TWI612748B - 無線充電器、計算裝置、及充電系統 - Google Patents

Abstract

一無線充電器可包括一發射線圈以感應一目標裝置的充電，一印刷電路板，一充電器外殼以包括該發射線圈及該印刷電路板，及一導熱被覆膜以散熱。該發射線圈可包括至少一個導電線圈。該導熱被覆膜可與該發射線圈、該印刷電路板、及該充電器外殼中之至少一者直接接觸。

Description

無線充電器、計算裝置、及充電系統

本發明係有關於無線充電器。

發明背景

無線充電使用電磁場以在兩個物件間移轉能源。無線充電通常涉及一充電器或充電站，從此處能源透過感應耦合至目標電氣裝置而發送。然後該目標裝置可使用該能源以充電電池或供電給該裝置。無線充電可用於各種應用，包括用於消費性電子裝置、汽車產品、及複合計算系統。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種無線充電器包含：一發射線圈用以通過該目標裝置的一接收線圈感應一目標裝置的充電，其中該發射線圈包含至少一個導電同心線圈；一充電器印刷電路板；一充電器外殼包括該發射線圈及該充電器印刷電路板；及一導熱被覆膜用以耗散熱，其中該導熱被覆膜係與該發射線圈、該充電器印刷電路板、及該充電器外殼中之至少一者直接接觸。

100、310‧‧‧無線充電器

110‧‧‧發射線圈

120‧‧‧充電器印刷電路板

130‧‧‧充電器外殼

140、250‧‧‧導熱被覆膜

160‧‧‧發射線圈

165‧‧‧電磁場

170‧‧‧接收線圈

180‧‧‧導熱被覆膜

200‧‧‧計算裝置

210‧‧‧裝置外殼

220‧‧‧處理器

230‧‧‧接收線圈

232‧‧‧導電同心線圈

240‧‧‧裝置印刷電路板

300‧‧‧無線充電系統

320‧‧‧目標裝置

330‧‧‧吸引磁力

後文詳細說明部分參考附圖，附圖中：圖1A為一無線充電器實例的示意圖；圖1B為圖1A的該無線充電器實例的一發射線圈實例產生一電磁場至一接收線圈實例的示意圖；圖2為具有一接收線圈的一計算裝置實例的方塊圖；圖3為一無線充電系統實例的示意圖。

較佳實施例之詳細說明

由於電子學及其它工業的快速成長，針對充電電氣系統的方便、安全、且穩健的方法及系統已經在顯著調查研究及發展中。無線充電或感應充電使用電磁場以在一充電器與被充電的一目標間移轉能源。無線充電典型地涉及使用發射感應線圈以從充電站台內部產生一電磁場。然後，目標裝置內的接收感應線圈自電磁場獲取電力且將其轉換回電流以供應電力給目標裝置，諸如用以充電目標裝置的電池。

然而，既有無線充電解決方案可能呈現數種挑戰。感應充電比傳統充電的充電效率可能較低，比較直接接觸式充電可能產生增高的電阻加熱。隨著時間之推移，所產生的熱量可能積聚而造成充電器、目標裝置、及其組件被加熱至達到非期望的溫度。過度產熱及熱量積聚可能引發各項議題，諸如效率的損失，安全疑慮，及產品壽命的縮短，結果導致費用的增加。

此處揭示之實施例提供無線充電器及充電系統具有導熱被覆膜以散熱。無線充電器實例可包括一充電器外殼、一印刷電路板、及一發射線圈用以感應一目標裝置的充電。一導熱被覆膜係直接被覆於發射線圈、印刷電路板、及外殼中之至少一者以便自該等組件耗散熱。又復，導熱被覆膜可使得由發射線圈產生的電磁場的傳輸到達，例如容後詳述，欲被充電的一目標裝置。藉此方式，此處實施例提供於無線充電系統中的多樣化的熱耗散。

現在參考附圖，圖1描繪一無線充電器100之實例的示意圖，其可包括一發射線圈110以感應目標裝置的充電，一充電器印刷電路板120，一充電器外殼130，及一導熱被覆膜140用以散熱。發射線圈110可包括至少一個導電同心線圈。充電器外殼130可罩住發射線圈110及充電器印刷電路板120。導熱被覆膜140可與發射線圈110、充電器印刷電路板120、及充電器外殼130中之至少一者直接接觸。

無線充電器100可以是電氣裝置用以藉由迫使電流流經蓄電池或充電電池而將能源置於蓄電池或充電電池內。更明確言之，舉例言之，無線充電器100可以是感應目標裝置充電的電氣裝置。如此處關聯圖1B進一步討論，無線充電器100可產生電磁場，其感應一目標裝置以自該電磁場取得能源及將該能源轉換成電流以供由目標裝置使用。無線充電器100可具有多種設計，且可依循許多充電協定。

無線充電器100的充電機制可藉發射線圈110完成，其可藉將電流轉換成電磁場而感應一目標裝置的充 電。舉例言之，驅動通過發射線圈的交流電流可產生電磁場。關聯圖2進一步詳細說明的一目標裝置可以是任何數目的具有接收線圈的電子裝置。發射線圈110可包括至少一個導電同心線圈。雖然圖1顯示一個線圈，但當施加相同原理時，可以有多個具有不同半徑的同心線圈。多個傳導性線圈可具有相同中心，此等線圈可以是螺旋狀線圈，其捲繞形狀可以是圓形或多角形。發射線圈110可具有多種導電材料，包括金屬諸如銅、銀、及鋁。

發射線圈110可操作式連結至充電器印刷電路板120，其可提供機械支持用以罩住與電氣連結其它組件而操作無線充電器110。舉例言之，充電器印刷電路板120可包括處理器、電路、及各種其它電子組件。充電器外殼130可以是實體結構，其包圍組件包括發射線圈110及充電器印刷電路板120。於若干實施例中，充電器外殼130可保護無線充電器100的內部組件。充電器外殼130可具有各種形狀及尺寸且可由各種材料製成。

於無線充電器100操作期間，可能由發射線圈110及其它組件諸如充電器印刷電路板120及其元件產熱。導熱被覆膜140可配置成與發射線圈110、充電器印刷電路板120、及充電器外殼130中之至少一者直接接觸用以耗散熱。雖然圖1A顯示導熱被覆膜140係在發射線圈110的一部分上，但於若干實施例中，導熱被覆膜140可在發射線圈140的全部上，且在無線充電器100的其它部件之部分或全部上。導熱被覆膜140可分散由無線充電器100的組件產生的 熱以防止充電器內部非期望的溫度升高。於若干實施例中，導熱被覆膜140可與發射線圈110、充電器印刷電路板120、及充電器外殼130中之各者直接接觸。舉例言之，於製造期間導熱被覆膜140可呈薄膜而沈積於此等組件上。又復，於若干實施例中，導熱被覆膜140可在外殼130的外部表面上。於此種情況下，導熱被覆膜140可從無線充電器100及與無線充電器100接觸的其它物件耗散熱，諸如於充電期間置於充電器上的一目標裝置。

導熱被覆膜140可包括多種材料及組件。舉例言之，導熱被覆膜140可包括分散於樹脂內的以碳為主的材料。以碳為主的材料可包括鑽石樣碳、石墨烯、天然石墨、及合成石墨被覆膜。樹脂之實例包括但非限制性：聚醯亞胺類、丙烯腈、丁二烯類、苯乙烯類、聚乙酸酯類、聚丙烯酸化物類、尼龍、環氧化物、含氟聚合物類、氯丁橡膠、聚醚醚酮類、聚伸乙基對苯二甲酸酯類、酚系化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚碸類、聚胺基甲酸酯類、聚乙烯基氯類、聚矽氧橡膠類、聚醚醯亞胺類、及低介電常數材料。此外或另外，導熱被覆膜140可包括金屬粉末諸如鋁或銅，及陶瓷粉末諸如碳化矽及氮化矽。於若干實施例中，導熱被覆膜140許可電磁場的傳輸，將於此處關聯圖1B進一步討論。

圖1B描繪一發射線圈160實例產生一電磁場165給一接收線圈170實例之示意圖150。接收線圈170可以是欲充電的一目標裝置的部件。又復，一導熱被覆膜180可放置 直接接觸發射線圈180。

當電氣刺激諸如電流被驅動通過發射線圈160時，發射線圈可產生電磁場165。當在某個鄰近度以內時，接收線圈170可接收部分至全部電磁場165，及可產生電流以供由目標裝置使用，諸如用以充電電池。關聯圖2之目標裝置及接收線圈的進一步討論出現於此處。

導熱被覆膜180可置於發射線圈160上用以耗散來自發射線圈的熱。於其它實施例中，導熱被覆膜180可出現在充電器內或上的它處，及如後文討論，在目標裝置內或上，諸如接收線圈170上。如前文描述，導熱被覆膜180可具有多種材質。於若干實施例中，導熱被覆膜180可出現在發射線圈160與接收線圈170間之電磁場165的路徑內。因此，於若干實施例中，導熱被覆膜180可允許電磁場諸如電磁場170的傳輸。舉例言之，導熱被覆膜170可能不會顯著地阻擋、吸收、偏轉、或以其它方式變更電磁場165的路徑。

此外，當電流被驅動通過發射線圈時，發射線圈160可產生吸引磁力。此點可能是由發射線圈160產生電磁場165的磁力的結果。於若干實施例中，吸引磁力可維持一目標裝置附接至無線充電器。

圖2描繪具有一接收線圈230的一計算裝置200實例之方塊圖。計算裝置200可具有一處理器220、一接收線圈230、一裝置印刷電路板240、一裝置外殼210、及一導熱被覆膜250。接收線圈230可具有至少一個導電同心線圈，及當接收電磁場時可產生電流來充電計算裝置200。裝置外 殼210可罩住處理器220、接收線圈230、及裝置印刷電路板240。導熱被覆膜250可與接收線圈230、裝置印刷電路板240、及裝置外殼250中之至少一者直接接觸以便耗散熱。

計算裝置200可以是例如，行動電話、筆記型電腦、桌上型電腦、平板電腦、伺服器、汽車、或可以此處描述之無線充電機構充電的任何其它電氣裝置。處理器220可以是適合操作計算裝置200的一或多個中央處理單元(CPU)、以半導體為基之微處理器、及/或其它硬體裝置。於若干實施例中，處理器220可連結至或由裝置印刷電路板240連結。裝置印刷電路板可以是機械支持體用以罩住及電氣連結組件用以操作計算裝置200。舉例言之，裝置印刷電路板240可包括處理器、電路、及各種其它電子組件。處理器220及裝置印刷電路板240的組件於操作期間可產熱。

接收線圈230藉將電磁場轉換成電流可提供電力給計算裝置200。舉例言之，電磁場可由無線充電器產生，諸如圖1A的無線充電器100。接收線圈230可包括至少一個導電同心線圈232。於若干實施例中，接收線圈230可具有多個不等半徑的同心線圈232。多個導電線圈可具有相同中心，及此等線圈可以是螺旋狀線圈，其捲繞形狀可以是圓形或多角形。接收線圈230可具有多種導電材料，包括金屬諸如銅、銀、及鋁。

接收線圈230可操作式連結至裝置印刷電路板240，及連同處理器220及裝置印刷電路板240可容納於裝置外殼210內。裝置外殼210可以是包圍與保護計算裝置200的 組件之實體結構。於若干實施例中，裝置外殼130可具有各種形狀及大小且可由各種材料製成。

於計算裝置200充電期間，由接收線圈230及其它組件諸如處理器220及裝置印刷電路板240及其元件可產熱。導熱被覆膜250可配置成與接收線圈230、裝置印刷電路板240、及裝置外殼210中之至少一者直接接觸以散熱。導熱被覆膜250可耗散由計算裝置200的組件產生的熱以防止裝置內部溫度非期望地升高。於若干實施例中，導熱被覆膜250可與接收線圈230、裝置印刷電路板240、及裝置外殼210中之各者直接接觸。舉例言之，於製造期間，導熱被覆膜250可沈積於此等組件上為一薄膜。又復，於若干實施例中，導熱被覆膜250可在裝置外殼210的外表面上。於此種情況下，導熱被覆膜250可自計算裝置200及與計算裝置200接觸的其它物件散熱，諸如計算裝置連結的無線充電器。

於若干實施例中，導熱被覆膜250可由許可電磁場傳輸的材料製成。舉例言之，導熱被覆膜250可能不會顯著地阻擋、吸收、偏轉、或以其它方式變更電磁場的路徑。據此，導熱被覆膜250在提供熱耗散的同時可能不會干擾計算裝置200的無線充電能力。

導熱被覆膜250可包括多種材質及組件。舉例言之，導熱被覆膜250可包括分散於樹脂內的以碳為主的材料。以碳為主的材料可包括鑽石樣碳、石墨烯、天然石墨、及合成石墨被覆膜。樹脂之實例包括但非限制性：聚醯亞 胺類、丙烯腈、丁二烯類、苯乙烯類、聚乙酸酯類、聚丙烯酸化物類、尼龍、環氧化物、含氟聚合物類、氯丁橡膠、聚醚醚酮類、聚伸乙基對苯二甲酸酯類、酚系化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚碸類、聚胺基甲酸酯類、聚乙烯基氯類、聚矽氧橡膠類、聚醚醯亞胺類、及低介電常數材料。此外或另外，導熱被覆膜250可包括金屬粉末諸如鋁或銅，及陶瓷粉末諸如碳化矽及氮化矽。

圖3描繪一無線充電系統300實例的示意圖。無線充電系統300可包括一無線充電器310、一目標裝置320、及一導熱被覆膜用以散熱。無線充電器310可包括一發射線圈用以感應目標裝置320的充電、一充電器印刷電路板、及一充電器外殼。目標裝置320可包括一處理器、一接收線圈用以產生電流來充電目標裝置320、一裝置印刷電路板、及一裝置外殼。導熱被覆膜可與發射線圈、接收線圈、充電器印刷電路板、裝置印刷電路板、裝置處理器、充電器外殼、及裝置外殼中之至少一者直接接觸。

無線充電器310可以是感應目標裝置320的充電的一電氣裝置。如此處關聯圖1B進一步討論，無線充電器310可產生電磁場，其感應目標裝置320以自該電磁場取得能源及將該能源轉換成電流以供由目標裝置使用。無線充電器310可具有多種設計，且可依循許多充電協定。發射線圈可包括至少一個導電同心線圈，及充電器外殼可罩住發射線圈及充電器印刷電路板。無線充電器的進一步細節可 參考此處關聯圖1A的無線充電器100。

當電刺激諸如電流被驅動通過無線充電器310的發射線圈時，發射線圈可產生電磁場。當在某個鄰近程度以內時，目標裝置320可接收電磁場的部分至全部，及可產生另一電流欲由目標裝置使用，諸如用於充電電池。於若干實施例中，如於330中例示，當電流被驅動通過發射線圈時，發射線圈可產生吸引磁力。此點可能是由發射線圈產生電磁場的磁力的結果。於若干實施例中，吸引磁力可維持目標裝置320附接至無線充電器310。

計算裝置320可以是例如，行動電話、筆記型電腦、桌上型電腦、平板電腦、伺服器、汽車、或可以此處描述之無線充電機構充電的任何其它電氣裝置。接收線圈藉將電磁場轉換成電流而提供電力給計算裝置320。舉例言之，電磁場可由無線充電器310產生。接收線圈可包括至少一個導電同心線圈，及裝置外殼可包括接收線圈、處理器、及裝置印刷電路板。目標裝置的進一步細節可於此處參考關聯圖2的計算裝置200。

於充電系統300的操作期間，由無線充電器310及目標裝置320中之任一者或兩者可產生熱。導熱被覆膜可配置與接收線圈230、裝置印刷電路板240、及裝置外殼210中之至少一者直接接觸以散熱。導熱被覆膜可耗散由無線充電器310及目標裝置320的組件所產生的熱以防止系統中非期望的溫度升高。於若干實施例中，導熱被覆膜可與發射線圈、接收線圈、充電器印刷電路板、裝置印刷電路板、 充電器外殼、及裝置外殼中之各者直接接觸。舉例言之，於製造期間，導熱被覆膜250可沈積於此等組件上為一薄膜。又復，於若干實施例中，導熱被覆膜可在充電器外殼或裝置外殼或兩者的外表面上。於此種情況下，導熱被覆膜可自無線充電器310及計算裝置320以及與系統300接觸的其它物件散熱。

於若干實施例中，部分導熱被覆膜可出現在無線充電器310與目標裝置320間傳播的電磁波之路徑內。因此，於若干實施例中，導熱被覆膜允許電磁場的傳輸，諸如由無線充電器310的發射線圈產生的電磁場。舉例言之，導熱被覆膜可能不會顯著地阻擋、吸收、偏轉、或以其它方式變更電磁場的路徑。

導熱被覆膜可包括多種材質及組件。舉例言之，導熱被覆膜可包括分散於樹脂內的以碳為主的材料。以碳為主的材料可包括鑽石樣碳、石墨烯、天然石墨、及合成石墨被覆膜。樹脂之實例包括但非限制性：聚醯亞胺類、丙烯腈、丁二烯類、苯乙烯類、聚乙酸酯類、聚丙烯酸化物類、尼龍、環氧化物、含氟聚合物類、氯丁橡膠、聚醚醚酮類、聚伸乙基對苯二甲酸酯類、酚系化物類、聚碳酸酯類、聚酯類、聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚碸類、聚胺基甲酸酯類、聚乙烯基氯類、聚矽氧橡膠類、聚醚醯亞胺類、及低介電常數材料。此外或另外，導熱被覆膜250可包括金屬粉末諸如鋁或銅，及陶瓷粉末諸如碳化矽及氮化矽。

100‧‧‧無線充電器

110‧‧‧發射線圈

120‧‧‧充電器印刷電路板

130‧‧‧充電器外殼

140‧‧‧導熱被覆膜

Claims (15)

1. 一種無線充電器，其包含：一發射線圈用以通過一目標裝置的一接收線圈感應該目標裝置的充電，其中該發射線圈包含至少一個導電同心線圈；一充電器印刷電路板；一充電器外殼包括該發射線圈及該充電器印刷電路板；及一導熱被覆膜用以耗散熱，其中該導熱被覆膜係與該發射線圈、該充電器印刷電路板、及該充電器外殼中之至少一者直接接觸。
2. 如請求項1之無線充電器，其中該導熱被覆膜允許電磁場的傳輸。
3. 如請求項1之無線充電器，其中當一電流被驅動通過該發射線圈時該發射線圈產生一電磁場。
4. 如請求項3之無線充電器，其中當一電流被驅動通過該發射線圈時該發射線圈產生一吸引磁力。
5. 如請求項1之無線充電器，其中該導熱被覆膜係在該充電器外殼的一外表面上。
6. 如請求項1之無線充電器，其中該導熱被覆膜包含一樹脂及分散於該樹脂內的一以碳為主的材料。
7. 如請求項1之無線充電器，其中該導熱被覆膜包含一金屬粉末及一陶瓷粉末中之至少一者。
8. 一種計算裝置，其包含：一處理器；一接收線圈，其中該接收線圈包含至少一個導電同心線圈，及其中當一電磁場被施加至該接收線圈時該接收線圈產生一電流用以充電該計算裝置；一裝置印刷電路板；一裝置外殼包括該處理器、該接收線圈、及該裝置印刷電路板；及一導熱被覆膜用以耗散熱，其中該導熱被覆膜係與該接收線圈、該裝置印刷電路板、該處理器、及該裝置外殼中之至少一者直接接觸。
9. 如請求項8之計算裝置，其中該導熱被覆膜允許電磁場的傳輸。
10. 如請求項8之計算裝置，其中該導熱被覆膜係在該裝置外殼的一外表面上。
11. 如請求項8之計算裝置，其中該導熱被覆膜包含一樹脂及分散於該樹脂內的一以碳為主的材料。
12. 如請求項8之計算裝置，其中該導熱被覆膜包含一金屬粉末及一陶瓷粉末中之至少一者。
13. 一種充電系統，其包含：一無線充電器包含一發射線圈用以通過一目標裝置的一接收線圈感應該目標裝置的充電、一充電器印刷電路板、及一充電器外殼包括該發射線圈及該充電器印刷電路板，其中該發射線圈包含至少一個導電同心線圈 及其中當一電流被驅動通過該發射線圈時該發射線圈產生一電磁場；該目標裝置包含一處理器、一接收線圈、一裝置印刷電路板、及一裝置外殼用以容納該處理器、該接收線圈、及該裝置印刷電路板，其中該接收線圈包含至少一個導電同心線圈及其中當該電磁場被施加至該接收線圈時該接收線圈產生一電流用以充電該目標裝置；及一導熱被覆膜用以耗散熱，其中該導熱被覆膜係與該發射線圈、該接收線圈、該充電器印刷電路板、該裝置印刷電路板、該裝置處理器、該充電器外殼、及該裝置外殼中之至少一者直接接觸。
14. 如請求項13之系統，其中當一電流被驅動通過該發射線圈時該發射線圈產生一吸引磁力其連結該目標裝置至該無線充電器。
15. 如請求項13之系統，其中該導熱被覆膜包含一樹脂及分散於該樹脂內的一分散材料中之至少一者，其中該分散材料包括一以碳為主的材料、一金屬粉末、及一陶瓷粉末。