CN106133850A - 可连接设备的磁性连接和对准 - Google Patents

Abstract

本发明公开了第一电子设备和第二电子设备，其各自包括连接表面和磁性元件。第一设备和第二设备可以沿相应连接表面接触。磁性元件可以被配置为通过相对于彼此移动第一设备和第二设备中的任一者或两者而达到对准位置来对准第一设备和第二设备。磁性元件也可用于在处于对准位置时抵制第一电子设备和第二电子设备断开连接。

Description

可连接设备的磁性连接和对准

相关申请的交叉引用

本专利合作条约专利申请要求2014年3月24日提交的名称为“MagneticConnection and Alignment of Connectible Devices”的美国临时专利申请No.61/969,343的优先权，该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及可连接设备，并且更具体地，涉及可连接电子设备的磁性连接和对准。

背景技术

很多电子设备连接到其他电子设备。例如，电子设备诸如便携式数字媒体播放器、可穿戴设备和/或其他种类的便携式计算设备可以连接到一个或多个坞站，以便充电、传输数据、连接到一个或多个附件诸如外部输入/输出设备等。连接可以机械耦接电子设备和/或可以电耦接电子设备，以实现供电和/或数据传输的目的。利用一些传统耦接技术，可能难以以一种方式维持电子设备之间的机械耦接，这种方式使其不会干扰或进一步方便电子设备之间的电耦接。

发明内容

本公开公开了用于连接和对准可连接电子设备的系统与方法。第一可连接电子设备和第二可连接电子设备均可以包括连接表面和磁性元件。可以将两个设备置于接触位置，并且磁性元件之间超过两个表面之间摩擦系数的侧向磁力可以使两个设备进入对准位置，其中磁性元件的横向磁力可以连接两个设备。一个或多个设备可以包括各种特征，其辅助横向磁力超过摩擦系数并将两个设备从接触位置带入对准位置。

在一些具体实施中，这样的特征可以包括由一种或多种低摩擦材料形成的连接表面中的一者或多者。在各种具体实施中，可以对应地设定连接表面的形状，以便当两种设备在接触位置和对准位置之间过渡时，降低两个表面之间的摩擦系数。在一些具体实施中，磁性元件之间的横向磁力可以在接触位置和对准位置之间增大。

在各种具体实施中，磁性元件中的一个或多个磁性元件可以具有面表面和通过多个侧表面接合的相对表面，其中面表面面对相应的连接表面，并且屏蔽元件可以至少部分地覆盖相对表面和多个侧表面。屏蔽元件可以由柔软磁性材料、铁磁材料和/或展示出容易变为磁性的能力的任何其他材料，诸如铁钴形成，可以在连接表面的方向上引导磁性元件的磁场。

在一些具体实施中，第一电子设备可以包括用于从第二电子设备的一个或多个传输部件进行接收的一个或多个接收部件。在这样的情况下，两个设备的连接和对准可以至少用于对准接收和传输部件的目的。例如，传输部件可以是感应电力传输部件，并且接收部件可以是感应电力接收部件。

在一些实施方案中，一种用于磁性连接和对准可连接电子设备的系统包括第一电子设备和第二电子设备。第一电子设备包括第一连接表面和定位成与第一连接表面相邻的第一磁性元件，并且第二电子设备包括第二连接表面和定位成与第二连接表面相邻的第二磁性元件。第一磁性元件和第二磁性元件可以产生用于将第一电子设备和第二电子设备相对于彼此从初始位置移动到对准位置的磁力。第一连接表面可以在初始位置和对准位置都接触第二连接表面。

一个实施方案可以是一种电子设备，包括限定连接表面的外壳和定位成与第一连接表面相邻并位于外壳内的磁性元件。磁性元件可以被配置为通过将外壳和相邻外表面中的一者相对于另一者移动而达到对准位置来将外壳与外表面对准。磁性元件可以进一步用于在外壳和外表面处于对准位置时，抵制外壳从外表面断开连接。

另一个实施方案可以是一种用于磁性连接和对准的系统，包括具有限定第一连接表面的第一外壳的第一电子设备和定位成与第一连接表面相邻的第一磁性元件。该系统还可以包括具有限定第二连接表面的第二外壳的第二电子设备和定位成与第二连接表面相邻的第二磁性元件。第一磁性元件和第二磁性元件可以产生用于将第一电子设备和第二电子设备相对于彼此从初始位置移动到对准位置的磁力。第一连接表面可以在初始位置和对准位置都接触第二连接表面。

另一个实施方案可以是一种用于对可连接电子设备进行磁性连接和对准的方法。该方法包括通过磁性方式相对于第二电子设备将第一电子设备从接触位置移动到对准位置；以及利用第一磁性元件和第二磁性元件之间的磁力将第一电子设备和第二电子设备保持在对准位置。

应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的主题。说明书和附图共同用于解释本公开的原理。

附图说明

图1是示出了用于连接和对准可连接电子设备的系统的等距前视图。

图2是沿图1的截面A-A截取的图1所示系统的横截面前视图，示出了处于对准位置的可连接电子设备。

图3示出了图2的系统，示出了处于一种可能接触位置的可连接电子设备。

图4是沿图2的截面B-B截取的图2的系统的横截面侧视图。

图5A示出了在从第一电子设备和屏蔽元件去除第一磁性元件时，图2所示的第一磁性元件的磁场。

图5B示出了包括从第一电子设备去除的图2所示的屏蔽元件的第一磁性元件的磁场。

图6是示出了用于连接和对准可连接电子设备的方法的方法示意图。该方法可通过图1中的系统来执行。

图7A是处于接触位置的第一电子设备和第二电子设备的另选实施方案的第一磁性元件和第二磁性元件的近距离视图。

图7B是处于对准位置的第一电子设备和第二电子设备的另选实施方案的第一磁性元件和第二磁性元件的近距离视图。

图8是示例频率控制的感应充电系统的简化框图。示例频率控制的感应充电系统可用于图2所示的系统。

图9-图11示出了样本电子设备的等距视图，其中可以利用本文公开的磁性连接和对准技术的各种实施方案。

图12是沿图11中的区域C-C截取的图11的可穿戴设备的示意性横截面侧视图。

具体实施方式

以下描述包括体现本公开的各种要素的样本系统、方法和装置。然而，应当理解，所描述的公开可以除本文所述的那些形式之外的多种形式来实施。

本公开公开了用于连接和对准可连接电子设备的系统与方法。第一可连接电子设备和第二可连接电子设备均可以包括连接表面和磁性元件(其可以是永磁体)，连接表面可以是外壳或其他壳体的部分。可以将两个设备置于连接表面接触的若干可能不同初始或接触位置的一者中。施加于磁性元件之间的磁力的侧向矢量可以将两个设备彼此对准，只要矢量力超过两个设备相邻表面之间的摩擦力即可。设备中的一者或两者的所得移动既可以平移又可以旋转，因为磁性元件的极性可能会将一个或多个电子设备旋转到对准位置。在设备处于对准位置时，磁性元件产生的磁力的横向矢量可能会阻止两个设备和/或相邻表面之间解耦。横向矢量可以大致与侧向矢量横交。

如本文所用，“侧向磁力”是指将设备中的一者或两者彼此相对侧向移动的磁力。侧向磁力可以是施加于一个或多个设备上的侧向力，在某些实施方案中，该力通常与两个设备的相邻表面之间的滑动界面对准。作为两个设备彼此相对对准的副作用，可能发生某种横向(高度)运动，尤其是如果相应设备的相邻表面是弯曲的、阶跃的或其他非平面的时。尽管如此，具有侧向分量的运动(即使还有横向运动)可以被认为是由侧向磁力产生的。下文相对于图1-图3更充分地论述侧向磁力。如本文所用，“横向磁力”是指在大致与侧向横交的横向方向上彼此吸引设备的磁力。横向磁力可以用于使两个设备居中并对准，以及抵制两个设备之间的分离或间隙增大。具有横向分量的运动(即使还有侧向运动)可以被认为是由横向磁力产生的(或抵制的)。下文相对于1-图3更充分地论述横向磁力。如本文所述，侧向磁力和横向磁力可以是相同单一磁场的分量。两者都可以基于磁性元件的位置而改变。

由于若干原因，在各种具体实施中，两个设备的对准可能是有用的。例如，在一些具体实施中，两个设备可以分别包括感应电力传输系统的传输和接收部件。在这样的情况下，两个设备的连接和对准可以对准传输和接收部件以促进感应电力传输效率。

一个或多个设备可以包括各种特征，其辅助侧向磁力超过两个设备的外壳(或外壳的部分)之间的摩擦系数，由此将两个设备从初始或接触位置带入对准位置。在一些具体实施中，这样的特征可以包括由一种或多种低摩擦材料形成的连接表面中的一者或多者，低摩擦材料诸如是晶体材料、具有摩擦减小涂层或处理的材料、抛光的表面等。

在各种具体实施中，可以对应地设定连接表面(和/或外壳的其他部分)的形状，以当两种设备在初始或接触位置与对准位置之间过渡时，降低两个表面之间的摩擦系数。这种对应的形状设定还可以补充侧向磁力，侧向磁力使连接表面进入对准位置，诸如，通过使重力辅助转换两个设备。这样对应地设定形状可以包括对应地弯曲表面，诸如其中使第一电子设备的连接表面外凸地弯曲，并且使第二电子设备的连接表面对应地内凹弯曲。

在一些具体实施中，当设备从初始或接触位置移动到对准位置时，磁性元件之间的横向磁力可以增大。在一些情况下，横向磁力可以在初始或接触位置足够弱，使得连接表面不会突然被拉在一起，这可以防止在使连接表面接触时用户察觉到可察觉的“猛吸效应”。

例如，可以可移动地安装一个或多个磁性元件，以便在设备不在对准位置时使其偏置离开相应的连接表面。在设备过渡或移动到对准位置时，横向磁力可以使磁性元件向相应连接表面移动。

在各种具体实施中，磁性元件中的一个或多个磁性元件可以具有面表面和通过多个侧表面接合的相对表面，其中面表面面对相应的连接表面，屏蔽元件可以至少部分地覆盖相对表面和两个侧表面。在屏蔽元件和多个侧表面之间可以存在间隙。屏蔽元件可以由柔软磁性材料、铁磁材料和/或展示出容易变为磁性的能力的任何其他材料，诸如铁钴形成，可以在连接表面的方向上引导磁性元件的磁场。这样引导磁场可以使得能够使用比本来可能的更小的磁性元件，并可以使得在设备处于对准位置时磁性元件之间的横向磁力更强，并且在设备处于接触或未对准位置时更弱。

在一些具体实施中，第一电子设备可以包括可用于从第二电子设备的一个或多个传输部件进行接收的一个或多个接收部件。在这样的情况下，两个设备的连接和对准可以至少用于对准接收和传输部件的目的。例如，传输部件可以是感应电力传输部件，并且接收部件可以是感应电力接收部件。在一些情况下，第二电子设备可以作为第一电子设备的坞站而工作。

图1是示出了用于连接和对准可连接电子设备的系统100的等距前视图。该系统可以包括第一电子设备101和第二电子设备102。尽管图1将第一电子设备101示为具有特定形状外壳的无绳电子设备，并且将第二电子设备102示为无绳电子设备的坞站，但应当理解，这仅仅是一个示例。在各种具体实施中，第一电子设备101或第二电子设备102都可以是任何种类的电子设备，诸如膝上型计算机、平板电脑、移动计算设备、智能电话、蜂窝电话、数字媒体播放器、连接到另一个电子设备用于充电和/或将电子设备连接到一个或多个外部部件的目的的坞站，和/或任何其他此类电子设备。

如图所示，第一电子设备101包括可用于接触第二电子设备102的第二连接表面104的第一连接表面103。在一些情况下，第一连接表面103和第二连接表面104形成第一电子设备101和第二电子设备102之间的滑动界面。如此，第一电子设备和第二电子设备可以在一个或多个方向上相对于彼此定位。

图2是沿图1的截面A-A截取的图1的系统100的横截面前视图，示出了处于对准位置的第一可连接电子设备101和第二可连接电子设备102。图3示出了图2的系统，示出了处于一种可能接触位置的第一可连接电子设备101和第二可连接电子设备102。第一连接表面103和第二连接表面104可以在任意数量的不同点处接触。如此，任意数量的不同接触位置都是可能的，图3是其一个示例。然而，如图2中所示，第一可连接电子设备101和第二可连接电子设备102可以具有单个对准位置，其中第一磁性元件105与第二磁性元件111连接，并且传输部件113a和113b(单个线圈的横截面部分)与接收部件107a和107b(单个线圈的横截面部分)对准。

如图2所示，第一电子设备101可以包括一个或多个第一磁性元件105(其可以是永磁体并且可以包括屏蔽元件106)、接收部件107a和107b(分别包括屏蔽元件140a和140b的单个线圈的横截面部分)、处理单元108、一种或多种非暂态存储介质109(其可以采取但不限于磁性存储介质；光学存储介质；磁光存储介质；只读存储器；随机存取存储器；可擦除可编程存储器；闪存等形式)、和/或一种或多种电源110(诸如一个或多个电池)。处理单元108可以执行非暂态存储介质109中存储的一个或多个指令以执行一种或多种第一电子设备操作，诸如通信操作、计算操作、存储操作、输入/输出操作、时间操作、充电操作、利用接收部件的一种或多种接收操作等。

类似地，第二电子设备102可以包括一个或多个第二磁性元件111(其可以是永磁体并且可以包括屏蔽元件112)、传输部件113a和113b(分别包括屏蔽元件141a和141b的单个线圈的横截面部分)、处理单元114、一种或多种非暂态存储介质115和/或一种或多种电源116(诸如一个或多个交流或直流电源)。处理单元114可执行非暂态存储介质115中存储的一个或多个指令以执行一种或多种第一电子设备操作，诸如计算操作、存储操作、利用传输部件的一种或多种传输操作等。

在第一电子设备101和第二电子设备102被置于可能接触位置的一个接触位置时(诸如图3中所示)，根据第一磁性元件和第二磁性元件的对准情况，第一磁性元件105和第二磁性元件111可以产生施加侧向和/或横向磁力的磁场。在一些情况下，侧向199磁力通常与第一连接表面103和第二连接表面104之间的界面对准。第一磁性元件105和第二磁性元件111之间的侧向199磁力可以使电子设备移动到对准位置(图2中所示)，其中第一磁性元件和第二磁性元件之间的横向198磁力可以居中或对准两个设备以及抵制两个设备的任何横向断开连接。这样的移动可以既是平移的又是旋转的(但未必同时是)，因为如果第一电子设备和第二电子设备并非已经旋转对准，磁性元件的极性可以用于将第一电子设备旋转到对准位置。尽管图2和图3大致示出了左右侧向移动，但应当理解，这是一个示例，并且侧向移动可以在各种方向的任一种中，使得只要第一连接表面103和第二连接表面104之间的界面允许移动，两个设备就可以在两个维度而不是仅一个维度上对准。设备中的一个或多个设备可以包括导致侧向磁力超过摩擦力的各种特征中的一个或多个特征，摩擦力被表示为第一连接表面103和第二连接表面104之间的摩擦系数(诸如静态和/或动态摩擦系数)。

在一些具体实施中，第一连接表面103和第二连接表面104中的一个或多个连接表面可以由低摩擦材料形成，诸如晶体材料、具有摩擦减小涂层或处理的材料、抛光的表面等。通过用低摩擦材料形成表面中的一个或多个表面，更少的侧向磁力需要超过两个表面之间的摩擦系数并使第一电子设备101和第二电子设备102从接触位置到达对准位置。如果侧向磁力并非要超过摩擦系数，两个表面之间的摩擦会阻止两个位置之间的过渡和/或使得这样的过渡更困难。

在各种具体实施中，可以对应地设定第一连接表面103和第二连接表面104的形状，以在第一电子设备101和第二电子设备102在接触位置和对准位置之间过渡时，最小化两个表面之间的摩擦系数。例如，如图2所示，第一连接表面103可以外凸弯曲，并且第二连接表面104可以内凹弯曲，以对应于第一连接表面的弯曲。通过这种方式使外壳的这些部分弯曲，重力可以辅助对准这些设备。

即，可以形成第一连接表面103和第二连接表面104的对应弯曲，使得如果表面之间的摩擦力充分弱，则重力导致第一连接表面相对于第二连接表面移动。因此，重力可以辅助侧向199磁力使连接表面进入对准位置。可以涂布、加工、抛光或以其他方式处理对应的弯曲以减小一个或多个表面移动期间第一连接表面103和第二连接表面104之间的摩擦力。在图3中可以看出，第一连接表面和第二连接表面的对应弯曲可以导致重力辅助两个设备过渡到对准位置(图2中所示)，因为第一电子设备101可以从第二连接表面104上的斜坡上的更高位置滑到最低位置(即，对准位置)。

图4是沿图2中的截面B-B截取的图2的系统的横截面侧视图，进一步示出了内凹地弯曲的第二连接表面104可以如何对应于外凸弯曲的第一连接表面103。

尽管图3和图4示出了对应弯曲的具体实施例，但应当理解，这是一个示例，并且其他对应的表面配置也是可能的并被想到。例如，在各种具体实施中，第二连接表面104可以外凸地弯曲，并且第一连接表面103可以内凹地弯曲。

在一些具体实施中，第一磁性元件105和第二磁性元件111之间的横向198磁力可以在接触位置和对准位置之间增大。由于横向磁力可能在接触位置足够微弱，从而不会将第一连接表面103和第二连接表面104突然拉倒一起，这可能防止用户在接触连接表面时感觉到可察觉的“猛吸效果”。此外，由于横向磁力可以在各个接触位置更弱，在对准位置更强(与接触位置中的一个或多个接触位置相比增大)，因此可以在第一设备101和第二设备102从接触位置过渡到对准位置时，利用磁性元件在对准位置连接第一设备101和第二设备102而不增大第一连接表面和第二连接表面之间的摩擦系数。

例如，如图7A所示，在设备不处于对准位置时，可以可移动地安装磁性元件105和111中的一个或多个磁性元件，以(诸如经由分别连接到弹簧底座131和133的弹簧132和/或134)使其从相应的连接表面偏置离开。如图7B所示，在设备过渡到对准位置时，横向198磁力可以使磁性元件向相应连接表面移动(拉伸弹簧132和/或134)。

此外，再次参考图2，在各种具体实施中，第一磁性元件105和第二磁性元件111可以分别包括屏蔽元件106和112。每个磁性元件可以具有由多个侧面接合的面表面和相对表面，使面表面面向(图示为正在面向)相应的连接表面。相应的屏蔽元件可以至少部分地覆盖相对表面和两个侧表面。在相应屏蔽元件和多个侧表面之间可以存在(由其限定)间隙117或118并使它们偏移。

屏蔽元件106或112可以由柔软磁性材料、铁磁材料和/或展示出容易变为磁性的能力的任何其他材料，诸如铁钴形成，可以在连接表面的方向上引导磁性元件的磁场。这样引导磁场可以使得能够使用比本来可能的更小的磁性元件，并可以使得在第一电子设备101和第二电子设备102处于对准位置时磁性元件之间的横向198磁力更强，并且在设备处于接触位置时更弱，而不会不利地影响磁性元件之间的侧向199磁力。

图5A示出了从第一电子设备101和屏蔽元件106去除的图2所示的第一磁性元件105的磁场120A(包括样本场线)。作为对比，图5B示出了包括从第一电子设备101去除的图2所示的屏蔽元件106的第一磁性元件105的磁场120A(再次包括样本场线)。通过比较图5A和图5B可以看出，包括屏蔽元件106可以向第一连接表面103引导磁场120A。

尽管图5A和图5B将磁场120A的方向示为沿一个样本方向循环，但应当理解这是一个示例。在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，可将磁场120A反向。

返回到图2，在一些具体实施中，第一电子设备101可以包括用于从第二电子设备102的一个或多个传输部件113a和113b接收的一个或多个接收部件107a和107b。在这样的情况下，两个设备的连接和对准可以至少用于对准接收和传输部件的目的。

例如，传输部件113a和113b(分别包括屏蔽元件141a和141b的单个线圈的横截面部分)可以是感应电力传输部件，并且接收部件107a和107b(分别包括屏蔽元件140a和140b的单个线圈的横截面部分)可以是感应电力接收部件。如此，第一电子设备101和第二电子设备102的连接和对准可以至少用于对准感应电力接收部件107a和107b以及感应电力传输部件113a和113b的目的。

此外，尽管接收部件107a和107b被示为平行于第一电子设备101的顶表面，并且传输部件113a和113b被示为平行于第二电子设备102的底表面，从而它们不和第一连接表面103和第二连接表面104平齐对准，但应当理解这是一个示例。在其他具体实施中，接收部件107a和107b可以是弯曲的并与第一连接表面103平齐和/或传输部件113a和113b可以是弯曲的并与第二连接表面104平齐而不脱离本公开的范围。在这样的具体实施中，接收部件107a和107b以及传输部件113a和113b可以相对于第一电子设备101的顶表面和/或第二电子设备102的底表面形成角度。

在一些情况下，第二电子设备102可以作为第一电子设备101的坞站而工作。例如，如上所述，在第一电子设备101和第二电子设备102包括感应电力传输部件113a和113b以及接收部件107a和107b时，第一电子设备101和第二电子设备102可以是感应电力传输系统中的参与者，其中第二电子设备102通过感应地向第一电子设备101传输电力而充当第一电子设备101的充电坞站而运行，第一电子设备101将电力存储在电源110中。

图6是示出了用于将可连接电子设备连接和对准的方法600的方法示意图。例如，可以由图1的系统来执行该方法。

可以在框601处开始流程，其中第一电子设备的第一连接表面与处于接触位置的第二电子设备的第二连接表面接触。该流程随后可前进到框602。

在框602，分别利用第一电子设备和第二电子设备的第一磁性元件和第二磁性元件之间的侧向磁力，使第一电子设备和第二电子设备从接触位置进入对准位置。这样的移动可以既是侧向的又是旋转的，磁性元件的极性可能会将电子设备中的一个或多个电子设备旋转到对准位置。侧向磁力可以超过第一连接表面和第二连接表面的摩擦系数。该流程然后可以前进到框603，其中利用第一磁性元件和第二磁性元件之间的横向磁力在对准位置连接第一电子设备和第二电子设备。

尽管方法600被例示和如上所述为包括按照特定次序执行的特定操作，但应当理解这是一个示例。在各种具体实施中，在不脱离本公开的范围的情况下，可执行各种配置的相同、相似和/或不同的操作。例如，框602和603被例示并描述为按照线性次序执行。然而，在各种具体实施中，可以并行地或基本并行地执行这些操作。

现在参考图8，示出了示例频率控制的感应充电系统800的简化框图，其可用于图2的系统100的传输部件113a和113b以及接收部件107a和107b。感应充电系统包括操作地连接到控制器804和直流转换器806的时钟电路802。时钟电路802可以生成用于感应充电系统800的定时信号。

控制器804可以控制直流转换器806的状态。在一个实施方案中，时钟电路802生成周期性信号，控制器804使用该周期性信号在每个周期激活并去活直流转换器806中的开关。任何合适的直流转换器806都可用于感应充电系统800中。例如，在一个实施方案中，可以将H桥用作直流转换器。H桥是现有技术中公知的，因此本文仅描述H桥操作的简短概要。

控制器804控制四个开关S1、S2、S3、S4(未示出)的闭合和断开。断开开关S2和S3并且在给定时间段内闭合开关S1和S4时，电流可以通过负载从正端子向负端子流动。类似地，断开开关S1和S4并且在另一给定时间段闭合开关S2和S3时，电流从负端子向正端子流动。开关的这种断开和闭合通过反复反转电流通过同一负载的方向而产生时变电流。

在另选的实施方案中，可以不需要H桥。例如，单个开关可以控制来自直流转换器806的电流的流动。这样，直流转换器806可以充当方波发生器。

由直流转换器806产生的时变信号或方波信号可以输入到变压器808中。通常，变压器诸如上述有绳充电系统中使用的那些包括耦接到次级线圈的初级线圈，每个线圈都缠绕于公共铁芯上。然而，如本文所述的感应充电系统包括由气隙隔开的初级和次级线圈以及包含每个线圈的相应外壳。因此，如图所示，变压器808可能未必是物理元件，而可能是指两个感应邻近的电磁线圈，诸如初级线圈810(可以是图2系统100的传输部件113a和113b)和次级线圈812(可以是图2系统100的接收部件107a和107b)之间的关系和接口。

以上是发射器及其与感应电力传输系统的次级线圈812交互的简化描述。发射器可被配置为向初级线圈810提供时变电压，以便在次级线圈812内诱发电压。尽管交流电和方波都被用作示例，但应当理解，设想了其他波形。在这样的情况下，控制器804可以控制直流转换器806的若干状态。例如，控制器804可以控制电压、电流、占空比、波形、频率或它们的任意组合。

控制器804可以周期性地修改施加于初级线圈810的波形的各种特性，以便增大电力传输电路的操作效率。例如，在某些情况下，如果确定次级线圈812可能并非感应邻近初级线圈810，控制器804就可以中止向初级线圈810提供的全部电力。这种确定可以多种适当的方式实现。例如，控制器804可被配置为检测初级线圈810上的感应负载。如果感应负载降到某些所选择的阈值以下，控制器804可以推断，次级线圈812可能并非感应邻近初级线圈810。在这样的情况下，控制器804可以中止向初级线圈810提供的全部电力。

在其他情况下，在一个实施方案中，控制器804可以将占空比设置成变压器808的谐振频率或在其附近。在另一个实施例中，可以选择定义占空比的活动状态(即，高)的波形周期，使其处在变压器808的谐振频率处或在附近。应当理解，此类选择可以增大初级线圈810和次级线圈812之间的电力传输效率。

在另选的实施例中，如果感测到感应负载中的尖峰，控制器804可以中止向初级线圈810提供的所有电力。例如，如果感应负载以高于某些所选择阈值的特定速率发生尖峰，控制器804可以推断，中间对象被放置成感应邻近初级线圈810。在这样的情况下，控制器804可以中止向初级线圈810提供的全部电力。

在其他实施例中，控制器804可以修改施加到初级线圈810的波形的其他特性。例如，如果接收器电路需要额外的电力，控制器804就可以增大施加到初级线圈810的波形的占空比。在相关实施例中，如果接收器电路需要更少电力，控制器804就可以减小施加到初级线圈810的波形的占空比。在这些实施例的每个中，可以修改施加到初级线圈810的时间平均功率。

在另一个实施例中，控制器804可被配置为修改施加到初级线圈810的波形的幅度。在这样的实施例中，如果接收器电路需要额外的电力，控制器804就可以放大施加到初级线圈810的波形的最大电压。在相关的情况下，如果接收器电路需要更少电力，可以减小波形的最大电压。

参考图8且如上所述，可以配置感应电力传输系统的发射器部分以向初级线圈810提供时变信号，以通过初级线圈810和次级线圈812之间的感应耦合在接收器中的次级线圈812内诱发电压。这样，可以通过初级线圈810中的时变信号形成变化的磁场，从而从初级线圈810向次级线圈812传输电力。

可以由将时变信号转换为直流信号的直流转换器814接收次级线圈812中产生的时变信号。任何合适的直流转换器814都可以用于感应充电系统800中。例如，在一个实施方案中，可以将整流器用作直流转换器。然后，可以由可编程负载816接收直流信号。

在一些实施方案中，接收器直流转换器814可以是半桥。在此类实施例中，次级线圈812可以具有数量增加的绕组。例如，在一些实施方案中，次级线圈可以具有两倍的绕组。这样，应当理解，可以由半桥整流器有效地将次级线圈812两端诱发的电压降低一半。在某些情况下，这一配置可以需要显著更少的电子部件。例如，半桥整流器可以需要全波桥整流器的晶体管的一半。由于电子部件更少，可以显著降低电阻损耗。

在某些其他实施方案中，接收器还可以包括电路以调出发射器内存在的磁化电感。如现有技术中可能已知的，磁化电感可能导致不完美耦接线圈形成的变压器内的损耗。在其他泄漏电感中，这一磁化电感可能显著降低发射器的效率。应当进一步理解，因为磁化电感可以是初级和次级线圈之间耦接的函数，所以可以不必在发射器自身内进行完全补偿。因此，在本文所述的某些实施方案中，可以在接收器内包括调谐电路。例如，在某些实施方案中，可以平行于可编程负载816定位电容器。

在其他实施例中，可以由控制器做出上文提到的样本修改的组合。例如，控制器804除了减小占空比外，可以使电压倍增。在另一个实施例中，在随时间推移减小占空比的同时，控制器可以随时间推移而增大电压。应当理解，本文设想了任意数量的适当组合。

其他实施方案可以包括多个初级线圈810。例如，如果存在两个初级线圈，可以独立或同时激活或使用每个。在这样的实施方案中，每个个体线圈均可以耦接到控制器804。在其他实施例中，可以有选择地缩短若干个体初级线圈810中的一者。例如，可以将开关定位成平行于线圈，使得在开关关闭时，电流可以流经电感器。另一方面，在开关导通时，将没有电流流经线圈。开关可以是任何适当类型的手动、固态或基于继电器的开关。这样，可以有选择地控制流经几个线圈中的每个线圈的电流增加量。例如，在具有高电感负载的环境中，可以关闭开关以与初级线圈810一起包括电路中的线圈。

图9-图11示出了样本电子设备901-1101的等距视图，其中可以利用本文公开的磁性连接和对准技术的各种实施方案。如图所示，图9示出了智能电话901，图10示出了平板电脑1001，并且图11示出了可穿戴设备1101，本文被示为手表。然而，应当理解，这些为示例，并且可以在很宽范围的不同电子设备中利用本文公开的磁性连接和对准技术的实施方案而不脱离本公开的范围。

尽管图1-图8示出了部件(诸如接收部件107a和107b、传输部件113a和113b，以及磁性元件105和111)的各种配置，但应当理解，这些是示例。在不脱离本公开的范围的情况下，在各种具体实施中各种其他配置也是可能的。

例如，图12是沿图11的截面C-C截取的图11的可穿戴设备1101的示意性横截面侧视图，示出了接收部件1107a和1107b、第一磁性元件1105、第一连接表面1103、屏蔽元件1140a和1140b，以及屏蔽元件1106的另一种样本配置。然而，应当理解，这种配置也是示例，并且在不脱离本公开范围的情况下，其他配置也是可能的。此外，可穿戴设备1101可以包含在图12的横截面侧视图中为了清晰起见而省略的其他部件。可穿戴设备可以在其外壳内包括输入机构、处理器、存储器、显示器、输出元件诸如发动机、传感器等的任何一种或所有或多种。

如上文所述并且如附图中例示的，本公开公开了用于连接和对准可连接电子设备的系统与方法。第一可连接电子设备和第二可连接电子设备均可以包括连接表面和磁性元件。可以将两个设备置于若干可能的不同接触位置中的一个位置，其中连接表面相互接触，并且超过两个表面之间的摩擦系数的磁性元件之间的侧向磁力可以将两个设备带入对准位置。在设备处于对准位置时，磁性元件的横向磁力可以连接两个设备。任选地，在设备处于对准位置时，可以从一个设备对另一个设备进行感应充电。

在本公开中，所公开的方法可利用指令集或操作集。应当理解，本发明所公开的方法中的步骤的特定顺序或分级结构为样本方法的实施例。在其他实施方案中，当保持在本发明所公开的主题内时，可重新布置方法中的步骤的特定顺序或分级结构。所附方法权利要求呈现样本顺序中的各种步骤的元素，并且并不一定意味着局限于所呈现的特定顺序或分级结构。

据信，通过前述描述将理解本公开及其所附的许多优点，并且将显而易见的是可在不脱离本发明所公开的主题或不牺牲所有其材料优势的情况下在部件的形式、结构和布置上作出各种更改。所描述的形式仅仅是说明性的，并且以下权利要求书旨在涵盖和包括此类更改。

虽然已参照各种实施方案描述了本公开，但应当理解，这些实施方案是例示性的，并且本公开的范围并不限于这些实施方案。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已在上下文或特定实施方案中描述了根据本公开的实施方案。在本公开的各种实施方案中可以不同方式将功能在框中分开或组合在一起，或以不同术语进行描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落入如以下权利要求书中所限定的本公开的范围内。

Claims (23)

1.一种电子设备，包括：

外壳，所述外壳限定连接表面；和

磁性元件，所述磁性元件定位成与所述连接表面相邻并且位于所述外壳内，其中：

所述磁性元件被配置为通过将所述外壳和相邻外表面中的一者相对于另一者移动而达到对准位置来将所述外壳与所述外表面对准；以及

所述磁性元件被进一步配置为在所述外壳和外表面处于所述对准位置时，抵制所述外壳从所述外表面断开连接。

2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括用于在所述外壳和外表面处于所述对准位置时接收所传输的电力的接收部件。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述接收部件包括感应电力接收部件。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中：

所述磁性元件生成磁场；以及

所述磁场施加侧向磁力以将所述外壳和外表面中的一者相对于另一者移动。

5.根据权利要求4所述的电子设备，其中：

所述磁场施加横向磁力以抵制所述外壳从所述外表面断开连接；以及

所述横向磁力在所述对准位置比在接触位置更大。

6.一种用于磁性连接和对准的系统，包括：

第一电子设备，包括：

第一外壳；和

第一磁性元件，所述第一磁性元件定位于所述第一外壳内；以及

第二电子设备，包括：

第二外壳；和

第二磁性元件，所述第二磁性元件定位于所述第二外壳内；

其中：

所述第一磁性元件和所述第二磁性元件生成用于将所述第一电子设备和所述第二电子设备相对于彼此从初始位置移动到对准位置的磁力；以及

所述第一外壳和所述第二外壳在所述初始位置和所述对准位置都彼此接触。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一外壳的第一连接表面或所述第二外壳的第二连接表面中的至少一者包括低摩擦材料。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述低摩擦材料包括晶体材料、摩擦减小涂层和抛光表面中的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一设备的第一连接表面和所述第二设备的第二连接表面对应地成形，以减小所述第一连接表面和所述第二连接表面之间的摩擦力。

10.根据权利要求6所述的系统，其中当所述第一电子设备和所述第二电子设备在所述初始位置和所述对准位置之间移动时，所述第一磁性元件和所述第二磁性元件之间的横向磁力增大。

11.根据权利要求6所述的系统，其中：

在所述第一电子设备和所述第二电子设备不处于所述对准位置时，所述第一磁性元件可移动地安装于所述第一外壳内并被偏置离开所述第一外壳的第一连接表面；以及

在所述第一电子设备和所述第二电子设备从所述初始位置到所述对准位置移动时，所述横向磁力朝向所述第一连接表面吸引所述第一磁性元件。

12.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一磁性元件包括：

面表面，所述面表面面向所述第一外壳的第一连接表面并通过多个侧表面接合到相对表面；和

屏蔽元件，所述屏蔽元件至少部分地覆盖所述相对表面和所述多个侧表面。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述屏蔽元件朝向所述第一连接表面引导所述第一磁性元件的磁场。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述屏蔽元件包括柔软磁性材料、铁磁材料和铁钴中的至少一种。

15.根据权利要求12所述的系统，其中所述屏蔽元件从所述多个侧表面中的至少一个侧表面偏移一间隙。

16.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二磁性元件包括：

面表面，所述面表面面向所述第二设备的所述第二连接表面并通过多个侧表面接合到相对表面；和

屏蔽元件，所述屏蔽元件至少部分地覆盖所述相对表面和所述多个侧表面。

17.根据权利要求6所述的系统，其中所述磁力是与所述第一连接表面和所述第二连接表面之间的界面对准的侧向磁力。

18.一种用于可连接电子设备的对准和磁性连接的方法，所述方法包括：

相对于第二电子设备将第一电子设备磁性地从接触位置移动到对准位置；以及

利用所述第一电子设备的第一磁性元件和所述第二电子设备的第二磁性元件之间的磁力，将所述第一电子设备和所述第二电子设备保持在所述对准位置。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述磁力超过所述第一连接表面和所述第二连接之间的摩擦。

20.根据权利要求18所述的方法，其中将所述第一电子设备和所述第二电子设备磁性地从所述接触位置移动到所述对准位置包括相对于所述第二电子设备侧向移动所述第一电子设备。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述第一设备和第二设备处于所述对准位置时，使用所述第二设备感应地对所述第一设备充电。

22.根据权利要求18所述的方法，还包括磁性地抵制所述第一电子设备和所述第二电子设备的解耦。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一电子设备和所述第二电子设备是感应电力传输系统中的部件，并且将所述第二电子设备移动到所述对准位置增大了所述感应电力传输系统的感应充电效率。