TWI420771B - 充電裝置及應用該充電裝置之可攜式電子裝置 - Google Patents

Description

充電裝置及應用該充電裝置之可攜式電子裝置

本發明涉及一種充電裝置及應用該充電裝置之可攜式電子裝置，特別涉及一種利用電磁感應方式進行充電之充電裝置及應用該充電裝置之可攜式電子裝置。

隨著電子技術之快速發展以及人們生活水準之提高，手機、PDA(Personal Digital Assistant，個人數位助理)、MP3、MP4、數碼相機等可攜式電子裝置之應用日益普遍，給人們生活帶來了極大之便利。可攜式電子裝置使用時一般要由電池來提供電能，但使用一段時間以後，電池電量會耗盡，這時需要使用專用之充電裝置給電池進行充電，以供可攜式電子裝置繼續使用。

習知之技術中，大多可攜式電子裝置都採用連接式充電，即藉由使用充電器將市電提供之交流電轉換為直流電，再藉由電纜和連接器連接到該可攜式電子裝置上實現充電。這種充電方式必須於電子裝置上預留專用之插口以便充電器之充電端子插入充電，如此，可能會使結構複雜化而增大上述可攜式電子裝置體積和重量，而且灰塵或水蒸氣容易從開放之插口進入電子裝置內部，導致機身被侵蝕而影響可攜式電子裝置之使用壽命。

有鑒於此，有必要提供一種密封性較好之充電裝置。

另，還有必要提供一種密封性較好之可攜式電子裝置。

一種充電裝置，其用於給一可攜式電子裝置充電。所述充電裝置包括一整流變壓單元及一與該整流變壓單元電連接之充電單元。所述整流變壓單元將輸入之電流處理後輸出至所述充電單元，該充電單元將輸入之電能藉由電磁感應傳輸至上述可攜式電子裝置為其充電。

一種使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，該充電裝置藉由電磁感應方式給所述可攜式電子裝置之電池充電。所述充電裝置包括一整流變壓單元及一與該整流變壓單元電性連接之充電單元，所述可攜式電子裝置包括一電能接收單元、一電流轉換單元及一與電池電性連接之電源管理單元，該充電單元包括一第一磁芯及繞設於該第一磁芯上且與整流變壓單元電連接之一次線圈。所述整流變壓單元將輸入之電流處理後輸出至所述一次線圈，該一次線圈將輸入之電能藉由電磁感應傳輸至上述電能接收單元，並於電能接收單元內產生一感應電流，所述電流轉換單元將該感應電流轉換為直流電後輸出至所述電源管理單元，該電源管理單元將上述直流電處理後用以對所述可攜式電子裝置之電池進行充電。

相較於習知技術，該充電裝置以電磁感應之方式給充電電池進行充電，其對應之可攜式電子裝置之電能接收單元係外部形狀平整之電磁鐵芯，其上不需要設置任何與可攜式電子裝置內部相通之 開放通道，從而減少了可攜式電子裝置上之開口，不但有利於縮減可攜式電子裝置之體積，而且可以有效地避免了灰塵或水蒸氣等雜物從充電介面侵蝕可攜式電子裝置。

100‧‧‧充電裝置

10‧‧‧充電電池

11‧‧‧充電電源

20‧‧‧充電介面

30‧‧‧整流變壓單元

40‧‧‧充電單元

41‧‧‧殼體

411‧‧‧凹部

42‧‧‧第一屏蔽管

43‧‧‧第一磁芯

44‧‧‧磁鐵

45‧‧‧隔離層

46‧‧‧一次線圈

50‧‧‧本體

51‧‧‧凸部

60‧‧‧電能接收單元

61‧‧‧第二屏蔽管

62‧‧‧第二磁芯

64‧‧‧隔離層

65‧‧‧二次線圈

70‧‧‧電流轉換單元

80‧‧‧電源管理單元

200‧‧‧可攜式電子裝置

圖1為本發明較佳實施例之充電裝置之充電單元向可攜式電子裝置之充電電池充電時之狀態示意圖。

圖2為本發明較佳實施例之充電裝置給可攜式電子裝置充電時之功能模組示意圖。

圖3為本發明較佳實施例可攜式電子裝置之電能接收單元及充電裝置之充電單元之部分剖面示意圖。

請參閱圖1及圖2，本發明之一個較佳實施例為一種充電裝置100，其利用變壓器線圈感應耦合之原理向一可攜式電子裝置200之充電電池10進行充電。該可攜式電子裝置200可為行動電話、PDA、MP3、數碼相機等。於本實施例中，所述可攜式電子裝置200為一行動電話。所述充電裝置100包括依次電性連接之一充電介面20、一整流變壓單元30及一充電單元40。

所述充電介面20可連接一習知之充電電源11，例如常用之110伏特或220伏特之交流電源，用於為該充電裝置100提供電能以進行充電。所述整流變壓單元30可為習知之交流電變壓器等變壓器件，其用於將充電介面20輸入之交流電轉換為適合充電單元40之穩定交流電，如將110伏特或220伏特之交流電轉換為10伏特50毫安培之交流電。

請同時參閱圖3，所述充電單元40包括一整體大致為半圓柱狀之殼體41、嵌設於該殼體41內表面之一第一遮罩管42、設於該第一遮罩管42內之一第一磁芯43及一磁鐵44，所述第一磁芯43與第一遮罩管42之間由一隔離層45所阻隔。所述殼體41上開設有一凹部411，該凹部411可與可攜式電子裝置200之外部形狀相配合以便於固定該充電裝置100。所述第一遮罩管42嵌設於該殼體41內，用於隔離充電該充電裝置100充電時產生之電磁波，使上述可攜式電子裝置200之工作免受電磁波之干擾，亦可保護操作者之身體安全。當該第一遮罩管42被磁化時，該充電裝置100可藉由該第一遮罩管42產生之磁力吸附於可攜式電子裝置200上。

所述第一磁芯43可由軟鐵、矽鋼等具有高導磁性之材料製成，其形狀與所述第一遮罩管42之形狀大致相同，並嵌設於上述隔離層45中。該第一磁芯43上繞有一次線圈(Primary Coil)46，該一次線圈46之一端穿過所述隔離層45電性連接於所述整流變壓單元30。當該整流變壓單元30向該一次線圈46輸入交流電時，該一次線圈46因電磁感應而產生交變磁場，並於其內產生感應電流。

所述磁鐵44可為環形磁鐵、蹄形磁鐵等，於本實施例中，該磁鐵44為一環形磁鐵。所述磁鐵44嵌設于第一遮罩管42中部，並將該第一遮罩管42分割為關於該磁鐵44對稱之兩部分，該磁鐵44可將第一遮罩管42磁化，使其具有較強之磁性，並使得上述對稱之兩部分分別指向該磁鐵44之兩個環形面，即其南極和北極。所述隔離層45可由隔熱、絕緣之材料製成，其形狀整體與上述第一遮罩管42和嵌設其內之第一磁芯43之形狀大致相同，該隔離層45位於 第一磁芯43和第一遮罩管42之間，並與二者緊密配合，用於阻擋該充電裝置100於充電時產生之熱量影響該可攜式電子裝置200之內部元件。

所述可攜式電子裝置200包括一本體50和設於該本體50內且依次電性連接之一電能接收單元60。一電流轉換單元70。一電源管理單元80及上述充電電池10。

所述本體50為該可攜式電子裝置200之外殼，其上凸設有一凸部51，該凸部51與所述充電裝置100之凹部411相配合，使該充電裝置100對準並固定，而且可防止灰塵等雜物進入該可攜式電子裝置200與充電裝置100之間之充電介面。

所述電能接收單元60藉由電磁感應原理將輸入上述一次線圈46之交流電輸入可攜式電子裝置200。該電能轉換單元60包括一第二遮罩管61、設於該第二遮罩管61內之第二磁芯62及位於該第二遮罩管61和第二磁芯62之間之隔離層64。所述第二遮罩管61之形狀、口徑與所述第一遮罩管42之形狀、口徑大致相同，二者關於充電裝置100和電子裝置200之配合面對稱，二者對接時整體呈圓環狀。由於該第一遮罩管42受到上述磁鐵44之磁化而具有磁性，故，該第一遮罩管42與第二遮罩管61之間可形成相互吸引之磁力作用，上述凸部51吸附於凹部411內，使該充電裝置100吸附於可攜式電子裝置200上而便於保持充電狀態。可以理解，所述第一遮罩管42和第一遮罩管61可由鐵、磁鐵等易磁化之材料製成，當所述充電裝置100給可攜式電子裝置200充電時，藉由第一遮罩管42和第二遮罩管61之間相互吸引之磁力將充電裝置100吸附於該可 攜式電子裝置200即可。

所述第二磁芯62可由軟鐵、矽鋼等具有高導磁性之材料製成，其直徑和形狀與所述第一磁芯43之直徑和形狀大致相同，二者對接時整體呈圓環狀，且該第二磁芯62與上述第二遮罩管61之形狀大致相同。該第二磁芯62上繞有二次線圈(Secondary Coil)65，當上述凸部51吸附於凹部411內時，第一磁芯43與第二磁芯62兩端相互對準接觸而構成一個環形磁芯，該二次線圈65兩端位置與上述一次線圈46兩端之位置相對準。因為第一磁芯43與第二磁芯62具有高導磁性，大部分磁通量局限於其內，故，一次線圈46與二次線圈65可獲得高程度之磁耦合。當交流電藉由所述一次線圈46時，根據電磁感應原理，該一次線圈46中產生交變磁通，該交變磁通沿著所述第一磁芯43與第二磁芯62並穿過一次線圈46和二次線圈65形成閉合之磁路，從而於二次線圈65中產生交流電。顯然，該第一磁芯43及一次線圈46和第二磁芯62及二次線圈65之間實際上構成一個變壓器，根據變壓器原理，並考慮到一次線圈46及二次線圈65熱能損耗和第一磁芯43及第二磁芯62之磁滯損耗，該一次線圈46和二次線圈65之間之匝數較佳設置為5：4，這樣既可以彌補能量損耗，又可以獲得較好之充電電壓。此外，所述第一遮罩管42和第二遮罩管61配合使用時，二者分別將一次線圈46和二次線圈65罩設其內，隔離充電時產生之電磁波，為了更好地降低充電過程中之電磁輻射對周圍電路產生影響，可儘量選用輻射較小之第一磁芯43和第二磁芯62。

所述電流轉換單元70可為習知之交流/直流(AC/DC)變換器，其與 上述二次線圈65電性連接，其可將二次線圈65產生之交流電轉換為直流電，並濾去高頻雜波，使之輸出相對平穩之直流電，並傳輸至上述電源管理單元80。所述電源管理單元80可使用習知之電源管理晶片等器件，其將上述電流轉換單元70輸出之直流電進行穩壓、限流處理，使之成為適合為充電電池10之電流，避免該充電電池10因過壓或過流而損壞。

使用該充電裝置100給所述可攜式電子裝置200之充電電池10充電時，首先，將該電子裝置200本體50之凸部51置於充電裝置100之凹部411內，由於上述磁鐵44磁化作用，第一遮罩管42被磁化而具有磁性，於第一遮罩管42與第二遮罩管61之間產生相互吸引之磁力，使該充電裝置100固定於該可攜式電子裝置200上。此時，上述第一遮罩管42與第二遮罩管61對準，第一磁芯43與第二磁芯62對準。然後，將充電裝置100之充電介面20接入外界之充電電源11，經由整流變壓單元30將充電電源11輸入之交流電轉換為適合充電單元40使用之交流電。之後，所述充電單元40之一次線圈46接收該交流電後產生電磁感應，根據電磁感應原理，上述二次線圈65中可以產生與該一次線圈46相同頻率之交流電壓。該交流電壓從二次線圈46傳輸到二次線圈65時之損耗可藉由調整該二次線圈46和二次線圈65之匝數比例來加以補償，從而於二次線圈65中獲得理想之電壓。最後，所述電路轉換單元70將二次線圈65中產生之交流電轉換為直流電，並將該直流電傳輸至上述電源管理單元80進行穩壓、限流處理，使其成為適合充電電池10充電之電流。如此，即可實現該充電裝置100利用變壓器線圈感應耦合之 原理給所述可攜式電子裝置200進行充電。

可以理解，可於該充電裝置100之殼體41內部可增設一充電保護電路，當上述充電電池10滿充之後，藉由該充電保護電路即可停止給電池10充電。

所述充電裝置100提供有上述之充電單元40和第一遮罩管42，所述可攜式電子裝置200設有所述電能接收單元60和第二遮罩管61，該第一遮罩管42與第二遮罩管61之間存於相互吸引之磁力，使得該充電單元40固設於該可攜式電子裝置200上。所述充電單元40利用電磁感應之原理將充電單元40之電能傳輸至該電能接收單元60，進而實現給該可攜式電子裝置200之充電電池10充電之目之。故，該充電裝置100以電磁感應之方式給充電電池10進行充電，其對應之可攜式電子裝置200之電能接收單元60係外部形狀平整之電磁鐵芯，無需設置任何與該可攜式電子裝置200內部相通之開放通道，從而減少了可攜式電子裝置200上之開口，不但有利於縮減可攜式電子裝置200之體積，而且可以有效地避免了灰塵或水蒸氣等雜物從充電介面侵蝕該可攜式電裝置200。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士，於援依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100‧‧‧充電裝置

10‧‧‧充電電池

11‧‧‧充電電源

20‧‧‧充電介面

30‧‧‧整流變壓單元

40‧‧‧充電單元

60‧‧‧電能接收單元

70‧‧‧電流轉換單元

80‧‧‧電源管理單元

200‧‧‧可攜式電子裝置

Claims (11)

1. 一種充電裝置，用於給一可攜式電子裝置充電，其改良在於：所述充電裝置包括一整流變壓單元及一與該整流變壓單元電連接之充電單元，所述整流變壓單元將輸入之電流處理後輸出至所述充電單元，該充電單元將輸入之電能藉由電磁感應傳輸至上述可攜式電子裝置為其充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中所述充電單元設有一第一磁芯及繞設於該第一磁芯上之一次線圈，該一次線圈與上述整流變壓單元電性連接，並將該整流變壓單元輸入之電能藉由電磁感應傳輸至所述可攜式電子裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之充電裝置，其中所述充電單元包括一第一遮罩管，所述第一遮罩管藉由吸引之磁力作用將充電裝置固定於該可攜式電子裝置上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之充電裝置，其中所述第一磁芯位於第一遮罩管內，第一磁芯及第一遮罩管之間設有用於絕緣及隔熱之隔離層，所述第一遮罩管用於隔離所述一次線圈產生之電磁波。
5. 如申請專利範圍第1項所述之充電裝置，其中所述充電單元包括一殼體，所述殼體上設有一凹部，該凹部與上述可攜式充電裝置外部形狀相配合。
6. 一種使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，該充電裝置藉由電磁感應方式給所述可攜式電子裝置之電池充電，其改良在於： 所述充電裝置包括一整流變壓單元及一與該整流變壓單元電性連接之充電單元，所述可攜式電子裝置包括一電能接收單元、一電流轉換單元及一與電池電性連接之電源管理單元，該充電單元包括一第一磁芯及繞設於該第一磁芯上且與整流變壓單元電連接之一次線圈；所述整流變壓單元將輸入之電流處理後輸出至所述一次線圈，該一次線圈將輸入之電能藉由電磁感應傳輸至上述電能接收單元，並於電能接收單元內產生一感應電流，所述電流轉換單元將該感應電流轉換為直流電後輸出至所述電源管理單元，該電源管理單元將上述直流電處理後用以對所述可攜式電子裝置之電池進行充電。
7. 如申請專利範圍第6項所述之使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，其中所述充電單元包括一第一遮罩管，所述第一遮罩管藉由吸引之磁力作用將充電裝置固定於該可攜式電子裝置上。
8. 如申請專利範圍第7項所述之使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，其中所述第一磁芯及一次線圈位於第一遮罩管內，第一磁芯及第一遮罩管之間設有用於絕緣及隔熱之隔離層，所述第一遮罩管用於隔離所述一次線圈產生之電磁波。
9. 如申請專利範圍第6項所述之使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，其中所述電能接收單元包括一與第一磁芯相對應之第二磁芯及繞設於該第二磁芯上且與所述電流轉換單元電性連接之二次線圈，該二次線圈與上述一次線圈藉由電磁感應將輸入一次線圈之交流電轉換為上述之感應電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述之使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，其中所述電能接收單元進一步包括一容置上述第二磁芯 且位於該第二遮罩管和第二磁芯之間之隔離層，該第二遮罩管用於隔離所述二次線圈充電時產生之電磁波。
11. 申請專利範圍第6項所述之使用充電裝置進行充電之可攜式電子裝置，其中所述充電單元包括一殼體，所述可攜式電子裝置包括一本體，該殼體上設有一凹部，該本體該一端設有一凸部，該凹部與凸部相配合將所述充電裝置裝設於可攜式電子裝置。