TWI751120B

TWI751120B - 用於無線功率傳輸的電子設備及方法

Info

Publication number: TWI751120B
Application number: TW105136578A
Authority: TW
Inventors: 成憲鄭
Original assignee: 美商高通公司
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2022-01-01
Also published as: EP3387731B1; TW201725827A; US10361588B2; KR20180090803A; CN108292855B; CN108292855A; ES2781209T3; WO2017099929A1; JP2019501614A; EP3387731A1; HUE049035T2; BR112018011351A2; US20170163094A1; CA3004100A1

Abstract

揭示一種具有電子組件以及被配置成容納這些電子組件的金屬外殼的電子設備。功率接收元件可以在金屬外殼上被佈置於該金屬外殼的邊緣附近。功率接收元件可以與在金屬外殼被暴露給外部產生的磁場時從金屬外殼的邊緣發出的磁場耦合，以便從該外部產生的磁場無線地接收功率。

Description

用於無線功率傳輸的電子設備及方法

本案係關於無線功率傳輸，尤其係關於具有金屬後蓋的電子設備中的無線功率傳輸。

無線功率傳輸在可攜式電子設備(諸如行動電話、平板電腦等)中正變得越來越流行。此類設備通常需要長電池壽命和低電池重量。在不使用導線的情況下為電子設備供電的能力對於可攜式電子設備的使用者而言是有吸引力的解決方案。無線功率傳輸給予製造商用於開發出針對由於消費者電子設備中的電源的有限選擇而導致的問題的解決方案的選項。

無線功率傳輸能力可改善使用者的充電體驗。在例如多設備充電情形中，無線功率傳輸可降低總成本(對於使用者和製造商兩者而言)，因為習知充電硬體(諸如電源配接器和充電弦)可被消除。在發射器及/或接收器上具有不同線圈大小和形狀中存在工業設計以及對從行動掌上型設備到膝上型電腦的大範圍的設備的支援態樣的靈活性。

用於可攜式電子設備的設計可包括用以容納構成電子設備的顯示螢幕和電子元件的金屬殼體或外殼。金屬材料由於其美觀特質和結構支承而是常見的設計選擇。然而，金屬妨礙電磁輻射，由此影響無線通訊。因此，包括金屬後蓋的殼體設計可包括穿過金屬後蓋的金屬部分形成的開口或者併入非金屬部分。同樣，金屬殼體可降低無線功率傳輸的有效性。解決方案可包括在後蓋中製作額外切口或者減少後蓋中的金屬量，這可影響電子設備的結構和美觀特質。

根據本案的一些態樣，一種電子設備可包括電子組件以及被配置成容納這些電子組件的金屬外殼。功率接收元件可以在金屬外殼上被佈置於該金屬外殼的邊緣附近。功率接收元件可被配置成與在金屬外殼被暴露給外部產生的磁場時從金屬外殼的邊緣發出的磁場耦合，以便從該外部產生的磁場中產生無線收到功率。

在一些態樣，電子設備可包括整流器電路，該整流器電路電連接到功率接收元件並被配置成整流功率接收元件中感生的電壓以產生無線收到功率。

在一些態樣，功率接收元件可被佈置於金屬外殼的邊緣的一側上。金屬外殼的邊緣可處在該金屬外殼的頂部、底部或側面。

在一些態樣，功率接收元件可環繞金屬外殼的周邊。電子設備可進一步包括顯示器側以及該顯示器側上的透明蓋體。功率接收元件可被佈置於該透明蓋體附近。

在一些態樣，金屬外殼可包括在該金屬外殼的周邊的切口。金屬外殼的邊緣的至少一部分可位於該切口處。電子設備可進一步包括被配置成用於無線通訊並穿過金屬外殼的切口暴露的一或多個天線。

在一些態樣，電子設備可進一步包括被配置成磁耦合到功率接收元件的額外功率接收元件。在一些態樣，功率接收元件可以比額外功率接收元件更靠近金屬外殼的周邊。在一些態樣，功率接收元件的一部分可橫跨金屬外殼的邊緣。

根據本案的一些態樣，一種用於無線功率傳輸的方法可包括在被配置成容納電子設備的金屬外殼中感生渦流以及使用沿該金屬外殼的周邊佈置的功率接收元件來磁耦合到磁場，該磁場在該金屬外殼的周邊回應於金屬外殼中感生的渦流而發出。電子設備的無線收到功率可以從在功率接收元件中感生的電壓中產生。

在一些態樣，該方法可進一步包括磁耦合到在金屬外殼的周邊從邊緣發出的磁場的通量線。

在一些態樣，金屬外殼的周邊可以處在該金屬外殼的頂部、底部或側面。

在一些態樣，該方法可進一步包括磁耦合到在金屬外殼的周圍周邊處發出的磁場。

在一些態樣，該方法可進一步包括使用額外功率接收元件來磁耦合到從功率接收元件發出的磁場。該方法可進一步包括調諧額外功率接收元件以具有基本上等於用於感生渦流的外部產生的磁場的頻率的諧振頻率。

在一些態樣，該方法可進一步包括用外部產生的磁場來照射金屬外殼以在該金屬外殼中感生渦流。

在一些態樣，該方法可進一步包括將功率接收元件的諧振頻率設為基本上等於外部產生的磁場的頻率。

在一些態樣，該方法可進一步包括以基本上等於外部產生的磁場的頻率的頻率操作功率接收元件。

在一些態樣，該方法可進一步包括整流功率接收元件中感生的電壓以產生無線收到功率。

根據本案的一些態樣，一種電子設備可包括用於容納構成該電子設備的組件的裝置、用於磁耦合到外部產生的磁場以無線地接收功率的裝置，用於磁耦合的裝置可被佈置在用於容納的裝置的邊緣附近。該電子設備可進一步包括用於從用於磁耦合的裝置中產生無線收到功率的裝置。

以下詳細描述和附圖提供對本案的本質和優點的更好理解。

無線功率傳輸可以指在不使用實體電導體的情況下將與電場、磁場、電磁場或其他場相關聯的任何形式的能量從發射器傳輸到接收器（例如，功率可以經由自由空間傳輸）。輸出到無線場（例如，磁場或電磁場）中的功率可由「功率接收元件」接收、擷取或耦合以實現功率傳輸。

圖1是根據說明性實施例的無線功率傳輸系統100的功能方塊圖。輸入功率102可以從電源（未在該附圖中示出）提供至發射器104以產生用於執行能量傳輸的無線（例如，磁或電磁）場105。接收器108可以耦合到無線場105並產生輸出功率110以供儲存或者供耦合到輸出功率110的設備（未在該附圖中示出）消耗。發射器104和接收器108可以隔開距離112。發射器104可包括用於將能量傳送/耦合到接收器108的功率傳送元件114。接收器108可包括用於接收或擷取/耦合從發射器104傳送的能量的功率接收元件118。

在一個說明性實施例中，發射器104和接收器108可根據互諧振關係來配置。當接收器108的諧振頻率和發射器104的諧振頻率基本上相同或非常接近時，發射器104與接收器108之間的傳輸損耗被減少。由此，無線功率傳輸可以在更長的距離上提供。諧振電感耦合技術由此可允許效率提高以及具有各種電感功率傳送和接收元件配置的各種距離上的功率傳輸。

在某些實施例中，無線場105可對應於發射器104的「近場」。近場可對應於其中存在因功率傳送元件114中最少地輻射遠離功率傳送元件114的電流和電荷而導致的強反應場的區域。近場可對應於在功率傳送元件114的大約一個波長（或其一小部分）內的區域。

在某些實施例中，高效能量傳輸可經由將無線場105中的大部分能量耦合到功率接收元件118而不是將電磁波中的大多數能量傳播至遠場來進行。

在某些實現中，發射器104可輸出具有與功率傳送元件114的諧振頻率相對應的頻率的時變磁（或電磁）場105。當接收器108在無線場105內時，時變磁（或電磁）場可以在功率接收元件118中感生電流。如前述，若功率接收元件118被配置為以功率傳送元件114的頻率諧振的諧振電路，則可高效地傳輸能量。功率接收元件118中感生的交流電（AC）信號可被整流以產生可被提供以為負荷充電或供電的直流電（DC）信號。

圖2是根據另一說明性實施例的無線功率傳輸系統200的功能方塊圖。系統200可包括發射器204和接收器208。發射器204（本文亦被稱為功率傳輸單元PTU）可包括傳送電路系統206，該傳送電路系統206可包括振盪器222、驅動器電路224以及前端電路226。振盪器222可被配置成以可回應於頻率控制信號223而調整的期望頻率來產生振盪器信號。振盪器222可將振盪器信號提供給驅動器電路224。驅動器電路224可被配置成基於輸入電壓信號（VD）225來以例如功率傳送元件214的諧振頻率驅動功率傳送元件214。驅動器電路224可以是被配置成從振盪器222接收方波並輸出正弦波的開關放大器。

前端電路226可包括被配置成過濾掉諧波或其他不想要的頻率的濾波器電路。前端電路226可包括被配置成將發射器204的阻抗與功率傳送元件214的阻抗相匹配的匹配電路。如將在下文中更詳細地解釋的，前端電路226可包括用以建立具有功率傳送元件214的諧振電路的調諧電路。作為驅動功率傳送元件214的結果，功率傳送元件214可產生無線場205以便以足夠為電池236充電或者以其他方式為負荷供電的位準無線地輸出功率。

發射器204可進一步包括控制器240，該控制器可操作地耦合到傳送電路系統206並且被配置成控制傳送電路系統206的一或多個態樣或者完成與管理功率傳輸有關的其他操作。控制器240可以是微控制器或處理器。控制器240可被實現為特殊應用積體電路（ASIC）。控制器240可操作地直接或間接地連接到傳送電路系統206的每一組件。控制器240可被進一步配置成從傳送電路系統206的每一個組件接收資訊並基於接收到的資訊來執行計算。控制器240可被配置成為每一個組件產生可調整該組件的操作的控制信號（例如，信號223）。由此，控制器240可被配置成基於由其執行的操作的結果來調整或管理功率傳輸。發射器204可進一步包括記憶體（未圖示），該記憶體被配置成儲存例如資料，諸如用於使得控制器240執行特定功能（諸如與管理無線功率傳輸有關的那些功能）的指令。

接收器208（本文亦被稱為功率接收單元PRU）可包括接收電路系統210，該接收電路系統210可包括前端電路232和整流器電路234。前端電路232可包括被配置成將接收電路系統210的阻抗與功率接收元件218的阻抗相匹配的匹配電路系統。如將在下文中解釋的，前端電路232可進一步包括用以建立具有功率接收元件218的諧振電路的調諧電路。整流器電路234可以從AC功率輸入中產生DC功率輸出以便為電池236充電，如圖2所示。接收器208和發射器204可以另外地在分開的通訊通道219（例如，藍芽、Zigbee、蜂巢等）上通訊。接收器208和發射器204可替換地使用無線場205的特性經由帶內訊號傳遞來通訊。

接收器208可被配置成決定由發射器204傳送且由接收器208接收的功率量是否適於為電池236充電。在某些實施例中，發射器204可被配置成產生具有直接場耦合係數（k）的主要是非輻射的場以用於提供能量傳輸。接收器208可以直接耦合到無線場205並且可產生輸出功率以供儲存或由耦合到接收電路系統210的輸出的電池（或負荷）236消耗。

接收器208可進一步包括與如前述的傳送控制器240相類似地被配置成用於管理無線功率接收器208的一或多個態樣的控制器250。接收器208可進一步包括記憶體（未圖示），該記憶體被配置成儲存例如資料，諸如用於使得控制器250執行特定功能（諸如與管理無線功率傳輸有關的那些功能）的指令。

如以上所論述的，發射器204和接收器208可被隔開一距離並且可根據互諧振關係來配置以最小化發射器204與接收器208之間的傳輸損耗。

圖3是根據說明性實施例的圖2的傳送電路系統206或接收電路系統210的一部分的示意圖。如圖3中所圖示的，傳送或接收電路系統350可包括功率傳送或接收元件352以及調諧電路360。功率傳送或接收元件352亦可被稱為或配置為天線或「迴路」天線。術語「天線」一般代表可以無線地輸出或接收能量以耦合到另一天線的組件。功率傳送或接收元件352在本文亦可被稱為或配置為「磁性」天線或電感線圈、諧振器或諧振器的一部分。功率傳送或接收元件352亦可被稱為配置成無線地輸出或接收功率的類型的線圈或諧振器。如本文所使用的，功率傳送或接收元件352是被配置成無線地輸出及/或接收功率的類型的「功率傳輸組件」的實例。功率傳送或接收元件352可包括氣芯或實體芯，諸如鐵氧芯（未在該附圖中示出）。

當功率傳送或接收元件352被配置為具有調諧電路360的諧振電路或諧振器時，功率傳送或接收元件352的諧振頻率可基於電感和電容。電感可以只是由形成功率傳送或接收元件352的線圈及/或其他電感器創生的電感。電容（例如，電容器）可由調諧電路360提供以便創造處於期望諧振頻率的諧振結構。作為非限制性實例，調諧電路360可包括可被添加到傳送及/或接收電路系統350以創造諧振電路的電容器354和電容器356。

調諧電路360可包括用以形成具有功率傳送或接收元件352的諧振電路的其他組件。作為另一非限制性實例，調諧電路360可包括在電路系統350的兩個端子之間並行放置的電容器（未圖示）。再有其他設計是可能的。在一些實施例中，前端電路226中的調諧電路可具有與前端電路232中的調諧電路相同的設計（例如，360）。在其他實施例中，前端電路226可使用與前端電路232中的調諧電路設計不同的調諧電路設計。

對於功率傳送元件，具有基本上對應於功率傳送或接收元件352的諧振頻率的頻率的信號358可以是到功率傳送或接收元件352的輸入。對於功率接收元件，具有基本上對應於功率傳送或接收元件352的諧振頻率的頻率的信號358可以是從功率傳送或接收元件352的輸出。儘管本文所揭示的各態樣一般可涉及諧振無線功率傳輸，但本發明所屬領域中具有通常知識者將認識到本文所揭示的各態樣可以在用於無線功率傳輸的非諧振實現中使用。

圖4和4A圖示根據本案的被配置成無線地接收功率的電子設備40（例如，圖1的接收器108）。電子設備40的後側46可包括用於容納構成該電子設備的組件的裝置。在一些實施例中，例如，電子設備40可包括被配置成容納電子設備40的電子組件（電子元件）44的金屬外殼（金屬後蓋）42。電子組件44可包括處理器、記憶體、通訊電子元件、觸敏顯示器、電池等。電子設備40的顯示器側48可包括透明蓋體（未圖示）。

在一些實施例中，金屬外殼42的後側46可具有可出於美觀原因而被設計的非常少的開口或開槽。例如，圖4圖示金屬外殼42具有用於相機透鏡的開口42a，但除此以外是完整表面。在一些實施例中，金屬外殼42的設計可以不包括任何開口（例如，圖5A、5B）；例如，以便呈現電子設備40的後側46的更乾淨的外觀。

根據本案，電子設備40可包括用於磁耦合到外部產生的磁場的裝置。在一些實施例中，例如，電子設備40可包括佈置於金屬外殼42的內部的功率接收元件400。圖4A圖示沿著圖4中的視圖線A-A的橫截面視圖。在一些實施例中，功率接收元件400可被佈置於金屬外殼42的周邊。如可在圖4A中看到的，功率接收元件400的一部分可以沿著金屬外殼42的周邊處的邊緣402佈置。

參照圖4B和4C，在金屬外殼被照射或以其他方式暴露給外部產生的磁場（例如，圖1的時變磁場105）時的操作中，外部產生的磁場可以在金屬外殼42中感生渦流，在圖4B中用圖案示意性地圖示。本發明所屬領域中具有通常知識者將理解，渦流往往將分佈在金屬外殼42內以使得電流密度在表面附近最大並隨著金屬外殼42中的深度更大而減小。該行為被稱為集膚效應。渦流大多數在金屬外殼42的「集膚」內在外表面與被稱為「集膚深度」的層之間流動。集膚深度被定義為表面下的電流密度減小達該表面處的電流密度的1/e的深度。集膚深度取決於金屬外殼42的材料而變化。集膚深度亦隨著外部產生的磁場的頻率（激勵頻率）變化，並且具體而言集膚深度與頻率成反比。例如，渦流的形成可以在兆赫頻率（例如，在6.78 MHz）被限於比在較低頻率（例如，150 KHz）更靠近金屬外殼42的表面，其中渦流可以形成到金屬外殼42的更深處。在6.78 MHz，集膚深度可能太小以使得渦流基本上只在金屬外殼42的表面上流動。

若集膚深度足夠深入到金屬外殼42中，則渦流進而可感生從金屬外殼42的內表面發出的磁場。如在圖4C中圖示的，例如，磁通量（通量線）F_A 可以從金屬外殼42的邊緣402發出，而磁通量（例如，F_B 、F_C ）可以從金屬外殼42的更遠離邊緣402的區域發出。

功率接收元件400可以磁耦合到磁通量F_A 、F_B 、F_C 。作為該耦合的結果，可以在功率接收元件400中感生電壓。電子元件44（圖4A）可包括用於產生無線收到功率的裝置。例如，在一些實施例中，電路44a可以連接到功率接收元件400以整流感生電壓以便產生無線收到功率，該無線收到功率隨後可用於為電子設備40中的其他電子元件44供電。電路44a可以是整流器電路。在一些實施例中，電路44a可包括調諧電路系統（例如，圖3的360），該調諧電路系統被配置成將功率接收元件400的諧振頻率調諧至外部產生的磁場（例如，圖1的時變磁場105）的頻率。由此，儘管金屬外殼42不具有將允許功率接收元件400直接耦合到外部產生的磁場的開口，但功率接收元件400仍可以經由金屬外殼42所感生的磁場H外殼（F_A 、F_B 、F_C ）來從外部磁場無線地接收功率。亦注意，當在功率接收單元400與外部產生的磁場的源（例如，圖2的功率傳送單元204）之間出現諧振時，甚至在具有低耦合係數k 的情況下亦可有效地傳送功率；例如，k 可以是0.1或更小。

金屬外殼42的邊緣402處的渦流的流動很大程度上獨立於集膚深度，因為大多數渦流在其內流動的金屬外殼42的集膚在邊緣402處暴露。作為對比，金屬外殼42的更遠離邊緣402的內表面處的渦流的流動非常多地經受集膚效應，並且可以比周邊處小得多，這取決於諸如厚度、材料和激勵頻率之類的因素。因此，從邊緣402發出的磁通量F_A 可以比從金屬外殼42的更遠離邊緣402的區域發出的磁通量F_B 、F_C 更大。例如，渦流可以在邊緣402處形成，無論激勵頻率（例如，外部產生的磁場的激勵頻率）是150 KHz還是6.78 MHz，因為集膚在邊緣402處暴露。另一態樣，磁通量F_B 、F_C 在6.78 MHz可由於小集膚深度而無足輕重，從而導致在金屬外殼42的更遠離邊緣402的區域中有極少或沒有渦流，而磁通量F_B 、F_C 在集膚深度更大的情況下可以在150 KHz處顯著更多。

金屬外殼42的邊緣402處的更強的磁通量F_A 可以在功率接收元件400中感生比更弱的磁通量F_B 、F_C 可感生的更多的電壓。根據本案，功率接收元件400的至少一部分可被佈置於靠近金屬外殼42的邊緣402（例如在圖4和4A中圖示的）以耦合到磁通量F_A （由此增加功率接收元件400與金屬外殼42之間的互感），並因此增加可以從外部產生的磁場無線地接收到的功率量。

圖4圖示被佈置於金屬外殼42的上部（頂部）周邊的功率接收元件400。在各實施例中，功率接收元件400可被佈置於沿著金屬外殼42的周邊的他處。例如，圖5A圖示在一些實施例中功率接收元件500a被佈置於金屬外殼52的底部周邊。金屬外殼52圖示了不具有穿過金屬外殼的後側形成的開口的金屬外殼的實例；圖示了一個標誌以提供頂部/底部參考。在其他實施例中，圖5B圖示被佈置於金屬外殼52的側面（可以是右側或左側）周邊的功率接收元件500b。功率接收元件500b可具有比功率接收元件500a更大的長度，並由此可以耦合到從金屬外殼52的側面周邊處的邊緣發出的更多磁通量。

圖6圖示根據本案的一些實施例的在前（顯示器）側看的電子設備60。圖6A圖示沿著圖6中的視圖線A-A取得的橫截面視圖。在一些實施例中，電子設備60可包括用於容納電子元件64的金屬外殼62。電子元件64可包括處理器、記憶體、通訊電子元件、觸敏顯示器、電池等。如圖6所示，電子設備60的前側可包括用於包封金屬外殼62中的電子元件64的透明蓋體68。

電子設備60可包括功率接收元件600。在一些實施例中，功率接收元件600可被佈置在金屬外殼62的外周的周圍或以其他方式包圍金屬外殼62的外周。功率接收元件600可具有具備多個匝或繞組的線圈的形式。功率接收元件600可被佈置在透明蓋體68的附近或鄰近透明蓋體68，靠近金屬外殼62的邊緣602。如上文中解釋的，功率接收元件600與邊緣602的鄰近性允許功率接收元件600與金屬外殼62之間的增加的互感，並因此增加在功率接收元件600中感生的電壓。

圖7圖示根據本案的一些實施例的電子設備70。圖7A、7B、7C圖示沿著圖7中的相應的視圖線A-A、視圖線B-B和視圖線C-C取得的橫截面視圖。在一些實施例中，電子設備70可包括用於容納電子元件74的金屬外殼72，這些電子元件74可包括處理器、記憶體、通訊電子元件、觸敏顯示器、電池等。如圖7所示，電子設備70的前（顯示器）側可包括用於包封金屬外殼72中的電子元件74的透明蓋體78。

在一些實施例中，金屬外殼72可具有切口72a。切口72a可用於穿過金屬外殼72暴露通訊天線（未圖示）。非導電（例如，塑膠）蓋76可包封通訊天線。切口72a可暴露金屬外殼72的除邊緣702之外的額外邊緣702a。

圖7圖示在一些實施例中，功率接收元件700可圍繞金屬外殼72的周圍周邊來佈置。圖7C的橫截面視圖圖示功率接收元件700可被佈置於透明蓋體78附近、靠近金屬外殼72的邊緣702。圖7B圖示當功率接收元件700的一部分700a是沿著由切口72a創造的邊緣702a佈置的時候，功率接收元件700的該部分700a可以從電子設備70的前側捲繞至電子設備70的後側（圖7D）。切口72因此可以向電子設備70中的通訊天線（未圖示）提供無線電存取，並經由功率接收元件700提供到可從邊緣702a發出的額外磁通量的磁耦合。

圖8A、8B和8C圖示根據本案的一些實施例的電子設備80。圖8A圖示如可從電子設備80的前側看到的電子設備80，而圖8B圖示如可從該設備的後側看到的電子設備80。圖8C圖示沿著圖8A中的視圖線C-C取得的橫截面視圖。在一些實施例中，電子設備80可包括用於容納電子元件84（圖8C）的金屬外殼82，這些電子元件84可包括處理器、記憶體、通訊電子元件、觸敏顯示器、電池等。如圖8A和8C所示，電子設備80的前（顯示器）側可包括用於包封金屬外殼82中的電子元件84的透明蓋體88。

電子設備80可包括功率接收元件800。功率接收元件800可圍繞金屬外殼82的周圍周邊來佈置，靠近金屬外殼82的邊緣802。

金屬外殼82可包括例如用以支援對通訊天線（未圖示）的使用的切口82a，如上文解釋的。切口82a可定義金屬外殼82中的額外邊緣802a。非導電蓋86可包封通訊天線。

根據本案的一些實施例，電子設備80可包括功率接收元件810。功率接收元件810的第一部分810a可以毗鄰於功率接收元件800地圍繞金屬外殼82的周圍周邊來佈置。功率接收元件810的第二部分810b可以從電子設備80的前側跟隨邊緣802a向電子設備80的後側捲繞（圖8B）。

如上文所解釋的，功率接收元件800可以耦合到磁通量，作為在被外部產生的磁場照射時在金屬外殼82中感生的渦流的結果，該磁通量從金屬外殼82的邊緣802發出。電流可以在功率接收元件800中感生，功率接收元件800進而可產生從功率接收元件800發出的磁場。功率接收元件810可以耦合到由功率接收元件800產生的磁場，這可以在功率接收元件810中感生電壓。連接至功率接收元件810的電路84a可整流所感生的電壓以產生輸出電壓V_out 。在一些實施例中，電路84a可包括用於調諧功率接收元件810的頻率以與外部產生的磁場諧振的調諧電路系統。

根據本案的一些實施例，功率接收元件800可以連接到調諧電路84b，該調諧電路84b調諧功率接收元件800的頻率以與外部產生的磁場（例如，圖1的時變磁場105）諧振。例如，調諧電路84b可以是用於定義等於外部產生的磁場的頻率的諧振頻率的電容器。在其他實施例中，功率接收元件800的諧振頻率可被調諧成與外部產生的磁場略微不諧振。在一些實施例中，調諧電路84b可被省略。功率接收元件800因此可提供阻抗變換。例如，與外部產生的磁場的頻率諧振的功率接收元件800可將高輸入阻抗反射至產生外部磁場的充電單元（未圖示），這可能是不合乎期望的。因此，將功率接收元件800（例如，使用調諧電路84b）調諧成與外部產生的磁場略微不諧振可緩解高輸入阻抗。儘管未被示出，但可包括一或多個額外功率接收元件以用於額外阻抗變換。

在一些實施例中，一片鐵氧體材料822可被佈置在功率接收元件800、810與電子元件84之間。鐵氧體822可以遮罩電子元件84不受功率接收元件800、810產生的任何磁場影響以防止在電子元件84中感生潛在破壞的電壓或電流。在其他實施例中，鐵氧體822可被省略。

圖9圖示根據本案的一些實施例的電子設備90的後側。在一些實施例中，電子設備90可包括用於容納設備主體90a的金屬外殼92。圖9A圖示省略蓋96的金屬外殼92的內側。金屬外殼92可能不延伸達電子設備90的完整高度，從而留出設備主體90a的未被金屬外殼92容納的部分。設備主體90a的未被容納的部分可由非導電蓋96包封。電子設備90的未被容納的部分可容納用於提供對無線電波的不受阻礙的傳送和接收的一或多個通訊天線（未圖示）。

電子設備90可包括功率接收元件900。在根據本案的一些實施例中，功率接收元件900可被佈置在金屬外殼92的邊緣902附近，而不跨過邊緣902。作為實例，圖4A圖示被佈置在金屬外殼42的邊緣的一側上的功率接收元件400，靠近邊緣402，但不跨過邊緣402。另一態樣，圖9圖示了在一些實施例中，功率接收元件900可被佈置成靠近邊緣902並且騎跨或橫跨邊緣902。例如，功率接收元件900可被佈置成使得功率接收元件900的一部分在邊緣902的一側上執行，而功率接收元件900的另一部分在邊緣902的另一側上執行。

圖9B圖示在一些實施例中，設備主體90a的暴露部分可處在底部。功率接收元件900可被佈置成朝著電子設備90的底部以使得功率接收元件900的一部分在金屬外殼92的邊緣902的一側上執行，而功率接收元件900的另一部分在邊緣902的另一側上執行。

在操作中，電子設備90可由外部產生的磁場照射。例如，電子設備90可被放置在無線充電單元（例如，圖1的發射器104）的充電表面上。回應於外部產生的磁場，可以在金屬外殼92中感生渦流。所感生的渦流進而可創生可以從金屬外殼92的邊緣902發出的磁通量。功率接收元件900可以耦合到該磁通量，這可以在功率接收元件900中感生電壓和電流。在功率接收元件900中感生的電壓可由整流器電路（例如，圖4的44a）整流以產生無線收到功率。

圖10A和10B圖示根據本案的一些實施例的電子設備10。電子設備10可包括用於容納電子設備10的組件（未圖示）的金屬外殼12。在一些實施例中，金屬外殼12可包括天線區段12a、12b以及主體區段12c。天線區段12a、12b可以與主體區段12c電隔離。例如，天線區段12a可以與主體區段12c隔開間隙18a。同樣，天線區段12b可以與主體區段12c隔開間隙18b。在一些實施例中，金屬外殼12可以只包括單個天線區段（例如，12a）。圖10C圖示在一些實施例中，天線區段12a可包括用以定義額外天線的若干單獨天線區段12a-1。類似地，天線區段12b可包括用以定義額外天線的若干單獨天線區段12b-1。單獨天線區段12a-1、12b-1可以彼此電隔離，並且被配置成用於不同的功能，諸如蜂巢通訊、GPS通訊、WiFi通訊等。

電子設備10可包括功率接收元件1000。在一些實施例中，功率接收元件1000可以騎跨或以其他方式橫跨金屬外殼12的上邊緣1002a（諸如在圖10A中示出）。在其他實施例（未圖示）中，功率接收元件1000可以騎跨或以其他方式橫跨金屬外殼12的下邊緣1002b。圖10B圖示在一些實施例中，電子設備10可包括第二功率接收元件1000’。

在操作中，圖10A中所示的電子設備10可由外部產生的磁場照射。例如，電子設備10可被放置在無線充電單元（例如，圖1的發射器104）的充電表面上。回應於外部產生的磁場，可以在金屬外殼12中感生渦流。所感生的渦流進而可創生可以從金屬外殼12的邊緣1002a發出的磁通量。功率接收元件1000可以耦合到該磁通量，這可以在功率接收元件1000中感生電壓和電流。在功率接收元件1000中感生的電壓可由整流器電路（例如，圖4的44a）整流以產生無線收到功率。參照圖10B，若電子設備10包括第二功率接收元件1000’，則可由額外功率接收元件1000’產生額外無線收到功率。例如，在一些實施例中，功率接收元件1000和1000’可以串連在一起，並由單個整流器電路（未圖示）整流。在其他實施例中，每一功率接收元件1000和1000’可具有各自的整流器電路（未圖示）。整流器輸出可被組合以定義無線收到功率的單個源，或者整流器輸出可以各自用作功率源。

以上描述圖示了本案的各實施例連同特定實施例的各態樣可被如何實現的實例。以上實例不應被認為是僅有的實施例，並且被呈現來圖示所附請求項所定義的特定實施例的靈活性和優點。基於以上公開和所附申請專利範圍，其他安排、實施例、實現、以及等效方案可被採用而不背離申請專利範圍所定義的本案的範疇。

10‧‧‧電子設備 12‧‧‧金屬外殼 12a‧‧‧天線區段 12a-1‧‧‧天線區段 12b‧‧‧天線區段 12b-1‧‧‧天線區段 12c‧‧‧主體區段 18a‧‧‧間隙 18b‧‧‧間隙 40‧‧‧電子設備 42‧‧‧金屬外殼 42a‧‧‧開口 44‧‧‧電子組件 44a‧‧‧電路 46‧‧‧後側 48‧‧‧顯示器側 52‧‧‧金屬外殼 60‧‧‧電子設備 62‧‧‧金屬外殼 64‧‧‧電子元件 68‧‧‧透明蓋體 70‧‧‧電子設備 72‧‧‧金屬外殼 72a‧‧‧切口 74‧‧‧電子元件 76‧‧‧非導電蓋 78‧‧‧透明蓋體 80‧‧‧電子設備 82‧‧‧金屬外殼 82a‧‧‧切口 84‧‧‧電子元件 84a‧‧‧電路 84b‧‧‧調諧電路 86‧‧‧非導電蓋 88‧‧‧透明蓋體 90‧‧‧電子設備 90a‧‧‧設備主體 92‧‧‧金屬外殼 96‧‧‧蓋 100‧‧‧無線功率傳輸系統 102‧‧‧輸入功率 104‧‧‧發射器 105‧‧‧無線場 108‧‧‧接收器 110‧‧‧輸出功率 112‧‧‧距離 114‧‧‧功率傳送元件 118‧‧‧功率接收元件 200‧‧‧系統 204‧‧‧發射器 205‧‧‧無線場 206‧‧‧傳送電路系統 208‧‧‧接收器 210‧‧‧接收電路系統 214‧‧‧功率傳送元件 218‧‧‧功率接收元件 219‧‧‧通訊通道 222‧‧‧振盪器 223‧‧‧頻率控制信號 224‧‧‧驅動器電路 225‧‧‧輸入電壓信號（VD） 226‧‧‧前端電路 232‧‧‧前端電路 234‧‧‧整流器電路 236‧‧‧電池 240‧‧‧控制器 250‧‧‧控制器 350‧‧‧電路系統 352‧‧‧功率傳送或接收元件 354‧‧‧電容器 356‧‧‧電容器 358‧‧‧信號 360‧‧‧調諧電路 400‧‧‧功率接收元件 402‧‧‧邊緣 500a‧‧‧功率接收元件 500b‧‧‧功率接收元件 600‧‧‧功率接收元 602‧‧‧邊緣 700‧‧‧功率接收元件 700a‧‧‧功率接收元件的一部分 702‧‧‧邊緣 702a‧‧‧邊緣 800‧‧‧功率接收元件 802‧‧‧邊緣 802a‧‧‧邊緣 810‧‧‧功率接收元件 810a‧‧‧功率接收元件的第一部分 810b‧‧‧功率接收元件的第二部分 822‧‧‧鐵氧體 900‧‧‧功率接收元件 902‧‧‧邊緣 1000‧‧‧功率接收元件 1000'‧‧‧第二功率接收元件 1002a‧‧‧上邊緣 1002b‧‧‧下邊緣

對於之後的論述且具體地對於各附圖，強調的是所示詳情是出於說明性論述的目的而表示實例的，並且是為了提供對本案的各原理和概念態樣的描述而呈現的。就此，不嘗試示出超出對本案的基本理解所需的實現細節的實現細節。結合附圖，之後的論述使得如何可實踐根據本案的實施例對於本發明所屬領域中具有通常知識者而言是顯而易見的。附圖中的相同或相似的元素可由相同的元件符號來標識。在附圖中：

圖1是根據一說明性實施例的無線功率傳輸系統的功能方塊圖。

圖2是根據一說明性實施例的無線功率傳輸系統的功能方塊圖。

圖3是根據一說明性實施例的包括功率傳送或接收元件的圖2的傳送電路系統或接收電路系統的一部分的示意圖。

圖4、4A、4B和4C圖示了根據本案的一些實施例的渦流形成以及電子設備的其他態樣的實例。

圖5A和5B圖示了根據本案的功率接收元件的不同（替換）佈置。

圖6和6A圖示了根據本案的一些實施例的電子設備的功率接收元件和其他態樣的替代實例。

圖7、7A、7B、7C和7D圖示了根據本案的一些實施例的電子設備的功率接收元件和其他態樣的實例。

圖8A、8B和8C圖示了根據本案的一些實施例的電子設備的功率接收元件和其他態樣的實例。

圖9、9A和9B圖示了根據本案的一些實施例的電子設備的功率接收元件和其他態樣的實例。

圖10A、10B和10C圖示了根據本案的一些實施例的電子設備的功率接收元件和其他態樣的實例。

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40:電子設備

42:金屬外殼

42a:開口

44a:電路

400:功率接收元件

Claims

一種用於無線功率傳輸的電子設備，包括：多數電子組件；被配置成容納該等電子組件的一金屬外殼；及一功率接收元件，該功率接收元件在該金屬外殼上被佈置於該金屬外殼的一邊緣附近並且被配置成與在該金屬外殼被暴露給一外部產生的磁場時從該金屬外殼的該邊緣發出的一磁場耦合，以便無線地從該外部產生的磁場接收功率。
如請求項1之電子設備，進一步包括該等電子組件當中的一整流器電路，該整流器電路電連接到該功率接收元件並被配置成整流在該功率接收元件中感生的一電壓以產生無線收到功率。
如請求項1之電子設備，其中該功率接收元件被佈置於該金屬外殼的該邊緣的一側上。
如請求項3之電子設備，其中該金屬外殼的該邊緣在該金屬外殼的一頂部、底部或側面。
如請求項1之電子設備，其中該功率接收元件環繞該金屬外殼的一周邊。
如請求項5之電子設備，進一步包括一顯示器側以及該顯示器側上的一透明蓋體，其中該功率接收元件被佈置於該透明蓋體附近。
如請求項1之電子設備，其中該金屬外殼包括該金屬外殼的一周邊處的一切口，其中該金屬外殼的該邊緣的至少一部分位於該切口處。
如請求項7之電子設備，進一步包括被配置成用於無線通訊並穿過該金屬外殼的該切口暴露的一或多個天線。
如請求項1之電子設備，進一步包括被配置成磁耦合到該功率接收元件的一額外功率接收元件。
如請求項9之電子設備，其中該功率接收元件比該額外功率接收元件更靠近該金屬外殼的一周邊。
如請求項1之電子設備，其中該功率接收元件的一部分橫跨該金屬外殼的該邊緣。
一種用於無線功率傳輸的方法，包括以下步驟：在被配置成容納一電子設備的一金屬外殼中感生多數渦流；使用沿該金屬外殼的一周邊佈置的一功率接收元件來磁耦合到一磁場，該磁場在該金屬外殼的該周邊處回應於在該金屬外殼中感生的該等渦流而發出；及從回應於磁耦合到從該金屬外殼的該周邊發出的該磁場而在該功率接收元件中感生的一電壓中產生用於該電子設備的無線收到功率。
如請求項12之方法，進一步包括磁耦合到在該金屬外殼的該周邊從一邊緣發出的該磁場的通量線。
如請求項12之方法，其中該金屬外殼的該周邊在該金屬外殼的一頂部、底部或側面。
如請求項12之方法，進一步包括磁耦合到在該金屬外殼的一周圍周邊處發出的一磁場。
如請求項12之方法，進一步包括使用一額外功率接收元件來磁耦合到從該功率接收元件發出的一磁場。
如請求項16之方法，進一步包括調諧該額外功率接收元件以具有基本上等於用於感生該等渦流的一外部產生的磁場的一頻率的一諧振頻率。
如請求項12之方法，進一步包括用一外部產生的磁場來照射該金屬外殼以在該金屬外殼中感生該等渦流。
如請求項17之方法，進一步包括將該功率接收元件的一諧振頻率設為基本上等於該外部產生的磁場的一頻率。
如請求項17之方法，進一步包括以基本上等於該外部產生的磁場的一頻率的一頻率操作該功率接收元件。
如請求項12之方法，進一步包括整流在該功率接收元件中感生的該電壓以產生該無線收到功率。
一種用於無線功率傳輸的電子設備，包括：用於容納多數組件的裝置，該等組件構成該電子設備；用於磁耦合到一磁場的裝置，該磁場係回應於在該用於容納多數組件的裝置中感生的多數渦流而在該用於容納多數組件的裝置的一周邊處所發出的，該用於磁耦合的裝置被佈置在該用於容納的裝置的一邊緣附近；及用於從該用於磁耦合的裝置中產生無線收到功率的裝置。