KR20220145899A - 스위칭가능한 자기 코어를 갖는 무선 충전 시스템 - Google Patents

Abstract

무선 전력 시스템 내의 전자 디바이스는 케이스와 같은 제거가능한 액세서리(removable accessory)와 함께 동작가능할 수 있다. 디바이스는 디바이스가 케이스에 결합되는 동안 케이스에, 케이스로부터, 또는 케이스를 통해 무선 전력을 전달할 수 있다. 디바이스는 동일 평면 상의 전력 송신 및 전력 수신 코일들을 가질 수 있다. 제거가능한 액세서리는 매립된 스위칭가능한 페리자성 코어 및 스위칭가능한 페리자성 코어와 중첩하는 코일을 가질 수 있다. 스위칭가능한 페리자성 코어는 스위칭가능한 페리자성 코어가 불포화된 제1 상태에서 동작가능할 수 있다. 스위칭가능한 페리자성 코어는 스위칭가능한 페리자성 코어가 무선 전력 송신 디바이스 내의 영구 자석으로부터의 자기장에 의해 포화되는 제2 상태에서 동작가능할 수 있다. 제2 상태에서, 스위칭가능한 페리자성 코어는 제1 상태에서보다 더 낮은 투자율(magnetic permeability) 및 더 높은 자기 저항(magnetic reluctance)을 가질 수 있다.

Description

스위칭가능한 자기 코어를 갖는 무선 충전 시스템

본 출원은, 2021년 2월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/179,603호, 및 2020년 6월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/041,729호에 대한 우선권을 주장하며, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.

기술분야

본 출원은 일반적으로 전력 시스템들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전자 디바이스들을 충전하기 위한 무선 전력 시스템들에 관한 것이다.

무선 충전 시스템에서, 충전 매트와 같은 무선 전력 송신 디바이스는 휴대용 전자 디바이스와 같은 무선 전력 수신 디바이스로 전력을 무선으로 송신한다. 무선 전력 수신 디바이스는 코일 및 정류기 회로부를 갖는다. 코일은 무선 충전 매트로부터 교류 무선 전력 신호들을 수신한다. 정류기 회로부는 수신된 신호들을 직류 전력으로 변환한다.

무선 전력 시스템은 하나 이상의 무선 전력 송신 디바이스들, 하나 이상의 무선 전력 수신 디바이스들, 및 하나 이상의 무선 전력 송신 및 수신 디바이스들을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는 코일 및 코일에 결합된 무선 전력 송신 회로부를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 회로부는 코일을 이용하여 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 코일 및 무선 전력 신호들을 직류 전력으로 변환하도록 구성된 정류기 회로부를 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 및 수신 디바이스는 적어도 하나의 코일, 및 무선 전력 송신 회로부 및 무선 전력 수신 회로부 둘 모두를 포함할 수 있다.

무선 전력 시스템 내의 디바이스는 케이스와 같은 제거가능한 액세서리(removable accessory)와 함께 동작가능할 수 있다. 디바이스는 전자 디바이스가 케이스에 결합되는 동안 케이스를 통해 무선 전력을 송신 또는 수신할 수 있다. 디바이스는 또한 전자 디바이스가 케이스에 결합되는 동안 케이스에 무선 전력을 송신하거나 케이스로부터 무선 전력을 수신할 수 있다. 케이스는 전자 디바이스의 디스플레이를 덮는 전방 커버 부분을 갖는 폴리오 형상(folio shape)을 가질 수 있다.

제거가능한 액세서리는 매립된 스위칭가능한 페리자성 코어 및 스위칭가능한 페리자성 코어와 중첩하는 코일을 가질 수 있다. 하나의 시나리오에서, 제거가능한 액세서리는 별개의 무선 전력 송신 디바이스(예컨대, 무선 충전 매트)에 결합되지 않고 디바이스에 결합될 수 있다. 이 시나리오에서, 스위칭가능한 페리자성 코어는 스위칭가능한 페리자성 코어가 불포화되고 높은 투자율(magnetic permeability) 및 낮은 자기 저항(magnetic reluctance)을 갖는 제1 상태에서 동작가능할 수 있다. 제1 상태에서, 스위칭가능한 페리자성 코어는 수신된 자속을 디바이스로부터, 제거가능한 액세서리에 내장된 코일을 향해 지향시킬 수 있다.

제거가능한 액세서리가 디바이스에 결합되는 것 및 무선 충전 매트 상에 배치되는 것 둘 모두가 될 때, 무선 충전 매트는 제거가능한 액세서리를 통해 디바이스로 무선 전력을 전달할 수 있다. 이 시나리오에서, 스위칭가능한 페리자성 코어는 스위칭가능한 페리자성 코어가 무선 충전 매트 내의 영구 자석으로부터의 자기장에 의해 포화되는 제2 상태에서 동작가능할 수 있다. 제2 상태에서, 스위칭가능한 페리자성 코어는 제1 상태에서보다 더 낮은 투자율 및 더 높은 자기 저항을 가질 수 있다. 스위칭가능한 페리자성 코어는, 스위칭가능한 페리자성 코어가 무선 전력 송신 디바이스 및 그의 영구 자석의 존재에 따라 상이한 자기 저항들을 갖도록 선택되는 포화 자속 밀도를 가질 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 무선 전력 송신 및 수신 회로부의 회로도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전방 커버 부분을 갖는 예시적인 제거가능한 케이스의 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 도 3의 예시적인 제거가능한 케이스의 측단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 충전 표면 상에 휴대용 전자 디바이스 및 제거가능한 액세서리를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 충전 표면 상에 휴대용 전자 디바이스를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템의 측단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 제거가능한 액세서리에 결합된 휴대용 전자 디바이스를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템의 측단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 무선 전력 송신 디바이스의 충전 표면 상에 휴대용 전자 디바이스 및 제거가능한 액세서리를 갖는 예시적인 무선 충전 시스템의 측단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른, 링-형상 스위칭가능한 페리자성 코어를 갖는 예시적인 제거가능한 액세서리의 후방 부분의 평면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 중심 개구를 갖는 송신 코일 및 중심 개구 내의 수신 코일을 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 평면도이다.

무선 전력 시스템은 무선 전력을 송신하는 하나 이상의 전자 디바이스들, 무선 전력을 수신하는 하나 이상의 전자 디바이스들, 및 무선 전력을 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두를 하는 하나 이상의 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는, 예로서, 무선 충전 매트 또는 무선 충전 퍽일 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는, 예로서, 손목 시계, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 또는 다른 전자 장비와 같은 디바이스일 수 있다. 무선 전력 송신 및 수신 디바이스는 전자 디바이스 케이스(예를 들어, 셀룰러 전화기용 케이스) 또는 다른 유형의 전자 디바이스일 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스는 무선 전력 수신 디바이스에 전력을 무선으로 송신할 수 있다. 무선 전력 수신 디바이스는 디바이스에 전력을 공급하기 위해 그리고 내부 배터리를 충전하기 위해 무선 전력 송신 디바이스로부터의 전력을 사용한다.

무선 전력은 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들을 사용하여 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력 수신 디바이스로 송신된다. 무선 전력 수신 디바이스는 수신된 무선 전력 신호들을 직류 전력으로 변환하는 정류기 회로부에 결합된 하나 이상의 무선 전력 수신 코일들을 갖는다.

예시적인 무선 전력 시스템(무선 충전 시스템)이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 전력 시스템(8)은 무선 전력 송신 디바이스(12)와 같은 하나 이상의 무선 전력 송신 디바이스들, 무선 전력 수신 디바이스(24)와 같은 하나 이상의 무선 전력 수신 디바이스들, 및 무선 전력 송신 및 수신 디바이스(18)와 같은 무선 전력을 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두가 가능한 하나 이상의 전자 디바이스들을 포함할 수 있다. 각각의 유형의 디바이스 중 하나 이상이 임의의 주어진 시간에 무선 전력 시스템에 존재할 수 있으며, 이때 디바이스들은 유동적인 방식으로 추가되고 시스템으로부터 제거된다는 것이 이해되어야 한다. 전력 송신 및 수신(18)의 기능은 주어진 시간에 시스템의 배열에 따라 변화할 수 있다. 전력 송신 및 수신 디바이스는 일부 시나리오들에서 전력을 송신할 수만 있고, 일부 시나리오들에서는 전력을 수신할 수만 있고, 일부 시나리오들에서는 전력을 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두를 할 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 일부 시나리오들에서 전력 수신 디바이스(24)에 직접 전력을 송신할 수 있다. 다른 시나리오들에서, 전력 송신 디바이스(12)는 전력 송신 및 수신 디바이스(18)에 전력을 송신할 수 있으며, 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 이어서 전력 수신 디바이스(24)에 전력을 송신한다. 시스템 내의 각각의 디바이스의 기능 및 각각의 디바이스의 유도 결합은, 디바이스들이 시스템에 추가되고 시스템으로부터 제거됨에 따라 업데이트될 수 있다.

무선 전력 송신 디바이스(12)는 제어 회로부(16)를 포함한다. 무선 전력 수신 디바이스(24)는 제어 회로부(30)를 포함한다. 무선 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 제어 회로부(78)를 포함한다. 제어 회로부(16), 제어 회로부(30), 및 제어 회로부(78)와 같은 시스템(8) 내의 제어 회로부는 시스템(8)의 동작을 제어하는 데 사용된다. 이 제어 회로부는 마이크로프로세서, 전력 관리 유닛, 기저대역 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기, 및/또는 프로세싱 회로를 갖는 주문형 집적 회로와 연관된 프로세싱 회로부를 포함할 수 있다. 프로세싱 회로부는 디바이스들(12, 18, 24) 내의 원하는 제어 및 통신 특징부들을 구현한다. 예를 들어, 프로세싱 회로부는, 코일들을 선택하고, 전력 송신 레벨들을 결정하고, 이물질들을 검출하고 다른 태스크들을 수행하기 위해 센서 데이터 및 다른 데이터를 프로세싱하고, 사용자 입력을 프로세싱하고, 디바이스들(12, 18, 24) 사이의 협상들을 처리하고, 대역내 및 대역외 데이터를 전송 및 수신하고, 측정들을 수행하고, 시스템(8)의 동작을 다른 방식으로 제어하는 데 사용될 수 있다.

시스템(8) 내의 제어 회로부는 하드웨어(예를 들어, 전용 하드웨어 또는 회로부), 펌웨어, 및/또는 소프트웨어를 사용하여 시스템(8)에서 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다. 시스템(8)에서 동작들을 수행하기 위한 소프트웨어 코드는 제어 회로부(8) 내의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(예컨대, 유형의(tangible) 컴퓨터 판독가능 저장 매체들) 상에 저장된다. 소프트웨어 코드는 때때로 소프트웨어, 데이터, 프로그램 명령어들, 명령어들, 또는 코드로 지칭될 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 비휘발성 랜덤-액세스 메모리(NVRAM)와 같은 비휘발성 메모리, 하나 이상의 하드 드라이브들(예를 들어, 자기 드라이브들 또는 솔리드 스테이트 드라이브들), 하나 이상의 탈착가능 플래시 드라이브들 또는 다른 탈착가능 매체들 등을 포함할 수 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 소프트웨어는 제어 회로부(16, 30, 및/또는 78)의 프로세싱 회로부 상에서 실행될 수 있다. 프로세싱 회로부는 프로세싱 회로부, 하나 이상의 마이크로프로세서들, 중앙 프로세싱 유닛(CPU) 또는 다른 프로세싱 회로부를 갖는 주문형 집적 회로들을 포함할 수 있다.

전력 송신 디바이스(12)는 독립형 전력 어댑터(예를 들어, 전력 어댑터 회로부를 포함하는 무선 충전 매트 또는 충전 퍽)일 수 있거나, 케이블에 의해 전력 어댑터 또는 다른 장비에 결합되는 무선 충전 매트 또는 퍽일 수 있거나, 휴대용 디바이스일 수 있거나, 가구, 차량, 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있거나, 탈착가능 배터리 케이스일 수 있거나, 또는 다른 무선 전력 전달 장비일 수 있다. 무선 전력 송신 디바이스(12)가 무선 충전 매트 또는 퍽인 예시적인 구성들은 때때로 본 명세서에서 일 예로서 설명된다.

전력 수신 디바이스(24)는 손목시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드와 같은 액세서리, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 벽 콘센트(예컨대, 교류 전원)에 결합될 수 있고, 전력을 공급하기 위한 배터리를 가질 수 있고/있거나 다른 전력의 공급원을 가질 수 있다. 전력 송신 디바이스(12)는 벽 콘센트 또는 다른 전원으로부터의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 교류(AC)-직류(DC) 전력 변환기, 예컨대 AC-DC 전력 변환기(14)를 가질 수 있다. DC 전력은 제어 회로부(16)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 동작 동안, 제어 회로부(16) 내의 제어기는 무선 전력을 디바이스(24)의 전력 수신 회로부(54)에 송신하기 위해 전력 송신 회로부(52)를 사용한다. 단순화를 위해, 무선 전력을 전력 수신 디바이스(24)에 송신하는 전력 송신 디바이스(12)의 예가 본 명세서에 설명된다. 그러나, 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 무선 전력 전달 동작들 동안 전력 송신 디바이스 및 전력 수신 디바이스 중 하나 또는 둘 모두를 대체할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

전력 송신 회로부(52)는 무선 전력 송신 코일(들)(36)과 같은 하나 이상의 무선 전력 송신 코일들을 통해 AC 전류 신호들을 생성하기 위하여 제어 회로부(16)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기초하여 턴 온/턴 오프되는 스위칭 회로부(예를 들어, 트랜지스터들로 형성된 인버터 회로부(61))를 가질 수 있다. 이러한 코일 구동 신호들은 코일(들)(36)이 무선 전력을 송신하게 한다. 코일들(36)은 평면 코일 어레이로 배열될 수 있거나, 코일들의 클러스터를 형성하도록 배열될 수 있다. 일부 배열들에서, 디바이스(12)(예를 들어, 충전 매트, 퍽 등)는 단일 코일만을 가질 수 있다. 다른 배열들에서, 무선 충전 디바이스는 다수의 코일들(예를 들어, 2개 이상의 코일들, 5 내지 10개의 코일들, 적어도 10개의 코일들, 10 내지 30개의 코일들, 35개 미만의 코일들, 25개 미만의 코일들, 또는 다른 적합한 수의 코일들)을 가질 수 있다.

AC 전류들이 하나 이상의 코일들(36)을 통과함에 따라, 교류 전자기(예를 들어, 자기)장(무선 전력 신호들(44))이 생성되며, 이들은 전력 수신 디바이스(24) 내의 코일(들)(48)과 같은 하나 이상의 대응하는 수신기 코일들에 의해 수신된다. 다시 말해서, 코일들(36) 중 하나 이상은 코일들(48) 중 하나 이상에 유도 결합된다. 디바이스(24)는 단일 코일(48), 적어도 2개의 코일들(48), 적어도 3개의 코일들(48), 적어도 4개의 코일들(48), 또는 다른 적합한 수의 코일들(48)을 가질 수 있다.

교류 전자기장(때때로 자속으로 지칭됨)이 코일(들)(48)에 의해 수신될 때(예를 들어, 자속이 코일들(48)을 통과할 때), 대응하는 교류 전류들이 코일(들)(48)에서 유도된다. 무선 전력을 송신하는 데 사용되는 AC 신호들은 임의의 적합한 주파수(예를 들어, 100 내지 250 ㎑ 등)를 가질 수 있다. 브리지 네트워크 내에 배열된 동기 정류 금속 산화물 반도체 트랜지스터들과 같은 정류 컴포넌트들을 포함하는 정류기 회로부(50)와 같은 정류기 회로부는 하나 이상의 코일들(48)로부터의 수신된 AC 신호들(전자기 신호들(44)과 연관된 수신된 교류 신호들)을 디바이스(24)에 전력을 공급하기 위한 DC 전압 신호들로 변환한다.

정류기 회로부(50)에 의해 생성된 DC 전압(때때로 정류기 출력 전압 Vrect로 지칭됨)은 배터리(58)와 같은 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있고 디바이스(24) 내의 다른 컴포넌트들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(24)는 입출력 디바이스들(56)을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(56)은 사용자 입력을 수집하고 그리고/또는 환경 측정들을 수행하기 위한 입력 디바이스들을 포함할 수 있고, 사용자에게 출력을 제공하기 위한 출력 디바이스들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 입출력 디바이스들(56)은 시각적 출력을 생성하기 위한 디스플레이, 오디오 신호들로서 출력을 제시하기 위한 스피커, 사용자에게 상태 정보 및/또는 다른 정보를 제공하는 광을 방출하기 위한 발광 다이오드 상태 표시등들 및 다른 발광 컴포넌트들, 진동들 및 다른 햅틱 출력을 생성하기 위한 햅틱 디바이스들, 및/또는 다른 출력 디바이스들을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(56)은 또한, 사용자로부터의 입력을 수집하고 그리고/또는 시스템(8)의 주변들의 측정들을 수행하기 위한 센서들을 포함할 수 있다. 입출력 디바이스들(56)에 포함될 수 있는 예시적인 센서들은 3차원 센서들(예를 들어, 광 빔들을 방출하고 타깃이 광 빔들에 의해 조명될 때 생성되는 광 스폿들로부터 3차원 이미지들에 대한 이미지 데이터를 수집하기 위해 2차원 디지털 이미지 센서들을 사용하는 구조화된 광 센서들과 같은 3차원 이미지 센서들, 양안 이미징 장치 내의 2개 이상의 카메라를 사용하여 3차원 이미지들을 수집하는 양안 3차원 이미지 센서들, 3차원 lidar(light detection and ranging) 센서들, 3차원 라디오 주파수 센서들, 또는 3차원 이미지 데이터를 수집하는 다른 센서들), 카메라들(예를 들어, 각자의 적외선 및/또는 가시 디지털 이미지 센서들을 갖는 적외선 및/또는 가시 카메라들 및/또는 자외선 광 카메라들), 시선 추적 센서들(예를 들어, 이미지 센서에 기초한 시선 추적 시스템, 및 원하는 경우, 사용자의 눈들로부터 반사된 후에 이미지 센서를 사용하여 추적되는 하나 이상의 광 빔들을 방출하는 광원), 터치 센서들, 버튼들, 용량성 근접 센서들, 광-기반(광학) 근접 센서들, 예컨대 적외선 근접 센서들, 다른 근접 센서들, 힘 센서들, 스위치들에 기초한 접촉 센서들과 같은 센서들, 가스 센서들, 압력 센서들, 수분 센서들, 자기 센서들, 오디오 센서들(마이크로폰들), 주변광 센서들, (예를 들어, 광을 방출하고 반사된 광을 측정함으로써) 타깃 물체들에 대해 스펙트럼 측정 및 다른 측정을 수행하기 위한 광학 센서들, 음성 커맨드들 및 다른 오디오 입력을 수집하기 위한 마이크로폰들, 거리 센서들, 모션, 위치, 및/또는 배향에 관한 정보를 수집하도록 구성되는 모션, 위치, 및/또는 배향 센서들(예를 들어, 가속도계들, 자이로스코프들, 나침반들, 및/또는 이들 센서 전부 또는 이들 센서 중 하나 또는 둘의 서브세트를 포함하는 관성 측정 유닛들), 버튼 누르기 입력을 검출하는 버튼들과 같은 센서들, 조이스틱 움직임을 검출하는 센서들을 갖는 조이스틱들, 키보드들, 및/또는 다른 센서들을 포함한다. 디바이스(12)는 선택적으로, 하나 이상의 입출력 디바이스들(70)(예를 들어, 입출력 디바이스들(56)과 관련하여 설명된 유형의 입력 디바이스들 및/또는 출력 디바이스들)을 가질 수 있다. 디바이스(18)는 선택적으로, 하나 이상의 입출력 디바이스들(92)(예를 들어, 입출력 디바이스들(56)과 관련하여 설명된 유형의 입력 디바이스들 및/또는 출력 디바이스들)을 가질 수 있다.

디바이스(12), 디바이스(18), 및/또는 디바이스(24)는 대역내 또는 대역외 통신을 사용하여 무선으로 통신할 수 있다. 디바이스(12)는, 예를 들어, 안테나를 사용하여 무선으로 대역외 신호들을 (예를 들어, 디바이스(18) 또는 디바이스(24)에) 송신하는 무선 송수신기 회로부(40)를 가질 수 있다. 무선 송수신기 회로부(40)는 안테나를 사용하여 무선으로 디바이스(18 또는 24)로부터 대역외 신호들을 수신하는 데 사용될 수 있다. 디바이스(24)는 대역외 신호들을 송신하는 무선 송수신기 회로부(46)를 가질 수 있다. 무선 송수신기(46) 내의 수신기 회로부는 대역외 신호들을 수신하기 위해 안테나를 사용할 수 있다. 디바이스(18)는 대역외 신호들을 송신하는 무선 송수신기 회로부(80)를 가질 수 있다. 무선 송수신기(80) 내의 수신기 회로부는 대역외 신호들을 수신하기 위해 안테나를 사용할 수 있다. 무선 송수신기 회로부(40, 46, 80)는 또한 코일들(36, 48, 90)을 사용하여 디바이스들(12, 24, 18) 사이의 대역내 송신들에 사용될 수 있다.

주파수-시프트 키잉(frequency-shift keying, FSK) 및/또는 진폭-시프트 키잉(amplitude-shift keying, ASK)이 디바이스들(12, 18, 24) 사이에서 대역내 데이터를 전달하는 데 사용될 수 있다. 이러한 FSK 및 ASK 송신들 동안 전력이 무선으로 전달될 수 있다.

전력 송신 디바이스(12), 전력 송신 및 수신 디바이스(18), 및 전력 수신 디바이스(24)는, 무선 전력 전달을 제어하기 위해, 수신된 전력, 배터리 충전 상태들 등과 같은 정보를 통신할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 이 프로세스는 개인 식별가능 정보의 송신을 수반할 필요가 없다. 예방 차원에서, 이러한 충전 기술의 임의의 구현이 개인 식별가능 정보의 사용을 수반하는 한, 구현자들이 일반적으로 사용자들의 프라이버시를 유지하기 위한 업계 또는 정부 요구사항들을 충족시키거나 초과하는 것으로 인식되는 프라이버시 정책들 및 관례들을 따라야 한다는 것을 유의한다. 특히, 개인 식별가능 정보 데이터는 의도하지 않은 또는 인가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험들을 최소화하도록 관리되고 취급되어야 하며, 인가된 사용의 성질이 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.

제어 회로부(16)는 디바이스(12)의 하우징의 충전 표면 상의 외부 물체들을 검출하기 위해(예를 들어, 충전 매트의 상부 상에서, 또는, 원하는 경우, 충전 퍽의 결합 표면에 인접한 물체들을 검출하기 위해) 사용될 수 있는 외부 물체 측정 회로부(41)를 갖는다. 충전 표면은 디바이스(12)의 상부 하우징 벽의 평면 외측 표면에 의해 형성될 수 있거나, 또는 다른 형상들(예를 들어, 오목하거나 볼록한 형상들 등)을 가질 수 있다. 디바이스(12)가 충전 퍽을 형성하는 배열들에서, 충전 퍽은 디바이스(24)의 형상과 정합하는 표면 형상을 가질 수 있다. 퍽 또는 다른 디바이스(12)는, 원하는 경우, 효율적인 무선 충전을 위해 코일(48)을 코일(36)과 정렬시키는 프로세스에서, 디바이스(12)를 디바이스(24)에 제거가능하게 부착하는 자석들(때로는 자기 정렬 구조체들로 지칭됨)을 가질 수 있다.

회로부(41)는 코일들, 종이 클립들, 및 다른 금속성 물체들과 같은 이물질들을 검출할 수 있고, 무선 전력 수신 디바이스들(24)의 존재를 검출할 수 있다(예를 들어, 회로부(41)는 하나 이상의 코일들(48) 및/또는 코일들(48)과 연관된 자기 코어 재료의 존재를 검출할 수 있다). 물체 검출 및 특성화 동작들 동안, 외부 물체(이물질) 측정 회로부(41)는 코일(들)(36)에 대한 측정들, 예컨대 Q-인자 측정들, 공진 주파수 측정들, 및/또는 코일(48)이 존재하는지 여부 및/또는 동전들 또는 종이클립들과 같은 이물질들이 존재하는지 여부를 나타낼 수 있는 인덕턴스 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있다. 측정 회로부는 또한 용량성 센서를 사용하여 센서 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있고/있거나, 온도 측정들을 수행하는 데 사용될 수 있고/있거나, 그렇지 않으면 이물질 또는 다른 외부 물체(예를 들어, 디바이스(18 또는 24))가 디바이스(12) 상에 존재하는지 여부를 나타내는 정보를 수집하는 데 사용될 수 있다.

일부 구성들에서, 디바이스(12)의 제어 회로부(예를 들어, 회로부(41) 및/또는 다른 제어 회로부(16))는 전력 카운팅 이물질 검출 방식을 구현할 수 있다. 이러한 접근법으로, 디바이스(12)는 디바이스(24)가 무선으로 수신하고 있는 전력의 양(예를 들어, 4.5 W)을 나타내는 정보를 디바이스(24)로부터 (예를 들어, 대역내 통신을 통해) 수신한다. 디바이스(12)는 얼마나 많은 전력(예를 들어, 5.0 W)이 송신되고 있는지 알고 있다(예를 들어, 디바이스(12)는 인버터(61)로부터 코일(36)을 구동하는 데 사용되는 신호의 크기를 알고 있기 때문에). 송신된 전력(예를 들어, 5.0 W)을 수신된 전력(예를 들어, 4.5 W)과 비교함으로써, 디바이스(12)는 이물질에 흐르는 와전류로 인해 무선 전력이 소산되고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 소산된 전력(예를 들어, 이 예에서 0.5 W)이 미리 결정된 임계량 초과인 경우 또는 무선 전력 전달 프로세스의 효율이 예상보다 낮은 경우, 디바이스(12)는 이물질이 존재한다고 결론내릴 수 있다. 이와 같은 전력 카운팅 기술들은 용량성 감지 이물질 검출 기술들 및/또는 회로부(41)를 사용하여 수행되는 다른 외부 물체 측정 동작들과 함께 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 제어 회로부(16)의 측정 회로부(41)는 신호 생성기 회로부(예를 들어, 하나 이상의 프로브 주파수들에서 AC 프로브 신호들을 생성하기 위한 발진기 회로부, 임펄스 응답들이 측정될 수 있도록 임펄스들을 생성할 수 있는 펄스 생성기)를 포함하고/하거나 시스템(8) 내의 코일들에 에너지를 공급하기 위해 디바이스(12)로부터의 무선 전력 신호들의 송신을 사용한다. 회로부(41)는 또한 시스템(8)의 응답을 측정하기 위해 회로들(예를 들어, 아날로그-디지털 변환기 회로, 필터, 아날로그 조합기, 디지털 프로세싱 회로부 등)을 포함할 수 있다.

전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 케이블에 의해 전원 어댑터 또는 다른 장비에 결합되는 무선 충전 매트 또는 퍽일 수 있고, 가구, 차량 또는 다른 시스템에 통합된 장비일 수 있고, 제거가능한 배터리 케이스일 수 있고, 손목 시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드와 같은 액세서리, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 무선 전력을 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두가 가능하다. 따라서, 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 전력 송신 디바이스(12)와 유사한 전력 송신 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 또한 전력 수신 디바이스(24)와 유사한 전력 수신 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 벽 콘센트 또는 다른 전원으로부터의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하기 위한 교류(AC)-직류(DC) 전력 변환기, 예컨대 AC-DC 전력 변환기(96)를 가질 수 있다. DC 전력은 제어 회로부(78)에 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 제어 회로부(78)는 (코일들(90)을 사용한) 대역내 통신 및 (안테나를 사용한) 대역외 통신을 위한 무선 송수신기 회로부(80)를 포함한다. 제어 회로부(78)는 또한 선택적으로 측정 회로부(82)(예를 들어, 측정 회로부(41)와 관련하여 설명된 유형의 측정 회로부)를 포함할 수 있다.

디바이스(18) 내의 무선 전력 회로부(84)는 인버터(86) 및 정류기(88) 둘 모두를 포함할 수 있다. 인버터 회로부(86)(예를 들어, 트랜지스터들로 형성됨)는 코일(들)(90)과 같은 하나 이상의 코일들을 통해 AC 전류 신호들을 생성하기 위해 제어 회로부(78)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기초하여 턴 온 및 오프될 수 있다. 이러한 코일 구동 신호들은 코일(들)(90)이 무선 전력을 송신하게 한다. 코일들(90)은 평면 코일 어레이로 배열될 수 있거나, 코일들의 클러스터를 형성하도록 배열될 수 있다. 일부 배열들에서, 디바이스(18)는 단일 코일만을 가질 수 있다. 다른 배열들에서, 디바이스(18)는 다수의 코일들(예를 들어, 2개 이상의 코일들, 5 내지 10개의 코일들, 적어도 10개의 코일들, 10 내지 30개의 코일들, 35개 미만의 코일들, 25개 미만의 코일들, 또는 다른 적합한 수의 코일들)을 가질 수 있다.

AC 전류들이 하나 이상의 코일들(90)을 통과함에 따라, 교류 전자기(예를 들어, 자기)장(무선 전력 신호들(44))이 생성되며, 이들은 전력 수신 디바이스(24) 내의 코일(들)(48)과 같은 하나 이상의 대응하는 수신기 코일들에 의해 수신된다. 다시 말해서, 코일들(90) 중 하나 이상은 코일들(48) 중 하나 이상에 유도 결합될 수 있다.

전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 또한 (예를 들어, 전력 송신 디바이스(12)로부터) 무선 전력을 수신할 수 있다. 코일(들)(90)은 송신 코일들(36)로부터 교류 전자기장을 수신하여, 코일(들)(90)에서 대응하는 교류 전류를 생성할 수 있다. 브리지 네트워크 내에 배열된 동기 정류 금속 산화물 반도체 트랜지스터들과 같은 정류 컴포넌트들을 포함하는 정류기 회로부(88)와 같은 정류기 회로부는 하나 이상의 코일들(90)로부터의 수신된 AC 신호들(전자기 신호들(44)과 연관된 수신된 교류 신호들)을 디바이스(18)에 전력을 공급하기 위한 DC 전압 신호들로 변환한다. 정류기 회로부(88)에 의해 생성된 DC 전압은 배터리(94)와 같은 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있고 디바이스(18) 내의 다른 컴포넌트들에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.

도 1의 각각의 유형의 디바이스 사이의 교류 전자기장의 도시는 단지 예시적인 것이다(가능한 유도 결합의 유형을 보여주기 위함). 실제로, 교류 전자기장은 시스템 내의 선택 디바이스들 사이에서만 전달될 것이다. 예를 들어, 송신 디바이스(12)는 디바이스(24) 및 디바이스(18)에 전력을 송신할 수 있다(반면에 디바이스(18)는 디바이스(18)에 전력을 별도로 송신하지 않음). 다른 예에서, 송신 디바이스(12)는 디바이스(18)에 전력을 송신하며, 디바이스(18)는 (24)에 전력을 송신한다(디바이스(12)로부터 디바이스(24)로의 전력의 직접 교환 없이).

일부 응용들에서, 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 무선 전력을 송신하기만 한다(예를 들어, 인버터(86) 및 코일(들)(90)을 사용하여). 일부 응용들에서, 전력 송신 및 수신 디바이스(18)는 무선 전력을 수신하기만 한다(예를 들어, 정류기(88) 및 코일(들)(90)을 사용하여). 일부 응용들에서, 전력 송신 및 수신 디바이스는 무선 전력을 동시에 수신 및 송신한다. 무선 전력을 동시에 수신 및 송신할 때, 디바이스(18)는 선택적으로, 인버터(86) 및 정류기(88)와 연관된 전력 송신 및 전력 수신 동작들 둘 모두를 수행할 수 있다(예를 들어, 디바이스(18)는 정류기를 사용하여 배터리를 충전하고 디바이스를 동작시키고, 독립적으로 인버터를 사용하여 원하는 양의 전력을 송신한다). 대안적으로, 디바이스(18)는 전력을 정류하지 않고 수신된 전력 신호를 중계할 수 있다. 디바이스(18)는 무선 전력 송신 및 무선 전력 수신 둘 모두에 사용되는 하나의 코일만을 포함할 수 있다. 대안적으로, 디바이스(18)는 적어도 하나의 전용 무선 전력 송신 코일 및 적어도 하나의 전용 무선 전력 수신 코일을 가질 수 있다. 디바이스(18)는 무선 전력 송신 및 무선 전력 수신 둘 모두가 가능한 다수의 코일들을 가질 수 있다. 디바이스(18) 내의 상이한 코일들은 선택적으로 상이한 동작 모드들에서 서로 단락될 수 있다.

도 2는 시스템(8)에 대한 예시적인 무선 충전 회로부의 회로도이다. 전력 송신 디바이스(12) 및 전력 수신 디바이스(24)의 무선 충전 회로부가 도시되어 있다. 그러나, 디바이스(18)가 전력 송신 및 전력 수신 둘 모두를 위한 대응하는 컴포넌트들을 가질 수 있고, 원하는 경우 디바이스(12) 및/또는 디바이스(24) 중 어느 하나를 대신해서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회로부(52)는 하나 이상의 코일들(36) 및 커패시터(71)와 같은 커패시터들을 포함하는 출력 회로를 통해 송신되는 무선 전력 신호들을 생성하는, 하나 이상의 인버터들(61)과 같은 인버터 회로부 또는 다른 구동 회로부를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스(12)는 각각이 구동 신호들을 각각의 코일(36)에 공급하는 다수의 개별적으로 제어되는 인버터들(61)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 인버터(61)는 스위칭 회로부를 사용하여 다수의 코일들(36) 사이에 공유된다.

동작 동안, 인버터(들)(61)에 대한 제어 신호들은 제어 입력(74)에서 제어 회로부(16)에 의해 제공된다. 단일 인버터(61) 및 단일 코일(36)이 도 2의 예에 도시되어 있지만, 원한다면, 다수의 인버터들(61) 및 다수의 코일들(36)이 사용될 수 있다. 다수의 코일 구성에서, 스위칭 회로부(예를 들어, 멀티플렉서 회로부)는 단일 인버터(61)를 다수의 코일들(36)에 결합하는 데 사용될 수 있고/있거나 각각의 코일(36)은 각각의 인버터(61)에 결합될 수 있다. 무선 전력 송신 동작들 동안, 하나 이상의 선택된 인버터들(61) 내의 트랜지스터들은 제어 회로부(16)로부터의 AC 제어 신호들에 의해 구동된다. 인버터들 사이의 상대적 위상은 동적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 인버터들(61)은 동상 또는 이상(예를 들어, 180도 위상이 다름)의 출력 신호들을 생성할 수 있다.

인버터(들)(61)(예를 들어, 회로부(52) 내의 트랜지스터들 또는 다른 스위치들)를 사용한 구동 신호들의 적용은 선택된 코일들(36) 및 커패시터들(71)로부터 형성된 출력 회로들이 교류 전자기장(신호들(44))을 생성하게 하며, 이는 디바이스(24) 내의 하나 이상의 코일들(48) 및 하나 이상의 커패시터들(72)로부터 형성된 무선 전력 수신 회로를 사용하여 무선 전력 수신 회로부(54)에 의해 수신된다.

원하는 경우, 구동 코일들(36) 사이의 상대적 위상(예를 들어, 구동되고 있는 코일들(36) 중 다른 인접한 코일에 대한, 구동되고 있는 코일들(36) 중 하나의 위상)은 제어 회로부(16)에 의해 조정되어 디바이스(12)와 디바이스(24) 사이의 무선 전력 전달을 향상시키는 것을 도울 수 있다. 정류기 회로부(50)는 하나 이상의 코일들(48)에 결합되고, 수신된 전력을 AC로부터 DC로 변환하고, 디바이스(24) 내의 부하 회로부에 전력을 공급하기 위해(예를 들어, 배터리(58)를 충전하기 위해, 디스플레이 및/또는 다른 입출력 디바이스들(56)에 전력을 공급하기 위해, 그리고/또는 다른 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해) 정류기 출력 단자들(76)에 걸쳐 대응하는 직류 출력 전압(Vrect)을 공급한다. 단일 코일(48) 또는 다수의 코일들(48)이 디바이스(24) 내에 포함될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 코일들(36 및 48)을 사용한 대역내 송신들은 디바이스들(12 및 24) 사이에서 정보를 전달(예컨대, 송신 및 수신)하는 데 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 구성에서, 주파수-시프트 키잉(FSK)은 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 대역내 데이터를 송신하기 위해 사용되고, 진폭-시프트 키잉(ASK)은 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 대역내 데이터를 송신하기 위해 사용된다. 다시 말해서, 무선 전력을 송신하는 디바이스는 FSK를 사용하여, 무선 전력을 수신하는 디바이스에(둘 중 어느 디바이스가 전용 전력 송신/수신 디바이스(12/24) 또는 전력 수신 및 송신 디바이스(18)인지 여부에 관계없이) 대역내 데이터를 송신할 수 있다. 무선 전력을 수신하는 디바이스는 ASK를 사용하여, 무선 전력을 송신하는 디바이스에(둘 중 어느 디바이스가 전용 전력 송신/수신 디바이스(12/24) 또는 전력 수신 및 송신 디바이스(18)인지 여부에 관계없이) 대역내 데이터를 송신할 수 있다.

이러한 FSK 및 ASK 송신들 동안 전력이 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선으로 전달될 수 있다. 전력 송신 회로부(52)는 전력 송신 주파수에서 신호들(44)을 생성하기 위해 하나 이상의 코일들(36)로 AC 신호들을 구동하고 있는 한편, 무선 송수신기 회로부(40)는 구동 AC 신호들의 전력 송신 주파수를 변조하고 그에 의해 신호들(44)의 주파수를 변조하기 위해 FSK 변조를 사용할 수 있다. 디바이스(24)에서, 코일(48)은 신호들(44)을 수신하는 데 사용된다. 전력 수신 회로부(54)는 코일(48) 및 정류기(50) 상에 수신된 신호들을 사용하여 DC 전력을 생성한다. 동시에, 무선 송수신기 회로부(46)는 코일(들)(48)을 통과하는 AC 신호의 주파수를 모니터링하고, FSK 복조를 사용하여 송신된 대역내 데이터를 신호들(44)로부터 추출한다. 이러한 접근법은, FSK 데이터(예컨대, FSK 데이터 패킷들)가 코일들(36, 48)을 사용하여 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 대역내 송신되는 동안, 전력이 동시에 코일들(36, 48)을 사용하여 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선으로 전달될 수 있게 한다.

디바이스(24)와 디바이스(12) 사이의 대역내 통신은 ASK 변조 및 복조 기술들을 사용할 수 있다. 무선 송수신기 회로부(46)는 전력 수신 회로부(54)(예컨대, 코일(48))의 임피던스를 변조하기 위해 스위치(예컨대, 코일(48)에 결합된 송수신기(46) 내의 하나 이상의 트랜지스터들)를 사용함으로써 대역내 데이터를 디바이스(12)로 송신한다. 이는 이어서 신호(44)의 진폭 및 코일(들)(36)을 통과하는 AC 신호의 진폭을 변조한다. 무선 송수신기 회로부(40)는 코일(들)(36)을 통과하는 AC 신호의 진폭을 모니터링하고, ASK 복조를 사용하여, 무선 송수신기 회로부(46)에 의해 송신되었던 이들 신호들로부터 송신된 대역내 데이터를 추출한다. ASK 통신의 사용은, ASK 데이터 비트들(예컨대, ASK 데이터 패킷들)이 코일들(48, 36)을 사용하여 디바이스(24)로부터 디바이스(12)로 대역내 송신되는 동안, 전력이 동시에 코일들(36, 48)을 사용하여 디바이스(12)로부터 디바이스(24)로 무선으로 전달될 수 있게 한다.

전력 송신 디바이스(12)로부터 전력 수신 디바이스(24)로 대역내 데이터를 전달하기 위해 사용되는 FSK 변조 및 전력 수신 디바이스(24)로부터 전력 송신 디바이스(12)로 대역내 데이터를 전달하기 위해 사용되는 ASK 변조의 예는 단지 예시적이다. 일반적으로, 전력 송신 디바이스(12)로부터 전력 수신 디바이스(24)로 그리고 전력 수신 디바이스(24)로부터 전력 송신 디바이스(12)로 정보를 전달하기 위해 임의의 원하는 통신 기술들이 사용될 수 있다.

무선 전력의 송신에 사용되는 전력 송신 주파수는, 예를 들어, 약 125 ㎑, 적어도 80 ㎑, 적어도 100 ㎑, 100 ㎑ 내지 205 ㎑, 500 ㎑ 미만, 300 ㎑ 미만, 또는 다른 적합한 무선 전력 주파수의 미리 결정된 주파수일 수 있다. 일부 구성들에서, 전력 송신 주파수는 디바이스들(12, 24) 사이의 통신에서 협상될 수 있다. 다른 구성들에서, 전력 송신 주파수는 고정될 수 있다.

디바이스들 사이의 데이터 송신을 위해 대역내 통신을 사용하면서, 동시에 디바이스들 사이에서 전력이 전달될 수 있다는 것이 설명되었다. 다시 말해서, 일부 예들에서, 대역내 통신은 전력 송신 신호의 변조(예를 들어, 전력 송신 주파수를 변조하는 것 또는 전력 송신 주파수에서 신호의 진폭을 변조하는 것)에 의존할 수 있다. 그러나, 전력 송신 신호들의 변조에 의존하지 않는 다른 통신 기술들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 신호들(때때로 대역내 신호들로 지칭됨)은 전력 송신 주파수와 상이한 주파수에서 시스템 내의 코일들 사이에서 전달될 수 있다. 코일들(예를 들어, 코일들(36, 48, 90))을 사용하여 전달되는 (전력 송신 주파수와 동일한 주파수 또는 상이한 주파수에서의) 신호들은 대역내 신호들로 간주될 수 있다.

또한, 대역내 통신은 디바이스들이 전력 전달 속도, 전력 송신 주파수 등에 동의하기 전에 디바이스들 사이에서 발생할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 초기 검출 및 유도 결합 후, 디바이스들은, 호환성을 결정하고, 전력 전달 주파수를 협상하고, 전력 전달 속도를 협상하는 등을 위해 핸드셰이크 프로세스를 거칠 수 있다. 이 프로세스 동안, 대역 내 통신은 코일들을 사용하여 송신된 신호들의 FSK 및/또는 ASK 변조를 수반할 수 있다. 따라서, 이 프로세스 동안 무선 전력이 송신된다. 이는, 전력 수신 디바이스가 남아있는 배터리 전력이 거의 또는 전혀 없더라도 디바이스들이 핸드셰이크 프로세스를 완료할 수 있게 하기 때문에 유리하다. 대역내 통신 동안 무선 전력의 이러한 송신은, 궁극적으로 디바이스들 사이의 협상들이 무선 전력의 지속된 송신을 야기하지 않더라도, 핸드셰이크 프로세스 동안 발생할 수 있다.

무선 충전 시스템(8) 내의 디바이스는 선택적으로, 케이스와 같은 제거가능한 액세서리에 결합될 수 있다. 케이스는 선택적으로 무선 충전 기능을 가질 수 있다(예를 들어, 케이스는 무선 전력을 수신 및/또는 송신할 수 있다). 도 3은 제거가능한 커버와 같은 액세서리의 평면도이다.

제거가능한 액세서리(102)(때때로 제거가능한 케이스 또는 제거가능한 커버로 지칭됨)는 커버(102)가 다른 디바이스와 정합할 수 있게 하는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 액세서리(102) 및 그것이 결합되는 디바이스는 각각 전력 송신 디바이스, 전력 수신 디바이스, 또는 전력 송신 및 수신 디바이스로서 역할을 할 수 있다. 액세서리(102)에 의해 유지된 디바이스는 손목시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드와 같은 액세서리, 또는 다른 전자 장비와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다.

도 3의 예에서, 커버(102)는 후방 부분(102R) 및 전방 부분(102F)을 갖는 폴리오 형상(때때로 폴리오 커버로 지칭됨)을 갖는다. 후방 부분(102R)은 주변 측벽들(102W)에 의해 둘러싸인 후방 벽을 갖는 직사각형 리세스 및/또는 커버(102)가 추가 디바이스를 수용하고 그에 결합될 수 있게 하는 다른 적합한 결합 구조체들(스트랩들, 클립들, 슬리브, 코너 포켓들 등)을 가질 수 있다.

후방 부분(102R)과 전방 부분(102F) 사이에서 접힘 축(122)을 따라 연장되는 커버(102)의 부분은 힌지 구조체들(예를 들어, 부분들(102F, 102R)을 결합하면서 이들 부분이 서로에 대해 회전할 수 있게 하는 힌지 또는 다른 힌지 구조체들로서 역할을 하는 가요성 커버 재료)을 가질 수 있다. 일부 구성들에서, 추가의 굽힘가능한 부분들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전방 부분(102F)은 하나 이상의 가요성 스트립들을 가질 수 있다. 각각의 가요성 스트립은 (예를 들어, 커버를 하나 이상의 스탠드 구성들로 조작하고, 커버(102)가 추가의 디바이스에 결합되는 동안 추가의 디바이스를 원하는 각도로 지지하기 위해) 커버(102) 내에 추가의 접힘부들이 형성될 수 있게 한다. 각각의 가요성 스트립은 전방 부분(102F)의 하나의 측부로부터 전방 부분(102F)의 다른 측부로 접힘 축(122)에 평행하게 연장될 수 있다.

커버(102)에서 추가의 디바이스를 보호하는 것이 요구될 때, 디바이스(예를 들어, 디바이스의 하우징)는 커버(102)의 측벽들(102W) 및/또는 후방 벽에 의해 형성된 리세스 내로 압입 끼워맞춤되거나, 자석, 클립, 또는 스트랩을 사용하여 커버(102)에 결합되거나, 또는 달리 커버(102)에 결합될 수 있다. 커버(102)는 직물, 가죽, 중합체, 다른 재료, 및/또는 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이, 커버(102)는, 일부 실시예들에서, 무선 전력을 송신 및/또는 수신하는 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버(102)는 커버의 후방 부분(102R) 상의 영역(178)에 수신 코일(48)을 갖는 무선 전력 수신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(24))일 수 있다. 영역(178) 내의 수신 코일(48)은 액세서리(102)에 결합된 디바이스 내의 송신 코일과 정렬될 수 있다. 액세서리(102)가 추가의 디바이스에 결합될 때, 추가의 디바이스는 커버(102)의 영역(178) 내의 수신 코일에 무선 전력을 송신할 수 있다.

커버에 무선 전력 수신 코일을 통합하는 것은 커버가 내부 배터리를 충전하고/하거나, 커버 내의 컴포넌트들(예를 들어, 키보드와 같은 입출력 컴포넌트들)에 전력을 공급하고/하거나 추가의 액세서리들에 무선 전력을 제공할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 커버(102)는 전자 스타일러스(예를 들어, 추가의 디바이스 내의 디스플레이에 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있음)를 충전하도록 구성될 수 있다. 이러한 유형의 배열에서, 커버(102)는 전력 송신 및 수신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(18))일 수 있다. 커버(102)는 영역(178) 내의 무선 전력 수신 코일 및 별개의 무선 전력 송신 코일을 포함할 수 있다. 별개의 무선 전력 송신 코일은 선택적으로, 영역(178)과 상이한 커버 부분에(예를 들어, 접힘 축(122)을 따른 영역에, 측벽들(102W) 중 하나에, 또는 커버 내의 다른 원하는 위치에) 위치될 수 있다.

도 4는 제거가능한 커버(102) 내에 유지된 디바이스(100)를 도시하는 측단면도이다. 디바이스(100)는 하우징(164)을 가질 수 있다. 하우징(164)은 플라스틱, 유리, 세라믹, 섬유 복합재, 금속(예컨대, 스테인레스강, 알루미늄 등), 다른 적합한 재료, 또는 이들 재료 중 임의의 2개 이상의 조합으로 형성될 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 디바이스(100)는 전력 송신 및 수신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(18))이다. 디바이스(102)는 디바이스(100)로부터 무선 전력을 수신하는 전력 수신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(24))일 수 있다. 대안적으로, 디바이스(102)는 또한 디바이스(100)로부터 무선 전력을 수신하고 스타일러스와 같은 추가의 액세서리 디바이스에 무선 전력을 송신하는 전력 송신 및 수신 디바이스일 수 있다. 또 다른 가능한 구성에서, 디바이스(102)는 무선 전력을 디바이스(100)에 송신할 수 있다.

도 4에서, 커버(102)의 전방 부분(102F)은 위로 접혀서 디바이스(100)의 전면을 덮는다. 따라서, 커버(102)의 전방 부분(102F)은 디바이스(100)의 디스플레이를 덮는다. 이는 디스플레이를 손상으로부터 보호할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 커버(102)는 디바이스(100)로부터 무선 전력을 수신하도록 구성되는 무선 전력 수신 코일을 후방 부분(102R)에 포함할 수 있다. 다른 배열들에서, 디바이스(100)는 커버(102)를 통해 무선 충전 신호들을 송신 및/또는 수신할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 디바이스(100)는 커버(102)에 결합되고 무선 충전 매트 상에 배치될 수 있다. 무선 충전 매트는 커버(102)를 통해 무선 전력 신호들을 디바이스(100)에 전달할 수 있다. 이러한 유형의 상황에서, 커버는 커버를 통한 무선 전력 전달 동작들을 방해하지 않는 것이 바람직하다.

제거가능한 케이스(102)가 위로 접혀서 디바이스(100)의 디스플레이를 덮도록 구성된 커버 부분(102F)을 갖는 제거가능한 커버인 도 3 및 도 4의 예는 단지 예시적인 것이다. 일부 배열들에서, 전방 커버 부분(102F)은 제거가능한 케이스로부터 생략될 수 있다.

예로서, 제거가능한 케이스는 후방 부분(예를 들어, 때때로 후방 벽으로 지칭되는 디바이스(100)의 후방 하우징 벽을 덮도록 구성됨) 및 측벽들(예를 들어, 후방 벽으로부터 연장되는 4개의 주변 측벽들)만을 포함할 수 있다. 측벽들(예를 들어, 도 3의 측벽들(102W))은 제거가능한 케이스의 후방 부분에 수직으로 연장될 수 있다. 측벽들은 제거가능한 케이스 내에 디바이스(100)를 수용하고 고정하도록 구성되는 리세스를 형성할 수 있다. 제거가능한 케이스에서 디바이스(100)를 보호하는 것이 요구되는 경우, 디바이스(100)(예를 들어, 디바이스(100)의 하우징(164))는 제거가능한 케이스의 측벽들에 의해 형성된 리세스 내로 압입 끼워맞춤되거나, 자석, 클립, 또는 스트랩을 사용하여 제어가능한 케이스에 결합되거나, 또는 다른 식으로 제거가능한 케이스에 결합될 수 있다. (전방 커버 부분을 포함하지 않는) 제거가능한 케이스는 직물, 가죽, 중합체, 금속 다른 재료, 및/또는 이들 재료의 조합으로 형성될 수 있다.

일반적으로, 무선 전력 신호들은 케이스(102)의 다양한 부분들로 또는 그로부터 전달될 수 있다. 무선 전력 신호들은 또한 임의의 원하는 위치들에서 케이스(102)를 통해 전달될 수 있다. 일례에서, 케이스(102)는 후방 벽에 전력 수신 코일을 포함하는 전력 송신 및 수신 디바이스일 수 있다. 케이스(102)는 또한 다른 원하는 영역(예를 들어, 주변 측벽)에 전력 송신 코일을 포함할 수 있다. 이 예는 단지 예시적인 것이며, 원하는 경우, 케이스(102)로, 그로부터, 또는 그를 통해 무선 전력을 전달하기 위한 다른 배열들이 사용될 수 있다.

무선 충전 시스템 내의 각각의 디바이스 내의 무선 전력 회로부는 다수의 상이한 충전 시나리오들을 수용하도록 설계될 수 있다. 도 4에 도시된 하나의 시나리오에서, 태블릿 컴퓨터 또는 셀룰러 전화기와 같은 전자 디바이스(예를 들어, 디바이스(100))가 제거가능한 액세서리에 결합된다. 전자 디바이스는 이 시나리오에서 제거가능한 액세서리에 무선 전력을 송신할 수 있다(예를 들어, 제거가능한 액세서리가 이어서 스타일러스에 전력을 제공하고, 내부 컴포넌트들에 전력을 공급하는 것 등을 수행할 수 있도록).

다른 시나리오에서, 디바이스(100)는 (제거가능한 액세서리가 존재하지 않으면서) 전력 송신 디바이스 상에 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 또 다른 시나리오에서, 디바이스(100)는 제거가능한 액세서리(102)에 결합되고 전력 송신 디바이스 상에 배치되는 것 둘 모두가 가능할 수 있다. 이 시나리오에서, 전력 송신 디바이스(104)는 액세서리(102)를 통해 디바이스(100)에 그리고/또는 액세서리(102) 자체에 무선 전력을 송신할 수 있다.

도 1과 관련하여 논의된 것과 유사하게, 전력 송신 디바이스(104)는 무선 충전 매트, 무선 충전 퍽, 배터리 케이스(예를 들어, 전용 무선 전력 송신 디바이스) 또는 다른 전자 디바이스(예를 들어, 무선 전력 송신 및 수신 디바이스)일 수 있다. 전력 송신 디바이스(104)가 무선 충전 매트인 예가 본 명세서에서 설명된다. 무선 충전 매트(104)는 벽 콘센트(예를 들어, 교류 전원)에 결합될 수 있다. 이 전원으로부터의 전력을 사용하여, 무선 충전 매트(104)는 하나 이상의 디바이스들에 무선 전력을 송신할 수 있다.

도 6 내지 도 8은 이들 시나리오 중 일부에서 무선 충전 시스템을 보여주는 측단면도들이다. 도 6은 무선 충전 매트(104)의 표면 상의 휴대용 전자 디바이스(100)(예를 들어, 손목 시계, 셀룰러 전화기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이어버드와 같은 액세서리, 또는 다른 전자 장비)의 측단면도이다. 디바이스(100)는 무선 전력 송신 및 수신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(18))인 반면 디바이스(104)는 무선 전력 송신 디바이스(예를 들어, 도 1의 디바이스(12))일 수 있다.

도시된 바와 같이, 전력 송신 조립체(202)(예를 들어, 전력 송신 회로부(52)의 일부)는 무선 전력 송신 디바이스(104) 내에 포함된다. 전력 송신 조립체(때때로 유도 전력 송신 조립체로 지칭됨)는 베이스(204), 제1 사지(limb)(206), 및 제2 사지(208)를 갖는 자기 코어(203)를 포함한다. 코일(212)이 자기 코어 상에(예를 들어, 사지들(208, 206) 사이에) 위치된다. 사지(206)는, 일례로서, 코일(212)과 동심인 링-형상을 가질 수 있다. 코일(212)은 인버터 회로부(예를 들어, 도 1의 인버터(61))에 결합될 수 있다. 인버터 회로부는 코일(212)을 구동하여 자속을 생성할 수 있다. 코일(212)은 단일-스트랜드 전도체, 병렬로 연결된 다수의 와이어들을 갖는 다중 스트랜드 전도체, 편조 와이어, 리츠 와이어(Litz wire), 인쇄 회로 기판 상의 다층 트랙들과 같은 전도성 잉크 또는 전도성 트레이스, 또는 코일들을 형성하기에 적합한 다른 전도성 요소들로부터 권취될 수 있다.

전력 수신 조립체(222)는 디바이스(100) 내에 포함된다. 이전에 언급된 바와 같이, 디바이스(100)는 도 1에서와 같은 전력 송신 및 수신 디바이스(18)일 수 있다(그리고 전력 수신 조립체(222)는 도 1의 무선 전력 회로부(84)의 일부일 수 있다). 전력 수신 조립체(때때로 유도 전력 수신 조립체로 지칭됨)는 자기 코어(224)를 포함한다. 코일(226)은 자기 코어 상에 형성된다. 코일(226)은 정류기 회로부(예를 들어, 도 1의 정류기(88))에 결합될 수 있다. 정류기 회로부는 코일(226)로부터의 수신된 AC 신호들을, 디바이스(100)에 전력을 공급하기 위한 DC 전압 신호들로 변환한다. 코일(226)은 단일-스트랜드 전도체, 병렬로 연결된 다수의 와이어들을 갖는 다중 스트랜드 전도체, 편조 와이어, 리츠 와이어, 인쇄 회로 기판 상의 다층 트랙들과 같은 전도성 잉크 또는 전도성 트레이스, 또는 코일들을 형성하기에 적합한 다른 전도성 요소들로부터 권취될 수 있다.

자기 정렬 구조체들(214, 254)과 같은 정렬 구조체들이 선택적으로 시스템에 포함될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전력 송신 디바이스(104)는 자기 정렬 구조체들(214)을 가질 수 있다. 무선 전력 송신 및 수신 디바이스(100)는 자기 정렬 구조체들(254)을 가질 수 있다. 송신 디바이스 내의 각각의 자기 정렬 구조체(214)는 수신 디바이스 내의 대응하는 자기 정렬 구조체(254)와 자기적으로 결합할 수 있다. 디바이스(104) 내의 정렬 구조체들(214)이 디바이스(100) 내의 정렬 구조체들(254)에 결합될 때, 송신 코일(212)은 수신 코일(226)과 정렬될 수 있다. 따라서, 자기 정렬 구조체들은 송신 코일에 대한 수신 코일의 적절한 정렬을 보장한다. 자기 정렬 구조체들(214, 254)은 영구 자석들일 수 있다(예를 들어, 시간 경과에 따라 그들의 자기를 유지하는 경자성 재료들로 형성됨).

디바이스(100)는 또한 전력 송신 조립체(242)를 포함할 수 있다. 전력 송신 조립체(때때로 유도 전력 송신 조립체로 지칭됨)는 자기 코어(244)를 포함한다. 코일(246)은 자기 코어 상에 형성된다. 코일(246)은 인버터 회로부(예를 들어, 도 1의 인버터(86))에 결합될 수 있다. 인버터 회로부는 코일(246)을 구동하여 자속을 생성할 수 있다. 코일들(246, 226)은 동일 평면 상에 있을 수 있고/있거나, 자기 코어들(244, 224)은 동일 평면 상에 있을 수 있다. 코일(246)은 단일-스트랜드 전도체, 병렬로 연결된 다수의 와이어들을 갖는 다중 스트랜드 전도체, 편조 와이어, 리츠 와이어, 인쇄 회로 기판 상의 다층 트랙들과 같은 전도성 잉크 또는 전도성 트레이스, 또는 코일들을 형성하기에 적합한 다른 전도성 요소들로부터 권취될 수 있다.

디바이스(100)가 제거가능한 액세서리(102)의 부재 하에 충전 매트(104) 상에 배치될 때, 송신 조립체(242)는 디스에이블될 수 있다(예를 들어, 무선 전력은 코일(246)을 사용하여 송신되지 않고, 디바이스(100)는 단지 코일(226)을 사용하여 무선 전력을 수신함). 그러나, 디바이스(100)가 충전 매트(104)의 부재 하에 액세서리(102)에 결합될 때, 수신 조립체(222)는 디스에이블될 수 있다(예를 들어, 무선 전력은 코일(226)을 사용하여 수신되지 않고, 디바이스(100)는 단지 코일(246)을 사용하여 무선 전력을 송신함).

도 6의 자기 코어들(예를 들어, 203, 224, 244)은 페라이트와 같은 연자성 재료로 형성될 수 있다. 자기 코어들은 높은 투자율을 가질 수 있어서, 이들이 시스템에서 자기장을 안내할 수 있게 한다. 페라이트 코어들을 사용하는 예는 단지 예시적인 것이다. 시스템에서 자기장을 안내하기에 충분히 높은 투자율을 갖는 철, 연강, 뮤-금속(mu-metal)(니켈-철 합금), 나노결정질 자기 재료, 희토류 금속, 또는 다른 자기 재료와 같은 다른 강자성 및/또는 페리자성 재료들은, 원하는 경우, 코어들 중 하나 이상에 사용될 수 있다. 자기 코어들은 때때로 페리자성 코어들로 지칭될 수 있다. 자기 코어들(203, 224, 244)은 단일 피스일 수 있거나 별개의 피스들로 제조될 수 있다. 코어들은 성형되거나, 소결되거나, 라미네이션으로부터 형성되거나, 중합체에 분포된 입자(예를 들어, 세라믹 입자)로부터 형성되거나, 다른 공정에 의해 제조될 수 있다.

자기 코어들(203, 224)은 (코어들(203, 224)이 생략되는 배열과 비교하여) 코일들(212, 226) 사이의 결합을 개선할 수 있다. 도 6의 자기 코어(224)는 수신된 자속을 코일(226)로 재지향시킬 수 있다. 자기 코어(224)는 디스크 형상 또는 다른 원하는 형상을 가질 수 있다.

각각의 코어는 무선 충전 시스템 내에서의 그의 특정 기능 및 위치에 대해 최적화될 수 있다. 상이한 디바이스들은, 코어들이 상이한 재료들로 형성되고/되거나 상이한 기하학적 구조들을 갖는 결과를 초래하는 상이한 공간 제약들을 가질 수 있다. 하나의 예시적인 예에서, 코일(226)은 코일(246)보다 더 높은 최대 전력 레벨에서 동작가능할 수 있다. 다시 말해서, 코일(226)은 제1 최대 전력 레벨에서 무선 전력을 수신하도록 구성될 수 있다. 코일(246)은 제1 최대 전력 레벨보다 낮은 제2 최대 전력 레벨에서 무선 전력을 송신하도록 구성된다. 일 예에서, 코일(226)에 대한 최대 전력 레벨은 10 와트 이상일 수 있는 반면 코일(246)에 대한 최대 전력 레벨은 10 와트 미만일 수 있다. 일 예에서, 코일(226)은 최대 15 와트에서 수신할 수 있고 코일(246)은 최대 5 와트에서 송신할 수 있다. 최대 전력 레벨들에 대한 이러한 크기들은 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 각각의 코일은 임의의 원하는 전력 레벨을 동작시킬 수 있다.

상이한 연관된 기하학적 구조들 및 전력 레벨들로 인해, 자기 코어(244)는 자기 코어(224)의 속성들과 상이한 하나 이상의 속성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 코어(244)는 코어(224)와 상이한 재료(예를 들어, 상이한 투자율을 갖는 재료)로 형성될 수 있다. 코어들(244, 224)은 상이한 두께들을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 코어(244)는 두께(250)를 갖는 반면 코어(224)는 두께(252)를 갖는다. 두께(250)는 일 예에서 두께(252)보다 클 수 있다. 코어들(244, 224)은 상이한 투자율들, 상이한 자기 저항들, 또는 다른 원하는 상이한 속성들을 가질 수 있다. 코어들(244, 224)은 또한 상이한 포화 자속 밀도들을 가질 수 있다.

도 7은 제거가능한 액세서리(102)에 결합된 휴대용 전자 디바이스(100)의 측단면도이다(예를 들어, 디바이스(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 액세서리(102) 내로 가압될 수 있다). 액세서리(102)는 디바이스(100)로부터 무선 전력을 수신하기 위한 코일(274) 및 스위칭가능한 자기 코어(272)를 포함하는 전력 수신 조립체(270)를 포함할 수 있다. 액세서리(102) 내의 전력 수신 조립체(270)는 상이한 충전 시나리오들에 대해 최적화될 수 있다. 액세서리(102)가 전력 송신기(104)의 부재 하에 디바이스(100)에 결합될 때(도 7에서와 같이), 디바이스(100)는 커버(102)에 무선 전력을 효율적으로 전달하는 것이 바람직하다. 그러나, 액세서리가 디바이스(100)에 결합되고 전력 송신기(104) 상에 배치될 때(도 8에서와 같이), 액세서리(102)는 디바이스(104)로부터 디바이스(100)로의 전력 전달을 방해하지 않는 것이 바람직하다.

이들 충전 시나리오 둘 모두에서 무선 충전 시스템의 만족스러운 동작을 보장하기 위해, 액세서리(102)는 스위칭가능한 자기 코어를 포함할 수 있다. 송신 디바이스(104)의 부재 시, 스위칭가능한 자기 코어는 높은 투자율을 가질 수 있고, 따라서 낮은 자기 저항을 가질 수 있다. 송신 디바이스(104)의 존재 시, 스위칭가능한 자기 코어는 낮은 투자율을 가질 수 있고, 따라서 높은 자기 저항을 가질 수 있다. 이는 낮은 포화 자속 밀도를 갖는 자기 코어(272)에 대한 재료를 선택함으로써 달성될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 송신 디바이스(104)가 존재하지 않을 때, 스위칭가능한 자기 코어(272)(때때로 스위칭가능한 페리자성 코어(272)로 지칭됨)는 상당한 외부 자기장에 노출되지 않는다. 따라서, 스위칭가능한 코어(272)는 그의 포화 자속 밀도에 도달하지 않고, 높은 투자율 및 낮은 자기 저항을 유지한다. 이 상태에서, 스위칭가능한 코어(272)는 시스템에서 자기장을 안내하는 자기 코어로서 역할을 한다. 다시 말해서, 도 7에서 코일(274)은 코일(246)에 유도 결합되고 자기 코어(272)는 수신된 자속을 코일(274)로 재지향시킨다.

도 8에 도시된 바와 같이, 송신 디바이스(104)가 존재할 때, 스위칭가능한 자기 코어(272)는 자기 정렬 구조체들(214)(하나 이상의 영구 자석들을 포함할 수 있음)의 외부 자기장에 노출된다. 자기 정렬 구조체들(214)로부터의 자기장은 스위칭가능한 자기 코어(272)를 포화시키기에 충분히 높을 수 있다. 일단 포화되면, 스위칭가능한 코어(272)의 투자율은 감소하고 스위칭가능한 코어의 자기 저항은 증가한다. 투자율의 강하 및 자기 저항의 증가로 인해, 자기 코어는 시스템에서 자기장을 안내하지 않는다. 실질적으로, 영구 자석(214)을 사용하여 스위칭가능한 자기 코어(272)를 포화시키는 것은 자기 코어(272)를 턴 '오프'시킨다. 이는 스위칭가능한 코어(272)가 코일(212)과 코일(226) 사이에서 액세서리를 통과하는 자속을 바람직하지 않게 재지향시키는 것을 방지한다.

도 8에서, 액세서리(102)가 디바이스(104)와 디바이스(100) 사이에 개재될 때, 디바이스(104)는 커버(102)를 통해 디바이스(100)로 무선 전력을 전달할 수 있다. 커버(102)가 존재하지 않을 때와 유사하게, 코일들(226, 212)은 유도 결합된다. 디바이스(224) 내의 자기 코어(224)는 수신된 자속을 코일(226)로 재지향시킨다.

액세서리(102)가 도 8에서와 같이 디바이스(104)와 디바이스(100) 사이에 개재될 때, 디바이스(100) 내의 송신 조립체는 디스에이블될 수 있다. 즉, 코일들(246, 274)은 도 8에서 유도 결합되지 않는다. 코일들(246, 274)이 유도 결합되지 않기 때문에, 스위칭가능한 코어(272)가 포화되는 것은 코일들(246, 274) 사이의 충전 효율에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 추가적으로, 스위칭가능한 코어(272)가 포화되는 것은 코일들(212, 226) 사이의 유도 결합이 스위칭가능한 코어에 의해 차단되지 않는 것을 보장한다. 코일들(212, 226)은 코일(274)보다 더 높은 최대 전력 레벨에서 동작할 수 있다. 따라서, 이들 코일 사이의 효율적인 전력 전달은 송신 디바이스(104)가 존재할 때 자기 코어(272)를 포화시킴으로써 우선순위화된다.

제거가능한 액세서리(102)가 충전 매트(104) 상에 배치될 때(도 8에서와 같이), 코일(274)은 또한 디바이스(104) 내의 코일(212)에 유도 결합될 수 있다. 코일들(212, 274) 사이의 전력 전달 레벨들은 코일들(212, 226) 사이에서보다 더 낮을 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 다른 가능한 실시예에서, 코일들(274)은 도 8에 도시된 유형의 배열에서 코일(212)에 유도 결합되지 않을 수 있다.

코일(274)은 단일-스트랜드 전도체, 병렬로 연결된 다수의 와이어들을 갖는 다중 스트랜드 전도체, 편조 와이어, 리츠 와이어, 인쇄 회로 기판 상의 다층 트랙들과 같은 전도성 잉크 또는 전도성 트레이스, 또는 코일들을 형성하기에 적합한 다른 전도성 요소들로부터 권취될 수 있다.

도 7 및 도 8의 스위칭가능한 자기 코어(272)는 페라이트와 같은 연자성 재료로 형성될 수 있다. 페라이트 코어를 사용하는 예는 단지 예시적인 것이다. 시스템에서 자기장을 안내하기에 충분히 높은 투자율을 갖는 철, 연강, 뮤-금속(니켈-철 합금), 나노결정질 자기 재료, 희토류 금속, 또는 다른 자기 재료와 같은 다른 강자성 및/또는 페리자성 재료들은 코어에 사용될 수 있다. 자기 코어는 때때로 스위치가능한 페리자성 코어로 지칭될 수 있다. 자기 코어(272)는 단일 피스일 수 있거나 별개의 피스들로 제조될 수 있다. 코어는 성형되거나, 소결되거나, 라미네이션으로부터 형성되거나, 중합체에 분포된 입자(예를 들어, 세라믹 입자)로부터 형성되거나, 다른 공정에 의해 제조될 수 있다.

자기 코어(272)는 2 테슬라(T) 미만, 1.5 T 미만, 1.0 T 미만, 0.8 T 미만, 0.5 T 미만, 0.3 T 미만, 0.2 T 미만, 0.1 T 미만 등에서 포화에 도달할 수 있다. 자기 코어들(224, 203, 및/또는 244)은 코어(272)보다 더 큰 지점에서 포화에 도달할 수 있다.

자기 정렬 구조체들(214, 254)은 디바이스들(100, 104) 사이에 액세서리(102)가 존재할 때에도 자기적으로 결합될 수 있다.

도 9는 예시적인 제거가능한 액세서리의 후방 부분(102R)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 도 9의 전력 수신 조립체(270)는 링-형상 스위칭가능한 자기 코어(272)를 포함한다. 하나 이상의 코일들(274)은 자기 코어(272) 위에 형성된다. 링-형상 스위칭가능한 자기 코어(272) 및 코일(274)은 유전체 재료(276)(또한 도 7 및 8에 도시됨)와 같은 액세서리를 위한 유전체 재료에 매립될 수 있다. 코일(274) 및 코어(272)는 유전체 재료(276)(예를 들어, 직물, 가죽, 중합체, 및/또는 다른 재료)에 의해 완전히 둘러싸이고 이와 직접 접촉할 수 있다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 대안적인 배열에서, 코어(272) 및 코일(274)은 유전체 재료(276)에 의해 측방향으로 둘러싸일 수 있고, 후방 부분(102R)의 상부/하부 표면들 상에 하나 이상의 노출된 표면들을 가질 수 있다. 코어(272) 및 코일(274)은 동심 링들일 수 있다.

전력 수신 조립체(270)를 사용하여 수신된 전력은 케이스(102) 내의 배터리를 충전하고/하거나, 케이스(102) 내의 추가 컴포넌트들(예를 들어, 추가 입출력 컴포넌트들)에 전력을 공급하고/하거나, 추가 액세서리에 무선 전력을 제공하는 데 사용될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 케이스(102)는 선택적으로, 액세서리 내의 다른 곳에(예를 들어, 측벽에), 전자 스타일러스와 같은 액세서리에 무선 전력을 송신하는 전력 송신 조립체를 포함할 수 있다. 액세서리(102)가 후방 부분(102R)에 결합되는 전방 부분(102F)을 포함하는 실시예들에서, 선택적 추가 전력 송신 조립체는 전방 부분(102F)과 후방 부분(102R) 사이의 가요성 힌지 구조체들에 형성될 수 있다.

도 10은 도 6 내지 도 8의 디바이스(100)와 같은 전력 수신 조립체 및 전력 송신 조립체를 갖는 예시적인 휴대용 전자 디바이스의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 디바이스(100)는 자기 코어(224)와 중첩하는 하나 이상의 코일들(226)을 포함한다. 자기 코어(224)는 원형의 형상을 가지며, 디스크-형상 또는 원형으로 지칭될 수 있다. 자기 코어(224) 및 코일(226)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 전력 수신 조립체(222)를 형성하는 데 사용된다. 디바이스(100)는 또한 자기 코어(244)와 중첩하는 하나 이상의 코일들(246)을 갖는 전력 송신 조립체를 포함한다. 코일(246) 및 코어(244)는 링-형상일 수 있다. 링-형상 코일(246) 및 코어(244)는 중심 개구를 가지며, 이때 코어(224) 및 코일(226)은 중심 개구에 형성된다.

링-형상 자기 정렬 구조체(254)(예를 들어, 영구 자석)는 코어(244)를 측방향으로 둘러쌀 수 있다. 정렬 구조체(254)는 중심 개구를 가질 수 있으며, 이때 코어(224), 코일(226), 코어(244), 및 코일(246)은 중심 개구에 형성된다. 따라서, 도 10에서, 코일(226), 코일(246), 자기 코어(244), 및 정렬 구조체(254)는 동심 링들이다. 이러한 예는 단지 예시적인 것이다. 원하는 경우, 다른 배열들이 사용될 수 있다(예를 들어, 정렬 구조체(254)는 코어(244)의 대향 측부들 상에 2개의 개별 영구 자석들로서 형성될 수 있음).

도 6 내지 도 10에 도시된 전력 송신 조립체들 및 전력 수신 조립체들의 예는 단지 예시적인 것이다. 일반적으로, 전력 송신 조립체 및 전력 수신 조립체는 임의의 원하는 설계를 가질 수 있다. 하나의 가능한 배열에서, 전력 송신 조립체 및/또는 전력 수신 조립체의 자기 코어는 포트 코어(pot-core) 설계(예를 들어, 코일을 수용하는 링-형상 중공 부분을 갖는 인클로저)를 가질 수 있다. 또 다른 가능한 배열에서, 전력 송신 조립체 및/또는 전력 수신 조립체는 바(bar)-형상 페라이트 상의 권선을 포함할 수 있다. 임의의 원하는 자기 코어 및 코일 설계가 사용될 수 있다(예를 들어, U자형 코어, C자형 코어, E자형 코어, 토로이드 코어 등).

일반적으로, 각각의 송신/수신 조립체는 단지 하나의 코일, 2개의 코일들, 3개의 코일들, 3개 초과의 코일들 등을 가질 수 있다. 각각의 코일은 임의의 원하는 수의 권선들을 가질 수 있다. 각각의 조립체는 선택적으로 횡방향 코일(예를 들어, 2개의 자기 코어 사지들 사이의 자기 코어 베이스를 따라 연장되는 코일)을 포함할 수 있다. 디바이스들(100, 102, 104) 내의 코일들 및 자기 코어들의 정확한 기하학적 구조는 특정 설계에 맞춰질 수 있다. 디바이스(100)는 특히 무선 전력 송신 디바이스(104)와 공동작용하도록 설계될 수 있다. 그러나, 이는 단지 예시적인 것이다. 디바이스(100)는, 일부 경우들에서, 특히 전력 송신 디바이스(104)와 공동작용하도록 설계되지 않을 수 있다. 일반적으로, 각각의 디바이스는 상이한 코일 배열들, 상이한 자기 요소들(예를 들어, 자기 코어들)(또는 이를 갖지 않음), 상이한 코일 및 자기 요소 크기들, 상이한 코일 및 자기 요소 형상들, 및 다른 상이한 특성들을 가질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 디바이스가 제공되며, 전자 디바이스는 중심 영역 주위에 권취된 권선들을 갖는 제1 평면 무선 충전 코일, 중심 영역에 위치된 권선들을 갖는 제2 평면 무선 충전 코일, 제1 평면 무선 충전 코일과 중첩하는 제1 페리자성 코어, 및 제2 평면 무선 충전 코일과 중첩하는 제2 페리자성 코어를 포함하며, 제2 페리자성 코어는 수신된 자속을 제2 평면 무선 충전 코일을 향해 지향시키도록 위치되고, 제2 페리자성 코어는 제1 페리자성 코어와 상이한 자기 저항을 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 제1 평면 무선 충전 코일은 제1 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되고, 제2 평면 무선 충전 코일은 제1 최대 전력 레벨보다 큰 제2 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면 있어서, 제1 평면 무선 충전 코일은 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성되고, 제2 평면 무선 충전 코일은 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제1 평면 무선 충전 코일은 제2 평면 무선 충전 코일이 제2 무선 전력 신호들을 수신할 때 제1 무선 전력 신호들의 송신을 중지하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제1 평면 무선 충전 코일은 전자 디바이스가 제거가능한 액세서리에 결합될 때 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제2 평면 무선 충전 코일은 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 결합될 때 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제2 평면 무선 충전 코일은 전자 디바이스가 제거가능한 액세서리 및 무선 전력 송신 디바이스에 결합될 때 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된다.

다른 실시예에 따르면, 제1 평면 무선 충전 코일 및 제2 평면 무선 충전 코일은 동일 평면 상에 있다.

다른 실시예에 따르면, 제1 페리자성 코어 및 제2 페리자성 코어는 동일 평면 상에 있다.

다른 실시예에 따르면, 제1 페리자성 코어 및 제2 페리자성 코어는 상이한 재료들로 형성된다.

다른 실시예에 따르면, 제1 페리자성 코어 및 제2 페리자성 코어는 상이한 두께들을 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 전자 디바이스는 중심 개구를 갖는 링-형상 영구 자석을 포함하며, 제1 평면 무선 충전 코일 및 제2 평면 무선 충전 코일은 링-형상 영구 자석의 중심 개구에 위치된다.

일 실시예에 따르면, 전자 디바이스를 위한 액세서리로서, 전자 디바이스는 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 제1 코일 및 무선 전력 송신 디바이스로부터 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 제2 코일을 가지며, 액세서리는 액세서리가 전자 디바이스에 결합될 때 전자 디바이스 내의 제1 코일로부터 제1 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 코일, 및 코일과 중첩하는 페리자성 코어를 포함하고, 페리자성 코어는, 액세서리 및 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합될 때 제1 상태에서 동작하고 - 페리자성 코어는 제1 상태에서 제1 자기 저항을 가짐 -, 액세서리 및 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되지 않을 때 제2 상태에서 동작하며, 페리자성 코어는 제2 상태에서 제1 자기 저항보다 작은 제2 자기 저항을 갖는다.

다른 실시예에 따르면, 제1 상태에서, 페리자성 코어는 무선 전력 송신 디바이스 내의 영구 자석으로부터의 자기장에 의해 포화된다.

다른 실시예에 따르면, 제2 상태에서, 페리자성 코어는 수신된 자속을 코일을 향해 지향시킨다.

다른 실시예에 따르면, 액세서리는 전자 디바이스를 수용하도록 구성되는 후방 벽 및 결합 구조체들을 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 페리자성 코어는 후방 벽에 매립된다.

다른 실시예에 따르면, 액세서리 및 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합될 때 무선 전력 신호들은 무선 전력 송신 디바이스로부터 전자 디바이스의 제2 코일로 후방 벽을 통과하도록 구성된다.

일 실시예에 따르면, 제거가능한 액세서리 내에서 동작가능한 전자 디바이스로서, 제거가능한 액세서리는 무선 전력 수신 코일 및 페리자성 코어를 갖고, 전자 디바이스 및 제거가능한 액세서리가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되고 페리자성 코어가 제1 상태에 있을 때 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 제1 코일, 및 전자 디바이스 및 제거가능한 액세서리가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되지 않고 페리자성 코어가 제1 상태와 상이한 제2 상태에 있을 때 추가 무선 전력 신호들을 무선 전력 수신 코일에 송신하도록 구성된 제2 코일을 포함하는 전자 디바이스가 제공된다.

다른 실시예에 따르면, 제2 코일은 중심 개구를 갖고, 제1 코일은 중심 개구에 형성되고, 제1 코일은 제1 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되고, 제2 코일은 제1 최대 전력 레벨보다 작은 제2 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성된다.

전술한 것은 단지 예시적인 것이며, 설명된 실시예들에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (20)

1. 전자 디바이스로서,
   중심 영역 주위에 권취된 권선들을 갖는 제1 평면 무선 충전 코일;
   상기 중심 영역에 위치된 권선들을 갖는 제2 평면 무선 충전 코일;
   상기 제1 평면 무선 충전 코일과 중첩하는 제1 페리자성 코어; 및
   상기 제2 평면 무선 충전 코일과 중첩하는 제2 페리자성 코어를 포함하며, 상기 제2 페리자성 코어는 수신된 자속을 상기 제2 평면 무선 충전 코일을 향해 지향시키도록 위치되고, 상기 제2 페리자성 코어는 상기 제1 페리자성 코어와 상이한 자기 저항(magnetic reluctance)을 갖는, 전자 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 평면 무선 충전 코일은 제1 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되고, 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 상기 제1 최대 전력 레벨보다 큰 제2 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되는, 전자 디바이스.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 평면 무선 충전 코일은 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성되고, 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 평면 무선 충전 코일은 상기 제2 평면 무선 충전 코일이 상기 제2 무선 전력 신호들을 수신할 때 상기 제1 무선 전력 신호들의 송신을 중지하도록 구성되는, 전자 디바이스.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 평면 무선 충전 코일은 상기 전자 디바이스가 제거가능한 액세서리(removable accessory)에 결합될 때 상기 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
6. 제3항에 있어서, 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 상기 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 결합될 때 상기 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
7. 제3항에 있어서, 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 상기 전자 디바이스가 제거가능한 액세서리 및 무선 전력 송신 디바이스에 결합될 때 상기 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성되는, 전자 디바이스.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 평면 무선 충전 코일 및 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 동일 평면 상에 있는, 전자 디바이스.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 페리자성 코어 및 상기 제2 페리자성 코어는 동일 평면 상에 있는, 전자 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 페리자성 코어 및 상기 제2 페리자성 코어는 상이한 재료들로 형성되는, 전자 디바이스.
11. 제1항에 있어서, 상기 제1 페리자성 코어 및 상기 제2 페리자성 코어는 상이한 두께들을 갖는, 전자 디바이스.
12. 제1항에 있어서, 상기 전자 디바이스는,
    중심 개구를 갖는 링-형상 영구 자석을 추가로 포함하며, 상기 제1 평면 무선 충전 코일 및 상기 제2 평면 무선 충전 코일은 상기 링-형상 영구 자석의 상기 중심 개구에 위치되는, 전자 디바이스.
13. 전자 디바이스를 위한 액세서리로서, 상기 전자 디바이스는 제1 무선 전력 신호들을 송신하도록 구성된 제1 코일 및 무선 전력 송신 디바이스로부터 제2 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 제2 코일을 가지며, 상기 액세서리는,
    상기 액세서리가 상기 전자 디바이스에 결합될 때 상기 전자 디바이스 내의 상기 제1 코일로부터 상기 제1 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 코일; 및
    상기 코일과 중첩하는 페리자성 코어를 포함하고, 상기 페리자성 코어는,
    상기 액세서리 및 상기 전자 디바이스가 상기 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합될 때 제1 상태에서 동작하고 - 상기 페리자성 코어는 상기 제1 상태에서 제1 자기 저항을 가짐 -;
    상기 액세서리 및 상기 전자 디바이스가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되지 않을 때 제2 상태에서 동작하며, 상기 페리자성 코어는 상기 제2 상태에서 상기 제1 자기 저항보다 작은 제2 자기 저항을 갖는, 액세서리.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1 상태에서, 상기 페리자성 코어는 상기 무선 전력 송신 디바이스 내의 영구 자석으로부터의 자기장에 의해 포화되는, 액세서리.
15. 제14항에 있어서, 상기 제2 상태에서, 상기 페리자성 코어는 수신된 자속을 상기 코일을 향해 지향시키는, 액세서리.
16. 제13항에 있어서, 상기 액세서리는 상기 전자 디바이스를 수용하도록 구성되는 후방 벽 및 결합 구조체들을 추가로 포함하는, 액세서리.
17. 제16항에 있어서, 상기 페리자성 코어는 상기 후방 벽에 매립되는, 액세서리.
18. 제16항에 있어서, 무선 전력 신호들은, 상기 액세서리 및 상기 전자 디바이스가 상기 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합될 때 상기 무선 전력 송신 디바이스로부터 상기 전자 디바이스의 상기 제2 코일로 상기 후방 벽을 통과하도록 구성되는, 액세서리.
19. 제거가능한 액세서리 내에서 동작가능한 전자 디바이스로서, 상기 제거가능한 액세서리는 무선 전력 수신 코일 및 페리자성 코어를 갖고, 상기 전자 디바이스는,
    상기 전자 디바이스 및 상기 제거가능한 액세서리가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되고 상기 페리자성 코어가 제1 상태에 있을 때 상기 무선 전력 송신 디바이스로부터 무선 전력 신호들을 수신하도록 구성된 제1 코일; 및
    상기 전자 디바이스 및 제거가능한 액세서리가 무선 전력 송신 디바이스에 유도 결합되지 않고 상기 페리자성 코어가 상기 제1 상태와 상이한 제2 상태에 있을 때 추가 무선 전력 신호들을 상기 무선 전력 수신 코일에 송신하도록 구성된 제2 코일을 포함하는, 전자 디바이스.
20. 제19항에 있어서, 상기 제2 코일은 중심 개구를 갖고, 상기 제1 코일은 상기 중심 개구에 형성되고, 상기 제1 코일은 제1 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되고, 상기 제2 코일은 상기 제1 최대 전력 레벨보다 작은 제2 최대 전력 레벨에서 동작하도록 구성되는, 전자 디바이스.

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