CN117458727A - 保护壳和无线充电*** - Google Patents

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CN117458727A CN202311485726.4A CN202311485726A CN117458727A CN 117458727 A CN117458727 A CN 117458727A CN 202311485726 A CN202311485726 A CN 202311485726A CN 117458727 A CN117458727 A CN 117458727A
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Abstract

本申请涉及无线充电技术领域，公开了一种保护壳和无线充电***，保护壳用于套设在第一电子设备上，第一电子设备包括第一线圈，保护壳包括第二线圈；其中，当保护壳套设于第一电子设备时，第二线圈能够接收第二电子设备中的第三线圈的无线供电，并能够对第一线圈进行无线充电。本申请保护壳中的无线线圈能够接收来自无线充电设备的电能，并能够向电子设备中的接收线圈充电，以使得电子设备能够间接地接收来自无线充电设备的无线充电，从而提升充电效率。

Description

保护壳和无线充电***
技术领域
本申请涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种保护壳和无线充电***。
背景技术
随着如手机、平板电脑等便携式的电子设备被广泛应用，越来越多的电子设备采用无线充电设备为其进行充电。其中，无线充电设备内设有无线充电发射线圈，电子设备内设有无线充电接收线圈。无线充电时，将电子设备靠近无线充电设备，无线充电设备内的发射线圈可以对电子设备内的接收线圈进行充电。
目前，为了能够使电子设备具有较好的防摔、防撞等性能，用户往往会在电子设备的外壳上设置保护壳。当电子设备在套设保护壳的状态下进行无线充电时，由于保护壳通常位于发射线圈和接收线圈之间，因而保护壳增加了发射线圈和接收线圈之间的距离，会导致无线充电设备对电子设备的无线充电效率降低，甚至无法实现无线充电。
发明内容
本申请的一些实施方式提供了一种保护壳和无线充电***，以下从多个方面介绍本申请，以下多个方面的实施方式和有益效果可互相参考。
第一方面，本申请提供了一种保护壳，保护壳用于套设在第一电子设备上，第一电子设备包括第一线圈，保护壳包括第二线圈；其中，当保护壳套设于第一电子设备时，第二线圈能够接收第二电子设备中的第三线圈的无线供电，并能够对第一线圈进行无线充电。
根据本申请实施方式，保护壳中的无线线圈在接收到来自无线充电设备的电能后，再向电子设备中的接收线圈充电，以使得电子设备间接地接收来自无线充电设备的无线充电。也就是说，在无线充电设备向电子设备进行无线充电的过程中，保护壳中的无线线圈可以起到能量传输的中继作用，从而提升无线充电设备向电子设备进行无线充电的充电效率。
在一些实施方式中，当保护壳套设于第一电子设备时，第二线圈与第一线圈具有第一距离，第二线圈能够与第三线圈具有第二距离，以使得第三线圈能够通过第二线圈对第一线圈进行无线充电；当保护壳未套设于第一电子设备时，第一线圈能够与第三线圈具有第三距离，以使得第三线圈能够对第一线圈进行无线充电；其中，第三距离大于第一距离，且大于第二距离。
根据本申请实施方式，以进一步提升发射线圈通过中继线圈对接收线圈进行无线充电的充电效率，从而提升无线充电设备对电子设备无线充电效率。
在一些实施方式中，当保护壳未套设于第一电子设备时，第三线圈能够以第一效率对第一线圈进行无线充电；当保护壳套设于第一电子设备时，第三线圈能够通过第二线圈以第二效率对第一线圈进行无线充电；其中，第二效率高于第一效率。
在一些实施方式中，保护壳包括电容器，电容器和第二线圈共同形成能够在第二线圈中产生振荡电流的振荡电路；其中，电容器具有预设的容值，容值使得第二效率高于第一效率。
根据本申请实施方式，通过对电容器的容值的设置，可以使得无线充电时，发射线圈通过中继线圈对接收线圈进行间接充电的充电效率η2高于发射线圈对接收线圈进行直接充电的充电效率。
在一些实施方式中，电容器为容值可调的电容器。
根据本申请实施方式，以确保在无线充电设备对套设有保护壳的电子设备进行无线充电时能够提高充电效率。
在一些实施方式中，保护壳包括设于其内部的电路板，电路板中包括层叠设置的多层金属线圈，多层金属线圈相互电连接以形成第二线圈。
根据本申请实施方式，利用双侧布置的金属线圈，以使中继线圈能够用于接收来自发射线圈的供电，且能够用于向接收线圈充电。
在一些实施方式中，电路板还包括设于相邻两层金属线圈之间的绝缘层。
在一些实施方式中，绝缘层中设有通孔，通孔中设有连接相邻两层金属线圈的导电体。
在一些实施方式中，电路板表面设有第一焊盘和第二焊盘，电路板中包括第一引线和第二引线，第二线圈的一端通过第一引线与第一焊盘电连接，另一端通过第二引线与第二焊盘电连接；保护壳包括电容器，电容器和第二线圈共同形成能够在第二线圈中产生振荡电流的振荡电路，电容器的正极和负极分别与第一焊盘和第二焊盘焊接。
根据本申请实施方式，有利于电容器与中继线圈在X轴方向的整体厚度减薄，以使中继线圈和电容器设置于保护壳内时，有利于保护壳的轻薄化。
在一些实施方式中，电容器设于保护壳的壳壁中。
第二方面，本申请提供了一种无线充电***，该无线充电***包括第一电子设备和本申请第一方面任一实施方式提供的保护壳，保护壳用于套设在第一电子设备上，第一电子设备包括第一线圈；其中，当保护壳套设于第一电子设备时，第二线圈能够接收第二电子设备中的第三线圈的无线供电，且能够对第一线圈进行无线充电。第二方面能达到的有益效果可参考第一方面任一实施方式所提供的保护壳的有益效果，此处不再赘述。
第三方面，本申请还提供了一种无线充电***，该无线充电***包括第一电子设备，第二电子设备和本申请第一方面任一实施方式提供的保护壳，第一电子设备包括第一线圈，第二电子设备包括第三线圈：当保护壳套设于第一电子设备时，第二线圈能够接收第三线圈的无线供电，且能够对第一线圈进行无线充电。第三方面能达到的有益效果可参考第一方面任一实施方式所提供的保护壳的有益效果，此处不再赘述。
在一些实施方式中，当保护壳套设于第一电子设备时，第一线圈、第二线圈和第三线圈能够沿第一方向依次设置，第一线圈的中心和第三线圈的中心在第二方向上的距离为3mm～5mm，第二方向垂直第一方向。
附图说明
图1A为本申请实施例提供的无线充电***中无线充电设备向电子设备充电的剖面结构示意图，其中，X轴方向为无线充电设备对电子设备充电时两者的配合方向；
图1B为本申请实施例提供的无线充电***中无线充电设备向电子设备进行无线充电的电路原理图；
图1C为本申请实施例提供的无线充电***中无线充电设备向电子设备进行无线充电的等效电路图；
图2A为一些实施方式中提供的无线充电设备向套设有保护壳的电子设备进行无线充电的剖面结构示意图，其中，X轴方向为无线充电设备对套设有保护壳的电子设备充电时的配合方向；
图2B为一些实施例方式中提供的无线充电设备向套设有保护壳的电子设备进行无线充电的电路原理图；
图3为本申请实施例提供保护壳套设于电子设备的情况下无线充电设备向电子设备无线充电的剖面结构示意图，其中，X轴方向为无线充电设备对套设有保护壳的电子设备充电时的配合方向；
图4为本申请实施例提供的保护壳中的中继电路的示意图；
图5为本申请实施例提供的发射电路的发射线圈、中继电路的中继线圈和接收电路的接收线圈相互耦合的电路图；
图6为本申请实施例提供保护壳中的中继电路电容器不同容值下充电效率变化图；
图7A为本申请实施例提供的保护壳的俯视图；
图7B为本申请实施例提供的保护壳的剖面视图，其中，X轴方向为保护壳的厚度方向，也为无线充电设备对套设有保护壳的电子设备充电时的配合方向；
图7C为本申请实施例提供的保护壳中的中继线圈的结构示意图；
图7D为图7C中M-M剖视图，其中，X轴方向为保护壳的厚度方向；
图8为本申请实施例提供的无线充电***中发射线圈的剖面结构示意图，其中，X轴方向为无线充电设备对套设有保护壳的电子设备充电时的配合方向；
图9A为本申请实施例提供的接收线圈和中继线圈在X轴方向配合的俯视图；
图9B为本申请实施例提供的接收线圈、中继线圈和发射线圈在X轴方向配合的俯视图；
图9C为本申请实施例提供的另一种接收线圈、中继线圈和发射线圈在X轴方向配合的俯视图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本申请的具体实施方式。
为便于理解，首先介绍本申请实施例可能涉及到的一些术语。
(1)TX端。也称为无线充电发射器，是一种能够通过无线电波将电能传输到接收器的装置。TX端通常基于电磁感应和谐振技术，将电能转换为无线电波发送出去。示例性地，无线充电发射器可以包括相互串联的供电输入端口、发射线圈和电容。其中，供电输入端口可以与外部电源进行连接，以使得外部电源对无线充电发射器进行供电。当外部电源对无线充电发射器供电后，发射线圈中可以产生振荡电流，从而在空间中产生振荡磁场。
(2)RX端。也称为无线充电接收器，是一种能够接收TX端发出的无线电波并将无线电波转换成电能的装置。RX端通常基于电磁感应和谐振技术，接收来自TX端的电能。示例性地，无线充电接收器可以包括相互串联的电池、接收线圈和电容。其中，当接收线圈位于发射线圈产生的振荡磁场中时，能够在电磁感应的作用下产生振荡电流，以使接收线圈能够接收来自TX端的电能。接收线圈在接收到来自TX端的电能后，能将该电能存储到与之相连的电池中。
(3)耦合。在无线充电过程中，TX端中发射线圈可以产生振荡电流，从而在空间中产生振荡磁场。当RX端中的接收线圈处于该振荡磁场中时，接收线圈可以在该振荡磁场的作用下产生振荡电流。这样，通过发射线圈和接收线圈的能量交互现象，TX端的能量可以被传输至RX端中，发射线圈和接收线圈之间的该能量交互现象称作发射线圈和接收线圈之间的“耦合”。也就是说，通过发射线圈和接收线圈之间的耦合，可以实现能量在不同设备之间的传输。
如前所述，当电子设备(作为第一电子设备，也可称作“被充电设备”或“RX端”)套设保护壳的情况下，使用无线充电设备(作为第二电子设备，也可称作“TX端”)向电子设备进行无线充电时，会出现充电效率降低、甚至无法充电的问题。
本申请对电子设备和无线充电设备的具体形态不作限定。例如，电子设备可以为平板电脑、照相机、车载设备、可穿戴设备、增强现实(augmented reality，AR)眼镜、AR头盔、虚拟现实(virtual reality，VR)眼镜或者VR头盔等任意能够接收无线充电的设备，无线充电设备可以为各类能够提供无线充电的电子设备，例如，充电底座，为VR眼镜进行无线充电的眼镜盒，为耳机进行无线充电的耳机盒，车载充电器等，在此不做限定。
下文中，将手机作为电子设备的示例，将充电底座作为无线充电设备的示例，对本申请实施例的技术方案进行介绍。
为了便于理解，首先结合图1A和图1B介绍本申请实施例提供的无线充电设备20向电子设备10进行无线充电的场景示意图。在图1A和图1B所示场景中，电子设备10未套设保护壳。其中，图1A示出了无线充电设备20和电子设备10的配合关系示意图，图1B示出了无线充电设备20向电子设备10进行无线充电的电路原理图。本文各图示中，X轴方向为无线充电设备20对电子设备10充电时两者的配合方向，后续不再单独强调。
参考图1A，当无线充电设备20对电子设备10进行无线充电时，电子设备10可以沿X轴方向(作为第一方向)放置在无线充电设备20上方。可以理解，无线充电设备20中设置有发射线圈211(作为第三线圈)，电子设备10中设置有接收线圈111(作为第一线圈)。通过发射线圈211与接收线圈111之间的耦合，可以将发射线圈211中的电能传输至接收线圈111，从而将无线充电设备20中的电能传输至电子设备10。
示例性地，电子设备10包括外壳11，接收线圈111设置在外壳11中。无线充电设备20包括外壳21，发射线圈211设置在外壳211中。当无线充电设备20向电子设备10进行无线充电时，外壳11位于外壳211上方且两者可以相互接触。此时接收线圈111位于发射线圈211之上，且两者之间的距离为LA(作为第三距离)，接收线圈111能够与发射线圈211耦合，以使得发射线圈211能够对接收线圈111进行无线充电，即无线充电设备20向电子设备10进行无线充电。
示例性地，参考图1B，无线充电设备20(即，TX端)中可以包括发射电路，发射电路可以包括由发射线圈211、电容212和TX芯片相互串联形成的振荡电路1。另外，发射电路还可以包括与TX芯片连接的BOOST电路和供电输入端口。供电输入端口用于与外部电源连接以进行供电，BOOST电路用于将来自于外部电源的电能转换为能够被TX芯片接收的电能，TX芯片用于接收来自BOOST的电能并对振荡电路1进行供电。当振荡电路1得到供电后，线圈211中能够产生振荡电流，并在空间中产生交变的磁场。
电子设备10(即，RX端)中可以包括接收电路，接收电路可以包括由接收线圈111、电容112和RX芯片相互串联形成的振荡电路2。另外，发射电路还可以包括与RX芯片连接的charger芯片和电池。接收线圈111用于与发射线圈211耦合。即，接收线圈111位于发射线圈211产生的交变磁场中，从而能够在振荡电路2形成振荡电流。charger芯片用于接收来自振荡电路2的振荡电流并用于将接收到的振荡电流转换成能够被电池接收的电能输出，电池用于接收并存储charger芯片输出的电能。
可以理解，图1B仅为发射电路和接收电路的示例性结构。本申请不限于此。在其他示例中，发射电路也可以不包括BOOST电路和供电输入端口。例如，发射电路的TX芯片可以不与外部电源连接，而是与无线充电设备20内部的供电电池连接，以通过供电电池进行供电。又如，接收电路也可以不包括charger芯片。例如，接收电路的RX芯片可以直接与电池连接，RX芯片输出的电能能够制备被电池接收、存储。
可以理解，发射线圈211和接收线圈111之间的距离LA可以根据所设置的线圈在X轴方向到外壳表面的实际距离进行确定。例如，发射线圈211距外壳21的外表面的距离为A1，接收线圈111距外壳11的外表面的距离为A2，A1和A2之和为无线充电时发射线圈211到接收线圈111之间的距离LA，A1、A2可以根据实际需求进行适应性调整，不作具体限定。
在其他示例中，也可以将发射线圈211设置于外壳21的外表面，或者可以将接收线圈111设于外壳11的外表面。或者，无线充电时，外壳11也可以不与外壳21接触，例如，外壳11通过支撑件支撑在外壳21上方的某一距离处，只要发射线圈211和接收线圈111能够耦合，以使无线充电设备20能够对电子设备10进行无线充电即可，不作具体限定。
图1C示出了发射线圈211和接收线圈111耦合的示例性电路图。参考图1C，无线充电时，接收线圈111与发射线圈211耦合，两线圈之间的充电效率η1(即第一效率)可以通过如下公式(1)计算得到：
其中，M表示接收线圈111和发射线圈211之间互感，V1为TX端中振荡电路1的等效输入电压，L1为发射线圈211的电感值，C1为振荡电路1中电容212的电容值，R1为振荡电路1的等效串联电阻(equivalent series resistance，ESR)。L3为RX端中接收线圈111的电感值，C3为振荡电路2中电容112的电容值，R3为RX端中振荡电路2的ESR，RL为振荡电路2与振荡电路1耦合形成的***所需的负载所等效的阻抗，随着负载的变化RL值不同。k为耦合系数，k的取值与发射线圈211和接收线圈111之间的距离LA有关，距离LA越小，则k越大，效率越高。
可以理解，无线充电设备20向电子设备10充电时，充电效率与发射线圈211和接收线圈111之间的距离LA相关联。接收线圈111距发射线圈211的距离LA越大，效率越低。
以下结合图2A和图2B介绍一些实施例提供的利用无线充电设备向套设有保护壳的电子设备进行无线充电的场景示意图。其中，图2A示出了无线充电设备和套设有保护壳的电子设备的配合关系示意图，图2B示出了无线充电设备向套设有保护壳的电子设备进行无线充电的电路原理图。
参考图2A和图2B，当电子设备10套设有保护壳30′时，保护壳30′会有部分(具体为保护壳30′的壳壁31′)位于外壳11和外壳21之间，即保护壳30′的壳壁31′在X轴方向相背的两侧表面分别贴合外壳21的表面和外壳11的表面，此时发射线圈211和接收线圈111之间的距离从原来的LA增大到LB。可以理解，LB与LA的差值为保护壳30′的壳壁31′的厚度(壳壁31′沿X方向的尺寸)。结合上述内容可知，线圈之间距离的增大会使得发射线圈211和接收线圈111在进行电能传输的过程中有部分损失，进而使发射线圈211向接收线圈111的无线充电效率降低，甚至无法实现无线充电。
为此，本申请实施例提供了一种保护壳，在电子设备套设保护壳的状态下，也可以保证无线充电设备对电子设备的充电效率。具体而言，保护壳中设有无线线圈，当电子设备在套设保护壳的状态下进行无线充电时，无线充电设备中的发射线圈可以先向保护壳中的无线线圈进行充电。保护壳中的无线线圈在接收到来自无线充电设备的电能后，再向电子设备中的接收线圈充电，以使得电子设备间接地接收来自无线充电设备的无线充电。也就是说，在无线充电设备向电子设备进行无线充电的过程中，保护壳中的无线线圈可以起到能量传输的中继作用(因此，保护壳中的无线线圈也可称作“中继线圈”)，从而提升无线充电设备向电子设备进行无线充电的充电效率。
以下结合图3至图5介绍本申请提供的保护壳的示例性结构。
图3示出了本申请实施例提供的在电子设备10套设保护壳30的情况下，无线充电设备20向电子设备10进行无线充电的场景示意图。图4示出了保护壳30中的电路结构示意图。图5示出了发射线圈211、中继线圈311以及接收线圈111进行耦合的示例性原理图。
参考图3至图5，无线充电***包括无线充电设备20、电子设备10和保护壳30，保护壳30套设于电子设备10上，用于对电子设备10进行保护。当保护壳30套设于电子设备10时，保护壳30的至少部分在X轴方向位于无线充电设备20和电子设备10之间。示例性地，保护壳30的壳壁31位于无线充电设备20和电子设备10之间。此时，保护壳30的中继线圈311(作为第二线圈)能够接收来自发射线圈211的无线供电，并能够对接收线圈111进行无线充电。即，发射线圈211可以通过中继线圈311间接地对接收线圈111进行无线充电，以使得电子设备10间接地接收来自无线充电设备20的无线充电，从而提升无线充电设备20向电子设备10进行无线充电的充电效率。
参考图3，保护壳30还可以包括与壳壁31连接的边框32，边框32位于壳壁31的周侧以形成容纳腔，容纳腔用于容置电子设备10，以使壳壁31朝向容纳腔的一侧与外壳11接触，中继线圈311设置于壳壁31的内部。
示例性地，当无线充电设备20对套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电时，套设有保护壳30的电子设备10可以沿X轴方向(作为第一方向)放置在无线充电设备20上方，壳壁31位于外壳11和外壳21之间，且壳壁31在X轴方向相反的两表面分别与外壳11和外壳21接触。此时，发射线圈211和接收线圈111之间的距离由LA增大到LB，且所增大的距离为壳壁31的厚度(壳壁31沿X方向的尺寸)。由于在发射线圈211和接收线圈111之间设有中继线圈311，中继线圈311能够分别与发射线圈211和接收线圈111耦合，以使发射线圈211先对中继线圈311充电，中继线圈311再将来自发射线圈211的电能供向接收线圈111，即发射线圈211通过中继线圈311间接地向接收线圈111充电，也可以理解为无线充电设备20间接向电子设备10进行无线充电。
示例性地，发射线圈211和中继线圈311之间的距离为LC(作为第二距离)，接收线圈111和中继线圈311之间的距离为LD(作为第一距离)，LD和LC之和为LB。
示例性地，LC＜LA，LD＜LA。这样，发射线圈211对中继线圈311进行无线充电时的充电效率可以大于发射线圈211直接对接收线圈111进行充电的充电效率，中继线圈311对接收线圈111进行无线充电的充电效率可以大于发射线圈211直接对接收线圈111进行充电的充电效率。从而，发射线圈211通过中继线圈311对接收线圈111进行无线充电的充电效率(即，发射线圈211间接向接收线圈111充电的充电效率，作为第二效率)可以高于发射线圈211直接向接收线圈111进行无线充电的充电效率(作为第一效率)。
在其他示例中，可以仅使LC和LD中的一者的数值设置为小于LA，只要能够保证无线充电设备20对套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电的充电效率高于无线充电设备20向未套设保护壳30的电子设备10进行无线充电的充电效率即可，不作具体限定。
在其他示例中，LC、LD的具体数值可以根据实际需求进行确定。例如，可以设置为LC≤LD，也可以设置为LC＞LD，可以根据实际需求作适应性调整，不作具体限定。本示例中，LC≥LD。
在其他示例中，保护壳30设置为塑胶件，保护壳30可以通过注塑成型。为了保证中继线圈311在保护壳30内的稳定性，中继线圈311可以事先放置在用于成型保护壳30的注塑模具对应的注塑腔内，以将中继线圈311设置在保护壳30内部，例如，中继线圈311设置在保护壳30的壳壁31内部。另外，中继线圈311的厚度(即中继线圈311沿X方向的尺寸)可以不大于壳壁31的厚度，从而，在设置中继线圈311后，可以不增加保护壳30的总厚度。
参考图4，保护壳30中可以包括中继电路，中继电路可以包括由中继线圈311和电容器312相互串联形成的振荡电路3。在该振荡电路3中，L2为中继线圈311的电感值，C2为电容器312的电容值，R2为振荡电路3中的ESR。
进一步地，通过对电容器312的容值进行设置，可以使得无线充电时，发射线圈211通过中继线圈311对接收线圈111进行间接充电的充电效率η2(即第二效率)高于发射线圈211对接收线圈111进行直接充电的充电效率η1。
示例性地，参考图5，无线充电时，发射电路的发射线圈211、中继电路的中继线圈311以及接收电路的接收线圈111相互耦合，发射线圈211通过中继线圈311向接收线圈111进行间接充电的充电效率η2可以通过如下公式(2)计算得到：
η2＝A0/A1 (2)
其中，A0＝RL[(-w2M12M23+wX2M13)2+(wM13R2)2]，
A1＝
[(-w2M12M23+wX2M13)2+(wM13R2)2](RL+R3)+R1{[X2(RL+R3)+X3R2]2+[-X2X3+R2(RL+R3)+w2M23 2]2}+R2[(-w2M13M23+wX3M12)2+(wM12(RL+R3))2]，
其中，w＝i＊pi＊f，pi为圆周率；
其中，V1为TX端中振荡电路1的等效输入电压，L1为发射线圈211的电感值，C1为振荡电路1中电容212的电容值，R1为振荡电路1的ESR；L3为RX端的接收线圈111电感值，C3为RX端的振荡电路1的电容112的电容值，R3为RX端中振荡电路2的ESR，RL为振荡电路2与振荡电路1、振荡电路3耦合形成的***所需的负载所等效的阻抗，随着负载的变化RL值不同。L2为中继线圈311的电感值，C2为振荡电路3中电容器312的容值，R2为中继线圈311中振荡电路3的ESR。
发射线圈211、中继线圈311和接收线圈111中，每两个线圈之间都存在互感。
其中，M12代表发射线圈211和中继线圈311之间的互感，k12为发射线圈211和中继线圈311的耦合系数；
M13代表发射线圈211和接收线圈111之间的互感，k13为发射线圈211和接收线圈111的耦合系数；
M23代表中继线圈311和接收线圈111之间的互感，k23为中继线圈311和接收线圈111的耦合系数。
上述公式中，中继线圈311的电感值L2值受中继线圈311匝数和面积所决定，C2可以根据需求选择合适的容值作为预设的容值。其中，为了保证较好的充电效率，中继线圈311设置为与发射线圈211和接收线圈111匹配的结构，如中继线圈311与发射线圈211的线圈材质、线圈匝数、线圈形状以及线圈面积等均相等或基本相等，和/或，中继线圈311与接收线圈111的线圈材质、线圈匝数、线圈形状以及线圈面积等均相等或基本相等。
参考图3，无线充电设备20向套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电时，中继线圈311与发射线圈211、接收线圈111匹配且不会变化，故发射线圈211的电感L1的感值、中继线圈311的电感值L2、接收线圈111的电感值L3为固定的。发射线圈211、中间线圈311和接收线圈111之间的距离也不会变化，故k12、k13、k23也是固定的。发射线圈211、中间线圈311和接收线圈111耦合时所对应的发射电路、中继电路和接收电路不变，各电路中的ESR不变，R1、R2、R3、RL以及工作频率f是固定的。所以，将上述公式整理发现，除提及固定不变的部分，充电效率η2就只跟C1、C2、C3相关。
另外，无线充电时，发射电路中电容212的电容值C1和接收电路中电容112的电容值C3为事先设置好的固定值，如果要提高充电效率η2，可以通过调节中继电路中电容器312的容值C2来实现。
以下以将发射线圈211、中继线圈311和接收线圈111的线圈数均设置为8匝为例，根据图3中无线充电设备20向套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电的场景，得到下述示例性数据：
表1
L1(μH) 12.378
L2(μH) 5.0248
L3(μH) 5.8212
k12 0.74682
k23 0.865919
k13 0.660717
R1(mohm) 105
R2(mohm) 141
R3(mohm) 140
图6示出了电容器312的容值C2与充电效率η2之间的对应关系，其中，横坐标为容值C2(单位：nF)，纵坐标为充电效率η2。参考图6，在表1给出的数据的基础上，将表1中的数据带入公式(2)中并选取0nF-250nF范围内的电容器312的多个容值C2分别进行计算，得到多组不同的充电效率η2。从图中可以看到，选取不同的容值C2时，所得到的充电效率η2会有明显变化。其中，在所选取的0nF-250nF范围所得到的效率η2数据中，发现充电效率η2存在最大值。当充电效率η2取最大值时，对应的电容器312的容值C2＝30nF。
以无线充电时外部电源以30W(10V3A)向无线充电设备20供电为例，在图1A的场景中，无线充电设备20对未套设保护壳30的电子设备10进行无线充电时，根据公式(1)计算得到的充电效率η1为93.28％。在图3的场景中，无线充电设备20对套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电时，将中继电路中的电容器312的容值C2设置为30nF，根据公式(2)计算得到的充电效率η2为94.07％。由此可见，通过对电容器312的容值C2进行设置，例如，将电容器312的容值C2设置为30nF(作为预设的容值)时，充电效率η2高于充电效率η1。
可以理解，电容器312的容值可以设置为可调，以能够根据不同情况适应性调节电容器312的容值C2，确保在无线充电设备20对套设有保护壳30的电子设备10进行无线充电时能够提高充电效率，对电容器312的容值C2的具体调节数值可以根据上述中的公式(2)进行适应性调整，不作具体限定。
以下结合图7A至图8介绍本申请提供的保护壳30中的中继线圈311和电容器312的示例性结构。
图7A和图7B示出了保护壳30中的中继线圈311示例性结构。图7C示出了保护壳30中的中继线圈311与电容器312连接的示例性结构。图7D示出了保护壳30中的中继线圈311的各叠层的示例性结构。
参考图7A和图7B，保护壳30的壳壁31内设有电路板31a。在一些示例中，电路板31a可以为柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)，以利于提高保护壳30的整体柔性，使得保护壳30更易于被套设于电子设备10上。在另一些示例中，电路板31a也可以为刚性的印刷电路板(printed circuit board，PCB)。
参考图7C和图7D，电路板31a可以包括绝缘层311a以及位于绝缘层311a两侧的金属线圈311b，金属线圈311b的外表面覆盖有绝缘层311d，位于绝缘层311a两侧的金属线圈311b电连接。其中，电路板31a还可以包括导电体311f和位于金属线圈311b和绝缘层311d之间的连接层311c，连接层311c与金属线圈311b的表面接触。连接层311c为可导电层，用于电连接绝缘层311a两侧的金属线圈311b。连接层311c和绝缘层311d之间设有粘接层311e，粘接层311e用于粘接固定绝缘层311d。可以理解，沿X轴方向，至少绝缘层311a设有通孔1a’,导电体311f可以为穿设于通孔1a’的导电管，且导电管的两端分别用于连接两侧的连接层311c。连接层可以为导电层。
参考图7C，制备电路板31a时，可以选择在绝缘层311a作为基板，在基板厚度方向(为X轴方向)的两侧按顺序制备金属线圈311b、连接层311c、粘胶层311e以及绝缘层311d，并在绝缘层311a上制备通孔1a’，以使导电体311f能够穿设于通孔1a’而直接与连接层311c连接。或者，也可以使导电体311f的两端分别连接两个金属线圈311b，金属线圈311b与连接层311c接触，即导电体311f间接与连接层连接。
其中，沿厚度方向上看，绝缘层311d的边缘未完全覆盖连接层311c，而使连接层311c部分露出。露出的部分连接层311c可以通过引线313a(作为第一引线)连接焊盘313(作为第一焊盘)，并通过引线314a(作为第二引线)连接焊盘314(作为第二焊盘)，用于分别与电容器312的正极和负极电连接。使得电容器312在两个焊盘上实现跨接，有利于电容器312与中继线圈311在X轴方向的整体厚度减薄，以使中继线圈311和电容器312设置于保护壳30内时，有利于保护壳30的轻薄化。
参考图7D，电路板31a可以采用图形化工艺在绝缘层311a上的两侧分别形成依次层叠布置的金属线圈311b、连接层311c、粘胶层311e以及绝缘层311d。其中，在图形化连接层311c时，可以将连接层311c和导电体311f一起成型，以形成通孔直插式元件(platingthrough hole，PTH)。可以理解为，在通孔1a’的内侧壁进行化学电镀，使得通孔1a’内形成管状的导电体311f(即导电管)，并使部分化学电镀的材料伸出通孔1a’，以形成连接层311c。
可以理解，导电体311f可以采用与金属线圈311b相同的材料得到，例如，导电体311f的材料为铜，与导电体311f一起图形化的连接层311c也为铜层。采用化学电镀形成PTH的具体实现方式可以参考电路板的制作工艺，不再赘述。
另外，连接层311c的表面平整度和光滑度均高于金属线圈311b的表面。
在其他示例中，导电体311f和连接层311c的材料也可以为其他能够导电的材料，如铝、铜合金等。导电体311f和连接层311c的材料也可以选择为与金属线圈311b不同的材料，不作具体限定。
可以理解，连接层311c和导电体311f也可以分别成型，不作具体限定。
在其他示例中，图7D仅为中继线圈311中层叠的示例性结构，本申请不限于此。例如，在图7D所示的结构中，电路板31a包括两层连接层311c，连接层311c位于金属线圈311b和绝缘层311d之间。在其他示例中，电路板31a中可以不包括连接层311c，而使金属线圈311b和绝缘层311d之间通过粘接层311e连接，且使导电体311f直接电连接金属线圈311b。又如，在图7D所示的结构中，电路板31a包括两层金属线圈311b。在其他示例中，电路板31a中可以包括3层以上的金属线圈311b，例如，5层，8层等。因此，该示例性中，中继线圈311可以由更多层数的金属线圈311b形成，不作具体限定。
在一些示例中，粘胶层311e可以为双面胶、压敏胶等，不作具体限定。
在一些示例中，金属线圈311b可以采用冲压或激光的方式直接制备在电路板31a上，以形成中继线圈311，不作具体限定。在一些示例中，金属线圈311b可以由铜、铜合金、铝合金等材料制备，不作具体限定。
在一些示例中，绝缘层311a和/或绝缘层311d可以由聚酰亚胺(Polyimide，PI)材料制备得到，不作具体限定。
图7C和图7D所示的示例中，中继线圈311形成于电路板31a上，能够使得中继线圈311具有紧凑的结构。示例性地，参考图7A和图7B，电路板31a形成于壳壁31内部，并且，电路板31a的厚度小于壳壁31的厚度，这样，增设中继线圈311后不会增加保护壳30的厚度，因此不会增加无线充电设备20中的发射线圈211与电子设备10中的接收线圈111之间的距离，有利于提高无线充电效率。
在另一些示例中，中继线圈311也可以采用其他方式形成，例如，通过绕制漆包线的方式形成，本申请不作具体限定。
图8示出了发射线圈211的示例性形成方式。参考图8，与中继线圈311相似，发射线圈211可以形成于电路板21b上。具体地，电路板21b包括依次层叠的绝缘层211d，粘胶层211c，金属线圈211b，绝缘层211a，金属线圈211b，粘胶层211c和绝缘层211d。两层金属线圈211b电连接以共同形成发射线圈211。其中，绝缘层211d，粘胶层211c，金属线圈211b，绝缘层211a的设置方式可以分别与电路板31b中绝缘层311d，粘胶层311c，金属线圈311b，绝缘层311a的设置方式实质相同，不一一赘述。上述绝缘层211d，粘胶层211c，金属线圈211b，绝缘层211a共同形成了电路板21b的发射部分U。
与电路板31b不同的是，电路板21b还包括阻挡部分S。阻挡部分S包括沿厚度方向层叠布置的绝缘层211h、至少一层纳米晶层211i以及绝缘层211j。绝缘层211h通过粘接层211g与发射部分U的绝缘层211d连接，当纳米晶层211i设置为多层时，相邻纳米晶层211i之间可以通过粘接层连接。
阻挡部分S在厚度方向位于发射部分U的之下，发射部分U位于电路板21b朝向接收线圈111的一侧，发射部分U用于使发射线圈211产生电能并将电能输出，阻挡部分S用于限制发射线圈211电能输出的方向(即限制发射线圈211的电能向下输出)，以使发射线圈211的能量尽可能地向接收线圈111和/或中继线圈311输出。
而对于中继线圈311而言，参考图7D，由于其需要实现能量的双面传输，即既需要接收位于下方的发射线圈211的能量，又需要向上方的接收线圈111传输能量，因此，中继线圈311可以不设置纳米晶层，以保证能量的顺畅传输。
可以理解，接收线圈111的结构可以与发射线圈211的结构相同或基本相同，即接收线圈111可以采用图8的示例性结构，不再赘述。
以下结合图9A至图9C介绍中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111的示例性形状。图9A至图9C为中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111的俯视图(垂直X轴方向的视图)。其中，Y轴方向(作为第二方向)可以为保护壳30的长度方向或宽度方向，即，Y轴方向与X轴方向垂直，后续不再单独强调。
图9A和图9B示出了中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111配合的示例性结构。参考图9A和图9B，中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111均为圆形结构，中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111的形状匹配。例如，接收线圈111的直径为P1，中继线圈311的直径为P3，发射线圈211的直径为P2。其中，P1、P2、P3可以相等，或者，P1、P2、P3两两之间的偏差小于设定值，例如，小于5％。
在其他示例中，图9A和图9B仅为中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111的示例性形状，本申请不限于此。例如，参考图9C，中继线圈311、发射线圈211和接收线圈111也可以设置为方形结构，不作具体限定。
可以理解，为提高线圈之间的能量传输效率，希望相互耦合的两个线圈尽可能对准。例如，参考图9A，在电子设备10未套设保护壳30，发射线圈211直接对接收线圈111进行充电时，为保证充电效率，发射线圈211与接收线圈111需要具有较高的对准精度，例如，发射线圈211的中心W2与接收线圈111的中心W1在Y方向的距离需要在R1以下。通常地，R1为1.5mm～2.5mm左右。也就是说，在通过无线充电设备30直接对电子设备10无线充电时，需要将电子设备10和无线充电设备20严格对准，这会增加用户的操作难度。
通过在电子设备10上套设本申请实施例提供的保护壳30，参考图9B，为满足充电效率，只需将中继线圈311的中心W3与接收线圈111的中心W1的距离保持在R1以下，并将发射线圈211的中心W2与中继线圈311的中心W3的距离保持在R1以下即可。也就是说，通过在电子设备10上套设保护壳30，在进行无线充电时，电子设备10与无线充电设备20之间的对准精度可以从R1放宽至2×R1(即，3mm～5mm左右)，从而降低用户操作难度。
本申请还提供一种无线充电***，无线充电***包括无线充电设备、电子设备和保护壳，保护壳套设于电子设备上，保护壳为上述各实施例中所描述的保护壳，无线充电设备包括发射线圈，电子设备包括接收线圈，当保护壳套设于电子设备时，中继线圈能够接收与其具有第二距离的发射线圈的无线供电，且能够对接收线圈进行无线充电。无线充电***所能够达到的有益效果可以参考保护壳的有益效果，不再赘述。
可以理解，在其他示例中，无线充电***中可以不包括无线充电设备，不作具体限定。
需要说明的是，本文“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”“顶”“底”等方位性术语为基于附图所示的示例性方位，而不是指示或暗示所指的部件必须具有特定的方位，其可以根据实际使用相应地发生变化，不能理解为对本申请的限定。
在本实施例的上述描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以标识A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、单独存在B、同时存在A和B这三种情况。

Claims (13)

1.一种保护壳，其特征在于，所述保护壳用于套设在第一电子设备上，所述第一电子设备包括第一线圈，所述保护壳包括第二线圈；其中，
当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第二线圈能够接收第二电子设备中的第三线圈的无线供电，并能够对所述第一线圈进行无线充电。
2.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第二线圈与所述第一线圈具有第一距离，所述第二线圈能够与所述第三线圈具有第二距离，以使得所述第三线圈能够通过所述第二线圈对所述第一线圈进行无线充电；
当所述保护壳未套设于所述第一电子设备时，所述第一线圈能够与所述第三线圈具有第三距离，以使得所述第三线圈能够对所述第一线圈进行无线充电；
其中，所述第三距离大于所述第一距离，且大于所述第二距离。
3.根据权利要求1或2所述的保护壳，其特征在于，当所述保护壳未套设于所述第一电子设备时，所述第三线圈能够以第一效率对所述第一线圈进行无线充电；
当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第三线圈能够通过所述第二线圈以第二效率对所述第一线圈进行无线充电；
其中，所述第二效率高于所述第一效率。
4.根据权利要求3所述的保护壳，其特征在于，所述保护壳包括电容器，所述电容器和所述第二线圈共同形成能够在所述第二线圈中产生振荡电流的振荡电路；其中，所述电容器具有预设的容值，所述容值使得所述第二效率高于所述第一效率。
5.根据权利要求4所述的保护壳，其特征在于，所述电容器为容值可调的电容器。
6.根据权利要求1所述的保护壳，其特征在于，所述保护壳包括设于其内部的电路板，所述电路板中包括层叠设置的多层金属线圈，所述多层金属线圈相互电连接以形成所述第二线圈。
7.根据权利要求6所述的保护壳，其特征在于，所述电路板还包括设于相邻两层所述金属线圈之间的绝缘层。
8.根据权利要求7所述的保护壳，其特征在于，所述绝缘层中设有通孔，所述通孔中设有连接相邻两层所述金属线圈的导电体。
9.根据权利要求6所述的保护壳，其特征在于，所述电路板表面设有第一焊盘和第二焊盘，所述电路板中包括第一引线和第二引线，所述第二线圈的一端通过所述第一引线与所述第一焊盘电连接，另一端通过所述第二引线与所述第二焊盘电连接；
所述保护壳包括电容器，所述电容器和所述第二线圈共同形成能够在所述第二线圈中产生振荡电流的振荡电路，所述电容器的正极和负极分别与所述第一焊盘和所述第二焊盘焊接。
10.根据权利要求9所述的保护壳，其特征在于，所述电容器设于所述保护壳的壳壁中。
11.一种无线充电***，其特征在于，包括第一电子设备和权利要求1至10任一项所述的保护壳，所述保护壳用于套设在所述第一电子设备上，所述第一电子设备包括第一线圈；其中，
当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第二线圈能够接收第二电子设备中的第三线圈的无线供电，且能够对所述第一线圈进行无线充电。
12.一种无线充电***，其特征在于，包括第一电子设备，第二电子设备和权利要求1至10任一项所述的保护壳，所述第一电子设备包括第一线圈，所述第二电子设备包括第三线圈：
当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第二线圈能够接收所述第三线圈的无线供电，且能够对所述第一线圈进行无线充电。
13.根据权利要求12所述的无线充电***，其特征在于，当所述保护壳套设于所述第一电子设备时，所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈能够沿第一方向依次设置，所述第一线圈的中心和所述第三线圈的中心在第二方向上的距离为3mm～5mm，所述第二方向垂直所述第一方向。
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