JP7021267B2 - ソレノイドを有する無線充電システム - Google Patents

Description

本出願は、２０１７年４月１９日に出願された米国特許出願第１５／４９１，８９３号、及び２０１６年１０月３１日に出願された米国特許仮出願第６２／４１５，３４８号の優先権を主張するものであり、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、概して無線システムに関し、より具体的には、デバイスが無線で充電されるシステムに関する。

無線充電システムでは、充電面又は磁気充電ケーブルを有するデバイスなどの無線電力送信デバイスは、ポータブル電子デバイスに無線で電力を送信することができる。ポータブル電子デバイスは、無線で送信された電力を受信することができ、この電力を使用して内部バッテリを充電するか、又はデバイスに電力を供給することができる。いくつかの状況では、ポータブル電子デバイス及び無線電力送信デバイスが互いに対して向けられている方法及びこれらのデバイス内の無線充電構成要素に使用されている構成のために、所望のレベルの充電効率を達成することは困難であり得る。

無線充電面を有するデバイス又はクレードル若しくは他の支持構造を有するデバイスなどの無線電力送信デバイスは、無線電力受信デバイスに無線で電力を送信することができる。無線電力受信デバイスは、金属筐体などの筐体を有してもよい。ディスプレイは、デバイスの前面の金属筐体に取り付けられてもよい。デバイスの後面の後部筐体壁は、無線電力受信ソレノイドを備えていてもよい。

無線電力受信ソレノイドは、ワイヤで巻かれたフェライトストリップなどの磁性材料から形成されたコアを有することができる。ワイヤは、誘電コーティングを有する固体金属ワイヤ、磁性コーティング層を有する固体金属ワイヤ、矩形断面形状を有する金属ワイヤ、又は絡み合った金属フィラメントから形成されたワイヤから形成されてもよい。

ソレノイドは、長手方向軸に沿って延びるリニアストリップ形状を有してもよい。無線電力受信デバイスは、金属筐体の側壁に結合されたストラップを有してもよい。長手方向軸は、ストラップに垂直で、ストラップが結合される側壁に平行な方向に延びることができる。

無線電力受信ソレノイドは、対向する第１及び第２の端部を有することができる。いくつかの配置では、無線電力送信デバイスは、無線電力受信ソレノイドがクレードル内に受容されているときに、無線電力受信ソレノイドの第１及び第２の端部にそれぞれ無線電力信号を送信するように構成された対向する第１及び第２の端部を有する無線電力送信ソレノイドを有することができる。無線電力受信デバイスは、無線電力受信ソレノイドを使用して、無線充電マット又は無線充電面から無線電力信号を放出する他の無線電力送信デバイスから電力を受信することもできる。

いくつかの実施形態に係る、例示的な無線充電システムの模式図である。 一実施形態に係る、無線充電面を形成する無線電力送信デバイスを有する例示的な無線充電システムの上面図である。 一実施形態に係る、無線充電面用の無線電力送信コイルの例示的なアレイの図である。 一実施形態に係る、無線充電され得る腕時計などの例示的なポータブル電子デバイスの斜視図である。 一実施形態に係る、無線電力受信デバイスで使用される例示的な無線電力受信ソレノイドの斜視図である。 一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。 一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。 一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。 一実施形態に係る、無線電力送信コイルのアレイを有する例示的な無線電力送信デバイスの無線充電面上に水平に置かれた例示的な無線電力受信デバイスの断面側面図である。 一実施形態に係る、図９の例示的な無線電力送信デバイスの無線充電面上に垂直に置かれた例示的な無線電力受信デバイスの断面側面図である。 一実施形態に係る、コイルのアレイを有する無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信する例示的な無線電力受信デバイスの斜視図である。 一実施形態に係る、例示的なＣ字型無線電力送信ソレノイドの第１及び第２の端部それぞれから無線電力信号を受信する第１及び第２の端部を有する例示的なリニア無線電力受信ソレノイドの断面側面図である。 一実施形態に係る、無線電力受信ソレノイドの第１及び第２の端部が無線電力送信ソレノイドの第１及び第２の端部それぞれに隣接するように配置された、例示的なリニア無線電力受信ソレノイド及び例示的なリニア無線電力送信ソレノイドの断面側面図である。 一実施形態に係る、リニア無線電力受信ソレノイド及びＵ字型電力送信ソレノイドを有する例示的なシステムの断面側面図である。 一実施形態に係る、後部筐体表面から盛り上がった位置に取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。 一実施形態に係る、後部筐体表面と同一平面にある位置に、取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。 一実施形態に係る、後部筐体面の少なくともいくつかの部分に対して凹んだ位置に取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。 一実施形態に係る、無線電力送信ソレノイドを有する無線電力送信デバイスのための例示的なクレードルの斜視図である。 一実施形態に係る、時計筐体上に無線電力受信ソレノイドが嵌合されたた図１８の例示的なクレードルの斜視図である。 一実施形態に係る、時計上の無線電力受信ソレノイドに結合されている例示的な無線電力送信デバイスの斜視図である。 一実施形態に係る、時計上の無線電力受信ソレノイドに結合されている例示的な無線電力送信デバイスの斜視図である。 一実施形態に係る、無線電力伝送性能を向上させるための、時計筐体の後面上の細長いストリップ形状（リニア）無線電力受信ソレノイドの対向する端部に隣接する後部筐体壁凹部を有する例示的な時計筐体の後面斜視図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。 一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。

無線電力システムは、無線充電マット、無線充電パック、無線充電スタンド、無線充電テーブル、又は他の無線電力送信機器などの無線電力送信デバイスを有することができる。無線電力送信デバイスは、無線電力受信デバイスに無線電力を送信するのに使用される１つ以上のコイルを有することができる。いくつかの構成では、コイルは、細長いソレノイドを使用して実装され得る。無線電力送信ソレノイドは、例えば、磁気充電ケーブル、スタンド、又はクレードルなどの支持構造を含む他の機器を有する無線電力送信機器に使用され得る。他の構成では、無線電力送信デバイス用の無線充電面を形成する際に平面コイルのアレイを使用することができる。無線電力受信デバイスは、セルラー電話、時計、メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ、イヤホン、リモートコントロール、ラップトップコンピュータ、又は他のポータブル電子デバイスであってもよい。無線電力受信デバイスは、無線電力送信デバイスによって送信された無線電力信号を受信する無線電力受信ソレノイドを有することができる。

動作中、無線電力送信デバイスは、１つ以上の無線電力送信コイルに交流信号を供給することができる。これにより、コイルに交流電磁信号（無線電力信号と呼ばれることもある）を無線電力受信デバイスに送信させる。無線電力受信デバイスは、送信された無線電力信号を受信するための細長い無線電力受信ソレノイドなどの１つ以上のコイルを有することができる。

１つの例示的な構成では、無線電力受信デバイスは、ソレノイドを形成する磁気コアのワイヤを有する細長いコイルを有することができる。無線電力送信デバイスが、時計などの無線電力受信デバイスの無線電力受信ソレノイドに無線電力を供給する無線電力送信ソレノイドを有するコイルのアレイ又はクレードル又は他の構造を有する無線充電面を有する構成は、本明細書では一例として記載されることがある。しかしながら、これは単なる例示である。任意の適切な構成を無線電力送信デバイスに使用することができ、所望であれば、無線電力受信デバイスの任意の適切な構成を使用することができる。

例示的な無線電力システム（無線充電システム）を図１に示す。図１に示すように、無線電力システム８は、無線電力送信デバイス１２などの無線電力送信デバイスを含むことができ、１つ以上の無線電力受信デバイス１０を含むことができる。

電力送信デバイス１２は、ケーブルを使用して電源アダプタ回路に結合されたスタンドアロンの電源アダプタ又は機器であってもよい。デバイス１２は、無線充電面として機能する平面誘電体層の下に取り付けられたコイルのアレイを有する無線充電マットであってもよく、充電ケーブルを有するデバイス（例えば、無線電力送信コイルを有するパックを有する磁気充電ケーブル及び、無線電力受信デバイスにそのパックを結合するための磁石）、スタンド（例えば、ドック）、コイルのアレイを有するテーブル、若しくは電源アダプタ回路を含む他のデバイスを有するデバイスであってもよく、ケーブルによって電力アダプタ若しくは他の機器に結合される無線充電クレードル若しくは他の無線電力伝送構成要素を含んでもよく、ポータブルデバイスであってもよく、家具、車両、又は他のシステムに組み込まれた機器であってもよく、又は他の無線電力伝送機器であってもよい。無線電力送信デバイス１２が、無線充電面を有する無線充電デバイス又はドック若しくは他のスタンド内のケーブル若しくはクレードル上のパックに組み込まれ得るタイプの無線充電クレードルである、例示的な構成が例として本明細書に記載されることもあり得る。

システム８における各電力受信デバイス１０は、腕時計、セルラー電話、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、又は他の電子機器などのポータブル電子デバイスであってもよい。電力送信デバイス１２は、交流電源５０（例えば、ライン電力又は他の主電源を供給する壁コンセント）などの交流電圧源に接続されてもよく、電力を供給するためのバッテリ３８などのバッテリを有してもよく、及び／又は別の電源を有してもよい。電力送信デバイス１２は、主電源又は他の電源からの電力を、制御回路４２及びデバイス１２内の他の回路に電力を供給するのに使用されるＤＣ電力に変換するためのＡＣ－ＤＣ電力変換器４０などの電力変換器を有してもよい。

動作中、制御回路４２のコントローラは、無線電力送信回路３４及び回路３４に結合された１つ以上のコイル（単数又は複数）３６を使用して、交流電磁信号４８をデバイス１０に送信し、それによって無線電力をデバイス１０の電力受信回路４６に送ることができる。電力送信回路３４は、コイル（単数又は複数）３６を介してＡＣ電流信号を生成するために制御回路４２によって提供される制御信号に基づいてオン及びオフされるスイッチング回路（例えば、トランジスタ）を有することができる。ＡＣ電流がコイル（単数又は複数）３６を通過すると、受信デバイス１０内の無線電力受信回路４６に結合された対応するコイル（単数又は複数）１４によって受信される交流電磁場（無線電力信号４８）が生成される。交流電磁界がコイル１４によって受信されると、対応する交流電流及び電圧がコイル１４に誘導される。回路４６内の整流器回路は、コイル（単数又は複数）１４からの受信交流信号（無線電力信号に関連した受信交流電流及び電圧）をデバイス１０に給電するためのＤＣ電圧信号に変換することができる。ＤＣ電圧は、ディスプレイ５２、タッチセンサ構成要素及び他のセンサ５４（例えば、加速度計、力センサ、温度センサ、光センサ、圧力センサ、ガスセンサ、湿度センサ、磁気センサなど）、送信器１２及び／又は他の機器の制御回路４２と無線通信するための無線通信回路５６、オーディオ構成要素、及び他の構成要素（例えば、入出力装置２２及び／又は制御回路２０）などのデバイス１０内の構成要素に給電するのに使用されてもよく、バッテリ１８などのデバイス１０内の内部バッテリを充電するのに使用されてもよい。

デバイス１２及び１０は制御回路４２及び２０を含み得る。制御回路４２及び２０は、記憶装置を含むことができ、マイクロプロセッサ、電力管理ユニット、ベースバンドプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、及び／又は処理回路を有する特定用途集積回路などの処理回路を含むことができる。制御回路４２及び２０は、システム８において所望の制御及び通信機能を実現するための命令を実行するように構成されてもよい。例えば、制御回路４２及び／又は２０は、電力送信レベルの決定、センサデータの処理、ユーザ入力の処理、送信回路３４からの無線結合効率に関する情報などの他の情報の処理、受信回路４６からの情報の処理、無線充電動作を開始及び停止する時期を決定するための回路３４及び／又は４６からの情報の使用、充電周波数、マルチコイルアレイにおけるコイル割り当て、及び無線電力送信レベルなどの充電パラメータの調整、並びに他の制御機能の実行、において使用され得る。制御回路４２及び／又は２０は、ハードウェア（例えば、専用ハードウェア又は回路）及び／又はソフトウェア（例えば、システム８のハードウェア上で動作するコード）を使用してこれらの動作を実行するように構成され得る。これらの動作を実行するためのソフトウェアコードは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体（例えば、有形のコンピュータ可読記憶媒体）に記憶されてもよい。ソフトウェアコードは、ソフトウェア、データ、プログラム命令、命令、又はコードと呼ばれることもあり得る。非一時的コンピュータ可読記憶媒体としては、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）などの不揮発性メモリ、１つ以上のハードドライブ（例えば、磁気ドライブ又はソリッドステートドライブ）、１つ以上のリムーバブルフラッシュドライブ若しくは他のリムーバブル媒体、他のコンピュータ可読媒体、又はこれらのコンピュータ可読媒体の組み合わせを挙げることができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたソフトウェアは、制御回路４２及び／又は２０の処理回路上で実行されてもよい。処理回路は、処理回路を有する特定用途集積回路、１つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の処理回路を含み得る。

デバイス１２及び／又はデバイス１０は、帯域内通信又は帯域外通信を使用して無線通信することができる。デバイス１０及び１２により、例えば、制御回路４２及び２０（及び／又は図１の回路５６などの無線通信回路）内に無線送受信機回路を有することができ、デバイス１０と１２の間で信号の無線送信が可能になる（例えば、アンテナを使用して、コイル３６及び１４を使用してなど）。

１つの例示的な構成では、無線送信デバイス１２は、無線充電面にわたって無線電力を供給するコイルのアレイを有する無線充電マット又は他の無線電力送信機器である。このタイプの構成を図２に示す。図２に示すように、無線電力受信デバイス１０は、充電中に１つ以上のコイル３６の上に配置され得る。コイル３６は、任意の適切なタイリングパターン（長方形、六角形など）で充電面を横切って配置され得る。一例として、コイルアレイは、重なり合わない長方形のタイル位置にそれぞれ配置されたコイル３６の行及び列を有してもよく、コイルアレイは、２つ以上の互い違いのアレイのコイル３６の矩形のタイル状の行及び列を有してもよく、各六角形のタイルがそれぞれ重なり合わないコイル３６を含むパターンなどの六角形のタイル状の配列パターンのコイル３６を有してもよく、又は２つ以上、若しくは３つ以上の重なり合う六角形のタイル状のコイルのセットに配置されてもよい。六角形のタイル状のコイル３６の３つの互い違いのセット（アレイ）に基づいた例示的なコイルアレイ構成を図３に示す。図３のデバイス１２の例示的なコイルアレイは、充電マット又は充電面を有する他のデバイスに結合されてもよく、六角形タイル状コイル３６Ａの第１層、六角形タイル状コイル３６Ｂの第２層及び六角形タイル状コイル３６Ｃの第３層を有し得る。動作中、デバイス１０の制御回路４２は、デバイス１２によって使用されている送信コイルとデバイス１０の受信コイル（単数又は複数）１４の間の重なりを最適化するために、交流信号をこれらの３つの重なり合う層及び互い違いの層のうちの所望の１つのコイルに送るように、回路３４に指示することができる。

図４は、電力受信デバイス１０は腕時計デバイスである例示的な構成の、電力受信デバイス１０の斜視図である。この例では、デバイス（時計）１０は、時計筐体６２の左右の側壁に結合されたストラップ６０などのストラップを有する。ストラップ６０は、スプリング式ピンを使用して、クリップを使用して、ねじ若しくは他の留め具を使用して、ストラップ６０の一部を筐体６２のスロット若しくは他の開口部に通すことによって、接着剤を使用して、ストラップ及び筐体６２を共通構造の部分として形成することによって、他の結合技術を使用して、又はこれらの技術の組み合わせを使用して、筐体６２に結合され得る。ストラップ６０は、ストラップ６０が使用者の手首の周囲に固定されることを可能にするクラスプ６４などのクラスプを有することができる。所望であれば、クラスプのない弾性ストラップ及び他の締結機構を有するストラップも使用することができる。

筐体６２は、金属（アルミニウム、ステンレス鋼、金など）、ガラス、炭素繊維複合材料及び他の繊維複合材料、ポリマ（プラスチック）、セラミック、他の材料、並びに／又はこれらの材料の組み合わせなどの１つ以上の材料から形成され得る。筐体６２は、正方形の輪郭又は他の矩形の輪郭（上から見てフットプリント）を有してもよく、又は円形の輪郭、楕円形の輪郭などを有してもよい。ディスプレイ６６は、筐体６２の前面に取り付けられてもよく、ボタン６８などのボタン（例えば、時計クラウンなど）は、筐体６２の側壁又は他の部分に取り付けられてもよい。筐体６２の対向する後面は、金属後部筐体壁構造又は他の適切な筐体壁構造から形成されてもよく、光放射及び／又は光検出を受け入れるための窓が設けられてもよく、及び／又はデバイス１２から無線電力を受信するためのソレノイド（コイル）１４が設けられてもよい。

デバイス１０の筐体６２の後面上のソレノイドは、図５の例示的なソレノイド１４によって示されるタイプのリニア構成を有することができる。図５のソレノイド１４は、複数ターンのワイヤ１４Ｗで巻かれたストリップ形状のソレノイドコア１４Ｃなどの細長いリニアコアを有する。コア１４Ｃは、比較的高い比透磁率を有する磁性材料から形成され得る。例えば、無線電力送信回路３４及び無線電力受信回路４６が約３００～４００ｋＨｚの交流周波数で動作する構成では、コア１４Ｃの比透磁率は、３００～４００ｋＨｚで１０００～５０００、３００～４００ｋＨｚで少なくとも１０００、３００～４００ｋＨｚで２０００～６０００、又は３００～４００ｋＨｚで６０００未満であり得る。所望であれば、コア１４Ｃの比透磁率はより低くてもより高くてもよい。一例として、回路３４及び４６がより高い周波数（たとえば６ＭＨｚ）で動作するように構成されている場合、コア１４Ｃの比透磁率は６ＭＨｚで１００であり得る。コア１４Ｃは、フェライト（例えば、マグネシウム亜鉛フェライト）又は他の適切な磁性材料から形成されてもよい。コア１４Ｃは、長手方向軸７０に沿って延びていてもよい。ソレノイド１４の長さＬは、２．４ｃｍ、１～１０ｃｍ、１～５ｃｍ、２～５ｃｍ、１～３ｃｍ、０．５ｃｍ超、４ｃｍ未満、又は他の適切な長さであり得る。コア１４Ｃの幅Ｗは、０．６ｃｍ、０．３～１．２ｃｍ、０．３～１ｃｍ、０．２～１．５ｃｍ、少なくとも０．２ｃｍ、少なくとも０．３ｃｍ、１．２ｃｍ未満、２ｃｍ未満、４ｃｍ未満、又は他の適切な幅であってもよい。コア１４Ｃの厚さＴは、１ｍｍ、０．５～２ｍｍ、３ｍｍ未満、５ｍｍ未満、０．２ｍｍ超、１ｍｍ超、０．１ｃｍ、０．０５～０．２ｃｍ、少なくとも０．０５ｃｍ、０．４ｃｍ未満、又は他の適切な厚さであってもよい。ソレノイド１４は、細長いリニア（ストリップ形状）ソレノイドであってもよく、コア１４Ｃは、長手方向軸に沿って線状に延びてもよい。厚さＴは、筐体６２の後部筐体壁から外向きに延びてもよい。幅Ｗは、筐体６２の後部筐体壁の表面に対して平行していてもよい。１つの例示的な構成では、幅Ｗは厚さＴよりも少なくとも４倍大きく、長さＬは幅Ｗの少なくとも４倍である。所望であれば、ソレノイド１４に他の構成が使用され得る。ソレノイド１４の長手方向軸は、ストラップ６０が結合される筐体６２の対向する左右の側壁に平行に延びてもよい。

ワイヤ１４Ｗは、固体の銅線又は他の適切な材料の導電性ストランドから形成され得る。コア１４Ｃ（長手方向軸７０）の周囲に巻かれるワイヤ１４Ｗには、２～１００、１０超、４０超、１２０超、３００未満、１５０未満、７５未満、又は他の適切なターン数があり得る。ワイヤ１４Ｗの直径は、０．１ｍｍ、０．０５～０．２ｍｍ、０．０３ｍｍ超、０．０８ｍｍ超、０．３ｍｍ未満、１ｍｍ未満、又は他の適切な直径であり得る。

図６は、ワイヤ１４Ｗが、層１４Ｗ－２などの１つ以上のコーティング層でコートされたコア１４Ｗ－１などの固体コアを有し得る方法を示す。一般に、ワイヤ１４Ｗは、コア１４Ｗ－１を含む１つ以上、２つ以上、３つ以上、又は４つ以上の層を有してもよく、これらの層は誘電体及び／又は導体であってもよい。一例として、コア１４Ｗ－１は銅であってもよく、コーティング１４Ｗ－２は鉄などの磁性材料であってもよい。別の例として、コア１４Ｗ－１は銅などの金属であってもよく、コーティング１４Ｗ－２はポリマコーティング又は他の誘電コーティングであってもよい。ストランド１４Ｗの側部が平らであって、コア１４Ｃ（例えば、矩形断面形状を有する図７のストランド１４Ｗ）の周囲に高密度のターンを可能にするのに役立ち、複数のより小さいストランド１４Ｗ’が撚り合わされてストランド１４Ｗを形成する（図８参照）ような構成も使用され得る。

いくつかの状況では、ユーザは、筐体６２の前面又は後面が充電面上で平らになるように、筐体６２を充電面上に配置することができる。図９に示すように、例えば、筐体６２の前面及び後面がそれぞれデバイス１２の充電面に平行な平面内（Ｘ－Ｙ平面に平行）にあるように筐体６２を配置することができる。この構成では、コイル（単数又は複数）３６からの磁界Ｂは、ソレノイド１４を通って横方向（図９の構成では水平方向）に通過することができる。

いくつかのシナリオでは、ユーザは、図１０に示すように、無線充電面上にその側部に筐体６２を配置することができる。例えば、ユーザが時計を取り外すとき、ユーザは充電面上に時計を置くことができるので、リストストラップ６０に最も隣接する筐体６２の側壁（図１０の例では筐体６２の垂直に延びる側壁）は、無線デバイス１２の充電面の表面法線ｎに平行に（垂直Ｚ軸に沿って）向けられるようになる。ストラップ６０は、充電面に平行に延びてもよく、表面法線ｎに対して垂直であってもよい。いくつかの状況では、例えば、バンド６０がエラストマループであってクラスプを有しない場合、ユーザが筐体６２の後面を充電面上に配置することは不可能であり、したがってデバイス１０の最も可能性の高い方向は、図１０に示される方向であり得る。デバイス筐体６２が筐体端部上に置かれているこの方向では、コイル（単数又は複数）３６からの磁界Ｂはソレノイド１４を通って（図１０の軸Ｚに沿って）通過することができる。

図９及び図１０の例におけるソレノイド１４などの後部に取り付けられたソレノイドの使用は、デバイス１０が、デバイス１２の充電面の下に形成されたコイルアレイに対してソレノイド１４（長手方向軸７０）の水平（平行）及び垂直（直角）方向の両方で満足できる無線電力を受信することを可能にする。図９及び図１０のシナリオにおけるデバイス１２とデバイス１０の間の結合効率は、例えば、５％～２５％、４％超、３０％未満、又は他の適切な値であってもよい。コイル３６は、任意の適切な形状及びサイズを有することができる。例えば、コイル３６は、（図３に関連して説明したように）３つの互い違いの層における六角形のタイル状のコイルであってもよく、コイルの直径は１～１０ｃｍ、２～５ｃｍ、２～４ｃｍ、２～３ｃｍ、０．５ｃｍ超、１５ｃｍ未満、又は他の適切なコイル直径値を有することができる。

図１１は、ソレノイド１４がデバイス１２の表面（Ｘ－Ｙ平面）に対して垂直に配向されている、例示的な構成のデバイス１０の斜視図である。図１１に示すように、ソレノイド１４は、筐体６２の後壁６２Ｒの一部又は全部にわたって延びる細長い形状（例えば、細長いストリップ形状）を有してもよい。ソレノイド１４が時計筐体６２内の他の場所に取り付けられている構成も使用され得る。

充電の間、ソレノイド１４をデバイス１２内の充電クレードル内に配置することが望ましいであろう。デバイス１２内のクレードルは、例えば、図１２の例示的なＣ字形ソレノイド３６などの単一の無線電力送信コイルを有することができる。図１２に示すように、ソレノイド３６は、この例示的な構成では、磁気コア３６Ｃの周囲に巻かれた複数ターンのワイヤ３６Ｗ（例えば、ソレノイド１４のワイヤ１４Ｗなどのワイヤ）を有することができる（例えば、ソレノイド１４のコア１４Ｃを形成するのに使用される材料及び構造を参照）。無線電力送信ソレノイド３６のこのタイプの構成は、無線充電パック、スタンド、ケーブルの端部に繋がれたパック若しくは他のデバイス、又は他の無線電力送信デバイス１２で使用することができる。図１２に示すように、コア３６ＣのＣ字形状により、無線電力送信ソレノイド３６の端部（例えば、コア３６Ｃの端部７２）をコア１４Ｃの端部７４（例えば、ソレノイド１４の対向端部）に隣接して配置することが可能になり、それによってＣ字形ソレノイド３６からの磁界Ｂがソレノイド１４に収束する効率が向上する。

所望であれば、図１３に示すように、ソレノイド３６はリニアソレノイドコアから形成されてもよく、ソレノイド１４はリニアソレノイドコアから形成されてもよい。ソレノイド３６及び１４が細長いリニアソレノイドであるこのタイプの構成では、電力送信ソレノイド３６の対向する端部を電力受信ソレノイド１４の対応する端部に隣接して配置して電力伝達効率を高めることができる。図１３のソレノイド３６は、デバイス１２内のクレードルなどの支持構造に取り付けられてもよい。図１３のソレノイド１４は、デバイス１０の後面の筐体６２に取り付けられてもよい。

図１４は、無線電力送信デバイス１２がＵ字形無線電力送信ソレノイド３６を有する例示的な構成のシステム８の側断面図である。無線電力受信ソレノイド１４は、Ｕ字形の動力送信ソレノイド３６の対向する端部間に形成されたキャビティ内に受容されるリニアソレノイドであってもよい。図１２及び図１３のソレノイド無線電力送信構成と同様に、無線電力送信ソレノイドの端部が無線電力受信ソレノイドの対応する端部に隣接するように、ソレノイド１４がクレードル凹部又は他の支持構造体キャビティ内に受容されているときに、電力を無線送信することができる。磁石８２及び８４（及び／又は鉄棒若しくは他の磁性部材）を使用することができ、デバイス１２に対してデバイス１０を一時的に保持するのを助ける（例えば、ソレノイド１４が、Ｕ字型ソレノイド３６から形成されたクレードル内にある間、又は他の適切な形状の無線電力送信ソレノイドを有するクレードル内にある間）。所望であれば、シールド層８０などのシールド層をソレノイド３６の下に形成することができる。層８０は、例えば、銅又は他の金属の層であってもよい。図１２、１３及び１４に示されるデバイス１２用のソレノイドベースのコイル３６は、ケーブルの端部に繋がれたパック又は他の構造内にソレノイド１４を受容するクレードルに、スタンド内にソレノイド１４を受容するクレードルに、又は筐体６２の後部筐体壁６２Ｒ上にソレノイド１４を受容するように構成された他の機器に、組み込まれてもよい。

ソレノイド１４は、ソレノイド１４が後部筐体壁６２Ｒの最外面から盛り上がった位置でデバイス１０に組み込まれてもよい。例えば、誘電材料６２Ｄ（ポリマ、セラミック、ガラスなど）を使用して、図１５に示すタイプの位置にソレノイド１４を保持することができ、ソレノイド１４は、デバイス１０の筐体６２の平らな後面６２Ｒから離間している。図１６は、ソレノイド１４が筐体６２の外面と同一平面に取り付けられている構成のデバイス１０の側断面図である。図１６に示すように、筐体６２に面するソレノイド１４の内面１４’は、筐体６２の平らな後部筐体壁の外向きの（外側の）面６２Ｒと同一平面にすることができる。

図１７は、後部筐体面６２Ｒの領域６２Ｒ’などの部分が、残りの後面６２Ｒの下方にどのように凹んでいるかを示している。内側ソレノイド面１４’は、凹面６２Ｒと同一平面上にあってもよく、したがって、内側面１４’を、後面６２Ｒの一部又は全部の平面部分に対して凹ませてもよい。図１７に示される凹んだソレノイド１４は、デバイス１０の美観を高めるのに役立つであろう。凹部（例えば、ノッチ）は、筐体６２がソレノイド１４との磁場結合を妨げないように、筐体６２内に形成されてもよい。所望であれば、ソレノイド１４は、後部筐体壁６２Ｒの内面上に、又はそれに隣接して取り付けられてもよい（例えば、壁６２Ｒのすべて又は壁６２Ｒ内の窓がプラスチック、ガラス、サファイア若しくは他の結晶材料、又は他の誘電材料から形成されている場合）。壁６２Ｒの外面上の構成に取り付けられる場合のように、ソレノイド１４は、デバイス１０の後面を横切って延びることができる（例えば、ソレノイド１４は、後部筐体壁６２Ｒの外面に平行な平面内にあるストリップ形状ソレノイドであり得る）。

図１５、１６及び１７に示すように、誘電体８０は、ソレノイド１４の一部又は全部を覆うことができ（例えば、後部筐体壁を形成する誘電材料及び／又はプラスチック、ガラス、セラミックなどの層などの充填材又はコーティングはソレノイド１４を覆うことができる。）、環境シールを提供し、デバイス１０の外観を向上させる。筐体６２の一部を形成すると見なされ得る誘電体８０は、ソレノイド１４が、図１２、１３、若しくは１４に示されるタイプのソレノイド、又は他の適切な無線電力送信ソレノイド３６を有する充電クレードル内に受容されることを可能にするように構成され得る。

図１８に示すように、ソレノイド３６はデバイス１２のクレードル９０に取り付けられてもよい。クレードル９０は、銅クレードル構造、他の金属クレードル構造、又は他の支持構造などの支持構造９２を有してもよい。ソレノイド３６は、リニアソレノイド、Ｕ字形ソレノイド、Ｃ字形ソレノイドであってもよく、又は他の適切なソレノイド構成を有してもよい。支持構造９２は、パック、スタンド、充電マット、又は他の無線電力送信デバイス１２の一部を形成することができる。図１８の例では、ソレノイド３６は、ソレノイド端部３６Ｅがキャビティ（凹部）９４の対向する端部に位置するように構成されている（例えば、図１８のソレノイド３６はＵ字形又はＣ字形を有する）。キャビティ９４は、図１９のデバイス１０及びクレードル９０の斜視図に示されるように、デバイス１０のソレノイド１４を受容するように構成されている。

所望であれば、シールド層をデバイス１２内に形成してもよい。例えば、図２０及び２１に示すように、ソレノイド３６は、ソレノイド１４の対応する端部と嵌合するように構成された対向する端部３６Ｅを有してもよい。デバイス１２（図２１）に取り付けられたとき、シールド層９６は、ソレノイド３６の下に位置することができる。シールド層９６は、銅板又は他のシールド材料（例えば、他の金属など）の層から形成することができる。ソレノイド３６の下（例えば、ソレノイド３６を支持するクレードル又は他の構造の下など）の金属シールドの存在は、ソレノイド１４と３６の間の結合を改善するのに役立ち、電力伝達効率を改善するのに役立ち得る。

図２２は、後部筐体壁６２Ｒに（例えば、デバイス１０の後面の一部又は全部を覆う壁６２Ｒの平面部分に）凹部６２Ｒ’を形成する方法を示す。後部筐体壁６２Ｒの凹部６２Ｒ’などの筐体６２の凹部は、細長いソレノイド１４の対向する端部１４Ｅに隣接して形成され得る。これにより、磁界が端部１４Ｅに収束する能力が高まり、したがって結合及び充電（電力伝達）効率が向上する。

ソレノイド１４の追加の例示的な構成が、図２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、及び３０に示されている。これらの例示的な構成では、ワイヤ１４Ｗのターンの第１及び第２のセットが、コア１４Ｃの第１及び第２のそれぞれの部分に形成される。これにより、ソレノイド１４の第１及び第２ソレノイド部が形成され、それらは一緒に（例えば、直列に）又は独立に（例えば、結合効率のより高いソレノイド部を使用に切り換えるとともに、結合効率のより低いソレノイド部を不使用に切り替えるなどによって）操作され得る。ソレノイド２４は、ストリップ形状（少なくとも厚さの５～２０倍の長さ、少なくとも幅の３～１０倍の幅など）であるとともに、デバイス１０の後面を横切って筐体６２の後壁面に平行に延びる、その長さの少なくとも一部に沿って湾曲してもよい。コア１４Ｃは、デバイス１０の後面の平面に平行な平面にとどまるとともに、その長さに沿って湾曲していてもよく、所望であれば、直線及び曲線セグメントの両方を有してもよい。ソレノイド１４は、後部筐体壁６２Ｒの内側又は外側でデバイス１０の後面を横切って延びてもよく、所望であれば、面６２Ｒと同一面であってもよく、面６２Ｒから盛り上がっていてもよく、又は面６２Ｒの凹部にあってもよい。巻線１４Ｗで巻かれたコア１４Ｃの部分は、直線状であってもよく、図３０に示すように、湾曲していてもよい。所望であれば、コア１４Ｃは、主に又は専らワイヤ１４Ｗ内に存在してもよい（例えば、図３１及び図３２の配置を参照）。このタイプの構成では、コア１４Ｃは、ワイヤ１４Ｗ内から突出せずにワイヤ１４Ｗ内に存在してもよく、又はワイヤ１４Ｗ内からわずかに突出してもよい。このタイプのコア及び巻線配置を使用して形成されたソレノイドは、所望であれば、直線状であってもよく、垂直に又は水平に（例えば、図４のストラップ６０に平行又はストラップ６０に直交）向いてもよい。所望であれば、ソレノイド１４に他の構成を使用することができる。図２３、２４、２５、２６、２７、２８、及び２９の配置は例示的なものである。

本発明の一実施形態によれば、対向する前面及び後面を有する無線電力受信デバイスであって、その無線電力受信デバイスは、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成され、後面に後部筐体壁を有する筐体、前面に筐体内に取り付けられたディスプレイ、及び後面の少なくとも一部を横切って延びて無線電力信号を受信するように構成されたソレノイドを含む無線電力受信デバイスが提供される。

別の実施形態によれば、ソレノイドは、導電ワイヤで巻かれた磁性材料のコアを有するリニアソレノイドを含み、ソレノイドは対向する端部を有し、ソレノイドは後部筐体壁の少なくとも一部を横切って延び、後部筐体壁は端部に凹んだ部分を有する。

別の実施形態によれば、導電ワイヤは、誘電体コーティングを有する金属ストランド、磁気コーティングを有する金属ストランド、矩形断面形状を有する金属ストランド、及び複数の絡み合った金属ストランドから形成された導電ワイヤからなる群から選択された導電ワイヤを含む。

別の実施形態によれば、コアは３００～４００ｋＨｚで少なくとも１０００の比透磁率を有する。

別の実施形態によれば、筐体は金属筐体であり、無線電力受信デバイスは、金属筐体に結合されたリストストラップを更に備える。

別の実施形態によれば、金属筐体は、後部筐体壁に結合された側壁を有し、リストストラップは側壁に結合され、ソレノイドは、リストストラップが結合され、リストストラップに対して垂直に、側壁に対して平行に延びる。

別の実施形態によれば、コアは長手方向軸に沿って延び、コアは長手方向軸に沿った長さ、後部筐体壁から離れて延びる厚さ、後部筐体壁に平行に延びる幅を有し、長さは１～５ｃｍ、幅は０．３～１．２ｃｍ、厚さは０．０５～０．２ｃｍである。

別の実施形態によれば、後部筐体壁は平らであり、ソレノイドは後部筐体壁に平行な平面内で湾曲する部分を有する。

一実施形態によれば、対向する第１及び第２の端部を有する無線電力受信ソレノイドを有する無線電力受信デバイスに無線電力信号を送信するように構成された無線電力送信デバイスであって、電力受信ソレノイドを受容するように構成された支持構造、対向する第１及び第２の端部を有する無線電力送信ソレノイド、及び無線電力送信ソレノイドに結合された無線電力送信回路を含む無線電力伝送デバイスが提供され、ここで無線電力送信回路は、無線電力送信ソレノイドの第１及び第２の端部は無線電力受信ソレノイドの対向する第１及び第２の端部にそれぞれ隣接しているとき、無線電力送信ソレノイドを用いて無線電力受信信号を無線電力受信デバイスに送信するように構成される。

別の実施形態によれば、支持構造は、電力受信ソレノイドを受容する凹部を有するクレードルを形成する。

別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、クレードルの下にシールド層を含む。

別の実施形態によれば、シールド層は銅板を含む。

別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、無線電力送信デバイスを引き付けるように構成された磁石を含む。

別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、ワイヤで巻かれた磁性材料のＵ字形コアを含む。

別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、ワイヤで巻かれた磁性材料のＣ字形コアを含む。

別の実施形態によれば、対向する前面及び後面を有し、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成された無線電力受信デバイスであって、後面に金属後部筐体壁を有する筐体、筐体内に取り付けられた前面のディスプレイ、筐体に結合されたリストストラップ、及び無線電力信号を受信するように構成された金属後部筐体壁によって支持されたソレノイドを含む無線電力受信デバイスが提供される。

別の実施形態によれば、ソレノイドは、ワイヤで巻かれたストリップ形状コアを含み、ストリップ形状コアは、リストストラップに垂直に延びる。

別の実施形態によれば、金属後部筐体壁は外面を有し、ソレノイドは外面に面する内面を有し、内面は誘電体で充填された間隙によって外面から分離される。

別の実施形態によれば、金属後部筐体壁は外面を有し、ソレノイドは外面に面する内面を有し、内面は外面と同一面である。

別の実施形態によれば、金属後部筐体壁は外面を有し、ソレノイドは外面の凹部と同一面になる内面を有する。

上記は単なる例示に過ぎず、説明された実施形態に対して様々な修正を実施することができる。上記の実施形態は、個々に、又は任意の組み合わせで実装することができる。

Claims (13)

1. 対向する前面及び後面を有する無線電力受信デバイスであって、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成され、
   前記後面に後部筐体壁を有する筐体と、
   前記前面に前記筐体内に取り付けられたディスプレイと、
   ソレノイドコアをもち且つ前記無線電力送信デバイスから前記無線電力信号を受信するように構成された電力受信ソレノイドであって、
   前記ソレノイドコアは、第１の縦軸に沿って延びる第１のストリップ部分と、前記第１の縦軸と平行な第２の縦軸に沿って延びる第２のストリップ部分と、前記第１のストリップ部分を前記第２のストリップ部分に繋げ且つワイヤ巻き線に繋がれていない湾曲部分とを有し、
   前記第１のストリップ部分の周囲に巻かれた第１のワイヤ巻き線と、前記第２のストリップ部分の周囲に巻かれた第２のワイヤ巻き線とを更に含む、当該電力受信ソレノイドと、
   を備える無線電力受信デバイス。
2. 前記湾曲部分は前記後部筐体壁に沿って存在する、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
3. 前記ソレノイドコアはフェライト材を含む、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
4. 前記筐体はリストストラップを支えるよう構成されている、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
5. 前記ソレノイドコアの湾曲部分の少なくとも幾つかはワイヤ巻き線の制約を受けない、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
6. 前記第１のワイヤ巻き線は、誘電体コーティングを有する金属ストランド、磁気コーティングを有する金属ストランド、矩形断面形状を有する金属ストランド、及び複数の絡み合った金属ストランドから形成された導電ワイヤからなる群から選択された導電ワイヤを含む、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
7. バッテリーと、
   前記第１のワイヤ巻き線及び前記第２のワイヤ巻き線に結合し、前記電力受信ソレノイドにより受信された前記無線電力信号を用いて前記バッテリーを充電するよう構成された、無線電力受信回路と、
   を更に含む、請求項１に記載の無線電力受信デバイス。
8. 対向する前面及び後面を有する無線電力受信デバイスであって、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成され、
   前記後面に後部筐体壁を有する筐体と、
   前記前面に前記筐体内に取り付けられたディスプレイと、
   前記後部筐体壁に沿って少なくとも部分的に延び、ソレノイドコアをもち、及び前記無線電力送信デバイスから前記無線電力信号を受信するように構成された、電力受信ソレノイドと、を含み、
   前記ソレノイドコアは、第１の部分、第２の部分、第３の部分、及び第４の部分を有し、
   前記電力受信ソレノイドは、前記ソレノイドコアの第１の部分の周囲に巻かれた第１のワイヤ巻き線と、前記ソレノイドコアの第２の部分の周囲に巻かれた第２のワイヤ巻き線とを含み、
   前記ソレノイドコアの第３の部分及び第４の部分は、湾曲し且つワイヤ巻きの制約を受けず、
   前記ソレノイドコアの第３の部分は前記第１の部分の第１の端部から延び、前記ソレノイドコアの第４の部分は前記第１の部分の第２の端部から延びている、無線電力受信デバイス。
9. 前記ソレノイドコアの第１の部分、第２の部分、第３の部分、及び第４の部分は、共通の平面内にあり、前記後部筐体壁に沿って存在する、請求項８に記載の無線電力受信デバイス。
10. 前記ソレノイドコアの第１の部分は湾曲している、請求項９に記載の無線電力受信デバイス。
11. 前記無線電力受信デバイスは腕時計を含む、請求項９に記載の無線電力受信デバイス。
12. 前記ソレノイドコアは磁性金属を含む、請求項９に記載の無線電力受信デバイス。
13. 前記磁性金属はフェライトである、請求項１２に記載の無線電力受信デバイス。

Images