TWI450468B - 無線充電裝置、電子裝置、無線充電系統以及無線充電方法 - Google Patents

Description

無線充電裝置、電子裝置、無線充電系統以及無線充電方法

本發明係關於一種無線充電裝置，特別係關於可根據電子裝置之充電區域的外形對電子裝置進行無線充電之無線充電裝置。

一般而言，每一電池供電器件(諸如，無線電子器件)需要自有充電器及電力源，其通常為交流(AC)電源線。在許多器件需要充電時，此種有線組態變得難以使用。

無線能量傳送技術之其他方法係基於在嵌入於無線充電裝置(例如充電墊)的傳送天線(即充電線圈)與嵌入於待電子裝置中的接收天線(即感應充電線圈)之間的電感耦合以及電磁感應。此種方法具有以下缺點，即傳送天線與接收天線之間的間隔必須非常接近(例如，在千分之幾公尺內)，並且使用者必須確實的將電子裝置之接收天線放置到無線充電裝置之傳送天線的上方。如第1圖所示，在完全有效充電的情況下，在區塊A以及區塊C之接收天線120皆應受到傳送天線130之磁場影響，但第1圖之使用者沒有確實的將電子裝置之接收天線120放置到無線充電裝置之傳送天線130的上方，接收天線120僅在區塊A中接收到傳送天線130之電磁感應，造成電子裝置無法進行有效的充電，並且上方不受接收天線120覆蓋的傳送天線130在區域B中散發出無效的磁場，不僅造成能源的浪費也將危及使用者的健康。

如第2圖所示，根據上述問題，習知的解決方法是藉由機構防呆，例如在無線充電裝置230上設置卡鎖232，使用者必須將電子裝置220準確地放置到卡鎖232內，致使電子裝置220之接收天線222位於無線充電裝置230之傳送天線130的上方，方能進行完全有效的無線充電。其缺點是該無線充電裝置230受限於電子裝置220之機殼外形，若電子裝置220與無線充電裝置230之卡鎖232不匹配則無法進行無線充電。另外，就算具有相同機殼外型之電子裝置240，也可能無法與電子裝置220共用同一個無線充電裝置230，因為電子裝置240雖然可以準確地放入卡鎖232中，但電子裝置240之接收天線120不係位於無線充電裝置230之傳送天線130的上方，因此亦無法完全有效的充電並且可能危即使用者的身體健康。再者，習知的無線充電裝置230不具有同時對多個電子裝置220進行無線充電之功能。

綜上所述，習知的無線充電裝置230只能單一的對相同設計的電子裝置220進行無線充電，而無法兼容其它版本之電子裝置240以及無法同時對多個電子裝置220進行充電，不符合經濟效益，也不貼合使用者之使用習慣，嚴重的是不當的使用可能造成使用者身體健康之危害。

因此，本發明之主要範疇在於提供一種無線充電方法，以解決上述問題。

本發明提供一種無線充電裝置，包括一感應裝置、一充電線圈陣列以及一處理器。感應裝置用以判斷放置於無線充電裝置上之一電子裝置之充電區域的外形。充電線圈陣列包括複數動態調整充電線圈並且選擇性地導通部份之動態調整充電線圈。處理器用以根據電子裝置之充電區域的外形，驅動充電線圈陣列中對應充電區域的外形之部份動態調整充電線圈，以便對電子裝置進行無線充電。

本發亦提供一種電子裝置，包括一感應充電線圈以及一無線射頻標籤線圈。感應充電線圈用以接受來自一無線充電裝置之電磁感應產生一感應電流，並且提供感應電流至電子裝置進行充電以及供應電源。無線射頻標籤線圈，設置於感應充電線圈上方或者下方，並且涵蓋感應充電線圈之區域範圍，用以代表電子裝置可有效充電之區域。

本發明另外提供一種無線充電系統，包括一感應裝置、一充電線圈陣列、一處理器以及一感應充電線圈。感應裝置用以判斷放置於一無線充電裝置上之一電子裝置之充電區域的外形。充電線圈陣列包括複數動態調整充電線圈，充電線圈陣列選擇性地導通部份之動態調整充電線圈，用以產生一電磁感應。處理器用以根據電子裝置之充電區域的外形，驅動對應電子裝置之充電區域的外形之部份動態調整充電線圈，以便對電子裝置進行無線充電。感應充電線圈設置於待測充電子裝置內，用以接受電磁感應，而產生之一感應電流，並且提供感應電流至電子裝置進行充電以及供應電源。

本發明更提供一種無線充電方法，當一電子裝置放置於一無線充電裝置上時，判斷電子裝置之充電區域的外形；以及根據電子裝置之充電區域的外形，選擇性地驅動一充電線圈陣列中之複數動態調整充電線圈，用以產生一電磁感應，以便對電子裝置進行無線充電以及供應電源。

以下將詳細討論本發明各種實施例之製造及使用方法。然而值得注意的是，本發明所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉例說明本發明之製造及使用方法，但非用於限定本發明之範圍。

如第3圖所示，本發明揭露之一種無線充電系統300的示意圖，包括一無線充電裝置400以及一電子裝置500，其中電子裝置500包括一充電線圈陣列430。當電子裝置500放置於(接近)無線充電裝置400上時，無線充電裝置400判斷電子裝置500之充電區域的外形。無線充電裝置400根據電子裝置500之充電區域的外形，導通充電線圈陣列430中部份對應充電區域的外形之線圈。部份對應充電區域的外形之線圈導通後產生電磁感應，並且對電子裝置500進行充電。因此只要在充電線圈陣列430之面積範圍內，無線充電系統300可以兼容不同形狀以及設計之電子裝置500，並且可同時對多個電子裝置500進行無線充電，符合經濟效益也貼合使用者之使用習慣，亦減少因不當的使用造成對使用者身體健康的危害。值得注意的是，電子裝置500以及無線充電裝置400之細部實施方式請參考後述第4以及5圖之說明。

第4圖為本發明無線充電裝置400之一實施例的方塊圖，無線充電裝置400包括一感應裝置420、一充電線圈陣列430、一處理器440以及一電源供應器450。感應裝置420用以判斷放置於無線充電裝置400上之電子裝置500之一外形。充電線圈陣列430包括動態調整充電線圈4321～432N，充電線圈陣列430可選擇性地導通部份之動態調整充電線圈4321～432N。感應裝置420包括適用於無線射頻辨識系統(Radio-frequency identification，RFID)之無線射頻讀取線圈4221～422N以及無線射頻讀取器424。無線射頻讀取線圈4221～422N分別設置於每一動態調整充電線圈4321～432N之下方，用以接收來自電子裝置500之一無線射頻辨識資料。無線射頻讀取器424用以讀取每一無線射頻讀取線圈4221～422N所接收之無線射頻辨識資料。處理器440根據電子裝置500之充電區域的外形，定義充電線圈陣列430中之動態調整充電線圈4321～432N為致能或者去能。動態調整充電線圈4321～432N係用以對電子裝置500進行無線充電。電源供應器450用以根據處理器440之命令，傳送電源至動態調整充電線圈4321～432N。

值得注意的是，雖然本實施例之無線射頻讀取線圈4221～422N係設置於每一動態調整充電線圈4321～432N之下方，但在其他實施例中無線射頻讀取線圈4221～422N亦可設置於每一動態調整充電線圈4321～432N之上方。另外，雖然本實施例之感應裝置420係以適用於無線射頻辨識系統之無線射頻讀取線圈4221～422N為例，但本發明不限於此，在其他實施例中，感應裝置420亦可為具有壓電感應陣列之壓電感應器、電阻式感應器或者電容式感應器等，其它當電子裝置500放置於無線充電裝置400上時，可判斷充電區域的外形之感測裝置。本實施例應用無線射頻讀取線圈4221～422N判斷充電區域的外形之原理，請參考後述第6以及7圖之說明。

第5圖為本發明電子裝置500之一實施例的方塊圖，電子裝置500包括一感應充電線圈520、一無線射頻標籤線圈540、一無線射頻標籤560、一電源整流器580、電源管理電路582、電池584以及系統負載586。感應充電線圈520用以接受來自一無線充電裝置400之電磁感應，而產生一感應電流，並且提供感應電流至電源整流器580，電源整流器580調整感應電流為較穩定並且適合電子裝置500之電源，並且將較穩定並且適合電子裝置500之電源提供至電子裝置500進行充電以及供應電源。例如，電源整流器580可在調整感應電流為適合電子裝置500之電源後，將適合電子裝置500之電源傳送到電源管理電路582。感應電流產生之較穩定並且適合電子裝置500之電源藉由電源管理電路582之控管，對應不同之需求將電源傳送到電子裝置500之電池584進行充電以及傳送至電子裝置500之系統負載586供應系統負載586所需之電源。

無線射頻標籤線圈540係根據電子裝置500之感應充電線圈520的外形所設置的，其設置於感應充電線圈520之上方或者下方，並且涵蓋感應充電線圈520之區域範圍522。區域範圍522用以代表電子裝置500可有效充電之區域。區域範圍522係電路設計人員設定感應充電線圈520進行電磁感應之面積大小，在此不受限制，但在較佳的實施例中感應充電線圈520之區域範圍522係和感應充電線圈520之面積一樣大(或者略小/略大於感應充電線圈520之面積)並且重疊於感應充電線圈520之區域。無線射頻標籤560用以儲存電子裝置500之無線射頻辨識資料，其中無線射頻辨識資料可包括電子裝置500之型號等辨識資料，但值得注意的是，本實施例並不是以電子裝置500無線射頻辨識資料之內容為依據判斷電子裝置500之充電區域的外形。本實施例應用無線射頻標籤線圈540以及無線射頻標籤560判斷充電區域的外形之原理，請參考後敘第6以及7圖之說明。

第6圖為本發明無線充電系統300之一種實施例的示意圖，其中無線充電系統300包括第4以及5圖所揭露之無線充電裝置400以及電子裝置500。其電路以及特性請參考第4以及5圖之說明，在此不再贅述。當電子裝置500放置於(接近)無線充電裝置400上時，無線充電裝置400之感應裝置420中的無線射頻讀取線圈4222以及4223與電子裝置500之無線射頻標籤線圈540產生電磁感應，由於無線射頻讀取線圈4222以及4223可與無線射頻標籤線圈540產生電磁感應，因此無線射頻讀取線圈4222以及4223可接收到無線射頻標籤560藉由無線射頻標籤線圈540傳送到無線充電裝置400之無線射頻辨識資料。值得注意的是，此時由於其餘無線射頻讀取線圈4221以及4224～422N皆不在區域範圍522之下方，因此無法與無線射頻標籤線圈540產生電磁感應以及無法接收無線射頻辨識資料。

只有接近感應充電線圈520之部分動態調整充電線圈4321～432N可與感應充電線圈520產生電磁感應以及對電子裝置500進行充電，因此區域範圍522代表電子裝置500之充電區域的外形以及可有效充電之區域範圍522。由於無線射頻標籤線圈540係根據電子裝置500之感應充電線圈520的外形所設置的(其涵蓋感應充電線圈520之區域範圍522)，因此接近無線射頻標籤線圈540以及可讀取到無線射頻辨識資料的無線射頻讀取線圈4222以及4223，可用以判斷電子裝置500之充電區域的外形以及有效充電區塊，故可讀取到無線射頻辨識資料之無線射頻讀取線圈4222以及4223形成一有效集合，而該有效集合可代表電子裝置500之充電區域的外形以及可有效充電之區域範圍522。

處理器440根據無線射頻讀取線圈4221～422N是否接收到無線射頻辨識資料定義位於無線射頻讀取線圈4221～422N上方之動態調整充電線圈4321～432N的狀態，其中將位於有接收到無線射頻辨識資料之無線射頻讀取線圈4222以及4223上方的動態調整充電線圈4322以及4323定義為致能，並且將位於沒有接收到無線射頻辨識資料之無線射頻讀取線圈4221以及4224-422N上方的動態調整充電線圈4321以及4324～432N定義為去能。

處理器440定義完動態調整充電線圈4321～432N的狀態後，驅動電源供應器450對部份對應充電區域的外形之動態調整充電線圈4322以及4323傳送電源，進一步說明，處理器440係根據有效集合，處理器440驅動電源供應器450對定義為去能之動態調整充電線圈4322以及4323傳送電源。此時，動態調整充電線圈4322以及4323被致能並且產生磁場，而感應充電線圈520受對應有效集合之動態調整充電線圈4322以及4323所產生之電磁感應產生感應電流，其感應電流經由電源整流器580等元件調整控管後，用以對電子裝置500之電池584進行充電以及對系統負載586供應電源。反之，不在有效集合之無線射頻讀取線圈4222以及4223下方(在其他實施例中可為上方)的其他動態調整充電線圈4321以及4324～432N不會導通電流，因此不會造成無效的充電。

第7圖為本發明無線充電系統300之一種實施例的示意圖，與第6圖之原理相同，若電子裝置500不係放置於(接近)無線射頻讀取線圈4222以及4223之上，而是放置於(接近)無線射頻讀取線圈4221以及4222之上時，無線充電裝置400之無線射頻讀取線圈4221以及4222與電子裝置500之無線射頻標籤線圈540產生電磁感應，因此處理器440定義動態調整充電線圈4321以及4322為致能，而無線射頻讀取線圈4221以及4222形成有效集合。處理器440定義完動態調整充電線圈4321以及4322為致能後，驅動電源供應器450對部份對應充電區域的外形之動態調整充電線圈4321以及4322傳送電源。雖然第7圖之電子裝置500與第6圖放置之位置不同，但可動態調整其動態調整充電線圈4321-432N，使得僅有可對感應充電線圈520產生之電磁感應之動態調整充電線圈4321以及4322被致能以及驅動，因此證明了本實施例既不會造成無效的充電也不受限於電子裝置500之充電區域的外形，並且只要在電子裝置500之充電線圈陣列430範圍之內皆可對多個電子裝置500進行安全有效的無線充電。

本發明提供一種無線充電方法係當電子裝置500放置於無線充電裝置400上時，判斷電子裝置500之充電區域的外形，並且根據電子裝置500之充電區域的外形，選擇性地驅動充電線圈陣列430中之複數動態調整充電線圈4321～432N，用以產生電磁感應，以便對電子裝置500進行無線充電以及供應電源。如第8圖所示為本發明無線充電方法之流程圖，流程開始於步驟S10，在步驟S10中，電子裝置500放置於無線充電裝置400。接著，流程進行至步驟S20。

在步驟S20中，無線充電裝置400藉由無線射頻讀取線圈4221～422N接收來自無線射頻讀取線圈4221～422N附近之一無線射頻辨識資料，並且讀取每一無線射頻讀取線圈4221～422N所接收之無線射頻辨識資料。接著，流程進行至步驟S30。

在步驟S30中，無線充電裝置400根據有效讀取到無線射頻辨識資料之無線射頻讀取線圈4221～422N定義一有效集合，有效集合代表電子裝置500之充電區域的外形以及可有效充電之區域，藉此無線充電裝置400可判斷出電子裝置500之充電區域的外形。接著，流程進行至步驟S40。

在步驟S40中，無線充電裝置400之處理器440根據電子裝置500之充電區域的外形，定義充電線圈陣列430中之動態調整充電線圈4321～432N為致能。以第7圖為例，處理器440係將有效集合上方(或者下方)之動態調整充電線圈4321～4322定義為致能，將其他動態調整充電線圈4323～432N定義為為去能。接著，流程進行至步驟S50。

在步驟S50中，以第7圖為例，處理器440驅動電源供應器450將電源提供至定義為致能之動態調整充電線圈4321～4322，即處理器440根據有效集合，驅動電源供應器450將電源提供至位於上述有效集合之無線射頻讀取線圈4221～4222上方或者下方的動態調整充電線圈4321～4322。因此無線充電裝置400可藉由被驅動之動態調整充電線圈4321～4322對電子裝置500之感應充電線圈520產生電磁感應，並且藉由電磁感應對電子裝置500進行無線充電以及供應電源。流程結束於S50。

雖然本發明以實施例揭露如上，但並非用以限制本發明。此外，習知技藝者應能知悉本發明申請專利範圍應被寬廣地認定以涵括本發明所有實施例及其變型。

A、B、C．．．區域

120、222．．．接收天線

130．．．傳送天線

232．．．卡鎖

300．．．無線充電系統

230、400．．．無線充電裝置

430．．．充電線圈陣列

420．．．感應裝置

440．．．處理器

450．．．電源供應器

4321～432N．．．動態調整充電線圈

4221～422N．．．無線射頻讀取線圈

424．．．無線射頻讀取器

220、240、500．．．電子裝置

520．．．感應充電線圈

540．．．無線射頻標籤線圈

560．．．無線射頻標籤

580．．．電源整流器

582．．．電源管理電路

584．．．電池

586．．．系統負載

522．．．區域範圍

第1圖為習知無線充電系統的示意圖。

第2圖為習知無線充電系統的示意圖。

第3圖為本發明之一無線充電系統的示意圖。

第4圖為本發明之一無線充電裝置的方塊圖。

第5圖為本發明之一電子裝置的方塊圖。

第6圖為本發明之一無線充電系統的示意圖。

第7圖為本發明之一無線充電系統的示意圖。

第8圖為本發明之一無線充電方法的流程圖。

300．．．無線充電系統

400．．．無線充電裝置

430．．．充電線圈陣列

420．．．感應裝置

440．．．處理器

450．．．電源供應器

4321～432N．．．動態調整充電線圈

4221～422N．．．無線射頻讀取線圈

424．．．無線射頻讀取器

500．．．電子裝置

520．．．感應充電線圈

540．．．無線射頻標籤線圈

560．．．無線射頻標籤

580．．．電源整流器

582．．．電源管理電路

584．．．電池

586．．．系統負載

522．．．區域範圍

Claims (10)

1. 一種無線充電裝置，包括：一感應裝置，用以判斷放置於上述無線充電裝置上之一電子裝置之充電區域的外形；一充電線圈陣列，包括複數動態調整充電線圈，上述充電線圈陣列選擇性地導通部份之上述動態調整充電線圈；以及一處理器，用以根據上述電子裝置之充電區域的外形，驅動上述充電線圈陣列中對應上述充電區域的外形之部份上述動態調整充電線圈，以便對上述電子裝置進行無線充電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，更包括一電源供應器，用以根據上述處理器之命令傳送電源至對應上述充電區域的外形之部份上述動態調整充電線圈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線充電裝置，其中上述感應裝置更包括：複數無線射頻讀取線圈，分別設置於每一上述動態調整充電線圈之上方或者下方，用以接收來自上述電子裝置中之一無線射頻標籤線圈所傳送之一無線射頻辨識資料；以及一無線射頻讀取器，用以讀取每一上述無線射頻讀取線圈所接收之上述無線射頻辨識資料；其中有效接收到上述無線射頻辨識資料之上述無線射頻讀取線圈形成一有效集合，上述有效集合代表上述電子裝置之充電區域的外形以及可有效充電之區域，上述處理器係根據上述有效集合，驅動位於上述有效集合之上述無線射頻讀取線圈上方或者下方的上述動態調整充電線圈。
4. 如申請專利範圍第3項所述之無線充電裝置，其中上述電子裝置中之上述無線射頻標籤線圈係根據上述電子裝置之一感應充電線圈的外形所設置的，用以涵蓋上述感應充電線圈之區域範圍，並且上述感應充電線圈係受對應上述有效集合之上述動態調整充電線圈所產生之電磁感應影響而產生感應電流，用以對上述電子裝置進行充電以及供應電源。
5. 一種電子裝置，包括：一感應充電線圈，用以接受來自一無線充電裝置之電磁感應產生一感應電流，並且提供上述感應電流至上述電子裝置進行充電以及供應電源；以及一無線射頻標籤線圈，設置於上述感應充電線圈上方或者下方，並且涵蓋上述感應充電線圈之區域範圍，用以代表上述電子裝置可有效充電之區域。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電子裝置，更包括：一無線射頻標籤，用以儲存上述電子裝置之無線射頻辨識資料；以及一電源整流器，用以調整上述感應電流。
7. 一種無線充電系統，包括：一感應裝置，用以判斷放置於一無線充電裝置上之一電子裝置之充電區域的外形；一充電線圈陣列，包括複數動態調整充電線圈，上述充電線圈陣列選擇性地導通部份之上述動態調整充電線圈，用以產生一電磁感應；一處理器，用以根據上述電子裝置之充電區域的外形，驅動對應上述充電區域的外形之部份上述動態調整充電線圈，以便對上述電子裝置進行無線充電；以及一感應充電線圈，設置於上述待測充電子裝置內，用以接受上述電磁感應，而產生之一感應電流，並且提供上述感應電流至上述電子裝置進行充電以及供應電源。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無線充電系統，更包括：一無線射頻標籤線圈，設置於上述待測充電子裝置內之上述感應充電線圈的上方或者下方，並且涵蓋上述感應充電線圈之區域範圍，用以代表上述電子裝置可有效充電之區域；複數無線射頻讀取線圈，分別設置於每一上述動態調整充電線圈之上方或者下方，用以接收來自上述無線射頻標籤線圈所傳送之一無線射頻辨識資料；以及一無線射頻讀取器，用以讀取每一上述無線射頻讀取線圈所接收之上述無線射頻辨識資料；其中有效接收到上述無線射頻辨識資料之上述無線射頻讀取線圈形成一有效集合，上述有效集合代表上述電子裝置之充電區域的外形以及可有效充電之區域，並且上述處理器係根據上述有效集合，驅動位於上述有效集合之上述無線射頻讀取線圈上方或者下方的上述動態調整充電線圈。
9. 一種無線充電方法，包括：當一電子裝置放置於一無線充電裝置上時，判斷上述電子裝置之充電區域的外形；以及根據上述電子裝置之充電區域的外形，選擇性地驅動一充電線圈陣列中之複數動態調整充電線圈，用以產生一電磁感應，以便對上述電子裝置進行無線充電以及供應電源。
10. 如申請專利範圍第9項所述之無線充電方法，其中根據上述電子裝置之充電區域的外形選擇性地驅動上述動態調整充電線圈的步驟包括：藉由複數無線射頻讀取線圈接收來自於上述無線射頻讀取線圈附近由一無線射頻標籤線圈所傳送之一無線射頻辨識資料；讀取每一上述無線射頻讀取線圈所接收之上述無線射頻辨識資料；根據有效接收到上述無線射頻辨識資料之上述無線射頻讀取線圈定義一有效集合，上述有效集合代表上述電子裝置之充電區域的外形以及可有效充電之區域；以及根據上述有效集合，驅動位於上述有效集合之上述無線射頻讀取線圈上方或者下方的上述動態調整充電線圈，其中上述無線射頻讀取線圈係分別設置於每一上述動態調整充電線圈之上方或者下方，上述無線射頻標籤線圈係設置於上述待測充電子裝置內之一感應充電線圈的上方或者下方，並且上述無線射頻標籤線圈涵蓋上述感應充電線圈之區域範圍，用以代表上述電子裝置可有效充電之區域。