CN106797144B - 无线功率发射/接收设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种无线功率发射/接收的设备、系统和方法。在一个无线功率发射/接收设备中，能够产生磁场的平面谐振器具有安装在其上的一个或多个铁氧体构件，使得由所述平面谐振器产生的磁场具有与铁氧体的开口/面(即与平面谐振器的平面)基本上倾斜或平行的总方向。在无线功率接收设备中，当通过外部磁场使平面谐振器谐振时，所述平面谐振器产生磁场和感应电流；在无线功率发射设备中，当向所述平面谐振器供电时，所述平面谐振器产生磁场。

Description

无线功率发射/接收设备
技术领域
本公开总体上涉及功率发射/接收系统，并且更具体地涉及无线功率发射和接收设备。
背景技术
由于信息通信技术的进步，个人用户在日常生活中利用多种类型的电子设备。例如，个人用户可以拥有移动通信终端、平板PC、电子调度器和便携多媒体播放器，个人用户可以根据预期的目的和/或环境选择并且使用其中的一个或多个。电子设备通常经由电线供电，并且电子设备也可以具有嵌入在其中的电池组，使得在没有经由引线供电时所述便携电子设备可以在给定的时间段内被使用。
然而，通常要求对这种电池组进行周期性充电和/或替换。因此，许多便携电子设备配置有充电设备和/或合适的充电线缆。由于许多个人用户可以拥有多于一个便携设备，所述个人用户可能具有多个充电设备和/或充电线缆，所述用户所拥有的每一个便携电子设备一个充电设备和/或充电线。因为个人用户所拥有的便携电子设备的数目增加，所述用户拥有相应的充电配件的数目的负担也增加。另外，用户携带更多数目的充电配件也是不便的。
期待通过无线功率发射/接收的使用来减轻用户的负担或不便，这是因为可以使用单个无线充电设备对多种不同的电子设备进行充电。然而，为了使能通过无线功率发射/接收来充电，需要确保稳定的功率发射/接收性能。例如，应该充分地使能远距离的无线功率发射/接收，并且应该在预定的距离内确保足够的功率发射/接收效率。
发明内容
技术问题
然而在无线功率发射/接收设备中，无线功率发射/接收效率可以依赖于发射侧(初级)谐振器与一个或多个接收侧(次级)谐振器之间的相对对准而极大地改变。例如，当初级谐振器形成的磁场(H场)分布和次级谐振器形成的磁场分布平行时，所述无线功率发射/接收在预定的距离范围内是相当有效率的。然而，当初级谐振器形成的磁场分布和次级谐振器形成的磁场分布彼此垂直时，无线功率发射/接收效率即使在足够接近的距离内也会急剧退化。
技术解决方案
本公开至少解决上述问题并至少提供下述优点。根据本公开的一个方面，提出了一种无线功率发射/接收系统，所述无线功率发射/接收系统能够使用在发射侧设备中的初级谐振器和接收侧设备中(或者多个接收侧设备的每一个中)的次级谐振器之间的电磁场耦合，按照无线方式来发射/接收功率。
根据本公开的另一个方面，提出了一种无线功率发射/接收系统，当所述初级和次级谐振器定位于预定距离内时，所述无线功率发射/接收系统能够稳定地确保功率发射/接收效率。
根据本公开的一个方面，提出了一种无线功率接收设备，包括平面谐振器，所述平面谐振器具有开口/面，并且当通过外部磁场使所述平面谐振器谐振时，所述平面谐振器能够产生磁场和感应电流；以及一个或多个铁氧体构件，安装在所述平面谐振器上，使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口/面基本上倾斜或平行的总方向。
根据本公开的另一个方面，提出了一种无线功率发射设备，包括平面谐振器，所述平面谐振器具有开口/面，并且当向所述平面谐振器供电时所述平面谐振器能够产生磁场；以及一个或多个铁氧体构件，安装在所述平面谐振器上，使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口/面基本上倾斜或平行的总方向。
有益效果
根据各种实施例，考虑到例如设计和制造用作发射单元的充电托架和用作接收单元的电子设备时的托架方向，可以将铁氧体构件适当地布置在平面谐振器中，可以确保良好的无线功率发射/接收效率。例如，即使将接收单元沿任意方向搁置，通过初级谐振器产生的沿与充电托架的上表面垂直和/或水平的方向的磁场来使接收单元中设置的次级平面谐振器谐振。
附图说明
根据结合附图给出的以下具体实施方式，将更清楚本公开的上述和其他方面、特征和优点，在附图中：
图1是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的图；
图2是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的接收设备的一部分的视图；
图3是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统中的图2的接收谐振器模块23形成的磁场(H场)分布的视图；
图4是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的图；
图5是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的接收设备的一部分的视图；
图6是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统中的图5的接收谐振器模块43形成的磁场分布的视图；
图7是示出了传统的无线功率发射/接收系统的图；
图8是示出了图7中的传统无线功率发射/接收系统的接收单元73形成的磁场分布的视图；
图9是表示图1、图4和图7中的无线功率发射/接收系统的测量功率发射/接收效率的图形；
图10至图12是示出了根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收设备中的平面谐振器的配置的视图；
图13是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的示例的视图；
图14是示出了实现根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的接收单元的图13中的便携电子设备的视图；
图15是根据本公开实施例的图14的电路板131上安装的次级平面谐振器的结构示例的视图；
图16是示出了实现根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的接收单元的另一便携电子设备的视图；以及
图17是示出了根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收系统的无线功率发射充电托架的截面图。
具体实施方式
因为本公开允许各种变化和多种实施例，将参考附图详细地描述一些示例/实施例。然而，应当理解的是本公开并不限于具体的示例/实施例，而是包括在本公开的精神和范围内的如本领域普通技术人员可以理解的所有可能修改、等同物和/或替换物。
尽管诸如“第一”和“第二”之类的序数术语可以用于描述各种元件，但是所述术语只是用于将一个元件与另一个元件相区分，并且这些元件本身不会受到这些术语的限制。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包括所列项目的任意和所有组合。
另外，相对于附图中的朝向描述的诸如“前表面”、“后表面”、“顶面”、“底面”之类的相对术语可以用于诸如第一和第二之类的序数代替。
本申请中所用许多术语仅用于描述的目的，而不是意在限制本公开。例如，除非上下文另行明确指示，否则本文中使用词语的单数形式也意在包括复数形式。在描述中，应该理解的是术语“包括”或者“具有”表示至少一个其他可能的特征、数字、步骤、操作、结构元件、部分或者其组合的存在，并且不应该解释为排除任意这样的可能性。
除非上下文另行明确定义，否则本文所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。除非在本说明书中明确定义，否则将这些术语解释为具有与本领域普通技术人员使用的上下文意思在范围和种类上相同的含义，并且不应该解释为具有理想或多度形式的含义。
在本公开中，电子设备可以是任意电子设备，例如终端、便携终端、移动终端、通信终端、便携通信终端、便携移动终端、显示设备等。作为其他示例，电子设备可以是智能电话、便携电话、游戏机、TV、显示单元、车用平视显示单元、笔记本计算机、膝上型计算机、平板个人计算机(PC)、个人媒体播放器(PMP)、个人数字助理(PDA)等。电子设备可以实现为具有无线通信功能和口袋大小的便携通信终端。此外，电子设备可以是柔性设备或柔性显示设备。
电子设备可以通过网络等与诸如服务器等外部电子设备通信，或者通过与外部电子设备的相互配合来执行操作。例如，电子设备可以通过网络向服务器发送由摄像机拍摄的图像和/或由传感器单元检测到的位置信息。网络可以是移动或蜂窝通信网络、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、广域网(WAN)、互联网、小型区域网络(SAN)等，但不限于此。
根据本公开的各种实施例，无线功率发射/接收系统包括具有初级(发射)平面谐振器的无线功率发射设备和每一个均具有次级(接收)平面谐振器的一个或多个无线功率接收设备。初级和次级平面谐振器形成了电磁场耦合，其中沿与次级平面谐振器的平面倾斜或平行的总方向产生磁场。铁氧体构件可以用于使得所产生的磁场相对于次级平面谐振器的平面倾斜或平行。
例如，当将接收侧电子设备(例如，移动通信终端)搁置或安装在根据本公开各种实施例的发射侧设备(例如，充电托架)上时，由发射侧平面谐振器和接收侧平面谐振器产生的磁场分布具有与接收侧平面谐振器的平面基本上倾斜或平行的总方向。因此，布置根据本公开的接收侧(或发射侧)平面谐振器时，可以考虑接收和发射电子设备的相对方向/朝向来安装铁氧体构件，并且可以确保稳定的无线功率发射/接收效率。
在一个实施例中，至少一个铁氧体构件安装在所述平面谐振器的一侧上，并且至少一个其他铁氧体构件安装在所述平面谐振器的另一侧上，并且所述至少一个铁氧体构件和所述至少另一个铁氧体构件相对于彼此交错排列在所述平面谐振器上。
在另一个实施例中，第一铁氧体构件设置为与所述平面谐振器的一侧的一端相邻，第二铁氧体构件设置为与所述平面谐振器的一侧的对端相邻，并且第三铁氧体构件设置在所述平面谐振器的对侧的中心区域上。
在再一个实施例中，所述平面谐振器包括环形天线和LC谐振电路中的至少一个。
在又一个实施例中，所述平面谐振器是彼此串联或并联布置的多个平面谐振器之一。
在描述根据各种实施例的无线功率发射/接收系统时，在附图中，与前述实施例的组件相同的类似组件用相同的参考数字来表示，并且可以省略其详细描述。
图1是示出了根据本公开各种实施例之一的无线功率发射/接收系统的图。图2是示出了根据本公开各种实施例之一的无线功率发射/接收系统的接收设备的一部分的视图。图3是示出了根据本公开各种实施例之一的无线功率发射/接收系统中的图2的接收谐振器模块23形成的磁场(H场)分布的图。
参考图1和图2，根据本公开的各种实施例之一，通过将铁氧体构件布置于无线功率发射设备/单元11以及一个或多个无线功率接收设备/单元21的平面谐振器之一上，无线功率发射/接收系统10形成相对于平面谐振器的开口面倾斜的磁场。图1和图2提供了其中将铁氧体构件安装于接收单元侧的平面谐振器上的配置示例。
通常，平面谐振器形成沿相对于平面谐振器的开口面的垂直方向分布的磁场。当无线功率发射/接收系统中的发射单元和接收单元配置为平面谐振器时，可以通过将发射侧平面谐振器(即初级平面谐振器)和接收侧平面谐振器(即次级平面谐振器)布置为彼此面对(即，使得相应平面谐振器的平面平行)来确保效率。然而，这依赖于设置了次级平面谐振器的接收单元(例如便携电子设备)的设计和形状。例如，可以相对于初级平面谐振器垂直地设置次级平面谐振器(如图1中的情况)。在这种情况下，无线功率发射/接收效率可能会急剧退化。
无线功率发射单元11包括初级平面谐振器13以无线地发射功率，并且例如可以形成为充电托架。依赖于发射单元11的尺寸、初级平面谐振器13的尺寸和适用于接收从发射单元11发射的功率的接收单元(例如电子设备)21的尺寸，发射单元11可以同时将功率无线地发射至多个接收单元21。初级平面谐振器13可以通过环形天线结构或LC谐振电路来实现，并且可以包括用于阻抗匹配的集总元件(例如电阻元件、电感元件和/或电容元件)。发射/初级平面谐振器13形成的磁场分布(Ht)可以在接近边缘时沿向外倾斜的方向形成，而由中心部分形成的磁场分布(Ht)可以沿相对于开口面基本上垂直的方向形成。
接收设备/单元21包括次级谐振模块23，以便接收从发射单元11发射的功率，并且可以实现为例如配备有可充电电池组的各种便携电子设备中的任一个。接收设备/单元21可以是例如移动通信终端、平板PC、可佩戴电子设备或者电子调度器。此外，可以将配备有可充电电池组的另一个电子设备实现为根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收设备的接收单元。在图1中，将接收设备/单元21设置为使得在接收设备/单元的次级谐振器模块23内的次级平面谐振器23a(图2中所示)沿相对于初级平面谐振器13的垂直方向设置。
次级平面谐振器可以通过环形天线或LC谐振电路来实现，并且可以包括用于阻抗匹配的集总元件(例如电阻元件、电感元件和/或电容元件)。依赖于实施例，只要次级平面谐振器能够根据本公开的精神和范围与初级平面谐振器形成电磁场耦合，可以使用任意类型的天线或谐振电路来实现次级平面谐振器。在图2所示的实施例中，具有高导磁率的构件，具体地铁氧体构件布置在次级平面谐振器23a的相对表面上以形成一个谐振器模块23。在图2所示的布置中，一个铁氧体构件23b附着至次级平面谐振器23a的一个边/面，并且另一个铁氧体构件附着至次级平面谐振器23a的另一个边/面。在图2所示的示例中，附着至次级平面谐振器23a的相对侧的铁氧体构件23b相对于彼此交错排列。通过按照这种方式布置铁氧体构件23b，次级谐振器模块23形成的总磁场分布(Hr)相对于次级平面谐振器23a的开口面23c倾斜。尽管图2中的铁氧体构件23b具有基本上相等的尺寸和形状，并且相对于次级平面谐振器23a的相对表面交错排列地附着，但是考虑到例如接收设备/单元21的外观/结构/用途等和发射设备/单元11提供的搁置/充电位置/朝向，可以改变铁氧体构件的形状、尺寸、附着点、相对位置和数目。
图3是示出了根据本公开各种实施例之一的无线功率发射/接收系统中的接收谐振器模块形成的磁场(H场)分布的视图。
可以看出，次级平面谐振器23a形成的磁场基本上由铁氧体构件23b沿从图3的左下到右上的方向分布，并且沿图3的从右下到左上的方向相对较弱地分布。因此在图3中，次级平面谐振器23a具有相对于次级平面谐振器的开口/面23c倾斜的磁场分布，即从左下指向右上的磁场分布，使得磁场分布可以具有相对于开口面23c的水平矢量分量和相对于开口面23c的垂直矢量分量。因此，只要将接收设备/单元21设置地足够靠近用于充电的发射单元11，即使由于接收设备/单元21和发射设备/单元11的相对位置/朝向而将次级平面谐振器23a相对于初级平面谐振器13垂直地设置，也可以确保足够的无线功率发射/接收效率。
图4是示出了根据本公开各种实施例中的另一个的无线功率发射/接收系统的图。图5是示出了根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收设备的接收设备的一部分的视图。图6是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统中的图5的接收谐振器模块43形成的磁场分布的视图。
在图5和图6中，两个铁氧体构件43b设置在次级平面谐振器43a(其本身设置在图4的接收单元21之一内)的一侧的相对边缘上，并且另一个铁氧体构件43b设置在次级平面谐振器43a的另一侧的中心部分上。因此，接收侧谐振器模块43配置有设置在次级平面谐振器43a的相对侧上的三个铁氧体构件43b。如图6的平面图中所示，铁氧体构件43b相对于彼此交错排列并且部分地重叠。如上所述，依赖于根据本公开的具体实施例，可以考虑例如使用次级平面谐振器形成的所期望磁场分布和方向来改变铁氧体构件的尺寸、形状、附着点、相对位置和数目。
图6是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收设备中图5的接收谐振器模块43形成的磁场分布的图。
参考图6，次级平面谐振器43a形成的磁场分布可以具有相对于开口面43c的垂直矢量分量(例如沿z方向的矢量分量)和水平矢量分量(例如，沿Y方向的矢量分量)。如图6所示，沿+z轴方向的磁场分布形成于开口面43c的一端(图6的左侧)，而沿-z轴方向的磁场分布形成于另一端(图6的右侧)，使得磁场方向之和可以接近“0”。因此，次级平面谐振器43c形成的磁场分布沿与开口面43c基本上平行的方向(如图6的顶部部分中看到的)。如上所述的次级平面谐振器43a，例如形成与开口面43c平行的磁场分布的平面谐振器可以配备有接收单元21(例如，电子设备)。当将接收单元21搁置在发射单元(例如发射单元11)上时，次级平面谐振器42a可以沿相对于初级平面谐振器13基本上垂直的方向设置。
图7是示出了传统的无线功率发射/接收系统的图。图8是示出了无线功率发射/接收设备的接收单元73形成的磁场分布的视图。
如图7和图8所示，传统无线功率发射/接收设备70的初级平面谐振器形成了磁场分布Ht，并且次级平面谐振器73形成了磁场分布Hr。当将配备有次级平面谐振器73的无线功率接收设备/单元21放置于用于充电的无线功率发射设备/单元11附近时，初级平面谐振器13和次级平面谐振器73的磁场分布Ht和Hr分别在所述发射单元11的中心处彼此垂直地形成，因此功率发射/接收效率可能急剧退化。此外，如果用户将要充电的接收设备放置于发射单元的中心，则无线功率发射/接收效率甚至进一步退化。
图9是图1、图4和图7中的无线功率发射/接收系统的测量功率发射/接收效率的图形；
在图9中，“P1”、“P2”、“P3”、“P4”和“P5”分别与图1、图4和图7的每一个中的“P1”、“P2”、“P3”、“P4”和“P5”表示的位置相对应。图例中由“P”表示的线条代表图7中所示的传统无线功率发射/接收系统70的功率发射/接收效率，图例中由“E1”表示的线条代表图1中所示的无线功率发射/接收系统10的功率发射/接收效率，以及图例中由“E2”表示的线条代表图4中所示的无线功率发射/接收系统40的功率发射/接收效率。
参考图9，当将次级平面谐振器73的平面与初级平面谐振器11的平面垂直地设置时，即在由“P3”表示的位置处，传统无线功率发射/接收系统70的功率发射/接收效率急剧退化，几乎不会发射任何无线功率。这是因为由初级和次级平面谐振器形成的磁场分布分享布置为彼此垂直，如上所述。相反，当将接收设备/单元放置于传统系统的发射单元的端面之一处时，即在由“P1”或“P5”表示的位置，可以确保相对良好的功率发射/接收效率。然而，考虑到没有预先确定用于充电的接收设备的位置的事实以及用户可以直观地将接收设备放置于用于充电的发射单元的中心部分上的可能性，明显难以确保传统系统中良好、稳定和/或一致的功率发射/接收效率。
在图9中，可以看出根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统10和40的无线功率发射/接收效率(分别由“E1”和“E2”表示的线条指示)比传统无线功率发射/接收系统(由“P”表示的线条指示)更加稳定/一致。例如，当将接收设备/单元设置在发射单元11的中心部分上时，即在位置P2、P3和P4处，与传统无线功率发射/接收系统相比，极大地改进了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的无线功率发射/接收效率。此外在图9中，可以看出当将铁氧体构件设置在接收侧(或发射侧)平面谐振器上以便改变相对于其开口面的磁场分布的总方向时，如根据本公开实施例的系统10和40中所进行的那样，可以确保相对均匀的功率发射效率，而与将接收单元设置在发射单元上的位置无关。
图10至图12是示出了根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收设备中的平面谐振器的配置的视图；
如图10至图12所示，初级或次级平面谐振器可以具有根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收系统中的多个开口配置的任一个。例如，可以通过多个环形天线或LC谐振电路来实现平面谐振器。
图10示出了LC谐振电路的结构示例，其中每一个均由具有电感组件的引线1023e与单一回路中单绞形状的电容元件1023d的组合形成。图11示出了LC谐振电路的结构示例，其中每一个均由具有电感组件的引线1123e与成对回路中的电容元件1123d的组合形成。成对回路可以彼此电连接，并且共享电感组件和电容元件1123d。图12示出了一对LC谐振电路的结构示例，其中每一个均由电感组件和电容元件1123d的组合形成，并且布置为彼此平行但是彼此电隔离。
尽管上述平面谐振器具有各种配置，但是可以通过改变铁氧体构件的形状、尺寸和设置位置来沿任意方向形成平面谐振器形成的磁场分布。因此，通过依赖于配备有用于无线功率发射/接收的平面谐振器的电子设备的设计或形状、或者依赖于无线功率发射单元和无线功率接收单元之间的相对位置关系来布置铁氧体构件，根据本公开的实施例可以确保良好的无线功率发射/接收效率。
图13是示出了根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的示例的视图。图14是示出了实现根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统的接收单元的图13中的便携电子设备102的视图。图15是在根据本公开各种实施例之一的图14的电路板131上安装的次级平面谐振器的结构示例的视图；
在图13至图15中，形成为充电托架/板101和接收设备/单元的无线功率发射单元是可佩戴电子设备102。
参考图13至图15，将发射单元的初级平面谐振器13设置为与充电托架/板101的外壳111的内部顶面相邻。通过分离的电缆113接收功率，充电托架101通过上述的初级平面谐振器来形成磁场。充电托架101的顶面大多数是平坦的，并且包括在托架/板101的相对侧上的适当位置处形成的托架凹部115。当将能够接收无线功率的电子设备放置于充电托架/板101的顶面上或者安装在托架凹部115中时，可以从充电托架/板101向电子设备无线地供电。从充电托架101无线地供应的功率能够对电子设备102(或者在托架凹部115中安装的电子设备)的电池组129(图14中所示)充电。
电子设备102是可佩戴(例如手腕可佩带)电子设备，并且包括从主体121的相对侧面延伸的佩戴带123。佩戴带123可以通过带扣125可拆卸地彼此约束，以允许将主体121佩戴在例如用户身体的手腕上。显示器127安装在主体121的前表面上，并且电路板131设置在主体121内。次级平面谐振器可以设置在例如电路板131、佩戴带123或者主体121的边缘上。在图13和图14中，参考数字“V”表示可以设置次级平面谐振器的位置示例。图14和图15中所示的实施例是其中将次级平面谐振器设置在电路板131上的结构示例。如上所述，次级平面谐振器可以具有多种结构的任一个，例如将铁氧体构件设置在次级平面谐振器的相对表面上的环形天线结构。
如图13所示，电子设备102设置在充电托架/垫101的顶面上，使得电子设备的在任意位置中的次级平面谐振器将相对于充电托架101的顶面垂直地设置，或者与初级平面谐振器的开口面同样地设置。当按照这种方式将初级和次级谐振器布置在传统结构中时，充电效率(例如无线功率发射/接收效率)可能会急剧退化。相反如上所述，根据本公开实施例的无线功率发射/接收系统通过考虑(发射)初级平面谐振器的相对位置/朝向，而将例如铁氧体构件适当地布置于(接收)次级平面谐振器上，能够确保稳定/一致的功率发射效率。
图16是示出了实现根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收系统的接收单元的另一便携电子设备的视图。
可以通过充电托架/板101利用充电功率对电子设备202供电，以便通过例如在电子设备202中设置的次级平面谐振器对嵌入在其中的电池组充电。
在图16中，将电子设备202实现为要佩戴到用户面部的眼镜/显示设备。其中的透明显示单元可以定位为与用户的眼睛相邻，并且一个或多个扬声器可以设置为与用户的耳朵相邻，以便向用户提供视觉信息和听觉信息。在其他实施例中，便携电子设备可以是眼镜型显示设备或者头盔型显示设备，并且可以包括具有一个显示单元的单目型显示设备或者具有多个显示单元的双目型显示设备。这种双目型显示设备可以输出三维图像，并且/或者可以选择性地仅操作多个显示单元之一。
在图16中，电子设备202包括两个显示单元211a、两个光学透镜211b、其中设置了光学透镜211b之一和显示单元211a之一的第一外壳221R、其中设置了光学透镜211b的另一个和显示单元211a的另一个的第二外壳221L以及将第一外壳221R和第二外壳221L相连的桥状物213。电子设备202还包括连接第一外壳221R和第三外壳额233R的外壳连接部231R以及连接第二外壳221L和第四外壳233L的外壳连接部231L。因此，电子设备202配置为两侧对称形状。一个或多个电池组可以嵌入到第一外壳221R、第二外壳221L、第三外壳233R和/或第四外壳233L的任一个中。
外壳连接部231R和231L可以由弹性柔性材料制成，从而允许将电子设备202舒服地佩戴在用户的头上。
显示单元211a可以定位于相距光学透镜211b的前表面预定间隔的距离(例如，5cm或以下)或者相距光学透镜211b的后表面间隔开的距离(例如，5cm或以下)。显示单元211a和光学透镜211b的间隔距离可以根据电子设备202的目的、性能和/或结构而变化。
在图16中，电子设备202在桥状物213中包括照相机215和传感器217。在其他实施例中，一个或多个照相机和/或一个或多个传感器可以定位于第一外壳221R、第二外壳221L、第三外壳233R、第四外壳233L、外壳连接部231R和/或外壳连接部231L中的至少一个上。
在图16中，电子设备202的第一外壳221R包括按钮223和触摸板225。在其他实施例中，一个或多个照相机和/或一个或多个触摸板可以定位于第一外壳221R、第二外壳221L、第三外壳233R、第四外壳233L、外壳连接部231R和/或外壳连接部231L中的至少一个上。此外在其他实施例中，电子设备202可以包括用于输入/输出声音的一个或多个麦克风和/或一个或多个扬声器。
一个或多个次级平面谐振器与一个或多个铁氧体构件可以设置在例如光学透镜211b、第一至第四外壳221R、221L、233R和233L和/或外壳连接部231R和231L中的至少一个中。在图16中，参考数字“V”表示可以设置一个或多个次级平面谐振器的位置示例。在将次级平面谐振器设置在光学透镜211b的一个或两个上的实施例中，次级平面谐振器可以由包括透明电极或导电线在内的铟锡氧化物(ITO)膜形成。在便携电子设备包括多个嵌入其中的电池组的实施例中，多个次级平面谐振器可以设置为与所述电池组相对应。
在与铁氧体构件一起设置在图16中的电子设备202的一个或多个次级平面谐振器中，当将电子设备202放置/布置在图13的充电托架/板101上时，可以沿相对于初级平面谐振器13的开口面或平面倾斜或垂直的方向产生磁场。例如，如果将次级平面谐振器设置在光学透镜211b的任一个或者两个上，相对于初级平面谐振器13的开口面或平面基本上垂直地定次级平面谐振器的开口面。根据本公开，电子设备202用一个或多个次级平面谐振器以及一个或多个铁氧体构件制造，使得当将电子设备202搁置/放置于充电托架/板101上时，由次级平面谐振器产生的磁场的方向相对于初级平面谐振器13的开口面倾斜或者垂直地布置。因此，与电子设备202放置于充电托架/板101上的位置无关，通过充电托架/板101会稳定地供应充电功率。
可以容纳在例如第一至第四外壳221R、221L、233R和233L的任一个中的一个或多个电池组与一个或多个次级平面谐振器相连，并且通过一个或多个次级平面谐振器接收由充电托架/板101供应的充电功率，以便对一个或多个电池组充电。如上所述，当将多个电池组设置在一个或多个外壳中时，可以设置多个次级平面谐振器，使得所述电池组的每一个具有对应的次级平面谐振器。
如以上所述的各种示例所示，可以将可佩戴/便携电子设备沿任意方向/朝向放置于例如充电托架/板的平坦表面上。
然而，将便携/可佩戴电子设备放置于平坦表面上的方向/朝向还依赖于每一个电子设备的形状、目的、构造等。因此在许多情况下，可以容易地预测可以放置特定的便携/可佩戴电子设备的方向/朝向。因此根据本公开的各种实施例，考虑例如将要配备无线功率发射/接收功能的具体电子设备的形状、目的、构造等，可以正确地布置次级平面谐振器和铁氧体构件。例如，可以依赖于次级平面谐振器所处的外壳的形状和位置，来不同地改变次级平面谐振器和铁氧体构件的形状、尺寸、朝向和/或放置。通过设置根据本公开实施例产生的次级平面谐振器产生的磁场的基本上总方向，实现了稳定的无线功率发射/接收效率。
图17是示出了根据本公开各种实施例的无线功率发射/接收系统的无线功率发射充电托架的截面。
在图17中，通过将初级谐振器模块33设置于充电托架101的外壳111内来实现无线功率发射单元。因为在前面的实施例中已经讨论了充电托架101，因此这里将省略对例如充电托架101的结构的详细描述。
初级谐振器模块33包括初级平面谐振器33a和铁氧体构件33b。初级平面谐振器33a可以实现为环形天线或LC谐振器电路，并且可以包括用于阻抗匹配的集总元件。初级谐振器模块33设置为与充电托架/板101的外壳111的顶面相邻。初级平面谐振器33a的开口面或平面布置为与充电托架/板101的顶面平行，并且当供电时，产生具有与充电托架101的顶面垂直的总方向的磁场。
一个铁氧体构件33b附着至平面谐振器33a的顶面，而另一个铁氧体构件33b附着至平面谐振器33a的底面。设置在平面谐振器33a顶面和底面上的铁氧体构件33b相对于彼此交错排列，即顶面上的铁氧体构件33b定位于平面谐振器33a的左端上，而底面上的铁氧体构件33b定位于平面谐振器33a的右端上。由于铁氧体构件33b的定位，平面谐振器33a产生的磁场沿相对于平面谐振器33a的开口面或平面(或者同样地充电托架/板101的顶面)的倾斜方向分布。因此，谐振器模块33可以产生与充电托架101的顶面平行的磁场和与充电托架101的顶面垂直的磁场。
前述实施例已经提供了例如将铁氧体构件设置在无线功率接收设备/单元的次级平面谐振器上的结构示例。然而，本公开不局限于此并且如图17所示，可以将铁氧体构件设置在充电托架/板中的初级平面谐振器上，即无线功率发射设备/单元中。因此，在这些实施例中由初级谐振器模块产生的磁场分布为相对于初级平面谐振器的平面倾斜，例如相对于充电托架/板101的顶面倾斜。
如果与接收单元相对应的电子设备(例如可佩戴电子设备102)包括次级平面谐振器，则可以将所述电子设备搁置于充电托架101的顶面上，从充电托架101无线地供电。可以通过初级平面谐振器产生的磁场使次级平面谐振器谐振，从而次级平面谐振器可以产生感应电流。电子设备可以通过次级平面谐振器产生的感应电流来操作和/或电子设备可以对嵌入其中的电池组充电。
当将电子设备搁置为次级平面谐振器的开口面与充电托架101的顶面平行的状态时，可以通过初级平面谐振器产生的沿与充电托架101的顶面垂直的方向的磁场使次级平面谐振器谐振，并且次级平面谐振器可以产生感应电流。当将电子设备搁置为次级平面谐振器的开口面与充电托架101的顶面垂直的状态时，可以通过初级平面谐振器产生的沿与充电托架101的顶面水平(或平行)的方向的磁场使次级平面谐振器谐振，并且次级平面谐振器可以产生感应电流。如上所述，根据各种实施例，无线功率发射/接收设备可以引起在发射单元侧设置的谐振器模块的磁场分布相对于搁置接收单元的表面(例如，充电托架101的顶面)倾斜。据此，可以向配置有次级平面谐振器的各种类型的电子设备无线地供应和发射功率。
尽管已经参照本公开的一些实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不背离如由所附的权利要求所限定的本公开的精神和范围的前提下，可以进行形式和细节的各种改变。

Claims (38)

1.一种无线功率接收设备，包括：
平面谐振器，包括开口面，并且被配置为通过外部磁场而谐振，并且产生磁场和感应电流；以及
至少一个第一铁氧体构件，安装在所述平面谐振器的第一侧上，并且定位于所述平面谐振器的下表面；以及
至少一个第二铁氧体构件，安装在所述平面谐振器的与所述第一侧相对的第二侧上，并且定位于所述平面谐振器的上表面，
其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件被配置为使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口面基本上倾斜的总方向，以及
其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件没有通过所述平面谐振器的所述开口面而连接。
2.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件相对于彼此交错排列在所述平面谐振器上。
3.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器包括环形天线和LC谐振电路中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器是彼此串联或并联布置的多个平面谐振器之一。
5.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备包括便携电子设备。
6.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，还包括：
电池组，
其中所述平面谐振器将充电功率供应至所述电池组。
7.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴电子设备，所述可佩戴电子设备包括主体、所述主体内的电路板以及从所述主体延伸的佩戴带，以及
其中所述平面谐振器设置在所述电路板、所述主体的边缘和所述佩戴带中的任一个上。
8.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴显示设备，所述可佩戴显示设备包括显示器、光学透镜和容纳电池组的至少一个外壳，以及
其中所述平面谐振器设置在所述光学透镜和所述外壳中的任一个上。
9.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴显示设备，所述可佩戴显示设备包括：
一对光学透镜；
第一外壳，容纳所述光学透镜之一；
第二外壳，容纳所述光学透镜中的另一个；
第三外壳，经由第一外壳连接与所述第一外壳相连；以及
第四外壳，经由第二外壳连接与所述第二外壳相连；
其中所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳中的至少一个具有嵌入在其中的电池组，以及
其中所述平面谐振器设置在所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳、所述第四外壳、所述第一外壳连接、所述第二外壳连接和所述光学透镜中的至少一个中。
10.根据权利要求9所述的无线功率接收设备，其中所述第一外壳和所述第二外壳经由桥状物连接。
11.根据权利要求1所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器是多个平面谐振器之一，所述设备还包括：
多个电池组，
其中所述多个平面谐振器布置为使得每一个平面谐振器与所述多个电池组之一相对应。
12.一种无线功率接收设备，包括：
平面谐振器，包括开口面，并且被配置为通过外部磁场而谐振，并且产生磁场和感应电流；以及
第一铁氧体构件，设置为与所述平面谐振器的第一侧相邻，并且定位于所述平面谐振器的上表面；以及
第二铁氧体构件，设置为与所述平面谐振器的第二侧相邻，并且定位于所述平面谐振器的上表面，所述第二侧与所述第一侧相对，
第三铁氧体构件，设置在所述平面谐振器的第一侧与第二侧之间的中心区域上，并且定位于所述平面谐振器的下表面，
其中所述第一铁氧体构件和所述第二铁氧体构件被配置为使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口面基本上倾斜或平行的总方向，以及
其中所述第一铁氧体构件、所述第二铁氧体构件和所述第三铁氧体构件没有通过所述平面谐振器的所述开口面而连接。
13.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器包括环形天线和LC谐振电路中的至少一个。
14.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器是彼此串联或并联布置的多个平面谐振器之一。
15.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备包括便携电子设备。
16.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，还包括：
电池组，
其中所述平面谐振器将充电功率供应至所述电池组。
17.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴电子设备，所述可佩戴电子设备包括主体、所述主体内的电路板以及从所述主体延伸的佩戴带，以及
其中所述平面谐振器设置在所述电路板、所述主体的边缘和所述佩戴带中的任一个上。
18.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴显示设备，所述可佩戴显示设备包括显示器、光学透镜和容纳电池组的至少一个外壳，以及
其中所述平面谐振器设置在所述光学透镜和所述外壳中的任一个上。
19.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述无线功率接收设备是可佩戴显示设备，所述可佩戴显示设备包括：
一对光学透镜；
第一外壳，容纳所述光学透镜之一；
第二外壳，容纳所述光学透镜中的另一个；
第三外壳，经由第一外壳连接与所述第一外壳相连；以及
第四外壳，经由第二外壳连接与所述第二外壳相连；
其中所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳和所述第四外壳中的至少一个具有嵌入在其中的电池组，以及
其中所述平面谐振器设置在所述第一外壳、所述第二外壳、所述第三外壳、所述第四外壳、所述第一外壳连接、所述第二外壳连接和所述光学透镜中的至少一个中。
20.根据权利要求19所述的无线功率接收设备，其中所述第一外壳和所述第二外壳经由桥状物连接。
21.根据权利要求12所述的无线功率接收设备，其中所述平面谐振器是多个平面谐振器之一，所述设备还包括：
多个电池组，
其中所述多个平面谐振器布置为使得每一个平面谐振器与所述多个电池组之一相对应。
22.一种无线功率发射设备，包括：
平面谐振器，包括开口面，并且被配置为当被供电时产生磁场；以及
至少一个第一铁氧体构件，安装在所述平面谐振器的第一侧上，并且定位于所述平面谐振器的下表面；
至少一个第二铁氧体构件，安装在所述平面谐振器的与所述第一侧相对的第二侧上，并且定位于所述平面谐振器的上表面，
其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件被配置为使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口面基本上倾斜或平行的总方向，以及
其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件没有通过所述平面谐振器的所述开口面而连接。
23.根据权利要求22所述的无线功率发射设备，其中所述至少一个第一铁氧体构件和所述至少一个第二铁氧体构件相对于彼此交错排列在所述平面谐振器上。
24.根据权利要求22所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器包括环形天线和LC谐振电路中的至少一个。
25.根据权利要求22所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器是彼此串联或并联布置的多个平面谐振器之一。
26.根据权利要求22所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器包括初级平面谐振器，
其中所述初级平面谐振器和便携电子设备的次级平面谐振器能够形成电磁场耦合，通过所述电磁场耦合，所述初级平面谐振器经由其产生的磁场感应所述次级平面谐振器中的电流。
27.根据权利要求26所述的无线功率发射设备，其中所述无线功率发射设备包括充电托架，并且所述便携电子设备放置于所述充电托架上或者附近，以由充电功率供电。
28.根据权利要求27所述的无线功率发射设备，其中所述便携电子设备包括电池组，并且所供应的充电功率用于对所述电池组充电。
29.根据权利要求26所述的无线功率发射设备，还包括：
表面，其中所述便携电子设备可拆卸地放置于所述表面上或附近，以形成所述初级平面谐振器和所述次级平面谐振器的电磁场耦合。
30.根据权利要求29所述的无线功率发射设备，其中多个便携电子设备可拆卸地放置于所述表面上或附近，以便同时形成初级平面谐振器和所述多个便携电子设备的次级平面谐振器的电磁场耦合。
31.一种无线功率发射设备，包括：
平面谐振器，包括开口面，并且被配置为当被供电时产生磁场；以及
第一铁氧体构件，设置为与所述平面谐振器的第一侧相邻，并且定位于所述平面谐振器的上表面；以及
第二铁氧体构件，设置为与所述平面谐振器的第二侧相邻，并且定位于所述平面谐振器的上表面，所述第二侧与所述第一侧相对，
第三铁氧体构件，设置在所述平面谐振器的第一侧与第二侧之间的中心区域上，并且定位于所述平面谐振器的下表面，
其中所述第一铁氧体构件和所述第二铁氧体构件被配置为，使得所述平面谐振器产生的磁场具有与所述开口面基本上倾斜或平行的总方向，以及
其中所述第一铁氧体构件、所述第二铁氧体构件和所述第三铁氧体构件没有通过所述平面谐振器的所述开口面而连接。
32.根据权利要求31所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器包括环形天线和LC谐振电路中的至少一个。
33.根据权利要求31所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器是彼此串联或并联布置的多个平面谐振器之一。
34.根据权利要求31所述的无线功率发射设备，其中所述平面谐振器包括初级平面谐振器，
其中所述初级平面谐振器和便携电子设备的次级平面谐振器能够形成电磁场耦合，通过所述电磁场耦合，所述初级平面谐振器经由其产生的磁场感应所述次级平面谐振器中的电流。
35.根据权利要求34所述的无线功率发射设备，其中所述无线功率发射设备包括充电托架，并且所述便携电子设备放置于所述充电托架上或者附近，以由充电功率供电。
36.根据权利要求35所述的无线功率发射设备，其中所述便携电子设备包括电池组，并且所供应的充电功率用于对所述电池组充电。
37.根据权利要求34所述的无线功率发射设备，还包括：
表面，其中所述便携电子设备可拆卸地放置于所述表面上或附近，以形成所述初级平面谐振器和所述次级平面谐振器的电磁场耦合。
38.根据权利要求37所述的无线功率发射设备，其中多个便携电子设备可拆卸地放置于所述表面上或附近，以便同时形成初级平面谐振器和所述多个便携电子设备的次级平面谐振器的电磁场耦合。
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