(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作周波数における第1の送信信号を受信するように構成される第1の回路と、
前記第1の回路の前記動作周波数と異なる周波数における第2の送信信号により生成される別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分に対抗するワイヤレス電力場を発生させるように構成される第2の回路と
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記第2の回路が、前記動作周波数に応答して第1のインピーダンスを呈するように、かつ、前記動作周波数と異なる前記周波数に応答して第2のインピーダンスを呈するようにさらに構成され、前記第2のインピーダンスが、前記第1のインピーダンスより低い、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第2の回路が、離調した寄生コイルを備える、請求項2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第2の回路が、コイルに結合される分路-直列回路を備える、請求項3に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第1の回路が、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの内部に一体化される、請求項2に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第1の回路および前記第2の回路の各々が、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの内部に一体化される、請求項5に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第2の回路が、前記NFCカードまたは前記RFIDカードのうちの1つの表面に結合される、請求項2に記載のデバイス。
【請求項８】
前記動作周波数が、実質的に13.56MHzの周波数を含む、請求項2に記載のデバイス。
【請求項９】
前記動作周波数と異なる前記周波数が、実質的に468.75KHzまたは実質的に6.78MHzのうちの1つの周波数を含む、請求項8に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第2の回路が、前記第1の回路を実質的に包囲する、請求項2に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第2の回路が、ワイヤレス電力信号から保護されるべき前記デバイスの領域の近傍にある、請求項2に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第1の回路が、ワイヤレス電力信号または近距離無線通信信号のうちの1つを受信するように構成され、前記第2の回路が、ワイヤレス電力送信器により生成される磁場に対抗する磁場を発生させるように構成される、請求項2に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第2の回路が、前記動作周波数と異なる前記周波数における第1のインピーダンスレベル、および、前記動作周波数における第2のインピーダンスレベルを有するノッチフィルタとして構成され、前記第2のインピーダンスレベルが、前記第1のインピーダンスレベルより高い、請求項1に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記生成される場が、前記第1の送信信号の別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分にさらに対抗する、請求項1に記載のデバイス。
【請求項１５】
第1の回路で、動作周波数における第1の送信信号を受信するステップと、
第2の回路によって、前記第1の回路の前記動作周波数と異なる周波数における第2の送信信号により生成される、別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分に対抗するワイヤレス電力場を発生させるステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
受信する前記ステップが、実質的に13.56MHzの周波数における前記第1の送信信号を受信するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
発生させる前記ステップが、実質的に6.78MHzの周波数における前記第2の送信信号の受信に応答して前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
発生させる前記ステップが、短絡インピーダンスを呈するように構成される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
発生させる前記ステップが、前記第1の送信信号を受信するための別の回路を実質的に包囲する回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
発生させる前記ステップが、コイルに結合される分路-直列回路を含む回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記生成されるワイヤレス電力場が、前記第1の送信信号の別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分にさらに対抗する、請求項15に記載の方法。
【請求項２２】
発生させる前記ステップが、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの表面に結合される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
発生させる前記ステップが、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの内部に一体化される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるステップを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２４】
発生させる前記ステップが、遠隔のワイヤレス電力送信器で生成される電流に対抗する回路内電流を発生させるステップを含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２５】
第1の回路で、動作周波数における第1の送信信号を受信するための手段と、
第2の回路によって、前記第1の回路の前記周波数と異なる周波数における第2の送信信号により生成される、別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分に対抗するワイヤレス電力場を発生させるための手段と
を備える、デバイス。
【請求項２６】
13.56MHzにおける前記第1の送信信号を受信すると共に、6.78MHzにおける前記第2の送信信号の受信時に前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段をさらに備える、請求項25に記載のデバイス。
【請求項２７】
発生させるための前記手段が、短絡インピーダンスを呈するように構成される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段を備える、請求項26に記載のデバイス。
【請求項２８】
発生させるための前記手段が、前記第1の送信信号を受信するための別の回路を実質的に包囲する回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段を備える、請求項25に記載のデバイス。
【請求項２９】
発生させるための前記手段が、離調した寄生コイルを備える、請求項25に記載のデバイス。
【請求項３０】
発生させるための前記手段が、コイルに結合される分路-直列回路を含む回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段を備える、請求項29に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記生成される場が、前記第1の送信信号の別のワイヤレス電力場の少なくとも一部分にさらに対抗する、請求項25に記載のデバイス。
【請求項３２】
発生させるための前記手段が、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの表面に結合される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段を備える、請求項31に記載のデバイス。
【請求項３３】
発生させるための前記手段が、NFCカードまたはRFIDカードのうちの1つの内部に一体化される回路によって前記ワイヤレス電力場を発生させるための手段を備える、請求項31に記載のデバイス。
【請求項３４】
前記ワイヤレス電力場を発生させるための前記手段が、遠隔のワイヤレス電力送信器の回路で生成される電流に対抗する回路内電流を発生させるための手段を備える、請求項31に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「PROTECTING NFC/RFIDS CARD」という名称の、2010年8月25日に出願した米国仮特許出願第61/376,991号の優先権を主張する、「PARASITIC CIRCUIT FOR DEVICE PROTECTION」という名称の、2011年3月2日に出願した米国特許出願第13/039,142号の優先権を主張するものであり、それらの出願の各々は、本明細書の譲受人に譲渡されている。先願の開示は、本開示の一部とみなされ、先願の開示は、それらの全体が本開示に参照により組み込まれている。
【０００２】
本発明は、一般にカード(例えばNFCまたはRFID)保護に関する。より詳細には、本発明は、NFCカードまたはRFIDカードなどのカードを、有害な磁場から保護するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
送信器と充電されるべきデバイスとの間での無線経由の(over the air)電力送信を使用する手法が、開発されている。これらの手法は、一般に、2つの部類に分けられる。一方は、送信アンテナと、バッテリを充電するために、放射される電力を捕集し、その電力を整流する、充電されるべきデバイスの側の受信アンテナとの間の、平面波放射(遠距離場放射とも呼ぶ)の結合に基づく。アンテナは、一般に、結合効率を向上させるために、共振長のものである。この手法は、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下するという事実が悩みとなっている。そのため、妥当な距離を超える(例えば、>1〜2m)充電が困難になる。加えて、システムは平面波を放射するので、非意図的な放射が、フィルタリングによって適正に制御されなければ、他のシステムと干渉する場合がある。
【０００４】
他方の手法は、例えば、「充電」マットまたは「充電」面に埋め込まれた送信アンテナと、充電されるべきホストデバイスに埋め込まれた、整流回路を加えた受信アンテナとの間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隙が、非常に近くなければならない(例えば、数mm)という欠点がある。この手法は、同じ区域内の複数のデバイスを同時に充電する能力を確かに有するが、この区域は典型的には小さく、したがって、ユーザは、デバイスを特定の区域に置かなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近距離無線通信(NFC)カードまたはRFIDカードなどのデバイスは、ワイヤレス電力送信器により使用される周波数と異なる周波数上でカードが動作する場合でも、ワイヤレス電力送信器の充電区域の範囲内に置かれるときに、ワイヤレス電力送信器から過剰な電力を受信する場合がある。過剰な電力を受信することで、意図されたデバイスへの電力の損失が結果として生じ、場合によっては、過熱が原因でカードに損害を与える可能性がある。ワイヤレス電力送信器により生成される過剰な電力からデバイスを保護するための、方法、システム、およびデバイスに対するニーズが存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ワイヤレス電力移送システムを示すブロック図である。
【図２】ワイヤレス電力移送システムを示す別のブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態で使用するためのループアンテナを例示する概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、送信器のブロック図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、受信器のブロック図である。
【図６】ワイヤレス電力送信器、および、ワイヤレス電力送信器の充電パッド上に配置される複数のデバイスを含むワイヤレス電力システムの図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、コイルおよび回路を含む回路網を例示する図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による回路を例示する図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、回路を含むデバイスを示す図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、回路の様々な応答を例示するスミスチャートである。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、受信コイルおよび寄生コイルを含むデバイスを例示する図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
添付の図面に連関して以下に示す詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されるものであり、本発明を実践可能である他にない実施形態を表すことは意図されない。本説明の全体を通して使用される用語「例示的な」は、「例、実例、または例示として役立つ」ということを意味し、他の例示的な実施形態より好ましい、または有利であると、必ずしも解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の徹底した理解をもたらす目的で、特定の詳細を含む。本発明の例示的な実施形態が、これらの特定の詳細がなくとも実践可能であることは、当業者には明らかであろう。一部の実例では、よく知られている構造およびデバイスを、本明細書で示す例示的な実施形態の新規性を不明瞭にすることを回避するために、ブロック図の形態で示す。
【０００８】
用語「ワイヤレス電力」を、本明細書では、電場、磁場、電磁場に関連した、またはそうでなければ、受信器に電力供給するために物理的な電磁導体を使用せずに送信器から受信器までの間で送信される、エネルギーの任意の形態を意味するように使用する。以下、この3つのすべてを、純粋な磁場または純粋な電場が電力を放射しないという条件で、放射場と包括的に呼ぶことにする。これらの放射場を、電力移送を実現するために「受信アンテナ」に結合しなければならない。
【０００９】
図1は、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス送信システム100を例示する。システム100は、ワイヤレス電力移送、近距離無線通信、またはその両方に対して構成可能である。入力電力102が、エネルギー移送を提供するための場106を発生させるために、送信器104に提供される。受信器108が、場106に結合し、出力電力110を、出力電力110に結合されるデバイス(図示せず)による蓄積または消費のために発生させる。送信器104と受信器108の両方は、距離112だけ分離される。1つの例示的な実施形態では、送信器104および受信器108は、相互共振関係によって構成され、受信器108の共振周波数および送信器104の共振周波数が非常に近いとき、受信器108が場106の「近距離場」に置かれるときに、送信器104と受信器108との間の送信損失が最小になる。
【００１０】
送信器104は、近距離無線通信、エネルギー送信、またはその両方のための手段を提供するために送信アンテナ114をさらに含み、受信器108は、エネルギー受信、近距離無線通信、またはその両方のための手段を提供するために受信アンテナ118を含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、用途、およびその用途に関連することになるデバイスによってサイズ設定される。上述のように、効率的なエネルギー移送は、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬させるのではなく、エネルギーの大部分を送信アンテナの近距離場で受信アンテナに結合することにより行われる。この近距離場内にあるときに、結合モードが、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に発現し得る。この近距離場結合が出現し得る、アンテナ114および118の周囲の区域を、本明細書では、結合モード領域と呼ぶ。以下でより十分に説明するように、受信器108は、送信器104からワイヤレス送信される過剰な電力から、受信器を含むデバイスの少なくとも一部分を保護する(例えば、デバイスの領域を保護する、デバイス内部に一体化された回路網を保護する、またはその両方)ように構成されるデバイス(例えば、回路)をさらに含み得る。
【００１１】
図2は、ワイヤレス電力システム、近距離無線通信システム、またはその両方を備え得るシステムの簡略化した概略図を示す。送信器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、調整信号123に応答して調整可能である、468.75KHz、6.78MHzまたは13.56MHzなどの所望の周波数で信号を発生させるように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答した増幅量によって、電力増幅器124により増幅可能である。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の望まれていない周波数をフィルタ除去し、送信器104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために含まれ得る。
【００１２】
受信器108は、図2に示すようなバッテリ136を充電するため、または受信器に結合されるデバイス(図示せず)に電力供給するために、整合回路132、ならびに、整流器およびスイッチング回路134を含み、DC電力出力を発生させることができる。整合回路132は、受信器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得る。受信器108および送信器104は、別個の通信チャネル119(例えば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、セルラー、その他)上で通信可能である。以下でより十分に説明するように、受信器108は、送信器104により生成される場に対抗する場を発生させるように、したがって、過剰なワイヤレス電力から、受信器108を含むデバイスの少なくとも一部分を、少なくとも部分的に保護するように構成される回路をさらに含み得る。
【００１３】
図3に例示するように、例示的な実施形態で使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ぶ場合もある、「ループ」アンテナ150として構成可能である。ループアンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含むように構成可能である。空芯のループアンテナは、コアの付近に配置される外来の物理的デバイスに対して、より許容可能であり得る。さらに、空芯のループアンテナによって、コア区域内部での他の構成要素の配置が可能になる。加えて、空芯のループによって、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力であり得る送信アンテナ114(図2)の平面内部での、受信アンテナ118(図2)の配置が、より容易に可能になり得る。
【００１４】
上述のように、送信器104と受信器108との間のエネルギーの効率的な移送を、送信器104と受信器108との間の整合された、またはほぼ整合された共振の期間に行うことができる。しかしながら、送信器104と受信器108との間の共振が整合されていないときでも、効率は影響を受ける場合があるが、エネルギーは移送可能である。エネルギーの移送は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬させるのではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近隣に存在する受信アンテナに結合することにより行われる。
【００１５】
ループ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。ループアンテナでのインダクタンスは、一般に、単にループにより生成されるインダクタンスであり、一方でキャパシタンスは、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付加される。非限定的な例として、コンデンサ152およびコンデンサ154を、共振信号156を発生させる共振回路を生成するために、アンテナに付加することができる。したがって、より大きな直径のループアンテナに関しては、ループの直径またはインダクタンスが増大するにつれて、共振を誘起するために必要とされるキャパシタンスのサイズは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増大するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー移送の区域が増大する。当然ながら、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、コンデンサを、ループアンテナの2つの端子間に並列に配置可能である。加えて、送信アンテナに関しては、共振信号156はループアンテナ150への入力であり得ることを、当業者は認識するであろう。
【００１６】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、送信器200の簡略化したブロック図である。送信器200は、送信回路網202および送信アンテナ204を含む。一般に、送信回路網202は、発振信号を提供することにより、送信アンテナ204にRF電力を提供可能であり、その結果、送信アンテナ204の周辺に近距離場エネルギーが発生する。送信器200は、任意の適した周波数で動作可能であることに留意されたい。例として、送信器200は、468.75KHz、6.78MHzまたは13.56MHzなどの所望の周波数で動作可能である。
【００１７】
例示的な送信回路網202は、送信回路網202のインピーダンス(例えば、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、受信器108(図1)に結合されるデバイスの自己妨害を防止するレベルに高調波の放出を低減するように構成されるローパスフィルタ(LPF)208を含む。他の例示的な実施形態は、他の周波数を通過させる一方で特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含むが、それに限定されない、異なるフィルタトポロジを含み得るとともに、アンテナへの出力電力、または電力増幅器により取り出されるDC電流などの、測定可能な送信メトリクスに基づいて変動し得る、適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路網202は、発振器212により決定されるようなRF信号を駆動するように構成される電力増幅器210をさらに含む。送信回路網は、個別的なデバイスもしくは回路で構成される場合があり、または代わりに、一体化されたアセンブリで構成される場合がある。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は、2.5ワット程度であり得る。
【００１８】
送信回路網202は、コントローラ214をさらに含み、コントローラ214は、近隣のデバイスとデバイス付属の受信器を介して対話するための通信プロトコルを実装するため、特定の受信器に対する送信位相(またはデューティサイクル)の期間に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数または位相を調整し、かつ、出力電力レベルを調整するためのものである。コントローラ214を、本明細書では、プロセッサ214と呼ぶ場合もあることに留意されたい。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内の関係する回路網の調整は、特に1つの周波数から別の周波数に遷移するときの、帯域外放出の低減を考慮したものである。
【００１９】
送信回路網202は、送信アンテナ204により生成される近距離場の付近での、活動状態の受信器の存在または非存在を検出するために、負荷検知回路216をさらに含み得る。例として、負荷検知回路216は、送信アンテナ204により生成される近距離場の付近における活動状態の受信器の存在または非存在により影響を受ける、電力増幅器210に流れる電流を監視する。エネルギーを送信するために発振器212を使用可能にすべきかどうか、および、活動状態の受信器と通信すべきかどうかを決定する際に使用するために、電力増幅器210への装荷に対する変化の検出が、コントローラ214により監視される。
【００２０】
送信アンテナ204は、リッツ線を用いて、または、抵抗損失を低く保つために選択される厚さ、幅および金属タイプを用いたアンテナストリップとして実装可能である。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、または他のより携帯型ではない構成などの、より大きな構造体と関連するように構成され得る。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実用的な寸法にするために「巻き」を必要としないことになる。送信アンテナ204の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(すなわち、波長の何分の1か)であり得るとともに、共振周波数を規定するためにコンデンサを使用することにより、より低い使用可能な周波数で共振するように同調可能である。
【００２１】
送信器200は、送信器200に関連し得る受信器デバイスの所在および状態に関する情報を収集かつ追跡し得る。したがって、送信回路網202は、(本明細書ではプロセッサとも呼ぶ)コントローラ214に接続される、存在検出器280、密閉検出器260、またはそれらの組み合わせを含み得る。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器260からの存在信号に応答して、増幅器210により送出される電力の量を調整可能である。送信器は、例えば、建物内に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信器200に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)、または、従来のDC電源(図示せず)から直接など、いくつかの電源によって電力を受信し得る。
【００２２】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信器のカバレッジ区域に挿入される、充電されるべきデバイスの初期の存在を検知するために利用される動き検出器であり得る。検出後、送信器がターンオンされ得ると共に、デバイスにより受信されるRF電力は、あらかじめ定められた様式でRxデバイス上のスイッチをトグルするために使用されることが可能であり、そのことによって、送信器の駆動点インピーダンスに対する変化がもたらされる。
【００２３】
別の非限定的な例として、存在検出器280は、例えば、赤外線検出、動き検出、または他の適した手段により、人間を検出可能である検出器であり得る。一部の例示的な実施形態では、送信アンテナが特定の周波数で送信し得る電力の量を制限する規制が存在し得る。一部の場合では、これらの規制は、人間を電磁放射から保護するように定められている。これに対して、例えば、車庫、生産現場、店などのような、人間により占有されない、または人間によりめったに占有されない区域に、送信アンテナが配置される環境が存在し得る。これらの環境に人間がいないならば、通常の電力制限規制を超えて、送信アンテナの電力出力を増大させても差し支えない場合がある。換言すれば、コントローラ214は、送信アンテナ204の電力出力を、人間の存在に応答して、規制レベルに、またはそれより低く調整可能であり、送信アンテナ204の電力出力を、人間が送信アンテナ204の電磁場からの規制距離の外側にいるときに、規制レベルを超えるレベルに調整可能である。
【００２４】
非限定的な例として、(本明細書では、密閉区画検出器または密閉空間検出器と呼ぶ場合もある)密閉検出器260は、エンクロージャが閉状態または開状態であるときを決定するための検知スイッチなどのデバイスであり得る。密閉状態であるエンクロージャ内に送信器があるとき、送信器の電力レベルは、増大されることが可能である。
【００２５】
例示的な実施形態では、その方法により送信器200が無期限にオンのままではない方法を使用することができる。この場合、送信器200を、ユーザが決定した量の時間の後に停止するようにプログラムすることが可能である。この特徴的機能は、送信器200、特に電力増幅器210が、その周辺部のワイヤレスデバイスが完全に充電された後に、長い間稼働することを防止する。この事象は、リピータまたは受信コイルのいずれかから送られる、デバイスが完全に充電されているという信号を、回路が検出しないことが原因であり得る。送信器200が、その周辺部に別のデバイスが配置される場合に、自動的にシャットダウンすることを防止するために、送信器200の自動停止の特徴的機能は、所定の期間その周辺部で検出される動きがない後でのみ、活動化され得る。ユーザは、非活動時間間隔を決定すること、および非活動時間間隔を必要に応じて変更することが可能であり得る。非限定的な例として、時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスを、デバイスが最初に完全に放電されているという仮定のもとで、完全に充電するのに必要とされる時間間隔より長い場合がある。
【００２６】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、受信器300の簡略化したブロック図である。受信器300は、受信回路網302および受信アンテナ304を含む。受信器300は、デバイス350に、受信される電力をデバイス350に提供するためにさらに結合する。受信器300は、デバイス350の外部にあるように例示されるが、デバイス350内に一体化され得ることに留意されたい。一般に、エネルギーは、受信アンテナ304にワイヤレスで伝搬され、次いで、受信回路網302によってデバイス350に結合される。
【００２７】
以下でより十分に説明するような、1つの例示的な実施形態によれば、受信器300は、保護回路を含むことが可能であり、保護回路は、その中で、外部で生成される場(例えば、遠隔のワイヤレス電力送信器により生成される場)に対抗するために、電流を発生させることができる。したがって、回路は、回路の近傍の領域の範囲内の場を無の状態にすることができる。より具体的には、受信器300が近距離無線通信デバイス内部に一体化される例示的な実施形態では、保護回路が、ワイヤレス電力場から近距離無線通信信号を受信するように構成される受信器を、少なくとも部分的に保護するように構成可能である。受信器300がワイヤレス電力を受信するように構成される別の例示的な実施形態によれば、保護回路が、ワイヤレス電力からデバイスの一部分(例えば、携帯電話の表示画面)を少なくとも部分的に保護するために利用可能である。
【００２８】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同じ周波数で、または指定された範囲の周波数の範囲内で共振するように同調される。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法設定可能であり、または、関連するデバイス350の寸法に基づいて、異なってサイズ設定可能である。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さより小さな直径または長さの寸法を有する、携帯型電子デバイスであり得る。そのような例では、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低減するために、かつ、受信アンテナのインピーダンスを増大するために、多巻きアンテナとして実装可能である。例として、受信アンテナ304は、アンテナの直径を最大にするために、かつ、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻線)の数、および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス350の実質的な周縁の周囲に配置可能である。
【００２９】
受信回路網302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合をもたらす。受信回路網302は、受信されたRFエネルギー源をデバイス350が使用するための充電電力に変換するために、電力変換回路網306を含む。電力変換回路網306は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310をさらに含み得る。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304で受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、一方でDC-DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350との適合性があるエネルギーポテンシャル(例えば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラ、ならびに、線形およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３０】
受信回路網302は、受信アンテナ304を電力変換回路網306に接続するために、または代わりに、電力変換回路網306を切断するために、スイッチング回路網312をさらに含み得る。電力変換回路網306から受信アンテナ304を切断することによって、デバイス350の充電が一時停止するだけでなく、さらに、送信器200(図2)により「認知される」ような「負荷」が変化する。
【００３１】
上記で開示したように、送信器200は、送信器の電力増幅器210に提供されるバイアス電流の変動を検出する負荷検知回路216を含む。したがって、送信器200は、受信器が送信器の近距離場に存在するときを決定するための機構を有する。
【００３２】
複数の受信器300が送信器の近距離場に存在するとき、他の受信器がより効率的に送信器に結合することを可能にするために、1つまたは複数の受信器の、装荷および除荷を時間多重化することが望ましい場合がある。受信器は、他の近くの受信器との結合をなくすために、または近くの送信器への装荷を低減するためにクローキングされる場合もある。受信器のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」としても知られている。さらに、受信器300により制御され、送信器200により検出される、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に解説するように、受信器300から送信器200への通信機構を提供する。加えて、プロトコルを、スイッチングに関連付けることが可能であり、そのことによって、受信器300から送信器200にメッセージを送ることが可能になる。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であり得る。
【００３３】
例示的な実施形態では、送信器と受信器との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイス検知および充電制御の機構を指す。換言すれば、送信器は、エネルギーが近距離場で利用可能であるかどうかを調整するために、送信信号のオン/オフキーイングを使用することが可能である。受信器は、エネルギーのこれらの変化を送信器からのメッセージと解釈する。受信器側からは、受信器は、どの程度の電力が近距離場から受容されているかを調整するために、受信アンテナの同調および離調を使用することが可能である。送信器は、近距離場から使用される電力のこの違いを検出すること、および、これらの変化を受信器からのメッセージと解釈することが可能である。送信電力の変調および負荷の挙動の他の形態が、利用可能であることに留意されたい。
【００３４】
受信回路網302は、送信器から受信器への情報シグナリングに対応し得る、受信されたエネルギー変動を特定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網314をさらに含み得る。さらに、ワイヤレス充電用の受信回路網302を構成する目的で、シグナリングおよびビーコン回路網314を使用して、受信回路網302内部の電力供給されていない回路か、または電力が消耗されている回路のいずれかを起動するために、低減された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、低減されたRF信号エネルギーを定格電力に整流することも可能である。
【００３５】
受信回路網302は、本明細書で説明するスイッチング回路網312の制御を含む、本明細書で説明する受信器300の処理を調和して動作させるためのプロセッサ316をさらに含む。受信器300のクローキングが、デバイス350に充電電力を提供する外部の有線充電源(例えば、壁部/USB電力)の検出を含む、他の事象の出現のときに行われる場合もある。プロセッサ316は、受信器のクローキングの制御に加えて、ビーコン状態を決定し、送信器から送られるメッセージを抽出するために、ビーコン回路網314を監視することも可能である。プロセッサ316は、性能を向上させるために、DC-DC変換器310を調整することも可能である。
【００３６】
図6は、充電パッド604を有するワイヤレス電力デバイス602を含むワイヤレス電力システム600を例示する。図6に例示するように、複数のワイヤレスで充電可能なデバイス606が、充電パッド604上に配置される。さらに、NFCカードまたはRFIDカードを備え得るデバイス608が、充電パッド604上に配置される。当業者なら理解するように、デバイス608がワイヤレス電力デバイス602から過剰な電力を受信する際に、デバイス608の望ましくない加熱が結果として生じる場合があり、そのことが、デバイス608に対する損害を引き起こす場合がある。
【００３７】
本明細書で説明するような例示的な実施形態は、デバイスの意図された周波数ではない周波数で送信されるか、それとも、ワイヤレス電力を受信することが意図されないデバイスの領域に対して送信されるワイヤレス電力により、デバイスに対して引き起こされる損害を低減すること、および場合によっては防止することに関する。より具体的には、例示的な実施形態は、デバイスのコイルを外部の送信器(例えば、外部のワイヤレス電力送信器)から結合解除することができ、デバイスに結合されるか、またはデバイス内部に一体化される回路を有するNFCカードまたはRFIDカードなどのデバイスを備え得る。さらにより具体的には、この例ではNFCカードを備えるデバイスは、遠隔の送信器から信号(例えば、ワイヤレス電力またはNFC)を受信するための回路(例えば、コイル)を有し得る。さらに、NFCカードは、ある決まった周波数(例えば、非動作周波数)で低インピーダンス(例えば、短絡)を呈するように、したがって、遠隔の送信器により生成される磁場に対抗する磁場を発生するように構成される、NFCカードに結合されるか、またはNFCカード内に一体化される第2のコイルをさらに含み得る。加えて、第2のコイルは、NFCカードが動作するように設計される動作周波数で高インピーダンス(例えば、開放)を呈するように構成可能であり、そのことによって、NFCが通常に機能することが可能になる。
【００３８】
図7は、コイル704および回路706を含む回路702を例示する。単に例として、分路-直列（shunt-series）回路を備え得る回路706を、図8にさらに詳細に例示する。図8に例示するように、回路706は、コンデンサC1およびC2ならびにインダクタL1を含み得る。さらに、回路706は、コイル704の一方の端部に結合可能である第1のポートP1、およびコイル704の他方の端部に結合可能である第2のポートP2を含み得る。単に例として、インダクタL1は、実質的に150nHのインダクタンスを有し得る。さらに、非限定的な例として、コンデンサC1が、実質的に3300pFのキャパシタンスを有し得るとともに、コンデンサC2は、実質的に1272pFのキャパシタンスを有し得る。
【００３９】
図9は、コイル704および回路706を含む回路702を備えるデバイス700を例示する。デバイス700は、単に例として、NFCカードまたはRFIDカードを備え得る。デバイス700は、1つまたは複数の遠隔のデバイスとの近距離無線通信用に構成される回路網708(例えば、コイル)をさらに含み得る。1つの例示的な実施形態によれば、回路702は、任意の適した手段によりデバイス700の表面に付着され得ることに留意されたい。単に例として、回路702は、デバイス700に付着可能であるステッカー内部に一体化され得る。別の例示的な実施形態によれば、回路702は、デバイス700内部に一体化され得る。コイル704は、任意の数の巻きを含み得るとともに、コイル708と実質的に同様にサイズ設定可能であることに留意されたい。別の言い方をすれば、コイル704は、コイル704とコイル708との間の強い結合を可能にするために、コイル708を実質的に包囲する場合がある。例として、コイル704は、1回の巻きを含み得る。
【００４０】
当業者なら理解するように、レンツの法則により、外部の磁場により励起される受信コイルの付近の範囲内に置かれる、任意の非同調の短絡した寄生コイルは、外部で励起された磁場に対抗する磁場電流を発生させることになる。その結果、短絡した寄生コイルは、その近傍の磁場での無の状態を生成可能である。したがって、受信コイルは、磁場から結合解除されることが可能である。別の言い方をすれば、「短絡した」間、寄生コイルは、ノッチフィルタとして作動し、「開放の」間、寄生コイルは、受信コイルに実質的な影響を与え得ない。このことは広帯域の影響であり、したがって、短絡した寄生コイルは、関心のすべての周波数で磁場を相殺可能であることに留意されたい。別の言い方をすれば、実質的に等価の短絡インピーダンスを呈する間、寄生コイルは、ノッチフィルタとして作動し、実質的に等価の開放インピーダンスを呈する間、寄生コイルは、受信コイルに実質的な影響を与え得ない。このことは広帯域の影響であり、したがって、低インピーダンス(例えば、短絡)寄生コイルは、関心のすべての周波数で磁場を相殺可能であることに留意されたい。
【００４１】
図6および9を参照して、次に、デバイスの企図される動作を説明する。この例では、デバイス608がデバイス700を備え、回路702は、13.56MHzで高インピーダンス(例えば、開放)を呈するように、かつ、他のすべての周波数(例えば、6.78MHz)で低インピーダンス(例えば、短絡)を呈するように構成される。さらに、この例では、ワイヤレス電力デバイス602が、6.78MHzで電力をワイヤレス送信するように構成される。したがって、ワイヤレス電力デバイス602がワイヤレス電力を送信している間、回路702は、低インピーダンス(例えば、短絡インピーダンス)を示し、そのことによって、回路702は、ワイヤレス電力デバイス602により生成される磁場に対抗する磁場を発生させる。したがって、回路702の近傍の磁場での無の状態が存在し得るものであり、したがって、コイル708は、ワイヤレス電力デバイス602により生成される信号を受信し得ない。さらに、13.56MHzの周波数では、回路702は、高インピーダンス(例えば、開放インピーダンス)を示すように構成され、したがって、回路702は、外部信号源から生成される場に影響を与え得ない。その結果、コイル708は、13.56MHzで信号を受信可能である。6.78MHzおよび13.56MHzの周波数がこの例では使用されるが、回路702は、任意の1つまたは複数の所望の周波数で、第1のインピーダンスを呈し、そして、任意の1つまたは複数の所望の周波数で、異なる、より低いインピーダンスを呈するように構成可能であることに留意されたい。
【００４２】
図10は、開放構成および短絡構成での、回路702に関するデータ点を例示するスミスチャート800を例示する。データ点802は、回路702が6.78MHzで短絡され、遠隔の送信アンテナからデバイス700を結合解除する応答を表す。データ点804は、回路702が13.56MHzで開放され、デバイス700が遠隔の送信アンテナに結合することを可能にする応答を表す。より具体的には、単に例として、データ点804は、回路702が13.56MHzで開放され、この例ではNFCカードまたはRFIDカードのいずれかを備える、デバイス700の通常の動作を可能にする応答を表す。
【００４３】
図11は、受信コイル864および寄生コイル856を有するデバイス840の例示である。受信コイル864は、図5の受信器300のアンテナ304などの受信アンテナを備え得ることに留意されたい。したがって、受信コイル864は、1つまたは複数の周波数(例えば、13.56MHz)でワイヤレス電力を受信するように構成可能である。さらに、寄生コイル856は、磁場からの遮蔽が望まれる領域860(例えば、LCD画面またはタッチ画面)の近傍にあり得る。したがって、デバイス840が、(参照番号850により示す)外部で生成される磁場の範囲内に配置される間、受信コイル864は、磁場から信号(例えば、ワイヤレス電力)を受信可能であり、寄生コイル856は、磁場850に対抗する(参照番号852により示す)磁場を発生可能である。寄生コイル856は、受信コイル864が電力をワイヤレス受信する同じ周波数で、低インピーダンス(例えば、短絡インピーダンス)を呈するように構成可能であることに留意されたい。したがって、領域860は、磁場がない状態が可能であり、したがって、受信コイルが電力をワイヤレス受信することが可能にされる間、過剰な電力に関しては保護され得る。遮蔽が望まれる領域の近傍に配置される寄生コイル(例えば、寄生コイル856)は、連続した（solid：切れ目のない、開口部のない）遮蔽が実行可能でない状況(例えば、透明な画面を含む領域)では、連続した金属遮蔽より優れている場合があることにさらに留意されたい。
【００４４】
図12は、1つまたは複数の例示的な実施形態による方法900を例示するフローチャートである。方法900は、第1の回路で、動作周波数における第1の送信信号を受信するステップを含み得る(番号902により示す)。さらに、方法900は、第2の回路によって、第1の送信信号のワイヤレス電力場の望ましくない一部分、および、第1の回路の近傍の別のワイヤレス電力場の一部分であって、その別のワイヤレス電力場が第1の回路の非動作周波数における第2の送信信号により生成される、別のワイヤレス電力場の一部分のうちの少なくとも1つに対抗する場を発生させるステップを含み得る(番号904により示す)。
本明細書で説明したような、本発明の例示的な実施形態は、ワイヤレス電力システムの動作周波数およびNFCカードの動作周波数が異なる場合に、NFCカードをワイヤレス電力システムにより損害を受けることから保護することが可能である。回路702は、ワイヤレス充電器に含まれ、ユーザによりデバイス(例えば、NFCカード)に取り付けることが可能であるか、または製造業者によりデバイスに取り付けることが可能であり、その理由は、そのことによって、デバイスの意図された周波数ではない何らかのEM放射からの損害の可能性が非常に低下するからである、ということに留意されたい。さらに、本明細書で説明したような、例示的な実施形態は、デバイスの領域(例えば、画面)をワイヤレス電力システムにより損害を受けることから保護することが可能である。
【００４５】
情報および信号が、任意の種々の異なる技術および技法を使用して表され得ることを、当業者は理解するであろう。例えば、上記の説明の全体を通して参照可能であるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁気的な場もしくは粒子、光学的な場もしくは粒子、またはそれらの任意の組み合わせにより表され得る。
【００４６】
本明細書で開示した例示的な実施形態に連関して説明した、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、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み合わせとして実装され得ることを、当業者はさらに理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に例示するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能性に関して概略的に上記で説明された。そのような機能性が、ハードウェアとして実装されるか、それともソフトウェアとして実装されるかは、個々の用途、およびシステム全体に課せられた設計制約によって決まる。当業者であれば、各々の個々の用途に対して様々な方途で、説明した機能性を実装し得るが、しかし、そのような実装形態の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱をもたらすものと解釈されるべきではない。
【００４７】
本明細書で開示した例示的な実施形態に連関して説明した、様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、本明細書で説明した機能を遂行するように設計された、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)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別的なゲートもしくはトランジスタ論理回路、個別的なハードウェア構成要素、またはそれらの任意の組み合わせを用いて、実装または遂行されることができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、しかし、代替として、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、または状態機械であってよい。プロセッサは、更に、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連動した1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装されることができる。
【００４８】
本明細書で開示した例示的な実施形態に連関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、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組み合わせで、直接実施されることができる。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、リードオンリーメモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル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任意の他の形態の記憶媒体に存在し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが、記憶媒体から情報を読み出すことができ、かつ、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る。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体であり得る。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICに存在し得る。ASICは、ユーザ端末に存在し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末に個別的な構成要素として存在し得る。
【００４９】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、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み合わせで実装されることができる。ソフトウェアで実装されるならば、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記憶されることができるか、またはそれを介して送信されることができる。コンピュータ可読媒体は、1つの場所から別の場所へのコンピュータプログラムの移送を容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによりアクセス可能である任意の利用可能な媒体であり得る。例として、かつ限定ではなく、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形態で、搬送もしくは記憶するために使用可能であり、かつ、コンピュータによりアクセス可能である、任意の他の媒体を含み得る。さらに、当然のことながら、任意の接続がコンピュータ可読媒体と呼ばれ得る。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線(DSL)、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔のソースから送信されるならば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書では、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク、光ディスク、デジタルバーサタイルディスク(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、ただし、diskは、通常はデータを磁気的に再生し、一方でdiscは、レーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００５０】
開示した例示的な実施形態の先の説明は、当業者の誰もが、本発明を作製または使用することを可能にするために提供される。これらの例示的な実施形態に対する様々な修正が、当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義する包括的な原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用可能である。したがって、本発明は、本明細書で示した例示的な実施形態に限定されることが意図されるのではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴と合致する最大限の範囲が与えられるべきである。
【符号の説明】
【００５１】
100  ワイヤレス送信システム
102  入力電力
104  送信器
106  場
108  受信器
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
119  通信チャネル
122  発振器
123  調整信号
124  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  整流器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
200  送信器
202  送信回路網
204  送信アンテナ
206  固定インピーダンス整合回路
208  ローパスフィルタ(LPF)
210  電力増幅器
212  発振器
214  コントローラ、プロセッサ
216  負荷検知回路
260  密閉検出器
280  存在検出器
300  受信器
302  受信回路網
304  受信アンテナ
306  電力変換回路網
308  RF-DC変換器
310  DC-DC変換器
312  スイッチング回路網
314  シグナリング検出器およびビーコン回路網
316  プロセッサ
350  デバイス
600  ワイヤレス電力システム
602  ワイヤレス電力デバイス
604  充電パッド
606  ワイヤレスで充電可能なデバイス
608  デバイス
700  デバイス
702  回路
704  コイル
706  回路
708  回路網、コイル
800  スミスチャート
802、804  データ点
840  デバイス
850、852  磁場
856  寄生コイル
860  領域
864  受信コイル
900  方法
C1、C2  コンデンサ
L1  インダクタ
P1  第1のポート
P2  第2のポート
【図１】
0005509389.tif 000002
【図２】
0005509389.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005509389.tif 000005
【図５】
0005509389.tif 000006
【図６】
0005509389.tif 000007
【図７】
0005509389.tif 000008
【図８】
0005509389.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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