(57)【要約】  ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ回路と、ＲＦ信号を受け取るように、かつ、複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの内部に、ある中心周波数を有するＲＦエネルギー信号を存在させるように構成された複数のユニットセルと、電子装置のアンテナが、中心周波数に同調され、かつ複数のユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置された場合に、電子装置のアンテナがＲＦエネルギー信号を受信するのに応答して、電子装置を充電するように構成される受信回路と、を含むシステムが開示される。
2019506117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線装置であって、
充電表面から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、
前記無線装置に近接する１つ又は複数の無線装置に１つ又は複数の異なるＲＦ信号を送信し、及び、前記無線装置に近接する１つ又は複数の無線装置から１つ又は複数の異なるＲＦ信号を受信するように構成された第２のアンテナと、を含み、
前記無線装置は、前記１つ又は複数のＲＦ信号を、電池を充電するための電気エネルギーに変換するように構成される、無線装置。
【請求項２】
前記無線装置は、前記無線装置とは別個の、前記１つ又は複数の無線装置のうちの追加の無線装置の無線充電のために、１つ又は複数の追加のＲＦ信号を生成するように更に構成される、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記無線装置は、複数のユニットセルを更に含み、前記複数のユニットセルは、前記追加の無線装置が前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの近距離場の距離内に配置されるのに応答して、前記追加の無線装置の前記電池を充電するためにＲＦエネルギー信号が存在するように構成される、請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記近距離場の距離は約１０ｍｍ未満である、請求項３に記載の無線装置。
【請求項５】
前記無線装置は、前記無線装置とは別個の、前記１つ又は複数の無線装置のうちの追加の無線装置と、前記第２のアンテナを介してデータ及びメッセージを通信するように更に構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線装置。
【請求項６】
無線電力伝送のためのシステムであって、
第１の電子装置であって、充電表面から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、前記第１の電子装置の近傍にある１つ又は複数の他の電子装置に１つ又は複数の異なるＲＦ信号を送信及び受信するように構成された第２のアンテナと、を含む、第１の電子装置、並びに
第２の電子装置であって、前記第１の電子装置から前記１つ又は複数の異なるＲＦ信号を受信するように構成された第３のアンテナと、前記第２の電子装置が前記第１の電子装置の前記近傍にある場合に前記第２の電子装置が前記第１の電子装置から前記１つ又は複数の異なるＲＦ信号を受信するのに応答して、充電されるように構成された電池と、を含む、第２の電子装置、を含む、システム。
【請求項７】
前記第１の電子装置は、前記１つ又は複数の異なるＲＦ信号を生成するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の電子装置は、前記第２の電子装置の前記第３のアンテナが、前記ユニットセルのうちの少なくとも１つの近距離場の距離内に配置されるのに応答して、前記第２の電子装置の前記電池を充電するために、ＲＦエネルギー信号を存在させるように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の電子装置は、別個のＲＦ信号を生成するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の電子装置は、複数のユニットセルを含み、前記複数のユニットセルは、前記第１の電子装置の前記第１のアンテナが、前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの近距離場の距離内に配置されるのに応答して、前記第１の電子装置の電池を充電するために、前記別個のＲＦ信号を存在させるように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の電子装置は、前記第１の電子装置の上に配置される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２の電子装置及び前記第１の電子装置は、同一平面上に互いに対して近距離場の距離で配置される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記近傍は約１０ｍｍ未満である、請求項６〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の電子装置が前記第１の電子装置に近接して配置された場合に、メッセージを交換するために前記第１の電子装置と前記第２の電子装置との間の通信チャンネルが確立される、請求項６〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の電子装置は、前記通信チャンネルを介して、前記第１の電子装置に電力を受け取りたいとのリクエストを送信する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
無線電力伝送のための方法であって、
第１の電子装置のアンテナによって、前記第１の電子装置の近傍にある第２の電子装置に１つ又は複数のＲＦ信号を送信すること、を含み、
前記第２の電子装置は、
前記第１の電子装置から前記１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第２のアンテナと、
前記第２の電子装置が前記第１の電子装置の前記近傍にある場合に、前記第２の電子装置が前記第１の電子装置から前記１つ又は複数のＲＦ信号を受信するのに応答して、充電されるように構成された電池と、を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１の電子装置の複数のユニットセルは、前記第２の電子装置の前記第２のアンテナが前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの前記近距離場の距離内に配置されるのに応答して、前記ＲＦ信号を保存し、ＲＦエネルギー信号を存在させる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の電子装置の追加の複数のユニットセルは、前記第１の電子装置の第３のアンテナが前記追加の複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの前記近距離場の距離内に配置されるのに応答して、前記ＲＦ信号を受け取り、ＲＦエネルギー信号を存在させる、請求項１６〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の電子装置は前記第１の電子装置の上に配置される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の電子装置及び前記第１の電子装置は、同一平面上に前記近距離場の距離にある、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記近傍は約１０ｍｍ未満である、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の電子装置が前記第１の電子装置の前記近傍にある場合にメッセージを交換するために、前記第１の電子装置と前記第２の電子装置との間に通信チャンネルを確立することを更に含む、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記通信チャンネルを介して前記第１の電子装置に電力を受け取りたいとのリクエストを、前記第２の電子装置によって送信することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
電子装置を充電するための方法であって、
充電表面の複数のユニットセルの少なくとも一部の内部にＲＦエネルギー信号を存在させるために、前記充電表面の前記複数のユニットセルにＲＦ信号を印加することと、
前記電子装置のアンテナが前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に配置された場合、前記電子装置の前記アンテナで前記ＲＦエネルギー信号を受信することと、
前記アンテナが前記ＲＦエネルギー信号を受信するのに応答して、前記電子装置の電池を充電することと、を含む方法。
【請求項２５】
前記ユニットセルのうちの少なくとも１つによって、前記ＲＦエネルギー信号が前記電子装置の前記アンテナに漏出される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＲＦエネルギー信号はある中心周波数で動作し、
前記ＲＦエネルギー信号を漏出させることは、前記アンテナが前記中心周波数に同調され、かつ前記複数のユニットセルのうちの前記少なくとも１つから前記近距離場の距離内に配置された場合に、前記複数のユニットセルのうちの前記少なくとも１つによって、前記ＲＦエネルギー信号を漏出させることを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＲＦエネルギー信号は、ある中心周波数で動作し、前記アンテナが前記中心周波数に同調されている場合に前記アンテナで受信される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記近距離場の距離は約４ｍｍ未満である、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記電子装置は、前記電池が充電される前に、前記受信したＲＦエネルギー信号を整流する、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記充電表面はメタマテリアルを含む、請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＲＦエネルギー信号はある中心周波数で動作し、前記充電表面の前記複数のユニットセルは、前記中心周波数に同調されたアンテナが前記複数のユニットセルのうちの前記少なくとも１つから前記近距離場の距離内に配置されていない場合に、前記ＲＦエネルギー信号を保持するように構成される、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＲＦ信号を印加することは、パッチアンテナを使用して前記ＲＦエネルギー信号を生成することを含む、請求項２４〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記充電表面の前記複数のユニットセルのうちの１つ又は複数内に前記ＲＦエネルギー信号を保持することを更に含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＲＦエネルギー信号は、前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つによって、前記複数のユニットセルのうちの前記少なくとも１つに配置された開口部を通して漏出される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＲＦエネルギー信号が受信される前記アンテナは、前記電子装置の外部に位置する、請求項２４〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
システムであって、
ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ回路と、
複数のユニットセルであって、前記ＲＦ信号を受け取るように、かつ、前記複数のユニットセルの少なくとも幾つかの内部にＲＦエネルギー信号を存在させるように構成された複数のユニットセルを含む充電表面と、
電子装置のアンテナが前記複数のユニットセルのうちの１つ又は複数に対して近距離場の距離内に配置された場合に、前記電子装置のアンテナが前記ＲＦエネルギー信号を受信するのに応答して、前記電子装置を充電するように構成された受信回路と、を含むシステム。
【請求項３７】
前記ＲＦエネルギー信号はある中心周波数で動作し、前記充電表面の前記複数のユニットセルは、前記アンテナが前記中心周波数に同調されている場合、前記電子装置の前記アンテナに前記ＲＦエネルギー信号を漏出させるように構成される、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記近距離場の距離は約４ｍｍ未満である、請求項３６〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記受信回路は、前記受信したＲＦエネルギー信号を整流するように構成された整流回路を含む、請求項３６〜３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記ＲＦ回路は１つ又は複数のパッチアンテナを含む、請求項３６〜３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記充電表面はメタマテリアルを含む、請求項３６〜４０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４２】
前記複数のユニットセルの各ユニットセルは、パッチアンテナを有する第１の基板層と、開口部を有する第２の基板層とを含む、請求項３６〜４１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４３】
前記複数のユニットセルの各ユニットセルは、パッチアンテナと、前記パッチアンテナの実質的に周囲に配置された開口部とを有する第１の基板層を含む、請求項３６〜４１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ＲＦエネルギー信号はある中心周波数で動作し、前記複数のユニットセルの各ユニットセルは、前記中心周波数に同調されたアンテナが前記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから前記近距離場の距離内に配置されていない場合に、前記ＲＦエネルギー信号を保持するように構成される、請求項３６〜４３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４５】
前記アンテナは前記電子装置の外部に位置する、請求項３６〜４４のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
一般的に、本開示は無線充電に関する。より具体的には、本開示は低電力近距離場充電表面に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
ラップトップコンピュータ、スマートフォン、携帯用ゲーム装置、タブレット、又はその他などの電子装置は、動作するために電力を必要とする。一般的に理解されるように、電子機器は１日に少なくとも１回、又は使用頻度の高い若しくは電力を大量消費する電子装置では１日に２回以上と、頻繁に充電される。そのような作業は退屈であり、ユーザによっては負担になることがある。例えば、ユーザは、電子機器の電力が不足した場合の用心のために、充電器を持ち運ぶ必要があることがある。更に、ユーザによっては、電子機器を接続する利用可能な電源を見つけなくてはならず、これには時間がかかる。最後に、ユーザによっては、電子装置を充電できるように、壁又は何等かの他の電源にプラグ接続しなくてはならない。しかしながら、そのような作業は、充電中に電子装置を使えなくしたり、又は携帯できなくしたりすることがある。
【０００３】
幾つかの従来の解決策には、誘導性の充電パッドが含まれ、これには、磁気誘導コイル又は共振コイルが用いられることがある。当技術分野で理解されるように、そのような解決策は、電子装置が（ｉ）誘導性充電パッド上の特定の位置に載置されること、及び（ｉｉ）特定の配向を有する電磁場に起因して、給電のために特定の向きに置かれること、を依然として必要とする。更に、誘導性充電ユニットは、両方の装置（即ち、充電器、及び充電器によって充電される装置）内に大きなコイルを必要とするが、これは、例えば、寸法及び費用という理由から望ましくないことがある。従って、電子装置が誘導性充電パッド上に正しい配向で置かれないと、十分に充電できなかったり、又は充電を受けられなかったりすることがある。また、充電マットの使用後に電子装置が期待された通りに充電されていないと、ユーザは苛立つことがあり、それによって充電マットの信頼性が損なわれることがある。
【０００４】
従って、十分な充電を提供するために特定の向きに置くことを必要とすることのない、低電力の無線充電を可能にする充電表面の経済的なアプリケーションに対する要求がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、複数のユニットセルを有する充電表面にＲＦ信号を印加して、ユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に電子装置のアンテナが配置されるのに応答して電子装置を充電するために、ＲＦエネルギーを充電表面のユニットセルの内部に存在させることを含む。ユニットセルは、少なくとも部分的に周期的構造であることがあり、周期的構造は局所的に周期的であり得る一方で、周期的構造内の位置の関数として適応性があることがある。
【０００６】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、ＲＦ信号を生成するように構成された回路と、複数のユニットセルであって、ＲＦ信号を受け取るように、かつ、複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの表面から測った近距離場の距離内に電子装置のアンテナが配置されるのに応答して電子装置を充電するために、ＲＦエネルギー信号を存在させるように構成された、複数のユニットセルと、を含む。
【０００７】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、充電表面の複数のユニットセルにＲＦ信号を印加して、ＲＦエネルギー信号を充電表面のユニットセルの内部に存在させることと、電子装置のアンテナがユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に配置されると電子装置のアンテナでＲＦエネルギー信号を受信することと、アンテナがＲＦエネルギー信号を受信するのに応答して電子装置の電池を充電することと、を含む。
【０００８】
一実施形態では、本開示はシステムを提供し、このシステムは、ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ回路と、ＲＦ信号を受け取るように、かつ、受信装置が存在しない場合にはユニットセルの内部にＲＦエネルギー信号が閉じ込められる／保存されるように、かつ、受信機が表面の近距離場領域内にある場合にエネルギーを漏出させるように構成された複数のユニットセルを含む適応的結合表面（ここでは、充電表面）と、を含む。充電されるべき電子装置の受信回路は、この電子装置のアンテナが（結合表面の）ユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置されると、電子装置のアンテナがＲＦエネルギー信号を受信するのに応答して、電子装置を充電するように構成されることがある。
【０００９】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、ＲＦ信号を生成することと、ユニットセルのパッチアンテナ部材（即ち、結合表面内部に配置されており、パッチアンテナ部材又は励起素子は結合表面設計の一部（例えば、ユニットセルのうちの１つ）であることがあるか、又は励起素子は他のユニットセルの内部に配置された追加の素子であることがある）に、ビアを通って延びている導電線によって、ＲＦ信号を印加することと、パッチアンテナによって、ユニットセル内でＲＦエネルギー信号を生成することと、電子装置のアンテナがユニットセルから近距離場の距離内に配置されると、ユニットセルから電子装置のアンテナにＲＦエネルギー信号を漏出させることと、を含む。
【００１０】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、１つ又は複数のＲＦ信号を受け取るように構成された複数のユニットセルを含み、各ユニットセルは、（ｉ）１つ又は複数のＲＦ信号のうちの１つを受け取り、（ｉｉ）電子装置を充電するためのＲＦエネルギー信号を生成する、ように構成されたパッチアンテナと、電子装置のアンテナがそれぞれのユニットセルから近距離場の距離内に配置されると、ユニットセルからＲＦエネルギー信号を漏出させるように構成された開口部と、を含む。
【００１１】
一実施形態では、本開示は装置を充電するための方法を提供し、この方法は、充電表面の複数のユニットセルにＲＦ信号を印加して、ＲＦエネルギー信号を充電表面のユニットセルの内部に存在させることと、電子装置のアンテナが複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に配置されるのに応答して、高調波スクリーンフィルタ素子を使用してＲＦエネルギー信号をフィルタリングして、電子装置を充電するためのＲＦエネルギー信号を生成することと、を含む。
【００１２】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、ＲＦ信号を生成するように構成された回路と、ＲＦ信号を受け取るように、かつ、ユニットセルのうちの１つ又は複数の内部にＲＦエネルギー信号を存在させるように構成された複数のユニットセルと、複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に電子装置のアンテナが配置されるのに応答して電子装置を充電するために、ＲＦエネルギー信号をフィルタリングするように構成された高調波スクリーンフィルタ素子と、を含む。
【００１３】
一実施形態では、本開示は充電表面装置の製造方法を提供し、この方法は、ＲＦ信号を生成するように構成された回路を複数のユニットセルに結合することと、なお、複数のユニットセルはＲＦ信号を受け取るように、かつ、ユニットセルのうちの１つ又は複数の内部にＲＦエネルギー信号を存在させるように構成されており、また、複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に電子装置のアンテナが配置されるのに応答して電子装置を充電するために、ＲＦエネルギー信号をフィルタリングするように構成された高調波スクリーンフィルタ素子を取り付けることと、を含む。
【００１４】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、ある中心周波数を含むある帯域幅で構成され、かつ無線信号を通信するために使用される、アンテナによって、その中心周波数で動作する無線充電信号を受信することと、なお、無線充電信号はアンテナから近距離場の距離内に配置された充電表面から受信され、また、アンテナが閾値水準を超える電力を受信しているとの判断に応答して、受信した無線充電信号を整流器にルーティングして無線充電信号を電力信号に変換することと、を含む。
【００１５】
一実施形態では、本開示はシステムを提供し、このシステムは、無線信号を通信するために使用されるアンテナによって受信された無線充電信号からの電力を判断するように構成された受信回路と、なお、無線充電信号はアンテナから近距離場の距離内に配置された充電表面からアンテナによって受信され、また、電力を閾値水準と比較するように構成された比較回路と、受信した無線充電信号を整流して整流された信号を生成するように構成された整流回路と、整流された信号を、充電可能電池を充電するための電圧に変換するように構成された電圧変換器と、電力が閾値水準を超えている場合に受信した無線充電信号を整流器にルーティングするように構成されたスイッチング回路と、を含む。
【００１６】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、電子装置を充電するためのリクエストを示す信号を受信することと、この信号を受信するのに応答してＲＦ信号を生成することと、充電表面の複数のユニットセルにＲＦ信号を印加して、電子装置を充電するためにＲＦエネルギー信号を充電表面のユニットセル内に存在させることと、電子装置のアンテナが複数のユニットセルのうちの少なくとも１つへの近距離場の距離内に配置されると、ＲＦエネルギー信号を、充電表面の複数のユニットセルから電子装置のアンテナに漏出させることと、を含む。
【００１７】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、電子装置を充電するためのリクエストを示す信号を受信するように構成された制御回路と、それぞれがＲＦエネルギー信号を生成するように構成された複数のパッチアンテナと、電子装置のアンテナが、中心周波数に同調され、かつ複数のユニットセルのうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に配置されると、ユニットセルからＲＦエネルギー信号を漏出させるように構成された複数のユニットセルと、を含む。
【００１８】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、充電表面のユニットセル内に低電力ＲＦエネルギー信号を生成することと、電子装置のアンテナがユニットセルから近距離場の距離内に配置されると、低電力ＲＦエネルギー信号を充電表面のユニットセルから電子装置のアンテナに漏出させることと、充電表面のユニットセル内の低電力ＲＦエネルギー信号を感知することと、充電表面のユニットセル内の低電力ＲＦエネルギー信号を閾値水準と比較することと、低電力ＲＦエネルギー信号が閾値水準未満である場合に、充電表面のユニットセル内に次の低電力ＲＦエネルギー信号を生成することと、を含む。
【００１９】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、低電力ＲＦエネルギー信号を生成するように構成され得る、パッチアンテナなどの給電素子と、給電素子、ここではパッチアンテナを含むユニットセルであって、電子装置のアンテナがユニットセルから近距離場の距離内に配置されていない場合には低電力ＲＦエネルギー信号を保持し、電子装置のアンテナがユニットセルから近距離場の距離内に配置されると、低電力ＲＦエネルギー信号を漏出させるように構成されたユニットセルと、制御回路であって、ユニットセル内の低電力ＲＦエネルギー信号を感知し、低電力ＲＦエネルギー信号を閾値と比較し、低電力ＲＦエネルギー信号が閾値未満である場合には、パッチアンテナが、ユニットセル内に保存される次の低電力ＲＦエネルギー信号を生成する、ように構成される制御回路と、を含む。
【００２０】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、金属構造体が充電表面の表面に近接して配置されるのに応答して、充電表面からＲＦエネルギー信号を漏出させて、ＲＦエネルギー信号が、充電表面の表面と金属構造体との間に形成された空間に進入するようにし、その結果、電子装置のアンテナが漏出したＲＦエネルギー信号を受信し、受信したＲＦエネルギー信号を整流器にルーティングしてＲＦエネルギー信号を変換し、充電可能電池を充電できることを含む。
【００２１】
一実施形態では、本開示は電子装置を充電するための方法を提供し、この方法は、充電表面の複数のユニットセルにＲＦ信号を印加して、ＲＦエネルギー信号を充電表面のユニットセル内部に存在させることと、ＲＦエネルギー信号を、ユニットセルのうちの１つ又は複数から、充電表面の表面とユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置された電子装置の金属部分との間に形成された間隙に漏出させて、電子装置のアンテナが電子装置を充電するためにＲＦエネルギー信号を受信するようにすることと、を含む。
【００２２】
一実施形態では、本開示は充電表面装置を提供し、この充電表面装置は、ＲＦ信号を生成するように構成された回路と、複数のユニットセルとを含み、複数のユニットセルは、ＲＦ信号を受け取るように構成され、かつ、ユニットセルのうちの１つ又は複数から、充電表面の表面と電子装置の金属部分との間に形成された空洞／間隙にＲＦエネルギー信号を漏出させて、電子装置のアンテナが電子装置を充電するためにＲＦエネルギー信号を受信するようにすることにより、ユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置された電子装置を充電するために、ＲＦエネルギー信号をユニットセル内に存在させるように構成される。
【００２３】
一実施形態では、無線電力伝送のためのシステムが、第１の装置であって、充電表面から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、第１の装置に近接した１つ又は複数の装置に１つ又は複数のＲＦ信号を送信及び受信するように構成された第２のアンテナと、を含む第１の装置、並びに第２の装置であって、第１の装置から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、第２の装置が第１の装置に近接して存在する場合に、第２の装置が第１の装置から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するのに応答して充電されるように構成された電池と、を含む第２の装置、を含む。
【００２４】
一実施形態では、無線電力伝送のための方法が、第１の装置のアンテナによって、第１の装置に近接する第２の装置に１つ又は複数のＲＦ信号を送信することを含み、第２の装置は、第１の装置から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、第２の装置が第１の装置に近接して存在する場合に、第２の装置が第１の装置から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するのに応答して充電されるように構成された電池と、を含む。
【００２５】
一実施形態では、無線装置が、充電表面から１つ又は複数のＲＦ信号を受信するように構成された第１のアンテナと、この無線装置に近接する１つ又は複数の無線装置に１つ又は複数の異なるＲＦ信号を送信及び受信するように構成された第２のアンテナと、を含む。無線装置は、電池を充電するためにＲＦエネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される。
【００２６】
図面の簡単な説明
本開示の実施形態について、添付の図面を参照して、例として説明する。添付の図面は概略的であり、正確な縮尺で描かれていないことがある。図面は、従来技術を表すものとして示されていない限り、本開示の態様を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】本開示の一実施形態による、電子装置を充電するためにＲＦエネルギー信号を生成する例示的な充電表面上に配置された電子装置の例示的な実施形態を示す。
【図１Ｂ】本開示の一実施形態による、電子装置が配置される表面を含む、例示的なテーブルの図である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態による、電子装置を充電するためにＲＦエネルギー信号を生成するための、例示的な充電表面の概略図である。
【図２Ｂ】本開示の１つ又は複数の実施形態による例示的な充電表面の動作を示す流れ図である。
【図２Ｃ】本開示の１つ又は複数の実施形態による例示的な充電表面のより詳細な動作を示す流れ図である。
【図３Ａ】本開示の一実施形態による、充電表面によって生成されたＲＦエネルギー信号を受信するための例示的な電子装置の概略図である。
【図３Ｂ】本開示の１つ又は複数の実施形態による例示的な電子装置の動作を示す流れ図である。
【図４Ａ】近距離場の距離内に電子装置が配置されていない場合の充電表面を表す回路の概略図を示す。
【図４Ｂ】近距離場の距離内に電子装置が配置されている場合の充電表面を表す回路の概略図を示す。
【図４Ｃ】充電表面の近距離場の距離内に電子装置が配置されていない場合と配置されている場合のエネルギーの流れの２つの状態を伴う、等価回路の概略モデルを示す。
【図４Ｄ】図４Ｃの概略モデルの代替の表現を示す図である。
【図５Ａ】本開示の一実施形態による、２つの基板層を含む充電表面のアンテナ部分の例示的な実施形態の上面図を示す。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態による、２つの基板層を含む充電表面の給電部分（即ち、表面の接地面に作られたスロット）の例示的な実施形態の底面図である。
【図５Ｃ】本開示の一実施形態による、図５Ａ及び図５Ｂに示した充電表面のアンテナ部分用に使用されるユニットセルの例示的な実施形態の斜視図である。
【図５Ｄ】本開示の一実施形態による、図５Ｃに示したユニットセルの例示的な実施形態の俯瞰図である。
【図６Ａ】本開示の一実施形態による、１つの基板層を用いて形成された充電表面のアンテナ部分の例示的な実施形態の上面図である。
【図６Ｂ】本開示の一実施形態による、１つの基板層を用いて形成された充電表面のアンテナ部分の例示的な実施形態の底面図を示す。
【図６Ｃ】本開示の一実施形態による、図６Ａ及び図６Ｂに示した充電表面のアンテナ部分の一部を含むユニットセルの例示的な実施形態の斜視図を示す。
【図６Ｄ】本開示の一実施形態による、図６Ｃに示したユニットセルの例示的な実施形態の俯瞰図を示す。
【図６Ｅ】複数のユニットセルを含む例示的な充電表面の断面図を示す。
【図７Ａ】本開示の一実施形態による、充電表面から近距離場の距離内に配置された電子装置の例示的な実施形態の断面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの電子装置の例示的な電子的概略図を示す。
【図８Ａ】本開示の一実施形態による、金属表面を有する電子装置と充電装置の表面との間に位置する例示的なＲＦエネルギー信号の共振を示す。
【図８Ｂ】本開示の一実施形態による、電子装置を充電するために共振カプラ―を提供する充電表面のより詳細な概略図を示す。
【図８Ｃ】本開示の一実施形態による、電子装置を充電するために共振カプラ―を提供する充電表面のより詳細な概略図を示す。
【図８Ｄ】本開示の一実施形態による、電子装置を充電するために共振カプラ―を提供する充電表面のより詳細な概略図を示す。
【図９】本開示の一実施形態による、充電表面を使用して電子装置を充電するための例示的な方法の流れ図を示しており、電子装置は、充電したいとのリクエストを示す信号を通信するか、又はさもなければ充電表面と対になる。
【図１０】本開示の一実施形態による、電子装置が、充電したいとのリクエストを示す信号を通信しない場合の、充電表面を使用して電子装置を充電するための例示的な方法の流れ図を示す。
【図１１Ａ】高調波スクリーンフィルタ素子を有する充電表面のユニットセルの一実施形態の斜視図を示しており、高調波スクリーンフィルタ素子は、ユニットセルの上面の上又は上方に配置される。
【図１１Ｂ】高調波スクリーンフィルタ素子を有する充電表面のユニットセルの一実施形態の断面図を示しており（但し、高調波フィルタスクリーンは、周期的なユニットセルから作製されることがある）、高調波スクリーンフィルタ素子は、ユニットセルの上面の上又は上方に配置される。
【図１２Ａ】高調波スクリーンフィルタ素子を有する充電表面のユニットセルの一実施形態の斜視図を示しており、高調波スクリーンフィルタ素子は、ユニットセルの基板層の内部に配置される。
【図１２Ｂ】高調波スクリーンフィルタ素子を有する充電表面のユニットセルの一実施形態の断面図を示しており、高調波スクリーンフィルタ素子は、ユニットセルの基板層の内部に配置される。
【図１３Ａ】本開示の一実施形態による、複数の装置間での無線電力伝送を示す概略図である。
【図１３Ｂ】本開示の一実施形態による、複数の装置間での無線電力伝送を示す概略図である。
【図１４】本開示の一実施形態による、複数の装置間での無線電力伝送の動作を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
詳細な説明
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面への参照がなされる。図面は正確な縮尺又は比率ではないことがあり、図面では、文脈がそうではないことを規定しない限り、同様の符号は通常、同様の構成要素を特定する。詳細な説明、図面、特許請求の範囲において説明される例示的な実施形態は、限定することを意味してはいない。本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、かつ／又は他の変更を加えることができる。
【００２９】
無線充電及び高インピーダンス表面
図１Ａは、充電表面に関する本開示の一実施形態を示しており、この実施系形態では、例示的な電子装置１０４が例示的な充電表面１０２上に配置されており、例示的な充電表面１０２は電子装置１０４を充電するための無線周波数（ＲＦ）エネルギー信号を生成する。充電表面１０２はパッドとして示されているが、充電表面１０２は任意の形態を有してもよく、例えば、机上表面若しくはその一部、別の電子装置若しくは非電子装置の筐体、又は、本明細書で説明するように、電子装置を充電若しくは給電するために近距離場ＲＦ信号を介してＲＦ充電を行うことができる任意の他の表面などであってもよいことを理解されたい。充電表面１０２は、電子装置１０４、より具体的には電子装置１０４のアンテナが充電表面１０２から近距離場の距離（例えば、約４ｍｍ未満であることが好ましい）内に配置されると、電子装置１０４によって受信される無線電力伝送用の１つ又は複数のＲＦエネルギー信号を生成することができる。充電表面１０２の用途及び構成に応じて、４ｍｍよりも大きい距離と４ｍｍよりも短い距離との両方の、代替の近距離場の距離を利用することもできる。受信されたＲＦエネルギー信号は次いで、電子装置１０４の電池を充電するために、電力変換回路（例えば、整流回路）（図示せず）によって電力信号に変換される。実施形態によっては、充電表面１０２によって出力される総電力は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）規則第１５編（低電力、非認可の送信機）に準拠するために、１ワット以下である。
【００３０】
実施形態によっては、電子装置１０４は、本明細書で説明するＲＦ電力変換コンポーネントを含む任意の電子装置を含むことがある。例えば、電子装置は、タブレット、ラップトップ、携帯電話、ＰＤＡ、若しくはスマートウォッチ、フィットネス装置、ヘッドセットなどのウェアラブル装置などの様々な携帯可能技術の任意のもの、又は、本明細書で説明する原理を利用して再充電可能な若しくは動作可能な任意の他の携帯型の、可動式の、若しくは他の電子装置技術のものとすることができる。
【００３１】
実施形態によっては、充電表面１０２は、複数の側壁１０６、上面１０８、及び底面（図示せず）によって画定される筐体を含むことがある。上面１０８は、底面上に延在する。側壁１０６は、上面１０８と底面との間にまたがる。実施形態によっては、筐体はプラスチックで形成されるが、代替的に又は追加的に、他の材料、例えば、木材、金属、ゴム、ガラス、又は本明細書に記載する機能を提供することができる他の材料から形成することもできる。図１Ａに示すように、充電表面１０２は直方体の形状をしているが、他の２次元又は３次元の形状、例えば、立方体、球体、半球体、ドーム状、円錐形、ピラミッド状、又は、開いた形状若しくは閉じた形状であろうとなかろうと、任意の他の多角形の若しくは非多角形の形状も可能である。実施形態によっては、筐体は防水性又は耐水性である。充電表面１０２は、硬くても又は可撓性を有してもよく、任意選択的に、机の上又はテーブルの上に置かれた時に動かないようにするためのすべり防止底面を含むことがある。同様に、上面１０８は、面１０８と電子装置との間の動きを阻止するために、すべり防止領域（例えば、ストリップ）（図示せず）を含むか、又は全体的にすべり防止処理されていることがある。更に、固定具又は他のガイドを上面１０８に取り付けて、ユーザが電子装置を位置決めするのを助けることができる。筐体は、充電表面１０２の様々な構成要素を収容することができ、これらの構成要素については本明細書で更に詳細に説明する。なお、充電表面は、受信装置からの熱を吸収するために、熱伝導性材料（例えば、窒化アルミニウム）から作製されることがある。更に、結合表面全体は、表面を形成するようにユニットセルを成形するために使用されることがある高ＤＫ（即ち、高誘電体誘電率）のプラスチック／セラミックから作製されることがある。
【００３２】
以下でより詳細に説明するように、充電表面１０２は、少なくとも部分的に基板材料から形成される複数のユニットセルアンテナを含むことがある。基板は、FR4、Rogers、セラミック、又は当技術分野で知られている任意の他の材料などの、メタマテリアル（即ち、送信される信号の波長に比べて小さい、パッチ、双極子、又はスロットなどの要素を使用して作製される人工材料）を含むことがある。ユニットセルは、電子装置１０４が充電表面１０２上に配置されるのに先立って、電子装置１０４を充電するために使用されるＲＦエネルギー信号を保持するように設計される。即ち、近距離場の距離内に配置される電子装置１０４のアンテナが無い場合、又は、電子装置１０４のアンテナがＲＦエネルギー信号を受信するように同調されていないか又は別の態様で構成されていない場合、ユニットセルはＲＦエネルギー信号を漏出しないか、又は最小限の漏出を有する。しかしながら、ユニットセルは、受信アンテナが、ユニットセルから近距離場の距離内に配置され、かつ、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されている（又は、ＲＦエネルギー信号を受信するように別の態様で構成されている）場合、ユニットセルから電子装置１０４のアンテナにＲＦエネルギー信号を漏出させられるように適応的に構成される。本開示では、アンテナの一実施形態は、メタマテリアルを有する充電表面１０２からのＲＦエネルギー信号の漏出が発生する場合、特定の周波数に「同調されている」とみなされる。ユニットセルの１つ又は複数の表面を、メタマテリアルを用いて形成することができる。例えば、設計基準に応じて、接地面、アンテナパッチ、及び／又はその両方をメタマテリアルで形成することができる。
【００３３】
充電表面１０２のユニットセルの構成において、ユニットセルは、電子装置１０４が充電表面１０２の近接場内に配置されるのに先立って、ユニットセルの基板内で生成され基板内を伝搬する周波数信号が実質的に充電表面１０２内部で保持され得るように、周期的に間隔をおいて配置され所定の大きさに作製されることがある。即ち、電子装置１０４のアンテナが充電表面１０２の近距離場内に配置されると、ユニットセルの表面において、静電容量及びインダクタンスの電気的特性が電子装置によって持ち込まれるのに起因して、充電表面の境界条件の変化が起こる（図４Ａ及び図４Ｂを参照）。
【００３４】
電磁気の同調により、充電表面１０２のアンテナの近距離場の距離内にある特定のユニットセルにおいて漏出を可能にすることがもたらされるように、表面を設計することができる。適切に「同調」されると、ＲＦエネルギー信号は充電表面１０２のユニットセルの基板内に保持され、漏出はおこらないか、最小限になる。充電表面１０２の近距離場内にアンテナが無い場合、ＲＦエネルギー信号は充電表面１０２の表面から反射され、その結果、漏出はおこらないか、最小限になる。また、電子装置１０４のアンテナが充電表面１０２の近距離場内にある場合、適切に「同調」されていると、充電表面１０２の表面特性が変化し、信号が電子装置１０４のアンテナの位置においてユニットセルのスロット双極子又は他の特徴と整列され、その位置で漏出を発生させることができる。異なる周波数が使用されることになる場合には、この異なる周波数に対応して漏出を回避するために、充電表面１０２のユニットセルに対して寸法変更を行うことがある。一例として、より高い周波数が使用される場合、同様の性能を提供するために、より小さなユニットセルを含めることが必要である。
【００３５】
図１Ｂに関して、電子装置１１４が配置される表面１１２を含む例示的なテーブル１１０の図が示されている。表面１１２は、充電表面１０２と同じ又は類似の原理及び構成を利用した充電表面として、完全に又は部分的に動作するように構成されることがある。例えば、充電表面を含む家具を提供することにより、電子装置１１４を充電表面１１２上に配置してもよく、電子装置１１４は、図１Ａに示したような別個の充電装置又は外部パッドからは独立して充電される。多種多様な装置、家具、及び／又は構造体を、その装置、家具、及び／又は構造体の１つ又は複数の表面領域上に充電表面を含むように構成することができることを、理解されたい。水平の表面が望ましいが、代替の角度のついた表面を設けることもできることを、理解されたい。
【００３６】
図示するように、アンテナ層１１６が充電表面１０２と同じ又は類似の構造を提供し、その結果、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されたアンテナが充電表面１０２の近距離場の距離内に配置されるのに応答して、ＲＦエネルギー信号を充電表面１０２から漏出させることができる。一実施形態では、充電表面１１２の全体が電子装置を動作可能なように充電するように構成されるのではなく、本明細書で説明するように、充電表面１１２の一部が充電機能を実行するように構成されることがある。
【００３７】
図２Ａは、図１Ａの充電表面１０２の一実施形態を含む様々な構成要素の概略図２００を示す。充電表面１０２は筐体２０２を含み、ここには、アンテナ素子２０４（アンテナ素子２０４ａ〜２０４ｎとして示される）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又はマイクロコントローラ２０８、及び任意選択的な通信コンポーネント２１０が含まれることがある。筐体２０２は、信号又は波の送信及び／又は受信を可能にする任意の適切な材料、例えばプラスチック又は硬質ゴムから作製されることがある。アンテナ素子２０４は、それぞれ充電表面１０２のユニットセルのうちの１つの内部に配置され、９００ＭＨｚ、２．５ＧＨｚ、又は５．８ＧＨｚなどの周波数帯域で動作するのに適切なアンテナタイプを含むことがある、というのも、これらの周波数帯域は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）規則第１８編（工業、科学、及び医療（ＩＳＭ）用装置）に準拠するからである。他の周波数及び複数の周波数も可能である。適切なアンテナタイプには、例えば、高さ約１／２４インチ（約０．１センチメートル）から約１インチ（２．５４センチメートル）、及び幅約１／２４インチから約１インチのパッチアンテナが含まれることがある。例えば、とりわけメタマテリアル及びダイポールアンテナなどの他のタイプのアンテナ素子２０４を使用することができる。
【００３８】
一実施形態では、マイクロコントローラ２０８は、アンテナ素子２０４を使用してＲＦ伝送を生成及び制御するための回路を含むことがある。これらのＲＦ信号は、適切な圧電材料、フィルタ、及び他のコンポーネントを使用した局部発振器チップ（図示せず）を含むＲＦ回路（図示せず）、並びに外部電源２１２を使用して、生成することができる。次いで、これらのＲＦ信号は、アンテナ２０４に接続され、充電表面１０２のユニットセル内にＲＦエネルギー信号を存在させる。マイクロコントローラ２０８は、ＲＦ信号を生成する時間を決定し、結果として生じるＲＦエネルギー信号によって適切な電力レベルが生成されるようにするために、受信機自体のアンテナ素子を通じて受信機によって送信された情報を処理することができる。実施形態によっては、これは、前述したように、かつ当技術分野で理解されるように、ＲＦエネルギー信号が所望の周波数範囲内で生成されるようにするように構成された通信コンポーネント２１０を使用して、達成することができる。代替の構成では、局部信号発生器を使用するのではなく、非局部信号発生器（即ち、充電表面１０２の外部）を利用することがある。
【００３９】
実施形態によっては、電力増幅器（図示せず）及び利得制御回路（図示せず）を各アンテナ２０４に適用することがある。しかしながら、充電表面１０２内で使用され得るアンテナの数を考慮すると、複数のアンテナ２０４のそれぞれに給電するためのＲＦエネルギー信号（アンテナ２０４に印加される信号）を生成するために、ＲＦ信号（充電表面１０２に供給されるか又は充電表面１０２内部で生成されるＲＦ信号）を増幅するように１つ又は複数の電力増幅器を使用することは、回路の削減とより低いコストを可能にする。１つの特定の実施形態では、４つのＲＦ入力ポート（図示せず）を使用して充電表面１０２のアンテナ２０４に給電することがある。充電表面１０２の設計において、充電表面１０２の内部にある単一のＲＦ入力ポート又はＲＦ発生器が、特定の数又は比率のアンテナ２０４をサポートすることができる。
【００４０】
一実施形態では、通信コンポーネント２１０は、Bluetooth（登録商標）又はZigBee（登録商標）などの標準的な無線通信プロトコルを含むことがある。更に、通信コンポーネント２１０を使用して、電子装置１０４又は表面１０２用の識別子、電池レベル、位置、充電データ、又は他のそのようなデータなどの、他のデータを伝送することができる。他の通信コンポーネントも可能であり、これには、電子装置１０４の位置を決定するための音波三角測量のための周波数感知装置、レーダー、又は赤外線カメラ、が含まれることがある。
【００４１】
一実施形態では、通信コンポーネントが、充電表面１０２によって充電されることになる電子装置から無線信号（例えば、Bluetooth（登録商標）信号）を受信するのに応答して、マイクロコントローラ２０８は、デジタル信号２１４を用いて通知されて、応答性よく、通信コンポーネント２１０がアンテナ２０４に印加されることになるＲＦエネルギー信号２１６を生成するようにすることができる。代替の実施形態では、通信コンポーネントは、無線信号を受信するためにそれ自体のＲＦ回路及びアンテナを有することがあり、マイクロコントローラは、充電用のＲＦエネルギーをアンテナに印加させる。そのような構成では、ＲＦポート（図５Ｂ及び図６Ｂを参照）は、ＲＦ信号が、処理のためかつアンテナ２０４への伝達のために、通信コンポーネント２１０に伝達されるようにするために、導電体を提供することができる。更に別の実施形態では、電池パック、携帯装置の保護ケース、又は電子装置を充電若しくは給電するために使用され得る任意の他の装置などの、別個の装置が、充電表面１０２から無線信号を受信するためのＲＦ回路及びアンテナを含むことがある。
【００４２】
一実施形態では、別個のアンテナ（図示せず）が、ＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を、処理のためかつ／又はアンテナ２０４に直接的にルーティングするために、通信コンポーネント２１０に伝達するように構成されることがある。別個のアンテナの使用により、本明細書で説明するように、近距離場の態様で電子装置を充電又は給電するために充電表面１０２にＲＦ充電信号を送信する遠距離場送信機から遠隔で充電表面１０２を操作可能にすることができる。
【００４３】
電源２１２は、ラップトップ、壁面充電器、内部電池、外部電池、又は他の電源、への接続（例えば、ＵＳＢ又はマイクロＵＳＢ接続）を介して提供されることがある。電源２１２は、充電表面１０２上の又は充電表面１０２における回路に給電するために使用されることがある。
【００４４】
図２Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態による充電表面１０２の一般的な動作を示す流れ図２５０である。ステップ２５２で、充電表面１０２は、充電表面１０２のユニットセルのうちの１つ又は複数内でＲＦエネルギー信号を生成する。ユニットセルは、ユニットセルのアンテナ２０４のいずれかから近距離場の距離内に配置される電子装置１０４のアンテナが無い場合、又は、電子装置１０４のアンテナがＲＦエネルギー信号を受信するように同調されていないか又は別の態様で構成されていない場合、電子装置１０４を充電するために使用されるＲＦエネルギー信号の実質的に全て（例えば、ＲＦエネルギー信号より−３０ｄＢ低いなどの、特定の漏出閾値未満）を保持する。ステップ２５４で、ユニットセルは、電子装置１０４のアンテナが、（ｉ）ユニットセルアンテナ２０４のうちの１つから近距離場の距離内に配置され、かつ、（ｉｉ）ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されている（又は、ＲＦエネルギー信号を受信するように別の態様で構成されている）場合、ユニットセルから電子装置１０４のアンテナにＲＦエネルギー信号を漏出できるように適応する。ＲＦエネルギー信号を漏出できるようにするためのユニットセルのこの適応は、容量性インダクタンス素子（アンテナ）がユニットセルのうちの１つ又は複数の近距離場内に配置された結果である。この工程は、電子装置１０４を充電し続ける。
【００４５】
図２Ｃは、本開示の１つ又は複数の実施形態による例示的な充電表面のより詳細な工程２６０を示す流れ図である。工程２６０はステップ２６２で開始することができ、ステップ２６２では、ＲＦエネルギー信号が充電表面において供給されることがある。このＲＦエネルギー信号は、充電表面の基板内部に収容される（閉じ込められる／保存される）か又は基板内を伝搬することによって、充電表面に供給されるＲＦエネルギー信号であり得る。代替の実施形態では、ＲＦエネルギー信号を充電表面に供給するのではなく、静電容量、インダクタンス、又はＲＦ信号の変化が、受動又は能動の電子装置によって充電表面で感知されるまで、ＲＦエネルギー信号を基板内で伝搬させるために使用されるＲＦ信号をオフにすることがある。実施形態によっては、ＲＦエネルギー信号は、電子装置が充電表面に近接して配置されているか、又は実際に充電表面の近距離場内にあると判断されるまで、ＲＦエネルギー信号は断続的にオンにされるか、又は低電力レベルでオンにされることがある。
【００４６】
ステップ２６４で、電子装置のＲＦアンテナが、充電表面の近距離場に入ることがある。近距離場とは、本明細書で更に説明するように、充電表面近傍での静電容量及び／又はインダクタンスの変化に応答して、充電表面が表面からＲＦエネルギー信号を漏出させることができる範囲であり得る。
【００４７】
ステップ２６６で、ＲＦアンテナが充電表面の近距離場に入るのに応答して、ＲＦエネルギー信号が充電表面から漏出することができる。一例として、充電表面の基板内部に分配され伝搬するＲＦエネルギー信号のＲＦエネルギーの量が５Ｗである場合、ＲＦエネルギー信号は、充電表面の近距離場内にある電子装置のアンテナの位置（例えば、１つ又は複数のユニットセルの上方）に自動的にルーティングされ、そこから、充電表面の近距離場に入るアンテナに５Ｗが印加されるように漏出されることがある。当技術分野で理解されるように、充電表面の近距離場内にあることから生じる充電量は、２つのアンテナ間の結合量に基づく。例えば、結合比が１である場合、０ｄＢの損失がおこる。例えば、結合比が０．５である場合、３ｄＢの損失がおこる。
【００４８】
ステップ２６８で、充電表面の近距離場からＲＦアンテナが出ると、ステップ２７０で、ＲＦエネルギー信号は充電表面から漏出するのを停止する。そのとき、ＲＦエネルギー信号は再び充電表面の基板内部に閉じ込められる／保存される。或いは、一実施形態では、ＲＦエネルギー信号を生成するために充電表面に印加されるＲＦ信号は、電力を節約するためにオフにされる。
【００４９】
図３Ａは、電子装置１０４の一実施形態を含む様々な構成要素の概略図３００を示す。電子装置１０４は、受信コンポーネント３０２、１つ又は複数のアンテナ３０４、本開示に従って充電されることになる電池３１２、及び任意選択的な通信コンポーネント３１０を含むことがある。実施形態によっては、通信コンポーネント３１０は受信コンポーネント３０２内に含まれることがある。実施形態によっては、受信コンポーネント３０２は、１つ又は複数のスイッチ素子３０５、整流器３０６、及び電力変換器３０８を含む回路を含んでおり、整流器３０６及び電力変換器３０８は結合されていることがある。受信機３０２は、電子装置１０４の内部に配置され、電子装置のアンテナ３０４、電池３１２、及び任意選択的な通信コンポーネント３１０に接続されることがある。実施形態によっては、受信コンポーネント３０２は、信号又は波の送信及び／又は受信を可能にする任意の適切な材料、例えばプラスチック又は硬質ゴムから作製される筐体を含むことがある。
【００５０】
装置のアンテナ３０４は、図２Ａに関して上記で説明した帯域と同様の周波数帯域で動作するための適切なアンテナタイプを含むことがある。実施形態によっては、装置のアンテナ３０４は、電子装置１０４とのＷｉ−Ｆｉデータ通信用に設計されたアンテナ、及び、電子装置１０４の電気通信に関連した無線データ通信用に設計されたアンテナを含むことがある。アンテナ３０４は、消費者による使用のために容易に入手可能に生産されたアンテナなどの、従来型でかつ電子装置１０４に固有のものであることがある。実施形態によっては、上述したような周波数帯域で動作する装置のアンテナ３０４は、少なくとも２つの目的を満足させる。１つの例示的な目的は、ユーザデータの通信のため並びに無線充電機能に関連したデータの通信のために、Bluetooth又はＷＬＡＮなどの無線標準を介して、電子装置１０４とのデータ通信を容易にすることである。第２の目的は、充電表面からＲＦ充電信号を受信し、この信号を受信コンポーネント３０２に提供することである。そのような実施形態では、装置のアンテナ３０４は２つの機能を果たし、無線充電信号を受信するための別個の専用アンテナは存在しない。
【００５１】
しかしながら、他の実施形態では、電子装置１０４は２組のアンテナを含むことがある。１つ又は複数のアンテナの第１の組は、ユーザデータ並びに無線充電動作に関連したデータの通信のための、Bluetooth又はＷＬＡＮなどを介した無線データ通信を容易にするためのものであり、１つ又は複数のアンテナの第２の組は、ＲＦ無線充電信号を受信し、この信号を受信コンポーネント３０２に供給するためのものである。これらの実施形態では、アンテナの１つの組は、ＲＦ充電信号の受信専用である。なお、この実施形態では、アンテナの別個の組を使用することにより、望ましい場合には、データ通信及びＲＦ充電が異なる周波数で動作することが可能になる。
【００５２】
充電表面は、特定の動作周波数帯域を有する。電子装置１０４のアンテナの動作周波数帯域に応じて、電子装置１０４のアンテナは、近距離場内での電力伝送が行われるように、充電表面の動作周波数帯域内であるべきである。一例として、ＲＦエネルギー信号のＲＦ周波数がＷｉ−Ｆｉ周波数帯域内で動作する場合、移動体通信用のアンテナは、充電表面の周波数帯域の外側にあるおかげで、ＲＦエネルギー信号の漏出を引き起こさない。一実施形態では、アンテナ、電力変換器、及び電池を有するパワーパックなどの別個の装置を、従来の移動体通信（例えば、ＧＳＭ、ＬＴＥ、等）の周波数帯域外の周波数で動作するように構成することができる。一例として、充電表面を、無認可の周波数帯域に渡って動作するように構成することができ、パワーパックも、その周波数帯域に渡って動作するように構成することができ、その結果、充電表面によって充電されるときに通信が影響を受けないようになる。
【００５３】
実施形態によっては、受信コンポーネント３０２は、電子装置アンテナ３０４の代わりに又は電子装置アンテナ３０４に加えて使用されるアンテナ（図示せず）を組み込むことがある。そのような実施形態では、適切なアンテナタイプは、高さ約１／２４インチから約１インチ及び幅約１／２４インチから約１インチのパッチアンテナ、又は充電表面１０２によって生成されるＲＦエネルギー信号を受信することができるダイポールアンテナなどの任意の他のアンテナを含むことがある。アンテナによって送信される周波数に応じて、代替の寸法を利用することもできる。いずれにせよ、元の装置アンテナ３０４が使用されるか又は受信機３０２に組み込まれた追加のアンテナが使用されるかに関わらず、アンテナは、充電表面１０２から近距離場の距離内に配置されると、充電表面１０２によって生成されたＲＦエネルギー信号を受信するように同調されているか又はさもなければ受信するように構成されているべきである。実施形態によっては、受信コンポーネント３０２は、ＲＦエネルギー信号が受信されたことを示すための警告信号を引き起こす回路を含むことがある。警告信号は、例えば、視覚的な、オーディオの、又は物理的な表示を含むことがある。代替的な実施形態では、電子装置の内部にあるアンテナを使用するのではなく、電子装置（例えば、携帯電話）用の、一例として保護ケースとして同時に動作することがある「バックパック」などの別個の充電装置が、ＲＦエネルギー信号をＤＣ電力信号に変換する電力変換電子装置に加えてアンテナを含むことがある。
【００５４】
スイッチ素子３０５は、アンテナ３０４のうちの１つ又は複数で受信されたＲＦエネルギー信号を検出することができ、また、検出した信号が閾値を超える電力レベルに相当する場合に、この信号を整流器３０６に導くことができる。スイッチ素子は、ダイオード、トランジスタ、又は他の電子装置から形成することができ、この他の電子装置は、絶対的な又は平均の電力レベルを決定するために利用されることがあり、この電力レベルは、スイッチ素子３０５が信号を受信機から整流器３０６にルーティングし、それによって電力変換を行うようにする。例えば、実施形態によっては、スイッチは、アンテナ３０４で受信されたＲＦエネルギー信号が１０ｍＷより大きな無線電力伝送を示す場合に、受信したＲＦエネルギー信号を整流器３０６に導くことがある。他の実施形態では、スイッチは、受信したＲＦエネルギー信号が２５ｍＷより大きな無線電力伝送を示す場合に、その受信したＲＦエネルギー信号を導くことがある。このスイッチングは、電力サージが印加されるのを防止することにより、電子装置１０４の電子部品、例えば受信回路などが損傷することを防ぐように作用する。閾値電力に達していない場合、電子装置は従来の態様で動作する。
【００５５】
整流器３０６はダイオード、抵抗器、インダクタ、及び／又はコンデンサを含んで、当技術分野で理解されるように、アンテナ３０４によって生成された交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に整流する。実施形態によっては、整流器３０６及びスイッチ３０５は、損失を最小にするために、アンテナ素子３０４に技術的に可能な限り近接して配置されることがある。ＡＣ電圧を整流した後、ＤＣ電圧は電力変換器３０８を使用して調節及び／又は調整されることがある。電力変換器３０８は、入力に関わらず一定の電圧出力を電子装置、又はこの実施形態では電池３１２に提供するのを助けることができるＤＣ−ＤＣ変換器とすることができる。典型的な電圧出力は、約０．５ボルト〜約１０ボルトであり得る。他の電圧出力レベルも利用可能である。
【００５６】
図２Ａに関して上述したのと同様の、任意選択的な通信コンポーネント３１０を電子装置１０４に含めて、通信コンポーネント２１０及び他の電子機器と通信することができる。通信コンポーネント３１０は、受信コンポーネント３０２と一体化されていてもよく、又は、電子装置１０４内に配置された個別のコンポーネントであってもよい。実施形態によっては、通信コンポーネント３１０は、Bluetooth（登録商標）又はZigBee（登録商標）を含み得る標準的な無線通信プロトコルに基づくことがある。更に、通信コンポーネント３１０を使用して、電子装置１０４又は充電表面１０２用の識別子、電池レベル、位置、電子装置１０４に特有の電力要件、又は他のデータなどの、他のデータを通信することができる。
【００５７】
図３Ｂは、本開示の１つ又は複数の実施形態による電子装置１０４の一般的な動作を示す流れ図３５０である。ステップ３５２で、アンテナ３０４が、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されており（又は、ＲＦエネルギー信号を受信するように別の態様で構成されており）、ユニットセルのアンテナ２０４のうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置される場合、アンテナ３０４は、充電表面１０２のユニットセルのうちの１つ又は複数からＲＦエネルギー信号を受信する。ステップ３５４で、受信コンポーネント３０２は、受信したＲＦエネルギー信号を、ステップ３５６で装置の電池３１２を充電するために使用される電力信号に変換する。或いは、電池を充電するのではなく、電力信号は電子装置の回路に直接的に給電してもよく、それによって、電子装置が電池とは無関係に動作するようにできる。
【００５８】
図４Ａは、電子装置１０４が充電表面１０２から近距離場の距離内に配置されていない場合の、充電表面１０２の電気的状態を表す電気回路モデル４００ａの概略図を示す。電気回路モデル４００ａは、電子装置のアンテナ３０４が充電表面１０２から近距離場の距離内に配置されていない場合の、充電表面１０２の電磁的動作を表す回路４０２を含む。電気回路モデル４００ａは、電子装置のアンテナが充電表面１０２の近距離場の距離内に配置されていない状態で前もって、充電表面１０２が高インピーダンスとして同調されていないか又は別の態様で動作しないおかげで、ＲＦ信号を漏出させないか又は別の態様で出力しないように構成されている充電表面１０２のモデルを表す。
【００５９】
図４Ｂは、電子装置１０４が充電表面１０２から近距離場の距離内に配置され、電子装置１０４のアンテナ３０４が、充電表面１０２によって生成されるＲＦエネルギー信号の中心周波数に同調されている場合の、充電表面１０２と電子装置１０４との間の電気的接続を表す電気回路モデル４００ｂの概略図を示す。この電気回路モデルは、回路４０４を含み、回路４０４は、電子装置１０４が充電表面１０２の回路４０２と電磁力によって結合されて、充電表面１０２の電磁的動作に変化を引き起こしていることを表す。電気回路モデル４００ｂは、当技術分野で理解され、図４Ｃ及び図４Ｄに関して更に説明するように、代表的な電気回路モデル４００ｂを結合効果のおかげで同調させるように、電子装置のアンテナが充電表面１０２の近距離場の距離内に配置されるとＲＦ信号を漏出させるように又はＲＦ信号を別の態様で出力するように構成された充電表面１０２のモデルを表す。
【００６０】
図４Ｃは、充電表面の近距離場の距離内に電子装置が配置されていない場合と配置されている場合のエネルギーの流れの２つの状態を伴う、等価回路の概略モデルを示す。第１の状態では、空気が、充電表面の高インピーダンス表面からのエネルギーの反射を引き起こしている。第２の状態では、表面の近距離場内にアンテナ受信機を含めることで、充電表面の高インピーダンス表面を通るエネルギーの流れを可能にする誘導結合が形成される。図４Ｄは、図４Ｃの概略モデルの代替の表現を示す図である。図４Ｃ及び図４Ｄのモデルは単純化されており、より複雑なモデルを利用して適応的な高インピーダンス表面を表すことができることを、理解されたい。
【００６１】
ここで図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、充電表面のアンテナ部分５００の例示的な実施形態が提供され、この実施形態では、アンテナ部分５００は、マトリックス構造に配置された複数のユニットセル５０２を含む。実施形態によっては、ユニットセル５０２のそれぞれは、２つの基板層５１５ａ及び５１５ｂを含む。実施形態によっては、ユニットセル５０２のそれぞれの上部基板層５１５ａは、ユニットセル５０２の上部に配置される開口部５０６を画定する金属部分５０４（例えば、銅）を含む。実施形態によっては、各ユニットセル５０２の底部基板層５１５ｂは、ビア５０８を通って接地面５１４に至る電気接続部を有する金属パッチ５１２を含むパッチアンテナ５１０を含む。実施形態によっては、接地面５１４はメタマテリアルであることがある。実施形態によっては、接地面５１４は、ＲＦ信号をユニットセル５０２に伝導させるために図５Ｂに示すようにＲＦポート５０５に接続されている。
【００６２】
実施形態によっては、パッチアンテナ５１０は、上部基板層５１５ａ内部で放射するＲＦエネルギー信号を生成するように構成される。本開示によれば、ＲＦエネルギー信号が、減衰するか、又は充電表面上に配置された電子装置のアンテナ３０４（図３）に漏出されるまで、ＲＦエネルギー信号は上部基板層５１５ａ内にとどまる。
【００６３】
実施形態によっては、開口部５０６の寸法は、ＲＦエネルギー信号の周期的周波数に従って決定され、その結果、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されたアンテナが、ユニットセル５０２のうちの少なくとも１つから近距離場の距離（例えば、約４ｍｍ未満）内に配置されない限り、ＲＦエネルギー信号はそれぞれのユニットセル５０２の開口部５０６から漏出しない。
【００６４】
ここで図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、充電表面のアンテナ部分６００の例示的な実施形態が提供され、この実施形態では、アンテナ部分６００は、マトリックス構造に配置された複数のユニットセル６０２から構成される。実施形態によっては、ユニットセル６０２のそれぞれは、ユニットセル６０２の上部に配置される開口部６０６を画定する金属部分６０４（例えば、銅）を有する１つの基板層６１５を含む。実施形態によっては、ユニットセル６０２は、ビア６０８を通って接地面６１４に至る電気接続部を有する金属パッチ６１２によって形成されるパッチアンテナ６１０も含む。実施形態によっては、接地面６１４は、図６Ｂに示すように、ＲＦポート６０５に物理的かつ電気的に接続されることがある。実施形態によっては、ＲＦポート６０５を使用して、ユニットセル６０２のそれぞれに印加されるべきＲＦエネルギー信号発生器からのＲＦエネルギー信号を提供することがあり、接地面６１４は、ＲＦポート６０５の接地部分に電気的に接続されることがある。
【００６５】
図６Ａ〜図６Ｄに示す実施形態では、パッチアンテナ６１０は、開口部６０６が金属パッチ６１２の周囲に形成されるように、ユニットセル６０２の内部に配置される。実施形態によっては、パッチアンテナ６１０は、基板層６１５の上面からＲＦエネルギー信号を伝搬させるように構成される。本開示によれば、ＲＦエネルギー信号が減衰するか又は電子装置のアンテナ３０４によって受信されるまで、ＲＦエネルギー信号は基板層６１５の上面上又は上面付近にとどまる。
【００６６】
実施形態によっては、開口部６０６の寸法は、パッチアンテナ６１０によって生成されるＲＦエネルギー信号の周期的周波数に従って決定され、その結果、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されたアンテナが、ユニットセル６０２のうちの少なくとも１つから近距離場の距離内に配置されない限り、ＲＦエネルギー信号はユニットセル６０２の開口部６０６から漏出しないか、又は漏出が最小限になる。開口部６０６は、電子装置が近距離場内に配置されていない場合にＲＦエネルギー信号の漏出を防止するように適切に同調されるように、ＲＦエネルギー信号の周波数に応じて寸法が変更されることがある。なお、ユニットセルの層の数は用途に応じて変化することがあり、層の数が異なると、ユニットセルから異なる応答が提供されて、異なる高調波応答（例えば、異なる無線給電用途のための、より高い又はシフトされた高調波周波数）が提供されることがある。
【００６７】
図６Ｅは、複数のユニットセル６２２ａ〜６２２ｎ（集合的に６２２）を含む例示的な充電表面６２０の断面図を示す。実施形態によっては、ユニットセル６２２はビア６２４、パッチ又はスロット６２６、基板６２８、及び表面素子６３０を含む。実施形態によっては、表面素子６３０は、複数の穴又はパッチ６３２ａ〜６３２ｎ（集合的に６３２）を含む。実施形態によっては、ユニットセル６２２の長さ及び幅は、約５ｍｍ〜約１０ｍｍの間である。なお、ユニットセルによって伝搬される若しくは閉じ込められる／保存される周波数、及び／又は基板６２２を形成するために使用される材料、の関数として、代替の寸法を利用することができる。実施形態によっては、基板６２８は、Rogers FR-4、セラミック、又は他の材料から形成されることがある。実施形態によっては、セラミックなどの基板６２８を使用することにより、ユニットセルの寸法を、基板６２８を使用しない場合に可能である寸法よりもより小さくすることが可能になる。
【００６８】
共振
共振カプラ―は、充電されることになる装置が電力の伝送を有効にし、充電システムの一部として動作するときに、形成されることがある。例えば、図７Ａ及び図８Ａ〜図８Ｃで更に説明するように、金属ケースを有する携帯電話を利用して充電装置を完成させることがある。実施形態によっては、充電システムは２つの異なる段階で動作することがある。第１の段階は、場が、給電点（例えば、接地面上のスロット）を通って第１の空洞に供給され、第１の空洞の構造内に閉じ込められることを可能にする。第１の空洞は、金属ケースを有する電子装置によって接触された場合又は金属ケースを有する電子装置の近くに接近した場合に活性化される、幾つかの接触／漏出点を含むことがある。第２の段階は、電子装置が接触点で表面上に配置されたときに動作することがあり、その結果、充電表面の上部に電子装置によって部分的に形成された第２の空洞からエネルギーが漏出する。
【００６９】
図７Ａ、図８Ａ〜図８Ｃは、本開示の一実施形態による、充電表面７００から近距離場の距離ＤＮＦ内の距離Ｄに配置された電子装置１０４の断面図を示す。従って、本実施形態によれば、電子装置１０４のアンテナ３０４は距離Ｄに配置され、距離Ｄは、近距離場の距離ＤＮＦ内である。近距離場内の充電表面７００によって生成されたＲＦエネルギー信号は、電子装置１０４のアンテナ３０４によって受信される前に、特定の極性化を実現しない。実施形態によっては、近距離場の距離ＤＮＦは、約４ｍｍ未満である。
【００７０】
図７Ａ及び図８Ａ〜図８Ｃに図示する実施形態では、電子装置１０４は、金属面７０２ａ、７０２ｂ、及び７０２ｃから概ね形成され、かつ画定間隙７０４ａ及び７０４ｂを含む背面７０１を含み、この画定間隙７０４ａ及び７０４ｂは非金属であり、プラスチック、ガラス、又は信号若しくは波の送信及び／若しくは受信を可能にするのに適した任意の他の材料から形成されることがある。間隙７０４ａ及び７０４ｂは、アンテナ３０４が間隙７０４ａ及び７０４ｂを通って入ってくる信号を受信できるように、アンテナ３０４の近傍に配置される。金属面７０２ａ、７０２ｂ、及び７０２ｃは、図８Ａに示すようにＲＦエネルギー信号８０２を反射し、その結果、充電表面７００によって生成されたＲＦエネルギー信号８０２は、間隙７０４ａ及び７０４ｂのうちの少なくとも一方に達するまで、充電表面７００の上面７０８と金属面７０２ａ、７０２ｂ、及び７０２ｃのうちの１つ又は複数との間に形成された空洞７０６の内部をジグザグに移動するか又は共振する。ＲＦエネルギー信号８０２は、例えば金属面７０２ｂと充電表面７００の上面との間を、空洞７０６に閉じ込められた波としてジグザグに移動するか又は共振する（図８Ａを参照。２つの表面の間でＲＦエネルギー信号８０２が反射している）。間隙７０４ａ及び７０４ｂは充電表面７００の上方、より具体的には充電表面７００の１つ又は複数のユニットセルの上方に配置され、その結果、ＲＦエネルギー信号８０２は空洞７０６をジグザグに移動して、間隙７０４ａ及び７０４ｂのうちの一方に到達することができる。ＲＦエネルギー信号８０２が間隙７０４ａに達すると、ＲＦエネルギー信号８０２は間隙７０４ａを通って入り、装置のアンテナ３０４によって受信される。
【００７１】
実施形態によっては、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、充電表面７００はカバー８０２を含むように示されており、カバー８０２の内部には、第１の空洞８０４ａ及び第２の空洞８０４ｂ（集合的に８０４）が、この２つの空洞８０４を分離する接地面８０６によって形成されている。接地面は、本明細書で説明するように、メタマテリアルから形成されていることがある。充電表面７００は、ＲＦエネルギー信号を放射する１つ又は複数の接触点８１０も含むことがある。動作時に、第１の段階は、ＲＦエネルギー信号が、給電点（例えば、接地面上のスロット）を通って第１の空洞８０４ａに供給され、第１の空洞８０４ａの構造内に閉じ込められることを可能にする。第１の空洞８０４ａは、金属ケースを有する電子装置によって接触された場合又は金属ケースを有する電子装置の近くに接近した場合に活性化される、幾つかの接触／漏出点８１０を含むことがある。第２の段階は、電子装置が接触点８１０のうちの少なくとも１つでカバー８０２上に配置されたときに動作することがあり、その結果、充電表面７００のカバー８０２の上部に電子装置によって部分的に形成された第２の空洞８０４ｂからエネルギーが漏出する。この充電表面７００では僅かの接触点８１０しか利用されないので、ＲＦエネルギー信号を供給するために必要な電力増幅器がより少なくて済み、それによって、より多くの接触点を有する場合よりもコストが低くなる。一実施形態では、４つの接触点８１０を利用することができる。しかしながら、接触点の数は、充電表面７００によって提供される面積の大きさに応じて変化することがあることを、理解されたい。大きな面積（例えば、机）が設けられている場合には、より多くの接触点８１０が設けられる。小さな面積（例えば、パッド）が設けられている場合には、より少ない接触点８１０が設けられる。
【００７２】
図７Ａ及び図８Ａに示すような幾つかの実施形態では、金属面７０２ａ、７０２ｂ、及び７０２ｃは、充電表面７００の上面７０８に実質的に平行に配置される。ＲＦエネルギー信号８０２は、三角波の反射を有するものとして図８Ａで表わされているが、ＲＦエネルギー信号８０２は、当技術分野で理解されるように、他のパターンで反射されることがあることを、理解されたい。本明細書で使用する場合、「ジグザグに移動する」とは、ＲＦエネルギー信号が、表面から反射することによって、空間又は空洞に沿って又は通って移動することを指す。
【００７３】
図８Ｄは、電子装置１０４が充電表面７００上に配置されていることを示す。電子機器が充電表面７００上に配置されているので、ＲＦエネルギー信号からのエネルギーの流れ８１２が、電子装置１０４及び充電表面によって形成される空洞内に生成される。
【００７４】
図７Ｂは、図７Ａの電子装置１０４の例示的な電子的概略図を示す。電子装置１０４は、アンテナ３０４がＲＦ信号７０６を受信するようにその内部に配置されている２つの間隙７０４を含むように示されている。アンテナ３０４は、導電体７１０を介してＲＦ集積回路（ＲＦ−ＩＣ）７０８と電気的に通信している。ＲＦ−ＩＣ７０８は、スイッチ７１２及び整流装置７１４を含むように示されている。スイッチ７１２は、信号を伝達するときに、ＲＦ信号７０６が送受信機（ＸＣＶＲ）７１６にルーティングされるように構成されることがある。送受信機７１６は、当技術分野で理解されるように、ユーザ通信用に使用される従来の送受信機である。しかしながら、ＲＦ信号７０６が０．１Ｗ又は０．２５Ｗなどの一定の閾値レベルをよぎるのに応答して、スイッチ７１２が活性化されて、ＲＦ信号７０６が、内部に１つ又は複数の整流器７１８を含む整流装置７１４にルーティングされるようにすることがある。スイッチ７１２は、当技術分野で理解されるように、固体スイッチであり得る。整流装置７１４からの出力は、電子装置１０４に給電するために使用される電池７２０にルーティングされることがある。
【００７５】
ここで図９を参照すると、本開示の一実施形態による充電表面７００を用いて電子装置１０４を充電するための例示的な方法が、流れ図９００に示されている。図９に示した実施形態では、充電表面１０２は、それぞれの通信コンポーネント２１０及び３１０を介して、電子装置１０４と通信する。ステップ９０２で、充電表面の通信コンポーネント２１０は、電子装置の通信コンポーネント３１０から、電子装置１０４を充電したいとのリクエストを示す信号を受信する。実施形態によっては、この信号は、例えば、電子装置１０４の識別、電池レベル、電子装置１０４の電力要件、又は他の情報を含むことがある。例えば、場合によっては、電子装置１０４は、例えば、スマートウォッチ又は他の着用可能な技術などの、より低い電力要件を有する装置であることがある。スマートウォッチに損傷を与える大きな電力サージを受けることを回避するために、充電リクエストには０．５Ｗなどの極限電力を含めることができる。代替の電力レベルも利用可能である。同様に、電子装置１０４は、より大きな電力要件を有することがある。そのような場合では、充電リクエストは、電子装置１０４を充電するための、５Ｗなどのより大きな電力要件を含むことがある。
【００７６】
能動的な充電リクエストを受信するのではなく、充電表面は、充電表面によって送信されたＲＦエネルギー信号の反射が存在するかしないかを、これに限定するものではないが含めて、電子装置が充電表面の近くにあることを示す、電子装置からの何らかの無線信号又は放射信号を受信又は感知することがある。電子装置からのそのような信号を感知するために、任意の受信機又はセンサを利用してもよい。代替の実施形態では、近接スイッチ又は圧力スイッチを利用して、電子装置が充電表面に近接しているか又は充電表面上に配置されていることを検出することがある。更に、磁気スイッチ又は光スイッチを利用してもよい。
【００７７】
ステップ９０４で、マイクロコントローラ２０８は、充電リクエストにおいて提供されたデータに従って、ＲＦエネルギー信号の生成を開始する。例えば、充電リクエストが電子装置１０４の電力要件を示す場合、マイクロコントローラ２０８は、電子装置１０４に送信される電力が、充電リクエストにおいて伝達された電力要件と適合するように、ＲＦエネルギー信号を生成させる。上記のスマートウォッチの例によれば、マイクロコントローラ２０８は、スマートウォッチに０．５Ｗの無線電力伝送を供給できるＲＦエネルギー信号を充電表面７００に生成させることができる。一実施形態では、電子装置が感知されると、ＲＦエネルギー信号が生成されることがある。
【００７８】
本明細書で考察するように、ＲＦエネルギー信号は、充電表面７００のユニットセル内で生成され、ＲＦエネルギー信号が減衰するか又は漏出するまで、ユニットセル内に実質的にとどまる。ＲＦエネルギー信号の周波数に同調されたアンテナ３０４がユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置されると、ステップ９０６で、それらのユニットセルは、ＲＦエネルギー信号がアンテナ３０４に漏出されることを可能にする。
【００７９】
ステップ９０８で、漏出したＲＦエネルギー信号は、ＲＦエネルギー信号の周波数に同調され、かつユニットセルから近距離場の距離内に配置されたアンテナ３０４で受信される。
【００８０】
ステップ９１０で、受信されたＲＦエネルギー信号は、電子装置１０４の電池３１２を充電するために電力信号に変換される。このステップは、アンテナ３０４で受信されたＲＦエネルギー信号を検出することと、ＲＦエネルギー信号が閾値（例えば、１０ｍＷ）よりも大きな電力信号を示す場合にスイッチ機構３０５を作動させることと、整流器３０６を介して信号を整流することと、整流された信号を変換器３０８を介してＤＣ電力信号に変換することと、を含むことがある。次いでステップ９１２で、電力信号は、電子装置の電池３１２を充電するか又は動作させるために使用される。
【００８１】
流れ図９００には示していないが、実施形態によっては、通信コンポーネント３１０が、充電表面７００に信号を送信して、充電を中断又は停止させるようにリクエストすることがある。これは、例えば、電子装置１０４の電池３１２が完全に充電されたか若しくは所望の充電レベルに達した場合、電子装置１０４がオフにされた場合、通信コンポーネント３１０がオフにされるか若しくは通信コンポーネント２１０との通信範囲外に移動した場合、又は他の理由で、発生することがある。別の実施形態では、電子装置が、利用されるセンサに応じて電気的に、物理的に、又は別の態様でもはや感知されない場合、通信コンポーネント２１０はオフにされることがある。
【００８２】
ここで図１０を参照すると、本開示の一実施形態による充電表面７００を用いて電子装置１０４の存在を感知し充電するための例示的な方法が、流れ図１０００に示されている。図１０に示した実施形態では、電子装置１０４は、それぞれの通信コンポーネント２１０及び３１０を介して、充電表面１０２と通信しない。この実施形態は、電子装置１０４がオフにされているか、空になった電池を有するか、又は別の理由により充電表面７００と通信できない場合を表している。従って、本実施形態では、充電表面７００は、未検出の電子装置１０４を過度の電力で溢れさせないような態様で動作する。これは、使えなくなった電池を有する、従って送信機と通信することができない受信機を充電することができる態様である。
【００８３】
ステップ１００２で、充電表面７００は、低電力ＲＦエネルギー信号を生成し、この低電力ＲＦエネルギー信号は、電子装置１０４に無線の低電力伝送を提供することができるＲＦエネルギー信号である。具体的には、低電力ＲＦエネルギー信号を介して伝送することができる電力は「低電力」であるように、マイクロコントローラ２０８が低電力ＲＦエネルギー信号の生成を開始する。例えば、実施形態によっては、低電力は１Ｗである。代替の電力レベルも利用可能である。実施形態によっては、電子装置が充電表面の近距離場の距離内に配置されていることを検出することは、ユニットセルのパッチアンテナ２０４を１％のデューティサイクルで作動させることによって、達成することができる。
【００８４】
本開示によれば、低電力ＲＦエネルギー信号は、充電表面７００のユニットセル内で生成され、低電力ＲＦエネルギー信号が減衰するか又は漏出するまで、ユニットセル内にとどまる。低電力ＲＦエネルギー信号の周波数に同調された（受信機の）アンテナ３０４がユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置されると、ステップ１００４で、それらのユニットセルは、ＲＦエネルギー信号がアンテナ３０４に漏出されることを可能にする。
【００８５】
ステップ１００６で、マイクロコントローラ２０８は、ユニットセル内に存在する低電力ＲＦエネルギー信号を感知することができる。例えば、実施形態によっては、マイクロコントローラ２０８は、低電力ＲＦエネルギー信号の「反射」を検出することができるＲＦカプラ―などの感知回路を含むことがあり、この反射は、例えば、ユニットセル内に存在する低電力ＲＦエネルギー信号の約１０％を表す。従って、マイクロコントローラ２０８は、マイクロコントローラ２０８によって感知された反射値に基づいて、ユニットセル内に存在する低電力ＲＦエネルギー信号を計算することができる。ステップ１００６で行われる感知は、図１０では順番に示されているが、このステップは、任意の順序で実行されてもよく、又は流れ図１０００で実行される処理と並列して連続的に繰り返されてもよいことを理解されたい。低電力ＲＦエネルギー信号は、図１０００に示すように、電子装置が存在しているかどうかを判断するために、周期的に又は非周期的に、パルス状で又は他の態様で生成されることがある。
【００８６】
一旦マイクロコントローラ２０８がユニットセル内に存在する低電力ＲＦエネルギー信号を感知すると、感知された低電力ＲＦエネルギーは、ステップ１００８で閾値と比較されて、ユニットセル内で後に続く低電力ＲＦエネルギー信号を生成するかどうかが判断される。感知された低電力ＲＦエネルギー信号が閾値未満である場合とは、低電力ＲＦエネルギー信号が、減衰したか、又は、低電力ＲＦエネルギー信号の周波数に同調され、かつユニットセルのうちの１つ又は複数から近距離場の距離内に配置されたアンテナに漏出したかのいずれかであるという状況を示している。従って、感知された低電力ＲＦエネルギー信号が閾値未満である場合、低電力ＲＦエネルギー信号は漏出したか又は減衰したかのいずれかであると推定されるので、この工程はステップ１００２に戻り、マイクロコントローラ２０８がアンテナ２０４を作動させて後に続く低電力ＲＦエネルギー信号を生成する。さもなければ、反射が閾値を超える場合、低電力ＲＦエネルギー信号は基板内にとどまり、後に続くＲＦ信号は生成されず、その結果、充電表面７００のユニットセルはエネルギーを増加させ続けない。従って、工程はステップ１００６に戻り、マイクロコントローラ２０８はユニットセル内に存在する低電力ＲＦエネルギー信号を感知し続ける。
【００８７】
図１０に示した方法は、通信コンポーネント３１０が充電表面７００と通信していない状況を示す。例えば、電子装置１０４の電池３１２は、通信コンポーネント３１０を作動させるにはあまりに枯渇していることがある。しかしながら、一旦電池３１２が十分に充電されると、電子装置１０４は、実施形態によっては、通信コンポーネント３１０を作動させることがある。そのとき、通信コンポーネント３１０は、充電表面７００の通信コンポーネント２１０との通信を開始することがあり、充電表面７００は、図９に図示し上述した充電方法に切り換わることがある。
【００８８】
高調波フィルタ
従来の送電システムでは、システムを形成する様々な電子素子はひとまとめにされることが多く、それぞれのまとめられた素子が受ける損失は合成され、その結果、システムは全体として、個々の素子の個別の損失よりも大きな損失を受ける。例えば、システムが、９０％の効率である増幅器とひとまとめにされた９０％の効率のアンテナを有する場合、これらの２つの要素を含むシステムの総合効率は、約８１％である。より多くの要素が追加されると、システムの全体的な効率は更に低下する。従って、開示される充電表面の効率を高めるために、充電表面の幾つかの実施形態は高調波フィルタなどのフィルタ素子を含んで、意図した無線充電信号以外の周波数での放射エネルギーを低減することができ、特に、意図した無線充電信号の高調波のエネルギーを低減することができる。高調波フィルタは、例えば、これらの周波数成分を４０ｄＢ〜７０ｄＢだけ減衰させることができる。
【００８９】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、充電表面１０２の一実施形態を含む代表的なユニットセル１１０２の斜視図及び断面図をそれぞれ示しており、各ユニットセル１１０２は、ユニットセル１１０２の上面上に配置された高調波フィルタ素子１１０４を有する。図１１Ａ及び図１１Ｂに示したユニットセル１１０２は、上記で説明し図６Ａ〜図６Ｄに示したものと類似しているが、高調波フィルタ素子１１０４は、上記で説明し図５Ａ〜図５Ｄに示した実施形態などの異なる実施形態のユニットセルの上面上に配置されていることがある。
【００９０】
なお、各ユニットセル１１０２に含まれる高調波フィルタ素子１１０４は、不連続なフィルタ素子であることがあり、又は、充電表面１０２を形成する複数のユニットセル１１０２の上面にまたがる、より大きな単一の高調波フィルタ素子の一部であることがある。従って、そのような実施形態では、充電表面１０２は、ユニットセル１１０２上に配置される高調波フィルタ素子１１０４を含み、その結果、充電表面１０２は、送信アンテナ（例えば、パッチアンテナ６１０）のマトリックス（又はアレイ）の上に配置された高調波フィルタを含むようになる。
【００９１】
図１１Ａ及び図１１Ｂで示した実施形態では、ユニットセル１１０２のそれぞれは単一の基板層６１５を含み、ユニットセル１１０２のそれぞれに存在する高調波フィルタ素子１１０４は、それらのユニットセル１１０２の上面領域全体にまたがる単一の高調波フィルタ素子を含む。しかしながら、他の実施形態では、高調波フィルタ素子１１０４は複数の高調波フィルタ素子を含むことがあり、複数の高調波フィルタ素子のうちの１つが、ユニットセル１１０２を形成する素子のうちの１つの上面上に配置される。なお、高調波阻止フィルタを有するユニットセルは、より複雑なユニットセル、例えば、ユニットセル内部により多くの層及び特徴を含むユニットセルによって形成することができる。例えば、この後者の実施形態は、パッチアンテナ６１０の上面領域上に配置された高調波フィルタ素子１１０４、金属部分６０４の上面領域上に配置された高調波フィルタ素子１１０４、及び開口部６０６を覆う高調波フィルタ素子が無いこと、によって表すことができる。
【００９２】
実施形態によっては、高調波フィルタ素子１１０４は２つ以上のスクリーン層から形成され、各層は、意図した無線充電信号の特定の高調波を除去するスクリーンを含む。高調波フィルタ１１０４は、ＲＦエネルギー信号が特定の周波数（本明細書では中心周波数とも呼ぶ）で動作するように、パッチアンテナ６１０によって生成されたＲＦエネルギー信号をフィルタリングするように作用する。高調波フィルタ素子１１０４が受動的な機械的デバイスであることの結果として、電子的なフィルタと比べて、信号電力の損失が低減される。
【００９３】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、充電表面１０２の一実施形態を含む代表的なユニットセル１２０２の斜視図及び断面図をそれぞれ示しており、各ユニットセル１２０２は、ユニットセル１２０２の上部基板層５１５ａ内部（又は任意選択的に、上部基板層５１５ａと底部基板層５１５ｂとの間）に配置された高調波フィルタ素子１２０４を有する。なお、各ユニットセル１２０２に含まれる高調波フィルタ素子１２０４は、不連続なフィルタ素子であることがあり、又は、充電表面１０２を形成する複数のユニットセル１２０２の上部基板層５１５ａにまたがる、より大きな単一の高調波フィルタ素子の一部であることがある。従って、そのような実施形態では、充電表面１０２は、ユニットセル１２０２の上部基板層５１５ａ内部に配置される高調波フィルタ素子１２０４を含み、その結果、充電表面１０２は、送信アンテナ（例えば、パッチアンテナ５１０）のマトリックス（又はアレイ）の上に配置された高調波フィルタを含むようになる。
【００９４】
図１２Ａ及び図１２Ｂで示した実施形態では、ユニットセル１２０２は上部基板層５１５ａ及び底部基板層５１５ｂを含み、ユニットセル１２０２のそれぞれの上部基板層５１５ａ内に存在する高調波フィルタ素子１２０４は、それらのユニットセル１２０２の上部基板層５１５ａの領域全体にまたがる単一の高調波フィルタ素子を含む。しかしながら、他の実施形態では、高調波フィルタ素子１２０４は、上部基板層５１５ａの一部分のみに及ぶことがあり、その結果、高調波フィルタ素子１２０４は、底部基板層５１５ｂ内に配置されたパッチアンテナ５１０の上方のみに配置される。
【００９５】
実施形態によっては、高調波フィルタ素子１２０４は２つ以上のスクリーン層から形成され、各層は、意図した無線充電信号の特定の高調波を除去するスクリーンを含む。高調波フィルタ１２０４は、ＲＦエネルギー信号が特定の周波数（本明細書では中心周波数とも呼ぶ）で動作するように、パッチアンテナ５１０によって生成されたＲＦエネルギー信号をフィルタリングするように作用する。高調波フィルタ素子１２０４が受動的な機械的デバイスであることの結果として、電子的なフィルタと比べて、信号電力の損失が低減される。
【００９６】
受信装置の積み重ね
図１３Ａ及び図１３Ｂは、例示的な実施形態による、複数の電子装置１３０２、１３０４間の無線充電システム１３００の構成要素を示す。説明を容易にするために、図１３Ａ及び図１３Ｂは、２つの装置１３０２、１３０４間の無線電力伝送を示す。しかしながら、当業者であれば、本明細書で説明する無線電力伝送が２つ以上の電子装置間で行われ得ることを理解するであろう。例示的な実施形態では、第１の電子装置１３０２は、近距離場充電技術を通じて充電表面１３０６から電力を受け取ることができ、次いで、第２の電子装置１３０４に電力を供給することができる。代替的な実施形態では、第１の電子装置１３０２は、遠距離場ＲＦ電力伝送などの他の技術を使用して、電力を受け取ることがある。
【００９７】
図１３Ａに示すように、実施形態によっては、電子装置１３０２、１３０４を積み重ねるか、又は別の態様で互いに接触して配置して、充電表面１３０６から第１の装置１３０２への、次いで第１の装置１３０２から第２の装置１３０４への電力の伝送を実現することがある。図１３Ｂに示すように、第１の装置１３０２は近距離場電力伝送技術を使用して充電表面１３０６から電力を受け取ることがあり、次いで、第１の装置１３０２は遠距離場電力伝送技術を使用して第２の装置１３０４に電力を伝送することがある。
【００９８】
近距離場ＲＦ電力伝送技術は、送信側充電表面１３０６を含むことがあり、この送信側充電表面１３０６は、ＲＦエネルギーを閉じ込めるための空洞又は基板などの幾つかの物理層と、電子装置１３０２、１３０４をその上に配置するための上面と、を含む。近距離場充電表面は、ＲＦエネルギーを基板又は空洞層に持ち込むように構成されることがあり、ＲＦエネルギーは、受信機側アンテナ又は電子装置１３０２、１３０４によって何らかの物理的な状態が持ち込まれるまで、閉じ込められたままになる。実施態様によっては、ＲＦエネルギーは、適切に同調された受信側アンテナを有する電子装置１３０２、１３０４がＲＦエネルギーを解放するために上面に十分に近接して配置された場合にのみ、充電表面１３０６の表面を通じて漏出する。実施態様によっては、電子装置１３０２、１３０４の金属部が表面層に接触するまで、ＲＦエネルギーは基板又は空洞層内に「閉じ込められ」たままである。他の可能な技術を使用することもできるが、近距離場技術とは、受信側電子装置１３０２、１３０４又は受信側アンテナによって何らの物理的条件が満足されるまで、ＲＦエネルギーが充電表面１３０６内に閉じ込められたままであるシステム及び方法を一般的に指すことがある。多くの場合、これは、直接接触から約１０ミリメートルまでの範囲の動作距離を有することがある。例えば、動作距離が１ミリメートルである場合には、第１の電子装置１３０２は、ＲＦエネルギーが充電表面１３０６の基板又は空洞層から漏出される前に、１ミリメートル以内にある必要がある。
【００９９】
遠距離場ＲＦ電力伝送技術は、送信側装置が、１インチ（２．５４センチメートル）未満から５０フィート（１５．２４メートル）超までの範囲であり得る幾らかの距離に渡ってＲＦ電力波を送信するように構成された１つ又は複数のアンテナ（図示せず）のアレイを含む、という状況を含むことがある。近接遠距離場電力伝送では、送信側装置は、１２インチ（３０．４８センチメートル）未満などの限定された距離内で電力波を送信するように構成されることがある。これは、例えば、送信側装置が電力波を送信する前に受信側装置に送信側装置からの近接さの閾値を入力するよう要求すること、又は、電力波が電力を送達する有効範囲を制限すること、などの任意の数の方法で制限することができる。実施態様によっては、近接送信機として機能する送信側装置が、特定の位置又はその近傍に集束するように電力波を送信することがあり、その結果、電力波は強め合う干渉パターンを生成する。受信側装置は、強め合う干渉パターンから結果として得られるエネルギーを受け取ることができるアンテナ及び回路を含むことがあり、次いで、そのエネルギーを、受信装置に結合された又は受信装置を含んでいる電子装置用の使用可能な交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）電力に変換することがある。
【０１００】
電子装置１３０２、１３０４は、本明細書で説明する様々な処理及びタスクを実行することができる近距離場及び／又は遠距離場アンテナを含む、任意の電子装置であり得る。例えば、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４は、ＲＦ信号を使用してＲＦエネルギーを生成、送信、及び／又は受信するように構成されたアンテナ及び回路を含むことがある。図１３Ａ及び図１３Ｂでは、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４は携帯電話として示されている。しかしながら、これは、可能な電子装置１３０２、１３０４を限定するものとみなされるべきではない。可能な電子装置１３０２、１３０４の非限定的な例としては、タブレット、ラップトップ、携帯電話、ＰＤＡ、スマートウォッチ、フィットネス装置、ヘッドセット、又は本明細書に記載する原理を利用して再充電または動作できる任意の他の装置、が挙げられる。
【０１０１】
充電表面１３０６は、充電表面１３０６の上面の下にある基板又は空洞内に閉じ込められる、無線電力送信用の１つ又は複数のＲＦエネルギー信号を生成することができる。第１の装置１３０２の適切に同調されたアンテナが充電表面１３０６から近距離場の距離（例えば、約１０ｍｍ未満）内に配置されると、閉じ込められたＲＦエネルギーは上面を通じて漏出され、第１の装置１３０２によって受け取られることができる。従って、第１の装置１３０２の適切に同調されたアンテナは、充電表面１３０６内部に閉じ込められたＲＦ信号が、充電表面１３０６を通って第１の装置１３０２のアンテナに漏出されるか又は放射されるようにすることができる。受信されたＲＦエネルギー信号は次いで、第１の装置１３０２の電池に給電又は充電するために、電力変換回路（例えば、整流回路）によって電力信号に変換される。図１３Ａ及び図１３Ｂに示した例示的な実施形態では、充電表面１３０６は箱形の装置として示されているが、充電表面１３０６は任意の形状因子、形態、及び／又は形状を有することができることを理解されたい。実施形態によっては、充電表面１３０６によって出力される総電力は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）規則第１５編（低電力、非認可の送信機）に準拠するために、１ワット以下である。
【０１０２】
充電表面１３０６が第１の電子装置１３０２に対して送信側装置として機能し得る態様と同様に、第１の電子装置１３０２は、第２の電子装置１３０４に対して送信側装置として同様に機能するように構成されることがある。
【０１０３】
図１３Ａに示すように、実施形態によっては、第１の装置１３０２は、第２の装置１３０４の適切に同調されたアンテナがＲＦエネルギーを第２の装置１３０４のアンテナに漏出させるまで、第１の装置１３０２の表面層の下にＲＦエネルギー信号が閉じ込められるようにする、充電表面１３０６と同様の、近距離場ＲＦ充電表面用のコンポーネントを含むことがある。
【０１０４】
追加的に又は代替的に、図１３Ｂに示すように、実施態様によっては、第１の装置１３０２は、１つ又は複数の電力波を第２の電子装置１３０４のアンテナに送信するように構成された１つ又は複数のアンテナのアレイを含む遠距離場近接送信機として機能するように構成されることがある。
【０１０５】
実施形態によっては、第１の装置１３０２は、第２の装置１３０４などの他の装置との無線及び／又は有線の通信を実現するための通信コンポーネント（図示せず）を含むことがある。場合によっては、通信コンポーネントは第１の装置１３０２の埋込コンポーネントであることがある。また場合によっては、通信コンポーネントは、任意の有線又は無線の通信媒体を介して第１の装置１３０２に取り付けられていることがある。通信コンポーネントは、通信コンポーネントが、第２の装置１３０４などの他の装置と様々なタイプのデータ及びメッセージを含む通信信号を通信できるようにする、電気機械的なコンポーネント（例えば、プロセッサ、アンテナ）を含むことがある。これらの通信信号は、任意の数の有線又は無線プロトコル並びに関連するハードウェア及びソフトウェア技術を使用してデータを通信することができる、通信をホスティングするための別個のチャンネルを表すことができる。通信コンポーネントは、Bluetooth（登録商標）、ワイヤレス・フィディリティー（Ｗｉ−Ｆｉ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、ZigBee、及びその他などの任意の数の通信プロトコルに基づいて動作することがある。しかしながら、通信コンポーネントは無線周波数ベースの技術に限定はされず、第２の装置１３０４などの他の装置の音波三角測量のためのサウンド装置、レーダー装置、及び近赤外装置を含むことがあることを理解されたい。
【０１０６】
動作時には、第１の装置１３０２の通信コンポーネントは、第２の携帯装置１３０４から通信信号を受信することがあり、この通信信号は、第１の装置１３０２から電力を受け取りたいとのリクエストを含むデータを含んでいる。追加的に又は代替的に、第１の電子装置１３０２は第２の装置１３０４から１つ又は複数の無線ブロードキャストされたメッセージを受信することがあり、それによって、第１の電子装置１３０２が第２の電子装置１３０４の存在を検出し、第２の電子装置１３０４に電力の送出を開始することを可能にするか、又は、基板若しくは空洞層をＲＦエネルギーで溢れさせ始めることを可能にする。そのようなリクエストメッセージは、装置のタイプ、電池タイプ及び現在の電池の充電量などの装置の電池の詳細、並びに装置の現在位置に関連したデータも含むことがある。実施態様によっては、第１の電子装置１３０２は、メッセージ内に含まれるデータを使用して、ＲＦエネルギーを第２の装置１３０４に伝送又は別の態様で移送するための様々な動作上のパラメータを決定することがあり、第２の装置１３０４はこのＲＦエネルギーを捕捉して、使用可能な交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）電気に変換する。
【０１０７】
例えば、第１の装置１３０２が近距離場充電表面として機能する場合、第１の装置１３０２は、第２の装置１３０４が閾値距離の内部にあることを示す閾値信号強度を有する通信信号を第１の電子装置１３０２の通信コンポーネントが受信すると、第１の装置１３０２内部の近距離場充電表面に電力を送る（例えば、係合する、オンにする、起動する）ように構成されることがある。
【０１０８】
別の例として、第１の装置１３０２が遠距離場近接送信機として機能する場合、第１の装置１３０２は、第２の装置１３０４からの通信信号受信データを使用することがあり、この通信信号受信データは、第２の装置１３０４の位置を特定し、第２の電子装置１３０４が第１の装置１３０４から閾値距離内にあるかどうかを判定するために、第１の装置１３０２によって使用することができる。
【０１０９】
同様に、第２の装置１３０４の通信コンポーネントは、通信信号を使用して、例えば、第１の装置１３０２に電力を伝送するように要求するメッセージを第１の装置１３０２に送信するか又は別の態様でブロードキャストするために使用することができるデータをやり取りする。このメッセージには、例えば、電池電力情報、現在位置を示すデータ、第２の装置１３０４のユーザについてのデータ情報、電力受信の効率を示す、充電されるべき第２の装置１３０４についての情報、及び、電力の送出を停止するようにとのリクエスト並びに他のタイプの有用なデータを含むことがある。通信信号に含まれ得る様々なタイプの情報の非限定的な例としては、ビーコンメッセージ、第１の装置１３０２用の装置識別子（装置ＩＤ）、第１の装置１３０２用のユーザ識別子（ユーザＩＤ）、第２の装置１３０４の電池レベル、第２の装置１３０４の位置、及び他のそのような情報、が挙げられる。
【０１１０】
場合によっては、ＲＦエネルギーが漏出され第１の装置１３０２から第２の装置１３０４に放射されることができる、第１の装置１３０２の近距離場の距離内に第２の装置１３０４が入ると、これらの装置は、それぞれの装置１３０２、１３０４のそれぞれの通信コンポーネントによって採用される無線又は有線の通信プロトコル（例えば、Bluetooth（登録商標））に従って、通信チャンネルを確立することがある。場合によっては、第２の装置１３０４が、通信コンポーネントによって採用される有線又は無線の通信プロトコルの、第１の装置１３０２の有効通信距離に入ると、第２の装置１３０４は、第１の装置１３０２と通信チャンネルを確立することがある。近距離場の距離は、送信側装置（例えば、充電表面１３０６）が閉じ込められたＲＦ波信号を漏出させ、適切に同調された受信側装置（例えば、第１の電子装置１３０２）に伝送させる、送信側装置と受信側装置との間の最小距離として規定することができる。この近距離場の距離は、直接接触から約１０ミリメートルまでの範囲であり得る。場合によっては、近接遠距離場の距離は、１つ又は複数の電力波を受信側装置に伝送することを可能にする、送信側装置と受信側装置との間の最小距離であることがあり、これは最大で約１２インチ（３０．４８センチメートル）までの範囲であり得る。代替の実施形態では、任意の遠距離場の距離を使用することができる。
【０１１１】
第２の装置１３０４のアンテナは、第１の装置１３０２から漏出した又は放射されたＲＦ信号から、又は第１の装置１３０２から送信された電力波から、エネルギーを取り込むことができる。充電表面１３０６又は第１の装置１３０２のいずれかからの電力波から又は漏出からＲＦ信号が受信された後、第１及び第２の装置１３０２、１３０４の両方の回路及び他の構成要素（例えば、集積回路、増幅器、整流器、電圧調整器）は、次いで、ＲＦ信号（例えば、無線周波数電磁放射）のエネルギーを電気エネルギー（即ち、電気）に変換することができ、この電気エネルギーは、電池に保存されるか、又はそれぞれの電子装置１３０２、１３０４に給電することができる。場合によっては、例えば、第２の装置１３０４の整流器は、電気エネルギーをＡＣから第２の装置１３０４によって使用可能なＤＣの形態に変換することがある。ＡＣからＤＣへの変換に加えて、又はその代替として、他のタイプの調整を適用することもできる。例えば、電圧調整器などの電圧調整回路は、第２の装置１３０４が要求するように電気エネルギーの電圧を増加させたり減少させたりすることができる。
【０１１２】
代替の実施形態では、第１の装置１３０２が第２の装置１３０４に充電リクエストを送信することがある。充電リクエストは、第１の装置１３０２のユーザ、第１の装置１３０２の詳細、第１の装置１３０４の電池充電量、第１の装置１３０２の現在位置、に関するデータを含むことがある。充電リクエストを受信すると、第２の装置１３０４はこのリクエストを受け入れるか又は拒否することができる。第２の装置１３０４は、第１の装置１３０２のユーザ、第１の装置１３０２の詳細、第１の装置１３０２の電池充電量、第１の装置１３０２の現在位置に関連した追加の詳細を、これらに限定するものではないが、そのような詳細がリクエスト中に存在していない場合に、リクエストすることがある。リクエストを受け入れると、第２の装置１３０４は第１の装置１３０２の位置を決定することがある。第２の装置１３０４は、第１の装置１３０２の位置を決定するために、センサ検出、熱マッピング検出、及びその他などの１つ又は複数の技術を使用することがある。一旦第１の装置１３０２の位置が決定されると、第２の装置１３０４は第１の装置１３０２にＲＦ信号を送信することがあり、このＲＦ信号は、第１の装置１３０２のアンテナ及び／又は回路によって捕捉されて、第１の装置１３０２の電池を充電することができる。
【０１１３】
再び図１３Ａを参照すると、実施形態によっては、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４は、充電表面１３０６の有無に関わらず、互いから電力を伝送するために互いの上に配置されることがある。別の実施形態では、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４は、図１３Ｂに示すように、同一平面上にあり互いに近接して置かれて、一方の又は別の装置から電力を伝送することがある。当業者であれば、第１の装置１３０２と第２の装置１３０４との間の電力伝送は、互いに対する配置に関わりなく、それらの装置が互いから近距離場の距離内にある場合に発生することを、理解するであろう。
【０１１４】
一実施形態では、第１の装置１３０２は、充電表面１３０６から電力を受け取り、同時に、その近距離場内にある第２の装置１３０４に電力を伝送することがある。別の実施形態では、第１の装置１３０２は任意の適切な電力の受信源（例えば、遠距離場アンテナ）から電力を受け取り、同時に、近距離場の距離内の第２の装置１３０４に電力を伝送することがある。更に別の実施形態では、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４は、それらの近距離場内の第３の装置に電力を伝送することがある。更に別の実施形態では、第１の装置１３０２及び第２の装置１３０４のそれぞれは、それらの近距離場内にある２つ以上の装置に個別に又はまとめて電力を伝送する。
【０１１５】
図１４は、本開示の一実施形態による、複数の装置間での無線電力伝送の動作を示す流れ図である。
【０１１６】
ステップ１６０２で、第２の装置が第１の装置の近距離場の距離に入る。一実施形態では、第２の装置のユーザは、第１の装置から近距離場の距離内に第２の装置を手動で載置することがある。近距離場の距離は、約１０ｍｍ未満であり得る。第１の装置及び第２の装置は、ＲＦ信号を生成、送信、及び受信するように構成された回路を含むことがある。第１の装置及び第２の装置の回路は複数のユニットセルを含むことがあり、この複数のユニットセルは、ＲＦ信号を受け取るように構成される。
【０１１７】
ステップ１６０４で、第２の装置と第１の装置との間に通信チャンネルが確立される。第１の装置及び第２の装置は、通信コンポーネントを含むことがあり、この通信コンポーネントを介して、互いの間でデータを送信するために通信チャンネルが確立されることがある。通信コンポーネントは、Bluetooth（登録商標）、ワイヤレス・フィディリティー（Ｗｉ−Ｆｉ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、ZigBee、及びその他などの任意の数の通信プロトコルに基づいて動作することがある。
【０１１８】
一実施形態では、通信チャンネルは、第２の装置が第１の装置の近距離場に入る前に、第１の装置と第２の装置との間で確立されることがある。別の実施形態では、通信チャンネルは、第２の装置が第１の装置の近距離場に入った後に、第１の装置と第２の装置との間で確立されることがある。
【０１１９】
ステップ１６０６で、第２の装置は、電池を充電するために、通信チャンネルを介して第１の装置に電力を受け取りたいとのリクエストを送信する。別の実施形態では、第２の装置のユーザは、第２の装置のユーザインターフェースを介して、電力を受け取りたいとのリクエストを第１の装置に送信する。このリクエストに加えて、第２の装置は、第２の装置のユーザ、第２の装置の詳細、第２の装置の電池充電量、又は第２の装置の現在位置を含むがこれらに限定はされない追加のデータを含むことがある。充電リクエストを受信すると、第１の装置はこのリクエストを受け入れるか又は拒否することができる。別の実施形態では、第１の装置のユーザが、第１の装置のユーザインターフェースを介してリクエストを受け入れるか又は拒否することがある。リクエストへの応答は、第２の装置のユーザインターフェース上で受け取られることがある。
【０１２０】
ステップ１６０８で、第２の装置は、第１の装置から受信したＲＦ信号を使用して電池を充電することができる。第２の装置のリクエストを受け入れた後で、第１の装置は第２の装置の位置を決定することがある。一旦第２の装置の位置が決定されると、第１の装置は第２の装置にＲＦ信号を送信することがあり、このＲＦ信号は、第２の装置のアンテナ及び／又は回路によって捕捉されて、第２の装置の電池を充電することができる。
【０１２１】
実施形態によっては、第１の装置から第２の装置への電力伝送の開始は、第１及び／又は第２の装置のユーザインターフェース上でそれらの装置のユーザによって行われる。ユーザは、一方の装置から他方への無線充電をいつ開始し停止するかを選択することができ、また、ユーザは、どの装置が送信機になりどの装置が受信機になるかを更に選択することができる。更に、ユーザは、目標時間、目標電力レベル等を選択することにより、電力伝送の終了を選択することができる。
【０１２２】
第２の装置のアンテナは、ＲＦ信号からエネルギーを取り入れることができ、このエネルギーは、結果としてその場所でＲＦ信号が蓄積されることによって形成され得るものである。ＲＦ信号が受信されるか、かつ／又はエネルギーがエネルギーのポケットから収集された後、第２の装置の回路（例えば、集積回路、増幅器、整流器、電圧調整器）はＲＦ信号（例えば、無線周波数電磁放射）のエネルギーを電気エネルギー（即ち、電気）に変換することができ、電気エネルギーは第２の装置の電池に保存されることができる。
【０１２３】
一実施形態では、第１の装置の回路は、ＲＦ信号を受け取るように構成された複数のユニットセルを含み、これらの複数のユニットセルは、第２の装置のアンテナがこれらのユニットセルのうちの少なくとも１つの近距離場の距離内に配置されるのに応答して、第２の装置の電池を充電するためにＲＦエネルギー信号を存在させるように構成される。別の実施形態では、第２の装置の回路は、ＲＦ信号を受け取るように構成された複数のユニットセルを含み、これらの複数のユニットセルは、第１の装置のアンテナがこれらのユニットセルのうちの少なくとも１つの近距離場の距離内に配置されるのに応答して、第１の装置の電池を充電するためにＲＦエネルギー信号を存在させるように構成される。
【０１２４】
前述の方法の説明及び流れ図は、単に例証的な例として提供されたものであり、様々な実施形態のステップが、提示された順序で実行されなくてはならないことを要求又は意味するように意図したものではない。前述の実施形態におけるステップは、任意の順序で実行されてもよい。「次いで（ｔｈｅｎ）」「次に（ｎｅｘｔ）」等の語は、ステップの順序を限定するように意図したものではない。これらの語は、単に、方法の説明を通じて読者を導くために使用される。工程の流れ図は、動作を逐次的な工程として説明していることがあるが、動作の多くは、並列に又は同時に行うことができる。更に、動作の順序は並べ替えることができる。工程は、方法、関数、手続き、サブルーチン、サブプログラム等に相当することがある。工程が関数に相当する場合、その終了は、呼び出し元関数又は主関数に関数を戻すことに相当することがある。
【０１２５】
本明細書に開示した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、及びアルゴリズムステップは、電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はその両方の組み合わせとして実装することができる。ハードウェアとソフトウェアと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、及びステップについては、上記では一般的に、それらの機能性の観点から説明した。そのような機能性がハードウェアとして実装されるか又はソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計制約に依存する。熟練した職人であれば、記載された機能性を特定の用途毎に様々な態様で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。
【０１２６】
コンピュータソフトウェアで実装される実施形態は、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語等、又はそれらの任意の組み合わせで実装することができる。コードセグメント又は機械実行可能命令は、手続き、関数、サブプログラム、プログラム、ルーティン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、又は、命令、データ構造、若しくはプログラムステートメントの任意の組み合わせ、を表すことがある。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメータ、又はメモリ内容を渡すこと及び／又は受け取ることにより、別のコードセグメント又はハードウェア回路に結合されることがある。情報、引数、パラメータ、データ等は、メモリ共有、メッセージの受け渡し、トークンの受け渡し、ネットワーク伝送などを含む任意の適切な手段を介して受け渡され、転送され、又は送信されることがある。
【０１２７】
これらのシステム及び方法を実装するために使用される実際のソフトウェアコード又は特化された制御ハードウェアは、本発明を限定するものではない。従って、ソフトウェア及び制御ハードウェアは本明細書の記載に基づいてシステム及び方法を実装するように設計することができることが理解される特定のソフトウェアコードを参照することなく、システム及び方法の動作及び振る舞いが説明された。
【０１２８】
ソフトウェアで実装される場合、機能は、非一時的なコンピュータ可読又はプロセッサ可読の記憶媒体上の１つ又は複数の命令又はコードとして、保存されることがある。本明細書で開示する方法又はアルゴリズムのステップは、コンピュータ可読又はプロセッサ可読の記憶媒体上にあり得るプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで実現されることがある。非一時的なコンピュータ可読又はプロセッサ可読の媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へコンピュータプログラムを移動させるのを容易にする有形の記憶媒体と、の両方を含む。非一時的なプロセッサ可読記憶媒体は、コンピュータによってアクセスすることができ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、そのような非一時的なプロセッサ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、若しくは他の磁気記憶装置、又は、命令若しくはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを保存するのに使用することができ、かつ、コンピュータ若しくはプロセッサによってアクセスすることができる、任意の他の有形の記憶媒体、を含むことがある。本明細書で使用する場合、ディスク（disk）及びディスク（disk）には、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、及びブルーレイディスクが含まれ、ディスク（disk）は通常データを磁気的に再生し、ディスク（disk）はデータをレーザーを用いて光学的に再生する。上記の組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。更に、方法又はアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込むことができる非一時的なプロセッサ可読媒体及び／又はコンピュータ可読媒体上の、コード及び又は命令のうちの１つ又は任意の組み合わせ又は集合として存在することがある。
【０１２９】
開示した実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を実施又は使用することができるように提供されたものである。これらの実施形態への様々な修正例は当業者には容易に明らかであり、本明細書で規定する一般的な原理は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、本明細書に示した実施形態に限定されるように意図されるものではなく、以降の特許請求の範囲並びに本明細書に開示した原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を授けられるべきである。
【０１３０】
様々な態様及び実施形態を開示したが、他の態様及び実施形態も考えられる。開示した様々な態様及び実施形態は、例示の目的のためのものであり、限定することを意図したものではなく、真の範囲及び趣旨は以降の特許請求の範囲によって示される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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６Ｅ】
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【図７Ａ】
2019506117.tif 000023
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ−８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2019506117.tif 000033
【図１３Ａ】
2019506117.tif 000034
【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【国際調査報告】
2019506117.tif 000037
2019506117.tif 000038