具有不同频率下的同时无线功率传递的无线充电系统的制作方法

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具有不同频率下的同时无线功率传递的无线充电系统
1.本技术要求2021年2月19日提交的美国专利申请第17/180,540号以及2020年6月19日提交的美国临时专利申请第63/041,732号的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及功率系统，并且更具体地，涉及用于给电子设备充电的无线功率系统。

背景技术：

3.在无线充电系统中，无线功率传输设备诸如充电垫以无线方式向无线功率接收设备诸如便携式电子设备传输功率。无线功率接收设备具有线圈和整流器电路。线圈从无线充电垫接收交流无线功率信号。整流器电路将接收的信号转换为直流功率。

技术实现要素：

4.无线功率系统可以包括一个或多个无线功率传输设备、一个或多个无线功率接收设备、以及一个或多个无线功率传输和接收设备。该无线功率传输设备可包括线圈和耦接到线圈的无线功率传输电路。无线功率传输电路可被配置为利用线圈传输无线功率信号。该无线功率接收设备可包括被配置为从无线功率传输设备接收无线功率信号的线圈以及被配置为将无线功率信号转换为直流功率的整流器电路。无线功率传输和接收设备可以包括至少一个线圈，以及无线功率传输电路和无线功率接收电路两者。
5.无线功率系统中的设备可以能够与诸如壳体的可移除附件一起操作。当电子设备耦接到壳体时，设备可通过壳体传输或接收无线功率。当电子设备耦接到壳体时，设备还可向壳体传输无线功率或从壳体接收无线功率。壳体可具有带覆盖电子设备的显示器的前盖部分的对开形状。
6.该设备可具有第一平面无线充电线圈，该第一平面无线充电线圈具有围绕中心区域缠绕的绕组且以第一频率操作。该设备还可包括第二平面无线充电线圈，该第二平面无线充电线圈具有定位在第一线圈的中心区域中的绕组且以不同于第一频率的第二频率操作。第一平面无线充电线圈可接收无线功率信号，而第二平面无线充电线圈可传输无线功率信号。第一平面无线充电线圈可以能够以比第二平面无线充电线圈更高的最大功率水平操作。
7.该可移除附件可包括介电层，该介电层在电子设备和无线功率传输设备之间的无线功率传递操作期间插置在电子设备和无线功率传输设备之间。线圈可嵌入在介电层中，该线圈在附加无线功率信号从无线功率传输设备穿过介电层到达电子设备的第一线圈时从电子设备的第二线圈接收无线功率信号。该可移除附件还可包括磁芯，该磁芯将来自该无线功率传输设备的通量朝向该电子设备的该第一线圈中继。另外，可移除附件可包括磁对准结构，该磁对准结构磁耦合到电子设备和/或无线功率传输设备中的附加磁对准结构
以在操作期间对准充电系统内的线圈。
附图说明
8.图1是根据实施方案的例示性无线功率系统的示意图。
9.图2是根据一个实施方案的例示性无线功率传输和接收电路的电路图。
10.图3是根据一个实施方案的具有前盖部分的例示性可移除壳体的顶视图。
11.图4是根据一个实施方案的图3的例示性可移除壳体的横截面侧视图。
12.图5是根据一个实施方案的例示性无线充电系统的横截面侧视图，其中便携式电子设备和可移除附件位于无线功率传输设备的充电表面上。
13.图6是根据一个实施方案的例示性无线充电系统的横截面侧视图，其中便携式电子设备位于无线功率传输设备的充电表面上。
14.图7是根据一个实施方案的例示性无线充电系统的横截面侧视图，其中便携式电子设备耦接到可移除附件。
15.图8是根据一个实施方案的例示性无线充电系统的横截面侧视图，其中便携式电子设备和可移除附件位于无线功率传输设备的充电表面上。
16.图9是根据一个实施方案的具有接收线圈和传输线圈的例示性便携式电子设备的顶视图，该接收线圈具有中心开口，该传输线圈在该中心开口内。
17.图10是根据一个实施方案的具有功率接收组件、用于中继通量的磁芯和磁对准结构的例示性可移除附件的顶视图。
具体实施方式
18.无线功率系统可以包括传输无线功率的一个或多个电子设备、接收无线功率的一个或多个电子设备，以及同时传输和接收无线功率的一个或多个电子设备。该无线功率传输设备可以是例如无线充电垫或无线充电座。无线功率接收设备可以为例如以下设备：诸如腕表、蜂窝电话、平板电脑、膝上型计算机或其他电子装备。无线功率传输和接收设备可以是电子设备壳体(例如，蜂窝电话的壳体)或其他类型的电子设备。无线功率传输设备可以将功率无线传输到无线功率接收设备。无线功率接收设备使用来自无线功率传输设备的功率来为设备供电以及为内部电池充电。
19.使用一个或多个无线功率传输线圈来将无线功率从无线功率传输设备传输到无线功率接收设备。无线功率接收设备具有耦接到整流器电路的一个或多个无线功率接收线圈，该整流器电路将所接收的无线功率信号转换为直流功率。
20.图1中示出了例示性无线功率系统(无线充电系统)。如图1所示，无线功率系统8可以包括一个或多个无线功率传输设备诸如无线功率传输设备12、一个或多个无线功率接收设备诸如无线功率接收设备24，以及能够同时传输和接收无线功率的一个或多个电子设备诸如无线功率传输和接收设备18。应当理解，每种类型的设备中的一者或多者可以在任何给定时间存在于无线功率系统中，其中设备以流体方式添加到系统以及从系统移除。功率传输和接收18的功能可以根据系统在给定时间的布置而改变。功率传输和接收设备在一些场景中可以仅传输功率，在一些场景中可以仅接收功率，并且在一些场景中可以同时传输和接收功率。在一些场景下，功率传输设备12可以将功率直接传输到功率接收设备24。在其
他场景下，功率传输设备12可以将功率传输至功率传输和接收设备18，然后该功率传输和接收设备将功率传输至功率接收设备24。每个设备的功能以及系统内每个设备之间的感应耦合可以随着设备添加到系统以及从系统移除而更新。
21.无线功率传输设备12包括控制电路16。无线功率接收设备24包括控制电路30。无线功率传输和接收设备18包括控制电路78。系统8中的控制电路，诸如控制电路16、控制电路30和控制电路78用于控制系统8的操作。此控制电路可包括与微处理器、功率管理单元、基带处理器、数字信号处理器、微控制器和/或具有处理电路的专用集成电路相关联的处理电路。处理电路在设备12、18和24中实现期望的控制和通信特征。例如，处理电路可以用于选择线圈、确定功率传输水平、处理传感器数据和其他数据，以检测外来对象并执行其他任务、处理用户输入、处置设备12、18和24之间的协商、发送和接收带内和带外数据、进行测量，以及以其他方式控制系统8的操作。
22.系统8中的控制电路可被配置为使用硬件(例如专用硬件或电路)、固件和/或软件在系统8中执行操作。用于在系统8中执行操作的软件代码存储在控制电路8中的非暂态计算机可读存储介质(例如有形计算机可读存储介质)上。软件代码有时可被称为软件、数据、程序指令、指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(nvram)、一个或多个硬盘驱动器(例如，磁盘驱动器或固态驱动器)、一个或多个可移动闪存驱动器、或其他可移动介质等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可以在控制电路16、30和/或78的处理电路上执行。处理电路可包括具有处理电路的专用集成电路、一个或多个微处理器、中央处理单元(cpu)或其他处理电路。
23.功率传输设备12可以是独立的功率适配器(例如，包括功率适配器电路的无线充电垫或充电座)，可以是通过缆线耦接到功率适配器或其他装备的无线充电垫或座，可以是便携式设备，可以是已经结合到家具、交通工具或其他系统中的装备，可以是可移除电池盒或可以是其他无线功率传递装备。其中无线功率传输设备12是无线充电垫或无线充电盘的例示性配置在本文中有时作为示例进行描述。
24.功率接收设备24可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞，或其他电子装备。功率传输设备12可耦接到壁装插座(例如交流功率源)，可具有用于供电的电池，并且/或者可具有另一功率源。功率传输设备12可具有用于将来自壁装插座或其他功率源的ac功率转换成dc功率的交流(ac)-直流(dc)功率转换器，诸如ac-dc功率转换器14。dc功率可用以为控制电路16供电。在操作期间，控制电路16中的控制器使用功率传输电路52来向设备24的功率接收电路54传输无线功率。为简单起见，本文描述了功率传输设备12将无线功率传输到功率接收设备24的示例。然而，应当理解，在无线功率传递操作期间，功率传输和接收设备18可以替代功率传输设备和功率接收设备中的一者或两者。
25.功率传输电路52可具有开关电路(例如，由晶体管形成的逆变器电路61)，该开关电路基于由控制电路16提供的控制信号而接通或关闭，以形成通过一个或多个无线功率传输线圈诸如无线功率传输线圈36的ac电流信号。这些线圈驱动信号使得线圈36传输无线功率。线圈36可以被布置成平面线圈阵列，或者可以被布置成形成线圈的集。在一些布置方式中，设备12(例如，充电垫、充电座等)可仅具有单个线圈。在其他布置方式中，无线充电设备可具有多个线圈(例如，两个或更多个线圈、5-10个线圈、至少10个线圈、10-30个线圈、少
于35个线圈、少于25个线圈或其他合适数量的线圈)。
26.当ac电流通过一个或多个线圈36时，产生交流电磁(例如，磁)场(无线功率信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应的接收器线圈，诸如在功率接收设备24中的一个或多个线圈48接收。换句话讲，线圈36中的一个或多个感应耦合到线圈48中的一个或多个。设备24可具有单个线圈48、至少两个线圈48、至少三个线圈48、至少四个线圈48、或其他合适数量的线圈48。
27.当交流电磁场(有时称为磁通量)被线圈48接收时(例如，当磁通量穿过线圈48时)，在线圈48中感应出对应的交流电流。用于传输无线功率的ac信号可以具有任何合适的频率(例如，100khz-250khz等)。整流器电路诸如整流器电路50(其包括整流部件，诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管)将从一个或多个线圈48接收的ac信号(与电磁信号44相关联的接收的交流信号)转换为dc电压信号以用于给设备24供电。
28.由整流器电路50产生的dc电压(有时称为整流器输出电压vrect)可用于对电池诸如电池58充电，并且可用于对设备24中的其他部件供电。例如，设备24可包括输入-输出设备56。输入-输出设备56可包括用于采集用户输入和/或进行环境测量的输入设备，并且可包括用于向用户提供输出的输出设备。例如，输入-输出设备56可包括用于创建视觉输出的显示器、用于将输出呈现为音频信号的扬声器、发光二极管状态指示灯以及用于发射向用户提供状态信息和/或其他信息的光的其他发光部件、用于生成振动和其他触觉输出的触觉设备，和/或其他输出设备。输入-输出设备56还可包括用于采集来自用户的输入和/或用于对系统8的周围环境进行测量的传感器。可包括在输入-输出设备56中的例示性传感器包括三维传感器(例如，三维图像传感器诸如结构光传感器，其发射光束并且使用二维数字图像传感器来从当光束照亮目标时产生的光斑采集用于三维图像的图像数据；双目三维图像传感器，其使用双目成像布置中的两个或更多个相机来采集三维图像；三维激光雷达(光检测和测距)传感器；三维射频传感器；或采集三维图像数据的其他传感器)、相机(例如，具有相应的红外和/或可见数字图像传感器的红外和/或可见光相机，和/或紫外光相机)、注视跟踪传感器(例如，基于图像传感器并且(如果需要)基于发射一个或多个光束的光源的注视跟踪系统，其中在用户的眼睛反射光束之后，使用图像传感器来跟踪该一个或多个光束)、触摸传感器、按钮、电容式接近传感器、基于光的(光学)接近传感器诸如红外接近传感器、其他接近传感器、力传感器、传感器诸如基于开关的接触传感器、气体传感器、压力传感器、湿度传感器、磁传感器、音频传感器(麦克风)、环境光传感器、用于对目标对象进行光谱测量和其他测量(例如，通过发射光和测量所反射的光)的光学传感器、用于采集语音命令和其他音频输入的麦克风、距离传感器、被配置为采集关于运动、位置和/或取向的信息的运动、位置和/或方向传感器(例如，加速度计、陀螺仪、罗盘和/或包括所有这些传感器或这些传感器中的一者或两者的子集的惯性测量单元)、传感器诸如检测按钮按压输入的按钮、具有检测操纵杆运动的传感器的操纵杆、键盘，和/或其他传感器。设备12可以任选地具有一个或多个输入-输出设备70(例如，结合输入-输出设备56所述类型的输入设备和/或输出设备)。设备18可以任选地具有一个或多个输入-输出设备92(例如，结合输入-输出设备56所述类型的输入设备和/或输出设备)。
29.设备12、设备18和/或设备24可以使用带内或带外通信进行无线通信。设备12可以例如具有无线收发器电路40，该无线收发器电路使用天线来(例如，向设备18或设备24)无
线地传输带外信号。无线收发器电路40可以用于使用天线来从设备18或24无线地接收带外信号。设备24可以具有传输带外信号的无线收发器电路46。无线收发器46中的接收器电路可以使用天线来接收带外信号。设备18可以具有传输带外信号的无线收发器电路80。无线收发器80中的接收器电路可以使用天线来接收带外信号。无线收发器电路40、46和80也可以用于使用线圈36、48和90在设备12、24和18之间进行带内传输。
30.频移键控(fsk)和/或幅移键控(ask)可以用于在设备12、18和24之间传送带内数据。在这些fsk和ask传输过程中，可以无线地传输功率。
31.期望功率传输设备12、功率传输和接收设备18以及功率接收设备24能够传达信息诸如接收功率、电池充电状态等，以控制无线功率传递。然而，该过程不需要涉及个人可识别信息的传输。出于充分的谨慎，需要注意的是在某种程度上，如果该收费技术的任何实施涉及使用个人可识别信息，则实施者应遵循通常被认为符合或超过行业或政府要求以维护用户隐私的隐私政策和实践。具体地，应管理和处理个人可识别信息数据，以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化，并应当向用户明确说明授权使用的性质。
32.控制电路16具有外部对象测量电路41，该外部对象测量电路可用于检测设备12的外壳的充电表面上的外部对象(例如，在充电垫的顶部上，或者如果需要，以检测与充电座的耦合表面相邻的对象)。充电表面可以由设备12的上部外壳壁的平坦外表面形成或者可以具有其他形状(例如，凹形或凸形等)。在设备12形成充电盘的布置方式中，充电盘可以具有与设备24的形状适配的表面形状。如果需要，充电座或其他设备12可具有磁体(有时称为磁对准结构)，该磁体在将线圈48与线圈36对准以进行有效无线充电的过程中将设备12可移除地附接到设备24。
33.电路41可检测外来对象诸如线圈、回形针和其他金属对象，并且可检测无线功率接收设备24的存在(例如，电路41可检测一个或多个线圈48和/或与线圈48相关联的磁芯材料的存在)。在对象检测和表征操作期间，外部对象(外来对象)测量电路41可用于对线圈36进行测量，诸如q因数测量、谐振频率测量和/或感应测量，其可指示是否存在线圈48和/或是否存在外来对象诸如硬币或回形针。测量电路还可用于使用电容式传感器进行传感器测量，可用于进行温度测量，并且/或者可以其他方式用于采集指示外来物体或其他外部物体(例如，设备18或24)是否存在于设备12上的信息。
34.在一些配置中，设备12的控制电路(例如，电路41和/或其他控制电路16)可实现对外来对象检测方案进行功率计数。利用这种方法，设备12(例如，经由带内通信)从设备24接收指示设备24无线接收的功率量(例如，4.5w)的信息。设备12知道多少功率(例如，5.0w)正在传输(例如，因为设备12知道用于从逆变器61驱动线圈36的信号的量值)。通过将传输功率(例如，5.0w)与所接收到的功率(例如，4.5w)进行比较，设备12可确定无线功率是否由于在外来对象中流动的涡流而被耗散。如果耗散功率(例如，在该示例中为0.5w)大于预先确定的阈值量，或者如果无线功率传递过程的效率低于预期值，则设备12可断定存在外来对象。诸如这些的功率计数技术可以与电容感测外来对象检测技术和/或使用电路41执行的其他外部对象测量操作结合使用。
35.在一些实施方案中，控制电路16的测量电路41包含信号发生器电路(例如，振荡器电路，其用于以一个或多个探针频率生成ac探针信号、脉冲发生器，其可产生脉冲使得脉冲响应可测量)并且/或者使用来自设备12的无线功率信号的传输来对系统8中的线圈进行通
电。电路41还可以包括用于测量系统8的响应的电路(例如，模数转换器电路、滤波器、模拟组合器、数字处理电路等)。
36.功率传输和接收设备18可以是通过电缆耦接到功率适配器或其他装备的无线充电垫或充电盘，可以是已经结合到家具、车辆或其他系统的装备，可以是可移除电池壳体，可以是便携式电子设备诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞或其他电子装备。功率传输和接收设备18能够同时传输和接收无线功率。因此，功率传输和接收设备18可以包括功率传输部件，类似于功率传输设备12。功率传输和接收设备18还可以包括功率接收部件，类似于功率接收设备24。
37.功率传输和接收设备18可以具有交流(ac)到直流(dc)功率转换器诸如ac-dc功率转换器96，以用于将来自壁装插座或其他功率源的ac功率转换成dc功率。dc功率可以用于为控制电路78供电。控制电路78包括无线收发器电路80，该无线收发器电路用于带内通信(使用线圈90)和带外通信(使用天线)。控制电路78还可以任选地包括测量电路82(例如，结合测量电路41所述类型的测量电路)。
38.设备18中的无线功率电路84可以包括逆变器86和整流器88两者。逆变器电路86(例如，由晶体管形成)可以基于由控制电路78提供的控制信号来接通和断开，以形成通过一个或多个线圈诸如线圈90的ac电流信号。这些线圈驱动信号使得线圈90传输无线功率。线圈90可以被布置成平面线圈阵列，或者可以被布置成形成线圈的集。在一些布置方式中，设备18可以具有仅单个线圈。在其他布置方式中，设备18可以具有多个线圈(例如，两个或更多个线圈、5-10个线圈、至少10个线圈、10-30个线圈、少于35个线圈、少于25个线圈或其他合适数量的线圈)。
39.当ac电流经过一个或多个线圈90时，产生交流电磁(例如，磁)场(无线功率信号44)，这些交流电磁场由一个或多个对应的接收器线圈诸如在功率接收设备24中的线圈48接收。换句话讲，线圈90中的一个或多个可以感应耦合到线圈48中的一个或多个。
40.功率传输和接收设备18还可以接收无线功率(例如，来自功率传输设备12)。线圈90可以从传输线圈36接收交流电磁场，从而在线圈90中产生对应的交流电流。整流器电路诸如整流器电路88，该整流器电路包含整流部件诸如布置在桥式网络中的同步整流金属氧化物半导体晶体管，将从一个或多个线圈90接收到的ac信号(与电磁信号44相关联的接收到的交流信号)转换为dc电压信号以用于给设备18供电。由整流器电路88产生的dc电压可用于给电池诸如电池94充电，并且可用于给设备18中的其他部件供电。
41.图1中每种类型的设备之间的交变电磁场的描绘仅仅是例示性的(以示出可能的感应耦合的类型)。实际上，交变电磁场将仅在系统内的选择设备之间传送。例如，传输设备12可以向设备24和设备18传输功率(而设备18不单独地向设备18传输功率)。在另一个示例中，传输设备12将功率传输到设备18，该传输设备将功率传输到24(而无需从设备12到设备24的直接功率交换)。
42.在一些应用中，功率传输和接收设备18仅传输无线功率(例如，使用逆变器86和线圈90)。在一些应用中，功率传输和接收设备18仅接收无线功率(例如，使用整流器88和线圈90)。在一些应用中，功率传输和接收设备同时接收和传输无线功率。当同时接收和传输无线功率时，设备18可以任选地执行与逆变器86和整流器88相关联的功率传输和功率接收操作两者(例如，设备18使用整流器来对电池充电并操作该设备，并且独立地使用逆变器来传
输所需量的功率)。另选地，设备18可以在不对功率进行整流的情况下中继所接收到的功率信号。设备18可以仅包括一个线圈，该一个线圈用于无线功率传输和无线功率接收两者。另选地，设备18可以具有至少一个专用无线功率传输线圈和至少一个专用无线功率接收线圈。设备18可具有多个线圈，该多个线圈全部既能够进行无线功率传输也能够进行无线功率接收。设备18中的不同线圈可以任选地在不同操作模式下短接在一起。
43.图2是系统8的例示性无线充电电路的电路图。示出了功率传输设备12和功率接收设备24的无线充电电路。然而，应当理解，设备18可以具有用于功率传输和功率接收两者的对应部件，并且如果需要，可以用于代替设备12和/或设备24。如图2所示，电路52可以包括逆变器电路诸如一个或多个逆变器61或产生无线功率信号的其他驱动电路，该无线功率信号通过输出电路传输，该输出电路包括一个或多个线圈36和电容器诸如电容器71。在一些实施方案中，设备12可包括多个单独控制的逆变器61，每个逆变器向相应线圈36提供驱动信号。在其他实施方案中，使用切换电路在多个线圈36之间共享逆变器61。
44.在操作期间，用于一个或多个逆变器61的控制信号由控制电路16在控制输入端74处提供。图2的示例中示出了单个逆变器61和单个线圈36，但如果需要，可使用多个逆变器61和多个线圈36。在多线圈配置中，切换电路(例如，复用器电路)可用于将单个逆变器61耦接到多个线圈36并且/或者每个线圈36可耦接到相应的逆变器61。在无线功率传输操作期间，一个或多个所选择的逆变器61中的晶体管由来自控制电路16的ac控制信号驱动。逆变器之间的相对相位可动态地调节。例如，一对逆变器61可以产生同相或异相(例如，180度异相)的输出信号。
45.使用逆变器61(例如，晶体管或电路52中的其他开关)来施加驱动信号，使得由所选择的线圈36和电容器71形成的输出电路产生交流电磁场(信号44)，该交流电磁场由无线功率接收电路54使用无线功率接收电路接收，该无线功率接收电路由设备24中的一个或多个线圈48和一个或多个电容器72形成。
46.如果需要，可由控制电路16来调节驱动线圈36之间的相对相位(例如，线圈36中的一个线圈的相位，该线圈相对于线圈36中的被驱动的另一个相邻线圈被驱动)，以有助于增强设备12和设备24之间的无线功率传递。整流器电路50耦接到一个或多个线圈48，并将接收到的功率从ac转换为dc，并在整流器输出端子76上提供对应的直流输出电压vrect以用于为设备24中的负载电路供电(例如，用于对电池58充电，用于为显示器和/或其他输入-输出设备56供电，以及/或者用于为其他部件供电)。单个线圈48或多个线圈48可包括在设备24中。
47.如前所述，使用线圈36和线圈48的带内传输可用于在设备12和设备24之间传送(例如，传输和接收)信息。在一种例示性配置的情况下，使用频移键控(fsk)来将带内数据从设备12传输至设备24，并且使用幅移键控(ask)来将带内数据从设备24传输至设备12。换句话讲，传输无线功率的设备可以使用fsk来向接收无线功率的设备传输带内数据(无论设备是专用功率传输/接收设备12/24还是功率接收和传输设备18)。接收无线功率的设备可以使用ask来向传输无线功率的设备传输带内数据(无论设备是专用功率传输/接收设备12/24还是功率接收和传输设备18)。
48.在这些fsk和ask发射期间，功率可从设备12无线地输送到设备24。尽管功率传输电路52以功率传输频率将ac信号驱动到线圈36的一个或多个线圈中以产生信号44，但无线
收发器电路40可使用fsk调制来调制驱动ac信号的功率传输频率，并且由此调制信号44的频率。在设备24中，线圈48用于接收信号44。功率接收电路54使用线圈48上的所接收信号和整流器50来产生dc功率。同时，无线收发器电路46监测通过一个或多个线圈48的ac信号的频率，并且使用fsk解调来从信号44中提取所传输的带内数据。这种方法允许通过线圈36和48将fsk数据(例如，fsk数据分组)在带内从设备12传输至设备24，同时使用线圈36和48将功率从设备12无线地传送至设备24。
49.设备24与设备12之间的带内通信可使用ask调制和解调技术。无线收发器电路46通过使用开关(例如收发器46中耦合线圈48的一个或多个晶体管)将带内数据发射到设备12以调制功率接收电路54(例如线圈48)的阻抗。这继而调制信号44的振幅以及通过一个或多个线圈36的ac信号的振幅。无线收发器电路40监测通过一个或多个线圈36的ac信号的振幅，并且使用ask解调从由无线收发器电路46传输的这些信号提取传输的带内数据。使用ask通信允许通过线圈48和36将ask数据位(例如，ask数据分组)在带内从设备24传输至设备12，同时使用线圈36和48将功率从设备12无线地传送至设备24。
50.用于将带内数据从功率传输设备12传送到功率接收设备24的fsk调制和用于将带内数据从功率接收设备24传送到功率传输设备12的ask调制的示例仅仅是例示性的。一般来讲，可使用任何期望的通信技术将信息从功率传输设备12传送至功率接收设备24以及从功率接收设备24传送至功率传输设备12。
51.用于无线功率传输的功率传输频率可以是例如约125khz、至少80khz、至少100khz、介于100khz和205khz之间、小于500khz、小于300khz或其他合适的无线功率频率的预先确定的频率。在一些配置中，功率传输频率可在设备12与24之间的通信中进行协商。在其他配置中，功率传输频率可以是固定的。
52.已经描述了可以在设备之间同时传送功率，同时使用带内通信来进行设备之间的数据传输。换句话讲，在一些示例中，带内通信可以依赖于功率传输信号的调制(例如，调制功率传输频率或调制功率传输频率下的信号的振幅)。然而，可以使用不依赖于功率传输信号的调制的其他通信技术。例如，信号(有时称为带内信号)可以在不同于功率传输频率的频率下在系统中的线圈之间传送。使用线圈(例如，线圈36、48和90)传送的信号(以与功率传输频率相同的频率或不同的频率)可以被认为是带内信号。
53.此外，应当指出的是，在设备同意功率传输速率、功率传递速率等之前，可能在设备之间发生带内通信。在初始检测和感应耦合之后，设备可以经历握手过程以确定兼容性、协商功率传递频率、协商功率传递速率等。在该过程期间，带内通信可以涉及使用线圈传输的信号的fsk和/或ask调制。因此，无线功率在该过程期间传输。这是有利的，因为即使功率接收设备具有很少剩余电池功率或没有剩余电池功率，这也允许设备完成握手过程。即使最终设备之间的协商不导致无线功率的持续传输，无线功率在带内通信期间的这种传输也可以在握手过程期间发生。
54.无线充电系统8中的设备可任选地耦接到诸如壳体的可移除附件。壳体可任选地具有无线充电功能(例如，壳体可以能够接收和/或传输无线功率)。图3是诸如可移除盖的附件的顶视图。
55.可移除附件102(有时称为可移除壳体或可移除盖)可具有允许盖102与另一设备适配的任何合适的形状。附件102和与其耦接的设备可各自用作功率传输设备、功率接收设
备或功率传输和接收设备。由附件102保持的设备可以是便携式电子设备，诸如腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞，或其他电子装备。
56.在图3的示例中，盖102具有带后部102r和前部102f的对开形状(有时称为对开盖)。后部102r可具有矩形凹部(recess)，该矩形凹部具有被周边侧壁102w和/或其他合适的耦接结构(带、夹、套管、角凹坑等)围绕的后壁，其允许盖102接收并耦接到附加设备。
57.盖102的沿后部102r和前部102f之间的折叠轴线122的部分可具有铰链结构(例如，柔性盖材料，其充当铰链或其他铰链结构，耦接部分102f和102r，同时允许这些部分相对于彼此旋转)。在一些构型中，可提供附加的可弯曲部分。例如，前部102f可具有一个或多个柔性带。每个柔性带允许在盖102中形成附加的折叠部(例如，将盖操纵成一个或多个支架配置，并且在盖102耦接到附加设备时以期望的角度支撑附加设备)。每个柔性带可平行于折叠轴线122从前部102f的一侧延伸到前部102f的另一侧。
58.当希望保护盖102中的附加设备时，设备(例如，设备的外壳)可被压配到由盖102的侧壁102w和/或后壁形成的凹部中，使用磁体、夹或带耦接到盖102，或以其他方式耦接到盖102。盖102可由织物、皮革、聚合物、其他材料和/或这些材料的组合形成。
59.如先前所提及的，在一些实施方案中，盖102可包括传输和/或接收无线功率的线圈。例如，盖102可以是无线功率接收设备(例如，图1中的设备24)，其中在盖的后部102r上的区域178中具有接收线圈48。区域178中的接收线圈48可与耦接到附件102的设备中的传输线圈对准。当附件102耦接到附加设备时，附加设备可向盖102的区域178中的接收线圈传输无线功率。
60.在盖中结合无线功率接收线圈可允许盖对内部电池、盖内的功率部件(例如，诸如键盘的输入-输出部件)充电，并且/或者向附加附件提供无线功率。例如，盖102可被配置为对电子笔充电(例如，可用于在附加设备中的显示器上提供输入)。在这种类型的布置中，盖102可以是功率传输和接收设备(例如，图1中的设备18)。盖102可包括区域178中的无线功率接收线圈和单独的无线功率传输线圈。单独的无线功率传输线圈可任选地定位在盖的与区域178不同的部分中(例如，在沿着折叠轴线122的区域中，在侧壁102w的一个侧壁中，或在盖内的另一所需位置中)。
61.图4是示出保持在可移除盖102中的设备100的横截面侧视图。设备100可具有外壳164。外壳164可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料中的任意两种或更多种的组合形成。在一个例示性示例中，设备100是功率传输和接收设备(例如，图1中的设备18)。设备102可以是从设备100接收无线功率的功率接收设备(例如，图1中的设备24)。另选地，设备102也可以是从设备100接收无线功率并且向诸如触笔的附加附件设备传输无线功率的功率传输和接收设备。在又一可能配置中，设备102可以能够向设备100传输无线功率。
62.在图4中，盖102的前部102f翻折并且覆盖设备100的前面。因此，盖102的前部102f覆盖设备100中的显示器。这可保护显示器免受损坏。如先前所提及的，盖102可包括后部102r中的无线功率接收线圈，该无线功率接收线圈被配置为从设备100接收无线功率。在其他布置中，设备100可能需要通过盖102传输和/或接收无线充电信号。例如，设备100可耦接到盖102并且放置在无线充电垫上。无线充电垫可通过盖102向设备100传输无线功率信号。在这种情况下，希望盖不干扰通过盖进行的无线功率传递操作。
63.图3和图4中的可移除壳体102的示例仅仅是例示性的，该可移除壳体是具有被配置为翻折并且覆盖设备100的显示器的盖部分(102f)的可移除盖。在一些布置中，前盖部分102f可从可移除壳体中省略。
64.例如，可移除壳体可仅包括后部(例如，被配置为覆盖设备100的后外壳壁，有时称为后壁)和侧壁(例如，从后壁延伸的四个周边侧壁)。侧壁(例如，图3中的侧壁102w)可垂直于可移除壳体的后部延伸。这些侧壁可形成凹部，该凹部被配置为在可移除壳体内接收和固定设备100。当希望保护可移除壳体中的设备100时，设备100(例如，设备100的外壳164)可被压配到由可移除壳体的侧壁形成的凹部中，使用磁体、夹或带耦接到可移除壳体，或以其他方式耦接到可移除壳体。可移除壳体(不包括前盖部分)可由织物、皮革、聚合物、金属、其他材料和/或这些材料的组合形成。
65.一般来讲，可向或从壳体102的各个部分传送无线功率信号。也可在任何期望的位置通过壳体102传送无线功率信号。在一个示例中，壳体102可以是包括后壁中的功率接收线圈的功率传输和接收设备。壳体102还可包括另一期望区域(例如，周边侧壁)中的功率传输线圈。该示例仅仅是例示性的，并且如果需要，可使用用于向、从或通过壳体102传送无线功率的其他布置。
66.无线充电系统的每个设备中的无线功率电路可被设计为适应多个不同的充电场景。在图4所示的一个场景中，诸如平板电脑或蜂窝电话的电子设备(例如，设备100)耦接到可移除附件。在该场景中，电子设备可向可移除附件传输无线功率(例如，使得可移除附件继而可向触笔、功率内部部件等提供功率)。
67.在另一场景中，设备100可放置在功率传输设备上(不存在可移除附件)。在图5所示的又一场景中，设备100可既耦接到可移除附件102又放置在功率传输设备上。在该场景中，功率传输设备104可通过附件102向设备100传输无线功率。同时，设备100可将无线功率传输到附件102。
68.类似于如结合图1所论述的，功率传输设备104可为无线充电垫、无线充电座、电池盒(例如，专用无线功率传输设备)或另一电子设备(例如，无线功率传输和接收设备)。本文描述了功率传输设备104是无线充电垫的示例。无线充电垫104可耦接到壁装插座(例如，交流功率源)。使用来自该功率源的功率，无线充电垫104可向一个或多个设备传输无线功率。
69.图6至图8是示出这些场景的一些场景中的无线充电系统的横截面侧视图。图6是无线充电垫104的表面上的便携式电子设备100(例如，腕表、蜂窝电话、膝上型计算机、平板电脑、附件诸如耳塞，或其他电子装备)的横截面侧视图。设备100可以是无线功率传输和接收设备(例如，图1中的设备18)，而设备104是无线功率传输设备(例如，图1中的设备12)。
70.如图所示，功率传输组件202(例如，功率传输电路52的一部分)被包括在无线功率传输设备104内。功率传输组件(有时称为感应功率传输组件)包括磁芯203，该磁芯具有基部204和突出部206。线圈212定位在磁芯上。例如，突出部206可具有与线圈212同心的环形。线圈212可定位在由环状突出部206限定的开口内。线圈212可耦接到逆变器电路(例如，图1中的逆变器61)。逆变器电路可驱动线圈212以产生磁通量。线圈212可由单股导线、具有多个并联连接的线的多股导线、编织线、利兹线、导电油墨或导电迹线(诸如印刷电路板上的多层迹线)或适于形成线圈的其他导电元件缠绕而成。
71.功率接收组件222被包括在设备100内。如先前所提及的，设备100可以是如图1中
的功率传输和接收设备18(并且功率接收组件222可以是图1中的无线功率电路84的一部分)。功率接收组件(有时称为感应功率接收组件)包括磁芯224。线圈226被形成在磁芯上。线圈226可耦接到整流器电路(例如，图1中的整流器88)。整流器电路将从线圈226接收的ac信号转换为dc电压信号，用于为设备100供电。线圈226可由单股导线、具有多个并联连接的线的多股导线、编织线、利兹线、导电油墨或导电迹线(诸如印刷电路板上的多层迹线)或适于形成线圈的其他导电元件缠绕而成。
72.诸如磁对准结构214和254的对准结构可任选地被包括在系统中。如图6所示，无线功率传输设备104可具有磁对准结构214。无线功率传输和接收设备100可具有磁对准结构254。传输设备中的每个磁对准结构214可与接收设备中的对应磁对准结构254磁耦合。当设备104中的对准结构214耦接到设备100中的对准结构254时，传输线圈212可与接收线圈226对准。因此，磁对准结构确保了接收线圈相对于传输线圈的正确对准。磁对准结构214和254可以是永磁体(例如，由长期保持其磁性的硬磁材料形成)。
73.设备100还可包括功率传输组件242。功率传输组件(有时称为感应功率传输组件)包括磁芯243，该磁芯具有基部244和突出部245。线圈246定位在磁芯243上。例如，突出部245可具有与线圈246同心的环形。线圈246可定位在由环状突出部245限定的开口内。
74.线圈246可耦接到逆变器电路(例如，图1中的逆变器86)。逆变器电路可驱动线圈246以产生磁通量。线圈246和226可以定位在平行平面中(并且可以任选地共面)。磁芯243和224可以定位在平行平面中(并且可以任选地共面)。如图6所示，磁芯224可具有接收磁芯243的凹部。线圈246可由单股导线、具有多个并联连接的线的多股导线、编织线、利兹线、导电油墨或导电迹线(诸如印刷电路板上的多层迹线)或适于形成线圈的其他导电元件缠绕而成。
75.当在不存在可移除附件102的情况下将设备100放置在充电垫104上时，可启用接收组件222并可禁用传输组件242(例如，不使用线圈246传输无线功率并且设备100仅使用线圈226接收无线功率)。当在不存在充电垫104的情况下设备100耦接到可移除附件102时，可禁用接收组件222并可启用传输组件242(例如，仅传输无线功率)。传输组件242可在不存在或存在充电垫104的情况下向附件传输无线功率。换句话说，当设备100和可移除附件102放置在充电垫104上时，传输组件242可传输功率，而接收组件222同时接收功率。当耦接到可移除附件102及充电垫104两者时，设备100可任选地仅传输功率、仅接收功率，或传输且接收功率两者。
76.图7是耦接到可移除附件102的便携式电子设备100的横截面侧视图。附件102可包括功率接收组件270，该功率接收组件包括用于从设备100接收无线功率的线圈274和磁芯271。磁芯271具有基部272和突出部273。线圈274定位在磁芯的基部上。磁芯271可将所接收的磁通量引导到线圈274。例如，突出部273可具有与线圈274同心的环形。线圈274可定位在由环状突出部273限定的开口内。线圈274可由单股导线、具有多个并联连接的线的多股导线、编织线、利兹线、导电油墨或导电迹线(诸如印刷电路板上的多层迹线)或适于形成线圈的其他导电元件缠绕而成。
77.附件102还可以任选地包括磁芯256，其用于在设备104中的线圈212和设备100中的线圈226之间中继磁通量，如将结合图8更详细地讨论的。类似地，附件102可包括磁对准结构264，其用于相对于设备100和/或充电垫104对准附件，如将结合图10更详细地讨论的。
78.附件102可包括介电材料266(例如，散装介电材料)，诸如织物、皮革、聚合物(例如，聚氨酯)、其他材料和/或这些材料的组合。芯271、线圈274、芯256和磁对准结构264可以嵌入在介电材料266中，使得这些部件完全被介电材料266包围并且与该介电材料直接接触。该示例仅仅是例示性的。在另选布置方式中，部件可被介电材料266横向包围，并且可在壳体102的上表面/下表面上具有一个或多个暴露表面。
79.图8是无线充电系统的横截面侧视图，其中附件102耦接到设备100且设备100和附件102两者放置在传输设备104的表面上。在图8中，当附件102插置在设备104和设备100之间时，设备104可通过盖102向设备100传输无线功率。类似于如当不存在盖102时，线圈226和212感应耦合。设备100中的磁芯224将所接收的磁通量重新引导到线圈226。同时，当设备104通过盖102向设备100传递无线功率时，设备100向盖102传递无线功率。类似于如当不存在垫104时，线圈246和274感应耦合。磁芯271将所接收的磁通量重新引导到线圈274。
80.为了允许从线圈212到线圈226及从线圈246到线圈274的同时无线功率传递，两组线圈可以不同频率操作。一般来说，可以任何期望的频率执行每一无线功率传递操作。在一个示例中，线圈212与226之间的功率传输频率可为约125khz(例如，125khz
±
5％)、约360khz(例如，360khz
±
5％)、至少80khz、至少100khz、100khz与205khz之间、100khz与400khz之间、100khz与2mhz之间、1.5mhz与2mhz之间、小于500khz、小于300khz、小于100khz、大于500khz、大于1mhz、大于2mhz、大于10mhz等。类似地，线圈212与226之间的功率传输频率可为约125khz(例如，125khz
±
5％)、约360khz(例如，360khz
±
5％)、至少80khz、至少100khz、100khz与205khz之间、100khz与400khz之间、100khz与2mhz之间、1.5mhz与2mhz之间、小于500khz、小于300khz、小于100khz、大于500khz、大于1mhz、大于2mhz、大于10mhz等。
81.为了隔离两组线圈之间的功率传输，可以为每组线圈选择不同的非谐波频率。例如，考虑线圈212和226之间的功率传输使用频率f0的示例。该频率的整数倍(例如，2f0、3f0、4f0、5f0、6f0、7f0、8f0等)是f0的谐波频率。如果线圈246和274之间的功率传输是f0的谐波频率，则两组线圈之间的串扰可能增加。为了防止这种串扰，线圈246和274的功率传输频率(f1)可以被选择为不是f0的谐波频率。换句话说，f1可不在频率f0的整数倍(例如，f1≠n*f0，其中n为正整数)的给定阈值内(例如，在1％内、在5％内、在10％内、在20％内等)。作为一个示例，频率f1可不在f0的任何整数倍的10％内。f1的不同于f0的谐波的阈值也可依据频率(而非百分比)来限定。例如，作为一个示例，频率f1可不在f0的任何整数倍的30khz内。30khz作为阈值的示例仅为说明性的，且如果需要可使用其他阈值(例如，20khz、50khz、60khz、100khz、150khz、200khz等)。
82.在上述示例中，描述了其中f1(与线圈246和274相关联)大于f0(与线圈212和226相关联)的示例。该示例仅仅是例示性的。如果需要，f1可以小于f0。在此类型的实施方案中，f0可不在频率f1的整数倍(例如，f0≠n*f1，其中n为正整数)的给定阈值内(例如，在1％内、在5％内、在10％内、在20％内、在20khz内、在50khz内、在60khz内、在100khz内、在150khz内、在200khz内等)。
83.换言之，f1可不在频率f0的整数倍(例如，f1≠n*f0，其中n是正整数)或频率f0的整数分数(例如，f1≠(f0/n)，其中n是正整数)的给定阈值内(例如，在1％内、在5％内、在10％内、在20％内、在20khz内、在50khz内、在60khz内、在100khz内、在150khz内、在200khz内
等)。换句话说，f0和f1中较高者是f0和f1中较低者的非整数倍。
84.频率f1(与线圈246和274相关联)可与频率f0(与线圈212和226相关联)相差1与2之间、大于2、大于3、大于5、大于8、大于10、大于15、大于20、大于30等的系数。频率f1可与频率f0相差非整数倍。
85.在一个例示性示例中，线圈212和226可以能够以比线圈246和274更高的最大功率水平操作。换句话讲，线圈226可被配置为以第一最大功率水平接收无线功率。线圈246被配置为以低于第一最大功率水平的第二最大功率水平传输无线功率。线圈212及226因此有时可被称为高功率无线功率传递系统。线圈246和274因此有时可被称为低功率无线功率传递系统。在一个示例中，线圈212和226的最大功率水平可以是10瓦或更大，而线圈246和274的最大功率水平可小于10瓦。在一个示例中，线圈226可以高达15瓦的功率进行接收，并且线圈246可以高达5瓦的功率进行传输。最大功率水平的这些量值仅仅是例示性的。一般来讲，每个线圈可操作任何期望的功率水平。
86.通过针对高功率和低功率无线功率传递系统选择非谐波频率，减少了系统之间的串扰。因此，线圈212可将无线功率传输到设备100中的线圈226而不将大量功率传输到线圈274。同时，线圈246可将无线功率传输到设备102中的线圈274，而不将大量功率传输到线圈226或212。因此，可独立地操作该两个系统以递送期望量的无线功率。
87.线圈212和226的高功率系统与线圈246和274的低功率系统之间的附加隔离可由耦接到每个线圈的谐振电容器提供。每个线圈可耦接到相关联电容器，该电容器将该线圈的谐振设定为等于与该线圈相关联的功率传输频率。由于每个系统的目标功率传输频率是不同的，因此不同的系统可以使用不同的谐振电容器来优化针对相关联的功率传输频率的谐振。谐振电容器进一步限制两组线圈之间的串扰。
88.图6至图8中的磁芯(例如，203、224、244、271和256)可由诸如铁氧体的软磁材料形成。磁芯可具有高磁导率，从而允许它们引导系统中的磁场。使用铁氧体芯的示例仅仅是例示性的。如果需要，其他铁磁和/或亚铁磁材料诸如铁、低碳钢、mu-metal(镍铁合金)、纳米晶磁性材料、稀土金属或其他具有足够高磁导率以引导系统中磁场的磁性材料可用于一个或多个芯。磁芯有时可被称为亚铁磁芯(ferrimagnetic cores)。磁芯203、224、244、271和256可以是单件或由分开的件制成。芯可以是模制的、烧结的、由叠层形成的、由分布在聚合物中的颗粒(例如陶瓷颗粒)形成的，或通过其他工艺制造的。
89.磁芯203和224可改善线圈212和226之间的耦接(与省略了芯203和224的布置相比)。磁芯224可将所接收的磁通量重新引导到线圈226。磁芯203和224可具有盘形或其他期望的形状。
90.磁芯243和271可改善线圈246和274之间的耦接(与省略了芯243和271的布置相比)。磁芯271可将所接收的磁通量重新引导到线圈274。磁芯243和271可具有盘形或其他期望的形状。
91.由于不同的相关联几何形状、功率水平及功率传输频率，无线充电系统内的磁芯可具有不同性质。可针对芯在无线充电系统内的特定功能和位置对每个芯进行优化。不同的设备可具有不同的空间限制，这导致芯由不同的材料形成并且/或者具有不同的几何形状。另外，线圈212/226和线圈246/274的不同操作频率可具有不同的相关联的最佳芯材料。
92.例如，设备102中的芯271可以具有高饱和通量密度(saturation flux density)，
使得芯不由与线圈212和226之间的功率传递相关联的磁通量进行饱和。通过具有足够高的饱和通量密度，芯271将仍然能够将从线圈246接收到的通量重新引导到线圈274，即使线圈212在向线圈226传递功率。磁芯271可以在大于2特斯拉(t)、大于1.5t、大于1.0t等处达到饱和。
93.磁芯243可以任选地由与磁芯271相同的材料形成。替代地，磁芯243和271可由不同材料形成。磁芯243可以由与磁芯224不同的材料形成。例如，磁芯243可以具有比磁芯224更高的饱和通量密度。磁芯243、271和/或224还可以具有比设备104中的磁芯203更高的饱和通量密度。磁芯271可以由在线圈212和226的功率传输频率下以及在线圈246和274的功率传输频率下具有低铁损的材料形成。每个磁芯可以被选择为在操作的主频率下具有足够低的铁损。
94.芯243和224可由具有不同的磁导率、不同的磁阻或其他期望的不同特性的不同材料形成。芯243和224也可以具有不同的厚度(例如，芯243可以具有比芯224更小的厚度，如图8所示)。如图8所示，芯224具有凹部(例如，从芯224的表面292朝向表面294延伸)。芯243嵌套在凹部内。在图8中，芯243被描绘为延伸超过芯224的表面292。该示例仅仅是例示性的。如果需要，芯243可完全定位在表面292和294的平面之间。
95.如图8所示，磁芯256可以插置在设备104中的芯203的突出部206与设备100中的芯224之间。磁芯256可具有高磁导率，并且因此降低传输设备(104)和接收设备(100)之间的磁阻。磁场线可以集中在磁芯256中。换句话讲，磁芯256将磁通量从壳体的一个表面(与功率传输设备104相邻)路由到壳体的另一表面(与功率接收设备100相邻)。因此，磁芯256有时可称为磁性继电器(因为其形成在传输器和接收器之间中继磁通量的低磁阻路径)。
96.磁芯256可定位在壳体102的在设备104和100之间的功率传递操作期间具有高磁通量密度的区域中。如图所示，磁芯256可以具有圆形、环形形状并且可以与设备104中的环状突出部206叠置。这可以是高磁通量密度的区域。磁芯256从功率传输线圈212朝向功率接收线圈226中继磁通量。
97.壳体102还可包括磁对准结构264以确保与壳体和相邻设备的恰当对准。当附件102耦接到设备100时(在没有垫104的情况下)，附件102中的磁对准结构264可以与设备100中的对应磁对准结构254磁耦合。当磁对准结构254磁耦合到磁对准结构264时，设备100中的线圈246可以与附件102中的线圈274对准。
98.当附件102耦接到设备100并且放置在设备104上时，附件102中的磁对准结构264可以与设备100中的对应磁对准结构254和设备104中的磁对准结构214两者磁耦合。当磁对准结构264磁耦合到磁对准结构254和214时，设备100中的线圈246可以与附件102中的线圈274对准。另外，设备104中的线圈212可以与设备100中的线圈226对准，并且附件102中的磁芯256可以在设备104中的磁芯203的突出部206之上对准。因此，磁对准结构确保接收线圈相对于传输线圈的恰当对准以及磁性继电器256相对于线圈的恰当对准。
99.在壳体102中使用磁对准结构以确保相对于传输线圈的接收线圈之间的恰当对准的示例仅仅是例示性的。如果需要，其他类型的对准结构可用于对准结构264(例如，压痕或沟槽、夹具结构、粘合剂结构或任何其他期望的对准结构)。
100.图9是具有功率接收组件和功率传输组件的例示性便携式电子设备(诸如图6至图8中的设备100)中的无线充电部件的顶视图。如图所示，设备100包括与磁芯224叠置的一个
或多个线圈226。磁芯224具有圆形形状并且可被称为盘形或圆形。磁芯224和线圈226用于形成功率接收组件222，如图6至图8所示。设备100还包括具有与磁芯243叠置的一个或多个线圈246的功率传输组件。如图9所示，功率传输组件的磁芯243和线圈246可以形成在功率接收组件的磁芯224之上。芯243可具有圆形形状并且可被称为盘形或圆形。环状线圈226(有时称为环形线圈226或圆形线圈226)可具有中心开口，其中芯243及线圈246形成在该中心开口中。芯243和线圈246也可以形成在芯224中的凹部中。
101.环状磁对准结构254(例如，永磁体)可横向包围芯224。对准结构有时可以被描述为环形或圆形。对准结构254可具有中心开口，其中芯224、线圈226、芯243和线圈246形成在中心开口中。在图9中，线圈226、线圈246和对准结构254是同心的。该示例仅仅是例示性的。如果需要，可以使用其他布置。例如，对准结构254可被形成为在芯224的相对两侧上的两个分立的永磁体。在另一示例中，多个离散的永磁体可以围绕芯224以圆形(环形)图案(例如，形成圆的虚线)布置。离散的永磁体可具有弧形布置。
102.图10是具有功率接收组件的例示性可移除附件诸如图6至图8中的设备102中的无线充电部件的顶视图。如图所示，设备102包括与磁芯271叠置的一个或多个线圈274。磁芯271具有圆形形状并且可被称为盘形或圆形。磁芯271和线圈274用于形成功率接收组件(例如，如图7和图8中所示的功率接收组件270)。
103.环状磁芯256(有时称为环形磁芯256或圆形磁芯256)可以横向包围芯271和线圈274。芯256可具有中心开口，芯271和274形成在该中心开口中。在图10中，线圈274和芯256是同心的。该示例仅仅是例示性的。如果需要，可以使用其他布置。在一些示例中，芯256是连续环。在一些示例中，芯256包括以弓形方式布置以便形成圆环的多个离散芯部分。
104.环状磁对准结构264(例如，永磁体)可横向包围芯256、芯271和线圈274。对准结构有时可以被描述为环形或圆形。对准结构264可具有中心开口，其中芯256、芯271和线圈274形成在该中心开口中。在图10中，线圈274、芯256和对准结构264是同心的。该示例仅仅是例示性的。如果需要，可以使用其他布置。例如，对准结构264可以形成为在芯256的相对侧上的两个离散的永磁体。在另一示例中，多个离散的永磁体可以围绕芯256以圆形(环形)图案(例如，形成圆的虚线)布置。离散的永磁体可具有弧形布置。
105.使用设备102中的功率接收组件270接收的功率可用于对壳体102中的电池充电，为壳体102中的附加部件(例如，附加输入-输出部件)供电，和/或向附加附件提供无线功率。如先前所讨论的，壳体102可任选地包括位于附件内其他位置(例如，在侧壁中)处的功率传输组件，该功率传输组件向诸如电子笔的附件传输无线功率。在附件102包括耦接到后部102r的前部102f的实施方案中，可在前部102f和后部102r之间的柔性铰链结构处形成任选的附加功率传输组件。
106.图6至图10所示的功率传输组件和功率接收组件的示例仅是例示性的。一般来讲，功率传输组件和功率接收组件可具有任何期望的设计。在一种可能的布置中，功率传输组件和/或功率接收组件的磁芯可具有罐芯设计(例如，具有接收线圈的环状中空部分的封装件)。在又一可能的布置中，功率传输组件和/或功率接收组件可包括条形铁氧体上的绕组。可使用任何期望的磁芯和线圈设计(例如，u形芯、c形芯、e形芯、环形芯等)。
107.一般来讲，每个传输/接收组件可仅具有一个线圈、两个线圈、三个线圈、三个以上的线圈等。每个线圈可具有任何期望数量的绕组。每个组件可任选地包括横向线圈(例如，
在两个磁芯突出部之间沿着磁芯基部延伸的线圈)。可根据具体的设计来定制设备100、102和104中的线圈和磁芯的精确几何形状。设备100可被设计为特定地与无线功率传输设备104协作。然而，这仅为例示性的。在一些情况下，设备100可不被特定地设计为与功率传输设备104协作。一般来讲，每个设备可具有不同的线圈布置、不同的(或没有)磁性元件(例如，磁芯)、不同的线圈和磁性元件尺寸、不同的线圈和磁性元件形状以及其他不同的特性。
108.根据一个实施方案，提供了一种电子设备，其包括：第一平面无线充电线圈，该第一平面无线充电线圈具有围绕中心区域缠绕的绕组并且被配置为以第一频率操作；第二平面无线充电线圈，该第二平面无线充电线圈具有定位在中心区域中的绕组并且被配置为以与第一频率不同的第二频率操作；与第一平面无线充电线圈叠置的第一亚铁磁芯，该第一亚铁磁芯被定位成将接收的磁通量朝向第一平面无线充电线圈引导；和与第二平面无线充电线圈叠置的第二亚铁磁芯。
109.根据另一个实施方案，该第一平面无线充电线圈被配置为接收第一无线功率信号，并且该第二平面无线充电线圈被配置为传输第二无线功率信号。
110.根据另一个实施方案，第一平面无线充电线圈被配置为在第二平面无线充电线圈传输第二无线功率信号时接收第一无线功率信号。
111.根据另一个实施方案，第一平面无线充电线圈被配置为在电子设备耦接到无线功率传输设备时接收第一无线功率信号。
112.根据另一个实施方案，第二平面无线充电线圈被配置为在电子设备耦接到可移除附件时传输第二无线功率信号。
113.根据另一个实施方案，第一平面无线充电线圈被配置为操作高达第一最大功率水平，并且第二平面无线充电线圈被配置为操作高达小于第一最大功率水平的第二最大功率水平。
114.根据另一个实施方案，第一平面无线充电线圈和第二平面无线充电线圈处于平行平面中。
115.根据另一个实施方案，第一平面无线充电线圈和第二平面无线充电线圈是同心的。
116.根据另一个实施方案，第一亚铁磁芯具有凹部，并且第二亚铁磁芯形成在该凹部中。
117.根据另一个实施方案，该第二亚铁磁芯具有比第一亚铁磁芯更高的饱和通量密度。
118.根据另一个实施方案，第二频率与第一频率相差大于5倍。
119.根据另一个实施方案，第二频率不在第一频率的任何整数倍的20khz内。
120.根据另一个实施方案，电子设备包括以具有中心开口的环形图案布置的至少一个永磁体，第一平面无线充电线圈和第二平面无线充电线圈定位在中心开口中。
121.根据一个实施方案，一种用于电子设备的附件，该电子设备具有第一线圈和第二线圈，该第一线圈被配置为以第一频率从无线功率传输设备接收第一无线功率信号，该第二线圈被配置为以与第一频率不同的第二频率传输第二无线功率信号，提供了附件，该附件包括：介电层，该介电层在电子设备和无线功率传输设备之间的无线功率传递操作期间插置在电子设备和无线功率传输设备之间；和介电层中的线圈，该线圈被配置为在第一无
线功率信号从无线功率传输设备穿过介电层到达第一线圈时从第二线圈接收第二无线功率信号。
122.根据另一个实施方案，该附件包括第一亚铁磁芯，该第一亚铁磁芯被配置为将第二无线功率信号引导到线圈。
123.根据另一个实施方案，该附件包括具有中心开口的第二亚铁磁芯，该线圈和第一亚铁磁芯形成在中心开口中。
124.根据另一个实施方案，该第二亚铁磁芯被配置为将第一无线功率信号从无线功率传输设备朝向第一线圈中继。
125.根据另一个实施方案，该附件包括磁对准结构，当磁对准结构磁耦合到电子设备中的附加磁对准结构时，线圈与第二线圈对准。
126.根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括：第一平面无线充电线圈，该第一平面无线充电线圈具有围绕中心区域缠绕的绕组；第一亚铁磁芯，该第一亚铁磁与第一平面无线充电线圈叠置，该第一亚铁磁芯被配置为将接收的磁通量朝向第一平面无线充电线圈引导，并且第一亚铁磁芯在中心区域内具有凹部；第二亚铁磁芯，该第二亚铁磁芯形成在第一亚铁磁芯的凹部中，该第二亚铁磁芯由与第一亚铁磁芯不同的材料形成；和第二平面无线充电线圈，该第二平面无线充电线圈与第二亚铁磁芯叠置。
127.根据另一个实施方案，该第二亚铁磁芯具有比第一亚铁磁芯更高的饱和通量密度。
128.前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

技术特征：

1.一种电子设备，包括：第一平面无线充电线圈，所述第一平面无线充电线圈具有围绕中心区域缠绕的绕组并且被配置为以第一频率操作；第二平面无线充电线圈，所述第二平面无线充电线圈具有被定位在所述中心区域中的绕组并且被配置为以与所述第一频率不同的第二频率操作；与所述第一平面无线充电线圈叠置的第一亚铁磁芯，所述第一亚铁磁芯被定位成将接收的磁通量朝向所述第一平面无线充电线圈引导；和与所述第二平面无线充电线圈叠置的第二亚铁磁芯。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈被配置为接收第一无线功率信号，并且其中所述第二平面无线充电线圈被配置为传输第二无线功率信号。3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈被配置为在所述第二平面无线充电线圈传输所述第二无线功率信号时接收所述第一无线功率信号。4.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈被配置为在所述电子设备被耦接到无线功率传输设备时接收所述第一无线功率信号。5.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第二平面无线充电线圈被配置为在所述电子设备被耦接到可移除附件时传输所述第二无线功率信号。6.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈被配置为以高达第一最大功率水平操作，并且其中所述第二平面无线充电线圈被配置为以高达第二最大功率水平操作，所述第二最大功率水平小于所述第一最大功率水平。7.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈和所述第二平面无线充电线圈处于平行平面中。8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一平面无线充电线圈和所述第二平面无线充电线圈是同心的。9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一亚铁磁芯具有凹部，并且其中所述第二亚铁磁芯被形成在所述凹部中。10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二亚铁磁芯具有比所述第一亚铁磁芯更高的饱和通量密度。11.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二频率与所述第一频率相差大于5的系数。12.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二频率不在所述第一频率的任何整数倍的20khz内。13.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：以具有中心开口的环形图案布置的至少一个永磁体，其中所述第一平面无线充电线圈和所述第二平面无线充电线圈被定位在所述中心开口中。14.一种用于电子设备的附件，其中所述电子设备具有第一线圈和第二线圈，所述第一线圈被配置为以第一频率从无线功率传输设备接收第一无线功率信号，所述第二线圈被配置为以与所述第一频率不同的第二频率传输第二无线功率信号，所述附件包括：介电层，所述介电层在所述电子设备和所述无线功率传输设备之间的无线功率传递操作期间被插置在所述电子设备和所述无线功率传输设备之间；和
所述介电层中的线圈，所述线圈被配置为在所述第一无线功率信号从所述无线功率传输设备向所述第一线圈穿过所述介电层时从所述第二线圈接收所述第二无线功率信号。15.根据权利要求14所述的附件，还包括：第一亚铁磁芯，所述第一亚铁磁芯被配置为将所述第二无线功率信号引导到所述线圈。16.根据权利要求15所述的附件，还包括：具有中心开口的第二亚铁磁芯，其中所述线圈和所述第一亚铁磁芯被形成在所述中心开口中。17.根据权利要求16所述的附件，其中所述第二亚铁磁芯被配置为将所述第一无线功率信号从所述无线功率传输设备朝向所述第一线圈中继。18.根据权利要求17所述的附件，还包括：磁对准结构，其中当所述磁对准结构被磁耦合到所述电子设备中的附加磁对准结构时，所述线圈与所述第二线圈对准。19.一种电子设备，包括：第一平面无线充电线圈，所述第一平面无线充电线圈具有围绕中心区域缠绕的绕组；第一亚铁磁芯，所述第一亚铁磁芯与所述第一平面无线充电线圈叠置，其中所述第一亚铁磁芯被配置为将接收的磁通量朝向所述第一平面无线充电线圈引导，并且其中所述第一亚铁磁芯在所述中心区域内具有凹部；第二亚铁磁芯，所述第二亚铁磁芯被形成在所述第一亚铁磁芯的所述凹部中，其中所述第二亚铁磁芯由与所述第一亚铁磁芯不同的材料形成；和第二平面无线充电线圈，所述第二平面无线充电线圈与所述第二亚铁磁芯叠置。20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述第二亚铁磁芯具有比所述第一亚铁磁芯更高的饱和通量密度。

技术总结

一种在无线功率系统中的电子设备可以能够与诸如壳体的可移除附件一起操作。该设备可具有共面的功率传输和功率接收线圈。传输线圈可以被定位在接收线圈的中心开口内。可移除附件可具有被配置为从电子设备的传输线圈接收无线功率的嵌入式接收线圈。电子设备的接收线圈可从功率传输设备(例如，充电垫)接收无线功率。电子设备的接收线圈可操作高达比电子设备的传输线圈更高的最大功率。电子设备中的功率传输线圈和功率接收线圈可以以不同的功率传输频率操作。为了减轻串扰，功率传输线圈的操作频率可以是功率接收线圈的操作频率的非整数倍。数倍。数倍。