可产生均匀磁场的线圈结构与线圈装置

摘要

本发明提供一种可产生均匀磁场的线圈结构与线圈装置，所述线圈装置包含多个线圈单元，所述线圈单元为矩阵式排列且可拆组地彼此连接，各所述线圈单元包含一子线圈与多个线段，所述子线圈包含一偏心绕设部与两电路连接部，所述两电路连接部分别连接所述偏心绕设部的两相对区段；所述线段为并列排列且彼此间隔设置，所述线段与所述子线圈为相对设置且彼此重叠，所述线圈单元的多个线段的线圈连接部彼此连接而构成电连接所述子线圈的一辅助线圈，所述子线圈的中心位置对应于所述辅助线圈的中心位置，以供电流通过所述子线圈与所述辅助线圈时产生均匀磁场。本发明可供连接控制电路，当控制电路提供电流时，可产生均匀磁场以提升无线充电效率。

说明书

技术领域

本发明是关于线圈结构与线圈装置，特别是指可产生均匀磁场的线圈结构与线圈装置。

背景技术

现有无线充电系统主要包含有依序连接的一DC/DC转换器、一DC/AC转换器与一线圈。该DC/DC转换器的输入端可用以接收一直流电，该DC/AC转换器将该直流电转换为一输出交流电，并将该输出交流电通过该线圈对外产生磁场以供无线充电。如此一来，具有无线充电功能的电子装置能接收到该线圈的磁场，该电子装置可将感应到的磁场转换为一充电电源以进行充电，藉此达到非接线式的无线充电动作。

其中，线圈产生的磁场是否均匀与充电效率息息相关，已有现有技术是关于是否能产生均匀磁场的线圈，例如美国专利公开第US 2016/0164332号案揭示的线圈结构。申请人经由审慎评估及多方考量，并以从事此行业所累积的专业经验，设计出本发明的可产生均匀磁场的线圈结构与线圈装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可产生均匀磁场的线圈结构与线圈装置，该线圈结构与该线圈装置可供电连接控制电路，当控制电路提供电流时，可使该线圈结构与该线圈装置产生均匀磁场，以提升无线充电效率。

本发明可产生均匀磁场的线圈结构包含：

一子线圈，包含一偏心绕设部与两电路连接部，该偏心绕设部具有相对的两区段，该两电路连接部分别连接该偏心绕设部的该两区段；以及

多个线段，为并列排列且彼此间隔设置，该等线段与该子线圈为相对设置且彼此重叠，该等线段相对倾斜于该子线圈，各该线段具有两末端，该两末端分别为两线圈连接部。

该子线圈的该两电路连接部供电连接一控制电路，该控制电路可输出一电流给该子线圈，供该电流通过该子线圈时产生一均匀磁场以供无线充电，此时，该电流尚未通过该等线段，该等线段并不影响该子线圈所产生的磁场。

本发明可产生均匀磁场的线圈装置包含多个线圈单元，该等线圈单元为矩阵式排列且可拆组地彼此连接，各该线圈单元包含：

一子线圈，包含一偏心绕设部与两电路连接部，该偏心绕设部具有相对的两区段，该两电路连接部分别连接该偏心绕设部的该两区段；以及

多个线段，为并列排列且彼此间隔设置，该等线段与该子线圈为相对设置且彼此重叠，该等线段相对倾斜于该子线圈，其中各该线段具有两末端，该两末端分别为两线圈连接部；

该等线圈单元的多个线段的线圈连接部彼此连接而构成一辅助线圈，且该辅助线圈串接在该等线圈单元的子线圈之间，该等子线圈的中心位置对应于该辅助线圈的中心位置。

在多个线圈单元的操作情境下，该等线圈单元的子线圈与该辅助线圈形成串接。藉此，当电流通过该等子线圈与该辅助线圈时，该等子线圈能各自产生磁场，该等子线圈的中心位置对应于该辅助线圈的中心位置，使该辅助线圈产生的磁场能位在该等子线圈的中央处，故整体来看，该线圈装置能产生均匀磁场以供无线充电。

附图说明

图1是本发明线圈结构的第一实施例的平面示意图。

图2是本发明线圈结构的第二实施例的平面示意图。

图3是本发明线圈结构的第三实施例的平面示意图。

图4是本发明线圈结构的第四实施例的平面示意图。

图5是本发明线圈结构的在基板设置导电件的剖面示意图。

图6是本发明线圈装置的实施例的平面示意图。

图7是本发明线圈装置中两线圈单元的连接示意图。

图8是本发明的线圈单元连接一控制电路的示意图。

图9是本发明第一线圈单元的子线圈受控制电路驱动的示意图。

图10是本发明第一线圈单元的子线圈与第二线圈单元的子线圈受控制电路驱动的示意图。

图11是本发明线圈装置受控制电路驱动的示意图。

符号说明：

10子线圈 101偏心绕设部

102电路连接部11线段

110线圈连接部13导电件

100基板21第一线圈单元

210子线圈211线段

22第二线圈单元 220子线圈

221线段23第三线圈单元

230子线圈231线段

24第四线圈单元 240子线圈

241线段30辅助线圈

300辅助谐振电容31第一外壳

310插槽311导电接点

32第二外壳 320插头

321导电接点40控制电路

41 DC/DC转换器 42 DC/AC转换器

43选择开关 44谐振电容

45通信电路 46控制器

具体实施方式

本发明可产生均匀磁场的线圈结构的实施例包含一子线圈与多个线段，请参考图1所示线圈结构的第一实施例，该子线圈10可设置于一基板100的一顶面，该子线圈10包含一偏心绕设部101与两电路连接部102，该偏心绕设部101是在同一平面且由内而外绕设的构件，该偏心绕设部101具有相对的两区段，该两电路连接部102分别连接该偏心绕设部101的该两区段。该等线段11可设置于该基板100的一底面，该等线段11可为并列排列且彼此间隔设置，该等线段11与该子线圈10为相对设置且彼此重叠，各该线段11具有两末端，该两末端分别为两线圈连接部110，该等线段11的线圈连接部110可位于该基板100的顶面或底面的边缘。

该基板100的顶面与底面以X-Y平面为例说明，如图1所示，于线圈结构的第一实施例中，该子线圈10的该偏心绕设部101是矩形绕设部，该两电路连接部102可位在该子线圈10的+Y方向的一侧，该偏心绕设部101在+X方向的线距d1大于该偏心绕设部101在-X方向的线距d2，该偏心绕设部101在+Y方向的线距d3小于该偏心绕设部101在-Y方向的线距d4。该等线段11可相对倾斜于该子线圈10，如图1所示，该等线段11的倾斜方向可从+X、+Y朝-X、-Y方向倾斜。

如图2所示，于线圈结构的第二实施例中，该子线圈10的该偏心绕设部101是矩形绕设部，该两电路连接部102可位在该子线圈10的-Y方向的一侧，该偏心绕设部101在+X方向的线距d1大于该偏心绕设部101在-X方向的线距d2，且该偏心绕设部101在+Y方向的线距d3大于该偏心绕设部101在-Y方向的线距d4。该等线段11的倾斜方向可从-X、+Y朝+X、-Y方向倾斜。

如图3所示，于线圈结构的第三实施例中，该子线圈10的该偏心绕设部101是矩形绕设部，该两电路连接部102可位在该子线圈10的+Y方向的一侧，该偏心绕设部101在+X方向的线距d1小于该偏心绕设部101在-X方向的线距d2，且该偏心绕设部101在+Y方向的线距d3小于该偏心绕设部101在-Y方向的线距d4。该等线段11的倾斜方向可从-X、+Y朝+X、-Y方向倾斜。

如图4所示，于线圈结构的第四实施例中，该子线圈10的该偏心绕设部101是矩形绕设部，该两电路连接部102可位在该子线圈10的-Y方向的一侧，该偏心绕设部101在+X方向的线距d1小于该偏心绕设部101在-X方向的线距d2，且该偏心绕设部101在+Y方向的线距d3大于该偏心绕设部101在-Y方向的线距d4。该等线段11的倾斜方向可从+X、+Y朝-X、-Y方向倾斜。

如图1至图4所示，该子线圈10的部分可分布于该基板100的顶面与底面，且该等线段11的部分亦可分布于该基板100的顶面与底面，请参考图5，该基板100可设有导电件13，该导电件13贯穿该基板100的顶面与底面以供电连接分布于该基板100的顶面与底面的子线圈10，或供电连接分布于该基板的顶面与底面的所述线段。

根据本发明的线圈结构，该子线圈10的该两电路连接部102可供电连接一控制电路，当该控制电路输出一电流给该子线圈10时，藉由偏心绕设部101的绕设结构可引起均匀的磁场，以供无线充电使用。

请参考图6，本发明可产生均匀磁场的线圈装置包含多个线圈单元21～24，该等线圈单元21～24为矩阵式排列且可拆组地彼此连接，各该线圈单元21～24包含如前所述的线圈结构，亦即各该线圈单元包含子线圈与线段，其中，当该等线圈单元21～24连接时，该等线圈单元21～24的线段的线圈连接部彼此连接而构成一辅助线圈30，且该辅助线圈30串接该等线圈单元21～24的子线圈。

如图6所示，在本发明的线圈装置的实施例中，该等线圈单元21～24包含有一第一线圈单元21、一第二线圈单元22、一第三线圈单元23与一第四线圈单元24。该第一线圈单元21的线圈结构对应于图1所示线圈结构第一实施例，而包含所述子线圈210与线段211。该第二线圈单元22的线圈结构对应于图2所示线圈结构第二实施例，而包含所述子线圈220与线段221。该第三线圈单元23的线圈结构对应于图3所示线圈结构第三实施例，而包含所述子线圈230与线段231。该第四线圈单元24的线圈结构对应于图4所示线圈结构第四实施例，而包含所述子线圈240与线段241。图1至图4的线圈结构的第一至第四实施例在此不重复赘述。

请参考图6以及配合参考图1至图4，该第一线圈单元21的线段211的两线圈连接部110是连接在该第二线圈单元22的线段221的其中之一线圈连接部110与该第三线圈单元23的线段231的其中之一线圈连接部110之间；该第四线圈单元24的线段241的两线圈连接部110是连接在该第二线圈单元22的线段221的另一线圈连接部110与该第三线圈单元23的线段231的另一线圈连接部110之间。是以，该第一线圈单元21的线段211、该第二线圈单元22的线段221、该第三线圈单元23的线段231与该第四线圈单元24的线段241彼此连接而构成该辅助线圈30，使该辅助线圈30为菱形构件，且该等线圈单元21～24的子线圈210～240的中心位置对应于该辅助线圈30的中心位置。

请参考图6，具体而言，该第二线圈单元22的子线圈220串接该第一线圈单元21的子线圈210，该第一线圈单元21的子线圈210串接该辅助线圈30，该辅助线圈30串接该第三线圈单元23的子线圈230，该第三线圈单元23的子线圈230串接该第四线圈单元24的子线圈240。藉此构造，该辅助线圈30串接在该等线圈单元21～24的子线圈210～240之间，当电流通过该等子线圈210～240与该辅助线圈30时，该等子线圈210～240能分别独立产生磁场，且该辅助线圈30所产生的磁场是位于该等子线圈210～240的中央处，如此一来，能使本发明线圈装置整体磁场均匀化。

关于该等线圈单元21～24的连接结构，以该第一线圈单元21与该第二线圈单元24为例，其它线圈单元可依此类推。请参考图7，该第一线圈单元21可供设置在一第一外壳31内，该第二线圈单元22可供设置在一第二外壳32内，该第一外壳31具有一插槽310，该插槽310内具有导电接点311，该插槽310的导电接点311电连接该第一线圈单元21的子线圈210与线段211。该第二外壳32具有一插头320，该插头320具有导电接点321，该插头320的导电接点321电连接该第二线圈单元22的子线圈220与线段221。藉此，当该第一外壳31与该第二外壳32结合，该插头320是对应设置在该插槽310内，且该插头320的导电接点321接触该插槽310的导电接点311而形成电连接，故使该第一线圈单元21能电连接该第二线圈单元22。

于该线圈装置中，每一所述线圈单元21～24可电连接一控制电路，请参考图8，该控制电路40包含一DC/DC转换器41、一DC/AC转换器42、一选择开关43、一谐振电容44、一通信电路45与一控制器46。

该DC/DC转换器41的输入端供接收一直流电，该DC/AC转换器42的输入端电连接该DC/DC转换器41的输出端以接收该直流电，并将该直流电转换为一输出交流电。该DC/AC转换器42的输出端通过该选择开关43与该谐振电容44而电连接一线圈单元21～24，以将该输出交流电通过该线圈单元21～24对外辐射电磁波。该控制器46电连接该DC/DC转换器41、该DC/AC转换器42、该通信电路45与该选择开关43，该控制器46控制该DC/DC转换器41与该DC/AC转换器42产生该输出交流电，该控制器46电连接该通信电路45以供对外连线，且该控制器46可控制该选择开关43为导通或开路。

请参考图9，以该第一线圈单元21的子线圈210与其控制电路40的电路为例，该选择开关43、该谐振电容44与该第一线圈单元21的子线圈210是串接在该DC/AC转换器42的输出端。当该选择开关43导通时，该DC/AC转换器42的输出电流I1即可通过该谐振电容44与该第一线圈单元21的子线圈210，以供该子线圈210产生磁场。由此可见，当该第一线圈单元21未与其它线圈单元连接时，该控制电路40也可驱动该第一线圈单元21的子线圈210产生均匀磁场以供无线充电。

本发明能供第二线圈单元22与第一线圈单元21连接，或第二线圈单元22与第四线圈单元24连接。请参考图10，以该第二线圈单元22与该第一线圈单元21连接为例，连接该第一线圈单元21与该第二线圈单元22的选择开关43为开路状态，使该第一线圈单元21的子线圈210串接该第二线圈单元22的子线圈220。藉此，该两DC/AC转换器42产生的输出电流I2能通过该等谐振电容44、该第一线圈单元21的子线圈210与该第二线圈单元22的子线圈220，使该两子线圈210、220能分别产生磁场以供无线充电。

本发明能供第一线圈单元21至第四线圈单元24连接，请参考图6与图11，连接该等线圈单元21～24的选择开关43为开路状态，使该等线圈单元21～24的子线圈210～240与该辅助线圈30形成串接，其中该辅助线圈30与一辅助谐振电容300串联，使该辅助线圈30与该辅助谐振电容300串接在第二线圈单元22的子线圈220与第三线圈单元23的子线圈230之间。藉此，该等DC/AC转换器42产生的输出电流I3能通过对应于第一线圈单元21的谐振电容44、该等线圈单元21～24的子线圈210～240、该辅助线圈30、该辅助谐振电容300与对应于第四谐振单元24的谐振电容44，使该等线圈单元21～24的子线圈210～240与该辅助线圈30能产生一均匀磁场以供无线充电。

综上所述，在仅有一个线圈单元的操作情境下，如图9所示第一线圈单元21的子线圈210，该子线圈210能单独产生磁场以供较低功率的电子装置无线充电；在有两个线圈单元的操作情境下，如图10所示第一线圈单元21的子线圈210与第二线圈单元22的子线圈220，该两子线圈210、220能分别单独产生磁场以供两个较低功率的电子装置无线充电；在有四个线圈单元的操作情境下，如图6与图11所示该等线圈单元21～24组合后的状态，该等子线圈210～240与该辅助线圈30能产生一均匀磁场以供较高功率的电子装置无线充电。是以，本发明能提供多操作情境，实用性大幅提升。