(57)【要約】【課題】無線電力送信は、マイクロ波エネルギーを経て電子／電気デバイスに無線充電および／または主電力を供給するためのシステムを提供する。【解決手段】マイクロ波エネルギーは、１または複数の適応位相調整されたマイクロ波アレイエミッタを有する電力送信機によってビーコンデバイスからビーコン信号が受信されるのに応答する位置に集中する。充電されるデバイス内のレクテナは、マイクロ波エネルギーを受け取って整流し、それをバッテリーの充電および／または主電力用に使用する。【選択図】図３Ｂ
2014223018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線マイクロ波電力送信機であって、
コントローラと、
各々がマイクロ波電力送信信号を送信する複数のマイクロ波アレイ送受信機を有する位相アレイアンテナであって、前記送受信機は、選択された位相のそれぞれにおいて前記送受信機のそれぞれの電力送信信号を送信するように前記コントローラによって適応位相化される、位相アレイアンテナと
を備え、
各送受信機は、前記マイクロ波電力送信信号により充電されるデバイスから、複数の較正信号を受信し、および、前記複数の較正信号の各々が前記各送受信機によって受信される位相を検出するようにさらに動作可能であり、前記複数の較正信号は、前記充電されるデバイスと前記マイクロ波電力送信機との間の複数のパスをトラバースして、すべてのオープンパスを確立し、
前記コントローラは、前記検出された位相のそれぞれに基づいて前記選択された位相のそれぞれを調整し、および、前記調整された位相を複素共役に変換するようにさらに構成され、前記変換された位相のそれぞれは、前記充電されるデバイスに送信されることになる前記電力送信信号に対する最適位相を示し、
前記各送受信機は、前記それぞれの電力送信信号を、前記変換された位相において、前記確立されたオープンパスを通じて前記充電されるデバイスに送信するようにさらに構成され、
前記マイクロ波電力送信機および前記充電されるデバイスは、互いに見通し線にあることが要求されない
ことを特徴とする無線マイクロ波電力送信機。
【請求項２】
前記コントローラは、前記複数の較正信号の各々を内部信号と比較して、前記複数の較正信号の各々が受信される前記位相を検出するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線マイクロ波電力送信機。
【請求項３】
無線マイクロ波電力受信機であって、
無線マイクロ波電力送信機から電力送信信号を受信して、前記無線マイクロ波電力受信機を充電するように構成された１つまたは複数のレクテナを備え、
前記無線マイクロ波電力送信機は、
コントローラと、
マイクロ波電力送信信号を送信する複数のマイクロ波アレイ送受信機を有する位相アレイアンテナであって、前記送受信機は、選択された位相のそれぞれにおいて前記電力送信信号を送信するように前記コントローラにより適応位相化され、各送受信機は、前記マイクロ波電力受信機から複数の較正信号を受信し、前記複数の較正信号の各々が前記送受信機により受信される位相を検出するようにさらに動作可能である、位相アレイアンテナと
を備え、
無線マイクロ波電力受信機は、前記複数の較正信号を前記マイクロ波電力送信機に送信するように構成された送信機をさらに備え、前記複数の較正信号は、前記無線マイクロ波電力受信機と前記無線マイクロ波電力送信機との間の複数のパスをトラバースして、すべてのオープンパスを確立し、
各レクテナは、前記マイクロ波電力送信機における前記コントローラの制御の下、前記較正信号の前記検出された位相の複素共役に変換された位相を有する電力送信信号を、前記確立されたオープンパスを通じて受信するようにさらに構成され、
前記マイクロ波電力送信機および無線マイクロ波電力受信機は、互いに見通し線にあることが要求されない
ことを特徴とする無線マイクロ波受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年６月１４日に出願された米国特許出願第１１／８１２０６０号の一部継続出願である、２０１０年８月２３日に出願された米国仮特許出願第１２／８６１５２６号の利益を主張するものであり、各開示は、すべて記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般には、電力送信システムおよび充電器に関し、特に、マイクロ波送信によって、電力を必要とするデバイスに電力を供給する無線電力送信の方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの携帯用電子デバイスは、バッテリーによって電力が供給される。再充電可能なバッテリーは、従来の乾電池を交換するコストを省き、そして貴重な資源を節約するのに使用されることが多い。しかしながら、従来の再充電可能なバッテリー充電器を用いてバッテリーを再充電するには、交流（ＡＣ）の電源コンセントに接続する必要があり、当該コンセントを使用できないかまたは不便なこともある。したがってバッテリー充電器の電力を電磁放射から得ることが望ましい。
【０００４】
太陽発電によるバッテリー充電器が知られているが、太陽バッテリーは高価であり、大容量のバッテリーを充電するのに太陽バッテリーの大型アレイが必要になる。ＡＣ主電源から離れた位置にあるバッテリー充電器に電力を供給する電磁エネルギーの別の潜在的な電力源は、マイクロ波エネルギーであり、そのエネルギーは、太陽発電衛星から得られて、マイクロ波ビームによって地上に送信されるか、またはセル電話などの送信機による環境無線周波数エネルギーから得られる場合もある。しかし、マイクロ波送信による効率的な電力送出に関連したいくつかの問題があり、そのために地上マイクロ波専用の電力送信機の使用を不可能にしている。
【０００５】
電磁（ＥＭ）信号が単一の電力源から電力送信されると仮定すると、ＥＭ信号は、距離ｒに対して係数１／ｒ2の割合で強度が減少する。従って、ＥＭ送信機から遠く離れたところで受信される電力は、送信された電力のうちのほんのわすかである。
【０００６】
受信信号の電力を増大するには、送信電力を上げなければならないであろう。送信信号がＥＭ送信機から３センチメートル離れた位置で効率的に受信されると仮定すると、同じ信号電力を３メートルの有用な距離から受信するには、送信される電力を１０，０００倍に上げることが必要であろう。そのような電力送信は、ほとんどのエネルギーが送られても目的のデバイスによって受け取られないであろうし、生体組織に有害の恐れがあり、すぐ近くの電子デバイスのほとんどと干渉する可能性が高いし、熱として散逸する場合もあるので、無駄である。
【０００７】
指向性アンテナを利用するにはいくつかの課題があり、その一部として、アンテナがどこを示しているかを認識することと、アンテナを追跡するのに必要な機械デバイスにノイズがあって信頼性に欠けることと、送信の見通し線にあるデバイスの干渉が発生することがある。
【０００８】
指向性電力送信は、一般に、信号を正しい方向で示して電力送信効率を高めることができるようにデバイスの位置を知る必要がある。しかし、デバイスが正しい位置にあるときでさえ、受信するデバイスのパスまたは近くにある物体の反射および干渉により、効率的な送信は保証されない。
【０００９】
従って、前述の問題を解決する無線電力送信システムが望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
無線電力送信は、マイクロ波エネルギーを介して電子／電気デバイスに無線充電および／または主電力を供給するためのシステムである。マイクロ波エネルギーは、１または複数の適応位相マイクロ波アレイエミッタを有する電力送信機によってビーコンデバイスからビーコン信号が受信されるのに応答する位置に集中する。充電されるデバイス内のレクテナは、マイクロ波エネルギーを受け取って整流し、それをバッテリーの充電および／または主電力用に使用する。
【００１１】
充電されるデバイスは、レクテナで受信されたビームの信号強度を、サイドチャネルを介して電力源に報告する。この情報は、充電されるデバイスによってマイクロ波の最大エネルギーが報告されるまで、マイクロ波アレイエミッタの送信位相を調整するシステムによって使用される。
【００１２】
代替として、充電されるデバイスから較正信号を受信するようにアレイ素子を設定することができる。各アレイ素子は、受信した較正信号から位相情報を検出／報告することができる。その後、各アレイ素子は、その素子用に検出された位相を、充電されるデバイスに送信位相を返すための指針として使用する。
【００１３】
例えば、平坦な二次元アレイによって生じる反射焦点（mirror focal points）は、マイクロ波アレイエミッタを実質的に不均等で同一平面上にない方法で物理的に構成することによって最小化される。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の明細書および図面をさらに精査すれば容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明に従った、無線電力送信システムの第１の実施形態の環境を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明に従った、無線電力送信システムの第２の実施形態の環境を示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明に従った、無線電力送信システムのマイクロ波送信機用の位相アレイネットアンテナを示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明に従った、無線電力送信システムの電力送信ノードを示す線図である。
【図３Ａ】本発明に従った、無線電力送信システムの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明に従った、無線電力送信システムの第２の実施形態を示すブロック図である。
【図４】第１の代替的実施形態の電力送信機を示すブロック図である。
【図５】第２の代替的実施形態の電力送信機を示すブロック図である。
【図６】コントローラを示すブロック図である。
【図７】第１の実施形態に従った、代替的受信機を示すブロック図である。
【図８】第２の実施形態に従った、代替的受信機を示すブロック図である。
【図９】受信機のバッテリーシステムを示すブロック図である。
【図１０】例示的なバッテリーシステムの電力線を示す図である。
【図１１】第１の実施形態に従った、代替的受信機を示す図である。
【図１２】第２の実施形態に従った、代替的受信機を示す図である。
【００１６】
同様の参照文字は、対応する特徴が添付図面全体にわたって一貫していることを表す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本発明は、マイクロ波エネルギーを介して、ラップトップコンピュータ１０２などの、電子／電気デバイスに無線充電および／または主電力を供給するためのシステム１００ａあるいはシステム１００ｂを含む。システム１００ａあるいはシステム１００ｂのいずれかにおいて、電力送信グリッド１０１ａあるいは電力送信グリッド１０１ｂは、電源コンセントＯに差し込まれた電力コードＰを介して、ＡＣ主電源から動作電力を得ることができる。マイクロ波送信周波数は、好ましくは、適した波長を有する、ＦＣＣが規制していない使用可能な周波数である。その波長は、位相アレイ１０１ａあるいは位相アレイ１０１ｂの分解能を制限することがあり得るので、システムが動作することができるその他の周波数の選択を制限するわけではないが、好ましい周波数は、５．８ＧＨｚ（波長５．１７ｃｍ）と判定されていて、その周波数は、部屋、公会堂などの規模の距離においてラップトップ、セル電話、ＰＤＡなどのデバイスの電力送信に適している。
【００１８】
図１Ａ乃至図３Ｂに示すように、マイクロ波エネルギーは、１または複数の適応位相マイクロ波アレイエミッタ２０４、即ち、アンテナまたはラジエータに接続された電力源３００によって充電されるデバイスに集中する。本発明に従って、適応位相マイクロ波アレイエミッタ２０４からのマイクロ波エネルギーを、デバイスの位置を知る必要なくそのデバイスに集中させることが可能である。図１Ａ、図１Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、充電されるデバイス１０２内の、好ましい高効率のレクテナ３４０（レクテナは、マイクロ波エネルギーを直流（ＤＣ）電力に直接変換する整流アンテナである。そのようなデバイスは、当業者には周知であり、本明細書では詳述しない）は、マイクロ波エネルギーを受け取って整流し、コントロールロジック３５０によって判定される時に、それをバッテリー３７０の充電用および／またはデバイス１０２の主電力用に使用する。第１の実施形態において、無線電力源１００ａと充電されるデバイス１０２の電力受信機３３０ｂとの間の通信チャネルは、電力を送るのに使用される周波数以外の周波数で開かれる。
【００１９】
充電されるデバイス１０２は、通信チャネル１１０ａ上でレクテナ３４０において受信されたビームの信号強度を、電力受信機３３０ｂの通信デバイス３６０の送信機部からの信号を介して、システム１００ａの電力送信機３３０ａの通信デバイス３２０の受信機部に中継する。この情報は、充電されるデバイス１０２によって報告されるときに、アレイ１１０ａによってマイクロ波エネルギーの最大ビーム３０１が放射されるまで、マイクロ波アレイエミッタノード２０４の送信位相の出力を上げたり、出力を下げたり、調整したりするのにシステム１００ａのコントロールロジック３１０によって使用される。
【００２０】
所望の送信周波数の単一の電力源に接続された各エミッタ２０４は、π／２の倍数である、特定の位相差を用いて信号を送信することができる。π／２の位相増分は、単なる例示であり、π／４、π／８、π／１６などの、他の位相増分も可能である。好ましくは、エミッタ２０４の動作をオフまたはオンにして所望の位相になるようにする以外は、電力は、調整されない。
【００２１】
図２Ａおよび図２Ｂで最も明確に示すように、垂直ケーブルと水平ケーブルは、各アレイノード２０４で交差する。この構成は、アレイ１０１ａかアレイ１０１ｂのいずれかに適用する。垂直ケーブル２０２内で、ワイヤ２１０は、ゼロ位相の給電線である。ワイヤ２１２は、１／２π位相の給電線であり、ワイヤ２０９は、垂直制御線である。同様に、水平ケーブル２００において、ワイヤ２１４は、π位相の給電線である。ワイヤ２１６は、３／２π位相の給電線であり、ワイヤ２１１は、水平制御線である。制御線２０９および２１１をコントローラ３１０に接続して、どの位相を所与のノード２０４上でアクティブにするかを制御することができる。単一のアンテナ制御をチップ２０６上で行うことができる一方、実際のノードラジエータまたはアンテナ２０８は、ノード２０４の幾何学的中心を囲む円形素子として形成される。単一のコントローラか複数のコントローラのいずれかは、電力送信グリッドのうちの１または複数を制御できることを理解されるべきである。
【００２２】
システム１００ａ用のコントロールロジック３１０の例示的なアルゴリズムは、以下の通りになるであろう。（１）電力受信機３３０は、通信チャネル１１０ａを使用して、近傍にある任意の送信機３３０ａにその受信機の存在を宣言することができる。（２）電力送信機３３０ａは、通信チャネル１１０ａ上でその送信機の存在を伝達して、その送信機のアンテナ２０８またはノード２０４のうちの１つのみを使用して送信を開始することができる。（３）電力受信機３３０ｂは、通信チャネル１１０ａ上で微弱信号を受信したことを確認することができる。（４）電力送信機３３０ａは、ゼロのデフォルト位相にして別のアンテナ２０８またはノード２０４を作動させて、通信チャネル１１０ａ上で受信機３３０ｂに信号強度を求めることができる。（５）電力受信機３３０ｂは、受信した信号が以前よりも強い、同じ、または弱いことを示す信号を送信し返すことができる。（６）その信号が以前よりも弱いまたは同じである場合、コントローラ３１０は、ノード２０４における位相を１／２πに増加させて、別の信号強度を送信するように要求できる。（７）全位相に対してステップ５および６が繰り返される。（８）信号強度の増加が見られない場合、その特定のノード２０４の作動を終了させ、別のノードが、ステップ４から繰り返されるプロセスにおいて使用される。（９）すべてのエミッタのノードが使用中になるまでステップ４から６までが繰り返される。
【００２３】
別の例において、ステップ（６）は、位相を弧度０、１／２π、および５π／４を含む３位相サイクルで増加させることを含む。この方法において、全正弦曲線のおおよその形が判定される。従って、ピーク電力の位相角度を判定することができる。さらに、同調アンテナが合計される時点から、次に加算されるアンテナの受信電力は、受信された総電力のわずかな割合になる場合がある。従って、２番目のアンテナを加算することにより、電力が４倍に増加する一方、１０１番目のアンテナを加算することにより、その受信された総電力の２％に増加して、１００１番目のアンテナを加算することにより、その電力の０．２％に増加する。これは、調査されるアンテナから実際の電力ゲイン／損失を検出するのが困難になる場合がある。従って、検査サイクル中に、わずかなアンテナだけの出力を上げて、検査される各アンテナの位相を記憶することができる。全アレイの位相が決定されると、すべての素子を作動させて、電力を送出することができる。
【００２４】
代替として、電力送信されるすべてのアンテナを再同調することができ、それは、アンテナの位相をそのアンテナの電流値付近にわずかに移動させて、受信した信号のインパクトを検出することによって可能である。再同調が１方向で（例えば、位相を前進または後退させて）改善する場合、どちらの側でも改善しなくなるまで位相のサイクル／増分が継続される。これは、大規模なアレイの受信電力レベルの変化を検出する能力に依存するであろうし、そうでなければ、すべてのアレイの電源を切り、位相を一から再構築するように要求されるかもしれない。
【００２５】
第２の実施形態において、図２Ｂおよび図３Ｂで最も明確に示すように、各アレイ素子またはノード２０４を、電力受信システム３３０ｂの較正送信機４６０から較正信号を受信するように設定することができる。各アレイ素子またはノード２０４は、そのノード２０４において検出された受信較正信号を、データ線３０３を介してコントロールロジック３１０に送信することができる。その後、最適化された電力送信３０１を電力受信機３３０ｂに送信し返すために、コントローラ３１０またはコントローラ２０６のいずれか、または両方のコントローラの組み合わせを、各アレイ素子またはノード２０４に対し、その素子用に検出された位相を送信位相として設定できる。実施形態１００ａおよび１００ｂの両方において、充電されるデバイス１０２に最初に通信する必要はなく、アレイが特定の位置または「ホットスポット」に電力送信することを可能にするために、構成メモリデバイスをコントロールロジック３１０と通信可能な状態にすることができる。この機能は、充電されるデバイス１０２に通信チャネル１１０ａまたは１１０ｂを確立する予備電力がない場合に、電力送信３０１を充電されるデバイス１０２に送信するときに有用である。
【００２６】
代替として、第２の実施形態は、送受信機にあるような、受信機とそれぞれの送信機アンテナとの双方向能力を利用する以下の動作を行うことができる。コントローラは、それぞれの送受信機に、電力受信機（即ち、充電されるデバイス）からビーコン信号を受信するように準備させることができる。その後充電されるデバイスは、ビーコン信号（例えば、位相調整アレイと同じ周波数にできる較正信号であり、例えば、そのアレイと受信機との間の無線通信を介してそれらのクロックに同期させる較正信号）を送信して、その信号は、充電されるデバイスと電力送信機との間のすべてのオープンパスをトラバースする。電力送信機で受信される信号は、受信機と、送信機の各アンテナに接続する送信機のアンテナとの間のすべてのオープンパスの合計に等しく、特定の電力レベルとそれぞれの特定の電力送信機アンテナの位相とが合計された各パスの合計である。
【００２７】
送信機アレイの各アンテナは、受信された位相を検出するために着信信号と内部信号を比較する。受信された位相がすべての送信機のアンテナによって確立されると、各アンテナは、その全出力を用いて、受信された位相を複素共役で送信し返す。
【００２８】
さらに、上記のアレイの同調は、考えられるすべてのパスを考慮する（例えば、アレイと受信機との間で直接のオープンパスがあることまたは受信機が環境内を滑らかな直線運動で移動することを仮定していない）ので、環境の構成の変更は、移動される受信機または変更される電力送信機アレイの物理的構成に等しいであろう。従って、アレイの頻繁な再同調が絶えず要求されるであろう（例えば、１秒当たりの同調が１０回以上になる）。
【００２９】
アンテナの再同調は、受信機のビーコン信号を「リスン（listen）する」ために、送信される出力を停止するように要求されるので、アレイに電力を供給するのに使用されたであろう時間が損失する。従って、受信機への電力送出を最大にするために、アレイは、受信機の電力レベルが大きく変わらない場合、再同調の頻度を減らすことができる。受信機の電力の受け取りが低下する場合、アレイは、受信機の電力が再度安定するまで、更新の頻度を増やすことができる。同調の頻度に対する特定の制限を、最小１０ｔｓｐ（１秒当たりの同調）から最大５００ｔｐｓなどにして設定できる。同調の頻度を著しくすると、電力転送の効率を下げる恐れがあるので、有用でない。
【００３０】
代替として、いくつかの数（ｎ）のアンテナの同調を以下のように実行することができる。すべてのアンテナの電源を切ることができる。その後ｎ個のアンテナのうちの１つの動作をオンにして、他のｎ個のアンテナのそれぞれが同調するための参照としてそのアンテナをそのままにする。その後残りのｎアンテナのそれぞれの動作をオンにして、それらのアンテナの最適位相が記録され、その後それらのアンテナの動作をオフにする。このシーケンスがｎ番目のアンテナで実行されるときに、すべてのアンテナは、それぞれが最適位相で動作をオンにする。
【００３１】
移動する受信機を有する第１の実施形態について、すべての送信機アンテナは、例えば、そのアンテナの位相をそのアンテナの電流値付近にわずかに移動させて、受信した信号のインパクトを検出することによって再同調される必要がある。再同調が１方向で改善する場合、位相のサイクル／増分は、どちらの側でも改善しなくなるまで継続する。これは、大規模なアレイの受信電力レベルの変化を検出する能力に依存するであろうし、そうでなければ、すべてのアレイの電源を切り、位相を最初から再構築するように要求されるかもしれない。
【００３２】
典型的なアレイ１０１ａまたは１０１ｂは、１辺当たりおよそ１メートルの３０×３０のグリッド網とし、ワイヤの各交点は、単一の送信アンテナ２０４を有する。好適には、アレイグリッド１０１ａまたは１０１ｂは、柔軟な／柔らかい素材で作られる。グリッド素材の柔軟性は、ユーザが、マイクロ波アレイエミッタグリッド１０１ａまたは１０１ｂを実質的に不均等で同一平面上にない方法、即ち、平らにならないように広げて物理的に構成することができるようにして、例えば、平坦な二次元アレイによって生じる反射焦点、および個別の位相差を有する平坦で定期的に処理されるアレイで通常起こる盲点を最小にする。図１Ａおよび１Ｂに示すように、アレイ１０１ａまたはアレイ１０１ｂのいずれかは、鉢植えＳなどの、支持構造物を覆うことができるように、好適には、不均等で同一平面上にない構成にするために十分柔軟である。
【００３３】
この方法において、位相アンテナに指向性があることによって、受信するデバイス１０２において受信することができる構造位相された（constructively phased）ビーム信号を介してゲインが発生するので、逆二乗の法則にうまく対応する。加えて、１０１ａまたは１０１ｂなどの位相調整アレイの使用は、物理的指向性アンテナ、即ち、パラボラアンテナ、八木アンテナなどの、扱いにくく、外観の悪いデバイスを使用する必要性をなくす。さらに、環境を害し、または他の場所に位置するデバイスとの干渉を引き起こさないようにするために、電力送信プロセスの効率性によって、電磁（ＥＭ）信号をあらゆる所に広げることなくそのほとんどを受信するデバイスに近似の信号強度にすることができるように、低電力による送信が使用される。
【００３４】
信号が受信されて、その電力が使用可能になると、アンテナから来るおよそ５．８０ＧＨｚのＡＣ電流をＤＣ電流に変換して、バッテリー３７０、蓄電キャパシタなどを充電するプロセスは、そのタスクを実行できる電圧の低い整流器で行われる。これらの整流器は、狭い範囲のショットキーダイオードに基づくか、または受信した信号と同じ位相の５．８０ＧＨｚの発振回路との共振を利用することができるので、整流器の電力を、レクテナ３４０の整流器部で使用されるダイオードの電圧低下を克服する時点まで強めることができる。複数のビーム構成をシミュレートするために、複数のデバイスを、そのアレイを時間共有することによって、またはアンテナの位相を重ね合わせることによって充電できることに留意されたい。
【００３５】
上記の充電メカニズムは、送信機と受信機が互いに通信しているときに動作する。しかし、通信する電力がない受信機を充電するための方法も有益である。これを実現するために、周期的な電力送信バーストを受信する１つの位置または複数の位置が確立されてよい。
【００３６】
バッテリー電力がないデバイスを充電する方法の一例において、ビーコンデバイス、またはレザレクタ（resurrector）（図示せず）を、周期的な電力送信バーストを受信する位置またはユーザの要求に応じた位置に置くことができる。ビーコンデバイスは、ビーコン信号を送信するなどによって、電力送信グリッドと通信して、その電力送信グリッドは、そのビーコン信号位相の構成を、周期的な電力送信バースト（例えば、１０分毎に１秒間のバースト、または１０分毎に１秒間のバーストと同時に行う毎分０．１秒間のバースト）を送信する位置として認識する。ビーコンデバイスから送信されるビーコン信号は、その信号が電力送信グリッドに到達する前にさまざまな媒体を介して反射および／または屈折する。従って、複数のビーコン信号は、電力送信グリッドによって受信される。電力送信グリッドが１または複数のビーコン信号を受信すると、ビーコンデバイスの位置から電力送信グリッドまでのオープンパスが確立される。
【００３７】
電力送信グリッドはその後、ビーコン信号を集めて、送信されたビーコン信号の波形を再現することができる。この再現された波形から、電力送信グリッドはその後、電力送信バーストを、例えば、再現された波形の逆波形として送信して、ビーコンデバイスによって確立された位置に電力バーストを供給することができる。一実施形態において、この逆波形は、ビーコンデバイスから受信された波形を複素共役、または数学的な等価変換を用いることによって判定されてよい。周期的な電力送信バーストを受信する位置が確立されると、ビーコンデバイスの動作をオフにすることができる。
【００３８】
バッテリー電力がない充電されるデバイス１０２を、その後、上記の充電プロセスを経るために電力送信グリッドと通信するのに十分な電力を有するまで、周期的な電力送信バーストを受信する位置に置くことができる。そのデバイスをその後、その位置」から移動することができる。
【００３９】
充電されるデバイス１０２がある位置から別の位置に移動されるか、または電力送信グリッドが移動されると、電力送信グリッドは、自身を再同調して（例えば、送信アンテナを再整列する）充電されるデバイス１０２への最適な電力送信を確立できる。この再同調は、電力の低下を報告するデバイス１０２に応答して、または定期的な間隔（例えば、１マイクロ秒−１０秒間隔）で発生させることができる。しかし、定期的な間隔は、信号電力が受信機によって維持されている程度に応じて、短くまたは長くされてもよいし、一方で電力の低下にかかわらず定期的に再同調を継続してもよい。
【００４０】
送信機アンテナは、さまざまな形状およびデザインで構成して使用できる細長い「位相ワイヤ」を作り出すために、回路を単一のチップに含めて、ワイヤでチップをデイジーチェーン接続する形をとることもできる。数千ものアンテナおよび「位相制御」チップの列を介して関連するコントローラを有する複雑なアレイを構築するには、チップ間のワイヤは、チップを共通のコントローラに接続するデータパスとして機能することができ、一方それと同時に、ワイヤは、自身を送信／受信アンテナとしても機能することができる。各チップは、アンテナとして機能する、チップから延びたより多くのワイヤを有することができる。各アンテナは、チップが他のアンテナから独立した各アンテナの位相を制御できるようにするアドレス（例えば、ａ、ｂ、ｃなど）が付与されてもよい。さらに、ワイヤは、アレイの同調がアンテナの位置および配置に影響されないので、使用可能な空間に応じてあらゆる配置で構成されてよい。
【００４１】
アンテナチップのコントローラは、短いワイヤを介して接続され、そのワイヤを、いくつかの方法でアンテナとして利用できる。例えば、ワイヤ自体は、発振器および／または増幅器によって駆動されてよいし、またはシールドをワイヤの周りに使用して、シールド自体を駆動してアンテナとして使用することができるので、通信ワイヤが多層アレイの信号を遮断するのを防ぐことができる。
【００４２】
図４は、第１の代替的実施形態の電力送信機のブロック図である。送信機は、コントロールロジック４１０、位相シフタ４２０（Ｎカウント）、信号ジェネレータ／乗算器４３０、増幅器４４０（Ｎカウント）、および（Ｎ）アンテナ４５０を含む、アンテナコントローラ４００であってよい。アンテナコントローラ４００は、電力およびベース周波数制御信号、ならびに他のコマンドおよび通信信号を、すべてのアンテナコントローラを制御する単一のコントローラから、または前のアンテナコントローラ４００からの共通バス上で受信する。例えば、電力信号は、送信機４００の電源（図示せず）によって受信されてもよいし、一方、ベース周波数制御信号は、信号ジェネレータ／乗算器４３０によって受信されてもよいし、通信信号およびコマンドは、コントロールロジック４１０によって受信されてもよい。各々の前のアンテナコントローラ４００が電力およびベース周波数制御信号を供給する場合において、それらの信号を搬送するバスは、次のアンテナコントローラ４００まで継続することができる。コントロールロジック４１０は、位相シフタ４２０を制御して、増幅器４４０の位相を調整させるようにすることができる。信号ジェネレータ／乗算器は、バスからの信号を、例えば、１０ＭＨｚで受信して、その信号を無線送信用に例えば、２．４、５．８ＧＨｚなどに変換する。
【００４３】
図５は、第２の代替的実施形態の電力送信機のブロック図である。送信機は、コントロールロジック５１０、位相シフタ５２０（Ｎカウント）、信号ジェネレータ／乗算器５３０、送受信機５４０（Ｎカウント）、（Ｎ）アンテナ５５０、および位相比較器５６０（Ｎカウント）を含む、アンテナコントローラ５００であってよい。送受信機５４０は、受信機から較正信号またはビーコン信号を受信して、その信号を位相比較器５６０に転送する。位相比較器５６０は、位相比較器のそれぞれの送受信機５４０が受信した信号の位相を判定して、電力信号を送信する最適な位相角度を判定する。この情報は、コントロールロジック５１０に提供され、その後位相シフタ５２０に、送受信機の位相を（例えば、受信したビーコン／較正信号の複素共役で）設定して、その設定された位相で電力を送信するようにさせる。信号ジェネレータ／乗算器５３０は、実質的にアンテナコントローラ４００の信号ジェネレータ／乗算器４３０と同様の機能を実行する。さらに、バス信号は、送信機４００のバス信号と同様であり、例えば、送信機５００の相当するコンポーネントによって受信される信号と同様である。
【００４４】
図６は、例えば、図４および図５のアンテナコントローラを制御するためのコントローラ６００のブロック図である。コントローラ６００は、コントロールロジック６１０、電力源６２０、アンテナ６６０に接続された通信ブロック６３０、アンテナ６７０に接続されたベース信号クロック６４０、およびバスコントローラ６５０を含む。コントロールロジック６１０は、Ｍバス上からの信号をＭ個のアンテナコントローラ（例えば、４００および５００）に送信する、バスコントローラ６５０を制御する。電力源６２０は、電力源をバスコントローラ６５０に供給する。通信ブロック６３０は、通信ブロックのそれぞれのアンテナ６６０を介して受信機からのデータを送受信する。ベース信号クロック６４０は、ベース信号を他のコントローラに送信し、受信機が同期するための送信も送信／受信することができる。１つのコントローラ６００を利用して、すべての送信機アンテナを制御してもよいし、または１つのコントローラ６００が一群のアンテナを制御する場所でいくつかのコントローラを使用してもよい。さらに、それぞれのアンテナを有している、別個の通信ブロックおよびベース信号クロックを示しているが、それらの機能性は、１つのブロック（例えば、通信ブロック６３０）に組み込まれてよいことに留意されたい。
【００４５】
図７は、第１の実施形態に従った、代替的受信機７００のブロック図である。受信機７００は、コントロールロジック７１０、バッテリー７２０、通信ブロック７３０および関連するアンテナ７６０、電力メータ７４０、および整流器７５０および関連するアンテナ７７０を含む。コントロールロジック７１０は、通信ブロック７３０からのデータ信号をデータ搬送周波数で送受信する。このデータ信号は、上記のサイドチャネルを介して送信される電力強度信号の形式であってよい。整流器７５０は、電力送信機から電力送信信号を受信し、その信号は、電力メータ７４０を通って充電用のバッテリー７２０に供給される。電力メータ７４０は、受信した電力信号の強度を測定して、この測定値をコントロールロジック７１０に提供する。コントロールロジック７１０は、バッテリー７２０自体からバッテリーの電力レベルを受信することもできる。
【００４６】
受信機７００は、例えば、コントローラ６００がアンテナ６７０を介してベース周波数信号を送信することによって、コントローラ６００と同期されてもよい。受信機はその後、この信号を使用してビーコン信号または較正信号を同期することができ、それらの信号は、受信機によってコントローラに送信し返される。この技術は、複数のコントローラにも利用されてよいことにも留意されたい。つまり、複数の送信アレイが利用されている場所で、コントローラは、コントローラのうちの１つから送信されたベース周波数信号を利用することによって、互いに同期されてよい。
【００４７】
図８は、第２の実施形態に従った、代替的受信機８００のブロック図である。受信機８００は、コントロールロジック８１０、バッテリー８２０、通信ブロック８３０および関連するアンテナ８７０、電力メータ８４０、整流器８５０、ビーコン信号ジェネレータ８６０および関連するアンテナ８８０、および整流器８５０またはビーコン信号ジェネレータ８６０を関連するアンテナ８９０に接続するスイッチ８６５含む。整流器８５０は、電力送信機から電力送信信号を受信し、その信号は、電力メータ８４０を通って充電用のバッテリー８２０に供給される。電力メータ８４０は、受信した電力信号の強度を測定して、この測定値をコントロールロジック８１０に提供する。コントロールロジック８１０は、バッテリー８２０自体からバッテリーの電力レベルを受信することもできる。コントロールロジック８１０は、通信ブロック８３０を介して、クロックを同期化するベース信号クロックなどの、データ信号をデータ搬送周波数で送信／受信することもできる。ビーコン信号ジェネレータ８６０は、アンテナ８８０またはアンテナ８９０のいずれかを使用して、ビーコン信号または較正信号を送信する。バッテリー８２０は、電力が受信され、その電力を受信機８００に供給するために図示されているが、受信機は、その電力を整流器８５０から直接受信することもできることに留意されたい。この電力は、バッテリー８２０に充電電流（charging current）を供給する整流器８５０に加えてもよいし、または充電する代わりにされてもよい。さらに、複数のアンテナの使用は、一つの例示的な実装であり、その構造を１つの共有アンテナに縮小してもよい。
【００４８】
送信機のアンテナの制御回路と受信機の電力および制御回路を、集積チップ（ＩＣ）として組み込むことができ、いくつかの主要な回路コンポーネントを共有できるので、２つのチップの機能性を単一のチップとして設計することができ、異なるパッケージングまたは構成を選択することによって、そのチップは、送信機または受信機のいずれにも機能することができる。つまり、同じチップのある部分を機能させるまたは機能させないようにして、送信アンテナのコントローラまたは受信機のコントローラとして利用することができる。このことは、２つの異なるチップを組み立てて検査するコストを削減できるだけでなく、高額になりうるチップの製造コストも節約することができる。
【００４９】
上記のように、送信グリッドの形状は、さまざまな種類であってよい。従って、アンテナのパッキング（packing）は、およそ送信される電力信号の波長の半分からその波長の数倍まで十分対応できるであろう。二次元配置は、アレイがカーペットの下に平らに敷かれ、屋根裏の断熱材を覆うことも可能である。例えば、複数の送信アンテナを包含する複数のワイドワイヤ（例えば、細長い２次元アレイ）を採用してもよい。これらのワイドワイヤを床または壁の中に設置することも可能である。代替として、電力送信グリッドは、ループアンテナの形状、またはその他の形状にすることも可能である。
【００５０】
三次元配置は、最大数のアンテナをパックすることができ、オフィスの天井タイル、ドア、絵およびテレビなどの、便利な形状に組み込むことができる。従って、アレイを見えないように、目立たないようにする。さらに、グリッドアレイは、いくつかの層が互いに重なった形状にすることができるので、高密度のアンテナが実現可能である。この例において、アレイは、単一の転送ビームの背面の反射ビームを最小にする「位相体積」と同様の働きをする。反射ビームは、位相体積の厚さが増すにつれて減衰する。
【００５１】
つまり、全指向性アンテナを使用した完全に平坦な位相調整アレイは、（例えば、自由空間またはアレイの反対側で同一の環境がある場合）アレイ面の周りで対称的に形成された波面の２つの「像」を作り出す。これは、電力送出が減少する望ましくない結果になるおそれがある（例えば、背面に流れる電力が５０％になる）、従って転送効率が低下する。アレイアンテナを同一平面上にない形式で配置することは、この対称波面が、たとえ三次元アレイの対称デザインであっても、アンテナがアレイの対称面で異なる位相を有し、その信号が非対称および非「反射」になるという事実によって、対称波面が減衰する。
【００５２】
アレイの位相が特定の受信機用に同調される場合、アレイのそれぞれのアンテナは、その特定の受信機に到達する信号を生成するために送信する特定の位相を有する。２以上の受信機を、以下の技術のうちの１つまたはその組み合わせによって電力を受信するように構成することができる。
【００５３】
第１の技術において、電力送出の時間共有を異なる受信機間で利用することができる。これは、アレイのアンテナを１つの受信機に同調させて、その後次の受信機に移行し、各受信機に均一な（または不均一な）時間量を付与することによって行うことができる。アレイを各受信機に同調させることは、メモリから行われるか、または第２の実施形態と同様のプロセスを用いてアレイを再同調することによって行われる。
【００５４】
別の技術において、すべてのアレイアンテナの位相を変調して複数の電力スポットを生成する技術を利用することができる。各アンテナに対し、受信信号は、受信角度である位相のベクトル信号であり、一方その強度は、受信信号の電力レベルである。複数のアンテナに戻る信号を生成するために、送信の位相は、受信ベクトルの合計角度として判定される。受信信号の強度を利用して、通常の送信電力で各アンテナから送信する必要がないかもしれないが、マルチパス信号が考慮されるときに良く機能する多焦点偏向信号（biased multi-focus signal）を生成するために、各受信機からピーク受信信号電力を見つけ出して、ベクトル加算は、正規化スケール（例えば、各受信機からのピーク電力をそのピーク電力に対して強度１．０と見なす）と対照にベクトルをスケーリングすることによって偏向される。ベクトルの加算は、各アンテナが、より多くの電力を送出しまたはより多くの電力を受信する受信機に、より多くの電力を供給することを確保する。
【００５５】
アンテナの共有がもう１つの技術である。アレイ全体を複数のサブアレイに分割することによって、各アレイは、その電力を特定の受信機に割り当てることができる。この手法は、アレイが分割されるときに、当該アレイが効率のよい十分な大きさであるときに有益であろう。
【００５６】
別個のアレイは、統一して使用されてもよく、そこにおいて個々のアレイのユニットは、そのベース信号クロックを共有無線周波数を使用して同期して、すべての「スレーブ（slave）」送信機のコントローラユニットがそれらの波形をコヒーレントに合計できるようにする、指定された「マスタ（master）」ユニットから連続信号を得る。これによって、別個のアレイが環境内で分散されることが可能になり、ユーザが、建物、住居、製造工場またはオフィスの周囲に複数のアレイを柔軟に配置することができる。これらのコントローラの起動中、インストーラ／マネージャは、どんなに多くのアレイが不具合になっても、システムが、使用可能なアレイを使用して機能を継続するようにする、フェイルオーバーシーケンスと共にマスターユニットを指定することによって、異なるコントローラアレイを互いにリンクさせることができる。例えば、アレイは、原子時計を使用してそれらを同期することによって設定されてよい。つまり、別個のアレイユニットが、電力送信に使用する単一の周波数を利用する場合、別個のアレイユニットは、精密な原子時計（例えば、１：１０＾１０より高い精度）を使用することによって、ベース周波数に同期せずに機能することができる。この場合、それらのアレイユニットは、数分の１秒で同位相になり、位相／信号のコヒーレンスを維持することが可能になるであろう。
【００５７】
別の電力送信技術において、送信機は、その存在をすべての受信機にブロードキャストするサイド通信チャネルで通常の信号を送信する。その送信機は、近くに他の送信機がある場合、取り決めた周波数のうちの１つを使用することを確保するか、または他の送信機の信号をモニタすることによって信号の衝突を避ける。このようなブロードキャスト告知は、１分当たり数周波数から１分当たり１未満の周波数まで異なる場合がある。受信機は、その存在を告知する信号を送信することができ、送信機は、どの受信機が電力転送に最も適しているかを見つけるためにネゴシエートすることができる。ひとたび決まると、受信機は、単一の送信機を「ロック」する。これは、各送信機が、論理的（単一のコントローラ）デバイスとして定義されることを要求することができる。そのデバイスを複数にリンクされた送信機から構成することが可能である。コントローラが、電力エンベロープ（power envelope）が変更した（即ち、受信機が同じ電力を要求していない）ことを検出する場合、コントローラは、受信機が機能を停止しないように、電力の供給を継続することができる。
【００５８】
別の電力送信技術において、送信機を、電力を求めている任意のデバイスに電力を供給するために開放するように設定することができ、またはそれらの送信機が供給しなければならないデバイスと「ペアになる」ことができる。ペアリングは、送信機の所有者の観点から、効率性に影響を与えるおそれのある、近隣機同士から無意識に借りる電力の問題を回避する。送信機が複数の受信機と衝突する場合、送信機は、電力を最も必要とするデバイスに最初に電力を供給するなどの、順位の優先度付けを確立することを求めてよいし、それを１または複数の所定の基準で確立することもできる。
【００５９】
例えば、いくつかの基準は、以下を含む。デバイスは、その所有者にとって（例えば、セル電話はおもちゃとは対照的に）非常に重要であることと、デバイスは、典型的には、送信機の近くで一日中何もしない（例えば、セル電話と比較したテレビのリモート制御）ことはないことと、デバイスは、すぐに電力を供給する必要があり、そうしないと機能が停止すると見なされること、を含む。そのようなデバイスは、危機的でない電力に達するまで、他のデバイスよりも高い優先度が付与されてよい。代替として、ユーザがカスタマイズした優先度が利用されてもよく、それによって、ユーザは、どのデバイスに最も高い優先度を与えるべきかを決定する。
【００６０】
上記の例示的な優先度付けの選好は、送信機システム（例えば、コントロールロジックにおいて）に事前にインストールされてよく、アレイのインストーラによって却下される（overruled）能力を用いて、システムが所有者／ユーザの優先度付けで送出することを確保する。所有者またはユーザは、アレイを開放して任意のデバイスに電力を送出するかどうかを望んでもよいし、または特定のデバイスを、優先度が最も高いまたは優先度が最も低いデバイスとして登録することを望んでもよい。さらに、ユーザまたは所有者は、特定のデバイスが動いていても、そのデバイスに電力の供給を維持するか否かを判定することを望んでよい。
【００６１】
第２の実施形態のアレイ同調アルゴリズムにおいて、電力の送信は、アレイが受信機の新しい位置に再同調する時に停止されなければならない。受信機の高速移動のためまたは環境の構成の素早い変化のために、このような再同調の動作が高周波数で行われる場合、新しいビーコン信号を受信する間にアレイの動作をオフにし続けるのに必要な時間によって、電力送出の効率が低下するおそれがある。従って、これに対抗するために、２以上の周波数をアレイ／受信機によって使用することができる。１つの周波数が同調されている間、もう１つの周波数は、電力の送信を継続することができ、その後、後続の周波数は、すべての周波数が再同調されるまで同調されるので、送信によって停止されるギャップを回避することができる。
【００６２】
大規模な位相調整アレイを設計するときに、要求される周波数をそれぞれのアンテナに送信することは、ケーブル（例えば、同軸ケーブル）の数が多いために困難になるかもしれない。これは、アンテナの数が１０００を超える場合にさらに困難になるかもしれない。従って別の代替において、高周波数信号（＞１ＧＨｚ）をすべてのアンテナに送信する代わりに、低周波数信号（〜１０ＭＨｚ）をすべてのアンテナを介して送信することができ、それぞれのアンテナは、位相ロックループ（ＰＬＬ）および位相シフタなどの、周波数乗算回路を有するであろう。
【００６３】
さらに、電力を受信して、自身で再充電する能力を有する標準フォーマットのバッテリー（例えば、ＡＡ、ＡＡＡ、Ｃ−バッテリー、Ｄ−バッテリーなど）は、電子／電気デバイスに使用される使い捨ての（disposable）または再充電可能なバッテリーに代わるものとして望ましいであろう。これは、バッテリーが、送信機アレイと通信するのに必要なすべての回路を有するだけでなく、バッテリーが供給するデバイスを稼動させるのに使用される充電／エネルギーのキャパシタンスを有することが必要になるであろう。
【００６４】
デバイスは、コンポーネントを活性化するための電圧または電流、または単一のバッテリーの能力を上回る、バッテリー交換までの長時間の動作を確保するためのバッテリーのキャパシタンスを要求することが多い。従って、複数のバッテリーは、直列または並列で使用されることが多い。しかし、単一の受信機のバッテリーでは、デバイスの動作に必要なバッテリーは１つのみであり、そのバッテリーは、必要な電圧を送出することができ、そのバッテリーを充電する必要なく永久的に動作を維持する大量のエネルギーを受信できるので、エネルギー容量は、議論の余地のある問題になる。
【００６５】
しかし、いくつかのバッテリーの代わりに単一のバッテリーを使用することは、デバイスのバッテリー記憶領域の構成のために、動作しないかもしれない。従って、これを克服するために付加的な技術を採用することができる。
【００６６】
図９は、受信機バッテリーシステム９００のブロック図である。システム９００は、少なくとも１つの受信機バッテリー９１０を含み、任意の数の空バッテリー９２０を含んでもよい。例示目的として、１つの受信機バッテリー９１０と２つの空バッテリー９２０を示しているが、任意の数のバッテリーが利用されてよいことに留意されたい。受信機バッテリー９１０は、電力キャパシタ９１１、制御回路９１２、および電圧制御発振器９１３を含む。空バッテリー９２０は、インダクションロジック（induction logic）９２１を含む。
【００６７】
従って、バッテリーシステム９００は、以下の通りに動作することができる。「受信機」が使用可能なバッテリー（即ち、９１０）を有する１つのみのバッテリーが供給される。しかし、性能の良いバッテリーと直列に置かれて使用される通常のバッテリーは、時間とともに抵抗が生じることもあり、とりわけ起こり得る問題として、通常のバッテリーは、バッテリーの使用期限が過ぎると漏電するおそれがある。
【００６８】
代替として、「空」バッテリー（即ち、９２０）を、「電力セレクタ」とともに受信機バッテリー９１０上で使用することができる。一つの例の空バッテリー９２０は、正確なバッテリー寸法（battery dimensions）を有するデバイスであるが、アノードが短いので、受信バッテリー９１０の電圧によってそのデバイスを自力で駆動させる。受信機バッテリー９１０は、制御回路またはスライダ９１２または他の選択機構を利用して、ユーザが取り替えるバッテリーの数をユーザが選択することが可能にさせる。受信機バッテリー９１０は、その後、空バッテリー９２０を補うのに望ましい電圧を出力する。
【００６９】
別の技術において、知的空バッテリー９２０ならびに知的受信機バッテリー９１０を使用することができる。受信機バッテリーは、最初に、１ＫＨｚ（または同様の他の周波数）の低電圧発振（＜０．１Ｖ発振を、使用される空バッテリーの数を検出する期間で用いる）と同じ程度の所望のフォーマット１つのバッテリーの電圧を出力し、知的空バッテリー９２０は、１ＫＨｚを使用して自身に誘導して電力を供給する。空バッテリーは、抵抗、キャパシタンスまたは受信機バッテリーが検出することができる他の手段によって、電力線に効果（effect）を発生させる。知的空バッテリー９２０の周波数の効果は、静的付加である特性を有する内蔵擬似乱数ジェネレータ（例えば、論理９２１）によって行われる。従って、擬似ランダムジェネレータのカウントを電力線上で判定することができる。このうちの１つの実施形態では、電力線上で効果「ブリップ」をトリガするのに使用されるシフトビットなどの、周知の間隔で実行する３２ビット線形フィードバックシフトレジスタが使用されるであろう。フィードバックシフトレジスタを出力するシード番号は、統一して機能しないように、すべての空バッテリー９２０上で異なる番号にしなければならない。
【００７０】
図１０は、「ブリップ」１０１０を含む、例示的なバッテリーシステムの電力線の図１０００である。受信機バッテリー９１０は、電力線上でブリップ１０１０をカウントして、知的空バッテリー９２０の数を判定する。ブリップ１０１０は、高周波数パルスまたはキャパシタンス修正器になり得る。ほとんどの電子／電気デバイスによってマスクアウトされないブリップが選択される。このプロセスは、例えば、１ミリ秒未満の短い時間期間で実行される。その後、受信機バッテリー９１０は、異なる電力が必要な異なるデバイスで行われる次の出力増（power-up）まで電圧の検出を要求しない。受信機バッテリー９１０によって生成される１ＫＨｚ「電力」周波数が停止して、空バッテリー９２０は、休止状態になり、電力が供給されるデバイスに透過的になる。
【００７１】
再度図１０を参照するが、ランダムブリップ１０１０は、システム９００の電力システム線を介して２つの空バッテリー９２０のそれぞれによって生成される。ランダムブリップ１０１０を使用して、受信機バッテリー９１０によってランダムブリップジェネレータの数を判定する。ブリップを時間でカウントして、単一の空バッテリー９２０から予想される数で割ることによって、直列で設置される空バッテリー９２０の数を判定することができる。しかし、並列のバッテリー設置システムにおいて、並列の電力線毎に１つの受信機バッテリー９１０が要求される。
【００７２】
デバイスが上記の５００ＭＨｚを超える高周波数で電力を受け取る場合、受け取る位置は、（入ってくる）放射のホットスポットになる場合がある。従ってデバイスが人の手にある時、放射のレベルは、ＦＣＣの規制の範囲を超えるか、または医療／産業局によって設定された受け入れ可能な放射レベルを超えるかもしれない。過剰照射の問題を回避するために、デバイスは、加速度計などのモーション検出機構または同等の機構を統合することができる。デバイスが、移動中であると検出すると、デバイスが手荒に扱われていると仮定することができ、アレイにデバイスへの電力送信を停止するか、受信可能な電力の一部に受信される電力を低下させるいずれかの信号をアレイにトリガする。デバイスが車、電車または飛行機などの移動環境で使用される事例において、デバイスにすべての使用可能な電力がほとんど残ってない場合を除いて、電力は、断続的または低下したレベルでのみ送信されるかもしれない。
【００７３】
図１１は、上記のようなモーション検出を含む第１の実施形態に従った、代替的受信機１１００である。受信機１１００は、コントロールロジック１１１０、バッテリー１１２０、通信ブロック１１３０および関連するアンテナ１１６０、電力メータ１１４０、整流器１１５０および関連するアンテナ１１７０、およびモーションセンサ１１８０を含む。モーションサンサ１１８０を除いて、残りのコンポーネントは、受信機７００のそれぞれのコンポーネントと同様の機能で動作する。モーションセンサ１１８０は、上記のようなモーションを検出して、上記の技術に従って動作するための信号をコントロールロジック１１１０に送信する。
【００７４】
図１２は、上記のようなモーション検出を含む第２の実施形態に従った、代替的受信機１２００である。受信機１２００は、コントロールロジック１２１０、バッテリー１２２０、通信ブロック１２３０および関連するアンテナ１１７０、電力メータ１２４０、整流器１２５０、ビーコン信号ジェネレータ１２６０および関連するアンテナ１２８０、および整流器１２５０またはビーコン信号ジェネレータ１２６０を関連するアンテナ１２９０に接続するスイッチ１２６５を含む。モーションサンサ１２８０を除いて、残りのコンポーネントは、受信機８００のそれぞれのコンポーネントと同様の機能で動作する。モーションセンサ１２８０は、上記のようなモーションを検出して、上記の技術に従って動作するための信号をコントロールロジック１２１０に送信する。
【００７５】
セル電話またはメディアプレーヤなどの、ＷｉＦｉ通信またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などによって使用される周波数で電力を受信するように設計されたデバイスは、電力送信周波数で電力を受信する能力があるアンテナをすでに有しているかもしれない。従って、電力を受信する付加的なアンテナを有する代わりにＷｉＦｉ通信などに使用される同じ通信アンテナを使用して、必要な回路を通信ハードウェアに付加する（例えば、整流回路、コントロールロジック回路などを付加する）ことによって電力を受信することができる。
【００７６】
無線電力送信システムのいくつかの使用例は、商品の棚に値札を付けるスーパーマーケットまたは消費者用小売店を含む。これらの値札の価格番号を管理することは、費用がかかり、手間を要する作業になる。さらに、特売品および宣伝広告では、値札が日々変更されることになる。
【００７７】
今日の電子インク標識を用いれば、各値札を価格／広告宣伝をかなり効果的に表示する小型の電子デバイスで作ることが可能であり、電子インクは、静的画像を表示する間は電力をまったく消費しない。しかし、電力は、新しいデータを表示するのに要求され、さらに電子インク標識を変更するのにも電力が必要である。ワイヤをそれぞれのタグにつなげるのは、実現可能な解決策でもなければ、各値札にバッテリーを入れるのも実現的ではない。それは、定期的な充電または交換が必要になるからである。無線電力送信を利用することによって、数千もの値札を、天井または棚に置かれた無線送信機アレイによって動作可能に維持する、つまり、値札を定期的に充電するならびに値札が移動した時に充電することができる。値札が所望の目的場所に置かれると、その値札を、初期電力を用いて有線または無線のいずれかで活性化することができる。
【００７８】
別の例において、製造工場は、多数のセンサおよびコントローラを利用して、製造、製造される商品全体の生産性および品質を同時に維持する。無線通信の使用にかかわらず、それは、いまだにそれぞれのデバイスにワイヤを搬送する電力を稼動しなければならず、それによってデバイスが１または複数のコンポーネントに依存して、不具合になる傾向になり、例えば、石油製油所などの、かなり燃えやすい環境で使用するデバイスが設置される前に、デバイスに電線を通す穴をあける必要であるので、デバイスを密封することができない。従って、このようなデバイスに上記の無線電力受信機のうちの１つを組み込むことによって、無線の電力を供給することができる。
【００７９】
無線電力システムは、モーション検出にも利用されてよい。電力送信システムが起動しているときに、環境内の小さな外乱は、転送の効率を変化させることがあり、その変化が送信の見通し線にない場合もある。この無線電力システムは、環境内の複数のパス（マルチパス）を活用するので、それをモーション検出器として使用することができる。ローカライズされたまたは環境に分散されたアレイから受信される電力を測定することによって、受信された電力レベルのどの変化も、環境の電磁構成の変更の表示になる。そのような使用において、ワイヤが受信機に電力を供給することができるので、電力転送レベルは非常に低くなるが、アレイを同調する手段としてのみ動作することに留意されたい。環境の構成の変化が検出されると、セキュリティシステム／アラームは、その変化を通知できる。
【００８０】
別の例において、中身の温度が規制される個々の飲料および食べ物の容器は、常に電力源が必要である。このような容器が頻繁に移動する場合、電力源の可用性を維持することが困難になる。無線電力を使用して、電力源の可用性を維持することができるので、容器の温度を望ましい温度に維持することができる。容器を、使用可能な電力を使用して、中身の温度、中身の液量または重量を報告するのに使用することもできる。この例として、冷たい／熱い飲み物が暑い日に出される場合、またはそれらを飲むときに冷たい／熱いのが最良である場合、この能力を用いれば、飲む人は、自分達の飲み物が周囲の温度に達する前に飲み終える必要がないばかりか、長期間自分達の飲み物を楽しめる。さらに、飲み物が減りだすと、ホスト役は、信号受信機を介して無線で通知されることがでるし、飲み物がなくなる前に注ぎ足すことができる。
【００８１】
別の例において、電力受信機を使用してデバイスの電力使用量をモニタすることができるときに、デバイスの機能が停止する前に機能が低下したデバイスを検出することが可能である。例えば、火災報知器は、その報知器が使用する公称電力を消費していないときに機能が停止したと見なされてもよく、またはデバイスの機能が停止する寸前に通常起きる、デバイスの電力消費が急激に変化するときに、デバイスの機能が停止したと見なされてもよい。
【００８２】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲の範囲において一部およびすべての実施形態を網羅することを理解されたい。例えば、５．８ＧＨｚの周波数が上述されているが、１００ＭＨｚを超える任意の周波数を電力送信周波数として利用してよい。
【００８３】
再充電可能な任意のタイプのバッテリーを利用して、標準サイズの再充電可能なバッテリーまたは特定の電子デバイスに使用される再充電可能なカスタムバッテリー（即ち、セル電話、ＰＤＡなど）を含む、電力送信グリッドから充電を受け取ることができる。このような再充電可能なバッテリーを利用して、現在の既存のバッテリーに置き換えることができ、受信機の電子機器が、電力送信信号を受信して、その信号を、バッテリーを再充電する信号に変換することを可能にする、電子機器を含むことができる。
【００８４】
実施形態
１、無線マイクロ波電力送信機。
２、マイクロ波電力送信信号を送信する複数のマイクロ波アレイ送受信機を有するコントローラおよび位相アレイアンテナをさらに備えることを特徴とする実施形態１の無線マイクロ電力波送信機。
３、前記送受信機は、選択された位相において前記送受信機のそれぞれの電力送信信号を送信するように前記コントローラによって適応位相されることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
４、各送受信機は、充電されるデバイスから較正信号を受信し、および前記較正信号が前記送受信機によって受信される位相を検出するようにさらに動作可能であることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
５、前記コントローラは、前記電力送信信号を、判定された位相に送信する時に使用される前記選択された位相を調整するようにさらに構成され、前記検出された位相に基づく前記判定された位相であって、前記判定された位相は、充電される前記デバイスに送信される前記電力送信信号に対して最適位相を示すことを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
６、前記電力送信信号は、もしあれば、充電される前記デバイスからの、充電される前記デバイスの前記位置を示す位置信号を利用することなく送信されることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
７、前記判定された位相は、前記検出された位相の前記複素共役であることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
８、前記コントローラは、前記較正信号を内部信号と比較して、前記較正信号の前記受信された位相を検出するように構成されることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
９、前記コントローラは、判定された位相において前記電力送信信号を送信する時に使用される前記選択された位相を調整するようにさらに構成され、前記判定された位相は、実質的に、充電される前記デバイスに送信される前記電力送信信号用に、前記検出された位相の複素共役であることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
１０、前記コントローラであって、前記判定された位相は、前記検出された位相の前記複素共役からの偏差限界内の位相角であることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
１１、前記コントローラであって、前記判定された位相は、前記検出された位相の前記複素共役のプラスマイナス３６度内の位相角であることを特徴とする先行実施形態のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
１２、無線マイクロ波電力受信機。
１３、電力送信信号を受信して充電受信機を充電するように構成されたレクテナをさらに備えることを特徴とする実施形態１２の無線マイクロ波電力送信機。
１４、較正信号をマイクロ波電力送信機に送信するように構成された送信機をさらに備えることを特徴とする実施形態１２乃至１３のいずれかにおける無線マイクロ波電力受信機。
１５、前記レクテナは、判定された位相を有する電力送信信号を受信するようにさらに構成され、前記電力送信信号の前記判定された位相は、実質的に前記較正信号の検出された位相の記複素共役であることを特徴とする実施形態１２乃至１４のいずれかにおける無線マイクロ波電力受信機。
１６、前記判定された位相は、前記較正信号の前記検出された位相の前記複素共役からの偏差限界内の位相角であることを特徴とする実施形態１２乃至１５のいずれかにおける無線マイクロ波電力受信機。
１７、前記判定された位相は、前記較正信号の前記検出された位相の前記複素共役のプラスマイナス３６度内の位相角であることを特徴とする実施形態１２乃至１６のいずれかにおける無線マイクロ波電力送信機。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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