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公開番号2021058083
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2020160758
出願日20200925
発明の名称電子デバイス用のNFCを有する磁気整列システム
出願人アップル インコーポレイテッド,Apple Inc.
代理人特許業務法人大塚国際特許事務所,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/90 20160101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】デバイス間の効率的な無線電力伝送を可能にする電子デバイス用のNFCを有する磁気整列システムを提供する。
【解決手段】磁気整列システム300は、一次環状磁気整列構成要素316及び二次環状磁気整列構成要素318を含む。一次整列構成要素は、第1の軸方向に磁気配向を有する内側弓状磁気領域352と、第1の方向とは反対の第2の軸方向に磁気配向を有する外側弓状磁気領域354と、一次内側弓状領域と一次外側弓状状領域との間に配置された非中央非磁化領域356と、を含む。二次環状磁気整列構成要素は、径方向成分を有する磁気配向を有する。回転磁気整列構成要素及び/又はNFCコイル及び回路などの追加的特徴を含む。
【選択図】図3A
特許請求の範囲【請求項1】
ポータブル電子デバイスであって、
境界面を有する筐体と、
前記筐体内に配置され、前記境界面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、前記境界面を介して無線で電力を伝送するように構成されている、誘導コイルと、
前記誘導コイルと同軸で外側の前記筐体内に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが径方向成分を有する磁気配向を有する、環状磁気整列構成要素と、
前記筐体内に配置されており、前記誘導コイルと同軸に配置された近距離通信(NFC)コイルであって、前記境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているNFCコイルと、を備えるポータブル電子デバイス。
続きを表示(約 2,100 文字)【請求項2】
前記NFCコイルが、NFCリーダ回路に結合される、請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項3】
前記NFCコイルが、前記誘導コイルと前記環状磁気整列構成要素との間の隙間内に配置されている、請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項4】
前記環状磁気整列構成要素の各セクタが、1つ以上の弓状磁石を含み、各弓状磁石が半径方向に配向された磁極性を有する、請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項5】
前記環状磁気整列構成要素の交互のセクタが、反対の磁気配向を有する、請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項6】
前記環状磁気整列構成要素が、前記セクタのうちの2つの間の隙間を含む、請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項7】
前記NFCコイルをNFCリーダ回路に接続する導電経路が、前記隙間を通る、請求項6記載のポータブル電子デバイス。
【請求項8】
前記筐体内に配置され、前記環状磁気整列構成要素の外側に配置された磁石を含む、回転整列構成要素を更に備える、
請求項1記載のポータブル電子デバイス。
【請求項9】
無線充電デバイスであって、
充電面を有する筐体と、
前記筐体内に配置されており、前記充電面に垂直な軸を有する誘導コイルであって、前記充電面を介して無線で電力を伝送するように構成されている誘導コイルと、
前記誘導コイルと同軸で外側の前記筐体に配置された環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが、
第1の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域、
前記第1の軸方向と反対の第2の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域、及び
前記内側弓状領域と前記外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域、を有する環状磁気整列構成要素と、
前記筐体内に配置されており、前記誘導コイルと同軸に配置された近距離通信(NFC)コイルであって、前記充電面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているNFCコイルと、を備える無線充電デバイス。
【請求項10】
前記環状磁気整列構成要素の遠位表面に配置される環状磁気シールドを更に備える、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項11】
前記NFCコイルが、NFCタグ回路に結合される、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項12】
前記NFCコイルが、前記誘導コイルと前記環状磁気整列構成要素との間に配置されている、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項13】
前記第1の軸方向は、前記充電面に向かって南磁極性を有する、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項14】
前記第1の軸方向が、前記セクタの全てに対して同じ方向である、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項15】
交互のセクタが、反対の第1の軸方向を有する、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項16】
前記環状磁気整列構成要素の各セクタが、それぞれが四極構成を有する1つ以上の弓状磁石を含む、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項17】
前記環状磁気整列構成要素が、前記セクタのうちの2つの間の隙間を含む、請求項9記載の無線充電デバイス。
【請求項18】
前記誘導コイルに接続された導電経路が、前記隙間を通る、請求項17記載の無線充電デバイス。
【請求項19】
アクセサリデバイスであって、
境界面を有する筐体と、
前記筐体内に配置されており、前記境界面に垂直な軸を有する環状磁気整列構成要素であって、複数のセクタを含み、各セクタが、
第1の軸方向に配向された磁極性を有する内側弓状領域、
前記第1の軸方向と反対の第2の軸方向に配向された磁極性を有する外側弓状領域、及び
前記内側弓状領域と前記外側弓状領域との間に配置された非磁化中央弓状領域、を含む環状磁気整列構成要素と、
前記筐体内に配置されており、前記環状磁気整列構成要素と同軸に配置された近距離通信(NFC)コイルであって、前記境界面を介して別のデバイスと信号を無線で交換するように構成されているNFCコイルと、を備えるアクセサリデバイス。
【請求項20】
前記NFCコイルが、NFCタグ回路に結合される、請求項19記載のアクセサリデバイス。
【請求項21】
前記NFCコイルが、前記環状磁気整列構成要素の内側に配置されている、請求項19記載のアクセサリデバイス。
【請求項22】
前記NFCコイルが、前記環状磁気整列構成要素の外側に配置されている、請求項19記載のアクセサリデバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
(関連出願の相互参照)
本願は、2019年9月27日に出願された米国特許仮出願第62/907,332、2020年8月5日に出願された米国特許仮出願第63/061,752号、及び、2020年9月22日に出願された米国特許出願第17/028,256号の優先権を主張するものである。これらの出願の開示は、あらゆる目的で、参照により本明細書に組み込まれている。
続きを表示(約 4,300 文字)【背景技術】
【0002】
本開示は、一般的に、消費者向け電子デバイスに関し、特に、例えば、デバイス間の効率的な無線電力伝送を可能にする目的のために、2つ(又はそれより多く)のデバイス間の所望の整列を確立及び維持することを容易にする磁気整列構成要素及びシステムに関する。
【0003】
ポータブル電子デバイス(例えば、携帯電話、メディアプレーヤ、電子時計など)は、それらのバッテリに蓄積された電荷が存在すると動作する。一部のポータブル電子デバイスは、充電コードなどの物理的接続を介してポータブル電子デバイスを電源に結合することによって再充電することができる再充電可能バッテリを含む。しかしながら、充電コードを用いてポータブル電子デバイス内のバッテリを充電する場合、ポータブル電子デバイスを物理的に電力コンセントに接続する必要がある。加えて、充電コードを使用するためには、典型的には充電コードのプラグコネクタであるコネクタと結合するように構成された、典型的にはレセプタクルコネクタであるコネクタを、モバイルデバイスが有する必要がある。レセプタクルコネクタは、塵埃及び湿気が侵入してデバイスを損傷し得る通り道をもたらすポータブル電子デバイス内のキャビティを含む。更に、ポータブル電子デバイスのユーザは、バッテリを充電するために充電ケーブルをレセプタクルコネクタに物理的に接続する必要がある。
【0004】
そのような欠点を回避するために、充電コードを必要とすることなくポータブル電子デバイスを充電するために電磁誘導を利用する、無線充電技術が開発されてきた。例えば、一部のポータブル電子デバイスは、無線充電器デバイスの充電面にデバイスを置くだけで、再充電することができる。充電面の下に配置された送電コイルは、ポータブル電子デバイス内の対応する受電コイルに電流を誘導する時間変化磁束を生成する交流により駆動される。その誘導電流をポータブル電子デバイスが使用して、デバイスの内部バッテリを充電することができる。いくつかのポータブル電子デバイスは、無線で電力を受信するだけでなく、アクセサリデバイスなどの他のポータブル電子デバイスに無線で電力を伝送するように設計される。
【発明の概要】
【0005】
他の要因の中でも、無線電力伝送の効率は、送電コイルと受電コイルとの間の整列に依存する。例えば、送電コイル及び受電コイルは、それらが同軸に整列されたときに最良に機能し得る。ポータブル電子デバイスが案内機能を有さない平坦な表面を有する場合、適切な整列を見つけることが困難となり得る。多くの場合、整列は、ユーザが、デバイス及び充電器の相対位置をシフトして、充電性能に対する効果を観察しながら、トライアル及びエラーによって達成される。このようにして最適な整列を確立することは、時間がかかる場合がある。更に、表面特徴部の不在により、最適な整列を維持することが困難となる場合がある。例えば、充電中にポータブル電子デバイス及び/又は充電器が押し合わされた場合、それらは整列からずれてしまうこともある。これらの理由及び他の理由により、電子デバイス間の整列を確立及び維持するための改善された技術が望ましい。
【0006】
本明細書に記載される実施形態によれば、ポータブル電子デバイス及びアクセサリデバイスは、アクセサリデバイスとポータブル電子デバイスとの整列及び/又はアクセサリデバイスのポータブル電子デバイスへの取り付けを容易にする相補的な磁気整列構成要素を含むことができる。磁気整列構成要素は、いくつかの実施形態では、誘導性充電送電及び受電コイルを取り囲むことができる、環状磁気整列構成要素を含み得る。本明細書で使用する命名法では、「一次」環状磁気整列構成要素は、無線充電器デバイス又は他の端末アクセサリに使用される環状磁気整列構成要素を指す。「二次」環状磁気整列構成要素は、ポータブル電子デバイスにおいて使用される環状磁気整列構成要素を指す。「補助」環状磁気整列構成要素は、充電スルーアクセサリで使用される環状磁気整列構成要素を指す。
【0007】
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、2つのデバイスを好ましい回転配向に整列させるのを容易にする回転磁気整列構成要素を含むこともできる。回転磁気整列構成要素は、例えば、環状整列構成要素の外側に配置された1つ以上の磁石を含むことができる。環状整列構成要素を有する任意のデバイスは、回転整列構成要素を有しても有さなくてもよく、回転整列構成要素は、デバイスの種類に応じて、一次、二次、又は補助として分類されてもよいことを理解されたい。
【0008】
いくつかの実施形態では、磁気整列構成要素は、デバイス筐体内の所定の位置に固定することができる。あるいは、デバイス(環状及び/又は回転整列構成要素を含む)内の磁気整列構成要素のいずれか又は全ては、軸方向及び/又は横方向に移動可能とすることができる。移動可能な磁気整列構成要素により、デバイスを整列状態で保持する磁力を増加させるよう磁石を互いと接近するよう移動させる(例えば、軸方向に)、又は、デバイスを整列状態で保持する磁力を低減するよう磁石を互いから離間するよう移動させることができる。
【0009】
いくつかの実施形態では、磁気整列システムはまた、近距離通信(NFC)プロトコルを用いてデバイスが互いに識別することを可能にするよう、NFCコイル及び支持回路を含むことができる。特定のデバイス内のNFCコイルは、環状整列構成要素の内側又は環状整列構成要素の外側に配置される環状コイルであり得る。例えば、誘導性充電コイルを取り囲む環状整列構成要素を有するデバイスでは、NFCコイルは、誘導性充電コイルと環状整列構成要素との間の環状隙間内に配置されてもよい。NFC構成要素は、磁気整列を提供するという文脈において任意であり、可動又は固定磁気整列構成要素と共に使用され得ることを理解されたい。
【0010】
以下の詳細な説明及び添付の図面を参照することにより、本発明の性質及び利点に関する理解をより深めることができよう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
いくつかの実施形態による、磁気整列システムを組み込んだ無線充電システムの簡略化された図を示す。
【0012】
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、
図2Aの磁気整列システムを通る断面を示す。
【0013】
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、
図3Aの磁気整列システムを通る断面を示す。
【0014】
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
【0015】
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、
図5Aのシステムの一部を通る軸方向断面図を示す。
【0016】
いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。
いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。
いくつかの実施形態による径方向の磁気配向を有する弓状磁石の例を示す。
【0017】
いくつかの実施形態による、異なる磁気整列システムに対する力プロファイルのグラフを示す。
いくつかの実施形態による、異なる磁気整列システムに対する力プロファイルのグラフを示す。
【0018】
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
【0019】
いくつかの実施形態による磁気整列システムの斜視図を示し、
図8Aのシステムの異なる部分を通る軸方向断面図を示す。
図8Aのシステムの異なる部分を通る軸方向断面図を示す。
【0020】
様々な実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
様々な実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
【0021】
いくつかの実施形態による、二次整列構成要素の簡略化された上視図を示す。
【0022】
いくつかの実施形態による、隙間を有する環状整列構成要素の一例を示す。
【0023】
いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの例を示す。
いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだポータブル電子デバイスの例を示す。
【0024】
いくつかの実施形態による、磁気整列構成要素を組み込んだ無線充電器デバイスの簡略図を示す。
【0025】
いくつかの実施形態に係る無線充電器デバイスと整列されたポータブル電子デバイスを含むシステムの簡略化された斜視図を示し、
図14Aのシステムの簡略化された部分断面図を示す。
【0026】
いくつかの実施形態に係る磁気整列システムを介して一緒に整列され得るデバイスを含む、例示的な無線充電システムを例示するブロック図である。
【0027】
いくつかの実施形態に係る、環状整列構成要素及び回転整列構成要素を有する磁気整列システムを組み込んだポータブル電子デバイス及びアクセサリの一例を示す。
【0028】
いくつかの実施形態による回転整列の一例を示す。
いくつかの実施形態による回転整列の一例を示す。
【0029】
いくつかの実施形態による、「z極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
いくつかの実施形態による、「z極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
【0030】
いくつかの実施形態による、「四極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
いくつかの実施形態による、「四極」構成を有する回転整列構成要素の斜視図及び上面図を示す。
(【0031】以降は省略されています)

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