(57)【要約】【課題】例示的な実施形態はワイヤレス充電を対象とする。【解決手段】充電システムは、再生可能エネルギーを別の形態のエネルギーに変換し、別の形態のエネルギーを伝達するように構成された、少なくとも1つの発電システムを含み得る。充電システムは、少なくとも1つの発電システムに結合された少なくとも1つの送信アンテナであって、少なくとも1つの発電システムから別の形態のエネルギーを受信するように構成された少なくとも1つの送信アンテナをさらに含み得る。さらに、少なくとも1つの送信アンテナは、関連する結合モード領域内に配置された少なくとも1つの他のアンテナにエネルギーをワイヤレス送信するように構成される。【選択図】図２５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギー源から得られた第1の形態のエネルギーを第2の形態のエネルギーに変換するように構成された発電システムと、
前記発電システムから前記第2の形態のエネルギーを受信するように構成された第1のアンテナ回路と、
前記第1のアンテナ回路から前記第2の形態のエネルギーをワイヤレス受信するように構成された中継器アンテナ回路と、
前記第1のアンテナ回路と前記中継器アンテナ回路との間に配置されたバリアであって、前記中継器アンテナ回路が、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するようにさらに構成された、バリアと
を含む、充電システム。
【請求項２】
前記発電システムが、太陽電池と、風力タービンと、水力タービンとのうちの1つを含む、請求項1に記載の充電システム。
【請求項３】
前記バリアが外面と内面とを含み、前記発電システムが前記外面上に配置された、請求項1に記載の充電システム。
【請求項４】
前記中継器アンテナ回路が、充電可能デバイスに電気的に結合された第3のアンテナ回路に電力をワイヤレス送信するようにさらに構成された、請求項1に記載の充電システム。
【請求項５】
前記中継器アンテナ回路が、前記第1のアンテナ回路から受信された電力の少なくとも一部分を第3のアンテナ回路にワイヤレス送信するように構成された、請求項1に記載の充電システム。
【請求項６】
前記中継器アンテナ回路と前記第3のアンテナ回路との間に配置された第2のバリアをさらに含む、請求項5に記載の充電システム。
【請求項７】
前記第3のアンテナ回路が充電可能デバイスに電気的に結合された、請求項5に記載の充電システム。
【請求項８】
前記バリアが壁または窓のいずれかを含む、請求項1に記載の充電システム。
【請求項９】
前記中継器アンテナ回路が、バスと列車と建築物とのうちの1つの内部に配置された、請求項1に記載の充電システム。
【請求項１０】
前記発電システムが、バスと列車と建築物とのうちの1つの外面上に配置された、請求項1に記載の充電システム。
【請求項１１】
前記バリアが車両の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項1に記載の充電システム。
【請求項１２】
前記バリアが建築物の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項1に記載の充電システム。
【請求項１３】
再生可能エネルギー源から得られた第1の形態のエネルギーを第2の形態のエネルギーに変換するステップと、
第1のアンテナ回路で前記第2の形態のエネルギーを受信するステップと、
中継器アンテナ回路でバリアを通して前記第2の形態のエネルギーをワイヤレス受信するステップと、
前記バリアから離れて延びる方向に前記中継器アンテナ回路から電力をワイヤレス送信するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記再生可能エネルギー源が、太陽エネルギー源と、風力エネルギー源と、水力エネルギー源とのうちの1つを含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記バリアが外面と内面とを含み、前記中継器アンテナ回路が前記内面上に配置された、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップが、充電可能デバイスに電気的に結合されたアンテナ回路に、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップを含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップが、第3のアンテナ回路に、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップを含み、前記第3のアンテナ回路が、前記ワイヤレス送信された電力の少なくとも一部分を、充電可能デバイスに電気的に結合された第4のアンテナ回路に送信するようにさらに構成された、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
アンテナ回路に、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップが、第2のバリアを通して前記第3のアンテナ回路に、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記バリアが壁または窓のいずれかを含む、請求項13に記載の方法。
【請求項２０】
前記バリアが、バスと列車と建築物とのうちの1つの中に含まれる、請求項13に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1の形態のエネルギーが、バスと列車と建築物とのうちの1つの外面上に配置された発電システムにおいて再生可能エネルギー源から得られる、請求項13に記載の方法。
【請求項２２】
前記バリアが車両の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項13に記載の方法。
【請求項２３】
前記バリアが建築物の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項13に記載の方法。
【請求項２４】
再生可能エネルギー源から得られた第1の形態のエネルギーを第2の形態のエネルギーに変換するための手段と、
前記第2の形態のエネルギーを受信するように構成された、電力をワイヤレス送信するための第1の手段と、
バリアを通して前記第1の送信手段から電力をワイヤレス受信し、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するように構成された、電力をワイヤレス送信するための第2の手段と
を含む、充電システム。
【請求項２５】
第1の形態のエネルギーを第2の形態のエネルギーに変換するための前記手段が発電システムを含む、請求項24に記載の充電システム。
【請求項２６】
前記発電システムが、太陽電池と、風力タービンと、水力タービンとのうちの1つを含む、請求項25に記載の充電システム。
【請求項２７】
電力をワイヤレス送信するための前記第1の手段が第1のアンテナ回路を含む、請求項24に記載の充電システム。
【請求項２８】
電力をワイヤレス送信するための前記第2の手段が第2のアンテナ回路を含む、請求項24に記載の充電システム。
【請求項２９】
前記再生可能エネルギー源が、太陽エネルギー源と、風力エネルギー源と、水力エネルギー源とのうちの1つを含む、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３０】
前記バリアが外面と内面とを含み、前記第2の送信手段が前記内面上に配置された、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３１】
前記第2の送信手段が、充電可能デバイスに電気的に結合されたアンテナ回路に、前記バリアから離れて延びる方向に電力を送信するようにさらに構成された、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３２】
前記第2の送信手段が、第2のバリアを通して電力をワイヤレス送信するための第3の手段に、前記バリアから離れて延びる方向に電力をワイヤレス送信するように構成された、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３３】
前記バリアが壁または窓のいずれかを含む、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３４】
前記バリアが、バスと列車と建築物とのうちの1つの中に含まれる、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３５】
前記第1の形態のエネルギーが、バスと列車と建築物とのうちの1つの外面上に配置された発電システムにおいて再生可能エネルギー源から得られる、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３６】
前記バリアが車両の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項24に記載の充電システム。
【請求項３７】
前記バリアが建築物の内部エリアと外部エリアとを分割する、請求項24に記載の充電システム。
【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、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、2009年2月13日に出願された「WIRELESS  CHARGER  POWERED  USING  SOLAR  ENERGY」と題する米国仮特許出願第61/152,664号の米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般にワイヤレス充電に関し、より詳細には、電子デバイスをワイヤレス充電することに関係するデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、各バッテリー電源式デバイスは、それ自体の充電器と、通常はAC電源コンセントである、電源とを必要とする。これは、多くのデバイスが充電を必要とするとき、収拾がつかなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送信機と充電すべきデバイスとの間で無線電力伝送を使用する手法が開発されている。これらは概して2つのカテゴリーに入る。1つは、送信アンテナと充電すべきデバイス上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ばれる)の結合に基づくものであり、デバイスは、バッテリーを充電するために放射電力を収集し、それを整流する。アンテナは、一般に、結合効率を改善するために共振長のものである。この手法には、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欠点がある。したがって、妥当な距離(たとえば、>1〜2m)にわたる充電が困難になる。さらに、システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。
【０００５】
他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホストデバイス中に埋め込まれた受信アンテナ+整流回路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隔が極めて近接している(たとえば、数mm)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に小さく、したがって、ユーザがデバイスを特定のエリアに配置しなければならない。したがって、送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向に適応するワイヤレス充電構成を提供する必要がある。さらに、1つまたは複数の電子デバイスを充電するために再生可能エネルギー源を利用するように構成されたワイヤレス電力プラットフォームを有することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ワイヤレス電力伝達システムの簡略ブロック図である。
【図２】ワイヤレス電力伝達システムの簡略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態において使用するためのループアンテナの概略図    である。
【図４】送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果    を示す図である。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図である。
【図６】図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な周囲サイズに対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な表面積に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図８】共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す図である。
【図９】送信アンテナと受信アンテナとの間の様々な距離における同軸配置のための結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の例示的な一実施形態による送信機の簡略ブロック図である。
【図１１】本発明の例示的な一実施形態による受信機の簡略ブロック図である。
【図１２】送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略図である。
【図１３Ａ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１３Ｂ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１３Ｃ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１４Ａ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１４Ｂ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１４Ｃ】受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。
【図１５Ａ】送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。
【図１５Ｂ】送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。
【図１５Ｃ】送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。
【図１５Ｄ】送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。
【図１６Ａ】大きい送信アンテナと、その送信アンテナと共面に、その送信アンテナの周囲内に配設された3つの異なるより小さい中継器アンテナとを示す図である。
【図１６Ｂ】大きい送信アンテナと、その送信アンテナに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さい中継器アンテナとを示す図である。
【図１７】送信アンテナと中継器アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１８Ａ】中継器アンテナがない場合の送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１８Ｂ】中継器アンテナがある場合の送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による送信機の簡略ブロック図である。
【図２０】本発明の例示的な一実施形態による拡大エリアワイヤレス充電装置の簡略ブロック図である。
【図２１】本発明の別の例示的な実施形態による拡大エリアワイヤレス充電装置の簡略ブロック図である。
【図２２】本発明の例示的な一実施形態による、少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含み、少なくとも1つの送信アンテナと発電システムとの間にバリアが配置された、充電システムのブロック図である。
【図２３】本発明の例示的な一実施形態による、少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含み、少なくとも1つの送信アンテナと発電システムとの間にバリアが配置された、充電システムの別のブロック図である。
【図２４】本発明の例示的な一実施形態による、少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含み、少なくとも1つの送信アンテナと発電システムとの間にバリアが配置された、さらに別の充電システムのブロック図である。
【図２５】本発明の例示的な一実施形態による、バリアに近接して配置された少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含む充電システムのブロック図である。
【図２６】本発明の例示的な一実施形態による、バリアに近接して配置された少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含む充電システムの別のブロック図である。
【図２７】本発明の例示的な一実施形態による、バリアに近接して配置された少なくとも1つの送信アンテナに結合された発電システムを含む充電システムのさらに別のブロック図である。
【図２８】本発明の例示的な一実施形態による、バスの上部外面に取り付けられた太陽電池を含む充電システムの一例を示す図である。
【図２９】本発明の例示的な一実施形態による、列車の上部外面に取り付けられた太陽電池を含む充電システムの別の例を示す図である。
【図３０】本発明の例示的な一実施形態による、建築物の上部外面に取り付けられた太陽電池を含む充電システムのさらに別の例を示す図である。
【図３１】本発明の例示的な一実施形態による、充電システムを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図３２】本発明の例示的な一実施形態による、充電システムを動作させる別の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
「例示的」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。本明細書で「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。
【０００８】
添付の図面とともに以下に示す発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すものではない。この説明全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形態で示す。
【０００９】
「ワイヤレス電力」という単語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連する任意の形態のエネルギー、または場合によっては物理電磁導体を使用せずに送信機から受信機に送信される任意の形態のエネルギーを意味するために使用する。
【００１０】
図1に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス送信または充電システム100を示す。エネルギー伝達を行うための放射界106を発生させるために入力電力102が送信機104に供給される。受信機108は、放射界106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を発生する。送信機104と受信機108の両方は距離112だけ分離されている。1つの例示的な実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係に従って構成され、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数とがまったく同じである場合、送信機104と受信機108との間の伝送損失は、受信機108が放射界106の「近距離場」に位置するときに最小になる。
【００１１】
送信機104は、エネルギー送信のための手段を与えるための送信アンテナ114をさらに含み、受信機108は、エネルギー受信のための手段を与え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、それに関連する適用例およびデバイスに従ってサイズ決定される。上述のように、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場におけるエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって効率的なエネルギー伝達が行われる。近距離場にある場合、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードが展開され得る。この近距離結合が行われ得るアンテナ114および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に、ワイヤレス電力伝達システムの簡略図を示す。送信機104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整され得る所望の周波数で発生するように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答する増幅量で電力増幅器124によって増幅され得る。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機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。
【００１３】
受信機は、図2に示すバッテリー136を充電するため、または受信機に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するために、整合回路132と、DC電力出力を発生するための整流器およびスイッチング回路とを含み得る。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得る。
【００１４】
図3に示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれることもある「ループ」アンテナ150として構成され得る。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コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外来物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、空芯ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空芯ループは、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)の平面内での受信アンテナ118(図2)の配置をより容易に可能にし得る。
【００１５】
上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーは、より低い効率で伝達され得る。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、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傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
【００１６】
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るインダクタンスであり、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追加される。非限定的な例として、共振信号156を発生する共振回路を生成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154がアンテナに追加され得る。したがって、直径がより大きいループアンテナでは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの大きさは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアは増加する。もちろん、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタが並列に配置され得る。さらに、当業者なら、送信アンテナの場合、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認識されよう。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないことがある、アンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。
【００１８】
Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さいRxアンテナへの良好な結合(たとえば、>-4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作させられ得る。Txアンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上のRxアンテナが励振Txループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、-2〜-4dB)を達成することができる。
【００１９】
図4に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。曲線170および172は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナによる電力の受容の測度を示す。言い換えれば、大きい負数では、極めて近接したインピーダンス整合があり、電力の大部分は受容され、その結果、送信アンテナによって放射される。逆に、小さい負数は、所与の周波数で近接したインピーダンス整合がないので、電力の大部分がアンテナから反射されることを示す。図4では、送信アンテナと受信アンテナは、約13.56MHzの共振周波数を有するように同調させられる。
【００２０】
曲線170は、様々な周波数において送信アンテナから送信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1aおよび点3aでは、電力の大部分は反射され、送信アンテナから送信されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2aでは、大量の電力が受容され、アンテナから送信されることがわかる。
【００２１】
同様に、曲線172は、様々な周波数において受信アンテナによって受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1bおよび点3bでは、電力の大部分は反射され、受信アンテナを通して受信機に伝達されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2bでは、大量の電力が受信アンテナによって受容され、受信機に伝達されることがわかる。
【００２２】
曲線174は、送信機から送信アンテナを通して送信され、受信アンテナを通して受信され、受信機に伝達された後、受信機において受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1cおよび点3cでは、(1)送信アンテナが送信機からそれに送信された電力の大部分を拒絶し、(2)周波数が共振周波数から離れるにつれて、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合が効率的でなくなるので、送信機から送信された電力の大部分は受信機において利用できない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2cでは、送信機から送信された大量の電力が受信機において利用可能であり、送信アンテナと受信アンテナとの間の高度の結合を示すことがわかる。
【００２３】
図5Aおよび図5Bに、本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す。ループアンテナは、多種多様なサイズの単巻きループまたは多巻きループを用いて、いくつかの異なる方法で構成され得る。さらに、ループは、単に例として、円形、楕円形、方形、および長方形など、いくつかの異なる形状であり得る。図5Aは、大きい方形ループ送信アンテナ114Sと、送信アンテナ114Sと同じ平面内にあって送信アンテナ114Sの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118とを示す。図5Bは、大きい円形ループ送信アンテナ114Cと、送信アンテナ114Cと同じ平面内にあって送信アンテナ114Cの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118'とを示す。方形ループ送信アンテナ114Sの辺の長さは「a」であり、円形ループ送信アンテナ114Cの直径は「Φ」である。方形ループの場合、その直径がΦeq=4a/πとして定義され得る等価円形ループがあることを示すことができる。
【００２４】
図6に、図4Aおよび図4Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な周囲に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。したがって、曲線180は、円形ループ送信アンテナ114Cと、円形ループ送信アンテナ114Cの様々な周囲サイズにおける受信アンテナ118との間の結合強度を示す。同様に、曲線182は、方形ループ送信アンテナ114Sと、方形ループ送信アンテナ114Sの様々な等価周囲サイズにおける受信アンテナ118'との間の結合強度を示す。
【００２５】
図7に、図5Aおよび図5Bに示す方形および円形送信アンテナの様々な表面積に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。したがって、曲線190は、円形ループ送信アンテナ114Cと、円形ループ送信アンテナ114Cの様々な表面積における受信アンテナ118との間の結合強度を示す。同様に、曲線192は、方形ループ送信アンテナ114Sと、方形ループ送信アンテナ114Sの様々な表面積における受信アンテナ118'との間の結合強度を示す。
【００２６】
図8に、共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す。本明細書で使用する「共面」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、送信アンテナの平面と受信アンテナの平面との間の距離がない(または小さい)ことを意味する。本明細書で使用する「同軸」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、2つの平面間の距離がわずかではなく、さらに、送信アンテナと受信アンテナとの表面法線が実質的に同じベクトルに沿っているか、または2つの法線がエシェロン状であることを意味する。
【００２７】
例として、点p1、点p2、点p3、および点p7は、すべて送信アンテナに対する受信アンテナの共面配置点である。別の例として、点p5および点p6は、送信アンテナに対する受信アンテナの同軸配置点である。下記の表に、図8に示す様々な配置点(p1〜p7)における結合強度(S21)と(送信アンテナから送信され、受信アンテナに達した電力の割合として表される)結合効率とを示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
わかるように、共面配置点p1、p2、およびp3は、すべて比較的高い結合効率を示す。配置点p7も共面配置点であるが、送信ループアンテナの外部にある。配置点p7は高い結合効率を有しないが、若干の結合があり、結合モード領域は送信ループアンテナの周囲を越えて広がっていることが明らかである。
【００３０】
配置点p5は、送信アンテナと同軸であり、かなりの結合効率を示す。配置点p5の結合効率は共面配置点の結合効率ほど高くない。しかしながら、配置点p5の結合効率は、同軸配置において送信アンテナと受信アンテナとの間でかなりの電力を伝達することができるほど十分に高い。
【００３１】
配置点p4は、送信アンテナの周囲内にあるが、送信アンテナの平面の上方のわずかな距離にあって、オフセット同軸配置(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、異なるロケーションにある)またはオフセット共面(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、平面が互いにオフセットされる)と呼ばれることがある位置にある。表から、オフセット距離が2.5cmの場合、配置点p4は、依然として比較的良好な結合効率を有することがわかる。
【００３２】
配置点p6は、送信アンテナの周囲の外部にあり、送信アンテナの平面の上方のかなりの距離にある配置点を示す。表からわかるように、配置点p7は、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合効率をほとんど示さない。
【００３３】
図9に、送信アンテナと受信アンテナとの間の様々な距離における同軸配置のための結合強度を示すシミュレーション結果を示す。図9のシミュレーションは、どちらも一辺が約1.2メートルであり、送信周波数が10MHzである、同軸配置の方形送信アンテナおよび受信アンテナに関する。結合強度は、約0.5メートル未満の距離において非常に高く、一様なままであることがわかる。
【００３４】
図10は、本発明の例示的な一実施形態による送信機の簡略ブロック図である。送信機200は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによって送信アンテナ204にRF電力を供給し、その結果、送信アンテナ204の周りに近距離場エネルギーが発生する。例として、送信機200は、13.56MHz  ISM帯域で動作し得る。
【００３５】
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のインピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで高調波放出を低減するように構成された低域フィルタ(LPF)208とを含む。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数をパスしながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む様々なフィルタトポロジーを含み得、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流ドローなど、測定可能な送信メトリクスに基づいて変化させられ得る適応型インピーダンス整合を含み得る。送信回路202は、発振器212によって判断された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、個別デバイスまたは回路からなるか、あるいは代わりに、一体型アセンブリからなり得る。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5ワットのオーダーであり得る。
【００３６】
送信回路202は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数を調整し、取り付けられた受信機を通して隣接デバイスと対話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、プロセッサ214をさらに含む。
【００３７】
送信回路202は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ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をさらに含み得る。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在によって影響を及ぼされる、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、アクティブ受信機と通信するための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を判断する際に使用するために、プロセッサ214によって監視される。
【００３８】
送信アンテナ204は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅および金属タイプをもつアンテナストリップとして実装され得る。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可搬性が低い構成など、より大きい構造物との関連付けのために構成され得る。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際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の例示的な一実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、波長の分数)であり得、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させられ得る。送信アンテナ204の直径が、または方形ループの場合は、辺の長さが、受信アンテナに対してより大きい(たとえば、0.50メートル)ことがある例示的な適用例では、送信アンテナ204は、妥当なキャパシタンスを得るために必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００３９】
図11は、本発明の例示的な一実施形態による受信機のブロック図である。受信機300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信機300は、さらに、デバイス350に受信電力を与えるためにデバイス350に結合する。受信機300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350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にワイヤレスに伝搬され、次いで、受信回路302を通してデバイス350に結合される。
【００４０】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図10)と同じ周波数、または同じ周波数の近くで共振するように同調させられる。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法決定され得、または関連するデバイス350の寸法に基づいて別様にサイズ決定され得る。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も小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル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、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信アンテナのインピーダンスを増加させるために、多巻きアンテナとして実装され得る。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、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の実質的な周囲の周りに配置され得る。
【００４１】
受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信した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の電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310をも含み得る。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304において受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、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。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、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。
【００４２】
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、または代替的に電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに含み得る。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、以下でより十分に説明するように、送信機200(図2)から「見た」「負荷」を変化させる。上記で開示したように、送信機200は、送信機電力増幅器210に供給されたバイアス電流の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、受信機が送信機の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。
【００４３】
複数の受信機300が送信機の近距離場に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合することができるように、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましいことがある。受信機はまた、他の近くの受信機への結合を解消するため、または近くの送信機に対する装荷を低減するためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。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、以下でより十分に説明するように受信機300から送信機200への通信機構を与える。さらに、受信機300から送信機200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルがスイッチングに関連付けられ得る。例として、スイッチング速度は100μ秒のオーダーであり得る。  
【００４４】
例示的な一実施形態では、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、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機は、近距離場においてエネルギーが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。受信機は、エネルギーのこれらの変化を送信機からのメッセージと解釈する。受信機側から、受信機は、近距離場からどのくらいの電力が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。送信機は、近距離場から使用される電力のこの差異を検出し、これらの変化を受信機からのメッセージと解釈することができる。
【００４５】
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得る、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をさらに含み得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314はまた、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出するために使用され得、また、ワイヤレス充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクするための公称電力にするために使用され得る。
【００４６】
受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信機300のプロセス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、デバイス350に充電電力を供給する外部ワイヤード充電ソース(たとえば、ウォール/USB電力)の検出を含む他のイベントの発生時にも行われることがある。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、ビーコン状態を判断し、送信機から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路314を監視することもある。プロセッサ316はまた、パフォーマンスの改善ためにDC-DC変換器310を調整し得る。
【００４７】
図12に、送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略図を示す。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、送信機と受信機との間の通信のための手段が使用可能にされ得る。図12では、電力増幅器210は、送信アンテナ204を励振して放射界を発生させる。電力増幅器は、送信アンテナ204に対して所望の周波数で発振しているキャリア信号220によって駆動される。電力増幅器210の出力を制御するために送信変調信号224が使用される。
【００４８】
送信回路は、電力増幅器210に対してオン/オフキーイングプロセスを使用することによって受信機に信号を送信することができる。言い換えれば、送信変調信号224がアサートされたとき、電力増幅器210は、送信アンテナ204に対してキャリア信号220の周波数を励振する。送信変調信号224がネゲートされたとき、電力増幅器は送信アンテナ204に対して周波数を励振しない。
【００４９】
図12の送信回路はまた、電力増幅器210に電力を供給し、受信信号235出力を発生する、負荷感知回路216を含む。負荷感知回路216では、電力In信号226と電力増幅器210への電力供給228との間で、抵抗Rsの両端間の電圧降下が生じる。電力増幅器210によって消費される電力の変化は、差動増幅器230によって増幅される電圧降下の変化を引き起こす。送信アンテナが受信機中の受信アンテナ(図12に図示せず)との結合モードにあるとき、電力増幅器210によって引き出される電流の量が変化する。言い換えれば、送信アンテナ204の結合モード共振が存在しない場合、放射界を励振するために必要とされる電力が最初の量である。結合モード共振が存在する場合、電力の大部分が受信アンテナに結合されているので、電力増幅器210によって消費される電力の量は上昇する。したがって、受信信号235は、以下で説明するように、送信アンテナ204に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、受信アンテナから送信された信号を検出することもできる。さらに、以下で説明するように、受信機電流ドローの変化は、送信機の電力増幅器電流ドローにおいて観測可能であり、この変化を使用して、受信アンテナからの信号を検出することができる。
【００５０】
図13A〜図13Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。図13A〜図13Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、スイッチS1Aを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、スイッチS1Bを通してダイオードD1および整流器318に選択的に結合される。整流器318は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリーの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図12の送信機を参照しながら上記で説明した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。
【００５１】
本発明の例示的な実施形態は、受信デバイスの電流ドローの変調と、逆方向リンクシグナリングを達成するための受信アンテナのインピーダンスの変調とを含む。図13Aおよび図12を参照すると、受信デバイスの電力ドローが変化すると、負荷感知回路216は、送信アンテナの得られた電力変化を検出し、これらの変化から受信信号235を発生させることができる。
【００５２】
図13A〜図13Cの例示的な実施形態では、スイッチS1AおよびS2Aの状態を修正することによって、送信機を通る電流ドローを変化させることができる。図13Aでは、スイッチS1AおよびスイッチS2Aは、どちらも開いており、「DC開状態」を生成し、送信アンテナ204からの負荷を本質的に除去する。これにより、送信機が受ける電流が低減される。
【００５３】
図13Bでは、スイッチS1Aは閉じており、スイッチS2Aは開いており、受信アンテナ304の「DCショート状態」を生成する。したがって、図13Bの状態を使用して、送信機が受ける電流を増加させることができる。
【００５４】
図13Cでは、スイッチS1Aは開いており、スイッチS2Aは閉じており、DCout信号322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常受信モード(本明細書では「DC動作状態」とも呼ぶ)を生成する。図13Cに示す状態では、受信機は、通常の量の電力を受信し、したがってDC開状態またはDCショート状態よりも多いまたは少ない送信アンテナからの電力を消費する。
【００５５】
DC動作状態(図13C)とDCショート状態(図13B)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成され得る。逆方向リンクシグナリングは、DC動作状態(図13C)とDC開状態(図13A)との間のスイッチングによっても達成され得る。
【００５６】
図14A〜図14Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。
【００５７】
図14A〜図14Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、キャパシタC1およびスイッチS1Bを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、キャパシタC2を通してダイオードD1および整流器318にAC結合される。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図12の送信機を参照しながら上記で説明した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。
【００５８】
整流器318は、抵抗R2および接地と直列に接続されたスイッチS2Bに接続される。整流器318はスイッチS3Bにも接続される。スイッチS3Bの反対側は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリーの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。
【００５９】
図13A〜図13Cでは、受信アンテナ304のDCインピーダンスは、スイッチS1Bを通して受信アンテナを接地に選択的に結合することによって変化させられる。対照的に、図14A〜図14Cの例示的な実施形態では、受信アンテナ304のACインピーダンスが変化するようにスイッチS1B、S2B、およびS3Bの状態を修正することによって、アンテナのインピーダンスを修正して逆方向リンクシグナリングを発生させることができる。図14A〜図14Cでは、受信アンテナ304の共振周波数は、キャパシタC2を用いて同調され得る。したがって、スイッチS1Bを使用してキャパシタC1を通して受信アンテナ304を選択的に結合することによって受信アンテナ304のACインピーダンスを変更し、共振回路を、送信アンテナと最適に結合する範囲の外側にある異なる周波数に本質的に変更し得る。受信アンテナ304の共振周波数がほぼ送信アンテナの共振周波数であり、受信アンテナ304が送信アンテナの近距離場にある場合、受信機が放射界106からかなりの電力を引き出すことができる結合モードが生じ得る。
【００６０】
図14Aでは、スイッチS1Bは閉じており、受信アンテナが送信アンテナの周波数で共振しないので、アンテナを離調し、送信アンテナ204による検出から受信アンテナ304を本質的に「クローキングする」「ACクローキング状態」を生成する。受信アンテナが結合モードにないので、スイッチS2BおよびS3Bの状態は、本議論には特に重要ではない。
【００６１】
図14Bでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは閉じており、スイッチS3Bは開いており、受信アンテナ304の「同調ダミー負荷状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合し得る共振周波数にある。開いたスイッチS3Bと閉じたスイッチS2Bとの組合せは、整流器に対する比較的高い電流ダミー負荷を生成し、受信アンテナ304を通して、送信アンテナによって感知され得るより多くの電力を引き出す。さらに、受信アンテナが送信アンテナから電力を受信する状態にあるので、送信信号320を検出することができる。
【００６２】
図14Cでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは開いており、スイッチS3Bは閉じており、受信アンテナ304の「同調動作状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合し得る共振周波数にある。開いたスイッチS2Bと閉じたスイッチS3Bとの組合せは、DCout322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常動作状態を生成する。
【００６３】
同調動作状態(図14C)とACクローキング状態(図14A)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成され得る。逆方向リンクシグナリングは、同調ダミー負荷状態(図14B)とACクローキング状態(図14A)との間のスイッチングによっても達成され得る。受信機によって消費される電力の量に、送信機中の負荷感知回路によって検出され得る差があるので、逆方向リンクシグナリングは、同調動作状態(図14C)と同調ダミー負荷状態(図14B)との間のスイッチングによっても達成され得る。
【００６４】
もちろん、当業者なら、スイッチS1B、S2B、およびS3Bの他の組合せを使用して、クローキングを生成し、逆方向リンクシグナリングを発生させ、受信デバイスに電力を供給し得ることを認識されよう。さらに、クローキング、逆方向リンクシグナリング、および受信デバイスへの電力供給のための他の可能な組合せを生成するために、スイッチS1AおよびS1Bを図14A〜図14Cの回路に追加し得る。
【００６５】
したがって、図12を参照しながら上記で説明したように、結合モードにあるとき、送信機から受信機に信号を送信し得る。さらに、図13A〜図13Cおよび図14A〜図14Cを参照しながら上記で説明したように、結合モードにあるとき、受信機から送信機に信号を送信し得る。
【００６６】
図15A〜図15Dは、送信機と1つまたは複数の受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。図15Aは、受信デバイスがビーコン結合モード領域510にないときの低電力「ビーコン」信号525を有する送信機520を示す。ビーコン信号525は、非限定的な例として、約10〜約20mW  RFの範囲内などにあり得る。この信号は、充電すべきデバイスが結合モード領域中に配置されたとき、デバイスに初期電力を供給するのに十分であり得る。
【００６７】
図15Bは、ビーコン信号525を送信している送信機520のビーコン結合モード領域510内に配置された受信デバイス530を示す。受信デバイス530がオンであり、送信機との結合を生じる場合、受信デバイス530は、まさに受信機がビーコン信号525から電力を受容する逆方向リンク結合535を発生する。この追加の電力は、送信機の負荷感知回路216(図12)によって感知され得る。したがって、送信機は高電力モードに進み得る。
【００６８】
図15Cは、高電力信号525'を発生し、高電力結合モード領域510'を生じている送信機520を示す。受信デバイス530が電力を受容しており、その結果、逆方向リンク結合535を発生している限り、送信機は高電力状態のままである。ただ1つの受信デバイス530が示されているが、複数の受信デバイス530が結合モード領域510中に存在し得る。複数の受信デバイス530がある場合、それらは、各受信デバイス530がどのくらい良好に結合されるかに基づいて、送信機によって送信される電力の量を共有する。たとえば、結合効率は、図8および図9を参照しながら上記で説明したように、デバイスが結合モード領域510内のどこに配置されるかに応じて、受信デバイス530ごとに異なり得る。
【００６９】
図15Dは、受信デバイス530がビーコン結合モード領域510中にあるときでも、ビーコン信号525を発生している送信機520を示す。受信デバイス530が遮断されたとき、またはおそらく受信デバイス530がそれ以上の電力を必要としないので、デバイスが自体をクローキングするとき、この状態が起こり得る。
【００７０】
受信機と送信機は、別個の通信チャネル(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbeeなど)上で通信し得る。別個の通信チャネルの場合、送信機は、結合モード領域510中の受信デバイスの数とそれらのそれぞれの電力要件とに基づいて、ビーコンモードと高電力モードとの間でいつ切り替えるべきかを判断し、または複数の電力レベルを生成し得る。
【００７１】
本発明の例示的な実施形態は、中継器として働き、送信アンテナから受信アンテナに向かう電力のフローを強調する追加のアンテナを、結合されたアンテナのシステムに導入することによって、2つのアンテナ間の近距離場電力伝達における比較的大きい送信アンテナと小さい受信アンテナとの間の結合を強調することを含む。
【００７２】
例示的な実施形態では、システム中の送信アンテナと受信アンテナとに結合する1つまたは複数の余分のアンテナが使用される。これらの余分のアンテナは、アクティブまたはパッシブアンテナなどの中継器アンテナを含む。パッシブアンテナは単に、アンテナループと、アンテナの共振周波数を同調させるための容量性素子とを含み得る。能動素子は、アンテナループおよび1つまたは複数の同調キャパシタに加えて、反復近距離場放射の強度を増加させるための増幅器を含み得る。
【００７３】
非常に小さい受信アンテナへの電力の結合が、終端負荷、同調構成要素、共振周波数、および送信アンテナに対する中継器アンテナの配置などのファクタに基づいて強調されるように、電力伝達システム中の送信アンテナと中継器アンテナとの組合せを最適化し得る。
【００７４】
単一の送信アンテナは有限の近距離場結合モード領域を呈する。したがって、送信アンテナの近距離場結合モード領域中の受信機を通して充電するデバイスのユーザは、法外に高いまたは少なくとも不都合であろう相当なユーザアクセススペースを必要とすることがある。さらに、結合モード領域は、受信アンテナが送信アンテナから離れて移動するにつれて急速に減少することがある。
【００７５】
中継器アンテナは、送信アンテナから結合モード領域を再収束させ、再整形して、中継器アンテナの周りに第2の結合モード領域を生成し得、エネルギーを受信アンテナに結合するのにより好適であり得る。中継器アンテナを含む実施形態のいくつかの非限定的な例について、図16A〜図18Bにおいて以下で説明する。
【００７６】
図16Aに、大きい送信アンテナ610Cと、送信アンテナ610Cと共面に、送信アンテナ610Cの周囲内に配設された3つのより小さい中継器アンテナ620Cとを示す。送信アンテナ610Cと中継器アンテナ620Cはテーブル640上に形成される。受信アンテナ630Cを含む様々なデバイスは、送信アンテナ610Cおよび中継器アンテナ620C内の様々なロケーションに配置される。図16Aの実施形態は、送信アンテナ610Cによって発生された結合モード領域を、中継器アンテナ620Cの各々の周りのより小さく、より強い反復結合モード領域に再収束させることが可能であり得る。したがって、比較的強い反復近距離場放射が受信アンテナ630Cのために利用可能である。受信アンテナのいくつかは任意の中継器アンテナ620Cの外側に配置される。結合モード領域がアンテナの周囲の外側にいくぶん広がり得ることを思い出されたい。したがって、受信アンテナ630Cは、送信アンテナ610Cならびに近くの中継器アンテナ620Cの近距離場放射から電力を受信することが可能であり得る。したがって、任意の中継器アンテナ620Cの外側に配置された受信アンテナは、依然として、送信アンテナ610Cならびに近くの中継器アンテナ620Cの近距離場放射から電力を受信することが可能であり得る。
【００７７】
図16Bに、大きい送信アンテナ610Dと、送信アンテナ610Dに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さい中継器アンテナ620Dとを示す。受信アンテナ630Dを含むデバイスは、中継器アンテナ620Dのうちの1つの周囲内に配置される。非限定的な例として、送信アンテナ610Dは天井646に配設され得、中継器アンテナ620Dはテーブル640上に配設され得る。オフセット同軸配置の中継器アンテナ620Dは、送信機アンテナ610Dからの近距離場放射を中継器アンテナ620Dの周りの反復近距離場放射に再整形し、強調することが可能であり得る。したがって、比較的強い反復近距離場放射が、中継器アンテナ620Dと共面に配置された受信アンテナ630Dのために利用可能である。
【００７８】
図17に、送信アンテナと中継器アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナと中継器アンテナと受信アンテナは、約13.56MHzの共振周波数を有するように同調させられる。
【００７９】
曲線662は、様々な周波数において送信アンテナに供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。同様に、曲線664は、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、中継器アンテナを通して受信アンテナによって受信される電力の量の測度を示す。最後に、曲線668は、様々な周波数において中継器アンテナを通して送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。
【００８０】
約13.56MHzに対応する曲線668のピークでは、送信機から送信された大量の電力が受信機において利用可能であり、送信アンテナと中継器アンテナと受信アンテナとの組合せの間の高度の結合を示すことがわかる。
【００８１】
図18Aに、中継器アンテナがない場合の、送信アンテナと、送信アンテナに対して同軸配置で配設された受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナと受信アンテナは、約10MHzの共振周波数を有するように同調させられる。このシミュレーションにおける送信アンテナは一辺が約1.3メートルであり、受信アンテナは一辺が約30mmの多重ループアンテナである。受信アンテナは、送信アンテナの平面から約2メートル離れて配置される。曲線682Aは、様々な周波数において送信アンテナの端子に供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。同様に、曲線684Aは、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、受信アンテナによって受信される電力の量の測度を示す。最後に、曲線686Aは、様々な周波数において送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。
【００８２】
図18Bに、中継器アンテナがシステム中に含まれる場合の図18Aの送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。送信アンテナおよび受信アンテナは図18Aの場合と同じサイズおよび配置である。中継器アンテナは、一辺が約28cmであり、受信アンテナと共面に(すなわち、送信アンテナの平面から約0.1メートル離れて)配置される。図18Bでは、曲線682Bは、様々な周波数において送信アンテナの端子に供給される総電力のうち、送信アンテナから送信される電力の量の測度を示す。曲線684Bは、様々な周波数において受信アンテナの端子の近傍で利用可能な総電力のうち、中継器アンテナを通して受信アンテナによって受信される電力の量を示す。最後に、曲線686Bは、様々な周波数において中継器アンテナを通して送信アンテナと受信アンテナとの間で実際に結合される電力の量を示す。
【００８３】
図18Aおよび図18Bから結合された電力(686Aと686B)を比較すると、中継器アンテナなしの場合、結合された電力686Aは約-36dBにおいてピークに達することがわかる。一方、中継器アンテナがある場合、結合された電力686Bは約-5dBにおいてピークに達する。したがって、共振周波数の近くでは、中継器アンテナの包含により、受信アンテナのために利用可能な電力の量が著しく増加する。
【００８４】
本発明の例示的な実施形態は、送信機が個々のデバイスに充電電力を伝達する効率を最適化するために、送信機が単一および複数のデバイスに対してどのように放射するかおよびデバイスタイプを適切に管理する低コストで邪魔にならない方法を含む。
【００８５】
図19は、存在検出器280を含む送信機200の簡略ブロック図である。送信機は、図10の送信機と同様であり、したがって、再び説明する必要はない。しかしながら、図19において、送信機200は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ214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290からの存在信号に応答して、増幅器210によって送出される電力の量を調整することができる。送信機は、従来のAC電力299を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)を通して電力を受信し得る。
【００８６】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバレージエリアに挿入された充電すべきデバイスの初期存在を感知するために利用される動き検出器であり得る。検出後、送信機はオンになり、デバイスによって受信されたRF電力が、所定の方法でRxデバイス上のスイッチをトグルするために使用され、その結果、送信機の駆動点インピーダンスが変化する。
【００８７】
別の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば、赤外検出、動き検出、または他の好適な手段によって人間を検出することが可能な検出器であり得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナが特定の周波数において送信し得る電力の量を制限する規制があることがある。場合によっては、これらの規制は、電磁放射から人間を保護するためのものである。しかしながら、送信アンテナが、たとえば、ガレージ、工業の現場、作業場など人間によって占有されないか、または人間によってめったに占有されないエリアに配置された環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合、送信アンテナの電力出力を、通常の電力制限規制を上回って増加させることが許されることがある。言い換えれば、コントローラ214は、人間存在に応答して送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整し、人間が送信アンテナ204の電磁界からの規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ204の電力出力を、規制レベルを上回るレベルに調整し得る。
【００８８】
以下の多くの例では、ただ1つのゲストデバイスが充電されているのが示されている。実際問題として、多数のデバイスが各ホストによって発生される近距離場から充電され得る。
【００８９】
例示的な実施形態では、Tx回路が無期限にオンのままにならない方法が使用され得る。この場合、Tx回路は、ユーザが判断した時間量の後に遮断するようにプログラムされ得る。この機能は、Tx回路、特に電力増幅器が、その周囲内のワイヤレスデバイスが完全に充電された後、長く運転することを防ぐ。このイベントは、中継器またはRxコイルのいずれかから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を回路が検出することができないことに起因し得る。Tx回路の周囲内に別のデバイスが配置された場合、Tx回路が自動的に停止するのを防ぐために、Tx回路の自動遮断機能は、その周囲内で動きが検出されない設定された期間の後にのみアクティブにされ得る。ユーザは、非アクティビティ時間間隔を判断し、必要に応じてそれを変更することが可能であり得る。非限定的な例として、その時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下に、特定タイプのワイヤレスデバイスを完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長いことがある。
【００９０】
本発明の例示的な実施形態は、「ゲスト」と呼ばれる他のしばしばより小さいデバイス、機器、または機械への電力のワイヤレス伝達のために必要な送信アンテナおよび他の回路を全体的または部分的に収納する充電スタンドまたは「ホスト」として、表面を使用することを含む。非限定的な例として、これらの充電スタンドまたはホストは、窓、壁などであり得る。上述の例に少なくとも部分的に埋め込むことができる充電システムは、既存の装置のレトロフィットであり得るか、またはその初期設計および製造の一部とし得る。  
【００９１】
電気的小形アンテナは、小形アンテナの理論によって説明されるように、しばしば数パーセント以下の低い効率を有する。アンテナの電気的サイズが小さいほど、その効率は低い。ワイヤレス電力伝達は、そのような電力伝達システムの受信端中にあるデバイスに有意味な距離にわたって電力を送ることができれば、工業、商業、および家庭用適用例において電気グリッドへのワイヤード接続に取って代わる実用的な技法になる可能性がある。この距離は適用例に依存するが、たいていの適用例では、数十センチメートルから数メートルを適切な範囲と考えることができる。一般に、この範囲では、5MHzから100MHzの間の区間で電力の有効周波数が低減する。
【００９２】
図20および図21は、例示的な実施形態による、拡大エリアワイヤレス充電装置のブロック図の平面図である。上述のように、ワイヤレス充電中の受信機に連動するために送信機の近距離場結合モード領域中に受信機を配置することは、送信アンテナの近距離場結合モード領域中に受信機を正確に配置する必要があるので過度に煩わしくなることがある。さらに、固定ロケーション送信アンテナの近距離場結合モード領域中に受信機を配置することも、特に複数の受信機がそれぞれ複数のユーザアクセス可能デバイス(たとえば、ラップトップ、PDA、ワイヤレスデバイス)に結合されており、ユーザがそれらのデバイスへの同時物理アクセスを必要とするとき、受信機に結合されたデバイスのユーザがアクセスできないことがある。たとえば、単一の送信アンテナは有限の近距離場結合モード領域を呈する。したがって、送信アンテナの近距離場結合モード領域中の受信機を通して充電するデバイスのユーザは、また同じ送信アンテナの近距離場結合モード領域内でワイヤレス充電し、また別個のユーザアクセススペースを必要とする、別のデバイスの別のユーザにとって法外に高いまたは少なくとも不都合であろう相当なユーザアクセススペースを必要とすることがある。たとえば、単一の送信アンテナを用いて構成された会議用テーブルに着座したワイヤレス充電可能デバイスの2人の隣接するユーザは、送信機近距離場結合モード領域のローカルな性質と、それぞれのデバイスと対話するのに必要とされる相当なユーザアクセススペースとにより、不便を感じるか、ユーザのそれぞれのデバイスにアクセスできなくなることがある。さらに、特定のワイヤレス充電デバイスとそのユーザを明確に配置する必要があることにより、デバイスのユーザが同じく不便を感じることがある。
【００９３】
図20を参照すると、拡大エリアワイヤレス充電装置700の例示的な実施形態は、拡大ワイヤレス充電エリア708を画定する複数の隣接して配置された送信アンテナ回路702A〜702Dの配置を規定する。限定ではなく例として、送信アンテナ回路は、電子デバイス(たとえば、ワイヤレスデバイス、ハンドセット、PDA、ラップトップなど)に関連するかまたは電子デバイス中に嵌合する、受信アンテナ(図示せず)への一様な結合を行うための、たとえば、約30〜40センチメートルの直径または辺寸法を有する送信アンテナ710を含む。送信アンテナ回路702を拡大エリアワイヤレス充電装置700のユニットまたはセルとして考えることによって、隣り合うこれらの送信アンテナ回路702A〜702Dを実質的に単一の平坦面704上に(たとえば、テーブル表面上に)積み重ねるか、または隣接してタイリングすることにより充電エリアを増大または拡大することが可能になる。拡大ワイヤレス充電エリア708により、1つまたは複数のデバイスのための充電領域が増大することになる。
【００９４】
拡大エリアワイヤレス充電装置700は、送信アンテナ710に駆動信号を供給するための送信電力増幅器720をさらに含む。1つの送信アンテナ710の近距離場結合モード領域が他の送信アンテナ710の近距離場結合モード領域と干渉する構成では、干渉している隣接する送信アンテナ710を「クローキング」して、アクティブにされた送信アンテナ710のワイヤレス充電効率の改善を可能にする。
【００９５】
拡大エリアワイヤレス充電装置700中の送信アンテナ710のアクティベーションのシーケンシングは、時間領域ベースのシーケンスに従って行われ得る。送信電力増幅器720の出力は、送信機プロセッサからの制御信号724に従って送信電力増幅器720から送信アンテナ710の各々への出力信号を時間多重化する、マルチプレクサ722に結合される。
【００９６】
電力増幅器720がアクティブ送信アンテナを励振しているときに隣接する非アクティブ送信アンテナ710において共振を誘起することを抑止するために、たとえば、クローキング回路714をアクティブにすることによってその送信アンテナの共振周波数を変更することによって、非アクティブアンテナを「クローキング」し得る。実装形態として、直接またはほぼ隣接する送信アンテナ回路702の同時動作により、同時にアクティブにされた送信アンテナ回路702と、物理的に近いまたは隣接する他の送信アンテナ回路702との間の干渉影響が生じ得る。したがって、送信アンテナ回路702は、送信アンテナ710の共振周波数を変更するための送信機クローキング回路714をさらに含み得る。
【００９７】
送信機クローキング回路は、送信アンテナ710の反応性素子、たとえばキャパシタ716をショートさせるかまたはその値を変更するためのスイッチング手段(たとえばスイッチ)として構成され得る。スイッチング手段は、送信機のプロセッサからの制御信号721によって制御され得る。動作中、送信アンテナ710のうちの1つは、アクティブにされ、共振することができるが、他の送信アンテナ710は、共振することを抑止され、したがって、アクティブにされた送信アンテナ710と隣接して干渉することを抑止される。したがって、送信アンテナ710のキャパシタンスをショートさせるかまたは変更することによって、送信アンテナ710の共振周波数は、他の送信アンテナ710からの共振結合を防止するように変更される。共振周波数を変更するための他の技法も企図される。
【００９８】
別の例示的な実施形態では、送信アンテナ回路702の各々は、それらのそれぞれの近距離場結合モード領域内の受信機の存在または不在を判断することができ、送信機プロセッサは、受信機が存在し、ワイヤレス充電の準備ができているときに送信アンテナ回路702の各々をアクティブにすることを選択し、あるいは、受信機がそれぞれの近距離場結合モード領域中に存在しないか、またはワイヤレス充電の準備ができていないときに送信アンテナ回路702の各々をアクティブにすることを控える。存在するかまたは準備ができている受信機の検出は、本明細書で説明する受信機検出シグナリングプロトコルに従って行われ得るか、あるいは、動き検知、圧力検知、画像検知、または送信アンテナの近距離場結合モード領域内の受信機の存在を判断するための他の検知技法など、受信機の物理的検知に従って行われ得る。さらに、複数のアンテナ回路のうちの少なくとも1つに拡張比例デューティサイクルを与えることによる1つまたは複数の送信アンテナ回路の優先的アクティベーションも、本発明の範囲内に入ることが企図される。
【００９９】
図21を参照すると、拡大エリアワイヤレス充電装置800の例示的な実施形態は、拡大ワイヤレス充電エリア808を画定する、送信アンテナ801の内側の複数の隣接して配置された中継器アンテナ回路802A〜802Dの配置を規定する。送信アンテナ801は、送信電力増幅器820によって励振されたときに、中継器アンテナ810A〜810Dの各々への共振結合を誘起する。限定ではなく例として、たとえば、約30〜40センチメートルの直径または辺寸法を有する中継器アンテナ810は、電子デバイスに関連するかまたは電子デバイスに固定された受信アンテナ(図示せず)への一様な結合を行う。中継器アンテナ回路802を拡大エリアワイヤレス充電装置800のユニットまたはセルとして考えることによって、隣り合うこれらの中継器アンテナ回路802A〜802Dを実質的に単一の平坦面804上に(たとえば、テーブル表面上に)積み重ねるか、または隣接してタイリングすることにより充電エリアを増大または拡大することが可能になる。拡大ワイヤレス充電エリア808により、1つまたは複数のデバイスのための充電スペースが増大することになる。
【０１００】
拡大エリアワイヤレス充電装置800は、送信アンテナ801に駆動信号を供給するための送信電力増幅器820を含む。1つの中継器アンテナ810の近距離場結合モード領域が他の中継器アンテナ810の近距離場結合モード領域と干渉する構成では、干渉している隣接する中継器アンテナ810を「クローキング」して、アクティブにされた中継器アンテナ810のワイヤレス充電効率の改善を可能にする。
【０１０１】
拡大エリアワイヤレス充電装置800中の中継器アンテナ810のアクティベーションのシーケンシングは、時間領域ベースのシーケンスに従って行われ得る。送信電力増幅器820の出力は、概して(本明細書で説明するように受信機シグナリング中を除いて)送信アンテナ801に常に結合される。例示的な本実施形態では、中継器アンテナ810は、送信機プロセッサからの制御信号821に従って時間多重化される。実装形態として、直接またはほぼ隣接する中継器アンテナ回路802の同時動作により、同時にアクティブにされた中継器アンテナ回路802と、物理的に近いまたは隣接する他の中継器アンテナ回路802との間の干渉影響が生じ得る。したがって、中継器アンテナ回路802は、中継器アンテナ810の共振周波数を変更するための中継器クローキング回路814をさらに含み得る。
【０１０２】
中継器クローキング回路は、中継器アンテナ810の反応性素子、たとえばキャパシタ816をショートさせるかまたはその値を変更するためのスイッチング手段(たとえばスイッチ)として構成され得る。スイッチング手段は、送信機のプロセッサからの制御信号821によって制御され得る。動作中、中継器アンテナ810のうちの1つは、アクティブにされ、共振することができるが、他の中継器アンテナ810は、共振することを抑止され、したがって、アクティブにされた中継器アンテナ810と隣接して干渉することを抑止される。したがって、中継器アンテナ810のキャパシタンスをショートさせるかまたは変更することによって、中継器アンテナ810の共振周波数は、他の中継器アンテナ810からの共振結合を防止するように変更される。共振周波数を変更するための他の技法も企図される。
【０１０３】
別の例示的な実施形態では、中継器アンテナ回路802の各々は、それらのそれぞれの近距離場結合モード領域内の受信機の存在または不在を判断することができ、送信機プロセッサは、受信機が存在し、ワイヤレス充電の準備ができているときに中継器アンテナ回路802の各々をアクティブにすることを選択し、あるいは、受信機がそれぞれの近距離場結合モード領域中に存在しないか、またはワイヤレス充電の準備ができていないときに中継器アンテナ回路802の各々をアクティブにすることを控える。存在するかまたは準備ができている受信機の検出は、本明細書で説明する受信機検出シグナリングプロトコルに従って行われ得るか、あるいは、動き検知、圧力検知、画像検知、または中継器アンテナの近距離場結合モード領域内に受信機が存在することを判断するための他の検知技法など、受信機の物理的検知に従って行われ得る。
【０１０４】
拡大エリアワイヤレス充電装置700および800の様々な例示的な実施形態は、いくつかの受信機の充電の優先順位、異なるアンテナの近距離場結合モード領域中の受信機の変動する量、受信機に結合された特定のデバイスの電力要件などのファクタならびに他のファクタに基づいてアクティベーション時間スロットを送信/中継器アンテナに非対称的に割り振ることに基づく、送信/中継器アンテナ710、810に結合されている入力信号の時間ドメイン多重化をさらに含み得る。
【０１０５】
電気的小形アンテナは、当業者によって知られている小形アンテナの理論によって説明されるように、しばしば数パーセント以下の低い効率を有することが知られている。一般に、アンテナの電気的サイズが小さいほど、その効率は低い。したがって、ワイヤレス電力伝達は、そのような電力伝達システムの受信端中にあるデバイスに有意味な距離にわたって電力を送ることができれば、工業、商業、および家庭用適用例において電気グリッドへのワイヤード接続に取って代わる実用的な技法になる可能性がある。この距離は適用例に依存するが、たいていの適用例では、たとえば数十センチメートルから数メートルを適切な範囲と考えることができる。一般に、この範囲では、たとえば5MHzから100MHzの間の区間で電力の有効周波数が低減する。
【０１０６】
上述のように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーは、より低い効率で伝達され得る。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、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傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
【０１０７】
本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないことがある、アンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。
【０１０８】
Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さいRxアンテナへの良好な結合(たとえば、>-4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作させられ得る。Txアンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上のRxアンテナが励振Txループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、-2〜-4dB)を達成することができる。
【０１０９】
図20および図21は、実質的に平面である充電エリア中の多巻きループを示している。ただし、本発明の例示的な実施形態はそのように限定されない。複数のアンテナをもつ3次元空間を使用し得る。
【０１１０】
図22は、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による、送信回路202(図10参照)を介して少なくとも1つの送信アンテナ404に結合された発電システム402を含む充電システム400のブロック図である。発電システム402は、バリア408に対して外部または「屋外」ロケーションに配置され得、非限定的な例として、太陽電池、風力タービン、水力タービン、またはある形態のエネルギー(すなわち、再生可能エネルギー)を別の形態のエネルギーに変換するように構成された任意の他のデバイスを含み得る。その上、送信アンテナ404は、たとえば、建築物(たとえば、家屋またはオフィスビル)内、自動車(たとえば車またはバス)内、または列車内に配置され得る。より具体的な、非限定的な例として、以下でより十分に説明するように、送信アンテナ404は、窓の内面、壁の内面、または屋内ロケーションに配置された棚やテーブルなどの1個の家具に固定され得る。
【０１１１】
さらに、充電システム400は、送信アンテナ404と同軸に配置されるか、送信アンテナ404と共面であるか、送信アンテナ404の周囲内に配置されるか、またはそれらの任意の組合せである受信アンテナ410を含み得る。さらに、図23の充電システム400'に示すように、受信アンテナ410は、送信アンテナ404と同軸に、その外部に配置され得るか、送信アンテナ404と共面であり、その外部に配置され得るか、またはそれらの任意の組合せで配置され得る。さらに、図24の充電システム400"に示すように、送信アンテナ404は、受信アンテナ410と同軸に配置され得、受信アンテナ410と共面であり得、受信アンテナ410の周囲内に配置され得、またはそれらの任意の組合せであり得る。
【０１１２】
発電システム402は、バリア408を通って延びるワイヤード接続406によって送信回路202(図10)と送信アンテナ404とに結合され得る。バリア408は、単に例として、壁または窓を含み得る。当業者によって理解されるように、発電システム402は、再生可能エネルギーを取り込み、その再生可能エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するように構成され得る。その上、発電システム402は、ワイヤード接続406によって、関連する送信回路202を介して送信アンテナ404にエネルギーを伝達するように構成され得る。エネルギーを受信すると、送信アンテナ404は、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信するように構成され得る。
【０１１３】
送信アンテナ404によってワイヤレス送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。たとえば、送信アンテナ404から送信された電力は、受信アンテナ410と、関連する充電可能デバイス412のバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)に結合された受信機(たとえば、図2の受信機108)とによって受信され得る。受信アンテナ410と受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイス412に供給され得る。非限定的な例として、充電可能デバイス412は、セルラー電話、ポータブルメディアプレーヤ、カメラなど、任意の知られている好適な充電可能デバイス、またはそれらの任意の組合せを含み得る。送信アンテナ404は、送信アンテナ404の近距離場内に配置された1つまたは複数の受信アンテナに電力を同時にワイヤレス送信するように構成され得ることに留意されたい。さらに、例示的な一実施形態によれば、送信アンテナ404は、少なくとも1つの充電可能デバイスが近距離場内にあり、その少なくとも1つの充電可能デバイスが充電を必要としている場合のみ、その近距離場内で電力をワイヤレス送信するように構成され得る。
【０１１４】
充電システム400は、1つの送信アンテナに結合された1つの発電システムのみを含んでいるが、本発明の例示的な実施形態はそのように限定されない。たとえば、充電システム400は、複数の送信アンテナに結合された1つの発電システム、1つの送信アンテナに結合された複数の発電システム、あるいは1つまたは複数の送信アンテナに結合された1つまたは複数の発電システムを含み得る。
【０１１５】
図25は、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による、送信回路202(図10参照)を介して、バリア418に近接して配置された少なくとも1つの送信アンテナ424に動作可能に結合された発電システム402を含む別の充電システム420のブロック図である。発電システム402、送信回路202、および送信アンテナ424は、それぞれ、バリア418に対して外部または「屋外」ロケーションに配置され得、発電システム402は、ワイヤード接続428によって送信回路202と送信アンテナ424とに結合され得る。さらに、本発明の様々な例示的な実施形態によれば、送信アンテナ424は、単に例として壁または窓を含み得るバリア418の外面に固定され得る。上記で説明したように、発電システム402は、再生可能エネルギーを取り込み、その再生可能エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するように構成され得る。
【０１１６】
充電システム420はまた、建築物(たとえば、家屋またはオフィスビル)内、自動車(たとえば車またはバス)内、または列車内に配置されたアンテナ426を含み得る。より具体的な、非限定的な例として、以下でより十分に説明するように、アンテナ426は、窓(たとえば、バリア418)の内面、壁(たとえば、バリア418)の内面、または屋内ロケーションに配置された棚やテーブルなどの1個の家具に固定され得る。
【０１１７】
本発明の例示的な一実施形態によれば、アンテナ426は、中継器アンテナとして構成され得、充電システム420は、アンテナ426と同軸に配置されるか、アンテナ426と共面であるか、アンテナ426の周囲内に配置されるか、またはそれらの任意の組合せである受信アンテナ410を含み得る。さらに、図26の充電システム420'に示すように、受信アンテナ410は、アンテナ426と同軸に、その外部に配置され得るか、アンテナ426と共面であり、その外部に配置され得るか、またはそれらの任意の組合せで配置され得る。さらに、図27の充電システム420"に示すように、アンテナ426は、受信アンテナ410と同軸に配置され得、受信アンテナ410と共面であり得、受信アンテナ410の周囲内に配置され得、またはそれらの任意の組合せであり得る。
【０１１８】
この例示的な実施形態では、発電システム402は、ワイヤード接続428によって、送信回路202(図10参照)を介して送信アンテナ424にエネルギーを送信するように構成され得る。エネルギーを受信すると、送信アンテナ424は、バリア418を通して、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信するように構成され得る。さらに、送信アンテナ424によって送信された電力は、関連する結合モード領域内のアンテナによって受信され得る。一例として、送信アンテナ424からワイヤレス送信された電力はアンテナ426によって受信され得、電力を受信すると、アンテナ426は、関連する回路を介して、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信し得る。アンテナ426によって送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。たとえば、アンテナ426によって送信された電力は、受信アンテナ410と、関連する充電可能デバイス412のバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)に結合された受信機(たとえば、図2の受信機108)とによって受信され得る。受信アンテナ410と受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイス412に供給され得る。
【０１１９】
送信アンテナ424は、それぞれの近距離場内の1つまたは複数の中継器アンテナに電力を同時に送信するように構成され得ることに留意されたい。さらに、アンテナ426は、それぞれの近距離場内の1つまたは複数の受信アンテナに電力を同時に送信するように構成され得る。さらに、例示的な一実施形態によれば、アンテナ426は、少なくとも1つの充電可能デバイスが近距離場内にあり、その少なくとも1つの充電可能デバイスが充電を必要としている場合のみ、その近距離場内で電力を送信するように構成され得る。
【０１２０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、アンテナ426は、受信アンテナとして構成され得、ワイヤード接続によって電力分配システム(図示せず)に結合され得る。単に例として、電力分配システムは、建築物または車両内に実装された電力分配システムを含み得る。したがって、電力分配システムは、充電可能デバイスの電源コードに結合するように構成された1つまたは複数の電気的ポート(たとえば、電源コンセント)を含み得る。この例示的な実施形態では、送信アンテナ424からワイヤレス送信された電力はアンテナ426によって受信され得、電力を受信すると、アンテナ426は、ワイヤード接続によって電力分配システムに電力を送信し得る。さらに、電力分配システムに結合された充電可能デバイスは、電気的ポートと電源コードとによって電力分配システムから電力を受信し得る。
【０１２１】
図28〜図30に、本明細書で説明する、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態の例示的な実装形態をそれぞれ示す。図28を参照すると、充電システム450は、車両(たとえば、車、バス、列車)454の上部外面に取り付けられた太陽電池452を含む。太陽電池452は単一の太陽電池構造として示されているが、太陽電池452は複数の太陽電池を含み得る。充電システム450は1つまたは複数の送信アンテナ458をさらに含み、各送信アンテナ458は車両454のバリア(たとえば、窓)に固定され得る。この例では、充電システム450は、図22〜図24に示す充電システム400に似ており、したがって、各送信アンテナ458は車両454内に配置され得る。一例として、各送信アンテナ458は、バス454の関連する窓の内面に固定され得る。さらに、この例では、太陽電池452は、車両454の1つまたは複数の窓を通って延びるワイヤード接続456によって、送信回路202(図10参照)を介して各送信アンテナ458に結合され得る。したがって、車両454の窓は、図22〜図24を参照しながら上記で説明したバリア408を表し得る。
【０１２２】
当業者によって理解されるように、太陽電池452は、太陽エネルギーを取り込み、その太陽エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するように構成され得る。その上、太陽電池452は、ワイヤード接続456によって送信回路202と送信アンテナ458とにエネルギーを送信するように構成され得、エネルギーを受信すると、送信アンテナ458は、関連する近距離場内で電力を送信するように構成され得る。送信アンテナ458によって送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。より詳細には、たとえば、送信アンテナ458から送信された電力は、バス454内および送信アンテナ458の近距離場内に配置された、受信アンテナと、関連する充電可能デバイスのバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)に結合された受信機(たとえば、図2の受信機108)とによって受信され得る。受信アンテナと受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイスに供給され得る。
【０１２３】
図29は、車両(たとえば、車、バス、列車)470の上部外面に取り付けられた太陽電池468を含む別の充電システム466を示す。太陽電池468は単一の太陽電池構造として示されているが、太陽電池468は複数の太陽電池を含み得る。この例では、充電システム466は、図25〜図27に示す充電システム420に似ており、したがって、各送信アンテナ478は車両470の外部に配置され得る。一例として、各送信アンテナ478は、関連する窓の外面に固定され得る。さらに、この例では、太陽電池468は、ワイヤード接続476によって、送信回路202(図10参照)を介して送信アンテナ478に結合され得る。したがって、車両470の窓は、図25〜図27を参照しながら上記で説明したバリア418を表し得る。
【０１２４】
当業者によって理解されるように、太陽電池468は、太陽エネルギーを取り込み、その太陽エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するように構成され得る。その上、太陽電池468は、ワイヤード接続476によって送信回路202と送信アンテナ478とにエネルギーを送信するように構成され得る。エネルギーを受信すると、送信アンテナ478は、関連する近距離場内で電力を送信するように構成され得る。送信アンテナ478によって送信された電力は、車両470内および関連する結合モード領域内に配置された中継器アンテナ(図示せず)によって受信され得る。より詳細には、たとえば、送信アンテナ478(たとえば、関連する窓の外面に固定された送信アンテナ)から送信された電力は、関連する中継器アンテナ(図示せず)(たとえば、関連する窓の内面に固定された中継器アンテナ)によって受信され得る。電力を受信すると、中継器アンテナは、関連する回路を介して、関連する近距離場内で電力を送信し得る。中継器アンテナによって送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。たとえば、中継器アンテナから送信された電力は、車両470内および中継器アンテナの近距離場内に配置された、受信アンテナと、関連する充電可能デバイスのバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)に結合された関連する受信機(たとえば、図2の受信機108)とによって受信され得る。受信アンテナと受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイスに供給され得る。
【０１２５】
図28は、バス内に実装された充電システム400(図22〜図24参照)に似ている充電システムを示し、図29は、列車内に実装された充電システム420(図25〜図27参照)に似ている充電システムを示しているが、充電システム400は、任意の車両(たとえば、列車または車)または建築物内に同様に実装され得、充電システム420は、任意の車両(たとえば、バスまたは車)または建築物内に同様に実装され得る。
【０１２６】
図30は、建築物599の上部外面に取り付けられた太陽電池582を含む充電システム580のさらに別の例を示す。建築物599は家屋として示されているが、建築物599は、オフィスビル、図書館、または学校など、任意の好適な建築物を含み得る。さらに、太陽電池582は単一の太陽電池構造として示されているが、太陽電池582は複数の太陽電池を含み得る。充電システム580は、建築物599の表面に取り付けられた送信アンテナ584をさらに含む。図22〜図24の例示的な実施形態を実装する一例では、送信アンテナ584は建築物599内に配置され得る。さらに、この例では、太陽電池582は、建築物599の表面(たとえば、壁)を通って延びるワイヤード接続586によって、送信回路202(図10参照)を介して送信アンテナ584に結合され得る。したがって、この例では、建築物599の表面は、図22〜図24を参照しながら上記で説明したバリア408を表す。
【０１２７】
太陽電池582は、ワイヤード接続586によって送信回路202と送信アンテナ584とにエネルギーを送信するように構成され得、エネルギーを受信すると、送信アンテナ584は、関連する近距離場内で電力を送信するように構成され得る。送信アンテナ584によって送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。より詳細には、たとえば、送信アンテナ584から送信された電力は、建築物599内および送信アンテナ584の近距離場内に配置された、受信アンテナと、関連する充電可能デバイスのバッテリーに結合された受信機とによって受信され得る。受信アンテナと受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイスに供給され得る。
【０１２８】
図25〜図27の例示的な実施形態を実装する別の異なる例では、送信アンテナ584は建築物599の外面に固定され得る。この例では、エネルギーを受信すると、送信アンテナ584は、建築物599の表面を通して電力をワイヤレス送信するように構成され得る。送信された電力は、次いで、建築物599内および関連する結合モード領域内に配置された中継器アンテナ(図示せず)によって受信され得る。より詳細には、たとえば、送信アンテナ584(たとえば、窓の外面に固定された送信アンテナ)から建築物599の表面を通してワイヤレス送信された電力は、関連する中継器アンテナ(図示せず)(たとえば、窓の内面に固定された中継器アンテナ)によって受信され得る。電力を受信すると、中継器アンテナは、関連する回路を介して、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る電力を送信し得る。たとえば、中継器アンテナから送信された電力は、建築物599内および中継器アンテナの近距離場内に配置された、受信アンテナと、関連する充電可能デバイス(図示せず)のバッテリーに結合された受信機とによって受信され得る。受信アンテナと受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイスに供給され得る。
【０１２９】
充電システム580は、たとえば、風力タービンまたは水力タービンを含み得るタービン588をさらに含み得る。図25〜図27の例示的な実施形態を実装する一例では、タービン588は、ワイヤード接続596によって、各々が建築物599の外部に配置された送信回路202(図10参照)と送信アンテナ592とに接続され得る。より詳細には、送信アンテナ592は窓594の外面に固定され得る。タービン588は、ワイヤード接続596によって送信回路202と送信アンテナ592とにエネルギーを伝達するように構成され得、エネルギーを受信すると、送信アンテナ592は、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信するように構成され得る。送信アンテナ592によってワイヤレス送信された電力は、建築物599内および関連する結合モード領域内に配置された中継器アンテナ590によって受信され得る。たとえば、送信アンテナ592によってワイヤレス送信された電力は、窓594の内面および関連する結合モード領域内に固定された中継器アンテナ590によって受信され得る。電力を受信すると、中継器アンテナ590は、関連する回路を介して、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信し得る。中継器アンテナ590によって送信された電力は、関連する結合モード領域内の受信アンテナによって受信され得る。たとえば、中継器アンテナ590からワイヤレス送信された電力は、建築物599内および中継器アンテナ590の近距離場内に配置された、受信アンテナと、関連する充電可能デバイス(図示せず)のバッテリーに結合された受信機とによって受信され得る。受信アンテナと受信機とにおいて送信電力が受信されると、電力が充電可能デバイスに供給され得る。
【０１３０】
タービン588と建築物599とについて、図25〜図27を参照しながら上記で説明した例示的な実施形態に従って一緒に実装されるものとして説明したが、図22〜図24を参照しながら上記で説明した例示的な実施形態に従って一緒に実装されたタービンと建築物とを含むシステムも本発明の範囲内に入ることに留意されたい。
【０１３１】
図31は、1つまたは複数の例示的な実施形態による、充電システムを動作させる方法600を示すフローチャートである。方法600は、再生可能エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するステップ(符号602によって示す)を含み得る。方法600は、少なくとも1つの送信アンテナに別の形態のエネルギーを伝達するステップ(符号604によって示す)をさらに含み得る。さらに、方法600は、少なくとも1つの送信アンテナから、少なくとも1つの送信アンテナの近距離場内に配置された少なくとも1つの他のアンテナにエネルギーをワイヤレス送信するステップ(符号605によって示す)を含み得る。
【０１３２】
図32は、1つまたは複数の例示的な実施形態による、充電システムを動作させる別の方法690を示すフローチャートである。方法690は、再生可能エネルギーを取り込み、別の形態のエネルギーを伝達するステップ(符号692によって示す)を含み得る。さらに、方法690は、少なくとも1つの送信アンテナにおいて伝達された別の形態のエネルギーを受信するステップ(符号694によって示す)を含み得る。方法690は、少なくとも1つの送信アンテナから、関連する結合モード領域内に配置された少なくとも1つの他のアンテナに電力をワイヤレス送信するステップ(符号695によって示す)をさらに含み得る。
【０１３３】
本明細書で説明した本発明の様々な例示的な実施形態は、1つまたは複数のワイヤレス充電器がその中またはそれに近接して配置されたデバイス(たとえば、車、列車、またはバス)または建築物(たとえば、家屋、図書館、オフィスビル)の電力システムとは無関係に、1つまたは複数のワイヤレス充電器が動作することを可能にし得る。したがって、1つまたは複数のワイヤレス充電器は、関連するデバイスまたは建築物の電力システムが電力を与えるように構成されているかどうかにかかわらず動作し得る。さらに、従来の充電システムに比較して、本発明の様々な例示的な実施形態は、電子デバイスを充電するために再生可能エネルギーを利用することによって、コストを低減し得る。
【０１３４】
情報および信号は多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、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され得る。
【０１３５】
さらに、本明細書で開示した例示的な実施形態に関連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は、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【０１３６】
本明細書で開示した例示的な実施形態に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、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論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、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を用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、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り得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、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コアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【０１３７】
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施されるか、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実施されるか、またはその2つの組合せで実施され得る。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、読取り専用メモリ(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中に常駐し得る。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中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【０１３８】
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合せで実装され得る。ソフトウェアで実装する場合、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上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ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され得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そ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デバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含むことができる。また、いかなる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、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、デジタル加入者回線(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、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、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。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)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めるべきである。
【０１３９】
開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を製作または使用できるようにするために提供したものである。これらの例示的な実施形態の様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、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され得る。したがって、本発明は、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【０１４０】
100  ワイヤレス送信または充電システム
102  入力電力
104  送信機
106  放射界
108  受信機
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
114C  円形ループ送信アンテナ
114S  方形ループ送信アンテナ
118  受信アンテナ
118'  方形ループ受信アンテナ
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
136  バッテリー
150  ループアンテナ
152  キャパシタ
154  キャパシタ
156  共振信号
200  送信機
202  送信回路
204  送信アンテナ
206  インピーダンス整合回路
208  低域フィルタ(LPF)
210  電力増幅器
212  発振器
214  プロセッサ
214  コントローラ
216  負荷感知回路
220  キャリア信号
224  送信変調信号
226  電力In信号
228  電力供給
230  差動増幅器
235  受信信号
280  存在検出器
290  密閉検出器
299  AC電力
300  受信機
302  受信回路
304  受信アンテナ
306  電力変換回路
308  RF-DC変換器
310  DC-DC変換器
312  スイッチング回路
314  ビーコン回路
316  プロセッサ
318  整流器
320  送信信号
322  DC電力信号
322  DCout
350  デバイス
350  ノード
400  充電システム
400'  充電システム
400"  充電システム
402  発電システム
404  送信アンテナ
406  ワイヤード接続
408  バリア
410  受信アンテナ
412  充電可能デバイス
418  バリア
420  充電システム
420'  充電システム
420"  充電システム
424  送信アンテナ
426  アンテナ
428  ワイヤード接続
450  充電システム
452  太陽電池
454  車両
454  バス
456  ワイヤード接続
458  送信アンテナ
466  充電システム
468  太陽電池
470  車両
476  ワイヤード接続
478  送信アンテナ
510  ビーコン結合モード領域
510'  高電力結合モード領域
520  送信機
525  低電力「ビーコン」信号
525  ビーコン信号
525'  高電力信号
530  受信デバイス
535  逆方向リンク結合
580  充電システム
582  太陽電池
584  送信アンテナ
586  ワイヤード接続
588  タービン
590  中継器アンテナ
592  送信アンテナ
594  窓
596  ワイヤード接続
599  建築物
610C  送信アンテナ
610D  送信アンテナ
620C  中継器アンテナ
620D  中継器アンテナ
630C  受信アンテナ
630D  受信アンテナ
640  テーブル
646  天井
700  拡大エリアワイヤレス充電装置
702  送信アンテナ回路
702A  送信アンテナ回路
702B  送信アンテナ回路
702C  送信アンテナ回路
702D  送信アンテナ回路
704  平坦面
708  拡大ワイヤレス充電エリア
710  送信アンテナ
714  クローキング回路
716  キャパシタ
720  送信電力増幅器
721  制御信号
722  マルチプレクサ
724  制御信号
800  拡大エリアワイヤレス充電装置
801  送信アンテナ
802  中継器アンテナ回路
802A  中継器アンテナ回路
802B  中継器アンテナ回路
802C  中継器アンテナ回路
802D  中継器アンテナ回路
804  平坦面
808  拡大ワイヤレス充電エリア
810  中継器アンテナ
810A  中継器アンテナ
810B  中継器アンテナ
810C  中継器アンテナ
810D  中継器アンテナ
814  中継器クローキング回路
816  キャパシタ
820  送信電力増幅器
821  制御信号
【図１】
2014075972.tif 000004
【図２】
2014075972.tif 000005
【図３】
2014075972.tif 000006
【図４】
2014075972.tif 000007
【図５Ａ】
2014075972.tif 000008
【図５Ｂ】
2014075972.tif 000009
【図６】
2014075972.tif 000010
【図７】
2014075972.tif 000011
【図８】
2014075972.tif 000012
【図９】
2014075972.tif 000013
【図１０】
2014075972.tif 000014
【図１１】
2014075972.tif 000015
【図１２】
2014075972.tif 000016
【図１３Ａ】
2014075972.tif 000017
【図１３Ｂ】
2014075972.tif 000018
【図１３Ｃ】
2014075972.tif 000019
【図１４Ａ】
2014075972.tif 000020
【図１４Ｂ】
2014075972.tif 000021
【図１４Ｃ】
2014075972.tif 000022
【図１５Ａ】
2014075972.tif 000023
【図１５Ｂ】
2014075972.tif 000024
【図１５Ｃ】
2014075972.tif 000025
【図１５Ｄ】
2014075972.tif 000026
【図１６Ａ】
2014075972.tif 000027
【図１６Ｂ】
2014075972.tif 000028
【図１７】
2014075972.tif 000029
【図１８Ａ】
2014075972.tif 000030
【図１８Ｂ】
2014075972.tif 000031
【図１９】
2014075972.tif 000032
【図２０】
2014075972.tif 000033
【図２１】
2014075972.tif 000034
【図２２】
2014075972.tif 000035
【図２３】
2014075972.tif 000036
【図２４】
2014075972.tif 000037
【図２５】
2014075972.tif 000038
【図２６】
2014075972.tif 000039
【図２７】
2014075972.tif 000040
【図２８】
2014075972.tif 000041
【図２９】
2014075972.tif 000042
【図３０】
2014075972.tif 000043
【図３１】
2014075972.tif 000044
【図３２】
2014075972.tif 000045