特許 6652936 電子デバイス用ワイヤレス充電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6652936

(24)【登録日】2020年1月28日

(45)【発行日】2020年2月26日

(54)【発明の名称】電子デバイス用ワイヤレス充電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20200217BHJP

   H01F 41/04 20060101ALI20200217BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20200217BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20200217BHJP

【ＦＩ】

   H01F38/14

   H01F41/04 C

   H02J7/00 301D

   H02J50/10

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-569995(P2016-569995)

(86)(22)【出願日】2015年5月28日

(65)【公表番号】特表2017-519362(P2017-519362A)

(43)【公表日】2017年7月13日

(86)【国際出願番号】US2015032894

(87)【国際公開番号】WO2015184098

(87)【国際公開日】20151203

【審査請求日】2018年5月25日

(31)【優先権主張番号】62/005,422

(32)【優先日】2014年5月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】フゥ，ジュニア−ナン

【審査官】 須藤 竜也

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６９５０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０７４３９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０３８２６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２９４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５４６２９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０１Ｆ ４１／００−４１／０４

Ｈ０１Ｆ ４１／０８

Ｈ０１Ｆ ４１／１０

Ｈ０２Ｊ ７／００− ７／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイス用のワイヤレス充電デバイスを製造する方法であって、
ガラスまたはガラスセラミック製であり、該電子デバイスのエリアを被覆するように構成された形状及びサイズを有する基板を提供するステップと、
導電性インクを用いて、該基板の表面上または該基板の該表面上の装飾層上にコイルを印刷するステップと、
前記印刷されたコイル上に電磁干渉吸収体層を施すステップと、
前記印刷されたコイルと前記電磁干渉吸収体層との間に絶縁層を介在させるように、該電磁干渉吸収体層を施すステップとを有する方法。

【請求項2】

前記コイルを印刷するステップは、平らな渦巻コイルを印刷するステップを含み、該平らな渦巻コイル上を横断するリード線の一部が、前記絶縁層によって該平らな渦巻コイルから分離されるように、該絶縁層上に該平らな渦巻コイルの一端に接続される該リード線を印刷するステップを更に有する請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記コイルを印刷するステップの前に、非導電性インクを用いて前記基板の前記表面上に前記装飾層を印刷するステップを更に有する請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記導電性インクは銅または銀を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

電子デバイス用のワイヤレス充電デバイスであって、
ガラスまたはガラスセラミック製であり、該電子デバイスのエリアを被覆するように構成された形状及びサイズを有する基板と、
該基板の表面上に形成された層状の誘導充電構造体であって、電流に応答して電磁界を生成するためまたは電磁界に応答して電流を発生させるためのコイルを含む層状の誘導充電構造体と、
を有し、
前記コイルは、導電性インクを用いて前記基板の表面上に印刷されたコイルであり、前記層状の誘導充電構造体は前記コイル上に配置された電磁干渉吸収体層をさらに含み、前記コイルと前記電磁干渉吸収体層との間の前記コイル上に配置された絶縁層をさらに含むワイヤレス充電デバイス。

【請求項6】

前記層状の誘導充電構造体は、非導電性材料を含む装飾層を更に有し、該装飾層は、前記基板の前記表面と前記コイルとの間に配置されている請求項５記載のワイヤレス充電デバイス。

【請求項7】

前記コイルは、平らな渦巻コイルと、該平らな渦巻コイルの両端に接続されたリード線とを有し、該リード線は電気コンタクトに接続する請求項５または６に記載のワイヤレス充電デバイス。

【請求項8】

前記リード線の一方は、前記平らな渦巻コイルの少なくとも一部の上方を横断し、絶縁材料によって該平らな渦巻コイルから分離されている請求項７記載のワイヤレス充電デバイス。

【請求項9】

ハウジングと、
カバーとして該ハウジングの側部に取り付けられたワイヤレス充電レシーバデバイスであって、該ワイヤレス充電レシーバデバイスは、ガラスまたはガラスセラミック製の基板と、該基板の表面に形成された層状の誘導充電構造体とを有し、該層状の誘導充電構造体はレシーバコイルを有し、該レシーバコイルは、電磁界に応答して電流を発生させるものであるワイヤレス充電レシーバデバイスと、
該ハウジング内に配置されたワイヤレス充電制御回路及び電力ストレージであって、該ワイヤレス充電制御回路は、該レシーバコイル及び該電力ストレージに結合され、該レシーバコイル内で発生する該電流によって該電力ストレージを充電するように構成されるワイヤレス充電制御回路及び電力ストレージと、
を備え、
前記コイルは、導電性インクを用いて前記基板の表面上に印刷されたコイルであり、前記層状の誘導充電構造体は前記コイル上に配置された電磁干渉吸収体層をさらに含み、前記コイルと前記電磁干渉吸収体層との間の前記コイル上に配置された絶縁層をさらに含むハンドヘルドデバイス。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の相互参照】

【0001】

本出願は、２０１４年５月３０日に出願された米国仮出願第６２／００５４２２号明細書の利益を主張し、その内容を参照によって本明細書に援用する。

【技術分野】

【0002】

本開示は、概して電子デバイスのワイヤレス充電に関する。

【背景技術】

【0003】

現在のハンドヘルドデバイスは、通常、複数の機能を有し、通常、３ＧまたはＬＴＥワイヤレス技術を介して多くのデータにアクセスし、またはそれらを送信する。これらのワイヤレスネットワークの電力要求は高いが、薄型設計がハンドヘルドデバイスの傾向であり、ハンドヘルドデバイスのバッテリ容量を制約している。ハンドヘルドデバイスの電力が低くなった時、一般的な解決法は、有線接続を用いてハンドヘルドデバイスを電源に接続することである。ハンドヘルドデバイスは、充電アダプタを用いて電源コンセントに差し込まれてもよいし、ＵＳＢケーブルを用いてより大きなバッテリ容量のノート型コンピュータまたはその他の電子デバイスに挿し込まれてもよい。しかしながら、ハンドヘルドデバイスのユーザが適切な充電アダプタまたはＵＳＢケーブルを利用できない時は、ユーザは、ハンドヘルドデバイスを充電することができないかもしれない。ユーザが適切な充電アダプタまたはＵＳＢケーブルを利用できない場合、ユーザがより大きなバッテリ容量を有する電子デバイスに保存された電力を利用することができることは有益であるだろう。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示は、カバーとして電子デバイスと一体化でき、且つそれらの電子デバイスのワイヤレス充電を可能にするために使用できるワイヤレス充電デバイスに関する。それら電子デバイスの一つは、比較的大きなバッテリ容量のポータブルコンピュータまたはポータブル二次電池内蔵電源（ｐｏｒｔａｂｌｅ ｐｏｗｅｒ ｂａｎｋ）でもよいし、それら電子デバイスの他の一つは、比較的小さなバッテリ容量のハンドヘルドデバイスでもよい。当該ワイヤレス充電デバイスがこのポータブルデバイス及びハンドヘルドデバイスに取り付けられた状態では、ポータブルデバイスに取り付けられたワイヤレス充電デバイスによって生成される電磁界を介してポータブルデバイスからハンドヘルドデバイスへエネルギーを伝送できる。具体的な実施形態では、ワイヤレス充電デバイスは、ガラス基板またはガラスセラミック基板の表面上に形成された層状の誘導充電構造体を含む。このワイヤレス充電デバイスは非常に薄くすることができ、このワイヤレス充電デバイスの上記電子デバイスへの一体化が、電子デバイスの厚みを大きく増加させることもないため、電子デバイスが各自の薄型設計を保持することが可能になる。

【0005】

尚、上述の概要及び以下の詳細な説明はともに一例である。添付の図面は、実施形態の更なる理解を提供するために含まれるものであり、本明細書に援用されてその一部を構成するものである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】ホストデバイスと寄生デバイスを伴うワイヤレス充電システムの図である。

【図2a】トップカバーとしてワイヤレス充電トランスミッタデバイスを備えるポータブルコンピュータを示す。

【図2b】パームレストカバーとしてワイヤレス充電トランスミッタデバイスを備えるポータブルコンピュータを示す。

【図2c】トップカバーとしてワイヤレス充電トランスミッタデバイスを備えるポータブル二次電池内蔵電源を示す。

【図3a】バックカバーとしてワイヤレス充電レシーバデバイスを備えるスマートフォンを示す。

【図3b】バックカバーとしてワイヤレス充電レシーバデバイスを備えるスマートウォッチを示す。

【図4a】ワイヤレス充電トランスミッタデバイスの層構造体を示す。

【図4b】図４ａの構造体の分解図を示す。

【図5a】ワイヤレス充電制御回路に結合されたトランスミッタコイルを示す。

【図5b】図５ａのトランスミッタコイルに用いられるブリッジ構造体を示す。

【図6a】コネクタの断面図である。

【図6b】コネクタの他の断面図である。

【図7a】ワイヤレス充電制御回路に結合された、図５ａに示すものとは異なるフォームファクタのトランスミッタコイルを示す。

【図7b】図７ａのトランスミッタコイルの接続エリアの周囲の層構造体を示す。

【図8a】ワイヤレス充電トランスミッタデバイスを組み込んだポータブルコンピュータを示す。

【図8b】ワイヤレス充電トランスミッタデバイスを組み込んだポータブル二次電池内蔵電源を示す。

【図9a】ワイヤレス充電レシーバデバイスの層構造体を示す。

【図9b】図９ａの構造体の分解図を示す。

【図10a】ワイヤレス充電制御回路に結合されたレシーバコイルを示す。

【図10b】図１０ａのレシーバコイルに用いられる接続構造体を示す。

【図11】ワイヤレス充電レシーバデバイスを備えるハンドヘルドデバイスを示す。

【図12】ワイヤレス充電デバイスを製造する処理を説明する。

【発明を実施するための形態】

【0007】

添付の図面は、必ずしも一定の比率ではなく、図の特定の特徴及び特定の面が、明確さ及び簡潔さのため、比率において誇張されて図示されている場合があり、または概略的に図示されている場合がある。

【0008】

図１は「寄生デバイス」２及び「ホストデバイス」４を伴うワイヤレス充電システム１０の図である。「寄生デバイス」という用語は、ワイヤレス充電システム１０を介して電力を受け取ろうとするデバイスを示すために使用され、「ホストデバイス」という用語は、ワイヤレス充電システム１０を介して電力を提供しようとするデバイスを示すために使用される。一般に、ホストデバイス４は電源を有し、その電源は寄生デバイス内のバッテリよりも大きな容量のバッテリ形態でも、電源コンセントへの接続形態でもよい。説明のため、寄生デバイス２は、スマートフォン、ポータブルメディアプレーヤ、ウェアラブルデバイス、またはタブレット等のハンドヘルドデバイスでもよく、ホストデバイス４は、ポータブルコンピュータまたはポータブル二次電池内蔵電源等のポータブルデバイスでもよい。ワイヤレス充電システム１０は、ホストデバイス４上に取り付けられたワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２と、寄生デバイス２上に取り付けられたワイヤレス充電レシーバデバイス１４とを含む。ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２とワイヤレス充電レシーバデバイス１４が各自の取り付け位置にあれば、ホストデバイス４からの電力を用いて寄生デバイス２を誘導的に充電することが可能になる。

【0009】

図２ａから図２ｃは、ホストデバイス４上にワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２を取り付ける様々な例を示し、図３ａ及び図３ｂは、寄生デバイス２上にワイヤレス充電レシーバデバイス１４を取り付ける二つの例を示す。図２ａでは、ホストデバイス４はポータブルコンピュータ４ａであり、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２は、ポータブルコンピュータ４ａのトップカバー１２ａとして使用されている。図２ｂでは、ホストデバイス４はポータブルコンピュータ４ｂであり、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２は、ポータブルコンピュータ４ｂのパームレストカバー１２ｂとして使用されている。図２ｃでは、ホストデバイス４はポータブル二次電池内蔵電源（即ちバッテリパック）４ｃであり、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２は、ポータブル二次電池内蔵電源４ｃのトップカバー１２ｃとして使用されている。図３ａでは、寄生デバイス２はスマートフォン２ａであり、ワイヤレス充電レシーバデバイス１４は、スマートフォン２ａのバックカバー１４ａとして使用されている。図３ｂでは、寄生デバイス２はスマートウォッチ２ｂであり、ワイヤレス充電レシーバデバイス１４は、バックカバー１４ｂとして使用されている。このように、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２とワイヤレス充電レシーバデバイス１４のフォームファクタは、夫々、ホストデバイス４と寄生デバイス２上の取り付け箇所に適合するように選択できる。

【0010】

図４ａ及び図４ｂは、例示的な一実施形態に係るワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２の層構造体を示す。これらの図では、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２は基板１６を含み、この基板１６は、一実施形態においてガラスまたはガラスセラミック製である。基板１６は、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２の所望のフォームファクタによって、またはワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２によって被覆されるべきホストデバイスのエリアによって決まるカバー形状及びサイズを有する。基板１６の内表面２０上には装飾層１８が施される。装飾層１８上にはトランスミッタコイル２２が施される。場合によっては、装飾層１８は省略してもよく、それにより、トランスミッタコイル２２は、装飾層１８を介さず基板１６の内表面２０上に施される。図４ｂに示す実施形態では、トランスミッタコイル２２は、平らな渦巻コイル２２ａを有する。渦巻コイル２２ａの両端はリード線２２ｂ、２２ｃに接続され、リード線２２ｂ、２２ｃは、電気コンタクト２８、２９に接続している。トランスミッタコイル２２上には絶縁層２４が施され、絶縁層２４上には、電磁干渉（ＥＭＩ）吸収体層２６が施される。ＥＭＩ吸収体層２６は、トランスミッタコイル２２のエリア全体を被覆すべきである。

【0011】

図５ａは、「ホスト」ワイヤレス充電制御回路３０へのリード線２２ｂ、２２ｃの接続を示す。ホストワイヤレス充電制御回路３０は、「ホスト」電源３１に接続される。「ホスト」という用語は、ワイヤレス充電制御回路３０と電源３１をホストデバイスに関連付けることを意図している。（図５ａでは、トランスミッタコイル２２とワイヤレス充電制御回路３０との間の接続に焦点を当てるために、ＥＭＩ吸収体層、絶縁層、装飾層、及び基板は図示されていない。）図５ｂは、図５ａのブリッジエリア５ｂにおける層構造体を示す。図５ｂでは、トランスミッタコイル２２のリード線２２ｂは、絶縁層２４上に印刷されてもよい。その場合、他の絶縁層２４ａがリード線２２ｂ上に施されてもよい。残りの層は、図４ａ及び図４ｂに関して説明されている通りである。図５ａに戻ると、ホストワイヤレス充電制御回路３０は、ホスト電源３１から電圧を受け、受けた電圧を高周波の交流電流（ＡＣ）に変換し、この電流は、トランスミッタコイル２２にパルスを発生させるために使用される。高周波は、例えば、１００ＫＨｚから２００ＫＨｚでもよい。このＡＣがトランスミッタコイル２２を流れる時、トランスミッタコイル２２の周囲には電磁界が生成される。電磁界の大きさ及び方向は、トランスミッタコイル２２の形状と、トランスミッタコイル２２を流れるＡＣの方向及び大きさによって決まる。ワイヤレス充電制御回路３０は、例えば、電力増幅器３０ａ及びインピーダンス変換器３０ｂを含んでもよい。一般に、ワイヤレス充電ホスト制御回路３０は、ホスト電源３１から受けた電圧を高周波のＡＣに変換し、トランスミッタコイル２２にパルスを発生させる任意の適切な構成を有してよい。

【0012】

図５ａは、トランスミッタコイル２２が、コネクタ１３６及びワイヤ１４９でホストワイヤレス充電制御回路３０に接続されてもよいことを示す。一実施形態では、コネクタ１３６は、トランスミッタコイル２２の電気コンタクト２８、２９と接触するための金属ピン１３８、１４０を有する。金属ピン１３８、１４０は、各自の長さがコネクタ１３６の本体に対して調整可能なようにコネクタ１３６の本体に支持されてもよい。図６ａに示す一実施形態では、コネクタ１３６の本体は、ピン１３８を受容する形状を成す空洞１４２を含む。ピン１３８の一端は空洞１４２に受容され、ピン１３８の他端は空洞１４２から延出している。空洞１４２内の支持面１４３と空洞１４２に挿入されたピン１３８の端部との間には、ばね１４４が装着されている。ピン１３８の突出長、即ち、ピン１３８が空洞１４２から延出する長さは、ばね１４４が圧縮されていない時に最大であり、ばね１４４が圧縮されている時は最大未満である。図６ｂに示すように、ピン１４０は、同様に、空洞１４６内の支持面１４７と空洞１４６に挿入されたピン１４０の端部との間にばね１４８が装着された状態で、コネクタ１３６の本体内の空洞１４６内に支持されてもよい。ばね１４４、１４８により、ピン１３８、１４０は、トランスミッタコイル２２の電気コンタクト２８、２９（図５ａ）と確実に接触するために必要な長さ及び力を有することができる。

【0013】

図７ａは、他の一実施形態を示しており、平らな渦巻コイル２２ａの両端は、リード線には接続されず、電気コンタクト２８、２９に直接接続している。この場合、金属ピン１３８ａ、１４０ａ及びワイヤ１４９ａ、１４９ｂを備えるコネクタ１３６ａ、１３６ｂを使用してトランスミッタコイル２２とワイヤレス充電制御回路３０との間を接続することができる。金属ピン１３８ａ、１４０ａは、調整可能な長さを有してもよく、金属ピン１３８、１４０（図６ａ及び６ｂ）に関して上述したように、ばね装填されてもよい。図７ｂは、図７ａの接続エリア７ｂにおける層構造体を示す。絶縁層２４及びＥＭＩ吸収体層２６は、金属ピン１３８ａ、１４０ａが電気コンタクト２８、２９との接触を可能にする孔を含んでもよい。

【0014】

図５ａ及び図５ｂに示すトランスミッタコイルのフォームファクタは、図２ａに示すようなワイヤレス充電トランスミッタデバイスのフォームファクタと共に使用することができる。例えば、図８ａは、ヒンジジョイント１５８等の旋回可能なジョイントによって接続されたベースハウジング１５４とカバーハウジング１５６を備える所謂クラムシェルファクタを有するポータブルコンピュータ１５０を示す。ベースハウジング１５４は、プロセッサ、メモリ、バッテリ等の電源、キーボード及びタッチパッド等の入力デバイス、通信デバイス、オーディオデバイス等のコンポーネントを含んでもよい。説明のため、ホストワイヤレス充電制御回路３０及びホスト電源３１がベースハウジング１５４内に示されている。カバーハウジング１５６は、ディスプレイデバイス１５５及びカメラ１５７が取り付けられたミッドフレーム（図８ａでは見えない）を含む。ワイヤレス充電トランスミッタカバー１２は、カバーハウジング１５６の外側の外殻を形成するようにミッドフレームの外側即ち図面奥側に取り付けられている。トランスミッタコイル２２をホストワイヤレス充電制御回路３０に接続するためのコネクタ１３６は、ヒンジジョイント１５８に設けられてもよい。

【0015】

図７ａ及び図７ｂに示すトランスミッタコイルのフォームファクタは、図２ｂまたは図２ｃに示すようなワイヤレス充電トランスミッタデバイスのフォームファクタと共に使用することができる。例えば、図８ｂは、図７ａ及び図７ｂのトランスミッタコイルのフォームファクタを用いたポータブル二次電池内蔵電源１８０の層構造体を示す。この構造体はワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２を含み、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２は、基板１６、装飾層１８、トランスミッタコイル２２、絶縁層２４、及びＥＭＩ吸収体層２６を含む。ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２とバックハウジング１８２との間には、ホストワイヤレス充電制御回路３０及びホスト電源３１がある。コネクタ１３６ａ、１３６ｂ及びワイヤ１４９ａ、１４９ｂが、ホストワイヤレス充電制御回路３０をトランスミッタコイル２２に接続している。ホストワイヤレス充電制御回路３０は、ホスト電源３１にも接続されている。

【0016】

図９ａ及び図９ｂは、一実施形態に係るワイヤレス充電レシーバデバイス１４の層構造体を示す。これらの図では、ワイヤレス充電レシーバデバイス１４は基板３２を含み、基板３２は、一実施形態ではガラスまたはガラスセラミック製である。基板３２は、ワイヤレス充電レシーバデバイス１４の所望のフォームファクタによって、またはワイヤレス充電レシーバデバイス１４によって被覆されるべき寄生デバイスのエリアによって決まるカバー形状及びサイズを有する。基板３２の内表面３６上には装飾層３４が施される。装飾層３４上にはレシーバコイル３８が施される。場合によっては、装飾層３４は省略してもよく、それにより、レシーバコイル３８が装飾層３４を介さず基板３２の内表面３６上に施される。図９ｂに示す実施形態では、レシーバコイル３８は、平らな渦巻コイル３８ａを有し、両端が電気コンタクト４４、４５に接続している。レシーバコイル３８上には絶縁層４０が施され、絶縁層４０上には、ＥＭＩ吸収体層４２が施される。ＥＭＩ吸収体層４２は、レシーバコイル３８のエリア全体を被覆すべきである。或いは、レシーバコイル３８は、図５ａのトランスミッタコイルに関して示すようなフォームファクタ、即ち、電気コンタクトに接続するリード線を備えるフォームファクタを有してもよい。

【0017】

図１０ａは、「寄生」ワイヤレス充電制御回路４６へのレシーバコイル３８の接続を示しており、「寄生」ワイヤレス充電制御回路４６は「寄生」電力ストレージ４８に接続されている。寄生電力ストレージ４８は、例えば充電式バッテリでもよい。「寄生」という用語は、ワイヤレス充電回路４６及び電力ストレージ４８を寄生デバイスに関連付けることを意図している。コネクタ１３６ｃ、１３６ｄの金属ピン１３８ｂ、１４０ｂは、夫々、電気コンタクト４４、４５と接触する。コネクタ１３６ｃ、１３６ｄのワイヤ１４９ｃ、１４９ｄは、寄生ワイヤレス充電制御回路４６に接続されている。金属ピン１３８ｂ、１４０ｂは、調整可能な長さを有してもよく、金属ピン１３８、１４０に関して上述したように、ばね装填されてもよい。図１０ｂは、図１０ａの接続エリア１０ｂにおける層構造体を示す。この層構造体は、図７ｂにおいて上述したものと同様である。図１０ａに示すように、寄生ワイヤレス充電制御回路４６は、例えば、インピーダンス変換器５０、整流器５２、及びＤＣ／ＤＣコンバータ５４を含んでもよい。（磁界がレシーバコイル内に交流電流を発生させる。従って、レシーバコイルは、ある動作周波数において電流の位相をずらす共振回路が必要である。）一般に、寄生ワイヤレス充電制御回路４６は、レシーバコイル３８内で発生する交流電流を、寄生電力ストレージ４８を充電するための直流電流に変換する任意の適切な構成を有してよい。

【0018】

ワイヤレス充電レシーバデバイス１４のレシーバコイル３８が、図１に示すように、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２のトランスミッタコイル２２に近接して配置される時、トランスミッタコイル２２によって生成される電磁界は、レシーバコイル３８内に交流電流を発生させる。（一実施形態では、レシーバコイル３８とトランスミッタコイル２２は、互いの距離が５ｍｍ以内であれば近接しているとみなされる。レシーバコイル３８とトランスミッタコイル２２が直接接触し、互いの距離が本質的にゼロである時、最高のパフォーマンスが実現される。）寄生ワイヤレス充電制御回路４６は、寄生デバイス２の寄生電力ストレージ４８を充電するために、この交流電流を直流電流に変換する。電磁界をレシーバコイル３８に最も効率的に結合するには、レシーバコイル３８とトランスミッタコイル２２との間の間隔がゼロであることが理想的である。しかしながら、実際には、レシーバコイル３８とトランスミッタコイル２２は少なくともガラス基板１６（図４ａ及び図４ｂ）、３２（図９ａ及び図９ｂ）の厚みだけ離間しているため、ゼロ間隔は起こりえない。例えば、３ｍｍの間隔であれば、０．５６の結合係数を有することがあり、１ｍｍの間隔であれば、０．７５の結合係数を有することがある。一般に、密な近接とは、コイル間の間隔が３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下であるということを意味してよい。

【0019】

図１１は、ワイヤレス充電レシーバデバイス１４を組み込んだハンドヘルドデバイス１８８の図を示す。ハンドヘルドデバイス１８８は、フロントカバー１９４を備えるハウジング１９０と、バックカバーとしてのワイヤレス充電レシーバデバイス１４とを有する。ワイヤレス充電レシーバデバイス１４の細部は図１１には示されていない。ハウジング１９０内には集積回路（ＩＣ）基板１９２があり、ＩＣ基板１９２は、寄生ワイヤレス充電制御回路４６を含んでもよい。また、ハウジング１９０内には寄生電力ストレージ（即ちバッテリ）４８がある。ＩＣ基板１９２は、寄生ワイヤレス充電制御回路４６をワイヤレス充電レシーバデバイス１４内のレシーバコイルに結合するために使用されるコネクタ１９６を有する。

【0020】

装飾層１８（例えば、図４ａ及び図４ｂ）、３４（例えば、図９ａ及び図９ｂ）は、対象デバイスのディスプレイのブラックマトリクスとして、即ち、当該ワイヤレス充電デバイスがそのディスプレイの背面にてカバーとして使用される場合のブラックマトリクスとして機能することができるように、及び／または、対象デバイスの内部コンポーネントを外から見えないように隠すことができるように、不透明または半透明でもよい。好ましくは、装飾層１８、３４は、トランスミッタコイル２２（例えば、図４ａ及び図４ｂ）とレシーバコイル３８（例えば、図９ａ及び図９ｂ）との間でエネルギーを伝送するために用いられる電磁界に対する干渉を回避するように高い電気抵抗を有する非導電層である。装飾層１８、３４は、任意の望ましい色を有してよい。更に、装飾層１８、３４は、ロゴ等の一つ以上のグラフィックデザインまたは文字デザインを組み込んでもよい。

【0021】

一実施形態では、装飾層１８、３４とトランスミッタコイル２２及びレシーバコイル３８は、インク印刷技術または薄膜技術を用いて、夫々、基板１６（例えば図４ａ及び図４ｂ）、３２（例えば、図９ａ及び図９ｂ）上に印刷される。印刷ステップ毎に複数の色を印刷することが望ましい場合は、インクジェット印刷またはその他のデジタル印刷技術が用いられてもよい。これらの装飾層のいずれか等の非導電層の印刷のために、シルクスクリーン印刷の代替方法として、非導電性の真空蒸着が使用されてもよい。装飾層１８、３４とトランスミッタコイル２２及びレシーバコイル３８は、印刷によって非常に薄くすることができ、例えば、１０から１８０μｍの範囲の層厚にすることができる。また、ガラス基板１６、３２も薄くすることができ、例えば、０．１から１．５ｍｍの厚みにすることができる。これにより、トランスミッタコイル２２とレシーバコイル３８との間の間隔は、エネルギーの効率的な伝送のために最小にすることができる。また、これにより、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２及びレシーバデバイス１４は、夫々、ホストデバイス及び寄生デバイスとの一体化によってホストデバイス及び寄生デバイスの厚みを大きく増加することがないように薄くすることができるようになる。

【0022】

絶縁層２４（例えば、図４ａ及び図４ｂ）、２４ａ（図５ｂ）、４０（例えば、図９ａ及び図９ｂ）は、トランスミッタコイル２２及びレシーバコイル３８を水分、埃、化学物質、及び極端に高いまたは低い温度から保護するために使用される。絶縁層２４は、図５ａ及び図５ｂに示すトランスミッタのフォームファクタにおいて電気的分離のために使用されてもよい。これらの絶縁層のいずれかにおいて用いられる絶縁材料は、一実施形態ではコンフォーマルコーティング材料でもよい。コーティング材料の例としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、またはシリコーン樹脂が挙げられる。これらの絶縁層のいずれかの厚みは、一実施形態では１０から２００μｍの範囲でもよい。

【0023】

ＥＭＩ吸収体層２６、４０は、電磁周波数干渉を吸収するために使用される。ＥＭＩ吸収体層２６、４０には任意の適切なＥＭＩ吸収体が使用されてよい。典型的には、ＥＭＩ吸収体は、ポリマー樹脂における金属材料フィラーの形態になる。これらの吸収体層のいずれかの厚みは、０．０８ｍｍから０．２５ｍｍの範囲でもよい。

【0024】

図１２は、例示的な一実施形態に係るワイヤレス充電デバイスを製造する処理のブロック図で、このワイヤレス充電デバイスは、ワイヤレス充電トランスミッタデバイス１２及びレシーバデバイス１４のいずれであってよい。図１２において、５６では、基板（図４ｂの基板１６または図９ａの基板３２に対応）は、対象デバイス（ホストデバイスまたは寄生デバイス）の選択エリアを被覆するようにこの対象デバイス上に取り付けるために選択された形状及びサイズを付与される。一般に、この基板は、二次元（２Ｄ）のカバー形状、または皿形またはそり形等の三次元（３Ｄ）のカバー形状を有してもよい。また、対象デバイス上にこの基板を取り付けるために、この基板は、タブ及びスロット（図示せず）等の取り付け機能部を含んでもよい。

【0025】

一実施形態では、５６にて提供される基板はガラス製である。他の実施形態では、この基板はガラスセラミック製である。ガラスまたはガラスセラミック基板は、任意の適切な処理を用いて強化されてもよい。一実施形態では、この基板は、少なくとも２００ＭＰａの圧縮応力下にある少なくとも一方の表面と、この基板の厚みの少なくとも１％の層深さ（ＤＯＬ）を有する圧縮応力層とを有する強化ガラスまたはガラスセラミック製である。

【0026】

この基板ガラスの強化は、イオン交換法によって化学的に、または熱強化法によって行われてもよい。一実施形態では、この強化は、基板ガラスが、２００ＭＰａよりも大きい圧縮応力と、１５μｍよりも深い表面圧縮層深さを備える表面圧縮層を有するようなものである。この深さは、ガラスの表面からガラスの厚み方向へ測定される。好ましくは、この強化は、このガラスが、６００ＭＰａよりも大きい圧縮応力と、２５μｍよりも深い表面圧縮層深さを備える表面圧縮層を有するようなものである。より好ましくは、この強化は、圧縮応力が６５０ＭＰａよりも大きく、表面圧縮層の深さが３０μｍから５０μｍの範囲にあるようなものである。一部の実施形態では、この強化ガラスは、イオン交換法によって強化可能なアルミノシリケートガラスまたはアルミノボロシリケートガラスでもよい。しかし、この強化ガラスは、イオン交換法または熱強化法によって形成されたものに限定されない。この強化ガラスを生成するために、ガラス内に圧縮層を誘発する任意の適切な手段が用いられてよい。

【0027】

５８にて、当該処理は、シルクスクリーン印刷を用いて、装飾層（図４ｂの装飾層１８または図９ｂの装飾層４０に対応）を印刷することを伴う。この印刷では、非導電性のカラーインク（例えば、ブラック、ホワイト、または他の色）が使用される。この方法は、シルクスクリーン印刷を用いて前記基板の表面（図４ｂの内表面２０または図９ｂの内表面３２に対応）上に非導電性のインクを堆積し、その後、そのインクを硬化させることを伴う。装飾層の印刷は、例えば、装飾層が二つ以上のカラーインクを使用する場合は、段階的に行われてもよい。６０にて、コイル（図４ｂのトランスミッタコイル２２または図９ｂのレシーバコイル３８に対応）及び電気コンタクト（図４ｂのコンタクト２８、２９または図９ｂの電気コンタクト４４、４５に対応）が、同様にシルクスクリーン印刷を用いて装飾層上に印刷され、その後、そのインクを硬化する。このコイル及び電気コンタクトには、銅インクまたは銀インク等の導電性インクが印刷に用いられる。尚、装飾層及びコイルの印刷には、シルクスクリーン印刷以外の他の印刷方法が用いられてもよい。

【0028】

６２にて、絶縁材料が、絶縁層（絶縁層２４または図９ｂの絶縁層４０に対応）を形成するために、刷毛塗りまたは吹き付けを用いて、印刷されたコイルの上面に施される。この絶縁層は、シルクスクリーン印刷またはその他の適切な印刷方法によって印刷されてもよい。絶縁材料が硬化された後、６４にて、ＥＭＩ吸収体層（ＥＭＩ吸収体層２６または図９ｂのＥＭＩ吸収体層４２に対応）を形成するために、ＥＭＩ吸収体材料が絶縁層上に施される。ＥＭＩ吸収体層は、コイルのエリア全体を被覆すべきである。ＥＭＩ吸収体材料は、絶縁層に張り付けることができる接着剤を備えるシート状のものでもよい。図５ａに示すコイルのフォームファクタが印刷される場合、ブリッジエリアのリード線（リード線２２ｂに対応）を、コイルに用いられるものと同一のインク及び方法を用いてステップ６２の後に絶縁層上に印刷することができ、その後、任意で、そのリード線上に絶縁材料を施し、その後、コイルのエリア全体にＥＭＩ吸収体層を施すステップ６４を行うことができる。

【0029】

本発明は、限られた数の実施形態に関して説明されたが、本開示の恩恵を受ける当業者には、本明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しないその他の実施形態に想到できることが分かるだろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

【0030】

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

【0031】

実施形態１
電子デバイス用のワイヤレス充電デバイスを製造する方法であって、
ガラスまたはガラスセラミック製であり、当該電子デバイスのエリアを被覆するように構成された形状及びサイズを有する基板を提供するステップと、
導電性インクを用いて、当該基板の表面上または当該基板の当該表面上の装飾層上にコイルを印刷するステップを有する方法。

【0032】

実施形態２
前記印刷されたコイル上に電磁干渉吸収体層を施すステップを更に有する実施形態１記載の方法。

【0033】

実施形態３
前記印刷されたコイルと前記電磁干渉吸収体層との間に絶縁層を介在させるように、当該電磁干渉吸収体層を施すステップの前に、当該印刷されたコイル上に当該絶縁層を施すステップを更に有する実施形態２記載の方法。

【0034】

実施形態４
前記コイルを印刷するステップは、平らな渦巻コイルを印刷するステップを含み、当該平らな渦巻コイル上を横断するリード線の一部が、前記絶縁層によって当該平らな渦巻コイルから分離されるように、当該絶縁層上に当該平らな渦巻コイルの一端に接続される当該リード線を印刷するステップを更に有する実施形態３記載の方法。

【0035】

実施形態５
前記コイルはシルクスクリーン印刷を用いて印刷される実施形態１記載の方法。

【0036】

実施形態６
前記導電性インクは銅または銀を含む実施形態１記載の方法。

【0037】

実施形態７
前記印刷されたコイルの層厚は、１０から１８０μｍの範囲にある実施形態１記載の方法。

【0038】

実施形態８
前記コイルを印刷するステップの前に、非導電性インクを用いて前記基板の前記表面上に前記装飾層を印刷するステップを更に有する実施形態１記載の方法。

【0039】

実施形態９
前記装飾層はシルクスクリーン印刷を用いて印刷される実施形態８記載の方法。

【0040】

実施形態１０
前記コイルは前記装飾層上に印刷され、当該装飾層の層厚は１０から２００μｍの範囲にある実施形態１記載の方法。

【0041】

実施形態１１
電子デバイス用のワイヤレス充電デバイスであって、
ガラスまたはガラスセラミック製であり、当該電子デバイスのエリアを被覆するように構成された形状及びサイズを有する基板と、
当該基板の表面上に形成された層状の誘導充電構造体であって、電流に応答して電磁界を生成するためまたは電磁界に応答して電流を発生させるためのコイルを含む層状の誘導充電構造体と、
を有するワイヤレス充電デバイス。

【0042】

実施形態１２
前記コイルの層厚は１０から１８０μｍの範囲にある実施形態１１記載のワイヤレス充電デバイス。

【0043】

実施形態１３
前記層状の誘導充電構造体は、非導電性材料を含む装飾層を更に有し、当該装飾層は、前記基板の前記表面と前記コイルとの間に配置されている実施形態１１記載のワイヤレス充電デバイス。

【0044】

実施形態１４
前記層状の誘導充電構造体は、前記コイル上に配置された電磁干渉吸収体層を更に有する実施形態１１記載のワイヤレス充電デバイス。

【0045】

実施形態１５
前記層状の誘導充電構造体は、前記コイル上且つ当該コイルと前記電磁干渉吸収体層との間に配置された絶縁層を更に有する実施形態１４記載のワイヤレス充電デバイス。

【0046】

実施形態１６
前記コイルは平らな渦巻コイルを有する実施形態１１記載のワイヤレス充電デバイス。

【0047】

実施形態１７
前記コイルは、前記平らな渦巻コイルの両端に接続されたリード線を更に備え、当該リード線は電気コンタクトに接続する実施形態１６記載のワイヤレス充電デバイス。

【0048】

実施形態１８
前記リード線の一方は、前記平らな渦巻コイルの少なくとも一部の上方を横断し、絶縁材料によって当該平らな渦巻コイルから分離されている実施形態１７記載のワイヤレス充電デバイス。

【0049】

実施形態１９
前記基板は、２００ＭＰａより大きな圧縮応力下にある少なくとも一方の表面と、１５μｍよりも深い層深さを有する圧縮応力層とを有する強化ガラス製である実施形態１１記載のワイヤレス充電デバイス。

【0050】

実施形態２０
ハウジングと、
カバーとして当該ハウジングの側部に取り付けられたワイヤレス充電レシーバデバイスであって、当該ワイヤレス充電レシーバデバイスは、ガラスまたはガラスセラミック製の基板と、当該基板の表面に形成された層状の誘導充電構造体とを備え、当該層状の誘導充電構造体はレシーバコイルを有し、当該レシーバコイルは、電磁界に応答して電流を発生させるものであるワイヤレス充電レシーバデバイスと、
当該ハウジング内に配置されたワイヤレス充電制御回路及び電力ストレージであって、当該ワイヤレス充電制御回路は、当該レシーバコイル及び当該電力ストレージに結合され、当該レシーバコイル内で発生する当該電流によって当該電力ストレージを充電するように構成されるワイヤレス充電制御回路及び電力ストレージと、
を備えたハンドヘルドデバイス。

【符号の説明】

【0051】

２ 寄生デバイス
２ａ スマートフォン
２ｂ スマートウォッチ
４ ホストデバイス
４ａ、４ｂ、１５０ ポータブルコンピュータ
４ｃ、１８０ ポータブル二次電池内蔵電源
５ｂ ブリッジエリア
７ｂ、１０ｂ 接続エリア
１０ ワイヤレス充電システム
１２ ワイヤレス充電トランスミッタデバイス
１２ａ、１２ｃ トップカバー
１２ｂ パームレストカバー
１４ ワイヤレス充電レシーバデバイス
１４ａ、１４ｂ バックカバー
１６、３２ 基板
１８、３４ 装飾層
２０、３６ 内表面
２２ トランスミッタコイル
２２ａ、３８ａ 平らな渦巻コイル
２２ｃ、２２ｂ リード線
２４、２４ａ、４０ 絶縁層
２６、４２ 電磁干渉（ＥＭＩ）吸収体層
２８、２９、４４、４５ 電気コンタクト
３０ ホストワイヤレス充電制御回路
３０ａ 電力増幅器
３０ｂ、５０ インピーダンス変換器
３１ ホスト電源
３８ レシーバコイル
４６ 寄生ワイヤレス充電制御回路
４８ 寄生電力ストレ
５２ 整流器
５４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５６、５８、６０、６２、６４ ステップ
１３６、１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄ、１９６ コネクタ
１３８、１４０、１３８ａ、１４０ａ、１３８ｂ、１４０ｂ 金属ピン
１４２、１４６ 空洞
１４３、１４７ 支持面
１４４、１４８ ばね
１４９、１４９ａ、１４９ｂ、１４９ｃ、１４９ｄ ワイヤ
１５４ ベースハウジング
１５５ ディスプレイデバイス
１５６ カバーハウジング
１５７ カメラ
１５８ ヒンジジョイント
１８２ バックハウジング
１８８ ハンドヘルドデバイス
１９０ ハウジング
１９２ 集積回路（ＩＣ）基板
１９４ フロントカバー

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9a】

【図9b】

【図10a】

【図10b】

【図11】

【図12】