CN106463815B - 新型探测器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型探测器设备，其被配置为安装至位于具有发送单元的导电性充电结构上或内的待充电装置的接收单元，所述发送单元用于发送RF能量，其中所述探测器设备包括至少两个探测器，所述至少两个探测器被配置为在所述至少两个探测器之间创建封闭的电磁场线，从而使得能够与所述待充电装置相对于所述导电性充电结构的位置和/或姿势无关地，实现所述发送单元和所述接收单元之间的改善了的耦合。安装至所述探测器设备的所述接收单元和所述导电性充电结构的所述发送单元之间的所述改善了的耦合使得能够实现所述接收单元和所述发送单元之间的高RF传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及用于改善通常存在于导电性封闭/半封闭室中并且特别是存在于近场条件下的无线充电系统中的发送单元和接收单元之间的RF耦合的新型探测器设备。
背景技术
无线充电系统和无线充电装置在本领域内是众所周知的。在全部通过引用而包含于此的同一发明人的国际专利公开WO 2013/118116、WO2013/179284和WO 2015/022690中详细描述了这些充电系统和装置的正使用电磁能量来进行充电的一些示例。
用于基于电磁辐射传输来在所有的无线充电系统中进行成功且高效的充电的基本条件是在发送探测器和接收探测器之间、即在无线充电装置的发送单元和待充电装置(以下称为“DUC”)的接收单元之间实现高耦合和高传输效率。
通常在发送探测器和接收探测器的位置和场所固定的稳定不变系统中获得了这些探测器之间的高耦合。然而，在无线充电系统中，由于用户可能在各充电会话中将待充电装置按不同的位置和/或姿势定位于无线充电装置上/内，因此需要允许发送组件和接收组件之间的特定量的移动的灵活性和自由度，从而与可充电装置的位置和姿势无关地维持探测器之间的高传输效率。
在使用单个探测器的情况下，使用接收单元的接地板作为对于接收探测器的RF接地端。然而，该接地端极小，因而任何环境变化均会影响探测器和接地端之间的电磁场线分布，即接收探测器的与其位置和/或姿势的变化有关的灵敏度高。
在封闭/半封闭导电性结构中进行充电的情况下，单个探测器针对其周围的元件的灵敏度进一步提高。在这种方案中，由于在充电系统中接收探测器以特定接地点作为参考，因此充电系统通常被设计为在发送探测器相对于接收探测器的特定位置处获得高耦合并且具有高能量传输效率。在改变DUC在充电区内的位置和/或姿势时，由于接收探测器与其周围的元件(诸如但不限于导电性充电装置和发送探测器的壁部等)的相互作用改变，因此按照设计的无线充电系统的稳定状态被打破。由于接收探测器和RF接地端之间的电磁场线分布正发生改变并且与周围环境中的其它元件相互作用，因此该变化打破了获得发送单元和接收单元之间的高耦合所需的条件，结果这些单元之间的传输效率明显下降。
本发明的目的是提供如下一种新型探测器设备，其中该新型探测器设备被配置为且可用于在待充电装置的位置和姿势根据充电会话而改变的动态充电系统中，通过提高发送单元和接收单元之间的RF耦合的稳定性并且维持这些单元之间的高传输效率，来改善充电装置和待充电装置之间的耦合的稳定性和灵活性。该新型探测器设备可以用在包括封闭/半封闭充电室的无线充电系统的不同环境以及开放近场环境中。
发明内容
这里所公开的主题涉及一种新型探测器设备，其被配置为安装至位于具有发送单元的导电性充电结构上或内的待充电装置的接收单元，所述发送单元用于发送RF能量，其中所述探测器设备包括至少两个探测器，所述至少两个探测器被配置为在所述至少两个探测器之间创建封闭的电磁场线，从而使得能够与所述待充电装置相对于所述导电性充电结构的位置和/或姿势无关地，实现所述发送单元和所述接收单元之间的改善了的耦合。
安装至所述探测器设备的所述接收单元和所述导电性充电结构的所述发送单元之间的所述改善了的耦合使得能够实现所述接收单元和所述发送单元之间的高RF传输效率。
具有发送单元的所述导电性充电结构被配置为将所发送的RF能量局限于充电区，并且所述探测器设备被配置为与以下特征至少之一有关地增加所述充电区的尺寸：(a)所述探测器设备中的探测器的数量；以及(b)整个探测器设备在X-Y-Z轴上的投影的结构和/或定位。
在本发明的一些实施例中，所述至少两个探测器具有相似的结构和/或长度，而在本发明的一些其它实施例中，所述至少两个探测器在结构和/或长度上不同于其它探测器。在本发明的一些其它实施例中，至少一个探测器可以发生分支。
所述至少两个探测器可以在X-Y-Z轴上创建二维或三维结构，以及所述电磁场线被配置在所述至少两个探测器之间和/或周围，以在所述至少两个探测器之间和/或周围创建微环境，其中所述微环境被配置为使作为所述待充电装置的位置和/或姿势的变化的结果而发生的电磁场的变化最小化。
这里所公开的主题还涉及一种无线可充电装置，包括如上所述的新型探测器设备。
本发明还涉及一种无线可充电装置，其至少包括功能上安装至接收单元的探测器设备和接收单元，所述探测器设备包括至少两个探测器，所述至少两个探测器被配置为在所述至少两个探测器之间创建封闭的电磁场，从而使得能够与所述无线可充电装置相对于导电性充电结构的位置和/或姿势无关地，实现发送单元和所述接收单元之间的改善了的耦合。安装至所述探测器设备的所述接收单元和所述导电性充电结构的所述发送单元之间的所述改善了的耦合使得能够实现所述接收单元和所述发送单元之间的高RF传输效率。
具有发送单元的所述导电性充电结构被配置为将所发送的RF能量局限于充电区，并且所述探测器设备被配置为与以下特征至少之一有关地增加所述充电区的尺寸：(a)所述探测器设备中的探测器的数量；以及(b)整个探测器设备在X-Y-Z轴上的投影的结构和/或定位。在一些实施例中，所述至少两个探测器具有相似的结构和/或长度，而在其它实施例中，所述至少两个探测器在结构和/或长度上不同于其它探测器。在一些实施例中，至少一个探测器可以发生分支。在本发明的其它实施例中，所述至少两个探测器可以在X-Y-Z轴上创建二维或三维结构，以及电磁场线被配置在所述至少两个探测器之间和/或周围，以在所述至少两个探测器周围创建微环境，其中所述微环境被配置为使作为所述待充电装置的位置和/或姿势的变化的结果而发生的电磁场的变化最小化。
无线可充电装置的探测器设备优选安装至接收单元，并且被配置为以所创建的充电区的尺寸增大的方式使所述接收单元稳定，使得与所述无线可充电装置的位置和/或姿势无关地维持所述无线可充电装置的高效充电。另外和/或可选地，安装至所述接收单元的所述探测器设备被配置为使导电性充电装置所创建的和/或从周围环境反射来的电磁影响最小化，以获得向所述无线可充电装置的所述接收单元的高RF能量传输效率。
附图说明
以下参考本公开的附图来说明例示本公开的实施例的示例。在附图中，在一个以上的附图中出现的相同结构、元件或部分在这些结构、元件或部分出现的所有附图中通常标记有相同的附图标记。附图所示的组件和特征的尺寸通常是为了呈现方便和清楚而选择的，并且未必是按比例示出的。所呈现的附图中的许多附图采用示意例示的形式，如此，为了例示清楚，某些元件可以是以大大简化的方式而不是按比例的方式绘制的。这些附图并不意图作为生产图纸。
以下列出附图。
图1是被配置为且可用于使得能够实现无线充电系统的接收单元和发送单元与两个探测器间的紧密电磁场线分布之间的改善了的耦合范围和稳定性的新型探测器设备的示例的示意例示。
图2是用于改善无线充电系统的接收单元和发送单元与两个探测器间的紧密电磁场线分布之间的耦合范围和稳定性的新型探测器设备的另一示例的示意例示。
图3是用于改善无线充电系统的接收单元和发送单元之间的耦合范围和稳定性的新型探测器设备的又一示例的示意例示，其中包括接收天线的待充电装置是助听装置。
具体实施方式
在以下说明中，描述被配置为且可用于使得能够实现无线充电系统的接收单元和发送单元之间的改善了的耦合的新型探测器设备的各方面。为了解释的目的，陈述具体结构和细节，以提供针对该配置的全面理解。
尽管可以在单个实施例的上下文中描述本公开的各种特征，但还可以单独地或者按任何适当组合提供这些特征。相反，尽管这里为了清楚而在单独实施例的上下文中描述本公开，但还可以在单个实施例中实现本公开。此外，应当理解，可以以各种方式执行或实践本公开，并且可以在除这里以下所述的典型实施例以外的实施例中实现本公开。说明书和权利要求书中所呈现的描述、示例和材料不应被构造为限制性的，而应被构造为例示性的。
还可以使用用于表示相对方向或位置的术语，诸如“右”和“左”、“上”和“下”、“顶部”和“底部”、“水平”和“垂直”以及“更高”和“更低”等，但不限于此。
根据本发明的实施例，这里所提供的新型探测器设备包括至少两个探测器，其中这两个探测器被配置为通过提高发送探测器和接收探测器之间的RF耦合的稳定性并且使针对这些探测器之间的耦合所产生的周围环境影响最小化，来改善耦合效应的灵活性并且使得能够实现无线充电装置的发送探测器和DUC的接收探测器之间的RF能量的高传输效率。
充电系统的稳定性的提高以及针对由于DUC在充电区内的不同定位所引起的电磁场的变化的灵活性的提高主要是通过以下操作所获得的：向接收单元添加至少一个附加接收探测器，以向第一探测器的附近提供恒定影响，从而使周围环境中的其它元件对第一探测器产生的可能会打破充电系统的稳定状态的影响最小化，减少发送单元和接收单元之间的耦合，并且导致这些单元之间的能量传输效率下降。
在使用单个探测器的情况下，发送探测器和DUC之间的位置和/或姿势的任何变化、以及来自周围环境(近场条件下)和/或来自导电性充电装置的壁部(封闭或半封闭室)的电磁影响会影响发送单元和接收单元之间的相对不稳定的耦合，如此由于为了获得探测器之间的高耦合以及发送探测器和接收探测器之间的RF能量的高传输效率所确定的主要条件被打破，因此导致DUC的充电变差且不稳定。
根据这里提供的新型探测器设备，尽管由于周围环境影响而在充电区中发生的电磁变化，但接收探测器的基准点保持稳定。这是多亏以下而实现的：以由于探测器设备的至少两个探测器之间电磁场的线现在正靠近、因而在探测器设备之间和/或周围创建稳定的“微环境”的方式，向接收探测器添加至少另一探测器。因而，使由于接收探测器与发送探测器的相互作用的变化和/或导电性充电装置的壁部的影响因而可能引起接收探测器周围的电磁场的变化的、具有新型探测器的DCU的位置和/或姿势的任何变化最小化，这是因为这些变化还影响附加探测器，并且由于针对这两个探测器的影响是相互的，因此尽管发生了变化，但维持了接收探测器之间的电磁场的线。因而，由于向第一探测器添加至少另一探测器对第一探测器产生了恒定影响，因此针对接收探测器的外部影响现在正被最小化，因而附加至新型探测器设备的接收单元的稳定性增加。
因而，本发明的新型探测器设备的目的是与DUC在充电装置上或内的位置和姿势无关地、提高接收单元的稳定性，并且使得能够实现发送探测器和接收探测器设备之间的RF能量的高传输效率。
另外，利用本发明的新型探测器设备，相对于在按相同参数使用单个探测器的情况下所实现的效率的整流单元的效率也增加。因此，新型探测器设备使得能够实现动态灵活充电条件下的改善的无线充电处理。
新型探测器设备可以用在包括封闭导电性充电室、部分封闭导电性充电室的不同无线充电环境以及开放近场环境中。
现在参考附图。
图1和2是根据本发明的变形的、被配置为且可用于使得能够实现无线充电系统中的DUC的接收单元和无线充电装置的发送单元之间的改善了的耦合的新型探测器设备的两个示例的示意例示。除改善了的耦合外，这里提供的新型探测器设备还被配置为且可用于与现有技术的探测器相比，提供与接收单元相对于发送单元的定位有关的提高了的灵活性，其中在现有技术的探测器中，仅针对发送单元的以接收单元为基准的位置的限制关系才可以获得改善耦合，并且这些单元其中之一的任何移动均会影响这些单元之间的耦合并且使这些单元之间的RF能量的传输效率下降。新型探测器设备的目的是克服该问题。
在图1中，新型探测器设备包括至少两个探测器102和104，其中第一探测器102被配置为连接至接收单元109的正(+)输入103。探测器设备中的另一探测器104被配置为连接至接收单元109的负(-)输入105。
如图所示，紧密的电磁场线140分布在两个探测器102和104周围及其之间，因而在接收探测器设备周围创建稳定的微环境，其中该稳定的微环境使由于DUC相对于发送探测器的位置的变化因而可能发生的电磁场的变化的影响最小化，其中DUC相对于发送探测器的位置的变化在单个探测器结构中将会打破充电系统的稳定状态，并且减少或者甚至避免发送探测器和接收探测器之间的耦合。所创建的“微环境”还使由于DUC的位置的变化因而可能发生的诸如以下等的附加影响最小化：由于DUC紧邻无线充电装置的导电性壁部或者近场条件下的周围环境而产生的电磁场的干扰、以及由于DUC相对于发送探测器的位置的变化而可能发生的影响。
在本发明的一些实施例中，新型探测器设备可以包括三个以上的探测器(未示出)。在这些实施例中，接收单元中所包括的多个并行电路可以以探测器设备的同一负(-)或正(+)探测器作为参考。
探测器的具体结构的至少以下参数可以改变：两个探测器的结构、这两个探测器的长度、这两个探测器之间的角度、以及根据待充电装置(DUC)可利用的空间的这两个探测器中的每一个探测器向接收单元的连接。
在图2中示出新型探测器设备的另一结构，其中：探测器202连接至DUC的接收单元209的正(+)输入203，而探测器204连接至接收单元209的负(-)输入205。电磁场240的线如图所示配置在这些探测器之间，并且提高了接收单元针对由于DUC相对于充电装置的发送单元的位置和/或姿势的变化而可能发生的电磁场的变化的稳定性。
在本发明的一些实施例中，所提供的新型探测器设备可以包括两个相同的探测器。在本发明的一些其它实施例中，如以下参考图3所示，新型探测器设备可以包括不同的接收探测器。
图3A～3C是被配置为改善无线充电系统的接收单元和发送单元之间的耦合的新型探测器设备300的又一示例的示意立体图、正视图和顶视图。探测器装置300适用于助听器。在该示例中，探测器装置300包括：第一探测器302，其连接至正(+)输入303；以及第二探测器304，其连接至负(-)输入305。将第一探测器302和第二探测器304印制在除这两者以外还包括接收单元309的柔性PCB 310上。柔性PCB 309还用作针对第一探测器和第二探测器的支撑结构，其中第一探测器和第二探测器在该特定示例中具有Z-Y-Z轴上的各种尺寸并且还发生分支。柔性电子器件的使用是使得能够通过将电子装置安装在柔性塑料基板上来组装电子电路的新技术，其中这些柔性塑料基板诸如但不限于聚酰亚胺、PEEK或透明导电聚酯(http://en.wikipedia.org/wiki/Flexible_electronics)等。
应当显而易见，本说明书中所述的针对实施例和附图的说明仅是为了更好地理解本发明，而不是限制本发明的范围。还应当显而易见，本领域技术人员在阅读本说明书之后，可以对附图和上述实施例进行本发明仍将涵盖的调整或修改。
Claims (21)
1.一种探测器设备，其被配置为安装至位于具有发送单元的近场环境内或者封闭或半封闭导电性充电结构上或内的待充电装置的接收单元，所述发送单元用于发送RF能量，其中所述探测器设备包括至少两个探测器，所述至少两个探测器被配置为在所述至少两个探测器之间创建封闭的电磁场线，从而使得能够与所述待充电装置相对于所述导电性充电结构或所述近场环境的位置和/或姿势无关地，实现所述发送单元和所述接收单元之间的高耦合，其中所述至少两个探测器被设置为在X-Y-Z轴上创建二维或三维结构，以及其中，所述电磁场线被配置在所述至少两个探测器之间，所述封闭的电磁场线在所述至少两个探测器之间创建微环境，以使作为所述待充电装置的位置和/或姿势的变化的结果而发生的电磁场的变化最小化。
2.根据权利要求1所述的探测器设备，其中，安装至所述探测器设备的所述接收单元和所述导电性充电结构或所述近场环境的所述发送单元之间的所述高耦合使得能够通过提高所述探测器之间的RF耦合的稳定性和使针对所述探测器之间的该耦合的周围环境影响最小化来实现所述接收单元和所述发送单元之间的高RF传输效率。
3.根据权利要求1或2所述的探测器设备，其中，具有发送单元的近场环境或所述导电性充电结构被配置为将所发送的RF能量局限于充电区，并且所述探测器设备被配置为与以下特征至少之一有关地增加所述充电区的尺寸：(a)所述探测器设备中的探测器的数量；以及(b)整个探测器设备在X-Y-Z轴上的投影的结构和/或定位。
4.根据权利要求1或2所述的探测器设备，其中，所述至少两个探测器具有相同的结构和/或长度。
5.根据权利要求1或2所述的探测器设备，其中，所述至少两个探测器在结构和/或长度上不同于其它探测器。
6.根据权利要求1或2所述的探测器设备，其中，至少一个探测器发生分支。
7.一种无线可充电装置，其包括根据权利要求1-6中任一项所述的探测器设备。
8.根据权利要求7所述的无线可充电装置，其中，具有发送单元的近场环境或所述导电性充电结构被配置为将所发送的RF能量局限于充电区，并且所述探测器设备被配置为与以下特征至少之一有关地增加所述充电区的尺寸：(a)所述探测器设备中的探测器的数量；以及(b)整个探测器设备在X-Y-Z轴上的投影的结构和/或定位。
9.根据权利要求7或8所述的无线可充电装置，其中，所述至少两个探测器具有以下特征中的至少一个：(a)所述至少两个探测器具有相同的结构和/或长度；(b)所述至少两个探测器在结构和/或长度上不同于其它探测器；(c)所述至少两个探测器中的至少一个探测器发生分支。
10.根据权利要求7或8所述的无线可充电装置，其中，安装至所述接收单元的所述探测器设备被配置为通过增大所创建的充电区的尺寸来使所述接收单元稳定，使得与所述无线可充电装置的位置和/或姿势无关地维持所述无线可充电装置的高效充电。
11.根据权利要求7或8所述的无线可充电装置，其中，安装至所述接收单元的所述探测器设备的所述至少两个探测器所创建的所述封闭的电磁场线被配置为使导电性充电结构所创建的和/或从所述近场环境反射来的电磁影响最小化，以获得向所述无线可充电装置的所述接收单元的高RF能量传输效率。
12.根据权利要求7或8所述的无线可充电装置，其中包括所述接收单元的所述无线可充电装置是助听装置。
13.根据权利要求12所述的无线可充电装置，其中，所述探测器设备包括两个探测器，所述两个探测器中的第一探测器连接至所述接收单元的正输入，并且所述两个探测器中的第二探测器连接至所述接收单元的负输入，所述第一探测器和所述第二探测器印制在还包括所述接收单元的柔性PCB上，所述第一探测器和所述第二探测器发生分支并且具有X-Y-Z轴上的各种尺寸。
14.一种无线可充电装置，其被配置为通过封闭或半封闭导电性充电结构或者在近场环境中被充电，所述无线可充电装置包括接收单元和至少一个功能上安装至所述接收单元的根据权利要求1-6中任一项所述的探测器设备，所述探测器设备包括至少两个探测器，所述至少两个探测器被配置为在所述至少两个探测器之间创建封闭的电磁场线，从而使得能够与所述无线可充电装置相对于所述导电性充电结构或近场环境的位置和/或姿势无关地，实现所述接收单元和所述导电性充电结构或近场环境的所述发送单元之间的高耦合，
其中，安装至所述探测器设备的所述接收单元和近场环境或所述导电性充电结构的所述发送单元之间的所述高耦合使得能够实现所述接收单元和所述发送单元之间的高RF传输效率。
15.根据权利要求14所述的无线可充电装置，其中，具有发送单元的近场环境或所述导电性充电结构被配置为将所发送的RF能量局限于充电区，并且所述探测器设备被配置为与以下特征至少之一有关地增加所述充电区的尺寸：(a)所述探测器设备中的探测器的数量；以及(b)整个探测器设备在X-Y-Z轴上的投影的结构和/或定位。
16.根据权利要求14或15所述的无线可充电装置，其中，所述至少两个探测器具有以下特征中的至少一个：(a)所述至少两个探测器具有相同的结构和/或长度；(b)所述至少两个探测器在结构和/或长度上不同于其它探测器；(c)所述至少两个探测器中的至少一个探测器发生分支。
17.根据权利要求14或15所述的无线可充电装置，其中，安装至所述接收单元的所述探测器设备被配置为通过增大所创建的充电区的尺寸来使所述接收单元稳定，使得与所述无线可充电装置的位置和/或姿势无关地维持所述无线可充电装置的高效充电。
18.根据权利要求14或15所述的无线可充电装置，其中，安装至所述接收单元的所述探测器设备的所述至少两个探测器所创建的所述封闭的电磁场线被配置为使导电性充电结构所创建的和/或从所述近场环境反射来的电磁影响最小化，以获得向所述无线可充电装置的所述接收单元的高RF能量传输效率。
19.根据权利要求14或15所述的无线可充电装置，其中包括所述接收单元的所述无线可充电装置是助听装置。
20.根据权利要求19所述的无线可充电装置，其中，所述探测器设备包括两个探测器，所述两个探测器中的第一探测器连接至所述接收单元的正输入，并且所述两个探测器中的第二探测器连接至所述接收单元的负输入，所述第一探测器和所述第二探测器印制在还包括所述接收单元的柔性PCB上，所述第一探测器和所述第二探测器发生分支并且具有X-Y-Z轴上的各种尺寸。
21.一种充电系统，其用于近场环境或用于封闭或半封闭导电性充电室，所述充电系统包括具有发送单元的近场环境或导电性充电结构以及根据权利要求7至20中任一项所述的无线可充电装置，所述发送单元用于发送RF能量，所述无线可充电装置被配置为相对于所述导电性充电结构或者近场环境而位于所述导电性充电结构上或内或者近场环境中。
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