具有金属外壳的设备的无线充电的制作方法

1.本说明书涉及具有金属外壳的设备的无线充电。


背景技术：

2.一些现代电气设备为了更容易的连接性而允许无线充电。在一些情况下，这些设备可以包括永久磁铁以相对于无线充电器对准设备。
3.一些设备具有包括金属的外部外壳。金属外部能够提供外观和耐用性。然而，设备的外部中的金属常常干扰无线充电。


技术实现要素：

4.在一些实现方式中，一种设备包括电力接收线圈和具有金属外部的外壳。该设备能够包括不管外壳的金属存在于无线充电器的传送线圈的区域或占位面积内都实现高效无线充电的特征。
5.帮助实现高电力传输效率的特征的几个示例被简要地讨论，并且将在下面进一步讨论。首先，金属外壳能够由多个电绝缘段形成或者被分成多个电绝缘段以减少涡电流形成。如图1所示，金属外壳包括使金属外壳的各件分开的狭缝。其次，电气设备内的电路板或其他金属元件能够具有切口或狭缝以减小金属区域的大小。第三，电气设备能够包括用于电力接收线圈的线圈芯，所述线圈芯沿着电力接收线圈朝向电气设备的外部延伸。这能够使得线圈芯能够朝向被放置在无线充电器上的表面进一步延伸，从而减小线圈芯与充电器之间的有效距离。第四，电气设备能够使用金属板而不是永久磁铁作为要与无线充电器对准的对准特征。在一些实现方式中，金属板可以是层压板，诸如具有电绝缘金属条的层压板，这能够减小金属板中的涡电流和电力传输损耗。第五，电气设备能够包括一个或多个屏蔽层以进一步降低电力传输的低效率。第六，电气设备的尺寸和结构能够被布置成将电力接收线圈和相关联的线圈芯靠近电气设备100的外部表面放置，从而允许电力接收线圈和线圈芯靠近充电器的电力传输线圈。通过包括任何或所有这些特征，包括特征的任何子组合，能够使电气设备实现高效无线充电。
6.如在下面说明的，存在能够改进充电效率和有效性的设计的各个方面。这些包括例如(1)限定凹部的线圈芯，其中无线电力接收线圈的至少一部分设置在凹部中，(2)包括多个金属元件的对准特征，以及(3)包括多个金属部分(例如，具有被切以使外壳的件分开的狭缝)的外壳。能够单独地或以任何适当的组合使用这些技术和下述其他技术中的每一种。换句话说，该技术的实施例能够以任何组合或子组合包括这些技术中的一种或多种。
7.本说明书中描述的主题的一个创新方面能够被体现在一种设备中，该设备包括：无线电力接收线圈和相关联的线圈芯，其中线圈芯限定凹部并且无线电力接收线圈的至少一部分设置在凹部中；以及外壳，该外壳包括一个或多个金属部分，其中，该外壳被构造成将无线电力接收线圈和相关联线圈芯的至少一部分容纳在由一个或多个金属部分限定的开口中。
8.在一些实现方式中，线圈芯具有大致u形横截面。
9.在一些实现方式中，线圈芯沿着线圈芯的至少弯曲部分具有u形横截面。凹部是沿着弯曲部分限定的弯曲通道。电力接收线圈至少部分地设置在弯曲通道中。
10.在一些实现方式中，线圈芯至少部分地由铁氧体形成。
11.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联的线圈芯的大部分延伸。
12.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联的线圈芯的外周边的大部分延伸。
13.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的大致整个外周边延伸。
14.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有大致圆形内侧和大致圆形外侧，并且线圈芯(i)沿着无线电力接收线圈的顶侧而且(ii)沿着无线电力接收线圈的内侧和/或无线电力接收线圈的外侧延伸。
15.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有顶侧和与顶侧相反的底侧，其中，该底侧被构造成当设备处于要从无线充电器接收电力的位置中时面向无线充电器。无线电力接收线圈具有从顶侧到底侧的高度，并且其中，线圈芯沿着无线电力接收线圈的高度的大部分延伸。
16.在一些实现方式中，线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的内周边延伸的内壁。线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的外周边延伸的外壁。无线电力接收线圈至少部分地设置在内壁与外壁之间。
17.在一些实现方式中，该设备是移动设备。
18.在一些实现方式中，该设备是可穿戴设备。
19.在一些实现方式中，该设备是手表。
20.在一些实现方式中，该设备包括被构造成与无线充电器的磁铁相互作用以将该设备与无线充电器对准的对准特征。
21.在一些实现方式中，对准特征包括彼此电绝缘的多个金属元件。
22.在一些实现方式中，对准特征位于无线电力接收线圈的中央。
23.在一些实现方式中，对准特征由彼此电绝缘的钢条形成。
24.在一些实现方式中，对准特征是由层压钢形成的圆盘。
25.在一些实现方式中，外壳包括多个金属部分，其中，该外壳被构造成将无线电力接收线圈和相关联线圈芯的至少一部分容纳在由多个金属部分限定的开口中。
26.在一些实现方式中，多个金属部分彼此电绝缘。
27.在一些实现方式中，多个金属部分被放置在设备的外部并且围绕设备的除了金属部分之间的间隙之外的大致外周边延伸，每一个间隙是3mm或更小。
28.在一些实现方式中，每一个间隙是1mm或更小。
29.在一些实现方式中，该设备是包括耦合到外壳的第一手表带段和耦合到外壳的第二手表带段的手表。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第一金属部分。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第二金属部分。
30.在一些实现方式中，无线电力接收线圈和相关联线圈芯是可从外壳移除的电子组
件的部分。
31.在一些实现方式中，该设备包括具有地平面的电路板，其中，地平面被划分成多个单独部分。
32.在一些实现方式中，外壳具有大致圆形外周边并且限定在外壳的金属部分之间径向地延伸的至少两个狭缝。该设备包括具有地平面的电路板，其中，该电路板具有大致圆形外周边并且限定径向地延伸并且将地平面分成单独段的至少两个狭缝。
33.本说明书中描述的主题的另一创新方面能够被体现在一种设备中，该设备包括：无线电力接收线圈和相关联线圈芯；外壳，该外壳包括一个或多个金属部分，其中，该外壳被构造成将无线电力接收线圈和相关联线圈芯的至少一部分容纳在由一个或多个金属部分限定的开口中；以及对准特征，该对准特征被构造成与无线充电器的磁铁相互作用以将设备与无线充电器对准，其中，该对准特征包括彼此电绝缘的多个金属元件。
34.在一些实现方式中，对准特征位于无线电力接收线圈的中央。
35.在一些实现方式中，对准特征由彼此电绝缘的钢条形成。
36.在一些实现方式中，对准特征是由层压钢形成的圆盘。
37.在一些实现方式中，该设备是移动设备。
38.在一些实现方式中，该设备是可穿戴设备。
39.在一些实现方式中，该设备是手表。
40.在一些实现方式中，线圈芯限定凹部并且无线电力接收线圈的至少一部分设置在凹部中。
41.在一些实现方式中，线圈芯具有大致u形横截面。
42.在一些实现方式中，线圈芯沿着线圈芯的至少弯曲部分具有u形横截面。凹部是沿着弯曲部分限定的弯曲通道。电力接收线圈至少部分地设置在弯曲通道中。
43.在一些实现方式中，线圈芯至少部分地由铁氧体形成。
44.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的大部分延伸。
45.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的外周边的大部分延伸。
46.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的大致整个外周边延伸。
47.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有大致圆形内侧和大致圆形外侧，并且线圈芯(i)沿着无线电力接收线圈的顶侧而且(ii)沿着无线电力接收线圈的内侧和/或无线电力接收线圈的外侧延伸。
48.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有顶侧和与顶侧相反的底侧，其中，该底侧被构造成当设备处于要从无线充电器接收电力的位置中时面向无线充电器。无线电力接收线圈具有从顶侧到底侧的高度，并且其中，线圈芯沿着无线电力接收线圈的高度的大部分延伸。
49.在一些实现方式中，线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的内周边延伸的内壁。线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的外周边延伸的外壁。无线电力接收线圈至少部分地设置在内壁与外壁之间。
50.在一些实现方式中，外壳包括多个金属部分，其中，该外壳被构造成将无线电力接收线圈和相关联线圈芯的至少一部分容纳在由多个金属部分限定的开口中。
51.在一些实现方式中，多个金属部分彼此电绝缘。
52.在一些实现方式中，多个金属部分被放置在设备的外部并且围绕设备的除了金属部分之间的间隙之外的大致外周边延伸，每一个间隙是3mm或更小。
53.在一些实现方式中，每一个间隙是1mm或更小。
54.在一些实现方式中，该设备是包括耦合到外壳的第一手表带段和耦合到外壳的第二手表带段的手表。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第一金属部分。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第二金属部分。
55.在一些实现方式中，无线电力接收线圈和相关联线圈芯是可从外壳移除的电子组件的部分。
56.在一些实现方式中，该设备包括具有地平面的电路板，其中，地平面被划分成多个单独部分。
57.在一些实现方式中，外壳具有大致圆形外周边并且限定在外壳的金属部分之间径向地延伸的至少两个狭缝。该设备包括具有地平面的电路板，其中，该电路板具有大致圆形外周边并且限定径向地延伸并且将地平面分成单独段的至少两个狭缝。
58.本说明书中描述的主题的另一创新方面能够被体现在一种设备中，该设备包括：无线电力接收线圈和相关联线圈芯；以及外壳，该外壳包括多个金属部分，其中，该外壳被构造成将无线电力接收线圈和相关联线圈芯的至少一部分容纳在由多个金属部分限定的开口中。
59.在一些实现方式中，多个金属部分彼此电绝缘。
60.在一些实现方式中，多个金属部分被放置在设备的外部并且围绕设备的除了金属部分之间的间隙之外的大致外周边延伸，每一个间隙是3mm或更小。
61.在一些实现方式中，每一个间隙是1mm或更小。
62.在一些实现方式中，该设备是包括耦合到外壳的第一手表带段和耦合到外壳的第二手表带段的手表。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第一金属部分。外壳具有从第一手表带段延伸到第二手表带段的第二金属部分。
63.在一些实现方式中，无线电力接收线圈和相关联线圈芯是可从外壳移除的电子组件的部分。
64.在一些实现方式中，该设备包括具有地平面的电路板，其中，地平面被划分成多个单独部分。
65.在一些实现方式中，外壳具有大致圆形外周边并且限定在外壳的金属部分之间径向地延伸的至少两个狭缝。该设备包括具有地平面的电路板，其中，该电路板具有大致圆形外周边并且限定径向地延伸并且将地平面分成单独段的至少两个狭缝。
66.在一些实现方式中，该设备是移动设备。
67.在一些实现方式中，该设备是可穿戴设备。
68.在一些实现方式中，该设备是手表。
69.在一些实现方式中，该设备包括被构造成与无线充电器的磁铁相互作用以将该设备与无线充电器对准的对准特征。
70.在一些实现方式中，对准特征包括彼此电绝缘的多个金属元件。
71.在一些实现方式中，对准特征位于无线电力接收线圈的中央。
72.在一些实现方式中，对准特征由彼此电绝缘的钢条形成。
73.在一些实现方式中，对准特征是由层压钢形成的圆盘。
74.在一些实现方式中，线圈芯限定凹部并且无线电力接收线圈的至少一部分设置在凹部中。
75.在一些实现方式中，线圈芯具有大致u形横截面。
76.在一些实现方式中，线圈芯沿着线圈芯的至少弯曲部分具有u形横截面。凹部是沿着弯曲部分限定的弯曲通道。电力接收线圈至少部分地设置在弯曲通道中。
77.在一些实现方式中，线圈芯至少部分地由铁氧体形成。
78.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的大部分延伸。
79.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的外周边的大部分延伸。
80.在一些实现方式中，外壳的金属围绕无线电力接收线圈和相关联线圈芯的大致整个外周边延伸。
81.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有大致圆形内侧和大致圆形外侧，并且线圈芯(i)沿着无线电力接收线圈的顶侧而且(ii)沿着无线电力接收线圈的内侧和/或无线电力接收线圈的外侧延伸。
82.在一些实现方式中，无线电力接收线圈具有顶侧和与顶侧相反的底侧，其中，该底侧被构造成当设备处于要从无线充电器接收电力的位置中时面向无线充电器。无线电力接收线圈具有从顶侧到底侧的高度，并且其中，线圈芯沿着无线电力接收线圈的高度的大部分延伸。
83.在一些实现方式中，线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的内周边延伸的内壁。线圈芯具有沿着无线电力接收线圈的外周边延伸的外壁。无线电力接收线圈至少部分地设置在内壁与外壁之间。
84.在下面的附图和描述中阐述本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其他特征和优点将从说明书、附图和权利要求书变得显而易见。
附图说明
85.图1是电气设备的背面的透视图。
86.图2a是电气设备的电气组件的后视图。
87.图2b是电气设备的电气组件的侧视图。
88.图2c示出电气组件的线圈芯和线圈绕组的横截面视图。
89.图3a是设备和无线充电器的部分的横截面视图。
90.图3b是图1的电气设备和无线充电器的部分的横截面视图。
91.图4a是图1的电气设备的透视图。
92.图4b是图示电气设备的金属外壳上的模拟涡电流回路的示例的图。
93.图5是具有金属外壳并且被构造用于无线充电的手表的后视图。
94.图6a是钢板和永久磁铁的示例的透视图。
95.图6b是指示被表达为与两个永久磁铁之间的吸引力相比的力的百分比的钢板的各种构造相对于永久磁铁的吸引力强度的表。
96.图7是图示图1的电气设备中使用的层压金属板的示例的图。
97.在各个附图中相似的附图标记和名称指示相似的元件。
具体实施方式
98.图1是电气设备100的背面的透视图。在一些实现方式中，电气设备100包括电力接收线圈以接收从诸如无线充电器的电源以无线方式传输的电力。设备100还能够具有包括金属的外壳110。为了促进无线充电，电气设备100能够包括在存在金属外壳110的情况下改进无线充电的效率的各种特征和增强。
99.帮助实现高电力传输效率的特征的几个示例被简要地讨论，并且将在下面进一步讨论。首先，金属外壳110可以由多个电绝缘段形成或者被分成多个电绝缘段以减少涡电流形成。如图1所示，金属外壳110包括使金属外壳110的件分开的狭缝130。其次，电气设备100内的电路板或其他金属元件能够具有切口或狭缝以减小金属区域的大小。第三，电气设备110能够包括用于电力接收线圈的线圈芯，所述线圈芯沿着电力接收线圈朝向电气设备110的外部延伸。这能够使得线圈芯能够朝向被放置在无线充电器上的表面进一步延伸，从而减小线圈芯与充电器之间的有效距离。第四，电气设备100能够使用金属板170而不是永久磁铁作为要与无线充电器对准的对准特征。在一些实现方式中，金属板170可以是层压板，诸如具有电绝缘金属条的层压板，这能够减小金属板170中的涡电流和电力传输损耗。第五，电气设备100能够包括一个或多个屏蔽层以进一步降低电力传输的低效率。第六，电气设备100的尺寸和结构能够被布置成将电力接收线圈和相关联的线圈芯靠近电气设备100的外表面放置，从而允许电力接收线圈和线圈芯靠近充电器的电力传输线圈。通过包括任何或所有这些特征，包括特征的任何子组合，能够使电气设备实现高效无线充电。
100.一般而言，无线充电能够用于在没有任何有线连接的情况下向电设备传送电力。电源，例如充电器，能够将能量以变化磁场的形式传送到电气设备100的接收线圈。无线充电对于广泛范围的应用来说是有吸引力的，尤其对于诸如智能手表、移动电话和便携式设备的低功率电气设备来说是有吸引力的。对于低功率电气设备，无线充电改进用户体验并且能够提供更好的耐用性，例如，由于避免充电端口允许灰尘和水进入的能力而导致的更好防水和防尘。在一些情况下，各种品牌或型号的电气设备都能够通过同一无线充电器来充电。
101.低功率电气设备的无线充电通常涉及待充电设备中的电力接收线圈与无线充电器中的电力传送线圈之间的感应耦合。充电器的电力传送线圈将磁通量递送到电气设备的电力接收线圈。电力传输发生，来自电力传送器的变化磁场在电气设备的接收线圈中感应电压和电流。在许多情况下，电力接收线圈设置在接收线圈芯上或附近，该接收线圈芯被构造成增强感应耦合并且潜在地限制附近的金属物体对充电过程的影响。例如，接收线圈芯能够帮助将磁通量引导到接收线圈。接收线圈的输出能够被整流并用于对电气设备的电池充电。电气设备能够与充电器进行通信以指定期望的充电水平并且在电池被充电到容量时停止充电。
102.存在用于指定充电器与电气设备之间可互操作的无线电力传输和数据通信的各种无线充电标准。一个示例是qi无线标准。本文档中讨论的设备和充电器能够被构造成遵守qi标准或者与遵守qi标准的设备互操作。
103.无线充电效率取决于许多因素，包括电气设备与无线充电器相隔多远以及接收线圈和传送线圈彼此对准有多好。量化效率的一个方式是使用耦合因数，该耦合因数能够指示从传送线圈传送的磁通量中有多少到达接收线圈。高耦合因数指示高效能量传输以及紧密耦合的电气设备和充电器，然而低耦合因数指示由于耦合因低能量传输效率松散。
104.在一些设备中，包括磁铁以帮助将设备的接收线圈与充电器的传送线圈对准。例如，接收线圈和传送线圈能够各自在中央具有永久磁铁。磁铁具有面向彼此的相反磁极以使设备朝向适当的对准吸引以进行充电并且使设备保持在充电器上的适当位置中。然而，电气设备中的永久磁铁提供可以使接收线圈的线圈芯饱和并且降低效率的静态磁场。例如，永久磁铁能够提供使铁氧体线圈芯饱和并且降低线圈芯对来自传送线圈的变化磁场做出响应的能力的静态磁场，从而降低接收线圈的接收效率。结果，替代材料或设计更可取以允许将电气设备吸引和对准到充电器，同时还允许更高的充电效率。如在下面进一步讨论的，这可以使用诸如钢的金属来实现，以获得待充电设备中的对准特征，而不是使用永久磁铁。另外，能够通过给金属对准特征提供诸如钢条的小的单独金属段以形成层压钢元件来进一步提高效率。在充电器中存在磁铁的情况下，层压钢元件能够提供与整体钢元件或甚至另一磁铁的吸引力类似或等效的吸引力。层压钢元件还提供更大的效率，因为小钢段发展出的涡电流比整体钢元件会发展出的涡电流小得多。
105.金属外部能够为设备提供优质外观并且改进产品耐用性。然而，金属可能引起感应加热并且降低无线充电效率。在无线充电期间，磁通量在金属中生成涡电流，这能够在电气设备中导致额外加热并且消耗意在用于无线充电的能量。能够减小金属外壳中的感应电流并且改进效率的一种技术是形成呈现连续金属的较小区域的单独金属段——例如电绝缘段——的金属外壳。例如，金属外壳110能够具有被切以将金属外壳110分成多个部分的狭缝130。限制金属元件的大小也能够限制响应于无线充电能量而发展出的涡电流的大小。如图1所示，金属外壳110可以仍然围绕电气设备100的大部分或大致全部延伸，但是可以用单独金属段这样做。
106.仍然参考图1，电气设备100能够表示诸如手表的用户设备。在图1中未示出手表的其他部件，诸如表盘(例如，显示屏幕)、手表带、顶侧外壳等。尽管本文档中的各种示例描述手表，但是用于改进具有金属外壳100的设备中的无线充电效率的技术能够与诸如电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴设备和其他设备的其他设备一起使用。
107.在图1的示例中，金属外壳110为电子设备100的至少一部分提供外部。金属外壳110被构造成容纳并包含电气设备100的内部部件，诸如电气组件120。
108.金属外壳110具有穿过其限定的窗口，被示出为中央窗口140。此窗口140能够填满非金属材料，诸如玻璃、塑料、陶瓷等，以允许磁通量通过窗口140到达电力接收线圈。在一些实现方式中，窗口140是半透明的、透明的或大致透明的以促进传感器(例如，其可以通过窗口140发送和/或接收光或其他信号，诸如ppg传感器)的操作。
109.在图1中，金属外壳110具有大致圆形周边。金属外壳110的外部表面是弯曲且凸的，其中最大外径在外壳110的底部朝向中央窗口140向内弯曲。金属外壳110能够具有固定
到中央以提供中央窗口140的非金属材料。金属外壳110、中央窗口140以及它们到电气设备100的其他部件的连接能够被装配成防水且防尘的。可以将金属外壳110制作成任何适当的形状，诸如圆形、正方形、椭圆形、矩形等，包括更复杂的形状。在一些其他实现方式中，金属外壳110可以是矩形形状或其他形状。
110.电气组件120包括电气设备100的各种电气部件。例如，电气组件120包括电力接收线圈、传感器和一个或多个印刷电路板(pcb)。电气组件120位于金属外壳110中并且受到金属外壳110保护。将在后面的图中示出电气组件120的细节。
111.图2a是电气设备100的电气组件120的底视图。图2b是电气设备100的电气组件120的侧视图。图2c示出电气组件120的线圈芯230和线圈绕组240的横截面视图。
112.电气组件120包括电力接收线圈，该电力接收线圈包括线圈绕组240和相关联的线圈芯230。线圈芯230和线圈绕组240作为电力接收单元操作以与无线充电器的电力传送线圈感应地耦合并且接收通过变化磁场传送的电力。能够将在线圈绕组240中发展出的电流提供给电气设备100的整流器和其他电子器件以生成电力来对电气设备100的电池充电并且操作电气设备100。
113.线圈芯230可以由铁氧体或纳米晶磁材料制成。线圈芯230能够将来自电力传送线圈的磁通量引导和局限到线圈绕组240所位于的区域，以增强线圈绕组240与充电器的电力传送线圈的耦合。铁氧体能够增加线圈绕组240的有效电感并且进而增强接收单元与充电器之间的互感。此外，铁氧体线圈芯230能够帮助磁性上屏蔽线圈绕组240免受电气设备100中附近的金属物体影响。
114.在图2a-2c的示例中，线圈芯230具有如图2a中的电气设备100的底视图中示出的大致环形形状。线圈芯230限定环形凹部或开口以容纳线圈芯230的至少一部分。此凹部232被示出在图2c的横截面中。线圈芯230能够具有大致u形横截面。例如，线圈芯230能够具有环形内壁233和环形外壁234，两者都向下延伸，例如沿着轴线205从顶壁235朝向电气设备100的底表面。侧壁233、234能够沿着轴线205沿着线圈绕组240的高度的大部分延伸，或者沿着轴线205沿着线圈绕组240高度的全部或大致全部延伸。在一些实现方式中，线圈芯230的侧壁233、234的底表面可以延伸到或超过线圈绕组240的底表面。
115.线圈芯230以及因此线圈绕组240能够被调整大小和定位成位于窗口140(参见图1)的区域处，这在电气设备100的外部的无金属区域处提供芯230和绕组240。给定窗口140的大小，环形外壁234能够延伸到或几乎到窗口140的外周边以使线圈芯230和线圈绕组240的大小最大化。线圈芯230的侧壁233、234和线圈绕组240还能够沿着轴线205向下延伸到窗口140，使得芯230和绕组240在无线充电期间尽可能靠近充电器。
116.电气组件120包括各种层和部件。自顶向下，如图2b和图2c所示，电气组件包括地平面215、pcb 210、电磁屏蔽件250、第二地平面225、附加电磁屏蔽件260、线圈芯230和线圈绕组240。如图2a和图2c所示，一个或多个传感器280和诸如金属板170或磁铁的无线充电对准特征能够位于由线圈芯230的环形内壁233的内表面限定的开口中。
117.如图2b和图2c所图示的，线圈绕组240设置在线圈芯230中或线圈芯230上，并且线圈芯230设置在磁屏蔽层250上。磁屏蔽层250被构造成减少或阻挡磁通量。磁屏蔽层260还被构造成减少或阻挡磁通量。在一些实现方式中，pcb屏蔽层250和260由铁氧体形成。在一些其他实现方式中，pcb屏蔽层250和260由纳米晶体材料形成，所述纳米晶体材料对于给定
厚度可以提供比铁氧体更高量的屏蔽。屏蔽层560、260和地平面225可以是印刷电路板层。位于屏蔽层250、260之间的地平面225可以是用于一个或多个传感器280的地平面。地平面225可以是用于一个或多个传感器的柔性印刷电路板(pcb)的一个层。柔性pcb可以具有多个层，诸如4个层，其中顶层和底层用于信号路由并且中央两个层用于pcb地平面。这里，为了图示的清楚示出了仅地平面225，但是所示出的地平面225可以表示具有多个地平面和/或其他层的多层电路板。
118.一个或多个传感器能够包括一个或多个光电容积描记(ppg)传感器并且地平面225可以是由这些传感器使用的ppg地平面。在手表中，ppg传感器能够面向用户的皮肤并且通过窗口140来执行生理测量。例如，ppg传感器可以包括发光二极管和接收器，其中的至少一些可以被布置在十字形剖面中，以检测用户的脉搏。
119.在一些实现方式中，pcb 210是在电气设备100中允许高部件密度的多层pcb。pcb 210包括地平面215。诸如处理器、存储器、电压调节器、整流器、电池、电池充电电路、显示屏幕、相机、麦克风、用户输入设备等的各种电子器件能够耦合到pcb 210，包括潜在地在地平面215上方的层上。如图2a所示，地平面215能够包括分解地平面并且减小存在的连续金属区域的大小的狭缝290。狭缝290能够将地平面分成若干单独区域，以中断由于无线电力的施加而在地平面215中形成涡电流。这能够将涡电流减少到每个绝缘地平面区域上的较小回路，以减少感应，以及由于在地平面215中流动的涡电流的产生的加热和电力传输损失。地平面225可以类似地具有狭缝或者被以其他方式形成有单独区域以减少涡电流形成。
120.电气设备100还包括金属板170或被构造成与无线充电器中的磁铁合作以将电气设备100定位和/或保持在正确位置中以进行无线充电的其他无线充电对准特征。金属板170可以位于电气组件120和/或电气设备100的中央或附近，诸如在由线圈芯230的环形内壁233限定的开口内。金属板170可以是按诸如圆形、椭圆形和正方形的任何适当的形状而设计的。
121.通常，金属板170被构造成通过在金属板170与充电器的磁铁(例如，永久磁铁或电磁铁)之间生成的磁力来将电气设备100的接收线圈绕组240对准到充电器的传送线圈。例如，磁引力能够沿着无线充电器的表面的平面横向地对准电气设备100。所生成的磁力还能够帮助将电气设备100吸引到充电器并且减少电气设备110的底部与充电器的顶表面之间的气隙。在一些实现方式中，金属板170的直径介于2mm与6mm之间，或介于3mm与5mm之间，或大约4mm。在一些实现方式中，金属板170的厚度介于0.25mm与3mm之间，或介于0.5mm与2mm之间，或大约1mm。在一些实现方式中，金属板170被形成为层压金属板，同时介质材料位于金属条或段之间以提供电绝缘。在图5和图6中呈现了有关层压金属板的更多细节。
122.图3a是设备300和无线充电器305的各部分的横截面视图。设备300包括接收线圈芯330和接收线圈绕组340。在设备300的外部存在金属外壳303和非金属窗口307。如图2a所示，接收线圈绕组340具有矩形横截面，并且与图2a-2c的线圈芯230不同，不沿着线圈绕组340的侧面向下延伸。接收线圈绕组340具有w1的宽度。窗口307的材料和充电器305的上表面在接收线圈芯330与传送线圈310之间提供间隙350。
123.图3b是图1的电气设备100和无线充电器305的部分的横截面视图。电气设备100与设备300具有提供更高无线电力传输效率的若干差异。如图2a-2c所示，接收线圈绕组240至少部分地设置在接收线圈芯230的凹部(例如，凹槽或通道)中。接收线圈芯230具有比图3a
的接收线圈芯330宽的宽度w2。这能够使得接收线圈230能够接收更大量的磁通量并且提供比线圈340更好的感应耦合和更高的接收效率。
124.在图3b中，接收线圈芯230的内壁和外壁朝向设备100的底侧延伸，使得线圈芯230的底表面更靠近充电器305的传送线圈310。在此示例中，线圈芯230的底表面延伸到接收线圈绕组240的底表面。接收线圈240与传送线圈310之间的间隙320比图3a的间隙350短。这些变化允许电气设备100的线圈芯230更好地引导和定位来自传送线圈310的传送的磁场，从而与图3a的接收线圈340相比，允许接收线圈240接收更大量的磁通量。由u形线圈芯230的延伸端产生的减小的间隙320导致接收线圈240处的磁场密度增加并且改进充电效率。
125.图4a是图1的电气设备100的透视图。该视图示出穿过金属外壳110的金属的两个狭缝130。狭缝130延伸穿过金属以将金属分成单独部分。通常期望能够使用具有比电气设备100的接收线圈240大的传送线圈的充电器来对设备100充电。例如，可能期望用具有意在用于电话、平板计算机或其他设备的线圈的通用充电器来对手表充电。结果传送线圈将通常比窗口140以及线圈芯230和接收线圈240大。所传送的磁场的至少一部分穿过金属外壳110并且能够在金属外壳110中感应电流。例如，涡电流能够在与磁场垂直的平面中在闭合回路中流动并且引起加热。通过包括狭缝130，或者通过将金属外壳120的金属以其他方式分解成两个或更多个单独部分，在存在所传送的磁场的情况下连续金属表面的量减少了并且所得的加热和电流生成也减少了。
126.如图4a所示，引入两个狭缝130以径向地穿过金属外壳环打断金属外壳110。在未打断环中可能存在大涡电流的情况下，在较小的单独金属外壳段中发生的电流回路较小。在一些实现方式中，狭缝130可以具有3mm或更小的宽度(例如，两个相邻部分之间的分离的距离)。在一些实现方式中，狭缝130各自具有1mm或更小的宽度。狭缝130提供的金属外壳段之间的间隙可以由电绝缘材料填充。在一些实现方式中，可以组合多个金属段以形成大致连续的金属外壳110，例如，围绕设备100的除了在狭缝130的区域中之外的整个周边延伸的外壳。
127.图4b是图示电气设备的金属外壳上的模拟涡电流回路的示例的图。模拟结果揭示金属外壳段中的局部电流回路。例如，如图4b所示，涡电流回路在由狭缝130在金属外壳110的11点钟和5点钟上分开的高电流密度路径中被隔离。与用整体金属外壳将实现的相比，狭缝130提供更大的耦合效率并且因此提供更高的充电效率。例如，简单地添加两个狭缝130以将金属外壳110分成两个金属部分能够将耦合系数(例如，耦合效率)提高5％或更多。可以在一些实现方式中提供附加狭缝130，以将外壳110的金属分解成更大数目的部分。金属外壳110和电气组件120由一层介质材料——例如一层类金刚石碳——隔离。外壳110的不同金属部分能够彼此电绝缘。外壳110的金属部分
128.图5是图示作为在金属外壳110上具有狭缝130的手表500构造的设备100的后视图的示例的图。在此示例中，两个狭缝130沿着手表带510的长度方向对准。如图5所示，带附件520将手表带510连接到金属外壳110。狭缝靠近带附件420的中央位于金属外壳110上。因此，在手表带的两个部分上拉的力将在金属外壳110的两个金属段上拉，而不将金属段拉离彼此。换句话说，手表带上的力在沿着两个整体金属元件的方向上被传送到两个金属段，而不是在彼此相反的方向上(例如，在会往往使金属外壳110的两件分开的方向上)拉两个金属段。如早前讨论的，狭缝130完全延伸穿过金属外壳110的金属。
129.如图2a所示，电气设备100包括对准特征，诸如金属板170。金属板170设置在线圈芯230的中央且在ppg地平面225上。金属板170被构造成通过金属板与充电器中的永久磁铁之间的磁力来帮助在充电器上吸引和对准电气设备100。
130.图6a是图示用于磁力模拟的钢-永久磁铁模型600的示例的图。此模型600包括永久磁铁610和钢板620。钢板620和永久磁铁610在无线充电中利用表示界面的界面层，例如气隙，通过磁力相互吸引。与永久磁铁-永久磁铁模型相比，钢板620的尺寸是在模型600中实现相当磁力的关键参数。在模型600中，永久磁铁610的直径是0.5英寸并且永久磁铁610的厚度是0.125英寸。在此图示中，钢板620的尺寸被改变以将磁力模拟为钢板620的尺寸的函数。参考磁力来自永久磁铁-永久磁铁模型，其中永久磁铁的大小与永久磁铁610相同。在此模拟中，钢板620的直径从0.5英寸向上改变为1英寸，并且钢板620的厚度从0.012英寸变化为0.194英寸。
131.图6b是图示钢-永久磁铁模型600与永久磁铁-永久磁铁模型相比的模拟结果的图。图6b揭示了在固定钢板厚度，例如0.06英寸，情况下，模型600的磁力随着钢板620直径增加而增加。类似地，在固定钢板直径，例如0.6英寸，情况下，模型600的磁力随着钢板620的厚度增加而增加。在模拟结果中观察到的趋势推荐直径等于超过永久磁铁610的直径最多20％并且厚度与永久磁铁610的厚度粗略相同的钢板，以便与永久磁铁-永久磁铁模型相比实现相当的磁力。
132.图7是图示电气设备100中的层压金属板710的示例的图。如早前讨论的，电气设备100中的金属板170被构造成通过金属板170与充电器中的永久磁铁磁力来将电气设备100对准到充电器。电磁场穿过金属板并且沿着金属板170的表面生成涡电流回路。涡电流回路将引起感应加热并且消耗无线充电能量。
133.在此图示中，金属板170被分解成多个金属条以当在存在变化磁场情况下时减小感应加热和损失。如图7所示，层压钢板710能够被用在电气设备100中并且能够位于接收线圈绕组240的中央。层压钢板710包括多个钢条或层，并且钢条通过其之间的电绝缘材料连接。多个钢条和绝缘材料形成层压钢板710。层压钢板710对充电器的磁铁允许接近于或相当于使用实心钢圆盘会产生的磁力量的吸引力，但是损失和加热显著地降低。在此示例中，邻近金属条之间的间隙可以是小的，例如，在从1mm到1um的范围内。
134.在层压金属板710中，与实心钢圆盘相比，小金属条提供高得多的阻抗。这降低涡电流并且有助于减少无线充电期间的感应加热。在此图示中，层压金属板710维持与金属板170的大小和形状相同的大小和形状，因此在层压金属板710与充电器的永久磁铁之间导致相同磁力。
135.已经描述了许多实现方式。然而，应理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种修改。例如，可以使用上面示出的各种形式的流程，其中步骤被重新排序、添加或移除。
136.本发明的实施例和本说明书中描述的所有功能操作能够用电子电路系统或者用计算机软件、固件和/或硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)或者用它们中的一种或多种的组合加以实现。能够将电路板实现为包括模拟、数字和混合信号电路以及潜在地包括固件或嵌入式软件的混合信号芯片(例如，cmos集成电路)。例如，控制电路系统的操作可以使用数字电路系统、fpga(现场可编程门阵列)或其他可编程逻辑器件、处理器
和对应软件等来实现。
137.本说明书中描述的过程和逻辑流程可以是通过一个或多个可编程处理器运行一个或多个计算机程序以通过对输入数据操作并且生成输出来执行功能而执行的。过程和逻辑流程也能够由专用逻辑电路系统执行，并且装置也能够作为专用逻辑电路系统被实现，所述专用逻辑电路系统例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)。
138.虽然本说明书包含许多详情，但是这些不应该被解释为对本发明的或可以要求保护的东西的范围构成限制，而是相反被解释为特定于本发明的特定实施例的特征的描述。还能够在单个实施例中相结合地实现在本说明书中在单独实施例的上下文中描述的某些特征。相反地，还能够在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现在单个实施例的上下文中描述的各种特征。此外，尽管特征可能在上面被描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征可能在一些情况下被从该组合中除去，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变化。
139.类似地，虽然在附图中以特定次序描绘操作，但是这不应该被理解为要求以所示特定次序或以顺序次序执行此类操作，或者要求执行所有图示的操作以实现所希望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实施例中要求这种分离，并且应该理解，所描述的程序组件和系统能够通常被一起集成在单个软件产品中或者包装到多个软件产品中。
140.在提及html文件的每个实例中，可以取代其他文件类型或格式。例如，html文件可以用xml、json、纯文本或其他类型的文件替换。此外，在提及表或散列表的情况下，可以使用其他数据结构(诸如电子表格、关系数据库或结构化文件)。
141.已经描述了本发明的特定实施例。其他实施例在以下权利要求的范围内。例如，权利要求中叙述的步骤能够被以不同次序执行并且仍然实现所希望的结果。