JP6778269B2 - 無線電力伝送システムのための電磁シールド - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年９月２３日出願の米国暫定特許出願第６２／３９９，０８２号、２０１７年８月７日出願の同第６２／５４２，２１０号、２０１７年２月１５日出願の同第６２／４５９，１４９号、及び２０１７年８月７日出願の同第６２／５４２，２０６号の優先権の利益を主張する、２０１７年９月１１日出願の米国非暫定特許出願第１５／７０１，２２４号及び２０１７年９月１１日出願の同第１５／７０１，２３７号の利益を主張するものであり、それらの特許出願の開示内容は、全ての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

電子デバイス（例えば、携帯電話、メディアプレーヤ、電子携帯時計など）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。一部の電子デバイスは、電子デバイスを充電コードを介してなど物理的接続を介して電源に接続することにより再充電することができる充電式バッテリを含む。しかし、電子デバイス内のバッテリを充電するために充電コードを使用するためには、電子デバイスを電力コンセントに物理的につなぐ必要がある。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、典型的には、埃及び湿気が侵入してデバイスを損傷させることがあるルートを提供する電子デバイス内の空胴を含む。更に、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しなければならない。

そのような欠点を回避するために、充電コードの必要なしに電子デバイスを無線で充電するために、無線充電デバイスが開発されてきた。例えば、一部の電子デバイスは、無線充電デバイスの充電面上にデバイスを置くだけで再充電することができる。充電面の下方に配置された送信コイルは、電子デバイス内の対応する受信コイル内の電流を含む、時間的に変化する磁束を生成することができる。電子デバイスによって誘導電流を使用して、その内蔵バッテリに充電することができる。

一部の既存の無線充電デバイス及び無線充電のために構成された電子デバイスは、多数の欠点を有する。例えば、一部の無線充電デバイスは、受信コイル上に意図しない電圧を生成する。意図しない電圧は、受信コイルが収容された電子デバイス内にノイズを生成することがある。ノイズは、タッチ感知ディスプレイのようなタッチ感知式構成要素などの電子デバイス内の影響を受けやすい電子構成要素の障害を引き起こすことがある。加えて、電子デバイスも、無線充電デバイス内の送信コイル上に意図しない電圧を生成する。意図しない電圧は、無線電力伝送の非効率を引き起こすことがある。

本開示のいくつかの実施形態は、無線電力伝送中の無線充電システムの受信コイル及び／又は送信コイル上の有害電圧の生成を回避するための、無線充電システム用のシールド構成要素を提供する。いくつかの実施形態では、無線電力伝送中に送信コイルと受信コイルとの間に生成された電界を遮断するために、送信シールド及び受信シールドが無線充電システムに実装される。電界を遮断することにより、無線電力伝送中に送信コイルによって受信コイル上に有害電圧が生成されることが防止され、及びその逆も同様に防止される。

いくつかの実施形態では、無線充電システムは、磁束を生成するように構成された送信コイルと、送信コイルと受信コイルとの間の電気的双方向作用が電界を生成する、生成された磁束を受信するために送信コイルと同軸に配置された受信コイルと、送信コイルから離れて向けられた電界の一部を遮断し、磁束が送信シールドを透過することができるように、送信コイルと受信コイルとの間に配置された送信シールドと、受信コイルから離れて向けられた電界の一部を遮断し、磁束が受信シールドを透過することができるように、送信シールドと受信コイルとの間に配置された受信シールドと、を含む。

送信シールド及び受信シールドはそれぞれ、電界によって生成された電圧を放電するために接地することができる。送信シールドは、磁束の方向に沿って配置することができる。送信シールドは、導電材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、導電材料は、ＮｉＶとすることができる。送信シールドは、２０〜３０μｍの厚さを有することができる。

いくつかの実施形態では、無線電力伝送を実行するために磁束を生成するように構成された無線充電デバイスは、ドライバ基板と、ドライバ基板の上方に配置され、上向きに磁束を生成するように構成された複数の送信コイルと、複数の送信コイルの上方に配置され、磁束に対して透過性かつ電界に対して不透過性であるように構成されており、硬質材料を含む基板及び基板の底面上に配置された導電層を含む電磁シールドと、複数の送信コイルと電磁シールドとの間に配置され、電磁シールドを複数の送信コイルに取り付けるように構成された接着剤層と、を含むことができる。

電磁シールドは、導電層に埋め込まれた導電トレースを更に含むことができる。トレースは、接地することができる。トレースは、複数の送信コイルのワイヤのコイルに対して垂直に配置することができる。導電材料は、ＮｉＶとすることができる。導電材料は、２５〜１００ｎｍの厚さを有することができる。無線充電デバイスは、ドライバ基板と複数の送信コイルとの間に配置されたフェライト層を更に含むことができる。

いくつかの実施形態では、無線電力伝送のために磁束を受信するように構成された電子デバイスは、フェライト層と、フェライト層の下方に配置された受信コイルと、受信コイルの下方に配置され、磁束に対して透過性かつ電界に対して不透過性であるように構成された電磁シールドと、受信コイルと電磁シールドとの間に配置され、電磁シールドを受信コイルに取り付ける導電接着剤層と、電磁シールドの底面上に配置された保護層と、を含むことができる。

送信コイルは、ワイヤのコイル、及びワイヤのコイルに取り付けられた絶縁材料を含むことができる。絶縁材料は、ＰＩとすることができる。電磁シールドは、導電層を含むことができる。導電層は、銀で形成することができる。電磁シールドは、０．０５〜０．１５μｍの厚さを有することができる。導電接着剤層は、導電性感圧接着剤とすることができる。

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、本発明の実施形態の性質及び利点の理解をより深めることができる。

無線電力伝送中の無線充電システムの送信コイルと受信コイルとの間の電気的双方向作用を示す簡略化した図である。

本開示のいくつかの実施形態に係る、送信シールド及び受信シールドを含む例示的な無線充電システムを示す簡略化した図である。

本開示のいくつかの実施形態に係る、無線電力伝送中にシールド層が送信コイルと受信コイルとの間に配置されたときに送信コイルと受信コイルとの間で実現された相互インダクタンスの測定値を表すグラフである。

本開示のいくつかの実施形態に係る、材料の厚さに基づいて材料の交流抵抗（alternating current resistance）（ＡＣＲ）を表すグラフである。

本開示のいくつかの実施形態に係る、それぞれ電磁シールドを有する無線充電デバイス及び電子デバイスを含む例示的な無線充電システムの分解組立図を示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、例示的な送信シールドの上視図を示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、送信コイルのアレイの上に配置された送信シールドを示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、送信コイルのアレイの上に配置された送信シールドの断面を示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、例示的な受信シールドの上視図を示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、受信コイルの上に配置された受信シールドを示す。

本開示のいくつかの実施形態に係る、受信コイルの上に配置された受信シールドの断面を示す。

無線充電システムにおける無線電力伝送中に、無線充電システムの送信コイルと受信コイルとの間に多数の電気的双方向作用が生じることがある。電気的双方向作用の一部は、送信コイルと受信コイルとの間の意図した双方向作用であるが、他の双方向作用は、電力伝送における非効率を引き起こし、電子デバイスに問題を発生させることがある意図しない双方向作用である。例えば、図１は、無線電力伝送中の例示的な無線充電システム１００の送信コイル１０２と受信コイル１０４との間の電気的双方向作用を示す簡略化した図である。送信コイル１０２は、無線充電マットなどの無線充電デバイス内に配置することができ、受信コイル１０４は、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ラップトップコンピュータなどの家庭用電子デバイス内に配置することができる。電子デバイスは、境界面１１２で無線充電デバイス上に置いて、電力伝送を可能にすることができる。

送信コイル１０２及び受信コイル１０４は、互いに対して実質的に同心に配置して、磁気誘導によって効率的な電力伝送を可能にすることができる。無線電力伝送中に、送信コイル１０２は、時間的に変化する磁束１０６を生成することができ、この磁束は、境界面１１２の両方のデバイス筐体を介して伝搬し、受信コイル１０４によって受信することができる。時間的に変化する磁束１０６は、受信コイル１０４と双方向作用して、受信コイル１０４内に対応する電流を生成する。生成された電流を使用して、電子デバイスを動作させるためのバッテリを充電することができる。

しかし、時間的に変化する磁束１０６に加えて、電界１０８及び１１０が、無線電力伝送中に送信コイル１０２と受信コイル１０４との間に意図せずに生成されることがある。例えば、送信コイル１０２が磁束１０６を生成すると、送信コイル１０２と受信コイル１０４との間に大きな電圧差が存在することがある。場合により、送信コイル１０２上の電圧は、受信コイル１０４上の電圧より大きいことがあり、それによって、一部の電界１０８を受信コイル１０４に向かって向け、意図しない電圧を受信コイル１０４内に生成させる。一部の追加の場合には、受信コイル１０４上に存在する電圧も、一部の電界１１０を送信コイル１０２に向かって向け、有害電圧を送信コイル１０２上に生成させることがある。受信コイル１０４上に生成された有害電圧は、タッチ感知ディスプレイのようなタッチ感知式デバイスなどの受信コイル１０４に近接して配置された影響を受けやすい構成要素の動作を妨害する及び／又は阻害することがある。また、送信コイル１０２上に生成された有害電圧は、電力伝送における非効率を引き起こすことがある。
Ｉ．電磁シールドを有する無線充電システム

本開示の実施形態は、無線電力伝送中の受信コイル及び／又は送信コイル上の有害電圧の意図しない生成を軽減する無線充電システムを記述する。１つ以上の電磁シールド構成要素を無線充電システムに組み込んで、時間的に変化する磁束が送信コイルと受信コイルとの間を自由に伝搬して無線電力伝送を実行することを可能にしながら、電界が受信コイル及び／又は送信コイル上に有害電圧を生成することを防止することができる。

いくつかの実施形態では、送信シールドを無線充電デバイスに実装して、電子デバイス内の受信コイル上に有害電圧が生成されることを防止することができる。送信シールドを無線充電デバイス内に配置し、送信コイルによって生成された電界を遮断して、電界が受信コイル上に露出することを防止することができる。結果として、遮断された電界は、受信コイル上の代わりに、送信シールド上に電圧を生成することができる。次に、この電圧は、電圧を接地に送ることにより放電し、それによって、有害電圧を廃棄して、有害電圧が電子デバイス内の影響を受けやすい電子構成要素に影響を及ぼすことを防止することができる。送信シールドに加えて、受信シールドもまた無線充電システムに実装して、無線充電デバイス内の送信コイル上に有害電圧が生成されることを防止することができる。送信シールドと同様に、受信シールドもまた電子デバイス内に配置し、受信コイルによって生成された電界を遮断して、電界が送信コイルに露出されないようにすることができる。受信シールド内に生成された電圧は、接地に放電して、送信コイル上に有害電圧が生成されることを防止することができる。そのような無線充電システムの実施形態の態様及び特徴を、本明細書で更に詳細に説明する。

図２は、本開示のいくつかの実施形態に係る、送信シールド２０２及び受信シールド２０４を含む例示的な無線充電システム２００を示す簡略化した図である。送信シールド２０２は、磁束１０６が送信シールド２０２に向かって向けられるように送信コイル１０２の前に配置することができる。例えば、送信シールド２０２は、磁束１０６が受信コイル１０４に到達する前に最初に送信シールド２０２を透過するように、無線電力伝送中に送信コイル１０２と受信コイル１０４との間に配置される。いくつかの実施形態では、送信シールド２０２は、電子デバイスが無線電力伝送を実行するために無線充電デバイス上に置かれたときに、境界面１１２と送信コイル１０２との間に配置することができる。したがって、送信シールド２０２及び送信コイル１０２は両方とも、無線充電デバイス内に配置することができる。送信シールド２０２は、送信コイル１０２によって生成される磁束１０６の実質的なパーセント値が受信コイル１０４によって受信されるように、磁束１０６に対して実質的に透過性とすることができる。

送信シールド２０２が磁束１０６に対して実質的に透過性とすることができると同時に、送信シールド２０２は、反対に、電界１０８が送信シールド２０２によって実質的に遮断されるように、電界１０８に対して実質的に不透過性とすることができる。これにより、電界１０８が受信コイル１０４上に露出して受信コイル１０４上に有害電圧を生成することを防止する。送信シールド２０２が電界１０８を受信コイル１０４に到達することができる前に実質的に遮断するため、電界１０８は、受信コイル１０４の代わりに送信シールド２０２上に電圧を生成することができる。送信シールド２０２上に生成される電圧の量は、送信シールド２０２で防止されないで送信コイル１０４上に生成されたであろう電圧の量に対応することができる。

いくつかの実施形態では、送信シールド２０２上に生成された電圧は、電圧が送信シールド２０２上に恒久的に残らないように、除去することができる。一例として、送信シールド２０２上の電圧は、接地に放電することができる。したがって、送信シールド２０２は、接地接続２０６に接続して、送信シールド２０２上の電圧を接地に放電することを可能にすることができる。接地接続２０６は、送信シールド２０２から電圧を除去することができる接地に接続された接地リング又は任意の他の好適な導電性構造体とすることができる。

送信シールド２０２と同様に、受信シールド２０４もまた、無線充電システム２００に実装して、受信コイル１０４によって生成された電界１１０から送信コイル１０２上に有害電圧が生成されることを防止することができる。受信シールド２０４は、磁束１０６が受信コイル１０４上に露出する前に最初に受信シールド２０４を透過するように、受信コイル１０４の前に配置することができる。いくつかの実施形態では、受信シールド２０４は、内部に受信コイル１０４もまた配置された電子デバイスの筐体内に配置される。したがって、受信シールド２０４は、電子デバイスが無線電力伝送を実行するために無線充電デバイス上に置かれたときに、境界面１１２と受信コイル１０４との間に配置することができる。

送信シールド２０２と同様に、受信シールド２０４は、送信コイル１０２によって生成される磁束１０６の実質的パーセント値が受信シールド２０４を透過し受信コイル１０４によって受信されるように、磁束１０６に対して実質的に透過性とすることができると同時に、受信シールド２０４は、電界１１０が受信シールド２０４によって実質的に遮断されるように、電界１１０に対して実質的に不透過性とすることができる。これにより、無線電力伝送を可能にしながら、電界１１０が送信コイル１０２上に露出して送信コイル１０２上に有害電圧を生成することを防止する。送信シールド２０２と同様に、受信シールド２０４もまた、電界１１０によって生成された電圧を接地接続２０８に放電することができるように、接地することができる。接地接続２０８は、いくつかの実施形態では、接地接続２０６と同様な構造体とすることができ、又は、他の実施形態では、接地接続２０６と同じ構造体とすることができる。

送信シールド２０２及び受信シールド２０４を無線充電システム２００に組み込むことにより、送信シールド２０２及び受信シールド２０４が実装された無線充電デバイス及び電子デバイスは、それらの接地を互いに対して露出している。これにより、送信コイル１０２と受信コイル１０４との間の電気的双方向作用によって引き起こされる任意の接地ノイズをミュートする。

本明細書の開示によって理解することができるように、送信シールド２０２及び受信シールド２０４は、電界の透過を遮断することができ、更に磁束の透過を可能にするシールド構造体である。これらのシールド構造体は、そのような電気的特性及び機能を提供するために好適な材料及び厚さを含むことができる。送信シールド及び受信シールドを形成するために使用することができる材料の詳細を、本明細書で更に詳細に説明する。
Ａ．シールド材料

本開示のいくつかの実施形態によれば、電磁シールド、例えば、送信シールド２０２及び／又は受信シールド２０４は、磁束が透過することができるが、電界が透過することを防止する特性を有する材料で形成することができる。第１の実施例では、電磁シールドは、非導電材料で形成することができる。非導電材料は、生来、磁束が透過することができるが、電界が透過することを防止する。第２の実施例では、送信シールド２０２は、複数の開口を有する導電材料で形成することができる。材料の導電性は、電圧が接地に放電されることを可能にし、開口は、磁束が通り抜けて送信シールド２０２上に露出することができるルートを提供する。第３の実施例では、送信シールド２０２は、磁束が透過することができるが電界が透過することを防止する非常に薄い導電材料で形成することができる。導電材料の厚さは、磁束の透過を可能にするように十分薄くし、電圧が効率的に導電材料を介して移動することができる十分低い抵抗を有することができる。様々な導電性及び厚さの材料が、本明細書の図３及び図４に記載されている。

図３は、無線電力伝送中にシールド層、例えば、送信シールド２０２又は受信シールド２０４のうちのいずれか１つが送信コイルと受信コイルとの間に配置されたときに送信コイルと受信コイルとの間で実現された相互インダクタンスの測定値を表すグラフ３００である。ｙ軸は、１００％が送信コイルによって生成された磁束の全てが受信コイルによって受信されることを示す、上向きに増大する送信コイルと受信コイルとの間で得られた相互インダクタンスのパーセント値を表す。ｘ軸は、右に向かって増大するミリメートルで１．０Ｅ−０５〜１．０Ｅ−００の範囲の対数スケールでシールド層の厚さを表す。

図３に示すように、様々な曲線がグラフ３００に対してプロットされている。様々な曲線は、銅の導電率のパーセント値（すなわち、％ ＩＡＣＳ、又は国際軟銅規格のパーセント値）に換算して異なる導電率を有する異なる導電材料を表す。例えば、グラフ３００は、１０ＭＨｚの特定の周波数で１００％ ＩＡＣＳ、１０％ ＩＡＣＳ、１％ ＩＡＣＳ、０．１％ ＩＡＣＳ、０．０１％ ＩＡＣＳ、０．００１％ ＩＡＣＳ、及び０．００１％ ＩＡＣＳの導電率を有する材料を表す曲線を含むことができる。より高い導電率、すなわちより高い％ ＩＡＣＳを有する材料は、電荷の移動に適応するのにより良好な材料を意味する。様々な曲線は、送信コイルと受信コイルとの間で相互インダクタンスの高いパーセント値を可能にするために特定の導電率及び厚さの材料を選択する際の手引きを提供することができる。図に示すように、それぞれの曲線は、異なる導電率を有する異なる材料に対してその厚さに基づき送信コイルと受信コイルとの間で実現可能な相互インダクタンスを表す。例えば、１００％ ＩＡＣＳの導電率を有する材料で形成された送信シールドは、その厚さが約１．０Ｅ−０５ｍｍであるときに１００％の相互インダクタンスを可能にすることができる。別の実施例では、１％ ＩＡＣＳの導電率を有する材料で形成された送信シールドは、その厚さが約１．０Ｅ−０３であるときに１００％の相互インダクタンスを可能にすることができる。したがって、グラフ３００によって理解することができるように、より高い導電率を有する材料は、送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンスを減少させることができるが、相互インダクタンスのこの減少は、シールドの厚さを減少することにより補償することができる。より高い相互インダクタンスを可能にすることは、無線充電システムがより効率的に電力を伝送していること、及びシールドが無線電力伝送により悪影響を及ぼしにくいことを意味する。

導電率及び相互インダクタンスに加えて、シールドを形成するために好適な材料を判定するときに、材料の抵抗率もまた考慮することができる。これは、材料をあまりに抵抗性でシールド上の電圧を接地に送ることが困難過ぎるようにできないためである。図４は、材料の厚さに基づいて材料の交流抵抗（ＡＣＲ）を表すグラフ４００である。材料のＡＣＲは、交流（ＡＣ）電圧が印加されたときに材料が有する抵抗の量を表す。ｙ軸は、上向きに増大するオームの単位での材料の抵抗の量を表し、ｘ軸は、右に向かって増大するミリメートルでの対数スケールでシールド層の厚さを表す。

図３のグラフ３００と同様に、様々な曲線がグラフ４００に対してプロットされている。様々な曲線は、％ ＩＡＣＳに換算して異なる導電率を有する導電材料に対する曲線とすることができる。図４に示すように、曲線は、参照及び相互比較が容易になるように、図３のグラフ３００に示すものと同じ導電率を有する材料を表す。様々な曲線は、過剰な熱を生成することなく電界から蓄積された電圧の効率的な放電を可能にすることができるシールドを形成するために、特定の抵抗及び厚さの材料を選択する際の手引きを提供することができる。図４では、それぞれの曲線は、異なる導電率を有する異なる材料に対してその厚さに基づいて抵抗の量を表すことができる。例えば、１００％ ＩＡＣＳの導電率を有する材料で形成された送信シールドは、その厚さが約１．０Ｅ−０４ｍｍであるとき約７オームの抵抗を有することができる。別の実施例では、１％ ＩＡＣＳの導電率を有する材料で形成された送信シールドは、その厚さが約１．０Ｅ−０２ｍｍであるとき約１０オームの抵抗を有することができる。したがって、グラフ４００によって理解することができるように、材料のＡＣＲは、厚さが増大すると増大し得るが、ＡＣＲは、より低い導電率を有する材料を用いることにより減少させることができる。より高い抵抗を有することは、シールド上に蓄積された電圧を放電することがより困難であることを意味する。高い抵抗を有する材料を介して電圧を移動することは、熱の形態でのエネルギの放散となり、効率を減少させ、過度に電気構成要素に対する損傷を引き起こすことがある。

いくつかの実施形態では、送信シールド及び／又は受信シールドは、デバイス設計の制約条件によって判定された所望の厚さを有する、９０〜１００％の高い相互インダクタンス及び１０オーム未満の相互ＡＣＲを可能にする材料で形成することができる。したがって、送信シールドを形成するために使用することができる例示的な材料としては、２５〜１００ｎｍの範囲の厚さを有するニッケルバナジウム（ＮｉＶ）を挙げることができる。特定の実施形態では、送信シールドは、約５０ｎｍの厚さを有するＮｉＶで形成される。受信シールドを形成するために使用することができる例示的な材料としては、０．０５〜０．１５μｍの範囲の厚さを有する銀を挙げることができる。特定の実施形態では、受信シールドは、約０．１μｍの厚さを有する銀で形成される。

シールドは、導電材料で形成することができるが、同様な特性を有する他の材料を代わりに使用することができる。例えば、炭素を含む材料を使用して、電磁シールドを形成することができる。一実施例では、送信シールドは、Ｎ６Ｘカーボンインクなどのカーボンインクを含むことができる。そのようなインクは、容易にカスタマイズして、電界の透過を防止しながら磁束の透過を可能にするために望ましい電気特性を実現することができる。図３及び図４に示すように、カーボンインクは、垂直線によって表されている。これは、カーボンインクの厚さが、カーボンインクが付着されるプロセスによって規定されるためである。例えば、典型的な印刷プロセスは、約２５μｍの厚さでカーボンインクを印刷することができる。
Ｂ．電磁シールドを有する例示的な無線充電システム

本明細書で言及するように、送信シールドは、無線充電マットなどの無線充電デバイスに含めることができ、受信シールドは、無線充電デバイス上に置いて無線充電マットから無線で電力を受信するように構成された電子デバイスに含めることができる。図５は、本開示のいくつかの実施形態に係る、それぞれ電磁シールドを有する無線充電デバイス５０２及び電子デバイス５０４を含む例示的な無線充電システム５００の分解組立図を示す。無線充電デバイス５０２は、時間的に変化する磁束を生成して、無線電力伝送を実行するために電子デバイス５０４内に対応する電流を誘導することができる。

無線充電マット５０２は、２つの外殻、第１の外殻５０５及び第２の外殻５０６で形成された筐体を含むことができる。第１の外殻５０５は、第２の外殻５０６と結合して、内部構成要素を配置することができる内部空胴を形成することができる。第１及び第２の外殻５０５及び５０６はまた、第１及び第２の外殻５０５及び５０６が結合されたときに筐体内に開口部を形成する切り込み５０８ａ及び５０８ｂをそれぞれ含むことができる。レセプタクルコネクタなどの電気コネクタ５１０は、無線充電マット５００が電気コネクタ５１０に接続されたケーブルを介して外部電源から電力を受信することができるように、開口部内に配置することができる。いくつかの実施形態では、電気コネクタ５１０は、電力を外部電源から無線充電マット５００に送って無線電力伝送のために電力を供給することができるように、複数の接続ピン及び接続ピンに電気的に接続された複数の端子を含むことができる。

結合された第１の外殻５０５と第２の外殻５０６との間に形成された内部空胴は、電子デバイス５０４の無線充電を実行するための磁束を生成する構成要素を含むことができる。一実施例として、ドライバ基板５１０に接続された送信コイル５０９のアレイを、内部空胴内に収容することができる。送信コイル５０９を動作させて、第１の外殻５０５の上面の上方に伝搬する、時間的に変化する磁束を生成し、電子デバイス５０４内の受信コイル５２０内に電流を誘導することができる。ドライバ基板５１０は、送信コイル５０９を動作させるための信号及び電力を送信するように構成されたプリント配線基板（printed circuit board）（ＰＣＢ）とすることができる。

送信コイル５０９及びドライバ基板５１０に加えて、無線充電デバイス５０２はまた、本開示のいくつかの実施形態による送信シールド５１２を含むことができる。送信シールド５１２は、図２の送信シールド２０２に関して本明細書で説明したように、磁束の透過を可能にし電界の透過を防止するように構成することができる。したがって、送信シールド５１２は、電子デバイス５０４内の受信コイル５２０上に露出する電界を遮断するために好適な位置に無線充電デバイス５０２内に配置することができる。例えば、送信シールド５１２は、送信コイル５０９と第１の外殻５０５との間などの磁束フローの方向に配置することができる。

いくつかの実施形態では、第１の外殻５０５は、無線充電マット５０２から電力を受信するために、受信コイル５２０を有する電子デバイス５０４を置くことができる充電面５１４を含む。充電面５１４は、電子デバイス５０４の内蔵バッテリを充電するために受信コイル５２０内に電流を誘導するように送信コイル５０９によって生成された磁束が存在する、外殻５０５の上面の概ね平坦な領域とすることができる。電子デバイス５０４は、充電面５１２上に単に置いて、無線充電デバイス５０２から電力を受信することができる。電子デバイス５０４が無線充電デバイス５０２と接触する境界面（例えば、図１の境界面１１２）は、電子デバイス５０４及び無線充電デバイス５０２のそれぞれの筐体が互いに接触する平面とすることができる。無線充電デバイス５０２によって生成された磁束は、フェライトプレート５２２によって電子デバイス５０４内の内部構成要素からシールドすることができる。いくつかの実施形態では、フェライトプレート５２２は、磁束がフェライトプレート５２２によって遮断される前に最初に受信コイル５２０に露出されるように、受信コイル５２０の上方に配置される。

電子デバイス５０４は、結合して受信コイル５２０及びフェライトプレート５２２などの内部構成要素を収容する内部空胴を形成することができる、上部筐体５２６及び下部筐体５２８を含むことができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、電子デバイス５０４はまた、その内部空胴内に電磁シールドを含むことができる。例えば、電子デバイス５０４は、図２の受信シールド２０４に関して本明細書で説明したように、送信コイル５０９によって生成された磁束を受信コイル５２０によって受信することができるが、受信コイル５２０からの電界が送信コイル５０９上に露出することを防止するように構成することができる、受信シールド５２４を含むことができる。受信シールド５２４は、無線充電デバイス５０２内の送信コイル５０９上に露出する電界を遮断するために好適な位置に電子デバイス５０４内に配置することができる。例えば、受信シールド５２４は、受信コイル５２０と下部筐体５２８との間に配置することができる。この位置では、磁束は、受信コイル５２０上に露出する前に最初に受信シールド５２４を透過する。

送信シールド５１２及び受信シールド５２４を実装することにより、送信コイル５０９と受信コイル５２０との間に相互インダクタンスが存在することを可能にするが、送信コイル５０９及び受信コイル５２０内に有害電圧が生成されることを防止する。これらの電圧が生成されることを防止することにより、電気障害を回避することによって無線充電デバイス５０２及び電子デバイスの両方の動作を改善する。
ＩＩ．電磁シールドの構造体

送信シールド及び受信シールドはそれぞれ、送信コイル及び受信コイル上に有害電圧を生成することなく無線電力伝送を実行するために無線充電システム内に実装するために好適な、特定の構造体を有するように形成することができる。送信シールド及び受信シールドの構造体の詳細を、本明細書で更に説明する。
Ａ．送信シールド

図６は、本開示のいくつかの実施形態に係る、例示的な送信シールド６００の上視図を示す。送信シールド６００は、無線充電マット、例えば、図５の送信シールド５１２を有する無線充電マット５０２などの無線充電デバイス内に収容することができる。いくつかの実施形態では、送信シールド６００は、無線充電デバイスの寸法に対応する寸法を有することができる。例えば、送信シールド６００は、無線充電デバイスの幅及び長さに対応する幅Ｗ及び長さＬを有する矩形の形状とすることができる。送信シールド６００は、矩形の形状とすることができるが、実施形態はそのように限定されず、他の実施形態の送信シールドは、正方形、矩形、六角形、三角形などの無線充電デバイスに対応する任意の他の形状を有することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、外部供給源から電力を受信するために外部ケーブルと接続するためのレセプタクルコネクタなどの無線充電マット内の他の構成要素用のスペースを提供するために、送信シールド６００の縁部に切り込み６０６を形成することができる。

送信シールド６００は、送信シールド６００上の任意の電圧を放電するために、その縁部６０２で接地に接続することができる。送信シールド６００の内側領域付近に存在する電圧は、送信シールド６００の大部分を横切って縁部６０２まで移動しなければならない場合があり、それにより、例えば、より大きな抵抗が発生することにより、電圧を接地まで送るのに困難が生じることがある。したがって、いくつかの実施形態では、１つ以上の導電トレース６０４を送信シールド６００内に埋め込んで、電圧を接地に放電することを促進することができる。トレース６０４の低抵抗率及び高導電率は、電圧が素早く縁部６０２まで移動することができるルートを提供する。したがって、送信シールド６００は、接地に電圧を素早く放電することができ得る。

いくつかの実施形態では、送信シールド６００は、無線充電デバイス内に配置された送信コイルのアレイをシールドするために好適な寸法を有することができる。例えば、図７は、送信コイル７０２のアレイの上に配置された送信シールド６００を含む例示的な無線充電デバイス７００を示す。送信コイル７０２は、図５の送信コイル５０９と機能及び形態が同様とすることができる。送信シールド６００及び送信コイル７０２を見ることができるように、無線充電デバイス７００の上部の層は図示されていない。加えて、送信コイル７０２は、送信コイルが送信シールド６００の下方に配置されていることを示すために破線で示されている。送信コイル７０２を示すことにより、送信シールド６００に対するその相対位置を理解するのに役立つ。

図７に示すように、送信シールド６００は、それぞれの送信コイルが送信シールド６００によってシールドされるように、送信コイル７０２のアレイ全体をカバーするために十分大きい。動作中、それぞれの送信コイル７０２は、送信シールド６００を透過して受信コイル上に電流を誘導する磁束を生成することができる。送信コイルと受信コイルとの間の大きな電圧差によって生成された電界は、それぞれの送信コイルの周囲の送信シールド６００内に電圧を生成することができる。生成された電圧は、送信シールド６００を横切って縁部６０２まで流れ、接地に放電することができる。

上述したように、送信シールド６００上に生成された電圧の放電を促進するために、導電トレース６０４を送信シールド６００内に埋め込むことができる。導電トレース６０４は、それぞれの送信コイルの上に配置して、縁部６０２でこれらの電圧を接地に送ることができる。加えて、導電トレース６０４は、送信コイル７０２の動作中の導電トレース６０４内の電流生成を最小化するために、それぞれの送信コイル７０２の巻き線に直交して配置することができる。この電流は、導電トレース６０４と送信コイル７０２によって生成された磁束との間の電気的双方向作用によって生成されることがある。誘導電流は、送信シールド６００上の電圧を放電する能力を阻害することがある。したがって、導電トレース６０４を送信コイル７０２の巻き線に直交して配置することにより、この誘導電流を最小化することができる。

いくつかの実施形態では、送信シールド６００は、材料の１つより多くの層を含む構造体で形成することができる。図８は、本開示のいくつかの実施形態に係る、無線充電デバイス用の送信シールド及び送信コイルの断面８００を示す簡略化した図である。具体的には、図８は、図７に示す例示的な送信コイル７０２及び送信シールド６００の断面を示す。送信シールド６００は、送信コイル７０２によって生成された磁束が送信シールド６００を介して境界面８０８に向かって上向きに流れることができるように、送信コイル７０２の上方に配置することができる。境界面８０８は、無線充電を実行するために電気デバイスの筐体と接触する、図５の充電面５１４などの無線充電デバイスの筐体の上面とすることができる。送信コイル７０２はそれぞれ、コイル密閉層８１０などの保護層によって密閉することができる。密閉層８１０は、ポリイミド（polyimide）（ＰＩ）などの、送信コイル７０２を保護するための任意の好適な非導電材料で形成することができる。

本開示の実施形態によれば、送信シールド６００は、送信シールド６００の電気的機能を実行するための導電層８０２を含むことができる。例えば、導電層８０２は、図３及び図４に関して本明細書で説明した導電材料のいずれかなどの、磁束が送信シールド６００を透過することができるが、電界が送信シールド６００を透過することを防止する特性を有する導電材料の層とすることができる。特定の実施形態では、導電層８０２は、約５０ｎｍの厚さを有するＮｉＶで形成することができる。

本明細書で言及したように、送信シールド６００は、電界から蓄積された電圧の放電を促進するための導電トレース６０４を含むことができる。図８に示すように、導電層８０２内に存在する電圧が導電トレース６０４に流れ、素早く送信シールド６００の縁部に送られて接地に放電することができるように、導電トレース６０４を導電層８０２内に埋め込むことができる。

導電層８０２は、導電層８０２用の構造上の支持を提供するように構成された支持構造体に取り付けることができる。一実施例として、導電層８０２は、基板８０４に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、基板８０４は、導電層８０２を付着させる又は積層することができる基体構造体とすることができる。基板８０４は、導電層８０２の付着又は積層に耐えるための最小厚さを有する硬質材料で形成することができる。例えば、基板８０４は、２０〜３０μｍの範囲の厚さ、特定の実施形態では具体的には２６μｍの厚さを有するポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate）（ＰＥＴ）で形成することができる。したがって、基板８０４は、導電層８０２のための構造上の支持を提供することができる。

いくつかの実施形態では、接着剤層８０６は、導電層８０２が無線電力伝送中に送信コイル７０２に関連付けられた電界を遮断して受信コイル上に有害電圧が生成されることを防止するように配置されるように、送信コイル７０２の上に導電層８０２を固定することができる。送信コイル７０２は、導電層８０２の底面全体にわたって延びないことがあるので、接着剤層８０６も、導電層８０２の底面全体にわたって延びなくてもよい。代わりに、接着剤層８０６は、送信コイル７０２を導電層８０２に十分に接続するために十分遠くに延びるだけでよい。したがって、いくつかの実施形態では、接着剤層８０６は、導電層８０２の底面全体にわたって延びず、それによって製造コストを低減する。接着剤層８０６は、任意の好適な非導電接着剤材料で形成することができる。例えば、接着剤層８０６は、感圧接着剤（pressure sensitive adhesive）（ＰＳＡ）で形成することができる。
Ｂ．受信シールド

図９は、本開示のいくつかの実施形態に係る、例示的な受信シールド９００の上視図を示す。受信シールド９００は、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ラップトップコンピュータなどの電子デバイス、例えば、図５のシールド５２４を有する電子デバイス５０４内に収容することができる。いくつかの実施形態では、受信シールド９００は、受信コイルの寸法に対応する寸法を有することができる。例えば、受信シールド９００は、概ね円形状、又は、正方形、矩形、六角形、三角形などの受信コイルに対応する任意の他の形状とすることができる。受信シールド９００は、受信シールド９００上に生成された電圧を放電するために接地への接続を通すことができるエリアを提供するための隙間９０２を有することができる。加えて、隙間９０２は、本明細書で更に説明するように、受信コイル用の接続端子などの電子デバイスの他の構成要素のためのスペースを提供することができる。

いくつかの実施形態では、接地への接続は、受信シールド９００上に生成された電圧を接地に放電することができるように、隙間９０２の上部に最も近い受信シールド９００の端部９０４で確立することができる。端部９０４で接地への接続を提供することが受信シールド９００上の電圧を放電するのに役立つ一方で、受信シールド９００を２つの半分、第１の半分９１０及び第２の半分９１２に電気的に分離するために、隙間９０２の反対側に配置された受信シールド９００内の切れ目９０８を含むことにより、受信シールド９００の性能を向上することができる。接地への接続は、受信シールド９００内に生成された任意の電圧を放電するために半分９１０及び９１２の両方を接地に接続することができるように、隙間９０２の下部に近い端部９０６に設けることができる。受信シールド９００内の切れ目９０８なしに、端部９０４と９０６との間の電位差は、受信シールド９００の表面積全体によってキャプチャされた電圧に基づくことができる。これにより、端部９０４と９０６との間に蓄積する大きな電位差を生じさせることがあり、接地に放電することが困難になることがある。切れ目９０８を含むことにより、電位差を、半分になど実質的に減少させ、それによって接地に電圧を放電することをより容易にすることができる。

受信シールド９００は、電子デバイス内に配置された受信コイルをシールドするために好適な寸法を有することができる。例えば、図１０は、電子デバイス用の例示的な受信システム１０００の上視図を示す。受信システム１０００は、受信シールド９００と、フェライトプレート１００２と、受信シールド９００とフェライトプレート１００２との間に配置された受信コイル１００４とを含むことができる。図１０の上からの視点で示すように受信コイルが受信シールド９００の背後に配置されていることを示すために、受信コイル１００４は破線で示されている。受信コイル１００４を示すことにより、受信シールド９００に対するその相対位置を理解するのに役立つ。

図１０に示すように、受信シールド９００は、受信コイル１００４が受信シールド９００によって完全にシールドされるように、受信コイル１００４全体をカバーするために十分大きい。いくつかの実施形態では、受信コイル１００４は、内径から外径に巻かれたコイルの巻き線で形成された平坦な円盤状の形状を有することができる。同様に、受信シールド９００もまた、対応する内径及び外径を有する円盤状の形状を有することができる。動作中に、受信コイル１００４からの電界は、受信シールド９００内に電圧を生成することができる。生成された電圧は、受信シールド９００を横切って端部９０４及び９０６のうちの少なくとも１つまで流れ、接地に放電することができる。

いくつかの実施形態では、接続端子１００６は、受信シールド９００の隙間９０２内に配置することができる。接続端子１００６は、電子デバイス内のバッテリを充電する電力を供給するために受信コイル１００４内に誘導された電流を送ることができる電気経路を提供することができる。加えて、接続端子１００６は、受信シールド９００内の電圧を接地に送るための接地ラインを含むことができる。例えば、受信シールド９００は、受信シールド９００全体からの電圧を接地に送るための単一の接地ラインを含むことができ（例えば、切れ目９０８が存在しない場合に）、又は、受信シールド９００の第１の半分９１０からの電圧を接地に送るための１つ及び受信シールド９００の第２の半分９１２からの電圧を接地に送るためのもう１つである、２つの接地ラインを含むことができる。それぞれの接地ラインは、電圧を接地に放電するためのそれぞれの端部付近に配置することができる。例えば、第１の半分９１０を接地するための接地ラインは、端部９０４付近に配置することができ、第２の半分９１２を接地するための接地ラインは、端部９０６付近に配置することができる。

フェライトプレート１００２は、受信シールド９００が配置される側の反対側の受信コイル１００４の側に配置することができる。フェライトプレート１００２は、磁束及び電界が電子デバイス内の影響を受けやすい電気構成要素を妨害することを防止することができる。いくつかの実施形態では、フェライトプレート１００２は、任意の好適な強磁性材料で形成することができる。受信システム１０００の構造的層形成をより良好に理解するために、受信システム１０００の断面図を図１１に示す。

図１１は、本開示のいくつかの実施形態に係る、受信システム１０００の断面１１００を示す簡略化した図である。受信システム１０００は、受信コイル１００４に接続された受信シールド９００を含むことができ、受信コイル１００４は、フェライトプレート１００２に接続されている。受信コイル１００４は、フェライトプレート１００２が無線電力伝送中に生成される磁束及び電界から影響を受けやすい電気構成要素を保護することができるように、フェライトプレート１００２の下方に配置することができる。受信シールド９００は、送信コイルによって生成された磁束が受信コイル１００４によって受信される前に境界面１１０８から受信シールド９００を介して上向きに流れることができるように、受信コイル１００４の下方に配置することができる。境界面１１０８は、無線充電を実行するために無線充電デバイスの充電面と接触する電子デバイスの筐体の底面とすることができる。受信コイル１００４は、コイル密閉層１１１０などの保護層によって密閉することができる。密閉層１１１０は、ポリイミド（ＰＩ）などの、受信コイル１００４を保護するための任意の好適な非導電材料で形成することができる。

本開示の実施形態によれば、受信シールド９００は、本明細書で説明する受信シールドの電気的機能を実行することができる導電材料の層で形成することができる。例えば、受信シールド９００は、図３及び図４に関して本明細書で説明した導電材料のいずれかなどの、磁束が受信シールド９００を透過することができるが、電界が受信シールド９００を透過することを防止する特性を有する導電材料の層とすることができる。特定の実施形態では、受信シールド９００は、約０．１μｍの厚さを有する銀薄片などの銀で形成することができる。

接着層１１０２により、受信シールド９００を受信コイル１００４に接続することができる。接着剤層１１０２は、受信シールド９００が無線電力伝送中に受信シールド９００に関連付けられた電界を遮断して送信コイル上に有害電圧が生成されることを防止するように配置されるように、受信コイル１００４の下に受信シールド９００を固定することができる。いくつかの実施形態では、接着剤層１１０２は、図１０の接続端子１００６などの接続端子と接続することにより、電圧を接地に送るように構成することができる。したがって、接着剤層１１０２は、任意の好適な導電接着剤材料で形成することができる。例えば、接着剤層１１０２は、導電性感圧接着剤（conductive pressure sensitive adhesive）（ＣＰＳＡ）で形成することができる。

いくつかの実施形態では、受信シールド９００は、保護層１１０４によってカバーすることができる。保護層１１０４は、任意の露出表面をカバーして受信シールド９００が酸化することを防止するために、受信シールド９００の下方に配置することができる。保護層は、任意の好適な誘電材料で形成することができる。

「下」、「上」、「上向き」、又は「下向き」などの空間的に相対的な用語は、例えば、図に示すような、ある要素及び／又は特徴の別の要素（単数又は複数）及び／又は特徴（単数又は複数）に対する関係を説明するのに使用され得る。空間的に相対的な用語は、図に描かれている向きに加えて、使用及び／又は動作中のデバイスの異なる向きを包含することが意図されていることが理解されよう。例えば、図中のデバイスがひっくり返されている場合、「下」面と記載された要素は、次いで、他の要素又は特徴の「上に」向けられ得る。デバイスを、別の方法では他の方向に向ける（例えば、９０度回転させる、又は他の方向に回転させる）ことができ、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれにしたがって解釈される。

本発明は、特定の実施形態に関して説明されているが、本発明は、以下の特許請求の範囲内での、全ての修正形態及び均等物を包含することを意図するものであることが理解されるであろう。

Claims (12)

1. 無線充電システムであって、
   磁束を生成するように構成された送信コイルと、
   前記生成された磁束を受信するために前記送信コイルと同軸に配置された受信コイルであって、前記送信コイルと前記受信コイルとの間の電気的双方向作用が電界を生成する、受信コイルと、
   送信シールドであって、前記送信コイルから離れて向けられた前記電界の一部を遮断し、かつ、前記磁束が前記送信シールドを透過することができるように、前記送信コイルと前記受信コイルとの間に配置された、送信シールドと、
   受信シールドであって、前記受信コイルから離れて向けられた前記電界の一部を遮断し、かつ、前記磁束が前記受信シールドを透過することができるように、前記送信シールドと前記受信コイルとの間に配置された、受信シールドと、を備え、前記受信シールドは、隙間と、当該隙間とは反対側に配置され、かつ、当該隙間から離して配置された切れ目とを定めており、前記隙間及び前記切れ目はそれぞれ、前記受信シールドを第１の半分及び第２の半分に電気的に分離するように前記受信シールドの内径から前記受信シールドの外径へ前記受信シールドを貫通して延びており、前記隙間に前記受信シールドのための１つ以上の接続端子が配置されている、無線充電システム。
2. 前記送信シールド及び受信シールドがそれぞれ、前記電界によって生成された電圧を放電するために接地された、請求項１に記載の無線充電システム。
3. 前記送信シールドが、前記磁束の方向を横切って配置された、請求項１又は２に記載の無線充電システム。
4. 前記送信シールドが、導電材料で形成された、請求項１から３のいずれか１項に記載の無線充電システム。
5. 前記導電材料が、ＮｉＶである、請求項４に記載の無線充電システム。
6. 無線電力伝送のために磁束を受信するように構成された電子デバイスであって、
   フェライト層と、
   前記フェライト層の下方に配置された受信コイルと、
   前記受信コイルの下方に配置され、磁束に対して透過性かつ電界に対して不透過性であるように構成された電磁シールドであって、前記電磁シールドは、隙間と、当該隙間とは反対側に配置され、かつ、当該隙間から離して配置された切れ目とを定めており、前記隙間及び前記切れ目はそれぞれ、前記電磁シールドを第１の半分及び第２の半分に電気的に分離するように前記電磁シールドの内径から前記電磁シールドの外径へ前記電磁シールドを貫通して延びており、前記隙間に前記電磁シールドのための１つ以上の接続端子が配置されている、電磁シールドと、
   前記受信コイルと前記電磁シールドとの間に配置され、前記電磁シールドを前記受信コイルに取り付ける導電接着剤層と、
   前記電磁シールドの底面上に配置された保護層と、を備える、電子デバイス。
7. 前記受信コイルが、
   ワイヤのコイルと、
   ワイヤの前記コイルに取り付けられた絶縁材料と、を含む、請求項６に記載の電子デバイス。
8. 前記絶縁材料が、ＰＩである、請求項７に記載の電子デバイス。
9. 前記電磁シールドが、導電層を含む、請求項６から８のいずれか１項に記載の電子デバイス。
10. 前記導電層が、銀で形成された、請求項９に記載の電子デバイス。
11. 前記電磁シールドが、０．０５〜０．１５μｍの厚さを有する、請求項６から１０のいずれか１項に記載の電子デバイス。
12. 前記導電接着剤層が、導電性感圧接着剤である、請求項６から１１のいずれか１項に記載の電子デバイス。