用于无线功率发射器和接收器的适配设备及使用其的方法
相关申请的交叉引用
1.本专利申请要求于2021年4月29日提交的美国临时申请第63/181,940号的权益，该美国临时申请通过引用其整体并入本文。
技术领域
1.本发明总体上涉及一种用于为消费者电子设备中的电池进行充电的无线功率传输系统，具体地涉及位于具有围绕其源线圈的磁体阵列的无线功率发射器与缺乏围绕其接收器线圈的对应磁体阵列的无线功率接收器中间的适配设备。
背景技术：2.无线功率传输系统(诸如由加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司开发的无线功率传输系统)在充电设备的无线功率发射器中使用磁体阵列，该磁体阵列与安装在消费者电子设备中的无线功率接收器中的对应磁体阵列对接。发射器和接收器中的磁体具有兼容的极化，该极化使接收器与发射器正确对齐并提供接收器相对于发射器的物理保持。这提供了接收器中的接收器线圈与发射器中的源线圈之间的最佳对准，从而允许发射器与接收器之间的最大功率传输。
3.在缺少对应的磁体阵列的替代接收器与发射器一起使用时，发射器中的磁体阵列(该发射器中的磁体阵列被设计用于促进与接收器中的对应的磁体阵列的磁性配对)的极化可导致发射器中的源线圈与接收器线圈之间的磁耦合问题。在替代接收器中没有对应的磁体阵列的情况下，来自发射器中的磁体阵列的磁通量可能使替代接收器中的接收器线圈屏蔽饱和，由此导致无线功率传输系统的充电性能显著降低。
技术实现要素：4.根据一个方面，适配设备将具有围绕无线功率发射器中的源线圈布置的第一磁体阵列的无线功率发射器与缺乏围绕无线功率发射器中的接收器线圈布置的对应磁体阵列的无线功率接收器进行对接。所述适配设备包括平面介电基板和嵌入在所述基板中的第二磁体阵列，所述第二磁体阵列具有与所述第一磁体阵列的近端表面相反的极化，并且所述第二磁体阵列被配置成包含由所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列形成的磁通量，所述磁通量通向所述无线功率发射器和所述适配设备。
5.根据另一方面，一种将具有围绕无线功率接收器中的源线圈布置的第一磁体阵列的无线功率接收器与缺乏围绕无线功率发射器中的接收器线圈布置的对应磁体阵列的无线功率发射器对接的方法包括：提供无线功率发射器并且提供无线功率接收器。该方法进一步包括布置适配设备，该适配设备具有平面介电基板和嵌入在无线功率接收器与无线功率发射器中间的基板中的第二磁体阵列。
6.根据另一方面，无线功率充电设备包括无线功率发射器和适配设备。所述无线功率发射器包括源线圈和第一多个磁体，所述第一多个磁体布置在源线圈附近或部分环绕所
述源线圈。所述适配设备与所述无线功率发射器对接并包括平面介电基板和嵌入在所述基板中的第二多个磁体，所述第二多个磁体具有与所述第一多个磁体相反的极化，并且所述第二磁体阵列被配置成包含由所述第一多个磁体和所述第二多个磁体形成的磁通量，所述磁通量通向所述无线功率发射器和所述适配设备。
附图说明
7.现在将通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：
8.图1是根据一些实施例的具有磁体阵列的无线功率发射器、缺少对应磁体阵列的无线功率接收器以及发射器与接收器之间的适配设备的示意性横截面视图。
9.图2是根据一些实施例的适配设备的示意顶视图。
具体实施方案
10.围绕无线功率发射器中的源线圈的磁体阵列使无线功率接收器(该无线功率接收器缺乏围绕该无线功率接收器的接收器线圈的对应磁体阵列)中的接收器线圈磁屏蔽件饱和，由此降低无线充电性能这一问题可以通过适配设备来解决，所述适配设备例如为安装在消费电子设备(该消费电子设备包含无线功率接收器，该无线功率接收器包括平面介电基板和嵌入该基板中的第二磁体阵列)上的外壳的形式。替代地，适配设备可以是放置在接收器顶部的垫的形式。第二磁体阵列具有两个磁极并被布置成第一磁体阵列的顶表面的镜像，并且具有与第一磁体阵列相反的磁极化。第二磁体阵列被配置成包含由第一磁体阵列和第二磁体阵列形成的磁通量，所述磁通量通向无线功率发射器和适配设备，由此防止磁通量使接收器线圈磁屏蔽件饱和。
11.图1是示出无线功率发射器或发射器组件100、适配设备102、和无线功率接收器或接收器组件104的示意性横截面视图。发射器组件100包括第一磁体阵列，所述第一磁体阵列包括磁体106a、106b(统称为第一磁体阵列106)和源线圈108。适配设备102包括基板110、第二磁体阵列112(在图1所示视图中只有一个磁体可见)和磁屏蔽件114。接收器104包括接收器线圈屏蔽件116和接收器线圈118。图1所示的横截面视图示出发射器组件100、适配设备102和接收器组件104的左侧部分。在一些实施例中，第一磁体阵列106围绕源线圈108呈环形或半环形地延伸。同样，第二磁体阵列112和磁屏蔽件114可围绕接收器线圈118呈环形或半环形地延伸(如图2中更详细地示出)。
12.在一些实施例中，功率从发射器组件100无线传输到接收器组件104。具体地，功率从源线圈108无线地传输到接收器线圈118。第一磁体阵列106产生磁通量120，磁通量120与和一些接收器组件相关联的磁体阵列(未示出)相互作用，以确保发射器组件100与对应的接收器组件之间的正确对准。在图1所示的示例中，接收器组件104不包括对应的磁体阵列。为了防止由第一磁体阵列106产生的磁通量120干扰用于在源线圈108和接收器线圈118之间传输功率的磁场/磁通量，适配设备102被放置在发射器组件100和接收器组件104之间。例如，适配设备102可被放置在发射器组件100的顶部上，并且接收器组件104可被放置在适配设备102的顶部上。在其他实施例中，适配设备102可被固定至接收器组件104，其中适配设备102与接收器组件104的组合被放置在发射器组件100上。
13.如图1所示，为了来自围绕源线圈108的第一磁体阵列106的磁通量120不使接收器
组件104中的接收器线圈屏蔽件116饱和，在无线充电过程期间，第二磁体阵列112嵌入在发射器组件100与接收器组件104中间(即，之间)的适配设备102的基板110中。在一些实施例中，第二磁体阵列112用于将由第一磁体阵列106产生的磁通量引导或传导至所期望的位置(即，传导适配设备102内的磁通量，并且防止由第一磁体阵列106产生的磁通量干扰接收器线圈118)。在一些实施例中，与第二磁体阵列112相关联的磁极被配置为相对于位于第一磁体阵列106中的近端磁体具有相反的极性。例如，在图1所示的实施例中，作为第一磁体阵列106的一部分而被包括的内半径磁体106b具有磁南极(s)，所述磁南极(s)接近作为第二磁体阵列112的一部分而被包括的磁体的磁北极(n)。同样，作为第一磁体阵列106的一部分而被包括的外半径磁体106a具有磁北极(n)，所述磁北极(n)接近作为第二磁体阵列112的一部分而被包括的磁体的磁南极(s)。在每种情况下，第二磁体阵列112被布置为使得最接近第一磁体阵列106的磁极在极性方面是相反的。该配置确保由第一磁体阵列106产生的磁通量被传导至第二磁体阵列112中。在图1所示的实施例中，作为第二磁体阵列112的一部分而被包括的磁体水平定向，其中一个磁极位于磁体的内半径上，而另一个磁极位于磁体的外半径上(也如图2所示)。在其他实施例中，可基于第一磁体阵列106的取向和几何形状来采用其他的几何形状。第二磁体阵列112中的每个磁体具有与第一磁体阵列106中的对应磁体相反的极化，以将磁通量120传导回第一磁体阵列106，由此抑制磁通量120流过接收器线圈屏蔽件116。
14.在一些实施例中，适配设备102可包括环形磁屏蔽件114，环形磁屏蔽件114在接近第二磁体阵列112的位置处嵌入在基板110中，并且与第二磁体阵列112同轴布置。环形磁屏蔽件114定位在基板110中，使得当接收器放置在发射器组件100上或附近时，环形磁屏蔽件114插入第二磁体阵列112和无线功率接收器104之间。在一些实施例中，环形磁屏蔽件114具有低导电性以改善充电性能。适配设备102还可以包括嵌入在基板110中的定向磁体(未示出)，该定向磁体可以与接收器组件100中的对应定向磁体对接以帮助在发射器组件100上对准接收器组件104。
15.在一些实施例中，适配设备102包括一个或多个平面介电基板110，用于在第一侧与发射器组件100对接并在与第一侧相对的第二侧与接收器组件104对接。另外，平面介电基板110容纳第二磁体阵列112和磁屏蔽件114。
16.在一些实施例中，发射器组件100可包含被并入发射器组件100中的磁传感器(未示出)，以检测第二磁体阵列112的存在。如果传感器检测到第二磁体阵列112或接收器组件104包含与第一磁体阵列106对应的磁体阵列，则发射器组件100可配置为在更高的充电功率值(例如15w)下操作。否则，充电可能会被限制在较低的功率值，例如5w。
17.图2是根据一些实施例的适配设备102的示意顶视图。图2所示的示意视图示出了由多个单独的磁体112a-112h所组成的环形第二磁体阵列112。多个磁体112a-112h中的每一个包括磁北极以及磁南极。在图2所示的实施例中，多个磁体112a-112h中的每一个的磁北极位于环形第二磁体阵列112的内圆周上，并且磁南极位于环形第二磁体阵列112的外圆周上。在其他实施例中，磁体112a-112h(统称为“磁体112”)的极化可以基于第一磁体阵列106的极化来反转。在图2所示的实施例中，磁体112的第二阵列形成环形环。在其他实施例中，第二磁体阵列112可形成部分环。在一些实施例中，选择第二磁体阵列112的布置以镜像第一磁体阵列106的布置。
18.另外，在一些实施例中，适配设备102包括在第二磁体阵列112上方提供的磁屏蔽件114。在图2所示的实施例中，磁屏蔽件114的形状为环形，以适应第二磁体阵列112的环形。在其他实施例中，磁屏蔽件114具有被配置为与第二磁体阵列112的几何形状(例如，环形、半环形等)相对应的几何形状。
19.一些实施例中，适配设备102不同于被设计用于与或其他兼容设备一起使用的兼容附件。兼容附件内部的磁体阵列具有四个极并且被极化以允许来自发射器组件100中的第一磁体阵列106的磁通量通过到达接收器组件104。与此相对地，适配设备102中的第二磁体阵列112具有为两极的极性，且该极性与兼容附件内部的磁体阵列相反，以将磁通量120从第一磁体阵列106传导至闭合回路中，所述闭合回路不到达接收器组件104。
20.这种设计的优点是，它将来自第一磁体阵列106的磁通量传导至闭环回路中，从而防止磁通量使接收器组件104中的接收器线圈屏蔽件116饱和。这将显著地改进接收器的无线充电性能，而无需与第一磁体阵列106相对地定位的磁体阵列。在发射器中包含传感器的情况下，发射器将能以更高的功率(例如15w)为消费者电子设备充电，而无论接收器是否包含对应磁体阵列。
21.适配设备102的适用性并不仅限于与具有磁体阵列106的无线功率接收器100一起使用，而且还可以用于改善与不包含足够高磁导率、低电导率屏蔽材料(例如，铁氧体、纳米晶)的任何无线功率接收器的充电性能以完全屏蔽接收器的导电部分(即友好金属；例如电池、金属支架、pcb)免受无线功率发射器100所产生的磁场的影响。当无线功率发射器100使用比无线功率接收器104中的接收器线圈118覆盖更大区域的源线圈108时，适配设备102特别有用。
22.尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是仅受所附权利要求书中所阐述的范围限制。例如，上述实施例(和/或其多个方面)可以彼此组合地使用。另外，可以做出许多修改以将特定情况或材料配置成本发明的教导，而不脱离本发明的范围。本文所描述的各种组件的尺寸、材料类型、取向以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，而仅仅是原型实施例。
23.在阅读上述描述后，在权利要求书的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求书以及此类权利要求书的等同例的完整范围来确定。
24.如本文中使用的，“一个或多个”包括由一个要素执行的功能，由多于一个要素例如以分布式方式执行的功能，由一个要素执行的若干功能，由若干要素执行的若干功能，或上述情况的任何组合。
25.将会理解，虽然在一些实例中，术语第一、第二等在本文中用于描述各种要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，第一接触件可以被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可以被称为第一接触件，而没有背离各种所描述的实施例的范围。第一接触件和第二接触件两者都是接触件，但它们并非相同的接触件。
26.在对本文中各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅出于描述特定实施例的
目的，而不旨在是限制性的。如在对各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含相关联的所列项目中的一个或更多个的所有可能的组合。将进一步理解的是，术语包括摂、包括有摂、包含摂和/或“包含有”当在本说明书中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其群组的存在或添加。
27.如本文中所使用的，取决于上下文，术语“如果(if)”可选地被解释为表示“当...时”或“在
…
后”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果被确定”或“如果检测到[所陈述的状况或事件]”被可选地解释为表示“在确定
…
后”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的状况或事件]后”或“响应于检测到[所陈述的状况或事件]”。
[0028]
附加地，尽管本文中可以使用法则或取向的术语，但这些要素不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有法则或取向的术语用于将一个要素与另一个要素区分开的目的，并且除非另有说明，否则不表示任何特定顺序、操作顺序、方向或取向。
技术特征：1.一种适配设备，所述适配设备被配置成将无线功率接收器与无线功率发射器对接，所述无线功率接收器具有围绕所述无线功率接收器中的接收器线圈布置的第一磁体阵列，所述无线功率发射器缺乏围绕所述无线功率发射器中的源线圈布置的对应磁体阵列，所述适配设备包括：平面介电基板；以及第二磁体阵列，所述第二磁体阵列嵌入在所述基板中，所述第二磁体阵列具有与所述第一磁体阵列相反的极化，并且所述第二磁体阵列被配置成包含由所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列形成的磁通量，所述磁通量通向所述无线功率发射器和所述适配设备。2.根据权利要求1所述的适配设备，其特征在于，所述第二磁体阵列被配置用于抑制由所述第一磁体阵列使围绕所述接收器线圈布置的磁屏蔽磁饱和。3.根据权利要求1所述的适配设备，其特征在于，所述基板被配置用于将所述第二磁体阵列与所述接收器线圈基本上同轴地定位。4.根据权利要求3所述的适配设备，其特征在于，所述第二磁体阵列被布置为弧形配置。5.根据权利要求1所述的适配设备，其特征在于，所述基板被配置为定位在所述无线功率发射器与所述无线功率接收器中间。6.一种将无线功率接收器与无线功率发射器对接的方法，所述无线功率接收器具有围绕所述无线功率接收器中的接收器线圈布置的第一磁体阵列，所述无线功率发射器缺乏围绕所述无线功率发射器中的源线圈布置的对应磁体阵列，所述方法包括：提供所述无线功率发射器；提供所述无线功率接收器；以及布置适配设备，所述适配设备具有平面介电基板以及第二磁体阵列，所述第二磁体阵列嵌入在所述基板中，所述基板在所述无线功率发射器与所述无线功率接收器中间。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二磁体阵列具有与所述第一磁体阵列相反的极化，并且所述第二磁体阵列被配置成包含由所述第一磁体阵列和所述第二磁体阵列形成的磁通量，所述磁通量通向所述无线功率发射器和所述适配设备。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二磁体阵列被配置用于抑制由所述第一磁体阵列使所述无线功率接收器中围绕所述接收器线圈布置的磁屏蔽磁饱和。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二磁体阵列与所述接收器线圈基本上同轴地布置。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二磁体阵列被布置为弧形配置。11.一种无线功率充电设备，包括：无线功率发射器，所述无线功率发射器包括：源线圈；和第一多个磁体，所述第一多个磁体被布置为与所述源线圈相邻或者部分围绕所述源线圈；以及适配设备，所述适配设备用于与所述无线功率发射器对接，所述适配设备包括：平面介电基板；第二多个磁体，所述第二多个磁体嵌入在所述基板中，所述第二多个磁体具有与所述
第一多个磁体相反的极化，并且所述第二多个磁体被配置成包含由所述第一多个磁体和所述第二多个磁体阵列形成的磁通量，所述磁通量通向所述无线功率发射器和所述适配设备。12.根据权利要求11所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述适配设备进一步包括：磁屏蔽，所述磁屏蔽嵌入在所述平面介电基板中并且定位为与所述第二多个磁体相邻。13.根据权利要求11所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述适配设备与无线功率接收器对接，所述无限功率接收器包括用于从所述源线圈接收无线功率但是缺乏围绕所述无线功率接收器中的所述接收器线圈布置的对应磁体阵列。14.根据权利要求13所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述第二磁体阵列被配置用于抑制围绕所述接收器线圈布置的磁屏蔽的磁饱和。15.根据权利要求13所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述平面介电基板被配置用于将所述第二磁体阵列与所述接收器线圈基本上同轴地定位。16.根据权利要求13所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述基板被配置为定位在所述无线功率发射器与所述无线功率接收器中间。17.根据权利要求11所述的无线功率充电系统，其特征在于，所述第二磁体阵列被布置为弧形配置。
技术总结适配设备将具有围绕无线功率发射器中的源线圈布置的第一磁体阵列的无线功率发射器与缺乏围绕无线功率发射器中的接收器线圈布置的对应磁体阵列的无线功率接收器进行对接。适配设备包括平面介电基板和嵌入于基板中的第二磁体阵列，该第二磁体阵列具有与第一磁体阵列相反的极化，并且适配设备被配置成包含由第一磁体阵列和第二磁体阵列形成的磁通量，该磁通量通向无线功率发射器和适配设备。磁通量通向无线功率发射器和适配设备。磁通量通向无线功率发射器和适配设备。
技术研发人员：小乔治
受保护的技术使用者：安波福技术有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
