KR102117767B1 - 유도성 상호연결 시스템들을 위한 부착 디바이스들 - Google Patents

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KR102117767B1 KR1020180116202A KR20180116202A KR102117767B1 KR 102117767 B1 KR102117767 B1 KR 102117767B1 KR 1020180116202 A KR1020180116202 A KR 1020180116202A KR 20180116202 A KR20180116202 A KR 20180116202A KR 102117767 B1 KR102117767 B1 KR 102117767B1
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블레이크 알. 마샬
플로렌스 더블유. 오우
조엘 엔. 루셔
리콴 탄
에이단 엔. 짐머만
레자 나시리 마할라티
하오 주
치젠 지
마드후수다난 키즈비디 삼파스
난 리우
로버트 스크리트즈키
지안파올로 리시
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Abstract

실시예들은, 강자성 구조체의 길이를 따라 배치된 중심 축을 중심으로 축방향 대칭인 강자성 구조체를 포함하는 수신 엘리먼트를 설명한다. 강자성 구조체는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 포함하며, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 또한, 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일을 포함한다.

Description

유도성 상호연결 시스템들을 위한 부착 디바이스들{ATTACHMENT DEVICES FOR INDUCTIVE INTERCONNECTION SYSTEMS}
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은, 2017년 9월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/565,460호, 및 2017년 9월 29일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/565,471호에 대한 우선권을 주장하며, 동시에 출원되고 공동으로 양도된, 2018년 9월 10일에 출원되고 발명의 명칭이 "Inductive Interconnection Systems"이 미국 정식 특허 출원 제16/127,046호, 및 2018년 9월 10일에 출원되고 발명의 명칭이 "Attachment Devices for Inductive Interconnection Systems"인 미국 정식 특허 출원 제16/127,072호와 관련되며, 상기 출원들의 개시들은 그 전체가 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참조로서 통합된다.
태블릿들, 스마트 폰들 등과 같은 휴대용 전자 디바이스들은 현대 생활에서 대중화되어 왔다. 이러한 휴대용 전자 디바이스들에 의해 제공되는 기능 및 유틸리티는 작업들을 단순화하고 생산성을 개선하며 엔터테인먼트를 제공함으로써 사용자의 생활을 향상시킨다. 그러나 일부 휴대용 디바이스들은 몇몇 입력 방법들이 간단히 제공되지 않기 때문에 상호작용하기 곤란하다. 예를 들어, 일부 휴대용 전자 디바이스들의 작은 폼 팩터는 물리적 키보드를 갖지 않는 디바이스들을 도출하여 타이핑을 번거롭게 한다. 또한, 휴대용 전자 디바이스들은 사용자가 펜 또는 연필과 같은 전형적인 필기구로 쓸 수 있는 적절한 표면이 아닌 디스플레이 스크린을 갖는다.
따라서, 이러한 휴대용 전자 디바이스들의 사용을 보완하여 유용성에서 이러한 갭들을 채움으로써 사용자 경험을 향상시키기 위한 액세서리 디바이스들이 개발되었다. 예를 들어, 휴대용 키보드들은, 이러한 휴대용 전자 디바이스들과 연결되어 사용자가 키들을 누름으로써 타이핑할 수 있는 물리적 키보드를 제공하도록 개발되었다. 또한, 스타일러스, 스마트 연필들 등과 같은 전자 기록 디바이스들이 이러한 휴대용 전자 디바이스들을 위한 필기구로서 작용하도록 설계되었다.
일부 경우들에, 이러한 액세서리 디바이스들은 휴대용 전자 디바이스와 같은 호스트 디바이스로부터의 전력을 활용함으로써 동작한다. 호스트 디바이스로부터의 전력은 사용 동안 또는 액세서리 디바이스들이 오직 추후의 시간에 사용될 하나 이상의 국부적으로 저장된 배터리들에 전력을 저장하는 경우 더 이른 시간에 액세서리 디바이스들에 제공될 수 있다. 종종, 이러한 액세서리 디바이스들은 하나 이상의 노출된 전기 접촉부들을 통해 호스트 디바이스에 커플링된다. 그러나 노출된 전기 접촉부들을 사용하여 액세서리 디바이스의 배터리를 충전하는 것은 호스트 디바이스 및 액세서리 디바이스가 노출된 전기 접촉부들을 갖도록 요구한다. 노출된 접촉부들은 호스트 및 액세서리 디바이스들 둘 모두에 하나 이상의 개구들을 초래하는 플러그-소켓 타입의 연결 메커니즘으로 형성될 수 있다. 이는, 먼지와 습기가 침입하여 디바이스들을 손상시킬 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 플러그-소켓 타입의 연결부들은 호스트 및 액세서리 디바이스가 물리적으로 함께 연결되도록 요구하여, 액세서리 디바이스가 호스트 디바이스에 의해 충전될 수 있는 용이성을 제한한다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 호스트 디바이스와 액세서리 디바이스 사이에서 무선 전력 전송을 가능하게 하는 유도성 상호연결 시스템을 제공한다. 유도성 상호연결 시스템은 액세서리 디바이스가 다양한 회전 배향들에서 호스트 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있게 한다. 이는 액세서리 디바이스가 호스트 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있는 방법을 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 수신 엘리먼트는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 갖는 강자성 구조체를 포함하고, 각각의 단부 영역은 각각의 인터페이스 표면들을 포함하고, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일을 더 포함하고, 그루브 영역의 길이는 인덕터 코일의 축에 수직인 방향을 따라 확장되는 치수이다. 수신 엘리먼트는 또한, 강자성 구조체 및 인덕터 코일이 위치되는 공동을 형성하는 복수의 측벽들 및 후방 벽을 포함하는 차폐부, 및 강자성 구조체를 차폐부에 부착하기 위해 강자성 구조체와 차폐부 사이에 위치되는 스페이서를 포함할 수 있다.
일부 추가적인 실시예들에서, 유도성 상호연결 시스템은 송신 엘리먼트 및 수신 엘리먼트를 포함한다. 송신 엘리먼트는, 송신 그루브 영역의 대향 측면들 상에 배치된 2개의 송신 단부 영역들을 정의하는 송신 그루브 영역을 갖는 송신 강자성 구조체, 및 송신 강자성 구조체의 송신 그루브 영역 주위 및 2개의 송신 단부 영역들 사이에 권취되는 송신 인덕터 코일을 포함하고, 송신 인덕터 코일은 송신 강자성 구조체를 통해 시변 자기 플럭스를 생성하도록 구성된다. 수신 엘리먼트는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 갖는 강자성 구조체를 포함할 수 있고, 각각의 단부 영역은 각각의 인터페이스 표면들을 포함하고, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일, 강자성 구조체 및 인덕터 코일이 위치되는 공동을 형성하는 복수의 측벽들 및 후방 벽을 포함하는 차폐부, 및 강자성 구조체를 차폐부에 부착하기 위해 강자성 구조체와 차폐부 사이에 위치되는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
특정 실시예들에서, 호스트 디바이스에 데이터를 입력하기 위한 스타일러스는 만곡된 부분 및 평탄한 부분을 포함하는 하우징, 하우징 내에 배치되는 전력 수신 회로, 하우징 내에 배치되고 전력 수신 회로에 커플링되는 수신 엘리먼트, 및 전력 수신 회로 및 수신 엘리먼트에 커플링되고, 호스트 디바이스로부터 전력을 수신하기 위해 전력 수신 회로 및 수신 엘리먼트를 동작시키도록 구성되는 운영 체제를 포함한다. 수신 엘리먼트는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 갖는 강자성 구조체를 포함하고, 각각의 단부 영역은 각각의 인터페이스 표면들을 포함하고, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일을 더 포함할 수 있고, 그루브 영역의 길이는 상기 인덕터 코일의 축에 수직인 방향을 따라 확장되는 치수이다. 수신 엘리먼트는 또한, 강자성 구조체 및 인덕터 코일이 위치되는 공동을 형성하는 복수의 측벽들 및 후방 벽을 포함하는 차폐부, 및 강자성 구조체를 차폐부에 부착하기 위해 강자성 구조체와 차폐부 사이에 위치되는 스페이서를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 정렬 디바이스는 수직 배향으로 배열된 극점들을 갖는 중심 자석, 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들, 수평 배향으로 배열되는 극점들을 갖는 제1 및 제2 강화 자석들, 및 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강자성 구조체들을 포함하여, 제1 강화 자석은 제1 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치되고, 제2 강화 자석은 제2 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치된다.
일부 추가적인 실시예들에서, 정렬 디바이스는 중심 강자성 구조체; 중심 강자성 구조체의 대향 단부들 상에 배치되고, 수평 배향으로 배열된 극성 단부들을 갖는 제1 및 제2 자석들; 및 제1 및 제2 자석들의 단부들 상에 배치된 제1 및 제2 측면 강자성 구조체들을 포함하여, 제1 자석은 제1 측면 강자성 구조체와 중심 강자성 구조체 사이에 배치되고, 제2 자석은 제2 측면 강자성 구조체와 중심 강자성 구조체 사이에 배치된다.
특정 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스는, 하우징, 하우징 내에 배치된 배터리, 하우징 내에 배치되고 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 구성되는 디스플레이, 하우징 내에 배치되고 디스플레이에 커플링되며 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 디스플레이에 명령하도록 구성되는 프로세서, 하우징 내에 배치된 송신 엘리먼트, 및 프로세서 및 배터리에 커플링된 전력 송신 회로를 포함하고, 전력 송신 회로는 배터리로부터의 전력을 송신 엘리먼트에 라우팅하도록 구성된다. 송신 엘리먼트는 수직 배향으로 배열된 극점들을 갖는 중심 자석, 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들, 수평 배향으로 배열되는 극점들을 갖는 제1 및 제2 강화 자석들, 및 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강자성 구조체들을 포함하여, 제1 강화 자석은 제1 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치되고, 제2 강화 자석은 제2 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치된다.
본 발명의 실시예들의 본질 및 이점들의 더 나은 이해가 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 얻어질 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 유도성 상호연결 시스템을 갖는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 송신 엘리먼트의 상이한 사시도들을 예시한다.
도 3a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 2개의 송신 엘리먼트들을 갖는 예시적인 호스트 디바이스의 하향식 도면을 예시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 호스트 디바이스의 일부의 사시도를 예시하며, 여기서 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트는 하우징에 통합되고 송신 엘리먼트의 일부 표면들은 노출된다.
도 3c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시된 컷 라인을 따라 도 3b에 도시된 도면의 단면의 사시도를 예시한다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 수신 엘리먼트가 제한된 각도 회전을 따라 임의의 포인트에 위치되는 경우 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신하도록 구성되는 예시적인 수신 엘리먼트를 예시한다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 동안 유도성 상호연결 시스템에서 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 사이의 예시적인 자기 상호작용들을 예시한다.
도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 액세서리 디바이스의 단순화된 사시도이다.
도 7a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 수신 엘리먼트의 수신기 코일을 가로지르는 포인트에서 액세서리 디바이스의 단순화된 단면도이다.
도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 수신 엘리먼트의 인터페이스 표면을 가로지르는 포인트에서 액세서리 디바이스의 단순화된 단면도이다.
도 8a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 무선 충전 시스템의 단순화된 하향식 도면이다.
도 8b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 무선 충전 시스템의 단순화된 단면도이다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 수신 조립체의 분해도이다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 송신 조립체의 분해도이다.
도 11a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트가 수신 엘리먼트에 대해 소정 각도로 위치되는 유도성 상호연결 시스템의 사시도를 예시한다.
도 11b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 도 6a에 도시된 유도성 상호연결 시스템을 통한 점선 컷 라인을 따른 단면도를 예시한다.
도 11c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 분리 거리 및 회전 각도 둘 모두를 변경하는 것과 관련하여 송신 및 수신 엘리먼트들 사이의 전력 전송 효율의 정도를 예시하는 그래프이다.
도 12a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 세장형 수신 엘리먼트를 예시하는 사시도이다.
도 12b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 세장형 수신 엘리먼트를 포함하는 예시적인 유도성 상호연결 시스템을 예시한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 360°의 각도 회전에 걸쳐 임의의 위치로부터 전력을 수신할 수 있는 예시적인 송신 엘리먼트의 사시도 및 평면도들을 예시한다.
도 14a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신하기 위한 위치로 이동하고 있는 수신 엘리먼트를 갖는 유도성 상호연결 시스템의 사시도를 예시한다.
도 14b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 수신 엘리먼트가 전력을 수신하기 위해 송신 엘리먼트와 정렬되는 경우의 유도성 상호연결 시스템을 예시한다.
도 14c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 동안 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 사이의 예시적인 자기 상호작용들을 도시하는 유도성 상호연결 시스템의 단면도를 예시한다.
도 15는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 단일 중심 자석을 갖는 호스트 디바이스를 위한 예시적인 호스트 정렬 디바이스의 단순화된 도면이다.
도 16은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 중심 자석 및 2개의 강화 자석들을 갖는 예시적인 호스트 정렬 디바이스의 단순화된 도면이다.
도 17a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 호스트 정렬 디바이스에 끌어 당겨질 수 있는 예시적인 액세서리 정렬 디바이스를 예시한다.
도 17b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 액세서리 정렬 디바이스 및 호스트 정렬 디바이스를 포함하는 정렬 시스템의 예시적인 사시도를 예시한다.
도 18은 챔퍼링된(chamfered) 에지들이 없는 액세서리 및 호스트 정렬 디바이스들 사이의 힘 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 19는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 챔퍼링된 에지들을 갖는 액세서리 및 호스트 정렬 디바이스 사이의 힘 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 20은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 전하를 수신하도록 구성된 예시적인 액세서리 디바이스와 정렬되는 예시적인 호스트 디바이스를 예시한다.
본 개시내용의 실시예들은 호스트 디바이스와 액세서리 디바이스 사이에서 무선 전력 전송을 가능하게 하는 무선 충전 시스템을 위한 유도성 상호연결 시스템을 설명한다. 유도성 상호연결 시스템은 송신 엘리먼트 및 송신 엘리먼트로부터 무선 전력을 수신하도록 구성되는 수신 엘리먼트를 포함할 수 있다. 송신 엘리먼트는 호스트 디바이스 내에 수납될 수 있고, 수신 엘리먼트는 액세서리 디바이스가 호스트 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있도록 액세서리 디바이스 내에 수납될 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신 및 수신 엘리먼트들 각각은 강자성 구조체 및 강자성 구조체의 적어도 일부에 권취된 인덕터 코일을 포함한다. 무선 전력 전송 동안, 송신 엘리먼트는 액세서리 디바이스를 충전하기 위해 수신 엘리먼트 내에 대응하는 전류를 유도할 수 있는 시변 자기 플럭스를 생성할 수 있다. 송신 및 수신 엘리먼트들의 구성은, 본 명세서에서 보다 상세히 논의될 바와 같이, 액세서리 디바이스가 다양한 회전 배향들에서 호스트 디바이스로부터 전력을 수신하게 할 수 있다. 따라서, 유도성 상호연결 시스템은 액세서리 디바이스가 호스트 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있는 용이성을 상당히 개선한다.
I. 무선 충전 시스템
무선 충전 시스템은 전력을 송신하는 전자 송신 디바이스, 및 전자 송신 디바이스로부터 전력을 수신하는 전자 수신 디바이스를 포함한다. 본 명세서의 일부 개시내용들에 따르면, 전자 송신 디바이스는 태블릿, 스마트 폰과 같은 호스트 디바이스, 및 사용자에 대한 다양한 기능들을 수행할 수 있는 임의의 다른 휴대용 소비자 전자 디바이스일 수 있고; 전자 수신 디바이스는 호스트 디바이스의 기능을 향상시킬 수 있는 액세서리 디바이스, 예를 들어 휴대용 키보드, 스타일러스, 스마트 연필, 무선 이어폰들 및 임의의 다른 적절한 전자 디바이스일 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 유도성 상호연결 시스템(105)을 갖는 예시적인 무선 충전 시스템(100)을 예시하는 블록도이다. 무선 충전 시스템(100)은 호스트 디바이스(101) 및 호스트 디바이스(101)로부터 송신된 전력을 수신하도록 구성되는 액세서리 디바이스(103)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 호스트 디바이스(101)는 메모리 뱅크(104)에 커플링된 컴퓨팅 시스템(102)을 포함한다. 컴퓨팅 시스템(102)은 디바이스(101)를 동작시키기 위한 복수의 기능들을 수행하기 위해 메모리 뱅크(104)에 저장된 명령어들을 실행할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(102)은 마이크로프로세서들, 컴퓨터 프로세싱 유닛들(CPU들), 그래픽 프로세싱 유닛들(GPU들), 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(FPGA들) 등과 같은 하나 이상의 적절한 컴퓨팅 디바이스들일 수 있다.
컴퓨팅 시스템(102)은 또한 호스트 디바이스(101)가 하나 이상의 기능들을 수행할 수 있게 하는 사용자 인터페이스 시스템(106), 통신 시스템(108) 및 센서 시스템(110)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 시스템(106)은 디스플레이, 스피커, 마이크로폰, 촉각 피드백을 가능하게 하는 액추에이터, 및 하나 이상의 입력 디바이스들, 예를 들어, 버튼, 스위치, 디스플레이가 터치 감응성이 되도록 하는 용량성 스크린 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(108)은 디바이스(101)가 전화 통화를 하고, 무선 액세서리들과 상호작용하고, 인터넷에 액세스할 수 있게 하는 원격통신 컴포넌트들, 블루투스 컴포넌트들 및/또는 WiFi(wireless fidelity) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 센서 시스템(110)은 광 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 온도 센서들, 및 외부 엔티티 및/또는 환경의 파라미터를 측정할 수 있는 임의의 다른 타입의 센서를 포함할 수 있다.
호스트 디바이스(101)는 또한 배터리(112)를 포함할 수 있다. 배터리(112)는 에너지를 저장하고 저장된 에너지를 방전할 수 있는 리튬 이온 배터리와 같은 임의의 적절한 에너지 저장 디바이스일 수 있다. 방전된 에너지는 디바이스(101)의 전기 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배터리(112)는 또한 액세서리 디바이스(103)에 전력을 송신하도록 방전될 수 있다. 예를 들어, 배터리(112)는 송신 회로(114)에 전력을 공급하기 위해 에너지를 방전할 수 있고, 그 다음, 송신 회로(114)는 송신 엘리먼트(116)를 통해 전류를 유도할 수 있다. 송신 엘리먼트(116)를 통해 전류를 유도하는 것은 이로 하여금 호스트 디바이스(101)로부터 전파될 수 있는 시변 자기 플럭스(128)를 생성하게 할 수 있다. 플럭스(128)는 수신 엘리먼트(118)와 상호작용할 수 있고 수신 엘리먼트(118)에서 대응하는 전류가 생성되게 할 수 있다. 그 다음, 이러한 유도된 전류는 수신된 전력(예를 들어, 교류(AC) 전력)을 사용가능한 전력(예를 들어, 직류(DC) 전력)으로 변환할 수 있는 전력 수신 회로(120)에 의해 수신될 수 있다. 그 다음, 사용가능한 전력은 저장을 위해 배터리(122)에 제공되거나 액세서리 디바이스(103)를 동작시키기 위해 운영 체제(119)에 제공될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(116) 및 수신 엘리먼트(118)는 함께 유도성 상호연결 시스템(105)의 일부일 수 있다. 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이, 유도성 상호연결 시스템(105)은 액세서리 디바이스(103)가 다양한 회전 배향들로 위치되는 경우 호스트 디바이스(101)로부터 전력을 수신할 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유도성 상호연결 시스템(105)은 또한 한 쌍의 정렬 디바이스들, 즉 호스트 정렬 디바이스(124) 및 액세서리 정렬 디바이스(126)를 포함할 수 있다. 호스트 정렬 디바이스(124)는 액세서리 정렬 디바이스(126)를 끌어 당길 수 있어서, 이들이 서로 완전히 끌어 당겨지는 경우, 송신 엘리먼트(116)는 수신 엘리먼트(118)와 정렬되어 2개의 엘리먼트들 사이의 효율적인 전력 전송을 보장한다. 유도성 상호연결 시스템(105)의 세부사항들은 본 명세서에서 추가로 논의될 것이다.
II. 유도성 상호연결 시스템
전술한 바와 같이, 무선 충전 시스템을 위한 상호연결 시스템은 호스트 디바이스의 송신 엘리먼트 및 액세서리 디바이스의 수신 엘리먼트를 포함할 수 있다. 송신 엘리먼트는 수신 엘리먼트에서 대응하는 전류를 유도할 수 있는 시변 자기 플럭스를 생성하도록 구성될 수 있다. 전류는 사용가능한 전력으로 변환되어 액세서리 디바이스에 에너지로서 저장되거나 액세서리 디바이스를 동작시키기 위해 즉시 사용될 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 송신 및 수신 엘리먼트들 각각은 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 강자성 구조체 및 인덕터 코일을 포함한다.
A. 송신 엘리먼트
도 2a 내지 도 2c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 송신 엘리먼트(200)의 상이한 사시도들을 예시한다. 구체적으로, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 도 2a는 송신 엘리먼트(200)의 사시도를 예시하고, 도 2b는 송신 엘리먼트(200)의 하향식 도면을 예시하고, 도 2c는 송신 엘리먼트(200)의 측면도를 예시한다.
도 2a를 참조하면, 송신 엘리먼트(200)는 코일(202) 및 강자성 구조체(204)를 포함할 수 있다. 코일(202)은 강자성 구조체(204)의 일부 주위에 권취된 와이어의 전도성 스트랜드일 수 있다. 권취되는 경우, 코일(202)은 전류가 코일(202)을 통해 구동되는 경우 시변 자기 플럭스를 생성할 수 있는 인덕터 코일을 형성한다. 강자성 구조체(204)는 자기 플럭스의 전파를 재지향시킬 수 있는 구조체일 수 있다. 예를 들어, 강자성 구조체(204)는 MnZn과 같은 페라이트(ferrite)를 포함하는 자성 재료로 형성될 수 있다. 강자성 구조체(204)의 자기 속성들은 코일(202)에 의해 생성된 자기 플럭스를 자신의 본체를 통해 재지향시킬 수 있기 때문에, 강자성 구조체(204)는 그 구조적 설계에 기초하여 자기 플럭스를 특정 방향들로 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 강자성 구조체(204)는 강자성 구조체(204)의 그루브 영역(212)의 측면 표면을 지나서 위치된 인터페이싱 표면들(206 및 208)을 포함하여 자기 플럭스를 특정 방향으로 안내할 수 있다. 송신 엘리먼트(200)의 구조적 구성의 보다 양호한 예시는 도 2b에 도시된 하향식 도면이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)는 그루브 영역(212)의 대향 측면들 상에 위치된 2개의 단부 영역들(214 및 216)을 정의하는 그루브 영역(212)을 포함할 수 있다. 코일(202)은 그루브 영역(212) 주위 및 단부 영역들(214 및 216) 사이(그러나 주위는 아님)에 권취될 수 있다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)는 2개의 인터페이싱 표면들(206 및 208)을 포함할 수 있다. 인터페이싱 표면들(206 및 208)은 동일한 평면에 위치된 단부 영역들(214 및 216)의 각각의 표면들일 수 있다. 단부 영역들(214 및 216)이 위치되는 평면이 표면(210)이 존재하는 평면으로부터 거리 Y1,TX에 배치되도록 단부 영역들(214 및 216)은 그루브 영역(212)의 표면(210)을 지나 방향 D를 향해 돌출될 수 있다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(210)은 코일(202) 뒤에 은닉되지만, 명료성을 위해 파선으로 표현된다. 일부 실시예들에서, 표면(210)은 측벽들(218a 및 218b)에 의해 인터페이싱 표면들(206 및 208)에 연결될 수 있다. 따라서, 측벽들(218a 및 218b)은 그루브 영역(212)과 단부 영역들(214 및 216) 사이에 배치될 수 있다. 측벽들(218a 및 218b)은 코일(202)의 두께와 동일하거나 그보다 큰 임의의 적절한 거리가 되도록 선택될 수 있는 거리 Y1,TX만큼 확장될 수 있다. 예를 들어, Y1,TX는 0.5 내지 1.5 mm, 예를 들어, 특정 실시예에서 1 mm일 수 있다. 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)의 전체 구조는 영문 알파벳의 문자 "U"와 상당히 유사할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신 엘리먼트(200)는 전체 폭 XTX 및 전체 길이 YTX를 가질 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 폭 XTX 및 길이 YTX는 코일(202)의 축에 수직한 방향으로 확장되는 송신 엘리먼트(200)의 치수일 수 있다. 추가적으로, 단부 영역들(214 및 216)은 폭 X1,TX를 가질 수 있다. 치수들 XTX, YTX 및 X1,TX는 송신 엘리먼트(200)와 수신 엘리먼트 사이에 특정 정도의 유도성 커플링을 달성하도록 선택될 수 있는 한편, 호스트 디바이스를 위한 하우징의 공간 제약들 내에 피팅될 수 있는 전체 크기를 도출한다. 일부 예들에서, 폭들 XTX 및 X1,TX는 효율적인 전력 전송을 위해 수신 엘리먼트의 대응하는 폭들과 동일하도록 선택된다. 폭 XTX는 10 mm 내지 20 mm의 범위일 수 있고, 폭 X1,TX는 3 mm 내지 4 mm의 범위일 수 있고, 길이 YTX는 3 mm 내지 4 mm의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 그루브 영역(212)은 길이 Y1,TX와 YTX 사이의 차이에 의해 정의되는 길이(220)를 가질 수 있다. 따라서, 그루브 영역(212)의 길이(220)는 특정 실시예들에서 길이 YTX보다 짧을 수 있다. 따라서, 그루브 영역(212)은 단부 영역들(214 및 216)보다 짧은 길이를 가질 수 있다.
또한, 도 2c의 송신 엘리먼트(200)의 측면 사시도에 도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)는 또한 높이 ZTX를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 높이 ZTX는 또한 송신 엘리먼트(200)와 수신 엘리먼트 사이에 특정 정도의 유도성 커플링을 달성하도록 선택되는 한편, 호스트 디바이스를 위한 하우징의 공간 제약들 내에 피팅될 수 있는 전체 크기를 도출한다. ZTX는 3 내지 4mm 범위일 수 있다. 도 2c에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)는 직사각형 형상인 단면 프로파일을 가질 수 있다. 그러나, 도 2c의 송신 엘리먼트(200)의 직사각형 단면 프로파일은 단지 예시적이며 다른 실시예들은 상이한 프로파일 형상들을 가질 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들은 실질적으로 정사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 사다리꼴 등의 프로파일들을 가질 수 있다.
단부 영역들(214 및 216)은 임의의 원하는 방향으로 돌출될 수 있음을 인식해야 한다. 도 2b에 예시된 실시예는 단부 영역들(214 및 216)이 방향 D를 향해 돌출될 수 있는 것을 도시한다. 일부 실시예들에서, 방향 D는 도 5에 대해 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이, 코일(202)에 의해 생성된 자기장들이 강자성 구조체(204)에 의해 수신 엘리먼트를 향해 재지향되도록 수신 엘리먼트를 향하는 방향이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 호스트 디바이스에 통합되는 송신 엘리먼트를 예시한다. 구체적으로, 도 3a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 2개의 송신 엘리먼트들을 갖는 예시적인 호스트 디바이스(300)의 하향식 도면을 예시한다. 호스트 디바이스(300)는 무엇보다도 예를 들어, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 랩탑 컴퓨터를 포함하는 다양한 상이한 전자 디바이스들일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 호스트 디바이스(300)는 하우징(302) 및 하우징(302) 내에 배치된 하나 이상의 송신 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 호스트 디바이스(300)는 2개의 송신 엘리먼트들, 즉 제1 송신 엘리먼트(304) 및 제2 송신 엘리먼트(306)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 송신 엘리먼트들(304 및 306)은 하우징(302)의 외측 표면들에 근접하여 위치되어, 호스트 디바이스(300)로부터 전력을 무선으로 수신하기 위해 하우징(302)의 외측 표면에 접촉하는 액세서리 디바이스와 같은 외부 디바이스에 가능한 한 가깝게 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 송신 엘리먼트들(304 및 306)은 하우징(302)의 대향 측면에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제1 송신 엘리먼트(304)는 하우징(302)의 좌측 측면(308)에 위치될 수 있고, 제2 송신 엘리먼트(306)는 하우징(302)의 우측 측면(310)에 위치될 수 있다. 하우징(302)의 좌측 및 우측 측면들(308 및 310)에 위치되는 것은 호스트 디바이스(300)가 하우징(302)의 좌측 및 우측 측면 상의 액세서리 디바이스에 전력을 송신할 수 있게 한다.
또한, 도 3a는 호스트 디바이스(300)가 2개의 송신 엘리먼트들(304 및 306)을 갖는 것으로 예시하지만, 실시예들은 이러한 구성들로 제한되지 않는다. 추가적인 또는 대안적인 실시예들은 2개보다 많거나 적은 송신 엘리먼트들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들은 4개의 송신 엘리먼트들, 즉, 호스트 디바이스(300)의 4개의 측면들 각각 상에 하나씩, 또는 호스트 디바이스(300)의 좌측, 우측 및 상단 측면들 상에 위치된 3개의 송신 엘리먼트들을 가질 수 있다. 또한, 도 3a는 하우징(302)의 측면들에만 위치된 2개의 송신 엘리먼트들을 예시한다. 그러나, 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들은 호스트 디바이스(300)의 면에 근접하게 위치된 송신 엘리먼트를 가질 수 있어서, 액세서리 디바이스는 호스트 디바이스(300)의 면 상에 안착함으로써 호스트 디바이스(300)로부터 전력을 수신할 수 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 호스트 디바이스(300)의 일부(312)의 사시도를 예시하며, 여기서 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트(304)는 하우징(302)에 통합되고 송신 엘리먼트(304)의 일부 표면들은 노출된다. 도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트(304)는 하우징(302) 내에 위치되지만 하우징(302)의 외측 표면(314)에 근접하게 위치된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 송신 엘리먼트(304)의 인터페이싱 표면들(316 및 318)은 외측 표면(314)으로부터 바깥쪽으로 향할 수 있어서, 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 송신 엘리먼트(304)의 송신기 코일(320)에 의해 생성된 자기 플럭스는 수신 엘리먼트를 향해 바깥쪽으로 지향될 수 있다.
송신 엘리먼트(304)가 하우징(302)에 어떻게 통합되는지를 더 잘 이해하기 위해, 도 3c는 예시된 컷 라인을 따라 도 3b에 도시된 도면의 단면의 사시도를 예시한다. 송신 엘리먼트(304)는 하우징(302)에 고정된 브래킷(322)에 의해 하우징(302)에 고정될 수 있다. 브래킷(322)은 스테인레스 강과 같은 강성 재료로 형성된 임의의 적절한 구조체일 수 있고, 접착제(324) 또는 기계적 체결구(도시되지 않음)와 같은 임의의 적절한 방식으로 하우징(302)에 고정될 수 있다. 고정되는 경우, 브래킷(322)은 하우징(302)에 대해 송신 엘리먼트(304)를 가압하여 접착제 재료(324)의 도움으로 이를 제위치에 고정시킬 수 있다. 브래킷(322)은 전체 모듈에 의해 점유되는 공간의 양을 최소화하도록 송신기 코일(320)이 확장될 수 있는 개구(323)를 포함할 수 있다. 강자성 구조체(326)의 인터페이싱 표면들(316 및 318)은 바깥쪽을 향하고 무선 주파수(RF) 윈도우(328)에 의해 커버될 수 있다. RF 윈도우(328)는 자기 플럭스에 대해 투명한 재료로 형성될 수 있는 한편, 세라믹, 사파이어 등과 같은 물리적 손상에 대한 어느 정도의 보호를 또한 제공한다.
A. 수신 엘리먼트
본 명세서에서 논의된 바와 같이, 송신 엘리먼트의 강자성 구조체의 구조적 설계는 송신 엘리먼트의 돌출된 인터페이싱 표면들을 통해 수신 엘리먼트에 전력을 지향적으로 송신할 수 있게 한다. 유사하게, 수신 엘리먼트는, 수신 엘리먼트가 송신 엘리먼트로부터 가로질러 위치되는 경우 송신 엘리먼트의 인터페이싱 표면으로부터 전파되는 시변 자기 플럭스를 수신하도록 구체적으로 설계된 강자성 구조체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 수신 엘리먼트의 구성은 수신 엘리먼트가 그로부터의 무선 전력을 수신하는 송신 엘리먼트의 구성과 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 수신 엘리먼트가 송신 엘리먼트로부터 가로질러 직접 위치되는 경우 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신하도록 구성되는 예시적인 수신 엘리먼트(400)를 예시한다. 특정 실시예들에서, 수신 엘리먼트(400)는 도 2a의 송신 엘리먼트(200)와 같은 송신 엘리먼트와 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 수신 엘리먼트(400)는 강자성 구조체(404)의 그루브 영역(410) 주위에 권취된 코일(402)을 포함할 수 있다. 단부 영역(414 및 416)은 그루브 영역(410)의 대향 측면들 상에 위치될 수 있고 강자성 구조체(404)의 측면 표면을 지나 돌출될 수 있다. 단부 영역들(414 및 416)은 또한, 무선 전력 전송 동안 코일(402)에 대응하는 전류를 유도하기 위해 자기 플럭스가 진입할 수 있고 강자성 구조체(404)를 통해 재지향될 수 있는 인터페이싱 표면들(406 및 408)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일(402)은 2개 층의 권선들, 즉, 인터페이싱 표면들(406 및 408) 사이에서 권취되는 제1 층의 권선들 및 제1 층의 상단 상에 그리고 인터페이싱 표면들(406 및 408) 사이에서 권취되는 제2 층의 권선들을 의미하는 이중층 구성으로 대략 85개의 권선들로 형성된다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 무선 전력 전송 동안 유도성 상호연결 시스템(500)에서 송신 엘리먼트(200)와 수신 엘리먼트(400) 사이의 예시적인 자기 상호작용들을 예시한다. 이러한 실시예에서, 송신 엘리먼트(200) 및 수신 엘리먼트(400)는 도 4에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이 구성에서 실질적으로 유사하다. 또한, 송신 엘리먼트(200)는 하우징(302) 내에 수납되는 것으로 도시되어 있다.
무선 전력 전송 동안, 코일(202)은 많은 상이한 방향들로 전파될 수 있는 수많은 시변 자기 플럭스(502)를 생성할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 자기 플럭스의 실질적인 대부분은 강자성 구조체(204)에 의해 재지향되어, 플럭스는 인터페이싱 표면들(208 및 206)을 통해 빠져 나가거나 진입한다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 강자성 구조체(204)의 형상은 이 경우에는 수신 엘리먼트(400)를 향하는 돌출 부분들을 통해 특정 방향을 향해 플럭스를 지향시킬 수 있다. 따라서, 자기 플럭스(502)의 집중은 강자성 구조체들(204 및 404)의 대응하는 인터페이싱 표면들 사이의 영역들(504)에 존재할 수 있다.
코일(202)을 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 코일(202)에 의해 생성된 상당한 양의 자기 플럭스(502)는 먼저 인터페이싱 표면(208)으로부터 강자성 구조체(404)의 인터페이싱 표면(408)으로 흐를 수 있고, 그 다음, 강자성 구조체(404)를 통해 전파되고 인터페이싱 표면(406)으로부터 빠져 나갈 수 있어서, 자기 플럭스(502)는 인터페이싱 표면(206)을 통해 강자성 구조체(204)로 다시 진입할 수 있다. 결과적인 흐름의 자기 플럭스는 수신 엘리먼트(400)가 배치되는 액세서리 디바이스에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 코일(402)에서 전류를 유도하는 자기 루프(506)를 형성한다. 비록 자기 루프(506)가 시계 방향으로 도시되어 있지만, 자기 루프(506)는 또한 전류가 반대 방향으로 코일(202)을 통해 흐르는 경우 반시계 방향으로 전파될 수 있음을 인식해야 한다.
도 5는 송신 엘리먼트(200)가 수신 엘리먼트(400)에 전력을 송신하는 것으로 예시하지만, 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들은 송신 엘리먼트(200)가 수신 엘리먼트(400)로부터 전력을 수신하도록 전력의 전송을 반전시킬 수 있다. 일례로, 전류는 코일(402)이 시변 자기 플럭스를 생성하도록 수신 엘리먼트(400)의 코일(402) 내로 구동될 수 있다. 생성된 시변 자기 플럭스는 강자성 구조체(404)에 의해 재지향될 수 있고, 이는 강자성 구조체(204)에 의해 수신될 수 있다. 강자성 구조체(204) 내의 수신된 자기 플럭스는 코일(202)에서 대응하는 전류를 유도할 수 있으며, 이는 송신 엘리먼트(200)가 배치되는 호스트 디바이스에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 5에서 이해될 수 있는 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)에 대한 수신 엘리먼트(400)의 배향은 유도성 상호연결 시스템(500)에서 전력이 전송되는 효율에 상당히 영향을 미칠 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신 엘리먼트(200)가 수신 엘리먼트(400)와 정렬되는 경우 및 강자성 구조체(404)의 인터페이싱 표면들(406 및 408)이 강자성 구조체(204)의 대응하는 인터페이싱 표면들(206 및 208)을 향하도록 2개의 엘리먼트들이 배향되는 경우 최적의 전력 전송이 달성된다. 또한, 송신 및 수신 엘리먼트들(200 및 400) 사이의 분리 거리(426)가 최소화되는 경우 최적의 전력 전송이 달성될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 수신 엘리먼트(400)는 액세서리 디바이스 내에 통합되어 호스트 디바이스, 예를 들어 도 3의 호스트 디바이스(300)와 액세서리 디바이스 사이의 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 액세서리 디바이스(600)의 단순화된 사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 액세서리 디바이스(600)는 도 1의 액세서리 디바이스(103)와 같이 운영 체제, 전력 수신 회로 및 배터리를 갖는 임의의 적절한 전자 디바이스일 수 있다. 액세서리 디바이스(600)는 호스트 디바이스에 데이터를 입력하도록 동작될 수 있다. 일례로, 액세서리 디바이스(600)는 사용자가 호스트 디바이스와 접촉하여 호스트 디바이스에 데이터를 입력하기 위해 사용할 수 있는 스타일러스 또는 스마트 연필일 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(600)는 호스트 디바이스와 접촉하도록 구성된 후방 단부(606) 및 후방 단부(606)의 반대쪽에 있는 인터페이싱 단부(604)를 갖는 하우징(602)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이싱 단부(604)는 연필 또는 펜과 같은 종래의 필기구의 팁을 모방하기 위해 팁까지 가늘어지는 구조체를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(600)의 하우징(602)은 하우징(602)의 인터페이싱 단부(604)와 후방 단부(606)의 적어도 일부 사이에서 둘 모두가 확장되는 만곡된 표면 부분(608) 및 평탄한 부분(610)을 포함할 수 있다. 도 7a 내지 도 7b 및 도 8a에 대해 본 명세서에서 논의될 바와 같이, 평탄한 부분(610)은 호스트 디바이스를 위한 하우징이 무선 전력 전송을 시행하도록 위치될 수 있는 수신 표면(611)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 액세서리 디바이스(600)는 하우징(602)의 평탄한 부분(610) 내에서 그에 인접하게 배치된 수신 엘리먼트(612)를 포함할 수 있다. 수신 엘리먼트(612)는 도 4 및 도 5와 관련하여 본 명세서에서 논의된 수신 엘리먼트(400)와 동일한 형태 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 수신 엘리먼트(612)는 인터페이싱 표면들(614 및 616) 및 강자성 구조체(605)의 그루브 영역(도시되지 않지만 도 4의 수신 엘리먼트(400)의 그루브 영역(410)과 유사함) 주위에 권취된 수신기 코일(618)을 갖는 강자성 구조체(605)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인터페이싱 표면들(614 및 616)은 액세서리 디바이스(600)가 평탄한 부분(610)을 통해 송신 엘리먼트로부터 전파되는 자기 플럭스와 상호작용함으로써 전력을 무선으로 수신할 수 있도록, 하우징(602)의 평탄한 부분(610)을 향할 수 있다. 하우징(602)의 단면 프로파일은 도 7a 및 도 7b에 더 잘 예시된 바와 같이 대문자 "D"와 유사할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 상이한 위치들에서 액세서리 디바이스(600)의 단면도들을 예시한다. 구체적으로, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 도 7a는 수신 엘리먼트(612)의 수신기 코일(618)을 가로지르는 포인트에서 액세서리 디바이스(600)의 단순화된 단면도(700)이고, 도 7b는 수신 엘리먼트(612)의 인터페이스 표면(616)을 가로지르는 포인트에서 액세서리 디바이스(600)의 단순화된 단면도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 하우징(602)은 만곡된 부분(608), 및 하우징(602)의 길이를 따라 확장된(즉, 중심 축에 평행한) 평탄한 부분(610)을 포함한다. 만곡된 및 평탄한 부분들(608 및 610)은 본 명세서에서 도 6에 대해 논의된 바와 같이, 수신 엘리먼트(612)와 같은 하나 이상의 전기 엘리먼트들을 내부에 인클로징할 수 있는 모놀리식 구조체를 형성할 수 있다. 수신 엘리먼트(612)에 추가하여, 하우징(602)은 또한 차폐부(702), 지지 프레임(704), 하나 이상의 전기 컴포넌트들(715) 및 컴포넌트(715)가 장착되는 드라이버 보드(717)와 같은 그러나 이에 제한되는 것은 아닌 다양한 다른 컴포넌트들을 인클로징할 수 있다. 차폐부(702)는 수신 엘리먼트(612) 주위에서 전파되는 자기 플럭스가 하우징(602)의 하우징 개구(710) 내의 전기 컴포넌트(들)(715) 상에서 노출되는 것을 차단하기에 적절한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 차폐부(702)는 구리로 형성될 수 있다. 전기 컴포넌트(들)(715)는 액세서리 디바이스(600) 및/또는 수신기 코일(618)을 동작시키기 위한 임의의 적절한 전자 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 전기 컴포넌트(들)(715)는 마이크로제어기, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 등일 수 있다. 전기 컴포넌트(들)(715)는 예를 들어, 송신 엘리먼트에 의해 생성된 자기 플럭스에 의해 유도되는 수신기 코일(618)로부터의 전류를 수신함으로써 무선 전력을 수신하기 위해 수신 엘리먼트(612)의 수신기 코일(618)에 전기적으로 커플링될 수 있다.
일부 실시예들에서, 차폐부(702)는 자기 플럭스의 차단을 향상시키는 방식으로 구성되고 위치된다. 예를 들어, 차폐부(702)는, 차폐부(702)가 수신 엘리먼트(612)의 5개의 측면들 주위에 위치되도록 수신 엘리먼트(612)가 배치되는 공동을 형성하는 내측 바닥 표면(714) 및 내측 측면 표면들(716 및 718)을 포함할 수 있다. 차폐부(702)의 사시도가 도 9에 도시되어 있고, 이는 본 명세서에서 추가로 논의될 것이다. 수신 엘리먼트(612)의 5개의 측면들 주위에 위치됨으로써, 차폐부(702)는 자기 플럭스가 개구(710)로 및/또는 액세서리 디바이스(600)의 외부로 전파되는 것을 차단하는 능력을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(702)는 외측 측면 표면들(720 및 722) 및 외측 후방 표면(724)을 포함할 수 있다. 외부 측면 표면들(720 및 722)은 지지 프레임(704)의 프로파일에 부합할 수 있고 따라서 만곡된 프로파일을 가질 수 있는 한편, 외측 후방 표면(724)은 액세서리 디바이스(600)의 컴포넌트들, 예를 들어, 전기 컴포넌트(들)(715)가 위치될 수 있는 공간, 예를 들어, 하우징 개구(710)를 제공하도록 실질적으로 평탄할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(702)의 두께는 도 7a에 도시된 바와 같이 내측 측면 표면들(716 및 718)과 각각의 외측 측면 표면들(720 및 722) 사이의 영역들에 대해 더 크다. 차폐부(702)의 더 두꺼운 부분들은 구조적으로 더 견고한 차폐 컴포넌트를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 수신 엘리먼트(612)에 대한 추가적인 구조적 보호를 제공할 수 있다. 특정 실시예들에서, 외측 후방 표면(724)은 액세서리 디바이스를 2개의 절반부들로 분할하는 중심 수직선(712)을 따라 위치된다. 이러한 실시예들에서, 차폐부(702)는 액세서리 디바이스의 하나의 절반부의 영역들 내에 위치된다.
지지 프레임(704)은 하우징(602)에 대한 구조적 지지 및 기계적 응력으로부터 액세서리 디바이스(600)의 내부 컴포넌트들에 대한 보호를 제공할 수 있는 임의의 적절한 구조체일 수 있다. 특정 실시예들에서, 지지 프레임(704)은 하우징(602)의 내측 표면에 대해 위치되고, 도 7a에 도시된 바와 같이 수신 엘리먼트(612)와 하우징(602)의 평탄한 부분(610) 사이의 영역들을 제외하고 내측 표면의 영역을 따라 확장된다. 지지 프레임(704)은 알루미늄, 강 등과 같은 임의의 적절한 강성 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 갭(706)은 수신 엘리먼트(612)와 차폐부(702)의 내측 측면 표면들(716 및 718) 및 바닥 표면(714) 사이에 존재할 수 있다. 갭(706)은 수신기 코일(618)의 최적의 동작 효율을 보장하기 위해 수신기 코일(618)을 차폐부(702)로부터 전기적으로 절연시키는 것을 돕는 빈 공간일 수 있다. 갭(706)이 너무 작으면, 수신기 코일(618)은 차폐부(702)에 너무 가깝게 되어, 수신기 코일(618)이 동작할 수 있는 효율을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 갭(706)은 0.2 내지 0.4 mm, 특히 특정 실시예들에서는 0.3 mm이다. 수신 엘리먼트(612)는 기계적 스트레인에 대한 취약성을 최소화하기 위해 차폐부(702)에 물리적으로 커플링될 수 있다. 예를 들어, 수신 엘리먼트(612)는 도 7b에 도시된 바와 같이 하나 이상의 스페이서들(726)에 의해 차폐부(702)에 커플링될 수 있다. 스페이서들(726)은 수신 엘리먼트(612)의 강자성 구조체(605) 및 내측 바닥 표면(714) 및 차폐부(702)의 내측 측면 표면들(716 및 718) 둘 모두의 적어도 일부에 직접 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서들(726)은 인터페이스 표면들(614 및 616)에 대향하는 강자성 구조체(605)의 표면들에 위치된다. 따라서, 스페이서들(726)은 수신기 코일(618)의 대향 측면들 상에 위치될 수 있다. 스페이서(726)를 강자성 구조체(605)와 차폐부(702) 사이에 부착하기 위해 압력 감응 접착제(PSA)와 같은 임의의 적절한 접착제가 사용될 수 있다. 스페이서(726)를 활용하는 것은 공간에서 수신 엘리먼트(612)를 고정시켜 사용 동안 시프트하는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서(726)는 수신기 코일(618) 및 차폐부(702)의 전기적 절연을 보장하기 위해 차폐부(702)로부터 소정 거리 떨어져 수신 엘리먼트(612)를 위치시키는데 적절한 두께를 갖도록 설계된다. 예를 들어, 스페이서(726)는 0.5 내지 0.7mm, 특히 일부 예들에서는 대략 0.6 mm의 두께를 가질 수 있다.
비록 도 6 및 도 7a 내지 도 7b는 액세서리 디바이스가 오직 하나의 평탄한 영역을 포함하는 하우징을 갖는 것으로 도시하지만, 실시예는 이에 제한되지 않음을 인식해야 한다. 다른 실시예들은 2개, 3개 또는 심지어 6개와 같이 하우징 주위에 더 많은 평탄한 영역들을 가질 수 있다. 또한, 액세서리 디바이스는 이의 하우징 내에 임의의 만곡된 영역들을 갖지 않을 수 있다. 그 대신, 하우징은 단면 프로파일이 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형 등과 같은 기하학적인 형상이 되도록 복수의 평탄한 영역들로 형성될 수 있다. 임의의 적절한 단면 프로파일이 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 인식해야 한다.
도 5에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 무선 충전 시스템의 동작 동안, 송신 엘리먼트는 자기 플럭스를 생성함으로써 무선 전력 전송을 시행하기 위해 수신 엘리먼트 근처에 위치될 수 있으며, 수신 엘리먼트에 전류를 유도하기 위해 수신 엘리먼트와 상호작용하여 액세서리 디바이스의 배터리를 충전할 수 있다. 액세서리 디바이스(600)를 포함하는 무선 충전 시스템의 일례가 도 8a 내지 도 8b에 도시되어 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 도 8a는 예시적인 무선 충전 시스템(800)의 단순화된 하향식 도면이고; 도 8b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 무선 충전 시스템(800)의 단순화된 단면도이다. 시스템(800)은 도 6 및 도 7a 내지 도 7b에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같은 액세서리 디바이스(600)와 같은 액세서리 디바이스, 및 액세서리 디바이스(600)가 전력을 무선으로 수신하기 위해 커플링되는, 도 3a 내지 도 3c에 대해 본 명세서에서 논의된 호스트 디바이스(300)와 같은 호스트 디바이스를 포함한다. 간략화를 위해, 도 3a 내지 도 3c, 도 6 및 도 7a 내지 도 7b에서 사용된 참조 부호들이 이들의 상관성을 표시하기 위해 도 8에서 사용되고, 따라서 이러한 컴포넌트들의 세부사항들이 각각의 도면들에서 참조될 수 있다. 또한, 명확성 및 이해의 용이성을 위해, 액세서리 디바이스(600)의 하우징(602) 및 차폐부(702)는 점선들로 도시되는 한편, 호스트 디바이스(300)의 하우징(302)은 실선들로 도시되고, 각각의 하우징들의 부분들은 투명하여, 디바이스들의 내부 컴포넌트들을 볼 수 있다.
도시된 바와 같이, 액세서리 디바이스(600)는 호스트 디바이스(300)에 대해 무선 전력 전송을 허용하도록 위치된다. 위치되는 경우, 액세서리 디바이스(600)의 수신 표면(611)은 호스트 디바이스(300)의 외측 표면(314)과 접촉하거나 그에 매우 근접할 수 있으며; 수신 엘리먼트(612) 및 송신 엘리먼트(304) 둘 모두는, 수신 엘리먼트(612)의 인터페이스 표면들(614 및 616)이 송신 엘리먼트(304)의 인터페이스 표면들(316 및 318)을 향하도록 배치되어 이들 사이에 자기 플럭스의 전파를 집중시킬 수 있으며, 이는 도 5의 무선 충전 시스템(500)에 대해 본 명세서에서 논의된다. 이러한 방식으로, 송신기 코일(320)에 의해 생성된 자기 플럭스는 강자성 구조체(326)에 의해 강자성 구조체(605)를 향해 재지향될 수 있고, 강자성 구조체(605)를 통해 전파됨으로써 수신기 코일(618)에서 대응하는 전류를 유도할 수 있다.
무선 전력 전송 동안, 차폐부(702)는 벗어난 자기 플럭스가 액세서리 디바이스(600) 내의 다른 내부 컴포넌트들 상으로 또는 하우징(602) 밖으로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 유사하게, 호스트 디바이스(300)는 또한 벗어난 자기 플럭스가 호스트 디바이스(300) 내의 다른 내부 컴포넌트들 상으로 또는 하우징(302) 밖으로 노출되는 것을 방지하기 위해 차폐부(802)를 포함할 수 있다. 차폐부(802)는 예를 들어, 투명 윈도우(328)가 위치되는 측면에 대향하는 송신 엘리먼트(304)의 측면 상에서 송신 엘리먼트(304)의 뒤로 확장되는, 구리의 시트 또는 자기 플럭스를 차단하기 위한 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(802)는 차폐부(802)의 차폐 성능들을 향상시키기 위해 송신 엘리먼트(304)의 가장 먼 좌측 및 우측 에지들을 넘어 확장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하우징(602)의 평탄한 부분(610)은 자기 플럭스가 그 구조체를 자유롭게 통과할 수 있으면서 물리적 손상에 대한 어느 정도의 보호를 또한 제공하도록 자기 플럭스에 대해 투명할 수 있다. 예를 들어, 평탄한 부분(610)은 세라믹, 사파이어 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전체 평탄한 부분(610)은 자기 플럭스에 대해 투명할 수 있거나, 또는 인터페이스 표면들(614 및 616)을 커버하고 있는 평탄한 부분(610)의 부분들 또는 RF 윈도우(328)로부터 가로질러 직접 위치되는 평탄한 부분(610)의 부분들과 같이 자기 플럭스 전파 경로를 따라 배치되는 평탄한 부분(610)의 부분만이 자기 플럭스에 투명할 수 있다. 그러한 방식으로, 송신 엘리먼트(304)에 의해 생성된 자기 플럭스는 무선 전력 전송을 시행하기 위해 수신 엘리먼트(612)에 의해 수신되도록 하우징(602)의 RF 윈도우(328) 및 평탄한 부분(610)을 통해 자유롭게 이동할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신 엘리먼트(304) 및 수신 엘리먼트(612)의 상대적인 치수들은, 액세서리 디바이스(600)가 호스트 디바이스(300)와 정확하게 정렬되지 않는 경우 예를 들어, 송신 엘리먼트(304) 및 수신 엘리먼트(612)의 각각의 수평 축들이 서로 중첩하지 않는 경우, 액세서리 디바이스(600)가 여전히 호스트 디바이스(300)로부터 전력을 수신할 수 있도록 정렬 허용오차들을 개선하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트(304)의 높이 ZTX는 수신 엘리먼트(612)의 높이 ZRX보다 짧을 수 있다. 보다 큰 높이 ZRX를 가짐으로써, 수신 엘리먼트(612)는 수 밀리미터 상향 또는 하향으로 시프트될 수 있고, 전력 전송 효율에서 상당한 감소를 겪지 않으면서 여전히 송신 엘리먼트(304)로부터 전력을 수신하도록 적절히 위치될 수 있다.
도 9 및 도 10은 수신 및 송신 엘리먼트들을 형성하는 상이한 컴포넌트들을 보다 잘 예시하기 위한 수신 및 송신 조립체들(900 및 1000)의 분해도들이다. 구체적으로, 도 9는 수신 엘리먼트(612)를 포함하는 수신 조립체(900)의 분해도이고, 도 10은 송신 엘리먼트(304)를 포함하는 예시적인 송신 조립체(1000)의 분해도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 수신 조립체(900)는 수신 엘리먼트(612), 차폐부(702) 및 스페이서(726)를 포함할 수 있다. 수신 엘리먼트(612)는 도 6과 관련하여 본 명세서에 논의된 바와 같이 강자성 구조체(605) 및 수신기 코일(618)을 포함할 수 있다 이러한 컴포넌트들은 또한 도 4의 대응하는 컴포넌트들(404 및 402)에 대해 보다 상세히 논의된다. 차폐부(702)는 자기 플럭스가 액세서리 디바이스(600)의 다른 내부 컴포넌트들로 전파되는 것 뿐만 아니라 자기 플럭스가 액세서리 디바이스(600)를 빠져 나가는 것을 차단할 수 있고, 스페이서(726)는 도 7b에 대해 본 명세서에 논의된 바와 같이 수신 엘리먼트(612)를 제 위치에 고정시킬 수 있고 수신기 코일(618)이 차폐부(702)에 너무 가까워지는 것을 방지할 수 있다. 차폐부(702)는 수신 엘리먼트(612) 및 스페이서(726)가 배치될 수 있는 공동(910)을 형성하는 4개의 측벽들 및 후방 벽으로 형성된 5-면 박스일 수 있다. 공동(910)에 배치되는 경우, 수신 엘리먼트(612)의 인터페이스 표면들(614 및 616)은 공동(910) 외부를 향할 수 있다. 일부 예들에서, 차폐부(702)는 액세서리 디바이스(600)의 하우징(602) 내의 앵커 포인트에 부착되는 더 많은 표면 영역을 제공하기 위해 2개의 확장부들(912 및 914)을 포함할 수 있다. 확장부들(912 및 914)은 후방 벽이 배향되는 평면에 평행한 방향으로 차폐부(702)의 각각의 측벽들로부터 확장될 수 있다. 확장부들(912 및 914)은 차폐부(702)가 시프트되거나 느슨해지는 것을 방지하기 위해 앵커 포인트에 고정될 수 있다. 또한, 차폐부(702)는 차폐부(702)의 후방 측면 근처에 개구(916)를 또한 포함할 수 있다. 개구(916)는 와이어들이 통과할 수 있는 통로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 수신기 코일(618)을 형성하는 와이어(918)는 개구(916)를 통해 차폐부(702)의 공동(910)에 진입하고 이를 빠져 나갈 수 있다. 그러한 방식으로, 와이어(918)는 무선 전력 전송 동안 수신기 코일(618)을 동작시키도록 구성된 드라이버 보드(도시되지 않음) 또는 임의의 다른 구동 컴포넌트와 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스페이서(726)는 2개의 개별 부분, 즉, 제1 부분(902) 및 제2 부분(904)으로 형성될 수 있다. 각각의 부분(902 및 904)은 강자성 구조체(605)의 각각의 부분에 부착될 수 있고 그 뒤에 위치될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(902)은 인터페이스 표면(614) 뒤에 위치될 수 있고 제2 부분(904)은 인터페이스 표면(616) 뒤에 위치될 수 있다. 스페이서(726)는 수신기 코일(618)이 스페이서(726)의 제1 부분(902)과 제2 부분(904) 사이에 위치될 수 있도록 2개의 부분들로 구성된다. 일부 실시예들에서, 각각의 부분(902 및 904)은 강자성 구조체(605)의 부분들과 중첩하는 리테이너(retainer)를 포함할 수 있다. 일례로, 제1 부분(902)은 후방 리테이너(907)에 커플링된 개별적인 리테이너들(906a 내지 906c)을 포함할 수 있고, 제2 부분(904)은 후방 리테이너(909)에 커플링된 개별적인 리테이너들(908a 내지 908c)을 포함할 수 있다. 개별적인 리테이너들(906a 내지 906c) 및 후방 리테이너(907)는 모놀리식 구조체를 형성할 수 있고, 리테이너들(908a 내지 908c) 및 후방 리테이너(909)에 대해서도 마찬가지일 수 있다. 각각의 리테이너는 강자성 구조체(605)의 상단, 바닥 및 측면 표면들의 각각의 부분들과 중첩할 수 있어서, 강자성 구조체(605)와 접촉하는 표면 영역 부분들(902 및 904)의 양을 증가시킬 수 있다. 이러한 표면 영역의 증가는 스페이서(726)와 강자성 구조체(605) 사이에 더 강한 커플링을 생성하여, 스페이서(726)는 수신 엘리먼트(612)를 제 위치에 더 잘 고정시킬 수 있고, 드롭 이벤트들을 경험하는 경우 수신 엘리먼트가 분리되고 느슨해지는 것을 방지할 수 있다. 도 9는 리테이너들(906a 내지 906c 및 908a 내지 908c)을 각각의 후방 리테이너들(908 및 908)의 개별적인 별개의 확장부들로 예시하지만, 실시예들은 이러한 실시예들로 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 다수의 개별적인 리테이너들을 갖는 것 대신에, 각각의 부분(902 및 904)은 방해받지 않는 방식으로 강자성 구조체(605)의 3개의 연속적인 측면들 주위를 둘러싸는 단일 리테이너를 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, 송신 조립체(1000)는 송신 엘리먼트(304), 스페이서(1002) 및 보강재(1004)를 포함할 수 있다. 송신 엘리먼트(304)는 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 본 명세서에 논의된 바와 같이 강자성 구조체(326) 및 송신기 코일(320)을 포함할 수 있다 이러한 컴포넌트들은 또한 도 2a 내지 도 2c의 대응하는 컴포넌트들(204 및 202)에 대해 보다 상세히 논의된다. 보강재(1004)는 송신 엘리먼트(304)에 대한 구조적 지지를 제공하고 송신 엘리먼트(304)가 장착될 수 있는 구조체를 제공하는 경질 컴포넌트일 수 있다. 일부 실시예들에서, 보강재(1004)는 FR4와 같은 그러나 이에 제한되는 것은 아닌 강성 재료로 형성되는 플레이트이다. 스페이서(1002)는 2개의 부분들, 즉, 송신기 코일(320)의 어느 한 단부에 위치될 수 있는 제1 부분(1006) 및 제2 부분(1008)으로 형성될 수 있다. 스페이서(1002)는 강자성 구조체(326)를 보강재(1004)에 커플링할 수 있어서 송신 엘리먼트(304)는 실질적으로 제 위치에 고정된다. 일부 실시예들에서, 송신 엘리먼트(304)는 보강재(1004)에 부착되어 인터페이스 표면들(316 및 318)은 보강재(1004)가 향하고 있는 방향에 수직인 방향을 향한다. 그러한 방식으로, 인터페이스 표면들(316 및 318)은 도 3b 내지 도 3c 및 도 5와 관련하여 본 명세서에 도시되고 논의된 바와 같이 수신 엘리먼트에 자기 플럭스를 지향시키도록 위치될 수 있다. 송신기 코일(320)을 형성하기 위해 사용되는 와이어(1010)는 접촉 패드들(1008a 및 1008b)을 포함하는 커넥터(1007)에 커플링될 수 있다. 송신기 코일(320)의 각각의 종단부는 와이어(1010)가 무선 전력 전송 동안 송신기 코일(320)을 동작시키도록 구성된 드라이버 보드(도시되지 않음) 또는 임의의 다른 구동 컴포넌트와 전기적으로 연결될 수 있도록 각각의 접촉 패드와 접촉할 수 있다.
도 5 및 도 8a와 관련하여 본 명세서에서 논의된 무선 충전 시스템들은 각각의 인터페이스 표면들이 무선 전력 전송을 위해 직접적으로 서로를 향하도록 위치되는 송신 및 수신 엘리먼트들을 갖지만, 실시예들은 이러한 정렬 제한들로 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서의 일부 실시예들은 송신 및 수신 엘리먼트들이 직접적으로 서로를 향하지 않는 경우에도 무선 충전을 가능하게 한다. 예를 들어, 수신 엘리먼트는 다양한 회전가능한 배향들로 인터페이싱 표면으로부터 전파되는 시변 자기 플럭스를 수신하도록 구체적으로 설계될 수 있다. 일례로, 수신 엘리먼트는, 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 제한된 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 전력 전송을 가능하게 하는 설계 및 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 전력 전송을 가능하게 하는 다른 설계를 가질 수 있다.
1. 제한된 각도 회전을 가능하게 하는 수신 엘리먼트
호스트 디바이스의 송신 엘리먼트는 그 강자성 구조체의 인터페이싱 표면들을 통해 수신 엘리먼트에 전력을 송신할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 수신 엘리먼트는, 수신 엘리먼트가 제한된 각도 회전을 따라 임의의 포인트에 위치되는 경우 송신 엘리먼트로부터 여전히 전력을 수신할 수 있도록 인터페이싱 표면들로부터 전파되는 시변 자기 플럭스를 수신하도록 구체적으로 설계될 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, (도 2a 내지 도 2c 및 도 4에 대해 본 명세서에서 논의된) 송신 및 수신 엘리먼트들(200 및 400)의 인터페이싱 표면들 사이의 자기 플럭스의 집중은, 수신 엘리먼트(400)에 대한 송신 엘리먼트(200)의 각도 배향의 조절로 인해 분리 거리(426)가 증가되는 경우에도 충분한 전력 전송을 가능하게 한다. 도 11a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트(1102)가 수신 엘리먼트(1104)에 대해 소정 각도로 위치되는 유도성 상호연결 시스템(1100)의 사시도를 예시한다. 송신 및 수신 엘리먼트들(1102)은 도 2a 내지 도 2c 및 도 4에 대해 본 명세서에서 논의된 송신 및 수신 엘리먼트들(200 및 400)과 기능 및 구성에서 유사하다. 따라서, 이러한 엘리먼트들에 대한 상세한 설명들은 그러한 도면들에서 참조될 수 있으며, 간략함을 위해 여기서는 논의되지 않는다.
도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트(1102)는 호스트 디바이스의 하우징(1108) 내에 배치되고 액세서리 디바이스의 하우징(1106) 내에 배치된 수신 엘리먼트(1104)에 근접하게 위치된다. 일부 예들에서, 하우징(1108)은 도 11b에 도시된 바와 같이 하우징(1108)이 하우징(1106)에 대해 기울어지도록 어느 정도 회전될 수 있다. 이는, 예를 들어, 호스트 디바이스가 태블릿이고 액세서리 디바이스가 키보드 액세서리이고 태블릿이 기울어져 화면이 사용자의 얼굴을 향해 상향으로 각을 이루는 경우에 발생할 수 있다.
도 11b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 도 11a에 도시된 유도성 상호연결 시스템(1100)을 통한 점선 컷 라인을 따른 단면도를 예시한다. 하우징(1108)이 피봇 포인트(1112) 주위에서 하우징(1106)에 대해 각도(1109)로 회전되는 경우, 각각의 송신 및 수신 엘리먼트들(1102 및 1104)은 그에 대응하여 각도(1109)를 따라 회전된다. 따라서, 송신 엘리먼트(1102)는 수신 엘리먼트(1104)로부터 멀리 회전 분리 거리(1110)에 배치될 수 있다. 회전은, 어떠한 회전도 존재하지 않는 경우보다 송신 및 수신 엘리먼트(1102 및 1104) 사이에서 더 큰 네트(net) 분리를 야기한다. 따라서, 일부 경우들에서, 송신 엘리먼트(1102)의 가장 바닥 코너와 수신 엘리먼트(1104) 사이의 거리가 거리(508)와 실질적으로 동일할 수 있더라도, 회전 분리 거리(1110)는 도 5에 대해 본 명세서에서 논의된 분리 거리(508)보다 클 수 있다. 따라서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 사이의 유도성 커플링의 정도는 적어도 2개의 팩터들, 즉 분리 거리 및 회전 각도에 의존할 수 있다.
도 11c는 분리 거리 및 회전 각도 둘 모두를 변경하는 것과 관련하여 송신 및 수신 엘리먼트들 사이의 전력 전송 효율의 정도를 예시하는 그래프(1101)이다. 그래프(1101)는, 전력 전송 효율의 정도가 위쪽으로 증가하는 것을 백분율로 표현하는 y 축 및 분리 거리의 정도가 우측으로 증가하는 것을 밀리미터로 표현하는 x 축을 갖는다. 3개의 플롯들이 그래프(1101)에 도시되며, 이들 각각은 상이한 각도 회전 정도를 표현하여, 플롯(1120)은 0° 각도 회전을 표현하고, 플롯(1122)은 20° 각도 회전을 표현하고, 플롯(1124)은 45° 각도 회전을 표현한다.
그래프(1101)에 도시된 바와 같이, 전력 전송 효율의 백분율은 분리 거리가 증가함에 따라 감소한다. 그래프(1101)는 또한 각도 회전이 증가함에 따라 전력 전송 효율이 모든 분리 거리들에 걸쳐 추가로 감소되는 것을 도시한다. 따라서, 각도 회전에 의해 초래되는 유도성 커플링의 손실들은 분리 거리에 의해 초래되는 유도성 커플링의 손실들에 추가된다. 그러나, 본 명세서의 실시예들은 여전히 각도 회전의 정도로도 충분한 전력 전송을 가능하게 할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트 사이의 충분한 무선 전력 전송에 대한 전력 전송 효율 임계치가 20% 전력 전송 효율이면, 5.5 mm 미만인 분리 거리 및 45°보다 작은 각도 회전을 갖는 유도성 상호연결 시스템에 의해 여전히 성공적인 전력 전송이 달성될 수 있다. 그러나, 이러한 제한들은 단지 예시적인 것이며 원하는 전력 전송 효율에 따라 변경될 수 있다.
본 명세서에서의 전술한 개시내용들은 단일의 피봇 포인트, 예를 들어 도 11b의 피봇 포인트(1112)를 중심으로 한 각도 회전을 논의하지만; 실시예들은 오직 하나의 피봇 포인트를 중심으로 피봇할 수 있는 구성들로 제한되지 않는다. 일부 실시예들은 도 12a 및 도 12b에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 세장형 수신 엘리먼트를 따라 임의의 포인트에 걸쳐 피봇될 수 있다.
도 12a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 세장형 수신 엘리먼트(1200)를 예시하는 사시도이다. 일부 실시예들에서, 세장형 수신 엘리먼트(1200)는 도 2a에 대해 본 명세서에서 논의된 송신 엘리먼트(200)와 실질적 유사성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 세장형 수신 엘리먼트(1200)는 강자성 구조체(1204) 및 강자성 구조체(1204)의 중심 부분(1212)을 중심으로 권취된 코일(1202)을 포함할 수 있다. 강자성 구조체는 또한 측면 표면(도시되지는 않지만 도 2a의 표면(210)과 유사하게 위치됨)을 지나 돌출되고, 인터페이싱 표면들(1206 및 1208)을 갖는 단부 영역들(1214 및 1216)을 포함할 수 있다. 따라서, 세장형 수신 엘리먼트(1200)가 방향(1220)으로부터 관측되는 경우, 관측된 구조체는 도 4의 수신 엘리먼트(400)와 실질적으로 유사하고, 이는 도 2a의 송신 엘리먼트(200)와 실질적으로 유사하다. 그러나, 세장형 수신 엘리먼트(1200)는 도 2a의 송신 엘리먼트(200)의 높이 ZTX보다 실질적으로 더 큰 높이(1218)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 높이(1218)는 결합된 중심 부분(1212) 및 단부 영역들(1214 및 1216)의 폭들보다 크다. 더 큰 높이는 수신 엘리먼트가 높이(1218)를 따라 임의의 포인트로부터 전력을 수신하도록 허용하여, 수신 엘리먼트가 전하를 수신하기 위해 위치될 수 있는 더 큰 영역을 제공한다.
예를 들어, 도 12b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 세장형 수신 엘리먼트(1200)를 포함하는 예시적인 유도성 상호연결 시스템(1201)을 예시한다. 세장형 수신 엘리먼트(1200)는 송신 엘리먼트(1222)가 높이(1218)에 걸쳐 임의의 포인트를 따라 위치되는 경우 송신 엘리먼트(1222)로부터 충분한 양의 전력을 무선으로 수신할 수 있다. 일례로, 세장형 수신 엘리먼트(1200)는 포인트들(1224, 1226 및 1228) 중 임의의 포인트에 위치되는 경우 송신 엘리먼트(1222)로부터 전력을 수신할 수 있다.
2. 360° 회전을 가능하게 하는 수신 엘리먼트
전술한 도면들에 대해 논의된 바와 같이, 수신 엘리먼트는 제한된 각도 회전 범위에서 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 그러나, 아래의 도면들과 함께 본 명세서에서 추가로 논의되는 바와 같이, 수신 엘리먼트는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 완전한 360° 각도 회전 범위를 따라 임의의 포인트에서 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 수신 엘리먼트가 배치되는 액세서리 디바이스는 수신 엘리먼트가 그 축을 따라 어떻게 회전되는지와 무관하게 호스트 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있다. 이는, 액세서리 디바이스가 전력을 수신하기 위해 호스트 디바이스에 대해 용이하게 배치될 수 있게 하여 사용자 경험을 실질적으로 향상시킨다.
도 13a 내지 도 13c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 360°의 각도 회전에 걸쳐 임의의 위치로부터 전력을 수신할 수 있는 예시적인 수신 엘리먼트(1300)의 사시도 및 평면도들을 예시한다. 구체적으로, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 도 13a는 수신 엘리먼트(1300)의 사시도를 예시하고, 도 13b는 수신 엘리먼트(1300)의 하향식 도면을 예시하고, 도 13c는 수신 엘리먼트(1300)의 측면도를 예시한다.
도 13a를 참조하면, 수신 엘리먼트(1300)는 코일(1302) 및 강자성 구조체(1304)를 포함할 수 있다. 코일(1302)은 강자성 구조체(1304)의 일부 주위에 권취된 와이어의 전도성 스트랜드일 수 있다. 권취되는 경우, 코일(1302)은 전류가 코일(1302)을 통해 구동되는 경우 시변 자기 플럭스를 생성할 수 있는 인덕터 코일을 형성한다. 강자성 구조체(1304)는 자기 플럭스의 전파를 재지향시킬 수 있는 구조체일 수 있다. 예를 들어, 강자성 구조체(1304)는 MnZn과 같은 페라이트를 포함하는 자성 재료로 형성될 수 있다.
강자성 구조체(1304)의 자기 속성들은 코일(1302)에 의해 생성된 자기 플럭스를 자신의 본체를 통해 재지향시킬 수 있기 때문에, 강자성 구조체(1304)는 그 구조적 설계에 기초하여 자기 플럭스를 360° 방식으로 모든 방향들을 향해 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4a의 수신 엘리먼트(400)의 직사각형 블록형 구조체와 달리, 수신 엘리먼트(1300)는 실질적으로 원통형일 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신 엘리먼트(1300)는 강자성 구조체(1304)의 길이를 따라 배치된 중심 축(209)을 중심으로 대칭일 수 있다. 채널(1311)은 중심 축(209)을 따라 위치될 수 있고, 와이어들, 케이블들 등과 같은 물체들이 터널링할 수 있는 빈 공간을 제공할 수 있다. 수신 엘리먼트(1300)는 강자성 구조체(1304)의 그루브 영역의 외측 표면을 지나서 위치되는 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)을 포함할 수 있다. 수신 엘리먼트(1300)의 구조적 구성의 보다 양호한 예시는 도 13b의 하향식 도면에 도시되어 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이, 수신 엘리먼트(1300)는 그루브 영역(1312)의 대향 측면들 상에 위치된 2개의 단부 영역들(1314 및 1316)을 정의하는 그루브 영역(1312)을 포함할 수 있다. 코일(1302)은 그루브 영역(1312) 주위 및 단부 영역들(1314 및 1316) 사이(그러나 주위는 아님)에 권취될 수 있다. 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 수신 엘리먼트(1300)는 중심 축(1309)으로부터 멀리 동일한 거리에 위치되는 단부 영역들(1314 및 1316)의 각각의 표면들일 수 있는 2개의 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)을 포함할 수 있다. 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)은 중심 축(1309)을 중심으로 축방향 대칭일 수 있어서 실질적으로 환형이다. 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)이 표면(1310)으로부터 멀리 거리 Y1,RX에 배치되도록, 단부 영역들(1314 및 1316)은 그루브 영역(1312)의 표면(1310)을 지나 돌출될 수 있다. 도 13b에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(1310)은 코일(1302) 뒤에 은닉되지만, 명료성을 위해 파선으로 표현된다. 일부 실시예들에서, 표면(1310)은 측벽들(1318a 및 1318b)에 의해 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)에 연결될 수 있다. 따라서, 측벽들(1318a 및 1318b)은 그루브 영역(1312)과 단부 영역들(1314 및 1316) 사이에 배치될 수 있다. 측벽들(1318a 및 1318b)은 코일(1302)의 두께보다 크거나 그와 동일한 임의의 적절한 거리가 되도록 선택될 수 있는 거리 Y1,RX만큼 확장될 수 있다. 예를 들어, Y1,RX는 0.5 내지 1.5 mm, 예를 들어, 특정 실시예에서 1 mm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 단부 영역들(1314 및 1316)은 중심 축(1309)으로부터 바깥쪽으로 벌어지는 플랜지 형상일 수 있다. 도 13b에서 볼 수 있는 바와 같이, 수신 엘리먼트(1300)의 전체 구조는 보빈(bobbin)의 구조체와 강한 유사성을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 수신 엘리먼트(1300)는 전체 폭 XRX 및 전체 직경 dRX를 가질 수 있다. 추가적으로, 단부 영역들(1314 및 1316)은 폭 X1,RX를 가질 수 있다. 치수들 XRX, YRX 및 X1,RX는 설계에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 치수들 XRX, YRX 및 X1,RX는 수신 엘리먼트(1300)와 송신 엘리먼트 사이에 특정 정도의 유도성 커플링을 달성하도록 선택될 수 있는 한편, 액세서리 디바이스를 위한 하우징의 공간 제약들 내에 피팅될 수 있는 전체 크기를 도출한다. 일부 예들에서, 폭들 XRX 및 X1,RX는 효율적인 전력 전송을 위해 송신 엘리먼트의 대응하는 폭들과 동일하도록 선택된다. 폭 XRX는 10 mm 내지 80 mm의 범위일 수 있고, 폭 X1,RX는 3 mm 내지 4 mm의 범위일 수 있고, 길이 YRX는 3 mm 내지 4 mm의 범위일 수 있다.
또한, 도 13c의 수신 엘리먼트(1300)의 측면 사시도에 도시된 바와 같이, 수신 엘리먼트(1300)는 또한 길이 dRX 및 방사상 두께 yRX를 가질 수 있다. 길이 dRX는 또한 수신 엘리먼트(1300)의 직경으로 정의될 수 있다. 일부 실시예들에서, 길이 dRX 및 방사상 두께 yRX는 또한 수신 엘리먼트(1300)와 수신 엘리먼트 사이에 특정 정도의 유도성 커플링을 달성하도록 선택되는 한편, 액세서리 디바이스를 위한 하우징의 공간 제약들 내에 피팅될 수 있는 전체 크기를 도출한다. 특정 실시예들에서, dRX는 7 내지 8 mm의 범위일 수 있고, 방사상 두께 yRX는 3 내지 4 mm의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사상 두께 yRX는 전력을 수신하는 송신기 코일의 전체 길이 YTX와 동일할 수 있고, 그 예는 도 2a에서 참조될 수 있다. 일부 추가적인 실시예들에서, 도 13b의 그루브 영역(1312)은 길이 Y1,RX와 dRX 사이의 차이에 의해 정의되는 길이(1320)를 가질 수 있다. 따라서, 그루브 영역(1312)의 길이(1320)는 특정 실시예들에서 길이 dRX보다 짧을 수 있다. 따라서, 그루브 영역(1312)은 단부 영역들(1316 및 1316)보다 짧은 길이를 가질 수 있다.
단부 영역들(1314 및 1316)은 중심 축(1309)으로부터 멀리 그리고 그에 수직인 배향으로 그리고 수신 엘리먼트(1300)의 전체 원주 주위로 돌출될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 단부 영역들(1314 및 1316)은 중심 축(1309) 주위로 연속적으로 돌출될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들에 따르면, 이는, 도 14a 내지 도 14c에 대해 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이, 수신 엘리먼트(1300)가 중심 축(1309)을 중심으로 임의의 회전 배향으로 송신 엘리먼트로부터 전력을 수신할 수 있게 한다.
도 14a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 송신 엘리먼트(200)로부터 전력을 수신하기 위한 위치로 이동하고 있는 수신 엘리먼트(1300)를 갖는 유도성 상호연결 시스템(1400)의 사시도를 예시한다. 도 2a에 대해 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 송신 엘리먼트(200)는 인터페이싱 표면들(206 및 208)을 갖는 강자성 구조체(204)의 중심 부분 주위에 권취된 코일(202)을 포함할 수 있다. 전력을 수신하기 위해, 수신 엘리먼트(1300)는, 수신 엘리먼트(1300)의 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)이 송신 엘리먼트(200)의 각각의 인터페이싱 표면들(206 및 208)에 근접하게 위치되도록 송신 엘리먼트(200)를 향해 그와 정렬되도록 이동될 수 있다.
도 14b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 수신 엘리먼트(1300)가 전력을 수신하기 위해 송신 엘리먼트(200)와 정렬되는 경우의 유도성 상호연결 시스템(1400)을 예시한다. 송신 엘리먼트(200)는 도 3에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이 임의의 적절한 휴대용 전자 디바이스(예를 들어, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 랩탑 컴퓨터 등)의 하우징일 수 있는 하우징(302) 내에 수납되는 것으로 도시되어 있다. 정렬되는 경우, 코일(202)은 수신 엘리먼트(1300)가 중심 축(1309)을 중심으로 회전 경로(1401)를 따라 어떻게 회전하는지와 무관하게 코일(1302)에 대응하는 전류를 유도할 수 있는 시변 자기 플럭스를 생성할 수 있다. 이는, 수신 엘리먼트(1300)가 중심 축(1309)을 중심으로 어떻게 회전되더라도, 수신 엘리먼트(1300)와 송신 엘리먼트(200) 사이의 전기적 상호작용들이 영향받지 않고 전력 전송을 계속할 수 있도록, 중심 축(1309)을 중심으로 축방향 대칭이다. 이러한 개념의 더 양호한 예시가 도 14c에 도시되어 있다.
도 14c는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 무선 전력 전송 동안 송신 엘리먼트(200)와 수신 엘리먼트(1300) 사이의 예시적인 자기 상호작용들을 도시하는 유도성 상호연결 시스템(1400)의 단면도를 예시한다. 송신 엘리먼트(200)는 하우징(302) 내에 수납되는 것으로 도시되어 있다. 도 14c에 도시된 예시에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 중심 축(1309)은 수신 엘리먼트(1300)를 2개의 절반부들 즉, 제1 절반부(1410) 및 제2 절반부(1412)로 분할할 수 있다. 송신 엘리먼트(200)에 가장 가깝게 위치된 제1 절반부(1410)는 도 4 및 도 5의 수신 엘리먼트(400)와 실질적으로 유사한 단면을 가질 수 있다. 따라서, 무선 전력 전송 동안의 전기적 상호작용들은 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 무선 전력 전송 동안, 코일(202)은 수많은 시변 자기 플럭스(1402)를 생성할 수 있고, 이의 상당 부분은 강자성 구조체(204)에 의해 재지향될 수 있어서, 플럭스는 인터페이싱 표면들(208 및 206)을 통해 빠져 나가거나 진입하고, 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)을 통해 강자성 구조체(1304)에 진입하거나 빠져 나간다. 따라서, 자기 플럭스(1402)의 집중은 강자성 구조체들(204 및 1304)의 대응하는 인터페이싱 표면들/링들 사이의 영역들(1404)에 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인터페이싱 표면들(1306 및 1308)의 표면들은 중심 축(1309)에 평행하다.
또한 코일(202)을 통해 흐르는 전류의 방향에 따라, 코일(202)에 의해 생성된 상당한 양의 자기 플럭스(1402)는 먼저 인터페이싱 표면(208)으로부터 강자성 구조체(1304)의 인터페이싱 표면(1308)으로 흐를 수 있고, 그 다음, 강자성 구조체(1304)를 통해 전파되고 인터페이싱 표면(1306)으로부터 빠져 나갈 수 있어서, 자기 플럭스(1402)는 인터페이싱 표면(206)을 통해 강자성 구조체(204)로 다시 진입할 수 있다. 결과적인 흐름의 자기 플럭스는 수신 엘리먼트(1300)가 배치되는 액세서리 디바이스에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 코일(1302)에서 전류를 유도하는 자기 루프(1406)를 형성한다. 비록 자기 루프(1406)가 시계 방향으로 도시되어 있지만, 자기 루프(1406)는 또한 전류가 반대 방향으로 코일(202)을 통해 흐르는 경우 반시계 방향으로 전파될 수 있다. 수신 엘리먼트(1300)가 중심 축(1309)을 중심으로 대칭이기 때문에, 제2 절반부(1412)는 제1 절반부(1410)와 동일할 수 있지만 단지 제1 절반부(1410)의 미러 이미지로 배열됨을 인식해야 한다. 따라서, 수신 엘리먼트(1300)가 중심 축(1309)을 중심으로 회전되면, 송신 엘리먼트(200)에 가장 가까운 절반부는 도 14c에 도시된 바와 같이 제1 절반부(1410)와 동일할 것이고, 동일한 전기적 상호작용을 가질 것이다. 이와 같이, 수신 엘리먼트(1300)는 중심 축(1309)을 중심으로 어떻게 회전되는지와 무관하게 전력을 수신할 수 있어서, 수신 엘리먼트(1300)가 송신 엘리먼트(200)로부터 전력을 수신할 수 있는 용이성을 실질적으로 증가시킨다.
도 14c는 송신 엘리먼트(200)가 수신 엘리먼트(1300)에 전력을 송신하는 것으로 예시하지만, 실시예들은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들은 송신 엘리먼트(200)가 수신 엘리먼트(1300)로부터 전력을 수신하도록 전력의 전송을 반전시킬 수 있다. 일례로, 전류는 코일(1302)이 시변 자기 플럭스를 생성하도록 수신 엘리먼트(1300)의 코일(1302) 내로 구동될 수 있다. 생성된 시변 자기 플럭스는 강자성 구조체(1304)에 의해 재지향될 수 있고, 이는 강자성 구조체(1304)에 의해 수신될 수 있다. 강자성 구조체(1304) 내의 수신된 자기 플럭스는 코일(1302)에서 대응하는 전류를 유도할 수 있으며, 이는 송신 엘리먼트(200)가 배치되는 호스트 디바이스에 전력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
III. 유도성 상호연결 시스템들을 위한 정렬 디바이스들
본 명세서의 개시내용에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 액세서리 디바이스의 수신 엘리먼트가 호스트 디바이스의 송신 엘리먼트와 정렬되는 경우 효율적인 전력 전송이 달성된다. 2개의 엘리먼트들 사이의 정렬을 달성하기 위해, 하나 이상의 정렬 디바이스들이 구현될 수 있다. 그러나, 수신 엘리먼트, 예를 들어, 도 13a의 수신 엘리먼트(1300)가 그 중심 축을 중심으로 실질적으로 대칭이고, 예를 들어, 스타일러스, 스마트 연필 등과 같이 그 중심 축을 중심으로 또한 실질적으로 대칭인 액세서리 디바이스의 하우징 내에 수납되는 경우, 액세서리 디바이스에 대한 정렬 디바이스는 또한 임의의 각도 회전 정도로 송신 엘리먼트와 수신 엘리먼트를 정렬시킬 수 있을 필요가 있을 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 정렬 디바이스들은 액세서리 디바이스가 완전한 360° 각도 회전 범위를 따라 임의의 포인트에서 호스트 디바이스와 정렬할 수 있게 하기 위해 호스트 디바이스 및 액세서리 디바이스에 구현될 수 있다.
도 15는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 단일 중심 자석(1502)을 갖는 호스트 디바이스를 위한 예시적인 호스트 정렬 디바이스(1500)의 단순화된 도면이다. 호스트 정렬 디바이스(1500)는, 액세서리 디바이스에서 액세서리 정렬 디바이스를 정렬시킴으로써 액세서리 디바이스를 호스트 디바이스에 정렬시키기 위해 호스트 디바이스 내에 수납될 수 있다. 중심 자석(1502)은 네오디뮴 자석과 같은 임의의 적절한 영구 자석일 수 있다. 호스트 정렬 디바이스(1500)는 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이, 액세서리 정렬 디바이스를 끌어 당기기 위해 액세서리 정렬 디바이스를 향해 지향되는 인터페이싱 표면(1504)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 중심 자석(1502)은 그의 자석 극점들이 수직으로 위치되도록 배열될 수 있으며, 이는 이의 N극 및 S극이 수직 축을 따라 위치되는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 중심 자석(1502)은 인터페이싱 표면(1504)에 위치된 N극을 가질 수 있어서 자기 플럭스(1505)는 밖으로 지향되어 대응하는 S극을 갖는 액세서리 정렬 디바이스를 끌어 당긴다.
일부 실시예들에 따르면, 중심 자석(1502)은 2개의 강자성 구조체들(1506 및 1508) 사이에 위치될 수 있다. 강자성 구조체들(1506 및 1508)은 영구 자석들이 아니지만 자기 플럭스가 전파되도록 허용되는 강자성 재료로 형성된 구조체들이다. 일례로, 강자성 구조체들(1506 및 1508)은 페라이트계 스테인레스 강, 철, 니켈, 코발트 또는 임의의 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강자성 구조체들(1506 및 1508)은 중심 자석(1502)의 폭(1514)보다 큰 폭들(1510 및 1512)을 갖는다. 보다 넓은 강자성 구조체들(1506 및 1508)을 갖는 것은, 자기 플럭스가 중심 자석(1502) 바로 옆의 영역들에 집중되지 않도록 자기 플럭스가 중심 자석(1502)으로부터 더 멀리 전파되게 하여, 도 18 내지 도 19에 대해 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 액세서리 정렬 디바이스가 그 영역으로 이동될 때 힘 프로파일을 평활화할 수 있다.
도 15를 추가로 참조하면, 호스트 정렬 디바이스(1500)는 또한 중심 자석(1502) 및 강자성 구조체들(1506 및 1508) 둘 모두의 인터페이스들에 위치된 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)은, 경사 표면들의 가장 낮은 단부가 중심 자석(1502)과 강자성 구조체들(1506 및 1508) 둘 모두 사이의 인터페이스에 위치되는 V-형상을 형성하는 경사 표면들이다. 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)은 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)에서 자기 플럭스의 강도를 감소시킬 뿐만 아니라 챔퍼링이 없었다면 그러한 영역들에 존재했을 자기 플럭스의 높은 집중으로 인한 자기 플럭스 누설을 최소화하기 위해, 중심 자석(1502) 및 강자성 구조체들(1506 및 1508) 둘 모두의 상단 코너들 사이의 분리 거리를 확대할 수 있다. 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)의 자기 플럭스 강도를 감소시킴으로써, 액세서리 정렬 디바이스가 호스트 정렬 디바이스(1500)와의 정렬로 이동함에 따라 액세서리 정렬 디바이스 상에 가해지는 힘 프로파일은 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 평활화될 수 있다. 또한, 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)에서의 자기 플럭스 누설을 최소화함으로써, 자기적으로 민감한 디바이스들은 네거티브 상호작용을 겪지 않고 호스트 정렬 디바이스(1500)에 근접될 수 있다. 예를 들어, 자기 플럭스 누설을 최소화하는 것은, 신용 카드가 부주의하게 호스트 정렬 디바이스(1500)에 근접되는 경우 신용 카드의 자기가 없어지는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 호스트 정렬 디바이스(1500)는 액세서리 정렬 디바이스 상에 가해지는 힘 프로파일을 더 평활화하기 위한 외측 챔퍼링된 에지들(1520 및 1522)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 외측 챔퍼링된 에지들(1520 및 1522)은 중심 자석(1502)으로부터 하향으로 기울어져서, 액세서리 정렬 디바이스가 중심 자석(1502)을 향해 이동함에 따라 액세서리 정렬 디바이스 상의 인력은 점진적으로 증가할 수 있다. 외측 챔퍼링된 에지들(1520 및 1522)이 존재하지 않으면, 액세서리 정렬 디바이스가 강자성 구조체들(1506 및 1508)에 가깝게 이동함에 따라 강자성 구조체들(1506 및 1508) 밖으로 전파되는 자기 플럭스는 액세서리 정렬 디바이스를 극단적으로 끌어 당기기 시작할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 강화 자석들이 도 16에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이 액세서리 정렬 디바이스와의 자기 인력의 강도를 향상시키기 위해 호스트 정렬 디바이스에 구현될 수 있다.
도 16은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 중심 자석(1602) 및 2개의 강화 자석들(1604 및 1606)을 갖는 호스트 디바이스에 대한 예시적인 호스트 정렬 디바이스(1600)의 단순화된 도면이다. 호스트 정렬 디바이스(1500)는, 액세서리 디바이스에서 액세서리 정렬 디바이스를 정렬시킴으로써 액세서리 디바이스를 호스트 디바이스에 정렬시키기 위해 호스트 디바이스 내에 수납될 수 있다. 정렬 디바이스(1600)는 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이, 액세서리 정렬 디바이스를 끌어 당기기 위해 액세서리 정렬 디바이스를 향해 지향되는 인터페이싱 표면(1608)을 가질 수 있다. 중심 자석(1502)과 유사하게, 중심 자석(1602)은 그의 자석 극점들이 수직으로 위치되도록 배열될 수 있으며, 이는 이의 N극 및 S극이 수직 축을 따라 위치되는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 중심 자석(1602)은 인터페이싱 표면(1608)에 위치된 N극을 가질 수 있어서 자기 플럭스(1605)는 밖으로 지향되어 대응하는 S극을 갖는 액세서리 정렬 디바이스를 끌어 당긴다.
그러나, 호스트 정렬 디바이스(1500)와는 달리, 호스트 정렬 디바이스(1600)는 중심 자석(1602)의 대향 측면들 상에 2개의 강화 자석들(1604 및 1606)을 포함할 수 있다. 강화 자석들(1604 및 1606)은 이들의 자극들이 수평 축을 따라 위치되도록 배열될 수 있다. 추가로, 강화 자석들(1604 및 1606)의 자극들의 배향은 이들의 자기 플럭스가 중심 자석(1602)에 의해 생성된 자기 플럭스를 응집 및 강화시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 중앙 자석이 이의 N극이 상향이고 이의 S극이 하향이도록 배열되면, 강화 자석(1604)은 이의 N극이 우측에 있고 이의 S극이 좌측에 있도록 배열되고, 강화 자석(1606)은 이의 N극이 좌측에 있고 이의 S극이 우측에 있도록 배열된다. 따라서, 강화 자석들(1604 및 1606)로부터의 자기 플럭스는 먼저 중심 자석(1602)을 향해 전파되고, 그 다음 중심 자석(1602)에 의해 생성된 자기 플럭스와 응집되어 액세서리 정렬 디바이스를 향해 상향으로 전파되는 강화된 자기 플럭스(1605)를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 강화 자석들(1604 및 1606)은 자석들 둘 모두로부터의 자기 플럭스가 중심 자석(1602)을 향하거나 중심 자석(1602)으로부터 멀리 향하도록 서로 대향하는 극성들을 갖는다. 따라서, 중심 자석(1602) 옆에 위치된 강화 자석들의 극들은 액세서리 정렬 디바이스의 방향으로 상향 배향된 중심 자석(1602)의 극과 동일한 극일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 중심 자석(1602) 및 강화 자석들(1604 및 1606)은 2개의 강자성 구조체들(1607 및 1609) 사이에 위치된다. 예를 들어, 강화 자석(1604)은 강자성 구조체(1607)와 중심 자석(1602) 사이에 위치될 수 있고, 강화 자석(1606)은 강자성 구조체(1609)와 중심 자석(1602) 사이에 위치될 수 있다. 강자성 구조체들(1607 및 1609)은 도 15의 강자성 구조체들(1506 및 1508)과 형태 및 기능에서 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 강자성 구조체들(1607 및 1609)은 자기 플럭스가 전파되도록 허용되는 강자성 재료로 형성된 구조체들이며, 중심 자석(1602)의 폭(1614)보다 큰 폭들(1160, 1612)을 갖는다. 보다 넓은 강자성 구조체들(1607 및 1609)을 갖는 것은, 자기 플럭스가 강화 자석들(1604 및 1606) 바로 옆의 영역들에 집중되지 않도록 자기 플럭스가 강화 자석들(1604 및 1606)로부터 더 멀리 전파되게 하여, 도 18 내지 도 19에 대해 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 액세서리 정렬 디바이스가 그 영역으로 이동될 때 힘 프로파일을 평활화할 수 있다.
도 16을 추가로 참조하면, 호스트 정렬 디바이스(1600)는 또한 중심 자석(1502) 및 강화 자석들(1604 및 1606) 둘 모두의 인터페이스들에 위치된 챔퍼링된 영역들(1616 및 1618)을 포함할 수 있다. 챔퍼링된 영역들(1516 및 1518)과 유사하게, 챔퍼링된 영역들(1616 및 1618)은 챔퍼링된 영역들(1616 및 1618)에서 자기 플럭스의 강도를 감소시킬 뿐만 아니라 챔퍼링이 없었다면 그러한 영역들에 존재했을 자기 플럭스의 높은 집중으로 인한 자기 플럭스 누설을 최소화할 수 있다. 따라서, 액세서리 정렬 디바이스가 호스트 정렬 디바이스(1500)와의 정렬로 이동함에 따라 액세서리 정렬 디바이스 상에 가해지는 힘 프로파일은 본 명세서에서 추가로 논의될 바와 같이 평활화될 수 있다. 또한, 자기적으로 민감한 디바이스들은 도 15에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 네거티브 상호작용을 겪지 않으면서 호스트 정렬 디바이스(1600)에 근접하게 될 수 있다.
또한, 도 15 및 도 16은 중심 자석들1502 및 1602)이 상향 배향된 N극 및 하향 배향된 S극을 갖는 것을 예시하지만; 실시예들은 이러한 구성들로 제한되지 않음을 인식해야 한다. 일부 실시예들은 반대 극성들로 배열된 중심 자석들(1502 및 1602)을 가질 수 있다. 이러한 예들에서, 강화 자석들(1604 및 1606)은 또한 반대 극성들로 배열될 수 있다.
호스트 정렬 디바이스(1600)는 도 15의 외측 챔퍼링된 에지들(1520 및 1522)처럼 외측 챔퍼링된 에지들을 갖는 것으로 도시되지 않지만, 호스트 정렬 디바이스(1600)는 액세서리 디바이스 정렬 디바이스 상에 가해지는 힘 프로파일을 추가로 평활화시키기 위해 일부 실시예들에서 외측 챔퍼링된 에지들을 포함할 수 있음을 인식해야 한다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 액세서리 정렬 디바이스는 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 호스트 정렬 디바이스의 중심 자석에 끌어 당겨지도록 구성될 수 있다. 도 17a는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 호스트 정렬 디바이스에 끌어 당겨질 수 있는 예시적인 액세서리 정렬 디바이스(1700)를 예시한다. 액세서리 정렬 디바이스(1700)는 중심 강자성 구조체(1706)와 2개의 측면 강자성 구조체들(1028 및 1710) 사이에 위치된 한 쌍의 자석들(1702 및 1704)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자석(1702)은 중심 강자성 구조체(1706)와 측면 강자성 구조체(1708) 사이에 위치될 수 있으며, 자석(1704)은 중심 강자성 구조체(1706)와 측면 강자성 구조체(1710) 사이에 위치될 수 있다. 자석들(1702 및 1704)은 임의의 적절한 영구 자석들, 예를 들어, 네오디뮴 자석들일 수 있고, 강자성 구조체들(1706, 1708 및 1710)은 임의의 적절한 강자성 재료, 예를 들어, 페라이트계 스테인레스 강, 철, 니켈, 코발트 또는 임의의 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다.
자석들(1702 및 1704)의 자극들은, 이들의 자기 플럭스 둘 모두가 중심 강자성 구조체(1706)를 향해 또는 그로부터 멀리 전파되도록 수평으로 배열되고 배향될 수 있다. 따라서, 이들의 자기 플럭스는 중심 강자성 구조체(1706)에서 응집 및 강화되고, 그 다음 그 중심 축(1712)으로부터(또는 극성에 따라 이를 향해) 모든 방사상 방향들(1714)에서 바깥쪽으로 전파될 수 있다. 예를 들어, 자석들(1702 및 1704)은 자기 플럭스가 모든 방사상 방향들(1714)로부터 중심 축(1712)을 향해 전파되도록 자신들의 S극들을 중심 강자성 구조체(1706)를 향해 배향시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리 정렬 디바이스(1700)는 그 구조체가 중심 축(1712)에 대해 축방향 대칭이 되도록 실질적으로 원통형인 형상을 갖는다. 따라서, 액세서리 정렬 디바이스(1700)는 도 17b에 더 잘 도시된 바와 같이, 그 중심 축(1712)을 중심으로 임의의 회전 정도의 N극을 갖는 임의의 자석에 끌어 당겨질 수 있다.
도 17b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 액세서리 정렬 디바이스(예를 들어, 액세서리 정렬 디바이스(1700)) 및 호스트 정렬 디바이스(예를 들어, 호스트 정렬 디바이스(1600))를 포함하는 정렬 시스템(1701)의 예시적인 사시도를 예시한다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 액세서리 정렬 디바이스(1700)는 호스트 정렬 디바이스(1600)에 끌어 당겨지고 있다. 액세서리 정렬 디바이스(1700)가 호스트 정렬 디바이스(1600)에 가까워지는 경우 상보적인 자기 플럭스들에 의해 생성된 힘들은 이들을 정렬되도록 당긴다. 이해의 용이함을 위해, 도 16 및 도 17a에 대해 본 명세서에 논의된 자극들은 또한, 도 17b에 적용된다. 정렬 동안, 호스트 정렬 디바이스(1600)는 액세서리 정렬 디바이스(1700)의 중심 강자성 구조체(1706)의 S 극성을 끌어 당기는 자신의 인터페이싱 표면(1608)에서 강한 N 극성을 갖는다. 액세서리 정렬 디바이스(1700)의 실질적으로 축방향으로 대칭인 구조체는 자신의 중심 축(1712)을 중심으로 임의의 회전 정도(1716)로 호스트 정렬 디바이스(1600)에 끌어 당겨질 수 있다. 일부 실시예들에서, 채널(1711)은 중심 축(1712)을 따라 위치될 수 있고, 와이어들, 케이블들 등과 같은 물체들이 터널링할 수 있는 빈 공간을 제공할 수 있다.
본 명세서에 언급된 바와 같이, 액세서리 정렬 디바이스(1700)는 측면 강자성 구조체들(1708 및 1710)을 더 포함한다. 측면 강자성 구조체들(1708 및 1710)은 자기 플럭스의 전파를 분산시켜, 자석들(1702 및 1704) 사이의 인터페이스에 자기 플럭스의 높은 집중이 존재하지 않도록 도울 수 있다. 챔퍼링된 에지들(1616 및 1618)과 함께 강자성 구조체들(1708, 1710, 1607 및 1609)에 의한 자기 플럭스의 확산은 사용자가 디바이스들(1700 및 1600) 사이의 매끄러운 인력을 느끼도록 이들 사이의 인력의 힘 프로파일을 평활화하는 것을 돕는다.
도 18 및 도 19는 액세서리 및 호스트 정렬 디바이스들 사이의 예시적인 힘 프로파일들을 예시하는 그래프들이다. 구체적으로, 도 18은 챔퍼링된 에지들(예를 들어, 도 17b에서 챔퍼링된 에지들(1616 및 1618))이 없는 액세서리 및 호스트 정렬 디바이스들 사이의 힘 프로파일(1802)을 예시하는 그래프이고, 도 19는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라 챔퍼링된 에지들을 갖는 액세서리 및 호스트 정렬 디바이스들 사이의 힘 프로파일(1902)을 예시하는 그래프이다. 그래프들 둘 모두는 액세서리 정렬 디바이스의 중심과 호스트 정렬 디바이스의 중심 사이의 거리를 표현하는 x 축을 갖고, 여기서 0은 정렬을 표현한다. 그래프들 둘 모두는 또한 힘의 정도를 표현하는 y 축을 갖고, 여기서 포지티브 값들은 척력을 표시하고 네거티브 값들은 인력을 표시한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 챔퍼링된 에지들 없이, 힘 프로파일(1802)은 사용자에 의해 경험되는 높은 척력들의 피크들(1804 및 1806)을 포함할 수 있다. 이러한 피크들은 중심 자석(예를 들어, 도 16 및 도 17b의 1602)과 강화 자석들 둘 모두(예를 들어, 도 16 및 도 17b의 1604 및 1606) 사이의 인터페이스들에 위치될 수 있다. 따라서, 2개의 디바이스들이 정렬될 때 강한 인력을 느끼기 전에 액세서리 정렬 디바이스(1700)가 정렬된 위치를 향해 이동함에 따라 사용자는 강한 저항을 느낄 것이다. 대조적으로, 도 19에 도시된 바와 같은 힘 프로파일(1902)은 피크들(1804 및 1806)을 갖지 않고, 대신에 호스트 정렬 디바이스가 챔퍼링된 에지들을 갖지 않으면 피크들이 있을 평탄한 영역들(1904 및 1906)을 갖는다. 챔퍼링된 에지들은 그 영역에서 자기 플럭스의 집중을 감소시키므로 그러한 위치들에서 액세서리 정렬 디바이스를 밀어내는 강한 척력이 존재하지 않는다. 챔퍼링된 영역들을 갖는 결과로서, 힘 프로파일은 실질적으로 더 매끄럽고, 그에 따라 더 양호한 사용자 느낌을 도출한다.
도 20은, 본 개시내용의 일부 실시예들에 따라, 호스트 디바이스(2000)가, 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 전하를 수신하도록 구성된 예시적인 액세서리 디바이스(2002) 및/또는 호스트 디바이스(2000)와 접촉하는 평탄한 부분을 포함하는 하우징을 갖는 예시적인 액세서리 디바이스(2003)와 정렬되는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시한다. 호스트 디바이스(2000)는 호스트 정렬 디바이스들(2004 내지 2007) 및 송신 엘리먼트들(2008 내지 2009)을 포함할 수 있다. 각각의 호스트 정렬 디바이스(2004 내지 2007)는 도 16에 대해 본 명세서에서 논의된 호스트 정렬 디바이스(1600)로서 구성될 수 있다. 또한, 각각의 송신 엘리먼트(2008 내지 2009)는 도 2a에 대해 본 명세서에서 논의된 송신 엘리먼트(200)로서 구성될 수 있다. 호스트 정렬 디바이스들(2004 내지 2007) 및 송신 엘리먼트들(2008 내지 2009)은 호스트 디바이스(2000)의 하우징(2001) 내에 수납될 수 있다.
도 20에 추가로 도시된 바와 같이, 액세서리 디바이스(2002)는 액세서리 정렬 디바이스들(2010 내지 2011) 및 수신 엘리먼트(2012)를 포함할 수 있다. 각각의 액세서리 정렬 디바이스(2010 내지 2011)는 도 17a에 대해 본 명세서에서 논의된 액세서리 정렬 디바이스(1700)로서 구성될 수 있다. 또한, 수신 엘리먼트(2012)는 도 13a에 대해 본 명세서에서 논의된 수신 엘리먼트(1300)로서 구성될 수 있다. 액세서리 정렬 디바이스들(2010 내지 2011) 및 수신 엘리먼트(2020)는 액세서리 디바이스(2002)의 하우징(2013) 내에 수납될 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 하우징(2013)은 중심 축(2014)에 대해 축방향 대칭(예를 들어, 실질적으로 원통형)일 수 있고, 수신 엘리먼트(2012)가 송신 엘리먼트(2009)에 의해 생성된 시변 자기 플럭스와 상호작용하게 함으로써 호스트 디바이스(2000)로부터 전력을 수신할 수 있다. 액세서리 디바이스(2002)는 액세서리 정렬 디바이스들(2010 및 2011)이 각각의 호스트 정렬 디바이스들(2005 및 2007)과 상호작용하게 함으로써 전력을 수신하도록 호스트 디바이스(2000)와의 정렬을 달성할 수 있다. 중심 축(2014)을 중심으로 임의의 각도 회전 정도로 호스트 디바이스(2000)와 정렬되고 그로부터 전력을 수신할 수 있음으로써, 액세서리 디바이스(2002)가 전력을 수신하는 용이성이 실질적으로 개선된다.
호스트 디바이스(2000)는 추가적으로 또는 대안적으로 액세서리 디바이스(2003)를 무선으로 충전하도록 구성될 수 있다. 액세서리 디바이스(2003)는 도 5 및 도 8a 내지 도 8b에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이 송신 엘리먼트를 가로질러 위치되는 경우 전하를 수신할 수 있는 수신 엘리먼트(2020)를 포함하는 액세서리 디바이스일 수 있다. 따라서, 수신 엘리먼트(2020)는 도 4의 수신 엘리먼트(400) 및 도 6, 도 7a 내지 도 7b, 도 8a 내지 도 8b 및 도 9의 수신 엘리먼트(612)로 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2003)는 도 6, 도 7a 내지 도 7b 및 도 8a 내지 도 8b에 대해 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 호스트 디바이스(2000)와 접촉하는 평탄한 부분을 갖는 하우징을 포함할 수 있다. 수신 엘리먼트(2020)에 추가로, 액세서리 디바이스(2003)는 또한 액세서리 정렬 디바이스들(2022 및 2024)을 포함할 수 있다. 액세서리 디바이스(2003)가 완전한 360° 각도 회전을 따라 임의의 포인트에서 전하를 수신하지 못할 수 있기 때문에, 정렬 디바이스들(2022 및 2024)은 정렬 디바이스들(2010 및 2011)과 같은 원통형으로 구성될 필요가 없을 수 있다. 대신에, 액세서리 정렬 디바이스들(2022 및 2024)은 실질적으로 직사각형일 수 있고, 정렬 디바이스들(2010 및 2011)에 대해 필요한 것처럼 전체 하우징 주위로 확장해야 하는 대신 액세서리 디바이스(2003)의 일 측면에 대해 위치될 수 있다. 그러나, 액세서리 정렬 디바이스들(2022 및 2024)은 정렬 디바이스들(2010 및 2011)과 동일한 자기 구조체를 갖도록 여전히 구성될 수 있고, 이는 액세서리 정렬 디바이스들(2022 및 2024)이 각각의 호스트 정렬 디바이스들(2004 및 2006)에 자기적으로 끌어 당겨지고 그와 정렬하도록 도 17a 내지 도 17b에 대해 본 명세서에 논의된 바와 같이 중심 강자성 구조체와 2개의 측면 강자성 구조체들 사이에 위치된 한 쌍의 자석들을 포함할 수 있음을 의미한다.
호스트 디바이스(2000)는 컴퓨팅 시스템, 통신 시스템, 센서 시스템, 메모리 뱅크, 사용자 인터페이스 시스템, 배터리 및 전력 송신 회로 중 적어도 하나를 갖는 임의의 적절한 휴대용 전자 디바이스, 예를 들어, 도 1에 대해 본 명세서에서 논의된 호스트 디바이스(101)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 호스트 디바이스(2000)는 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 또는 임의의 다른 적절한 디바이스이다. 추가적으로, 액세서리 디바이스(2002)는 도 1의 액세서리 디바이스(103)와 같이 운영 체제, 전력 수신 회로 및 배터리를 갖는 임의의 적절한 전자 디바이스일 수 있다. 액세서리 디바이스(2002)는 호스트 디바이스(2000)에 데이터를 입력하도록 동작될 수 있다. 일례로, 액세서리 디바이스(2002)는 사용자가 호스트 디바이스(101)와 접촉하여 호스트 디바이스(101)에 데이터를 입력하기 위해 사용할 수 있는 스타일러스 또는 스마트 연필일 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2002)는 호스트 디바이스(2000)의 하우징(2001)과 접촉하도록 구성된 인터페이싱 단부(2016)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이싱 단부(2016)는 연필 또는 펜과 같은 종래의 필기구의 팁을 모방하기 위해 팁까지 가늘어지는 구조체를 가질 수 있다.
도 20은 호스트 디바이스(2000)가 4개의 호스트 정렬 디바이스들(2004 내지 2007) 및 2개의 송신 엘리먼트들(2008-2009)을 갖는 것으로 예시하지만, 실시예는 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예들은 더 많거나 적은 호스트 정렬 디바이스들 및 송신 엘리먼트들을 가질 수 있다. 또한, 실시예들은 호스트 정렬 디바이스들(2004 내지 2007) 및 송신 엘리먼트들(2008 내지 2009)이 호스트 디바이스(2000)의 어느 한 측면에 위치되는 구성들로 제한되지 않는다. 호스트 정렬 디바이스들(2004 내지 2007) 및 송신 엘리먼트들(2008 내지 2009)은 호스트 디바이스(2000)의 상단 및/또는 바닥 에지들과 같은 액세서리 디바이스(2002)와의 전력 전송을 가능하게 하는 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있음을 인식해야 한다.
앞서 논의된 실시예들에 추가로, 아래의 실시예들이 또한 본 명세서에서 착안된다. 특정 실시예들에서, 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 길이를 따라 배치된 중심 축을 중심으로 축방향 대칭인 강자성 구조체를 포함할 수 있다. 강자성 구조체는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 포함할 수 있으며, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 또한, 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일을 포함할 수 있다.
수신 엘리먼트는 일부 경우들에서 중심 축을 따라 배치된 채널을 더 포함할 수 있다. 강자성 구조체는 원통 형상일 수 있다. 단부 영역들은 자기 플럭스의 전파를 송신 엘리먼트를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강자성 구조체는 인덕터 코일의 두께와 동일하거나 그보다 큰 거리로 확장되는 측벽들을 더 포함한다. 측벽들은 그루브 영역과 2개의 단부 영역들 사이에 위치될 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 유도성 상호연결 시스템은 송신 엘리먼트 및 수신 엘리먼트를 포함한다. 송신 엘리먼트는 송신 그루브 영역의 대향 측면들 상에 배치된 2개의 송신 단부 영역들을 정의하는 송신 그루브 영역을 갖는 송신 강자성 구조체를 포함할 수 있으며, 송신 그루브 영역은 2개의 송신 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 또한, 송신 엘리먼트는 송신 강자성 구조체의 송신 그루브 영역 주위 및 2개의 송신 단부 영역들 사이에 권취된 송신 인덕터 코일을 포함할 수 있다. 송신 인덕터 코일은 송신 강자성 구조체를 통해 시변 자기 플럭스를 생성하도록 구성될 수 있다. 수신 엘리먼트는 수신 강자성 구조체의 길이를 따라 배치된 중심 축을 중심으로 축방향 대칭인 수신 강자성 구조체를 포함할 수 있다. 수신 강자성 구조체는 수신 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 수신 단부 영역들을 정의하는 수신 그루브 영역을 포함할 수 있으며, 수신 그루브 영역은 2개의 수신 단부 영역들보다 작은 길이를 갖는다. 또한, 수신 엘리먼트는 수신 강자성 구조체의 수신 그루브 영역 주위 및 2개의 수신 단부 영역들 사이에 권취된 수신 인덕터 코일을 포함할 수 있다. 수신 인덕터 코일은 시변 자기 플럭스에 의해 유도된 전류를 수신하도록 구성될 수 있다.
송신 단부 영역들 각각은 수신 엘리먼트를 향하는 각각의 송신 인터페이싱 표면들을 포함할 수 있으며, 수신 단부 영역들 각각은 송신 엘리먼트를 향하는 각각의 수신 인터페이싱 표면들을 포함한다. 송신 인터페이싱 표면들은 수신 인터페이싱 표면들의 적어도 일부를 향할 수 있다. 수신 인터페이싱 표면들은 중심 축을 중심으로 축방향 대칭일 수 있다. 수신 강자성 구조체는 중심 축을 따라 배치된 채널을 더 포함할 수 있다. 수신 강자성 구조체는 원통 형상일 수 있다.
일부 추가적 실시예들에서, 호스트 디바이스에 데이터를 입력하기 위한 스타일러스는 원통형 하우징, 원통형 하우징 내에 배치되는 전력 수신 회로, 원통형 하우징 내에 배치되고 전력 수신 회로에 커플링되는 수신 엘리먼트, 및 전력 수신 회로 및 수신 엘리먼트에 커플링되고, 호스트 디바이스로부터 전력을 수신하기 위해 전력 수신 회로 및 수신 엘리먼트를 동작시키도록 구성되는 운영 체제를 포함할 수 있다. 수신 엘리먼트는 강자성 구조체의 길이를 따라 배치된 중심 축을 중심으로 축방향 대칭인 강자성 구조체 - 강자성 구조체는 그루브 영역의 대향 측면들 상에 2개의 단부 영역들을 정의하는 그루브 영역을 포함하고, 그루브 영역은 2개의 단부 영역들보다 작은 길이를 가짐 -, 및 강자성 구조체의 그루브 영역 주위 및 2개의 단부 영역들 사이에 권취된 인덕터 코일을 포함할 수 있다.
강자성 구조체는 중심 축을 따라 배치된 채널을 더 포함할 수 있다. 강자성 구조체는 원통 형상일 수 있다. 단부 영역들은 자기 플럭스의 전파를 송신 엘리먼트를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 강자성 구조체는 인덕터 코일의 두께와 동일하거나 그보다 큰 거리로 확장되는 측벽들을 더 포함할 수 있다. 측벽들은 그루브 영역과 2개의 단부 영역들 사이에 위치될 수 있다. 스타일러스는 호스트 디바이스와 접촉하여 데이터를 호스트 디바이스에 입력하도록 구성되는 인터페이싱 단부를 더 포함할 수 있다. 인터페이싱 단부는 팁까지 가늘어지는 구조체를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 정렬 디바이스는 수직 배향으로 배열된 극점들을 갖는 중심 자석, 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들, 수평 배향으로 배열되는 극점들을 갖는 제1 및 제2 강화 자석들, 및 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강자성 구조체들을 포함하여, 제1 강화 자석은 제1 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치되고, 제2 강화 자석은 제2 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치된다.
제1 및 제2 강화 자석들은 극성이 반대일 수 있다. 제1 및 제2 강자성 구조체들 각각은 제1 폭을 가질 수 있고 중심 자석은 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가질 수 있다. 정렬 디바이스는 중심 자석과 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 배치된 챔퍼링된 영역들을 더 포함할 수 있다. 챔퍼링된 영역들은, 경사 표면들의 가장 낮은 단부들이 중심 자석과 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 위치되는 V-형상들의 경사 표면들로 형성될 수 있다. 정렬 디바이스는 중심 자석으로부터 가장 먼 정렬 디바이스의 외측 단부들에 위치되는 외측 챔퍼링된 에지들을 더 포함할 수 있고, 외측 챔퍼링된 에지들은 중심 자석으로부터 멀리 하향으로 경사진 경사 표면들로 형성된다. 일부 예들에서, 중심 자석은 제1 극성을 갖는 인터페이싱 표면, 우측을 향해 배향된 제2 극성을 갖는 제1 강화 자석 및 좌측을 향해 배향된 제3 극성을 갖는 제2 강화 자석을 포함할 수 있고, 여기서 제1, 제2 및 제3 극성들은 동일한 극성이다.
일부 추가적인 실시예들에서, 정렬 디바이스는 중심 강자성 구조체; 중심 강자성 구조체의 대향 단부들 상에 배치되고, 수평 배향으로 배열된 극성 단부들을 갖는 제1 및 제2 자석들; 및 제1 및 제2 자석들의 단부들 상에 배치된 제1 및 제2 측면 강자성 구조체들을 포함하여, 제1 자석은 제1 측면 강자성 구조체와 중심 강자성 구조체 사이에 배치되고, 제2 자석은 제2 측면 강자성 구조체와 중심 강자성 구조체 사이에 배치된다.
제1 및 제2 자석들은 극성이 반대일 수 있다. 정렬 디바이스는 정렬 디바이스의 길이를 따라 배치된 중심 축을 중심으로 축방향 대칭일 수 있다. 정렬 디바이스는 중심 축을 따라 배치된 채널을 더 포함할 수 있다. 정렬 디바이스는 실질적으로 원통형일 수 있다.
일부 추가적인 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스는, 하우징, 하우징 내에 배치된 배터리, 하우징 내에 배치되고 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 구성되는 디스플레이, 하우징 내에 배치되고 디스플레이에 커플링되며 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 디스플레이에 명령하도록 구성되는 프로세서, 하우징 내에 배치된 송신 엘리먼트, 및 프로세서 및 배터리에 커플링된 전력 송신 회로를 포함하고, 전력 송신 회로는 배터리로부터의 전력을 송신 엘리먼트에 라우팅하도록 구성된다. 송신 엘리먼트는 수직 배향으로 배열된 극점들을 갖는 중심 자석, 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들, 수평 배향으로 배열되는 극점들을 갖는 제1 및 제2 강화 자석들, 및 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강자성 구조체들을 포함할 수 있어서, 제1 강화 자석은 제1 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치되고, 제2 강화 자석은 제2 강자성 구조체와 중심 자석 사이에 배치된다.
제1 및 제2 강화 자석들은 극성이 반대일 수 있다. 제1 및 제2 강자성 구조체들 각각은 제1 폭을 가질 수 있고 중심 자석은 제1 폭보다 작은 제2 폭을 가질 수 있다. 송신 엘리먼트는 중심 자석과 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 배치된 챔퍼링된 영역들을 더 포함할 수 있다. 챔퍼링된 영역들은, 경사 표면들의 가장 낮은 단부들이 중심 자석과 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 위치되는 V-형상들의 경사 표면들로 형성될 수 있다. 송신 엘리먼트는 중심 자석으로부터 가장 먼 정렬 디바이스의 외측 단부들에 위치되는 외측 챔퍼링된 에지들을 더 포함할 수 있고, 외측 챔퍼링된 에지들은 중심 자석으로부터 멀리 하향으로 경사진 경사 표면들로 형성된다. 일부 경우들에서, 중심 자석은 제1 극성을 갖는 인터페이싱 표면을 포함할 수 있고, 제1 강화 자석은 우측을 향해 배향된 제2 극성을 가질 수 있고, 제2 강화 자석은 좌측을 향해 배향된 제3 극성을 가질 수 있으며, 여기서 제1, 제2 및 제3 극성들은 동일한 극성이다. 휴대용 전자 디바이스는 태블릿일 수 있다.
본 발명이 특정 실시예들에 대하여 기술되었지만, 본 발명은 하기의 청구범위의 범주 내의 모든 수정들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 정렬 디바이스로서,
    수직 배향으로 배열된 극점들을 갖는 중심 자석;
    상기 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들 - 상기 제1 및 제2 강화 자석들은 수평 배향으로 배열된 극점들을 가지며, 상기 중심 자석 및 상기 제1 및 제2 강화 자석들의 표면들은 상기 중심 자석과 상기 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 배치된 챔퍼링된 영역들을 형성함 -; 및
    제1 및 제2 강자성 구조체들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 강자성 구조체들은, 상기 제1 강화 자석이 상기 제1 강자성 구조체와 상기 중심 자석 사이에 배치되고, 상기 제2 강화 자석이 상기 제2 강자성 구조체와 상기 중심 자석 사이에 배치되도록, 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치되는, 정렬 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강화 자석들은 극성이 반대인, 정렬 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 구조체들 각각은 제1 폭을 갖고 상기 중심 자석은 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는, 정렬 디바이스.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 챔퍼링된 영역들은, 경사 표면들의 가장 낮은 단부들이 상기 중심 자석과 상기 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 위치되는 V-형상들의 상기 경사 표면들로 형성되는, 정렬 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중심 자석으로부터 가장 먼 상기 정렬 디바이스의 외측 단부들에 위치되는 외측 챔퍼링된 에지들을 더 포함하고, 상기 외측 챔퍼링된 에지들은 상기 중심 자석으로부터 멀리 하향으로 경사진 경사 표면들로 형성되는, 정렬 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중심 자석은 제1 극성을 갖는 인터페이싱 표면을 포함하고, 상기 제1 강화 자석은 우측을 향해 배향된 제2 극성을 갖고, 상기 제2 강화 자석은 좌측을 향해 배향된 제3 극성을 갖고, 상기 제1, 제2 및 제3 극성들은 동일한 극성인, 정렬 디바이스.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 휴대용 전자 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 배터리;
    상기 하우징 내에 배치되고 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 구성되는 디스플레이;
    상기 하우징 내에 배치되고 상기 디스플레이에 커플링되며 상기 사용자 인터페이스 기능들을 수행하도록 상기 디스플레이에 명령하도록 구성되는 프로세서;
    상기 하우징 내에 배치되는 송신 엘리먼트로서,
    수직 배향으로 배열되는 극점들을 갖는 중심 자석;
    상기 중심 자석의 대향 단부들 상에 배치되는 제1 및 제2 강화 자석들 - 상기 제1 및 제2 강화 자석들은 수평 배향으로 배열된 극점들을 가지며, 상기 중심 자석 및 상기 제1 및 제2 강화 자석들의 표면들은 상기 중심 자석과 상기 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 배치된 챔퍼링된 영역들을 형성함 -; 및
    제1 및 제2 강자성 구조체들 - 상기 제1 및 제2 강자성 구조체들은, 상기 제1 강화 자석이 상기 제1 강자성 구조체와 상기 중심 자석 사이에 배치되고, 상기 제2 강화 자석이 상기 제2 강자성 구조체와 상기 중심 자석 사이에 배치되도록, 대응하는 제1 및 제2 강화 자석들의 외측 단부들 상에 배치됨 -을 포함하는 상기 송신 엘리먼트; 및
    상기 프로세서 및 상기 배터리에 커플링된 전력 송신 회로를 포함하고, 상기 전력 송신 회로는 상기 배터리로부터의 전력을 상기 송신 엘리먼트에 라우팅하도록 구성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강화 자석들은 극성이 반대인, 휴대용 전자 디바이스.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 강자성 구조체들 각각은 제1 폭을 갖고 상기 중심 자석은 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는, 휴대용 전자 디바이스.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서, 상기 챔퍼링된 영역들은, 경사 표면들의 가장 낮은 단부들이 상기 중심 자석과 상기 제1 및 제2 강화 자석들 사이의 인터페이스들에 위치되는 V-형상들의 경사 표면들로 형성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  18. 제13항에 있어서, 상기 중심 자석으로부터 가장 먼 상기 정렬 디바이스의 외측 단부들에 위치되는 외측 챔퍼링된 에지들을 더 포함하고, 상기 외측 챔퍼링된 에지들은 상기 중심 자석으로부터 멀리 하향으로 경사진 경사 표면들로 형성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  19. 제13항에 있어서, 상기 중심 자석은 제1 극성을 갖는 인터페이싱 표면을 포함하고, 상기 제1 강화 자석은 우측을 향해 배향된 제2 극성을 갖고, 상기 제2 강화 자석은 좌측을 향해 배향된 제3 극성을 갖고, 상기 제1, 제2 및 제3 극성들은 동일한 극성인, 휴대용 전자 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 휴대용 전자 디바이스는 태블릿인, 휴대용 전자 디바이스.
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