CN105594093B - 用于电子设备和附件的具有磁性保持件的感应式充电接口 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有磁性保持件的感应式充电接口，该感应式充电接口可用于对电子设备(200)进行充电。感应式充电配置的磁芯被分成两个磁性元件(230,232)，一个元件(232)可被封装在电子设备(200)的外壳的插座连接器或接收连接器(212)内，并且另一个元件(230)可被封装在插头连接器或发射连接器(202)内。磁芯的两个元件的磁极产生磁场，以将插头连接器(202)保持在与电子设备(200)的插座连接器(212)对准、配合的位置，除此之外还指导磁通量围绕磁芯的两个元件以及在它们之间以圆形路径流动，从而感应电流以用于对设备(200)的内部电池(238)进行充电。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2013年9月30日提交的美国临时专利申请 61/884,476和于2014年9月29日提交的美国非临时专利申请14/500,543的优先权，这些专利申请据此以引用方式并入以用于所有目的。
背景技术
本发明整体涉及感应式充电接口，并且更具体地涉及用于移动设备的感应式充电接口。
许多电子设备与提供电力的电连接器配合。例如，设备诸如平板电脑、膝上形电脑、上网本、台式计算机和单体计算机；蜂窝电话、智能电话和媒体电话；存储设备、便携式媒体播放器、导航系统、监视器以及可与电连接器配合以便对其内部电池进行充电的其他设备。
通常使用经由电连接器(例如，插头连接器和插座连接器)的有线充电，但是无线充电以及更具体地感应式充电正变得越来越普遍。然而，虽然感应式充电有时比有线充电更加方便，但是从历史观点上说感应式充电由于高能量损耗而非常低效，例如由于泄露磁通量、非理想的磁路径等等。这些损耗导致资源浪费以及与有线充电相比较而言更长的充电时间。
此外，为了对电子设备感应式充电，一般在电子设备内实现大的接收线圈。这些接收线圈在越来越紧凑的电子设备内消耗大量的稀缺空间。对应发射线圈通常位于充电台内，以在电子设备被放置在充电台上时对这些电子设备进行感应式充电。
随着电子设备继续消耗更多的电力，越来越需要方便、功率高效以及空间高效的方法来对这些电子设备进行充电。
发明内容
本发明的各种实施例涉及一种用于对包括移动电子设备的电子设备进行高效感应式充电的接口。尽管感应式充电中的一些能量损耗是固有的并且是不可避免的，但由接收感应式充电元件和发射感应式充电元件的不对准或它们之间的较大的距离所引起的其他损耗在本发明的实施例中可被降低。
例如，感应式充电配置的磁芯可被划分成两个磁性元件；一个元件可被封装在电子设备的外壳的插座连接器或接收连接器内，并且另一个元件可被封装在插头连接器或发射连接器内。在一些实施例中，这两个元件可被成形为环形的类似U形的半环。磁芯的两个元件的磁极可产生磁场，以将插头连接器与电子设备的插座连接器保持在对准的、配合的位置，除此之外还指导磁通量围绕磁芯的两个元件以及在它们之间以圆形路径流动。磁芯的元件的对应的远侧末端在配合位置中可非常靠近，仅由窗口-磁性渗透材料的薄片隔开。与典形变压器或感应式充电器的那些元件对应的附加元件还可被包括在该感应式充电配置中。
代替依赖于本发明的插头连接器和插座连接器将数据提供到电子设备，无线方式诸如Wi-Fi、其他无线协议和天线耦接可用于允许本发明的电子设备接收数据并发送数据。这样，常规电连接器常见的意外泄漏可经由磁性保持件而不是经由结构性元件诸如保持特征结构或连接器外壳的破坏而被避免。
此外，如下面将进一步详细讨论的，由于本发明的实施例所提供的更高的充电效率，本发明可甚至允许更快的充电时间。
根据一个实施例，提供了一种支持感应式充电的插头连接器。该插头连接器可包括磁性元件、电线、电连接件以及磁性渗透窗口，该磁性元件具有被对准以生成磁场的磁极，该磁场用于吸引电子设备的对应插座连接器并且对该插头连接器进行取向并使该插头连接器与该对应插座连接器对准；该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式发射线圈；该电连接件电连接件耦接到该感应式发射线圈并被配置为将电流施加到该感应式发射线圈以在对应插座连接器的感应式接收线圈中感应电流；该磁性渗透窗口与磁性元件相邻。磁性渗透窗口可形成插头连接器的外表面的一部分。磁性渗透窗口还可被配置为在对应插座连接器与插头连接器配合时允许磁通量流进以及流出对应插座连接器。
根据另一个实施例，提供了一种支持感应式充电的电子设备。该电子设备可包括具有被配置为与对应插头连接器配合的配合表面的插座连接器。该插座连接器可包括磁性元件和电线，该磁性元件具有被定位以生成磁场的磁极，该磁场吸引对应插头连接器并且对该对应插头连接器进行取向并使该对应插头连接器与插座连接器对准；该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式接收线圈。配合表面可与磁性元件相邻定位，形成电子设备的外表面的一部分并被配置为在对应插头连接器与插座连接器配合时允许磁通量流进以及流出该对应插头连接器。该电子设备还可包括电子设备内的电池以及电子设备内的充电电路。该充电电路可被配置为使用从感应式接收线圈所接收的感应电流来对电池进行充电。
根据另一个实施例，提供了一种支持感应式充电的插头连接器。该插头连接器可包括外壳，该外壳具有被配置为与对应插座连接器配合的配合端。外壳可包括磁性元件、电线和电连接件，该磁性元件具有被对准以生成磁场的磁极，该磁场用于吸引电子设备的对应插座连接器并且对该插头连接器进行取向并使该插头连接器与该对应插座连接器对准；该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式发射线圈；该电连接件耦接到感应式发射线圈并被配置为将电流施加到该感应式发射线圈，以在对应连接器的感应式接收线圈中感应电流。配合端可被进一步配置为在对应插座连接器与插头连接器配合时允许磁通量流进以及流出对应插座连接器。插头连接器还可包括耦接到外壳的缆线。
尽管本发明的各方面相对于用于移动设备的插头连接器和插座连接器被描述，但是应当理解，这些方面和方法可用于各种不同的环境中诸如更大的或更小的电子设备例如电动车和/或助听器。
为更好地理解本发明的实质和优点，应参考以下描述及附图。然而，应当理解，每个附图仅为了说明的目的而被提供，而并非旨在作为对本发明的范围的限制的定义。另外，作为一般性规则并且除非与描述明显相反，在不同附图中的元件使用相同的附图标记的情况下，元件在功能或用途方面通常是相同或者至少是相似的。
附图说明
图1A示出了一种特定电子设备的示例性呈现；
图1B是可与设备的对应的主插座连接器配合的插头连接器的简化透视图；
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图和内部结构视图；
图3示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
图4示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
图5A和5B示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图和内部结构视图；
图6示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
图7示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
图8示出了根据本发明的实施例的设备的背侧的简化透视图。
具体实施方式
现在将参照如附图所示的本发明的某些实施例来详细描述本发明。以下描述中示出了许多具体细节，以便于提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明可在不具有这些具体细节中的一些或全部具体细节的情况下实施。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本发明，没有详细描述熟知的细节。
本发明的实施例可通过促进磁通量沿着更加优化的路径的流动来提供移动设备和附件的高效感应式充电。例如，感应式充电配置的磁芯可被划分成两个磁性元件；一个元件被封装在电子设备的插座连接器或接收连接器的内部或附近，并且另一个元件可被封装在插头连接器或发射连接器的内部或附近。当插头连接器和插座连接器连接在一起时，该两个磁性元件可结合以形成闭合的磁通量路径。磁通量可在磁性元件内部以及之间以圆周运动行进，如按照磁性元件的磁极所指引的。与典形变压器或感应式充电器的那些元件对应的附加元件也可被包括在该感应式充电配置中。
该闭合磁通量路径可限制通常发生在开放磁通量路径情况下的损失并且增加磁性元件之间的磁场强度。这样，在本发明的实施例中，设备可接收由对应插头连接器传输的电力的约90％，即可实现90％的感应式充电效率。磁场也可有助于将插头连接器和插座连接器相对于彼此对准以及提供保持力以将插头连接器保持在与插座连接器配合的位置。
一些实施例可提供插头连接器和插座连接器的盲配合。即连接器的配合可通过使连接器彼此接近而简单地发生。磁力可以合适的取向和对准来使连接器彼此进行物理接触。
尽管本发明就功能而言与其他感应式充电器配置具有可比性，但是本发明在物理方面类似于当前有线充电配置。下面的附图是有线充电配置的实例，其在示出本发明的一些优点的过程中可能是有用的。
I.传统有线接口
图1A示出了一种特定电子设备10的示例性呈现。设备10包括作为被封装在设备外壳30内的输入部件和输出部件两者的触摸屏显示器20。设备 10还包括设备外壳30内的主插座连接器35和音频插头插座40。插座连接器35和40中的每个插座连接器可位于外壳30内，使得对应插头连接器所插入的插座连接器的腔体可位于设备外壳的外表面处。腔体向设备10的外部侧表面可为打开的。为简单起见，在图1A中未示出各种内部部件诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备以及其他部件。
图1B是可与设备10(图1A中所示)的对应主插座连接器35配合的插头连接器100的简化透视图。如图1B中所示，插头连接器100包括主体 42和在平行于连接器的长度的方向上纵向延伸远离主体42的插片或插入端 44。缆线43在与插入端44相反的端部处附接到主体42。
插入端44的尺寸被设定成在配合事件期间插入对应的插座连接器35 中并且可包括形成在第一主表面44a及与表面44a相对的第二主表面44b (未示出)上的触点(未示出)。表面44a,44b从插入端的远侧末端或端部延伸到主体42。在插入端44被插入对应的插座连接器35中时，表面 44a,44b邻接插座连接器35或设备10的外壳。插入端44还包括在第一主表面44a和第二主表面44b之间延伸的相对的第一侧表面44c和第二侧表面 44d(未示出)。连接器100的触点(未示出)可用于承载包括数字信号和模拟信号以及电力和接地的各种信号。
如参考图1A和图1B所示出以及所描述的，有线充电配置可包括插头上的若干个复杂的特征结构以及用于容纳有线充电的插座连接器侧例如插座连接器腔体、用于暴露的连接器触点的设施、保持特征结构、被选择以保护连接器免受事故性损坏的复杂的几何结构和材料。感应式充电配置可消除全部或一些这些有线充电特征结构的必要性。
然而，感应式充电的当前方法不是没有缺点。如上所述，为了对电子设备进行感应式充电，例如由于漏磁通、不理想的磁路等等消耗越来越紧凑的电子设备内的大量稀缺空间的接收线圈是需要的并且甚至存在高的能量损失的这种情况很可能发生。例如，在感应式充电配置中，充电台和移动设备包括通常以平面螺旋方式布置的充电线圈，该充电线圈在平面中取向成彼此平行并且隔开一定距离例如若干毫米。磁通量在充电线圈之间并且围绕与充电线圈在其中进行取向的平面垂直的平面以两个圆形图案流动。这些圆形图案可呈现为非闭合的、非理想的磁通量流动路径。
II.具有磁性保持件的感应式充电接口
与上面简要描述的感应式充电方法相反，本发明的接收线圈和发射线圈围绕一半磁芯卷绕，该一半磁芯引导磁通量沿着基本上闭合的磁通量路径流动。一半磁芯中的一者可位于插头连接器和插座连接器的每者内并且可提供一个或多个磁通量流动路径或回路。一半磁芯还提供磁性保持件，以将设备的接收连接器或插座连接器与插头连接器保持在配合位置。下面的附图示出了以下实例：(A)单回路感应式充电接口，(B)多回路感应式充电接口以及(C)多平面回路感应式充电接口。
A.单回路感应式充电接口
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的设备200的以及与设备200 的插座连接器212对应的插头连接器202的简化透视图和内部结构视图。如图2A所示，设备200包括被定位在外壳210内的插座连接器212，使得插座连接器212的配合表面214被设置在设备外壳210的外部处。配合表面214包括两个磁性渗透窗口216a,216b。窗口216a,216b的功能在下面将参考图2B进行描述。为简单起见，在图2A中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如在图2A中进一步所示的，插头连接器202包括主体218，该主体 218具有配合端220和附接在与配合端220相对的端部处的缆线222。配合端220的尺寸被设定成在配合事件期间与对应的插座连接器212的配合表面进行接口连接并且包括第一磁性渗透窗口224a和第二磁性渗透窗口 224b。在插头连接器202与对应插座连接器212配合时，使配合端220与配合表面214接触，使得窗口224a和224b分别与窗口216a和216b对准并且分别与它们接触。
窗口216a,216b,224a和224b可为约2mm和7mm之间高、约5mm和 15mm之间宽并且约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如下面进一步描述的，这些磁性渗透材料可允许磁通量流进以及流出磁性元件(如图2B中所示的)，并且通过插头连接器202和插座连接器212的窗口。另外，这些材料的绝缘特性可使磁通量与外壳210隔绝，该外壳210可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。下面的附图示出了磁通量在感应式充电期间如何通过窗口216a,216b,224a和224b流动以及如何在插头连接器202和插座连接器 212之间流动。
任选地，如在图2B中所示的，插头连接器202可包括变压器226。感应式发射线圈228可耦接到变压器226并且围绕第一磁性元件230卷绕。图2B还示出了包括第二磁性元件232和围绕该第二磁性元件232卷绕的感应式接收线圈234的插座连接器212。设备200还被示出为包括充电电路 236、电池238以及内部部件240。
第一磁性元件230和第二磁性元件232两者包括它们的远侧末端处的永磁体以及磁性渗透材料，例如在永磁体之间延伸的铁素体材料诸如铁。更具体地，第一磁性元件230包括第一永磁体240a和第二永磁体240b以及在第一永磁体240a和第二永磁体240b之间延伸的铁素体材料元件242。类似地，第二磁性元件232包括第一永磁体244a和第二永磁体244b以及在第一永磁体244a和第二永磁体244b之间延伸的铁素体材料元件246。如在图 2B中所示的，永磁体244a和244b的磁极分别与磁性吸引永磁体240a和 240b对准。第一磁性元件230和第二磁性元件232可各自为如图2B中所示的U形或者以其他方式成形，例如类似于环形的一半的形状–半环形–或允许磁通量在第一磁性元件230和第二磁性元件232内以圆形方向流动的其他形状。第一磁性元件230和第二磁性元件232可以类似于传统感应式充电配置中的磁芯、铁磁体磁芯和铁氧体磁芯的方式起作用。
在插头连接器202和插座连接器212配合时，设备200可被感应式充电，如图2B中所示。在该感应式充电期间，缆线222从电源例如壁式插座向变压器226提供电力。变压器226根据需要转换从缆线222接收的电力并且将A/C电力提供到发射线圈228。另选地，如果插头连接器202不包括变压器226，则缆线222可将A/C电力直接提供到发射线圈228。发射线圈228可围绕磁芯的第一磁性元件230卷绕。随着时间变化的电流通过发射线圈228流动，变化的磁通量可被产生并且可在第一磁性元件230和第二磁性元件234内以及它们之间流动。磁通量248经由磁性渗透窗口216a, 216b,224a和224b在第一磁性元件230和第二磁性元件232之间行进。因此，第一磁性元件230和第二磁性元件232可形成用于变化的磁通量248 的基本上闭合的磁通量流动路径的部分，即变化的磁通量248可基本上在第一磁性元件230和第二磁性元件232内流动，如由永磁体240a,240b, 244a和244b的极性所引导的。
磁通量248可产生随时间变化的磁场，该随时间变化的磁场行进通过插座连接器212的接收线圈234，从而在接收线圈234中产生随时间变化的电流。如图2B中所示，充电电路236耦接到接收线圈234。这样，感应电流可被提供给充电电路236并被充电电路236使用以对电池238进行充电，该电池238为设备200的内部部件240供电，该内部部件240例如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备和其他部件。这样，电连接件例如缆线222或变压器226可将电流施加到感应式发射线圈228，以便在感应式接收线圈234中感应电流并对设备200进行充电。
如上所述，永磁体244a和244b的磁极分别与磁性吸引永磁体240a和240b对准。这样，在插头连接器202充分地接近插座连接器212时，磁力将使插头连接器202与插座连接器212接触，如图2B中所示。例如，磁力可使插头连接器202围绕其纵轴旋转并在竖直方向和/或水平方向上平移插头连接器202，直到相对于图2B中所示的插座连接器212进行取向并对准。另外，一旦配合，磁力可提供保持力，以在配合位置中将插头连接器 202保持或维持与插座连接器212接触。永磁体244a,244b,240a和240b的尺寸和/或强度可被改变以调整保持力以及插头连接器202和插座连接器212 之间的接近度，该接近度为插头连接器202被取向、对准并与插座连接器 212接触所需要的。因此，插座连接器212和插头连接器之间的过盈配合可不被需要，并且上面参考图1A-1B概述的保持特征结构也可不被需要。
附加磁体可被包括在插头连接器202和/或插座连接器212中，以提供增大的磁性保持力。例如，如图2B中所示，插头连接器202可包括永磁体 250a,250b,250c，并且插座连接器212可包括永磁体252a,252b,252c。永磁体250a,250b,250c,252a,252b和252c的磁极可如图2B对准或以其他方式对准，使得在插头连接器202和插座连接器212之间产生附加磁力以提供磁性保持力。附加磁体可被电绝缘，例如被绝缘材料诸如聚合物围绕，以使磁通量248所经历的干扰最小化。附加磁体的数量可改变，例如更多或更少的永磁体可在插头连接器202和插座连接器212中实现。
仍然如上所述，第一磁性元件230和第二磁性元件232可形成基本上闭合的磁通量流动路径的部分。第一磁性元件230和第二磁性元件232之间的磁通量流动路径可基本上闭合而不是完全闭合，因为窗口216a,216b, 224a和224b的厚度在第一磁性元件230和第二磁性元件232之间产生小的间隙。第一磁性元件230和第二磁性元件232的对应远侧末端之间的这些间隙可例如在约0.5mm和1.0mm之间或在约0.2mm和1.2mm之间。在这些间隙处损耗可发生，因为在横越间隙时磁通量不围绕闭合路径行进，从而允许一些磁通量远离第一磁性元件230和第二磁性元件232流动。减小该间隙可增加本发明的感应式充电效率，并且可通过减小窗口216a,216b, 224a和224b的厚度来实现。
然而，减小该厚度或完全消除这些窗口可造成其他挑战，因为永磁体以及其他类型的磁体如果被插头连接器和插座连接器暴露于外面则易于腐蚀和/或划伤。因此，窗口216a,216b,224a和224b可被提供以保护第一磁性元件230和第二磁性元件232的远侧末端，而不论它们是否是永磁体。合适的材料诸如结实聚合物、蓝宝石、为磁性渗透的或其组合的可用于形成窗口216a,216b,224a和224b的其他结实材料。窗口216a,216b,224a和 224b可为具有上面所概述的尺寸的分立元件或者它们可是一个或多个较大元件的暴露部分，例如它们可与插座连接器212的外壳一体形成。
与上面概述的具有磁性保持件的感应式充电接口相比，传统有线和无线充电接口拥有多个优点。例如，许多传统有线充电接口包括具有可收集碎片的开口的插座连接器。碎片可对插头连接器和插座连接器之间的电力和数据传输产生妨碍。相反地，插座连接器212可包括平坦配合表面214，该平坦配合表面214与插头连接器202的配合端220进行接口连接，从而消除连接器开口以及连接器开口内的碎片建立的可能性。另外，由插头连接器202生成的磁场可根据需要旋转以及平移插头连接器202，以正确地将其与插座连接器212连接、取向并对准，从而预防损耗并提供更加有效的磁通流。与被设置在第一磁性元件230和第二磁性元件232之间的最小化间隙结合的磁场可允许本发明实现可超过传统感应式充电方法的感应式充电效率。
尽管设备200被示出以及被描述为一个特定电子媒体设备，但是本发明的实施例适合与多种电子设备一起使用。例如，用于接收或发射音频信号、视频信号或数据信号的任何设备可包括本发明。这些设备可为作为输入部件的多用途按钮、作为输入部件和输出部件两者的触摸屏显示器以及作为输出部件的扬声器，所有这些设备被封装在可由金属材料形成的设备外壳内。
如本文所用，术语“电子设备”或“设备”可包括具有可用于呈现人类可感知的媒体的至少一个电子部件的任何设备。在一些情况下，本发明的实施例特别适合与电子媒体设备一起使用，因为它们通常包括可充电电池。此类设备可包括例如便携式音乐播放器(例如，MP3设备以及Apple 的iPod设备)、便携式视频播放器(例如，便携式DVD播放器)、蜂窝电话(例如，智能电话诸如Apple的iPhone设备)、可佩戴设备(诸如智能手表)、摄影机、数字照相机、投影系统(例如，全息投影系统)、游戏系统、PDA、台式计算机以及平板电脑(例如，Apple的iPad设备)、膝上型电脑或其他移动计算机。电子设备的其他实例包括扩展坞、充电器、外部电源(诸如外部电池)、电缆适配器、收音机闹钟、游戏控制器、音频设备、头戴式耳机或耳机、视频设备和适配器、键盘、医疗传感器设备(诸如心脏速率监视器和血压监视器)、销售点(POS)终端以及可连接到主机设备并与主机设备交换数据的若干个其他硬件设备。
在一个实施例中，插头连接器202可为插头连接器/插座连接器接口的插头连接器，该插头连接器可为用于包括主电子设备和附件设备两者的产品的生态系统的主要物理连接器系统。主机机设备的实例包括智能电话、便携式媒体播放器、平板电脑、膝上型计算机以及其他计算设备。附件可为连接到主机并与主机进行通信或者以其他方式扩展主机的功能的任何硬件。许多不同类型的附件设备可被特别地被设计或适配为从插头连接器202接收电力并为主机提供附加功能。尽管插头连接器202在上面仅被描述为提供电力，但是本发明的实施例包括插头202上的数据触点和插座连接器 212上的对应触点。
插头连接器202可被并入到为生态系统的一部分的每个附件设备中，以在附件与主机设备的对应插座连接器配合时使得主机能够将电力提供到插头连接器202。电子设备的实例包括扩展坞、充电电缆和设备、电缆适配器、收音机闹钟、游戏控制器、音频设备、头戴式耳机、视频设备和适配器、键盘、医疗传感器(设备诸如心脏速率监视器和血压监视器)、销售点(POS)终端以及可连接到主机设备并与主机设备交换数据若干个其他硬件设备。各种无线通信协议可被用于在主机设备和附件之间传送数据。
应当理解，上面描述的设备200和插头连接器202是示例性的并且各种变型是可能的。例如，尽管在图2A中插头连接器202被示出为具有厚度的圆角矩形，但是插头连接器202可以球形成形、具有非恒定厚度和/或宽度，或者在其他实施例中以其他方式成形。又如，设备外壳210可由非金属材料制成，例如聚合物或其他非导电材料。在其中外壳210是由非导电材料制成的实施例中，窗口216a和216b可由与外壳210相同的材料制成或者与外壳210一体形成。窗口224a和224b也可由与基座218不同的材料制成或者可与基座218一体形成。
在一些实施例中，第一磁性元件230和第二磁性元件232可是马蹄形 (horseshoe)磁铁。另选地，永磁体244a,244b,240a和240b可被能够进行磁性吸引的铁磁性材料、稀土磁体或能够使用磁力将插头连接器202和对应插座连接器212基本上保持在配合位置中的其他材料替代。
在一些实施例中，一个或多个窗口216a和216b和224a以及224b可与图2A中所示的分别以不同形式定位在插座连接器212和插头连接器202 上。例如，这些窗口可被定位在设备200和插头连接器202的前表面、后表面、左表面、右表面或顶表面中的任一个或多个表面上。此外，第一磁性元件230和第二磁性元件232(或者本文所述的其变型)可被分别设置在插头连接器和插座连接器内并相邻于磁性渗透窗口，例如第一磁性元件230 和第二磁性元件232的远侧末端相对于图2B中所示的磁性渗透窗口定位。另外，插座连接器212的磁性渗透窗口可被定位在外壳210的凹陷部分中。附加磁性渗透窗口变型的实例可在下面的附图中示出。
1.单一磁性渗透窗口
图3示出了根据本发明的实施例的设备300的以及与设备300的插座连接器312对应的插头连接器302的简化透视图。设备300和插头连接器 302可分别类似于设备200和插头连接器202，除了它们各自包括单个或单一磁性渗透窗口，而不是两个窗口。如图3中所示，设备300包括被定位在外壳310内的插座连接器312，使得可为在充电期间与对应插头连接器接触的表面的磁性渗透窗口316被设置在设备外壳310的外部。窗口316的功能可类似于窗口216a,216b(图2A和2B中所示)。为简单起见，在图3 中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如图3中进一步所示，插头连接器302包括具有磁性渗透窗口324的主体318和附接在与磁性渗透窗口324相对的端部处的缆线322。磁性渗透窗口324的尺寸被设定成在配合事件期间与对应插座连接器312的磁性渗透窗口316进行接口连接。在插头连接器302与对应插座连接器312配合时，磁性渗透窗口324被使得与磁性渗透窗口316接触，使得磁性渗透窗口324可与磁性渗透窗口316对准即在其上方居中。
窗口316和窗口324可为约2mm和7mm之间高、约15mm和45mm 之间宽以及约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如上面参考图2B进一步所描述的，这些磁性渗透材料可允许磁通量流进以及流出磁性元件(如图2B中所示地)并通过窗口316和324。此外，这些材料的绝缘特性可使磁通量与外壳319隔离，该外壳310可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。类似于窗口216a,216b,224a和224b所提供的功能，窗口316和324允许磁通量在感应式充电期间在插头连接器302和插座连接器312之间流动。
同样，设备300和插头连接器302可分别与设备200和插头连接器202 在功能上是相似的，除了它们各自包括单一磁性渗透窗口(例如，窗口316 和324)，而不是两个窗口。更具体地，内部元件和参考图2B所讨论的其变型还可被包括在设备300和插头连接器302中。此外，设备300和插头连接器302可以类似于设备200和插头连接器202的方式起作用，上面参考图2B描述了其方式和变型。然而，与在设备200和插头连接器202的情况下磁通量流进一些窗口并从其他窗口流出不同，磁通量流进并流出窗口 316和324中的每个窗口。
因此，插头连接器302可用于对设备300进行感应式充电，并且该充电配置可实现参考图2B所讨论的优点。实现单一磁性渗透窗口在一些情形中可提供附加优点，例如减少部件数量可简化设备300和插头连接器302 的制造/组装工艺和/或提供不同的美学外观。
在一些实施例中，插头连接器302和插座连接器312中的一者可包括单一磁性渗透窗口，而另一个连接器可包括两个磁性渗透窗口例如窗口216a, 216b或窗口224a和224b。附加窗口变型的实例在下面的附图中示出。
2.磁性渗透窗口框架
图4示出了根据本发明的实施例的设备400的以及与设备400的插座连接器412对应的插头连接器402的简化透视图。设备400和插头连接器 402可分别类似于设备200和插头连接器202，除了它们各自包括外接磁铁元件的远侧末端的两个磁性渗透窗口框架，而不是两个窗口覆盖磁铁元件的远侧末端。此外，设备400的插座连接器(例如，插座连接器412)可被定位于与设备200不同的位置。
如图4所示，设备400包括被定位在外壳410内的插座连接器412，使得插座连接器412的配合表面被设置在设备外壳410的外部处。配合表面 414包括两个磁性渗透窗口框架416a,416b，该两个磁性渗透窗口框架416a, 416b勾画或外接第一磁性元件(未示出，但是参见例如图2B中的磁性元件232)的永磁体444a,444b。窗口框架416a,416b的功能可在以下范围内类似于窗口216a,216b(图2A和2B中所示)的功能：窗口216a,216b为磁通量提供对由外壳210引起的电势差的屏蔽；然而，仅杂散磁通量可流动通过窗口框架416a,416b。相反，磁通量可直接从永磁体444a,444b的暴露远侧末端流动到插头连接器402的第二磁性元件(未示出，但是参见例如图2B中的磁性元件230)的永磁体440a,440b的对应远侧末端。为简单起见，在图4中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如图4中进一步所示，插头连接器402包括具有配合端420的主体418 和附接在配合端420的相反的端部处的缆线422。配合端420的尺寸设定成在配合事件期间与对应插座连接器412的配合表面414进行接口连接并包括第一磁性渗透窗口框架424a和第二磁性渗透窗口框架424b，该第一磁性渗透窗口框架424a和第二磁性渗透窗口框架424b勾画或外接永磁体440a, 440b的远侧末端。在插头连接器402与对应插座连接器412配合时，配合端420被使得与配合表面414接触，使得永磁体440a和440b可分别与永磁体444a和444b对准即在其上方居中并与永磁体444a和444b接触。
窗口框架416a,416b,424a和424b可为约2mm和7mm之间高、约 5mm和15mm之间宽以及约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可包括用于接收永磁体440a,440b,444a和444b的远侧末端的开口。框架可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如上面参考图2B进一步所述的，这些材料的绝缘特性可将磁通量与外壳410隔离，该外壳410可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。
如上所述，与参考图2A、2B和图3所述的实施例相反，在感应式充电期间磁通量可直接在永磁体440a和444a之间以及在永磁体440b和444b 之间流动，而不穿过窗口(例如，窗口216a,216b,224a和224b)。尽管如此，参考图2B所讨论的内部元件及其变型还可被包括在设备400和插头连接器402中。此外，除了所描述的差别之外，设备400和插头连接器402可以类似于设备200和插头连接器202的方式起作用，上面参考图2B描述了其方式和变型。
因此插头连接器402可用于对设备400进行感应式充电，并且该充电配置可实现参考图2B所讨论的优点。此外，永磁体444a和440a之间以及永磁体440b和444b之间的间隙相比于上面所讨论的其他实施例可更小，因为在这些磁体之间不设置窗口(例如，窗口216a,216b,224a和224b)。这样，永磁体444a和440a之间以及永磁体440b和444b之间的距离或间隙可小于约0.2mm。因此，设备400与插头连接器402之间的磁通量流动路径可是闭合的或几乎闭合的，充电损耗可被减小并且感应式充电效率可被提高。
应当理解，上面所述的设备200和插头连接器202是示例性的并且各种变型是可能的。例如，永磁体440a,440b,444a和444b的暴露端可仍然以其他方式被保护免受腐蚀和划痕，例如使用涂覆、电镀和/或比窗口材料间隙小的空气间隙，而不包括覆盖永磁体440a,440b,444a和444b的暴露端的磁性渗透窗口。又如，插头连接器402和插座连接器412中的一者可包括单一磁性渗透窗口例如窗口316和324，而另一个连接器包括两个磁性渗透窗口例如窗口216a,216b或窗口224a和224b。插头连接器402和插座连接器412还可各自包括窗口框架和窗口的组合。
图2A、2B、3和4均示出了包括单一圆形磁通量路径或回路的本发明的实施例，其中一半磁芯例如第一磁性元件和第二磁性元件可被定位在插头连接器和插座连接器内。包括多于一个磁通量路径或回路的附加实施例的实例在下面的附图中示出。
B.多回路感应式充电接口
图5A和5B示出了根据本发明的实施例的设备500的以及与设备500 的插座连接器512对应的插头连接器502的简化透视图和内部结构视图。设备500和插头连接器502可分别类似于设备200和插头连接器202(如图 2A和2B中所示)，除了它们各自包括E形的第一磁性元件和第二磁性元件，而不是U形的第一磁性元件和第二磁性元件(例如，如图2B中所示的磁性元件230和232。)。另外，这些E形的第一磁性元件和第二磁性元件还可促进感应式充电。更具体地，一半磁芯在感应式充电期间可引导磁通量沿着两个基本上闭合的磁通量流动路径流动。
如图5A中所示，设备500包括被定位在外壳510内的插座连接器 512，使得插座连接器512的配合表面514被设置在设备外壳510的外部处。配合表面514包括第一磁性渗透窗口516a、第二磁性渗透窗口516b和第三磁性渗透窗口516c。窗口516a,516b,516c的功能在下面将参考图5B 进行描述。为简单起见，在图5A中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如在图5A中进一步所示的，插头连接器502包括具有配合端520的主体518和附接在与配合端相反的端部处的缆线522。配合端520的尺寸设定成在配合事件期间与对应插座连接器512的配合表面进行接口连接，并且包括第一磁性渗透窗口524a、第二磁性渗透窗口524b和第三磁性渗透窗口 524c。在插头连接器502与对应插座连接器512配合时，配合端被使得与配合表面514接触，使得窗口524a,524b和524c可分别与窗口516a,516b 和516c对准即在其上方居中，并且分别与窗口516a,516b和516c接触。
窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c可各自为约2mm和7mm之间高、约5mm和15mm之间宽以及约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如下面进一步所述的，这些磁性渗透材料可允许磁通量流进以及流出磁性元件(如图5B中所示)并且通过插头连接器502和插座连接器512的窗口。此外，这些材料的绝缘特性可将磁通量与外壳510隔离，该外壳510可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。下面的附图示出了在感应式充电期间磁通量如何流过窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c以及如何在插头连接器502 和插座连接器512之间流动。
任选地，如图5B中所示，插头连接器502可包括变压器526。第一感应式发射线圈528a和第二感应式发射线圈528b可耦接到变压器526并且围绕第一磁性元件520卷绕。图5B还示出了包括第二磁性元件532的插座连接器512，并且第一感应式接收线圈534a和第二感应充电线圈534b围绕第二磁性元件532卷绕。设备500还被示出包括充电电路536、电池538和内部部件540。
第一磁性元件530和第二磁性元件532两者包括位于它们远侧末端处的永磁体以及在永磁体之间延伸的磁性渗透材料例如铁氧体材料诸如铁。更具体地，第一磁性元件530包括第一永磁体540a、第二永磁体540b和第三永磁体540c以及在第一永磁体540a、第二永磁体540b和第三永磁体 540c之间延伸的铁氧体材料元件542。类似地，第二磁性元件532包括第一永磁体544a、第二永磁体544b和第三永磁体544c以及在第一永磁体 544a、第二永磁体544b和第三永磁体544c之间延伸的铁氧体材料元件 546。如在图5B中所示，永磁体544a,544b和544c的磁极分别与磁性吸引永磁体540a,540b和540c对准。第一磁性元件530和第二磁性元件532可各自为如图5B中所示的E形或者以其他方式成形，例如成形为类似于环形的一半的形状–半环形-或者允许磁通量在第一磁性元件530和第二磁性元件 532内以圆形方向流动的其他形状。第一磁性元件530和第二磁性元件532 可以类似于传统感应式充电配置中的磁芯或铁磁芯的方式起作用。
在插头连接器502和插座连接器512配合时，设备500可被感应式充电，如图5B所示。在该感应式充电期间，缆线522从电源例如壁式插座向变压器526提供电力。变压器526根据需要转换从缆线522接收到的电力并且将A/C电力提供到发射线圈528a,528b。另选地，如果插头连接器502不包括变压器526，则缆线522可将A/C电力直接提供到发射线圈528a,528b。发射线圈528a,528b可围绕磁芯的第一磁性元件530卷绕。当随时间变化的电流流过发射线圈528a,528b，变化的第一磁通量548a和第二磁通量 548b可产生并且可在第一磁性元件530和第二磁性元件534内以及在它们之间流动。第一磁通量548a经由磁性渗透窗口516a,516b,524a和524b在第一磁性元件530和第二磁性元件532之间行进。第二磁通量548b经由磁性渗透窗口516b,516c,524b和524c在第一磁性元件530和第二磁性元件 532之间行进。因此，第一磁性元件530和第二磁性元件532可形成用于变化的磁通量548a,548b的两个基本上闭合的磁通量流动路径的部分，即变化的磁通量548a,548b可基本上在第一磁性元件530和第二磁性元件532内流动，如由永磁体540a,540b,540c,544a,544b和544c的极性所引导的。
磁通量548a,548b可产生随时间变化的磁场，该随时间变化的磁场行进穿过插座连接器512的第一接收线圈534a和第二接收线圈534b，从而在接收线圈534a,534b中感应随时间变化的电流。如图5B中所示，充电电路 536耦接到接收线圈534a,534b。这样，感应电流可被提供给充电电路536 并被由充电电路536使用以对电池538进行充电，该电池538为设备500的内部部件540提供电力，该内部部件540例如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备和其他部件。这样，电连接件例如缆线522或变压器526可将电流施加到感应式发射线圈528a,528b，以便在感应式接收线圈 234a,234b中感应电流并对设备200进行充电。
如上所述，永磁体540a,540b和540c的磁极分别与磁性吸引永磁体 544a,544b和544c对准。这样，当插头连接器502充分地接近插座连接器 512时，磁力将使得插头连接器502与插座连接器512接触，如图5B中所示。例如，磁力可使插头连接器502围绕其纵轴旋转并在竖直方向和/或水平方向上平移插头连接器502，直到相对于图5B中所示的插座连接器512 进行取向并对准。另外，一旦配合，磁力可提供保持力，以在配合位置中将插头连接器502保持或维持与插座连接器512接触。永磁体540a,540b, 540c,544a,544b和544c的尺寸和/或强度可被改变以调整保持力以及插头连接器502和插座连接器512之间的接近度，该接近度是插头连接器502被取向、对准以及被使得与插座连接器512接触所需要的。因此，插座连接器512和插头连接器202之间的过盈配合可不需要，并且参考图1A-1B所概述的保持特征结构也可不需要。
附加磁体可被包括在插头连接器502和/或插座连接器512中，以提供增加的磁性保持力。例如，如图5B所示，插头连接器502可包括永磁体 550a和550b并且插座连接器512可包括永磁体552a和552b。永磁体550a, 550b,552a和552b的磁极可如图5B所示被对准或者以其他方式被对准，使得在插头连接器502和插座连接器512之间产生附加磁力以提供磁性保持件。附加磁体可被电绝缘例如被绝缘材料诸如聚合物围绕，以使磁通量248 所经历的干扰最小化。附加磁体的数量可改变，例如更多或更少的永磁体可在插头连接器502和插座连接器512中实现。
仍然如上所述，第一磁性元件530和第二磁性元件532可形成基本上闭合的磁通量流动路径的部分。第一磁性元件530和第二磁性元件532之间的磁通量流动路径可为基本上闭合的而不是完全闭合的，因为窗口516a, 516b,516c,524a,524b和524c的厚度在第一磁性元件530和第二磁性元件 532之间产生小的间隙。第一磁性元件530和第二磁性元件532的对应远侧末端之间的这些间隙可例如在约0.5mm和1.0mm之间或在约0.2mm和 1.2mm之间。在这些间隙处损耗可发生，因为在横越间隙时磁通量不围绕闭合路径行进，从而允许一些磁通量远离第一磁性元件530和第二磁性元件532流动。减小该间隙可增加本发明的感应式充电效率，并且可通过减小窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c的厚度来实现。
然而，减小该厚度或完全消除这些窗口可造成其他挑战，因为永磁体以及其他类型的磁体如果被插头连接器和插座连接器暴露于外面则易于腐蚀和/或划伤。因此，窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c可被提供以保护第一磁性元件530和第二磁性元件532的远侧末端，而不论它们是否是永磁体。合适的材料诸如结实聚合物、蓝宝石、为磁性渗透的或其组合的可用于形成窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c的其他结实材料。窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c可为具有上面所概述的尺寸的分立元件或者它们可是一个或多个较大元件的暴露部分，例如它们可与插座连接器52的外壳一体形成。
与上面概述的具有磁性保持件的感应式充电接口相比，传统有线和无线充电接口拥有多个优点。例如，许多传统有线充电接口包括具有可收集碎片的开口的插座连接器。碎片可对插头连接器和插座连接器之间的电力和数据传输产生妨碍。相反地，插座连接器512可包括平坦配合表面514，该平坦配合表面514与插头连接器502的配合端520进行接口连接，从而消除连接器开口以及连接器开口内的碎片建立的可能性。另外，由插头连接器502生成的磁场可根据需要旋转以及平移插头连接器502，以正确地将其与插座连接器512连接、取向并对准，从而预防损耗并提供更加有效的磁通流。与设置在第一磁性元件530和第二磁性元件32之间的最小化间隙结合的该磁场可允许本发明实现可超过传统感应式充电方法的感应式充电效率。
此外，插头连接器502可为可逆的，即其可在相差180°的两个取向中的任一个取向中与插座连接器512连接。例如，除了图5B中所示的取向之外，在围绕其纵轴相比于图5B中所示的取向旋转180°时，插头连接器502 也可与插座连接器512配合。在该两个取向中的任一个取向中，插头连接器502和插座连接器512的磁体的磁极可被正确地对准以允许配合。
还应当理解，上面所述的设备500和插头连接器502是示例性的并且各种变型是可能的。例如，尽管在图5A中插头连接器502被示出为具有厚度的圆角矩形，但是插头连接器502可以球形成形、具有非恒定厚度和/或宽度，或者在其他实施例中以其他方式成形。又如，磁芯的磁性元件可被形成为产生多于两个的回路例如三个或四个回路，并且补充元件可根据需要缩放和/或修改以支持用于感应式充电的附加回路。又如，设备外壳510 可由非金属材料例如聚合物或其他非导电材料制成。在其中外壳510是由非导电材料制成的实施例中，窗口516a,516b和516c可由与外壳510相同的材料制成或者可与外壳510一体形成。窗口524a,524b和524c也可由与基底518的材料不同的材料制成或者可与基底518一体形成。
在一些实施例中，第一磁性元件530和第二磁性元件532可为马蹄形磁体。另选地，永磁体544a,544b,544c,540a,540b和540c可被能够进行磁性吸引的铁磁性材料、稀土磁体或能够使用磁力将插头连接器502和对应插座连接器512基本上保持在配合位置中的其他材料替代。
在一些实施例中，一个或多个窗口516a,516b和516c以及524a,524b 和524c可分别被定位于与图5A中所示的插座连接器512和插头连接器502 不同的表面上。例如，这些窗口可被定位在设备500和插头连接器502的前表面、后表面、左表面、右表面或顶表面中的任一个或多个表面上。并且第一磁性元件530和第二磁性元件532(或者如本文所述的其变型形式) 可分别被设置在插头连接器和插座连接器内并且与磁性渗透窗口相邻，例如第一磁性元件530和第二磁性元件532的远侧末端相对于图5B中所示的磁性渗透窗口被定位。另外，插座连接器512的磁性渗透窗口可被定位于外壳510的凹陷部分中。附加磁性渗透窗口变型的实例可在下面的附图中示出。
1.单一磁性渗透窗口
图6示出了根据本发明的实施例的设备600的以及与设备600的插座连接器612对应的插头连接器602的简化透视图。设备600和插头连接器 602可分别类似于设备500和插头连接器502，除了它们各自包括单个或单一磁性渗透窗口，而不是两个窗口；分别类似于设备200和插头202与设备300和插头302之间的差别。因此，上面的描述关注于设备300和插头 302可如何分别与设备200和插头202不同，当涉及到设备600和插头连接器602可如何分别与设备500和插头连接器502进行区分时，上面的描述在这里也可适用。
如图6所示，设备600包括被定位在外壳610内的插座连接器612，使得可为在充电期间与对应插头连接器接触的表面的磁性渗透窗口616被设置在设备外壳610的外部。窗口616的功能可类似于窗口516a,516b和516c (图5A和5B中所示)的功能。为简单起见，在图6中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如图6中进一步所示，插头连接器602包括具有磁性渗透窗口624的主体618和附接在与磁性渗透窗口624相反的端部处的缆线622。磁性渗透窗口624的尺寸被设定成在配合事件期间与对应插座连接器612的磁性渗透窗口616进行接口连接。在插头连接器602与对应插座连接器612配合时，磁性渗透窗口624被使得与磁性渗透窗口616接触，使得磁性渗透窗口624可与磁性渗透窗口616对准即在其上方居中。
窗口616和624可为约2mm和7mm之间高、约15mm和45mm之间宽以及约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如上面参考图5B进一步所述的，这些磁性渗透材料可允许磁通量流进以及流出磁性元件(如图5B所示)并且通过窗口616和624。此外，这些材料的绝缘特性可将磁通量与外壳610隔离，该外壳610可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。类似于窗口 516a,516b,516c,524a,524b和524c提供的功能，窗口616和624允许磁通量在感应式充电期间在插头连接器602和插座连接器612之间流动。
同样，设备600和插头连接器602可在功能和形式上分别类似于设备 500和插头连接器502，除了它们各自包括单一磁性渗透窗口(例如，窗口 616和624)而不是两个窗口。更具体地，内部元件和参考图5B所讨论的其变型还可被包括在设备600和插头连接器602中。此外，设备600和插头连接器602可以类似于设备500和插头连接器602的方式起作用，上面参考图5B描述了其方式和变型形式。然而，与在设备500和插头连接器 502的情况下磁通量流进一些窗口并从其他窗口流出不同，磁通量流进并流出窗口616和624中的每个窗口。
因此，插头连接器602可用于对设备600进行感应式充电，并且该充电配置可实现参考图5B所讨论的优点。实现单一磁性渗透窗口在一些情形中可提供附加优点，例如减少部件数量可简化设备600和插头连接器602 的制造/组装工艺和/或提供不同的美学外观。
在一些实施例中，插头连接器602和插座连接器612中的一者可包括单一磁性渗透窗口，而另一个连接器可包括一个、两个或三个磁性渗透窗口例如窗口516a,516b,516c,524a,524b和524c。附加窗口变型的实例在下面的附图中示出。
2.磁性渗透窗口框架
图7示出了根据本发明的实施例的设备700的以及与设备600的插座连接器612对应的插头连接器702的简化透视图。设备700和插头连接器 702可分别类似于设备600和插头连接器602，除了它们各自包括三个磁性渗透窗口框架，该三个磁性渗透窗口框架外接磁性元件的远侧末端，而不是两个窗口覆盖磁性元件的远侧末端；分别类似于设备200和插头202以及设备400和插头402之间的差别。因此，上面的描述关注于设备400和插头402可如何分别与设备200和插头202不同，当涉及到设备700和插头连接器702可如何分别与设备500和插头连接器502进行区分时，该上面的描述在这里也可适用。
例如，如图7所示，设备700包括被定位在外壳710内的插座连接器 712，使得插座连接器712的配合表面714被设置在设备外壳710的外部处。配合表面714包括三个磁性渗透窗口框架716a,716b和716c，该三个磁性渗透窗口框架716a,716b和716c勾画或外接第一磁性元件(未示出，但是参见例如图5B中的磁性元件532)的永磁体744a,744b和744c。
窗口框架716a,716b和716c的功能可在以下程度上类似于窗口516a, 516b和516c(图5A和5B中所示)的功能：窗口516a,516b和516c为磁通量提供对由外壳510引起的电势差的屏蔽；然而，仅杂散磁通量可流动通过窗口框架716a,716b和716c流动。相反，磁通量可直接从永磁体744a, 744b和744c的暴露远侧末端流动到插头连接器702的第二磁性元件(未示出，但参见例如图5B中的磁性元件530)的永磁体740a,740b和740c的对应的远侧末端。为简单起见，在图7中未示出各种内部部件，诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备及其他部件。
如图7中进一步所示，插头连接器702包括具有配合端720的主体718 以及附接在与配合端720相反的端部处的缆线722。配合端720的尺寸被设定成在配合事件期间与对应插座连接器712的配合表面714进行接口连接并包括第一磁性渗透窗口框架724a、第二磁性渗透窗口框架724b和第三磁性渗透窗口框架724c，第一磁性渗透窗口框架724a、第二磁性渗透窗口框架724b和第三磁性渗透窗口框架724c勾画或外接永磁体740a,740b和 740c的远侧末端。当插头连接器702与对应插座连接器712配合时，配合端720被使得与配合表面714接触，使得永磁体740a,740b和740c可分别与永磁体744a,744b和744c对准即在其上方居中并与永磁体744a,744b和 744c接触。
窗口框架716a,716b,716c,724a,724b和724c可为约2mm和7mm之间高、约5mm和15mm之间宽以及约0.25mm和0.5mm之间厚，并且可包括永磁体740a,740b,740c,744a,744b和744c的接收远侧末端的开口。框架可由也是电绝缘的磁性渗透材料制成，例如结实聚合物、蓝宝石或磁性渗透以及电绝缘的其他结实的材料。如上面参考图5B进一步所述，这些材料的绝缘特性可将磁通量与外壳710隔离，该外壳710可由金属导电材料制成，如果不隔绝的话在感应式充电期间可能导致损耗。
如上所述，与参考图5A、5B和6所述的实施例相比，在感应式充电期间磁通量可直接在永磁体740a和744a,740b和744b以及740c和744c之间流动，而不穿过窗口(例如，窗口716a,716b,716c,724a,724b和 724c)。尽管如此，参考图5B所讨论的内部元件和其变型形式也可被包括在设备700和插头连接器702中。此外，除了所述的差别之外，设备700 和插头连接器702可以类似于设备500和插头连接器502的方式起作用，上面参考图5B描述了其方式和变型形式。
因此，插头连接器702可用于对设备700进行感应式充电，并且该充电配置可实现参考图7所讨论的优点。此外，永磁体744a,744b和744c 之间以及永磁体740b,744b和744c之间的间隙与上面所讨论的其他实施例相比可较小，因为窗口(例如，窗口716a,716b,716c,724a,724b和724c未被设置在这些磁体之间。这样，永磁体744a和740a之间、永磁体740b和 744b之间以及永磁体740c和744c之间的距离或间隙可小于约0.2mm。因此，设备700和插头连接器702之间的磁通量流动路径可是闭合的或几乎闭合的，充电损耗可被减小并且感应式充电效率可被提高。
应当理解，上面所述的设备700和插头连接器702是示例性的并且其各种变型是可能的。例如，永磁体740a,740b,740c,744a,744b和744c的暴露端可仍然以其他方式被保护免受腐蚀和划痕，例如使用涂覆、电镀和/或比窗口材料间隙小的空气间隙，而不包括覆盖永磁体740a,740b,740c,744a, 744b和744c的暴露端的磁性渗透窗口。又如，插头连接器702和插座连接器712中的一者可包括单一磁性渗透窗口(例如，如图6中所示的窗口616 和624)，而另一个连接器可包括三个磁性渗透窗口例如窗口716a,716b和 716c或窗口724a,724b和724c。插头连接器702和插座连接器712还可各自包括窗口框架和窗口的组合。
图2-7示出了包括一半磁芯的本发明的实施例，例如可围绕单个平面进行取向的第一磁性元件和第二磁性元件。在下面的附图中示出了包括在多于一个平面中延伸的第一磁性元件和第二磁性元件的附加实施例的实例。
C.多平面回路感应式充电接口
图8示出了根据本发明的实施例的设备800的背侧的简化透视图。设备800可类似于上面所讨论的其他设备实施例，除了被包括在设备800的磁芯的部分可被设置在不同的位置中并且在多于一个平面中延伸。对应插头连接器可用于对设备800进行感应式充电(例如，上面所述的插头连接器中的任一个插头连接器的尺寸被设定成与该特定设备以及其插座连接器配合)。
如图8中所示，设备800包括被定位在外壳810中的插座连接器812，使得插座连接器812的配合表面814被设置在设备外壳810的外部背表面处。配合表面814包括第一磁性渗透窗口816a和第二磁性渗透窗口816b。第一磁性元件830(以虚线示出)可被包括在外壳810中并被定位成使得其远侧末端相邻于窗口816a,816b。如图8所示，第一磁性元件830可包括圆形的交叉部分并且除了被设置在其远侧末端附近的弯曲部而通常可为U 形，从而使得该远侧末端在垂直于磁性元件830的剩余部分围绕其进行取向的平面的方向上延伸。
因此，设备800可支持感应式充电设备。并且该充电配置可提供多个优点。例如，第一磁性元件830可被定位并成形以便容纳设备800内的各种部件。磁性元件830还可以其他方式成形并被定位成满足设备800的设计需求。该灵活性可允许设备800有更多的空间用于附加部件和/或不同的部件。同时，磁性元件830的设计可仍然将设备800和对应插头连接器之间的磁通量流动路径引导成闭合回路或接近闭合的回路，从而降低损耗并提高感应式充电效率。
同样，包括第一磁性元件830以及对应插头连接器的设备800可在功能和形式上类似于上面所述的设备和插头连接器，除了与第一磁性元件830 在形状和位置上的差别。因此，参考图2A-7所述的形状、功能和附加内部元件和/或外部元件的讨论也可应用于该实施例。此外，设备800和对应插头连接器的实施例可根据参考前述的实施例所述的变型形式而变化。
应当理解，上面所述的设备800和对应插头连接器是示例性的并且其各种变型形式是可能的。例如，插座连接器814可被定位在设备800的其他表面上或者被定位在背表面的其他部分上。又如，磁性元件830可不是对称的，而可成形为容纳设备800的各种内部部件。又如，被包括在设备 800中的连接器配置还可被包括在插头连接器中并且插座连接器814可利用本文所述的其他插座连接器实施例替代。
另外，虽然多个具体实施例被公开为具有具体特征，但本领域技术人员将认识到一个实施例的特征可与另一个实施例的特征组合的情况。例如，上文所阐述的本发明的一些具体实施例与具有凹陷配合表面的插座连接器一起被示出。本领域的技术人员将很容易理解，插头连接器也可包括此特征结构。另外，插头连接器和插座连接器可包括以其他方式成形(例如，成形为凹的、凸的或不对称的)的配合表面并且配合特征结构和/或保持特征结构还可与插头连接器和插座连接器一起被包括(例如，参考图1A 和1B所述的那些实施例以及其各种实施例)。另外，本领域技术人员将认识到或者仅仅使用常规实验方法便能够确定本文所述的本发明的具体实施例的许多等同形式。此类等同形式旨在由以下权利要求书所涵盖。
Claims (20)
1.一种支持感应式充电的插头连接器，所述插头连接器包括：
永磁体，所述永磁体生成被配置为吸引电子设备的对应插座连接器并且对所述插头连接器进行取向并使所述插头连接器与所述对应插座连接器对准的磁场；
电线，所述电线围绕磁性渗透材料卷绕以形成感应式发射线圈；
电连接件，所述电连接件耦接到所述电线并被配置为将电流施加到所述电线，以在所述对应插座连接器的感应式接收线圈中感应电流，所述磁性渗透材料与所述永磁体接触，使得当电流被施加到所述电线时所述永磁体和所述磁性渗透材料形成磁通量路径的一部分。
2.根据权利要求1所述的插头连接器，其中所述永磁体是第一永磁体，并且所述插头连接器还包括第二永磁体，所述第一永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第一远侧末端处，所述第二永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第二远侧末端处，所述磁性渗透材料在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间延伸。
3.根据权利要求2所述的插头连接器，其中在所述插头连接器与所述对应插座连接器配合时，所述磁性渗透材料与所述第一永磁体和所述第二永磁体形成圆形磁通量流动路径的一部分。
4.根据权利要求1所述的插头连接器，其中所述永磁体是第一永磁体，并且所述插头连接器还包括第二永磁体和第三永磁体，所述第一永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第一远侧末端处，所述第二永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第二远侧末端处，所述第三永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第三远侧末端处，所述磁性渗透材料在所述第一永磁体、所述第二永磁体和所述第三永磁体之间延伸。
5.根据权利要求4所述的插头连接器，其中在与所述对应插座连接器配合时，所述磁性渗透材料与所述第一永磁体、所述第二永磁体以和所述第三永磁体协作性地形成第一圆形磁通量流动路径和第二圆形磁通量流动路径的一部分。
6.根据权利要求1所述的插头连接器，其中所述插头连接器进一步包括与所述磁性渗透材料相邻定位的多个永磁体。
7.根据权利要求1所述的插头连接器，还包括厚度介于0.2mm和1.2mm之间的磁性渗透窗口。
8.一种支持感应式充电的电子设备，所述电子设备包括：
插座连接器，所述插座连接器具有被配置为与对应插头连接器配合的配合表面，所述插座连接器包括：
永磁体，所述永磁体生成被配置为吸引对应插头连接器并且对所述对应插头连接器进行取向并使所述对应插头连接器与所述插座连接器对准的磁场；和
电线，所述电线围绕磁性渗透材料卷绕以形成感应式接收线圈；
其中所述配合表面与所述永磁体相邻定位，形成所述电子设备的外表面的一部分，并被配置为在所述对应插头连接器与所述插座连接器配合时允许磁通量流进以及流出所述对应插头连接器；
所述电子设备内的电池；和
所述电子设备内的充电电路，其中所述充电电路被配置为使用从所述电线接收的感应电流来对所述电池进行充电，其中所述磁性渗透材料与所述永磁体接触，使得当从所述对应插头连接器接收到所述磁通量时所述永磁体和所述磁性渗透材料形成磁通量路径的一部分。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述永磁体是第一永磁体，并且所述插座连接器还包括第二永磁体，所述第一永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第一远侧末端处，所述第二永磁体被定位在所述磁性渗透材料的第二远侧末端处，所述磁性渗透材料在所述第一永磁体和所述第二永磁体之间延伸。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中在所述对应插头连接器与所述插座连接器配合时，所述磁性渗透材料与所述第一永磁体和所述第二永磁体形成圆形磁通量流动路径的一部分。
11.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述配合表面包括一个或多个磁性渗透窗口。
12.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述配合表面被定位在所述外表面的凹陷部分处。
13.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述配合表面为基本上平坦的。
14.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述永磁体被形成为半环形形状，并且其中所述半环形包括在一个或多个平面中延伸的弯曲部。
15.一种支持感应式充电的插头连接器，所述插头连接器包括：
外壳，所述外壳具有被配置为与对应插座连接器配合的配合端，所述外壳包括：
永磁体，所述永磁体生成被配置为吸引电子设备的对应插座连接器并且对所述插头连接器进行取向并使所述插头连接器与所述对应插座连接器对准的磁场；
电线，所述电线围绕磁性渗透材料卷绕以形成感应式发射线圈；和
电连接件，所述电连接件耦接到所述电线并被配置为将电流施加到所述电线，以在所述对应插座连接器的感应式接收线圈中感应电流，所述磁性渗透材料与所述永磁体接触，使得当电流被施加到所述电线时所述永磁体和所述磁性渗透材料形成磁通量路径的一部分；
其中所述配合端被进一步配置为在所述对应插座连接器与所述插头连接器配合时允许磁通量流进以及流出所述对应插座连接器；和
耦接到所述外壳的缆线。
16.根据权利要求15所述的插头连接器，其中在所述插头连接器与所述对应插座连接器配合时，所述永磁体形成圆形磁通量流动路径的一部分。
17.根据权利要求15所述的插头连接器，其中所述配合端包括与所述永磁体相邻的一个或多个磁性渗透窗口。
18.根据权利要求15所述的插头连接器，其中所述永磁体为马蹄形磁体。
19.根据权利要求15所述的插头连接器，其中在没有所述插头连接器和所述对应插座连接器之间的过盈配合的辅助的情况下，所述磁场保持所述插头连接器和所述对应插座连接器之间的物理接触。
20.根据权利要求15所述的插头连接器，其中在所述插头连接器接近所述对应插座连接器时，所述永磁体对所述插头连接器进行取向并使所述插头连接器与所述对应插座连接器对准。
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