(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機の充電領域内の、それぞれが複数の負荷抵抗を有する複数の受信機のうちの第1の受信機であって、第1の負荷抵抗を有する第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正するよう要求するステップと、
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、それぞれの負荷抵抗を前記送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正するよう要求するステップと
を備える、電力配分を制御するための方法。
【請求項２】
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機の最初の負荷抵抗を測定するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の受信機についての前記目的の電力配分を決定するステップをさらに備える、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機のそれぞれの負荷抵抗が修正されるべきかどうかを決定するステップと、
前記複数の受信機についての前記目的の電力配分が実現されるように、それぞれの受信機のそれぞれの前記負荷抵抗が修正されるべき値を決定するステップと
をさらに備える、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記送信機の前記充電領域内の前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記目的の電力配分を実現する前記値に修正するよう要求するステップと、
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、それぞれの負荷抵抗を前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正するよう要求するステップと
をほぼ同時に行うことをさらに備える、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記充電領域内の電力を無線で送信するステップをさらに備える、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
複数の受信機のうちの第1の受信機に要求する前記ステップが、前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を増加させる値まで減少させるよう要求するステップを備える、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
複数の受信機のうちの第1の受信機に要求する前記ステップが、前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで増加させるよう要求するステップを備える、請求項6に記載の方法。
【請求項９】
複数の受信機のうちの第1の受信機に要求する前記ステップが、前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記複数の受信機のうちの少なくとも1つの他の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで減少させるよう要求するステップを備える、請求項6に記載の方法。
【請求項１０】
アンテナの充電領域内の、それぞれが複数の負荷抵抗を有する複数の受信機のうちの第1の受信機と通信するように構成されたアンテナであって、前記第1の受信機が第1の負荷抵抗を有するアンテナと、
前記アンテナと通信し、
前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正するよう要求し、
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、それぞれの負荷抵抗を前記送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正するよう要求するように構成されたコントローラと
を備える、電力配分を制御するための送信機。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機の最初の負荷抵抗を測定するようにさらに構成される、請求項10に記載の送信機。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記複数の受信機についての前記目的の電力配分を決定するようにさらに構成される、請求項11に記載の送信機。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機のそれぞれの負荷抵抗が修正されるべきかどうかを決定して、前記複数の受信機についての前記目的の電力配分が実現されるように、それぞれの受信機のそれぞれの前記負荷抵抗が修正されるべき値を決定するようにさらに構成される、請求項12に記載の送信機。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記送信機の前記充電領域内の前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記目的の電力配分を実現する前記値に修正するよう要求することと、前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、それぞれの負荷抵抗を前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正するよう要求することとをほぼ同時に行うようにさらに構成される、請求項13に記載の送信機。
【請求項１５】
前記充電領域内の電力を無線で送信するように構成された送信アンテナをさらに備える、請求項14に記載の送信機。
【請求項１６】
前記コントローラが、前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を増加させる値まで減少させるよう要求するようにさらに構成される、請求項15に記載の送信機。
【請求項１７】
前記コントローラが、前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで増加させるよう要求するようにさらに構成される、請求項15に記載の送信機。
【請求項１８】
送信機の充電領域内の、それぞれが複数の負荷抵抗を有する複数の受信機のうちの第1の受信機であって、第1の負荷抵抗を有する第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正するよう要求するための手段と、
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、それぞれの負荷抵抗を前記送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正するよう要求するための手段と
を備える、電力配分を制御するための装置。
【請求項１９】
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機のそれぞれの負荷抵抗が修正されるべきかどうかを決定するための手段と、
前記複数の受信機についての前記目的の電力配分が実現されるように、それぞれの受信機のそれぞれの負荷抵抗が修正されるべき値を決定するための手段と
をさらに備える、請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
前記送信機の前記充電領域内の前記複数の受信機のうちの前記第1の受信機に、前記第1の負荷抵抗を前記目的の電力配分を実現する前記値に修正するよう要求することと、前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、それぞれの負荷抵抗を前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正するよう要求することとをほぼ同時に行うための手段をさらに備える、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記複数の受信機のうちのそれぞれの受信機の最初の負荷抵抗を測定する手段をさらに備える、請求項20に記載の装置。
【請求項２２】
前記複数の受信機についての前記目的の電力配分を決定する手段をさらに備える、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記充電領域内の電力を無線で送信する手段をさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
複数の受信機のうちの第1の受信機に、第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を増加させる値まで減少させるよう要求する手段をさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
複数の受信機のうちの第1の受信機に、第1の負荷抵抗を前記第1の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで増加させるよう要求する手段をさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２６】
送信機要求に応じて、受信機の負荷抵抗を複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正するステップと、
他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷抵抗を送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正するステップと
を備える、負荷抵抗を変えるための方法。
【請求項２７】
前記送信機要求に応じて、前記受信機の前記負荷抵抗を前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を実現する前記値に修正するステップと、他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷抵抗を前記送信機によって観測される前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正するステップとをほぼ同時に行うことをさらに備える、請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記充電領域内で、電力を無線で受信するステップをさらに備える、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を増加させる値まで減少させるステップをさらに備える、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を減少させる値まで増加させるステップをさらに備える、請求項28に記載の方法。
【請求項３１】
前記負荷の前記抵抗を前記複数の受信機のうちの少なくとも1つの他の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで減少させるステップをさらに備える、請求項28に記載の方法。
【請求項３２】
負荷と、
送信機要求に応じて、前記負荷の抵抗を複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正して、
他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷の前記抵抗を送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正する
ように構成されたコントローラと
を備える、負荷抵抗を変えるための受信機。
【請求項３３】
コントローラが、前記送信機要求に応じて、前記受信機の前記負荷抵抗を前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を実現する前記値に修正することと、他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷抵抗を前記送信機によって観測される前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正することとをほぼ同時に行うようにさらに構成される、請求項32に記載の受信機。
【請求項３４】
前記充電領域内で、電力を無線で受信するように構成されたアンテナをさらに備える、請求項33に記載の受信機。
【請求項３５】
前記コントローラが、前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を増加させる値まで減少させるようにさらに構成される、請求項34に記載の受信機。
【請求項３６】
前記コントローラが、前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を減少させる値まで増加させるようにさらに構成される、請求項34に記載の受信機。
【請求項３７】
前記コントローラが、前記負荷の前記抵抗を前記複数の受信機のうちの少なくとも1つの他の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで減少させるようにさらに構成される、請求項34に記載の受信機。
【請求項３８】
送信機要求に応じて、受信機の負荷抵抗を複数の受信機間の目的の電力配分を実現する値に修正するための手段と、
他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷抵抗を送信機によって観測される目的の全インピーダンスを実現する値に修正するための手段と
を備える、負荷抵抗を変えるための装置。
【請求項３９】
前記送信機要求に応じて、前記受信機の前記負荷抵抗を前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を実現する前記値に修正することと、他の送信機要求に応じて、前記複数の受信機間の前記目的の電力配分を維持しながら、前記負荷抵抗を前記送信機によって観測される前記目的の全インピーダンスを実現する前記値に修正することとをほぼ同時に行うための手段をさらに備える、請求項38に記載の装置。
【請求項４０】
前記充電領域内で、電力を無線で受信するための手段をさらに備える、請求項39に記載の装置。
【請求項４１】
前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を増加させる値まで減少させる手段をさらに備える、請求項40に記載の装置。
【請求項４２】
前記負荷の前記抵抗を前記送信機から受信される電力の量を減少させる値まで増加させる手段をさらに備える、請求項40に記載の装置。
【請求項４３】
前記負荷の前記抵抗を前記複数の受信機のうちの少なくとも1つの他の受信機に供給される電力の量を減少させる値まで減少させる手段をさらに備える、請求項40に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、米国特許法第119条(e)項に基づいて、2010年4月23日に出願された米国仮特許出願第61/327,532号「POWER DISTRIBUTION BETWEEN MULTIPLE RECEIVERS DURING CHARGING」の優先権を主張するものであり、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は一般に無線電力に関し、より詳細には、複数の無線受信機間の電力配分を制御することに関するシステム、装置、および方法に関する。さらに、本発明は、複数の受信機のために送信機によって見られる最適な全インピーダンスを実現することによって無線電力伝達を増進することに関するシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
送信機と充電されるべき装置との間で、無線による(over the air)電力伝送を使用する手法が開発中である。これらの手法は一般に2つのカテゴリに分類される。1つは、送信アンテナと、放射された電力を集め、それを整流して電池を充電する、充電されるべき装置上の受信アンテナとの間の平面波放射(plane wave radiation)(遠距離場放射(far-field radiation)とも呼ばれる)結合に基づくものである。一般に、アンテナは結合効率を向上させるために、共振長のアンテナである。この手法の難点は、アンテナ間の距離とともに電力結合が急速に低下することである。そのために、適度な距離を超えた(たとえば、1〜2メートル超の)充電は困難となる。さらに、このシステムは平面波を放射するので、フィルタリングによって適切に制御されていない場合、意図しない放射がその他のシステムに干渉する可能性がある。
【０００４】
その他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面に組み込まれた送信アンテナと、充電されるべきホスト装置に組み込まれた受信アンテナおよび整流回路との間の誘導結合に基づく。この手法の不利点は、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近く(たとえば数ミリメートル)なければならないことである。この手法は、同じエリアにおける複数の装置を同時に充電できる能力があるが、このエリアは一般的に小さいため、ユーザは特定のエリアに装置を置かなければならない。
【０００５】
異なる受信機の送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンスにおける変動、および送信コイル内の異なる位置で見られる相互インダクタンスにおけるさらなる変動のために、同時充電の間のそれぞれの受信機への電力供給は著しく異なる場合がある。無線電力システムが、所要電力および/または受信機の特徴(ブルートゥース、電話、PDA)に応じてそれぞれの受信機に電力を送ることができ、同時にそれぞれおよび全ての受信機への充電処理の効率を維持することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の受信機への電力伝達効率を維持しつつ、複数の受信機間の電力配分を制御するための方法、システム、および装置が必要である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】無線電力伝達システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】無線電力伝達システムの簡略化された概略図である。
【図３】本発明の例示的実施形態で使用するためのループアンテナの概略図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、送信機の簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、受信機の簡略化されたブロック図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、送信機および受信機を含むシステムを示す図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、送信機と複数の受信機を含むシステムである。
【図８】本発明の例示的実施形態による、無線電力装置、および無線電力装置の充電領域内に位置する複数の電子装置を含むシステムである。
【図９】本発明の例示的実施形態による、無線電力システムの様々なインピーダンスを示すグラフである。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、無線電力システムの様々なインピーダンスを示すグラフである。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、無線電力システムの様々なインピーダンスを示すグラフである。
【図１２】本発明の例示的実施形態による方法を示す流れ図である。
【図１３】本発明の例示的実施形態による、他の方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で、添付の図面に関連付けて説明される詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明を目的としており、本発明を実施できる実施形態だけを示すことを目的とするものではない。本明細書を通じて使用される「例示的」という用語は「例、実例、または例示として役立つ」ことを意味し、必ずしもその他の例示的実施形態よりも好ましい、または有利なものと解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。これらの特定の詳細なしに本発明の例示的実施形態を実施できることは、当業者には明らかだろう。いくつかの実例において、本明細書に提示される例示的実施形態の新規性が不明瞭にならないようにするために、よく知られている構造および装置がブロック図の形式で示される。
【０００９】
「無線電力」という用語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連付けられるあらゆる形式のエネルギー、さもなければ物理的な導電体を使用せずに送信機と受信機との間で伝送されるあらゆる形式のエネルギーを意味するために使用される。
【００１０】
図1は、本発明の様々な例示的実施形態による、無線伝送または充電システム100を示している。エネルギー伝達を行うための放射場106を生成するために、入力電力102が送信機104に提供される。受信機108は放射場106に結合し、出力電力110に結合された装置(図示せず)によって貯蔵または消費するための出力電力110を生成する。送信機104と受信機108の両方は距離112によって隔てられている。ある例示的実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係によって構成されており、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数が非常に近い場合、受信機108が放射場106の「近接場(near-field)」に位置していると、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。
【００１１】
送信機104はエネルギー伝送の手段を提供するための送信アンテナ114をさらに含み、受信機108はエネルギー受信の手段を提供するための受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、それらに関連付けられるべき用途および装置によってサイズを調整される。上述のように、送信中のアンテナの近接場におけるエネルギーの大部分を受信中のアンテナに結合させることによって、電磁波におけるエネルギーのほとんどを遠距離場に伝播させるよりも、効率的なエネルギー伝達が生じる。この近接場においては、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間で結合モードが生み出される。この近接場結合が生じうるアンテナ114、118の周りのエリアは、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
【００１２】
図2は、無線電力伝達システムの簡略化された概略図を示している。送信機104は、発振器122、電力増幅器124、ならびにフィルタおよび整合回路126を含む。発振器は、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数で信号を生成するように構成されており、この信号は調整信号123に応じて調整されうる。発振器信号は、制御信号125に応じた増幅量で、電力増幅器124によって増幅されうる。高調波またはその他の望まれていない周波数をフィルタアウトし、送信機104のインピーダンスを送信機アンテナ114に整合させるためのフィルタおよび整合回路126が含まれうる。
【００１３】
受信機108は、DC電力出力を生成して、図2に図示されるようにバッテリ136を充電するため、あるいは受信機に結合された装置(図示せず)に電力を供給するために、整合回路132と、整流およびスイッチング回路134とを含みうる。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために含まれうる。受信機108および送信機104は、別々の通信チャネル119(たとえば、ブルートゥース、ジグビー(zigbee)、セルラーなど)上で通信できる。
【００１４】
図3に例示されるように、例示的実施形態において使用されるアンテナは、「ループ」アンテナ150として構成されうる。これは、本明細書においては「磁気」アンテナと呼ばれる場合もある。ループアンテナは、空芯(air core)あるいはフェライトコア(ferrite core)のような物理的なコアを含むように構成されうる。空芯ループアンテナは、コア周辺に置かれた外部物理装置に対して、より許容度がある。さらに、空芯ループアンテナによって、コアエリア内にその他の構成要素を置くことができるようになる。さらに、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力な送信アンテナ114(図2)の平面内に受信アンテナ118(図2)を置くことが、空芯ループによってより容易に可能になる。
【００１５】
上述のように、送信機104と受信機108との間の効率的なエネルギー伝達は、送信機104と受信機108との間の共振が整合する場合か、ほぼ整合する場合に生じる。しかし、送信機104と受信機108との間の共振が整合しない場合でも、効率には影響を受けるものの、エネルギーが伝達されうる。エネルギー伝達は、送信アンテナからエネルギーを自由空間に伝播させるよりもむしろ、送信アンテナの近接場からのエネルギーを、この近接場が確立されている近隣に存在する受信アンテナに結合させることによって生じる。
【００１６】
ループアンテナまたは磁気アンテナの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは一般に、単にループによって生成されたインダクタンスであるが、キャパシタンスは一般に、所望の共振周波数で共振構造を生成するために、ループアンテナのインダクタンスに加えられる。非限定的な例として、共振信号156を生成する共振回路を生成するために、コンデンサ152およびコンデンサ154がアンテナに加えられうる。したがって、直径が大きいループアンテナでは、ループの直径すなわちインダクタンスが大きくにつれて、共振を誘起するのに必要とされるキャパシタンスのサイズが小さくなる。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が大きくなると、近接場の効率的なエネルギー伝達エリアが大きくなる。当然、その他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、コンデンサはループアンテナの2つの端子の間に並列に配置されうる。さらに、送信アンテナについては、共振信号156がループアンテナ150への入力でよいということが当業者には理解されるであろう。
【００１７】
図4は、本発明の例示的実施形態による、送信機200の簡略化されたブロック図である。送信機200は、送信回路202および送信アンテナ204を含む。一般に送信回路202は、発振信号を提供することによって送信アンテナ204にRF電力を提供し、それによって送信アンテナ204の周りに近接場エネルギーを生成する。送信機200は任意の適切な周波数で動作できる点に留意されたい。一例を挙げると、送信機200は13.56MHz ISMバンドで動作できる。
【００１８】
例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(たとえば50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定インピーダンス整合回路206、および受信機108(図1)に結合された装置の自己ジャミングを回避するレベルまで高調波放射を減らすように構成されたローパスフィルタ(LPF)208を含む。他の例示的実施形態は、これに限定されないが、特定の周波数を減衰させながらその他を通過させるノッチフィルタを含む別のフィルタトポロジを含むことができ、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によって取られるDC電流などの、測定できる送信メトリクスに基づいて異なる場合がある適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路202は、発振器212によって決定されたようにRF信号を駆動するように構成された電力増幅器210をさらに含む。送信回路はディスクリート素子(discrete device)または回路で構成されてもよく、または代替的に統合されたアセンブリで構成されてもよい。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は、約2.5ワットでよい。
【００１９】
送信回路202は、特定の受信機のための送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器212をイネーブルにするための、発振器の周波数または位相を調整するための、および接続された受信機を通じて隣接装置と相互にやり取りするための通信プロトコルを実装するために出力電力レベルを調整するためのコントローラ214をさらに含む。当技術分野ではよく知られているように、発振器の位相および送信経路における関連回路の調整によって、特にある周波数から他の周波数に遷移する際に、帯域外放射を減らせるようになる。
【００２０】
送信回路202は、送信アンテナ204によって生成された近接場の付近におけるアクティブな受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含みうる。一例を挙げると、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって生成された近接場の付近におけるアクティブな受信機の存在または不在によって影響を受ける、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210にかかる負荷に対する変化の検出は、発振器212がエネルギーを送信できるようにするべきかどうか、またアクティブな受信機と通信するべきかどうかを判断する際に使用するために、コントローラ214によって監視される。
【００２１】
送信アンテナ204は、リッツ線で、あるいは抵抗損失を低く維持するために選択された厚さ、幅、および金属タイプを備えたアンテナストリップ(antenna strip)として、実装されうる。従来の実装形態では、送信アンテナ204は、一般にテーブル、マット、ランプ、またはその他のポータブルではない構成などのより大きな構造との関係のために構成されうる。したがって、一般に送信アンテナ204は、実用的な寸法にするための「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的実装形態は「電気的に小さく」(すなわち、波長の数分の一)、コンデンサを使用して共振周波数を定義することによって、より低い使用可能周波数で共振するよう調整されうる。送信アンテナ204の直径が、または矩形ループの場合は辺の長さ(たとえば0.50メートル)が、受信アンテナと比較して大きい場合がある例示的応用例では、送信アンテナ204は適度なキャパシタンスを取得するために必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００２２】
送信機200は、送信機200に関連付けることができる受信機装置の位置および状態についての情報を集めて追跡できる。したがって、送信機回路202は、コントローラ214(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)に接続された存在検出器280、密閉検出器290、またはそれらの組合せを含むことができる。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器290からの存在信号に応じて、増幅器210によって供給される電力量を調整できる。送信機は、たとえば、ビル内にある従来の交流電源を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来の直流電源を送信機200に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)などのいくつかの電力源を通じて、または従来の直流電源(図示せず)から直接、電力を受信できる。
【００２３】
以下でより完全に説明するように、送信機200は、たとえばクロッキング方法を介して、送信機200の充電領域内に位置する複数の受信機のそれぞれの受信機による送信機200上のインピーダンスを決定するように構成されうる。さらに、所望の電力配分シナリオに応じて、送信機200および、より詳細には、コントローラ214は、充電領域内に位置するそれぞれの受信機の負荷抵抗が修正されるべきかどうか、およびその程度を決定するように構成されうる。さらに、コントローラ214は、送信機200の充電領域内の複数の受信機のうちの少なくとも1つの受信機に、複数の受信機間の所望の電力配分を実現するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するように構成されうる。また、コントローラ214は、複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、送信機200によって見られる所望の全インピーダンスを達成するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するように構成されうる。
【００２４】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバーエリアに挿入された、充電されるべき装置の最初の存在を検知するために利用される動作検知器でよい。検出後、送信機は電源を入れられ、装置によって受信されたRF電力を使用して、あらかじめ定められた方法でRx装置上のスイッチを切り替えることができ、送信機の駆動点インピーダンスへの変化をもたらす。
【００２５】
他の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば赤外線検出、動作検知、または他の適切な手段によって人を検出できる検出器でよい。いくつかの例示的実施形態では、送信アンテナが特定の周波数で送信できる電力量を制限する規制がある場合がある。場合によっては、これらの規制は電磁放射から人を保護するためのものである。しかし、人によって占められていない、またはたとえば、ガレージ、工場の作業所、店舗などのまれに人によって占められるエリア内に、送信アンテナが配置されている環境がある場合がある。これらの環境に人がいない場合、通常の電力制限規制を超える送信アンテナの電力出力の増加を許容できるだろう。言い換えれば、コントローラ214は、人の存在に応じて送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整して、人が送信アンテナ204の電磁場の規制距離の外にいる場合は送信アンテナ204の電力出力を規制レベルより上に調整できる。
【００２６】
非限定的な例として、密閉検出器290(本明細書では、密閉コンパートメント検出器または密閉空間検出器とも呼ばれる場合がある)は、筐体が閉じられた状態または開けられた状態の時を決定するためのセンススイッチなどの装置でよい。送信機が密閉された状態の筐体の中にある場合、送信機の電力レベルを増加できる。
【００２７】
例示的実施形態では、送信機200が無制限であり続けない方法が使用されうる。この場合、送信機200はユーザが決定した時間量の後にスイッチが切れるようにプログラムされうる。この特徴により、周囲の無線装置が完全に充電された後に、送信機200、特に電力増幅器210が長く稼動することを防ぐ。この事象は、リピーターあるいは受信コイルのいずれかから送られた、装置が完全に充電されたという信号を検知する回路の故障による場合がある。周囲に他の装置が置かれた場合に送信機200が自動的にシャットダウンすることを防ぐために、送信機200の自動シャットオフ機能は、周囲に動きが検出されない設定期間の後にのみ活性化されうる。ユーザは不活性時間間隔を決定して、希望に応じて変更できる。非限定的な例として、装置が初めは完全に放電されていたという仮定の下に、時間間隔は特定のタイプの無線装置を完全に充電するために必要な時間よりも長くてよい。
【００２８】
図5は、本発明の例示的実施形態による、受信機300の簡略化されたブロック図である。受信機300は、受信回路302および受信アンテナ304を含む。受信機300は、受信電力を提供するための装置350にさらに結合している。受信機300は装置350の外部にあるものとして示されているが、装置350に統合されてもよい点に留意されたい。一般に、エネルギーは無線で受信アンテナ304に伝搬されて、受信回路302を通じて装置350に結合される。
【００２９】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同じ周波数、または特定の範囲の周波数範囲内で共振するように調整される。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様の寸法でもよく、関連装置350の寸法に基づいて異なる大きさでもよい。一例を挙げると、装置350は送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径または長さを有するポータブル電子装置でもよい。このような例では、受信アンテナ304は、同調コンデンサ(図示せず)のキャパシタンス値を減らして、受信アンテナのインピーダンスを増やすためのマルチターンアンテナとして実装されうる。一例を挙げると、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大化して、受信アンテナのループターン(loop turn)(すなわち巻き線)の数および巻き線間キャパシタンスを減らすために、装置350の実質的周囲に置かれてよい。
【００３０】
受信回路302は、受信アンテナ304にインピーダンス整合を提供する。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を装置350によって使用する充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306はRF-DCコンバータ308を含み、DC-DCコンバータ310も含むことができる。DC-DCコンバータ310が整流されたRFエネルギー信号を装置350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば電圧)に変換する間、RF-DCコンバータ308は受信アンテナ304で受信したRFエネルギー信号を、非交流電力に整流する。部分的および完全な整流器、レギュレータ、ブリッジ、倍電圧器、ならびにリニアコンバータおよびスイッチングコンバータを含む、様々なRF-DCコンバータが考えられる。
【００３１】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するための、あるいは電力変換回路306を切断するための、スイッチング回路312をさらに含むことができる。受信アンテナ304を電力変換回路306から切断することは、装置350の充電を一時停止させるだけでなく、送信機200(図2)によって「見られる」「負荷」を変更する。
【００３２】
上述のように、送信機200は、送信機電力増幅器210に提供されるバイアス電流における変動を検出する負荷感知回路216を含む。したがって、送信機200は送信機の近接場に受信機が存在する時を決定するためのメカニズムを有する。
【００３３】
送信機の近接場に複数の受信機300が存在する場合、1つまたは複数の受信機のローディングおよびアンローディングを時分割多重して、その他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにすることが望ましい。受信機は、他の近隣の受信機への結合を排除するために、または近隣の送信機へのローディングを減らすために、クロークされ(be cloaked)うる。この受信機の「アンローディング」は、本明細書では「クローキング」としても知られる。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出されるこのアンローディングとローディングとの間の切替えは、以下でより完全に説明するように、受信機300から送信機200への通信メカニズムを提供する。さらに、プロトコルは受信機300から送信機200へのメッセージ送信を可能にするスイッチングに関連付けられうる。一例を挙げると、スイッチングスピードは約100μ秒である。
【００３４】
例示的実施形態では、送信機と受信機との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、制御メカニズムを検知して充電する装置を指す。言い換えれば、送信機は、近接場におけるエネルギーが利用可能かどうかを調整するために、送信された信号のオン/オフキーイングを使用できる。受信機はエネルギーにおけるこれらの変化を送信機からのメッセージとして解釈する。受信機側からは、受信機は受信アンテナの同調および離調を使用して、近接場から受け取られる電力量を調整できる。送信機は、近接場から使用される電力におけるこの差を検出して、これらの変化を受信機からのメッセージとして解釈できる。他の形式の送信電力および負荷挙動の変調が利用できる点に留意されたい。
【００３５】
受信回路302は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応しうる、受信したエネルギー変動を識別するために使用されるシグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに含むことができる。さらに、無線充電のための受信回路302を構成するために、シグナリングおよびビーコン回路314は、減少されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出して、受信回路302内の無通電または電力を消耗した回路を喚起するために、減少されたRF信号エネルギーを通常電力に整流するためにも使用できる。
【００３６】
受信回路302は、本明細書に記載のスイッチング回路312の制御を含む、本明細書に記載の受信機300の処理を調整するためのプロセッサ316をさらに含む。受信機300のクローキングは、装置350に充電電力を提供する外部の有線充電源(たとえば壁面コンセント/USB電源)の検出を含む他の事象が発生すると発生する場合もある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン回路314を監視してビーコン状態を決定し、送信機から送信されたメッセージを抽出することもできる。プロセッサ316は、性能を向上させるためにDC-DCコンバータ310を調整することもできる。
【００３７】
さらに、受信回路302は受信機300の負荷抵抗を調整するための負荷調整回路319も含みうる。以下でより完全に説明するように、受信機300は負荷抵抗が変更されることを要求する信号、および負荷抵抗が変更されるべき程度を送信機(たとえば、送信機200)から受信するように構成されうる。それに応じて、受信機300は付随した負荷抵抗を調整できる。
【００３８】
本明細書に記載されるように、本発明の様々な例示的実施形態は、無線電力送信機の充電領域内に位置する複数の受信機間の電力配分を制御するためのシステム、装置、および方法に関する。さらに、本明細書に記載されるように、本発明の様々な例示的実施形態は、複数の受信機による、送信アンテナによって見られるインピーダンスが最適レベルでありながら、複数の受信機に電力を送信するためのシステム、装置、および方法に関する。
【００３９】
図6は、送信コイル604を含む送信機602の一部、および受信コイル612を含む受信機610の一部を含むシステム600を示している。受信機610は虚数部負荷Xrxおよび実数部負荷Rrxをさらに含む。送信機602によって見られ、受信機610に付随する、矢印620によって示されるインピーダンスZtxは、以下の式によって与えられる。
【００４０】
【数１】
0005416313.tif 000002
【００４１】
上式で、Ztxは送信コイル604によって見られるインピーダンスであり、ωはラジアンで表した周波数であり、M11は送信コイル604の自己インダクタンスであり、M22は受信コイル612の自己インダクタンスであり、M12は送信コイル604と受信コイル612との間の相互インダクタンスであり、Rrxは受信機の実数部負荷であり、Xrxは受信機の虚数部負荷である。
【００４２】
さらに、送信コイル604と受信コイル612が直列同調の場合、当業者には理解されるように、送信機602によって見られ、受信機610に付随したインピーダンスZtxは以下の式によって与えることができる。
【００４３】
【数２】
0005416313.tif 000003
【００４４】
上式で、Rrx_parasiticは受信コイル612の抵抗である。
【００４５】
図7は、無線電力送信機702と、複数の無線電力受信機710A、710B、および710Cとを含む無線電力システム700を示している。送信機702は送信コイル704を含む。さらに、受信機710Aは受信コイル712Aを含み、受信機710Bは受信コイル712Bを含み、受信機710Cは受信コイル712Cを含む。受信機710A、710B、および710Cはそれぞれ無線電力送信機702の充電領域内にある。無線電力送信機702は、それぞれの通信リンク713A、713B、および713Cを介して受信機710A、710B、および710Cと通信するように構成されうる点に留意されたい。当業者には理解されるように、それぞれの受信機の受信コイルと送信機の送信コイルとが直列同調されている場合の送信機(たとえば、送信機702)の充電領域内の複数の受信機(たとえば、受信機710A、710B、および710C)についてのインピーダンス変換方程式は、以下の式によって与えることができる。
【００４６】
【数３】
0005416313.tif 000004
【００４７】
上式で、nは受信機の総数であり、M12iは送信コイルと受信機iとの間の相互インダクタンスであり、Rrxiは受信機iの実数部負荷であり、Rtx_parasiticは送信コイルの寄生抵抗である。
【００４８】
式(3)を参照すると、受信機間の電力配分は、個々の受信機によって送信機に示されたインピーダンスに比例する点に留意されたい。したがって、受信機の負荷が増加するにつれて受信機が受信できる電力はより少なくなり、受信機の負荷が減少するにつれて受信機が受信できる電力はより多くなる。
【００４９】
図8は無線電力システム800を示している。図8に示されるように、無線電力システム800は、無線電力送信機(図8には示さず。図7の無線電力送信機702を参照)を含む無線電力装置802を含む。さらに、無線電力システム800は、複数の電子装置810A、810B、および810Cを含み、それぞれの電子装置810A、810B、および810Cは、無線電力受信機(図8には示さず。図7の無線電力受信機710A、710B、および710Cを参照)を含む。無線電力装置802は、図7の無線電力送信機702を備えることができ、電子装置810A、810B、および810Cはそれぞれ図7の無線電力受信機710A、710B、および710Cを備えることができる点に留意されたい。
【００５０】
式(3)を参照すると、当業者には理解されるように、M12における変化および負荷Rrxnから、受信機への電力配分を制御できる、複数の受信機によるインピーダンスにおける変化が生じる場合がある。さらに、送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンスが、受信機の配置、受信機のサイズ、および送信コイルの巻き線によって変化する場合がある。たとえば、図8を参照すると、無線電力装置802の送信コイルが装置802の充電プラットフォームの周囲に沿って巻かれている場合、相互インダクタンスは受信機810A、810B、および810Cの配置によって変化することになる。さらに、コイルが全ての巻きについて共通の半径で巻かれている場合、送信コイルとの最高相互インダクタンスM12iを有する受信機は受信機810Aおよび受信機810Cでよく、送信コイルとの最低相互インダクタンスM12iを有する装置は受信機810Bでよい。一方、コイルが等しい間隔のらせん状に巻かれている場合、最低相互インダクタンスM12iを有する受信機は受信機810Aおよび受信機810Cでよく、受信機810Bは最高相互インダクタンスM12iを有することができる。コイルが磁界分布までも実現するように巻かれている場合、相互インダクタンスM12iは、全ての受信機810A、810B、および810Cについて実質的に同じでよい。
【００５１】
送信機との最低相互インダクタンスを有する受信機は、それ自体の低い相互インダクタンスM12iを補い、依然として相当量のインピーダンスを送信機に示すために、それ自体の負荷抵抗Rrxiを下げる場合がある点に留意されたい。一方、受信機の配置が送信機の端に近すぎて、高すぎるインピーダンスを示す場合、送信機に示されるインピーダンスを適度なレベルまで下げるために、負荷抵抗Rrxiを増加することができる。
【００５２】
本発明のある例示的実施形態によれば、1つの段階(たとえば、設計段階)の間、特定の送信コイル(たとえば、送信コイル704)を所与として、無線電力伝達の最適な効率を提供するために、受信コイル(たとえば、受信コイル712A、受信コイル712B、および受信コイル712C)ごとのいくつかの巻き、および巻きの間の間隔が選択されうる。さらに、位置に応じた送信コイルとの相互インダクタンスにおける変化が、受信コイルごとに決定されうる。さらに、受信機ごとの相互インダクタンスの変化を確実に2対1の比率(すなわち、2:1)よりも少なくするために、受信コイルと送信コイルとの間に所望の最小距離を備えうる「禁止(keep out)」距離が決定されうる。
【００５３】
本発明のある例示的実施形態によれば、ある局面から他の段階(たとえば、操作段階)までの間、それぞれの受信機の負荷抵抗は、それぞれの受信機の必要性によって、または装置間の所望の電力配分シナリオによって、それぞれの受信装置に電力を分配するために変わる場合がある。一例を挙げると、この例ではコーヒーショップ内に位置しうる送信機702が、受信機710Cのユーザは一杯のコーヒーを購入しており、受信機710Aおよび710Bのユーザは購入していないので、受信機710Cに受信機710Aおよび710Bよりも多くの電力を送信したい場合がある。したがって、この例では、受信機710Cの負荷抵抗が減少されてもよく、受信機710Aおよび710Bの負荷抵抗が増加されてもよく、またはその組合せが行われてもよい。他の例として、電力配分シナリオは、充電領域内に位置する装置のタイプ、または充電領域内の装置の位置に依存してよい。たとえば、ユーザは、モバイル電話がメディアプレーヤーの2倍の電力を受信することを望む場合がある。他の例として、充電領域の中心に(すなわち、送信アンテナから離れて)位置する装置は、充電領域の端の近く(すなわち、送信アンテナの近く)に位置する装置よりも多くの電力を受信できる。
【００５４】
上述のように、送信機702は、たとえばクロッキング方法を介して、それぞれの受信機710A、710B、および710Cによる送信機702によって見られるインピーダンスを測定するように構成されうる。さらに、所望の電力配分シナリオ(たとえば、それぞれの受信機710A、710B、および710Cが等しい電力を受信する、または受信機710Cが受信機710Aおよび受信機710Bの半分の電力を受信する)に応じて、送信機702、および、より詳細には送信機702のコントローラ(たとえば、図4のコントローラ214)はそれぞれの受信機710A、710B、および710Cの最初の負荷抵抗が修正されるべきかどうか、またその程度を決定するように構成されうる。さらに、コントローラは、それぞれの通信リンク713A、713B、または713Cを介して、受信機710A、710B、および710Cのうちの少なくとも1つに、受信機710A、710B、および710C間の所望の電力配分を実現するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するように構成されうる。送信機702からの要求に応じて、受信機710A、710B、および710Cは、上述のように、付随した負荷抵抗を適切に調整するように構成されうる。
【００５５】
さらに、この段階の他の局面の間、全ての受信機のためにTXコイルによって検出される所望の全インピーダンス(すなわち最適インピーダンス)を実現するために、全ての受信機の負荷抵抗は変わる場合がある(TXとRXとの間の通信リンクを必要とする)。「最適」という用語は、一般に、システムが最大終端間効率を実現することを意味する点に留意されたい。送信機702のコントローラ(たとえば、図4のコントローラ214)も、それぞれの通信リンク713A、713B、または713Cを介して、それぞれの受信機710A、710B、および710Cに、送信機702によって見られる所望の全インピーダンスを実現するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するように構成されうる点に留意されたい。送信機702からの要求に応じて、受信機710A、710B、および710Cは、上述のように、付随した負荷抵抗を適切に調整するように構成されうる。
【００５６】
それぞれの受信機の必要性によって、または装置間の所望の電力配分シナリオによって、それぞれの受信装置に電力を分配するために、それぞれの受信機の負荷抵抗が変わる場合がある段階と、所望の全インピーダンスを実現するために全ての受信機の負荷抵抗が変わる場合がある段階とがほぼ同時に発生する場合がある点に留意されたい。
【００５７】
次に、図9〜11に示されたグラフを参照して、本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による無線電力システムの様々な例示的動作を説明する。図9は、無線電力送信機の充電領域内の複数の受信機のそれぞれの受信機のために無線電力送信機によって検出されるインピーダンスを示すグラフ900を示している。特に、グラフ900は、無線電力送信機の充電領域内の3つの受信機を含む無線電力システムのインピーダンスを示しており、所望の電力配分シナリオは等しい量の電力をそれぞれの3つの受信機に供給するステップを備える。グラフ900は、複数の受信機のうちの全ての受信機のために送信機によって検出される全インピーダンスをさらに示している。グラフ900は、時間の経過とともに、動作の段階の局面の間の示されたインピーダンスの変化を示している点に留意されたい。図7および9を参照すると、受信機710Aのインピーダンスが信号902によって示されており、受信機710Bのインピーダンスが信号904によって示されており、受信機710Cのインピーダンスが信号906によって示されている。送信機702によって見られる全インピーダンスが信号908によって示されている。本発明のある例示的実施形態によれば、参照番号910によって示される段階の間、それぞれの受信機710A、710B、および710Cに等しい量の電力を分配するために、受信機710A、710B、および710Cのうちの1つまたは複数の負荷抵抗は変わる場合がある。たとえば、受信機710Aのために送信機702によって見られるインピーダンスを減少させるために、受信機710Aの負荷抵抗が増加する場合がある。さらに、受信機710Cのために送信機702によって見られるインピーダンスを増加させるために、受信機710Cの負荷抵抗が減少する場合がある。図9に示されるように、段階910の最後に、信号902、904、および906はそれぞれ等しく、したがって、受信機710A、710B、および710Cが受信している電力量は等しい。
【００５８】
本発明の他の例示的実施形態によれば、参照番号912によって示される段階の間、それぞれの受信機710A、710B、および710Cの負荷抵抗は、受信機710A、710B、および710Cのために送信機702によって検出される所望の全インピーダンス(すなわち、最適インピーダンス)を実現するために調整されうる。図9に示されるように、段階912の最後に、信号908はおよそ50オームであり、この例では、これが所望の最適な全インピーダンスである。
【００５９】
図10は、無線電力送信機の充電領域内の複数の受信機のそれぞれの受信機のために無線電力送信機によって検出されるインピーダンスを示すグラフ920を示している。特に、グラフ920は、無線電力送信機の充電領域内の3つの受信機を含む無線電力システムのインピーダンスを示しており、所望の電力配分シナリオは、等しい電力を2つの受信機に送信するステップと、2つの受信機によって受信される電力量の半分を他の受信機に送信するステップとを備える。グラフ920は、複数の受信機のうちの全ての受信機のために送信機によって検出される全インピーダンスをさらに示している。グラフ920は、時間の経過とともに、動作の段階の局面の間の示されたインピーダンスの変化を示している点に留意されたい。図7および10を参照すると、受信機710Aのインピーダンスが信号922によって示されており、受信機710Bのインピーダンスが信号924によって示されており、受信機710Cのインピーダンスが信号926によって示されている。送信機702によって見られる全インピーダンスが信号928によって示されている。本発明のある例示的実施形態によれば、参照番号930によって示される段階の間、受信機710Aおよび710Cに等しい量の電力を分配し、より少ない量の電力(すなわち、710Aおよび710Cによって受信される電力量の半分)を受信機710Bに分配するために、受信機710A、710B、および710Cのうちの1つまたは複数の負荷抵抗は変わる場合がある。たとえば、受信機710Aのために送信機702によって見られるインピーダンスを減少させるために、受信機710Aの負荷抵抗が増加する場合がある。さらに、受信機710Cのために送信機702によって見られるインピーダンスを減少させるために、受信機710Cの負荷抵抗が増加する場合がある。さらに、受信機710Cのために送信機702によって見られるインピーダンスを増加させるために、受信機710Cの負荷抵抗が減少する場合がある。図10に示されるように、段階930の最後に、信号922および926はそれぞれ等しく、したがって、受信機710Aおよび710Cが受信している電力量は等しい。さらに、段階930の最後に、信号924は信号922および926の値の半分であり、したがって、受信機710Bが受信している電力量は、受信機710Aおよび受信機710Cによって受信される電力量の半分である。図10は、送信機によって見られるインピーダンスを示しており、したがって、より低いインピーダンスは、受信機に供給されるより低いレベルの電力を表す点に留意されたい。
【００６０】
本発明の他の例示的実施形態によれば、参照番号932によって示される段階の間、それぞれの受信機710A、710B、および710Cの負荷抵抗は、受信機710A、710B、および710Cのために送信機702によって検出される所望の全インピーダンス(すなわち、最適インピーダンス)を実現するために調整されうる。図10に示されるように、段階932の最後に、信号928はおよそ50オームであり、この例では、これが所望の最適な全インピーダンスである。
【００６１】
図11は、無線電力送信機の充電領域内の複数の受信機のそれぞれの受信機のために無線電力送信機によって検出されるインピーダンスを示すグラフ940を示している。特にグラフ940は、まず無線電力送信機の充電領域内の2つの受信機、次いで3つの受信機を含む無線電力システムのインピーダンスを示しており、所望の電力配分シナリオは、最初に等しい量の電力を2つの受信機に送信して、次いで等しい量の電力を3つの受信機に送信するステップを備える。さらに、グラフ940は、他の2つの受信機が電力の受信を開始した後に無線電力送信機の充電領域内に位置している第3の受信機のインピーダンスを示している。グラフ940は、複数の受信機のうちの全ての受信機のために送信機によって検出される全インピーダンスをさらに示している。グラフ940は、時間の経過とともに、動作の段階の局面の間の示されたインピーダンスの変化を示している点に留意されたい。図7および11を参照すると、受信機710Aのインピーダンスが信号942によって示されており、受信機710Bのインピーダンスが信号944によって示されており、受信機710Cのインピーダンスが信号946によって示されている。送信機702によって見られる全インピーダンスが信号948によって示されている。本発明のある例示的実施形態によれば、参照番号950によって示される段階の間、受信機710Aおよび710Bに等しい量の電力を分配するために、受信機710Aおよび710Bのうちの1つまたは複数の負荷抵抗は変わる場合がある。たとえば、受信機710Aのために送信機702によって見られるインピーダンスを減少させるために、受信機710Aの負荷抵抗が増加する場合がある。図11に示されるように、段階950の最後に、信号942および944はそれぞれ等しく、したがって、受信機710Aおよび710Bが受信している電力量は等しい。段階952の間、受信機710Cを導入する前は、送信機702によって見られる全インピーダンス(すなわち、信号948)は最適値(すなわち50オーム)である点に留意されたい。段階952の間、受信機710Cは送信機702の充電領域内に位置している。段階954の間、受信機710A、710B、および710Cのうちの1つまたは複数の負荷抵抗は、それぞれの受信機710A、710B、および710Cに等しい量の電力を分配するために変わる場合がある。たとえば、受信機710Cのために送信機702によって見られるインピーダンスを増加させるために、受信機710Cの負荷抵抗が減少する場合がある。図11に示されるように、段階954の最後に、信号942、944、および946はそれぞれ等しく、したがって、受信機710A、710B、および710Cが受信している電力量は等しい。
【００６２】
本発明の他の例示的実施形態によれば、参照番号956によって示される段階の間、それぞれの受信機710A、710B、および710Cの負荷抵抗は、受信機710A、710B、および710Cのために送信機702によって検出される所望の全インピーダンス(すなわち、最適インピーダンス)を実現するために調整されうる。図11に示されるように、段階956の最後に、信号948はおよそ50オームであり、この例では、これが所望の最適な全インピーダンスである。
【００６３】
図12は、1つまたは複数の例示的実施形態による、方法960を示す流れ図である。方法960は、送信機の充電領域内の複数の受信機のうちの少なくとも1つの受信機に、複数の受信機間の所望の電力配分を実現するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するステップ(参照番号962によって示される)を含みうる。方法960は、複数の受信機のうちのそれぞれの受信機に、送信機によって見られる所望の全インピーダンスを実現するために、付随した負荷抵抗を修正するよう要求するステップ(参照番号964によって示される)をさらに含みうる。
【００６４】
図13は、1つまたは複数の例示的実施形態による、他の方法970を示す流れ図である。方法970は、送信機要求に応じて、複数の受信機間の所望の電力配分を実現するために、受信機の負荷抵抗を修正するステップ(参照番号972によって示される)を含みうる。方法970は、他の送信機要求に応じて、複数の受信機間の所望の電力配分を維持しながら、送信機によって見られる所望の全インピーダンスを実現するために、負荷抵抗を修正するステップ(参照番号974によって示される)をさらに含みうる。
【００６５】
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができることが、当業者なら理解するだろう。たとえば、上記の記述を通じて参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、符号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁粉、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【００６６】
本明細書に開示される例示的実施形態に関連して説明される様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装されうることが、当業者ならさらに理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明らかに示すために、上記で全体的にその機能に関して様々な例示的コンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップを説明してきた。このような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課された設計制約による。当業者は、説明した機能を特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装できるが、このような実装決定は本発明の例示的実施形態の範囲からの逸脱をもたらすものと見なされるべきではない。
【００６７】
本明細書に開示される例示的実施形態に関連して説明した様々な例示的論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート(discrete gate)またはトランジスタロジック(transistor logic)、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで実装または実行されうる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであることがあるが、代替では、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または、ステートマシンであることがある。プロセッサは、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアを組み合わせた1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または他の任意のそのような構成などの、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されることもある。
【００６８】
本明細書に開示された例示的実施形態と関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組合せで具体化されうる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読出し専用メモリ(ROM)、電気的プログラム可能ROM(EPROM)、電気的消去可能プログラム可能ROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている他の任意の形式の記憶媒体に常駐してもよい。例示的記憶媒体は、記憶媒体からプロセッサが情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合されている。代替では、記憶媒体は、プロセッサと一体的であることがある。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に常駐できる。ASICはユーザ端末に常駐できる。代替では、プロセッサおよび記憶媒体はユーザ端末内のディスクリートコンポーネントとして常駐できる。
【００６９】
1つまたは複数の例示的実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装されうる。ソフトウェアに実装される場合は、機能は1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体に格納されてもよく、コンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体、およびある場所から他の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするあらゆる媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。例を挙げると、これに限定されないが、このようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージ装置、あるいは所望のプログラムコードを、コンピュータによってアクセスできる命令またはデータ構造の形式で搬送または格納するために使用できる他の任意の媒体を備えることができる。また、どのような接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、デジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線、マイクロウェーブなどの無線技術を使用してソフトウェアが送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、DSL、または赤外線、無線、マイクロウェーブなどの無線技術は媒体の定義に含まれる。本明細書で使用される場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスクおよびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常データを磁気的に再生し、ディスク(disc)はデータをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００７０】
開示された例示的実施形態の上記の説明は、当業者の誰もが本発明を作成または使用できるようにするために提供される。これらの例示的実施形態の様々な修正形態は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに他の実施形態に適用されうる。したがって本発明は、本明細書に示した例示的実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示した原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を許容されるべきである。
【符号の説明】
【００７１】
100  無線伝送または充電システム
102  入力電力
104,200,602  送信機
106  放射場
108,300,610  受信機
110  出力電力
112  距離
114,204  送信アンテナ
118,304  受信アンテナ
119  通信チャネル
122,212  発振器
123  調整信号
124,210  電力増幅器
125  制御信号
126  フィルタおよび整合回路
132  整合回路
134  整流およびスイッチング回路
136  バッテリ
150  ループアンテナ
152,154  コンデンサ
156  共振信号
202  送信機回路
206  固定インピーダンス整合回路
208  ローパスフィルタ(LPF)
214  コントローラ
216  負荷感知回路
280  存在検出器
290  密閉検出器
302  受信回路
306  電力変換回路
308  RF-DCコンバータ
310  DC-DCコンバータ
312  スイッチング回路
314  シグナリング検出器およびビーコン回路
316  プロセッサ
319  負荷調整回路
350  装置
600,700  システム
604,704  送信コイル
612,712A,712B,712C  受信コイル
702  無線電力送信機
710A,710B,710C  無線電力受信機
713A,713B,713C  通信リンク
800  無線電力システム
802  無線電力装置
810A,810B,810C  電子装置(受信機)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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