DE112021007117T5

DE112021007117T5 - Zubehörvorrichtung zur Verbesserung der Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung

Info

Publication number: DE112021007117T5
Application number: DE112021007117.3T
Authority: DE
Inventors: Ruiyang Lin; Matthew J. Chabalko; Zaki Moussaoui; Adam L. Schwartz
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-12-28
Also published as: KR20230129048A; US20220263345A1; CN115769462A; JP2024508757A

Abstract

Ein Zubehörteil (300) zum Verbessern der Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung in einem drahtlosen Leistungsübertragungssystem kann einen magnetischen Kern (z. B. Ferritkern) einschließen, der dimensioniert und positioniert ist, um Flusseinkopplung aus der Leistungsübertragungswicklung (103) in freundliches Metall des Leistungsempfängers (104) zu reduzieren und/oder Flusseinkopplung aus der Leistungsübertragungswicklung (103) zu der Leistungsempfängerwicklung (105) zu verbessern. Der Kern kann eine Öffnung definieren, die einer Außenabmessung (z. B. Außendurchmesser) der Leistungsempfängerwicklung entspricht. Der Kern kann ferner eine Außenabmessung aufweisen, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall des Leistungsempfängers zu reduzieren, wie eine Außenabmessung, die einer Außenabmessung (z. B. Außendurchmesser) der Leistungsübertragungswicklung entspricht. Das Zubehörteil kann ein Gehäuse für die Leistungsempfängervorrichtung (104) sein oder kann konfiguriert sein, um an der Vorderseite der Leistungsübertragungsvorrichtung (102) befestigt zu werden, und kann auch eine oder mehrere Ausrichtungsbefestigungen einschließen.

Description

HINTERGRUND
Ein beispielhaftes drahtloses (induktives) Leistungsübertragungssystem ist in 1 dargestellt. Die Effizienz der drahtlosen (induktiven) Leistungsübertragung zwischen einem drahtlosen Leistungssender (PTx) 102 und einem drahtlosen Leistungsempfänger (PRx) 104 hängt vom Grad der magnetischen Einkopplung zwischen den jeweiligen Wicklungen des PTx (Wicklung 103) und des PRx (Wicklung 105) ab. Drahtlose (induktive) Leistungsübertragungswicklungen können eine Vielzahl von Formen annehmen, einschließlich Spulen, die aus einem geeigneten Draht gewickelt sind, wie Magnetdraht oder Litzendraht, oder geeignet geformte Leiterbahnen auf Leiterplatten (PCBs) oder flexiblen Leiterplatten (Flexschaltungen). Diese Wicklungen können als im Allgemeinen kreisförmig angesehen werden und können, müssen aber nicht, im Wesentlichen planar sein. Im Allgemeinen ist mit kreisförmig gemeint, dass die Wicklung eine geschlossene Schleife bildet, obwohl die Form jede geschlossene Form sein kann, einschließlich Quadrate, Rechtecke, Kreise, Ovale, Polygone und andere Formen, die manchmal, aber nicht immer, abgerundete Ecken aufweist. Zusätzlich weisen die Wicklungen oft eine Dicke auf, die dem Abstand zwischen den äußersten Windungen der Wicklung und den innersten Windungen der Wicklung entspricht. Beispielsweise kann eine kreisförmige Wicklung einen Außendurchmesser (entspricht dem Durchmesser der äußersten Wicklungen) und einen Innendurchmesser (entspricht dem Durchmesser der innersten Windungen der Wicklung) aufweisen. Je nach Kontext kann „Durchmesser“, wie hierin verwendet, sich entweder auf den Außendurchmesser, den Innendurchmesser oder einen Durchschnitt der beiden beziehen. „Durchmesser“ kann auch als ähnliche Innen- oder Außenabmessungen für Wicklungen umfassend verstanden werden, die nicht streng kreisförmig sind, wie eine Länge einer Seite für eine quadratische Wicklung oder die Länge einer Haupt- oder Nebenachse für eine rechteckige oder elliptische Wicklung usw.
KURZDARSTELLUNG
Ein Faktor, der den Grad der magnetischen Einkopplung zwischen den Wicklungen beeinflussen kann, sind die relativen Größen dieser Wicklungen. In Fällen, in denen eine Größennichtübereinstimmung zwischen den PTx- und PRx-Spulen vorliegt, kann der Magnetfluss aus der PTx-Wicklung in metallische Strukturen der Empfangsvorrichtung, die sich von der Empfängerwicklung unterscheiden, einkoppeln. Solche Strukturen können als „freundliches Metall“ bekannt sein oder bezeichnet werden. Diese Einkopplung kann unerwünscht sein, da sie Energie von dem Sender verschwendet, was reduzierte Effizienz verursacht. In einigen Fällen kann eine solche unerwünschte magnetische Einkopplung auch dazu führen, dass eine von den PTx- und PRx-Vorrichtungen oder beide die übertragene Menge an drahtloser Leistung missverstehen, was zu Rückkopplungsschleifenschwierigkeiten führt.
Ein Zubehörteil zum Verbessern der Effizienz der Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung in einem drahtlosen Leistungsübertragungssystem, das einen Leistungssender (PTx) mit einer PTx-Wicklung und einen Leistungsempfänger (PRx) mit einer PRx-Wicklung einschließt, wobei die PTx-Wicklung und die PRx-Wicklung dimensional nicht übereinstimmen, kann einen Kern einschließen, der aus einem Material gebildet ist, das ausgewählte magnetische Eigenschaften aufweist. Der Kern kann so dimensioniert und positioniert sein, dass er mindestens eines von der Verringerung der Flusseinkopplung aus der PTx-Wicklung in das freundliche Metall des PRx und das Verstärken der Flusseinkopplung aus der PTx-Wicklung zu der PRx-Wicklung durchführt. Der Kern kann ein Ferritkern sein. Die dimensionale Nichtübereinstimmung zwischen der PTx-Wicklung und der PRx-Wicklung kann eine PTx-Wicklung einschließen, die größer als die PRx-Wicklung ist. In diesem Fall kann der Kern eine Öffnung definieren, die einer Außenabmessung der PRx-Wicklung entspricht. Der Kern kann eine Außenabmessung aufweisen, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall des PRx zu reduzieren. Die Öffnung kann einen Innendurchmesser aufweisen, der einem Außendurchmesser der PRx-Wicklung entspricht. Das Zubehörteil kann in verschiedenen Formen konstruiert sein, einschließlich einer Unterlegplatte, die konfiguriert ist, um entweder an dem PTx oder dem PRx durch Klebstoffe, Magnete, mechanische Merkmale usw. angebracht zu werden. Das Zubehörteil kann auch als Gehäuse für eine elektronische Vorrichtung, wie ein Smartphone, eine Smartwatch usw. konstruiert sein.
Ein Zubehörteil kann konfiguriert sein, um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung zwischen einer elektronischen Vorrichtung und einem drahtlosen Ladegerät zu verbessern, wenn eine drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung und eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts dimensional nicht übereinstimmen. Das Zubehörteil kann einen Kern einschließen, der aus einem Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften gebildet ist, wobei der Kern so dimensioniert und positioniert ist, dass er mindestens eines von der Verringerung der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts in Metall der elektronischen Vorrichtung und dem Verstärken der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts in die drahtlose Ladewicklung der Vorrichtung durchführt. Das Zubehörteil kann ferner eine oder mehrere Ausrichtungsbefestigungen einschließen. Die eine oder die mehreren Ausrichtungsbefestigungen können konfiguriert sein, um das Zubehörteil in Bezug auf die elektronische Vorrichtung auszurichten oder zu sichern. Zusätzlich oder alternativ können die eine oder die mehreren Ausrichtungsbefestigungen konfiguriert sein, um das Gehäuse in Bezug auf das drahtlose Ladegerät auszurichten oder zu sichern. Die elektronische Vorrichtung kann einen oder mehrere Magneten einschließen. Der eine oder die mehreren Magnete können einen Ring bilden. Der Kern kann ein Ferritkern sein. Die dimensionale Nichtübereinstimmung kann einschließen, dass die drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts größer als die drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung ist. In diesem Fall kann der Kern eine Öffnung definieren, die einer Außenabmessung der drahtlosen Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung entspricht. Der Kern kann eine Außenabmessung aufweisen, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall der elektronischen Vorrichtung zu reduzieren. Die Öffnung kann einen Innendurchmesser aufweisen, der einem Außendurchmesser der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts entspricht.
Eine drahtlose Ladezubehörteilvorrichtung kann Mittel zum Reduzieren von Flusseinkopplung aus einer drahtlosen Leistungsübertragungswicklung eines drahtlosen Leistungssenders in ein freundliches Metall eines drahtlosen Leistungsempfängers oder zum Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung in eine dimensional nicht übereinstimmende drahtlose Leistungsempfangswicklung des drahtlosen Leistungsempfängers und Mittel zum Ausrichten der Mittel zum Reduzieren der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung des drahtlosen Leistungssenders in ein freundliches Metall des drahtlosen Leistungsempfängers oder zum Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung in die drahtlose Leistungsempfangswicklung des drahtlosen Leistungsempfängers in Bezug auf mindestens einen von dem drahtlosen Leistungsempfänger oder dem drahtlosen Leistungssender einschließen. Das Mittel zum Reduzieren der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung des drahtlosen Leistungssenders in ein freundliches Metall des drahtlosen Leistungsempfängers oder zum Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung in die drahtlose Leistungsempfangswicklung des drahtlosen Leistungsempfängers kann ein Ferritkern sein. Die dimensionale Nichtübereinstimmung zwischen der drahtlosen Leistungsübertragungswicklung und der drahtlosen Leistungsempfangswicklung kann eine drahtlose Leistungsübertragungswicklung einschließen, die größer als die drahtlose Leistungsempfangswicklung ist, und wobei der Kern eine Öffnung definiert, die einer Außenabmessung der drahtlosen Leistungsempfangswicklung entspricht. Der Kern kann eine Außenabmessung aufweisen, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall des drahtlosen Leistungsempfängers zu reduzieren.
Ein Zubehörteil kann konfiguriert sein, um an der Vorderseite eines drahtlosen Leistungssenders befestigt zu werden, um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung zwischen einer elektronischen Vorrichtung und dem drahtlosen Leistungssender zu verbessern, wobei eine drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung und eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders dimensional nicht übereinstimmen. Das Zubehörteil kann einen Kern einschließen, der aus einem Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften gebildet ist, wobei der Kern so dimensioniert und positioniert ist, dass er mindestens eines von Folgendem ausführt: Reduzieren der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders in Metall der elektronischen Vorrichtung; und Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders in die drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung. Das Zubehörteil kann konfiguriert sein, um an der Vorderseite des drahtlosen Leistungssenders durch einen Klebstoff oder auf andere Weise, wie mechanische Befestigungselemente usw., befestigt zu werden. Der Kern kann ein Ferritring sein, der so dimensioniert ist, dass er das Metall der elektronischen Vorrichtung gegen den Fluss abschirmen kann, der durch mindestens eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders induziert wird. Der Ferritring kann eine oder mehrere Pads einschließen, die bemessen und dimensioniert sind, um in der Nähe einer oder mehrerer drahtloser Ladewicklungen des drahtlosen Leistungssenders positioniert zu sein, um einen gewünschten Grad an Abschirmung oder Flussumleitung bereitzustellen. Der Kern kann ferner zusätzliche Ferritstäbe einschließen, die bemessen und dimensioniert sind, um in der Nähe einer oder mehrerer drahtloser Ladewicklungen des drahtlosen Leistungssenders positioniert zu sein, um einen gewünschten Grad an Abschirmung oder Flussumleitung bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 stellt ein drahtloses Leistungsübertragungssystem dar.
2A und 2B stellen ein drahtloses Leistungsübertragungssystem dar, das Flusseinkopplung in einer Situation mit Spulen mit unterschiedlichen Größen darstellt.
3A und 3B stellen ein drahtloses Leistungsübertragungssystem dar, das ein Zubehörteil aufweist, das zwischen dem PTx und PRx angeordnet ist, um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung zu verbessern.
4A-4B, 5A-5B, 6A-6B und 7A-7B veranschaulichen jeweilige Ausführungsformen eines Zubehörteils, das die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung steigert.
8 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Flussabschirmungs-/Flussumleitungszubehörteils, das einen Ferritkern enthält.
9 veranschaulicht weitere Details des Flussabschirmungs-/Flussumleitungszubehörteils von 8.
10 veranschaulicht ein die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung steigerndes Zubehörteil, das einen segmentierten Ferritkern mit einem entsprechenden Magnetring einschließt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG SPEZIFISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der nachfolgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche konkrete Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der offenbarten Konzepte zu schaffen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden in einigen Zeichnungen dieser Offenbarung der Einfachheit halber Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Der Klarheit halber werden in dieser Offenbarung nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Darüber hinaus wurde die in dieser Offenbarung verwendete Sprache aus Gründen der Lesbarkeit und zu Lehrzwecken gewählt, und nicht um den offenbarten Gegenstand abzugrenzen oder einzuschränken. Vielmehr sind die beiliegenden Ansprüche für diesen Zweck vorgesehen.
Verschiedene Ausführungsformen der offenbarten Konzepte sind in den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezüge gleiche Elemente angeben, in beispielhafter und nicht in einschränkender Art und Weise veranschaulicht. Der Einfachheit und Klarheit der Veranschaulichung halber wurden in den verschiedenen Figuren gegebenenfalls Bezugszeichen wiederholt, um entsprechende oder analoge Elemente anzuzeigen. Weiterhin werden zahlreiche, spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hierin beschriebenen Implementierungen bereitzustellen. In anderen Fällen wurden Verfahren, Prozeduren und Komponenten nicht im Detail beschrieben, um die damit verbundene relevante Funktion, die beschrieben wird, nicht zu verunklaren. Bezugnahmen auf „eine“, „eine bestimmte“ oder „eine andere“ Ausführungsform in dieser Offenbarung beziehen sind nicht notwendigerweise auf die gleiche oder eine andere Ausführungsform, und sie meinen mindestens eine. Eine gegebene Figur kann verwendet werden, um die Merkmale von mehr als einer Ausführungsform oder mehr als einer Art der Offenbarung zu veranschaulichen, und nicht alle Elemente in der Figur können für eine gegebene Ausführungsform oder Art erforderlich sein. Ein Bezugszeichen bezieht sich, wenn es in einer gegebenen Zeichnung bereitgestellt wird, in allen der verschiedenen Zeichnungen auf das gleiche Element, obwohl es möglicherweise nicht in jeder Zeichnung wiederholt wird. Die Zeichnungen sind, sofern nicht anders angegeben, nicht maßstabsgetreu, und die Proportionen bestimmter Teile können zur besseren Veranschaulichung von Details und Merkmalen der vorliegenden Offenbarung übertrieben groß dargestellt sein.
2A und 2B veranschaulichen eine drahtlose (induktive) Leistungsübertragungsanordnung, die eine Größennichtübereinstimmung zwischen der PTx-Wicklung 103 und der PRx-Wicklung 105 einschließt. In der veranschaulichten Anordnung weist die PTx-Wicklung 103 einen größeren Durchmesser als die PRx-Wicklung 105 auf. Unter anderen Umständen, nicht veranschaulicht, könnte das Umgekehrte zutreffen. In der Profilansicht von 2B veranschaulichen die Flusslinien 202 einen beispielhaften Flusspfad, welcher der Ansteuerung der PTx-Wicklung 103 (in Draufsicht in 2A gezeigt) entgegen dem Uhrzeigersinn zugeordnet ist. Wie in 2B zu sehen ist, durchlaufen einige der Flusslinien 202 die PRx-Wicklung 105. Dieser Abschnitt des Flusses kann als wirksam mit der PRx-Vorrichtung eingekoppelt betrachtet werden. Einige der Flusslinien 202 durchlaufen jedoch nicht die PRx-Wicklung 105, sondern erreichen metallische Komponenten der PRx-Vorrichtung 104 (d. h. das vorstehend genannte „freundliche Metall“), was durch die „X“-Markierungen in 2B gekennzeichnet ist. Sofern ein Teil des magnetischen Flusses aus 103 mit dem freundlichen Metall anstatt mit der PRx-Wicklung 105 interagiert, wird die magnetische Kopplung zwischen PTx und PRx reduziert. Dies kann zumindest teilweise aufgrund der unterschiedlichen Größen der jeweiligen PTx- und PRx-Wicklungen 103 und 105 erfolgen.
Eine Möglichkeit, diese Größennichtübereinstimmung zu berücksichtigen und den Grad der magnetischen Einkopplung zwischen PTx- und PRx-Wicklungen 103 und 105 zu verbessern, besteht darin, eine Flussabschirmung und/oder -umleitung zwischen dem PTx und dem PRx bereitzustellen. 3A veranschaulicht eine Profilansicht einer solchen Anordnung, während 3B eine Draufsicht einer solchen Anordnung veranschaulicht. Das Flussabschirmungs- und/oder Flussumleitungszubehörteil kann einen Kern 300 umfassen, der aus Ferrit oder einem anderen ferromagnetischen Material mit geeigneten magnetischen Eigenschaften hergestellt ist, wie gesintertem Ferrit oder nanokristallinen Platten. Der Kern 300 kann so dimensioniert sein, dass er das freundliche Metall des PRx 104 von dem durch die PTx-Wicklung 104 induzierten Fluss abschirmt und/oder einen gewissen oder einen im Wesentlichen gesamten Fluss in die PRx-Wicklung 105 wirksam umleitet.
In dem veranschaulichten Beispiel mit einer relativ größeren PTx-Spule 103 und einer relativ kleineren PRx-Spule 105 kann der Ferritkern 300 eine Ringform mit einem Innendurchmesser (ID) aufweisen, der im Allgemeinen dem Innendurchmesser der PRx-Spule und einem Außendurchmesser (AD) entspricht, der ausreichend groß ist, um Fluss aus der PTx-Spule abzufangen, der ansonsten in das freundliche Metall einkoppeln würde. Durch Positionieren eines solchen Kerns 300 zwischen den jeweiligen Wicklungen, im Allgemeinen überlappend und gleichachsig dazu, kann die magnetische Einkopplung zwischen den Wicklungen 103, 105 verbessert werden und die Flusseinkopplung in das freundliche Metall der PRx-Vorrichtung 104 reduziert werden.
Eine im Wesentlichen ähnliche Lösung kann auch in der umgekehrten Situation implementiert werden, bei der die PRx-Spule größer ist und die PTx-Spulenwicklung kleiner ist. Außerdem müssen, wie vorstehend erwähnt, die Formen der jeweiligen Wicklungen und der Kern nicht streng kreisförmig sein, sondern könnten jede geschlossene oder im Wesentlichen geschlossene Form aufweisen, sodass die vorstehend referenzierten Durchmesser innere Seitenlängen, größere und kleinere Achslängen usw. aufweisen könnten. Unter „im Wesentlichen geschlossene“ Form ist zu verstehen, dass der Kern aus zwei oder mehr Segmenten von magnetischem Material mit relativ kleineren (im Vergleich zu der Kerngröße) Lücken zwischen den Segmenten konstruiert werden könnte. Wichtig ist, dass der Kern 300 so positioniert und dimensioniert ist, dass die unerwünschte Flusseinkopplung aus der PTx-Wicklung 103 in das freundliche Metall der PRx-Vorrichtung 104 reduziert und/oder die Flusseinkopplung in die PRx-Wicklung 105 verbessert wird. Obwohl die beschriebene Ausführungsform im Wesentlichen planare Spulen und den planaren Kern 300 aufweist, gelten die gleichen Prinzipien ebenso für nicht planare Wicklungen und nicht planare Zwischenkerne 300. In solchen Ausführungsformen sollte der Zwischenkern 300 so geformt, positioniert und dimensioniert sein, dass die unerwünschte Flusseinkopplung in das so genannte „freundliche Metall“ reduziert wird und/oder die Menge an Fluss, die in die PRx-Wicklung einkoppelt, erhöht wird.
In verschiedenen anderen Implementierungen entspricht der Kern 300 der Form der PTx-Spule anstelle der PRx-Spule. Zum Beispiel kann das Platzieren des Telefons in ein Gehäuse den Ferritkern 300 mit der Leistungsübertragungswicklung 103 des Ladepads 102 so ausrichten, dass der Außendurchmesser des Ferritkerns/-rings 300 mit dem Durchmesser der Senderwicklung 103 übereinstimmt, und der Innendurchmesser des Ferritkerns/-rings 300 so bemessen ist, dass die zentrale Öffnung der Struktur 300 zulässt, dass Fluss in das Stromaufnahmefenster 105 des Telefons 104 fließt. Das heißt, der Innendurchmesser des Ferritkerns/-rings 300 ist größer als der Innendurchmesser der Leistungsaufnahmewicklung 105 des Telefons 104. In einigen Fällen ist der Innendurchmesser des Ferritkerns/-rings 300 größer als der Innendurchmesser und kleiner als der Außendurchmesser der Leistungsaufnahmewicklung 105.
In verschiedenen Implementierungen von PTx-Vorrichtungen 102 und PRx-Vorrichtungen 104 kann die Zwischenvorrichtung, die den Kern 300 enthält, eine Vielzahl von Formen annehmen. Als ein Beispiel kann die PTx 102 eine Ladematte sein, PRx 104 kann eine elektronische Vorrichtung sein, wie Mobiltelefon, Smartwatch, Tablet-Computer, Ladegehäuse für drahtlosen Kopfhörer oder eine andere Vorrichtung, und die Zwischenvorrichtung, die den Ferritkern 300 enthält, kann ein Zubehörteil 400 für die elektronische Vorrichtung sein, wie in 4A (Draufsicht) und 4B (Profilansicht) veranschaulicht. Das Zubehörteil 400 kann ein Gehäuse für das Mobiltelefon, eine „Unterlegplatte“, die zwischen dem PTx und PRx angeordnet sein kann, oder eine andere Zwischenvorrichtung sein, die den Ferritkern 300 enthält. Der Ferritkern 300 kann in dem Zubehörteil 400 angeordnet sein, wobei das Zubehörteil so ausgestaltet und dimensioniert ist, dass der Kern 300 relativ zu der PRx-Wicklung der PRx-Vorrichtung entsprechend positioniert ist. Zum Beispiel kann das Platzieren des Telefons innerhalb eines Gehäuses den Ferritkern 300 mit der Leistungsaufnahmewicklung 105 des Telefons 104 in geeigneter Weise ausrichten, sodass der Innendurchmesser des Ferritkerns/-rings 300 mit dem Außendurchmesser der Empfängerwicklung 105 übereinstimmt und die ringförmige Öffnung des Ferritkerns/-rings 300 das freundliche Metall des Telefons 104 von dem durch die PTx-Wicklung 103 des Ladepads 102 induzierten Fluss abschirmt.
Wie in 5A-5B, 6A-6B und 7A-7B veranschaulicht, kann ein Gehäuse 500, 600 bzw. 700 optional auch einen oder mehrere Mechanismen zum Unterstützen eines Benutzers einschließen, um die Kombination Zubehörteil/Telefon mit einer externen Ladevorrichtung auszurichten. Um nur ein Beispiel zu nennen, kann ein Zubehörteil, wie ein Gehäuse, eine Unterlegplatte oder etwas anderes, auch einen oder mehrere Magnete einschließen, die dazu dienen können, die Kombination Zubehörteil/Vorrichtung mit einer drahtlosen Leistungsübertragungs- und/oder -empfängervorrichtung mit komplementär angeordneten Magneten auszurichten. Diese Ausrichtung kann das Ausrichten der jeweiligen Spulen der Vorrichtungen sowie das Ausrichten des Ferritkerns 300 mit der PTx-Wicklung 103 und/oder PRx-Wicklung 105 unterstützen. In 5A und 5B ist der Magnetring 502 als unterhalb des Ferritrings 300 dargestellt, oder mit anderen Worten ist der Ferritring 300 zwischen den Magneten und der Vorrichtung (z. B. Telefon, nicht gezeigt) angeordnet. Wie in der Ausführungsform von 4A und 4B verhindert der Ferritring 300 Fluss aus der Sendereinkopplung in das „freundliche Metall“ der Vorrichtung, wodurch der unerwünschte Leistungsverlust und die zugehörige Erwärmung reduziert werden. Zusätzlich können die Magnete des Magnetrings 502 segmentiert sein, um Verluste zu reduzieren. In dieser Ausführungsform kann das Zubehörteil mechanisch positioniert und an der Vorrichtung befestigt sein (gemäß verschiedenen bekannten Techniken), und die Magnete können verwendet werden, um das Anbringen und Ausrichten der Kombination Vorrichtung/Zubehör an der Leistungsübertragungsvorrichtung zu unterstützen (z. B. ein Ladepad, nicht gezeigt). Zusätzlich kann, wie vorstehend erwähnt und nachstehend ausführlicher beschrieben, der Ferritring 300 auch segmentiert sein, wobei in diesem Fall Magnetringsegmente und Ferritringsegmente eingefügt sein können, wie nachstehend in Bezug auf 10 veranschaulicht.
In 6A und 6B ist der Magnetring 502 als über dem Ferritring 300 dargestellt, oder mit anderen Worten ist der Ferritring 300 zwischen den Magneten und der Leistungsübertragungsvorrichtung (nicht gezeigt, z. B. ein Ladepad) angeordnet. Wie in der Ausführungsform von 4A-4B und 5A-5B verhindert Ferritring 300 Fluss aus der Sendereinkopplung in das „freundliche Metall“ der Vorrichtung, wodurch der unerwünschte Leistungsverlust und die damit verbundene Erwärmung reduziert werden. Zusätzlich können die Magnete des Magnetrings 502 segmentiert sein, um Verluste zu reduzieren. In dieser Ausführungsform kann das Zubehörteil (z. B. Gehäuse oder Unterlegplatte) an der Vorrichtung magnetisch befestigt (und ausgerichtet) werden (z. B. Telefon), und die Kombination Vorrichtung/Zubehörteil kann beliebig in Bezug auf die Leistungsübertragungsvorrichtung (z. B. ein Ladepad, nicht gezeigt) positioniert werden.
Wie vorstehend und nachstehend ausführlicher beschrieben, kann der Ferritring 300 auch segmentiert sein, wobei Magnetringsegmente und Ferritringsegmente eingefügt sein können, wie nachstehend in Bezug auf 10 veranschaulicht.
In 7A und 7B ist der Magnetring 502 als im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Ferritring 300 befindlich dargestellt. Eine exakte Koplanarität ist nicht erforderlich und kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Höhen der Magnete und des Ferritkerns für eine gegebene Ausführungsform gar nicht möglich sein. Wie in den vorstehend erörterten Ausführungsformen von 4A-4B, 5A-5B und 6A-6B verhindert der Ferritring 300 Fluss aus der Sendereinkopplung in das „freundliche Metall“ der Vorrichtung, wodurch der unerwünschte Leistungsverlust und die damit verbundene Erwärmung reduziert werden. Zusätzlich können die Magnete des Magnetrings 502 segmentiert sein, um Verluste zu reduzieren. In dieser Ausführungsform können Magnete verwendet werden, um das Zubehörteil in Bezug auf die Vorrichtung und/oder die Leistungsübertragungsvorrichtung (z. B. ein Ladepad) zu sichern und zu positionieren.
In 10, wie 7A und 7B, ist der Magnetring 502 als im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Ferritring 300 befindlich dargestellt. Wie vorstehend erörtert, ist eine genaue Koplanarität nicht erforderlich, insbesondere angesichts der Möglichkeit unterschiedlicher jeweiliger Höhen der Magnete und des Ferritkerns für eine gegebene Ausführungsform. Für die Verpackung kann es jedoch hilfreich sein, die Magnetkomponenten in Ring 502 und Ferritkomponenten in Ring 300 so anzuordnen, dass zumindest ein Teil dieser Komponenten koplanar ist, um die z-Höhe des resultierenden Zubehörteils zu reduzieren. Wie in den vorstehend erörterten Ausführungsformen von 4A-4B, 5A-5B, 6A-6B und 7A-7B verhindert der Ferritring 300 Fluss aus der Sendereinkopplung in das „freundliche Metall“ der Vorrichtung, wodurch unerwünschte Leistungsverluste und eine damit verbundene Erwärmung reduziert werden. Zusätzlich sind die Magnete des Magnetrings 502 in Segmente „M“ segmentiert, um Verluste zu reduzieren und die Herstellbarkeit zu verbessern. Ferritring 300 ist ebenfalls in Segmente „F“ segmentiert, die zwischen Magnetsegmenten „M“ eingefügt sind. Wie oben können die Magnete verwendet werden, um das Zubehörteil in Bezug auf die Vorrichtung und/oder die Leistungsübertragungsvorrichtung (z. B. ein Ladepad) zu sichern und zu positionieren. Die relative Größe der Magnetsegmente und Ferritsegmente, sowohl radial als auch in Umfangsrichtung, kann je nach Bedarf angepasst werden, um eine ausreichende Befestigungskraft wie zwischen Zubehörteil 1000 und der Vorrichtung (z. B. Telefon) und/oder dem Leistungssender bereitzustellen (durch Erhöhen der Größe der Magnete) und/oder um den Flussabschirmungs-/Flusseinkopplungseffekt zu erhöhen (durch Erhöhen der Größe der Ferritsegmente). In einigen Ausführungsformen kann die relative Positionierung der Magnetringsegmente und Ferritringsegmente derart sein, dass die verschiedenen Segmente im Wesentlichen kollinear entlang des Umfangs der jeweiligen Ringe sind. In Abhängigkeit von den jeweiligen Dimensionen der Ferritringsegmente und Magnetringsegmente ist eine exakte Kollinearität möglicherweise nicht erforderlich oder bereitgestellt, da eine breite Kollinearität um den Umfang herum für einige Anwendungen geeignet sein kann.
8 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines Flussabschirmungs-/ Flussumleitungszubehörteils 801, das den Ferritkern 300 enthält. Das Zubehörteil 801 kann eine Unterlegplattenvorrichtung sein, die zum Positionieren und optional zum Sichern an der PTx-Vorrichtung 102 selbst angepasst ist. (Wie oben kann die PTx-Vorrichtung 102 beispielsweise eine Ladematte, ein Ladepad oder eine andere geeignete drahtlose/induktive Ladevorrichtung sein.) Das Zubehörteil 801 kann auch mechanische, adhäsive und/oder magnetische Merkmale 802 zum Ausrichten und/oder Sichern der Zwischenvorrichtung 801 in Bezug auf den PTx 102 und die zugehörige PTx-Wicklung 103 einschließen. Wie oben sollte der Kern 300 so dimensioniert sein, dass er die unerwünschte Flusseinkopplung in ein freundliches Metall der PRx-Vorrichtung (wie ein Mobiltelefon oder eine andere elektronische Vorrichtung oder ein Zubehörteil) angemessen reduziert und/oder die Flusseinkopplung in die PRx-Wicklung 105 der PRx-Vorrichtung verbessert. Somit muss er relativ zu der PTx-Wicklung 105 so positioniert werden, dass er den Fluss, der normalerweise in das freundliche Metall der PRx-Vorrichtung einkoppeln würde, abfängt und/oder umleitet.
9 veranschaulicht weitere Details der Ausführungsformen 902, 904 eines Flussabschirmungs-/Flussumleitungszubehörteils 801 (8). In den Ausführungsformen 902 und 904 kann die PTx-Vorrichtung 102 eine Vielzahl von Sendespulen 103 einschließen, die als DDQ-Spule angeordnet sind. Das Zubehörteil 902, 904 kann zwischen der PTx-Vorrichtung 102 und der PRx-Vorrichtung 104 (z. B. einem Mobiltelefon) positioniert sein. Das Zubehörteil 902, 904 kann einen Ferritring 300 einschließen, der als Ferritrahmen 300 implementiert sein kann, der die obere/Q-Spule 103 der PTx-Vorrichtung 102 umgibt. Infolgedessen wird ein freundliches Metall der PRx-Vorrichtung 104 von dem durch die Spule 103 induzierten Fluss wirksam abgeschirmt. In ähnlicher Weise kann das Zubehörteil 904 einen Ferritrahmen einschließen, der den gesamten oder im Wesentlichen den gesamten Sendebereich der PTx-Vorrichtung 904 abdeckt. In solchen Ausführungsformen können zusätzliche Ferritstäbe 910 in der Nähe besonderer Spulen bereitgestellt werden, um den erforderlichen Grad an Abschirmung/Flussumleitung bereitzustellen. Optionale Pads 912 in dem Ferritring/-rahmen 300 können auch für eine ähnliche Wirkung verwendet werden.
Das Vorstehende beschreibt beispielhafte Ausführungsformen von Zubehörteilen für drahtlose Leistungsübertragungssysteme, die eine verbesserte Kopplung zwischen drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtungen (PTx-Vorrichtungen) und drahtlosen Leistungsempfängervorrichtungen (PRx-Vorrichtungen) bereitstellen. Solche Systeme können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, können aber bei Verwendung in Verbindung mit elektronischen Vorrichtungen wie mobilen Rechenvorrichtungen (z. B. Laptop-Computern, Tablet-Computern, Smartphones und dergleichen) und deren Zubehörteilen (z. B. drahtlosen Kopfhörern, Touchpens und anderen Eingabevorrichtungen usw.) besonders vorteilhaft sein, wenn sie in Verbindung mit drahtlosen Ladevorrichtungen (z. B. Ladematten, -pads, -ständern usw.) verwendet werden, die vorweg mit unterschiedlichen Vorrichtungen konstruiert sind. Es versteht sich, dass, wenngleich zahlreiche spezifische Merkmale und verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sofern nicht anders als sich gegenseitig ausschließend angegeben, die verschiedenen Merkmale und Ausführungsformen in einer besonderen Implementierung in verschiedenen Umsetzungen kombiniert werden können. Daher werden die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur als Veranschaulichung bereitgestellt und sollten nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend verstanden werden. An den hierin enthaltenen Grundsätzen und Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen und ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.
Die hier vorgestellten und beanspruchten Techniken sind auf materielle Objekte und konkrete Beispiele praktischer Art bezogen und angewandt, die das vorliegende technische Gebiet nachweislich verbessern und daher nicht abstrakt, immateriell oder rein theoretisch sind. Wenn am Ende dieser Patentschrift angehängte Ansprüche ein oder mehrere Elemente enthalten, die als „Mittel zum [Durchführ]en [einer Funktion]...“ oder „Schritt zum [Durchführ]en [einer Funktion]...“ bezeichnet werden, ist ferner beabsichtigt, dass solche Elemente nach 35 U.S.C. 112 (f) zu interpretieren sind. Für alle Ansprüche, die anderweitig bezeichnete Elemente enthalten, gilt jedoch, dass diese Elemente nicht gemäß 35 U.S.C. 112 (f) zu interpretieren sind.

Claims

Zubehörteil zum Verbessern der Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung in einem drahtlosen Leistungsübertragungssystem, das einen Leistungssender (PTx) mit einer PTx-Wicklung und einen Leistungsempfänger (PRx) mit einer PRx-Wicklung einschließt, wobei die PTx-Wicklung und die PRx-Wicklung dimensional nicht übereinstimmen, wobei das Zubehörteil umfasst: einen Kern, der aus einem Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften gebildet ist, wobei der Kern dimensioniert und positioniert ist, um mindestens eines von Folgendem auszuführen: Reduzieren der Flusseinkopplung aus der PTx-Wicklung in freundliches Metall des PRx; und Verbessern der Flusseinkopplung aus der PTx-Wicklung zu der PRx-Wicklung.
Zubehörteil nach Anspruch 1, wobei der Kern ein Ferritkern ist.
Zubehörteil nach Anspruch 1, wobei die dimensionale Nichtübereinstimmung zwischen der PTx-Wicklung und der PRx-Wicklung eine PTx-Wicklung umfasst, die größer als die PRx-Wicklung ist, und wobei der Kern eine Öffnung definiert, die einer Außenabmessung der PRx-Wicklung entspricht.
Zubehörteil nach Anspruch 3, wobei der Kern eine Außenabmessung aufweist, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall des PRx zu reduzieren.
Zubehörteil nach Anspruch 4, wobei die Öffnung einen Innendurchmesser aufweist, der einem Außendurchmesser der PRx-Wicklung entspricht.
Zubehörteil, das konfiguriert ist, um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung zwischen einer elektronischen Vorrichtung und einem drahtlosen Ladegerät zu verbessern, wobei eine drahtlose Ladewicklung der Vorrichtung und eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts dimensional nicht übereinstimmen, wobei das Zubehörteil umfasst: einen Kern, der aus einem Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften gebildet ist, wobei der Kern dimensioniert und positioniert ist, um mindestens eines von Folgendem auszuführen: Reduzieren der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des Ladegeräts in Metall der Vorrichtung; und Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des Ladegeräts in die drahtlose Ladewicklung des Telefons.
Zubehörteil nach Anspruch 6, ferner umfassend eine oder mehrere Ausrichtungsbefestigungen.
Zubehörteil nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Ausrichtungsbefestigungen konfiguriert sind, um das Zubehörteil in Bezug auf die elektronische Vorrichtung auszurichten oder zu sichern.
Zubehörteil nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Ausrichtungsbefestigungen konfiguriert sind, um das Zubehörteil in Bezug auf das drahtlose Ladegerät auszurichten oder zu sichern.
Zubehörteil nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Ausrichtungsbefestigungen konfiguriert sind, um das Zubehörteil in Bezug sowohl auf die Vorrichtung als auch auf das drahtlose Ladegerät auszurichten oder zu sichern.
Zubehörteil nach Anspruch 7, wobei die Ausrichtungsbefestigung einen oder mehrere Magnete einschließt.
Zubehörteil nach Anspruch 11, wobei der eine oder die mehreren Magnete einen Ring bilden.
Zubehörteil nach Anspruch 6, wobei der Kern ein Ferritkern ist.
Zubehörteil nach Anspruch 6, wobei die dimensionale Nichtübereinstimmung umfasst, dass die drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts größer als die drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung ist, und wobei der Kern eine Öffnung definiert, die einer Außenabmessung der drahtlosen Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung entspricht.
Zubehörteil nach Anspruch 14, wobei der Kern eine Außenabmessung aufweist, die ausgewählt ist, um ausreichend Fluss abzufangen, um die Flusseinkopplung in das freundliche Metall der elektronischen Vorrichtung zu reduzieren.
Zubehörteil nach Anspruch 15, wobei die Öffnung einen Innendurchmesser aufweist, der einem Außendurchmesser der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Ladegeräts entspricht.
Zubehörteil nach Anspruch 6, wobei das Zubehörteil ein Gehäuse für die elektronische Vorrichtung ist.
Zubehörteil nach Anspruch 6, wobei das Zubehörteil eine Unterlegplatte ist, die konfiguriert ist, um zwischen der Vorrichtung und dem drahtlosen Ladegerät angeordnet zu sein.
Zubehörteil, das konfiguriert ist, um an der Vorderseite eines drahtlosen Leistungssenders befestigt zu werden, um die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung zwischen einer elektronischen Vorrichtung und dem drahtlosen Leistungssender zu verbessern, wobei eine drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung und eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders dimensional nicht übereinstimmen, wobei das Zubehörteil umfasst: einen Kern, der aus einem Material mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften gebildet ist, wobei der Kern dimensioniert und positioniert ist, um mindestens eines von Folgendem auszuführen: Reduzieren der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders in Metall der elektronischen Vorrichtung; und Verbessern der Flusseinkopplung aus der drahtlosen Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders in die drahtlose Ladewicklung der elektronischen Vorrichtung; und einen Klebstoff, der konfiguriert ist, um das Zubehörteil an der Vorderseite des drahtlosen Leistungssenders zu befestigen.
Zubehörteil nach Anspruch 19, wobei der Kern ein Ferritring ist, der dimensioniert ist, um das Metall der elektronischen Vorrichtung gegen Fluss abzuschirmen, der durch mindestens eine drahtlose Ladewicklung des drahtlosen Leistungssenders induziert wird.
Zubehörteil nach Anspruch 20, wobei der Ferritring einen oder mehrere Pads umfasst, die bemessen und dimensioniert sind, um in der Nähe einer oder mehrerer drahtloser Ladewicklungen des drahtlosen Leistungssenders positioniert zu werden, um einen gewünschten Grad an Abschirmung oder Flussumleitung bereitzustellen.
Zubehörteil nach Anspruch 20, wobei der Ferritkern ferner zusätzliche Ferritstäbe umfasst, die bemessen und dimensioniert sind, um in der Nähe einer oder mehrerer drahtloser Ladewicklungen des drahtlosen Leistungssenders positioniert zu werden, um einen gewünschten Grad an Abschirmung oder Flussumleitung bereitzustellen.