CN117480705A - 可穿戴无线电力接收器和吸顶式电力发射器 - Google Patents

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CN117480705A
CN117480705A CN202280041769.0A CN202280041769A CN117480705A CN 117480705 A CN117480705 A CN 117480705A CN 202280041769 A CN202280041769 A CN 202280041769A CN 117480705 A CN117480705 A CN 117480705A
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弗拉列特·苏亚雷斯·桑多瓦尔
萨莱·马利纳尔·托雷斯·德尔加多
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Abstract

本发明涉及无线电力传输领域。具体地，本发明涉及可穿戴无线电力接收器、包括这种可穿戴无线电力接收器的可穿戴无线电力接收器装置、包括这种可穿戴无线电力接收器的可穿戴耦合谐振器阵列、吸顶式电力发射器和用于为可穿戴电子设备供电的方法。本发明尤其涉及动态环境中的无线电力传输。一种可穿戴无线电力接收器(105)，可布置在用户(110)的头部，所述可穿戴无线电力接收器包括：载体基板(1104)；安装在载体基板(1104)上的导电材料(106.a)，所述导电材料(106.a)形成至少一个接收器线圈(106)，所述安装有导电材料(106.a)的载体基板(1104)形成为适应所述用户(110)的头部区域，所述至少一个接收器线圈(106)用于接收电磁场(104)。

Description

可穿戴无线电力接收器和吸顶式电力发射器
技术领域
本发明涉及无线电力传输领域。具体地，本发明涉及可穿戴无线电力接收器、包括这种可穿戴无线电力接收器的可穿戴无线电力接收器装置、包括这种可穿戴无线电力接收器的可穿戴耦合谐振器阵列、吸顶式电力发射器和用于为可穿戴电子设备供电的方法。本发明尤其涉及动态环境中的无线电力传输。
背景技术
在现有为电池供电型设备充电的无线电力传输***中，存在的工程挑战是一个或多个目标设备的定位自由度降低。这使得此类技术对发射器设备和接收器设备之间的横向或角度失调高度敏感。这导致了接收器设备在某些位置会出现无法正确充电，甚至根本不会充电的问题，在最坏的情况下，所述接收器设备在放置在向发射器提供高耦合系数的区域时还可能会损坏。由于耦合变化而降低无线电力传输效率的另一个问题是，大多数***要求用户在将设备放置在充电表面上时停止使用该设备，而所述充电表面在某些情况下具有很小的定位自由度，在另一些情况下通常在接收器的二维运动平面上具有一些自由度。
一些电子设备被设计为由用户佩戴，例如允许用户在生产工厂或在杂货店工作时与另一用户无线通信的设备，另一个例子是头戴式设备，如扩展现实耳机。为穿戴式设备供电也是一个挑战，因为这些设备必须长时间佩戴，而且电池的电力传输能力有限。如果增加电池的尺寸或加入为设备供电的外部电池组，则会增加设备的重量，进而降低用户佩戴的舒适性。如果通过有线方式将设备接入到电源，则用户的移动就会受到线缆的束缚。
发明内容
本发明提供了一种用于可穿戴电子设备且可保证用户舒适度的无线电力传输方案。
上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
本发明提出的方案提供了一种为由用户佩戴的电子设备的电池持续供电的方法，例如，对于围绕头部区域或由用户携带或与他紧密接触的电子设备，便于用户在使用所述设备时在指定空间自由移动。通过使用受超大耦合因子变化影响的无线电力传输***，本方案解决了这个问题。此外，本发明还展示了其中一些实施例和应用场景的中间设备的可选无线电力传输方法。因此，下文提出的方案可以为多个接收器设备供电。
本发明提出的方案提供了固定电源的替代方案，允许设备持续使用，还可能有利于减小电池尺寸，从而减小要充电的设备的总体尺寸和重量，以提升设备的便携性、紧凑性和佩戴舒适性。
本文提出的方案提供了一种使用磁谐振无线电力传输原理的无线电力传输***。所述***可用于向电子设备(在使用时需要用户仅在限定的范围内移动)持续供电。所述***包括以下组件：发射器设备、配电方法、至少一个接收器设备和需要供电的电子设备。
所公开的发射器设备可以放置在头部区域佩戴有已启用的无线电力接收器的用户上方。所述发射器设备被实施为包含电力转换模块的悬空或悬挂结构。为了使用来自发射器的电力，无线电力启用接收器可以接收来自所述发射器的电力，将其从AC信号转换为DC信号，然后所述电力可以馈送到需要充电的设备。在其它一些实现方式中，所述馈送可以在电力转换步骤之前完成。
使用所述发射器-接收器***使得能够向用户佩戴时需要承受高动态范围的接收器设备提供连续电源，特别是向扩展现实耳机等头戴式设备提供连续电源，从而避免必须携带沉重的电池组来为使用中的设备持续供电。
本发明提出了发射器、接收器和配电模块的***架构、应用场景、各种类型的可能实现方式以及操作方法。
为了详细描述发明，将使用以下术语和符号。
WPT 无线电力传输(Wireless Power Transfer)
PCB 印刷电路板(Printed Circuit Board)
X-reality 扩展现实(Extended Reality)
DC 直流电(Direct Current)
AC 交流电(Alternating Current)
AC-DC 交流电-直流电转换器(Alternating Current to Direct Current Converter)
转换器
DC-DC 直流电-直流电转换器(Direct Current to Direct Current Converter)
转换器
在本发明中，描述了无线电力传输(Wireless Power Transfer，WPT)***，特别是一对一WPT***、一对多WPT***、多对一WPT***和多对多WPT***。
一对一WPT***是由单个发射器和单个接收器设备组成的无线电力传输***。一对多WPT***是由单个发射器和多个接收器设备组成的无线电力传输***。多对一WPT***是由多个发射器和单个接收器设备组成的无线电力传输***。多对多WPT***是由多个发射器和多个接收器设备组成的无线电力传输***。
在本发明中，描述了可穿戴设备，即用户可穿戴的设备。所述设备包括智能手机等设备、智能手表等可穿戴设备、健身环、虚拟、增强或混合现实耳机等头戴式设备和手持控制器、耳罩式耳机、平板电脑、便携式计算机、智能眼镜、游戏控制器、收音机等通信设备、鼠标或键盘等桌面配件、电池组、遥控器、手持终端、电子移动设备、便携式游戏机、便携式音乐播放器、遥控钥匙、无人机，这些设备用于允许接收器自由移动的无线电力传输***。
在为可穿戴设备充电的场景中，可以应用不同的技术，如无线电力传输或无线充电、接触式充电、电力共享和外部电源。无线电力传输是指在不使用电线作为物理链路的情况下传输电能。该技术使用能够产生时变电磁场的发射器设备，利用电磁感应原理通过一个或多个接收器设备产生循环电场。所述一个或多个接收器设备能够直接利用所述循环电场供电，或者将所述循环电场转换为适当的电力电平，以供应给连接到所述设备的电负载或电池。
接触式充电(也称为表面充电)是另一种类型的无线电力传输方法，使用提供电力的设备和接收电力的设备之间的导电表面的电连接进行电力传输。
对于电力共享，可以通过使用外部电池组或通过电气方式连接的外部电源来持续为电池供电型电子设备充电。这可以通过用户同时佩戴的电池组，并与需要充电的设备进行电气连接来实现。类似的方法被用于通过在智能手机和所述设备之间建立电气连接来共享另一个便携式设备(如智能手机)的可用电力。
最终，电子设备可以通过电气连接到外部DC电源来持续充电。在这种情况下，甚至可以移除设备内部的电池，从而实现无需电池的持续供电。
在下文中，描述了无线电力传输***。
如今，电池供电型电子设备的数量正在迅速增加，因为它们具有自由移动和便携性两大优点。然而，这些设备需要持续充电以确保正常工作。通过使用大容量电池可以降低这些设备的充电频率，但随之而来的是影响电子设备的总体成本，以及它们的重量和尺寸。
通常，会通过使用壁式充电器和连接到要充电设备的输入端口的专用电缆，以在电源和耗电设备之间建立电气连接来完成电池供电型电子设备的充电。这种充电机制存在若干缺点，可总结为：a)由于电池充电所需的连接/断开循环，所述输入端口的连接器容易发生机械故障；b)每个电池供电型设备都配有专用电缆和壁式充电器。在某些情况下，这两个组件仅适用于对应的设备，并且在设备之间不可互换使用。这增加了设备的成本和因不兼容壁式充电器和电缆而产生电子废弃物；c)由于电池供电型电子设备输入端口周围所需的外壳成本较高，因此设备的防水生产环节变得更具挑战性；d)电缆的使用使得用户的移动性会受到充电电缆的长度限制。
为了克服这些缺点，最近提出了几种无线电力传输(Wireless PowerTransmission，WPT)方法，能够在不使用充电电缆的情况下对电子设备的电池进行充电。
商用无线电力传输***主要由两个组织驱动，即无线充电联盟和AirFuelAlliance。无线充电联盟创建了Qi标准，即使用基站的磁感应对消费电子设备进行无线充电，所述基站通常是一个轻薄的垫子状物体，包含一个或多个发射器电感器和一个装有接收器电感器的目标设备。同时，Qi***要求发射器和接收器设备彼此靠近，通常在几毫米到几厘米内，
遵循AirFuel Alliance原理的无线电力传输***使用发射器电感器和接收器电感器之间的谐振电感耦合，从而为连接到接收器设备的电池充电。所述谐振耦合可延长电力传输的距离。整体***效率是谐振器质量因子及其电感元件之间的耦合因子的函数。
根据第一方面，本发明涉及一种可穿戴无线电力接收器，用于接收电磁场并将所述电磁场转换为用于为可穿戴电子设备供电的电力，所述可穿戴无线电力接收器放置在用户的头部，所述可穿戴无线电力接收器包括：载体基板；安装在载体基板上的导电材料，所述导电材料形成至少一个接收器线圈，所述安装有导电材料的载体基板形成为适应所述用户的头部区域，所述至少一个接收器线圈用于接收电磁场。
这样的可穿戴无线电力接收器具有可转换从发射器设备接收到的无线电力来向可穿戴电子设备供电，同时保证用户在佩戴电子设备时的舒适性的优点。可穿戴无线电力接收器允许为由用户佩戴的电子设备持续供电，例如，围绕头部区域或由用户携带或与他紧密接触的电子设备，便于用户在使用所述设备时在指定空间自由移动。可穿戴无线电力接收器提供了固定电源的替代方案，允许设备持续使用，还可能有利于减小电池尺寸，从而减小要充电的设备的总体尺寸和重量，以提升设备的便携性、紧凑性和佩戴舒适性。
在本文中，术语“放置在头部”意味着可穿戴无线电力接收器可以连接、固定或嵌入音频和/或可视耳机的下方、周围或内部，甚至可以连接、固定或嵌入到有檐帽、无檐帽或头盔等头饰中。
在可穿戴无线电力接收器的示例性实现方式中，所述可穿戴无线电力接收器包括安装在载体基板上的屏蔽材料，所述屏蔽材料用于屏蔽至少一部分电磁场以免伤害用户的头部。
这种可穿戴无线电力接收器提供了有效屏蔽佩戴接收器的用户的头部以免受电磁场影响的优点。
载体基板包括用于面对用户的头部的第一表面和与第一表面相对的第二表面。屏蔽材料可以安装在载体基板的第一表面上，形成至少一个接收器线圈的导电材料可以安装在载体基板的第二表面上。
在可穿戴无线电力接收器的示例性实现方式中，安装有导电材料并且具有或不具有屏蔽材料的载体基板形成为可移除地连接在要由用户佩戴的头饰或耳机设备的上部。
这种实现方式的优点是接收器可以灵活地连接到头饰以及从头饰上分离，并且支持按需使用。此外，接收器还可以连接到用户的不同类型的头饰上。
在可穿戴无线电力接收器的示例性实现方式中，安装有导电材料并且具有或不具有屏蔽材料的载体基板形成为可嵌入到要由用户佩戴的头饰中。
这种实现方式的优点是提高了用户佩戴接收器时的舒适性。
在可穿戴无线电力接收器的示例性实现方式中，安装有导电材料并且具有或不具有屏蔽材料的载体基板形成为可嵌入到可穿戴电子设备中。
这种实现方式的优点是用户可以使用现有电子设备作为可穿戴电力接收器。
所述可穿戴无线电力接收器包括：电力转换实体，用于将由所述无线电力接收器接收的电磁场转换为电力，并通过电导器将电力提供给所述可穿戴电子设备。
所述可穿戴无线电力接收器包括：电连接器，用于连接电缆作为电导器。所述电连接器可以用于通过电缆向可穿戴电子设备供电。
根据第二方面，本发明涉及一种可穿戴耦合谐振器阵列，包括根据第一方面的可穿戴无线电力接收器；所述可穿戴耦合谐振器阵列用于从所述用户的头部区域延伸到所述可穿戴电子设备的位置或第二可穿戴电子设备的位置，所述可穿戴耦合谐振器阵列用于接收电磁场，并将其从所述用户的头部区域中继到所述可穿戴电子设备的位置或所述第二可穿戴电子设备的位置。
这种可穿戴耦合谐振器阵列可简化安装，佩戴在靠近用户身体的地方，便于用户不受限制地自由移动。所述阵列允许电力从用户的头部区域一直馈送到需要充电的设备。在某些实现方式中，所述阵列直接连接到头戴式设备，如扩展现实耳机。在需要外部处理单元(如智能手机)的其它一些实现方式中，所述馈送可以在电源转换步骤之前完成，并在第一步中从用户的头部区域移动到用户的口袋或携带此类单元的任何地方，在第二步中从处理单元移动到头戴式设备。
所述可穿戴电子设备和/或所述第二可穿戴电子设备包括其自身的无线电力接收器实体，所述无线电力接收器实体用于从所述耦合谐振器阵列接收电磁场。
根据第三方面，本发明涉及一种用于为可穿戴电子设备或第二可穿戴电子设备中的至少一个供电的可穿戴无线电力接收器装置，所述可穿戴无线电力接收器装置包括：根据第一方面的可穿戴无线电力接收器，或根据第二方面的可穿戴耦合谐振器阵列；可穿戴电子设备和/或第二可穿戴电子设备，用于由所述可穿戴无线电力接收器供电；电导器，用于将所述电力从所述可穿戴无线电力接收器和所述第二可穿戴电子设备中的至少一个传输到所述可穿戴电子设备和所述第二可穿戴电子设备中的至少一个。
这种可穿戴无线电力接收器装置的优点是将接收到的无线电力有效地传输给用户可舒适佩戴的可穿戴电子设备。所述可穿戴无线电力接收器装置允许为用户佩戴的电子设备持续供电，同时便于用户在使用设备时在指定空间自由移动。所述可穿戴无线电力接收器装置提供了固定电源的替代方案，允许设备持续使用，还可能有利于减小电池尺寸，从而减小要充电的设备的总体尺寸和重量，以提升设备的便携性、紧凑性和佩戴舒适性。
在可穿戴无线电力接收器装置的示例性实现方式中，第二可穿戴电子设备用于用部分电力给自己充电，并将经由第一电导器从可穿戴无线电力接收器接收的电力的其余部分经由第二电导器转发到可穿戴电子设备。
这种实现方式的优点是可灵活地为多个电子设备充电。来自接收器的电力可以有利地在多个电子设备之间中继。
在可穿戴无线电力接收器装置的示例性实现方式中，第二可穿戴电子设备包括无线电力接收器实体，用于：从耦合谐振器阵列接收电磁场，将电磁场转换为电力，用部分电力给自己充电，和/或通过电导器将剩余电力转发到可穿戴电子设备。
这种实现方式的优点是可灵活地为多个电子设备充电。电力可以灵活地从无线电力接收器或从耦合谐振器阵列接收。
根据第四方面，本发明涉及一种吸顶式电力发射器，用于通过使用根据第三方面的可穿戴无线电力接收器装置为可穿戴电子设备和第二可穿戴电子设备中的至少一个供电，所述吸顶式电力发射器包括：电源；载体基板；安装在载体基板上的导电材料，所述导电材料形成至少一个发射器线圈，所述安装有导电材料的载体基板可嵌入天花板，所述至少一个发射器线圈用于发射电磁场，用于为可穿戴电子设备和第二可穿戴电子设备中的至少一个供电。
这种吸顶式电力发射器具有以下优点：所述发射器可以放置在天花板下，例如，直接放置在天花板下，或安装在靠近天花板的墙壁上，并且可以在大多数地方、环境和可能的场景中使用，前提是可以***主电路。所述发射器允许用户在使用电子设备和为其电池持续供电的同时，在指定空间自由移动，例如天花板的面板下。
在这种情况下，术语“吸顶式”是指发射器可以安装在天花板下，例如，通过直接连接到天花板或连接到天花板墙壁，甚至通过嵌入到天花板中，例如，嵌入到天花板面板或连接到天花板面板。具体地，术语“吸顶式”是指发射器可以安装在用户的头部上方，以便缩短与用户头部的距离，从而实现从电力发射器到佩戴在用户头部区域的电力接收器的有效电力传输。
在吸顶式电力发射器的示例性实现方式中，所述吸顶式电力发射器包括安装在载体基板上的屏蔽材料，所述屏蔽材料用于屏蔽天花板不受电力发射器的影响，反之亦然。
这种吸顶式电力发射器的优点是有效屏蔽天花板，使其不受电力发射器的影响。
载体基板包括用于面对天花板的第一表面和与第一表面相对的第二表面。屏蔽材料可以安装在载体基板的第一表面上，形成至少一个发射器线圈的导电材料可以安装在载体基板的第二表面上。
在吸顶式电力发射器的示例性实现方式中，所述吸顶式电力发射器包括位于载体基板的角落处的基板延伸部分，所述基板延伸部分相对于所述载体基板的主平面在高度上移位，至少一个发射器线圈形成在所述载体基板和所述基板延伸部分上。
这种实现方式的优点是增加了在垂直于主平面的方向上产生的电磁场分布的均匀性。
在吸顶式电力发射器的示例性实现方式中，至少一个发射器线圈用于生成至少两个充电热点，用于为可穿戴电子设备和第二可穿戴电子设备中的至少一个供电。
这种实现方式的优点是发射器可以同时为两个可穿戴电子设备有效供电，每个可穿戴电子设备都是相应的热点和/或成为发射器以为第二用户佩戴的接收器供电。
在吸顶式电力发射器的示例性实现方式中，安装有导电材料并且具有或不具有屏蔽材料的载体基板形成为可嵌入可连接到天花板的面板中或直接嵌入到天花板中。
这种实现方式的优点是发射器可以有效地安装在天花板上，从而提高了用户的舒适性。
吸顶式电力发射器包括壳体，用于容纳安装有导电材料，并且具有或不具有屏蔽材料和电源的载体基板。
吸顶式电力发射器包括用于远程控制吸顶式电力发射器的用户界面。
根据第五方面，本发明涉及一种为可穿戴电子设备供电的方法，所述方法包括：启用根据第四方面的吸顶式电力发射器；通过所述吸顶式电力发射器检测根据第一方面的一个或多个可穿戴无线电力接收器；在检测到根据第一方面的可穿戴无线电力接收器时，所述吸顶式电力发射器向所述可穿戴无线电力接收器提供初始电力，用于传输所述吸顶式电力发射器和所述可穿戴无线电力接收器之间的配对模式；由所述吸顶式电力发射器向所述可穿戴无线电力接收器提供标称电力，用于为可穿戴电子设备和第二可穿戴电子设备中的至少一个供电。
这种方法提供了与上述可穿戴无线电力接收器、无线电力接收器装置和吸顶式发射器相同的优点。具体地，所述方法的优点是有效地为可穿戴电子设备无线传输电力，以提升用户的舒适性。该方法允许为用户佩戴的电子设备持续供电，同时便于用户在使用设备时在指定空间自由移动。
在下文中，描述了可以通过本发明中描述的设备、方法、***和装置实现的优点和有利效果。
所公开的设备、方法、***和装置以及所有公开的模块的组合，即用于动态场景的WPT***，特别是所公开的发射器-接收器***；吸顶式WPT发射器设备和佩戴在用户头部区域的WPT接收器设备具有以下优点：允许在用户佩戴时向承受高动态范围的接收器设备持续供电，特别是向头戴式设备(如扩展现实耳机)持续供电。这避免了必须携带沉重的电池组来为正在使用的设备持续供电。这有利于减小电池尺寸，从而减小要充电的设备的总体尺寸和重量，以提升设备的便携性、紧凑性和佩戴舒适性。通过部署使用磁谐振无线电力传输原理的无线电力传输***，解决了任何动态场景所面临的大变化耦合因子的问题。
根据本发明的吸顶式发射器设备和发射器设备的悬挂面板或平面特征具有以下优点：发射器设备可以放置在天花板下，可以在各种地方、环境和可能的场景中使用，前提是可以***主电路。发射器设备允许用户在使用电子设备和为其电池持续供电的同时，在指定空间自由移动，例如天花板的面板下。
根据本发明的头戴式接收器设备允许用户在使用电子设备和为其电池持续供电的同时，在指定空间自由移动。所述接收器可安装在头盔等配件中，且佩戴舒适稳固，不会限制用户移动。
根据本发明的配电/输送模块可简化安装，佩戴在靠近用户身体的地方，便于用户不受限制地自由移动。所述模块允许电力从用户的头部区域一直馈送到需要充电的设备。在某些实现方式中，所述阵列直接连接到头戴式设备，如扩展现实耳机。在需要外部处理单元(如智能手机)的其它一些实现方式中，所述馈送可以在电源转换步骤之前完成，并在第一步中从用户的头部区域移动到用户的口袋或携带此类单元的任何地方，在第二步中从处理单元移动到头戴式设备等需要充电的设备。采用电缆连接或耦合谐振器阵列的用户可以在DC或AC域中进行配电。根据本发明的这种配电/输送模块允许同时向多个接收器设备供电。
附图说明
本发明的其它实施例将结合以下附图进行描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的无线电力传输***100的示意图；
图2示出了图1所示的无线电力传输***100的电路图；
图3中的(a)示出了根据本发明的无线电力传输***100的示意图，图3中的(b)、(c)和(d)示出了吸顶式电力发射器的不同示例的示意图；
图4中的(a)、(b)和(c)示出了图1所示的无线电力传输***100的三个实施例的示意图；
图5(a)、5(b)和5(c)示出了图1所示的无线电力传输***100的详细示例性实现方式的示意图；
图6(a)、6(b)和6(c)示出了图1所示的无线电力传输***100的另一个详细示例性实现方式的示意图；
图7(a)、7(b)、7(c)和7(d)示出了图1所示的无线电力传输***100的又一个详细示例性实现方式的示意图；
图8示出了用户正在玩虚拟现实游戏的示例性场景的示意图；
图9(a)和9(b)示出了用于通过使用扩展现实耳机帮助用户执行特定任务的示例性场景的示意图；
图10(a)和10(b)示出了根据本发明的吸顶式电力发射器的示例性实现方式的示意图；
图11中的(a)和(b)示出了发射器和接收器侧的屏蔽磁性组件的示例性实现方式的示意图；
图12中的(a)和(b)示出了发射器设备(即根据本发明的吸顶式电力发射器)的电感元件的示例性实现方式；
图13示出了根据本发明的位于用户头部的可穿戴无线电力接收器105的示例性实现方式的示意图；
图14示出了根据本发明的位于用户头部的可穿戴无线电力接收器105的另一个示例性实现方式的示意图；
图15(a)、15(b)、15(c)、15(d)和15(e)示出了根据本发明的具有可穿戴耦合谐振器阵列402的无线电力传输***的示例性实现方式的示意图；
图16中的(a)和(b)示出了根据本发明的用于向中间设备提供无线电力的无线电力传输***100的示例性实现方式的示意图；
图17示出了根据本发明的用于为可穿戴电子设备供电的方法1700的示意图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考构成本说明书一部分的附图，其中通过图示示出可以实践的本发明的具体方面。应当理解，可以利用其它方面，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构或逻辑改变。因此，以下具体实施方式不应以限制性的意义来理解，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
应当理解，与所描述的方法有关的注释对于与用于执行方法对应的设备或***也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应当理解，除非另外明确说明，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可以相互组合。
图1示出了根据本发明的无线电力传输***100的示意图。
这样的无线电力传输***100包括如图1所示的以下组件：
-吸顶式电力发射器101，例如无线电力发射器设备101，所述设备将悬挂在天花板以下以及用户头部上方。发射器设备101包括电源102和至少一个发射器线圈103；
-可穿戴无线电力接收器105，其可以固定到用户110的头部。接收器设备105包括接收器线圈106，并且还包括电力转换模块107；
-电子设备109，特别是可穿戴电子设备109，可以安装在用户110的头部区域周围。可穿戴电子设备109需要电力来为其电池充电或在没有电池的设备109的实现方式中持续供电；
-从可穿戴无线电力接收器105到可穿戴电子设备109的配电介质108，以下也称为电导器108。
图1还示出了可穿戴无线电力接收器装置105a，包括可穿戴无线电力接收器105、可穿戴电子设备109和/或第二可穿戴电子设备，以及电导器108。
无线电力传输***100可用于向在使用时佩戴的或由用户110携带的电子设备109供电。这意味着接收器设备105在限定的空间内随用户110运动。例如，当用户110拥有电池供电型扩展现实耳机109时，所述电池会不断消耗并需要充电，但用户110需要继续使用设备109时，就会出现这种情况。当用户110长时间玩虚拟现实游戏时，也会出现这样的场景。
可穿戴无线电力接收器105可用于接收电磁场104，并将电磁场104转换为用于为可穿戴电子设备109供电的电力。可穿戴无线电力接收器105可以放置在用户110的头部。
可穿戴无线电力接收器105包括：如图11所示的载体基板1104；同样如图11所示，安装在载体基板1104上的导电材料106.a。导电材料106.a形成至少一个接收器线圈106。安装有导电材料106.a的载体基板1104形成为适应用户110的头部区域。至少一个接收器线圈106用于接收电磁场104。
在本文中，术语“放置在头部”意味着可穿戴无线电力接收器105可以连接、固定或嵌入音频和/或可视耳机的下方、周围或内部，甚至可以连接、固定或嵌入到有檐帽、无檐帽或头盔等头饰中。
可穿戴无线电力接收器105包括安装在载体基板1104上的屏蔽材料106.b，如图11所示。屏蔽材料106.b可用于屏蔽用户110的头部免受电磁场104的至少一部分的影响。
载体基板1104包括用于面对用户110的头部的第一表面和与第一表面相对的第二表面。屏蔽材料106.b可以安装在载体基板1104的第一表面上，形成至少一个接收器线圈106的导电材料106.a可以安装在载体基板1104的第二表面上。
安装有导电材料106.a并且具有或不具有屏蔽材料106.b的载体基板1104形成为可移除地连接在要由用户110佩戴的头饰或耳机设备的上部。
安装有导电材料106.a并且具有或不具有屏蔽材料106.b的载体基板1104形成为可以嵌入到由用户110佩戴的头饰中。
安装有导电材料106.a并且具有或不具有屏蔽材料106.b的载体基板1104形成为可以嵌入到可穿戴电子设备109中。
可穿戴无线电力接收器105包括电力转换实体107(如图4中的(a)、(b)和(c)所示，并在图5(a)，图6(b)和图7(b)进一步解释)，用于将由无线电力接收器105接收的电磁场104转换为电力，并通过电导器108将所述电力提供给可穿戴电子设备109。
可穿戴无线电力接收器105包括：用于连接电缆作为电导器108的电连接器，如图8所示。所述电连接器可以用于通过电缆108向可穿戴电子设备109供电。
可穿戴无线电力接收器设备105包括用户界面514，如图13和图14所示，用于显示无线电力接收器的状态。
可穿戴无线电力接收器设备105包括在可穿戴耦合谐振器阵列402中，如图7(a)、7(b)，图15(a)、15(b)、15(c)、15(d)和15(e)以及图16中的(b)所示。这样的可穿戴耦合谐振器阵列402可以用于从用户110的头部区域延伸到可穿戴电子设备109的位置或第二可穿戴电子设备401的位置。可穿戴耦合谐振器阵列402可用于接收电磁场104，并将其从用户110的头部区域中继到可穿戴电子设备109的位置或第二可穿戴电子设备401的位置。
可穿戴电子设备109和/或第二可穿戴电子设备401包括其自身的无线电力接收器实体403，如图7(b)所示，用于从耦合谐振器阵列402接收电磁场104。
图1所示的可穿戴无线电力接收器装置105a可用于为可穿戴电子设备109或第二可穿戴电子设备401中的至少一个供电，如图6(a)和6(b)，图7(a)和7(b)所示。可穿戴无线电力接收器装置105a包括：如上所述的可穿戴无线电力接收器105，或如上所述的可穿戴耦合谐振器阵列402；可穿戴电子设备109和/或第二可穿戴电子设备401，用于由可穿戴无线电力接收器105供电。可穿戴无线电力接收器装置105a包括电导器108、108.b，用于将电力从可穿戴无线电力接收器105和第二可穿戴电子设备401中的至少一个传输到可穿戴电子设备109和第二可穿戴电子设备401中的至少一个。
第二可穿戴电子设备401用于用部分电力给自己充电，并将经由第一电导器108从可穿戴无线电力接收器105接收的剩余电力经由第二电导器108.b转发到可穿戴电子设备109，如图4中的(b)和(c)，图6(a)、6(b)和6(c)，图7(a)、7(b)和7(d)所示。
第二可穿戴电子设备401包括无线电力接收器实体403，如图4中的(c)或图7(b)所示，用于：从耦合谐振器阵列402接收电磁场104，将电磁场104转换为电力，用部分电力给自己充电，和/或通过电导器108.b将剩余电力转发到可穿戴电子设备109。
图1所示的吸顶式电力发射器101可用于通过使用如图1所示和上面描述的可穿戴无线电力接收器装置105a，为可穿戴电子设备109和第二可穿戴电子设备401中的至少一个供电。
吸顶式电力发射器101包括：电源102；载体基板1103，如图11中的(a)所示；安装在载体基板1103上的导电材料508.a。导电材料508.a形成至少一个发射器线圈103。安装有导电材料508.a的载体基板1103形成为适应图1所示的天花板101a。至少一个发射器线圈103用于发射电磁场104，为可穿戴电子设备109和第二可穿戴电子设备401中的至少一个供电。
吸顶式电力发射器101包括屏蔽材料508.b，如图11中的(a)所示，安装在载体基板1103上。屏蔽材料508.b可用于屏蔽天花板101a不受电力发射器101的影响，反之亦然。
载体基板1103包括用于面对天花板101a的第一表面和与第一表面相对的第二表面。屏蔽材料508.b可以安装在载体基板1103的第一表面上，形成至少一个发射器线圈103的导电材料508.a可以安装在载体基板1103的第二表面上。
吸顶式电力发射器101包括位于载体基板1103的角落处的基板延伸部分，如图12中的(b.1)所示。所述基板延伸部分可以相对于载体基板1103的主平面在高度上移位。至少一个发射器线圈103可以形成在载体基板1104上和基板延伸部分上。
至少一个发射器线圈103可用于生成至少两个充电热点，如图12中的(b.5)所示，用于为可穿戴电子设备109、401和第二可穿戴电子设备109、401中的至少一个供电。
安装有导电材料508.a并且具有或不具有屏蔽材料508.b的载体基板1103形成为可以嵌入可连接到天花板101a的面板中或直接嵌入到天花板101a中。
吸顶式电力发射器101包括：壳体，用于容纳安装有导电材料508.a，并且具有或不具有屏蔽材料508.b和电源102的载体基板1104。
吸顶式电力发射器101包括：用户界面506，如图5(a)，图6(b)，图7(b)，图10(a)和10(b)所示，用于显示吸顶式电力发射器101的状态和/或对其进行远程控制。
上述关于图1描述的允许用户移动的无线电力传输***100在图2描述，其中示出了电力通过磁共振链路从发射器电路传输到接收器电路的***。实际上，每个线圈都由其所需的特性、自感以及一些可分为电阻和电容组件的非必要组件组成。为简单起见，本模型中不考虑发射器和接收器线圈的寄生电容。电感LTx和LRX的集总寄生电阻分别为RTx和RRx，用于模拟其绕组中的损耗。发射器线圈和接收器线圈以任意距离DTx-RX分开，互感为MTx-RX，具体由它们的几何形状、相对位置和方向决定。
Rx电路的输入阻抗在图中表示为Zload，可以由实部和虚部组成。例如，Zload可以表示直接连接到接收器谐振器的负载，或者它可以来自接收器设备中的电力转换链的后续部分，例如来自整流器电路和DC-DC转换器。
如果发射器和接收器谐振器之间的无线电力传输发生在发射器的近场，则不包括辐射效应。因此，***中的所有损耗都是由发射器线圈和接收器线圈的寄生电阻，即RTX和RRX造成的。以这种方式，由发射器电路(Tx电路)提供的电力被输送到受线圈互感影响的接收器电路(Rx电路)，并在线圈的等效串联电阻中作为热量耗散。
图2的无线电力传输***电路图可以通过使用图3中的组件转换为图1的应用场景。如图3中的(a)所示，位于天花板下方和用户头部上方的无线电力发射器设备具有一定的间隙，为佩戴在用户头部的接收器提供无线电力。所述接收器设备可能会移动，但只能在规定的区域内，并且靠近发射器，以确保两个谐振器电路之间有足够大的互感。
位于用户头部的无线电力接收器设备可以固定或放置在安装在需要电力的用户头部区域周围的电子设备109上，如图1所示。
无线电力发射器设备可以悬挂在天花板上，如图3中的(b)和(c)所示，也可以固定在墙上，如图3中的(d)所示。
本发明中提出的方案适用于无线电力接收器设备(如智能手机)、可穿戴设备(如智能手表)、健身环、扩展现实耳机和手持控制器、耳罩式耳机、平板电脑、便携式计算机、智能眼镜、游戏控制器、遥控器、手持终端、便携式游戏机、便携式音乐播放器等用于用户需要在充电时使用所述设备的无线电力传输***。
本文描述的方案的典型用例是，当用户处于位于其头顶的特定结构下时，提供用户佩戴的电子设备。这样的场景包括使用如本发明中描述的无线电力传输***。
图4示出了图1公开的技术的三个无线电力传输***。图4中的(a)的***包括无线电力发射器设备101和至少一个无线电力接收器设备105。所述无线电力发射器设备包括电源102、磁性模块103，所述磁性模块包括至少一个发射器线圈，所述发射器线圈与外部电容结合形成谐振电路，如图2所示。
操作无线电力发射器设备以产生用于电子流过的闭合电路，并产生从所述发射器设备发出的电磁场104；其中，操作无线电力发射器设备101以通过使用电力转换模块107将磁性模块103产生的电磁场提供给接收器线圈或线圈阵列106以转化为电能，并通过配电介质108将转换后的电力提供给电子设备109，从而以无线方式为一个或多个电气或电子设备109供电或充电。
为了使用来自发射器设备的电力，无线电力启用接收器接收来自所述发射器的电力，使用电力转换模块107将所述电力从AC转换为DC信号，然后所述电力通过配电介质108馈送到需要充电的设备109。在其它一些实现方式中，如图4中的(b)中描述的实现方式，可以进行两次配电，首先使用配电介质108向提供外部处理能力的智能手机等中间电子设备401供电，然后使用第二配电介质108.b向终端电子设备109供电。在其它一些实现方式中，如图4中的(c)中描述的实现方式，配电可以在电力转换步骤之前完成。根据图4中的(c)的实施例，配电介质可以将接收到的电磁场104通过介质402引导到装配有无线电力接收器设备403的中间电子设备401，然后进一步通过配电介质108.b将接收到的电力提供给终端电子设备109。
图5(a)、5(b)和5(c)示出了图1的无线电力传输***的详细可能实现方式，并进一步解释了图4中的(a)的***的模块。无线电源102包括无线电力发射器设备101的AC电源503。所述电源可以连接到DC-DC转换器502的输出，以便从DC电源(例如发射器设备中的电池)提取其正常运行所需的电力。在其它一些实现方式中，发射器设备还可以具有从AC-DC转换器501提取其正常运行所需的电力的可能性，例如将线路的AC电转换为DC电的电路。所述发射器设备还包括阻抗转换电路507，能够将DC-AC转换器503的输出阻抗从一个值转换为另一个值。这样的转换单元用于阻抗匹配，以便将最佳电力传输给接收器设备。电源102连接到包括至少一个发射器线圈508和接收器检测单元509的磁性模块103。如图2所述，电感元件508和电容的组合形成能够产生电磁场104的谐振电感-电容谐振器电路。
无线电力发射器101能够通过使用处理和控制单元504来调整无线电力传输，例如，通过操作所述单元或通过操作阻抗变换网络507来改变AC电源503的特性，如变更幅度、相位或频率或其组合，以使从发射器设备101发出的电磁场104产生变化，从而以无线方式为电气或电子设备105和109供电或充电。这些可能的变化可以通过使用接收器检测单元509来实现，所述接收器检测单元直接受到至少一个接收器105相对于发射器101的耦合条件的可能变化的影响。例如，当接收器设备从旧位置移动到新位置时，由于存在于接收器线圈或线圈阵列106与发射器线圈或线圈阵列508之间的电磁耦合104，因此接收器设备105加载无线电力发射器101所产生的阻抗变化将成为反映在发射器线圈或线圈阵列508上的变化。
例如，在接收器105由一个总阻抗为ZRx的单个谐振器组成并串联连接到负载RL的情况下，“反射”到发射器线圈508的阻抗Zreflected由下式给出：
其中ω是角度工作频率，MRx→Tx是单个接收器谐振器和给定发射器谐振器之间的互感。接收器检测单元可以由连接为反射计的双向耦合器实现，所述双向耦合器又连接到RF检测器电路。电力检测单元可以由其它电压/电流/阻抗/电力敏感电路组成，由于接收器耦合条件的变化，这些电路将直接受到(1)的影响。应当注意，即使接收器设备105没有经历位置或方向的变化，当接收器设备(即电子设备109)的负载变化发生时，(1)仍然会受到影响。
处理和控制单元504还可以受到来自发射器设备101中可能的无线通信单元505的信息的影响，所述无线通信单元能够通过电磁波与接收器设备105中的无线通信单元512进行无线通信。两个无线通信单元可以通过两个不同的换能器交换信息，这些换能器兼容但不限于蓝牙、BLE、ZigBee、Wi-Fi、WLAN、线程、蜂窝通信(如2G/3G/4G/5G/LTE)、NB-IoT、NFC、RFID、WirelessHART等。在接收器设备105上，无线通信单元512可以通过其自身的数据处理和控制单元513(在接收器设备105中)帮助控制电力转换模块511和510。在513内部可以有运行的脚本，所述脚本能够收集与一个或多个接收器的耦合条件有关的相关信息，以及通过配电介质108连接到接收器设备105的电子设备109中的电池517的电荷水平等其它信息。
接收器设备105可以具有单个线圈或一组线圈106，用作电感-电容谐振器的电感元件。在一些实现方式中，接收器设备105可以连接到AC-DC转换器511，例如，如果由特定应用供电的设备需要直流电(Direct Current，DC)，即向电子设备输送DC，则所述接收器设备可以连接到将交流电(Alternating Current，AC)转换为DC的整流器。在其它一些实现方式中，可以存在用于将DC电力电平转换为另一个DC电力电平的电路510，例如DC-DC转换器或用于调节传递给电子设备109的电力的充电电路。所述接收器设备还包括安全电路515，能够通过中断向设备109的电力输送来避免故障工作模式。
发射器和接收器设备都可以包括用户界面506和514，以帮助设备的用户知晓供电正在开始或进行以及任何其它可能的故障工作状态。用户界面506可以部分地实现在发射器设备的外部，并且它将允许用户通过由红外线等远程控制设备产生的信号，或经由通过蓝牙或WiFi等从智能手机等移动设备发送到发射器设备101的无线通信模块505的无线通信信号来打开/关闭所述发射器设备。
在图5(b)中进一步解释了配电介质108。所述配电介质包括柔性绝缘材料，所述柔性绝缘材料装配有电导体以及输入和输出连接器518以及一些固定结构519，这些固定结构允许将接收器105和配电介质固定到用户头部或直接固定到需要供电的电子设备109上，以确保两者之间的安全连接和用户的舒适性。
图5(c)示出了图5(a)、图5(b)中公开的用于使用无线电力发射器101、接收器105和配电介质108将电力传送到头戴式设备109的***的可能实现方式。
图6(a)、6(b)和6(c)示出了所公开技术的另一个详细的可能实现方式，并进一步解释了图4中的(b)的***的模块。图6(a)描述了由发射器设备101产生的无线电力如何被接收器设备105接收，然后转换成电能以通过使用分离器元件601向两个设备供电，即分别通过配电介质108向中间设备401供电和通过配电介质108.b向终端设备109供电。中间设备401可以是允许增加终端设备109的数据处理能力的设备。这类设备可以是用户的智能手机或可穿戴计算机。图6(b)进一步澄清了从发射器到接收器和两个电子设备401和109的电力流。在这种实现方式中，存在两个配电介质108和108.b以及数据/电力分离器601。图6(c)示出了配电介质。图6(a)、6(b)和6(c)的实现方式有助于将发射器设备产生的电力提供给未安装启用无线电力接收器设备的设备。
图7(a)、7(b)、7(c)和7(d)示出了所公开技术的又一种实现方式，详细解释了图4中的(b)的***的模块。图7(a)描述了由发射器设备101产生的无线电力如何被引导通过耦合谐振器阵列402，所述谐振器阵列能够引导由发射器设备101产生的电磁场104，以进一步增加到中间设备401的传输范围。在这种情况下，如图7(b)进一步澄清的那样，中间设备401已经安装有无线电力接收器设备403，能够将接收到的电磁场转换为适合在中间设备401上对电池704充电的电能，并且通过配电介质108.b将电能传输到终端电子设备109，目的是通过利用中间设备401和终端设备109上的充电端口516之间的柔性电缆518实现的电气连接来为电池517充电。图7(c)示出了配电介质402，图7(d)示出了配电介质108.b。应当注意，两个配电介质之间的区别在于，402使用耦合谐振器阵列以电磁方式引导能量，而108.b通过电气连接方式引导能量。
如图8所示，在用户正在玩虚拟现实游戏的情况下，可以使用图5(a)至图7(d)中公开的实现方式。图8示出了发射器、接收器和配电介质的可能实施例，以便向终端设备(在此例中是虚拟现实耳机109)持续供电。在这种情况下，用户可以在位于其头顶上的无线电力发射器面板的限定区域内自由移动，并且终端设备109的电池可保持恒定充电，前提是用户始终在发射器设备的传输范围附近。这样一来，用户就能够持续游玩。
所公开的技术还可能使使用较小尺寸的电池成为现实，从而减少终端设备的总重量，从而提高用户的佩戴舒适性。应当注意，如果终端设备109具有储能元件，例如超级电容，则完全不需要电池。在这种情况下，如果用户暂时走出发射器设备的传输范围，储能元件必须能够向109内的电子模块提供足够长的续航。
另外还应当注意，虽然图8使用了具有将电源102和磁性模块103集成为单个元件的发射器设备101，但可以存在其电源102和磁性模块103已经被分离的发射器设备101的其它实现方式。
例如，图5(a)至图7(d)中公开的实现方式可以用于帮助用户使用扩展现实耳机执行特定任务。图9(a)示出了图6(a)、6(b)和6(c)公开的具体实现方式，其中，无线电力发射器设备101可以向中间设备401和终端设备109供电。图9(a)和9(b)描述的两种情况都证明了本发明公开的无线电力传输***的实用性。在用户需要在规定的区域内长时间内以一定的自由度移动的情况下，可以提供持续无线电力传输。
图10(a)和10(b)示出了所公开的发射器设备的两种可能的实现方式。图10(a)的实现方式描述了无线电力发射器设备101，所述无线电力发射器设备包含刚性外壳以容纳所有模块102和103，并且具有将面板悬挂在天花板上的必要机械稳定性，以及指示灯状态和开关(ON/OFF)按钮等用户界面元件。虽然图10(b)示出了具有单独用户界面、遥控器的无线电力发射器***101，但这种实现方式的优点是可以远程操作，而不必到达发射器的高度。
图11展示了发射器和接收器侧屏蔽磁性组件的可能实现方式。图11中的(b)详细示出了接收器设备105中的磁性模块106，所述模块包括外部绝缘材料1101、屏蔽材料或材料106.b的组合，例如顶部的导电材料和底部的磁性屏蔽材料的组件，因此，接收器线圈106.a从用户的头部屏蔽了接收到的大部分电磁场。在一些实现方式中，发射器和接收器线圈可以安装在载体基板1103和1104上。类似地，图11中的(a)示出了通过使用屏蔽材料或材料508.b的组合，可屏蔽天花板以免受由发射器线圈508.a产生的电磁场的影响，反之亦然。此外，1102示出了用于将磁性模块包围在发射器设备上的外部绝缘材料。
图12描绘了发射器设备101的电感元件的一些可能的实现方式。图12中的(a)在图12中的(a.1)中示出了在发射器101上的磁性模块103内加入线圈阵列的可能性。例如，中心线圈1201可以连接到电源102，并且包围1201的外线圈1202可以是一定数量的中继谐振器，用于有效地扩展激励线圈1201的传输范围。这种实现方式的优点是仅需单个电源102。另一方面，图12中的(a.2)示出了具有单个发射器线圈连接到电源102的实现方式，所述实现方式可覆盖更大的面积，与图12中的(a.1)中的激励线圈和中继谐振器覆盖的面积相当。
图12中的(b)示出了根据发射器设备101内谐振器的电感元件的几何形状，可以预期不同的磁场特性。例如，图12中的(b.1)示出了具有主平面和一定匝数且基本上平坦的三维发射器线圈。此图像显示了方形线圈，但线圈几何形状可能不同。由于线圈的几何形状，每个匝都有四个顶点。所述线圈的主要特点是，至少构成单匝的四个顶点相对于主线圈平面以一定的负高度移位。此图像显示了每个匝的所有顶点是如何移位的。移动此线圈匝的顶点使匝的某些部分处于与主平面相同的高度。当接收器位于发射器设备外壳顶部时，移动线圈顶点会降低关键区域的互感。降低这些互感的最大峰值可以减少接收器中感应电压的变化，以及接收器中的最大组件应力，从而避免接收器损坏，同时允许发射器以恒定电流电平工作，这是一对一或一对多无线电力传输***中的必要特征。图12中的(b.1)的发射器线圈产生的磁场特性可在图12中的(b.2)中观察到。
图12中的(b.3)示出了磁性模块103内的发射器线圈的可能实现方式，所述发射器线圈具有不同的绕组特性，使得线圈的匝之间的间隔各有不同。这样的实现方式使得能够创建磁场的更均匀特性，如图12中的(b.4)所示。
图12中的(b.4)示出了在磁性模块103内具有发射器线圈的两个绕组部分1203和1204的线圈。所述部分由分段1205以使得通过这些部分的电流具有给定的电流方向的方式连接。在图12中的(b.5)中的线圈的情况下，流经两个部分的电流沿相同的方向流动。在其它实现方式中，电流可以朝不同的方向流动。具有两个绕组部分使得能够产生两个磁场部分，如图12中的(b.6)所示的磁场特性所示。这种实现方式的优点是创建两个充电热点，因此能够使两位用户站在热点下。
图13和图14显示了位于用户头部的接收器设备的几种可能的实现方式。通过将接收器设备105放置在头顶区域，可以确保与发射器设备的良好电磁耦合，以及向终端设备109的持续供电。图13示出了通过连接机构，将电力接收器设备作为附件连接到现有头戴式设备109。
图14中的(a)和(b)示出了接收器设备105的又一种可能的实现方式。这样的设备也是附件，但在这种情况下，所述设备被设计为安装在特定耳机中。所述接收器设备用于取代现有的头戴式终端设备109的紧固机构。这种实现方式还具有允许用户将所述接收器设备搭配现有耳机使用的优点，并且佩戴更加舒适。
如图14中的(c)所示，无线电力接收器设备也可以嵌入用户的终端设备109内。虽然这种实现方式要求用户具有安装有接收器设备的终端设备，但它具有提高舒适性和易用性的优点。
图15(a)、15(b)、15(c)、15(d)和15(e)示出了使用电磁配电介质402将无线电力传送到具有兼容无线电力接收器403的中间电子设备401的无线电力传输***的可能实现方式。图15(a)描述了由发射器设备101产生的无线电力如何被引导通过耦合谐振器阵列402，所述谐振器阵列能够引导由发射器101产生的电磁场104，以进一步增加发射器设备101到中间设备401的传输范围。在这种情况下，中间设备401已经安装有无线电力接收器设备，能够将接收到的电磁场转换为适合在中间设备401上对电池充电的电能，并且通过配电介质108.b将电能传输到终端电子设备109，目的是通过实现电气连接对其电池充电。
图15(b)描述了配电介质402的电路图和工作原理。402是能够引导发射器产生的电磁场的介质。介质可以由给定数量的单元组成，图中显示了N个通用的单元。本电路图中的每个单元都是电感-电容谐振器，通过电磁方式耦合到至少每个最近的邻近单元。这种耦合由互感M1表示，在本图中，所述互感被认为主要是磁性的，因为一个单元产生的磁场穿过相邻单元，从而在所述单元中诱导循环电流。每个单元由电感L与其相关电阻R的串联连接表示，并与外部电容C串联连接。该图表示电容由添加的集总元件实现，但在其它一些实现方式中，也可以使用线圈的自电容。图中的每个单元都形成具有给定谐振频率的串联谐振器电路。
图15(b)的电路图中的第一单元是发射器设备101内的谐振器电路。应当注意，由于发射器设备101与其最近的邻居，即耦合谐振器阵列402的第一单元之间存在电磁耦合，在这种情况下，所述谐振器阵列是无线电力接收器105，并且所述电力可以从发射器一直引导到设备401。图15(b)的电路图的最后单元是接收器设备401内的谐振器电路，即无线电力接收器403。该电路图中的负载电阻ZT表示可穿戴电子设备401和/或109的电池。传输路径损失的能量数将取决于单元的质量因子以及它们之间的互感。
图15(c)示出了配电介质如何与发射器101和用户交互。所述配电介质可以在半刚性或柔性基板上实现。事实上，柔性基板具有可兼容的优点，因此更容易连接到佩戴它的用户上。应当注意，在该图中，已经使用了能够产生相当均匀的磁场的发射器线圈106，如图12中的(b.3)和(b.4)所示，但也可以使用任何其它线圈几何形状，例如图12中的线圈几何形状。
图15(b)的第二单元，也如图15(d)所示，位于用户头部的顶部，它的弯曲角度约为90度1501，即大约50％的单元表面位于头部的顶部，而其余表面基本上平行于用户的背部。连续单元，即图15(b)中的单元3或图15(d)中的单元1502与1501及其连续单元1503具有大约50％的重叠。图15(d)中所示的其余单元也是如此，因此这些单元形成了类似于砖墙配置的结构。这种配置的优点是相邻单元之间具有良好的互感。应当注意，在图15(b)中，所有单元对都具有相同的互感，但该值可以不同。此外，可以存在二阶互感(即在非连续单元之间)，或三阶互感。
图15(e)示出了无线配电介质402的可能和详细的实现方式。从上到下，介质可以由电绝缘材料包围，上层单元可以在上层印刷电路板上，并且可以通过柔性基板与下层单元隔开。单元的这种布置主要由屏蔽材料或材料的组合屏蔽，如导电材料和磁性材料的堆叠。在介质末端和开始处留下非屏蔽区域是必要的，以便将其耦合到发射器和中间接收器。应当注意，在底部单元下，可以实现类似的屏蔽布置。这种布置包含多种可能的变型，包括更多的载体基板，例如放置在顶部电池的顶部和底部电池的底部。这可以通过两个单独的印刷电路板夹在一起，并在它们之间布置适当的电绝缘接口来实现。在其它一些实现方式中，磁屏蔽可以被移除，因为从一个单元到下一个单元的能量能够利用它们的互感而传输，而通过使用磁性材料可以增加这种互感。
本发明中公开的设备还可用于向中间设备提供无线电力，如图16所示。如果用户决定暂时取下头戴式设备，但仍然向中间设备提供无线电力，则图16中的(a)和(b)示出的情况可能会出现。在这种情况下，图6(a)和6(b)的中间设备401将成为图16中的(a)中的终端设备109。类似地，图7(a)和7(b)的设备401将成为图16中的(b)中的终端设备109。在这些情况下，也可以使用所公开的技术，而不需要具有头戴式设备，因为目的是向中间设备提供无线电力。
本发明还公开了一种在用户自由移动的状态下为扩展现实耳机的电池充电的方法1700。方法1700在图17中描述，并且可以概括为：
-初始化1701：用户操作启用(打开)类似垫子的WPT发射器设备
-接收器存在检测1702：检测充电区域内是否存在一个或多个兼容的头戴式无线电力接收器设备
如果未检测到接收器：
-休眠模式1703：Tx进入休眠模式，并保持循环，直到它检测到
Rx
如果检测到Rx：
-提供低电力1704：Tx提供和Rx接收低电力的无线电力，以便能够启动通信和配对协议。
-通信1705：稳定Tx和Rx之间的通信以确定兼容性。操作用户界面506和514以显示已进入配对模式。
-提供标称电力1706：Tx以标称电力水平提供无线电力，Rx接收无线电力
-充电1707：Rx使电力输出到供电/充电设备109。操作用户界面506和514以显示已进入充电模式。
图17中描述的方法1700可用于为本发明中描述的可穿戴电子设备109供电。换句话说，方法1700包括：启用1701根据本发明的吸顶式电力发射器101；通过吸顶式电力发射器101检测1702根据本发明的一个或多个可穿戴无线电力接收器105；在检测到根据本发明的可穿戴无线电力接收器105时，由吸顶式电力发射器101向可穿戴无线电力接收器105提供1704初始电力，用于传输1705在吸顶式电力发射器101和可穿戴无线电力接收器105之间的配对模式；由吸顶式电力发射器101向可穿戴无线电力接收器105提供1706标称电力，用于为可穿戴电子设备109和第二可穿戴电子设备401中的至少一个供电1707。
本发明中提出的方案适用于无线电力接收器设备(如智能手机)、可穿戴设备(如智能手表)、健身环、虚拟现实耳机和手持控制器、耳罩式耳机、平板电脑、便携式计算机、智能眼镜、游戏控制器、桌面配件(如鼠标或键盘)、电池组、遥控器、手持终端、电子移动设备、便携式游戏机、便携式音乐播放器、遥控钥匙、无人机，这些设备用于允许接收器自由移动的无线电力传输***。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实现方式中的一个或多个特征或方面相结合，只要对于任何给定或特定的应用是有需要的或有利的。此外，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在具体实施方式或权利要求书中使用，这类术语和术语“包括”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性的”、“例如”仅表示为示例，而不是最好或最优的。可以使用术语“耦合”和“连接”以及衍生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电气接触，或者它们彼此不直接接触。
虽然本文中已说明和描述特定方面，但本领域普通技术人员应了解，多种替代和/或等效实现方式可以在不脱离本发明范围的情况下替代所示和描述的特定方面。本申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
虽然以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求书的阐述另有暗示用于实现部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以该特定顺序来实现。
根据以上指导，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，除本文中所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已经参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行许多变更。因此，应当理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (15)

1.一种可穿戴无线电力接收器(105)，用于接收电磁场(104)并将电磁场(104)转换为用于为可穿戴电子设备(109)供电的电力，所述可穿戴无线电力接收器(105)放置在用户(110)的头部，所述可穿戴无线电力接收器(105)包括：
载体基板(1104)；
安装在载体基板(1104)上的导电材料(106.a)，所述导电材料(106.a)形成至少一个接收器线圈(106)，
安装有导电材料(106.a)的载体基板(1104)形成为适应所述用户(110)的头部区域，所述至少一个接收器线圈(106)用于接收电磁场(104)。
2.根据权利要求1所述的可穿戴无线电力接收器(105)，其特征在于，包括：
屏蔽材料(106.b)，安装在载体基板(1104)上，屏蔽材料(106.b)用于屏蔽用户(110)的头部免受电磁场(104)的至少一部分的影响。
3.根据权利要求1或2所述的可穿戴无线电力接收器(105)，其特征在于：
根据权利要求2所述的安装有导电材料(106.a)并且具有或不具有屏蔽材料(106.b)的载体基板(1104)形成为可移除地连接在要由所述用户(110)佩戴的头饰或耳机设备的上部。
4.根据权利要求1或2所述的可穿戴无线电力接收器(105)，其特征在于：
根据权利要求2所述的安装有导电材料(106.a)并且具有或不具有屏蔽材料(106.b)的载体基板(1104)形成为可嵌入到由所述用户(110)佩戴的头饰中。
5.根据权利要求1或2所述的可穿戴无线电力接收器(105)，其特征在于：
根据权利要求2所述的安装有导电材料(106.a)并且具有或不具有屏蔽材料(106.b)的载体基板(1104)形成为可嵌入到可穿戴电子设备(109)中。
6.一种可穿戴耦合谐振器阵列(402)，其特征在于，包括：
根据权利要求1至4中任一项所述的可穿戴无线电力接收器(105)；
所述可穿戴耦合谐振器阵列(402)用于从所述用户(110)的头部区域延伸到所述可穿戴电子设备(109)的位置或第二可穿戴电子设备(401)的位置，
所述可穿戴耦合谐振器阵列(402)用于接收电磁场(104)，并将其从所述用户(110)的头部区域中继到所述可穿戴电子设备(109)的位置或所述第二可穿戴电子设备(401)的位置。
7.一种可穿戴无线电力接收器装置(105a)，用于为可穿戴电子设备(109)或第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个供电，所述可穿戴无线电力接收器装置(105a)包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的可穿戴无线电力接收器(105)，或根据权利要求6所述的可穿戴耦合谐振器阵列(402)；
可穿戴电子设备(109)和/或第二可穿戴电子设备(401)，用于由所述可穿戴无线电力接收器(105)供电；
电导器(108，108.b)，用于将电力从可穿戴无线电力接收器(105)和第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个传输到可穿戴电子设备(109)和第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的可穿戴无线电力接收器装置(105a)，其特征在于：
所述第二可穿戴电子设备(401)用于用部分电力给自己充电，并将通过第一电导器(108)从所述可穿戴无线电力接收器(105)接收的剩余电力经由第二电导器(108.b)转发到所述可穿戴电子设备(109)。
9.根据权利要求7所述的可穿戴无线电力接收器装置(105a)，其特征在于：
所述第二可穿戴电子设备(401)包括无线电力接收器实体(403)，用于：
从耦合谐振器阵列(402)接收电磁场(104)，
将电磁场(104)转换为电力，
用部分电力给自己充电，
通过电导器(108.b)将剩余电力转发到可穿戴电子设备(109)。
10.一种吸顶式电力发射器(101)，用于通过使用根据权利要求7至9中任一项所述的可穿戴无线电力接收器装置(105a)为可穿戴电子设备(109)和第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个供电，所述吸顶式电力发射器(101)包括：
电源(102)；
载体基板(1103)；
安装在载体基板(1103)上的导电材料(508.a)，所述导电材料(508.a)形成至少一个发射器线圈(103)，
安装有导电材料(508.a)的载体基板(1103)形成为适应天花板(101a)，
所述至少一个发射器线圈(103)用于发射电磁场(104)，可以为可穿戴电子设备(109)和第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个供电。
11.根据权利要求10所述的吸顶式电力发射器(101)，其特征在于，包括：
屏蔽材料(508.b)，安装在载体基板(1103)上，所述屏蔽材料(508.b)用于屏蔽天花板(101a)不受电力发射器(101)的影响，反之亦然。
12.根据权利要求10或11所述的吸顶式电力发射器(101)，其特征在于，包括：
位于载体基板(1103)的角落处的基板延伸部分，所述基板延伸部分相对于载体基板(1103)的主平面在高度上移位，
所述至少一个发射器线圈(103)形成在所述载体基板(1104)上和所述基板延伸部分上。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的吸顶式电力发射器(101)，其特征在于：
所述至少一个发射器线圈(103)用于生成至少两个充电热点，用于为可穿戴电子设备(109，401)和第二可穿戴电子设备(109，401)中的至少一个供电。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的吸顶式电力发射器(101)，其特征在于：
根据权利要求14所述的安装有导电材料(508.a)并且具有或不具有屏蔽材料(508.b)的载体基板(1103)形成为可以嵌入可连接到天花板(101a)的面板中或直接嵌入到天花板(101a)中。
15.一种用于为可穿戴电子设备(109)供电的方法，所述方法包括：
启用根据权利要求10至14中任一项所述的吸顶式电力发射器(101)；
所述吸顶式电力发射器(101)检测一个或多个根据权利要求1至5中任一项所述的可穿戴无线电力接收器(105)；
当检测到根据权利要求1至5中任一项所述的可穿戴无线电力接收器(105)时，所述吸顶式电力发射器(101)向所述可穿戴无线电力接收器(105)提供初始电力，用于传输所述吸顶式电力发射器(101)和所述可穿戴无线电力接收器(105)之间的配对模式；
由所述吸顶式电力发射器(101)向所述可穿戴无线电力接收器(105)提供标称电力，用于为所述可穿戴电子设备(109)和所述第二可穿戴电子设备(401)中的至少一个供电。
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