用于电子设备和附件的具有磁性保持件的感应式充电接口的制作方法
【专利说明】用于电子设备和附件的具有磁性保持件的感应式充电接口
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2013年9月30日提交的美国临时专利申请61/884,476和于2014年9月29日提交的美国非临时专利申请14/500，543的优先权，这些专利申请据此以引用方式并入以用于所有目的。
【背景技术】
[0003]本发明整体涉及感应式充电接口，并且更具体地涉及用于移动设备的感应式充电接口。
[0004]许多电子设备与提供电力的电连接器配合。例如，设备诸如平板电脑、膝上形电脑、上网本、台式计算机和单体计算机;蜂窝电话、智能电话和媒体电话;存储设备、便携式媒体播放器、导航系统、监视器以及可与电连接器配合以便对其内部电池进行充电的其他设备。
[0005]通常使用经由电连接器(例如，插头连接器和插座连接器)的有线充电，但是无线充电以及更具体地感应式充电正变得越来越普遍。然而，虽然感应式充电有时比有线充电更加方便，但是从历史观点上说感应式充电由于高能量损耗而非常低效，例如由于泄露磁通量、非理想的磁路径等等。这些损耗导致资源浪费以及与有线充电相比较而言更长的充电时间。
[0006]此外，为了对电子设备感应式充电，一般在电子设备内实现大的接收线圈。这些接收线圈在越来越紧凑的电子设备内消耗大量的稀缺空间。对应发射线圈通常位于充电台内，以在电子设备被放置在充电台上时对这些电子设备进行感应式充电。
[0007]随着电子设备继续消耗更多的电力，越来越需要方便、功率高效以及空间高效的方法来对这些电子设备进行充电。
【发明内容】
[0008]本发明的各种实施例涉及一种用于对包括移动电子设备的电子设备进行高效感应式充电的接口。尽管感应式充电中的一些能量损耗是固有的并且是不可避免的，但由接收感应式充电元件和发射感应式充电元件的不对准或它们之间的较大的距离所引起的其他损耗在本发明的实施例中可被降低。
[0009]例如，感应式充电配置的磁芯可被划分成两个磁性元件;一个元件可被封装在电子设备的外壳的插座连接器或接收连接器内，并且另一个元件可被封装在插头连接器或发射连接器内。在一些实施例中，这两个元件可被成形为环形的类似U形的半环。磁芯的两个元件的磁极可产生磁场，以将插头连接器与电子设备的插座连接器保持在对准的、配合的位置，除此之外还指导磁通量围绕磁芯的两个元件以及在它们之间以圆形路径流动。磁芯的元件的对应的远侧末端在配合位置中可非常靠近，仅由窗口-磁性渗透材料的薄片隔开。与典形变压器或感应式充电器的那些元件对应的附加元件还可被包括在该感应式充电配置中。
[0010]代替依赖于本发明的插头连接器和插座连接器将数据提供到电子设备，无线方式诸如W1-F1、其他无线协议和天线耦接可用于允许本发明的电子设备接收数据并发送数据。这样，常规电连接器常见的意外泄漏可经由磁性保持件而不是经由结构性元件诸如保持特征结构或连接器外壳的破坏而被避免。
[0011]此外，如下面将进一步详细讨论的，由于本发明的实施例所提供的更高的充电效率，本发明可甚至允许更快的充电时间。
[0012]根据一个实施例，提供了一种支持感应式充电的插头连接器。该插头连接器可包括磁性元件、电线、电连接件以及磁性渗透窗口，该磁性元件具有被对准以生成磁场的磁极，该磁场用于吸引电子设备的对应插座连接器并且对该插头连接器进行取向并使该插头连接器与该对应插座连接器对准;该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式发射线圈；该电连接件电连接件耦接到该感应式发射线圈并被配置为将电流施加到该感应式发射线圈以在对应插座连接器的感应式接收线圈中感应电流;该磁性渗透窗口与磁性元件相邻。磁性渗透窗口可形成插头连接器的外表面的一部分。磁性渗透窗口还可被配置为在对应插座连接器与插头连接器配合时允许磁通量流进以及流出对应插座连接器。
[0013]根据另一个实施例，提供了一种支持感应式充电的电子设备。该电子设备可包括具有被配置为与对应插头连接器配合的配合表面的插座连接器。该插座连接器可包括磁性元件和电线，该磁性元件具有被定位以生成磁场的磁极，该磁场吸引对应插头连接器并且对该对应插头连接器进行取向并使该对应插头连接器与插座连接器对准;该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式接收线圈。配合表面可与磁性元件相邻定位，形成电子设备的外表面的一部分并被配置为在对应插头连接器与插座连接器配合时允许磁通量流进以及流出该对应插头连接器。该电子设备还可包括电子设备内的电池以及电子设备内的充电电路。该充电电路可被配置为使用从感应式接收线圈所接收的感应电流来对电池进行充电。
[0014]根据另一个实施例，提供了一种支持感应式充电的插头连接器。该插头连接器可包括外壳，该外壳具有被配置为与对应插座连接器配合的配合端。外壳可包括磁性元件、电线和电连接件，该磁性元件具有被对准以生成磁场的磁极，该磁场用于吸引电子设备的对应插座连接器并且对该插头连接器进行取向并使该插头连接器与该对应插座连接器对准；该电线围绕磁性元件卷绕以形成感应式发射线圈；该电连接件耦接到感应式发射线圈并被配置为将电流施加到该感应式发射线圈，以在对应连接器的感应式接收线圈中感应电流。配合端可被进一步配置为在对应插座连接器与插头连接器配合时允许磁通量流进以及流出对应插座连接器。插头连接器还可包括耦接到外壳的缆线。
[0015]尽管本发明的各方面相对于用于移动设备的插头连接器和插座连接器被描述，但是应当理解，这些方面和方法可用于各种不同的环境中诸如更大的或更小的电子设备例如电动车和/或助听器。
[0016]为更好地理解本发明的实质和优点，应参考以下描述及附图。然而，应当理解，每个附图仅为了说明的目的而被提供，而并非旨在作为对本发明的范围的限制的定义。另外，作为一般性规则并且除非与描述明显相反，在不同附图中的元件使用相同的附图标记的情况下，元件在功能或用途方面通常是相同或者至少是相似的。
【附图说明】
[0017]图1A示出了一种特定电子设备的示例性呈现；
[0018]图1B是可与设备的对应的主插座连接器配合的插头连接器的简化透视图；
[0019]图2A和2B示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图和内部结构视图；
[0020]图3示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
[0021]图4示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
[0022]图5A和5B示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图和内部结构视图；
[0023]图6示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
[0024]图7示出了根据本发明的实施例的设备以及与该设备的插座连接器对应的插头连接器的简化透视图；
[0025]图8示出了根据本发明的实施例的设备的背侧的简化透视图。
【具体实施方式】
[0026]现在将参照如附图所示的本发明的某些实施例来详细描述本发明。以下描述中示出了许多具体细节，以便于提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，本发明可在不具有这些具体细节中的一些或全部具体细节的情况下实施。在其他情况下，为了避免不必要地模糊本发明，没有详细描述熟知的细节。
[0027]本发明的实施例可通过促进磁通量沿着更加优化的路径的流动来提供移动设备和附件的高效感应式充电。例如，感应式充电配置的磁芯可被划分成两个磁性元件;一个元件被封装在电子设备的插座连接器或接收连接器的内部或附近，并且另一个元件可被封装在插头连接器或发射连接器的内部或附近。当插头连接器和插座连接器连接在一起时，该两个磁性元件可结合以形成闭合的磁通量路径。磁通量可在磁性元件内部以及之间以圆周运动行进，如按照磁性元件的磁极所指引的。与典形变压器或感应式充电器的那些元件对应的附加元件也可被包括在该感应式充电配置中。
[0028]该闭合磁通量路径可限制通常发生在开放磁通量路径情况下的损失并且增加磁性元件之间的磁场强度。这样，在本发明的实施例中，设备可接收由对应插头连接器传输的电力的约90%，即可实现90%的感应式充电效率。磁场也可有助于将插头连接器和插座连接器相对于彼此对准以及提供保持力以将插头连接器保持在与插座连接器配合的位置。
[0029]—些实施例可提供插头连接器和插座连接器的盲配合。即连接器的配合可通过使连接器彼此接近而简单地发生。磁力可以合适的取向和对准来使连接器彼此进行物理接触。
[0030]尽管本发明就功能而言与其他感应式充电器配置具有可比性，但是本发明在物理方面类似于当前有线充电配置。下面的附图是有线充电配置的实例，其在示出本发明的一些优点的过程中可能是有用的。
[0031]1.传统有线接口
[0032]图1A示出了一种特定电子设备10的示例性呈现。设备10包括作为被封装在设备外壳30内的输入部件和输出部件两者的触摸屏显示器20。设备10还包括设备外壳30内的主插座连接器35和音频插头插座40。插座连接器35和40中的每个插座连接器可位于外壳30内，使得对应插头连接器所插入的插座连接器的腔体可位于设备外壳的外表面处。腔体向设备10的外部侧表面可为打开的。为简单起见，在图1A中未示出各种内部部件诸如控制电路、图形电路、总线、存储器、存储设备以及其他部件。
[0033]图1B是可与设备10(图1A中所示)的对应主插座连接器35配合的插头连接器100的简化透视图。如图1B中所示，插头连接器100包括主体42和在平行于连接器的长度的方向上纵向延伸远离主体42的插片或插入端44。缆线43在与插入端44相反的端部处附接到主体42 ο
[0034]插入端44的尺寸被设定成在配合事件期间插入对应的插座连接器35中并且可包括形成在第一主表面44a及与表面44a相对的第二主表面44b(未不出)上的触点(未不出)。表面44a, 44b从插入端的远侧末端或端部延伸到主体42。在插入端44被插入对应的插座连接器35中时，表面44a，44b邻接插座连接器35或设备10的外壳。插入端44还包括在第一主表面44a和第二主表面44b之间延伸的相对的第一侧表面44c和第二侧表面44d(未示出)。连接器100的触点(未示出)可用于承载包括数字信号和模拟信号以及电力和接地的各种信号。
[0035]如参考图1A和图1B所示出以及所描述的，有线充电配置可包括插头上的若干个复杂的特征结构以及用于容纳有线充电的插座连接器侧例如插座连接器腔体、用于暴露的连接器触点的设施、保持特征结构、被选择以保护连接器免受事故性损坏的复杂的几何结构和材料。感应式充电配置可消除全部或一些这些有线充电特征