TWI706424B

TWI706424B - 無線充電線圈

Info

Publication number: TWI706424B
Application number: TW107122048A
Authority: TW
Inventors: 吳建得
Original assignee: 合利億股份有限公司
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-10-01
Also published as: TW202001945A; CN110648832B; CN110648832A; US11387035B2; US20200005991A1

Abstract

一種無線充電線圈，包括第一線圈層、第二線圈層與第一磁性材料。第二線圈層平行地堆疊於第一線圈層的表面以形成線圈堆疊結構，且第二線圈層具有與第一線圈層相同的形狀。第一磁性材料設於第一線圈層之遠離第二線圈層的一側且具有與第一線圈層不相同的形狀。當無線充電線圈與電源電性連接時，電源產生的電流均勻地分佈於第一線圈層、第二線圈層以降低集膚效應。

Description

無線充電線圈

本發明係關於一種線圈，特別是一種無線充電線圈。

為了讓電子產品(例如筆記型電腦)在使用上更為方便，越來越多電子產品都設計有無線充電線圈，利用無線充電線圈的電磁感應，以對電子產品的電池進行充電。

在無線電頻率、微波線路和電力傳輸系統等領域，都要考慮到集膚效應(skin effect)的影響。集膚效應的參考依據為集膚深度

，如式(1)所列：

=

(1)

其中

為導體的電阻率;

為交流電的角頻率，

可進一步表示為2

頻率，而

為導體絕對導磁率。

由式(1)得知，當電流的頻率越高，集膚深度

就越小，而集膚深度

越小時，傳遞於導線的電流會越集中於導線表面，對電流的傳導效率影響越大。

由於將來的電子商品有很大機會操作在高壓、高電流或高頻率的工作狀態下未來的資料處理速度會越來越快，如此一來電子商品所產生的集膚效應會顯著，對於研發者來說，集膚效應的確是不可忽略的因子。

有鑑於此，目前確實有需要一種可降低集膚效應的無線充電線圈，以改善以上缺點。

本發明在於提供一種無線充電線圈，透過線圈堆疊結構以降低集膚效應的影響力。

依據本發明的一實施例，提供一種無線充電線圈，包括：第一線圈層；第二線圈層，平行地堆疊於該第一線圈層的表面以形成堆疊結構，且第二線圈層具有與第一線圈層相同的形狀；及第一磁性材料，設於第一線圈層之遠離第二線圈層的一側且具有與第一線圈層不相同的形狀；當該無線充電線圈與電源電性連接時，電源產生的電流均勻地分佈於該堆疊結構以降低集膚效應。

依據本發明的一實施例，提供一種無線充電線圈，包括：線圈層；及磁性材料，連接於該線圈層的表面；當該無線充電線圈與電源作電性連接時，該磁性材料用於集中磁能以使得該電源產生的電流均勻地分佈於該線圈層以降低集膚效應，且該線圈層用於堆疊於另一線圈層的表面以形成堆疊結構以使得該電源產生的電流均勻地分佈於二線圈層以降低集膚效應。

依據本發明的一實施例，提供一種無線充電線圈，包括：第一線圈層；第一磁性材料，設於該第一線圈層的一側且具有與第一線圈層不同的形狀；以及訊號導引件，連接於第一線圈層與第一磁性材料之間；當該無線充電線圈與電源作電性連接時，第一線圈層的表面用以供第二線圈層、石墨層或第二磁性材料堆疊以形成堆疊結構，電源產生的電流均勻地分佈於堆疊結構以降低集膚效應。

本發明無線充電線圈具有線圈堆疊結構，當無線充電線圈連接電源後，線圈堆疊結構使得電流均勻地分別於每一線圈層，藉此降低集膚效應。如此一來，即使在高壓、高頻或高電流的工作狀態下，線圈堆疊結構可達到降低集膚效應之功效。本發明無線充電線圈相較於市面上得無線充電線圈，由於降低集膚效應，所以相對電流傳輸效率也較高且製造成本也較低。

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。

圖1與圖2分別為本發明無線充電線圈的第一實施例的頂部平面圖與底部平面圖。如圖1及圖2所示，無線充電線圈10為磁感應線圈，無線充電線圈10包含有兩個形狀相同且厚度相同的線圈層11、12與板狀的第一磁性材料13(以虛線表示)，線圈層11、12分別沿著平行於XY平面的方向設置。本實施例的線圈層的數量僅為示例而本發明不以此為限。線圈層11、12具有相同的螺旋形狀，其中線圈層11具有多個螺旋形的線圈段111，每一線圈段111的一端部分別與相鄰的線圈段111的一端部相連接。線圈層12具有多個線圈段121，每一線圈段121的一端部分別與相鄰的線圈段121的一端部相連接。兩線圈層11、12分別具有相對應的兩個螺旋狀的破孔112、122，且各破孔112、122例如可具有相同寬度。

圖3為本發明無線充電線圈的第一實施例的剖視圖。共同參閱圖1至圖3，無線充電線圈10還包含訊號導引件14與第二磁性材料15，第一磁性材料13與第二磁性材料15例如可為鐵氧體或奈米晶，第一磁性材料13與第二磁性材料15能將磁力線集中於靠近線圈層11、12的附近區域以避免磁力線發散。此外當無線充電線圈10作為Rx端時，第一磁性材料13還可遮蔽磁力線以避免磁力線干擾電子裝置內的其他電子零件。兩線圈層11、12使用相同厚度的銅材，而在其他實施例中，兩線圈層11、12的銅材厚度可調整為不相同。線圈層12沿著Z軸方向堆疊於線圈層11的表面113且兩線圈層11、12透過絕緣膠(圖未示)相互固定。訊號導引件14電性連接於兩線圈層11與12且設於第一磁性材料13與線圈層11之間。第一磁性材料13的形狀不同於兩線圈層11、12的形狀且第一磁性材料13的厚度小於線圈層11或12的厚度，而在其他實施例中，第一磁性材料13的厚度可調整為大於或相等於線圈層11或12的厚度。第二磁性材料15堆疊於線圈層12的表面123且具有與線圈層12相同的形狀。當無線充電線圈10與電源電性連接時，兩線圈層11、12所構成的線圈堆疊結構16可使得電源產生的電流均勻地分佈於線圈層11、12。此外由於第一磁性材料13與第二磁性材料15能將磁力線集中於靠近兩線圈層11、12的附近區域以避免磁力線發散，所以亦可輔助電流均勻地分佈於兩線圈層11、12。在本實施例中，第二磁性材料15可大幅提高無線充電線圈10之整體的L值。舉例來說，未加第二磁性材料15的無線充電線圈之整體的L值測得為 8.8274uH，本實施例具備第二磁性材料15使得無線充電線圈10之整體的L值測得為9.3110uH。

圖4為本發明的無線充電線圈的第二實施例的剖視圖。如圖4所示，無線充電線圈20包含二線圈層21、22、第一磁性材料23，訊號導引件24與石墨層25，第一磁性材料23例如可為鐵氧體或奈米晶。兩線圈層21、22為相同厚度的銅材，而在其他實施例中，兩線圈層21、22的銅材厚度可調整為不相同。線圈層22沿著Z軸方向堆疊於線圈層21的表面211且兩線圈層21、22透過絕緣膠(圖未示)相互固定。訊號導引件24電性連接於兩線圈層21、22且設於第一磁性材料23與線圈層21之間。第一磁性材料23的形狀不同於兩線圈層21、22的形狀且第一磁性材料23的厚度小於線圈層21或22的厚度，而在其他實施例中，第一磁性材料23的厚度可調整為大於或相等於線圈層21或22的厚度。石墨層25堆疊於線圈層22的表面221且具有與線圈層21或22相同的形狀。當無線充電線圈20與電源電性連接時，兩線圈層21、22所構成的線圈堆疊結構26可使得電源產生的電流均勻地分佈於線圈層21、22。此外石墨層25的功能在於可以大幅減少無線充電線圈達到熱平衡所需要的時間。舉例來說，未加石墨層25的無線充電線圈達到熱平衡時間需要34分鐘，本實施例具有石墨層25之無線充電線圈達到熱平衡僅需21分鐘。

圖5為本發明無線充電線圈的第三實施例的剖視圖。如圖5所示，無線充電線圈30包含二線圈層31、32、第一磁性材料33、訊號導引件34、與第二磁性材料35，第三實施例的結構與第一實施例大致相同，兩實施例之差異為第二磁性材料35連接於二線圈層31、32之間。

圖6為本發明的無線充電線圈的第四實施例的剖視圖。如圖6所示，無線充電線圈40包含二線圈層41、42、第一磁性材料43，訊號導引件44與石墨層45，第四實施例的結構與第二實施例大致相同，兩實施例之差異為石墨層45連接於二線圈層41、42之間。

圖7為本發明的無線充電線圈的第五實施例的剖視圖，如圖7所示，無線充電線圈50包含二線圈層51、52、第一磁性材料53與訊號導引件54，二線圈層51、52使用相同厚度的銅材但分別具有寬度W1與寬度W2，其中寬度W1＞寬度W2，第一磁性材料53例如可為鐵氧體或奈米晶，而在其他實施例中，二線圈層51、52的銅材厚度可調整為不相同。線圈層52沿著Z軸方向堆疊於線圈層51的表面511。訊號導引件54電性連接於兩線圈層51、52且設於第一磁性材料53與線圈層51之間。第一磁性材料53的寬度大於兩線圈層51、52，第一磁性材料53的厚度小於兩線圈層51或52，而在其他實施例中，第一磁性材料53的厚度可調整為大於或相等於線圈層51或52的厚度。當無線充電線圈50與電源電性連接時，兩線圈層51、52所形成的堆疊結構可使得電源產生的電流均勻地分佈於線圈層51、52，藉此降低集膚效應。再者，由於兩線圈層51、52的寬度不同，相較於等寬的兩線圈層，其周圍的磁力線分佈狀態也會不同，藉此也可降低集膚效應的影響力。在其他實施例中，線圈層52亦可替換為磁性材料或石墨層。

圖8為本發明的無線充電線圈的第六實施例的剖視圖，如圖8所示，無線充電線圈60包含二線圈層61、62、第一磁性材料63、訊號導引件64以及石墨層65，二線圈層61、62使用相同厚度的銅材但分別具有寬度W1與寬度W2，第一磁性材料63例如可為鐵氧體或奈米晶，而在其他實施例中，二線圈層61、62的銅材厚度可調整為不相同。線圈層62沿著Z軸方向堆疊於線圈層61的表面611，石墨層65沿著Z軸方向堆疊於線圈層62的表面621且石墨層65具有寬度W3，其中寬度W1＞寬度W2＞寬度W3。訊號導引件64電性連接於兩線圈層61、62且設於第一磁性材料63與線圈層61之間。第一磁性材料63的寬度大於兩線圈層61、62，第一磁性材料63的厚度小於兩線圈層61或62，而在其他實施例中，第一磁性材料63的厚度可調整為大於或相等於線圈層61或62的厚度。在其他實施例中，石墨層65亦可替換為磁性材料。

圖9為本發明的無線充電線圈的第七實施例的剖視圖，如圖9所示，無線充電線圈70包含二線圈層71、72、第一磁性材料73、訊號導引件74以及石墨層75。第七實施例的結構與第六實施例大致相同，兩實施例之差異為訊號導引件74分別穿設於兩線圈層71、72的破孔711、721且與兩線圈層71、72電性連接。

在其他實施例中，研發者可依據不同使用需求，讓堆疊結構中的每個線圈層的厚度不均等，或者採用磁共振式線圈來達成堆疊結構。

綜上所述，本發明無線充電線圈具有線圈堆疊結構，當無線充電線圈連接電源後，線圈堆疊結構使得電流均勻地分別於每一線圈層，藉此降低集膚效應。如此一來，即使在高壓、高頻或高電流的工作狀態下，線圈堆疊結構可達到降低集膚效應之功效。本發明無線充電線圈相較於市面上得無線充電線圈，由於降低集膚效應，所以相對電流傳輸效率也較高且製造成本也較低。

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。

10,20,30,40,50,60,70‧‧‧無線充電線圈11,12,21,22,31,32,41,42,51,52,61,62,71,72‧‧‧線圈層13,23,33,43,53,63,73‧‧‧第一磁性材料111,121‧‧‧線圈段112,122,711,721‧‧‧破孔14,24,34,44,54,64,74‧‧‧訊號導引件15,35‧‧‧第二磁性材料16,26‧‧‧線圈堆疊結構113, 123, 221, 551, 611, 621‧‧‧表面25,45, 65‧‧‧石墨層

圖1與圖2分別為本發明無線充電線圈的第一實施例的頂部與底部平面圖。圖3為本發明無線充電線圈的第一實施例的剖視圖。圖4為本發明的無線充電線圈的第二實施例的剖視圖。圖5為本發明的無線充電線圈的第三實施例的剖視圖。圖6為本發明的無線充電線圈的第四實施例的剖視圖。圖7為本發明的無線充電線圈的第五實施例的剖視圖。圖8為本發明的無線充電線圈的第六實施例的剖視圖。圖9為本發明的無線充電線圈的第七實施例的剖視圖。

10‧‧‧無線充電線圈

11,12‧‧‧線圈層

13‧‧‧第一磁性材料

14‧‧‧訊號導引件

15‧‧‧第二磁性材料

16‧‧‧線圈堆疊結構

113‧‧‧表面

Claims

一種無線充電線圈，包括：一第一線圈層；一第二線圈層，平行地堆疊於該第一線圈層的一表面上以形成一線圈堆疊結構，且該第一線圈層的寬度大於該第二線圈層的寬度；一第一磁性材料，設於該第一線圈層之遠離該第二線圈層的一表面上且該第一磁性材料之寬度大於該第一線圈層的寬度以及該第二線圈層的寬度；以及一訊號導引件，電性連接於該第一線圈層以及該第二線圈層；當該無線充電線圈透過該訊號導引件與一電源電性連接時，該電源之電流均勻地分佈於該第一線圈層以及該第二線圈層以降低集膚效應。
如請求項1所述之無線充電線圈，其中該第一線圈層與該第二線圈層使用相同的導電材料。
如請求項1所述之無線充電線圈，其中該第一線圈層與該第二線圈層具有相同的厚度。
如請求項1所述之無線充電線圈，其中該第一磁性材料的厚度小於該第一線圈層或該第二線圈層的厚度。
如請求項1所述之無線充電線圈，更包括一石墨層，該石墨層設於該第二線圈層之遠離該第一線圈層的一表面上，且該第二線圈層的寬度大於該石墨層的寬度。
如請求項1所述之無線充電線圈，更包括一第二磁性材料，該第二磁性材料堆疊於該第二線圈層之遠離該第一線圈層的一表面上。
如請求項6所述之無線充電線圈，其中該第二磁性材料的厚度小於該第一線圈層或該第二線圈層的厚度。