(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送電受信機であって、
磁界に応答して共振し、前記磁界から電力を受信するように構成された共振器を含むアンテナと、ここで、前記共振器が負荷に結合された出力を有し、前記負荷が第１の値のインピーダンスを有する、
前記共振器に結合された整流器回路と、ここで、前記整流器回路が第２の値へ前記負荷の前記インピーダンスを修正するように構成され、前記整流器回路の端子に配置されるシールドを使用して前記整流器回路が前記整流器回路の前記端子において高調波信号を抑止するように構成され、前記整流器回路が第１のパッケージ化されていないダイオード、第２のパッケージ化されていないダイオード、およびキャパシタを含み、ここで、前記第１のパッケージ化されていないダイオードが前記第２のパッケージ化されていないダイオードと直列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードが前記キャパシタと並列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードおよび前記キャパシタが共通の基板上に載せられる、
を備える無線送電受信機。
【請求項２】
前記キャパシタがバルクキャパシタを備え、前記整流器回路が第２のキャパシタを含み、前記バルクキャパシタが前記第２のキャパシタのキャパシタンスより大なキャパシタンスを備え、前記バルクキャパシタおよび前記第２のキャパシタが並列に結合された、請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記整流器回路がさらに、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードとそれぞれ直列に結合された第１および第２の高周波チョークを含む、請求項１に記載の受信機。
【請求項４】
前記キャパシタがマイクロチップキャパシタを備える、請求項１に記載の受信機。
【請求項５】
前記シールドが高周波（ＨＦ）シールド又は極超短波（ＵＨＦ）フェライトビード又はフィードスルーキャパシタ（feed through capacitor）の少なくとも１つを備える、請求項１に記載の受信機。
【請求項６】
前記シールドが前記受信機の動作周波数において透明であるように構成された、請求項５に記載の受信機。
【請求項７】
無線電力を受信するための方法であって、
磁界に応答して受信機共振器を共振させることと、ここで、前記受信機共振器が負荷に結合された出力を有し、前記負荷が第１の値のインピーダンスを有する、
整流器回路によって第２の値に前記負荷の前記インピーダンスを修正することと、前記整流器回路が第１のパッケージ化されていないダイオード、第２のパッケージ化されていないダイオード、およびキャパシタを含み、ここで、前記第１のパッケージ化されていないダイオードが前記第２のパッケージ化されていないダイオードと直列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードが前記キャパシタと並列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードおよび前記キャパシタが共通の基板上に載せられる、
前記整流器回路によって前記受信機共振器から抽出された電力を整流することと、
前記整流器回路の端子に配置されるシールドを使用して前記整流器回路の前記端子において前記電力を整流することによって生じる高調波信号を抑止することと、
を備える方法。
【請求項８】
前記シールドが高周波（ＨＦ）シールド又は極超短波（ＵＨＦ）フェライトビード又はフィードスルーキャパシタの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記キャパシタがバルクキャパシタを備え、前記整流器回路が第２のキャパシタを含み、前記バルクキャパシタが前記第２のキャパシタのキャパシタンスより大なキャパシタンスを備え、前記バルクキャパシタおよび前記第２のキャパシタが並列に結合された、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記整流器回路がさらに、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードとそれぞれ直列に結合された第１および第２の高周波チョークを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャパシタがマイクロチップキャパシタを備え、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
無線送電受信機であって、
磁界に応答して共振させるための手段と、ここで、前記共振させるための手段が負荷に結合された出力を有し、前記負荷が第１の値のインピーダンスを有する、
第２の値に前記負荷の前記インピーダンスを修正するための手段と、
前記共振させるための手段から抽出された電力を整流するための手段と
を備え、
前記整流するための手段の端子に配置されるシールドを使用して前記整流するための手段が前記整流するための手段の前記端子において高調波信号を抑止するように構成される、前記整流するための手段が第１のパッケージ化されていないダイオードダイオード、第２のパッケージ化されていないダイオードダイオード、およびキャパシタを含み、ここで、前記第１のパッケージ化されていないダイオードダイオードが前記第２のパッケージ化されていないダイオードダイオードと直列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードダイオードが前記キャパシタと並列に結合され、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードおよび前記キャパシタが共通の基板上に載せられる、
受信機。
【請求項１３】
前記キャパシタがバルクキャパシタを備え、前記整流するための手段が第２のキャパシタを含み、前記バルクキャパシタが前記第２のキャパシタのキャパシタンスより大なキャパシタンスを備え、前記バルクキャパシタおよび前記第２のキャパシタが並列に結合された、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１４】
前記整流するための手段がさらに、前記第１および第２のパッケージ化されていないダイオードとそれぞれ直列に結合された第１および第２の高周波チョークを含む、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１５】
前記キャパシタがマイクロチップキャパシタを備える、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１６】
前記シールドは、高周波（ＨＦ）シールド又は極超短波（ＵＨＦ）フェライトビード又はフィードスルーキャパシタの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１７】
前記シールドが前記受信機の動作周波数において透明であるように構成された、請求項１２に記載の受信機。
【請求項１８】
前記共振させるための手段が無線電力受信機共振器を含むアンテナを備え、前記負荷の前記インピーダンスを前記修正するための手段および前記電力を整流するための手段が整流器回路を備える、請求項１２に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づく優先権の主張
本出願は、下記に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
「電子デバイスの無線電力供給及び充電のための受動ダイオード整流器受信機」（"PASSIVE DIODE RECTIFIER RECEIVERS FOR WIRELESS POWERING AND CHARGING OF ELECTRONIC DEVICES"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／０９１，６８４号（出願日：２００８年８月２５日）。
【０００３】
「電子デバイスの無線電力供給及び充電のための受動ダイオード整流器受信機」（"PASSIVE DIODE RECTIFIER RECEIVERS FOR WIRELESS POWERING AND CHARGING OF ELECTRONIC DEVICES"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／１１７，９３７号（出願日：２００８年１１月２５日）。
【０００４】
「電子デバイスの無線電力供給及び充電のための受動ダイオード整流器受信機」（"PASSIVE DIODE RECTIFIER RECEIVERS FOR WIRELESS POWERING AND CHARGING OF ELECTRONIC DEVICES"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／１６１，２９１号（出願日：２００９年３月１８日）。
【０００５】
「小型デバイスへの無線充電の組み入れ」（"INTEGRATION OF WIRELESS CHARGING INTO MINI-DEVICES"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／１６１，３０６号（出願日：２００９年３月１８日）。
【０００６】
「固有負荷適合化を有する無線電力供給のための受動ダイオード整流器受信機」（"PASSIVE DIODE RECTIFIER RECEIVERS FOR WIRELESS POWERING WITH INHERENT LOAD ADAPTATION"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／１７５，３３７号（出願日：２００９年５月４日）。
【０００７】
「電力変換電子機器の開発」（"DEVELOPMENT OF HF POWER CONVERSION ELECTRONICS"）という題名を有し、ここにおいて引用されることでその開示の全体がこれによって組み入れられている米国仮特許出願第６１／２１８，８３８号（出願日：２００９年６月１９日）。
【０００８】
本発明は、一般的には、無線充電に関し、さらに具体的には、ポータブル無線充電システムに関連するデバイス、システム、及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００９】
典型的に、各々の電力が供給されるデバイス、例えば、無線電子デバイス、は、それ自体の有線の充電器及び電源を要求し、それは、通常は交流（ＡＣ）電力コンセントである。このような有線構成は、多くのデバイスが充電を必要とするときには大きすぎて扱いにくくなってしまう。充電されるべき電子デバイスに結合された送信機と受信機との間でのオーバーザエア送信又は無線送電を用いる手法が開発されつつある。受信アンテナは、放射された電力を収集してそれを整流し、デバイスに電力を供給するための又はデバイスのバッテリを充電するための使用可能な電力に変換する。無線エネルギー送信は、電力が供給されるか又は充電されるべきホストの電子デバイス内に埋め込まれた送信アンテナと、受信アンテナと、整流回路との間での結合に基づくことができる。ホストの電子デバイス内の無線電力受信機回路によって見られた場合の負荷抵抗が、例えば低い充電抵抗を呈するバッテリ技術又は形状に起因して小さいときに欠点が生じる。このような低い充電抵抗は、充電効率を低下させる。従って、低い充電抵抗を呈する電子デバイスへの無線電力の移動のための充電効率を向上させる必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、無線送電システムの簡略化されたブロック図を示している。
【図２】図２は、無線送電システムの簡略化された概略図を示している。
【図３】図３は、例示的な実施の形態による、ループアンテナの概略図を示している。
【図４】図４は、例示的な実施の形態による、無線送電システムの機能ブロック図を示している。
【図５】図５は、例示的な実施の形態による、無線電力受信機の整流器回路の変形の回路図を示している。
【図６】図６は、例示的な実施の形態による、図５の受信機の変形のアンテナ部分の配置の実現を示している。
【図７】図７は、例示的な実施の形態による、無線電力受信機の他の整流器回路の変形の回路図を示している。
【図８】図８は、例示的な実施の形態による、図７の受信機の変形のアンテナ部分の配置の実現を示した図である。
【図９】図９は、例示的な実施の形態による、図７の受信機の変形のアンテナ部分の他の配置の実現である。
【図１０】図１０は、例示的な実施の形態による、図７の受信機の変形のアンテナ部分のさらに他の配置の実現である。
【図１１】図１１は、例示的な実施の形態による、無線電力受信機のさらに他の整流器回路の変形の回路図を示している。
【図１２】図１２は、例示的な実施の形態による、図１１の受信機の変形のアンテナ部分の配置の実現である。
【図１３】図１３は、例示的な実施の形態による、図１１の受信機の変形のアンテナ部分のさらに他の配置の実現である。
【図１４】図１４は、例示的な実施の形態による、小型電子デバイス内への組み入れのための１対１のインピーダンス変換比を有する整流器回路を用いる受信機のアンテナ部分の配置の実現を示している。
【図１５Ａ】図１５Ａは、例示的な実施の形態による、整流器回路の端子における高調波をブロックするように構成された整流器回路の実装の配置を示している。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、例示的な実施の形態による、高調波の抑止を提供するためのシールディングを用いて構成されたパッケージ化された整流器回路の斜視図を示している。
【図１６】図１６は、例示的な実施の形態による、無線電力を受信するための方法のフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
語句“例示的な”は、“１つの例、事例、又は実例を提供すること”を意味するためにここにおいて用いられる。ここにおいて“例示的な”として説明されるいずれの実施の形態も、その他の実施の形態よりも好ましい又は有利であるとは必ずしも解釈されるべきではない。
【００１２】
添付される図面と関係させて以下において説明される発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施の形態の説明であることが意図され、本発明を実践することができる唯一の実施の形態を表すことは意図されない。この説明全体を通じて用いられる語句“例示的な”は、“１つの例、事例、又は実例を提供すること”を意味し、その他の例示的な実施の形態よりも好ましい又は有利であるとは必ずしも解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施の形態の徹底的な理解を可能にすることを目的とする具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施の形態は、これらの具体的な詳細なしに実践可能であることが当業者にとって明確であろう。幾つかの例においては、よく知られる構造及びデバイスは、ここにおいて提示される例示的な実施の形態の斬新さを曖昧にするのを回避するためにブロック図形で示される。
【００１３】
用語“無線電力”は、ここにおいては、物理的な電磁性の導体の使用なしに送信機から受信機に送信される電界、磁界、電磁界、又はその他と関連づけられたあらゆる形態のエネルギーを意味するために用いられる。システム内での電力変換は、例えば、携帯電話、コードレスフォン、ｉＰｏｄ、ＭＰ３プレーヤー、ヘッドセット、等を含むデバイスを無線で充電するためにここにおいて説明される。概して、無線エネルギー移動（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）の１つの根本的な原理は、例えば３０ＭＨｚ未満の周波数を用いる磁気結合共振（すなわち、共振誘導）を含む。しかしながら、相対的に高い放射線レベルにおける、例えば、１３５ｋＨｚ（ＬＦ）未満における又は１３．５６ＭＨｚ（ＨＦ）における免許が免除された動作が許可される周波数を含む様々な周波数を採用することができる。無線周波数識別（ＲＦＩＤ）システムによって通常用いられるこれらの周波数においては、システムは、干渉及び安全性に関する基準、例えば、欧州におけるＥＮ  ３００３３０又は米国におけるＦＣＣ  Ｐａｒｔ１５規範、に準拠しなければならない。一例として及び制限することなしに、ここにおいては略語ＬＦ及びＨＦが用いられ、ここで、“ＬＦ”は、f0＝１３５ｋＨｚを意味し、“ＨＦ”は、f0＝１３．５６ＭＨｚを意味する。
【００１４】
図１は、様々な例示的な実施の形態による、無線送電システム１００を示す。入力電力１０２は、エネルギー移動を提供するための磁界１０６を生成するために送信機１０４に提供される。受信機１０８は、磁界１０６に結合し、出力電力１１０に結合されたデバイス（示されていない）による貯蔵又は消費のために出力電力１１０を生成する。送信機１０４及び受信機１０８の両方は、距離１１２だけ分離される。１つの例示的な実施の形態においては、送信機１０４及び受信機１０８は、相互共振関係に従って構成され、受信機１０８の共振周波数及び送信機１０４の共振周波数が整合されたときにおいて、受信機１０８が磁界１０６の“近傍界”に位置するときに送信機１０４と受信機１０８との間の送信損失が最小になる。
【００１５】
送信機１０４は、エネルギー送信のための手段を提供するための送信アンテナ１１４をさらに含み、受信機１０８は、エネルギーの受信又は結合のための手段を提供するための受信アンテナ１１８をさらに含む。送信アンテナ及び受信アンテナは、用途及びそれらと関連づけられるデバイスに従ってサイズが決定される。記述されるように、効率的なエネルギー移動は、電磁波内のエネルギーのほとんどを遠方界に伝播させるのではなく送信アンテナの近傍界内の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発生する。この近傍界において、送信アンテナ１１４と受信アンテナ１１８との間で結合を確立することができる。この近傍界結合が発生することができるアンテナ１１４及び１１８の周囲のエリアは、ここでは結合モード領域と呼ばれる。
【００１６】
図２は、無線送電システムの簡略化された概略図を示す。送信機１０４は、入力電力１０２によって駆動され、発振器１２２と、電力増幅器又は電力段１２４と、フィルタ及び整合回路１２６と、を含む。発振器は、希望される周波数を生成するように構成され、それは、調整信号１２３に応答して調整することができる。発振器信号は、制御信号１２５に応答する増幅量を用いて電力増幅器１２４によって増幅することができる。フィルタ及び整合回路１２６は、高調波又はその他の希望されない周波数をフィルタリングして除去し及び送信機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めることができる。
【００１７】
電子デバイス１２０は、受信機１０８を含み、図２に示されるバッテリ１３６を充電するか又は受信機に結合されたデバイス（示されていない）に電力を供給するためのＤＣ電力出力を生成するための整合回路１３２と、整流器及び切り替え回路１３４と、を含むことができる。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めることができる。
【００１８】
図３に示されるように、例示的な実施の形態において用いられるアンテナは、“ループ”アンテナ１５０として構成することができ、それは、“磁気”、“共振”又は“磁気共振”アンテナと呼ぶこともできる。ループアンテナは、エアコア（ａｉｒ  ｃｏｒｅ）又は物理的コア、例えば、フェライトコア、を含めるように構成することができる。さらに、エアコアループアンテナは、コアエリア内におけるその他のコンポーネントの配置を可能にする。さらに、エアコアループは、送信アンテナ１１４（図２）の結合モード領域をより有効にすることができる送信アンテナ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することができる。
【００１９】
記述されるように、送信機１０４と受信機１０８との間でのエネルギーの効率的な移動は、送信機１０４と受信機１０８との間での整合された又はほぼ整合された共振中に生じる。しかしながら、送信機１０４と受信機１０８との間での共振が整合されないときでも、エネルギーはより低い効率で移動させることができる。エネルギーの移動は、送信アンテナの近傍界からのエネルギーを自由空間内に伝播させるのではなくむしろこの近傍界が確立されている近隣に常在する受信アンテナにそのエネルギーを結合することによって生じる。
【００２０】
ループアンテナの共振周波数は、インダクタンス及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、概して、ループによって生成されるインダクタンスであり、他方、キャパシタンスは、概して、希望される共振周波数において共振構造を作り出すためにループアンテナのインダクタンスに加えられる。限定しない例として、キャパシタ１５２及びキャパシタ１５４は、正弦波又は準正弦波信号１５６を生成する共振回路を作り出すためにアンテナに加えることができる。従って、より大きい直径のループアンテナに関しては、共振を誘導するために必要なキャパシタンスの大きさは、ループの直径又はインダクタンスが大きくなるのに従って小さくなる。さらに、ループアンテナの直径が大きくなるのに従い、近傍界の効率的なエネルギー移動面積が“近傍型”結合デバイスに関して増大する。当然のことであるが、その他の共振回路が可能である。他の限定しない例として、キャパシタは、ループアンテナの２つの端子間に並列に配置することができる。さらに、送信アンテナに関しては、共振信号１５６は、ループアンテナ１５０への入力であることができることを当業者は認識するであろう。
【００２１】
本発明の例示的な実施の形態は、互いの近傍界内に存在する２つのアンテナ間で電力を結合することを含む。記述されるように、近傍界は、電磁界が存在するがアンテナから伝播することも放射することもできないアンテナ周囲のエリアである。それらは、アンテナの物理量（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖｏｌｕｍｅ）に近い量に典型的に制限される。本発明の例示的な実施の形態においては、シングルターン（ｓｉｇｌｅ  ｔｕｒｎ）及びマルチターン（ｍｕｌｔｉ−ｔｕｒｎ）ループアンテナ等のアンテナは、起こり得る場合はこれらのアンテナの周囲の環境のほとんどが誘電性であり従って電界と比較して磁界に対してより小さい影響を有するため、送信（Ｔｘ）及び受信（Ｒｘ）の両方のアンテナシステムのために用いられる。さらに、“電気”アンテナ（例えば、ダイポール及びモノポール）として主に構成されたアンテナ又は磁気アンテナと電気アンテナの組み合わせも企図される。
【００２２】
Ｔｘアンテナは、遠方界及び上述される誘導手法によって許容されるよりも有意に大きい距離における小型Ｒｘアンテナにとって良好な結合効率（例えば、＞１０％）を達成させる上で十分に低い周波数において及び十分に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正確に決められている場合は、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内に（すなわち、近傍界又は強力に結合された状況（ｒｅｇｉｍｅ）内に）配置されたときに高い結合効率（例えば、３０％）を達成させることができる。
【００２３】
ここにおいて開示される様々な例示的な実施の形態は、デバイスを配置する柔軟性を含む異なる電力変換手法、及び送信範囲に基づいた異なる結合変形（例えば、実質的にゼロの距離でパッドを充電する解決方法のための密着的“近接型（ｃｌｏｓｅ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）”結合又は短距離無線電力の解決方法のための“近傍型（ｖｉｃｉｎｉｔｙ）”結合を特定する。密着的近接型結合用途（すなわち、強力に結合された状況、結合係数は典型的にはｋ＞０．１）は、アンテナのサイズに依存して典型的にはミリメートル又はセンチメートルのオーダーの短距離又は超短距離にわたるエネルギー移動を提供する。近傍型結合用途（すなわち、弱く結合された状況、結合係数は典型的にはｋ＜０．１）は、アンテナのサイズに依存して典型的には１０ｃｍ乃至２ｍの範囲の距離にわたる相対的に低い効率でのエネルギー移動を提供する。
【００２４】
ここにおいて説明されるように、“近接型”結合（”proximity” coupling）及び“近傍型”結合（”vicinity” coupling）は、電源／電力シンクをアンテナ／結合ネットワークに合わせて好適化するために異なる整合手法を要求することができる。さらに、様々な例示的な実施の形態は、ＬＦ及びＨＦの両方の用途のための及び送信機及び受信機のためのシステムパラメータ、設計目標、実装の変形、及び仕様を提供する。これらのパラメータ及び仕様の一部は、例えば、特定の電力変換手法とより良く一致させるために必要に応じて変更することができる。システム設計パラメータは、様々な優先事項及び妥協事項を含むことができる。具体的には、送信機及び受信機サブシステムに関する考慮事項は、結果的に低コストの実装が得られることになる高い送信効率、回路の低い複雑さを含むことができる。
【００２５】
図４は、例示的な実施の形態による、送信機と受信機との間での直接的な界結合（direct field coupling）のために構成された無線送電システムの機能ブロック図を示す。無線送電システム２００は、送信機２０４と、受信機２０８、とを含む。入力電力ＰＴＸｉｎは、エネルギー移動を提供するための直接的界結合ｋ２０６を有する圧倒的に非放射性の界を生成するために送信機２０４に提供される。受信機２０８は、非放射性界２０６に直接結合し、出力ポート２１０に結合されたバッテリ又は負荷２３６による貯蔵又は消費のために出力電力ＰＲＸｏｕｔを生成する。送信機２０４及び受信機２０８の両方は、ある距離だけ分離される。１つの例示的な実施の形態においては、送信機２０４及び受信機２０８は、相互共振関係に従って構成され、受信機２０８の共振周波数f0及び送信機２０４の共振周波数が整合されているときにおいて、受信機２０８が送信機２０４によって生成された放射された界の“近傍界”内に位置する間は送信機２０４と受信機２０８との間の送信損失が最小である。
【００２６】
送信機２０４は、エネルギー送信のための手段を提供するための送信アンテナ２１４をさらに含み、受信機２０８は、エネルギー受信のための手段を提供するための受信アンテナ２１８をさらに含む。送信機２０４は、ＡＣ−ＡＣ変換器として少なくとも部分的に機能する送信電力変換ユニット２２０をさら含む。受信機２０８は、ＡＣ−ＤＣ変換器として少なくとも部分的に機能する受信電力変換ユニット２２２をさら含む。
【００２７】
送信アンテナ２１４及び受信アンテナ２１８の両方が共通の共振周波数に合わせて同調される場合に磁界を介して送信アンテナ２１４から受信アンテナ２１８にエネルギーを効率的に結合することが可能である共振構造を形成する容量的に負荷がかけられた（ｃａｐａｃｉｔａｔｉｖｅｌｙ  ｌｏａｄｅｄ）ワイヤループ又はマルチターンコイルを使用する様々な受信アンテナ構成がここにおいて説明される。従って、送信アンテナ２１４及び受信アンテナ２１８が密着的に近接しており、その結果結合係数が典型的には３０％超になる強力に結合された状況における電子デバイス（例えば、携帯電話）の非常に効率的な無線充電が説明される。従って、ワイヤループ／コイルアンテナと適切に整合された受動
（ｐａｓｓｉｖｅ）ダイオード整流器回路とから成る様々な受信機概念がここにおいて説明される。
【００２８】
数多くのＬｉ−Ｉｏｎバッテリを電源とする電子デバイス（例えば、携帯電話）は、３．７Ｖから動作し、１Ａまでの電流で充電される（例えば、携帯電話）。従って、最大の充電電流では、バッテリは、４オームのオーダーの負荷抵抗を受信機に呈することがある。これは、これらの状態において最高の効率を達成させるためにはそれよりも高い負荷抵抗が典型的に要求されるため、概して、強力に結合された共振誘導システムとの整合をきわめて困難にする。
【００２９】
最適な負荷抵抗は、二次側のＬ−Ｃ比（アンテナのインダクタンスとキャパシタンスの比）の関数である。しかしながら、周波数、希望されるアンテナ形状−係数及びＱ係数に依存してＬ−Ｃ比の選択において制限が概して存在することがわかる。従って、デバイスのバッテリによって呈される負荷抵抗に適切に整合されている共振受信アンテナを設計することが常に可能であるわけではない。
【００３０】
能動的又は受動的な変換ネットワーク、例えば、受信電力変換ユニット２２２、は、負荷インピーダンスのコンディショニングのために用いることができる。しかしながら、能動的な変換ネットワークは、電力を消費するか又は無線電力受信機にとっての損失と複雑さを増大させる可能性があり、従って、不適切な解決方法であるとみなされる。ここにおいて説明される様々な例示的な実施の形態においては、受信電力変換ユニット２２２は、負荷２３６の負荷インピーダンスＲＬよりも大きい基本周波数で入力インピーダンスを呈するダイオード整流器回路を含む。該整流器回路は、低Ｌ−Ｃ共振受信アンテナ２１８と組み合わせることで、望ましい（すなわち、最適に近い）解決方法を提供することができる。
【００３１】
一般に、より高い動作周波数、例えば、１ＭＨｚ以上および特に１３．５６ＭＨｚでは、ダイオード回復時間の結果生じる損失の影響（すなわち、ダイオードキャパシタンス）が顕著になる。従って、低いｄｖ／ｄｔを有するダイオード電圧波形を呈するダイオードを含む回路が望ましい。一例として、これらの回路は、アンテナインダクタンスを補償しそれによって移動効率を最高にするために必要なアンチリアクタ（ａｎｔｉ−ｒｅａｃｔｏｒ）として機能することができる分路キャパシタを入力部において典型的に要求する。従って、平行な共振受信アンテナを含む受信機接続形態が適切である。
【００３２】
移動効率を最高にする所要の分路キャパシタンスは、結合係数及びバッテリ負荷抵抗の両方の関数であり、これらのパラメータのうちの１つが変更された場合における自動的な好適化（再同調）を要求する。しかしながら、結合係数の変化が限られた範囲内である強力に結合された状況及び最高の電力のみにおいて最高の効率が得られると仮定した場合、自動的な同調を要求しない合理的な妥協点を見つけることができる。
【００３３】
磁気誘導原理に基づく無線送電のための他の設計要因は、高調波が整流器回路によって生成されることである。受信アンテナ電流内、従って受信アンテナの周囲の磁界内の高調波成分は、許容可能なレベルを超えることがある。従って、受信機／整流器回路は、望ましいことに、誘導された受信アンテナ電流において最低の歪みを生み出す。
【００３４】
図５乃至１４は、負荷３３６の固有の充電インピーダンスＲＬよりも大きいインピーダンスを受信アンテナに提供するための様々なダイオード及び受信アンテナの構成を含む様々な回路の実現を含む様々な受信機構成を示す。説明される受信機構成に関しては、追加の高調波フィルタリングを有する、誘導ループＬ１  ３０２とキャパシタＣ１  ３０４とを含む直列構成の送信アンテナ３１４が想定されており、このため、送信アンテナ電流は本質的に正弦である。一例として、送信アンテナ３１４及び受信アンテナ３１８に関して結合係数＞５０％、及びそれぞれ８０及び６０の無負荷Ｑ係数を想定した場合、これらの回路は、１３．５６ＭＨｚにおいて９０％に近い移動効率（送信アンテナ入力対受信機出力）を提供することができる。
【００３５】
図５は、例示的な実施の形態による、受動ダブルダイオード半波整流器回路３００に基づく、誘導ループＬ２３３２とキャパシタＣ２３３４とを含む、共振受信アンテナ３１８を含む無線電力受信機３０８の変形Ａの回路図を示す。整流器回路３００は、ダイオードＤ２１３２８と、ダイオードＤ２２３３０と、を含む。整流器回路３００は、高周波（ＨＦ）チョーク（ｃｈｏｋｅ）ＬＨＦＣ３２４と、高周波（ＨＦ）ブロックキャパシタＣＨＦＢ３２６と、を含む。ＤＣ経路は、アンテナループを介して閉じられる。ＨＦチョーク３２４は、電流シンクとして働き、５０％のダイオード通電サイクル（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｃｙｃｌｅ）を有し、変換係数Ｍは、０．５である。さらに、基本周波数において端末Ａ２、Ａ２’で見られた場合の入力インピーダンスは、負荷抵抗ＲＬの約４倍である。
【００３６】
図６は、例えば、シングルターンループ受信アンテナ３１８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機３０８の変形Ａの低Ｌ／Ｃの実現を示す。受信機３０８の変形Ａの実現により、受信アンテナ３１８は、整流器回路３００に対する単ポイント接続のみを要求する。さらに、共振受信アンテナ３１８の誘導ループＬ２３３２は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してシングルターンループ受信アンテナ３１８を用いて実装することができる。
【００３７】
図７は、例示的な実施の形態による、受動ダブルダイオード半波整流器回路３５０に基づく、誘導ループＬ２３８２とキャパシタＣ２３８４とを含む、共振受信アンテナ３６８を含む無線電力受信機３５８の変形Ｂの回路図を示す。整流器回路３５０は、図５及び図６の整流器回路３００の対称的なバージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）として実装される。整流器回路３５０は、ダイオードＤ２１３７８と、Ｄ２１’３８０と、を含む。整流器回路３５０は、高周波（ＨＦ）チョークＬＨＦＣ３７４と、高周波（ＨＦ）ブロックキャパシタＣＨＦＢ３７６と、をさらに含む。ＨＦチョーク３７４は、電流シンクとして働き、ＨＦ損失とＤＣ損失を妥協させた最適な寸法が設定される。５０％のダイオード通電サイクルＤを用いた場合は、整流器の出力−入力電圧変換係数Ｍは、０．５である。さらに、基本周波数において端末Ａ２、Ａ２’で見られた場合の入力インピーダンスは、負荷抵抗ＲＬの約４倍である。
【００３８】
整流器回路３５０は、ダイオードＤ２１３７８及びダイオードＤ２２３８０を通るＤＣループを閉じるためのポイント３９０での誘導ループＬ２３８２のＤＣタッピングによって実装される。ポイント３９０でのこのタップは、図７に示されるように接地することができる。対称性の理由で、誘導ループＬ２３８２対称ポイント３９０をＤＣタッピングのために選択することができる。代替として、このＤＣタッピングは、ＨＦチョーク３２９を用いて誘導ループＬ２３８２に沿ったいずれかのポイントにおいて行うことも可能である（図８）。
【００３９】
図８は、例えば、シングルターンループ受信アンテナ３６８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機３５８の変形Ｂの低Ｌ／Ｃの実現を示す。図８の受信機３５８の変形Ｂの実現により、受信アンテナ３６８の誘導ループＬ２３８２は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してシングルターンループ受信アンテナ３６８を用いて実装することができる。図７に関して上記されるように、整流器回路３５０は、ポイント３９０での誘導ループＬ２３８２のＤＣタッピングによって実装することができる。しかしながら、ＨＦチョーク（ＬＨＦＣ２２）３９２が誘導ループＬ２３８２の対称ポイント３９０で接続される場合は、非対称的なモードが存在する場合においても非理想的なＨＦチョーク（ＬＨＦＣ２２）からの最小のＱ係数の劣化又は離調（ｄｅｔｕｎｉｎｇ）であることが予想される。さらに、ＨＦチョーク３７４及び３９２の両方とも同じＤＣ電流を搬送するため、負荷３３６を誘導ループＬ２３８２のＤＣ接地接続内に移動させること及びダイオードを接地に直接接続することが可能になる。
【００４０】
図９は、例えば、シングルターンループ受信アンテナ３６８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機３５８の変形Ｂの他の低Ｌ／Ｃの実現を示す。図９の受信機３５８の変形Ｂの実現により、受信アンテナ３６８の誘導ループＬ２３８２は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してシングルターンループ受信アンテナ３６８を用いて実装することができる。図９の実現の変形は、単一のＨＦチョーク３７４及び直接接地されたダイオード３７８及び３８０を用いて実装される。
【００４１】
図１０は、例えば、シングルターンループ受信アンテナ３６８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機３５８の変形Ｂの他の低Ｌ／Ｃの実現を示す。図１０の受信機３５８の変形Ｂの実現により、受信アンテナ３６８の誘導ループＬ２３８２は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してシングルターンループ受信アンテナ３６８を用いて実装することができる。図１０の実現の変形は、ＨＦチョーク３７４及び３７５の対称的な対及び直接接地されたダイオード３７８及び３８０を用いて実装される。
【００４２】
図１１は、例示的な実施の形態による、受動クワッドダイオード全波整流器回路４００に基づく、誘導ループＬ２４３２とキャパシタＣ２４３４とを含む、受信アンテナ４１８を含む無線電力受信機４０８の変形Ｃの回路図を示す。整流器回路４００は、受信アンテナ４１８によって見られた場合において整流器４００の入力をさらに増大させるように実装される。整流器回路４００は、負荷電流ＩＤＣＬを２つの等しい部分に分割することによって入力インピーダンスを増大させる。整流器回路４００は、ダイオードＤ２１４２８と、ダイオードＤ２１’４２９と、ダイオードＤ２２４３０と、ダイオードＤ２２’４３１と、を含む。整流器回路４００は、ＨＦチョーク（ＬＨＦＣ２１）４２４及び（ＬＨＦＣ２１’）４２５の対称的な対と、高周波（ＨＦ）ブロックキャパシタＣＨＦＢ４２６と、をさらに含む。整流器回路４００は、ダイオードＤ２１４２８、Ｄ２１’４２９、ダイオードＤ２２４３０及びダイオードＤ２２’４３１を通るＤＣループを閉じるためのポイント４９０での誘導ループＬ２４３２のＤＣタッピングによって実装される。ポイント４９０でのこのタップは、図１１に示されるように接地することができる。ＨＦチョーク４２４及び４２５は、電流シンクとして働き、変換係数は０．２５である。さらに、基本周波数において端末Ａ２、Ａ２’で見られた場合の入力インピーダンスは、負荷抵抗ＲＬの約１６倍である。従って、回路は、それが実際的である場合には、より高いＬ−Ｃ比を有する共振アンテナに整合し、又は、それは、必要とされる場合には、低Ｌ−Ｃ比アンテナをさらにより低い負荷抵抗に整合させるために用いることができる。
【００４３】
図１２は、例えば、シングルターンループ受信アンテナ４１８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機４０８の変形Ｃの低Ｌ／Ｃの実現を示す。図１１の受信機４０８の変形Ｃの実現により、受信アンテナ４１８の誘導ループＬ２４３２は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してシングルターンループ受信アンテナ４０８を用いて実装することができる。図１１に関して上記されたように、整流器回路４００は、ポイント４９０での誘導ループＬ２４３２のＤＣタッピングによって実装することができる。しかしながら、ＨＦチョーク（ＬＨＦＣ２２）４９２が誘導ループＬ２４３２の対称ポイント４９０で接続される場合は、非対称的なモードが存在する場合においても非理想的なＨＦチョーク（ＬＨＦＣ２２）４９２からの最小のＱ係数の劣化又は離調が生じる。さらに、ＨＦチョーク４２４、４２５（結合）及び４９２は、同じＤＣ電流を搬送するため、チョーク４９２を省略すること及びその代わりにゼロ電位が存在する対称的なポイントにおいて誘導ループを接地することが可能になる。
【００４４】
図１３は、例えば、ダブルターンループ受信アンテナ４１８’を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成された受信機４０８’の変形Ｃの他の低Ｌ／Ｃの実現を示す。図１３の受信機４０８の変形Ｃの実現により、受信アンテナ４１８の誘導ループＬ２４３２’は、負荷３３６の低充電インピーダンスＲＬを考慮してダブルターンループ受信アンテナ４１８’を用いて実装することができる。図１３の実現の変形は、ダブルＨＦチョーク４２４及び４２５及びゼロ電位が存在する対称的なポイントにおいて接地された誘導ループを用いて実装される。
【００４５】
図１４は、１対１の変換比を提供する整流器５００を有する受信機５０８の他の低Ｌ／Ｃの実現を示す。例えばシングルターンループ受信アンテナ５１８を用いる１３．５６ＭＨｚの例示的な実施の形態のために構成されたこの回路は、例示的な実施の形態により、充電抵抗が典型的により高いより小型のデバイス内への組み入れに適することができる。この例示的な実施の形態においては、ＭＰ３プレーヤー及びオーディオヘッドセット等の小型デバイスの無線充電がここにおいて説明される。受信機５０８は、（例えば、携帯電話用に寸法が設定されたシングルデバイス充電パッド（ＳＤＣＰ）での）近接型充電のために構成される。一例として、誘導ループＬ２５３２とキャパシタＣ２５３４とを含む送信アンテナ（図１５に示されない）と受信アンテナ５１８との間での結合係数は、典型的には１０％以下のオーダーであることができ、それは、中程度に結合された（例えば、近傍型の）状況であると一般的にみなすことができる。一例として、幾つかの“小型デバイス”、例えば、オーディオヘッドセット、は、３．７Ｖ  Ｌｉ−ポリマー再充電可能バッテリを使用し、０．１乃至０．２Ａの範囲の電流で充電される。最大充電電流においては、バッテリは、２０乃至４０オームの負荷抵抗を呈することができる。
【００４６】
簡略化された受信アンテナ実装は、（例えば、デバイスシェルの内周囲に沿って巻かれた）例えば銀めっき銅線又は銅リボンによって適切に形成されたシングルターンワイヤループを用いる。ループサイズは、典型的には、３０ｍｍ×１５ｍｍ以下のオーダーであることができるが、望ましくは、可能な限り実際的な大きさである。ＨＦにおける（例えば、１３．５６ＭＨｚにおける）共振は、（例えば、２乃至３ｎＦの範囲の）総キャパシタンスを提供する低等価直列抵抗（ＥＳＲ）（高Ｑ係数）を有するチップキャパシタ又はチップキャパシタの組み合わせを用いて達成され、及び、例えば、ＮＰ０又はマイカキャパシタであることができる。ヘッドセットに組み入れられた共振シングルターンループにおける実際の測定値は、１３．５６ＭＨｚにおいて８０を超える無負荷Ｑ係数を達成可能であることを示している。
【００４７】
記述されるように、望ましい受信機接続形態は、平行な共振受信アンテナ５１８と、共振誘導ループＬ２５３２のキャパシタＣ２５３４に並列に接続されたときに最適な等価負荷抵抗を呈する整流器回路５００とを含む。整流器回路５００は、ダイオードＤ２１５２８と、ダイオードＤ２１’５３０と、を含む。整流器回路５００は、高周波（ＨＦ）チョークＬＨＦＣ５２４と、高周波（ＨＦ）ブロックキャパシタＣＨＦＢ５２６と、をさらに含む。最適なアンテナ負荷は、誘導ループＬ２５３２の実際のサイズ及び結合係数（すなわち、相互インダクタンス）に依存して４０乃至１００オームの範囲内であることができる。
【００４８】
負荷（例えば、バッテリ）３３６のインピーダンスＲＬが相対的に低い場合は、２：１の変圧（４：１インピーダンス）をほぼ行う例えば図１０のステップダウン（ｓｔｅｐ−ｄｏｗｎ）整流器回路が適切な選択肢であることができる。それよりも高い抵抗インピーダンスＲＬに関しては、図１５の１：１の変換をする例示的な実施の形態が、向上された性能を提供することができる。
【００４９】
一例として、最適な並列負荷抵抗が１００オームよりも高い場合は、共振ループ受信アンテナ５１８は、第２の非共振ワイヤループ構造（示されていない）（すなわち、いわゆる結合ループ）によって誘導的に（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ）結合することができる。この手法は、整流器回路と受信アンテナとの間にそれ以上のガルバニック接続が存在しないためベッドセット内への組み入れに関して有利であることができる。従って、結合ループＬ２５３２及び整流器回路は、プリント基板上において一体化することができ、他方、共振誘導ループＬ２５３２は、ヘッドセットシェルの一体的な一部であることができる。
【００５０】
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ヘッドセット等のＲＦモジュールを組み入れた小型デバイス内での実装方法として、無線送電（例えば、充電）中に生じることがある高ＨＦ電流も考慮に入れた特殊設計によりＲＦアンテナ（例えば、２．４ＧＨｚ）を１３．５６ＭＨｚ共振誘導ループＬ２５３２と組み合わせることが理論的には可能であることができる。
【００５１】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、ここにおいて説明される様々な例示的な実施の形態による、様々な実際的な実装技法を示す。ここにおいて説明される様々な例示的な実施の形態により、無線送電受信アンテナは、送信アンテナ３１４と受信アンテナ３１８、３６８、４１８の両方が共通の共振周波数に同調されている場合に磁界を介して送信アンテナから受信アンテナにエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する容量的に負荷がかけられた（Ｃ２）ワイヤループ又はマルチターンコイル（Ｌ２）を用いる。
【００５２】
限定としてではなくて一例として、様々な例示的な実施の形態を参照してここにおいて説明される受動低ｄＶ／ｄｔダイオード整流器回路の実装及び配列を説明するために図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して整流器回路の変形Ｂ、図７の整流器回路３５０、及びより具体的には図１０の実現に言及される。受動低ｄＶ／ｄｔダイオード整流器回路は、長方形に近い電流波形を呈し、このため方形波整流器と時々呼ばれる。
【００５３】
図１５Ａは、例示的な実施の形態による、整流器回路の端子において高調波をブロックするように構成された整流器回路４５０の実装の配列を示す。実装方法として、ハードな
（ｈａｒｄ）電流切り替えによって及び同じくダイオードの順方向回復の影響によって生成されたリンギング及び高調波が、高周波数での方形波整流器の実際上の課題である。高調波周波数での寄生共振の励起によって生じるこれらのリンギングの影響は、ダイオード電圧及び電流波形において観察することができる。
【００５４】
図１０を参照すると、キャパシタＣ２３８４、ダイオードＤ２１３７８及びダイオードＤ２１’３８０によって形成される回路内の寄生リアクティブ素子は、相対的に高いＱ及び典型的に高い共振周波数を有する直列共振回路を形成する。ＨＦ等価回路は、ダイオードの幾つかの寄生インダクタンス及び接合キャパシタンスから成る。逆方向バイ接地がかけられたダイオードは、有効な直列キャパシタンスを主に決定する。（逆方向バイ接地モードにおける）ダイオードキャパシタンス及び寄生インダクタンスが低いほど、リンギング周波数が高くなる。高速低キャパシタンスショットキー（Ｓｈｏｔｔｋｙ）ダイオード
（例えば、１Ａ電流クラス）は、回路配列及び分路キャパシタＣ２３８４の特性に同じく依存してＵＨＦ内の遠く離れた周波数（例えば、数百メガヘルツ）においてリンギングを典型的に示す。電圧リンギングが、ダイオードが順方向バイ接地と逆方向バイ接地との間で整流することを強制しない限り、リンギングは、整流器回路の効率に対して悪影響を有しない。しかしながら、ある程度の発振エネルギーがダイオード及びＨＦチョークにおいて吸収される。
【００５５】
一例として、リンギングの振幅及び周波数は、回路配列及びコンポーネントＣ２、Ｄ２１’、Ｄ２１の配置によって制御することができる。実装方法として、低インダクタンス配列及び低インダクタンスキャパシタの選択は、向上された実装結果を提供することができる。一例として、ＨＦ（例えば、１３．５６ＭＨｚ）においては、キャパシタＣ２３８４は、典型的には、ナノファラドの範囲内にあり、有意な自己インダクタンスを呈することがある。
【００５６】
低インダクタンス回路は、コンポーネントが密にパッケージ化され（ｐａｃｋｅｄ）及び例えば、非常に低いインダクタンスを呈する２つの並列チップキャパシタ（例えば、ナノファラド範囲内のバルクキャパシタ及び１００ｐＦ範囲内の他のより小さいそれ）によってキャパシタＣ２を実現させる最小サイズの配列を用いて達成させることができる。さらなる実装解決方法は、パッケージ化されていないダイオードが共通の基板上にマイクロチップキャパシタとともに載せられて最小の寄生インダクタンスを有する回路が提供されるハイブリッド回路を構築することによって達成させることもできる。ＵＨＦにおいて合理的に良好に動作する広帯域ＨＦチョークの使用は、整流器回路の効率を向上させるのにも役立つことができる。
【００５７】
実装に関連する他の課題は、（例えば、携帯電話の場合においては）敏感なＲＦ機能において干渉を引き起こすことがある希望されない高調波が関係しており、それは、高周波数で動作する整流器回路に関して特に当てはまる。ダイオード寄生共振は、共振周波数の周囲における高調波成分をさらに増幅させる可能性がある。高調波がデバイスのＲＦ回路内に伝播すること及び干渉を引き起こすことを防止するために、ループアンテナとＤＣ／接地接続とを含む全整流器回路端子が適切にフィルタリングされるべきである。
【００５８】
図１５Ｂは、例示的な実施の形態による、高調波の抑止を提供するためのシールディングを用いて構成されたパッケージ化された整流器回路４５０の斜視図を示す。回路の追加のシールディングは、このフィルタリングをより有効にすることができる。回路端子において高調波成分をブロックするための適切な手法は、例えばピコファラド範囲内においてＨＦシールディング、ＵＨＦフェライトビード、及びフィードスルーキャパシタを用いることができる。ループアンテナ端子における高調波をブロックするために、フィルタコンポーネントは、ループアンテナの性能が著しく劣化されないような寸法であるべきであり、このことは、追加で用いられるコンポーネントが基本動作周波数において透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）であることを意味する。
【００５９】
様々な例示的な実施の形態が強力に結合された（すなわち近接型の）送信機と受信機の構成に関して説明されている。ここにおいて開示される技法は、送信機と受信機が密着的な近接状態である（典型的に１０％を超える結合係数）強力に結合された（すなわち、近接型の）状況における電子デバイス（例えば、携帯電話）の非常に効率的な無線充電のために最適化されている。インピーダンス変換のための手段としての受信機内でのＤＣ−ＤＣ変換器を回避する開示された実施の形態が説明されおり、整流器回路を利用しその結果複雑さとコンポーネント数の低減が得られることになる様々な例示的な実施の形態を代わりに開示している。
【００６０】
（１）ダイオードキャパシタンスの充電／放電に起因する損失を低減させるための平滑な電圧変化（低いｄＶ／ｄｔ）、（２）順方向バイ接地電圧降下に起因する損失を低減させるために１度に１つのダイオードのみを通電させることによる極小化された電圧降下損失、及び（３）有意により高い抵抗（例えば、４倍以上）への低負荷抵抗（例えば、バッテリ充電抵抗、例えば、４Ｖ／０．８Ａ＝５オーム）のインピーダンス変換を有する受信機内の適切な整流器回路が開示されている。送信機及び受信機が例えば不整合状態であるより弱い（例えば、近傍型の）結合されたシステムにおいては、充電電流が低下して負荷インピーダンスＲＬを増大させるため、結合係数は低下する。その一方で、並列共振回路を仮定した場合、増大した負荷インピーダンスは、より弱い結合状態での移動効率を上昇させる。そのような結果は、“固有負荷適合化”（inherent load adaptation）と呼ばれる。
【００６１】
一例としてそして図１０を再度参照すると、受信機３５８は、上記の要求を満たす例示的な受信機を提供する。受信機３５８は、低インダクタンス磁気ループアンテナ（例えば、シングルターン）インダクタＬ２３８２と受信アンテナ３６８を希望される周波数において共振状態にするキャパシタＣ２３８４（アンチリアクトル）と、整流器回路３５０’内のダイオード接合キャパシタンスがアンチリアクトル内に結合されてその結果より低いダイオード切り替え損失が生じるとみなすことができるようにキャパシタＣ２３８４に対して分路負荷をかける整流器回路３５０’と、を含む。
【００６２】
さらに、例えば、受信機３５８は、システムが送信電力を増大させることによって充電電力の低下を補償することを試みない場合に充電電流が降下するときに結合係数がデバイス不整合（device misalignment）に起因して低下中であるときに高効率を維持する傾向がある（固有負荷適合化）。不整合（mialignment）に対する保全（conservation）又は“グリーン”手法（”green” approach）手法は、安定した充電電流ではなく高効率を維持することを試みる。しかしながら、この方針は、充電が最高速度で行われることになる場合に（ある公差内での）充電エリアにおけるデバイスの受信機の適切な配置を要求する。
【００６３】
記述されるように、負荷（例えば、バッテリ）における充電電流の降下は、増大した充電（負荷）抵抗又はインピーダンスＲＬにつながる。他方、増大した負荷抵抗ＲＬは、並列の負荷がかけられたＱが増大するために移動効率に対してプラスの効果をもたらし、それは、より弱い結合状態において有益である。この効率の向上は、回路解析を用いて示すこと及び定量化することができる。
【００６４】
一例として、直列負荷共振受信アンテナ（図示せず）においては、結合がより弱くなるときの負荷抵抗ＲＬの増大は悪影響を有していた。従って、負荷抵抗ＲＬは、最高のリンク効率がターゲットにされる場合は低下させるべきである。弱い結合状態（例えば、約１０％の結合係数）では、並列共振受信アンテナは、直列共振受信アンテナと比較してリンク効率の点で最高１０％だけより適しているようであった。従って、直列共振受信アンテナは、密着的な近接型結合システムにとって適合性が低いとみなされる。
【００６５】
一実装として、誘導ループＬ２３８２とキャパシタＣ２３８４とを含む受信アンテナのための希望される又は最適なパラメータは、所定の負荷インピーダンスＲＬが存在する状態での無線送電効率を最高にするように決定される。負荷インピーダンスＲＬは、ここにおいて説明される様々な送信条件及び回路及び送信機と受信機との間での不整合に起因する結合係数のばらつきにより、選択された整流器回路を用いて変換することができる。
【００６６】
一般に、デバイスの周囲長（perimeter）の近似の大きさのシングルターン方形ループは、デバイス内に組み込まれたときに適切なインダクタンスを提供する。シングルターンループは、最も単純なアンテナ構造であり、最低の製造コストであることが可能である。様々な実現、例えば、銅線、（銅板から切り取られた）銅製リボン、ＰＣＢ、等が可能である。様々な例示的な実施の形態による受信機は、整流器回路の様々なダイオードが受信アンテナのキャパシタンス（アンチリアクトル）と実質的に並列であるためダイオード接合キャパシタンスがアンチリアクトルキャパシタンス内に結合されているとみなすことができる並列共振受信アンテナを含む。
【００６７】
記述されるように、ここにおいて説明される様々な例示的な実施の形態による受信機は、送信機−受信機結合係数が例えば負荷（例えば、バッテリ）のインピーダンスＲｌを増大させる不整合に起因して引き下げられるときに高い効率を維持する傾向もある。増大した負荷（例えば、バッテリ）インピーダンスＲＬは、並列の負荷がかけられたＱが増大するためプラスの効果をもたらし、それは、弱い結合状態において高い効率を維持する。記述されるように、この効果は、“固有負荷適合化”として説明することができる。
【００６８】
バッテリ管理が充電スイッチを開ける場合は（負荷がまったくない場合）、開路電圧を低減させて、バッテリ充電入力を保護するために及びデバイス充電コントローラによって許容される電圧ウィンドウ内に留まるために必要な整流器ダイオード及び回路過電圧の保護（ツェナダイオード）に対する要求を軽減する並列タンク回路の離調効果が存在する。この固有の離調効果は、並列共振アンテナ回路を使用することの他の利点である。
【００６９】
図１６は、例示的な実施の形態による、無線電力を受信するための方法のフローチャートを示す。無線電力を受信するための方法６００は、ここにおいて説明される様々な構造及び回路によってサポートされる。方法６００は、無線送電の効率を向上させるために無線電力受信機共振器への負荷インピーダンスを変換するためのステップ６０２を含む。方法６００は、磁気近傍界に応答して磁気共振器において共振するためのステップ６０４をさらに含む。方法６００は、共振している受信機共振器から抽出された電力を整流するためのステップ６０６をさらに含む。
【００７０】
当業者は、制御情報及び信号は様々な異なる技術及び技法のうちのいずれかを用いて表すことができることを理解するであろう。例えば、上記の説明全体を通じて参照されることがあるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁界、磁粒子、光学界、光学粒子、又はそのあらゆる組合せによって表すことができる。
【００７１】
ここにおいて開示される実施の形態と関係させて説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズム上のステップは、電子ハードウェアとして実装し、コンピュータソフトウェアによって制御する、又は両方の組み合わせであることができることを当業者はさらに理解するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に例示するため、上記においては、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップが、各々の機能の観点で一般的に説明されている。該機能がハードウェアとして又はソフトウェアとして実装及び制御されるかは、全体的システムに対する特定の用途上の及び設計上の制約事項に依存する。当業者は、説明されている機能を各々の特定の用途に合わせて様々な形で実装することができるが、該実装決定は、本発明の例示的な実施の形態の適用範囲からの逸脱を生じさせるものであるとは解釈すべきではない。
【００７２】
ここにおいて開示される実施の形態と関係させて説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、及び回路は、ここにおいて説明される機能を果たすように設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、その他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートロジック、ディスクリートトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又はそのあらゆる組合せ、を用いて制御することが可能である。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであることができるが、代替においては、そのプロセッサは、従来のどのようなプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンであってもよい。プロセッサは、計算デバイスの組合せ、例えば、ＤＳＰと、１つの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との組合せ、ＤＳＰコアと関連する１つ以上のマイクロプロセッサとの組合せ、又はその他のあらゆる適切な構成、として実装することも可能である。
【００７３】
ここにおいて開示される実施の形態と関係させて説明される方法又はアルゴリズムの制御ステップは、直接ハードウェア内において、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内において、又はこれらの２つの組み合わせ内において具現化することが可能である。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、読み取り専用メモリ（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、取り外し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当業において既知であるその他のあらゆる形態の記憶媒体において常駐することができる。例示的な記憶媒体は、プロセッサに結合され、このため、プロセッサは、記憶媒体から情報を読み出すこと及び記憶媒体に情報を書き込むことができる。代替においては、記憶媒体は、プロセッサと一体化させることができる。プロセッサ及び記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に常駐することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に常駐することができる。代替においては、プロセッサ及び記憶媒体は、ユーザ端末内において個別コンポーネントとして常駐することができる。
【００７４】
１つ以上の例示的な実施の形態において、説明される制御機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実装することができる。ソフトウェアにおいて実装される場合は、これらの機能は、コンピュータによって読み取り可能な媒体に格納すること又は１つ以上の命令又は符号として送信することができる。コンピュータによって読み取り可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体と、１つの場所から他へのコンピュータプログラムの転送を容易にするあらゆる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可能なあらゆる利用可能な媒体であることができる。一例として、及び制限することなしに、該コンピュータによって読み取り可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又はその他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又はその他の磁気記憶装置、又は命令又はデータ構造の形態で希望されるプログラムコードを搬送又は格納するために用いることができ及びコンピュータによってアクセスすることが可能なその他の媒体、を備えることができる。さらに、いずれの接続もコンピュータによって読み取り可能な媒体であると適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者ライン（ＤＳＬ）、又は無線技術、例えば、赤外線、無線、及びマイクロ波、を用いてウェブサイト、サーバ、又はその他の遠隔ソースから送信される場合は、該同軸ケーブル、光ファイバケーブル、より対線、ＤＳＬ、又は無線技術、例えば赤外線、無線、及びマイクロ波、は、媒体の定義の中に含まれる。ここにおいて用いられるときのディスク
（ｄｉｓｋ及びｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）（ｄｉｓｃ）と、レーザディスク（ｄｉｓｃ）と、光ディスク（ｄｉｓｃ）と、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）（ｄｉｓｃ）と、フロッピー（登録商標）ディスク（ｄｉｓｋ）と、ブルーレイ（登録商標）ディスク（ｄｉｓｃ）と、を含み、ここで、ｄｉｓｋは通常は磁気的にデータを複製し、ｄｉｓｃは、レーザを用いて光学的にデータを複製する。上記の組合せも、コンピュータによって読み取り可能な媒体の適用範囲に含めるべきである。
【００７５】
開示される例示的な実施の形態に関する前の説明は、当業者が本発明を製造又は使用することを可能にするために提供される。これらの例示的な実施の形態に対する様々な修正は、当業者にとって容易に明確になるであろう、及びここにおいて定められる一般原理は、本開示の精神又は適用範囲を逸脱せずにその他の実施の形態に対しても適用することができる。以上のように、本発明は、ここにおいて示される実施の形態に限定されることが意図されるものではなく、ここにおいて開示される原理及び斬新な特徴に一致する限りにおいて最も広範な適用範囲が認められるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
無線送電受信機であって、
磁気近傍界に応答して共振し及びそこからの無線電力を結合するように構成された並列共振器を含む受信アンテナと、
前記並列共振器に結合された受動整流器回路と、を備え、前記受動整流器回路は、前記並列共振器への負荷インピーダンスを変換するように構成される、無線送電受信機。
［Ｃ２］
前記受動整流器回路は、デュアルダイオード全波整流器回路として構成されるＣ１に記載の受信機。
［Ｃ３］
前記受動整流器回路は、前記並列共振器において見られた場合に前記負荷インピーダンスを約４対１によりステップアップすることによって前記負荷インピーダンスを変換するように構成されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ４］
前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記誘導ループは、そのループ端子のうちの１つにおいてＤＣ接地されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ５］
前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記誘導ループは、高周波チョークを用いてＤＣ接地されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ６］
前記受動整流器回路は、前記並列共振器において見られた場合に前記負荷インピーダンスを約４対１によりステップアップすることによって前記負荷インピーダンスを変換するように構成されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ７］
前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記誘導ループは、ＤＣ接地されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ８］
前記受動整流器回路は、高周波チョークを含み、前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記高周波チョークは、前記誘導ループをＤＣ接地するために前記誘導ループに結合されるＣ８に記載の受信機。
［Ｃ９］
前記受動整流器回路は、少なくとも１つのダイオードを含み、前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記少なくとも１つのダイオードは、前記誘導ループをＤＣ接地するために前記誘導ループに結合されるＣ２に記載の受信機。
［Ｃ１０］
前記受動整流器回路は、第１及び第２のダイオードを含み、前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記第１及び第２のダイオードは、ＤＣ接地するために前記誘導ループに結合され、前記整流器回路は、前記第１及び第２のダイオードと電気的に直列に各々結合された第１と第２の高周波チョークをさらに含むＣ２に記載の受信機。
［Ｃ１１］
前記受動整流器回路は、前記誘導ループがその対称ポイントにおいてＤＣ接地された対称的クワッドダイオード全波整流器回路として構成されるＣ１に記載の受信機。
［Ｃ１２］
前記受動整流器回路は、前記並列共振器において見られた場合に前記負荷インピーダンスを約１６対１だけステップアップすることによって前記負荷インピーダンスを変換するように構成されるＣ１１に記載の受信機。
［Ｃ１３］
前記並列共振器は、誘導ループを含み、前記誘導ループは、高周波チョークを用いてＤＣ接地されるＣ１１に記載の受信機。
［Ｃ１４］
前記受動整流器回路は、高周波チョークを含み、前記並列共振器は、ループインダクタを含み、前記高周波チョークは、前記ループインダクタをＤＣ接地するために前記ループインダクタに結合されるＣ１１に記載の受信機。
［Ｃ１５］
前記並列共振器は、ダブルターン誘導ループを含み、前記ダブルターン誘導ループは、その対称ポイントにおいてＤＣ接地されるＣ１１に記載の受信機。
［Ｃ１６］
前記受動整流器回路は、前記並列共振器において見られた場合に前記負荷インピーダンスを約１対１により変換するように構成されるＣ１に記載の受信機。
［Ｃ１７］
前記並列共振器は、キャパシタを含み、前記受動整流器回路は、前記キャパシタと電気的に並列な少なくとも第１及び第２のダイオードを含むＣ１に記載の受信機。
［Ｃ１８］
無線送電受信機を備える電子デバイスであって、
磁気近傍界に応答して共振し及びそこからの無線電力を結合するように構成された並列共振器を含む受信アンテナと、
前記並列共振器に結合された受動整流器回路と、を含み、前記受動整流器回路は、前記並列共振器への負荷インピーダンスを変換するように構成される、電子デバイス。
［Ｃ１９］
無線電力を受信するための方法であって、
無線送電の効率を向上させるために無線電力受信機共振器への負荷インピーダンスを変換することと、
磁気近傍界に応答して前記受信機共振器において共振することと、
前記共振している受信機共振器から抽出された電力を整流すること、とを備える、無線電力を受信するための方法。
［Ｃ２０］
負荷インピーダンスを前記変換すること及び電力を前記整流することは、同じ整流回路において行われるＣ１９に記載の方法。
［Ｃ２１］
前記整流することは、デュアルダイオード全波整流器回路として構成された受動整流器回路を用いるＣ１９に記載の方法。
［Ｃ２２］
前記整流することは、対称的クアッドダイオード全波整流器回路として構成された受動整流器回路を用いるＣ１９に記載の方法。
［Ｃ２３］
無線送電受信機であって、
無線送電の効率を向上させるために無線電力受信機共振器への負荷インピーダンスを変換するための手段と、
磁気近傍界に応答して前記受信機共振器において共振するための手段と、
前記共振している受信機共振器から抽出された電力を整流するための手段と、を備える、無線送電受信機。
【図１】
0005889857.tif 000002
【図２】
0005889857.tif 000003
【図３】
0005889857.tif 000004
【図４】
0005889857.tif 000005
【図５】
0005889857.tif 000006
【図６】
0005889857.tif 000007
【図７】
0005889857.tif 000008
【図８】
0005889857.tif 000009
【図９】
0005889857.tif 000010
【図１０】
0005889857.tif 000011
【図１１】
0005889857.tif 000012
【図１２】
0005889857.tif 000013
【図１３】
0005889857.tif 000014
【図１４】
0005889857.tif 000015
【図１５Ａ】
0005889857.tif 000016
【図１５Ｂ】
0005889857.tif 000017
【図１６】
0005889857.tif 000018