TWI637576B

TWI637576B - 無線充電裝置

Info

Publication number: TWI637576B
Application number: TW106107139A
Authority: TW
Inventors: 廖光耀
Original assignee: 光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-10-01
Also published as: TW201834356A

Abstract

無線充電裝置包括電源發射模組以及電源傳輸模組。電源發射模組具有第一線圈，用以傳送充電電源。電源傳輸模組電性耦接電源發射模組。電源傳輸模組具有第二線圈以及第三線圈，第二線圈耦合第一線圈來接收充電電源，且第三線圈耦接第二線圈來接收充電電源。其中，第三線圈耦合可攜式電子裝置來傳輸充電電源。

Description

無線充電裝置

本發明是有關於一種無線充電裝置，且特別是有關於一種可提升使用便利性的無線充電裝置。

在日常生活的許多方面，為提升電子裝置使用上的便利性，關於傳輸資料的有線連接，經常造成使用上的不方便。因此，無線資料存取方式被提出。但是類似的簡單無線電源傳輸裝置卻仍無法普及，造成外出時得隨身帶著笨重的插頭、電線以及轉接器，造成使用上的不方便。

對應於此，習知技術所提出關於無線充電應用產品在近幾年來將大量湧現，但目前的常見的無線充電平板充電座僅適合在室內使用，若應用在交通工具(例如汽車)上或進行戶外活動時，目前並不存在較佳的無線充電方案。

本發明提供一種無線充電裝置，可有效提升使用上的便利性。

本發明的無線充電裝置包括電源發射模組以及電源傳輸模組。電源發射模組具有第一線圈，用以傳送充電電源。電源傳輸模組電性耦接電源發射模組。電源傳輸模組具有第二線圈以及第三線圈，第二線圈耦合第一線圈來接收充電電源，且第三線圈耦接第二線圈來接收充電電源。其中，第三線圈耦合可攜式電子裝置來傳輸充電電源。

在本發明的一實施例中，上述的電源傳輸模組與電源發射模組耦合處形成第一連接部，且第一線圈與第二線圈於第一連接部中進行磁感應操作來傳輸充電電源。

在本發明的一實施例中，無線充電裝置更包括中繼傳輸模組。上述的中繼傳輸模組分別透過第二連接部以及第三連接部連接在電源發射模組以及該電源傳輸模組間，具有第四線圈以及第五線圈。其中，第四線圈與第一線圈在第二連接部中電性耦合，且第五線圈與第二線圈在第三連接部中電性耦合以傳遞充電電源。

在本發明的一實施例中，無線充電裝置更包括檢測模組。檢測模組耦接第一線圈、第二線圈以及第三線圈的至少其中之一，用以調整第一線圈、第二線圈、第三線圈的至少其中之一的諧振感值。

在本發明的一實施例中，上述的檢測模組包括檢測單元以及計算單元。檢測單元耦接第一線圈、第二線圈以及第三線圈的至少其中之一，並檢測第一線圈、第二線圈以及第三線圈的至少其中之一上的檢測電壓。計算單元耦接檢測單元，依據檢測電壓產生信號傳輸強度，並依據信號傳輸強度產生控制信號。

基於上述，本發明提供可具有一個或多個連接節點的無線充電裝置。如此一來，本發明的無線充電裝置可以避免外露的電線，並在兼具方便性及美觀性，以及可提高產品防水性的條件下，提供攜帶式電子裝置進行無線充電的媒介。大幅提升無線充電裝置的實用性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、300、400、500‧‧‧無線充電裝置

110、310、410‧‧‧電源發射模組

120、320、440‧‧‧電源傳輸模組

420、430‧‧‧中繼傳輸模組

L0~L7、Lx‧‧‧線圈

111、411‧‧‧電源管理器

CP‧‧‧充電電源

ACIN‧‧‧電源接收接腳

VIN‧‧‧接收電源

W0~W3‧‧‧導線

ME‧‧‧可攜式電子裝置

C1~C6、C11、C12、Cx‧‧‧電容

CS1~CS5‧‧‧子電容

130‧‧‧承載部

121‧‧‧連接部

PT‧‧‧平台

301‧‧‧無線充電座

510‧‧‧檢測模組

511‧‧‧檢測單元

512‧‧‧計算單元

5121‧‧‧處理單元

5122‧‧‧控制單元

CTRL‧‧‧控制信號

SW1~SW3‧‧‧開關

H1‧‧‧防磁漏材料層

IS1‧‧‧整合機構

610‧‧‧殼體

P1、P2‧‧‧位置

圖1繪示本發明一實施例的無線充電裝置的示意圖。

圖2繪示依據本發明圖1實施例的無線充電裝置的外觀示意圖。

圖3繪示本發明另一實施例的無線充電裝置的示意圖。

圖4繪示本發明再一實施例的無線充電裝置的示意圖。

圖5繪示本發明又一實施例的無線充電裝置的示意圖。

圖6A以及圖6B繪示本發明實施例減少無線充電裝置磁漏方式的示意圖。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的無線充電裝置的示意圖。無線充電裝置100包括電源發射模組110以及電源傳輸模組120。電源發射模組110包括線圈L1以及電源管理器111。電源管理器111可透過電源接收接腳ACIN以接收一電源VIN，並依據電源VIN產生充電電源CP。線圈L1耦接至電源管理器111並接收其所產生的充電電源CP，以傳送充電電源CP。電源傳輸模組120與電源發射模組110電性耦接處形成連接部121，電源傳輸模組120包含有線圈L2以及L3，線圈L2以及L3可透過導線W1相互電性連接，而線圈L1、L2在連接部121中相互電性耦合。在本實施例中，線圈L1~L3可以為磁感應線圈。再者，於其他實施例中，線圈L2、L3亦可透過非導線方式來電性耦接，例如線圈L2、L3亦可透過無線方式電性耦接來傳輸充電電源CP，非用以限制本發明的範疇。

在本實施中，線圈L1、L2相互電性耦合可透過使線圈L1、L2的磁場傳送表面相互重疊(完全重疊或部分重疊)來完成。

在另一方面，線圈L2透過與線圈L1產生磁感應的現象以耦合充電電源CP，並透過導線W1(或無線方式)將充電電源CP傳輸至線圈L3。在另一方面，當要針對可攜式電子裝置ME進行充電時，線圈L3可配置以與可攜式電子裝置ME中內建的線圈(例如磁感應線圈)相耦合，並透過磁感應現象將充電電源CP耦合至可攜式電子裝置ME中，並藉以進行可攜式電子裝置ME中的電池的充電動作。

此外，電源傳輸模組120中另包括電容C1以及C2。電容C1以及C2分別耦接至線圈L2以及L3，並作為諧振電容來與線圈L2以及L3進行共振操作。

值得一提的，無線充電裝置100可另包括承載部130且耦接電源傳輸模組120。承載部130用來承載可攜式電子裝置ME，並在當可攜式電子裝置ME放置在承載部130上，使可攜式電子裝置ME內建的磁感應線圈與線圈L3相互耦合，藉以耦合充電電源CP至可攜式電子裝置ME。至於承載部130耦接電源傳輸模組120的方式可適性配合不同的使用者操作環境或需求，例如可為實體直接連接設置、增設其他傳輸線來彼此連接、或其他無線傳輸/模組的方式來實現，而非用以限制本發明的範疇。

在此請注意，本實施例在連接部121中，電源發射模組110中的線圈L1以及電源傳輸模組120中的線圈L2可透過鄰近彼此的位置來進行配置，使得電源發射模組110可依據一種可調整方式來磁感應耦合電源傳輸模組120。據此，本發明實施例的無線充電裝置100可依據使用者不同姿勢變化，對應調整/改變電源發射模組110與電源傳輸模組120的相對位置，以確保線圈L1及L2彼此鄰近來進行磁感應，進而維持充電電源CP的耦合效率，並提升使用者的操作便利性。

以下請參照圖2，圖2繪示依據本發明圖1實施例的無線充電裝置的外觀示意圖。其中，無線充電裝置100包括電源發射模組110、電源傳輸模組120以及承載部130。電源發射模組110 可被設置在平台PT上，並將電源接收接腳設置在平台PT下。如此一來，無線充電裝置100的電源連接線的線材可以被隱藏，提升美觀度。並且，電源發射模組110以及電源傳輸模組120透過可調整方式的連接部121相互連接。如此一來，透過改變電源發射模組110以及電源傳輸模組120間的相對位置關係，使用者可在不影響充電效率的條件下，任意調整承載部130與平台PT間的相對角度，以提升使用的方便性。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的無線充電裝置的示意圖。無線充電裝置300包括電源發射模組310以及電源傳輸模組320。電源發射模組310包括線圈L0以及L1，其中線圈L0以及L1可透過導線W0相互電性連接，或者透過無線的方式相互電性耦合。電源傳輸模組320包括線圈L2以及L3，其中線圈L2以及L3可透過導線W1相互電性連接，或也可透過無線的方式相互電性耦合。在本實施例中，無線充電裝置300可設置在無線充電座301上，並使電源發射模組310中的線圈L0與無線充電座301相互電性耦合並產生磁感應現象。如此一來，無線充電座301所產生的充電電源CP可被耦合至無線充電裝置300中，並傳送至可攜式電子裝置ME以進行充電。其中，線圈L0~L3可以為磁感應線圈。

附帶一提的，在本實施例中，電源發射模組310另包括電容C11、C12以分別耦接至線圈L0以及L1。電容C11、C12可分別作為線圈L0以及L1上的諧振電容來與線圈L0以及L1進行共振操作。

接著請參照圖4，圖4繪示本發明再一實施例的無線充電裝置的示意圖。無線充電裝置400包括電源發射模組410、中繼傳輸模組420以及430以及電源傳輸模組440。電源發射模組410包括線圈L1以及電源管理器411。電源管理器411接收電源VIN並產生充電電源CP。電源管理器411耦接至線圈L1，並傳送充電電源CP至線圈L1。

與前述實施例不同，本發明實施例中設置中繼傳輸模組420以及430。中繼傳輸模組420包括線圈L4以及L5，線圈L4、L5可透過導線W2相互電性連接，或透過無線的方式進行電性耦接。中繼傳輸模組430則包括線圈L6以及L7。線圈L6、L7可透過導線W3相互電性連接，或透過無線的方式進行電性耦接。值得一提的，本實施例中的線圈L4~L7可為磁感應線圈，電源傳輸模組410與中繼傳輸模組420電性耦接處可形成連接部，使得電源發射模組410與中繼傳輸模組420可透過可調整方式來進行磁感應耦合動作。另外，中繼傳輸模組420與中繼傳輸模組430的電性耦接處也可形成另一連接部，使得中繼傳輸模組420與中繼傳輸模組430間同樣可透過可調整方式來進行磁感應耦合動作。並且，中繼傳輸模組430與電源傳輸模組440的電性耦接處同樣可形成連接部，中繼傳輸模組430與電源傳輸模組440間也可透過可調整方式來進行磁感應耦合動作。其中，電源發射模組410中的線圈L1與中繼傳輸模組420中的線圈L4相互電性耦合，而中繼傳輸模組420中的線圈L5則與中繼傳輸模組430中的線圈L6相互電性耦合。

透過相互電性耦合的線圈L1及L4，充電電源CP可被電性耦合至中繼傳輸模組420，並透過導線W2(或透過無線電性耦合的方式)，充電電源CP可被傳送至線圈L5。並且，透過相互耦合的線圈L5及L6，充電電源CP可被耦合至中繼傳輸模組430，並且，透過導線W3(或透過無線電性耦合的方式)，充電電源CP可被傳送至線圈L7。

電源傳輸模組440包括線圈L2及L3。線圈L2及L3可透過導線W1相互電性連接，或透過無線的方式相互電性耦合。其中，線圈L2與中繼傳輸模組430的線圈L7相耦合，並用以耦合充電電壓CP至電源傳輸模組440。透過導線W1(或透過無線電性耦合的方式)以及線圈L3，充電電壓CP可被電性耦合至可攜式電子裝置ME並對可攜式電子裝置ME進行充電。

附帶一提的，無線充電裝置400中更包括電容C1~C6。電容C1~C6分別耦接至線圈L2~L7，並分別作為線圈L2~L7的諧振電容來與線圈L2~L7進行共振操作。

特別一提的，本實施例中，透過設置中繼傳輸模組420以及430，無線充電裝置400可進行的姿態變化的自由度可以被提升，並提升使用上的便利性。

在此，在本發明其他實施例中，中繼傳輸模組的數量可以依據使用需求進行調整，沒有特定的限制。例如，中繼傳輸模組可以不需要、可以為1個也可以為多個。

請參照圖5，圖5繪示本發明又一實施例的無線充電裝置的示意圖。無線充電裝置500中另設置檢測模組以提升充電效率。檢測模組510耦接至無線充電裝置500中的多個線圈的至少其中之一線圈Lx，並用以調整線圈Lx的諧振感值。其中，線圈Lx耦接至可變電容Cx，可變電容Cx可透過多數個電容以及多數的開關來建構。透過控制各開關的導通或斷開動作，可以針對可變電容Cx的電容值進行調整，並藉以調整線圈Lx的諧振感值。

檢測模組510包括檢測單元511以及計算單元512。檢測單元511耦接至線圈Lx，並檢測出電容Cx上的檢測電壓，計算單元512依據檢測電壓來算出信號傳輸強度，並依據信號傳輸強度來產生控制信號CTRL。在一實施例中，計算單元512可包括處理單元5121以及控制單元5122。處理單元5121耦接檢測單元511，處理單元5121接收檢測電壓並依據檢測電壓計算出信號傳輸強度。控制單元5122耦接處理單元5121並依據信號傳輸強度產生一控制信號CTRL。其中，控制信號CTRL用以調整電容Cx的電容值。

具體來說明，檢測單元511可以為電壓檢測器，並對電容Cx上的電壓進行取樣(或濾波)，並獲得電容Cx上的電壓值以作為檢測電壓。處理單元5121可依據檢測電壓獲得線圈Lx中的信號傳輸強度。控制單元5122則可透過控制信號CTRL來改變電容Cx的電容值，並且，在當電容Cx的電容值被改變的過程中，處理單元5121可持續記錄信號傳輸強度的變化狀態，並獲知較佳的信號傳輸強度所對應的控制信號CTRL，並使控制單元5122可透過的控制信號CTRL設定較佳的電容Cx的電容值。

此外，在圖5的實施範例中，電容Cx被設計為一種可變電容的結構。其中，電容Cx中包括多個子電容CS1~CS5以及開關SW1~SW3。其中，子電容CS1的兩端跨接在線圈Lx的兩端。子電容CS2~CS4的第一端共同耦接至子電容CS1的第一端，而子電容CS2~CS4的第二端分別透過開關SW1~SW3耦接至子電容CS1的第二端。並且，子電容CS5串接在子電容CS1的第一端以及檢測單元511間。

在本實施例中，開關SW1~SW3可依據控制信號CTRL中的多個位元以分別被導通或斷開。透過開關SW1~SW3被導通的數量，可以針對電容Cx的電容值進行調整。並進一步調整線圈Lx的諧振感值。

在上述的實施例中，開關的數量沒有一定的限制，若希望可以調整的電容值的範圍越寬，可以設置更多的開關以及對應的子電容。此外，子電容CS2~CS4的電容值沒有固定的限制，若希望有較佳的調整的解析度，可設置較小的電容值的子電容CS2~CS4，相對的，希望有較快的調整速度，可設置較大的電容值的子電容CS2~CS4。此外，子電容CS2~CS4與開關SW1~SW3間的連接關係也並非需限定為圖5的方式。事實上，凡本領域具通常知識者所熟知的可變電容的設計方法都可應用以實現電容 Cx，沒有特定的限制。

由上述的說明可得知，本發明實施例透過監控線圈Lx的信號傳輸強度，並藉由調整諧振感值，可有效維持充電電源的信號傳輸強度在較佳的狀態，可有效提升無線充電的效率。

以下請參照圖6A以及圖6B，圖6A以及圖6B繪示本發明實施例減少無線充電裝置磁漏方式的示意圖。在圖6A中，為減少漏磁而生電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)以及提高線圈間的磁導效率，可在線圈Lx上配置防磁漏材料層H1。防磁漏材料層H1可依據線圈Lx的線圈耦合方向來進行配置。線圈Lx以及對應的防磁漏材料層H1可配置於本發明實施例中的各個連接部中。其中，在圖6A中，防磁漏材料層H1被鋪設在殼體610的一側邊上，而單向導磁的線圈Lx與防磁漏材料層H1相重疊配置，以成為整合機構IS1。這樣的整合機構可被配置在無線充電裝置的多個連接部的位置P1、P2上，如圖6B所示。

綜上所述，本發明提供透過連接部連接的電源發射模組以及電源傳輸模組以形成無線充電裝置。在本發明實施例中，透過可調整方式的連接部，電源發射模組可提升使用上的便利性及美觀度。另外，本發明實施例中提供提升充電電源傳輸效率的機制及方法，有效提升無線充電裝置的充電效能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種無線充電裝置，包括：一電源發射模組，具有一第一線圈，用以傳送一充電電源；以及一電源傳輸模組，電性耦接該電源發射模組，具有一第二線圈以及一第三線圈，該第二線圈耦合該第一線圈來接收該充電電源，且該第三線圈耦接該第二線圈來接收該充電電源；其中，該第三線圈耦合一可攜式電子裝置來傳輸該充電電源。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其中該電源傳輸模組與該電源發射模組耦合處形成一第一連接部，且該第一線圈與該第二線圈於該第一連接部中進行磁感應操作來傳輸該充電電源。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其中該電源傳輸模組更包括：一第一電容以及一第二電容，分別耦接該第二線圈以及該第三線圈。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，更包括：一中繼傳輸模組，分別透過一第二連接部以及一第三連接部連接在該電源發射模組以及該電源傳輸模組間，具有一第四線圈以及一第五線圈，其中該第四線圈與該第一線圈在該第二連接部中磁感應耦合來傳遞該充電電源，且該第五線圈與該第二線圈在該第三連接部中磁感應耦合來傳遞該充電電源。
如申請專利範圍第4項所述的無線充電裝置，其中該中繼傳輸模組透過該第二連接部可調整方式連接該電源發射模組，該中繼傳輸模組透過該第三連接部可調整方式連接該電源傳輸模組，該中繼傳輸模組更包括：一第三電容以及一第四電容，分別耦接該第四線圈以及該第五線圈。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其更包括：一檢測模組，耦接該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈的至少其中之一，用以調整該第一線圈、該第二線圈、該第三線圈的至少其中之一的諧振感值。
如申請專利範圍第6項所述的無線充電裝置，其中該檢測模組更包括：一檢測單元，耦接該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈的至少其中之一，並檢測出該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈的至少其中之一上的一檢測電壓；以及一計算單元，耦接該檢測單元，依據該檢測電壓產生一控制信號，以對應調整該第一線圈、該第二線圈、該第三線圈的至少其中之一的一諧振感值。
如申請專利範圍第7項所述的無線充電裝置，其中該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈的至少其中之一還耦接一可變電容，並根據該控制訊號對應調整該諧振感值。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其更包括多個防磁漏材料層，該些防磁漏材料層分別依據該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈的線圈耦合方向以分別耦接該第一線圈、該第二線圈以及該第三線圈。
如申請專利範圍第1項所述的無線充電裝置，其更包括一承載部，耦接該電源傳輸模組，用以承載該可攜式電子裝置。