CN110855016B - 用于电子设备的无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“用于电子设备的无线充电系统”。实施方案描述了便携式电子设备，其包括具有接口表面的外壳、和电感器线圈，该电感器线圈设置在外壳内并且包括围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝的传导线，使得电感器线圈为基本上平面的。便携式电子设备还包括耦接到电感器线圈并且被配置为操作电感器线圈无线地接收功率和无线地发射功率的充电电路、耦接到充电电路并且被配置为指示充电电路操作电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率的控制电路、以及耦接到控制电路并且被配置为检测充电表面上外部设备的存在的设备检测线圈，设备检测线圈被配置为以与电感器线圈不同的频率操作。

Description

用于电子设备的无线充电系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年5月24日提交的美国非临时专利申请16/422,750的优先权，该申请要求于2018年8月20日提交的美国临时专利申请62/720,001和要求于2019年4月15日提交的美国临时专利申请62/834,323的优先权，该美国临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文用于所有目的。
技术领域
本申请总体涉及用于电子设备的无线充电系统。
背景技术
便携式电子设备(例如，移动电话、媒体播放器、电子手表等等)在其电池中存储有电荷时操作。一些便携式电子设备包括可充电电池，其可通过物理连接(诸如通过充电线)将便携式电子设备耦接到电源来再充电。然而，使用充电线对便携式电子设备中的电池进行充电要求便携式电子设备被物理地拴系到电源插座。另外，使用充电线要求该移动设备具有被配置为与充电线的连接器(通常为插头连接器)配合的连接器(通常是插座连接器)。插座连接器通常包括便携式电子设备中的腔，该腔提供灰尘和湿气可侵入并损坏设备的通道。此外，便携式电子设备的用户不得不将充电缆线物理地连接到插座连接器，以便对电池进行充电。
为了避免此类不足，已研发出在无需充电线的情况下对便携式电子设备进行无线充电的无线充电设备。例如，可通过仅将设备放置在无线充电设备的充电表面上来对一些便携式电子设备进行再充电。设置在充电表面下方的发射器线圈可产生时变磁通，该时变磁通在便携式电子设备中的对应接收器线圈中感应出电流。所感应出的电流可被电子设备用于对其内部电池进行充电。便携式电子设备中的接收线圈仅可以从无线充电设备接收功率。
发明内容
本公开的一些实施方案提供了包括混合无线充电系统的便携式电子设备。混合无线充电系统被配置为不仅从无线充电设备接收电荷，而且也向次级电子设备发射电荷。在一些实施方案中，混合充电系统可以包括混合接收器/发射器线圈和用于帮助与次级电子设备对准的一个或多个对准机构。通过将混合充电系统结合在便携式电子设备中，改善了电子设备的功能性并且帮助便携式电子设备实现与次级电子设备的有效功率传输。
在一些实施方案中，便携式电子设备包括具有接口表面(interface surface)的外壳、和电感器线圈，该电感器线圈设置在外壳内并且包括围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝的传导线，使得电感器线圈为基本上平面的。所述设备可以还包括耦接到电感器线圈并且被配置为操作电感器线圈无线地接收功率和无线地发射功率的充电电路、耦接到充电电路并且被配置为指示充电电路操作电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率的控制电路、以及耦接到控制电路并且被配置为检测接口表面上外部设备的存在的设备检测线圈，设备检测线圈被配置为以与电感器线圈不同的频率操作。
设备检测线圈可以由具有比用于形成电感器线圈的传导线窄的迹线宽度的线构造。传导线可以由布置在单一平面中的多个子线形成。所述设备可以还包括设置在电感器线圈和接口表面之间并且包括基底层和附接到基底层的导电层的电磁屏蔽件，其中电磁屏蔽件可以被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过。电感器线圈和设备检测线圈可以附接到电磁屏蔽件。设备检测线圈的外轮廓可以与电磁屏蔽件的外轮廓相同。设备检测线圈可以位于电磁屏蔽件的外周边处。电感器线圈可以具有第一外轮廓，并且设备检测线圈可以具有与电感器线圈不同的第二外轮廓。设备检测线圈可以设置在电感器线圈的外周边之外。设备检测线圈可以由基底上的图案化导电迹线形成，并且电感器线圈可以由绞合线圈形成。所述设备可以还包括设置在传导线的所述多个线匝的相邻线匝之间的磁性材料。传导线可以由布置在单一平面中的多个子线形成，并且磁性材料可以还被设置在传导线的每个线匝的相邻子线之间。
在某些实施方案中，便携式电子设备包括具有接口表面的外壳、电感器线圈和设置在电感器线圈和接口表面之间的电磁屏蔽件，该电感器线圈设置在外壳内并且包括围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝的传导线，使得电感器线圈为基本上平面的。电磁屏蔽件可以包括基底层和附接到基底层的导电层，并且被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过。所述设备可以还包括互连部件，该互连部件包括位于互连部件的耦接端的第一接触垫和第二接触垫，其中第一接触垫可以被配置为与电磁屏蔽件耦接，并且第二接触垫可以被配置为与电感器线圈耦接。所述设备可以也包括被配置为检测充电表面上外部设备的存在的设备检测线圈，其中设备检测线圈被配置为以与电感器线圈不同的频率操作。
所述设备可以还包括设置在外壳内并且耦接到电感器线圈的充电电路，充电电路可以被配置为从电感器线圈接收电流。互连部件可以包括柔性电路并且被配置为将电磁屏蔽件接地以及将电感器线圈耦接到充电电路。互连部件可以是柔性电路板。耦接端可以位于电感器线圈的中心处，使得电磁屏蔽件和电感器线圈二者端接(terminate)于电感器线圈的中心处。传导线可以由绞合线圈形成，每个绞线(strand)具有正方形、圆形或矩形形状的横截面轮廓。
在一些实施方案中，无线充电系统包括具有发射器线圈的无线充电设备、和被配置为从无线充电设备接收功率的便携式电子设备。便携式电子设备可以包括具有接口表面的外壳、和电感器线圈，该电感器线圈设置在外壳内并且包括围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝的传导线，使得电感器线圈为基本上平面的。所述设备可以还包括耦接到电感器线圈并且被配置为操作电感器线圈无线地接收功率和无线地发射功率的充电电路、耦接到充电电路并且被配置为指示充电电路操作电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率的控制电路、以及耦接到控制电路并且被配置为检测接口表面上外部设备的存在的设备检测线圈，其中设备检测线圈被配置为以与电感器线圈不同的频率操作。
所述系统可以还包括设置在电感器线圈和接口表面之间并且包括基底层和附接到基底层的导电层的电磁屏蔽件，电磁屏蔽件被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过。设备检测线圈可以由具有比用于形成电感器线圈的传导线窄的迹线宽度的线构造。
通过参考以下具体实施方式和附图，可更好地理解本发明的实施方案的实质和优点。
附图说明
图1是示出根据本公开的一些实施方案的示例性便携式电子设备的框图。
图2A是示出根据本公开一些实施方案的示例性混合无线充电系统在从无线充电设备接收功率时所经历的电气交互的简化图。
图2B是示出根据本公开一些实施方案的示例性无线充电系统在向次级设备发射功率时所经历的电气交互的简化图。
图2C是示出根据本公开一些实施方案的示例性无线充电系统在向放置在其侧面上的次级设备发射功率时所经历的电气交互的简化图。
图3A是示出根据本公开一些实施方案的包括被形成为柔性印刷电路(FPC)线圈的混合接收器/发射器线圈的便携式电子设备的分解图的简化图。
图3B是示出根据本公开一些实施方案的示例性附接组件的简化图，该示例性附接组件由一片单面粘合剂和以重叠布置被定位在混合接收器/发射器线圈的边缘处的双面粘合剂构成。
图3C是示出根据本公开一些实施方案的其中双面粘合剂为月牙状并且不与混合接收器/发射器线圈的边缘重叠的示例性附接组件。
图4A-4J是示出根据本公开一些实施方案的适用于接收功率和发射功率的不同混合接收器/发射器线圈构造的简化图。
图5是根据本公开一些实施方案的包括被形成为FPC并定位在便携式电子设备的外壳内的混合接收器/发射器线圈的无线功率接收/发射模块的一部分的简化剖视图。
图6A是示出根据本公开一些实施方案的包括处于互卷绕构型的混合接收器/发射器线圈和设备检测线圈的示例性混合无线充电系统的简化图。
图6B是示出根据本公开一些实施方案的包括处于外卷绕构型的设备检测线圈的示例性混合无线充电系统的简化图。
图6C是示出根据本公开一些实施方案的包括处于内卷绕构型的设备检测线圈的示例性混合无线充电系统的简化图。
图7是示出根据本公开一些实施方案的包括被形成为绞合线圈的混合接收器/发射器线圈的便携式电子设备的分解图的简化图。
图8A是示出根据本公开一些实施方案的电磁屏蔽件和混合接收器/发射器线圈的自上而下视图的简化图。
图8B是示出根据本公开一些实施方案的如图8A所示切割线所示的传导线的绞线的剖视图的简化图。
图8C是示出根据本公开一些实施方案的电磁屏蔽件的一部分的自上而下近距离视图的简化图。
图8D是示出根据本公开一些实施方案的具有三个发射器线圈的示例性图案的简化图。
图8E是示出根据本公开一些实施方案的被配置在玫瑰花结图案中的示例性发射器线圈布置的简化图。
图8F-8H是示出根据本公开一些实施方案的被配置在玫瑰花结图案中的发射器线圈布置的不同层的简化图。
图9A是示出根据本公开一些实施方案的用于便携式电子设备的具有绞合混合接收器/发射器线圈的另一示例性无线功率接收/发射模块的分解图的简化图。
图9B-9C是示出根据本公开一些实施方案的用于功率接收/发射模块的互连部件的耦接端上的垫的简化图。
图10A-10D是示出根据本公开一些实施方案的用于混合无线充电系统的不同对准机构的简化图。
具体实施方式
本公开的实施方案描述了用于便携式电子设备的混合无线充电系统。混合无线充电系统可以包括混合接收器/发射器线圈，混合接收器/发射器线圈可以被操作以接收功率以及发射功率。例如，混合接收器/发射器线圈可以耦接到混合充电电路，混合充电电路可以在便携式电子设备被定位在无线充电设备的充电表面上时操作混合接收器/发射器线圈接收功率。混合充电电路也可以在次级电子设备被定位在便携式电子设备的充电表面上时操作混合接收器/发射器线圈发射功率。根据本公开的一些实施方案，混合接收器/发射器线圈可以被设计为在接收功率以及发射功率两者上是高效的，这将在本文进一步详细讨论。在一些实施方案中，混合无线充电系统可以还包括对准机构，以帮助将次级电子设备对准到便携式电子设备的混合接收器/发射器线圈。对准机构可以是被动对准机构或主动对准机构。
因此，便携式电子设备可以从无线充电设备无线地接收功率、以及向次级电子设备无线地发射功率，由此提高便携式电子设备的功能性和灵活性。本文进一步详细讨论此类便携式电子设备的实施方案的方面和特征。
I.便携式电子设备
便携式电子设备是可通过在其自身的本地存储的电力上运行而无需耦合到电网来操作的电子设备。便携式电子设备可以被专门设计来为用户执行各种功能。在一些实施方案中，电子设备100是消费电子设备，诸如智能电话、平板电脑、膝上型计算机等。
图1是示出根据本公开一些实施方案的示例性便携式电子设备100、用于与设备100耦接来对设备100充电的示例性功率供应装置119、以及用于从便携式电子设备100接收功率的示例性次级电子设备124的框图。设备100包括耦接到存储体104的计算系统102。计算系统102可以包括被配置为执行存储在存储体104中的指令以执行用于操作设备100的多个功能的控制电路。控制系统可以包括一个或多个合适的计算设备，诸如微处理器、计算机处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)等。
计算系统102还可耦接至用户界面系统106、通信系统108和用于使电子设备100能够执行一个或多个功能的传感器系统110。例如，用户界面系统106可包括显示器、扬声器、麦克风、用于启用触觉反馈的致动器，以及一个或多个输入设备，诸如按钮、开关、用于使显示器成为触敏的电容式屏幕等等。通信系统108可包括无线通信组件、蓝牙组件、和/或无线保真度(WiFi)部件，以使设备100能够拨打电话、与无线附件进行交互以及访问Internet。传感器系统110可包括光传感器、加速度计、陀螺仪、温度传感器和可测量外部实体和/或环境的参数的任何其他类型的传感器。
所有这些电子部件都需要电源来运行。因此，电子设备100还包括电池112，用于释放所存储的能量来为设备100的电子部件供电。为了补充为电子部件供电而释放的能量，电子设备100包括混合无线充电系统118。混合无线充电系统118可以包括混合充电电路114和混合接收器/发射器线圈116，用于从耦接到外部电源122的无线充电设备120接收功率。无线充电设备120可以包括用于生成能够在混合接收器/发射器线圈116中生成对应电流的时变磁通的发射器线圈。所生成的电流可以被混合充电电路114用于对电池112充电。根据本公开的一些实施方案，混合无线充电系统118也可以向次级电子设备124发射功率。此类混合无线充电系统的细节在本文中更详细地讨论。
II.混合无线充电系统
本公开的实施方案描述了既可以无线地接收功率又可以无线地发射功率的混合无线充电系统。图2A和图2B示出了无线功率传输期间的示例性混合无线充电系统。具体地讲，根据本公开的一些实施方案，图2A示出了示例性混合无线充电系统在从无线充电设备接收功率时所经历的电气交互，并且图2B示出了示例性无线充电系统在向次级设备发射功率时所经历的电气交互。
参考图2A，便携式电子设备204被定位在无线充电设备202的充电表面212上。便携式电子设备204可以包括混合无线充电系统207，混合无线充电系统具有混合接收器/发射器线圈208和混合充电电路205；并且无线充电设备202可以包括发射器线圈206。混合接收器/发射器线圈208可以是可以与时变磁通相互作用和/或产生时变磁通的电感器线圈。便携式电子设备204可以是消费电子设备，诸如智能电话、平板电脑等。无线充电设备202可以是被配置为生成时变磁场以在接收设备中感应对应电流的任何合适设备。例如，无线充电设备202可以是无线充电垫、盘、对接底座等。便携式电子设备204可以在充电表面212处置于无线充电设备202上，以使得能够进行功率传输。
在从无线充电设备202向便携式电子设备204的无线功率传输期间，混合无线充电系统207可以操作以从无线充电设备202接收功率。例如，混合充电电路205可以操作混合接收线圈208作为接收线圈，以通过与由发射器线圈206生成的时变磁通210相互作用来接收功率。混合充电电路205可以对应于图1中的混合充电电路114。与时变磁通210的相互作用导致在混合接收器/发射器线圈208中感应出电流，这可以被混合充电电路205用于对便携式电子设备204的内部电池充电。如图2A所示，便携式电子设备204可以放置在无线充电设备202的充电表面212上。在一些实施方案中，便携式电子设备204的接口表面220在无线功率传输期间与充电表面212接触。因此，便携式电子设备204可以通过接口表面220接收功率。接口表面220可以是便携式电子设备204的外壳的外表面。
根据本公开的一些实施方案，混合无线充电系统207也可以操作以向次级设备发射功率。例如，参考图2B，次级电子设备214可以被定位在便携式电子设备204的充电表面上以从便携式电子设备204接收电荷。在一些实施方案中，接口表面220是次级电子设备214可以在其上从便携式电子设备204接收功率的充电表面。因此，便携式电子设备204可以通过同一表面(即，接口表面220)接收功率以及传输功率。
次级电子设备214可以是可以通过以其自身本地存储的电力运行而在不耦接到电网的情况下操作的电子设备。例如，次级电子设备214可以是与便携式电子设备204一起操作的附件，诸如智能手表、智能电话、无线耳塞、无线耳塞的壳体等，或者其可以是任何其他便携式电子设备，诸如平板电脑、膝上型计算机等。次级电子设备214可以包括用于在无线功率传输期间接收功率的次级接收线圈216。
在从便携式电子设备204向次级电子设备214的无线功率传输期间，混合无线充电系统207可以操作以向次级电子设备214发射功率。例如，混合充电电路205可以操作混合接收线圈208作为接收器线圈，以生成时变磁通218来与次级接收器线圈216相互作用。在一些实施方案中，混合充电电路205可以驱动电流通过混合接收器/发射器线圈208，并且使混合接收器/发射器线圈208生成可以在次级接收器线圈216中感应出对应电流的时变磁通218。在次级接收器线圈216中所感应出的电流可以被次级电子设备214用于对其电池充电。在一些实施方案中，混合无线充电系统207也可以包括对准机构，用于帮助将次级接收器线圈216与混合接收器/发射器线圈208对准，如将在本文进一步讨论。
在一些实施方案中，混合无线充电系统207也可以操作以即使在次级设备正放置在其侧面上时也向次级设备发射功率。在此类情况下，混合无线充电系统207所生成的水平磁通可以被次级设备接收。例如，参考图2C，次级电子设备214可以在其侧面上被定位在便携式电子设备204的充电表面上。混合接收器/发射器线圈208可以被配置为生成通量直至与接口表面220相距一定距离，使得磁通218的水平分量可以被次级接收器线圈216接收。在一些实施方案中，次级接收器线圈216可以围绕铁磁结构(未示出)卷绕，以引导通量通过线圈216以改善功率传输效率。
考虑到混合接收器/发射器线圈208可以操作以接收功率以及发射功率，混合充电电路205可以包括适于启用这些操作的电路。例如，混合充电电路205可以包括功率接收电路，功率接收电路可以从混合接收器/发射器线圈208接收感应电流并将所接收的功率(通常为交流(AC)功率)转换成可用功率(例如，直流(DC)功率)。混合充电电路也可以包括功率发射电路，功率发射电路可以将电流驱动到混合接收器/发射器线圈208中并且使混合接收器/发射器线圈208生成时变磁通。在一些实施方案中，混合充电电路205也可以包括切换机构，用于将混合接收器/发射器线圈208耦接到功率接收电路或功率发射电路、但不同时耦接到这两者，以相应地操作混合接收器/发射器线圈208。例如，混合充电电路205可以包括用于将混合接收器/发射器线圈208耦接到功率接收电路或功率发射电路的多路复用器。切换机构可以耦接在混合接收器/发射器线圈208与功率接收电路和功率发射电路两者之间。
III.混合无线充电系统的架构和构造
混合接收器/发射器线圈的结构构造可以被布置成使得其在接收功率和发射功率两者方面基本上有效。此外，混合接收器/发射器线圈在便携式电子设备内的组装可以被专门设计以补充混合接收器/发射器线圈的接收和发射能力。在一些实施方案中，混合接收器/发射器线圈可以多种方式形成。例如，混合接收器/发射器线圈可以由材料传导绕组形成，材料传导绕组被布置成围绕中心点并且以增大的半径卷绕的多个线匝，使得混合接收器/发射器线圈是基本上平面的。传导绕组可以被形成为柔性印刷电路(FPC)线圈或绞合线圈，如将在本文中进一步讨论。
A.柔性印刷电路线圈
图3A示出了根据本公开一些实施方案的包括被形成为FPC线圈的混合接收器/发射器线圈305的便携式电子设备300的分解图。便携式电子设备300可包括顶部外壳326和外壳325，其可配合以限定内部腔体。如图3A所示，便携式电子设备300可以包括至少三个单独的屏蔽件：电磁屏蔽件306、铁磁屏蔽件310、和热屏蔽件315，以及将无线功率接收/发射模块301附接到外壳325的粘合部件320。
电磁屏蔽件306可以被定位在混合接收器/发射器线圈305前面，使得当混合接收器/发射器线圈305作为接收器线圈工作时，磁通在到达混合接收器/发射器线圈305之前首先穿过电磁屏蔽件306，或者使得当混合接收器/发射器线圈305作为发射器线圈工作时，磁通被朝向电磁屏蔽件306引导。例如，电磁屏蔽件306可以被定位在混合接收器/发射器线圈305和外壳325之间。在一些实施方案中，电磁屏蔽件306可以是屏蔽层，该屏蔽层对磁通是基本上透明的，使得磁通的很大百分比可以穿过其，但也对电场是基本上不透明的，使得由混合接收器/发射器线圈305或无线充电设备中的发射器线圈在操作期间生成的电场基本上被其阻挡。由于阻挡电场而在电磁屏蔽件306中产生的电压可以被放电到地。阻挡电场就减轻源于混合接收器/发射器线圈305上的电压积聚的噪声。在一些实施方案中，电磁屏蔽件306由任何适于阻挡电场、同时允许电磁场穿过的材料制成，诸如薄的银层。
铁磁屏蔽件310可以被定位在混合接收器/发射器线圈305和热屏蔽件315之间。在一些实施方案中，铁磁屏蔽件310充当磁场屏蔽件，用于重定向磁通以获得与无线充电设备中的发射器线圈的更高耦合，这可以导致提高的充电效率。铁磁屏蔽件310也可以重定向磁通以防止杂散通量干扰便携式电子设备300内的敏感内部部件。
热屏蔽件315可以包括提供无线功率接收/发射模块301与电池和便携式电子设备300的无线功率接收/发射模块301被结合在其中的其他部件之间的热隔离的石墨或类似层。热屏蔽件315还可包括接连到接地部并有助于在捕获杂散磁通量的同时进行热屏蔽的铜层。
粘合部件320可以是将无线功率接收/发射模块301附接到外壳325的单片粘合材料诸如压敏粘合剂(PSA)。在一些实施方案中，无线功率接收/发射模块301在尺寸和形状被设定为接收无线功率接收/发射模块301的切口区域330内被附接到外壳325，由此节省电子设备内的空间以最小化便携式电子设备300的厚度。代替利用单片粘合材料附接到外壳325，无线功率接收/发射模块301可以利用由多于一片粘合材料构成的附接组件而附接到外壳325，如本文参考图3B和3C所论述的。
图3B示出了根据本公开一些实施方案的示例性附接组件332，该示例性附接组件由一片单面粘合剂336和以重叠布置被定位在混合接收器/发射器线圈305的边缘处的双面粘合剂334a和334b构成。双面粘合剂334a和334b可由PSA形成，以使热屏蔽件315附接至外壳325。单面粘合剂336可附接至外壳325并在发生破损事件的情况下用作抗裂膜。在特定实施方案中，单面粘合剂336可以不耦接到便携式电子设备300，使得铁磁屏蔽件310和混合接收器/发射器线圈305从外壳325脱离。通过将铁磁屏蔽件310和混合接收器/发射器线圈305从外壳325脱离，由在无线功率传输期间生成的时变磁场所导致的振动可以不被传播到外壳325，由此使铁磁屏蔽件310和混合接收器/发射器线圈305之间的来自外壳325的声学耦合最小化。在一些实施方案中，单面粘合剂336由聚酰亚胺形成。如图3B所示，双面粘合剂334a和334b可以围绕混合接收器/发射器线圈305的周边定位。在一些情况下，双面粘合剂334a和334b可以与混合接收器/发射器线圈305的边缘重叠，如由混合接收器/发射器线圈305的虚线轮廓的相对位置所指示的。
尽管图3B将附接组件340例示成具有以与混合接收器/发射器线圈305的边缘重叠的方式围绕混合接收器/发射器线圈305的周边定位的双面粘合剂334a和334b，但实施方案不限于此。其他附接组件具有不与混合接收器/发射器线圈305的边缘重叠的双面粘合剂。图3C示出了根据本公开一些实施方案的示例性附接组件338，其中双面粘合剂340a-d为月牙状并且不与混合接收器/发射器线圈305的边缘重叠。双面粘合剂340a-d被成形为月牙状，以符合混合接收器/发射器线圈305的外轮廓。双面粘合剂340a-d将铁磁屏蔽件310附接到壳体325，而不与混合接收器/发射器线圈305重叠。在一些实施方案中，单面粘合剂336可以具有与混合接收器/发射器线圈305的形状对应的形状。例如，单面粘合剂336可为基本上圆形的。
再次参照图3A，混合接收器/发射器线圈305可以被设置在电磁屏蔽件306和铁磁屏蔽件310之间。在一些实施方案中，混合接收器/发射器线圈305可以操作以生成时变磁通，以向次级设备发射功率。所生成的时变磁通可以穿过电磁屏蔽件306以对次级设备充电，但被铁磁屏蔽件310重定向以防止杂散磁通干扰便携式电子设备300中的其他部件。混合接收器/发射器线圈305也可以操作以从由无线充电设备中的发射器线圈生成的时变磁通接收功率。时变磁通可以在暴露在混合接收器/发射器线圈305上之前首先穿过电磁屏蔽件306，并且被铁磁屏蔽件310重定向以获得与发射器线圈的更高耦合。
图4A-4E示出了根据一些实施方案的适用于接收功率和发射功率的不同混合接收器/发射器线圈构造的简化图。图4A示出了根据本公开一些实施方案的被配置为螺旋卷绕的FPC线圈的示例性混合接收器/发射器线圈400。线圈400可以螺旋构型从内径卷绕到外径，使得总体形状类似于由柔性基底上的图案化线的多个线匝形成的平面电感器线圈。定位在线圈400的内径中的端接端(termination end)可以借助于导电迹线402被引导到外径。因此，充电电路诸如图1中的混合充电电路114可以在一个边缘位置404处与线圈400耦接以操作线圈400来发射或接收功率。
用于形成线圈400的线的横截面宽度和线圈400的相邻线匝之间的间隙可以被特别调整以在充电期间实现足够程度的效率。例如，线圈400中的每个线匝可以具有是具有特定宽度的单一结构的横截面，并且可以与相邻的线匝分开一定距离。这在图4G-4H中示出。图4G是根据本公开一些实施方案的线圈400的一部分460的自上而下近距离视图。如图所示，线圈400可以包括形成螺旋卷绕的平面线圈的一部分的包括第一线匝462和第二线匝464的多个线匝，所述螺旋缠绕的平面线圈从第一端接端466开始并且以平面构型向外卷绕直到第二端接端(在图4G中未示出，但在图4A中可以看到，其中线圈在线圈400的外周边处结束)。图4H是根据本公开一些实施方案的线圈400的线匝462和464的剖视图。每个线匝可以是与相邻线匝分开间隔距离469的具有一定宽度468的单一结构，这两者被调控以实现在设计规范内的目标直流电阻(DCR)和交流电阻(ACR)以实现有效无线功率传输。例如，在一些实施方案中，每个线匝可以具有介于0.7至0.9mm之间、尤其是大约0.8mm的宽度468。并且，在一些实施方案中，每个线匝可以与相邻线匝分开介于0.25至0.45mm之间、尤其是约0.34mm的间隔距离469。在一些实施方案中，这个构型可以导致介于0.05至0.06mm2之间、诸如大约0.056mm2的横截面积/线匝。
虽然在某些情况下每个线匝可以是单一结构，但实施方案不限于此类构型。其他实施方案可以每个线匝具有多个结构。例如，图4B是根据本公开一些实施方案的被配置为螺旋卷绕的FPC线圈的示例性混合接收器/发射器线圈450的自上而下视图，其中每个线匝包括两个结构。每对结构可以被电耦接在一起，使得这对结构充当用于线匝的单个导电路径。为了这对结构耦接在一起，这对结构可以在线的每个端接端处耦接在一起。参考图4I-4J可以更好地理解这种情况。图4I是根据本公开一些实施方案的图4B中线圈450的一部分470的自上而下近距离图示。如图所示，线圈450可以包括形成螺旋卷绕的平面线圈的一部分的包括第一线匝472和第二线匝474的多个线匝，所述螺旋缠绕的平面线圈从第一端接端476开始并且以平面构型向外卷绕直到第二端接端(在图4I中未示出，但在图4B中可以看到，其中线圈在线圈450的外周边处结束)。
端接端476可以包括桥接部分482，该桥接部分对于每个线匝将这两个结构耦接在一起。这样，虽然每个线匝由两个结构形成，但两者可以充当电流流动通过的单个导电路径。桥接部分482可以是形成每个线匝的图案化线的一部分，使得线和桥接部分482是单体结构的一部分。即，线圈450可以是作为以平面方式从中心轴线径向向外卷绕的平面线圈的图案化沉积线圈，其中线圈450的每个线匝包括经由桥接部分物理和电耦接在一起的两个结构。在一些实施方案中，桥接部分482被定位在线圈450的端接端处，即，在线圈450的单体结构物理地结束的点处。因此，线圈450可以具有两个桥接部分，定位在线圈450的内径内的桥接部分482、和定位在线圈450的外边缘处的外桥接部分(未示出，但在图4F中可以看到)。
图4J是根据本公开一些实施方案的线圈450的线匝472和474的剖视图。每个线匝可以包括两个结构：第一结构475和第二结构477。每个结构可以具有矩形横截面轮廓，如图4J所示，或者任何其它合适的轮廓，诸如正方形、圆形、卵形、或梯形轮廓。矩形轮廓可以有效地利用可供每个线匝使用的空间。第一结构475和第二结构477两者可以通过图4I中所示的桥接部分482电耦接在一起。每个线匝472和474的每个结构475和477可以具有一定宽度478和480并且分开结构间隔距离473，并且每个线匝可以与相邻线匝分开线匝间隔距离479，所有这些均可以被调控为实现设计规范内的目标DCR和ACR以实现有效的无线功率传输。例如，在一些实施方案中，每个线匝可以具有介于0.35至0.45mm之间、尤其是大约0.41mm的宽度468。并且，在一些实施方案中，每个线匝可以与相邻线匝分开介于0.1至0.2mm之间、尤其是约0.16mm的间隔距离469。线圈450的每个线匝也可以具有与线圈400基本上类似的横截面积/线匝，在一些实施方案中可以是介于0.05至0.06mm2之间、诸如大约0.057mm2。利用两个或更多个独立结构而不是一个结构就可以实现更好的充电效率，同时具有基本上与每个线匝仅具有一个结构的线圈(例如，线圈400)相同的DCR。
在一些实施方案中，线圈400是单层螺旋卷绕线圈；然而，其他实施方案不受此限制。在一些情况下，线圈400可以是双层螺旋卷绕线圈。例如，线圈400的整体可以是双层的，使得图4A中所示的每个线匝代表两层线圈。在整个线圈400中具有附加层就可以增大线圈400产生的磁场的强度、以及提高线圈400从时变磁场接收功率的能力。
虽然图4A将线圈400例示成完全单层的或双层的，但实施方案不受此限制。一些线圈可以具有单层的线匝部分和一些双层的线匝。例如，图4B示出了根据本公开一些实施方案的被构造成包括单层部分412和双层部分414的螺旋卷绕线圈的示例性混合接收器/发射器线圈410。具有不同层数的不同部分就可以改变混合发射器线圈410生成的时变磁通的强度分布。例如，由单层部分412的区域生成的磁通可以不如由双层部分414的区域生成的磁通那样强。每个区域的尺寸可以被配置为与不同次级电子设备中接收器线圈的尺寸对应，以使对那些次级电子设备的功率传输的效率最大化。另外，每个区域的尺寸可以被配置为与不同无线充电设备中发射器线圈的尺寸对应，以使来自那些无线充电设备的功率传输的效率最大化。
图4C示出了根据本公开一些实施方案的被布置在双模配置中的示例性混合接收器/发射器线圈420。在双模配置中，混合接收器/发射器线圈420可以包括不止一个电感器线圈。例如，混合接收器/发射器线圈420可以包括第一线圈422和以同心方式在第一线圈422的区域内互卷绕的第二线圈424，如图4C所示。每个线圈可以彼此独立地操作，使得第一线圈422可以在第二线圈424关断时操作以发射功率，反之亦然。在一些实施方案中，混合接收器/发射器线圈420的第一线圈422和第二线圈424可以各自针对不同的充电情形或不同的次级电子设备进行优化。例如，第一线圈422可以被优化用于向以第一频率操作或具有对应于第一线圈422的尺寸的第一尺寸的接收器线圈的设备发射功率(或从该设备接收功率)；并且第二线圈424可以被优化用于向以第二频率操作或具有对应于第二线圈424的尺寸的第二尺寸的接收器线圈的设备发射功率(或从该设备接收功率)。第一线圈422的内端接端可以通过导电迹线402耦接到充电电路，而其外端接端可以与充电电路耦接而不需要附加的导电迹线。然而，第二线圈424的两个端接端可以通过导电迹线426和428与充电电路耦接。因此，充电电路诸如图1中的混合充电电路114可以在一个边缘位置404处与混合接收器/发射器线圈420耦接以操作混合接收器/发射器线圈420的线圈422和424两者来发射或接收功率。
图4D示出了根据本公开一些实施方案的被布置在对称线圈配置中的示例性混合接收器/发射器线圈430。混合接收器/发射器线圈430可以在边缘位置404处开始和结束，并且具有交叉部分432和434，交叉部分允许混合接收器/发射器线圈430在竖直轴和水平轴上对称。对称轮廓导致混合接收器/发射器线圈430与在无线功率传输期间从中接收功率的发射器线圈、或向其发射功率的接收器线圈之间的电容耦合的减小。
图4E示出了根据本公开一些实施方案的被布置在偏置线圈配置中的示例性混合接收器/发射器线圈440。在偏置线圈配置中，混合接收器/发射器线圈440可以包括两个电感器线圈：第一电感器线圈442和第二电感器线圈444。与图4C中的混合接收器/发射器线圈420不同，两个线圈442和444不同心。相反，第二电感器线圈444相对于第一电感器线圈442的中心轴线偏移。相对于第一电感器线圈442的中心偏移第二电感器线圈444就允许第二电感器线圈444提供在水平方向上跨混合接收器/发射器线圈440的中心传播的磁通。这允许被配置为接收水平磁通的次级电子设备即使其被定位在混合接收器/发射器线圈440的中心处(即，与之对准)也从第二电感器线圈444接收功率。在一些实施方案中，第一电感器线圈442可以被配置为接收和/或发射功率，而第二电感器线圈444被配置为仅发射功率。在一些实施方案中，第二电感器线圈444可以通过导电迹线446和448耦接到充电电路，其中导电迹线448耦接到导电迹线402。因此，导电迹线402可以用于将第一电感器线圈442和第二电感器线圈444两者耦接到充电电路。
如图4E所示，第一电感器线圈442和第二电感器线圈444可以被形成为不同尺寸。例如，第二电感器线圈444的内径和外径可以小于第一电感器线圈442的内径和外径。此外，第二电感器线圈444可以由厚度和宽度与第一电感器线圈442的导电材料绕组不同的导电材料绕组形成。不同的尺寸和厚度可以被配置为与混合接收器/发射器线圈440将功率发射给的次级电子设备的接收器线圈、以及与混合接收器/发射器线圈440从中接收功率的无线充电设备的发射器线圈对应。应当理解，虽然线圈400、410、420、430、440和450是示例性混合接收器/发射器线圈，但其他实施方案可以利用这些线圈作为完全接收器线圈或完全发射器线圈，并且实施方案不仅限于混合接收器/发射器线圈。
现在参见图5，图5是根据本公开一些实施方案的包括被形成为FPC并定位在便携式电子设备的外壳内的混合接收器/发射器线圈508的无线功率接收/发射模块500的一部分的简化剖视图。无线功率接收/发射模块500可以例如包括图3A所示的无线功率接收/发射模块301。如图5所示，便携式电子设备可以包括玻璃板502，该玻璃板具有涂覆在玻璃板502的内表面上的墨层504。玻璃板502可以附接到便携式电子设备的外壳以形成便携式电子设备的背表面。在一些实施方案中，墨层504具有低电导率并且墨层的颜色可以被选择以匹配便携式电子设备的其他外表面。
如图所示，无线功率接收/发射模块500可以包括三个独立的屏蔽件，包括电磁屏蔽件514、铁磁屏蔽件510和热屏蔽件512。电磁屏蔽件514可以表示图3A所示的电磁屏蔽件306；铁磁屏蔽件510可以表示铁磁屏蔽件310，并且热屏蔽件512可以表示热屏蔽件315。粘合剂506诸如压敏粘合剂可以将模块500附接到涂覆有墨的玻璃层502/504，并在发生破损事件的情况下充当抗裂膜。
铁磁屏蔽件510包括相对厚的铁氧体材料层522，该铁氧体材料层夹置在薄的粘合剂层520和薄的热塑性聚合物层524(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)之间。粘合剂层520和热塑性聚合物层524提供铁氧体层522的载体，其包含铁氧体并防止铁氧体表面处的小断裂、毛刺或其他缺陷与无线功率接收/发射模块的其他部件接触。铁磁屏蔽件510在无线功率接收/发射模块500内被定位在传导线圈518的与电磁屏蔽件514相对的一侧上。
热屏蔽件512可以包括通过薄的导电粘合剂(未示出)被粘附到导电层526的热层528。热层528提供无线功率接收/发射模块500与便携式电子设备的各种部件之间的热隔离。导电层526提供附加热屏蔽并且可以接地以捕获杂散通量并防止此类通量干扰便携式电子设备的显示器(未示出)或其他部件。
如图5所示，根据本公开的一些实施方案，无线功率接收/发射模块500也可以包括可以操作以接收或发射功率的混合接收器/发射器线圈508。混合接收器/发射器线圈508可以包括柔性电介质基底层516，诸如聚酰亚胺层。在一些实施方案中，电磁屏蔽件514可以直接形成在聚酰亚胺层516的一侧上，并且传导线圈518可以直接形成在相对侧上。使电磁屏蔽件514和传导线圈518直接形成在基底层516的相对侧上就允许单个载体层用于接收器屏蔽件和接收器线圈两者，从而使得无线功率接收/发射模块500的总体厚度能够减小。为了进一步减小厚度，本公开的一些实施方案不包括覆盖层或如用于传统的柔性电路的用于包封并保护形成在挠曲部上的电路的位于该挠曲部上方的其他类型的保护层。相反，本公开的一些实施方案利用无电镀镍工艺对传导线圈518进行镀覆，之后镀覆保护镍不受氧化的浸金薄层。
在一些实施方案中，传导线圈518可以由卷绕成多个线匝(包括线匝518a和518b)的单个长度的图案化导电迹线形成。导电迹线可以围绕中心点并且以增大的半径卷绕，使得所得到的线圈为基本上平面的。如图5进一步所示，每个线匝分开间隙532，该间隙将传导线圈518的相邻线匝518a和518b分开。通常，对常规接收器线圈中的线圈宽度与间隙比率进行选择，以使接收器线圈的尺寸最大化并且实现接收器可适配于其分配空间中的最大线材宽度。然而，根据一些实施方案，线圈宽度与间隙比率不被选择成使传导线圈518的尺寸最大化或实现最大线宽度。而是，线圈宽度与间隙比率可被调制成根据在无线电力传输期间所使用的操作频率来使效率最大化。在线圈具有更小线材宽度的情况下，更高的操作频率往往工作得更好。因此，在一些实施方案中，线圈宽度与间隙比率可在60:40到80:20之间变化，具体地，在一些情况下，对于约130kHz的操作频率为70:30。在一些实施方案中，间隙532可以被填充有磁性材料530以帮助感应磁通来传播通过混合接收器/发射器线圈508。磁性材料530可以是由具有用于将磁通重定向通过传导线圈518的磁特性的胶基材料形成的铁氧体材料。在一些情况下，磁性材料530完全填充传导线圈518的相邻线匝518a和518b之间以及铁氧体层522和电磁屏蔽件514之间的空间，如图5所示。虽然传导线圈518被图示成具有单个横截面结构，但应当理解，其他实施方案可以具有被形成为包括多个横截面结构的传导线圈518，如本文参考图4J所述。在此类情况下，磁性材料530也可以填充每个线匝的结构之间的区域，诸如由结构间隔距离(例如，图4J中的结构间隔距离473)产生的间隙内。
如本文所述，便携式电子设备中的混合接收器/发射器线圈不仅可以接收功率，而且可以发射功率。当次级电子设备紧贴便携式电子设备的充电表面放置时，功率可以被发射给次级电子设备。然而，次级电子设备常常不被定位在便携式电子设备的充电表面附近的任何位置。因此，混合接收器/发射器线圈不应产生用于发射功率的磁通。在本公开的一些实施方案中，设备检测线圈可以被实现在混合无线充电系统中，如本文将参照图6A-6C所述。
图6A-6C示出了根据本公开一些实施方案的包括混合接收器/发射器线圈和设备检测线圈的不同示例性混合无线充电系统，设备检测线圈用于检测被定位成从混合接收器/发射器线圈接收功率的电子设备的存在。图6A-6C所示的示例性混合接收器/发射器线圈被构造为FPC线圈。
图6A示出了根据本公开一些实施方案的包括互卷绕构型的混合接收器/发射器线圈602和设备检测线圈604的示例性混合无线充电系统600。混合接收器/发射器线圈602可以由传导线圈形成，所述传导线圈是卷绕成多个线匝的单个长度的图案化导电迹线。线材可围绕中心点并以增加的半径缠绕，使得所得的线圈为基本上平面的。如6A所示，互卷绕构型被布置成使得设备检测线圈604卷绕在混合接收器/发射器线圈602的一部分内。例如，设备检测线圈604可以卷绕在混合接收器/发射器线圈602的导电迹线的相邻线匝之间的间隙中。设备检测线圈604可以互卷绕在混合接收器/发射器线圈602的任何部分内。例如，设备检测线圈604可以互卷绕在混合接收器/发射器线圈602的外边缘608附近，如图6A所示。另选地，设备检测线圈604可以互卷绕在混合接收器/发射器线圈602的内边缘606附近，或远离外边缘608或内边缘606互卷绕在混合接收器/发射器线圈602内。
虽然图6A示出了互卷绕构型的设备检测线圈604，但实施方案并不限于此类构型。例如，设备检测线圈可以围绕混合接收器/发射器线圈的外边缘或者在混合接收器/发射器线圈的内边缘内卷绕，如图6B和6C所示。图6B示出了根据本公开一些实施方案的包括外卷绕构型的设备检测线圈612的示例性混合无线充电系统610。在外卷绕构型中，设备检测线圈612可以围绕混合接收器/发射器线圈602的外边缘614卷绕。图6C示出了根据本公开一些实施方案的包括内卷绕构型的设备检测线圈622的示例性混合无线充电系统610。在内卷绕构型中，设备检测线圈622可以在混合接收器/发射器线圈602的内边缘624之外且与之邻近地卷绕。
设备检测线圈604,612和622可以独立于混合接收器/发射器线圈602工作，以检测混合接收器/发射器线圈602容纳在其中的便携式电子设备的充电表面上外部设备的存在。例如，检测线圈604,612和622可以在混合接收器/发射器线圈602关断且不生成时变磁通时接通以执行设备检测。除了检测外部设备的存在之外，设备检测线圈604,612和622也可以检测对定位在便携式电子设备的充电表面上的磁场敏感的敏感射频识别(RFID)部件诸如信用卡的存在。在这种情况下，如果敏感RFID部件被检测到，则便携式电子设备可以被配置为确保混合接收器/发射器线圈602不接通，使得其不生成能够擦除信用卡的强磁场。
在一些实施方案中，设备检测线圈604,612和622可以与混合接收器/发射器线圈602不同的频率操作。例如，设备检测线圈604,612和622可以比混合接收器/发射器线圈602高的频率操作。除了工作频率的不同之外，设备检测线圈604,612和622也可以与混合接收器/发射器线圈602不同地构造。在一些实施方案中，设备检测线圈604,612和622具有比混合接收器/发射器线圈602窄的迹线宽度。更窄的宽度可以允许设备检测线圈604,612和622以比混合接收器/发射器线圈602高的频率操作。
根据一些实施方案，计算系统(例如，图1中的计算系统102)中的控制电路可以被配置为基于来自设备检测线圈604,612和622中任意者的检测信号来操作混合接收器/发射器线圈602。例如，当检测到外部设备定位在充电表面上时，设备检测线圈604,612和622可以生成检测信号。检测信号可以被控制电路接收，控制电路然后可以使用这个信息来接通混合接收器/发射器线圈602。在一些实施方案中，一旦检测信号被接收到，控制电路就可以确定外部设备是适于提供功率的设备(例如，无线充电设备)、还是适于接收功率的设备(例如，次级电子设备)。这个确定可以通过与外部设备的通信来进行，诸如通过蓝牙通信或通过这两个线圈之间的功率调制通信。如果确定外部设备是无线充电设备，则控制电路可以激活切换机构将混合接收器/发射器线圈602耦接到功率接收电路以操作混合接收器/发射器线圈602接收功率。然而，如果确定外部设备是次级电子设备，则控制电路可以激活切换机构将混合接收器/发射器线圈602耦接到功率发射电路以操作混合接收器/发射器线圈602发射功率。
B.绞合线圈
尽管混合接收器/发射器线圈可以被形成为FPC线圈，但实施方案不限于此类构型。相反，一些实施方案可以包括具有被形成为绞合线圈的混合接收器/发射器线圈的混合充电系统。图7示出了根据本公开一些实施方案的包括被形成为绞合线圈的混合接收器/发射器线圈705的便携式电子设备700的分解图。便携式电子设备700可以包括顶部外壳726和底部外壳725，其可以配合以限定内部腔体。如图7所示，便携式电子设备700可以包括至少三个独立的屏蔽件：电磁屏蔽件706、铁磁屏蔽件710、和热屏蔽件715，以及将无线功率接收/发射模块701附接到外壳725的粘合部件720。这三个屏蔽件和粘合部件以与本文参考图3A-3C所讨论的对应部件基本上类似的方式工作和定位。那些操作、功能、配置和位置的细节可以参考图3A，并且为了简明起见，在本文中不参考图7来进行讨论。与图3A-3C中的无线功率接收/发射模块301不同，电磁屏蔽件706和粘合部件720可以包括对应于混合接收器/发射器线圈705的内径的中心开口。
在一些实施方案中，与其设备检测线圈被形成为与混合接收器/发射器线圈相同的FPC的一部分的FPC线圈不同，可以利用电磁屏蔽件来实现用于混合无线充电系统的设备检测线圈。如图7所示，无线功率接收/发射模块701可以包括围绕电磁屏蔽件706的周边定位的设备检测线圈708。关于绞合的混合接收器/发射器线圈705和设备检测线圈708的更多细节在本文中参考图8A-8C来讨论。
图8A是根据本公开一些实施方案的电磁屏蔽件706和混合接收器/发射器线圈705的自上而下视图。如图所示，电磁屏蔽件706是半透明的并且叠加在混合接收器/发射器线圈705上，使得可以观察混合接收器/发射器线圈705和电磁屏蔽件706的相对定位和构型。混合接收器/发射器线圈705可以由传导线圈形成，所述传导线圈是第一端接端802和第二端接端804之间卷绕成多个线匝的单个长度的传导线。第一端接端802可以被定位在混合接收器/发射器线圈705的内径内，并且第二端接端804可以被定位在混合接收器/发射器线圈705的外径之外。线材可围绕中心点并以增加的半径缠绕，使得所得的线圈为基本上平面的。在一些实施方案中，线由以各种方式构造的多个子线形成，如本文参考图8B进一步讨论的。
图8B示出了如图8A中所示的切割线所示的传导线的不同构型的剖视图。具体地讲，图8B示出了三个非限制性构型：第一构型A、第二构型B和第三构型C。传导线可以包括布置在单一平面中的多个子线。因此，混合接收器/发射器线圈705中的每个线匝可以包括多个子线。以多个子线形成线就允许混合接收器/发射器线圈705具有大量线匝，由此增强混合接收器/发射器线圈705的性能。
根据构型A，线圈705可以由多个线匝形成，每个线匝可以包括具有圆形横截面形状的多个子线806。在一些实施方案中，每个线匝可以包括彼此共面的具有圆形横截面形状的十二个子线。然而，实施方案不限于具有圆形横截面形状的子线的线圈。例如，根据构型B，线圈705的每个线匝可以包括具有类似正方形横截面形状的多个子线807。这使得子线807能够更好地利用子线807之间的空间，以使每个线匝的线的横截面积最大化。在此类实施方案中，每个线匝可以包括彼此共面的具有类似正方形横截面形状的十二个子线。并且根据构型C，线圈705的每个线匝可以包括具有矩形横截面形状的多个子线807。在此类实施方案中，每个线匝可以包括彼此共面的具有矩形横截面形状的六个子线。应当理解，子线的数量不限于图8B中所示的，并且其他实施方案可以具有比图8B中所示更多或更少数量的子线。
重新参照图8A，电磁屏蔽件706可以是能够阻挡电场传播同时允许磁场传播穿过其结构的材料片。例如，电磁屏蔽件706可以包括层合抵靠聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层的银层，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层可以充当银层的支撑结构。根据本公开的一些实施方案，设备检测线圈708可以附接到电磁屏蔽件706。例如，设备检测线圈708可以是围绕电磁屏蔽件706的外周边形成并且附接到电磁屏蔽件706的混合接收器/发射器线圈705也附接在上面的侧面的图案化导电迹线。在一些情况下，设备检测线圈708的外轮廓可以对应于电磁屏蔽件706的外轮廓。例如，电磁屏蔽件706的外轮廓是带有圆角的基本上类似正方形的，如图8A所示。因此，设备检测线圈708的外轮廓也可以具有带有圆角的类似正方形形状。在某些实施方案中，设备检测线圈708的外轮廓可以不同于可以是基本上圆形的混合接收器/发射器线圈705的外轮廓。围绕混合接收器/发射器线圈705配置设备检测线圈708就使得设备检测线圈708能够确定次级设备是否被定位成从混合接收器/发射器线圈705接收功率。在图8C中示出了图案化在电磁屏蔽件706上的设备检测线圈708的近距离视图。
图8C示出了根据本公开一些实施方案的电磁屏蔽件706的一部分的自上而下近距离视图。如图所示，设备检测线圈708可以邻近电磁屏蔽件706的外边缘808被图案化。在一些实施方案中，设备检测线圈708邻近外边缘808被图案化，使得其被定位在混合接收器/发射器线圈705的外周边之外。围绕混合接收器/发射器线圈705配置设备检测线圈708就使得设备检测线圈708能够确定次级设备是否与混合接收器/发射器线圈705的整个表面的任何区域重叠。在一些实施方案中，设备检测线圈708的图案化导电迹线宽度比混合接收器/发射器线圈705的绞合线圈宽度窄。与本文参考图6A-6B所讨论的设备检测线圈604,612和622类似，设备检测线圈708可以工作于与混合接收器/发射器线圈705不同的频率，以检测次级电子设备和/或敏感RFID部件的存在。
尽管在本文中参考图7和图8A-8C讨论的实施方案仅包括一个绞合线圈，但是实施方案不限于此类实施方案。一些实施方案可以包括被布置在特定图案中的多于一个绞合线圈用于生成磁通阵列，其形成电子设备可以在上面被充电的连续充电表面。连续充电表面允许电子设备在充电表面的宽区域内的任何位置处被有效地充电。
图8D示出了根据本公开一些实施方案的具有三个感应线圈：第一感应线圈812、第二感应线圈814和第三感应线圈816的示例性图案810。每个感应线圈可以是可以通过与磁场相互作用而接收无线功率或通过生成磁场而发射无线功率的混合接收器/发射器线圈，如本文所讨论的。此外，每个感应线圈可以单独操作，这意味着每个感应线圈可以在不激活其他感应线圈的情况下激活；并且每个感应线圈可以相同频率、相位和振幅提供功率。第一、第二和第三感应线圈812,814和816可以被布置在三个分开的层中，由此形成感应线圈叠堆。例如，第一感应线圈812可以定位在第一层中，第二感应线圈814可以定位在第一层上方的第二层中，并且第三感应线圈816可以定位在第一层和第二层上方的第三层中。每个感应线圈可以由从外半径卷绕至内半径的单层线形成，使得其形成平坦的环状形状，如本文参考图7所述。
在一些实施方案中，第一、第二和第三感应线圈812,814和816可以各自包括中心端接区。中心端接区可以是每个感应线圈的中心处被保留用于与互连层诸如印刷电路板(PCB)交接的区域。如图8D所示，第一、第二和第三感应线圈812,814和816可以分别具有中心端接区826,828和830。中心端接区826,828和830可以是被保留用于与互连层交接的每个感应线圈的中心处的区域。因此，第一、第二和第三感应线圈812,814和816可以被定位在其相应中心端接区可以与互连层交接而不被相邻感应线圈阻挡的位置。例如，感应线圈812的中心端接区826横向地定位在感应线圈814和816的外径之外。对于中心端接区828和830可以也是如此。因此，中心端接区826,828和830可以延伸穿过感应线圈叠堆而不与另一感应线圈相交。在一些实施方案中，中心端接区826,828和830可以被定位成彼此等距地间隔开，使得中心端接区826,828和830形成等边三角形832。
在某些实施方案中，图案810可以被扩展以形成其他图案用于不同形状和尺寸的无线充电垫。此类图案中的一者是玫瑰花结图案，其可以适用于基本上圆形的无线充电区域。玫瑰花结图案可以是这样的图案，其中感应线圈被布置成重叠排列，使得所述多个线圈中的不同线圈在不同的平面上并且彼此不同心。在扩展的基本图案中，一个或多个感应线圈层可以包括多于一个感应线圈。
图4示出了根据本公开一些实施方案的被配置在玫瑰花结图案中的示例性感应线圈布置840。感应线圈布置840可以包括三个分开的感应线圈层，其中这些层中的一者或多者包括多个感应线圈。例如，第一感应线圈层可以包括感应线圈842a-c，第二感应线圈层可以包括感应线圈844a-c，并且第三感应线圈层可以包括感应线圈846。感应线圈布置840中的每个感应线圈可以具有由感应线圈的内径限定的开口，其中每个开口包括不与相邻感应线圈的任何部分重叠的端接区858(即，中心部分)。另外，感应线圈被布置成使得所述多个线圈中没有任何两个线圈彼此同心。
基本图案可以遍布整个玫瑰花结图案，使得最靠近在一起的每组三个感应线圈(在每个感应线圈层中有一个)被布置在基本图案中。例如，感应线圈842a,844a和846被布置在基本图案中。同样，感应线圈842a,844b和846被布置在基本图案中，感应线圈844b,842c和846被布置在基本图案中，等等。通过根据基本图案布置感应线圈布置840，感应线圈布置840可以形成连续充电区域，电子设备在这个连续充电区域内可以在任何位置进行充电。
为了更好地理解经扩展的基本图案的布置，图8F-8H示出了感应线圈布置840的不同层。具体地讲，图8F示出了包括感应线圈842a-c的第一层，图8G示出了包括感应线圈844a-c的第二层，并且图8H示出了包括感应线圈846的第三层。根据实施方案，同一层中的感应线圈可以等距地间隔开，使得所生成的磁场可以被布置成均匀间隔的网格图案。例如，感应线圈842a-c和844a-c可以间隔开距离D1。距离D1可以被选择成宽到足以其他层中的感应线圈的部分适配在其中用于堆叠目的，如本文将进一步讨论的。在其他实施方案中，距离D1可以被选择成足够宽，使得相邻感应线圈彼此不接触。例如，距离D1可以小于3mm。在特定实施方案中，距离D1小于1mm。
同一层中每个感应线圈的中心可以间隔开距离D2。距离D2可以影响磁通在充电表面上的均匀度。越大的距离D2导致充电表面上越低的磁通均匀度，而越小的距离D2导致充电表面上越高的磁通均匀度。在一些实施方案中，距离D2被选择成是在考虑每个感应线圈的外径时允许感应线圈之间合适距离D1的最小距离。在另外的实施方案中，对于同一层中的所有相邻感应线圈，距离D2是相同的。因此，可以根据等边三角形862的端点来布置三个感应线圈(例如，分别在第一层和第二层中每一者中的感应线圈842a-c和844a-c)的组。
图9A示出了根据本公开一些实施方案的用于便携式电子设备的具有绞合混合接收器/发射器线圈902的另一示例性无线功率接收/发射模块901的分解图。与模块701类似，功率接收/发射模块901可以包括三个分开的屏蔽件：电磁屏蔽件904、铁磁屏蔽件906、和热屏蔽件908，以及将无线功率接收/发射模块901附接到便携式电子设备的外壳的粘合部件910。这三个屏蔽件和粘合部件以与本文参考图3A-3C所讨论的对应部件基本上类似的方式工作和定位。与图7中的无线功率接收/发射模块701不同，电磁屏蔽件904可以具有基本上匹配混合接收器/发射器线圈902的外径的外径，并且粘合部件910可以包括类似于图3C中的双面粘合剂340a-b构造和工作的四个部分，用于将铁磁屏蔽件906附接到便携式电子设备的外壳而不与混合接收器/发射器线圈902重叠。电磁屏蔽件904可以是以粘合剂(未示出)粘结到线圈902的表面的单独结构。铁磁屏蔽件906可以由任何合适的铁磁材料制成，诸如镍锌铁氧体材料或纳米晶箔。纳米晶箔可以由多个由粘合剂层分开的纳米晶材料层形成。
在一些实施方案中，功率接收/发射模块901耦接到互连部件914，用于使得能够实现线圈902的操作和电磁场904的接地。互连部件914可以是具有耦接端916的柔性电路板，耦接端的z高度可以适配在模块901的z高度内。因此，热屏蔽件908可以具有沿循互连部件914的一部分的切口区域917，其中切口区域917从模块901的中心延伸到模块901的边缘以提供互连部件914可以定位在其中的空间。此外，铁磁屏蔽件906和电磁屏蔽件904也可以分别具有可以提供耦接端916可以定位在其内而基本上不影响模块901的z高度的空间的切口区域907和905。在特定实施方案中，互连部件914的耦接端916定位在混合接收器/发射器线圈902的中心处和/或内径内(即，在功率接收/发射模块901的中心处)，使得线圈902可以具有一个端接端，该端接端在模块901的中心处耦接到耦接端916，并且电磁屏蔽件904可以在耦接端916上端接于模块901的中心处用于耦接到地。
在一些实施方案中，互连部件914的耦接端916可以包括用于与混合接收器/发射器线圈902和电磁屏蔽件904耦接的两个或更多个垫。图9B是根据本公开一些实施方案的互连部件914的耦接端916的自上而下放大图。如图所示，耦接端916可以包括两个垫：第一接触垫922和第二接触垫924，它们在耦接端916处彼此相邻定位。第一接触垫922可以耦接到电磁屏蔽件904以将电磁屏蔽件904耦合到地，并且第二接触垫924可以耦接到线圈902以使得能够实现线圈902的操作。在一些实施方案中，第二接触垫924相对于第一接触垫922倾斜一定程度，使得每个接触垫可以更好地取向以与相应屏蔽件和线圈连接件耦接。粘合剂923可以将电磁屏蔽件904的端部附接到互连部件914。在一些实施方案中，粘合剂923可以涂覆在第一接触垫922的整个表面上，如图9B所示，或者可以包括两个部分926和928涂覆在第一接触垫922的部分上，如图9C所示。部分926可以覆盖第一接触垫922的中心的一部分，并且部分928可以覆盖第一接触垫922的外边缘的一部分，使得部分928是U形的。
C.混合无线充电系统的对准机构
如本文所述，混合接收器/发射器线圈不仅可以接收功率，而且可以发射功率。为了发射功率，次级电子设备中的接收器线圈常常需要与便携式电子设备中的混合接收器/发射器线圈对准，以使功率传输效率最大化。因此，根据本公开一些实施方案的混合无线充电系统可以包括一个或多个对准机构。对准机构可以帮助将次级设备中的接收器线圈与便携式电子设备中的混合接收器/发射器线圈对准。例如，在一些实施方案中，对准机构可以是被动磁设备，其吸引定位在次级电子设备中的相应磁体以将接收器线圈与混合接收器/发射器线圈对准。另选地，对准机构可以是主动接近检测设备，其确定接收器线圈相对于混合接收器/发射器线圈的相对位置，如本文中将进一步讨论的。
图10A-10D示出了根据本公开一些实施方案的用于混合无线充电系统的不同对准机构。在一些实施方案中，对准机构可以设置在外壳325/725(参见图3A和7)与粘合剂层320/附接组件332和338(参见图3A-3C)之间。图10A-10D所示的对准机构被图示为叠加在包括单面粘合剂336和双面粘合剂334a和334b的附接组件、以及设置在粘合剂336,334a和334b下面的混合接收器/发射器线圈305上方。粘合剂336、334a和334b在本文中参考图3B和3C详细讨论并且为了简洁起见而不重复。
根据本公开的一些实施方案，对准机构可以是包括一个或多个永磁体的被动对准机构。例如，图10A示出了根据本公开一些实施方案的由定位在正方形构型的拐角处的磁体1002a-d形成的示例性对准机构。磁体1002a-d可以被构造成倒圆矩形形状，或者任何其它合适的形状，诸如圆形、正方形、梯形和卵形形状。在一些其他实施方案中，可以使用不同构型的磁体。例如，图10B示出了根据本公开一些实施方案的由定位在正方形构型的拐角处的成对磁体1004a-d形成的示例性对准机构。每个成对磁体1004a-d可以包括在图10B所示的构型中定位在彼此旁边的至少两个磁体。图10A和图10B示出了由以正方形构型定位的四个磁体形成的对准机构，然而其他实施方案可以具有不同数量的磁体并且以不同方式定位。例如，一些实施方案可以具有多于或少于四个磁体并且围绕单面粘合剂336的周边定位或者仅定位在单面粘合剂336的两侧上。
虽然图10A和图10B示出了由以正方形构型定位的多个磁体形成的对准机构，但是实施方案不限于此类构型。在一些实施方案中，对准机构可以由周边磁体形成，如图10C所示。图10C示出了根据本公开一些实施方案的由周边磁体1006形成的示例性对准机构。周边磁体1006可以是具有倒圆矩形轮廓的环状结构，如图10C所示。周边磁体1006可以具有基本上类似于单面粘合剂336或粘合剂层320/720的外轮廓的轮廓。
图10D示出了根据本公开一些实施方案的由接近检测线圈1008a-d的布置形成的示例性对准机构。每个接近检测线圈1008a-d可以由可以被主动地用于检测外部设备的位置的线的线圈形成。例如，接近检测线圈1008a可以操作以检测外部设备是否邻近线圈1008a定位。如果线圈1008a检测到外部设备邻近线圈1008a定位，则计算系统诸如图1中的计算系统102可以确定次级设备未对准，因为其定位在混合接收器/发射器线圈305的左上位置附近。在一些实施方案中，当所有接近检测线圈1008a-d都检测到外部设备邻近地定位时，计算系统102可以检测到足够的对准。
根据一些实施方案，接近检测线圈1008a-d可以用于帮助用户实现混合接收器/发射器线圈305与次级电子设备中的接收器线圈之间的对准。在此类实施方案中，计算系统102可以使用接近检测线圈1008a-d来通过确定哪些检测线圈1008a-d正检测到次级电子设备的接近而确定次级电子设备的位置。如果仅检测线圈1008a正检测到次级电子设备的接近，则计算系统102可以确定这两个线圈未对准。
在一些实施方案中，计算系统102可以被配置为向用户通知混合接收器/发射器线圈305与次级电子设备中的接收器线圈未对准。所述通知可以通过操作用户能观察的发光二极管(LED)来执行。例如，LED可以在线圈未对准时发出红色，并且在线圈对准时发出绿色；或者，LED可以通过逐渐使光以对应于这两个线圈之间的对准程度的频率脉动而“呼吸”。例如，LED可以在这两个线圈更接近对准时以更高的频率脉动，并且在这两个线圈更远离对准时以更低的频率脉动。
除了仅仅向用户通知对准/未对准之外，计算系统102也可以帮助用户将次级设备朝对准移动。例如，计算系统102可以在显示器上输出指令以帮助用户将次级电子设备朝对准移动。遵循以上示例，如果仅线圈1008a正检测到次级电子设备的接近，则计算系统102可以指示用户沿右下方向移动次级电子设备。一旦所有四个设备检测线圈1008a-d都检测到次级电子设备的接近，计算系统102就可以在显示器上输出指令以停止移动次级电子设备，因为这两个线圈对准。
虽然图10D将设备检测线圈1008a-d图示成圆形形状，但实施方案并不受此限制。其他实施方案可以具有具有矩形、正方形、三角形形状或任何其他几何形状的轮廓的设备检测线圈。此外，实施方案不是必需需要以正方形构型布置的四个检测线圈，如图10D所示。其他实施方案可以具有以其他构型布置的更多或更少的设备检测线圈。
尽管已相对于具体实施方案描述了本发明，但应当理解，本发明旨在覆盖以下权利要求范围内的所有修改形式和等同形式。

Claims (20)

1.一种便携式电子设备，包括：
具有接口表面的外壳；
电感器线圈，所述电感器线圈设置在所述外壳内并且包括传导线，所述传导线围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝，使得所述电感器线圈为基本上平面的；
充电电路，所述充电电路耦接到所述电感器线圈并且被配置为操作所述电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率；
控制电路，所述控制电路耦接到所述充电电路并且被配置为指示所述充电电路操作所述电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率；和
设备检测线圈，所述设备检测线圈耦接到所述控制电路并且被配置为检测所述接口表面上外部设备的存在，其中所述设备检测线圈被配置为以与所述电感器线圈不同的频率操作，并且所述设备检测线圈围绕所述电感器线圈的外周边卷绕。
2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述设备检测线圈由具有比用于形成所述电感器线圈的所述传导线窄的迹线宽度的线构造。
3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其中所述传导线由布置在单一平面中的多个子线形成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，还包括设置在所述电感器线圈和所述接口表面之间并且包括基底层和附接到所述基底层的导电层的电磁屏蔽件，所述电磁屏蔽件被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过。
5.根据权利要求4所述的便携式电子设备，其中所述电感器线圈和所述设备检测线圈附接到所述电磁屏蔽件。
6.根据权利要求4所述的便携式电子设备，其中所述设备检测线圈的外轮廓与所述电磁屏蔽件的外轮廓相同，并且其中所述设备检测线圈定位在所述电磁屏蔽件的外周边处。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中所述电感器线圈具有第一外轮廓，并且所述设备检测线圈具有与所述电感器线圈不同的第二外轮廓。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中所述设备检测线圈设置在所述电感器线圈的外周边之外。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，其中所述设备检测线圈由基底上的图案化导电迹线形成，并且所述电感器线圈由绞合线圈形成。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的便携式电子设备，还包括设置在所述传导线的所述多个线匝的相邻线匝之间的磁性材料。
11.根据权利要求10所述的便携式电子设备，其中所述传导线由布置在单一平面中的多个子线形成，并且其中所述磁性材料还被设置在传导线的每个线匝的相邻子线之间。
12.一种便携式电子设备，包括：
具有接口表面的外壳；
电感器线圈，所述电感器线圈设置在所述外壳内并且包括传导线，所述传导线围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝，使得所述电感器线圈为基本上平面的；
电磁屏蔽件，所述电磁屏蔽件设置在所述电感器线圈和所述接口表面之间，所述电磁屏蔽件包括基底层和附接到所述基底层的导电层，并且被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过；
互连部件，所述互连部件包括定位在所述互连部件的耦接端处的第一接触垫和第二接触垫；所述第一接触垫被配置为与所述电磁屏蔽件耦接，并且所述第二接触垫被配置为与所述电感器线圈耦接；和
设备检测线圈，所述设备检测线圈被配置为检测充电表面上外部设备的存在，其中所述设备检测线圈被配置为以与所述电感器线圈不同的频率操作，并且所述设备检测线圈围绕所述电感器线圈的外周边卷绕。
13.根据权利要求12所述的便携式电子设备，还包括设置在所述外壳内并且耦接到所述电感器线圈的充电电路，所述充电电路被配置为从所述电感器线圈接收电流。
14.根据权利要求13所述的便携式电子设备，其中所述互连部件包括柔性电路并且被配置为将所述电磁屏蔽件接地以及将所述电感器线圈耦接到所述充电电路。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的便携式电子设备，其中所述互连部件是柔性电路板。
16.根据权利要求12-14中任一项所述的便携式电子设备，其中所述耦接端位于所述电感器线圈的中心处，使得所述电磁屏蔽件和所述电感器线圈二者端接于所述电感器线圈的所述中心处。
17.根据权利要求12-14中任一项所述的便携式电子设备，其中所述传导线包括绞合线圈，每个绞线具有正方形、圆形或矩形形状的横截面轮廓。
18.一种无线充电系统，包括：
无线充电设备，所述无线充电设备包括发射器线圈；和
便携式电子设备，所述便携式电子设备被配置为从所述无线充电设备接收功率，其中所述便携式电子设备包括：
具有接口表面的外壳；
电感器线圈，所述电感器线圈设置在所述外壳内并且包括传导线，所述传导线围绕中心点且以增大的半径卷绕成多个线匝，使得所述电感器线圈为基本上平面的；
充电电路，所述充电电路耦接到所述电感器线圈并且被配置为操作所述电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率；
控制电路，所述控制电路耦接到所述充电电路并且被配置为指示所述充电电路操作所述电感器线圈无线地接收功率以及无线地发射功率；和
设备检测线圈，所述设备检测线圈耦接到所述控制电路并且被配置为检测所述接口表面上外部设备的存在，其中所述设备检测线圈被配置为以与所述电感器线圈不同的频率操作，并且所述设备检测线圈围绕所述电感器线圈的外周边卷绕。
19.根据权利要求18所述的无线充电系统，还包括设置在所述电感器线圈和所述接口表面之间并且包括基底层和附接到所述基底层的导电层的电磁屏蔽件，所述电磁屏蔽件被配置为拦截电场，同时允许磁通穿过。
20.根据权利要求18或19所述的无线充电系统，其中所述设备检测线圈由具有比用于形成所述电感器线圈的所述传导线窄的迹线宽度的线构造。
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