(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器から充電電力を無線受信するためのデバイスであって、該デバイスは、
バッテリーを充電するのに十分なレベルで、無線フィールドを介して、前記充電電力を受信するように構成されたアンテナと、
電力を充電することの効率レベルを向上するための同調値を生成するように構成されたコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記充電器に前記充電器の同調状態を変更することを要求する信号を送信するようにさらに構成され、
前記コントローラは、前記充電器の同調状態を変更することを要求する前記信号に応じて、前記充電器から応答信号を受信するようにさらに構成され、
前記応答信号は、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示し、かつ、
前記アンテナは、前記充電器が前記要求に対応し同調が変更されたことによって変更された無線フィールドに結合するようにさらに構成される、デバイス。
【請求項２】
前記コントローラは、前記同調値に基づく値の比例積分微分(PID)を生成することと、前記同調値に基づく値の逐次近似を生成することとのうちの少なくとも1つをさらに実行するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
センサをさらに具備し、
前記センサは、前記バッテリーに供給されている電圧レベル又は電流レベルを感知するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項４】
前記コントローラは、前記バッテリーの属性に基づいて少なくとも１つの同調値を生成し、
前記バッテリーの属性は、前記バッテリーのタイプと、前記バッテリーの充電サイクルの数と、前記バッテリーの充電レベルと、前記バッテリーに供給されている電圧レベルと、前記バッテリーに供給されている電流量とのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のデバイス。
【請求項５】
前記コントローラは、前記感知されたパラメータに基づいて同調値を生成するように構成される、請求項3に記載のデバイス。
【請求項６】
前記充電器へ前記同調値を送信するための送信器を具備する、請求項1に記載のデバイス。
【請求項７】
前記コントローラは、前記同調値に基づく値の平均値を判断するように、または前記同調値に基づく値の変動を追跡するように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項８】
前記充電器から、送信無線フィールド内のエネルギー量を示すデータ信号を受信し、かつ、
送信無線フィールド内の前記エネルギー量を、受信無線フィールド内の測定エネルギー量と比較する
ように構成された受信回路を具備する請求項1に記載のデバイス。
【請求項９】
前記充電器に、電力を充電することの効率を向上するため、前記充電器から送信された無線フィールドへの変更を要求するデータ信号を送信するように構成された送信器を具備する請求項1に記載のデバイス。
【請求項１０】
受信データ信号から利用可能なエネルギーを抽出するように構成された電圧調整器と、前記バッテリーに前記抽出されたエネルギーを伝達するように構成された電力管理システムとを具備する請求項1に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記受信データ信号を処理するように構成されたデータプロセッサを具備する請求項10に記載のデバイス。
【請求項１２】
充電器から無線充電電力を受信するための方法であって、
無線フィールドを介して電子デバイスのアンテナで充電電力を受信するステップと、
電力を充電することの効率レベルを向上するための同調値を生成するステップと、
前記充電器に前記充電器の同調状態を変更することを要求する信号を送信するステップと、
前記充電器の同調状態を変更することを要求する前記信号に応じて、前記充電器から応答信号を受信するステップであって、前記応答信号は、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示す、ステップと、
前記充電器が前記要求に対応し同調が変更されたことによって変更された無線フィールドに結合するステップと
を具備する方法。
【請求項１３】
前記充電器の同調状態を変更することを要求する信号を送信するステップは、前記無線フィールドへの変更を要求するステップを具備する、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記変更された無線フィールドに結合するステップは、前記無線フィールドへの変更を要求した後に、変更された無線フィールドに結合するステップを具備する、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記充電器のアンテナを同調させるステップが、前記アンテナのQ値と、前記アンテナのインピーダンスと、前記アンテナによって送信される中心周波数と、前記アンテナの指向性と、前記アンテナの巻数とのうちの少なくとも1つを変更するステップを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１６】
前記変更された無線フィールドに結合するステップは、前記充電器に前記無線フィールドへの変更を要求する信号を送信した後に、前記充電器から変更された無線フィールドに結合するステップを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記変更された無線フィールドに結合するステップは、増加した電力か減少した電力のいずれかを有する変更された無線フィールドに結合するステップを含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記電子デバイスに関連するバッテリーに関連するパラメータを検出するステップを具備し、
前記生成された同調値は、前記電子デバイスに関連する前記バッテリーの属性に基づき、かつ、前記バッテリーの前記属性は、前記バッテリーに供給される電圧と、前記バッテリーに供給される電流量とのうちの少なくとも１つを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１９】
前記同調値を生成するステップは、前記検出されたパラメータに基づいて比例積分微分(PID)を生成するステップと、前記検出されたパラメータに基づいて逐次近似を生成するステップとのうちの少なくとも1つを具備する、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
デバイスであって、
無線フィールドを介して充電電力を受信する手段と、
電力を充電することの効率レベルを向上するための同調値を生成する手段と、
充電器に同調を変更することを要求する信号を送信する手段と、
前記充電器の同調状態を変更することを要求する前記信号に応じて、前記充電器から応答信号を受信する手段であって、前記応答信号は、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示す、手段と、
前記充電器が前記要求に対応し同調が変更されたことによって変更された無線フィールドに結合する手段と
を具備するデバイス。
【請求項２１】
無線フィールドを介して無線電力受信器へ電力を送信する充電器であって、
前記無線フィールドを介して、前記電力を送信するように構成されたアンテナと、
前記アンテナへ前記電力を提供するように構成された送信器と、
前記無線フィールドを変更する要求を含むデータ信号を、前記無線電力受信器から受信するように構成された受信器と
を備え、
前記送信器は、前記要求に基づき前記無線フィールドを変更し、かつ、前記要求に応答して前記無線電力受信器へ応答信号を送信するように構成され、前記応答信号は、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示す、充電器。
【請求項２２】
無線フィールドを介して、無線電力受信器へ充電電力を送信するステップと、
前記無線フィールドを変更する要求を含むデータ信号を、前記無線電力受信器から受信するステップと、
前記要求に基づき前記無線フィールドを変更するステップと、
前記要求に応答して前記無線電力受信器へ応答信号を送信するステップであって、前記応答信号は、前記要求に対応することができるかの判断を示す、ステップと
を具備する方法。
【請求項２３】
充電器であって、
無線フィールドを介して、無線電力受信器へ充電電力を送信する手段と、
前記無線フィールドを変更する要求を含むデータ信号を、前記無線電力受信器から受信する手段と、
前記要求に基づき前記無線フィールドを変更する手段と、
前記要求に応答して前記無線電力受信器へ応答信号を送信する手段であって、前記応答信号は、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示す、手段と
を具備する充電器。
【請求項２４】
装置のプロセッサによって実行可能な命令を具備するコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記命令は前記装置に、
無線フィールドを介して、無線電力受信器へ充電電力を送信するステップと、
前記無線フィールドを変更する要求を含むデータ信号を、前記無線電力受信器から受信するステップと、
前記要求に基づき前記無線フィールドを変更するステップと、
前記要求に応答して前記無線電力受信器へ応答信号を送信するステップであって、前記応答信号は、前記要求に対応することができるかの判断を示す、ステップと
を実行させる、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２５】
装置のプロセッサによって実行可能な命令を具備する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、
前記命令は前記装置に、
無線フィールドを介して電子デバイスのアンテナで充電電力を受信することと、
電力を充電することの効率レベルを向上するための同調値を生成することと、
充電器に前記充電器の同調状態を変更することを要求する信号を送信することと、
前記充電器の同調状態を変更することを要求する前記信号に応じて、前記充電器から、前記充電器が前記要求に対応することができるかの判断を示す応答信号を受信することと、
前記充電器が前記要求に対応し同調が変更されたことによって変更された無線フィールドに結合することと
を行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２６】
前記充電器の同調状態を変更することを要求する信号を送信することは、前記無線フィールドへの変更を要求することを含む、請求項25に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２７】
前記コントローラは、前記アンテナのための同調値を生成するようにさらに構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記コントローラに結合された整合回路をさらに備え、
前記整合回路は前記アンテナのための前記同調値に基づき前記アンテナを同調させるように構成される、請求項27に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記アンテナのための同調値を生成するステップと、
前記アンテナのための生成された同調値に基づき前記アンテナを同調するステップと
をさらに具備する、請求項12に記載の方法。
【請求項３０】
前記変更された無線フィールドを受信するための手段のための同調値を生成する手段と、
前記変更された無線フィールドを受信するための手段のための前記生成された同調値に基づき前記変更された無線フィールドを受信するための手段を同調する手段と
をさらに具備する、請求項20に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記命令は前記装置に、
前記アンテナのための同調値を生成することと、
前記アンテナのための前記生成された同調値に基づき前記アンテナを同調することと
をさらに実行させる、請求項25に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線電力に関し、より詳細には、無線充電器および無線充電可能デバイスなどの無線電力デバイスの最適化に関する。
【０００２】
米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年3月25日に出願された「WIRELESS ENERGY EXTRACTION FOR POWER CONSUMPTION」と題する米国仮特許出願第61/163,383号と、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年3月27日に出願された「WIRELESS POWER ENERGY TRANSFER OPTIMIZATION」と題する米国仮特許出願第61/164,355号と、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年3月30日に出願された「ANTENNA TUNING BASED ON FEEDBACK FROM CHARGING PARAMETERS」と題する米国仮特許出願第61/164,744号と、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年6月12日に出願された「REQUESTING CHANGE IN TUNING OF RF FIELD WHILE CHARGING」と題する米国仮特許出願第61/186,770号と
の米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、各バッテリー電源式デバイスは、それ自体の充電器と、通常はAC電源コンセントである、電源とを必要とする。これは、多くのデバイスが充電を必要とするとき、収拾がつかなくなる。
【０００４】
送信器と充電すべきデバイスとの間で無線電力伝送を使用する手法が開発されている。これらは概して2つのカテゴリーに入る。1つは、送信アンテナと充電すべきデバイス上の受信アンテナとの間の平面波放射(遠距離場放射とも呼ばれる)の結合に基づくものであり、デバイスは、バッテリーを充電するために放射電力を収集し、それを整流する。アンテナは、一般に、結合効率を改善するために共振長のものである。この手法には、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下するという欠点がある。したがって、妥当な距離(たとえば、>1〜2m)にわたる充電が困難になる。さらに、システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホストデバイス中に埋め込まれた受信アンテナ+整流回路との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近接している(たとえば、数mm)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に小さく、したがって、ユーザがデバイスを特定のエリアに配置しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
無線電力充電を最適化するように構成されたデバイスが必要である。より詳細には、それによって受信される最適電力量を可能にするように構成された無線充電可能デバイスが必要である。さらに、充電可能デバイスの充電効率の向上を可能にするために、送信されたRF電界を変更するように構成された無線充電器が必要である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】無線電力伝達システムの概略的なブロック図である。
【図２】無線電力伝達システムの概略図である。
【図３Ａ】本発明の例示的な実施形態において使用するためのループアンテナの概略図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態において使用される差動アンテナの代替実施形態を示す図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による送信器の概略的なブロック図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による受信器の概略的なブロック図である。
【図６】送信器と受信器との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の概略図である。
【図７】本発明の例示的な一実施形態による電子デバイスの一部分のブロック図である。
【図８】本発明の例示的な一実施形態によるアンテナ同調ユニットを示す図である。
【図９】本発明の例示的な一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の例示的な一実施形態による、複数の電子デバイスを含むシステムを示す図である。
【図１１】本発明の例示的な一実施形態による、システムプロセス図である。
【図１２】本発明の例示的な一実施形態による別の方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の例示的な一実施形態による別の電子デバイスの一部分を示す図である。
【図１４】本発明の例示的な一実施形態による、複数の電子デバイスを含む別のシステムを示す図である。
【図１５】本発明の例示的な一実施形態による、複数の電子デバイスを含むさらに別のシステムを示す図である。
【図１６】本発明の例示的な一実施形態による別の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
「例示的」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。本明細書で「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。
【０００９】
添付の図面とともに以下に示す発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すものではない。この説明全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形態で示す。
【００１０】
「無線電力」という単語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連する任意の形態のエネルギー、または場合によっては物理電磁導体を使用せずに送信器から受信器に送信される任意の形態のエネルギーを意味するために使用する。
【００１１】
図1に、本発明の様々な例示的な実施形態による、無線送信または充電システム100を示す。エネルギー伝達を行うための放射界106を生成させるために入力電力102が送信器104に供給される。受信器108は、放射界106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を生成する。送信器104と受信器108の両方は距離112だけ分離されている。1つの例示的な実施形態では、送信器104および受信器108は相互共振関係に従って構成され、受信器108の共振周波数と送信器104の共振周波数とが極めて近接している場合、送信器104と受信器108との間の伝送損失は、受信器108が放射界106の「近距離場」に位置するときに最小になる。
【００１２】
送信器104は、エネルギー送信のための手段を与えるための送信アンテナ114をさらに含み、受信器108は、エネルギー受信のための手段を与えるための受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、それに関連する適用例およびデバイスに従ってサイズ決定される。上述のように、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場におけるエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって効率的なエネルギー伝達が行われる。近距離場にある場合、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードが展開され得る。この近距離結合が行われ得るアンテナ114および118の周りのエリアを、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１３】
図2に、無線電力伝達システムの概略図を示す。送信器104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整され得る所望の周波数で生成するように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答する増幅量で電力増幅器124によって増幅され得る。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信器104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために含まれ得る。
【００１４】
受信器108は、図2に示すバッテリー136を充電するため、または受信器に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するために、整合回路132と、DC電力出力を生成するための整流器およびスイッチング回路134とを含み得る。整合回路132は、受信器108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために含まれ得る。受信器108と送信器104は、別個の通信チャネル119(たとえば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。
【００１５】
図3Aに示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ぶこともある「ループ」アンテナ150として構成され得る。ループアンテナは、空芯またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外来物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、空芯ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空芯ループは、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力であり得る送信アンテナ114(図2)の平面内での受信アンテナ118(図2)の配置をより容易に可能にし得る。
【００１６】
上述のように、送信器104と受信器108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信器104と受信器108との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信器104と受信器108との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーは、より低い効率で伝達され得る。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
【００１７】
ループまたは磁気アンテナの共振周波数はインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは、一般に、単にループによって生成されるインダクタンスであり、キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数で共振構造を生成するためにループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定的な例として、共振信号156を生成する共振回路を生成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154がアンテナに追加され得る。したがって、直径がより大きいループアンテナでは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの大きさは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアは増加する。もちろん、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタが並列に配置され得る。さらに、当業者なら、送信アンテナの場合、共振信号156はループアンテナ150への入力であり得ることを認識されよう。
【００１８】
図3Bに、本発明の例示的な実施形態において使用される差動アンテナ250の代替実施形態を示す。アンテナ250は、差動コイルアンテナとして構成され得る。差動アンテナ構成では、アンテナ250の中心が接地に接続される。図3Aの場合のようにアンテナの1つの端部が接地に接続されるのではなく、アンテナ250の各端部が受信器/送信器ユニット(図示せず)に接続される。差動共振信号を生成する共振回路を生成するために、キャパシタ252、253、254がアンテナ250に追加され得る。差動アンテナ構成は、通信が双方向であり、コイルへの送信が必要とされる状況において有用であり得る。1つのそのような状況は、近距離通信(NFC)システムの場合にあり得る。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないことがある、アンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。
【００２０】
Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さいRxアンテナへの良好な結合(たとえば、>-4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作させられ得る。Txアンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上のRxアンテナが励振Txループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、-2〜-4dB)を達成することができる。
【００２１】
図4は、本発明の例示的な一実施形態による送信器200の概略的なブロック図である。送信器200は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによって送信アンテナ204にRF電力を供給し、その結果、送信アンテナ204の周りに近距離場エネルギーが生成する。例として、送信器200は、13.56MHz ISM帯域で動作し得る。
【００２２】
例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定のインピーダンス整合回路206と、受信器108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで高調波放出を低減するように構成された低域フィルタ(LPF)208とを含む。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数をパスしながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む様々なフィルタトポロジーを含み得、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流ドローなど、測定可能な送信メトリクスに基づいて変化させられ得る適応型インピーダンス整合を含み得る。送信回路202は、発振器212によって判断されたRF信号を駆動するように構成された電力増幅器210をさらに含む。送信回路は、個別デバイスまたは回路からなるか、あるいは代わりに、一体型アセンブリからなり得る。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5ワットのオーダーであり得る。
【００２３】
送信回路202は、特定の受信器に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数を調整し、取り付けられた受信器を通して隣接デバイスと対話するための通信プロトコルを実装するために出力電力レベルを調整するための、コントローラ214をさらに含む。
【００２４】
送信回路202は、送信アンテナ204によって生成された近距離場の近傍におけるアクティブ受信器の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含み得る。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって生成された近距離場の近傍におけるアクティブ受信器の存在または不在によって影響を及ぼされる、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、アクティブ受信器と通信するためのエネルギーを送信するために発振器212を使用可能にすべきかどうかを判断する際に使用するために、コントローラ214によって監視される。
【００２５】
送信アンテナ204は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅および金属タイプをもつアンテナストリップとして実装され得る。従来の実装形態では、送信アンテナ204は、一般に、テーブル、マット、ランプまたは他のより可搬性が低い構成など、より大きい構造物との関連付けのために構成され得る。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際的な寸法にするための「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的な一実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、波長の分数)であり得、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させられ得る。送信アンテナ204の直径が、または方形ループの場合は、辺の長さが、受信アンテナに対してより大きい(たとえば、0.50メートル)ことがある例示的な適用例では、送信アンテナ204は、妥当なキャパシタンスを得るために必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００２６】
送信器200は、送信器200に関連付けられ得る受信器デバイスの所在およびステータスに関する情報を収集し、追跡し得る。したがって、送信器回路202は、(本明細書ではプロセッサとも呼ぶ)コントローラ214に接続された、存在検出器280、密閉検出器290、またはそれらの組合せを含み得る。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器290からの存在信号に応答して、増幅器210によって送出される電力の量を調整し得る。送信器は、たとえば、建築物中に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信器200に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)など、いくつかの電源を通して電力を受信するか、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信し得る。
【００２７】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信器のカバレージエリアに挿入された充電すべきデバイスの初期存在を感知するために利用される動き検出器であり得る。検出後、送信器はオンになり得、デバイスによって受信されたRF電力が、所定の方法でRxデバイス上のスイッチをトグルするために使用され得、その結果、送信器の駆動点インピーダンスが変化する。
【００２８】
別の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば、赤外検出、動き検出、または他の好適な手段によって人間を検出することが可能な検出器であり得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナが特定の周波数において送信し得る電力の量を制限する規制があることがある。場合によっては、これらの規制は、電磁放射から人間を保護するためのものである。しかしながら、送信アンテナが、たとえば、ガレージ、工業の現場、作業場など人間によって占有されないか、または人間によってめったに占有されないエリアに配置された環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合、送信アンテナの電力出力を、通常の電力制限規制を上回って増加させることが許されることがある。言い換えれば、コントローラ214は、人間存在に応答して送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整し、人間が送信アンテナ204の電磁界からの規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ204の電力出力を、規制レベルを上回るレベルに調整し得る。
【００２９】
非限定的な例として、(本明細書では密閉区画検出器または密閉空間検出器と呼ぶこともある)密閉検出器290は、エンクロージャが閉じられた状態または開いた状態にあるときを判断するための感知スイッチなどのデバイスであり得る。送信器が、密閉状態にあるエンクロージャ中にあるとき、その送信器の電力レベルは増加させられ得る。
【００３０】
例示的な実施形態では、送信器200が無期限にオンのままにならない方法が使用され得る。この場合、送信器200は、ユーザが判断した時間量の後に遮断するようにプログラムされ得る。この機能は、送信器200、特に電力増幅器210が、その周囲内の無線デバイスが完全に充電された後、長く運転することを防ぐ。このイベントは、中継器または受信コイルのいずれかから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を回路が検出することができないことに起因することがある。送信器200の周囲内に別のデバイスが配置された場合、送信器200が自動的に停止するのを防ぐために、送信器200の自動遮断機能は、その周囲内で動きが検出されない設定された期間の後にのみアクティブにされ得る。ユーザは、非アクティビティ時間間隔を判断し、必要に応じてそれを変更することが可能であり得る。非限定的な例として、その時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下に、特定タイプの無線デバイスを完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長いことがある。
【００３１】
図5は、本発明の例示的な一実施形態による受信器300の概略的なブロック図である。受信器300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信器300は、さらに、デバイス350に受信電力を与えるためにデバイス350に結合する。受信器300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に一体化され得ることに留意されたい。一般に、エネルギーは、受信アンテナ304に無線で伝搬され、次いで、受信回路302を通してデバイス350に結合される。
【００３２】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同じ周波数、または同じ周波数の近くで共振するように同調させられる。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法決定され得、または関連するデバイス350の寸法に基づいて別様にサイズ決定され得る。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであり得る。そのような例では、受信アンテナ304は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信アンテナのインピーダンスを増加させるために、多巻きアンテナとして実装され得る。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻線)の数および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス350の実質的な周囲の周りに配置され得る。
【００３３】
受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を、デバイス350が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310をも含み得る。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304において受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DC-DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびに線形およびスイッチングコンバータを含む、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３４】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するため、または代替的に電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに含み得る。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、送信器200(図2)から「見た」「負荷」を変化させる。
【００３５】
上記で開示したように、送信器200は、送信器電力増幅器210に供給されたバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路216を含む。したがって、送信器200は、受信器が送信器の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。
【００３６】
複数の受信器300が送信器の近距離場に存在するとき、他の受信器がより効率的に送信器に結合することができるように、1つまたは複数の受信器の装荷および除荷を時間多重化することが望ましいことがある。受信器はまた、他の近くの受信器への結合を解消するため、または近くの送信器に対する装荷を低減するためにクローキングされ得る。受信器のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信器300によって制御され、送信器200によって検出される除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように受信器300から送信器200への通信機構を与える。さらに、受信器300から送信器200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルがスイッチングに関連付けられ得る。例として、スイッチング速度は100μ秒のオーダーであり得る。
【００３７】
例示的な一実施形態では、送信器と受信器との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、送信器は、近距離場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用する。受信器は、エネルギーのこれらの変化を送信器からのメッセージと解釈する。受信器側から、受信器は、近距離場からどのくらいの電力が受容されているかを調整するために受信アンテナの同調および離調を使用する。送信器は、近距離場から使用される電力のこの差異を検出し、これらの変化を受信器からのメッセージと解釈することができる。
【００３８】
受信回路302は、送信器から受信器への情報シグナリングに対応し得る、受信したエネルギー変動を識別するために使用される、シグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに含み得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314はまた、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出するために使用され得、また、無線充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクするための公称電力にするために使用され得る。
【００３９】
受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信器300のプロセスを調整するためのプロセッサ316をさらに含む。受信器300のクローキングは、デバイス350に充電電力を供給する外部ワイヤード充電ソース(たとえば、ウォール/USB電力)の検出を含む他のイベントの生成時にも行われ得る。プロセッサ316は、受信器のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信器から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路314を監視し得る。プロセッサ316はまた、パフォーマンスの改善ためにDC-DC変換器310を調整し得る。
【００４０】
図6に、送信器と受信器との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の概略図を示す。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、送信器と受信器との間の通信のための手段が使用可能にされ得る。図6では、電力増幅器210は、送信アンテナ204を励振して放射界を生成させる。電力増幅器は、送信アンテナ204に対して所望の周波数で発振しているキャリア信号220によって駆動される。電力増幅器210の出力を制御するために送信変調信号224が使用される。
【００４１】
送信回路は、電力増幅器210に対してオン/オフキーイングプロセスを使用することによって受信器に信号を送信することができる。言い換えれば、送信変調信号224がアサートされたとき、電力増幅器210は、送信アンテナ204に対してキャリア信号220の周波数を励振する。送信変調信号224がネゲートされたとき、電力増幅器は送信アンテナ204に対して周波数を励振しない。
【００４２】
図6の送信回路はまた、電力増幅器210に電力を供給し、受信信号235出力を生成する、負荷感知回路216を含む。負荷感知回路216では、信号の電力226と電力増幅器210への電力供給228との間で、抵抗Rsの両端間の電圧降下が生じる。電力増幅器210によって消費される電力の変化は、差動増幅器230によって増幅される電圧降下の変化を引き起こす。送信アンテナが受信器中の受信アンテナ(図6に図示せず)との結合モードにあるとき、電力増幅器210によって引き出される電流の量が変化する。言い換えれば、送信アンテナ204の結合モード共振が存在しない場合、放射界を励振するために必要とされる電力が最初の量である。結合モード共振が存在する場合、電力の大部分が受信アンテナに結合されているので、電力増幅器210によって消費される電力の量は上昇する。したがって、受信信号235は、送信アンテナ204に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、受信アンテナから送信された信号を検出することもできる。さらに、受信器電流ドローの変化は、送信器の電力増幅器電流ドローにおいて観測可能であり、この変化を使用して、受信アンテナからの信号を検出することができる。
【００４３】
クローキング信号、ビーコン信号、およびこれらの信号を生成するための回路のための、いくつかの例示的な実施形態の詳細は、両方とも全体が参照により本明細書に組み込まれる、2008年10月10日に出願された「REVERSE LINK SIGNALING VIA RECEIVE ANTENNA IMPEDANCE MODULATION」と題する米国実用特許出願第12/249,873号と、2008年10月10日に出願された「TRANSMIT POWER CONTROL FOR A WIRELESS CHARGING SYSTEM」と題する米国実用特許出願第12/249,861号とにおいて確かめられ得る。
【００４４】
例示的な通信機構およびプロトコルの詳細は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2008年10月10日に出願された「SIGNALING CHARGING IN WIRELESS POWER ENVIRONMENT」と題する米国実用特許出願第12/249,866号において確かめられ得る。
【００４５】
本明細書で使用する「アクティブモード」という用語は、電子デバイスが信号(たとえば、データ信号)をアクティブに送信している動作モードを含むことに留意されたい。さらに、本明細書で使用する「パッシブモード」という用語は、電子デバイスが、検出されることが可能であるが、信号をアクティブに送信していない、動作モードを含む。
【００４６】
図7に、任意の知られている好適な電子デバイスを含み得る電子デバイス700の一部分のブロック図を示す。非限定的な例として、電子デバイス700は、セルラー電話、ポータブルメディアプレーヤ、カメラ、ゲーム機、ナビゲーションデバイス、ヘッドセット(たとえば、Bluetooth(登録商標)ヘッドセット)、ツール、玩具、またはそれらの任意の組合せを含み得る。以下でより十分に説明するように、電子デバイス700は、無線充電器など、別の電子デバイスから送信された電力を無線受信するように構成され得る。より詳細には、電子デバイス700内の受信器701は、無線電力を送信するように構成されたデバイスから送信された無線電力を受信するように構成され得る。さらに、電子デバイス700は、電子デバイス700のバッテリー706を受信電力で充電するように構成され得る。
【００４７】
さらに、電子デバイス700は、少なくとも1つの他の電子デバイスと無線通信するように構成され得る。より詳細には、一例として、電子デバイス700は、少なくとも1つの他の電子デバイスとの通信リンク(たとえば、近距離通信(NFC)リンク)を確立するように構成され得、通信リンクを確立すると、その少なくとも1つの他の電子デバイスからデータ(たとえば、オーディオファイル、データファイル、またはビデオファイル)を無線受信するか、その少なくとも1つの他の電子デバイスにデータを無線送信するか、または両方を行い得る。
【００４８】
電子デバイス700は、受信回路704に動作可能に結合され、たとえば、無線電力、データ信号、またはそれらの組合せを含み得る、RF電界720を受信するために構成されたアンテナ702を含む、受信器701を含み得る。受信回路704は、整合回路708と、整流器710と、調整器712とを含み得る。当業者によって理解されるように、整合回路708は、受信回路704のインピーダンスをアンテナ702と整合させるように構成され得る。同じく当業者によって理解されるように、整流器710は、AC電圧をDC電圧に変換するために構成され得、調整器712は、調整された電圧レベルを出力するために構成され得る。図7に示すように、調整器712は、センサ716、電力管理システム714、および同調コントローラ718の各々に動作可能に結合され得る。以下でより十分に説明するように、センサ716は、受信回路704内の1つまたは複数のパラメータ値を感知するように構成された1つまたは複数のセンサを含み得る。以下でより十分に説明するように、同調コントローラ718は、さらに、センサ716および整合回路708の各々に動作可能に結合され得、1つまたは複数の同調値を整合回路708に伝達するために構成され得る。さらに、電力管理システム714は、センサ716およびバッテリー706の各々に動作可能に結合され得、受信器701内の1つまたは複数の構成要素の動作を制御するように構成され得る。
【００４９】
当業者によって理解されるように、近距離場共振による無線電力伝達の効率は、互いの近距離場内に位置する、送信器(たとえば、送信器104)と受信器(たとえば、受信器701)との間の結合度に少なくとも部分的に依存する。さらに、送信器と受信器との間の結合度は、変動するか、予測不可能であるか、またはその両方であり得る、1つまたは複数の状態に依存し得る。単に例として、送信器と受信器との間の結合度は、送信器のタイプ、受信器のタイプ、送信器と受信器との相対位置、送信器および/または受信器に関連する周波数変動、送信器および/または受信器に関連する温度変動、送信器および/または受信器の近傍内の他の物質の存在、環境変数、あるいはそれらの任意の組合せに依存し得る。
【００５０】
本明細書で説明する本発明の様々な例示的な実施形態は、受信器701の無線電力充電効率を増加させることを対象とする。例示的な一実施形態によれば、電子デバイス700、より詳細には、受信器701は、受信回路704に関連する様々なパラメータ(たとえば、電圧レベルまたは電流レベル)を感知し、場合によっては、追跡するために構成され得る。さらに、受信器701は、バッテリー706に関係するデータを監視するために構成され得る。パラメータ、バッテリーデータ、またはそれらの組合せは、受信器701の充電効率を判断するために使用され得る。さらに、1つまたは複数の感知パラメータに応答して、受信器701は、アンテナ702を同調させて、バッテリー706への電力の最適な供給を可能にするように構成され得る。
【００５１】
図7を引き続き参照すると、電力管理システム714は、データ(すなわち、バッテリー706に関係するデータ)をセンサ716に送信するように構成され得る。より詳細には、たとえば、電力管理システム714は、バッテリー706の充電レベル、バッテリー706のタイプ、バッテリー706によって完了された充電サイクルの数、またはそれらの任意の組合せに関係するデータをセンサ716に送信するように構成され得る。さらに、センサ716は、受信器701内の様々なロケーションにおける電圧レベル、受信器701内の様々なロケーションにおける電流レベル、またはそれらの任意の組合せを感知するように構成され得る。より詳細には、センサ716は、調整器712からバッテリー706に供給されている電圧レベル、調整器712からバッテリー706に供給されている電流レベル、またはそれらの任意の組合せを感知するように構成され得る。さらに、センサ716が1つもしくは複数の感知パラメータの平均を測定するか、1つもしくは複数の感知パラメータの変動を監視(すなわち、追跡)するか、またはそれらの任意の組合せを行うように構成され得ることに留意されたい。センサ716は、さらに、感知データを同調コントローラ718に送信するように構成され得る。
【００５２】
センサ716から受信したデータに応答して、同調コントローラ718は、バッテリー706への電力の最適な供給を維持するためにアンテナ702を同調させるために利用され得る、1つまたは複数の同調値を生成するために、1つまたは複数のアルゴリズムを実行するように構成され得る。特定の適用例に適するように1つまたは複数のアルゴリズムが選ばれ得ることに留意されたい。一例として、同調コントローラ718は比例積分微分(PID)コントローラを含み得る。当業者によって理解されるように、PIDコントローラは、センサ716から1つまたは複数の入力信号(すなわち、データ)を受信すると、PIDアルゴリズムを実行し、1つまたは複数の同調値を出力するように構成され得る。別の例として、同じく当業者によって理解されるように、同調コントローラ718は、センサ716から1つまたは複数の入力信号(すなわち、データ)を受信すると、逐次近似アルゴリズムを実行して、1つまたは複数の同調値を生成するように構成され得る。さらに、1つまたは複数の同調値を判断した後に、同調コントローラ718は、1つまたは複数の同調値を示す1つまたは複数の信号(たとえば、制御信号)を整合回路708に送信するように構成され得る。1つまたは複数の信号を受信すると、整合回路708、より詳細には、アンテナ同調ユニット720(図8参照)は、それに応じてアンテナ702を同調させて、バッテリー706への電力の最適な供給を可能にするように構成され得る。
【００５３】
図8に、受信アンテナ702に結合され得、1つまたは複数の可変抵抗器721、1つまたは複数の可変キャパシタ723、またはそれらの任意の組合せを含み得るアンテナ同調ユニット720の一例を示す。アンテナ同調ユニット720は、同調コントローラ718から1つまたは複数の信号を受信するように構成され得、それに応答して、アンテナ702をそれに応じて同調させて、バッテリー706への電力の最適な供給を可能にし得る。
【００５４】
次に、電子デバイス700の企図された動作について説明する。初めに、アンテナ702は、この例によれば、無線電力を含む信号を受信し得る。その後、アンテナ702は受信信号を整合回路708に伝達し、整合回路708は受信信号のAC成分を整流器710に伝達し得る。信号を受信すると、整流器710は、信号からDC成分を抽出し、その後、DC成分を電圧調整器712に伝達し得る。次いで、電圧調整器712は電圧を電力管理システム714に伝達し、次いで、電力管理システム714は、バッテリー706を充電するために電圧をバッテリー706に伝達し得る。さらに、動作中はいつでも、センサ716は、受信器701内の1つまたは複数のパラメータを感知し得る。たとえば、センサ716は、調整器712からバッテリー706に供給されている電圧レベル、調整器712からバッテリー706に供給されている電流レベル、またはそれらの任意の組合せを感知し得る。さらに、センサ716は、1つまたは複数の感知パラメータの変動を監視(すなわち、追跡)するか、1つまたは複数の感知パラメータの平均を計算するか、またはそれらの任意の組合せを行い得る。その上、上述のように、バッテリー706に関係するデータは、電力管理システム714からセンサ716に伝達され得る。さらに、センサ716は、データ(たとえば、バッテリー706に関係するデータおよび/または感知パラメータ)を同調コントローラ718に伝達し得、次いで、同調コントローラ718は、バッテリー706への電力の最適な供給を可能にするために1つまたは複数の同調値を判断するために、1つまたは複数の好適なアルゴリズムを実行し得る。その後、同調コントローラ718は、判断された1つまたは複数の同調値を示す1つまたは複数の信号を、整合回路708に伝達し得る。1つまたは複数の信号を受信すると、整合回路708は、それに応じてアンテナ702を同調させ得る。
【００５５】
図9は、1つまたは複数の例示的な実施形態による方法680を示すフローチャートである。方法680は、電子デバイスのアンテナを用いてRF電界を受信するステップ(符号682によって示す)を含み得る。方法680は、電子デバイスに関連する1つまたは複数のパラメータを感知するステップ(符号684によって示す)をさらに含み得る。さらに、方法680は、1つまたは複数の感知パラメータに応答して1つまたは複数の同調値を生成するステップ(符号686によって示す)を含み得る。その上、方法680は、1つまたは複数の生成された同調値に従ってアンテナを同調させるステップ(符号688によって示す)を含み得る。方法680は、電子デバイスに関連するバッテリーへの電力の最適な供給を維持するために、必要に応じて繰り返され得ることに留意されたい。
【００５６】
上記で説明したように、本発明の例示的な実施形態は、潜在的に変動する充電状態(たとえば、電子デバイス700の移動、環境変数、送信器特性の変動、受信器特性の変動など)の下でバッテリー706への電力の最適な供給を可能にし得る。上記で説明した例示的な実施形態の追跡および適応特徴は、変動する充電状態の影響を低減し得、したがって、充電時間が低減され得、これはユーザにとって利益になり得ることに留意されたい。
【００５７】
パッシブデバイスがその関連するアンテナを同調させて、充電効率の増加を可能にするように構成され得る、上記で説明した例示的な実施形態に加えて、図10および図11に関して以下で説明する本発明の他の例示的な実施形態は、アクティブデバイスのアンテナを同調させて、充電効率の増加を可能にすることを対象とする。
【００５８】
図10に、無線電力を送信するように構成された任意の知られている好適な充電器を含み得る第1の電子デバイス800を含む、システム880を示す。第1の電子デバイス800は、少なくとも1つの充電可能デバイス(たとえば、第2の電子デバイス850)に電力を無線送信するように構成された少なくとも1つの送信アンテナ802を含み得る。より詳細には、送信アンテナ802、および図2の送信器104などの関連する送信器は、関連する近距離場領域内の受信器に無線電力を送信するように構成され得る。第1の電子デバイス800は、本明細書では「充電器」または「アクティブデバイス」とも呼ばれることがあることに留意されたい。
【００５９】
システム880は、無線電力を受信するように構成された任意の知られている好適な充電可能デバイスを含み得る、第2の電子デバイス850をさらに含む。非限定的な例として、電子デバイス850は、セルラー電話、ポータブルメディアプレーヤ、カメラ、ゲーム機、ナビゲーションデバイス、ヘッドセット(たとえば、Bluetooth(登録商標)ヘッドセット)、ツール、玩具、またはそれらの任意の組合せを含み得る。電子デバイス850は、好適な無線電源(たとえば、第1の電子デバイス800)から無線送信された電力を受信するように構成された少なくとも1つの受信アンテナ804を含み得る。より詳細には、例示的な一実施形態によれば、アンテナ804、および図2の受信器108などの関連する受信器は、関連する近距離場領域内の無線電源から送信された無線電力を受信するように構成され得る。さらに、電子デバイス850は、バッテリー852を受信電力で充電するように構成され得る。第2の電子デバイス850は、本明細書では「充電可能デバイス」または「パッシブデバイス」とも呼ばれることがあることに留意されたい。図7および図8に関して上記で説明したように、第2の電子デバイス850は電子デバイス700を含み得ることにさらに留意されたい。
【００６０】
さらに、電子デバイス800および電子デバイス850の各々は、関連するアンテナを介して少なくとも1つの他の電子デバイスと無線通信するように構成され得る。より詳細には、一例として、電子デバイス800は、少なくとも1つの他の電子デバイスとの通信リンクを確立するように構成され得、通信リンクを確立すると、その少なくとも1つの他の電子デバイスからデータ(たとえば、オーディオファイル、データファイル、またはビデオファイル)を無線受信するか、その少なくとも1つの他の電子デバイスにデータを無線送信するか、または両方を行い得る。同様に、電子デバイス850は、少なくとも1つの他の電子デバイスとの通信リンクを確立するように構成され得、通信リンクを確立すると、その少なくとも1つの他の電子デバイスからデータ(たとえば、オーディオファイル、データファイル、またはビデオファイル)を無線受信するか、その少なくとも1つの他の電子デバイスにデータを無線送信するか、または両方を行い得る。図10に示すように、通信リンク810は、第1の電子デバイス800と第2の電子デバイス850との間に存在する。
【００６１】
次に、図10および図11を参照しながら、システム880の企図された動作について説明する。最初に、第1の電子デバイス800は、第2の電子デバイス850によって受信され得るRF電界(図11において符号870によって示す)を送信し得る。さらに、RF電界870を受信すると、第2の電子デバイス850は、システム880の充電効率を監視するように構成され得る。たとえば、第2の電子デバイス850は、RF電界870から受信されたエネルギー量を監視するように構成され得る。より詳細には、第2の電子デバイス850は、RF電界870から受信されたエネルギー量を判断するために電子デバイス850内の成分または信号に関連する様々なパラメータ(たとえば、電圧レベル、電流レベル、温度、および周波数)を感知し、追跡するために構成され得る。さらに、一例として、第2の電子デバイス850は、システム880の充電効率を判断するためにRF電界870から受信されたエネルギー量を1つまたは複数のベンチマーク値と比較するように構成され得る。一例として、第2の電子デバイス850は、RF電界870の送信エネルギー量を示すデータ信号を、第1の電子デバイス800から受信するように構成され得る。その後、システム880の充電効率を判断するために、第2の電子デバイス850は、RF電界870の受信エネルギー量を、RF電界870の送信エネルギー量と比較し得る。
【００６２】
システム880の充電効率が改善され得るか、または受信RF電界がバッテリー852を効果的に充電するのに不十分であると第2の電子デバイス850が判断した場合、第2の電子デバイス850は、リンク810を介して、任意の好適な通信手段(たとえば、NFC)に従って、送信RF電界に対する変更を要求する信号(図11において符号872によって示す)を第1の電子デバイス800に送信するように構成され得る。一例として、第2の電子デバイス850は、所望の方法でアンテナ802の同調が変更されることを要求する信号を第1の電子デバイス800に送信するように構成され得る。アンテナ802の所望の変更は、限定はしないが、中心周波数の変更、Q値の変更、インピーダンスの変更、指向性の変更、選択された巻数の変更、またはそれらの任意の組合せを含み得る。別の例として、第2の電子デバイス850は、送信RF電界の振幅を増加または減少させることを要求する信号を、第1の電子デバイス800に送信するように構成され得る。受信RF電界は、単に例として、受信RF電界の電流がバッテリー852を充電するには高すぎるか低すぎる、受信RF電界の電圧がバッテリー852を充電するには高すぎるか低すぎる、または任意のそれらの組合せなど、1つまたは複数の様々な理由で不十分であり得ることに留意されたい。
【００６３】
第2の電子デバイス850から信号872(すなわち、要求)を受信すると、第1の電子デバイス800は、要求への対応または部分的対応が実現可能であるかどうかを判断するように構成され得る。対応が実現可能かどうかを判断することは、単に例として、規制上の制約、利用可能なリソース、またはそれらの任意の組合など、様々な要因に少なくとも部分的に依存し得る。第1の電子デバイス800が要求に対応することができないと判断した場合、システム880の充電効率は悪化しないことに留意されたい。一方、第1の電子デバイス800が要求に少なくとも部分的に対応することができる場合、システム880の充電効率は改善され得る。
【００６４】
第1の電子デバイス800が要求に十分に対応することができると判断するか、要求に対応することができないと判断するか、要求に部分的にのみ対応することができると判断するかにかかわらず、第1の電子デバイス800は、その判断、および場合によっては、その判断の理由を第2の電子デバイス850に通知する応答信号(図11において符号874によって示す)を、第2の電子デバイス850に送信し得る。応答信号874は、さらなる要求を停止するために、またはより効果的な充電が不可能であると判断された場合に1つまたは複数の関連する構成要素の電源を切断することを決定するために、第2の電子デバイス850にとって有用であり得ることに留意されたい。
【００６５】
第1の電子デバイス800が要求に少なくとも部分的に対応する場合、1つまたは複数の変更されたパラメータ(たとえば、周波数、Q値、指向性、振幅など)を有し得る、無線電力を含むRF電界(図11において符号876によって示す)が、第2の電子デバイス850に送信され得る。
【００６６】
図12は、1つまたは複数の例示的な実施形態による方法690を示すフローチャートである。方法690は、RF電源からRF電界を受信するステップ(符号692によって示す)を含み得る。方法690は、RF電界に対する少なくとも1つの変更を要求する信号を、RF電源に送信するステップ(符号694によって示す)をさらに含み得る。さらに、方法690は、少なくとも1つの変更を要求した後に、変更されたRF電界を受信するステップ(符号696によって示す)をさらに含み得る。
【００６７】
図10〜図12に関して上記で説明した様々な例示的な実施形態は、不可能でないとしても、場合によっては困難であり得る状態での充電可能デバイスの無線充電を可能にする。一例として、受信アンテナ(たとえば、アンテナ804)と送信アンテナ(たとえば、アンテナ802)との間の不整合により、低い充電効率が生じた場合、送信アンテナを同調させて、効率の増加を可能にし得る。別の例として、充電可能デバイス(たとえば、第2の電子デバイス850)が、効率的な結合のためにはRF電源(たとえば、第1の電子デバイス800)から遠すぎるか、またはそれに近すぎる場合、送信RF電界の電力レベルを減少させるか、または増加させて、結合度の増加を可能にし得る。
【００６８】
図13に、任意の知られている好適な電子デバイスを含み得る、別の電子デバイス900のブロック図を示す。単に例として、電子デバイス900は、セルラー電話、ポータブルメディアプレーヤ、カメラ、ゲーム機、ナビゲーションデバイス、ヘッドセット(たとえば、Bluetooth(登録商標)ヘッドセット)、ツール、玩具、またはそれらの任意の組合せを含み得る。以下でより十分に説明するように、電子デバイス900は、RF電源から送信されたRF電界を無線受信するように構成され得る。より詳細には、例示的な一実施形態によれば、電子デバイス900の受信器901は、無線充電器から送信された無線電力を受信するように構成され得る。さらに、別の例示的な実施形態によれば、電子デバイス900は、受信器901を介して少なくとも1つの他の電子デバイスと無線通信するように構成され得る。より詳細には、一例として、電子デバイス900は、少なくとも1つの他の電子デバイスとの通信リンク(たとえば、近距離通信(NFC)リンク)を確立するように構成され得、通信リンクを確立すると、好適な手段(たとえば、NFC手段)を介してその少なくとも1つの他の電子デバイスからデータ(たとえば、オーディオファイル、データファイル、またはビデオファイル)を無線受信するか、好適な手段(たとえば、NFC手段)を介してその少なくとも1つの他の電子デバイスにデータを無線送信するか、または両方を行い得る。
【００６９】
当業者によって理解されるように、パッシブモードで動作している間、受信器901は、送信デバイス(たとえば、図2の送信器104)とパッシブに通信するために構成された通信回路に受信器901が電力供給することを可能にするために、受信RF電界(すなわち、データ信号)から十分なエネルギー量を抽出し得る。さらに、データ信号に関連する受信RF電界は、一般に、受信器内の通信回路に電力供給するように要求された以上に、エネルギーを生成し得る。本発明の1つまたは複数の例示的な実施形態によれば、電子デバイス900、より詳細には、受信器901は、好適な通信手段を介してデータ信号を受信し、データ信号から利用可能なエネルギーを抽出し、抽出されたエネルギーをバッテリー906に伝達するために構成され得る。
【００７０】
図13に示すように、受信器901は、受信回路904に動作可能に結合され、無線電力を受信するために構成されたアンテナ902を含む。受信回路904は、整合回路908と、整流器910と、第1の電圧調整器912と、データプロセッサ924とを含み得る。整合回路908は、整流器910およびデータプロセッサ924の各々に動作可能に結合され得る。さらに、第1の電圧調整器912は、データプロセッサ924および整流器910の各々に動作可能に結合され得る。受信回路904は、整流器910および電力管理システム914の各々に動作可能に結合された第2の電圧調整器926をさらに含み得、電力管理システム914は電力管理集積回路を含み得る。電力管理システム914は、バッテリー906に動作可能に結合され得る。単に例として、第2の電圧調整器926はスイッチングレギュレータを含み得る。
【００７１】
次に、受信器901の企図された動作について説明する。初めに、アンテナ902は、好適な手段(たとえば、NFC手段)を介してデータ信号を受信し、その後、受信信号を整合回路908に伝達し得る。その後、整合回路908は、受信信号のAC成分を、データプロセッサ924および整流器910の各々に伝達し得る。信号を受信すると、整流器910は、信号からDC成分を抽出し、DC成分を第1の電圧調整器912に伝達し得る。次いで、第1の電圧調整器912は、データプロセッサ924中の構成要素に電力供給するために、電圧をデータプロセッサ924に伝達し得る。
【００７２】
さらに、整流器910は、無調整電圧Vunregを第2の電圧調整器926に伝達し得る。さらに、第2の電圧調整器926は、バッテリー906を充電するのに好適な振幅を有し得る調整された電圧Vregを出力するように構成され得る。整流器910から第2の電圧調整器926に送信された無調整電圧Vunregの振幅が、受信器901と、関連する送信器(たとえば、図2の送信器104)との間の結合度に応じて変動し得ることにさらに留意されたい。さらに、受信器901と、関連する送信器(たとえば、図2の送信器104)との間の相対位置、関連するアンテナの同調、ならびに送信器および/または受信器901の近傍内の他の物質の存在が、無調整電圧Vunregの振幅に影響を及ぼし得る。
【００７３】
調整された電圧Vregを受信すると、電力管理システム914は、バッテリー906を充電するために電力をバッテリー906に伝達し得る。ワイヤード充電器(図示せず)が電力を電力管理システム914に伝達しているのと同様に、第2の電圧調整器926は、調整された電圧Vregを、電力管理システム914の入力ピン(図示せず)に伝達し得ることに留意されたい。
【００７４】
図14に、任意の好適な手段を介してデータを電子デバイス900に送信するために構成され得る電子デバイス960に近接して位置する電子デバイス900を含むシステム950を示す。電子デバイス900は、電子デバイス960からRF電界(すなわち、データ信号)を受信し(矢印792によって示す)、データ信号をデータプロセッサ(たとえば、図13のデータプロセッサ924)に伝達するように構成され得る。さらに、上記で説明した例示的な実施形態のうちの1つまたは複数によれば、電子デバイス900は、受信RF電界から利用可能なエネルギーを抽出し、抽出されたエネルギーをバッテリー906に伝達する(図12参照)ように構成され得る。
【００７５】
図15に、ラップトップコンピュータとして示される電子デバイス962に近接して位置する電子デバイス900を含む別のシステム990を示す。電子デバイス962は、任意の好適な手段を介して電子デバイス900と通信リンクを確立するように構成され得る。さらに、通信リンクを確立すると、電子デバイス962は、データ信号(たとえば、メディアファイルまたはデータファイル)を含むRF電界を、電子デバイス900に送信するように構成され得る。電子デバイス900は、電子デバイス962からRF電界(すなわち、データ信号)を受信し、データ信号を電子デバイス900のデータプロセッサ(たとえば、図12のデータプロセッサ924)に伝達するように構成され得る。その上、上記で説明した例示的な実施形態のうちの1つまたは複数によれば、電子デバイス900は、RF電界から利用可能なエネルギーを抽出し、抽出されたエネルギーをバッテリー906に伝達する(図12参照)ように構成され得る。1つの電子デバイス(たとえば、電子デバイス962)から別の電子デバイス(たとえば、電子デバイス900)へのデータ転送(たとえば、ファイルの同期)がかなりの量の時間を必要とし、したがって、データ転送中にかなりのエネルギー量がバッテリー(たとえば、バッテリー906)に伝達され得ることに留意されたい
【００７６】
図16は、1つまたは複数の例示的な実施形態による方法980を示すフローチャートである。方法980は、電子デバイスを用いてデータ信号を無線受信するステップ(符号982によって示す)を含み得る。方法980は、データ信号から利用可能なエネルギーを抽出するステップ(符号984によって示す)をさらに含み得る。さらに、方法980は、抽出されたエネルギーを電子デバイスに関連するバッテリーに伝達するステップ(符号986によって示す)を含み得る。方法980は、電子デバイスによって受信されたデータ信号ごとに繰り返され得ることに留意されたい。
【００７７】
図13〜図16を参照しながら説明する例示的な実施形態が、より高い電力専用無線充電器など、他の無線充電技術とともに利用され得ることに留意されたい。しかしながら、スタンドアロン構成では、図13〜図16を参照しながら説明する例示的な実施形態により、電子デバイスを充電するための低コストの小さい確実な手段が可能になり得る。
【００７８】
情報および信号は多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００７９】
さらに、本明細書で開示した例示的な実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課せられた設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００８０】
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００８１】
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施されるか、またはその2つの組合せで実施され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサに一体化され得る。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【００８２】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含むことができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。
【００８３】
上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を製作または使用できるようにするために提供したものである。これらの例示的な実施形態の様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００８４】
100  無線送信または充電システム
102  入力電力
104、200  送信器
106  放射界
108、300、701、901  受信器
110  出力電力
112  距離
114、204、802  送信アンテナ
118、304、804  受信アンテナ
119  通信チャネル
122、212  発振器
123  調整信号
124、210  電力増幅器
125  制御信号
126  フィルタおよび整合回路
132、708、908  整合回路
134  整流器およびスイッチング回路
136、706、852、906  バッテリー
150  ループアンテナ
152、154  キャパシタ
156  共振信号
202  送信回路
206  インピーダンス整合回路
208  低域フィルタ(LPF)
214  コントローラ
216  負荷感知回路
220  キャリア信号
224  送信変調信号
226  電力
230  差動増幅器
235  受信信号
250  差動アンテナ
280  存在検出器
290  密閉検出器
302、704、904  受信回路
306  電力変換回路
308  RF-DC変換器
310  DC-DC変換器
312  スイッチング回路
314  ビーコン回路
316  プロセッサ
350  デバイス
700、900、960、962  電子デバイス
702、902  アンテナ
710、910  整流器
712  電圧調整器
714、914  電力管理システム
716  センサ
718  同調コントローラ
720  アンテナ同調ユニット
721  可変抵抗器
723  可変キャパシタ
800  第1の電子デバイス
850  第2の電子デバイス
870、876  RF電界
872  信号
874  応答信号
880、950、990  システム
912  第1の電圧調整器
924  データプロセッサ
926  第2の電圧調整器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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