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CN108684208A - 具有调谐金属体的电子设备中的无线功率传输 - Google Patents

具有调谐金属体的电子设备中的无线功率传输 Download PDF

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CN108684208A
CN108684208A CN201780008384.3A CN201780008384A CN108684208A CN 108684208 A CN108684208 A CN 108684208A CN 201780008384 A CN201780008384 A CN 201780008384A CN 108684208 A CN108684208 A CN 108684208A
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CN
China
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magnetic field
power
circuit
magnetically coupled
metal part
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CN201780008384.3A
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郑胜宪
C·E·惠特利
F·卡罗博兰特
M·怀特二世
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Original Assignee
Qualcomm Inc
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Abstract

电子装置可以包括被配置为磁耦合到第一磁场的导电体。第一调谐元件可以被连接到导电体。导电线圈可以围绕由导电体限定的开口缠绕，并且被配置为磁耦合到第二磁场。

Description

具有调谐金属体的电子设备中的无线功率传输
技术领域
本公开涉及无线功率传输，并且具体地涉及具有调谐金属体的电子设备中的无线功率传输。
背景技术
无线功率传输是在诸如移动电话、计算机平板电脑等便携式电子设备中越来越受欢迎的功能，因为这种设备通常需要较长的电池寿命和较低的电池重量。在不使用电线的情况下为电子设备供电的能力为便携式电子设备的用户提供了便利的解决方案。例如，无线功率充电系统可以允许用户在没有物理连接、电连接的情况下对电子设备充电和/或供电，因此减少了操作电子设备所需的组件数量并简化了电子设备的使用。
由于消费者电子设备中的有限电源，无线功率传输允许制造商针对问题开发创造性的解决方案。无线功率传输可以降低总体成本(对于用户和制造商两者而言)，因为诸如功率适配器和充电线之类的传统充电硬件可以被消除。在工业设计和支持从移动手持设备到计算机笔记本电脑的宽范围的设备方面，在构成无线功率发送器和/或无线功率接收器的组件(例如，磁线圈、充电板等)中具有不同尺寸和形状的灵活性。
发明内容
根据本公开的方面，一种用于无线功率传输的电子装置可以包括导电体，该导电体被配置为磁耦合到第一磁场。第一调谐元件可以被电连接到导电体。导电线圈可以围绕由导电体限定的开口缠绕；导电线圈可以被配置为磁耦合到第二磁场。
在一些实施例中，电子装置可以进一步包括被电连接到导电线圈的第二调谐元件。第一调谐元件和第二调谐元件各自可以包括一个或多个电容器。第一调谐元件和第二调谐元件中的任一个或两者可以进一步包括一个或多个电感器。
在一些实施例中，第一磁场可以是由无线功率发送器生成的外部生成的磁场，并且导电体响应于被耦合到外部生成的磁场而生成第二磁场。电子装置可以进一步包括被连接到导电线圈的整流器。整流器可以被配置为对导电线圈中感应的电流进行整流，以向包括该装置的电子器件提供功率。
在一些实施例中，第二磁场可以是外部生成的磁场，并且导电线圈可以响应于被耦合到外部生成的磁场而生成第一磁场。电子装置可以进一步包括被连接到导电体的整流器。整流器可以被配置为对导电体中感应的电流进行整流，以向包括该装置的电子器件提供功率。
在一些实施例中，电子装置可以进一步包括印刷电路板，其上设置有第一调谐元件。连接器可以将第一调谐元件电连接到导电体。
在一些实施例中，电子装置可以进一步包括印刷电路板。导电线圈可以被设置在导电体和印刷电路板之间。电子装置可以进一步包括被设置在导电线圈和印刷电路板之间的铁氧体材料。
在一些实施例中，第一调谐元件和导电体可以构成具有由第一调谐元件限定的谐振频率的电路。电子装置可以进一步包括被电连接到导电线圈的第二调谐元件，以限定具有与包括第一调谐元件和导电体的电路的谐振频率基本上相等的谐振频率的电路。在一些实施例中，第二调谐元件可以被电连接到导电线圈，以限定具有与包括第一调谐元件和导电体的电路的谐振频率不同的谐振频率的电路。
在一些实施例中，电子装置可以进一步包括金属外壳，该金属外壳被配置为容纳电子器件。金属外壳可以包括导电体。
在一些实施例中，电子装置可以进一步包括非金属外壳，该非金属外壳被配置为容纳包括该装置的电子器件。导电体和导电线圈可以被容纳在外壳内。
在一些实施例中，该装置是可穿戴电子设备。
根据本公开的方面，一种用于向电子设备的无线功率传输的方法可以包括将外部生成的磁场磁耦合到导电结构，以产生从导电结构发出的感应磁场，该导电结构包括用于电子设备的壳体。感应磁场可以被磁耦合到功率接收元件以在功率接收元件中感应电流。功率接收元件可以与导电结构电隔离。可以从在功率接收元件中感应的电流产生功率。
在一些实施例中，包括导电结构的电路的谐振频率基本上等于外部生成的磁场的频率。
在一些实施例中，包括功率接收元件的电路的谐振频率基本上等于外部生成的磁场的频率。
在一些实施例中，将外部生成的磁场磁耦合到导电结构可以包括：在第一电路中感应电流，该第一电路包括被电连接到第一调谐元件的导电体。将感应磁场磁耦合到功率接收元件可以包括：在第二电路中感应电流，该第二电路包括被电连接到第二调谐元件的导电线圈。第一电路和第二电路中的任一个或两者的谐振频率基本上等于外部生成的磁场的频率。
在一些实施例中，产生功率可以包括：对在功率接收元件中感应的电流进行整流。
根据本公开的方面，电子装置可以包括壳体，该壳体被配置为封闭包括该装置的电子组件。壳体可以包括金属部分。第一调谐元件可以被连接到壳体的金属部分。壳体的金属部分可以具有响应于被磁耦合到外部生成的磁场而允许电流的流动在其中被感应的形状。响应于该电流的流动，感应磁场可以从金属部分发出。该装置可以包括导电线圈。响应于被磁耦合到感应磁场，电流的流动可以在导电线圈中被感应，以在导电线圈中产生电流。整流器可以被配置为对在导电结构中感应的电流进行整流以向负载提供功率。
在一些实施例中，壳体的金属部分可以限定穿过其中的开口，并且限定从开口到金属部分的周边的槽。
在一些实施例中，整流器可以被电连接到导电线圈。
在一些实施例中，第一调谐元件和壳体的金属部分可以限定与由第二调谐元件和导电线圈限定的谐振频率基本上相等的谐振频率。
在一些实施例中，第一调谐元件和壳体的金属部分可以限定与由第二调谐元件和导电线圈限定的谐振频率不同的谐振频率。
根据本公开的方面，用于在电子设备中无线接收功率的装置可以包括用于容纳电子设备的电子器件的部件。用于容纳的部件可以具有金属部分，该金属部分包括用于磁耦合到外部生成的磁场以产生感应磁场的部件，该感应磁场从用于磁耦合到外部生成的磁场的部件发出。用于磁耦合到外部生成的磁场的部件被电连接到用于调谐用于磁耦合到外部生成的磁场的部件以在谐振频率下谐振的部件。该装置进一步包括用于磁耦合到感应磁场以感应电流的部件。用于磁耦合到感应磁场的部件与用于磁耦合到外部生成的磁场的部件电隔离。该装置进一步包括用于从用于磁耦合到感应磁场的第二部件中感应的电流产生功率的部件。
在一些实施例中，用于磁耦合到外部生成的磁场的部件和用于磁耦合到感应磁场的部件中的任一个或两者具有基本上等于外部生成的磁场的频率的谐振频率。
在一些实施例中，用于磁耦合到感应磁场的部件包括导电线圈。
以下详细描述和附图提供对本公开的本质和优点的更好理解。
附图说明
关于以下讨论，特别是附图，应该强调的是，所示的细节表示用于说明性讨论的示例，并且在提供本公开的原理和概念方面的描述的原因中被呈现。在这方面，没有试图被做出以显示超出对本公开的基本理解所需的实现细节。以下结合附图进行的讨论使得本领域技术人员明白根据本公开的实施例可以如何被实施。类似或相同的附图标记可以被用来标识或以其他方式指代各种附图和支持描述中的相似或相同的元件。在附图中：
图1是根据说明性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图2是根据说明性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图3是根据说明性实施例的包括功率发送或接收元件的图2的发送电路或接收电路的一部分的示意图。
图4A和图4B示出了根据本公开的背部外壳。
图5和图5A示出了根据本公开的实施例的细节。
图6示出了根据本公开的实施例中的涡旋电流。
图6A示出了图6中作为三线圈耦合配置示出的布置。
图7示出了根据本公开的实施例的特定实现。
图8和图8A示出了根据本公开的替代实施例。
图9和图9A示出了根据本公开的可穿戴实施例的细节。
图10示出了根据本公开的便携式计算机实施例的细节。
图11A和图11B示出了根据本公开的实施例的细节。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，许多示例和具体细节被阐述，以便提供对本公开的透彻理解。如同权利要求中所表达的公开内容可以包括这些示例中的一些或全部特征，单独地或与下面描述的其他特征组合，并且可以进一步包括本文所描述的特征和概念的修改和等同物。
无线功率传输可以指在不使用物理电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其他相关联的任何形式的能量从发送器传输到接收器(例如，功率可以通过自由空间被传输)。被输出到无线场(例如，磁场或电磁场)的功率可以由“功率接收元件”接收、捕获或耦合以实现功率传输。
图1是根据说明性实施例的无线功率传输系统100的功能框图。输入功率102可以从电源(在该图中未示出)被提供给发送器104，以生成用于执行能量传输的无线(例如，磁或电磁)场105。接收器108可以耦合到无线场105并且生成输出功率110，用于由被耦合到输出功率110的设备(在该图中未示出)存储或消耗。发送器104和接收器108可以被分开距离112。发送器104可以包括用于将能量发送/耦合到接收器108的功率发送元件114。接收器108可以包括功率接收元件118，用于接收或捕获/耦合从发送器104发送的能量。
在一个说明性实施例中，发送器104和接收器108可以根据相互谐振关系来配置。当接收器108的谐振频率和发送器104的谐振频率基本上相同或非常接近时，发送器104和接收器108之间的传输损耗被减小。这样，无线功率传输可以在更大距离上被提供。因此，谐振电感耦合技术可以允许在各种距离上的以及利用各种感应功率发送和接收元件配置的提高的效率和功率传输。
在某些实施例中，无线场105可以对应于发送器104的“近场”。近场可以对应于其中存在由功率发送元件114中的电流和电荷产生的强反应场的区域，该电流和电荷最小地将功率辐射远离功率发送元件114。近场可以对应于在功率发送元件114的大约一个波长(或其一部分)内的区域。
在某些实施例中，通过将无线场105中的大部分能量耦合到功率接收元件118而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，有效的能量传输可以发生。
在某些实现中，发送器104可以输出具有与功率发送元件114的谐振频率对应的频率的时变磁(或电磁)场105。当接收器108在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在功率接收元件118中感应电流。如上所述，如果功率接收元件118被配置作为谐振电路以在功率发送元件114的频率下谐振，则能量可以被有效地传输。在功率接收元件118中感应的交流(AC)信号可以被整流以产生可以被提供以对负载充电或给负载供电的直流(DC)信号。
图2是根据另一说明性实施例的无线功率传输系统200的功能框图。系统200可以包括发送器204和接收器208。发送器204(本文中也称为功率传输单元，PTU)可以包括发送电路206，发送电路206可以包括振荡器222、驱动器电路224和前端电路226。振荡器222可以被配置为生成期望频率的振荡器信号，该振荡器信号可以响应于频率控制信号223而调整。振荡器222可以将振荡器信号提供给驱动器电路224。驱动器电路224可以被配置为基于输入电压信号(VD)225以例如功率发送元件214的谐振频率来驱动功率发送元件214。驱动器电路224可以是开关放大器，该开关放大器被配置为从振荡器222接收方波并输出正弦波。
前端电路226可以包括滤波器电路，该滤波器电路被配置为滤除谐波或其他不想要的频率。前端电路226可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将发送器204的阻抗与功率发送元件214的阻抗相匹配。如下面将被更详细解释，前端电路226可以包括调谐电路，以与功率发送元件214一起形成谐振电路。作为驱动功率发送元件214的结果，功率发送元件214可以生成无线场205，以无线方式输出足以为电池236充电、或以其他方式为负载供电的电平。
发送器204可以进一步包括控制器240，控制器240可操作地被耦合到发送电路206并且被配置为控制发送电路206的一个或多个方面，或者完成与管理功率传输相关的其他操作。控制器240可以是微控制器或处理器。控制器240可以被实现为专用集成电路(ASIC)。控制器240可以直接或间接地可操作地被连接到发送电路206的每个组件。控制器240可以进一步被配置为从发送电路206的每个组件接收信息，并基于接收的信息执行计算。控制器240可以被配置为针对每个组件生成可以调整该组件的操作的控制信号(例如，信号223)。这样，控制器240可以被配置为基于由其执行的操作的结果来调整或管理功率传输。发送器204可以进一步包括存储器(未示出)，其被配置为存储数据，例如，诸如用于使控制器240执行诸如那些与无线功率传输的管理有关的功能的特定功能的指令。
接收器208(本文中也称为功率接收单元PRU)可以包括接收电路210，其可以包括前端电路232和整流器电路234。前端电路232可以包括匹配电路，该匹配电路被配置为将接收电路210的阻抗与功率接收元件218的阻抗相匹配。如下面将被解释，前端电路232可以进一步包括调谐电路，以与功率接收元件218形成谐振电路。整流器电路234可以从AC功率输入生成DC功率输出以对电池236充电，如图2所示。接收器208和发送器204可以附加地在单独的通信信道219(例如，蓝牙，Zigbee，蜂窝等)上通信。备选地，接收器208和发送器204可以使用无线场205的特性经由带内信令进行通信。
接收器208可以被配置为确定由发送器204发送并且由接收器208接收的功率量是否适合于对电池236充电。在某些实施例中，发送器204可以被配置为生成主要为非辐射的场，其具有用于提供能量传输的直接场耦合系数(k)。接收器208可以直接耦合到无线场205并且可以生成输出功率，用于由被耦合到输出或接收电路210的电池(或负载)236的存储或消耗。
接收器208可以进一步包括控制器250，其被配置为与如上所述的发送控制器240类似，用于管理无线功率接收器208的一个或多个方面。接收器208可以进一步包括存储器(未示出)，其被配置为存储数据，例如，诸如用于使控制器250执行诸如那些与无线功率传输的管理有关的功能的特定功能的指令。
如上所述，发送器204和接收器208可以被分开一定距离，并且可以根据相互谐振关系来配置，以最小化发送器204和接收器208之间的传输损耗。
图3是根据说明性实施例的图2的发送电路206或接收电路210的一部分的示意图。如图3所示，发送或接收电路350可以包括功率发送或接收元件352和调谐电路360。功率发送或接收元件352还可以被称为或被配置为天线或“环”天线。术语“天线”通常是指可以无线地输出或接收用于耦合到另一天线的能量的组件。功率发送或接收元件352在本文中也可以被称为“磁”天线，或感应线圈、谐振器或谐振器的一部分。功率发送或接收元件352还可以被称为被配置为无线地输出或接收功率的类型的线圈或谐振器。如本文所使用，功率发送或接收元件352是被配置为无线地输出和/或接收功率的类型的“功率传输组件”的示例。功率发送或接收元件352可以包括空气芯或物理芯，例如铁氧体磁芯(在该图中未被示出)。
当功率发送或接收元件352被配置作为具有调谐电路360的谐振电路或谐振器时，功率发送或接收元件352的谐振频率可以基于电感和电容。电感可以简单地是由形成功率发送或接收元件352的线圈和/或其他电感器产生的电感。电容(例如，电容器)可以由调谐电路360提供以期望的谐振频率产生谐振结构。作为非限制性示例，调谐电路360可以包括电容器354和电容器356，其可以被添加到发送和/或接收电路350以创建谐振电路。
调谐电路360可以包括其他组件以与功率发送或接收元件352形成谐振电路。作为另一个非限制性示例，调谐电路360可以包括被并联放置在电路350的两个端子之间的电容器(未示出)。还有其他设计是可能的。在一些实施例中，前端电路226中的调谐电路可以具有与前端电路232中的调谐电路相同的设计(例如，360)。在其他实施例中，前端电路226可以使用与前端电路232不同的调谐电路设计。
对于功率发送元件，具有基本上与功率发送或接收元件352的谐振频率相对应的频率的信号358可以是对功率发送或接收元件352的输入。对于功率接收元件，具有基本上与功率发送或接收元件352的谐振频率相对应的频率的信号358可以是来自功率发送或接收元件352的输出。虽然本文所公开的方面通常可以涉及谐振无线功率传输，但是本文所公开的方面可以被用在针对无线功率传输的非谐振实现中。
图4A和图4B示出了根据本公开的电子设备40(例如，智能电话、计算机平板电脑、膝上型电脑等)的示例。电子设备40可以包括背部外壳(壳体)400，以容纳包括电子设备40的电子器件(未被示出)。在一些实施例中，背部外壳400可以是金属的(金属后盖)。在一些实施例中，背部外壳400可以分成几个金属部分402a、402、402b。部分402a和402可以被间隔开以限定空间或间隙404。通信天线(未被示出)可以相对于间隙404被对准，以实现通信信号的发送和接收。类似地，部分402和402b可以被间隔开以限定空间或间隙406以用于附加的通信天线(未被示出)。
金属部分402可以包括导电体(结构)，其被形成为限定背部外壳400的一部分。根据本发明，金属部分402可以具有开环412的形状以限定功率接收元件。例如，图4B示出了金属部分402可以限定通过金属部分402形成的开口408。例如，开口408可以被用于保持相机的镜头(未被示出)。槽410通过金属部分402来限定并形成，并且在开口408和金属部分402的周边处的边缘之间的延伸可以限定开环412。电流422表示涡流的流动，这将在下面被解释。
图5是示出了根据本公开的方面的金属部分402的附加细节的示意图。在一些实施例中，例如，金属部分402可以被电连接到电容器C1，从而创建电路512。如图5所示，例如，由于金属部分402被形成为开环412的形状(图4B)，金属部分402可以被模拟为与电感Lmodel串联连接的电阻Rmodel。电容器C1完成电路512。
在一些实施例中，功率接收元件502可以由围绕开口408缠绕的导电材料的多匝线圈限定。功率接收元件502可以被固定到金属部分402的内表面或另外被设置为紧邻金属部分402的内表面。在一些实施例中，功率接收元件502可以被连接到电容器C2。应当理解，在各种实施例中，其他电路或电路元件可以代替电容器C2。在一些实施例中(未被示出)，电容器C2可以被省略。
在一些实施例中，用于整流的部件可以被连接到功率接收元件502。例如，整流器504可以被连接到功率接收元件502和电容器C2的组合，以限定与电路512电分离的电路。整流器504可以是用于对功率接收元件502中的交流(AC)信号进行整流以产生直流(DC)输出电压Vout(DC功率)的任何合适的设计。输出电压Vout可以被提供给电子设备(40，图4A)中的负载(例如，设备电子器件)506。
在一些实施例中，包括功率接收元件502的导电材料线圈可以围绕与开口408与开口408相邻地缠绕。在其他实施例中，功率接收元件502可以围绕较大的周长以包围比开口408更大的区域。例如，图5A示出了功率接收元件502可以围绕金属部分402的周界缠绕。应当理解，在其他实施例中，功率接收元件502的周界可以位于开口408和金属部分402的周界之间的任何位置。
参考图6，在操作中，当金属部分402被暴露于外部生成的磁场时(例如，图1中所示的无线功率传输系统100的无线场105)，金属部分402可以耦合到外部生成的磁场，并且响应于耦合，电流(例如，涡电流)可以在金属部分402中被感应。该电流在图中示意性地被表示为电路512中的电流602。出于比较目的，图4B示出了当电容器C1被省略时感应电流422如何在金属部分402中流动。
回想金属部分402可以被模拟为电阻Rmodel和电感Lmodel的串联连接，与电感Lmodel串联连接的电容器C1可以抵消或至少显著地减小由电感Lmodel呈现的电抗。原则上，如果电容器C1的电容被正确选择，那么Lmodel和C1的电抗分量(分别为jωLmodel和1/jωC1)将相互抵消，留下纯电阻分量，即Rmodel。取消或至少显著减小电路512中的电抗分量可以增加在金属部分402中感应的电流602，并因此增加无线功率传输。
在金属部分402中感应的电流602又可以创建从金属部分402发出的磁场(感应的磁场)，其在图6中由阴影区域604示意性地表示。因此，金属部分402可以用作生成磁场的部件，即感应的磁场604。功率接收元件502又可以耦合到感应的磁场604，导致功率接收元件502中的电流606。因此，功率接收元件502可以用作用于产生电流606的部件。
在功率接收元件502中感应的电流606可以使用合适的整流器(例如，整流器504)来整流，以产生DC电压Vout，该DC电压Vout可以被用来为负载506(例如，设备电子器件、电池等)供电。相应地，被适当选择的电容器C1可以使得金属部分402中的感应的电流602最大化，该电流602又可以使得可以通过功率接收元件502被耦合的感应的磁场604最大化。
根据本公开，金属部分402的谐振频率可以通过适当选择电容器C1的电容来被调谐(“调谐”金属部分402)，以设定电路512的谐振频率。在谐振时，电抗分量Lmodel和C1基本上在特定频率处抵消。同样地，功率接收元件502的谐振频率可以通过适当选择电容器C2的电容来被调谐，以设定包括功率接收元件502的电路的谐振频率。
参考图6A，根据本公开，从发送线圈(例如，在图1的功率发送元件114中)到功率接收元件502的功率传输(例如，递送的功率量和递送效率)可以通过改变发送线圈和金属部分402之间的互感M1(并因此改变耦合)和/或通过改变金属部分402和功率接收元件502之间的互感M2来被控制。例如，通过使发送线圈和金属部分402之间的互感M1以及金属部分402和功率接收元件502之间的互感M2两者最大化，发送线圈和功率接收元件502之间的耦合可以被最大化以用于功率传输。通过将金属部分402和功率接收元件502的谐振频率设定为基本上等于由发送线圈生成的外部生成的磁场的频率，最大互感可以被实现。
在一些情况下，小于最大功率传输可能是期望的。功率传输的程度可以通过降低互感来控制。例如，金属部分402的谐振频率可以被设置为与外部生成的磁场的频率不同的频率(被称为“偏离谐振”)，以减小发送线圈和金属部分402之间的互感M1，同时使功率接收元件502的谐振频率基本上等于外部生成的磁场的频率。减小发送线圈和金属部分402之间的互感M1可以具有减小从发送线圈到功率接收元件502的功率传输的总体效果。相反地，金属部分402的谐振频率可以保持基本上等于外部生成的磁场的频率，而功率接收元件502的谐振频率可以设置为与外部生成的磁场的频率不同的频率，以减小金属部分402和功率接收元件502之间的互感M2。在一些实施例中，发送线圈和金属部分402之间的互感M1以及金属部分402和功率接收元件502之间的互感M2两者可以被减小，例如，通过将金属部分402和功率接收元件502两者调谐为相对于外部生成的磁场的频率偏离谐振。
重新参考图5、图5A和图6，示意性的表示描绘了被电连接到金属部分402的电容器C1。在一些实施例中，电容器C1可以被直接连接(例如，被焊接)到金属部分402。在其他实施例中，将电容器C1直接附接到金属部分402可能不实际。因此，图7示出了根据本公开的其他实施例使用电容器C1来调谐金属部分402的特定实现的示例。调谐元件712可以被设置在包括电子设备(例如，图4A的40)的设备电子器件的印刷电路板(PCB)702上。被附接到PCB 702以及被连接到调谐元件712的连接器714(例如，弹簧针)可以从调谐元件712延伸，以与被形成在金属部分402上的接触点716电接触，因此，将调谐元件712电连接到金属部分402。
在各种实施例中，调谐元件712可以是任何合适的电路或电路元件。在一些实施例中，例如，调谐元件712可以是电容器，诸如电容器C1(图5)。在其他实施例中，调谐元件712可以包括可变电容器，包括串联电容器、并联电容器的电容器网络等。如上所述，金属部分402借助于其环形412(图4B)来具有与其相关联的电感Lmodel(图5)。在一些实施例中，金属部分402的电感可以被改变。相应地，在一些实施例中，调谐元件712可以包括一个或多个电感元件以增加或减少由金属部分402和调谐元件712所呈现的总电感。
根据本公开，金属部分402和功率接收元件502的作用可以被颠倒。参考图8，例如，在一些实施例中，金属部分402可以用作功率接收元件802。整流器814可以被连接到金属部分402以限定电路812。在一些实施例中，调谐电容器C1(或其他调谐电路)可以被添加到电路812，例如，以对电路812的谐振频率进行调谐。用于生成磁场的部件可以包括围绕开口408缠绕的导电材料的线圈804。电容器C2可以被连接到线圈804，以调谐由线圈804和电容器C2限定的电路的谐振频率。
如上所述，从发送线圈(例如，图1的功率发送元件114)到功率接收元件802的功率传输可以通过控制发送线圈和功率接收元件802之间的互感和/或功率接收元件802和线圈804之间的互感来被控制。例如，功率接收元件802可以被调谐(例如，通过调谐C1)以相对于由发送线圈生成的外部磁场的频率而谐振或偏离谐振，以便改变发送线圈和功率接收元件802之间的互感。同样，线圈804可以被调谐(例如，通过调谐C2)以相对于外部磁场的频率而谐振或偏离谐振，以便改变功率接收元件802和线圈804之间的互感。
参考图8A，在其他实施例中，线圈804可以被省略，仅留下包括(使用金属部分402来实现的)功率接收元件802以及电容器C1和整流器814的谐振电路812。
参考图9和图9A，根据本公开的实施例可以包括可穿戴电子设备。在一些实施例中，例如，可穿戴电子设备90可以包括被连接到紧固件94的设备主体92。可穿戴电子设备90可以是智能手表、健身监测设备等。
设备主体92可以包括金属部分902。金属部分902可以具有限定中心开口908和槽910的开环形状，槽910连接开口908和金属部分902的周边。电容器C1可以被连接到金属部分902以限定通过电容器C1调谐的电路。设备主体92可以包括围绕开口908缠绕的功率接收元件(例如，线圈)912。功率接收元件912可以被连接到电容器C2(例如，用以调谐功率接收元件912)，以及被连接到整流器904，以当被暴露于外部生成的磁场时，使用在功率接收元件912中感应的电流来产生DC电压Vout。
在一些实施例中，金属部分902可以用作容纳包括可穿戴电子设备90的设备电子器件(未示出)的壳体。参考图9A，在其他实施例中，可穿戴电子设备91可以包括设备主体93，设备主体93可以包括非金属壳体96以容纳金属部分902和功率接收元件912。
如上所述，从发送线圈(例如，图1的功率发送元件114)到功率接收元件912的功率传输可以通过控制发送线圈和功率接收元件912之间的互感和/或功率接收元件912和金属部分902之间的互感来被控制。例如，功率接收元件912可以被调谐(例如，通过调谐C2)以相对于由发送线圈生成的外部磁场的频率而谐振或偏离谐振，以便改变发送线圈和功率接收元件912之间的互感。同样，金属部分902可以被调谐(例如，通过调谐C1)以相对于外部磁场的频率而谐振或偏离谐振，以便改变功率接收元件912和金属部分902之间的互感。
参考图10，根据本公开的实施例可以包括便携式计算机；例如，膝上型计算机，计算机平板电脑等。在一些实施例中，例如，便携式计算机10可以包括用以容纳显示器1004和设备电子器件(例如，电路、电池等)1006的前部外壳1002和背部外壳1008、以及无线功率接收器1010。背部外壳1008可以是非金属材料，以便不干扰无线功率接收功能。根据本公开的无线功率接收器1010的细节现在将被描述。
图11A和图11B是显示根据本公开的实施例的无线功率接收器1010的细节的示意图。无线功率接收器1010可以包括金属部分1102，金属部分1102具有限定开口1108和槽1110的开环形状，槽1110在开口1108和金属部分1102的周边之间延伸。功率接收元件(例如，线圈)1112可以围绕开口1108缠绕。整流器1104可以被连接到功率接收元件1112，以响应于外部生成的磁场而从功率接收元件1112中可以出现的电流来产生DC电压Vout。
铁氧体层1122可以被设置在功率接收元件1112和设备电子器件1006之间，以便防止可以由功率接收器1010生成的磁场耦合到设备电子器件1006。铁氧体层1122在图11B中被省略以更清晰地示出金属部分1102的细节。
电容器C1可以被用于调谐金属部分1102以与外部生成的磁场谐振或者与外部生成的磁场不谐振，以便改变金属部分1102和发送线圈之间的互感。类似地，电容器C2可以被用于调谐功率接收元件1112以与外部生成的磁场谐振或者与外部生成的磁场不谐振，以便改变功率接收元件1112和金属部分1102之间的互感。
根据本公开的实施例，功率接收器1010可以具有比图10中所示的便携式计算机10的面积更小的面积。在一些实施例中，功率接收器1010的面积可以小于便携式计算机10的面积的50％。由于调谐的金属部分1102的放大效应，线圈1112可以更强地耦合到外部生成的磁场，并且因此与不使用诸如调谐的金属部分1112的放大元件的无线功率传输系统相比，实现了更大的功率传输。相应地，与较大的无线功率传输系统相比，功率接收器1010可以更小并且仍然实现类似的功率传输。
以上描述示出了本公开的各种实施例以及特定实施例的各方面可以如何被实现的示例。以上示例不应该被视为唯一的实施例，并且被呈现以说明由所附权利要求书限定的特定实施例的灵活性和优点。基于以上公开内容和下面的权利要求书，其他布置、实施例、实现和等同物可以在不脱离由权利要求书所限定的本公开的范围的情况下被采用。

Claims (30)

1.一种用于无线功率传输的电子装置，所述装置包括：
导电体，被配置为磁耦合到第一磁场；
第一调谐元件，被电连接到所述导电体；以及
导电线圈，围绕由所述导电体限定的开口缠绕，所述导电线圈被配置为磁耦合到第二磁场。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被电连接到所述导电线圈的第二调谐元件。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一调谐元件和所述第二调谐元件中的每个调谐元件包括一个或多个电容器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一调谐元件和所述第二调谐元件中的任一个或两者包括一个或多个电感器。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一磁场是由无线功率发送器生成的外部生成的磁场，并且所述导电体被配置为响应于被耦合到所述外部生成的磁场而生成所述第二磁场。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括被连接到所述导电线圈的整流器，所述整流器被配置为对所述导电线圈中感应的电流进行整流，以向包括所述装置的电子器件提供功率。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二磁场是外部生成的磁场，并且所述导电线圈被配置为响应于被耦合到所述外部生成的磁场而生成所述第一磁场，所述装置进一步包括被连接到所述导电体的整流器，所述整流器被配置为对所述导电体中感应的电流进行整流，以向包括所述装置的电子器件提供功率。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
印刷电路板，其上设置有所述第一调谐元件；以及
连接器，将所述第一调谐元件电连接到所述导电体。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括印刷电路板，所述导电线圈被设置在所述导电体和所述印刷电路板之间。
10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括被设置在所述导电线圈和所述印刷电路板之间的铁氧体材料。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一调谐元件和所述导电体构成具有由所述第一调谐元件限定的谐振频率的电路。
12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括第二调谐元件，所述第二调谐元件被电连接到所述导电线圈，以限定具有与包括所述第一调谐元件和所述导电体的所述电路的所述谐振频率基本上相等的谐振频率的电路。
13.根据权利要求11所述的装置，进一步包括第二调谐元件，所述第二调谐元件被电连接到所述导电线圈，以限定具有与包括所述第一调谐元件和所述导电体的所述电路的所述谐振频率不同的谐振频率的电路。
14.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被配置为容纳电子器件的金属外壳，所述金属外壳包括所述导电体。
15.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被配置为容纳包括所述装置的电子器件的非金属外壳，所述导电体和所述导电线圈被容纳在所述外壳内。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是可穿戴电子设备。
17.一种用于向电子设备的无线功率传输的方法，所述方法包括：
经由导电结构磁耦合到外部生成的磁场，以产生从所述导电结构发出的感应磁场，所述导电结构包括用于所述电子设备的壳体；
经由功率接收元件磁耦合到所述感应磁场以在所述功率接收元件中感应电流，所述功率接收元件与所述导电结构电隔离；以及
从所述功率接收元件中感应的所述电流产生功率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中包括所述导电结构的电路的谐振频率基本上等于所述外部生成的磁场的频率。
19.根据权利要求17所述的方法，其中包括所述功率接收元件的电路的谐振频率基本上等于所述外部生成的磁场的频率。
20.根据权利要求17所述的方法，其中经由所述导电结构磁耦合到所述外部生成的磁场包括：在第一电路中感应电流，所述第一电路包括被电连接到第一调谐元件的所述导电结构，其中经由所述功率接收元件磁耦合到所述感应磁场包括：在第二电路中感应电流，所述第二电路包括被电连接到第二调谐元件的所述功率接收元件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一电路和所述第二电路中的任一个或两者的谐振频率基本上等于所述外部生成的磁场的频率。
22.根据权利要求17所述的方法，其中产生功率包括：对所述功率接收元件中感应的所述电流进行整流。
23.一种用于无线接收功率的装置，所述装置包括：
壳体，被配置为封闭包括所述装置的电子组件，所述壳体包括金属部分；
第一调谐元件，被连接到所述壳体的所述金属部分，所述壳体的所述金属部分具有响应于被磁耦合到外部生成的磁场而允许电流的流动在其中被感应的形状，其中响应于所述电流的流动，感应磁场从所述金属部分发出；
导电线圈，响应于被磁耦合到所述感应磁场，电流的流动在所述导电线圈中被感应；以及
整流器，被配置为对所述导电线圈中感应的电流进行整流以向负载提供功率。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述壳体的所述金属部分限定穿过其中的开口，并且限定从所述开口到所述金属部分的周边的槽。
25.根据权利要求23所述的装置，其中所述整流器被电连接到所述导电线圈。
26.根据权利要求23所述的装置，其中所述第一调谐元件和所述壳体的所述金属部分限定与由第二调谐元件和所述导电线圈限定的谐振频率基本上相等的谐振频率。
27.根据权利要求23所述的装置，其中所述第一调谐元件和所述壳体的所述金属部分限定与由第二调谐元件和所述导电线圈限定的谐振频率不同的谐振频率。
28.一种用于在电子设备中无线接收功率的装置，所述装置包括：
用于容纳所述电子设备的电子器件的部件，用于容纳的所述部件具有金属部分，所述金属部分包括用于磁耦合到外部生成的磁场的部件以产生感应磁场，所述感应磁场从用于磁耦合到所述外部生成的磁场的所述部件发出，其中用于磁耦合到所述外部生成的磁场的所述部件被电连接到用于调谐用于磁耦合到所述外部生成的磁场的所述部件的部件以在谐振频率下谐振；
用于磁耦合到所述感应磁场以感应电流的部件，用于磁耦合到所述感应磁场的所述部件与用于磁耦合到所述外部生成的磁场的所述部件电隔离；以及
用于从用于磁耦合到所述感应磁场的所述部件中感应的所述电流产生功率的部件。
29.根据权利要求28所述的装置，其中用于磁耦合到所述外部生成的磁场的所述部件和用于磁耦合到所述感应磁场的所述部件中的任一个或两者具有与所述外部生成的磁场的频率基本上相等的谐振频率。
30.根据权利要求28所述的装置，其中用于磁耦合到所述感应磁场的所述部件包括导电线圈。
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