TWI598897B - 具有散熱功能的無線充電線圈結構 - Google Patents

Description

具有散熱功能的無線充電線圈結構

本發明係關於一種無線充電線圈結構，特別是一種具有散熱功能的無線充電線圈結構。

現行一種方便電子裝置充電的無線充電技術，在可攜式電子裝置內部設置與電池電性連接的無線充電線圈，可攜式電子裝置就可以透過無線充電線圈取得電能對電池進行充電，不需要額外藉由特定規格的充電器來取得電源插座提供的電力。無線充電功能勢必是未來每一台可攜式電子裝置都具備的功能。

然而，為了方便攜帶，可攜式電子裝置的體積都具有一定的限制。因此，若可攜式電子裝置要增加無線充電功能，可攜式電子裝置的體積可能需要增加，用以設置無線充電線圈，並避免無線充電線圈與其他內部元件產生的熱能彼此影響。

本發明在於提供一種具有散熱功能的無線充電線圈結構，藉以解決傳統電子裝置的無線充電模組和散熱模組會多佔據可攜式電子裝置內空間的問題。

本發明所揭露的具有散熱功能的無線充電線圈結構具有第一連接端、第二連接端及線圈。線圈位於第一連接端及第二連接端之間，用以傳輸訊號於第一連接端及第二連接端之間。線圈具有電性且導熱連接的熱管段及傳輸段。傳輸段具有預設厚度，熱管段圍繞成容置空間，且容置空間內設置散熱媒介。

根據上述本發明所揭露的具有散熱功能的無線充電線圈結構，藉由線圈中同時設置傳輸段和熱管段，讓無線充電線圈結構兼具無線充電和散熱的功能，減少傳統電子裝置中無線充電模組和散熱模組佔據的空間，增加電子裝置內部的空間，使得電子裝置的體積可以被設計地更為縮小或是配置其他更多元件。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1是根據本發明一實施例所繪示的無線充電線圈結構的立體圖，如圖1所示，無線充電線圈結構1具有第一連接端10、第二連接端12及線圈14。無線充電線圈結構1例如設置於智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦或其他合適的可攜式電子裝置上。無線充電線圈結構1可以被設置於可攜式電子裝置的電路板、殼體或其他合適的位置，本實施例不予限制。於其他實施例中，無線充電線圈結構1亦可以是設置於連接固定電源的充電座上，依據電源提供的電力產生磁力，讓可攜式電子裝置上的無線充電線圈結構依據磁力產生電流充電。於所屬技術領域具有通常知識者可以將無線充電線圈結構1運用於任何合適的電子裝置上，本實施例不予限制。為了方便說明，以下實施例以無線充電線圈結構1是設置於可攜式電子裝置為例，並非限制無線充電線圈結構1的實施方式。

無線充電線圈結構1的第一連接端10和第二連接端12位於線圈14的兩端，用以電性連接可攜式電子裝置的電源晶片、電池或透過電源晶片電性連接電池。第一連接端10和第二連接端12分別電性連接於電源晶片的正極端和負極端，並以焊接、卡固、夾持或其他任何方式固定。當無線充電線圈結構1設置於遠離電源晶片的位置時，第一連接端10和第二連接端12亦可以任何形狀或彎折延伸地連接至電源晶片。於所屬技術領域具有通常知識者可以依據可攜式電子裝置的實際情形，設計第一連接端10和第二連接端12，本實施例不予限制。

線圈14用以傳輸訊號於第一連接端10及第二連接端12之間，例如磁力通過線圈14中間時，線圈14感應磁力產生的電流訊號就會傳遞於第一連接端10及第二連接端12之間，經由第一連接端10及第二連接端12傳送至可攜式電子裝置的電池儲存或供電給可攜式電子裝置的其他元件運作。線圈14具有電性且導熱連接的傳輸段141及熱管段142，也就是說，傳輸段141及熱管段142電性連接以傳遞第一連接端10及第二連接端12之間的訊號，且傳輸段141及熱管段142導熱連接以傳遞第一連接端10及第二連接端12之間的熱能。在實務上，傳輸段141及熱管段142可以是焊接或以其他可導電導熱的材料銜接。

於本實施例中，傳輸段141具有預設的厚度T且環繞成螺旋狀。傳輸段141的預設厚度T例如介於0.2公厘至0.6公厘之間，其中當預設厚度T介於0.45公厘至0.55公厘之間時，傳輸段141的電阻值、電感值和電容值可以讓傳輸段141具有較佳的輻射效率，但不以此為限。於一個實施例中，傳輸段141、第一連接端10和第二連接端12可以以沖壓、蝕刻、雷射或其他合適的製造方式一併地形成。

基於製程和成本上的考量，在實務上，當傳輸段141的厚度T介於0.45公厘至0.55公厘之間時，傳輸段141、第一連接端10和第二連接端12可以沖壓加工機以沖壓的方式形成。沖壓加工機例如具有公模和母模。公模具有依據傳輸段141、第一連接端10和第二連接端12的形狀形成的凸塊，母模具有依據傳輸段141、第一連接端10和第二連接端12的形狀形成的凹槽。將銅片或其他合適材料的金屬片設置於公模與母模之間，藉由公模的凸塊壓合於母模的凹槽，使得銅片被裁切成傳輸段141、第一連接端10和第二連接端12所預設的形狀。

於圖示的例子中，傳輸段141被沖壓加工成以直線環繞成螺旋狀的結構。在其他的例子中，傳輸段141亦可以被沖壓加工成以波浪線環繞成螺旋狀的結構，抑或是於傳輸段141的表面增加凸點，藉以調整傳輸段141的電阻值、電感值或電容值，讓傳輸段141具有較佳的輻射效率。於所屬技術領域具有通常知識者可以依據實際需求設計傳輸段141的樣態，本實施例不予限制。

當傳輸段141被沖壓成形時，可以預留設置熱管段142的位置再將熱管段142的兩端焊接於預留位置上，亦即將傳輸段141直接沖切成兩段，再將熱管段142焊接於兩段傳輸段141之間。於其他實施例中，傳輸段141亦可以沖壓成形後，經由裁切傳輸段141的加工方式，裁切出設置熱管段142的位置，再將熱管段142焊接於傳輸段141裁切出的位置上，本實施例不予限制。

熱管段142圍繞成容置空間143，且容置空間143內設置散熱媒介。於一個實施例中，熱管段142的容置空間143被抽至半真空，並填充純水或其他合適的散熱媒介。純水於半真空狀態下的沸點介於40℃至60℃之間，可以在熱管段142接觸到40℃至60℃之間的熱源時蒸發，吸收熱源產生的熱能，並於容置空間143流動至低溫區後，再凝結成水，以水循環的方式降低熱源的溫度。熱管段142吸收熱源產生的熱能亦可以藉由傳輸段141的熱傳導，使得熱源產生的熱能擴散的更快，降溫的效果更好。

在實務上，熱管段142具有預設長度L，且熱管段142的長度L與熱管段142的寬度成正比，亦即熱管段142的長度L與熱管段142的孔徑成正比，亦可以說是熱管段142的長度L與容置空間143的大小成正比。具體來說，熱管段142的孔徑越大，管內的水蒸氣所流動的距離越長，因此，熱管段142可以依據熱管段142的孔徑來配置於線圈14中的長度。然而，熱管段142的最大長度亦依據其散熱功率有所限制，亦即熱管段142的長度小於一個門檻值，例如熱管段142散熱效果較好的長度為10公分時，線圈14中就可以配置10公分的熱管段142或配置6至7公分的熱導管142，但不以此為限。此外，熱管段142配置於線圈14中的位置，可以依據可攜式電子裝置中熱源的位置來設置，本實施例不予限制。

具體來說，無線充電線圈結構1設置於可攜式電子裝置中，當可攜式電子裝置運作時，內部的元件例如中央處理器、圖像處理器、電池或其他可能的元件會產生熱能，熱管段142就可以配置於會產生熱能的元件附近，用以吸收元件的熱能，並將熱能傳導至傳輸段141，由傳輸段141和熱管段142一併為可攜式電子裝置散熱。當可攜式電子裝置進行充電時，可攜式電子裝置被使用的機會不高，因此，內部的元件較不會產生熱能，傳輸段141和熱管段142可一併用以感應磁場，產生充電電流，對電池充電。

換言之，傳輸段141和熱管段142可以同時兼具無線充電和散熱的功能，避免傳統電子裝置的無線充電模組和散熱模組分開設置的配置方式會多佔據可攜式電子裝置內空間的問題，使得電子裝置的體積可以更為縮小或是配置其他更多元件。由於傳輸段141是以沖壓的方式形成，傳輸段141具有預設的厚度，使得傳輸段141的電阻降低，感應輻射的效率越好，因此當傳輸段141和熱管段142銜接時，傳輸段141和熱管段142之間的阻抗差異不會影響電流的傳輸。於一個實施例中，由於傳輸段141的電阻降低，因此傳輸段141和熱管段142亦可以配置為相同的單位阻抗，避免訊號流過傳輸段141和熱管段142之間時，訊號反射的問題。

此外，為了避免熱管段142中空的結構，會使電流流過熱管段142時有集膚效應產生。因此，於一個實施例中，熱導管142靠近容置空間143的內壁面可以設置有多個凹槽，據以讓訊號流過熱導管142時，電流可以平均地分佈於熱導管142的截面上。

接下來，請參照圖2及圖3，圖2是根據本發明另一實施例所繪示的無線充電線圈結構的立體圖，圖3是根據圖2的無線充電線圈結構所繪示的局部放大圖。如圖所示，無線充電線圈結構2具有第一連接端20、第二連接端22及線圈24，其中第一連接端20、第二連接端22與前一個實施例大致上相同，不再加以贅述。線圈24位於第一連接端20和第二連接端22之間，用以傳輸訊號第一連接端20及第二連接端22之間的訊號，例如磁力通過線圈24中間時，線圈24感應磁力產生的電流訊號就會傳遞於第一連接端20及第二連接端22之間，並傳送至可攜式電子裝置的電池儲存或供電給可攜式電子裝置的其他元件運作。

線圈24具有電性且導熱連接的傳輸段241及熱管段242。傳輸段241及熱管段242電性連接以傳遞第一連接端20及第二連接端22之間的訊號，且導熱連接以傳遞第一連接端20及第二連接端22之間的熱能。傳輸段241以沖壓的製造方式形成具有預設厚度且環繞成螺旋狀的樣態，熱管段242與傳輸段241相接，依據可攜式電子裝置中熱源的位置來設置熱管段242與傳輸段241相接的位置。

於本實施例中，熱管段242是設置於線圈24的彎折處，因此熱管段242具有一個彎曲部，兩端用以銜接傳輸段241，以使線圈24可以維持螺旋狀的樣態。熱管段242的彎曲部的曲率半徑R介於熱管段242寬度的3倍至5倍之間，亦即熱管段242孔徑D的3倍至5倍之間。當曲率半徑R介於熱管段242孔徑D的3.5倍至4.5倍之間時，熱管段242可以具有較好的散熱效果。

具體來說，熱管段242圍繞成容置空間243，且容置空間243被抽至半真空，並於內填充有純水或其他合適的散熱媒介。以純水為例來說，純水於半真空狀態下的沸點介於40℃至60℃之間，當容置空間243內的純水接觸到40℃至60℃之間的熱源時，純水吸收熱源產生的熱能蒸發，並於容置空間143流動至低溫區。當熱管段242需要彎曲時，彎曲部的曲率半徑R介於熱管段242孔徑D的3.5倍至4.5倍之間，可以讓純水保持良好的流動距離，讓純水流動至低溫區凝結成水後，再流回至熱源，以水循環的方式降低熱源的溫度。

為了更清楚地說明線圈中傳輸段及熱管段的位置關係，請參照圖4，圖4是根據本發明再一實施例所繪示的無線充電線圈結構的使用示意圖。如圖4所示，無線充電線圈結構3例如設置於可攜式電子裝置4的電路板40，電路板40上具有多個元件，例如晶片42。無線充電線圈結構3具有第一連接端30、第二連接端32及線圈34，其中第一連接端30、第二連接端32用以電性連接可攜式電子裝置上的電池。線圈34位於第一連接端30和第二連接端32之間，用以傳輸訊號第一連接端30及第二連接端32之間的訊號，例如感應磁力產生的電流訊號。

線圈34具有電性且導熱連接的傳輸段341及熱管段342。傳輸段341及熱管段342電性連接以傳遞第一連接端30及第二連接端32之間的訊號，且導熱連接以傳遞第一連接端30及第二連接端32之間的熱能。傳輸段341以沖壓的製造方式形成具有預設厚度且環繞成螺旋狀的樣態，熱管段342與傳輸段341相接，依據晶片42的位置來設置熱管段342與傳輸段341相接的位置。

於圖示的實施例中，線圈34具有兩個熱管段342，並分別依據晶片42的位置來設置，用以吸收晶片42散發的熱能，並透過傳輸段341增加擴散熱能的面積。於一個實施例中，晶片42和熱管段342之間更設置有絕緣層421，也就是說，熱管段342遠離容置空間343的外壁面接觸於絕緣層421，用以絕緣熱管段342和晶片42，並將晶片42的熱能傳導至熱管段342，換言之，絕緣層421與熱管段342絕緣且導熱連接。絕緣層421例如導熱膠或其他合適的元件，本實施例不予限制。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種具有散熱功能的無線充電線圈結構，可被設置於任何電子裝置中。當電子裝置運作，內部元件產生熱能時，熱管段可以吸收元件的熱能，並將熱能傳導至傳輸段，由傳輸段和熱管段一併為電子裝置散熱。當電子裝置進行充電時，元件較不會產生熱能，傳輸段和熱管段可一併用以傳輸電流以產生磁場，或感應磁場產生充電電流。換言之，藉由線圈中同時設置傳輸段和熱管段，讓無線充電線圈結構兼具無線充電和散熱的功能，減少傳統電子裝置中無線充電模組和散熱模組佔據的空間，增加電子裝置內部的空間，使得電子裝置的體積可以被設計地更為縮小或是配置其他更多元件。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1、2、3‧‧‧無線充電線圈結構
10、20、30‧‧‧第一連接端
12、22、32‧‧‧第二連接端
14、24、34‧‧‧線圈
141、241、341‧‧‧傳輸段
142、242、342‧‧‧熱管段
143、243、343‧‧‧容置空間
4‧‧‧可攜式電子裝置
40‧‧‧電路板
42‧‧‧晶片
421‧‧‧絕緣層
L‧‧‧長度
T‧‧‧厚度
D‧‧‧孔徑

圖1是根據本發明一實施例所繪示的無線充電線圈結構的立體圖。 圖2是根據本發明另一實施例所繪示的無線充電線圈結構的立體圖。 圖3是根據圖2的無線充電線圈結構所繪示的局部放大圖。 圖4是根據本發明再一實施例所繪示的無線充電線圈結構的使用示意圖。

1‧‧‧無線充電線圈結構

10‧‧‧第一連接端

12‧‧‧第二連接端

14‧‧‧線圈

141‧‧‧傳輸段

142‧‧‧熱管段

143‧‧‧容置空間

L‧‧‧長度

T‧‧‧厚度

Claims (9)

1. 一種具有散熱功能的無線充電線圈結構，包括：一第一連接端及一第二連接端；以及一線圈，位於該第一連接端及該第二連接端之間，用以傳輸訊號於該第一連接端及該第二連接端之間，該線圈具有電性且導熱連接的一熱管段及一傳輸段，該傳輸段具有一預設厚度，該熱管段圍繞成一容置空間，且該容置空間內設置一散熱媒介。
2. 如請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段具有一彎曲部，該彎曲部的曲率半徑介於該熱管段寬度的3倍至5倍之間。
3. 如請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段具有一預設長度，該預設長度與該熱管段的寬度成正比。
4. 如請求項3所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段的該預設長度小於一門檻值，該門檻值關聯於該熱管段的散熱功率。
5. 請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段靠近該容置空間的內壁面具有多個凹槽。
6. 如請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該傳輸段的該預設厚度介於0.2公厘至0.6公厘之間。
7. 請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該傳輸段以沖壓方式形成。
8. 請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段與該傳輸段以焊接方式銜接。
9. 請求項1所述之具有散熱功能的無線充電線圈結構，其中該熱管段遠離該容置空間的外壁面更接觸於一絕緣層，該絕緣層與該熱管段絕緣且導熱連接。