用于无线充电的双功能接收/发射元件

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月6日提交的美国临时申请62/756,273的优先权，其公开内容通过引用整体和全部共有来并入本文。

技术领域

本发明总体而言是无线充电领域，并且特别地，本发明针对可以在磁感应无线充电系统和电磁(RF)无线充电系统两者中使用的新型双功能接收/发射元件。

背景技术

无线充电系统和无线充电设备在本领域是众所周知的。在同一发明人的国际专利公开号WO 2013/118116、WO 2013/179284和WO 2015/022690中详细描述了使用电磁能进行充电的这种充电系统和设备的一些示例，这些示例都通过参引并入本文。

使用接收和发射天线来进行电磁能量传输在本领域中是众所周知的。此外，两个或多个线圈的使用在本领域中也是众所周知的。

应该理解的是，可充电设备(rechargeable device)可以被配置为通过感应方法或电磁方法进行无线充电。然而，这现在要求此类无线可充电设备的所有者既能使用RF无线充电系统，又能使用感应无线充电系统。因此对于无线充电系统来说，仍然存在未得到满足的需求，该无线充电系统被配置为既可作为RF无线充电系统又可作为感应无线充电系统来运行，使得用户可以在不考虑可用的无线充电方法的情况下为他们的可充电设备充电。

发明内容

本发明提供了一种无线充电系统，该无线充电系统可以发挥RF无线充电系统和感应无线充电系统两者的作用。

各方面都包括一个或更多个元件，无论是发射元件还是接收元件，可以发挥用于设备的感应充电的线圈的作用，或者可以发挥用于设备的RF电磁无线充电的天线的作用。

本发明的另外方面提供了将无线充电系统从感应充电切换到RF电磁充电的方法，或者从RF电磁充电切换到感应充电的方法。

本发明内容是用于以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念将在下面的详细说明中进一步描述。前述内容已经概述了本发明的一些相关目的。这些目的应被解释为仅说明了预期发明的一些更突出的特征和应用。通过以不同的方式应用所公开的发明或在公开的范围内修改本发明，可以取得许多其他有益的结果。因此，除了由结合附图的权利要求所限定的发明范围之外，通过参考本发明的摘要和优选实施方式的详细说明，可以拥有对本发明的其他目的以及更全面的理解。

附图说明

下面参考本文所附的附图来描述本公开的实施方式的示例。在附图中，在一个以上的附图中出现的相同结构、元件或部件通常在它们出现的所有附图中用相同的数字标记。附图中所示的部件和特征的尺寸通常是为了方便和清晰地表达而选择的，而并不一定按比例示出。所呈现的许多附图是以示意图的形式出现，因此，为了清楚说明起见，某些元件可能被大大简化或未按比例绘制。这些附图并不旨在成为生产图纸。这些附图(图)列举如下。

图1是被配置为集成在无线可充电电气设备中的元件的示意图，该元件发挥用于感应无线充电系统的线圈的作用。

图2是被配置为通过本发明的充电盒集成在无线可充电电气设备中的元件的示意图，该元件发挥用于RF无线充电系统的天线的作用。

图3是本发明连接到开关的元件的示意图，该开关确定该元件的功能是作为用于基于磁性(感应)的无线充电系统的线圈，或是作为用于基于电磁(RF)的无线充电系统的天线。

应该清楚的是，在本说明书中阐述的实施方式和所附附图的描述仅用于更好地理解本发明，而不是限制本发明的范围。还应该清楚的是，本领域的技术人员在阅读本说明书之后，可以对所附附图和以上描述的实施方式进行调整或修正，这些调整或修正的附图和实施方式仍将被本发明涵盖。

具体实施方式

本发明针对可以同时发挥RF无线充电系统和感应无线充电系统的作用的无线充电系统。

在下面的说明中，将描述用于无线充电系统的新型双功能接收元件的各个方面。详细说明仅仅是示例性的，以及该说明绝不旨在限制本发明的范围、其可能变化的应用或用途。本发明的描述与本文中包括的非限制性定义和术语有关。这些定义和术语并不是被设计为发挥限制本发明的范围或实践的作用，而是仅出于说明性和描述性的目的。

尽管可以在单个实施方式的背景下描述本公开的各种特征，但这些特征也可以被单独地或以任何适当的组合来设置。反之，尽管为了清晰起见，本文可以在单独的实施方式的背景下描述本公开内容，但本公开内容也可在单个实施方式中实施。此外，应该理解的是，本公开内容可以以各种方式执行或实践，并且本公开内容可以在下文中描述的示例性实施方式以外的实施方式中实施。

出现在说明书以及权利要求书中的说明、示例和材料不应解释为限制性的，而应被解释为说明性的。用于表示相对方向或位置的术语，诸如“右”和“左”、“上”和“下”、“顶部”和“底部”、“水平”和“竖直”、“高于”和“低于”诸如此类，也可以不受限制地使用。

还将理解的是，在提供数值范围的实例中，该范围旨在不仅包括该范围的端点值，而且还包括该范围的中间值，该中间值明确地被包含在此范围内并根据范围的最后一个有效数字变化。举例来说，所列举的1到4的范围旨在包括1-2、1-3、2-4、3-4和1-4。

本发明提供了使用一个或更多个与整流器耦合的元件来双功能操作无线充电系统的方法，该整流器可以被配置为作为感应无线充电系统或RF无线充电系统来操作。应该理解的是，虽然本发明的实施方式结合了双功能元件以用作无线充电系统的接收元件，但本发明的其他实施方式结合了双功能元件作为发射元件，以充当初级线圈(感应)或发射天线(RF)。

根据本发明的实施方式，元件可以发挥次级线圈的作用，用于接收由无线感应式充电系统中的初级线圈发射的能量，并且还可以发挥接收天线(Rx)的作用，用于接收由基于电磁的无线充电系统中的发射天线发射的RF能。该双功能接收元件被配置为结合在无线可充电设备中，并可以从发挥线圈的作用切换为发挥天线的作用，这将在下文中详细描述。

根据本发明的其他实施方式，元件可以发挥初级线圈的作用，用于发射要由无线感应充电系统中的次级线圈接收的能量，并且该元件还可以发挥发射天线的作用，用于发射要由基于电磁的无线充电系统中的接收天线接收的RF能。

在一些实施方式中，双功能元件被配置为结合在无线可充电设备中，并且可以从发挥次级线圈的作用切换到发挥接收天线的作用。而在其他实施方式中，双功能元件被配置为结合在无线充电器中，以从发挥初级线圈的作用切换到发挥发射天线的作用。

在一个主要方面，本发明涉及一种被配置为结合在无线可充电的电子设备的接收单元中的元件，该元件发挥次级线圈的作用，用于接收由无线感应充电系统中的初级线圈发射的能量，并且该元件还可以发挥接收天线(Rx)的作用，用于接收由基于电磁的无线充电系统中的发射天线发射的RF能。该双功能接收元件被配置为结合在无线可充电设备中，并可以从在电气设备由具有初级发射线圈的感应充电器无线充电时发挥线圈的作用切换为在电气设备由具有发射RF能的发射天线的电磁充电器无线充电时发挥接收天线的作用。

应该理解的是，切换处于充电状态的设备的充电方法的能力使得待充电的设备有大量的充电机会，而不会局限于一种无线充电方法而忽略其他，并且由于次级线圈和接收天线共享共同的组件，该能力还具有经济价值。通过具有在不同的充电方法之间进行切换的能力，用户可以通过这两种方法中的任何一种而不只限于其中一种来为他的电气设备充电。此外，制造商将不必选择某种方法为设备充电，因为通过相同的硬件和天线/线圈，可充电的电气设备将具有以两种无线充电方法中的任何一种进行充电的能力，且充电的可用性将提高。

在第一方面，提供了一种用于无线充电的双功能元件，该元件被集成在无线可充电的电气设备的接收单元或发射单元中。该双功能元件被配置为既可以发挥用于通过感应对设备进行无线充电的线圈的作用，或者被配置为可以发挥用于通过电磁能对设备进行无线充电的RF天线的作用。该双功能元件包括至少一个元件，所述元件具有在所述元件的每一端处的至少两个电接触件(electrical contact)、被配置为与所述元件的所述至少两个电接触件相互作用的至少两个端子(terminal)以及连接到所述至少两个端子的至少一个整流器，其中所述至少两个端子可以被断开或闭合以将所述至少一个元件的一个或更多个电接触件电连接到所述整流器。在这个方面，在至少一个整流器通过使所述至少两个端子闭合而与所述元件形成闭合回路时，所述元件用作提供感应无线充电的线圈。此外，在这个方面，在至少一个整流器通过使所述至少两个端子中的至少一个断开而与所述元件形成断开回路时，所述元件用作提供RF无线充电的天线。

在双功能元件被结合在可充电设备的接收单元中的这种实施方式中，至少一个整流器通过闭合所述至少两个端子而与所述元件形成闭合回路，该双功能元件用作提供感应无线充电的次级线圈，并且将由双功能元件接收的磁能转换为电荷。在至少一个整流器通过使所述至少两个端子中的至少一个断开而与所述元件形成断开回路时，所述接收元件用作提供RF无线充电的天线，并且将元件接收的RF能转换为电荷。

在双功能元件被结合在发射单元中的这种实施方式中，该双功能元件被结合在向可充电设备提供无线充电的充电设备的发射单元中。

在至少一个方面，该双功能元件还包括用于使所述至少两个端子中的一个或更多个电连接或断开连接的开关，该端子被配置为与所述元件的所述至少两个电接触件相互作用。在使用开关的方面，该开关由通信电路、能量感测电路、阻抗感测电路、软件或移动设备软件应用程序或其组合来控制。

参考以下附图来描述两种充电方法之间的切换。现在参考附图。

图1是双功能元件100的至少一个实施方式的示意图，该双功能元件100被配置为被集成在无线可充电电气设备的接收单元150中，该双功能元件100发挥用于感应无线充电系统的线圈的作用。该元件100通过端子110(AC1)和端子112(AC2)连接到整流器114。作为非限制性的示例，图1的配置用在待充电的设备中，该元件将充当接收元件以用作次级线圈，以便将由该元件(充当次级线圈)接收的磁能转换为用于对该设备进行充电的电荷。应该理解的是，出现在图1中的示意图还可以被结合到具有类似配置的无线充电器或发射设备中，但用于充当初级线圈，以对接收单元中的次级线圈进行感应充电。

图2是双功能元件100的至少一个实施方式的示意图，该双功能元件100被配置为被集成在无线可充电的电气设备的接收单元1501中，该双功能元件100发挥用于RF无线充电系统的接收天线的作用。作为非限制性的示例，图2的配置用在待充电的设备中，该元件将充当天线100，并通过端子110连接到整流器114，而用于感应的第二端子现在是断开的端子112A，以便将由该元件(充当天线)接收的电磁能转换为用于对设备进行充电的电荷。应该理解的是，出现在图2中的示意图还可以被结合到具有类似配置的无线充电器或发射设备中，但用于将RF能发射到接收单元。

图3是本发明的接收元件100连接到开关118的示意图，该开关118确定其在接收单元1502内的功能，该功能是发挥用于基于磁感应的无线充电接收单元的次级线圈的作用，或是发挥用于基于电磁(RF)的无线充电系统的接收天线的作用。更详细地说，开关118使端子112B'(AC2)连接到整流器或与整流器断开。在仅端子110(AC1)连接到整流器114的方案下，接收元件100发挥接收天线的作用，并使得对电气设备能够进行电磁无线充电。在这种方案下，开关118是断开的，且端子112B'(AC2)是分离的并没有连接到整流器114。在两个端子都连接到整流器114的方案下，即，开关118是闭合的，接收元件100用作次级线圈，并使得对电气设备能够进行磁性无线充电。

根据本发明的实施方式，开关118可以通过各种触发器将其位置从断开位置(RF充电)改变为闭合位置(感应充电)，反之也可以将其位置从闭合位置改变为断开位置。一些非限制性的示例如下：

(1)开关由通信电路控制。在这个可选的方案中，开关单元接收到信号，该信号“通知”将以RF或感应的充电方法来执行充电，并且开关根据接收到的信号而闭合或断开；

(2)开关由能量感测电路控制。在这个可选的实施方式中，感测到的能量以一定的功率水平到达接收单元。开关118将改变位置，并将估计哪个位置(RF或感应)获得更高的功率，并据此进行设置；

(3)开关由阻抗感测电路控制。在这个可选的实施方式中，阻抗根据充电环境而改变，感应板具有特定的阻抗值，而电磁充电设备具有不同的阻抗值。开关将根据在特定时间点检测到的阻抗值而选择恰当的位置；以及

(4)开关由专用软件或移动应用程序控制。在这个实施方式中，用户将能够选择要使用的充电器(RF或感应)。

在至少一个实施方式中，设置了一种包括至少一个发射器和至少一个双功能元件的发射器单元。应该理解的是，该双功能元件可以被配置为本文中所公开的双功能元件的任何实施方式，至少在一个实施方式中包括整流器的使用，以及在至少一个实施方式中包括整流器和开关。一些涉及发射器单元的实施方式，双功能元件耦合到至少一个发射器，并可操作地以使至少一个双功能元件发射电磁辐射。在这种实施方式中，双功能元件可以被配置为天线，该天线用于发射电磁辐射，或被配置为初级线圈，该初级线圈使得至少一个元件将磁能感应到接收单元中的次级线圈。在一些实施方式中，发射单元利用线圈或天线，而未利用双功能元件或其任何实施方式，然而在这种实施方式中，发射单元可以与使用双功能元件的接收单元耦合。

因此，在一个方面，本发明设置了一种具有至少一个发射器和至少一个双功能元件的发射器单元，如本文任何地方所述，该双功能元件耦合到所述至少一个发射器，并且当所述双功能元件被配置为天线时，可操作地以使至少一个元件发射电磁辐射，而当所述双功能元件被配置为初级线圈时，可操作地以使至少一个元件将磁能感应到次级线圈。

在至少一个实施方式中，设置了包括至少一个双功能元件的接收器单元。应该理解的是，双功能元件可以被配置为本文中所公开的双功能元件的任何实施方式，并且在至少在一个实施方式中包括整流器的使用，以及在至少一个实施方式中包括整流器和开关。一些涉及接收器单元的实施方式，双功能元件被配置为天线，以将由元件接收的RF能转换为电荷，或者可以配置为次级线圈，以将由元件接收的磁能转换为电荷。接收单元还包括连接器，用于将由双功能元件接收到的转换能量耦合到处于充电状态的可充电设备。在一些实施方式中，接收单元利用线圈或天线，而未利用双功能元件或其任何实施方式，然而在这种实施方式中，接收单元可以与使用双功能元件的发射单元耦合。

因此，在另一个方面，本发明设置了一种具有如本文任何地方所描述的至少一个双功能元件和连接器的接收器单元，并且当所述双功能元件被配置为天线时，可操作地以使至少一个元件将由该元件接收的RF能转换为电荷，而当所述双功能元件被配置为次级线圈时，可操作地以使至少一个元件将由该元件接收的磁能转换为电荷，连接器用于将所接收的转换能量耦合到处于充电状态的可充电设备。

在至少一个实施方式中，设置了一种用于可充电设备的双功能无线充电的系统，该系统利用至少一个发射单元、至少一个接收单元以及至少一个双功能元件。该系统的发射单元、接收单元或双功能元件中的每个可以包括如本文中所描述的发射单元、接收单元或双功能元件的任何实施方式。

因此，本发明的一方面设置了一种用于可充电设备的双功能无线充电的系统，其中该系统包括具有至少一个发射器的至少一个发射单元、具有至少一个接收器和用于将接收到的转换能量耦合到处于充电状态的可充电设备的至少一个连接器的至少一个接收器单元以及如本文任何地方所描述的至少一个双功能元件，该双功能元件耦合到所述至少一个发射器或至少一个接收器，并且可操作地以使至少一个元件被配置为天线或被配置为线圈。可与该系统一起操作的双功能元件在一方面耦合到至少一个接收器，在另一方面耦合到至少一个发射器，或者在另一方面耦合到至少一个接收器和至少一个发射器。

其他实施方式

虽然在前述详细说明中已经展示了至少一个示例性实施方式，但应该理解存在大量的变型。还应该理解的是，一个或多个示例性实施方式只是示例，并不旨在以任何方式限制所描述实施方式的范围、适用性或配置。相反，前述的详细说明将为本领域的技术人员提供用于实施一个或多个示例性实施方式的便利指导方针。应该理解的是，在不脱离所附权利要求及其法定等同物中所阐述的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。