄膜線圈元件41以及接收模組42，其中接收薄膜線圈元件41包括柔性基板、起振天線以及諧振天線，其中諧振天線之兩端連接一個或多個電容器。接收薄膜線圈元件41之柔性基板、起振天線及諧振天線之結構、材料與功能分別與第4A及4B圖所示之發射薄膜線圈元件31之柔性基板311、起振天線312及諧振天線313之結構、材料與功能相同，於此不再贅述。於另一些實施例中，接收薄膜線圈元件41除包括柔性基板、起振天線及諧振天線之外，其更包括一第一保護層及一第二保護層，其中接收薄膜線圈元件41之結構與材料與第5A及5B圖或第6A及6B圖所示之發射薄膜線圈元件31之結構與材料相似，於此不再贅述。於本實施例中，接收薄膜線圈元件41係架構於與發射薄膜線圈元件31耦合，藉此以利用磁共振或磁感應方式接收無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31所傳輸之能量。換言之，當受電裝置4放置於無線充電裝置3之容置空間303，無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31發射較高頻率之電磁波(例如但不限於6.78MHz)且受電裝置4之接收薄膜線圈元件41與該頻率相同且接收該電磁波時，可利用磁共振方式將能量由無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31傳送至無線充電接收器4a之接收薄膜線圈元件41。於另一些實施例中，當受電裝置4放置於無線充電裝置3之容置空間303，無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31發射較低頻率之電磁波(例如但不限於100KHz)且受電裝置4之接收薄膜線圈元件41接收該電磁波時，可利用磁感應方式將能量由無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31傳送至無線充電接收器4a之接收薄膜線圈元件41。由於屏蔽元件34可阻擋發射薄膜線圈元件31所發射之電磁波向外發散，可將電磁波能量集中導至容置空間303，藉此可提升充電效率。

【0025】

第9圖係為第2圖所示之受電裝置之接收模組之電路方塊圖。於一些實施例中，如第2A、2B及9圖所示，無線充電接收器4a包括一組或多組接收模組42，其中每一組接收模組42包括濾波電路421、整流電路422、穩壓電路423以及直流電壓調節電路424。濾波電路421係電連接於接收薄膜線圈元件41之諧振天線，且將接收薄膜線圈元件41之諧振天線所輸出之交流訊號之諧波濾除。整流電路422係電連接於濾波電路421與穩壓電路423，以架構於將交流訊號轉換為一直流電源。穩壓電路423係電性連接於整流電路422與直流電壓調節電路424，以架構於將該直流電源穩定於一額定電壓值。直流電壓調節電路424係電連接於穩壓電路423以及負載4b，以將該直流電源進行電壓調整(例如升壓)至負載4b所需之電壓，俾對負載4b供電，例如對手機之電池充電。

【0026】

第10圖係顯示第2圖之受電裝置之一示範例之結構示意圖。如第2及10圖所示，受電裝置4包括無線充電接收器4a以及負載4b，其中受電裝置4之無線充電接收器4a可為無線充電接收墊，且負載4b可為不具無線充電功能之手機。當無線充電接收器4a(即無線充電接收墊)之連接器43與負載4b(即手機)之對應連接器電連接，藉由無線充電接收器4a之接收薄膜線圈元件41與接收模組42，可接收無線充電裝置3之發射薄膜線圈元件31所傳輸之能量，使不具無線充電功能之手機可以實現無線充電。

【0027】

第11圖係為本案之無線充電系統之一變化例之電路方塊示意圖。於本實施例中，本案之無線充電系統2包括無線充電裝置3及一個或多個受電裝置4、4’，其中無線充電裝置3可依據受電裝置4、4’之無線充電接收器4a、4a’之規格與特性而適應性地或選擇性地切換使用磁共振或磁感應之方式，以對受電裝置4、4’之負載4b、4b’進行無線充電。於此實施例中，無線充電裝置3包括發射薄膜線圈元件31、發射模組32、控制器33、第一切換電路36、第二切換電路37、複數個第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 以及複數個第二電容器C₂₁ 、C₂₂ ，其中發射薄膜線圈元件31與發射模組32之結構、功能與原理係與前述實施例相似，接收薄膜線圈元件41、41’與接收模組42、42’之結構、功能與原理係與前述實施例相同，於此不再贅述。複數個第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 係分別與發射薄膜線圈元件31之起振天線(未圖示)並聯連接，且複數個第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 彼此並聯連接，以架構於與受電裝置4、4’之接收薄膜線圈元件41、41’耦合。複數個第二電容器C₂₁ 、C₂₂ 係分別與發射模組32之輸出端與發射薄膜線圈元件31之起振天線(未圖示)串聯連接，且複數個第二電容器C₂₁ 、C₂₂ 彼此並聯連接，以架構於與發射模組32耦合，俾進行濾波以提升充電品質。第一切換電路36包括複數個第一開關元件S₁₁ 、S₁₂ ，每一個第一開關元件S₁₁ 、S₁₂ 係分別與一對應之第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 串聯連接。第二切換電路37包括複數個第二開關元件S₂₁ 、S₂₂ ，每一個第二開關元件S₂₁ 、S₂₂ 係分別與一對應之第二電容器C₂₁ 、C₂₂ 串聯連接。控制器33係電性連接於第一切換電路36之複數個第一開關元件S₁₁ 、S₁₂ 以及第二切換電路37之複數個第二開關元件S₂₁ 、S₂₂ ，且依據代表受電裝置4、4’之無線充電接收器4a、4a’所採用之無線充電技術之感測訊號而因應地產生一控制訊號，以控制第一切換電路36之複數個第一開關元件S₁₁ 、S₁₂ 以及第二切換電路37之複數個第二開關元件S₂₁ 、S₂₂ 之導通與截止之切換運作，藉此使無線充電裝置3可依據受電裝置4、4’之無線充電接收器4a、4a’之規格與特性而適應性地或選擇性地切換使用磁共振或磁感應之方式對受電裝置4、4’之負載4b、4b’進行無線充電。

【0028】

於本實施例中，無線充電裝置3與受電裝置4、4’於運作時之工作頻率可依據下列公式(1)算得：

f_a =1/{2π(L_a C_a )^1/2 }= 1/{2π(L_b C_b )^1/2 }= f_b (1)

其中f_a 與f_b 分別為無線充電裝置3與受電裝置4、4’之無線充電接收器4a、4a’之工作頻率，C_a 為無線充電裝置3之第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 之電容值，L_a 為發射薄膜線圈元件31之起振天線上之電感值，C_b 為受電裝置4、4’之第三電容器C₃ 、C_3’ 之電容值，L_b 為接收薄膜線圈元件41、41’之起振天線上之電感值。舉例而言，無線充電裝置3之第一電容器C₁₁ 、C₁₂ 之電容值可分別為0.5μF及0.1nF，發射薄膜線圈元件31之起振天線上之電感值L為5μH。當受電裝置4之第三電容器C₃ 之電容值為0.5μF，接收薄膜線圈元件41之起振天線上之電感值L₃ 為5μH時，無線充電裝置3之控制器33發出控制訊號至第一切換電路36與第二切換電路37，以導通第一開關元件S₁₁ 及第二開關元件S₂₁ ，且關斷第一開關元件S₁₂ 及第二開關元件S₂₂ ，藉此無線充電裝置3可切換選擇第一電容器C₁₁ (電容值亦為0.5μF)，且發射薄膜線圈元件31之起振天線上之電感值L亦為5μH，使無線充電裝置3與受電裝置4之無線充電接收器4a之工作頻率皆為100KHz，藉此可以較低頻率之電磁波利用磁感應方式進行無線充電。當受電裝置4’之第三電容器C_3’ 之電容值為0.1nF，接收薄膜線圈元件41’之起振天線上之電感值L_3’ 為5μH時，無線充電裝置3之控制器33發出控制訊號至第一切換電路36與第二切換電路37，以導通第一開關元件S₁₂ 及第二開關元件S₂₂ ，且關斷第一開關元件S₁₁ 及第二開關元件S₂₁ ，藉此無線充電裝置3可切換選擇第一電容器C₁₂ (電容值亦為0.1nF)，發射薄膜線圈元件31之起振天線311上之電感值L亦為5μh，使無線充電裝置3及受電裝置4’之無線充電接收器4a’之工作頻率皆為6.78MHz，藉此可以較高頻率之電磁波利用磁共振方式進行無線充電。應注意的是，前述工作頻率僅為例示，本案技術並不以前述工作頻率之數值為限。

【0029】

於本實施例中，本體301係為一筒體，且蓋體302係可轉動地樞接於本體301，以架構於覆蓋本體301之開口304。複數組發射薄膜線圈元件31係設置於筒體之側壁305內。當然，無線充電裝置3之本體301並不以筒體為限，亦可依實際應用變化為其他幾何形狀結構。第12圖係顯示本案之無線充電裝置之第二實施例之結構示意圖。如第12圖所示，於此實施例中，無線充電裝置3a之元件結構及其功能係與第一實施例所示之無線充電裝置3相同，且相同元件標號代表相同元件結構與功能，於此不再贅述，惟本實施例之無線充電裝置3a之本體301係為一盒體，且複數組發射薄膜線圈元件31係設置於盒體之側壁305內。

【0030】

第13圖係顯示本案之無線充電裝置之第三實施例之結構示意圖。如第13圖所示，於此實施例中，無線充電裝置3b之元件結構及其功能係與第一實施例所示之無線充電裝置3相同，且相同元件標號代表相同元件結構與功能，於此不再贅述，惟本實施例之無線充電裝置3b之本體301係為一筒體，且一發射薄膜線圈元件31係設置於筒體內，其中發射薄膜線圈元件31之諧振天線313係設置於筒體之側壁305內且以立體螺旋方式繞設於筒體之側壁305內，發射薄膜線圈元件31之起振天線312係設置於筒體之底壁306內。

【0031】

第14圖係顯示本案之無線充電裝置之第四實施例之結構示意圖。如第14圖所示，於此實施例中，無線充電裝置3c之元件結構及其功能係與第一實施例所示之無線充電裝置3相同，且相同元件標號代表相同元件結構與功能，於此不再贅述，惟本實施例之無線充電裝置3c之本體301係為一筒體，且複數組發射薄膜線圈元件31係設置於筒體之側壁305內。無線充電裝置3c更包括另兩組發射薄膜線圈元件31a、31b，其中發射薄膜線圈元件31a設置於筒體之底壁306內，發射薄膜線圈元件31b設置於蓋體302內，其中發射薄膜線圈元件31a、31b之元件結構與功能與發射薄膜線圈元件31相似，於此不再贅述。

【0032】

第15圖係顯示本案之無線充電裝置之第五實施例之結構示意圖。如第12圖所示，於此實施例中，無線充電裝置3d之元件結構及其功能係與第一實施例所示之無線充電裝置3相同，且相同元件標號代表相同元件結構與功能，於此不再贅述，惟本實施例之無線充電裝置3d之本體301係為一U型體結構，且複數組發射薄膜線圈元件31係設置於U型體結構之側壁305與底壁306內。蓋體302係呈盒體結構，且可完整覆蓋包覆本體301。屏蔽元件34之第一屏蔽部341係貼附於本體301之外表面，且第二屏蔽部342係貼附於蓋體302之外表面。當蓋體302覆蓋包覆本體301後，無線充電裝置3可由屏蔽元件34之包覆而可阻擋電磁波向外發散，且可使電磁波集中於容置空間303，以對容收於容置空間303之一個或多個受電裝置4進行充電，俾提升其充電效率。

【0033】

綜上所述，本案提供一種無線充電裝置及系統，本案之無線充電裝置可發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波對一個或多個受電裝置進行無線充電，且可抑制該些電磁波發散以降低電磁波對使用者之傷害，且可集中電磁波至一充電區域以對一個或多個受電裝置進行非接觸式充電，俾強化電磁波量以提升充電效率。本案之無線充電裝置具有一容置空間供一個或多個受電裝置放置，並可確保該一個或多個可接收同一頻率或不同頻率之電磁波之受電裝置於該容置空間內可同時或分時地且有效地同時進行無線充電，其結構簡單，可降低成本，且可增加通用性及使用之便利性。此外，本案之無線充電系統包括前述無線充電裝置以及一個或複數個受電裝置，其可適應性或選擇性地切換使用磁共振耦合或磁感應方式實現無線充電，且可達到前述功效。

【0034】

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

 

3‧‧‧無線充電裝置

4‧‧‧受電裝置

30‧‧‧殼體

31‧‧‧發射薄膜線圈元件

34‧‧‧屏蔽元件

301‧‧‧本體

302‧‧‧蓋體

303‧‧‧容置空間

304‧‧‧開口

305‧‧‧側壁

306‧‧‧底壁

34‧‧‧屏蔽元件

341‧‧‧第一屏蔽部

342‧‧‧第二屏蔽部

L‧‧‧中心軸

AA‧‧‧截面

B‧‧‧徑向

Claims (1)

1. 1. 一種無線充電裝置，用於對一個或複數個受電裝置進行無線充電，該無線充電裝置包括：
        一殼體，包括一本體，該本體具有一容置空間以及一開口，該容置空間係容收該一個或複數個受電裝置；
        至少一組發射薄膜線圈元件，設置於該本體中，且架構於發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波以對該一個或複數個受電裝置進行無線充電，其中每一組該發射薄膜線圈元件包括至少一天線以接收一交流訊號，俾發射該電磁波；以及
        一屏蔽元件，貼附於該本體之一外表面，或設置於該本體中且至少部分地覆蓋該發射薄膜線圈元件之該天線，以架構於阻擋該電磁波向外發散。
   2. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其中每一組該發射薄膜線圈元件包括一柔性基板、一起振天線以及一諧振天線，該起振天線與該諧振天線係位於該柔性基板之兩相對面，該起振天線係接收該交流訊號，該諧振天線之兩端連接於一個或多個電容器，且該諧振天線係與該起振天線耦合，以發射該電磁波。
   3. 如申請專利範圍第2項所述之無線充電裝置，其中每一組該發射薄膜線圈元件更包括：
         一第一保護層，覆蓋該起振天線；以及
         一第二保護層，覆蓋該諧振天線；
         其中，該屏蔽元件係貼附於該第一保護層之一外側，或設置於該第一保護層與該起振天線之間。
   4. 如申請專利範圍第2項所述之無線充電裝置，其中該柔性基板係為一黏結層，且該黏結層之材料係選自光固化黏結材料、熱固化黏結材料、混有一磁性材料之固化黏結材料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物系膠、聚醯胺系膠、橡膠系膠、聚烯烴系膠或濕氣硬化聚氨酯膠。
   5. 如申請專利範圍第2項所述之無線充電裝置，其中該柔性基板具有一第一面與一第二面，該柔性基板之該第一面與該二面分別包括一黏結層，且該起振天線與該諧振天線分別藉由各該黏結層設置於該柔性基板之該第一面與該第二面，其中該黏結層之材料係選自光固化黏結材料、熱固化黏結材料、混有一磁性材料之固化黏結材料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚合物系膠、聚醯胺系膠、橡膠系膠、聚烯烴系膠或濕氣硬化聚氨酯膠。
   6. 如申請專利範圍第2項所述之無線充電裝置，其中該本體更包括一側壁以及一底壁，且該本體係為一筒體，其中該發射薄膜線圈元件之該諧振天線係以立體螺旋方式繞設於該側壁內，該發射薄膜線圈元件之該起振天線係設置於該底壁內。
   7. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其中該殼體更包括一蓋體，且該蓋體係覆蓋該本體之該開口。
   8. 如申請專利範圍第7項所述之無線充電裝置，其中該屏蔽元件包括：
         一第一屏蔽部，貼附於該本體之該外表面且覆蓋該發射薄膜線圈元件；以及
         一第二屏蔽部，貼附於該蓋體之一外表面。
   9. 如申請專利範圍第7項所述之無線充電裝置，其中該本體更包括一側壁以及一底壁，且該本體係為一筒體或一盒體，其中該蓋體係樞接於該本體，且該至少一組發射薄膜線圈元件係設置於該本體之該側壁內。
   10. 如申請專利範圍第9項所述之無線充電裝置，其更包括兩組另外之發射薄膜線圈元件，分別設置於該本體之該底壁內以及該蓋體內。
   11. 如申請專利範圍第7項所述之無線充電裝置，其中該本體更包括一側壁以及一底壁，且該本體係為一U型體結構，其中該蓋體係為一盒體結構，該至少一組發射薄膜線圈元件係設置於該側壁及該底壁內，且該蓋體係覆蓋包覆該本體。
   12. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其更包括一保護層，至少部分地覆蓋該屏蔽元件。
   13. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其中該屏蔽元件係為一金屬網格膜、一導磁膜或其組合。
   14. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該金屬網格膜之材料係選自銅、金、銀、鋁、鎢、鉻、鈦、銦、錫、鎳、鐵或其至少二者以上所組成之金屬複合物。
   15. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該金屬網格膜具有一網格圖案，該網格圖案包括複數個網格單元，其中每一該網格單元之兩相鄰但不相接之金屬微線具有一間距，該間距係小於該電磁波之一波長。
   16. 如申請專利範圍第13項所述之無線充電裝置，其中該導磁膜包含一軟磁材料，該軟磁材料係由鐵氧體、鋅鎳鐵氧體、鋅錳鐵氧體或鐵矽鋁合金與一黏結材料構成。
   17. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其更包括至少一組發射模組，該發射模組係電性連接於對應之該發射薄膜線圈元件且包括：
           一電源轉換電路，電連接於一電源且將該電源所提供之電能轉換；
           一振盪器，連接於該電源轉換電路且可調地輸出一特定頻率之該交流訊號；
           一功率放大器，連接於該振盪器與該電源轉換電路，且架構於放大該交流訊號；以及
           一濾波電路，連接於該功率放大器，且架構於對該交流訊號濾波，並輸出該交流訊號至該發射薄膜線圈元件。
   18. 一種無線充電系統，包括：
          一無線充電裝置，包括：
   　　     一殼體，包括一本體，該本體具有一容置空間以及一開口；
             至少一組發射薄膜線圈元件，設置於該本體中，且架構於發射一特定頻率或複數不同頻率之電磁波，其中每一組該發射薄膜線圈元件包括至少一天線以接收一交流訊號，俾發射該電磁波；以及
             一屏蔽元件，貼附於該本體之一外表面，或設置於該本體中且至少部分地覆蓋該發射薄膜線圈元件之該天線，以架構於阻擋該電磁波向外發散；以及
             至少一個受電裝置，容收於該殼體之該容置空間，且包括一接收薄膜線圈元件，其中該接收薄膜線圈元件與該無線充電裝置之該發射薄膜線圈元件耦合，以接收該無線充電裝置所傳輸之能量。
   19. 如申請專利範圍第18項所述之無線充電系統，其中該無線充電裝置之每一組該發射薄膜線圈元件包括一柔性基板、一起振天線以及一諧振天線，該起振天線與該諧振天線係位於該柔性基板之兩相對面，該起振天線係接收該交流訊號，該諧振天線之兩端連接於一個或多個電容器，且該諧振天線係與該起振天線耦合，以發射該電磁波。
   20. 如申請專利範圍第19項所述之無線充電系統，其中該受電裝置之該接收薄膜線圈元件之結構與該無線充電裝置之該發射薄膜線圈元件相同。
   21. 如申請專利範圍第18項所述之無線充電系統，其中該受電裝置更包括一接收模組，連接於該接收薄膜線圈元件，以將該接收薄膜線圈元件接收之能量進行轉換，該接收模組包括：
          一濾波電路，連接於該接收薄膜線圈元件且對該接收薄膜線圈元件所輸出之一交流訊號進行濾波；
          一整流電路，連接於該濾波電路，以架構於將該交流訊號轉換為一直流電源；
          一穩壓電路，連接於該整流電路，以架構於將該直流電源穩定於一額定電壓值；以及
          一直流電壓調節電路，連接於該穩壓電路以及一負載，以對該直流電源進行電壓調整並輸出至該負載。
   22. 如申請專利範圍第18項所述之無線充電系統，其中該無線充電裝置更包括一控制器，架構於控制該無線充電裝置以磁共振或磁耦合方式對該受電裝置進行無線充電。