(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可搬充電装置であって、
電子デバイスを受けるように構成された格納領域と、
前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電するのに十分なレベルで、電源から無線によって伝送された電力を前記電源の近接場内において受信するように構成されたアンテナ回路とを備え、前記アンテナ回路は、複数のアンテナを備え、少なくとも１つのアンテナは、他の少なくとも１つのアンテナとは異なる面に向けられ、
前記可搬充電装置は、
前記アンテナ回路に電気的に接続され、前記受信された電力の少なくとも一部を受信するように構成された受信回路と、
前記受信回路によって受信された前記電力を、前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電するための電力に変換するように構成された電力変換回路と、
前記電力変換回路に電気的に接続され、電子デバイスに取り外し可能に接続し、かつ前記受信された電力の少なくとも前記一部に基づいて前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電するように構成された接続ポートとを備える装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つは、前記伝送された電力を無線によって受信するように構成された多巻アンテナである、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記電力変換回路は、
前記アンテナ回路からの前記電力を直流電力に変換するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記電力変換回路は、前記アンテナ回路からの前記電力を前記直流電力に変換するように構成されたRF-DC変換器を備える、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
ワイヤレス充電の方法であって、
可搬充電装置の格納領域内に位置する接続ポートに電子デバイスを接触させる段階と、
前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスを給電するのに十分なレベルで、無線によって伝送された電力を送信器側の近接場内において、前記可搬充電装置内のアンテナ回路で受信する段階とを含み、前記アンテナ回路は、複数のアンテナを備え、少なくとも１つのアンテナは、他の少なくとも１つのアンテナとは異なる面に向けられ、
前記方法は、
前記可搬充電装置内の受信回路において、前記アンテナ回路から前記受信された電力の少なくとも一部を受信する段階と、
前記可搬充電装置内の電力変換回路によって、前記受信回路によって受信された前記電力を、前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電するための電力に変換する段階と、
前記可搬充電装置によって、前記接続ポートに伝送された電力の少なくとも一部に基づいて前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電する段階を含み、
前記接続ポートは、前記電力変換回路に電気的に接続され、前記電子デバイスに取り外し可能に接続し、かつ前記受信された電力の少なくとも前記一部に基づいて前記電子デバイスを充電するまたは前記電子デバイスに給電するように構成される、方法。
【請求項６】
前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つは、前記伝送された電力を無線によって受信するように構成された多巻アンテナである、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記電力変換回路は、RF-DC変換器を備える、請求項5に記載の方法。
【請求項８】
前記電力変換回路によって、前記アンテナ回路からの前記電力を直流電力に変換する段階をさらに含む、請求項5に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2009年3月25日に出願され、本譲受人に譲渡され、引用によって明示的に本明細書に組み込まれる、「WIRELESS CHARGING IN TRAVEL GEAR」という名称の米国仮特許出願第61/163,381号、2009年2月12日に出願され、本譲受人に譲渡され、引用によって明示的に本明細書に組み込まれる、「WIRELESS POWER CHARGERS IN CARRYING CASES」という名称の米国仮特許出願第61/152,208号、2009年3月27日に出願され、本譲受人に譲渡され、引用によって明示的に本明細書に組み込まれる、「PASSIVE ALIGNER FOR WIRELESS POWER」という名称の米国仮特許出願第61/164,263号、2009年3月28日に出願され、本譲受人に譲渡され、引用によって明示的に本明細書に組み込まれる、「WIRELESS CHARGING」という名称の米国仮特許出願第61/164,399号、2009年2月10日に出願され、本譲受人に譲渡され、引用によって明示的に本明細書に組み込まれる、「MULTIDIMENSIONAL WIRELESS CHARGER」という名称の米国仮特許出願第61/151,290号に対する、米国特許法第119条(e)に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に無線充電に関し、より詳細には、可搬無線充電システムに関する装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、携帯電話などの無線通信装置などの各電池式装置は、通常、AC電源出力である装置自体の充電器および電源を必要とする。このことは、多くの装置が充電を必要とするときには厄介なものとなる。
【０００４】
送信器と充電すべき装置との無線電力伝送を使用する手法が開発されている。このような手法は一般に、2つの範疇に分類される。一方の範疇は、送信アンテナと充電すべき装置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)の結合に基づく範疇であり、受信アンテナは、放射された電力を収集し、電池を充電できるように整流する。アンテナは一般に、結合効率を向上させるために共振長を有する。この手法は、電力結合がアンテナ間の距離に応じて急速に低下することの影響を受ける。したがって、十分な距離(たとえば、1m〜2m未満)にわたる充電が困難になる。また、このシステムは平面波を放射するため、意図的でない放射が、フィルタリングによって適切に調整されない場合に他のシステムに干渉する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第12/567,339号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
他の手法は、たとえば「充電」マットまたは表面に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホスト装置に埋め込まれた受信アンテナおよび整流回路との誘電結合に基づく手法である。この手法は、送信アンテナと受信アンテナとの間隔を非常に短くしなければならない(たとえばmms)という欠点を有する。この手法は、同じ領域内の複数の装置を同時に充電する能力を有するが、この領域は通常、狭く、したがってユーザは各装置を特定の領域に配置しなければならない。したがって、送信アンテナおよび受信アンテナを自在に配置しその向きを定めるのを可能にする無線充電構成を提供する必要がある。また、ユーザが移動時にデバイスを充電するのを可能にする移動プラットフォームである無線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】
【０００７】
【図１】無線電力伝送システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】無線電力伝送システムの簡略化された概略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態で使用されるループアンテナの概略図である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態による送信アンテナおよび受信アンテナ用のループアンテナの構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による送信アンテナおよび受信アンテナ用のループアンテナの構成を示す図である。
【図５】同一平面配置および同軸配置での結合強度を例示するために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６】本発明の例示的な実施形態による送信器の簡略化されたブロック図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による受信器の簡略化されたブロック図である。
【図８】送信器と受信器との間のメッセージ通信を実行する送信回路の一部の簡略化された概略図である。
【図９Ａ】送信器と受信器との間で電力を伝送するビーコン電力モードを示す簡略化されたブロック図である。
【図９Ｂ】送信器と受信器との間で電力を伝送するビーコン電力モードを示す簡略化されたブロック図である。
【図９Ｃ】送信器と受信器との間で電力を伝送するビーコン電力モードを示す簡略化されたブロック図である。
【図９Ｄ】送信器と受信器との間で電力を伝送するビーコン電力モードを示す簡略化されたブロック図である。
【図１０】存在検出器を含む送信器の簡略化されたブロック図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、少なくとも1つの送信アンテナを有する可搬充電システムを示す図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による、少なくとも1つのリピータアンテナを有する可搬充電システムを示す図である。
【図１３Ａ】本発明の例示的な実施形態による、複数の送信アンテナを有する可搬充電システムの図である。
【図１３Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、複数の送信アンテナを有する可搬充電システムの図である。
【図１３Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、複数の送信アンテナを有する可搬充電システムの図である。
【図１４Ａ】本発明の例示的な実施形態による、それぞれの異なる平面に配向された送信アンテナを含む可搬充電システムを示す図である。
【図１４Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、それぞれの異なる平面に配向された送信アンテナを含む可搬充電システムを示す図である。
【図１５】本発明の例示的な実施形態による、可搬デバイスのポケットの近くに位置する送信アンテナを有する可搬充電システムを示す図である。
【図１６】本発明の例示的な実施形態による、1つまたは複数の受信アンテナを有する可搬充電システムを示す図である。
【図１７】本発明の例示的な実施形態による、1つまたは複数の受信アンテナを有する他の可搬充電システムを示す図である。
【図１８】本発明の例示的な実施形態による、衣料品内に組み込まれた少なくとも1つのアンテナを含む可搬充電システムを示す図である。
【図１９】本発明の例示的な実施形態による、充電可能なデバイスを充電する方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の例示的な実施形態による、充電可能なデバイスを充電する他の方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の例示的な実施形態による、コイルおよび関連するコイル送信回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
語「例示的な」は、本明細書では、「一例または例示として働くこと」を意味するのに使用されている。本明細書で「例示的な」実施形態として説明する実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいかあるいは有利であると解釈すべきものではない。
【０００９】
添付の図面に関連して以下に記載された詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態について説明するためのものであり、本発明を実施できる実施形態のみを表すものではない。この説明全体にわたって使用される語「例示的な」は、「一例または例示として働くこと」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かあるいは有利であると解釈すべき語ではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態を完全に理解できるようにするための特定の詳細を含む。当業者には、本発明の例示的な実施形態をこれらの特定の詳細なしで実施できることが明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示される例示的な実施形態の新規性をあいまいにするのを避けるために公知の構造および装置がブロック図形式で示されている。
【００１０】
語「無線電力」は、本明細書では電場、磁場、電磁場に関連する任意の形態のエネルギー、または物理的な電磁導体を使用せずに送信器から受信器に伝送される他のエネルギーを意味するのに使用される。
【００１１】
図1は、本発明の様々な例示的な実施形態による無線伝送または充電システム100を示している。エネルギー伝達を実現する放射界106を生成する入力電力102が送信器104に供給される。受信器108が、放射界106に結合され、出力電力110に結合されたデバイス(不図示)によって蓄積または消費される出力電力110を生成する。送信器104と受信器108とは距離112だけ離れている。例示的な一実施形態では、送信器104と受信器108は、相互共振関係に従って構成され、受信器108の共振周波数と送信器104の共振周波数がまったく同一であると、送信器104と受信器108との間の伝送損失は、受信器108が放射界106の「近接場」に配置されているときには最小限である。
【００１２】
送信器104は、エネルギー伝達手段を実現する送信アンテナ114をさらに含み、受信器108は、エネルギー受信手段を実現する受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、用途および組み合わされるデバイスに応じてサイズを有する。上述のように、電磁波中のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬させるのではなく送信側アンテナの近接場内のエネルギーの大部分を受信側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。この近接場では、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードを確立することができる。この近接場結合を生じさせることができるアンテナ114および118の周りの領域を本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１３】
図2は、無線電力伝送システムの簡略化された概略図である。送信器104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタ整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整することのできる、13.5MHzなど、所望の周波数を生成するように構成されている。発振器信号は、電力増幅器124によって制御信号125に応じた増幅量だけ増幅することができる。フィルタ整合回路126を含めることによって、高調波または他の不要な周波数を除外し、かつ送信器104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させることができる。
【００１４】
受信器は、整合回路132と、図2に示されているように電池136を充電するDC電力出力を生成するか、あるいは受信器(不図示)に結合されたデバイスに電力を供給する整流器切り替え回路とを含んでよい。整合回路132を含めることによって、受信器108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させることができる。
【００１５】
図3に示されているように、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」と呼ばれることもある「ループ」アンテナ150として構成することができる。ループアンテナは、空芯、またはフェライト磁芯のような物理的磁芯を含むように構成することができる。空芯ループアンテナは、磁芯の近傍に配置された外部の物理的デバイスに対してより高い許容度を有することができる。さらに、空芯ループアンテナでは、磁芯領域内に他の構成部材を配置することができる。また、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になる送信アンテナ114(図2)の平面内に受信アンテナ118(図2)を配置するのをより容易に可能にすることができる。
【００１６】
前述のように、送信器104と受信器108との間で効率的なエネルギー伝達が行われるのは、送信器104と受信器108との共振が整合しているかあるいはほぼ整合しているときである。しかし、送信器104と受信器108との共振が整合していないときでも、エネルギーをより低い効率で伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信側アンテナからのエネルギーを自由空間中に伝搬するのではなく、送信側アンテナの近接場からのエネルギーを、この近接場が確立される近傍に存在する受信側アンテナに結合することによって行われる。
【００１７】
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周波数である。ループアンテナ内のインダクタンスは一般に、ループによって形成される単なるインダクタンスであり、一方、キャパシタンスは一般に、ループアンテナのインダクタンスに付加されて所望の共振周波数で共振構造を形成する。非制限的な例として、キャパシタ152およびキャパシタ154をアンテナに付加して、共振信号156を生成する共振回路を形成することができる。したがって、より直径の大きなループアンテナでは、共振を誘導するのに必要なキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて小さくなる。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達領域が広くなる。もちろん、他の共振回路が可能である。他の非制限的な例として、キャパシタをループアンテナの2つの端子間に並列させることができる。また、当業者には、送信アンテナの場合、共振信号156がループアンテナ150への入力であってよいことが認識されよう。
【００１８】
本発明の例示的な実施形態は、互いに近接場に位置する2つのアンテナ間で電力を結合することを含む。前述のように、近接場は、電磁場が存在するが、アンテナから伝搬することもあるいは放射することもできないアンテナの周囲の領域である。電磁場は通常、アンテナの物理量に近い体積に制限される。本発明の例示的な実施形態では、一巻きループアンテナや多巻きループアンテナなどの磁気式アンテナが送信アンテナシステム(Tx)と受信アンテナシステム(Rx)の両方に使用される。というのは、電気式アンテナ(たとえば、小型ダイポール)の電気近接場と比べて磁気式アンテナの方が磁気近接場振幅が高くなる傾向があるからである。このため、場合によっては送信器と受信器との間の結合力を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の組合せも考えられる。
【００１９】
Txアンテナは、前述の遠距離場誘導手法によって許容されるよりも著しく遠い距離に位置する小型Rxアンテナとの良好な結合(たとえば、>-4dB)を実現できるほど低い周波数で、かつ該結合を実現できるほど大きいアンテナサイズで動作させることができる。Txアンテナのサイズが適切である場合、ホストデバイス上のRxアンテナが、駆動されるTxループアンテナの結合モード領域(すなわち、近接場)内に配置されたときに高い結合レベル(たとえば、-2dB〜-4dB)を実現することができる。
【００２０】
図4Aおよび4Bは、本発明の様々な例示的な実施形態による送信アンテナおよび受信アンテナ用のループアンテナの構成を示している。ループアンテナは、広範囲のサイズを有する単一ループまたは複数ループを含め、多数の異なる方法で構成することができる。また、ループは、一例に過ぎないが円形、楕円形、方形、矩形のようないくつかの異なる形状を有してよい。図4Aは、大型の方形ループアンテナ114Sと、送信アンテナ114Sと同じ平面内にかつ送信アンテナ114Sの中心近くに配置された小型の方形ループ受信アンテナ118とを示している。図4Bは、大型の円形ループ送信アンテナ114Cと、送信アンテナ114Cと同じ平面内にかつ送信アンテナ114Cの中心近くに配置された小型の方形ループ受信アンテナ118'とを示している。
【００２１】
図5は、同一平面および同軸配置における結合強度を例示するために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している。「同一平面内」は、本明細書で使用されるときは、送信アンテナと受信アンテナが、ほぼ揃えられた(ほとんど同じ方向を指し示す面法線を有する)平面を有し、送信アンテナの平面と受信アンテナの平面との間に距離がない(あるいはわずかな距離を有する)ことを意味する。「同軸」は、本明細書で使用されるときは、送信アンテナと受信アンテナが、ほぼ揃えられた(ほとんど同じ方向を指し示す面法線を有する)平面を有し、2つの平面間の距離がわずかな距離ではなく、さらに送信アンテナと受信アンテナの面法線がほぼ同じベクトルに沿って位置しているかあるいは2つの法線が階層状であることを意味する。
【００２２】
一例として、点p1、p2、p3、およびp7はすべて、送信アンテナに対する受信アンテナのすべての同一平面内配置点である。他の例として、点p5および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。以下の表は、図5に示されている様々な配置点(p1〜p7)での結合強度(S21)および結合効率(送信アンテナから伝送された電力のうちで受信アンテナに到達した電力の割合として表される)を示している。
【００２３】
【表１】
0006030305.tif 000002
【００２４】
表を見ると分かるように、同一平面内配置点p1、p2、およびp3はすべて比較的高い結合効率を示している。配置点p7も同一平面内配置点を示しているが、送信ループアンテナの外側に位置している。配置点p7は高い結合効率を有さないが、何らかの結合が生じ、かつ結合モード領域が送信ループアンテナの周縁を越えて延びることは明らかである。
【００２５】
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、同一平面内配置点の結合効率ほど高くない。しかし、配置点p5の結合効率は、送信アンテナと同軸配置された受信アンテナとの間でかなりの電力を伝達できるほど高い。
【００２６】
配置点p4は、送信アンテナの周囲の内側であるが、送信アンテナの平面から上方にわずかに離れた位置、すなわち、オフセット同軸配置(すなわち、面法線がほとんど同じ方向であるがそれぞれの異なる位置に配置される)またはオフセット同一平面内(すなわち、面法線がほとんど同じ方向であるが平面が互いにずれている)と呼ぶことのできる位置に配置される。表から、オフセット距離が2.5cmの場合、配置点p4はそれにもかかわらず結合効率が比較的良好であることが分かる。
【００２７】
配置点p6は、送信アンテナの周囲の外側で、送信アンテナの平面から上方にかなり離れた位置の配置点を示す。表を見ると分かるように、配置点p7は、送信アンテナと受信アンテナとの結合効率をほとんど示さない。
【００２８】
図6は、本発明の例示的な実施形態による送信器の簡略化されたブロック図である。送信器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、発振信号を発し、それによって送信アンテナ204の周りに近接場エネルギーを生成することによって送信アンテナ204にRF電力を供給する。一例として、送信器200は、13.56MHz ISM帯域で動作することができる。
【００２９】
送信回路202は、送信回路202(たとえば50Ω)のインピーダンスを送信アンテナ204に整合させる固定インピーダンス整合回路206と、受信器108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防止するレベルに高調波放出量を低下させるように構成されたローパスフィルタ(LPF)208とを含んでよい。他の例示的な実施形態は、特定の周波数を減衰させ、一方、他の周波数を通過させるノッチフィルタを含むがそれに限らない様々なフィルタトポロジーを含んでよく、かつアンテナへの出力電力や電圧増幅器へのDC電流引き込みのような測定可能な送信メトリクスに基づいて変化させることのできる適応的インピーダンス整合を含んでよい。送信回路202は、発振器212によって決定されるような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、互いに離散したデバイスまたは回路で構成するか、あるいは一体化された組立体で構成することができる。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5ワット程度であってよい。
【００３０】
送信回路202は、特定の受信器用の送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間発振器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器を通して近傍のデバイスと対話するための通信プロトコルを実施できるように出力電力レベルを調整するプロセッサ214をさらに含む。
【００３１】
送信回路202は、送信アンテナ204によって生成される近接場の近傍におけるアクティブな受信器の存否を検出する負荷検知回路216をさらに含んでよい。一例として、負荷検知回路216は、送信アンテナ204によって生成される近接場の近傍におけるアクティブな受信器の存否の影響を受ける電力増幅器210まで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、プロセッサ214によって監視され、エネルギーを伝達する発振器212がアクティブな受信器と通信するのを可能にするかどうかを判定する際に使用される。送信アンテナ204は、抵抗損失を低く維持するものとして選択された厚さ、幅、および金属種類を有するアンテナストリップとして実現することができる。
【００３２】
図7は、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。受信器300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信器300は、受信された電力を供給する先のデバイス350にさらに結合されている。受信器300が、デバイス350の外部に位置するように示されているが、デバイス350に一体化することができることに留意されたい。一般に、エネルギーが無線によって受信アンテナ304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。
【００３３】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図6)と同じ周波数またはほぼ同じ周波数で共振するように同調される。受信アンテナ304は、組み合わされるデバイス350の寸法に基づいて送信アンテナ204と同様の寸法を有するか、あるいは異なるサイズを有することができる。一例として、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または長さを有する可搬性電子デバイスであってよい。このような例では、受信アンテナ304を多巻きアンテナとして実施して同調キャパシタ(不図示)のキャパシタンス値を小さくし、かつ受信アンテナのインピーダンスを高めることができる。一例として、受信アンテナ304をデバイス350の実質的な周囲に配置して、アンテナ直径を最大にし、かつ受信アンテナのループ巻き(すなわち巻き線)および巻き線間キャパシタンスを低減させることができる。
【００３４】
受信回路302は、受信アンテナ304とのインピーダンス整合を可能にする。受信回路302は、受信されたRFエネルギー源をデバイス350によって使用される充電電力に変換する電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を含んでよく、DC-DC変換器310を含んでもよい。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、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電位(たとえば電圧)に変換する。部分整流器および全波整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニアコンバータおよびスイッチングコンバータを含む、様々なRF-DC変換器が考えられる。
【００３５】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するか、あるいは電力変換回路306を切り離す切り替え回路312をさらに含んでよい。受信アンテナ304を電力変換回路306から切り離すと、デバイス350の充電が中断されるだけでなく、以下でより詳しく説明するように送信器200(図2)が「見る」ような「負荷」が変更される。上記に開示されたように、送信器200は、送信器電力増幅器210に供給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接場に存在するときにそれを判定する機構を有する。
【００３６】
送信器の近接場に複数の受信器300が存在するとき、1つまたは複数の受信器のローディングおよびアンローディングを時間多重化して他の受信器がより効率的に送信器に結合するのを可能にすることが望ましい場合がある。ある受信器をクローキングして、他の近傍の受信器との結合を解除するかあるいは近傍の送信器に対する負荷を低減させることができる。受信器のこの「アンローディング」は本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信器300によって制御され送信器200によって検出されるアンローディングとローディングとのこの切り替えは、以下に詳しく説明するように受信器300から送信器200への通信機構を実現する。また、受信器300から送信器200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルをこの切り替えに関連付けることができる。一例として、切り替え速度は100μsec程度であってよい。
【００３７】
例示的な実施形態では、送信器と受信器との通信は、従来の2方向通信ではなく、デバイス検知充電制御機構を指す。言い換えれば、送信器は、送信される信号のオン/オフキーイングを使用して、近接場でエネルギーが利用可能になるかどうかを調整する。受信器は、エネルギーにおけるこのような変化を送信器からのメッセージとして解釈する。受信器側からは、受信器は、受信アンテナの同調および離調を使用して、近接場からどれだけの電力を受け入れるかを調整する。送信器は、近接場から使用される電力におけるこの差を検出して、このような変化を受信器からのメッセージとして解釈することができる。
【００３８】
受信回路302は、送信器から受信器への情報信号に相当するものであってよい受信されたエネルギー変動を識別するのに使用される通信検出器ビーコン回路314をさらに含んでよい。さらに、通信ビーコン回路314を使用して、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の伝達を検出し、かつ低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流して、受信回路302内の電力が供給されていないかあるいは電力を消耗した回路を作動させる公称電力に変換し、受信回路302を無線充電向けに構成することもできる。
【００３９】
受信回路302は、本明細書で説明する切り替え回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信器300の各プロセスの調和を図るプロセッサ316をさらに含む。デバイス350に充電電力を供給する外部有線充電源(たとえば、壁/USB電源)の検出を含む他のイベントが発生したときに受信器300のクローキングを行うこともできる。プロセッサ316は、受信器のクローキングを制御するだけでなく、ビーコン回路314を監視してビーコン状態を判定し、送信器から送信されたメッセージを抽出することができる。プロセッサ316は、DC-DC変換器310の性能を向上させるように調整することもできる。
【００４０】
図8は、送信器と受信器との間のメッセージ通信を実行する送信回路の一部の簡略化された概略図である。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、送信器と受信器との間で通信手段を使用可能にすることができる。図8では、電力増幅器210は送信アンテナ204を駆動して放射界を生成する。電力増幅器は、送信アンテナ204の所望の周波数で発振する搬送信号220によって駆動される。送信変調信号224を使用して、電力増幅器210の出力が制御される。
【００４１】
送信回路は、電力増幅器210上でオン/オフキーイングプロセスを使用することによって受信器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がアサートされると、電力増幅器210は、送信アンテナ204上で搬送信号220の周波数を出力する。送信変調信号224が否定されたときは、電力増幅器は送信アンテナ204でいかなる周波数も出力しない。
【００４２】
図8の送信回路は、電力増幅器210に電力を供給し、受信信号235出力を生成する負荷検知回路216も含む。負荷検知回路216では、抵抗器Rsの両端間、すなわち信号226の電力と電力増幅器210への電源228との間で電圧降下が生じる。電力増幅器210によって消費される電力が変化すると、電圧降下に変化が生じ、それが差分増幅器230によって増幅される。送信アンテナが受信器(図7には示されていない)内の受信アンテナとの結合モードであるとき、電力増幅器210によって引き込まれる電流の量が変化する。言い換えれば、送信器アンテナ210に関して結合モード共振が存在しない場合、放射界を駆動するのに必要な電力は最初の量になる。結合モード共振が存在する場合、大部分の電力が受信アンテナに結合されるため、電力増幅器210によって消費される電力の量が上昇する。したがって、受信信号235は、送信アンテナ235に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、後述のように受信アンテナから送信される信号を検出することもできる。また、受信器電流引き込みの変化は送信器の電力増幅器電流引き込みで観測可能であり、後述のように、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。
【００４３】
図9A〜9Dは、送信器と1つまたは複数の受信器との間で電力を伝送するビーコン電力モードを示す簡略化されたブロック図である。図9Aは、ビーコン結合モード領域510内に受信デバイスがないときの低出力「ビーコン」信号525を有する送信器520を示している。ビーコン信号525は、非制限的な例として、約10mW RFから約20mW RFのような範囲内の信号であってよい。この信号は、充電すべきデバイスが結合モード領域内に配置されているときに該デバイスに初期電力を供給するのに適切である場合がある。
【００４４】
図9Bは、ビーコン信号525を送信する送信器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を示している。受信デバイス530がオンであり、送信器との結合を生じさせる場合、受信デバイス530は、ビーコン信号525から電力を受け入れる受信器に過ぎない逆方向リンク結合535を生じさせる。この追加的な電力を送信器の負荷検知回路216(図7)によって検知することができる。その結果、送信器は高出力モードに入ることができる。
【００４５】
図9Cは、高出力結合モード領域510'を生成する高出力信号525'を生成する送信器520を示している。受信デバイス530が電力を受け入れ、その結果、逆方向リンク結合535を生じさせる限り、送信器は高出力状態のままである。1つの受信デバイス530のみが示されているが、結合モード領域510内に複数の受信デバイス530が存在することができる。複数の受信デバイス530がある場合、受信デバイス530は、それぞれの結合度に基づいて送信器によって伝送される電力の量を共用することになる。たとえば、結合効率は、結合モード領域510内でデバイスが配置されている場所に応じて各受信デバイス530ごとに異なっていてよい。
【００４６】
図9Dは、受信デバイス530がビーコン結合モード領域510内に位置するときでもビーコン信号525を生成する送信器520を示している。この状態が生じるのは、おそらく受信デバイス530がもはや電力を必要としないため受信デバイス530が停止されるかあるいはそれ自体をクローキングするときである。
【００４７】
受信器と送信器は、別個の通信チャネル(たとえば、Bluetooth、zigbeeなど)上で通信することができる。別個の通信チャネルによって、送信器は、ビーコンモードと高出力モードとをいつ切り替えるかを判定するか、あるいは結合モード領域510内の受信デバイスの数および該受信デバイスのそれぞれの電力要件に基づいて、複数の電力レベルを生成することができる。
【００４８】
本発明の例示的な実施形態は、比較的大型の送信アンテナと小型の受信アンテナとの結合を、2つのアンテナ間の近接場電力伝達において、リピータとして働く追加的な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強化することを含み、送信側アンテナから受信側アンテナに向かう電力の流れを強化する。
【００４９】
例示的な一実施形態では、システム内の送信アンテナおよび受信アンテナに結合する1つまたは複数の特別のアンテナ(以下に示す)が使用される。これらの特別のアンテナは、能動アンテナや受動アンテナなどのリピータアンテナを備える。受動アンテナは、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容量性素子とを含んでよい。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だけでなく、繰り返される近接場放射の強度を高める増幅器を含んでよい。
【００５０】
電力伝達システム内の送信アンテナとリピータアンテナの組合せは、端末負荷、同調構成部材、共振周波数、および送信アンテナに対するリピータアンテナの配置などの因子に基づいて非常に小型の受信アンテナへの電力の結合が強化されるように最適化することができる。
【００５１】
単一の送信アンテナは有限近接場結合モード領域を有する。したがって、送信アンテナの近接場結合モード領域内で受信器を通じて充電するデバイスのユーザには、極めて広いかあるいは少なくとも不都合なほど広いかなりのユーザアクセス空間が必要になることがある。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るにつれて急速に狭くなる。
【００５２】
リピータアンテナは、送信アンテナからの結合モード領域を再集中させて再整形し、受信アンテナにエネルギーを結合するのにより適している場合がある第2の結合モード領域をリピータアンテナの周りに生成する。
【００５３】
図10は、存在検出器905を含む送信器200の簡略化されたブロック図である。この送信器は図6の送信器と同様であり、したがって、再び説明する必要はない。しかし、図10では、送信器200は、プロセッサ214(本明細書ではコントローラとも呼ばれる)に接続された存在検出器905を含む。プロセッサ214は、存在検出器905からの信号に応答して増幅器210から供給される電力の量を調整することができる。
【００５４】
非制限的な例として、存在検出器は、送信器の領域に挿入される充電すべきデバイスの初期存在を検知するのに利用される動き検出器であってよい。検出後、送信器が同調され、デバイスによって受信されたRF電力を使用してRxデバイス上のスイッチが所定の方法で切り替えられ、それによって、送信器の駆動点インピーダンスが変更される。
【００５５】
他の非制限的な例として、存在検出器は、たとえば赤外線検出、動き検出、または他の適切な手段によって人間を検出することのできる検出器であってよい。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で伝送することのできる電力の量を規制する制限があってよい。場合によっては、このような規制は、人間を電磁放射から保護することになる。しかし、送信アンテナが、たとえば、ガレージ、工場、店舗など、人間によって占有されていない領域または人間によって占有されることがめったにない領域に配置される環境がある。これらの環境に人間が存在しない場合、送信アンテナからの電力出力を通常の電力規制値を超えた値まで増大させることが可能である。言い換えれば、コントローラ214は、人間が存在することに応じて送信アンテナ204電力出力を規制値以下に調整し、かつ人間が送信アンテナ204の電磁場からの規制距離の範囲外にいるときに送信アンテナ204の電力出力を規制レベルより高いレベルに調整することができる。
【００５６】
以下の例のうちの多くでは、充電されるゲストデバイスとして示されているデバイスは1つだけである。実際には、各ホストによって生成される近接場から多数のデバイスを充電することができる。
【００５７】
例示的な実施形態では、Tx回路が無限にオンのままでいることのない方法を使用することができる。このような例示的な実施形態では、Tx回路を、ユーザが規定してよいまたは出荷時の初期設定の所定の時間が経過した後に停止するようにプログラムすることができる。この特徴によって、Tx回路、特に電力増幅器は、その周縁の無線デバイスが完全に充電された後長時間動作するのを妨げられる。このイベントは、リピータまたはRxコイルから送信され、デバイスが完全に充電されたことを示す信号を、回路が検出できないときに生じることがある。他のデバイスがTx回路の周縁に配置された場合にTx回路が自動的に停止するのを防止するために、Tx回路の自動停止機能を作動させるのは、その周縁で動きが検出されない状態で設定された期間が経過した場合だけであってよい。ユーザは、非活動時間間隔を判定し、それを必要に応じて変更することができてよい。非制限的な例として、この時間間隔は、特定の種類の無線デバイスが最初完全に放電されるという仮定の下でこのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くてよい。
【００５８】
本発明の例示的な実施形態は、可搬装置を、それより小型であることが多く、「ゲスト」と呼ばれる他のデバイス、機器、または機械に無線によって電力を伝達するのに必要な送信アンテナおよび他の回路の全体または一部を収納する充電ステーションまたは「ホスト」として使用することを含む。非制限的な例として、このような充電ステーションまたはホストは、バックパック、書類かばん、財布、衣服、旅行かばんなどであってよい。充電システムは、前述の例において少なくとも部分的に埋め込むことができ、既存の装置に組み込むか、あるいは該装置の初期設計および製造の一部とすることができる。
【００５９】
本明細書で説明する例示的な実施形態では、本明細書で説明する技術によって、複数のアンテナを有する多次元領域を実現することができる。また、2009年9月25日に出願され、引用によって内容がすべての目的について全体的に本明細書に組み込まれる、「SYSTEMS AND METHOD RELATING TO MULTI-DIMENSIONAL WIRELESS CHARGING」という名称の米国特許出願第12/567,339号に記載された手段などの多次元無線電力供給充電を使用することができる。
【００６０】
図11は、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による、送信アンテナ404が結合されたバッグ402として示された可搬エンクロージャ、容器、または他の可搬デバイスを含む可搬充電システム400を示している。バッグ402は、一例に過ぎないが、バックパック、財布、旅行かばん、または書類かばんのような任意の可搬バッグを備えてよい。本発明の様々な例示的な実施形態が、図面では特定のバッグ種(たとえば書類かばん)と一緒に実施されるように示されているが、本明細書で説明する例示的な実施形態を可搬バッグのような任意の公知の適切な可搬デバイスで実施できることに留意されたい。可搬充電システム400は、バッグ402内に組み込まれた電池406も含んでよい。電池406は、送信回路202(図6参照)を介して送信アンテナ404に動作可能に結合することができ、かつ送信回路202を介して送信アンテナ404に電力を供給するように構成することができる。電池406は、任意の公知の適切な充電可能電池、交換可能電池、またはそれらの任意の組合せを備えてよい。また、充電システム400は、電池406の近くに位置し、外部送信アンテナ(不図示)を介した電池406の無線充電を可能にする受信アンテナ407を含んでよい。
【００６１】
さらに、充電システム400は、電源コンセントなどの外部電源(不図示)を送信回路202を介してアンテナ404に結合するか、電池406に結合するか、あるいはそれらの任意の組合せに結合するように構成された電源コネクタ408を含んでよい。したがって、電源コネクタ408は、送信回路202を介して送信アンテナ404に電力を供給するか、電池406を充電するための電力を供給するか、あるいはそれらの任意の組合せを行うように構成することができる。電源コネクタ408は、任意の公知の適切な電源コネクタを備えてよい。非制限的な例として、電源コネクタ408は、バッグ402上の電気コネクタ(たとえば、USBポートや外部電源プラグ)に結合されるように構成された取り外し可能な電源コードを備えてよい。さらに、電源コネクタ408は、一例に過ぎないが、バッグ402内に引き込まれ、かつバッグ402から引き出せるように構成された引き込み可能な電源コードを備えてよい。
【００６２】
考えられる1つの動作では、送信アンテナ404は、電源コネクタ408、電池406、またはそれらの任意の組合せによって外部電源から送信回路202を介して電力を受信することができ、電力の受信時に、電力を送信アンテナ404の近接場内で伝送することができる。次に、受信アンテナおよび送信アンテナ404の結合モード領域内の該受信アンテナによって電力を受信することができる。たとえば、送信アンテナ404から伝送された電力を、充電可能デバイス412内の電池(たとえば図2の電池136)に結合された受信アンテナ410によって受信することができる。具体的には、送信アンテナ404から伝送された電力を、受信アンテナ410、および充電可能デバイス412の電池に結合された、図2の受信器108などの受信器によって受信することができる。非制限的な例として、デバイス412は、携帯電話、可搬メディアプレーヤ、カメラ、ゲームデバイス、ナビゲーションデバイス、ヘッドセット(たとえばBluetoothヘッドセット)、工具、玩具、またはそれらの任意の組合せを備えてよい。送信アンテナ404の近接場内の1つまたは複数の受信アンテナに同時に電力を伝送するように送信アンテナ404を構造でき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、少なくとも1つのデバイスが近接場内に位置し、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、送信アンテナ404の近接場内で電力を伝送するように送信アンテナ404を構成できることに留意されたい。
【００６３】
また、充電システム400は、バッグ402内に組み込まれ、バッグ402の格納領域416(たとえばポケット)の近くに位置するコイル414を含んでよい。図11および図21を参照すると分かるように、電源415からコイル送信回路417を介して(たとえば電源コネクタ408、電池406、またはそれらの任意の組合せを介して)電力を受信し、コイル送信回路417に従って場を生成するようにコイル414を構成することができる。さらに、格納領域416内に位置しかつコイル414に適切に揃えられた受信器に誘導結合を介して電力を伝送するようにコイル414を構成することができる。一例に過ぎないが、格納領域416内に位置するデバイス418内の電池(不図示)に誘導結合を介して電力を伝送するようにコイル414を構成することができる。本発明の例示的な一実施形態によれば、あるデバイスがコイル414の近くに位置し、かつ該デバイスに充電する必要がある場合に限り電力を伝送するようにコイル414を構成することができる。充電システム400は、1つのコイルおよび1つの送信アンテナを含むに過ぎないが、1つまたは複数のコイルおよび/または1つまたは複数の送信アンテナを有する充電システムが本発明の範囲内であることに留意されたい。一例として、バッグ402内の各ポケットは、その近くに関連するコイルを有してよい。さらに、一例として、バッグ402のふた420およびベース422はそれぞれ、関連する送信アンテナを含んでよい。
【００６４】
したがって、バッグ402が外部電源(たとえば電源コンセント)に結合されている間、バッグ402内の1つまたは複数のデバイス(たとえばデバイス412)が無線によって電源コネクタ408および送信アンテナ404を介して外部電源から電力を受信することができ、バッグ402内の1つまたは複数のデバイス(たとえばデバイス418)が無線によって電源コネクタ408およびコイル414を介して外部電源から電力を受信することができる。さらに、バッグ402が外部電源に結合されている間、電源コネクタ408を介して外部電源から受信される電力で電池406を充電することができる。また、バッグ402が外部電源に結合されていない間、バッグ402内の1つまたは複数のデバイス(たとえばデバイス412)が、無線によって、電池406から送信アンテナ404および送信回路202を介し、関連する受信回路を介して電力を受信することができる。また、バッグ402内の1つまたは複数のデバイス(たとえばデバイス418)は無線によって電池406から関連するコイルを介して電力を受信することができる。さらに、バッグ402の外部の送信アンテナから無線によって電力を受信するように電池406を構成できることに留意されたい。
【００６５】
図12は、リピータアンテナ454が組み込まれたバッグ452として示されている可搬デバイスを含む他の可搬充電システム450を示している。バッグ402と同様に、バッグ452は、任意の公知の適切な可搬バッグを備えてよい。リピータアンテナ454は、送信アンテナからの結合モード領域を再集中させ再整形して、受信アンテナにエネルギーを結合するのにより適したものとなることがある第2の結合モード領域をリピータアンテナ454の周りに生成するように構成することができる。考えられる1つの動作では、リピータアンテナ454は、バッグ452の外部の送信アンテナから伝送された電力を受信することができる。たとえば、リピータアンテナ454は、たとえばテーブル(不図示)内に組み込むことができる送信アンテナ455から伝送された電力を受信することができる。リピータアンテナ454は、電力を受信すると、リピータアンテナ454の近接場内で電力を伝送することができ、関連する結合モード領域内の受信器によってこの電力を受信することができる。たとえば、無線によってリピータアンテナ454から伝送された電力を、デバイス460内の電池(たとえば図2の電池136)に結合された受信アンテナ458によって受信することができる。具体的には、リピータアンテナ454から無線によって伝送された電力を受信アンテナ458、およびデバイス460内の電池に結合することのできる受信器108(図2参照)などの受信器によって受信することができる。上述のように、リピータアンテナを利用した場合、結合モード領域を再集中させるか、結合モード領域を再整形するか、あるいはそれらを任意に組み合わせることによって、デバイスの充電率を高めることができる。さらに、本発明の例示的な一実施形態によれば、少なくとも1つのデバイスが近接場内に位置し、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、リピータアンテナ454の近接場内で電力を伝送するようにリピータアンテナ454を構成できることに留意されたい。
【００６６】
図13A〜図13Cは、バッグ552として示された可搬デバイス内に組み込まれた複数の送信アンテナ556、558および電池554を含む他の可搬充電システム550を示している。一例に過ぎないが、電池554は、充電可能電池、交換可能電池、またはそれらの任意の組合せを備えてよい。以下に示すように、電池554は、電池554に結合された受信アンテナおよび受信回路302(図7参照)を介して外部送信アンテナから電力を受信するように構成することができる。
【００６７】
図13Aに示されているように、第1の送信アンテナ556および第2の送信アンテナ558は、それぞれ受信回路302を介して電池554に動作可能に結合され、かつそれぞれ受信回路302を介して電池554から電力を受信するように構成されている。さらに、第1の送信アンテナ556および第2の送信アンテナ558はそれぞれ、それぞれの近接場内で電力を伝送するように構成することができる。具体的には、第1の送信アンテナ556の近接場内に位置する1つまたは複数の受信アンテナによって受信することができる電力を無線によって伝送するように第1の送信アンテナ556を構成することができ、第2の送信アンテナ558の近接場内に位置する1つまたは複数の受信アンテナによって受信することができる電力を無線によって伝送するように第2の送信アンテナ558を構成することができる。たとえば、第1の送信アンテナ556から伝送された電力を、デバイス562内の電池(不図示)に受信回路302を介して結合された受信アンテナ560によって受信することができる。さらに、たとえば、第2の送信アンテナ558から伝送された電力を、デバイス566内の電池(不図示)に受信回路302を介して結合された第1の受信アンテナ562およびデバイス568内の電池(不図示)に受信回路302を介して結合された第2の受信アンテナ564によって受信することができる。充電システム550内に2つの送信アンテナしか示されていないが、充電システム550は、可搬バッグ内に組み込まれた任意の数の送信アンテナを含んでよい。
【００６８】
図13Bに示されているように、充電システム550は、バッグ552の外部に位置し、外部電源(不図示)から電力を受信しかつ電池554に電力を伝送し、したがって、電池554を充電するように構成された送信アンテナ570も含んでよい。さらに、図示されたこの例示的な実施形態では、送信アンテナ556および送信アンテナ558をリピータアンテナとして構成することができ、したがって、送信回路202を介して第1の送信アンテナ556および第2の送信アンテナ558のそれぞれに電力を供給するように送信アンテナ570を構成することもできる。さらに、その場合、第1の送信アンテナ556および第2の送信アンテナ558はそれぞれ、関連する近接場内に位置する1つまたは複数の受信アンテナに電力を伝送することができる。また、充電システム550は、バッグ552の長手方向軸に対してある角度に向けられたリピータアンテナ557を含んでよい。リピータアンテナ557は、送信アンテナ570から電力を受信し、かつ関連する近接場内に位置する1つまたは複数の受信アンテナに電力を伝達するように構成することができる。
【００６９】
さらに、図13Cに示されているように、充電システム550は、電源コンセントなどの外部電源(不図示)を第1の送信アンテナ556、第2の送信アンテナ558、電池554、またはそれらの任意の組合せに結合するように構成された電源コネクタ572を含んでよい。したがって、電源コネクタ572は、電力を送信回路202を介して第1の送信アンテナ556、第2の送信アンテナ558、またはそれらの任意の組合せに供給するように構成することができる。さらに、電源コネクタ572を電池554に電力を供給するように構成することができる。上記に図11を参照して説明した電源コネクタ408と同様に、電源コネクタ572は、任意の公知の適切な電源コネクタを備えてよい。一例に過ぎないが、電源コネクタ572は、バッグ552上の電気コネクタ(たとえば、USBポートや外部電源プラグ)に結合されるように構成された取り外し可能な電源コードを備えてよい。さらに、電源コネクタ572は、一例に過ぎないが、バッグ552内に引き込まれ、かつバッグ552から引き出せるように構成された引き込み可能な電源コードを備えてよい。少なくとも1つのデバイスが近接場内に位置し、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、それぞれの近接場内で電力を伝送するように送信アンテナ556および送信アンテナ558をそれぞれ構成できることに留意されたい。
【００７０】
充電システム550は、各送信アンテナがほぼ同様の平面に配向される複数の送信アンテナを示しているが、本発明の例示的な他の実施形態は、可搬バッグ内に組み込まれ、かつ互いにかなり異なる向きを有する複数の送信アンテナを含んでよい。たとえば、図14Aおよび14Bはそれぞれ、各システムがそれぞれの異なる平面に配向された送信アンテナを含む、可搬充電システム580および582を示している。具体的には、充電システム580は、横平面に配向された第1の送信アンテナ586と、第1の送信アンテナ586の向きに垂直な平面に配向された第2の送信アンテナ584とを含む。
【００７１】
また、他の充電システム582は、第1の横平面に配向された第1の送信アンテナ590と、第1の横平面に平行な第2の横平面に配向された第2の送信アンテナ592とを含む。さらに、充電システム582は、第1の送信アンテナ590および第2の送信アンテナ592のそれぞれの向きに垂直な垂直平面に配向された第3の送信アンテナ588を含む。充電システム580および582内の送信アンテナは、ほぼ垂直な向きまたはほぼ横向きのいずれかに配向されるように示されているが、水平面または垂直面からある角度に向けられた送信アンテナが本発明の範囲内であることに留意されたい。送信アンテナを様々な向きに配向すると、様々な向きに位置する受信アンテナに電力をより効果的に供給することができる。
【００７２】
当業者には理解されるように、互いに直接またはほぼ隣接するアンテナを同時並行的に動作させると、同時並行的に作動し、かつ物理的に近くにあるいは隣接して位置するアンテナ間に干渉作用が生じる。そのため、直接またはほぼ隣接するアンテナを選択し、干渉効果を最小限に抑えるように互いに多重化する手段を使用することができる。たとえば、直接またはほぼ隣接するアンテナの互いに独立した作動は、コントローラによって制御することができ、時間領域に基づくシーケンスに従って行うことができる。具体的には、マルチプレクサ、増幅器から各アンテナへの出力信号を時間多重化することができる。さらに、1つのアンテナを作動させたときに、隣接するアンテナを「クローキング」して、作動したアンテナの無線充電効率を向上させることができる。
【００７３】
また、図15に示されているように、他の充電システム620は、バッグ622の格納領域626(たとえばポケット)の近くに位置する送信アンテナ624を有するバッグ622として示されている携帯デバイスを含んでよい。送信アンテナ624は、バッグ622内に組み込まれた電池(不図示)、外部電源(不図示)、またはそれらの任意の組合せから電力を受信するように構成することができる。さらに、バッグ622の外部に位置するかあるいはバッグ622内に組み込まれた他の送信アンテナ(不図示)のいずれかから無線によって電力を受信するように構成されたリピータアンテナとして送信アンテナ624を構成することができる。電力が受信されると、送信アンテナ624は、関連する結合モード領域内の受信器によって受信することのできる電力を無線によって伝送することができる。たとえば、送信アンテナ624から伝送された電力を、格納領域626内に位置するデバイスの電池(不図示)に結合された受信アンテナによって受信することができる。本発明の例示的な一実施形態によれば、少なくとも1つのデバイスが近接場内に位置し、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、送信アンテナ624の近接場内で電力を伝送するように送信アンテナ624を構成することができる。
【００７４】
格納領域とほぼ同様の形状を有する送信アンテナを格納領域の近くに配置すると、格納領域に配置されたデバイス(たとえば携帯電話)の無線充電効率を向上させることができる。具体的には、格納領域(たとえば格納領域626)内に配置されるデバイス(たとえば携帯電話)を格納領域の形状に受動的に揃えることができるので、格納領域内のデバイスをほぼ送信アンテナに揃えることができ、充電効率を高めることができる。
【００７５】
図16は、本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による、バッグ633として示された可搬デバイス内に組み込まれた1つまたは複数の受信アンテナ632を含む他の充電システム630を示している。各受信アンテナ632は、外部送信アンテナ634などの充電源から受信回路302(図7参照)を介して電力を受信するように構成することができる。一例に過ぎないが、テーブル(不図示)内に組み込み、テーブルに取り付け、かつ/あるいはテーブル上に位置させることのできる送信アンテナ634から電力を受信するように各受信アンテナ632を構成することができる。充電システム630は、1つまたは複数のコネクタ637を有する1つまたは複数の接続ポート636を含んでもよい。各接続ポート636は、関連する充電領域内に位置させることができ、少なくとも1つの受信アンテナ632に動作可能に結合することができる。また、1つまたは複数のコネクタ637をデバイス(たとえば、カメラ、携帯電話、メディアプレーヤ)の充電ポートに結合するように構成することができる。このように構成されると、各接続ポート636は、受信アンテナから受信された電力を、受信アンテナに動作可能に結合されたデバイスに供給することができる。本発明の例示的な一実施形態によれば、少なくとも1つのデバイスが1つまたは複数のコネクタ637に結合され、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、充電源から電力を引き込むように接続ポート636を構成することができる。
【００７６】
本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態による他の充電システム650が図17に示されている。充電システム650は、バッグ654内に組み込まれた1つまたは複数の無線受信アンテナ652と、外部無線送信アンテナ656とを含む。充電システム650は、1つまたは複数のコネクタ657を有する1つまたは複数の接続ポート658を含んでもよい。各接続ポート658は、少なくとも1つの受信アンテナ652に動作可能に結合することができ、さらに、1つまたは複数のコネクタ657をデバイス(たとえば、カメラ、携帯電話、メディアプレーヤ)の充電ポートに結合するように構成することができる。また、各接続ポート658を関連する格納領域内に位置させることができ、かつ受信アンテナから受信された電力を、受信アンテナに動作可能に結合されたデバイスに供給するように構成することができる。本発明の例示的な一実施形態によれば、少なくとも1つのデバイスが接続ポート658に関連する1つまたは複数のコネクタ637に結合され、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、充電源から電力を引き込むように接続ポート658を構成することができる。
【００７７】
上述の例示的な実施形態は、デバイス(たとえば、カメラ、携帯電話、メディアプレーヤ)ユーザが、1つまたは複数の充電可能デバイスが入った可搬装置を運びつつ1つまたは複数のデバイスを同時に充電するのを可能にする。また、上述の例示的な実施形態は、デバイスユーザが、可搬装置からデバイスを取り外す必要なしに可搬装置内の1つまたは複数のデバイスを同時に充電するのを可能にする。上述の可搬充電システムは可搬バッグを含むが、任意の公知の適切な可搬装置を有する可搬充電システムが本発明の範囲内であることに留意されたい。
【００７８】
図18は、本発明の例示的な1つまたは複数の実施形態によれば、衣料品674などの可搬デバイス内に組み込まれた送信アンテナ672を含む他の可搬充電システム670を示している。図18に示されているように、衣料品674は、衣料品674内の格納領域678(たとえばポケット)の近くに位置し、デバイスを保持するように構成された送信アンテナ672を含んでよい。さらに、充電システム670は衣料品674内に組み込まれた電池676を含んでよい。考えられる1つの動作では、衣料品674が個人によって着用される前に電池676を充電することができる。衣料品674は図18ではシャツとして示されているが、任意の衣料品が本発明の範囲内であってよい。制限ではなく一例として、衣料品674はシャツ、ズボン、コート、靴、または任意の着用可能なアクセサリを含んでよい。
【００７９】
送信アンテナ672は、無線または有線による任意の公知の適切な方法でエネルギー蓄積モジュール676から電力を受信するように構成することができる。さらに、送信アンテナ672は、送信アンテナ672の近接場内で電力を送信するように構成することができる。送信された電力は次いで、受信アンテナおよび送信アンテナ672の結合モード領域内の該受信アンテナ(不図示)によって受信することができる。たとえば、送信アンテナ672から伝送された電力を、格納領域678内に位置するデバイス(不図示)の電池に結合された受信アンテナによって受信することができる。一例として、個人が衣料品674を着用している間、格納領域678内の送信アンテナ672の近くに位置する1つまたは複数のデバイスが、無線によって電池676から送信回路202および送信アンテナ672を介し、受信回路302を介して電力を受信することができる。
【００８０】
上記に図15を参照して説明したように、格納領域とほぼ同様の形状を有する送信アンテナを格納領域(たとえばポケット)の近くに配置すると、格納領域に配置されたデバイス(たとえば携帯電話)の無線充電効率を向上させることができる。具体的には、格納領域(たとえば格納領域678)内に配置されるデバイス(たとえば携帯電話)を格納領域の形状に受動的に揃えることができるので、格納領域内のデバイスをほぼ送信アンテナに揃えることができ、充電効率を高めることができる。少なくとも1つのデバイスが近接場内に位置し、かつ該少なくとも1つのデバイスに充電する必要がある場合に限り、それぞれの近接場内で電力を伝送するように送信アンテナ672を構成することができる。
【００８１】
図19は、1つまたは複数の例示的な実施形態による、充電可能デバイスを充電する方法700を示すフローチャートである。方法700は、可搬装置内に組み込まれた少なくとも1つのアンテナで電力を受信すること(参照符号702で示されている)を含んでよい。方法700は、無線によって該少なくとも1つのアンテナから、該少なくとも1つのアンテナの近接場内に位置しかつ充電可能デバイスに結合された少なくとも1つのアンテナに電力を伝送すること(参照符号704で示されている)をさらに含んでよい。
【００８２】
図20は、1つまたは複数の例示的な実施形態による、充電可能デバイスを充電する他の方法720を示すフローチャートである。方法720は、可搬装置内に組み込まれた少なくとも1つのアンテナで電力を受信すること(参照符号722で示されている)を含んでよい。さらに、方法720は、無線によって該少なくとも1つのアンテナから、充電可能デバイスの充電ポートに物理的に結合するように構成された少なくとも1つの接続ポートに電力を伝送すること(参照符号724で示されている)を含んでよい。
【００８３】
さらに、本明細書で説明する「可搬デバイス」は、充電可能デバイスを収納しかつ充電可能デバイスを少なくとも部分的に囲むように構成されたデバイスを備えてよいことに留意されたい。言い換えれば、「可搬デバイス」は、充電可能デバイスの複数の表面を包含するように構成されたデバイスを備えてよい。
【００８４】
当業者には、本明細書で開示され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を電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実現できることがさらに理解されよう。ハードウェアとソフトウェアがこのように相互に交換可能であること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、ならびにステップについて、上記では全般的にそれらの機能に関して説明した。このような機能をハードウェアとして実現するかそれともソフトウェアとして実現するかは、システム全体に課される用途および設計上の特定の制約によって決まる。当業者は、前述の機能を各々の特定の用途について様々な方法で実施することができるが、このように実施する際の決定を、本発明の例示的な実施形態の範囲から逸脱させるものと解釈すべきではない。
【００８５】
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、および回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)または他のプログラム可能な論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散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施するように構成された上記の要素の組合せによって実施または実行することができる。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、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、または状態マシンであってもよい。プロセッサは、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、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連動する1つまたは複数のマイクロプロセッサの組合せ、またはそのような任意の他の構成として実現することもできる。
【００８６】
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方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで直接実現するか、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現するか、あるいはその2つの方法を組み合わせて実現することもできる。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)、EPROM(Electrically Programmable ROM)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、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公知の他の形態の記憶媒体に存在することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取りかつ記憶媒体に書き込むことができるようにプロセッサに結合される。あるいは、記憶媒体はプロセッサと一体であってよい。プロセッサと記憶媒体はASIC内に存在することができる。ASICは、ユーザ端末内に存在することができる。あるいは、プロセッサと記憶媒体は、離散構成要素としてユーザ端末内に存在することができる。
【００８７】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、前述の機能をハードウェア、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現することができる。ソフトウェアで実現した場合、各機能を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するかあるいはコンピュータ可読媒体を介して伝送することができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムのある場所から他の場所への転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる利用可能な任意の媒体であってよい。制限ではなく一例として、このようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で保持または記憶するのに使用することができ、かつコンピュータによってアクセスすることのできる任意の他の媒体を備えてよい。また、任意の接続をコンピュータ可読媒体と呼ぶのも適切である。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、デジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線、マイクロ波などの無線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送信元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、デジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術は媒体の定義に含まれる。ディスク(diskおよびdisc)は、本明細書で使用されるときは、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク、光ディスク、デジタルバーサチルディスク(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む。ここで、diskは通常、データを磁気的に再生するものであり、一方、discはデータをレーザによって光学的に再生するものである。上記の媒体の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
【００８８】
開示した例示的な実施形態についての上記の説明は、当業者が本発明を製造または使用するのを可能にするための説明である。当業者にはこれらの例示的な実施形態に対する様々な修正が容易に明らかになろう。本明細書で定義した一般原則は、本発明の趣旨または範囲から逸脱せずに他の例示的な実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示した例示的な実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示した原則および新規の特徴に整合する最も広い範囲が与えられるべきものである。
【符号の説明】
【００８９】
100  無線伝送または充電システム
102  入力電力
104  送信器
106  放射界
108  受信器
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  フィルタ整合回路
132  整合回路
136  電池
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  送信器
202  送信回路
204  送信アンテナ
212  発振器
214  プロセッサ
216  負荷検知回路
224  送信変調信号
226  信号
228  電源
230  差分増幅器
235  受信信号
300  受信器
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  切り替え回路
314  通信ビーコン回路
316  プロセッサ
350  デバイス
400  可搬充電システム
402  バッグ
404  送信アンテナ
406  電池
408  電源コネクタ
410  受信アンテナ
412  充電可能デバイス
414  コイル
415  電源
416  格納領域
417  コイル送信回路
418  デバイス
420  ふた
422  ベース
450  可搬充電システム
452  バッグ
454  リピータアンテナ
455  送信アンテナ
458  受信アンテナ
460  デバイス
550  可搬充電システム
552  バッグ
554  電池
556、558  送信アンテナ
557  リピータアンテナ
560  受信アンテナ
562  デバイス
564  第2の受信アンテナ
566  デバイス
570  送信アンテナ
572  電源コネクタ
580、582  可搬充電システム
584  第2の送信アンテナ
586  第1の送信アンテナ
588  第3の送信アンテナ
590  第1の送信アンテナ
592  第2の送信アンテナ
620  充電システム
622  バッグ
624  送信アンテナ
626  格納領域
630  充電システム
632  受信アンテナ
633  バッグ
634  外部送信アンテナ
636  接続ポート
637  コネクタ
650  充電システム
652  無線受信アンテナ
654  バッグ
656  外部無線送信アンテナ
657  コネクタ
658  接続ポート
670  可搬充電システム
672  送信アンテナ
674  衣料品
676  電池、エネルギー蓄積モジュール
678  格納領域
700  方法
720  方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
0006030305.tif 000006
【図４Ｂ】
0006030305.tif 000007
【図５】
0006030305.tif 000008
【図６】
0006030305.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
0006030305.tif 000013
【図９Ｃ】
0006030305.tif 000014
【図９Ｄ】
0006030305.tif 000015
【図１０】
0006030305.tif 000016
【図１１】
0006030305.tif 000017
【図１２】
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【図１３Ａ】
0006030305.tif 000019
【図１３Ｂ】
0006030305.tif 000020
【図１３Ｃ】
0006030305.tif 000021
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0006030305.tif 000027
【図１９】
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【図２０】
0006030305.tif 000029
【図２１】
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