JP6335322B2 - 接続可能なデバイスの磁気的な接続及び整列 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本特許協力条約特許出願は、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する、２０１４年３月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／９６９，３４３号に対する優先権を主張し、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、接続可能なデバイスに関し、より具体的には、接続可能な電子デバイスの磁気的な接続及び整列に関する。

多くの電子デバイスが他の電子デバイスに接続する。例えば、ポータブルデジタルメディアプレーヤ、ウェアラブルデバイス、及び／又は他の種類のポータブルコンピューティングデバイスなどの電子デバイスが、充電のため、データ伝送のため、外部入力／出力デバイスなどの１つ以上のアクセサリへの接続のため、その他のために、１つ以上のドックに接続し得る。接続は、電子デバイス同士を機械的に結合し得、及び／又は、電力及び／又はデータの送信を目的として電子デバイス同士を電気的に結合し得る。従来の結合技術を使用する場合、干渉しない方法で、又は電子デバイス間の電気的結合を更に容易にする方法で、電子デバイス間の機械的結合を維持することが困難になる場合がある。

本開示は、接続可能な電子デバイスの接続及び整列のためのシステム及び方法を開示する。接続可能な第１及び第２の電子デバイスが、それぞれ接続面及び磁気要素を含み得る。２つのデバイスは接触位置に置かれ得、２つの表面間の摩擦係数を上回る磁気要素間の横方向磁力によって、２つのデバイスは整列位置に動かされ得、そこでは、磁気要素の横断方向磁力が２つのデバイスを接続し得る。デバイスのうちの１つ以上は、横方向磁力が摩擦係数を上回って、２つのデバイスを接触位置から整列位置に動かすことを支援する、各種の特徴を含み得る。

幾つかの実施では、このような特徴は、接続面のうちの１つ以上が、１つ以上の低摩擦材料で形成されていることを含み得る。各種の実施では、接続面は、２つのデバイスが接触位置と整列位置との間を移行するときに、２つの表面間の摩擦係数を小さくするように、対応して成形され得る。幾つかの実施では、磁気要素間の横断方向磁力は、接触位置と整列位置との間で増加し得る。

各種の実施では、磁気要素のうちの１つ以上は、複数の側面により接合される前面及び後面を有し得、前面は、それぞれの接続面に面し、シールド要素が、後面及び複数の側面を少なくとも部分的に覆い得る。シールド要素は、軟磁性材料、強磁性材料、及び／又は、鉄コバルトなど容易に帯磁する可能性を示す任意の他の材料で形成され得、磁気要素の磁界を接続面の方向に向け得る。

幾つかの実施では、第１の電子デバイスは、第２の電子デバイスの１つ以上の送信部品から受信するように動作可能な１つ以上の受信部品を含み得る。このような場合、２つのデバイスの接続及び整列は、受信及び送信部品を整列させることを少なくとも目的とし得る。例えば、送信部品は誘導電力送信部品であり得、受信部品は誘導電力受信部品であり得る。

幾つかの実施形態では、接続可能な電子デバイスの磁気的な接続及び整列のためのシステムが、第１の電子デバイス及び第２の電子デバイスを含む。第１の電子デバイスは、第１の接続面と、第１の接続面に隣接して配置された第１の磁気要素と、を含み、第２の電子デバイスは、第２の接続面と、第２の接続面に隣接して配置された第２の磁気要素と、を含む。第１及び第２の磁気要素は、第１及び第２の電子デバイスを互いに対して初期位置から整列位置に移動させるように作用する磁力を発生させ得る。第１の接続面は、初期位置と整列位置の両方で第２の接続面に接触し得る。

一実施形態は、接続面を画定するハウジングと、第１の接続面に隣接してハウジング内に配置された磁気要素と、を含む電子デバイスであり得る。磁気要素は、整列位置を達成するべく、ハウジング及び外部面のうちの一方を他方に対して移動させることにより、ハウジングを隣接する外部面と整列させるように構成され得る。磁気要素は、ハウジング及び外部面が整列位置にあるときに、外部面からのハウジングの接続解除に抵抗するように更に作用し得る。

別の実施形態は、第１の接続面を画定する第１のハウジングと、第１の接続面に隣接して配置された第１の磁気要素と、を有する第１の電子デバイスを含む、磁気的な接続及び整列のためのシステムであり得る。このシステムは、第２の接続面を画定する第２のハウジングと、第２の接続面に隣接して配置された第２の磁気要素と、を有する第２の電子デバイスも含み得る。第１及び第２の磁気要素は、第１及び第２の電子デバイスを互いに対して初期位置から整列位置に移動させるように作用する磁力を発生させ得る。第１の接続面は、初期位置と整列位置の両方で第２の接続面に接触し得る。

また別の実施形態は、接続可能な電子デバイスの磁気的な接続及び整列のための方法であり得る。方法は、第１の電子デバイスを第２の電子デバイスに対して接触位置から整列位置に磁気的に移動させることと、第１の磁気要素と第２の磁気要素との間の磁力を利用して、第１の電子デバイス及び第２の電子デバイスを整列位置に保持することと、を含み得る。

上述の全般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は例示及び説明を目的としており、本開示を必ずしも限定するものでないことが理解されるであろう。添付図面は、本明細書に含まれており、その一部を成し、本開示の主題を例示する。あわせて、説明及び図面は、本開示の原理の説明に供する。

接続可能な電子デバイスの接続及び整列のためのシステムを例示する正面等角図である。

図１のシステムの、図１の断面Ａ−Ａに沿う正面断面図であり、整列位置にある接続可能な電子デバイスを例示する。

図２のシステムを例示し、可能な１つの接触位置にある接続可能な電子デバイスを示す。

図２のシステムの、図２の断面Ｂ−Ｂに沿う側断面図である。

第１の磁気要素が第１の電子デバイス及びシールド要素から取り外されたときの、図２の第１の磁気要素の磁界を例示する。

第１の電子デバイスから取り外された、図２のシールド要素を含む第１の磁気要素の磁界を例示する。

接続可能な電子デバイスの接続及び整列のための方法を例示する方法図である。この方法は、図１のシステムにより実施され得る。

接触位置にある第１及び第２の電子デバイスの代替的な実施形態の第１及び第２の磁気要素の拡大図である。

整列位置にある第１及び第２の電子デバイスの代替的な実施形態の第１及び第２の磁気要素の拡大図である。

周波数制御される例示的な誘導充電システムの簡略化されたブロック図である。周波数制御される例示的な誘導充電システムは、図２のシステムとともに利用され得る。

本明細書に開示される磁気的な接続及び整列技術の各種の実施形態が利用され得るサンプル電子デバイスの等角図を例示する。 本明細書に開示される磁気的な接続及び整列技術の各種の実施形態が利用され得るサンプル電子デバイスの等角図を例示する。 本明細書に開示される磁気的な接続及び整列技術の各種の実施形態が利用され得るサンプル電子デバイスの等角図を例示する。

図１１のウェアラブルデバイスの、図１１の断面Ｃ−Ｃに沿う概略側断面図である。

以下の説明は、本開示の各種の要素を具現化するサンプルシステム、方法、及び装置を含む。しかし、記述される開示は、本明細書に記述される形態に加えて、各種の形態で実践され得ることを理解されたい。

本開示は、接続可能な電子デバイスの接続及び整列のためのシステム及び方法を開示する。接続可能な第１及び第２の電子デバイスは、それぞれ、ハウジング又は他のエンクロージャの部分であり得る接続面と、磁気要素（永久磁石であり得る）と、を含み得る。２つのデバイスは、異なる多数の可能な初期位置又は接触位置のうちの１つに置かれ得、そこでは、接続面同士が接触する。磁気要素間に及ぼされる磁力の横方向ベクトルが、ベクトル力が２つのデバイスの隣接面間の摩擦力を上回る限り、２つのデバイスを互いに整列させ得る。一方又は両方のデバイスの得られる動きは、並進と回転の両方であり得、それは、磁気要素の極が電子デバイスのうちの１つ以上を場合によって整列位置に回転させるからである。デバイスが整列位置にあるとき、磁気要素により発生した磁力の横断方向ベクトルが、２つのデバイス及び／又は隣接面同士の結合解除を防ぎ得る。横断方向ベクトルは、横方向ベクトルと概ね交差し得る。

本明細書で使用されるとき、「横方向磁力」は、デバイスのうちの一方又は両方を互いに対して横方向に移動させる磁力を意味する。横方向磁力は、幾つかの実施形態では、２つのデバイスの隣接面間の摺動境界面と概ね整合する、１つ以上のデバイスに及ぼされる横方向力であり得る。特に、それぞれのデバイスの隣接面が湾曲状、階段状、又はその他の方法で非平面状である場合、２つのデバイスの互いに対する整列の副次的な結果として、幾らかの横断（高さ）方向の動きが起き得る。それでもなお、横方向成分を伴う動き（横断方向の動きがある場合でも）が、横方向磁力により発生すると考えられ得る。横方向磁力については、図１〜図３に関して、以下でより十分に議論される。本明細書で使用されるとき、「横断方向磁力」は、横方向と概ね交差する横断方向でデバイスを互いに引き付ける磁力を意味する。横断方向磁力は、２つのデバイスをセンタリングし整列させるとともに、２つのデバイス間の分離又は隙間の拡大に抵抗するように作用し得る。横断方向成分を伴う動き（横方向の動きがある場合でも）が、横方向磁力により発生する（又は抵抗を受ける）と考えられ得る。横断方向磁力については、図１〜図３に関して、以下でより十分に議論される。本明細書で議論されるように、横方向磁力及び横断方向磁力は、同じ単一磁界の成分であり得る。両方は、磁気要素の位置に基づいて変化し得る。

２つのデバイスの整列は、多数の理由により各種の実施で有用であり得る。例えば、幾つかの実施では、２つのデバイスは、それぞれ誘導電力送信システムの送信及び受信部品を含み得る。このような場合、２つのデバイスの接続及び整列は、誘導電力送信の効率を増すように送信及び受信部品を整列させ得る。

デバイスのうちの１つ以上は、横方向磁力が２つのデバイスのハウジング（又はハウジングの部分）間の摩擦係数を上回り、それにより２つのデバイスを初期位置又は接触位置から整列位置に動かすことを支援する、各種の特徴を含み得る。幾つかの実施では、このような特徴は、接続面のうちの１つ以上が、結晶性材料、摩擦低減被覆又は処理を有する材料、研磨面その他などの、１つ以上の低摩擦材料で形成されていることを含み得る。

各種の実施では、接続面（及び／又はハウジングの他の部分）は、２つのデバイスが初期位置又は接触位置と整列位置との間を移行するときに２つの表面間の摩擦係数を小さくするように、対応して成形され得る。また、この対応する成形によって、２つのデバイスの移行が重力により支援されることなどによって、接続面を整列位置に動かす横方向磁力が補われ得る。このような対応する成形は、第１の電子デバイスの接続面が凸状に湾曲し、第２の電子デバイスの接続面が対応して凹状に湾曲するなど、対応して表面を湾曲させることを含み得る。

幾つかの実施では、磁気要素間の横断方向磁力は、デバイスが初期位置又は接触位置から整列位置に移動するにつれて増加し得る。幾つかの場合、横断方向磁力は、初期位置又は接触位置で接続面が急に引き合わないほど十分に弱くてもよく、このことは、接続面同士を接触させるときに、知覚できる「スナップ効果」をユーザーが感じることを防ぎ得る。

例えば、磁気要素のうちの１つ以上は、デバイスが整列位置にないときに、それぞれの接続面から付勢されて離れるように移動可能に取り付けられ得る。横断方向磁力によって、デバイスが整列位置に移行又は移動するときに、磁気要素がそれぞれの接続面に向かって動かされ得る。

各種の実施では、磁気要素のうちの１つ以上は、複数の側面により接合される前面及び後面を有し得、前面は、それぞれの接続面に面し、シールド要素が、後面及び２つの側面を少なくとも部分的に覆い得る。シールド要素と複数の側面との間には、隙間が存在し得る。シールド要素は、軟磁性材料、強磁性材料、及び／又は、鉄コバルトなど容易に帯磁する可能性を示す任意の他の材料で形成され得、磁気要素の磁界を接続面の方向に向け得る。このような方向の磁界は、他の方法で可能になるよりも小さな磁気要素の使用を可能にし得、磁気要素間の横断方向磁力が、デバイスが整列位置にあるときに強くなり、デバイスが接触位置又は非整列位置にあるときに弱くなることを可能にし得る。

幾つかの実施では、第１の電子デバイスは、第２の電子デバイスの１つ以上の送信部品から受信するように動作可能な１つ以上の受信部品を含み得る。このような場合、２つのデバイスの接続及び整列は、受信及び送信部品を整列させることを少なくとも目的とし得る。例えば、送信部品は誘導電力送信部品であり得、受信部品は誘導電力受信部品であり得る。幾つかの場合、第２の電子デバイスは、第１の電子デバイス用のドックとして動作し得る。

図１は、接続可能な電子デバイスの接続及び整列のためのシステム１００を例示する正面等角図である。システムは、第１の電子デバイス１０１及び第２の電子デバイス１０２を含み得る。図１は、第１の電子デバイス１０１を特定形状のハウジングを有するコードレス電子デバイスとして例示し、第２の電子デバイス１０２をコードレス電子デバイス用のドックとして例示するが、それが単なる例であることが理解される。各種の実施では、第１の電子デバイス１０１又は第２の電子デバイス１０２のいずれかは、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、モバイルコンピューティングデバイス、スマートフォン、携帯電話、デジタルメディアプレーヤ、充電及び／又は１つ以上の外部部品への電子デバイスの接続を目的として別の電子デバイスに接続するドック、及び／又はそのような任意の他の電子デバイスなどの、任意の種類の電子デバイスであり得る。

例示されるように、第１の電子デバイス１０１は、第２の電子デバイス１０２の第２の接続面１０４に接触するように作用可能である第１の接続面１０３を含む。幾つかの場合、第１の接続面１０３及び第２の接続面１０４は、第１の電子デバイス１０１と第２の電子デバイス１０２との間の摺動境界面を形成する。よって、第１及び第２の電子デバイスは、１つ以上の方向で互いに対して配置可能であり得る。

図２は、図１のシステム１００の、図１の断面Ａ−Ａに沿う正面断面図であり、整列位置にある接続可能な第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２を例示する。図３は、図２のシステムを例示し、可能な１つの接触位置にある接続可能な第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２を示す。第１及び第２の接続面１０３及び１０４は、任意の数の異なる箇所で接触し得る。よって、任意の数の異なる接触位置が可能であり得、図３はその例である。しかし、接続可能な第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２は、図２に例示される単一の整列位置を有し得、そこでは、第１の磁気要素１０５が第２の磁気要素１１１と接続し、送信部品１１３ａ及び１１３ｂ（単一コイルの複数の断面部分）が受信部品１０７ａ及び１０７ｂ（単一コイルの複数の断面部分）と整列する。

図２に例示されるように、第１の電子デバイス１０１は、１つ以上の第１の磁気要素１０５（永久磁石であり得、シールド要素１０６を含み得る）、受信部品１０７ａ及び１０７ｂ（シールド要素１４０ａ及び１４０ｂをそれぞれ含む、単一コイルの複数の断面部分）、処理ユニット１０８、１つ以上の非一時的な記憶媒体１０９（非限定的に、磁気記憶媒体、光記憶媒体、光磁気記憶媒体、リードオンリーメモリ、ランダムアクセスメモリ、消去可能プログラマブルメモリ、フラッシュメモリその他の形態をとり得る）、及び／又は１つ以上の電源１１０（１つ以上のバッテリなど）を含み得る。処理ユニット１０８は、受信部品を利用する１つ以上の受信動作、通信動作、計算動作、記憶動作、入力／出力動作、時間動作、充電動作その他などの、第１の電子デバイスの１つ以上の動作を実施するために、非一時的な記憶媒体１０９に記憶された１つ以上の命令を実行し得る。

同様に、第２の電子デバイス１０２は、１つ以上の第２の磁気要素１１１（永久磁石であり得、シールド要素１１２を含み得る）、送信部品１１３ａ及び１１３ｂ（シールド要素１４１ａ及び１４１ｂをそれぞれ含む、単一コイルの複数の断面部分）、処理ユニット１１４、１つ以上の非一時的な記憶媒体１１５、及び／又は１つ以上の電源１１６（１つ以上の交流電源若しくは直流電源など）を含み得る。処理ユニット１１４は、送信部品を利用する１つ以上の送信動作、計算動作、記憶動作その他などの、第１の電子デバイスの１つ以上の動作を実施するために、非一時的な記憶媒体１１５に記憶された１つ以上の命令を実行し得る。

第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２が、（図３に示されるような）可能な接触位置のうちの１つに置かれると、第１及び第２の磁気要素１０５及び１１１は、第１及び第２の磁気要素の整列に応じて、横方向及び／又は横断方向磁力を及ぼす磁界を発生させ得る。幾つかの場合、横方向１９９の磁力は、第１及び第２の接続面１０３及び１０４の間の境界面と概ね整合する。第１及び第２の磁気要素１０５及び１１１の間の横方向１９９の磁力が電子デバイスを整列位置（図２に示される）に動かし得、そこでは、第１及び第２の磁気要素間の横断方向１９８の磁力が、２つのデバイスをセンタリング又は整列させるとともに、２つのデバイスの横断方向の接続解除に抵抗し得る。このような動きは、並進と回転の両方であり得（ただし両方である必要はない）、それは、第１及び第２の電子デバイスが未だ回転整列していない場合に、磁気要素の極同士が、第１の電子デバイスを整列位置に回転させるように作用し得るからである。図２及び図３が左右横方向の動きを概して例示するが、それが例であり、横方向の動きは、第１及び第２の接続面１０３及び１０４の間の境界面がその動きを許容する限り、２つのデバイスを一次元のみならず二次元で整列させ得る、各種の任意の方向であり得ることが理解される。デバイスのうちの１つ以上は、第１及び第２の接続面１０３及び１０４の間の摩擦係数（静的及び／又は動的摩擦係数など）により表現されるような摩擦力を上回るように横方向磁力を生じさせる、各種の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

幾つかの実施では、第１及び第２の接続面１０３及び１０４のうちの１つ以上は、結晶性材料、摩擦低減被覆又は処理を有する材料、研磨面その他などの低摩擦材料で形成され得る。表面のうちの１つ以上を低摩擦材料から形成することによって、２つの表面間の摩擦係数を上回って、第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２を接触位置から整列位置に動かすために必要とされる、横方向磁力が小さくなる。横方向磁力が摩擦係数を上回らない場合、２つの表面間の摩擦によって、２つの位置間の移行が妨げられ、及び／又は、そのような移行がより困難となり得る。

各種の実施では、第１及び第２の接続面１０３及び１０４は、第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２が接触位置と整列位置との間を移行するときに、２つの表面間の摩擦係数を最小化するように対応して成形され得る。例えば、図２に示されるように、第１の接続面１０３は凸状に湾曲し得、第２の接続面１０４は、第１の接続面の湾曲に対応するように凹状に湾曲し得る。ハウジングのこれらの部分をこのように湾曲させることによって、デバイスの整列が重力により支援され得る。

つまり、第１及び接続面１０３及び１０４の対応する湾曲は、表面間の摩擦力が十分に弱い場合に、第２の接続に対して第１の接続面が重力により移動されるように形成され得る。よって、重力によって、横方向１９９の磁力が接続面を整列位置に動かすことが支援され得る。対応する湾曲は、１つ又は複数の表面が動く間の第１及び第２の接続面１０３及び１０４の間の摩擦力を小さくするように、被覆され、機械加工され、研磨され、又は他の方法で処理され得る。図３に見ることができるように、第１及び第２の接続面の対応する湾曲は、２つのデバイスを整列位置（図２に示される）に移行させることを重力に支援させ得、第１の電子デバイス１０１が、第２の接続面１０４の斜面の高い位置から最も低い位置（すなわち整列位置）に摺動し得る。

図４は、図２の凹状に湾曲した第２の接続面１０４が、凸状に湾曲した第１の接続面１０３にどのように対応し得るかを更に例示する、図２のシステムの、断面Ｂ−Ｂに沿う側断面図である。

図３及び図４は、対応する湾曲の特定の例を例示するが、それが例であり、他の対応する表面構成が可能であり企図されることが理解される。例えば、各種の実施では、第２の接続面１０４は凸状に湾曲し得、第１の接続面１０３は凹状に湾曲し得る。

幾つかの実施では、第１及び第２の磁気要素１０５及び１１１の間の横断方向１９８の磁力は、接触位置と整列位置との間で増加し得る。第１及び第２の接続面１０３及び１０４が接触位置では急に引き合わないほど十分に横断方向磁力が弱くされ得るので、そのことは、接続面同士を接触させるときに、知覚できる「スナップ効果」をユーザーが感じることを防ぎ得る。更に、横断方向磁力が各種の接触位置では弱く、整列位置では強くなり得る（接触位置のうちの１つ以上と比較して増加する）ので、磁気要素は、第１及び第２のデバイス１０１及び１０２が接触位置から整列位置に移行するときに、第１及び第２の接続面間の摩擦係数を増加させずに、第１及び第２のデバイス１０１及び１０２を整列位置で接続するために利用され得る。

例えば、図７Ａに例示されるように、磁気要素１０５及び１１１のうちの１つ以上は、デバイスが整列位置にないときに、それぞれの接続面から付勢されて離れるように（ばねマウント１３１及び１３３にそれぞれ接続されたばね１３２及び／又は１３４を介してなど）移動可能に取り付けられ得る。図７Ｂに例示されるように、デバイスが整列位置に移行するときに、横断方向１９８の磁力によって、磁気要素はそれぞれの接続面に向けて動かされ（ばね１３２及び／又は１３４を伸ばし）得る。

更に、図２を再び参照すると、各種の実施では、第１及び第２の磁気要素１０５及び１１１は、それぞれシールド要素１０６及び１１２を含み得る。各磁気要素は、前面がそれぞれの接続面に面する（面するように示される）ように、複数の側面により接合される前面及び後面を有し得る。それぞれのシールド要素は、後面及び２つの側面を少なくとも部分的に覆い得る。隙間１１７又は１１８が、それぞれのシールド要素と複数の側面との間に存在し（それらによって画定され）、それらをオフセットし得る。

シールド要素１０６又は１１２は、軟磁性材料、強磁性材料、及び／又は、鉄コバルトなど容易に帯磁する可能性を示す任意の他の材料で形成され得、磁気要素の磁界を接続面の方向に向け得る。このような方向の磁界は、他の方法で可能になるよりも小さな磁気要素の使用を可能にし得、磁気要素間の横方向１９９の磁力に悪影響を及ぼさずに、磁気要素間の横断方向１９８の磁力が、第１及び第２のデバイス１０１及び１０２が整列位置にあるときに強くなり、デバイスが接触位置にあるときに弱くなることを可能にし得る。

図５Ａは、図２の第１の電子デバイス１０１及びシールド要素１０６から取り外された、第１の磁気要素１０５の磁界１２０Ａ（サンプル力線を含む）を例示する。比較として、図５Ｂは、図２の第１の電子デバイス１０１から取り外された、シールド要素１０６を含む第１の磁気要素１０５の磁界１２０Ａ（再びサンプル力線を含む）を例示する。図５Ａと図５Ｂの比較により分かるように、シールド要素１０６を含むことによって、磁界１２０Ａが第１の接続面１０３に向けられ得る。

図５Ａ及び図５Ｂが磁界１２０Ａの方向を１つのサンプル方向に循環するものとして例示するが、それが例であることが理解される。他の実施形態では、磁界１２０Ａは、本開示の範囲から逸脱せずに反転され得る。

図２に戻ると、幾つかの実施では、第１の電子デバイス１０１は、第２の電子デバイス１０２の１つ以上の送信部品１１３ａ及び１１３ｂから受信するように動作可能な１つ以上の受信部品１０７ａ及び１０７ｂを含み得る。このような場合、２つのデバイスの接続及び整列は、受信及び送信部品を整列させることを少なくとも目的とし得る。

例えば、送信部品１１３ａ及び１１３ｂ（シールド要素１４１ａ及び１４１ｂをそれぞれ含む、単一コイルの複数の断面部分）は、誘導電力送信部品であり得、受信部品１０７ａ及び１０７ｂ（シールド要素１４０ａ及び１４０ｂをそれぞれ含む、単一コイルの複数の断面部分）は、誘導電力受信部品であり得る。したがって、第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２の接続及び整列は、誘導電力受信部品１０７ａ及び１０７ｂ並びに誘導電力送信部品１１３ａ及び１１３ｂを整列させることを少なくとも目的とし得る。

更に、受信部品１０７ａ及び１０７ｂが第１の電子デバイス１０１の上面に概ね平行であるものとして示され、送信部品１１３ａ及び１１３ｂが、第１及び第２の接続面１０３及び１０４と同一面に整列されないように、第２の電子デバイス１０２の下面に概ね平行であるものとして示されるが、それが例であることが理解される。他の実施では、本開示の範囲から逸脱せずに、受信部品１０７ａ及び１０７ｂは、湾曲し、第１の接続面１０３と同一面にあり得、及び／又は、送信部品１１３ａ及び１１３ｂは、湾曲し、第２の接続面１０４と同一面にあり得る。このような実施では、受信部品１０７ａ及び１０７ｂ並びに送信部品１１３ａ及び１１３ｂは、第１の電子デバイス１０１の上面及び／又は第２の電子デバイス１０２の下面に対して傾斜し得る。

幾つかの場合、第２の電子デバイス１０２は、第１の電子デバイス１０１のためのドックとして動作し得る。例えば、上で議論されたように、第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２は、誘導電力の送信部品１１３ａ及び１１３ｂ並びに受信部品１０７ａ及び１０７ｂを含み、第１及び第２の電子デバイス１０１及び１０２は、誘導電力送信システムに関与し得、そこでは、第２の電子デバイス１０２が、第１の電子デバイス１０１に電力を誘導送信することにより、第１の電子デバイス１０１のための充電ドックとして機能し、その電力を第１の電子デバイス１０１が電源１１０に貯蔵する。

図６は、接続可能な電子デバイスの接続及び整列のための方法６００を例示する方法図である。この方法は、例えば図１のシステムにより実施され得る。

フローは、ブロック６０１にて始まり得、そこでは、第１の電子デバイスの第１の接続面が、接触位置にある第２の電子デバイスの第２の接続面と接触される。フローは、次いでブロック６０２に進み得る。

ブロック６０２にて、第１及び第２の電子デバイスは、第１及び第２の電子デバイスの第１及び第２の磁気要素間の横方向磁力をそれぞれ利用して、接触位置から整列位置に動かされる。このような動きは、横方向と回転の両方であり得、磁気要素の極同士は、場合によって電子デバイスのうちの１つ以上を整列位置に回転させるように作用する。横方向磁力は、第１及び第２の接続面の摩擦係数を上回り得る。フローは、次いでブロック６０３に進み得、そこでは、第１及び第２の電子デバイスは、第１及び第２の磁気要素間の横断方向磁力を利用して、整列位置で接続される。

方法６００は特定の順序で実施される特定の動作を含むとして例示及び上述されるが、それが例であることが理解される。各種の実施では、同じ、同様及び／又は異なる動作の各種の構成が、本開示の範囲から逸脱せずに実施され得る。例えば、ブロック６０２及び６０３は、線形順序で実施されるとして例示及び記述される。しかし、各種の実施では、これらの動作は、並列に又は実質的に並列に実施され得る。

次に図８を参照すると、図２のシステム１００の送信部品１１３ａ及び１１３ｂ並びに受信部品１０７ａ及び１０７ｂとともに利用され得る、周波数制御される例示的な誘導充電システム８００の簡略化されたブロック図が示される。誘導充電システムは、コントローラ８０４及び直流コンバータ８０６に動作的に接続されたクロック回路８０２を含む。クロック回路８０２は、誘導充電システム８００のためのタイミング信号を発生させることができる。

コントローラ８０４は、直流コンバータ８０６の状態を制御することができる。一実施形態では、クロック回路８０２は、直流コンバータ８０６内のスイッチを１サイクルベースで作動及び停止させるためにコントローラ８０４により使用される周期信号を発生させる。誘導充電システム８００では、任意の適当な直流コンバータ８０６を使用することができる。例えば、一実施形態では、直流コンバータとしてＨブリッジが使用され得る。Ｈブリッジは、当該分野で知られているので、本明細書ではＨブリッジの動作の概要のみが記述される。

コントローラ８０４は、４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４（例示されない）の開閉を制御する。スイッチＳ１及びＳ４が所与の期間にわたって閉じられ、スイッチＳ２及びＳ３が開かれると、正極から負荷を通って負極に電流が流れ得る。同様に、スイッチＳ２及びＳ３が所与の別の期間にわたって閉じられる一方、スイッチＳ１及びＳ４が開かれると、負極から正極に電流が流れ得る。スイッチのこの開閉によって、同じ負荷を通る電流の方向を繰返し反転させることにより時間変動する電流が作り出される。

代替的な実施形態では、Ｈブリッジが必要とされない場合もある。例えば、直流コンバータ８０６からの電流の流れを単一のスイッチが制御し得る。このようにして、直流コンバータ８０６は、矩形波発生器として機能し得る。

直流コンバータ８０６により作り出された時変信号又は矩形波信号は、変圧器８０８に入力され得る。典型的に、上で参照したテザー充電システムに使用されるような変圧器は、二次コイルに結合された一次コイルを含み、各コイルが共通コアの周りに巻き付けられる。しかし、本明細書に記述されるような誘導充電システムは、空隙により分離された一次及び二次コイルと、各コイルを収容する各ハウジングと、を含む。よって、例示されるように、変圧器８０８は、必ずしも物理的な要素でなくてもよく、代わりに、一次コイル８１０（図２のシステム１００の送信部品１１３ａ及び１１３ｂであり得る）及び二次コイル８１２（図２のシステム１００の受信部品１０７ａ及び１０７ｂであり得る）などの、誘導的に近接する２つの電磁コイル間の関係及びインタフェースを意味し得る。

送信器、及び誘導電力送信システムの二次コイル８１２との送信器の相互作用の簡略化された説明を前述した。送信器は、二次コイル８１２に電圧を誘導するために、時間変動する電圧を一次コイル８１０に提供するように構成され得る。交流及び矩形波の両方が例として指摘されたが、他の波形が企図されることが理解され得る。このような場合、コントローラ８０４は、直流コンバータ８０６の多数の状態を制御し得る。例えば、コントローラ８０４は、電圧、電流、デューティサイクル、波形、周波数、又はそれらの任意の組み合わせを制御し得る。

コントローラ８０４は、電力送信回路の動作効率を高めるために、一次コイル８１０に適用される波形の各種の特性を周期的に修正し得る。例えば、幾つかの場合、コントローラ８０４は、二次コイル８１２が一次コイル８１０に誘導的に近接していないと判定した場合に、一次コイル８１０への全ての電力を停止させ得る。この判定は、任意の数の適当な方法で達成され得る。例えば、コントローラ８０４は、一次コイル８１０上の誘導負荷を検出するように構成され得る。誘導負荷が一定の選択閾値を下回る場合、コントローラ８０４は、二次コイル８１２が一次コイル８１０に誘導的に近接していないと結論付け得る。このような場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０への全ての電力を停止させ得る。

他の場合、一実施形態では、コントローラ８０４は、変圧器８０８の共振周波数に又はその近くにデューティサイクルを設定し得る。別の例では、デューティサイクルの作動状態を規定する波形（すなわちハイ）の周期は、変圧器８０８の共振周波数で又はその近くで選択され得る。このような選択によって一次コイル８１０と二次コイル８１２との間の電力伝送効率が高まり得ることが理解され得る。

代替的な例では、コントローラ８０４は、誘導負荷のスパイクが検知された場合に一次コイル８１０への全ての電力を停止させ得る。例えば、一定の選択閾値を上回る特定のレートで誘導負荷がスパイクを示した場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に誘導的に近接する中間物体が置かれていると結論付け得る。このような場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０への全ての電力を停止させ得る。

また更なる例では、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に適用される波形の他の特性を修正し得る。例えば、受信器回路が追加の電力を必要とする場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に適用される波形のデューティサイクルを増加させ得る。関連する例では、受信器回路がより少ない電力を必要とする場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に適用される波形のデューティサイクルを減少させ得る。これらの例のそれぞれでは、一次コイル８１０に適用される時間平均電力が修正され得る。

また別の例では、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に適用される波形の大きさを修正するように構成され得る。このような例では、受信器回路が追加の電力を必要とする場合、コントローラ８０４は、一次コイル８１０に適用される波形の最大電圧を増幅させ得る。関連する場合では、波形の最大電圧は、受信器回路がより少ない電力を必要とする場合に減少され得る。

図８を参照すると、上記したように、誘導電力送信システムの送信器部分は、一次コイル８１０と二次コイル８１２との間の誘導結合を通じて受信器内の二次コイル８１２内に電圧を誘導するために、一次コイル８１０に時変信号を提供するように構成され得る。このようにして、一次コイル８１０の時変信号により変化する磁界の形成によって、一次コイル８１０から二次コイル８１２に電力が伝送され得る。

二次コイル８１２に作り出された時変信号は、時変信号をＤＣ信号に変換する直流コンバータ８１４により受信され得る。誘導充電システム８００では、任意の適当な直流コンバータ８１４を使用することができる。例えば、一実施形態では、直流コンバータとして整流器が使用され得る。ＤＣ信号は、次いでプログラム可能な負荷８１６により受信され得る。

幾つかの実施形態では、受信器の直流コンバータ８１４はハーフブリッジであり得る。このような例では、二次コイル８１２は、より多くの巻線を有し得る。例えば、幾つかの実施形態では、二次コイルは、２倍の巻線を有し得る。このようにして、理解され得るように、二次コイル８１２を横切る誘導電圧は、ハーフブリッジ整流器により効果的に半減され得る。幾つかの場合、この構成は、実質的により少ない電子部品を必要とし得る。例えば、ハーフブリッジ整流器は、全波ブリッジ整流器の半分のトランジスタを必要とし得る。より少ない電子部品の結果として、抵抗損失が大幅に小さくなり得る。

他の幾つかの実施形態では、受信器は、送信器内に存在する磁化インダクタンスを調整除去するための回路も含み得る。当該分野で知られているように、磁化インダクタンスは、不完全に結合されたコイルにより形成された変圧器内で損失を生じさせ得る。他の漏洩インダクタンスのうち、この磁化インダクタンスによって、送信器の効率が大幅に低下し得る。磁化インダクタンスが一次及び二次コイル間の結合に依存し得るため、送信器自体の内部で必ずしも完全には補償され得ないことが更に理解され得る。これにより、本明細書で議論される幾つかの実施形態では、受信器内に調整回路が含まれ得る。例えば、幾つかの実施形態では、プログラム可能な負荷８１６と並列にコンデンサが配置され得る。

また更なる例では、上で参照したサンプル修正形態の組み合わせがコントローラにより成され得る。例えば、コントローラ８０４は、デューティサイクルを減少させることに加えて電圧を２倍にし得る。別の例では、コントローラは、デューティサイクルを時間とともに減少させながら電圧を時間とともに増加させ得る。本明細書では任意の数の適当な組み合わせが企図されることが理解され得る。

他の実施形態は、複数の一次コイル８１０を含み得る。例えば、２つの一次コイルが存在する場合、それぞれが単独で又は同時に作動されたり使用されたりし得る。このような実施形態では、個々のコイルは、それぞれコントローラ８０４に結合され得る。更なる例では、幾つかの個々の一次コイル８１０のうちの１つが選択的にショートされ得る。例えば、スイッチがオフのときに電流が誘導子を通って流れ得るように、コイルと並列にスイッチが配置され得る。一方、スイッチがオンのときには、電流はコイルを通じて流れない。スイッチは、手動、ソリッドステート、又はリレーベースのスイッチのうちの任意の適当なタイプであり得る。このようにして、幾つかのコイルのそれぞれを通る電流の増加量は、選択的に制御され得る。例えば、誘導負荷が高い状況では、スイッチは、一次コイル８１０を伴う回路内にコイルを含むように切断され得る。

図９〜図１１は、本明細書に開示される磁気的な接続及び整列技術の各種の実施形態が利用され得る、サンプル電子デバイス９０１〜１１０１の等角図を例示する。例示されるように、図９はスマートフォン９０１を例示し、図１０はタブレットコンピュータ１００１を例示し、図１１は、ここでは腕時計として示されるウェアラブルデバイス１１０１を例示する。しかし、これらが例であり、本明細書に開示される磁気的な接続及び整列技術の実施形態が、本開示の範囲から逸脱せずに、広範な異なる電子デバイスで利用され得ることが理解される。

図１〜図８は、部品の各種の構成（受信部品１０７ａ及び１０７ｂ、送信部品１１３ａ及び１１３ｂ、並びに磁気要素１０５及び１１１など）を例示するが、それらが例であることが理解される。各種の実施では、本開示の範囲から逸脱せずに各種の他の構成が可能である。

例えば、図１２は、図１１のウェアラブルデバイス１１０１の、図１１の断面Ｃ−Ｃに沿う概略側断面図であり、受信部品１１０７ａ及び１１０７ｂ、第１の磁気要素１１０５、第１の接続面１１０３、シールド要素１１４０ａ及び１１４０ｂ、並びにシールド要素１１０６の、別のサンプル構成を例示する。しかし、この構成も例であり、本開示の範囲から逸脱せずに、また他の構成が可能であることが理解される。加えて、ウェアラブルデバイス１１０１は、図１２の側断面図では明瞭性のために省略されている他の部品を含み得る。ウェアラブルデバイスは、そのハウジング内に、任意の又は全ての又は複数の、入力機構、プロセッサ、メモリ、ディスプレイ、モータなどの出力要素、センサその他を含み得る。

上述し、添付図面に例示されるように、本開示は、接続可能な電子デバイスの接続及び整列のためのシステム及び方法を開示する。接続可能な第１及び第２の電子デバイスが、それぞれ接続面及び磁気要素を含み得る。２つのデバイスは、異なる多数の可能な接触位置のうちの１つに置かれ得、そこでは、接続面同士は接触し、２つの表面間の摩擦係数を上回る磁気要素間の横方向磁力によって、２つのデバイスが整列位置と動かされ得る。デバイスが整列位置にあるときに、磁気要素の横断方向磁力は、２つのデバイスを接続し得る。任意選択的に、デバイスが整列位置にあるときに、一方のデバイスの、他方のデバイスからの誘導充電が起き得る。

本開示では、開示された方法は、命令又は動作のセットを利用し得る。開示された方法におけるステップの具体的な順序又は階層は、サンプルアプローチの例であることが理解される。他の実施形態では、方法におけるステップの具体的な順序又は階層を、開示された主題の範囲内にて再編成することができる。付随する方法の請求項は、各種のステップの要素をサンプル順序で提示し、提示される具体的な順序又は階層に必ずしも限定されることを意図しない。

本開示及びその付随する利点の多くは、前述の説明により理解されるであろうことが信じられ、部品の形態、構造、及び配列における各種の変更が、開示された主題から逸脱することなく、又はその有形の利点の全てを損なうことなく、行われ得ることが明らかとなるであろう。記述された形態は単に説明的なものであり、そのような変更を包含し、含むことは、以下の請求項の意図するところである。

各種の実施形態を参照して、本開示を記述してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、本開示の範囲は、それらに限定されるものではないことが理解されるであろう。多くの変形、修正、追加、及び改善が可能である。より一般的に、本開示による実施形態は、コンテキスト又は特定の実施形態にて記述されてきた。本開示の各種の実施形態では、機能性は、ブロック内で異なるように分離若しくは組み合わせられ得、又は異なる専門用語で記述され得る。これらの変形、修正、追加、及び改善、並びに他の変形、修正、追加、及び改善は、以下の請求項で定義されるような、本開示の範囲内に包含され得る。

Claims (23)

1. 接続面を画定するハウジングと、
   前記接続面に近接して前記ハウジング内に配置された受信部品であって、前記受信部品はワイヤコイルとコイルシールドとを含み、前記コイルシールドは前記ワイヤコイルの面のうち前記接続面とは反対となる面に沿って、および前記接続面を横断する方向の前記ワイヤコイルのサイドに沿って設けられる、受信部品と、
   前記接続面に隣接して前記ハウジング内に配置された磁気要素と、を備え、
   前記磁気要素は磁石と磁気シールドとを含み、前記磁気シールドは前記磁石の面のうち前記接続面とは反対となる面に沿って設けられ、前記磁気シールドは前記接続面を横断する方向の前記磁石のサイドを覆いかつ前記磁石の前記サイドから隙間により隔てられているサイドを有し、前記磁気シールドは前記磁石の磁界を前記接続面に導くよう構成される、電子デバイス。
2. 前記受信部品は、前記ハウジング及び外部面が整列位置にあるときに、送信された電力を受信するように動作可能である、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記受信部品が誘導電力受信部品を備える、請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記磁気要素が磁界を発生させ、
   前記磁界が、前記ハウジング及び外部面のうちの一方を他方に対して移動させるように横方向磁力を及ぼす、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
5. 前記磁界が、前記外部面からの前記ハウジングの接続解除に抵抗するように横断方向磁力を及ぼし、
   前記横断方向磁力が、接触位置よりも整列位置で大きい、請求項４に記載の電子デバイス。
6. 磁気的な接続及び整列のためのシステムであって、前記システムが、
   第１の電子デバイスであって、
   第１の接続面を画定する第１のハウジングと、
   前記第１の接続面に近接して前記第１のハウジング内に配置された受信部品であって、前記受信部品はワイヤコイルとコイルシールドとを含み、前記コイルシールドは前記ワイヤコイルの面のうち前記第１の接続面とは反対となる面に沿って、および前記第１の接続面を横断する方向の前記ワイヤコイルのサイドに沿って設けられる、受信部品と、
   前記第１の接続面に隣接して前記第１のハウジング内に配置された第１の磁気要素と、を備え、
   前記第１の磁気要素は磁石と磁気シールドとを含み、前記磁気シールドは前記磁石の面のうち前記第１の接続面とは反対となる面に沿って設けられ、前記磁気シールドは前記第１の接続面を横断する方向の前記磁石のサイドを覆いかつ前記磁石の前記サイドから隙間により隔てられているサイドを有し、前記磁気シールドは前記磁石の磁界を前記第１の接続面に導くよう構成される第１の電子デバイスと、
   第２の電子デバイスであって、
   第２のハウジングと、
   前記第２のハウジング内に配置された第２の磁気要素と、を備える第２の電子デバイスと、を備え、
   前記第１及び第２の磁気要素が、前記第１及び前記第２の電子デバイスを互いに対して初期位置から整列位置に移動させるように作用する磁力を発生させ、
   前記第１のハウジング及び前記第２のハウジングが、前記初期位置と前記整列位置の両方で互いに接触する、システム。
7. 前記第１のハウジングの前記第１の接続面又は前記第２のハウジングの第２の接続面のうちの少なくとも一方が、低摩擦材料を含む、請求項６に記載のシステム。
8. 前記低摩擦材料が、結晶性材料、摩擦低減被覆、及び研磨面のうちの１つ以上を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記第１の電子デバイスの前記第１の接続面及び前記第２の電子デバイスの第２の接続面が、前記第１及び前記第２の接続面の間の摩擦力を減らすように対応して成形される、請求項６から８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記第１及び前記第２の電子デバイスが前記初期位置と前記整列位置との間を移動するにつれて、前記第１の磁気要素と前記第２の磁気要素との間の横断方向磁力が増加する、請求項６から９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記第１の磁気要素が、前記第１のハウジング内に移動可能に取り付けられ、前記第１及び前記第２の電子デバイスが前記整列位置にないときに、前記第１のハウジングの前記第１の接続面から離れるように付勢され、
    前記第１及び前記第２の電子デバイスが前記初期位置から前記整列位置に移動するときに、前記横断方向磁力が、前記第１の磁気要素を前記第１の接続面に向けて引っ張る、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１の磁気要素が、
    前記第１のハウジングの前記第１の接続面に面し、複数の側面により後面に接合される、前面を備える、請求項６から１０のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記磁気シールドが、前記第１の磁気要素の磁界を前記第１の接続面に向ける、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記磁気シールドが、軟磁性材料、強磁性材料、及び鉄コバルトのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記磁気シールドが、前記複数の側面のうちの少なくとも１つから隙間によりオフセットされる、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記第２の磁気要素が、
    前記第２の電子デバイスの第２の接続面に面し、複数の側面により後面に接合される、前面と、
    前記後面及び前記複数の側面を少なくとも部分的に覆うシールド要素と、を備える、請求項６から１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記磁力が、前記第１の接続面と第２の接続面との間の境界面と整合する横方向磁力である、請求項６から１６のいずれか１項に記載のシステム。
18. 接続可能な電子デバイスの磁気的な接続及び整列のための方法であって、
    第１の電子デバイスを第２の電子デバイスに対して接触位置から整列位置に磁気的に移動させることと、
    前記第１の電子デバイスの第１の受信部品が前記第２の電子デバイスの第２の受信部品と整列されるように、前記第１の電子デバイスの第１の磁気要素の磁石から前記第２の電子デバイスへ磁気シールドを用いて磁束を誘導することであって、前記磁気シールドは前記磁石の第１の面に結合されかつ前記第１の面を横断する方向の前記磁石の追加面から離れて配置され、前記第１の受信部品はワイヤコイルとコイルシールドとを含む、誘導することと、
    前記第１の電子デバイスの前記第１の磁気要素と、前記第２の電子デバイスの第２の磁気要素との間の磁力を利用して、前記第１の電子デバイス及び前記第２の電子デバイスを前記整列位置に保持することと、を含む方法。
19. 前記磁力が、第１の接続面と第２の接続面との間の摩擦を上回る、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の電子デバイス及び前記第２の電子デバイスを前記接触位置から前記整列位置に磁気的に移動させることが、前記第１の電子デバイスを前記第２の電子デバイスに対して横方向に移動させることを含む、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記第１及び前記第２の電子デバイスが前記整列位置にあるときに、前記第２の電子デバイスを使用して前記第１の電子デバイスを誘導充電することを更に含む、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記第１及び前記第２の電子デバイスの結合解除に磁気的に抵抗することを更に含む、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記第１及び前記第２の電子デバイスが、誘導電力送信システムの部品であり、前記第２の電子デバイスを前記整列位置に移動させることによって、前記誘導電力送信システムの誘導充電効率が高まる、請求項１８から２２のいずれか１項に記載の方法。

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