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公開番号2020099193
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200625
出願番号2020009689
出願日20200124
発明の名称ソレノイドを有する無線充電システム
出願人アップル インコーポレイテッド,Apple Inc.
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/10 20160101AFI20200529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】無線で送信された電力を受信した電力を使用して内部バッテリを充電するポータブル電子デバイスへの電力を供給する方法を提供する。
【解決手段】無線電力受信デバイス10は、筐体62及びディスプレイを有する。ディスプレイは、デバイスの前面で筐体内に取り付けられる。デバイスの後面の後部筐体壁62Rは、無線電力受信ソレノイド14を備える。ソレノイドは、長手方向軸に沿って延びる直線状のストリップ形状を有してもよい。長手方向軸は、筐体に結合されたリストストラップに垂直に延びてもよい。無線電力受信ソレノイドは、対向する第1及び第2の端部を有する。無線電力送信デバイスは、無線電力受信ソレノイドがクレードル内にあるときに、無線電力受信デバイスの第1及び第2の端部にそれぞれ無線電力信号を送信するように構成された対向する第1及び第2の端部を有する無線電力送信ソレノイド36を有する。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項1】
対向する前面及び後面を有する無線電力受信デバイスであって、前記無線電力受信デバイスは、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成され、前記無線電力受信デバイスは、
前記後面に後部筐体壁を有する筐体と、
前記前面に前記筐体内に取り付けられたディスプレイと、
前記後面の少なくとも一部を横切って延びて前記無線電力信号を受信するように構成されたソレノイドと、
を備える無線電力受信デバイス。
続きを表示(約 2,200 文字)【請求項2】
前記ソレノイドは、導電ワイヤで巻かれた磁性材料のコアを有するリニアソレノイドを含み、前記ソレノイドは対向する端部を有し、前記ソレノイドは、前記後部筐体壁の少なくとも一部を横切って延び、前記後部筐体壁は、前記端部に凹部を有する、請求項1に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項3】
前記導電ワイヤは、誘電体コーティングを有する金属ストランド、磁気コーティングを有する金属ストランド、矩形断面形状を有する金属ストランド、及び複数の絡み合った金属ストランドから形成された導電ワイヤからなる群から選択された導電ワイヤを含む、請求項2に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項4】
前記コアは、300〜400kHzにおいて少なくとも1000の比透磁率を有する、請求項3に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項5】
前記筐体は金属筐体であり、前記無線電力受信デバイスは、前記金属筐体に結合されたリストストラップを更に備える、請求項4に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項6】
前記金属筐体は、前記後部筐体壁に結合された側壁を有し、前記リストストラップは前記側壁に結合され、前記ソレノイドは、前記リストストラップが結合されて前記リストストラップに対して垂直な前記側壁に平行に延びる、請求項5に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項7】
前記コアは長手方向軸に沿って延び、前記コアは前記長手方向軸に沿った長さ、前記後部筐体壁から離れて延びる厚さ、及び前記後部筐体壁に平行に延びる幅を有し、前記長さは1〜5cm、前記幅は0.3〜1.2cm、及び前記厚さは0.05〜0.2cmである、請求項6に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項8】
前記後部筐体壁は平らであり、前記ソレノイドは前記後部筐体壁に平行な平面内で湾曲する部分を有する、請求項1に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項9】
対向する第1及び第2の端部を有する無線電力受信ソレノイドを有する無線電力受信デバイスに無線電力信号を送信する無線電力送信デバイスであって、前記無線電力送信デバイスは、
前記無線電力受信ソレノイドを受容するように構成された支持構造と、
対向する第1及び第2の端部を有する無線電力送信ソレノイドと、
前記無線電力送信ソレノイドに結合された無線電力送信回路と、
を備え、前記無線電力送信ソレノイドの前記第1及び第2の端部が前記無線電力受信ソレノイドの前記対向する第1及び第2の端部にそれぞれ隣接しているときに、前記無線電力送信回路は前記無線電力送信ソレノイドによって前記無線電力受信デバイスに前記無線電力信号を送信するように構成されている、無線電力送信デバイス。
【請求項10】
前記支持構造は、前記電力受信ソレノイドを受容する凹部を有するクレードルを形成する、請求項9に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項11】
前記クレードルの下にシールド層を更に備える、請求項10に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項12】
前記シールド層は銅板を含む、請求項11に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項13】
前記無線電力送信デバイスを引き付けるように構成された磁石を更に備える、請求項10に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項14】
前記無線電力送信デバイスは、ワイヤで巻かれた磁性材料のU字形コアを含む、請求項9に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項15】
前記無線電力送信デバイスは、ワイヤで巻かれた磁性材料のC字形コアを含む、請求項9に記載の無線電力送信デバイス。
【請求項16】
対向する前面及び後面を有し、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成された無線電力受信デバイスであって、前記無線電力受信デバイスは、
前記後面に金属壁部筐体壁を有する筐体と、
前記筐体内に取り付けられた前記前面のディスプレイと、
前記筐体に結合されたリストストラップと、
前記無線電力信号を受信するように構成された前記金属後部筐体壁によって支持されたソレノイドと、
を備える無線電力受信デバイス。
【請求項17】
前記ソレノイドは、ワイヤで巻かれたストリップ形状コアを含み、前記ストリップ形状コアは、前記リストストラップに垂直に延びる、請求項16に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項18】
前記金属後部筐体壁は外面を有し、前記ソレノイドは前記外面に面する内面を有し、前記内面は誘電体で充填された間隙によって前記外面から分離される、請求項17に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項19】
前記金属後部筐体壁は外面を有し、前記ソレノイドは前記外面に面する内面を有し、前記内面は前記外面と同一面である、請求項17に記載の無線電力受信デバイス。
【請求項20】
前記金属後部筐体壁は外面を有し、前記ソレノイドは前記外面の凹部と同一面になる内面を有する、請求項19に記載の無線電力受信デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本出願は、2017年4月19日に出願された米国特許出願第15/491,893号、及び2016年10月31日に出願された米国特許仮出願第62/415,348号の優先権を主張するものであり、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、概して無線システムに関し、より具体的には、デバイスが無線で充電されるシステムに関する。
続きを表示(約 17,000 文字)【背景技術】
【0002】
無線充電システムでは、充電面又は磁気充電ケーブルを有するデバイスなどの無線電力送信デバイスは、ポータブル電子デバイスに無線で電力を送信することができる。ポータブル電子デバイスは、無線で送信された電力を受信することができ、この電力を使用して内部バッテリを充電するか、又はデバイスに電力を供給することができる。いくつかの状況では、ポータブル電子デバイス及び無線電力送信デバイスが互いに対して向けられている方法及びこれらのデバイス内の無線充電構成要素に使用されている構成のために、所望のレベルの充電効率を達成することは困難であり得る。
【発明の概要】
【0003】
無線充電面を有するデバイス又はクレードル若しくは他の支持構造を有するデバイスなどの無線電力送信デバイスは、無線電力受信デバイスに無線で電力を送信することができる。無線電力受信デバイスは、金属筐体などの筐体を有してもよい。ディスプレイは、デバイスの前面の金属筐体に取り付けられてもよい。デバイスの後面の後部筐体壁は、無線電力受信ソレノイドを備えていてもよい。
【0004】
無線電力受信ソレノイドは、ワイヤで巻かれたフェライトストリップなどの磁性材料から形成されたコアを有することができる。ワイヤは、誘電コーティングを有する固体金属ワイヤ、磁性コーティング層を有する固体金属ワイヤ、矩形断面形状を有する金属ワイヤ、又は絡み合った金属フィラメントから形成されたワイヤから形成されてもよい。
【0005】
ソレノイドは、長手方向軸に沿って延びるリニアストリップ形状を有してもよい。無線電力受信デバイスは、金属筐体の側壁に結合されたストラップを有してもよい。長手方向軸は、ストラップに垂直で、ストラップが結合される側壁に平行な方向に延びることができる。
【0006】
無線電力受信ソレノイドは、対向する第1及び第2の端部を有することができる。いくつかの配置では、無線電力送信デバイスは、無線電力受信ソレノイドがクレードル内に受容されているときに、無線電力受信ソレノイドの第1及び第2の端部にそれぞれ無線電力信号を送信するように構成された対向する第1及び第2の端部を有する無線電力送信ソレノイドを有することができる。無線電力受信デバイスは、無線電力受信ソレノイドを使用して、無線充電マット又は無線充電面から無線電力信号を放出する他の無線電力送信デバイスから電力を受信することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
いくつかの実施形態に係る、例示的な無線充電システムの模式図である。
一実施形態に係る、無線充電面を形成する無線電力送信デバイスを有する例示的な無線充電システムの上面図である。
一実施形態に係る、無線充電面用の無線電力送信コイルの例示的なアレイの図である。
一実施形態に係る、無線充電され得る腕時計などの例示的なポータブル電子デバイスの斜視図である。
一実施形態に係る、無線電力受信デバイスで使用される例示的な無線電力受信ソレノイドの斜視図である。
一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。
一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。
一実施形態に係る、無線電力送信及び無線電力受信ソレノイドを形成するのに使用され得る例示的な導電ストランドの材料の断面側面図である。
一実施形態に係る、無線電力送信コイルのアレイを有する例示的な無線電力送信デバイスの無線充電面上に水平に置かれた例示的な無線電力受信デバイスの断面側面図である。
一実施形態に係る、図9の例示的な無線電力送信デバイスの無線充電面上に垂直に置かれた例示的な無線電力受信デバイスの断面側面図である。
一実施形態に係る、コイルのアレイを有する無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信する例示的な無線電力受信デバイスの斜視図である。
一実施形態に係る、例示的なC字型無線電力送信ソレノイドの第1及び第2の端部それぞれから無線電力信号を受信する第1及び第2の端部を有する例示的なリニア無線電力受信ソレノイドの断面側面図である。
一実施形態に係る、無線電力受信ソレノイドの第1及び第2の端部が無線電力送信ソレノイドの第1及び第2の端部それぞれに隣接するように配置された、例示的なリニア無線電力受信ソレノイド及び例示的なリニア無線電力送信ソレノイドの断面側面図である。
一実施形態に係る、リニア無線電力受信ソレノイド及びU字型電力送信ソレノイドを有する例示的なシステムの断面側面図である。
一実施形態に係る、後部筐体表面から盛り上がった位置に取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。
一実施形態に係る、後部筐体表面と同一平面にある位置に、取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。
一実施形態に係る、後部筐体面の少なくともいくつかの部分に対して凹んだ位置に取り付けられたソレノイドを有する例示的な電力受信デバイスの断面側面図である。
一実施形態に係る、無線電力送信ソレノイドを有する無線電力送信デバイスのための例示的なクレードルの斜視図である。
一実施形態に係る、時計筐体上に無線電力受信ソレノイドが嵌合されたた図18の例示的なクレードルの斜視図である。
一実施形態に係る、時計上の無線電力受信ソレノイドに結合されている例示的な無線電力送信デバイスの斜視図である。
一実施形態に係る、時計上の無線電力受信ソレノイドに結合されている例示的な無線電力送信デバイスの斜視図である。
一実施形態に係る、無線電力伝送性能を向上させるための、時計筐体の後面上の細長いストリップ形状(リニア)無線電力受信ソレノイドの対向する端部に隣接する後部筐体壁凹部を有する例示的な時計筐体の後面斜視図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
一実施形態に係る、例示的な構成の無線充電ソレノイドを有する例示的な時計の後面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
無線電力システムは、無線充電マット、無線充電パック、無線充電スタンド、無線充電テーブル、又は他の無線電力送信機器などの無線電力送信デバイスを有することができる。無線電力送信デバイスは、無線電力受信デバイスに無線電力を送信するのに使用される1つ以上のコイルを有することができる。いくつかの構成では、コイルは、細長いソレノイドを使用して実装され得る。無線電力送信ソレノイドは、例えば、磁気充電ケーブル、スタンド、又はクレードルなどの支持構造を含む他の機器を有する無線電力送信機器に使用され得る。他の構成では、無線電力送信デバイス用の無線充電面を形成する際に平面コイルのアレイを使用することができる。無線電力受信デバイスは、セルラー電話、時計、メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ、イヤホン、リモートコントロール、ラップトップコンピュータ、又は他のポータブル電子デバイスであってもよい。無線電力受信デバイスは、無線電力送信デバイスによって送信された無線電力信号を受信する無線電力受信ソレノイドを有することができる。
【0009】
動作中、無線電力送信デバイスは、1つ以上の無線電力送信コイルに交流信号を供給することができる。これにより、コイルに交流電磁信号(無線電力信号と呼ばれることもある)を無線電力受信デバイスに送信させる。無線電力受信デバイスは、送信された無線電力信号を受信するための細長い無線電力受信ソレノイドなどの1つ以上のコイルを有することができる。
【0010】
1つの例示的な構成では、無線電力受信デバイスは、ソレノイドを形成する磁気コアのワイヤを有する細長いコイルを有することができる。無線電力送信デバイスが、時計などの無線電力受信デバイスの無線電力受信ソレノイドに無線電力を供給する無線電力送信ソレノイドを有するコイルのアレイ又はクレードル又は他の構造を有する無線充電面を有する構成は、本明細書では一例として記載されることがある。しかしながら、これは単なる例示である。任意の適切な構成を無線電力送信デバイスに使用することができ、所望であれば、無線電力受信デバイスの任意の適切な構成を使用することができる。
【0011】
例示的な無線電力システム(無線充電システム)を図1に示す。図1に示すように、無線電力システム8は、無線電力送信デバイス12などの無線電力送信デバイスを含むことができ、1つ以上の無線電力受信デバイス10を含むことができる。
【0012】
電力送信デバイス12は、ケーブルを使用して電源アダプタ回路に結合されたスタンドアロンの電源アダプタ又は機器であってもよい。デバイス12は、無線充電面として機能する平面誘電体層の下に取り付けられたコイルのアレイを有する無線充電マットであってもよく、充電ケーブルを有するデバイス(例えば、無線電力送信コイルを有するパックを有する磁気充電ケーブル及び、無線電力受信デバイスにそのパックを結合するための磁石)、スタンド(例えば、ドック)、コイルのアレイを有するテーブル、若しくは電源アダプタ回路を含む他のデバイスを有するデバイスであってもよく、ケーブルによって電力アダプタ若しくは他の機器に結合される無線充電クレードル若しくは他の無線電力伝送構成要素を含んでもよく、ポータブルデバイスであってもよく、家具、車両、又は他のシステムに組み込まれた機器であってもよく、又は他の無線電力伝送機器であってもよい。無線電力送信デバイス12が、無線充電面を有する無線充電デバイス又はドック若しくは他のスタンド内のケーブル若しくはクレードル上のパックに組み込まれ得るタイプの無線充電クレードルである、例示的な構成が例として本明細書に記載されることもあり得る。
【0013】
システム8における各電力受信デバイス10は、腕時計、セルラー電話、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、又は他の電子機器などのポータブル電子デバイスであってもよい。電力送信デバイス12は、交流電源50(例えば、ライン電力又は他の主電源を供給する壁コンセント)などの交流電圧源に接続されてもよく、電力を供給するためのバッテリ38などのバッテリを有してもよく、及び/又は別の電源を有してもよい。電力送信デバイス12は、主電源又は他の電源からの電力を、制御回路42及びデバイス12内の他の回路に電力を供給するのに使用されるDC電力に変換するためのAC−DC電力変換器40などの電力変換器を有してもよい。
【0014】
動作中、制御回路42のコントローラは、無線電力送信回路34及び回路34に結合された1つ以上のコイル(単数又は複数)36を使用して、交流電磁信号48をデバイス10に送信し、それによって無線電力をデバイス10の電力受信回路46に送ることができる。電力送信回路34は、コイル(単数又は複数)36を介してAC電流信号を生成するために制御回路42によって提供される制御信号に基づいてオン及びオフされるスイッチング回路(例えば、トランジスタ)を有することができる。AC電流がコイル(単数又は複数)36を通過すると、受信デバイス10内の無線電力受信回路46に結合された対応するコイル(単数又は複数)14によって受信される交流電磁場(無線電力信号48)が生成される。交流電磁界がコイル14によって受信されると、対応する交流電流及び電圧がコイル14に誘導される。回路46内の整流器回路は、コイル(単数又は複数)14からの受信交流信号(無線電力信号に関連した受信交流電流及び電圧)をデバイス10に給電するためのDC電圧信号に変換することができる。DC電圧は、ディスプレイ52、タッチセンサ構成要素及び他のセンサ54(例えば、加速度計、力センサ、温度センサ、光センサ、圧力センサ、ガスセンサ、湿度センサ、磁気センサなど)、送信器12及び/又は他の機器の制御回路42と無線通信するための無線通信回路56、オーディオ構成要素、及び他の構成要素(例えば、入出力装置22及び/又は制御回路20)などのデバイス10内の構成要素に給電するのに使用されてもよく、バッテリ18などのデバイス10内の内部バッテリを充電するのに使用されてもよい。
【0015】
デバイス12及び10は制御回路42及び20を含み得る。制御回路42及び20は、記憶装置を含むことができ、マイクロプロセッサ、電力管理ユニット、ベースバンドプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、及び/又は処理回路を有する特定用途集積回路などの処理回路を含むことができる。制御回路42及び20は、システム8において所望の制御及び通信機能を実現するための命令を実行するように構成されてもよい。例えば、制御回路42及び/又は20は、電力送信レベルの決定、センサデータの処理、ユーザ入力の処理、送信回路34からの無線結合効率に関する情報などの他の情報の処理、受信回路46からの情報の処理、無線充電動作を開始及び停止する時期を決定するための回路34及び/又は46からの情報の使用、充電周波数、マルチコイルアレイにおけるコイル割り当て、及び無線電力送信レベルなどの充電パラメータの調整、並びに他の制御機能の実行、において使用され得る。制御回路42及び/又は20は、ハードウェア(例えば、専用ハードウェア又は回路)及び/又はソフトウェア(例えば、システム8のハードウェア上で動作するコード)を使用してこれらの動作を実行するように構成され得る。これらの動作を実行するためのソフトウェアコードは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体(例えば、有形のコンピュータ可読記憶媒体)に記憶されてもよい。ソフトウェアコードは、ソフトウェア、データ、プログラム命令、命令、又はコードと呼ばれることもあり得る。非一時的コンピュータ可読記憶媒体としては、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)などの不揮発性メモリ、1つ以上のハードドライブ(例えば、磁気ドライブ又はソリッドステートドライブ)、1つ以上のリムーバブルフラッシュドライブ若しくは他のリムーバブル媒体、他のコンピュータ可読媒体、又はこれらのコンピュータ可読媒体の組み合わせを挙げることができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたソフトウェアは、制御回路42及び/又は20の処理回路上で実行されてもよい。処理回路は、処理回路を有する特定用途集積回路、1つ以上のマイクロプロセッサ、又は他の処理回路を含み得る。
【0016】
デバイス12及び/又はデバイス10は、帯域内通信又は帯域外通信を使用して無線通信することができる。デバイス10及び12により、例えば、制御回路42及び20(及び/又は図1の回路56などの無線通信回路)内に無線送受信機回路を有することができ、デバイス10と12の間で信号の無線送信が可能になる(例えば、アンテナを使用して、コイル36及び14を使用してなど)。
【0017】
1つの例示的な構成では、無線送信デバイス12は、無線充電面にわたって無線電力を供給するコイルのアレイを有する無線充電マット又は他の無線電力送信機器である。このタイプの構成を図2に示す。図2に示すように、無線電力受信デバイス10は、充電中に1つ以上のコイル36の上に配置され得る。コイル36は、任意の適切なタイリングパターン(長方形、六角形など)で充電面を横切って配置され得る。一例として、コイルアレイは、重なり合わない長方形のタイル位置にそれぞれ配置されたコイル36の行及び列を有してもよく、コイルアレイは、2つ以上の互い違いのアレイのコイル36の矩形のタイル状の行及び列を有してもよく、各六角形のタイルがそれぞれ重なり合わないコイル36を含むパターンなどの六角形のタイル状の配列パターンのコイル36を有してもよく、又は2つ以上、若しくは3つ以上の重なり合う六角形のタイル状のコイルのセットに配置されてもよい。六角形のタイル状のコイル36の3つの互い違いのセット(アレイ)に基づいた例示的なコイルアレイ構成を図3に示す。図3のデバイス12の例示的なコイルアレイは、充電マット又は充電面を有する他のデバイスに結合されてもよく、六角形タイル状コイル36Aの第1層、六角形タイル状コイル36Bの第2層及び六角形タイル状コイル36Cの第3層を有し得る。動作中、デバイス10の制御回路42は、デバイス12によって使用されている送信コイルとデバイス10の受信コイル(単数又は複数)14の間の重なりを最適化するために、交流信号をこれらの3つの重なり合う層及び互い違いの層のうちの所望の1つのコイルに送るように、回路34に指示することができる。
【0018】
図4は、電力受信デバイス10は腕時計デバイスである例示的な構成の、電力受信デバイス10の斜視図である。この例では、デバイス(時計)10は、時計筐体62の左右の側壁に結合されたストラップ60などのストラップを有する。ストラップ60は、スプリング式ピンを使用して、クリップを使用して、ねじ若しくは他の留め具を使用して、ストラップ60の一部を筐体62のスロット若しくは他の開口部に通すことによって、接着剤を使用して、ストラップ及び筐体62を共通構造の部分として形成することによって、他の結合技術を使用して、又はこれらの技術の組み合わせを使用して、筐体62に結合され得る。ストラップ60は、ストラップ60が使用者の手首の周囲に固定されることを可能にするクラスプ64などのクラスプを有することができる。所望であれば、クラスプのない弾性ストラップ及び他の締結機構を有するストラップも使用することができる。
【0019】
筐体62は、金属(アルミニウム、ステンレス鋼、金など)、ガラス、炭素繊維複合材料及び他の繊維複合材料、ポリマ(プラスチック)、セラミック、他の材料、並びに/又はこれらの材料の組み合わせなどの1つ以上の材料から形成され得る。筐体62は、正方形の輪郭又は他の矩形の輪郭(上から見てフットプリント)を有してもよく、又は円形の輪郭、楕円形の輪郭などを有してもよい。ディスプレイ66は、筐体62の前面に取り付けられてもよく、ボタン68などのボタン(例えば、時計クラウンなど)は、筐体62の側壁又は他の部分に取り付けられてもよい。筐体62の対向する後面は、金属後部筐体壁構造又は他の適切な筐体壁構造から形成されてもよく、光放射及び/又は光検出を受け入れるための窓が設けられてもよく、及び/又はデバイス12から無線電力を受信するためのソレノイド(コイル)14が設けられてもよい。
【0020】
デバイス10の筐体62の後面上のソレノイドは、図5の例示的なソレノイド14によって示されるタイプのリニア構成を有することができる。図5のソレノイド14は、複数ターンのワイヤ14Wで巻かれたストリップ形状のソレノイドコア14Cなどの細長いリニアコアを有する。コア14Cは、比較的高い比透磁率を有する磁性材料から形成され得る。例えば、無線電力送信回路34及び無線電力受信回路46が約300〜400kHzの交流周波数で動作する構成では、コア14Cの比透磁率は、300〜400kHzで1000〜5000、300〜400kHzで少なくとも1000、300〜400kHzで2000〜6000、又は300〜400kHzで6000未満であり得る。所望であれば、コア14Cの比透磁率はより低くてもより高くてもよい。一例として、回路34及び46がより高い周波数(たとえば6MHz)で動作するように構成されている場合、コア14Cの比透磁率は6MHzで100であり得る。コア14Cは、フェライト(例えば、マグネシウム亜鉛フェライト)又は他の適切な磁性材料から形成されてもよい。コア14Cは、長手方向軸70に沿って延びていてもよい。ソレノイド14の長さLは、2.4cm、1〜10cm、1〜5cm、2〜5cm、1〜3cm、0.5cm超、4cm未満、又は他の適切な長さであり得る。コア14Cの幅Wは、0.6cm、0.3〜1.2cm、0.3〜1cm、0.2〜1.5cm、少なくとも0.2cm、少なくとも0.3cm、1.2cm未満、2cm未満、4cm未満、又は他の適切な幅であってもよい。コア14Cの厚さTは、1mm、0.5〜2mm、3mm未満、5mm未満、0.2mm超、1mm超、0.1cm、0.05〜0.2cm、少なくとも0.05cm、0.4cm未満、又は他の適切な厚さであってもよい。ソレノイド14は、細長いリニア(ストリップ形状)ソレノイドであってもよく、コア14Cは、長手方向軸に沿って線状に延びてもよい。厚さTは、筐体62の後部筐体壁から外向きに延びてもよい。幅Wは、筐体62の後部筐体壁の表面に対して平行していてもよい。1つの例示的な構成では、幅Wは厚さTよりも少なくとも4倍大きく、長さLは幅Wの少なくとも4倍である。所望であれば、ソレノイド14に他の構成が使用され得る。ソレノイド14の長手方向軸は、ストラップ60が結合される筐体62の対向する左右の側壁に平行に延びてもよい。
【0021】
ワイヤ14Wは、固体の銅線又は他の適切な材料の導電性ストランドから形成され得る。コア14C(長手方向軸70)の周囲に巻かれるワイヤ14Wには、2〜100、10超、40超、120超、300未満、150未満、75未満、又は他の適切なターン数があり得る。ワイヤ14Wの直径は、0.1mm、0.05〜0.2mm、0.03mm超、0.08mm超、0.3mm未満、1mm未満、又は他の適切な直径であり得る。
【0022】
図6は、ワイヤ14Wが、層14W−2などの1つ以上のコーティング層でコートされたコア14W−1などの固体コアを有し得る方法を示す。一般に、ワイヤ14Wは、コア14W−1を含む1つ以上、2つ以上、3つ以上、又は4つ以上の層を有してもよく、これらの層は誘電体及び/又は導体であってもよい。一例として、コア14W−1は銅であってもよく、コーティング14W−2は鉄などの磁性材料であってもよい。別の例として、コア14W−1は銅などの金属であってもよく、コーティング14W−2はポリマコーティング又は他の誘電コーティングであってもよい。ストランド14Wの側部が平らであって、コア14C(例えば、矩形断面形状を有する図7のストランド14W)の周囲に高密度のターンを可能にするのに役立ち、複数のより小さいストランド14W’が撚り合わされてストランド14Wを形成する(図8参照)ような構成も使用され得る。
【0023】
いくつかの状況では、ユーザは、筐体62の前面又は後面が充電面上で平らになるように、筐体62を充電面上に配置することができる。図9に示すように、例えば、筐体62の前面及び後面がそれぞれデバイス12の充電面に平行な平面内(X−Y平面に平行)にあるように筐体62を配置することができる。この構成では、コイル(単数又は複数)36からの磁界Bは、ソレノイド14を通って横方向(図9の構成では水平方向)に通過することができる。
【0024】
いくつかのシナリオでは、ユーザは、図10に示すように、無線充電面上にその側部に筐体62を配置することができる。例えば、ユーザが時計を取り外すとき、ユーザは充電面上に時計を置くことができるので、リストストラップ60に最も隣接する筐体62の側壁(図10の例では筐体62の垂直に延びる側壁)は、無線デバイス12の充電面の表面法線nに平行に(垂直Z軸に沿って)向けられるようになる。ストラップ60は、充電面に平行に延びてもよく、表面法線nに対して垂直であってもよい。いくつかの状況では、例えば、バンド60がエラストマループであってクラスプを有しない場合、ユーザが筐体62の後面を充電面上に配置することは不可能であり、したがってデバイス10の最も可能性の高い方向は、図10に示される方向であり得る。デバイス筐体62が筐体端部上に置かれているこの方向では、コイル(単数又は複数)36からの磁界Bはソレノイド14を通って(図10の軸Zに沿って)通過することができる。
【0025】
図9及び図10の例におけるソレノイド14などの後部に取り付けられたソレノイドの使用は、デバイス10が、デバイス12の充電面の下に形成されたコイルアレイに対してソレノイド14(長手方向軸70)の水平(平行)及び垂直(直角)方向の両方で満足できる無線電力を受信することを可能にする。図9及び図10のシナリオにおけるデバイス12とデバイス10の間の結合効率は、例えば、5%〜25%、4%超、30%未満、又は他の適切な値であってもよい。コイル36は、任意の適切な形状及びサイズを有することができる。例えば、コイル36は、(図3に関連して説明したように)3つの互い違いの層における六角形のタイル状のコイルであってもよく、コイルの直径は1〜10cm、2〜5cm、2〜4cm、2〜3cm、0.5cm超、15cm未満、又は他の適切なコイル直径値を有することができる。
【0026】
図11は、ソレノイド14がデバイス12の表面(X−Y平面)に対して垂直に配向されている、例示的な構成のデバイス10の斜視図である。図11に示すように、ソレノイド14は、筐体62の後壁62Rの一部又は全部にわたって延びる細長い形状(例えば、細長いストリップ形状)を有してもよい。ソレノイド14が時計筐体62内の他の場所に取り付けられている構成も使用され得る。
【0027】
充電の間、ソレノイド14をデバイス12内の充電クレードル内に配置することが望ましいであろう。デバイス12内のクレードルは、例えば、図12の例示的なC字形ソレノイド36などの単一の無線電力送信コイルを有することができる。図12に示すように、ソレノイド36は、この例示的な構成では、磁気コア36Cの周囲に巻かれた複数ターンのワイヤ36W(例えば、ソレノイド14のワイヤ14Wなどのワイヤ)を有することができる(例えば、ソレノイド14のコア14Cを形成するのに使用される材料及び構造を参照)。無線電力送信ソレノイド36のこのタイプの構成は、無線充電パック、スタンド、ケーブルの端部に繋がれたパック若しくは他のデバイス、又は他の無線電力送信デバイス12で使用することができる。図12に示すように、コア36CのC字形状により、無線電力送信ソレノイド36の端部(例えば、コア36Cの端部72)をコア14Cの端部74(例えば、ソレノイド14の対向端部)に隣接して配置することが可能になり、それによってC字形ソレノイド36からの磁界Bがソレノイド14に収束する効率が向上する。
【0028】
所望であれば、図13に示すように、ソレノイド36はリニアソレノイドコアから形成されてもよく、ソレノイド14はリニアソレノイドコアから形成されてもよい。ソレノイド36及び14が細長いリニアソレノイドであるこのタイプの構成では、電力送信ソレノイド36の対向する端部を電力受信ソレノイド14の対応する端部に隣接して配置して電力伝達効率を高めることができる。図13のソレノイド36は、デバイス12内のクレードルなどの支持構造に取り付けられてもよい。図13のソレノイド14は、デバイス10の後面の筐体62に取り付けられてもよい。
【0029】
図14は、無線電力送信デバイス12がU字形無線電力送信ソレノイド36を有する例示的な構成のシステム8の側断面図である。無線電力受信ソレノイド14は、U字形の動力送信ソレノイド36の対向する端部間に形成されたキャビティ内に受容されるリニアソレノイドであってもよい。図12及び図13のソレノイド無線電力送信構成と同様に、無線電力送信ソレノイドの端部が無線電力受信ソレノイドの対応する端部に隣接するように、ソレノイド14がクレードル凹部又は他の支持構造体キャビティ内に受容されているときに、電力を無線送信することができる。磁石82及び84(及び/又は鉄棒若しくは他の磁性部材)を使用することができ、デバイス12に対してデバイス10を一時的に保持するのを助ける(例えば、ソレノイド14が、U字型ソレノイド36から形成されたクレードル内にある間、又は他の適切な形状の無線電力送信ソレノイドを有するクレードル内にある間)。所望であれば、シールド層80などのシールド層をソレノイド36の下に形成することができる。層80は、例えば、銅又は他の金属の層であってもよい。図12、13及び14に示されるデバイス12用のソレノイドベースのコイル36は、ケーブルの端部に繋がれたパック又は他の構造内にソレノイド14を受容するクレードルに、スタンド内にソレノイド14を受容するクレードルに、又は筐体62の後部筐体壁62R上にソレノイド14を受容するように構成された他の機器に、組み込まれてもよい。
【0030】
ソレノイド14は、ソレノイド14が後部筐体壁62Rの最外面から盛り上がった位置でデバイス10に組み込まれてもよい。例えば、誘電材料62D(ポリマ、セラミック、ガラスなど)を使用して、図15に示すタイプの位置にソレノイド14を保持することができ、ソレノイド14は、デバイス10の筐体62の平らな後面62Rから離間している。図16は、ソレノイド14が筐体62の外面と同一平面に取り付けられている構成のデバイス10の側断面図である。図16に示すように、筐体62に面するソレノイド14の内面14’は、筐体62の平らな後部筐体壁の外向きの(外側の)面62Rと同一平面にすることができる。
【0031】
図17は、後部筐体面62Rの領域62R’などの部分が、残りの後面62Rの下方にどのように凹んでいるかを示している。内側ソレノイド面14’は、凹面62Rと同一平面上にあってもよく、したがって、内側面14’を、後面62Rの一部又は全部の平面部分に対して凹ませてもよい。図17に示される凹んだソレノイド14は、デバイス10の美観を高めるのに役立つであろう。凹部(例えば、ノッチ)は、筐体62がソレノイド14との磁場結合を妨げないように、筐体62内に形成されてもよい。所望であれば、ソレノイド14は、後部筐体壁62Rの内面上に、又はそれに隣接して取り付けられてもよい(例えば、壁62Rのすべて又は壁62R内の窓がプラスチック、ガラス、サファイア若しくは他の結晶材料、又は他の誘電材料から形成されている場合)。壁62Rの外面上の構成に取り付けられる場合のように、ソレノイド14は、デバイス10の後面を横切って延びることができる(例えば、ソレノイド14は、後部筐体壁62Rの外面に平行な平面内にあるストリップ形状ソレノイドであり得る)。
【0032】
図15、16及び17に示すように、誘電体80は、ソレノイド14の一部又は全部を覆うことができ(例えば、後部筐体壁を形成する誘電材料及び/又はプラスチック、ガラス、セラミックなどの層などの充填材又はコーティングはソレノイド14を覆うことができる。)、環境シールを提供し、デバイス10の外観を向上させる。筐体62の一部を形成すると見なされ得る誘電体80は、ソレノイド14が、図12、13、若しくは14に示されるタイプのソレノイド、又は他の適切な無線電力送信ソレノイド36を有する充電クレードル内に受容されることを可能にするように構成され得る。
【0033】
図18に示すように、ソレノイド36はデバイス12のクレードル90に取り付けられてもよい。クレードル90は、銅クレードル構造、他の金属クレードル構造、又は他の支持構造などの支持構造92を有してもよい。ソレノイド36は、リニアソレノイド、U字形ソレノイド、C字形ソレノイドであってもよく、又は他の適切なソレノイド構成を有してもよい。支持構造92は、パック、スタンド、充電マット、又は他の無線電力送信デバイス12の一部を形成することができる。図18の例では、ソレノイド36は、ソレノイド端部36Eがキャビティ(凹部)94の対向する端部に位置するように構成されている(例えば、図18のソレノイド36はU字形又はC字形を有する)。キャビティ94は、図19のデバイス10及びクレードル90の斜視図に示されるように、デバイス10のソレノイド14を受容するように構成されている。
【0034】
所望であれば、シールド層をデバイス12内に形成してもよい。例えば、図20及び21に示すように、ソレノイド36は、ソレノイド14の対応する端部と嵌合するように構成された対向する端部36Eを有してもよい。デバイス12(図21)に取り付けられたとき、シールド層96は、ソレノイド36の下に位置することができる。シールド層96は、銅板又は他のシールド材料(例えば、他の金属など)の層から形成することができる。ソレノイド36の下(例えば、ソレノイド36を支持するクレードル又は他の構造の下など)の金属シールドの存在は、ソレノイド14と36の間の結合を改善するのに役立ち、電力伝達効率を改善するのに役立ち得る。
【0035】
図22は、後部筐体壁62Rに(例えば、デバイス10の後面の一部又は全部を覆う壁62Rの平面部分に)凹部62R’を形成する方法を示す。後部筐体壁62Rの凹部62R’などの筐体62の凹部は、細長いソレノイド14の対向する端部14Eに隣接して形成され得る。これにより、磁界が端部14Eに収束する能力が高まり、したがって結合及び充電(電力伝達)効率が向上する。
【0036】
ソレノイド14の追加の例示的な構成が、図23、24、25、26、27、28、29、及び30に示されている。これらの例示的な構成では、ワイヤ14Wのターンの第1及び第2のセットが、コア14Cの第1及び第2のそれぞれの部分に形成される。これにより、ソレノイド14の第1及び第2ソレノイド部が形成され、それらは一緒に(例えば、直列に)又は独立に(例えば、結合効率のより高いソレノイド部を使用に切り換えるとともに、結合効率のより低いソレノイド部を不使用に切り替えるなどによって)操作され得る。ソレノイド24は、ストリップ形状(少なくとも厚さの5〜20倍の長さ、少なくとも幅の3〜10倍の幅など)であるとともに、デバイス10の後面を横切って筐体62の後壁面に平行に延びる、その長さの少なくとも一部に沿って湾曲してもよい。コア14Cは、デバイス10の後面の平面に平行な平面にとどまるとともに、その長さに沿って湾曲していてもよく、所望であれば、直線及び曲線セグメントの両方を有してもよい。ソレノイド14は、後部筐体壁62Rの内側又は外側でデバイス10の後面を横切って延びてもよく、所望であれば、面62Rと同一面であってもよく、面62Rから盛り上がっていてもよく、又は面62Rの凹部にあってもよい。巻線14Wで巻かれたコア14Cの部分は、直線状であってもよく、図30に示すように、湾曲していてもよい。所望であれば、コア14Cは、主に又は専らワイヤ14W内に存在してもよい(例えば、図31及び図32の配置を参照)。このタイプの構成では、コア14Cは、ワイヤ14W内から突出せずにワイヤ14W内に存在してもよく、又はワイヤ14W内からわずかに突出してもよい。このタイプのコア及び巻線配置を使用して形成されたソレノイドは、所望であれば、直線状であってもよく、垂直に又は水平に(例えば、図4のストラップ60に平行又はストラップ60に直交)向いてもよい。所望であれば、ソレノイド14に他の構成を使用することができる。図23、24、25、26、27、28、及び29の配置は例示的なものである。
【0037】
本発明の一実施形態によれば、対向する前面及び後面を有する無線電力受信デバイスであって、その無線電力受信デバイスは、無線電力送信デバイスから無線電力信号を受信するように構成され、後面に後部筐体壁を有する筐体、前面に筐体内に取り付けられたディスプレイ、及び後面の少なくとも一部を横切って延びて無線電力信号を受信するように構成されたソレノイドを含む無線電力受信デバイスが提供される。
【0038】
別の実施形態によれば、ソレノイドは、導電ワイヤで巻かれた磁性材料のコアを有するリニアソレノイドを含み、ソレノイドは対向する端部を有し、ソレノイドは後部筐体壁の少なくとも一部を横切って延び、後部筐体壁は端部に凹んだ部分を有する。
【0039】
別の実施形態によれば、導電ワイヤは、誘電体コーティングを有する金属ストランド、磁気コーティングを有する金属ストランド、矩形断面形状を有する金属ストランド、及び複数の絡み合った金属ストランドから形成された導電ワイヤからなる群から選択された導電ワイヤを含む。
【0040】
別の実施形態によれば、コアは300〜400kHzで少なくとも1000の比透磁率を有する。
【0041】
別の実施形態によれば、筐体は金属筐体であり、無線電力受信デバイスは、金属筐体に結合されたリストストラップを更に備える。
【0042】
別の実施形態によれば、金属筐体は、後部筐体壁に結合された側壁を有し、リストストラップは側壁に結合され、ソレノイドは、リストストラップが結合され、リストストラップに対して垂直に、側壁に対して平行に延びる。
【0043】
別の実施形態によれば、コアは長手方向軸に沿って延び、コアは長手方向軸に沿った長さ、後部筐体壁から離れて延びる厚さ、後部筐体壁に平行に延びる幅を有し、長さは1〜5cm、幅は0.3〜1.2cm、厚さは0.05〜0.2cmである。
【0044】
別の実施形態によれば、後部筐体壁は平らであり、ソレノイドは後部筐体壁に平行な平面内で湾曲する部分を有する。
【0045】
一実施形態によれば、対向する第1及び第2の端部を有する無線電力受信ソレノイドを有する無線電力受信デバイスに無線電力信号を送信するように構成された無線電力送信デバイスであって、電力受信ソレノイドを受容するように構成された支持構造、対向する第1及び第2の端部を有する無線電力送信ソレノイド、及び無線電力送信ソレノイドに結合された無線電力送信回路を含む無線電力伝送デバイスが提供され、ここで無線電力送信回路は、無線電力送信ソレノイドの第1及び第2の端部は無線電力受信ソレノイドの対向する第1及び第2の端部にそれぞれ隣接しているとき、無線電力送信ソレノイドを用いて無線電力受信信号を無線電力受信デバイスに送信するように構成される。
【0046】
別の実施形態によれば、支持構造は、電力受信ソレノイドを受容する凹部を有するクレードルを形成する。
【0047】
別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、クレードルの下にシールド層を含む。
【0048】
別の実施形態によれば、シールド層は銅板を含む。
【0049】
別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、無線電力送信デバイスを引き付けるように構成された磁石を含む。
【0050】
別の実施形態によれば、無線電力送信デバイスは、ワイヤで巻かれた磁性材料のU字形コアを含む。
(【0051】以降は省略されています)

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