本發(fā)明涉及一種無線電力傳輸裝置與其線圈結(jié)構(gòu)，特別是一種具金屬異物檢測功能的無線電力傳輸裝置及金屬異物檢測線圈的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有無線電力傳輸裝置主要包含有依序連接的一ac/dc轉(zhuǎn)換器、一dc/ac轉(zhuǎn)換器與一發(fā)送天線。該ac/dc轉(zhuǎn)換器的輸入端可用以接收由市電提供之交流電源，該ac/dc轉(zhuǎn)換器將該交流電源轉(zhuǎn)換為一直流電源，該dc/ac轉(zhuǎn)換器用以接收該直流電源，并將該直流電源轉(zhuǎn)換為一交流輸出電源，該dc/ac轉(zhuǎn)換器將該交流輸出電源透過該發(fā)送天線對(duì)外輻射電磁波。如此一來，具有無線充電功能的一接收裝置感應(yīng)到該發(fā)送天線的電磁波，該接收裝置可將該電磁波轉(zhuǎn)換為一充電電源以進(jìn)行充電，借此達(dá)到非接線式的無線充電動(dòng)作。

當(dāng)有金屬異物進(jìn)入無線電力傳輸裝置所產(chǎn)生電磁波的范圍內(nèi)，該金屬異物在電磁場作用下產(chǎn)生高溫，有導(dǎo)致危險(xiǎn)的顧慮。因此，現(xiàn)有無線電力傳輸裝置可具有金屬異物檢測功能，其金屬異物檢測技術(shù)是直接量測該發(fā)送天線所產(chǎn)生電磁波的參數(shù)，例如功率、效率、s參數(shù)與品質(zhì)因子等參數(shù)，根據(jù)該多個(gè)參數(shù)的變化來判斷是否有金屬異物進(jìn)入該無線電力傳輸裝置所產(chǎn)生電磁波的范圍內(nèi)。

然而，該多個(gè)參數(shù)的量測結(jié)果會(huì)受到電磁波傳輸距離所影響，尤其當(dāng)金屬異物的大小比發(fā)送天線的尺寸更小時(shí)，導(dǎo)致不容易精準(zhǔn)判斷出有金屬異物進(jìn)入該無線電力傳輸裝置所產(chǎn)生電磁波范圍內(nèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線電力傳輸裝置及其金屬異物檢測線圈的結(jié)構(gòu)，以有效地檢測金屬異物。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無線電力傳輸裝置，包含有：

一ac/dc轉(zhuǎn)換器，其一輸入端供接收一交流電源，將該交流電源轉(zhuǎn)換為一直流電源；

一dc/ac轉(zhuǎn)換器，其一輸入端電性連接該ac/dc轉(zhuǎn)換器的一輸出端，將該直流電源轉(zhuǎn)換為一交流輸出電源；該dc/ac轉(zhuǎn)換器包含有補(bǔ)償電容以電性連接一發(fā)送天線，將該交流輸出電源通過該發(fā)送天線對(duì)外輻射一電磁波；

多個(gè)金屬異物檢測線圈，分布設(shè)置于一絕緣基板以感應(yīng)該電磁波并對(duì)應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)待測信號(hào)，各該金屬異物檢測線圈為三個(gè)線圈單元串接所組成，且該三個(gè)線圈單元間隔排列，其中該發(fā)送天線分布區(qū)域涵蓋該多個(gè)金屬異物檢測線圈；

一參考電壓產(chǎn)生電路，其一輸入端電性連接該dc/ac轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償電容以接收其端電壓，根據(jù)所述補(bǔ)償電容的端電壓產(chǎn)生一參考電壓信號(hào)；

多個(gè)回授檢測電路，分別電性連接該多個(gè)金屬異物檢測線圈，各該回授檢測電路接收其對(duì)應(yīng)的金屬異物檢測線圈產(chǎn)生的待測信號(hào)；以及

一控制器，電性連接該參考電壓產(chǎn)生電路與該多個(gè)回授檢測電路以接收該參考電壓信號(hào)與對(duì)應(yīng)于該多個(gè)金屬異物檢測線圈的該多個(gè)待測信號(hào)，并根據(jù)該參考電壓信號(hào)與該多個(gè)待測信號(hào)判斷是否有金屬異物進(jìn)入該發(fā)送天線對(duì)外輻射的電磁波范圍內(nèi)。

為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種金屬異物檢測線圈的結(jié)構(gòu)，該金屬異物檢測線圈為形成于一絕緣基板的三個(gè)線圈單元串接所組成，且該三個(gè)線圈單元間隔排列。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明金屬異物檢測線圈的結(jié)構(gòu)為三個(gè)線圈單元串接所組成，且該三個(gè)線圈單元間隔排列，本發(fā)明借此金屬異物檢測線圈的構(gòu)造可在一待測空間中具有均勻的磁場感應(yīng)能力。另外，本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)量測無線電力傳輸裝置的發(fā)送天線的參數(shù)相比，因?yàn)樵摪l(fā)送天線分布區(qū)域涵蓋該多個(gè)金屬異物檢測線圈，即各金屬異物檢測線圈尺寸比發(fā)送天線小，又每個(gè)金屬異物檢測線圈都有其檢測區(qū)域，故可有效檢測出比發(fā)送天線尺寸還小的金屬異物，以在檢測出金屬異物時(shí)，該控制器立刻停止讓發(fā)送天線產(chǎn)生電磁波，避免對(duì)該金屬異物加熱。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明無線電力傳輸裝置的電路框圖；

圖2為本發(fā)明的外殼、設(shè)于第一絕緣基板的發(fā)送天線與設(shè)第二絕緣基板的金屬異物檢測線圈的立體分解示意圖；

圖3為本發(fā)明的無線電力傳輸裝置的局部電路框圖；

圖4為本發(fā)明的參考電壓產(chǎn)生電路、控制器與回授檢測電路的電路框圖；

圖5為本發(fā)明的異物檢測線圈結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的平面示意圖；

圖6為圖5的a-a斷面示意圖；

圖7為本發(fā)明的異物檢測線圈結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的局部平面示意圖；

圖8為圖7的b-b斷面示意圖；

圖9為本發(fā)明的異物檢測線圈結(jié)構(gòu)的再一實(shí)施例的平面示意圖；

圖10為本發(fā)明的異物檢測線圈結(jié)構(gòu)的再一實(shí)施例的平面示意圖；

圖11為圖10所示的異物檢測線圈排列為多邊形結(jié)構(gòu)的平面示意圖；

圖12為本發(fā)明的控制器的金屬異物判斷流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：

請(qǐng)參考圖1至圖3，本發(fā)明無線電力傳輸裝置10包含有一ac/dc轉(zhuǎn)換器11、一dc/ac轉(zhuǎn)換器12、一發(fā)送天線13、多個(gè)金屬異物檢測線圈14、一參考電壓產(chǎn)生電路15、多個(gè)回授檢測電路16與一控制器17。

請(qǐng)參考圖1與圖3，該ac/dc轉(zhuǎn)換器11的輸入端供接收一交流電源，例如該交流電源可為由市電提供的交流電源，該ac/dc轉(zhuǎn)換器11將該交流電源轉(zhuǎn)換為一直流電源。該dc/ac轉(zhuǎn)換器12的輸入端電性連接該ac/dc轉(zhuǎn)換器11的輸出端以接收該直流電源，并將該直流電源轉(zhuǎn)換為一交流輸出電源。該dc/ac轉(zhuǎn)換器12的輸出端電性連接該發(fā)送天線13，以將該交流輸出電源通過該發(fā)送天線13對(duì)外輻射電磁波。

請(qǐng)參考圖2，該發(fā)送天線13可供設(shè)置于一第一絕緣基板30的表面，該多個(gè)金屬異物檢測線圈14陣列式排列而分布設(shè)置于一第二絕緣基板31的表面，其中該第二絕緣基板31設(shè)置于該發(fā)送天線13上，使該多個(gè)金屬異物檢測線圈 14位于該發(fā)送天線13上方，且該發(fā)送天線13分布區(qū)域涵蓋該多個(gè)金屬異物檢測線圈14，該多個(gè)金屬異物檢測線圈14與該發(fā)送天線13被該第二絕緣基板31所隔離，該第二絕緣基板31上覆設(shè)有一外殼32，由該外殼32覆蓋該多個(gè)金屬異物檢測線圈14以避免外露。該發(fā)送天線13所發(fā)出的電磁波可穿透該第二絕緣基板31與該外殼32。

該外殼32的外側(cè)可供置放一接收裝置20，該接收裝置20指待充電裝置，如圖1所示，該接收裝置20包含有一接收天線21、一整流器22、一通訊模塊23與一控制器24，當(dāng)該接收天線21感應(yīng)到該發(fā)送天線13所發(fā)出的電磁波，其對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一感應(yīng)電源，該整流器22將該感應(yīng)電源轉(zhuǎn)換成一直流充電電源。對(duì)應(yīng)地，當(dāng)該發(fā)送天線13對(duì)外輻射電磁波時(shí)，因?yàn)楦髟摻饘佼愇餀z測線圈14也位于該電磁波的輻射范圍內(nèi)，故各該金屬異物檢測線圈14亦可感應(yīng)到該電磁波而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一待測信號(hào)vsensor。

本發(fā)明金屬異物檢測線圈14的結(jié)構(gòu)為三個(gè)線圈單元串接所組成，且該三個(gè)線圈單元間隔排列，本發(fā)明借此金屬異物檢測線圈14的構(gòu)造可在一待測空間中具有均勻的磁場感應(yīng)能力，該待測空間即為該三個(gè)線圈單元的磁場感應(yīng)區(qū)域。

請(qǐng)參考圖5，于該金屬異物檢測線圈14的第一實(shí)施例中，所述三個(gè)線圈單元分別為一第一線圈單元141、一第二線圈單元142與一第三線圈單元143，以該第一線圈單元141為例，其包含有一中央線段400、一第1線段401、一第2線段402、一第3線段403、一第4線段411、一第5線段412、一第6線段413、多個(gè)連接線42與多個(gè)橋接線43。

該中央線段400形成于該第二絕緣基板31的一表面且呈u形結(jié)構(gòu)而包含有兩末端，該第1～第3線段401～403形成在該第二絕緣基板31的該表面且由內(nèi)而外依序分布于該中央線段400的一側(cè)，即該第1線段401最靠近該中央線段400，該第4～第6線段411～413形成在該第二絕緣基板31的該表面且由內(nèi)而外依序分布于該中央線段400相對(duì)于該第1～第3線段401～403的另側(cè)，即該第4線段411最靠近該中央線段400。該第3線段403的一端為電流輸出(或輸入)端，其另一端經(jīng)由一橋接線43電性連接該第5線段412的一端，該第5線段412的另一端經(jīng)由一連接線42電性連接該第1線段401的一端，該第1線段401的另一端經(jīng)由一橋接線43電性連接該中央線段400的一端；該中央 線段400的另一端經(jīng)由一連接線42電性連接該第4線段411的一端，該第4線段411的另一端經(jīng)由一橋接線43電性連接該第2線段402的一端，該第2線段402的另一端經(jīng)由一連接線42電性連接該第6線段413的一端，該第6線段413的另一端經(jīng)由一橋接線43電性連接該第二線圈單元142，該第二線圈單元142與該第三線圈單元143的結(jié)構(gòu)可依此類推；請(qǐng)配合參考圖6，所述連接線42是形成于該第二絕緣基板31的表面，連接線42的表面設(shè)有一絕緣層44，橋接線43形成于該絕緣層44上，使橋接線43與連接線42被絕緣層44隔開，避免連接線42與橋接線43直接接觸而短路。因此，該中央線段400、該第1～第3線段401～403與該第4～第6線段411～413經(jīng)由該多個(gè)連接線42與橋接線43形成串接以構(gòu)成一卷繞的線圈結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參考圖7與圖8，于另一實(shí)施例中，該第二絕緣基板31可為雙面印刷電路板而包含有一頂面與一底面，該中央線段400、該第1～該第3線段401～403、該第4～該第6線段411～413與該多個(gè)連接線42形成于該第二絕緣基板31的頂面，各該橋接線45形成于該第二絕緣基板31的底面，該多個(gè)橋接線45經(jīng)由貫穿該第二絕緣基板31的導(dǎo)孔46連接于對(duì)應(yīng)的兩線段的間。

請(qǐng)參考圖9，于該金屬異物檢測線圈14’的第二實(shí)施例中，所述三個(gè)線圈單元分別為一第一線圈單元141’、一第二線圈單元142’與一第三線圈單元143’。該第二線圈單元142’由單一線段472卷繞成一等腰三角形的線圈結(jié)構(gòu)而具有相對(duì)的第一斜邊部與第二斜邊部，該第二線圈單元142’的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端；該第一線圈單元141’由單一線段471卷繞成直角三角形的線圈結(jié)構(gòu)而包含有一斜邊部，其斜邊部位于該第二線圈單元142’的第一斜邊部外側(cè)并平行于該第一斜邊部，該第一線圈單元141’的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端。該第三線圈單元143’由單一線段473卷繞成直角三角形的線圈結(jié)構(gòu)而包含有一斜邊部，其斜邊部位于該第二線圈單元142’的第二斜邊部外側(cè)并平行于該第二斜邊部，該第三線圈單元143’的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端；如圖9所示，使該多個(gè)線圈單元141’、142’、143’借此間隔排列而整體呈矩形結(jié)構(gòu)。該第一線圈單元141’的內(nèi)接端經(jīng)由一第一連接線474連接于該第二線圈單元142’的外接端，該第二線圈單元142’的內(nèi)接端經(jīng)由一第二連接線475連接該第三線圈單元143’的內(nèi)接端，該第一線圈單元141’的外接端即為一電流輸入(或輸出)端，該第三線圈單元143’的外接端即為一電流 輸出(或輸入)端。如第一實(shí)施例所述，該多個(gè)連接線474、475可形成在該多個(gè)單一線段471、472、473上方，且該多個(gè)連接線474、475與該多個(gè)單一線段471、472、473之間設(shè)有絕緣層(圖中未示)；或者，該多個(gè)單一線段471、472、473可形成于一雙面印刷電路板的頂面，該多個(gè)連接線474、475可形成于該雙面印刷電路板的底面，該多個(gè)單一線段471、472、473與該多個(gè)連接線474、475可經(jīng)由貫穿該雙面印刷電路板的導(dǎo)孔形成串聯(lián)連接。

請(qǐng)參考圖10，于該金屬異物檢測線圈14”的第三實(shí)施例中，所述三個(gè)線圈單元分別為一第一線圈單元141”、一第二線圈單元142”與一第三線圈單元143”。該第二線圈單元142”由單一線段482卷繞成一等腰三角形的線圈結(jié)構(gòu)而具有相對(duì)的第一斜邊部與第二斜邊部，該第二線圈單元142”的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端；該第一線圈單元141”由單一線段481卷繞成直角三角形的線圈結(jié)構(gòu)而包含有一斜邊部，其斜邊部位于該第二線圈單元142”的第一斜邊部外側(cè)并平行于該第一斜邊部，該第一線圈單元141”的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端。該第三線圈單元143”由單一線段483卷繞成直角三角形的線圈結(jié)構(gòu)而包含有一斜邊部，其斜邊部位于該第二線圈單元142”的第二斜邊部外側(cè)并平行于該第二斜邊部，該第三線圈單元143”的相對(duì)兩端分別形成一內(nèi)接端與一外接端；如圖10所示，使該多個(gè)線圈單元141”、142”、143”借此間隔排列而整體呈扇形結(jié)構(gòu)。該第一線圈單元141”的內(nèi)接端經(jīng)由一第一連接線484連接于該第三線圈單元143”的內(nèi)接端，該第一線圈單元141”的外接端經(jīng)由一第二連接線485連接該第二線圈單元142”的內(nèi)接端，該第二線圈單元142”的外接端即為一電流輸入(或輸出)端，該第三線圈單元143”的外接端即為一電流輸出(或輸入)端。如第一實(shí)施例所述，該多個(gè)連接線484、485可形成在該多個(gè)單一線段481、482、483上方，且該多個(gè)連接線484、485與該多個(gè)單一線段481、482、483之間設(shè)有絕緣層(圖中未示)；或者，該多個(gè)單一線段481、482、483可形成于一雙面印刷電路板的頂面，該多個(gè)連接線484、485可形成于該雙面印刷電路板的底面，該多個(gè)單一線段481、482、483與該多個(gè)連接線484、485可經(jīng)由貫穿該雙面印刷電路板的導(dǎo)孔形成串聯(lián)連接。

請(qǐng)參考圖11，在該第二絕緣基板可設(shè)有四個(gè)如圖9所示的金屬異物檢測線圈14”，使該四個(gè)金屬異物檢測線圈14”整體呈八邊形結(jié)構(gòu)。

基于前述的金屬異物檢測線圈14，當(dāng)該發(fā)送天線13對(duì)外輻射電磁波時(shí)，各該金屬異物檢測線圈14也位于該電磁波范圍內(nèi)，故各該金屬異物檢測線圈14可感應(yīng)到該電磁波而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一待測信號(hào)vsensor。

請(qǐng)參考圖1與圖3，該dc/ac轉(zhuǎn)換器12包含有多個(gè)串聯(lián)的補(bǔ)償電容cp，補(bǔ)償電容cp電性連接該發(fā)送天線13，該參考電壓產(chǎn)生電路15的輸入端電性連接該dc/ac轉(zhuǎn)換器12的任一補(bǔ)償電容cp的兩端以接收其端電壓，請(qǐng)參考圖4，該參考電壓產(chǎn)生電路15包含有依序串接的一差動(dòng)放大器151、一全波整流器152與一直流濾波器153，該差動(dòng)放大器151的輸入端即為該參考電壓產(chǎn)生電路15的輸入端，該直流濾波器153的輸出端即為該參考電壓產(chǎn)生電路15的輸出端。因此，該參考電壓產(chǎn)生電路15將該補(bǔ)償電容cp的端電壓進(jìn)行差動(dòng)放大、全波整流與直流濾波后產(chǎn)生一參考電壓信號(hào)vref。

該多個(gè)回授檢測電路16的輸入端分別電性連接該多個(gè)金屬異物檢測線圈14以形成一對(duì)一的連接結(jié)構(gòu)，圖1與圖3僅揭示一回授檢測電路16與一金屬異物檢測線圈14為例說明。請(qǐng)參考圖4，各該回授檢測電路16包含有依序串接的一低通濾波器161、一差動(dòng)放大器162、一整流器163與一直流濾波器164，該低通濾波器161的輸入端即為該回授檢測電路16的輸入端，該直流濾波器164的輸出端即為該回授檢測電路16的輸出端，各該回授檢測電路16將其對(duì)應(yīng)的金屬異物檢測線圈14產(chǎn)生的待測信號(hào)vsensor進(jìn)行低通濾波、差動(dòng)放大、整流與直流濾波。

該控制器17具有多個(gè)信號(hào)輸入端，該多個(gè)信號(hào)輸入端分別電性連接該參考電壓產(chǎn)生電路15的輸出端與該多個(gè)回授檢測電路16的輸出端，以接收該參考電壓信號(hào)vref與對(duì)應(yīng)于該多個(gè)金屬異物檢測線圈的多個(gè)待測信號(hào)vseneor。

請(qǐng)參考圖1與圖12，使用前，使用者可檢查該無線電力傳輸裝置10與該接收裝置20之間是否存在金屬異物，若有金屬異物，即進(jìn)行金屬異物的排除。若無金屬異物，該無線電力傳輸裝置10的控制器17可執(zhí)行一充電模式，以控制其發(fā)送天線13對(duì)外輻射電磁波，因?yàn)楦髟摻饘佼愇餀z測線圈14也位于該電磁波范圍內(nèi)，故各該金屬異物檢測線圈14可感應(yīng)到該電磁波而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一待測信號(hào)。借此，該控制器17即接收一初始狀態(tài)(即沒有金屬異物的狀態(tài))的該參考電壓信號(hào)vref與該多個(gè)待測信號(hào)vseneor，并根據(jù)該參考電壓信號(hào)vref與該多個(gè)待測信號(hào)vsensor分別計(jì)算對(duì)應(yīng)于各該金屬異物檢測線圈14的一增 益值gain，其中該增益值gain為該參考電壓信號(hào)vref與該待測信號(hào)vsensor的比值(即：gain＝vref/vsensor)，再根據(jù)該多個(gè)金屬異物檢測線圈14的增益值gain建立一增益表(步驟s101)，該增益表可儲(chǔ)存于該控制器17；換言之，每一個(gè)金屬異物檢測線圈都有對(duì)應(yīng)的一增益值gain。

建立該增益表后，在該無線電力傳輸裝置10執(zhí)行充電模式的同時(shí)，該控制器17亦持續(xù)接收該多個(gè)金屬異物檢測線圈14的檢測信號(hào)vsensor，并將各該金屬異物檢測線圈14所產(chǎn)生的即時(shí)檢測信號(hào)vsensor乘上對(duì)應(yīng)的增益值以得到一即時(shí)監(jiān)測信號(hào)vm(步驟s102)，并判斷該參考電壓信號(hào)vref與任一金屬異物檢測線圈14所對(duì)應(yīng)的即時(shí)監(jiān)測信號(hào)vm的差異(即：|vref-vm|)是否大于或等于一門檻值vth(步驟s103)。

當(dāng)有金屬異物進(jìn)入該無線電力傳輸裝置10與該接收裝置20之間的區(qū)域，該金屬異物會(huì)影響該發(fā)送天線13所產(chǎn)生的電磁場，連帶影響各該金屬異物檢測線圈14所對(duì)應(yīng)的即時(shí)監(jiān)測信號(hào)vm。因此，當(dāng)即時(shí)監(jiān)測信號(hào)vm與該參考電壓信號(hào)vref的差異大于該門檻值vth，該控制器17判斷為有金屬異物進(jìn)入該無線電力傳輸裝置10與該接收裝置20之間的區(qū)域，并進(jìn)一步關(guān)機(jī)以停止該充電模式，有效避免電磁場對(duì)該金屬異物作用而產(chǎn)生高溫。請(qǐng)參考圖1，該控制器17可電性連接一通訊模塊18以與該接收裝置20的通訊模塊23建立連線，當(dāng)該無線電力傳輸裝置10的控制器17判斷有金屬異物時(shí)，可發(fā)出停止充電的控制指令給該接收裝置20的通訊模塊23，該接收裝置20的控制器24可根據(jù)該控制指令以停止充電。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。