(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力送電コイルからワイヤレス電力を受電するように構成されたワイヤレス電力受電機であって、
前記ワイヤレス電力送電コイルとの第1の相互結合を有する第1の受電コイルと、
前記ワイヤレス電力送電コイルとの第2の相互結合を有する第2の受電コイルであって、前記第1の受電コイルの向きは、前記第2の受電コイルの向きに対して変動し得る、第2の受電コイルと、
前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルのうちの少なくとも1つに選択的に結合される負荷であって、前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第1の向きを有する場合に、および前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第2の向きを有する場合に電力を受電するように構成され、前記第1の向きは前記第2の向きと異なる、負荷と
を含む、ワイヤレス電力受電機。
【請求項２】
前記第1の受電コイルに結合される第1の整流器と、
前記第2の受電コイルに結合される第2の整流器と、
前記第1の整流器および前記第2の整流器を前記負荷に結合するように構成された調整器と
をさらに含む、請求項1に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項３】
前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルに結合される整流器と、
前記整流器を前記負荷に結合するように構成された調整器と
をさらに含む、請求項1に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項４】
前記調整器は、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルの特性に基づいて、前記整流器を介して、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルのうちの1つから電力を受電するように構成される、請求項3に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項５】
前記特性は、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルにおける電圧を含む、請求項4に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項６】
前記特性は、前記第1の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンス、および前記第2の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンスを含む、請求項4に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項７】
前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルは、第2のワイヤレス電力送電コイルからワイヤレス電力を受電するようにさらに構成され、前記第1の受電コイルは前記第2のワイヤレス電力送電コイルとの第3の相互結合を有し、前記第2の受電コイルは前記第2のワイヤレス電力送電コイルとの第4の相互結合を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のワイヤレス電力受電機。
【請求項８】
ワイヤレス電力送電コイルからワイヤレス電力を受電する方法であって、
前記ワイヤレス電力送電コイルとの第1の相互結合を有する第1の受電コイルの第1の特性を決定するステップと、
前記ワイヤレス電力送電コイルとの第2の相互結合を有する第2の受電コイルの第2の特性を決定するステップであって、前記第1の受電コイルの向きは、前記第2の受電コイルの向きに対して変動し得る、ステップと、
前記第1の特性および前記第2の特性に基づいて、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルのうちの少なくとも1つを選択するステップと、
負荷を前記選択された受電コイルに結合するステップであって、前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第1の向きを有する場合に、および前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第2の向きを有する場合に電力を受電するように構成され、前記第1の向きは前記第2の向きと異なる、ステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第2の受電コイルの向きに対する前記第1の受電コイルの向きを調整するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記第1の受電コイルの出力を整流するステップと、
前記第2の受電コイルの出力を整流するステップと、
前記選択された受電コイルの出力を調整するステップと
をさらに含む、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１１】
前記特性は、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルにおける電圧を含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記特性は、前記第1の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンス、および前記第2の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンスを含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ワイヤレス電力送電コイルに対する最大の結合を有する前記受電コイルを選択するステップをさらに含む、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
ワイヤレス電力送電機からワイヤレス電力を受電するための装置であって、
前記ワイヤレス電力送電機からワイヤレス電力を受電するための第1の手段と、
前記ワイヤレス電力送電機からワイヤレス電力を受電するための第2の手段であって、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段の向きは、ワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段の向きに対して変動し得る、第2の手段と、
ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段のうちの少なくとも1つに選択的に結合される負荷であって、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段がワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段に対して第1の向きを有する場合に、およびワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段がワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段に対して第2の向きを有する場合に電力を受電するように構成され、前記第1の向きは前記第2の向きと異なる、負荷と
を含む、装置。
【請求項１５】
ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段に結合される、整流するための第1の手段と、
ワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段に結合される、整流するための第2の手段と、
整流するための前記第1の手段および整流するための前記第2の手段を前記負荷に結合するための調整手段と
をさらに含む、請求項14に記載の装置。
【請求項１６】
ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段に結合される、整流するための手段と、
整流するための前記手段を前記負荷に結合するための調整手段と
をさらに含む、請求項14に記載の装置。
【請求項１７】
前記調整手段は、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段の特性に基づいて、整流するための前記手段を介して、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段のうちの1つから電力を受電するように構成される、請求項16に記載の装置。
【請求項１８】
前記特性は、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段における電圧を含む、請求項17に記載の装置。
【請求項１９】
前記特性は、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段と前記ワイヤレス電力送電機との間の相互インダクタンス、およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段と前記ワイヤレス電力送電機との間の相互インダクタンスを含む、請求項17に記載の装置。
【請求項２０】
ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段およびワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段は、第2のワイヤレス電力送電機からワイヤレス電力を受電するようにさらに構成され、ワイヤレス電力を受電するための前記第1の手段は前記第2のワイヤレス電力送電機との第3の相互結合を有し、ワイヤレス電力を受電するための前記第2の手段は前記第2のワイヤレス電力送電機との第4の相互結合を有する、請求項14から19のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
実行される際に、装置に、
ワイヤレス充電電力を送電するように構成されたワイヤレス電力送電コイルとの第1の相互結合を有する第1の受電コイルの第1の特性を決定させるコードと、
前記ワイヤレス電力送電コイルとの第2の相互結合を有する第2の受電コイルの第2の特性を決定させるコードであって、前記第1の受電コイルの向きは、前記第2の受電コイルの向きに対して変動し得る、コードと、
前記第1の特性および前記第2の特性に基づいて、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルのうちの少なくとも1つを選択させるコードと、
負荷を前記選択された受電コイルに結合させるコードであって、前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第1の向きを有する場合に、および前記第1の受電コイルが前記第2の受電コイルに対して第2の向きを有する場合に電力を受電するように構成され、前記第1の向きは前記第2の向きと異なる、コードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項２２】
実行される際に、前記装置に、前記第2の受電コイルの向きに対する前記第1の受電コイルの向きを調整させるコードをさらに含む、請求項21に記載の媒体。
【請求項２３】
実行される際に、前記装置に、
前記第1の受電コイルの出力を整流させ、
前記第2の受電コイルの出力を整流させ、
前記選択された受電コイルの出力を調整させる
コードをさらに含む、請求項21または22に記載の媒体。
【請求項２４】
前記特性は、前記第1の受電コイルおよび前記第2の受電コイルにおける電圧を含む、請求項21から23のいずれか一項に記載の媒体。
【請求項２５】
前記特性は、前記第1の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンス、および前記第2の受電コイルと前記ワイヤレス電力送電コイルとの間の相互インダクタンスを含む、請求項21から23のいずれか一項に記載の媒体。
【請求項２６】
実行される際に、前記装置に、前記ワイヤレス電力送電コイルに最も近い前記受電コイルを選択させるコードをさらに含む、請求項21から25のいずれか一項に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、複数の受信コイルを有するワイヤレス電力受信機を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して電力供給されている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリー技術は向上したが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、それを消費する。したがって、これらのデバイスは、常に再充電する必要がある。充電式デバイスは、しばしば、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様の接続部を通して有線接続を介し、充電される。ケーブルおよび同様の接続部は、時々、不便であるか、または扱いにくく、他の欠点を有することがある。充電式電子デバイスを充電するか、または電子デバイスに電力を供給するのに使用するために自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠如の一部を克服する可能性がある。したがって、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス電力伝達システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は各々、複数の態様を有し、それらのうちの単一のものが単独で、本明細書で説明する望ましい属性を担うことはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書で説明される。
【０００４】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、以下の添付の図面および説明において述べられる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００５】
本開示で説明する主題の一態様は、ワイヤレス電力送信コイルからワイヤレス電力を受信するように構成されたワイヤレス電力受信機を提供する。ワイヤレス電力受信機は、送信コイルとの第1の相互結合を有する第1の受信コイルを含む。ワイヤレス電力受信機は、送信コイルとの第2の相互結合を有する第2の受信コイルをさらに含む。第2の受信コイルは、第1の受信コイルとほぼ同じ動作周波数用に設計される。ワイヤレス電力受信機は、第1の受信コイルおよび第2の受信コイルのうちの少なくとも1つに結合される負荷をさらに含む。負荷は、ワイヤレス電力を受信するように構成される。第1の受信コイルの向きは、第2の受信コイルの向きに対して変動し得る。
【０００６】
本開示で説明する主題の別の態様は、ワイヤレス電力送信コイルからワイヤレス電力を受信するように構成されたワイヤレス電力受信機を提供する。ワイヤレス電力受信機は、送信コイルとの第1の相互結合を有する第1の受信コイルを含む。ワイヤレス電力受信機は、送信コイルとの第2の相互結合を有する第2の受信コイルを含む。ワイヤレス電力受信機は、第1の受信コイルに結合される第1の負荷を含む。第1の負荷は、ワイヤレス電力の少なくとも一部分を受信するように構成される。ワイヤレス電力受信機は、第2の受信コイルに結合される第2の負荷を含む。第2の負荷は、ワイヤレス電力の少なくとも一部分を受信するように構成される。
【０００７】
本開示で説明する主題の別の態様は、ワイヤレス電力送信コイルからワイヤレス電力を受信する方法を提供する。本方法は、第1の受信コイルの第1の特性を決定するステップを含む。第1の受信コイルは、送信コイルとの第1の相互結合を有する。本方法は、第2の受信コイルの第2の特性を決定するステップをさらに含む。第2の受信コイルは、送信コイルとの第2の相互結合を有する。第2の受信コイルは、第1の受信コイルとほぼ同じ動作周波数用に設計される。本方法は、第1の特性および第2の特性に基づいて、第1の受信コイルおよび第2の受信コイルのうちの1つを選択するステップをさらに含む。本方法は、負荷を選択された受信コイルに結合するステップをさらに含む。第1の受信コイルの向きは、第2の受信コイルの向きに対して変動し得る。
【０００８】
本開示で説明する主題の別の態様は、ワイヤレス電力送信機からワイヤレス電力を受信するための装置を提供する。本装置は、送信機からワイヤレス電力を受信するための第1の手段を含む。本装置は、送信機からワイヤレス電力を受信するための第2の手段をさらに含む。ワイヤレス電力を受信するための第2の手段は、ワイヤレス電力を受信するための第1の手段とほぼ同じ動作周波数用に設計される。本装置は、ワイヤレス電力を受信するための第1の手段およびワイヤレス電力を受信するための第2の手段のうちの少なくとも1つに結合される負荷をさらに含む。ワイヤレス電力を受信するための第1の手段の向きは、ワイヤレス電力を受信するための第2の手段の向きに対して変動し得る。
【０００９】
本開示で説明する主題の別の態様は、実行される際に、第1の受信コイルの第1の特性を装置に決定させるコードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。第1の受信コイルは、ワイヤレス充電電力を送信するように構成された送信コイルとの第1の相互結合を有する。本媒体は、実行される際に、第2の受信コイルの第2の特性を装置に決定させるコードをさらに含む。第2の受信コイルは、送信コイルとの第2の相互結合を有する。第2の受信コイルは、第1の受信コイルとほぼ同じ動作周波数用に設計される。本媒体は、実行される際に、第1の特性および第2の特性に基づいて、第1の受信コイルおよび第2の受信コイルのうちの1つを装置に選択させるコードをさらに含む。本媒体は、実行される際に、装置に、負荷を選択された受信コイルに結合させるコードをさらに含む。第1の受信コイルの向きは、第2の受信コイルの向きに対して変動し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイルを含む、図2の送信回路または受信回路の一部分の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図６Ａ】第1の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図６Ｂ】第2の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図６Ｃ】第3の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図６Ｄ】図6Bの例示的なワイヤレス電力伝達システムの斜視図である。
【図７】例示的なワイヤレス電力伝送システムの簡略ブロック図である。
【図８】例示的なワイヤレス電力伝送システムのさらに別の簡略ブロック図である。
【図９】例示的なワイヤレス電力伝送システムのさらに別の簡略ブロック図である。
【図１０】ワイヤレス充電電力を受信するための例示的な方法のフローチャートである。
【図１１】図1のワイヤレス電力伝達システム内で使用され得る例示的なワイヤレスデバイスの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面に示される様々な特徴部は、一定の縮尺で描かれていない可能性がある。したがって、様々な特徴部の寸法は、明快のために、恣意的に拡大または縮小されている可能性がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを示していないことがある。最後に、同様の参照番号は、本明細書および図を通して同様の特徴部を示すために使用され得る。
【００１２】
添付の図面に関する下記の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されており、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すように意図されていない。本説明を通して使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または、例示として役立つ」ことを意味し、必ずしも、他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利なものと解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解をもたらす目的で、具体的な詳細を含んでいる。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。場合によっては、本明細書に提示する例示的実施形態の新規性を曖昧にするのを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１３】
電力をワイヤレス伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達することを指す可能性がある(たとえば、電力は自由空間を通じて伝達することができる)。電力伝達を実現するために、「受信コイル」によって、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力される電力を受信、捕捉、または結合することができる。
【００１４】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を可能にするために、場106を生成するのに、電源(図示せず)から、送信機104に入力電力102を提供することができる。受信機108は、場106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって蓄積または消費するために、出力電力110を生成することができる。送信機104と受信機108の両方は、距離112だけ離されている。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は、相互の共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が、ほぼ同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。したがって、コイルが極めて近い(たとえば、mm)ことが必要である可能性がある純粋に誘導性のソリューションとは対照的に、より大きい距離にわたる、ワイヤレス電力伝達を可能にすることができる。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善、および様々な距離にわたる、様々な誘導コイル構成を用いた電力伝達を可能にすることができる。
【００１５】
受信機108は、送信機104によって生成されるエネルギー場106に位置するとき、電力を受信することができる。場106は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって捕捉され得る領域に対応する。場合によっては、場106は、以下でさらに説明するように、送信機104の「近接場」に対応する可能性がある。送信機104は、エネルギー伝送を出力するための送信コイル114を含む可能性がある。さらに、受信機108は、エネルギー伝送からのエネルギーを受信または捕捉するための受信コイル118を含む。近接場は、送信コイル114から電力を最小限に放射する、送信コイル114内の電流および電荷に起因する強い反応場(reactive field)が存在する領域に対応する可能性がある。場合によっては、近接場は、送信コイル114の約1波長(またはその画分)内にある領域に対応する可能性がある。送信コイル114および受信コイル118は、それらに関連するアプリケーションおよびデバイスに応じてサイズを決定される。上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を非近接場に伝播するのではなく、送信コイル114の場106内のエネルギーの大部分を受信コイル118に結合することによって起こる可能性がある。場106内にあるとき、送信コイル114と受信コイル118との間に、「結合モード」を発生させることができる。この結合が起こり得る、送信コイル114および受信コイル118の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１６】
図2は、本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100に使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222、ドライバ回路224、およびフィルタ/マッチング回路226を含み得る送信回路206を含むことができる。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数の信号を生成するように構成され得る。発振器信号は、たとえば送信コイル214の共振周波数で送信コイル214を駆動するように構成されたドライバ回路224に提供され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受け取り、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器である可能性がある。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器である可能性がある。また、フィルタ/マッチング回路226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204のインピーダンスを送信コイル214に適合させるために含まれ得る。
【００１７】
受信機208は、図2に示すバッテリー236を充電するため、または受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するために、AC電力入力からDC電力出力を生成するのに、マッチング回路232および整流スイッチング回路234を含み得る受信回路210を含むことができる。マッチング回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信コイル218にマッチングさせるために含まれ得る。加えて、受信機208および送信機204は、別々の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース、zigbee、セルラーなど)上で通信することができる。そうでない場合、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場206の特性を使用したバンド内信号伝達を介して通信することができる。
【００１８】
以下でより十分に説明するように、最初に選択的に無効にすることが可能な関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を有する可能性がある受信機208は、送信機204によって送信され受信機208によって受信される電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力量が適切であると判定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電することなく、ワイヤレス電力伝達場から受信した電力を直接利用するように構成され得る。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、および/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
【００１９】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイル352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、例示的な実施形態に使用される送信回路または受信回路350は、コイル352を含むことができる。また、コイルは、「ループ」アンテナ352と呼ぶことができるか、または「ループ」アンテナ352として構成することができる。また、コイル352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ぶことができるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成することができる。「コイル」という用語は、エネルギーをワイヤレスに出力し、または別の「コイル」に対する結合から受信することができる構成要素を指すことが意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。コイル352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コア(図示せず)を含むように構成され得る。空芯ループコイルは、コアの近傍に配置された無関係の物理デバイスに対して、より耐用性がある可能性がある。さらに、空芯ループコイル352により、他の構成要素をコア領域内に配置することが可能になる。加えて、空芯ループは、受信コイル218(図2)を送信コイル214(図2)の平面内に配置することをより容易にすることができ、送信コイル214(図2)の結合モード領域は、より強力である可能性がある。
【００２０】
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との間のマッチングした共振またはほぼマッチングした共振の間に起こる可能性がある。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振がマッチングしないときでも、エネルギーを伝達することができるが、効率に影響を及ぼす可能性がある。エネルギーの伝達は、送信コイルの場106から近傍にある受信コイルにエネルギーを結合することによって起こり、この場106は、送信コイルから自由空間にエネルギーを伝播する代わりに確立される。
【００２１】
ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは単にコイル352によって生成されたインダクタンスである可能性があるが、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を生成するためにコイルのインダクタンスに加えられ得る。非限定的な例として、共振周波数で信号358を選択する共振回路を生成するために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えることができる。したがって、より大きい直径のコイルでは、共振を持続させ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増加するにつれて減少する可能性がある。さらに、コイルの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加する可能性がある。他の構成要素を使用して形成される他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、コイル352の2つの端子間に並列にキャパシタを配置することができる。送信コイルに関して、コイル352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358は、コイル352への入力である可能性がある。
【００２２】
一実施形態では、送信機104は、送信コイル114の共振周波数に対応する周波数を有する、時間変動する磁場を出力するように構成され得る。受信機が場106内にあるとき、時間変動する磁場は、受信コイル118に電流を誘導することができる。上述のように、受信コイル118が送信コイル118の周波数で共振するように構成される場合、エネルギーを効率的に伝達することができる。受信コイル118に誘導されたAC信号は、負荷を充電または負荷に電力供給するために提供され得るDC信号を生成するのに、上述のように整流され得る。
【００２３】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406および送信コイル414を含むことができる。送信コイル414は、図3に示すコイル352である可能性がある。送信回路406は、送信コイル414の周りのエネルギー(たとえば、磁束)の生成をもたらす発振信号を提供することにより、送信コイル414にRF電力を提供することができる。送信機404は、任意の適切な周波数で動作することができる。例として、送信機404は、13.56MHzのISMバンドで動作することができる。
【００２４】
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信コイル414にマッチングさせるための固定インピーダンスマッチング回路409と、高調波放射を受信機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低減するように構成された低域フィルタ(LPF)408とを含むことができる。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数を通過させ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むことができ、コイル414への出力電力およびドライバ回路424によって引き出されたDC電流などの測定可能な送信指標に基づいて変化し得る適応インピーダンスマッチングを含むことができる。送信回路406は、発振器423によって決定されるRF信号を駆動するように構成されたドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスまたは回路から構成することができるか、または代わりに、一体型アセンブリから構成することができる。送信コイル414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度である可能性がある。
【００２５】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、取り付けられた受信機を介して隣接するデバイスと相互作用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に、特定の受信機のために送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするためのコントローラ410をさらに含むことができる。コントローラ410は、本明細書ではプロセッサ410と呼ぶこともできることに留意されたい。発振器位相および送信経路内の関連する回路の調整により、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外放射の低減が可能になり得る。
【００２６】
送信回路406は、送信コイル414によって生成された近接場の近傍の作動中の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416をさらに含むことができる。例として、負荷感知回路416は、以下でさらに説明するように、送信コイル414によって生成された場の近傍の作動中の受信機の存在または不在によって影響を及ぼされ得る、ドライバ回路424に流れる電流を監視する。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中の受信機と通信すべきかどうかを決定する際に使用するためのコントローラ410によって監視される。以下でより十分に説明するように、ドライバ回路424で測定される電流は、無効なデバイスが送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に位置するかどうかを判定するために使用され得る。
【００２７】
送信コイル414は、リッツ線とともに、または抵抗損を低く保つために選択された厚さ、幅、および金属のタイプを有するアンテナストリップとして実装され得る。一実装形態では、送信コイル414は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の携帯型でない構成などの、より大きい構造と関連付けて構成され得る。したがって、送信コイル414は、一般に、実用的な寸法となるように「巻き」を必要としない可能性がある。送信コイル414の例示的な実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、1波長の画分)であり、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することにより、より低い使用可能な周波数で共振するために同調され得る。
【００２８】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信コイル518を含み得る受信回路510を含む。受信機508は、それに受信電力を提供するためのデバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合することができることに留意されたい。エネルギーは、受信コイル518にワイヤレスに伝播され、次いで受信回路510の残りを介してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器(他の医療用デバイス)などのデバイスが含まれ得る。
【００２９】
受信コイル518は、送信コイル414(図4)と同じ周波数で、または特定の周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信コイル518は、送信コイル414と同様に寸法決定することができ、または関連するデバイス550の寸法に基づいて様々にサイズ決定することができる。例として、デバイス550は、送信コイル414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る可能性がある。そのような例では、受信コイル518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、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻きコイルとして実装され得る。例として、受信コイル518は、コイルの直径を最大化し、受信コイル518のループ巻き数(すなわち、巻回)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550のほぼ外周に配置され得る。
【００３０】
受信回路510は、受信コイル518に対するインピーダンスマッチングをもたらすことができる。受信回路510は、受信したRFエネルギー源をデバイス550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506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522を含むこともできる。RF-DC変換器520は、受信コイル518で受信されたRFエネルギー信号を、Vrectで表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutで表される出力電圧および出力電流を有するデバイス550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。部分的および完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニア変換器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。
【００３１】
受信回路510は、受信コイル518を出力変換回路506に接続するか、あるいは出力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含むことができる。電力変換回路506から受信コイル518を切断することは、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図2)から「見た」「負荷」も変化させる。
【００３２】
上記で開示したように、送信機404は、送信機ドライバ回路424にもたらされるバイアス電流の変動を検出することができる負荷感知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在するときを判定するための機構を有する。
【００３３】
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機をより効率的に送信機に結合させるために、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可能性がある。受信機508は、他の近くの受信機への結合を解消するか、または近くの送信機上の装荷を低減するために覆うこともできる。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508によって制御され送信機404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508から送信機404への通信機構を提供することができる。加えて、プロトコルは、受信機508から送信機404にメッセージを送信することを可能にする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秒程度である可能性がある。
【００３４】
例示的な一実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用したバンド内信号伝達)ではなく、デバイス感知/充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用することができる。受信機は、送信機404からのメッセージとして、これらのエネルギー変化を解釈する可能性がある。受信機側から、受信機508は、どれくらいの電力が場から受け入れられているかを調整するために受信コイル518の同調および非同調を使用することができる。場合によっては、同調および非同調は、スイッチング回路512を介して達成され得る。送信機404は、場から使用される電力のこの差を検出し、受信機508からのメッセージとして、これらの変化を解釈することができる。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用することができることに留意されたい。
【００３５】
受信回路510は、送信機から受信機への情報信号伝達に対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、信号伝達検出器/ビーコン回路514をさらに含むことができる。さらに、信号伝達/ビーコン回路514は、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、およびワイヤレス充電のために受信回路510を構成するために電力供給されない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを受信回路510内で呼び起こすために低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流するために使用することもできる。
【００３６】
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明する受信機508のプロセスを調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供する外部の有線充電ソース(たとえば、壁/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生すると、起こる可能性がある。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御するのに加えて、ビーコン状態を判定し、送信機404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514を監視することもできる。プロセッサ516は、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整することもできる。
【００３７】
上述のように、ワイヤレス電力伝達システムは、磁場を生成するように構成された送信機と、その磁場を電気エネルギーに変換するように構成された受信機とを含むことができる。受信機は、充電されるべきデバイス(DTBC)と相互接続され得る。様々な実施形態では、充電されるべきデバイスには、モバイルフォンまたはタブレットコンピュータなどのポータブル電子デバイスが含まれ得る。受信機は、送信機によって生成された磁場内に位置するとき、充電されるべきデバイスに電気エネルギーを提供することができる。本システムは、磁気誘導を介して送信機コイルから受信機コイルに電力を伝達することができる。
【００３８】
伝達され得る電力量および電力が伝達され得る効率は、送信機コイルと受信機コイルとの間の磁気結合に依存する可能性がある。磁気結合は、コイル幾何形状、コイルの相対姿勢、コイルの遮蔽、および金属の存在などの様々な因子によって影響を受ける可能性がある。一般に、ワイヤレス電力システムは、充電されるべきデバイスが充電面上にフラットにセットされている間に、ならびに送信機コイルおよび受信機コイルが互いに整列し並列である間に動作するように設計される。
【００３９】
様々な実施形態では、充電されるべきいくつかのデバイスには、複数の姿勢で充電電力を受信することができるワイヤレス電力受信機が含まれ得る。そのような複数の姿勢のある充電デバイスは、タブレットコンピュータなどのデバイスが、図6Aに示すように充電面にフラットに置かれている間と、図6Bに示すようにスタンディング状態の姿勢にある間との両方で充電電力を受信することを可能にすることができる。
【００４０】
実際には、様々な姿勢をサポートすることは、難しい可能性がある。設計目標に合わせるのに十分なワイヤレス電力伝達を維持するために、受信機コイルの設計は、金属(充電されるべきデバイスを含む)に対するコイルの近接度と、送信機パッドとのコイルの相対姿勢の両方を考慮する可能性がある。充電されるべきデバイスと送信コイルの両方に対する受信機コイルの相対姿勢を維持する、単一の受信コイルを有する、図6Aおよび図6Bに示す様々な消費者使用モデルをサポートするのは難しい可能性がある。場合によっては、単一の受信コイルが複数の充電姿勢をサポートするのは可能である場合がある。しかしながら、単一コイル設計は、コストの増加、使用しにくいモデル、またはワイヤレス電力性能の低下をもたらす可能性もある。
【００４１】
一実施形態によれば、ワイヤレス電力受信機は、図6A〜図6Cに示す使用事例などの複数の使用事例をサポートするために、複数の様々な向きの受信機コイルを使用することができる。加えて、複数コイル受信機の原理により、2つ以上の低電力送信コイルが単一の高電力受信機に電力を供給することが可能になる場合がある。単一の受信機エレクトロニクスボードは、両受信機コイルをサポートすることができる。この例示的な実施形態では、単一の受信機ボード、およびコンピューティングデバイスケースに統合された2つの受信機コイルにより、タブレットコンピュータなどのコンピューティングデバイスは、図6A〜図6Cに示す3つの姿勢で充電することが可能になる場合があり、このことは、以下でさらに詳細に説明する。
【００４２】
図6Aは、第1の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システム600の図である。図示の実施形態では、ワイヤレス電力伝達システム600は、DTBC620に接続された受信機610と、送信機630とを含む。一実施形態では、受信機610は、たとえば、DTBC620用のカバーである可能性がある。様々な実施形態では、DTBC620は、たとえばコンピューティングデバイス、タブレットコンピュータ、携帯電話などの電子デバイスである可能性がある。送信機630は、たとえば充電パッドである可能性がある。第1の構成は、「フラット」姿勢と呼ばれ得る。様々な実施形態では、「フラット」姿勢は、受信機610、DTBC620、および/または送信機630のY軸の周りの任意の回転を含むことができる。
【００４３】
受信機610は、送信機630からワイヤレス充電電力を受信するように構成され得る。一実施形態では、受信機610には、受信機108(図1)、208(図2)、および/または508(図5)のうちの1つまたは複数の態様が含まれ得る。受信機610は、送信機630内の少なくとも1つの送信コイル640からの電力伝達を受信するように構成された2つ以上の受信コイル650および660を含むことができる。一実施形態では、受信機610は、受信コイル650および660を含み、図1〜図5に関して上述した受信機回路のうちのいくつかまたはすべては、DTBC620に含まれ得る。一実施形態では、受信機610は、たとえば、プラスチック、レザーなどの非鉄鋼材料を含むハウジングを有することができる。
【００４４】
送信機630は、受信機610にワイヤレス充電電力を送信するように構成され得る。送信機630には、送信機104(図1)、204(図2)、および/または504(図5)のうちの1つまたは複数の態様が含まれ得る。一実施形態では、送信機630は、受信機610内の2つ以上の受信コイル650および660に電力伝達をもたらすように構成された少なくとも1つの送信コイル640を含む。
【００４５】
一実施形態では、2つ以上の受信コイル650および660は、互いに、ならびに送信コイルおよび/またはDTBC620に対して様々に向いている可能性がある。図6Aに示すように、ワイヤレス電力伝達システム600は、第1の構成内にある。図6Aに示す第1の構成は、たとえば、タブレット(DTBC620)がカバー(受信機610)内に封入され充電パッド(送信機630)上にある実施形態に対応する可能性がある。図示のように、第1の受信コイル650および第2の受信コイル660は、送信機640に対してほぼ同じ角度に向いている。
【００４６】
様々な実施形態において、第1および第2の受信コイル650および660は、ほぼ同じ動作周波数用に設計され得る。たとえば、第1および第2の受信コイル650および660は、10%の周波数偏差内で動作するように設計され得る。別の例として、第1および第2の受信コイル650および660は、5%の周波数偏差内で動作するように設計され得る。第1および第2の受信コイル650および660は、1%の周波数偏差内、またはより詳細には0.1%の周波数偏差内で動作するように設計され得る。
【００４７】
さらに図6Aを参照すると、第1の受信コイル650は、送信コイル640により近く、したがって、第2の受信コイル660よりも多いワイヤレス充電電力を受信する可能性がある。一実施形態では、DTBC620は、たとえば第一鉄のハウジングまたは他の干渉材料などの、ワイヤレス電力伝達と干渉する材料を含む可能性がある。DTBC620が第2の受信コイル660と送信コイル640との間にあるので、第2の受信コイル660は、第1の受信コイル650よりも少ないワイヤレス充電電力を受信する可能性がある。
【００４８】
一実施形態では、本明細書により詳細に後述するように、受信機610は、第1の構成において第2の受信コイル660がより少ないワイヤレス充電電力を受信することを検出することができ、ワイヤレス電力伝達システム600が第1の構成内にある際にワイヤレス充電電力を受信するために第1の受信コイル650を選択することができる。
【００４９】
図6Bは、第2の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システム600の図である。図示の実施形態では、ワイヤレス電力伝達システム600は、DTBC620に接続された受信機610と、送信機630とを含む。図示のように、受信機610およびDTBC620は、DTBC620が「スタンディング状態」姿勢にあるように向いている。DTBC620は、たとえば、DTBCが好ましくは傾斜した向きで見られ得るスクリーンを含む実施形態において、「スタンディング状態」姿勢に向いている可能性がある。一実施形態では、第1の受信コイル650を含む受信機610の一部分は、「スタンディング状態」姿勢のDTBCをサポートする可能性がある。様々な実施形態では、「スタンディング状態」姿勢は、受信機610、DTBC620、および/または送信機630のY軸の周りの任意の回転を含むことができる。
【００５０】
図6Bに示すように、第2の構成では、第1の受信コイル650は、第2の受信コイル660よりも送信コイル640に近い。さらに、第1の受信コイル650は、送信コイル640とほぼ同じ角度に向いている。他方では、第2の受信コイル660は、第1の受信コイル650、送信コイル640、およびDTBC620のうちの1つまたは複数に対して傾斜した角度に向いている。したがって、第2の構成では、第2の受信コイル660は、第1の受信コイル650よりも少ないワイヤレス充電電力を受信することができる。一実施形態では、本明細書により詳細に後述するように、受信機610は、第2の構成において第1の受信コイル650がより多いワイヤレス充電電力を受信することを検出することができ、ワイヤレス電力伝達システム600が第2の構成内にある際にワイヤレス充電電力を受信するために第1の受信コイル650を選択することができる。
【００５１】
図6Cは、第3の構成における例示的なワイヤレス電力伝達システム600の図である。図示の実施形態では、ワイヤレス電力伝達システム600は、DTBC620に接続された受信機610と、送信機630とを含む。図示のように、受信機610およびDTBC620は、DTBC620が「カバーに覆われていない状態のフラット」姿勢にあるように向いている。DTBC620は、たとえば、好ましくはDTBCが充電パッド上にフラットに配置される際に見られ得るスクリーンを含む実施形態において、「カバーに覆われていない状態のフラット」姿勢に向いている可能性がある。様々な実施形態では、「カバーに覆われていない状態のフラット」姿勢は、受信機610、DTBC620、および/または送信機630のY軸の周りの任意の回転を含むことができる。
【００５２】
図6Cに示すように、第3の構成では、第2の受信コイル660は、第1の受信コイル650よりも送信コイル640に近い。しかしながら、第1の構成とは異なり、DTBC620は、送信コイル640と第1の受信コイル650との間のワイヤレス電力伝達をほとんど妨害しない可能性がある。したがって、第3の構成では、第1の受信コイル650は、第2の受信コイル660とほぼ同じワイヤレス充電電力を受信することができる。一実施形態では、本明細書により詳細に後述するように、受信機610は、第2の受信コイル660が第3の構成においてほぼ同じワイヤレス充電電力を受信することを検出することができ、ワイヤレス電力伝達システム600が第3の構成内にある際にワイヤレス充電電力を受信するために第1の受信コイル650と第2の受信コイル660の両方を選択することができる。
【００５３】
図6Dは、図6Bの例示的なワイヤレス電力伝達システムの斜視図である。図示の実施形態では、ワイヤレス電力伝達システム600は、DTBC620に接続された受信機610と、送信機630とを含む。図示のように、受信機610およびDTBC620は、DTBC620が「スタンディング状態」姿勢にあるように向いている。様々な実施形態では、「スタンディング状態」姿勢は、受信機610、DTBC620、および/または送信機630のY軸の周りの任意の回転を含むことができる。
【００５４】
図7は、例示的なワイヤレス電力伝送システム700の簡略ブロック図である。ワイヤレス電力伝送システム700は、送信機710、「フラットな」RXコイル720、「スタンディング状態の」RXコイル730、第1および第2の整流器740および750、DC/DC調整器760、ならびにDTBC770を含む。一実施形態では、送信機710は、たとえば、送信機630(図6B)である可能性がある。「フラットな」RXコイル720は、たとえば、ワイヤレス電力伝送システム600が第2の構成内にあるとき、第2の受信コイル660である可能性がある。DTBC770は、たとえばDTBC620である可能性がある。様々な実施形態において、整流器740および750ならびに/またはDC/DC調整器760は、受信機610および/またはDTBC770のいずれかに含まれ得る。
【００５５】
図7に示すように、各受信コイル650および660は、それぞれ、ACコイル電圧を無調整のDC電圧に変換するように構成され得る、専用の整流器回路740および750に接続することができる。これらの第1および第2の調整器740および750の出力は、電圧調整器760に並列に接続することができる。電圧調整器760は、未調整のDC電圧を、DTBC770用の適切な調整されたDC電圧に変換することができる。一実施形態では、2つの調整器は、ダイオードのOR構成で動作する。一実施形態では、送信コイル640に最も近接している受信コイル650または660のいずれかは、より高い誘導電圧を有する。したがって、より高い誘導電圧を有する受信コイル650または660に関連する整流器は、調整器760に導通することができる。
【００５６】
図8は、例示的なワイヤレス電力伝送システム800の別の簡略ブロック図である。一実施形態では、複数の送信機コイルは、複数のDTBCに電力を供給するために使用することもできる。ワイヤレス電力伝送システム800は、送信機810、第1の送信コイル820、第1の受信コイル830、第1の受信機840、第1のDTBC850、第2の送信コイル860、第2の受信コイル870、第2の受信機880、および第2のDTBC890を含む。
【００５７】
図8に示すように、送信機810は、第1の受信コイル830に電力を供給するように構成された第1の送信コイル820を含む。第1の受信機840は、第1の受信コイル830を含むことができる。一実施形態では、第1の受信機840は、第1の受信コイル830から受信したAC信号を、第1のDTBC850に供給するために調整されたDC信号に変換することができる。一実施形態では、第1のDTBC850は、5Wのデバイスである可能性がある。
【００５８】
さらに図8を参照すると、送信機810は、第2の受信コイル870に電力を供給するように構成された第2の送信コイル860を含む。第2の受信機880は、第2の受信コイル870を含むことができる。一実施形態では、第2の受信機880は、第2の受信コイル870から受信したAC信号を、第2のDTBC890に供給するために調整されたDC信号に変換することができる。一実施形態では、第2のDTBC890は、5Wのデバイスである可能性がある。
【００５９】
図9は、例示的なワイヤレス電力伝送システム900のさらに別の簡略ブロック図である。一実施形態では、複数の受信機コイルは、複数の「低電力」送信コイルが複数の「高電力」DTBCに電力を供給することを可能にするために使用することもできる。図9のブロック図は、2つの送信機コイルが各々受信機コイルに5Wを同時に提供することが可能なワイヤレス電力システムを示す。このシステムでは、送信機コイルの数と受信機コイルの数との間に1:1の関係がある。図9に示すように、ワイヤレス電力伝送システム900は、送信機910を含む。送信機910は、第1の送信コイル920および第2の送信コイル930を含む。
【００６０】
さらに図9を参照すると、第1の送信コイル920は、第1の受信コイル930にワイヤレス充電電力を供給するように構成される。一実施形態では、第1の受信コイル930は、たとえば5Wなどの第1の受信電力の限界を有する可能性がある。第2の送信コイル930は、第2の受信コイル940にワイヤレス充電電力を供給するように構成される。一実施形態では、第2の受信コイル940は、たとえば5Wなどの第2の受信電力の限界を有する可能性がある。
【００６１】
受信機950は、第1の受信コイル930と第2の受信コイル940の両方を含むことができる。受信機950は、第1および第2の受信コイル930および940から受信したAC信号を、高電力DTBC960に供給するために調整されたDC信号に変換するように構成され得る。一実施形態では、第1のDTBC960は、受信コイル930および940のいずれか1つの電力限界よりも高い電力ドローを有する可能性がある。たとえば、第1のDTBC960は、10Wのデバイスである可能性がある。
【００６２】
図10は、ワイヤレス充電電力を受信するための例示的な方法のフローチャート1000を示す。本方法は、図1〜図9に関して上述したデバイスのうちの1つまたは複数上に実装され得る。本方法について、受信機610(図6A〜図6C)の要素に関して以下で説明するが、本明細書で説明するステップのうちの1つまたは複数を実装するために他の構成要素を使用し得ることは、当業者には諒解されよう。ブロックは、ある順序で起こるものとして説明することができるが、ブロックを並べ替えることができ、ブロックを省略することができ、および/または追加のブロックを付け加えることができる。
【００６３】
最初に、ブロック1010において、受信機610は、第1の受信コイル650の第1の特性を決定する。第1の受信コイル650は、送信コイル640との第1の相互結合を有する。一実施形態では、第1の特性は、第1の受信コイル650の電圧である可能性がある。別の実施形態では、第1の特性は、第1の受信コイル650と送信コイル640との間の相互インダクタンスである可能性がある。一実施形態では、受信機610は、第1の整流器740および第2の整流器750(図7)のうちの1つまたは複数を使用して第1の特性を決定することができる。
【００６４】
次に、ブロック1020において、受信機610は、第2の受信コイル660の第2の特性を決定する。第2の受信コイル660は、送信コイル640との第2の相互結合を有する。一実施形態では、第2の受信コイル660は、第1の受信コイル650とほぼ同じ動作周波数用に設計され得る。一実施形態では、第2の特性は、第2の受信コイル660の電圧である可能性がある。別の実施形態では、第2の特性は、第2の受信コイル660と送信コイル640との間の相互インダクタンスである可能性がある。一実施形態では、受信機610は、第1の整流器740および第2の整流器750(図7)のうちの1つまたは複数を使用して第2の特性を決定することができる。
【００６５】
次いで、ブロック1030において、受信機610は、第1の特性および第2の特性に基づいて、第1の受信コイル650および第2の受信コイル660のうちの1つを選択する。たとえば、一実施形態では、受信機610は、最も高い電圧を有する受信コイル650および/または660を選択することができる。別の実施形態では、受信機610は、送信コイル640に最も近い受信コイル650または660を選択することができる。一実施形態では、第1および第2の整流器740および750のうちの1つまたは複数は、受信コイル650および/または660を選択することができる。
【００６６】
その後、ブロック1040において、受信機610は、負荷を選択された受信コイル650および/または660に結合する。一実施形態では、受信機610は、負荷を選択された受信コイル650または660のみに結合する。別の実施形態では、受信機610は、負荷を選択された受信コイル650または660に部分的に結合し、負荷を選択されなかった受信コイル650または660に部分的に結合する。一実施形態では、選択されなかった受信コイル650または660は、選択された受信コイル650または660よりも小さく結合される。
【００６７】
図11は、図1のワイヤレス電力伝達システム内で使用され得る例示的なワイヤレスデバイスの機能ブロック図1100である。デバイス1100は、送信機630からワイヤレス電力を受信するための第1の手段1110と、送信機630からワイヤレス電力を受信するための第2の手段1120と、ワイヤレス電力を受信するための第1の手段1110またはワイヤレス電力を受信するための第2の手段1120に結合される負荷とを含む。
【００６８】
一実施形態では、ワイヤレス電力を受信するための第1の手段1110は、図10に示すブロック1010に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。ワイヤレス電力を受信するための第1の手段1110は、たとえば、受信コイル118(図1)、218(図2)、650(図6)、および/または660のうちの1つまたは複数に対応する可能性がある。一実施形態では、ワイヤレス電力を受信するための第2の手段1120は、図10に示すブロック1020に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。ワイヤレス電力を受信するための第2の手段1120は、たとえば、受信コイル118(図1)、218(図2)、650(図6)、および/または660のうちの1つまたは複数に対応する可能性がある。
【００６９】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して情報および信号を表すことができる。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。
【００７０】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する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、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能に関して上記で説明されている。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。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、そのような実装形態の決定は、本発明の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。
【００７１】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、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)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行することができる。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。
【００７２】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組合せで具現化することができる。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有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信され得る。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既知の任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。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。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。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。
【００７３】
本開示の概要を述べるために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてを実現できない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、本明細書に教示される1つの利点または利点の群を実現または最適化するような方法で具体化または実行され得る。
【００７４】
上述の実施形態への様々な修正が容易に明らかになることになり、本明細書に定義する一般原理は、本発明の趣旨および範囲を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、本明細書に示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書で開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【００７５】
700  ワイヤレス電力伝送システム
710  送信機
720  「フラットな」受信コイル
730  「スタンディング状態の」受信コイル
740  整流器
750  整流器
760  DC/DC調整器
770  DTBC
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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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