无线充电线圈及制作无线充电线圈的方法与流程

本发明涉及无线充电技术领域，具体而言，涉及一种具有高品质因素的无线充电线圈。

背景技术：

随着电力成为人们日常使用产品的主要能量来源，无线充电的技术也因为其使用方便的优点而被广泛应用在各种领域中。利用近场感应原理在两个感应线圈间传递电力的方式是目前相当流行的一种无线充电的技术。然而，相较于其他传统的有线电力传输方式，无线充电的充电效率偏低，因此在扩充至各种应用领域时常遭遇困难。

无线充电线圈的品质因素(qfactor)是影响充电效率的关键因素。品质因素越高表示电力损耗的比例越低，亦即充电效率较高。无线充电线圈的品质因素会与无线充电线圈的阻抗及电抗有关。然而，为了降低无线充电线圈的电阻，并提升无线充电线圈的电抗，可能会需要使用较粗且较大的导线，造成无线充电线圈所需的面积增加，同时也让制作的过程变得更为复杂。

技术实现要素：

本发明的一实施例提供一种无线充电线圈。无线充电线圈包含多个导线组，每一导线组包含多条导线、自粘层及多个绝缘层。

多条导线以螺旋方式自绕以形成彼此交织的导线组结构。自粘层包围多条导线。每一绝缘层包覆多条导线中的一导线的表面。

多个导线组是在相同的绕线面上被绕线成多个匝线圈，且所有的导线组都是在绕线面上进行绕线。每一匝线圈是由多个导线组共同绕线而成。

本发明的另一实施例提供一种制作无线充电线圈的方法。制作无线充电线圈的方法包含提供多个导线组，将导线组的第一端固定于绕线机台的主动治具，将主动治具与被动治具接合，绕线机台缠绕导线组，固定导线组的第二端，及分离被动治具及主动治具。

其中，每一导线组包含多条导线及自粘层，多条导线以螺旋方式自绕以形成彼此交织的导线组结构，而自粘层则包围多条导线。主动治具与被动治具具有相同的旋转轴。

附图说明

图1是本发明一实施例的无线充电线圈的示意图。

图2为图1的导线组的结构示意图。

图3为图2的导线组的剖面图。

图4为图1的导线组的两匝线圈沿横切线4-4’切开的剖面图。

图5为图1的无线充电线圈的可能形状。

图6为制造图1的无线充电线圈的方法的流程图。

图7为图6的方法中用来对导线组进行绕线的绕线机台示意图。

图8为图7的主动治具与被动治具接合的剖面示意图。

图9为本发明另一实施例的主动治具及被动治具的示意图。

图10为图7的绕线机台的绕线速度示意图。

图11为图1的导线组的剖面图。

附图标记说明：

100无线充电线圈

1101、110n导线组

a110导线组的第一端

b110导线组的第二端

c110导线组的跨越部分

112导线

114自粘层

116绝缘层

t1、t2线圈

th1厚度

w1宽度

s1至s6形状

200方法

s210至s290步骤

ts1至tsn张力器

300绕线机台

310、410主动治具

311、411绕线盘

311a、411a绕线面

312出线槽

313挂线结构

314、414突出结构

314a、414a绕线部分

320绕线马达

330、430被动治具

331、431接合面

h1高度

g1间隙

sx旋转轴

340、440接合结构

342、444凹口

344、442凸块

具体实施方式

图1是本发明一实施例的无线充电线圈100的示意图。无线充电线圈100包含n个导线组1101至110n，n为大于1的整数。导线组1101至110n的第一端a110彼此电性连接，且导线组1101至110n的第二端b110也彼此电性连接。也就是说，导线组1101至110n彼此电性连接且并联于相同的绕线面上。

图2为导线组1101的结构示意图，而图3为本发明一实施例的导线组1101的剖面图。导线组1101至110n具有相似的结构。每一个导线组1101至110n包含多条导线112、自粘层114及多个绝缘层116。在图2中，多条导线112是以螺旋方式自绕以形成彼此交织的导线组结构。在图3中，每一条导线112会被绝缘层116包覆，而自粘层114则会包围多条导线112以使多条导线112相集聚。在部分实施例中，导线112可为漆包线。

此外，导线组1101至110n可共同在相同的绕线面上被绕线成多个匝线圈，且所有的导线组1101至110n都会在绕线面上进行绕线。也就是说，每一匝线圈是由导线组1101至110n共同绕线而成。图4为导线组1101至110n的两匝线圈t1及t2沿横切线4-4’切开的剖面图。

在图4中，两匝线圈t1及t2都是在相同的绕线面上绕线完成。此外，线圈t1的横切面宽度w1与线圈t1的横切面厚度th1的比为n：1(w1：th1＝n：1)。也就是说，线圈t1的横切面厚度th1可与导线组1101的直径相同，而线圈t1的横切面宽度w1则实质上为导线组1101直径的n倍。因此，通过增加每一匝线圈中导线组的数量n，就能够提升每一匝线圈的宽度厚度比。

由于导线组1101至110n彼此电性连接且并联，因此由导线组1101至110n所绕制的每一匝线圈的平坦结构就能够提升每一匝线圈的截面积以降低无线充电线圈100的直流阻抗(directcurrentresistance，dcr)，同时不会增加无线充电线圈100的厚度，以使无线充电线圈100在安装时还具有弹性。在部分实施例中，考量到无线充电线圈100在结构上的弹性(柔性佳)和电感耦合的效率，可选择n为2至10的整数。

再者，导线组1101至110n中，彼此自绕交织的导线112还有助于减少趋肤效应(skineffect)及邻近效应(proximityeffect)所带来的负面影响，进而能够降低无线充电线圈100的交流阻抗(alternativecurrentresistance，acr)，并显著地提升无线充电线圈100的品质因素。

此外，导线组1101至110n的第一端a110会从导线组1101至110n的最内圈延伸至最外圈，即如图1所示。在此情况下，为了保持无线充电线圈100的平坦结构，导线组1101至110n自最内圈越过最外圈的跨越部分c100的厚度th2会小于导线组1101至110n于绕线面上的绕线部分的厚度th1。

图11为导线组1101至110n于绕线面上的绕线部分的剖面图cs1及导线组1101至110n的跨越部分c110的剖面图cs2。在图11中，导线组1101至110n的跨越部分c110中的导线会被挤压而形成更加平坦的结构。然而，导线组1101至110n在绕线面上的绕线部分的导线则会维持内部的自绕结构而未被压缩。因此，导线组1101至110n的跨越部分c100的厚度th2会小于导线组1101至110n于绕线面上的绕线部分的厚度th1(th2<th1)。

在图1中，导线组1101至110n是被绕线成圆形，然而本发明并不限定将无线充电线圈绕线成圆形。在部分的实施例中，导线组1101至110n也可根据系统的需求被绕线成其他的凸多边形。举例来说，图5说明无线充电线圈100可能的形状，例如正方形s1、长方形s2、跑道形s3、多边形s4，及其他的不规则形状s5及s6。无线充电线圈100的形状可由绕线中心的形状决定。举例来说，若无线充电线圈100是以正方形的绕线中心为中心进行绕线，则无线充电线圈100的形状也会是正方形。

图6为制造无线充电线圈100的方法200的流程图，而图7为本发明一实施例的方法200中用来对导线组1101至110n进行绕线的绕线机台300的示意图。

绕线机台300包含主动治具310及绕线马达320。主动治具310包含绕线盘311、出线槽312及挂线结构313。绕线盘311包含用来放置导线组1101至110n的绕线面311a，而出线槽312则设置于绕线盘311并自绕线盘311的中心延伸至绕线盘311的外围区域。在部分实施例中，绕线面311a可为平面、外凸(曲)面或内凹(曲)面。挂线结构313可设置于绕线盘311的绕线面311a的后方。

方法200包含步骤s210至s290，但不限于以下所列的顺序。

s210：提供导线组1101至110n；

s220：将导线组1101至110n的第一端固定于绕线机台300的主动治具310；

s230：将导线组1101至110n并排设置于主动治具310的绕线盘311；

s240：各别调整导线组1101至110n的张力；

s250：将主动治具310与被动治具330接合；

s260：绕线机台300缠绕导线组1101至110n；

s270：固定导线组1101至110n的第二端；

s280：分离被动治具330及主动治具310；

s290：连接导线组1101至110n的第一端并连接导线组1101至110n的第二端。

在步骤s210中所提供的每一个导线组1101至110n可与图2及图3中的导线组1101具有相同的结构。也就是说，每一个导线组1101至110n可包含多条导线112，且多条导线112会以螺旋方式自绕以形成彼此交织的导线组结构，而自粘层114则会包围多条导线112。

在步骤s220中，导线组1101至110n的第一端可穿过出线槽312而被固定在绕线盘311后方的挂线结构313。在此情况下，在绕线机台300于步骤s260中缠绕导线组1101至110n之前，导线组1101至110n可自出线槽312穿出，且彼此并排地放置于绕线盘311上。

由于导线组1101至110n的绕线半径可能有所差异，因此在步骤s240中，会独立分别调整导线组1101至110n的张力，以确保无线充电线圈100能够平顺且平衡地在绕线盘311上进行绕线。在本发明的部分实施例中，导线组1101至110n的张力可调整至实质上彼此相同，且导线组1101至110n的张力可分别由相异的张力器、滑轮或阻尼夹具来控制。举例来说，在图7中，张力器ts1至tsn会分别连接至导线组1101至110n的第二端以控制导线组1101至110n的张力。

此外，为在绕线的过程中保持无线充电线圈100的扁平结构，可在绕线时利用被动治具330来对导线组1101至110n施压。图8为主动治具330与被动治具310接合的剖面示意图。

在图8中，主动治具310的绕线盘311具有突出结构314，突出结构314设置于绕线盘311的中心，且突出结构314的高度h1实质上可与导线组1101至110n的直径相等。此外，被动治具330可具有接合面331。在图8中，接合面331可为外凸曲面，而绕线盘311的绕线面可为内凹曲面。

在步骤s250中，通过将被动治具331压置于主动治具的突出结构314，就能够将主动治具310与被动治具330接合，且同时可使绕线盘311与接合面331之间保有间隙g1，以容纳导线组1101至110n。间隙g1的高度实质上与突出结构314的高度h1相同。也就是说，导线组1101至110n会被压制在绕线盘311与接合面311之间之间隙g1，进而避免导线组1101至110n在绕线过程中因为互相挤压而上下重叠。如此一来，在步骤s260中，当绕线机台300于步骤s260中缠绕导线组1101至110n时，无线充电线圈100的厚度就会被控制在间隙g1内。

在部分实施例中，绕线马达320可驱动并使主动治具310旋转，因此自出线槽312穿出且被固定于挂线结构313的导线组1101至110n就会以突出结构314的绕线部分314a为中心进行绕线。再者，虽然绕线马达320可能不会直接驱动被动治具330，然而在绕线马达320旋转主动治具310以缠绕导线组1101至110n的过程中，被动治具330可能会因为被动治具330与导线组1101至110n之间的摩擦力而随着主动治具310转动。也就是说，在绕线机台300对导线组1101至110n进行绕线时，被动治具330及主动治具310可具有相异的转速。

为确保被动治具330能够以足够强大的力量压合于主动治具310以维持无线充电线圈100的扁平结构，同时也不至于影响主动治具310及绕线马达320的运行，主动治具310及被动治具330可设计成沿着两者的旋转轴sx来进行接合，以避免突出结构314的绕线部分314a的棱角被磨损。

举例来说，在图8中，主动治具310与被动治具330可通过一组接合结构340来进行接合。接合结构340包含凹口342及凸块344。凹口342设置于突出结构314的中心，而在主动治具310与被动治具330接合时，凸块344则可插入凹口342。在图8中，凸块344可设置于接合面331的中心。

此外，接合结构340的直径，例如凸块344的直径或凹口342的直径，会小于突出结构314的直径。

在此情况下，当绕线马达320驱动主动治具310旋转时，由于主动治具310及被动治具330的旋转轴sx可延伸经过主动治具310及被动治具330的中心，因此被动治具330也可能会随着主动治具310旋转。如此一来，当在步骤s260中缠绕导线组1101至110n时，被动治具330就可与主动治具310接合以保持无线充电线圈100的结构，同时也不会影响到主动治具310的旋转和导线组1101至110n的绕线过程。

再者，由于导线组1101至110n会以突出结构314的绕线部分314a为中心来进行绕线，而凸块344则会插入至凹口342，因此即便因为长时间使用而导致开口342及凸块344的磨损，也不至于影响突出结构314的绕线部分314a、绕线盘311的绕线面311a及接合面331，因此可以避免因为主动治具310或被动治具330的老化，而影响到之后由绕线机台300所制造的无线充电线圈的结构。

图9为本发明另一实施例的主动治具410及被动治具430的示意图。主动治具410及310具有相似的结构，然而接合结构440的凸块442会由突出结构414的中心延伸突出，且凹口444则会设置于被动治具430的接合面431的中心。因此，当主动治具410与被动治具430接合时，自突出结构414中心突出的凸块442即会插入至接合面431的凹口444。此外，凸块442的直径会小于突出结构414的直径。

在此情况下，当主动治具410旋转时，由于主动治具410及被动治具430的旋转轴sx可延伸经过主动治具410及被动治具430的中心，因此被动治具430也可能会随着主动治具410旋转。如此一来，当在步骤s260中缠绕导线组1101至110n时，被动治具430就可与主动治具410接合以保持无线充电线圈100的结构，同时也不会影响到主动治具410的旋转和导线组1101至110n的绕线过程。

虽然在第8及9图中，突出结构314及414是分别由绕线盘311及411的中心延伸凸出，然而在有些实施例中，突出结构也可由被动治具的接合面的中心延伸凸出。在此情况下，接合结构可包含设置于突出结构中心的凹口以及设置于绕线盘中心的凸块。或者，凹口也可设置于绕线盘的中心，而凸块则设置于突出结构的中心。

此外，由于导线组1101至110n是以突出结构414的绕线部分414a为中心来进行绕线，且凸块442会插入至凹口444，因此即便在长时间使用后，凹口444及凸块442上出现磨损，也不会影响到突出结构414的绕线部分414a、绕线盘411的绕线面411a及接合面431，因此可以避免因为主动治具410或被动治具430的老化，而影响到之后由绕线机台400所制造的无线充电线圈的结构。

在图8中，由于导线组1101至110n会以突出结构314的绕线部分314a为中心来进行绕线，因此无线导电线圈100的形状会由突出结构314的绕线部分314a的形状来决定。然而，若导线组1101至110n被绕线成具有顶点的形状，则在绕线时，位于顶点处的导线组1101至110n将会承受较大的压力。因此，绕线机台300可根据所欲绕线形状的特性来调整绕线的速度。

举例来说，当欲将无线充电线圈绕线成正方形、长方形或如图5所示的多边形时，绕线机台300在绕线至突出结构的绕线部分的顶点时会减慢绕线速度，并且在绕线至突出结构的绕线部分的平滑边缘时，加快绕线速度。因此，导线组1101至110n在绕线至顶点时的绕线速度较缓慢，以避免损坏线圈。图10为突出结构的绕线部分的形状为正方形s1或无线充电线圈为正方形s1时的绕线速度示意图。在图10中，当绕线机台300缠绕导线组1101至110n至正方形s1的顶点时，例如在旋转至45°、135°、225°及315°时，绕线速度为最低。此外，当绕线机台300缠绕导线组1101至110n至正方形s1的平边时，例如在旋转至90°、180°、270°及360°时，绕线速度为最高。

在步骤s260中完成导线组1101至110n的绕线后，在步骤s270中导线组1101至110n的第二端可固定于绕线机台300的主动治具310，而在步骤s280中被动治具330即可与主动治具310分离。

在有些实施例中，为加强无线充电线圈100的结构，方法200还可包含在分离主动治具310与被动治具330之前，将导线组1101至110n粘着固化的步骤。举例来说，每一个导线组1101至110n可包含包覆在绝缘层116外围的自粘层。自粘层在经过特定的程序之后会产生粘性，因此导线组1101至110n可以被粘着进而使无线充电线圈100固化成较为坚实的结构。举例来说，自粘层可例如经由下列的程序而产生粘性：利用热风集中吹向导线组1101至110n、于导线组1101至110n中导通电流加热及/或在自粘层上涂撒溶剂。此外，前述的粘着程序如热风自粘、通电自粘及/或溶剂自粘，可在导线组1101至110n绕线完成后再执行，也可在绕线过程中一并执行。再者，导线组1101至110n在彼此粘着之后，还可通过对导线组1101至110n进行冷却、再加热及/或照射紫外光的程序来进行固化程序，使得导线组1101至110n的粘性材料产生固化。

在粘着固化程序之后，有部分的粘性材料可能会附着至被动治具330或主动治具310。因此，若在分离被动治具330与主动治具310的过程中有所疏失，就可能会扰乱无线充电线圈100的结构。在此情况下，可通过旋转被动治具330及/或主动治具310来使被动治具330与主动治具310分离，例如可利用一个或两个旋转马达使被动治具330及主动治具310具有相异的旋转速度。举例来说，可以先通过旋转被动治具330及/或主动治具310来松动导线组1101至110n与被动治具330之间的粘性材料(或导线组1101至110n与主动治具310之间的粘性材料)，接着再分离被动治具330。如此一来，无线充电线圈100就能够在步骤s280的分离过程中保持原先的结构。

被动治具330与主动治具310分离之后，就能够取出无线充电线圈100。在本发明的部分实施例中，绕线盘311可自主动治具310上拆卸。因此，在将绕线盘311自主动治具310上拆卸时，即可轻易地一并取出无线充电线圈100。

在步骤s290中，导线组1101至110n的第一端可彼此电性连接，且导线组1101至110n的第二端可彼此电性连接，因此导线组1101至110n可为并联。

如此一来，根据方法200，就能够制造出具有高品质因素的无线充电线圈100。此外，无线充电线圈100的扁平结构不仅能够降低直流阻抗，同时柔性佳也能增加无线充电线圈100在设计应用时的弹性。

综上所述，本发明的实施例所提供的无线充电线圈及制作无线充电线圈的方法能够降低趋肤效应及邻近效应的负面影响，并且能够降低直流阻抗，并显著地提升无线充电线圈的品质因素。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。