JP7181265B2 - 電子デバイス用のｎｆｃを有する磁気整列システム - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１９年９月２７日に出願された米国特許仮出願第６２／９０７，３３２、２０２０年８月５日に出願された米国特許仮出願第６３／０６１，７５２号、及び、２０２０年９月２２日に出願された米国特許出願第１７／０２８，２５６号の優先権を主張するものである。これらの出願の開示は、あらゆる目的で、参照により本明細書に組み込まれている。
本開示は、一般的に、消費者向け電子デバイスに関し、特に、例えば、デバイス間の効率的な無線電力伝送を可能にする目的のために、２つ（又はそれより多く）のデバイス間の所望の整列を確立及び維持することを容易にする磁気整列構成要素及びシステムに関する。
ポータブル電子デバイス（例えば、携帯電話、メディアプレーヤ、電子時計など）は、それらのバッテリに蓄積された電荷が存在すると動作する。一部のポータブル電子デバイスは、充電コードなどの物理的接続を介してポータブル電子デバイスを電源に結合することによって再充電することができる再充電可能バッテリを含む。しかしながら、充電コードを用いてポータブル電子デバイス内のバッテリを充電する場合、ポータブル電子デバイスを物理的に電力コンセントに接続する必要がある。加えて、充電コードを使用するためには、典型的には充電コードのプラグコネクタであるコネクタと結合するように構成された、典型的にはレセプタクルコネクタであるコネクタを、モバイルデバイスが有する必要がある。レセプタクルコネクタは、塵埃及び湿気が侵入してデバイスを損傷し得る通り道をもたらすポータブル電子デバイス内のキャビティを含む。更に、ポータブル電子デバイスのユーザは、バッテリを充電するために充電ケーブルをレセプタクルコネクタに物理的に接続する必要がある。
そのような欠点を回避するために、充電コードを必要とすることなくポータブル電子デバイスを充電するために電磁誘導を利用する、無線充電技術が開発されてきた。例えば、一部のポータブル電子デバイスは、無線充電器デバイスの充電面にデバイスを置くだけで、再充電することができる。充電面の下に配置された送電コイルは、ポータブル電子デバイス内の対応する受電コイルに電流を誘導する時間変化磁束を生成する交流により駆動される。その誘導電流をポータブル電子デバイスが使用して、デバイスの内部バッテリを充電することができる。いくつかのポータブル電子デバイスは、無線で電力を受信するだけでなく、アクセサリデバイスなどの他のポータブル電子デバイスに無線で電力を伝送するように設計される。
他の要因の中でも、無線電力伝送の効率は、送電コイルと受電コイルとの間の整列に依存する。例えば、送電コイル及び受電コイルは、それらが同軸に整列されたときに最良に機能し得る。ポータブル電子デバイスが案内機能を有さない平坦な表面を有する場合、適切な整列を見つけることが困難となり得る。多くの場合、整列は、ユーザが、デバイス及び充電器の相対位置をシフトして、充電性能に対する効果を観察しながら、トライアル及びエラーによって達成される。このようにして最適な整列を確立することは、時間がかかる場合がある。更に、表面特徴部の不在により、最適な整列を維持することが困難となる場合がある。例えば、充電中にポータブル電子デバイス及び／又は充電器が押し合わされた場合、それらは整列からずれてしまうこともある。これらの理由及び他の理由により、電子デバイス間の整列を確立及び維持するための改善された技術が望ましい。
本明細書に記載される実施形態によれば、ポータブル電子デバイス及びアクセサリデバイスは、アクセサリデバイスとポータブル電子デバイスとの整列及び／又はアクセサリデバイスのポータブル電子デバイスへの取り付けを容易にする相補的な磁気整列構成要素を含むことができる。磁気整列構成要素は、いくつかの実施形態では、誘導性充電送電及び受電コイルを取り囲むことができる、環状磁気整列構成要素を含み得る。本明細書で使用する命名法では、「一次」環状磁気整列構成要素は、無線充電器デバイス又は他の端末アクセサリに使用される環状磁気整列構成要素を指す。「二次」環状磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスにおいて使用される環状磁気整列構成要素を指す。「補助」環状磁気整列構成要素は、充電スルーアクセサリで使用される環状磁気整列構成要素を指す。
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、２つのデバイスを好ましい回転配向に整列させるのを容易にする回転磁気整列構成要素を含むこともできる。回転磁気整列構成要素は、例えば、環状整列構成要素の外側に配置された１つ以上の磁石を含むことができる。環状整列構成要素を有する任意のデバイスは、回転整列構成要素を有しても有さなくてもよく、回転整列構成要素は、デバイスの種類に応じて、一次、二次、又は補助として分類されてもよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素は、デバイス筐体内の所定の位置に固定することができる。あるいは、デバイス（環状及び／又は回転整列構成要素を含む）内の磁気整列構成要素のいずれか又は全ては、軸方向及び／又は横方向に移動可能とすることができる。移動可能な磁気整列構成要素により、デバイスを整列状態で保持する磁力を増加させるよう磁石を互いと接近するよう移動させる（例えば、軸方向に）、又は、デバイスを整列状態で保持する磁力を低減するよう磁石を互いから離間するよう移動させることができる。
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコルを用いてデバイスが互いに識別することを可能にするよう、ＮＦＣコイル及び支持回路を含むことができる。特定のデバイス内のＮＦＣコイルは、環状整列構成要素の内側又は環状整列構成要素の外側に配置される環状コイルであり得る。例えば、誘導性充電コイルを取り囲む環状整列構成要素を有するデバイスでは、ＮＦＣコイルは、誘導性充電コイルと環状整列構成要素との間の環状隙間内に配置されてもよい。ＮＦＣ構成要素は、磁気整列を提供するという文脈において任意であり、可動又は固定磁気整列構成要素と共に使用され得ることを理解されたい。
以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより、本発明の性質及び利点に関する理解をより深めることができよう。
いくつかの実施形態による、磁気整列システムを組み込んだ無線充電システムの簡略化された図を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図２Ａの磁気整列システムを通る断面を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図３Ａの磁気整列システムを通る断面を示す。
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図５Ａのシステムの一部を通る軸方向断面図を示す。
いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。 いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。 いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。
いくつかの実施形態による、異なる磁気整列システムに対する力プロファイルのグラフを示す。 いくつかの実施形態による、異なる磁気整列システムに対する力プロファイルのグラフを示す。
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図８Ａのシステムの異なる部分を通る軸方向断面図を示す。 図８Ａのシステムの異なる部分を通る軸方向断面図を示す。
様々な実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。 様々な実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
いくつかの実施形態による、隙間を有する環状整列構成要素の一例を示す。
いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの例を示す。 いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの例を示す。
いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだ無線充電器デバイスの簡略図を示す。
いくつかの実施形態に係る無線充電器デバイスと整列されたポータブル電子デバイスを含むシステムの簡略化された斜視図を示し、 図１４Ａのシステムの簡略化された部分断面図を示す。
いくつかの実施形態に係る磁気整列システムを介して一緒に整列され得るデバイスを含む、例示的な無線充電システムを例示するブロック図である。
いくつかの実施形態に係る、環状整列構成要素及び回転整列構成要素を有する磁気整列システムを組み込んだポータブル電子デバイス及びアクセサリの一例を示す。
いくつかの実施形態による回転整列の一例を示す。 いくつかの実施形態による回転整列の一例を示す。
いくつかの実施形態による、「ｚ極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。 いくつかの実施形態による、「ｚ極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
いくつかの実施形態による、「四極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。 いくつかの実施形態による、「四極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
いくつかの実施形態による「環状設計」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。 いくつかの実施形態による「環状設計」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
いくつかの実施形態による、「三極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。 いくつかの実施形態による、「三極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
様々な実施形態による回転整列構成要素を有する磁気整列システムに対する角度回転の関数としてのトルクのグラフを示す。
いくつかの実施形態による、複数の回転整列構成要素を含む整列システムを有するポータブル電子デバイスを示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムを組み込んだ無線充電システムの簡略化された図を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図２５Ａの磁気整列システムを通る断面を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、 図２６Ａの磁気整列システムを通る断面を示す。
いくつかの実施形態による磁気整列構成要素を組み込んだアクセサリデバイスの簡略化された背面図を示す。
いくつかの実施形態によるアクセサリデバイス及び無線充電器デバイスと整列されたポータブル電子デバイスを含むシステムの簡略化された斜視図を示し、 図２８Ａのシステムの簡略化された部分断面図を示す。
いくつかの実施形態に係る磁気整列システムを介して一緒に整列され得るデバイスを含む、例示的な無線充電システムを例示するブロック図である。
本発明の一実施形態による可動磁石の例を示す。 本発明の一実施形態による可動磁石の例を示す。 本発明の一実施形態による可動磁石の例を示す。
本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。 本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。
本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。 本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。
本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。 本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。 本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。
第１の電子デバイス内の第１の磁石と第２の電子デバイス内の第２の磁石との間の垂直抗力を示す。
第１の電子デバイス内の第１の磁石と第２の電子デバイス内の第２の磁石との間のせん断力を示す。
本発明の一実施形態に係る高摩擦表面を備える可動磁石を示す。 本発明の一実施形態に係る高摩擦表面を備える可動磁石を示す。
本発明の一実施形態に係る高摩擦表面を備える可動磁石を示す。 本発明の一実施形態に係る高摩擦表面を備える可動磁石を示す。
本発明の一実施形態による、高摩擦表面を備える可動磁石を示す。 本発明の一実施形態による、高摩擦表面を備える可動磁石を示す。
本発明の一実施形態による、高摩擦表面を備える別の可動磁石を示す。 本発明の一実施形態による、高摩擦表面を備える別の可動磁石を示す。
本発明の一実施形態による別の可動磁石構造の切断側面図を示す。
図４２の可動磁石構造の部分透視図を示す。
図４２の電子デバイスの別の切断側面図を示す。
第２の電子デバイスと係合するときの図４２の電子デバイスを示す。 第２の電子デバイスと係合するときの図４２の電子デバイスを示す。
本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。 本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。
本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。 本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。
本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。 本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。
いくつかの実施形態による、ポータブル電子デバイスの簡略化された背面図を示す。
いくつかの実施形態による、ＮＦＣリーダを組み込んだポータブル電子デバイス用の無線充電及び整列アセンブリの分解図を示す。
図５１のアセンブリを組み込んだ、図５０のポータブル電子デバイスの一部分の簡略化された断面図を示す。
いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路を組み込んだ無線充電器デバイスの分解図を示す。
いくつかの実施形態による無線充電器デバイスの部分断面図を示す。 いくつかの実施形態による無線充電器デバイスの部分断面図を示す。
いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路及びコイルを有する補助整列構成要素を組み込んだアクセサリデバイスの一例を示す。
いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリのより詳細な図を示す。
一実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリの分解図を示す。
いくつかの実施形態によるアクセサリの部分断面図を示す。
いくつかの実施形態による別のアクセサリデバイスの例を示す。
いくつかの実施形態による補助環状磁気整列構成要素及びＮＦＣタグ回路アセンブリの拡大図を示す。
いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリの分解図を示す。
いくつかの実施形態による、無線充電器デバイス、ポータブル電子デバイス、及びアクセサリデバイスを含むシステムの簡略化された部分断面図を示す。
いくつかの実施形態による、ＮＦＣタグ回路及びコイルを含む補助整列構成要素を有するアクセサリデバイスの例を示す。
いくつかの実施形態による、無線充電器デバイス、ポータブル電子デバイス、及びアクセサリデバイスを含むシステムの簡略化された部分断面図を示す。
いくつかの実施形態による、ポータブル電子デバイスで実施され得るプロセスのフロー図を示す。
いくつかの実施形態による無線充電器デバイスの分解図を示す。
いくつかの実施形態による無線充電器デバイスの簡略化された部分断面図を示す。
いくつかの実施形態による、無線充電器デバイスに接続することができる、組み込まれた電力回路を有するケーブルアセンブリの分解図を示す。
いくつかの実施形態による、無線電力モジュールを有するポータブル電子デバイスの一例を示す。
図６９Ａの無線電力モジュールの断面図を示す。
いくつかの実施形態に係る無線電力モジュールのより詳細な上面図を示す。
様々な実施形態による無線電力モジュールで使用することができるＮＦＣコイルの断面図を示す。 様々な実施形態による無線電力モジュールで使用することができるＮＦＣコイルの断面図を示す。 様々な実施形態による無線電力モジュールで使用することができるＮＦＣコイルの断面図を示す。 様々な実施形態による無線電力モジュールで使用することができるＮＦＣコイルの断面図を示す。
いくつかの実施形態によるケースの背面図を示す。
いくつかの実施形態による、ケースのための環状整列アセンブリの内部構成要素の簡略化された軸方向図を示す。
図７３Ａの環状整列アセンブリの断面図を示す。
いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリのより詳細な図を示す。
いくつかの実施形態による、環状整列アセンブリ及び回転整列アセンブリの分解図を示す。
いくつかの実施形態による、ケースのリアパネルの一部分の断面図を示す。
いくつかの実施形態による、充電器整列モジュールの上面斜視図及び底面斜視図を示す。 いくつかの実施形態による、充電器整列モジュールの上面斜視図及び底面斜視図を示す。
いくつかの実施形態による充電器整列モジュールの分解図を示す。
いくつかの実施形態による、涙滴状充電器モジュールの上面斜視図を示す。
いくつかの実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの正面図であり、 その上面図である。
いくつかの実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの分解図を示す。
いくつかの実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの分解図を示す。
様々な実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの部分断面図を示す。 様々な実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの部分断面図を示す。
いくつかの実施形態による環状アクセサリ挿入モジュールの部分断面図を示す。
本明細書では、磁気整列システム及びその構成要素の様々な実施形態が記載される。磁気整列システムは、環状整列構成要素を含み得、各環状整列構成要素は、特定の磁気配向又は磁気配向パターンを有する磁石（又は単一の環状磁石）のリングを含むことができ、「一次」環状整列構成要素が相補的な「二次」環状整列構成要素を吸引して保持することができる。磁気整列構成要素は、様々なデバイスに組み込むことができ、１つのデバイス内の磁気整列構成要素は、相補的な磁気整列構成要素を有する別のデバイスを所望の整列に引き付けることができ、及び／又は他のデバイスを所望の整列で保持することができる。（磁気整列システムによって整列されたデバイスは、互いに「取り付けられている」と言うことができる。）
本明細書の目的のため、デバイスの多数の異なるカテゴリーを区別することができる。本明細書で使用する場合、「ポータブル電子デバイス」は、一般的に、ポータブルであり、電力を消費し、ユーザと少なくともいくらかの双方向作用を提供する全ての電子デバイスを指す。ポータブル電子デバイスの例としては、スマートフォン及び他の携帯電話、タブレットコンピュータラップトップコンピュータウェアラブルデバイス（例えば、スマートウォッチ、ヘッドホン、イヤーバッド）、及びユーザが持つ又は着ることができる全ての他の電子デバイスが挙げられる。他のポータブル電子デバイスは、ロボットデバイス、遠隔制御デバイス、パーソナルケア器具などを含み得る。
「アクセサリデバイス」（又は「アクセサリ」）は、一般的に、ポータブル電子デバイスの機能性及び／又は美的性を向上させるために、ポータブル電子デバイスに関連して有用なデバイスを指す。アクセサリの多くのカテゴリーは、磁気整列を組み込んでもよい。例えば、アクセサリの１つのカテゴリーは、無線充電器アクセサリを含む。本明細書で使用する場合、「無線充電器アクセサリ」（又は「無線充電器デバイス」又は「無線充電器」）は、無線電力伝送技術を使用してポータブル電子デバイスに電力を提供することができるアクセサリである。「バッテリパック」（又は「外部バッテリ」）は、ポータブル電子デバイスに移され得る電荷を蓄積するためのバッテリを内蔵する、無線充電器アクセサリの種類である。いくつかの実施形態では、バッテリパックはまた、別の無線充電器アクセサリから無線で電力を受信してもよい。無線充電器アクセサリは、電力を提供及び／又は受信するそれらの能力に関して、「アクティブ」アクセサリとも称され得る。他のアクセサリは、電力を提供又は受信しない「パッシブアクセサリ」である。例えば、一部のパッシブアクセサリは、ポータブル電子デバイスの１つ以上の表面を覆い、保護（例えば、ポータブル電子デバイスの他の物体への衝撃によって引き起こされる損傷からの）、美的向上（例えば、装飾的な色など）、及び／又は、機能的向上（例えば、収納ポケット、バッテリ、カードリーダ、又は様々な種類のセンサを組み込むケース）を提供することができる「ケース」である。ケースは、様々なフォームファクタを有することができる。例えば、「トレイ」は、ポータブル電子デバイスの後面を覆うリアパネルと、前面（ディスプレイを含んでもよい）を露出したままポータブル電子デバイスをトレイ内に固定するための側面を有するケースを指すことができる。「スリーブ」は、デバイスの前面及び後面が覆われるようにポータブル電子デバイスを挿入することができる開端部（又は「スロート」）を有するフロントパネル及びバックパネルを有するケースを指すことができ、場合によっては、スリーブのフロントパネルは、ポータブル電子デバイスのディスプレイの一部分（又は全て）を視認可能にする窓を含むことができる。「フォリオ」とは、ポータブル電子デバイスの少なくとも後面（及び場合によっては１つ以上の側面）を覆う保持部分と、ディスプレイを覆うように閉じるか、又はディスプレイを露出させるために開くことができるカバーとを有するケースを指すことができる。全てのケースがパッシブアクセサリではないことを理解されたい。例えば、「バッテリケース」は、保護及び／又は美的特徴に加えてバッテリパックを組み込むことができ、バッテリケースは、一般にトレイ、スリーブ、又はフォリオとして成形することができる。アクティブケースの他の例としては、カードリーダ、センサ、バッテリ、又はポータブル電子デバイスの機能性を向上させる他の電子部品を組み込むケースを挙げることができる。
本明細書では、無線充電器デバイスとポータブル電子デバイスとの間の無線電力伝送を妨害することなくポータブル電子デバイスと無線充電器デバイスとの間に配置され得るアクセサリである、「充電スルーアクセサリ」と、充電スルーアクセサリではないアクセサリである「端子アクセサリ」とに区別する。無線充電アクセサリは、典型的には端末アクセサリであるが、全ての端末アクセサリがポータブル電子デバイスの無線充電を提供するわけではない。例えば、いくつかの端末アクセサリは、ポータブル電子デバイスを特定の位置に保持するように設計された「装着」アクセサリとすることができる。装着の例としては、ポータブル電子デバイスを所望の位置及び／又は向き（調節可能でも調節可能でなくてもよい）に保持することができる、三脚、ドッキングステーション、他のスタンド、又はマウントが挙げられる。そのようなアクセサリは、無線充電能力を組み込んでもよく、又は組み込まなくてもよい。
本明細書に記載される実施形態によれば、ポータブル電子デバイス及びアクセサリデバイスは、アクセサリデバイスとポータブル電子デバイスとの整列及び／又はアクセサリデバイスのポータブル電子デバイスへの取り付けを容易にする相補的な磁気整列構成要素を含むことができる。磁気整列構成要素は、いくつかの実施形態では、誘導性充電送電及び受電コイルを取り囲むことができる、環状磁気整列構成要素を含み得る。（誘導性充電コイルを有さないデバイスにおいて、環状磁気整列構成要素を使用することもできることは明らかであろう。）本明細書で使用する命名法では、「一次」環状磁気整列構成要素は、無線充電器デバイス又は他の端末アクセサリに使用される環状磁気整列構成要素を指す。「二次」環状磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスにおいて使用される環状磁気整列構成要素を指す。「補助」環状磁気整列構成要素は、充電スルーアクセサリで使用される環状磁気整列構成要素を指す。（本開示では、「環状」、「磁気」、「一次」、「二次」、及び「補助」などの形容詞は、文脈が明確なときには省略されてもよい。）一次及び二次の環状整列構成要素は、一次及び二次環状整列構成要素が互いに引き寄せられ、これらの構成要素を有するデバイスを所望の整列で取り付けることができるよう、相補的な磁気配向を有する。例えば、一次環状整列構成要素は、第１の軸方向に磁極性を有する内側環状領域と、第１の方向とは反対の第２の軸方向に磁極性を有する外側環状領域と、内側環状領域と外側環状領域との間の中央非磁化領域とを有する、「四極」磁気構成を有し得る。二次環状整列構成要素は、ラジアル磁気構成（例えば、正確にあるいはおおよそ、北極が径方向内方又は径方向外方に方向付けられた、以下に実施例を説明する）を有し得る。整列されると、一次及び二次環状整列構成要素は、ＤＣ磁束が磁石内に大部分が収容されるように、閉磁気ループを形成することができる。あるいは、二次環状整列構成要素はまた、一次環状整列構成要素と一致する四極磁気構成を有することもできる。補助環状整列構成要素は、「リピータ」として動作することができ、一次環状整列構成要素と一致する四極構成を有することができる。
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、２つのデバイスを好ましい回転配向に整列させるのを容易にする回転磁気整列構成要素を含むこともできる。回転磁気整列構成要素は、例えば、環状整列構成要素の外側に配置された１つ以上の磁石を含むことができる。回転整列構成要素の磁石（複数可）は相補的な向きを有することができ、そのため、２つのデバイスにおける回転整列構成要素は互いに引き寄せられ、これらの構成要素を含む２つのデバイスを所望の回転配向で取り付けることができる。例えば、回転整列構成要素は、第１の軸方向に磁極性を有する第１の磁化領域（例えば、矩形磁石の片側に沿って延在する）と、第１の軸方向とは反対の第２の軸方向に磁極性を有する第２の磁化領域（例えば、矩形磁石の反対側に沿って延在する）と、中央非磁化領域と、を含む四極構成を有し得る。別の実施例として、回転整列構成要素は、第１の軸方向に磁極性を有する第１の磁化領域（例えば、矩形磁石の片側に沿って延在する）と、第１の軸方向に磁極性を有する第２の磁化領域（例えば、矩形磁石の反対側に沿って延在する）と、第１の方向と反対の第２の軸方向に磁極性を有する中央磁化領域と、中央磁化領域と第１及び第２の磁化領域それぞれとの間の非磁化領域と、を含む三極構成を有し得る。他の磁気構成を置換することができる。環状磁気整列構成要素を有する任意のデバイスは、回転磁気整列構成要素を有しても有さなくてもよく、回転整列構成要素は、例えば、デバイスの種類に応じて、一次、二次、又は補助として分類されてもよいことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素は、デバイス筐体内の所定の位置に固定することができる。あるいは、デバイス（環状及び／又は回転整列構成要素を含む）内の磁気整列構成要素のいずれか又は全ては、軸方向及び／又は横方向に移動可能とすることができる。移動可能な磁気整列構成要素により、デバイスを整列状態で保持する磁力を増加させるよう磁石を互いと接近するよう移動させる（例えば、軸方向に）、又は、デバイスを整列状態で保持する磁力を低減するよう磁石を互いから離間するよう移動させることができる。
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコルを用いてデバイスが互いに識別することを可能にするよう、ＮＦＣコイル及び支持回路を含むことができる。特定のデバイス内のＮＦＣコイルは、環状整列構成要素の内側又は環状整列構成要素の外側に配置される環状コイルであり得る。例えば、誘導性充電コイルを取り囲む環状整列構成要素を有するデバイスでは、ＮＦＣコイルは、誘導性充電コイルと環状整列構成要素との間の環状隙間内に配置されてもよい。ＮＦＣ構成要素は、磁気整列を提供するという文脈において任意であることを理解されたい。
従って、以下の説明は、構成要素の様々な組み合わせを組み込む特定の実施例に焦点を当てるが、任意のデバイスが、例えば、本明細書に記載される一次、二次、又は補助環状磁気整列構成要素のいずれかであってもよい環状磁気整列構成要素を有することができることを理解されたい。更に、環状磁気整列構成要素を有する任意のデバイスは、例えば、本明細書に記載される回転磁気整列構成要素のいずれかであってもよい回転磁気整列構成要素を有することもできる。更に、環状磁気整列構成要素を有する任意のデバイスは、回転磁気整列構成要素も有するかどうかにかかわらず、例えば、本明細書に記載される実施例のいずれかに従って実装することができるＮＦＣコイル（及び、支持するリーダ回路及び／又はタグ回路）も有することもできる。
１．一次及び二次環状磁気整列構成要素
１．１．磁気整列システムの概要
図１は、いくつかの実施形態による、磁気整列システム１０６を組み込んだ無線充電システム１００の簡略化された図を示す。ポータブル電子デバイス１０４は、無線充電器デバイス１０２の充電面１０８上に配置される。ポータブル電子デバイス１０４は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイスなどの消費者用電子デバイス、又は無線充電が望まれる任意の他の電子デバイスとすることができる。無線充電器デバイス１０２は、好適に構成された受信デバイス内に電流を誘導するために、時間変化磁束を生成するように構成された任意のデバイスとすることができる。例えば、無線充電器デバイス１０２は、無線充電マット、パック、ドッキングステーションなどでもよい。無線充電器デバイス１０２は、バッテリ電力又は標準ＡＣ電力などの電源を含むか、又はそれにアクセスすることができる。
無線電力伝送を可能にするために、ポータブル電子デバイス１０４及び無線充電器デバイス１０２は、それぞれ誘導コイル１１０及び１１２を含むことができ、これらは、それらの間で電力を伝送するように動作することができる。例えば、誘導コイル１１２は、時間変化磁束１１４を生成する送電コイルとすることができ、誘導コイル１１０は、時間変化磁束１１４に応答して電流が誘導される受電コイルとすることができる。受信された電流は、ポータブル電子デバイス１０４のバッテリを充電する、ポータブル電子デバイス１０４の構成要素に動作電力を提供する、及び／又は所望に応じて他の目的のために使用され得る。（本明細書で使用する場合、「無線電力伝送」及び「誘導電力伝送」は、一般に、第２のデバイスの導電コイル内に電流を誘導する第１のデバイスの導電コイル内に時間変化磁場を生成するプロセスを指す。）
効率的な無線電力伝送を可能にするために、誘導コイル１１２及び１１０を整列させることが望ましい。いくつかの実施形態によれば、磁気整列システム１０６は、このような整列を提供することができる。図１に示す実施例では、磁気整列システム１０６は、無線充電器デバイス１０２の表面内又はその上に配置された一次磁気整列構成要素１１６と、ポータブル電子デバイス１０２の表面内又はその上に配置された二次磁気整列構成要素１１８と、を含む。一次及び二次整列構成要素１１６及び１１８は、効率的な無線電力伝送を提供するために誘導コイル１１０及び１１２が互いに整列された、整列位置に互いに磁気的に引き付けるよう構成されている。
本明細書に記載の実施形態によれば、磁気整列システムの磁気整列構成要素（一次又は二次整列構成要素を含む）は、環状構成に配置された弓状磁石から形成することができる。いくつかの実施形態では、各磁石は、所望の方向に磁極性が向けられ得、それにより、一次磁気整列構成要素と二次磁気整列構成要素との間の磁気引力が所望の整列を提供する。いくつかの実施形態では、弓状磁石は、第１の方向に配向された磁極性を有する第１の磁気領域と、第１の方向とは異なる（例えば、反対の）第２の方向に配向された磁極性を有する第２の磁気領域とを含むことができる。以下に説明するように、異なる構成は、異なる程度の磁場漏れを提供することができる。
１．２．単一軸方向磁気配向を有する磁気整列システム
図２Ａは、いくつかの実施形態による磁気整列システム２００の斜視図を示し、図２Ｂは、図２Ａに示される切断面にわたる磁気整列システム２００を通る断面を示す。磁気整列システム２００は、図１の磁気整列システム１０６の実施でもよい。磁気整列システム２００では、整列構成要素は全て、（環状構成の軸に沿って）同じ方向に配向された磁極性を有する。説明の便宜上、「軸」方向（「長手方向」又は「ｚ」方向とも称される）は、磁気整列システム２００の回転対称軸２０１と平行であると定義され、横断面（「横」又は「ｘ」又は「ｙ」方向とも称される）は、軸２０１に対して垂直であると定義される。用語「近位側」又は「近位表面」は、本明細書では、磁気整列システムが整列されたときに他の整列構成要素に向けて配向される１つの整列構成要素の側面又は表面を指すために使用され、用語「遠位側」又は「遠位表面」は、近位側又は近位表面と反対側の側面又は表面を指すために使用される。（用語「上部」及び「底部」は、図面に示される特定の図を参照して使用されてもよいが、他の有意性は有さない。）
図２Ａに示すように、磁気整列システム２００は、一次整列構成要素２１６（図１の一次整列構成要素１１６の実施でもよい）と、二次整列構成要素２１８（図１の二次整列構成要素１１８の実施でもよい）を含むことができる。一次整列構成要素２１６及び二次整列構成要素２１８は、環状の形状を有し、「環状」整列構成要素とも称され得る。特定の寸法は、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、一次整列構成要素２１６及び二次整列構成要素２１８はそれぞれ、約５４ｍｍの外径及び約４ｍｍの径方向幅を有し得る。一次整列構成要素２１６及び二次整列構成要素２１８の外径及び径方向幅は、正確に等しくある必要はない。例えば、二次整列構成要素２１８の径方向幅は、一次整列構成要素２１６の径方向幅よりもわずかに狭くてもよく、及び／又は二次整列構成要素２１８の外径は、一次整列構成要素２１６の径方向幅よりもわずかに小さくてもよく、整列しているとき、一次整列構成要素２１６の内側及び外側は、二次整列構成要素２１８の対応する内側及び外側を越えて延在する。一次整列構成要素２１６及び二次整列構成要素２１８の厚さ（又は軸方向寸法）もまた、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、一次整列構成要素２１６は約１．５ｍｍの厚さを有する一方、二次整列構成要素２１８は、約０．３７ｍｍの厚さを有する。
一次整列構成要素２１６は、それぞれは１つ以上の一次弓状磁石２２６から形成され得るいくつかのセクタを含むことができ、二次整列構成要素２１８は、それぞれが１つ以上の二次弓状磁石２２８から形成され得るいくつかのセクタを含むことができる。図示する実施例では、一次磁石２２６の数は二次磁石２２８の数に等しく、各セクタはちょうど１つの磁石を含むが、これは必須ではない。一次磁石２２６及び二次磁石２２８は、一次磁石２２６（又は二次磁石２２８）が、端と端で互いに対して隣接して配置された場合に一次磁石２２６（又は二次磁石２２８）が図示するような環状構造を形成するように、横断面に弓状の（又は湾曲した）形状を有することができる。いくつかの実施形態では、一次磁石２２６は、境界面２３０において互いと接触することができ、二次磁石２２８は、境界面２３２において互いと接触することができる。あるいは、小さな隙間又は空間が隣接する一次磁石２２６又は二次磁石２２８を離間させ、製造中により大きな公差を提供してもよい。
いくつかの実施形態では、一次整列構成要素２１６はまた、一次磁石２２６の遠位表面上に配置された環状シールド２１４（ＤＣ磁気シールド又はＤＣシールドとも呼ばれる）を含むことができる。いくつかの実施形態では、シールド２１４は、単一の環状材料片として形成され、一次磁石２２６に接着されて、一次磁石２２６を定位置に固定することができる。シールド２１４は、ステンレス鋼などの高い透磁率を有する材料で形成することができ、磁場を再方向付けして、一次整列構成要素２１６の遠位側を越えて伝播するのを防ぐことができ、それによって、一次整列構成要素２１６の遠位側を越えて配置される高感度の電子部品を磁気干渉から保護することができる。
一次磁石２２６及び二次磁石２２８（及び本明細書に記載される全ての他の磁石）は、ＮｄＦｅＢ材料、他の希土類磁性材料、又は磁化されて永続的な磁場を作り出すことができる他の材料等の磁性材料で作製することができる。いくつかの実施形態では、磁石は、ＮｉＣｕＮｉ又は同様の材料の薄層（例えば、７～１３μｍ）でメッキすることができる。各一次磁石２２６及び各二次磁石２２８は、図２Ｂにおいて磁極性インジケータ２１５、２１７によって示されるように、軸方向に整列された磁極性を有する単一の磁気領域を含むモノリシック構造を有することができる。例えば、各一次磁石２２６及び各二次磁石２２８は、接地され、軸方向の磁気配向を有する弓状構造に成形された棒磁石であってもよい。（明らかとなるように、用語「磁気配向」は、磁石又は磁化領域の磁極性の向きの方向を指す。）図示する実施例では、一次磁石２２６は、その北極が近位表面に向かって方向付けられ、南極が遠位表面に向かって方向付けられる一方で、二次磁石２２８は、その南極が近位表面に向かって方向付けられ、北極が遠位表面に向かって方向付けられる。他の実施形態では、一次磁石２２６は、その南極が近位表面に向かって方向付けられ、北極が遠位表面に向かって方向付けられる一方で、二次磁石２２８は、その北極が近位表面に向かって方向付けられ、南極が遠位表面に向かって方向付けられるよう、磁気配向が逆にされてもよい。
図２Ｂに示すように、一次磁石２２６及び二次磁石２２８の軸方向の磁気配向は、一次磁石２２６と二次磁石２２８との間に引力を与える磁場２４０を生成することができ、それにより、一次整列構成要素２１６と二次整列構成要素２１８とが（例えば、図１に示すように）配置されている、それぞれの電子デバイス間の整列が容易になる。シールド２１４は、一次磁石２２６の下の領域から離れるように磁場２４０の一部を再方向付けすることができるが、磁場２４０は依然として、一次磁石２２６及び二次磁石２２８に横方向に隣接する領域に伝搬され得る。いくつかの実施形態では、磁場２４０の横方向の伝播は、他の磁気的に高感度の構成要素への磁場漏れを結果としてもたらし得る。例えば、強磁性シールドを有する誘導コイルが、環状一次整列構成要素２１６（又は二次整列構成要素２１８）の内部（又は内側）領域に配置される場合、磁場２４０の漏れは、フェリ磁性シールドを飽和させてもよく、これは無線充電性能を低下させる可能性がある。
磁気整列システム２００は例示的であり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、一次整列構成要素２１６及び二次整列構成要素２１８はそれぞれ、８個の弓状磁石で構成されているものとして示されるが、他の実施形態では、１６個の磁石、３６個の磁石、又は任意の他の数の磁石など、異なる数の磁石が使用されてもよく、一次磁石の数は二次磁石の数に等しくなくてもよい。他の実施形態では、一次整列構成要素２１６及び／又は二次整列構成要素２１８はそれぞれ、単一のモノリシック環状磁石から形成されてもよいが、磁気整列構成要素２１６及び２１８を弓状磁石にセグメント化することにより、（磁性材料のいくつかの種類については）より小さい弓状セグメントの方が単一のモノリシックな環状磁石よりも脆くなりにくく、製造中に磁性材料に加わる物理的応力に起因する損失が生じにくくなるため、製造を向上させることができる。
１．３．閉ループ構成を有する磁気整列システム
図２Ｂを参照して上述したように、単一の軸方向の磁気配向を有する磁気整列システムは、磁場の横方向の漏れを可能にすることができ、これは、電子デバイスの他の構成要素の性能に悪影響を及ぼし得る。従って、いくつかの実施形態は、磁場漏れを低減する、「閉ループ」構成を有する磁気整列システムを提供する。ここで、実施例を説明する。
図３Ａは、いくつかの実施形態による磁気整列システム３００の斜視図を示し、図３Ｂは、図３Ａに示される切断面にわたる磁気整列システム３００を通る断面を示す。磁気整列システム３００は、図１の磁気整列システム１０６の実施でもよい。磁気整列システム３００において、整列構成要素は、以下に記載されるように、「閉ループ」構成で構成された磁気構成要素を有する。
図３Ａに示すように、磁気整列システム３００は、一次整列構成要素３１６（図１の一次整列構成要素１１６の実施でもよい）と、二次整列構成要素３１８（図１の二次整列構成要素１１８の実施でもよい）を含むことができる。一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８は、環状の形状を有し、「環状」整列構成要素とも称され得る。特定の寸法は、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８はそれぞれ、約５４ｍｍの外径及び約４ｍｍの径方向幅を有し得る。一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８の外径及び径方向幅は、正確に等しくある必要はない。例えば、二次整列構成要素３１８の径方向幅は、一次整列構成要素３１６の径方向幅よりもわずかに狭くてもよく、及び／又は二次整列構成要素３１８の外径は、一次整列構成要素３１６の径方向幅よりもわずかに小さくてもよく、整列しているとき、一次整列構成要素３１６の内側及び外側は、二次整列構成要素３１８の対応する内側及び外側を越えて延在する。一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８の厚さ（又は軸方向寸法）もまた、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、一次整列構成要素３１６は約１．５ｍｍの厚さを有し、一方、二次整列構成要素３１８は、約０．３７ｍｍの厚さを有する。（本明細書における全ての数値は例であり、所望に応じて変化してもよい。）
一次整列構成要素３１６は、それぞれはいくつかの一次磁石３２６から形成され得るいくつかのセクタを含むことができ、二次整列構成要素３１８は、それぞれがいくつかの二次磁石３２８から形成され得るいくつかのセクタを含むことができる。図示する実施例では、一次磁石３２６の数は二次磁石３２８の数に等しく、各セクタはちょうど１つの磁石を含むが、これは必須ではない。例えば、以下に説明するように、セクタは複数の磁石を含んでもよい。一次磁石３２６及び二次磁石３２８は、一次磁石３２６（又は二次磁石３２８）が、端と端で互いに対して隣接して配置された場合に一次磁石３２６（又は二次磁石３２８）が図示するような環状構造を形成するように、横断面に弓状の（又は湾曲した）形状を有することができる。いくつかの実施形態では、一次磁石３２６は、境界面３３０において互いと接触することができ、二次磁石３２８は、境界面３３２において互いと接触することができる。あるいは、小さな隙間又は空間が隣接する一次磁石３２６又は二次磁石３２８を離間させ、製造中により大きな公差を提供してもよい。
いくつかの実施形態では、一次整列構成要素３１６はまた、一次磁石３２６の遠位表面上に配置された環状シールド３１４（ＤＣ磁気シールド又はＤＣシールドとも呼ばれる）を含むことができる。いくつかの実施形態では、シールド３１４は、単一の環状材料片として形成され、一次磁石３２６に接着されて、一次磁石３２６を定位置に固定することができる。シールド３１４は、ステンレス鋼又は低炭素鋼などの高透磁率及び／又は高磁気飽和値を有する材料で形成することができ、磁場を再方向付けして、一次整列構成要素３１６の遠位側を越えて伝播するのを防ぐことができ、それによって、一次整列構成要素３１６の遠位側を越えて配置される高感度の電子部品を磁気干渉から保護することができる。
一次磁石３２６及び二次磁石３２８は、ＮｄＦｅＢ材料、他の希土類磁性材料、又は磁化されて永続的な磁場を作り出すことができる他の材料などの磁性材料で作製することができる。各二次磁石３２８は、（図３Ｂの磁極性インジケータ３１７によって示されるように）横断面において径方向に成分を有する磁極性を有する単一の磁気領域を有することができる。以下に記載されるように、磁気配向は、軸３０１に対して半径方向、又は横断面に径方向成分を有する別の方向であってもよい。各一次磁石３２６は、反対の磁気配向を有する２つの磁気領域を含み得る。例えば、各一次磁石３２６は、（図３Ｂの極性インジケータ３５３によって示されるように）第１の軸方向に磁気配向を有する内側弓状磁気領域３５２と、（図３Ｂの極性インジケータ３５５によって示されるように）第１の方向とは反対の第２の軸方向に磁気配向を有する外側弓状磁気領域３５４と、磁気配向を有さない中央非磁化領域３５６と、を有し得る。中央非磁化領域３５６は、磁場が中央領域３５６を通って直接わたることを阻止することによって、外側弓状領域３５４から内側弓状領域３５２を磁気的に分離することができる。非磁化領域によって分離された反対の磁気配向の領域を有する磁石は、本明細書では、"四極"構成を有すると称される場合がある。
いくつかの実施形態では、各二次磁石３２８は、接地されて弓状構造に成形された磁性材料で作製することができ、例えば、磁化器を用いて、横断面内に径方向成分を有する磁気配向を作り出すことができる。同様に、各一次磁石３２６は、接地されて弓状構造に成形された単一の磁性材料片で作製することができ、磁化器を弓状構造に適用して、中央領域における磁気配向の発生を消磁又は回避しながら、構造の内側弓状領域内で一方向に軸方向の磁気配向を誘導し、構造の外側弓状領域内で反対方向に軸方向の磁気配向を誘導することができる。いくつかの代替の実施形態では、各一次磁石３２６は、内側弓状磁気領域３５２及び外側弓状磁気領域３５４を提供する磁性材料の２つの弓状片を有する複合構造でもよく、このような実施形態では、中央非磁化領域３５６は、非磁性（又は消磁された）材料の弓状片から形成されてもよく、又は内側弓状磁気領域３５２及び外側弓状磁気領域３５４の側壁によって画定されるエアギャップとして形成されてもよい。ＤＣシールド３１４は、ステンレス鋼又は低炭素鋼などの高い透磁率及び／又は高磁気飽和値を有する材料で形成することができ、例えば、５～１０μｍのマットＮｉでメッキすることができる。あるいは、ＤＣシールド３１４は、（二次磁石３２８の反対方向に）径方向の磁気配向を有する磁性材料より形成することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣシールド３１４を完全に省略することができる。
図３Ｂに示すように、二次磁石３２８（インジケータ３１７によって示される）の磁極性は、一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８が整列されるときに、二次磁石３２８の南極が内側弓状磁気領域３５２の北極（インジケータ３５３によって示される）に向けられる一方で、二次磁石３２８の北極が外側弓状磁気領域３５４の南極に向けられる（インジケータ３５５によって示される）よう、配向され得る。従って、内側弓状磁気領域３５２、二次磁石３２８及び外側弓状磁気領域３５６のそれぞれの磁気配向は、一次磁石３２６と二次磁石３２８との間に引力を与える磁場３４０を生成することができ、それにより、一次整列構成要素３１６と二次整列構成要素３１８とが（例えば、図１に示すように）配置されている、それぞれの電子デバイス間の整列が容易となる。シールド３１４は、一次磁石３２６の下の領域から離れるよう磁場３４０の一部を再方向付けすることができる。更に、中央非磁化領域３５６の周りに形成された「閉ループ」磁場３４０は、図２Ｂの一次磁石２２６及び二次磁石２２８の外側に磁場２４０が漂遊する限り、一次磁石３２６及び二次磁石３２８の外側に漂遊しない密かつコンパクトな力線を有することができる。従って、磁気的に高感度の構成要素は、漂遊磁場に対する懸念を下げて一次整列構成要素３１６に比較的近接して配置することができる。従って、磁気整列システム２００と比較して、磁気整列システム３００は、一次整列構成要素３１６が配置されるデバイスの全体的なサイズを低減するのに役立ち得、また、二次整列構成要素３１８の内側に配置された誘導性受電コイルなどの隣接する構成要素又はデバイス内の磁場３４０によって生じるノイズを低減するのに役立ち得る。
各一次磁石３２６は、反対の磁気配向の２つの領域を含むが、２つの領域は、等しい磁場強度を提供することができるが、必ずしも提供する必要はないことを理解されたい。例えば、外側弓状磁化領域３５４は、内側弓状磁化領域３５２よりも強く分極させることができる。一次磁石３２６の特定の実装に応じて、非対称偏光強度を作り出すために様々な技術を使用することができる。例えば、内側弓状領域３５２及び外側弓状領域３５４は、異なる径方向幅を有することができ、磁気領域の径方向幅の増加は、磁性材料の体積の増加に起因して、その領域の磁界強度を増大させる。内側弓状領域３５２及び外側弓状領域３５４が別個の磁石である場合、異なる磁気強度を有する磁石を使用することができる。
いくつかの実施形態では、外側弓状領域３５４が内側弓状領域３５２よりも強く分極される非対称偏光を有することにより、外側極に向かってフラックス「シンク」効果を作り出すことができる。この効果は、様々な状況において望ましい場合がある。例えば、一次磁石３２６が無線充電器デバイス内に配置され、無線充電器デバイスが、誘導性受電コイルを有するが、二次（又は任意の）環状磁気整列構成要素を有さない「レガシー」ポータブル電子デバイスを充電するために使用される場合、一次環状整列構成要素からの（ＤＣ）磁束は、誘導性受電コイルの周りのフェライトシールドに入ることができる。ＤＣ磁束は、フェライトシールドを飽和させ、充電性能を低下させるのに寄与することができる。内側弓状領域よりも外側弓状領域においてより強い磁場を有する一次環状整列構成要素を提供することは、フェライトシールドからＤＣ磁束を引き込むのに役立つことができ、それにより、環状磁気整列構成要素を有する無線充電器デバイスが、環状磁気整列構成要素を欠くポータブル電子デバイスを充電するために使用されるとき、充電性能を改善することができる。
磁気整列システム３００は例示的であり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、一次整列構成要素３１６及び二次整列構成要素３１８はそれぞれ、８個の弓状磁石で構成されているものとして示されるが、他の実施形態では、１６個の磁石、１８個の磁石、３２個の磁石、３６個の磁石、又は任意の他の数の磁石など、異なる数の磁石が使用されてもよく、一次磁石の数は二次磁石の数に等しくなくてもよい。他の実施形態では、二次整列構成要素３１８は、単一のモノリシックな環状磁石で形成することができる。同様に、一次整列構成要素３１６は、上記のような適切な磁化パターンを有する磁性材料の単一のモノリシック環状片から形成することができ、又は一次整列構成要素３１６は、内側環状磁石と外側環状磁石との間に環状のエアギャップ又は非磁性材料の領域を有する、モノリシック内側環状磁石及びモノリシック外側環状磁石から形成され得る。いくつかの実施形態では、複数の弓状磁石を使用する構造は、より小さい弓状磁石は単一のモノリシックな環状磁石よりも脆くなりにくく、製造中に磁性材料に加わる物理的応力に起因する損失が生じにくくなるため、製造を向上させることができる。様々な磁気整列構成要素又は個々の磁石の磁気配向は、横方向及び軸方向と正確に整列する必要はないことも理解されたい。磁気配向は、一次及び二次整列構成要素を通る磁界の閉ループ経路を提供する任意の角度を有することができる。
１．４．閉ループ磁気整列システムの磁気配向
１．４．１．半径方向に対称な配向
上述したように、磁気整列システム３００のような閉ループ磁気配向を有する磁気整列システムの実施形態では、二次整列構成要素３１８は、径方向成分を有する磁気配向を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、二次整列構成要素３１８は、半径方向に磁極性を有することができる。図４は、いくつかの実施形態による、二次整列構成要素４１８の簡略化された上視図を示す。二次整列構成要素３１８のように、二次整列構成要素４１８は、磁極性インジケータ４１７ａ～ｈによって示されるような径方向の磁気配向を有する弓状磁石４２８ａ～ｈから形成することができる。この実施例では、各弓状磁石４２８ａ～ｈは、北磁極が径方向外方側に向けられ、南磁極が径方向内方側に向けられるが、この向きを逆にすることができ、各弓状磁石４２８ａ～ｈの北磁極が径方向内方側に向けられ、南磁極が径方向外方側に向けられてもよい。
図５Ａは、いくつかの実施形態による、磁気整列システム５００の斜視図を示す。磁気整列システム３００の実施でもよい磁気整列システム５００は、（例えば、図４に示すように）径方向外方の磁気配向を有する二次整列構成要素５１８と、相補的な一次整列構成要素５１６と、を含む。本実施例では、磁気整列システム５００は、セクタのうちの２つのセクタ間に隙間５１７を含むが、隙間５１７は任意であり、磁気整列システム５００は、完全な環状構造とすることができる。また、例えば、一次磁気整列構成要素５１６又は二次磁気整列構成要素５１８の中央領域内に位置する誘導コイルアセンブリ又は他の構成要素を含み得る構成要素５０２も示される。磁気整列システム５００は、（図３Ｂに示すように）磁気整列システム３００と同様の閉ループ構成を有することができ、それぞれが１つ以上の弓状磁石で作製することができる弓状セクタ５０１を含み得る。いくつかの実施形態では、磁気整列システム５００の閉ループ構成は、構成要素５０２に影響を及ぼし得る磁場漏れを低減又は防止することができる。
図５Ｂは、弓状セクタ５０１のうちの１つを通る軸方向断面図を示す。弓状セクタ５０１は、一次磁石５２６及び二次磁石５２８を含む。配向インジケータ５１７によって示されるように、二次磁石５２８は、径方向外方方向に配向された磁極性を有し、すなわち、北磁極は磁気整列システム５００の径方向外方側に向かっている。上述の一次磁石３２６と同様に、一次磁石５２６は、内側弓状磁気領域５５２と、外側弓状磁気領域５５４と、中央非磁化領域５５６（例えば、エアギャップ又は非磁性材料又は非磁化材料の領域を含むことができる）とを含む。内側弓状磁気領域５５２は、インジケータ５５３によって示されるように、北磁極が二次磁石５２８に向けられるように軸方向に配向された磁極性を有し、外側弓状磁気領域５５４は、インジケータ５５５によって示されるように南磁極が二次磁石５２８に向けられる反対の磁気配向を有する。図３Ｂを参照して説明したように、図５Ｂに示す磁気配向の配置は、一次磁石５２６と二次磁石５２８との間の磁気吸引を結果としてもたらす。いくつかの実施形態では、磁極性は、二次磁石５２８の北磁極が磁気整列システム５００の径方向内方側に向けられ、一次磁石５２６の外側弓状領域５５４の北磁極が二次磁石５２８に向けられ、内側弓状領域５５２の北磁極が二次磁石５２８から離れるように配向されるよう、逆にされてもよい。
一次整列構成要素５１６及び二次整列構成要素５１８が整列されると、一次整列構成要素５１６及び二次整列構成要素５１８の磁極性の半径方向に対称的な配置及び方向的な等価性により、二次整列構成要素５１８は、軸に沿った整列を維持しながら、横方向平面内で時計回り又は反時計回り方向に自由に（一次整列構成要素５１６に対して）回転することが可能となる。
本明細書で使用する場合、「半径方向」の向きは、正確に又は純粋に半径方向である必要はない。例えば、図５Ｃは、いくつかの実施形態による二次弓状磁石５３８を示す。二次弓状磁石５３８は、矢印５３９によって示されるように、純粋に径方向の磁気配向を有する。各矢印５３９は、磁石５３８の曲率中心で方向付けられ、内方に延在する場合、矢印５３９は、曲率中心で収束する。しかしながら、この純粋な径方向磁化を達成するには、磁石５３８内の磁区が隣接する磁区に対して斜めに配向されることを必要とする。いくつかの種類の磁性材料では、純粋な径方向の磁気配向が実用的ではないこともある。従って、いくつかの実施形態は、図５Ｃの純粋な半径方向の向きに近似する、「擬似半径方向」の磁気配向を使用する。図５Ｄは、いくつかの実施形態による擬似径方向の磁気配向を有する二次弓状磁石５４８を示す。磁石５４８は、弓状磁石５４８の内側コーナー５５２、５５３を接続するベースライン５５１に垂直な矢印５４９によって示される磁気配向を有する。内方に延在する場合、矢印５４９は収束しない。従って、磁石５４８内の隣接する磁区は互いに平行であり、ＮｄＦｅＢなどの磁性材料で容易に達成可能である。しかしながら、磁気整列システムにおける全体的な効果は、図５Ｃに示す純粋な径方向の磁気配向と同様となり得る。図５Ｅは、いくつかの実施形態による磁石５４８から構成された二次環状整列構成要素５５８を示す。磁気配向矢印５４９は、環状整列構成要素５５８の中心点５６１まで延在している。図示するように、磁場方向はほぼ半径方向でもよく、近似値の接近性は磁石５４８の数及び環状整列構成要素５５８の内側半径に応じる。いくつかの実施形態では、１８個の磁石５４８は、擬似半径方向の向きを提供することができ、他の実施形態では、より多い又はより少ない磁石が使用され得る。「半径方向」の磁気配向を有する磁石に対する本明細書における全ての参照は、擬似径方向の磁気配向及びほぼ半径方向であるが純粋な半径方向ではない他の磁気配向を含むことを理解されたい。
いくつかの実施形態では、（例えば、図５Ｂに示すように）二次整列構成要素５１８の径方向の磁気配向は、磁気整列システムの全周の周りで同じである二次整列構成要素５１８と一次整列構成要素５１６との間の磁力プロファイルを提供する。径方向の磁気配向はまた、より大きな磁気透過係数をもたらすことができ、これにより、二次整列構成要素５１８は、磁気除去に抵抗し、軸方向の引力を向上させ、２つの構成要素が整列された場合の横方向のせん断力を向上させることができる。
図６Ａ及び６Ｂは、いくつかの実施形態による、異なる磁気整列システムに対する力プロファイルのグラフを示す。具体的には、図６Ａは、同等のサイズで、同様の種類の磁石を使用する異なる磁気整列システムについて、軸方向（ｚ）方向における垂直引力（垂直抗力）のグラフ６００を示す。グラフ６００は、整列の中心からの変位を表す水平軸を有し、このとき、０は整列位置を表し、負及び正の値は、整列位置から反対方向（任意の単位）における変位を表し、更に、横方向平面における変位の関数としての垂直抗力（ＦＮＯＲＭＡＬ）を示す垂直軸を有する。この説明の目的のために、ＦＮＯＲＭＡＬは、軸方向における一次整列構成要素と二次整列構成要素との間の磁力として定義され、ＦＮＯＲＭＡＬ＞０は引力を表し、ＦＮＯＲＭＡＬ＜０は反発力を表す。グラフ６００は、３つの異なる種類の磁気整列システムの垂直抗力プロファイルを示す。第１の種類の磁気整列システムは、軸に沿って配置された一対の相補的ディスク型磁石などの「中央」整列構成要素を使用し、中央磁気整列システムに対する代表的な垂直抗力プロファイルは、線６０１（一点鎖線）として示される。第２の種類の磁気整列システムは、例えば、図２Ａ及び２Ｂの磁気整列システム２００等の軸方向の磁気配向を有する環状整列構成要素を使用し、このような環状軸方向磁気整列システムに対する代表的な垂直抗力プロファイルは、線６０３（破線）として示される。第３の種類の磁気整列システムは、閉ループ磁気配向及びラジアル対称性を有する環状整列構成要素（例えば、図５Ａ及び５Ｂの磁気整列システム５００）を使用し、半径方向に対称的な閉ループ磁気整列システムに対する代表的な垂直抗力プロファイルは、線６０５（実線）として示される。
同様に、図６Ｂは、異なる磁気整列システムの横方向における横方向（せん断）力のグラフ６２０を示す。グラフ６２０は、グラフ６００と同じ慣行を用いて、整列位置から反対方向における横方向変位を表す水平軸、及び、方向（任意の単位で）の関数としてせん断力（ＦＳＨＥＡＲ）を示す垂直軸を有する。この説明の目的のために、ＦＳＨＥＡＲは、横方向の一次整列構成要素と二次整列構成要素との間の磁力として定義され、ＦＳＨＥＡＲ＞０は、変位軸に沿って左に向かう力を表し、ＦＳＨＥＡＲ＜０は、変位軸に沿って右に向かう力を表す。グラフ６２０は、グラフ６００と同じ３種類の磁気整列システムに対するせん断力プロファイルを示し、中央磁気整列システムに対する代表的なせん断力プロファイルは線６２１（一点鎖線）として示される。環状軸方向磁気整列システムに対する代表的なせん断力プロファイルは、線６２３（破線）として示されており、半径方向に対称的な閉ループ磁気整列システムに対する代表的な垂直抗力プロファイルは、線６２５（実線）として示される。
図６Ａに示すように、各種類の磁気整列システムは、それぞれのピーク６１１、６１３、及び６１５によって示されるように、一次及び二次整列構成要素が整列位置（水平軸上の０）にあるときに、軸方向（すなわち、垂直抗力）において最も強い磁気吸引を達成する。最も強く引き寄せる垂直抗力は、全てのシステムに対して整列位置で達成されるが、ピークの大きさは、磁気整列システムの種類に依存する。特に、半径方向に対称的な閉ループ磁気整列システム（例えば、図５の磁気整列システム５００）は、他の種類の磁気整列システムよりも、整列位置にあるときにより強い磁気吸引を提供する。この強く引き寄せる垂直抗力は、小さい位置ずれを克服することができ、整列位置にデバイスを保持することを助けることができ、それにより、一次整列構成要素と二次整列構成要素との間のより正確かつ堅牢な整列を達成することができ、これにより、ポータブル電子デバイスと、磁気整列システムが内部に実装される無線充電器デバイスとの間に、より正確かつ堅牢な整列を提供することができる。
図６Ｂに示されるように、最も強いせん断力は、一次及び二次整列構成要素が整列位置のすぐ外側にあるとき、例えば、それぞれのピーク６３１ａ～ｂ、６３３ａ～ｂ、及び６３５ａ～ｂによって示されるように、整列位置からの分離の－２単位及び＋２単位であるときに得られ、これらのせん断力は、整列構成要素を整列位置に向かって付勢するように作用する。垂直抗力と同様に、せん断力のピーク強度は、磁気整列システムの種類に依存する。特に、半径方向に対称的な閉ループ磁気整列システム（例えば、図５の磁気整列システム５００）は、他の種類の磁気整列システムよりも整列位置のすぐ外側にあるとき、より高い大きさのせん断力を提供する。この強いせん断力は、２つの構成要素が整列されたときをユーザが識別するのを助けるために、触覚フィードバック（「スナップ感」の感覚として説明される場合もある）を提供することができる。更に、垂直抗力と同様に、せん断力は、摩擦力による小さい位置ずれを克服することができ、一次整列構成要素と二次整列構成要素との間のより正確かつ堅牢な整列を達成することができ、これにより、ポータブル電子デバイスと、磁気整列システムが内部に実装される無線充電器デバイスとの間に、より正確かつ堅牢な整列を提供することができる。
磁石の特定の構成に応じて、閉ループ磁気整列システムのためのスナップ感の感覚を増大させるために、様々な設計選択を使用することができる。例えば、より少ない材料を使用することによって、又は磁気整列構成要素と他の磁性材料との間の距離を増加させることによって、磁気整列構成要素の近くのエリア内のデバイスの磁性材料の量を低減することは、漂遊磁場を低減し、磁気整列構成要素の知覚される「スナップ」効果を増大させることができる。別の実施例として、（例えば、材料の量を増加させることによって）整列磁石の磁場強度を増加させることは、せん断力及び垂直抗力の両方を増加させることができる。更に別の実施例として、一次環状整列構成要素における磁化領域の幅（及び／又は各領域における磁場の相対強度）は、二次環状整列構成要素の特定の磁気配向パターンに基づいて最適化することができる（例えば、二次環状整列構成要素が、図５Ｃの純粋に径方向の磁気配向を有するか、又は図５Ｄの擬似径方向の磁気配向を有するかによる）。更に考慮する事項は、一次及び二次整列構成要素を含むデバイスの表面間の摩擦係数であり得、より低い摩擦は、環状磁気整列構成要素によって与えられるせん断力に対する抵抗を減少させる。
半径方向に対称的な閉ループ磁気整列システム（例えば、図５Ａ及び５Ｂの磁気整列システム５００）は、軸方向及び横方向に正確かつ堅牢な整列を提供することができる。更に、半径方向の対称性のため、整列システムは、軸の周りに横方向平面において好ましい回転配向を有さない。せん断力プロファイルは、整列される電子デバイスの相対的な回転配向にかかわらず同じであり得る。
１．４．２．交互の径方向配向
いくつかの実施形態では、閉ループ磁気整列システムは、１つ以上の好ましい回転配向を提供するように設計され得る。図７は、いくつかの実施形態による、二次整列構成要素７１８の簡略化された上視図を示す。二次整列構成要素７１８は、磁極性インジケータ７１７ａ～ｈによって示されるような径方向磁気配向を有するセクタ７２８ａ～ｈを含み、セクタ７２８ａ～ｈのそれぞれは、１つ以上の二次弓状磁石を含み得る。本実施例では、セクタ７２８ｂ、７２８ｄ、７２８ｆ、及び７２８ｈ内の二次磁石はそれぞれ、北磁極が径方向外方側に向けられ南磁極が径方向内方側に向けられ、セクタ７２８ａ、７２８ｃ、７２８ｅ、及び７２８ｇ内の二次磁石はそれぞれ、北磁極が径方向内方側に向けられ南磁極が径方向外方側に向けられている。換言すれば、二次整列構成要素７１８の隣接するセクタ７２８ａ～ｈ内の磁石は、交互の磁気配向を有する。
相補的な一次整列構成要素は、対応する交互の磁気配向を有するセクタを有することができる。例えば、図８Ａは、いくつかの実施形態による磁気整列システム８００の斜視図を示す。磁気整列システム８００は、交互の径方向磁気配向を有する二次整列構成要素８１８（例えば、図７に示す）と相補的な一次整列構成要素８１６とを含む。磁気整列システム８００の弓状部分の一部は、内部構造を明瞭化するために示されてないが、磁気整列システム８００は、完全な環状構造であり得ることを理解されたい。また、例えば、一次環状整列構成要素８１６及び／又は二次環状整列構成要素８１８の中央領域内に位置する誘導コイルアセンブリ又は他の構成要素を含むことができる構成要素８０２も示される。磁気整列システム８００は、上述の磁気整列システム３００と同様の閉ループ磁気整列システムであってもよく、交互の磁気配向の弓状セクタ８０１ｂ、８０１ｃを含むことができ、各弓状セクタ８０１ｂ、８０１ｃは、一次環状整列構成要素８１６及び二次環状整列構成要素８１８それぞれにおける１つ以上の弓状磁石を含む。いくつかの実施形態では、磁気整列システム８００の閉ループ構成は、構成要素８０２に影響を及ぼし得る磁場漏れを低減又は防止することができる。磁気整列システム５００のように、磁気整列システム８００は、２つのセクタの間に隙間８０３を含むことができる。
図８Ｂは、弓状セクタ８０１ｂのうちの１つを通る軸方向断面図を示し、図８Ｃは、弓状セクタ８０１ｃのうちの１つを通る軸方向断面図を示す。弓状セクタ８０１ｂは、一次磁石８２６ｂ及び二次磁石８２８ｂを含む。配向インジケータ８１７ｂによって示されるように、二次磁石８２８ｂは、径方向外方方向に配向された磁極性を有し、すなわち、北磁極は磁気整列システム８００の径方向外方側に向かっている。上述の一次磁石３２６と同様に、一次磁石８２６ｂは、内側弓状磁気領域８５２ｂと、外側弓状磁気領域８５４ｂと、中央非磁化領域８５６ｂ（例えば、エアギャップ又は非磁性材料又は非磁化材料の領域を含むことができる）とを含む。内側弓状磁気領域８５２ｂは、インジケータ８５３ｂによって示されるように、北磁極が二次磁石８２８ｂに向けられるように軸方向に配向された磁極性を有し、外側弓状磁気領域８５４ｂは、インジケータ８５５ｂによって示されるように南磁極が二次磁石８２８ｂに向けられる反対の磁気配向を有する。図３Ｂを参照して説明したように、図８Ｂに示す磁気配向の配置は、一次磁石８２６ｂと二次磁石８２８ｂとの間の磁気吸引を結果としてもたらす。
図８Ｃに示すように、弓状セクタ８０１ｃは、弓状セクタ８０１ｂに対して「逆」磁気配向を有する。弓状セクタ８０１ｃは、一次磁石８２６ｃ及び二次磁石８２８ｃを含む。配向インジケータ８１７ｃによって示されるように、二次磁石８２８ｃは、径方向外方方向に配向された磁極性を有し、すなわち、北磁極は磁気整列システム８００の径方向外方側に向かっている。上述の一次磁石３２６と同様に、一次磁石８２６ｃは、内側弓状磁気領域８５２ｃと、外側弓状磁気領域８５４ｃと、中央非磁化領域８５６ｃ（例えば、エアギャップ又は非磁性材料又は非磁化材料の領域を含むことができる）とを含む。内側弓状磁気領域８５２ｃは、インジケータ８５３ｃによって示されるように、南磁極が二次磁石８２８ｃに向けられるように軸方向に配向された磁極性を有し、外側弓状磁気領域８５４ｃは、インジケータ８５５ｃによって示されるように北磁極が二次磁石８２８ｃに向けられる反対の磁気配向を有する。図３Ｂを参照して説明したように、図８Ｃに示す磁気配向の配置は、一次磁石８２６ｃと二次磁石８２８ｃとの間の磁気吸引を結果としてもたらす。
図７及び８Ａ～８Ｃに示すように、磁極性の交互配置は、二次整列構成要素８１８が一次整列構成要素８１６と整列され、整列構成要素８１６、８１８のうちの一方が共通の軸を中心にして他方に対して回転されるとき、「ラチェット」感を作り出すことができる。例えば、二次整列構成要素８１６が一次整列構成要素８１６に対して回転されると、各径方向外方磁石８２８ｂは、一次整列構成要素８１６の相補的な磁石８２６ｂと交互に近接して結果として引き寄せる磁力を生ずるか、又は一次整列構成要素８１６の抗補磁石８２６ｃと近接して結果として反発磁力を生ずる。一次磁石８２６ｂ、８２６ｃ及び二次磁石８２８ｂ、８２８ｃが、任意の所与の向きで同じ角度サイズ及び間隔を有する場合、磁石の各対は、相補的な磁石対８２６ｂ、８２８ｂ及び８２６ｃ、８２８ｃが近接している回転配向において整列が安定して堅牢であるよう同様の正味（引力又は反発力）磁力を受ける。他の回転配向では、安定した回転配向に向かうトルクが受けられ得る。
図７及び８Ａ～８Ｃに示される実施例では、各セクタが１つの磁石を含み、磁気配向の方向が各磁石と交互になる。いくつかの実施形態では、セクタは、同じ方向の磁気配向を有する２つ以上の磁石を含み得る。例えば、図９Ａは、いくつかの実施形態による二次整列構成要素９１８の簡略化された上視図を示す。二次整列構成要素９１８は、上述の二次整列構成要素８１８と同様に、径方向外方の磁気配向を有する二次磁石９２８ｂと、径方向内方の向きを有する二次磁石９２８ｃとを含む。本実施例では、磁石は、一対の外向きの磁石９２８ｂ（第１のセクタ９０１を形成する）が、一対の内向きの磁石９２８ｃ（第１のセクタ９０１に隣接する第２のセクタ９０３を形成する）に隣接するように配置される。交互のセクタのパターン（セクタ当たり２つの磁石を有する）は、二次整列構成要素９１８の周囲で繰り返される。同様に、図９Ｂは、いくつかの実施形態による別の二次整列構成要素９１８'の簡略化された上視図を示す。二次整列構成要素９１８'は、径方向外方の磁気配向を有する二次磁石９２８ｂと、径方向内方の向きを有する二次磁石９２８ｃとを含む。本実施例では、磁石は、四つの径方向外方の磁石９２８ｂの群（第１のセクタ９１１を形成する）が、四つの径方向内方の磁石９２８ｃの群（第１のセクタ９１１に隣接する第２のセクタ９１３を形成する）に隣接するように配置される。交互のセクタのパターン（セクタ当たり四つの磁石を有する）は、二次整列構成要素９１８'の周囲で繰り返される。図９Ａ及び９Ｂには示されていないが、二次整列構成要素９１８又は９１８'に対する相補的な一次整列構成要素の構造は、図８Ａ～８Ｃを考慮して明らかであろう。図９Ａ及び９Ｂの整列構成要素のせん断力プロファイルは、上述のラチェットプロファイルと同様であり得るが、安定した整列を提供する回転配向の数は異なる。
１．４．３．他の磁気配向
他の実施形態では、一次及び／又は二次整列構成要素内の異なるセクタの磁気配向を変更することによって、様々な力プロファイルを作成することができる。単なる一例として、図１０は、いくつかの実施形態に係る、二次整列構成要素１０１８の簡略化された上視図を示す。二次整列構成要素は、磁極性インジケータ１０１７ａ～ｈによって示されるセクタ依存磁気配向を有するセクタ１０２８ａ～ｈを有する。本実施例では、二次整列構成要素１０１８は、二次整列構成要素１０１８の２つの半体を画定する二等分線１００１によって二分されると見なすことができる。第１の半体１００３では、セクタ１０２８ｅ～ｈは、上記の実施例と同様に、径方向外方に配向された磁極性を有する。
第２の半体１００５では、セクタ１０２８ａ～ｄは、径方向ではなく、二等分線１００１に略平行に配向された磁極性を有する。特に、セクタ１０２８ａ及び１０２８ｂは、二等分線１００１に平行な第１の方向に配向された磁極性を有し、セクタ１０２８ｃ及びセクタ１０２８ｄセクタ１０２８ａ及び１０２８ｂの磁極性の方向と反対の方向に配向された磁極性を有する。相補的な一次整列構成要素は、北磁極が二次整列構成要素１０１８に向かって配向された内側環状領域と、北磁極が二次整列構成要素１０１８から離れて配向された外側環状領域と、中央非磁化領域とを有することができ、上述のように閉ループ磁気配向を提供している。二次整列構成要素１０１８における磁気配向の非対称配置は、二次整列構成要素１０１８が、第１の半体１００３に向かう方向（図中下方向）よりも、第２の半体１００５に向かう方向（図中上方）に小さいせん断力抵抗運動を発生させるよう、せん断力プロファイルを変更することができる。いくつかの実施形態では、このような非対称配置は、一次整列構成要素がドッキングステーションに装着され、二次整列構成要素がドッキングステーションとドッキングするポータブル電子デバイスに装着される場合に、使用され得る。半環１００５がポータブル電子デバイスの上部側となるよう二次環状整列構成要素１０１８がポータブル電子デバイス内に方向付けられると仮定すると、非対称的なせん断力は、ポータブル電子デバイスをドッキングステーションとドッキングするよう下方に摺動させる、又は、ドッキングステーションから取り外すよう上方に摺動させる動作を容易にすることができる一方で、ポータブル電子デバイスをドッキングステーションとの所望の整列に引き寄せる引力を依然として提供する。
上述の実施形態では、二次環状磁気整列構成要素は、横断面内で概ね整列された磁気配向を有する。いくつかの代替実施形態では、二次環状磁気整列構成要素は、図３Ａ及び３Ｂの一次環状磁気整列構成要素３１６と同様の四極構成を代わりに有してもよく、この際、二次弓状磁石の遠位表面にＤＣシールドを有しても有さなくてもよい（存在する場合には、図３Ａ及び３ＢのＤＣシールド３１４と同様となり得る）。一次及び二次整列構成要素の両方において四極磁気構成を使用することにより、閉ループＤＣ磁束経路及び強い「スナップ」感を提供することができるが、二次磁気整列構成要素の厚さは、四極磁石及びＤＣシールドを収容するために増加させる必要があり得、これは、二次磁気整列構成要素を収容するポータブル電子デバイスの全体的な厚さを増加させ得る。厚さを低減するために、二次整列構成要素の遠位表面上のＤＣシールドを省略することができるが、ＤＣシールドを省略すると、結果として、隣接する構成要素への磁束漏れが増加する場合がある。
前述の実施例は例示的であり、限定的ではないことは理解されるであろう。一次及び／又は二次整列構成要素のセクタは、所与の磁気整列システムの一次及び二次整列構成要素が、所望の整列位置に向かう力を加える相補的な磁気配向を有するとして、任意の所望の方向及び任意の組み合わせで配向された磁極性を有する磁気要素を含むことができる。磁気配向の異なる組み合わせは、異なるせん断力プロファイルを生じさせてもよく、磁気配向の選択は、所望のせん断力プロファイル（例えば、高いスナップ性）、他の構成要素へのＤＣ磁束漏れの回避、及び他の設計考慮に基づいて行われてもよい。
１．５．隙間を有する環状磁気整列構成要素
上述の実施例では、一次整列構成要素及び二次整列構成要素は、環状形状を有する。上述のように（例えば、図３Ａを参照して）、環は完全に閉じられていてもよい。他の実施形態では（例えば、図５Ａ及び８Ａに示すように）、一次又は二次環状整列構成要素は、１つ以上の隙間を含むことができ、各隙間は、磁性材料（又は実際に任意の材料）が存在しない環の部分でもよい。
図１１は、いくつかの実施形態による、隙間を有する整列構成要素１１１８（一次又は二次環状磁気整列構成要素でもよい）の一例を示す。図示するように、整列構成要素１１１８は、環状形状を形成する多数の弓状磁石１１２８を含み得る。本実施形態では、２つの磁石の間の隙間１１０１は、弓状磁石１１２８のうちの１つを省略することによって形成される。より一般的には、隙間１１０１などの隙間は、様々な技術を使用して形成することができる。例えば、各弓状磁石によって定められた角度φは、３６０°／φが整数ではないように選択することができる。従って、隙間１１０１のサイズは、弓状磁石１１２８のサイズと等しいか、又はそれより小さくてもよい（又はそれよりも大きくてもよい）。磁気整列システムの様々な実施形態では、隙間１１０１などの隙間は、二次整列構成要素及び一次整列構成要素のいずれか又は両方に形成されてもよく、隙間のサイズ、数、及び場所は、一次整列構成要素と二次整列構成要素との間で異なり得る。確実な磁気整列を提供するために、隙間１１０１又は他の隙間のサイズは、例えば円弧の２０°以下に制限され得る。
いくつかの実施形態では、隙間１１０１などの隙間は、整列構成要素１１１８の内側の内部領域１１０３内に位置する構成要素への電気接続のための便利な経路を提供し得る。例えば、上述したように、誘導コイル（又は他の電子部品）は、内部領域１１０３内に配置されてもよく、整列構成要素１１１８内の隙間１１０１は、誘導コイル（又は他の構成要素）と、整列構成要素１１１８の外側に位置するバッテリ（又は他の構成要素）との間の電気接続のための便利な経路を提供することができる。電気接続はまた、磁石１１２８の上又は下（図１１の平面内又は平面外）の接続経路を経路指定することによって行うこともできることを理解されるべきであるが、磁石の上又は下の接続経路を経路指定することは、整列構成要素１１１８が配置されるデバイスの厚さの増加をもたらし得る。
隙間１１０１などの隙間は、一次整列構成要素、二次整列構成要素、又はその両方に含まれ得ることを理解されたい。一次整列構成要素及び二次整列構成要素の両方に隙間が設けられるいくつかの実施形態では、隙間の存在は、好ましい回転配向を作り出すようにせん断力プロファイルを変更し得る。好ましい配向が生じる程度は、隙間のサイズ及び磁石の特定の構成に依存し得る。
１．６．磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイス
図１２Ａ及び１２Ｂは、いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの簡略された背面図を示す。図示する実施例では、ポータブル電子デバイスは、径方向の磁気配向を有する二次磁気整列構成要素を組み込み、より薄いデバイスプロファイルを可能にすることができるが、ポータブル電子デバイスが、代わりに一次磁気整列構成要素を組み込むことができることを理解されたい。
図１２Ａは、いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込むことができるポータブル電子デバイスの一例としてのスマートフォン１２００を示す。スマートフォン１２００は、様々なコンピューティング及び通信活動をサポートすることができ、車載バッテリ（図示せず）から動作電力を引き出すことができる。いくつかの実施形態では、バッテリは、無線電力伝送を使用して再充電することができる。例えば、スマートフォン１２００は、無線電力伝送用の誘導性受電コイルとして構成することができるコイルアセンブリ１２１０を含むことができる。このような時間変化磁場は、無線充電器デバイス（図１２Ａには示されない）内の送電コイルによって提供され得る。加えて、又は代わりに、コイルアセンブリ１２１０は、無線電力伝送用の誘導性送電コイルとして動作可能であってもよく、無線ヘッドセット、外部バッテリ、又は別のポータブル電子デバイス（例えば、別のスマートフォン）などのアクセサリデバイスを充電するために使用することができる時間変化磁場を生成するように動作可能であってもよい。コイルアセンブリ１２１０は、蓄電デバイス（例えば、バッテリ）又は電力消費デバイスに結合された誘導性受電コイル（例えば、導電性ワイヤの巻線コイル）を含むことができる。いくつかの実施形態では、コイルアセンブリ１２１０はまた、コイルの遠位表面、内側環状表面、及び／又は外側環状表面上に配置された電磁シールド（例えば、１つ以上のフェライト片）を含むことができる。
最適な無線充電性能については、コイル１２１０を送信（又は受信）デバイス内でコイルと整列させることが望ましい。環状磁気整列構成要素１２１８は、例えば、上述した二次磁気整列構成要素のいずれかの実施であってもよく、隣接する磁石が互いに接するエアギャップ又は表面であり得る境界面１２３２を有する磁石１２２８の環状配置を含むことができる。磁石１２２８の磁極性は、横方向平面において様々な方向に、例えば、図４を参照して上述したように半径方向に配向させることができる。図示する実施例では、磁気整列構成要素１２１８は、コイル１２１０と磁気整列構成要素１２１８の外側の構成要素との間を接続するワイヤ（又は導電トレース）のための電気接続経路を提供することができる隙間１２０１を含む。
コイル１２１０は、デバイス間の無線電力伝送をサポートするように最適化することができる。いくつかの実施形態では、例えば、磁気整列システムを組み込んだ異なるデバイスをそれぞれ識別することを可能にするために、デバイス間の無線データ転送をサポートすることが望ましい場合がある。従って、いくつかの実施形態では、近距離通信（ＮＦＣ）コイル１２６０がコイル１２１０と磁石１２２８との間の領域に設けられ得る。ＮＦＣリーダ回路及び／又は他の構成要素（図示せず）は、隙間１２０１を介してＮＦＣコイル１２６０の終端１２６２ａ、１２２６ｂに接続することができる。ＮＦＣコイル１２１０の例示的な実施形態は、以下のセクション５に記載される。
いくつかの実施形態では、構成要素１２１８などの磁気整列構成要素は、環の一定の外径及び径方向幅を維持しながら、異なるサイズのポータブル電子デバイスに適合するように変更することができる。例として、図１２Ｂは、いくつかの実施形態による磁気整列構成要素を組み込むことができるポータブル電子デバイスの別の例としてのスマートフォン１２００'を示す。図１２Ａのスマートフォン１２００のように、スマートフォン１２００'は、様々なコンピューティング及び通信活動をサポートすることができ、車載バッテリ（図示せず）から動作電力を引き出すことができる。スマートフォン１２００とスマートフォン１２００'との間の１つの違いは、スマートフォン１２００'がスマートフォン１２００よりも小さいフォームファクタを有するということであり得る。例えば、スマートフォン１２００'は、スマートフォン１２００よりも狭い（ｘ方向に）及び／又は短い（ｙ方向に）ことでもよい。しかしながら、これらの異なるフォームファクタのスマートフォンは、同じ無線充電器デバイス及び／又は他のアクセサリと相互に動作することが望ましい場合がある。従って、スマートフォン１２００'は、スマートフォン１２００の無線充電コイル１２１０と同一であり得る無線充電コイル１２１０'を含むことができる。
コイル１２１０'と別のデバイス内のコイルとの整列を提供するために、スマートフォン１２００'は磁気整列構成要素１２１８'を含むことができる。磁気整列構成要素１２１８'は、例えば、上述の二次磁気整列構成要素のいずれかの実施であってもよく、隣接する磁石１２２８'が互いに接するエアギャップ又は表面であり得る境界面１２３２'を有する磁石１２２８'の環状配置を含むことができる。磁石１２２８'の磁極性は、横方向平面において様々な方向に、例えば、上述したように半径方向に配向させることができる。加えて、ＮＦＣコイル１２６０'は、図１２ＡのＮＦＣコイル１２６０と同様に、コイル１２１０'と磁石１２２８'との間の領域に設けることができる。
図示する実施例では、スマートフォン１２００'のより狭い幅を収容するために、磁気整列構成要素１２１８'は、直径方向に対向する隙間１２０１ａ、１２０１ｂを含む。磁気整列構成要素１２１８'の幅（ｘ方向）を減少させることに加えて、隙間１２０１ａ及び／又は１２０１ｂは、コイル１２１０'と磁気整列構成要素１２１８'の外側の構成要素との間を接続するワイヤ（又は導電トレース）のための電気接続経路を提供することができる。いくつかの実施形態では、隙間１２０１ａ、１２０１ｂに隣接する弓状磁石セクション１２２８'は、面取りされたコーナー１２２９ａ～ｂ及び１２３１ａ～ｂを有することができ、これにより、外径を減少させることなく整列構成要素１２１８'の幅を更に低減することができる。
スマートフォン１２００及び１２００'は単なる例であり、様々なフォームファクタを有する様々なポータブル電子デバイスが、所与の直径及び幅の環状整列構成要素を収容することができることを理解されたい。更に、図１２Ａ及び１２Ｂは、スマートフォン１２００、１２００'の後部上に整列構成要素１２１８、１２１８'及びコイル１２１０、１２１０'を示しているが、これらの構成要素は、スマートフォン１２００、１２００'の裏側筐体内にあってもよく、整列構成要素１２１８、１２１８'及びコイル１２１０、１２１０'がユーザに見えなくてもよいよう裏側筐体が不透明であってもよいことを理解されたい。
１．７．磁気整列構成要素を組み込んだ無線充電器デバイス
図１３は、いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだ無線充電器デバイス１３００の簡略図を示す。図示する実施例では、無線充電器デバイスは、一次整列構成要素を組み込んでいるが、無線充電器デバイスは、代わりに、二次磁気整列構成要素を組み込み得ることを理解されたい。
無線充電器デバイス１３００は、ポータブル電子デバイス（例えば、図１２Ａのスマートフォン１２００又は図１２Ｂのスマートフォン１２００'）を充電するための誘導電力伝送をサポートすることができる。本実施例では、無線充電器デバイス１３００は、送電コイルアセンブリ１３１２を取り囲む筐体１３０２を有する。図１３には示されていないが、送電コイルアセンブリ１３１２が、外部電源（例えば、ケーブル１３０４を介して）に接続することができるワイヤを有する誘導性送電コイルを含み得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、送電コイルアセンブリ１３１２は、電磁シールド（例えば、寄生電界を低減するための、送電コイルの遠位表面、内側環状表面、及び／又は外側環状表面上に配置された１つ以上のフェライト片、及び／又は送電コイルの近位表面上に配置された金属の薄い層）を含むこともできる。送電コイルを制御する制御回路は、筐体１３０２内に、又は所望に応じて他の場所に配置することができる。一次磁気整列構成要素１３１６は、送電コイルアセンブリ１３１２の周りに配置される。
無線充電器デバイス１３００の構成要素は、アルミニウム、プラスチック、セラミック、又は他の耐久性のある材料で作製することができる筐体１３０２内に囲い込むことができる。筐体１３０２は、パック形状として示されるが、他の形状を使用することもできる。例えば、筐体１３０２は、矩形、楕円形、又は充電面を提供する任意の他の形状であり得る。いくつかの実施形態では、筐体１３０２は、無線充電器デバイス１３００の遠位表面及び側面のためのエンクロージャと、送電コイルアセンブリ１３１２の近位表面を覆う上部キャップと、を含む、２ピース筐体であり得る。上部キャップ（図１３には示されていない）は、電磁場に対して透過性があるセラミック又は他の材料で作製することができ、エンクロージャは、アルミニウム、プラスチック、又は他の材料で作製することができる。上部キャップ及びエンクロージャは、適切な接着剤を用いて一緒に密閉することができる。図１３は、無線充電器デバイス１３００の内部への図を示すが、筐体１３０２が不透明でもよいことは理解されるであろう。筐体１３０２は、送電コイルアセンブリ１３１２へのケーブル１３０４の接続を可能にする開口部を含むことができる。いくつかの実施形態では、ケーブル１３０４の一端は、送電コイルアセンブリ１３１２の電子部品に捕捉的に結合され、ケーブル１３０４（図示せず）の他端は、アダプタを介してグリッド又は他の電源から電力を引き出すために使用され得るプラグコネクタ（例えば、ＵＳＢタイプＡ又はＵＳＢ－Ｃコネクタ）に結合される。
最適な無線充電性能に関しては、コイルアセンブリ１３１２の送電コイルをスマートフォン１２００などの受信デバイス内の対応するコイルと整列させることが望ましい。磁気整列構成要素１３１６は、例えば、上述した一次磁気整列構成要素のいずれかの実施であってもよく、エアギャップ又は隣接する磁石１３２６が互いと接する表面でもよい、隣接する磁石１３２６間の境界面１３３０を有する磁石１３２６の環状配置を含むことができる。磁石１３２６は、上記のような閉ループ構成を提供することができ、例えば、各磁石１３２６は、第１の方向に軸方向の磁気配向を有する内側弓状領域と、第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向の磁気配向を有する外側弓状領域と、別個の磁気配向を有さない中央弓状領域と、を含むことができる。図示する実施例では、磁気整列構成要素１３１６は、無線充電器デバイス１３００の軸方向厚さを追加することなく、コイルアセンブリ１３１２とケーブル１３０４との間を接続するワイヤ（又は導電性トレース）のための電気接続経路を提供し得る隙間１３０１を含む。
コイルアセンブリ１３１２は、デバイス間の無線電力伝送をサポートするように最適化され得る。いくつかの実施形態では、例えば、磁気整列システムを組み込んだ異なるデバイスをそれぞれ識別することを可能にするために、デバイス間の無線データ転送をサポートすることが望ましい場合がある。従って、いくつかの実施形態では、近距離通信（ＮＦＣ）コイル１３６４は、コイルアセンブリ１３１２と磁気整列構成要素１３１６との間の領域に設けられ得る。いくつかの実施形態では、ＮＦＣコイル１３６４は、（例えば、図１２Ａのスマートフォン１２００内の）好適に構成されたＮＦＣリーダによって読み取ることができるパッシブＮＦＣタグに結合することができる。ＮＦＣコイル１３６４の例示的な実施形態は、以下のセクション５に記載される。
様々な実施形態では、一次磁気整列構成要素１３１６は、無線充電器デバイス１３００と、異なるフォームファクタを有する様々な異なるポータブル電子デバイス（例えば、ポータブル電子デバイス１２００及びポータブル電子デバイス１２００'を含む）との間の整列を容易にするために使用され得る。一次磁気整列構成要素１３１６と整列されるポータブル電子デバイスが、一次整列構成要素１３１６と一致する環状形状及び一次整列構成要素１３１６に相補的な磁場配向を有する相補的な二次整列構成要素を有する限り、一次整列構成要素１３１６は、いずれかのデバイスの任意の他の寸法にかかわらず、ポータブル電子デバイスとの無線充電器デバイス１３００の整列を容易にすることができる。磁気整列構成要素を有さないポータブル電子デバイスを充電するために、無線充電器デバイス１３００のいくつかの実施形態を使用し得ることも理解されるだろうが、このような場合では、一次整列構成要素１３１６は、ポータブル電子デバイスとの最適な整列を容易にすることができないこともあり、ユーザは、他の技術（例えば、充電性能に基づく手動調整、又は、それぞれの充電コイルが整列されるようにデバイスを保持するクレードル内にデバイスを配置する）を用いてデバイスを整列させる必要がある。
１．８．磁気整列を有する無線充電システム
図１４Ａは、いくつかの実施形態による、（図１３の）無線充電器デバイス１３００と整列された（図１２Ａの）ポータブル電子デバイス１２００を含むシステム１４００の簡略化された斜視図を示す。図１４Ａでは、無線充電器デバイス１３００の部分は、他の詳細を不明瞭にすることを回避するために破線を用いて示される。図示するように、無線充電器デバイス１３００は、その充電（又は近位）表面をポータブル電子デバイス１２００の後部（又は近位）表面１４０３に当接させて配置することができる。デバイスがこの配置で配置されると、ポータブル電子デバイス１２００内の二次整列構成要素１２１８は、無線充電器デバイス１３００の送電コイルアセンブリ１３１２がポータブル電子デバイス１２００のコイルアセンブリ１２１０と整列するように、無線充電器デバイス１３００の一次磁気整列構成要素１３１６を整列するよう引き寄せて保持することができる。図示するように、無線充電器デバイス１３００は、一次磁気整列構成要素１３１６及び二次磁気整列構成要素１２１８の中心によって画成される軸について任意の回転配向を有することができ、例えば、二次磁気整列構成要素１２１８内の隙間１２０１は、一次磁気整列構成要素１３１６内の隙間１３０１と整列させる必要はない。
図１４Ｂは、いくつかの実施形態によるシステム１４００の簡略化された部分断面図を示す。ポータブル電子デバイス１２００は、裏側筐体１４０２（電磁場及びＤＣ磁場に対して透過性があるガラス又はプラスチックなどの材料から作製され得る）及び前側筐体１４０４（タッチスクリーンディスプレイを含み得る）を有する。コイルアセンブリ１２１０は、誘導性受電コイル１４１０（例えば、コイルに巻かれた撚り線から作製され得る）及びシールド１４１２（例えば、フェリ磁性シールドを含み得る）を含むことができる。二次磁石１４２８は、二次磁気整列構成要素１２１８の一部分を形成し、（矢印によって示されるように）径方向内方方向に配向された磁場を有することができる。整列構成要素１２１８は図１４Ａに示されるが、裏側筐体１４０２は不透明であってもよく、整列構成要素１２１８がユーザに見えなくてもよいことは理解されるであろう。
無線充電器デバイス１３００は、筐体１３０２の遠位表面及び側面を形成する単片エンクロージャ１４０６と、筐体１３０２の近位表面を形成する上部キャップ１４０８と、を含む筐体１３０２を有する。上述したように、エンクロージャ１４０６及び上部キャップ１４０８は、同じ材料又は異なる材料で作製され得、上部キャップ１４０８は、ＡＣ電磁場及びＤＣ磁場に対して透過性である材料で作製され得る。送電コイルアセンブリ１３１２は、誘導性送電コイル１４１６（例えば、コイルに巻かれた撚り線から作製され得る）及び電磁シールド１４１５（例えば、フェリ磁性シールドを含み得る）を含むことができる。一次磁石１４２６は、一次磁気整列構成要素１３１６の一部分を形成し、第１の軸方向に配向された磁場を有する内側弓状領域１４５２と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁場を有する外側弓状領域１４５４と、非磁化中央弓状領域１４５６とを含むことができる。上述したように、ＤＣシールド１４１４は、一次磁石１４２６の遠位表面上に配置され得る。整列構成要素１３１６は図１４Ａに示されるが、筐体１３０２は不透明であってもよく、整列構成要素１３１６がユーザに見えなくてもよいことは理解されるであろう。
整列されると、一次磁石１４２６及び二次磁石１４２８は、線１４４０によって示されるように閉ループ磁束を生成する。磁束１４４０は、一次環状整列構成要素１３１８及び二次環状整列構成要素１２１６のそれぞれの中心が共通軸に沿って整列されるように、一次環状整列構成要素１３１８及び二次環状整列構成要素１２１６を整列するよう引き寄せることができる。送電コイル１４１６は、一次整列構成要素１３１６と同心の位置に固定され、受電コイル１４１０は、二次整列構成要素１２１８と同心の位置に固定され、共通軸に沿って一次環状整列構成要素１３１８及び二次環状整列構成要素１２１６を整列させる結果として、送電コイル１４１６及び受電コイル１４１０も共通軸に沿って整列され、効率的な無線電力伝送が可能となる。例えば、送電コイル１４１６を交流で駆動して、受電コイル１４１６に時間変化電流を誘導する時間変化磁場を生成させる。電磁シールド（例えば、シールド１４１５及び１４１２）は、ＡＣ磁場をコイル１４１６及び１４１０のすぐ近傍に閉じ込めることができる。
特に、いくつかの実施形態は、低ＤＣ磁束を経験し得、コイル１４１０の周りの電磁シールド１４１２による低ＡＣ電磁場も経験し得る、二次磁石１４２８と受電コイルアセンブリ１２１０との間の隙間領域１４１１を提供する。同様に、いくつかの実施形態は、低ＤＣ磁束を経験し得、送電コイル１４１６の周りの電磁シールド１４１８による低ＡＣ電磁場も経験し得る、一次磁石１４２６と送電コイルアセンブリ１３１２との間の隙間領域１４１３を提供する。いくつかの実施形態では、例えば、ポータブル電子デバイス１２００による無線充電器デバイス１３００の識別をサポートするために、ＮＦＣアンテナコイル（図示せず）が隙間領域１４１１及び／又は１４１３内に配置されてもよい。ＮＦＣコイル１２６０の例示的な実施形態は、以下のセクション５に記載される。図２に示す種類のｚ極磁気整列システムを使用する場合に、同様の隙間領域が作られてもよいことに留意されたいが、充電コイルと磁石との間により大きな空間が必要となる。
図１４Ｂを参照して理解され得るように、二次整列構成要素１２１８の各二次整列磁石１４２８は、二次整列構成要素１２１８がポータブル電子デバイス１２００の厚さの増加を必要としないように、薄い軸方向寸法を有することができる。例えば、各二次整列磁石１４２８の軸方向厚さは、受電コイルアセンブリ１２１０（コイル１４１０及びシールド１４１２を含む）の厚さ以下であり得る。一次整列構成要素１４２６は、例えば、エンクロージャ１４０６と上部キャップ１４０８との間の軸方向空間の全てを占有する、より厚い軸方向寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、一次整列構成要素１４２６は、二次整列構成要素１４２８の径方向幅よりもわずかに大きい径方向幅を有することもできる。
図１５は、ポータブル電子デバイス１５０４（例えば、ポータブル電子デバイス１２００又は本明細書に記載する任意の他のポータブル電子デバイスとすることができる）及びいくつかの実施形態による、磁気整列システム１５０６を介して一緒に整列され得る無線充電器デバイス１５０２（例えば、無線充電器デバイス１３００又は本明細書に記載する任意の他の無線充電器デバイス）を含む、例示的な無線充電システム１５００を例示するブロック図である。磁気整列システム１５０６は、無線充電器デバイス１５０２内の一次整列構成要素１５１６と、ポータブル電子デバイス１５０４内の二次整列構成要素１５１８とを含み得る。一次整列構成要素１５１６及び二次整列構成要素１５１６は、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って構成され得る。ポータブル電子デバイス１５０４は、メモリバンク１５４２に結合されたコンピューティングシステム１５４１を含むことができる。コンピューティングシステム１５４１は、ポータブル電子デバイス１５０４を動作させるための様々な機能を実行するためにメモリバンク１５４２に記憶された命令を実行するように構成された制御回路を含むことができる。制御回路は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラム可能な集積論理回路を含み得る。
コンピューティングシステム１５４１は、ポータブル電子デバイス１５０４が１つ以上の機能を実行することを可能にするよう、ユーザインタフェースシステム１５４３、通信システム１５４４、及びセンサシステム１５４５に結合され得る。例えば、ユーザインタフェースシステム１５４３は、ディスプレイ、スピーカ、マイクロフォン、触覚フィードバックを可能にするためのアクチュエータ、並びにボタン、スイッチ、及びディスプレイをタッチ感知式にすることを可能にするための容量性スクリーンなどの１つ以上の入力デバイスを含むことができる。通信システム１５４４は、ポータブル電子デバイス１５０４が電話をかけ、無線アクセサリと対話し、インターネットにアクセスすることを可能にするよう、無線電気通信構成要素、ＮＦＣ構成要素、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ構成要素、及び／又はＷｉＦｉ構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、通信システム１５４４は、整列されたデバイスを識別するために磁気整列システム１５０６と関連して使用されるＮＦＣリーダ回路を含むことができ、その実施例は、以下のセクション５に記載する。センサシステム１５４５は、光センサ、加速度計、ジャイロスコープ、温度センサ、磁力計、及び／又は外部エンティティ及び／又は環境のパラメータを測定することができる任意の他の種類のセンサを含むことができる。
これら電気的構成要素の全ては、動作するために電源を必要とする。従って、ポータブル電子デバイス１５０４は、蓄えられたエネルギーを放電してポータブル電子デバイス１５０４の電気的構成要素に電力を供給するバッテリ１５４６も含む。電気的構成要素に電力を供給するために放電されたエネルギーを補充するために、ポータブル電子デバイス１５０４は、外部電源１５２２に結合された無線充電器デバイス１５０２から電力を受信することができる充電回路１５４７及び誘導コイル１５１０を含む。
無線充電器デバイス１５０２は、ポータブル電子デバイス１５０４のコイル１５１０に電流を誘導することができる時間変化磁束を生成するための送電コイル１５１２を含むことができる。誘導電流は、バッテリ１５４６を充電するために回路１５４７を充電することによって使用することができる。無線充電器デバイス１５０２は、通信システム１５２２及び無線充電回路１５２３に結合されたコンピューティングシステム１５２１を更に含むことができる。無線充電回路は、第１の組の電圧及び周波数特性（例えば、標準ＡＣ壁電力）を有する標準ＡＣ電力を、コイル１５１０を動作させるのに好適なＡＣ電力に変換する回路構成要素を含むことができる。整流器（ＡＣ－ＤＣコンバータ）、ブースト回路（ＤＣ－ＤＣ昇圧回路）、インバータ（ＤＣ－ＡＣコンバータ）などを含む好適な回路構成要素は、技術分野において既知である。コンピューティングシステム１５２１は、無線充電回路１５２３を制御し、外部電源１５２２から受信した電力を使用してポータブル電子デバイス１５０４を充電するためにコイル１５１０に電流を誘導するよう時間変化磁束を生成する等、無線充電器デバイス１５０２の動作を制御するよう構成されている論理回路（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ等）を含み得る。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１５２１は、無線充電のＱｉ規格に準じる機能を実施することができる（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍによって公表される）。
いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１５２１及び無線充電回路１５２３を実装する構成要素は、コイル１５１２及び一次整列構成要素１５１６を保持する筐体内に（例えば、図１３及び１４Ａ～１４Ｂのパック形状の筐体１３０２内に）配置することができる。他の実施形態では、コンピューティングシステム１５２１及び無線充電回路１５２３を実装する構成要素の一部又は全ては、例えば、図１３及び１４Ａのケーブル１３０４の遠位端等、他の場所に配置することができる。例えば、コンピューティングシステム１５２１を実装する論理回路は、筐体１３０２内に配置することができ、一方で、無線充電回路１５３２は、ケーブル１３０４の遠位端におけるプラグコネクタのブーツ内に配置される。（この場合、ケーブル１３０４は、無線充電器デバイス１３００にＡＣ電力を供給することができる。）別の実施例として、コンピューティングシステム１５２１を実装する論理回路及び無線充電回路１５２３の一部を実装する回路構成要素は筐体１３０２内に配置することができ、一方、無線充電回路１５２３の他の部分を実装する回路構成要素は、ケーブル１３０４の遠位端におけるプラグコネクタのブーツ内に配置される。例えば、インバータは筐体１３０２内に配置されてもよく、一方で、整流器及びブースト回路はブーツ内に配置される。（この場合、ケーブル１３０４は、無線充電器デバイス１３００にＤＣ電力を供給することができる。）
システム１５００は特定のブロックを参照して説明されるが、これらのブロックは説明の便利上定義されたものであって、構成部品の特定の物理的配置を意味することを意図していないことは理解されるであろう。更に、これらのブロックは、物理的に別個の構成要素に対応する必要はなく、複数のブロックの態様を実施するために同じ物理的構成要素が使用されてもよい。ブロックは、例えば、プロセッサをプログラムすることによって、あるいは適切な制御回路を設けることによって様々な動作を行うように構成することができ、最初の構成がどのように得られるかによって、様々なブロックを再構成できることもあれば、できないこともある。本発明の実施形態は、無線充電動作及び／又はデバイス間の物理的整列が所望される他の動作を可能にするために、回路及びソフトウェアの任意の組み合わせを使用する電子デバイスを含む様々な装置において実現することができる。
２．回転整列構成要素
上記の様々な実施形態では、磁気整列システムは、横方向平面内で堅牢な整列を提供することができ、回転整列を提供してもよく、又は提供しなくてもよい。例えば、図５Ａ～５Ｂの半径方向に対称的な磁気整列システム５００は、好ましい回転配向を定めない場合がある。図８Ａ～８Ｃの半径方向に交互となる磁気整列システム８００は、複数の等しく好ましい回転配向を定めることができる。無線充電器パック又はマットとのポータブル電子デバイスの整列などの一部の用途では、回転配向が懸念されない場合がある。ドッキングステーション又は他の装着アクセサリにおけるポータブル電子デバイスの整列などの他の用途では、特定の回転整列が望ましい場合がある。従って、いくつかの実施形態では、環状磁気整列構成要素は、環状磁気整列構成要素の外側に離間されて配置される１つ以上の回転整列構成要素で増強され得る。回転整列構成要素は、デバイスを互いに対して目標回転配向に案内することを助けることができる。
図１６は、いくつかの実施形態による、環状整列構成要素及び回転整列構成要素を有する磁気整列システムの一例を示す。図１６は、ポータブル電子デバイス１６０４及びアクセサリ１６０２のそれぞれの近位表面を示す。本実施例では、磁気整列システムの一次整列構成要素はアクセサリデバイス１６０２に含まれ、磁気整列システムの二次整列構成要素は、ポータブル電子デバイス１６０４に含まれる。ポータブル電子デバイス１６０４は、例えば、前面がタッチスクリーンディスプレイを提供し、後面が無線充電をサポートするように設計されたスマートフォンとすることができる。アクセサリデバイス１６０２は、例えば、ポータブル電子デバイス１６０４を支持する充電ドックであって、ユーザはそのディスプレイを視認可能であり、アクセスすることができる。例えば、アクセサリデバイス１６０２は、ディスプレイが垂直であるように、又は見る及び／又は触るために便利に傾斜した角度になるように、ポータブル電子デバイス１６０４を支持することができる。図示する実施例では、アクセサリデバイス１６０２は、ポータブル電子デバイス１６０４を「ポートレート」向き（上部及び下部にディスプレイの短い側がある）に支持するが、いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス１６０２は、ポータブル電子デバイス１６０４を「ランドスケープ」向き（上部及び下部にディスプレイの長い側がある）に支持することができる。アクセサリデバイス１６０２は、スイベル、ジンバルなどに装着することもでき、それにより、ユーザはアクセサリデバイス１６０２の向きを調整することによってポータブル電子デバイス１６０４の向きを調整することが可能となる。
上述したように、磁気整列システムの構成要素は、アクセサリ１６０２内に配置された一次環状整列構成要素１６１６と、ポータブル電子デバイス１６０４内に配置された二次環状整列構成要素１６１８とを含むことができる。一次環状整列構成要素１６１６は、上述した一次整列構成要素のいずれかと類似又は同一であり得る。例えば、一次環状整列構成要素１６１６は、環状構成に配置された弓状磁石１６２６から形成することができる。図１６には示されていないが、例えば、１つ以上の弓状磁石１６２６を省略することによって、又は隣接する弓状磁石１６２６間の１つ以上の境界面１６３０に隙間を設けることによって、一次環状整列構成要素１６１６に１つ以上の隙間を設けることができる。いくつかの実施形態では、各弓状磁石１６２６は、第１の磁気配向（例えば、第１の方向に軸方向に配向される）を有する内側弓状領域と、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する外側弓状領域（例えば、第１の方向とは反対に軸方向に配向される）と、内側領域と外側領域との間の中央非磁化弓状領域（上述のように、非磁化中央領域は、エアギャップ又は非磁性材料を含み得る）と、を含み得る。いくつかの実施形態では、一次環状整列構成要素１６１６は、弓状磁石１６２６の遠位側にＤＣシールド（図示せず）を含むこともできる。
同様に、二次環状整列構成要素１６１８は、上述した二次整列構成要素のいずれかと類似又は同一であり得る。例えば、二次環状整列構成要素１６１８は、環状構成に配置された弓状磁石１６２８から形成することができる。図１６には示されていないが、例えば、１つ以上の弓状磁石１６２８を省略することによって、又は隣接する弓状磁石１６２８間の１つ以上の境界面１６３２に隙間を設けることによって、二次環状整列構成要素１６１８に１つ以上の隙間を設けることができる。上述のように、弓状磁石１６２８は、半径方向に配向された磁極性を提供することができる。例えば、二次環状整列構成要素１６１８の全てのセクタが径方向外方の磁気配向又は径方向内方の磁気配向を有することができる、又は二次環状整列構成要素１６１８のいくつかのセクタが径方向外方の磁気配向を有し、二次環状整列構成要素１６１８の他のセクタが径方向内方の磁気配向を有してもよい。
上述したように、一次環状整列構成要素１６１６及び二次環状整列構成要素１６１８は、一次環状整列構成要素１６１６の中心点１６０１が二次環状整列構成要素１６１８の中心点１６０３と整列するように、横方向平面内での整列を促進するせん断力を提供することができる。しかしながら、一次環状整列構成要素１６１６及び二次環状整列構成要素１６１８は、ポートレート向きなどの任意の特定の回転配向寄りのトルク力を提供しない場合がある。
従って、いくつかの実施形態では、磁気整列システムは、環状整列構成要素に加えて、１つ以上の回転整列構成要素を組み込むことができる。回転整列構成要素は、（整列された）環状整列構成要素の共通軸についてトルクを提供する１つ以上の磁石を含むことができ、それにより、好ましい回転配向を確実に確立することができる。例えば、図１６に示すように、一次回転整列構成要素１６２２は、一次環状整列構成要素１６１６の外側に離間して配置され得る一方で、二次回転整列構成要素１６２４は、二次環状整列構成要素１６１８の外側に離間して配置される。二次回転整列構成要素１６２４は、二次環状整列構成要素１６１８の中心点１６０３から一定の距離（ｙ０）に配置され、ポータブル電子デバイス１６０４の側縁部（いずれかの側縁部から距離ｘ０によって示されるように）の間の中心に配置され得る。同様に、一次回転整列構成要素１６２２は、一次環状整列構成要素１６１６の中心点１６０１から同じ距離ｙ０に配置され、二次回転整列構成要素１６２４が一次回転整列構成要素１６２２と整列された場合にアクセサリ１６０２に対するポータブル電子デバイス１６０４の所望の向きに有利となるトルクプロファイルを結果としてもたらす回転角度に位置される。異なるフォームファクタを有する様々なポータブル電子デバイスに同じ距離ｙ０を適用することができることは留意されるべきであり、それにより、単一のアクセサリが一群のポータブル電子デバイスと互換性を有することができる。より長い距離ｙ０は、好ましい回転整列に向かってトルクを増加させることができるが、最大距離ｙ０は、相互に互換性のある磁気整列システムを組み込む一群のポータブル電子デバイスの最小ポータブル電子デバイスのサイズなどの設計考慮事項によって制限されてもよい。
いくつかの実施形態によれば、一次回転整列構成要素１６２２及び二次回転整列構成要素１６２４のそれぞれは、１つ以上の磁石（例えば、ＮｄＦｅＢなどの希土類磁石）を用いて実装することができ、これらの磁石はそれぞれ、その磁極性が所望の方向に配向されるように磁化される。図１６の実施例では、磁石は、矩形の形状を有するが、他の形状（例えば、丸みのある形状）で置換することができる。回転整列構成要素１６２２及び１６２４の磁気配向は、回転整列構成要素１６２２及び１６２４の近位表面が互いに近いときに、吸引磁力が加えられるよう相補的であり得る。この吸引磁力は、回転整列構成要素１６２２及び１６２４の近位表面が互いに整列する好ましい回転配向にポータブル電子デバイス１６０４及びアクセサリ１６０２を回転させるのに役立ち得る。所望の引力を提供するために使用することができる回転整列構成要素１６２２及び１６２４の磁気配向の例を以下に説明する。いくつかの実施形態では、一次回転整列構成要素１６２２及び二次回転整列構成要素１６２４は、同じ横方向（ｘｙ）寸法及び同じ厚さを有することができる。寸法は、所望の磁場強度及び／又はトルク、回転整列構成要素が展開されるデバイスの寸法、及び他の設計上の考慮事項に基づいて選択することができる。いくつかの実施形態では、横方向寸法は、約６ｍｍ（ｘ方向）～約１６ｍｍ（ｙ方向）でもよく、厚さは、約０．３ｍｍ～約１．５ｍｍの任意の厚さでもよく、特定の寸法は、整列されるべきデバイスのサイズに基づいて選択され得る。いくつかの実施形態では、所与のデバイスに対する回転整列構成要素の厚さは、デバイス内の環状整列構成要素の厚さと一致するように選択することができる。いくつかの実施形態では、一次回転整列構成要素１６２２及び二次回転整列構成要素１６２４のそれぞれは、互いに隣接して配置された磁性材料の２つ以上の矩形ブロックを使用して実装することができる。他の実施形態では、例えば、製造公差に起因して、隣接する磁石間に小さな隙間が存在してもよい。
図１７Ａ及び図１７Ｂは、いくつかの実施形態による回転整列の一例を示す。図１７Ａでは、図示する図面において、一次環状整列構成要素１６１６の中心点１６０１が二次環状整列構成要素１６１８の中心点１６０３に重なるよう、一次環状整列構成要素１６１６及び二次整列構成要素１６１８が横方向平面内で互いに整列されるように、アクセサリ１６０２はポータブル電子デバイス１６０４の後面上に配置される。回転整列構成要素１６２２及び１６２４が整列しないように相対回転が存在する。この構成では、回転整列構成要素１６２２と１６２４との間の引力は、ポータブル電子デバイス１６０４及びアクセサリ１６０２を目標回転配向に向けて付勢することができる。図１７Ｂでは、回転整列構成要素１６２２と１６２４との間の吸引磁力により、ポータブル電子デバイス１６０４の側部がアクセサリ１６０２の側部と平行となるよう、ポータブル電子デバイス１６０４及びアクセサリ１６０２を目標回転整列にさせる。いくつかの実施形態では、回転整列構成要素１６２２と１６２４との間の吸引磁力はまた、ポータブル電子デバイス１６０４及びアクセサリ１６０２を固定の回転整列で保持するのに役立ち得る。
回転整列構成要素１６２２及び１６２４は、様々なパターンの磁気配向を有することができる。回転整列構成要素１６２２及び１６２４の磁気配向が互いに相補的である限り、デバイスが横方向に整列され、目標回転配向に近いときに、目標回転配向に向かうトルクが存在し得る。図１８Ａ～２１Ｂは、様々な実施形態による回転整列構成要素の磁気配向の例を示す。磁気配向が１つの回転整列構成要素のみに対して示されるが、相補的な回転整列構成要素の磁気配向が、示される磁気配向に相補的であり得ることは理解されるであろう。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、いくつかの実施形態による、"ｚ極"構成を有する回転整列構成要素１８２４の斜視図及び上面図を示す。斜視図は、どの特定の尺度でもなく、横方向（ｘｙ）寸法及び軸方向（ｚ）厚さは、所望に応じて変化させることができることを理解されたい。図１８Ａに示すように、回転整列構成要素１８２４は、矢印１８０５によって示されるように、軸方向に沿って均一な磁気配向を有することができる。従って、図１８Ｂに示すように、北磁極（Ｎ）は、回転整列構成要素１８２４の近位表面１８０３に最も近くてもよい。相補的なｚ極整列構成要素は、南磁極が近位表面に最も近い均一な磁気配向を有することができる。ｚ極構成は、信頼性の高い整列を提供することができる。
他の構成は、信頼性の高い整列、並びにユーザのためのより強い、又はより顕著な「クロッキング」感覚を提供することができる。「クロッキング感覚」とは、この文脈において、目標回転整列に向かって付勢され、及び／又は目標回転整列からの小さい変位に抵抗する、環状整列構成要素の共通軸を中心としたユーザ知覚可能なトルクを指す。回転角度の関数としてのトルクのより大きな変動は、より顕著なクロッキング感覚を提供することができる。以下は、図１８Ａ及び１８Ｂのｚ極構成よりも顕著なクロッキング感覚を提供することができる回転整列構成要素に対する磁化構成の例である。
図１９Ａ及び１９Ｂは、いくつかの実施形態による、"四極"構成を有する回転整列構成要素１９２４の斜視図及び上面図を示す。斜視図は、どの特定の尺度でもなく、横方向（ｘｙ）寸法及び軸方向（ｚ）厚さは、所望に応じて変化させることができることを理解されたい。図１９Ａに示すように、回転整列構成要素１９２４は、北磁極（Ｎ）が（矢印１９０５によって示されるように）回転整列構成要素１９２４の近位（＋ｚ）表面１９０３に最も近いように、軸方向に沿った磁気配向を有する第１の磁化領域１９２５、及び南磁極（Ｓ）が（矢印１９０７によって示されるように）近位表面１９０３に最も近いように、第１の領域の磁気配向と反対の磁気配向を有する第２の磁化領域１９２７を有する。磁化領域１９２５と１９２７との間は、磁化されていない中央領域１９２９である。いくつかの実施形態では、回転整列構成要素１９２４は、領域１９２５、１９２７、１９２９を形成するよう磁化器に曝された単一の磁性材料片から形成され得る。あるいは、回転整列構成要素１９２４は、非磁性材料又はエアギャップを間に設けた２つの磁性材料片を用いて形成することができる。図１９Ｂに示すように、回転整列構成要素１９２４の近位表面は、「北」極性を有する１つの領域と、「南」極性を有する別の領域とを有することができる。相補的な四極回転整列構成要素は、近位表面において、南極性及び北極性の対応する領域を有することができる。
図２０Ａ及び２０Ｂは、いくつかの実施形態による「環状設計」構成を有する回転整列構成要素２０２４の斜視図及び上面図を示す。斜視図は、どの特定の尺度でもなく、横方向（ｘｙ）寸法及び軸方向（ｚ）厚さは、所望に応じて変化させることができることを理解されたい。図２０Ａに示すように、回転整列構成要素２０２４は、北磁極（Ｎ）が（矢印２００５によって示されるように）回転整列構成要素２０２４の近位（＋ｚ）表面２００３に最も近いように、軸方向に沿った磁気配向を有する環状外側磁化領域２０２５、及び南磁極（Ｓ）が遠位表面２００３に最も近いように、第１の領域の磁気配向と反対の磁気配向を有する内側磁化領域２０２７を有する。磁化領域２０２５と２０２７との間は、磁化されていない中立環状領域２０２９である。いくつかの実施形態では、回転整列構成要素２０２４は、領域２０２５、２０２７、２０２９を形成するよう磁化器に曝された単一の磁性材料片から形成され得る。あるいは、回転整列構成要素２０２４は、非磁性材料又はエアギャップを間に設けた２つ以上の磁性材料片を用いて形成することができる。図２０Ｂに示すように、回転整列構成要素２０２４の近位表面は、「北」極性を有する環状外側領域と、「南」極性を有する内側領域とを有することができる。相補的な環状設計回転整列構成要素の近位表面は、南極性の環状外側領域と北極性の内側領域とを有することができる。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、いくつかの実施形態による、"三極"構成を有する回転整列構成要素２１２４の斜視図及び上面図を示す。斜視図は、どの特定の尺度でもなく、横方向（ｘｙ）寸法及び軸方向（ｚ）厚さは、所望に応じて変化させることができることを理解されたい。図２１Ａに示すように、回転整列構成要素２１２４は、南磁極（Ｓ）が（矢印２１０５によって示されるように）回転整列構成要素２１２４の近位（＋＋ｚ）表面２１０３に最も近いように、軸方向に沿った磁気配向を有する中央磁化領域２１２５、及び北磁極（Ｎ）が（矢印２１０７、２１０９によって示されるように）近位表面２１０３に最も近いように、中央領域２１２５の磁気配向と反対の磁気配向を有する外側磁化領域２１２７、２１２９を有する。中央磁化領域２１２５と外側磁化領域２１２７、２１２９のそれぞれとの間は、強く磁化されていない中立領域２１３１、２１３３である。いくつかの実施形態では、回転整列構成要素２１２４は、領域２１２５、２１２７、２１２９を形成するよう磁化器に曝された単一の磁性材料片から形成され得る。あるいは、回転整列構成要素２１２４は、非磁性材料又はエアギャップを間に設けた３つ（それより多く）の磁性材料片を用いて形成することができる。図２１Ｂに示されるように、近位表面は、「南」極性を有する中央領域を有してもよく、外側領域は、どちらの側にも「北」極性を有する。相補的な三極回転整列構成要素の近位表面は、北極性の中央領域を有し得、どちらの側にも南極性の外側領域を有する。
図１８Ａ～２１Ｂの実施例は例示的であり、他の構成が使用されてもよいことは理解されるであろう。回転整列構成要素に対する磁化パターンの選択は、回転整列構成要素が使用される環状整列構成要素の磁化パターンとは無関係であり得る。
いくつかの実施形態では、回転整列構成要素に対する磁化パターンの選択は、トルクプロファイルを最適化することに基づくことができる。例えば、上述のように、所望の回転整列に近いときにユーザに顕著なクロッキング感覚を提供することが望ましい場合がある。クロッキング感覚は、環状整列構成要素によって画定される回転軸を中心としたトルクの結果であり得る。トルクの量は、軸と回転整列構成要素との間の距離（図１６の距離ｙ０）、及び回転整列構成要素の長さ（図１６に定義されるようなｙ方向）、並び、回転整列構成要素の磁場の強度（回転整列構成要素のサイズに依存し得る）、整列される表面間の摩擦係数、及び環状整列構成要素が好ましい回転配向に向かって任意のトルクを与えるか、を含む様々な要因に依存する。
図２２は、様々な実施形態による回転整列構成要素の異なる磁化構成について、図１６に示される種類の整列システムに対する角度回転（度）の関数としてのトルクのグラフを示す。角度回転は、ゼロ度が目標回転整列に対応するように定義される（例えば、図１７Ｂに示すように、回転角成分１６２２及び１６２４の近位表面が最も近接している）。トルクは、正（負）値が回転角度を減少させる（増加させる）方向の力を示すように定義される。トルクプロファイルを生成する目的で、環状整列構成要素１６１６及び１６１８は回転対称であり、中心点１６０１及び１６０３によって定められるｚ軸についてトルクを及ぼさないと仮定される。３つの異なる磁化構成が考えられる。線２２０４は、図１９Ａ及び１９Ｂの四極構成に対応する。線２２０５は、図２０Ａ及び２０Ｂの環状設計構成に対応する。線２２０６は、図２１Ａ及び２１Ｂの三極構成に対応する。図示するように、環状設計（線２２０５）及び三極（線２２０６）構成は、四極構成（線２２０４）と比較して、トルクのより鋭いピークを提供し、従って、ユーザにとってより顕著なクロッキング感覚を提供する。加えて、三極構成は、環状設計構成よりも、より強いピークトルクを提供し、従って、より顕著なクロッキング感覚を提供する。（三極構成も、他の構成と比較して、磁束漏れを低減することができる。）図２２の数値は例示的であり、特定の実施形態におけるトルクは、磁石の体積、アスペクト比、及び、環状整列構成要素の中心からの距離ｙ０などの磁化構成に加えて、様々な他の要因に依存し得ることを理解されたい。
図１６に示す実施例では、単一の回転整列構成要素が、環状整列構成要素の中心から距離ｙ０で環状整列構成要素の外側に配置される。この構成により、単一の磁気要素が、ユーザ整列デバイスに対する顕著なクロッキング感覚を生成するトルクを発生することが可能になる。いくつかの実施形態では、他の配置も可能である。例えば、図２３は、いくつかの実施形態による、複数の回転整列構成要素を有する整列システム２３００を有するポータブル電子デバイス２３０４を示す。この実施例では、整列システム２３００は、環状整列構成要素２３１８と、環状整列構成要素２３１８の周辺部の周りの様々な場所に配置された回転整列構成要素２３２４の組とを含む。この実施例では、約９０度の角度間隔で配置された４つの回転整列構成要素２３２４が存在する。他の実施形態においては、異なる数及び間隔の回転整列構成要素が使用され得る。各回転整列構成要素２３２４は、ｚ極、四極、三極、又は環状設計構成、あるいは異なる構成を含む、上記の磁化構成のいずれかを有することができる。更に、異なる回転整列構成要素２３２４は、互いに異なる磁化構成を有することができる。回転整列構成要素２３２４が、環状整列構成要素２３１８の周辺部に近接して配置することができ、多数の磁気構成要素が、より短いレバーアームで十分なトルクを提供することができることに留意されたい。相補的な回転整列構成要素は、任意の種類の環状整列構成要素（例えば、本明細書に記載されるような一次整列構成要素、二次整列構成要素、又は環状整列構成要素）の外周の周りに配置され得る。
回転整列構成要素の前述の実施例が例示的であり、変更及び修正が可能であることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、回転整列構成要素は、環状整列構成要素に対する任意の付属物として提供されてもよく、環状整列構成要素及び回転整列構成要素の両方を有するデバイスは、他のデバイスが回転整列構成要素を有するか、又は有さないかにかかわらず、相補的な環状整列構成要素を有する任意の他のデバイスに横方向に整列され得る。従って、例えば、図１６のポータブル電子デバイス１６０４は、アクセサリ１６０２（環状整列構成要素１６１６及び回転整列構成要素１６２２の両方を有する）に回転方向に整列することができ、環状整列構成要素１６１６を有するが回転整列構成要素１６２２を有しない別のアクセサリ（図４の無線充電器デバイス４００など）に横方向に整列することができる。後者の場合、横方向の整列は、例えば、効率的な無線充電をサポートするために達成することができるが、好ましい回転整列がない場合もあり、又は、回転整列は非磁性特徴（例えば、レッジ、クリップ、ノッチなどの機械的保持特徴）を用いて達成することができる。回転磁気整列構成要素は、任意の種類の環状磁気整列構成要素（例えば、以下に記載されるような、一次環状磁気整列構成要素、二次環状磁気整列構成要素、又は補助環状磁気整列構成要素）と一緒に使用することができる。
３．一次、二次、及び補助環状磁気整列構成要素
３．１．３成分磁気整列システムの概要
いくつかの実施形態では、磁気整列システムは、３つ以上のデバイスを整列させることができる。ここで、３つの環状整列構成要素（一次、二次、及び補助環状磁気整列構成要素と称される）を有する磁気整列システムの例を説明する。このセクションで説明する一次及び二次環状磁気整列構成要素は、上述した一次及び二次環状磁気整列構成要素と同一であり得、所与の一対の一次及び二次環状磁気整列構成要素は、補助環状磁気整列構成要素を用いて又は用いずに使用することができることを理解されたい。整列が所望されるシステムは、３つを超えるデバイスを含んでもよく、追加の補助環状整列構成要素が、３つを超えるデバイスの整列を容易にするために提供され得ることも理解されたい。
図２４は、いくつかの実施形態による、３成分磁気整列システム２４０６を組み込む無線充電システム２４００の簡略化された図を示す。無線充電システム２４００は、ポータブル電子デバイス２４０４、無線充電器デバイス２４０２、及びポータブル電子デバイス２４０４と無線充電器デバイス２４０２との間に配置されたアクセサリ２４２０を含む。ポータブル電子デバイス２４０４は、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイスなどの消費者用電子デバイス、又は無線充電が望まれる任意の他の電子デバイスとすることができる。無線充電器デバイス２４０２は、好適に構成された受信デバイス内に電流を誘導するために、時間変化磁束を生成するように構成された任意のデバイスとすることができる。例えば、無線充電器デバイス２４０２は、無線充電マット、パック、ドッキングステーションなどでもよい。無線充電器デバイス２４０２は、バッテリ電力又は標準ＡＣ電力などの電源を含むか、又はそれにアクセスすることができる。
無線電力伝送を可能にするために、ポータブル電子デバイス２４０４及び無線充電器デバイス２４０２は、それぞれ誘導コイル２４１０及び２４１２を含むことができ、これらは、それらの間で電力を伝送するように動作することができる。例えば、誘導コイル２４１２は、時間変化磁束２４１４を生成する送電コイルとすることができ、誘導コイル２４１０は、時間変化磁束２４１４に応答して電流が誘導される受電コイルとすることができる。受信された電流は、ポータブル電子デバイス２４０４のバッテリを充電する、ポータブル電子デバイス２４０４の構成要素に動作電力を提供する、及び／又は所望に応じて他の目的のために使用され得る。いくつかの実施形態では、無線充電器デバイス２４０２とポータブル電子デバイス２４０４との間の無線電力伝送は、アクセサリ２４２０が存在するかどうかにかかわらず発生することができる。
アクセサリ２４２０は、ポータブル電子デバイス２４０４と共に使用されて、ポータブル電子デバイス２４０４の美観及び／又は機能を保護、向上、及び／又は補足するために使用されるアクセサリであり得る。例えば、アクセサリ２４２０は、保護ケース、外部バッテリパック、カメラアタッチメント、又は任意の他の充電－スルーアクセサリであり得る。いくつかの実施形態では、アクセサリ２４２０は、１つ以上の無線充電コイル２４３８を含み得る。例えば、アクセサリ２４２０は、ポータブル電子デバイス２４０４に取り付けられ、ポータブル電子デバイスと一緒に搬送され得るポータブル外部バッテリパックとすることができる。いくつかの実施形態では、アクセサリ２４２０は、無線充電コイル２４３８を受電コイルとして動作させて、搭載されたバッテリを充電する（例えば、無線充電器デバイス２４０２から）、又は送電コイルとして動作させて、ポータブル電子デバイス２４０４に電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、アクセサリ２４２０は、別個の送電及び受電コイル２４３８を含み得る。アクセサリ２４２０は、コイル（単数又は複数）２４３８を動作させて、電力を伝送するか、又は電流条件に応じて電力を受信及び蓄積することができる。更に他の実施形態では、アクセサリ２４２０は、アクティブ回路を含まないケースなどの「給電されていない」又は「パッシブ」アクセサリであってもよく、無線充電コイル２４３８を省略することができる。そのような場合、アクセサリ２４２０は、無線充電器デバイス２４０２とポータブル電子デバイス２４０４との間の無線電力伝送を妨げないように設計され得る。例えば、アクセサリ２４２０の関連部分は、プラスチック、皮革、又は時変電磁束２４１４に対して透明な他の材料などの材料で作製することができる。
効率的な無線電力伝送を可能にするために、誘導コイル２４１２及び２４１０（及びコイル２４３８が存在する実施形態ではコイル２４３８）を整列させることが望ましい。いくつかの実施形態によれば、磁気整列システム２４０６は、このような整列を提供することができる。図２４に示す実施例では、磁気整列システム２４０６は、無線充電器デバイス２４０２の表面内又はその上に配置された一次磁気整列構成要素２４１６と、ポータブル電子デバイス２４０２の表面内又はその上に配置された二次磁気整列構成要素２４１８と、アクセサリ２４２０の表面内又はその上に配置された補助磁気整列構成要素２４７０とを含む。一次、二次、及び補助磁気整列構成要素２４１６、２４１８、及び２４７０は、誘導コイル２４１０及び２４１２（及び／又は存在する場合は２４３８）が互いに整列されて効率的な無線電力伝送を提供する整列位置に互いを磁気的に引き付けるように構成されている。
磁気整列システム２４０６は、アクセサリ２４２０が補助整列構成要素２４７０を含むとして、様々な種類のアクセサリ２４２０が一次及び／又は二次磁気整列構成要素２４１６、２４１８と整列することができるという点で、モジュール性を可能にすることができる。例えば、いくつかの実施形態では（例えば、アクセサリ２４２０が保護ケースである場合）、アクセサリ２４２０は、補助磁気整列構成要素２４２０が二次磁気整列構成要素２４１８と整列するように、固定位置でポータブル電子デバイス２４０４と機械的に結合することができ、ポータブル電子デバイス２４０４は、補助磁気整列構成要素２４７０に完全に又は部分的に依存して、無線充電器デバイス２４０２の一次整列構成要素２４１８と整列することができる。従って、アクセサリ２４２０が、一次整列構成要素２４１６が補助整列格子柄要素２４７０と整列するよう無線充電器デバイス２４０２の充電面２４０８上に配置されると、ポータブル電子デバイス２４０４の二次整列構成要素２４１８も一次整列構成要素２４７０と整列し、効率的な無線電力伝送がサポートされる。
別の例として、アクセサリ２４２０が外部バッテリであるいくつかの実施形態では、補助整列構成要素２４７０は、アクセサリ２４２０内の内部電源（図示せず）からの電力が誘導コイル２４３８及び誘導コイル２４１０を使用してポータブル電子デバイス２４０４に無線で伝送され得るよう、二次整列構成要素２４１８を引き寄せて整列させることができる。磁気整列システム２４０６のモジュール性はまた、無線充電器デバイス２４０２がポータブル電子デバイス２４０４及びアクセサリ２４２０と積層されることを可能にする。例えば、補助整列構成要素２４７０は、二次整列構成要素２４１８を引き寄せ、整列させることができ、同時に、一次整列構成要素２４１６を引き寄せ、整列させることができる。従って、ポータブル電子デバイス２４０４、アクセサリ２４２０、及び無線充電器デバイス２４０２が全て一緒に積層されると、電力は、無線充電器デバイス２４０２からアクセサリ２４２０に（例えば、アクセサリ２４２０の内部バッテリを充電するため）、及びアクセサリ２４２０からポータブル電子デバイス２４０４に無線で伝達され得る。両方の電力伝送が同時に実行されてもよく、すなわち、アクセサリ２４２０がポータブル電子デバイス２４０４に電力を供給するのと同時に無線充電器デバイス２４０２は、アクセサリ２４２０に電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、同時電力伝送を可能にするために、アクセサリ２４２０は、電力を受信するためと電力を送信するための２つの誘導コイル２４３８を含み得る。他の実施形態では、電力伝送は、順次実行することができ、例えば、無線充電器デバイス２４０２は、アクセサリ２４０２に電力を供給することができ、無線充電器デバイス２４０２が電力を供給していないときに、アクセサリ２４０２は、ポータブル電子デバイス２４０４に電力を提供することができる。
図２４は、単なる例示に過ぎず、非限定的である。例えば、図２４は、互いに積み重ねられた３つのデバイスを示しているが、４つ以上のデバイスのシステムを形成するために同じ原理を適用することができることを理解されたい。例えば、無線充電システムは、無線充電器デバイスに取り付けられ、磁気的に整列される外部バッテリに取り付けられ、磁気的に整列された保護ケースに結合されたポータブル電子デバイスを含むことができる。それぞれのデバイス内の全ての誘導コイルは、一緒に整列させることができ、無線電力は、無線充電器デバイスと外部バッテリとの間、バッテリとポータブル電子デバイスとの間、及び／又は無線充電器デバイスとポータブル電子デバイスとの間で送信することができる。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、任意の数のデバイスが一緒に積み重ねられることが認識されるであろう。
本明細書に記載される実施形態によれば、磁気整列システムの整列構成要素（一次、二次、又は補助整列構成要素を含む）は、環状構成に配置された弓状磁石から形成することができる。いくつかの実施形態では、各磁石は、一次、二次、及び補助整列構成要素間の磁極性が所望の整列をもたらすよう、所望の方向にその磁極性が配向される。いくつかの実施形態では、弓状磁石は、第１の方向に磁極性が配向された第１の磁気領域と、第１の方向とは異なる第２の方向に磁極性が配向された第２の磁気領域とを含むことができる。以下に説明するように、異なる構成は、異なる程度の磁場漏れを提供することができる。
３．２．単一軸方向磁気配向を有する磁気整列システム
図２５Ａは、いくつかの実施形態による磁気整列システム２５００の斜視図を示し、図２５Ｂは、図２５Ａに示される切断面にわたる磁気整列システム２５００を通る断面を示す。磁気整列システム２５００は、図２４の磁気整列システム２４０６の実装でもよい。磁気整列システム２５００では、整列構成要素は全て、（環状構成の軸に沿って）同じ方向に配向された磁極性を有する。
図２５Ａに示すように、磁気整列システム２５００は、一次整列構成要素２５１６（図２４の一次整列構成要素２４１６の実施でもよい）、二次整列構成要素２５１８（図２４の二次整列構成要素２４１８の実施でもよい）、及び補助整列構成要素２５７０（上述の補助整列構成要素２４７０の実施でもよい）を含み得る。一次整列構成要素２５１６、二次整列構成要素２５１８、及び補助整列構成要素２５７０は、環状の形状を有し、「環状」整列構成要素と称され得る。特定の寸法は、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、寸法は、セクション１で上述した例示的な値と同様であり得る。
一次整列構成要素２５１６は、１つ以上の一次弓状磁石２５２６から形成され得る多数のセクタを含むことができる。二次整列構成要素２５１８は、１つ以上の二次次弓状磁石２５２８から形成され得る多数のセクタを含むことができる。補助整列構成要素２４７０は、１つ以上の補助弓状磁石２５７２から形成され得る多数のセクタを含むことができる。図示する例では、一次磁石２５２６の数は、二次磁石２５２８の数及び補助磁石２５７０の数に等しく、各セクタはちょうど１つの磁石を含むが、これは必須ではない。一次磁石２５２６、二次磁石２５２８、及び、補助磁石２５７２は、一次磁石２５２６（又は二次磁石２５２８あるいは補助磁石２５７２）が、端と端で互いに対して隣接して配置された場合に一次磁石２５２６（又は二次磁石２５２８あるいは補助磁石２５７２）が図示するような環状構造を形成するように、横断面に弓状の（又は湾曲した）形状を有することができる。いくつかの実施形態では、一次磁石２５２６は、境界面２５３０において互いに接触することができ、二次磁石２５２８は、境界面２５３２において互いに接触することができ、補助磁石２５７２は、境界面２５７４において互いに接触することができる。あるいは、小さな隙間又は空間は、隣接する一次磁石２５２６、隣接する二次磁石２５２８、又は隣接する補助磁石２５７２を分離して、製造中により大きな公差を提供してもよい。
いくつかの実施形態では、一次整列構成要素２５１６はまた、一次磁石２５２６の遠位表面上に配置された環状シールド２５１４を含むことができる。いくつかの実施形態では、シールド２５１４は、単一の環状材料片として形成され、一次磁石２５２６に接着されて、一次磁石２５２６を定位置に固定することができる。シールド２５１４は、ステンレス鋼又は低炭素鋼などの高透磁率及び／又は高磁気飽和値を有する材料で形成することができ、磁場を再方向付けして、一次整列構成要素２５１６の遠位側を越えて伝播するのを防ぐことができ、それによって、一次整列構成要素２５１６の遠位側を越えて配置される高感度の電子部品を磁気干渉から保護することができる。
一次磁石２５２６、二次磁石２５２８は、及び、補助磁石２５７２は、ＮｄＦｅＢ材料、他の希土類磁性材料、又は磁化されて永続的な磁場を作り出すことができる他の材料などの磁性材料で作製することができる。各一次磁石２５２６、各二次磁石２５２８、及び、各補助磁石２５７２は、図２５Ｂにおいて磁極性インジケータ２５１５、２５１７、２５１９によって示されるように、軸方向に整列された磁極性を有する単一の磁気領域を含むモノリシック構造を有することができる。例えば、各一次磁石２５２６、各二次磁石２５２８、及び、各補助磁石２５７２は、接地され、軸方向の磁気配向を有する弓状構造に成形された棒磁石であってもよい。図示する実施例では、一次磁石２５２６は、北極が近位表面に向かって配向され、南極が遠位表面に向かって配向され、二次磁石２５２８は、南極が近位表面に向かって配向され、北極が遠位表面に向かって配向され、補助磁石２５７２は、補助磁石２５７２の北極が二次磁石２５２８の近位表面に向けられ、補助磁石２５７２の南極が一次磁石２５２６の近位表面に向かって配向されるように、対応する磁気配向を有する。他の実施形態では、磁気配向は逆にされ得、一次磁石２５２６は、南極が近位表面に向かって配向され、北極が遠位表面に向かって配向され、二次磁石２５２８は、北極が近位表面に向かって配向され、南極が遠位表面に向かって配向され、補助磁石２５７２は、補助磁石２５７２の南極が二次磁石２５２８の近位表面に向けられ、補助磁石２５７２の北極が一次磁石２５２６の近位表面に向かって配向されるように、対応する磁気配向を有する。
図２５Ｂに示すように、一次磁石２５２６、補助磁石２５７２、及び二次磁石２５２８の軸方向の磁気配向は、一次磁石２５２６と補助磁石２５７２、及び、補助磁石２５７２と二次磁石２５２８との間に引力を与える磁場２５４０を生成することができ、それにより、一次整列構成要素２５１６、補助整列構成要素２５７０、及び二次整列構成要素２５１８が（例えば、図２４に示すように）配置されている、それぞれのデバイス間の整列が容易になる。シールド２５１４は、一次磁石２５２６の下の領域から離れるように磁場２５４０の一部を再方向付けすることができるが、磁場２５４０は依然として、一次磁石２５２６及び二次磁石２５２８に横方向に隣接する領域に伝搬され得る。いくつかの実施形態では、磁場２５４０の横方向の伝播は、他の磁気的に高感度の構成要素への磁場漏れを結果としてもたらし得る。例えば、強磁性シールドを有する誘導コイルが、環状一次整列構成要素２５１６（又は二次整列構成要素２５１８）の内部（又は内側）領域に配置される場合、磁場２５４０の漏れは、フェリ磁性シールドを飽和させてもよく、これは無線充電性能を低下させる可能性がある。
磁気整列システム２５００は例示的であり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、一次整列構成要素２５１６、補助整列構成要素２５７０、及び二次整列構成要素２５１８はそれぞれ、８個の弓状磁石で構成されているものとして示されるが、他の実施形態では、１６個の磁石、３６個の磁石、又は任意の他の数の磁石など、異なる数の磁石が使用されてもよく、一次磁石の数は二次磁石の数に等しくなくてもよい。同様に、補助磁石の数は、一次磁石の数又は二次磁石の数のいずれかと等しくある必要はない。他の実施形態では、一次整列構成要素２５１６及び／又は二次整列構成要素２５１８及び／又は補助整列構成要素２５７０はそれぞれ、単一のモノリシック環状磁石から形成されてもよいが、整列構成要素２５１６、２５１８、及び２５７０を弓状磁石にセグメント化することで、図３Ａ及び３Ｂを参照して上述したように、製造を改善することができる。
３．３．閉ループ磁気構成を有する磁気整列システム
図２５Ｂを参照して上述したように、単一の軸方向の磁気配向を有する磁気整列システムは、磁場の横方向の漏れを可能にすることができ、これは、電子デバイスの他の構成要素の性能に悪影響を及ぼし得る。従って、いくつかの実施形態は、磁場漏れを低減する閉ループ磁気構成を有する磁気整列システムを提供する。ここで、実施例を説明する。
図２６Ａは、いくつかの実施形態による磁気整列システム２６００の斜視図を示し、図２６Ｂは、図２６Ａに示される切断面にわたる磁気整列システム２６００を通る断面を示す。磁気整列システム２６００は、図２４の磁気整列システム２４０６の実装でもよい。磁気整列システム２６００において、整列構成要素は、以下に記載されるように、「閉ループ」構成で構成された磁気構成要素を有する。
図２６Ａに示すように、磁気整列システム２６００は、一次整列構成要素２６１６（図２４の一次整列構成要素２４１６の実施でもよい）、二次整列構成要素２６１８（図２４の二次整列構成要素２４１８の実施でもよい）、及び補助整列構成要素２６７０（図２４の補助整列構成要素２４７０の実施でもよい）を含み得る。一次整列構成要素２６１６、二次整列構成要素２６１８、及び補助整列構成要素２６７０は、環状の形状を有し、「環状」整列構成要素と称され得る。特定の寸法は、所望に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、寸法は、セクション１で上述した例示的な値と同様であり得る。
一次整列構成要素２６１６は、多数の一次磁石２６２６から形成され得る多数のセクタを含むことができ、二次整列構成要素２６１８は、それぞれはいくつかの二次磁石２６２８から形成され得るいくつかのセクタを含むことができ、補助整列構成要素２６７０は、それぞれがいくつかの補助磁石２６７２から形成され得るいくつかのセクタを含むことができる。図示する例では、一次磁石２６２６の数は、二次磁石２６２８の数及び補助磁石２６７２の数に等しく、各セクタはちょうど１つの磁石を含むが、これは必須ではない。一次磁石２６２６、二次磁石２６２８、及び、補助磁石２６７２は、一次磁石２６２６（又は二次磁石２６２８あるいは補助磁石２６７２）が、端と端で互いに対して隣接して配置された場合に一次磁石２６２６（又は二次磁石２６２８あるいは補助磁石２６７２）が図示するような環状構造を形成するように、横断面に弓状の（又は湾曲した）形状を有することができる。いくつかの実施形態では、隣接する一次磁石２６２６は、境界面２６３０において互いに接触することができ、隣接する二次磁石２６２８は、境界面２６３２において互いに接触することができ、隣接する補助磁石２６７２は、境界面２６８０において互いに接触することができる。あるいは、小さな隙間又は空間は、隣接する一次磁石２６２６、隣接する二次磁石２６２８、又は隣接する補助磁石２６７２を分離して、製造中により大きな公差を提供してもよい。
いくつかの実施形態では、一次整列構成要素２６１６はまた、一次磁石２６２６の遠位表面上に配置された環状シールド２６１４を含むことができる。いくつかの実施形態では、シールド２６１４は、単一の環状材料片として形成され、一次磁石２６２６に接着されて、一次磁石２６２６を定位置に固定することができる。シールド２６１４は、ステンレス鋼などの高い透磁率を有する材料で形成することができ、磁場を再方向付けして、一次整列構成要素２６１６の遠位側を越えて伝播するのを防ぐことができ、それによって、一次整列構成要素２６１６の遠位側を越えて配置される高感度の電子部品を磁気干渉から保護することができる。いくつかの実施形態では、補助整列構成要素２６７０は同様のシールドを含まない、そのため、一次整列構成要素２６１６とのより強い磁気引力を提供することができる。
一次磁石２６２６、二次磁石２６２８、及び補助磁石２６７２は、ＮｄＦｅＢ材料、他の希土類磁性材料、又は磁化されて永続的な磁場を作り出すことができる他の材料などの磁性材料で作製することができる。各二次磁石２６２８は、（図２６Ｂの磁極性インジケータ２６１７によって示されるように）横断面において径方向に成分を有する磁極性を有する単一の磁気領域を有することができる。以下に記載されるように、磁気配向は、軸２６０１に対して半径方向、又は横断面に径方向成分を有する別の方向であってもよい。各一次磁石２６２６は、反対の磁気配向を有する２つの磁気領域を含み得る。例えば、各一次磁石２６２６は、（図２６Ｂの極性インジケータ２６５３によって示されるように）第１の軸方向に磁気配向を有する内側弓状磁気領域２６５２と、（図２６Ｂの極性インジケータ２６５５によって示されるように）第１の方向とは反対の第２の軸方向に磁気配向を有する外側弓状磁気領域２６５４と、磁気配向を有さない中央非磁化領域２６５６と、を有し得る。中央非磁化領域２６５６は、磁場が中央領域２６５６を通って直接わたることを阻止することによって、外側弓状領域２６５４から内側弓状領域２６５２を磁気的に分離することができる。同様に、各補助磁石２６７２は、反対の磁気配向を有する２つの磁気領域を含み得る。例えば、各補助磁石２６７２は、（図２６Ｂの極性インジケータ２６７３によって示されるように）第１の軸方向に磁気配向を有する内側弓状磁気領域２６７４と、（図２６Ｂの極性インジケータ２６７５によって示されるように）第１の方向とは反対の第２の軸方向に磁気配向を有する外側弓状磁気領域２６７６と、磁気配向を有さない中央非磁化領域２６７８と、を有し得る。中央非磁化領域２６７８は、磁場が中央領域２６７８を通って直接わたることを阻止することによって、外側弓状領域２６７６から内側弓状領域２６７４を磁気的に分離することができる。
いくつかの実施形態では、各二次磁石２６２６は、接地されて弓状構造に成形された磁性材料で作製することができ、例えば、磁化器を用いて、横断面内に径方向成分を有する磁気配向を作り出すことができる。同様に、各一次磁石２６２６は、接地されて弓状構造に成形された単一の磁性材料片で作製することができ、磁化器を弓状構造に適用して、中央領域における磁気配向の発生を消磁又は回避しながら、構造の内側弓状領域内で一方向に軸方向の磁気配向を誘導し、構造の外側弓状領域内で反対方向に軸方向の磁気配向を誘導することができる。いくつかの代替の実施形態では、各一次磁石２６２６は、内側弓状磁気領域２６５２及び外側弓状磁気領域２６５４を提供する磁性材料の２つ弓状片を有する複合構造でもよく、このような実施形態では、中央非磁化領域２６５６は、非磁性材料の弓状片から形成されてもよく、又は内側弓状磁気領域２６５２及び外側弓状磁気領域２６５４の側壁によって画定されるエアギャップとして形成されてもよい。一次磁石２６２６を形成するために使用され得る任意の製造技術を使用して、補助磁石２６７２を形成することができる。従って、各補助磁石２６７２は、接地されて弓状構造に成形された単一の磁性材料片で作製することができ、磁化器を弓状構造に適用して、中央領域における磁気配向の発生を消磁又は回避しながら、構造の内側弓状領域内で一方向に軸方向の磁気配向を誘導し、構造の外側弓状領域内で反対方向に軸方向の磁気配向を誘導することができる。いくつかの代替の実施形態では、各補助磁石２６７２は、内側弓状磁気領域２６７４及び外側弓状磁気領域２６７６を提供する磁性材料の２つ弓状片を有する複合構造でもよく、このような実施形態では、中央非磁化領域２６７８は、非磁性（又は消磁された）材料の弓状片から形成されてもよく、又は内側弓状磁気領域２６７４及び外側弓状磁気領域２６７６の側壁によって画定されるエアギャップとして形成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つの製造技術を一次磁石２６２６に使用することができる一方で、異なる製造技術を補助磁石２６７２に使用することができることを理解されたい。例えば、各補助磁石２６７２はモノリシックであり得、各一次磁石２６２６は、複合構造である。様々な磁石の磁場が記載されるように整列する限り、デバイス間の整列を提供することができる。更に、図３Ａ及び３Ｂを参照して上述したように、四極の一次又は補助弓状磁石の内側及び外側弓状磁気領域は、等しい磁場強度を有することができるが、必須ではなく、上記の非対称偏光を適用することができる。
図２６Ｂに示すように、一次磁石２６２６の内側弓状磁気領域２６５２及び補助磁石２６７２の内側弓状磁気領域２６７４は、極性表示器２６５３及び２６７３によって示されるように、同じ磁気配向を有することができる。同様に、一次磁石２６２６の外側弓状磁気領域２６５４及び補助磁石２６７２の外側弓状磁気領域２６７６は、極性表示器２６５５及び２６７５によって示されるように、同じ磁気配向を有することができる。この構成により、一次磁石２６２６と補助磁石２６７２との間に磁気引力が生じ、これにより、それらの間の整列を容易にすることができる。二次磁石２６２８（インジケータ２６１７によって示される）の磁極性は、二次磁気整列構成要素２６１８が補助磁気整列構成要素２６７０と整列されるとき、二次磁石２６２８の南極が補助磁石２６７２の内側弓状磁気領域２６７４の北極に向かって（また、一次磁石２６２６の内側弓状磁気領域２６５２の北極に向かって）向けられ、二次磁石２６２８の北極が補助磁石２６７２の外側弓状磁気領域２６７６の南極に向かって（また、一次磁石２６２６の外側弓状磁気領域２６５４の南極に向かって）向けられるよう、配向され得る。
従って、内側弓状磁気領域２６５２、２６７４、二次磁石２６２８及び外側弓状磁気領域２６７６、２６７８のそれぞれの磁気配向は、一次磁石２６２６と補助磁石２６７２及び補助磁石２６７２と二次磁石２６２８との間に引力を与える磁場２６４０を生成することができ、それにより、一次整列構成要素２６１６、補助整列構成要素２６７０、及び二次整列構成要素２６１８が配置される（例えば、図２４に示すように）、それぞれの電子デバイス間の整列が容易となる。一次磁石２６２６の遠位表面にあるシールド２６１４は、一次磁石２６２６の下の領域から磁場２６４０の一部を離すように再方向付けすることができる。更に、中央非磁化領域２６５６及び２６７８の周囲に形成された「閉ループ」磁場２６４０は、図２５Ｂにおいて一次、補助、及び二次磁石２５２６、２５７２、２５２８の外側に磁場２５４０が漂遊する限り、一次、補助、及び二次磁石２６２６、２６７２、２６２８の外側に漂遊しない密かつコンパクトな力線を有することができる。従って、磁気的に高感度の構成要素は、漂遊磁場に対する懸念を下げて一次整列構成要素２６１６に比較的近接して配置することができる。従って、磁気整列システム２５００と比較して、磁気整列システム２６００は、一次整列構成要素２６１６が配置されるデバイスの全体的なサイズを低減するのに役立ち得、また、二次整列構成要素２６１８の内側に配置された誘導性受電コイルなどの隣接する構成要素内の磁場２６４０によって生じるノイズを低減するのに役立ち得る。
磁気整列システム２６００は例示的であり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、一次整列構成要素２６１６、補助整列構成要素２６７２、及び二次整列構成要素２６１８はそれぞれ、８個の弓状磁石で構成されているものとして示されるが、他の実施形態では、１６個の磁石、３６個の磁石、又は任意の他の数の磁石など、異なる数の磁石が使用されてもよく、一次磁石の数は二次磁石の数に等しくなくてもよい。同様に、補助磁石の数は、一次磁石の数又は二次磁石の数のいずれかと等しくある必要はない。他の実施形態では、二次整列構成要素２６１８は、単一のモノリシックな環状磁石で形成することができる。同様に、一次整列構成要素２６１６及び／又は補助整列構成要素２６７２は、上記のような適切な磁化パターンを有する磁性材料の単一のモノリシック環状片から形成することができ、又は一次整列構成要素２６１６及び／又は補助整列構成要素２６７２は、内側環状磁石と外側環状磁石との間に環状のエアギャップ又は非磁性材料の領域を有する、モノリシック内側環状磁石及びモノリシック外側環状磁石から形成することができる。しかしながら、複数の弓状磁石を使用する構造は、より小さい弓状磁石は単一のモノリシックな環状磁石よりも脆くなりにくく、製造中に磁性材料に加わる物理的応力に起因する損失が生じにくくなるため、製造を向上させることができる。様々な構成要素又は個々の磁石の磁気配向は、横方向及び軸方向と正確に整列する必要はないことも理解されたい。磁気配向は、一次及び二次整列構成要素を通る磁場の閉ループ経路を提供する任意の角度を有することができる。
３．４．閉ループ磁気整列システムの磁気配向
図４、５、７、８Ａ～８Ｃ、９Ａ～９Ｂ、又は１０を参照して上述した磁気配向のいずれかは、補助整列構成要素を含むシステムにも適用され得る。補助磁石の磁気配向は、対応する一次磁石の磁気配向と一致するように作製することができる。
３．５．隙間を有する環状磁気整列構成要素
上述の例では、一次磁気整列構成要素、二次磁気整列構成要素、及び補助磁気整列構成要素は、環状の形状を有する。上述のように（例えば、図３Ａを参照して）、環は完全に閉じられていてもよい。他の実施形態では、環は１つ以上の隙間を含むことができ、各隙間は、磁性材料（又は任意の材料）が存在しない環のセクションでもよい。隙間を有する例示的な磁気整列構成要素は、図１１を参照して上述されており、補助整列構成要素も、例えば、補助磁気整列構成要素が存在するアクセサリデバイスのフォームファクタを収容するため、及び／又はアクセサリデバイス内に存在し得る電子回路構成要素を収容するよう、１つ以上の隙間を含み得る。更に、異なるデバイス内の互換性のある環状整列構成要素は、隙間の数、サイズ、及び／又は位置について異なり得る。
３．６．磁気整列構成要素を組み込んだアクセサリデバイス
図２７は、いくつかの実施形態による補助磁気整列構成要素を組み込んだアクセサリデバイス２７００の簡略化された背面図を示す。図示する実施例では、アクセサリデバイスは補助整列構成要素を組み込んでいるが、アクセサリデバイスが、代わりに、一次又は二次磁気整列構成要素を組み込むことができることを理解されたい。
アクセサリデバイス２７００は、例えば、図１２Ａのスマートフォン１２００などのポータブル電子デバイスのための保護又は美観ケースでもよい。従って、アクセサリデバイス２７００は、スマートフォン１２００と同じサイズ（又はわずかに大きい）の筐体２７０２を有することができる。いくつかの実施形態では、筐体２７０２は、スマートフォン１２００の前面（ディスプレイ）表面を露出させたままにして、スマートフォン１２００の側面及び裏面を覆うトレイとして成形することができる。筐体２７０２（又はその一部）は、プラスチック、ゴム、シリコーン、皮革、及び／又は他の材料で作製することができる。補助整列構成要素２７７０は、スマートフォン１２００が好ましい向きでアクセサリデバイス２７００に挿入されると、補助整列構成要素２７７０がスマートフォン１２００の二次整列構成要素１２１８と同軸上に整列されるような位置で筐体２７０２内に配置され得る。
補助整列構成要素２７７０は、例えば、上述した補助整列構成要素のいずれかの実施であってもよく、隣接する磁石が互いに接するエアギャップ又は境界面であり得る境界面２７８０を有する磁石２７７２の環状配置を含むことができる。磁石２７７２は、上記のような四極構成を有することができ、例えば、各磁石２７７２は、第１の方向に軸方向の磁気配向を有する内側弓状領域と、第１の方向とは反対の第２の方向に軸方向の磁気配向を有する外側弓状領域と、別個の磁気配向を有さない中央弓状領域と、を含むことができる。図２７には示されていないが、補助磁気整列構成要素２７７０は、隣接する磁石２７７２間に１つ以上の隙間を含むことができる。いくつかの実施形態では、隙間（単数又は複数）は、補助磁気整列構成要素２７７０の内側及び外側の領域間を接続するワイヤ（又は導電トレース）のための電気接続経路を提供することができ、いくつかの実施形態では、隙間（単数又は複数）は、筐体２７０２がより小さいフォームファクタを有するスマートフォンと共に使用するために、低減された横寸法を有することを可能にするように配置され得る。例えば、隙間のパターンは、図１２Ｂのスマートフォン１２００'の磁気整列構成要素１２１８'のパターンと一致し得る。
いくつかの実施形態では、例えば、アクセサリデバイス２７００がスマートフォン１２００に自身を識別することを可能にするために、アクセサリデバイス２７００とスマートフォン１２００との間の無線データ転送をサポートすることが望ましい場合がある。従って、いくつかの実施形態では、近距離通信（ＮＦＣ）コイル２７６６は、磁気整列構成要素２７６６の内側の領域内に提供され得る。いくつかの実施形態では、ＮＦＣコイル２７６６は、（例えば、図１２のスマートフォン１２００内の）好適に構成されたＮＦＣリーダによって読み取ることができるパッシブＮＦＣタグに結合することができる。ＮＦＣコイル２７６６の例示的な実施形態は、以下のセクション５に記載される。
図示する実施例では、アクセサリデバイス２７００は、機能が保護及び／又は美観であり得るパッシブデバイスである。従って、アクセサリデバイス２７００を薄くし、滑らかな内表面及び外表面を提供することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、磁石２７７２は、アクセサリデバイス２７００が平滑な表面及び所望の薄さを有することができるように、薄い軸方向寸法を有することができる。アクセサリデバイス２７００は、様々な形状及び特徴を有することができる。例えば、アクセサリデバイス２７００は、スマートフォン１２００の前面（ディスプレイ）表面を露出させたままにして、スマートフォン１２００の側面及び裏面を覆うトレイとして成形することができる。あるいは、アクセサリデバイス２７００は、スマートフォン１２００の前面の上に折り畳まれ、ディスプレイへのアクセスを可能にするよう展開されたカバーを含むことができる。別の例として、アクセサリデバイス２７００は、一端（例えば、上端部又は側方）に開口部を有するスリーブとして形成され得、使用されていない、かつ、使用のためにスリーブから取り外される場合に、スマートフォン１２００をスリーブ内に挿入することを可能にしている。
図示する実施例では、アクセサリデバイス２７００は、電力消費構成要素を含まないパッシブデバイスであってもよい。従って、環状整列構成要素２７７０の内側の領域２７１１は、周囲筐体２７０２と同じ材料で作製することができ、アクセサリデバイス２７００に対して連続的な後面を提供する。あるいは、領域２７１１の一部又は全部が材料を含まなくてもよく、スマートフォン１２００の裏面の対応する部分が露出されることを可能にする。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス２７００の筐体２７０２（又はその一部）は、スマートフォン１２００の裏面（又はその一部）がアクセサリデバイス２７００を通じて見ることができるように、透明材料で作製され得る。透明な磁性材料がない場合、個々の磁石が見えないように、不透明材料の環状領域を磁気整列構成要素２７７０の上に配置することができる。不透明材料は、所望の美的効果のために選択された色（又は複数の色）を有することができる。
いくつかの実施形態では、アクセサリ２７００は、アクティブデバイスとすることができる。例えば、アクセサリ２７００は、スマートフォン１２００に電力を提供することができる外部バッテリを含むことができる。従って、中央領域２７１１は、図２４のアクセサリ２４２０を参照して上述したように配置及び動作することができる１つ以上の無線充電コイルを含むことができる。
３．７．磁気整列を有する無線充電システム
図２８Ａは、いくつかの実施形態による、（図２７の）アクセサリデバイス２７００及び（図１３の）無線充電器デバイス１３００と整列された（図１２Ａの）ポータブル電子デバイス１２００を含むシステム２８００の簡略化された斜視図を示す。図２８Ａでは、無線充電器デバイス１３００及びアクセサリデバイス２７００の一部は、他の詳細を不明瞭にすることを回避するために破線を用いて示される。図示するように、アクセサリデバイス２７００は、例えば、ポータブル電子デバイス１２００をアクセサリデバイス２７００に挿入することによってポータブル電子デバイス１２００に隣接して配置することができ、無線充電器デバイス１３００は、アクセサリデバイス２７００の裏（又は近位）表面２８０３に対してその充電（又は近位）表面を当接させて配置することができる。デバイスがこの構成に配置されると、ポータブル電子デバイス１２００内の二次整列構成要素１２１８は、アクセサリデバイス２７００の補助整列構成要素２７７０と整列され、無線充電器デバイス１３００の一次整列構成要素１３１６と整列される。従って、アクセサリデバイス２７００内の補助整列構成要素２７７０及びポータブル電子デバイス１２０内の二次整列構成要素１２１８は、無線充電器デバイス１３００の送電コイルアセンブリ１３１２がポータブル電子デバイス１２００のコイルアセンブリ１２１０と整列するように、無線充電器デバイス１３００の一次磁気整列構成要素１３１６を整列するように引き寄せ、保持することができる。図示するように、無線充電器デバイス１３００は、一次磁気整列構成要素１３１６及び二次磁気整列構成要素１２１８の中心によって画成される軸について任意の回転配向を有することができ、例えば、二次磁気整列構成要素１２１８内の隙間１２０１は、一次磁気整列構成要素１３１６内の隙間１３０１と整列させる必要はない。
図２８Ｂは、いくつかの実施形態によるシステム２８００の簡略化された部分断面図を示す。ポータブル電子デバイス１２００は、裏側筐体２８０２（電磁場及びＤＣ磁場に対して透過性があるガラス又はプラスチックなどの材料よりなり得る）及び前側筐体２８０４（タッチスクリーンディスプレイを含み得る）を有する。コイルアセンブリ１２１０は、誘導性受電コイル２８１０（例えば、コイルに巻かれた撚り線から作製され得る）及びシールド２８１２（例えば、フェリ磁性シールドを含み得る）を含むことができる。二次磁石２８２８は、二次磁気整列構成要素１２１８の一部分を形成し、（矢印によって示されるように）径方向内方方向に配向された磁場を有することができる。図２８Ａには、二次整列構成要素１２１８が示されるが、裏側筐体２８０２が不透明で、二次整列構成要素１２１８がユーザには見えなくてもよいことを理解されたい。
無線充電器デバイス１３００は、筐体１３０２の遠位表面及び側面を形成する単片エンクロージャ２８０６と、筐体１３０２の近位表面を形成する上部キャップ２８０８と、を含む筐体１３０２を有する。上述したように、エンクロージャ２８０６及び上部キャップ２８０８は、同じ材料又は異なる材料で作製され得、上部キャップ２８０８は、ＡＣ電磁場及びＤＣ磁場に対して透過性の材料で作製され得る。送電コイルアセンブリ１３１２は、誘導性送電コイル２８１６（例えば、コイルに巻かれた撚り線から作製され得る）及び電磁シールド２８１４（例えば、フェリ磁性シールドを含み得る）を含むことができる。一次弓状磁石２８２６は、一次磁気整列構成要素１３１６の一部分を形成し、第１の軸方向に配向された磁場を有する内側弓状領域２８５２と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁場を有する外側弓状領域２８５４と、非磁化中央弓状領域２８５６とを含むことができる。上述したように、シールド２８１４は、一次磁石２８２６の遠位表面上に配置され得る。図２８Ａには、一次整列構成要素１３１６が示されるが、筐体１３０２が不透明で、一次整列構成要素１３１６がユーザには見えなくてもよいことを理解されたい。
アクセサリデバイス２７００は、後層２８０５（後面２８０３を形成する）と、ポータブル電子デバイス１２００の裏側筐体２８０２と表面２８０９で接触する前層２８０７とを含む、裏側筐体２７０２を有する。後層２８０５及び前層２８０７は、所望に応じて、同じ材料又は異なる材料で作製することができる。補助弓状磁石２８７２は補助整列構成要素２７７０の一部分を形成し、第１の軸方向に配向された磁場を有する内側弓状部２８７４と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁場を有する外側弓状部２８７６と、非磁化中央弓状部２８７８と、を含み得る。図２８Ａには、補助整列構成要素２７７０が示されるが、裏側筐体２７０２が不透明で、補助整列構成要素２７７０がユーザには見えなくてもよいことを理解されたい。
整列されると、一次磁石２８２６、補助磁石２８７２、及び二次磁石２８２８は、線２８４０によって示されるように閉ループ磁束を生成する。磁束２８４０は、一次環状整列構成要素１３１８、補助環状整列構成要素２７７０、及び二次環状整列構成要素１２１６のそれぞれの中心が共通軸に沿って整列されるように、一次環状整列構成要素１３１８、補助環状整列構成要素２７７０、及び二次環状整列構成要素１２１６を整列するよう引き寄せることができる。送電コイル２８１６は、一次整列構成要素１３１６と同心の位置に固定され、受電コイル２８１０は、二次整列構成要素１２１８と同心の位置に固定され、共通軸に沿って一次環状整列構成要素１３１８、補助環状整列構成要素２７７０、及び二次環状整列構成要素１２１６を整列させる結果として、送電コイル２８１６及び受電コイル２８１０も共通軸に沿って整列され、効率的な無線電力伝送が可能となる。例えば、送電コイル２８１６を交流で駆動して、受電コイル２８１６に時間変化電流を誘導する時間変化磁場を生成させる。電磁シールド（例えば、シールド２８１４及び２８１２）は、ＡＣ磁場をコイル２８１６及び２８１２のすぐ近傍に閉じ込めることができる。更に、アクセサリデバイス２７００が１つ以上の無線充電コイルを含む実施形態では、かかる無線充電コイルはまた、コイル２８１６及び２８１０と共通の軸に沿って整列され得る。
いくつかの実施形態は、低ＤＣ磁束を経験し得、コイル２８１０の周りの電磁シールド２８１２による低ＡＣ電磁場も経験し得る、二次磁石２８２８とコイルアセンブリ１２１０との間の隙間領域２８１１を提供する。同様に、いくつかの実施形態は、低ＤＣ磁束を経験し得、送電コイル２８１６の周りの電磁シールド２８１８による低ＡＣ電磁場も経験し得る、一次磁石２８２６と送電コイルアセンブリ１３１２との間の隙間領域２８１３を提供する。いくつかの実施形態では、例えば、ポータブル電子デバイス１２００による無線充電器デバイス１３００の識別をサポートするために、ＮＦＣアンテナコイル（図示せず）が隙間領域２８１１及び／又は２８１３内に配置されてもよい。同様に、例えば、ポータブル電子デバイス１２００によるアクセサリデバイス２７００の識別をサポートするために、ＮＦＣアンテナコイル（図示せず）がアクセサリデバイス２７００の後層２８０５と前層２８０７との間の対応する領域２８１５に配置されてもよい。隙間領域２８１１、２８１３、及び／又は２８１５内に配置され得るＮＦＣアンテナコイルの例示的な実施形態は、以下のセクション５に記載される。
図２８Ｂを参照して理解され得るように、二次整列構成要素１２１８の弓状磁石２８２８は、二次整列構成要素１２１８がポータブル電子デバイス１２００の厚さの増加を必要としないように、薄い軸方向寸法を有し得る。例えば、各二次整列磁石２８２８の軸方向厚さは、受電コイルアセンブリ１２１０（コイル２８１０及びシールド２８１２を含む）の厚さ以下であり得る。一次整列磁石２８２６は、例えば、エンクロージャ２８０６と上部キャップ２８０８との間の軸方向空間の全てを占有する、より厚い軸方向寸法を有することができる。
同様に、補助整列構成要素２７７０の各弓状磁石２８７２は、アクセサリデバイス２７００の全体的な厚さを小さく保つことができるように、薄い軸方向寸法を有することができる。後層２８０５及び前層２８０７は、平面層であってもよい。補助整列磁石２８７２によって占有されない層２８０５と２８０７との間の空間は、エアギャップであってもよく、又は空間の一部又は全部が材料で充填されてもよい。いくつかの実施形態では、表面２８０３及び２８０９は、補助整列磁石２８７２の存在に起因して平坦からの局所的偏差を表さない。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス２７００（又はその後側筐体要素）は、補助整列構成要素２７７０が内部に埋め込まれた状態で単一の材料片として形成され得る。補助整列磁石２８７２及び一次整列磁石２８２６は、同じ径方向幅を有することができ、いくつかの実施形態では、補助整列磁石２８７２及び一次整列磁石２８２６の径方向幅は、二次整列磁石２８２８の径方向幅よりもわずかに大きくてもよい。
補助整列構成要素２７７０は任意であり、補助整列構成要素を有さない充電スルーアクセサリは、ポータブル電子デバイス１２００と無線充電器デバイス１３００との間に配置されてもよいことを理解されたい。アクセサリの厚さ及び材料組成に応じて、一次環状整列構成要素１３１６及び二次環状整列構成要素１２１８は、コイル２８１６と２８１０との間に確実な整列を提供するために十分な引力を経験し得る。しかしながら、ＤＣ磁石の場合、引力は、磁石間の距離を増加させると急激に減少するため、整列はあまり強くない場合がある。従って、補助整列構成要素２７７０は、隣接する磁石間の距離を減少させ、従って整列に促す磁力を増加させる「リピータ」として使用することができる。
図２９は、ポータブル電子デバイス２９０４（例えば、ポータブル電子デバイス１２００又は本明細書に記載される任意の他のポータブル電子デバイス）と、無線充電器デバイス２９０２（例えば、無線充電器デバイス１３００又は本明細書に記載される任意の他の無線充電器デバイス）と、いくつかの実施形態による磁気整列システム２９０８を介して一緒に整列させることができるアクセサリデバイス２９０６（例えば、アクセサリデバイス２８００又は本明細書に記載される任意の他のアクセサリデバイス）と、を含む例示的な無線充電システム２９００を例示するブロック図である。磁気整列システム２９０８は、無線充電器デバイス２９０２内の一次整列構成要素２９１６と、ポータブル電子デバイス２９０４内の二次整列構成要素２９１８と、アクセサリデバイス２９０６内の補助整列構成要素２９７０とを含むことができる。一次整列構成要素２９１６、二次整列構成要素２９１８、及び補助整列構成要素２９７０は、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って構築することができる。ポータブル電子デバイス２９０４は、メモリバンク２９４２に結合されたコンピューティングシステム２９４１を含むことができる。コンピューティングシステム２９４１は、ポータブル電子デバイス２９０４を動作させるための様々な機能を実行するためにメモリバンク２９４２に記憶された命令を実行するように構成された制御回路を含むことができる。制御回路は、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラム可能な集積論理回路を含み得る。
コンピューティングシステム２９４１は、ポータブル電子デバイス２９０４が１つ以上の機能を実行することを可能にするよう、ユーザインタフェースシステム２９４３、通信システム２９４４、及びセンサシステム２９４５に結合され得る。例えば、ユーザインタフェースシステム２９４３は、ディスプレイ、スピーカ、マイクロフォン、触覚フィードバックを可能にするためのアクチュエータ、並びにボタン、スイッチ、及びディスプレイをタッチ感知式にすることを可能にするための容量性スクリーンなどの１つ以上の入力デバイスを含むことができる。通信システム２９４４は、ポータブル電子デバイス２９０４が電話をかけ、無線アクセサリと対話し、インターネットにアクセスすることを可能にするよう、無線電気通信構成要素、ＮＦＣ構成要素、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ構成要素、及び／又はＷｉＦｉ構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、通信システム２９４４は、１つ以上の整列されたデバイスを識別するために磁気整列システム２９０６と関連して使用されるＮＦＣリーダ回路を含むことができ、その実施例は、以下のセクション５に記載する。センサシステム２９４５は、光センサ、加速度計、ジャイロスコープ、温度センサ、磁力計、及び／又は外部エンティティ及び／又は環境のパラメータを測定することができる任意の他の種類のセンサを含むことができる。
これら電気的構成要素の全ては、動作するために電源を必要とする。従って、ポータブル電子デバイス２９０４は、蓄えられたエネルギーを放電してポータブル電子デバイス２９０４の電気的構成要素に電力を供給するバッテリ２９４６も含む。電気的構成要素に電力を供給するために放電されたエネルギーを補充するために、ポータブル電子デバイス２９０４は、外部電源２９２２に結合された無線充電器デバイス２９０２から電力を受信することができる充電回路２９４７及び誘導コイル２９１０を含む。
無線充電器デバイス２９０２は、ポータブル電子デバイス２９０４のコイル２９１０に電流を誘導することができる時間変化磁束を生成するための送電コイル２９１２を含むことができる。誘導電流は、バッテリ２９４６を充電するために回路２９４７を充電することによって使用することができる。無線充電器デバイス２９０２は、通信システム２９２２及び無線充電回路２９２３に結合されたコンピューティングシステム２９２１を更に含むことができる。無線充電回路は、第１の組の電圧及び周波数特性（例えば、標準ＡＣ壁電力）を有する標準ＡＣ電力を、コイル２９１０を動作させるのに好適なＡＣ電力に変換する回路構成要素を含むことができる。整流器（ＡＣ－ＤＣコンバータ）、ブースト回路（ＤＣ－ＤＣ昇圧回路）、インバータ（ＤＣ－ＡＣコンバータ）などを含む好適な回路構成要素は、技術分野において既知である。コンピューティングシステム２９２１は、無線充電回路２９２３を制御し、外部電源２９２２から受信した電力を使用してポータブル電子デバイス２９０４を充電するためにコイル２９１０に電流を誘導するよう時間変化磁束を生成する等、無線充電器デバイス２９０２の動作を制御するよう構成されている論理回路（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ等）を含み得る。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム２９２１は、無線充電のＱｉ規格に準じる機能を実施することができる（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍによって公表される）。
いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム２９２１及び無線充電回路２９２３を実装する構成要素は、コイル２９１２及び一次整列構成要素２９１６を保持する筐体内に（例えば、図１３及び１４Ａ～１４Ｂのパック形状の筐体１３０２内に）配置することができる。他の実施形態では、コンピューティングシステム２９２１及び無線充電回路２９２３を実装する構成要素の一部又は全ては、例えば、図１３及び１４Ａのケーブル１３０４の遠位端等、他の場所に配置することができる。例えば、コンピューティングシステム２９２１を実装する論理回路は、筐体１３０２内に配置することができ、一方で、無線充電回路２９３２は、ケーブル１３０４の遠位端におけるプラグコネクタのブーツ内に配置される。（この場合、ケーブル１３０４は、無線充電器デバイス１３００にＡＣ電力を供給することができる。）別の実施例として、コンピューティングシステム２９２１を実装する論理回路及び無線充電回路２９２３の一部を実装する回路構成要素は筐体１３０２内に配置することができ、一方、無線充電回路２９２３の他の部分を実装する回路構成要素は、ケーブル１３０４の遠位端におけるプラグコネクタのブーツ内に配置される。例えば、インバータは筐体１３０２内に配置されてもよく、一方で、整流器及びブースト回路はブーツ内に配置される。（この場合、ケーブル１３０４は、無線充電器デバイス１３００にＤＣ電力を供給することができる。）
上述のように、アクセサリデバイス２９０６は、ポータブル電子デバイス１００２用の保護ケースなどのパッシブアクセサリであってもよく、補助整列構成要素２９７０以外のどの構成要素も含む必要はない。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス２９０６は、アクティブデバイスとすることができる。例えば、アクセサリデバイス２９０６は、メモリバンク２９６２及び通信システム２９６３に結合されたコンピューティングシステム２９６１を含むことができる。コンピューティングシステム２９６１は、通信システム２９６３を用いて１つ以上の機能を実施するために、メモリバンク２９６２に記憶された命令を実行することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム２９６１は、ポータブル電子デバイス２９０４のユーザインタフェーステーマに関するデータを、メモリバンク２９６２からポータブル電子デバイス２９０４に通信システム２９６３を介して送信するよう構成され得、ポータブル電子デバイス２９０４は、このデータを使用して、そのユーザインタフェースを変更することができる。一例として、アクセサリデバイス２９０６は、その上に自動車の写真を有する保護ケースであってもよく、メモリバンク２９６２は、自動車関連のアイコン、アニメーション、及び／又はサウンドを有する自動車テーマを含むようにユーザインタフェースを構成するために記憶された情報を有する。従って、アクセサリデバイス２９０６がポータブル電子デバイス２９０２上に設置された場合、コンピューティングシステム２９４１は、アクセサリデバイス２９０６から自動車テーマのユーザインタフェースを受信することができ、受信された自動車テーマのデータに従ってユーザインタフェースシステム２９４３を変更することができる（例えば、何が表示されるか、どの音がイベントをシグナリングするために再生されるかなど）。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス２９０６はまた、ポータブル電子デバイス２９０４と無線充電器デバイス２９０２との間の無線充電を支援することができる無線充電構成要素２９６４を含むことができる。例えば、無線充電構成要素２９６４は、アクセサリデバイス２９０６を通る磁束の誘導を助けることができる磁性材料のブロックを含むことができる。又は、無線充電構成要素２９６４は、一対のインダクタコイルを含むことができ、無線充電器デバイス２９０２に近接して配置された一方のインダクタコイルは磁束を受信することができ、磁束は、ポータブル電子デバイス２９０４に近接して配置された他方のインダクタコイルに中継されることができ、それにより、受信した磁束はポータブル電子デバイス２９０４に再び送信され得る。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス２９０６は、後でポータブル電子デバイス２９０４に送達するために、最初に無線充電器デバイス２９０２から受信した電力を蓄積するためのバッテリ（図示せず）を含むことができる。
システム２９００は特定のブロックを参照して説明されるが、これらのブロックは説明の便宜上定義されたものであって、構成部品の特定の物理的配置を意味することを意図していないことは理解されるであろう。更に、これらのブロックは、物理的に別個の構成要素に対応する必要はなく、複数のブロックの態様を実施するために同じ物理的構成要素が使用されてもよい。ブロックは、例えば、プロセッサをプログラムすることによって、あるいは適切な制御回路を設けることによって様々な動作を行うように構成することができ、最初の構成がどのように得られるかによって、様々なブロックを再構成できることもあれば、できないこともある。本発明の実施形態は、無線充電動作及び／又はデバイス間の物理的整列が所望される他の動作を可能にするために、回路及びソフトウェアの任意の組み合わせを使用する電子デバイスを含む様々な装置において実現することができる。
４．移動可能な磁気整列構成要素を有するシステム
上述した実施形態では、磁気整列構成要素（環状磁気整列構成要素を含み、適用可能な場合、回転磁気整列構成要素を含む）が、デバイス筐体（又はエンクロージャ）に対して定位置に固定され、軸方向又は横方向に移動しないと仮定される（必須ではない）。これにより、固定された磁束が提供される。いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素のうちの１つ以上が軸方向に移動することが望ましい場合がある。例えば、本発明の様々な実施形態では、これらの磁気構造体によって提供される磁束を制限することが望ましい場合がある。磁束を制限することは、ユーザがこれらの磁気構造体のうちの１つを組み込んだ電子デバイスと携帯している可能性がある様々な料金決済カードの消磁を防止するのに役立ち得る。しかし、状況によっては、電子デバイスとアクセサリ又は第２の電子デバイスとの間の磁気引力を増大させるために、この磁束を増加させることが望ましい場合がある。また、磁気整列構成要素のうちの１つ以上が横方向に移動することが望ましい場合がある。例えば、電子デバイス及び取り付け構造体又は無線デバイスは、横方向に互いからオフセットされてもよい。磁気整列構成要素が横方向に移動する能力は、特にコイルが磁気整列構成要素と共に移動する場合に、このオフセットを補償し、デバイス間の結合を改善することができる。従って、本発明の実施形態は、これらの磁気構造体内の磁石の一部又は全てが位置を変えるか、又は他の方法で移動され得る構造を提供することができる。可動磁石を有する磁気構造体の例を、以下の図に示す。
図３０Ａ～３０Ｃは、本発明の一実施形態による可動磁石の例を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３０００は、磁石３０１０（例えば、本明細書に記載される環状又は回転磁気整列構成要素のうちのいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３０Ａでは、可動磁石３０１０は第１の電子デバイス３０００内に収容され得る。第１の電子デバイス３０００は、デバイスエンクロージャ３０３０、磁石３０１０、及びシールド３０２０を含むことができる。磁石３０１０は、非可動シールド３０２０に隣接する第１の位置（図示せず）にあってもよい。この位置では、磁石３０１０はデバイスエンクロージャ３０３０から分離され得る。結果として、デバイスエンクロージャ３０３０の表面における磁束３０１２は比較的低くなり得、それによって、磁気デバイス、及び決済カード上に記憶された情報などの磁気的に記憶された情報を保護する。第１の電子デバイス３０００内の磁石３０１０が第２の電子デバイス（図示せず）内の第２の磁石（図示せず）に引き付けられると、磁石３０１０は移動することができ、例えば、図示されるように、シールド３０２０から離れてデバイスエンクロージャ３０３０と隣接するよう移動することができる。この位置に磁石３０１０があると、デバイスエンクロージャ３０３０の表面における磁束３０１２は、比較的高くなり得る。磁束３０１２のこの増加により、第２の電子デバイスを第１の電子デバイス３０００に引き付けることが促進される。
この構成により、磁石３０１０がシールド３０２０から分離するのに大量の磁気引力が必要となり得る。従って、本発明のこれらの及び他の実施形態は、シールド部分及び戻り板部分に分割されるシールドを含むことができる。例えば、図３０Ｂでは、線３０６０は、シールド３０４０及び戻り板３０５０へのシールド３０２０の分割を示すために使用され得る。
図３０Ｃでは、可動磁石３０１０を第１の電子デバイス３０００内に収容され得る。第１の電子デバイス３０００は、デバイスエンクロージャ３０３０、磁石３０１０、シールド３０４０、及び戻り板３０５０を含むことができる。磁気引力がない場合、磁石３０１０は、シールド３０４０が戻り板３０５０に隣接し得るように、第１の位置（図示せず）に置かれ得る。ここでも、この構成では、デバイスエンクロージャ３０３０の表面における磁束３０１２は、比較的低くなり得る。磁石３０１０及び第１の電子デバイスは、第２の電子デバイス（図示せず）内の第２の磁石（図示せず）に引き付けられるため、磁石３０１０は移動することができ、例えば、図示されるように、戻り板３０５０から離れてデバイスエンクロージャ３０３０と隣接するよう移動することができる。この構成では、シールド３０４０は、戻り板３０５０から分離され得、デバイスエンクロージャ３０３０の表面における磁束３０１２が増加され得る。前述のように、磁束３０１２のこの増加により、第２の電子デバイスを第１の電子デバイス３０００に引き付けることが促進される。
本発明のこれらの及び他の実施形態では、可動磁石を案内するために、様々な筐体及び構造を使用することができる。更に、これらの可動磁石と共に、様々な表面を使用することができる。これらの表面は剛性であり得る。あるいは、これらの表面は、コンプライアントで、少なくともいくらか可撓性がある。次の図に実施例を示す。
図３１Ａ及び図３１Ｂは、本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３１００は、第１の磁石３１１０（例えば、本明細書に記載される環状又は回転磁気整列構成要素のうちのいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３１Ａは、第１の電子デバイス３１００内の可動第１の磁石３１１０を示す。第１の電子デバイス３１００は、第１の磁石３１１０、保護表面３１１２、筐体３１２０及び３１２２、コンプライアント構造体３１２４、シールド３１４０、及び戻り板３１５０を含み得る。この図では、第１の磁石３１１０は第２の磁石（図示せず）に吸引されず、従ってシールド３１４０は、戻り板３１５０に磁気吸引されるか、取り付けられる。この位置では、コンプライアント構造体３１２４は、拡張又は弛緩され得る。コンプライアント構造体３１２４は、エラストマー、シリコンゴムオープンセルフォーム、シリコンゴム、ポリウレタンフォーム、又は他のフォーム若しくは他の圧縮性材料で形成することができる。
図３１Ｂでは、第２の電子デバイス３１６０は、第１の電子デバイス３１００に近接させられている。第２の磁石３１７０は、第１の磁石３１１０を引き付けることができ、それによってシールド３１４０及び戻り板３１５０を分離させることができる。筐体３１２０及び３１２２は、コンプライアント構造体３１２４を圧縮することができ、それにより、第１の電子デバイス３１００の保護表面３１１２は第２の電子デバイス３１６０の筐体３１８０に向かって又はそれに隣接するよう移動することが可能になる。第２の磁石３１７０は、筐体３１９０又は他の構造によって第２の電子デバイス３１６０内の決まった場所で保持することができる。第２の電子デバイス３１６０が第１の電子デバイス３１００から取り外されると、第１の磁石３１１０及びシールド３１４０は、図３１Ａに示すように、戻り板３１５０に磁気吸引され得る。
図３２Ａ及び図３２Ｂは、本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３２００は、第１の磁石３２１０（例えば、本明細書に記載される環状又は回転磁気整列構成要素のうちのいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３２Ａは、第１の電子デバイス３２００内の可動第１の磁石３２１０を示す。第１の電子デバイス３２００は、第１の磁石３２１０、柔軟な表面３２１２、筐体部分３２２０及び３２２２、シールド３２４０、及び戻り板３２５０を含むことができる。この図では、第１の磁石３２１０は第２の磁石に吸引されず、従ってシールド３２４０は、戻り板３２５０に磁気的に取り付けられるか、又は吸引される。この位置では、柔軟な表面３２１２を弛緩させることができる。柔軟な表面３２１２は、エラストマー、シリコンゴムの連続気泡フォーム、シリコンゴム、ポリウレタンフォーム、又は他のフォーム若しくは他の圧縮性材料で形成することができる。
図３２Ｂでは、第２の電子デバイス３２６０は、第１の電子デバイス３２００に近接させられている。第２の磁石３２７０は、第１の磁石３２１０を引き付けることができ、それによってシールド３２４０及び戻り板３２５０を互いから分離させることができる。第１の磁石３２１０は、柔軟な表面３２１２を第２の電子デバイス３２６０に向かって引き伸ばすことができ、それにより、第１の電子デバイス３２００の第１の磁石３２１０が第２の電子デバイス３２６０の筐体３２８０に向かって移動することが可能になる。第２の磁石３２７０は、筐体３２９０又は他の構造によって第２の電子デバイス３２６０内の決まった場所で保持することができる。第２の電子デバイス３２６０が第１の電子デバイス３２００から取り外されると、第１の磁石３２１０及びシールド３２４０は、図３２Ａに示すように、戻り板３２５０に磁気吸引され得る。
図３３～３５は、本発明の一実施形態による可動磁気構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３３００は、第１の磁石３３１０（例えば、本明細書に記載される環状又は回転磁気整列構成要素のうちのいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３３では、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０は、第１の電子デバイス３３００における戻り板３３５０に磁気吸引又は取り付けられることができる。第１の電子デバイス３３００は、デバイスエンクロージャ３３２０内に少なくとも部分的に収容され得る。図３４では、第２の電子デバイス３３６０の筐体３３８０は、方向３３８５に、第１の電子デバイス３３００のデバイスエンクロージャ３３２０の表面にわたって横方向に移動することができる。第２の電子デバイス３３６０内の第２の磁石３３７０は、第１の電子デバイス３３００内の第１の磁石３３１０を引き付け始めることができる。この磁気引力３３１５は、シールド３３４０と戻り板３３５０との間の磁気吸引３３４５を克服することによって、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０を戻り板３３５０から引き離すことができる。図３５では、第２の電子デバイス３３６０内の第２の磁石３３７０は、第１の電子デバイス３３００内の第１の磁石３３１０と整列している。第１の磁石３３１０及びシールド３３４０は、戻り板３３５０から引き離され、それによって磁気引力３３４５が低減される。第１の磁石３３１０は、デバイスエンクロージャ３３２０の近くに又は隣接するよう移動し、それにより、第２の電子デバイス３３６０内の第２の磁石３３７０への磁気引力３３１５が増加される。
図３３～３５に示されるように、第１の電子デバイス３３００内の第１の磁石３３１０と第２の電子デバイス３３６０内の第２の磁石３３７０との間の磁気引力は、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０が戻り板３３５０から引き離されるときに増加し得る。このことを以下の図に図表を用いて示す。
図３６は、第１の電子デバイス内の第１の磁石と第２の電子デバイス内の第２の磁石との間の垂直抗力をそれらの横方向のオフセットの関数として示す。図３３～３６に示されるように、第１の磁石３３１０と第２の磁石３５７０との間のオフセットが大きいと、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０は、第１の電子デバイス３３００内の戻り板３３５０に取り付けられたままでもよく、磁気引力３３１５は最小となり得る。この磁気引力を克服するために必要なせん断力は、ここでは曲線３６１０として示される。図３４に示すように、第１の磁石３３１０と第２の磁石３３７０との間のオフセット又は横方向距離が減少するにつれて、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０は、戻り板３３５０から引き離されるか又は分離され得、それにより、第１の磁石３３１０と第２の磁石３３７０との間の磁気引力３３１５が増加する。これは、ここでは不連続３６２０として示される。図３５に示すように、第１の磁石３３１０及び第２の磁石３３７０が整列すると、磁気引力３３１５は曲線３６３０に沿って最大３６４０まで増加する。曲線３６１０と曲線３６３０との間の差は、第１の磁石３３１０が軸方向に移動することができる結果として生ずる、第２の電子デバイス３３６０のような電話又は他の電子デバイスと、第１の電子デバイス３３００のような取り付け可能な無線充電デバイス又は他のアクセサリデバイスとの間の磁気引力の増加を示すことができる。本実施例では、第１の磁石３３１０は横方向に移動しないが、他の実施例では、そのような移動が可能であることにも留意されたい。第１の磁石３３１０が横方向に移動することが可能である場合、曲線３６３０は、ゼロのオフセットから第１の磁石３３１０の可能な横方向の移動の範囲によって克服され得るオフセットまで平坦なピークを有することができる。
図３７は、第１の電子デバイス内の第１の磁石と第２の電子デバイス内の第２の磁石との間のせん断力をそれらの横方向のオフセットの関数として示す。第１の磁石３３１０と第２の磁石３３６０との間にオフセットがないと、図３３に示すように、第２の磁石３３７０を第１の磁石３３１０に対して移動させるせん断力はない。オフセットが増加するにつれて、磁石を再整列させることを試みる力であるせん断力は、曲線３７４０に沿って増加することができる。不連続３７１０において、第１の磁石３３１０及びシールド３３４０は、（図３３～４２に示されるように）戻り板３３５０に戻ることができ、それにより、点３７２０に磁気せん断力が減少される。磁気せん断力は、オフセットが増加するにつれて、曲線３７３０に沿って降下し続けることができる。曲線３７３０と曲線３７４０との間の差は、第１の磁石３３１０が軸方向に移動することができる結果として生ずる、第２の電子デバイス３３６０のような電話又は他の電子デバイスと、第１の電子デバイス３３００のような取り付け可能な無線充電デバイス又は他のアクセサリデバイスとの間の磁気引力の増加を示すことができる。本実施例では、第１の磁石３３１０は横方向に移動しないが、他の実施例では、そのような移動が可能であることにも留意されたい。第１の磁石３３１０が横方向に移動可能である場合、曲線３７３０は、第２の磁石３３７０の横方向の移動が第１の磁石３３１０の可能な横方向の移動の範囲を克服するまで、ゼロにとどまることができる。
本発明のこれらの及び他の実施形態では、このせん断力を更に増加させることが望ましい場合がある。従って、本発明の実施形態は、このせん断力を増加させるために、様々な高摩擦又は高スティクション表面、吸引カップ、ピン、又は他の構造を提供することができる。次の図に実施例を示す。
図３８Ａ及び３８Ｂは、本発明の一実施形態に係る、高摩擦又は高スティクション表面を備える可動磁石を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３８００は、第１の磁石３８１０（例えば、本明細書に記載される環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３８Ａでは、第１の磁石３８１０及びシールド３８４０は、第１の電子デバイス３８００における戻り板３８５０に磁気吸引又は取り付けられることができる。第１の電子デバイス３８００は、デバイスエンクロージャ３８２０内に収容され得る。デバイスエンクロージャ３８２０の表面の一部又は全ては、コーティング、層、又は他の構造体３８２２を有することができる。構造体３８２２は、高摩擦又は高スティクション表面を提供することができる。図３８Ｂでは、第１の磁石３８１０及びシールド３８４０は、第２の電子デバイス（図示せず）内の第２の磁石（図示せず）に引き付けることができる。前述のように、戻り板３８５０からの第１の磁石３８１０及びシールド３８４０の分離は、第２の電子デバイスを第１の電子デバイス３８００に対して決まった場所で保持するために、増加した量の磁束を提供することができる。構造体３８２２は、第１の電子デバイス３８００と第２の電子デバイスとの間の摩擦又はスティクションを、横方向又はせん断方向に増加させることができる。
図３９Ａ及び３９Ｂは、本発明の一実施形態による、高摩擦又は高スティクション表面を備える可動磁石を示す。この実施例では、第１の電子デバイス３９００は、第１の磁石３９１０（例えば、本明細書に記載される環状又は回転磁気整列構成要素のうちのいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図３９Ａでは、第１の磁石３９１０及びシールド３９４０は、第１の電子デバイス３９００における戻り板３９５０に磁気吸引又は取り付けられることができる。第１の電子デバイス３９００は、デバイスエンクロージャ３９２０内に収容され得る。デバイスエンクロージャ３９２０の表面の一部又は全部は、本例では第１の磁石３９１０の上に、コーティング、層、又は他の構造体３９２２を有し得る。構造体３９２２は、高摩擦又は高スティクション表面を提供することができる。図３９Ｂでは、第１の磁石３９１０及びシールド３９４０は、第２の電子デバイス（図示せず）内の第２の磁石（図示せず）に引き付けることができる。これにより、第１の磁石３９１０及びシールド３９４０が戻り板３８５０から分離され、それによって、柔軟でもコンプライアントでもよい構造体３９２２が変形される。前述のように、第１の磁石３９１０は、第２の電子デバイスを第１の電子デバイス３９００に対して決まった場所で保持するために、増加した量の磁束を提供することができる。構造体３９２２は、第１の電子デバイス３９００と第２の電子デバイスとの間の摩擦又はスティクションを、横方向又はせん断方向に増加させることができる。
図４０Ａ及び４０Ｂは、本発明の一実施形態による、高摩擦表面を備える可動磁石を示す。この実施例では、第１の電子デバイス４０００は、第１の磁石４０１０（例えば、本明細書に記載される一次環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図４０Ａでは、第１の磁石４０１０及びシールド４０４０は、第１の電子デバイス４０００における戻り板４０５０に磁気吸引又は取り付けられることができる。第１の電子デバイス４０００は、デバイスエンクロージャ４０２０内に収容され得る。デバイスエンクロージャ４０２０の表面の一部又は全部は、本例では第１の電子デバイス４０００の上表面の上に、コーティング、層、又は他の構造体４０２２を有し得る。構造体４０２２は、高摩擦又は高スティクション表面を提供することができる。図４０Ｂでは、第１の磁石４０１０及びシールド４０４０は、第２の電子デバイス（図示せず）内の第２の磁石（図示せず）に引き付けることができる。第１の磁石４０１０及びシールド４０４０を戻し板４０５０から分離することにより、構造体４０２２によって形成された上面を上方に押すことができ、高摩擦表面で第２の電子デバイスと係合することができる。前述のように、第１の磁石４０１０は、第２の電子デバイスを第１の電子デバイス４０００に対して決まった場所で保持するために、増加した量の磁束を提供することができる。構造体４０２２は、第１の電子デバイス４０００と第２の電子デバイスとの間の摩擦又はスティクションを、横方向又はせん断方向に増加させることができる。
図４１Ａ及び４１Ｂは、本発明の一実施形態による、高摩擦又は高スティクション表面を備える別の可動磁石を示す。この実施例では、第１の電子デバイス４１００は、第１の磁石４１１０（例えば、本明細書に記載される環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図４１Ａでは、第１の磁石４１１０及び第１のシールド４１５０は、第１の電子デバイス４１００のデバイスエンクロージャ４１２０内の決まった場所に固定することができる。デバイスエンクロージャ４１２０の表面の一部又は全ては、コーティング、層、又は他の構造体４１２２を有することができる。構造体４１２２は、高摩擦又は高スティクション表面を提供することができる。第１の電子デバイス４１００は、摺動機構４１９０に取り付けることができる可動第２の磁石４１９１及び第２のシールド４１９２を更に含むことができる。図４１Ｂでは、第２の電子デバイス（図示せず）が第１の電子デバイス４１００と接触することにより、摺動機構４１９０が押下され、第２の磁石４１９１を第２のシールド４１９２及びデバイスエンクロージャ４１２０の上面から離れるように移動させる。第２の磁石４１９１の極性は、第１の磁石４１１０の極性と反対に、又は反対にすることができ、摺動機構４１９０が押下されると、デバイスエンクロージャ４１２０の上面における正味磁束が増加する。構造体４１２２は、第１の電子デバイス４１００と第２の電子デバイスとの間の摩擦又はスティクションを、横方向又はせん断方向に増加させることができる。
図４３は、図４２の可動磁石構造の部分透視図を示す。第１の電子デバイス４２００は、デバイスエンクロージャ４２２０内に収容され得る。前述のように、第１の電子デバイス４２００は、誘導性充電、近距離通信補完、又は構成要素４２７８のための他の電子回路を含むことができる。戻り板４２５０（図４２に示す）をビーム４２７０に取り付けることができる。
図４４は、図４２の電子デバイスの別の切断側面図を示す。第１の電子デバイス４２００は、デバイスエンクロージャ４２２０内に収容され得る。前述のように、第１の電子デバイス４２００は、誘導性充電、近距離通信構成要素、又は構成要素４２７８のための他の電子回路を含むことができる。戻り板４２５０はビーム４２７０に取り付けることができる。第１の磁石４２１０及びシールド４２４０は、戻り板４２５０に引き付けられるか、又は取り付けられ得る。高摩擦又は高スティクション構造体４２２２は、第１の電子デバイス４２００の上面の一部又は全部を覆うことができる。ビーム４２７０は、戻り板４２５０に取り付けることができ、点４２７４で固定することができ、デバイスエンクロージャ４２２０の上面の上方に先端部４２７２が延在することができる。
図４５及び４６は、第２の電子デバイスと係合するときの図４２の電子デバイスを示す。図４５では、第２の電子デバイス４２８０は、第２の磁石４２９０を含むことができる。第２の電子デバイス４２８０は、第１の電子デバイス４２００と係合することができる。第１の電子デバイス４２００は、第１の磁石４２１０、シールド４２４０、及び戻り板４２５０を含むことができる。戻り板４２５０はビーム４２７０に取り付けることができる。ビーム４２７０は、デバイスエンクロージャ４２２０の上面の上方に延在することができる先端部４２７２を含み得る。先端部４２７２は、第２の電子デバイス４２８０が第１の電子デバイス４２００と整列されるか、又はほぼ整列されるまで、第２の電子デバイス４２８０が第１の電子デバイス４２００の高摩擦又は高スティクション構造体４２２２と係合することを防止することができる。ビーム４２７０は、点４２７４においてデバイスエンクロージャ４２２０に取り付けられ得る。第１の電子デバイス４２００は、構成要素４２７８を含むことができる。
図４６では、第２の電子デバイス４２８０は、第１の電子デバイス４２００と整列され得る。これが起こると、第１の磁石４２１０及びシールド４２４０を戻り板４２５０から取り外すことができる。これにより、第２の電子デバイス４２８０内の第２の磁石４２９０と第１の磁石４２１０と第１の電子デバイス４２００との間の磁束を増加させることができる。先端部４２７２は、この磁気引力の増加に起因してデバイスエンクロージャ４２２０内に押下され、それによって、シールド４２４０から戻り板４２５０を更に押し離すことができる。高摩擦又は高スティクション構造体４２２２は、第２の電子デバイス４２８０と係合して、第１の電子デバイス４２００から第２の電子デバイス４２８０を取り外すのに必要なせん断力を増大させることができる。
本発明のこれらの及び他の実施形態では、電子デバイス内の磁石の移動を制約するために、様々な構造を使用することができる。次の図に実施例を示す。
図４７Ａ及び図４７Ｂは、本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス４７００は、第１の磁石４７１０（例えば、本明細書に記載される環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図４７Ａにおいて、磁石４７１０、シールド４７４０、及び構造体４７７０は、電子デバイス４７００内のデバイスエンクロージャ４７２０によって収容され得る。構造４７７０は、タブ４７２４に嵌合することができるノッチ４７７２を含むことができる。図４７Ｂでは、磁石４７１０は、シールド４７４０及び構造体４７７０と共に移動している。ノッチ４７７２は、シールド４７４０が戻り板４７５０から取り外される際にタブ４７２４を受け入れる。これにより、電子デバイス４７００内の磁石４７１０の動きが制約され得る。電子デバイス４７００は、上部デバイスエンクロージャ部分４７２２を含むことができる。タブ４７２４は、上部デバイスエンクロージャ部分４７２２の一部として、又は、それとは別個に形成されてもよい。
図４８Ａ及び図４８Ｂは、本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス４８００は、第１の磁石４８１０（例えば、本明細書に記載される環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図４８Ａでは、磁石４８１０、シールド４８４０、及び戻り板４８５０は、電子デバイス４８００のデバイスエンクロージャ４８２０内に収容され得る。上部デバイスエンクロージャ部分４８２２は、ガイド４８２４を含み得る。ガイド４８２４は、電子デバイス４８００内の磁石４８１０の動きを制約することができる。図４８Ｂでは、磁石４８１０及びシールド４８４０は、戻り板４８５０から取り外され、ガイド４８２４によって定位置に誘導される。ガイド４８２４は、１つ以上の面取り縁部４８２５を含むことができる。ここでも、ガイド４８２４は、電子デバイス４８００の上部デバイスエンクロージャ部分４８２２と共に、又はそれとは別個に形成することができる。
図４９Ａ及び図４９Ｂは、本発明の一実施形態による電子デバイス内の磁石の動きを制約するための構造を示す。この実施例では、第１の電子デバイス４９００は、第１の磁石３０１０（例えば、本明細書に記載される環状磁気整列構成要素のいずれかであり得る）を有する無線充電器デバイス又は他のデバイスとすることができる。図４９Ａでは、磁石４９１０、シールド４９４０、及び戻り板４９５０は、電子デバイス４９００のデバイスエンクロージャ４９２０内に収容され得る。磁石４９１０及びシールド４９４０は、構造体４９７０によって支持され得る。構造体４９７０は、アクチュエータ４９７２を介してアンカー４９７４に取り付けることができる。アクチュエータ４９７２は、各端部にヒンジ４９７３及び４９７５を有して、構造体４９７０がアンカー４９７４に対して移動することを可能にする。アンカー４９７４は、上部デバイスエンクロージャ部分４９２２又はデバイスエンクロージャ４９２０のいずれかの部分に取り付けられるか、又はそのいずれかの部分として形成されてもよい。図４９Ｂでは、磁石４９１０及びシールド４９４０が、戻り板４９５０から取り外される。アクチュエータ４９７２は、位置を変えているが、構造体４９７０をアンカー４９７４に接続し続けている。アンカー４９７４は、上部デバイスエンクロージャ部分４９２２又はデバイスエンクロージャ４９２０のいずれかの部分に取り付けられるか、又はそのいずれかの部分として形成されてもよい。
５．磁気整列システム内のＮＦＣ回路
様々な用途のために、磁気整列構成要素を有するデバイスが、整列される他のデバイスを識別することを可能にすることが望ましい場合がある。デバイス間の通信プロトコルを定義する無線充電規格をデバイスがサポートするいくつかの実施形態では、デバイスは、そのプロトコルを通信するために使用することができる。例えば、無線電力伝送のＱｉ規格は、誘導コイルの変調方式を介して、受電デバイス（すなわち、無線で伝送される電力を受信するための誘導コイルを有するデバイス）が送電デバイス（すなわち、別のデバイスに無線で電力を伝送するための時間変化磁場を性絵師する誘導コイルを有するデバイス）に情報を通信することを可能にする通信プロトコルを定義する。Ｑｉ通信プロトコル又は同様のプロトコルは、デバイス識別若しくは充電状態などの情報、又は受電デバイスから送電デバイスへの電力伝送を増減するリクエストを通信するために使用され得る。
いくつかの実施形態では、近接無線通信（ＮＦＣ）サブシステムなどの別個の通信サブシステムは、１つのデバイス内に位置するタグ回路から別のデバイス内に位置するリーダ回路へのデバイス識別を含む追加通信を可能にするために提供され得る。（本明細書で使用するとき、「ＮＦＣ」は、互いに近接しているアンテナ構造体、例えば、ワイヤのコイル間でデータを通信するために、近距離電磁放射線を用いる既知の標準プロトコルを含む様々なプロトコルを包含する。）例えば、環状磁気整列構成要素を有する各デバイスは、環状磁気整列構成要素の内側に配置されており、環状磁気整列構成要素と同心に配置され得るＮＦＣコイルを有することができる。デバイスが誘導性充電コイル（送電コイル又は受電コイルとすることができる）も有する場合、ＮＦＣコイルは、誘導性充電コイルと環状磁気整列構成要素との間の環状隙間内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスのそれぞれの磁気整列構成要素とアクセサリデバイスとが整列された場合にポータブル電子デバイスがアクセサリデバイスを識別することを可能にするために、ＮＦＣプロトコルを使用することができる。例えば、ポータブル電子デバイスのＮＦＣコイルはＮＦＣリーダ回路に結合され得、アクセサリデバイスのＮＦＣコイルはＮＦＣタグ回路に結合され得る。デバイスを近接させると、ポータブル電子デバイスのＮＦＣリーダ回路は起動されてアクセサリデバイスのＮＦＣタグが読み取られる。このようにして、ポータブル電子デバイスは、アクセサリデバイスから情報（例えば、デバイス識別）を取得することができる。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス内のＮＦＣリーダは、相補的な磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスが整列されたときに予想される変化に対応する、ポータブル電子デバイス内のＤＣ（又は静的）磁場の変化を検出することによって、トリガされ得る。予想される変化が検出されると、他のデバイスが存在すると仮定して、ＮＦＣリーダを起動して、他のデバイス内のＮＦＣタグを読み取ることができる。
ここで、ＮＦＣ回路及び磁気整列構成要素を組み込んだデバイスの例を説明する。
５．１．ＮＦＣリーダ回路を有するポータブル電子デバイス
図５０は、いくつかの実施形態による、ポータブル電子デバイス５００４の簡略化された背面図を示す。本実施例では、ポータブル電子デバイス５００４はスマートフォンであるが、異なるフォームファクタを有する他のデバイスを置換することができる。ポータブル電子デバイス５００４は、無線受電コイルアセンブリ５０１２を含み得る。無線受電コイルアセンブリ５０１２は、別のデバイスからの誘導電力伝送のための無線受電コイル、並びに無線受電コイルの一部又は全ての表面の周りに配置されたＡＣ磁気及び／又は電気シールドを含むことができる。二次環状磁気整列構成要素５０１８は、無線受電コイルアセンブリ５０１２の周りに配置することができる。二次環状磁気整列構成要素５０１８は、図示するように環状構成で配置された多数の弓状磁石５０２８を含み得る。各弓状磁石５０２８は、径方向成分、例えば、径方向内方又は径方向外方の磁気配向を有することができる。（ポータブル電子デバイス５００４に含まれ得る二次環状磁気整列構成要素の実施例は、セクション１及び３に記載される。）いくつかの実施形態では、二次環状磁気整列構成要素５０１８は、（例えば、図１１を参照して上述したように）隙間５００１を含むことができ、これは、ポータブル電子デバイス５００４の厚さを追加することなく、無線受電コイルアセンブリ５０１２への電気接続のための空間を提供することができる。いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス５００４は、セクション２で上述したように実装することができる回転整列構成要素５０２４も含むことができる。ポータブル電子デバイス５００４は、無線受電コイルアセンブリ５０１２及び二次環状磁気整列構成要素５０１８などの構成要素がユーザに見えないように、不透明な裏側筐体（図５０には図示せず）を有し得ることも理解されたい。
いくつかの実施形態によれば、ＮＦＣコイル５０６０は、二次環状磁気整列構成要素５０１８と無線受電コイルアセンブリ５０１２との間の環状隙間領域内に配置することができる。ＮＦＣコイル５０６０は、例えば、ＮＦＣリーダ回路（図示せず）に接続された端子５０６２ａ、５０６２ｂを有する二本鎖ワイヤ（例えば、銅又は他の導電性材料で作製することができる）の単一のターンであってもよい。一般的に従来の設計であり得るＮＦＣリーダ回路は、二次環状磁気整列構成要素５０１８から離れてポータブル電子デバイス５００４のメインロジックボード上に配置され得る。いくつかの実施形態では、二次環状磁気整列構成要素５０１８と無線受電コイルアセンブリ５０１２との間の環状隙間領域内にＮＦＣコイル５０６０を配置することにより、ＮＦＣコイル５０６０を無線受電コイルアセンブリ５０１２内に生成されたＡＣ電磁場から、及び二次環状磁気整列構成要素５０１８のＤＣ磁場から遮蔽することができる。例えば、遮蔽は、（セクション１及び３に上述したように）一次磁気整列構成要素に結合された場合に、受電コイルアセンブリ５０１２内のＡＣシールドと弓状磁石セクションの閉ループ構成との組み合わせによって提供され得る。
図５１は、いくつかの実施形態による、ＮＦＣリーダを組み込んだポータブル電子デバイス用の無線充電及び整列アセンブリ５１００の分解図を示す。無線充電及び整列アセンブリ５１００は、無線受電コイルアセンブリ５０１２及び二次環状磁気整列構成要素５０１８を含むことができる。無線受電コイルアセンブリ５０１２及び二次環状磁気整列構成要素５０１８は、感圧接着剤（ＰＳＡ）の層５１０１上に配置することができる。いくつかの実施形態では、無線受電コイルアセンブリ５０１２のための電気シールド５１０３は、例えば、銀又は他の導電性材料を適切なパターンで堆積させることによって、ＰＳＡ層５１０１の一部分上に配置することができる。技術分野において既知であるように、電気シールド５１０３は、ＡＣ磁場が通過することを可能にしながら、動作中に無線送電コイル５０１２によって放射されたＡＣ電界を遮断することができる。ＮＦＣコイル５０６０は、電気シールド５１０３の外側縁部と二次環状磁気整列構成要素５０１８の内側縁部との間の空間において、ＰＳＡ層５１０１上に配置することができる。ＮＦＣコイル５０６０は、例えば、単一ターン多層撚りワイヤコイルとすることができる。電磁シールドアセンブリ５１０７は、無線受電コイルアセンブリ５０１２、ＮＦＣコイル５０６０、及び二次環状磁気整列構成要素５０１８の遠位表面上に配置することができ、それにより、無線受電コイルアセンブリ５０１２及びＮＦＣコイル５０６０によって生成された電磁場からポータブル電子デバイス５００４の他の構成要素を遮蔽することができる。
図５２は、図５１のアセンブリ５１０４を組み込んだ図５０のポータブル電子デバイス５００４の一部分の簡略化された断面図を示す。図示するように、無線充電及び整列アセンブリ５１００は、ポータブル電子デバイス５００１の前側筐体５２０３と後側筐体５２０５との間に配置することができる。いくつかの実施形態では、前側筐体５２０３は、タッチスクリーンディスプレイとすることができるか、又はそれを組み込むことができる。後側筐体５２０５は、ガラス若しくはプラスチック、又は無線電力若しくはデータ転送、あるいは二次環状整列構成要素５０１２などの環状整列構成要素の磁場と干渉しない任意の他の材料で作製することができる。アセンブリ５１００は、後側筐体５２０５に向けてＰＳＡ層５１０１及び電気シールド５１０３と配向され、前側筐体５２０３に向けてシールドアセンブリ５１０７と配向され、後側筐体５２０５を通じた無線充電を可能にするため。
ポータブル電子デバイス５００４は例示的なものであり、変形及び変更が可能であることは理解されるであろう。無線充電及び整列アセンブリ５１０４などのアセンブリは、様々な電子デバイスに組み込むことができる。いくつかの実施形態では、ＮＦＣコイル５０６０及びそれに結合されたＮＦＣリーダ回路は、二次磁気整列構成要素５０１８に相補的な一次磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスを識別するための専用であり、ポータブル電子デバイス５００４は、ＮＦＣ技術を含む他のアプリケーション（店頭支払トランザクションなど）のための１つ以上の他のＮＦＣコイル及び付随回路を含むことができる。
５．２．ＮＦＣタグ回路を有する無線充電器デバイス
いくつかの実施形態では、ＮＦＣタグは、無線充電器及び環状整列構造体を含むデバイス内に位置されてもよい。ＮＦＣタグは、無線充電器デバイスが相補的な環状整列構造体及びＮＦＣリーダを有するポータブルデバイスと整列されると、ＮＦＣタグがポータブル電子デバイスのＮＦＣリーダによって読み取り可能であるように、配置され及び構成され得る。
図５３は、いくつかの実施形態によるＮＦＣタグを組み込んだ無線充電器デバイス５３０２の分解図を示し、図５４Ａは、いくつかの実施形態による無線充電器デバイス５３０２の部分断面図を示す。図５３に示すように、無線充電器デバイス５３０２は、プラスチック又は金属（例えば、アルミニウム）で作製することができるエンクロージャ５３０４と、シリコーン、プラスチック、ガラス、又はＡＣ及びＤＣ磁場に対して透過性である他の材料で作製され得る充電面５３０６と、を含むことができる。充電面５３０６は、エンクロージャ５３０４．の上部の円形開口部５３０３内に嵌合するように成形することができる。
無線送電コイルアセンブリ５３１１は、エンクロージャ５３０４内に配置することができる。無線送電コイルアセンブリ５３１１は、別のデバイスへの誘導電力伝送のための無線送電コイル５３１２、並びに無線送電コイル５３１２の一部又は全ての表面の周りに配置されたＡＣ磁気及び／又は電気シールド５３１３を含むことができる。無線送電コイル５３１２を制御する制御回路５３１４（例えば、ロジックボード及び／又は電力回路を含むことができる）は、コイル５３１２の中心及び／又はコイル５３１２の下に配置することができる。いくつかの実施形態では、制御回路５３１４は、Ｑｉプロトコル又は他のプロトコルなどの無線充電プロトコルに従って、無線送電コイル５３１２を動作させることができる。
一次環状磁気整列構成要素５３１６は、無線送電コイルアセンブリ５３１１を取り囲むことができる。一次環状磁気整列構成要素５３１６は、図示するように環状構成で配置された多数の弓状磁石セクションを含むことができる。各弓状磁石セクションは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、磁気的に偏光されていない中央弓状領域と、を含むことができる。（実施例は、上記項１及び３に記載される。）いくつかの実施形態では、一次環状磁気整列構成要素５３１６の直径及び厚さは、図５４Ａに最も良く見られるように、一次環状磁気整列構成要素５３１６の弓状磁石セクションがエンクロージャ５３０４の上面のリップ５３０９の下に嵌るよう、選択される。例えば、各弓状磁石セクションは、内側領域及び外側領域を磁化する前又は後のいずれかで、リップ５３０９の下の位置に挿入することができる。いくつかの実施形態では、一次環状磁気整列構成要素５３１６は、２つの隣接する弓状磁石セクションの間に隙間５３３６を有することができる。隙間５３３６は、外部ワイヤが無線送電コイル５３１２及び／又は制御回路５３１４に接続されることを可能にするために、エンクロージャ５３０４の側面における開口部５３０７と整列され得る。
支持リングサブアセンブリ５３４０は、軸方向に延在する環状フレーム５３４２と、フレーム５３４２の上縁部にある摩擦パッド５３４４とを含むことができる。摩擦パッド５３４４は、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）などのシリコーン又は熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）などの材料で作製することができ、充電面５３０６に対する支持及び保護を提供することができる。フレーム５３４２は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ガラス繊維強化ポリカーボネート（ＧＦＰＣ）、又はガラス繊維強化ポリアミド（ＧＦＰＡ）などの材料で作製することができる。フレーム５３４２は、その上に配置されたＮＦＣコイル５３６４を有することができる。例えば、ＮＦＣコイル５３６４は、フレーム５３４２上に巻かれた銅ワイヤ又は他の導電性ワイヤで作製された４ターン又は５ターンのソレノイドコイルとすることができる。ＮＦＣコイル５３６４は、制御回路５３１４の一部であり得るＮＦＣタグ回路（図示せず）に電気的に接続され得る。ＮＦＣ回路の関連する設計原理は、技術分野において周知であり、詳細な説明は省略される。フレーム５３４２は、一次環状磁気整列構成要素５３１６と無線送電コイルアセンブリ５３１１との間の隙間領域５３１７に挿入され得る。いくつかの実施形態では、隙間領域５３１７は、無線送電コイル５３１２内で生成されたＡＣ電磁場からＡＣシールド５３１３によって遮蔽され、また、一次環状磁気整列構成要素５３１６のＤＣ磁場から弓状磁石セクションの閉ループ構成によって遮蔽される。
図５４Ｂは、いくつかの実施形態による、別の無線充電器デバイス５４０２の部分断面図を示す。無線充電器デバイス５４０２は、図５３及び５４Ａの無線充電器デバイス５３０２と概ね類似している。例えば、無線充電器デバイス５４０２は、プラスチック又は金属（例えば、アルミニウム）で作製することができるエンクロージャ５４０４と、シリコーン、プラスチック、ガラス、又はＡＣ及びＤＣ磁場に対して透過性のある他の材料で作製され得る充電面５４０６と、を含むことができる。充電面５４０６は、エンクロージャ５４０４の上部の円形開口部内に嵌合するように成形され得る。無線送電コイルアセンブリ５４１１は、エンクロージャ５３０４内に配置することができる。無線送電コイルアセンブリ５４１１は、無線送電コイルアセンブリ５３１１と類似又は同一である。制御回路５３１４と類似又は同一であり得る制御回路５４１４は、例えば、コイルアセンブリ５４１１の下に配置することができる。
一次環状磁気整列構成要素５４１６は、無線送電コイルアセンブリ５４１１を取り囲むことができる。一次環状磁気整列構成要素５４１６は、一次環状磁気整列構成要素５３１６と類似又は同一であり得る。いくつかの実施形態では、一次環状磁気整列構成要素５４１６の直径及び厚さは、図５４Ａに示す構成と同様に、一次環状磁気整列構成要素５４１６の弓状磁石セクションがエンクロージャ５４０４の上面でリップ５４０９の下に嵌るように、選択される。
支持フレーム５４４２は、エンクロージャ５４０４と上部キャップ５４０６との間に延在することができる。支持リングサブアセンブリは、ポリカーボネート（ＰＣ）、ガラス繊維強化ポリカーボネート（ＧＦＰＣ）、又はガラス繊維強化ポリアミド（ＧＦＰＡ）などの材料で作製することができる。フレーム５４４２は、その上面上で、その上に配置されたＮＦＣコイル５４６４を有することができる。例えば、ＮＦＣコイル５４６４は、フレーム５４４２上に巻かれた銅ワイヤ又は他の導電性ワイヤの同心円のターンで作製された４ターン又は５ターンの平面コイルとすることができる。（あるいは、コイル５３６４と同様のソレノイド巻回ＮＦＣコイルを使用することができる。）ＮＦＣコイル５４６４は、制御回路５４１４の一部であり得るＮＦＣタグ回路（図示せず）に電気的に接続され得る。フレーム５４４２は、一次環状磁気整列構成要素５４１６と無線送電コイルアセンブリ５４１１との間の隙間領域に挿入され得る。いくつかの実施形態では、隙間領域５４１７は、無線送電コイル５４１２内で生成されたＡＣ電磁場からＡＣシールド５４１３によって遮蔽され、また、一次環状磁気整列構成要素５４１６のＤＣ磁場から弓状磁石セクションの閉ループ構成によって遮蔽される。
５．３．ＮＦＣタグ回路を有するアクセサリデバイス
セクション３で上述したように、携帯電話用のケースなどのアクセサリデバイスは、無線充電コイルを有する又は有さない、補助磁気整列構成要素を含み得る。補助磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスがアクセサリデバイスに取り付けられている（例えば、挿入される）状態で、充電器デバイスの無線充電送電コイルをポータブル電子デバイスの無線充電受電コイルと整列させるよう一次磁気整列構成要素及び二次整列構成要素の使用をサポートするための「リピータ」として機能することができる。
いくつかの実施形態では、ＮＦＣタグ回路及びコイルは、補助磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスに組み込まれてもよい。ＮＦＣタグは、ポータブル電子デバイスのＮＦＣリーダによって（例えば、上述のように、ポータブル電子デバイス５００４のＮＦＣコイル５０６０及び関連するＮＦＣリーダ回路を使用して）読み取られることで、アクセサリデバイスがポータブル電子デバイスに近接して整列される場合にポータブル電子デバイスがアクセサリデバイスを識別することを可能にする。
図５５は、いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路及びコイルを有する補助整列構成要素を組み込んだアクセサリデバイス５５００の一例を示す。アクセサリデバイス５５００は、例えば、ポータブル電子デバイス５００４（例えば、スマートフォンとすることができる）用のケースでもよい。アクセサリデバイス５５００は、ポータブル電子デバイス５００４の１つ以上の表面を覆いかつ保護する、トレイ、スリーブ、又は他のフォームファクタとして必要に応じて、成形され得る。特に、アクセサリデバイス５５００は、ポータブル電子デバイス５００４の裏面を覆うリア（又はバック）パネル５５０２を有することができる。リアパネル５５０２は、ポータブル電子デバイス５００４の裏面全体を覆う必要はないことを理解されたい。例えば、ポータブル電子デバイス５００４のリアカメラレンズを露出させるために、切り取り領域５５０３を設けることができる。
裏面５５０２は、補助環状磁気整列構成要素５５７０を含むことができる。補助環状磁気整列構成要素５５７０は、図示するように環状構成で配置された多数の弓状磁石５５７２を含むことができる。各弓状磁石５５７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、磁気的に偏光されていない中央弓状領域と、を含むことができる。（実施例は、セクション３に記載される。）補助環状磁気整列構成要素５５７０は、電子デバイス５００２の二次環状磁気整列構成要素５０１８と整列することができる。
ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６は、補助環状磁気整列構成要素５３１６の内側に配置され得る。いくつかの実施形態では、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６の内側の裏面５５０２の領域５５０５の全て又は一部は、切り抜き領域とすることができる。図５６は、いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６のより詳細な図を示す。ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６は、図５５に示すように、補助環状磁気整列構成要素５５７２の内径内に嵌合される円形外周を有するプリント配線基板（ＰＣＢ）５６０２（例えば、フレキシブルＰＣＢでもよい）上にプリント回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ５６０２はディスクであってもよい。他の実施形態では、ＰＣＢ５６０２は、様々な形状を有することができる中央開口部５６０３を有し得る。いくつかの実施形態では、開口部５６０３のサイズは、ＮＦＣタグ回路構成要素を収容するために必要なエリアに基づくことができる。
ＮＦＣアンテナコイル５６０４は、ＰＣＢ５６０２のＮＦＣアンテナコイル５６０４の周辺部分上に配置されており、ＰＣＢ５６０２上のエッチングされた平面コイルとすることができ、例えば、銅又は他の導電性材料よりなる４ターン又は５ターンを含むことができる。ＮＦＣアンテナコイル５６０４は、ＮＦＣアンテナコイル５６０４の内側のＰＣＢ５６０２上に配置することができるＮＦＣタグチップ５６０６（インセット５６２０に示す）及びコンデンサ５６０８に結合することができる。ＮＦＣタグチップ５６０６は、例えば、ポータブル電子デバイスのＮＦＣリーダと互換性のあるパッシブに給電されたＮＦＣタグチップ又は他のパッシブに給電されたＮＦＣタグ回路とすることができる。コンデンサ５６０８は、例えば、ＮＦＣタグチップ５６０６の動作をサポートする多層セラミックスコンデンサであってもよい。支持するコンデンサの特定の選択及び構成は、ＮＦＣタグチップ及びコイル構成に依存し、ＮＦＣ回路の関連する設計原理は、技術分野において周知であり、詳細な説明は省略される。
一般に、ＮＦＣタグ回路５６０６及びコンデンサ５６０８は、ＰＣＢ５６０２の上方に延在する高さを有する。ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６の平坦なプロファイルを提供するために、追加のテープ層をＰＣＢ５６０２に追加してもよい。図５７は、いくつかの実施形態による、均一の高さを提供するためにＰＣＢ５６０２上に積層されたテープ層を含むＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６の分解図を示す。ＰＣＢ５６０２は底部に示される。テープ層５７０２及び５７０３はそれぞれ、感圧接着剤（ＰＳＡ）を有するポリエステルテープ（ＰＥＴ）の層であり得、各層は、例えば、約１５０μｍの厚さを有し得る。図示するように、テープ層５７０２及び５７０３のそれぞれは、ＰＣＢ５６０２の形状に一致するように成形することができ、ＮＦＣタグチップ５６０６及びコンデンサ５６０８の高さを収容するための穴５７０５を有してもよい。テープ層５７０２及び５７０３の厚さの合計は、ＮＦＣタグチップ５６０６及びコンデンサ５６０８の高さに等しいか、又はそれを超えることができる。（二枚のテープ層が示されるが、テープ層の厚さ及びＮＦＣ回路構成要素の高さに応じて、任意の数のテープ層を使用することができることを理解されたい。）最上層５７１０は、例えばＰＳＡであってもよく、それを貫通する穴を有する必要はない。いくつかの実施形態では、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６の全高は、一ミリメートルの半分未満でもよい。
図５８は、いくつかの実施形態に係る、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６及び補助整列構成要素５５７０を組み込んだ図５５の充電スルーアクセサリ５５００の部分断面図を示す。充電スルーアクセサリ５５００は、例えば、ポータブル電子デバイス用のトレイ又は他のケースであり得、図５８に示す部分は、充電スルーアクセサリ５５００のリアパネル５５０２の一部を形成することができる。（ポータブル電子デバイスの後面は、表面５８０１に隣接して配置することができる。）リアパネル５５０２は、内層５８０４及び外部層５８０６を有する内部構造を有することができ、この内部構造は、シリコーン、プラスチック、皮革、又はＤＣ及びＡＣ磁場に対して透過性のある他の材料で作製することができる。いくつかの実施形態では、内層５８０４及び外層５８０６は、リアパネル５５０２に対する平坦な表面を提供する。中央層５８０８は、内層５８０４と外層５８０６との間に配置され得る。中央層５８０８は、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６及び補助環状磁気整列構成要素５８７０を収容するための凹部領域５８０９を画成することができる。補助環状磁気整列構成要素５８７０は、補助環状磁気整列構成要素５５７０又は上記の他の実施例と類似又は同一であり得る。図示するように、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６の高さは、補助整列構成要素５８７０の高さ以下とすることができ、凹部領域５８０９を適切に成形することができる。
図５６に示すように、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６は、ＮＦＣタグチップ５６０６及びコンデンサ５６０８のための空間を提供するためにＮＦＣコイル５６０４から内方に延在する。ＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６及び補助環状整列構成要素５５７０の両方が不透明要素を含むので、アクセサリ５５００のリアパネル５５０２の全ての部分を透明にしてアクセサリ５５００内に保持されたポータブル電子デバイスの裏面を明らかにすることは不可能である。美観のために、リアパネル５５０２の非透明領域の幅を最小化することが望ましい場合がある。
図５９は、いくつかの実施形態による、ＮＦＣタグ回路及びコイルを有する補助整列構成要素を有する別のアクセサリデバイス５９００の一例を示す。アクセサリデバイス５９００は、例えば、ポータブル電子デバイス５００４（例えば、スマートフォンとすることができる）用のケースでもよい。上記のアクセサリデバイス５５００と同様に、アクセサリデバイス５９００は、ポータブル電子デバイス５００４の１つ以上の表面を覆い保護する、トレイ、スリーブ、又は他のフォームファクタとして必要に応じて、成形され得る。特に、アクセサリデバイス５９００は、ポータブル電子デバイス５００４の裏面を覆うリア（又はバック）パネル５９０２を有することができる。リアパネル５９０２は、ポータブル電子デバイス裏５００４の裏面全体を覆う必要はないことを理解されたい。例えば、ポータブル電子デバイス５００４のリアカメラレンズを露出させるために、切り取り領域５９０３を設けることができる。
リアパネル５９０２は、補助環状磁気整列構成要素５９７０及びＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６を含むことができる。補助環状磁気整列構成要素５９７０は、図示するように環状構成で配置された多数の弓状磁石５９７２を含むことができる。各弓状磁石５９７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、磁気的に偏光されていない中央弓状領域と、を含むことができる。（実施例は、セクション３を参照して上記で説明された。）補助環状磁気整列構成要素５９７０は、ポータブル電子デバイス５００２の二次環状磁気整列構成要素５０１８と整列することができる。
図６０は、いくつかの実施形態による図５９の補助環状磁気整列構成要素５９７０及びＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６の拡大図を示す。環状整列構成要素５９７０は、環状構成に配置された多数の弓状磁石５９７２を含むことができ、隣接する磁石５９７２の選択された対の間に隙間６００１が設けられている。図示する例では、各隙間６００１は、弓状磁石５９７２を省略することによって形成される。その例を上述した他の技術を使用して、隙間６００１を形成することができる。隙間６００１は、ＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６の構成要素を収容することができ、それによりＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６の内方延在を低減し、中央領域６００３における構成要素のないエリアを増大させることができる。
ＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６は、円形内周部及び環状磁気整列構成要素５９７０の隙間６００１に延在する突起部６０２２を有する円形外周部を有するＰＣＢ６００２（例えば、フレキシブルＰＣＢ）上のプリント回路を含むことができる。ＮＦＣアンテナコイル６００４は、ＰＣＢ６００２の円形部分上に配置することができる。ＮＦＣアンテナコイル６００４は、ＰＣＢ６００２上のエッチングされた平面コイル又は巻かれたワイヤコイルであってもよく、例えば、銅又は他の導電性材料よりなる４ターン又は５ターンを含むことができる。ＮＦＣアンテナコイル６００４は、それぞれが、環状整列構成要素５９７０の磁石５９７２間のＰＣＢ６００２の突起部６０２２のうちの異なる１つの上に配置することができるＮＦＣタグチップ６００６及びコンデンサ６００８に結合され得る。ＮＦＣタグチップ６００６及びコンデンサ６００８は、上述したような標準的なＮＦＣタグ回路構成要素を含むことができる。図から分かるように、ＰＣＢ６００２は、図５６のＰＣＢ５６０２よりも、補助環状整列構成要素５９７０の幅に、より小さく加えることができる。より狭い不透明アセンブリは、アクセサリ５９００のリアパネル５９０２が一般的に透明材料で作製される場合、及び／又はＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６の内側の領域６００３がリアパネル５９０２を貫通する穴を提供する場合には、審美的に望ましい場合がある。
図６１は、いくつかの実施形態によるＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６の分解図を示す。ＰＣＢ６００２は、その下にＰＳＡの層と、上にテープ層６１０４とを有することができる。テープ層６１０４は、ＰＳＡを有するＰＥＴの層でもよい。いくつかの実施形態では、環状整列構成要素５９６０の磁石５９７２は均一な高さを提供し、テープ層６１０４はＮＦＣタグチップ６００６及びコンデンサ６００８の上に重ね合わせて封入することができる。
上述のように、ポータブル電子デバイスは、環状磁気整列構成要素及びＮＦＣリーダ回路を含むことができ、各アクセサリデバイスは、環状磁気整列構成要素及びＮＦＣタグ回路を含むことができる。ＮＦＣリーダ及びタグ回路は、ポータブル電子デバイスが１つ以上のアクセサリデバイスと整列された場合に、ＮＦＣリーダ回路がＮＦＣタグを読み出すことを可能にし、それによって、ポータブル電子デバイスがアクセサリデバイスを識別することを可能にするよう、ポータブル電子デバイス内のＮＦＣリーダ回路はアクセサリデバイス（単数又は複数）のＮＦＣタグ回路（単数又は複数）に十分に近接するよう近づけられる。ＮＦＣタグ回路は、ＮＦＣリーダコイルの近距離によって励起されるパッシブタグであってもよく、ＮＦＣタグ回路を組み込んだアクセサリデバイスは自身の電源を有する必要がない。
図６２は、いくつかの実施形態による、無線充電器デバイス６２０２、ポータブル電子デバイス６２０４、及びアクセサリデバイス６２２０を含むシステム６２００の簡略化された部分断面図を示す。ポータブル電子デバイス６２０４は、二次環状磁気整列構成要素６２１８（二次磁気整列構成要素５０１８と類似又は同一であり得る）と、無線受電コイルアセンブリ６２１２（上述の無線受電コイルアセンブリ５０１２と類似又は同一であり得る）と、ＮＦＣリーダ回路（図示せず）に接続するＮＦＣコイル６２６０（上述のＮＦＣコイル５０６０と同様であり得る）と、を有する。ＮＦＣコイル６２６０は、二次環状磁気整列構成要素６２１８と無線受電コイルアセンブリ６２１２との間に配置することができる。
無線充電器デバイス６２０２は、一次環状磁気整列構成要素６２１６（上述の一次環状磁気整列構成要素５３１６と類似又は同一であり得る）と、無線送電コイルアセンブリ６２１１（上述の無線送電コイルアセンブリ５３１１と同様であり得る）と、上述の支持リングサブアセンブリ５３４０と同様であり得、ＮＦＣコイル６２６４及び関連付けられたＮＦＣタグ回路（図示せず）を含むことができるＮＦＣタグ回路アセンブリ６２４０と、を含む。ＮＦＣコイル６２６４は、一次環状整列構成要素６２１６と無線送電コイルアセンブリ６２１１との間に配置することができる。
アクセサリデバイス６２２０は、補助環状磁気整列構成要素６２７０（上述の補助環状磁気整列構成要素５５７０と類似又は同一であり得る）と、上述のＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６又はＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６と類似又は同一であり得るＮＦＣタグ回路アセンブリ６２６６と、を含む。ＮＦＣタグ回路アセンブリ６２６６は、補助環状磁気整列構成要素６２７０の内側に配置され得る。
無線充電器デバイス６２０２は、一次環状磁気整列構成要素６２１６（上述の一次環状磁気整列構成要素５３１６と類似又は同一であり得る）と、無線送電コイルアセンブリ６２１１（上述の無線送電コイルアセンブリ５３１１と同様であり得る）と、上述の支持リングサブアセンブリ５３４０と同様であり得、ＮＦＣコイル６２６４及び関連付けられたＮＦＣタグ回路（図示せず）を含むことができるＮＦＣタグ回路アセンブリ６２４０と、を含む。ＮＦＣコイル６２６４は、一次環状整列構成要素６２１６と無線送電コイルアセンブリ６２１１との間に配置することができる。
アクセサリデバイス６２２０は、補助環状磁気整列構成要素６２７０（上述の補助環状磁気整列構成要素５５７０と類似又は同一であり得る）と、上述のＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６又はＮＦＣタグ回路アセンブリ５９６６と類似又は同一であり得るＮＦＣタグ回路アセンブリ６２６６と、を含む。ＮＦＣタグ回路アセンブリ６２６６は、補助環状磁気整列構成要素６２７０の内側に配置され得る。
図６２に示すように、ポータブル電子デバイス６２０４のＮＦＣコイル６２６０は、アクセサリデバイス６２２０のＮＦＣコイル６２６６及び無線充電器デバイス６２０２のＮＦＣコイル６２６４に近接している。従って、ポータブル電子デバイス６２０４は、どちらかが取り付けられているときはいつでも、アクセサリデバイス６２２０及び無線充電器デバイス６２０２の両方のＮＦＣタグを読み取ることができる。異なる時点で、無線充電器デバイス６２０２が不在である一方でアクセサリデバイス６２２０が存在してもよく、又は、アクセサリデバイス６２２０が不在である一方で無線充電器デバイス６２０２が存在してもよいことを理解されたい。任意の所与の時間において、ポータブル電子デバイス６２０４は、たまたま存在し、二次環状磁気整列構成要素６２１６と整列される、任意のデバイスのＮＦＣタグを読み取ることができる。いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス６２０４は、アクセサリデバイス又は無線充電器デバイスが整列されたときを検出する低電力近接センサを含むことができ、ポータブル電子デバイス６２０４は、近接検出事象に応答してそのＮＦＣリーダ回路を作動させることができる。具体的な例を以下に説明する。
図６２の実施例では、アクセサリデバイス６２２０は、二次環状整列構成要素６２７０の内側に配置されたそのＮＦＣコイル６２６６を有する。いくつかの代替の実施形態では、アクセサリデバイスのＮＦＣコイルは、補助環状整列構成要素の外側に配置され得る。図６３は、いくつかの実施形態による、ＮＦＣタグ回路及びコイルを含む補助整列構成要素を有するアクセサリデバイス６３００の例を示す。アクセサリデバイス６３００は、例えば、ポータブル電子デバイス５００４（例えば、スマートフォンとすることができる）用のケースでもよい。上記のアクセサリデバイス５５００及び５９００と同様に、アクセサリデバイス６３００は、ポータブル電子デバイス５００４の１つ以上の表面を覆い保護する、トレイ、スリーブ、又は他のフォームファクタとして必要に応じて、成形され得る。特に、アクセサリデバイス６３００は、ポータブル電子デバイス５００４の裏面を覆うリア（又はバック）パネル６３０２を有することができる。リアパネル６３０２は、ポータブル電子デバイス５００４の裏面全体を覆う必要はないことを理解されたい。例えば、ポータブル電子デバイス５００４のリアカメラレンズを露出させるために、切り取り領域６３０３を設けることができる。
リアパネル６３０２は、補助環状磁気整列構成要素６３７０及びＮＦＣタグ回路アセンブリ６３６６を含むことができる。補助環状磁気整列構成要素６３７０は、図示するように環状構成で配置された多数の弓状磁石６３７２を含むことができる。各弓状磁石６３７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、磁気的に偏光されていない中央弓状領域と、を含むことができる。（実施例は、セクション３に記載される。）補助環状磁気整列構成要素６３７０は、ポータブル電子デバイス５００２の二次環状磁気整列構成要素５０１８と整列することができる。ＮＦＣタグ回路アセンブリ６３６６は、補助環状磁気整列構成要素６３７０の外側（すなわち、外周部）に配置することができる。詳細には示されていないが、ＮＦＣタグ回路アセンブリ６３６６が、上述のＮＦＣタグ回路アセンブリ５５６６と同様に構築することができることを理解されたい。例えば、ＮＦＣタグ回路アセンブリ６３６６は、エッチングされたＮＦＣコイルを有するリング形状のＰＣＢを含むことができる。ＰＣＢの周辺延長部（例えば、領域６３７１において）は、ＮＦＣタグ回路構成要素（例えば、ＮＦＣタグチップ及びコンデンサ）を装着するためのエリアを提供することができる。
図６４は、いくつかの実施形態による、無線充電器デバイス６４０２、ポータブル電子デバイス６４０４、及びアクセサリデバイス６４２０を含むシステム６４００を示す。ポータブル電子デバイス６４０４は、二次環状磁気整列構成要素６４１８（二次磁気整列構成要素５０１８と類似又は同一であり得る）と、無線受電コイルアセンブリ６４１２（上述の無線受電コイルアセンブリ５０１２と類似又は同一であり得る）と、ＮＦＣリーダ回路（図示せず）に接続するＮＦＣコイル６４６０（上述のＮＦＣコイル５０６０と同様であり得る）と、を有する。ＮＦＣコイル６４６０は、二次環状磁気整列構成要素６４１８と無線受電コイルアセンブリ６４１２との間に配置することができる。
無線充電器デバイス６４０２は、一次環状磁気整列構成要素６４１６（上述の一次環状磁気整列構成要素５３１６と類似又は同一であり得る）と、無線送電コイルアセンブリ６４１１（上述の無線送電コイルアセンブリ５５１１と同様であり得る）と、上述の支持リングサブアセンブリ５５４０と同様であり得、ＮＦＣコイル６４６４及び関連付けられたＮＦＣタグ回路（図示せず）を含むことができるＮＦＣタグ回路アセンブリ６４４０と、を含む。ＮＦＣコイル６４６４は、一次環状整列構成要素６４１６と無線送電コイルアセンブリ６４１１との間に配置することができる。
アクセサリデバイス６４２０は、補助環状磁気整列構成要素６４７０（上述の補助環状磁気整列構成要素５５７０と類似又は同一であり得る）と、上述のＮＦＣタグ回路アセンブリ６３６６と類似又は同一であり得るＮＦＣタグ回路アセンブリ６４６６と、を含み、特に、ＮＦＣタグ回路アセンブリ６４６６は、補助環状磁気整列構成要素６４７０の外側に配置され得る。
図６４に示すように、ポータブル電子デバイス６４０４のＮＦＣコイル６４６０は、アクセサリデバイス６４２０のＮＦＣコイル６４６６及び無線充電器デバイス６４０２のＮＦＣコイル６４６４に近接している。従って、ポータブル電子デバイス６４０４は、どちらかが取り付けられているときはいつでも、アクセサリデバイス６４２０及び無線充電器デバイス６４０２の両方のＮＦＣタグを読み取ることができる。異なる時点で、無線充電器デバイス６４０２が不在である一方でアクセサリデバイス６４２０が存在してもよく、又は、アクセサリデバイス６４２０が不在である一方で無線充電器デバイス６４０２が存在してもよいことを理解されたい。任意の所与の時間において、ポータブル電子デバイス６４０４は、たまたま存在し、二次環状磁気整列構成要素６４１６と整列される、任意のデバイスのＮＦＣタグを読み取ることができる。いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス６４０４は、アクセサリデバイス又は無線充電器デバイスが整列されたときを検出する低電力近接センサを含むことができ、ポータブル電子デバイス６２０４は、近接検出事象に応答してそのＮＦＣリーダ回路を作動させることができる。具体的な例を以下に説明する。
５．４．トリガＮＦＣリーダ回路に対する近接検出
再び図５０を参照するに、互換性のあるアクセサリがポータブル電子デバイス５００４と近接した場合に、ポータブル電子デバイス５００４内のＮＦＣリーダ回路を選択的にトリガすることが望ましい場合がある。ＮＦＣリーダ回路の近接ベースのトリガリングは、ＮＦＣリーダ回路を周期的にポーリングすることと比較して、相当な省電力を可能にすることができ、デバイスを近接させる以外でユーザがＮＦＣリーダ回路をトリガするために任意のアクションを行う必要性を回避することができる。
いくつかの実施形態では、電磁センサは、二次環状整列構成要素５０１８に相補的な環状整列構成要素を有するデバイスが整列されたときを検出するために使用され得る。例えば、三軸磁力計５０８０は、二次環状整列構成要素５０１８付近のエリアにおいてポータブル電子デバイス５００４の裏側エンクロージャ内に配置され、ポータブル電子デバイス５００４のメインロジックボード内に位置する制御ロジックに結合され得る。磁力計５０８０は、磁力計５０８０の場所で磁場を測定するために周期的にポーリングされ得る低電力構成要素であり得る。具体的には、周期的ポーリングに基づき、「ベースライン」磁場を確立することができ、これは、二次環状整列構成要素５０１８からの寄与、及び二次環状整列構成要素５０１８と現在整列される任意の他のデバイスからの寄与を含むことができる。二次環状磁気整列構成要素５０１８（例えば、無線充電器デバイス５３０２又はアクセサリデバイス５５００）に相補的な環状磁気整列構成要素を有するデバイスが、二次環状磁気整列構成要素５０１８と整列されると、磁力計５０８０の場所における磁場は、特定の予測可能な方法でベースラインに対して急激に変化する。従って、特定の大きさを有する（ベースラインに対して）測定された磁場の変化を使用して、相補的な磁気整列構成要素を有するデバイスがポータブル電子デバイス５００４と近接するときを検出することができる。いくつかの実施形態では、変化は三次元ベクトルとして定義することができ、近接させられるデバイスの検出は、磁力計５０８０によって測定された磁場の大きさ及び／又は方向の変化に基づいてトリガされ得る。更に、異なる種類のデバイスを整列させることにより、磁力計５０８０によって測定される磁場の異なる変化が結果として生じ得る。例えば、図６２に示すように、一次環状磁気整列構成要素６２１６は、補助環状磁気整列構成要素６２７０よりも厚くてもよく、この差は磁力計５０８０によって測定される磁場に対して異なる効果をもたらし得る。加えて、ポータブル電子デバイス５００４が既にアクセサリ（例えば、アクセサリ５５００）と整列される間に、無線充電器デバイス（例えば、無線充電器デバイス５３０２）が整列された場合に磁力計５０１８によって測定される磁場の変化は、アクセサリが存在しない間に、無線充電器デバイス（例えば、無線充電器デバイス５３０２）が整列された場合に測定される変化とは異なる場合がある。制御ロジック（例えば、ポータブル電子デバイス５５００のメインロジックボード上に位置するロジック回路）は、磁力計５０１８によって検出される磁場の変化を周期的に（例えば、数ミリ秒毎に又は毎秒数回）モニタリングすることができ、変化に基づいて、相補的な磁気整列構成要素を有するデバイスが近接させられたかどうか（又は、そのようなデバイスが存在することが既に知られているかどうか、別のそのようなデバイスが近接させられたかどうか）を判定することができる。デバイスが近接されたと判定したことに応じて、制御ロジックは、ＮＦＣコイル５０６０及び関連するＮＦＣリーダ回路の動作をトリガして、新たに近接したデバイス内に存在し得るＮＦＣタグを読み取ることができる。アクティブ又はパッシブアクセサリデバイスの取り外し（又は近接からの除去）が、磁力計５０８０によって測定される磁場の変化を検出することによっても検出され得ることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、整列されたデバイスのＮＦＣタグ内の情報に基づいて、ポータブル電子デバイス５００４は、その挙動の一部の態様を変更することができる。いくつかの実施形態では、アクセサリデバイス内のＮＦＣタグは、その色又は設計スタイルなどのアクセサリデバイスの特性を示すことができる。ポータブル電子デバイス５００４は、相応じてそのユーザインタフェースのその色スキーム又は他の要素を変更することができる。例えば、ポータブル電子デバイス５００４は、アクセサリデバイスの色に一致する色で画面上に過渡色洗浄効果を発生させることができる。別の例として、アクセサリデバイスは、ポータブル電子デバイス５００４のディスプレイの一部分を露出させるために窓が設けられる不透明なフロントパネルを有するスリーブであってもよく、ポータブル電子デバイスがスリーブ内で整列されると、ポータブル電子デバイス５００４は、窓と整列されたディスプレイの部分上に特定のコンテンツ（例えば、現在の時間又は通知）を表示するモードに切り替えることができる。いくつかの実施形態では、アクセサリ識別は、アクセサリが存在する環境に関するコンテキスト情報を提供することができ、例えば、ドッキングアクセサリは、車両内に位置してもよく、又は特定の部屋に配置されてもよく、ポータブル電子デバイス５００４は、コンテキスト情報に基づいて（例えば、車両ドック内にドッキングされたときに車載表示モードに切り替えることによって）その挙動を変更することができる。更に別の実施例として、アクセサリは取り外し可能なパックであってもよく、ポータブル電子デバイス５００４が、アクセサリが取り付けられたか又は取り外されたかを（例えば、磁力計信号に基づいて）検出すると、ポータブル電子デバイス５００４は、取り付け又は取り外し事象に関する情報（例えば、取り付け又は取り外しが起こった際にポータブル電子デバイス５００４がいた場所を示す位置情報）を記憶することができる。いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス５００４は、記憶された情報をユーザに提供することができる（例えば、取り外しが起きた場所を示す位置情報を提供して、ユーザが取り外されたアクセサリの位置を特定するのを支援する）。更なる例として、アクセサリ識別は、結果として、ポータブル電子デバイス５００４がアクセサリに関連付けられた特定のアプリを起動するか、又は特定のアプリの特定の機能をロック解除することができる。これらの実施例から、ＮＦＣタグから受信した情報に応じて、デバイス挙動の多くの態様を変更することができることを理解されたい。なお更なる例として、アクセサリが、そのＮＦＣタグを介してバッテリパックとして識別されるが、ポータブル電子デバイス５００４がアクセサリから電力を引き出すことができない場合、ポータブル電子デバイス５００４は、バッテリが死していると判定することができ、それに応じてユーザに警告することができる。ポータブル電子デバイスの挙動の多くの態様は、特定のアクセサリが取り付けられたか、又は取り外されたことを検出したことに応じて変更することができることを理解されたい。
図６５は、いくつかの実施形態による、ポータブル電子デバイス５００４で実施され得るプロセス６５００のフロー図を示す。いくつかの実施形態では、プロセス６５００は、ポータブル電子デバイス５００４の電源がオンにされる間、反復的に実行され得る。ブロック６５０２において、プロセス６５００は、例えば磁力計５０８０を用いて、ベースライン磁場を決定することができる。ブロック６５０４において、プロセス６５００は、磁場の変化が検出されるまで、磁力計５０８０からの信号をモニタリングし続けることができる。ブロック６５０６において、プロセス６５００は、磁場の変化が相補的な磁気整列構成要素の整列と関連付けられる変化の大きさ及び方向と一致するか否かを判定することができる。一致しない場合、ブロック６５０２においてベースライン磁場が更新され得る。ブロック６５０６において磁場の変化が相補的な整列構成要素の整列と関連付けられる変化の大きさ及び方向と一致する場合、ブロック６５０８において、プロセス６５００は、ＮＦＣコイル５０６０と関連付けられたＮＦＣリーダ回路を作動して、整列されたデバイスのＮＦＣタグを読み取ることができる。いくつかの実施形態では、異なる種類のデバイス（例えば、無線充電器などのアクティブなアクセサリに対するパッシブアクセサリ）と関連付けられるＮＦＣタグは、ＮＦＣリーダ回路からの異なる刺激信号に応答するように同調され、磁場の特定の変化に関する情報を使用して、ＮＦＣリーダ回路によって生成されるべき特定の刺激信号を決定することができる。ブロック６５１０において、プロセス６５００は、ＮＦＣタグから読み取られた識別情報を受信することができる。ブロック６５１２において、プロセス６５００は、識別情報に基づいてポータブル電子デバイス５００４の挙動を変更することができ、例えば、上述のように色洗浄効果を発生することができる。ブロック６５１２の後、プロセス６５００はブロック６５０２に任意選択的に戻って磁力計５０８０の連続的なモニタリングを提供することができる。プロセス６５００は例示的であり、プロセス６５００に加えて又はプロセス６５００の代わりに他のプロセスが実行され得ることを理解されたい。
上述のＮＦＣタグ及びＮＦＣリーダ回路は例示的であり、変形及び変更が可能であることは理解されるであろう。例えば、コイル設計は、巻かれたワイヤコイルをエッチングされたコイルで置き換え（又はその逆）、ソレノイドコイルをフラットコイルで置き換え（又はその逆）ることによって変更され得る。「巻かれたワイヤ」コイルは、ワイヤを巻回すること、銅シートからコイルをスタンピングし、スタンピングされた部品の上にプラスチックを成形すること、又は針ディスペンサを使用してワイヤをプラスチック部品上に堆積することを含む、様々な技術を用いて作製することができ、ワイヤは、軟化したプラスチックに埋め込まれるように加熱することができる。エッチングされたコイルは、表面を金属でコーティングし、不要な金属をエッチングすることによって作製することができる。様々なＮＦＣコイルのターン数は、特定の用途のために変更することができる。特定のデバイスのための巻かれたワイヤコイル又はエッチングされたコイルの選択は、様々な設計上の考慮事項に依存し得る。例えば、内部ロジックボードを有するデバイスにおいて、巻かれたワイヤＮＦＣコイルは、ロジックボードで終端することができ、ロジックボードが不在の場合、エッチングされたコイルは、コイルの終端を単純化することができる。他の設計上の考慮事項は、コイルのＱファクタを含んでもよい（巻かれたコイルは、より小さい空間でより高いＱを提供することができる）及び／又は組み立ての容易さを挙げることができる。
更に、ＮＦＣタグ回路を有するデバイスがアクティブ回路（充電挙動を制御するためのアクティブ回路を有する無線充電器デバイスなど）を有する場合、ＮＦＣタグ回路は、パッシブタグであることに限定されない。アクティブＮＦＣタグ回路は、互換性のあるポータブル電子デバイスとの双方向通信を可能にするために提供され得る。例えば、ポータブル電子デバイス内のアクティブＮＦＣ回路及び無線充電器デバイスは、無線充電器デバイスへのファームウェア更新の伝送をサポートするために使用され得る。
近接検出技術もまた、変更することができる。例えば、異なる種類の磁力計（例えば、単軸磁力計）を使用することができ、又は磁気整列構成要素に対して異なる位置にある複数の磁力計を使用することができる。いくつかの実施形態では、ホール効果センサが磁力計の代わりに使用され得るが、ホール効果センサは、一般的に、変化の大きさ又は方向を測定するのではなく変化又は非変化を示すだけであるため、偽陽性が増加し得る。また、本明細書に記載されるような近接検出は、ＮＦＣリーダ回路をトリガすることに加えて、又はその代わりに他の目的のために使用することができることも理解されたい。
６．磁気整列構成要素を組み込んだ例示的なデバイス
６．１．無線充電器デバイス
環状磁気整列構成要素を組み込んだ無線充電器デバイス（又は無線充電器）の例は、例えば、図１３及び５３～５４を参照して上述される。別の例として、図６６は、いくつかの実施形態による無線充電器デバイス６６００の分解図を示し、図６７は、いくつかの実施形態による無線充電器デバイス６６００の簡略化された部分断面図を示す。無線充電器デバイス６６００は、上述の無線充電器デバイス１３００と同様であり、磁気整列構成要素（例えば、上述のような一次環状整列構成要素）、並びに充電性能の最適化に関連する他の特徴を組み込むことができる。
無線充電器デバイス６６００は、キャップ６６０２及びエンクロージャ６６０６を含む２ピースのパック形状筐体を有することができる。無線充電器デバイス６６００のための充電面を提供するキャップ６６０２は、ポリカーボネート又は他のプラスチックで作製され、近位側（図６６及び６７において上側）がソフトタッチシリコーン等でコーティングされ、耐久性のある表面を提供する。電磁場に対して透過性である他の材料も使用することができる。いくつかの実施形態では、無線充電器デバイス６６００が、充電されるべきデバイスとの整列を維持するための摩擦ではなく磁力に依存することができるので、上部キャップ６６０２の近位表面は低摩擦表面（例えば、テクスチャ－加工されたシリコーン）でもよい。エンクロージャ６６０６は、アルミニウム、他の導電性材料、又はプラスチック材料で作製することができる。図６７に最も良く見られるように、エンクロージャ６６０６は、裏側筐体６６０１と、側壁６６０３と、上部キャップ６６０２が載ることができる凹状レッジ６６０９を有するオーバーハングリップ６６０５と、を含むことができる。上部キャップ６６０２は、リップ６６０５の上面の上方に小さいオフセット（例えば、１５０μｍ）を有することにより、リップ６６０５に付着し得る鉄粒子が上部キャップ６６０２に近接して配置されるデバイスの表面を引っ掻くことを防止することができる。いくつかの実施形態では、上部キャップ６６０２は、好適な密閉材料を使用して凹状レッジ６６０９に密閉され得る。エンクロージャ６６０６は、側壁６６０３を通る開口部６６０７を含むことができ、無線充電器デバイス６６００の内部と外部との間に電線管（例えば、ワイヤ）を接続できるようにすることができる。
環状磁気整列構成要素６６１６は、環状ＤＣシールド６６１４上に配置された弓状磁石６６２６を含むことができる。磁気整列構成要素６６１６は、上記の一次環状整列構成要素のいずれかの実装でもよい。例えば、各弓状磁石６６２６は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間の中央非磁化領域と、を有する四極構成を有することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣシールド６６１４は、例えば、四つの弓状セグメントに分割することができ、ＤＣシールド６６１４の各セグメントは、その上に１つ以上の弓状磁石６６２６が装着される。セグメントは、各セグメントがリップ６６０５の下に嵌合され、セグメントが互いに隣接する（製造公差に適応するために当接するか、又は小さな隙間を有するかのいずれかで）ように、個々にエンクロージャ６６０６に挿入され得る。基準表面特徴部は、各セグメントの正確な配置を容易にするために、エンクロージャ６６０６の内表面上に設けられてもよい。電気接続経路を収容するのに十分な大きさの隙間６６１７を、環状磁気整列構成要素６６１６の２つの隣接するセグメントの間に設けることができ、隙間６６１７は、エンクロージャ６６０６の開口部６６０７と整列させることができる。キャップ６６０３の上面に隣接しておかれるポータブル電子デバイスに対して環状磁気整列構成要素６６１６が及ぼす磁気整列力を最大化するために、磁石６６２６の近位表面がリップ６６０５の内表面と隣接する（例えば、接触する）ように環状磁気整列構成要素６６１６が配置され得る。いくつかの実施形態では、ＤＣシールド６６１４は、エンクロージャ６６０６の裏側筐体６６０１の内表面上に載置することができ、環状磁気整列構成要素６６１６は、磁石６６２６の近位表面がリップ６６０５の内表面と隣接するように側壁６６０３の内側の全高まで延在することができる。他の実施形態では、環状磁気整列構成要素６６１６は、側壁６６０３の内側よりも短くてもよく、スペーサ６６１５（図６７に示す）は、磁石６６２６がリップ６６０５の下側と隣接するように、ＤＣシールド６６１４と裏側筐体６６０１との間に配置することができる。いずれにしても、接着剤（図示せず）を使用して、磁気整列構成要素６６１６（又はそのセクタ）を定位置で保持することができる。
充電コイルアセンブリ６６１２は、コイル６６２０、電気シールド６６２２、電磁シールド６６２６、６６２８、及びシム６６２４を含むことができる。コイル６６２０は、コイルの中心に向かって端子を有する巻かれた銅ワイヤのコイルであり得、そのコイルは、上部キャップ６６０１及び対向する遠位表面に向けて近位表面が方向付けられている。上部電磁シールド６６２６及び下部電磁シールド６６２８は、フェリ磁性材料（例えば、ＭｎＺｎ）で作製することができる。コイル６６２０の一次電界成形を提供する上部電磁シールド６６２６は、コイル６６２０の遠位表面及び外側を取り囲むように輪郭を付けることができ、コイル６６２０の外側縁部からコイル６６２０の中心領域内の端子点まで延在するワイヤのための空間を提供するためのスリット６６２７を有することができる。メインロジックボード６６３２のためのスペーサとして機能する下部電磁シールド６６２８は、平坦で、コイル６６２０の外側縁部からコイル６６２０の中心領域内の端子点まで延在するワイヤを収容するための溝を有するコイル６６２０の下に配置され得るよう成形される。下部電磁シールド６６２８は、エンクロージャ６６０６に接地することができる。いくつかの代替的な実施形態では、下部電磁シールド６６２８は、プラスチックスペーサと置き換えられ得る。他の代替的な実施形態では、上部電磁シールド６６２６及び下部磁気シールド６６２８は、単一のフェライト材料片から形成することができる。電気シールド６６２２は、コイル６６２０の近位表面上に配置することができる。電気シールド６６２２は、磁場に対して透過性である一方で、電界を遮断するために導電性材料でパターン化されたフレキシブルプリント配線基板から作製することができる。電気シールド６６２２は、接地を提供するためにエンクロージャ６６０６と接触することができる導電性周囲突起部を含むことができる。シム６６２４は、ポリカーボネート材料で作製することができ、充電コイルアセンブリ６６１２の近位表面にわたって均一な高さを提供し、キャップ６６０２を支持することを支援するために使用され得る。
支持リングサブアセンブリ６６４０は、（図６７で最も良く分かるように）環状磁気整列構成要素６６１６とコイルアセンブリ６６１２との間に配置され得る。支持リングサブアセンブリ６６４０は、図５３及び５４を参照して上述した支持リングサブアセンブリ５３４０の実施でもよい。例えば、支持リングサブアセンブリ６６４０は、環状フレーム６６４２及びＮＦＣコイル６６６４を含むことができる。環状フレーム６６４２は、例えば、ガラス強化ポリカーボネート又は他のプラスチックで作製することができる。ＮＦＣコイル６６６４は、例えば、４又は５ターンの巻かれた銅コイルであってもよい。ＮＦＣコイル６６６４は、メインロジックボード６６３２上に配置することができるＮＦＣタグ回路に結合され得る。ＮＦＣコイル６６６４及び関連付けられたタグ回路は、上記のセクション５に記載されるようなデバイス識別のために使用することができる。
メインロジックボード６６３２は、エンクロージャ６６０６の裏側筐体６６０１の中央部分上に配置されており、感圧接着剤６６３４によって定位置に固定され得る。メインロジックボード６６３２は、エンクロージャ６６０６の開口部６６０７を介して外部ワイヤに接続するためのコンタクトパッド、及び接地エンクロージャ６６０６及び電気シールド６６２２を接地するための追加の接地コンタクトを含むことができる。メインロジックボード６６３２は、コイル６６２０の動作を制御するための回路構成要素を含むことができる。例えば、実装に応じて、メインロジックボード６６３２は、コンタクトパッドを介してＤＣ電力を受信するよう結合され、コイル６６２０を駆動するための電力回路（例えば、ブースト回路及びインバータ）を含むことができる。それに加えて又は代わりに、メインロジックボード６６３２は、コイル６６２０の挙動をモニタリングし、モニタリングに基づいてコイル６６２０に供給される電流を制御するためのロジック回路（例えば、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなど）を含むことができる。無線充電コイルを動作させるための制御ロジックの例は、技術分野において既知であり、例えば、ロジック回路は、無線充電のためのＱｉ規格に準じる機能を実施することができる。いくつかの実施形態では、メインロジックボード６６３２はまた、ＮＦＣコイル６６６４に結合されたＮＦＣタグ回路構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、ロジック回路、電力回路、及び／又はＮＦＣタグ回路は、メインロジックボード６６３２上に実装された集積回路として実装することができ、集積回路は、電気的干渉を回避するためにシールド缶によって覆われてもよい。
いくつかの実施形態では、無線充電器デバイス６６００の熱性能は、エンクロージャ６６０６の外部の場所に電力回路の一部又は全てを配置することによって改善され得る。例えば、図６８は、いくつかの実施形態による、無線充電器デバイス６６００に接続することができる組み込まれた電力回路を有するケーブルアセンブリ６８００の分解図を示す。（接続の理解を容易にするために、無線充電器デバイス６６００の部分、特に、エンクロージャ６６０６及び環状整列構成要素６６１６が示される。）ケーブルアセンブリ６８００は、所望の任意の長さであり得、互いに電気的に絶縁されて電力、接地、及びデータ信号を伝送する複数のワイヤ（又は他の導電体）を含むことができるケーブル６８０２を含み得る。ケーブル６８０２は、無線充電器デバイス６６００に捕捉的に結合され得る近位端６８０４を有する。例えば、ケーブル６８０２の近位端６８０４は、エンクロージャ６６０６の開口部６６０７を通して挿入され、クリンプ６８０６を使用して固定され得る。様々な実施形態において、クリンプ６８０８は、エンクロージャ６６０６又はＤＣシールド６６１４に溶接することができる。
ケーブル６８０２は、ブーツアセンブリ６８１０に捕捉的に連結され得る遠位端６８０８を有する。ブーツアセンブリ６８１０は、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのプラスチックで作製されたブーツ筐体６８１２を含むことができる。クリンプ６８１４（例えば、ステンレス鋼製）は、ケーブル６８０２の遠位端６８０８をブーツ筐体６８１２の内部に固定することができる。
回路ボード６８２２は、ブーツ筐体６８１２内に配置され得る。回路ボード６８２２は、ＤＣブースト回路及び任意選択的にインバータなどの電力回路を含むことができる。回路ボード６８２２はまた、電力回路の動作を制御するためのロジック回路を含むことができる。上記のメインロジックボード６６３２と同様に、ロジックボード６６３２の表面上に実装された集積回路を使用して、電力及び／又はロジック回路を装着することができる。回路ボード６８２２は、例えば、ＵＳＢ－Ｃプラグコネクタ又は他の標準コネクタとすることができるコネクタ６８２４に接続することができる。コネクタ６８２４は、標準的な電力コンセントに差し込むことができるＵＳＢアダプタモジュールなどの外部電源（図示せず）に取り外し可能に接続され得る。
電磁干渉（ＥＭＩ）シェル６８１８は、回路ボード６８２２の周りのブーツ筐体６８１２の内部を線状にすることができる。ＥＭＩシェル６８１８は、銅合金（例えば、黄銅）又は他の導電性材料で作製することができ、回路ボード６８２２上の回路の動作によって引き起こされ得る電磁干渉を低減することができる。いくつかの実施形態では、クリンプ６８１４をＥＭＩシェル６８１８にレーザー溶接することができる。回路ボード６８２２とＥＭＩシェル６８１８との間の電気的絶縁は、ボードブレース６８２０及びクラムシェル６８２６などの電気絶縁構成要素を使用して提供することができる。フェースプレート６８２８は、コネクタ６８２４がフェースプレート６８２８内の開口部を通って突出するように、回路ボード６８２２の遠位端の上に配置され、ブーツ筐体６８１２に固定され得る。いくつかの実施形態では、ブーツ筐体６８１２の内部は、フェースプレート６８２８を取り付ける前に熱伝導性ポッティング材料で充填されて、回路ボード６８２２から離れる方向への熱転写を改善することができる。
いくつかの実施形態では、全ての電力回路を回路ボード６８２２上に配置することができ、ケーブル６８０２は交流を無線充電器デバイス６６００に伝送することができる。これらの実施形態では、無線充電器デバイス６６００内のメインロジックボード６６３２は、ケーブル６８０２のＡＣワイヤをコイル６６２０に結合することができる。他の実施形態では、回路ボード６８２２は、電力回路の一部、例えば、ＤＣブースト回路を含んでもよく、電力回路の他の部分（例えば、インバータ）は、メインロジックボード６６３２上に配置される。電力回路は、相当量の熱を生成させることができ、エンクロージャ６６０６内ではなくブートアセンブリ６８１０内に電力回路の一部又は全てを配置することにより、エンクロージャ６６０６内で生成される熱の量を低減することができることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、メインロジックボード６６３２上のロジック回路は、ブートアセンブリ６８１０において（例えば、回路ボード６８２２からの信号に基づいて）及び充電される（例えば、Ｑｉ通信プロトコルを用いて）ポータブル電子デバイスにおいて温度を局所的にモニタリングし、任意のモニタリング対象の場所で温度が所定の上限を超えた場合に充電電流を減らすことができる。ブーツアセンブリ６８１０に高い熱伝導率を与えることは、ブーツアセンブリ６８１０が充電性能の制限要因となることを回避することができる。
電力回路が位置する場所にかかわらず、エンクロージャ６６０６内のメインロジックボード６６３２は、コイル６６２０の挙動をモニタリングし、かつ、メインロジックボード６６３２上に位置することができる任意の電力回路を制御し、かつ／又はケーブル６８０２に含まれるデータワイヤを介して回路ボード６８２２に制御信号を送信する（例えば、Ｉ２Ｃ又は他のポイントツーポイント通信プロトコルを実装する）ためのロジック回路を含むことができる。回路ボード６８２２は、例えば、回路ボード６８２２上に位置する電力回路を制御することによって、メインロジックボード６６３２から受信した制御信号に応答するロジック回路を含むことができる。
無線充電器デバイス６６００及び関連するケーブルアセンブリ６８００は例示的なものであり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、充電コイルアセンブリ、環状磁気整列構成要素、及びＮＦＣコイルアセンブリの特定の構成は、例えば、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って変更することができる。いくつかの実施形態では、ＮＦＣコイルを完全に省略することができる。いくつかの実施形態では、全ての電力及びロジック回路はメインロジックボード６６３２上に位置することができ、ブートアセンブリ６８１０はＵＳＢブートアセンブリなどのプラグコネクタを備える標準的なケーブルブーツアセンブリによって置き換えることができる。更に、パック形状は必須ではなく、無線充電器デバイスは、より大きなフォームファクタ及び／又は異なる形状を有することができる。例えば、無線充電器デバイスは矩形であってもよく、上記のセクション２に記載されるような回転整列構成要素を組み込むことができる。無線充電器デバイスは、その上に配置された磁気ストライプカードの消磁を回避するための様々な規格を満たすように設計することができる。例えば、無線充電器デバイスは、ＨｉＣｏセーフであってもよい（すなわち、ＨｉＣｏ規格に磁化されたカードを消磁しない）が、ＬｏＣｏセーフではない（すなわち、ＬｏＣｏ規格に磁化されたカードを消磁し得る）。
６．２．ポータブル電子デバイス
環状磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの例は、例えば、図１２Ａ～１２Ｂ、１６、及び、５０～５２を参照して上述される。次に、別の例を説明する。
図６９Ａは、ポータブル電子デバイス６９００の一例を示す。本実施例では、ポータブル電子デバイス６９００は、誘導性受電コイルアセンブリ、環状整列磁石、及びＮＦＣリーダコイルを組み込んだ無線充電モジュール６９０２を有するスマートフォンである。無線充電モジュール６９０２は、以下に更に記載される。電線管６９０４は、無線充電モジュール６９０２と、例えば、ポータブル電子デバイス用のメインロジックボード、電力管理回路、バッテリなどを含み得る、他のデバイス構成要素６９０６との間の電気接続のための経路を提供する。構成要素６９０６の特定の構成は、本開示の理解に関連しない。ポータブル電子デバイス６９００はまた、上述のセクション２に記載された実施形態のいずれかに従って実施することができる回転整列構成要素６９０８を含むことができる。
図６９Ｂは、図６９Ａの切断線Ａ－Ａを通る無線充電モジュール６９０２の断面図を示す。無線充電モジュール６９０２は、誘導性充電コイル６９１３及び遮蔽構成要素６９１４を含み得る充電コイルアセンブリ６９１２を含むことができる。充電コイルアセンブリ６９１２の特定の設計は、本開示を理解するために重要ではない。無線充電モジュール６９０２はまた、上述の二次環状磁気整列構成要素のいずれかの実装であり得る環状磁気整列構成要素６９１６を含むことができる。無線充電モジュール６９０２は、環状磁気整列構成要素６９１６と充電コイルアセンブリ６９１２との間の隙間内に配置され得るＮＦＣコイル６９６０を含むことができる。ＮＦＣコイル６９６０は、例えば、ポリカーボネートなどで作製することができるシム６９６２の上又はその中に配置される単一ターンの二本の撚り線であってもよい。いくつかの実施形態では、シム６９６２は、ＮＦＣコイル６９６０の製造及び無線充電モジュール６９０２の他の構成要素とのＮＦＣコイル６９６０の整列を容易にすることができる。
図７０は、いくつかの実施形態に係る無線充電モジュール６９０２のより詳細な上面図を示す。上述のセクション１及び３に記載されるように、環状整列構成要素６９１６は、環状構成に配置された多数の弓状磁石６９１８を含むことができ、各弓状磁石６９１８は、径方向成分を有する磁気配向を有することができる。隙間６９４０は、ＮＦＣコイル６９６０及び無線充電モジュール６９０２への電気接続を容易にするために、弓状磁石６９１８ａと６９１８ｂとの間に設けられ得る。特に、ＮＦＣコイル６９６０の端子６９６２ａ、６９６２ｂは、隙間６９４０内に延在することができる。同様に、充電アセンブリ６９１２の誘導コイルの外側端子６９１２ａもまた、隙間６９４０内に延在することができる。コイルアセンブリ６９１２の誘導性充電コイルの内側端子６９１２ｂは、コイルシールド内の中央開口部を介して露出させることができる。図６９Ａに示すように、電線管６９０４は、隙間６９４０まで延在して無線充電モジュール６９０２の中心の上に延在することができ、無線充電モジュール６９０２と他の構成要素６９０６との間に電気接続を提供するために導電トレース又はワイヤを含むことができる。いくつかの実施形態では、他の構成要素６９０６は、相補的な環状磁気整列構成要素を有するアクセサリが近接すると、ＮＦＣコイル６９６０の動作をトリガするために、ＮＦＣコイル６９６０及び磁力計（又は他のセンサ）及び関連する制御ロジックに結合されたＮＦＣリーダ回路構成要素を含むことができる。
ＮＦＣコイル６９６０は、様々な製造技術を使用して製造された単一ターンのコイルを含む様々な方法で実装することができる。図７１Ａ～７１Ｄは、様々な実施形態による無線充電モジュール６９０２で使用することができるＮＦＣコイルの断面図を示す。図７１Ａは、コイルシム７１０４（図６９Ｂの実施形態と同様）内に配置された二本鎖ワイヤ７１０２を示す。図７１Ｂは、コイルシム７１１４内に配置された三本鎖ワイヤ７１１２を示す。いくつかの実施形態では、一本のワイヤ７１１２は非導電性（又はダミー）とすることができ、これにより、ＮＦＣコイルの改善されたＲＦ性能を提供することができる。図７１Ｃは、コイル７１２２がシム７１２４にインサート成形された実施形態を示す。例えば、単一ターンのコイル７１２２を銅箔からスタンピングすることができ、その後、シム７１２４をコイル７１２２の周りに成形することができる。スタンピング及びインサート成形は、例えば、その長さに沿ってスタンピングされたコイルの幅又は厚さを変えるなど、ＮＦＣコイルのカスタム成形を可能にすることができ、性能改善を提供することができる。図７１Ｄは、コイルストランド７１２２ａ、７１２２ｂがシム７１３４内に針で供給される実施形態を示す。針ディスペンサは、ワイヤ７１２２ａ、７１２２ｂを成形されたプラスチックシム７１３４上に堆積させることができ、ワイヤは、それらが軟化したプラスチックに埋め込まれるように、堆積中に加熱され得る。スタンピング及びインサート成形と同様に、針供給は、例えば、コイルの長さに沿ってストランド間のストランド断面及び／又は分離距離を変えるなど、ＮＦＣコイルのカスタム成形を可能にすることができる。ＮＦＣコイルを形成するためのこれら又は他の技術のいずれかを使用することができる。
ポータブル電子デバイス６９００及び無線充電モジュール６９０２は例示的なものであり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、コイルアセンブリ６９１２は、無線電力伝送を介して電力を受信する受電コイルとして動作すると想定される。いくつかの実施形態では、コイルアセンブリ６９１２は、別のデバイスに電力を供給する送電コイルとして再構成可能である。更に、充電コイルアセンブリ、環状磁気整列構成要素、及びＮＦＣコイルアセンブリの特定の構成は、例えば、本明細書に記載される実施形態のいずれかに従って、特定の用途に適合するように変更することができる。いくつかの実施形態では、ＮＦＣコイルを完全に省略することができる。
６．３．ケース
ポータブル電子デバイス用のケースの例は、例えば、図２７、５５～６１、及び６３を参照して上述される。次に、別の例を説明する。説明の目的のために、ケースは、ポータブル電子デバイスの後面及び側面を覆うトレイであり、前面（ディスプレイを含んでもよい）が露出したままであると想定される。また、トレイの少なくともリアパネルは、ポータブル電子デバイスの後面がバックパネルを通して見えるように、透明材料（例えば、透明プラスチック）で作製されることも想定される。これらの想定はいずれも必要ではないことを理解されたい。ケースは、様々なフォームファクタを有することができ、様々な材料で作製することができ、透明部分を有しても有さなくてもよい。
図７２は、いくつかの実施形態によるケース７２００の背面図を示す。ケース７２００は、スマートフォン（例えば、図６９のスマートフォン６９００）又は他のポータブル電子デバイス用のケースでもよい。ケース７２００は、トレイとして成形することができ、ケース７２００がポータブル電子デバイス上に配置されたときにポータブル電子デバイスの後面を覆うリアパネル７２０２を有することができる。リアパネル７２０２は、プラスチックなどの剛性材料で作製することができ、材料は透明材料であってもよい。リアパネル７２０２は、ポータブル電子デバイスの裏面の全てを覆う必要はなく、例えば、ポータブル電子デバイスのリアカメラレンズを露出させるために、切り取り領域７２０３を設けることができる。ケース７２００のサイドパネル７２０４は、より高い摩擦係数を有するより柔軟な材料で作製することができ、ケース７２００への電話の固定を容易にし得るリップ又は他の表面特徴部を含むことができる。サイドパネル７２０４の特定の構成は、本開示の理解に関連しない。
リアパネル７２０２は、環状磁気整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０を含むことができる。環状磁気整列アセンブリ７２０６は、上述の補助環状磁気整列構成要素のいずれか、並びにＮＦＣコイル及びタグ回路の実装を含むことができる。回転整列アセンブリ７２１０は、上述の回転整列構成要素のいずれかの実装を含むことができる。いくつかの実施形態では、ケース７２００は、ポータブル電子デバイスがケース７２００を取り外すことなく無線充電器デバイスから電力を受信することを可能にする充電－スルーアクセサリであり得る。
透明な磁性材料がない場合、環状磁気整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０は、不透明要素を含むと想定され、リアパネル７２０２は、環状磁気整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０によって占有される領域において透明ではなくなる。いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素は、バックパネル７２０２の透明な美観の破壊を低減するように設計することができる。例えば、図７２に示すように、回転整列アセンブリ７２１０は、環状整列アセンブリ７２０６の丸い形を模倣するよう、丸みを帯びたコーナーを有する形状とすることができる。環状整列アセンブリ７２０６は、不透明な環の径方向幅を最小化する設計技術を使用して構築することができる。いくつかの実施形態では、環状整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０の一部又は全ての表面が、不透明な化粧料（例えば、白、あるいは、ケース７２００の側面７２０４と一致するように着色されたプラスチック又は接着剤）で覆うことができる。この不透明な化粧料は、ケース７２００が使用されるときに、環状整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０の内部構造を隠すことができる。
様々な実施形態において、環状整列アセンブリ７２０６は、上述のセクション５．３に記載される技術を使用して（例えば、図５９～６１及び６３を参照して）実施することができる。他の実施形態では、設計は、環状整列アセンブリ７２０６の径方向幅を更に低減するように変更することができる。図７３Ａは、いくつかの実施形態による環状整列アセンブリ７２０６の内部構成要素の簡略化された軸方向図を示し、図７３Ｂは、図７３Ａの切断線７３２２を通る断面を示す。
環状整列アセンブリ７２０６は、上述の補助磁気整列構成要素のいずれかの実装であり得る環状磁気整列構成要素７３７０を含むことができる。例えば、補助磁気整列構成要素７３７０は、環状構成に配置された多数の弓状磁石７３７２を含むことができる。例えば、各弓状磁石７３７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間の中央非磁化領域と、を有する四極構成を有することができる。ＮＦＣタグ回路サブアセンブリ７３６６は、環状磁気整列構成要素７３７０の内側縁部の内側及びその近傍に配置された環状ＮＦＣアンテナコイル７３０４と、磁石７３７２ａ、７３７２ｂ間の隙間に配置されたＮＦＣタグ回路７３０２とを含むことができる。図７３Ｂは、環状整列構成要素７３７０に対するＮＦＣアンテナコイル７３０４の配置を示す。ＮＦＣアンテナコイル７３０４は、テープ層７３０６上に形成された、例えば、５又は６ターンの巻かれたワイヤコイルであってもよい。
図７３Ｃは、いくつかの実施形態に係るＮＦＣタグ回路７３０２のより詳細な図を示す。図示するように、ＮＦＣタグ回路７３０２は、フレキシブルＰＣＢ７３３４上に配置されたタグ回路構成要素７３３２を含むことができる。本明細書で参照される他のＮＦＣタグ回路構成要素と同様に、タグ回路構成要素７３３２は従来の設計であってもよく、タグチップ及びコンデンサなどの支持構成要素を含むことができる。ＮＦＣアンテナコイル７３０４は、フレキシブルＰＣＢ７３３４内に終端することができる。
図７３Ｂに示すように、巻かれたＮＦＣアンテナコイル７３０４を使用することにより、上述のセクション５．３に記載されたエッチングされたコイルの実施形態に対して、ＮＦＣアンテナコイル７３０４の径方向幅を低減することができる。幅を更に低減するために、弓状磁石７３７２は、減少した径方向幅で作製することができる。いくつかの実施形態では、幅の減少に起因する磁場強度の低下を補償するために、弓状磁石７３７２の厚さを増加させることができる。
図７４は、いくつかの実施形態による、環状整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０の分解図を示す。図７４の底部及び上部には、キャリアシート７４０２及びプルタブ７４０４が示される。キャリアシート７４０２及びプルタブ７４０４は、シリコーンコーティングされたＰＥＴなどで作製することができる。いくつかの実施形態では、キャリアシート７４０２及びプルタブ７４０４は、環状整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０の構成を容易にするために使用され、環状整列アセンブリ７２０６及び回転整列アセンブリ７２１０をアクセサリに設置する前又は設置中に取り外される。環状整列アセンブリ７２０６は、底部フィルム７４１０、コイルシム７４１２、ＮＦＣアンテナコイル７３０４、ＰＣＢ７３３４、環状整列構成要素７３７０、及び装飾用キャップ７４１４を含むことができる。回転整列アセンブリ７２１０は、底部フィルム７４２０、１つ以上の回転整列磁石７４２２、及び装飾用キャップ７４２４を含むことができる。回転整列磁石（単数又は複数）７４２２は、上記のセクション２に記載されるような回転整列構成要素を実装することができ、様々な磁化パターンを使用することができる。
底部フィルム７４１０、７４２０は、感圧接着剤でコーティングされた工業用フィルムなどの材料で作製することができる。コイルシム７４１２は、環状整列構成要素７３７０でＮＦＣコイル７３０４及びＰＣＢ７３３４に対して高さ整列を提供することができる。いくつかの実施形態では、コイルシム７４１２は、タグ回路構成要素７３３２の場所に対応する開口部を有するパターン化されたセクション７４１３を有し得る（図７４に示される図においてＰＣＢ７３３４の下側にある）。パターン化されたセクション７４１３は、タグ回路構成要素７３３２と関連付けられたバンプ又はくぼみを回避して、環状整列アセンブリ７２０６に均一な厚さを提供するのに役立ち得る。ＮＦＣコイル７３０４の端子端部７４１５ａ、７４１５ｂは、ＰＣＢ７３３４上のパッドに接続され得る。ＰＣＢ７３３４は、環状整列構成要素７３７０内の隙間７４１７に嵌められ得る。装飾用キャップ７４１４、７４２４は、ポリカーボネートで作製され、感圧接着剤を使用して磁気整列構成要素７３７０、７４２２に接着することができる。上述したように、装飾用キャップ７４１４、７４２４は、美的効果のために選択された色及び／又はパターンを有することができる。
図７５は、いくつかの実施形態によるケース７２００のリアパネル７２０２の一部分の断面図を示し、環状整列アセンブリ７２０６の一部を示す。リアパネル７２０２は、ケースの内部に向けられ、ケース内に挿入されるポータブル電子デバイスの後面に接触する内表面７５０１を有する。リアパネル７２０２はまた、ポータブル電子デバイスがケース内に挿入されたときに見える外部表面である外表面７５０３を有する。この実施例では、外表面７５０３は、環状整列アセンブリ７２０６の近傍に隆起領域を有する。しかしながら、隆起領域は必須ではなく、リアパネル７２０２の外表面７５０３は平坦でもよい。環状整列アセンブリ７２０６は、装飾用キャップ７４１４が外方に向けられた状態で外表面７５０３に挿入され得る。環状整列アセンブリ７２０６の側部とリアパネル７２０２との間の隙間は、例えば、不透明な液体接着剤７５２０によって充填することができる。
ケース７２００、環状整列アセンブリ７２０６、及び、回転整列アセンブリ７２１０は例示的なものであり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。例えば、アセンブリ７２０６と同様の整列アセンブリは、上述のセクション５に記載されたＮＦＣタグ回路と環状磁気整列構成要素との組み合わせのいずれかのために構築することができ、環状整列アセンブリは、透明、半透明、又は不透明であり得るケースのリアパネルに挿入することができる。回転整列構成要素又はアセンブリは、所望に応じて含まれるか、又は省略されてもよい。更に、環状整列アセンブリは、回転整列アセンブリを有する又は有しなくてもよい、ケースに限定されず、他の種類のアクセサリに挿入することができる。
環状整列アセンブリ７２０６は、剛性ケース又は他のアクセサリに使用するように設計される。しかしながら、ケース及び他のアクセサリは、剛性である必要はない。例えば、ケースは、ポータブル電子デバイスの前側及び後側が覆われるようにポータブル電子デバイスを挿入することができる開端部（又は「スロート」）を有するフロントパネル及びバックパネルを有するスリーブとして形成され得る。挿入及び取り外しを容易にするために、少なくともある程度の可撓性をもってフロントパネル及びリアパネルを構成することが有用であり得る。いくつかの実施形態では、可撓性環状磁気整列構成要素は、粉末状強磁性材料などで浸らせたポリマーから作製された薄い磁石から環状磁気整列構成要素を構成することによって提供することができる。結果として得られた磁石がいくらかの可撓性を有するように、可撓性又はゴム状のポリマーを使用することができる。いくつかの実施形態では、単一の可撓性環状磁石を形成することができ、又は可撓性環状磁気整列構成要素は、複数の弓状部分から形成することができる。軸方向の厚さは、可撓性を最適化するために小さく保たれてもよい。しかしながら、可撓性磁石は、希土類磁石よりも低い磁場強度を有する傾向がある。ポータブル電子デバイスが磁力計を使用して、（例えば、上記のセクション５．４に記載されるように）環状整列構成要素を有するアクセサリの近接を検出するいくつかの実施形態では、磁力計は、高い割合の偽陽性をもたらすように閾値を低く設定することなく、可撓性磁石の磁場を確実に感知することができない場合がある。従って、いくつかの実施形態では、可撓性環状整列構成要素は、その磁場強度を増大させるように変更することができる。例えば、可撓性環状整列構成要素の径方向幅は、円周全体の周り又は磁力計に近い領域（例えば、四分円）だけのいずれかで増加させることができる。後者の選択肢は、「クロッキング」効果をもたらすことができる磁場の回転非対称性を作り出すことができる。感知された磁場を増加させる別の技術として、追加の可撓性磁石（本明細書では「トリガ」磁石と呼ばれる）を環状整列構成要素の外側に配置することができる。例えば、小さい正方形又は矩形のトリガ磁石は、スリーブがモバイルデバイスと整列されたときに磁力計（例えば、図５０の磁力計５０８０）に近い場所に配置され得る。いくつかの実施形態では、スリーブは充電－スルーアクセサリであってもよく、トリガ磁石が充電スルーアクセサリの遠位表面に取り付けられる第２のアクセサリの検出と干渉することを回避することが望ましい場合がある。従って、トリガ磁石は、磁力計までの短い距離に起因して感知することができる弱い磁場を有することができる。
７．整列モジュール
上述のように、磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイス、並びにケースや無線充電器デバイスなどのアクセサリを含む様々なデバイスに組み込むことができる。いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素は、デバイスに組み込むことができる整列モジュール（任意選択的に、誘導性充電コイルなどの他の構成要素と共に）に設けられ得る。整列モジュールは、整列構成要素を含むことができる様々なデバイスへの組み込みを容易にするようにサイズが決められ成形されたパッケージに封入された環状整列構成要素（一次、二次、又は補助整列構成要素であり得る）を含むことができる。いくつかの実施形態では、整列モジュールはまた、同じパッケージ内に封入され、環状整列構成要素に対して所望の位置に保持された（上記のセクション２に記載されるような）回転整列構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、パッケージはまた、上述のように、無線充電コイル及び／又はＮＦＣタグ回路を封入されてもよい。整列モジュールがアクティブ回路（誘導性充電コイルアセンブリ及び／又はロジックボードなど）を含む実施形態では、電気コンタクトをパッケージの外部に設けて、含まれるアクティブ回路への接続を可能にしてもよい。ここで、実施例を説明する。
７．１．充電器整列モジュール
いくつかの実施形態による整列モジュールは、無線充電コイル及び環状整列構成要素を含み得る。図７６Ａ及び図７６Ｂは、いくつかの実施形態による、充電器整列モジュール７６００の上面斜視図及び底面斜視図を示す。充電器整列モジュール７６００は、キャップ７６０１（図７６Ａに最も良く見られる）と、後側エンクロージャ７６０６（図７６Ｂに最も良く見られる）を含む、２ピース筐体を有する。キャップ７６０１は、充電器整列モジュール７６００がドッキングステーションなどのアクセサリデバイスに組み込まれた場合にユーザに可視となり得る装飾用面を提供することができる。キャップ７６０１は、充電面７６０４及び周囲のリム領域７６０２を含むことができる。充電面７６０４は、硬質タッチコーティングを有するシリコーン若しくはプラスチック、又はＡＣ及びＤＣ磁場に対して透過性である任意の他の材料で作製することができる。リム領域７６０２は、ＤＣ磁場に対して透過性であるプラスチック又は他の材料で作製することができる。裏側エンクロージャ７６０６は、金属（例えば、アルミニウム）で作製することができ、以下に説明するように誘導性充電コイル及びロジックボードを収容するように成形することができる。いくつかの実施形態では、充電器整列モジュール７６００がドッキングステーションなどのアクセサリデバイスに組み込まれた場合、裏側エンクロージャ７６０６がユーザに可視にならないと想定される。裏側エンクロージャ７６０６は、電気コンタクト７６１０を露出させた開口部７６０８を含むことができる。以下に説明するように、露出した電気コンタクト７６１０は、ロジックボード上に配置され、導電トレースによって、充電器整列モジュール７６００内に収容された構成要素に結合され得る。いくつかの実施形態では、露出した電気コンタクト７６１０は、充電コイル用の電力のためのコンタクト及びＵＳＢデータ信号（Ｄ＋及びＤ－）、電力、及び接地用のコンタクトを含むが、コンタクトの任意の組み合わせが提供されてもよい。加えて、コイル較正コンタクト７６１２もまた、裏側エンクロージャ７６０６内に露出されてもよい。いくつかの実施形態では、充電器整列モジュール７６００の内部の誘導性充電コイルの較正（例えば、コイル抵抗のテスト）をサポートするために、充電器整列モジュール７６００の製造中は、コイル較正コンタクト７６１２は露出され、較正後、コンタクト７６１２は、アクセサリデバイスに組み込むために、充電器整列モジュール７６００を第３者に送る前に、カプセル化シーラント材料で被覆することができる。
図７７は、いくつかの実施形態による充電器整列モジュール７６００の分解図を示す。キャップ７６０１は上部に示され、裏側エンクロージャ７６０６は底部に示される。一次環状整列構成要素７７１６は、キャップ７６０１の下、例えば、リム領域７６０２の下に配置される。一次環状整列構成要素７７１６は、上述の一次環状整列構成要素のいずれかの実装であり得る。例えば、一次環状整列構成要素７７１６は、環状構成で配置された一次弓状磁石７７１７を含むことができ、各一次弓状磁石７７１７は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状磁気領域と、第１の方向とは反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状磁気領域と、内側弓状磁気領域と外側弓状磁気領域との間の中央非磁化領域と、を含む四極構成を有する。環状ＤＣ磁気シールド７７１９は、一次弓状磁石７７１７の遠位表面上に配置することができる。上述したように、ＤＣ磁気シールド７７１９は、高透磁率を有する鋼又は他の材料で作製することができ、磁場が一次環状整列構成要素７７１６の遠位側を越えて伝播するのを防止するよう磁場を再方向付けすることができる。
誘導性充電コイルアセンブリ７７１２は、一次環状整列構成要素７７１６の内側に配置することができる。誘導性充電コイルアセンブリ７７１２は、誘導性充電コイル７７２０、誘導性充電コイル７７２０の近位側に配置された電気シールド７７２２、誘導性充電コイル７７２０の遠位側に配置された電磁シールド７７２６、及びシム７７２４を含むことができる。誘導性充電コイル７７２０は、巻かれたワイヤコイルとすることができる。電気シールド７７２２は、磁束に対して透過性である一方で、コイル７７２０の動作中にＡＣ電界を遮断又は低減する、導電性材料の薄層を含むことができる。電磁シールド７７２６は、コイル７７２０の遠位表面上及び外側に延在するフェライトなどであってもよい。シム７７２４は、プラスチック又は他の非導電性材料で作製することができ、電磁シールド７７２６の上部とコイル７７２０を水平にするよう提供され、それにより、充電面７６０４について更なるサポートを提供することができる。様々な誘導性充電コイルアセンブリを誘導性充電コイルアセンブリ７７１２として使用することができる。
フェンス７７２８は、アルミニウムなどから形成され、電磁シールド７７２６の外側とＤＣシールド７７１９の内側との間に介在され得る。フェンス７７２８は、ＤＣシールド７７１９からの電磁シールド７７２６の絶縁を提供することができ、それにより、ＤＣ磁束がコイル７７２０の領域に入るのを防ぎ、充電効率を向上させる。
ＤＣシールド７７１８、フェンス７７２８、及び電磁シールド７７２６は、ミッドプレート７７３０上に装着され得る。ミッドプレート７７３０は、アルミニウム又は他の導電性材料で作製することができる。ミッドプレート７７３０を通る開口部７７３１は、コイル７７２０の端部端子への電気接続を可能にするために設けられ得る。いくつかの実施形態では、ミッドプレート７７３０は、裏側エンクロージャ７６０６及びフェンス７７２８に溶接することができる。いくつかの実施形態では、環状整列構成要素７７１６の厚さは、コイルアセンブリ７７１２の厚さと等しくてもよい。環状整列構成要素７７１６がコイルアセンブリ７７１２よりも薄い実施形態では、スペーサ（図６７のスペーサ６６１５と同様に）は、磁石６６２６をキャップ６６０２に隣接して配置するために使用され得る。
ロジックボード７７３２は、例えば、感温接着剤であり得る接着剤７７３４を用いて、ミッドプレート７７３０の遠位表面上に装着され得る。ロジックボード７７３２は、下側に電子部品（図７７には示されていない）が装着されたプリント配線基板でもよい。電子部品は、誘導性充電コイル７７２０を駆動する電力回路（例えば、ブースト回路、インバータ）、及び電力回路の動作を制御する制御回路（例えば、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなど）を含むことができる。好適な構成要素及び回路の例は、技術分野において既知であり、詳細な説明は省略される。裏側エンクロージャ７６０６は、ロジックボード７７３２の下側の電子部品を収容するように成形することができ、ミッドプレート７７３０は、ロジックボード７７３２とコイル７７２０との間にシールドを提供することができる。ロジックボード７７３２の下側は、裏側エンクロージャ７６０６内の開口部７６０８（例えば、図７６Ｂに示すコンタクト７６１０、７６１２）と整列する外部電気コンタクトを含むことができる。ロジックボード７７３２（図７７に示される）の上面は、特定の領域を露出させたまま、接着剤７７３４によって部分的に被覆され得る。例えば、露出領域７７３５は、ミッドプレート７７３０の開口部７７３１と整列することができ、コイル７７２０の端子に接続するためのコンタクト７７３６を含んでもよい。別の例として、接地領域７７３８は、ロジックボード７７３２の周辺部で露出されてもよい。接地領域７７３８は、ミッドプレート７７３０に対する電気接地を提供することができる。
充電器モジュール７６００は例示的なものであり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。様々な誘導コイル及びシールド構成を使用することができ、上述した環状整列構成要素のいずれかが含まれてもよい。更に、充電器モジュール７６００は、ＮＦＣタグ回路及びコイルを含むものとして示されていないが、本開示にアクセスする当業者は、上述の無線充電器デバイスの他の実施例と同様に、ＮＦＣタグ回路及びコイルを組み込むことができることを理解するであろう。いくつかの実施形態では、充電器モジュール７６００は、外部電気コンタクト７６０８に終端する巻回ＮＦＣコイルを含むことができ、第３者のアクセサリメーカーは、ＮＦＣコイルを外部のＮＦＣタグ回路に結合することができ、アクセサリメーカーがタグデータを制御することを可能にする。露出したコンタクトは、第３者が外部配線又は他の構成要素を充電器モジュール７６００に接続することを可能にするのに役立つ。図示する実施形態では、外部コンタクトは、筐体の裏面を介して露出されるが、外部コンタクトは、筐体の任意の表面を介して露出させることができる。表面上の理由から、外部コンタクトを充電器モジュールの前面を介して露出させ、充電器モジュールがアクセサリに組み込まれたときに視界から隠されることが予想される表面（裏面又は側面など）を代わりに使用することが望ましくない場合もある。
加えて、パック形状は必須ではなく、充電器モジュールは、より大きなフォームファクタを有することができる。例えば、充電器モジュールは、矩形又は涙滴形状の上面を有することができ、上記のセクション２に記載されるように回転整列構成要素を組み込むことができる。図７８は、いくつかの実施形態による、涙滴状充電器モジュール７８００の上面斜視図を示す。充電器モジュール７８００は、筐体７８０１の形状を除いて、充電器モジュール７６００と類似又は同一であり得る。上部キャップ７８０２は、充電エリア７８０４を含み得、その下に充電コイルアセンブリ、環状磁気整列構成要素（例えば、図７７に示されるような）、及び、制御回路を含むアセンブリが設けられ得る。上部キャップ７８０２は、延在部分７８１０を含むこともでき、回転磁気整列構成要素７８１２は、セクション２において上述したように、環状磁気整列構成要素の中心から適切な距離で延在部分７８１０に配置され得る。充電器モジュール７８００の底部エンクロージャも、上部キャップ７８０２と同様に延在することができる。矩形形状（例えば、図１６に示されるような）を含む他の形状もまた提供され得る。
７．２．アクセサリ挿入モジュール
いくつかの実施形態では、誘導性充電回路を含まない「パッシブ」アクセサリに挿入するための整列モジュールが提供される。図７９Ａは、いくつかの実施形態によるアクセサリ挿入モジュール７９００の正面図であり、図７９Ｂは、その上面図である。図７９Ａに示すように、アクセサリ挿入モジュール７９００は、図示されるように丸みを帯びたコーナーを有する（又は所望であれば正方形のコーナーを有する）矩形として成形することができ、平坦な前面及び後面を有することができる。図７９Ｂに示すように、アクセサリ挿入モジュール７９００は、カプセル材料（例えば、プラスチック）よりなる前側及び後側外層７９０２、７９０４及び中央磁石保持層７９１０を含む層状構造を有することができる。接着剤層７９０６、７９０８は、前側及び後側外層７９０２、７９０４と中央磁石保持層７９１０との間に配置することができる。
図８０は、一実施形態によるアクセサリ挿入モジュール７９００の分解図を示す。中央磁石保持層７９１０は、環状開口部８０２６及び矩形開口部８０３２を有してプラスチックで作製することができる。環状開口部８０２６は、環状整列構成要素８０７０が環状開口部８０２６内に嵌合するようなサイズ及び形状とすることができる。環状整列構成要素８０７０は、上述した補助環状整列構成要素のいずれかの実装であり得る。例えば、補助環状整列構成要素８０７０は、環状構成で配置された一次弓状磁石８０７２を含むことができ、各一次弓状磁石８０７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状磁気領域と、第１の方向とは反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状磁気領域と、内側弓状磁気領域と外側弓状磁気領域との間の中央非磁化領域と、を含む四極構成を有する。矩形開口部８０３２は、回転整列構成要素８０２２が矩形開口部８０３２内に嵌合するようなサイズ及び形状とすることができる。回転整列構成要素８０２２は、上述のような回転整列構成要素の実装であってもよく、例えば、ｚ極、四極、三極、又は環状設計構成を有する１つ以上の磁石を含むことができる。
いくつかの実施形態では、磁石保持層７９１０、環状整列構成要素８０７０、及び回転整列構成要素８０２２は全て同じｚ高さを有することができ、これは、特に、アクセサリ挿入モジュール７９００の全体的なｚ高さが小さい場合に、アクセサリ挿入モジュール７９００を横方向（ｘｙ）平面内に平坦に維持するのを助けることができる。図示する例では、磁石保持層７９１０は、磁石保持層７９１０の残りの部分から離された環状整列構成要素８０７０の内側の領域８０３０を含む。図示するように、領域８０３０は、磁石保持層７９１０の残りの部分と同じ厚さを有する別々の材料ディスクによって占有され得、これも、アクセサリ挿入モジュール７９１０の横方向の平坦性を維持するのに役立ち得る。他の実施形態では、領域８０３０は空であってもよい。
アクセサリ挿入モジュール７９００は、ポータブル電子デバイス用のケースなどのアクセサリに使用することができる。ケースの嵩を低減するために、アクセサリ挿入モジュール７９００が非常に薄く、例えば、約１ｍｍの総厚さであることが望ましい場合がある。例えば、前側及び後側外層７９０２及び７９０４、並びに磁石保持層７９１０は、ＬＥＸＡＮ（商標）ＳＤ８Ｂ２４フィルム（ＳＡＢＩＣ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓの製品）などのポリカーボネートフィルムから作製することができる。前側及び後側外層７９０２及び７９０４はそれぞれ約０．２ｍｍの厚さを有することができ、一方、磁石保持層７９１０は、約０．５ｍｍの厚さを有することができる （上述したように、環状整列構成要素８０７０及び回転整列構成要素８０７２の厚さは、磁石保持層７９１０の厚さと同じであってもよい。）接着剤層７９０６及び７９０８は、例えば、約０．２ｍｍの厚さを有する感圧接着剤であってもよい。これらの寸法は所望に応じて変更することができることを理解されたい。一般に、より薄い前側及び後側外層は、所与の環状整列構成要素８０７０及び回転整列構成要素８０７２が相補的デバイスに強い磁力を及ぼすことを可能にし、より薄い磁石（及び磁石保持層７９１０）は、アクセサリ挿入モジュール７９００の全体的な厚さを低減することを可能にする。
いくつかの実施形態では、アクセサリ挿入モジュール７９００は、不透明な材料で作製することができ、保護ケース、スリーブ、トレイなどの様々なアクセサリに挿入することができる。アクセサリ挿入モジュール７９００の不透明度は、透明なケースバックのような特定の美的選択肢に干渉し得る。アクセサリ挿入モジュールのいくつかの実施形態は、アクセサリ挿入モジュール７９００と比較して、不透明度が低減した領域を提供することができる。図８１は、一実施形態によるアクセサリ挿入モジュール８１００の分解図を示す。アクセサリ挿入モジュール８１００は、環状整列構成要素８１７０を取り囲む環状の前側エンクロージャ８１０２と環状裏側エンクロージャ８１０４とを有する環状形状を有し、環状整列構成要素８１７０は、上述の補助環状整列構成要素のいずれかの実装であり得る。例えば、補助環状整列構成要素８１７０は、環状構成で配置された一次弓状磁石８１７２を含むことができ、各一次弓状磁石８１７２は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状磁気領域と、第１の方向とは反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状磁気領域と、内側弓状磁気領域と外側弓状磁気領域との間の中央非磁化領域と、を含む四極構成を有する。接着剤層８１０６、８１０８はそれぞれ、例えば感圧接着剤であり得、前側エンクロージャ８１０２及び裏側エンクロージャ８１０４によって形成されたエンクロージャ内の定位置に環状整列構成要素を保持することができる。前側エンクロージャ８１０２及び裏側エンクロージャ８１０４は、例えば射出成形されたポリカーボネート又は他の同様の材料で作製することができる。アクセサリ挿入モジュール８１００は不透明であってもよいが、その不透明領域がアクセサリ挿入モジュール７９００に対して低減されるため、アクセサリ挿入モジュール８１００は、透明な表面が所望される透明なケースや他の用途においてより審美的に魅力的な場合もある。
図８１に示す実施形態では、前側エンクロージャ８１０２及び／又は裏側エンクロージャ８１０４は、磁石８１７２が全ての側部で取り囲まれるように側壁を有することができる。前側エンクロージャ８１０２及び裏側エンクロージャ８１０４が交わる継手は、いくつかの方法で形成することができる。図８２及び８３は、前側エンクロージャ８１０２と裏側エンクロージャ８１０４とを接合するためのオプションを示す、様々な実施形態によるアクセサリ挿入モジュールの部分断面図を示す。図８２では、アクセサリ挿入モジュール８１００の前側エンクロージャ８１０２及び裏側エンクロージャ８１０４は、超音波又はレーザー溶接８２１０によって接合され得、環状整列構成要素８１７０を完全に取り囲んでいる。図８３は、アクセサリ挿入モジュール８１００の前側エンクロージャ８１０２'がノッチ８３１０を含む一方で、裏側エンクロージャ８１０４'がノッチ８３１０内に嵌合する突出部８３１２を含むバリエーションを示す。例えば、ノッチ８３１０を有する前側エンクロージャ８１０２'は、第１の射出成形プロセスで形成することができ、その後、磁石は前側エンクロージャ８１０２'内に配置されて環状整列構成要素８１７０を形成する。その後、第２の射出成形プロセスを使用して、ノッチ８３１０内に充填するよう裏側エンクロージャ８１０４'を形成することができる。
更に他の実施形態では、側壁は、前側エンクロージャ８１０２及び裏側エンクロージャ８１０４とは別個に形成することができ、上述のアクセサリ挿入モジュール７９００と同様の「積層」構成を提供することができる。図８４は、「積層」構成を有するいくつかの実施形態による、環状アクセサリ挿入モジュール８１００''の部分断面図である。環状アクセサリ挿入モジュール８１００''は、アクセサリ挿入モジュール８１００と同じ環状形状を有することができる。しかしながら、この実施形態では、前側エンクロージャ８１０２''及び裏側エンクロージャ８１０４''は、ポリカーボネートなどで形成された平面環状構造体とすることができる。側壁８４１０ａ及び８４１０ｂは、環状整列構成要素８１７０の厚さと同じ（又はわずかに厚い）厚さを有するポリカーボネートの同心環状リングとして形成することができる。例えば、感圧接着剤であり得る接着剤層８４０６、８４０８は、構造体を一緒に保持することができる。
これらアクセサリ挿入モジュールは例示的であり、変形及び変更が可能であることが理解されるであろう。様々な材料を使用することができ、上述した環状整列構成要素のいずれかを含めることができる。更に、様々なアクセサリ挿入モジュールは、ＮＦＣタグ回路及びコイルを含むものとして示されていないが、本開示にアクセスする当業者は、上述のアクセサリデバイスの例と同様にＮＦＣタグ回路及びコイルを組み込むことができることを理解するであろう。
８．付加的な実施形態
本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、多数の変形及び変更が可能であることを理解するであろう。例えば、環状整列モジュールは、セクタを形成する弓状磁石から作製されるものとして説明されるが、磁石が環状構造体の寸法に対して十分に小さい場合、台形又は正方形の磁石が弓状磁石の挙動に近似することができることが理解されるであろう。磁気整列構成要素は、任意の寸法を有することができ、環状磁気整列構成要素は、回転整列構成要素を用いてあるいは用いずに、かつ、ＮＦＣ回路を用いてあるいは用いずに使用することができる。ＮＦＣ回路が存在する場合、所与のデバイスは、一次、二次、又は補助環状磁気整列構成要素のいずれかと組み合わせて、ＮＦＣリーダ回路又はＮＦＣタグ回路（又はその両方）を有することができ、様々なＮＦＣコイルの幾何学的形状を実装することができる。磁気整列構成要素は、上記のようなコイルの整列を容易にするために誘導性充電コイルと共に使用することができ、又は磁気整列構成要素が、誘導性充電コイルを有さないデバイス内に存在することができる。更に、誘導性充電コイルの周囲に磁気整列構成要素を有するポータブル電子デバイスは、磁気整列構成要素を有さない無線充電器デバイスによって充電することができ、反対に、磁気整列構成要素を有する無線充電器デバイスは、誘導性充電コイルを有するが磁気整列構成要素を有さないポータブル電子デバイスを充電するために使用することができる。これらの状況では、磁気整列構成要素は、デバイス間の整列を容易にすることができないが、無線電力伝送に干渉する必要はない。
加えて、ポータブル電子デバイスが無線で電力を受信するものとして説明されるが、当業者は、誘導電力コイルが無線で送電及び受電するように動作可能であり得、いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスが無線電力伝送のための送信器又は受信器のいずれかとして動作するように再構成可能であり得ることを理解するであろう。
更に、本明細書に記載される種類の磁気整列構成要素を使用して、デバイス間の無線電力伝送のための送電コイルと受電コイルとの間の整列を容易にすることができると考えられる一方で、磁気整列構成要素の使用は、そのように限定されず、磁気整列構成要素は、いずれか又は両方のデバイスが無線充電コイルを有するか否かにかかわらず、一方のデバイスを他方のデバイスに対して相対的に整列させて保持するために、様々なコンテキストで使用することができる。従って、例えば、特定の位置及び向きでポータブル電子デバイスを保持することができる三脚（又は他の種類のスタンド）は、ポータブル電子デバイスを定位置で保持するための一次環状磁気整列構成要素（及び回転整列構成要素）を含むことができ、磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスを三脚に固定するために、機械的保持特徴に加えて、又はその代わりに使用することができる。
従って、デバイスのエコシステムが想到される。エコシステムは、スマートフォン、タブレット、又はバッテリ電力で動作することができ、無線電力伝送を介して電力を受信することができる他のデバイスなど、様々なフォームファクタを有する様々なポータブル電子デバイスを含むことができる。エコシステムは、パック、マット、ドックなどの様々な無線充電器デバイスも含み得る。エコシステムはまた、ポータブル電子デバイスと無線充電器デバイスとの間に介在され得る"充電スルー"アクセサリ（ケースなど）を含むことができ、充電スルーアクセサリは、アクセサリが存在している間に無線充電を可能にするために、磁束がアクセサリの介在部分を通過することを可能にするように設計される。このようなエコシステムでは、それぞれのポータブル電子デバイスは、エコシステムにわたって一定の径方向幅及び外径の寸法を有する二次環状磁気整列構成要素（例えば、上述のような半径方向又は横方向の磁気配向を有する）を含むように製造することができる。各無線充電器デバイスは、ポータブル電子デバイス（例えば、上述の四極構成を有する）の二次環状磁気整列構成要素に相補的な一次環状磁気整列構成要素を含むように製造することができ、無線充電器デバイスを異なるポータブル電子デバイスと交換可能に使用することを可能にする。各充電スルーアクセサリは、一次及び二次環状磁気整列構成要素に相補的な補助環状磁気整列構成要素を含むように製造することができ、この場合も、無線充電器デバイスを異なる充電スルーアクセサリ（及びポータブル電子デバイス）と交換可能に使用することを可能にする。
このようなエコシステムは、磁気整列構成要素を用いてポータブル電子デバイスに取り付けられるように設計され得るが、充電スルー動作をサポートしない、他のパッシブアクセサリデバイス（すなわち、誘導性充電コイルを含まないアクセサリデバイス）を含むことができる。例としては、三脚又は他のスタンド、クレジットカード又は無線電力伝送中に消磁されやすい他の磁化されたアイテム、又は充電されていないポータブル電子デバイスと共に使用することを意図した他のアクセサリを保持する取り付け可能なアクセサリケースが挙げられる。このようなアクセサリデバイスは、二次環状磁気整列構成要素又は補助環状磁気整列構成要素のいずれかを含むように製造することができ、回転整列構成要素を含んでも含まなくてもよい。
このようなエコシステムは、初めに磁気整列構成要素を有さずに製造されたポータブル電子デバイスに磁気整列能力を提供するために使用され得る「後付け」アクセサリデバイスを含むことができる。後付けアクセサリは、スマートフォン（又は他のポータブル電子デバイス）をアクセサリの筐体と固定の相対的な整列で保持する１つ以上の機械的保持特徴（例えば、トレイとして成形されたケースの側部及びリップ）を有することができる。アクセサリは、二次磁気整列構成要素（エコシステムのための二次整列構成要素の仕様に一致する）を含むことができ、二次磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスが機械的保持特徴によって定位置に保持されたときに、誘導性充電コイルが二次磁気整列構成要素内で中心に置かれるように、後付けアクセサリ内に配置され得る。そのようなアクセサリは、磁気整列構成要素を有さずに製造されたポータブル電子デバイスが、磁気整列エコシステム内のデバイスと共に使用された場合に、磁気整列の利益を享受されることを可能にする。
所与のエコシステム内では、環状整列構成要素を含むデバイスのいずれか又は全ては、上述のような回転整列構成要素も含んでもよいことを理解されたい。例えば、エコシステム内では、二次環状整列構成要素の外側の回転整列構成要素を収容するのに十分な大きさの二次環状整列構成要素を有する全てのポータブル電子デバイスは、回転整列構成要素を有することができる。一次整列構成要素又は補助整列構成要素を有するデバイスは、フォームファクタ及び意図される使用に応じて、回転整列構成要素を有しても、有さなくてもよい。
また、所与のエコシステム内では、環状整列構成要素を含むデバイスのうちのいずれか又は全てはまた、上述のようなデバイス識別のためのＮＦＣ回路を含んでもよいことも理解されたい。例えば、エコシステム内では、任意のポータブル電子デバイスが、上述のようなＮＦＣリーダ回路を有することができる一方で、一次環状整列構成要素又は補助環状整列構成要素を有する任意のデバイスは、上述のようなＮＦＣタグ回路を有することができる。
いくつかのデバイスが、複数の環状整列構成要素を含み得ることも理解されたい。例えば、無線充電器デバイスは、複数のポータブル電子デバイスが同時に充電されることを可能にするために、互いに離間した２つ以上の別個の無線充電コイルを備えて設計されてもよい。各無線充電コイルは、周囲の一次環状整列構成要素を有することができ、各一次整列構成要素は、関連する回転整列構成要素及び／又はＮＦＣコイルを有することができる。
いくつかの実施形態では、環状整列構成要素を含む整列モジュールは、アクセサリデバイス、無線充電器デバイス、又はポータブル電子デバイスへの容易な設置のためにパッケージ化され得る。例えば、整列モジュールは、磁石を保護し、それらを適所に保持する封入構造体（又は筐体）内に上述したような一次、二次、又は補助環状磁気整列構成要素を含むことができ、いくつかの実施形態では、回転磁気整列構成要素は環状磁気整列構成要素と共に含まれてもよく、更に、いくつかの実施形態では、ＮＦＣ回路が含まれてもよい。封入構造体は、例えば、プラスチック構造体であってもよく、その少なくとも一部は透明であり得る。別の実施例として、整列モジュールは、環状整列構成要素内の中心に置かれた無線充電コイル（例えば、送電コイル）を含むことができる。封入構造体は、無線充電コイルへの電気接続を行うために、露出した電気コンタクトを提供することができる。このような整列モジュールは、１つのエンティティによって作製され、ケース、無線充電ドックなどのデバイスに組み込むために異なるエンティティに販売され得る。
デバイスの検出及び情報の交換（例えば、ＮＦＣを使用した）に関する本明細書に記載される様々な特徴は、専用の構成要素及び／又はプログラマブルプロセッサ及び／又は他のプログラマブルデバイスの任意の組み合わせを用いて実現することができる。本明細書で述べられる様々なプロセスは、同一プロセッサ又は任意の組み合わせの異なるプロセッサ上で実装可能である。構成要素が特定の動作を実行するように構成されていると説明されている場合、このような構成は、例えばこの動作を実行するように電子回路を設計することにより、この動作を実行するように（マイクロプロセッサなどの）プログラマブルな電子回路をプログラムすることにより、又はこれらの任意の組み合わせにより、達成することができる。更に、上記の実施形態は、特定のハードウェア及びソフトウェア構成要素を参照し得るが、当業者には、ハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素の異なる組み合わせも利用でき、ハードウェアで実行されると説明される特定の動作がソフトウェアでも実行され得、またその逆も可能であることが理解されよう。本願に記載される様々な特徴を組み込んだコンピュータプログラムが符号化され、様々なコンピュータ読取可能記憶媒体上に記憶されてもよい。好適な媒体としては、磁気ディスク若しくはテープ、コンパクトディスク（ＣＤ：compact disk）若しくはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｋ、デジタル多用途ディスク）などの光学記憶媒体、フラッシュメモリ、並びにその他の非一時的媒体が挙げられる。プログラムコードで符号化されたコンピュータ可読媒体は、互換性のある電子デバイスと共にパッケージ化することができ、又はプログラムコードを電子デバイスとは別個に（例えばインターネットダウンロードにより、若しくは別個にパッケージ化されたコンピュータ可読記憶媒体として）提供することができる。デバイスによる又はデバイス間の情報又はデータの全ての収集又は交換に関して、個人特定可能な情報の使用は、ユーザのプライバシーを維持するための業界又は政府要件を満たす又は上回ると一般的に認識されるプライバシーポリシー及びプラクティスに従うべきであることに十分に理解されたい。特に、個人特定可能な情報データは、意図的でない又は許可されていないアクセス又は使用のリスクを最小限に抑えるように管理及び取り扱いされるべきであり、許可された使用の性質はユーザに明確に示されるべきである。
本発明の実施形態は、以下のいずれかを含むことができるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、電子デバイス（例えば、ポータブル電子デバイス）は、境界面を有する筐体と、筐体内に配置されており、境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、
誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素と、を備える。環状磁気整列構成要素は、半径方向に磁気配向を有することができる。環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を含むことができ、弓状磁石それぞれは、径方向内方（又は径方向外方）方向に配向される磁極性を有することができる。環状磁気整列構成要素は、隙間を含むことができ、誘導コイルに接続された導電経路は、隙間を通過することができる。環状磁気整列構成要素は、環状磁気整列構成要素の両側に第１の隙間及び第２の隙間を含むことができる。バッテリは、筐体内に配置されてもよく、誘導コイルはバッテリに結合され得る。誘導コイルは、境界面を介して無線で電力を受信及び／又は送信するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、電子デバイス（例えば、無線充電器デバイス）は、充電面を有する筐体と、筐体内に配置されており、充電面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、充電面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、
誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素と、を備える。環状磁気整列構成要素は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を含むことができ、各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する第１の領域と、第２の軸方向に配向された磁極性を有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間の非磁化領域とを有することができる。環状磁気整列構成要素は、隙間を含むことができ、誘導コイルに接続された導電経路は、隙間を通過することができる。誘導コイルは、充電面を介して無線で電力を送信及び／又は受信するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスと共に使用するためのアクセサリは、第１の境界面と、第１の境界面と反対側の第２の境界面とを有する筐体と、筐体内に配置されており、第１の境界面及び第２の境界面に垂直な軸を有する環状磁気整列構成要素と、を備える。環状磁気整列構成要素は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を含むことができる。各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する第１の領域と、第２の軸方向に配向された磁極性を有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間の非磁化領域と、を有することができる。環状磁気整列構成要素は、隙間を含むことができる。環状磁気整列構成要素は、環状磁気整列構成要素の両側に第１の隙間及び第２の隙間を含むことができる。
いくつかの実施形態では、磁気整列システムは、軸を画定する環状構成に配置された複数の一次弓状磁石よりなる一次整列構成要素と、環状構成に配置された複数の二次弓状磁石よりなる二次整列構成要素と、を備えることができる。各一次弓状磁石は、軸に沿った第１の方向に磁気配向を有する一次内側弓状磁気領域と、第１の方向とは反対の第２の方向に磁気配向を有する一次外側弓状磁気領域と、一次内側弓状領域と一次外側弓状領域との間に配置された非磁化の一次中央弓状領域と、を含む。各二次弓状磁石は、二次整列構成要素の中心に対して半径方向に磁気配向を有する。一次整列構成要素は、第１の誘導性充電コイルを取り囲む第１の電子デバイス内に配置され得、二次整列構成要素は、第２の誘導性充電コイルを取り囲む第２の電子デバイス内に配置され得、一次整列構成要素及び二次整列構成要素が共通の軸に沿って整列されるとき、第１の誘導性充電コイル及び第２の誘導性充電コイルも共通の軸に沿って整列され得る。
いくつかの実施形態では、電子デバイス（例えば、ポータブル電子デバイス）は、境界面を有する筐体と、筐体内に配置されており、境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素であって、半径方向に磁気配向を有する環状磁気整列構成要素と、
環状磁気整列構成要素の外周の外側に配置された磁石を含む回転整列構成要素と、を備える。回転整列構成要素は、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域を有する磁石を含むことができる。これらの及び他の実施形態では、磁石は、環状磁気整列構成要素によって画定される軸線を横断する平面内に矩形形状を有することができる。例えば、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する第２の領域と、を含み得る。別の例として、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第２の領域と、
矩形形状に沿って延在し、第１の領域と第２の領域との間に中間に配置された第３の領域であって、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する、第３の領域と、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を有することができ、各弓状磁石は径方向内方方向に配向された磁極性を有する。これらの及び他の実施形態では、バッテリは筐体内に配置され得、誘導コイルはバッテリに結合され得る。これらの及び他の実施形態では、誘導コイルは、境界面を介して無線で電力を受信及び／又は送信するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、電子デバイス（例えば、無線充電器デバイス）は、充電面を有する筐体と、筐体内に配置されており、充電面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、充電面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素と、
環状磁気整列構成要素の外周の外側に配置された磁石を含む回転整列構成要素と、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、回転整列構成要素は、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域を有する磁石を含むことができる。例えば、磁石は、環状磁気整列構成要素によって画定される軸線を横断する平面内に矩形形状を有することができ、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する第２の領域と、を備える。別の例として、磁石は、環状磁気整列構成要素によって画定される軸線を横断する平面内に矩形形状を有することができ、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第２の領域と、
矩形形状に沿って延在し、第１の領域と第２の領域との間に中間に配置された第３の領域であって、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する、第３の領域と、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を含むことができる。各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する第１の領域と、第２の軸方向に配向された磁極性を有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間の非磁化領域と、を有することができる。これらの及び他の実施形態では、誘導コイルは、充電面を介して無線で電力を伝送するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスと共に使用するためのアクセサリは、第１の境界面と、第１の境界面と反対側の第２の境界面とを有する筐体と、筐体内に配置され、第１の境界面及び第２の境界面に垂直な軸を有する環状磁気整列構成要素と、
環状磁気整列構成要素の外周の外側に配置された磁石を含む回転整列構成要素と、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、回転整列構成要素は、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域を有する磁石を含む。例えば、磁石は、環状磁気整列構成要素によって画定される軸線を横断する平面内に矩形形状を有することができ、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する第２の領域と、を備える。別の例として、磁石は、環状磁気整列構成要素によって画定される軸線を横断する平面内に矩形形状を有することができ、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域は、矩形形状の第１の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第１の領域と、矩形形状の第２の長辺に沿って延在し、第１の磁気配向を有する第２の領域と、
矩形形状に沿って延在し、第１の領域と第２の領域との間に中間に配置された第３の領域であって、第１の磁気配向とは反対の第２の磁気配向を有する、第３の領域と、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数の弓状磁石を含むことができる。各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する第１の領域と、第２の軸方向に配向された磁極性を有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間の非磁化領域と、を有することができる。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイス（又は他の電子デバイス）は、境界面を有する筐体と、筐体内に配置されており、境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが径方向成分を有する磁気配向を有する、環状磁気整列構成要素と、
筐体内に配置されており、誘導コイルと同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備える。これらの実施形態及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、ＮＦＣリーダ回路に結合され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、誘導コイルと環状磁気整列構成要素との間の隙間（環状隙間であり得る）内に配置され得る。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素の各セクタは、１つ以上の弓状磁石を含むことができ、各弓状磁石は、半径方向に配向された磁極性を有する。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素の交互のセクタは、反対の磁気配向を有することができる。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、セクタのうちの２つの間に隙間を含み得る。ＮＦＣコイルをＮＦＣリーダ回路に接続する導電経路は、誘導コイルに接続される導電経路と同様に、隙間を通ることができる。これらの及び他の実施形態では、磁石を含む回転整列構成要素は、筐体内に環状磁気整列構成要素の外側（又は外周部の外側）に配置され得る。
いくつかの実施形態では、無線充電デバイスは、充電面を有する筐体と、筐体内に配置されており、充電面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、充電面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素と、
筐体内に配置され誘導コイルと同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、充電面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含むことができ、各セクタは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域（例えば、充電面に向かって配向された南磁極性を有する）と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、環状磁気シールドは、環状磁気整列構成要素の遠位表面に配置され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、パッシブＮＦＣタグ回路又はアクティブＮＦＣタグ回路であり得るＮＦＣタグ回路に結合される。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、誘導コイルと環状磁気整列構成要素との間、例えば、誘導コイルと環状磁気整列構成要素との間の環状隙間内に配置される。これらの及び他の実施形態では、第１の軸方向は、全てのセクタに対して同じ方向であり得る。あるいは、交互のセクタは、反対の第１の軸方向を有してもよい。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素の各セクタは、それぞれ四極構成を有する１つ以上の弓状磁石を含む。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、セクタのうちの２つの間に隙間を含み得る。誘導コイルに接続された導電経路は、ＮＦＣコイルをＮＦＣタグ回路に接続する導電経路と同様に、隙間を通ることができる。
いくつかの実施形態では、アクセサリデバイスは、境界面を有する筐体と、筐体内に配置されており、境界面に垂直な軸を有する環状磁気整列構成要素と、
筐体内に配置されており、環状磁気整列構成要素と同軸の近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備える。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含み、各セクタは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、ＮＦＣタグ回路に結合され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、環状磁気整列構成要素の内側に配置することができ、ＮＦＣタグ回路の他の構成要素は、環状磁気整列構成要素の内側及び／又は環状磁気整列構成要素のセクタ間の１つ以上の隙間内に配置することができる。あるいは、ＮＦＣコイルは、環状磁気整列構成要素の外側に配置することができる。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスは、境界面を有する筐体と、筐体内に配置されており、境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、誘導コイルと同軸で外側の筐体内に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが径方向成分を有する磁気配向を有する、環状磁気整列構成要素と、筐体内に配置されており、誘導コイルと同軸の近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、ＮＦＣリーダ回路に結合され、境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、境界面の近く及び環状磁気整列構成要素の外側に配置される磁力計と、
磁力計に結合され、磁力計によって検出された磁場の変化に少なくとも部分的に基づいて、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするように構成されている制御回路と、を備える。これらの及び他の実施形態では、磁力計は三軸磁力計とすることができ、磁場の変化は、磁界の大きさ又は方向のいずれか又は両方の変化を含むことができる。これらの及び他の実施形態では、制御回路は、磁場の変化が、ポータブル電子デバイスの環状磁気整列構成要素に相補的な第２の磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスがポータブル電子デバイスと整列されることに関連付けられる予想される変化に対応する場合に、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするよう更に構成され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣリーダ回路は、異なる種類のアクセサリデバイスに関連付けられた複数の動作モードで動作可能であり得、制御回路は、磁力計によって検出された磁場の変化に少なくとも部分的に基づいて、ＮＦＣリーダ回路の動作モードのうちの１つを選択するように更に構成されている。これらの及び他の実施形態では、制御回路は、ＮＦＣリーダ回路からＮＦＣタグデータを受信し、受信したＮＦＣタグデータに基づいてポータブル電子デバイスの挙動を変更するように更に構成され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、誘導コイルと環状磁気整列構成要素との間の隙間内に配置することができる。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含むことができ、各セクタは、径方向成分を有する磁気配向を有し、制御回路は、磁場の変化が、第２の磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスがポータブル電子デバイスと整列されることに関連付けられた予想される変化に対応する場合に、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするように更に構成することができ、第２の磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスの環状磁気整列構成要素に相補的な四極磁気構成を有する第２の環状磁気整列構成要素である。
いくつかの実施形態では、ポータブル電子デバイスは、境界面を有する筐体と、筐体内に配置された環状磁気整列構成要素と、筐体内に配置されており、環状磁気整列構成要素と同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、ＮＦＣリーダ回路に結合され、境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されている、ＮＦＣコイルと、境界面の近く及び環状磁気整列構成要素の外側に配置される磁力計と、
磁力計に結合され、磁力計によって検出された磁場の変化に少なくとも部分的に基づいて、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするように構成されている制御回路と、を備える。これらの及び他の実施形態では、磁力計は三軸磁力計とすることができ、磁場の変化は、磁界の大きさ又は方向のいずれか又は両方の変化を含むことができる。これらの及び他の実施形態では、制御回路は、磁場の変化が、ポータブル電子デバイスの環状磁気整列構成要素に相補的な第２の磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスがポータブル電子デバイスと整列されることに関連付けられる予想される変化に対応する場合に、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするよう更に構成され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣリーダ回路は、異なる種類のアクセサリデバイスに関連付けられた複数の動作モードで動作可能であり得、制御回路は、磁力計によって検出された磁場の変化に少なくとも部分的に基づいて、ＮＦＣリーダ回路の動作モードのうちの１つを選択するように更に構成されている。これらの及び他の実施形態では、制御回路は、ＮＦＣリーダ回路からＮＦＣタグデータを受信し、受信したＮＦＣタグデータに基づいてポータブル電子デバイスの挙動を変更するように更に構成され得る。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含み、各セクタは、径方向成分を有する磁気配向を有する。これらの実施形態及び他の実施形態では、制御回路は、磁場の変化が、第２の磁気整列構成要素を有するアクセサリデバイスがポータブル電子デバイスと整列ことに関連付けられる予想される変化に対応する場合に、ＮＦＣリーダ回路の動作をトリガするように更に構成され、第２の磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスの環状磁気整列構成要素に相補的な四極磁気構成を有する第２の環状磁気整列構成要素である。
いくつかの実施形態では、アクセサリを識別する方法は、第１の環状磁気整列構成要素を有するポータブル電子デバイスによって、第１の環状磁気整列構成要素付近の磁場をモニタリングする磁力計を動作させることと、ポータブル電子デバイスによって、第１の環状磁気整列構成要素に相補的な第２の環状磁気整列構成要素を有するアクセサリがポータブル電子デバイスに近接していることを示す磁場の変化を検出することと、
磁場の変化を検出したことに応じて、ポータブル電子デバイスによって、第１の環状磁気整列構成要素と同軸のＮＦＣコイルを含むＮＦＣリーダ回路を動作させて、アクセサリのＮＦＣタグを読み取ることと、を有する。これらの及び他の実施形態では、磁場の変化は、磁場の大きさ又は方向のいずれか又は両方の変化を含むことができる。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣリーダ回路は、異なる種類のアクセサリデバイスに関連付けられた複数の動作モードで動作可能であり、本方法は、磁力計によって検出された磁場の変化に少なくとも部分的に基づいて、ＮＦＣリーダ回路の動作モードのうちの１つを選択することを更に含むことができる。これらの及び他の実施形態では、本方法は、ポータブル電子デバイスのディスプレイ上に表示される要素を変更するなど、アクセサリのＮＦＣタグから読み取られた識別データに基づいて、ポータブル電子デバイスの挙動を変更することを更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、無線充電モジュールは、充電面及び開口部を含む第２の表面を有する筐体（開口部は、充電面と反対側又は筐体上の他の場所にあり得る）と、筐体内に配置される誘導コイルアセンブリであって、導電性コイルを含む誘導コイルアセンブリと、筐体内に配置され、誘導コイルアセンブリを取り囲む環状磁気整列構成要素と、
筐体内に配置された制御回路であって、導電性コイル及び複数の外部電気コンタクトに結合され、外部電気コンタクトから受信した入力電力を使用して、充電面を介して無線で電力を伝送するよう導電性コイルを動作する構成されている、制御回路と、を備え、外部電気コンタクトは、筐体の第２の表面の開口部を通して露出される。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含むことができ、各セクタは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、導電性ミッドプレートが筐体内に配置され得る。ミッドプレートは、充電面に向けられた近位表面と、近位表面の反対側の遠位表面とを有することができ、誘導コイルアセンブリは、ミッドプレートの近位表面上に装着され得る。これらの及び他の実施形態では、制御回路は、その上に回路構成要素が装着されたロジックボードを備えることができる。ミッドプレートが存在する場合、ロジックボードは、ミッドプレートの遠位表面上に装着され得る。例えば、ミッドプレートは、内部を貫通する開口部を有することができ、ロジックボードは、ミッドプレートの開口部を通じて導電性コイルに結合され得る。これらの及び他の実施形態では、環状磁気シールドは、環状磁気整列構成要素の遠位表面に配置され得る。これらの実施形態及び他の実施形態では、外部電気コンタクトは、較正後にシーラント材料で被覆することができる較正コンタクトを含む。これらの及び他の実施形態では、誘導コイルアセンブリは、導電性コイルと充電面との間に配置される電気シールドと、電気シールドの反対側の導電性コイルの表面を覆う電磁シールドと、を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、無線充電モジュールは、充電面及び開口部を含む第２の表面を有する筐体（開口部は、充電面と反対側又は筐体上の他の場所にあり得る）と、筐体内に配置される誘導コイルアセンブリであって、導電性コイル及び電磁シールドを含む誘導コイルアセンブリと、筐体内に配置されており、誘導コイルアセンブリを取り囲む環状磁気整列構成要素と、筐体内に配置されており、誘導コイルアセンブリと同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、充電面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、
筐体内に配置される制御回路であって、導電性コイル及び複数の外部電気コンタクトに結合され、外部電気コンタクトから受信した入力電力を使用して、充電面を介して無線で電力を伝送するように導電性コイルを動作するよう構成されている制御回路と、を備え、外部電気コンタクトは筐体の第２表面の開口部を通して露出される。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含むことができ、各セクタは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、ＮＦＣタグ回路に結合され得る。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、誘導コイルアセンブリと環状磁気整列構成要素との間に（例えば、誘導コイルアセンブリと環状磁気整列構成要素との間の環状隙間内に）配置され得る。これらの及び他の実施形態では、導電性ミッドプレートは、筐体内に配置することができ、ミッドプレートは、充電面に向かって配向された近位表面と、近位表面の反対側の遠位表面とを有する。誘導コイルアセンブリは、電磁シールドがミッドプレートに向けて配向された状態で、ミッドプレートの近位表面上に装着され得る。これらの及び他の実施形態では、制御回路はロジックボードを含むことができ、ＮＦＣコイルはロジックボード内に終端されてもよい。ミッドプレートが存在する場合、ロジックボードは、ミッドプレートの遠位表面上に装着され得る。例えば、ミッドプレートは、内部を貫通する開口部を有することができ、ロジックボードは、ミッドプレートの開口部を通じて導電性コイルに結合され得る。
いくつかの実施形態では、無線充電モジュールは、充電面及び開口部を含む第２の表面を有する筐体と、筐体内に配置される誘導コイルアセンブリであって、導電性コイル及び電磁シールドを含む誘導コイルアセンブリと、筐体内に配置されており、誘導コイルアセンブリを取り囲む環状磁気整列構成要素と、環状磁気整列構成要素の外周の外側で筐体内に配置される磁石を有する回転整列構成要素と、
筐体内に配置される制御回路であって、導電性コイル及び複数の外部電気コンタクトに結合され、外部電気コンタクトから受信した入力電力を使用して、充電面を介して無線で電力を伝送するよう導電性コイルを動作するよう構成されている、制御回路と、を備え、外部電気コンタクトは筐体の第２の表面の開口部を通して露出される。これらの及び他の実施形態では、環状磁気整列構成要素は、複数のセクタを含むことができ、各セクタは、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、導電性ミッドプレートは、筐体内に配置することができ、ミッドプレートは、充電面に向かって配向された近位表面と、近位表面の反対側の遠位表面とを有する。誘導コイルアセンブリは、電磁シールドがミッドプレートに向けて配向された状態で、ミッドプレートの近位表面上に装着され得る。これらの実施形態及び他の実施形態では、制御回路はロジックボードを備えることができる。ミッドプレートが存在する場合、ロジックボードは、ミッドプレートの遠位表面上に装着され得る。例えば、ミッドプレートは、内部を貫通する開口部を有することができ、ロジックボードは、ミッドプレートの開口部を通じて導電性コイルに結合され得る。これらの及び他の実施形態では、回転整列構成要素は、対向する磁気配向の少なくとも２つの異なる領域を有する磁石を含むことができる。
いくつかの実施形態では、整列モジュールは、複数の弓状磁石を含む環状磁気整列構成要素と、環状配置で弓状磁石を取り囲んで保持する封入構造体と、を含むことができる。各弓状磁石は、例えば、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、封入構造体は環状形状を有し得る。例えば、封入構造体は、内側縁部及び外側縁部で接合される環状の前側エンクロージャと、環状の裏側エンクロージャとを備えることができる。環状の前側エンクロージャ及び環状の裏側エンクロージャは、プラスチック又は他の材料で作製することができる。環状の前側エンクロージャと環状の裏側エンクロージャとは、溶接によって接合することができ、又は環状の前側エンクロージャが第１の射出成型段階で形成され、その後に環状の裏側エンクロージャが環状の前側エンクロージャ上に射出成形されてもよい（又はその逆）。これらの及び他の実施形態では、封入構造体は、環状の前側エンクロージャと、環状の後側エンクロージャと、環状の内側エンクロージャと環状の外側エンクロージャとを備えることができ、環状の前側エンクロージャ及び環状の後側エンクロージャは、接着剤によって環状の内側エンクロージャ及び環状の外側エンクロージャに接合される。これらの及び他の実施形態では、整列モジュールはまた、矩形磁石を含む回転整列構成要素を有することができ、封入構造体は、矩形磁石を環状磁気整列構成要素の外側の固定位置で保持することができる。
いくつかの実施形態では、整列モジュールは、複数の弓状磁石を含む環状磁気整列構成要素と、矩形磁石を含み、環状磁気整列構成要素の外周の外側に配置される回転整列構成要素と、
環状磁気整列構成要素及び回転整列構成要素を互いに対して固定された空間的関係に保持する封入構造体と、を備える。各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、封入構造体は、前平面層と、後平面層と、磁石保持層であって、環状磁気整列構成要素を収容するための円形開口部、及び矩形磁石を収容するための矩形開口部を含む磁石保持層と、を有し得る。これらの及び他の実施形態では、磁石保持層、弓状磁石、及び矩形磁石は、等しい厚さを有することができ、磁石保持層は、環状磁気整列構成要素の内側の領域を充填する材料のディスクを含む。これらの及び他の実施形態では、第１の接着剤層は、前平面層を磁石保持層に取り付けることができ、第２の接着剤層は、後平面層を磁石保持層に取り付けることができる。これらの及び他の実施形態では、前平面層及び後平面層は、丸みを帯びたコーナーを有する矩形層であり得る。これらの及び他の実施形態では、封入構造体は、環状磁気整列構成要素の内周部の内側の領域を通る開口部を有することができる。
いくつかの実施形態では、整列モジュールは、複数の弓状磁石を含む環状磁気整列構成要素と、環状配置で弓状磁石を取り囲んで保持する封入構造体と、封入構造体内に配置されており、環状磁気整列構成要素と同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、ＮＦＣタグ回路に結合されるＮＦＣコイルと、を備える。これらの及び他の実施形態では、各弓状磁石は、第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域と、第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域と、内側弓状領域と外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域と、を含む。これらの及び他の実施形態では、ＮＦＣコイルは、環状磁気整列構成要素の内側に配置することができ、他のＮＦＣタグ回路の構成要素は、環状磁気整列構成要素の内側に、又は環状磁気整列構成要素の特定の弓状磁石間の隙間内に配置することができる。これらの及び他の実施形態では、封入構造体は、前平面層と、後平面層と、磁石保持層であって、環状磁気整列構成要素（及びＮＦＣコイル）を収容するためにの円形開口部を含む磁気保持層と、を備える。これらの及び他の実施形態では、磁石保持層及び弓状磁石は、等しい厚さを有することができる。これらの及び他の実施形態では、磁石保持層は、環状磁気整列構成要素及びＮＦＣコイルの内部の領域を充填する材料のディスクを含むことができる。これらの及び他の実施形態では、整列モジュールは、矩形磁石を含み、環状磁気整列構成要素の外側（又は周辺部の外側）に配置される回転整列構成要素を更に含むことができ、磁石保持層は、回転整列構成要素を収容するための矩形開口部を有することができる。
従って、本発明は、特定の実施形態に関して記載されるが、本発明は、以下の特許請求の範囲内での、全ての変更態様及び均等物を包含することを意図するものであることが理解されるであろう。

Claims (20)

  1. 第２のデバイスと共に使用するためのポータブル電子デバイスであって、
    境界面を有する筐体と、
    前記筐体内に配置され、前記境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、前記境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている、誘導コイルと、
    環状磁気整列構成要素と前記誘導コイルとの間に環状隙間が画成されるように前記誘導コイルと同軸で外側の前記筐体内に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが径方向成分を有する磁気配向を有する、環状磁気整列構成要素と、
    前記環状隙間内に配置されており、前記誘導コイルと同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、前記環状磁気整列構成要素が前記第２のデバイス内の四極磁気構成を有する第２の環状磁気整列構成要素と整列されたときに前記境界面を介して前記第２のデバイスのＮＦＣコイルと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備えるポータブル電子デバイス。
  2. 前記ＮＦＣコイルが、ＮＦＣリーダ回路に結合される、請求項１記載のポータブル電子デバイス。
  3. 前記環状磁気整列構成要素の各セクタが、１つ以上の弓状磁石を含み、各弓状磁石が半径方向に配向された磁極性を有する、請求項１又は２に記載のポータブル電子デバイス。
  4. 前記環状磁気整列構成要素の交互のセクタが、反対の磁気配向を有する、請求項１乃至３の何れか１項に記載のポータブル電子デバイス。
  5. 前記環状磁気整列構成要素が、前記セクタのうちの２つの間の隙間を含む、請求項１乃至４の何れか１項に記載のポータブル電子デバイス。
  6. 前記ＮＦＣコイルをＮＦＣリーダ回路に接続する導電経路が、前記隙間を通る、請求項５記載のポータブル電子デバイス。
  7. 前記筐体内に配置され、前記環状磁気整列構成要素の外側に配置された磁石を含む、回転整列構成要素を更に備える、
    請求項１乃至６の何れか１項に記載のポータブル電子デバイス。
  8. ポータブル電子デバイスと共に使用するための無線充電デバイスであって、
    充電面を有する筐体と、
    前記筐体内に配置されており、前記充電面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、前記充電面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、
    環状磁気整列構成要素と前記誘導コイルとの間に環状隙間が画成されるように前記誘導コイルと同軸で外側の前記筐体に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが、
    第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域、
    前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域、及び
    前記内側弓状領域と前記外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域、を有する環状磁気整列構成要素と、
    前記環状隙間内に配置されており、前記誘導コイルと同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、前記環状磁気整列構成要素が前記ポータブル電子デバイス内の径方向の磁気配向を有する第２の環状磁気整列構成要素と整列されたときに前記充電面を介して前記ポータブル電子デバイスのＮＦＣコイルと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備える無線充電デバイス。
  9. 前記環状磁気整列構成要素の遠位表面に配置される環状磁気シールドを更に備える、請求項８記載の無線充電デバイス。
  10. 前記ＮＦＣコイルが、ＮＦＣタグ回路に結合される、請求項８又は９記載の無線充電デバイス。
  11. 前記第１の軸方向は、前記充電面に向かって南磁極性を有する、請求項８乃至１０の何れか１項に記載の無線充電デバイス。
  12. 前記第１の軸方向が、前記セクタの全てに対して同じ方向である、請求項８乃至１１の何れか１項に記載の無線充電デバイス。
  13. 交互のセクタが、反対の第１の軸方向を有する、請求項８乃至１２の何れか１項に記載の無線充電デバイス。
  14. 前記環状磁気整列構成要素の各セクタが、それぞれが四極構成を有する１つ以上の弓状磁石を含む、請求項８乃至１３の何れか１項に記載の無線充電デバイス。
  15. 前記環状磁気整列構成要素が、前記セクタのうちの２つの間の隙間を含む、請求項８乃至１４の何れか１項に記載の無線充電デバイス。
  16. 前記誘導コイルに接続された導電経路が、前記隙間を通る、請求項１５記載の無線充電デバイス。
  17. ポータブル電子デバイスと共に使用するためのアクセサリデバイスであって、
    境界面を有する筐体と、
    前記筐体内に配置されており、前記境界面に垂直な軸を有する環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが、
    第１の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域、
    前記第１の軸方向と反対の第２の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域、及び
    前記内側弓状領域と前記外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域、を含む環状磁気整列構成要素と、
    前記筐体内に配置されており、前記環状磁気整列構成要素と同軸に配置された近距離通信（ＮＦＣ）コイルであって、前記環状磁気整列構成要素が前記ポータブル電子デバイス内の径方向の磁気配向を有する第２の環状磁気整列構成要素と整列されたときに前記境界面を介して前記ポータブル電子デバイスのＮＦＣコイルと信号を無線で交換するように構成されているＮＦＣコイルと、を備えるアクセサリデバイス。
  18. 前記ＮＦＣコイルが、ＮＦＣタグ回路に結合される、請求項１７記載のアクセサリデバイス。
  19. 前記ＮＦＣコイルが、前記環状磁気整列構成要素の内側に配置されている、請求項１７又は１８記載のアクセサリデバイス。
  20. 前記ＮＦＣコイルが、前記環状磁気整列構成要素の外側に配置されている、請求項１７乃至１９の何れか１項に記載のアクセサリデバイス。
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