CN113365709B - 具有非接触能量传输系统的玩具系统 - Google Patents

Abstract

一种玩具系统，包括多个玩具构造元件，每个玩具构造元件包括用于将玩具构造元件彼此可拆卸地互连以产生一个或多个连贯空间结构的联接构件；其中多个玩具构造元件包括：能量源装置，其包括壳体和容纳在壳体内的能量传输电路；一个或多个能量分配装置，每个配置成提供相应的一个或多个外部导电环，所述外部导电环在壳体外部延伸，并且在相应的一个或多个外部导电环附近限定相应的外部能量传输区；其中能量源装置配置成与一个或多个能量分配装置进行操作连接；并且其中能量传输电路配置成从能量源接收电能，并且当能量源装置与一个或多个能量分配装置中的第一能量分配装置操作连接时，激励第一能量分配装置的一个或多个外部导电环，以便在第一能量分配装置的一个或多个外部导电环附近由第一能量分配装置限定的外部能量传输区中产生时变电磁场。

Description

具有非接触能量传输系统的玩具系统

技术领域

本公开涉及一种玩具系统，其包括非接触能量传输系统，比如非接触充电系统。

背景技术

电子装置的非接触充电是一种方便的技术，因为它易于用户使用，避免需要充电器和待充电的电子装置之间的有线连接等。

电子装置的示例包括电子玩具，比如电池供电的电子玩具。因此，希望提供一种用于向电子玩具传输电力的便利系统。

US8841845公开了一种基于感应的照明系统，其设计为向模型显示器和其他类似应用提供电力。该系统的第一部分是无线电源垫，其放置在样板房下方并用作村庄的基座，并且包含初级绕组，该初级绕组与放置在显示部件内部的次级绕组相互作用，以提供照明效果，比如在样板圣诞村庄中发现的照明效果。初级绕组的电气特性可以由微控制器控制，以使模型中的灯根据用户需要闪烁或变化。

中国实用新型号205516505U公开了一种玩具，其具有多个独立的交互功能模块，每个模块包括可再充电电池和适于给模块充电的感应充电电路。该玩具还包括基座，该基座形成多个独立的发射感应线圈，这些线圈相互彼此间隔一定距离布置，使得每个模块可以放置在每一个独立的感应线圈上，用于给模块充电。当功能模块全部充电后，则可以远离充电基座使用它们，直到它们放电且因此需要再充电。

然而，仍然希望提供一种改进的非接触能量传输系统，比如更用户友好和/或更灵活的系统。

在这种背景下，还希望提供一种玩具，其为用户提供对包括两个或更多个独立功能的产品比如玩具产品容易充电的选择。

发明内容

本文公开了一种玩具系统的各方面，该玩具系统包括非接触能量传输系统，特别是非接触充电系统。

根据第一方面，一种玩具系统的实施例包括多个玩具构造元件，每个玩具构造元件包括用于将玩具构造元件彼此可拆卸地互连以产生一个或多个连贯空间结构的联接构件；其中多个玩具构造元件包括：

-能量源装置，其包括壳体和容纳在壳体内的能量传输电路；

-一个或多个能量分配装置，每个配置成提供相应的一个或多个外部导电环，所述外部导电环在壳体外部延伸，并且在相应的一个或多个外部导电环附近限定相应的外部能量传输区；

其中能量源装置配置成与一个或多个能量分配装置进行操作连接；并且其中能量传输电路配置成从能量源接收电能，并且当能量源装置与一个或多个能量分配装置中的第一能量分配装置操作连接时，激励第一能量分配装置的一个或多个外部导电环，以便在第一能量分配装置的一个或多个外部导电环附近由第一能量分配装置限定的外部能量传输区中产生时变电磁场。

当能量源装置和能量分配装置是玩具构造元件，每个包括如本文所述的联接构件时，用户可以构造不同的玩具构造模型，例如包括不同类型的能量分配装置和/或包括相对于彼此处于不同位置的能量分配装置，以便相对于玩具构造模型限定一个或多个外部能量充电区。因此，能量传输区的多个用户定义的几何形状和空间布置可以以简单而精确且持久的方式构造。

在一些实施例中，多个玩具构造元件包括一个或多个电子玩具构造元件，电子玩具构造元件配置为当电子玩具构造元件位于外部能量传输区之一中时从一个或多个能量分配装置接收能量。每个电子玩具构造元件可以包括可再充电能量存储装置，比如可再充电电池，以及感应充电电路，用于当电子玩具构造元件位于外部能量传输区之一中时对可再充电能量存储装置充电。

在一些实施例中，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置配置成：

-分别检测一个或多个电子玩具构造元件相对于能量源装置和/或一个或多个能量分配装置的相对位置坐标和/或相对定向；以及

-基于检测到的相对位置坐标和/或相对定向，激励所选的外部能量传输区。因此，玩具系统可以以有效的方式控制相对于玩具构造模型定位的电子玩具元件的充电。

在一些实施例中，多个能量分配装置至少包括限定具有第一形状和第一尺寸的第一外部能量传输区的第一能量分配装置，以及限定具有第二形状和第二尺寸的第二外部能量传输区的第二能量分配装置，其中第一形状不同于第二形状和/或第一尺寸不同于第二尺寸。

因此，单个能量源装置可用于操作不同类型的能量分配装置，从而允许用户仅使用单个能量源装置来使能量传输区适应用户的特定需求。因此，该系统是灵活的，同时保持部件成本相对较低。

每个能量分配装置可以作为能量中继装置来操作，该能量中继装置可操作成从能量源装置和/或从另一能量分配装置接收能量，并且将接收的能量的至少一部分转发到能量接收装置，例如电子玩具构造元件。

优选地，操作连接可以包括从能量源装置到能量分配装置的非接触能量传输，例如通过电感和/或电容联接。为此，能量源装置和能量分配装置可以包括相应的导电环，比如线圈，可选地包括相应的磁芯，线圈可操作成通过感应联接比如通过近场磁谐振联接在彼此之间传输电磁能量。通常，本公开中使用的术语导电指的是导电性。因此，能量分配装置可被视为寄生装置，其由能量源装置以非接触方式供应能量。

可替代地，操作连接可以包括通过经由导电介质的物理接触来传输电能，该导电介质对于直流电是导电的，即操作连接可以是经由导电介质的物理接触，该导电介质对于直流电是导电的，例如通过经由合适的插头和插座、经由电缆、金属-金属接触等来连接能量源装置和能量分配装置。

能量源装置可以分别通过能量源装置和能量分配装置的相应联接构件机械地和可拆卸地连接到能量分配装置。类似地，能量源装置和能量分配装置均可通过相应的联接构件机械地和可拆卸地连接到玩具构造系统的其他玩具构造元件，特别是电子和/或非电子玩具构造元件。

在一些实施例中，第一能量分配装置可操作成在第一能量传输区内产生第一场强，第二能量分配装置可操作成在第二能量传输区内产生不同于第一场强的第二场强。例如，为此，第一和第二能量分配装置可以包括相应电感的导电环，例如通过具有不同匝数和/或不同横截面的导电路径等。

玩具系统可以包括一个或多个如下所述的能量分配装置。

出于本公开的目的，术语非接触是指在没有物理导电联接的情况下在各装置间的能量传输，即没有通过经由导电介质的物理接触的电能传输，该导电介质对于直流电是导电的。应当理解，术语非接触仅表征能量传输，并且不排除装置以其他方式彼此物理连接。具体而言，两个装置可以彼此物理接触，例如通过相应的联接构件彼此机械互连，而它们之间的能量传输是非接触的，即不依赖于物理接触作为能量或数据传输的载体。

在一些实施例中，能量源装置包括：

-壳体；

-容纳在壳体内并在壳体附近限定第一能量传输区的内部导电环；

-能量传输电路，其容纳在壳体内并配置为从能量源接收电能，并且激励内部导电环，以便在第一能量传输区中产生时变电磁场；

其中能量分配装置配置成在壳体外部提供外部导电环，外部导电环在外部导电环附近限定外部能量传输区；

其中能量传输电路还配置为激励外部导电环；其中第一能量传输区小于外部能量传输区；并且其中能量源装置配置成以第一速率通过第一能量传输区传输能量，并且以小于第一速率的第二速率通过外部能量传输区传输能量。

根据一些实施例，一个或多个能量分配装置包括能量传输电路，该能量传输电路可以配置为控制能量分配装置的操作，例如用于调节导电环的谐振频率、用于选择性地激励导电环等。

根据一些实施例，至少一个能量分配装置是模块化能量分配装置，其包括多个相互可互连部分。每个部分可以包括第一联接构件和第二联接构件，例如在细长主体的相应第一端和第二端。每个部分还可以包括一个或多个导电路径，其可以在第一和第二联接构件之间延伸。每个联接构件可以配置为连接到另一相互可互连部分的匹配联接构件，以便提供每个连接所连接的部分的一个或多个导电路径。相互可互连部分配置成当以相互互连部分的结构连接时形成外部导电环。优选地，每个相互可互连部分是或包括玩具构造系统的玩具构造元件。

根据一些实施例，至少第一个能量分配装置包括细长元件，其配置成由用户布置在表面上，以便形成用户选择的环结构。具体而言，当细长元件布置在表面上以形成环结构时，环结构围绕并暴露放置它的表面的环区域。因此，不同的表面可被转换成电子玩具可以在其中获取能量的游戏区域，包括具有不同表面纹理、表面装饰等的表面，比如地毯、桌面、地板、毯子等。表面区域对于用户来说仍然是可接近的，并且被最小程度地阻碍。细长元件可以包括一个或多个导电路径，其在细长元件布置成形成环结构时形成外部导电环。因此，用户可以以灵活的方式特别是以各种形状和/或尺寸在各种表面或结构上创建能量传输区。根据一些实施例，第一能量分配装置是模块化装置，并且它包括多个相互可互连部分，例如如上所述。因此，相互可互连部分可以配置成当以相互互连部分顺序连接时形成所述细长元件。根据一些实施例，细长元件包括多个相互互连部分，每个部分铰接地连接到一个或两个相邻部分。因此，细长构件可以折叠成收缩状态，例如为了方便存放。

根据一些实施例，至少一个能量分配装置包括载体片，该载体片具有嵌入其中的限定一个或多个导电环的一个或多个导电路径，例如如下面更详细描述，特别是结合第三方面。

根据一些实施例，至少一个能量分配装置包括导电环，其配置成选择性地进入收缩状态和伸展状态，例如如下面结合第二方面所述。特别地，在一些实施例中，当导电环处于其伸展状态时，导电环的至少主要部分限定外部能量传输区。在一些实施例中，能量分配装置包括环壳体，其中当导电环处于其伸展状态时，导电环的至少主要部分延伸到环壳体之外。在一些实施例中，当导电环处于其收缩状态时，导电环的至少主要部分容纳在环壳体内，因此提供了在不使用时存储外部导电环的便利方式。当导电环处于其收缩状态时，导电环可以在环壳体外部限定第一能量传输区。在一些实施例中，当导电环处于收缩状态时，导电环包括扩展匝数，当导电环处于其伸展状态时，包括小于扩展匝数的减少匝数。

根据第二方面，一种玩具系统的实施例包括能量源装置；该能量源装置包括：

-环壳体；

-导电环，其配置为选择性地进入收缩状态和伸展状态；其中当导电环处于其收缩状态时，导电环的至少主要部分在环壳体内部延伸，并在环壳体外部限定第一能量传输区；其中，当导电环处于其伸展状态时，导电环的至少主要部分延伸到环壳体外部，并在环壳体外部限定外部能量传输区；以及-容纳在壳体内的能量传输电路，其配置为从能量源接收电能，并当导电环处于其收缩状态时激励导电环，以便在第一能量传输区中产生时变电磁场；并且当导电环处于其伸展状态时激励导电环，以便在外部能量传输区中产生时变电磁场。

因此，提供了一种灵活系统，其中导电环可以适应不同的需要，例如产生不同尺寸或形状的导电环，允许方便地存储导电环等。导电环可以以多种方式收缩或伸展，例如通过折叠环、将环缠绕在卷轴上、使环弹性变形等。当导电环由一个或多个细长构件(比如线、条或带)或一系列互连细长元件等形成时，收缩可能特别有用，并导致特别紧凑的存储。

因此，在一些实施例中，当导电环处于其收缩状态时，导电环的至少主要部分容纳在环壳体内，从而提供了在不用作外部导电环时存储外部导电环的便利方式。

在一些实施例中，当导电环处于收缩状态时，导电环包括扩展匝数，当导电环处于其伸展状态时，包括小于扩展匝数的减少匝数。因此，第一能量传输区可以是比外部能量传输区小的减少能量传输区。因此，当导电环处于收缩状态时，能量源装置可操作成以更高的传输速率提供能量传输，例如用于对电子装置快速充电。例如，导电环可被扭曲和折叠以产生具有多匝的收缩环。在其他示例中，导电环可被卷绕以形成具有多匝的较小环等。

环壳体可以由能量源装置的壳体形成，或者以其他方式集成或附接到能量源装置的壳体，特别是在玩具构造系统的玩具构造元件的壳体中。可替代地，环壳体可以是单独的壳体，例如能量分配装置的壳体，其也可以是玩具构造系统的玩具构造元件。环壳体可以例如可拆卸地连接(机械地和/或电气地)到能量源装置的壳体。

根据本文描述的一个或多个方面的一些实施例，能量传输电路配置为激励特别是选择性地激励一个或多个导电环，以便在第一能量传输区和大于第一能量传输区的第二能量传输区中产生时变电磁场；其中第一和第二能量传输区由一个或多个导电环在一个或多个导电环附近限定；其中玩具系统包括多个电子装置，每个配置为当位于第一或第二能量传输区内时接收能量；其中第二能量传输区足够大以容纳多个电子装置中的两个或更多个，用于同时向两个或更多个电子装置进行能量传输；其中第一能量传输区的形状和尺寸设计成比第二能量传输区容纳更少数量的电子装置；并且其中能量源装置配置成以第一速率经由第一能量传输区传输能量，并且以小于第一速率的第二速率经由第二能量传输区传输能量。

在一些实施例中，第一导电环是容纳在能量源装置的壳体内的内部导电环，第二导电环是延伸到壳体外部的外部导电环，例如由本文所述的能量分配装置提供。因此，能量源装置可以选择性地作为独立的能量传输装置(例如作为单个电子装置的快速充电器)操作，而不连接到外部能量分配装置，或者与本文描述的能量分配装置一起操作，例如以便提供容纳多个电子装置的更大能量传输区。

在一些实施例中，第一导电环包括比第二导电环更多的匝数，和/或以其他方式配置为可操作成产生更强的电磁场。

在一些实施例中，第一和第二导电环都是外部导电环，例如由相同的能量分配装置或不同的能量分配装置提供。例如，第二导电环可以限定大的能量传输区，其中多个电子装置可以同时获取能量，而第一导电环可以限定快速充电热点，其可以位于第二能量传输区之外或者完全或部分地位于第二能量传输区之内。

在一些实施例中，在系统包括如本文所述的模块化能量分配装置的情况下，能量分配装置可以包括多个可互连部分，这些部分配置为互连以形成一个或多个导电环，例如如本文所述的第一和第二导电环。因此，用户可以根据用户的需要构造具有不同能量传输区的能量传输系统。

根据本文公开的一个或多个方面的玩具系统的一些实施例包括多个电子装置，每个配置为当位于能量分配装置的能量传输区或能量源装置内时接收能量。

在本文公开的任何方面的一些实施例中，配置为当位于玩具系统的能量传输区中时接收能量的至少一些电子装置包括能量存储装置，比如可再充电电池、电容性能量存储、电感性能量存储等。因此，电子装置的能量存储装置可以配置成当位于玩具系统的能量传输区中时由接收的能量充电。在一些实施例中，至少一些电子装置不包括任何能量存储装置，并且仅可操作成在它们位于玩具系统的能量传输区中时执行电子功能。

在一些实施例中，至少一个能量传输区足够大，以容纳多个电子装置中的两个或更多个，用于同时向两个或更多个电子装置进行能量传输。具体而言，在一些实施例中，能量源装置和/或能量分配装置配置成从位于能量传输区内的多个电子装置中的一个或多个接收关于多个电子装置中的一个或多个的数据；并且基于接收的数据控制时变电磁场。

在上述和其他实施例中，能量传输性能可以适应多个电子装置的需要。例如，能量源装置或能量分配装置可以操作成确定在能量传输区中是否存在需要充电(或需要能量传输到它们)并响应于该确定来激励导电环的任何电子装置。能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以检测电子玩具构造元件相对于能量源装置和/或相对于一个或多个能量分配装置的存在和可选地相对位置和/或定向信息。基于该信息，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以控制它们各自的能量传输电路，用于激活关于玩具构造模型限定的所选能量传输区。为此，传送的数据可以包括电子装置的相应充电水平(或能量需求)。在一些实施例中，传送的数据可以包括指示能量传输区中的电子装置的所需或优选能量传输电流和/或功率的数据，并且能量源装置或能量分配装置可以根据接收的数据选择能量传输电流和/或功率。可替代地或另外，传送的数据可用于安排能量传输中的中断，以便允许与位于能量传输区中的一个或多个电子装置进行通信。可替代地或另外，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以配置成检测一个或多个电子玩具构造元件的相对距离(和/或另一合适相对位置坐标)和/或相对定向。位置和定向检测可以以多种方式进行，例如分别利用能量源装置或能量分配装置的一个或多个导电环，以及电子玩具构造元件的相应感应元件。可替代地或另外，位置和定向检测可以利用磁力计来测量地磁场等。为此，每个能量源装置、每个电子玩具构造元件以及可选地每个能量分配装置可以包括磁力计。

在允许能量传输到位于相同传输区中的多个电子装置的实施例中，导电环可以是外部或内部导电环，即它们可以在能量源装置内部和/或能量源装置外部。例如，导电环可以是本文描述的能量分配装置的任何实施例的导电环。特别地，当该系统包括如结合第三方面所述的能量分配装置时，该系统可以响应于传送的数据并根据各个电子装置的需要来调整能量传输区。

在根据本文描述的各个方面的玩具系统的一些实施例中，能量源装置和/或能量分配装置可以配置成当电子装置位于能量传输区中时彼此通信和/或与一个或多个电子装置通信。该通信可以是单向或双向通信；这可以通过将数据调制到用于能量传输的时变电磁场上来实现，即调制到用于激励导电环的电流或电压上。可替代地或另外，通信可以通过单独的机制来实现，例如单独的感应联接、磁通信、无线电通信系统比如蓝牙或另一短程无线电通信技术等。

根据第三方面，一种玩具系统的实施例包括：

-能量分配装置，其包括载体片和嵌入载体片中的多个导电路径；

-能量传输电路，其配置为从能量源接收电能并选择性地激励多个导电路径的多个子集，该多个子集包括第一子集和第二子集；

其中第一子集导电路径在第一子集导电路径附近限定第一能量传输区，并且激励第一子集在所述第一能量传输区中产生时变电磁场；

其中第二子集导电路径在第二子集导电路径附近限定第二能量传输区，并且激励第二子集在所述第二能量传输区中产生时变电磁场；第二能量传输区不同于第一能量传输区。

能量传输电路可以包括在载体片中，或者它可以包括在单独的能量源装置中，该能量源装置可以可操作地连接到载体片，例如如结合第一方面所述。例如，能量源装置可以永久地附接到载体片，或者通过合适的联接构件可拆卸地附接到载体片，和/或它可以可操作地连接，用于从能量源装置到载体片的导电路径的非接触能量传输。

因此，本文描述的系统的这个和其他实施例可以选择性地创建不同的能量传输区，例如以便根据要被提供能量的电子装置的数量、它们的位置等来提供优化的能量传输。

载体片可以是例如刚性板、可弯曲材料片、诸如垫或箔片的柔性片、网、栅格或为表面上的导电路径提供足够结构支撑的任何其他支撑结构。载体片可以由塑料、木材、纺织品、纸板或任何其他合适的材料或材料组合制成。

在一些实施例中，每个导电路径形成导电环；并且其中所选的子集由一个或多个导电环构成。因此，通过选择性地激励所选的一个或多个回路，可以调节能量传输区的几何形状和/或能量传输速率。

在替代实施例中，导电路径形成相互交叉导电路径网格。该系统可操作成选择性地激励相互交叉导电路径的所选子集，以便激励相应尺寸和形状的导电环。在进一步的实施例中，该系统可以包括导电环和交叉导电路径网格。导电路径可以在相应交叉点交叉，但它们可以在交叉点彼此电绝缘。

在一实施例中，该系统包括第一组导电路径，其中第一组导电路径中的每个的一端选择性地可连接到第一馈送路径和第一返回路径中的一个或都不，而第一组导电路径的相应另一端彼此互连。第一馈送路径和第一返回路径可连接到能量传输电路。因此，第一组导电路径中的一个或多个可以例如通过相应开关同时连接到第一馈送路径。类似地，第一导电路径中的一个或多个其他路径可以例如通过相应开关同时连接到第一返回路径。因此，可以形成相应的导电环，每个回路包括第一馈送和返回路径以及第一组导电路径中所选的一个或多个。类似地，该系统包括第二组导电路径，其中第二组导电路径中的每个的一端选择性地可连接到第二馈送路径和第二返回路径中的一个或都不，而第二组导电路径的相应另一端彼此互连。第二馈送路径和第二返回路径可连接到能量传输电路。因此，第二组导电路径中的一个或多个可以例如通过相应的开关同时连接到第二馈电路径。类似地，一个或多个其他第二导电路径可以例如通过相应开关同时连接到第二返回路径。因此，可以形成相应的导电环，每个环包括第二馈送和返回路径以及第二组导电路径中所选的一个或多个。第一组中的导电路径可以各自与第二组中的一个或多个导电路径交叉，但它们可以彼此电绝缘。因此，通过选择性地激励第一组中的所选一个或多个导电路径和第二组中的所选一个或多个导电路径，可以定义相应的环模式，从而产生相应的能量传输区几何形状。此外，通过激励更少或更多的导电路径，可以调节最终的能量传输速率。

在替代实施例中，导电路径形成相互交叉导电路径网格，该网格限定多个交叉节点，两个或更多个导电路径在这些交叉节点处相互交叉；其中该系统包括与各个交叉节点相关的多个开关，其中每个开关配置为在与所述开关相关的交叉节点处交叉的各个导电路径之间提供导电连接。

用于选择性地激励各个导电路径的各个开关的控制可以由可连接到载体片的独立能量源装置的能量传输电路和/或嵌入载体片中的控制电路控制。

在一些实施例中，能量源装置配置为从位于载体片附近的一个或多个电子装置获得信息和/或关于其的信息，基于获得的信息选择导电路径的子集，并且例如通过操作一个或多个开关来激励导电路径的所选子集。为此，能量源装置和/或电子装置可以确定电子装置位于载体片上的位置。应当理解，这种检测可以以多种方式进行。例如，电子装置可以检测其相对于载体片的位置，并将该信息传送至能量源装置。在一些实施例中，当能量源装置选择性地激励相应的导电路径时，例如在初始扫描操作期间，电子装置可以感测来自载体片的导电路径的电流和/或功率。然后，电子装置可以向能量源装置传送信息，以便提醒能量源装置在扫描期间的哪个时间电子装置已经感测到最高电流/功率。根据该信息，能量源装置可以至少确定电子装置相对于载体装置的近似位置，并且创建电流路由模式以满足在不同位置识别的所有检测到的电子装置。

应当理解，能量源装置可以在不同的时间选择不同的子集(例如不同的电流模式)，例如以便在第一时间段将能量传输到具有一个子集的一组电子装置，然后在第二时间段重新配置导电路径模式以将能量传输到另一组电子装置。这允许向所有电子装置有效地传递能量，即使它们布置在不方便的位置。

在其他实施例中，能量源装置通过执行穿过各种导电路径的扫描并通过感测可检测的阻抗变化和/或通过从电子装置接收其接收能量的消息来推断电子装置的位置。然后，关于检测到的电子装置位置的信息可以用于决定各种模式/子集的当前路由和时间复用。可替代地或另外，能量源装置可以以不同的方式检测能量源装置附近的电子装置的位置和/或定向。

在本文公开的任何方面的一些实施例中，能量源装置包括能量存储装置，比如可再充电电池，即能量源也可以容纳在壳体内。可替代地或另外，能量源装置可以包括用于例如经由电力电缆、经由无线充电系统等从外部能量源接收电能的接口。

在本文公开的任何方面的一些实施例中，至少一些能量分配装置是没有它们自己能量源的无源能量分配装置。因此，它们配置为仅当可操作地连接到如本文所述的能量源装置时才经由它们的能量传输区传输能量，即它们可被称为寄生装置。

在本文公开的任何方面的一些实施例中，能量源装置的壳体可以是箱形壳体。壳体可以由任何合适的材料制成，比如塑料。

能量源装置或能量分配装置的能量传输电路可以包括配置为控制馈送到系统的一个或多个导电环中的电流和/或功率的逻辑。为此，逻辑可以配置为检测导电环的特性，例如阻抗、电感等，并且响应于检测到的特性来控制电流和/或功率。

通常，能量传输区是导电环附近的体积，其中电子装置能够从通过导电环的电流感应的时变电磁场中获取能量。应理解的是，能量传输区可以不由尖锐边界来界定，而是由能量传输效率的逐渐降低来表示。能量传输区的确切范围也可以取决于接收电子装置的能量获取能力。通常，导电环界定环区域，例如平面或曲面。能量传输区通常延伸通过所述环区域和环区域的两侧(例如如果环区域基本水平延伸，则在环区域的上方和下方)。能量传输区可以进一步延伸到导电环外部的圈中。能量传输区可以限定圆顶形体积，每个体积在环区域的相应侧延伸穿过环区域。

通常，每个导电环可以限定能量传输区。在一些实施例中，该系统可以包括多个导电环，这些导电环一起限定能量传输区。

每个导电环可以包括单匝导电路径或多匝导电路径，比如至少5匝、至少10匝、至少20匝或甚至更多匝。导电环可以由任何合适的导电材料制成，比如金属，例如包括铝、铜等。导电材料可以作为导线或扁平条或带或以另一合适形式提供。

本文描述的玩具系统的各个方面的实施例可以包括一个或多个电子装置，其配置为当位于能量传输区中时从在能量传输区中产生的时变电磁场获取能量。为此，电子装置的实施例可以包括感应元件，比如导电环，例如线圈，包括绕组、缠绕在磁芯上的绕组等，以及可操作地联接到感应元件的能量接收电路。电子装置的一些实施例可以包括能量存储装置，比如可再充电电池等，并且能量接收电路可以配置为在接收到收获的能量时对能量存储装置充电。可替代地或另外，电子装置可以包括功能装置，其可操作成由能量存储装置和/或直接从获取的能量供电。

根据本文描述的任何方面的玩具系统的能量源装置和/或能量分配装置可以是玩具构造系统的玩具构造元件。因此，能量源装置和/或能量分配装置可以包括壳体，该壳体包括与玩具构造系统兼容的联接构件。

根据一些实施例，玩具构造系统包括一个或多个电子玩具构造元件，其配置成从本文描述的非接触能量传输系统接收能量。

在一些实施例中，电子玩具构造元件中的至少一个(比如每个)是无源电子玩具构造元件，即不包括其自身电池或其他能量存储的电子玩具构造元件。相反，无源电子玩具构造元件在其唯一的电源下使用通过本文描述的非接触能量传输系统非接触地接收的能量，以便驱动电子玩具构造元件的电子功能装置。因此，无源电子玩具构造元件仅可操作成激活其功能装置，而无源电子玩具构造元件可操作地连接以非接触地接收来自能量源装置的能量。因此，在玩具构造系统的一些实施例中，只有一些玩具构造元件且特别是能量源装置包括它们自己的能量存储装置，因此减少了需要它们自己的能量存储装置的部件数量。因此，这降低了制造成本，有利于回收，并有助于延长系统的整体寿命。然而，在其他实施例中，一些或所有电子装置例如一些或所有电子玩具构造元件包括内部可再充电电力存储装置，其配置为通过经由非接触能量传输系统接收的能量来充电。因此，这种电子装置例如这种电子玩具构造元件在当前不位于能量传输区中时也能够执行它们的电子功能，只要它们通过将它们定位在系统的能量传输区内而不时地充电即可。

根据本文描述的一个或多个方面的玩具系统的实施例的每个电子装置例如每个电子玩具构造元件可以包括电子功能装置。功能装置可以是用于执行功能的任何合适装置，比如提供用户可感知效果的功能，比如视觉和/或听觉效果。

功能装置的示例可以包括适于执行一个或多个机械和/或电气功能的任何合适的机械和/或电气装置、布置和/或电路。

功能装置的一些实施例可以执行的机械功能的示例包括：驱动可旋转输出轴、使能够将物体拉得更靠近电子装置的线或链成导电环、移动电子装置的铰接部分等。机械功能因此能够打开或关闭门、弹出物体、旋转转盘、移动线性致动器等。这种机械运动可以由电动马达驱动。

功能装置的一些实施例可以执行的电功能的示例包括发射恒定或闪烁的光、以预定顺序激活多个灯、发射可听声音，比如嘟嘟声、警报、铃声、警笛声、语音消息、音乐、合成声音、模拟和/或刺激播放活动的自然或模拟声音、声音的回放和/或其他音频内容等。

因此，功能装置可以选自马达、光源(例如一个或多个LED)和声源(例如扬声器)。在一些实施例中，多个电子装置包括：

-第一电子装置，包括第一类型的功能装置，例如马达；

-第二电子装置，包括不同于第一类型功能装置的第二类型功能装置，例如光源或声源(例如用于提供与第一功能装置不同的物理效果)。

玩具系统的实施例可以包括具有相应功能装置的不同类型的电子装置。

每个电子装置可以包括能量接收电路，例如包括导电环或其他谐振元件的电路，其配置为由时变电磁场激励并从时变电磁场获取能量。

每个电子装置可以包括壳体。功能装置可以容纳在所述壳体内和/或能量接收电路可以容纳在所述壳体内。壳体可以是箱形的。壳体可以限定顶面和与顶面相对的底面。

通常，玩具构造元件特别是电子玩具构造元件、能量源装置和/或能量分配装置包括元件主体。当玩具构造元件包括电子部件时，元件主体可以形成用于容纳电子部件的壳体。元件主体可以包括联接构件，其配置成允许玩具构造元件机械地和可拆卸地附接到玩具构造系统的一个或多个其他玩具构造元件。至少一些联接构件可以从顶面延伸。元件主体还可以包括在顶面和底面之间延伸的一个或多个侧面。

在一些实施例中，所有电子玩具构造元件配置为可互换地并且可拆卸地连接到玩具构造系统的其他玩具构造元件。在一些实施例中，电子玩具构造元件可以都具有相同的尺寸和形状以及相应的联接构件，至少在某种程度上，它们可以在玩具构造模型内可互换地连接，以便在玩具构造模型的任何给定位置选择性地彼此替换，至少一个电子玩具构造元件可以附接到该玩具构造模型。

类似地，能量源装置可以包括壳体；能量传输电路可以容纳在所述壳体内。壳体可以是如上所述的箱形。壳体可以包括一个或多个联接构件，也如结合电子玩具构造元件所述。在一些实施例中，能量源装置具有与电子玩具构造元件相同的形状和尺寸，至少在某种程度上，它们可以在玩具构造模型内可互换地连接，以便在玩具构造模型的任何给定位置选择性地彼此替换。然而类似地，一些或所有能量分配装置可以包括壳体。能量分配装置可以包括可容纳在所述壳体内的能量传输电路。壳体可包括如本文所述的联接构件。

每个电子玩具构造元件和/或每个能量源装置和/或每个能量分配装置可以包括一个或多个联接构件，用于视情况而定将电子玩具构造元件或能量源装置或能量分配装置可拆卸地附接到玩具构造系统的其他玩具构造元件，例如附接到一个或多个其他电子玩具构造元件和/或一个或多个其他能量源装置和/或一个或多个能量分配装置和/或玩具构造系统的一个或多个非电子玩具构造元件。非电子玩具构造元件是不包括电子功能装置、能量传输电路或其他电子元件的玩具构造元件。因此，玩具构造系统可以包括多个玩具构造元件，多个玩具构造元件包括多个电子玩具构造元件和一个或多个能源装置。多个玩具构造元件可以进一步包括一个或多个能量分配装置和一个或多个其他玩具构造元件，特别是非电子玩具构造元件，比如常规玩具构造元件，例如由没有任何电子部件的模制塑料元件构成。

在一些实施例中，玩具构造系统的每个玩具构造元件且特别是每个电子玩具构造元件和每个能量源装置包括用于可拆卸地将玩具构造元件互连以产生连贯空间结构的联接构件，也称为玩具构造模型。因此，已经通过联接构件彼此互连的玩具构造元件可以再次彼此断开，使得它们可以再次彼此互连或者与系统的其他玩具构造元件互连，例如以便形成不同的空间结构。在一些实施例中，玩具构造元件设置有相互匹配的联接构件，比如第一和第二类型的联接构件，比如联接栓和用于摩擦接合栓的栓接收凹部，或者配置成彼此接合以形成物理连接的其他成对配合或互补联接构件。一种类型的联接构件可以位于玩具构造元件的一侧，例如顶侧，而另一种互补类型的联接构件可以位于玩具构造元件的相对侧，例如底侧。在一些实施例中，玩具构造元件包括从玩具构造元件的顶面延伸的栓和延伸到玩具构造元件的底面中的相应的栓接收腔，用于通过合适的夹紧力摩擦接合栓。联接构件可以位于规则网格的网格点上；特别地，玩具构造元件的联接构件可以布置成使得一组相互互连的玩具构造元件的联接构件位于三维规则网格的网格点上。玩具构造元件的尺寸可被定义为由规则网格定义的单位长度的整数倍。应当理解，三维网格可以由单个单位长度、两个单位长度来定义，例如一个单位长度适用于两个空间维度，而另一个单位长度适用于第三空间维度。然而可替代地，三维网格可以定义三个单位长度，每个空间维度一个单位长度。

当联接构件可拆卸地互连时，用户可以解构先前构建的空间结构，并重新使用玩具构造元件，以便构建新的空间结构。例如，玩具构造元件可以通过牵引/摩擦或通过互锁连接互连。玩具构造元件可以配置成使得两个玩具构造元件可以连接到玩具构造模型，使得相对彼此的玩具构造元件的各个面至少非常接近并且彼此面对。为此，两个玩具构造元件可以通过它们各自的联接构件彼此直接互连，或者它们都可以与玩具构造模型的一部分互连，每个与彼此直接相邻。

玩具系统还至少在能量源装置或能量分配装置和电子玩具构造元件之间提供非接触能量传输。因此，单个玩具构造元件可以制造得紧凑且相对便宜。此外，以这种方式，可以仅用相对较少的不同类型的玩具构造元件来创建大量不同的功能交互。紧凑性和模块化进一步增加了电子玩具构造元件可以结合到甚至相对较小的玩具构造模型中的灵活性。在一些实施例中，电子玩具构造元件和/或能量源装置的壳体具有3mm至10mm之间的高度(不包括突出的联接构件)，比如3.2mm至9.6mm之间，比如3.2mm或6.4mm或9.6mm。壳体的长度和宽度可以各自在5mm至35mm之间，比如8mm至32mm之间，比如8mm、16mm、244mm或32mm。例如，横向尺寸可以是16mm×16mm或16mm×24mm或16mm×32mm。然而，应当理解，可以选择其他尺寸。

由本文公开的玩具构造元件构造的玩具构造模型可以包括第一电子玩具构造元件和第二电子玩具构造元件，它们通过它们的联接构件彼此直接或间接连接。第一和第二玩具构造元件中的每个可以包括可再充电电池、电负载和非接触充电电路。每个非接触充电电路可以包括接收感应线圈，用于将交变磁场转换成电流，以对相应电子玩具构造元件的可再充电电池进行充电。每个电子玩具构造元件的感应充电电路仅连接到可再充电电池和所述玩具构造元件的电负载。

因此，可再充电电池可被选择成使得每个电池的容量对应于连接到该电池的电负载的电力消耗，并且使得相对较大的电池可以用于为重型电消费者或负载供电，并且相对较小的电池可被选择用于为轻型消费者或负载供电。

在这种关系中，每个感应充电电路可以包括开关电路，其适于在适当的无线激活时将相应电子玩具构造元件的负载与所述电子玩具构造元件的电池连接或断开。

电负载可以包括以下一个或多个：电光发射器、电动马达或致动器、电声音发射器、信号发射器或信号接收器。

本公开涉及不同的方面，包括上述方面、相应的设备、系统、方法和/或产品，每个方面产生结合一个或多个其他方面描述的一个或多个益处和优点，并且每个方面具有对应于结合一个或多个其他方面描述的和/或在所附权利要求中公开的实施例的一个或多个实施例。

从下面参照附图对实施例的详细描述中，其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1-3示出了电子玩具构造元件的示例。

图4示出了电子玩具构造元件的示例的示意性框图。

图5A-B示出了能量源装置的示例。

图6示出了能量源装置的另一示例。

图7示出了玩具系统的示例。

图8示出了玩具系统的另一示例。

图9A-9E示出了玩具系统的进一步示例。

图10-15示出了能量分配装置的不同实施例。

图16A-D示出了能量分配装置的又一实施例。

图17A-C示出了操作图16A-D的能量分配装置的示例。

图18A-D示出了能量分配装置的又一实施例。

图19A-C示出了操作图18A-D的能量分配装置的示例。

图20示出了玩具系统的实施例如何用于创建不同形状和尺寸的游戏区域以激励电子玩具的各种示例。

图21A-21B示出了包括用于激励电子玩具的能量传输系统的实施例的元件的玩具构造模型的示例。

图22示出了表示根据本发明实施例的玩具的一个实施例的俯视图的示意图。

图23示出了表示如图22所示的功能部分之一的内部部件的示意图。

具体实施方式

现在将参照砖块形式的玩具构造元件来描述模块化玩具构造系统的各个方面和实施例，该系统包括多个电子玩具构造元件和包含一个或多个能量源装置的非接触能量传输系统。在该特定和相应实施例中，电子玩具构造元件和能量源装置每个都具有壳体，该壳体通常成形为具有平坦侧面的正交多面体，并且具有从其上表面延伸的联接构件和延伸到其底表面的腔。然而，可以使用其他形状和尺寸的电子玩具构造元件，例如不同尺寸并不同数量联接构件的箱形或瓦形玩具构造元件。此外，尽管砖形已被证明是特别有用的，但本发明可以应用于其他形式的玩具构造元件，用于游戏应用、教育应用等。此外，应当理解，本文所述的非接触能量传输系统的实施例可以用于其他应用，例如使用除玩具构造系统之外的其他类型玩具的应用，甚至用于向除玩具之外的电子装置的非接触能量传输。

图1示出了总体用100表示的电子玩具构造元件的示例。具体而言，电子玩具构造元件包括大致箱形壳体101，具有从其顶表面延伸的联接栓104和从底部延伸到元件中的腔。该腔由侧壁102和中心向下延伸的管103限定。如US3005282中公开，另一玩具构造元件的联接栓可以摩擦接合的方式容纳在腔中。其余附图中所示的构造元件具有这种已知类型的配合栓和腔形式的联接构件。然而，除了栓和腔之外，或者代替栓和腔，也可以使用其他类型的联接构件。联接栓以正方形平面网格的形式横跨顶表面布置，即限定联接栓序列沿其布置的正交方向。相邻联接栓之间的距离在两个方向上一致且相等。在限定规则平面网格的联接位置处联接构件的这种或类似布置允许玩具构造元件在彼此相对的离散数量的位置和定向上互连，特别是相对于彼此成直角。在构造的模型中，多个玩具构造元件的联接构件因此可以位于相对于构造模型定义的三维网格的网格点上。

在一些实施例中，玩具构造元件由塑料材料制成，例如热塑性聚合物，或者由另一种合适的材料制成。玩具构造元件可以例如通过注射成型过程或其他合适的制造过程制成。

电子玩具构造元件100包括麦克风106形式的传感器和扬声器105或其他声源形式的功能装置，两者都容纳在电子玩具构造元件的壳体101内。如下文将更详细描述，电子玩具构造元件的其他示例可以包括另一种类型的传感器和/或另一种类型的功能装置。电子玩具构造元件的其他示例可以仅包括传感器或者仅包括功能装置。

例如，图2示出了总体用200表示的电子玩具构造元件的另一示例，类似于图1的电子玩具构造元件。然而，图2的电子玩具构造元件包括代替麦克风的光传感器206，以及代替扬声器的LED或其他合适的光源205。

类似地，图3示出了类似于图1的电子玩具构造元件的总体用300表示的电子玩具构造元件的又一示例。然而，图3的电子玩具构造元件包括管状孔315，其延伸穿过壳体并配置成接收轴，例如具有合适横截面例如十字形横截面的轴。电子玩具构造元件300包括用于将扭矩传递到延伸到孔中的轴上的马达，以及配置成检测轴的角位置的旋转编码器。马达和编码器容纳在壳体101内，并且在图3中不可见。

图1-3的电子玩具构造元件在构造上相似。它们都具有相同的总体形状，使得它们可以互换地插入到玩具构造模型中，并且容易彼此附接。它们还都包括传感器、功能装置、能量接收电路和一个或多个感应元件，如将参考图4更详细描述。图1-3的电子玩具构造元件仅在它们包括的传感器和功能装置的类型上不同。然而，应当理解，玩具构造系统的其他实施例可以包括不同形状或尺寸的电子玩具构造元件，例如以便容纳功能装置的特定传感器和/或使它们更容易被用户辨别。

图4示出了例如图1-3所示的电子玩具构造元件之一的总体用400表示的电子玩具构造元件的示例的示意性框图。

电子玩具构造元件包括限定顶面的壳体101，该顶面设置有如上所述的联接构件104，在该示例中为栓的形式。电子玩具构造元件还包括容纳在壳体101内的能量接收电路409、第一感应元件407和第二感应元件408、传感器406和功能装置405。

第一和第二感应元件可以包括导电线、带等相应导电环。导电环可以形成为具有多匝导线的线圈，可选地包括缠绕导线的磁芯。在图4的示例中，第一感应元件407布置在玩具构造元件的底面附近，并且基本限定平行于底面的平面。类似地，第二感应元件408布置在玩具构造元件的顶面附近，并且基本限定平行于顶面的平面。以这种方式，当另一电子玩具构造元件或导电环非常接近壳体101时，第一感应元件可以提供与另一电子玩具构造元件的相应第二感应元件的感应联接，或者与由本文描述的能量源装置激励的导电环的感应联接。在一些实施例中，能量接收电路409可以进一步配置成作为非接触通信电路来操作。电子玩具构造元件因此可以与另一电子玩具构造元件或能量源装置通信，并从其获取能量，如本文所述。

类似地，当另一电子玩具构造元件或导电环非常接近壳体101时，第二感应元件408可以提供与另一电子玩具构造元件的相应第一感应元件的感应联接，或者与由本文描述的能量源装置激励的导电环的感应联接，以便获取能量和/或进行通信。

经由相应感应联接的通信可以使用任何合适的通信技术进行超短程通信，比如近场通信。能量获取可以使用任何合适的机制用于感应元件之间的非接触感应能量传输。能量获取和可选地通信由能量接收电路409控制。可替代地，电子玩具构造元件可以包括单独的通信电路。可选地，电子玩具构造元件可以包括进一步的处理装置，比如用于控制电子玩具构造元件的一个或多个功能的编程微处理器。

因此，电子玩具构造元件可以通过感应元件407接收电能，用于给能量接收电路409、传感器406和功能装置405供电。此外，在一些实施例中，电子玩具构造元件可以接收控制信号，并且响应于接收的控制信号来控制功能装置。特别地，控制信号可以表示功能装置的开/关信号和/或其他操作参数。例如，当功能装置是马达时，控制信号可以表示旋转的方向和/或速度。类似地，当功能装置是扬声器时，控制信号可以表示要播放的音量和/或音频内容；当功能装置是光源时，控制信号可以表示要发射的光的亮度和/或颜色。

该通信可以是双向通信，以便允许电子玩具构造元件传送其身份和/或操作特征，例如通过传送唯一标识符和/或识别电子玩具构造元件类型的标识符，例如它是否包括马达、光源、扬声器等。此外，在一些实施例中，电子玩具构造元件可以传送表示由传感器406感测的量的传感器信号。此外，电子玩具构造元件可以传送识别互连电子玩具构造元件的链或网络的其他电子玩具构造元件的标识符，如下所述。为此，能量接收电路可以包括存储器，用于存储电子玩具构造元件的ID和/或从相邻电子玩具构造元件接收的标识符。在一些实施例中，电子玩具构造元件可以传递关于最近使用统计的信息和/或关于内部可再充电能量存储装置的充电状态的信息，如本文所述。

电子玩具构造元件可以进一步将经由一个感应元件接收的控制信号转发到另一个感应元件。类似地，电子玩具构造元件可以通过另一个感应元件感应地传输电子玩具构造元件已经接收到的电能。

通过感应元件的数据通信和/或能量传输由能量接收电路409控制。能量接收电路可以执行用于实现合适的通信协议的相关功能，例如数据编码/解码、消息仲裁、纠错等功能。应当理解，在一些实施例中，电子玩具构造元件可以包括与相应感应元件相关的单独电路。此外，能量接收电路可以控制功能装置和/或传感器的操作，或者至少从传感器接收传感器信号并将控制信号转发给功能装置。可替代地，电子玩具构造元件可以包括通信联接到能量接收电路409的独立控制电路。

应当理解，可以对图4的电子玩具构造元件进行多种修改。例如，电子玩具构造元件的一些实施例可以仅包括单个感应元件。电子玩具构造元件的又一替代实施例可以仅接收电能，但不感应地将其中继到另一玩具构造元件。此外，电子玩具构造元件的一些实施例可以包括靠近电子玩具构造元件的一个或多个侧面的一个或多个感应元件，以便允许跨越所述侧面的通信和/或能量传输。这种感应元件可以作为靠近顶表面和底表面的感应元件的补充或替代。在一些实施例中，电子装置包括两个线圈，这两个线圈布置成它们各自的线圈轴线相对于彼此成一定角度，特别是直角。这允许在电子装置的不同定向有效地获取能量。此外，一些电子玩具构造元件可以仅包括功能装置，而不包括传感器，反之亦然。在一些实施例中，电子装置包括磁力计，例如以便确定沿预定方向(例如正交于线圈轴线)的地磁场强度。

在一些实施例中，电子装置可以包括能量存储装置，比如可再充电能量存储装置，比如可再充电电池、可再充电电容器等。能量存储装置可以配置为向电子玩具构造元件的其他部件提供电能，并且它可以配置为通过经由感应元件407和/或408接收的能量进行再充电。

传感器可以是光传感器、声音传感器、旋转编码器、接近传感器、加速度计、陀螺仪和/或任何其他合适的传感器。

功能装置可以是光源，例如LED、扬声器、马达和/或可操作成执行用户可感知功能的另一功能装置。

图5A-B示出了总体用500表示的能量源装置的示例。特别地，图5A示出了能量源装置的视图，而图5B示出了能量源装置的示意性框图。能量源装置包括壳体101，壳体101具有结合图1描述的联接构件103和104。

此外，能量源装置包括容纳在壳体内部的处理单元511、能量传输电路518、感应元件508、能量存储装置514、有线接口513(比如迷你USB插座)以及用于连接可选的其他功能部件的接口515。

处理单元511可以例如包括一个或多个微控制器、一个或多个微处理器、和/或一个或多个其他合适的处理单元或其组合。

能量存储装置514可以是可再充电能量存储装置，比如可再充电电池等。能量存储装置514配置为向能量源装置的其他部件提供电能，包括通过感应元件508感应地传输到其他电动玩具构造元件的能量。

感应元件508可以包括导电线、带等的环，例如线圈。线圈可以可选地包括缠绕线圈的磁芯。在图5的示例中，感应元件508布置在玩具构造元件的顶面附近，并且基本限定平行于顶面的平面。以这种方式，当电子玩具构造元件或能量分配元件非常靠近壳体101时，特别是当电子玩具构造元件或能量分配装置通过相应的联接构件附接到壳体101时，感应元件可提供与电子玩具构造元件或能量分配装置的相应感应元件的感应联接，如本文所述。

能量传输电路518还可以配置成作为通信电路操作，用于通过感应元件实现非接触通信，如结合图1-4的电子玩具构造元件所述。

因此，能量源装置可以直接或经由本文所述的能量分配装置与电子装置特别是电子玩具构造元件通信和/或感应地向其提供能量。

如结合图4的电子玩具构造元件描述，经由相应感应联接的通信可以使用任何合适的通信技术用于超短程通信，比如近场通信。能量获取可以使用任何合适的机制用于感应元件之间的非接触感应能量传输。

因此，能量源装置500可以通过感应元件508向其他玩具构造元件提供电能。此外，能量源装置可以向直接或间接感应地联接到能量源装置的电子玩具构造元件发送控制信号，以便控制这种电子玩具构造元件的功能装置和/或以便控制电子玩具构造元件从能量源装置获取能量的速率。

能量源装置还可以从这种感应联接的电子玩具构造元件接收信号，比如表示这种电子玩具构造元件的身份和/或操作特性的信号，例如关于电子玩具构造元件的能量存储装置的最近使用统计和/或当前充电状态的信息。

经由感应元件的数据通信和/或能量传输由能量传输电路518控制。为此，能量传输电路可以执行用于实现合适的通信协议的相关功能，例如数据编码/解码、消息仲裁、纠错等功能。应当理解，在一些实施例中，能量源装置可以包括一个以上感应元件和/或一个以上能量传输电路。

能量源装置还包括有线连接器513，例如以便接收电能用于给能量存储装置充电，用于与外部装置等通信。

可替代地或另外，能量源装置可操作成以不同的方式接收能量，例如通过感应元件等。

能量源装置可以包括一个或多个附加连接器516，用于电连接能量分配装置，如本文所述。因此，能量传输电路可以通过连接的能量分配装置进一步控制能量传输。

连接器516可以是有线连接器或非接触连接器，例如使用诸如线圈的感应元件，其与能量分配装置的相应感应元件协作，例如位于能量源装置附近的能量分配装置或位于距能量源装置一定距离处的能量分配装置。感应联接可以例如利用近场磁谐振联接。在一些实施例中，连接器可以是例如在WO2016/177823中所述的插头或插座的形式，或者可以通过能量源装置的联接构件，例如通过能量源装置的顶表面上的联接构件104或通过例如在EP2340093中所述的能量源装置的底侧上的相应联接构件103提供到能量分配装置的电连接或感应连接。

处理单元511例如由在处理单元上执行的适当程序来配置，以控制能量传输电路，并处理从电子玩具构造元件、从其他能量源装置和/或从能量源装置经由感应元件508和/或经由有线连接器513通信联接的附加电子玩具或其他外部处理装置接收的数据。处理单元还创建控制数据和/或其他数据以发送到电子玩具构造元件、其他能量源装置和/或能量源装置经由感应元件508和/或经由有线连接器513通信联接的附加电子玩具或其他外部处理装置。这些数据可以例如包括用于控制电子玩具构造元件的功能装置或能量获取的控制数据。

应当理解，可以对图5A-B的能量源装置进行多种修改。例如，能量源装置的一些实施例可以包括一个以上感应元件，例如两个线圈，其布置有相对于彼此成一定角度特别是直角的相应线圈轴线。其他实施例可以不包括任何内部感应元件，但可以连接到一个或多个外部导电环。此外，能量源装置的一些实施例可以不包括单独的处理单元；相反，操作可以仅由能量传输电路控制。此外，能量源装置的一些实施例可以不包括任何内部能量存储装置，而仅仅通过接口513从外部能量源接收能量。此外，能量源装置的一些实施例可以不包括附加连接器515。在一些实施例中，能量源装置包括磁力计，例如以便确定沿预定方向(例如正交于线圈轴线)的地磁场强度。

例如，图6示出了能量源装置的另一示例的示意框图。图6的能量源装置500包括具有联接构件104的壳体101，例如结合图5A描述的壳体。

此外，该实施例的能量源装置包括容纳在壳体内部的能量传输电路518、诸如迷你USB插座的有线接口513以及用于连接外部能量分配装置600的导电环605的接口516。

能量源装置经由有线接口513接收电能，例如以低压(例如5V)DC电流的形式。可选地，能量源装置可以进一步包括内部能量存储，例如结合图5B描述。可替代地，能量源装置可以配置成经由不同类型的有线或无线连接接收能量。

可选地，能量源装置包括滤波器517，其可操作成阻止高频电流通过有线接口传播回并进入能量供应电缆，例如进入USB电缆，因为这可能是不期望的，并且会引起EMC问题。

能量传输电路518可操作成用时变电流激励外部能量分配装置600的导电环605。为此，能量传输电路518可以包括H桥MOSFET 519或另一个合适的驱动电路，该驱动电路从有线接口513接收DC电流，并产生通过接口516馈送到导电环中的电流。

能量传输电路还包括电流测量电路520，其可操作成感测馈送到导电环605中的环电流。能量传输电路还包括控制逻辑521和一个或多个栅极驱动器522。控制逻辑521从电流测量电路520接收关于实际环电流的信息，并且配置为基于测量的环电流来控制栅极驱动器522的操作。栅极驱动器驱动H桥MOSFET的栅极。例如，能量传输电路可操作成使用硬开关MOSFET在导电环605中产生正弦波电流，该硬开关MOSFET使用脉宽调制或可能的更一般的脉冲密度调制。

控制逻辑521可操作成执行一些或甚至所有以下功能：

-测量环电流，并将其(幅度/频率/相位)与所需的参考电流曲线进行比较。

-计算参考电流曲线和真实环电流之间的任何误差。

-计算并修改到H桥MOSFET栅极(或用于控制另一类型驱动电路的控制电路)的驱动信号，以动态调整MOSFET的开关，从而持续校正环电流，以使其符合参考电流。

可选地，控制逻辑521可操作成执行一些或甚至所有以下附加功能：

-控制逻辑可以设置参考电流(以及由此产生的环电流)，该参考电流可以使用存储在能量源装置中的、从能量分配装置传输的、从到能量分配装置的连接推断的信息或者通过合适的通信接口传输到能量源装置的信息来修改。

-控制逻辑还可以实现路由模式，并将驱动电流修改到能量分配装置的不同部分，例如结合图16A-D、17A-C、18A-D和19A-C所述。

-控制逻辑可以实现能量传输的定时模式(例如传输能量一段时间，然后可能留下周期性间隙，以允许执行可能被能量传输场的存在阻碍的通信或其他功能)。

-如果使用异物检测方法，控制逻辑可能能够实现关闭/减少能量传输场。

-控制逻辑可能能够推断导电环的阻抗，并使用该阻抗来推断能量传输区内物体的存在或不存在。

-控制逻辑可以使用从能量传输区中的电子装置接收的信息来确定通过允许多个环配置的能量分配装置路由的电流的最佳模式。

-控制逻辑可以向嵌入在能量分配装置中的开关装置发出信号，以便设置它们的电流路由。

能量传输电路518还可以配置成作为通信电路来操作，用于经由导电环605实现与电子装置的非接触通信，例如结合图1-4的电子玩具构造元件描述。可替代地或另外，能量源装置可以配置成经由单独的通信链路例如经由另一磁通信网络或经由另一电磁无线电通信系统比如蓝牙等与能量传输区中的电子装置通信。

在一些实施例中，能量源装置可以进一步包括内部感应元件，以便允许能量源装置与电子装置通信和/或直接向电子装置感应地提供能量。可替代地或另外，能量源装置可以包括多个连接器516，用于允许多个能量分配装置的同时连接。因此，能量传输电路可以包括多个驱动器电路，以便允许多个导电环的同时操作，例如多个外部导电环或者内部导电环和一个或多个外部导电环。

如参考图5B更详细描述，连接器516可以是有线连接器或非接触连接器，例如使用与能量分配装置600的相应感应元件协作的感应元件，比如线圈。在一些实施例中，能量分配装置600可以包括其自己的能量传输电路。

图7示出了玩具系统的示例。该系统包括一个或多个能量源装置500，例如结合图5A-B或6描述，一个或多个电子玩具构造元件200和多个能量分配装置600A-D。

该系统可以包括附加部件，例如可连接到能量源装置的电子装置770，用于提供附加功能，例如附加通信能力。

该系统还可以包括可以构造玩具构造模型641和642的常规玩具构造元件。玩具构造模型可以包括一个或多个如本文所述的电子玩具构造元件。例如，玩具构造模型641可以包括电子玩具构造元件200。

该系统还可以包括一个或多个处理装置631，比如便携式计算机、平板电脑、智能电话等，或者其他电子玩具或装置632。

能量源装置500可用于单独地给单个电子玩具构造元件200或者包含在小玩具构造模型641中的一个或多个电子玩具构造元件充电，该小玩具构造模型641可位于非常接近能量源装置的位置，例如在其顶部、旁边、下面。在一些实施例中，当电子玩具构造元件200或玩具构造模型641定位在能量源装置500的操作附近时，电子玩具构造元件200或小玩具构造模型641的电子玩具构造元件可以非接触地从能量源装置获取能量，例如以便为玩具构造元件的可再充电能量存储器充电。能量可以由能量存储装置500的内部能量存储提供，或者可以从可以通过合适的电线连接而连接到能量源装置500的外部能量源提供。当以这种方式操作时，能量源装置可以作为快速充电器操作，允许对各个电子装置进行快速充电。

可替代地或另外，能量源装置本身可被结合到玩具构造模型642中，并且向也被结合到玩具构造模型642中足够靠近能量源装置的一个或多个电子玩具构造模型提供操作功率。

另外或可替代地，能量源装置500可以选择性地与能量分配装置600A-D中的一个进行操作连接。特别地，每个能量分配装置600A-D可以包括限定能量传输区的导电环。当能量源装置500例如经由导电物理连接或非接触地可操作连接到能量分配装置时，能量源装置可以激励可操作连接的能量源装置的导电环，以便在由能量分配装置的导电环限定的能量传输区中产生时变电磁场。因此，当一个或多个电子玩具构造元件或其他电子装置位于能量传输区中时，例如在由导电环包围的表面积内，或者至少足够靠近导电环，例如在导电环上方或下方的足够体积内，它们可以从能量源装置获取能量。

通常，能量源装置的一些实施例可以不包括用于非接触能量传输的感应元件，而是仅仅可连接到一个或多个能量分配装置，以便通过一个或多个能量分配装置提供非接触能量传输。

如图7所示，能量源装置可以选择性地连接到各种不同的能量分配装置，比如可以通过合适的电连接器610连接到能量源装置的电线环600A、由柔性材料或多个可互连模块形成的环600B、或者垫600C、家具比如桌子600D或具有嵌入导电环的其他产品。将参考图10-15、16A-D、17A-C、18A-D和19A-C更详细地描述能量分配装置的示例。

能量分配装置可以但不需要包括它们自己的能量存储或能量传输电路，而是可以简单地包括合适的导电环，该导电环可以由能量源装置激励并限定能量传输区。

因此，甚至单个能量源装置也可以用于限定各种不同形状和尺寸的能量传输区，其可以容纳不同数量的电子装置并以不同的速率向其传输能量。

能量源装置500还可以操作成与其他装置通信，例如其他能量源装置630、电子数据处理装置631或能够无线通信的其他装置632。因此，能量源装置可以操作成作为系统的电子装置和外部装置之间的通信网关。

因此，应当理解，本文描述的非接触能量传输系统的实施例可以是模块化系统，其可以在没有外部连接的情况下工作(例如通过能量源装置和/或电子装置的内部电池)。系统的能量源装置可以被再充电、由电池供电或通过连接到外部电源供电。能量源装置可用于给单个电子玩具构造元件或模型充电或激励其。在这种模式下，能量源装置可以操作成作为快速充电器，该快速充电器可操作成在其自身的仅充电器尺寸的小覆盖区内提供快速充电。可替代地或另外，能量源装置可以通过直接电连接、电容性或电感性地可操作地连接到外部能量分配装置，该外部能量分配装置包括一个或多个导电环，以便产生更大的能量传输区。这种能量传输区可以位于游戏区域的下方、侧面和/或上方。该环可以形成为盘绕的线，并且它可以嵌入游戏垫、玩具构造元件或模型、桌子或任何种类的其他材料和表面中。此外，可以添加附加环和/或可以选择线厚度，以便允许能量源装置设计用于特定电源(未协商的USB、电池等)，同时还最小化所需电子装置的复杂性。

图8示出了玩具系统的另一示例。该系统包括一个或多个能量源装置500，例如结合图5A-B或6描述，两个或更多个电子玩具构造元件200A-B和能量分配装置600。

如上所述，能源装置500可以连接到各种不同的能量分配装置，比如由柔性材料或多个可互连模块形成的环600。导电环600限定能量传输区711。应当理解，通常，能量传输区的大小也取决于通过导电环的电流，导电环又可由能量源装置控制。当能量源装置500可操作地连接到导电环600时，能量源装置激励导电环，以便在能量传输区711内产生时变电磁场。因此，当电子装置200A和200B放置在能量传输区711中时，特别是在被环600包围的区域712内或在能量传输区上方和/或下方的合适体积内时，它们可以从产生的时变电磁场中获取能量。

应当理解，不同的能量分配装置可以提供不同形状和尺寸的能量传输区。虽然图8中示出了能量分配装置的具体示例，但应当理解，也可以使用其他类型的能量分配装置，例如图9A-E、10-15、16A-D、17A-C、18A-D和19A-C所示的任何一个示例。

以这种方式，可以限定不同形状和尺寸的能量传输区，例如在每个方向上具有10cm或更大范围的区域，比如50cm或更大，比如1m或更大。因此，多个电子装置200A-B可以同时位于能量传输区内，因此可以同时获取能量。

然而，能量获取效率可能取决于能量传输区的大小和同时获取能量的装置的数量。

在一些实施例中，电子装置200A-B可以可操作地彼此通信和/或与能量源装置通信。例如，能量源装置的能量传输电路和电子装置的能量接收电路可以可操作成通过电磁场提供非接触通信。为此，能量传输操作可以不时地中断，以便允许数据交换。

因此，电子装置可以交换关于它们各自的充电状态和/或关于它们最近的使用统计和/或它们的优选或所需充电电流/功率的信息。可替代地或另外，电子装置可以将该信息传输到能量源装置。基于该信息，电子装置可以协商能量传输设置，例如期望的环电流、是否应该开始能量传输以及能量传输的持续时间等。在一些实施例中，能量源装置可能能够选择性地在不同的能量传输区中提供能量传输，或者在不同的区域内以不同的速率提供能量传输，例如结合图16A-D、17A-C、18A-D和19A-C所述。在这样的实施例中，能量源装置可以基于传送的信息选择性地控制能量传输，例如以便最初向具有频繁预期使用和/或小充电状态的电子装置提供能量传输(和/或以更高速率的能量传输)。

作为电子装置之间协商的替代，能量源装置可以基于从电子装置接收的信息以及可选地关于其自身充电状态的信息来计算合适的能量传输设置。

因此，非接触充电系统的一些实施例具有根据需要和整体系统负载为各个电子装置充电的能力。这些装置可以在它们自己之间和/或与能量源装置通信，以便基于诸如它们相对于能量传输区的位置、它们的当前充电水平、它们的使用历史等参数，为给定的装置群体确定最佳能量传输配置。为此，能量传输可以是占空比的，以允许与非接触通信共存。可替代地，通信可以通过单独的信道例如磁或辐射信道执行。

图9A-9E示出了玩具系统的进一步示例。每个系统包括例如结合图5A-B或6所述的能量源装置500和能量分配装置600。

如上所述，能量源装置500可以连接到各种不同的能量分配装置，比如包括由柔性材料或多个可互连模块形成的导电环605的装置。导电环605围绕环区域712，在环区域712处限定能量传输区711。当能量源装置500可操作地连接到导电环605时，能量源装置激励导电环，从而产生延伸贯穿能量传输区711的时变电磁场。因此，当电子装置放置在由环605包围的环区域712中或者在环区域上方或下方的合适体积711内时，它们可以从产生的时变电磁场中获取能量。应当理解，如图9A和9E所示，当电子装置稍微位于由导电环界定的环区域之外时，也可以发生能量传输，即能量传输区711可以延伸到环605之外。一般来说，出于本说明书的目的，术语能量传输区将用于指导电环附近的3D体积，其中能量传输可操作到有用的程度。

在图9A的实施例中，该系统还分别包括辅助能量分配装置800A-B。每个辅助能量分配装置包括限定辅助能量传输区的导电环，该辅助能量传输区小于由环605限定的主能量传输区711。当辅助能量分配装置800A-B通过物理、电连接、电容和/或电感与主导电环605操作连接时，它们的环被导电环605激励。因此，它们在辅助能量传输区附近内产生时变电磁场。因此，这些辅助能量传输区可用于扩展总能量传输区和/或提供局部快速充电热点，例如当辅助能量分配装置提供具有相对高匝数的环时。这种增加的环或线圈可集成到塑料或其他类型的壳体800A中，包括纸板、乙烯树脂等。它们也可以包括在玩具构造系统平台内，比如玩具构造元件，例如元件800B所示。

图9B-D示出了这种辅助能量分配装置如何可操作地连接到主导电环。

图9B示出了主导电环605的一部分。环605被间隙中断，在该间隙中，环的各个端部终止于连接器881。

图9C示出了插入间隙中的第一辅助能量分配装置801。第一能量分配装置具有板的形式，该板包括直导电路径805，该路径805终止于辅助能量分配装置的相对端的相应连接器882。因此，当第二辅助能量分配装置801插入间隙时，其导电路径完成环605。

图9D示出了插入间隙中的第二辅助能量分配装置802。第二能量分配装置具有板的形式，其包括形成小环的导电路径807，并且其端部终止于辅助能量分配装置的相对端的相应连接器883。因此，当第二辅助能量分配装置802插入到间隙时，其导电路径不仅完成了环605，而且限定了具有相对高场强的辅助能量传输区，以便除了由主环605限定的能量传输区之外还提供能量传输热点。

辅助能量分配装置801和802可以例如形成为板，例如图9A的元件800B所示。该板可以在其底面上具有联接构件，该联接构件与连接器881之间的间隙中的载体片的顶表面上的匹配联接构件兼容，从而允许辅助能量分配装置801和802精确定位且可靠附接到载体片上。连接器881、882和883可以结合到一个或多个联接构件中，或者它们可以形成为单独的连接器。联接构件可以与玩具构造系统兼容，例如结合图5A-B和6的能量源装置的联接构件所述。

在图9E的示例中，例如通过提供高导电环密度区域610，这样的热点被永久地结合到主能量分配装置的导电环中。

因此，在一些实施例中，玩具系统提供快速能量传输区，例如通过提供可以设计在导电线圈环设计内的较小直径导电环，或者通过用户将独立的紧密线圈环直接连接或通过电感/电容连接在现有线圈上以获得快速能量传输区。该快速能量传输区可以用于集中导电充电信号，并且在某些方面可以扩展物理充电区域。该系统可能能够根据负载调整到快速充电区域的功率输送。

快速能量传输区不仅可以用于快速充电，还可以用于扩展或增加游戏区域。例如，次级线圈可以集成到基板中。

这些基板可以超出平面充电区域并形成扩展充电区域。

图10-14示出了能量分配装置的不同实施例。

图10示出了附接到能量分配装置600的能量源装置500，能量分配装置600呈环的形式，该环由刚性细长环段601和柔性铰链部分602的交替序列形成，该柔性铰链部分602可以例如由硅树脂或其他可弯曲材料制成。环中嵌入了沿环长度延伸的集成导电路径。如图10所示，环可以折叠成收缩状态以便于存放，并且展开使用，如箭头603所示。环600可以机械地和电气地连接到能量源装置500。可替代地，能量源装置500可以电容性地和/或电感性地联接到环。在一实施例中，铰链部分602可以形成为可拆卸的铰接连接器，以允许环段彼此分离。

图11示出了附接到能量分配装置600的能量源装置500的另一示例。在图11的示例中，能量分配装置具有柔性或可弯曲细长的条或带600的形式。该条或带可以由硅树脂或其他合适的材料制成，并且它包括沿着带的长度延伸的嵌入导电路径。带的一端可以连接到容纳在能源装置500的壳体中的卷轴。可替代地，卷轴可以设置在单独的壳体中，该壳体例如可以电连接和机械连接到能量源装置的壳体。当带卷绕在卷轴上时，带容纳在壳体内用于储存。如箭头1102所示，用户可以从卷轴中抽出带，以便形成外部导电环。为此，带的自由端可以包括连接器，用于视情况而定将自由端与能量源装置500或单独的卷轴壳体机械和电连接。该系统还可以包括可被夹到带上的多个支撑元件1101。例如，支撑元件可以包括与玩具构造系统兼容的联接构件，以允许将支撑件附接在基板上或玩具构造模型上。

图12示出了附接到能量分配装置600的能量源装置500的另一示例。在图12的示例中，能量分配装置具有柔性或可弯曲的环或带600的形式。环可以由合适的材料制成，该材料允许环被扭曲和折叠，如图11的右侧所示。该环的两端电地和机械地连接到能量源装置，并且该环包括沿着环的长度延伸的导电路径。可替代地，能量源装置500可以电容性地和/或电感性地联接到环。该环可以扭曲成形成两个部分环的8字形。然后可以折叠该环，使得两个部分环彼此叠放。因此，扭曲和折叠的环形成了双环，该双环限定小能量传输区，在其内可以实现有效的能量传输。扭曲和折叠过程甚至可以重复，这样两个就形成了4折叠环。此外，在收缩状态下，该装置在不使用时可以方便地存放。在图左侧所示的展开状态下，该环限定可以容纳更多数量电子装置的大能量传输区。

图13示出了附接到能量分配装置600的能量源装置500的另一示例。在该示例中，能量分配装置是刚性板或柔性垫的形式，具有沿其周边嵌入的导电环605。例如，能量分配装置600可以是一件家具比如桌子的一部分，或者它可以是游戏垫或玩具构造系统的底板。

图14示出了附接到呈由相互互连的环段607形成的环的形式的模块化能量分配装置600的能量源装置500的另一示例。图13的示例的环段607是细长的刚性元件，在其相应的端部具有联接构件607，以便提供与相邻环段的机械和电连接。应当理解，环部分的其他示例可以具有不同的形状，比如弓形，和/或它们可以由柔性或可弯曲的材料制成。在任何情况下，每个环部分包括沿着环部分的长度延伸的一个或多个导电路径，使得当环部分互连以形成闭环时，环部分的导电路径一起形成导电环。能量源装置可以作为另一环部分集成到环中，或者它可以机械地和/或电气地连接到环。可替代地，能量源装置500可以电容性地和/或电感性地联接到环。模块化环部分可以互连，以便根据用户的需要形成不同尺寸和形状的环。

图15示出了附接到载体片形式的能量分配装置600的能量源装置500，比如垫或板，包括多个导电环605A-E。能量源装置500可以机械地连接到垫或板，并且电连接到能量分配装置的相应导电环。为此，能量源装置可以包括多个连接器。可替代地，能量源装置500可以电容性地和/或电感性地联接到环605A-E。

该实施例的能量分配装置允许激活片材上不同形状和/或尺寸和/或位置的能量传输区，和/或在能量分配装置600的区域内激活不同强度的能量传输场。

能量源装置500可以同时激活一个或多个单独的环605A-E。在一些实施例中，能量源装置500的能量传输电路可操作成同时仅激励单个环。因此，能量源装置可以包括一个或多个开关，其配置为在被激励的环之间切换。可替代地，能量源装置500的能量传输电路可操作成在任一时间激励一个以上环。为此，能量传输电路可以包括多个驱动器电路，例如多个H桥。

图16A-D示出了能量源装置500，其附接到载体片形式的能量分配装置600，比如垫或板，包括导电路径网格605，在图16A中最容易看到。能量源装置500可以机械地连接到垫或板，并且电连接到网格605。为此，能量源装置可以包括多个连接器。可替代地，能量源装置500可以电容性地和/或电感性地联接到环605A-E。在一些实施例中，能量源装置甚至可以永久地连接到或以其他方式集成到载体片中。

具体而言，在图16A-D的示例中，能量分配装置包括第一子集605A导电路径和第二子集605B导电路径，其中第一子集导电路径中的每个与第二子集的导电路径交叉。在各个子集的导电路径彼此交叉的位置，第一子集的导电路径与第二子集的导电路径电绝缘。为此，能量分配装置形成为包括由绝缘层分隔的第一层和第二层的分层结构。第一层包括第一子集605A导电路径，而第二层包括第二子集605B导电路径。然而，应当理解，其他结构也是可能的。在图16A的示例中，每个子集的导电路径包括平行路径，其彼此等距布置，并且基本在载体片的整个宽度上延伸。第一子集的导电路径的平行部分延伸穿过，比如相对于第二子集的导电路径的平行部分成直角。应当理解，其他网格模式也是可能的。例如，导电路径可以以不同的密度、相对于彼此的不同角度等布置。同样，交叉路径部分不必是直的。例如，在一替代网格模式中，第一子集导电路径可以包括从公共中心径向向外延伸的径向部分，例如像车轮的辐条。第二子集的导电路径可以包括布置在距中心相应径向距离处的圆周部分，从而产生类似蜘蛛网的圆形网格模式。

图16A示出了能量分配装置的示例的整体结构，而图16B示出了第一层的路径布局的示例，图16C示出了第二层的路径布局的示例。图16D示出了第二子集605B的导电路径是如何电互连的。

第一层包括沿着第一方向延伸的导电路径614，而第二层包括沿着横跨第一方向的第二方向延伸的导电路径613。这两层通过绝缘层(未明确示出)彼此电绝缘。因此，即使导电路径613和614彼此交叉，它们也不会在交叉点处彼此短路。

能量分配装置600包括用于切换第一组导电路径605A的第一组开关619和用于切换第一组导电路径605B的第二组开关609。第二组开关609在图16D中看得最清楚。在本示例中，开关沿着载体片的第一边缘布置。开关可由能量源装置单独控制，例如通过合适的控制线或总线(未示出)。

开关609允许每个直导电路径部分613的一端连接到高电位(+/-V伏)、低电位(0V)或保持高阻抗/断开。有一总线经过开关，以允许+/-V和0V轨道611、610分别到达每个开关。轨道610和611沿着层605B的一个边缘延伸。

第二层605B的导电路径613的相应另一端都被导体612短路在一起，导体612沿着层605B的与开关609和总线轨道610和611所沿着的边缘相对的一个边缘延伸，即导电路径613在布置开关609的层的一侧和导体612所沿着延伸的相对侧之间延伸。能量源装置500配置成控制开关609选择性地设置到期望的连接(到+/-V，到0V或断开)，以在层605B的所选区域周围路由电流。图16A-C中用箭头示出了可能的路由模式的示例。

第一层605A以相应的方式布置，但相对于第二层605B旋转90度。因此，第一层还包括在载体片的相对边缘之间延伸的直导电路径部分614。路径部分614沿着一个边缘被导体615短路在一起，并且通过沿着相对边缘布置的一系列开关619可连接到相应的轨道616和617。

因此，各层的开关可由能量源装置控制，以便通过叠加由各层产生的场来产生最佳能量传输场。因此，不同的路由模式可以由各种开关的不同设置来定义。不同的路由模式可以导致电流围绕载体片的不同区域，和/或路由模式可以包括不同数量的导电路径。

在图16A-D的示例中，单个电子装置100位于能量分配装置600的载体片上。在图16A-C的示例中，能量源装置已经控制能量分配装置的开关，使得电子装置100的位置被通过第一层的导电路径子集和通过第二层的导电路径子集的环电流包围。给定时间点的电流方向由图16A-C中的箭头表示。

图17A-C示出了图16A-B的能量分配装置，但其中两个电子装置100位于能量分配装置600的载体片上，并且其中能量源装置500已经控制了能量分配装置的开关609和619，以便在两个电子装置的相应位置处产生最佳能量传输区，如图17A-C中的箭头所示。

为此，能量源装置500和/或电子装置100可以确定电子装置在能量源装置600上的位置。应当理解，这种检测可以多种方式进行。例如，电子装置可以检测其相对于载体片和/或相对于导电路径的位置，并将该信息传送到能量源装置。在一些实施例中，当能量源装置选择性地激励相应导电路径时，例如在初始扫描操作期间，其中能量源装置例如响应于从电子装置接收的反馈，以预定扫描模式或自适应扫描模式顺序激励不同路径，电子装置可以感测来自载体片的导电路径的电流和/或功率。然后，电子装置可以向能量源装置传送信息，以便提醒能量源装置在扫描期间的哪个时间电子装置已经感测到最高电流/功率。根据该信息，能量源装置可以至少确定电子装置相对于载体装置的近似位置，并且控制开关，以便创建电流路由模式来满足在不同位置处识别的所有检测到的电子装置。

图18A-D示出了载体片形式的能量分配装置600的另一示例，比如垫或板，包括导电路径605网格，类似于图16A-D和17A-C的实施例。特别地，图18A示出了嵌入载体片中的导电路径的网格结构的一部分，而图18B-D示出了用于选择通过网格的电流模式的开关。从图18A中可以最容易地看出，该实施例的导电路径605不延伸穿过整个载体片，而是它们仅延伸穿过网格的单元。导电路径在每个网格节点620处彼此电绝缘，否则导体将在该网格节点处相交。

相反，如图18B所示，能量分配装置包括在每个网格节点处的开关装置609。每个开关装置配置成选择性地将电流从一个输入导体路由到任何其他导体，例如图18C所示的开关布置所示。

图18A-D的能量分配装置可被实现为包括专用接地层的两层结构。然而，如图18D所示，在一些实施例中，接地层621可以由与导电路径605相同的层实现。导体然后可通过连接点622连接到开关。

图19A-C示出了如结合图18A-D所述的连接到能量分配装置600的能量源装置500。在图19A-C的示例中，能量分配装置600构造为具有接地层623的分层结构，如图19C所示，以及实现导电路径和开关的网格605的分离层。该层如图19B所示。

图19A示出了操作系统的示例。特别地，图19A示出了能量源装置可以如何控制开关，以便创建定制的电流路径模式，用于同时有效地激励多个电子装置100。

因此，图16A-D、17A-C、18A-D和19A-C中所示的玩具系统的一些实施例可以具有根据电子装置需求和整体系统负载为单个电子装置充电的能力。电子装置可以在它们之间和/或与能量源装置通信，以便基于诸如它们的相对于能量传输区的位置、它们的当前充电水平、它们的使用历史等参数，为给定的装置群体确定最佳能量传输配置。为此，能量传输可以是占空比的，以允许与非接触通信共存。可替代地，通信可以通过单独的信道执行，例如磁或辐射信道。如结合前面实施例所述，能量源装置可以在初始设置阶段期间确定最佳路由模式，在初始设置阶段，测试不同的可能路由模式，并且基于来自电子装置的反馈和/或基于能量源装置的测量来选择最佳路由模式。

图20示出了玩具系统的实施例可如何用于创建不同形状和尺寸的游戏区域以激励电子玩具的各种示例。从图20可以看出，结合前面附图描述的玩具系统的各种实施例可以用于创建用户可配置的能量传输区，其可以是平面的或非平面的，可以具有不同的尺寸，包括快速能量传输热点等。

例如，能量分配装置可以附接到储存容器2031，使得能量传输区部分或完全覆盖由容器限定的储存空间。以这种方式，当电子装置存储在存储容器中时，它们可以被充电。

能量分配装置的其他示例可以附接到壁2032，以便在壁的前面产生能量传输区。

能量分配装置的其他示例可以集成到或附接至家具中，例如由系统2033和2034所示。例如，系统2033提供在家具上方和前面延伸的能量传输区。类似地，系统2034的能量传输区延伸到系统位置上方和下方的一个或多个架子。

还有其他用途包括在平面表面上产生能量传输区，例如桌面或地板，例如由系统2035和2036所示。

还有一些示例可以嵌入到玩具中，例如玩具构造模型，例如由系统2037所示。

图21A示出了包括用于激励电子玩具的能量传输系统的实施例的元件的玩具构造模型。玩具构造模型由多个常规玩具构造元件2100、能量源装置500和两个能量分配装置600A-B构成。

能量源装置500可以是如结合图5A-B所述的能量源装置。具体地，能量源装置500包括能量传输电路518、感应元件508和用于接收电功率的接口513，例如所有这些如结合图5A-B所述。接口513可以包括电缆，其可以永久地或可拆卸地连接到能量源装置，例如使用合适的插头-插座连接。感应元件508可以是包含在能量源装置的壳体中的内部元件。能量源装置500可以形成为板或垫，其包括用于附接玩具构造系统的玩具构造元件的联接构件。能量源装置可操作成提供能量传输区，用于将能量传输到一个或多个电子玩具构造元件500B。在图21A的示例中，仅示出了单个电子玩具构造元件位于能量源装置500的能量传输区中。然而应理解，一个以上电子玩具构造元件可以同时放置在能量源装置500的能量传输区中。能量源装置500还可操作成例如通过近场磁谐振联接来激励能量分配装置600A-B中的一个或两个。

因此，能量分配装置600A-B中的每个可以例如通过近场磁谐振联接从能量分配装置500接收能量，例如US2010/0127660中所述。能量分配装置600A-B可以限定各自的能量传输区，并且可操作成将接收的能量传输到位于它们各自的能量传输区中的一个或多个电子玩具构造元件500A和500C。为此，每个能量分配装置可以分别包括合适的能量传输电路618A-B和感应元件608A-B。能量分配装置600A-B中的每个可以是板或其他类型的玩具构造元件，或模块化元件，例如结合图10或14所述。

应当理解，玩具构造模型的其他示例可以包括不同数量的上述元件中的一些或每个。此外，虽然图21中示出了空间结构的具体示例，但应当理解，用户可以从本文描述的玩具构造系统的实施例构造许多不同的空间结构。

电子玩具构造元件200A-C可以可拆卸地附接到玩具构造模型，或者简单地定位在玩具构造模型上或者以其他方式靠近玩具构造模型，特别是在能量源装置500或能量分配装置600A-B之一的能量传输区中。

虽然在图21A中示出为单独的玩具构造元件，但应当理解，包括两个或更多个电子玩具构造元件的玩具构造模型也可以位于由玩具构造模型限定的能量传输区之一中。还应当理解，也可以通过将其他类型的电子装置放置在由玩具构造模型限定的能量传输区中来对它们进行充电或供电。

图21B示出了玩具构造模型的另一示例，其包括用于激励电子玩具的能量传输系统的实施例的元件。图21B的玩具构造模型类似于图21A的玩具构造模型，除了能量源装置500示出为附接到能量分配装置600，例如结合图12-15或16A中的任何一个描述。

在图21A-21B的实施例和/或其他实施例中，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以检测电子玩具构造元件相对于能量源装置和/或相对于一个或多个能量分配装置的相对位置和/或定向信息。基于该信息，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以控制它们各自的能量传输电路，用于激活关于玩具构造模型限定的所选能量传输区。

因此，能量源装置和/或一个或多个能量分配装置可以配置成检测一个或多个电子玩具构造元件的相对距离(和/或另一合适的相对位置坐标)和/或相对定向。位置和定向检测可以多种方式进行，例如分别利用能量源装置或能量分配装置的一个或多个导电环，以及电子玩具构造元件的相应感应元件。可替代地或另外，位置和定向检测可以利用磁力计来测量地磁场等。为此，每个能量源装置、每个电子玩具构造元件以及可选地每个能量分配装置可以包括磁力计。在共同未决的国际专利申请号PCT/EP2019/084779中描述了用于检测相对距离和定向的过程的示例，其全部内容通过引用包含在此。

因此，玩具系统可以配置成选择性地激励所选相应能量源装置和能量分配装置的导电环，以便在相对于玩具结构模型的相应位置处产生能量传输区和/或产生不同形状和/或尺寸的能量传输区。

图22示出了无线感应充电玩具产品的实施例。发射基本平面的感应线圈或环1围绕布置有玩具主体2的核心区域。该产品包括通过电源线10连接到合适电源的变压器9，用于提供流经线圈或环1的交流电，线圈或环1成形为使得感应交变电磁场，其场线基本垂直于纸延伸，从而形成垂直于核心区域的平面的磁轴线。

在该实施例中，玩具主体形成为具有四个轮子3的玩具车，其包括具有不同功能部件的主体11，部件包括两个轮子马达4，每个用于驱动其中一个轮子3，两个前灯5，每个具有发光元件，比如发射光束6的LED以及发射声音8的麦克风7。应当理解，在不脱离本发明的概念的情况下，玩具主体可以许多不同的方式成形。替代玩具的示例可以是例如具有用于发射光和/或声音的功能部件的玩具屋、具有功能部件的玩具飞机，比如用于驱动飞机轮子的马达和光或声音发射功能部件，或者机器人。

在该实施例中，功能部件4、5和7都可释放地附接到主体，因为主体具有用于附接每个功能部件4、5和7的多个插座12。

在这种关系中，玩具主体2可以是如图23所示的多个常规构建块和功能部件3、4和7的组件(未示出)，所有这些都被成形为构建块，每个具有箱形主体，该箱形主体具有平面上表面14和相对布置的下表面16，该上表面14具有从其上垂直延伸的多个联接旋钮15，该下表面16具有从其上垂直延伸到箱形主体中的相应联接插座。

因此，构建块和功能部件3、4和7可以通过将联接旋钮延伸到与联接插座接合来组装，以形成各种不同的构造，比如图1所示的车辆，并且功能部件可以布置在完成组件中的许多不同位置。

在图23所示的实施例中，每个功能部件3、4和7内部的部件可以包括可再充电电池19、接收感应线圈20，其磁轴线21垂直于上表面14和下表面16延伸，充电或控制电路24，其适于当接收感应线圈布置在合适的交变磁场中时对可再充电电池19充电，并用于从可再充电电池19向负载22提供功率，负载22包括例如光或声音发射器或电动马达。

在这种关系中，功能部件还可以包括电开关23，其适于通过合适的外部信号进行无线激活，以接通和断开自可再充电电池19和至负载22的功率。

本文描述的电子装置和/或能量源装置的控制电路的实施例可以通过包括多个不同元件的硬件来实现，和/或至少部分地通过适当编程的微处理器来实现。

在列举多个装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以由硬件的同一个元件、部件或项来体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述或在不同的实施例中描述的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

应该强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来指定存在所述的特征、元件、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、步骤、部件或其组合。

Claims (25)

1.一种玩具系统，包括多个玩具构造元件，每个玩具构造元件包括用于将玩具构造元件彼此可拆卸地互连以产生一个或多个连贯空间结构的联接构件；其中多个玩具构造元件包括：

-能量源装置，其包括壳体和容纳在壳体内的能量传输电路；

-一个或多个能量分配装置，每个配置成提供相应的一个或多个外部导电环，所述外部导电环在壳体外部延伸，并且在相应的一个或多个外部导电环附近限定相应的外部能量传输区；

其中能量源装置配置成与一个或多个能量分配装置进行操作连接；并且其中能量传输电路配置成从能量源接收电能，并且当能量源装置与一个或多个能量分配装置中的第一能量分配装置操作连接时，激励第一能量分配装置的一个或多个外部导电环，以便在第一能量分配装置的一个或多个外部导电环附近由第一能量分配装置限定的外部能量传输区中产生时变电磁场，

其中，所述多个玩具构造元件包括一个或多个电子玩具构造元件，电子玩具构造元件配置为当电子玩具构造元件位于所述外部能量传输区之一中时从一个或多个能量分配装置接收能量。

2.根据权利要求1所述的玩具系统；其中，所述能量源装置包括容纳在能量源装置的壳体内的内部导电环，该内部导电环在所述壳体附近限定第一能量传输区；其中，所述能量传输电路配置为从能量源接收电能，并激励内部导电环，以便在第一能量传输区中产生时变电磁场。

3.根据权利要求2所述的玩具系统；其中，所述第一能量传输区小于至少一个外部能量传输区；并且其中，所述能量源装置配置成以第一速率经由第一能量传输区传输能量，并且以小于第一速率的第二速率经由所述至少一个外部能量传输区传输能量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的玩具系统，其中，至少一个能量分配装置是模块化能量分配装置，其包括多个相互可互连部分，每个部分包括第一联接构件和第二联接构件，其中，所述相互可互连部分配置成当以相互互连部分结构连接时形成外部导电环。

5.根据权利要求4所述的玩具系统；其中，每个相互可互连部分包括在所述第一和第二联接构件之间延伸的一个或多个导电路径，每个联接构件配置为连接到另一个相互可互连部分的匹配联接构件，从而提供每个延伸穿过相互互连部分的一个或多个导电路径。

6.根据权利要求5所述的玩具系统；其中，每个相互互连部分包括细长主体，其限定第一端和与第一端相对的第二端；其中，所述第一联接构件布置在细长主体的第一端，所述第二联接构件布置在细长主体的第二端。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的玩具系统；其中，所述相互可互连部分配置成铰接地连接到一个或两个相邻可互连部分上，从而形成铰接互连部分的细长元件。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统，其中，至少一个能量分配装置包括细长元件，其配置成由用户布置在表面上，从而形成环结构。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统，其中，至少一个能量分配装置包括载体片，该载体片具有嵌入其中的一个或多个导电路径，其限定一个或多个导电环。

10.根据权利要求1所述的玩具系统；其中，每个电子玩具构造元件包括可再充电能量存储装置和感应充电电路，感应充电电路用于当电子玩具构造元件位于所述外部能量传输区之一中时对可再充电能量存储装置充电。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统，其中，所述能量源装置和/或一个或多个能量分配装置配置成：

-分别检测一个或多个电子玩具构造元件相对于能量源装置和/或一个或多个能量分配装置的相对位置坐标和/或相对定向；以及

-基于检测到的相对位置坐标和/或相对定向，激励所选的外部能量传输区。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统，至少一个能量分配装置包括导电环，其配置成选择性地进入收缩状态和伸展状态。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；其中，所述能量分配装置限定不同形状和/或尺寸的相应外部导电环。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；包括环壳体；其中，至少一个能量分配装置包括导电环，该导电环配置成选择性地进入收缩状态和伸展状态；其中当导电环处于其伸展状态时，导电环的至少主要部分延伸到环壳体外部，并在环壳体外部限定外部能量传输区；并且其中，所述能量传输电路配置为至少当导电环处于其伸展状态时激励导电环，以便在外部能量传输区中产生时变电磁场。

15.根据权利要求14所述的玩具系统，包括能量源装置，该能量源装置包括壳体，所述壳体包括所述环壳体、导电环以及容纳在所述壳体内的能量传输电路。

16.根据权利要求14所述的玩具系统，包括能量源装置和能量分配装置，能量分配装置配置为可操作地连接到能量源装置，能量源装置包括所述能量传输电路；其中能量分配装置包括所述环壳体和导电环。

17.根据权利要求14所述的玩具系统；其中，当所述导电环处于其收缩状态时，导电环的至少主要部分容纳在所述环壳体内。

18.根据权利要求14所述的玩具系统；其中，当所述导电环处于收缩状态时，导电环包括扩展匝数，并且当所述导电环处于其伸展状态时，导电环包括小于扩展匝数的减少匝数。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；其中，所述能量传输电路配置为激励一个或多个导电环，以便在第一能量传输区和大于第一能量传输区的第二能量传输区中产生时变电磁场；其中第一和第二能量传输区由一个或多个导电环限定在一个或多个导电环附近；

其中，所述系统包括多个电子装置，每个配置为当位于第一或第二能量传输区内时接收能量；

其中第二能量传输区足够大以容纳多个电子装置中的两个或更多个，用于同时向所述两个或更多个电子装置进行能量传输；其中第一能量传输区的形状和尺寸设计成比第二能量传输区容纳更少数量的电子装置；并且其中能量源装置配置成以第一速率经由第一能量传输区传输能量，并且以小于第一速率的第二速率经由第二能量传输区传输能量。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；包括多个电子装置，每个配置为当位于由所述玩具系统限定的至少一个能量传输区内时接收能量；其中能量传输区足够大以容纳多个电子装置中的两个或更多个，用于同时向两个或更多个电子装置进行能量传输；

其中，所述能量源装置配置成从位于能量传输区内的多个电子装置中的一个或多个接收关于多个电子装置中的一个或多个的数据；并且基于接收的数据控制时变电磁场。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；包括：

-载体片；

-嵌入到载体片中的多个导电路径；

其中，所述能量传输电路配置为选择性地激励多个导电路径的多个子集，所述多个子集包括第一子集和第二子集；

其中第一子集导电路径在第一子集导电路径附近限定第一能量传输区，并且激励第一子集在所述第一能量传输区中产生时变电磁场；

其中第二子集导电路径在第二子集导电路径附近限定第二能量传输区，并且激励第二子集在所述第二能量传输区中产生时变电磁场；第二能量传输区不同于第一能量传输区。

22.根据权利要求21所述的玩具系统；其中，每个导电路径形成导电环；并且其中，所选的子集由一个或多个导电环构成。

23.根据权利要求21所述的玩具系统；其中，所述导电路径形成相互交叉导电路径网格。

24.根据权利要求21所述的玩具系统；其中，所述能量源装置配置成获得关于位于所述载体片附近的一个或多个电子装置的信息，基于获得的信息选择导电路径的子集，并且激励所选的导电路径子集。

25.根据权利要求1至3中任一项所述的玩具系统；包括一个或多个非电子玩具构造元件。

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