CN102687339A - 具有天线和功率转移线圈的便携式电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式电子设备，包括具有主平面剖面的天线和具有平行于线圈平面的绕组的功率转移线圈，所述线圈平面延伸至所述功率转移线圈的外缘。所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得如果从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交，则所述主平面剖面基本上垂直于所述线圈平面。还提供了用于装配便携式电子设备的关联方法。

Description

具有天线和功率转移线圈的便携式电子设备

技术领域

本发明涉及具有天线和功率转移线圈(power transfer coil)的便携式电子设备。将在无线功率传送的上下文中描述本发明，在该上下文中功率转移线圈起到无线地接收能量的能量接收线圈的作用，以便例如为被包括在便携式电子设备内的电池充电。然而，应当理解的是本发明不局限于该特别用途。

背景技术

便携式电子设备(例如移动电话和上网本计算机)包括用于信号传输和接收的天线以执行无线通信功能。然而，鉴于无线充电技术的发展以及对该技术的日益增长的研究工作，预计很多便携式电子设备(包括移动电话和上网本计算机在内)在不久的将来将被重新设计以嵌入用于无线充电目的的能量接收线圈。

因此，具有电信功能的便携式电子设备将要求用于传送和接收RF信号的天线以及能量接收线圈二者，所述能量接收线圈在无线电池充电系统中也称为次级线圈。通过采用相关的电路，该能量接收线圈有时被称为接收器模块。为了确保无故障运行并满足全行业标准和协议的无线充电要求，将来的便携式设备需要具有各自独立工作但不不利地影响另一方的操作的天线和能量接收线圈。

移动电话内的天线例如可以是金属板的形式。如果该金属板遭受AC磁场(例如在无线充电中将要经历的一种)，则可以在天线中感应涡电流，导致不期望的感应加热以及能量效率的下降。

而且，为了避免充电磁通(charging flux)在便携式电子设备的金属元件中感应涡电流，能量接收线圈或许需要一些形成的电磁(EM)屏蔽。然而，这样的EM屏蔽会降低天线中被传送和接收的信号的强度。

本发明的目的是克服或改善现有技术的缺陷中的至少一个缺陷，或者提供有用的替换选择。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种便携式电子设备，包括：

具有主平面剖面(planar cross-section)的天线；

具有平行于线圈平面的绕组的功率转移线圈，所述线圈平面延伸至所述功率转移线圈的外缘；

所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得如果从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交，则所述主平面剖面基本上垂直于所述线圈平面。

在一个实施方式中，无论从所述线圈平面垂直出来的线是否与所述主平面剖面相交，所述主平面剖面都基本上垂直于所述线圈平面。

在另一实施方式中，没有从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交。

在再一实施方式中，主平面剖面基本上垂直于线圈平面，并且没有从线圈平面垂直出来的线与主平面剖面相交。

优选地，便携式电子设备包括信号屏蔽体(shield)，其中信号屏蔽体在包含线圈平面的投影平面上的正交投影覆盖功率转移线圈在投影平面上的正交投影，线圈平面延伸至信号屏蔽体在投影平面上的正交投影的外缘。还优选地，功率转移线圈和信号屏蔽体形成功率转移模块的一部分。

优选地，便携式电子设备包括外表面，该外表面适于被定位在临近功率转移表面的位置处，其中磁场线可以基本上垂直地通过功率转移线圈到达线圈平面，从而感应功率转移线圈两端的电压。更优选地，功率转移线圈临近并基本上平行于外表面，磁场线基本上从功率转移表面垂直发出。还优选地，功率转移表面基本上是水平的，且外表面适于搁置在功率转移表面的顶部。

优选地，功率转移线圈起到能量接收线圈的作用，并且功率转移表面形成无线充电垫的一部分以通过功率转移线圈为便携式电子设备充电。

优选地，外表面形成便携式电子设备的主外表面的至少一部分。便携式电子设备优选包括具有用户接口的第一表面以及与第一表面相对立的第二表面，第二表面是主外表面。

在另一方面，本发明提供一种用于装配便携式电子设备的方法，该方法包括：

提供具有主平面剖面的天线；

提供具有平行于线圈平面的绕组的功率转移线圈，所述线圈平面延伸至所述功率转移线圈的外缘；

布置所述天线和所述功率转移线圈，使得如果从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交，则所述主平面剖面基本上垂直于所述线圈平面。

在一个实施方式中，天线和功率转移线圈被布置，使得无论从线圈平面垂直出来的线是否与主平面剖面相交，主平面剖面都基本上垂直于线圈平面。

在另一实施方式中，天线和功率转移线圈被布置，使得没有从线圈平面垂直出来的线与主平面剖面相交。

在再一实施方式中，天线和功率转移线圈被布置，使得主平面剖面基本上垂直于线圈平面，并且没有从线圈平面垂直出来的线与主平面剖面相交。

优选地，该方法包括提供信号屏蔽体，其中信号屏蔽体在包含线圈平面的投影平面上的正交投影覆盖功率转移线圈在投影平面上的正交投影，线圈平面延伸至信号屏蔽体在投影平面上的正交投影的外缘。还优选地，功率转移线圈和信号屏蔽体被提供作为功率转移模块的一部分。

优选地，便携式电子设备具有外表面，该外表面适于被定位在临近功率转移表面的位置处，其中磁场线可以基本上垂直地通过功率转移线圈到达线圈平面，从而感应功率转移线圈两端的电压。更优选地，功率转移线圈临近并基本上平行于外表面，磁场线基本上从功率转移表面垂直发出。还优选地，功率转移表面基本上被水平定位，并且外表面适于搁置在功率转移表面的顶部。

优选地，功率转移线圈起到能量接收线圈的作用，并且功率转移表面形成无线充电垫的一部分以通过功率转移线圈为便携式电子设备充电。

优选地，外表面被提供作为便携式电子设备的主外表面的至少一部分。便携式电子设备优选被提供有具有用户接口的第一表面以及与第一表面相对立的第二表面，第二表面是主外表面。

附图说明

下面仅通过示例并参考附图描述根据本发明的最佳实施例的优选实施方式，其中：

图1是与例如本发明实施方式的那些便携式电子设备一起使用的无线电池充电系统的示意图；

图2是图1所示的系统的无线电池充电垫的示意图；

图3是被放置在变化(AC)磁场中的金属板中的感应(或涡)电流的形成的示意图，金属板限定了本发明实施方式中的天线；

图4a和4b是本发明另一实施方式中的天线的示意图；

图5a是也为移动电话形式的、具有不期望的布置的天线和功率转移线圈的便携式电子设备的示意图，；

图5b是沿着图5a所示X-Y线看到的图5a的便携式电子设备的剖面图；

图6a是再次为移动电话形式的、具有不期望的另一布置的天线和功率转移线圈的便携式电子设备的示意图，；

图6b是沿着图6a所示X-Y线看到的图6a的便携式电子设备的剖面图；

图7a是根据本发明实施方式的移动电话形式的便携式电子设备的示意图；

图7b是沿着图7a所示X-Y线看到的图7a的便携式电子设备的剖面图；

图8a是根据本发明另一实施方式的也为移动电话形式的便携式电子设备的示意图；

图8b是沿着图8a所示X-Y线看到的图8a的便携式电子设备的剖面图；

图9a是根据本发明再一实施方式的再次为移动电话形式的便携式电子设备的示意图；

图9b是沿着图9a所示X-Y线看到的图9a的便携式电子设备的剖面图；

图10是本发明实施方式中的功率转移线圈的示意图；

图11是本发明另一实施方式中的功率转移线圈的示意图；

图12是本发明实施方式中的功率转移模块的示意图。

具体实施方式

参考附图，提供了根据本发明的便携式电子设备1。该便携式电子设备包括具有主平面剖面3的天线2以及具有平行于线圈平面6的绕组5的功率转移线圈4，该线圈平面延伸至功率转移线圈的外缘。天线2和功率转移线圈4被布置，使得如果从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交，则主平面剖面3基本上垂直于线圈平面6。

换一种方式，天线2和功率转移线圈4被布置，使得如果线圈平面与主平面剖面3在包含线圈平面6的投影平面8上的正交投影重叠，则主平面剖面3基本上垂直于线圈平面6。

在一些实施方式中，例如在图7a和7b所示的实施方式中，无论从线圈平面6垂直出来的线7是否与主平面剖面3相交，主平面剖面3都基本上垂直于线圈平面6。在其他实施方式中，例如图8a和8b所示的实施方式，没有从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交。

应当理解的是，在再一实施方式中，例如图9a和9b所示的实施方式，主平面剖面3基本上垂直于线圈平面6，并且没有从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交。因此，这些实施方式结合了图7a、7b、8a和8b所示例的实施方式。

换句话说，在图7a和7b所示类型的实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得无论线圈平面是否与主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠，主平面剖面3都基本上垂直于线圈平面6。在图8a和8b所示类型的实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得线圈平面不与主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠。在图9a和9b所示类型的实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得线圈平面不与主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠，并且主平面剖面3基本上垂直于线圈平面6。

便携式电子设备1进一步包括信号屏蔽体9。信号屏蔽体9在包含线圈平面6的投影平面8上的正交投影覆盖功率转移线圈4在投影平面8上的正交投影。在包括这样的信号屏蔽体的情况中，线圈平面6延伸至信号屏蔽体在投影平面8上的正交投影的外缘。

换句话说，信号屏蔽体9具有屏蔽通过功率转移线圈4的任何磁场的位置和范围。如此，信号屏蔽体9可以起到屏蔽便携式电子设备中的其他部件的作用，以最小化那些部件中的涡电流的形成。优选地，功率转移线圈4和信号屏蔽体9形成功率转移模块的一部分。

便携式电子设备1包括外表面11，该外表面11适于被定位在临近功率转移表面12的位置处。当被如此定位时，磁场线13可以基本上垂直地通过功率转移线圈4到达线圈平面6，从而感应功率转移线圈两端的电压。在本实施方式中，功率转移线圈4临近并基本上平行于外表面11，并且磁场线13基本上从功率转移表面12垂直发出。进一步地，功率转移表面12基本上是水平的，并且外表面11适于搁置在功率转移表面12的顶部。

本实施方式的功率转移线圈4起到能量接收线圈的作用，并且功率转移表面12形成无线充电垫14的一部分以通过功率转移线圈为便携式电子设备1充电。因此，功率转移模块10在这些实施方式中起到能量接收模块的作用。应当理解的是，在其他实施方式中，功率转移线圈4还起到像能量传送线圈那样传送能量的作用，所述能量传送线圈4可以形成能量传送模块的一部分，反过来，所述能量传送模块可以包括例如类似于信号屏蔽体9的信号屏蔽体。特别地，能量通过与例如另一功率转移线圈的感应耦合而被无线地转移，即接收或传送。功率转移线圈4还可以起到通过感应耦合来无线通信的作用。

功率转移线圈4和功率转移模块10的形状可以是圆形、矩形或任何多边形形状。图10、11和12示出了一些实施方式。

外表面11形成便携式电子设备1的主外表面15的至少一部分。在一些实施方式中，例如在本实施方式中，便携式电子设备1包括具有用户接口17的第一表面16以及与第一表面相对立的第二表面18，第二表面是主外表面15。因此，便携式电子设备1仍然可以在无线功率转移(例如通过功率转移线圈4充电)期间被使用。

例如，在便携式电子设备1是移动电话形式的情况中，第一表面16是移动电话的前面，第二表面18是移动电话的背面。而且，用户接口17是例如屏幕或键盘，其通常被包括在移动电话中。在另一示例中，便携式电子设备1是便携式计算机的形式(例如上网本计算机)，并且第一表面16是便携式计算机的顶部，第二表面18是便携式计算机的下面。用户接口17可以是例如键盘或触摸板。

所描述的便携式电子设备1的实施方式具有一个天线2和一个功率转移线圈4。其他实施方式可以具有多个天线2和多个功率转移线圈4。优选地，在这些实施方式中，每个天线2如上述那样相对于每个功率转移线圈4进行布置。

本实施方式的天线2是金属板的形式，该金属板具有宽度和长度相对大于金属板的厚度的平面19，最好如图3所示。特别地，主平面剖面3是与平面19平行的平面剖面。其他实施方式的天线2可以具有各种形状。例如，图4示出了椭圆柱形的天线2，其具有沿着纵轴的平面的椭圆横向剖面20。沿着纵轴的圆柱长度相对大于平面的椭圆横向剖面20的主轴。因此，在这种情况下，主平面剖面3是通过椭圆剖面20的主轴的纵向平面剖面。

现在将详细描述本发明的特别实施方式。具体地，便携式电子设备1采用移动电话的形式，其适于由无线充电垫14无线充电。

本实施方式的功率转移线圈4是方形的，具有平行于方形线圈平面6缠绕的绕组5，并限定了方形线圈平面6。信号屏蔽体9被包括并延伸至功率转移线圈4的外缘。在这个实施方式中，功率转移线圈4起到能量接收线圈的作用，以感应地并因而无线地接收来自无线充电垫14的功率。功率转移线圈4和信号屏蔽体9形成功率转移模块10，作为能量接收模块进行操作。在这个实施方式中，功率转移模块10还包括整流器21(例如二极管或同步整流器)以及稳压器22，它们可以嵌入移动电话的电池充电电路中。

无线充电垫14用这样的方式产生AC磁通量，以便磁通线或磁场线垂直地离开功率转移表面12。这可以称为“竖直磁通(vertical flux)”方法。在这个实施方式中，功率转移表面12是平面充电表面的形式。如果金属板(例如天线2)被放置在充电表面12上上，则磁通将竖直地流过金属板，如图12所示。这导致在金属板中的感应(或涡)电流23，这引起感应加热或能量损失，如图3所示。

这是为什么在这个实施方式中，天线2的主平面剖面3不应当被放置在磁场线13的竖直路径上，磁场线13穿过功率转移线圈4。这也是为什么例如电磁(EM)屏蔽体形式的信号屏蔽体9通常需要屏蔽功率转移线圈4。在这个方式中，磁通将不会在便携式电子设备1内的其他金属部件中感应出电流。

如上面讨论的，针对功率转移线圈4的电磁信号屏蔽体9的存在提出了针对天线2的另一个问题，因为信号屏蔽体9的屏蔽材料也会屏蔽从天线2传送或由天线2接收的信号。电磁信号屏蔽体9可以覆盖比功率转移线圈4更大的区域。

因此，如上面讨论的，在本发明的一些实施方式中，天线2和功率转移线圈4被彼此分开放置，使得线圈平面6不与主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠，投影平面8包含线圈平面6。类似地，在具有信号屏蔽体9的实施方式中，天线2和信号屏蔽体9被彼此分开放置，使得信号屏蔽体在投影平面8上的正交投影不与主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠。

在本发明的其他实施方式中，也如上所讨论的，天线2和功率转移线圈4被布置使得主平面剖面3和线圈平面6垂直。在这种方式中，通过功率转移线圈4的线圈平面6垂直产生的竖直AC磁通将不会竖直地流进天线2的主平面剖面3中。因而，最小的涡电流将由天线2中的AC磁通所感应。

还如上讨论的，在本发明的进一步实施方式中，如果主平面剖面3和线圈平面6是垂直的，则天线2和功率转移线圈4可以被放置在移动电话内，其中线圈平面6和主平面剖面3在投影平面8上的正交投影重叠或不重叠，投影平面8包括线圈平面6。当然，应当理解的是，更期望的布置是使主平面剖面3垂直于线圈平面6，而线圈平面6和主平面剖面3在投影平面8上的正交投影不重叠。

天线2和功率转移线圈4的不期望的布置如图5a，5b，6a和6b所示。这些图示出了当主平面剖面3正交投影到投影平面8上时，天线2的主平面剖面3和线圈平面6的完全重叠和部分重叠。在这些图中，天线2和功率转移线圈4基本上平行。然而，如果存在上述的重叠类型，则只要在主平面剖面3没有垂直指向线圈平面6时就会发生相同的问题。

在这些不期望的布置中，电磁信号屏蔽体9可以部分地屏蔽天线2传送和接收信号。用于无线充电的AC磁通也将在天线2中感应出电流。

在另一方面，本发明还提供一种用于装配便携式电子设备的方法。在优选实施方式中，该方法是用于装配上述的便携式电子设备1。更具体地，该方法包括提供具有主平面剖面3的天线2以及提供具有平行于线圈平面6的绕组5的功率转移线圈4，线圈平面延伸至功率转移线圈的外缘。该方法进一步包括布置天线2和功率转移线圈4，使得如果从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交，则主平面剖面3具备上垂直于线圈平面6。

在该方法的一些实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得无论从线圈平面6垂直出来的线7是否与主平面剖面3相交，主平面剖3面都基本上垂直于线圈平面6。在该方法的其他实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得没有从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交。在进一步的实施方式中，天线2和功率转移线圈4被布置，使得主平面剖面3基本上垂直于线圈平面6，并且没有从线圈平面6垂直出来的线7与主平面剖面3相交。

在本实施方式中，该方法还包括提供屏蔽体9。如上所述，信号屏蔽体9在包含线圈平面6的投影平面8上的正交投影覆盖功率转移线圈4在投影平面8上的正交投影，并且线圈平面6延伸至信号屏蔽体9在投影平面8上正交投影的外缘。优选地，功率转移线圈4和信号屏蔽体9被提供作为功率转移模块的一部分。

本实施方式还包括提供具有外表面11的便携式电子设备1，该外表面11适于被定位在临近功率转移表面12的位置处，其中磁场线13可以基本上垂直地通过功率转移线圈4到达线圈平面6，从而感应功率转移线圈两端的电压。这个实施方式包括将功率转移线圈4布置在临近并基本上平行于外表面11的位置处。和上面类似，在本实施方式中，磁场线13基本上从功率转移表面12垂直发出。如上所述，功率转移表面12基本上是水平的，并且外表面11适于搁置在功率转移表面的顶部。而且，功率转移线圈4起到能量接收线圈的作用，并且功率转移表面12形成无线充电垫14的一部分由通过功率转移线圈4为便携式电子设备充电。

在本实施方式中，便携式电子设备的外表面11形成便携式电子设备1的主外表面15的至少一部分。便携式电子设备1还被提供有具有用户接口17的第一表面16以及与第一表面相对立的第二表面18，第二表面是主外表面15。

该方法的其他实施方式包括根据对便携式电子设备1的各种实施方式的前述描述可明显获得的特征。这些特征包括例如提供便携式电子设备1的其他特征和相对于便携式电子设备1的各种特征来布置如上所述的特征。

参考前述描述，应当理解的是，本发明解决了上面所讨论的现有技术的问题和缺陷。

虽然本已经参照具体特定描述了发明，但是本领域技术人员应当理解的是，可以用许多的其他形式来实现本发明。本领域技术人员还应当理解的是，所描述的各种示例的特征可以在其他组合中被结合。

Claims (18)

1.一种便携式电子设备，该便携式电子设备包括：

具有主平面剖面的天线；

具有平行于线圈平面的绕组的功率转移线圈，所述线圈平面延伸至所述功率转移线圈的外缘；

所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得如果从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交，则所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面。

2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中无论从所述线圈平面垂直出来的线是否与所述主平面剖面相交，所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面。

3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中没有从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交。

4.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面，并且没有从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交。

5.根据权利要求1所述的便携式电子设备，该便携式电子设备包括信号屏蔽体，其中所述信号屏蔽体在包含所述线圈平面的投影平面上的正交投影覆盖所述功率转移线圈在所述投影平面上的正交投影，所述线圈平面延伸至所述信号屏蔽体在所述投影平面上的正交投影的外缘。

6.根据权利要求5所述的便携式电子设备，其中所述功率转移线圈和所述信号屏蔽体形成功率转移模块的一部分。

7.根据权利要求1所述的便携式电子设备，该便携式电子设备包括外表面，所述外表面适于被布置在临近功率转移表面的位置处，其中磁场线能够基本上垂直地通过所述功率转移线圈到达所述线圈平面，从而感应出所述功率转移线圈两端的电压。

8.根据权利要求7所述的便携式电子设备，其中所述功率转移线圈临近并基本上平行于所述外表面，所述磁场线基本上从所述功率转移表面垂直发出。

9.根据权利要求7所述的便携式电子设备，其中所述功率转移表面基本上是水平的，并且所述外表面适于搁置在所述功率转移表面的顶部。

10.根据权利要求9所述的便携式电子设备，其中所述功率转移线圈起到能量接收线圈的作用，并且所述功率转移表面形成无线充电垫的一部分以通过所述功率转移线圈为所述便携式电子设备充电。

11.根据权利要求7所述的便携式电子设备，其中所述外表面形成所述便携式电子设备的主外表面的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的便携式电子设备，该便携式电子设备包括具有用户接口的第一表面以及与所述第一表面相对立的第二表面，所述第二表面是所述主外表面。

13.一种用于装配便携式电子设备的方法，该方法包括：

提供具有主平面剖面的天线；

提供具有平行于线圈平面的绕组的功率转移线圈，所述线圈平面延伸至所述功率转移线圈的外缘；

布置所述天线和所述功率转移线圈，使得如果从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交，则所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得无论从所述线圈平面垂直出来的线是否与所述主平面剖面相交，所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得没有从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述天线和所述功率转移线圈被布置，使得所述主平面剖面实质上垂直于所述线圈平面，并且没有从所述线圈平面垂直出来的线与所述主平面剖面相交。

17.根据权利要求13所述的方法，该方法包括提供信号屏蔽体，其中所述信号屏蔽体在包含所述线圈平面的投影平面上的正交投影覆盖所述功率转移线圈在所述投影平面上的正交投影，所述线圈平面延伸至所述信号屏蔽体在所述投影平面上的正交投影的外缘。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述功率转移线圈和所述信号屏蔽体被提供作为功率转移模块的一部分。

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