KR20220017855A - 자기적으로 부착 가능한 배터리 팩 - Google Patents

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KR20220017855A
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데이비드 쥐. 하브스크욜트
패트릭 티. 라이언
다니엘 에이. 파프
에머리 에이. 샌포드
미란다 엘. 달리
디미트리오스 비. 카라니코스
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애플 인크.
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Abstract

전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있는 배터리팩들은, 사용하기 쉽고 전자 디바이스에 간단히 연결될 수 있으며, 작고 효율적인 폼 팩터를 가지고, 사용을 위해 쉽게 전력을 공급받을 수 있다.

Description

자기적으로 부착 가능한 배터리 팩{MAGNETICALLY ATTACHABLE BATTERY PACK}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/083,288호, 및 2020년 8월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/061,783호에 대한 이익 및 우선권을 주장하며, 그 가특허 출원들은 참고로 포함된다.
상업적으로 이용가능한 전자 디바이스의 유형들의 수는 지난 몇 년간 엄청나게 증가하였고, 새로운 디바이스가 소개되는 속도는 감소의 기미를 보이지 않는다. 태블릿 컴퓨터들, 랩톱 컴퓨터들, 데스크톱 컴퓨터들, 올인원 컴퓨터들, 셀 폰들, 저장 디바이스들, 웨어러블 컴퓨팅 디바이스들, 휴대용 미디어 플레이어들, 휴대용 미디어 레코더들, 내비게이션 시스템들, 모니터들, 어댑터들 등과 같은 디바이스들은 흔히 볼 수 있게 되었다.
이들 전자 디바이스들의 편재성(ubiquity) 및 증가하는 기능의 결과로서, 그들은 이제 많은 사람들의 변함없는 동반자이다. 이들은 종종 활동을 수행하는 동안 또는 활동을 보완하는 방식으로, 많은 일상 활동들 동안 또는 그들과 함께 사용된다.
영화를 감상하는 것 및 텍스트를 읽는 것은 전자 디바이스를 사용하여 수행되는 일상 활동들의 예들이다. 그러나, 이들 활동들은 전자 디바이스의 배터리를 신속하게 방전시킬 수 있다. 따라서, 전자 디바이스를 충전하는 능력을 갖는 충전 디바이스들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
유감스럽게도, 일부 충전 디바이스들은 사용하기에 복잡할 수 있고, 휴대하기에는 부피가 크거나 또는 달리 실용적이지 않을 수 있다. 따라서, 작고 효율적인 폼 팩터를 갖고 사용하기에 간단한 충전 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 충전 디바이스에 전력을 제공하는 것은 다소 어려울 수 있다. 종종 케이블 및 전력 변환기가 필요하며, 충전 디바이스가 전력을 수신하기 위해 연결되어 충전된 이후에만, 충전 디바이스가 전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있다. 따라서, 사용을 위해 용이하게 충전될 수 있는 충전 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 필요한 것은, 전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있고, 사용하기 쉽고 전자 디바이스에 연결되기에 간단할 수 있고, 작고 효율적인 폼 팩터를 가지며, 사용을 위해 용이하게 충전될 수 있는 배터리 팩들이다.
따라서, 본 발명의 실시예들은, 전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있고, 사용하기 쉽고 전자 디바이스에 연결되기에 간단하고, 작고 효율적인 폼 팩터를 가질 수 있으며, 사용을 위해 용이하게 충전될 수 있는 배터리 팩들을 제공할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 배터리 팩은 배터리, 제어 회로부, 및 코일을 포함할 수 있다. 배터리 팩은 배터리에 전력을 저장하고, 배터리로부터 제어 회로부로 전력을 제공할 수 있다. 제어 회로부는 코일에 교류들을 제공할 수 있다. 코일 내의 전류들은 전자 디바이스 내의 대응하는 코일에서 전류들을 유도할 수 있는 시변 자기장을 생성할 수 있다. 전자 디바이스는 전자 디바이스 내부의 배터리를 충전하기 위해 유도 전류들을 사용할 수 있다. 배터리 팩은 전자 디바이스를 다양한 방식들로 충전할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩 내의 배터리는 그것이 최소 레벨로 고갈되거나 충전될 때까지 전자 디바이스를 계속해서 충전할 수 있다. 배터리 팩 내의 배터리는 전자 디바이스 내의 배터리가 임계치로 충전되거나 완전히 충전될 때까지 전자 디바이스를 계속해서 충전할 수 있다. 배터리 팩 내의 배터리는, 전자 디바이스가 동작할 수 있지만 전자 디바이스의 배터리를 충전하지 않을 수 있도록 충분한 전하를 전자 디바이스에 제공할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 사용하기 쉬울 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 배터리 팩은 유선 연결 또는 무선 충전기를 사용하여 충전될 수 있다. 이어서, 배터리 팩은 전자 디바이스를 충전하기 위해 전자 디바이스에 부착될 수 있다. 배터리 팩의 충전 상태를 표시하기 위해 정보 발광 다이오드들이 사용될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 전자 디바이스에 용이하게 연결될 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 배터리 팩은 배터리 팩을 전자 디바이스에 부착시키기 위해 전자 디바이스 내의 대응하는 자석을 끌어당길 수 있는 자석을 포함할 수 있다. 배터리 팩은 또한 또는 대신에, 배터리 팩을 전자 디바이스에 부착시키기 위해 전자 디바이스 내의 대응하는 수의 자석들을 끌어당길 수 있는 다수의 자석들을 포함할 수 있다. 배터리 팩은 또한 또는 대신에, 배터리 팩의 접촉 표면을 전자 디바이스의 표면에 부착시키기 위해 전자 디바이스 내의 대응하는 자석 어레이를 끌어당길 수 있는 자석 어레이를 포함할 수 있다. 일단 부착되면, 전자 디바이스는 그것이 배터리 팩에 부착되어 있다고 결정할 수 있다. 전자 디바이스는 배터리 팩에 의한 충전을 촉구(prompt)할 수 있고, 배터리 팩은 전자 디바이스를 충전하기 시작할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 자석, 다수의 자석들, 또는 자석 어레이를 갖는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 이러한 배열에서, 예를 들어 신용 카드들, 교통 패스(transit pass)들, 또는 다른 곳 상에 자기적으로 저장될 수 있는 정보를 보호하기 위해 배터리 팩의 접촉 표면에서 자기 어레이에 의해 생성된 자기장의 강도를 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전자 디바이스에 대한 배터리 팩의 부착을 개선시키기 위해 자기장을 증가시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 따라서, 배터리 팩이 전자 디바이스에 부착되거나 그에 부착될려고 할 때 자기장이 증가될 수 있고, 다른 때에는 감소될 수 있다. 예를 들어, 전자석이 사용될 수 있다. 전자기를 통한 전류는 자기 인력을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. 또한 또는 대신에, 배터리 팩의 자석 어레이는 이동 자석 어레이일 수 있다. 이러한 이동 자석 어레이는, 배터리 팩이 전자 디바이스에 부착되거나 그에 부착될려고 할 때 접촉 표면으로부터 멀리 떨어진 제1 위치로부터 접촉 표면 부근의 제2 위치로 이동될 수 있으며, 그에 의해 배터리 팩 내의 자석들과 전자 디바이스 내의 자석들 사이의 자기 인력을 증가시킨다. 배터리 팩이 전자 디바이스로부터 제거될 때, 이동 자석 어레이는 접촉 표면으로부터 멀리 떨어진 제1 위치로 복귀할 수 있으며, 그에 의해 배터리 팩의 표면에서 자기장을 증가시키고, 자기적으로 저장된 정보를 보호할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은, 제1 위치로부터 제2 위치로 그리고 제2 위치로부터 제1 위치로 이동될 때 특정 사운드 프로파일들을 생성하는 이동 자석 어레이를 제공할 수 있다. 예를 들어, 접촉 표면으로부터 멀리 떨어진 제1 위치로부터 접촉 표면 부근 또는 접촉 표면의 제2 위치로 이동될 때, 이동 자석들은 접촉 표면과 만나고, 배터리 팩과 전자 디바이스 사이의 연결이 이루어졌다는 것을 표시하기 위해 미묘하지만 유익한 사운드를 만들 수 있다. 접촉 표면 부근 또는 접촉 표면의 제2 위치로부터 접촉 표면으로부터 멀리 떨어진 제1 위치로 이동될 때, 이동 자석들은 결과적인 잡음을 제한할 수 있는 댐퍼와 만날 수 있다. 댐퍼는 폼(foam) 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 폼은 자기적으로 전도성일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예는 배터리 팩을 전자 디바이스에 정렬시키기 위한 하나 이상의 정렬 특징부를 포함할 수 있다. 배터리 팩은 자석 어레이의 일부이거나 자석 어레이와는 별개인 정렬 자석(또는 자석들)을 포함할 수 있다. 정렬 자석은 전자 디바이스 내의 대응하는 자석(또는 자석들)과 정렬될 수 있다. 정렬 자석은 배터리 팩을 특정 배향으로 전자 디바이스에 정렬시킬 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예는 작고 효율적인 폼 팩터를 갖는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 자석 어레이는, 공간이 보존되고 배터리 팩 크기가 그에 따라 감소되도록 코일을 측방향으로 그리고 원주방향으로 둘러싸도록 위치될 수 있다. 배터리 팩은 쉽게 휴대될 수 있는 디바이스들의 조합을 제공하기 위해 전자 디바이스와 효율적으로 정렬될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 사용을 위해 용이하게 충전될 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 배터리 팩은 배터리 팩의 커넥터 리셉터클을 통해 충전될 수 있는 배터리를 포함할 수 있다. 배터리 팩은 또한 배터리 팩의 코일 및 제어 전자기기를 통해 무선으로 충전될 수 있다. 일단 충전되면, 배터리 팩 내의 배터리는 전자 디바이스에 대한 충전을 무선으로 제공할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 전자 디바이스에 의해 제공되는 기능들과의 간섭을 제한하는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩은 접촉 표면 및 인클로저로 형성된 인클로저에 하우징될 수 있다. 접촉 표면은 전자 디바이스의 표면에 인접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 그것은 전화의 전면측 상의 스크린이 보이게 유지되도록 전화의 후면측에 인접하게 배치될 수 있다. 그러나, 전화의 후면측은 카메라 렌즈들 및 다른 특징부들을 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 팩은 카메라 렌즈들이 배터리 팩에 의해 차단되지 않고 가려지지 않게 유지되도록 크기가 제한될 수 있다. 추가로, 배터리 팩의 인클로저는 배터리 팩의 표면들로부터의 미광 또는 반사된 광에 의해 야기되는 카메라 렌즈들의 동작의 간섭을 제한하는 색상들 또는 윤곽들, 또는 둘 모두를 제공받을 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 전자 디바이스에 의해 식별될 수 있는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 일단 전자 디바이스가 그것이 배터리 팩에 부착되는 것을 식별하면, 전자 디바이스는 충전하는 것 또는 다른 동작들을 수행하는 것을 개시할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스는 자력계를 포함할 수 있다. 자력계는 배터리 팩 내의 자석 어레이를 검출할 수 있다. 이러한 검출에 응답하여, 전자 디바이스는 근거리 통신 수신기를 사용하여 필드를 생성할 수 있다. 근거리 통신 수신기는 배터리 팩 내의 근거리 통신 송신기를 검출하고, 전자 디바이스가 배터리 팩에 부착된다고 결정할 수 있다. 배터리 팩 내의 근거리 통신 송신기는 태그, 커패시터들, 및 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스 내의 근거리 통신 회로들 및 배터리 팩 내의 근거리 통신 회로들은 또한 양방향 데이터 통신을 위해 사용될 수 있다.
일단 전자 디바이스가 그것이 배터리 팩에 부착된다고 결정하면, 전자 디바이스는 전자 디바이스의 충전 코일로부터 배터리 팩 내의 충전 코일로 데이터를 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스 내의 제어 전자기기는 변조된 전류들을 충전 코일에서 생성할 수 있다. 전류들은 진폭, 주파수, 위상, 또는 이들의 조합으로 변조될 수 있다. 변조된 전류들은 배터리 팩의 충전 코일에서 전류들을 유도할 수 있는 시변 자기장을 생성할 수 있다. 이어서, 배터리 팩 내의 제어 회로부가 데이터를 복구할 수 있다. 데이터는 디바이스 식별, 충전 상태, 충전 능력, 또는 다른 정보를 포함할 수 있다. 이어서, 배터리 팩은 이러한 정보에 기초하여 충전을 시작할 수 있거나, 또는 충전을 일시적으로 중단되게 유지할 수 있다. 데이터는 유사하게 배터리 팩으로부터 전자 디바이스로 송신될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 본 명세서에 설명된 이들 및 다른 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 발명의 본질 및 이점들의 더 나은 이해가 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 참조함으로써 얻어질 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 예시한다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 배터리 팩의 분해도이다.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 배터리 팩의 다른 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 분해도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자석 어레이를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 이동가능 자석 어레이 배열을 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 이동가능한 자석 배열을 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 대한 상단 표면의 구성을 예시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 표면과의 광 상호작용들을 예시한다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 표면들을 예시한다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 대한 커넥터 리셉터클의 부분들을 예시한다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템을 포함하는 무선 충전 시스템의 단순화된 표현을 도시한다.
도 14a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 14b는 도 14a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 15a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 15b는 도 15a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 16은 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 17a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하며, 도 17b는 도 17a의 시스템의 일부를 통한 축방향 단면도를 도시하는 반면, 도 17c 내지 도 17e는 일부 실시예들에 따른 방사상 자기 배향을 갖는 아치형 자석들의 예들을 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따른, 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 힘 프로파일들의 그래프들을 도시한다.
도 19는 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 20a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 20b 및 도 20c는 도 20a의 시스템의 상이한 부분들을 통한 축방향 단면도들을 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 다양한 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트들의 단순화된 평면도들을 도시한다.
도 22는 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 23은 일부 실시예들에 따른, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 갖는 자기 정렬 시스템을 포함하는 액세서리 및 휴대용 전자 디바이스의 일 예를 도시한다.
도 24a 및 도 24b는 일부 실시예들에 따른 회전 정렬의 일 예를 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 일부 실시예들에 따른 "z-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 26a 및 도 26b는 일부 실시예들에 따른 "4-극(quad-pole)" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 27a 및 도 27b는 일부 실시예들에 따른 "환형 설계" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 28a 및 도 28b는 일부 실시예들에 따른 "3-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 29는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 자기 정렬 시스템들에 대한 각회전(angular rotation)의 함수로서의 토크의 그래프들을 도시한다.
도 30은 일부 실시예들에 따른, 다수의 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 정렬 시스템을 갖는 휴대용 전자 디바이스를 도시한다.
도 31a 내지 도 31c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자석들을 예시한다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 33a 및 도 33b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 34 내지 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 37은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 수직력(normal force)을 예시한다.
도 38은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 전단력을 예시한다.
도 39는 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로를 포함하는 무선 충전기 디바이스의 분해도를 도시한다.
도 40은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 부분 단면도를 도시한다.
도 41은 일부 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스에서 구현될 수 있는 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 예시한다. 이러한 도면은, 다른 포함된 도면들에서와 마찬가지로, 예시의 목적들을 위해 도시되며 본 발명의 가능한 실시예들 또는 청구범위 어느 것도 제한하지 않는다.
배터리 팩(100)은 사용하기 쉽고 전자 디바이스에 연결되기 쉬울 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(100)은 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)의 후방 표면(202)에 부착시키는 부착 특징부를 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)에 정렬시키기 위한 정렬 특징부를 더 포함할 수 있다. 일단 부착되면, 전자 디바이스(200)는 배터리 팩(100)이 부착되어 있다는 것을 검출할 수 있고, 필요하다면 배터리 팩(100)으로부터 전하를 수신하기 시작할 수 있다.
배터리 팩(100)은 전자 디바이스(200)와 잘 맞춰질 수 있고, 전자 디바이스(200)와 함께 용이하게 휴대될 수 있는 작고 효율적인 폼 팩터를 제공할 수 있다. 배터리 팩(100)은 전자 디바이스(200)의 내부에 또는 그렇지 않으면 그와 연관된 배터리를 충전하기 위해 전자 디바이스(200)에 부착될 수 있다. 구체적으로, 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)은 전자 디바이스(200)의 후방 표면(202)에 부착될 수 있다. 이러한 배열은 전자 디바이스(200)의 전면측(204) 상의 스크린(도시되지 않음)을 가려지지 않게 유지할 수 있다. 부착될 때, 배터리 팩(100)은 측부들(103) 및 하단(105)을 따라 전자 디바이스(200)와 적어도 대략적으로 일치할 수 있지만, 배터리 팩(100)의 하나 이상의 측부들(103) 또는 하단(105)은 전자 디바이스(200)의 대응하는 에지들 내부에서 오프셋될 수 있거나 그 에지들을 오버행(overhang)할 수 있다. 배터리 팩(100)은, 전자 디바이스(200) 내의 또는 그와 연관된 카메라에 대한 렌즈(203) 및 다른 구조체들이 가려지지 않게 유지될 수 있도록 전자 디바이스(200)의 높이보다 짧은 높이를 가질 수 있다. 배터리 팩(100)은 전방 표면(104) 및 인클로저(190)에 의해 적어도 부분적으로 하우징될 수 있다. 전방 표면(104)은 단일의 온전한(unbroken) 특징부일 수 있거나, 접촉 표면(110)은 별개의 특징부일 수 있거나, 구역(106) 및 구역(108) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 별개의 특징부들일 수 있거나, 또는 이들의 임의의 조합이 이용될 수 있다.
배터리 팩(100)은 또한 사용을 위해 용이하게 충전될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(100)은 케이블(280)을 통해 전하를 수신할 수 있으며, 여기서 커넥터 삽입체(282)는 배터리 팩(100) 상의 커넥터 리셉터클(130)에 플러그인될 수 있다. 배터리 팩(100)은 또한, 사용을 위해 충전되도록 충전 패드 또는 다른 무선 충전기(도시되지 않음) 상에 배치될 수 있다. 즉, 전방 표면(104)은 배터리 팩(100) 내부의 배터리(180)를 충전하기 위해 무선 충전 디바이스의 표면에 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 배터리 팩(100)은 부착 특징부로서 자석을 이용할 수 있다. 배터리 팩(100)은 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)에 부착시키기 위해 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 자석(도시되지 않음)을 끌어당길 수 있는 자석을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 또한 또는 대신에, 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)에 부착시키기 위해 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 수의 자석들(도시되지 않음)을 끌어당길 수 있는 다수의 자석들을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)은 또한 또는 대신에, 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)의 접촉 표면(110)을 전자 디바이스(200)의 후방 표면(202)에 부착시키기 위해 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 자석 어레이(도시되지 않음)를 끌어당길 수 있는 자석 어레이(120)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(100)은 정렬 자석(122)으로 지칭되는 하나 이상의 정렬 자석들을 더 포함할 수 있다. 정렬 자석(122)은 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 자석(도시되지 않음)과 정렬될 수 있다. 정렬 자석(122)은 도 1a 에 도시된 바와 같은 특정 공간 효율적인 구성으로 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)로 배향시키는 것을 도울 수 있다.
자석 어레이(120) 및 정렬 자석(122)은 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)에서 자기장 또는 자속을 생성할 수 있다. 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)에 단단히 부착시키기 위해 이러한 자기장 또는 자속은 높은 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 과도한 자기장 또는 자속은 신용 카드들, 교통 패스들 등 상에 자기적으로 저장된 정보를 의도하지 않게 소거 또는 손상시킬 수 있다. 따라서, 배터리 팩(100)이 전자 디바이스(200)에 부착되거나 그에 부착될려고 할 때까지 자석 어레이(120) 및 정렬 자석(122)에 의해 제공되는 자기장 또는 자속이 낮게 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 일단 배터리 팩(100)이 전자 디바이스(200)에 부착되거나 그에 부착될려고 하면, 자석 어레이(120) 및 정렬 자석(122)에 의해 제공되는 자기장 또는 자속이 증가하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 자석 어레이(120), 정렬 자석(122)은 전자석(도시되지 않음)에 의해 보완될 수 있다. 전자석의 전류는 배터리 팩(100)과 전자 디바이스(200) 사이의 단단한 부착을 제공하기 위해 자기장을 증가시키도록 증가할 수 있다. 또한 또는 대신에, 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)에서 자기장 또는 자속을 증가시키기 위해 배터리 팩(100)이 전자 디바이스(200)에 부착되거나 그에 부착될려고 할 때, 자석 어레이(120) 및 정렬 자석(122) 내의 자석들 중 일부 또는 전부가 전방 표면(104)에 더 가깝게 이동될 수 있다. 배터리 팩(100)이 전자 디바이스(200)로부터 연결해제될 때, 자석 어레이(120) 및 정렬 자석(122) 내의 자석들 중 일부 또는 전부는 전방 표면(104)으로부터 멀리 떨어지게 이동되며, 그에 의해 자기적으로 저장된 정보를 보호하기 위해 전방 표면(104)에서 자기장 또는 자속을 감소시킬 수 있다.
배터리 팩(100)은 부가적인 부착 특징부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 접촉 표면(110), 및 전방 표면(104)의 다른 부분들은 높은 마찰 또는 높은 정지마찰(stiction) 표면일 수 있다. 즉, 접촉 표면(110)은 높은 마찰 또는 높은 정지마찰 표면일 수 있다. 접촉 표면(110), 구역(106), 및 구역(108)을 포함하거나 배제하는 전방 표면(104)의 대부분 또는 전부는 높은 마찰 또는 높은 정지마찰 표면일 수 있다. 이들 높은 마찰 또는 높은 정지마찰 표면들은 배터리 팩(100)으로부터 전자 디바이스(200)를 제거하는 데 필요한 전단력을 증가시키기 위해 전자 디바이스(200)의 후방 표면(202)과 맞물릴 수 있다. 높은 마찰 표면들은 탄성중합체, 플라스틱, PVC 플라스틱, 고무, 규소 고무, 폴리카보네이트(PC), 우레탄, 폴리우레탄, 니트릴, 네오프렌, 실리콘, 또는 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 접촉 표면과 같은 높은 마찰 표면들의 일부 또는 전부가 또한 또는 대신에 접착제를 사용하여 형성될 수 있다. 접착제를 사용하는 것은 부착 디바이스로부터 전자 디바이스를 제거하는 데 필요한 전단력 및 수직력 둘 모두를 증가시킬 수 있다.
배터리 팩(100)은 적어도 부분적으로 투명할 수 있는 전방 표면(104)을 포함할 수 있다. 전방 표면(104)이 적어도 부분적으로 투명할 때, 자석 어레이(120) 및 정렬 자석들(122)이 보일 수 있다. 전방 표면(104)이 부분적으로 투명하든 투명하지 않든 간에, 자석 어레이(120) 위의 구역(106) 및 정렬 자석(122) 위의 구역(108)은 박화(thin)될 수 있다. 이들 박화된 구역들은 전방 표면(104)에서 증가된 자기장을 허용할 수 있다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 배터리 팩의 분해도이다. 배터리 팩(100)은, 풋(foot)으로 또한 지칭될 수 있는 전방 표면(104)을 포함할 수 있다. 전방 표면(104)은, 자석 어레이(120) 위의 박화된 구역(106) 및 정렬 자석(122) 위의 박화된 구역(108) 뿐만 아니라 접촉 표면(110)을 포함할 수 있다. 자석 어레이(120)는 근거리 통신 코일(140)을 측방향으로 그리고 원주방향으로 둘러쌀 수 있다. 근거리 통신 코일(140)은, 태그 및 하나 이상의 커패시터들을 포함하는 송신기일 수 있는 근거리 통신 회로부(142)에 부착될 수 있다. 접착제 층들(124)은 전방 표면(104)을 제어 회로부(154) 및 보드(152)에 부착시킬 수 있다. 제어 회로부(154)는 리드(lead)들(156)을 통해 충전 코일(150)에서 전류들을 구동 및 수신할 수 있다. 충전 코일(150)은 E-차폐부(151)에 의해 덮힐 수 있고, 페라이트 인클로저(158)에 의해 지지될 수 있다.
자석 어레이(120)는 차폐부(160)에 부착될 수 있고, 정렬 자석(122)은 차폐부(162)에 부착될 수 있다. 차폐부(160) 및 차폐부(162)(및 본 명세서에 도시된 다른 차폐부들)는 스테인리스 강과 같은 높은 투자율(magnetic permeability)을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)는 중간-플레이트(172)에 부착될 수 있는 복귀 플레이트(170)에 자기적으로 끌어당겨질 수 있다. 복귀 플레이트(170)(및 본 명세서에 도시된 다른 복귀 플레이트)는 스테인레스 강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 폼 층(171)은 복귀 플레이트(170)의 상단 표면에 부착될 수 있다. 폼 층(171)은 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)가 복귀 플레이트(170)로 복귀할 때 잡음을 억제할 수 있다. 폼 층(171)은 자기적으로 전도성이고 압축가능한 재료로 형성될 수 있다. 중간-플레이트(172)는 배터리(180)를 덮을 수 있다. 커넥터 리셉터클(130)은 플레이트(194)에 연결될 수 있다. 인클로저(190)는 커넥터 리셉터클(130)에 대한 접근을 허용하는 개구(192)를 포함할 수 있다. 접지 차폐부(176)는 도 12c에 도시된 바와 같이 개구(192)에 위치될 수 있다. 광 파이프(174)는 배터리 팩(100)에 대한 상태의 표시를 제공하기 위해 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터의 광을 안내할 수 있다. 광 파이프(174)는 인클로저(190) 내의 개구(193)에서 종단될 수 있다. 이러한 상태 표시자는 배터리 팩(100)이 완전히 충전될 때 제1 색상, 예를 들어 녹색일 수 있다. 상태 표시자는 배터리 팩(100)의 전하가 낮을 때, 제2 색상, 예를 들어 호박색(amber)일 수 있다. 다른 표시들, 예를 들어 전자 디바이스(200) 또는 배터리 팩(100) 자체 중 어느 하나의 충전이 발생하고 있다는 표시들, 고온 경고들, 및 다른 것들은 상이한 색상들, 상이한 색상들의 시퀀스들, 플래싱(flashing) 또는 광에 대한 변화들, 또는 다른 시각적 표시들에 의해 제공될 수 있다. 보드(152) 및 중간-플레이트(172)는 체결구들(129)을 사용하여 인클로저(190)에 부착될 수 있다. 풋 또는 전방 표면(104) 상의 탭들(114)은 전방 표면(104)을 인클로저(190)에 접합시키는 데 사용될 수 있다.
배터리 팩(100)은 전자 디바이스(200)(도 1에 도시됨)에 의해 식별될 수 있다. 일단 전자 디바이스(200)가 그것이 배터리 팩(100)에 부착되는 것을 식별하면, 전자 디바이스(200)는 충전하는 것 또는 다른 동작들을 수행하는 것을 개시할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(200)는 자력계(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 자력계는 배터리 팩(100) 내의 자석 어레이(120)를 검출할 수 있다. 이러한 검출에 응답하여, 전자 디바이스(200)는 근거리 통신 수신기(도시되지 않음)를 사용하여 필드를 생성할 수 있다. 근거리 통신 수신기는 배터리 팩(100) 내의 송신기일 수 있는 근거리 통신 회로부(142)를 검출하고, 전자 디바이스(200)가 배터리 팩(100)에 부착된다고 결정하기 위해 송신기로부터 정보를 판독할 수 있다. 전자 디바이스(200) 내의 근거리 통신 회로들 및 배터리 팩(100) 내의 근거리 통신 회로부(142)는 양방향 데이터 통신을 위해 또한 사용될 수 있다.
일단 전자 디바이스(200)가 그것이 배터리 팩(100)에 부착된다고 결정하면, 전자 디바이스(200)는 전자 디바이스(200)의 충전 코일(도시되지 않음)로부터 배터리 팩(100) 내의 충전 코일(150)로 데이터를 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(200) 내의 제어 전자기기(도시되지 않음)는 변조된 전류들을 충전 코일에서 생성할 수 있다. 전류들은 진폭, 주파수, 위상, 또는 이들의 조합으로 변조될 수 있다. 변조된 전류들은 배터리 팩(100)의 충전 코일(150)에서 전류들을 유도할 수 있는 시변 자기장을 생성할 수 있다. 이어서, 배터리 팩(100) 내의 제어 회로부(154)가 데이터를 복구할 수 있다. 데이터는 디바이스 식별, 충전 상태, 충전 능력, 또는 다른 정보를 포함할 수 있다. 이어서, 배터리 팩(100)은 이러한 정보에 기초하여 충전을 시작할 수 있거나, 또는 충전을 일시적으로 중단되게 유지할 수 있다. 데이터는 유사하게 배터리 팩(100)으로부터 전자 디바이스(200)로 송신될 수 있다.
구체적으로, 배터리 팩(100)은 배터리(180)에 전력을 저장하고 배터리(180)로부터 제어 회로부(154)에 전력을 제공할 수 있다. 제어 회로부(154)는 코일(150)에 교류들을 제공할 수 있다. 코일(150) 내의 전류들은 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 코일에서 전류들을 유도할 수 있는 시변 자기장을 생성할 수 있다. 전자 디바이스(200)는 전자 디바이스(200) 내부의 배터리(도시되지 않음)를 충전하기 위해 유도 전류들을 사용할 수 있다. 충전은 다양한 방식들로 발생할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(100) 내의 배터리(180)는 그것이 최소 레벨로 고갈되거나 충전될 때까지 전자 디바이스(200)를 계속해서 충전할 수 있다. 배터리 팩(100) 내의 배터리(180)는 전자 디바이스(200) 내의 배터리(도시되지 않음)가 임계치로 충전되거나 완전히 충전될 때까지 전자 디바이스(200)를 계속해서 충전할 수 있다. 배터리 팩(100) 내의 배터리(180)는, 전자 디바이스(200)가 동작할 수 있지만 전자 디바이스(200)의 배터리를 충전하지 않을 수 있도록 충분한 전하를 전자 디바이스(200)에 제공할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 이들 구조체들은 다양한 방식들로 다양한 재료들로 형성될 수 있다. 전방 표면(104), 또는 접촉 표면(110)과 같은 전방 표면(104)의 부분들, 및 본 명세서에 도시되거나 본 발명의 일 실시예에 의해 달리 이용되는 다른 전방 표면들 및 접촉 표면들은, 탄성중합체, 플라스틱, PVC 플라스틱, 고무, 규소 고무, 우레탄, 폴리우레탄, 니트릴, 폴리카보네이트, 네오프렌, 실리콘, 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 인클로저(190), 중간-플레이트(172), 플레이트(194), 및 본 명세서에 도시되거나 본 발명의 일 실시예에 의해 달리 이용되는 다른 인클로저들, 플레이트들, 및 다른 인클로저 부분들은 금속, 예컨대 스테인리스 강 또는 알루미늄, 플라스틱, 나일론, 또는 다른 전도성 또는 비전도성 재료, 예컨대 플라스틱으로 형성될 수 있다. 이들은 컴퓨터 수치 제어(CNC) 또는 다른 유형의 기계가공, 스탬핑, 금속 사출 성형(MIM), 또는 다른 기법을 사용하여 형성될 수 있다. 페라이트 인클로저(158)는 높은 투자율을 갖는 재료, 예컨대 스테인리스 강, 페라이트 스테인리스 강, 철의 산화물들, 망간, 아연, 또는 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. E-차폐부(151)는 코일(150)과 전자 디바이스(200)(도 1에 도시됨) 내의 대응하는 코일(도시되지 않음) 사이의 전기장들을 가로막기 위해 구리 또는 다른 전도성 재료의 층으로 형성될 수 있고, 코일(150)과 대응하는 코일 사이에서 자기장을 통과시키기 위해 낮은 투자율을 가질 수 있다. E-차폐부(151)는 와전류들의 형성을 방지하기 위한 중단부들을 포함할 수 있다. 보드(152)는 FR-4, 또는 다른 재료로 형성될 수 있다. 접착제 층들(124) 및 본 명세서에서 사용되는 다른 접착제 층들은 감압 접착제, 열-활성화 필름, 또는 다른 유형의 접착제로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 배터리 팩의 다른 분해도이다. 배터리 팩(100)은, 풋으로 또한 지칭될 수 있는 전방 표면(104)을 포함할 수 있다. 전방 표면(104)은, 자석 어레이(120) 위의 박화된 구역(106) 및 정렬 자석(122) 위의 박화된 구역(108) 뿐만 아니라 접촉 표면(110)을 포함할 수 있다. 자석 어레이(120)는 근거리 통신 코일(140)을 측방향으로 그리고 원주방향으로 둘러쌀 수 있다. 근거리 통신 코일(140)은 근거리 통신 회로부(142)에 부착될 수 있다. 접착제 층(144)은 근거리 통신 코일(140)을 전방 표면(104)의 밑면에 부착시킬 수 있다. 접착제 층(144) 및 본 명세서에서 사용되는 다른 접착제 층들은 감압 접착제, 열-활성화 필름, 또는 다른 유형의 접착제로 형성될 수 있다. 제어 회로부(154)는 리드들(156)을 통해 충전 코일(150)에서 전류들을 구동 및 수신할 수 있다. 충전 코일(150)은 E-차폐부(151)에 의해 덮힐 수 있고, 페라이트 인클로저(158)에 의해 지지될 수 있다.
자석 어레이(120)는 접착제(127)를 사용하여 차폐부(160)에 부착될 수 있다. 정렬 자석(122)은 차폐부(162)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)는 중간-플레이트(172)에 부착될 수 있는 복귀 플레이트(170)에 자기적으로 끌어당겨질 수 있다. 폼 층(171)은 복귀 플레이트(170)의 상단 표면에 부착될 수 있다. 폼 층(171)은 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)가 복귀 플레이트(170)로 복귀할 때 잡음을 억제할 수 있다. 폼 층(171)은 자기적으로 전도성이고 압축가능한 재료로 형성될 수 있다. 중간-플레이트(172)는 배터리(180)(도 2에 도시됨)를 덮을 수 있다. 커넥터 리셉터클(130)은 플레이트(194)(도 2에 도시됨)에 연결될 수 있다. 인클로저(190)는 커넥터 리셉터클(130)을 포함할 수 있다. 풋 또는 전방 표면(104) 상의 탭들(114)은 전방 표면(104)을 인클로저(190)에 접합시키는 데 사용될 수 있다. 광 파이프(174)(도 2에 도시됨)는 배터리 팩(100)에 대한 상태의 표시를 제공하기 위해 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터의 광을 안내할 수 있다. 광 파이프(174)는 인클로저(190) 내의 개구(193)에서 종단될 수 있다. 이러한 상태 표시자는 배터리 팩(100)이 완전히 충전될 때 제1 색상, 예를 들어 녹색일 수 있다. 상태 표시자는 배터리 팩(100)의 전하가 낮을 때, 제2 색상, 예를 들어 호박색일 수 있다. 다른 표시들, 예를 들어 전자 디바이스(200) 또는 배터리 팩(100) 자체 중 어느 하나의 충전이 발생하고 있다는 표시들, 고온 경고들, 및 다른 것들은 상이한 색상들, 상이한 색상들의 시퀀스들, 플래싱 또는 광에 대한 변화들, 또는 다른 시각적 표시들에 의해 제공될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 분해도이다. 배터리 팩(400)은 위의 배터리 팩(100)과 동일하거나 유사할 수 있다. 이러한 예에서, 배터리 팩(400)은 근거리 통신 회로부 및 컴포넌트들을 포함하지 않지만, 이것은 배터리 팩(400)의 다른 버전들에 포함될 수 있다. 배터리 팩(400)은, 이러한 예에서 유리 또는 다른 재료로 형성될 수 있는 전방 표면(410)을 포함할 수 있다. 전방 표면(410)은 배터리 팩(400)에 대한 인클로저의 전방 표면을 형성하도록 풋(412)에 부착될 수 있다. 내부 프레임(436)은 충전 코일(150)과 자석 어레이(120) 사이에 위치된 상부 림(upper rim)(437)을 포함할 수 있다. 제어 회로부(154)는 리드들(156)을 통해 충전 코일(150)에서 전류들을 구동 및 수신할 수 있다. 충전 코일(150)은 페라이트 인클로저(158)에 의해 지지될 수 있다.
자석 어레이(120)는 차폐부(160)에 부착될 수 있다. 정렬 자석(122)은 차폐부(162)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)는 중간-플레이트(172)에 부착될 수 있는 복귀 플레이트(170)에 자기적으로 끌어당겨질 수 있다. 중간-플레이트(172)는 배터리(180)(도 2에 도시됨)를 덮을 수 있다. 커넥터 리셉터클(130)은 플레이트(194)(도 2에 도시됨)에 연결될 수 있다. 인클로저(190)는 커넥터 리셉터클(130)을 포함할 수 있다. 광 파이프(174)(도 2에 도시됨)는 배터리 팩(100)에 대한 상태의 표시를 제공하기 위해 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터의 광을 안내할 수 있다. 광 파이프(174)는 인클로저(190) 내의 개구(193)에서 종단될 수 있다. 이러한 상태 표시자는 배터리 팩(400)이 완전히 충전될 때 제1 색상, 예를 들어 녹색일 수 있다. 상태 표시자는 배터리 팩(400)의 전하가 낮을 때, 제2 색상, 예를 들어 호박색일 수 있다. 다른 표시들, 예를 들어 전자 디바이스(200) 또는 배터리 팩(400) 자체 중 어느 하나의 충전이 발생하고 있다는 표시들, 고온 경고들, 및 다른 것들은 상이한 색상들, 상이한 색상들의 시퀀스들, 플래싱 또는 광에 대한 변화들, 또는 다른 시각적 표시들에 의해 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 다른 분해도이다. 배터리 팩(500)은 위의 배터리 팩(100) 및 배터리 팩(400)과 동일하거나 유사할 수 있다. 배터리 팩(500)은 위의 예들에 도시된 전방 표면(104)과 유사할 수 있는 전방 표면(104)을 포함할 수 있다. 자석 어레이(120)는 근거리 통신 코일(140)을 측방향으로 그리고 원주방향으로 둘러쌀 수 있다. 근거리 통신 코일(140) 및 근거리 통신 회로부(142)는 근거리 통신 송신기를 형성할 수 있다. 근거리 통신 코일(140)은 접착제 층(144)을 사용하여 전방 표면(104)과 같은 표면에 부착될 수 있다. 제어 회로부(154)는 리드들(156)을 통해 충전 코일(150)에서 전류들을 구동 및 수신할 수 있다. 충전 코일(150)은 페라이트 인클로저(158)에 의해 지지될 수 있다.
자석 어레이(120)는 차폐부(160)에 부착될 수 있다. 정렬 자석(122)은 차폐부(162)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(120) 및 차폐부(160)는 중간-플레이트(172)에 부착될 수 있는 복귀 플레이트(170)에 자기적으로 끌어당겨질 수 있다. 중간-플레이트(172)는 배터리(180)(도 2에 도시됨)를 덮을 수 있다. 커넥터 리셉터클(130)은 플레이트(194)(도 2에 도시됨)에 연결될 수 있다. 인클로저(190)는 커넥터 리셉터클(130)을 포함할 수 있다. 광 파이프(174)(도 2에 도시됨)는 배터리 팩(100)에 대한 상태의 표시를 제공하기 위해 발광 다이오드(도시되지 않음)로부터의 광을 안내할 수 있다. 광 파이프(174)는 인클로저(190) 내의 개구(193)에서 종단될 수 있다. 이러한 상태 표시자는 배터리 팩(500)이 완전히 충전될 때 제1 색상, 예를 들어 녹색일 수 있다. 상태 표시자는 배터리 팩(500)의 전하가 낮을 때, 제2 색상, 예를 들어 호박색일 수 있다. 다른 표시들, 예를 들어 전자 디바이스(200) 또는 배터리 팩(500) 자체 중 어느 하나의 충전이 발생하고 있다는 표시들, 고온 경고들, 및 다른 것들은 상이한 색상들, 상이한 색상들의 시퀀스들, 플래싱 또는 광에 대한 변화들, 또는 다른 시각적 표시들에 의해 제공될 수 있다.
배터리 팩(100, 400, 500)과 같은 위의 배터리 팩들은, 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 어레이(120) 또는 다른 자석 어레이들을 사용하여 전자 디바이스(200)에 용이하게 부착될 수 있다. 자석 어레이(120)의 세부사항들은, 예를 들어 도 13의 1차 자기 정렬 컴포넌트(1316) 및 아래의 다른 도면들의 다른 자석 어레이들의 설명에서 발견될 수 있다.
배터리 팩(100, 400, 500)과 같은 위의 배터리 팩들은 정렬 자석(122)을 사용하여 전자 디바이스(200)에 용이하게 정렬될 수 있다. 정렬 자석(122)의 세부사항들은, 예를 들어 도 23의 회전 정렬 컴포넌트(2324) 및 아래의 다른 도면들의 정렬 자석들의 설명에서 발견될 수 있다.
배터리 팩(100, 400, 500)과 같은 위의 배터리 팩들은 전자 디바이스(200)의 근거리 통신 코일(140) 및 근거리 통신 회로부(142)에 의해 용이하게 식별될 수 있다. 근거리 통신 코일(140) 및 근거리 통신 회로부(142)의 세부사항들은, 예를 들어 도 39의 무선 송신기 코일 조립체(3911) 및 아래의 다른 도면들의 다른 코일들의 설명에서 발견될 수 있다.
배터리 팩(100, 400, 500)과 같은 위의 배터리 팩들은 충전 코일(150) 및 제어 회로부(154)를 사용하여 전자 디바이스(200)를 용이하게 충전할 수 있다. 충전 코일(150)의 세부사항들은, 예를 들어 도 13의 유도 코일(1312) 및 아래의 다른 도면들의 다른 충전 코일들의 설명에서 발견될 수 있다.
다시, 본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 배터리 팩(100)이 전자 디바이스에 부착되거나 그에 부착될려고 할 때 자석 어레이(120)에 의해 제공되는 자기 인력이 증가되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 자석 어레이(120)는 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)에 더 가깝게 이동될 수 있다. 예들은 다음의 도면에 그리고 아래의 도 31 내지 도 38에 도시된다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자석 어레이를 예시한다. 도 6a에서, 자석 어레이(120)는 배터리 팩(100) 내의 복귀 플레이트(170)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(120)는 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)으로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이러한 예에서, 차폐부(160)(도 2에 도시됨)는 단순화를 위해 생략되었다. 도 6b에서, 전자 디바이스(200)는 배터리 팩(100)에 부착될려고 할 수 있다. 그 결과, 자석 어레이(120)는 전자 디바이스(200) 내의 자석 어레이(210)로 끌어당겨질 수 있다. 이러한 인력은 자석 어레이(120)와 복귀 플레이트(170) 사이의 분리를 야기할 수 있다. 자석 어레이(120)는 전방 표면(104)을 향해 이동되기 시작할 수 있다. 도 6c에서, 배터리 팩(100)은 전자 디바이스(200)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(120)는 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)에 또는 그 부근에 그리고 복귀 플레이트(170)로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 자석 어레이(120)에 의해 제공되는 플럭스 또는 자기장은 자석 어레이(120)가 이러한 위치에 있을 때 배터리 팩(100)의 전방 표면(104)에서 더 높을 수 있다. 배터리 팩(100) 내의 자석 어레이(120)와 전자 디바이스(200) 내의 자석 어레이(210) 사이의 인력은 배터리 팩(100)을 전자 디바이스(200)에 대해 제위치에 고정시키는 것을 도울 수 있다. 도 6d에서, 전자 디바이스(200) 및 자석 어레이(210)는 배터리 팩(100)으로부터 제거될 수 있다. 자석 어레이(120)는 플레이트(170)를 복귀시키기 위해 끌어당겨질 수 있다. 그 결과, 자석 어레이(120)는 복귀 플레이트(170)로 복귀하고 그에 자기적으로 부착될 수 있다. 이러한 위치에서, 자석 어레이(120)는 전방 표면(104)으로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 이는 전방 표면(104)에서 자석 어레이(120)에 의해 생성된 자기장이 감소되게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 이동가능 자석 어레이 배열을 예시한다. 이러한 예에 도시된 배터리 팩(700)은 위에 도시된 배터리 팩(100, 400, 500)과 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 이러한 예에서, 자석 어레이(720)는 접착제 층(730)을 통해 차폐부(740)에 부착될 수 있다. 자석 어레이(720) 및 차폐부(740)는 복귀 플레이트(760)로 끌어당겨질 수 있다. 이러한 특정 예에서, 자석 어레이(720)는 전자 디바이스 내의 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨질 수 있어서, 자석 어레이(720) 및 차폐부(740)가 복귀 플레이트(760)로부터 분리될 수 있게 한다. 폼 층(750)은 복귀 플레이트(760)의 상단 표면 상에 제공될 수 있다. 프레임(770)은 복귀 플레이트(760)를 지지할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 이동 자석들이 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동될 때 이동 자석들이 특정 사운드들을 만드는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩(700)이 전자 디바이스(200)(도 1에 도시됨)에 부착될 때 이동 자석 어레이(720)가 미묘하지만 별개의 사운드를 만드는 것이 바람직할 수 있다. 배터리 팩(700)이 전자 디바이스(200)로부터 탈착될 때, 이동 자석 어레이(720)가 단지 작거나 가청 사운드만을 만드는 것이 추가로 바람직할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(700)의 상단 표면(710)의 레지(ledge)(712)는, 자석 어레이(720)가 전자 디바이스(200) 내의 대응하는 자석으로 끌어당겨질 때 차폐부(740)와 만날 수 있다. 도시된 바와 같이, 차폐부(740)의 에지(742)는 배터리 팩(700)의 상단 표면(710)의 레지(712)와 만날 수 있다. 이는 자석 어레이(720)가 상단 표면(710)과 직접 만나는 것을 방지할 수 있으며, 그에 의해 자석 어레이(720)의 (이러한 도면에 도시된 바와 같은 상향) 이동과 연관된 잡음을 감소시킬 수 있다. 폼 층(750)은, 자석 어레이(720) 및 차폐부(740)가 전자 디바이스(200)로부터의 배터리 팩(700)의 연결해제에 뒤이어 복귀 플레이트(760)로 복귀될 때 잡음을 감소시키거나 제거하기 위한 댐퍼로서 작용할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 이동가능한 자석 어레이 배열을 예시한다. 이러한 예에 도시된 배터리 팩(800)은 위에 도시된 배터리 팩(100, 400, 500, 또는 700)과 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다. 자석 어레이(820)는 접착제 또는 다른 층(830)을 이용하여 차폐부(840)에 물리적으로 부착될 수 있다. 차폐부(840)는 복귀 플레이트(860)로 자기적으로 끌어당겨질 수 있다. 복귀 플레이트(860)는 하단 층(870)에 의해 지지될 수 있다. 폼 층(850)은 복귀 플레이트(860)의 일부 또는 전부에 걸쳐 배치될 수 있다. 이러한 위치에서, 자석 어레이(820)는 배터리 팩(800)의 상단 표면(810)으로부터 멀리 떨어져 위치될 수 있다.
자석 어레이(820)가 전자 디바이스(200)(도 1에 도시됨)와 같은 대응하는 전자 디바이스 내의 대응하는 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨짐에 따라, 자석 어레이(820) 및 차폐부(840)는 복귀 플레이트(860)로부터 멀리 떨어지게 끌어당겨질 수 있다. 자석 어레이(820)는 도 8b에 도시된 바와 같이 배터리 팩(800)의 상단 표면(810)과 만날 수 있다. 이러한 이동은 배터리 팩(800)이 전자 디바이스(200)와 맞물렸다는 것을 사용자에게 표시하는 미묘하지만 별개의 사운드를 야기할 수 있다. 전자 디바이스(200)가 끌어당겨짐에 따라, 자석 어레이(820) 및 차폐부(840)는 복귀 플레이트(860)로 복귀될 수 있다. 폼 층(850)은 이러한 이동과 연관된 사운드를 감소시키거나 제거하기 위한 댐퍼로서 작용할 수 있다. 복귀 플레이트(860)는 하단 층(870)에 의해 지지될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 대한 상단 표면의 구성을 예시한다. 이들 상단 표면들은 전방 표면(104), 상단 표면(710), 상단 표면(810), 또는 본 발명의 실시예들과 일치하는 다른 배터리 팩들 상의 다른 상단 표면들로서 사용될 수 있다. 도 9a에서, 데칼(decal)들(910)이 실리콘 오버몰드(920)에 적용될 수 있다. 실리콘 오버몰드(920)는 세라믹 섬유, 폴리비닐 플루오라이드 필름, 또는 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있는 복합 시트(930) 위에 몰딩될 수 있다. 결과는, 유리-충전된 나일론, 유리-충전된 폴리카보네이트, 또는 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있는 프레임(950)에 접착제 층(940)에 의해 부착될 수 있다. 프레임(950)은 탭들(114)을 포함할 수 있다. 접착제 층(940)은, 본 명세서에 도시된 다른 접착제 층들에서와 마찬가지로, 감압 접착제, 열-활성화 필름, 또는 다른 유형의 접착제일 수 있다. 도 9b에서, 실리콘 오버몰드(960)는 유리-충전된 나일론, 유리-충전된 폴리카보네이트, 또는 다른 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있는 프레임(970) 위에 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100)은 전자 디바이스(200)의 후방 표면(202)에 부착될 수 있다. 배터리 팩(100)(및 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합하는 다른 배터리 팩들)은 렌즈(203)가 가려지지 않도록 위치될 수 있다. 그러나, 일부 상황에서, 광은 배터리 팩(100)의 표면들에서 반사되어 렌즈(203)에 진입할 수 있다. 이는 전자 디바이스(200)를 사용하여 촬영된 사진들의 헤이즈(haze) 및 다른 시각적 아티팩트들을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 이들 반사를 감소시키거나 제거하기 위해 색상, 텍스처, 형상, 및 다른 특징부들을 이용할 수 있다. 이들 반사들의 일 예가 다음의 도면에 도시된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩과의 광 상호작용들을 예시한다. 이러한 예에서, 광원(1040)은 전자 디바이스(200)의 렌즈(203)에 입사광(1010)을 제공할 수 있다. 간접 광(1020)은 반사된 광(1030)으로서 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 표면에서 반사될 수 있다. 반사된 광(1030)은 렌즈(203)에 진입할 수 있으며, 그에 의해, 결과적인 이미지에서 헤이즈를 야기할 수 있다. 반사된 광의 양은 경사 각도(1042)에 따라 변할 수 있다. 따라서, 인클로저(190)의 표면은 반사된 광(1030)의 양을 감소시키도록 변경될 수 있다. 다음의 도면들에 예들이 도시된다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 표면들을 예시한다. 도 11a에서, 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 표면은 흑색 또는 다른 광 흡수 색상일 수 있다. 이러한 색상은 페인팅되거나, 인쇄되거나, 물리 기상 증착을 사용하여 도포되거나, 또는 다른 방식으로 도포될 수 있다. 인클로저(190)(도 2에 도시됨)의 일부 또는 전부는 더 어둡거나 덜 반사성인 색상을 갖는 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 그러한 색상의 사용은 렌즈(203) 내로 반사되는 광의 양을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 배터리 팩(100)이 주로 더 가볍고, 따라서 광 반사 색상인 것이 바람직할 수 있다. 그러한 상황에서, 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 표면의 부분은 더 어두운 색상으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 11b에서, 인클로저(190)의 표면의 부분(1110)은 렌즈(203) 내로 반사되는 광의 양을 감소시키기 위해 더 어두운 색상으로 만들어질 수 있다. 부분(1110)(및 본 명세서에 도시된 다른 부분들)에 대한 색상은 페인팅되거나, 인쇄되거나, 물리 기상 증착을 사용하여 도포되거나, 다른 방식으로 도포되거나, 또는 다른 방식으로 형성될 수 있다. 부분(1110)은 제1 색상을 갖는 재료로 형성될 수 있는 반면, 인클로저(190)의 나머지 부분은 제2 색상을 갖는 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있으며, 여기서 제1 색상은 제2 색상보다 적게 광을 반사시키는 색상이다.
도 11c에서, 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 부분(1120)은 부분(1110)과 동일하거나 유사하지만, 렌즈(203)에 더 가깝게 (도시된 바와 같이 하향으로) 이동될 수 있다. 도 11d에서, 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 부분(1130)은 크기가 제한되고 렌즈(203) 부근에 위치될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 인클로저(190)의 표면으로부터 렌즈(203) 내로 반사되는 광의 양을 감소시키기 위해 다양한 텍스처들, 윤곽들, 및 형상들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 11e에서, 스쿠핑된 부분(scooped portion)(1140)이 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 표면에 형성될 수 있으며, 그 스쿠핑된 부분이 렌즈(203) 부근에 있을 수 있도록 위치될 수 있다. 이러한 스쿠핑된 부분은 인클로저(190)의 표면에 리세스 또는 다른 윤곽으로서 형성될 수 있다. 스쿠핑된 부분(1140)은 배터리 팩(100)의 나머지와 동일한 색상일 수 있거나, 또는 그 스쿠핑된 부분은 더 어둡고 덜 반사성인 색상일 수 있다. 스쿠핑된 부분(1140)은 인클로저(190)의 표면에 오목한 만입부로서 형성될 수 있다. 스쿠핑된 부분(1140)은 인클로저(190)가 몰딩될 때 형성될 수 있거나, 그 스쿠핑된 부분은 기계 가공에 의해 나중에 절취되거나, 또는 다른 방식들로 형성될 수 있다. 스쿠핑된 부분(1140)에 대한 색상은 페인팅되거나, 인쇄되거나, 물리 기상 증착을 사용하여 도포되거나, 다른 방식으로 도포되거나, 또는 다른 방식들로 형성될 수 있다. 도 11f에서, 배터리 팩(100)의 인클로저(190)의 부분(1150)은 렌즈(203)를 향해 광을 덜 반사시키기 위해 덜 반사성인 색상을 가질 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 대한 커넥터 리셉터클의 부분들을 예시한다. 도 12a에서, 커넥터 리셉터클(130)은 중간-플레이트(172)에 부착된 제1 페라이트 클램프(197)를 포함할 수 있다. 제1 페라이트 클램프(197)는 접지 차폐부(176)를 지지할 수 있으며, 이는 대응하는 커넥터 삽입체(도시되지 않음)가 커넥터 리셉터클(130) 내로 삽입될 때 대응하는 커넥터 삽입체의 접지 차폐부에 대한 접지 경로를 제공할 수 있다.
도 12b에서, 커넥터 리셉터클(130)은 인클로저(190)에 개구(192)를 포함할 수 있다. 개구(192)는 제2 페라이트 클램프(198)에 의해 프레임화될 수 있다. 인클로저(190)는 개구(193)를 더 포함할 수 있다. 개구(193)는 표시자 광 파이프(174)(도 2에 도시됨)에 대해 사용될 수 있다.
도 12c에서, 인클로저(190)는 제2 페라이트 클램프(198)에 의해 프레임화될 수 있는 개구(192)를 포함할 수 있다. 접지 차폐부(176)는 인클로저(190) 내의 개구(192) 내로 삽입될 수 있다. 하우징(1200)은 커넥터 리셉터클(130)에 대한 접점들(도시되지 않음)을 지지할 수 있다. 전방 표면(104)은 인클로저(190)와 함께, 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 다른 배터리 팩들에 대한 디바이스 인클로저를 형성할 수 있다. 이러한 예에서, 제1 페라이트 클램프(197)는 생략될 수 있고, 제2 페라이트 클램프(198)는 인클로저(190)와 접지 차폐부(176) 사이에 위치될 수 있다.
이러한 예에서, 제1 페라이트 클램프(197) 및 제2 페라이트 클램프(198) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 커넥터 리셉터클(130)에서 사용될 수 있다. 이는 커넥터 리셉터클(130)의 전력 및 접지 라인들 및 대응하는 커넥터 삽입체에 유도성 컴포넌트를 제공할 수 있다. 이러한 유도성 컴포넌트는 무선 주파수 및 다른 고주파 잡음 및 간섭을 필터링하거나 감소시키도록 작용할 수 있다.
배터리 팩(100, 400, 500, 700, 800)과 같은 배터리 팩들 각각은 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있고, 실질적으로 동일하거나 유사한 방식으로 각각 사용될 수 있다. 다양한 특징부들이 본 명세서의 도면들에서 상세히 설명되지만, 자석 어레이들과 같은 일부 특징부들은 상이한 참조 번호들을 가짐에도 불구하고 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다.
다시, 자석 어레이들(120) 및 정렬 자석들(122)은 제위치에 고정될 수 있거나, 또는 그들은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동가능할 수 있다. 자석 어레이들(120) 및 정렬 자석들(122)에 대해 사용될 수 있는 고정 자석들의 예들이 다음의 도면들에 도시된다. 예를 들어, 자석 어레이들(120)은 1차 자기 정렬 컴포넌트(1316)와 같은 1차 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있다. 다른 예로서, 코일(570)은 유도 코일(1312) 또는 본 명세서에 도시된 다른 코일들 중 임의의 것일 수 있다. 배터리 팩(100) 및 다른 배터리 팩들은 무선 충전기 디바이스(1302) 및 아래의 다른 무선 충전기들의 세부사항들을 사용하여 구현될 수 있다.
자기 정렬 시스템들 및 그의 컴포넌트들의 다양한 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 자기 정렬 시스템은 환형 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 환형 정렬 컴포넌트는, "1차" 환형 정렬 컴포넌트가 상보적 "2차" 환형 정렬 컴포넌트를 끌어당기고 유지할 수 있도록, 특정 자기 배향 또는 자기 배향들의 패턴을 갖는 자석들의 링(또는 단일 환형 자석)을 포함할 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트들은 다양한 디바이스들 내에 통합될 수 있고, 하나의 디바이스 내의 자기 정렬 컴포넌트는 상보적 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 다른 디바이스를 원하는 정렬로 끌어당기고 그리고/또는 다른 디바이스를 원하는 정렬로 유지할 수 있다. (자기 정렬 시스템에 의해 정렬된 디바이스들은 서로 "부착된" 것으로 칭해질 수 있다.)
본 설명의 목적들을 위해, 다수의 상이한 카테고리의 디바이스들이 구별될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "휴대용 전자 디바이스"는 일반적으로, 휴대용이며 전력을 소비하고 사용자와의 적어도 일부 상호작용을 제공하는 임의의 전자 디바이스를 지칭한다. 휴대용 전자 디바이스들의 예들은: 스마트 폰들 및 다른 모바일 폰들; 태블릿 컴퓨터들; 랩톱 컴퓨터들; 웨어러블 디바이스들(예를 들어, 스마트 워치들, 헤드폰들, 이어버드들); 및 사용자가 휴대하거나 착용할 수 있는 임의의 다른 전자 디바이스를 포함한다. 다른 휴대용 전자 디바이스들은 로봇 디바이스들, 원격-제어 디바이스들, 개인-관리 기기들 등을 포함할 수 있다.
"액세서리 디바이스"(또는 "액세서리")는 일반적으로 휴대용 전자 디바이스의 기능 및/또는 심미적 특성을 향상시키기 위해 휴대용 전자 디바이스와 관련하여 유용한 디바이스를 지칭한다. 많은 카테고리의 액세서리들이 자기 정렬을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액세서리들의 하나의 카테고리는 무선 충전기 액세서리들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "무선 충전기 액세서리"(또는 "무선 충전기 디바이스" 또는 단지 "무선 충전기")는 무선 전력 전달 기법들을 사용하여 휴대용 전자 디바이스에 전력을 제공할 수 있는 액세서리이다. "배터리 팩"(또는 "외부 배터리")은 휴대용 전자 디바이스에 전달될 수 있는 전하를 저장하기 위해 배터리를 포함하는 무선 충전기 액세서리의 유형이다. 일부 실시예들에서, 배터리 팩은 또한 다른 무선 충전기 액세서리로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 무선 충전기 액세서리들은 전력을 제공하고 그리고/또는 수신하는 그들의 능력과 관련하여, "능동" 액세서리들로 또한 지칭될 수 있다. 다른 액세서리들은 전력을 제공하거나 수신하지 않는 "수동 액세서리들"이다. 예를 들어, 일부 수동 액세서리들은 (예를 들어, 다른 물체들과 휴대용 전자 디바이스의 충돌에 의해 야기되는 손상에 대한) 보호, 심미적 향상(예를 들어, 장식 색상 등), 및/또는 기능적 향상(예를 들어, 보관 포켓들, 배터리들, 카드 판독기들, 또는 다양한 유형의 센서들을 포함하는 케이스들)을 제공하기 위해 휴대용 전자 디바이스의 하나 이상의 표면들을 덮을 수 있는 "케이스들"이다. 케이스들은 다양한 폼 팩터들을 가질 수 있다. 예를 들어, "트레이"는 전방 표면(이는 디스플레이를 포함할 수 있음)을 노출된 채로 남겨두면서 휴대용 전자 디바이스를 트레이 내에 고정시키기 위해 휴대용 전자 디바이스의 후방 표면 및 측부 표면들을 덮는 배면 패널을 갖는 케이스를 지칭할 수 있다. "슬리브"는 디바이스의 전방 및 후방 표면들이 덮이도록 휴대용 전자 디바이스가 삽입될 수 있는 개방 단부(또는 "목(throat)")를 갖는 전방 및 후방 패널들을 갖는 케이스를 지칭할 수 있고; 일부 경우들에서, 슬리브의 전방 패널은 휴대용 전자 디바이스의 디스플레이의 일부(또는 전부)가 보이는 윈도우를 포함할 수 있다. "폴리오(folio)"는 휴대용 전자 디바이스의 적어도 후방 표면(및 때때로 또한 하나 이상의 측부 표면들)을 덮는 유지 부분, 및 디스플레이를 덮도록 닫히거나 디스플레이를 노출시키도록 열릴 수 있는 커버를 갖는 케이스를 지칭할 수 있다. 모든 케이스들이 수동 액세서리들인 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, "배터리 케이스"는 보호 및/또는 심미적 특징부들에 부가하여 배터리 팩을 포함할 수 있고; 배터리 케이스는 일반적으로 트레이, 슬리브, 또는 폴리오로서 형상화될 수 있다. 능동 케이스들의 다른 예들은 카드 판독기들, 센서들, 배터리들, 또는 휴대용 전자 디바이스의 기능을 향상시키는 다른 전자 컴포넌트들을 포함하는 케이스들을 포함할 수 있다.
본 설명에서, 무선 충전기 디바이스와 휴대용 전자 디바이스 사이의 무선 전력 전달을 방해하지 않으면서 휴대용 전자 디바이스와 무선 충전기 디바이스 사이에 위치될 수 있는 액세서리인 "충전-스루 액세서리(charge-through accessory)"와, 충전-스루 액세서리가 아닌 액세서리인 "단말 액세서리(terminal accessory)" 사이에서 때때로 구별이 이루어진다. 무선 충전 액세서리는 전형적으로 단말 액세서리이지만, 모든 단말 액세서리들이 휴대용 전자 디바이스의 무선 충전을 제공하지는 않는다. 예를 들어, 일부 단말 액세서리들은 휴대용 전자 디바이스를 특정 위치에 유지하도록 설계된 "장착" 액세서리들일 수 있다. 장착의 예들은 휴대용 전자 디바이스를 원하는 위치 및/또는 배향(이는 조정가능할 수 있거나 조정가능하지 않을 수 있음)으로 유지할 수 있는 삼각대들, 도킹 스테이션들, 다른 스탠드들, 또는 장착부들을 포함한다. 그러한 액세서리들은 무선 충전 능력을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 휴대용 전자 디바이스 및 액세서리 디바이스는, 휴대용 전자 디바이스와 액세서리 디바이스의 정렬 및/또는 휴대용 전자 디바이스에 대한 액세서리 디바이스의 부착을 용이하게 하는 상보적 자기 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트들은, 일부 실시예들에서, 유도 충전 송신기 및 수신기 코일들을 둘러쌀 수 있는 환형 자기 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 명명법에서, "1차" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 단말 액세서리에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. "2차" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. "보조" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 충전-스루 액세서리에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. (본 개시내용에서, "환형", "자기", "1차", "2차" 및 "보조"와 같은 형용사들은 문맥이 명확한 경우 생략될 수 있다.)
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 또한 2개의 디바이스들을 바람직한 회전 배향으로 정렬시키는 것을 용이하게 하는 회전 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 회전 자기 정렬 컴포넌트는, 예를 들어, 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치된 하나 이상의 자석들을 포함할 수 있다. 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 디바이스가 회전 정렬 컴포넌트를 또한 갖거나 갖지 않을 수 있고, 회전 정렬 컴포넌트들은, 디바이스의 유형에 따라 1차, 2차, 또는 보조로 분류될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 또한, 디바이스들이 NFC 프로토콜을 사용하여 자신들을 서로에게 식별시키게 허용하기 위한 근거리 통신(NFC) 코일 및 지원 회로부를 포함할 수 있다. 특정 디바이스 내의 NFC 코일은 환형 정렬 컴포넌트의 내측 또는 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치되는 환형 코일일 수 있다. 예를 들어, 유도 충전 코일을 둘러싸는 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스에서, NFC 코일은 유도 충전 코일과 환형 정렬 컴포넌트 사이의 환형 간극에 배치될 수 있다. NFC 컴포넌트는 자기 정렬을 제공하는 맥락에서 선택적이라는 것이 이해되어야 한다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(1306)을 포함하는 무선 충전 시스템(1300)의 단순화된 표현을 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(1304)는 무선 충전기 디바이스(1302)의 충전 또는 접촉 표면(1308) 상에 위치된다. 휴대용 전자 디바이스(1304)는 위의 배터리 팩들 중 임의의 것, 스마트 폰, 태블릿, 웨어러블 디바이스 등과 같은 소비자 전자 디바이스, 또는 무선 충전이 요구되는 임의의 다른 전자 디바이스일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(1302)는, 적합하게 구성된 수신 디바이스에 전류를 유도하기 위해 시변 자속을 생성하도록 구성된 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스(1302)는 무선 충전 매트, 퍽, 도킹 스테이션 등일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(1302)는 배터리 전력 또는 표준 AC 전력과 같은 전원을 포함하거나 그에 대한 액세스를 가질 수 있다.
무선 전력 전달을 가능하게 하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(1304) 및 무선 충전기 디바이스(1302)는 각각 유도 코일들(1310, 1312)을 포함할 수 있으며, 이는 그들 사이에서 전력을 전달하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(1312)은 시변 자속(1314)을 생성하는 송신기 코일일 수 있고, 유도 코일(1310)은 시변 자속(1314)에 응답하여 전류가 유도되는 수신기 코일일 수 있다. 수신된 전류는 휴대용 전자 디바이스(1304)의 배터리를 충전하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(1304)의 컴포넌트에 동작 전력을 제공하기 위해, 그리고/또는 원하는 대로 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다. ("무선 전력 전달" 및 "유도 전력 전달"은, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 일반적으로 제2 디바이스의 전도성 코일에 전류를 유도하는 제1 디바이스의 전도성 코일에서 시변 자기장을 생성하는 프로세스를 지칭한다.)
효율적인 무선 전력 전달을 가능하게 하기 위해, 유도 코일들(1312, 1310)을 정렬시키는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템(1306)은 그러한 정렬을 제공할 수 있다. 도 13에 도시된 예에서, 자기 정렬 시스템(1306)은 무선 충전기 디바이스(1302)의 표면 상에 또는 내에 배치된 1차 자기 정렬 컴포넌트(1316), 및 휴대용 전자 디바이스(1304)의 표면 상에 또는 내에 배치된 2차 자기 정렬 컴포넌트(1318)를 포함한다. 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들(1316, 1318)은, 유도 코일들(1310, 1312)이 서로 정렬되어 효율적인 무선 전력 전달을 제공하는 정렬된 위치로, 서로를 자기적으로 끌어당기도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템의 자기 정렬 컴포넌트(1차 또는 2차 정렬 컴포넌트를 포함함)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 자석은 원하는 방향으로 배향된 자기 극성을 가질 수 있어서, 1차 및 2차 자기 정렬 컴포넌트들 사이의 자기 인력이 원하는 정렬을 제공하게 한다. 일부 실시예들에서, 아치형 자석은 제1 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 자기 구역, 및 제1 방향과는 상이한(예를 들어, 반대인) 제2 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 자기 구역을 포함할 수 있다. 설명되는 바와 같이, 상이한 구성들은 상이한 정도의 자기장 누설을 제공할 수 있다.
도 14a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(1400)의 사시도를 도시하고, 도 14b는 도 14a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(1400)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(1400)은 도 13의 자기 정렬 시스템(1306)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(1400)에서, 정렬 컴포넌트들 모두는 (환형 구성의 축을 따라) 동일한 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는다. 설명의 편의를 위해, "축" 방향("종" 또는 "z" 방향으로 또한 지칭됨)은 자기 정렬 시스템(1400)의 회전 대칭 축(1401)에 평행한 것으로 정의되며, 횡단면("측" 또는 "x" 또는 "y" 방향으로 또한 지칭됨)은 축(1401)에 수직인 것으로 정의된다. 용어 "근위 면" 또는 "근위 표면"은 본 명세서에서, 자기 정렬 시스템이 정렬될 때 다른 정렬 컴포넌트를 향해 배향되는 하나의 정렬 컴포넌트의 면 또는 표면을 지칭하기 위해 사용되고, 용어 "원위 면" 또는 "원위 표면"은 근위 면 또는 표면의 반대편인 면 또는 표면을 지칭하기 위해 사용된다. (용어 "상단" 및 "하단"은 도면에 도시된 특정 뷰와 관련하여 사용될 수 있지만, 다른 의미는 갖지 않는다.)
도 14a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(1400)은 (도 13의 1차 정렬 컴포넌트(1316)의 구현예일 수 있는) 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 (도 13의 2차 정렬 컴포넌트(1318)의 구현예일 수 있는) 2차 정렬 컴포넌트(1418)를 포함할 수 있다. 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)는 각각 약 174 mm의 외경 및 약 18 mm의 방사상 폭을 가질 수 있다. 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)의 외경들 및 방사상 폭들은 정확히 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 2차 정렬 컴포넌트(1418)의 방사상 폭은 1차 정렬 컴포넌트(1416)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있고 그리고/또는 2차 정렬 컴포넌트(1418)의 외경은 또한 1차 정렬 컴포넌트(1416)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있어서, 정렬 상태에 있을 때, 1차 정렬 컴포넌트(1416)의 내측 및 외측 면들이 2차 정렬 컴포넌트(1418)의 대응하는 내측 및 외측 면들을 넘어서 연장되게 한다. 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)의 두께들(또는 축방향 치수들)은 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1416)는 약 13.5 mm의 두께를 갖는 반면, 2차 정렬 컴포넌트(1418)는 약 0.37 mm의 두께를 갖는다.
1차 정렬 컴포넌트(1416)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 1차 아치형 자석들(1426)로 형성될 수 있고, 2차 정렬 컴포넌트(1418)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 2차 아치형 자석들(1428)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 1차 자석들(1426)의 수는 2차 자석들(1428)의 수와 동일하고, 각각의 섹터는 정확히 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니다. 1차 자석들(1426) 및 2차 자석들(1428)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 1차 자석들(1426)(또는 2차 자석들(1428))이 끝과 끝을 붙여 서로 인접하게 위치될 때 1차 자석들(1426)(또는 2차 자석들(1428))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 자석들(1426)은 인터페이스들(1430)에서 서로 접촉할 수 있고, 2차 자석들(1428)은 인터페이스들(1432)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 1차 자석들(1426) 또는 2차 자석들(1428)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1416)는 또한 1차 자석들(1426)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(1414)(DC 자기 차폐부 또는 DC 차폐부로 또한 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(1414)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 1차 자석들(1426)에 접착되어 1차 자석들(1426)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(1414)는 스테인리스 강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 1차 정렬 컴포넌트(1416)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 그에 의해 1차 정렬 컴포넌트(1416)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다.
1차 자석들(1426) 및 2차 자석들(1428)(및 본 명세서에 설명된 모든 다른 자석들)은 자기 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자기 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석들은 NiCuNi 또는 유사한 재료들의 얇은 층(예를 들어, 19 내지 13 μm)으로 도금될 수 있다. 각각의 1차 자석(1426) 및 각각의 2차 자석(1428)은 도 14b의 자기 극성 표시자들(1415, 1417)에 의해 도시된 바와 같이 축방향으로 정렬된 자기 극성을 갖는 단일 자기 구역을 갖는 모놀리식 구조체를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 1차 자석(1426) 및 각각의 2차 자석(1428)은 축방향 자기 배향을 갖는 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 막대 자석일 수 있다. (명백할 바와 같이, 용어 "자기 배향"은 자석 또는 자화된 구역의 자기 극성의 배향 방향을 지칭한다.) 도시된 예에서, 1차 자석(1426)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖는 반면, 2차 자석(1428)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖는다. 다른 실시예들에서, 자기 배향들은 반전될 수 있어서, 1차 자석(1426)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖는 반면, 2차 자석(1428)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖는다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 1차 자석(1426) 및 2차 자석(1428)의 축방향 자기 배향은 1차 자석(1426)과 2차 자석(1428) 사이에 인력을 가하는 자기장(1440)을 생성할 수 있고, 그에 의해, (예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이) 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)가 배치되는 개개의 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 차폐부(1414)가 자기장(1440)의 일부를 1차 자석(1426) 아래의 구역들로부터 멀리 떨어지게 방향전환시킬 수 있지만, 자기장(1440)은 여전히 1차 자석(1426) 및 2차 자석(1428)에 측방향으로 인접한 구역들로 전파될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기장(1440)의 측방향 전파는 다른 자기 감응성 컴포넌트들에 자기장 누설을 초래할 수 있다. 예를 들어, 강자성 차폐부를 갖는 유도 코일이 환형 1차 정렬 컴포넌트(1416)(또는 2차 정렬 컴포넌트(1418))의 내부(또는 내측) 구역에 배치되면, 자기장(1440)의 누설은 페리자성 차폐부를 포화시킬 수 있으며, 이는 무선 충전 성능을 저하시킬 수 있다.
자기 정렬 시스템(1400)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및 2차 정렬 컴포넌트(1418)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 16개의 자석들, 36개의 자석들, 또는 임의의 다른 수의 자석들과 같은, 상이한 수의 자석들을 사용할 수 있고, 1차 자석들의 수는 2차 자석들의 수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1416) 및/또는 2차 정렬 컴포넌트(1418)는 각각 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있지만; 자기 정렬 컴포넌트들(1416, 1418)을 아치형 자석들로 분할하는 것은 제조를 개선시킬 수 있는데, 그 이유는 (일부 유형들의 자기 재료의 경우) 더 작은 아치형 세그먼트들이 단일의 모놀리식 환형 자석보다 덜 취성일 수 있고 제조 동안 자기 재료 상에 가해진 물리적 응력으로 인한 수율 손실의 경향이 덜할 수 있기 때문이다.
도 14b를 참조하여 위에서 언급된 바와 같이, 단일 축방향 자기 배향을 갖는 자기 정렬 시스템은 자기장의 측방향 누설을 허용할 수 있으며, 이는 전자 디바이스의 다른 컴포넌트들의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 자기장 누설을 감소시키는 "폐쇄-루프" 구성을 갖는 자기 정렬 시스템들을 제공한다. 이제 예들이 설명될 것이다.
도 15a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(1500)의 사시도를 도시하고, 도 15b는 도 15a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(1500)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(1500)은 도 13의 자기 정렬 시스템(1306)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(1500)에서, 정렬 컴포넌트들은 아래에서 설명되는 바와 같이 "폐쇄 루프" 구성으로 구성된 자기 컴포넌트들을 갖는다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(1500)은 (도 13의 1차 정렬 컴포넌트(1316)의 구현예일 수 있는) 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 (도 13의 2차 정렬 컴포넌트(1318)의 구현예일 수 있는) 2차 정렬 컴포넌트(1518)를 포함할 수 있다. 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 각각 약 174 mm의 외경 및 약 18 mm의 방사상 폭을 가질 수 있다. 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 외경들 및 방사상 폭들은 정확히 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 방사상 폭은 1차 정렬 컴포넌트(1516)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있고 그리고/또는 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 외경은 또한 1차 정렬 컴포넌트(1516)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있어서, 정렬 상태에 있을 때, 1차 정렬 컴포넌트(1516)의 내측 및 외측 면들이 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 대응하는 내측 및 외측 면들을 넘어서 연장되게 한다. 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 두께들(또는 축방향 치수들)은 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1516)는 약 13.5 mm의 두께를 갖는 반면, 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 약 0.37 mm의 두께를 갖는다.
1차 정렬 컴포넌트(1516)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 1차 자석들(1526)로 형성될 수 있고, 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 2차 자석들(1528)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 1차 자석들(1526)의 수는 2차 자석들(1528)의 수와 동일하고, 각각의 섹터는 정확히 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니며; 예를 들어, 아래에서 설명되는 바와 같이, 섹터는 다수의 자석들을 포함할 수 있다. 1차 자석들(1526) 및 2차 자석들(1528)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 1차 자석들(1526)(또는 2차 자석들(1528))이 끝과 끝을 붙여 서로 인접하게 위치될 때 1차 자석들(1526)(또는 2차 자석들(1528))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 자석들(1526)은 인터페이스들(1530)에서 서로 접촉할 수 있고, 2차 자석들(1528)은 인터페이스들(1532)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 1차 자석들(1526) 또는 2차 자석들(1528)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 1차 정렬 컴포넌트(1516)는 또한 1차 자석들(1526)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(1514)(DC 자기 차폐부 또는 DC 차폐부로 또한 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(1514)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 1차 자석들(1526)에 접착되어 1차 자석들(1526)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(1514)는 스테인리스 강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 1차 정렬 컴포넌트(1516)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 그에 의해 1차 정렬 컴포넌트(1516)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다.
1차 자석들(1526) 및 2차 자석들(1528)은 자기 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자기 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 각각의 2차 자석(1528)은 (도 15b의 자기 극성 표시자(1517)에 의해 도시된 바와 같이) 횡단면에서 방사상 방향의 컴포넌트를 갖는 자기 극성을 갖는 단일 자기 구역을 가질 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 자기 배향은 축(1501)에 대해 방사상 방향일 수 있거나, 또는 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 다른 방향일 수 있다. 각각의 1차 자석(1526)은 반대 자기 배향들을 갖는 2개의 자기 구역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 1차 자석(1526)은 (도 15b의 극성 표시자(1553)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 축방향의 자기 배향을 갖는 내측 아치형 자기 구역(1552), (도 15b의 극성 표시자(1555)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 배향을 갖는 외측 아치형 자기 구역(1554), 및 자기 배향을 갖지 않는 중심 비-자화된 구역(1556)을 포함할 수 있다. 중심 비-자화된 구역(1556)은 자기장이 중심 구역(1556)을 통해 직접 가로지르는 것을 억제함으로써 외측 아치형 구역(1554)으로부터 내측 아치형 구역(1552)을 자기적으로 분리시킬 수 있다. 비-자화된 구역에 의해 분리된 반대 자기 배향의 구역들을 갖는 자석들은 때때로 본 명세서에서 "4-극" 구성을 갖는 것으로 지칭된다.
일부 실시예들에서, 각각의 2차 자석(1528)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 자기 재료로 제조될 수 있고, 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향이, 예를 들어 자화기를 사용하여, 생성될 수 있다. 유사하게, 각각의 1차 자석(1526)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 단일 피스의 자기 재료로 제조될 수 있고, 자화기가 아치형 구조체에 적용되어, 구조체의 내측 아치형 구역 내에서 일 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하고 구조체의 외측 아치형 구역 내에서 반대 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하면서, 중심 구역 내의 자기 배향의 생성을 회피 또는 탈자화(demagnetize)할 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 각각의 1차 자석(1526)은 내측 아치형 자기 구역(1552) 및 외측 아치형 자기 구역(1554)을 제공하는 자기 재료의 2개의 아치형 피스들을 갖는 복합 구조체일 수 있고; 그러한 실시예들에서, 중심 비-자화된 구역(1556)은 비자기(또는 탈자화된) 재료의 아치형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 내측 아치형 자기 구역(1552) 및 외측 아치형 자기 구역(1554)의 측벽들에 의해 정의된 공기 간극으로서 형성될 수 있다. DC 차폐부(1514)는 스테인리스 강 또는 저탄소 강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 예를 들어 17 내지 10 μm의 무광 Ni로 도금될 수 있다. 대안적으로, DC 차폐부(1514)는 (2차 자석(1528)들의 반대 방향으로의) 방사상 자기 배향을 갖는 자기 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 차폐부(1514)는 완전히 생략될 수 있다.
도 15b에 도시된 바와 같이, 1차 정렬 컴포넌트(1516)와 2차 정렬 컴포넌트(1518)가 정렬될 때, 2차 자석(1528)의 남극이 내측 아치형 자석 구역(1552)의 북극을 향해 배향되는 반면(표시자(1553)에 의해 도시됨) 2차 자석(1528)의 북극은 외측 아치형 자석 구역(1554)의 남극을 향해 배향되도록(표시자(1555)에 의해 도시됨) 2차 자석(1528)의 자기 극성(표시자(1517)에 의해 도시됨)이 배향될 수 있다. 따라서, 내측 아치형 자기 구역(1552), 2차 자석(1528) 및 외측 아치형 자기 구역(1556)의 개개의 자기 배향들은 1차 자석(1526)과 2차 자석(1528) 사이에 인력을 가하는 자기장(1540)을 생성할 수 있고, 그에 의해, (예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이) 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)가 배치되는 개개의 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 차폐부(1514)는 자기장(1540)의 일부를 1차 자석(1526) 아래의 구역들로부터 멀리 떨어지게 방향전환시킬 수 있다. 추가로, 중심 비-자화된 구역(1556) 주위에 형성된 "폐쇄-루프" 자기장(1540)은, 자기장(1440)이 도 14b의 1차 및 2차 자석들(1426, 1428)의 외부에서 표유(stray)하는 한, 1차 및 2차 자석들(1526, 1528)의 외부에서 표유하지 않는 타이트하고 콤팩트한 자기장 라인들을 가질 수 있다. 따라서, 자기 감응성 컴포넌트들은, 표유 자기장에 대한 우려가 감소되면서, 1차 정렬 컴포넌트(1516)에 비교적 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 자기 정렬 시스템(1400)과 비교할 때, 자기 정렬 시스템(1500)은 1차 정렬 컴포넌트(1516)가 위치되는 디바이스의 전체 크기를 감소시키는 것을 도울 수 있고, 또한, 2차 정렬 컴포넌트(1518)의 내측에 위치된 유도 수신기 코일과 같은 인접 컴포넌트들 또는 디바이스들에서 자기장(1540)에 의해 생성된 잡음을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
각각의 1차 자석(1526)이 반대 자기 배향의 2개의 구역들을 포함하지만, 2개의 구역들은 동일한 자기장 강도를 제공할 수 있지만 반드시 제공할 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 외측 아치형 자화된 구역(1554)은 내측 아치형 자화된 구역(1552)보다 더 강하게 편광될 수 있다. 1차 자석들(1526)의 특정 구현예에 따라, 다양한 기법들이 비대칭 편광 강도를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 내측 아치형 구역(1552) 및 외측 아치형 구역(1554)은 상이한 방사상 폭들을 가질 수 있고; 자기 구역의 증가하는 방사상 폭은 자기 재료의 증가된 체적으로 인해 그 구역의 자기장 강도를 증가시킨다. 내측 아치형 구역(1552) 및 외측 아치형 구역(1554)이 개별 자석들인 경우, 상이한 자기 강도를 갖는 자석들이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 외측 아치형 구역(1554)이 내측 아치형 구역(1552)보다 더 강하게 편광되는 비대칭 편광을 갖는 것은, 외측 극을 향한 자속 "싱킹(sinking)" 효과를 생성할 수 있다. 이러한 효과는 다양한 상황들에서 바람직할 수 있다. 예를 들어, 1차 자석(1526)이 무선 충전기 디바이스 내에 배치되고 무선 충전기 디바이스가, 유도 수신기 코일을 갖지만 2차(또는 임의의) 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖지 않는, "레거시(legacy)" 휴대용 전자 디바이스를 충전하는 데 사용될 때, 1차 환형 정렬 컴포넌트로부터의 (DC) 자속은 유도 수신기 코일 주위의 페라이트 차폐부에 진입할 수 있다. DC 자속은 페라이트 차폐부를 포화시키고 충전 성능을 감소시키는 데 기여할 수 있다. 내측 아치형 구역보다 외측 아치형 구역에서 더 강한 자기장을 갖는 1차 환형 정렬 컴포넌트를 제공하는 것은 페라이트 차폐부로부터 멀리 떨어지게 DC 자속을 끌어내는 것을 도울 수 있고, 이는 환형 자기 정렬 컴포넌트가 없는 휴대용 전자 디바이스를 충전하기 위해 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 무선 충전기 디바이스가 사용될 때 충전 성능을 개선시킬 수 있다.
자기 정렬 시스템(1500)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 1차 정렬 컴포넌트(1516) 및 2차 정렬 컴포넌트(1518)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 136개의 자석들, 138개의 자석들, 152개의 자석들, 156개의 자석들, 또는 임의의 다른 수의 자석들과 같은 상이한 수의 자석들을 사용할 수 있고, 1차 자석들의 수는 2차 자석들의 수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있다. 유사하게, 1차 정렬 컴포넌트(1516)는 위에서 설명된 바와 같은 적절한 자화 패턴을 갖는 자기 재료의 단일 모놀리식 환형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 1차 정렬 컴포넌트(1516)는 모놀리식 내측 환형 자석 및 모놀리식 외측 환형 자석으로 형성될 수 있으며, 이때 내측 환형 자석과 외측 환형 자석 사이에 환형 공기 간극 또는 비자기 재료의 구역이 배치된다. 일부 실시예들에서, 다수의 아치형 자석들을 사용하는 구성은 제조를 개선할 수 있는데, 그 이유는 더 작은 아치형 자석들이 단일 모놀리식 환형 자석보다 덜 취성이고, 제조 동안 자기 재료 상에 가해진 물리적 응력으로 인한 수율 손실의 경향이 덜하기 때문이다. 다양한 자기 정렬 컴포넌트들 또는 개별 자석들의 자기 배향들은 측방향 및 축방향과 정확하게 정렬될 필요가 없다는 것을 또한 이해하여야 한다. 자기 배향은 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들을 통한 자기장에 대한 폐쇄-루프 경로를 제공하는 임의의 각도를 가질 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(1500)과 같은 폐쇄-루프 자기 배향들을 갖는 자기 정렬 시스템들의 실시예들에서, 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 2차 정렬 컴포넌트(1518)는 방사상 배향의 자기 극성을 가질 수 있다. 도 16은 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트(1618)의 단순화된 평면도를 도시한다. 2차 정렬 컴포넌트(1518)와 같은 2차 정렬 컴포넌트(1618)는 자기 극성 표시자들(1617a 내지 1617h)에 의해 도시된 바와 같이 방사상 자기 배향들을 갖는 아치형 자석들(1628a 내지 1628h)로 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 각각의 아치형 자석(1628a 내지 1628h)은 방사상 외향 측을 향해 배향되는 자북극 및 방사상 내향 측을 향하는 자남극을 갖지만; 이러한 배향은 반전될 수 있고, 각각의 아치형 자석(1628a 내지 1628h)의 자북극은 방사상 내향 측을 향해 배향되는 반면, 자남극은 방사상 외향 측을 향해 배향될 수 있다.
도 17a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(1700)의 사시도를 도시한다. 자기 정렬 시스템(1500)의 구현예일 수 있는 자기 정렬 시스템(1700)은, (예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같은) 방사상 외향 자기 배향을 갖는 2차 정렬 컴포넌트(1718) 및 상보적 1차 정렬 컴포넌트(1716)를 포함한다. 이러한 예에서, 자기 정렬 시스템(1700)은 섹터들 중 2개의 섹터들 사이에 간극(1719)을 포함하지만; 간극(1719)은 선택적이며, 자기 정렬 시스템(1700)은 완전한 환형 구조체일 수 있다. 예를 들어, 1차 자기 정렬 컴포넌트(1716) 또는 2차 자기 정렬 컴포넌트(1718)의 중심 구역 내에 위치된 유도 코일 조립체 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있는 컴포넌트들(1702)이 또한 도시된다. 자기 정렬 시스템(1700)은 (도 15b에 도시된 바와 같은) 자기 정렬 시스템(1500)과 유사한 폐쇄-루프 구성을 가질 수 있고, 아치형 섹터들(1701)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 아치형 자석들로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템(1700)의 폐쇄-루프 구성은 컴포넌트들(1702)에 영향을 미칠 수 있는 자기장 누설을 감소시키거나 방지할 수 있다.
도 17b는 아치형 섹터들(1701) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 아치형 섹터(1701)는 1차 자석(1726) 및 2차 자석(1728)을 포함한다. 배향 표시자(1717)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(1728)은 방사상 외향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(1700)의 방사상 외향 측을 향한다. 위에서 설명된 1차 자석들(1526)과 마찬가지로, 1차 자석(1726)은 내측 아치형 자기 구역(1752), 외측 아치형 자기 구역(1754), 및 중심 비-자화된 구역(1756)(이는, 예를 들어, 공기 간극 또는 비자기 또는 비-자화된 재료의 구역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 구역(1752)은, 표시자(1753)에 의해 도시된 바와 같이, 자북극이 2차 자석(1728)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 구역(1754)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자남극은, 표시자(1755)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(1728)을 향해 배향된다. 도 15b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 도 17b에 도시된 자기 배향들의 배열은 1차 자석(1726)과 2차 자석(1728) 사이의 자기 인력을 초래한다. 일부 실시예들에서, 자기 극성들은 반전될 수 있어서, 2차 자석(1728)의 자북극은 자기 정렬 시스템(1700)의 방사상 내향 측을 향해 배향되고, 1차 자석(1726)의 외측 아치형 구역(1754)의 자북극은 2차 자석(1728)을 향해 배향되고, 내측 아치형 구역(1752)의 자북극은 2차 자석(1728)으로부터 멀리 떨어지게 배향된다.
1차 정렬 컴포넌트(1716)와 2차 정렬 컴포넌트(1718)가 정렬될 때, 1차 정렬 컴포넌트(1716) 및 2차 정렬 컴포넌트(1718)의 자기 극성들의 방사상 대칭 배열 및 방향 동등성은, 2차 정렬 컴포넌트(1718)가 축을 따른 정렬을 유지하면서 측방향 평면에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 (1차 정렬 컴포넌트(1716)에 대해) 자유롭게 회전되게 허용한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "방사상" 배향은 정확히 또는 순수하게 방사상일 필요는 없다. 예를 들어, 도 17c는 일부 실시예들에 따른 2차 아치형 자석(1738)을 도시한다. 2차 아치형 자석(1738)은 화살표들(1739)로 표시된 바와 같이 순수 방사상 자기 배향을 갖는다. 각각의 화살표(1739)는 자석(1738)의 곡률 중심을 향하고; 내향으로 연장되면, 화살표들(1739)은 곡률 중심에서 수렴할 것이다. 그러나, 이러한 순수 방사상 자화를 달성하는 것은, 자석(1738) 내의 자기 도메인들이 이웃하는 자기 구역들에 대해 비스듬하게 배향될 것을 요구한다. 일부 유형의 자기 재료들의 경우, 순수 방사상 자기 배향은 실용적이지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 도 17c의 순수 방사상 배향에 근사하는 "의사-방사상(pseudo-radial)" 자기 배향을 사용한다. 도 17d는 일부 실시예들에 따른, 의사-방사상 자기 배향을 갖는 2차 아치형 자석(1748)을 도시한다. 자석(1748)은 아치형 자석(1748)의 내측 코너들(1757, 1759)을 연결시키는 기준선(1751)에 수직인, 화살표들(1749)에 의해 도시된 자기 배향을 갖는다. 내향으로 연장되면, 화살표들(1749)은 수렴하지 않을 것이다. 따라서, 자석(1748) 내의 이웃하는 자기 구역들은 서로 평행하며, 이는 NdFeB와 같은 자기 재료들에서 용이하게 달성가능하다. 그러나, 자기 정렬 시스템에서의 전체 효과는 도 17c에 도시된 순수 방사상 자기 배향과 유사할 수 있다. 도 17e는 일부 실시예들에 따른, 자석들(1748)로 구성된 2차 환형 정렬 컴포넌트(1758)를 도시한다. 자기 배향 화살표들(1749)은 환형 정렬 컴포넌트(1758)의 중심 지점(1761)으로 연장되었다. 도시된 바와 같이, 자기장 방향은 대략 방사상일 수 있는데, 이때 근사치의 근사성은 자석들(1748)의 수 및 환형 정렬 컴포넌트(1758)의 내부 반경에 의존한다. 일부 실시예들에서, 138개의 자석들(1748)은 의사-방사상 배향을 제공할 수 있고; 다른 실시예들에서, 더 많거나 더 적은 자석들이 사용될 수 있다. "방사상" 자기 배향을 갖는 자석들에 대한 본 명세서에서의 모든 언급들은 의사-방사상 자기 배향들, 및 대략 방사상이지만 순수 방사상은 아닌 다른 자기 배향들을 포함한다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, (예를 들어, 도 17b에 도시된 바와 같은) 2차 정렬 컴포넌트(1718)에서의 방사상 자기 배향은, 자기 정렬 시스템의 전체 원주 주위에서 동일한, 2차 정렬 컴포넌트(1718)와 1차 정렬 컴포넌트(1716) 사이의 자기력 프로파일을 제공한다. 방사상 자기 배향은 또한 더 큰 자기 투자도를 초래할 수 있으며, 이는 2차 정렬 컴포넌트(1718)가 탈자화에 저항하게 허용할 뿐만 아니라, 2개의 컴포넌트들이 정렬될 때 축방향으로의 인력을 향상시키고 측방향들로의 전단력을 개선시킬 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따른, 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 힘 프로파일들의 그래프들을 도시한다. 구체적으로, 도 18a는 유사한 유형의 자석들을 사용하고 비슷한 크기의 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 축(z) 방향으로의 수직 인력(수직) 힘의 그래프(1800)를 도시한다. 그래프(1800)는 정렬의 중심으로부터의 변위를 표현하는 수평축 - 여기서 0은 정렬된 위치를 표현하고, 음의 값 및 양의 값은 정렬된 위치로부터 반대 방향들로의 변위들을 표현함(임의의 단위로) -, 및 측방향 평면 내에서의 변위의 함수로서 수직력(FNORMAL)을 보여주는(또한 임의의 단위로) 수직축을 갖는다. 본 설명의 목적을 위해, FNORMAL은 축방향으로 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들 사이의 자기력으로서 정의되며; FNORMAL > 0은 인력을 표현하는 반면, FNORMAL < 0은 반발력을 표현한다. 그래프(1800)는 3개의 상이한 유형들의 자기 정렬 시스템들에 대한 수직력 프로파일들을 도시한다. 제1 유형의 자기 정렬 시스템은 축을 따라 배치된 한 쌍의 상보적 디스크-형상의 자석들과 같은 "중심" 정렬 컴포넌트들을 사용하며; 중심 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(1801)(쇄선)으로 도시되어 있다. 제2 유형의 자기 정렬 시스템은 축방향 자기 배향들을 갖는 환형 정렬 컴포넌트들, 예를 들어 도 14a 및 도 14b의 자기 정렬 시스템(1400)을 사용하며; 그러한 환형-축방향 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(1803)(파선)으로 도시되어 있다. 제3 유형의 자기 정렬 시스템은 폐쇄-루프 자기 배향들 및 방사상 대칭성을 갖는 환형 정렬 컴포넌트들(예를 들어, 도 17a 및 도 17b의 자기 정렬 시스템(1700))을 사용하며; 방사상 대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(1805)(실선)으로 도시되어 있다.
유사하게, 도 18b는 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 횡방향으로의 측방향 (전단) 힘의 그래프(1820)를 도시한다. 그래프(1820)는 그래프(1800)와 동일한 관례를 사용하여 정렬의 중심으로부터 반대 방향들로의 측방향 변위를 표현하는 수평축, 및 방향의 함수로서 전단력(FSHEAR)을 보여주는(임의의 단위로) 수직축을 갖는다. 본 설명의 목적을 위해, FSHEAR는 측방향으로 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들 사이의 자기력으로서 정의되며; FSHEAR > 0은 변위 축을 따라 좌측을 향하는 힘을 표현하는 반면, FSHEAR < 0은 변위 축을 따라 우측을 향하는 힘을 표현한다. 그래프(1820)는 그래프(1800)와 동일한 3개의 유형들의 자기 정렬 시스템들에 대한 전단력 프로파일들을 도시한다: 중심 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 전단력 프로파일이 라인(1821)(쇄선)으로 도시되어 있으며; 환형-축방향 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 전단력 프로파일은 라인(1823)(파선)으로 도시되어 있고; 방사상 대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(1825)(실선)으로 도시되어 있다.
도 18a에 도시된 바와 같이, 각각의 유형의 자기 정렬 시스템은, 개개의 피크들(1811, 1813, 1815)에 의해 도시된 바와 같이, 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들이 정렬된 위치(수평축 상에서는 0)에 있을 때 축방향으로 가장 강한 자기 인력(즉, 수직력)을 달성한다. 가장 강한 인력의 수직력은 모든 시스템들에 대해 정렬된 위치에서 달성되지만, 피크의 크기는 자기 정렬 시스템의 유형에 의존한다. 특히, 방사상-대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템(예를 들어, 도 17의 자기 정렬 시스템(1700))은 정렬된 위치에 있을 때 다른 유형들의 자기 정렬 시스템들보다 더 강한 자기 인력을 제공한다. 이러한 강한 인력의 수직력은 작은 오정렬을 극복할 수 있고, 정렬된 위치에서 디바이스들을 유지하는 것을 도울 수 있으며, 그에 의해 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 달성할 수 있고, 이는 차례로 자기 정렬 시스템이 구현되는 휴대용 전자 디바이스와 무선 충전기 디바이스 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 제공할 수 있다.
도 18b에 도시된 바와 같이, 가장 강한 전단력은, 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들이 정렬된 위치에서 측방향으로 바로 바깥에 있을 때, 예를 들어, 개개의 피크들(1831a, 1831b, 1833a, 1833b, 1835a, 1835b)에 의해 도시된 바와 같이, 정렬된 위치로부터 -2 및 +2 단위의 분리 시에 획득된다. 이들 전단력들은 정렬된 위치를 향해 정렬 컴포넌트들을 향해 강제하도록 작용한다. 수직력과 유사하게, 전단력의 피크 강도는 자기 정렬 시스템의 유형에 의존한다. 특히, 방사상-대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템(예를 들어, 도 17의 자기 정렬 시스템(1700))은 정렬된 위치의 바로 바깥에 있을 때 다른 유형들의 자기 정렬 시스템들보다 더 높은 크기의 전단력을 제공한다. 이러한 강한 전단력은 촉각 피드백(때때로 "스냅피니스(snappiness)"의 감각으로서 설명됨)을 제공하여 사용자가 2개의 컴포넌트들이 정렬될 때를 식별하는 것을 도울 수 있다. 또한, 수직력과 같이, 전단력은 마찰력으로 인한 작은 오정렬을 극복할 수 있고, 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 달성할 수 있으며, 이는 차례로 자기 정렬 시스템이 구현되는 휴대용 전자 디바이스와 무선 충전기 디바이스 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 제공할 수 있다.
자석들의 특정 구성에 따라, 다양한 설계 선택들이 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 스냅피니스의 감각을 증가시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기 정렬 컴포넌트들 부근의 영역들에서 디바이스들 내의 자기 재료의 양을 감소시키는 것은 - 예를 들어, 더 적은 재료를 사용하거나 또는 자기 정렬 컴포넌트와 다른 자기 재료 사이의 거리를 증가시킴으로써 - 표유장들을 감소시키고, 자기 정렬 컴포넌트들의 인지된 "스냅핑" 효과를 증가시킬 수 있다. 다른 예로서, (예를 들어, 재료의 양을 증가시킴으로써) 정렬 자석들의 자기장 강도를 증가시키는 것은 전단력 및 수직력 둘 모두를 증가시킬 수 있다. 또 다른 예로서, 1차 환형 정렬 컴포넌트 내의 자화된 구역들의 폭들(및/또는 각각의 구역 내의 자기장의 상대적 강도)은 2차 환형 정렬 컴포넌트에 대한 특정 자기 배향 패턴(예를 들어, 2차 환형 정렬 컴포넌트들이 도 17c의 순수 방사상 자기 배향을 갖는지 또는 도 17d의 의사-방사상 자기 배향을 갖는지)에 기초하여 최적화될 수 있다. 다른 고려사항은 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들을 포함하는 디바이스들의 표면들 사이의 마찰 계수일 수 있고; 더 낮은 마찰은 환형 자기 정렬 컴포넌트들에 의해 가해지는 전단력에 대한 저항을 감소시킨다.
방사상-대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템(예를 들어, 도 17a 및 도 17b의 자기 정렬 시스템(1700))은 축방향 및 측방향으로의 정확하고 견고한 정렬을 제공할 수 있다. 추가로, 방사상 대칭성으로 인해, 정렬 시스템은 축을 중심으로 한 측방향 평면에서 바람직한 회전 배향을 갖지 않으며; 전단력 프로파일은 정렬되는 전자 디바이스들의 상대적 회전 배향에 관계없이 동일할 수 있다.
일부 실시예들에서, 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템은 하나 이상의 바람직한 회전 배향들을 제공하도록 설계될 수 있다. 도 19는 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트(1918)의 단순화된 평면도를 도시한다. 2차 정렬 컴포넌트(1918)는 자기 극성 표시자들(1917a 내지 1917h)에 의해 도시된 바와 같은 방사상 자기 배향들을 갖는 섹터들(1928a 내지 1928h)를 포함한다. 섹터들(1928a 내지 1928h) 각각은 하나 이상의 2차 아치형 자석들을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 섹터들(1928b, 1928d, 1928f, 1928h) 내의 2차 자석들은 각각 방사상 외향 측을 향해 배향된 자북극 및 방사상 내향 측을 향하는 자남극을 갖는 반면, 섹터들(1928a, 1928c, 1928e, 1928g) 내의 2차 자석들은 각각 방사상 내향 측을 향해 배향된 자북극 및 방사상 외향 측을 향하는 자남극을 갖는다. 다시 말하면, 2차 정렬 컴포넌트(1918)의 인접 섹터들(1928a 내지 1928h) 내의 자석들은 교번하는 자기 배향들을 갖는다.
상보적 1차 정렬 컴포넌트는 그에 대응하여 교번하는 자기 배향들을 갖는 섹터들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 20a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(2000)의 사시도를 도시한다. 자기 정렬 시스템(2000)은 (예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같은) 교번하는 방사상 자기 배향들을 갖는 2차 정렬 컴포넌트(2018) 및 상보적 1차 정렬 컴포넌트(2016)를 포함한다. 자기 정렬 시스템(2000)의 아치형 섹션들 중 일부는 내부 구조를 드러내기 위해 도시되어 있지 않지만; 자기 정렬 시스템(2000)이 완전한 환형 구조체일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2016) 및/또는 2차 환형 정렬 컴포넌트(2018)의 중심 구역 내에 위치된 유도 코일 조립체들 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있는 컴포넌트들(2002)이 또한 도시된다. 자기 정렬 시스템(2000)은 위에서 설명된 자기 정렬 시스템(1500)과 유사한 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템일 수 있고, 교번하는 자기 배향들의 아치형 섹터들(2001b, 2001c)을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 아치형 섹터(2001b, 2001c)는 1차 환형 정렬 컴포넌트(2016) 및 2차 환형 정렬 컴포넌트(2018) 각각에 하나 이상의 아치형 자석들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템(2000)의 폐쇄-루프 구성은 컴포넌트(2002)에 영향을 미칠 수 있는 자기장 누설을 감소시키거나 방지할 수 있다. 자기 정렬 시스템(1700)과 유사하게, 자기 정렬 시스템(2000)은 2개의 섹터들 사이에 간극(2003)을 포함할 수 있다.
도 20b는 아치형 섹터들(2001b) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시하고, 도 20c는 아치형 섹터들(2001c) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 아치형 섹터(2001b)는 1차 자석(2026b) 및 2차 자석(2028b)을 포함한다. 배향 표시자(2017b)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(2028b)은 방사상 외향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(2000)의 방사상 외향 측을 향한다. 위에서 설명된 1차 자석들(1526)과 마찬가지로, 1차 자석(2026b)은 내측 아치형 자기 구역(2052b), 외측 아치형 자기 구역(2054b), 및 중심 비-자화된 구역(2056b)(이는, 예를 들어, 공기 간극 또는 비자기 또는 비-자화된 재료의 구역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 구역(2052b)은, 표시자(2053b)에 의해 도시된 바와 같이, 자북극이 2차 자석(2028b)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 구역(2054b)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자남극은, 표시자(2055b)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(2028b)을 향해 배향된다. 도 15b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 도 20b에 도시된 자기 배향들의 배열은 1차 자석(2026b)과 2차 자석(2028b) 사이의 자기 인력을 초래한다.
도 20c에 도시된 바와 같이, 아치형 섹터(2001c)는 아치형 섹터(2001b)에 대해 "반전된" 자기 배향을 갖는다. 아치형 섹터(2001c)는 1차 자석(2026c) 및 2차 자석(2028c)을 포함한다. 배향 표시자(2017c)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(2028c)은 방사상 내향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(2000)의 방사상 내향 측을 향한다. 위에서 설명된 1차 자석들(1526)과 마찬가지로, 1차 자석(2026c)은 내측 아치형 자기 구역(2052c), 외측 아치형 자기 구역(2054c), 및 중심 비-자화된 구역(2056c)(이는, 예를 들어, 공기 간극 또는 비자기 또는 비-자화된 재료의 구역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 구역(2052c)은, 표시자(2053c)에 의해 도시된 바와 같이, 자남극이 2차 자석(2028c)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 구역(2054c)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자북극은, 표시자(2055c)에 의해 도시된 바와 같이, 2차 자석(2028c)을 향해 배향된다. 도 15b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 도 20c에 도시된 자기 배향들의 배열은 1차 자석(2026c)과 2차 자석(2028c) 사이의 자기 인력을 초래한다.
도 19 및 도 20a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 자기 극성들의 교번하는 배열은, 2차 정렬 컴포넌트(2018)가 1차 정렬 컴포넌트(2016)와 정렬되고 정렬 컴포넌트들(2016, 2018) 중 하나가 공통 축을 중심으로 다른 것에 대해 회전될 때, "래칫팅(ratcheting)" 감촉을 생성할 수 있다. 예를 들어, 2차 정렬 컴포넌트(2016)가 1차 정렬 컴포넌트(2016)에 대해 회전됨에 따라, 각각의 방사상-외향 자석(2028b)은 대안적으로 1차 정렬 컴포넌트(2016)의 상보적 자석(2026b)과 근접하게 되어, 자기 인력을 초래하거나, 또는 1차 정렬 컴포넌트(2016)의 반(anti)-상보적 자석(2026c)과 근접하게 되어, 자기 반발력을 초래한다. 1차 자석들(2026b, 2026c) 및 2차 자석들(2028b, 2028c)이 임의의 주어진 배향에서 동일한 각도 크기 및 간격을 가지면, 자석들의 각각의 쌍은, 상보적 자석 쌍들(2026b, 2028b 및 2026c, 2028c)이 근접해 있는 회전 배향들에서 정렬이 안정적이고 견고하도록, 유사한 순(net) (인력 또는 반발) 자기력을 경험할 것이다. 다른 회전 배향들에서, 안정적인 회전 배향을 향한 토크가 경험될 수 있다.
도 19 및 도 20a 내지 도 8c에 도시된 예들에서, 각각의 섹터는 하나의 자석을 포함하고, 자기 배향의 방향은 각각의 자석과 교번한다. 일부 실시예들에서, 섹터는 동일한 자기 배향의 방향을 갖는 2개 이상의 자석들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 21a는 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트(2118)의 단순화된 평면도를 도시한다. 2차 정렬 컴포넌트(2118)는, 위에서 설명된 2차 정렬 컴포넌트(2018)와 유사하게, 방사상 외향 자기 배향들을 갖는 2차 자석들(2128b) 및 방사상 내향 배향들을 갖는 2차 자석들(2128c)을 포함한다. 이러한 예에서, 자석들은, 한 쌍의 외향-배향된 자석들(2128b)(제1 섹터(2101)를 형성함)이 한 쌍의 내향-배향된 자석들(2128c)(제1 섹터(2101)에 인접한 제2 섹터(2103)를 형성함)에 인접하도록 배열된다. (섹터 당 2개의 자석들을 갖는) 교번하는 섹터들의 패턴은 2차 정렬 컴포넌트(2118)의 원주 주위에서 반복된다. 유사하게, 도 21b는 일부 실시예들에 따른 다른 2차 정렬 컴포넌트(2118')의 단순화된 평면도를 도시한다. 2차 정렬 컴포넌트(2118')는, 방사상 외향 자기 배향들을 갖는 2차 자석들(2128b) 및 방사상 내향 배향들을 갖는 2차 자석들(2128c)을 포함한다. 이러한 예에서, 자석들은, 4개의 방사상-외향 자석들(2128b)의 그룹(제1 섹터(2111)를 형성함)이 4개의 방사상-내향 자석들(2128c)의 그룹(제1 섹터(2111)에 인접한 제2 섹터(2113)를 형성함)에 인접하도록 배열된다. (섹터 당 4개의 자석들을 갖는) 교번하는 섹터들의 패턴은 2차 정렬 컴포넌트(2118')의 원주 주위에서 반복된다. 도 21a 및 도 21b에 도시되지 않았지만, 2차 정렬 컴포넌트(2118 또는 2118')에 대한 상보적 1차 정렬 컴포넌트의 구조는 도 20a 내지 도 8c를 고려해서 명백해야 한다. 도 21a 및 도 21b의 정렬 컴포넌트들에 대한 전단력 프로파일은 위에서 설명된 래칫팅 프로파일과 유사할 수 있지만, 안정적인 정렬을 제공하는 회전 배향들의 수는 상이할 것이다.
다른 실시예들에서, 1차 및/또는 2차 정렬 컴포넌트들 내의 상이한 섹터들의 자기 배향들을 변경함으로써 다양한 힘 프로파일들이 생성될 수 있다. 단지 하나의 예로서, 도 22는 일부 실시예들에 따른 2차 정렬 컴포넌트(2218)의 단순화된 평면도를 도시한다. 2차 정렬 컴포넌트는 자기 극성 표시자들(2217a 내지 2217h)에 의해 도시된 바와 같은 섹터-의존적 자기 배향들을 갖는 섹터들(2228a 내지 2228h)을 갖는다. 이러한 예에서, 2차 정렬 컴포넌트(2218)는 2차 정렬 컴포넌트(2218)의 2개의 반부들을 한정하는 이등분선(2201)에 의해 이등분되는 것으로 간주될 수 있다. 제1 반부(2203)에서, 섹터들(2228e 내지 2228h)은, 위에서 설명된 예들과 유사하게, 방사상 외향으로 배향된 자기 극성들을 갖는다.
제2 반부(2205)에서, 섹터들(2228a 내지 2228d)은 방사상이라기보다는 이등분선(2201)에 실질적으로 평행하게 배향된 자기 극성들을 갖는다. 특히, 섹터들(2228a, 2228b)은 이등분선(2201)에 평행한 제1 방향으로 배향된 자기 극성들을 갖는 반면, 섹터들(2228c, 2228d)은 섹터들(2228a, 2228b)의 자기 극성들의 방향과 반대인 방향으로 배향된 자기 극성들을 갖는다. 상보적 1차 정렬 컴포넌트는 2차 정렬 컴포넌트(2218)를 향해 배향된 자북극을 갖는 내측 환형 구역, 2차 정렬 컴포넌트(2218)로부터 멀리 떨어지게 배향된 자북극을 갖는 외측 환형 구역, 및 중심 비-자화된 구역을 가져서, 위에서 설명된 바와 같이 폐쇄-루프 자기 배향을 제공할 수 있다. 2차 정렬 컴포넌트(2218)에서의 자기 배향들의 비대칭 배열은, 2차 정렬 컴포넌트(2218)가 제1 반부(2203)를 향하는 방향(도면에서 하향)보다 제2 반부(2205)를 향하는 방향(도면에서 상향)으로의 움직임에 저항하는 전단력을 더 적게 생성하도록 전단력 프로파일을 수정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 종류의 비대칭 배열은, 1차 정렬 컴포넌트가 도킹 스테이션에 장착되고 2차 정렬 컴포넌트가 도킹 스테이션과 도킹하는 휴대용 전자 디바이스에 장착되는 경우 사용될 수 있다. 반부-환형(2205)이 휴대용 전자 디바이스의 상단을 향하도록 2차 환형 정렬 컴포넌트(2218)가 휴대용 전자 디바이스 내에서 배향된다고 가정하면, 비대칭 전단력은, 휴대용 전자 디바이스를 도킹 스테이션과의 원하는 정렬로 끌어내기 위한 인력을 여전히 제공하면서, 휴대용 전자 디바이스를 도킹 스테이션과 도킹하기 위해 하향으로 슬라이딩하거나, 도킹 스테이션으로부터 제거하기 위해 상향으로 슬라이딩하는 동작을 용이하게 할 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 2차 환형 자기 정렬 컴포넌트는 횡단면에서 일반적으로 정렬되는 자기 배향을 갖는다. 일부 대안적인 실시예들에서, 2차 환형 자기 정렬 컴포넌트는 대신에, 2차 아치형 자석들의 원위 표면 상에 DC 차폐부(이는, 존재한다면, 도 15a 및 도 15b의 DC 차폐부(1514)와 유사할 수 있음)를 갖거나 갖지 않으면서, 도 15a 및 도 15b의 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(1516)의 것과 유사한 4-극 구성을 가질 수 있다. 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들 둘 모두에서 4-극 자기 구성들을 사용하는 것은 폐쇄-루프 DC 자속 경로 및 "스냅피니스"의 강한 감각을 제공할 수 있지만; 2차 자기 정렬 컴포넌트의 두께는 4-극 자석들 및 DC 차폐부를 수용하기 위해 증가될 필요가 있을 수 있으며, 이는 2차 자기 정렬 컴포넌트를 하우징하는 휴대용 전자 디바이스의 전체 두께를 증가시킬 수 있다. 두께를 감소시키기 위해, 2차 정렬 컴포넌트의 원위 표면 상의 DC 차폐부는 생략될 수 있지만; DC 차폐부를 생략하는 것은 이웃한 컴포넌트들로의 자속 누설의 증가를 초래할 수 있다.
전술한 예들은 예시적이며 제한하는 것이 아님을 인식할 것이다. 주어진 자기 정렬 시스템의 1차 및 2차 정렬 컴포넌트들이 원하는 정렬 위치를 향해 힘을 가하는 상보적 자기 배향들을 갖는다면, 1차 및/또는 2차 정렬 컴포넌트의 섹터들은 임의의 원하는 방향으로 그리고 임의의 조합으로 배향된 자기 극성을 갖는 자기 요소들을 포함할 수 있다. 자기 배향들의 상이한 조합들은 상이한 전단력 프로파일들을 생성할 수 있고, 자기 배향들의 선택은 원하는 전단력 프로파일(예를 들어, 높은 스냅피니스), 다른 컴포넌트들로의 DC 자속 누설의 회피, 및 다른 설계 고려사항들에 기초하여 이루어질 수 있다.
위에서 설명된 다양한 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 측방향 평면에서 견고한 정렬을 제공할 수 있고, 회전 정렬을 제공하거나 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 17a 및 도 5b의 방사상 대칭 자기 정렬 시스템(1700)은 바람직한 회전 배향을 정의하지 않을 수 있다. 도 20a 내지 도 8c의 방사상으로 교번하는 자기 정렬 시스템(2000)은 다수의 동일하게 바람직한 회전 배향들을 정의할 수 있다. 무선 충전기 퍽 또는 매트와 휴대용 전자 디바이스의 정렬과 같은 일부 응용들의 경우, 회전 배향은 관심사가 아닐 수 있다. 도킹 스테이션 또는 다른 장착 액세서리에서의 휴대용 전자 디바이스의 정렬과 같은 다른 응용들에서는, 특정 회전 정렬이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 환형 자기 정렬 컴포넌트들의 외측에 위치되고 그로부터 이격된 하나 이상의 회전 정렬 컴포넌트들로 증강될 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트(들)는 디바이스들을 서로에 대해 목표 회전 배향으로 안내하는 것을 도울 수 있다.
도 23은 일부 실시예들에 따른, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 갖는 자기 정렬 시스템의 일 예를 도시한다. 도 23은 휴대용 전자 디바이스(2304) 및 액세서리 디바이스(2302)의 개개의 근위 표면들을 도시한다. 이러한 예에서, 자기 정렬 시스템의 1차 정렬 컴포넌트들은 액세서리 디바이스(2302)에 포함되고, 자기 정렬 시스템의 2차 정렬 컴포넌트들은 휴대용 전자 디바이스(2304)에 포함된다. 휴대용 전자 디바이스(2304)는, 예를 들어, 전방 표면이 터치스크린 디스플레이를 제공하고 후방 표면이 무선 충전을 지원하도록 설계된 스마트 폰일 수 있다. 액세서리 디바이스(2302)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(2304)를, 그의 디스플레이가 보이고 사용자에게 액세스가능하도록 지지하는 충전 도크일 수 있다. 예를 들어, 액세서리 디바이스(2302)는, 디스플레이가 관찰을 위해 그리고/또는 터치를 위해 편리하게 기울어진 각도에 있거나 수직이도록 휴대용 전자 디바이스(2304)를 지지할 수 있다. 도시된 예에서, 액세서리 디바이스(2302)는 휴대용 전자 디바이스(2304)를 "세로" 배향(디스플레이의 더 짧은 측부들이 상단 및 하단에 있음)으로 지지하지만; 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2302)는 휴대용 전자 디바이스(2304)를 "가로" 배향(디스플레이의 더 긴 측부들이 상단 및 하단에 있음)으로 지지할 수 있다. 액세서리 디바이스(2302)는 또한 스위블, 짐벌 등에 장착될 수 있어서, 사용자가 액세서리 디바이스(2302)의 배향을 조정함으로써 휴대용 전자 디바이스(2304)의 배향을 조정하게 허용할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 자기 정렬 시스템의 컴포넌트들은 액세서리 디바이스(2302)에 배치된 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316) 및 휴대용 전자 디바이스(2304)에 배치된 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)를 포함할 수 있다. 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)는 위에서 설명된 1차 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들(2326)로 형성될 수 있다. 도 23에 도시되지 않았지만, 예를 들어, 아치형 자석들(2326) 중 하나 이상을 생략함으로써 또는 인접한 아치형 자석들(2326) 사이의 하나 이상의 인터페이스들(2330)에서 간극을 제공함으로써, 하나 이상의 간극들이 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 아치형 자석(2326)은 제1 자기 배향을 갖는(예를 들어, 제1 방향으로 축방향으로 배향된) 내측 아치형 구역, 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 갖는(예를 들어, 제1 방향과 반대로 축방향으로 배향된) 외측 아치형 구역, 및 내측 및 외측 구역들 사이의 중심 비-자화된 아치형 구역(위에서 설명된 바와 같이, 비-자화된 중심 구역은 공기 간극 또는 비자기 재료를 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)는 또한 아치형 자석들(2326)의 원위 면 상에 DC 차폐부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)는 위에서 설명된 2차 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들(2328)로 형성될 수 있다. 도 23에 도시되지 않았지만, 예를 들어, 하나 이상의 아치형 자석들(2328)을 생략함으로써 또는 인접한 자석들(2328) 사이의 하나 이상의 인터페이스들(2332)에서 간극을 제공함으로써, 하나 이상의 간극들이 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)에 제공될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 아치형 자석들(2328)은 방사상으로-배향된 자기 극성들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 모든 섹터들은 방사상-외향 자기 배향 또는 방사상-내향 자기 배향을 가질 수 있거나, 또는 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 일부 섹터들은 방사상-외향 자기 배향을 가질 수 있는 반면, 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 다른 섹터들은 방사상-내향 자기 배향을 갖는다.
위에서 설명된 바와 같이, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316) 및 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)는, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)의 중심 지점(2301)이 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 중심 지점(2303)과 정렬되도록, 측방향 평면에서의 정렬을 촉진하는 전단력을 제공할 수 있다. 그러나, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316) 및 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)는 세로 배향과 같은 임의의 특정 회전 배향에 유리한 토크력들을 제공하지 못할 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 환형 정렬 컴포넌트들에 부가하여 하나 이상의 회전 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들은 (정렬된) 환형 정렬 컴포넌트들의 공통 축을 중심으로 하는 토크를 제공하는 하나 이상의 자석들을 포함할 수 있어서, 바람직한 회전 배향이 신뢰성 있게 확립되게 할 수 있다. 예를 들어, 도 23에 도시된 바와 같이, 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322)는 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)의 외측에 배치되고 그로부터 이격될 수 있는 반면, 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324)는 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 외측에 배치되고 그로부터 이격된다. 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324)는 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 중심 지점(2303)으로부터 고정된 거리(y0)에 위치될 수 있고, (양쪽 측부 에지로부터의 거리(x0)로 표시된 바와 같이) 휴대용 전자 디바이스(2304)의 측부 에지들 사이에 중심설정될 수 있다. 유사하게, 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322)는 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)의 중심 지점(2301)으로부터 동일한 거리(y0)에 위치될 수 있으며, 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324)가 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322)와 정렬될 때 액세서리 디바이스(2302)에 대한 휴대용 전자 디바이스(2304)의 원하는 배향에 유리한 토크 프로파일을 초래하는 회전각으로 위치될 수 있다. 동일한 거리(y0)는 상이한 폼 팩터들을 갖는 다양한 휴대용 전자 디바이스들에 적용될 수 있어서, 단일 액세서리가 휴대용 전자 디바이스들의 군과 호환가능할 수 있다는 것에 유의해야 한다. 더 긴 거리(y0)는 바람직한 회전 정렬을 향한 토크를 증가시킬 수 있지만; 최대 거리(y0)는, 상호 호환가능한 자기 정렬 시스템들을 포함하는 휴대용 전자 디바이스들의 군 내의 가장 작은 휴대용 전자 디바이스의 크기와 같은 설계 고려사항들에 의해 제한될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322) 및 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324) 각각은 하나 이상의 자석들(예를 들어, NdFeB와 같은 희토류 자석들)을 사용하여 구현될 수 있는데, 이들 자석들 각각은 각각 그의 자기 극성이 원하는 방향으로 배향되도록 자화되었다. 도 23의 예에서, 자석들은 직사각형 형상들을 갖지만; 다른 형상들(예를 들어, 둥근 형상들)이 대체될 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)의 자기 배향들은, 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)의 근위 표면들이 서로의 부근에 있을 때 자기 인력이 가해지도록 상보적일 수 있다. 이러한 자기 인력은, 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)의 근위 표면들이 서로 정렬되는 바람직한 회전 배향으로 휴대용 전자 디바이스(2304) 및 액세서리 디바이스(2302)를 회전시키는 것을 도울 수 있다. 원하는 인력을 제공하는 데 사용될 수 있는 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)에 대한 자기 배향들의 예들이 아래에서 설명된다. 일부 실시예들에서, 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322) 및 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324)는 동일한 측방향(xy) 치수들 및 동일한 두께를 가질 수 있다. 치수들은 원하는 자기장 강도 및/또는 토크, 회전 정렬 컴포넌트들이 배치될 디바이스들의 치수들, 및 다른 설계 고려사항들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측방향 치수들은 약 6 mm(x 방향) × 약 23 mm(y 방향)일 수 있고, 두께는 약 0.3 mm 내지 약 1.5 mm의 임의의 치수일 수 있고; 특정 치수들은 정렬될 디바이스들의 크기들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 회전 정렬 컴포넌트(2322) 및 2차 회전 정렬 컴포넌트(2324) 각각은 서로 인접하게 위치된 자기 재료의 2개 이상의 직사각형 블록들을 사용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서와 같이, 예를 들어 제조 허용오차들로 인해 인접한 자석들 사이에 작은 간극이 존재할 수 있다.
도 24a 및 도 24b는 일부 실시예들에 따른 회전 정렬의 일 예를 도시한다. 도 24a에서, 액세서리 디바이스(2302)는, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316) 및 2차 정렬 컴포넌트(2318)가 측방향 평면에서 서로 정렬되도록, 휴대용 전자 디바이스(2304)의 후방 표면 상에 배치되어, 도시된 도면에서, 1차 환형 정렬 컴포넌트(2316)의 중심 지점(2301)이 2차 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 중심 지점(2303) 위에 놓이게 된다. 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)이 정렬되지 않도록 하는 상대적인 회전이 존재한다. 이러한 구성에서, 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324) 사이의 인력은 휴대용 전자 디바이스(2304) 및 액세서리 디바이스(2302)를 목표 회전 배향을 향해 강제할 수 있다. 도 24b에서, 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324) 사이의 자기 인력은 휴대용 전자 디바이스(2304) 및 액세서리 디바이스(2302)를, 휴대용 전자 디바이스(2304)의 측부들이 액세서리 디바이스(2302)의 측부들에 평행한 목표 회전 정렬 상태로 이동시켰다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324) 사이의 자기 인력은 또한 휴대용 전자 디바이스(2304) 및 액세서리 디바이스(2302)를 고정된 회전 정렬 상태로 유지하는 것을 도울 수 있다.
회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)은 다양한 패턴들의 자기 배향들을 가질 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(2322, 2324)의 자기 배향들이 서로 상보적인 한, 목표 회전 배향을 향한 토크는, 디바이스들이 측방향 정렬 상태로 되고 목표 회전 배향에 가까워질 때 존재할 수 있다. 도 25a 및 도 21b는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트에 대한 자기 배향들의 예들을 도시한다. 자기 배향이 단지 하나의 회전 정렬 컴포넌트에 대해 도시되지만, 상보적 회전 정렬 컴포넌트의 자기 배향은 도시된 자기 배향에 상보적일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 25a 및 도 25b는 일부 실시예들에 따른 "z-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2524)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 사시도는 임의의 특정 축척이 아니며, 측방향(xy) 치수들 및 축방향(z) 두께는 원하는 대로 변화될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 25a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2524)는, 화살표(2505)로 표시된 바와 같이, 축방향을 따라 균일한 자기 배향을 가질 수 있다. 따라서, 도 25b에 도시된 바와 같이, 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(2524)의 근위 표면(2503)에 가장 가까울 수 있다. 상보적 z-극 정렬 컴포넌트는 근위 표면에 가장 가까운 자남극을 갖는 균일한 자기 배향을 가질 수 있다. Z-극 구성은 신뢰성 있는 정렬을 제공할 수 있다.
다른 구성들은 신뢰성 있는 정렬뿐만 아니라, 사용자에 대한 더 강한, 또는 더 현저한, "클로킹(clocking)" 감각을 제공할 수 있다. 이러한 맥락에서, "클로킹 감각"은 목표 회전 정렬을 향해 강제하고 그리고/또는 목표 회전 정렬로부터의 작은 변위들에 저항하는 환형 정렬 컴포넌트들의 공통 축을 중심으로 하는 사용자-인지가능한 토크를 지칭한다. 회전각의 함수로서의 토크의 더 큰 변동은 보다 현저한 클로킹 감각을 제공할 수 있다. 다음은 도 25a 및 도 25b의 z-극 구성보다 더 현저한 클로킹 감각을 제공할 수 있는 회전 정렬 컴포넌트에 대한 자화 구성들의 예들이다.
도 26a 및 도 26b는 일부 실시예들에 따른 "4-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2624)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 사시도는 임의의 특정 축척이 아니며, 측방향(xy) 치수들 및 축방향(z) 두께는 원하는 대로 변화될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 26a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2624)는, (화살표(2605)로 표시된 바와 같이) 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(2624)의 근위(+z) 표면(2603)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 제1 자화된 구역(2625), 및 (화살표(2607)로 표시된 바와 같이) 자남극(S)이 근위 표면(2603)에 가장 가깝도록 제1 구역의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 제2 자화된 구역(2627)을 갖는다. 자화된 구역들(2625, 2627) 사이에는 자화되지 않은 중심 구역(2629)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(2624)는 자화기에 노출되어 구역들(2625, 2627, 2629)을 생성하는 자기 재료의 단일 피스로 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(2624)는 비자기 재료 또는 그들 사이의 공기 간극을 갖는 자기 재료의 2개 피스들을 사용하여 형성될 수 있다. 도 26b에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2624)의 근위 표면은 "북" 극성을 갖는 하나의 구역 및 "남" 극성을 갖는 다른 구역을 가질 수 있다. 상보적 4-극 회전 정렬 컴포넌트는 근위 표면에서 남극성 및 북극성의 대응하는 구역들을 가질 수 있다.
도 27a 및 도 27b는 일부 실시예들에 따른 "환형 설계" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2724)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 사시도는 임의의 특정 축척이 아니며, 측방향(xy) 치수들 및 축방향(z) 두께는 원하는 대로 변화될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 27a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2724)는, (화살표들(2705)에 의해 도시된 바와 같이) 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(2724)의 근위(+z) 표면(2703)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 환형 외측 자화된 구역(2725), 및 자남극(S)이 근위 표면(2703)에 가장 가깝도록 제1 구역의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 내측 자화된 구역(2727)을 갖는다. 자화된 구역들(2725, 2727) 사이에는 자화되지 않은 중립 환형 구역(2729)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(2724)는 자화기에 노출되어 구역들(2725, 2727, 2729)을 생성하는 자기 재료의 단일 피스로 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(2724)는 비자기 재료 또는 그들 사이의 공기 간극을 갖는 자기 재료의 2개 이상의 피스들을 사용하여 형성될 수 있다. 도 27b에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2724)의 근위 표면은 "북" 극성을 갖는 환형 외측 구역 및 "남" 극성을 갖는 내측 구역을 가질 수 있다. 상보적 환형-설계 회전 정렬 컴포넌트의 근위 표면은 남극성의 환형 외측 구역 및 북극성의 내측 구역을 가질 수 있다.
도 28a 및 도 28b는 일부 실시예들에 따른 "3-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2824)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 사시도는 임의의 특정 축척이 아니며, 측방향(xy) 치수들 및 축방향(z) 두께는 원하는 대로 변화될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 28a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2824)는, (화살표(2805)에 의해 도시된 바와 같이) 자남극(S)이 회전 정렬 컴포넌트(2824)의 근위(+z) 표면(2803)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 중심 자화된 구역(2825), 및 (화살표들(2807, 2809)에 의해 도시된 바와 같이) 자북극(N)이 근위 표면(2803)에 가장 가깝도록 중심 구역(2825)의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 외측 자화된 구역들(2827, 2829)을 갖는다. 중심 자화된 구역(2825)과 외측 자화된 구역들(2827, 2829) 각각 사이에는 강하게 자화되지 않은 중립 구역(2831, 2833)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(2824)는 자화기에 노출되어 구역들(2825, 2827, 2829)을 생성하는 자기 재료의 단일 피스로 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(2824)는 비자기 재료들 또는 그들 사이의 공기 간극들을 갖는 자기 재료의 3개의(또는 그 초과의) 피스들을 사용하여 형성될 수 있다. 도 28b에 도시된 바와 같이, 근위 표면은 양측으로 "북" 극성을 갖는 외측 구역과 함께 "남" 극성을 갖는 중심 구역을 가질 수 있다. 상보적 3-극 회전 정렬 컴포넌트의 근위 표면은 양측으로 남극성의 외측 구역과 함께 남극성의 중심 구역을 가질 수 있다.
도 25a 내지 도 21b의 예들은 예시적이며, 다른 구성들이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 회전 정렬 컴포넌트에 대한 자화 패턴의 선택은 회전 정렬 컴포넌트가 함께 사용되는 환형 정렬 컴포넌트의 자화 패턴과는 독립적일 수 있다.
일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트에 대한 자화 패턴의 선택은 토크 프로파일을 최적화하는 것에 기초할 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 원하는 회전 정렬에 가까울 때 사용자에게 현저한 클로킹 감각을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 클로킹 감각은 환형 정렬 컴포넌트들에 의해 정의된 회전축을 중심으로 한 토크의 결과일 수 있다. 토크의 양은 축과 회전 정렬 컴포넌트 사이의 거리(도 23의 거리(y0)) 및 (도 23에 정의된 바와 같은 y 방향에서의) 회전 정렬 컴포넌트의 길이 뿐만 아니라, 회전 정렬 컴포넌트들의 자기장들의 강도(이는 회전 정렬 컴포넌트들의 크기에 의존할 수 있음), 및 환형 정렬 컴포넌트들이 바람직한 회전 배향을 향해 임의의 토크를 가하는지 여부를 포함하는 다양한 인자들에 의존한다.
도 29는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트의 상이한 자화 구성들에 대한, 도 23에 도시된 종류의 정렬 시스템에 대한 각회전(도 단위)의 함수로서의 토크의 그래프를 도시한다. 각회전은, 0도가 목표 회전 정렬(여기서 회전 각도 컴포넌트들(2322, 2324)의 근위 표면들은, 예를 들어 도 24b에 도시된 바와 같이 가장 근접해 있음)에 대응하도록 정의된다. 토크는, 양의(음의) 값들이 감소하는(증가하는) 회전각의 방향으로의 힘을 표시하도록 정의된다. 토크 프로파일들을 생성하기 위한 목적을 위해, 환형 정렬 컴포넌트들(2316, 2318)은 회전적으로 대칭이고 중심 지점들(2301, 2303)에 의해 정의된 z 축을 중심으로 토크를 가하지 않는 것으로 가정된다. 3개의 상이한 자화 구성들이 고려된다. 라인(2904)은 도 26a 및 도 26b의 4-극 구성에 대응한다. 라인(2905)은 도 27a 및 도 27b의 환형 설계 구성에 대응한다. 라인(2906)은 도 28a 및 도 28b의 3-극 구성에 대응한다. 도시된 바와 같이, 환형 설계(라인(2905)) 및 3-극(라인(2906)) 구성들은, 4-극 구성(라인(2904))과 비교하여, 토크에서 더 예리한 피크, 및 그에 따라 사용자에 대한 더 현저한 클로킹 감각을 제공한다. 부가적으로, 3-극 구성은, 환형-설계 구성보다, 더 강한 피크 토크 및 그에 따른 더 현저한 클로킹 감각을 제공한다. (3-극 구성은 또한 다른 구성들과 비교하여 감소된 자속 누설을 제공할 수 있다.) 도 29의 수치 값들은 예시적이며, 특정 실시예에서의 토크가 자화 구성에 부가하여 다양한 다른 인자들, 예컨대 자석 체적, 종횡비, 및 환형 정렬 컴포넌트의 중심으로부터의 거리(y0)에 의존할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 23에 도시된 예에서, 단일 회전 정렬 컴포넌트는 환형 정렬 컴포넌트의 중심으로부터의 거리(y0)에서 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치된다. 이러한 배열은, 단일 자기 요소가, 디바이스들을 정렬하는 사용자에 대한 현저한 클로킹 감각을 생성하는 토크를 생성하게 허용한다. 일부 실시예들에서, 다른 배열들이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 30은 일부 실시예들에 따른, 다수의 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 정렬 시스템(3000)을 가지는 휴대용 전자 디바이스(3004)를 도시한다. 이러한 예에서, 정렬 시스템(3000)은 환형 정렬 컴포넌트(3018) 및 환형 정렬 컴포넌트(3018)의 주변부 주위의 다양한 위치들에 위치된 회전 정렬 컴포넌트들(3024)의 세트를 포함한다. 이러한 예에서, 대략 90도의 각도 간격들로 위치된 4개의 회전 정렬 컴포넌트들(3024)이 있다. 다른 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트들의 상이한 수들 및 간격이 사용될 수 있다. 각각의 회전 정렬 컴포넌트(3024)는 z-극, 4-극, 3-극, 또는 환형-설계 구성들, 또는 상이한 구성을 포함하는, 위에서 설명된 자화 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 추가로, 상이한 회전 정렬 컴포넌트들(3024)은 서로 상이한 자화 구성들을 가질 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(3024)이 환형 정렬 컴포넌트(3018)의 주변부에 가깝게 배치될 수 있고, 더 많은 수의 자기 컴포넌트들이 더 짧은 레버 아암으로 충분한 토크를 제공할 수 있음에 유의하여야 한다. 상보적 회전 정렬 컴포넌트들은 임의의 유형의 환형 정렬 컴포넌트(예를 들어, 본 명세서에 설명된 바와 같은 1차 정렬 컴포넌트들, 2차 정렬 컴포넌트들, 또는 환형 정렬 컴포넌트들)의 외측 주변부 주위에 배치될 수 있다.
회전 정렬 컴포넌트들의 전술한 예들은 예시적이며, 변형들 또는 수정들이 가능하다는 것이 인식될 것이다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트는 환형 정렬 컴포넌트에 대한 선택적인 보조물로서 제공될 수 있으며, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트 둘 모두를 갖는 디바이스는, 다른 디바이스가 회전 정렬 컴포넌트를 갖는지 또는 갖지 않는지에 관계없이, 상보적 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 다른 디바이스에 측방향으로 정렬될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 23의 휴대용 전자 디바이스(2304)는 (환형 정렬 컴포넌트(2316) 및 회전 정렬 컴포넌트(2322) 둘 모두를 갖는) 액세서리 디바이스(2302)에 회전적으로 정렬될 수 있을 뿐만 아니라, 환형 정렬 컴포넌트(2316)를 갖지만 회전 정렬 컴포넌트(2322)는 갖지 않는 다른 액세서리(예컨대, 배터리 팩(100), 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합하는 다른 배터리 팩들 중 임의의 것)에 측방향으로 정렬될 수 있다. 후자의 경우, 예를 들어 효율적인 무선 충전을 지원하기 위해, 측방향 정렬이 달성될 수 있지만, 바람직한 회전 정렬은 없을 수 있거나, 또는 회전 정렬이 비자기 특징부(예를 들어, 레지, 클립, 노치 등과 같은 기계적 유지 특징부)를 사용하여 달성될 수 있다. 회전 자기 정렬 컴포넌트는 임의의 유형의 환형 자기 정렬 컴포넌트(예를 들어, 아래에서 설명되는 바와 같은 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트들, 2차 환형 자기 정렬 컴포넌트들, 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트들)와 함께 사용될 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들은 디바이스 인클로저에 대해 제위치에 고정되고, 축방향 또는 측방향으로 이동하지 않는다고 가정된다(그러나 필수는 아님). 이는 고정된 자속을 제공한다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들 중 하나 이상이 축방향으로 이동하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예들에서, 이들 자기 구조체들에 의해 제공되는 자속을 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 자속을 제한하는 것은, 사용자가 이들 자기 구조체들 중 하나를 포함하는 전자 디바이스와 함께 휴대하고 있을 수 있는 다양한 충전 및 결제 카드들의 탈자화를 방지하는 것을 도울 수 있다. 그러나, 일부 상황들에서, 전자 디바이스와 액세서리 또는 제2 전자 디바이스 사이의 자기 인력을 증가시키기 위해 이러한 자속을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 자기 정렬 컴포넌트들 중 하나 이상이 측방향으로 이동하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스와 부착 구조체 또는 무선 디바이스는 측방향으로 서로 오프셋될 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트가 측방향으로 이동하는 능력은 이러한 오프셋을 보상하고, 특히 코일이 자기 정렬 컴포넌트와 함께 이동하는 디바이스들 사이의 커플링을 개선시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 이들 자기 구조체들 내의 자석들의 일부 또는 전부가 위치들을 변경하거나 달리 이동할 수 있는 구조체들을 제공할 수 있다. 이동 자석들을 갖는 자기 구조체들의 예들이 다음의 도면들에 도시된다.
도 31a 내지 도 31c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자석들의 예들을 예시한다. 이러한 예에서, 제1 전자 디바이스(3100)는 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 무선 충전 디바이스, 또는 자석(3110)을 갖는 다른 디바이스(예를 들어, 이는 위에서 설명된 자석 어레이(120) 및 정렬 자석들(122)과 같은 환형 또는 다른 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있음)일 수 있다. 도 31a에서, 이동 자석(3110)은 제1 전자 디바이스(3100)에 하우징될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3100)는 디바이스 인클로저(3130), 자석(3110), 및 차폐부(3120)를 포함할 수 있다. 자석(3110)은 비이동 차폐부(3120)에 인접한 제1 위치(도시되지 않음)에 있을 수 있다. 이러한 위치에서, 자석(3110)은 디바이스 인클로저(3130)로부터 분리될 수 있다. 그 결과, 디바이스 인클로저(3130)의 표면에서의 자속(3112)은 상대적으로 낮아서, 그에 의해 자기 디바이스들 및 자기적으로 저장된 정보, 예를 들어 결제 카드들 상에 저장된 정보를 보호할 수 있다. 제1 전자 디바이스(3100) 내의 자석(3110)이 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨짐에 따라, 자석(3110)은 이동할 수 있는데, 예를 들어, 그것은, 도시된 바와 같이, 차폐부(3120)로부터 멀리 떨어지게 이동하여 디바이스 인클로저(3130)에 인접하게 될 수 있다. 자석(3110)이 이러한 위치에 있으면, 디바이스 인클로저(3130)의 표면에서의 자속(3112)은 상대적으로 높을 수 있다. 자속(3112)의 이러한 증가는 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3100)로 끌어당기는 것을 도울 수 있다.
이러한 구성에 의해, 자석(3110)이 차폐부(3120)로부터 분리되기 위해 큰 양의 자기 인력이 필요할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 차폐 부분 및 복귀 플레이트 부분으로 분할되는 차폐부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 31b에서, 라인(3160)은 차폐부(3140) 및 복귀 플레이트(3150)로의 차폐부(3120)의 분할을 표시하는 데 사용될 수 있다.
도 31c에서, 이동 자석(3110)은 제1 전자 디바이스(3100)에 하우징될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3100)는 디바이스 인클로저(3130), 자석(3110), 차폐부(3140), 및 복귀 플레이트(3150)를 포함할 수 있다. 자기 인력의 부재 시, 자석(3110)은 차폐부(3140)가 복귀 플레이트(3150)에 인접할 수 있도록 제1 위치(도시되지 않음)에 있을 수 있다. 다시, 이러한 구성에서, 디바이스 인클로저(3130)의 표면에서의 자속(3112)은 상대적으로 낮을 수 있다. 자석(3110) 및 제1 전자 디바이스가 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨짐에 따라, 자석(3110)은 이동할 수 있는데, 예를 들어, 그것은, 도시된 바와 같이, 복귀 플레이트(3150)로부터 멀리 떨어지게 이동하여 디바이스 인클로저(3130)에 인접하게 될 수 있다. 이러한 구성에서, 차폐부(3140)는 복귀 플레이트(3150)로부터 분리될 수 있고 디바이스 인클로저(3130)의 표면에서의 자속(3112)은 증가될 수 있다. 이전과 같이, 자속(3112)의 이러한 증가는 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3100)로 끌어당기는 것을 도울 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 이동 자석을 안내하기 위해 다양한 하우징들 및 구조체들이 사용될 수 있다. 또한, 다양한 표면들이 이들 이동 자석과 함께 사용될 수 있다. 이들 표면은 강성일 수 있다. 대안적으로, 이들 표면은 컴플라이언트(compliant)일 수 있고 적어도 다소 가요성일 수 있다. 다음의 도면들에 예들이 도시된다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다. 이러한 예에서, 제1 전자 디바이스(3200)는 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 무선 충전 디바이스, 또는 자석(3210)을 갖는 다른 디바이스(예를 들어, 이는 위에서 설명된 자석 어레이(120) 및 정렬 자석들(122)과 같은 환형 또는 다른 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있음)일 수 있다. 도 32a는 제1 전자 디바이스(3200) 내의 이동하는 제1 자석(3210)을 예시한다. 제1 전자 디바이스(3200)는 제1 자석(3210), 보호 표면(3212), 하우징들(3220, 3222), 컴플라이언트 구조체(3224), 차폐부(3240), 및 복귀 플레이트(3250)를 포함할 수 있다. 이러한 도면에서, 제1 자석(3210)은 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨지지 않으며, 따라서 차폐부(3240)는 복귀 플레이트(3250)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착된다. 이러한 위치에서, 컴플라이언트 구조체(3224)는 확장되거나 이완될 수 있다. 컴플라이언트 구조체(3224)는 탄성중합체, 규소 고무 개방 셀 폼, 규소 고무, 폴리우레탄 폼, 또는 다른 폼 또는 다른 압축성 재료로 형성될 수 있다.
도 32b에서, 제2 전자 디바이스(3260)는 제1 전자 디바이스(3200)에 근접하게 되었다. 제2 자석(3270)은 제1 자석(3210)을 끌어당겨서, 그에 의해 차폐부(3240) 및 복귀 플레이트(3250)가 서로 분리되게 할 수 있다. 하우징들(3220, 3222)은 컴플라이언트 구조체(3224)를 압축할 수 있으며, 그에 의해, 제1 전자 디바이스(3200)의 보호 표면(3212)이 제2 전자 디바이스(3260)의 하우징(3280)을 향해 또는 그에 인접하게 이동하게 허용할 수 있다. 제2 자석(3270)은 하우징(3290) 또는 다른 구조체에 의해 제2 전자 디바이스(3260)에서 제위치에 유지될 수 있다. 제2 전자 디바이스(3260)가 제1 전자 디바이스(3200)로부터 제거됨에 따라, 제1 자석(3210) 및 차폐부(3240)는, 도 32a에 도시된 바와 같이, 복귀 플레이트(3250)로 자기적으로 끌어당겨질 수 있다.
도 33a 및 도 33b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체들을 예시한다. 이러한 예에서, 제1 전자 디바이스(3300)는 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 무선 충전 디바이스, 또는 자석(3310)을 갖는 다른 디바이스(예를 들어, 이는 위에서 설명된 자석 어레이(120) 및 정렬 자석들(122)과 같은 환형 또는 다른 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있음)일 수 있다. 도 33a는 제1 전자 디바이스(3300) 내의 이동하는 제1 자석(3310)을 예시한다. 제1 전자 디바이스(3300)는 제1 자석(3310), 유연한(pliable) 표면(3312), 하우징 부분들(3320, 3322), 차폐부(3340), 및 복귀 플레이트(3350)를 포함할 수 있다. 이러한 도면에서, 제1 자석(3310)은 제2 자석으로 끌어당겨지지 않으며, 따라서 차폐부(3340)는 복귀 플레이트(3350)에 자기적으로 부착되거나 그로 끌어당겨진다. 이러한 위치에서, 유연한 표면(3312)은 이완될 수 있다. 유연한 표면(3312)은 탄성중합체, 규소 고무 개방 셀 폼, 규소 고무, 폴리우레탄 폼, 또는 다른 폼 또는 다른 압축성 재료로 형성될 수 있다.
도 33b에서, 제2 전자 디바이스(3360)는 제1 전자 디바이스(3300)에 근접하게 되었다. 제2 자석(3370)은 제1 자석(3310)을 끌어당겨서, 그에 의해 차폐부(3340) 및 복귀 플레이트(3350)가 서로 분리되게 할 수 있다. 제1 자석(3310)은 유연한 표면(3312)을 제2 전자 디바이스(3360)를 향해 신장시킬 수 있으며, 그에 의해, 제1 전자 디바이스(3300)의 제1 자석(3310)이 제2 전자 디바이스(3360)의 하우징(3380)을 향해 이동하게 허용할 수 있다. 제2 자석(3370)은 하우징(3390) 또는 다른 구조체에 의해 제2 전자 디바이스(3360)에서 제위치에 유지될 수 있다. 제2 전자 디바이스(3360)가 제1 전자 디바이스(3300)로부터 제거됨에 따라, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는, 도 33a에 도시된 바와 같이, 복귀 플레이트(3350)로 자기적으로 끌어당겨질 수 있다.
도 34 내지 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다. 이러한 예에서, 제1 전자 디바이스(3400)는 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 무선 충전 디바이스, 또는 자석(3410)을 갖는 다른 디바이스(예를 들어, 이는 위에서 설명된 자석 어레이(120) 및 정렬 자석들(122)과 같은 환형 또는 다른 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있음)일 수 있다. 도 34에서, 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)는 제1 전자 디바이스(3400) 내의 복귀 플레이트(3450)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3400)는 디바이스 인클로저(3420)에 적어도 부분적으로 하우징될 수 있다. 도 35에서, 제2 전자 디바이스(3460)의 하우징(3480)은 제1 전자 디바이스(3400)의 디바이스 인클로저(3420)의 표면을 가로질러 방향(3485)으로 측방향으로 이동할 수 있다. 제2 전자 디바이스(3460) 내의 제2 자석(3470)은 제1 전자 디바이스(3400) 내의 제1 자석(3410)을 끌어당기기 시작할 수 있다. 이러한 자기 인력(3415)은, 차폐부(3440)와 복귀 플레이트(3450) 사이의 자기 인력(3445)을 극복함으로써 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)가 복귀 플레이트(3450)로부터 멀리 떨어지게 당겨질 수 있다. 도 36에서, 제2 전자 디바이스(3460) 내의 제2 자석(3470)은 제1 전자 디바이스(3400) 내의 제1 자석(3410)과 정렬되었다. 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)는 복귀 플레이트(3450)로부터 멀리 떨어지게 당겨져서, 그에 의해 자기 인력(3445)을 감소시켰다. 제1 자석(3410)은 디바이스 인클로저(3420)의 근처 또는 그에 인접하게 이동되어, 그에 의해 제2 전자 디바이스(3460) 내의 제2 자석(3470)으로의 자기 인력(3415)을 증가시킨다.
도 34 내지 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 전자 디바이스(3400) 내의 제1 자석(3410)과 제2 전자 디바이스(3460) 내의 제2 자석(3470) 사이의 자기 인력은, 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)가 복귀 플레이트(3450)로부터 멀리 떨어지게 당겨질 때 증가할 수 있다. 이는 다음의 도면들에서 그래픽으로 도시된다.
도 37은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 수직력을, 그들 사이의 측방향 오프셋의 함수로서 예시한다. 도 34 내지 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3410)과 제2 자석(3670) 사이의 큰 오프셋으로, 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)는 제1 전자 디바이스(3400) 내의 복귀 플레이트(3450)에 부착된 채로 유지될 수 있고, 자기 인력(3415)은 최소일 수 있다. 이러한 자기 인력을 극복하는 데 필요한 전단력은 여기서 곡선(3710)으로 예시된다. 도 35에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3410)과 제2 자석(3470) 사이의 오프셋 또는 측방향 거리가 감소함에 따라, 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)는 복귀 플레이트(3450)로부터 멀리 떨어지게 당겨지거나 분리될 수 있어서, 그에 의해 제1 자석(3410)과 제2 자석(3470) 사이의 자기 인력(3415)을 증가시킬 수 있다. 이는 여기서 불연속부(3720)로서 예시된다. 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3410)과 제2 자석(3470)이 정렬됨에 따라, 자기 인력(3415)은 곡선(3730)을 따라 최대(3740)까지 증가한다. 곡선(3710)과 곡선(3730) 사이의 차이는 제2 전자 디바이스(3460)와 같은 전화 또는 다른 전자 디바이스와 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 또는 제1 전자 디바이스(3400)와 같은 다른 무선 충전 디바이스 사이에서의 자기 인력의 증가를 보여줄 수 있으며, 이는 제1 자석(3410)이 축방향으로 이동할 수 있는 것으로부터 초래된다. 또한, 이러한 예에서 제1 자석(3410)은 측방향으로 이동하지 않지만, 다른 예들에서 그것은 그러한 이동이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 제1 자석(3410)이 측방향으로 이동할 수 있는 경우, 곡선(3730)은, 0의 오프셋으로부터, 제1 자석(3410)의 가능한 측방향 이동의 범위에 의해 극복될 수 있는 오프셋까지, 평탄화된 피크를 가질 수 있다.
도 38은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 전단력을, 그들 사이의 측방향 오프셋의 함수로서 예시한다. 제1 자석(3410)과 제2 자석(3470) 사이에 오프셋이 없으면, 도 34에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3410)에 대해 제2 자석(3470)을 이동시키기 위한 전단력이 없다. 오프셋이 증가됨에 따라, 자석들을 재정렬하려고 시도하는 힘인 전단력이, 곡선(3840)을 따라 증가할 수 있다. 불연속부(3810)에서, 제1 자석(3410) 및 차폐부(3440)는 (도 34 내지 도 36에 도시된 바와 같이) 복귀 플레이트(3450)로 복귀하여, 그에 의해 자기 전단력을 지점(3820)으로 감소시킬 수 있다. 자기 전단력은 오프셋이 증가함에 따라 곡선(3830)을 따라 계속 떨어질 수 있다. 곡선(3830)과 곡선(3840) 사이의 차이는 제2 전자 디바이스(3460)와 같은 전화 또는 다른 전자 디바이스와 배터리 팩, 예컨대 배터리 팩(100) 또는 본 명세서에 도시되거나 그렇지 않으면 본 발명의 일 실시예에 부합된 다른 배터리 팩들 중 임의의 것, 또는 제1 전자 디바이스(3400)와 같은 다른 무선 충전 디바이스 사이에서의 자기 인력의 증가를 보여줄 수 있으며, 이는 제1 자석(3410)이 축방향으로 이동할 수 있는 것으로부터 초래된다. 또한, 이러한 예에서 제1 자석(3410)은 측방향으로 이동하지 않지만, 다른 예들에서 그것은 그러한 이동이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 제1 자석(3410)이 측방향으로 이동할 수 있는 경우, 곡선(3830)은, 제2 자석(3470)의 측방향 이동이 제1 자석(3410)의 가능한 측방향 이동의 범위를 극복할 때까지, 0에서 유지될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 이러한 전단력을 추가로 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 이러한 전단력을 증가시키기 위해, 다양한 높은 마찰 또는 높은 정지마찰 표면들, 흡입 컵들, 핀들, 또는 다른 구조체들을 제공할 수 있다.
다양한 응용들의 경우, 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스가, 정렬되게 되는 다른 디바이스들을 식별할 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 디바이스들이 디바이스들 사이에 통신 프로토콜을 정의하는 무선 충전 표준을 지원하는 일부 실시예들에서, 디바이스들은 통신하기 위해 그 프로토콜을 사용할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전달을 위한 Qi 표준은, 유도 코일들에서의 변조 방식을 통해 전력-수신 디바이스(즉, 무선으로 전달되는 전력을 수신하기 위한 유도 코일을 갖는 디바이스)가 전력-송신 디바이스(즉, 시변 자기장을 생성하여 다른 디바이스로 전력을 무선으로 전달하기 위한 유도 코일을 갖는 디바이스)에 정보를 통신할 수 있게 하는 통신 프로토콜을 정의한다. Qi 통신 프로토콜 또는 유사한 프로토콜들은 디바이스 식별 또는 충전 상태와 같은 정보 또는 전력-수신 디바이스로부터 전력-송신 디바이스로의 전력 전달을 증가 또는 감소시키기 위한 요청들을 통신하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 근거리 통신(NFC) 서브시스템과 같은 별개의 통신 서브시스템은, 하나의 디바이스에 위치된 태그 회로로부터 다른 디바이스에 위치된 판독기 회로로의, 디바이스 식별을 포함하는 부가적인 통신을 가능하게 하도록 제공될 수 있다. (본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "NFC"는 서로 근접해 있는 안테나 구조체들, 예를 들어 와이어의 코일들 사이에서 데이터를 통신하기 위해 근접장 전자기 방사선을 사용하는 공지된 표준 프로토콜들을 포함하는 다양한 프로토콜들을 포함한다.) 예를 들어, 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 각각의 디바이스는 또한 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측에 그리고 그와 동심으로 배치될 수 있는 NFC 코일을 가질 수 있다. 디바이스가 또한 유도 충전 코일(이는 송신기 코일 또는 수신기 코일일 수 있음)을 갖는 경우, NFC 코일은 유도 충전 코일과 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이의 환형 간극에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 프로토콜은, 휴대용 전자 디바이스 및 액세서리 디바이스의 개개의 자기 정렬 컴포넌트들이 정렬되게 될 때 휴대용 전자 디바이스가 액세서리 디바이스를 식별하게 허용하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스의 NFC 코일은 NFC 판독기 회로에 커플링될 수 있는 반면, 액세서리 디바이스의 NFC 코일은 NFC 태그 회로에 커플링될 수 있다. 디바이스들이 근접하게 될 때, 휴대용 전자 디바이스의 NFC 판독기 회로는 액세서리 디바이스의 NFC 태그를 판독하도록 활성화될 수 있다. 이러한 방식으로, 휴대용 전자 디바이스는 액세서리 디바이스로부터 정보(예를 들어, 디바이스 식별)를 획득할 수 있다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스 내의 NFC 판독기는, 상보적 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스가 정렬되게 될 때 예상되는 변화에 대응하는 휴대용 전자 디바이스 내에서의 DC(또는 정적) 자기장의 변화를 검출함으로써 트리거될 수 있다. 예상된 변화가 검출될 때, 다른 디바이스가 존재한다고 가정하면, NFC 판독기는 다른 디바이스 내의 NFC 태그를 판독하도록 활성화될 수 있다.
이제, NFC 회로부 및 자기 정렬 컴포넌트들을 포함하는 디바이스들의 예들이 설명될 것이다.
일부 실시예들에서, NFC 태그는 무선 충전기 및 환형 정렬 구조체를 포함하는 디바이스 내에 위치될 수 있다. NFC 태그는, 무선 충전기 디바이스가 상보적 환형 정렬 구조체 및 NFC 판독기를 갖는 휴대용 디바이스와 정렬될 때, NFC 태그가 휴대용 전자 디바이스의 NFC 판독기에 의해 판독가능하도록, 위치되고 구성될 수 있다.
도 39는 일부 실시예들에 따른 NFC 태그를 포함하는 무선 충전기 디바이스(3902)의 분해도를 도시하고, 도 40은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(3902)의 부분 단면도를 도시한다. 도 39에 도시된 바와 같이, 무선 충전기 디바이스(3902)는 플라스틱 또는 금속(예를 들어, 알루미늄)으로 제조될 수 있는 인클로저(3904), 및 AC 및 DC 자기장에 대해 투과성인 실리콘, 플라스틱, 유리, 또는 다른 재료로 제조될 수 있는 접촉 표면(3906)을 포함할 수 있다. 접촉 표면(3906)은 인클로저(3904)의 상부에서 원형 개구(3903) 내에 끼워지도록 형상화될 수 있다.
무선 송신기 코일 조립체(3911)는 인클로저(3904) 내에 배치될 수 있다. 무선 송신기 코일 조립체(3911)는 다른 디바이스로의 유도 전력 전달을 위한 무선 송신기 코일(3912)뿐만 아니라, 무선 송신기 코일(3912)의 일부 또는 모든 표면들 주위에 배치된 AC 자기 및/또는 전기 차폐부(들)(3913)를 포함할 수 있다. 무선 송신기 코일(3912)을 제어하기 위한 제어 회로부(3914)(이는, 예를 들어, 로직 보드 및/또는 전력 회로부를 포함할 수 있음)는 코일(3912)의 중심에 그리고/또는 코일(3912) 아래에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 회로부(3914)는 Qi 프로토콜 또는 다른 프로토콜들과 같은 무선 충전 프로토콜에 따라 무선 송신기 코일(3912)을 동작시킬 수 있다.
1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)가 무선 송신기 코일 조립체(3911)를 둘러쌀 수 있다. 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석 섹션들을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석 섹션은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 구역, 제1 축 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 구역, 및 자기적으로 편광되지 않는 중심 아치형 구역을 포함할 수 있다. (예들이 아래에서 설명된다.) 일부 실시예들에서, 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)의 직경 및 두께는, 도 40에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)의 아치형 자석 섹션들이 인클로저(3904)의 상단 표면에서 립(lip)(3909) 아래에 끼워지도록 선택된다. 예를 들어, 각각의 아치형 자석 섹션은, 내측 및 외측 구역들을 자화시키기 전 또는 후에, 립(3909) 아래에서 제위치에 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)는 2개의 인접한 아치형 자석 섹션들 사이에 간극(3936)을 가질 수 있다. 간극(3936)은 외부 와이어들이 무선 송신기 코일(3912) 및/또는 제어 회로부(3914)에 연결되게 허용하도록 인클로저(3904)의 측부 표면 내의 개구(3907)와 정렬될 수 있다.
지지 링 부분조립체(3940)는 축방향으로 연장되는 환형 프레임(3942) 및 프레임(3942)의 상부 에지에서의 마찰 패드(3944)를 포함할 수 있다. 마찰 패드(3944)는 실리콘 또는 열가소성 우레탄(TPU)과 같은 열가소성 탄성중합체(TPE)와 같은 재료로 제조될 수 있고, 접촉 표면(3906)에 대한 지지 및 보호를 제공할 수 있다. 프레임(3942)은 폴리카보네이트(PC), 유리-섬유 강화 폴리카보네이트(GFPC), 또는 유리-섬유 강화 폴리아미드(GFPA)와 같은 재료로 제조될 수 있다. 프레임(3942)은 그 상에 배치된 NFC 코일(3964)을 가질 수 있다. 예를 들어, NFC 코일(3964)은 프레임(3942) 상에 권취된 구리 와이어 또는 다른 전도성 와이어로 제조된 4-턴 또는 5-턴 솔레노이드 코일일 수 있다. NFC 코일(3964)은 제어 회로부(3914)의 일부일 수 있는 NFC 태그 회로부(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다. NFC 회로들의 관련 설계 원리들은 본 기술 분야에서 잘 이해되며, 상세한 설명은 생략된다. 프레임(3942)은 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)와 무선 송신기 코일 조립체(3911) 사이의 간극 구역(3917) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극 구역(3917)은 무선 송신기 코일(3912)에서 생성된 AC 전자기장으로부터 AC 차폐부(3913)에 의해 차폐되고, 또한 아치형 자석 섹션들의 폐쇄-루프 구성에 의해 1차 환형 자기 정렬 컴포넌트(3916)의 DC 자기장으로부터 차폐된다.
위에서 설명된 바와 같이, 모바일 폰을 위한 케이스와 같은 액세서리 디바이스는 무선 충전 코일을 갖거나 갖지 않는 보조 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 보조 자기 정렬 컴포넌트는, 휴대용 전자 디바이스가 액세서리 디바이스에 부착되는(예를 들어, 그 내에 삽입되는) 동안 충전기 디바이스의 무선 충전 송신기 코일을 휴대용 전자 디바이스의 무선 충전 수신기 코일과 정렬시키기 위해 1차 자기 정렬 컴포넌트 및 2차 정렬 컴포넌트의 사용을 지원하는 "리피터"로서의 역할을 할 수 있다.
도 41은 일부 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스(5004)에서 구현될 수 있는 프로세스(4100)의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 프로세스(4100)는 휴대용 전자 디바이스(5004)가 전원이 온되는 동안 반복적으로 수행될 수 있다. 블록(4102)에서, 프로세스(4100)는 예를 들어 자력계(5080)를 사용하여 기준선 자기장을 결정할 수 있다. 블록(4104)에서, 프로세스(4100)는 자기장의 변화가 검출될 때까지 자력계(5080)로부터의 신호들을 계속해서 모니터링할 수 있다. 블록(4106)에서, 프로세스(4100)는 자기장의 변화가 상보적 자기 정렬 컴포넌트의 정렬과 연관된 변화의 크기 및 방향과 매칭되는지 여부를 결정할 수 있다. 그렇지 않으면, 기준선 자기장은 블록(4102)에서 업데이트될 수 있다. 블록(4106)에서, 자기장의 변화가 상보적 정렬 컴포넌트의 정렬과 연관된 변화의 크기 및 방향과 매칭되면, 블록(4108)에서, 프로세스(4100)는 정렬된 디바이스의 NFC 태그를 판독하기 위해 NFC 코일(5060)과 연관된 NFC 판독기 회로부를 활성화시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 유형들의 디바이스들(예를 들어, 수동 액세서리 대 무선 충전기와 같은 능동 액세서리)과 연관된 NFC 태그들은 NFC 판독기 회로부로부터의 상이한 자극 신호들에 응답하도록 튜닝되고, 자기장의 특정 변화에 관한 정보는 NFC 판독기 회로부에 의해 생성될 특정 자극 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 블록(4110)에서, 프로세스(4100)는 NFC 태그로부터 판독된 식별 정보를 수신할 수 있다. 블록(4112)에서, 프로세스(4100)는 식별 정보에 기초하여 휴대용 전자 디바이스(5004)의 거동을 수정할 수 있으며, 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같은 색상 세척 효과를 생성할 수 있다. 블록(4112) 이후에, 프로세스(4100)는 선택적으로, 블록(4102)으로 복귀하여 자력계(5080)의 연속적인 모니터링을 제공할 수 있다. 프로세스(4100)는 예시적이며, 프로세스(4100)에 부가하여 또는 그 대신에 다른 프로세스들이 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
위에서 설명된 NFC 태그 및 NFC 판독기 회로들은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 코일 설계들은 권취된 와이어 코일들을 에칭된 코일들로 대체함으로써(또는 그 반대로) 그리고 솔레노이드 코일들을 편평한 코일들로 대체함으로써(또는 그 반대로) 수정될 수 있다. "권취된 와이어" 코일들은, 와이어를 권취함으로써, 구리 시트로부터 코일을 스탬핑하고 스탬핑된 부품 위에 플라스틱을 성형함으로써, 또는 니들 디스펜서를 사용하여 플라스틱 부품 상에 와이어를 침착시킴으로써를 포함한, 다양한 기법들을 사용하여 제조될 수 있고; 와이어는 연화된 플라스틱 내로 매립되도록 가열될 수 있다. 에칭된 코일들은, 표면을 금속으로 코팅하고 원하지 않는 금속을 에칭함으로써 제조될 수 있다. 다양한 NFC 코일들에서의 턴들의 수는 특정 응용에 대해 수정될 수 있다. 특정 디바이스를 위한 권취된 와이어 코일들 또는 에칭된 코일들의 선택은 다양한 설계 고려사항들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 내부 로직 보드를 갖는 디바이스들에서, 권취된 와이어 NFC 코일은 로직 보드로 종단될 수 있고; 로직 보드가 부재하는 경우, 에칭된 코일은 코일의 종단을 단순화할 수 있다. 다른 설계 고려사항들은 코일의 Q 인자(권취된 코일은 더 작은 공간에서 더 높은 Q를 제공할 수 있음) 및/또는 조립의 용이함을 포함할 수 있다.
추가로, NFC 태그 회로를 갖는 디바이스가 또한 능동 회로부를 갖는 경우(예컨대, 충전 거동을 제어하기 위해 능동 회로부를 갖는 무선 충전기 디바이스들), NFC 태그 회로는 수동 태그로 제한되지 않고; 호환가능한 휴대용 전자 디바이스와의 양방향 통신을 가능하게 하기 위해 능동 NFC 태그 회로가 제공될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스 및 무선 충전기 디바이스 내의 능동 NFC 회로들은 무선 충전기 디바이스로의 펌웨어 업데이트들의 전달을 지원하는 데 사용될 수 있다.
근접-검출 기법들이 또한 변화될 수 있다. 예를 들어, 상이한 유형의 자력계(예를 들어, 단축 자력계)가 사용될 수 있거나, 또는 자기 정렬 컴포넌트들에 대한 상이한 위치들에 있는 다수의 자력계들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀 효과 센서가 자력계 대신에 사용될 수 있지만, 홀 효과 센서는 일반적으로 변화의 크기 또는 방향을 측정하기보다는 변화 또는 비-변화만을 표시할 수 있기 때문에 거짓 양성(false positive)이 증가할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 부착 디바이스들의 부분들은 전도성일 수 있다. 이들 전도성 부분들, 예컨대 차폐부, 복귀 플레이트, 백플레이트, 및 다른 부분들은 스탬핑, 단조, 금속-사출 성형, 3D 인쇄, CNC 또는 다른 기계가공, 또는 다른 제조 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 이들은 스테인레스 강, 알루미늄, 또는 다른 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 부착 디바이스들의 부분들은 비전도성일 수 있다. 이들 비전도성 부분들, 예컨대 부착 부분에 대한 하우징, 스토크(stalk), 접촉 표면, 및 다른 비전도성 부분들은 사출 또는 다른 몰딩, 3D 인쇄, 기계가공, 또는 다른 제조 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 이들은 규소 또는 실리콘, 고무, 경질 고무, 플라스틱, 나일론, 액정 폴리머(LCP)들, 또는 다른 비전도성 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.
개인적으로 식별가능한 정보의 사용은 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 산업 또는 정부 요건들을 충족하거나 초과하는 것으로 일반적으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 하는 것이 잘 이해된다. 특히, 개인적으로 식별가능한 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험성들을 최소화하도록 관리되고 처리되어야 하며, 인가된 사용의 성질은 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
본 발명의 실시예들의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적들을 위해 제시되었다. 이는 총망라하거나 본 발명을 기재된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않으며, 많은 변형 및 변경이 상기의 교시에 비추어 가능하다. 본 발명의 원리들 및 그의 실제적인 응용들을 가장 잘 설명하여서, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가, 본 발명을 다양한 실시예들에서 그리고 고려되는 특정 용도에 적합한 바와 같은 다양한 변형을 갖고서 가장 잘 이용하는 것을 가능하게 하도록, 실시예들이 선택 및 설명되었다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위의 범주 내의 모든 수정들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다는 것이 인식될 것이다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩으로서,
    접촉 표면 및 인클로저(enclosure)를 포함하는 하우징을 포함하며,
    상기 하우징은,
    자석;
    배터리;
    코일;
    커넥터 리셉터클(connector receptacle); 및
    상기 코일, 상기 배터리, 및 상기 커넥터 리셉터클에 커플링된 제어 회로부를 포함하는, 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 커넥터 리셉터클을 통해 전력을 수신하고 상기 배터리를 충전할 수 있는, 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 코일을 통해 전력을 수신하고 상기 배터리를 충전할 수 있는, 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 회로부는 상기 배터리로부터 전력을 수신하고 상기 코일을 사용하여 전력을 제공할 수 있는, 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자석은 자석 어레이 및 정렬 자석을 포함하며,
    상기 정렬 자석은 상기 배터리 팩을 특정 배향으로 표면에 정렬시키는, 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자석 어레이는 차폐부에 부착되는, 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자석 어레이 및 상기 차폐부는 복귀 플레이트에 자기적으로 부착될 수 있는, 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차폐부와 상기 복귀 플레이트 사이에 댐퍼(damper)를 더 포함하는, 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인클로저의 외부 표면은 주로 제1 색상이고, 상기 인클로저는 스쿠핑된 부분(scooped portion)을 포함하며,
    상기 스쿠핑된 부분은 주로 제2 색상이고, 상기 제2 색상은 상기 제1 색상과 상이한, 배터리 팩.
  10. 배터리 팩으로서,
    커넥터 리셉터클을 사용하여 유선 전력을 수신할 수 있고;
    코일 및 제어 회로부를 사용하여 무선 전력을 수신할 수 있고;
    상기 코일 및 상기 제어 회로부를 사용하여 무선 전력을 제공할 수 있으며;
    자석을 사용하여 표면에 부착될 수 있는, 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 추가로,
    수신된 유선 전력을 사용하여 내부 배터리를 충전할 수 있고;
    수신된 무선 전력을 사용하여 상기 내부 배터리를 충전할 수 있으며;
    무선 전력을 제공하기 위해 상기 내부 배터리를 사용할 수 있는, 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 커넥터 리셉터클을 사용하여 데이터를 추가로 수신할 수 있는, 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 상기 코일 및 상기 제어 회로부를 사용하여 상기 수신된 데이터를 추가로 제공할 수 있는, 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자석은 자석 어레이 내의 자석인, 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자석은 상기 배터리 팩을 특정 배향으로 상기 표면에 정렬시키기 위한 정렬 자석을 더 포함하는, 배터리 팩.
  16. 배터리 팩으로서,
    접촉 표면 및 인클로저를 포함하는 하우징을 포함하며,
    상기 하우징은,
    자석 어레이;
    상기 자석 어레이를 지지하고 상기 자석 어레이에 부착된 차폐부;
    상기 자석 어레이 및 상기 차폐부로 자기적으로 끌어당겨지는 복귀 플레이트;
    상기 차폐부와 상기 복귀 플레이트 사이의 댐퍼;
    배터리;
    코일;
    커넥터 리셉터클; 및
    상기 코일, 상기 배터리, 및 상기 커넥터 리셉터클에 커플링된 제어 전자기기를 포함하는, 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 자석 어레이 및 상기 차폐부는 상기 복귀 플레이트에 부착되는, 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 복귀 플레이트에 부착되는, 배터리 팩.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 차폐부에 부착되는, 배터리 팩.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 댐퍼는 폼(foam)으로 형성되는, 배터리 팩.
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