无线电力传输装置及其金属异物检测线圈的结构的制作方法

本发明涉及一种无线电力传输装置与其线圈结构，特别是一种具金属异物检测功能的无线电力传输装置及金属异物检测线圈的结构。

背景技术：

现有无线电力传输装置主要包含有依序连接的一ac/dc转换器、一dc/ac转换器与一发送天线。该ac/dc转换器的输入端可用以接收由市电提供之交流电源，该ac/dc转换器将该交流电源转换为一直流电源，该dc/ac转换器用以接收该直流电源，并将该直流电源转换为一交流输出电源，该dc/ac转换器将该交流输出电源透过该发送天线对外辐射电磁波。如此一来，具有无线充电功能的一接收装置感应到该发送天线的电磁波，该接收装置可将该电磁波转换为一充电电源以进行充电，借此达到非接线式的无线充电动作。

当有金属异物进入无线电力传输装置所产生电磁波的范围内，该金属异物在电磁场作用下产生高温，有导致危险的顾虑。因此，现有无线电力传输装置可具有金属异物检测功能，其金属异物检测技术是直接量测该发送天线所产生电磁波的参数，例如功率、效率、s参数与品质因子等参数，根据该多个参数的变化来判断是否有金属异物进入该无线电力传输装置所产生电磁波的范围内。

然而，该多个参数的量测结果会受到电磁波传输距离所影响，尤其当金属异物的大小比发送天线的尺寸更小时，导致不容易精准判断出有金属异物进入该无线电力传输装置所产生电磁波范围内。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线电力传输装置及其金属异物检测线圈的结构，以有效地检测金属异物。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无线电力传输装置，包含有：

一ac/dc转换器，其一输入端供接收一交流电源，将该交流电源转换为一直流电源；

一dc/ac转换器，其一输入端电性连接该ac/dc转换器的一输出端，将该直流电源转换为一交流输出电源；该dc/ac转换器包含有补偿电容以电性连接一发送天线，将该交流输出电源通过该发送天线对外辐射一电磁波；

多个金属异物检测线圈，分布设置于一绝缘基板以感应该电磁波并对应产生多个待测信号，各该金属异物检测线圈为三个线圈单元串接所组成，且该三个线圈单元间隔排列，其中该发送天线分布区域涵盖该多个金属异物检测线圈；

一参考电压产生电路，其一输入端电性连接该dc/ac转换器的补偿电容以接收其端电压，根据所述补偿电容的端电压产生一参考电压信号；

多个回授检测电路，分别电性连接该多个金属异物检测线圈，各该回授检测电路接收其对应的金属异物检测线圈产生的待测信号；以及

一控制器，电性连接该参考电压产生电路与该多个回授检测电路以接收该参考电压信号与对应于该多个金属异物检测线圈的该多个待测信号，并根据该参考电压信号与该多个待测信号判断是否有金属异物进入该发送天线对外辐射的电磁波范围内。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种金属异物检测线圈的结构，该金属异物检测线圈为形成于一绝缘基板的三个线圈单元串接所组成，且该三个线圈单元间隔排列。

本发明的技术效果在于：

本发明金属异物检测线圈的结构为三个线圈单元串接所组成，且该三个线圈单元间隔排列，本发明借此金属异物检测线圈的构造可在一待测空间中具有均匀的磁场感应能力。另外，本发明和现有技术量测无线电力传输装置的发送天线的参数相比，因为该发送天线分布区域涵盖该多个金属异物检测线圈，即各金属异物检测线圈尺寸比发送天线小，又每个金属异物检测线圈都有其检测区域，故可有效检测出比发送天线尺寸还小的金属异物，以在检测出金属异物时，该控制器立刻停止让发送天线产生电磁波，避免对该金属异物加热。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明无线电力传输装置的电路框图；

图2为本发明的外壳、设于第一绝缘基板的发送天线与设第二绝缘基板的金属异物检测线圈的立体分解示意图；

图3为本发明的无线电力传输装置的局部电路框图；

图4为本发明的参考电压产生电路、控制器与回授检测电路的电路框图；

图5为本发明的异物检测线圈结构的实施例的平面示意图；

图6为图5的a-a断面示意图；

图7为本发明的异物检测线圈结构的另一实施例的局部平面示意图；

图8为图7的b-b断面示意图；

图9为本发明的异物检测线圈结构的再一实施例的平面示意图；

图10为本发明的异物检测线圈结构的再一实施例的平面示意图；

图11为图10所示的异物检测线圈排列为多边形结构的平面示意图；

图12为本发明的控制器的金属异物判断流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参考图1至图3，本发明无线电力传输装置10包含有一ac/dc转换器11、一dc/ac转换器12、一发送天线13、多个金属异物检测线圈14、一参考电压产生电路15、多个回授检测电路16与一控制器17。

请参考图1与图3，该ac/dc转换器11的输入端供接收一交流电源，例如该交流电源可为由市电提供的交流电源，该ac/dc转换器11将该交流电源转换为一直流电源。该dc/ac转换器12的输入端电性连接该ac/dc转换器11的输出端以接收该直流电源，并将该直流电源转换为一交流输出电源。该dc/ac转换器12的输出端电性连接该发送天线13，以将该交流输出电源通过该发送天线13对外辐射电磁波。

请参考图2，该发送天线13可供设置于一第一绝缘基板30的表面，该多个金属异物检测线圈14阵列式排列而分布设置于一第二绝缘基板31的表面，其中该第二绝缘基板31设置于该发送天线13上，使该多个金属异物检测线圈 14位于该发送天线13上方，且该发送天线13分布区域涵盖该多个金属异物检测线圈14，该多个金属异物检测线圈14与该发送天线13被该第二绝缘基板31所隔离，该第二绝缘基板31上覆设有一外壳32，由该外壳32覆盖该多个金属异物检测线圈14以避免外露。该发送天线13所发出的电磁波可穿透该第二绝缘基板31与该外壳32。

该外壳32的外侧可供置放一接收装置20，该接收装置20指待充电装置，如图1所示，该接收装置20包含有一接收天线21、一整流器22、一通讯模块23与一控制器24，当该接收天线21感应到该发送天线13所发出的电磁波，其对应产生一感应电源，该整流器22将该感应电源转换成一直流充电电源。对应地，当该发送天线13对外辐射电磁波时，因为各该金属异物检测线圈14也位于该电磁波的辐射范围内，故各该金属异物检测线圈14亦可感应到该电磁波而对应产生一待测信号vsensor。

本发明金属异物检测线圈14的结构为三个线圈单元串接所组成，且该三个线圈单元间隔排列，本发明借此金属异物检测线圈14的构造可在一待测空间中具有均匀的磁场感应能力，该待测空间即为该三个线圈单元的磁场感应区域。

请参考图5，于该金属异物检测线圈14的第一实施例中，所述三个线圈单元分别为一第一线圈单元141、一第二线圈单元142与一第三线圈单元143，以该第一线圈单元141为例，其包含有一中央线段400、一第1线段401、一第2线段402、一第3线段403、一第4线段411、一第5线段412、一第6线段413、多个连接线42与多个桥接线43。

该中央线段400形成于该第二绝缘基板31的一表面且呈u形结构而包含有两末端，该第1～第3线段401～403形成在该第二绝缘基板31的该表面且由内而外依序分布于该中央线段400的一侧，即该第1线段401最靠近该中央线段400，该第4～第6线段411～413形成在该第二绝缘基板31的该表面且由内而外依序分布于该中央线段400相对于该第1～第3线段401～403的另侧，即该第4线段411最靠近该中央线段400。该第3线段403的一端为电流输出(或输入)端，其另一端经由一桥接线43电性连接该第5线段412的一端，该第5线段412的另一端经由一连接线42电性连接该第1线段401的一端，该第1线段401的另一端经由一桥接线43电性连接该中央线段400的一端；该中央 线段400的另一端经由一连接线42电性连接该第4线段411的一端，该第4线段411的另一端经由一桥接线43电性连接该第2线段402的一端，该第2线段402的另一端经由一连接线42电性连接该第6线段413的一端，该第6线段413的另一端经由一桥接线43电性连接该第二线圈单元142，该第二线圈单元142与该第三线圈单元143的结构可依此类推；请配合参考图6，所述连接线42是形成于该第二绝缘基板31的表面，连接线42的表面设有一绝缘层44，桥接线43形成于该绝缘层44上，使桥接线43与连接线42被绝缘层44隔开，避免连接线42与桥接线43直接接触而短路。因此，该中央线段400、该第1～第3线段401～403与该第4～第6线段411～413经由该多个连接线42与桥接线43形成串接以构成一卷绕的线圈结构。

请参考图7与图8，于另一实施例中，该第二绝缘基板31可为双面印刷电路板而包含有一顶面与一底面，该中央线段400、该第1～该第3线段401～403、该第4～该第6线段411～413与该多个连接线42形成于该第二绝缘基板31的顶面，各该桥接线45形成于该第二绝缘基板31的底面，该多个桥接线45经由贯穿该第二绝缘基板31的导孔46连接于对应的两线段的间。

请参考图9，于该金属异物检测线圈14’的第二实施例中，所述三个线圈单元分别为一第一线圈单元141’、一第二线圈单元142’与一第三线圈单元143’。该第二线圈单元142’由单一线段472卷绕成一等腰三角形的线圈结构而具有相对的第一斜边部与第二斜边部，该第二线圈单元142’的相对两端分别形成一内接端与一外接端；该第一线圈单元141’由单一线段471卷绕成直角三角形的线圈结构而包含有一斜边部，其斜边部位于该第二线圈单元142’的第一斜边部外侧并平行于该第一斜边部，该第一线圈单元141’的相对两端分别形成一内接端与一外接端。该第三线圈单元143’由单一线段473卷绕成直角三角形的线圈结构而包含有一斜边部，其斜边部位于该第二线圈单元142’的第二斜边部外侧并平行于该第二斜边部，该第三线圈单元143’的相对两端分别形成一内接端与一外接端；如图9所示，使该多个线圈单元141’、142’、143’借此间隔排列而整体呈矩形结构。该第一线圈单元141’的内接端经由一第一连接线474连接于该第二线圈单元142’的外接端，该第二线圈单元142’的内接端经由一第二连接线475连接该第三线圈单元143’的内接端，该第一线圈单元141’的外接端即为一电流输入(或输出)端，该第三线圈单元143’的外接端即为一电流 输出(或输入)端。如第一实施例所述，该多个连接线474、475可形成在该多个单一线段471、472、473上方，且该多个连接线474、475与该多个单一线段471、472、473之间设有绝缘层(图中未示)；或者，该多个单一线段471、472、473可形成于一双面印刷电路板的顶面，该多个连接线474、475可形成于该双面印刷电路板的底面，该多个单一线段471、472、473与该多个连接线474、475可经由贯穿该双面印刷电路板的导孔形成串联连接。

请参考图10，于该金属异物检测线圈14”的第三实施例中，所述三个线圈单元分别为一第一线圈单元141”、一第二线圈单元142”与一第三线圈单元143”。该第二线圈单元142”由单一线段482卷绕成一等腰三角形的线圈结构而具有相对的第一斜边部与第二斜边部，该第二线圈单元142”的相对两端分别形成一内接端与一外接端；该第一线圈单元141”由单一线段481卷绕成直角三角形的线圈结构而包含有一斜边部，其斜边部位于该第二线圈单元142”的第一斜边部外侧并平行于该第一斜边部，该第一线圈单元141”的相对两端分别形成一内接端与一外接端。该第三线圈单元143”由单一线段483卷绕成直角三角形的线圈结构而包含有一斜边部，其斜边部位于该第二线圈单元142”的第二斜边部外侧并平行于该第二斜边部，该第三线圈单元143”的相对两端分别形成一内接端与一外接端；如图10所示，使该多个线圈单元141”、142”、143”借此间隔排列而整体呈扇形结构。该第一线圈单元141”的内接端经由一第一连接线484连接于该第三线圈单元143”的内接端，该第一线圈单元141”的外接端经由一第二连接线485连接该第二线圈单元142”的内接端，该第二线圈单元142”的外接端即为一电流输入(或输出)端，该第三线圈单元143”的外接端即为一电流输出(或输入)端。如第一实施例所述，该多个连接线484、485可形成在该多个单一线段481、482、483上方，且该多个连接线484、485与该多个单一线段481、482、483之间设有绝缘层(图中未示)；或者，该多个单一线段481、482、483可形成于一双面印刷电路板的顶面，该多个连接线484、485可形成于该双面印刷电路板的底面，该多个单一线段481、482、483与该多个连接线484、485可经由贯穿该双面印刷电路板的导孔形成串联连接。

请参考图11，在该第二绝缘基板可设有四个如图9所示的金属异物检测线圈14”，使该四个金属异物检测线圈14”整体呈八边形结构。

基于前述的金属异物检测线圈14，当该发送天线13对外辐射电磁波时，各该金属异物检测线圈14也位于该电磁波范围内，故各该金属异物检测线圈14可感应到该电磁波而对应产生一待测信号vsensor。

请参考图1与图3，该dc/ac转换器12包含有多个串联的补偿电容cp，补偿电容cp电性连接该发送天线13，该参考电压产生电路15的输入端电性连接该dc/ac转换器12的任一补偿电容cp的两端以接收其端电压，请参考图4，该参考电压产生电路15包含有依序串接的一差动放大器151、一全波整流器152与一直流滤波器153，该差动放大器151的输入端即为该参考电压产生电路15的输入端，该直流滤波器153的输出端即为该参考电压产生电路15的输出端。因此，该参考电压产生电路15将该补偿电容cp的端电压进行差动放大、全波整流与直流滤波后产生一参考电压信号vref。

该多个回授检测电路16的输入端分别电性连接该多个金属异物检测线圈14以形成一对一的连接结构，图1与图3仅揭示一回授检测电路16与一金属异物检测线圈14为例说明。请参考图4，各该回授检测电路16包含有依序串接的一低通滤波器161、一差动放大器162、一整流器163与一直流滤波器164，该低通滤波器161的输入端即为该回授检测电路16的输入端，该直流滤波器164的输出端即为该回授检测电路16的输出端，各该回授检测电路16将其对应的金属异物检测线圈14产生的待测信号vsensor进行低通滤波、差动放大、整流与直流滤波。

该控制器17具有多个信号输入端，该多个信号输入端分别电性连接该参考电压产生电路15的输出端与该多个回授检测电路16的输出端，以接收该参考电压信号vref与对应于该多个金属异物检测线圈的多个待测信号vseneor。

请参考图1与图12，使用前，使用者可检查该无线电力传输装置10与该接收装置20之间是否存在金属异物，若有金属异物，即进行金属异物的排除。若无金属异物，该无线电力传输装置10的控制器17可执行一充电模式，以控制其发送天线13对外辐射电磁波，因为各该金属异物检测线圈14也位于该电磁波范围内，故各该金属异物检测线圈14可感应到该电磁波而对应产生一待测信号。借此，该控制器17即接收一初始状态(即没有金属异物的状态)的该参考电压信号vref与该多个待测信号vseneor，并根据该参考电压信号vref与该多个待测信号vsensor分别计算对应于各该金属异物检测线圈14的一增 益值gain，其中该增益值gain为该参考电压信号vref与该待测信号vsensor的比值(即：gain＝vref/vsensor)，再根据该多个金属异物检测线圈14的增益值gain建立一增益表(步骤s101)，该增益表可储存于该控制器17；换言之，每一个金属异物检测线圈都有对应的一增益值gain。

建立该增益表后，在该无线电力传输装置10执行充电模式的同时，该控制器17亦持续接收该多个金属异物检测线圈14的检测信号vsensor，并将各该金属异物检测线圈14所产生的即时检测信号vsensor乘上对应的增益值以得到一即时监测信号vm(步骤s102)，并判断该参考电压信号vref与任一金属异物检测线圈14所对应的即时监测信号vm的差异(即：|vref-vm|)是否大于或等于一门槛值vth(步骤s103)。

当有金属异物进入该无线电力传输装置10与该接收装置20之间的区域，该金属异物会影响该发送天线13所产生的电磁场，连带影响各该金属异物检测线圈14所对应的即时监测信号vm。因此，当即时监测信号vm与该参考电压信号vref的差异大于该门槛值vth，该控制器17判断为有金属异物进入该无线电力传输装置10与该接收装置20之间的区域，并进一步关机以停止该充电模式，有效避免电磁场对该金属异物作用而产生高温。请参考图1，该控制器17可电性连接一通讯模块18以与该接收装置20的通讯模块23建立连线，当该无线电力传输装置10的控制器17判断有金属异物时，可发出停止充电的控制指令给该接收装置20的通讯模块23，该接收装置20的控制器24可根据该控制指令以停止充电。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。