專利名稱：能量傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能量傳輸系統(tǒng)，且特別涉及一種應(yīng)用扁平式螺旋管
(Flat-wire Solenoid)結(jié)構(gòu)的共振器的能量傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，多種無線傳輸技術(shù)已廣泛地被應(yīng)用在通信領(lǐng)域中。目前的無線 傳輸技術(shù)大部分使用于在信號的接收與發(fā)送上，故多半只能達(dá)成低功率的信
號傳輸。
由于使用無線傳輸技術(shù)的電子產(chǎn)品越來越多，通過無線傳輸方式來達(dá)到 更高功率的傳輸技術(shù)的開發(fā)越來越受到重視。美國專利公開號2007/0222542 已公開了 一種可無線地進(jìn)行能量傳輸?shù)臒o線功率傳輸(Wireless Power Transfer, WPT)的無線非輻射能量轉(zhuǎn)移器，來將一個共振器的電能，以共振 的方式傳遞至另 一個共振器。
然而，此種轉(zhuǎn)移器經(jīng)由非輻射能量轉(zhuǎn)移(Non-radiative Energy Transfer)來 傳輸能量，如此，必須要使用到共振頻率較低的共振器才能達(dá)到一定的傳輸 效率。然而這樣的共振器的體積龐大且成本高昂，難以應(yīng)用于一般的電子產(chǎn) 品中。因此，如何設(shè)計出體積小且仍具有較低的共振頻率的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)乃 業(yè)界不斷致力的方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種能量傳輸系統(tǒng)，其使用扁平式螺旋管(Flat-wire Solenoid) 結(jié)構(gòu)的共振器，相較于傳統(tǒng)能量傳輸系統(tǒng)，本發(fā)明提出的能量傳輸系統(tǒng)具有 體積較小、共振頻率較低及能量轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明提出一種能量傳輸系統(tǒng)，用以驅(qū)動電子裝置，能量傳輸系統(tǒng) 包括電源端裝置、第一、第二能量傳輸裝置及裝置端裝置。電源端裝置用以 提供第一外部電能。第一能量傳輸裝置包括第一耦合電路及第一共振器。第
一耦合電路與電源端裝置形成回路，以接收第一外部電能。第一耦合電路上的第一外部電能耦合至第一共振器，使第一共振器具有第一內(nèi)部電能。第二 能量傳輸裝置包括第二共振器及第二耦合電路。第二共振器具有扁平式螺旋
管(Flat-wire Solenoid)結(jié)構(gòu)，第二共振器與第一共振器具有實質(zhì)上相同的共振 頻率，第一及第二共振器之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移(Non-radiative Energy Transfer),使第二共振器具有第二內(nèi)部電能。第二共振器上的第二內(nèi)部電能 耦合至第二耦合電路，使第二耦合電路具有第二外部電能。裝置端裝置與第 二耦合電路形成回路，以接收第二外部電能，并據(jù)以提供驅(qū)動電能驅(qū)動電子 裝置。
根據(jù)本發(fā)明提出一種能量傳輸系統(tǒng)，用以驅(qū)動電子裝置，能量傳輸系統(tǒng) 包括電源端裝置、第一、第二能量傳輸裝置及裝置端裝置。電源端裝置用以 提供第一外部電能。第一能量傳輸裝置包括第一耦合電路及第一共振器。第 一耦合電路與電源端裝置形成回路，以接收第一外部電能。第一共振器，具 有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)，第 一耦合電路上的第 一外部電能耦合至第一共振器， 使第一共振器具有第一內(nèi)部電能。第二能量傳輸裝置包括第二共振器及第二 耦合電路。第二共振器與第一共振器具有實質(zhì)上相同的共振頻率，第一及第 二共振器之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移，使第二共振器具有第二內(nèi)部電能。第二 共振器上的第二內(nèi)部電能耦合至第二耦合電路，使第二耦合電路具有第二外 部電能。裝置端裝置與第二耦合電路形成回路，以接收第二外部電能，并據(jù) 以提供驅(qū)動電能驅(qū)動電子裝置。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合 附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1是繪示依照本發(fā)明實施例的能量傳輸系統(tǒng)的方塊圖。 圖2是繪示圖1的共振器Rs2的結(jié)構(gòu)圖。 圖3A及圖3B是繪示圖1的共振器Rs2的結(jié)構(gòu)圖。主要元件符號說明
10:能量傳輸系統(tǒng) 12:電源端裝置 14、 16:能量傳輸裝置 14a、 16a:耦合電路Rsl、 Rs2、 Rs2':共振器 18:裝置端裝置 20:電子裝置 Edl、 Ed2:端點
具體實施例方式
本實施例的能量傳輸系統(tǒng)應(yīng)用扁平式螺旋管(Flat-wire Solenoid)結(jié)構(gòu)的
共振器。
請參照圖1，其繪示依照本發(fā)明實施例的能量傳輸系統(tǒng)的方塊圖。能量 傳輸系統(tǒng)10用以驅(qū)動電子裝置20。電子裝置20優(yōu)選地為手持式電子裝置。 舉例來說，電子裝置20為移動電話。能量傳輸系統(tǒng)10包括電源端裝置12、 能量傳輸裝置14、 16及裝置端裝置18。
電源端裝置12用以提供外部電能Pexl。舉例來說，電源端裝置12包括 電源供應(yīng)電路12a,其例如為交流電流源，用以根據(jù)直流電源轉(zhuǎn)換得到交流 電能Pac。電源端裝置12更例如包括阻抗匹配電路12b,用以接收交流電能 Pac,并對應(yīng)地提供外部電能Pexl。
能量傳輸裝置14包括耦合電路14a及共振器Rsl。耦合電路14a耦接至 電源端裝置12并與其形成回路，以接收外部電能Pexl。耦合電路14a上的 外部電能Pexl耦合至共振器Rsl,使共振器Rsl具有內(nèi)部電能Pinl。
能量傳輸裝置16包括耦合電路16a及共振器Rs2,其中共振器Rs2具 有一扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)，如圖2所示。具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器Rs2 的導(dǎo)線為帶狀導(dǎo)線。共振器Rsl與Rs2的近場(Non-radiativeField)相互耦合， 使得共振器Rsl與Rs2之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移(Non-radiative Energy Transfer)。如此，使得共振器Rs2具有內(nèi)部電能Pin2。優(yōu)選地，共振器Rs2 與共振器Rsl具有實質(zhì)上相同的共振頻率，使得共振器Rsl與Rs2間的能量 耦合具有較佳的效率。
共振器Rs2上的電能還耦合至耦合電路16a，使得耦合電路16a具有外 部電能Pex2。裝置端裝置18與耦合電路16a形成回路，以接收并提供驅(qū)動 電能Pd驅(qū)動電子裝置20。舉例來說，裝置端裝置18包括阻抗匹配電路18a, 用以接收外部電能Pex2并輸出。裝置端裝置18還包括整流電路18b，用以 對外部電能Pex2進(jìn)行整流，以提供直流的驅(qū)動電能Pd驅(qū)動電子裝置20。本實施例的共振器Rs2具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)線為帶狀導(dǎo)線。相 較于傳統(tǒng)共振器(具有圓形導(dǎo)線螺旋管結(jié)構(gòu))的圓形導(dǎo)線，帶狀導(dǎo)線具有較大 的截面積。如此，在體積相同的條件下，具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器中 各線圈相互感應(yīng)產(chǎn)生的等效電容值高于傳統(tǒng)共振器的等效電容值。再者，根 據(jù)一般共振器通式
可知，共振器的共振頻率f。-隨著共振器的等效電容值L與等效電感值C 的提升而降低。如此可知，在體積相同的條件下，具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的 共振器具有較低的共振頻率。
另外，由于具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器Rsl及Rs2具有較低的共振 頻率f。，電源供應(yīng)電路12a及整流電路18b執(zhí)行的直流電能與交流電能間的 轉(zhuǎn)換操作具有較佳的能量轉(zhuǎn)換效率。
綜合以上可知，本實施例的能量傳輸系統(tǒng)應(yīng)用具有扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的 共振器來進(jìn)行共振器與共振器間的非輻射能量轉(zhuǎn)移。如此，相較于應(yīng)用傳統(tǒng) 共振器的能量傳輸系統(tǒng)，本實施例的能量傳輸系統(tǒng)具有體積較小、共振頻率 較低及能量轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)點。
在本實施例中，雖以共振器Rs2具有如圖2所示的扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的 情形為例作說明，然而，共振器Rs2并不局限于具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)。舉 例來說，共振器Rs2的結(jié)構(gòu)亦可如圖3A及3B所示。在圖3A及3B中，共 振器Rs2'的導(dǎo)線具有端點Edl及Ed2，端點Edl與Ed2皆往扁平式螺旋管結(jié) 構(gòu)的共振器Rs2'的軸心方向折入。
在本實施例中，雖僅以能量傳輸裝置16中的共振器Rs2為具有扁平式 螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的情形為例作說明，然而，本實施例的能量傳輸系統(tǒng)10 并不局限于此。舉例來說，亦可是共振器Rsl為據(jù)以扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共 振器，而共振器Rs2具有傳統(tǒng)的共振器結(jié)構(gòu)，或共振器Rsl與Rs2同為具有 扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器。
模擬結(jié)果
假設(shè)傳統(tǒng)圓形螺旋管共振器的導(dǎo)線截面積的直徑為1.4毫米(Millimeter, mm),本實施例的扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器(其例如具有圖2所示的結(jié)構(gòu)) 的帶狀導(dǎo)線的線寬為3mm，而傳統(tǒng)圓形螺旋管共振器與扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的線圏外徑均為3.5公分(Centimeter, cm)，線圈高度均為2cm。
根據(jù)前述條件進(jìn)行模擬，得到傳統(tǒng)圓形螺旋管共振器的共振頻率為32.8 百萬赫茲(Mega Hertz, MHz),本實施的扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的共振 頻率為20MHz。根據(jù)此模擬結(jié)果可知，在體積相同的情況下，本實施例的 扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器具有共振頻率較低及電源裝置所執(zhí)行的直流與 交流間的能量轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)點。
如果相同的模擬條件(即是帶狀導(dǎo)線的線寬為3mm，線圈外徑為3.5 cm, 線圈高度均為2cm)應(yīng)用在如圖3所述的扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器上，則 模擬得到的共振頻率為15MHz。如此，可將扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的 導(dǎo)線的兩端點向扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的軸心折入，可更進(jìn)一步地降低 扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)的共振器的共振頻率。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定 本發(fā)明。本發(fā)明本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作 各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所界定者 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種能量傳輸系統(tǒng)，用以驅(qū)動一電子裝置，該能量傳輸系統(tǒng)包括一電源端裝置，用以提供一第一外部電能；一第一能量傳輸裝置，包括一第一耦合電路，與該電源端裝置形成回路，以接收該第一外部電能；及一第一共振器，該第一耦合電路上的該第一外部電能耦合至該第一共振器，使該第一共振器具有一第一內(nèi)部電能；一第二能量傳輸裝置，包括一第二共振器，具有一扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)，該第二共振器與該第一共振器具有實質(zhì)上相同的共振頻率，該第一及該第二共振器之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移，使該第二共振器具有一第二內(nèi)部電能；及一第二耦合電路，該第二共振器上的該第二內(nèi)部電能耦合至該第二耦合電路，使該第二耦合電路具有一第二外部電能；以及一裝置端裝置，與該第二耦合電路形成回路，以接收該第二外部電能，并據(jù)以提供一驅(qū)動電能驅(qū)動該電子裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有 一帶狀表面，該帶狀表面的法線與該扁平式螺旋管的軸心延伸線彼此實質(zhì)上 互為平行。
3. 如權(quán)利要求2所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有 一第 一端及一第二端，且該第 一端及該第二端皆往該軸心方向折入。
4. 如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該第一共振器具有一扁平式 螺旋管結(jié)構(gòu)，該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有一帶狀表面，該帶狀表面的法線與 該扁平式螺旋管的軸心延伸線彼此實質(zhì)上互為平行。
5. 如權(quán)利要求4所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有 一第一端及一第二端，且該第一端及該第二端皆往該軸心方向折入。
6. 如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該電源端裝置包括 一電源供應(yīng)電路，用以提供該第一外部電能；及 一阻抗匹配電路，用以接收該電源供應(yīng)電路提供的該第一外部電能，并輸出該第一外部電能至該第一耦合電路。
7. 如權(quán)利要求1所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該裝置端裝置包括 一阻抗匹配電路，用以接收該第二耦合電路提供的該第二外部電能，并輸出該第二外部電能；一整流電路，用以對該第二外部電能進(jìn)行整流，以提供該驅(qū)動電能驅(qū)動 該電子裝置。
8. —種能量傳輸系統(tǒng)，用以驅(qū)動一電子裝置，該能量傳輸系統(tǒng)包括 一電源端裝置，用以提供一第一外部電能； 一第一能量傳輸裝置，包括一第一耦合電路，與該電源端裝置形成回路，以接收該第一外部電能；及一第一共振器，具有一扁平式螺旋管結(jié)構(gòu)，該第一耦合電路上的該 第一外部電能耦合至該第一共振器，使該第一共振器具有一第一內(nèi)部電能； 一第二能量傳輸裝置，包括一第二共振器，與該第一共振器具有實質(zhì)上相同的共振頻率，該第 一及該第二共振器之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移，使該第二共振器具有一第二內(nèi) 部電能；及一第二耦合電路，該第二共振器上的該第二內(nèi)部電能耦合至該第二 耦合電路，使該第二耦合電路具有一第二外部電能；以及一裝置端裝置，與該第二耦合電路形成回路，以接收該第二外部電能， 并據(jù)以提供一驅(qū)動電能驅(qū)動該電子裝置。
9. 如權(quán)利要求8所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有 一帶狀表面，該帶狀表面的法線與該扁平式螺旋管的軸心延伸線彼此實質(zhì)上 互為平4亍。
10. 如權(quán)利要求9所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具 有 一 第 一 端及 一 第二端，且該第 一 端及該第二端皆往該軸心方向折入。
11. 如權(quán)利要求8所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該第二共振器具有一扁平 式螺旋管結(jié)構(gòu)，該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具有一帶狀表面，該帶狀表面的法線 與該扁平式螺旋管的軸心延伸線彼此實質(zhì)上互為平行。
12. 如權(quán)利要求11所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該扁平式螺旋管的導(dǎo)線具 有一第一端及一第二端，且該第一端及該第二端皆往該軸心方向折入。
13. 如權(quán)利要求8所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該電源端裝置包括一電源供應(yīng)電路，用以提供該第一外部電能；及一阻抗匹配電路，用以接收該電源供應(yīng)電路提供的該第一外部電能，并 輸出該第一外部電能至該第一耦合電路。
14.如權(quán)利要求8所述的能量傳輸系統(tǒng)，其中該裝置端裝置包括一阻抗匹配電路，用以接收該第二耦合電路提供的該第二外部電能，并 輸出該第二外部電能；一整流電路，用以對該第二外部電能進(jìn)行整流，以提供該驅(qū)動電能驅(qū)動 該電子裝置。
全文摘要
一種能量傳輸系統(tǒng)，包括電源端裝置、第一、第二能量傳輸裝置及裝置端裝置。第一能量傳輸裝置包括第一耦合電路及第一共振器。第二能量傳輸裝置包括第二耦合電路及第二共振器，第二共振器具有扁平式螺旋管(Flat-wire Solenoid)結(jié)構(gòu)。第一耦合電路接收電源端裝置提供的電能，第一耦合電路上的電能依序地經(jīng)由第一共振器及第二共振器耦合至第二耦合電路。第一及第二共振器之間進(jìn)行非輻射能量轉(zhuǎn)移(Non-radiative Energy Transfer)。裝置端裝置與第二耦合電路形成回路，以接收第二耦合電路上的電能，并據(jù)以提供驅(qū)動電能驅(qū)動電子裝置。
文檔編號H01F38/14GK101645349SQ200810129819
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者林志隆, 陳志榮 申請人:達(dá)方電子股份有限公司