KR20240023546A - 전자 디바이스들에 대한 nfc를 갖는 자기 정렬 시스템들 - Google Patents
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Abstract
자기 정렬 시스템은 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 이차 환형 자기 정렬컴포넌트를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트는 제1 자기 배향을 갖는 내부 환형 영역, 상기 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 갖는 외부 환형 영역, 및 일차 내부 환형 영역과 일차 외부 환형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중항 환형 영역을 포함할 수 있다. 이차 정렬 컴포넌트는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가질 수 있다. 회전 자기 정렬 컴포넌트 및/또는 NFC 코일 및 회로와 같은, 추가적인 구성들이 포함될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 9월 27일자로 출원된 미국 가출원 제62/907,332호; 2020년 8월 5일자로 출원된 미국 가출원 제63/061,752호; 및 2020년 9월 22일자로 출원된 미국 출원 제17/028,256호에 대해 우선권을 주장한다. 이들 출원들의 개시내용들은 모든 목적들을 위해 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로 소비자 전자 디바이스들에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 예컨대 디바이스들 사이의 효율적인 무선 전력 전달을 가능하게 하는 목적을 위해, 2개의(또는 그 이상의) 디바이스들 사이의 원하는 정렬을 확립하고 유지하는 것을 용이하게 하는 자기 정렬 컴포넌트들 및 시스템들에 관한 것이다.
휴대용 전자 디바이스들(예컨대, 모바일폰, 미디어 플레이어, 전자 워치 등)은 그들의 배터리 내에 저장된 전하가 있을 때 동작한다. 일부 휴대용 전자 디바이스들은 물리적 연결을 통해, 예컨대 충전 코드를 통해, 휴대용 전자 디바이스를 전원에 결합함으로써 재충전될 수 있는 재충전가능 배터리를 포함한다. 그러나, 충전 코드를 사용하여 휴대용 전자 디바이스 내의 배터리를 충전하려면 휴대용 전자 디바이스가 전원 콘센트에 물리적으로 연결되어야 한다. 또한, 충전 코드를 사용하려면 충전 코드의 커넥터, 전형적으로 플러그 커넥터와 정합하도록 구성된 커넥터, 전형적으로 리셉터클 커넥터가 모바일 디바이스에 있어야 한다. 리셉터클 커넥터는, 먼지 및 습기가 디바이스에 침투하여 그를 손상시킬 수 있는 통로(avenue)를 제공하는 휴대용 전자 디바이스 내의 공동을 포함한다. 또한, 휴대용 전자 디바이스의 사용자는 배터리를 충전하기 위해 충전 케이블을 리셉터클 커넥터에 물리적으로 연결해야 한다.
이러한 단점을 피하기 위해, 충전 코드를 필요로 하지 않으면서 휴대용 전자 디바이스를 충전하기 위해 전자기 유도를 이용하는 무선 충전 기술들이 개발되어 왔다. 예를 들어, 일부 휴대용 전자 디바이스들은, 무선 충전기 디바이스의 충전 표면 상에 디바이스를 단순히 놓음으로써 재충전될 수 있다. 충전 표면 아래에 배치된 송신기 코일은 휴대용 전자 디바이스 내의 대응하는 수신기 코일에 전류를 유도하는 시변 자속을 생성하는 교류로 구동된다. 유도 전류는 휴대용 전자 디바이스에 의해 그의 내부 배터리를 충전하는 데 사용될 수 있다. 일부 휴대용 전자 디바이스들은 전력을 무선으로 수신할 뿐만 아니라 액세서리 디바이스들과 같은 다른 휴대용 전자 디바이스들에 전력을 무선으로 송신하도록 설계되었다.
다른 인자들 중에서도, 무선 전력 전달의 효율성은 송신기 및 수신기 코일들 사이의 정렬에 의존한다. 예를 들어, 송신기 코일 및 수신기 코일은 이들이 동축으로 정렬될 때 최상으로 작동할 수 있다. 휴대용 전자 디바이스가 안내 특징부를 갖지 않는 편평한 표면을 가지는 경우, 적절한 정렬을 찾는 것은 어려울 수 있다. 종종, 정렬은, 사용자가 디바이스와 충전기의 상대적 위치들을 이동시키고 충전 성능에 대한 영향을 관찰하면서, 시행착오에 의해 달성된다. 이러한 방식으로 최적의 정렬을 확립하는 것은 시간 소모적일 수 있다. 또한, 표면 특징부의 부재는 최적의 정렬을 유지하는 것을 어렵게 할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스 및/또는 충전기가 충전 동안 떠밀리는 경우, 이들은 정렬을 벗어나 이동될 수 있다. 이들 및 다른 이유들로, 전자 디바이스들 사이의 정렬을 확립하고 유지하기 위한 개선된 기법들이 바람직할 것이다.
본 명세서에 기술된 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 명세서에 사용되는 명명법에서, "일차" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 단말 액세서리에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. "이차" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. "보조" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 충전-스루 액세서리(charge-through accessory)에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다.
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(outboard) 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 일차, 이차, 또는 보조로 분류될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들은 디바이스 하우징 내에서 제위치에 고정될 수 있다. 대안적으로, (환형 및/또는 회전 정렬 컴포넌트들을 포함하는) 디바이스 내의 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부는 축방향 및/또는 측방향으로 이동가능하게 될 수 있다. 이동가능한 자기 정렬 컴포넌트는 자석들이, 더 근접하게 (예컨대, 축방향으로) 이동되어 디바이스들을 정렬 상태로 유지하는 자기력을 증가시킬 수 있게 하거나, 또는 서로 멀어지게 이동되어 디바이스들을 정렬 상태로 유지하는 자기력을 감소시킬 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 또한, 디바이스들이 NFC 프로토콜을 사용하여 자신들을 서로에게 식별시킬 수 있도록 하는 근거리 통신(near-field communication, NFC) 코일 및 지원 회로부를 포함할 수 있다. 특정 디바이스 내의 NFC 코일은 환형 정렬 컴포넌트의 내측(inboard) 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 간극 내에 배치될 수 있다. NFC 컴포넌트는 자기 정렬을 제공하는 맥락에서 선택적이며, 이동하는 또는 고정된 자기 정렬 컴포넌트들과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
첨부 도면들과 함께 하기의 상세한 설명은 본 발명의 본질 및 이점들에 대한 보다 양호한 이해를 제공할 것이다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템을 포함하는 무선 충전 시스템의 단순화된 표현을 도시한다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 3b는 도 3a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 5a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 5b는 도 5a의 시스템의 일부분을 통한 축방향 단면도를 도시한다.
도 5c 내지 도 5e는 일부 실시예들에 따른 방사상 자기 배향을 갖는 아치형 자석들의 예들을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른, 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 힘 프로파일들의 그래프들을 도시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 8a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 시스템의 다른 부분들을 통한 축방향 단면도들을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트들의 단순화된 평면도들을 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 11은 일부 실시예들에 따른 간극을 갖는 환형 정렬 컴포넌트의 예를 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 휴대용 전자 디바이스들의 예들을 도시한다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 무선 충전기 디바이스의 단순화된 도면을 도시한다.
도 14a는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스와 정렬된 휴대용 전자 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 사시도를 도시하고, 도 14b는 도 14a의 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 15는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템을 통해 함께 정렬될 수 있는 디바이스들을 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 16은 일부 실시예들에 따른, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 갖는 자기 정렬 시스템을 포함하는 휴대용 전자 디바이스 및 액세서리의 예를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 일부 실시예들에 따른 회전 정렬의 예를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따른 "z-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 일부 실시예들에 따른 "4-극(quad-pole)" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 일부 실시예들에 따른 "환형 설계" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 일부 실시예들에 따른 "3-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 22는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 자기 정렬 시스템들에 대한 각회전(angular rotation)의 함수로서의 토크의 그래프들을 도시한다.
도 23은 일부 실시예들에 따른, 다수의 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 정렬 시스템을 가지는 휴대용 전자 디바이스를 도시한다.
도 24는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템을 포함하는 무선 충전 시스템의 단순화된 표현을 도시한다.
도 25a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 25b는 도 25a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 26b는 도 26a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 27은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스의 단순화된 배면도를 도시한다.
도 28a는 일부 실시예들에 따른 액세서리 디바이스 및 무선 충전기 디바이스와 정렬된 휴대용 전자 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 사시도를 도시하고, 도 28b는 도 28a의 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 29는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템을 통해 함께 정렬될 수 있는 디바이스들을 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 30a 내지 도 30c는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자석들을 예시한다.
도 31a 및 도 31b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 36은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 수직력(normal force)을 예시한다.
도 37은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 전단력을 예시한다.
도 38a 및 도 38b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 39a 및 도 39b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 40a 및 도 40b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 41a 및 도 41b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 다른 이동 자석을 예시한다.
도 42는 본 발명의 실시예에 따른 다른 이동 자석 구조체의 절단 측면도를 예시한다.
도 43은 도 42의 이동 자석 구조체의 부분 투명도이다.
도 44는 도 42의 전자 디바이스의 다른 절단 측면도이다.
도 45 및 도 46은 제2 전자 디바이스와 맞물릴 때의 도 42의 전자 디바이스를 예시한다.
도 47a 및 도 47b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 48a 및 도 48b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 49a 및 도 49b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 50은 일부 실시예들에 따른, 휴대용 전자 디바이스의 단순화된 배면도를 도시한다.
도 51은 일부 실시예들에 따른, NFC 판독기를 포함하는 휴대용 전자 디바이스를 위한 무선 충전 및 정렬 조립체의 분해도를 도시한다.
도 52는 도 51의 조립체를 포함하는 도 50의 휴대용 전자 디바이스의 일부분의 단순화된 단면도를 도시한다.
도 53은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로를 포함하는 무선 충전기 디바이스의 분해도를 도시한다.
도 54a 및 도 54b는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 부분 단면도들을 도시한다.
도 55는 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 56은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 더 상세한 도면을 도시한다.
도 57은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 분해도를 도시한다.
도 58은 일부 실시예들에 따른 액세서리의 부분 단면도를 도시한다.
도 59는 일부 실시예들에 따른 다른 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 60은 일부 실시예들에 따른 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 NFC 태그 회로 조립체의 확대도를 도시한다.
도 61은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 분해도를 도시한다.
도 62는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스, 휴대용 전자 디바이스, 및 액세서리 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 63은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 가지는 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 64는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스, 휴대용 전자 디바이스, 및 액세서리 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 65는 일부 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스에서 구현될 수 있는 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 66은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 분해도를 도시한다.
도 67은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 68은 일부 실시예들에 따른, 무선 충전기 디바이스에 연결될 수 있는 통합된 전력 회로부를 갖는 케이블 조립체의 분해도를 도시한다.
도 69a는 일부 실시예들에 따른, 무선 전력 모듈을 갖는 휴대용 전자 디바이스의 예를 도시한다.
도 69b는 도 69a의 무선 전력 모듈의 단면도를 도시한다.
도 70은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 모듈의 더 상세한 평면도를 도시한다.
도 71a 내지 도 71d는 다양한 실시예들에 따른, 무선 전력 모듈에서 사용될 수 있는 NFC 코일들의 단면도들을 도시한다.
도 72는 일부 실시예들에 따른 케이스의 배면도를 도시한다.
도 73a는 일부 실시예들에 따른, 케이스를 위한 환형 정렬 조립체의 내부 컴포넌트들의 단순화된 축방향 도면을 도시한다.
도 73b는 도 73a의 환형 정렬 조립체의 단면도를 도시한다.
도 73c는 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 더 상세한 도면을 도시한다.
도 74는 일부 실시예들에 따른 환형 정렬 조립체 및 회전 정렬 조립체의 분해도를 도시한다.
도 75는 일부 실시예들에 따른 케이스의 배면 패널의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 76a 및 도 76b는 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈의 상부 및 저부 사시도들을 도시한다.
도 77은 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈의 분해도를 도시한다.
도 78은 일부 실시예들에 따른 눈물방울-형상의 충전기 모듈의 상부 사시도를 도시한다.
도 79a는 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 정면도이고 도 79b는 그의 평면도이다.
도 80은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 분해도를 도시한다.
도 81은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 분해도를 도시한다.
도 82 및 도 83은 다양한 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈들의 부분 단면도들을 도시한다.
도 84는 일부 실시예들에 따른 환형 액세서리 인서트 모듈의 부분 단면도이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 2b는 도 2a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 3b는 도 3a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 5a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 5b는 도 5a의 시스템의 일부분을 통한 축방향 단면도를 도시한다.
도 5c 내지 도 5e는 일부 실시예들에 따른 방사상 자기 배향을 갖는 아치형 자석들의 예들을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른, 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 힘 프로파일들의 그래프들을 도시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 8a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 8b 및 도 8c는 도 8a의 시스템의 다른 부분들을 통한 축방향 단면도들을 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트들의 단순화된 평면도들을 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트의 단순화된 평면도를 도시한다.
도 11은 일부 실시예들에 따른 간극을 갖는 환형 정렬 컴포넌트의 예를 예시한다.
도 12a 및 도 12b는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 휴대용 전자 디바이스들의 예들을 도시한다.
도 13은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 무선 충전기 디바이스의 단순화된 도면을 도시한다.
도 14a는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스와 정렬된 휴대용 전자 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 사시도를 도시하고, 도 14b는 도 14a의 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 15는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템을 통해 함께 정렬될 수 있는 디바이스들을 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 16은 일부 실시예들에 따른, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 갖는 자기 정렬 시스템을 포함하는 휴대용 전자 디바이스 및 액세서리의 예를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 일부 실시예들에 따른 회전 정렬의 예를 도시한다.
도 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따른 "z-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 일부 실시예들에 따른 "4-극(quad-pole)" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 20a 및 도 20b는 일부 실시예들에 따른 "환형 설계" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 일부 실시예들에 따른 "3-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트의 사시도 및 평면도를 도시한다.
도 22는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 자기 정렬 시스템들에 대한 각회전(angular rotation)의 함수로서의 토크의 그래프들을 도시한다.
도 23은 일부 실시예들에 따른, 다수의 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 정렬 시스템을 가지는 휴대용 전자 디바이스를 도시한다.
도 24는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템을 포함하는 무선 충전 시스템의 단순화된 표현을 도시한다.
도 25a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 25b는 도 25a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템의 사시도를 도시하고, 도 26b는 도 26a의 자기 정렬 시스템을 통한 단면을 도시한다.
도 27은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스의 단순화된 배면도를 도시한다.
도 28a는 일부 실시예들에 따른 액세서리 디바이스 및 무선 충전기 디바이스와 정렬된 휴대용 전자 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 사시도를 도시하고, 도 28b는 도 28a의 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 29는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템을 통해 함께 정렬될 수 있는 디바이스들을 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 30a 내지 도 30c는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자석들을 예시한다.
도 31a 및 도 31b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다.
도 36은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 수직력(normal force)을 예시한다.
도 37은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 전단력을 예시한다.
도 38a 및 도 38b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 39a 및 도 39b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 40a 및 도 40b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다.
도 41a 및 도 41b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 다른 이동 자석을 예시한다.
도 42는 본 발명의 실시예에 따른 다른 이동 자석 구조체의 절단 측면도를 예시한다.
도 43은 도 42의 이동 자석 구조체의 부분 투명도이다.
도 44는 도 42의 전자 디바이스의 다른 절단 측면도이다.
도 45 및 도 46은 제2 전자 디바이스와 맞물릴 때의 도 42의 전자 디바이스를 예시한다.
도 47a 및 도 47b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 48a 및 도 48b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 49a 및 도 49b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다.
도 50은 일부 실시예들에 따른, 휴대용 전자 디바이스의 단순화된 배면도를 도시한다.
도 51은 일부 실시예들에 따른, NFC 판독기를 포함하는 휴대용 전자 디바이스를 위한 무선 충전 및 정렬 조립체의 분해도를 도시한다.
도 52는 도 51의 조립체를 포함하는 도 50의 휴대용 전자 디바이스의 일부분의 단순화된 단면도를 도시한다.
도 53은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로를 포함하는 무선 충전기 디바이스의 분해도를 도시한다.
도 54a 및 도 54b는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 부분 단면도들을 도시한다.
도 55는 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 56은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 더 상세한 도면을 도시한다.
도 57은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 분해도를 도시한다.
도 58은 일부 실시예들에 따른 액세서리의 부분 단면도를 도시한다.
도 59는 일부 실시예들에 따른 다른 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 60은 일부 실시예들에 따른 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 NFC 태그 회로 조립체의 확대도를 도시한다.
도 61은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 분해도를 도시한다.
도 62는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스, 휴대용 전자 디바이스, 및 액세서리 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 63은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 가지는 액세서리 디바이스의 예를 도시한다.
도 64는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스, 휴대용 전자 디바이스, 및 액세서리 디바이스를 포함하는 시스템의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 65는 일부 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스에서 구현될 수 있는 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 66은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 분해도를 도시한다.
도 67은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스의 단순화된 부분 단면도를 도시한다.
도 68은 일부 실시예들에 따른, 무선 충전기 디바이스에 연결될 수 있는 통합된 전력 회로부를 갖는 케이블 조립체의 분해도를 도시한다.
도 69a는 일부 실시예들에 따른, 무선 전력 모듈을 갖는 휴대용 전자 디바이스의 예를 도시한다.
도 69b는 도 69a의 무선 전력 모듈의 단면도를 도시한다.
도 70은 일부 실시예들에 따른 무선 전력 모듈의 더 상세한 평면도를 도시한다.
도 71a 내지 도 71d는 다양한 실시예들에 따른, 무선 전력 모듈에서 사용될 수 있는 NFC 코일들의 단면도들을 도시한다.
도 72는 일부 실시예들에 따른 케이스의 배면도를 도시한다.
도 73a는 일부 실시예들에 따른, 케이스를 위한 환형 정렬 조립체의 내부 컴포넌트들의 단순화된 축방향 도면을 도시한다.
도 73b는 도 73a의 환형 정렬 조립체의 단면도를 도시한다.
도 73c는 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체의 더 상세한 도면을 도시한다.
도 74는 일부 실시예들에 따른 환형 정렬 조립체 및 회전 정렬 조립체의 분해도를 도시한다.
도 75는 일부 실시예들에 따른 케이스의 배면 패널의 일부분의 단면도를 도시한다.
도 76a 및 도 76b는 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈의 상부 및 저부 사시도들을 도시한다.
도 77은 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈의 분해도를 도시한다.
도 78은 일부 실시예들에 따른 눈물방울-형상의 충전기 모듈의 상부 사시도를 도시한다.
도 79a는 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 정면도이고 도 79b는 그의 평면도이다.
도 80은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 분해도를 도시한다.
도 81은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈의 분해도를 도시한다.
도 82 및 도 83은 다양한 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈들의 부분 단면도들을 도시한다.
도 84는 일부 실시예들에 따른 환형 액세서리 인서트 모듈의 부분 단면도이다.
자기 정렬 시스템들 및 그의 컴포넌트들의 다양한 실시예들이 본 명세서에 기술된다. 자기 정렬 시스템은 환형 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 환형 정렬 컴포넌트는, "일차" 환형 정렬 컴포넌트가 상보적 "이차" 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/거나 다른 디바이스를 원하는 정렬로 유지할 수 있다. (자기 정렬 시스템에 의해 정렬된 디바이스들은 서로 "부착된" 것으로 칭해질 수 있다.)
본 설명의 목적을 위해, 다수의 상이한 카테고리의 디바이스들이 구별될 수 있다. 본 명세서에 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(예컨대, 스마트 워치, 헤드폰, 이어버드); 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 명세서에 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/하거나 수신하는 그들의 능력과 관련하여, "능동" 액세서리들로도 지칭될 수 있다. 다른 액세서리들은 전력을 제공하거나 수신하지 않는 "수동 액세서리들"이다. 예를 들어, 일부 수동 액세서리들은 (예컨대, 다른 물체들과 휴대용 전자 디바이스의 충돌에 의해 야기되는 손상에 대한) 보호, 심미적 향상(예컨대, 장식 색상 등), 및/또는 기능적 향상(예컨대, 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 일부분(또는 전부)이 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 아님을 이해하여야 한다. 예를 들어, "배터리 케이스"는 보호 및/또는 심미적 특징부들에 더하여 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 기술된 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. (환형 자기 정렬 컴포넌트가 유도 충전 코일을 갖지 않는 디바이스에서 또한 사용될 수 있다는 것이 자명할 것이다.) 본 명세서에 사용되는 명명법에서, "일차" 환형 자기 정렬 컴포넌트는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 단말 액세서리에 사용되는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 지칭한다. "이차" 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", "일차", "이차" 및 "보조"와 같은 형용사들은 문맥이 명확한 경우 생략될 수 있다.) 일차 및 이차 환형 정렬 컴포넌트들은 상보적인 자기 배향들을 가져서, 일차 및 이차 환형 정렬 컴포넌트들이 서로 끌어당기고 이들 컴포넌트를 포함하는 디바이스들을 원하는 정렬로 부착시킬 수 있다. 예를 들어, 일차 환형 정렬 컴포넌트는, 제1 축방향의 자기 극성을 갖는 내측 환형 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 극성을 갖는 외측 환형 영역, 및 내측 환형 영역과 외측 환형 영역 사이의 중심 비-자화된 영역(central non-magnetized region)을 갖는, "4-극" 자기 구성을 가질 수 있다. 이차 환형 정렬 컴포넌트는 방사상 자기 구성을 가질 수 있다(예를 들어, 북극은 방사상 내향으로 또는 방사상 외향으로, 정확히 또는 대략적으로, 배향됨; 하기에 예들이 기술된다). 정렬될 때, 일차 및 이차 환형 정렬 컴포넌트들은 DC 자속이 자석들 내에 대부분 포함되도록 폐쇄 자석(magnetic) 루프를 형성할 수 있다. 대안적으로, 이차 환형 정렬 컴포넌트는 또한 일차 환형 정렬 컴포넌트의 것에 매칭되는 4-극 자기 구성을 가질 수 있다. 보조 환형 정렬 컴포넌트는 "리피터(repeater)"로서 동작할 수 있고, 일차 환형 정렬 컴포넌트의 것에 매칭되는 4-극 구성을 가질 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. 회전 정렬 컴포넌트의 자석(들)은 상보적 배향들을 가질 수 있어서, 2개의 디바이스들 내의 회전 정렬 컴포넌트들이 서로 끌어당기고 이들 컴포넌트를 포함하는 2개의 디바이스들을 원하는 회전 배향으로 부착시킬 수 있다. 예를 들어, 회전 정렬 컴포넌트는, 제1 축방향의 자기 극성을 갖는 (예컨대, 직사각형 자석의 일 측부를 따라 연장되는) 제1 자화된 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 극성을 갖는 (예컨대, 직사각형 자석의 반대 측부를 따라 연장되는) 제2 자화된 영역, 및 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 가질 수 있다. 다른 예로서, 회전 정렬 컴포넌트는, 제1 축방향의 자기 극성을 갖는 (예컨대, 직사각형 자석의 일 측부를 따라 연장되는) 제1 자화된 영역, 제1 축방향의 자기 극성을 또한 갖는 (예컨대, 직사각형 자석의 반대 측부를 따라 연장되는) 제2 자화된 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 극성을 갖는 중심 자화된 영역, 및 중심 자화된 영역과 제1 및 제2 자화된 영역들 각각 사이의 비-자화된 영역들을 갖는, 3-극 구성을 가질 수 있다. 다른 자기 구성들이 대체될 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 디바이스가 회전 자기 정렬 컴포넌트를 또한 갖거나 갖지 않을 수 있고, 회전 정렬 컴포넌트들은, 예를 들어 디바이스의 유형에 따라, 일차, 이차, 또는 보조로 분류될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들은 디바이스 하우징 내에서 제위치에 고정될 수 있다. 대안적으로, (환형 및/또는 회전 정렬 컴포넌트들을 포함하는) 디바이스 내의 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것 또는 전부는 축방향 및/또는 측방향으로 이동가능하게 될 수 있다. 이동가능한 자기 정렬 컴포넌트는 자석들이, 더 근접하게 (예컨대, 축방향으로) 이동되어 디바이스들을 정렬 상태로 유지하는 자기력을 증가시킬 수 있게 하거나, 또는 서로 멀어지게 이동되어 디바이스들을 정렬 상태로 유지하는 자기력을 감소시킬 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 또한, 디바이스들이 NFC 프로토콜을 사용하여 자신들을 서로에게 식별시킬 수 있도록 하는 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 간극 내에 배치될 수 있다. NFC 컴포넌트는 자기 정렬을 제공하는 맥락에서 선택적이라는 것이 이해되어야 한다.
따라서, 하기의 설명이 컴포넌트들의 다양한 조합들을 포함하는 특정 예들에 초점을 맞추지만, 임의의 디바이스가, 예를 들어 본 명세서에 기술된 일차, 이차, 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 디바이스는 또한, 예를 들어 본 명세서에 기술된 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는 회전 자기 정렬 컴포넌트를 가질 수 있다. 추가로, 회전 자기 정렬 컴포넌트를 또한 갖는지 여부에 관계없이, 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 디바이스는 또한, 예를 들어 본 명세서에 기술된 예들 중 임의의 것에 따라 구현될 수 있는 NFC 코일(및 지원 판독기 회로부 및/또는 태그 회로부)을 가질 수 있다.
1. 일차 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트
1.1. 자기 정렬 시스템의 개요
도 1은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(106)을 포함하는 무선 충전 시스템(100)의 단순화된 표현을 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(104)는 무선 충전기 디바이스(102)의 충전 표면(108) 상에 위치된다. 휴대용 전자 디바이스(104)는 스마트 폰, 태블릿, 웨어러블 디바이스 등과 같은 소비자 전자 디바이스, 또는 무선 충전이 요구되는 임의의 다른 전자 디바이스일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(102)는, 적합하게 구성된 수신 디바이스에 전류를 유도하기 위해 시변 자속을 생성하도록 구성되는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스(102)는 무선 충전 매트, 퍽(puck), 도킹 스테이션 등일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(102)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(104) 및 무선 충전기 디바이스(102)는 각각 유도 코일들(110, 112)을 포함할 수 있으며, 이는 그들 사이에서 전력을 전달하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(112)은 시변 자속(114)을 생성하는 송신기 코일일 수 있고, 유도 코일(110)은 시변 자속(114)에 응답하여 전류가 유도되는 수신기 코일일 수 있다. 수신된 전류는 휴대용 전자 디바이스(104)의 배터리를 충전하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(104)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 명세서에 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(112, 110)을 정렬시키는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템(106)은 그러한 정렬을 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 자기 정렬 시스템(106)은 무선 충전기 디바이스(102)의 표면 상에 또는 내에 배치된 일차 자기 정렬 컴포넌트(116), 및 휴대용 전자 디바이스(104)의 표면 상에 또는 내에 배치된 이차 자기 정렬 컴포넌트(118)를 포함한다. 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들(116, 118)은, 유도 코일들(110, 112)이 서로 정렬되어 효율적인 무선 전력 전달을 제공하는 정렬된 위치로, 서로를 자기적으로 끌어당기도록 구성된다.
본 명세서에 기술된 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템의 자기 정렬 컴포넌트(일차 또는 이차 정렬 컴포넌트를 포함함)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 자석은 원하는 방향으로 배향된 자기 극성을 가질 수 있어서, 일차 및 이차 자기 정렬 컴포넌트들 사이의 자기 인력이 원하는 정렬을 제공하게 한다. 일부 실시예들에서, 아치형 자석은 제1 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 자기 영역, 및 제1 방향과는 상이한(예컨대, 반대인) 제2 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 자기 영역을 포함할 수 있다. 기술되는 바와 같이, 상이한 구성들은 상이한 정도의 자기장 누설을 제공할 수 있다.
1.2. 단일 축방향 자기 배향을 갖는 자기 정렬 시스템
도 2a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(200)의 사시도를 도시하고, 도 2b는 도 2a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(200)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(200)은 도 1의 자기 정렬 시스템(106)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(200)에서, 정렬 컴포넌트들 모두는 (환형 구성의 축을 따라) 동일한 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는다. 설명의 편의를 위해, "축" 방향("종" 또는 "z" 방향으로도 지칭됨)은 자기 정렬 시스템(200)의 회전 대칭 축(201)에 평행한 것으로 정의되며, 횡단면("측" 또는 "x" 또는 "y" 방향으로도 지칭됨)은 축(201)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 "상부" 및 "저부"는 도면에 도시된 특정 뷰와 관련하여 사용될 수 있지만, 다른 의미는 갖지 않는다.)
도 2a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(200)은 (도 1의 일차 정렬 컴포넌트(116)의 구현예일 수 있는) 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 (도 1의 이차 정렬 컴포넌트(118)의 구현예일 수 있는) 이차 정렬 컴포넌트(218)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)는 각각 약 54 mm의 외경 및 약 4 mm의 방사상 폭을 가질 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)의 외경들 및 방사상 폭들은 정확히 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 이차 정렬 컴포넌트(218)의 방사상 폭은 일차 정렬 컴포넌트(216)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있고/있거나 이차 정렬 컴포넌트(218)의 외경은 또한 일차 정렬 컴포넌트(216)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있어서, 정렬 상태에 있을 때, 일차 정렬 컴포넌트(216)의 내측 및 외측 면들이 이차 정렬 컴포넌트(218)의 대응하는 내측 및 외측 면들을 넘어서 연장되게 한다. 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)의 두께들(또는 축방향 치수들)은 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(216)는 약 1.5 mm의 두께를 갖는 반면, 이차 정렬 컴포넌트(218)는 약 0.37 mm의 두께를 갖는다.
일차 정렬 컴포넌트(216)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 일차 아치형 자석들(226)로 형성될 수 있고, 이차 정렬 컴포넌트(218)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 이차 아치형 자석들(228)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 일차 자석들(226)의 개수는 이차 자석들(228)의 개수와 동일하고, 각각의 섹터는 정확히 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니다. 일차 자석들(226) 및 이차 자석들(228)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 일차 자석들(226)(또는 이차 자석들(228))이 끝과 끝을 붙여(end-to-end) 서로 인접하게 위치될 때 일차 자석들(226)(또는 이차 자석들(228))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 자석들(226)은 인터페이스들(230)에서 서로 접촉할 수 있고, 이차 자석들(228)은 인터페이스들(232)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 일차 자석들(226) 또는 이차 자석들(228)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(216)는 또한 일차 자석들(226)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(214)(DC 자기 차폐부 또는 DC 차폐부로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(214)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 일차 자석들(226)에 접착되어 일차 자석들(226)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(214)는 스테인리스강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 일차 정렬 컴포넌트(216)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 이에 의해 일차 정렬 컴포넌트(216)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다.
일차 자석들(226) 및 이차 자석들(228)(및 본 명세서에 기술된 모든 다른 자석들)은 자성 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자성 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석들은 NiCuNi 또는 유사한 재료들의 얇은 층(예컨대, 7 내지 13 μm)으로 도금될 수 있다. 각각의 일차 자석(226) 및 각각의 이차 자석(228)은 도 2b의 자기 극성 표시자들(215, 217)에 의해 도시된 바와 같이 축방향으로 정렬된 자기 극성을 갖는 단일 자기 영역을 갖는 모놀리식 구조체를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 일차 자석(226) 및 각각의 이차 자석(228)은 축방향 자기 배향을 갖는 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 막대 자석일 수 있다. (명백한 바와 같이, 용어 "자기 배향"은 자석 또는 자화된 영역의 자기 극성의 배향 방향을 지칭한다.) 도시된 예에서, 일차 자석(226)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖는 반면, 이차 자석(228)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖는다. 다른 실시예들에서, 자기 배향들은 반전될 수 있어서, 일차 자석(226)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖는 반면, 이차 자석(228)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖는다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 일차 자석(226) 및 이차 자석(228)의 축방향 자기 배향은 일차 자석(226)과 이차 자석(228) 사이에 인력을 가하는 자기장(240)을 생성할 수 있고, 이에 의해, (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이) 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)가 배치되는 각자의 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 차폐부(214)가 자기장(240)의 일부를 일차 자석(226) 아래의 영역들로부터 멀리 방향전환시킬 수 있지만, 자기장(240)은 여전히 일차 자석(226) 및 이차 자석(228)에 측방향으로 인접한 영역들로 전파될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기장(240)의 측방향 전파는 다른 자기 감응성 컴포넌트들에 자기장 누설을 야기할 수 있다. 예를 들어, 강자성 차폐부를 갖는 유도 코일이 환형 일차 정렬 컴포넌트(216)(또는 이차 정렬 컴포넌트(218))의 내부(또는 내측) 영역에 배치되는 경우, 자기장(240)의 누설은 강자성 차폐부를 포화시킬 수 있으며, 이는 무선 충전 성능을 저하시킬 수 있다.
자기 정렬 시스템(200)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일차 정렬 컴포넌트(216) 및 이차 정렬 컴포넌트(218)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 16개의 자석들, 36개의 자석들, 또는 임의의 다른 개수의 자석들과 같은, 상이한 개수의 자석들을 사용할 수 있고, 일차 자석들의 개수는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(216) 및/또는 이차 정렬 컴포넌트(218)는 각각 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있지만; 자기 정렬 컴포넌트들(216, 218)을 아치형 자석들로 분할하는 것은 제조를 개선할 수 있는데, 그 이유는 (일부 유형들의 자성 재료의 경우) 더 작은 아치형 세그먼트들이 단일의 모놀리식 환형 자석보다 덜 취성일 수 있고 제조 동안 자성 재료 상에 가해진 물리적 응력으로 인한 수율 손실의 경향이 덜할 수 있기 때문이다.
1.3. 폐쇄-루프 구성을 갖는 자기 정렬 시스템
도 2b를 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 기술될 것이다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(300)의 사시도를 도시하고, 도 3b는 도 3a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(300)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(300)은 도 1의 자기 정렬 시스템(106)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(300)에서, 정렬 컴포넌트는 후술되는 바와 같이 "폐쇄 루프" 구성으로 구성된 자기 컴포넌트들을 갖는다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(300)은 (도 1의 일차 정렬 컴포넌트(116)의 구현예일 수 있는) 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 (도 1의 이차 정렬 컴포넌트(118)의 구현예일 수 있는) 이차 정렬 컴포넌트(318)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)는 각각 약 54 mm의 외경 및 약 4 mm의 방사상 폭을 가질 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)의 외경들 및 방사상 폭들은 정확히 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 이차 정렬 컴포넌트(318)의 방사상 폭은 일차 정렬 컴포넌트(316)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있고/있거나 이차 정렬 컴포넌트(318)의 외경은 또한 일차 정렬 컴포넌트(316)의 방사상 폭보다 약간 작을 수 있어서, 정렬 상태에 있을 때, 일차 정렬 컴포넌트(316)의 내측 및 외측 면들이 이차 정렬 컴포넌트(318)의 대응하는 내측 및 외측 면들을 넘어서 연장되게 한다. 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)의 두께들(또는 축방향 치수들)은 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(316)는 약 1.5 mm의 두께를 갖는 반면, 이차 정렬 컴포넌트(318)는 약 0.37 mm의 두께를 갖는다. (본 명세서에서의 모든 수치 값들은 예들이며, 원하는 대로 변할 수 있다.)
일차 정렬 컴포넌트(316)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 일차 자석들(326)로 형성될 수 있고, 이차 정렬 컴포넌트(318)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 이차 자석들(328)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 일차 자석들(326)의 개수는 이차 자석들(328)의 개수와 동일하고, 각각의 섹터는 정확히 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니며; 예를 들어, 후술되는 바와 같이, 섹터는 다수의 자석들을 포함할 수 있다. 일차 자석들(326) 및 이차 자석들(328)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 일차 자석들(326)(또는 이차 자석들(328))이 끝과 끝을 붙여 서로 인접하게 위치될 때 일차 자석들(326)(또는 이차 자석들(328))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 자석들(326)은 인터페이스들(330)에서 서로 접촉할 수 있고, 이차 자석들(328)은 인터페이스들(332)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 일차 자석들(326) 또는 이차 자석들(328)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(316)는 또한 일차 자석들(326)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(314)(DC 자기 차폐부 또는 DC 차폐부로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(314)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 일차 자석들(326)에 접착되어 일차 자석들(326)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(314)는 스테인리스강 또는 저탄소강과 같은 높은 투자율 및/또는 높은 자기 포화 값을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 일차 정렬 컴포넌트(316)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 이에 의해 일차 정렬 컴포넌트(316)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다.
일차 자석들(326) 및 이차 자석들(328)은 자성 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자성 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 각각의 이차 자석(328)은 (도 3b의 자기 극성 표시자(317)에 의해 도시된 바와 같이) 횡단면에서 방사상 방향의 컴포넌트를 갖는 자기 극성을 갖는 단일 자기 영역을 가질 수 있다. 후술되는 바와 같이, 자기 배향은 축(301)에 대해 방사상 방향일 수 있거나, 또는 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 다른 방향일 수 있다. 각각의 일차 자석(326)은 반대 자기 배향들을 갖는 2개의 자기 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 일차 자석(326)은 (도 3b의 극성 표시자(353)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 축방향의 자기 배향을 갖는 내측 아치형 자기 영역(352), (도 3b의 극성 표시자(355)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 배향을 갖는 외측 아치형 자기 영역(354), 및 자기 배향을 갖지 않는 중심 비-자화된 영역(356)을 포함할 수 있다. 중심 비-자화된 영역(356)은 자기장이 중심 영역(356)을 통해 직접 가로지르는 것을 억제함으로써 외측 아치형 영역(354)으로부터 내측 아치형 영역(352)을 자기적으로 분리할 수 있다. 비-자화된 영역에 의해 분리된 반대 자기 배향의 영역들을 갖는 자석들은 때때로 본 명세서에서 "4-극" 구성을 갖는 것으로 지칭된다.
일부 실시예들에서, 각각의 이차 자석(328)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 자성 재료로 제조될 수 있고, 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향이, 예컨대 자화기를 사용하여, 생성될 수 있다. 유사하게, 각각의 일차 자석(326)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 단일 피스의 자성 재료로 제조될 수 있고, 자화기가 아치형 구조체에 적용되어, 구조체의 내측 아치형 영역 내에서 일 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하고 구조체의 외측 아치형 영역 내에서 반대 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하면서, 중심 영역 내의 자기 배향의 생성을 회피 또는 자기소거할(demagnetize) 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 각각의 일차 자석(326)은 내측 아치형 자기 영역(352) 및 외측 아치형 자기 영역(354)을 제공하는 자성 재료의 2개의 아치형 피스들을 갖는 복합 구조체일 수 있고; 그러한 실시예들에서, 중심 비-자화된 영역(356)은 비자성(또는 자기소거된) 재료의 아치형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 내측 아치형 자기 영역(352) 및 외측 아치형 자기 영역(354)의 측벽들에 의해 정의된 공기 간극으로서 형성될 수 있다. DC 차폐부(314)는 스테인리스강 또는 저탄소강과 같은 높은 투자율 및/또는 높은 자기 포화 값을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 예컨대 5 내지 10 μm의 무광 Ni로 도금될 수 있다. 대안적으로, DC 차폐부(314)는 (이차 자석(328)들의 반대 방향으로의) 방사상 자기 배향을 갖는 자성 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 차폐부(314)는 완전히 생략될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 이차 자석(328)의 자기 극성(표시자(317)에 의해 도시됨)은, 일차 정렬 컴포넌트(316)와 이차 정렬 컴포넌트(318)가 정렬될 때, 이차 자석(328)의 남극이 내측 아치형 자석 영역(352)의 북극을 향해 배향되는 동안(표시자(353)에 의해 도시됨) 이차 자석(328)의 북극은 외측 아치형 자석 영역(354)의 남극을 향해 배향되도록(표시기(355)에 의해 도시됨), 배향될 수 있다. 따라서, 내측 아치형 자기 영역(352), 이차 자석(328) 및 외측 아치형 자기 영역(356)의 각자의 자기 배향들은 일차 자석(326)과 이차 자석(328) 사이의 인력을 가하는 자기장(340)을 생성할 수 있고, 이에 의해, (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이) 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)가 배치되는 각자의 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 차폐부(314)는 자기장(340)의 일부를 일차 자석(326) 아래의 영역들로부터 멀리 방향전환시킬 수 있다. 또한, 중심 비-자화된 영역(356) 주위에 형성된 "폐쇄-루프" 자기장(340)은, 자기장(240)이 도 2b의 일차 및 이차 자석들(226, 228)의 외부에서 표유(stray)하는 한, 일차 및 이차 자석들(326, 328)의 외부에서 표유하지 않는 타이트하고 콤팩트한 자기장 라인들을 가질 수 있다. 따라서, 자기 감응성 컴포넌트들은, 표유 자기장에 대한 우려가 감소되면서, 일차 정렬 컴포넌트(316)에 비교적 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 자기 정렬 시스템(200)과 비교할 때, 자기 정렬 시스템(300)은 일차 정렬 컴포넌트(316)가 위치되는 디바이스의 전체 크기를 감소시키는 것을 도울 수 있고, 또한, 이차 정렬 컴포넌트(318)의 내측에 위치된 유도 수신기 코일과 같은 인접 컴포넌트들 또는 디바이스들에서 자기장(340)에 의해 생성된 노이즈를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
각각의 일차 자석(326)이 반대 자기 배향의 2개의 영역들을 포함하지만, 2개의 영역들은 동일한 자기장 강도를 제공할 수 있지만 반드시 제공할 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 외측 아치형 자화된 영역(354)은 내측 아치형 자화된 영역(352)보다 더 강하게 편광될 수 있다. 일차 자석들(326)의 특정 구현예에 따라, 다양한 기법들이 비대칭 편광 강도를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 내측 아치형 영역(352) 및 외측 아치형 영역(354)은 상이한 방사상 폭들을 가질 수 있고; 자기 영역의 증가하는 방사상 폭은 자성 재료의 증가된 체적으로 인해 그 영역의 자기장 강도를 증가시킨다. 내측 아치형 영역(352) 및 외측 아치형 영역(354)이 개별 자석들인 경우, 상이한 자기 강도를 갖는 자석들이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 외측 아치형 영역(354)이 내측 아치형 영역(352)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, 일차 자석(326)이 무선 충전기 디바이스 내에 배치되고 무선 충전기 디바이스가, 유도 수신기 코일을 갖지만 이차(또는 임의의) 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖지 않는, "레거시(legacy)" 휴대용 전자 디바이스를 충전하는 데 사용될 때, 일차 환형 정렬 컴포넌트로부터의 (DC) 자속은 유도 수신기 코일 주위의 페라이트 차폐부에 들어갈 수 있다. DC 자속은 페라이트 차폐부를 포화시키고 충전 성능을 감소시키는 데 기여할 수 있다. 내측 아치형 영역보다 외측 아치형 영역에서 더 강한 자기장을 갖는 일차 환형 정렬 컴포넌트를 제공하는 것은 페라이트 차폐부로부터 멀리 DC 자속을 끌어내는 것을 도울 수 있고, 이는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 무선 충전기 디바이스가 환형 자기 정렬 컴포넌트가 없는 휴대용 전자 디바이스를 충전하는 데 사용될 때 충전 성능을 개선할 수 있다.
자기 정렬 시스템(300)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일차 정렬 컴포넌트(316) 및 이차 정렬 컴포넌트(318)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 16개의 자석들, 18개의 자석들, 32개의 자석들, 36개의 자석들, 또는 임의의 다른 개수의 자석들과 같은, 상이한 개수의 자석들을 사용할 수 있고, 일차 자석들의 개수는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 이차 정렬 컴포넌트(318)는 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있다. 유사하게, 일차 정렬 컴포넌트(316)는 전술된 바와 같은 적절한 자화 패턴을 갖는 자성 재료의 단일 모놀리식 환형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 일차 정렬 컴포넌트(316)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 비자성 재료의 영역이 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 자성 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 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들을 통한 자기장에 대한 폐쇄-루프 경로를 제공하는 임의의 각도를 가질 수 있다.
1.4. 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 자기 배향
1.4.1. 방사상 대칭 배향
위에서 언급된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(300)과 같은 폐쇄-루프 자기 배향들을 갖는 자기 정렬 시스템들의 실시예들에서, 이차 정렬 컴포넌트(318)는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 이차 정렬 컴포넌트(318)는 방사상 배향의 자기 극성을 가질 수 있다. 도 4는 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트(418)의 단순화된 평면도를 도시한다. 이차 정렬 컴포넌트(318)와 같은 이차 정렬 컴포넌트(418)는 자기 극성 표시자들(417a 내지 417h)에 의해 도시된 바와 같은 방사상 자기 배향들을 갖는 아치형 자석들(428a 내지 428h)로 형성될 수 있다. 이 예에서, 각각의 아치형 자석(428a 내지 428h)은 방사상 외향 측을 향해 배향되는 자북극(north magnetic pole) 및 방사상 내향 측을 향하는 자남극(south magnetic pole)을 갖지만; 이러한 배향은 반전될 수 있고, 각각의 아치형 자석(428a 내지 428h)의 자북극은 방사상 내향 측을 향해 배향되는 반면 자남극은 방사상 외향 측을 향해 배향될 수 있다.
도 5a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(500)의 사시도를 도시한다. 자기 정렬 시스템(300)의 구현예일 수 있는 자기 정렬 시스템(500)은, (예컨대, 도 4에 도시된 바와 같은) 방사상 외향 자기 배향을 갖는 이차 정렬 컴포넌트(518) 및 상보적 일차 정렬 컴포넌트(516)를 포함한다. 이 예에서, 자기 정렬 시스템(500)은 섹터들 중 2개의 섹터들 사이에 간극(517)을 포함하지만; 간극(517)은 선택적이며, 자기 정렬 시스템(500)은 완전한 환형 구조체일 수 있다. 예를 들어, 일차 자기 정렬 컴포넌트(516) 또는 이차 자기 정렬 컴포넌트(518)의 중심 영역 내에 위치된 유도 코일 조립체 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있는 컴포넌트들(502)이 또한 도시된다. 자기 정렬 시스템(500)은 (도 3b에 도시된 바와 같은) 자기 정렬 시스템(300)과 유사한 폐쇄-루프 구성을 가질 수 있고, 아치형 섹터들(501)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 아치형 자석들로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템(500)의 폐쇄-루프 구성은 컴포넌트들(502)에 영향을 미칠 수 있는 자기장 누설을 감소시키거나 방지할 수 있다.
도 5b는 아치형 섹터들(501) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 아치형 섹터(501)는 일차 자석(526) 및 이차 자석(528)을 포함한다. 배향 표시자(517)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(528)은 방사상 외향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(500)의 방사상 외향 측을 향한다. 전술된 일차 자석들(326)과 마찬가지로, 일차 자석(526)은 내측 아치형 자기 영역(552), 외측 아치형 자기 영역(554), 및 중심 비-자화된 영역(556)(이는, 예컨대, 공기 간극 또는 비자성 또는 비-자화된 재료의 영역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 영역(552)은, 표시자(553)에 의해 도시된 바와 같이, 자북극이 이차 자석(528)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 영역(554)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자남극은, 표시자(555)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(528)을 향해 배향된다. 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 5b에 도시된 자기 배향들의 배열은 일차 자석(526)과 이차 자석(528) 사이의 자기 인력을 야기한다. 일부 실시예들에서, 자기 극성들은 반전될 수 있어서, 이차 자석(528)의 자북극은 자기 정렬 시스템(500)의 방사상 내향 측을 향해 배향되고, 일차 자석(526)의 외측 아치형 영역(554)의 자북극은 이차 자석(528)을 향해 배향되고, 내측 아치형 영역(552)의 자북극은 이차 자석(528)으로부터 멀어지게 배향된다.
일차 정렬 컴포넌트(516)와 이차 정렬 컴포넌트(518)가 정렬될 때, 일차 정렬 컴포넌트(516) 및 이차 정렬 컴포넌트(518)의 자기 극성들의 방사상 대칭 배열 및 방향 동등성은, 이차 정렬 컴포넌트(518)가 축을 따른 정렬을 유지하면서 측방향 평면에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 (일차 정렬 컴포넌트(516)에 대해) 자유롭게 회전할 수 있게 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "방사상" 배향은 정확히 또는 순수하게 방사상일 필요는 없다. 예를 들어, 도 5c는 일부 실시예들에 따른 이차 아치형 자석(538)을 도시한다. 이차 아치형 자석(538)은 화살표들(539)로 나타낸 바와 같이 순수 방사상 자기 배향을 갖는다. 각각의 화살표(539)는 자석(538)의 곡률 중심을 향하고 있고; 내향으로 연장되면, 화살표들(539)은 곡률 중심에서 수렴할 것이다. 그러나, 이러한 순수 방사상 자화를 달성하는 것은, 자석(538) 내의 자기 구역(magnetic domain)들이 이웃하는 자기 구역들에 대해 비스듬하게 배향될 것을 요구한다. 일부 유형의 자성 재료들의 경우, 순수 방사상 자기 배향은 실용적이지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들은 도 5c의 순수 방사상 배향에 근사하는 "의사-방사상(pseudo-radial)" 자기 배향을 사용한다. 도 5d는 일부 실시예들에 따른, 의사-방사상 자기 배향을 갖는 이차 아치형 자석(548)을 도시한다. 자석(548)은 아치형 자석(548)의 내측 코너들(552, 553)을 연결하는 기준선(551)에 수직인 화살표들(549)로 도시된 자기 배향을 갖는다. 내향으로 연장되면, 화살표들(549)은 수렴하지 않을 것이다. 따라서, 자석(548) 내의 이웃하는 자기 구역들은 서로 평행하며, 이는 NdFeB와 같은 자성 재료들에서 용이하게 달성가능하다. 그러나, 자기 정렬 시스템에서의 전체 효과는 도 5c에 도시된 순수 방사상 자기 배향과 유사할 수 있다. 도 5e는 일부 실시예들에 따른, 자석들(548)로 구성된 이차 환형 정렬 컴포넌트(558)를 도시한다. 자기 배향 화살표들(549)은 환형 정렬 컴포넌트(558)의 중심 지점(561)으로 연장되었다. 도시된 바와 같이, 자기장 방향은 대략 방사상일 수 있는데, 이때 근사치의 근사성은 자석들(548)의 개수 및 환형 정렬 컴포넌트(558)의 내부 반경에 의존한다. 일부 실시예들에서, 18개의 자석들(548)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, (예컨대, 도 5b에 도시된 바와 같은) 이차 정렬 컴포넌트(518)에서의 방사상 자기 배향은, 자기 정렬 시스템의 전체 원주 주위에서 동일한, 이차 정렬 컴포넌트(518)와 일차 정렬 컴포넌트(516) 사이의 자기력 프로파일을 제공한다. 방사상 자기 배향은 또한 더 큰 자기 투자도를 야기할 수 있으며, 이는 이차 정렬 컴포넌트(518)가 자기소거에 저항할 수 있게 할 뿐만 아니라, 2개의 컴포넌트들이 정렬될 때 축방향으로의 인력을 향상시키고 측방향들로의 전단력을 개선할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예들에 따른, 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 힘 프로파일들의 그래프들을 도시한다. 구체적으로, 도 6a는 유사한 유형의 자석들을 사용하고 비슷한 크기의 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 축(z) 방향으로의 수직 인력(수직) 힘의 그래프(600)를 도시한다. 그래프(600)는 정렬의 중심으로부터의 변위를 나타내는 수평축 - 여기서 0은 정렬된 위치를 나타내고, 음의 값 및 양의 값은 정렬된 위치로부터 반대 방향들로의 변위들을 나타냄(임의의 단위로) -, 및 측방향 평면 내에서의 변위의 함수로서 수직력(FNORMAL)을 보여주는(또한 임의의 단위로) 수직축을 갖는다. 본 설명의 목적을 위해, FNORMAL은 축방향으로 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 사이의 자기력으로서 정의되며; FNORMAL > 0은 인력을 나타내는 반면, FNORMAL < 0은 반발력을 나타낸다. 그래프(600)는 3가지 상이한 유형의 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(601)(쇄선)으로 도시되어 있다. 제2 유형의 자기 정렬 시스템은 축방향 자기 배향들을 갖는 환형 정렬 컴포넌트들, 예컨대 도 2a 및 도 2b의 자기 정렬 시스템(200)을 사용하며; 그러한 환형-축방향 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(603)(파선)으로 도시되어 있다. 제3 유형의 자기 정렬 시스템은 폐쇄-루프 자기 배향들 및 방사상 대칭성을 갖는 환형 정렬 컴포넌트들(예컨대, 도 5a 및 도 5b의 자기 정렬 시스템(500))을 사용하며; 방사상 대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(605)(실선)으로 도시되어 있다.
유사하게, 도 6b는 상이한 자기 정렬 시스템들에 대한 횡방향으로의 측방향 (전단) 힘의 그래프(620)를 도시한다. 그래프(620)는 그래프(600)와 동일한 관례를 사용하여 정렬의 중심으로부터 반대 방향들로의 측방향 변위를 나타내는 수평축, 및 방향의 함수로서 전단력(FSHEAR)을 보여주는(임의의 단위로) 수직축을 갖는다. 본 설명의 목적을 위해, FSHEAR는 측방향으로 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 사이의 자기력으로서 정의되며; FSHEAR > 0은 변위 축을 따라 좌측을 향하는 힘을 나타내는 반면, FSHEAR < 0은 변위 축을 따라 우측을 향하는 힘을 나타낸다. 그래프(620)는 그래프(600)와 동일한 3가지 유형의 자기 정렬 시스템들에 대한 전단력 프로파일들을 도시한다: 중심 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 전단력 프로파일이 라인(621)(쇄선)으로 도시되어 있으며; 환형-축방향 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 전단력 프로파일은 라인(623)(파선)으로 도시되어 있고; 방사상 대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 대표적인 수직력 프로파일은 라인(625)(실선)으로 도시되어 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 각각의 유형의 자기 정렬 시스템은, 각자의 피크들(611, 613, 615)에 의해 도시된 바와 같이, 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들이 정렬된 위치(수평축 상에서 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(예컨대, 도 5의 자기 정렬 시스템(500))은 정렬된 위치에 있을 때 다른 유형의 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, 이에 의해 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 달성할 수 있으며, 이는 이어서 자기 정렬 시스템이 구현되는 휴대용 전자 디바이스와 무선 충전기 디바이스 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 제공할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 가장 강한 전단력은, 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들이 정렬된 위치에서 측방향으로 바로 바깥에 있을 때, 예를 들어, 각자의 피크들(631a, 631b, 633a, 633b, 635a, 635b)에 의해 도시된 바와 같이, 정렬된 위치로부터 ―2 및 +2 단위의 분리 시에, 획득된다. 이들 전단력은 정렬 컴포넌트들을 정렬된 위치를 향해 강제하는 역할을 한다. 수직력과 유사하게, 전단력의 피크 강도는 자기 정렬 시스템의 유형에 의존한다. 특히, 방사상-대칭 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템(예컨대, 도 5의 자기 정렬 시스템(500))은 정렬된 위치의 바로 바깥에 있을 때 다른 유형의 자기 정렬 시스템들보다 더 높은 크기의 전단력을 제공한다. 이러한 강한 전단력은 촉각 피드백(때때로 "스냅피니스(snappiness)"의 감각으로서 기술됨)을 제공하여 사용자가 2개의 컴포넌트들이 정렬될 때를 식별하는 것을 도울 수 있다. 또한, 수직력과 같이, 전단력은 마찰력으로 인한 작은 오정렬을 극복할 수 있고 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 사이의 더 정확하고 견고한 정렬을 달성할 수 있으며, 이는 이어서 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 근처의 영역들에서 디바이스들 내의 자성 재료의 양을 감소시키는 것은 - 예컨대, 더 적은 재료를 사용하거나 또는 자기 정렬 컴포넌트와 다른 자성 재료 사이의 거리를 증가시킴으로써 - 표유 자기장을 감소시키고, 자기 정렬 컴포넌트들의 인지된 "스냅핑" 효과를 증가시킬 수 있다. 다른 예로서, (예컨대, 재료의 양을 증가시킴으로써) 정렬 자석들의 자기장 강도를 증가시키는 것은 전단력 및 수직력 둘 모두를 증가시킬 수 있다. 또 다른 예로서, 일차 환형 정렬 컴포넌트 내의 자화된 영역들의 폭들(및/또는 각각의 영역 내의 자기장의 상대적 강도)은 이차 환형 정렬 컴포넌트에 대한 특정 자기 배향 패턴(예컨대, 이차 환형 정렬 컴포넌트들이 도 5c의 순수 방사상 자기 배향 또는 도 5d의 의사-방사상 자기 배향을 갖는지의 여부)에 기초하여 최적화될 수 있다. 다른 고려사항은 일차 및 이차 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(예컨대, 도 5a 및 도 5b의 자기 정렬 시스템(500))은 축방향 및 측방향으로의 정확하고 견고한 정렬을 제공할 수 있다. 또한, 방사상 대칭성으로 인해, 정렬 시스템은 축을 중심으로 한 측방향 평면에서 바람직한 회전 배향을 갖지 않으며; 전단력 프로파일은 정렬되는 전자 디바이스들의 상대적 회전 배향에 상관없이 동일할 수 있다.
1.4.2. 교번하는 방사상 배향
일부 실시예들에서, 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템은 하나 이상의 바람직한 회전 배향들을 제공하도록 설계될 수 있다. 도 7은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트(718)의 단순화된 평면도를 도시한다. 이차 정렬 컴포넌트(718)는 자기 극성 표시자들(717a 내지 717h)에 의해 도시된 바와 같은 방사상 자기 배향들을 갖는 섹터들(728a 내지 728h)을 포함한다. 섹터들(728a 내지 728h) 각각은 하나 이상의 이차 아치형 자석들을 포함할 수 있다. 이 예에서, 섹터들(728b, 728d, 728f, 728h) 내의 이차 자석들은 각각 방사상 외향 측을 향해 배향된 자북극 및 방사상 내향 측을 향하는 자남극을 갖는 반면, 섹터들(728a, 728c, 728e, 728g) 내의 이차 자석들은 각각 방사상 내향 측을 향해 배향된 자북극 및 방사상 외향 측을 향하는 자남극을 갖는다. 다시 말하면, 이차 정렬 컴포넌트(718)의 인접 섹터들(728a 내지 728h) 내의 자석들은 교번하는 자기 배향들을 갖는다.
상보적 일차 정렬 컴포넌트는 그에 대응하여 교번하는 자기 배향들을 갖는 섹터들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 8a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(800)의 사시도를 도시한다. 자기 정렬 시스템(800)은 (예컨대, 도 7에 도시된 바와 같은) 교번하는 방사상 자기 배향들을 갖는 이차 정렬 컴포넌트(818) 및 상보적 일차 정렬 컴포넌트(816)를 포함한다. 자기 정렬 시스템(800)의 아치형 섹션들 중 일부는 내부 구조를 드러내기 위해 도시되어 있지 않지만; 자기 정렬 시스템(800)이 완전한 환형 구조체일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일차 환형 정렬 컴포넌트(816) 및/또는 이차 환형 정렬 컴포넌트(818)의 중심 영역 내에 위치된 유도 코일 조립체들 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있는 컴포넌트들(802)이 또한 도시된다. 자기 정렬 시스템(800)은 전술된 자기 정렬 시스템(300)과 유사한 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템일 수 있고, 교번하는 자기 배향들의 아치형 섹터들(801b, 801c)을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 아치형 섹터(801b, 801c)는 일차 환형 정렬 컴포넌트(816) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(818) 각각 내의 하나 이상의 아치형 자석들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템(800)의 폐쇄-루프 구성은 컴포넌트(802)에 영향을 미칠 수 있는 자기장 누설을 감소시키거나 방지할 수 있다. 자기 정렬 시스템(500)과 유사하게, 자기 정렬 시스템(800)은 2개의 섹터들 사이에 간극(803)을 포함할 수 있다.
도 8b는 아치형 섹터들(801b) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시하고, 도 8c는 아치형 섹터들(801c) 중 하나를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 아치형 섹터(801b)는 일차 자석(826b) 및 이차 자석(828b)을 포함한다. 배향 표시자(817b)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(828b)은 방사상 외향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(800)의 방사상 외향 측을 향한다. 전술된 일차 자석들(326)과 마찬가지로, 일차 자석(826b)은 내측 아치형 자기 영역(852b), 외측 아치형 자기 영역(854b), 및 중심 비-자화된 영역(856b)(이는, 예컨대, 공기 간극 또는 비자성 또는 비-자화된 재료의 영역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 영역(852b)은, 표시자(853b)에 의해 도시된 바와 같이, 자북극이 이차 자석(828b)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 영역(854b)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자남극은, 표시자(855b)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(828b)을 향해 배향된다. 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 8b에 도시된 자기 배향들의 배열은 일차 자석(826b)과 이차 자석(828b) 사이의 자기 인력을 야기한다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 아치형 섹터(801c)는 아치형 섹터(801b)에 대해 "반전된" 자기 배향을 갖는다. 아치형 섹터(801c)는 일차 자석(826c) 및 이차 자석(828c)을 포함한다. 배향 표시자(817c)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(828c)은 방사상 내향 방향으로 배향된 자기 극성을 가지며, 즉 자북극은 자기 정렬 시스템(800)의 방사상 내향 측을 향한다. 전술된 일차 자석들(326)과 마찬가지로, 일차 자석(826c)은 내측 아치형 자기 영역(852c), 외측 아치형 자기 영역(854c), 및 중심 비-자화된 영역(856c)(이는, 예컨대, 공기 간극 또는 비자성 또는 비-자화된 재료의 영역을 포함할 수 있음)을 포함한다. 내측 아치형 자기 영역(852c)은, 표시자(853c)에 의해 도시된 바와 같이, 자남극이 이차 자석(828c)을 향하도록 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 반면, 외측 아치형 자기 영역(854c)은 반대 자기 배향을 가지며, 이때 자북극은, 표시자(855c)에 의해 도시된 바와 같이, 이차 자석(828c)을 향해 배향된다. 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 8c에 도시된 자기 배향들의 배열은 일차 자석(826c)과 이차 자석(828c) 사이의 자기 인력을 야기한다.
도 7 및 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 자기 극성들의 교번하는 배열은, 이차 정렬 컴포넌트(818)가 일차 정렬 컴포넌트(816)와 정렬되고 정렬 컴포넌트들(816, 818) 중 하나가 공통 축을 중심으로 다른 것에 대해 회전될 때, "래칫팅(ratcheting)" 감촉을 생성할 수 있다. 예를 들어, 이차 정렬 컴포넌트(818)가 일차 정렬 컴포넌트(816)에 대해 회전됨에 따라, 각각의 방사상-외향 자석(828b)은 대안적으로 일차 정렬 컴포넌트(816)의 상보적 자석(826b)과 근접하게 되어, 자기 인력을 야기하거나, 또는 일차 정렬 컴포넌트(816)의 안티(anti)-상보적 자석(826c)과 근접하게 되어, 자기 반발력을 야기한다. 일차 자석들(826b, 826c) 및 이차 자석들(828b, 828c)이 임의의 주어진 배향에서 동일한 각도 크기 및 간격을 갖는 경우, 자석들의 각각의 쌍은, 상보적 자석 쌍들(826b, 828b 및 826c, 828c)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 7 및 도 8a 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 9a은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트(918)의 단순화된 평면도를 도시한다. 이차 정렬 컴포넌트(918)는, 전술된 이차 정렬 컴포넌트(818)와 유사하게, 방사상 외향 자기 배향들을 갖는 이차 자석들(928b) 및 방사상 내향 배향들을 갖는 이차 자석들(928c)을 포함한다. 이 예에서, 자석들은, 한 쌍의 외향-배향된 자석들(928b)(제1 섹터(901)를 형성함)이 한 쌍의 내향-배향된 자석들(928c)(제1 섹터(901)에 인접한 제2 섹터(903)를 형성함)에 인접하도록, 배열된다. (섹터 당 2개의 자석들을 갖는) 교번하는 섹터들의 패턴은 이차 정렬 컴포넌트(918)의 원주 둘레에서 반복된다. 유사하게, 도 9b는 일부 실시예들에 따른 다른 이차 정렬 컴포넌트(918')의 단순화된 평면도를 도시한다. 이차 정렬 컴포넌트(918')는, 방사상 외향 자기 배향들을 갖는 이차 자석들(928b) 및 방사상 내향 배향들을 갖는 이차 자석들(928c)을 포함한다. 이 예에서, 자석들은, 4개의 방사상-외향 자석들(928b)의 그룹(제1 섹터(911)를 형성함)이 4개의 방사상-내향 자석들(928c)의 그룹(제1 섹터(911)에 인접한 제2 섹터(913)를 형성함)에 인접하도록, 배열된다. (섹터 당 4개의 자석들을 갖는) 교번하는 섹터들의 패턴은 이차 정렬 컴포넌트(918')의 원주 둘레에서 반복된다. 도 9a 및 도 9b에 도시되지 않았지만, 이차 정렬 컴포넌트(918 또는 918')에 대한 상보적 일차 정렬 컴포넌트의 구조는 도 8a 내지 도 8c를 고려해서 명백해야 한다. 도 9a 및 도 9b의 정렬 컴포넌트들에 대한 전단력 프로파일은 전술된 래칫팅 프로파일과 유사할 수 있지만, 안정적인 정렬을 제공하는 회전 배향들의 수는 상이할 것이다.
1.4.3. 기타 자기 배향
다른 실시예들에서, 일차 및/또는 이차 정렬 컴포넌트들 내의 상이한 섹터들의 자기 배향들을 변경함으로써 다양한 힘 프로파일들이 생성될 수 있다. 단지 하나의 예로서, 도 10은 일부 실시예들에 따른 이차 정렬 컴포넌트(1018)의 단순화된 평면도를 도시한다. 이차 정렬 컴포넌트는 자기 극성 표시자들(1017a 내지 1017h)에 의해 도시된 바와 같은 섹터-의존 자기 배향들을 갖는 섹터들(1028a 내지 1028h)을 갖는다. 이 예에서, 이차 정렬 컴포넌트(1018)는 이등분선(1001)에 의해 이등분되는 것으로 간주될 수 있으며, 이는 이차 정렬 컴포넌트(1018)의 2개의 반부들을 정의한다. 제1 반부(1003)에서, 섹터들(1028e 내지 1028h)은, 전술된 예들과 유사하게, 방사상 외향으로 배향된 자기 극성들을 갖는다.
제2 반부(1005)에서, 섹터들(1028a 내지 1028d)은 방사상이라기보다는 이등분선(1001)에 실질적으로 평행하게 배향된 자기 극성들을 갖는다. 특히, 섹터들(1028a, 1028b)은 이등분선(1001)에 평행한 제1 방향으로 배향된 자기 극성들을 갖는 반면, 섹터들(1028c, 1028d)은 섹터들(1028a, 1028b)의 자기 극성들의 방향과 반대인 방향으로 배향된 자기 극성들을 갖는다. 상보적 일차 정렬 컴포넌트는 이차 정렬 컴포넌트(1018)를 향해 배향된 자북극을 갖는 내측 환형 영역, 이차 정렬 컴포넌트(1018)로부터 멀어지게 배향된 자북극을 갖는 외측 환형 영역, 및 중심 비-자화된 영역을 가져서, 전술된 바와 같이 폐쇄-루프 자기 배향을 제공할 수 있다. 이차 정렬 컴포넌트(1018)에서의 자기 배향들의 비대칭 배열은, 이차 정렬 컴포넌트(1018)가 제1 반부(1003)를 향하는 방향보다(도면에서 하향) 제2 반부(1005)를 향하는 방향(도면에서 상향)으로의 움직임에 저항하는 전단력을 더 적게 생성하도록, 전단력 프로파일을 수정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 종류의 비대칭 배열은, 일차 정렬 컴포넌트가 도킹 스테이션 내에 장착되고 이차 정렬 컴포넌트가 도킹 스테이션과 도킹하는 휴대용 전자 디바이스 내에 장착되는 경우에서 사용될 수 있다. 반부-환형(1005)이 휴대용 전자 디바이스의 상부를 향하도록 이차 환형 정렬 컴포넌트(1018)가 휴대용 전자 디바이스 내에서 배향된다고 가정하면, 비대칭 전단력은, 휴대용 전자 디바이스를 도킹 스테이션과의 원하는 정렬로 끌어당기기 위한 인력을 여전히 제공하면서, 휴대용 전자 디바이스를 도킹 스테이션과 도킹하기 위해 하향으로 슬라이딩하거나, 도킹 스테이션으로부터 제거하기 위해 상향으로 슬라이딩하는 동작을 용이하게 할 수 있다.
전술된 실시예들에서, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트는 횡단면에서 대체로 정렬되는 자기 배향을 갖는다. 일부 대안적인 실시예들에서, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트는 대신에, 이차 아치형 자석들의 원위 표면 상에 DC 차폐부(이는, 존재하는 경우, 도 3a 및 도 3b의 DC 차폐부(314)와 유사할 수 있음)를 갖거나 갖지 않으면서, 도 3a 및 도 3b의 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(316)의 것과 유사한 4-극 구성을 가질 수 있다. 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 둘 모두에서 4-극 자기 구성들을 사용하는 것은 폐쇄-루프 DC 자속 경로 및 "스냅피니스"의 강한 감각을 제공할 수 있지만; 이차 자기 정렬 컴포넌트의 두께는 4-극 자석들 및 DC 차폐부를 수용하기 위해 증가될 필요가 있을 수 있으며, 이는 이차 자기 정렬 컴포넌트를 수용하는 휴대용 전자 디바이스의 전체 두께를 증가시킬 수 있다. 두께를 감소시키기 위해, 이차 정렬 컴포넌트의 원위 표면 상의 DC 차폐부는 생략될 수 있지만; DC 차폐부를 생략하면 이웃 컴포넌트들로의 자속 누설이 증가될 수 있다.
전술한 예들은 예시적이며 제한하는 것이 아님을 이해할 것이다. 주어진 자기 정렬 시스템의 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들이 원하는 정렬 위치를 향해 힘을 가하는 상보적 자기 배향들을 갖는다면, 일차 및/또는 이차 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(예컨대, 높은 스냅피니스), 다른 컴포넌트들로의 DC 자속 누설의 회피, 및 다른 설계 고려사항들에 기초하여 이루어질 수 있다.
1.5. 간극을 갖는 환형 자기 정렬 컴포넌트
전술된 예들에서, 일차 정렬 컴포넌트 및 이차 정렬 컴포넌트는 환형 형상들을 갖는다. 전술된 바와 같이(예컨대, 도 3a를 참조하여), 환형은 완전히 폐쇄될 수 있다. (예컨대, 도 5a 및 도 8a에 도시된 바와 같은) 다른 실시예들에서, 일차 또는 이차 환형 정렬 컴포넌트는 하나 이상의 간극들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 간극은 자성 재료(또는 실제로 임의의 재료)가 없는 환형의 섹션일 수 있다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 간극을 갖는 정렬 컴포넌트(1118)(이는 일차 또는 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트일 수 있음)의 예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 정렬 컴포넌트(1118)는 환형 형상을 형성하는 다수의 아치형 자석들(1128)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 2개의 자석들 사이의 간극(1101)은 아치형 자석들(1128) 중 하나를 생략함으로써 생성된다. 보다 일반적으로, 간극(1101)과 같은 간극이 다양한 기법들을 사용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 아치형 자석에 의해 범위가 정해지는 각도 φ는 360μ/φ가 정수가 아니도록 선택될 수 있다. 따라서, 간극(1101)의 크기는 아치형 자석(1128)의 크기와 동일하거나 그보다 작을(또는 그보다 클) 수 있다. 자기 정렬 시스템의 다양한 실시예들에서, 간극(1101)과 같은 간극은 이차 정렬 컴포넌트 및 일차 정렬 컴포넌트 중 어느 하나 또는 둘 모두에 형성될 수 있고, 간극들의 크기, 개수, 및 위치는 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들 사이에서 상이할 수 있다. 신뢰성 있는 자기 정렬을 제공하기 위해, 간극(1101) 또는 다른 간극들의 크기는, 예컨대 20° 이하의 원호로 제한될 수 있다.
일부 실시예들에서, 간극(1101)과 같은 간극은 정렬 컴포넌트(1118)의 내측의 내부 영역(1103) 내에 위치된 컴포넌트들에 대한 전기적 연결들을 위한 편리한 경로를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 유도 코일(또는 다른 전자 컴포넌트)이 내부 영역(1103) 내에 배치될 수 있고, 정렬 컴포넌트(1118) 내의 간극(1101)은 유도 코일(또는 다른 컴포넌트)과, 정렬 컴포넌트(1118)의 외측에 위치된 배터리(또는 다른 컴포넌트들) 사이의 전기적 연결들을 위한 편리한 경로를 제공할 수 있다. 전기적 연결들은 또한 자석들(1128) 위 또는 아래로 (도 11의 평면의 안팎으로) 연결 경로들을 라우팅함으로써 이루어질 수 있지만; 자석들 위 또는 아래로 연결 경로들을 라우팅하는 것은 정렬 컴포넌트(1118)가 배치되는 디바이스의 증가된 두께를 야기할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
간극(1101)과 같은 간극이 일차 정렬 컴포넌트, 이차 정렬 컴포넌트, 또는 둘 모두에 포함될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 간극들이 일차 정렬 컴포넌트 및 이차 정렬 컴포넌트 둘 모두에서 제공되는 일부 실시예들에서, 간극들의 존재는 바람직한 회전 배향을 생성하는 방식으로 전단력 프로파일을 변경할 수 있다. 바람직한 배향이 발생하는 정도는 간극들의 크기 및 자석들의 특정 구성에 의존할 수 있다.
1.6. 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 휴대용 전자 디바이스
도 12a 및 도 12b는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트들을 포함하는 휴대용 전자 디바이스들의 단순화된 배면도들을 도시한다. 도시된 예들에서, 휴대용 전자 디바이스들은 방사상 자기 배향을 갖는 이차 자기 정렬 컴포넌트들을 포함하지만 - 이는 더 얇은 디바이스 프로파일을 허용할 수 있음 -; 휴대용 전자 디바이스는 대신에 일차 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 12a는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있는 휴대용 전자 디바이스의 예로서의 스마트 폰(1200)을 도시한다. 스마트 폰(1200)은 다양한 컴퓨팅 및 통신 활동들을 지원할 수 있고, 온보드 배터리(도시되지 않음)로부터 동작 전력을 인출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 배터리는 무선 전력 전달을 사용하여 재충전될 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰(1200)은 무선 전력 전달을 위한 유도 수신기 코일로서 구성될 수 있는 코일 조립체(1210)를 포함할 수 있다. 이러한 시변 자기장은 무선 충전기 디바이스(도 12a에 도시되지 않음) 내의 송신기 코일에 의해 제공될 수 있다. 추가적으로 또는 그 대신에, 코일 조립체(1210)는 무선 전력 전달을 위한 유도 송신기 코일로서 동작가능할 수 있고, 무선 헤드셋, 외부 배터리, 또는 다른 휴대용 전자 디바이스(예컨대, 다른 스마트 폰)와 같은 액세서리 디바이스를 충전하는 데 사용될 수 있는 시변 자기장을 생성하도록 동작가능할 수 있다. 코일 조립체(1210)는 전력 저장 디바이스(예컨대, 배터리) 또는 전력 소모 디바이스에 결합된 유도 수신기 코일(예컨대, 전기 전도성 와이어의 권취된 코일)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 조립체(1210)는 또한 코일의 원위 표면, 내측 환형 표면, 및/또는 외측 환형 표면 위에 배치된 전자기 차폐부(예컨대, 하나 이상의 페라이트 피스들)를 포함할 수 있다.
최적의 무선 충전 성능을 위해, 코일(1210)을 송신(또는 수신) 디바이스 내의 코일과 정렬시키는 것이 바람직하다. 환형 자기 정렬 컴포넌트(1218)는, 예를 들어, 전술된 이차 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있고, 인접한 자석들이 서로 접촉하는 공기 간극들 또는 표면들일 수 있는 인터페이스들(1232)을 갖는 자석들(1228)의 환형 배열을 포함할 수 있다. 자석들(1228)의 자기 극성들은 측방향 평면에서 변화하는 방향들로, 예컨대 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이 방사상 방향으로, 배향될 수 있다. 도시된 예에서, 자기 정렬 컴포넌트(1218)는 간극(1201)을 포함하며, 이는 코일(1210)과 자기 정렬 컴포넌트(1218)의 외측의 컴포넌트들 사이를 연결하기 위해 와이어들(또는 전도성 트레이스들)을 위한 전기적 연결 경로들을 제공할 수 있다.
코일(1210)은 디바이스들 사이의 무선 전력 전달을 지원하도록 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 자기 정렬 시스템들을 포함하는 상이한 디바이스들이 자신들을 식별시키도록 허용하기 위해, 디바이스들 사이의 무선 데이터 전달을 지원하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 근거리 통신(NFC) 코일(1260)이 코일(1210)과 자석들(1228) 사이의 영역에 제공될 수 있다. NFC 판독기 회로 및/또는 다른 컴포넌트들(도시되지 않음)이 간극(1201)을 통해 NFC 코일(1260)의 종단 단부들(1262a, 1226b)에 연결될 수 있다. NFC 코일(1210)의 예시적인 실시예들이 아래의 섹션 5에서 기술된다.
일부 실시예들에서, 컴포넌트(1218)와 같은 자기 정렬 컴포넌트는 환형의 일정한 외경 및 방사상 폭을 보존하면서 상이한 크기들의 휴대용 전자 디바이스들에 맞도록 수정될 수 있다. 예로서, 도 12b는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있는 휴대용 전자 디바이스의 다른 예로서의 스마트 폰(1200')을 도시한다. 도 12a의 스마트 폰(1200)처럼, 스마트 폰(1200')은 다양한 컴퓨팅 및 통신 활동들을 지원할 수 있고, 온보드 배터리(도시되지 않음)로부터 동작 전력을 인출할 수 있다. 스마트 폰(1200)과 스마트 폰(1200') 사이의 하나의 차이는 스마트 폰(1200′)이 스마트 폰(1200)보다 더 작은 폼 팩터를 갖는다는 것일 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰(1200')은 스마트 폰(1200)보다 (x 방향으로) 더 좁고/좁거나 (y 방향으로) 더 짧을 수 있다. 그러나, 상이한 폼 팩터들의 이러한 스마트 폰들이 동일한 무선 충전기 디바이스들 및/또는 다른 액세서리들과 상호동작하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 스마트 폰(1200')은 스마트 폰(1200)의 무선 충전 코일(1210)과 동일할 수 있는 무선 충전 코일(1210')을 포함할 수 있다.
다른 디바이스 내의 코일과의 코일(1210')의 정렬을 제공하기 위해, 스마트 폰(1200')은 자기 정렬 컴포넌트(1218')를 포함할 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트(1218')는, 예를 들어, 전술된 이차 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있고, 인접한 자석들(1228')이 서로 접촉하는 공기 간극들 또는 표면들일 수 있는 인터페이스들(1232')을 갖는 아치형 자석들(1228′)의 환형 배열을 포함할 수 있다. 자석들(1228')의 자기 극성들은 측방향 평면에서 변화하는 방향들로, 예컨대 전술된 바와 같이 방사상 방향으로, 배향될 수 있다. 또한, NFC 코일(1260')이, 도 12a의 NFC 코일(1260)과 유사하게, 코일(1210')과 자석들(1228') 사이의 영역에 제공될 수 있다.
도시된 예에서, 스마트 폰(1200')의 더 좁은 폭을 수용하기 위해, 자기 정렬 컴포넌트(1218')는 직경방향으로 대향하는 간극들(1201a, 1201b)을 포함한다. 자기 정렬 컴포넌트(1218')의 (x 방향으로의) 폭을 감소시키는 것에 더하여, 간극들(1201a 및/또는 1201b)은 또한 자기 정렬 컴포넌트(1218')의 외측의 컴포넌트들과 코일(1210') 사이를 연결하기 위해 와이어들(또는 전도성 트레이스들)을 위한 전기적 연결 경로들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극들(1201a, 1201b)에 인접한 아치형 자석 섹션들(1228')은 면취된 코너들(1229a, 1229b, 1231a, 1231b)을 가질 수 있으며, 이는 외경을 감소시키지 않고서 정렬 컴포넌트(1218')의 폭을 추가로 감소시킬 수 있다.
스마트 폰들(1200, 1200′)이 단지 예들이고, 다양한 상이한 폼 팩터들을 갖는 갖는 다양한 휴대용 전자 디바이스들이 주어진 직경 및 폭의 환형 정렬 컴포넌트를 수용할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 도 12a 및 도 12b는 스마트 폰들(1200, 1200')의 배면에 있는 정렬 컴포넌트들(1218, 1218') 및 코일들(1210, 1210')을 도시하지만, 이들 컴포넌트들은 스마트 폰들(1200, 1200')의 배면 하우징의 내부에 있을 수 있고, 배면 하우징은 정렬 컴포넌트들(1218, 1218') 및 코일들(1210, 1210')이 사용자들에게 보일 필요가 없도록 불투명할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
1.7. 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 무선 충전기 디바이스
도 13은 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 무선 충전기 디바이스(1300)의 단순화된 도면을 도시한다. 도시된 예에서, 무선 충전기 디바이스는 일차 정렬 컴포넌트를 포함하지만; 무선 충전기 디바이스는 대신에 이차 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
무선 충전기 디바이스(1300)는 휴대용 전자 디바이스(예컨대, 도 12a의 스마트 폰(1200) 또는 도 12b의 스마트 폰(1200'))를 충전하기 위한 유도 전력 전달을 지원할 수 있다. 이 예에서, 무선 충전기 디바이스(1300)는 송신기 코일 조립체(1312)를 둘러싸는 하우징(1302)을 갖는다. 도 13에 도시되지 않았지만, 송신기 코일 조립체(1312)는 (예컨대, 케이블(1304)을 통해) 외부 전원에 연결될 수 있는 와이어들을 갖는 유도 송신기 코일을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 일부 실시예들에서, 송신기 코일 조립체(1312)는 또한 전자기 차폐부(예컨대, 송신기 코일의 원위 표면, 내측 환형 표면, 및/또는 외측 환형 표면 위에 배치된 페라이트의 하나 이상의 피스들, 및/또는 기생 전기장을 감소시키기 위해 송신기 코일의 근위 표면 위에 배치된 금속의 얇은 층)를 포함할 수 있다. 송신기 코일을 제어하기 위한 제어 회로부는 하우징(1302) 내에 또는 원하는 다른 곳에 배치될 수 있다. 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)가 송신기 코일 조립체(1312) 주위에 배치된다.
무선 충전기 디바이스(1300)의 컴포넌트들은 알루미늄, 플라스틱, 세라믹, 또는 다른 내구성 재료로 제조될 수 있는 하우징(1302) 내에 봉입될 수 있다. 하우징(1302)은 퍽-형상으로 도시되어 있지만; 다른 형상들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 하우징(1302)은 직사각형, 타원형, 또는 충전 표면을 제공하는 임의의 다른 형상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(1302)은 무선 충전기 디바이스(1300)의 원위 및 측부 표면들을 위한 인클로저 및 송신기 코일 조립체(1312)의 근위 표면을 덮는 상부 캡을 포함하는 2-피스 하우징일 수 있다. 상부 캡(도 13에 도시되지 않음)은 전자기장에 대해 투과성인 세라믹 또는 다른 재료로 제조될 수 있는 반면, 인클로저는 알루미늄, 플라스틱 또는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 상부 캡 및 인클로저는 적절한 접착제를 사용하여 함께 밀봉될 수 있다. 도 13이 무선 충전기 디바이스(1300)의 내부에 대한 뷰를 도시하지만, 하우징(1302)은 불투명할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 하우징(1302)은 송신기 코일 조립체(1312)에 대한 케이블(1304)의 연결을 허용하기 위한 개구를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 케이블(1304)의 일 단부는 송신기 코일 조립체(1312)의 전자 컴포넌트들에 캡티브하게(captively) 결합되는 반면, 케이블(1304)의 다른 단부(도시되지 않음)는 어댑터를 통해 그리드 또는 다른 전원으로부터 전력을 인출하는 데 사용될 수 있는 플러그 커넥터(예컨대, USB 타입 A 또는 USB-C 커넥터)에 결합된다.
최적의 무선 충전 성능을 위해, 코일 조립체(1312)의 송신기 코일을 스마트 폰(1200)과 같은 수신 디바이스 내의 대응하는 코일과 정렬시키는 것이 바람직하다. 자기 정렬 컴포넌트(1316)는, 예를 들어, 전술된 일차 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있고, 인접한 자석들(1326)이 서로 접촉하는 공기 간극들 또는 표면들일 수 있는, 인접한 자석들(1326) 사이의 인터페이스들(1330)을 갖는 자석들(1326)의 환형 배열을 포함할 수 있다. 자석(1326)들은 전술된 바와 같이 폐쇄-루프 구성을 제공할 수 있고; 예를 들어, 각각의 자석(1326)은 제1 방향으로의 축방향 자기 배향을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 축방향 자기 배향을 갖는 외측 아치형 영역, 및 구별되는 자기 배향을 갖지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 자기 정렬 컴포넌트(1316)는 간극(1301)을 포함하며, 이는 무선 충전기 디바이스(1300)의 축방향 두께를 추가하지 않고서 코일 조립체(1312)와 케이블(1304) 사이를 연결하기 위해 와이어들(또는 전도성 트레이스들)을 위한 전기적 연결 경로들을 제공할 수 있다.
코일 조립체(1312)는 디바이스들 사이의 무선 전력 전달을 지원하도록 최적화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 자기 정렬 시스템들을 포함하는 상이한 디바이스들이 자신들을 식별시키도록 허용하기 위해, 디바이스들 사이의 무선 데이터 전달을 지원하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 근거리 통신(NFC) 코일(1364)이 코일 조립체(1312)와 자기 정렬 컴포넌트(1316) 사이의 영역에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 코일(1364)은 (예컨대, 도 12a의 스마트 폰(1200) 내의) 적합하게 구성된 NFC 판독기에 의해 판독될 수 있는 수동 NFC 태그에 결합될 수 있다. NFC 코일(1364)의 예시적인 실시예들이 아래의 섹션 5에서 기술된다.
다양한 실시예들에서, 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)는 무선 충전기 디바이스(1300)와 (예컨대, 휴대용 전자 디바이스(1200) 및 휴대용 전자 디바이스(1200')를 포함하는) 상이한 폼 팩터들을 갖는 다양한 상이한 휴대용 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)와 정렬되는 휴대용 전자 디바이스가 일차 정렬 컴포넌트(1316)와 매칭되는 환형 형상 및 일차 정렬 컴포넌트(1316)에 상보적인 자기장 배향을 갖는 상보적 이차 정렬 컴포넌트를 포함하는 한, 일차 정렬 컴포넌트(1316)는, 어느 하나의 디바이스의 임의의 다른 치수들에 상관없이, 휴대용 전자 디바이스와의 무선 충전기 디바이스(1300)의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 또한, 무선 충전기 디바이스(1300)의 일부 실시예들은 자기 정렬 컴포넌트를 갖지 않는 휴대용 전자 디바이스를 충전하는 데 사용될 수 있지만; 그러한 경우들에서, 일차 정렬 컴포넌트(1316)는 휴대용 전자 디바이스와의 최적의 정렬을 용이하게 하지 않을 수 있고, 사용자는 다른 기법들(예컨대, 충전 성능에 기초한 수동 조정, 또는 디바이스들을 그들 각자의 충전 코일들이 정렬 상태에 있도록 유지하는 크래들 내에 배치하는 것)을 사용하여 디바이스들을 정렬할 필요가 있을 것이라는 것을 이해하여야 한다.
1.8. 자기 정렬을 갖는 무선 충전 시스템
도 14a는 일부 실시예들에 따른, (도 13의) 무선 충전기 디바이스(1300)와 정렬되는 (도 12a의) 휴대용 전자 디바이스(1200)를 포함하는 시스템(1400)의 단순화된 사시도를 도시한다. 도 14a에서, 무선 충전기 디바이스(1300)의 부분들은 다른 상세사항들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 파선을 사용하여 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 무선 충전기 디바이스(1300)는 그의 충전(또는 근위) 표면이 휴대용 전자 디바이스(1200)의 배면(또는 근위) 표면(1403)에 맞대어진 상태로 배치될 수 있다. 디바이스들이 이러한 배열로 배치될 때, 휴대용 전자 디바이스(1200) 내의 이차 정렬 컴포넌트(1218)는 무선 충전기 디바이스(1300)의 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)를 정렬 상태로 끌어당기고 유지하여, 무선 충전기 디바이스(1300)의 송신기 코일 조립체(1312)가 휴대용 전자 디바이스(1200)의 코일 조립체(1210)와 정렬되게 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 무선 충전기 디바이스(1300)는 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316) 및 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218)의 중심들에 의해 정의된 축을 중심으로 임의의 회전 배향을 가질 수 있고; 예를 들어, 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218) 내의 간극(1201)은 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316) 내의 간극(1301)과 정렬될 필요가 없다.
도 14b는 일부 실시예들에 따른 시스템(1400)의 단순화된 부분 단면도를 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(1200)는 (전자기장 및 DC 자기장에 대해 투과성인 유리 또는 플라스틱과 같은 재료로 제조될 수 있는) 배면 하우징(1402) 및 (터치 스크린 디스플레이를 포함할 수 있는) 전방 하우징(1404)을 갖는다. 코일 조립체(1210)는 유도 수신기 코일(1410)(예컨대, 코일로 권취된 스트랜드 와이어로 제조될 수 있음) 및 차폐부(1412)(예컨대, 페리자성 차폐부를 포함할 수 있음)를 포함할 수 있다. 이차 자석(1428)은 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218)의 일부분을 형성하고, (화살표로 도시된 바와 같이) 방사상 내향 방향으로 배향된 자기장을 가질 수 있다. 정렬 컴포넌트(1218)가 도 14a에 도시되어 있지만, 배면 하우징(1402)은 불투명할 수 있고 정렬 컴포넌트(1218)는 사용자에게 보일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
무선 충전기 디바이스(1300)는 하우징(1302)의 원위 및 측부 표면들을 형성하는 단일-피스 인클로저(1406) 및 하우징(1302)의 근위 표면을 형성하는 상부 캡(1408)을 포함하는 하우징(1302)을 갖는다. 전술된 바와 같이, 인클로저(1406) 및 상부 캡(1408)은 동일한 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있고, 상부 캡(1408)은 AC 전자기장에 대해 그리고 DC 자기장에 대해 투과성인 재료로 제조될 수 있다. 송신기 코일 조립체(1312)는 유도 송신기 코일(1416)(예컨대, 코일로 권취된 스트랜드 와이어로 제조될 수 있음) 및 전자기 차폐부(1415)(예컨대, 페리자성 차폐부를 포함할 수 있음)를 포함할 수 있다. 일차 자석(1426)은 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)의 일부분을 형성하고, 제1 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 내측 아치형 영역(1452), 제1 축방향 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 외측 아치형 영역(1454), 및 비-자화된 중심 아치형 영역(non-magnetized central arcuate region)(1456)을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, DC 차폐부(1414)는 일차 자석(1426)의 원위 표면 상에 배치될 수 있다. 정렬 컴포넌트(1316)가 도 14a에 도시되어 있지만, 하우징(1302)은 불투명할 수 있고 정렬 컴포넌트(1316)는 사용자에게 보일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
정렬될 때, 일차 자석(1426) 및 이차 자석(1428)은 라인들(1440)에 의해 도시된 바와 같이 폐쇄-루프 자속을 생성한다. 자속(1440)은 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)를 정렬 상태로 끌어당겨, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)의 각자의 중심들이 공통 축을 따라 정렬되도록 할 수 있다. 송신기 코일(1416)은 일차 정렬 컴포넌트(1316)와 동심인 위치에 고정되고, 수신기 코일(1410)은 이차 정렬 컴포넌트(1218)와 동심인 위치에 고정되므로, 공통 축을 따라 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)를 정렬시키는 것의 결과는, 송신기 코일(1416) 및 수신기 코일(1410)이 또한 공통 축을 따라 정렬되어, 효율적인 무선 전력 전달을 가능하게 한다는 것이다. 예를 들어, 송신기 코일(1416)은, 수신기 코일(1416)에 시변 전류를 유도하는 시변 자기장을 생성하기 위해 교류로 구동될 수 있다. 전자기 차폐부(예컨대, 차폐부(1415, 1412))는 AC 전자기장을 코일들(1416, 1410)의 바로 부근으로 국한시킬 수 있다.
특히, 일부 실시예들은, 낮은 DC 자속을 겪을 수 있고 또한 코일(1410) 주위의 전자기 차폐부(1412)로 인해 낮은 AC 전자기장을 겪을 수 있는 수신기 코일 조립체(1210)와 이차 자석(1428) 사이의 간극 영역(1411)을 제공한다. 유사하게, 일부 실시예들은, 낮은 DC 자속을 겪을 수 있고 또한 송신기 코일(1416) 주위의 전자기 차폐부(1418)로 인해 낮은 AC 전자기장을 겪을 수 있는 송신기 코일 조립체(1312)와 일차 자석(1426) 사이의 간극 영역(1413)을 제공한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 휴대용 전자 디바이스(1200)에 의한 무선 충전기 디바이스(1300)의 식별을 지원하기 위해, NFC 안테나 코일들(도시되지 않음)이 간극 영역(1411 및/또는 1413) 내에 배치될 수 있다. NFC 코일(1260)의 예시적인 실시예들이 아래의 섹션 5에서 기술된다. 도 2에 도시된 종류의 z-극 자기 정렬 시스템을 사용할 때 유사한 간극 영역이 생성될 수 있지만; 충전 코일들과 자석들 사이에 더 큰 공간이 요구될 것임에 유의한다.
도 14b를 참조하여 이해될 수 있는 바와 같이, 이차 정렬 컴포넌트(1218)의 각각의 이차 정렬 자석(1428)은 이차 정렬 컴포넌트(1218)가 휴대용 전자 디바이스(1200)의 증가된 두께를 요구하지 않도록 얇은 축방향 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 이차 정렬 자석(1428)의 축방향 두께는 수신기 코일 조립체(1210)(코일(1410) 및 차폐부(1412)를 포함함)의 두께 이하일 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(1426)는, 예컨대 인클로저(1406)와 상부 캡(1408) 사이의 축방향 공간 모두를 점유하는, 더 두꺼운 축방향 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(1426)는 또한 이차 정렬 컴포넌트(1428)의 방사상 폭보다 약간 더 큰 방사상 폭을 가질 수 있다.
도 15는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템(1506)을 통해 함께 정렬될 수 있는 휴대용 전자 디바이스(1504)(이는, 예컨대, 휴대용 전자 디바이스(1200) 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 휴대용 전자 디바이스일 수 있음) 및 무선 충전기 디바이스(1502)(이는, 예컨대, 무선 충전기 디바이스(1300) 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 무선 충전기 디바이스일 수 있음)를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템(1500)을 예시하는 블록도이다. 자기 정렬 시스템(1506)은 무선 충전기 디바이스(1502) 내의 일차 정렬 컴포넌트(1516) 및 휴대용 전자 디바이스(1504) 내의 이차 정렬 컴포넌트(1518)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(1516) 및 이차 정렬 컴포넌트(1518)는 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성될 수 있다. 휴대용 전자 디바이스(1504)는 또한 메모리 뱅크(1542)에 결합된 컴퓨팅 시스템(1541)을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1541)은 휴대용 전자 디바이스(1504)를 동작시키기 위한 다양한 기능들을 수행하기 위해 메모리 뱅크(1542)에 저장된 명령어들을 실행시키도록 구성된 제어 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부는, 하나 이상의 프로그래밍가능 집적 논리 회로들, 예컨대 마이크로프로세서, CPU(computer processing unit), GPU(graphics processing unit), FPGA(field programmable gate array) 등을 포함할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1541)은, 또한, 휴대용 전자 디바이스(1504)가 하나 이상의 기능들을 수행할 수 있게 하기 위해 사용자 인터페이스 시스템(1543), 통신 시스템(1544), 및 센서 시스템(1545)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 시스템(1543)은 디스플레이, 스피커, 마이크로폰, 햅틱 피드백을 가능하게 하기 위한 액추에이터, 및 하나 이상의 입력 디바이스들, 예컨대, 버튼, 스위치, 디스플레이가 터치 감응성일 수 있게 하기 위한 용량성 스크린 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(1544)은, 휴대용 전자 디바이스(1504)가 전화 통화를 하고 무선 액세서리들과 상호작용하고 인터넷에 액세스할 수 있게 하기 위한 무선 전기통신 컴포넌트들, NFC 컴포넌트들, 블루투스 컴포넌트들, 및/또는 Wi-Fi 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통신 시스템(1544)은 정렬된 디바이스를 식별하기 위해 자기 정렬 시스템(1506)과 관련하여 사용되는 NFC 판독기 회로부를 포함할 수 있으며; 예들은 아래의 섹션 5에 기술되어 있다. 센서 시스템(1545)은 광 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 온도 센서들, 자력계들, 및/또는 외부 엔티티 및/또는 환경의 파라미터를 측정할 수 있는 임의의 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다.
이러한 전기 컴포넌트들 모두는 동작하기 위해 전원을 필요로 한다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스(1504)는, 또한, 저장된 에너지를 방전하여 휴대용 전자 디바이스(1504)의 전기 컴포넌트들에 전력을 공급할 수 있는 배터리(1546)를 포함한다. 방전된 에너지를 보충하여 전기 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(1504)는 외부 전원(1522)에 결합된 무선 충전기 디바이스(1502)로부터 전력을 수신할 수 있는 충전 회로부(1547) 및 유도 코일(1510)을 포함한다.
무선 충전기 디바이스(1502)는 휴대용 전자 디바이스(1504)의 코일(1510)에 전류를 유도할 수 있는 시변 자속을 생성하기 위한 송신기 코일(1512)을 포함할 수 있다. 유도된 전류는 배터리(1546)를 충전하기 위해 충전 회로부(1547)에 의해 사용될 수 있다. 무선 충전기 디바이스(1502)는 통신 시스템(1522) 및 무선 충전 회로부(1523)에 결합된 컴퓨팅 시스템(1521)을 추가로 포함할 수 있다. 무선 충전 회로부는 제1 세트의 전압 및 주파수 특성들을 갖는 표준 AC 전력(예컨대, 표준 AC 벽 전력)을 코일(1510)을 동작시키기에 적합한 AC 전력으로 변환하기 위한 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 정류기들(AC-DC 변환기들), 부스트 회로들(DC-DC 전압 부스팅 회로들), 인버터들(DC-AC 변환기들) 등을 포함하는 적합한 회로 컴포넌트들이 본 기술 분야에 알려져 있다. 컴퓨팅 시스템(1521)은 무선 충전기 디바이스(1502)의 동작을 제어하도록, 예컨대 무선 충전 회로부(1523)를 제어하여 외부 전원(1522)으로부터 수신된 전력을 사용하여 시변 자속을 생성하여 코일(1510)에 전류를 유도하여 휴대용 전자 디바이스(1504)를 충전하도록 구성된 로직 회로부(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, FPGA 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(1521)은 (무선 전력 컨소시엄에 의해 공표된) 무선 충전에 대한 Qi 표준에 확인해주는 기능을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(1521) 및 무선 충전 회로부(1523)를 구현하는 컴포넌트들은, (예컨대, 도 13, 도 14a 및 도 14b의 퍽-형상의 하우징(1302) 내에서) 코일(1512) 및 일차 정렬 컴포넌트(1516)를 유지하는 하우징 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(1521) 및 무선 충전 회로부(1523)를 구현하는 컴포넌트들 중 일부 또는 전부는 다른 곳에, 예컨대 도 13 및 도 14a의 케이블(1304)의 원위 단부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(1521)을 구현하는 로직 회로부는 하우징(1302) 내에 배치될 수 있는 반면, 무선 충전 회로부(1532)는 케이블(1304)의 원위 단부에서 플러그 커넥터의 부트 내에 배치된다. (이러한 경우, 케이블(1304)은 무선 충전기 디바이스(1300)에 AC 전력을 제공할 수 있다.) 다른 예로서, 컴퓨팅 시스템(1521)을 구현하는 로직 회로부 및 무선 충전 회로부(1523)의 부분들을 구현하는 회로 컴포넌트들은 하우징(1302) 내에 배치될 수 있는 반면, 무선 충전 회로부(1523)의 다른 부분들을 구현하는 회로 컴포넌트들은 케이블(1304)의 원위 단부에서 플러그 커넥터의 부트 내에 배치된다. 예를 들어, 정류기 및 부스트 회로가 부트 내에 배치되는 동안, 인버터가 하우징(1302) 내에 배치될 수 있다. (이러한 경우, 케이블(1304)은 무선 충전기 디바이스(1300)에 DC 전력을 제공할 수 있다.)
시스템(1500)이 특정 블록들을 참조하여 기술되지만, 이들 블록들이 설명의 편리함을 위해 정의되며 컴포넌트 부분들의 특정 물리적 배열을 의미하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 블록들은 물리적으로 별개인 컴포넌트들에 대응할 필요가 없고, 동일한 물리적 컴포넌트들은 다수의 블록들의 양태들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 블록들은, 예를 들어 프로세서를 프로그래밍하거나 적절한 제어 회로부를 제공함으로써 다양한 동작들을 수행하도록 구성될 수 있으며, 다양한 블록들은, 초기 구성이 획득되는 방법에 따라 재구성가능하거나 재구성가능하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 무선 충전 동작들 및/또는 디바이스들 사이의 물리적 정렬이 요구되는 다른 동작들을 가능하게 하기 위해 회로부와 소프트웨어의 임의의 조합을 사용하는 전자 디바이스들을 포함하는 다양한 장치에서 실현될 수 있다.
2. 회전 정렬 컴포넌트
전술된 다양한 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 측방향 평면에서 견고한 정렬을 제공할 수 있고, 회전 정렬을 제공하거나 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 5a 및 도 5b의 방사상 대칭 자기 정렬 시스템(500)은 바람직한 회전 배향을 정의하지 않을 수 있다. 도 8a 내지 도 8c의 방사상으로 교번하는 자기 정렬 시스템(800)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 16은 일부 실시예들에 따른, 환형 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 갖는 자기 정렬 시스템의 예를 도시한다. 도 16은 휴대용 전자 디바이스(1604) 및 액세서리(1602)의 각자의 근위 표면들을 도시한다. 이 예에서, 자기 정렬 시스템의 일차 정렬 컴포넌트들은 액세서리 디바이스(1602) 내에 포함되고, 자기 정렬 시스템의 이차 정렬 컴포넌트들은 휴대용 전자 디바이스(1604) 내에 포함된다. 휴대용 전자 디바이스(1604)는, 예를 들어, 전방 표면이 터치스크린 디스플레이를 제공하고 후방 표면이 무선 충전을 지원하도록 설계되는 스마트 폰일 수 있다. 액세서리 디바이스(1602)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(1604)를, 그의 디스플레이가 보이고 사용자에게 액세스가능하도록 지지하는 충전 도크일 수 있다. 예를 들어, 액세서리 디바이스(1602)는, 디스플레이가 관찰을 위해 그리고/또는 터치를 위해 편리하게 기울어진 각도에 있거나 수직이도록 휴대용 전자 디바이스(1604)를 지지할 수 있다. 도시된 예에서, 액세서리 디바이스(1602)는 휴대용 전자 디바이스(1604)를 "세로" 배향(디스플레이의 더 짧은 측부들이 상부 및 저부에 있음)으로 지지하지만; 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(1602)는 휴대용 전자 디바이스(1604)를 "가로" 배향(디스플레이의 더 긴 측부들이 상부 및 저부에 있음)으로 지지할 수 있다. 액세서리 디바이스(1602)는 또한 스위블, 짐벌 등에 장착될 수 있어서, 사용자가 액세서리 디바이스(1602)의 배향을 조정함으로써 휴대용 전자 디바이스(1604)의 배향을 조정할 수 있게 한다.
전술된 바와 같이, 자기 정렬 시스템의 컴포넌트들은 액세서리(1602) 내에 배치된 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616) 및 휴대용 전자 디바이스(1604) 내에 배치된 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)를 포함할 수 있다. 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)는 전술된 일차 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들(1626)로 형성될 수 있다. 도 16에 도시되지 않았지만, 예컨대, 아치형 자석들(1626) 중 하나 이상을 생략함으로써 또는 인접한 아치형 자석들(1626) 사이의 하나 이상의 인터페이스들(1630)에서 간극을 제공함으로써, 하나 이상의 간극들이 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 아치형 자석(1626)은 제1 자기 배향을 갖는(예컨대, 제1 방향으로 축방향으로 배향된) 내측 아치형 영역, 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 갖는(예컨대, 제1 방향과 반대로 축방향으로 배향된) 외측 아치형 영역, 및 내측 및 외측 영역들 사이의 중심 비-자화된 아치형 영역(전술된 바와 같이, 비-자화된 중심 영역은 공기 간극 또는 비자성 재료를 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)는 또한 아치형 자석들(1626)의 원위 면 상에 DC 차폐부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)는 전술된 이차 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것과 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들(1628)로 형성될 수 있다. 도 16에 도시되지 않았지만, 예컨대, 하나 이상의 아치형 자석들(1628)을 생략함으로써 또는 인접한 자석들(1628) 사이의 하나 이상의 인터페이스들(1632)에서 간극을 제공함으로써, 하나 이상의 간극들이 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)에 제공될 수 있다. 전술된 바와 같이, 아치형 자석들(1628)은 방사상으로-배향된 자기 극성들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 모든 섹터들은 방사상-외향 자기 배향 또는 방사상-내향 자기 배향을 가질 수 있거나, 또는 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 일부 섹터들은 방사상-외향 자기 배향을 가질 수 있는 반면 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 다른 섹터들은 방사상-내향 자기 배향을 갖는다.
전술된 바와 같이, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)는, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)의 중심 지점(1601)이 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 중심 지점(1603)과 정렬되도록, 측방향 평면에서의 정렬을 촉진하는 전단력을 제공할 수 있다. 그러나, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)는 세로 배향과 같은 임의의 특정 회전 배향에 유리한 토크력을 제공하지 못할 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 환형 정렬 컴포넌트들에 더하여 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 16에 도시된 바와 같이, 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622)는 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)의 외측에 배치되고 그로부터 이격될 수 있는 반면, 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624)는 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 외측에 배치되고 그로부터 이격된다. 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624)는 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 중심 지점(1603)으로부터 고정된 거리(y0)에 위치될 수 있고, (양쪽 측부 에지로부터의 거리(x0)로 나타낸 바와 같이) 휴대용 전자 디바이스(1604)의 측부 에지들 사이에 중심이 위치될 수 있다. 유사하게, 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622)는 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)의 중심 지점(1601)으로부터 동일한 거리(y0)에 위치될 수 있고, 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624)가 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622)와 정렬될 때 액세서리(1602)에 대한 휴대용 전자 디바이스(1604)의 원하는 배향에 유리한 토크 프로파일을 야기하는 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, 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622) 및 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624) 각각은 하나 이상의 자석들(예컨대, NdFeB와 같은 희토류 자석들)을 사용하여 구현될 수 있는데, 이들 자석들 각각은 각각 그의 자기 극성이 원하는 방향으로 배향되도록 자화되었다. 도 16의 예에서, 자석들은 직사각형 형상들을 갖지만; 다른 형상들(예컨대, 둥근 형상들)이 대체될 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)의 자기 배향들은, 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)의 근위 표면들이 서로의 근처에 있을 때 자기 인력이 가해지도록, 상보적일 수 있다. 이러한 자기 인력은, 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)의 근위 표면들이 서로 정렬되는 바람직한 회전 배향으로 휴대용 전자 디바이스(1604) 및 액세서리(1602)를 회전시키는 것을 도울 수 있다. 원하는 인력을 제공하는 데 사용될 수 있는 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)에 대한 자기 배향들의 예들이 후술된다. 일부 실시예들에서, 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622) 및 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624)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) x 약 16 mm(y 방향)일 수 있고, 두께는 약 0.3 mm 내지 약 1.5 mm의 어딘가일 수 있고; 특정 치수들은 정렬될 디바이스들의 크기들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 주어진 디바이스에 대한 회전 정렬 컴포넌트의 두께는 그 디바이스 내의 환형 정렬 컴포넌트의 두께와 매칭되도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 회전 정렬 컴포넌트(1622) 및 이차 회전 정렬 컴포넌트(1624) 각각은 서로 인접하게 위치된 자성 재료의 2개 이상의 직사각형 블록들을 사용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서와 같이, 예컨대 제조 허용오차로 인해 인접한 자석들 사이에 작은 간극이 존재할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 일부 실시예들에 따른 회전 정렬의 예를 도시한다. 도 17a에서, 액세서리(1602)는, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616) 및 이차 정렬 컴포넌트(1618)가 측방향 평면에서 서로 정렬되도록, 휴대용 전자 디바이스(1604)의 후방 표면 상에 배치되어, 도시된 도면에서, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1616)의 중심 지점(1601)이 이차 환형 정렬 컴포넌트(1618)의 중심 지점(1603) 위에 놓이게 된다. 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)이 정렬되지 않도록 하는 상대 회전이 존재한다. 이러한 구성에서, 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624) 사이의 인력은 휴대용 전자 디바이스(1604) 및 액세서리(1602)를 목표 회전 배향을 향해 강제할 수 있다. 도 17b에서, 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624) 사이의 자기 인력은 휴대용 전자 디바이스(1604) 및 액세서리(1602)를, 휴대용 전자 디바이스(1604)의 측부들이 액세서리(1602)의 측부들에 평행한 목표 회전 정렬 상태로 이동시켰다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624) 사이의 자기 인력은 또한 휴대용 전자 디바이스(1604) 및 액세서리(1602)를 고정된 회전 정렬 상태에서 유지하는 것을 도울 수 있다.
회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)은 다양한 패턴의 자기 배향들을 가질 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(1622, 1624)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 18a 내지 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 18a 및 도 18b는 일부 실시예들에 따른 "z-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(1824)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 18a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(1824)는, 화살표(1805)로 나타낸 바와 같이, 축방향을 따라 균일한 자기 배향을 가질 수 있다. 따라서, 도 18b에 도시된 바와 같이, 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(1824)의 근위 표면(1803)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/하거나 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 18a 및 도 18b의 z-극 구성보다 더 현저한 클로킹 감각을 제공할 수 있는 회전 정렬 컴포넌트에 대한 자화 구성들의 예들이다.
도 19a 및 도 19b는 일부 실시예들에 따른 "4-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(1924)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 19a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(1924)는, (화살표(1905)로 나타낸 바와 같이) 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(1924)의 근위(+z) 표면(1903)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 제1 자화된 영역(1925), 및 (화살표(1907)로 나타낸 바와 같이) 자남극(S)이 근위 표면(1903)에 가장 가깝도록 제1 영역의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 제2 자화된 영역(1927)을 갖는다. 자화된 영역들(1925, 1927) 사이에는 자화되지 않은 중심 영역(1929)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(1924)는 자화기에 노출되어 영역들(1925, 1927, 1929)을 생성하는 자성 재료의 단일 피스로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(1924)는 비자성 재료 또는 그들 사이의 공기 간극을 갖는 자성 재료의 2개 피스를 사용하여 형성될 수 있다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(1924)의 근위 표면은 "북" 극성을 갖는 하나의 영역 및 "남" 극성을 갖는 다른 영역을 가질 수 있다. 상보적 4-극 회전 정렬 컴포넌트는 근위 표면에서 남극성 및 북극성의 대응하는 영역들을 가질 수 있다.
도 20a 및 도 20b는 일부 실시예들에 따른 "환형 설계" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2024)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 20a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2024)는, (화살표들(2005)에 의해 도시된 바와 같이) 자북극(N)이 회전 정렬 컴포넌트(2024)의 근위(+z) 표면(2003)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 환형 외측 자화된 영역(2025), 및 자남극(S)이 근위 표면(2003)에 가장 가깝도록 제1 영역의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 내측 자화된 영역(2027)을 갖는다. 자화된 영역들(2025, 2027) 사이에는 자화되지 않은 중립 환형 영역(2029)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(2024)는 자화기에 노출되어 영역들(2025, 2027, 2029)을 생성하는 자성 재료의 단일 피스로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(2024)는 비자성 재료 또는 그들 사이의 공기 간극을 갖는 자성 재료의 2개 이상의 피스를 사용하여 형성될 수 있다. 도 20b에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2024)의 근위 표면은 "북" 극성을 갖는 환형 외측 영역 및 "남" 극성을 갖는 내측 영역을 가질 수 있다. 상보적 환형-설계 회전 정렬 컴포넌트의 근위 표면은 남극성의 환형 외측 영역 및 북극성의 내측 영역을 가질 수 있다.
도 21a 및 도 21b는 일부 실시예들에 따른 "3-극" 구성을 갖는 회전 정렬 컴포넌트(2124)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 21a에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 컴포넌트(2124)는, (화살표(2105)에 의해 도시된 바와 같이) 자남극(S)이 회전 정렬 컴포넌트(2124)의 근위(+z) 표면(2103)에 가장 가깝도록 축방향을 따르는 자기 배향을 갖는 중심 자화된 영역(2125), 및 (예컨대, 화살표들(2107, 2109)에 의해 도시된 바와 같이) 자북극(N)이 근위 표면(2103)에 가장 가깝도록 중심 영역(2125)의 자기 배향에 반대인 자기 배향을 갖는 외측 자화된 영역들(2127, 2129)을 갖는다. 중심 자화된 영역(2125)과 외측 자화된 영역들(2127, 2129) 각각 사이에는 강하게 자화되지 않은 중립 영역(2131, 2133)이 있다. 일부 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트(2124)는 자화기에 노출되어 영역들(2125, 2127, 2129)을 생성하는 자성 재료의 단일 피스로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 회전 정렬 컴포넌트(2124)는 비자성 재료들 또는 그들 사이의 공기 간극들을 갖는 자성 재료의 3개의(또는 그 초과의) 피스를 사용하여 형성될 수 있다. 도 21b에 도시된 바와 같이, 근위 표면은 양측으로 "북" 극성을 갖는 외측 영역과 함께 "남" 극성을 갖는 중심 영역을 가질 수 있다. 상보적 3-극 회전 정렬 컴포넌트의 근위 표면은 양측으로 남극성의 외측 영역과 함께 남극성의 중심 영역을 가질 수 있다.
도 18a 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, 전술된 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 16의 거리(y0)) 및 회전 정렬 컴포넌트의 길이(도 16에 정의된 바와 같은 y 방향에서의)뿐만 아니라, 회전 정렬 컴포넌트들의 자기장의 강도(이는 회전 정렬 컴포넌트들의 크기에 의존할 수 있음), 정렬되는 표면들 사이의 마찰 계수, 및 환형 정렬 컴포넌트가 바람직한 회전 배향을 향해 임의의 토크를 가하는지 여부를 포함하는 다양한 인자들에 의존한다.
도 22는 다양한 실시예들에 따른 회전 정렬 컴포넌트의 상이한 자화 구성들에 대한, 도 16에 도시된 종류의 정렬 시스템에 대한 각회전(도 단위)의 함수로서의 토크의 그래프를 도시한다. 각회전은, 0도가 목표 회전 정렬(여기서 회전 각도 컴포넌트들(1622, 1624)의 근위 표면들은, 예컨대 도 17b에 도시된 바와 같이, 가장 근접해 있음)에 대응하도록 정의된다. 토크는, 양의(음의) 값들이 감소하는(증가하는) 회전각의 방향으로의 힘을 나타내도록 정의된다. 토크 프로파일들을 생성하기 위한 목적으로, 환형 정렬 컴포넌트들(1616, 1618)은 회전적으로 대칭이고 중심 지점들(1601, 1603)에 의해 정의된 z 축을 중심으로 토크를 가하지 않는 것으로 가정된다. 3개의 상이한 자화 구성들이 고려된다. 라인(2204)은 도 19a 및 도 19b의 4-극 구성에 대응한다. 라인선(2205)은 도 20a 및 도 20b의 환형 설계 구성에 대응한다. 라인(2206)은 도 21a 및 도 21b의 3-극 구성에 대응한다. 도시된 바와 같이, 환형 설계(라인(2205)) 및 3-극(라인(2206)) 구성들은, 4-극 구성(라인(2204))과 비교하여, 토크에 있어서의 더 예리한 피크 및 따라서 사용자에 대한 더 현저한 클로킹 감각을 제공한다. 또한, 3-극 구성은, 환형-설계 구성보다, 더 강한 피크 토크 및 따라서 더 현저한 클로킹 감각을 제공한다. (3-극 구성은 또한 다른 구성들과 비교하여 감소된 자속 누설을 제공할 수 있다.) 도 22의 수치 값들은 예시적이며, 특정 실시예에서의 토크가 자석 체적, 종횡비, 및 환형 정렬 컴포넌트의 중심으로부터의 거리(y0)와 같은 자화 구성에 더하여, 다양한 다른 인자들에 의존할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 16에 도시된 예에서, 단일 회전 정렬 컴포넌트는 환형 정렬 컴포넌트의 중심으로부터의 거리(y0)에서 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치된다. 이러한 배열은, 단일 자기 요소로 하여금, 디바이스들을 정렬하는 사용자에 대한 현저한 클로킹 감각을 생성하는 토크를 생성할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 다른 배열들이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 23은 일부 실시예들에 따른, 다수의 회전 정렬 컴포넌트들을 갖는 정렬 시스템(2300)을 가지는 휴대용 전자 디바이스(2304)를 도시한다. 이러한 예에서, 정렬 시스템(2300)은 환형 정렬 컴포넌트(2318) 및 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 주연부 둘레의 다양한 위치들에 위치된 회전 정렬 컴포넌트들(2324)의 세트를 포함한다. 이러한 예에서, 대략 90도의 각도 간격들로 위치된 4개의 회전 정렬 컴포넌트들(2324)이 있다. 다른 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트들의 상이한 개수들 및 간격이 사용될 수 있다. 각각의 회전 정렬 컴포넌트(2324)는 z-극, 4-극, 3-극, 또는 환형-설계 구성들, 또는 상이한 구성을 포함하는, 전술된 자화 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 또한, 상이한 회전 정렬 컴포넌트들(2324)은 서로 상이한 자화 구성들을 가질 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트들(2324)이 환형 정렬 컴포넌트(2318)의 주연부에 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(예컨대, 본 명세서에 기술된 바와 같은 일차 정렬 컴포넌트들, 이차 정렬 컴포넌트들, 또는 환형 정렬 컴포넌트들)의 외측 주연부 둘레에 배치될 수 있다.
회전 정렬 컴포넌트들의 전술한 예들은 예시적이며, 변형들 또는 수정들이 가능하다는 것이 이해될 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 갖거나 갖지 않는지 여부에 관계없이, 상보적 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 다른 디바이스에 측방향으로 정렬될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 16의 휴대용 전자 디바이스(1604)는 (환형 정렬 컴포넌트(1616) 및 회전 정렬 컴포넌트(1622) 둘 모두를 갖는) 액세서리(1602)에 회전적으로 정렬될 수 있을 뿐만 아니라, 환형 정렬 컴포넌트(1616)를 갖지만 회전 정렬 컴포넌트(1622)는 갖지 않는 다른 액세서리(예컨대, 도 4의 무선 충전기 디바이스(400))에 측방향으로 정렬될 수 있다. 후자의 경우에, 예컨대 효율적인 무선 충전을 지원하기 위해, 측방향 정렬이 달성될 수 있지만, 바람직한 회전 정렬은 없을 수 있거나, 또는 회전 정렬이 비자성 특징부(예컨대, 레지(ledge), 클립, 노치 등과 같은 기계적 유지 특징부)를 사용하여 달성될 수 있다. 회전 자기 정렬 컴포넌트는 임의의 유형의 환형 자기 정렬 컴포넌트(예컨대, 후술되는 바와 같은 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트들, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들, 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트들)와 함께 사용될 수 있다.
3. 일차, 이차, 및 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트
3.1. 3-컴포넌트 자기 정렬 시스템의 개요
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은 2개 초과의 디바이스들을 정렬시킬 수 있다. 3개의 환형 정렬 컴포넌트들(일차, 이차, 및 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트들로 지칭됨)을 갖는 자기 정렬 시스템들의 예들이 이제 기술될 것이다. 이 섹션에 기술된 일차 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들이 전술된 일차 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들과 동일할 수 있고, 주어진 쌍의 일차 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들이 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트와 함께 또는 그것 없이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 정렬이 요구되는 시스템은 3개 초과의 디바이스들을 포함할 수 있고, 3개 초과의 디바이스들의 정렬을 용이하게 하기 위해 추가의 보조 환형 정렬 컴포넌트들이 제공될 수 있는 것을 또한 이해하여야 한다.
도 24는 일부 실시예들에 따른 3-컴포넌트 자기 정렬 시스템(2406)을 포함하는 무선 충전 시스템(2400)의 단순화된 표현을 도시한다. 무선 충전 시스템(2400)은 휴대용 전자 디바이스(2404), 무선 충전기 디바이스(2402), 및 휴대용 전자 디바이스(2404)와 무선 충전기 디바이스(2402) 사이에 위치된 액세서리(2420)를 포함한다. 휴대용 전자 디바이스(2404)는 스마트 폰, 태블릿, 웨어러블 디바이스 등과 같은 소비자 전자 디바이스, 또는 무선 충전이 요구되는 임의의 다른 전자 디바이스일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(2402)는, 적합하게 구성된 수신 디바이스에 전류를 유도하기 위해 시변 자속을 생성하도록 구성되는 임의의 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스(2402)는 무선 충전 매트, 퍽, 도킹 스테이션 등일 수 있다. 무선 충전기 디바이스(2402)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(2404) 및 무선 충전기 디바이스(2402)는 각각 유도 코일들(2410, 2412)을 포함할 수 있으며, 이는 그들 사이에서 전력을 전달하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(2412)은 시변 자속(2414)을 생성하는 송신기 코일일 수 있고, 유도 코일(2410)은 시변 자속(2414)에 응답하여 전류가 유도되는 수신기 코일일 수 있다. 수신된 전류는 휴대용 전자 디바이스(2404)의 배터리를 충전하기 위해, 휴대용 전자 디바이스(2404)의 컴포넌트에 동작 전력을 제공하기 위해, 그리고/또는 원하는 대로 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 충전기 디바이스(2402)와 휴대용 전자 디바이스(2404) 사이의 무선 전력 전달은 액세서리(2420)가 존재하는지 여부에 관계없이 발생할 수 있다.
액세서리(2420)는 휴대용 전자 디바이스(2404)의 미관 및/또는 기능들을 보호, 향상, 및/또는 보완하기 위해 휴대용 전자 디바이스(2404)와 함께 사용되는 액세서리일 수 있다. 예를 들어, 액세서리(2420)는 보호 케이스, 외부 배터리 팩, 카메라 부착물, 또는 임의의 다른 충전-스루 액세서리일 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리(2420)는 하나 이상의 무선 충전 코일들(2438)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액세서리(2420)는 휴대용 전자 디바이스(2404)에 부착되고 그와 함께 운반될 수 있는 휴대용 외부 배터리 팩일 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리(2420)는 (예컨대, 무선 충전기 디바이스(2402)로부터) 그의 온보드 배터리를 충전하기 위한 수신기 코일로서 또는 휴대용 전자 디바이스(2404)에 전력을 제공하기 위한 송신기 코일로서 무선 충전 코일(2438)을 동작시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리(2420)는 별개의 송신기 및 수신기 코일들(2438)을 포함할 수 있다. 액세서리(2420)는 현재 조건들에 따라 전력을 송신하거나 전력을 수신 및 저장하기 위해 코일(들)(2438)을 동작시킬 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 액세서리(2420)는 능동 회로부를 포함하지 않는 케이스와 같은 "무전력(unpowered)" 또는 "수동" 액세서리일 수 있고, 무선 충전 코일(2438)은 생략될 수 있다. 그러한 경우들에서, 액세서리(2420)는 무선 충전기 디바이스(2402)와 휴대용 전자 디바이스(2404) 사이의 무선 전력 전달을 억제하지 않도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 액세서리(2420)의 관련있는 부분들은 플라스틱, 가죽, 또는 시변 자속(2414)에 대해 투명한 다른 재료와 같은 재료로 제조될 수 있다.
효율적인 무선 전력 전달을 가능하게 하기 위해, 유도 코일들(2412, 2410)(및, 코일(2438)이 존재하는 실시예들에서, 코일(2438))을 정렬시키는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템(2406)은 그러한 정렬을 제공할 수 있다. 도 24에 도시된 예에서, 자기 정렬 시스템(2406)은 무선 충전기 디바이스(2402)의 표면 상에 또는 내에 배치된 일차 자기 정렬 컴포넌트(2416), 휴대용 전자 디바이스(2402)의 표면 상에 또는 그 내에 배치된 이차 자기 정렬 컴포넌트(2418), 및 액세서리(2420)의 표면 상에 또는 내에 배치된 보조 자기 정렬 컴포넌트(2470)를 포함한다. 일차, 이차, 및 보조 자기 정렬 컴포넌트들(2416, 2418, 2470)은, 유도 코일들(2410, 2412)(및/또는, 존재하는 경우, 2438)이 서로 정렬되어 효율적인 무선 전력 전달을 제공하는 정렬된 위치로, 서로를 자기적으로 끌어당기도록 구성된다.
자기 정렬 시스템(2406)은, 액세서리(2420)가 보조 정렬 컴포넌트(2470)를 포함한다면, 다양한 유형의 액세서리들(2420)이 일차 및/또는 이차 자기 정렬 컴포넌트들(2416, 2418)과 정렬될 수 있다는 점에서, 모듈화를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서(예컨대, 액세서리(2420)가 보호 케이스인 경우), 액세서리(2420)는 보조 자기 정렬 컴포넌트(2470)가 이차 자기 정렬 컴포넌트(2418)와 정렬되도록 고정된 위치에서 휴대용 전자 디바이스(2404)에 기계적으로 결합될 수 있고, 휴대용 전자 디바이스(2404)는 무선 충전기 디바이스(2402)의 일차 정렬 컴포넌트(2416)와 정렬하기 위해 보조 자기 정렬 컴포넌트(2470)에 전체적으로 또는 부분적으로 의존할 수 있다. 따라서, 일차 정렬 컴포넌트(2416)가 보조 정렬 컴포넌트(2470)와 정렬되도록 액세서리(2420)가 무선 충전기 디바이스(2402)의 충전 표면(2408) 상에 위치될 때, 휴대용 전자 디바이스(2404)의 이차 정렬 컴포넌트(2418)는 또한 일차 정렬 컴포넌트(2416)와 정렬되고, 효율적인 무선 전력 전달이 지원된다.
다른 예로서, 액세서리(2420)가 외부 배터리인 일부 실시예들에서, 보조 정렬 컴포넌트(2470)는 이차 정렬 컴포넌트(2418)로 끌어당기고 그와 정렬할 수 있어서, 액세서리(2420) 내의 내부 전원(도시되지 않음)으로부터의 전력이 유도 코일(2438) 및 유도 코일(2410)을 사용하여 휴대용 전자 디바이스(2404)로 무선으로 전달될 수 있도록 할 수 있다. 자기 정렬 시스템(2406)의 모듈화는 또한 무선 충전기 디바이스(2402)가 휴대용 전자 디바이스(2404) 및 액세서리(2420)와 적층되는 것을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 보조 정렬 컴포넌트(2470)는 이차 정렬 컴포넌트(2418)로 끌어당기고 그와 정렬할 수 있으며, 동시에 일차 정렬 컴포넌트(2416)로 끌어당기고 그와 정렬할 수 있다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스(2404), 액세서리(2420), 및 무선 충전기 디바이스(2402)가 모두 함께 적층될 때, 전력이 무선 충전기 디바이스(2402)로부터 액세서리(2420)로(예컨대, 액세서리(2420)의 내부 배터리를 충전하기 위해) 그리고 액세서리(2420)로부터 휴대용 전자 디바이스(2404)로 무선으로 송신될 수 있다. 둘 모두의 전력 전달은 동시에 수행될 수 있으며; 즉, 무선 충전기 디바이스(2402)는 액세서리(2420)가 휴대용 전자 디바이스(2404)에 전력을 제공하는 것과 동시에 액세서리(2420)에 전력을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동시 전력 전달들을 가능하게 하기 위해, 액세서리(2420)는 2개의 유도 코일들(2438)을 포함할 수 있는데, 하나는 전력을 수신하기 위한 것이고 하나는 전력을 송신하기 위한 것이다. 다른 실시예들에서, 전력 전달들은 순차적으로 수행될 수 있는데; 예를 들어, 무선 충전기 디바이스(2402)는 액세서리(2402)에 전력을 제공할 수 있고, 무선 충전기 디바이스(2402)가 전력을 제공하지 않는 시간에, 액세서리(2402)는 휴대용 전자 디바이스(2404)에 전력을 제공할 수 있다.
도 24는 예시적이며 제한하지 않는다. 예를 들어, 도 24는 함께 적층된 3개의 디바이스들을 도시하지만, 동일한 원리들이 4개 이상의 디바이스들의 시스템들을 형성하기 위해 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 무선 충전 시스템은, 무선 충전기 디바이스에 부착되고 그에 자기적으로 정렬되는 외부 배터리에 부착되고 그와 자기적으로 정렬되는 보호 케이스에 결합되는 휴대용 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 각자의 디바이스들 내의 모든 유도 코일들은 함께 정렬될 수 있고, 무선 전력이, 무선 충전기 디바이스와 외부 배터리 사이에서, 배터리와 휴대용 전자 디바이스 사이에서, 그리고/또는 무선 충전기 디바이스와 휴대용 전자 디바이스 사이에서 송신될 수 있다. 임의의 수의 디바이스들이 본 개시내용의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 함께 적층될 수 있음이 이해될 것이다.
본 명세서에 기술된 실시예들에 따르면, 자기 정렬 시스템의 정렬 컴포넌트(일차, 이차, 또는 보조 정렬 컴포넌트를 포함함)는 환형 구성으로 배열된 아치형 자석들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 자석은 원하는 방향으로 배향된 자기 극성을 가질 수 있어서, 일차, 이차, 및 보조 정렬 컴포넌트들 사이의 자기 인력이 원하는 정렬을 제공하게 한다. 일부 실시예들에서, 아치형 자석은 제1 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 자기 영역, 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 자기 영역을 포함할 수 있다. 기술되는 바와 같이, 상이한 구성들은 상이한 정도의 자기장 누설을 제공할 수 있다.
3.2. 단일 축방향 자기 배향을 갖는 자기 정렬 시스템
도 25a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(2500)의 사시도를 도시하고, 도 25b는 도 25a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(2500)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(2500)은 도 24의 자기 정렬 시스템(2406)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(2500)에서, 정렬 컴포넌트들 모두는 (환형 구성의 축을 따라) 동일한 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는다.
도 25a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(2500)은 (도 24의 일차 정렬 컴포넌트(2416)의 구현예일 수 있는) 일차 정렬 컴포넌트(2516), (도 24의 이차 정렬 컴포넌트(2418)의 구현예일 수 있는) 이차 정렬 컴포넌트(2518), 및 (전술된 보조 정렬 컴포넌트(2470)의 구현예일 수 있는) 보조 정렬 컴포넌트(2570)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(2516), 이차 정렬 컴포넌트(2518,) 및 보조 정렬 컴포넌트(2570)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 치수들은 섹션 1에서 위에서 주어진 예시적인 값들과 유사할 수 있다.
일차 정렬 컴포넌트(2516)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 일차 아치형 자석들(2526)로 형성될 수 있다. 이차 정렬 컴포넌트(2518)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 이차 아치형 자석들(2528)로 형성될 수 있다. 보조 정렬 컴포넌트(2470)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 하나 이상의 보조 아치형 자석들(2572)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 일차 자석들(2526)의 개수는 이차 자석들(2528)의 개수 및 보조 자석들(2570)의 개수와 동일하고, 각각의 섹터는 정확히 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니다. 일차 자석들(2526), 이차 자석들(2528), 및 보조 자석들(2572)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 일차 자석들(2526)(또는 이차 자석들(2528) 또는 보조 자석들(2572))이 끝과 끝을 붙여 서로 인접하게 위치될 때 일차 자석들(2526)(또는 이차 자석들(2528) 또는 보조 자석들(2572))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 자석들(2526)은 인터페이스들(2530)에서 서로 접촉할 수 있고, 이차 자석들(2528)은 인터페이스들(2532)에서 서로 접촉할 수 있고, 보조 자석들(2572)은 인터페이스들(2574)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 일차 자석들(2526) 또는 인접한 이차 자석들(2528) 또는 인접한 보조 자석들(2572)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(2516)는 또한 일차 자석들(2526)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(2514)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(2514)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 일차 자석들(2526)에 접착되어 일차 자석들(2526)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(2514)는 스테인리스강 또는 저탄소강과 같은 높은 투자율 및/또는 높은 자기 포화 값을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 일차 정렬 컴포넌트(2516)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 이에 의해 일차 정렬 컴포넌트(2516)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다.
일차 자석들(2526), 이차 자석들(2528), 및 보조 자석들(2572)은 자성 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자성 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 각각의 일차 자석(2526), 각각의 이차 자석(2528), 및 각각의 보조 자석(2572)은 도 25b의 자기 극성 표시자들(2515, 2517, 2519)에 의해 도시된 바와 같이 축방향으로 정렬된 자기 극성을 갖는 단일 자기 영역을 갖는 모놀리식 구조체를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 일차 자석(2526), 각각의 이차 자석(2528), 및 각각의 보조 자석(2572)은 축방향 자기 배향을 갖는 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 막대 자석일 수 있다. 도시된 예에서, 일차 자석(2526)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖고, 이차 자석(2528)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖고, 보조 자석(2572)은, 보조 자석(2572)의 북극이 이차 자석(2528)의 근위 표면을 향해 배향되고 보조 자석(2572)의 남극이 일차 자석(2526)의 근위 표면을 향해 배향되도록 대응하는 자기 배향을 갖는다. 다른 실시예들에서, 자기 배향들은 반전될 수 있어서, 일차 자석(2526)은 근위 표면을 향해 배향된 남극 및 원위 표면을 향해 배향된 북극을 갖는 반면, 이차 자석(2528)은 근위 표면을 향해 배향된 북극 및 원위 표면을 향해 배향된 남극을 갖고, 보조 자석(2572)은, 보조 자석(2572)의 남극이 이차 자석(2528)의 근위 표면을 향해 배향되고 보조 자석(2572)의 북극이 일차 자석(2526)의 근위 표면을 향해 배향되도록 대응하는 자기 배향을 갖는다.
도 25b에 도시된 바와 같이, 일차 자석(2526), 보조 자석(2572), 및 이차 자석(2528)의 축방향 자기 배향들은 일차 자석(2526)과 보조 자석(2572) 사이 그리고 보조 자석(2572)과 이차 자석(2528) 사이의 인력을 가하는 자기장(2540)을 생성할 수 있고, 이에 의해, (예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이) 일차 정렬 컴포넌트(2516), 보조 정렬 컴포넌트(2570), 및 이차 정렬 컴포넌트(2518)가 배치되는 각자의 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 차폐부(2514)가 자기장(2540)의 일부를 일차 자석(2526) 아래의 영역들로부터 멀리 방향전환시킬 수 있지만, 자기장(2540)은 여전히 일차 자석(2526) 및 이차 자석(2528)에 측방향으로 인접한 영역들로 전파될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기장(2540)의 측방향 전파는 다른 자기 감응성 컴포넌트들에 자기장 누설을 야기할 수 있다. 예를 들어, 강자성 차폐부를 갖는 유도 코일이 환형 일차 정렬 컴포넌트(2516)(또는 이차 정렬 컴포넌트(2518))의 내부(또는 내측) 영역에 배치되는 경우, 자기장(2540)의 누설은 강자성 차폐부를 포화시킬 수 있으며, 이는 무선 충전 성능을 저하시킬 수 있다.
자기 정렬 시스템(2500)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일차 정렬 컴포넌트(2516), 보조 정렬 컴포넌트(2570), 및 이차 정렬 컴포넌트(2518)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 16개의 자석들, 36개의 자석들, 또는 임의의 다른 개수의 자석들과 같은, 상이한 개수의 자석들을 사용할 수 있고, 일차 자석들의 개수는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 유사하게, 보조 자석들의 개수는 일차 자석들의 개수 또는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(2516) 및/또는 이차 정렬 컴포넌트(2518) 및/또는 보조 정렬 컴포넌트(2570)는 각각 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있지만; 정렬 컴포넌트들(2516, 2518, 2570)을 아치형 자석들로 분할하는 것은, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 제조를 개선할 수 있다.
3.3. 폐쇄-루프 자기 구성을 갖는 자기 정렬 시스템
도 25b를 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 자기 구성을 갖는 자기 정렬 시스템들을 제공한다. 이제 예들이 기술될 것이다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른 자기 정렬 시스템(2600)의 사시도를 도시하고, 도 26b는 도 26a에 표시된 절단 평면을 가로지르는 자기 정렬 시스템(2600)을 통한 단면을 도시한다. 자기 정렬 시스템(2600)은 도 24의 자기 정렬 시스템(2406)의 구현예일 수 있다. 자기 정렬 시스템(2600)에서, 정렬 컴포넌트들은 후술되는 바와 같이 "폐쇄 루프" 구성으로 구성된 자기 컴포넌트들을 갖는다.
도 26a에 도시된 바와 같이, 자기 정렬 시스템(2600)은 (도 24의 일차 정렬 컴포넌트(2416)의 구현예일 수 있는) 일차 정렬 컴포넌트(2616), (도 24의 이차 정렬 컴포넌트(2418)의 구현예일 수 있는) 이차 정렬 컴포넌트(2618), 및 (도 24의 보조 정렬 컴포넌트(2470)의 구현예일 수 있는) 보조 정렬 컴포넌트(2670)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(2616), 이차 정렬 컴포넌트(2618,) 및 보조 정렬 컴포넌트(2670)는 환형 형상들을 가지며, 또한 "환형" 정렬 컴포넌트들로 지칭될 수 있다. 특정 치수들은 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 치수들은 섹션 1에서 위에서 주어진 예시적인 값들과 유사할 수 있다.
일차 정렬 컴포넌트(2616)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 일차 자석들(2626)로 형성될 수 있고; 이차 정렬 컴포넌트(2618)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 이차 자석들(2628)로 형성될 수 있고; 보조 정렬 컴포넌트(2670)는 다수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 다수의 보조 자석들(2672)로 형성될 수 있다. 도시된 예에서, 일차 자석들(2626)의 개수는 이차 자석들(2628)의 개수 및 보조 자석들(2672)의 개수와 동일하고, 각각의 섹터는 하나의 자석을 포함하지만, 이는 필수는 아니다. 일차 자석들(2626), 이차 자석들(2628), 및 보조 자석들(2672)은 횡단면에서 아치형(또는 곡선형) 형상들을 가져서, 일차 자석들(2626)(또는 이차 자석들(2628) 또는 보조 자석들(2672))이 끝과 끝을 붙여 서로 인접하게 위치될 때 일차 자석들(2626)(또는 이차 자석들(2628) 또는 보조 자석들(2672))이 도시된 바와 같이 환형 구조체를 형성하도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인접한 일차 자석들(2626)은 인터페이스들(2630)에서 서로 접촉할 수 있고, 인접한 이차 자석들(2628)은 인터페이스들(2632)에서 서로 접촉할 수 있고, 인접한 보조 자석들(2672)은 인터페이스들(2680)에서 서로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 작은 간극들 또는 공간들은 인접한 일차 자석들(2626), 인접한 이차 자석들(2628), 또는 인접한 보조 자석들(2672)을 분리시켜, 제조 동안 더 큰 정도의 허용오차를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 일차 정렬 컴포넌트(2616)는 또한 일차 자석들(2626)의 원위 표면 상에 배치된 환형 차폐부(2614)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 차폐부(2614)는 단일 환형 피스의 재료로서 형성되고 일차 자석들(2626)에 접착되어 일차 자석들(2626)을 제위치에 고정시킬 수 있다. 차폐부(2614)는 스테인리스강과 같은 높은 투자율을 갖는 재료로 형성될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 일차 정렬 컴포넌트(2616)의 원위 면을 넘어서 전파되는 것을 방지할 수 있어서, 이에 의해 일차 정렬 컴포넌트(2616)의 원위 면을 넘어서 위치된 민감한 전자 컴포넌트들을 자기 간섭으로부터 보호할 수 있다. 일부 실시예들에서, 보조 정렬 컴포넌트(2670)는 유사한 차폐부를 포함하지 않아서, 일차 정렬 컴포넌트(2616)와의 더 강한 자기 인력이 제공될 수 있다.
일차 자석들(2626), 이차 자석들(2628), 및 보조 자석들(2672)은 자성 재료, 예컨대 NdFeB 재료, 다른 희토류 자성 재료들, 또는 영구 자기장을 생성하도록 자화될 수 있는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 각각의 이차 자석(2628)은 (도 26b의 자기 극성 표시자(2617)에 의해 도시된 바와 같이) 횡단면에서 방사상 방향의 컴포넌트를 갖는 자기 극성을 갖는 단일 자기 영역을 가질 수 있다. 후술되는 바와 같이, 자기 배향은 축(2601)에 대해 방사상 방향일 수 있거나, 또는 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 다른 방향일 수 있다. 각각의 일차 자석(2626)은 반대 자기 배향들을 갖는 2개의 자기 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 일차 자석(2626)은 (도 26b의 극성 표시자(2653)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 축방향의 자기 배향을 갖는 내측 아치형 자기 영역(2652), (도 26b의 극성 표시자(2655)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 배향을 갖는 외측 아치형 자기 영역(2654), 및 자기 배향을 갖지 않는 중심 비-자화된 영역(2656)을 포함할 수 있다. 중심 비-자화된 영역(2656)은 자기장이 중심 영역(2656)을 통해 직접 가로지르는 것을 억제함으로써 외측 아치형 영역(2654)으로부터 내측 아치형 영역(2652)을 자기적으로 분리할 수 있다. 유사하게, 각각의 보조 자석(2672)은 반대 자기 배향들을 갖는 2개의 자기 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 보조 자석(2672)은 (도 26b의 극성 표시자(2673)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 축방향의 자기 배향을 갖는 내측 아치형 자기 영역(2674), (도 26b의 극성 표시자(2675)에 의해 도시된 바와 같은) 제1 방향과 반대인 제2 축방향의 자기 배향을 갖는 외측 아치형 자기 영역(2676), 및 자기 배향을 갖지 않는 중심 비-자화된 영역(2678)을 포함할 수 있다. 중심 비-자화된 영역(2678)은 자기장이 중심 영역(2678)을 통해 직접 가로지르는 것을 억제함으로써 외측 아치형 영역(2676)으로부터 내측 아치형 영역(2674)을 자기적으로 분리할 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 이차 자석(2626)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 자성 재료로 제조될 수 있고, 횡단면에서 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향이, 예컨대 자화기를 사용하여, 생성될 수 있다. 유사하게, 각각의 일차 자석(2626)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 단일 피스의 자성 재료로 제조될 수 있고, 자화기가 아치형 구조체에 적용되어, 구조체의 내측 아치형 영역 내에서 일 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하고 구조체의 외측 아치형 영역 내에서 반대 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하면서, 중심 영역 내의 자기 배향의 생성을 회피 또는 자기소거할 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 각각의 일차 자석(2626)은 내측 아치형 자기 영역(2652) 및 외측 아치형 자기 영역(2654)을 제공하는 자성 재료의 2개의 아치형 피스들을 갖는 복합 구조체일 수 있고; 그러한 실시예들에서, 중심 비-자화된 영역(2656)은 비자성 재료의 아치형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 내측 아치형 자기 영역(2652) 및 외측 아치형 자기 영역(2654)의 측벽들에 의해 정의된 공기 간극으로서 형성될 수 있다. 일차 자석들(2626)을 형성하는 데 사용될 수 있는 임의의 제조 기법은 또한 보조 자석들(2672)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 각각의 보조 자석(2672)은 아치형 구조체로 연삭되고 형상화된 단일 피스의 자성 재료로 제조될 수 있고, 자화기가 아치형 구조체에 적용되어, 구조체의 내측 아치형 영역 내에서 일 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하고 구조체의 외측 아치형 영역 내에서 반대 방향으로의 축방향 자기 배향을 유도하면서, 중심 영역 내의 자기 배향의 생성을 회피 또는 자기소거할 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 각각의 보조 자석(2672)은 내측 아치형 자기 영역(2674) 및 외측 아치형 자기 영역(2676)을 제공하는 자성 재료의 2개의 아치형 피스들을 갖는 복합 구조체일 수 있고; 그러한 실시예들에서, 중심 비-자화된 영역(2678)은 비자성(또는 자기소거된) 재료의 아치형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 내측 아치형 자기 영역(2674) 및 외측 아치형 자기 영역(2676)의 측벽들에 의해 정의된 공기 간극으로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 제조 기법이 일차 자석들(2626)에 사용될 수 있는 반면, 상이한 제조 기법이 보조 자석들(2672)에 사용될 수 있고; 예를 들어, 각각의 보조 자석(2672)은 모놀리식일 수 있는 반면, 각각의 일차 자석(2626)은 복합 구조체라는 것을 이해하여야 한다. 다양한 자석들의 자기장이 기술된 바와 같이 정렬되는 한, 디바이스들 사이의 정렬이 제공될 수 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 4-극 일차 또는 보조 아치형 자석의 내측 및 외측 아치형 자기 영역들은 동일한 자기장 강도를 가질 수 있지만 그럴 필요는 없으며; 전술된 바와 같은 비대칭 편광이 적용될 수 있다.
도 26b에 도시된 바와 같이, 일차 자석(2626)의 내측 아치형 자기 영역(2652) 및 보조 자석(2672)의 내측 아치형 자기 영역(2674)은, 극성 표시자들(2653, 2673)에 의해 도시된 바와 같이, 동일한 자기 배향을 가질 수 있다. 유사하게, 일차 자석(2626)의 외측 아치형 자기 영역(2654) 및 보조 자석(2672)의 외측 아치형 자기 영역(2676)은, 극성 표시자들(2655, 2675)에 의해 도시된 바와 같이, 동일한 자기 배향을 가질 수 있다. 이러한 구성은 일차 자석(2626)과 보조 자석(2672) 사이의 자기 인력을 생성하며, 이는 그들 사이의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 이차 자석(2628)의 자기 극성(표시자(2617)에 의해 도시됨)은, 이차 자기 정렬 컴포넌트(2618)가 보조 자기 정렬 컴포넌트(2670)와 정렬될 때, 이차 자석(2628)의 남극이 보조 자석(2672)의 내측 아치형 자기 영역(2674)의 북극을 향해(그리고 또한 일차 자석(2626)의 내측 아치형 자기 영역(2652)의 북극을 향해) 배향되는 한편, 이차 자석(2628)의 북극은 보조 자석(2672)의 외측 아치형 자기 영역(2676)의 남극을 향해(그리고 또한 일차 자석(2626)의 외측 아치형 자기 영역(2654)의 남극을 향해) 배향되도록, 배향될 수 있다.
따라서, 내측 아치형 자기 영역들(2652, 2674), 이차 자석(2628) 및 외측 아치형 자기 영역(2676, 2678)의 각자의 자기 배향들은 일차 자석(2626)과 보조 자석(2672) 사이 그리고 보조 자석(2672)과 이차 자석(2628) 사이의 인력을 가하는 자기장(2640)을 생성할 수 있고, 이에 의해, (예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이) 일차 정렬 컴포넌트(2616), 보조 정렬 컴포넌트(2670), 및 이차 정렬 컴포넌트(2618)가 배치되는 각자의 전자 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 한다. 일차 자석(2626)의 원위 표면에서의 차폐부(2614)는 자기장(2640)의 일부를 일차 자석(2626) 아래의 영역들로부터 멀리 방향전환시킬 수 있다. 또한, 중심 비-자화된 영역들(2656, 2678) 주위에 형성된 "폐쇄-루프" 자기장(2640)은, 자기장(2540)이 도 25b의 일차, 보조, 및 이차 자석들(2526, 2572, 2528)의 외부에서 표유하는 한, 일차, 보조, 및 이차 자석들(2626, 2672, 2628)의 외부에서 표유하지 않는 타이트하고 콤팩트한 자기장 라인들을 가질 수 있다. 따라서, 자기 감응성 컴포넌트들은, 표유 자기장에 대한 우려가 감소되면서, 일차 정렬 컴포넌트(2616)에 비교적 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 자기 정렬 시스템(2500)과 비교할 때, 자기 정렬 시스템(2600)은 일차 정렬 컴포넌트(2616)가 위치되는 디바이스의 전체 크기를 감소시키는 것을 도울 수 있고, 또한, 이차 정렬 컴포넌트(2618)의 내측에 위치된 유도 수신 코일과 같은 인접 컴포넌트들에서 자기장(2640)에 의해 생성된 노이즈를 감소시키는 것을 도울 수 있다.
자기 정렬 시스템(2600)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일차 정렬 컴포넌트(2616), 보조 정렬 컴포넌트(2672), 및 이차 정렬 컴포넌트(2618)가 각각 8개의 아치형 자석들로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들은 16개의 자석들, 36개의 자석들, 또는 임의의 다른 개수의 자석들과 같은, 상이한 개수의 자석들을 사용할 수 있고, 일차 자석들의 개수는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 유사하게, 보조 자석들의 개수는 일차 자석들의 개수 또는 이차 자석들의 개수와 동일할 필요는 없다. 다른 실시예들에서, 이차 정렬 컴포넌트(2618)는 단일의 모놀리식 환형 자석으로 형성될 수 있다. 유사하게, 일차 정렬 컴포넌트(2616) 및/또는 보조 정렬 컴포넌트(2672)는 각각 전술된 바와 같은 적절한 자화 패턴을 갖는 자성 재료의 단일 모놀리식 환형 피스로 형성될 수 있거나, 또는 일차 정렬 컴포넌트(2616) 및/또는 보조 정렬 컴포넌트(2672)는 각각 모놀리식 내측 환형 자석 및 모놀리식 외측 환형 자석으로 형성될 수 있으며, 이때 내측 환형 자석과 외측 환형 자석 사이에 환형 공기 간극 또는 비자성 재료의 영역이 배치된다. 그러나, 다수의 아치형 자석들을 사용하는 구성은 제조를 개선할 수 있는데, 그 이유는 더 작은 아치형 자석들이 단일 모놀리식 환형 자석보다 덜 취성이고, 제조 동안 자성 재료 상에 가해진 물리적 응력으로 인한 수율 손실의 경향이 덜하기 때문이다. 다양한 컴포넌트들 또는 개별 자석들의 자기 배향들은 측방향 및 축방향과 정확하게 정렬될 필요가 없다는 것을 또한 이해하여야 한다. 자기 배향은 일차 및 이차 정렬 컴포넌트들을 통한 자기장에 대한 폐쇄-루프 경로를 제공하는 임의의 각도를 가질 수 있다.
3.4. 폐쇄-루프 자기 정렬 시스템에 대한 자기 배향
도 4, 도 5, 도 7, 도 8a 내지 도 8c, 도 9a, 도 9b, 또는 도 10을 참조하여 전술된 자기 배향들 중 임의의 것이 또한 보조 정렬 컴포넌트를 포함하는 시스템들에 적용될 수 있다. 보조 자석들의 자기 배향은 대응하는 일차 자석들의 자기 배향과 매칭되도록 이루어질 수 있다.
3.5. 간극을 갖는 환형 자기 정렬 컴포넌트
전술된 예들에서, 일차 자기 정렬 컴포넌트, 이차 자기 정렬 컴포넌트, 및 보조 자기 정렬 컴포넌트는 환형 형상들을 갖는다. 전술된 바와 같이(예컨대, 도 3a를 참조하여), 환형은 완전히 폐쇄될 수 있다. 다른 실시예들에서, 환형은 하나 이상의 간극들을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 간극은 자성 재료(또는 임의의 재료)가 없는 환형의 섹션일 수 있다. 간극을 갖는 예시적인 자기 정렬 컴포넌트가 도 11을 참조하여 전술되었으며, 보조 정렬 컴포넌트는 또한, 예를 들어, 보조 자기 정렬 컴포넌트가 존재하는 액세서리 디바이스의 폼 팩터를 수용하기 위해 그리고/또는 액세서리 디바이스 내에 존재할 수 있는 전자 회로 컴포넌트들을 수용하기 위해, 하나 이상의 간극들을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 상이한 디바이스들에서의 호환가능한 환형 정렬 컴포넌트들은 간극들의 개수, 크기, 및/또는 위치에 대해 상이할 수 있다.
3.6. 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스
도 27은 일부 실시예들에 따른 보조 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스(2700)의 단순화된 배면도를 도시한다. 도시된 예에서, 액세서리 디바이스는 보조 정렬 컴포넌트를 포함하지만; 액세서리 디바이스는 대신에 일차 또는 이차 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
액세서리 디바이스(2700)는, 예를 들어, 도 12a의 스마트 폰(1200)과 같은 휴대용 전자 디바이스를 위한 보호 또는 심미적 케이스일 수 있다. 따라서, 액세서리 디바이스(2700)는 스마트 폰(1200)과 동일한 크기(또는 약간 더 큰 것)일 수 있는 하우징(2702)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하우징(2702)은, 스마트 폰(1200)의 측부 및 배면 표면들을 덮어서, 스마트 폰(1200)의 전방(디스플레이) 표면을 노출된 상태로 남기는 트레이로서 형상화될 수 있다. 하우징(2702)(또는 그의 부분들)은 플라스틱, 고무, 실리콘, 가죽, 및/또는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 보조 정렬 컴포넌트(2770)는, 스마트 폰(1200)이 바람직한 배향으로 액세서리 디바이스(2700) 내로 삽입될 때 보조 정렬 컴포넌트(2770)가 스마트 폰(1200)의 이차 정렬 컴포넌트(1218)와 동축으로 정렬되도록 하는 위치에서, 하우징(2702) 내에 배치될 수 있다.
보조 정렬 컴포넌트(2770)는, 예를 들어, 전술된 보조 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있고, 인접한 자석들이 서로 접촉하는 공기 간극들 또는 인터페이스들일 수 있는 인터페이스들(2780)을 갖는 자석들(2772)의 환형 배열을 포함할 수 있다. 자석(2772)들은 전술된 바와 같이 4-극 구성을 가질 수 있고; 예를 들어, 각각의 자석(2772)은 제1 방향으로의 축방향 자기 배향을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 축방향 자기 배향을 갖는 외측 아치형 영역, 및 구별되는 자기 배향을 갖지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 도 27에 도시되지 않았지만, 보조 자기 정렬 컴포넌트(2770)는 인접한 자석들(2772) 사이에 하나 이상의 간극들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극(들)은 보조 자기 정렬 컴포넌트(2770)의 내측 및 외측 영역들 사이를 연결하기 위해 와이어들(또는 전도성 트레이스들)에 대한 전기적 연결 경로들을 제공할 수 있고, 그리고 일부 실시예들에서, 간극(들)은, 하우징(2702)이 더 작은 폼 팩터를 갖는 스마트 폰과 함께 사용하기 위해 감소된 측방향 크기를 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 간극들의 패턴은 도 12b의 스마트 폰(1200')의 자기 정렬 컴포넌트(1218')의 것과 매칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 액세서리 디바이스(2700)가 자신을 스마트 폰(1200)에 식별시키도록 허용하기 위해, 액세서리 디바이스(2700)와 스마트 폰(1200) 사이의 무선 데이터 전달을 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 근거리 통신(NFC) 코일(2766)이 자기 정렬 컴포넌트(2766)의 내측 영역에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 코일(2766)은 (예컨대, 도 12의 스마트 폰(1200) 내의) 적합하게 구성된 NFC 판독기에 의해 판독될 수 있는 수동 NFC 태그에 결합될 수 있다. NFC 코일(2766)의 예시적인 실시예들이 아래의 섹션 5에서 기술된다.
도시된 예에서, 액세서리 디바이스(2700)는 그의 기능이 보호 및/또는 심미적일 수 있는 수동 디바이스이다. 이와 같이, 액세서리 디바이스(2700)를 얇게 만들고 매끄러운 내측 및 외측 표면들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예들에서, 자석들(2772)은, 액세서리 디바이스(2700)가 매끄러운 표면들 및 원하는 얇음을 가질 수 있도록 얇은 축방향 치수를 가질 수 있다. 액세서리 디바이스(2700)는 다양한 형상들 및 특징부들을 가질 수 있다. 예를 들어, 액세서리 디바이스(2700)는 스마트 폰(1200)의 측부 및 배면 표면들을 덮어서, 스마트 폰(1200)의 전방(디스플레이) 표면을 노출된 상태로 남기는 트레이일 수 있다. 대안적으로, 액세서리 디바이스(2700)는 스마트 폰(1200)의 전방 표면 위로 접힐 수 있고 디스플레이에의 액세스를 허용하기 위해 펼쳐질 수 있는 커버를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 액세서리 디바이스(2700)는, 스마트 폰(1200)이 사용 중이 아닐 때 슬리브 내로 삽입되게 하고 사용을 위해 슬리브로부터 제거되게 하기 위해, 일 단부(예컨대, 상부 단부 또는 측부)에 개구를 갖는 슬리브로서 형성될 수 있다.
도시된 예에서, 액세서리 디바이스(2700)는 전력-소비 컴포넌트들을 포함하지 않는 수동 디바이스일 수 있다. 따라서, 환형 정렬 컴포넌트(2770)의 내측의 영역(2711)은 주변 하우징(2702)과 동일한 재료로 제조되어, 액세서리 디바이스(2700)를 위한 연속적인 후방 표면을 제공할 수 있다. 대안적으로, 영역(2711)의 일부 또는 전부에는 재료가 없어서, 스마트 폰(1200)의 배면 표면의 대응하는 부분이 노출되게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2700)의 하우징(2702)(또는 그의 부분들)은, 스마트 폰(1200)의 배면 표면(또는 그의 부분들)이 액세서리 디바이스(2700)를 통해 보일 수 있도록, 투명 재료로 제조될 수 있다. 투명 자성 재료의 부재 시에, 개별 자석들이 보이지 않도록 불투명 재료의 환형 영역이 자기 정렬 컴포넌트(2770) 위에 배치될 수 있다. 불투명 재료는 원하는 미적 효과를 위해 선택된 색상(또는 색상들)을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 액세서리(2700)는 능동 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 액세서리(2700)는 스마트 폰(1200)에 전력을 제공할 수 있는 외부 배터리를 포함할 수 있다. 따라서, 중심 영역(2711)은 도 24의 액세서리(2420)를 참조하여 전술된 바와 같이 배열되고 동작될 수 있는 하나 이상의 무선 충전 코일들을 포함할 수 있다.
3.7. 자기 정렬을 갖는 무선 충전 시스템
도 28a는 일부 실시예들에 따른, (도 27의) 액세서리 디바이스(2700) 및 (도 13의) 무선 충전기 디바이스(1300)와 정렬되는 (도 12a의) 휴대용 전자 디바이스(1200)를 포함하는 시스템(2800)의 단순화된 사시도를 도시한다. 도 28a에서, 무선 충전기 디바이스(1300) 및 액세서리 디바이스(2700)의 부분들은 다른 상세사항들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 파선을 사용하여 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 액세서리 디바이스(2700)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(1200)를 액세서리 디바이스(2700) 내에 삽입함으로써 휴대용 전자 디바이스(1200)에 인접하게 배치될 수 있고, 무선 충전기 디바이스(1300)는 그것의 충전(또는 근위) 표면이 액세서리 디바이스(2700)의 배면(또는 근위) 표면(2803)에 맞대어진 상태로 배치될 수 있다. 디바이스들이 이러한 배열로 배치될 때, 휴대용 전자 디바이스(1200) 내의 이차 정렬 컴포넌트(1218)는 액세서리 디바이스(2700)의 보조 정렬 컴포넌트(2770) 및 무선 충전기 디바이스(1300)의 일차 정렬 컴포넌트(1316)와 정렬된다. 따라서, 액세서리 디바이스(2700) 내의 보조 정렬 컴포넌트(2770) 및 휴대용 전자 디바이스(120) 내의 이차 정렬 컴포넌트(1218)는 정렬 상태로 무선 충전기 디바이스(1300)의 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)를 끌어당기고 유지하여, 무선 충전기 디바이스(1300)의 송신기 코일 조립체(1312)가 휴대용 전자 디바이스(1200)의 코일 조립체(1210)와 정렬되게 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 무선 충전기 디바이스(1300)는 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316) 및 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218)의 중심들에 의해 정의된 축을 중심으로 임의의 회전 배향을 가질 수 있고; 예를 들어, 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218) 내의 간극(1201)은 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316) 내의 간극(1301)과 정렬될 필요가 없다.
도 28b는 일부 실시예들에 따른 시스템(2800)의 단순화된 부분 단면도를 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(1200)는 (전자기장 및 DC 자기장에 대해 투과성인 유리 또는 플라스틱과 같은 재료로 제조될 수 있는) 배면 하우징(2802) 및 (터치 스크린 디스플레이를 포함할 수 있는) 전방 하우징(2804)을 갖는다. 코일 조립체(1210)는 유도 수신기 코일(2810)(예컨대, 코일로 권취된 스트랜드 와이어로 제조될 수 있음) 및 차폐부(2812)(예컨대, 페리자성 차폐부를 포함할 수 있음)를 포함할 수 있다. 이차 자석(2828)은 이차 자기 정렬 컴포넌트(1218)의 일부분을 형성하고, (화살표로 도시된 바와 같이) 방사상 내향 방향으로 배향된 자기장을 가질 수 있다. 이차 정렬 컴포넌트(1218)가 도 28a에 도시되어 있지만 배면 하우징(2802)은 불투명할 수 있고 이차 정렬 컴포넌트(1218)는 사용자에게 보일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
무선 충전기 디바이스(1300)는 하우징(1302)의 원위 및 측부 표면들을 형성하는 단일-피스 인클로저(2806) 및 하우징(1302)의 근위 표면을 형성하는 상부 캡(2808)을 포함하는 하우징(1302)을 갖는다. 전술된 바와 같이, 인클로저(2806) 및 상부 캡(2808)은 동일한 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있고, 상부 캡(2808)은 AC 전자기장에 대해 그리고 DC 자기장에 대해 투과성인 재료로 제조될 수 있다. 송신기 코일 조립체(1312)는 유도 송신기 코일(2816)(예컨대, 코일로 권취된 스트랜드 와이어로 제조될 수 있음) 및 전자기 차폐부(2814)(예컨대, 페리자성 차폐부를 포함할 수 있음)를 포함할 수 있다. 일차 아치형 자석(2826)은 일차 자기 정렬 컴포넌트(1316)의 일부분을 형성하고, 제1 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 내측 아치형 영역(2852), 제1 축방향 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 외측 아치형 영역(2854), 및 비-자화된 중심 아치형 영역(2856)을 포함할 수 있다. 전술된 바와 같이, 차폐부(2814)는 일차 자석(2826)의 원위 표면 상에 배치될 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(1316)가 도 28a에 도시되어 있지만 하우징(1302)은 불투명할 수 있고 일차 정렬 컴포넌트(1316)는 사용자에게 보일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
액세서리 디바이스(2700)는 후방 층(2805)(후방 표면(2803)을 형성함) 및 표면(2809)에서 휴대용 전자 디바이스(1200)의 배면 하우징(2802)과 접촉하는 전방 층(2807)을 포함하는 배면 하우징(2702)을 갖는다. 후방 층(2805) 및 전방 층(2807)은 원하는 대로 동일한 재료 또는 상이한 재료들로 제조될 수 있다. 보조 아치형 자석(2872)은 보조 정렬 컴포넌트(2770)의 일부분을 형성하고, 제1 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 내측 아치형 섹션(2874), 제1 축방향 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기장을 갖는 외측 아치형 섹션(2876), 및 비-자화된 중심 아치형 섹션(2878)을 포함할 수 있다. 보조 정렬 컴포넌트(2770)가 도 28a에 도시되어 있지만 배면 하우징(2702)은 불투명할 수 있고 보조 정렬 컴포넌트(2770)는 사용자에게 보일 필요가 없다는 것을 이해하여야 한다.
정렬될 때, 일차 자석(2826), 보조 자석(2872), 및 이차 자석(2828)은 라인들(2840)에 의해 도시된 바와 같이 폐쇄-루프 자속을 생성한다. 자속(2840)은 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318), 보조 환형 정렬 컴포넌트(2770), 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)를 정렬 상태로 끌어당겨, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318), 보조 환형 정렬 컴포넌트(2770), 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)의 각자의 중심들이 공통 축을 따라 정렬되도록 할 수 있다. 송신기 코일(2816)은 일차 정렬 컴포넌트(1316)와 동심인 위치에 고정되고, 수신기 코일(2810)은 이차 정렬 컴포넌트(1218)와 동심인 위치에 고정되므로, 공통 축을 따라 일차 환형 정렬 컴포넌트(1318), 보조 환형 정렬 컴포넌트(2770), 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1216)를 정렬시키는 것의 결과는, 송신기 코일(2816) 및 수신기 코일(2810)이 또한 공통 축을 따라 정렬되어, 효율적인 무선 전력 전달을 가능하게 한다는 것이다. 예를 들어, 송신기 코일(2816)은, 수신기 코일(2816)에 시변 전류를 유도하는 시변 자기장을 생성하기 위해 교류로 구동될 수 있다. 전자기 차폐부(예컨대, 차폐부(2814, 2812))는 AC 전자기장을 코일들(2816, 2812)의 바로 부근으로 국한시킬 수 있다. 또한, 액세서리 디바이스(2700)가 하나 이상의 무선 충전 코일들을 포함하는 실시예들에서, 그러한 무선 충전 코일들은 또한 코일들(2816, 2810)과 공통 축을 따라 정렬될 수 있다.
일부 실시예들은, 낮은 DC 자속을 겪을 수 있고 또한 코일(2810) 주위의 전자기 차폐부(2812)로 인해 낮은 AC 전자기장을 겪을 수 있는 코일 조립체(1210)와 이차 자석(2828) 사이의 간극 영역(2811)을 제공한다. 유사하게, 일부 실시예들은, 낮은 DC 자속을 겪을 수 있고 또한 송신기 코일(2816) 주위의 전자기 차폐부(2818)로 인해 낮은 AC 전자기장을 겪을 수 있는 송신기 코일 조립체(1312)와 일차 자석(2826) 사이의 간극 영역(2813)을 제공한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 휴대용 전자 디바이스(1200)에 의한 무선 충전기 디바이스(1300)의 식별을 지원하기 위해, NFC 안테나 코일들(도시되지 않음)이 간극 영역(2811 및/또는 2813) 내에 배치될 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(1200)에 의한 액세서리 디바이스(2700)의 식별을 지원하기 위해, NFC 안테나 코일(도시되지 않음)이 액세서리 디바이스(2700)의 후방 층(2805)과 전방 층(2807) 사이의 대응하는 영역(2815)에 배치될 수 있다. 간극 영역들(2811, 2813 및/또는 2815)에 배치될 수 있는 NFC 안테나 코일들의 예시적인 실시예들이 아래의 섹션 5에서 기술된다.
도 28b를 참조하여 이해될 수 있는 바와 같이, 이차 정렬 컴포넌트(1218)의 아치형 자석들(2828)은 이차 정렬 컴포넌트(1218)가 휴대용 전자 디바이스(1200)의 증가된 두께를 요구하지 않도록 얇은 축방향 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 이차 정렬 자석(2828)의 축방향 두께는 수신기 코일 조립체(1210)(코일(2810) 및 차폐부(2812)를 포함함)의 두께 이하일 수 있다. 일차 정렬 자석들(2826)은, 예컨대 인클로저(2806)와 상부 커버(2808) 사이의 축방향 공간 모두를 점유하는, 더 두꺼운 축방향 치수를 가질 수 있다.
유사하게, 보조 정렬 컴포넌트(2770)의 각각의 아치형 자석(2872)은 액세서리 디바이스(2700)의 전체 두께가 작게 유지될 수 있도록 얇은 축방향 치수를 가질 수 있다. 후방 층(2805) 및 전방 층(2807)은 평면 층들일 수 있다. 보조 정렬 자석들(2872)에 의해 점유되지 않는 층들(2805, 2807) 사이의 공간은 공기 간극일 수 있거나, 또는 공간의 부분들 또는 전부가 재료로 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면들(2803, 2809)은 보조 정렬 자석들(2872)의 존재로 인해 편평도로부터의 국부적 편차를 나타내지 않는다. 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2700)(또는 그의 후방 하우징 요소)는, 보조 정렬 컴포넌트(2770)가 내부에 매립된 재료의 단일 피스로서 형성될 수 있다. 보조 정렬 자석들(2872) 및 일차 정렬 자석들(2826)은 동일한 방사상 폭을 가질 수 있고; 일부 실시예들에서, 보조 정렬 자석들(2872) 및 일차 정렬 자석들(2826)의 방사상 폭은 이차 정렬 자석들(2828)의 방사상 폭보다 약간 더 클 수 있다.
보조 정렬 컴포넌트(2770)는 선택적이고, 보조 정렬 컴포넌트를 갖지 않는 충전-스루 액세서리가 휴대용 전자 디바이스(1200)와 무선 충전기 디바이스(1300) 사이에 위치될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 액세서리의 두께 및 재료 조성에 따라, 일차 환형 정렬 컴포넌트(1316) 및 이차 환형 정렬 컴포넌트(1218)는 코일들(2816, 2810) 사이의 신뢰성 있는 정렬을 제공하기에 충분한 인력을 여전히 겪을 수 있다. 그러나, DC 자석들의 경우, 인력은 자석들 사이의 거리가 증가함에 따라 급격하게 감소하므로, 정렬은 덜 강할 수 있다. 따라서, 보조 정렬 컴포넌트(2770)는, 인접한 자석들 사이의 거리를 감소시켜서 정렬을 향해 강제하는 자기력을 증가시키는 "리피터"로서 사용될 수 있다.
도 29는 일부 실시예들에 따른, 자기 정렬 시스템(2908)을 통해 함께 정렬될 수 있는 휴대용 전자 디바이스(2904)(이는, 예컨대, 휴대용 전자 디바이스(1200) 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 휴대용 전자 디바이스일 수 있음), 무선 충전기 디바이스(2902)(이는, 예컨대, 무선 충전기 디바이스(1300) 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 무선 충전기 디바이스일 수 있음), 및 액세서리 디바이스(2906)(이는, 예컨대, 액세서리 디바이스(2800) 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 액세서리 디바이스일 수 있음)를 포함하는 예시적인 무선 충전 시스템(2900)을 예시하는 블록도이다. 자기 정렬 시스템(2908)은 무선 충전기 디바이스(2902) 내의 일차 정렬 컴포넌트(2916), 휴대용 전자 디바이스(2904) 내의 이차 정렬 컴포넌트(2918), 및 액세서리 디바이스(2906) 내의 보조 정렬 컴포넌트(2970)를 포함할 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트(2916), 이차 정렬 컴포넌트(2918), 및 보조 정렬 컴포넌트(2970)는 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라 구성될 수 있다. 휴대용 전자 디바이스(2904)는 메모리 뱅크(2942)에 결합된 컴퓨팅 시스템(2941)을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(2941)은 휴대용 전자 디바이스(2904)를 동작시키기 위한 다양한 기능들을 수행하기 위해 메모리 뱅크(2942)에 저장된 명령어들을 실행시키도록 구성된 제어 회로부를 포함할 수 있다. 제어 회로부는, 하나 이상의 프로그래밍가능 집적 논리 회로들, 예컨대 마이크로프로세서, CPU(computer processing unit), GPU(graphics processing unit), FPGA(field programmable gate array) 등을 포함할 수 있다.
컴퓨팅 시스템(2941)은, 또한, 휴대용 전자 디바이스(2904)가 하나 이상의 기능들을 수행할 수 있게 하기 위해 사용자 인터페이스 시스템(2943), 통신 시스템(2944), 및 센서 시스템(2945)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 시스템(2943)은 디스플레이, 스피커, 마이크로폰, 햅틱 피드백을 가능하게 하기 위한 액추에이터, 및 하나 이상의 입력 디바이스들, 예컨대, 버튼, 스위치, 디스플레이가 터치 감응성일 수 있게 하기 위한 용량성 스크린 등을 포함할 수 있다. 통신 시스템(2944)은, 휴대용 전자 디바이스(2904)가 전화 통화를 하고 무선 액세서리들과 상호작용하고 인터넷에 액세스할 수 있게 하기 위한 무선 전기통신 컴포넌트들, NFC 컴포넌트들, 블루투스 컴포넌트들, 및/또는 Wi-Fi 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통신 시스템(2944)은 하나 이상의 정렬된 디바이스들을 식별하기 위해 자기 정렬 시스템(2906)과 관련하여 사용되는 NFC 판독기 회로부를 포함할 수 있으며; 예들은 아래의 섹션 5에 기술되어 있다. 센서 시스템(2945)은 광 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 온도 센서들, 자력계들, 및/또는 외부 엔티티 및/또는 환경의 파라미터를 측정할 수 있는 임의의 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다.
이러한 전기 컴포넌트들 모두는 동작하기 위해 전원을 필요로 한다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스(2904)는, 또한, 저장된 에너지를 방전하여 휴대용 전자 디바이스(2904)의 전기 컴포넌트들에 전력을 공급할 수 있는 배터리(2946)를 포함한다. 전기 컴포넌트들에 전력을 공급하기 위해 방전된 에너지를 보충하기 위하여, 휴대용 전자 디바이스(2904)는 외부 전원(2922)에 결합된 무선 충전기 디바이스(2902)로부터 전력을 수신할 수 있는 충전 회로부(2947) 및 유도 코일(2910)을 포함한다.
무선 충전기 디바이스(2902)는 휴대용 전자 디바이스(2904)의 코일(2910)에 전류를 유도할 수 있는 시변 자속을 생성하기 위한 송신기 코일(2912)을 포함할 수 있다. 유도된 전류는 배터리(2946)를 충전하기 위해 충전 회로부(2947)에 의해 사용될 수 있다. 무선 충전기 디바이스(2902)는 통신 시스템(2922) 및 무선 충전 회로부(2923)에 결합된 컴퓨팅 시스템(2921)을 추가로 포함할 수 있다. 무선 충전 회로부는 제1 세트의 전압 및 주파수 특성들을 갖는 표준 AC 전력(예컨대, 표준 AC 벽 전력)을 코일(2910)을 동작시키기에 적합한 AC 전력으로 변환하기 위한 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 정류기들(AC-DC 변환기들), 부스트 회로들(DC-DC 전압 부스팅 회로들), 인버터들(DC-AC 변환기들) 등을 포함하는 적합한 회로 컴포넌트들이 본 기술 분야에 알려져 있다. 컴퓨팅 시스템(2921)은 무선 충전기 디바이스(2902)의 동작을 제어하도록, 예컨대 무선 충전 회로부(2923)를 제어하여 외부 전원(2922)으로부터 수신된 전력을 사용하여 시변 자속을 생성하여 코일(2910)에 전류를 유도하여 휴대용 전자 디바이스(2904)를 충전하도록 구성된 로직 회로부(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, FPGA 등)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(2921)은 (무선 전력 컨소시엄에 의해 공표된) 무선 충전에 대한 Qi 표준에 확인해주는 기능을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(2921) 및 무선 충전 회로부(2923)를 구현하는 컴포넌트들은, (예컨대, 도 13, 도 14a 및 도 14b의 퍽-형상의 하우징(1302) 내에서) 코일(2912) 및 일차 정렬 컴포넌트(2916)를 유지하는 하우징 내에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(2921) 및 무선 충전 회로부(2923)를 구현하는 컴포넌트들 중 일부 또는 전부는 다른 곳에, 예컨대 도 13 및 도 14a의 케이블(1304)의 원위 단부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(2921)을 구현하는 로직 회로부는 하우징(1302) 내에 배치될 수 있는 반면, 무선 충전 회로부(2932)는 케이블(1304)의 원위 단부에서 플러그 커넥터의 부트 내에 배치된다. (이러한 경우, 케이블(1304)은 무선 충전기 디바이스(1300)에 AC 전력을 제공할 수 있다.) 다른 예로서, 컴퓨팅 시스템(2921)을 구현하는 로직 회로부 및 무선 충전 회로부(2923)의 부분들을 구현하는 회로 컴포넌트들은 하우징(1302) 내에 배치될 수 있는 반면, 무선 충전 회로부(2923)의 다른 부분들을 구현하는 회로 컴포넌트들은 케이블(1304)의 원위 단부에서 플러그 커넥터의 부트 내에 배치된다. 예를 들어, 정류기 및 부스트 회로가 부트 내에 배치되는 동안, 인버터가 하우징(1302) 내에 배치될 수 있다. (이러한 경우, 케이블(1304)은 무선 충전기 디바이스(1300)에 DC 전력을 제공할 수 있다.)
전술된 바와 같이, 액세서리 디바이스(2906)는 휴대용 전자 디바이스(1002)를 위한 보호 케이스와 같은 수동 액세서리일 수 있고, 보조 정렬 컴포넌트(2970) 이외의 임의의 컴포넌트들을 포함할 필요는 없다. 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2906)는 능동 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 액세서리 디바이스(2906)는 메모리 뱅크(2962) 및 통신 시스템(2963)에 결합된 컴퓨팅 시스템(2961)을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(2961)은 통신 시스템(2963)을 사용하여 하나 이상의 기능들을 수행하기 위해 메모리 뱅크(2962)에 저장된 명령어들을 실행시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 컴퓨팅 시스템(2961)은 휴대용 전자 디바이스(2904)를 위한 사용자 인터페이스 테마에 관한 데이터를 통신 시스템(2963)을 통해 메모리 뱅크(2962)로부터 휴대용 전자 디바이스(2904)로 전송하도록 구성될 수 있어서, 휴대용 전자 디바이스(2904)는 이 데이터를 사용하여 그것의 사용자 인터페이스를 수정할 수 있다. 일례로서, 액세서리 디바이스(2906)는 그 상에 자동차의 사진을 갖는 보호 케이스일 수 있고, 메모리 뱅크(2962)는 자동차-관련 아이콘들, 애니메이션들, 및/또는 사운드들을 갖는 자동차 테마를 포함하도록 사용자 인터페이스를 구성하기 위해 저장된 정보를 갖는다. 따라서, 액세서리 디바이스(2906)가 휴대용 전자 디바이스(2902) 상에 설치될 때, 컴퓨팅 시스템(2941)은 액세서리 디바이스(2906)로부터 자동차-테마 사용자 인터페이스를 수신할 수 있고, 수신된 자동차-테마 데이터에 따라 사용자 인터페이스 시스템(2943)을 수정할 수 있다(예컨대, 이벤트들을 신호로 나타내기 위해 디스플레이되는 것, 재생되는 사운드들 등을 변경함). 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2906)는 또한 휴대용 전자 디바이스(2904)와 무선 충전기 디바이스(2902) 사이의 무선 충전을 도울 수 있는 무선 충전 컴포넌트(2964)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전 컴포넌트(2964)는 액세서리 디바이스(2906)를 통해 자속을 안내하는 것을 도울 수 있는 자성 재료의 블록을 포함할 수 있다. 또는, 무선 충전 컴포넌트(2964)는 한 쌍의 인덕터 코일들을 포함할 수 있으며, 여기서 무선 충전기 디바이스(2902)에 근접하게 위치된 하나의 인덕터 코일은 자속을 수신할 수 있으며, 이는 휴대용 전자 디바이스(2904)에 근접하게 위치된 다른 인덕터 코일에 중계될 수 있어서, 수신된 자속이 휴대용 전자 디바이스(2904)로 재송신될 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스(2906)는 나중에 휴대용 전자 디바이스(2904)로의 전달을 위해 처음에 무선 충전기 디바이스(2902)로부터 수신된 전력을 저장하기 위한 배터리(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
시스템(2900)이 특정 블록들을 참조하여 기술되지만, 이들 블록들이 설명의 편리함을 위해 정의되며 컴포넌트 부분들의 특정 물리적 배열을 의미하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 블록들은 물리적으로 별개인 컴포넌트들에 대응할 필요가 없고, 동일한 물리적 컴포넌트들은 다수의 블록들의 양태들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 블록들은, 예를 들어 프로세서를 프로그래밍하거나 적절한 제어 회로부를 제공함으로써 다양한 동작들을 수행하도록 구성될 수 있으며, 다양한 블록들은, 초기 구성이 획득되는 방법에 따라 재구성가능하거나 재구성가능하지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 무선 충전 동작들 및/또는 디바이스들 사이의 물리적 정렬이 요구되는 다른 동작들을 가능하게 하기 위해 회로부와 소프트웨어의 임의의 조합을 사용하는 전자 디바이스들을 포함하는 다양한 장치에서 실현될 수 있다.
4. 이동가능한 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 시스템
전술된 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들(환형 자기 정렬 컴포넌트들, 및 적용가능한 경우, 회전 자기 정렬 컴포넌트들을 포함함)은 디바이스 하우징(또는 인클로저)에 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 소지하고 있을 수 있는 다양한 충전 및 결제 카드들의 자기소거를 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 결합을 개선할 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 하기 도면들에 도시된다.
도 30a 내지 도 30c는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자석들의 예들을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3000)는 (예컨대, 본 명세서에 기술된 환형 또는 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 자석(3010)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 30a에서, 이동 자석(3010)은 제1 전자 디바이스(3000) 내에 수용될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3000)는 디바이스 인클로저(3030), 자석(3010), 및 차폐부(3020)를 포함할 수 있다. 자석(3010)은 비-이동 차폐부(3020)에 인접한 제1 위치(도시되지 않음)에 있을 수 있다. 이 위치에서, 자석(3010)은 디바이스 인클로저(3030)로부터 분리될 수 있다. 결과적으로, 디바이스 인클로저(3030)의 표면에서의 자속(3012)은 상대적으로 낮아서, 자기 디바이스들 및 자기적으로 저장된 정보, 예컨대 결제 카드들 상에 저장된 정보를 보호할 수 있다. 제1 전자 디바이스(3000) 내의 자석(3010)이 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨짐에 따라, 자석(3010)은 이동할 수 있는데, 예를 들어, 그것은, 도시된 바와 같이, 차폐부(3020)로부터 멀어지게 이동하여 디바이스 인클로저(3030)에 인접하게 될 수 있다. 자석(3010)이 이러한 위치에 있으면, 디바이스 인클로저(3030)의 표면에서의 자속(3012)은 상대적으로 높을 수 있다. 자속(3012)의 이러한 증가는 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3000)로 끌어당기는 것을 도울 수 있다.
이러한 구성에 의해, 자석(3010)이 차폐부(3020)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 30b에서, 라인(3060)은 차폐부(3040) 및 복귀 플레이트(3050)로의 차폐부(3020)의 분할을 나타내는 데 사용될 수 있다.
도 30c에서, 이동 자석(3010)은 제1 전자 디바이스(3000) 내에 수용될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3000)는 디바이스 인클로저(3030), 자석(3010), 차폐부(3040), 및 복귀 플레이트(3050)를 포함할 수 있다. 자기 인력의 부재 시, 자석(3010)은 차폐부(3040)가 복귀 플레이트(3050)에 인접할 수 있도록 제1 위치(도시되지 않음)에 있을 수 있다. 또한, 이러한 구성에서, 디바이스 인클로저(3030)의 표면에서의 자속(3012)은 상대적으로 낮을 수 있다. 자석(3010) 및 제1 전자 디바이스가 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨짐에 따라, 자석(3010)은 이동할 수 있는데, 예를 들어, 그것은, 도시된 바와 같이, 복귀 플레이트(3050)로부터 멀어지게 이동하여 디바이스 인클로저(3030)에 인접하게 될 수 있다. 이러한 구성에서, 차폐부(3040)는 복귀 플레이트(3050)로부터 분리될 수 있고 디바이스 인클로저(3030)의 표면에서의 자속(3012)은 증가될 수 있다. 이전과 같이, 자속(3012)의 이러한 증가는 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3000)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 컴플라이언트일(compliant) 수 있고 적어도 다소 가요성일 수 있다. 하기 도면들에 예들이 도시되어 있다.
도 31a 및 도 31b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3100)는 (예컨대, 본 명세서에 기술된 환형 또는 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3110)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 31a는 제1 전자 디바이스(3100) 내의 이동하는 제1 자석(3110)을 예시한다. 제1 전자 디바이스(3100)는 제1 자석(3110), 보호 표면(3112), 하우징들(3120, 3122), 컴플라이언트 구조체(3124), 차폐부(3140), 및 복귀 플레이트(3150)를 포함할 수 있다. 이 도면에서, 제1 자석(3110)은 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨지지 않으며, 따라서 차폐부(3140)는 복귀 플레이트(3150)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착된다. 이러한 위치에서, 컴플라이언트 구조체(3124)는 확장되거나 이완될 수 있다. 컴플라이언트 구조체(3124)는 탄성중합체, 실리콘 고무 개방 셀 폼, 실리콘 고무, 폴리우레탄 폼, 또는 다른 폼 또는 다른 압축성 재료로 형성될 수 있다.
도 31b에서, 제2 전자 디바이스(3160)는 제1 전자 디바이스(3100)에 근접하게 되었다. 제2 자석(3170)은 제1 자석(3110)을 끌어당겨서, 차폐부(3140) 및 복귀 플레이트(3150)가 분리되게 할 수 있다. 하우징들(3120, 3122)은 컴플라이언트 구조체(3124)를 압축하여, 제1 전자 디바이스(3100)의 보호 표면(3112)이 제2 전자 디바이스(3160)의 하우징(3180)을 향해 또는 그에 인접하게 이동하게 할 수 있다. 제2 자석(3170)은 하우징(3190) 또는 다른 구조체에 의해 제2 전자 디바이스(3160)에서 제위치에 유지될 수 있다. 제2 전자 디바이스(3160)가 제1 전자 디바이스(3100)로부터 제거됨에 따라, 제1 자석(3110) 및 차폐부(3140)는, 도 31a에 도시된 바와 같이, 복귀 플레이트(3150)로 자기적으로 끌어당겨질 수 있다.
도 32a 및 도 32b는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체들을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3200)는 (예컨대, 본 명세서에 기술된 환형 또는 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3210)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 32a는 제1 전자 디바이스(3200) 내의 이동하는 제1 자석(3210)을 예시한다. 제1 전자 디바이스(3200)는 제1 자석(3210), 유연한(pliable) 표면(3212), 하우징 부분들(3220, 3222), 차폐부(3240), 및 복귀 플레이트(3250)를 포함할 수 있다. 이 도면에서, 제1 자석(3210)은 제2 자석으로 끌어당겨지지 않으며, 따라서 차폐부(3240)는 복귀 플레이트(3250)에 자기적으로 부착되거나 그로 끌어당겨진다. 이 위치에서, 유연한 표면(3212)은 이완될 수 있다. 유연한 표면(3212)은 탄성중합체, 실리콘 고무 개방 셀 폼, 실리콘 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, 차폐부(3240) 및 복귀 플레이트(3250)가 서로 분리되게 할 수 있다. 제1 자석(3210)은 유연한 표면(3212)을 제2 전자 디바이스(3260)를 향해 신장시킬 수 있어서, 제1 전자 디바이스(3200)의 제1 자석(3210)이 제2 전자 디바이스(3260)의 하우징(3280)을 향해 이동하게 할 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 33 내지 도 35는 본 발명의 실시예에 따른 이동 자기 구조체를 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3300)는 (예컨대, 본 명세서에 기술된 환형 또는 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3310)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 33에서, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는 제1 전자 디바이스(3300) 내의 복귀 플레이트(3350)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3300)는 디바이스 인클로저(3320) 내에 적어도 부분적으로 수용될 수 있다. 도 34에서, 제2 전자 디바이스(3360)의 하우징(3380)은 제1 전자 디바이스(3300)의 디바이스 인클로저(3320)의 표면을 가로질러 방향(3385)으로 측방향으로 이동할 수 있다. 제2 전자 디바이스(3360) 내의 제2 자석(3370)은 제1 전자 디바이스(3300) 내의 제1 자석(3310)을 끌어당기기 시작할 수 있다. 이러한 자기 인력(3315)은, 차폐부(3340)와 복귀 플레이트(3350) 사이의 자기 인력(3345)을 극복함으로써 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)가 복귀 플레이트(3350)로부터 멀어지게 당겨질 수 있다. 도 35에서, 제2 전자 디바이스(3360) 내의 제2 자석(3370)은 제1 전자 디바이스(3300) 내의 제1 자석(3310)과 정렬되었다. 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는 복귀 플레이트(3350)로부터 멀어지게 당겨져서 자기 인력(3345)을 감소시켰다. 제1 자석(3310)은 디바이스 인클로저(3320)의 근처 또는 그에 인접하게 이동되어, 제2 전자 디바이스(3360) 내의 제2 자석(3370)으로의 자기 인력(3315)을 증가시킨다.
도 33 내지 도 35에 도시된 바와 같이, 제1 전자 디바이스(3300) 내의 제1 자석(3310)과 제2 전자 디바이스(3360) 내의 제2 자석(3370) 사이의 자기 인력은, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)가 복귀 플레이트(3350)로부터 멀어지게 당겨질 때 증가할 수 있다. 이는 하기 도면들에서 그래픽으로 도시된다.
도 36은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 수직력을, 그들 사이의 측방향 오프셋의 함수로서 예시한다. 도 33 내지 도 36에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3310)과 제2 자석(3570) 사이의 큰 오프셋으로, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는 제1 전자 디바이스(3300) 내의 복귀 플레이트(3350)에 부착된 채로 유지될 수 있고, 자기 인력(3315)은 최소일 수 있다. 이러한 자기 인력을 극복하는 데 필요한 전단력은 여기서 곡선(3610)으로 예시된다. 도 34에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3310)과 제2 자석(3370) 사이의 오프셋 또는 측방향 거리가 감소함에 따라, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는 복귀 플레이트(3350)로부터 멀어지게 당겨지거나 분리될 수 있어서, 제1 자석(3310)과 제2 자석(3370) 사이의 자기 인력(3315)을 증가시킬 수 있다. 이는 여기서 불연속부(3620)로서 예시된다. 도 35에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3310) 및 제2 자석(3370)이 정렬됨에 따라, 자기 인력(3315)은 곡선(3630)을 따라 최대(3640)까지 증가한다. 곡선(3610)과 곡선(3630) 사이의 차이는 제2 전자 디바이스(3360)와 같은 전화기 또는 다른 전자 디바이스와, 제1 전자 디바이스(3300)와 같은 부착가능한 무선 충전 디바이스 또는 다른 액세서리 디바이스 사이의 자기 인력의 증가를 보여줄 수 있으며, 이는 제1 자석(3310)이 축방향으로 이동할 수 있는 것으로부터 기인한다. 또한, 이 예에서 제1 자석(3310)은 측방향으로 이동하지 않지만, 다른 예들에서 그것은 그러한 이동이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 제1 자석(3310)이 측방향으로 이동할 수 있는 경우, 곡선(3630)은, 0의 오프셋으로부터, 제1 자석(3310)의 가능한 측방향 이동의 범위에 의해 극복될 수 있는 오프셋까지, 평탄화된 피크를 가질 수 있다.
도 37은 제1 전자 디바이스 내의 제1 자석과 제2 전자 디바이스 내의 제2 자석 사이의 전단력을, 그들 사이의 측방향 오프셋의 함수로서 예시한다. 제1 자석(3310)과 제2 자석(3360) 사이에 오프셋이 없으면, 도 33에 도시된 바와 같이, 제1 자석(3310)에 대해 제2 자석(3370)을 이동시키기 위한 전단력이 없다. 오프셋이 증가됨에 따라, 자석들을 재정렬하려고 시도하는 힘인 전단력이, 곡선(3740)을 따라 증가할 수 있다. 불연속부(3710)에서, 제1 자석(3310) 및 차폐부(3340)는 (도 33 내지 도 42에 도시된 바와 같이) 복귀 플레이트(3350)로 복귀하여, 자기 전단력을 지점(3720)으로 감소시킬 수 있다. 자기 전단력은 오프셋이 증가함에 따라 곡선(3730)을 따라 계속 떨어질 수 있다. 곡선(3730)과 곡선(3740) 사이의 차이는 제2 전자 디바이스(3360)와 같은 전화기 또는 다른 전자 디바이스와, 제1 전자 디바이스(3300)와 같은 부착가능한 무선 충전 디바이스 또는 다른 액세서리 디바이스 사이의 자기 인력의 증가를 보여줄 수 있으며, 이는 제1 자석(3310)이 축방향으로 이동할 수 있는 것으로부터 기인한다. 또한, 이 예에서 제1 자석(3310)은 측방향으로 이동하지 않지만, 다른 예들에서 그것은 그러한 이동이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 제1 자석(3310)이 측방향으로 이동할 수 있는 경우, 곡선(3730)은, 제2 자석(3370)의 측방향 이동이 제1 자석(3310)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 정지 마찰(stiction) 표면들, 흡입 컵들, 핀들, 또는 다른 구조체들을 제공할 수 있다. 하기 도면들에 예들이 도시되어 있다.
도 38a 및 도 38b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3800)는 (예컨대, 전술된 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3810)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 38a에서, 제1 자석(3810) 및 차폐부(3840)는 제1 전자 디바이스(3800) 내의 복귀 플레이트(3850)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3800)는 디바이스 인클로저(3820) 내에 수용될 수 있다. 디바이스 인클로저(3820)의 표면의 일부 또는 전부는 코팅, 층, 또는 다른 구조체(3822)를 가질 수 있다. 구조체(3822)는 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면을 제공할 수 있다. 도 38b에서, 제1 자석(3810) 및 차폐부(3840)는 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨질 수 있다. 이전과 같이, 복귀 플레이트(3850)로부터의 제1 자석(3810) 및 차폐부(3840)의 분리는, 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3800)에 대해 제위치에서 유지하기 위해 증가된 양의 자속을 제공할 수 있다. 구조체(3822)는 제1 전자 디바이스(3800)와 제2 전자 디바이스 사이의 마찰 또는 정지 마찰을 측방향 또는 전단 방향으로 증가시킬 수 있다.
도 39a 및 도 39b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(3900)는 (예컨대, 본 명세서에 기술된 환형 또는 회전 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3910)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 39a에서, 제1 자석(3910) 및 차폐부(3940)는 제1 전자 디바이스(3900) 내의 복귀 플레이트(3950)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(3900)는 디바이스 인클로저(3920) 내에 수용될 수 있다. 디바이스 인클로저(3920)의 표면의 일부 또는 전부는, 이 예에서 제1 자석(3910) 위에, 코팅, 층, 또는 다른 구조체(3922)를 가질 수 있다. 구조체(3922)는 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면을 제공할 수 있다. 도 39b에서, 제1 자석(3910) 및 차폐부(3940)는 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨질 수 있다. 이는 제1 자석(3910) 및 차폐부(3940)가 복귀 플레이트(3850)로부터 분리되게 하여, 유연한 또는 컴플라이언트일 수 있는 구조체(3922)를 변형시킬 수 있다. 이전과 같이, 제1 자석(3910)은, 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(3900)에 대해 제위치에서 유지하기 위해 증가된 양의 자속을 제공할 수 있다. 구조체(3922)는 제1 전자 디바이스(3900)와 제2 전자 디바이스 사이의 마찰 또는 정지 마찰을 측방향 또는 전단 방향으로 증가시킬 수 있다.
도 40a 및 도 40b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 표면과 함께 이동 자석을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(4000)는 (예컨대, 전술된 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(4010)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 40a에서, 제1 자석(4010) 및 차폐부(4040)는 제1 전자 디바이스(4000) 내의 복귀 플레이트(4050)로 자기적으로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(4000)는 디바이스 인클로저(4020) 내에 수용될 수 있다. 디바이스 인클로저(4020)의 표면의 일부 또는 전부는, 이 예에서 제1 전자 디바이스(4000)의 상부 표면 위에, 코팅, 층, 또는 다른 구조체(4022)를 가질 수 있다. 구조체(4022)는 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면을 제공할 수 있다. 도 40b에서, 제1 자석(4010) 및 차폐부(4040)는 제2 전자 디바이스(도시되지 않음) 내의 제2 자석(도시되지 않음)으로 끌어당겨질 수 있다. 복귀 플레이트(4050)로부터의 제1 자석(4010) 및 차폐부(4040)의 분리는 구조체(4022)에 의해 형성된 상부 표면을 상향으로 밀 수 있으며, 여기서 그것은 높은-마찰 표면을 갖는 제2 전자 디바이스와 맞물릴 수 있다. 이전과 같이, 제1 자석(4010)은, 제2 전자 디바이스를 제1 전자 디바이스(4000)에 대해 제위치에서 유지하기 위해 증가된 양의 자속을 제공할 수 있다. 구조체(4022)는 제1 전자 디바이스(4000)와 제2 전자 디바이스 사이의 마찰 또는 정지 마찰을 측방향 또는 전단 방향으로 증가시킬 수 있다.
도 41a 및 도 41b는 본 발명의 실시예에 따른, 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면과 함께 다른 이동 자석을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(4100)는 (예컨대, 전술된 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(4110)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 41a에서, 제1 자석(4110) 및 제1 차폐부(4150)는 제1 전자 디바이스(4100)의 디바이스 인클로저(4120)에서 제위치에 고정될 수 있다. 디바이스 인클로저(4120)의 표면의 일부 또는 전부는 코팅, 층, 또는 다른 구조체(4122)를 가질 수 있다. 구조체(4122)는 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 표면을 제공할 수 있다. 제1 전자 디바이스(4100)는 이동 제2 자석(4191) 및 제2 차폐부(4192)를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 활주 메커니즘(4190)에 부착될 수 있다. 도 41b에서, 제2 전자 디바이스(도시되지 않음)가 제1 전자 디바이스(4100)와 접촉함에 따라, 활주 메커니즘(4190)은 눌릴 수 있고, 이에 의해 제2 자석(4191)을 제2 차폐부(4192) 및 디바이스 인클로저(4120)의 상부 표면으로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다. 제2 자석(4191)의 극성은 제1 자석(4110)의 극성과 반대에 있거나 그 반대의 것일 수 있어서, 활주 메커니즘(4190)이 눌림에 따라 디바이스 인클로저(4120)의 상부 표면에서의 순 자속이 증가되게 할 수 있다. 구조체(4122)는 제1 전자 디바이스(4100)와 제2 전자 디바이스 사이의 마찰 또는 정지 마찰을 측방향 또는 전단 방향으로 증가시킬 수 있다.
도 43은 도 42의 이동 자석 구조체의 부분 투명도이다. 제1 전자 디바이스(4200)는 디바이스 인클로저(4220) 내에 수용될 수 있다. 이전과 같이, 제1 전자 디바이스(4200)는 유도 충전, 근거리 통신 컴포넌트들, 또는 컴포넌트들(4278)을 위한 다른 전자 회로들을 포함할 수 있다. 복귀 플레이트들(4250)(도 42에 도시됨)은 빔들(4270)에 부착될 수 있다.
도 44는 도 42의 전자 디바이스의 다른 절단 측면도이다. 제1 전자 디바이스(4200)는 디바이스 인클로저(4220) 내에 수용될 수 있다. 이전과 같이, 제1 전자 디바이스(4200)는 유도 충전, 근거리 통신 컴포넌트들, 또는 컴포넌트들(4278)을 위한 다른 전자 회로들을 포함할 수 있다. 복귀 플레이트들(4250)은 빔들(4270)에 부착될 수 있다. 제1 자석들(4210) 및 차폐부(4240)는 복귀 플레이트(4250)로 끌어당겨지거나 그에 부착될 수 있다. 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 구조체(4222)는 제1 전자 디바이스(4200)의 상부 표면의 일부 또는 전부를 덮을 수 있다. 빔들(4270)은 복귀 플레이트들(4250)에 부착될 수 있고, 지점들(4274)에서 고정될 수 있고, 디바이스 인클로저(4220)의 상부 표면 위로 연장되는 팁(4272)을 가질 수 있다.
도 45 및 도 46은 제2 전자 디바이스와 맞물릴 때의 도 42의 전자 디바이스를 예시한다. 도 45에서, 제2 전자 디바이스(4280)는 제2 자석들(4290)을 포함할 수 있다. 제2 전자 디바이스(4280)는 제1 전자 디바이스(4200)와 맞물릴 수 있다. 제1 전자 디바이스(4200)는 제1 자석들(4210), 차폐부들(4240), 및 복귀 플레이트들(4250)을 포함할 수 있다. 복귀 플레이트들(4250)은 빔들(4270)에 부착될 수 있다. 빔들(4270)은 디바이스 인클로저(4220)의 상부 표면 위로 연장될 수 있는 팁들(4272)을 포함할 수 있다. 팁들(4272)은, 제2 전자 디바이스(4280)가 제1 전자 디바이스(4200)와 정렬되거나 거의 정렬될 때까지, 제2 전자 디바이스(4280)가 제1 전자 디바이스(4200)의 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 구조체(4222)와 맞물리는 것을 방지할 수 있다. 빔들(4270)은 지점들(4274)에서 디바이스 인클로저(4220)에 부착될 수 있다. 제1 전자 디바이스(4200)는 컴포넌트들(4278)을 포함할 수 있다.
도 46에서, 제2 전자 디바이스(4280)는 제1 전자 디바이스(4200)와 정렬될 수 있다. 이것이 발생할 때, 제1 자석들(4210) 및 차폐부들(4240)은 복귀 플레이트들(4250)로부터 분리될 수 있다. 이는 제2 전자 디바이스(4280) 내의 제2 자석들(4290)과 제1 전자 디바이스(4200) 내의 제1 자석들(4210) 사이의 자속을 증가시킬 수 있다. 팁들(4272)은 이러한 증가 자기 인력으로 인해 디바이스 인클로저(4220) 내로 눌릴 수 있으며, 이에 의해 차폐부들(4240)로부터 멀어지게 복귀 플레이트들(4250)을 추가로 밀어낼 수 있다. 높은 마찰 또는 높은 정지 마찰 구조체(4222)는 제2 전자 디바이스(4280)와 맞물려, 제1 전자 디바이스(4200)로부터의 제2 전자 디바이스(4280)의 분리에 필요한 전단력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에서, 다양한 구조체들이 전자 디바이스 내의 자석들의 이동을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 하기 도면들에 예들이 도시되어 있다.
도 47a 및 도 47b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(4700)는 (예컨대, 전술된 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(4710)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 47a에서, 자석(4710), 차폐부(4740), 및 구조체(4770)는 전자 디바이스(4700) 내의 디바이스 인클로저(4720)에 의해 수용될 수 있다. 구조체(4770)는 탭(4724) 내에 끼워질 수 있는 노치(4772)를 포함할 수 있다. 도 47b에서, 자석(4710)은 이동하여, 차폐부(4740) 및 구조체(4770)를 함께 이동시켰다. 노치(4772)는 차폐부(4740)가 복귀 플레이트(4750)로부터 분리됨에 따라 탭(4724)을 수용한다. 이는 전자 디바이스(4700) 내의 자석들(4710)의 움직임을 제한할 수 있다. 전자 디바이스(4700)는 상부 디바이스 인클로저 부분(4722)을 포함할 수 있다. 탭(4724)은 상부 디바이스 인클로저 부분(4722)의 일부로서 또는 그로부터 분리되어 형성될 수 있다.
도 48a 및 도 48b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(4800)는 (예컨대, 전술된 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(4810)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 48a에서, 자석(4810), 차폐부(4840), 및 복귀 플레이트(4850)는 전자 디바이스(4800)의 디바이스 인클로저(4820) 내에 수용될 수 있다. 상부 디바이스 인클로저 부분(4822)은 가이드(4824)를 포함할 수 있다. 가이드(4824)는 전자 디바이스(4800) 내의 자석(4810)의 움직임을 제한할 수 있다. 도 48b에서, 자석(4810) 및 차폐부(4840)는 복귀 플레이트(4850)로부터 분리되고 가이드(4824)에 의해 제위치로 안내되었다. 가이드(4824)는 하나 이상의 모따기된 에지들(4825)을 포함할 수 있다. 또한, 가이드(4824)는 전자 디바이스(4800)의 상부 디바이스 인클로저 부분(4822)과 함께 또는 그와 별개로 형성될 수 있다.
도 49a 및 도 49b는 본 발명의 실시예에 따른 전자 디바이스 내의 자석들의 움직임들을 제한하기 위한 구조체들을 예시한다. 이 예에서, 제1 전자 디바이스(4900)는 (예컨대, 전술된 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것일 수 있는) 제1 자석(3010)을 갖는 무선 충전기 디바이스 또는 다른 디바이스일 수 있다. 도 49a에서, 자석(4910), 차폐부(4940), 및 복귀 플레이트(4950)는 전자 디바이스(4900)의 디바이스 인클로저(4920) 내에 수용될 수 있다. 자석(4910) 및 차폐부(4940)는 구조체(4970)에 의해 지지될 수 있다. 구조체(4970)는 액추에이터들(4972)을 통해 앵커(4974)에 부착될 수 있다. 액추에이터들(4972)은 구조체(4970)가 앵커(4974)에 대해 이동하도록 하기 위해 각각의 단부에서 힌지들(4973, 4975)을 가질 수 있다. 앵커(4974)는 상부 디바이스 인클로저 부분(4922) 또는 디바이스 인클로저(4920)에 부착되거나, 또는 그의 어느 한 부분으로서 형성될 수 있다. 도 49b에서, 자석(4910) 및 차폐부(4940)는 복귀 플레이트(4950)로부터 분리되었다. 액추에이터들(4972)은 변경된 위치들을 갖지만, 구조체(4970)를 앵커(4974)에 계속 연결했다. 앵커(4974)는 상부 디바이스 인클로저 부분(4922) 또는 디바이스 인클로저(4920)에 부착되거나, 또는 그의 어느 한 부분으로서 형성될 수 있다.
5. 자기 정렬 시스템 내의 NFC 회로부
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 비롯한 추가적인 통신을 가능하게 하도록 제공될 수 있다. (본 명세서에 사용되는 바와 같이, "NFC"는 서로 근접해 있는 안테나 구조체들, 예컨대 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 간극 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 프로토콜은, 휴대용 전자 디바이스 및 액세서리 디바이스의 각자의 자기 정렬 컴포넌트들이 정렬되게 될 때 휴대용 전자 디바이스가 액세서리 디바이스를 식별할 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스의 NFC 코일은 NFC 판독기 회로에 결합될 수 있는 한편, 액세서리 디바이스의 NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합될 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(예컨대, 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 기술될 것이다.
5.1. NFC 판독기 회로부를 갖는 휴대용 전자 디바이스
도 50은 일부 실시예들에 따른, 휴대용 전자 디바이스(5004)의 단순화된 배면도를 도시한다. 이 예에서, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 스마트 폰이지만, 상이한 폼 팩터들을 갖는 다른 디바이스들이 대체될 수 있다. 휴대용 전자 디바이스(5004)는 무선 수신기 코일 조립체(5012)를 포함할 수 있다. 무선 수신기 코일 조립체(5012)는 다른 디바이스로부터의 유도 전력 전달을 위한 무선 수신기 코일뿐만 아니라, 무선 수신기 코일의 일부 또는 모든 표면들 주위에 배치된 AC 자기 및/또는 전기 차폐부(들)를 포함할 수 있다. 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)는 무선 수신기 코일 조립체(5012) 주위에 배치될 수 있다. 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(5028)을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석(5028)은 방사상 컴포넌트 - 예컨대, 방사상 내향 또는 방사상 외향 - 를 갖는 자기 배향을 가질 수 있다. (휴대용 전자 디바이스(5004)에 포함될 수 있는 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들의 예들이 섹션 1 및 섹션 3에서 전술되어 있다.) 일부 실시예들에서, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)는 (예컨대, 도 11을 참조하여 전술된 바와 같은) 간극(5001)을 포함할 수 있으며, 이는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 두께를 추가하지 않으면서 무선 수신기 코일 조립체(5012)에 대한 전기적 연결들을 위한 공간을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 또한 섹션 2에서 전술된 바와 같이 구현될 수 있는 회전 정렬 컴포넌트(5024)를 포함할 수 있다. 또한, 휴대용 전자 디바이스(5004)는, 무선 수신기 코일 조립체(5012) 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 같은 컴포넌트들이 사용자에게 보이지 않도록, 불투명 배면 하우징(도 50에는 도시되지 않음)을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시예들에 따르면, NFC 코일(5060)은 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 무선 수신기 코일 조립체(5012) 사이의 환형 간극 영역 내에 배치될 수 있다. NFC 코일(5060)은, 예를 들어, NFC 판독기 회로(도시되지 않음)에 연결된 단자들(5062a, 5062b)을 갖는 이중-스트랜드 와이어(이는, 예컨대, 구리 또는 다른 전도성 재료로 제조될 수 있음)의 단일 턴일 수 있다. 대체로 종래의 디자인일 수 있는 NFC 판독기 회로는, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)로부터 멀리, 휴대용 전자 디바이스(5004)의 메인 로직 보드 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 무선 수신기 코일 조립체(5012) 사이의 환형 간극 영역 내에 NFC 코일(5060)을 위치시키는 것은, NFC 코일(5060)이, 무선 수신기 코일 조립체(5012)에서 생성된 AC 전자기장으로부터 그리고 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)의 DC 자기장으로부터 차폐되게 할 수 있다. 예를 들어, 차폐는, 수신기 코일 조립체(5012) 내의 AC 차폐 및 일차 자기 정렬 컴포넌트에 결합될 때의 아치형 자석 섹션들의 폐쇄-루프 구성의 조합에 의해 제공될 수 있다(섹션 1 및 섹션 3에서 전술된 바와 같음).
도 51은 일부 실시예들에 따른, NFC 판독기를 포함하는 휴대용 전자 디바이스를 위한 무선 충전 및 정렬 조립체(5100)의 분해도를 도시한다. 무선 충전 및 정렬 조립체(5100)는 무선 수신기 코일 조립체(5012) 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)를 포함할 수 있다. 무선 수신기 코일 조립체(5012) 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)는 감압 접착제(PSA)의 층(5101) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 수신기 코일 조립체(5012)를 위한 전기 차폐부(5103)는, 예컨대, 적절한 패턴으로 은 또는 다른 전도성 재료를 침착시킴으로써, PSA 층(5101)의 일부분 상에 배치될 수 있다. 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 전기 차폐부(5103)는 AC 자기장이 통과하는 것을 허용하면서 동작 동안 무선 송신기 코일(5012)에 의해 방출되는 AC 전기장을 차단할 수 있다. NFC 코일(5060)은 전기 차폐부(5103)의 외측 에지와 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)의 내측 에지 사이의 공간 내의 PSA 층(5101) 상에 배치될 수 있다. NFC 코일(5060)은, 예를 들어, 단일-턴 다중-스트랜드 와이어 코일일 수 있다. 전자기 차폐 조립체(5107)가 무선 수신기 코일 조립체(5012), NFC 코일(5060), 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)의 원위 표면 위에 배치될 수 있고, 이에 의해, 무선 수신기 코일 조립체(5012) 및 NFC 코일(5060)에 의해 생성된 전자기장으로부터 휴대용 전자 디바이스(5004)의 다른 컴포넌트들을 차폐한다.
도 52는 도 51의 조립체(5104)를 포함하는 도 50의 휴대용 전자 디바이스(5004)의 일부분의 단순화된 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 무선 충전 및 정렬 조립체(5100)는 휴대용 전자 디바이스(5001)의 전방 하우징(5203)과 후방 하우징(5205) 사이에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전방 하우징(5203)은 터치스크린 디스플레이이거나 이를 포함할 수 있다. 후방 하우징(5205)은 유리 또는 플라스틱, 또는 무선 전력 또는 데이터 전달을 방해하지 않는 또는 이차 환형 정렬 컴포넌트(5012)와 같은 환형 정렬 컴포넌트들의 자기장을 방해하지 않는 임의의 다른 재료로 제조될 수 있다. 조립체(5100)는, 후방 하우징(5205)을 통한 무선 충전을 가능하게 하기 위해 PSA 층(5101) 및 전기 차폐부(5103)가 후방 하우징(5205)을 향하고 차폐 조립체(5107)가 전방 하우징(5203)을 향하는 상태로, 배향될 수 있다.
휴대용 전자 디바이스(5004)는 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 무선 충전 및 정렬 조립체(5104)와 같은 조립체가 다양한 전자 디바이스들 내에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 코일(5060) 및 이에 결합된 NFC 판독기 회로는 이차 자기 정렬 컴포넌트(5018)에 상보적인 일차 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스들을 식별하는 것에 전용되며, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 NFC 기술을 수반하는 다른 응용들(예컨대, 판매시점 결제 거래들)을 위한 하나 이상의 다른 NFC 코일들 및 연관된 회로부를 포함할 수 있다.
5.2. NFC 태그 회로를 갖는 무선 충전기 디바이스
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 53은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그를 포함하는 무선 충전기 디바이스(5302)의 분해도를 도시하고, 도 54a는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(5302)의 부분 단면도를 도시한다. 도 53에 도시된 바와 같이, 무선 충전기 디바이스(5302)는 플라스틱 또는 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조될 수 있는 인클로저(5304), 및 AC 및 DC 자기장에 대해 투과성인 실리콘, 플라스틱, 유리, 또는 다른 재료로 제조될 수 있는 충전 표면(5306)을 포함할 수 있다. 충전 표면(5306)은 인클로저(5304)의 상부에서 원형 개구(5303) 내에 끼워지도록 형상화될 수 있다.
무선 송신기 코일 조립체(5311)는 인클로저(5304) 내에 배치될 수 있다. 무선 송신기 코일 조립체(5311)는 다른 디바이스로의 유도 전력 전달을 위한 무선 송신기 코일(5312)뿐만 아니라, 무선 송신기 코일(5312)의 일부 또는 모든 표면들 주위에 배치된 AC 자기 및/또는 전기 차폐부(들)(5313)를 포함할 수 있다. 무선 송신기 코일(5312)을 제어하기 위한 제어 회로부(5314)(이는, 예컨대, 로직 보드 및/또는 전력 회로부를 포함할 수 있음)는 코일(5312)의 중심에 그리고/또는 코일(5312) 아래에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 회로부(5314)는 Qi 프로토콜 또는 다른 프로토콜들과 같은 무선 충전 프로토콜에 따라 무선 송신기 코일(5312)을 동작시킬 수 있다.
일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)가 무선 송신기 코일 조립체(5311)를 둘러쌀 수 있다. 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)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 영역, 제1 축 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 자기적으로 편광되지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. (예들은 섹션 1 및 섹션 3에서 전술되었다.) 일부 실시예들에서, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)의 직경 및 두께는, 도 54a에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)의 아치형 자석 섹션들이 인클로저(5304)의 상부 표면에서 립(lip)(5309) 아래에 끼워지도록 선택된다. 예를 들어, 각각의 아치형 자석 섹션은, 내측 및 외측 영역들을 자화시키기 전 또는 후에, 립(5309) 아래에서 제위치에 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)는 2개의 인접한 아치형 자석 섹션들 사이에 간극(5336)을 가질 수 있다. 간극(5336)은 외부 와이어들이 무선 송신기 코일(5312) 및/또는 제어 회로부(5314)에 연결되게 하도록 인클로저(5304)의 측부 표면 내의 개구(5307)와 정렬될 수 있다.
지지 링 부분조립체(5340)는 축방향으로 연장되는 환형 프레임(5342) 및 프레임(5342)의 상부 에지에서의 마찰 패드(5344)를 포함할 수 있다. 마찰 패드(5344)는 실리콘 또는 열가소성 우레탄(TPU)과 같은 열가소성 탄성중합체(TPE)와 같은 재료로 제조될 수 있고, 충전 표면(5306)에 대한 지지 및 보호를 제공할 수 있다. 프레임(5342)은 폴리카보네이트(PC), 유리-섬유 강화 폴리카보네이트(GFPC), 또는 유리-섬유 강화 폴리아미드(GFPA)와 같은 재료로 제조될 수 있다. 프레임(5342)은 그 상에 배치된 NFC 코일(5364)을 가질 수 있다. 예를 들어, NFC 코일(5364)은 프레임(5342) 상에 권취된 구리 와이어 또는 다른 전도성 와이어로 제조된 4-턴 또는 5-턴 솔레노이드 코일일 수 있다. NFC 코일(5364)은 제어 회로부(5314)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(5342)은 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)와 무선 송신기 코일 조립체(5311) 사이의 간극 영역(5317) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극 영역(5317)은 무선 송신기 코일(5312)에서 생성된 AC 전자기장으로부터 AC 차폐부(5313)에 의해 차폐되고, 또한 아치형 자석 섹션들의 폐쇄-루프 구성에 의해 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)의 DC 자기장으로부터 차폐된다.
도 54b는 일부 실시예들에 따른 다른 무선 충전기 디바이스(5402)의 부분 단면도를 도시한다. 무선 충전기 디바이스(5402)는 도 53 및 도 54a의 무선 충전기 디바이스(5302)와 일반적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스(5402)는 플라스틱 또는 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조될 수 있는 인클로저(5404), 및 AC 및 DC 자기장에 대해 투과성인 실리콘, 플라스틱, 유리, 또는 다른 재료로 제조될 수 있는 충전 표면(5406)을 포함할 수 있다. 충전 표면(5406)은 인클로저(5404)의 상부에서 원형 개구 내에 끼워지도록 형상화될 수 있다. 무선 송신기 코일 조립체(5411)는 인클로저(5304) 내에 배치될 수 있다. 무선 송신기 코일 조립체(5411)는 무선 송신기 코일 조립체(5311)와 유사하거나 동일할 수 있다. 제어 회로부(5314)와 유사하거나 동일할 수 있는 제어 회로부(5414)는, 예컨대, 코일 조립체(5411) 아래에 배치될 수 있다.
일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)가 무선 송신기 코일 조립체(5411)를 둘러쌀 수 있다. 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)는 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)와 유사하거나 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)의 직경 및 두께는, 도 54a에 도시된 배열과 유사하게, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)의 아치형 자석 섹션들이 인클로저(5404)의 상부 표면에서 립(5409) 아래에 끼워지도록 선택된다.
지지 프레임(5442)이 인클로저(5404)와 상부 캡(5406) 사이에서 연장될 수 있다. 지지 링 부분조립체는 폴리카보네이트(PC), 유리-섬유 강화 폴리카보네이트(GFPC), 또는 유리-섬유 강화 폴리아미드(GFPA)와 같은 재료로 제조될 수 있다. 프레임(5442)은 그의 상부 표면 상에서 그 상에 배치된 NFC 코일(5464)을 가질 수 있다. 예를 들어, NFC 코일(5464)은 프레임(5442) 상에 권취된 구리 와이어 또는 다른 전도성 와이어의 동심 턴들로 제조된 4-턴 또는 5-턴 평면 코일일 수 있다. (대안적으로, 코일(5364)과 유사한 솔레노이드 권취된 NFC 코일이 사용될 수 있다.) NFC 코일(5464)은 제어 회로부(5414)의 일부일 수 있는 NFC 태그 회로부(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다. 프레임(5442)은 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)와 무선 송신기 코일 조립체(5411) 사이의 간극 영역 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 간극 영역(5417)은 무선 송신기 코일(5412)에서 생성된 AC 전자기장으로부터 AC 차폐부(5413)에 의해 차폐되고, 또한 아치형 자석 섹션들의 폐쇄-루프 구성에 의해 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5416)의 DC 자기장으로부터 차폐된다.
5.3. NFC 태그 회로를 갖는 액세서리 디바이스
섹션 3에서 전술된 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(예컨대, 그 내에 삽입되는) 동안 충전기 디바이스의 무선 충전 송신기 코일을 휴대용 전자 디바이스의 무선 충전 수신기 코일과 정렬시키기 위해 일차 자기 정렬 컴포넌트 및 이차 정렬 컴포넌트의 사용을 지원하는 "리피터"로서의 역할을 할 수 있다.
일부 실시예들에서, NFC 태그 회로 및 코일은 보조 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스 내에 통합될 수 있다. NFC 태그는 휴대용 전자 디바이스의 NFC 판독기에 의해 (예컨대, 전술된 바와 같이 휴대용 전자 디바이스(5004)의 NFC 코일(5060) 및 연관된 NFC 판독기 회로를 사용하여) 판독될 수 있어서, 액세서리 디바이스가 휴대용 전자 디바이스와 근접하고 그와 정렬될 때 휴대용 전자 디바이스가 액세서리 디바이스를 식별하도록 할 수 있다.
도 55는 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 포함하는 액세서리 디바이스(5500)의 예를 도시한다. 액세서리 디바이스(5500)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(5004)(예컨대, 스마트 폰일 수 있음)를 위한 케이스일 수 있다. 액세서리 디바이스(5500)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 하나 이상의 표면들을 덮고 보호하는 트레이, 슬리브, 또는 원하는 대로의 다른 폼 팩터로서 형상화될 수 있다. 특히, 액세서리 디바이스(5500)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 표면을 덮는 배면(또는 후방) 패널(5502)을 가질 수 있다. 배면 패널(5502)은 휴대용 전자 디바이스(5004)의 전체 배면 표면을 덮을 필요가 없고; 예를 들어, 절결 영역(5503)이 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 카메라 렌즈를 노출시키도록 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
배면 표면(5502)은 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)를 포함할 수 있다. 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(5572)을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석(5572)은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 축 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 자기적으로 편광되지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. (예들은 섹션 3에서 전술되었다.) 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)는 전자 디바이스(5002)의 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 정렬될 수 있다.
NFC 태그 회로 조립체(5566)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)의 내측에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 태그 회로 조립체(5566)의 내측에 있는, 배면 표면(5502)의 영역(5505)의 전부 또는 일부는 절결 영역일 수 있다. 도 56은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체(5566)의 더 상세한 도면을 도시한다. NFC 태그 회로 조립체(5566)는 도 55에 도시된 바와 같이 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5572)의 내경 내에 끼워지는 원형 외측 주연부를 갖는 인쇄 회로 기판(PCB)(5602)(예컨대, 가요성 PCB일 수 있음) 상의 인쇄 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, PCB(5602)는 디스크일 수 있다. 다른 실시예들에서, PCB(5602)는 다양한 형상들을 가질 수 있는 중심 개구(5603)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 개구(5603)의 크기는 NFC 태그 회로 컴포넌트들을 수용하는 데 필요한 영역에 기초할 수 있다.
NFC 안테나 코일(5604)은 PCB(5602)의 주변 부분 상에 배치될 수 있고, NFC 안테나 코일(5604)은 PCB(5602) 상의 에칭된 평면 코일일 수 있고, 예를 들어, 구리 또는 다른 전기 전도성 재료의 4개 또는 5개 턴을 포함할 수 있다. NFC 안테나 코일(5604)은 NFC 태그 칩(5606)(삽도(5620)에 도시됨), 및 NFC 안테나 코일(5604)의 내측에서 PCB(5602) 상에 배치될 수 있는 커패시터들(5608)에 결합될 수 있다. NFC 태그 칩(5606)은, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스의 NFC 판독기와 호환가능한, 수동 전력공급형 NFC 태그 칩 또는 다른 수동 전력공급형 NFC 태그 회로일 수 있다. 커패시터들(5608)은, 예를 들어, NFC 태그 칩(5606)의 동작을 지원하는 다층 세라믹 커패시터들일 수 있다. 지지 커패시터들의 특정 선택 및 구성은 NFC 태그 칩 및 코일 구성에 의존하며; NFC 회로들의 관련 설계 원리들은 본 기술 분야에서 잘 이해되며, 상세한 설명은 생략된다.
일반적으로, NFC 태그 회로(5606) 및 커패시터들(5608)은 PCB(5602) 위로 연장되는 높이를 갖는다. NFC 태그 회로 조립체(5566)에 대한 편평한 프로파일을 제공하기 위해, 추가의 테이프 층들이 PCB(5602)에 추가될 수 있다. 도 57은 일부 실시예들에 따른, 균일한 높이를 제공하기 위해 PCB(5602) 상에 적층된 테이프 층들을 포함하는 NFC 태그 회로 조립체(5566)의 분해도를 도시한다. PCB(5602)는 저부에 도시된다. 테이프 층들(5702, 5703)은 각각 감압 접착제(PSA)를 갖는 폴리에스테르 테이프(PET)의 층들일 수 있고, 각각의 층은, 예컨대, 약 150 μm 두께일 수 있다. 도시된 바와 같이, 테이프 층들(5702, 5703) 각각은 PCB(5602)의 형상과 매칭되도록 형상화될 수 있고, NFC 태그 칩(5606) 및 커패시터들(5608)의 높이를 수용하기 위해 관통하는 구멍들(5705)을 가질 수 있다. 테이프 층들(5702, 5703)의 두께들의 합은 NFC 태그 칩(5606) 및 커패시터들(5608)의 높이와 동일하거나 이를 초과할 수 있다. (2개의 테이프 층들이 도시되어 있지만, 테이프 층들의 두께 및 NFC 회로 컴포넌트들의 높이에 따라 임의의 수의 테이프 층들이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.) 상부 층(5710)은, 예컨대 PSA일 수 있고, 관통하는 구멍을 가질 필요는 없다. 일부 실시예들에서, NFC 태그 회로 조립체(5566)의 총 높이는 1 밀리미터의 절반 미만일 수 있다.
도 58은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 조립체(5566) 및 보조 정렬 컴포넌트(5570)를 포함하는 도 55의 충전-스루 액세서리(5500)의 부분 단면도를 도시한다. 충전-스루 액세서리(5500)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스를 위한 트레이 또는 다른 케이스일 수 있고, 도 58에 도시된 부분은 충전-스루 액세서리(5500)의 배면 패널(5502)의 일부를 형성할 수 있다. (휴대용 전자 디바이스의 후방 표면은 표면(5801)에 인접하게 위치될 수 있다.) 배면 패널(5502)은 내측 층(5804) 및 외측 층(5806)을 갖는 내부 구조를 가질 수 있으며, 이는 실리콘, 플라스틱, 가죽, 또는 DC 및 AC 자기장에 대해 투과성인 다른 재료들로 제조되거나 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 층(5804) 및 외측 층(5806)은 배면 패널(5502)을 위한 편평한 표면들을 제공한다. 중심 층(5808)이 내측 층(5804)과 외측 층(5806) 사이에 배치될 수 있다. 중심 층(5808)은 NFC 태그 회로 조립체(5566) 및 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5870)를 수용하기 위한 리세스 영역(5809)을 한정할 수 있다. 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5870)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570) 또는 전술된 다른 예들과 유사하거나 동일할 수 있다. 도시된 바와 같이, NFC 태그 회로 조립체(5566)의 높이는 보조 정렬 컴포넌트(5870)의 높이 이하일 수 있고, 리세스 영역(5809)은 적절하게 형상화될 수 있다.
도 56에 도시된 바와 같이, NFC 태그 회로 조립체(5566)는 NFC 코일(5604)로부터 내향으로 연장되어 NFC 태그 칩(5606) 및 커패시터들(5608)을 위한 공간을 제공한다. NFC 태그 회로 조립체(5566) 및 보조 환형 정렬 컴포넌트(5570) 둘 모두가 불투명한 요소들을 포함하기 때문에, 액세서리(5500) 내에 유지되는 휴대용 전자 디바이스의 배면 표면을 드러내기 위해 액세서리(5500)의 배면 패널(5502)의 모든 부분들을 투명하게 만드는 것은 가능하지 않다. 심미적 목적을 위해, 배면 패널(5502)의 불투명 영역의 폭을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다.
도 59는 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 가지는 다른 액세서리 디바이스(5900)의 예를 도시한다. 액세서리 디바이스(5900)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(5004)(예컨대, 스마트 폰일 수 있음)를 위한 케이스일 수 있다. 전술된 액세서리 디바이스(5500)와 마찬가지로, 액세서리 디바이스(5900)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 하나 이상의 표면들을 덮고 보호하는 트레이, 슬리브, 또는 원하는 대로의 다른 폼 팩터로서 형상화될 수 있다. 특히, 액세서리 디바이스(5900)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 표면을 덮는 배면(또는 후방) 패널(5902)을 가질 수 있다. 배면 패널(5902)은 휴대용 전자 디바이스(5004)의 전체 배면 표면을 덮을 필요가 없고; 예를 들어, 절결 영역(5903)이 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 카메라 렌즈를 노출시키도록 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
배면 패널(5902)은 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5970) 및 NFC 태그 회로 조립체(5966)를 포함할 수 있다. 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5970)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(5972)을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석(5972)은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 축 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 자기적으로 편광되지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. (예들은 섹션 3을 참조하여 전술되어 있다). 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5970)는 휴대용 전자 디바이스(5002)의 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 정렬될 수 있다.
도 60은 일부 실시예들에 따른 도 59의 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5970) 및 NFC 태그 회로 조립체(5966)의 확대도를 도시한다. 환형 정렬 컴포넌트(5970)는 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(5972)을 포함할 수 있으며, 이때 인접 자석들(5972)의 선택된 쌍들 사이에 간극들(6001)이 있다. 도시된 예에서, 각각의 간극(6001)은 아치형 자석(5972)을 생략함으로써 생성될 수 있다. 그 예들이 전술되어 있는 다른 기법들은 이 간극들(6001)을 생성하는 데 사용될 수 있다. 간극들(6001)은 NFC 태그 회로 조립체(5966)의 컴포넌트들을 수용할 수 있으며, 이는 NFC 태그 회로 조립체(5966)의 내향 연장을 감소시키고 중심 영역(6003)에서 컴포넌트가 없는 영역을 증가시킬 수 있다.
NFC 태그 회로 조립체(5966)는 원형 내측 주연부, 및 환형 자기 정렬 컴포넌트(5970) 내의 간극들(6001) 내로 연장되는 돌출부들(6022)을 갖는 원형 외측 주연부를 갖는 PCB(6002)(예컨대, 가요성 PCB) 상의 인쇄 회로를 포함할 수 있다. NFC 안테나 코일(6004)은 PCB(6002)의 원형 부분 상에 배치될 수 있다. NFC 안테나 코일(6004)은 PCB(6002) 상의 에칭된 평면 코일 또는 권취된 와이어 코일일 수 있고, 예를 들어, 구리 또는 다른 전기 전도성 재료의 4개 또는 5개 턴을 포함할 수 있다. NFC 안테나 코일(6004)은 NFC 태그 칩(6006) 및 커패시터들(6008)에 결합될 수 있으며, 이들 각각은 환형 정렬 컴포넌트(5970)의 자석들(5972) 사이의 PCB(6002)의 돌출부들(6022) 중 상이한 돌출부 상에 배치될 수 있다. NFC 태그 칩(6006) 및 커패시터들(6008)은 전술된 바와 같은 표준 NFC 태그 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, PCB(6002)는 도 56의 PCB(5602)보다 보조 환형 정렬 컴포넌트(5970)의 폭을 더 적게 추가시킬 수 있다. 더 좁은 불투명 조립체는, 액세서리(5900)의 배면 패널(5902)이 대체로 투명 재료로 제조되는 경우들에서 그리고/또는 NFC 태그 회로 조립체(5966)의 내측의 영역(6003)이 배면 패널(5902)을 관통하는 구멍을 제공하는 경우들에서, 심미적으로 바람직할 수 있다.
도 61은 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로 조립체(5966)의 분해도를 도시한다. PCB(6002)는 아래에 PSA 층 및 상부에 테이프 층(6104)을 가질 수 있다. 테이프 층(6104)은 PSA를 갖는 PET의 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 정렬 컴포넌트(5960)의 자석들(5972)은 균일한 높이를 제공하고, 테이프 층(6104)은 NFC 태그 칩(6006) 및 커패시터들(6008) 위에 놓이고 이를 봉지할 수 있다.
전술된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스는 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 NFC 판독기 회로를 포함할 수 있는 반면, 각각의 액세서리 디바이스는 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 NFC 태그 회로를 포함할 수 있다. NFC 판독기 및 태그 회로들은, 휴대용 전자 디바이스가 하나 이상의 액세서리 디바이스들과 정렬되게 될 때, 휴대용 전자 디바이스 내의 NFC 판독기 회로가 액세서리 디바이스(들)의 NFC 태그 회로(들)에 거의 충분히 근접하게 되어 NFC 판독기 회로가 NFC 태그(들)를 판독하게 함으로써, 휴대용 전자 디바이스가 액세서리 디바이스(들)를 식별하게 하도록, 배열될 수 있다. NFC 태그 회로들은 NFC 판독기 코일의 근접장에 의해 에너지를 공급받는 수동 태그들일 수 있어서, NFC 태그 회로를 포함하는 액세서리 디바이스는 그 자신의 전력 공급원을 가질 필요가 없다.
도 62는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(6202), 휴대용 전자 디바이스(6204), 및 액세서리 디바이스(6220)를 포함하는 시스템(6200)의 단순화된 부분 단면도를 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(6204)는 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6218)(이는 이차 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 유사하거나 동일할 수 있음), 무선 수신기 코일 조립체(6212)(이는 전술된 무선 수신기 코일 조립체(5012)와 유사하거나 동일할 수 있음), 및 NFC 판독기 회로(도시되지 않음)에 연결되는 NFC 코일(6260)(이는 전술된 NFC 코일(5060)과 유사할 수 있음)을 포함한다. NFC 코일(6260)은 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6218)와 무선 수신기 코일 조립체(6212) 사이에 배치될 수 있다.
무선 충전기 디바이스(6202)는 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6216)(이는 전술된 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)와 유사하거나 동일할 수 있음), 무선 송신기 코일 조립체(6211)(이는 전술된 무선 송신기 코일 조립체(5311)와 유사할 수 있음), 및 전술된 지지 링 부분조립체(5340)와 유사할 수 있고 NFC 코일(6264) 및 연관된 NFC 태그 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6240)를 포함한다. NFC 코일(6264)은 일차 환형 정렬 컴포넌트(6216)와 무선 송신기 코일 조립체(6211) 사이에 배치될 수 있다.
액세서리 디바이스(6220)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6270)(이는 전술된 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)와 유사하거나 동일할 수 있음), 및 전술된 NFC 태그 회로 조립체(5566) 또는 NFC 태그 회로 조립체(5966)와 유사하거나 동일할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6266)를 포함한다. NFC 태그 회로 조립체(6266)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6270)의 내측에 배치될 수 있다.
무선 충전기 디바이스(6202)는 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6216)(이는 전술된 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)와 유사하거나 동일할 수 있음), 무선 송신기 코일 조립체(6211)(이는 전술된 무선 송신기 코일 조립체(5311)와 유사할 수 있음), 및 전술된 지지 링 부분조립체(5340)와 유사할 수 있고 NFC 코일(6264) 및 연관된 NFC 태그 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6240)를 포함한다. NFC 코일(6264)은 일차 환형 정렬 컴포넌트(6216)와 무선 송신기 코일 조립체(6211) 사이에 배치될 수 있다.
액세서리 디바이스(6220)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6270)(이는 전술된 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)와 유사하거나 동일할 수 있음), 및 전술된 NFC 태그 회로 조립체(5566) 또는 NFC 태그 회로 조립체(5966)와 유사하거나 동일할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6266)를 포함한다. NFC 태그 회로 조립체(6266)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6270)의 내측에 배치될 수 있다.
도 62에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스(6204)의 NFC 코일(6260)은 액세서리 디바이스(6220)의 NFC 코일(6266) 및 무선 충전기 디바이스(6202)의 NFC 코일(6264)에 근접해 있다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스(6204)는, 어느 하나가 부착될 때마다, 액세서리 디바이스(6220) 및 무선 충전기 디바이스(6202) 둘 모두의 NFC 태그들을 판독할 수 있다. 상이한 시간들에서, 무선 충전기 디바이스(6202)가 부재하는 동안 액세서리 디바이스(6220)가 존재할 수 있거나, 또는 액세서리 디바이스(6220)가 부재하는 동안 무선 충전기 디바이스(6202)가 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 임의의 주어진 시간에, 휴대용 전자 디바이스(6204)는, 존재하게 되고 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6216)와 정렬되게 되는 임의의 디바이스의 NFC 태그를 판독할 수 있다. 일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스(6204)는 액세서리 디바이스 또는 무선 충전기 디바이스가 정렬되게 될 때를 검출하는 저전력 근접 센서를 포함할 수 있고, 휴대용 전자 디바이스(6204)는 근접 검출 이벤트에 응답하여 그의 NFC 판독기 회로를 활성화시킬 수 있다. 구체적인 예들이 하기에 기술된다.
도 62의 예에서, 액세서리 디바이스(6220)는 이차 환형 정렬 컴포넌트(6270)의 내측에 배치된 그의 NFC 코일(6266)을 갖는다. 일부 대안적인 실시예들에서, 액세서리 디바이스의 NFC 코일은 보조 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치될 수 있다. 도 63은 일부 실시예들에 따른, NFC 태그 회로 및 코일과 함께 보조 정렬 컴포넌트를 가지는 액세서리 디바이스(6300)의 예를 도시한다. 액세서리 디바이스(6300)는, 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(5004)(예컨대, 스마트 폰일 수 있음)를 위한 케이스일 수 있다. 전술된 액세서리 디바이스들(5500, 5900)과 마찬가지로, 액세서리 디바이스(6300)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 하나 이상의 표면들을 덮고 보호하는 트레이, 슬리브, 또는 원하는 대로의 다른 폼 팩터로서 형상화될 수 있다. 특히, 액세서리 디바이스(6300)는 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 표면을 덮는 배면(또는 후방) 패널(6302)을 가질 수 있다. 배면 패널(6302)은 휴대용 전자 디바이스(5004)의 전체 배면 표면을 덮을 필요가 없고; 예를 들어, 절결 영역(6303)이 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 카메라 렌즈를 노출시키도록 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
배면 패널(6302)은 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6370) 및 NFC 태그 회로 조립체(6366)를 포함할 수 있다. 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6370)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(6372)을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석(6372)은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 축 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 자기적으로 편광되지 않는 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. (예들은 섹션 3에서 전술되었다.) 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6370)는 휴대용 전자 디바이스(5002)의 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 정렬될 수 있다. NFC 태그 회로 조립체(6366)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6370)의 외측에(즉, 외측 주연부의 외부에) 배치될 수 있다. 상세히 도시되지 않았지만, NFC 태그 회로 조립체(6366)가 전술된 NFC 태그 회로 조립체(5566)와 유사하게 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, NFC 태그 회로 조립체(6366)는 에칭된 NFC 코일을 갖는 링-형상의 PCB를 포함할 수 있다. (예컨대, 영역(6371)에서의) PCB의 주변 연장부는 NFC 태그 회로 컴포넌트들(예컨대, NFC 태그 칩 및 커패시터들)의 장착을 위한 영역을 제공할 수 있다.
도 64는 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(6402), 휴대용 전자 디바이스(6404), 및 액세서리 디바이스(6420)를 포함하는 시스템(6400)을 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(6404)는 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6418)(이는 이차 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 유사하거나 동일할 수 있음), 무선 수신기 코일 조립체(6412)(이는 전술된 무선 수신기 코일 조립체(5012)와 유사하거나 동일할 수 있음), 및 NFC 판독기 회로(도시되지 않음)에 연결되는 NFC 코일(6460)(이는 전술된 NFC 코일(5060)과 유사할 수 있음)을 포함한다. NFC 코일(6460)은 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6418)와 무선 수신기 코일 조립체(6412) 사이에 배치될 수 있다.
무선 충전기 디바이스(6402)는 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6416)(이는 전술된 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5316)와 유사하거나 동일할 수 있음), 무선 송신기 코일 조립체(6411)(이는 전술된 무선 송신기 코일 조립체(5511)와 유사할 수 있음), 및 전술된 지지 링 부분조립체(5540)와 유사할 수 있고 NFC 코일(6464) 및 연관된 NFC 태그 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6440)를 포함한다. NFC 코일(6464)은 일차 환형 정렬 컴포넌트(6416)와 무선 송신기 코일 조립체(6411) 사이에 배치될 수 있다.
액세서리 디바이스(6420)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6470)(이는 전술된 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(5570)와 유사하거나 동일할 수 있음), 및 전술된 NFC 태그 회로 조립체(6366)와 유사하거나 동일할 수 있는 NFC 태그 회로 조립체(6466)를 포함하고; 특히, NFC 태그 회로 조립체(6466)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6470)의 외측에 배치될 수 있다.
도 64에 도시된 바와 같이, 휴대용 전자 디바이스(6404)의 NFC 코일(6460)은 액세서리 디바이스(6420)의 NFC 코일(6466) 및 무선 충전기 디바이스(6402)의 NFC 코일(6464)에 근접해 있다. 따라서, 휴대용 전자 디바이스(6404)는, 어느 하나가 부착될 때마다, 액세서리 디바이스(6420) 및 무선 충전기 디바이스(6402) 둘 모두의 NFC 태그들을 판독할 수 있다. 상이한 시간들에서, 무선 충전기 디바이스(6402)가 부재하는 동안 액세서리 디바이스(6420)가 존재할 수 있거나, 또는 액세서리 디바이스(6420)가 부재하는 동안 무선 충전기 디바이스(6402)가 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 임의의 주어진 시간에, 휴대용 전자 디바이스(6404)는, 존재하게 되고 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6416)와 정렬되게 되는 임의의 디바이스의 NFC 태그를 판독할 수 있다. 일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스(6404)는 액세서리 디바이스 또는 무선 충전기 디바이스가 정렬되게 될 때를 검출하는 저전력 근접 센서를 포함할 수 있고, 휴대용 전자 디바이스(6204)는 근접 검출 이벤트에 응답하여 그의 NFC 판독기 회로를 활성화시킬 수 있다. 구체적인 예들이 하기에 기술된다.
5.4. NFC 판독기 회로를 트리거하기 위한 근접 검출
도 50을 다시 참조하면, 위에 언급된 바와 같이, 호환가능한 액세서리가 휴대용 전자 디바이스(5004)와 근접하게 될 때 휴대용 전자 디바이스(5004) 내의 NFC 판독기 회로를 선택적으로 트리거하는 것이 바람직할 수 있다. NFC 판독기 회로의 근접-기반 트리거링은 NFC 판독기 회로를 주기적으로 폴링하는 것에 비해 상당한 전력 절감을 허용할 수 있고, 또한, 디바이스들을 근접하게 하는 것 이외에, 사용자가 NFC 판독기 회로를 트리거하기 위해 임의의 조치를 취할 필요성을 회피할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자기 센서는, 이차 환형 정렬 컴포넌트(5018)에 상보적인 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스가 정렬되게 될 때를 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 3-축 자력계(5080)는 이차 환형 정렬 컴포넌트(5018) 근처의 영역에서 휴대용 전자 디바이스(5004)의 배면 인클로저 내에 위치될 수 있고 휴대용 전자 디바이스(5004)의 메인 로직 보드에 위치된 제어 로직에 결합될 수 있다. 자력계(5080)는 자력계(5080)의 위치에서 자기장을 측정하기 위해 주기적으로 폴링될 수 있는 저전력 컴포넌트일 수 있다. 특히, 주기적 폴링에 기초하여, 이차 환형 정렬 컴포넌트(5018)로부터 그리고 이차 환형 정렬 컴포넌트(5018)와 현재 정렬되는 임의의 다른 디바이스들로부터의 기여를 포함할 수 있는 "기준선" 자기장이 확립될 수 있다. 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)에 상보적인 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스(예컨대, 무선 충전기 디바이스(5302) 또는 액세서리 디바이스(5500))가 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트(5018)와 정렬되게 될 때, 자력계(5080)의 위치에서의 자기장은 특정한 예측가능한 방식으로 기준선에 대해 갑자기 변화한다. 따라서, 특정 크기를 갖는 (기준선에 대한) 측정된 자기장의 변화는, 상보적 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스가 휴대용 전자 디바이스(5004)와 근접하게 될 때를 검출하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변화는 3차원 벡터로서 정의될 수 있고, 근접하게 되는 디바이스의 검출은 자력계(5080)에 의해 측정되는 자기장의 크기 및/또는 방향의 변화들에 기초하여 트리거될 수 있다. 또한, 상이한 유형들의 디바이스들을 정렬시키는 것은 자력계(5080)에 의해 측정되는 자기장의 상이한 변화들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 도 62에 도시된 바와 같이, 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(6216)는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트(6270)보다 더 두꺼울 수 있고, 이러한 차이는 자력계(5080)에 의해 측정되는 자기장에 대해 상이한 효과들을 야기할 수 있다. 또한, 휴대용 전자 디바이스(5004)가 액세서리(예컨대, 액세서리(5500))와 이미 정렬되어 있는 동안 무선 충전기 디바이스(예컨대, 무선 충전기 디바이스(5302))가 정렬되게 될 때 자력계(5018)에 의해 측정된 자기장의 변화는, 액세서리가 존재하지 않는 동안 무선 충전기 디바이스(예컨대, 무선 충전기 디바이스(5302))가 정렬되게 될 때 측정된 변화와는 상이할 수 있다. 제어 로직(예컨대, 휴대용 전자 디바이스(5500)의 메인 로직 보드 상에 위치된 로직 회로들)은 주기적으로(예컨대, 수 밀리초마다 또는 초당 몇 번) 자력계(5018)에 의해 검출된 자기장의 변화들을 모니터링할 수 있고, 변화들에 기초하여, 상보적 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스가 근접하게 되었는지 여부(또는, 하나의 그러한 디바이스가 이미 존재하는 것으로 알려져 있는 경우, 다른 그러한 디바이스가 또한 근접하게 되었는지 여부)를 결정할 수 있다. 디바이스가 근접하게 되었다고 결정하는 것에 응답하여, 제어 로직은 NFC 코일(5060) 및 연관된 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하여, 새롭게-근접한 디바이스에 존재할 수 있는 NFC 태그를 판독할 수 있다. 능동 또는 수동 액세서리 디바이스의 분리(또는 근접으로부터의 제거)는 또한 자력계들(5080)에 의해 측정된 자기장의 변화들을 검출함으로써 검출될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 실시예들에서, 정렬된 디바이스의 NFC 태그 내의 정보에 기초하여, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 그의 거동의 일부 양태를 수정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스 내의 NFC 태그는 액세서리 디바이스의 속성, 예컨대 그의 색상 또는 디자인 스타일을 나타낼 수 있다. 휴대용 전자 디바이스(5004)는 그에 따라 그의 색상 방식 또는 그의 사용자 인터페이스의 다른 요소들을 수정할 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 액세서리 디바이스의 색상과 매칭되는 색상으로 스크린 상에 일시적 색상 세척 효과(color wash effect)를 생성할 수 있다. 다른 예로서, 액세서리 디바이스는, 휴대용 전자 디바이스(5004)의 디스플레이의 일부분을 노출시키기 위해 윈도우가 제공되는 불투명 전방 패널을 갖는 슬리브일 수 있으며, 휴대용 전자 디바이스가 슬리브의 내부에서 정렬될 때, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 윈도우와 정렬되는 디스플레이의 부분 상에 특정 콘텐츠(예컨대, 현재 시간 또는 통지들)를 디스플레이하는 모드로 전환할 수 있다. 일부 실시예들에서, 액세서리 식별은 액세서리가 존재하는 환경에 관한 컨텍스트 정보를 제공할 수 있다: 예를 들어, 도킹 액세서리는 차량 내에 위치되거나 특정 방에 위치될 수 있고, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 (예컨대, 차량 도크에 도킹될 때 차량-내 디스플레이 모드로 전환함으로써) 컨텍스트 정보에 기초하여 그의 거동을 수정할 수 있다. 또 다른 예로서, 액세서리는 분리가능한 팩일 수 있고; 휴대용 전자 디바이스(5004)가 (예컨대, 자력계 신호들에 기초하여) 액세서리가 부착되거나 분리되었음을 검출할 때, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 부착 또는 분리 이벤트에 관한 정보(예컨대, 부착 또는 분리가 발생했을 때 휴대용 전자 디바이스(5004)가 있었던 곳을 나타내는 위치 정보)를 저장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 저장된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다(예컨대, 분리가 발생한 곳을 나타내는 위치 정보를 제공하여, 사용자가 분리된 액세서리를 찾아내는 데 도움을 줄 수 있다). 추가의 예로서, 액세서리 식별은, 휴대용 전자 디바이스(5004)가 액세서리와 연관된 특정 앱을 시작하거나 특정 앱의 소정 기능을 잠금해제하는 것을 야기할 수 있다. 이러한 예들로부터, 디바이스 거동의 많은 양태들이 NFC 태그로부터 수신된 정보에 응답하여 수정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또 다른 예로서, 액세서리가 그것의 NFC 태그를 통해 배터리 팩으로서 식별되지만 휴대용 전자 디바이스(5004)가 액세서리로부터 전력을 인출할 수 없는 경우, 휴대용 전자 디바이스(5004)는 배터리가 소진되었다고 결정할 수 있고 그에 따라 사용자에게 경보를 발할 수 있다. 특정 액세서리가 부착되거나 분리되었음을 검출하는 것에 응답하여 휴대용 전자 디바이스의 거동의 많은 양태들이 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 65는 일부 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스(5004)에서 구현될 수 있는 프로세스(6500)의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 프로세스(6500)는 휴대용 전자 디바이스(5004)가 전원이 온되는 동안 반복적으로 수행될 수 있다. 블록(6502)에서, 프로세스(6500)는 예컨대 자력계(5080)를 사용하여 기준선 자기장을 결정할 수 있다. 블록(6504)에서, 프로세스(6500)는 자기장의 변화가 검출될 때까지 자력계(5080)로부터의 신호들을 계속해서 모니터링할 수 있다. 블록(6506)에서, 프로세스(6500)는 자기장의 변화가 상보적 자기 정렬 컴포넌트의 정렬과 연관된 변화의 크기 및 방향과 매칭되는지 여부를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 기준선 자기장은 블록(6502)에서 업데이트될 수 있다. 블록(6506)에서, 자기장의 변화가 상보적 정렬 컴포넌트의 정렬과 연관된 변화의 크기 및 방향과 매칭되는 경우, 블록(6508)에서, 프로세스(6500)는 정렬된 디바이스의 NFC 태그를 판독하기 위해 NFC 코일(5060)과 연관된 NFC 판독기 회로부를 활성화시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 유형의 디바이스들(예컨대, 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(6510)에서, 프로세스(6500)는 NFC 태그로부터 판독된 식별 정보를 수신할 수 있다. 블록(6512)에서, 프로세스(6500)는 식별 정보에 기초하여 휴대용 전자 디바이스(5004)의 거동을 수정할 수 있으며, 예를 들어, 전술된 바와 같은 색상 세척 효과를 생성할 수 있다. 블록(6512) 이후에, 프로세스(6500)는 선택적으로, 블록(6502)으로 복귀하여 자력계(5080)의 연속적인 모니터링을 제공할 수 있다. 프로세스(6500)는 예시적이며, 프로세스(6500)에 더하여 또는 그 대신에 다른 프로세스들이 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
전술된 NFC 태그 및 NFC 판독기 회로들은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 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 비롯한, 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.
또한, 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(예컨대, 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 나타낼 수 있기 때문에 거짓 양성(false positive)이 증가할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 바와 같은 근접 검출이 NFC 판독기 회로를 트리거하는 것에 더하여 또는 그 대신에 다른 목적을 위해 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
6. 자기 정렬 컴포넌트를 포함하는 예시적인 디바이스
6.1. 무선 충전기 디바이스
환형 자기 정렬 컴포넌트들을 포함하는 무선 충전기 디바이스들(또는 무선 충전기들)의 예들은, 예컨대, 도 13, 도 53 및 도 54를 참조하여 전술되어 있다. 다른 예로서, 도 66은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(6600)의 분해도를 도시하고, 도 67은 일부 실시예들에 따른 무선 충전기 디바이스(6600)의 단순화된 부분 단면도를 도시한다. 무선 충전기 디바이스(6600)는 전술된 무선 충전기 디바이스(1300)와 유사하고, 자기 정렬 컴포넌트(예컨대, 전술된 바와 같은 일차 환형 정렬 컴포넌트)뿐만 아니라 충전 성능을 최적화하는 것에 관련된 다른 특징부들을 포함할 수 있다.
무선 충전기 디바이스(6600)는 캡(6602) 및 인클로저(6606)를 포함하는 2-피스 퍽-형상의 하우징을 가질 수 있다. 무선 충전기 디바이스(6600)를 위한 충전 표면을 제공하는 캡(6602)은 폴리카보네이트 또는 다른 플라스틱으로 제조될 수 있고, 근위 면(도 66 및 도 67의 상부 면)에 소프트-터치 실리콘 등으로 코팅되어 내구성있는 표면을 제공할 수 있다. 전자기장에 대해 투과성인 다른 재료들이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 캡(6602)의 근위 표면은 저-마찰 표면(예컨대, 텍스처화된 실리콘)일 수 있는데, 이는 무선 충전기 디바이스(6600)가 충전될 디바이스와의 정렬을 유지하기 위해 마찰보다는 자기력에 의존할 수 있기 때문이다. 인클로저(6606)는 알루미늄, 다른 전기 전도성 재료들, 또는 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 도 67에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 인클로저(6606)는 배면 하우징(6601), 측벽(6603), 및 상부 캡(6602)이 놓일 수 있는 리세스된 레지(6609)를 갖는 돌출 립(6605)을 포함할 수 있다. 상부 캡(6602)은, 립(6605)에 점착될 수 있는 철 입자들이 상부 캡(6602)에 근접하게 배치된 디바이스의 표면을 긁는 것을 방지하기 위해, 립(6605)의 상부 표면 위에 작은 오프셋(예컨대, 150 μm)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 캡(6602)은 적합한 밀봉 재료를 사용하여 리세스된 레지(6609)에 밀봉될 수 있다. 인클로저(6606)는 전기 도관들(예컨대, 와이어들)이 무선 충전기 디바이스(6600)의 내부와 외부 사이에 연결되도록 하기 위해 측벽(6603)을 통한 개구(6607)를 포함할 수 있다.
환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)는 환형 DC 차폐부(6614) 상에 배치된 아치형 자석들(6626)을 포함할 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트(6616)는 전술된 일차 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있다. 예를 들어, 각각의 아치형 자석(6626)은, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이의 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 차폐부(6614)는, 예컨대, 4개의 아치형 세그먼트들로 세그먼트화될 수 있고, DC 차폐부(6614)의 각각의 세그먼트는 그 상에 장착된 하나 이상의 아치형 자석들(6626)을 가질 수 있다. 세그먼트들은, 각각의 세그먼트가 립(6605) 아래에 끼워지고 세그먼트들이 서로 인접하도록(제조 허용오차들을 수용하기 위해 맞닿거나 작은 간극들을 가짐), 인클로저(6606) 내로 개별적으로 삽입될 수 있다. 각각의 세그먼트의 정확한 위치설정을 용이하게 하기 위해 기준 표면 특징부들이 인클로저(6606)의 내측 표면 상에 제공될 수 있다. 전기적 연결 경로들을 수용하기에 충분히 큰 간극(6617)이 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)의 2개의 인접한 세그먼트들 사이에 제공될 수 있고, 간극(6617)은 인클로저(6606) 내의 개구(6607)와 정렬될 수 있다. 캡(6603)의 상부 표면에 인접하게 배치된 휴대용 전자 디바이스에서 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)에 의해 가해지는 자기 정렬 힘을 최대화하기 위해, 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)는 자석들(6626)의 근위 표면들이 립(6605)의 내측 표면에 인접하도록(예컨대, 그와 접촉하도록) 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, DC 차폐부(6614)는 인클로저(6606)의 배면 하우징(6601)의 내측 표면 상에 놓일 수 있고, 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)는 자석들(6626)의 근위 표면들이 립(6605)의 내측 표면에 인접하도록 측벽(6603)의 내측 면의 전체 높이로 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)는 측벽(6603)의 내측 면보다 짧을 수 있고, 스페이서(6615)(도 67에 도시됨)는 자석들(6626)이 립(6605)의 밑면에 인접하도록 DC 차폐부(6614)와 배면 하우징(6601) 사이에 위치될 수 있다. 임의의 경우에, 접착제(도시되지 않음)가 자기 정렬 컴포넌트(6616)(또는 그의 섹터들)를 제위치에 유지하는 데 사용될 수 있다.
충전 코일 조립체(6612)는 코일(6620), 전기 차폐부(6622), 전자기 차폐부들(6626, 6628), 및 심(shim)(6624)을 포함할 수 있다. 코일(6620)은 코일의 중심을 향하는 단자들을 갖는 권취된 구리 와이어의 코일일 수 있으며, 상부 캡(6601)을 향해 배향된 근위 표면 및 대향하는 원위 표면을 갖는다. 상부 전자기 차폐부(6626) 및 하부 전자기 차폐부(6628)는 페리자성 재료(예컨대, MnZn)로 제조될 수 있다. 코일(6620)을 위한 일차 전자기장 형상화를 제공하는 상부 전자기 차폐부(6626)는 코일(6620)의 원위 표면 및 외측 면들을 둘러싸도록 윤곽화될 수 있고, 코일(6620)의 외측 에지로부터 코일(6620)의 중심 영역 내의 종단 지점까지 연장되는 와이어를 위한 공간을 제공하기 위해 슬릿(6627)을 가질 수 있다. 메인 로직 보드(6632)를 위한 스페이서로서의 역할을 하는 하부 전자기 차폐부(6628)는 편평할 수 있고, 코일(6620)의 외측 에지로부터 코일(6620)의 중심 영역 내의 종단 지점까지 연장되는 와이어를 수용하기 위해 트렌치를 갖고서 코일(6620)의 아래에 놓이도록 형상화될 수 있다. 하부 전자기 차폐부(6628)는 인클로저(6606)에 접지될 수 있다. 일부 대안적인 실시예들에서, 하부 전자기 차폐부(6628)는 플라스틱 스페이서로 대체될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 상부 전자기 차폐부(6626) 및 하부 자기 차폐부(6628)는 페라이트 재료의 단일 피스로부터 형성될 수 있다. 전기 차폐부(6622)가 코일(6620)의 근위 표면 위에 위치될 수 있다. 전기 차폐부(6622)는 자기장에 대해 투과성이면서 전기장을 차단하도록 전도성 재료로 패턴화된 가요성 인쇄 회로 기판으로 제조될 수 있다. 전기 차폐부(6622)는 접지를 제공하기 위해 인클로저(6606)와 접촉할 수 있는 주변 전도성 돌출부들을 포함할 수 있다. 심(6624)은 폴리카보네이트 재료로 제조될 수 있고, 충전 코일 조립체(6612)의 근위 표면을 가로질러 균일한 높이를 제공하는 데 사용되어, 캡(6602)을 지지하는 것을 도울 수 있다.
지지 링 부분조립체(6640)가 (도 67에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이) 환형 자기 정렬 컴포넌트(6616)와 코일 조립체(6612) 사이에 위치될 수 있다. 지지 링 부분조립체(6640)는 도 53 및 도 54를 참조하여 전술된 지지 링 부분조립체(5340)의 구현예일 수 있다. 예를 들어, 지지 링 부분조립체(6640)는 환형 프레임(6642) 및 NFC 코일(6664)을 포함할 수 있다. 환형 프레임(6642)은, 예컨대, 유리-강화 폴리카보네이트 또는 다른 플라스틱들로 제조될 수 있다. NFC 코일(6664)은, 예컨대, 4 또는 5 턴의 권취된 구리 코일일 수 있다. NFC 코일(6664)은 메인 로직 보드(6632) 상에 배치될 수 있는 NFC 태그 회로부에 결합될 수 있다. NFC 코일(6664) 및 연관된 태그 회로부는 위의 섹션 5에 기술된 바와 같이 디바이스 식별을 위해 사용될 수 있다.
메인 로직 보드(6632)는 인클로저(6606)의 배면 하우징(6601)의 중심 부분 상에 배치되고, 감압 접착제(6634)로 제위치에 고정될 수 있다. 메인 로직 보드(6632)는 인클로저(6606)의 개구(6607)를 통해 외부 와이어들에 연결하기 위한 접촉 패드들, 및 인클로저(6606) 및 전기 차폐부(6622)를 접지하기 위한 추가의 접지 접점들을 포함할 수 있다. 메인 로직 보드(6632)는 또한 코일(6620)의 동작을 제어하기 위한 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구현예에 따라, 메인 로직 보드(6632)는 접촉 패드들을 통해 DC 전력을 수신하도록 결합될 수 있고, 코일(6620)을 구동하기 위한 전력 회로부(예컨대, 부스트 회로 및 인버터)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대신에, 메인 로직 보드(6632)는 코일(6620)의 거동을 모니터링하고 모니터링에 기초하여 코일(6620)에 공급되는 전류를 제어하기 위해 논리 회로들(예컨대, 마이크로컨트롤러, ASIC, FPGA 등)을 포함할 수 있다. 무선 충전 코일을 동작시키기 위한 제어 로직의 예들이 본 기술 분야에 공지되어 있으며; 예를 들어, 로직 회로들은 무선 충전을 위한 Qi 표준에 확인해주는 기능을 구현할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메인 로직 보드(6632)는 또한 NFC 코일(6664)에 결합된 NFC 태그 회로 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 로직 회로들, 전력 회로들, 및/또는 NFC 태그 회로들은 메인 로직 보드(6632) 상에 장착된 집적 회로들로서 구현될 수 있고, 집적 회로들은 전기적 간섭을 피하기 위해 차폐 캔들에 의해 덮일 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 충전기 디바이스(6600)의 열 성능은 전력 회로부의 일부 또는 전부를 인클로저(6606) 외부의 위치에 배치함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 68은 일부 실시예들에 따른, 무선 충전기 디바이스(6600)에 연결될 수 있는 통합된 전력 회로부를 갖는 케이블 조립체(6800)의 분해도를 도시한다. (무선 충전기 디바이스(6600), 특히 인클로저(6606) 및 환형 정렬 컴포넌트(6616)의 부분들이 연결의 이해를 용이하게 하기 위해 도시되어 있다.) 케이블 조립체(6800)는 원하는 임의의 길이를 가질 수 있는 케이블(6802)을 포함할 수 있고, 전력, 접지 및 데이터 신호들을 전달하기 위해 서로 전기적으로 절연된 다수의 와이어들(또는 다른 전기 전도체들)을 포함할 수 있다. 케이블(6802)은 무선 충전기 디바이스(6600)에 캡티브하게 결합될 수 있는 근위 단부(6804)를 갖는다. 예를 들어, 케이블(6802)의 근위 단부(6804)는 인클로저(6606) 내의 개구(6607)를 통해 삽입되어 크림프(6806)를 사용하여 고정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 크림프(6808)는 인클로저(6606) 또는 DC 차폐부(6614)에 용접될 수 있다.
케이블(6802)은 부트 조립체(6810)에 캡티브하게 결합될 수 있는 원위 단부(6808)를 갖는다. 부트 조립체(6810)는 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등과 같은 플라스틱으로 제조된 부트 하우징(6812)을 포함할 수 있다. 크림프(6814)(예컨대, 스테인리스강으로 제조됨)는 케이블(6802)의 원위 단부(6808)를 부트 하우징(6812)의 내부에 고정시킬 수 있다.
회로 기판(6822)은 부트 하우징(6812) 내부에 배치될 수 있다. 회로 기판(6822)은 DC 부스트 회로 및 선택적으로 인버터와 같은 전력 회로부를 포함할 수 있다. 회로 기판(6822)은 또한 전력 회로부의 동작을 제어하기 위한 로직 회로부를 포함할 수 있다. 전술된 메인 로직 보드(6632)와 유사하게, 전력 및/또는 로직 회로부는 로직 보드(6632)의 표면(들) 상에 장착된 집적 회로들을 사용하여 구현될 수 있다. 회로 기판(6822)은, 예를 들어, USB-C 플러그 커넥터 또는 다른 표준 커넥터일 수 있는 커넥터(6824)에 연결될 수 있다. 커넥터(6824)는 표준 전원 콘센트에 플러그인될 수 있는 USB-C 어댑터 모듈과 같은 외부 전원(도시되지 않음)에 제거가능하게 연결될 수 있다.
전자기 간섭(EMI) 쉘(6818)은 회로 기판(6822) 주위에서 부트 하우징(6812)의 내부를 라이닝할 수 있다. EMI 쉘(6818)은 구리 합금(예컨대, 황동) 또는 다른 전도성 재료로 제조될 수 있고, 회로 기판(6822) 상의 회로부의 동작에 의해 야기될 수 있는 전자기 간섭을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 크림프(6814)는 EMI 쉘(6818)에 레이저-용접될 수 있다. 회로 기판(6822)과 EMI 쉘(6818) 사이의 전기 절연은 보드 브레이스(6820)와 클램쉘(clamshell)들(6826)과 같은 전기 절연 컴포넌트들을 사용하여 제공될 수 있다. 면판(6828)은 회로 기판(6822)의 원위 단부 위에 배치될 수 있고, 커넥터(6824)가 면판(6828) 내의 개구를 통해 돌출하도록 부트 하우징(6812)에 고정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부트 하우징(6812)의 내부는 회로 기판(6822)으로부터의 멀어지는 열 전달을 개선하기 위해 면판(6828)을 부착하기 전에 열 전도성 포팅 재료(thermally conductive potting material)로 채워질 수 있다.
일부 실시예들에서, 모든 전력 회로부는 회로 기판(6822) 상에 배치될 수 있고, 케이블(6802)은 교류를 무선 충전기 디바이스(6600)에 전달할 수 있다. 이들 실시예에서, 무선 충전기 디바이스(6600) 내의 메인 로직 보드(6632)는 케이블(6802)의 AC 와이어들을 코일(6620)에 결합시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 회로 기판(6822)은 전력 회로부의 일부분, 예컨대 DC 부스트 회로를 포함할 수 있는 반면, 전력 회로부의 다른 부분들(예컨대, 인버터)은 메인 로직 보드(6632) 상에 배치된다. 전력 회로부가 상당한 양의 열을 생성할 수 있고, 인클로저(6606) 내에서보다는 부트 조립체(6810) 내에 전력 회로부의 일부 또는 전부를 배치하는 것이 인클로저(6606) 내에서 발생되는 열의 양을 감소시킬 수 있다는 것이 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, 메인 로직 보드(6632) 상의 로직 회로부는, (예컨대, 회로 기판(6822)으로부터의 신호들에 기초하여) 부트 조립체(6810)에서 그리고 (예컨대, Qi 통신 프로토콜들을 사용하여) 충전되고 있는 휴대용 전자 디바이스에서, 국부적으로 온도를 모니터링할 수 있고, 임의의 모니터링된 위치에서의 온도가 미리설정된 상한을 초과하는 경우 충전 전류를 감소시킬 수 있다. 부트 조립체(6810)에서 높은 열 전도율을 제공하는 것은, 부트 조립체(6810)가 충전 성능에 대한 제한 인자가 되는 것을 피할 수 있다.
전력 회로부가 어디에 위치되는지에 관계없이, 인클로저(6606) 내의 메인 로직 보드(6632)는, 코일(6620)의 거동을 모니터링하고 메인 로직 보드(6632) 상에 위치될 수 있는 임의의 전력 회로부를 제어하고 그리고/또는 (예컨대, I2C 또는 다른 포인트-투-포인트 통신 프로토콜들을 구현하여) 케이블(6802)에 포함된 데이터 와이어들을 통해 회로 기판(6822)에 제어 신호들을 전송하는 로직 회로들을 포함할 수 있다. 회로 기판(6822)은, 예컨대, 회로 기판(6822) 상에 위치된 전력 회로부를 제어함으로써, 메인 로직 보드(6632)로부터 수신된 제어 신호들에 응답하는 로직 회로들을 포함할 수 있다.
무선 충전기 디바이스(6600) 및 연관된 케이블 조립체(6800)는 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 충전 코일 조립체, 환형 자기 정렬 컴포넌트, 및 NFC 코일 조립체의 특정 구성은, 예컨대, 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라 수정될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 코일은 완전히 생략될 수 있다. 일부 실시예들에서, 모든 전력 및 로직 회로부는 메인 로직 보드(6632) 상에 위치될 수 있고, 부트 조립체(6810)는 USB-C 부트 조립체와 같은, 플러그 커넥터를 갖는 표준 케이블 부트 조립체에 의해 대체될 수 있다. 또한, 퍽 형상은 필수는 아니며, 무선 충전기 디바이스는 더 큰 폼 팩터 및/또는 상이한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스는 직사각형일 수 있고, 상기 섹션 2에 기술된 바와 같은 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 무선 충전기 디바이스는 그 위에 배치된 마그네틱-스트라이프 카드들의 자기소거를 회피하기 위한 다양한 표준들을 충족하도록 설계될 수 있고; 예를 들어, 무선 충전기 디바이스는 HiCo 안전할 수 있지만(즉, HiCo 표준으로 자화된 카드들을 자기소거하지 않음), LoCo 안전하지 않을 수 있다(즉, LoCo 표준으로 자화된 카드들을 자기소거할 수 있음).
6.2. 휴대용 전자 디바이스
환형 자기 정렬 컴포넌트들을 포함하는 휴대용 전자 디바이스들의 예들은, 예컨대, 도 12a, 도 12b, 도 16, 및 도 50 내지 도 52를 참조하여 전술되어 있다. 이제 다른 예가 기술될 것이다.
도 69a는 휴대용 전자 디바이스(6900)의 예를 도시한다. 이 예에서, 휴대용 전자 디바이스(6900)는 유도 수신기 코일 조립체, 환형 정렬 자석들, 및 NFC 판독기 코일을 포함하는 무선 충전 모듈(6902)을 갖는 스마트 폰이다. 무선 충전 모듈(6902)은 아래에서 추가로 기술된다. 도관(6904)은 무선 충전 모듈(6902)과, 예컨대, 휴대용 전자 디바이스를 위한 메인 로직 보드, 전력 관리 회로부, 배터리 등을 포함할 수 있는 다른 디바이스 컴포넌트들(6906) 사이의 전기적 연결들을 위한 경로를 제공한다. 컴포넌트들(6906)의 특정 구성은 본 개시내용을 이해하는 것과 관련이 없다. 휴대용 전자 디바이스(6900)는 또한, 상기 섹션 2에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라 구현될 수 있는 회전 정렬 컴포넌트(6908)를 포함할 수 있다.
도 69b는 도 69a의 절단선 A-A를 통한 무선 충전 모듈(6902)의 단면도를 도시한다. 무선 충전 모듈(6902)은 유도 충전 코일(6913) 및 차폐 컴포넌트들(6914)을 포함할 수 있는 충전 코일 조립체(6912)를 포함할 수 있다. 충전 코일 조립체(6912)의 특정 설계는 본 개시내용을 이해하는 데 중요하지 않다. 무선 충전 모듈(6902)은 또한 전술된 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있는 환형 자기 정렬 컴포넌트(6916)를 포함할 수 있다. 무선 충전 모듈(6902)은 또한 환형 자기 정렬 컴포넌트(6916)와 충전 코일 조립체(6912) 사이의 간극에 배치될 수 있는 NFC 코일(6960)을 포함할 수 있다. NFC 코일(6960)은, 예를 들어, 폴리카보네이트 등으로 제조될 수 있는 심(6962) 상에 또는 그 내부에 배치된 단일-턴 2-스트랜드 구리 와이어일 수 있다. 일부 실시예들에서, 심(6962)은 NFC 코일(6960)의 제조 및 무선 충전 모듈(6902)의 다른 컴포넌트들과의 NFC 코일(6960)의 정렬을 용이하게 할 수 있다.
도 70은 일부 실시예들에 따른 무선 충전 모듈(6902)의 더 상세한 평면도를 도시한다. 상기 섹션 1 및 섹션 3에 기술된 바와 같이, 환형 정렬 컴포넌트(6916)는 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(6918)을 포함할 수 있고, 각각의 아치형 자석(6918)은 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가질 수 있다. 간극(6940)이, NFC 코일(6960) 및 무선 충전 모듈(6902)에 대한 전기적 연결들을 용이하게 하기 위해 아치형 자석들(6918a, 6918b) 사이에 제공될 수 있다. 특히, NFC 코일(6960)의 단자들(6962a, 6962b)은 간극(6940) 내로 연장될 수 있다. 마찬가지로, 충전 조립체(6912)의 유도 코일의 외측 단자(6912a)가 또한 간극(6940) 내로 연장될 수 있다. 코일 조립체(6912)의 유도 충전 코일의 내측 단자(6912b)는 코일 차폐부의 중심 개구를 통해 노출될 수 있다. 도 69a에 도시된 바와 같이, 도관(6904)은 간극(6940)까지 그리고 무선 충전 모듈(6902)의 중심 위로 연장될 수 있고, 무선 충전 모듈(6902)과 다른 컴포넌트들(6906) 사이의 전기 연결들을 제공하기 위해 전도성 트레이스들 또는 와이어들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다른 컴포넌트들(6906)은 NFC 코일(6960) 및 자력계(또는 다른 센서)에 결합된 NFC 판독기 회로 컴포넌트들 및 상보적 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리가 근접하게 될 때 NFC 코일(6960)의 동작을 트리거하는 연관된 제어 로직을 포함할 수 있다.
NFC 코일(6960)은 다양한 제조 기술들을 사용하여 제조된 단일-턴 코일들을 포함하는, 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 도 71a 내지 도 71d는 다양한 실시예들에 따른, 무선 충전 모듈(6902)에서 사용될 수 있는 NFC 코일들의 단면도들을 도시한다. 도 71a는 (도 69b의 실시예와 유사한) 코일 심(7104) 내에 배치된 이중-스트랜드 와이어(7102)를 도시한다. 도 71b는 코일 심(7114) 내에 배치된 삼중-스트랜드 와이어(7112)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 와이어(7112)의 하나의 스트랜드는 비전도성(또는 더미) 스트랜드일 수 있으며, 이는 NFC 코일에 대한 개선된 RF 성능을 제공할 수 있다. 도 71c는 코일(7122)이 심(7124) 내로 삽입 성형되는 실시예를 도시한다. 예를 들어, 단일-턴 코일(7122)이 구리 포일로부터 스탬핑될 수 있고, 그 후에 심(7124)이 코일(7122) 주위에 성형될 수 있다. 스탬핑 및 삽입 성형은 NFC 코일의 맞춤 형상화 - 예컨대, 길이를 따라 스탬핑된 코일의 폭 또는 두께를 변화시킴 - 를 허용할 수 있으며, 이는 성능 개선을 제공할 수 있다. 도 71d는 코일 스트랜드들(7122a, 7122b)이 심(7134) 내로 니들-분배되는 실시예를 도시한다. 니들 디스펜서는 와이어들(7122a, 7122b)을 성형된 플라스틱 심(7134) 상에 침착시킬 수 있고; 와이어들은 침착 동안 가열되어 이들이 연화된 플라스틱 내로 매립될 수 있게 한다. 스탬핑 및 삽입 성형에서와 같이, 니들-분배는 NFC 코일의 맞춤 형상화 - 예컨대, 코일의 길이를 따라 스트랜드 단면 및/또는 스트랜드들 사이의 분리 거리를 변화시킴 - 를 허용할 수 있다. NFC 코일을 형성하기 위한 이들 또는 다른 기법들 중 임의의 것이 사용될 수 있다.
휴대용 전자 디바이스(6900) 및 무선 충전 모듈(6902)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 코일 조립체(6912)는 무선 전력 전달을 통해 전력을 수신하기 위해 수신기 코일로서 동작하는 것으로 가정된다. 일부 실시예들에서, 코일 조립체(6912)는 다른 디바이스에 전력을 제공하기 위해 송신기 코일로서 재구성가능할 수 있다. 또한, 충전 코일 조립체, 환형 자기 정렬 컴포넌트, 및 NFC 코일 조립체의 특정 구성은, 예컨대, 본 명세서에 기술된 실시예들 중 임의의 것에 따라, 특정 응용에 적합하도록 수정될 수 있다. 일부 실시예들에서, NFC 코일은 완전히 생략될 수 있다.
6.3. 케이스
휴대용 전자 디바이스를 위한 케이스들의 예들은, 예컨대, 도 27, 도 55 내지 도 61, 및 도 63을 참조하여 전술되어 있다. 이제 다른 예가 기술될 것이다. 설명의 목적을 위해, 케이스는 휴대용 전자 디바이스의 후방 및 측부 표면들을 덮어서 (디스플레이를 포함할 수 있는) 전방 표면을 노출된 상태로 남기는 트레이인 것으로 가정된다. 또한, 트레이의 적어도 배면 패널이 투명 재료(예컨대, 투명 플라스틱)로 제조되어, 휴대용 전자 디바이스의 후방 표면이 배면 패널을 통해 보이도록 하는 것으로 가정된다. 이들 가정 중 어느 것도 필수는 아니며; 케이스는 다양한 폼 팩터들을 가질 수 있고, 다양한 재료들로 제조될 수 있고, 투명 부분을 갖거나 갖지 않을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 72는 일부 실시예들에 따른 케이스(7200)의 배면도를 도시한다. 케이스(7200)는 스마트 폰(예컨대, 도 69의 스마트 폰(6900)) 또는 다른 휴대용 전자 디바이스를 위한 케이스일 수 있다. 케이스(7200)는 트레이로서 형상화될 수 있고, 케이스(7200)가 휴대용 전자 디바이스 상에 배치될 때 휴대용 전자 디바이스의 후방 표면을 덮는 배면 패널(7202)을 가질 수 있다. 배면 패널(7202)은 플라스틱과 같은 강성 재료로 제조될 수 있고, 그 재료는 투명 재료일 수 있다. 배면 패널(7202)은 휴대용 전자 디바이스의 배면 표면 전부를 덮을 필요는 없으며; 예를 들어, 절결 영역(7203)이 휴대용 전자 디바이스의 후방 카메라 렌즈를 노출시키도록 제공될 수 있다. 케이스(7200)의 측면 패널들(7204)은 더 높은 마찰 계수를 갖는 더 유연한 재료로 제조될 수 있고, 케이스(7200) 내로 전화기를 고정시키는 것을 용이하게 할 수 있는 립들 또는 다른 표면 특징부들을 포함할 수 있다. 측면 패널들(7204)의 특정 구성은 본 개시내용을 이해하는 것과 관련이 없다.
배면 패널(7202)은 환형 자기 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)를 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 조립체(7206)는 전술된 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것뿐만 아니라 NFC 코일 및 태그 회로의 구현을 포함할 수 있다. 회전 정렬 조립체(7210)는 전술된 회전 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 케이스(7200)는 휴대용 전자 디바이스가 케이스(7200)를 제거하지 않고서 무선 충전기 디바이스로부터 전력을 수신할 수 있게 하는 충전-스루 액세서리일 수 있다.
투명 자성 재료의 부재 시, 환형 자기 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)는 불투명 요소들을 포함하는 것으로 가정되고, 배면 패널(7202)은 환형 자기 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)에 의해 점유된 영역들에서 투명하지 않을 것이다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트들은 후방 패널(7202)의 투명한 심미적 특징의 파괴를 감소시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 72에 도시된 바와 같이, 회전 정렬 조립체(7210)는 환형 정렬 조립체(7206)의 둥근 형상을 반영하기 위해 둥근 코너들을 갖도록 형상화될 수 있다. 환형 정렬 조립체(7206)는 불투명한 환형의 방사상 폭을 최소화하는 설계 기법들을 사용하여 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)의 일부 또는 모든 표면들은 불투명한 장식용 재료(예컨대, 케이스(7200)의 측부 표면들(7204)과 매칭되도록 착색되거나 백색인 플라스틱 또는 접착제)로 덮일 수 있다. 이러한 불투명한 장식용 재료는 케이스(7200)가 사용 중일 때 환형 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)의 내부 구조체들을 시야로부터 숨길 수 있다.
다양한 실시예들에서, 환형 정렬 조립체(7206)는 (예컨대, 도 59 내지 도 61 및 도 63을 참조하여) 상기 섹션 5.3에서 기술된 기법들을 사용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 설계는 환형 정렬 조립체(7206)의 방사상 폭을 추가로 감소시키기 위해 수정될 수 있다. 도 73a는 일부 실시예에 따른 환형 정렬 조립체(7206)의 내부 컴포넌트들의 단순화된 축방향 도면을 도시하고, 도 73b는 도 73a의 절단선(7322)을 통한 단면을 도시한다.
환형 정렬 조립체(7206)는 전술된 보조 자기 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있는 환형 자기 정렬 컴포넌트(7370)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 보조 자기 정렬 컴포넌트(7370)는 도시된 바와 같이 환형 구성으로 배열된 다수의 아치형 자석들(7372)을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석(7372)은, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역, 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이의 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 가질 수 있다. NFC 태그 회로 부분조립체(7366)는 환형 자기 정렬 컴포넌트(7370)의 내측 에지 근처에 그리고 그 내측에 배치된 환형 NFC 안테나 코일(7304), 및 자석들(7372a, 7372b) 사이의 간극 내에 배치된 NFC 태그 회로(7302)를 포함할 수 있다. 도 73b는 환형 정렬 컴포넌트(7370)에 대한 NFC 안테나 코일(7304)의 위치설정을 도시한다. NFC 안테나 코일(7304)은 테이프 층(7306) 상에 형성된, 예컨대 5 또는 6 턴의, 권취된 와이어 코일일 수 있다.
도 73c는 일부 실시예들에 따른 NFC 태그 회로(7302)의 더 상세한 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, NFC 태그 회로(7302)는 가요성 PCB(7334) 상에 배치된 태그 회로 컴포넌트들(7332)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 지칭된 다른 NFC 태그 회로 컴포넌트들과 마찬가지로, 태그 회로 컴포넌트들(7332)은 종래의 설계일 수 있고, 태그 칩 및 커패시터들과 같은 지원 컴포넌트들을 포함할 수 있다. NFC 안테나 코일(7304)은 가요성 PCB(7334)로 종단될 수 있다.
도 73b에 도시된 바와 같이, 권취된 NFC 안테나 코일(7304)을 사용하는 것은 NFC 안테나 코일(7304)의 방사상 폭이 상기 섹션 5.3에 기술된 에칭된-코일 실시예들에 비해 감소되게 할 수 있다. 폭을 추가로 감소시키기 위해, 아치형 자석들(7372)은 감소된 방사상 폭을 갖도록 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 감소된 폭으로부터 기인하는 자기장 강도의 감소를 보상하기 위해, 아치형 자석들(7372)들의 두께는 증가될 수 있다.
도 74는 일부 실시예들에 따른 환형 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)의 분해도를 도시한다. 캐리어 시트(7402) 및 당김 탭(7404)이 도 74의 저부 및 상부에 도시되어 있다. 캐리어 시트(7402) 및 당김 탭(7404)은 실리콘-코팅된 PET 등으로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐리어 시트(7402) 및 당김 탭(7404)은 환형 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)의 구성을 용이하게 하기 위해 사용되고, 환형 정렬 조립체(7206) 및 회전 정렬 조립체(7210)를 액세서리 내에 설치하기 전에 또는 그 설치 동안 제거된다. 환형 정렬 조립체(7206)는 저부 필름(7410), 코일 심(7412), NFC 안테나 코일(7304), PCB(7334), 환형 정렬 컴포넌트(7370), 및 장식용 캡(7414)을 포함할 수 있다. 회전 정렬 조립체(7210)는 저부 필름(7420), 하나 이상의 회전 정렬 자석들(7422), 및 장식용 캡(7424)을 포함할 수 있다. 회전 정렬 자석(들)(7422)은 상기 섹션 2에 기술된 바와 같은 회전 정렬 컴포넌트를 구현할 수 있고; 다양한 자화 패턴들이 사용될 수 있다.
저부 필름들(7410, 7420)은 감압 접착제로 코팅된 산업용 필름과 같은 재료들로 제조될 수 있다. 코일 심(7412)은 환형 정렬 컴포넌트(7370)와의 NFC 코일(7304) 및 PCB(7334)에 대한 높이 정렬을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 심(7412)은 (도 74에 도시된 도면에서 PCB(7334)의 밑면 상에 있는) 태그 회로 컴포넌트들(7332)의 위치들에 대응하는 개구들을 갖는 패턴화된 섹션(7413)을 가질 수 있다. 패턴화된 섹션(7413)은 환형 정렬 조립체(7206)에 대해 균일한 두께를 제공하는 것을 도우면서, 태그 회로 컴포넌트들(7332)과 연관된 범프들 또는 딤플들을 회피할 수 있다. NFC 코일(7304)의 단자 단부들(7415a, 7415b)은 PCB(7334) 상의 패드들에 연결될 수 있다. PCB(7334)는 환형 정렬 컴포넌트(7370) 내의 간극(7417) 내에 끼워질 수 있다. 장식용 캡들(7414, 7424)은 폴리카보네이트로 제조될 수 있고, 감압 접착제를 사용하여 자기 정렬 컴포넌트들(7370, 7422)에 접착될 수 있다. 전술된 바와 같이, 장식용 캡들(7414, 7424)은 심미적 효과를 위해 선택된 색상 및/또는 패턴을 가질 수 있다.
도 75는 일부 실시예들에 따른 케이스(7200)의 배면 패널(7202)의 일부분의 단면도를 도시하며, 환형 정렬 조립체(7206)의 일부분을 도시한다. 배면 패널(7202)은 케이스의 내부를 향해 배향될 내측 표면(7501)을 가지며, 케이스 내로 삽입되는 휴대용 전자 디바이스의 후방 표면과 접촉한다. 배면 패널(7202)은 또한 휴대용 전자 디바이스가 케이스 내로 삽입될 때 보이는 외부 표면인 외측 표면(7503)을 갖는다. 이러한 예에서, 외측 표면(7503)은 환형 정렬 조립체(7206) 부근에 융기된 영역을 갖지만; 융기된 영역은 필수는 아니며, 배면 패널(7202)의 외측 표면(7503)은 편평할 수 있다. 환형 정렬 조립체(7206)는, 장식용 캡(7414)이 외향으로 향하는 상태로 외측 표면(7503) 내로 삽입될 수 있다. 환형 정렬 조립체(7206) 및 배면 패널(7202)의 면들 사이의 간극들은, 예컨대, 불투명 액체 접착제(7520)에 의해 채워질 수 있다.
케이스(7200), 환형 정렬 조립체(7206), 및 회전 정렬 조립체(7210)는 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 조립체(7206)와 유사한 정렬 조립체는 상기 섹션 5에 기술된 NFC 태그 회로들 및 환형 자기 정렬 컴포넌트들의 조합들 중 임의의 것에 대해 구성될 수 있고, 환형 정렬 조립체가 투명, 반투명 또는 불투명할 수 있는 케이스의 배면 패널 내로 삽입될 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트 또는 조립체는 원하는 바에 따라 포함되거나 생략될 수 있다. 또한, 환형 정렬 조립체는, 회전 정렬 조립체와 함께 또는 회전 정렬 조립체 없이, 케이스들로 제한되지 않는 다른 유형의 액세서리들 내로 삽입될 수 있다.
환형 정렬 조립체(7206)는 강성 케이스 또는 다른 액세서리에 사용되도록 설계된다. 그러나, 케이스들 및 다른 액세서리들은 강성일 필요는 없다. 예를 들어, 케이스는, 휴대용 전자 디바이스의 전방 및 후방 면들이 덮이도록 휴대용 전자 디바이스가 삽입될 수 있는 개방 단부(또는 "목")를 갖는 전방 및 배면 패널들을 갖는 슬리브로서 형성될 수 있다. 삽입 및 제거의 용이함을 위해, 적어도 어느 정도의 가요성을 갖는 전방 및 배면 패널들을 구성하는 것이 도움이 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 환형 자기 정렬 컴포넌트는 분말형 강자성 재료 등이 주입된 중합체들로 제조된 얇은 자석으로부터 환형 자기 정렬 컴포넌트를 구성함으로써 제공될 수 있다. 생성된 자석이 약간의 가요성을 갖도록 가요성 또는 고무화된(rubberized) 중합체들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일 가요성 환형 자석이 형성될 수 있거나, 또는 가요성 환형 자기 정렬 컴포넌트가 다수의 아치형 섹션들로 형성될 수 있다. 축방향 두께는 가요성을 최적화하도록 작게 유지될 수 있다. 그러나, 가요성 자석들은 희토류 자석들보다 더 낮은 자기장 강도를 갖는 경향이 있다. 휴대용 전자 디바이스가 (예컨대, 상기 섹션 5.4에 기술된 바와 같이) 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리의 근접성을 검출하기 위해 자력계를 사용하는 일부 실시예들에서, 자력계는, 높은 비율의 위양성을 야기할 정도로 낮은 임계치들을 설정하지 않고서, 가요성 자석의 자기장을 신뢰성 있게 감지하지 못할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 가요성 환형 정렬 컴포넌트는 그의 자기장 강도를 증가시키도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 가요성 환형 정렬 컴포넌트의 방사상 폭은 전체 원주 둘레에서 또는 단지 자력계에 가까운 영역(예컨대, 사분면)에서 증가될 수 있다. 후자의 옵션은 "클로킹" 효과를 야기할 수 있는 자기장의 회전 비대칭을 생성할 수 있다. 감지된 자기장을 증가시키는 다른 기법으로서, 추가의 가요성 자석(본 명세서에서 "트리거링" 자석으로 지칭됨)이 환형 정렬 컴포넌트의 외측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 작은 정사각형 또는 직사각형 트리거링 자석은 슬리브가 모바일 디바이스와 정렬되어 있을 때 자력계(예컨대, 도 50의 자력계(5080))에 가깝게 될 위치에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 슬리브는 충전-스루 액세서리일 수 있고, 트리거링 자석이 충전-스루 액세서리의 원위 표면에 부착되는 제2 액세서리의 검출을 방해하는 것을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 트리거링 자석은 자력계까지의 짧은 거리로 인해 감지될 수 있는 약한 자기장을 가질 수 있다.
7. 정렬 모듈
전술된 바와 같이, 자기 정렬 컴포넌트들은 휴대용 전자 디바이스들 및 액세서리들, 예컨대 케이스들 및 무선 충전기 디바이스들을 포함하는 다양한 디바이스들 내에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자기 정렬 컴포넌트는 디바이스 내에 통합될 수 있는 정렬 모듈 내에 (선택적으로, 유도 충전 코일과 같은 다른 컴포넌트들과 함께) 제공될 수 있다. 정렬 모듈은 정렬 컴포넌트가 포함될 수 있는 다양한 디바이스들 내로의 통합을 용이하게 하도록 크기설정되고 형상화되는 패키지 내에 봉입되는 환형 정렬 컴포넌트(이는 일차, 이차, 또는 보조 정렬 컴포넌트일 수 있음)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 정렬 모듈은 또한, 동일한 패키지 내에 봉입되고 환형 정렬 컴포넌트에 대해 원하는 위치에 유지되는 (상기 섹션 2에 기술된 바와 같은) 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패키지는 또한 전술된 바와 같이 무선 충전 코일 및/또는 NFC 태그 회로를 봉입할 수 있다. 정렬 모듈이 (유도 충전 코일 조립체 및/또는 로직 보드와 같은) 능동 회로부를 포함하는 실시예들에서, 포함된 능동 회로부에 대한 연결을 가능하게 하도록 패키지의 외부에 전기 접점들이 제공될 수 있다. 이제 예들이 기술될 것이다.
7.1. 충전기 정렬 모듈
일부 실시예들에 따른 정렬 모듈들은 무선 충전 코일 및 환형 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 도 76a 및 도 76b는 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈(7600)의 상부 및 저부 사시도들을 도시한다. 충전기 정렬 모듈(7600)은 캡(7601)(도 76a에서 가장 잘 보임) 및 배면 인클로저(7606)(도 76b에서 가장 잘 보임)를 포함하는 2-피스 하우징을 갖는다. 캡(7601)은, 충전기 정렬 모듈(7600)이 도킹 스테이션과 같은 액세서리 디바이스 내에 통합될 때 사용자에게 보일 수 있는 장식용 면을 제공할 수 있다. 캡(7601)은 충전 표면(7604) 및 주변 림 영역(7602)을 포함할 수 있다. 충전 표면(7604)은 하드-터치 코팅을 갖는 실리콘 또는 플라스틱, 또는 AC 및 DC 자기장에 대해 투과성인 임의의 다른 재료로 제조될 수 있다. 림 영역(7602)은 DC 자기장에 대해 투과성인 플라스틱 또는 다른 재료로 제조될 수 있다. 배면 인클로저(7606)는 금속(예컨대, 알루미늄)으로 제조될 수 있고, 후술되는 바와 같이 유도 충전 코일 및 로직 보드를 수용하도록 형상화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 배면 인클로저(7606)는, 충전기 정렬 모듈(7600)이 도킹 스테이션과 같은 액세서리 디바이스 내에 통합될 때 사용자에게 보이지 않을 것으로 가정된다. 배면 인클로저(7606)는 노출된 전기 접점들(7610)을 갖는 개구(7608)를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 노출된 전기 접점들(7610)은 로직 보드 상에 배치될 수 있고 전도성 트레이스들에 의해 충전기 정렬 모듈(7600) 내부에 수용된 컴포넌트들에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 노출된 전기 접점들(7610)은 충전 코일에 대한 전력을 위한 접점들 및 USB 데이터 신호들(D+ 및 D―), 전력, 및 접지를 위한 접점들을 포함하지만; 접점들의 임의의 조합이 제공될 수 있다. 또한, 코일 교정 접점들(7612)이 또한 배면 인클로저(7606) 내에서 노출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일 교정 접점들(7612)은 충전기 정렬 모듈(7600) 내부의 유도 충전 코일의 교정(예컨대, 코일 저항의 시험)을 지원하기 위해 충전기 정렬 모듈(7600)의 제조 동안 노출되고; 교정 후에, 접점들(7612)은 액세서리 디바이스 내로의 통합을 위해 충전기 정렬 모듈(7600)을 제3자에게 전달하기 전에 봉지 밀봉재 재료로 덮일 수 있다.
도 77은 일부 실시예들에 따른 충전기 정렬 모듈(7600)의 분해도를 도시한다. 캡(7601)이 상부에 도시되고, 배면 인클로저(7606)가 저부에 도시된다. 일차 환형 정렬 컴포넌트(7716)가 캡(7601) 아래에, 예컨대 림 영역(7602) 아래에 배치된다. 일차 환형 정렬 컴포넌트(7716)는 전술된 일차 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있다. 예를 들어, 일차 환형 정렬 컴포넌트(7716)는 환형 구성으로 배열된 일차 아치형 자석들(7717)을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 일차 아치형 자석(7717)은, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 자기 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 자기 영역, 및 내측 아치형 자기 영역과 외측 아치형 자기 영역 사이의 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 갖는다. 환형 DC 자기 차폐부(7719)는 일차 아치형 자석들(7717)의 원위 표면 상에 배치될 수 있다. 전술된 바와 같이, DC 자기 차폐부(7719)는 높은 투자율을 갖는 강철 또는 다른 재료로 제조될 수 있고, 자기장을 방향전환시켜 그것들이 일차 환형 정렬 컴포넌트(7716)의 원위 면을 넘어 전파되는 것을 방지할 수 있다.
유도 충전 코일 조립체(7712)는 일차 환형 정렬 컴포넌트(7716)의 내측에 배치될 수 있다. 유도 충전 코일 조립체(7712)는 유도 충전 코일(7720), 유도 충전 코일(7720)의 근위 면 상에 배치된 전기 차폐부(7722), 유도 충전 코일(7720)의 원위 면 상에 배치된 전자기 차폐부(7726), 및 심(7724)을 포함할 수 있다. 유도 충전 코일(7720)은 권취된 와이어 코일일 수 있다. 전기 차폐부(7722)는 자속에 대해 투과성인 동안에 코일(7720)의 동작 동안 AC 전기장을 차단하거나 감소시키기 위해 전도성 재료의 얇은 층을 포함할 수 있다. 전자기 차폐부(7726)는 코일(7720)의 원위 표면 및 외측 면들 위로 연장되는 페라이트 등일 수 있다. 심(7724)은 플라스틱 또는 다른 비전도성 재료로 제조될 수 있고, 코일(7720)을 전자기 차폐부(7726)의 상부와 같은 높이로 만들도록 제공되어, 충전 표면(7604)에 대한 추가의 지지를 제공할 수 있다. 다양한 유도 충전 코일 조립체들이 유도 충전 코일 조립체(7712)로서 사용될 수 있다.
펜스(7728)는 알루미늄 등으로 형성될 수 있고 전자기 차폐부(7726)의 외측 면과 DC 차폐부(7719)의 내측 면 사이에 개재될 수 있다. 펜스(7728)는 DC 차폐부(7719)로부터의 전자기 차폐부(7726)의 격리를 제공하여, DC 자속이 코일(7720)의 영역에 들어가는 것을 방지하도록 돕고, 이는 충전 효율을 개선시킬 수 있다.
DC 차폐부(7718), 펜스(7728), 및 전자기 차폐부(7726)는 미드플레이트(7730) 상에 장착될 수 있다. 미드플레이트(7730)는 알루미늄 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 미드플레이트(7730)를 통한 개구(7731)가 코일(7720)의 단부 단자들에 대한 전기적 연결들을 허용하도록 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 미드플레이트(7730)는 배면 인클로저(7606) 및 펜스(7728)에 용접될 수 있다. 일부 실시예들에서, 환형 정렬 컴포넌트(7716)의 두께는 코일 조립체(7712)의 두께와 동일할 수 있다. 환형 정렬 컴포넌트(7716)가 코일 조립체(7712)보다 얇은 실시예들에서, 캡(6602)에 인접하게 자석들(6626)을 위치시키기 위해 스페이서들(도 67의 스페이서들(6615)과 유사함)이 사용될 수 있다.
로직 보드(7732)는 예를 들어 온도 민감성 접착제일 수 있는 접착제(7734)를 사용하여 미드플레이트(7730)의 원위 표면 상에 장착될 수 있다. 로직 보드(7732)는 전자 컴포넌트들이 밑면 상에 장착된 인쇄 회로 기판(도 77에 도시되지 않음)일 수 있다. 전자 컴포넌트들은 유도 충전 코일(7720)을 구동하기 위한 전력 회로부(예컨대, 부스트 회로, 인버터) 및 전력 회로부의 동작을 제어하기 위한 제어 회로부(예컨대, 마이크로컨트롤러, FPGA, ASIC 등)를 포함할 수 있다. 적합한 컴포넌트들 및 회로들의 예들이 본 기술 분야에 알려져 있으며, 상세한 설명은 생략된다. 배면 인클로저(7606)는 로직 보드(7732)의 밑면 상의 전자 컴포넌트들을 수용하도록 형상화될 수 있고, 미드플레이트(7730)는 로직 보드(7732)와 코일(7720) 사이에 차폐를 제공할 수 있다. 로직 보드(7732)의 밑면은 또한 배면 인클로저(7606) 내의 개구(7608)와 정렬되는 외부 전기 접점들(예컨대, 도 76b에 도시된 바와 같은 접점들(7610, 7612))을 포함할 수 있다. 로직 보드(7732)(도 77에 도시됨)의 상부 표면은 접착제(7734)에 의해 부분적으로 덮여, 소정 영역들을 노출된 채로 남길 수 있다. 예를 들어, 노출된 영역(7735)은 미드플레이트(7730) 내의 개구(7731)와 정렬될 수 있고, 코일(7720)의 단자들에 연결하기 위한 접점들(7736)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 접지된 영역(7738)이 로직 보드(7732)의 주연부에서 노출될 수 있다. 접지된 영역(7738)은 미드플레이트(7730)에 대한 전기 접지를 제공할 수 있다.
충전기 모듈(7600)은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 다양한 유도 코일들 및 차폐 배열들이 사용될 수 있고, 전술된 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것이 또한 포함될 수 있다. 또한, 충전기 모듈(7600)은 NFC 태그 회로 및 코일을 포함하는 것으로 도시되어 있지 않지만, 본 개시내용에 대한 액세스를 갖는 당업자들은 NFC 태그 회로 및 코일이 전술된 무선 충전기 디바이스들의 다른 예들과 유사하게 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 충전기 모듈(7600)은 외부 전기 접점들(7608)로 종단되는 권취된 NFC 코일을 포함할 수 있고, 제3자 액세서리 제조자는 NFC 코일을 외부 NFC 태그 회로에 결합시켜, 액세서리 제조자가 태그 데이터를 제어하도록 할 수 있다. 노출된 접점들은 제3자가 외부 배선 또는 다른 컴포넌트들을 충전기 모듈(7600)에 연결할 수 있게 하는 데 도움이 된다. 도시된 실시예에서, 외부 접점들은 하우징의 배면 표면을 통해 노출되지만; 외부 접점들은 하우징의 임의의 표면을 통해 노출될 수 있다. 장식상의 이유로, 충전기 모듈의 전방 표면을 통해 외부 접점들을 노출시키는 것, 및 대신에, 충전기 모듈이 액세서리 내에 통합될 때 시야로부터 숨겨질 것으로 예상되는 표면들(예컨대 배면 표면 또는 측부 표면)을 사용하는 것은 바람직하지 않을 수 있다.
또한, 퍽 형상은 필수는 아니며, 충전기 모듈은 더 큰 폼 팩터를 가질 수 있다. 예를 들어, 충전기 모듈은 직사각형 또는 눈물방울-형상의 상부 표면을 가질 수 있고, 상기 섹션 2에 기술된 바와 같은 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 도 78은 일부 실시예들에 따른 눈물방울-형상의 충전기 모듈(7800)의 상부 사시도를 도시한다. 충전기 모듈(7800)은 하우징(7801)의 형상을 제외하고는 충전기 모듈(7600)과 유사하거나 동일할 수 있다. 상부 캡(7802)은 충전 영역(7804)을 포함할 수 있으며, 그 아래에는 충전 코일 조립체, 환형 자기 정렬 컴포넌트(예컨대, 도 77에 도시된 바와 같음), 및 제어 회로부를 포함하는 조립체가 제공될 수 있다. 상부 캡(7802)은 또한 연장 부분(7810)을 포함할 수 있고, 회전 자기 정렬 컴포넌트(7812)는 섹션 2에서 전술된 바와 같이 환형 자기 정렬 컴포넌트의 중심으로부터 적절한 거리에서 연장 부분(7810) 내에 배치될 수 있다. 충전기 모듈(7800)의 저부 인클로저는 또한 상부 캡(7802)과 유사하게 연장될 수 있다. (예컨대, 도 16에 도시된 바와 같은) 직사각형 형상들을 포함하는 다른 형상들이 또한 제공될 수 있다.
7.2. 액세서리 인서트 모듈
일부 실시예들에서, 유도 충전 회로를 포함하지 않는 "수동" 액세서리 내에 삽입하기 위한 정렬 모듈이 제공된다. 도 79a는 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈(7900)의 정면도이고 도 79b는 그의 평면도이다. 도 79a에 도시된 바와 같이, 액세서리 인서트 모듈(7900)은 도시된 바와 같이 둥근 코너들을 갖는(또는 원하는 경우 정사각형 코너들을 갖는) 직사각형으로서 형상화될 수 있고, 편평한 전방 및 후방 표면들을 가질 수 있다. 도 79b에 도시된 바와 같이, 액세서리 인서트 모듈(7900)은 봉지재 재료(예컨대, 플라스틱)로 제조될 수 있는 전방 및 후방 외측 층들(7902, 7904) 및 중심 자석-유지 층(7910)을 갖는 층상 구조를 가질 수 있다. 접착제 층들(7906, 7908)이 전방 및 후방 외측 층들(7902, 7904)과 중심 자석-유지 층(7910) 사이에 배치될 수 있다.
도 80은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈(7900)의 분해도를 도시한다. 중심 자석-유지 층(7910)은 환형 개구(8026) 및 직사각형 개구(8032)를 갖는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 환형 개구(8026)는 환형 정렬 컴포넌트(8070)가 환형 개구(8026) 내에 끼워지도록 크기설정되고 형상화될 수 있다. 환형 정렬 컴포넌트(8070)는 전술된 보조 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있다. 예를 들어, 보조 환형 정렬 컴포넌트(8070)는 환형 구성으로 배열된 일차 아치형 자석들(8072)을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 일차 아치형 자석(8072)은, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 자기 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 자기 영역, 및 내측 아치형 자기 영역과 외측 아치형 자기 영역 사이의 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 갖는다. 직사각형 개구(8032)는 회전 정렬 컴포넌트(8022)가 직사각형 개구(8032) 내에 끼워지도록 크기설정되고 형상화될 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트(8022)는 전술된 바와 같은 회전 정렬 컴포넌트의 구현예일 수 있고, 예를 들어, z-극, 4-극, 3-극, 또는 환형 설계 구성을 갖는 하나 이상의 자석들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 자석-유지 층(7910), 환형 정렬 컴포넌트(8070), 및 회전 정렬 컴포넌트(8022)는 모두 동일한 z-높이를 가질 수 있으며, 이는, 특히 액세서리 인서트 모듈(7900)의 전체 z-높이가 작은 경우에, 액세서리 인서트 모듈(7900)을 측방향(xy) 평면에서 편평하게 유지하는 것을 도울 수 있다. 도시된 예에서, 자석-유지 층(7910)은 자석-유지 층(7910)의 나머지로부터 분리되는 환형 정렬 컴포넌트(8070)의 내측의 영역(8030)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 영역(8030)은 자석-유지 층(7910)의 나머지와 동일한 두께를 갖는 재료의 별개의 디스크에 의해 점유될 수 있고, 이는 또한 액세서리 인서트 모듈(7910)의 측방향 편평도를 보존하는 것을 도울 수 있다. 다른 실시예들에서, 영역(8030)은 비어 있을 수 있다.
액세서리 인서트 모듈(7900)은 휴대용 전자 디바이스를 위한 케이스와 같은 액세서리에 사용될 수 있다. 케이스의 부피를 감소시키기 위해, 액세서리 인서트 모듈(7900)은 매우 얇은 것, 예를 들어 약 1 mm의 총 두께인 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 전방 및 후방 외측 층들(7902, 7904) 및 자석-유지 층(7910)은 LEXAN™ SD8B24 필름(사빅 이노베이티브 플라스틱스(SABIC Innovative Plastics)의 제품)과 같은 폴리카보네이트 필름으로 제조될 수 있다. 전방 및 후방 외측 층들(7902, 7904)은 각각 약 0.2 mm의 두께를 가질 수 있는 반면, 자석-유지 층(7910)은 약 0.5 mm의 두께를 가질 수 있다. (위에서 언급된 바와 같이, 환형 정렬 컴포넌트(8070) 및 회전 정렬 컴포넌트(8072)의 두께는 자석-유지 층(7910)의 두께와 동일할 수 있다.) 접착제 층들(7906, 7908)은 예를 들어 약 0.2 mm의 두께를 갖는 감압 접착제일 수 있다. 이들 치수는 원하는 대로 수정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 일반적으로, 더 얇은 전방 및 후방 외측 층들은 주어진 환형 정렬 컴포넌트(8070) 및 회전 정렬 컴포넌트(8072)가 상보적 디바이스들에 대해 더 강한 자기력을 가할 수 있게 하고, 더 얇은 자석들(및 자석-유지 층(7910))은 인서트 모듈(7900)을 포함하는 액세서리의 전체 두께가 감소될 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 액세서리 인서트 모듈(7900)은 불투명 재료들로 제조될 수 있고, 보호 케이스들, 슬리브들, 트레이들 등과 같은 다양한 액세서리들 내로 삽입될 수 있다. 액세서리 인서트 모듈(7900)의 불투명도는 투명 케이스 후방과 같은 소정 심미적 옵션들을 방해할 수 있다. 액세서리 인서트 모듈들의 일부 실시예들은 액세서리 인서트 모듈(7900)과 비교하여 감소된 불투명의 영역을 제공할 수 있다. 도 81은 일부 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈(8100)의 분해도를 도시한다. 액세서리 인서트 모듈(8100)은 환형 정렬 컴포넌트(8170)를 둘러싸는 환형 전방 인클로저(8102) 및 환형 배면 인클로저(8104)를 갖는 환형 형상을 갖는다. 환형 정렬 컴포넌트(8170)는 전술된 보조 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것의 구현예일 수 있다. 예를 들어, 보조 환형 정렬 컴포넌트(8170)는 환형 구성으로 배열된 일차 아치형 자석들(8172)을 포함할 수 있으며, 이때 각각의 일차 아치형 자석(8172)은, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 자기 영역, 제1 방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 자기 영역, 및 내측 아치형 자기 영역과 외측 아치형 자기 영역 사이의 중심 비-자화된 영역을 갖는, 4-극 구성을 갖는다. 각각이 예컨대 감압 접착제일 수 있는 접착제 층들(8106, 8108)은, 전방 인클로저(8102) 및 배면 인클로저(8104)에 의해 형성되는 인클로저 내에서 제위치에 환형 정렬 컴포넌트를 유지할 수 있다. 전방 인클로저(8102) 및 배면 인클로저(8104)는 예컨대 사출 성형된 폴리카보네이트 또는 다른 유사한 재료로 제조될 수 있다. 액세서리 인서트 모듈(8100)은 불투명할 수 있지만, 액세서리 인서트 모듈(7900)에 비해 그의 감소된 불투명 영역 때문에, 액세서리 인서트 모듈(8100)은 투명 케이스들 및 투명 표면이 요구되는 다른 응용들에서 더 심미적으로 매력적일 수 있다.
도 81에 도시된 실시예에서, 전방 인클로저(8102) 및/또는 배면 인클로저(8104)는 측벽들을 가져서, 자석들(8172)이 모든 면들 상에서 둘러싸이도록 할 수 있다. 전방 인클로저(8102)와 배면 인클로저(8104)가 만나는 조인트는 여러 방식으로 형성될 수 있다. 도 82 및 도 83은 전방 인클로저(8102)와 배면 인클로저(8104)를 결합하기 위한 옵션들을 예시하는, 다양한 실시예들에 따른 액세서리 인서트 모듈들의 부분 단면도들을 도시한다. 도 82에서, 액세서리 인서트 모듈(8100)의 전방 인클로저(8102) 및 배면 인클로저(8104)는 초음파 또는 레이저 용접(8210)에 의해 결합되어, 환형 정렬 컴포넌트(8170)를 완전히 둘러쌀 수 있다. 도 83은, 액세서리 인서트 모듈(8100)의 전방 인클로저(8102')가 노치(8310)를 포함하는 반면 배면 인클로저(8104')가 노치(8310) 내에 끼워지는 돌출부(8312)를 포함하는, 변형예를 도시한다. 예를 들어, 노치(8310)를 갖는 전방 인클로저(8102')가 제1 사출 성형 공정으로 형성될 수 있으며, 그 후에 자석들이 전방 인클로저(8102') 내에 배열되어 환형 정렬 컴포넌트(8170)를 형성한다. 그 후, 제2 사출 성형 공정이 배면 인클로저(8104')를 형성하는 데 사용되어, 노치(8310)를 채울 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 측벽들이 전면 인클로저(8102) 및 배면 인클로저(8104)와 별개로 형성되어, 전술된 액세서리 인서트 모듈(7900)과 유사한 "적층된" 구성을 제공할 수 있다. 도 84는 "적층된" 구성을 갖는 일부 실시예들에 따른 환형 액세서리 인서트 모듈(8100'')의 부분 단면도이다. 환형 액세서리 인서트 모듈(8100")은 액세서리 인서트 모듈(8100)과 동일한 환형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 실시예에서, 전방 인클로저(8102") 및 배면 인클로저(8104")는 폴리카보네이트 등으로 형성된 평면 환형 구조체들일 수 있다. 측벽들(8410a, 8410b)은 환형 정렬 컴포넌트(8170)의 두께와 동일할(또는 그보다 약간 더 클) 수 있는 두께를 갖는 폴리카보네이트의 동심 환형 링들로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 감압 접착제일 수 있는 접착제 층들(8406, 8408)이 구조체를 함께 유지할 수 있다.
이러한 액세서리 인서트 모듈들은 예시적이며, 변형들 및 수정들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 다양한 재료들이 사용될 수 있고, 전술된 환형 정렬 컴포넌트들 중 임의의 것이 포함될 수 있다. 또한, 다양한 액세서리 인서트 모듈들은 NFC 태그 회로 및 코일을 포함하는 것으로 도시되어 있지 않지만, 본 개시내용에 대한 액세스를 갖는 당업자들은 NFC 태그 회로 및 코일이 전술된 액세서리 디바이스들의 예들과 유사하게 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
8. 추가 실시예들
본 발명이 특정 실시예들에 대하여 기술되었지만, 당업자는 변형들 및 수정들이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 환형 정렬 모듈들이 섹터들을 형성하는 아치형 자석들로부터 제조되는 것으로 기술되지만, 자석들이 환형 구조체의 치수들에 비해 충분히 작은 경우, 사다리꼴 또는 정사각형 자석들이 아치형 자석들의 거동에 근사할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 자기 정렬 컴포넌트들은 임의의 치수들을 가질 수 있고, 환형 자기 정렬 컴포넌트들은 회전 정렬 컴포넌트들과 함께 또는 이것 없이 그리고 NFC 회로부와 함께 또는 이것 없이 사용될 수 있다. NFC 회로부가 존재하는 경우, 주어진 디바이스는 일차, 이차, 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트 중 임의의 것과 조합하여 NFC 판독기 회로부 또는 NFC 태그 회로부(또는 둘 모두)를 가질 수 있고, 다양한 NFC 코일 기하학적 구조들이 구현될 수 있다. 자기 정렬 컴포넌트들은 유도 충전 코일과 함께 사용되어 전술된 바와 같이 코일들의 정렬을 용이하게 할 수 있거나, 또는 자기 정렬 컴포넌트는 유도 충전 코일을 갖지 않는 디바이스에 존재할 수 있다. 또한, 유도 충전 코일 주위에 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 휴대용 전자 디바이스는 자기 정렬 컴포넌트를 갖지 않는 무선 충전기 디바이스에 의해 충전될 수 있고, 반대로, 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 무선 충전기 디바이스는 유도 충전 코일을 갖지만 자기 정렬 컴포넌트는 갖지 않는 휴대용 전자 디바이스를 충전하는 데 사용될 수 있다. 이러한 상황들에서, 자기 정렬 컴포넌트는 디바이스들 사이의 정렬을 용이하게 하지 않을 수 있지만, 무선 전력 전달을 방해할 필요는 없다.
또한, 휴대용 전자 디바이스가 전력을 무선으로 수신하는 것으로 기술되었지만, 당업자는 유도 전력 코일이 전력을 무선으로 송신할 뿐만 아니라 수신하도록 동작가능할 수 있고, 일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스는 무선 전력 전달을 위한 송신기 또는 수신기로서 동작하도록 재구성가능할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한, 본 명세서에 기술된 종류의 자기 정렬 컴포넌트들이 디바이스들 사이의 무선 전력 전달을 위한 송신기 및 수신기 코일들 사이의 정렬을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다는 것이 고려되지만, 자기 정렬 컴포넌트들의 사용은 그렇게 제한되지 않으며, 자기 정렬 컴포넌트들은, 디바이스들 중 어느 하나 또는 둘 모두가 무선 충전 코일들을 갖는지 여부에 관계없이, 하나의 디바이스를 서로와의 상대적 정렬 상태로 유지하기 위해 다양한 컨텍스트들에서 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 특정 위치 및 배향으로 휴대용 전자 디바이스를 유지할 수 있는 삼각대(또는 다른 유형의 스탠드)는 휴대용 전자 디바이스를 제위치에 유지하기 위해 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트(및 회전 정렬 컴포넌트)를 포함할 수 있고; 자기 정렬 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스를 삼각대에 고정시키기 위해, 기계적 유지 특징부들에 더하여 또는 그 대신에 사용될 수 있다.
이에 따라, 디바이스들의 에코시스템들이 고려된다. 에코시스템은 다양한 폼 팩터들을 갖는 다양한 휴대용 전자 디바이스들, 예컨대 스마트 폰들, 태블릿들, 또는 배터리 전력으로 동작할 수 있고 무선 전력 전달을 통해 전력을 수신할 수 있는 다른 디바이스들을 포함할 수 있다. 에코시스템은 또한 퍽, 매트, 도크 등과 같은 다양한 무선 충전기 디바이스들을 포함할 수 있다. 에코시스템은 또한 휴대용 전자 디바이스와 무선 충전기 디바이스 사이에 개재될 수 있는 "충전-스루" 액세서리들(예컨대, 케이스들)을 포함할 수 있고; 충전-스루 액세서리는, 액세서리가 존재하는 동안 무선 충전을 허용하도록, 자속이 액세서리의 개재된 부분을 통과하는 것을 허용하도록 설계된다. 그러한 에코시스템에서, 각각의 휴대용 전자 디바이스는 에코시스템에 걸쳐 일정한 방사상 폭 및 외경의 치수들을 갖는 (예컨대, 전술된 바와 같은 방사상 또는 횡방향 자기 배향을 갖는) 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함하도록 제조될 수 있다. 각각의 무선 충전기 디바이스는 (예컨대, 전술된 바와 같은 4-극 구성을 갖는) 휴대용 전자 디바이스들의 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들에 상보적인 일차 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함하도록 제조되어, 무선 충전기 디바이스들이 상이한 휴대용 전자 디바이스들과 상호교환가능하게 사용될 수 있게 한다. 각각의 충전-스루 액세서리는 일차 및 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트들에 상보적인 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함하도록 제조되어, 또한, 상이한 충전-스루 액세서리들을 갖는 무선 충전기 디바이스들(및 휴대용 전자 디바이스들)의 상호교환가능한 사용을 허용할 수 있다.
그러한 에코시스템들은 또한, 자기 정렬 컴포넌트들을 사용하여 휴대용 전자 디바이스에 부착되도록 설계될 수 있지만 충전-스루 동작을 지원하지 않는 다른 수동 액세서리 디바이스들(즉, 유도 충전 코일들을 포함하지 않는 액세서리 디바이스들)을 포함할 수 있다. 예들은 삼각대들 또는 다른 스탠드들, 무선 전력 전달 동안 자기소거되기 쉬울 수 있는 신용 카드들 또는 다른 자화된 아이템들을 유지할 수 있는 부착가능한 액세서리 케이스들, 또는 충전되고 있지 않은 휴대용 전자 디바이스와 함께 사용하도록 의도되는 다른 액세서리들을 포함한다. 그러한 액세서리 디바이스들은 이차 환형 자기 정렬 컴포넌트 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함하도록 제조될 수 있고, 회전 정렬 컴포넌트를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
그러한 에코시스템들은 또한, 원래 자기 정렬 컴포넌트 없이 제조된 휴대용 전자 디바이스에 대한 자기 정렬 능력을 제공하는 데 사용될 수 있는 "개조(retrofitting)" 액세서리 디바이스를 포함할 수 있다. 개조 액세서리는 액세서리의 하우징과 고정된 상대적 정렬 상태로 스마트폰(또는 다른 휴대용 전자 디바이스)을 유지하는 하나 이상의 기계적 유지 특징부들(예컨대, 트레이로서 형상화된 케이스의 측면들 및 립들)을 가질 수 있다. 액세서리는 이차 자기 정렬 컴포넌트(에코시스템을 위한 이차 정렬 컴포넌트의 사양들과 매칭됨)를 포함할 수 있고, 이차 자기 정렬 컴포넌트는, 휴대용 전자 디바이스가 기계적 유지 특징부(들)에 의해 제위치에 유지될 때, 유도 충전 코일이 이차 자기 정렬 컴포넌트 내에서 중심설정되도록, 개조 액세서리 내에 위치될 수 있다. 그러한 액세서리는 자기 정렬 컴포넌트 없이 제조된 휴대용 전자 디바이스가 자기 정렬 에코시스템 내의 디바이스들과 함께 사용될 때 자기 정렬의 이점들을 즐기게 할 수 있다.
주어진 에코시스템 내에서, 환형 정렬 컴포넌트들을 포함하는 디바이스들 중 임의의 것 또는 전부가 또한 전술된 바와 같은 회전 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 에코시스템 내에서, 이차 환형 정렬 컴포넌트의 외측에서 회전 정렬 컴포넌트를 수용하기에 충분히 큰 이차 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 모든 휴대용 전자 디바이스들은 회전 정렬 컴포넌트를 가질 수 있다. 일차 정렬 컴포넌트 또는 보조 정렬 컴포넌트를 갖는 디바이스들은, 폼 팩터 및 의도된 용도에 따라, 회전 정렬 컴포넌트를 갖거나 갖지 않을 수 있다.
주어진 에코시스템 내에서, 환형 정렬 컴포넌트들을 포함하는 디바이스들 중 임의의 것 또는 전부가 또한 전술된 바와 같은 디바이스 식별을 위한 NFC 회로부를 포함할 수 있다는 것을 또한 이해하여야 한다. 예를 들어, 에코시스템 내에서, 임의의 휴대용 전자 디바이스는 전술된 바와 같은 NFC 판독기 회로를 가질 수 있는 반면, 일차 환형 정렬 컴포넌트 또는 보조 환형 정렬 컴포넌트를 갖는 임의의 디바이스는 전술된 바와 같은 NFC 태그 회로를 가질 수 있다.
또한, 일부 디바이스들은 다수의 환형 정렬 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 무선 충전기 디바이스는 다수의 휴대용 전자 디바이스들이 동시에 충전될 수 있도록 서로 이격된 2개 이상의 별개의 무선 충전 코일들을 갖도록 설계될 수 있다. 각각의 무선 충전 코일은 둘러싸는 일차 환형 정렬 컴포넌트를 가질 수 있고, 각각의 일차 정렬 컴포넌트는 연관된 회전 정렬 컴포넌트 및/또는 NFC 코일을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 환형 정렬 컴포넌트를 포함하는 정렬 모듈은 액세서리 디바이스, 무선 충전기 디바이스, 또는 휴대용 전자 디바이스 내로의 용이한 설치를 위해 패키징될 수 있다. 예를 들어, 정렬 모듈은 자석들을 보호하고 이들을 제위치에 유지하는 봉입 구조체(또는 하우징) 내에 전술된 바와 같은 일차, 이차, 또는 보조 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회전 자기 정렬 컴포넌트가 환형 자기 정렬 컴포넌트와 함께 포함될 수 있고, 일부 실시예들에서는, NFC 회로가 포함될 수 있다. 봉입 구조체는, 예를 들어, 적어도 일부가 투명할 수 있는 플라스틱 구조체일 수 있다. 다른 예로서, 정렬 모듈은 환형 정렬 컴포넌트 내에서 중심설정된 무선 충전 코일(예컨대, 송신기 코일)을 포함할 수 있다. 봉입 구조체는 무선 충전 코일에 대한 전기적 연결들을 형성하기 위한 노출된 전기 접점들을 제공할 수 있다. 그러한 정렬 모듈들은 하나의 엔티티에 의해 제조될 수 있고, 케이스들, 무선 충전 도크들 등과 같은 디바이스들 내에 통합되도록 상이한 엔티티에 판매될 수 있다.
(예컨대, NFC를 사용한) 디바이스들의 검출 및 정보의 교환에 관련된 본 명세서에 기술된 다양한 특징들은 전용 컴포넌트들 및/또는 프로그램가능 프로세서들 및/또는 다른 프로그램가능 디바이스들의 임의의 조합을 사용하여 실현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 프로세스들은 동일한 프로세서 또는 임의의 조합의 상이한 프로세서들 상에서 구현될 수 있다. 컴포넌트들이 소정 동작들을 수행하도록 구성되는 것으로 기술되는 경우에, 그러한 구성은 예를 들어, 동작을 수행하도록 전자 회로들을 설계함으로써, 동작을 수행하도록 프로그램가능 전자 회로들(예컨대 마이크로프로세서들)을 프로그래밍함으로써, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 달성될 수 있다. 또한, 전술한 실시예들은 특정 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트들을 참조할 수 있지만, 당업자는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들의 상이한 조합들이 또한 사용될 수 있으며, 하드웨어로 구현되는 것으로서 기술된 특정 동작들이 또한 소프트웨어로 구현될 수 있거나 그 역도 마찬가지임을 이해할 것이다. 본 명세서에 기술된 다양한 특징들을 통합한 컴퓨터 프로그램들이 다양한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 인코딩 및 저장될 수 있으며; 적합한 매체는 자기 디스크 또는 테이프, 콤팩트 디스크(CD) 또는 DVD(digital versatile disk)와 같은 광 저장 매체, 플래시 메모리, 및 다른 비일시적 매체를 포함한다. 프로그램 코드로 인코딩된 컴퓨터 판독가능 매체는 호환 가능한 전자 디바이스와 패키징될 수 있거나, 프로그램 코드는 (예컨대, 인터넷 다운로드를 통해 또는 별도로 패키징된 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서) 전자 디바이스들과는 별개로 제공될 수 있다. 또한, 디바이스들에 의한 또는 디바이스들 사이의 정보 또는 데이터의 임의의 수집 또는 교환과 관련하여, 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 허가되지 않은 액세스 또는 사용의 위험성들을 최소화하도록 관리되고 처리되어야 하며, 허가된 사용의 성질은 사용자들에게 명확히 표시되어야 한다.
본 발명의 실시예들은, 하기 중 임의의 것을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예들에서, 전자 디바이스(예컨대, 휴대용 전자 디바이스)는: 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 및 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 방사상 방향으로 자기 배향을 가질 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있고, 아치형 자석들 각각은 방사상 내향(또는 방사상 외향) 방향으로 배향되는 자기 극성을 가질 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 간극을 포함할 수 있고, 유도 코일에 연결된 전기 전도성 경로는 간극을 통과할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 대향 측부들 상의 제1 간극 및 제2 간극을 포함할 수 있다. 배터리는 하우징 내에 배치될 수 있고, 유도 코일은 배터리에 결합될 수 있다. 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 수신 및/또는 송신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 디바이스(예컨대, 무선 충전기 디바이스)는: 충전 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 충전 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 및 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있고, 각각의 아치형 자석은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 영역, 제2 축 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 영역, 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 비-자화된 영역을 가질 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 간극을 포함할 수 있고, 유도 코일에 연결된 전기 전도성 경로는 간극을 통과할 수 있다. 유도 코일은 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스와 함께 사용하기 위한 액세서리는: 제1 인터페이스 표면 및 제1 인터페이스 표면 반대편의 제2 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고, 제1 인터페이스 표면 및 제2 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 환형 자기 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 영역, 제2 축 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 영역, 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 비-자화된 영역을 가질 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 간극을 포함할 수 있다. 환형 자기 정렬 컴포넌트는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 대향 측부들 상의 제1 간극 및 제2 간극을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 자기 정렬 시스템은: 축을 정의하는 환형 구성으로 배열된 복수의 일차 아치형 자석들로 형성된 일차 정렬 컴포넌트, 및 환형 구성으로 배열된 복수의 이차 아치형 자석들로 형성된 이차 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 각각의 일차 아치형 자석은: 축을 따르는 제1 방향의 자기 배향을 갖는 일차 내측 아치형 자기 영역; 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 자기 배향을 갖는 일차 외측 아치형 자기 영역; 및 일차 내측 아치형 영역과 일차 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 일차 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 각각의 이차 아치형 자석은 이차 정렬 컴포넌트의 중심에 대해 방사상 방향인 자기 배향을 갖는다. 일차 정렬 컴포넌트는 제1 유도 충전 코일을 둘러싸는 제1 전자 디바이스 내에 배치될 수 있고, 이차 정렬 컴포넌트는 제2 유도 충전 코일을 둘러싸는 제2 전자 디바이스 내에 배치될 수 있고; 일차 정렬 컴포넌트 및 이차 정렬 컴포넌트가 공통 축을 따라 정렬될 때, 제1 유도 충전 코일 및 제2 유도 충전 코일은 또한 공통 축을 따라 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 디바이스(예컨대, 휴대용 전자 디바이스)는: 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 환형 자기 정렬 컴포넌트는 방사상 방향의 자기 배향을 가짐 -; 및 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측 주연부 외부에 배치된 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 회전 정렬 컴포넌트는 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들을 갖는 자석을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자석은 환형 자기 정렬 컴포넌트에 의해 정의된 축에 대해 횡방향인 평면에서 직사각형 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 및 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향과 반대인 제2 자기 배향을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제2 영역; 및 직사각형 형상을 따라 연장되고 제1 영역과 제2 영역 사이에서 중간에 위치되는 제3 영역 - 제3 영역은 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 가짐 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있으며, 각각은 방사상 내향 방향으로 배향되는 자기 극성을 갖는다. 이들 및 다른 실시예들에서, 배터리는 하우징 내에 배치될 수 있고, 유도 코일은 배터리에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 수신 및/또는 송신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 디바이스(예컨대, 무선 충전기 디바이스)는: 충전 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 충전 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 환형 자기 정렬 컴포넌트의 주연부 외부에 배치된 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트는 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들을 갖는 자석을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자석은 환형 자기 정렬 컴포넌트에 의해 정의된 축에 횡방향인 평면에서 직사각형 형상을 가질 수 있고, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 및 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향과 반대인 제2 자기 배향을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 자석은 환형 자기 정렬 컴포넌트에 의해 정의된 축에 횡방향인 평면에서 직사각형 형상을 가질 수 있고, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제2 영역; 및 직사각형 형상을 따라 연장되고 제1 영역과 제2 영역 사이에서 중간에 위치되는 제3 영역 - 제3 영역은 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 가짐 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 영역, 제2 축 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 영역, 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 비-자화된 영역을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 유도 코일은 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 송신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스와 함께 사용하기 위한 액세서리는: 제1 인터페이스 표면 및 제1 인터페이스 표면 반대편의 제2 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고, 제1 인터페이스 표면 및 제2 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 환형 자기 정렬 컴포넌트의 주연부 외부에 배치된 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트는 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들을 갖는 자석을 포함한다. 예를 들어, 자석은 환형 자기 정렬 컴포넌트에 의해 정의된 축에 횡방향인 평면에서 직사각형 형상을 가질 수 있고, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 및 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향과 반대인 제2 자기 배향을 갖는 제2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 자석은 환형 자기 정렬 컴포넌트에 의해 정의된 축에 횡방향인 평면에서 직사각형 형상을 가질 수 있고, 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들은: 직사각형 형상의 제1 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제1 영역; 직사각형 형상의 제2 긴 측면을 따라 연장되고 제1 자기 배향을 갖는 제2 영역; 및 직사각형 형상을 따라 연장되고 제1 영역과 제2 영역 사이에서 중간에 위치되는 제3 영역 - 제3 영역은 제1 자기 배향에 반대인 제2 자기 배향을 가짐 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 아치형 자석들을 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석은 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제1 영역, 제2 축 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 제2 영역, 및 제1 영역과 제2 영역 사이의 비-자화된 영역을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스(또는 다른 전자 디바이스)는 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하고, 각각의 섹터는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가짐 -; 및 하우징 내에 배치되고 유도 코일과 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 인터페이스 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 NFC 판독기 회로에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 유도 코일과 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이의 간극(이는 환형 간극일 수 있음) 내에 위치된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트의 각각의 섹터는 하나 이상의 아치형 자석들을 포함할 수 있으며, 각각의 아치형 자석은 방사상 방향으로 배향된 자기 극성을 갖는다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트의 교번하는 섹터들은 반대 자기 배향들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 섹터들 중 2개 사이에 간극을 포함할 수 있다. NFC 코일을 NFC 판독기 회로에 연결하는 전기 전도성 경로는, 유도 코일에 연결되는 전기 전도성 경로와 마찬가지로, 간극을 통과할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트는 하우징 내에 그리고 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측에(또는 그의 주연부의 외부에) 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 충전 디바이스는: 충전 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 충전 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 하우징 내에 배치되고 유도 코일과 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 충전 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 각각의 섹터는: (예컨대, 충전 표면을 향해 배향된 자남극을 갖는) 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 차폐부는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 원위 표면에 배치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합되며, 이는 수동 NFC 태그 회로 또는 활성 NFC 태그 회로일 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 유도 코일과 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이에, 예컨대, 유도 코일과 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이의 환형 간극 내에 위치된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제1 축방향 방향은 모든 섹터들에 대해 동일한 방향일 수 있다. 대안적으로, 교번하는 섹터들은 대향하는 제1 축방향 방향들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트의 각각의 섹터는 각각 4-극 구성을 갖는 하나 이상의 아치형 자석들을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 섹터들 중 2개 사이에 간극을 포함할 수 있다. 유도 코일에 연결된 전기 전도성 경로는, NFC 코일을 NFC 태그 회로에 연결하는 전기 전도성 경로와 마찬가지로, 간극을 통과할 수 있다.
일부 실시예들에서, 액세서리 디바이스는: 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고, 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 하우징 내에 배치되고 환형 자기 정렬 컴포넌트와 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 인터페이스 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하며, 각각의 섹터는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측에 위치될 수 있고, NFC 태그 회로의 다른 컴포넌트들은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측에 그리고/또는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 섹터들 사이의 하나 이상의 간극들 내에 위치될 수 있다. 대안적으로, NFC 코일은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측에 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스는: 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고 인터페이스 표면에 수직인 축을 갖는 유도 코일 - 유도 코일은 인터페이스 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 유도 코일과 동축으로 그리고 유도 코일의 외측에서 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하고, 각각의 섹터는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가짐 -; 하우징 내에 배치되고 유도 코일과 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 NFC 판독기 회로에 결합되고 인터페이스 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 -; 인터페이스 표면 근처에 그리고 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측에 배치된 자력계; 및 자력계에 결합되고 자력계에 의해 검출된 자기장의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 구성된 제어 회로부를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자력계는 3-축 자력계일 수 있고, 자기장의 변화는 자기장의 크기 또는 방향 중 어느 하나 또는 둘 모두의 변화를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는, 자기장의 변화가 휴대용 전자 디바이스의 환형 자기 정렬 컴포넌트에 상보적인 제2 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스가 휴대용 전자 디바이스와 정렬되는 것과 연관된 예상된 변화에 대응하는 경우에 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 추가로 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 판독기 회로는 상이한 유형의 액세서리 디바이스들과 연관된 복수의 동작 모드들에서 동작가능할 수 있고, 제어 회로부는 자력계에 의해 검출된 자기장의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 NFC 판독기 회로에 대한 동작 모드들 중 하나를 선택하도록 추가로 구성된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 NFC 판독기 회로로부터 NFC 태그 데이터를 수신하고 수신된 NFC 태그 데이터에 기초하여 휴대용 전자 디바이스의 거동을 수정하도록 추가로 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 유도 코일과 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이의 간극 내에 위치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함할 수 있고 - 각각의 섹터는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 가짐 -, 제어 회로부는 자기장의 변화가 제2 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스가 휴대용 전자 디바이스와 정렬되는 것과 연관된 예상된 변화에 대응하는 경우에 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 추가로 구성될 수 있으며, 여기서 제2 자기 정렬 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스의 환형 자기 정렬 컴포넌트에 상보적인 4-극 자기 구성을 갖는 제2 환형 자기 정렬 컴포넌트이다.
일부 실시예들에서, 휴대용 전자 디바이스는: 인터페이스 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치된 환형 자기 정렬 컴포넌트; 하우징 내에 배치되고 환형 자기 정렬 컴포넌트와 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 NFC 판독기 회로에 결합되고 인터페이스 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 -; 인터페이스 표면 근처에 그리고 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측에 배치된 자력계; 및 자력계에 결합되고 자력계에 의해 검출된 자기장의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 구성된 제어 회로부를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자력계는 3-축 자력계일 수 있고, 자기장의 변화는 자기장의 크기 또는 방향 중 어느 하나 또는 둘 모두의 변화를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는, 자기장의 변화가 휴대용 전자 디바이스의 환형 자기 정렬 컴포넌트에 상보적인 제2 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스가 휴대용 전자 디바이스와 정렬되는 것과 연관된 예상된 변화에 대응하는 경우에 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 추가로 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 판독기 회로는 상이한 유형의 액세서리 디바이스들과 연관된 복수의 동작 모드들에서 동작가능할 수 있고, 여기서 제어 회로부는 자력계에 의해 검출된 자기장의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 NFC 판독기 회로에 대한 동작 모드들 중 하나를 선택하도록 추가로 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 NFC 판독기 회로로부터 NFC 태그 데이터를 수신하고 수신된 NFC 태그 데이터에 기초하여 휴대용 전자 디바이스의 거동을 수정하도록 추가로 구성될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하며, 각각의 섹터는 방사상 컴포넌트를 갖는 자기 배향을 갖는다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 자기장의 변화가 제2 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리 디바이스가 휴대용 전자 디바이스와 정렬되는 것과 연관된 예상된 변화에 대응하는 경우에 NFC 판독기 회로의 동작을 트리거하도록 추가로 구성될 수 있으며, 여기서 제2 자기 정렬 컴포넌트는 휴대용 전자 디바이스의 환형 자기 정렬 컴포넌트에 상보적인 4-극 자기 구성을 갖는 제2 환형 자기 정렬 컴포넌트이다.
일부 실시예들에서, 액세서리를 식별하는 방법은: 제1 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 휴대용 전자 디바이스에 의해, 제1 환형 자기 정렬 컴포넌트 근처의 자기장을 모니터링하도록 자력계를 동작시키는 단계; 휴대용 전자 디바이스에 의해, 제1 환형 자기 정렬 컴포넌트에 상보적인 제2 환형 자기 정렬 컴포넌트를 갖는 액세서리가 휴대용 전자 디바이스와 근접하게 된 것을 나타내는 자기장의 변화를 검출하는 단계; 및 자기장의 변화를 검출하는 것에 응답하여, 휴대용 전자 디바이스에 의해, 액세서리의 NFC 태그를 판독하기 위해 제1 환형 자기 정렬 컴포넌트와 동축인 NFC 코일을 포함하는 NFC 판독기 회로를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자기장의 변화는 자기장의 크기 또는 방향 중 어느 하나 또는 둘 모두의 변화를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 판독기 회로는 상이한 유형의 액세서리 디바이스들과 연관된 복수의 동작 모드들에서 동작가능하고, 본 방법은 자력계에 의해 검출된 자기장의 변화에 적어도 부분적으로 기초하여 NFC 판독기 회로에 대한 동작 모드들 중 하나를 선택하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 본 방법은 휴대용 전자 디바이스의 디스플레이 상에 디스플레이된 요소를 변경하는 것과 같은, 액세서리의 NFC 태그로부터 판독된 식별 데이터에 기초하여 휴대용 전자 디바이스의 거동을 수정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 충전 모듈은: 충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징(개구는 충전 표면의 반대편에 또는 하우징 상의 다른 곳에 있을 수 있음); 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일을 포함함 -; 하우징 내에 배치되고 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함할 수 있으며, 제어 회로부는 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되며, 여기서 외부 전기 접점들은 하우징의 제2 표면 내의 개구를 통해 노출된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 각각의 섹터는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, 전도성 미드플레이트가 하우징 내에 배치될 수 있다. 미드플레이트는 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 근위 표면 반대편의 원위 표면을 가질 수 있고, 유도 코일 조립체는 미드플레이트의 근위 표면 상에 장착될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 회로 컴포넌트들이 상부에 장착된 로직 보드를 포함할 수 있다. 미드플레이트가 존재하는 경우, 로직 보드는 미드플레이트의 원위 표면 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 미드플레이트는 그를 관통하는 개구를 가질 수 있고, 로직 보드는 미드플레이트 내의 개구를 통해 전기 전도성 코일에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 차폐부는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 원위 표면에 배치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 외부 전기 접점들은 교정 접점을 포함하며, 이는 교정 후에 밀봉재 재료로 덮일 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 유도 코일 조립체는: 전기 전도성 코일과 충전 표면 사이에 배치된 전기 차폐부; 및 전기 차폐부의 반대편에 있는 전기 전도성 코일의 표면을 덮는 전자기 차폐부를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 충전 모듈은: 충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징(개구는 충전 표면의 반대편에 또는 하우징 상의 다른 곳에 있을 수 있음); 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일 및 전자기 차폐부를 포함함 -; 하우징 내에 배치되고 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 하우징 내에 배치되고 유도 코일 조립체와 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 충전 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 -; 및 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함할 수 있으며, 제어 회로부는 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되며, 외부 전기 접점들은 하우징의 제2 표면 내의 개구를 통해 노출될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 각각의 섹터는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 유도 코일 조립체와 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이에(예컨대, 유도 코일 조립체와 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이의 환형 간극 내에) 위치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 전도성 미드플레이트가 하우징 내에 배치될 수 있으며, 미드플레이트는 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 근위 표면 반대편의 원위 표면을 갖는다. 유도 코일 조립체는 미드플레이트의 근위 표면 상에 장착될 수 있으며, 이때 전자기 차폐부는 미드플레이트를 향해 배향된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 로직 보드를 포함할 수 있고, NFC 코일은 로직 보드 내로 종단될 수 있다. 미드플레이트가 존재하는 경우, 로직 보드는 미드플레이트의 원위 표면 상에 장착된다. 예를 들어, 미드플레이트는 그를 관통하는 개구를 가질 수 있고, 로직 보드는 미드플레이트 내의 개구를 통해 전기 전도성 코일에 결합될 수 있다.
일부 실시예들에서, 무선 충전 모듈은: 충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징; 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일 및 전자기 차폐부를 포함함 -; 하우징 내에 배치되고 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 환형 자기 정렬 컴포넌트의 주연부의 외부에서 하우징 내에 배치된 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트; 및 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함할 수 있으며, 제어 회로부는 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되며, 여기서 외부 전기 접점들은 하우징의 제2 표면 내의 개구를 통해 노출된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함할 수 있으며, 각각의 섹터는: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, 전도성 미드플레이트가 하우징 내에 배치될 수 있으며, 미드플레이트는 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 근위 표면 반대편의 원위 표면을 갖는다. 유도 코일 조립체는 미드플레이트의 근위 표면 상에 장착될 수 있으며, 이때 전자기 차폐부는 미드플레이트를 향해 배향된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제어 회로부는 로직 보드를 포함할 수 있다. 미드플레이트가 존재하는 경우, 로직 보드는 미드플레이트의 원위 표면 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 미드플레이트는 그를 관통하는 개구를 가질 수 있고, 로직 보드는 미드플레이트 내의 개구를 통해 전기 전도성 코일에 결합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 회전 정렬 컴포넌트는 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들을 갖는 자석을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 정렬 모듈은: 복수의 아치형 자석들을 포함하는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 및 환형 배열로 아치형 자석들을 둘러싸고 유지하는 봉지 구조체를 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석은: 예를 들어, 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 봉지 구조체는 환형 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 봉지 구조체는 환형 전방 인클로저 및 그의 내측 및 외측 에지들에서 결합되는 환형 배면 인클로저를 포함할 수 있다. 환형 전방 인클로저 및 환형 배면 인클로저는 플라스틱 또는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 환형 전방 인클로저 및 환형 배면 인클로저의 결합은 용접에 의한 것일 수 있거나, 또는 환형 전방 인클로저가 제1 사출 성형 단계에서 형성될 수 있으며, 그 후에 환형 배면 인클로저가 환형 전방 인클로저 상에 사출 성형된다(또는 그 반대일 수 있다). 이들 및 다른 실시예들에서, 봉지 구조체는 환형 전방 인클로저, 환형 후방 인클로저, 환형 내측 면 인클로저 및 환형 외측 면 인클로저를 포함할 수 있고, 여기서 환형 전방 인클로저 및 환형 후방 인클로저는 접착제에 의해 환형 내측 면 인클로저 및 환형 외측 면 인클로저에 결합된다. 이들 및 다른 실시예들에서, 정렬 모듈은 또한: 직사각형 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트를 포함할 수 있고, 봉지 구조체는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측의 고정된 위치에서 직사각형 자석을 유지할 수 있다.
일부 실시예들에서, 정렬 모듈은: 복수의 아치형 자석들을 포함하는 환형 자기 정렬 컴포넌트; 직사각형 자석을 포함하고 환형 자기 정렬 컴포넌트의 주연부 외부에 배치된 회전 정렬 컴포넌트; 및 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 회전 정렬 컴포넌트를 서로에 대해 고정된 공간적 관계로 유지하는 봉지 구조체를 포함할 수 있다. 각각의 아치형 자석은: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 봉지 구조체는: 전방 평면 층; 후방 평면 층; 및 자석-유지 층을 포함할 수 있으며, 자석-유지 층은 환형 자기 정렬 컴포넌트를 수용하기 위한 관통하는 원형 개구 및 직사각형 자석을 수용하기 위한 관통하는 직사각형 개구를 갖는다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자석-유지 층, 아치형 자석들, 및 직사각형 자석은 동일한 두께들 가질 수 있고, 자석-유지 층은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측 영역을 채우는 재료의 디스크를 포함한다. 이들 및 다른 실시예들에서, 제1 접착제 층이 전방 평면 층을 자석-유지 층에 부착할 수 있고, 제2 접착제 층이 후방 평면 층을 자석-유지 층에 부착할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 전방 평면 층 및 후방 평면 층은 둥근 코너들을 갖는 직사각형 층들일 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 봉지 구조체는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측 주연부 내부의 영역을 관통하는 개구를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 정렬 모듈은: 복수의 아치형 자석들을 포함하는 환형 자기 정렬 컴포넌트, 환형 배열로 아치형 자석들을 둘러싸고 유지하는 봉지 구조체; 및 봉지 구조체 내에 배치되고 환형 자기 정렬 컴포넌트와 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합됨 - 을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 각각의 아치형 자석은: 제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역; 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및 내측 아치형 영역과 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, NFC 코일은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측에 배치될 수 있고, 다른 NFC 태그 회로 컴포넌트들은 환형 자기 정렬 컴포넌트의 내측에 그리고 또는 환형 자기 정렬 컴포넌트의 소정 아치형 자석들 사이의 간극들 내에 배치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 봉지 구조체는: 전방 평면 층; 후방 평면 층; 및 자석-유지 층을 포함할 수 있으며, 자석-유지 층은 환형 자기 정렬 컴포넌트(및 NFC 코일)를 수용하기 위한 관통하는 원형 개구를 갖는다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자석-유지 층 및 아치형 자석들은 동일한 두께들을 가질 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 자석-유지 층은 환형 자기 정렬 컴포넌트 및 NFC 코일에 대해 내부에 있는 영역을 채우는 재료의 디스크를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 정렬 모듈은, 직사각형 자석을 포함하고 환형 자기 정렬 컴포넌트의 외측에(또는 주연부의 외부에) 배치된 회전 정렬 컴포넌트를 추가로 포함할 수 있고, 자석-유지 층은 회전 정렬 컴포넌트를 수용하기 위한 관통하는 직사각형 개구를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명이 특정 실시예들에 대하여 기술되었지만, 본 발명은 하기의 청구범위의 범주 내의 모든 수정들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다.
Claims (22)
- 무선 충전 모듈로서,
충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 상기 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일을 포함함 -;
상기 하우징 내에 배치되고 상기 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 상기 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하고, 각각의 섹터는,
제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역;
상기 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및
상기 내측 아치형 영역과 상기 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역(non-magnetized central arcuate region)을 포함함 -; 및
상기 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 상기 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 상기 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 상기 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되고,
상기 외부 전기 접점들은 상기 하우징의 상기 제2 표면 내의 상기 개구를 통해 노출되는, 무선 충전 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 무선 충전 모듈은 상기 하우징 내에 배치된 전도성 미드플레이트를 추가로 포함하며, 상기 미드플레이트는 상기 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 상기 근위 표면 반대편의 원위 표면을 갖고, 상기 유도 코일 조립체는 상기 미드플레이트의 상기 근위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 제어 회로부는 회로 컴포넌트들이 상부에 장착된 로직 보드를 포함하고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트의 상기 원위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제3항에 있어서, 상기 미드플레이트는 관통하는 개구를 갖고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트 내의 상기 개구를 통해 상기 전기 전도성 코일에 결합되는, 무선 충전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 환형 자기 정렬 컴포넌트의 원위 표면에 배치된 환형 자기 차폐부를 추가로 포함하는, 무선 충전 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제2 표면은 상기 충전 표면의 반대편에 있는, 무선 충전 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 외부 전기 접점들은 교정 접점을 포함하고, 상기 교정 접점은 밀봉재 재료로 덮이는, 무선 충전 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 유도 코일 조립체는,
상기 전기 전도성 코일과 상기 충전 표면 사이에 배치된 전기 차폐부; 및
상기 전기 차폐부의 반대편에 있는 상기 전기 전도성 코일의 표면을 덮는 전자기 차폐부를 추가로 포함하는, 무선 충전 모듈. - 무선 충전 모듈로서,
충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 상기 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일 및 전자기 차폐부를 포함함 -;
상기 하우징 내에 배치되고 상기 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 상기 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하고, 각각의 섹터는,
제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역;
상기 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및
상기 내측 아치형 영역과 상기 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함함 -;
상기 하우징 내에 배치되고 상기 유도 코일 조립체와 동축인 근거리 통신(NFC) 코일 - 상기 NFC 코일은 상기 충전 표면을 통해 다른 디바이스와 신호들을 무선으로 교환하도록 구성됨 -; 및
상기 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 상기 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 상기 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 상기 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되고,
상기 외부 전기 접점들은 상기 하우징의 상기 제2 표면 내의 상기 개구를 통해 노출되는, 무선 충전 모듈. - 제9항에 있어서, 상기 NFC 코일은 NFC 태그 회로에 결합되는, 무선 충전 모듈.
- 제9항에 있어서, 상기 NFC 코일은 상기 유도 코일 조립체와 상기 환형 자기 정렬 컴포넌트 사이에 위치되는, 무선 충전 모듈.
- 제9항에 있어서, 상기 무선 충전 모듈은 상기 하우징 내에 배치된 전도성 미드플레이트를 추가로 포함하며, 상기 미드플레이트는 상기 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 상기 근위 표면 반대편의 원위 표면을 갖고, 상기 유도 코일 조립체는, 상기 전자기 차폐부가 상기 미드플레이트를 향해 배향된 채로, 상기 미드플레이트의 상기 근위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제12항에 있어서, 상기 제어 회로부는 로직 보드를 포함하고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트의 상기 원위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제13항에 있어서, 상기 NFC 코일은 상기 로직 보드 내로 종단되는, 무선 충전 모듈.
- 제13항에 있어서, 상기 미드플레이트는 관통하는 개구를 갖고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트 내의 상기 개구를 통해 상기 전기 전도성 코일에 결합되는, 무선 충전 모듈.
- 제9항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제2 표면은 상기 충전 표면의 반대편에 있는, 무선 충전 모듈.
- 무선 충전 모듈로서,
충전 표면 및 관통하는 개구를 갖는 제2 표면을 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 배치된 유도 코일 조립체 - 상기 유도 코일 조립체는 전기 전도성 코일 및 전자기 차폐부를 포함함 -;
상기 하우징 내에 배치되고 상기 유도 코일 조립체를 둘러싸는 환형 자기 정렬 컴포넌트 - 상기 환형 자기 정렬 컴포넌트는 복수의 섹터들을 포함하고, 각각의 섹터는,
제1 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 내측 아치형 영역;
상기 제1 축방향과 반대인 제2 축방향으로 배향된 자기 극성을 갖는 외측 아치형 영역; 및
상기 내측 아치형 영역과 상기 외측 아치형 영역 사이에 배치된 비-자화된 중심 아치형 영역을 포함함 -;
상기 환형 자기 정렬 컴포넌트의 주연부 외부에서 상기 하우징 내에 배치된 자석을 포함하는 회전 정렬 컴포넌트; 및
상기 하우징 내에 배치된 제어 회로부를 포함하며, 상기 제어 회로부는 상기 전기 전도성 코일 및 복수의 외부 전기 접점들에 결합되고, 상기 외부 전기 접점들로부터 수신된 입력 전력을 사용하여 상기 충전 표면을 통해 무선으로 전력을 전달하기 위해 상기 전기 전도성 코일을 동작시키도록 구성되고,
상기 외부 전기 접점들은 상기 하우징의 상기 제2 표면 내의 상기 개구를 통해 노출되는, 무선 충전 모듈. - 제17항에 있어서, 상기 무선 충전 모듈은 상기 하우징 내에 배치된 전도성 미드플레이트를 추가로 포함하며, 상기 미드플레이트는 상기 충전 표면을 향해 배향된 근위 표면 및 상기 근위 표면 반대편의 원위 표면을 갖고, 상기 유도 코일 조립체는, 상기 전자기 차폐부가 상기 미드플레이트를 향해 배향된 채로, 상기 미드플레이트의 상기 근위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제18항에 있어서, 상기 제어 회로부는 로직 보드를 포함하고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트의 상기 원위 표면 상에 장착되는, 무선 충전 모듈.
- 제19항에 있어서, 상기 미드플레이트는 관통하는 개구를 갖고, 상기 로직 보드는 상기 미드플레이트 내의 상기 개구를 통해 상기 전기 전도성 코일에 결합되는, 무선 충전 모듈.
- 제17항에 있어서, 상기 하우징의 상기 제2 표면은 상기 충전 표면의 반대편에 있는, 무선 충전 모듈.
- 제17항에 있어서, 상기 회전 정렬 컴포넌트는 대향하는 자기 배향들의 적어도 2개의 상이한 영역들을 갖는 자석을 포함하는, 무선 충전 모듈.
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