TWI885579B - 無線充電裝置 - Google Patents

Abstract

一種無線充電裝置，包含一第一基板、至少一充電線圈、一第二基板、一梳狀濾波器、至少一熱敏電阻以及一控制器。所述至少一充電線圈設置於所述第一基板。所述第二基板設置於所述至少一充電線圈上方。所述梳狀濾波器設置於所述第二基板，且在一堆疊方向上的投影區域至少部分重疊於所述至少一充電線圈。所述至少一熱敏電阻設置於所述梳狀濾波器。所述控制器連接於所述至少一充電線圈，且透過所述梳狀濾波器的一部份連接於所述至少一熱敏電阻。

Description

無線充電裝置

本發明係關於一種無線充電裝置。

由於目前不論是電動車或是傳統汽車皆已經將手機無線充電模組(wireless charging module，WCM)放入汽車標準配件已經是趨勢，其優點在於不需要再與手機另外接線且省去了插入插頭的繁瑣動作。而由於手機無線充電模組是在Qi定義的112至128千赫茲(kHz)(預設為127.772kHz)工作頻率下進行電力傳輸，並且於汽車內為封閉有限的空間下，自然會產生許多電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)等問題。

鑒於上述，本發明提供一種無線充電裝置。

依據本發明一實施例的無線充電裝置，包含一第一基板、至少一充電線圈、一第二基板、一梳狀濾波器、至少一熱敏電阻以及一控制器。所述至少一充電線圈設置於所述第一基板。所述第二基板設置於所述至少一充電線圈上方。所述梳狀濾波器設置於所述第二基板，且在一堆疊方向上的投影區域至少部分重疊於所述至少一充電線圈。所述至少一熱敏電阻設置於所述梳狀濾波器。所述控制器連接於所述至少一 充電線圈，且透過所述梳狀濾波器的一部份連接於所述至少一熱敏電阻。

藉由上述結構，本案所揭示的無線充電裝置，透過在充電線圈上方設置具有梳狀濾波器的基板，可減少充電線圈在進行充電時可能對周圍環境產生的電磁干擾問題。本案的無線充電裝置透過在梳狀濾波器中設置熱敏電阻，可感測手機在充電時是否過熱，且由於是透過梳狀濾波器的一部分將熱敏電阻連接於接收訊號的控制器，使得無線充電裝置的整體線路連接更為簡潔。

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。

1:無線充電裝置

11:第一基板

12:第二基板

121:第一面

122:第二面

123:通孔

13:充電線圈

14:梳狀濾波器

141:梳狀結構

1411:連接部分

142:接地結構

15:熱敏電阻

16:控制器

17:金屬連接件

18:絕緣層

19:近場通訊線圈

D:堆疊方向

d1:線寬

d2:線距

A:區域

圖1係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的結構示意圖。

圖2係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第一基板的充電線圈的一種實施態樣。

圖3係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第二基板的梳狀濾波器的一種實施態樣。

圖4係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第一基板的充電線圈的示意圖。

圖5係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第二基板的梳狀濾波器的示意圖。

圖6為圖5的區域A的局部放大圖。

圖7示出了依據本發明一實施例的無線充電裝置的熱敏電阻與充電線圈之間的對應位置關係。

圖8係依據本發明另一實施例所繪示的無線充電裝置的第二基板的平面圖。

圖9係依據本發明又一實施例所繪示的無線充電裝置的結構示意圖。

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。

請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的結構示意圖。如圖1所示，無線充電裝置1包含一第一基板11、一第二基板12、至少一充電線圈13、一梳狀濾波器14、至少一熱敏電阻15以及一控制器16。至少一充電線圈13設置於第一基板11。第二基板12設置於至少一充電線圈13上方。梳狀濾波器14設置於第二基板12，且在一堆疊方向D上的投影區域至少部分重疊於至少一充電線圈13。至少一 熱敏電阻15設置於梳狀濾波器14。控制器16連接於至少一充電線圈13，且透過梳狀濾波器14的一部份連接於至少一熱敏電阻15。

在本例中，第二基板12具有第一面121、第二面122以及多個通孔123，其中第一面121面向充電線圈13。無線充電裝置1可更包含多個金屬連接件17。金屬連接件17設置於多個通孔123，連接於梳狀濾波器14且用於接地，例如透過連接於機殼接地或是連接於一接地線。金屬連接件17也可作為支撐件，用於使第二基板12與充電線圈13彼此間隔。另外，雖然本例描述的無線充電裝置1透過金屬連接件17讓梳狀濾波器14接地並支撐第二基板12，但是在其他實施例中，也可透過其他方式讓梳狀濾波器14接地，且/或透過其他支撐件使第二基板12與充電線圈13彼此間隔。

第一基板11可包含具有屏蔽能力的一層體，以避免充電線圈13在運作時可能對底下的其他電子設備產生電磁干擾。請參考圖2，圖2係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第一基板的充電線圈的一種實施態樣。如圖2所示，在本實施態樣中，設置在第一基板11上的充電線圈13的數量為1個，且第一基板11具有被充電線圈13覆蓋的佈線區(即被充電線圈13覆蓋的環形區域)以及未被充電線圈13覆蓋的非佈線區(即被充電線圈13圍繞的中心區域)。

第二基板12的面向充電線圈13的第一面121設置有梳狀濾波器14。請結合圖1及圖2參考圖3，圖3係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第二基板的梳狀濾波器的一種實施態樣。如圖3所示，梳狀濾波器14包含一梳狀結構141及一接地結構142，梳狀結構 141在堆疊方向D上的投影區域至少部分重疊於所述至少一充電線圈13。接地結構142連接於梳狀結構141及金屬連接件17，且位於梳狀結構141的外圍。梳狀結構141包含多條導線，熱敏電阻15設置於梳狀結構141的其中一條導線，且較佳地設置在第一基板11的非佈線區的上方，即被充電線圈13圍繞的中心區域的上方。

熱敏電阻15可基於第二基板12的溫度變化而在電阻值上產生相應變化。熱敏電阻15可具有負溫度係數(Negative Temperature Coefficient，NTC)或正溫度係數(Positive Temperature Coefficient，PTC)，其中具有負溫度係數的熱敏電阻的電阻值隨著環境溫度的上升而下降，具有正溫度係數的熱敏電阻的電阻值隨著環境溫度的上升而上升。以下描述的熱敏電阻15是基於具有負溫度係數的類型，但本案不限於此。控制器16可具備數據接收、記錄、運算、儲存及輸出功能，例如包含一微控制器、中央處理器、可程式化邏輯控制器等。控制器16透過梳狀結構141的一連接部分1411連接於熱敏電阻15，以讀取熱敏電阻15的電阻值變化，並據此得到第二基板12的當前溫度。當控制器16判斷第二基板12的當前溫度大於一預設溫度時，表示手機等待充電裝置的溫度過高，控制器16可控制充電線圈降低充電功率或是停止進行充電。

本案對於充電線圈及熱敏電阻的數量不予以限制，但較佳地，熱敏電阻的數量與充電線圈的數量可相同，以下描述的熱敏電阻以及充電線圈的數量以3個為例。請參考圖4，圖4係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第一基板的充電線圈的示意圖。如圖4所示，設置在第一基板11上的充電線圈13的數量為三個，且第一基板 11具有被充電線圈13覆蓋的佈線區(對應於三個充電線圈13的環形區域)以及未被充電線圈13覆蓋的非佈線區(對應於三個充電線圈13的未彼此重疊的區域)。

請結合圖1及圖4參考圖5，圖5係依據本發明一實施例所繪示的無線充電裝置的設置在第二基板的梳狀濾波器的示意圖。如圖5所示，梳狀濾波器14包含一梳狀結構141及一接地結構142，梳狀結構141在堆疊方向D上的投影區域至少部分重疊於所述三個充電線圈13。接地結構142連接於梳狀結構141及金屬連接件17，且位於梳狀結構141的外圍。梳狀結構141包含多條導線，三個熱敏電阻15分別設置於梳狀結構141的其中三條導線，且較佳地設置在第一基板11的非佈線區的上方，即每一者對應於一個充電線圈13。控制器16透過梳狀結構141的一連接部分1411連接於熱敏電阻15，以讀取每一個熱敏電阻15的電阻值變化，並據此得到第二基板12的多個(三個)局部區域的當前溫度。當控制器16判斷第二基板12的任一局部區域的當前溫度大於一預設溫度時，表示手機等待充電裝置的溫度過高，控制器16可控制充電線圈降低充電功率或是停止進行充電。

上述梳狀結構141的線寬及線距可關聯於充電線圈13發出的無線充電訊號的頻率。請參考圖6，圖6為圖5的區域A的局部放大圖。如圖6所示，梳狀結構141的導線具有一線寬d1，且相鄰導線之間具有一線距d2。上述梳狀結構141的線寬d1及線距d2可關聯於充電線圈13發出的無線充電訊號的頻率。舉例而言，線寬d1可為13毫米，線距d2可 為17毫米。請參照表1，表1示出梳狀結構141的不同線寬d1及線距d2對應不同頻率的訊號的濾波效果。

如表1所示，第一列為未採用本案的梳狀濾波器的情況(NA)，在此情況下，對於各種頻率的充電訊號皆具有最差的濾波效果；第二列為梳狀濾波器14的線寬為13毫米，線距為17毫米的情況，在此情況下，對於頻率為1.34百萬赫茲(MHz)的充電訊號具有最好的濾波效果；第三列為梳狀濾波器14的線寬為10毫米，線距為20毫米的情況，在此情況下，整體濾波效果稍微低於線寬/線距為13/17毫米的情況，但仍然可以有效進行濾波；第四列為梳狀濾波器14的線寬為10毫米，線距為15毫米的情況，在此情況下，對於頻率為0.85及1.14百萬赫茲(MHz)的充電訊號具有最好的濾波效果。據此，本案的梳狀濾波器可根據實際應用的無線充電訊號的頻率範圍來對梳狀結構的線寬及線距進行設計及調整，以優化濾波效果。另外，上述的測試安規為CISPR 25 Class 3。

請結合圖4及圖5參考圖7，圖7示出了依據本發明一實施例的無線充電裝置的熱敏電阻與充電線圈之間的對應位置關係。如圖7所示，位於第一基板11上的三個充電線圈13於前述堆疊方向在第二基板 12的第一面121上的投影完全被涵蓋在梳狀濾波器14的梳狀結構141及接地結構142的範圍中，如此，梳狀濾波器14可較佳地對充電線圈13進行濾波。進一步，三個熱敏電阻15設置為位於前述非佈線區上方，且分別位於第一基板的被三個充電線圈的每一者圍繞的一中心區域的上方。需要注意的是，本圖的熱敏電阻15同樣如圖5所示會透過梳狀結構的一部分連接到控制器16，其重複描述及繪示在此省略。透過此配置，無論待充電裝置(如手機)被放置在靠近第二基板12的上方或下方處，對應位置的充電線圈皆能對其進行無線充電。當待充電裝置過熱時，對應位置的熱敏電阻15也能較準確地感測其溫度變化，並讓控制器取得與溫度變化相關聯的電阻值變化。

請參考圖8，圖8係依據本發明另一實施例所繪示的無線充電裝置的第二基板的平面圖。在本例中，無線充電裝置可更包含一近場通訊天線19，設置於第二基板12的與梳狀濾波器相反的第二面122，且連接於控制器16。如圖8所示，近場通訊線圈19沿著下方的第一基板的投影位於三個充電線圈13的外圍，也就是說，近場通訊天線19於第一基板的沿前述堆疊方向上的投影區域不重疊於三個充電線圈13，如此充電線圈13的無線充電訊號較不會對近場通訊線圈19的運作產生影響。具體而言，本例的近場通訊線圈19具有兩圈的圖形結構，其中線寬為50毫米，線距為6毫米。進一步，近場通訊線圈19經過13.56百萬赫茲(MHz)的阻抗匹配控制後，可對多種不同近場通訊晶片的卡片具有5公分以上的讀卡距離，並讓控制器16取得讀卡訊號。

當控制器16取得讀卡訊號時，可判斷待充電裝置(如手機)在進行充電過程中，其鄰近區域可能放置有其他帶有近場通訊晶片的卡片，因此控制器16可控制充電線圈13停止進行充電，以防止充電訊號對卡片上的近場通訊晶片產生損壞。需要注意的是，本實施例可包含前述實施例的應用，也就是說，控制器16一方面可透過熱敏電阻判斷第二基板12的當前溫度是否大於一預設溫度，並於溫度過高時控制充電線圈降低充電功率或是停止進行充電，以防止待充電裝置過熱而損壞；另一方面可透過近場通訊線圈19取得讀卡訊號，並於取得讀卡訊號時控制充電線圈13停止進行充電，以防止充電訊號對卡片上的近場通訊晶片產生損壞。

請參考圖9，圖9係依據本發明又一實施例所繪示的無線充電裝置的結構示意圖。如圖9所示，本例的無線充電裝置1除了包含第一基板11、第二基板12、至少一充電線圈13、梳狀濾波器14、熱敏電阻(圖未示)以及控制器(圖未示)以外，更包含一絕緣層18，其設置於所述至少一充電線圈13與梳狀濾波器14之間。透過絕緣層18的設置，可將第二基板12及梳狀濾波器14支撐於充電線圈13上，且讓梳狀濾波器14與充電線圈13之間保持電性隔離。

藉由上述結構，本案所揭示的無線充電裝置，透過在充電線圈上方設置具有梳狀濾波器的基板，可減少充電線圈在進行充電時可能對周圍環境產生的電磁干擾問題。本案的無線充電裝置透過在梳狀濾波器中設置熱敏電阻，可感測手機在充電時是否過熱，且由於是透過梳狀濾波器的一部分將熱敏電阻連接於接收訊號的控制器，使得無線充電 裝置的整體線路連接更為簡潔。另外，本案的無線充電裝置透過在第二基板的與梳狀濾波器相反的一面設置近場通訊線圈，可偵測是否有其他近場通訊晶片的卡片靠近無線充電線圈的充電範圍，避免在充電過程中充電訊號對卡片上的近場通訊晶片產生損壞。

在本發明的一實施例中，本發明之無線充電裝置係可應用於車載裝置，例如自駕車、電動車或半自駕車等等。

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:無線充電裝置

11:第一基板

12:第二基板

121:第一面

122:第二面

123:通孔

13:充電線圈

14:梳狀濾波器

15:熱敏電阻

16:控制器

17:金屬連接件

D:堆疊方向

Claims (10)

1. 一種無線充電裝置，包含： 一第一基板； 至少一充電線圈，設置於該第一基板； 一第二基板，設置於該至少一充電線圈上方； 一梳狀濾波器，設置於該第二基板，且在一堆疊方向上的投影區域至少部分重疊於該至少一充電線圈； 至少一熱敏電阻，設置於該梳狀濾波器，用以讀取該第二基板的當前溫度；以及 一控制器，連接於該至少一充電線圈，且透過該梳狀濾波器的一部分連接於該至少一熱敏電阻。
2. 如請求項1所述的無線充電裝置，該梳狀濾波器包含： 一梳狀結構，在該堆疊方向上的投影區域至少部分重疊於該至少一充電線圈；以及 一接地結構，連接於該梳狀結構，且位於該梳狀結構的外圍。
3. 如請求項2所述的無線充電裝置，其中該梳狀結構的線寬及線距關聯於該至少一充電線圈發出的無線充電訊號的頻率。
4. 如請求項2所述的無線充電裝置，其中該第二基板具有多個通孔，且該無線充電裝置更包含： 多個金屬連接件，設置於該些通孔，連接於該接地結構，且用於接地。
5. 如請求項1所述的無線充電裝置，其中該梳狀濾波器設置於該第二基板面向該至少一充電線圈的一面，該第二基板具有多個通孔，且該無線充電裝置更包含： 多個金屬連接件，設置於該通孔且使該第二基板與該至少一充電線圈彼此間隔。
6. 如請求項1所述的無線充電裝置，其中該梳狀濾波器設置於該第二基板面向該至少一充電線圈的一面，且該無線充電裝置更包含： 一絕緣層，設置於該至少一充電線圈與該梳狀濾波器之間。
7. 如請求項1所述的無線充電裝置，其中該第一基板具有被該至少一充電線圈覆蓋的佈線區以及未被該至少一充電線圈覆蓋的非佈線區，且該至少一熱敏電阻係設置於該非佈線區上方。
8. 如請求項1所述的無線充電裝置，其中該至少一熱敏電阻的數量與該至少一充電線圈的數量相同，且該至少一熱敏電阻設置為分別位於該至少一充電線圈的每一者圍繞的一中心區域的上方。
9. 如請求項1所述的無線充電裝置，更包含： 一近場通訊天線，設置於該第二基板的與該梳狀濾波器相反的一面，且連接於該控制器。
10. 如請求項9所述的無線充電裝置，其中該近場通訊天線於該第一基板的沿該堆疊方向上的投影區域不重疊於該至少一充電線圈。

Images