WO2024104158A1 - 电子设备和无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种电子设备和无线充电系统，电子设备可以包括壳体、接收线圈、隔磁件和磁环。所述壳体包括下盖，所述下盖包括第一盖体和与所述第一盖体相对接的第二盖体。所述隔磁件设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧。所述接收线圈设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧，所述接收线圈贴合于所述隔磁件，所述接收线圈用于将所述无线充电器的发射线圈发射的交变场转换为交流电，并输送给电子设备充电。所述磁环设置于所述接收线圈的内侧和/或外侧，所述第二盖体远离所述无线充电器的一侧设有收容所述磁环的内腔。本申请可以减少电子设备在无线充电时的漏磁，并可以增强接收线圈与发射线圈之间耦合系数，提升充电效率。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年11月17日提交中国专利局、申请号为202211440922.5、申请名称为“电子设备和无线充电系统”的中国专利的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种电子设备和无线充电系统。
通常，电子设备的充电方式包括接触式充电和无线充电，无线充电方式使用方便，无火花及触点危险，因此无线充电成为未来电子设备的发展方向。
现有的电子设备中的接收线圈采用平面线圈，若电子设备(例如手表等穿戴设备)要实现心率检测功能，需要挖空电子设备的接收线圈中心的屏蔽材料，以为心率板预留位置。在充电场景下，电子设备的接收线圈的中心位置漏磁严重，造成耦合系数下降，电子设备内的金属部件上会形成涡流损耗，降低充电效率。
发明内容
本申请提供一种电子设备和无线充电系统。本申请可以避免电子设备在无线充电过程中的漏磁问题，提升无线充电效率。
第一方面，本申请的实施例提供一种电子设备，用于与无线充电器进行无线充电，包括壳体、接收线圈、隔磁件和磁环。所述壳体包括下盖，所述下盖包括第一盖体和与所述第一盖体相对接的第二盖体。所述隔磁件设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧。所述接收线圈设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧，所述接收线圈贴合于所述隔磁件，所述接收线圈用于将所述无线充电器的发射线圈发射的交变场转换为交流电，并输送给电子设备充电。所述磁环设置于所述接收线圈的内侧和/或外侧，所述第二盖体远离所述无线充电器的一侧设有收容所述磁环的内腔。
本申请实施例通过在所述接收线圈的内侧和/或外侧设置磁环，可以减小接收线圈与发射线圈之间的磁阻，提升接收线圈与发射线圈的耦合系数，这样可以避免电子设备在无线充电过程中的漏磁问题，提升无线充电效率。
作为一种可选地实现方式，所述接收线圈的截面为矩形。基于这样的设计，可以减小线圈厚度或面积，实现相同效率的无线充电功能。
作为一种可选地实现方式，所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧设有收容槽，所述收容槽用于收容所述接收线圈和所述隔磁件。
作为一种可选地实现方式，所述电子设备还包括心率板，所述第一盖体的中心位置设有空槽，所述心率板设置于所述空槽中。
作为一种可选地实现方式，所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧还设有限位部，所述限位部可以环绕所述空槽设置。基于这样的设计，可以对隔磁件、所述接收线圈和所述磁环起到限位和固定的作用。
作为一种可选地实现方式，所述隔磁件、所述接收线圈和所述磁环均套设于所述限位部。
作为一种可选地实现方式，所述接收线圈、所述隔磁件和所述磁环同轴设置。
作为一种可选地实现方式，所述电子设备还包括与所述无线充电器中的第一永磁体磁性相吸的第
一永磁体，所述第一永磁体收容于所述空槽中。这样可以使得接收线圈和发射线圈精准对位。
第二方面，本申请还提供一种无线充电系统，包括无线充电器和电子设备，所述无线充电器包括发射线圈；所述电子设备包括壳体、接收线圈、隔磁件和磁环；所述壳体包括下盖，所述下盖包括第一盖体和与所述第一盖体相对接的第二盖体；所述隔磁件设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧；所述接收线圈设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧，所述接收线圈贴合于所述隔磁件，所述接收线圈用于将所述无线充电器的发射线圈发射的交变场转换为交流电，并输送给电子设备充电；所述磁环设置于所述接收线圈的内侧和/或外侧，所述第二盖体远离所述无线充电器的一侧设有收容所述磁环的内腔。本申请的无线充电系统可以避免电子设备在无线充电过程中的漏磁问题，提升无线充电效率。
作为一种可选的实现方式，所述发射线圈和所述接收线圈的截面均为矩形。基于这样的设计，可以减小线圈厚度或面积，实现相同效率的无线充电功能。
作为一种可选的实现方式，所述电子设备为智能手表或智能手环。
本申请的电子设备和无线充电系统通过将接收线圈和磁环设置在底盖的凸起位置，这样可以增强接收线圈与发射线圈耦合系数，减少漏磁，可以提升充电效率。
图1为一种无线充电系统中电子设备的结构示意图。
图2为应用图1的无线充电系统的二维磁仿真图。
图3为本申请实施例提供的无线充电系统的应用环境图。
图4为本申请实施例提供的无线充电系统的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的无线充电系统的另一结构示意图。
图6为本申请实施例中的接收线圈模组的结构示意图。
图7为本申请实施例中的第一盖体的结构示意图。
图8为本申请实施例中的第一盖体与接收线圈模组的示意图。
图9为本申请实施例提供的第二盖体的结构示意图。
图10为本申请实施例提供的第二盖体的另一结构示意图。
图11为图4沿A-A线的剖面示意图。
图12为本申请实施例的接收线圈模组和磁环的结构示意图。
图13为应用本申请实施例的无线充电系统的二维磁仿真图。
图14为本申请实施例提供的线圈制作方法的流程示意图。
图15为本申请实施例提供的呈立体结构的线圈的示意图。
图16为本申请实施例提供的线圈示意图。
图17为图16沿B-B线的剖面示意图。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
随着无线技术的发展，无线充电日益成为一种更为便捷的充电趋势。相比于传统的电缆插拔式电
能传输技术，无线充电技术在进行无线电能传输的过程，由于其电源和负载之间不存在电缆的连接，因此更加安全、便捷和可靠。
随着无线充电在可穿戴设备上的逐渐普及，用户对其使用体验也提出了更高的要求。例如，在一种应用场景下，智能手表要实现心率检测功能，则需要挖空智能手表的接收线圈中心的屏蔽材料，这样可以为心率板预留位置。如图1所示，在一种可能的场景下，一种电子设备可以以交变磁场的形式接收无线充电器发送的电磁能量，并为自身充电。其中该电子设备可以包括隔磁件101和接收线圈102。所述接收线圈102可以设置于所述隔磁件101。所述接收线圈102和所述隔磁件101可以同轴设置。其中，为了实现改电子设备的心电监测等功能，所述接收线圈102的中心位置的隔磁材料被挖空，以为心率板预留位置。
上述场景中的电子设备与无线充电器进行无线充电时，接收线圈102的中心位置漏磁严重。如图2所示的二维磁仿真图，电子设备的接收线圈与无线充电器的发射线圈之间的耦合系数下降，漏磁在电子设备的金属部件上涡流损耗严重，降低充电效率，造成充电发热及充电时间变长。
针对上述场景中的问题，本申请提供一种电子设备和无线充电系统，可以避免电子设备在无线充电过程中的漏磁问题，有效提升充电效率。
请参阅图3，图3所示为本申请的一个实施例的无线充电系统300的示意图。
本实施例中，所述无线充电系统300可以包括电子设备100和无线充电器200。在该无线充电系统中，所述无线充电器200可以作为供电设备，所述电子设备100可以作为受电设备。可以理解，所述电子设备100可以但不限于为智能手表以及手环等小功率的可穿戴电子设备。
在图3所示的实施例中，以电子设备100为智能手表为例。其中，所述无线充电器200可以与直流电源连接，所述无线充电器200用于将该直流电源的能量以交变磁场的形式发送给所述电子设备100。
所述电子设备100用于以交变磁场的形式接收所述无线充电器200发送的电磁能量，并为自身充电。
请参阅图4和图5，为本申请的一个实施例的无线充电系统300的结构示意图。本实施例中的所述无线充电系统300可以包括电子设备100和无线充电器200。
所述无线充电器200可以包括发射线圈201和永磁体202。其中，所述永磁体202可以设置在所述发射线圈201的中心位置。
在一些可能的实现方式中，所述发射线圈201的首端和末端均可以延伸有导线，这样可以使得所述发射线圈201可以通过导线与所述无线充电器200的逆变电路(图中未示出)电连接。所述无线充电器200的逆变电路可以将直流电源输出的直流电逆变为交流电，所述发射线圈201可以将该交流电以交变磁场的形式发射出去。
基于这样的设计，所述发射线圈201可以和所述电子设备100中的接收线圈相配合，以实现磁电转换，进而可以给所述电子设备100的电池充电。
如图5所示，本实施例中的所述电子设备100可以包括壳体10、接收线圈模组20、磁环30、永磁体40和心率板50。
其中，所述接收线圈模组20、所述磁环30、永磁体40和心率板50均可以设置在所述电子设备100的内部。换而言之，所述接收线圈模组20、所述磁环30、永磁体40和心率板50均可以收容在所述电子设备100的所述壳体10内。
在具体的实现过程中，所述壳体10可以包括底盖11。所述接收线圈模组20、所述磁环30、所述永磁体40和所述心率板50均可以收容在所述底盖11内。所述壳体10还可以包括中框(图中未示出)。所述底盖11可以与所述中框的底部相对接。
所述壳体10还可以包括顶盖(图中未示出)，所述顶盖可以与所述中框的顶部相对接。其中，所述顶盖上可以设有与用户进行交互的交互界面。
所述底盖11可以包括第一盖体12和第二盖体14。所述第二盖体14设置在所述第一盖体12靠近所述无线充电器200的一侧。所述第一盖体12可以和所述第二盖体14相配合，以收容所述接收线圈模组20、所述磁环30、永磁体40和心率板50。
其中，所述接收线圈模组20可以包括接收线圈22和隔磁件24。
所述接收线圈22可以用于与所述无线充电器200内部的发射线圈相配合实现磁电转换，以给所述
电子设备100充电。
请一并参阅图6，本实施例中，所述接收线圈22可以为平面线圈。
在一种可能的实现方式中，所述接收线圈22可以为呈圆形状的平面线圈。可以理解，在其他的实现方式中，所述接收线圈22还可以为椭圆或者多边形等其他形状。对此本申请不作具体限定。
作为一种示例，所述接收线圈22可以由金属材质的线材环绕而成的圆形结构。所述接收线圈22的首端和末端均可以延伸有导线，这样使得接收线圈22与电子设备100的充电电路通过导线电性连接。举例说明，所述接收线圈22可以与接收芯片电连接，所述接收线圈22接收所述无线充电器200传输的能量并产生交流电，所述接收芯片将接收到的交流电进行整流转换，输出直流电给电子设备100的电池充电。
本申请的实施例中，所述发射线圈201和所述接收线圈22的横截面均呈矩形状或者正方形状。
所述隔磁件24可以设置在所述接收线圈22远离所述无线充电器200的一侧。示例性地，所述隔磁件24可以贴合于所述接收线圈22。所述磁环30可以设置在所述接收线圈22的内侧。
作为一种示例，所述隔磁件24可以由纳米晶隔磁材料制成。所述隔磁件24可以用于实现所述电子设备100的屏蔽功能。
举例说明，所述隔磁件24可以用于避免电子设备100与无线充电器200磁电转换时产生的磁场对电子设备其他元器件的干涉。
所述隔磁件30还可以用于实现所述电子设备100的聚磁效果。例如，所述隔磁件24可以使得磁场集中在所述接收线圈22与所述无线充电器200的发射线圈之间，这样可以提升耦合的效果，进而可以提高无线充电效率。
如图7所示，所述第一盖体12靠近所述无线充电器200的一侧可以设有收容槽121。本实施例中，所述接收线圈模组20可以收容在所述收容槽121内。可以理解，在一些其他的实施例中，所述第一盖体12靠近所述无线充电器200的一侧也可以不设置收容槽。
所述第一盖体12的中心位置可以设有空槽123，所述永磁体40和所述心率板50设置于所述空槽123中。
其中，所述永磁体40可以和所述永磁体202相互吸引，以使得所述电子设备100上的接收线圈22与所述无线充电器200上的发射线圈201精准定位。
可以理解，本申请实施例中，所述电子设备100可以通过所述心率板50实现心电监测等功能。
在一些可选的实现方式中，所述第一盖体12靠近所述无线充电器200的一侧还可以设有限位部124，所述限位部124可以环绕所述空槽123设置。
作为一种示例，所述限位部124可以为环形凸起结构。
本实施例中，所述隔磁件24可以收容在所述收容槽121内且套设于所述限位部124。所述接收线圈22可以贴合于所述隔磁件24且套设于所述限位部124。所述接收线圈22和所述隔磁件24可以同轴设置。可以理解，本实施例中的所述限位部124可以对所述接收线圈22和所述隔磁件24起到固定和限位的作用。
如图8所示，本实施例中，所述接收线圈22与所述限位部124之间可以设有间隙125。基于这样的结构设计，所述磁环30可以设置在所述接收线圈22的内侧且套设于所述限位部124。所述磁环30可以为铁氧体磁环。在一些实施例中，所述接收线圈22、所述隔磁件24和所述磁环30可以同轴设置。基于这种实现方式，可以减小接收线圈与发射线圈之间的磁阻，提升接收线圈与发射线圈的耦合系数。
可以理解，在另一种可能的实现方式中，所述磁环30还可以设置在所述接收线圈22的外侧。这种实现方式同样可以减小接收线圈与发射线圈之间的磁阻，达到提升接收线圈与发射线圈的耦合系数的效果。
可以理解，在另一种可能的实现方式中，所述接收线圈22的内侧和外侧均可以设置一个磁环30。
请参阅图9和图10，为本申请实施例的第二盖体14的结构示意图。
本实施例中，所述第二盖体14靠近所述无线充电器200的一侧可以设有凸出部141，这样有利于所述电子设备100接触到用户的身体部位，可以更加方便地采集用户的生理信息数据。
所述第二盖体14远离所述无线充电器200的一侧可以设有内腔142，所述内腔142可以对应于所述凸出部141。
可以理解，当所述磁环30设置在所述接收线圈22的内侧时，所述磁环30的至少一部分可以收容在所述内腔142中。
如图11和图12所示，当所述无线充电器200对所述电子设备100进行无线充电时，所述永磁体202和所述永磁体40之间的相互吸引，可以使得接收线圈22与发射线圈201精准定位。所述磁环30设置在所述接收线圈22的内侧，且所述磁环30的至少一部分收容在所述内腔142中，这样可以利用心率凸起位置来安装所述磁环30，可以充分利用所述电子设备100的心率凸起空间，不用增加电子设备的整机厚度。
请参阅图13，为本申请的无线充电系统的二维磁仿真结果图。
相较于图2所示的二维磁仿真图，如图13所示，本申请的无线充电系统通过利用心率凸起位置，在接收线圈22的内侧设置磁环30，可以减小接收线圈22和发射线圈201之间的磁阻，这样使得接收线圈22和发射线圈201的耦合系数可以大幅提升，相较于传统方案，本申请的无线充电系统的金属涡流损耗具有明显优化。
在一些可能的场景下，充电线圈(例如接收线圈和发射线圈)是由截面为圆形的漆包线绕制，圆形的漆包线对堆叠、排列后将会存在圆与圆相切点现象，即下一层线圈需要在上一层切点之间。在一定的线圈厚度内，圆形截面之外就形成了无法利用的无效区域。而且线圈的绕制工艺也限制了整体外形只能是圆形、矩形或椭圆型等具有外圆角的规则形状，不能做一些带内切圆角的异形线圈。
针对上述场景中的问题，本申请实施例可以通过对金属片材进行激光或蚀刻的加工，以制作接充电线圈。本申请的接收线圈和发射线圈的截面为矩形或正方形，相比截面为圆形的绕制线圈可以减小线圈厚度或面积，实现相同效率的无线充电功能。
本申请还提供了一种线圈制作方法。根据该线圈制作方法可以制作出如前文所述的接收线圈和发射线圈。因此前文中关于接收线圈和发射线圈的说明内容也可以用于解释本申请的线圈制作方法。
请参阅图14，为本申请的线圈制作方法的示例性流程图。如图14所示，本申请实施例的线圈制作方法可以包括如下步骤：
步骤S141：提供一金属片材。
本实施例中，所述金属片材可以为铜片。
步骤S142：清洗所述金属片材。
举例说明，本实施例中可以使用酸性溶液或碱性溶液对金属片材进行清洗。
步骤S143：将金属片材使用激光或者蚀刻成线圈图案。
以金属片材为铜材为例进行说明，采用激光或者蚀刻工艺将铜材加工为线圈图案，本实施例可以通过调整线圈的线宽和厚度及总长度，这样可以保证线圈圈数，同时还可以满足无线充电功能所需要的电阻值。举例说明，假设漆包铜线的线径为0.25毫米，其截面积为0.049平方毫米，本实施例使用金属片材线圈的线宽为0.33毫米，其厚度为0.15毫米，即可等效于绕制线圈的铜线截面积和线圈电阻值。
本实施例中的激光雕刻成型工艺或蚀刻工艺可以实现线圈的最小间隙。
以激光雕刻成型工艺为例进行说明，使用激光切割片材金属时，激光切口很窄，例如，使用激光可以切割0.15毫米厚度的紫铜箔，切口宽度最小可以为0.025毫米。其中，激光雕刻工艺可以先将金属片材冲压出特定的立体结构，可以先加工出带台阶或翻边的尾端，这样可以更好地适配不同产品的立体装配空间。
以金属蚀刻工艺为例进行说明，金属蚀刻工艺的实现过程为：首先可以在金属片材表面印刷感光油墨，然后再曝光显影形成线圈的图案，再进行化学腐蚀雕刻，从而得到线圈结构。以0.15毫米厚度的铜片为例，蚀刻槽最小宽度可以为0.10毫米，在金属片材的表面完成绝缘镀膜后，可以在平面治具的辅助下进行聚拢，将线圈两匝之间的间隙缩小直至为零，然后贴合带背胶的PET膜。
可以理解，经过激光或者蚀刻后得到的线圈形状可以实际需要进行灵活调整，例如，线圈形状还可以是圆形、方形、椭圆形等，对此本申请不作具体限定。
步骤S144：利用治具将线圈拉伸为立体结构。
在经过激光或者蚀刻工艺得到线圈之后，本实施例可以将线圈外圈和铜箔留两个或多个连接点，以利于固定线圈。如图15所示，本实施例还可以利用治具将线圈内圈抬高预设高度，将线圈相邻两匝
拉开预设距离，从而将线圈拉伸为一个呈立体结构的线圈105。此时，该线圈105不再呈现聚拢状态。
步骤S145：在拉伸成立体结构的线圈上涂覆绝缘漆。
本实施例中通过治具将线圈拉伸为立体结构的线圈，这样方便线圈喷涂或电镀绝缘漆。
步骤S146：烘烤线圈上的绝缘漆。
步骤S147：拆除治具，以将线圈定型为平面线圈或者弧面线圈。
在对线圈上的绝缘漆进行烘烤预设时间之后，本实施例可以通过拆除治具，以使得线圈恢复聚拢状态，以得到如图16所示的线圈106，该线圈106可以为平面线圈或者弧面线圈。常用的绝缘漆膜厚可以为0.015毫米，聚拢状态时的线圈相邻两匝间隙为零，相同面积内具有更多圈金属线圈，可以充分利用有限的充电面积。因此，根据上述线圈制作方法可以形成本申请实施例中所述的发射线圈201和接收线圈22。
如图17所示，所述线圈106的截面为矩形。相比于传统的圆形导线在绕制线圈时将会存在圆与圆相切点现象，即下一层线圈会在上一层切点之间，从图15可以看出，本申请的实施方式采用上述线圈制作方法得到截面为矩形的线圈，可以减小线圈厚度或面积，实现相同效率的无线充电功能。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。
Claims (11)
- 一种电子设备，用于与无线充电器进行无线充电，其特征在于，包括壳体、接收线圈、隔磁件和磁环；所述壳体包括下盖，所述下盖包括第一盖体和与所述第一盖体相对接的第二盖体；所述隔磁件设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧；所述接收线圈设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧，所述接收线圈贴合于所述隔磁件，所述接收线圈用于将所述无线充电器的发射线圈发射的交变场转换为交流电，并输送给电子设备充电；所述磁环设置于所述接收线圈的内侧和/或外侧，所述第二盖体远离所述无线充电器的一侧设有收容所述磁环的内腔。
- 根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述接收线圈的截面为矩形。
- 根据权利要求1或2所述的电子设备，其特征在于，所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧设有收容槽，所述收容槽用于收容所述接收线圈和所述隔磁件。
- 根据权利要求1-3任意一项所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括心率板，所述第一盖体的中心位置设有空槽，所述心率板设置于所述空槽中。
- 根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧还设有限位部，所述限位部可以环绕所述空槽设置。
- 根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，所述隔磁件、所述接收线圈和所述磁环均套设于所述限位部。
- 根据权利要求1-5任意一项所述的电子设备，其特征在于，所述接收线圈、所述隔磁件和所述磁环同轴设置。
- 根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括与所述无线充电器中的第一永磁体磁性相吸的第一永磁体，所述第一永磁体收容于所述空槽中。
- 一种无线充电系统，其特征在于，包括无线充电器和电子设备，所述无线充电器包括发射线圈；所述电子设备包括壳体、接收线圈、隔磁件和磁环；所述壳体包括下盖，所述下盖包括第一盖体和与所述第一盖体相对接的第二盖体；所述隔磁件设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧；所述接收线圈设置在所述第一盖体靠近所述无线充电器的一侧，所述接收线圈贴合于所述隔磁件，所述接收线圈用于将所述无线充电器的发射线圈发射的交变场转换为交流电，并输送给电子设备充电；所述磁环设置于所述接收线圈的内侧和/或外侧，所述第二盖体远离所述无线充电器的一侧设有收容所述磁环的内腔。
- 根据权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈和所述接收线圈的截面均为矩形。
- 根据权利要求9或10所述的无线充电系统，其特征在于，所述电子设备为智能手表或智能手环。
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| US20120098484A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-04-26 | Sae Magnetics (H.K.) Ltd. | Wireless charging system, battery with wireless charging function and electronic devices with the same |
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2023
- 2023-10-31 WO PCT/CN2023/128691 patent/WO2024104158A1/zh unknown
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Also Published As
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