CN107078534A - 用于无线功率传输的分布式功率接收元件 - Google Patents

Abstract

一种用于无线充电的设备可以包括用于容纳电子器件的壳体，以及可以耦合至外部产生的磁场以对电子器件中负载无线地供电或充电的多个功率接收元件。功率接收元件的至少一个可以包括壳体的导电区段。

Description

用于无线功率传输的分布式功率接收元件

相关申请的交叉引用

依照35 U.S.C.§119(e)，本申请有权并要求享有2014年10月20日提交的美国临时申请No.62/065,918的权益，该申请在此出于所有目的以全文引用的方式并入本文。

本申请也要求享有2015年2月25日提交的美国申请No.14/630,996的优先权，该申请在此出于所有目的以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体涉及无线功率传输系统。更具体地，本公开涉及具有用于无线功率传输的分布式功率接收元件的配置的电子器件。

背景技术

除非另外指示，并未承认前述内容是对于在此所述权利要求的现有技术并且也不应如此解释。

在电子器件中的无线充电系统的功率接收单元(PRU)中提供足够的谐振器可以是挑战性的。例如，在移动设备中，对于可以如何使用移动设备的背部盖件的约束可以产生对于用于无线充电的谐振器的设计和布置的挑战。移动设备的制造者可以在他们的装置设计上规定“避开(keep out)”区域以便于不影响为移动设备提供通信的天线系统的性能。因此，仅小的区域可以可用于无线充电谐振器，因此谐振器可以太小而无法为移动设备产生足够的功率。

电子器件的形状因素自身在其三维结构方面提出挑战。例如，电子器件的形状可以不允许谐振器的实际布置。电子器件可以太小而无法支持谐振器。在一些情形中，电子器件可以由导电介质制成，其中无线功率传输是困难的。

发明内容

本公开描述了用于无线充电的设备，包括壳体，其包括一个或多个电学分离的、导电区段。设备可以包括被配置用于耦合至外部产生的磁场以无线地对负载供电或充电的功率接收元件。根据本公开的一些方面，功率接收元件中的至少一个可以是壳体的导电区段。根据本公开的一些方面，第一功率接收元件和第二功率接收元件可以连接在一起。

根据本公开的一些方面，功率接收元件中的一个可以是导线线圈。

根据本公开的一些方面，设备可以包括用于以不同组合将功率接收元件选择性地连接在一起的开关。在一些一些方面中，不同的组合可以呈现不同程度的与外部产生磁场的相互耦合。在一些方面中，不同的组合可以呈现不同的输出电压。在一些方面中，不同的组合可以呈现不同的电阻。

根据本公开的一些方面，外部产生的磁场可以由与设备垂直地间隔开的源而产生。根据本公开的一些方面，外部产生的磁场可以由与设备水平地间隔开的源而产生。

本公开描述了用于无线地接收功率的设备，包括构成了电子器件外壳的一部分的壳体。设备可以包括被配置用于经由外部产生的交变磁场而无线地接收功率的第一功率接收元件。根据本公开的一些方面，第一功率接收元件可以是附接至壳体的导电材料的线圈。设备可以包括被配置用于经由外部产生的交变磁场而无线地接收功率的第二功率接收元件。根据本公开的一些方面，第二功率接收元件可以是包括壳体的导电区段。

根据本公开的一些方面，构成第一功率接收元件的导电材料的线圈可以电连接至构成第二功率接收元件的壳体的导电区段。

根据本公开的一些方面，设备可以包括多个功率接收元件，包括第一功率接收元件和第二功率接收元件。设备可以包括可操作用于将功率接收元件的不同组合连接在一起的多个开关。

本公开描述了用于无线地接收功率的设备，包括用于容纳电子器件的装置，用于通过外部产生的磁场接收功率的第一装置，以及用于通过外部产生的磁场接收功率的、包括了用于容纳电子器件的装置的一部分的第二装置。

本公开描述了一种用于无线地接收功率的方法，包括在器件中的第一位置处通过电磁感应产生第一电流，在器件中的第二位置处通过电磁感应产生第二电流，以及将第一电流和第二电流组合以产生用于器件的功率。

根据本公开的一些方面，产生第一电流可以包括将导线的第一线圈耦合至外部产生的磁场。根据本公开的一些方面，产生第二电流可以包括将容纳器件的金属壳体的一部分耦合至外部产生的磁场。

本公开描述了一种用于无线地接收功率的设备，包括用于功率接收单元(PRU)的壳体以及在壳体上不同位置处分布的功率接收元件。设备可以包括组合电路和开关以将功率接收元件的子集连接至组合电路。组合电路可以被配置为组合功率接收元件的子集以形成连接的功率接收元件的集合。设备可以包括被配置用于操作多个开关和组合电路的控制器。

根据本公开的一些方面，设备可以包括连接至组合电路的输出端以产生输出电压的整流器电路。根据本公开的一些方面，可以配置组合电路以串联方式和/或以并联方式将功率接收元件的子集选择性地连接在一起。

根据本公开的一些方面，设备可以包括耦合至相应功率接收元件以输出相应DC电平的整流器电路。整流器电路的输出端可以连接至组合电路。根据本公开的一些方面，可以配置组合电路以选择性地加上和/或减去与功率接收元件的子集相关联的DC电平。

本公开描述了一种无线接收功率的设备，包括用于容纳功率接收单元(PRU)的装置，用于通过外部产生的磁场接收功率的多个装置，用于接收在用于容纳PRU的装置上在不同位置处分布的功率的多个装置，以及用于选择性地组合多个装置的一个或多个以用于接收功率以形成连接的功率接收元件的集合。

本公开描述了一种用于无线地接收功率的方法，包括在装置中不同位置处将功率接收元件耦合至外部产生的磁场，将接收元件的子集连接在一起，以及组合在接收元件的子集中感应的电流以产生用于装置的功率。根据本公开的一些方面，将功率接收元件耦合至外部产生的磁场包括将导线线圈耦合至外部产生的磁场以及将容纳装置的金属壳体的一部分耦合至外部产生的磁场的一个或多个。

根据本公开的一些方面，方法可以包括在组合了功率接收元件的子集中所感应的电流之后整流已组合电流。根据本公开的一些方面，方法可以包括在组合之前整流在功率接收元件的子集中所感应的电流。

以下详细说明书和附图提供了对本公开的本质和优点的更好理解。

附图说明

参照以下讨论以及特别是附图，着重强调的是所示的细节为了示意说明性讨论的目的而展示了示例，并且为了提供本公开的原理和概念一些方面的描述而展示。在这点上，没有尝试超越了本公开的基础理解所需的实施方式细节。以下讨论结合附图使得可以如何根据本公开而实践实施例对于本领域技术人员是明显的。在附图中：

图1是根据示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。

图2是根据示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。

图3是根据示例性实施例的包括功率发射或接收元件的图2的发射电路或接收电路的一部分的示意图。

图4示出了根据本公开的分布式接收元件的系统的实施例。

图4A示出了根据本公开的壳体的示意性表示。

图5示出了根据本公开的分布式接收元件的实施例。

图6和图6A示出了使用用于PRU的壳体的分段的接收元件。

图7和图7A-1示出了根据本公开的接收元件的配置。

图8示出了根据本公开的接收元件的配置。

图9、图9A-1、图9A-2示出了根据本公开的接收元件的配置。

图10和图10A-1示出了根据本公开的接收元件的配置。

图10A、图10B、图10C和图10D描述了根据本公开的配置具有接收元件的壳体的模型。

图11A和图11B示出了根据本公开的PTU和PRU的垂直配置。

图11C和图11D示出了根据本公开的PTU和PRK的并排配置。

图12A、图12B和图12C示出了根据本公开的在可穿戴设备中接收元件的系统的一些方面、

图13选择性地示出了根据本公开的基于互感的接收元件的可连接的组合。

图14选择性地示出了根据本公开的基于电压的接收元件的可连接组合。

图15选择性地示出了根据本公开的基于电阻的接收元件的可连接组合。

图16选择性地示出了根据本公开的接收元件的可连接组合。

图17选择性地示出了根据本公开的使用反馈的接收元件的可连接组合。

具体实施方式

在以下说明书中，为了解释说明的目的，阐述数个示例和具体细节以便于提供本公开的全面理解。然而，对于本领域技术人员明显的是，如权利要求中所表述的本公开可以单独地或者与以下所述其他特征组合而包括在这些示例中的特征的一些或全部，并且可以进一步包括在此所述特征和概念的修改和等价形式。

无线功率传输可以涉及将与电场、磁场、电磁场或其他相关联的任何能量形式从发射器传输至接收器而并未使用物理电导体(例如可以通过自由空间传输功率)。输入至无线场(例如磁场或电磁场)中的功率可以由“功率接收元件”接收、捕捉或耦合以实现功率传输。

图1是根据示意性实施例的无线功率传输系统100的功能框图。输入功率102可以从功率源(图中未示出)提供至发射器104，以产生用于执行能量传输的无线(例如磁性或电磁)场105。接收器108可以耦合至无线场105并产生输出功率110用于存储或者由耦合至输出功率110的装置(图中未示出)消耗。发射器104和接收器108可以由距离112分离。发射器104可以包括用于发射/耦合能量至接收器108的功率发射元件114。接收器108可以包括用于接收或捕捉/耦合从发射器104所发出能量的功率接收元件118。

在一个示意性实施例中，发射器104和接收器108可以根据相互谐振关系而配置。当接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率基本上相同或非常靠近时，减小了在发射器104和接收器108之间的传输损耗。就此而言，可以在更大距离提供无线功率传输。谐振感应耦合技术可以因此允许改进的效率和各种距离的功率传输并且具有各种感应功率发射和接收元件配置。

在某些实施例中，无线场105可以对应于如以下进一步所述的发射器104的“近场”。近场可以对应于如下区域：存在由最小地远离功率发射元件114辐射功率的功率发射元件114中的电流和电荷引起的强电抗场。近场可以对应于在功率发射元件114的大约一个波长(或其小部分)内的区域。

在某些实施例中，可以通过将无线场105中能量的大部分耦合至功率接收元件118而不是将电磁波中能量的大部分传播至远场从而发生高效的能量传输。

在某些实施方式中，发射器104可以输出随时间改变的磁性(或电磁)，其具有对应于功率发射元件114谐振频率的频率。当接收器108在无线场105内时，随时间改变的磁性(或电磁)场可以在功率接收元件118中感应电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置作为谐振电路以在功率发射元件114的频率处谐振，可以高效地传输能量。可以整流在功率接收元件118中感应的交流(AC)信号，以产生可以提供用于对负载充电或供电的直流(DC)信号。

图2是根据另一示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。系统200可以包括发射器204和接收器208。发射器204(在此也称作功率传输单元PTU)可以包括发射电路206，其可以包括振荡器222、驱动器电路224、以及滤波和匹配电路226。振荡器222可以被配置用于在可以响应于频率控制信号223而调节的所需频率处产生信号。振荡器222可以提供振荡器信号至驱动器电路224。驱动器电路224可以被配置用于基于输入电压信号(VD)225在例如功率发射元件214的谐振频率处驱动功率发射元件214。驱动器电路224可以是被配置用于从振荡器222接收方波并输出正弦波的开关放大器。

滤波和匹配电路226可以滤除谐波或其他不希望的频率，并且将发射器204的阻抗匹配功率发射元件214。作为驱动功率发射元件214的结果，功率发射元件214可以产生无线场205，以在足够对电池236充电或者对负载供电的水平无线地输出功率。

接收器208(在此也称作功率接收单元PRU)可以包括接收电路210，其可以包括匹配电路232和整流器电路234。匹配电路232可以将接收电路210的阻抗与功率接收元件218匹配。整流器电路234可以从AC功率输入产生DC功率输出以对电池236充电，如图2中所示。接收器208和发射器204可以额外地在分立通信信道219(例如蓝牙、Zigbee、蜂窝等等)上通信。接收器208和发射器204可以备选地经由使用无线场205的特性而带内发信从而通信。

可以配置接收器208以确定由发生器204发射并由接收器208接收的功率的量是否适用于对电池236充电。发射器204可以被配置用于产生用于提供能量传输的具有直流场耦合系数(k)的主要的非辐射的场。接收器208可以直接地耦合至无线场205并且可以产生输出功率以用于存储或者由耦合至输出或接收电路210的电池(或负载)236消耗。

如上所述，发射器204和接收器208可以由距离分离并且可以根据相互谐振关系而配置用于最小化在发射器和接收器之间的传输损耗。

图3是根据示例性实施例的图2的发射电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3中所示，发射或接收电路350可以包括功率发射或接收元件352。功率发射或接收元件352也可以称作或被配置作为天线或“回路”天线352。术语“天线”通常涉及可以无线地输出或接收功率以用于耦合至另一“天线”的部件。功率发射或接收元件352也可以在此称作“磁性”天线，或感应线圈，谐振器，或谐振器的一部分。功率发射或接收元件352也可以称作被配置用于无线地输出或接收功率的类型的线圈或谐振器。如在此所使用，功率发射或接收元件352是被配置用于无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传输部件”的示例。功率发射或接收元件352可以包括空气核心或物理核心，诸如铁氧体核心(该图中未示出)。

当功率发射或接收元件352被配置作为谐振电路或谐振器时，功率发射或接收元件352的谐振频率可以是基于电感和电容的。电感可以简单地是由形成了功率发射或接收元件352的线圈或其他电感器所产生的电感，而可以添加电容(例如电容器)以在所需谐振频率处产生谐振结构。作为非限定性示例，电容器354和电容器356可以添加至发射或接收电路350以产生谐振电路。

使用其他部件形成的其他谐振电路也是可能的。作为另一非限定性示例，电容器(未示出)可以并联布置在电路350的两个端子之间。对于功率发射元件，信号358可以是至功率发射或接收元件352的输入，其具有基本上对应于功率发射或接收元件352的谐振频率的频率。对于功率接收元件，信号358可以是来自功率发射或接收元件352的输出，其具有基本上对应于功率发射或接收元件352的谐振频率的频率。

通常，根据本公开，无线充电系统的功率接收单元(PRU)可以包括分布在PRU中不同位置处的数个功率接收元件，其可以通过电磁感应(例如通过与外部产生的磁场耦合)接收功率。在一些实施例中，功率接收元件(在此称作“接收元件”)可以单独地产生功率，其可以组合以产生单个功率输出。在其他实施例中，一些接收元件可以连接在一起以产生功率。分布式接收元件的系统可以适用于移动设备，其中该设备内的空间可能不允许合适大小的单个接收元件以提供足够的功率传输能力。

根据本公开，接收元件可以包括导线的线圈(谐振器线圈)和/或电子器件的外壳的区段。以下将更详细讨论本公开的这些一些方面。在一些实施例中，接收元件可以连接在谐振电路中以形成谐振功率接收元件或“谐振器”；例如参见图3中电路。在其他实施例中，接收元件可以不连接在谐振电路中。在以下的附图和说明书中，应该理解，所公开的接收元件可以在一些实施例中连接在谐振电路中，并且在其他实施例不连接在谐振电路中。

参照图4，根据本公开一些实施例的PRU 400可以被配置具有接收元件402、404。每个接收元件402、404可以表示用于通过外部产生的磁场接收功率的装置的示例。在一些实施例中，接收元件402、404可以包括导线线圈或者其他合适的导电介质。图4例如显示了接收元件404可以包括具有两圈的导线404a的线圈。在一些实施例中，接收元件402、404可以连接在谐振电路中。在其他实施例中，接收元件402、404可以不连接在谐振电路中。每个接收元件402、404可以连接至相应的AC整流器电路406、4080，其可以将随时间改变的信号(AC信号)转换为DC电压。在一些实施例中，AC整流器电路406、408可以是全波整流器电路，或者对于本领域普通技术人员已知的其他合适的整流电路。来自AC整流器406、408的输出可以串联连接以在输出端410处产生单个电压。

在一些实施例中，接收元件402、404可以附接至容纳了PRU 400的壳体的内表面。图4例如是根据本公开的壳体40的示意图，其可以被配置作为用于容纳PRU(例如用于移动计算设备或任何便携式计算设备)的设备。附图示出了在PRU壳体40中的区域44a、44b、44c，其可以包括通信天线(未示出)，例如蜂窝网络、WiFi^TM通信、通信，GPS等。区域44a、44b、44c可以称作“避开”区域，因为它们应该没有可以通过槽口42阻止适当的信号传输和/或接收的障碍物。图4A例如示出了布置在避开区域44a、44b之上的接收元件41a，以及布置在避开区域44a、44b之下的接收元件41b。在一些实施例中，接收元件41a、41b可以是分立线圈，其例如由延伸在避开区域44a、44b之间的连接导线45而连接在一起。在其他实施例中壳体的金属区段的全部或一部分可以形成如以下进一步所述的接收元件(例如接收元件41a)。

铁氧体条带43a、43b(或任何铁磁性材料)可以提供在接收元件41a、41b与金属罩壳之间，金属罩壳包括壳体40以将金属罩壳从在无线功率传输期间由于接收元件41a、41b中的感应电流所致的在接收元件41a、41b中引起的磁场屏蔽。在一些实施例中，铁氧体条带43b也可以提供在接收元件41b的顶部上以夹设接收元件41b。上部的铁氧体条带43b可以屏蔽附近的当组装PRU时接收元件41b可以与其接近的设备电子器件(未示出)。

返回至图4，在操作中，当功率传输单元(PTU，未示出)产生外部的随时间改变的磁场时，外部产生的磁场可以耦合至接收元件402、404以在接收元件402、404中感应AC电流。特别地，可以在PRU 400中的第一位置处通过接收元件402的电磁感应而产生第一电流。可以在PRU 400中的第二位置处通过接收元件404的电磁感应而产生第二电流。AC整流器电路406、408可以整流AC电流，导致相应的接收元件402、404产生相应的DC输出电压。DC输出电压可以随后组合以在输出端410处产生电压，以向PRU 400提供功率。

在一些实施例中，接收元件可以是分立电路。在图4中，例如，每个接收元件402、404示出为连接至其相应的AC整流器电路406、408。在其他实施例中，接收元件可以在共同电路中串联连接在一起。参照图5，例如，PRU 500可以包括接收元件502、504、506。在一些实施例中，每个接收元件502、504、506可以是具有一些圈数的导线的线圈，参见例如图4中导线线圈404a。包括接收元件502、504、506的分立导线线圈可以由连接器512串联连接在一起。连接器512可以是导线，在印刷电路板(PCB)上导电迹线，等等。如图5中所示，例如，包括接收元件502的线圈的一端可以连接至AC整流器508。接收元件502的另一端可以连接至包括接收元件504的线圈的一端。用于接收元件504的线圈的另一端可以连接至包括接收元件506的线圈的一端。最终，包括接收元件506的线圈的另一端可以连接至AC整流器508。

根据本公开，PRU自身壳体的至少一部分可以用作接收元件，如果壳体的那些部分是导电的。图6例如示出了壳体600，其可以被配置作为用于容纳设备(未示出)，诸如智能电话、计算机平板等的装置。壳体600例如可以是装置的背部盖件。在一些实施例中，壳体600可以包括数个电学分离的、导电区段602、604、606。例如，区段602可以是壳体600的上层部分，区段604可以是壳体600的中间部分，以及区段606可以是壳体600的下层部分。非导电分隔器608可以在区段602和604之间提供电学分离以在区段602和604之间限定槽口。非导电分隔器608可以包括在区段604中限定了槽口的T区段608’。非导电分隔器610可以在区段604和606之间提供电学分离以在区段604和606之间限定槽口。

根据本公开，区段602－606可以构成感应元件，其可以用作通过电磁感应(例如通过耦合至外部产生的磁场)接收功率、并且因此在区段602－606中引起可以用于对装置(未示出)供电的涡流电流的接收元件。每个区段602－606可以具有相应馈线位置以用于提供用于涡流电流的输出端。例如，馈线位置612可以为在无线功率传输期间在区段604中感应的涡流电流提供输出端。壳体600的区段602－606表示用于通过外部产生的磁场而接收功率的装置的其他示例。

在一些实施例中，一些区段可以由连接器(跳接跨线)连接在一起。例如，连接器622可以将区段602和区段604电连接在一起。馈线位置614可以为响应于耦合至外部产生的磁场而在区段602和604中出现的涡流电流提供输出端。类似地，连接器624可以将区段604和区段606电连接在一起。馈线位置616a可以为在区段604和606中出现的涡流电流提供输出端。在一些实施例中，额外的馈线位置616b可以为在区段604和606中涡流电流提供额外输出端。

参照图6A，馈线612、614、616a、616b可以连接至相应的AC整流器电路632、634、636、638以产生相应的DC电压水平。在一些实施例中，AC整流器电路632－638可以是设备电子元件的一部分。AC整流器电路632－638的输出端可以串联连接在一起以产生单个DC输出，诸如由图6A中所示的插件所示。

根据本公开，PRU中接收元件的系统可以包括分布在PRU中不同位置处的导电线的线圈(谐振器线圈)。图4例如示出了包括分布在PRU壳体上不同位置处的线圈的接收元件的系统的示例。在一些实施例中，PRU中接收元件的系统可以包括金属壳体的区段。图6例如示出了包括PRU的壳体的电学分离、导电区段的接收元件的系统。

在一些实施例中，PRU中接收元件的系统可以包括PRU的壳体的线圈和区段的组合。图7例如以示意性方式示出了壳体700的实施例，其可以被配置作为容纳了根据本公开的PRU 70的装置。壳体700可以包括电学分离、导电的区段702、704、706。接收元件732、734可以布置在壳体700的侧壁上。

现在参照图7A-1，沿着图7中线条7A-7A获取的截面图示出了根据一些实施例的接收元件732、734的侧壁布置。接收元件732、734可以包括沿相同方向或沿不同方向卷曲的线圈。在一些实施例中，例如，用于接收元件732的线圈可以沿一个方向(例如顺时针)卷曲，而用于接收元件734的线圈可以沿相反方向(例如逆时针)卷曲。在其他实施例中，用于接收元件732、734的线圈可以均沿相同方向卷曲。用于接收元件732、734的线圈中圈数(绕组数目)可以是任何合适的圈数。仅用于示意说明示例，用于接收元件732、734的线圈可以每个包括2.5圈。在任何给定实施方式中圈数可以取决于诸如所需互感、导线电阻、线圈大小等的考虑。

在一些实施例中，铁氧体条带或其他铁磁性材料可以布置在接收元件732、734与设备电子器件(例如PCB、电池等)之间以屏蔽保护设备电子器件免受可以在无线功率传输期间从接收元件732、734辐射的磁场。铁氧体材料(未示出)也可以布置在接收元件732、734与金属壳体700之间。接收元件732、734可以布置在区段704的相应侧壁704a、704b上。例如，在一些实施例中，接收元件732、734可以胶带粘附、胶水粘合、或另外固定在抵接区段704的相应侧壁704a、704b的位置中。

返回参照图7，根据一些实施例，接收元件可以由壳体的区段连接在一起。在图7中，例如，接收元件732、734可以通过壳体700的区段704串联连接。接收元件732的一端可以在716处电连接至区段704，并且同样地接收元件734的一端可以在718处电连接至区段704。

在一些实施例中，接收元件的系统除了诸如732、734之类的接收元件之外可以包括壳体的区段。例如，区段704自身除了提供将接收元件732、734连接在一起的功能之外可以用作接收元件。为了进一步说明，图7示出了区段706除了接收元件732、734之外自身可以用作接收元件。连接器720可以将区段704和区段706连接在一起。

馈线可以在合适位置处提供，以将功率引出至设备电子器件(未示出)。例如，馈线712可以包括连接至接收元件732一端的端子以及连接至区段706的另一端子。同样地，馈线714可以包括连接至接收元件734的一端的端子以及连接至区段706的另一端子。例如，馈线712、714可以连接至整流器电路(未示出)以向PRU 70提供DC功率。

图7展示了在一些实施例中，接收元件732、734可以被配置为直接地耦合至外部产生的磁场。在其他实施例中，可以替代地将一个或多个接收元件配置为耦合至可以由外部产生磁场在PRU的金属背部盖件上感应的涡流电流而产生的磁场。参照图8，例如，在一些实施例中，PRU 80可以包括布置在穿过壳体700的区段704形成的相机镜头开口周围的接收元件836。接收元件836可以被配置用于耦合至在无线功率传输期间由区段704中的涡流电流产生的磁场。接收元件732、734、836可以串联连接在一起以建设性地组合可以由于在接收元件732、734、836中感应电流产生的单个磁场。本领域技术人员应该知晓，可以提供额外的接收元件。在一些实施例中，铁氧体条带或其他铁磁性材料(未示出)可以提供在接收元件836与PRU中设备电子器件之间，以便于屏蔽保护设备电子器件免受在无线功率传输期间由于接收元件836中感应的电流产生的磁场。

在一些实施例中，接收元件732、734、836可以是线圈，其具有合适数目的圈数。仅为了说明示例，用于接收元件732、734的线圈可以均包括2.5圈，并且用于接收元件836的线圈可以包括5圈。圈的数目在任何给定实施方式中可以取决于诸如所需互感、导线电阻、线圈大小等之类的考虑。

在一些实施例中，接收元件可以布置在PRU的壳体的内表面上的不同位置处。例如，现在返回参照图7和图7A-1，接收元件732、734可以布置在PRU 70的壳体700的内表面上，或者当组装PRU 70时可以另外封闭在壳体700内。图7例如示出接收元件732、734可以附接至壳体700的区段704的内表面。图7A-1进一步显示了当采用显示模块组装PRU 70时接收元件732、734可以封闭在壳体700内。

在根据本公开的其他实施例中，PRU的一些接收元件可以相对于PRU的壳体的部分而安装或另外布置在外面。图9例如以示意性方式示出了PRU 90的示例，具有包括例如由连接器914，916串联连接在一起的、分立不同地定位的接收元件932、934、936的接收元件的系统。接收元件936可以设置或另外布置在PRU 90的壳体700的内表面上。接收元件932、934可以布置在PRU90的外表面上而并非在壳体700的内表面上。馈线912a、912b可以引出功率至PRU 90的设备电子器件(未示出)。例如，馈线912a、912b可以连接至整流器电路(未示出)以向PRU 90提供DC功率。

现在参照图9A-1，沿着图9中视图线条9A-9A获取的截面图示出了根据一些实施例的接收元件932、934的侧壁布置。图9A-1更清楚地示出了在一些实施例中，接收元件932、934可以布置在壳体700的侧壁704a、704b的外表面上。在一些实施例中，接收元件932、934可以包括支撑在相应衬底906、908上的导电材料(例如导线)902的相应线圈(回路)。衬底906、908例如可以是塑料或其他非导电材料。在一些实施例中，用于接收元件902、904的线圈可以模塑至相应衬底906、908中，使用例如注塑成型技术。在其他实施例中，用于接收元件902、904的线圈可以另外地嵌入至相应衬底906、908中，例如通过在衬底906、908中刻出的空腔并且将用于接收元件902、904的线圈定位在空腔内。在其他实施例中，用于接收元件902、904的线圈可以形成在柔性印刷电路板(PCB)上，其附接(例如胶水粘合、胶带粘合等)至相应衬底906、908，而不是嵌入在衬底906、908内。

如图9A-1中所示，在一些实施例中接收元件932、934可以附接至壳体700的相应侧壁704a、704b。在其他实施例中，接收元件自身可以形成用于PRU的壳体的侧壁。例如，图9A-2中截面图示出了其中可以由接收元件932、934替代壳体700的金属侧壁部分(例如图9A-1中704a、704b)的实施例。可以选择衬底906、908的衬底材料以提供足够的结构支撑以用作壳体700的侧壁。

在一些实施例中，可以机械加工PRU自身的导电壳体以限定一个或多个分离定位的接收元件。参照图10，在一些实施例中，用于PRU 10的壳体1000可以包括电学分离的、导电区段1002、1004、1006。在一些实施例中，区段1004的侧壁可以包括接收元件1032、1034。例如，接收元件1032、1034可以包括从用于壳体1000的相同材料机械加工的卷曲结构。区段1004的每个侧壁可以包括非导电框架以支撑卷曲结构并且将卷曲结构附接至区段1004。以下将讨论这些结构。

根据本公开，接收元件1032、1034并不在壳体1000内部或者由其所封闭，而是在其外部。在一些实施例中，接收元件1036可以布置在壳体的内表面上；例如区段1004。接收元件1032、1034可以被配置用于在无线功率传输期间直接地耦合至外部产生的磁场，而接收元件1036可以被配置用于耦合至由外部产生的磁场在区段1004中感应产生的涡流电流。接收元件1032、1034、1036可以由连接器1014、1016串联连接在一起。在一些实施例中，可以选择接收元件1032、1034、1036的绕组方向(例如顺时针或逆时针)以建设性地组合磁场，其可以由在无线功率传输期间在每个接收元件1032、1034、1036中感应形成的电流而产生。

可以提供馈线1012a、1012b以引出功率至设备电子器件(未示出)。在一些实施例中，例如，馈线1012a、1012b可以连接至整流器电路(未示出)以提供DC功率至PRU 70。

图10A-1示出了沿着图10中视图线条10A-10A获取的截面图。附图示出了根据本公开的壳体1000的侧壁构造的实施例。在一些实施例中，区段1004的侧壁1004a可以包括构成了接收元件1032的卷曲结构。在一些实施例中，卷曲结构可以由与壳体1000相同的金属机械加工。在其他实施例中，卷曲结构可以由不同于壳体的材料机械加工。材料的选择可以根据审美而确定。

侧壁1004a可以进一步包括非导电框架1042，其为接收元件1032的卷曲结构提供结构支撑。此外，框架1042可以被配置为允许组合的结构1032/1042连接至壳体1000以限定侧壁1004a。框架1042也可以用于从壳体1000电隔离接收元件1032。

侧壁1004b可以同样地构造，包括构成了接收元件1034的卷曲结构以及框架1044。框架1044可以被配置用于支撑构成了接收元件1034的卷曲结构并且将卷曲结构1034/1044连接至壳体1000以限定侧壁1004b。框架1044也可以用于从壳体100电隔离接收元件1034。

图10A和图10B示出了壳体1000的模型的顶视图。图10A示出了观察壳体1000内表面中的顶视图。图10B示出了观察壳体100的外表面的顶视图。附图示出接收元件1032、1034可以限定用于壳体1000的侧壁。框架(未示出)可以支撑每个接收元件1032、1034。如上所述，框架可以例如通过在接收元件1032、1034与壳体1000之间提供间隙而电隔离每个接收元件1032、1034。在1052、1054、1056、1058处示出了示例。也参见图10C中所示壳体1000的立体图。

图10D中所示壳体1000的侧视图示出了包括接收元件1032的卷曲结构的示例。在图中所示的示例中，卷曲结构具有1.5圈，尽管在其他实施例中，卷曲结构可以具有不同的圈数。馈线1012a可以在卷曲结构的一端处。连接器1014可以连接至卷曲结构的另一端。

在一些实施例中，根据本公开的PRU可以相对于功率传输单元(PTU)垂直地设置。换言之，在一些实施例中，PRU和PTU可以垂直地间隔开。例如参照图11A，朝PTU充电表面上看去的俯视图示出了放置在充电表面上的两个PRU。图11B示出沿着视图线条11B-11B获取的截面图，示出了PRU可以与PTU垂直地间隔分开，显示了由PTU产生的磁场。

在一些实施例中，根据本公开的PRU可以相对于功率传输单元(PTU)以并排配置而设置。换言之，在一些实施例中，PRU和PTU可以水平地间隔开。参照图11C，例如PTU 1102可以是电子设备，诸如膝上型计算机，或者可以配置用作PTU以向PRU 11提供无线功率的其他这类设备。PTU 1102可以包括发射线圈1104a。在一些实施例中，发射线圈1104a可以在平行于PRU 11的接收元件的线圈的绕组的平面中卷曲。图11C示出了在无线功率传输操作期间可以出现的磁场线的朝向。

图11D示出了在一些实施例中PTU 1102可以具有发射线圈1104b，其在与包括PRU11的接收元件的线圈的绕组的平面并不平行的平面中卷曲。例如，发射线圈1104b可以布置在PTU 1102的壳体的底部上。图11D示出了可以在以该配置无线功率传输操作期间可以产生的磁场线的朝向的示例。

根据本公开，根据本公开的分布式接收元件不限于电子设备的背部盖件。参照图12A、图12B和图12C，在一些实施例中，接收元件可以分布在用于无线功率传输的可穿戴电子设备(诸如智能手表)的各个部件中；例如在可穿戴设备的本体内，在表带内等。在一些实施例中，分布式接收元件可以相对于相互不共面。接收元件位于其中的平面可以相对于相互处于不同角度。更通常所述，考虑坐标系统的X、Y和Z轴线。根据本公开，接收元件的一些可以沿着平行于轴线之一的平面，并且接收元件的一些可以沿着与两个或多个轴线交叉的平面。

进一步根据本公开，接收元件可以布置在柔性衬底上。进一步，接收元件可以弯曲以安装在智能手表的表带的弯曲部分上。更通常的，接收元件可以沿两个或三个维度折叠或弯曲。因此，接收元件可以不必平坦位于平面上。

图12A表示可以包括根据本公开的PRU的可穿戴设备1200的示意性实施例。可穿戴设备1200可以是数字手表，可与手表类似地穿戴的电子健身监控装置、电子手环、电子徽章等等。可穿戴设备1200可以包括设备本体1202，包含可穿戴设备的部件，包括例如，设备电子器件(例如处理器、控制器、通信等)，显示器，功率电子器件(例如电池充电器、功率管理单元等)等等。可以提供紧固件以允许用户将可穿戴设备紧固至它们自身。手表例如可以包括皮带，允许用户将手表紧固至他们的手腕。徽章可以包括允许用户将徽章紧固至他们衣物上的其他合适机构的夹子。

图12A建立了用于本公开中一些参考点。面向设备本体1202，存在可穿戴设备1200的右侧和可穿戴设备1200的左侧。可穿戴设备1200的顶侧涉及附接在设备本体1202顶部处的顶部紧固件(例如皮带)的一部分。可穿戴设备1200的底侧涉及附接在设备本体1202的底部处的底部紧固件的一部分。皮带可以是任何合适的构造；例如链接的区段(如图中所示)、柔性段带等等。

根据本公开的一些实施例，可穿戴设备1200中的PRU可以包括贴附至可穿戴设备的数个接收元件1212、1214、1216、1218。在一些实施例中，接收元件1212、1214、1216、1218可以包括在可穿戴设备1200的部件内。例如，图12A示出顶侧接收元件1214可以包括在顶部紧固件的一部分中。顶侧接收元件1214由虚线表示以指示其可以嵌入在顶部皮带的材料内。图12B的右侧更清楚地指示了这点。类似地，底侧接收元件1218可以包括在底部紧固件的一部分中。在其他实施例中，顶侧接收元件1214和底侧接收元件1218可以使用粘附剂贴附在表面上。接收元件1212、1214、1216、1218可以由任何合适的导电材料形成，诸如但不限于铜导线、在柔性衬底上图形化的迹线，其组合等等。

根据本公开的一些实施例，一个或多个接收元件可以附接至可穿戴设备1200的设备本体1202。例如，设备本体1202可以包含右侧接收元件1216和左侧接收元件1212。在一些实施例中，右侧接收元件1216和左侧接收元件1212可以附接至设备本体1212的外壳1204的相应内表面。图12B更清楚地示出了布置在设备本体1212内的右侧接收元件1216。图12C的左侧示图同样示出了布置在设备本体1202内的左侧接收元件1212。

在一些实施例中，接收元件1212、1214、1216、1218可以串联连接在一起。参照图12A和图12C，例如，包括顶侧接收元件1214的绕组的一端可以连接至包括左侧接收元件1212的绕组的一端。左侧接收元件1212的另一端可以连接至底侧接收元件1218，如图12C和图12A中可见。串联连接可以继续，其中底侧接收元件1218连接至右侧接收元件1216，如图12A和图12B中所示，以及右侧接收元件1216可以连接至顶侧接收元件1214的另一端，如图12A和图12B中所示。

根据本公开，开关网络可以将接收元件的不同组合选择性地切换在一起。在一些实施例中，开关网络可以包括连接至组合电路的多个开关。开关可以选择性地断开和闭合以将接收元件与组合电路连接/断连。可以由组合电路组合所选择的接收元件。

图13例如示出了连接至相应开关1304的数个接收元件。接收元件例如可以是在设备(未示出)上不同位置处的线圈(例如502-506，图5)、导电区段(例如602-606，图6)、其组合等等。控制器1306可以操作单个开关1304以将包括一个或多个相应接收元件的子集连接至互感组合电路1302。开关1304和互感组合电路1302可以配置作为用于组合的装置。在一些实施例中，互感组合电路1302可以组合连接至其的接收元件以添加地(串联方式)和/或相减地(并联/分流方式)组合互感，从而所连接的接收元件的集合具有给定的总互感。在一些实施例中，互感组合电路1302可以包括开关矩阵。互感组合电路1302可以连接至整流器以对组合电路1302的输出进行AC整流，以向负载提供合适的DC电平。

在操作中，接收元件可以耦合至外部产生的磁场。开关1304可以选择接收元件的子集，使得组合器1302可以连接在一起以组合在接收元件的子集中感应的电流以产生用于装置的功率。在一些实施例中，可以对组合电流进行整流。

参照图14，在一些实施例中，接收元件可以连接至相应的整流器。可以借由开关1404将包括整流器的一个或多个输出的子集选择性地连接至电压组合电路1402。控制器1406可以控制开关1404以将整流器的不同组合连接至电压组合电路1402。开关1404和互感组合电路1402可以配置作为用于组合的装置。控制器1406可以控制电压组合电路1402以添加和/或减去与其相连的各个电压，从而所连接的接收元件的集合可以在电压组合电路1402的输出端处提供给定的电压。在一些实施例中，电压组合电路1402可以包括开关矩阵。

参照图15，在一些实施例中，接收元件可以借由开关1504连接至电阻性组合电路1502。控制器1506可以操作开关1504，以将包括一个或多个相应接收元件的子集连接至电阻性组合电路1502。开关1504和互感组合电路1502可以被配置作为用于组合的装置。在一些实施例中，电阻性组合电路1502可以组合与其相连的接收元件的电阻，以添加地(串联方式)和/或相减地(并联方式)组合电阻，例如，用于提高接收元件的功率效率。在一些实施例中，电阻性组合电路1502可以包括开关的矩阵。

在一些实施例中，接收元件可以以串联开关配置而连接。图16例如示出了串联连接配置，包括连接在接收元件的配对之间的开关1602、1604，其可以被配置作为用于组合的装置。控制器1606可以操作开关1602、1604以实现所需的互感。

在一些实施例中，反馈路径可以用于控制选择性交换。图17例如示出了连接至开关1704的接收元件。反馈控制器1706可以选择性地控制开关1704以将包括一个或多个接收元件的子集连接至互感组合电路1702。开关1704和互感组合电路1702可以配置作为用于组合的装置。控制器1706可以使用由整流器产生的电压水平作为反馈信号以控制接收元件至互感组合电路1702的连接和断连。控制器1706可以进一步使用电压水平以控制如何组合连接至互感组合电路1702的接收元件，也即添加地、相减地、其组合。例如，控制器1706可以使用反馈控制以通过连接各个接收元件至互感组合电路1702并控制如何组合那些接收元件而维持所需的电压水平。

根据以上内容，在一个实施例中，提供了一种用于无线地接收功率的方法。方法包括在装置中第一位置处通过电磁感应产生第一电流。方法进一步包括在装置中第二位置处通过电磁感应产生第二电流。方法进一步包括组合第一电流和第二电流以产生用于装置的功率。在一些实施例中，产生第一电流可以包括将第一功率接收元件耦合至外部产生的磁场，以及产生第二电流包括将第二功率接收元件耦合至外部产生的磁场。在一些实施例中，产生第一电流包括将导线的第一线圈耦合至外部产生的磁场，并且产生第二电流包括将容纳装置的金属壳体的一部分耦合至外部产生的磁场。

在另一实施例中，提供了另一种用于无线地接收功率的方法。方法包括在装置中不同位置处将功率接收元件耦合至外部产生的磁场。方法进一步包括将接收元件的子集连接在一起。方法进一步包括组合在接收元件的子集中所感应的电流以产生用于装置的功率。在一些实施例中，将功率接收元件耦合至外部产生的磁场包括将导线的线圈耦合至外部产生的磁场以及将容纳装置的金属壳体的一部分耦合至外部产生的磁场的一个或多个。在一些实施例中，方法进一步包括在组合了在功率接收元件的子集中感应的电流之后整流所组合的电流。在一些其他实施例中，方法进一步包括在组合之前整流在功率接收元件的子集中感应的电流。

以上说明书示出了本公开的各个实施例以及可以如何实施特定实施例的一些方面的示例。以上示例不应被认为仅是实施例，并且展示用以示出如由以下权利要求所限定的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开和以下权利要求，可以采用其他设置、实施例、实施方式和等价形式而并未脱离如由权利要求所限定的本公开的范围。

根据本公开的分布式接收元件的系统可以与单导线方案相比呈现更低的电阻。接收元件在PRU的壳体中的分布避免了影响通信天线的操作，诸如用于LTE、WCDMA、GSM、GPS、WiFi等等的天线。分布式接收元件的可配置性避免了天线布置的设计改变。

Claims (44)

1.一种用于无线充电的装置，包括：

壳体，包括一个或多个电学分离的导电区段；以及

多个功率接收元件，被配置用于耦合至外部产生的磁场以对负载无线地供电或充电，所述多个功率接收元件中的至少一个功率接收元件包括所述壳体的所述导电区段中的一个导电区段，

至少第一功率接收元件和第二功率接收元件，连接在一起并且操作性地用于当被耦合至所述外部产生的磁场时产生单个功率输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个功率接收元件中的一个或多个功率接收元件被连接在谐振电路中。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个功率接收元件中的至少一个功率接收元件包括导线的线圈。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体包括顶部区段，其中所述第一功率接收元件包括具有平行于所述壳体的顶部区段的第一平面而卷曲的至少一圈的第一导体，以及所述第二功率接收元件包括具有平行于所述壳体的侧边的第二平面且不平行于所述第一平面而卷曲的至少一圈的第二导体。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一导体附接至所述壳体的顶部区段的内表面，并且所述第二导体附接至所述外壳的侧边的内表面。

6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括多个开关，选择性地可操作用于以所连接的功率接收元件的不同组合而将所述多个功率接收元件中的至少一些功率接收元件连接在一起。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述所连接的功率接收元件的不同组合具有与所述外部产生的磁场的不同程度的相互耦合。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述所连接的功率接收元件的不同组合提供不同的输出电压。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述所连接的功率接收元件的不同组合具有不同的电阻。

10.根据权利要求6所述的装置，进一步包括控制器以控制所述多个开关。

11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括多个整流器，每个功率接收元件连接至对应的整流器，其中所述多个整流器串联连接在一起。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个功率接收元件中的至少一些功率接收元件串联连接。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个功率接收元件中的至少一些功率接收元件连接在一起，从而出现在所述多个功率接收元件的至少一些功率接收元件中的磁场建设性地组合。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述外部产生的磁场由与所述设备垂直地间隔开的源而产生。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述外部产生的磁场由与所述设备水平地间隔开的源而产生。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述壳体被配置为容纳移动设备的部件，其中所述负载包括所述移动设备的电子部件。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述移动设备是可穿戴设备。

18.一种用于无线地接收功率的装置，所述装置包括：

壳体，构成了电子设备的外壳的一部分，所述壳体具有至少一个导电区段；

第一功率接收元件，被配置用于经由外部产生的交变磁场而无线地接收功率，所述第一功率接收元件包括附接至所述壳体的导电材料的线圈；以及

至少第二功率接收元件，被配置用于经由所述外部产生的交变磁场而无线地接收功率，所述第二功率接收元件包括所述壳体的所述至少一个导电区段。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一功率接收元件被连接在谐振电路中。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述至少第二功率接收元件被连接在谐振电路中。

21.根据权利要求18所述的装置，进一步包括在包括所述第一功率接收元件的导电材料的线圈与包括所述第二功率接收元件的所述壳体的所述至少一个导电区段之间的电连接。

22.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一功率接收元件位于第一平面中以及所述第二功率接收元件位于与所述第一平面非平行的第二平面中。

23.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一功率接收元件附接至所述壳体的侧边。

24.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：

多个功率接收元件，包括所述第一功率接收元件和第二功率接收元件；以及

多个开关，选择性地可操作用于将功率接收元件的不同组合连接在一起。

25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述功率接收元件的不同组合提供与所述外部产生的磁场的不同程度的相互耦合。

26.根据权利要求24所述的装置，其中，所述功率接收元件的不同组合具有不同的互感。

27.根据权利要求24所述的装置，其中，所述功率接收元件的不同组合提供不同的输出电压。

28.根据权利要求24所述的装置，其中，所述功率接收元件的不同组合具有不同的电阻。

29.一种用于无线地接收功率的装置，所述装置包括：

用于容纳电子设备的部件；

第一部件，用于通过外部产生的磁场接收功率；

第二部件，用于通过所述外部产生的磁场接收功率，包括用于容纳所述电子设备的所述部件的一部分。

30.根据权利要求29所述的装置，所述第一部件、所述第二部件、或所述第一部件和第二部件被连接在谐振电路中。

31.根据权利要求29所述的装置，进一步包括用于将所述第一部件和所述第二部件连接在一起的部件。

32.一种用于无线地接收功率的方法，包括：

在设备中的第一位置处通过电磁感应产生第一电流；

在所述设备中的第二位置处通过电磁感应产生第二电流；以及

组合所述第一电流和所述第二电流以产生用于所述设备的功率。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，产生第一电流包括将第一功率接收元件耦合至外部产生的磁场，并且产生第二电流包括将第二功率接收元件耦合至所述外部产生的磁场。

34.根据权利要求32所述的方法，其中，产生第一电流包括将导线的第一线圈耦合至外部产生的磁场，并且产生第二电流包括将容纳所述设备的金属壳体的一部分耦合至所述外部产生的磁场。

35.一种用于无线地接收功率的装置，所述装置包括：

壳体，用于便携式电子设备；

多个功率接收元件，分布在所述壳体上的不同位置处；

组合电路；

多个开关，被配置用于将所述多个功率接收元件的子集连接至所述组合电路，所述组合电路被配置用于组合所述多个功率接收元件的子集以形成所连接的功率接收元件的集合；以及

控制器，被配置用于操作所述多个开关和所述组合电路。

36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述多个功率接收元件中的一个或多个功率接收元件被连接在谐振电路中。

37.根据权利要求35所述的装置，进一步包括，整流器电路，连接至所述组合电路的输出端以产生输出电压。

38.根据权利要求35所述的装置，其中，所述组合电路被配置为以串联方式和/或以并联方式将所述多个功率接收元件的子集选择性地连接在一起。

39.根据权利要求35所述的装置，进一步包括多个整流器电路，连接至所述多个功率接收元件中的相应功率接收元件以输出相应的DC电平，所述整流器电路的输出连接至所述组合电路。

40.根据权利要求39所述的装置，其中，所述组合电路被配置为选择性地添加和/或减去与所述功率接收元件的子集相关联的DC电平。

41.一种用于无线地接收功率的方法，包括：

在设备中的不同位置处将功率接收元件耦合至外部产生的磁场；

将所述接收元件的子集连接在一起；以及

组合所述在接收元件的子集中感应产生的电流，以产生用于所述设备的功率。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，将功率接收元件耦合至所述外部产生的磁场包括以下项中的一项或多项：将导线的线圈耦合至所述外部产生的磁场、以及将容纳所述设备的金属壳体的一部分耦合至所述外部产生的磁场。

43.根据权利要求41所述的方法，进一步包括在组合所述功率接收元件的子集中感应产生的电流之后整流经组合的电流。

44.根据权利要求41所述的方法，进一步包括，在所述组合之前，整流在所述功率接收元件的子集中感应产生的电流。