DE112022003157T5 - WIRELESS DUAL FREQUENCY CHARGING SYSTEMS - Google Patents

Abstract

In einem drahtlosen Ladesystem können eine Senderspule einer drahtlosen Ladevorrichtung und eine Empfängerspule einer tragbaren elektronischen Vorrichtung bei einer von zwei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen arbeiten. Die niedrige Frequenz kann in einem Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 400 kHz liegen, und die hohe Frequenz kann in einem Bereich von etwa 1 MHz bis etwa 2 MHz liegen. Um ein effizientes Laden bei beiden Frequenzen bereitzustellen, können die Sender- und die Empfängerspule aus einem Verbund- oder mehrsträngigen Draht gebildet sein.In a wireless charging system, a transmitter coil of a wireless charging device and a receiver coil of a portable electronic device may operate at one of two different operating frequencies. The low frequency may be in a range of about 300 kHz to about 400 kHz, and the high frequency may be in a range of about 1 MHz to about 2 MHz. To provide efficient charging at both frequencies, the transmitter and receiver coils may be formed from a composite or multi-strand wire.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/202,730 , eingereicht am 22. Juni 2021 mit dem Titel „Dual Frequency Wireless Charging Systems“, und der US-Patentanmeldung Nr. 17/655,329 , eingereicht am 17. März 2022 mit dem Titel „Dual Frequency Wireless Charging Systems“, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 63/202,730 , filed June 22, 2021, entitled “Dual Frequency Wireless Charging Systems,” and U.S. patent application No. 17/655,329 , filed March 17, 2022, entitled “Dual Frequency Wireless Charging Systems,” the disclosures of which are incorporated herein by reference.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf induktive Ladesysteme und insbesondere auf drahtlose Mehrfrequenz-Ladesysteme.This disclosure relates generally to inductive charging systems and more particularly to multi-frequency wireless charging systems.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Tragbare elektronische Vorrichtungen (z. B. Mobiltelefone, Medienwiedergabevorrichtungen, elektronische Uhren und dergleichen) arbeiten, wenn Ladung in ihren Batterien gespeichert ist. Einige tragbare elektronische Vorrichtungen schließen eine wiederaufladbare Batterie ein, die durch Koppeln der tragbaren elektronischen Vorrichtung an eine Stromquelle durch eine physische Verbindung, wie durch ein Ladekabel, aufgeladen werden kann. Das Verwenden eines Ladekabels zum Laden einer Batterie in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung erfordert jedoch, dass die tragbare elektronische Vorrichtung physisch an eine Steckdose angeschlossen ist. Zusätzlich erfordert das Verwenden eines Ladekabels, dass die mobile Vorrichtung einen Verbinder, üblicherweise einen Aufnahmeverbinder, aufweist, der konfiguriert ist, um mit einem Verbinder, üblicherweise einem Steckverbinder, des Ladekabels verbunden zu werden. Der Aufnahmeverbinder schließt einen Hohlraum in der tragbaren elektronischen Vorrichtung ein, der einen Weg bereitstellt, über den Staub und Feuchtigkeit eindringen und die Vorrichtung beschädigen können. Ferner muss ein Benutzer der tragbaren elektronischen Vorrichtung das Ladekabel physisch mit dem Aufnahmeverbinder verbinden, um die Batterie zu laden.Portable electronic devices (e.g., cellular phones, media players, electronic watches, and the like) operate when charge is stored in their batteries. Some portable electronic devices include a rechargeable battery that can be charged by coupling the portable electronic device to a power source through a physical connection, such as through a charging cable. However, using a charging cable to charge a battery in a portable electronic device requires that the portable electronic device be physically plugged into an electrical outlet. Additionally, using a charging cable requires that the mobile device have a connector, typically a receptacle connector, configured to connect to a connector, typically a male connector, of the charging cable. The receptacle connector includes a cavity in the portable electronic device that provides a path through which dust and moisture can enter and damage the device. Further, a user of the portable electronic device must physically connect the charging cable to the receptacle connector to charge the battery.

Um solche Unzulänglichkeiten zu vermeiden, wurden Technologien für drahtloses Laden (auch als induktive Ladetechnologien bezeichnet) entwickelt, die elektromagnetische Induktion nutzen, um tragbare elektronische Vorrichtungen zu laden, ohne dass ein Ladekabel erforderlich ist. Zum Beispiel können einige tragbare elektronische Vorrichtungen wiederaufgeladen werden, indem lediglich die Vorrichtung auf eine Ladeoberfläche einer drahtlosen Ladevorrichtung gelegt wird. Eine unterhalb der Ladeoberfläche angeordnete Senderspule wird mit einem Wechselstrom angesteuert, der einen zeitveränderlichen Magnetfluss erzeugt, der einen Strom in einer entsprechenden Empfängerspule in der tragbaren elektronischen Vorrichtung induziert. Der induzierte Strom kann durch die tragbare elektronische Vorrichtung verwendet werden, um ihre interne Batterie zu laden.To avoid such shortcomings, wireless charging technologies (also called inductive charging technologies) have been developed that use electromagnetic induction to charge portable electronic devices without the need for a charging cable. For example, some portable electronic devices can be recharged by merely placing the device on a charging surface of a wireless charging device. A transmitter coil located beneath the charging surface is driven with an alternating current that generates a time-varying magnetic flux that induces a current in a corresponding receiver coil in the portable electronic device. The induced current can be used by the portable electronic device to charge its internal battery.

KURZDARSTELLUNGBRIEF DESCRIPTION

Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Senderspule einer drahtlosen Ladevorrichtung bei einer von zwei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen arbeiten, die hierin als „niedrige“ Frequenz und „hohe“ Frequenz bezeichnet werden. Die niedrige Frequenz kann in einem Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 400 kHz (in einigen Ausführungsformen z. B. etwa 326 kHz) liegen, und die hohe Frequenz kann in einem Bereich von etwa 1 MHz bis etwa 2 MHz (in einigen Ausführungsformen z. B. etwa 1,78 MHz) liegen. In ähnlicher Weise kann gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Empfängerspule einer elektronischen Vorrichtung, die von einer drahtlosen Ladevorrichtung geladen werden kann, entweder bei der hohen oder der niedrigen Frequenz arbeiten. Um ein effizientes Laden bei beiden Frequenzen bereitzustellen, können die Sender- und die Empfängerspule aus einem Verbund- oder mehrsträngigen Draht gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Verbunddraht in einer Senderspule eine Anzahl von Litzen einschließen, wobei jede Litze eine dünne (z. B. 30 µm Durchmesser) Litze aus leitfähigem (z. B. Kupfer) Draht mit einer elektrisch isolierenden Außenschicht sein kann. Die Litzen können miteinander verdrillt werden, um einen Satz von Grundbündeln zu bilden; Gruppen von Grundbündeln können miteinander verdrillt werden, um einen Satz von Verbundbündeln zu bilden; und die Verbundbündel können miteinander verdrillt werden, um den Verbunddraht zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann jedes Grundbündel vier Litzen einschließen, wobei jedes Verbundbündel vier Grundbündel einschließen kann und der Verbunddraht sieben Verbundbündel einschließen kann. Als weiteres Beispiel kann ein Verbunddraht in einer Empfängerspule eine Anzahl von Litzen einschließen, wobei jede Litze eine dünne (z. B. 30 µm Durchmesser) Litze aus leitfähigem (z. B. Kupfer) Draht mit einer elektrisch isolierenden Außenschicht sein kann. Die Litzen können miteinander verdrillt werden, um einen Satz von Bündeln zu bilden, und die Bündel können miteinander verdrillt werden, um den Verbunddraht zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann jedes Bündel sechs Litzen einschließen, und der Verbunddraht kann sechs Bündel einschließen.According to some embodiments of the present invention, the transmitter coil of a wireless charging device may operate at one of two different operating frequencies, referred to herein as "low" frequency and "high" frequency. The low frequency may be in a range of about 300 kHz to about 400 kHz (e.g., in some embodiments, about 326 kHz), and the high frequency may be in a range of about 1 MHz to about 2 MHz (e.g., in some embodiments, about 1.78 MHz). Similarly, according to some embodiments of the present invention, the receiver coil of an electronic device that can be charged by a wireless charging device may operate at either the high or low frequency. To provide efficient charging at both frequencies, the transmitter and receiver coils may be formed from a composite or multi-strand wire. For example, a composite wire in a transmitter coil may include a number of strands, where each strand may be a thin (e.g., 30 μm diameter) strand of conductive (e.g., copper) wire with an electrically insulating outer layer. The strands may be twisted together to form a set of basic bundles; groups of basic bundles may be twisted together to form a set of composite bundles; and the composite bundles may be twisted together to form the composite wire. In some embodiments, each basic bundle may include four strands, where each composite bundle may include four basic bundles, and the composite wire may include seven composite bundles. As another example, a composite wire in a receiver coil may include a number of strands, where each strand may be a thin (e.g., 30 μm diameter) strand of conductive (e.g., copper) wire with an electrically insulating outer layer. The strands may be twisted together to form a set of bundles, and the bundles may be twisted together to form the composite wire. In some embodiments, each bundle may include six strands, and the composite wire may include six bundles.

Die folgende detaillierte Beschreibung stellt zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ein besseres Verständnis der Art und Vorteile der beanspruchten Erfindung bereit.The following detailed description together with the accompanying drawings represents a better understanding of the nature and advantages of the claimed invention.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung und einer drahtlosen Ladevorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 1 shows a perspective view of an electronic device and a wireless charging device according to some embodiments.
• 2 zeigt eine Explosionsansicht einer drahtlosen Ladevorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 2 shows an exploded view of a wireless charging device according to some embodiments.
• 3 zeigt eine Explosionsansicht einer Kabelanordnung für eine drahtlose Ladevorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 3 shows an exploded view of a cable assembly for a wireless charging device according to some embodiments.
• 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines mehrsträngigen Drahts, der zum Bilden einer induktiven Senderspule gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden kann. 4 shows a cross-sectional view of a multi-strand wire that may be used to form an inductive transmitter coil according to some embodiments.
• 5 zeigt eine vereinfachte Explosionsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 5 shows a simplified exploded view of an electronic device according to some embodiments.
• 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines mehrsträngigen Drahts, der zum Bilden einer induktiven Empfängerspule gemäß einigen Ausführungsformen verwendet werden kann. 6 shows a cross-sectional view of a multi-strand wire that may be used to form an inductive receiver coil according to some embodiments.
• 7 zeigt eine Unteransicht einer Systemelektronikeinheit für eine elektronische Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 7 shows a bottom view of a system electronics unit for an electronic device according to some embodiments.
• 8 zeigt eine Draufsicht einer Antennenanordnung für eine elektronische Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. 8th shows a top view of an antenna assembly for an electronic device according to some embodiments.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung wird zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die beanspruchte Erfindung auf die genaue beschriebene Form beschränken, und Fachleute werden erkennen, dass viele Modifikationen und Variationen möglich sind. Die Ausführungsformen wurden ausgesucht und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen so gut wie möglich zu erläutern und es dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die jeweilige in Erwägung gezogene Verwendung geeignet sind, am besten herzustellen und zu verwenden.The following description of exemplary embodiments of the invention is presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention as claimed to the precise form disclosed, and those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible. The embodiments were chosen and described in order to best explain the principles of the invention and their practical applications, and to thereby enable others skilled in the art to best make and use the invention in various embodiments and with various modifications as are suited to the particular use contemplated.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 und einer drahtlosen Ladevorrichtung 150 gemäß einigen Ausführungsformen. Die elektronische Vorrichtung 100 kann ein Gehäuse 102 mit einem magnetisch transparenten Fenster 104, das auf einer Oberfläche (z. B. einer Rückseitenoberfläche) ausgebildet ist, einschließen. Das Fenster 104 kann hergestellt sein aus Materialien wie Kristall, Glas oder Polymeren oder einem anderen Material, das die Übertragung von Magnetfeldern mit einer Frequenz in einem Bereich ermöglicht, der für drahtlose Leistungsübertragung verwendet wird (z. B. von etwa 300 kHz bis etwa 2 MHz), während der Rest des Gehäuses 102 aus anderen Materialien wie Aluminium, Stahl, Keramik oder anderen Materialien hergestellt sein kann, die die Übertragung zeitveränderlicher Magnetfelder behindern können oder nicht. Die elektronische Vorrichtung 100 kann auch eine elektronische Anzeige 110 einschließen, die auf einer dem Fenster 104 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 102 positioniert ist. In einigen Ausführungsformen kann die elektronische Anzeige 110 die Form eines Touchscreens annehmen, der dazu konfiguriert ist, einem Benutzer der elektronischen Vorrichtung 100 eine grafische Benutzeroberfläche anzuzeigen. In diesem Beispiel kann die elektronische Vorrichtung 100 ein Armband 106 zum Befestigen der elektronischen Vorrichtung 100 an einem Handgelenk eines Benutzers einschließen. Während die elektronische Vorrichtung 100 als eine am Arm tragbare Vorrichtung dargestellt ist, versteht es sich, dass drahtlose Ladesysteme der hierin beschriebenen Art in jeden Typ von wiederaufladbarer elektronischer Vorrichtung integriert werden können. 1 shows a perspective view of an electronic device 100 and a wireless charging device 150, according to some embodiments. The electronic device 100 may include a housing 102 with a magnetically transparent window 104 formed on a surface (e.g., a back surface). The window 104 may be made of materials such as crystal, glass, or polymers or other material that allows the transmission of magnetic fields at a frequency in a range used for wireless power transmission (e.g., from about 300 kHz to about 2 MHz), while the remainder of the housing 102 may be made of other materials such as aluminum, steel, ceramic, or other materials that may or may not impede the transmission of time-varying magnetic fields. The electronic device 100 may also include an electronic display 110 positioned on a side of the housing 102 opposite the window 104. In some embodiments, the electronic display 110 may take the form of a touchscreen configured to display a graphical user interface to a user of the electronic device 100. In this example, the electronic device 100 may include a wristband 106 for attaching the electronic device 100 to a user's wrist. While the electronic device 100 is illustrated as an arm-mounted device, it is understood that wireless charging systems of the type described herein may be incorporated into any type of rechargeable electronic device.

Eine drahtlose Ladevorrichtung 150 kann verwendet werden, um der elektronischen Vorrichtung 100 unter Verwendung von induktiver Leistungsübertragung Leistung bereitzustellen. Zum Beispiel kann die drahtlose Ladevorrichtung 150 eine Senderspule (in 1 nicht gezeigt) und eine Treiberschaltlogik einschließen, um einen Wechselstrom in der Senderspule zu erzeugen. Zeitveränderliche Magnetfelder, die durch den Wechselstrom erzeugt werden, können die drahtlose Ladevorrichtung 150 durch eine Ladeoberfläche 152 verlassen. Die elektronische Vorrichtung 100 kann eine Empfängerspule (in 1 nicht gezeigt) aufweisen, die angrenzend an das Fenster 104 angeordnet ist. Im Betrieb kann die drahtlose Ladevorrichtung 150 die Senderspule ansteuern, wodurch ein zeitveränderliches Magnetfeld erzeugt wird, z. B. ein Schwingfeld mit einer bestimmten Frequenz. Das zeitveränderliche Magnetfeld kann einen elektrischen Strom in einer Empfängerspule (in 1 nicht gezeigt) in der elektronischen Vorrichtung 100 induzieren, und der elektrische Strom kann verwendet werden, um eine interne Batterie der elektronischen Vorrichtung 100 zu laden und/oder einer anderen Schaltlogik innerhalb der elektronischen Vorrichtung 100 Leistung zu liefern.A wireless charging device 150 may be used to provide power to the electronic device 100 using inductive power transfer. For example, the wireless charging device 150 may include a transmitter coil (in 1 not shown) and driver circuitry to generate an alternating current in the transmitter coil. Time-varying magnetic fields generated by the alternating current may exit the wireless charging device 150 through a charging surface 152. The electronic device 100 may include a receiver coil (in 1 not shown) disposed adjacent to the window 104. In operation, the wireless charging device 150 may drive the transmitter coil, thereby generating a time-varying magnetic field, e.g., an oscillating field at a particular frequency. The time-varying magnetic field may generate an electric current in a receiver coil (in 1 not shown) in the electronic device 100, and the electrical current may be used to charge an internal battery of the electronic device 100 and/or to provide power to other circuitry within the electronic device 100.

Die Effizienz der drahtlosen Leistungsübertragung hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der Ausrichtung zwischen der Sender- und Empfängerspule. In einigen Ausführungsformen können die drahtlose Ladevorrichtung 150 und die elektronische Vorrichtung 100 magnetische Ausrichtungskomponenten (in 1 nicht gezeigt) einschließen, um die Sender- und Empfängerspule anzuziehen und in einer gewünschten Ausrichtung zu halten. Zum Beispiel kann die gewünschte Ausrichtung die Sender- und Empfängerspule entlang einer Längsachse 107 ausrichten.The efficiency of wireless power transmission depends on a number of factors, one finally, the alignment between the transmitter and receiver coils. In some embodiments, the wireless charging device 150 and the electronic device 100 may include magnetic alignment components (in 1 not shown) to attract and hold the transmitter and receiver coils in a desired orientation. For example, the desired orientation may align the transmitter and receiver coils along a longitudinal axis 107.

In hierin beschriebenen Ausführungsformen kann die Senderspule der drahtlosen Ladevorrichtung 150 bei einer von zwei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen arbeiten, die hierin als „niedrige“ Frequenz und „hohe“ Frequenz bezeichnet werden. Die niedrige Frequenz kann in einem Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 400 kHz (in einigen Ausführungsformen z. B. etwa 326 kHz) liegen, und die hohe Frequenz kann in einem Bereich von etwa 1 MHz bis etwa 2 MHz (in einigen Ausführungsformen z. B. etwa 1,78 MHz) liegen. In ähnlicher Weise kann in hierin beschriebenen Ausführungsformen die Empfängerspule der elektronischen Vorrichtung 100 entweder bei der hohen oder der niedrigen Frequenz arbeiten. In einigen Ausführungsformen wird die Betriebsfrequenz für ein bestimmtes Paar von Vorrichtungen, die zusammen verwendet werden, basierend auf den Fähigkeiten der Vorrichtungen dynamisch bestimmt. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass eine Familie elektronischer Vorrichtungen mit ähnlichen Formfaktoren bereitgestellt werden kann. Die Familie kann „aufgerüstete“ elektronische Vorrichtungen einschließen, die entweder bei der hohen Frequenz oder der niedrigen Frequenz laden können, sowie „ältere“ elektronische Vorrichtungen, die nur bei der niedrigen Frequenz laden können. In ähnlicher Weise kann eine Familie von drahtlosen Ladevorrichtungen aufgerüstete Ladevorrichtungen einschließen, die Leistung entweder bei der hohen Frequenz oder der niedrigen Frequenz übertragen können, und ältere Ladevorrichtungen, die Leistung nur bei der niedrigen Frequenz übertragen können. Eine aufgerüstete Ladevorrichtung kann verwendet werden, um Leistung bei der hohen Frequenz einer aufgerüsteten elektronischen Vorrichtung bereitzustellen und Leistung bei der niedrigen Frequenz einer älteren elektronischen Vorrichtung bereitzustellen. Ebenso, wenn eine aufgerüstete elektronische Vorrichtung bei jeder Frequenz Leistung empfangen kann, kann die aufgerüstete elektronische Vorrichtung Leistung bei der hohen Frequenz von einer aufgerüsteten Ladevorrichtung empfangen und kann Leistung bei der niedrigen Frequenz von einer älteren Ladevorrichtung empfangen. Auf diese Weise können aufgerüstete elektronische Vorrichtungen und Ladevorrichtungen mit älteren elektronischen Vorrichtungen und Ladevorrichtungen interoperabel sein.In embodiments described herein, the transmitter coil of the wireless charging device 150 may operate at one of two different operating frequencies, referred to herein as “low” frequency and “high” frequency. The low frequency may be in a range of about 300 kHz to about 400 kHz (e.g., in some embodiments, about 326 kHz), and the high frequency may be in a range of about 1 MHz to about 2 MHz (e.g., in some embodiments, about 1.78 MHz). Similarly, in embodiments described herein, the receiver coil of the electronic device 100 may operate at either the high or low frequency. In some embodiments, the operating frequency for a particular pair of devices used together is dynamically determined based on the capabilities of the devices. For example, it is contemplated that a family of electronic devices may be provided with similar form factors. The family may include "upgraded" electronic devices that can charge at either the high frequency or the low frequency, and "legacy" electronic devices that can only charge at the low frequency. Similarly, a family of wireless charging devices may include upgraded charging devices that can transmit power at either the high frequency or the low frequency, and legacy charging devices that can only transmit power at the low frequency. An upgraded charging device may be used to provide power at the high frequency to an upgraded electronic device and provide power at the low frequency to an older electronic device. Likewise, if an upgraded electronic device can receive power at either frequency, the upgraded electronic device may receive power at the high frequency from an upgraded charging device and may receive power at the low frequency from an older charging device. In this way, upgraded electronic devices and charging devices may be interoperable with older electronic devices and charging devices.

2 zeigt eine Explosionsansicht einer drahtlosen Ladevorrichtung 150 gemäß einigen Ausführungsformen. Die drahtlose Ladevorrichtung 150 schließt eine Gehäusebasis 202 ein, die wie gewünscht aus Aluminium oder anderen Materialien hergestellt sein kann. Eine Kappe 204 kann so geformt sein, dass sie über die Oberseite der Gehäusebasis 202 passt, um eine Einhausung zu bilden. In diesem Beispiel stellen die Gehäusebasis 202 und die Kappe 204 einen puckförmigen Formfaktor bereit. Die obere Oberfläche der Kappe 204, die die Ladeoberfläche 152 definieren kann, kann planar sein oder kann einen nicht planaren (z. B. konkaven) Abschnitt aufweisen, um eine nicht planare (z. B. konvexe) Ladeoberfläche einer elektronischen Vorrichtung aufzunehmen. Die Gehäusebasis 202 und die Kappe 204 können aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt sein, einschließlich Materialien, die nicht korrosiv sind, chemikalienresistent und fähig sind, thermischen und mechanischen Belastungen standzuhalten. Zum Beispiel kann die Gehäusebasis 202 aus einem Metall, einer Metalllegierung, einer Keramik, einem Kunststoff oder einem Verbundmaterial hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Gehäusebasis 202 aus rostfreiem Stahl oder Aluminium hergestellt sein. Die Kappe 204 kann aus einem Material hergestellt sein, das zeitveränderliche Magnetfelder ermöglicht, die innerhalb der durch die Kappe 204 und die Gehäusebasis 202 gebildeten Einhausung erzeugt werden, um die Kappe 204 nur mit geringem oder ohne Verlust zu durchlaufen. Zum Beispiel kann die Kappe 204 aus Polycarbonat oder einem anderen Kunststoff, aus Keramik oder Verbundstoff hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Ladeoberfläche 152 mit einem Softtouch-Silikon oder dergleichen beschichtet sein, das eine weichere Kontaktoberfläche bereitstellen und ein Beschädigen der Oberfläche der Vorrichtung, die geladen wird, vermeiden kann. Andere Materialien, die eine Übertragung elektromagnetischer Felder in den gewünschten Frequenzbereichen ermöglichen, können ebenfalls verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Ladeoberfläche 152 eine reibungsarme Oberfläche sein, und die drahtlose Ladevorrichtung 150 kann sich auf Magnetkräfte statt auf Reibung stützen, um die Ausrichtung mit einer zu ladenden Vorrichtung aufrechtzuerhalten. Die Gehäusebasis 202 und die Kappe 204 können unter Verwendung eines Klebstoffs (z. B. eines Harzes) so abgedichtet werden, dass die drahtlose Ladevorrichtung 150 resistent gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten (z. B. Wasser) ist. 2 shows an exploded view of a wireless charging device 150 according to some embodiments. The wireless charging device 150 includes a housing base 202, which may be made from aluminum or other materials as desired. A cap 204 may be shaped to fit over the top of the housing base 202 to form an enclosure. In this example, the housing base 202 and the cap 204 provide a puck-shaped form factor. The top surface of the cap 204, which may define the charging surface 152, may be planar or may have a non-planar (e.g., concave) portion to accommodate a non-planar (e.g., convex) charging surface of an electronic device. The housing base 202 and the cap 204 may be made from a variety of materials, including materials that are non-corrosive, chemically resistant, and capable of withstanding thermal and mechanical stresses. For example, the housing base 202 may be made of a metal, metal alloy, ceramic, plastic, or composite material. In various embodiments, the housing base 202 may be made of stainless steel or aluminum. The cap 204 may be made of a material that allows time-varying magnetic fields generated within the enclosure formed by the cap 204 and the housing base 202 to pass through the cap 204 with little or no loss. For example, the cap 204 may be made of polycarbonate or other plastic, ceramic, or composite. In some embodiments, the charging surface 152 may be coated with a soft-touch silicone or the like, which may provide a softer contact surface and avoid marring the surface of the device being charged. Other materials that allow transmission of electromagnetic fields in the desired frequency ranges may also be used. In some embodiments, the charging surface 152 may be a low-friction surface and the wireless charging device 150 may rely on magnetic forces rather than friction to maintain alignment with a device being charged. The housing base 202 and the cap 204 may be sealed using an adhesive (e.g., a resin) such that the wireless charging device 150 is resistant to liquid (e.g., water) ingress.

Eine Ladespulenanordnung 215 kann eine Spule 210, eine elektromagnetische Abschirmung 214 und eine ferrimagnetische Hülse 212 einschließen. Die Spule 210 kann eine Spule sein, die aus mehreren Windungen eines mehrsträngigen Kupferdrahts (oder eines anderen leitfähigen und duktilen Materials) gebildet ist, mit Anschlüssen 211a, 211b in Richtung der Mitte der Spule, mit einer proximalen Oberfläche, die in Richtung der Kappe 204 orientiert ist, und einer gegenüberliegenden distalen Oberfläche. Nachfolgend wird eine weitere Beschreibung der Spule 210 bereitgestellt.A charging coil assembly 215 may include a coil 210, an electromagnetic shield 214, and a ferrimagnetic sleeve 212. The coil 210 may be a coil made up of multiple turns of a multi-strand copper wire (or other conductive and ductile material) with terminals 211a, 211b toward the center of the coil, with a proximal surface oriented toward the cap 204 and an opposite distal surface. A further description of the coil 210 is provided below.

Die ferrimagnetische Hülse 212 kann an der distalen Seite der Spule 210 positioniert sein (d. h. der Seite gegenüber der Kappe 204). Die ferrimagnetische Hülse 212 kann aus ferrimagnetischem Material hergestellt sein (das z. B. ein Keramikmaterial sein kann, das Eisenoxid einschließt) mit einer magnetischen Permeabilität (µ_i), die einen geringen Verlust bei hohen Ladefrequenzen (z. B. ≈ 2 MHz) bereitstellt. Zum Beispiel kann das ferrimagnetische Material MnZn sein, wobei µ_i ≈ 900. Die ferrimagnetische Hülse 212 kann so geformt sein, dass sie den von der Spule 210 erzeugten Magnetfluss in Richtung der Ladeoberfläche 152 lenkt, und kann auch eine Abschirmung gegen elektromagnetische Emissionen durch andere Oberflächen der drahtlosen Ladevorrichtung 150 als die Ladeoberfläche 152 bereitstellen. Die obere Oberfläche der ferrimagnetischen Hülse 212 kann so konturiert sein, dass sie die distalen und äußeren Seiten der Spule 210 umgibt. Die ferrimagnetische Hülse und kann eine zentrale Öffnung 217 aufweisen. Ein umlaufender Durchgangsraum 219 kann zur Aufnahme der Spulenanschlüsse 211a, 211b bereitgestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann elektrisch isolierendes Material auf Abschnitte der ferrimagnetischen Hülse 212 aufgebracht werden, um zu verhindern, dass die ferrimagnetische Hülse elektrisch kontaktiert wird und die Ladespule 210 kurzschließt.The ferrimagnetic sleeve 212 may be positioned on the distal side of the coil 210 (i.e., the side opposite the cap 204). The ferrimagnetic sleeve 212 may be made of ferrimagnetic material (which may, for example, be a ceramic material including iron oxide) with a magnetic permeability (µ _i ) that provides low loss at high charging frequencies (e.g., ≈ 2 MHz). For example, the ferrimagnetic material may be MnZn, where µ _i ≈ 900. The ferrimagnetic sleeve 212 may be shaped to direct the magnetic flux generated by the coil 210 toward the charging surface 152, and may also provide shielding against electromagnetic emissions from surfaces of the wireless charging device 150 other than the charging surface 152. The top surface of the ferrimagnetic sleeve 212 may be contoured to surround the distal and outer sides of the coil 210. The ferrimagnetic sleeve may have a central opening 217. A circumferential passageway 219 may be provided to receive the coil terminals 211a, 211b. In some embodiments, electrically insulating material may be applied to portions of the ferrimagnetic sleeve 212 to prevent the ferrimagnetic sleeve from electrically contacting and shorting the charging coil 210.

Die elektromagnetische Abschirmung 214 kann zwischen der Kappe 204 und der Spule 210 angeordnet sein, um eine kapazitive Abschirmung bereitzustellen, die dazu beiträgt, gekoppeltes Rauschen zwischen der drahtlosen Ladevorrichtung 150 und einer elektronischen Vorrichtung, die durch die drahtlose Ladevorrichtung 150 geladen wird, zu beseitigen, einschließlich Rauschen, das infolge einer Benutzerinteraktion mit einer berührungsempfindlichen Anzeige auf der elektronischen Vorrichtung auftreten kann. In einigen Ausführungsformen kann die elektromagnetische Abschirmung 214 aus dünnen und flexiblen Materialien hergestellt sein. Zum Beispiel kann die elektromagnetische Abschirmung 214 aus einer flexiblen Leiterplatte gebildet sein, auf die elektrisch leitfähiges Material gedruckt oder anderweitig darauf abgeschieden wird. Eine Klebstoffschicht kann bereitgestellt werden, um die elektromagnetische Abschirmung 214 an Ort und Stelle zu befestigen. In anderen Ausführungsformen kann die elektromagnetische Abschirmung 214 durch Drucken von leitfähigem Material auf einen druckempfindlichen Klebstofffilm gebildet werden. Die elektromagnetische Abschirmung 214 kann ein Ende 221 einschließen, das sich zu einer Oberfläche der Gehäusebasis 202 (z. B. der unteren Oberfläche) erstrecken kann, um eine elektrische Masseverbindung bereitzustellen. Wie gezeigt, kann die elektromagnetische Abschirmung 214 einen Schlitz 223 einschließen, um Wirbelstrombildung zu verhindern.The electromagnetic shield 214 may be disposed between the cap 204 and the coil 210 to provide a capacitive shield that helps eliminate coupled noise between the wireless charging device 150 and an electronic device being charged by the wireless charging device 150, including noise that may occur as a result of user interaction with a touch-sensitive display on the electronic device. In some embodiments, the electromagnetic shield 214 may be made from thin and flexible materials. For example, the electromagnetic shield 214 may be formed from a flexible circuit board onto which electrically conductive material is printed or otherwise deposited. An adhesive layer may be provided to secure the electromagnetic shield 214 in place. In other embodiments, the electromagnetic shield 214 may be formed by printing conductive material onto a pressure-sensitive adhesive film. The electromagnetic shield 214 may include an end 221 that may extend to a surface of the housing base 202 (e.g., the bottom surface) to provide an electrical ground connection. As shown, the electromagnetic shield 214 may include a slot 223 to prevent eddy current formation.

Ein Magnet 222 und eine Gleichstromabschirmung 224 können eine magnetische Ausrichtungsstruktur bereitstellen, die eine komplementäre magnetische Ausrichtungsstruktur in einer zu ladenden tragbaren elektronischen Vorrichtung anziehen kann. Zum Beispiel kann der Magnet 222 ein zylindrischer Permanentmagnet mit einer axialen Dipolorientierung sein. Die Gleichstromabschirmung 224 kann aus einem Material hergestellt sein, das den Magnetfluss von dem Magneten 222 von der unteren Oberfläche der Gehäusebasis 202 weg leitet, sodass die distale Seite der drahtlosen Ladevorrichtung 150 nicht stark magnetisiert ist. Die Höhe des Magneten 222 und der Gleichstromabschirmung 224 können gleich einem Abstand zwischen der Kappe 204 und der inneren unteren Oberfläche der Gehäusebasis 202 sein, sodass sich der Magnet 222 nicht axial innerhalb der drahtlosen Ladevorrichtung 150 bewegt und sodass das proximale Ende des Magneten 222 an die Innenoberfläche der Kappe 204 angrenzt. Die seitliche Bewegung des Magneten 222 kann durch die Größe der zentralen Öffnung 217 in der ferrimagnetischen Hülse 212 und/oder unter Verwendung anderer Techniken wie Klebstoffe oder Vergießen begrenzt werden.A magnet 222 and a DC shield 224 may provide a magnetic alignment structure that can attract a complementary magnetic alignment structure in a portable electronic device to be charged. For example, the magnet 222 may be a cylindrical permanent magnet with an axial dipole orientation. The DC shield 224 may be made of a material that directs magnetic flux from the magnet 222 away from the bottom surface of the housing base 202 so that the distal side of the wireless charging device 150 is not strongly magnetized. The height of the magnet 222 and the DC shield 224 may be equal to a distance between the cap 204 and the inner bottom surface of the housing base 202 so that the magnet 222 does not move axially within the wireless charging device 150 and so that the proximal end of the magnet 222 is adjacent to the inner surface of the cap 204. The lateral movement of the magnet 222 can be limited by the size of the central opening 217 in the ferrimagnetic sleeve 212 and/or using other techniques such as adhesives or potting.

Ein Kühlkörper 232 kann aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch inerten Material hergestellt sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlkörper 232 als Abstandshalter fungieren, sodass die Spule 210 in der Nähe der Kappe 204 in Position gehalten wird, als ein Kühlkörper, um während des Betriebs der Spule 210 erzeugte Wärme von einer elektronischen Vorrichtung, die geladen wird, weg zu ziehen, und/oder als eine zusätzliche Masse, damit die drahtlose Ladevorrichtung 150 eine größere Stabilität bereitstellt, wenn die drahtlose Ladevorrichtung 150 auf einer Oberfläche liegt. In einigen Ausführungsformen kann der Kühlkörper 232 unter Verwendung eines druckempfindlichen Klebstoffs 234 an der distalen Oberfläche der ferrimagnetischen Hülse 212 befestigt sein und kann mit der gemeinsamen Masse verbunden sein, z. B. über die ferrimagnetische Hülse 212 und/oder die elektromagnetische Abschirmung 214.A heat sink 232 may be made of a thermally conductive and electrically inert material. In various embodiments, the heat sink 232 may function as a spacer so that the coil 210 is held in place near the cap 204, as a heat sink to draw heat generated during operation of the coil 210 away from an electronic device being charged, and/or as an additional mass so that the wireless charging device 150 provides greater stability when the wireless charging device 150 is resting on a surface. In some embodiments, the heat sink 232 may be attached to the distal surface of the ferrimagnetic sleeve 212 using a pressure sensitive adhesive 234 and may be connected to the common ground, e.g., via the ferrimagnetic sleeve 212 and/or the electromagnetic shield 214.

Die Leistung kann der drahtlosen Ladevorrichtung 150 und insbesondere der Spule 210 über ein externes Kabel 236 zugeführt werden, das durch eine Öffnung 239 in der Seitenwand der Gehäusebasis 202 verläuft. In einigen Ausführungsformen liefert das Kabel 236 Wechselstrom direkt an die Spule 210, und die Einhausung der drahtlosen Ladevorrichtung 150 muss keine aktiven elektronischen Komponenten oder Schaltungen einschließen. Ein Metall-Puck-Crimp 238 kann bereitgestellt werden, um das Kabel 236 in der Einhausung zu befestigen und einen Massedraht des Kabels 236 mit der Gehäusebasis 202 elektrisch zu koppeln. In einigen Ausführungsformen ist das Kabel 236 unverlierbar befestigt und ist nicht durch Benutzer von der Gehäusebasis 202 lösbar. Leitfähige Drähte innerhalb des Kabels 236, die einen Wechselstrom führen, können mit den Anschlüssen 211a, 211b der Spule 210 verbunden sein, z. B. durch Leiten der Drähte durch den Durchgangsraum 219 der ferrimagnetischen Hülse 212. Eine Zugentlastung kann unter Verwendung eines inneren Zugentlastungselements 240 (das ein starrer Abschnitt aus nicht leitfähigem Material sein kann) oder einer externen Zugentlastungshülse oder unter Verwendung anderer Techniken bereitgestellt werden.Power may be supplied to the wireless charging device 150, and in particular to the coil 210, via an external cable 236 that passes through an opening 239 in the side wall of the housing base 202. In some embodiments, the cable 236 supplies AC power directly to the coil 210, and the wireless charging device enclosure Charging device 150 may not include active electronic components or circuitry. A metal puck crimp 238 may be provided to secure cable 236 within the enclosure and electrically couple a ground wire of cable 236 to housing base 202. In some embodiments, cable 236 is captively secured and is not detachable by users from housing base 202. Conductive wires within cable 236 that carry an alternating current may be connected to terminals 211a, 211b of coil 210, e.g., by routing the wires through passageway 219 of ferrimagnetic sleeve 212. Strain relief may be provided using an internal strain relief member 240 (which may be a rigid section of non-conductive material) or an external strain relief sleeve, or using other techniques.

In Ausführungsformen, in denen das Kabel 236 Wechselstrom direkt an die Spule 210 liefert, kann eine elektronische Steuerschaltlogik extern an die Gehäusebasis 202 bereitgestellt werden. Die externe Steuerschaltlogik kann bei dem Wärmemanagement helfen. 3 zeigt eine Explosionsansicht einer Kabelanordnung 300, die gemäß einigen Ausführungsformen an der drahtlosen Ladevorrichtung 150 angebracht werden kann. Die Kabelanordnung 300 schließt ein Kabel 236 ein, von dem ein Ende an der drahtlosen Ladestation 150 befestigt werden kann, wie vorstehend beschrieben. Das andere Ende des Kabels 236 kann in einem Kabelschuh 302 enden. Das Kabel 236 kann so lang wie gewünscht sein (z. B. 1 Meter, 2 Meter oder eine andere Länge). Der Kabelschuh 302 kann aus elektrisch nicht leitfähigem Material (z. B. Kunststoff, Keramik, Polymer, Harz) hergestellt sein und kann ein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild aufweisen. Der Kabelschuh 302 kann eine Hauptlogikplatine 320 aufnehmen. Die Hauptlogikplatine 320 kann mit einem Verbinder 312 gekoppelt sein, der z. B. ein Universal-Serial-Bus-(USB) -Verbinder wie ein USB-Verbinder vom Typ A oder Typ C sein kann. Der Verbinder 312 kann elektrische Kontakte für Leistung, Masse und Daten (z. B. USB-Datensignale D+ und D-) einschließen. Die Hauptlogikplatine 320 kann eine Leiterplatte mit darauf montierten aktiven elektronischen Komponenten sein. Die aktiven elektronischen Komponenten können einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler (z. B. einen Wechselrichter) einschließen, der einen empfangenen Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, der auf einem Drahtpaar durch das Kabel 236 an die Spule 210 geführt werden kann. Die aktiven elektronischen Komponenten können auch eine Steuerschaltlogik einschließen, um den Betrieb des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers zu managen, einschließlich eines Bestimmens, ob er bei der hohen Frequenz oder der niedrigen Frequenz arbeiten soll. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltlogik eine Überwachungsschaltlogik einschließen, die die Leistungsübertragung an die Empfangsvorrichtung überwacht (die ein Empfangen von Signalen von der Empfangsvorrichtung einschließen kann, z. B. durch Modulation des elektromagnetischen Feldes, das Leistung an die Empfangsvorrichtung überträgt, durch die Empfangsvorrichtung), und die Auswahl der Betriebsfrequenz kann auf der Überwachung basieren. Andere Techniken zum Auswählen einer Betriebsfrequenz können ebenfalls verwendet werden.In embodiments where cable 236 provides AC power directly to coil 210, electronic control circuitry may be provided externally to housing base 202. The external control circuitry may assist in thermal management. 3 shows an exploded view of a cable assembly 300 that may be attached to the wireless charging device 150, according to some embodiments. The cable assembly 300 includes a cable 236, one end of which may be attached to the wireless charging station 150, as described above. The other end of the cable 236 may terminate in a cable lug 302. The cable 236 may be as long as desired (e.g., 1 meter, 2 meters, or other length). The cable lug 302 may be made of electrically non-conductive material (e.g., plastic, ceramic, polymer, resin) and may have an aesthetically pleasing appearance. The cable lug 302 may house a main logic board 320. The main logic board 320 may be coupled to a connector 312, which may, for example, be a universal serial bus (USB) connector, such as a USB Type A or Type C connector. The connector 312 may include electrical contacts for power, ground, and data (e.g., USB data signals D+ and D-). The main logic board 320 may be a circuit board with active electronic components mounted thereon. The active electronic components may include a DC-AC converter (e.g., an inverter) that converts a received DC current to an AC current that may be carried on a wire pair through the cable 236 to the coil 210. The active electronic components may also include control circuitry to manage the operation of the DC-AC converter, including determining whether to operate at the high frequency or the low frequency. In some embodiments, the control circuitry may include monitoring circuitry that monitors power transfer to the receiving device (which may include receiving signals from the receiving device, e.g., by modulating the electromagnetic field that transfers power to the receiving device by the receiving device), and the selection of the operating frequency may be based on the monitoring. Other techniques for selecting an operating frequency may also be used.

Eine elektromagnetische Abschirmung 326 (auch als „EMI-Abschirmung“ bezeichnet) kann innerhalb des Kabelschuhs 302 angeordnet sein, der die Hauptlogikplatine 320 umgibt. Die EMI-Abschirmung 326 kann elektromagnetische Störungen zwischen der Schaltlogik der Hauptlogikplatine 320 (einschließlich des Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers) und anderer elektronischer Ausrüstungen reduzieren oder verhindern. Die EMI-Abschirmung 326 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, einschließlich leitfähiger und/oder magnetischer Materialien. In einigen Ausführungsformen kann die EMI-Abschirmung 326 als Faraday'scher Käfig konstruiert sein. Die EMI-Abschirmung 326 und der Verbinder 312 können mit einer gemeinsamen Masse für die drahtlose Ladevorrichtung 150 verbunden sein, die auch über das Kabel 236 mit der Gehäusebasis 202 verbunden sein kann, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Zweischalenelemente 322 können aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierenden Material hergestellt und geformt sein, um die Hauptlogikplatine 320 in der EMI-Abschirmung 326 an Ort und Stelle zu befestigen. Ein Kabelschuh-Crimp 324 kann das distale Ende des Kabels 236 an Ort und Stelle halten, wo das Kabel 236 aus dem Kabelschuh 302 austritt. Eine Zugentlastung kann unter Verwendung eines inneren Zugentlastungselements 340 (das ein starrer Abschnitt aus nicht leitfähigem Material sein kann) oder einer externen Zugentlastungshülse oder unter Verwendung anderer Techniken bereitgestellt werden.An electromagnetic shield 326 (also referred to as an “EMI shield”) may be disposed within the cable lug 302 surrounding the main logic board 320. The EMI shield 326 may reduce or prevent electromagnetic interference between the circuitry of the main logic board 320 (including the DC/AC converter) and other electronic equipment. The EMI shield 326 may be made of various materials, including conductive and/or magnetic materials. In some embodiments, the EMI shield 326 may be constructed as a Faraday cage. The EMI shield 326 and the connector 312 may be connected to a common ground for the wireless charging device 150, which may also be connected to the housing base 202 via the cable 236, as described above with reference to 2 described. Clamshell members 322 may be made of plastic or other electrically insulating material and molded to secure the main logic board 320 in place within the EMI shield 326. A lug crimp 324 may hold the distal end of the cable 236 in place where the cable 236 exits the lug 302. Strain relief may be provided using an internal strain relief member 340 (which may be a rigid section of non-conductive material) or an external strain relief sleeve, or using other techniques.

Die Spule 210 kann fähig sein, mit hoher Effizienz bei zwei unterschiedlichen Grundfrequenzen zu arbeiten. In einigen Ausführungsformen kann die niedrige Frequenz in einem Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 400 kHz (z. B. einer Frequenz von 326 kHz) liegen, und die hohe Frequenz kann in einem Bereich von etwa 1 MHz bis etwa 2 MHz (z. B. einer Frequenz von etwa 1,78 MHz) liegen. Wie vorstehend erwähnt, kann die Spule 210 aus einem leitfähigen Draht gebildet sein, der zu mehreren Windungen gewickelt ist, um eine Spule zu bilden. Wenn Wechselstrom durch einen Leiter fließt, ist die Stromdichte tendenziell in der Nähe der Oberfläche am höchsten und nimmt mit zunehmender Nähe zu der Mitte des Leiters exponentiell ab; dies wird als „Hauteffekt“ Hauteffekt bezeichnet, der den effektiven Widerstand des Leiters erhöht, mit zunehmender Frequenz stärker ausgeprägt wird, was zu einem weniger effizienten Betrieb führt.The coil 210 may be capable of operating with high efficiency at two different fundamental frequencies. In some embodiments, the low frequency may be in a range of about 300 kHz to about 400 kHz (e.g., a frequency of 326 kHz), and the high frequency may be in a range of about 1 MHz to about 2 MHz (e.g., a frequency of about 1.78 MHz). As mentioned above, the coil 210 may be formed from a conductive wire wound into multiple turns to form a coil. When alternating current flows through a conductor, the current density tends to be highest near the surface and decreases with increasing proximity to the The resistance decreases exponentially at the center of the conductor; this is called the "skin effect" Skin effect, which increases the effective resistance of the conductor, becomes more pronounced with increasing frequency, resulting in less efficient operation.

Um einen effizienten Betrieb bei hoher Frequenz zu unterstützen, kann die Spule 210 in einigen Ausführungsformen aus einem Verbund- (mehrsträngigen) -Draht hergestellt sein.To support efficient operation at high frequency, in some embodiments, coil 210 may be made from a composite (multi-strand) wire.

4 zeigt eine Querschnittsansicht eines mehrsträngigen Drahts 400, der verwendet werden kann, um die Spule 210 gemäß einigen Ausführungsformen zu bilden. Der Draht 400 ist aus vielen einzelnen Litzen 402 hergestellt. Jede Litze 402 kann ein extrudiertes Stück Kupferdraht (oder ein anderes elektrisch leitfähiges und duktiles Material) sein, das einen engen Durchmesser (z. B. 30 µm, oder einen Durchmesser in einem Bereich von 20 bis 40 µm) aufweist. Jede Litze 402 kann eine elektrisch isolierende Außenschicht aufweisen; zum Beispiel kann jede Litze mit einer flexiblen Isolierbeschichtung beschichtet oder in eine isolierende Hülse oder Umhüllung gewickelt sein. Eine Gruppe von Litzen 402 kann miteinander verdrillt werden, um ein Grundbündel 404 zu bilden. In dem in 4 gezeigten Beispiel schließt jedes Grundbündel 404 vier Litzen 402 ein. Eine Gruppe von Grundbündeln 404 kann miteinander verdrillt werden, um ein Verbundbündel 406 zu bilden. In dem gezeigten Beispiel schließt jedes Verbundbündel 406 vier Grundbündel 404 für insgesamt sechzehn Litzen pro Verbundbündel 406 ein. Eine Gruppe von Verbundbündeln 406 kann miteinander verdrillt werden, um den mehrsträngigen Draht 400 zu bilden. In dem in 4 gezeigten Beispiel schließt der mehrsträngige Draht 400 sieben Verbundbündel 406 für insgesamt 112 Litzen aus mehrsträngigem Draht 400 ein. Ein auf diese Weise gebildeter Draht erhöht die effektive „Haut“-Fläche, was einen effizienteren Betrieb bei einer hohen Frequenz (z. B. um 1,78 MHz) ermöglicht, während immer noch ein effizienter Betrieb bei der niedrigen Frequenz (z. B. um 326 kHz) bereitgestellt wird. 4 shows a cross-sectional view of a multi-strand wire 400 that may be used to form the coil 210 according to some embodiments. The wire 400 is made of many individual strands 402. Each strand 402 may be an extruded piece of copper wire (or other electrically conductive and ductile material) having a narrow diameter (e.g., 30 μm, or a diameter in a range of 20 to 40 μm). Each strand 402 may have an electrically insulating outer layer; for example, each strand may be coated with a flexible insulating coating or wrapped in an insulating sleeve or sheath. A group of strands 402 may be twisted together to form a basic bundle 404. In the embodiment shown in 4 In the example shown, each base bundle 404 includes four strands 402. A group of base bundles 404 can be twisted together to form a composite bundle 406. In the example shown, each composite bundle 406 includes four base bundles 404 for a total of sixteen strands per composite bundle 406. A group of composite bundles 406 can be twisted together to form the multi-strand wire 400. In the example shown in 4 In the example shown, the multi-strand wire 400 includes seven composite bundles 406 for a total of 112 strands of multi-strand wire 400. A wire formed in this manner increases the effective "skin" area, allowing for more efficient operation at a high frequency (e.g., around 1.78 MHz) while still providing efficient operation at the low frequency (e.g., around 326 kHz).

Die Spule 210 kann durch Wickeln von mehrsträngigem Draht 400 in mehreren Windungen gebildet werden, um die gewünschte Spulenform zu bilden. In einigen Ausführungsformen schließt die Spule 210 eine Schicht von Wicklungen in einem Spiralmuster ein; jedoch können falls gewünscht mehrere Schichten von Wicklungen bereitgestellt werden. Alle Wicklungen können in derselben Ebene liegen, oder die Spule 210 kann eine nicht planare Form aufweisen, z. B. entsprechend einer konkaven oder anderen nicht planaren Ladeoberfläche 152 der Kappe 204. In einigen Ausführungsformen kann sich das äußere Ende des Drahts 400 zu dem Inneren der Spule 210 hin kreuzen, sodass beide Anschlüsse 211a, 211b innerhalb der Wicklungen (wie in 2 gezeigt) liegen; zum Beispiel kann das äußere Ende des Drahts 400 über die distale Seite der Spule 210 geführt werden.The coil 210 may be formed by winding multi-strand wire 400 in multiple turns to form the desired coil shape. In some embodiments, the coil 210 includes one layer of windings in a spiral pattern; however, multiple layers of windings may be provided if desired. All windings may be in the same plane, or the coil 210 may have a non-planar shape, e.g., corresponding to a concave or other non-planar loading surface 152 of the cap 204. In some embodiments, the outer end of the wire 400 may cross toward the interior of the coil 210 so that both terminals 211a, 211b are within the windings (as in 2 shown); for example, the outer end of the wire 400 can be routed over the distal side of the coil 210.

5 zeigt eine vereinfachte Explosionsansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die elektronische Vorrichtung 100 kann ein Hauptgehäuse 502 und ein hinteres Gehäuse 504 einschließen, die eine Einhausung definieren. Die Einhausung kann aktive elektronische Komponenten, wie einen Prozessor, Speicher, Lautsprecher und so weiter, sowie eine Batterie für die elektronische Vorrichtung 100 und Ladeschaltlogik enthalten, die das Laden der Batterie steuert. In einigen Ausführungsformen können einige oder alle der aktiven elektronischen Komponenten in eine Systemelektronikeinheit 506 integriert sein. 5 shows a simplified exploded view of an electronic device 100 according to some embodiments. The electronic device 100 may include a main housing 502 and a rear housing 504 defining an enclosure. The enclosure may contain active electronic components such as a processor, memory, speakers, and so on, as well as a battery for the electronic device 100 and charging circuitry that controls charging of the battery. In some embodiments, some or all of the active electronic components may be integrated into a system electronics unit 506.

Benutzerschnittstellenkomponenten, wie eine Touchscreen-Anzeige, Schaltflächen, Tastenfelder oder dergleichen, können auf Oberflächenabschnitten des Hauptgehäuses 502 angeordnet sein oder diese ausbilden und mit der Systemelektronikeinheit 506 elektrisch gekoppelt sein. Das hintere Gehäuse 504 kann ein Sensorfenster 508 einschließen, das aus Glas, Keramik oder einem anderen Material hergestellt sein kann, das zeitveränderliche Magnetfelder durchlässt. In einigen Ausführungsformen kann das Sensorfenster 508 optisch transparente Abschnitte einschließen, um zu ermöglichen, dass optische Sensoren durch das Sensorfenster 508 hindurch arbeiten. Andere Abschnitte des hinteren Gehäuses 504 und des Hauptgehäuses 502 können aus anderen Materialien wie Aluminium, rostfreiem Stahl, Keramik, Verbundmaterialien oder dergleichen hergestellt sein.User interface components, such as a touchscreen display, buttons, keypads, or the like, may be disposed on or form surface portions of the main housing 502 and electrically coupled to the system electronics unit 506. The rear housing 504 may include a sensor window 508, which may be made of glass, ceramic, or other material that transmits time-varying magnetic fields. In some embodiments, the sensor window 508 may include optically transparent portions to allow optical sensors to operate through the sensor window 508. Other portions of the rear housing 504 and the main housing 502 may be made of other materials such as aluminum, stainless steel, ceramic, composite materials, or the like.

Eine induktive Ladeempfängerspule 510 kann angrenzend an das Sensorfenster 504 positioniert sein. Die Spule 510 kann eine Spule aus mehrsträngigem Kupferdraht (oder einem anderen elektrisch leitfähigen und duktilen Material) sein, die eine proximale Oberfläche, die in Richtung des Sensorfensters 504 orientiert ist, und eine gegenüberliegenden distale Oberfläche aufweist. Anschlüsse 511 können bereitgestellt werden, um die Spule 510 mit der Ladeschaltlogik der elektronischen Vorrichtung 100 zu koppeln, die in die Systemelektronikeinheit 506 integriert oder an anderer Stelle in der Einhausung untergebracht sein kann, die durch das Hauptgehäuse 502 und das hintere Gehäuse 504 definiert ist.An inductive charging receiver coil 510 may be positioned adjacent the sensor window 504. The coil 510 may be a coil of multi-strand copper wire (or other electrically conductive and ductile material) having a proximal surface oriented toward the sensor window 504 and an opposing distal surface. Terminals 511 may be provided to couple the coil 510 to the charging circuitry of the electronic device 100, which may be integrated into the system electronics unit 506 or housed elsewhere in the enclosure defined by the main housing 502 and the rear housing 504.

Wie bei der Senderspule 210 kann die Empfängerspule 510 aus einem mehrsträngigen Draht gebildet sein, um bei beiden Betriebsfrequenzen eine hohe Effizienz bereitzustellen. 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines mehrsträngigen Drahts 600, der verwendet werden kann, um die Spule 510 gemäß einigen Ausführungsformen zu bilden. Der Draht 600 ist aus vielen einzelnen Litzen 602 hergestellt. Jede Litze 602 kann ein extrudiertes Stück Kupferdraht (oder ein anderes elektrisch leitfähiges und duktiles Material) sein, das einen engen Durchmesser (z. B. 30 µm, oder einen Durchmesser in einem Bereich von 20 bis 40 µm) aufweist. Jede Litze 602 kann mit einer flexiblen Isolierbeschichtung oder Hülse beschichtet oder abgedeckt sein. Eine Gruppe von Litzen 602 kann miteinander verdrillt werden, um ein Bündel 604 zu bilden. In dem in 6 gezeigten Beispiel schließt jedes Bündel 604 sechs Litzen 602 ein. In einigen Ausführungsformen kann eine nicht leitfähige Litze mit etwa demselben Durchmesser wie die Litzen 602 in dem Mittelbereich 603 des Bündels 604 platziert werden, um einen nicht leitfähigen Kern bereitzustellen, und die leitfähigen Litzen 602 können um den nicht leitfähigen Kern verdrillt werden. In anderen Ausführungsformen kann ein nicht leitfähiger Kern weggelassen werden und der Mittelbereich 603 kann einfach ein Luftspalt sein. Eine Gruppe von Bündeln 604 kann miteinander verdrillt werden, um einen mehrsträngigen Draht 600 zu bilden. In dem in 6 gezeigten Beispiel schließt der mehrsträngige Draht 600 sechs Bündel 604 für insgesamt 36 Litzen in dem mehrsträngigen Draht 600 ein. In einigen Ausführungsformen kann eine nicht leitfähige Litze mit etwa demselben Durchmesser wie eines der Bündel 604 in dem Mittelbereich 605 des Drahts 600 platziert werden, um einen nicht leitfähigen Kern bereitzustellen, und die Bündel 604 können um den nicht leitfähigen Kern verdrillt werden. In anderen Ausführungsformen kann ein nicht leitfähiger Kern weggelassen werden und der Mittelbereich 605 kann einfach ein Luftspalt sein. Verschiedene Ausführungsformen können einen nicht leitfähigen Kern für die Bündel und/oder für den Draht oder für keines von beiden verwenden. In einigen Ausführungsformen kann eine siebte leitfähige Litze 602 in jedem Bündel 604 eingeschlossen sein, und/oder ein siebtes Bündel 604 kann in dem Draht 600 eingeschlossen sein. Wie bei dem Draht 400 erhöht ein Draht, der in der in 6 gezeigten Weise gebildet ist, die effektive „Haut“-Fläche, was einen effizienteren Betrieb bei einer hohen Frequenz (z. B. um 1,78 MHz) ermöglicht, während immer noch ein effizienter Betrieb bei der niedrigen Frequenz (z. B. um 326 kHz) bereitgestellt wird.As with the transmitter coil 210, the receiver coil 510 may be formed from a multi-strand wire to provide high efficiency at both operating frequencies. 6 shows a cross-sectional view of a multi-strand wire 600 that can be used to form the coil 510 according to some embodiments. The wire 600 is made of many individual strands 602. Each strand 602 may be an extruded piece of copper wire (or other electrically conductive and ductile material) having a narrow diameter (e.g., 30 μm, or a diameter in a range of 20 to 40 μm). Each strand 602 may be coated or covered with a flexible insulating coating or sleeve. A group of strands 602 may be twisted together to form a bundle 604. In the in 6 In the example shown, each bundle 604 includes six strands 602. In some embodiments, a non-conductive strand of approximately the same diameter as the strands 602 may be placed in the central region 603 of the bundle 604 to provide a non-conductive core, and the conductive strands 602 may be twisted around the non-conductive core. In other embodiments, a non-conductive core may be omitted and the central region 603 may simply be an air gap. A group of bundles 604 may be twisted together to form a multi-strand wire 600. In the example shown in 6 In the example shown, the multi-strand wire 600 includes six bundles 604 for a total of 36 strands in the multi-strand wire 600. In some embodiments, a non-conductive strand of approximately the same diameter as one of the bundles 604 can be placed in the center region 605 of the wire 600 to provide a non-conductive core, and the bundles 604 can be twisted around the non-conductive core. In other embodiments, a non-conductive core can be omitted and the center region 605 can simply be an air gap. Various embodiments can use a non-conductive core for the bundles and/or for the wire, or for neither. In some embodiments, a seventh conductive strand 602 can be included in each bundle 604, and/or a seventh bundle 604 can be included in the wire 600. As with the wire 400, a wire placed in the 6 shown, the effective "skin" area, allowing more efficient operation at a high frequency (e.g. around 1.78 MHz) while still providing efficient operation at the low frequency (e.g. around 326 kHz).

Die Spule 510 kann durch Wickeln von mehrsträngigem Draht 600 zu mehreren Windungen gebildet werden, um die gewünschte Spulenform zu bilden. In einigen Ausführungsformen schließt die Spule 510 eine Schicht von Wicklungen in einem Spiralmuster ein; jedoch können falls gewünscht mehrere Schichten von Wicklungen bereitgestellt werden. Alle Wicklungen können in derselben Ebene liegen, oder die Spule 510 kann eine nicht planare Form aufweisen, z. B. entsprechend einer konkaven oder anderen nicht planaren Oberfläche des Sensorfensters 508. In einigen Ausführungsformen kann sich das äußere Ende des Drahts 600 zu dem Inneren der Spule 510 hin kreuzen, sodass beide Anschlüsse 511 innerhalb der Wicklungen (wie in 5 gezeigt) liegen; zum Beispiel kann das äußere Ende des Drahts 600 über die distale Seite der Spule 510 geführt werden.The coil 510 may be formed by winding multi-strand wire 600 into multiple turns to form the desired coil shape. In some embodiments, the coil 510 includes one layer of windings in a spiral pattern; however, multiple layers of windings may be provided if desired. All windings may be in the same plane, or the coil 510 may have a non-planar shape, e.g., corresponding to a concave or other non-planar surface of the sensor window 508. In some embodiments, the outer end of the wire 600 may cross toward the interior of the coil 510 so that both terminals 511 are within the windings (as in 5 shown); for example, the outer end of the wire 600 can be routed over the distal side of the coil 510.

Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann eine ferrimagnetische Abschirmung 512 auf der distalen Seite der Spule 510 positioniert werden. Die ferrimagnetische Abschirmung 512 kann aus ferrimagnetischem Material hergestellt sein (das z. B. ein Keramikmaterial sein kann, das Eisenoxid einschließt) mit der magnetischen Permeabilität µ_i, die einen geringen Verlust bei hohen Ladefrequenzen (z. B. ≈ 2 MHz) bereitstellt. Zum Beispiel kann das ferrimagnetische Material MnZn sein, wobei µ_i ≈ 900. Die ferrimagnetische Abschirmung 512 kann dazu geformt sein, Magnetfluss in die Spule 510 zu konzentrieren, und kann auch eine Abschirmung anderer Komponenten der elektronischen Vorrichtung 100 gegen elektromagnetische Emissionen durch andere Oberflächen der elektronischen Vorrichtung 100 als die durch das Sensorfenster 508 bereitgestellte Ladeoberfläche bereitstellen. Zum Beispiel kann ein Sensorelektronikmodul 520 innerhalb der Spule 510 angeordnet sein. Das Sensorelektronikmodul 520 kann verschiedene Komponenten einschließen, die Sensoren für die externe Umgebung bereitstellen, einschließlich beispielsweise optischer Sensoren, die durch das Sensorfenster 508 arbeiten können. In einigen Ausführungsformen kann sich die ferrimagnetische Abschirmung 512 über die innere Oberfläche der Spule 510 erstrecken und kann dazu beitragen, elektromagnetische Störungen zwischen der Spule 510 und dem Sensorelektronikmodul 520 zu verhindern. In einigen Ausführungsformen kann die ferrimagnetische Abschirmung 512 einen Spaltbereich 513 einschließen, in dem ein Abschnitt der Spule 510 freiliegt.Referring again to 5 a ferrimagnetic shield 512 may be positioned on the distal side of the coil 510. The ferrimagnetic shield 512 may be made of ferrimagnetic material (which may, for example, be a ceramic material including iron oxide) with the magnetic permeability µ _i that provides low loss at high charging frequencies (e.g., ≈ 2 MHz). For example, the ferrimagnetic material may be MnZn, where µ _i ≈ 900. The ferrimagnetic shield 512 may be shaped to concentrate magnetic flux into the coil 510 and may also provide shielding of other components of the electronic device 100 from electromagnetic emissions through surfaces of the electronic device 100 other than the charging surface provided by the sensor window 508. For example, a sensor electronics module 520 may be disposed within the coil 510. The sensor electronics module 520 may include various components that provide sensors to the external environment, including, for example, optical sensors that may operate through the sensor window 508. In some embodiments, the ferrimagnetic shield 512 may extend over the inner surface of the coil 510 and may help prevent electromagnetic interference between the coil 510 and the sensor electronics module 520. In some embodiments, the ferrimagnetic shield 512 may include a gap region 513 in which a portion of the coil 510 is exposed.

In einigen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Abschirmung zwischen der Spule 510 und der Systemelektronikeinheit 506 bereitgestellt werden. Zum Beispiel zeigt 7 eine Unteransicht der Systemelektronikeinheit 506 gemäß einigen Ausführungsformen. Ein Kupferband (oder ein anderes leitfähiges Band) 702 kann angelegt werden, um die Oberfläche der Systemelektronikeinheit 506 abzudecken, um eine zusätzliche Abschirmung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann das Kupferband 702 die Gesamtheit oder fast die Gesamtheit der Oberfläche der Systemelektronikeinheit 506 abdecken, die in Richtung der Spule 510 orientiert ist, einschließlich des Abschnitts der Oberfläche, der innerhalb der Spule 510 liegt. Das Kupferband 702 kann durch andere leitfähige Materialien ersetzt werden.In some embodiments, additional shielding may be provided between the coil 510 and the system electronics unit 506. For example, 7 a bottom view of the system electronics unit 506 according to some embodiments. A copper tape (or other conductive tape) 702 may be applied to cover the surface of the system electronics unit 506 to provide additional shielding. In some embodiments, the copper tape 702 may cover all or nearly all of the surface of the system electronics unit 506 that is oriented toward the coil 510, including the portion of the surface that lies within the coil 510. The copper tape 702 may be replaced with other conductive materials.

Unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann in einigen Ausführungsformen eine Antennenanordnung 530 außerhalb (d. h. um den Außenumfang) der Spule 510 herum innerhalb des hinteren Gehäuses 504 angeordnet sein. Die Antennenanordnung 530 kann mit der Systemelektronikeinheit 506 elektrisch verbunden sein und kann von der elektronischen Vorrichtung 100 dazu verwendet werden, Datensignale zu senden und zu empfangen, die möglicherweise nicht mit dem drahtlosen Laden in Zusammenhang stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Antennenanordnung 530 dazu konstruiert sein, um elektromagnetische Störungen zwischen der Spule 510 und der Antennenanordnung 530 zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Antennenanordnung 530, wie in 8 gezeigt, einen leitfähigen Antennenkörper 832 und eine Haltestruktur 834 einschließen, die aus Kunststoff oder einem anderen starren und elektrisch isolierenden Material hergestellt sein kann. Der Antennenkörper 832 kann eine planare Struktur sein, die z. B. durch Stanzen einer Kupfer- oder einer anderen Metallfolie zu einer gewünschten planaren Antennengeometrie gebildet wird, und die Haltestruktur 834 kann unter Verwendung eines Spritzgießprozesses um den Antennenkörper 832 herum gebildet werden. Das Spritzgießen kann verglichen mit Abscheidungsprozessen einen dickeren Antennenkörper bereitstellen, und ein dickerer Antennenkörper 832 kann die Leistung der Spule 510 verbessern. Beispielsweise kann der Antennenkörper 832 eine Dicke von etwa 80 µm aufweisen.Referring again to 5 In some embodiments, an antenna assembly 530 may be disposed outside (i.e., around the outer periphery) of the coil 510 within the rear housing 504. The antenna assembly 530 may be electrically connected to the system electronics unit 506 and may be used by the electronic device 100 to send and receive data signals that may not be related to wireless charging. In some embodiments, the antenna assembly 530 may be designed to reduce electromagnetic interference between the coil 510 and the antenna assembly 530. For example, the antenna assembly 530 may be as shown in 8th shown, may include a conductive antenna body 832 and a support structure 834, which may be made of plastic or other rigid and electrically insulating material. The antenna body 832 may be a planar structure formed, for example, by stamping a copper or other metal foil into a desired planar antenna geometry, and the support structure 834 may be formed around the antenna body 832 using an injection molding process. Injection molding may provide a thicker antenna body compared to deposition processes, and a thicker antenna body 832 may improve the performance of the coil 510. For example, the antenna body 832 may have a thickness of about 80 μm.

In vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die drahtlose Ladevorrichtung 150 die Spule 210 dazu betreiben, Leistung entweder bei einer niedrigen Frequenz (z. B. einer Frequenz von etwa 326 kHz oder einer anderen Frequenz in dem Bereich von etwa 300 kHz bis etwa 400 kHz) oder einer hohen Frequenz (z. B. einer Frequenz von etwa 1,78 MHz oder einer anderen Frequenz in dem Bereich von etwa 1,5 MHz bis etwa 2 MHz) bereitzustellen. In ähnlicher Weise kann die elektronische Vorrichtung 100 Leistung über die Spule 510 entweder bei der niedrigen Frequenz oder der hohen Frequenz empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsübertragungseffizienz bei der niedrigen Frequenz um 70 % und bei der hohen Frequenz um 85 % betragen. Die vorstehend beschriebenen Spulenkonfigurationen stellen eine effizientere magnetische Kopplung bei der hohen Frequenz als bei der niedrigen Frequenz bereit, obwohl die zugehörige Elektronik bei der hohen Frequenz etwas weniger effizient arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann die erhöhte magnetische Kopplungseffizienz bei der hohen Frequenz zu signifikanten Verkürzungen (z. B. 25 % bis 50 %) der Zeit führen, die benötigt wird, um eine Batterie der tragbaren elektronischen Vorrichtung bei der hohen Frequenz zu laden, verglichen mit dem Laden bei der niedrigen Frequenz. In einigen Ausführungsformen arbeitet die drahtlose Ladevorrichtung 150 bei der hohen Frequenz, wenn sie Leistung an eine Vorrichtung bereitstellt, die fähige ist, Leistung bei der hohen Frequenz zu empfangen, und schaltet auf die niedrige Frequenz, wenn sie Ladung an andere Vorrichtungen (z. B. ältere Vorrichtungen wie vorstehend beschrieben) bereitstellt. In einigen Ausführungsformen empfängt die elektronische Vorrichtung 100 Leistung bei jeder Frequenz, abhängig davon, welche Frequenz eine bestimmte drahtlose Ladevorrichtung zu einem gegebenen Zeitpunkt bereitstellt.In embodiments described above, the wireless charging device 150 may operate the coil 210 to provide power at either a low frequency (e.g., a frequency of about 326 kHz or another frequency in the range of about 300 kHz to about 400 kHz) or a high frequency (e.g., a frequency of about 1.78 MHz or another frequency in the range of about 1.5 MHz to about 2 MHz). Similarly, the electronic device 100 may receive power via the coil 510 at either the low frequency or the high frequency. In some embodiments, the power transfer efficiency may be around 70% at the low frequency and 85% at the high frequency. The coil configurations described above provide more efficient magnetic coupling at the high frequency than at the low frequency, although the associated electronics may operate somewhat less efficiently at the high frequency. In some embodiments, the increased magnetic coupling efficiency at the high frequency may result in significant reductions (e.g., 25% to 50%) in the time required to charge a battery of the portable electronic device at the high frequency compared to charging at the low frequency. In some embodiments, the wireless charging device 150 operates at the high frequency when providing power to a device capable of receiving power at the high frequency and switches to the low frequency when providing charge to other devices (e.g., legacy devices as described above). In some embodiments, the electronic device 100 receives power at either frequency depending on which frequency a particular wireless charging device is providing at a given time.

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass Variationen und Modifikationen möglich sind. While the invention has been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art will recognize that variations and modifications are possible.

Beispielsweise sind die hierin beschriebenen drahtlosen Ladesysteme kompakt ausgelegt, sodass die Empfängerspule in einer tragbaren elektronischen Vorrichtung mit einem kleinen Formfaktor, wie einer Armbanduhr, Platz finden kann. In ähnlicher Weise kann eine drahtlose Ladevorrichtung klein und leicht sein, sodass sie leicht von Ort zu Ort zu transportieren ist, wo das Laden gewünscht werden kann. Die drahtlosen Leistungsüberträger- und Empfängersysteme der hierin beschriebenen Art können jedoch unabhängig von Formfaktor oder einer bestimmten unterstützten Funktionalität in jede tragbare elektronische Vorrichtung integriert werden. Alle hierin erwähnten Abmessungen und Materialien dienen zu Veranschaulichungszwecken und können modifiziert werden. Auch die Anzahl der Litzen in einem Bündel und die Anzahl von Bündeln in einem Draht kann variiert werden. Durch Verwendung verdrillter Litzen zum Bilden eines Verbunddrahtes kann die Herstellung vereinfacht werden.For example, the wireless charging systems described herein are designed to be compact so that the receiver coil can be accommodated in a portable electronic device with a small form factor, such as a wristwatch. Similarly, a wireless charging device can be small and lightweight so that it is easily transported from place to place where charging may be desired. However, wireless power transmitter and receiver systems of the type described herein can be integrated into any portable electronic device regardless of form factor or any particular functionality supported. All dimensions and materials mentioned herein are for illustrative purposes and may be modified. Also, the number of strands in a bundle and the number of bundles in a wire may be varied. By using twisted strands to form a composite wire, manufacturing may be simplified.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich entsprechend, dass die Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche abdecken soll.Accordingly, although the invention has been described with respect to specific embodiments, it is to be understood that the invention is intended to cover all modifications and equivalents within the scope of the following claims.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 63/202730 [0001]US63/202730 [0001]
• US 17/655329 [0001]US 17/655329 [0001]

Claims (20)

Drahtlose Ladevorrichtung, umfassend: eine Spule, die aus einem Verbunddraht gebildet ist, der zu einer Vielzahl von Windungen gewickelt ist, wobei der Verbunddraht eine Vielzahl von Litzen umfasst, wobei Gruppen der Litzen miteinander verdrillt sind, um einen Satz von Grundbündeln zu bilden, wobei Gruppen von Grundbündeln miteinander verdrillt sind, um eine Vielzahl von Verbundbündeln zu bilden, und wobei die Vielzahl von Verbundbündeln miteinander verdrillt sind, um den Verbunddraht zu bilden, und eine Steuerschaltlogik, die mit der Spule gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen Wechselstrom in dem Verbunddraht bei einer niedrigen Frequenz in einem Bereich zwischen 300 kHz und 400 kHz und bei einer hohen Frequenz in einem Bereich zwischen 1 MHz und 2 MHz zu erzeugen.A wireless charging device comprising: a coil formed from a composite wire wound into a plurality of turns, the composite wire comprising a plurality of strands, groups of the strands twisted together to form a set of basic bundles, groups of basic bundles twisted together to form a plurality of composite bundles, and the plurality of composite bundles twisted together to form the composite wire, and control circuitry coupled to the coil and configured to generate an alternating current in the composite wire at a low frequency in a range between 300 kHz and 400 kHz and at a high frequency in a range between 1 MHz and 2 MHz. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Grundbündel vier Litzen einschließt.Wireless charging device according to Claim 1 , each basic bundle including four strands. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 2, wobei jede Litze ein Kupferdraht mit einer elektrisch isolierenden Außenschicht und einem Durchmesser von etwa 30 µm ist.Wireless charging device according to Claim 2 , each strand being a copper wire with an electrically insulating outer layer and a diameter of approximately 30 µm. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 2, wobei jedes Verbundbündel vier Grundbündel einschließt.Wireless charging device according to Claim 2 , where each composite bundle includes four basic bundles. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Verbunddraht sieben Verbundbündel einschließt.Wireless charging device according to Claim 4 , wherein the composite wire includes seven composite bundles. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Windungen des Verbunddrahts in einer einzigen Schicht angeordnet sind.Wireless charging device according to Claim 1 , wherein the plurality of turns of the composite wire are arranged in a single layer. Drahtlose Ladevorrichtung, umfassend: ein Gehäuse, das eine Kappe und eine Gehäusebasis einschließt, die eine Einhausung bilden; eine Spule, die aus einem Verbunddraht gebildet ist, der zu einer Vielzahl von Windungen gewickelt ist, wobei die Spule innerhalb der Einhausung und nahe der Kappe angeordnet ist, wobei der Verbunddraht eine Vielzahl von Litzen umfasst, wobei Gruppen der Litzen miteinander verdrillt sind, um einen Satz von Grundbündeln zu bilden, wobei Gruppen von Grundbündeln miteinander verdrillt sind, um eine Vielzahl von Verbundbündeln zu bilden, und wobei die Vielzahl von Verbundbündeln miteinander verdrillt sind, um den Verbunddraht zu bilden; und eine Steuerschaltlogik, die mit der Spule gekoppelt und dazu konfiguriert ist, einen Wechselstrom in dem Verbunddraht bei einer niedrigen Frequenz in einem Bereich zwischen 300 kHz und 400 kHz und bei einer hohen Frequenz in einem Bereich zwischen 1 MHz und 2 MHz zu erzeugen.A wireless charging device comprising: a housing including a cap and a housing base forming an enclosure; a coil formed from a composite wire wound into a plurality of turns, the coil disposed within the enclosure and proximate the cap, the composite wire comprising a plurality of strands, groups of the strands twisted together to form a set of basic bundles, groups of basic bundles twisted together to form a plurality of composite bundles, and the plurality of composite bundles twisted together to form the composite wire; and control circuitry coupled to the coil and configured to generate an alternating current in the composite wire at a low frequency in a range between 300 kHz and 400 kHz and at a high frequency in a range between 1 MHz and 2 MHz. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend: ein externes Kabel, das mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das externe Kabel einen Kabelschuh einschließt, wobei die Steuerschaltlogik in dem Kabelschuh angeordnet ist und das externe Kabel den Wechselstrom zwischen dem Kabelschuh und der Spule überträgt.Wireless charging device according to Claim 7 , further comprising: an external cable connected to the housing, the external cable including a cable lug, the control circuitry disposed in the cable lug, the external cable transmitting the alternating current between the cable lug and the coil. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 7, wobei jedes Grundbündel vier Litzen einschließt.Wireless charging device according to Claim 7 , each basic bundle including four strands. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 9, wobei jedes Verbundbündel vier Grundbündel einschließt.Wireless charging device according to Claim 9 , where each composite bundle includes four basic bundles. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Verbunddraht sieben Verbundbündel einschließt.Wireless charging device according to Claim 10 , wherein the composite wire includes seven composite bundles. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine ferrimagnetische Hülse, die um eine distale Oberfläche der Spule herum angeordnet ist; und eine elektromagnetische Abschirmung, die zwischen einer proximalen Oberfläche der Spule und der Kappe angeordnet ist.Wireless charging device according to Claim 7 , further comprising: a ferrimagnetic sleeve disposed around a distal surface of the coil; and an electromagnetic shield disposed between a proximal surface of the coil and the cap. Drahtlose Ladevorrichtung nach Anspruch 7, wobei die niedrige Frequenz 326 kHz beträgt und die hohe Frequenz 1,78 MHz beträgt.Wireless charging device according to Claim 7 , where the low frequency is 326 kHz and the high frequency is 1.78 MHz. Elektronische Vorrichtung, umfassend: ein Hauptgehäuse und ein hinteres Gehäuse, die eine Einhausung ausbilden; eine Batterie, die in dem Inneren der Einhausung angeordnet ist; und eine Spule, die aus einem Verbunddraht hergestellt ist, der zu einer Vielzahl von Windungen gewickelt und innerhalb der Einhausung angeordnet ist und sich in der Nähe des hinteren Gehäuses befindet, wobei der Verbunddraht eine Vielzahl von Litzen umfasst, wobei Gruppen der Litzen miteinander verdrillt sind, um eine Vielzahl von Bündeln zu bilden, und wobei die Bündel miteinander verdrillt sind, um den Verbunddraht zu bilden, wobei die Spule dazu konfiguriert ist, einen Wechselstrom in dem Verbunddraht als Reaktion auf ein Magnetfeld mit einer ersten Frequenz in einem Bereich zwischen 300 kHz und 400 kHz und als Reaktion auf ein externes Magnetfeld mit einer zweiten Frequenz in einem Bereich zwischen 1 MHz und 2 MHz zu erzeugen, und wobei der Wechselstrom in dem Verbunddraht dazu verwendet wird, die Batterie zu laden.An electronic device comprising: a main housing and a rear housing forming an enclosure; a battery disposed within the interior of the enclosure; and a coil made of a composite wire wound into a plurality of turns and disposed within the enclosure and located proximate the rear housing, wherein the composite wire comprises a plurality of strands, groups of the strands being twisted together to form a plurality of bundles, and the bundles being twisted together to form the composite wire, wherein the coil is configured to generate an alternating current in the composite wire in response to a magnetic field having a first frequency in a range between 300 kHz and 400 kHz and in response to an external magnetic field having a second frequency in a range between 1 MHz and 2 MHz, and wherein the alternating current in the composite wire is used to charge the battery. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei jedes Bündel sechs Litzen einschließt.Electronic device according to Claim 14 , each bundle containing six strands. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Verbunddraht sechs Bündel einschließt.Electronic device according to Claim 15 , where the composite wire includes six bundles. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend: ein Systemelektronikeinheit, die innerhalb der Einhausung angeordnet ist; und ein leitfähiges Band, das auf einer Oberfläche der Systemelektronikeinheit angeordnet ist, die in Richtung der Spule orientiert ist.Electronic device according to Claim 14 , further comprising: a system electronics unit disposed within the enclosure; and a conductive tape disposed on a surface of the system electronics unit oriented toward the coil. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine Antennenanordnung, die außerhalb der Spule angeordnet ist, wobei die Antennenanordnung einen planaren leitfähigen Antennenkörper und eine Spritzguss-Kunststoffrückhaltestruktur um den Antennenkörper herum einschließt.Electronic device according to Claim 14 further comprising: an antenna assembly disposed externally of the coil, the antenna assembly including a planar conductive antenna body and an injection molded plastic retention structure around the antenna body. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine ferrimagnetische Abschirmung, die um eine distale Oberfläche der Spule herum angeordnet ist.Electronic device according to Claim 14 further comprising: a ferrimagnetic shield disposed around a distal surface of the coil. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 19, ferner umfassend: ein Sensorelektronikmodul, das innerhalb der Spule angeordnet ist, wobei sich die ferrimagnetische Abschirmung über eine innere Seitenoberfläche der Spule erstreckt.Electronic device according to Claim 19 , further comprising: a sensor electronics module disposed within the coil, wherein the ferrimagnetic shield extends over an inner side surface of the coil.

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