(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力をワイヤレスで送信する方法であって、
アンテナアレイを備えるワイヤレス電力送信機において、
前記アンテナアレイのアンテナの第１のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第１の信号を受信することと、
前記アンテナの第１のサブセットに含まれていない少なくとも１つのアンテナを含む、前記アンテナアレイのアンテナの第２のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第２の信号を受信することと、
前記第１の信号および前記第２の信号の解析に基づいて、コントローラーによって、電力伝送波のための伝送特徴を決定することであって、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにすることと、
前記第１の信号および前記第２の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記アンテナアレイによって、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信することであって、前記電力伝送波は前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉することと
を含み、
前記アンテナの第１のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第２のサブセットに実質的に直交する、方法。
【請求項２】
前記アンテナの第１のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第２のサブセットはアンテナの列である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワイヤレス電力送信機において、
前記第１の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定することと、
前記第２の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ワイヤレス電力送信機において、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存することを更に含み、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アンテナの第１のサブセットと前記アンテナの第２のサブセットは、少なくとも１つの共通のアンテナを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンテナアレイは、前記アンテナの第１のサブセットおよび前記アンテナの第２のサブセットにおけるアンテナとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、前記決定された伝送特徴を有する少なくとも１つの電力伝送波を送信することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
アンテナの第１のサブセットおよびアンテナの第２のサブセットを備えるアンテナアレイと、
コントローラーと
を備えるワイヤレス電力送信機であって、前記アンテナアレイは、
前記アンテナの第１のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第１の信号を受信し、
前記アンテナの第１のサブセットに含まれていない少なくとも１つのアンテナを含む、前記アンテナの第２のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第２の信号を受信する
ように構成され、前記コントローラーは、前記第１の信号および前記第２の信号の解析に基づいて、電力伝送波のための伝送特徴を決定するように構成され、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにし、
前記アンテナアレイは、前記コントローラーが前記第１の信号および前記第２の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信するように更に構成され、前記電力伝送波は、前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉し、
前記アンテナの第１のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第２のサブセットに実質的に直交する、ワイヤレス電力送信機。
【請求項１４】
前記アンテナの第１のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第２のサブセットはアンテナの列である、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項１５】
前記コントローラーは、
前記第１の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定し、
前記第２の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定する
ように更に構成されている、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項１６】
前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項１５に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項１７】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項１６に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項１８】
前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項１９】
前記コントローラーは、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存するように更に構成され、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２０】
前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２１】
前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２２】
前記アンテナの第１のサブセットと前記アンテナの第２のサブセットは、少なくとも１つの共通のアンテナを有する、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２３】
前記アンテナアレイは、前記アンテナの第１のサブセットおよび前記アンテナの第２のサブセットとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２４】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、電力伝送波を送信することを含む、請求項１３に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項２５】
アンテナアレイを備えるワイヤレス電力送信機の１つ以上のプロセッサによる実行のために構成された１つ以上のプログラムを記憶する、非一時的コンピューター可読ストレージ媒体であって、前記１つ以上のプログラムは命令を含み、前記命令は、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、
前記アンテナアレイのアンテナの第１のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第１の信号を受信することと、
前記アンテナの第１のサブセットに含まれていない少なくとも１つのアンテナを含む、前記アンテナアレイのアンテナの第２のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第２の信号を受信することと、
前記第１の信号および前記第２の信号の解析に基づいて、電力伝送波のための伝送特徴を決定することであって、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにすることと、
前記第１の信号および前記第２の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記アンテナアレイによって、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信することであって、前記電力伝送波は前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉することと
を実行させ、
前記アンテナの第１のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第２のサブセットに実質的に直交する、非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項２６】
前記アンテナの第１のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第２のサブセットはアンテナの列である、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項２７】
前記１つ以上のプログラムは、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、
前記第１の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定することと、
前記第２の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定することと
を実行させる命令を更に含む、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項２８】
前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項２７に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項２９】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項２８に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３０】
前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３１】
前記１つ以上のプログラムは、前記１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存させる命令を更に含み、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３２】
前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３３】
前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３４】
前記アンテナの第１のサブセットと前記アンテナの第２のサブセットは、少なくとも１つの共通のアンテナを有する、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３５】
前記アンテナアレイは、前記アンテナの第１のサブセットおよび前記アンテナの第２のサブセットとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【請求項３６】
前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、電力伝送波を送信することを含む、請求項２５に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１３年５月１０日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  Ｆｏｒ  Ｐｏｃｋｅｔ−Ｆｏｒｍｉｎｇ」と題する米国非仮特許出願第１３／８９１，４３０号の一部継続出願であり、２０１２年１０月３１日に出願された「Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／７２０，７９８号、２０１２年７月６日に出願された、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６６８，７９９号、および２０１２年７月３１日に出願された、「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６７７，７０６号の優先権を主張する。それらの全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００２】
[0002]  本出願は、２０１３年６月２４日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｐｏｃｋｅｔ−Ｆｏｒｍｉｎｇ」と題する米国非仮特許出願第１３／９２５，４６９号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００３】
[0003]  本出願は、２０１３年７月１９日に出願された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ３  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｐｏｃｋｅｔ−Ｆｏｒｍｉｎｇ」と題する米国非仮特許出願第１３／９４６，０８２号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００４】
[0004]  本出願は、２０１３年５月１０日に出願された、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国非仮特許出願第１３／８９１，３９９号の一部継続出願であり、２０１２年１０月３１日に出願された、「Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／７２０，７９８号、２０１２年７月６日に出願された、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６６８，７９９号、および２０１２年７月３１日に出願された、「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６７７，７０６号の優先権を主張する。それらの全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００５】
[0005]  本出願は、２０１３年５月１０日に出願された、「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国非仮特許出願第１３／８９１，４４５号の一部継続出願であり、２０１２年１０月３１日に出願された、「Ｓｃａｌａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／７２０，７９８号、２０１２年７月６日に出願された、「Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６６８，７９９号、および２０１２年７月３１日に出願された、「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題する米国仮特許出願第６１／６７７，７０６号の優先権を主張する。それらの全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００６】
[0006]  本出願は、２０１３年６月２５日に出願された、「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｒａｎｇｅ」と題する米国非仮特許出願第１３／９２６，０２０号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【０００７】
[0007]  本開示は、包括的にはワイヤレス電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００８】
[0008]  スマートフォン、タブレット、ノートブックおよび他の電子デバイス等のポータブル電子デバイスは、他者と通信し、対話する上で日常的に必要なものとなっている。これらのデバイスを頻繁に用いることは、大量の電力を必要とする場合があり、これによって、これらのデバイスに取り付けられた電池が容易に消耗する場合がある。したがって、ユーザーは、デバイスを電源にプラグインし、そのようなデバイスを再充電することが頻繁に必要である。これは、電子機器を少なくとも１日に１回、または需要の高い電子デバイスでは、１日に１回よりも多く充電しなくてはならない場合がある。
【０００９】
[0009]  そのような活動は退屈である場合があり、ユーザーにとって負担となる場合がある。例えば、ユーザーは、自身の電子機器の電力が不足している場合、充電器を携帯することが必要とされる場合がある。更に、ユーザーは、接続するための利用可能な電源を見つけなくてはならない。最後に、ユーザーは、自身の電子デバイスを充電することを可能にするために、壁または他の電源にプラグインしなくてはならない。一方、そのような活動により、充電中に電子デバイスが動作不可能になる場合がある。
【００１０】
[0010]  この問題に対する現在の解決策は、再充電可能な電池を有するデバイスを含むことができる。一方、上述した手法は、ユーザーが追加の電池を携帯することを必要とし、電池の追加のセットが充電されることも確実にする。太陽電池式充電池も既知であるが、太陽電池は高価であり、任意の大きな容量の電池を充電するには太陽電池の大型アレイが必要とされる場合がある。他の手法は、電磁信号を用いることによって、デバイスのプラグを電気取出口に物理的に接続することなくデバイスの充電を可能にするマットまたはパッドを含む。この場合、デバイスは、依然として、充電されるために、ある期間にわたって一定の位置に配置されることを必要とする。電磁（EM）信号の単一ソースの電力伝送を仮定すると、ＥＭ信号電力は、距離ｒにわたって１／ｒ２に比例する係数だけ低減し、換言すれば、距離の二乗に比例して減衰する。このため、ＥＭ送信機から遠い距離で受信される電力は、送信された電力の僅かな部分である。受信信号の電力を増大させるために、送信電力は増大されなくてはならない。送信信号がＥＭ送信機から３センチメートルにおいて効果的に受信されると仮定して、３メートルの有効な距離にわたって同じ信号電力を受信することは、送信される電力を１０，０００倍増大させることを必要とする。そのような電力伝送は、エネルギーのほとんどが、送信されても意図されるデバイスに受信されないため無駄であり、生体組織にとって危険となる可能性があり、すぐ近くにあるほとんどの電子デバイスと干渉する可能性が非常に高く、また、熱として放散される場合がある。
【００１１】
[0011]  指向性電力伝送等の更に別の手法では、通常、電力伝送効率を高めるために、信号を正しい方向に向けることを可能にするようにデバイスの位置を知ることが必要となる。しかし、デバイスが位置特定された場合であっても、受信デバイスの経路内または近傍における物体の反射および干渉に起因して、効果的な伝送は保証されない。加えて、多くの使用事例においてデバイスは静止しておらず、これにより困難さが増す。
【００１２】
[0012]  上記の理由から、追加の充電器もプラグも必要とすることなく電子デバイスに電源供給することができ、電子デバイスの移動性および可搬性が損なわれてはならないワイヤレス電力伝送システムが必要とされている。したがって、上述した問題を解決するワイヤレス電力伝送方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
[0013]  本明細書に記載の実施形態は、電力伝送信号（例えば、無線周波数（RF）信号波）を送信して３次元エネルギーポケットを生じさせる送信機を備える。少なくとも１つの受信機は、電子デバイスに接続または一体化し、エネルギーポケットから電力を受信することができる。送信機は、通信媒体（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術）を用いて３次元空間において少なくとも１つの受信機を位置特定することができる。送信機は、少なくとも１つの受信機の各々の周りにエネルギーポケットが生じるように波形を生成する。送信機は、アルゴリズムを用いて３次元において波形を方向付け、波形の焦点を合わせ、波形を制御する。受信機は、送信信号（例えば、RF信号）を、電子デバイスに電力供給するための、および／または電池に充電するための電気に変換することができる。したがって、ワイヤレス電力伝送のための実施形態は、配線なしで複数の電力デバイスに電力供給し、これらの複数の電力デバイスに充電することを可能にすることができる。
【００１４】
[0014]  １つの実施形態では、エネルギーポケットを形成する方法であって、本方法は、送信機によって、受信機から第１の信号を捕捉することであって、第１の信号は送信機のアンテナの第１のサブセットによって捕捉されることと、送信機によって、第１の信号に含まれるデータに基づいて１つ以上の電力伝送波を受信機に送信することであって、１つ以上の電力伝送波は、アンテナの第１のサブセットを用いて送信されることと、送信機によって、受信機から第２の信号を捕捉することであって、第２の信号は、送信機のアンテナの第２のサブセットによって捕捉されることと、送信機によって、第１の信号および第２の信号に基づいて１つ以上の電力伝送波を送信して、受信機に対する位置にエネルギーポケットを形成することであって、送信機は、アンテナの第１のサブセットおよびアンテナの第２のサブセットを連続して調整し、受信機に対する位置にエネルギーポケットを形成することと、を含む。
【００１５】
[0015]  別の実施形態では、ワイヤレス電力伝送における３次元ポケット形成のためのシステムであって、本システムは、１つ以上の電力伝送波を送信するように構成された１つ以上のアンテナのアレイと、アンテナのアレイを制御して１つ以上の電力伝送波を用いてエネルギーポケットを形成するように構成されたマイクロプロセッサとを備える送信機と、送信機によって生成されたエネルギーポケットからエネルギーを受信するように構成された１つ以上のアンテナと、１つ以上の通信信号を送信する通信アンテナとを備える受信機であって、受信機は、受信機から電荷を受信する電子デバイスに関連付けられる、受信機と、を備え、送信機のアンテナのアレイは、受信機によって生成された第１の信号を捕捉するように構成された１つ以上のアンテナの第１のサブセットを含み、送信機のアンテナのアレイは、受信機によって生成された第２の信号を捕捉するように構成された１つ以上のアンテナの第２のサブセットを含み、マイクロプロセッサは、アンテナの第１のサブセットおよびアンテナの第２のサブセットを調整してエネルギーポケットを受信機に送信するように更に構成される。
【００１６】
[0016]  更に別の実施形態では、ワイヤレス電力伝送における３次元ポケット形成のための装置であって、本装置は、球システムにおける水平および垂直の向きまたは値を表す第１の信号および第２の信号を生成することによって送信機と通信するように構成された、電子デバイスに接続された受信機と、マイクロプロセッサのための受信機の水平値および垂直値を捕捉して、信号を捕捉するのに用いられる、およびマイクロプロセッサによって、受信機が電子デバイスに電力供給するのに用いるエネルギーポケットを形成するために送信機のアンテナ素子を調整するのに用いられる、垂直アンテナ素子および水平アンテナ素子のための位相および利得の対応する値を計算するように構成されたアンテナ素子の第１のサブセットおよび第２のサブセットと、を備える。
【００１７】
[0017]  実施形態の更なる特徴および利点が、以下の説明に示され、部分的にこの説明から明らかとなる。書面による説明における例示的な実施形態およびその特許請求の範囲ならびに添付の図面において特に指摘された構造によって、本発明の目的および他の利点が実現され、達成されることとなる。
【００１８】
[0018]  上記の全体的な説明および以下の詳細な説明の双方が例示的かつ説明的なものであり、特許請求される本発明の更なる説明を与えることを意図していることを理解されたい。
【００１９】
[0019]  本開示は、以下の図面を参照することによってより良好に理解することができる。図面における構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに、本開示の原理を示すことに重点が置かれている。図面において、参照符号は、異なる図を通じて対応する部分を指す。本開示の非限定的な実施形態は、添付の図面を参照して例として説明される。添付の図面は、概略的であり、縮尺どおりに描かれることは意図されていない。背景技術を表すものとして示されない限り、図面は本開示の態様を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】[0020]例示的な実施形態によるシステム概要を示す。
【図２】[0021]例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送のステップを示す。
【図３】[0022]例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送のアーキテクチャを示す。
【図４】[0023]例示的な実施形態による、ポケット形成手順を用いたワイヤレス電力伝送のシステムのコンポーネントを示す。
【図５】[0024]例示的な実施形態による、複数の受信機デバイスに電力供給するステップを示す。
【図６Ａ】[0025]単一の波形に統合することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送のための波形を示す。
【図６Ｂ】[0026]単一の波形に統合することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送のための波形を示す。
【図７】[0027]送信機からの様々な半径に沿ってエネルギーの複数のポケットを生成することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
【図８】[0028]送信機からの様々な半径に沿ってエネルギーの複数のポケットを生成することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
【図９Ａ】[0029]例示的な実施形態による、クライアントコンピューティングプラットフォームをワイヤレス充電するためのアーキテクチャの図を示す。
【図９Ｂ】例示的な実施形態による、クライアントコンピューティングプラットフォームをワイヤレス充電するためのアーキテクチャの図を示す。
【図１０Ａ】[0030]例示的な実施形態による、複数ポケット形成を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
【図１０Ｂ】[0031]例示的な実施形態による、複数アダプティブポケット形成を示す。
【図１１】[0032]例示的な実施形態による、クライアントデバイスをワイヤレス充電するためのシステムアーキテクチャの図を示す。
【図１２】[0033]例示的な実施形態による、アンテナ素子を用いて受信機位置を特定するための方法を示す。
【図１３Ａ】[0034]例示的な実施形態によるアレイサブセット構成を示す。
【図１３Ｂ】[0035]例示的な実施形態によるアレイサブセット構成を示す。
【図１４】[0036]例示的な実施形態による平坦な送信機を示す。
【図１５Ａ】[0037]例示的な実施形態による送信機を示す。
【図１５Ｂ】[0038]例示的な実施形態によるボックス型送信機を示す。
【図１６】[0039]例示的な実施形態による、送信機を異なるデバイスに組み込むためのアーキテクチャの図を示す。
【図１７】[0040]例示的な実施形態による送信機構成を示す。
【図１８Ａ】[0041]例示的な実施形態による、アンテナ素子に並列に接続された複数の整流器を示す。
【図１８Ｂ】[0042]例示的な実施形態による、整流器に並列に接続された複数のアンテナ素子を示す。
【図１９Ａ】[0043]例示的な実施形態による、組み合わされ、並列な整流器に接続された、複数のアンテナ素子の出力を示す。
【図１９Ｂ】[0044]例示的な実施形態による、異なる整流器に接続されたアンテナ素子のグループを示す。
【図２０Ａ】[0045]例示的な実施形態による、組込み受信機を有するデバイスを示す。
【図２０Ｂ】[0046]例示的な実施形態による、組込み受信機を有する電池を示す。
【図２０Ｃ】[0047]例示的な実施形態による、デバイスに取り付けることができる外付けハードウェアを示す。
【図２１Ａ】[0048]例示的な実施形態による、ケースの形態のハードウェアを示す。
【図２１Ｂ】[0049]例示的な実施形態による、プリントフィルムまたはフレキシブルプリント回路基板の形態のハードウェアを示す。
【図２２】[0050]例示的な実施形態による内部ハードウェアを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[0051]  ここで、本明細書の一部をなす図面に示される実施形態を参照して本開示が詳細に説明される。本開示の趣旨また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、および／または他の変更を行うことができる。詳細な説明に記載される説明的な実施形態は、本明細書に提示される主題を限定することを意図するものではない。更に、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の様々なコンポーネントおよび実施形態を組み合わせて、明示的に記載されていない更なる実施形態を形成することができる。
【００２２】
[0052]  ここで、図面に示されている例示的な実施形態を参照し、本明細書において、これらの実施形態を説明するために特定の言い回しが用いられる。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解されたい。関連技術分野における、本開示を保有する当業者が思いつくであろう、本明細書に示される発明的特徴の変形および更なる変更、ならびに本明細書に示される本発明の原理の更なる応用は、本発明の範囲内にあるとみなされる。
【００２３】
Ｉ．ワイヤレス電力伝送のためのシステムおよび方法
Ａ．コンポーネントシステム実施形態
[0053]  図１は、エネルギーポケット１０４を形成することによるワイヤレス電力伝送のためのシステム１００を示す。システム１００は、送信機１０１と、受信機１０３と、クライアントデバイス１０５と、ポケット検出器１０７とを備えることができる。送信機１０１は、受信機１０３によって捕捉することができる電力伝送波を含む電力伝送信号を送信することができる。受信機１０３は、捕捉された波を、受信機１０３に関連付けられたクライアントデバイス１０５の代わりに電気エネルギーの使用可能なソースに変換することができるアンテナ、アンテナ素子および他の回路部（以下で詳述する）を含むことができる。いくつかの実施形態では、送信機１０１は、電力伝送波の位相、利得および／または他の波形特徴を操作することによって、および／または異なる送信アンテナを選択することによって、１つ以上の軌道において、電力伝送波から作成された電力伝送信号を送信することができる。そのような実施形態では、送信機１０１は、基礎をなす電力伝送波が空間内のある位置において収束するように電力伝送信号の軌道を操作することができ、結果として、ある特定の形の干渉が生じる。電力伝送波の収束時に生成される１つのタイプの干渉「強め合う干渉（constructive interference）」は、電力伝送波が共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを強化させるような、電力伝送波の収束によって生じるエネルギー場とすることができる。これは、「弱め合う干渉（destructive interference）」と呼ばれる、電力伝送波が互いから減算されるように共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを減衰させる干渉とは対照的である。強め合う干渉における十分なエネルギーの累積によって、エネルギー場または「エネルギーポケット（pocket of energy）」１０４を確立することができ、このエネルギーポケットは、受信機１０３のアンテナが電力伝送信号の周波数で動作するように構成されているとすると、これらのアンテナによって取り入れることができる。したがって、電力伝送波は、受信機１０３が電力伝送波を受信し、取り入れ、使用可能な電気エネルギーに変換することができる空間内の位置において、エネルギーポケット１０４を確立し、これによって、関連付けられた電気クライアントデバイス１０５に電源供給するかまたはこれらを充電することができる。検出器１０７は、電力伝送信号の受信に応答して通知またはアラートを生成することが可能な受信機１０３を備えるデバイスとすることができる。例として、ユーザーのクライアントデバイス１０５を充電するために受信機１０３の最適な配置を探索しているユーザーは、ＬＥＤライト１０８を備える検出器１０７を用いることができ、このＬＥＤライト１０８は、検出器１０７が単一のビームまたはエネルギーポケット１０４からの電力伝送信号を捕捉するときに明るさを増すことができる。
【００２４】
１．送信機
[0054]  送信機１０１は、デバイス１０５に関連付けられた受信機１０３に電力伝送信号を送信またはブロードキャストすることができる。後述する実施形態のうちのいくつかは、無線周波数（RF）波として電力伝送信号を記載しているが、電力伝送は、空間を通じて伝播されることが可能であり、かつ電気エネルギー源１０３に変換されることが可能な物理的媒体とすることができることが理解されるべきである。送信機１０１は、受信機１０３に向けられた単一のビームとして電力伝送信号を送信することができる。いくつかの場合、１つ以上の送信機１０１が、複数の方向において伝播される複数の電力伝送信号を送信することができ、物理的障害物（例えば、壁）を外れるように偏波することができる。複数の電力伝送信号が、３次元空間内の位置において収束し、エネルギーポケット１０４を形成することができる。エネルギーポケット１０４の境界内の受信機１０３は、電力伝送信号を捕捉し、使用可能なエネルギー源に変換することができる。送信機１０１は、電力伝送信号の位相および／または相対振幅調整に基づくポケット形成を制御して、強め合う干渉パターンを形成することができる。
【００２５】
[0055]  例示的な実施形態は、ＲＦ波送信技法の使用を挙げているが、ワイヤレス充電技法は、ＲＦ波送信技法に限定されるべきではない。むしろ、可能なワイヤレス充電技法は、送信されたエネルギーを電力に変換する受信機にエネルギーを送信するための任意の数の代替的なまたは更なる技法を含むことができることが理解されるべきである。受信デバイスによって電力に変換することができるエネルギーのための非限定的な例示的な伝送技法は、超音波、マイクロ波、共鳴磁場および誘導磁場、レーザー光、赤外線、または他の形態の電磁エネルギーを含むことができる。超音波の場合、例えば、受信デバイスに向かって超音波を送信するトランスデューサーアレイを形成するように１つ以上のトランスデューサー素子を配置することができ、この受信デバイスは、超音波を受信し、超音波を電力に変換する。共鳴磁場および誘導磁場の場合、送信コイルにおいて磁場が生じ、受信機コイルによって電力に変換される。更に、例示的な送信機１０１が、潜在的に複数の送信機（送信アレイ）を含む単一のユニットとして示されているが、電力のＲＦ送信、およびこの段落で述べられた他の電力伝送方法の双方の場合に、送信アレイは、小型の規則的構造ではなく、空間の周りに物理的に拡散した複数の送信機を含むことができる。
【００２６】
[0056]  送信機は、アンテナが電力伝送信号を送信するために用いられるアンテナアレイを含む。各アンテナは電力伝送波を送信し、ここで、送信機は、異なるアンテナから送信された信号に異なる位相および振幅を適用する。エネルギーポケットの形成と同様に、送信機は、送信される信号の遅延したバージョンのフェーズドアレイを形成することができ、次に、信号の遅延したバージョンに異なる振幅を適用し、次に、適切なアンテナから信号を送信する。ＲＦ信号、超音波、マイクロ波等のような正弦波形の場合、信号を遅延させることは、信号に位相シフトを適用することと同様である。
【００２７】
２．エネルギーポケット
[0057]  エネルギーポケット１０４は、送信機１０１によって送信された電力伝送信号の強め合う干渉パターンの位置において形成することができる。エネルギーポケット１０４は、エネルギーポケット１０４内に位置する受信機１０３によってエネルギーを取り入れることができる３次元場として現れることができる。ポケット形成中に送信機１０１によって生成されるエネルギーポケット１０４を、受信機１０３によって取り入れ、電荷に変換し、次に、受信機１０３（例えば、ラップトップコンピューター、スマートフォン、充電池）に関連付けられた電子クライアントデバイス１０５に提供することができる。いくつかの実施形態では、様々なクライアントデバイス１０５に電源供給する複数の送信機１０１および／または複数の受信機１０３が存在する場合がある。いくつかの実施形態では、アダプティブポケット形成は、電力レベルを調節し、および／またはデバイス１０５の動きを識別するために、電力伝送信号の送信を調整することができる。
【００２８】
３．受信機
[0058]  受信機１０３は、関連付けられたクライアントデバイス１０５に電源供給するかまたはこれを充電するために用いることができる。クライアントデバイス１０５は、受信機１０３に結合または一体化された電気デバイスとすることができる。受信機１０３は、１つ以上の送信機１０１から生じた１つ以上の電力伝送信号からの電力伝送波を受信することができる。受信機１０３は、送信機１０１によって生成された単一のビームとして電力伝送信号を受信することができるか、または受信機１０３は、エネルギーポケット１０４から電力伝送波を取り入れることができる。これは、１つ以上の送信機１０１によって生成される複数の電力伝送波の収束の結果として生じる空間内の３次元場とすることができる。受信機１０３は、電力伝送信号から電力伝送波を受信し、単一のビームまたはエネルギーポケット１０４の電力伝送信号からエネルギーを取り入れるように構成されたアンテナ１１２のアレイを含むことができる。受信機１０３は回路部を含むことができ、この回路部は、次に、電力伝送信号（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に変換する。受信機１０３の整流器は、電気エネルギーをＡＣからＤＣに変換することができる。他のタイプの調整も適用することができる。例えば、電圧調整回路は、クライアントデバイス１０５による要求に応じて、電気エネルギーの電圧を増減させることができる。次に、継電器は、受信機１０３からの電気エネルギーをクライアントデバイス１０５に伝達することができる。
【００２９】
[0059]  いくつかの実施形態では、受信機１０３は、データをリアルタイムでまたはほぼリアルタイムで交換するために、制御信号を送信機１０１に送信する通信コンポーネントを備えることができる。制御信号は、クライアントデバイス１０５、受信機１０３または電力伝送信号に関するステータス情報を含むことができる。ステータス情報は、数あるタイプの情報の中でも、例えば、デバイス１０５の現在の位置情報、受け取った電荷量、使用した電荷量、およびユーザーアカウント情報を含むことができる。更に、いくつかの用途では、受信機１０３は、受信機が収容する整流器を含めて、クライアントデバイス１０５に一体化することができる。実際的には、受信機１０３、配線１１１およびクライアントデバイス１０５は、単一のパッケージ内に含まれる単一のユニットとすることができる。
【００３０】
４．制御信号
[0060]  いくつかの実施形態では、制御信号は、電力伝送信号の生成および／またはポケット形成の制御を担う様々なアンテナ素子によって用いられるデータ入力としての役割を果たすことができる。制御信号は、外部電源（図示せず）および局部発振器チップ（図示せず）を用いて受信機１０３または送信機１０１によって生成することができ、これはいくつかの場合、圧電材料を用いることを含むことができる。制御信号は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ、赤外線、近距離通信（NFC）等のプロセッサ間でデータを通信することが可能なＲＦ波または任意の他の通信媒体もしくはプロトコルとすることができる。後に詳述するように、制御信号は、送信機１０１と受信機１０３との間で、電力伝送信号を調整するのに用いられる情報を伝達するのに用いることができ、また、ステータス、効率性、ユーザデータ、電力消費、課金、ジオロケーションに関する情報、および他のタイプの情報を含むことができる。
【００３１】
５．検出器
[0061]  検出器１０７は、検出器１０７が１つ以上の送信機１０１から生じた電力伝送信号を受信することを可能にすることができる、受信機１０３に類似のハードウェアを含むことができる。ユーザーによって検出器１０７を用いてエネルギーポケット１０４の位置を特定することができ、それによって、ユーザーは、受信機１０３の好ましい配置を決定することができる。いくつかの実施形態では、検出器１０７は、検出器がエネルギーポケット１０４内に配置されたときを示すインジケーターライト１０８を備えることができる。例として、図１において、検出器１０７ａ、１０７ｂは、送信機１０１によって生成されたエネルギーポケット１０４内に位置し、これによって、検出器１０７ａ、１０７ｂがエネルギーポケット１０４の電力伝送信号を受信していることに起因して、それぞれのインジケーターライト１０８、１０８ｂをオンにするように検出器１０７ａ、１０７ｂをトリガーすることができるのに対し、エネルギーポケット１０４の外側に位置する第３の検出器１０７ｃのインジケーターライト１０８ｃは、第３の検出器１０７ｃが送信機１０１からの電力伝送信号を受信していないことに起因してオフにされる。代替的な実施形態において、インジケーターライト等の検出器の機能も、受信機またはクライアントデバイスに一体化されてもよいことが理解されるべきである。
【００３２】
６．クライアントデバイス
[0062]  クライアントデバイス１０５は、連続電気エネルギーを必要とするかまたは電池からの電力を必要とする任意の電気デバイスとすることができる。クライアントデバイス１０５の非限定的な例は、数あるタイプの電気デバイスの中でも、ラップトップ、携帯電話、スマートフォン、タブレット、音楽プレーヤー、玩具、電池、フラッシュライト、ランプ、電子時計、カメラ、ゲームコンソール、機器、ＧＰＳデバイス、および装着可能なデバイスまたはいわゆる「ウェアラブル」（例えば、フィットネスブレスレット、歩数計、スマートウォッチ）を含むことができる。
【００３３】
[0063]  いくつかの実施形態では、クライアントデバイス１０５ａは、クライアントデバイス１０５ａに関連付けられた受信機１０３ａと別個の物理デバイスとすることができる。そのような実施形態では、クライアントデバイス１０５ａは、変換された電気エネルギーを受信機１０３ａからクライアントデバイス１０５ａに伝達する配線１１１を介して受信機に接続することができる。いくつかの場合、電力消費ステータス、電力使用メトリック、デバイス識別子および他のタイプのデータ等の他のタイプのデータを、配線１１１を介してトランスポートすることができる。
【００３４】
[0064]  いくつかの実施形態では、クライアントデバイス１０５ｂは、受信機１０３ｂに恒久的に一体化するかまたは取り外し可能に結合し、それによって単一の一体化された製品またはユニットを形成することができる。例として、クライアントデバイス１０５ｂは、組込み受信機１０３ａを有し、デバイス１０５ｂの電源入力に取り外し可能に結合することができるスリーブ内に配置することができる。この電源入力は、通常、デバイス１０５ｂの電池を充電するのに用いることができる。この例において、デバイス１０５ｂは、受信機から分離することができるが、デバイス１０５ｂが電荷を必要としているか否かまたはデバイス１０５ｂが用いられているか否かに関わらず、スリーブ内に留まることができる。別の例では、デバイス１０５ｂのための電荷を保持する電池を有する代わりに、デバイス１０５ｂは、明瞭に区別されない（indistinct）製品、デバイスまたはユニットを形成するようにデバイス１０５ｂに恒久的に一体化することができる、一体化された受信機１０５ｂを備えることができる。この例において、デバイス１０５ｂは、エネルギーポケット１０４を取り入れることによって電気エネルギーを生成するために、一体化された受信機１０３ｂにほぼ全面的に依拠することができる。当業者には、受信機１０３とクライアントデバイス１０５との間の接続を有線１１１とすることができるか、または回路基板もしくは集積回路上の電気接続とすることができるか、または更には、誘導もしくは磁気等のワイヤレス接続とすることができることが明らかであるべきである。
【００３５】
Ｂ．ワイヤレス電力伝送の方法
[0065]  図２は、例示的な方法２００の実施形態によるワイヤレス電力伝送のステップを示す。
【００３６】
[0066]  第１のステップ２０１において、送信機（TX）は、接続を確立するかまたは他の形で受信機（RX）と連携する。すなわち、いくつかの実施形態では、送信機および受信機は、電気デバイスの２つのプロセッサ間で情報を送信することが可能なワイヤレス通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（BLE）、Ｗｉ-Ｆｉ、ＮＦＣ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））を用いることにより制御データを通信することができる。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の変形形態を実施する実施形態において、送信機は、受信機のブロードキャストするアドバタイズメント信号をスキャンすることができるか、または受信機はアドバタイズメント信号を送信機に送信することができる。アドバタイズメント信号は、受信機の存在を送信機に知らせることができ、送信機と受信機との間の関連付けをトリガーすることができる。本明細書に記載されるとき、いくつかの実施形態では、アドバタイズメント信号は、様々なデバイス（例えば、送信機、クライアントデバイス、サーバーコンピューター、他の受信機）によって、ポケット形成手順を実行および管理するのに用いることができる情報を通信することができる。アドバタイズメント信号内に含まれる情報は、デバイス識別子（例えば、MACアドレス、IPアドレス、UUID）、受信した電気エネルギーの電圧、クライアントデバイス電力消費、および電力伝送に関連する他のタイプのデータを含むことができる。送信機は、送信されたアドバタイズメント信号を使用して受信機を特定することができ、いくつかの場合、２次元空間内または３次元空間内で受信機を位置特定することができる。送信機が受信機を特定すると、送信機は、送信機において受信機と関連付けられた接続を確立し、送信機および受信機が第２のチャネルを介して信号を通信することを可能にすることができる。
【００３７】
[0067]  次のステップ２０３において、送信機は、アドバタイズメント信号を用いて、電力伝送信号を送信するための１組の電力伝送信号特徴を決定し、次にエネルギーポケットを確立することができる。電力伝送信号の特徴の非限定的な例は、数ある中でも、位相、利得、振幅、大きさおよび方向を含むことができる。送信機は、受信機のアドバタイズメント信号または受信機から受信される後続の制御信号に含まれる情報を用いて、受信機が電力伝送信号を受信することができるように電力伝送信号をどのように生成および送信するかを決定することができる。いくつかの場合、送信機は、エネルギーポケットを確立するように電力伝送信号を送信することができ、このエネルギーポケットから受信機は電力エネルギーを取り入れることができる。いくつかの実施形態では、送信機は、電力伝送信号から受信機によって取り入れられる電気エネルギーの電圧等の、受信機から受信される情報に基づいて、エネルギーポケットを確立するのに必要とされる電力伝送信号特徴を自動的に特定することが可能なソフトウェアモジュールを実行するプロセッサを含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセッサおよび／またはソフトウェアモジュールの機能は、特定用途向け集積回路（ASIC）において実施することができることを理解するべきである。
【００３８】
[0068]  更にまたは代替的に、いくつかの実施形態では、第２の通信チャネルを介して受信機によって送信されるアドバタイズメント信号または後続の信号は、１つ以上の電力伝送信号特徴を示すことができ、次に、送信機がこれらの１つ以上の電力伝送信号特徴を用いて、電力伝送信号を生成および送信し、エネルギーポケットを確立することができる。例えば、いくつかの場合、送信機は、デバイスの位置およびデバイスまたは受信機のタイプに基づいて電力伝送信号を送信するのに必要な位相および利得を自動的に特定することができ、いくつかの場合、受信機は、送信機に、電力伝送信号を効果的に送信するための位相および利得を通知することができる。
【００３９】
[0069]  次のステップ２０５において、送信機は、電力伝送信号を送信するときに使用するのに適切な特徴を決定した後、制御信号と別個のチャネルを介して電力伝送信号の送信を開始することができる。電力伝送信号を送信して、エネルギーポケットを確立することができる。送信機のアンテナ素子は、電力伝送信号が受信機の周りの２次元空間または３次元空間において収束するように電力伝送信号を送信することができる。受信機の周りに結果として得られる場は、受信機が電気エネルギーを取り入れることができるエネルギーポケットを形成する。１つのアンテナ素子を用いて、電力伝送信号を送信し、２次元エネルギー伝送を確立することができ、いくつかの場合、第２のまたは追加のアンテナ素子を用いて、３次元エネルギーポケットを確立するために電力伝送信号を送信することができる。いくつかの場合、複数のアンテナ素子を用いて、エネルギーポケットを確立するために電力伝送信号を送信することができる。更に、いくつかの場合、複数のアンテナは、送信機における全てのアンテナを含んでもよく、いくつかの場合、複数のアンテナは、送信機の全てのアンテナより少ない、送信機におけるいくつかのアンテナを含んでもよい。
【００４０】
[0070]  上述したように、送信機は、電力伝送信号特徴の決定された組に従って、電力伝送信号を生成および送信することができる。この組は、外部電源、および圧電材料を含む局部発振器チップを用いて生成および送信することができる。送信機は、受信機から受信した電力伝送およびポケット形成に関連する情報に基づいて電力伝送信号の生成および送信を制御するＲＦＩＣを含むことができる。この制御データは、ＢＬＥ、ＮＦＣまたはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等のワイヤレス通信プロトコルを用いて、電力伝送信号と異なるチャネルを介して通信することができる。送信機のＲＦＩＣは、必要に応じて、電力伝送信号の位相および／または相対的大きさを自動的に調整することができる。ポケット形成は、強め合う干渉パターンを形成するように電力伝送信号を送信する送信機によって達成される。
【００４１】
[0071]  送信機のアンテナ素子は、ポケット形成中に電力伝送信号を送信するときに、波干渉の概念を用いて、ある特定の電力伝送信号特徴（例えば、送信方向、電力伝送信号波の位相）を決定することができる。アンテナ素子は、強め合う干渉の概念を用いてエネルギーポケットを生成することもできるが、弱め合う干渉の概念を利用して特定の物理的位置における送信ヌルを生成することもできる。
【００４２】
[0072]  いくつかの実施形態では、ポケット形成を用いて複数の受信機に電力を提供することができ、これには送信機が複数のポケット形成のための手順を実行することが必要となる場合がある。複数のアンテナ素子を備える送信機は、それぞれの受信機に電力伝送信号を送信する任務を課せられた送信機のアンテナ素子ごとに、伝送信号波の位相および利得を自動的に形成することによって、複数ポケット形成を達成することができる。送信機のアンテナ素子によって、電力伝送信号を受信機のそれぞれのアンテナ素子に送信するための、電力伝送信号ごとの複数の波経路を生成することができるので、送信機は、位相および利得を独立して計算することができる。
【００４３】
[0073]  ２つの信号を送信する送信機の２つのアンテナ素子について位相／利得調整を計算する例として、ＸおよびＹを仮定する。ここで、ＹはＸを１８０°位相シフトしたものである（Ｙ＝−Ｘ）。累積受信波形がＸ−Ｙである物理的位置において、受信機はＸ−Ｙ＝Ｘ＋Ｘ＝２Ｘを受信するのに対し、累積受信波形がＸ＋Ｙである物理的位置において、受信機はＸ＋Ｙ＝Ｘ−Ｘ＝０を受信する。
【００４４】
[0074]  次のステップ２０７において、受信機は、単一のビームまたはエネルギーポケットの電力伝送信号から電気エネルギーを取り入れるかまたは他の形で受信することができる。受信機は、整流器およびＡＣ／ＤＣ変換器を備えることができ、整流器およびＡＣ／ＤＣ変換器は、電気エネルギーをＡＣ電流からＤＣ電流に変換することができ、次に、受信機の整流器は、電力エネルギーを整流し、結果として、ラップトップコンピューター、スマートフォン、電池、玩具または他の電気デバイス等の受信機に関連付けられたクライアントデバイスのための使用可能な電気エネルギーを得ることができる。受信機は、ポケット形成中に送信機によって生成されたエネルギーポケットを利用して、電子デバイスに充電するかまたは他の形で電力供給することができる。
【００４５】
[0075]  次のステップ２０９において、受信機は、受信機電力伝送信号を提供する単一のビームまたはエネルギーポケットの効率性を示す情報を含む制御データを生成することができる。次に、受信機は、制御データを含む制御信号を送信機に送信することができる。制御信号は、送信機および受信機が同期して通信している（すなわち、送信機が受信機からの制御データを受信することを予期している）か否かに依拠して、断続的に送信することができる。更に、送信機は、送信機および受信機が制御信号を通信しているか否かに関わらず、電力伝送信号を受信機に連続的に送信することができる。制御データは、電力伝送信号を送信し、および／または効果的なエネルギーポケットを確立することに関する情報を含むことができる。制御データにおける情報のうちのいくつかは、送信機に、電力伝送信号の特徴をどのように効果的に生成および送信し、いくつかの場合には調整するかを通知することができる。制御信号は、ＢＬＥ、ＮＦＣ、Ｗｉ−Ｆｉ等の電力伝送信号および／またはポケット形成に関連する制御データを送信することが可能なワイヤレスプロトコルを用いて、電力伝送信号と独立して、第２のチャネルを介して送信および受信することができる。
【００４６】
[0076]  上述したように、制御データは、単一のビームの電力伝送信号の効果を示すかまたはエネルギーポケットを確立する情報を含むことができる。制御データは、受信機に関連付けられた受信機および／またはクライアントデバイスの様々な態様を監視する受信機のプロセッサによって生成することができる。制御データは、電力伝送信号および／またはポケット形成を調整するのに有用な数あるタイプの情報の中でも、電力伝送信号から受信した電気エネルギーの電圧、電力伝送信号受信の品質、充電の品質または電力受信の品質、および受信機の位置または動き等の様々なタイプの情報に基づくことができる。
【００４７】
[0077]  いくつかの実施形態では、受信機は、送信機から送信された電力伝送信号から受信した電力量を決定することができ、次に、送信機が電力伝送信号をより強力でない電力伝送信号に「分割」するかまたは分けるべきであることを示すことができる。より強力でない電力伝送信号は、デバイスの近傍の物体または壁から跳ね返ることができ、それによって、送信機から受信機に直接送信される電力量が低減する。
【００４８】
[0078]  次のステップ２１１において、送信機は、電力伝送信号を送信するアンテナを較正することができ、それによって、アンテナは、より効果的な特徴組（例えば、方向、位相、利得、振幅）を有する電力伝送信号を送信する。いくつかの実施形態では、送信機のプロセッサは、受信機から受信した制御信号に基づいて、電力伝送信号を生成および送信するための、より効果的な特徴を自動的に決定することができる。制御信号は制御データを含むことができ、任意の数のワイヤレス通信プロトコル（例えば、BLE、Wi-Fi、ZigBee（登録商標））を用いて受信機によって送信することができる。制御データは、電力伝送波のためのより効果的な特徴を明示的に示す情報を含むことができるか、または送信機は、制御信号の波形特徴（例えば、形状、周波数、振幅）に基づいて、より効果的な特徴を自動的に決定することができる。次に、送信機は、新たに決定されたより効果的な特徴に従って、再較正された電力伝送信号を送信するようにアンテナを自動的に再構成することができる。例えば、送信機のプロセッサは、数ある電力伝送特徴のうちの特徴の中でも、電力伝送信号の利得および／または位相を調整し、ユーザーが、エネルギーポケットが確立された３次元空間の外側に受信機を動かした後に、受信機の位置の変化について調整することができる。
【００４９】
Ｃ．電力伝送システムのシステムアーキテクチャ
[0079]  例示的な実施形態によれば、図３は、ポケット形成を用いたワイヤレス電力伝送のためのアーキテクチャ３００を示す。「ポケット形成」は、３次元空間内の位置において収束する２つ以上の電力伝送波３４２を生成し、結果としてその位置に強め合う干渉パターンを生成することを指すことができる。送信機３０２は、３次元空間において収束することができる制御された電力伝送波３４２（例えば、マイクロ波、電波、超音波）を送信および／またはブロードキャストすることができる。これらの電力伝送波３４２は、位相および／または相対的振幅調整を通じて、エネルギーポケットが意図される位置において強め合う干渉パターン（ポケット形成）を形成するように制御することができる。送信機は、同じ原理を用いて、ある位置における弱め合う干渉を生じさせ、それによって、送信ヌル、すなわち、送信された電力伝送波が互いに実質的に相殺し、大きなエネルギーを受信機によって収集することができない位置を生じさせることができることも理解されるべきである。通常の使用事例では、受信機の位置における電力伝送信号の照準合わせが目的であり、他の事例では、特定の位置への電力伝送を特に回避することが望ましい場合があり、他の事例では、電力伝送をある位置に照準合わせする一方で、同時に、第２の位置への送信を特に回避することが望ましい場合がある。電力伝送のためにアンテナを較正するとき、送信機は使用事例を考慮に入れる。
【００５０】
[0080]  送信機３０２のアンテナ素子３０６は、単一のアレイ、対のアレイ、４つ組のアレイ、または所望の用途に従って設計することができる任意の他の適切な構成で動作することができる。エネルギーポケットは、電力伝送波３４２が、３次元エネルギー場を形成するように蓄積する強め合う干渉パターンにおいて形成することができ、その周りに、弱め合う干渉パターンによって特定の物理的位置における１つ以上の対応する送信ヌルを生成することができる。特定の物理的位置における送信ヌルは、電力伝送波３４２の弱め合う干渉パターンに起因してエネルギーポケットが形成されない空間のエリアまたは領域を指すことができる。
【００５１】
[0081]  次に、受信機３２０は、送信機３０２によって放射される電力伝送波３４２を利用して、電子デバイス３１３に充電または電力供給し、これによりワイヤレス電力伝送を効果的に提供するためのエネルギーポケットを確立することができる。エネルギーポケットは、エネルギーまたは電力が、電力伝送波３４２の強め合う干渉パターンの形態で蓄積することができる空間のエリアまたは領域を指すことができる。他の状況では、様々な電子機器、例えば、スマートフォン、タブレット、音楽プレーヤー、玩具等に同時に電力供給するための複数の送信機３０２および／または複数の受信機３２０が存在することができる。他の実施形態では、アダプティブポケット形成を用いて、電子デバイスに対する電力を調節することができる。アダプティブポケット形成は、１つ以上の標的とされる受信機に対する電力を調節するようにポケット形成を動的に調整することを指すことができる。
【００５２】
[0082]  受信機３２０は、送信機３０２に対する受信機３２０の位置を示すために、アンテナ素子３２４を通じて短い信号を生成することによって送信機３０２と通信することができる。いくつかの実施形態では、受信機３２０は、ネットワークインターフェースカード（図示せず）または同様のコンピューターネットワーキングコンポーネントを更に利用してネットワーク３４０を通じて、送信機３０２のいくつかの集合体を管理するクラウドコンピューティングサービス等の、システム３００の他のデバイスまたはコンポーネントと通信することができる。受信機３２０は、アンテナ素子３２４によって捕捉された電力伝送信号３４２を、電気デバイス３１３および／またはデバイスの電池３１５に提供することができる電気エネルギーに変換するための回路部３０８を備えることができる。いくつかの実施形態では、回路部は、受信機の電池３３５に電気エネルギーを提供することができ、受信機の電池３３５は、電気デバイス３１３が受信機３２０に通信可能に結合されることなくエネルギーを蓄えることができる。
【００５３】
[0083]  通信コンポーネント３２４は、受信機３２０が、ワイヤレスプロトコルを介して制御信号３４５を送信することによって送信機３０２と通信することを可能にすることができる。ワイヤレスプロトコルは、専用プロトコルとすることもできるし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＮＦＣ、ＺｉｇＢｅｅ等の従来のワイヤレスプロトコルを用いることもできる。次に、通信コンポーネント３２４を用いて、電子デバイス３１３のための識別子等の情報、ならびに電池レベル情報、地理的位置データ、または電力をいつ受信機３２０に送信するか、および電力伝送波３４２を送達してエネルギーポケットを生じさせる位置を決定する際に送信機３０２に有用とすることができる他の情報を転送することができる。他の実施形態では、アダプティブポケット形成を用いて、電子デバイス３１３に提供される電力を調節することができる。そのような実施形態において、受信機の通信コンポーネント３２４は、受信機３２０において受信される電力量、および／または電子デバイス３１３ｂもしくは電池３１５に提供される電圧量を示す電圧データを送信することができる。
【００５４】
[0084]  送信機３０２が受信機３２０を識別し、位置特定すると、制御信号３４５のためのチャネルまたは経路を確立することができ、このチャネルまたは経路を通じて、送信機３０２は、受信機３２０から到来する制御信号３４５の利得および位相を知ることができる。送信機３０２のアンテナ素子３０６は、制御された電力伝送波３４２（例えば、無線周波数波、超音波）の送信またはブロードキャストを開始することができ、制御された電力伝送波３４２は、少なくとも２つのアンテナ素子３０６を用いて、それぞれのアンテナ素子３０６から放射された電力伝送波３４２を操作することによって、３次元空間において収束することができる。これらの電力伝送波３４２は、適切な圧電材料を用いて外部電源および局部発振器チップを用いることによって生成することができる。電力伝送波３４２は、送信機回路部３０１によって制御することができ、送信機回路部３０１は、電力伝送波３４２の位相および／または相対的な大きさを調整するための専用チップを含むことができる。電力伝送波３４２の位相、利得、振幅および他の波形は、アンテナ素子３０６が強め合う干渉パターンおよび弱め合う干渉パターンを形成する（ポケット形成）ための入力としての役割を果たすことができる。いくつかの実施態様では、送信機３０２のマイクロコントローラー３１０または他の回路は電力伝送信号を生成することができ、電力伝送信号は電力伝送波３４２を含み、送信機回路部３０１に接続されたアンテナ素子３０６の数に依拠して、送信機回路部３０１によって複数の出力に分割することができる。例えば、４つのアンテナ素子３０６ａ〜３０６ｄが１つの送信機回路３０１ａに接続されている場合、電力伝送信号は、４つの異なる出力に分割され、各出力は、アンテナ素子３０６に向かい、それぞれのアンテナ素子３０６から生じる電力伝送波３４２として送信される。
【００５５】
[0085]  ポケット形成は、干渉を利用して、アンテナ素子３０６の指向性を変更することができる。ここで、強め合う干渉はエネルギーポケットを生成し、弱め合う干渉は送信ヌルを生成する。次に、受信機３２０は、電子デバイスを充電し、電子デバイスに電源供給するためのポケット形成によって生成されるエネルギーポケットを利用し、それによってワイヤレス電力伝送を効果的に提供することができる。
【００５６】
[0086]  送信機３０２の各アンテナ３０６から各受信機３２０への位相および利得を計算することによって、複数のポケット形成を達成することができる。
【００５７】
Ｄ．エネルギーポケットを形成するシステムのコンポーネント
[0087]  図４は、ポケット形成手順を用いてワイヤレス電力伝送の例示的なシステム４００のコンポーネントを示す。システム４００は、１つ以上の送信機４０２と、１つ以上の受信機４２０と、１つ以上のクライアントデバイス４４６とを備えることができる。
【００５８】
１．送信機
[0088]  送信機４０２は、本明細書に記載されるように、ワイヤレス電力伝送のためのＲＦ波４４２とすることができるワイヤレス電力伝送信号をブロードキャストすることが可能な任意のデバイスとすることができる。送信機４０２は、ポケット形成、アダプティブポケット形成および複数のポケット形成を含むことができる電力伝送信号を送信することに関係するタスクの実行を担うことができる。いくつかの実施態様では、送信機４０２は、ＲＦ波の形態でワイヤレス電力伝送を受信機４２０に送信することができ、このＲＦ波は、任意の周波数または波長を有する任意の無線信号を含むことができる。送信機４０２は、１つ以上のアンテナ素子４０６と、１つ以上のＲＦＩＣ４０８と、１つ以上のマイクロコントローラー４１０と、１つ以上の通信コンポーネント４１２と、電源４１４と、送信機４０２のための全ての要求されたコンポーネントを配置することができるハウジングとを備える。送信機４０２の様々なコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアル等を含むことができ、および／またはこれらを用いて製造することができる。
【００５９】
[0089]  例示的なシステム４００において、送信機４０２は、３次元空間内の位置において収束し、それによってエネルギーポケット４４４を形成する制御されたＲＦ波４４２を送信するか、または他の形でブロードキャストすることができる。これらのＲＦ波は、位相および／または相対振幅調節を通じて制御され、強め合う干渉パターンまたは弱め合うパターンを形成することができる（すなわち、ポケット形成）。エネルギーポケット４４４は、強め合う干渉パターンにおいて形成される場とすることができ、３次元の形状とすることができるのに対し、特定の物理的位置における送信ヌルは、弱め合う干渉パターンにおいて生成することができる。受信機４２０は、電子クライアントデバイス４４６（例えば、ラップトップコンピューター、携帯電話）を充電するかまたはこれに電源供給するためにポケット形成によって生成されるエネルギーポケット４４４から電気エネルギーを取り入れることができる。いくつかの実施形態では、システム４００は、様々な電子機器に電力供給するための複数の送信機４０２および／または複数の受信機４２０を含むことができる。クライアントデバイス４４６の非限定的な例は、スマートフォン、タブレット、音楽プレーヤー、玩具等を同時に含むことができる。いくつかの実施形態では、アダプティブポケット形成を用いて、電子デバイスに対する電力を調節することができる。
【００６０】
２．受信機
[0090]  受信機４２０は、少なくとも１つのアンテナ素子４２４、１つの整流器４２６、１つの電力変換器４２８および通信コンポーネント４３０を含めることができるハウジングを含むことができる。
【００６１】
[0091]  受信機４２０のハウジングは、信号または波の送信および／または受信を容易にすることが可能な任意の材料、例えば、プラスチックまたは硬質ゴムから作製することができる。ハウジングは、例えば、ケースの形態で異なる電子機器に付加することができる外付けハードウェアとすることができるか、または電子機器内に組み込むこともできる。
【００６２】
３．アンテナ素子
[0092]  受信機４２０のアンテナ素子４２４は、送信機４０２Ａによって用いられる周波数帯域において信号を送信および／または受信することが可能な任意のタイプのアンテナを含むことができる。アンテナ素子４２４は、垂直偏波もしくは水平偏波、右偏波もしくは左偏波、楕円偏波、または他の偏波、および任意の数の偏波の組合せを含むことができる。複数の偏波を用いることは、使用中の好ましい向きがないか、または向きが経時的に連続して変化する場合があるデバイス、例えば、スマートフォンまたはポータブルゲーミングシステムにおいて有利であり得る。明確に定義された予期される向きを有するデバイス（例えば、両手を使うビデオゲームコントローラー）の場合、アンテナの好ましい偏波が存在する場合があり、これにより、複数のアンテナについて所与の偏波の比を指定することができる。受信機４２０のアンテナ素子４２４におけるアンテナのタイプは、約１／８インチ〜約６インチの高さと、約１／８インチ〜約６インチの幅とを有することができるパッチアンテナを含むことができる。パッチアンテナは、好ましくは、接続性に依拠した偏波を有することができ、すなわち、偏波は、いずれの側からパッチが供給されるかに依拠して変動することができる。いくつかの実施形態では、アンテナのタイプは、ワイヤレス電力伝送を最適化するようにアンテナ偏波を動的に変動させることが可能な、パッチアンテナ等の任意のタイプのアンテナとすることができる。
【００６３】
４．整流器
[0093]  受信機４２０の整流器４２６は、アンテナ素子４２４によって生成された交流（AC）電圧を直流（DC）電圧に整流するための、ダイオード、レジスタ、インダクタ、および／またはキャパシタを備えることができる。整流器４２６は、技術的に可能な限りアンテナ素子４２４Ｂの近くに配置し、電力伝送信号から収集された電力エネルギーにおける損失を最小にすることができる。ＡＣ電圧を整流した後、結果として得られるＤＣ電圧を、電力変換器４２８を用いて調節することができる。電力変換器４２８は、入力に関わらず、電子デバイスに、またはこの例示的なシステム４００におけるように電池に、一定の電圧出力を提供するのに役立つことができるＤＣ／ＤＣ変換器とすることができる。通常の電圧出力は、約５ボルト〜約１０ボルトとすることができる。いくつかの実施形態では、電力変換器は、高い効率性を提供することができる電子切り替えモードＤＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。そのような実施形態では、受信機４２０は、電力変換器４２８の前に電気エネルギーを受信するように位置を定められたキャパシタ（図示せず）を備えることができる。キャパシタは、十分な電流が電子切り替えデバイス（例えば、切り替えモードＤＣ／ＤＣ変換器）に提供され、それによって電子切り替えデバイスが効果的に動作することができることを確実にすることができる。電子デバイス、例えば電話またはラップトップコンピューターを充電するとき、電子切り替えモードＤＣ／ＤＣ変換器の動作を起動するのに必要とされる最小電圧を超えることができる初期高電流が必要とされる場合がある。そのような場合、キャパシタ（図示せず）を受信機４２０の出力に付加して、必要とされる追加のエネルギーを提供することができる。その後、低電力を提供することができる。例えば、電話またはラップトップにまだ電荷を蓄積させている間に、総初期電力の１／８０を用いることができる。
【００６４】
５．通信コンポーネント
[0094]  受信機４２０の通信コンポーネント４３０は、他の受信機４２０、クライアントデバイス、および／または送信機４０２等の、システム４００の１つ以上の他のデバイスと通信することができる。以下の実施形態において説明されるように、受信機に関して、異なるアンテナ、整流器または電力変換器構成が可能である。
【００６５】
Ｅ．複数のデバイスのためのポケット形成の方法
[0095]  図５は、例示的な実施形態による、複数の受信機デバイスに電源供給するステップを示す。
【００６６】
[0096]  第１のステップ５０１において、送信機（TX）は、接続を確立するか、または他の形で受信機（RX）と連携する。すなわち、いくつかの実施形態では、送信機および受信機は、電気デバイスの２つのプロセッサ間で情報を送信することが可能なワイヤレス通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＢＬＥ、Ｗｉ-Ｆｉ、ＮＦＣ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標））を用いることにより制御データを通信することができる。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の変形形態を実施する実施形態において、送信機は、受信機のブロードキャストするアドバタイズメント信号をスキャンすることができるか、または受信機はアドバタイズメント信号を送信機に送信することができる。アドバタイズメント信号は、受信機の存在を送信機に知らせることができ、送信機と受信機との間の関連付けをトリガーすることができる。後に記載されるように、いくつかの実施形態では、アドバタイズメント信号は、様々なデバイス（例えば、送信機、クライアントデバイス、サーバーコンピューター、他の受信機）によって、ポケット形成手順を実行および管理するのに用いることができる情報を通信することができる。アドバタイズメント信号内に含まれる情報は、デバイス識別子（例えば、MACアドレス、IPアドレス、UUID）、受信した電気エネルギーの電圧、クライアントデバイス電力消費、および電力伝送波に関連する他のタイプのデータを含むことができる。送信機は、送信されたアドバタイズメント信号を使用して受信機を特定することができ、いくつかの場合、２次元空間内または３次元空間内の受信機を位置特定することができる。送信機が受信機を特定すると、送信機は、送信機において受信機と関連付けられた接続を確立し、送信機および受信機が第２のチャネルを介して制御信号を通信することを可能にすることができる。
【００６７】
[0097]  例として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロセッサを備える受信機が通電されるか、または送信機の検出範囲内に入れられるとき、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）プロセッサは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に従って受信機のアドバタイズメントを開始することができる。送信機は、アドバタイズメントを認識し、制御信号および電力伝送信号を通信するための接続の確立を開始することができる。いくつかの実施形態では、アドバタイズメント信号は一意の識別子を含むことができ、それによって、送信機は、そのアドバタイズメントを区別し、最終的に、範囲内の近傍にある全ての他のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイスとその受信機を区別することができる。
【００６８】
[0098]  次のステップ５０３において、送信機がアドバタイズメント信号を検出すると、送信機は、その受信機との通信接続を自動的に形成することができ、これによって、送信機および受信機が、制御信号および電力伝送信号を通信することを可能にすることができる。次に、送信機は、受信機がリアルタイムサンプルデータの送信を開始するかまたはデータを制御することを命令することができる。送信機は、送信機のアンテナアレイのアンテナからの電力伝送信号の送信も開始することができる。
【００６９】
[0099]  次のステップ５０５において、次に、受信機は、受信機のアンテナによって受信される電気エネルギーに基づいて、電力伝送信号の効率性に関係する数ある基準の中でも、電圧を測定することができる。受信機は、測定情報を含む制御データを生成することができ、次に、制御データを含む制御信号を送信機に送信することができる。例えば、受信機は、例えば、毎秒１００回の速度で受信した電気エネルギーの電圧測定値をサンプリングすることができる。受信機は、制御信号の形態で、毎秒１００回電圧サンプル測定値を送信機に返送することができる。
【００７０】
［00100］  次のステップ５０７において、送信機は、受信機から受信した電圧測定値等の基準を監視する１つ以上のソフトウェアモジュールを実行することができる。アルゴリズムは、送信機のアンテナによって電力伝送信号の生成および送信を変動させ、受信機の周りのエネルギーポケットの効率性を最大にすることができる。例えば、送信機は、受信機によって受信される電力が、受信機の周りで効率的に確立されたポケットエネルギーを示すまで、送信機アンテナが電力伝送信号を送信する位相を調整することができる。アンテナのための最適な構成が特定されると、送信機のメモリは、その最も高いレベルで送信機ブロードキャストを保持するように構成を記憶することができる。
【００７１】
［00101］  次のステップ５０９において、送信機のアルゴリズムは、電力伝送信号を調整することが必要であるときを判断し、そのような調整が必要であるという判断に応答して、送信アンテナの構成を変更することもできる。例えば、送信機は、受信機から受信されるデータに基づいて、受信機において受信される電力が最大未満であると判断することができる。次に、送信機は、電力伝送信号の位相を自動的に調整することができるが、同時に、受信機から折り返し報告される電圧の受信および監視も継続することができる。
【００７２】
［00102］  次のステップ５１１において、特定の受信機と通信するための定められた期間の後、送信機は、送信機の範囲内にあることができる他の受信機からのアドバタイズメントをスキャンし、および／または自動的に検出することができる。送信機は、第２の受信機からのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アドバタイズメントに応答して第２の受信機への接続を確立することができる。
【００７３】
［00103］  次のステップ５１３において、第２の受信機との第２の通信接続を確立した後、送信機は、送信機のアンテナアレイにおける１つ以上のアンテナの調整に進むことができる。いくつかの実施形態では、送信機は、第２の受信機にサービス提供するためのアンテナのサブセットを特定し、それによって、アレイを、受信機に関連付けられたアレイのサブセットにパースすることができる。いくつかの実施形態では、アンテナアレイ全体が、所与の期間にわたって第１の受信機にサービス提供することができ、次に、アレイ全体が、その期間にわたって第２の受信機にサービス提供することができる。
【００７４】
［00104］  送信機によって実行される手動または自動のプロセスは、第２の受信機にサービス提供するためのアレイのサブセットを選択することができる。この例において、送信機のアレイを半分に分割し、２つのサブセットを形成することができる。結果として、アンテナの半分を、電力伝送信号を第１の受信機に送信するように構成することができ、アンテナの半分を第２の受信機のために構成することができる。現在のステップ５１３において、送信機は、第２の受信機のためのアンテナのサブセットを構成または最適化するために上記で論考した同様の技法を適用することができる。電力伝送信号を送信するためのアレイのサブセットを選択する間、送信機および第２の受信機は制御データを通信することができる。結果として、送信機が第１の受信機と通信すること、および／または新たな受信機についてスキャンすることに交替して戻るまでに、送信機は、送信機のアンテナアレイの第２のサブセットによって送信される波の位相を調整し、電力伝送波を第２の受信機に効果的に送信するのに十分な量のサンプルデータを受信している。
【００７５】
［00105］  次のステップ５１５において、電力伝送信号を第２の受信機に送信するように第２のサブセットを調整した後、送信機は、第１の受信機と制御データを通信すること、または更なる受信機についてスキャンすることに交替して戻ることができる。送信機は、第１のサブセットのアンテナを再構成し、次に、所定の間隔で第１の受信機と第２の受信機とを交互に切り替えることができる。
【００７６】
[0100]  次のステップ５１７において、送信機は、受信機間で交互に切り替えることを継続し、所定の間隔で新たな受信機についてスキャンすることができる。各新たな受信機が検出されるとき、送信機は接続を確立し、それに応じて、電力伝送信号の送信を開始することができる。
【００７７】
[0101]  １つの例示的な実施形態において、受信機は、スマートフォンのようなデバイスに電気的に接続することができる。送信機のプロセッサは、任意のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイスについてスキャンすることができる。受信機は、これがＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイスであるというアドバタイズメントを、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）チップを通じて開始することができる。アドバタイズメント内で、一意の識別子が存在することができ、それによって、送信機は、そのアドバタイズメントをスキャンしたときに、そのアドバタイズメントを区別し、最終的に、範囲内の近傍にある全ての他のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイスとその受信機を区別することができる。送信機がそのアドバタイズメント信号を検出すると、これが受信機であることを認識し、次に送信機は、その受信機との通信接続をすぐに形成し、その受信機がリアルタイムサンプルデータの送信を開始することを命令することができる。
【００７８】
[0102]  次に、受信機は、自身の受信アンテナにおいて電圧を測定し、その電圧サンプル測定値を送信機に返送する（例えば、毎秒１００回）。送信機は、位相を調整することによって、送信アンテナの構成の変更を開始することができる。送信機が位相を調整するとき、送信機は、受信機から返送される電圧を監視する。いくつかの実施態様において、電圧が高いほど、より大きなエネルギーがポケット内に存在し得る。アンテナ位相は、電圧が最高レベルになり、受信機の周りに最大エネルギーポケットが存在するまで変えることができる。送信機は、電圧が最高レベルにあるように特定の位相にアンテナを保持することができる。
【００７９】
[0103]  送信機は、一度に１つずつ、各個々のアンテナを変更することができる。例えば、送信機内に３２個のアンテナが存在し、各アンテナが８つの位相を有する場合、送信機は、第１のアンテナから開始することができ、第１のアンテナが８つ全ての位相を経るようにする。次に、受信機は、第１のアンテナの８つの位相の各々について電力レベルを返送することができる。次に、送信機は、第１のアンテナの最高の位相を記憶することができる。送信機は、第２のアンテナについてこのプロセスを繰り返し、８つの位相を経るようにすることができる。受信機は、再び、各位相からの電力レベルを返送することができ、送信機は最も高いレベルを記憶することができる。次に、送信機は、第３のアンテナについてプロセスを繰り返し、３２個全てのアンテナが８つの位相を経るまで、プロセスを繰り返し続けることができる。プロセスの終了時に、送信機は、最も効率的な方式で受信機に最大電圧を送信することができる。
【００８０】
[0104]  別の例示的な実施形態では、送信機は、第２の受信機のアドバタイズメントを検出し、第２の受信機との通信接続を形成することができる。送信機が第２の受信機との通信を形成するとき、送信機は、第２の受信機に向けて元の３２個のアンテナの照準合わせを行い、第２の受信機に照準合わせされた３２個のアンテナの各々について位相プロセスを繰り返すことができる。プロセスが完了すると、第２の受信機は、送信機から可能な限り多くの電力を得ることができる。送信機は、１秒間第２の受信機と通信し、次に、所定の期間（例えば、１秒）にわたって第１の受信機に交替して戻り、送信機は、所定の間隔で第１の受信機と第２の受信機との間を交互に切り替えて往復し続けることができる。
【００８１】
[0105]  更に別の実施態様では、送信機は、第２の受信機のアドバタイズメントを検出し、第２の受信機との通信接続を形成することができる。第１に、送信機は第１の受信機と通信し、第１の受信機に照準合わせされた例示的な３２個のアンテナの半分を再割当てし、１６個のみを第１の受信機に専用にすることができる。次に、送信機は、アンテナの第２の半分を第２の受信機に割り当て、１６個のアンテナを第２の受信機に専用にすることができる。送信機は、アンテナの第２の半分のための位相を調整することができる。１６個のアンテナが８つの位相の各々を経たとき、第２の受信機は、受信機にとって最も効率的な方式で最大電圧を得ていることができる。
【００８２】
Ｆ．選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送
１．強め合う干渉
[0106]  図６Ａおよび図６Ｂは、例示的なポケット形成プロセス中に実施することができるワイヤレス電力伝送原理を実施する例示的なシステム６００を示す。アンテナアレイに複数のアンテナを含む送信機６０１は、送信機６０１のアンテナから送信された電力伝送波６０７の数ある可能な属性の中でも、位相および振幅を調整することができる。図６Ａに示すように、位相または振幅調整がない場合、アンテナの各々から送信することができる電力伝送波６０７ａは、異なる位置に到達し、異なる位相を有することになる。これらの差は、多くの場合、送信機６０１ａの各アンテナ素子から、それぞれの位置にある１つまたは複数の受信機６０５ａへの異なる距離に起因する。
【００８３】
[0107]  図６Ａを続けて参照すると、受信機６０５ａは、送信機６０１ａの複数のアンテナ素子から、各々が電力伝送波６０７ａを含む複数の電力伝送信号を受信することができ、これらの電力伝送信号の合成物は、この例において、電力伝送波が弱め合うように共に合わさることに起因して、本質的に０とすることができる。すなわち、送信機６０１ａのアンテナ素子は、厳密に同じ電力伝送信号（すなわち、位相および振幅等の同じ特徴を有する電力伝送波６０７ａを含む）を送信することができ、したがって、それぞれの電力伝送信号の電力伝送波６０７ａが受信機６０５ａに到達するとき、これらは互いから１８０°オフセットされる。したがって、これらの電力伝送信号の電力伝送波６０７ａは、互いに「相殺する」。通常、このように互いにオフセットする信号は、「弱め合う」と言うことができ、このため、結果として「弱め合う干渉」を生成することができる。
【００８４】
[0108]  対照的に、図６Ｂに示すように、いわゆる「強め合う干渉」信号の場合、互いに厳密に「同相で」受信機に到達する電力伝送波６０７ａを含む信号は、各信号の振幅を増大させるように結合し、結果として、構成成分信号の各々よりも強力な合成物が得られる。図６Ａにおける説明的な例では、送信信号における電力伝送波６０７ａの位相は、伝送の位置において同じであり、次に、最終的に、受信機６０５ａの位置において弱め合うように合わさる。対照的に、図６Ｂにおいて、送信信号の電力伝送波６０７ｂの位相は、送信の位置において調整され、それによって、これらの電力伝送波は位相が位置合わせされた状態で受信機６０５ｂに到達し、その後、強め合うように合わさる。この説明的な例では、図６Ｂにおける受信機６０５ｂの周りに位置する、結果として得られるエネルギーポケットが存在し、図６Ａにおける受信機の周りに位置する送信ヌルが存在することになる。
【００８５】
[0109]  図７は、送信機７０２が電気デバイス７０１に関連付けられた複数の受信機のためのポケット形成を生成することができる選択的範囲７００を用いたワイヤレス電力伝送を示す。送信機７０２は、選択的範囲７００を用いたワイヤレス電力伝送を通じてポケット形成を生成することができ、この選択的範囲は、特定の物理的位置７０６に、１つ以上のワイヤレス充電半径７０４および１つ以上の送信ヌル半径を含むことができる。ワイヤレス充電範囲７０４において、複数の電子デバイス７０１を充電するかまたはこれらに電力供給することができる。このため、いくつかのエネルギースポットを生じさせることができ、そのようなスポットは、電子デバイス７０１に電力供給し、電子デバイスを充電するための制約を可能にするために用いることができる。例として、制約は、ワイヤレス充電半径７０４内に含まれる特定のまたは限られたスポットにおいて特定の電子機器を動作させることを含むことができる。更に、選択的範囲７００を有するワイヤレス電力伝送を用いることによって安全制約を実施することができ、そのような安全制約は、エネルギーが回避される必要があるエリアまたはゾーンにわたってエネルギーポケットを回避することができ、そのようなエリアは、エネルギーポケットに対し敏感な機器および／またはエネルギーポケットを自身の上および／または付近に望まない人々を含むエリアを含むことができる。図７に示す実施形態等の実施形態では、送信機７０２は、サービングされるエリアにおいて電気デバイス７０１に関連付けられた受信機と異なる平面に見られるアンテナ素子を含むことができる。例えば、電気デバイス７０１の受信機は、送信機７０２が天井に取り付けられる部屋内にあることができる。電力伝送波を用いてエネルギーポケットを確立するための選択的範囲は、送信機７０２のアンテナアレイを天井または他の高い位置に配置することによって、同心円として表すことができ、送信機７０２は、エネルギーポケットの「円錐」を生成する電力伝送波を放射することができる。いくつかの実施形態では、送信機７０１は、各充電半径７０４の半径を制御し、これによって、より低い平面にあるエリアまで下に向けられたエネルギーポケットを生じさせるようにサービスエリアの間隔を確立する。これにより、アンテナの位相および振幅の適切な選択を通じて円錐の幅を調整することができる。
【００８６】
[0110]  図８は、送信機８０２が複数の受信機８０６のためのポケット形成を生成することができる選択的範囲８００を用いたワイヤレス電力伝送を示す。送信機８０２は、選択的範囲８００を用いたワイヤレス電力伝送を通じてポケット形成を生成することができ、この選択的範囲は、１つ以上のワイヤレス充電スポット８０４を含むことができる。ワイヤレス充電スポット８０４において、複数の電子デバイスを充電するかまたはこれらに電力供給することができる。複数の受信機８０６にわたって、それらを取り囲む障害物８０４に関わらず、エネルギーポケットを生成することができる。エネルギーポケットは、本明細書に記載の原理に従って、ワイヤレス充電スポット８０４内に強め合う干渉を生じさせることによって生成することができる。エネルギーポケットの位置特定は、受信機８０６を追跡することによって、および、数ある中でも、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術、赤外線通信、Ｗｉ−Ｆｉ、ＦＭ無線等の多岐にわたる通信システムにより複数の通信プロトコルを可能にすることによって、実行することができる。
【００８７】
Ｇ．ヒートマップを用いた例示的なシステムの実施形態
[0111]  図９Ａおよび図９Ｂは、例示的な実施形態による、クライアントコンピューティングプラットフォームをワイヤレス充電するためのアーキテクチャ９００Ａ、９００Ｂの図を示す。いくつかの実施態様において、ユーザーは、部屋の中にいる場合があり、手に電子デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット）を保持している場合がある。いくつかの実施態様では、電子デバイスは、部屋の中の家具の上にある場合がある。電子デバイスは、電子デバイスに組み込まれるか、または電子デバイスに接続された別個のアダプタとしての受信機９２０Ａ、９２０Ｂを含むことができる。受信機９２０Ａ、９２０Ｂは、図１１に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、ユーザーのすぐ後ろの部屋の壁のうちの１つに掛かっている場合がある。送信機９０２Ａ、９０２Ｂも、図１１に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。
【００８８】
[0112]  ユーザーが受信機９２０Ａ、９２０Ｂと送信機９０２Ａ、９０２Ｂとの間の経路を遮るように見える場合があるとき、ＲＦ波は、受信機９２０Ａ、９２０Ｂに対し線形方向に容易に照準合わせされない場合がある。しかし、受信機９２０Ａ、９２０Ｂから生成される短い信号は、用いられるアンテナ素子のタイプについて無指向性とすることができ、これらの信号は、送信機９０２Ａ、９０２Ｂに到達するまで、壁９４４Ａ、９４４Ｂにわたって跳ね返ることができる。ホットスポット９４４Ａ、９４４Ｂは、ＲＦ信号波を反射する部屋内の任意のアイテムとすることができる。例えば、壁上の大きな金属の時計を用いて、ＲＦ波をユーザーの携帯電話に反射することができる。
【００８９】
[0113]  送信機におけるマイクロコントローラーは、受信機から受信した信号に基づいて、各アンテナから送信される信号を調整する。調整は、受信機から受信した信号位相の共役を形成することと、アンテナ素子の組み込まれた位相を考慮に入れた、送信アンテナ位相の更なる調整を含むことができる。アンテナ素子は、所与の方向にエネルギーをステアリングするように同時に制御することができる。送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、部屋をスキャンし、ホットスポット９４４Ａ、９４４Ｂを探すことができる。較正が行われると、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、最も効果的な経路とすることができる経路を辿るチャネルにおけるＲＦ波に焦点を当てることができる。その後、ＲＦ信号９４２Ａ、９４２Ｂは、ユーザーおよび家具等の障害物を回避しながら、第１の電子デバイスにおけるエネルギーポケットおよび第２の電子デバイスにおける別のエネルギーポケットを形成することができる。
【００９０】
[0114]  サービスエリア、すなわち、図９Ａおよび図９Ｂにおける部屋をスキャンするとき、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、様々な方法を用いることができる。説明的な例として、ただし、用いることができる可能な方法を制限することなく、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機から到来する信号の位相および振幅を検出し、これらを用いて、例えば、これらの共役を計算し、送信時にこれらを適用することによって、送信位相および大きさの組を形成することができる。別の説明的な例として、送信機は、後続の送信において、送信アンテナの全ての取り得る位相を一度に１つずつ適用し、受信機９２０Ａ、９２０Ｂからの信号に関連する情報を観測することによって各組合せにより形成されるエネルギーポケットの強度を検出することができる。次に、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、この較正を周期的に繰り返す。いくつかの実施態様において、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、全ての可能な位相を探索する必要がなく、以前の較正値に基づいて強力なエネルギーポケットを生成する可能性がより高い位相の組内を探索することができる。更に別の説明的な例では、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、アンテナのための送信位相のプリセット値を用いて、部屋内の異なる位置に向けられたエネルギーポケットを形成することができる。送信機は、例えば、後続の送信におけるアンテナのためのプリセット位相値を用いることによって、部屋内の物理的空間を上から下および左から右にスキャンすることができる。次に、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機９２０ａ、９２０ｂからの信号を観測することによって、受信機９２０ａ、９２０ｂの周りの最も強力なエネルギーポケットを結果として生成する位相値を検出する。本明細書において記載される実施形態の範囲または趣旨から逸脱することなく用いることができるヒートマッピングのためのサービスエリアを操作するための他の可能な方法が存在することを理解されるべきである。いずれの方法が用いられようと、スキャン結果は、サービスエリア（例えば、部屋、店）のヒートマップであり、そこから、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機の周りのエネルギーポケットを最大にするために送信アンテナのために用いる最良の位相および大きさの値を示すホットスポットを特定することができる。
【００９１】
[0115]  送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を用いて受信機９２０Ａ、９２０Ｂの位置を決定することができ、ＲＦ帯域の異なる重複しない部分を用いて、異なる受信機９２０Ａ、９２０Ｂに対しＲＦ波をチャネル設定することができる。いくつかの実施態様では、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、部屋のスキャンを行って、受信機９２０Ａ、９２０Ｂの位置を判断することができ、重複しないＲＦ送信帯域によって、互いに直交するエネルギーポケットを形成する。複数のエネルギーポケットを用いてエネルギーを受信機に向けることは、いくつかの代替的な電力伝送方法よりも本質的に安全であり得る。なぜなら、いずれの単一の送信もあまり強力ではない一方、受信機において受信される合計の電力伝送信号は強力であるためである。
【００９２】
Ｈ．例示的なシステム実施形態
[0116]  図１０Ａは、１つの送信機１００２Ａおよび少なくとも２つ以上の受信機１０２０Ａを含むことができる複数ポケット形成１０００Ａを用いたワイヤレス電力伝送を示す。受信機１０２０Ａは送信機１００２Ａと通信することができ、これについては図１１において更に説明される。送信機１００２Ａが受信機１０２０Ａを識別し、位置特定すると、受信機１０２０Ａから到来する利得および位相を知ることによって、チャネルまたは経路を確立することができる。送信機１００２Ａは、２つのアンテナ素子の最小値を用いることによって、３次元空間において収束することができる制御されたＲＦ波１０４２Ａの送信を開始することができる。これらのＲＦ波１０４２Ａは、適切な圧電材料を用いて、外部電源および局部発振器チップを用いて生成することができる。ＲＦ波１０４２Ａは、ＲＦＩＣによって制御することができ、ＲＦＩＣは、アンテナ素子が強め合う干渉パターンおよび弱め合う干渉パターンを形成する（ポケット形成）ための入力としての役割を果たすことができるＲＦ信号の位相および／または相対的な大きさを調整するための専用チップを含むことができる。ポケット形成は、干渉を利用してアンテナ素子の指向性を変更することができ、ここで、強め合う干渉はエネルギーポケット１０６０Ａを生成し、弱め合う干渉は送信ヌルを生成する。次に、受信機１０２０Ａは、電子デバイス、例えば、ラップトップコンピューター１０６２Ａおよびスマートフォン１０５２Ａを充電するかまたはこれに電源供給し、これによりワイヤレス電力伝送を効率的に提供するためにポケット形成によって生成されたエネルギーポケット１０６０Ａを利用することができる。
【００９３】
[0117]  送信機１００２Ａの各アンテナから各受信機１０２０Ａへの位相および利得を計算することによって複数ポケット形成１０００Ａを達成することができる。送信機１００２Ａからのアンテナ素子によって受信機１０２０Ａからのアンテナ素子まで複数の経路を生成することができるため、計算は独立して行うことができる。
【００９４】
Ｉ．例示的なシステム実施形態
[0118]  図１０Ｂは、複数アダプティブポケット形成１０００Ｂの例示的な説明である。この実施形態において、ユーザーは、部屋の中にいる場合があり、手に電子デバイスを保持している場合がある。この事例では、電子デバイスはタブレット１０６４Ｂとすることができる。更に、スマートフォン１０５２Ｂは、部屋の中の家具の上にあることができる。タブレット１０６４Ｂおよびスマートフォン１０５２Ｂは、各電子デバイスに組み込まれるか、またはタブレット１０６４Ｂおよびスマートフォン１０５２Ｂに接続された別個のアダプタとしての受信機を含むことができる。受信機は、図１１に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。送信機１００２Ｂは、ユーザーのすぐ後ろの部屋の壁のうちの１つに掛かっている場合がある。送信機１００２Ｂも、図１１に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。ユーザーが受信機と送信機１００２Ｂとの間の経路を遮るように見える場合があるとき、ＲＦ波１０４２Ｂは、各受信機に対し視線内で容易に照準合わせされない場合がある。しかし、受信機から生成される短い信号は、用いられるアンテナ素子のタイプについて無指向性とすることができ、これらの信号は、送信機１００２Ｂを見つけるまで、壁にわたって跳ね返ることができる。ほぼ即時に、送信機１００２Ｂ内に存在するマイクロコントローラーは、各受信機によって送信される受信信号に基づいて、利得および位相を調整し、「弱め合う干渉」と呼ばれる、電力伝送波が互いから減算されるように共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを減衰させる干渉とは対照的に、電力伝送波が共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを強化させるように電力伝送波の収束を形成し、受信機から受信した信号位相の共役を形成し、アンテナ素子の組み込まれた位相を考慮に入れた、送信アンテナ位相の更なる調整を行うことによって、送信信号を再較正することができる。較正が行われると、送信機１００２Ｂは、最も効率的な経路を辿るＲＦ波に焦点を当てることができる。その後、ユーザーおよび家具等の障害物を考慮に入れながら、タブレット１０６４Ｂにおいてエネルギーポケット１０６０Ｂを形成し、スマートフォン１０５２Ｂにおいて別のエネルギーポケット１０６０Ｂを形成することができる。上記特性は、各エネルギーポケットに沿った送信があまり強力でないため、複数ポケット形成１０００Ｂを用いたワイヤレス電力伝送が、本質的に安全とすることができるという点、およびＲＦ送信が通常、生体組織から反射し、貫通しないという点で有利とすることができる。
【００９５】
[0119]  送信機１００２Ｂが受信機を識別し、位置特定すると、受信機から到来する利得および位相を知ることによって、チャネルまたは経路を確立することができる。送信機１００２Ｂは、２つのアンテナ素子の最小値を用いることによって、３次元空間において収束することができる制御されたＲＦ波１０４２Ｂの送信を開始することができる。これらのＲＦ波１０４２Ｂは、適切な圧電材料を用いて、外部電源および局部発振器チップを用いて生成することができる。ＲＦ波１０４２Ｂは、ＲＦＩＣによって制御することができ、ＲＦＩＣは、アンテナ素子が強め合う干渉パターンおよび弱め合う干渉パターンを形成する（ポケット形成）ための入力としての役割を果たすことができるＲＦ信号の位相および／または相対的な大きさを調整するための専用チップを含むことができる。ポケット形成は、干渉を利用してアンテナ素子の指向性を変更することができ、ここで、強め合う干渉はエネルギーポケットを生成し、弱め合う干渉は、特定の物理的位置においてヌルを生成する。次に、受信機は、電子デバイス、例えば、ラップトップコンピューターおよびスマートフォンを充電するかまたはこれに電源供給し、これによりワイヤレス電力伝送を効率的に提供するためにポケット形成によって生成されたエネルギーポケットを利用することができる。
【００９６】
[0120]  送信機の各アンテナから各受信機への位相および利得を計算することによって複数ポケット形成１０００Ｂを達成することができる。送信機からのアンテナ素子によって、受信機からのアンテナ素子まで複数の経路を生成することができるため、計算は独立して行うことができる。
【００９７】
[0121]  少なくとも２つのアンテナ素子の計算の例は、受信機からの信号の位相を決定し、受信パラメーターの共役を送信のためのアンテナ素子に適用することを含むことができる。
【００９８】
[0122]  いくつかの実施形態では、２つ以上の受信機が異なる周波数において動作し、ワイヤレス電力伝送中の電力損失を回避することができる。これは、複数の組み込まれたアンテナ素子のアレイを送信機１００２Ｂに含めることによって達成することができる。１つの実施形態では、アレイ内の各アンテナによって単一の周波数を送信することができる。他の実施形態では、アレイ内のアンテナのうちのいくつかを用いて、異なる周波数で送信することができる。例えば、アレイ内のアンテナの１／２は２．４ＧＨｚで動作することができ、他方の１／２は５．８ＧＨｚで動作することができる。別の例では、アレイ内のアンテナの１／３は９００ＭＨｚで動作することができ、別の１／３は２．４ＧＨｚで動作することができ、アレイ内の残りのアンテナは５．８ＧＨｚで動作することができる。
【００９９】
[0123]  別の実施形態では、アンテナ素子の各アレイは、ワイヤレス電力伝送中に１つ以上のアンテナ素子に仮想的に分割することができ、ここで、アレイ内のアンテナ素子の各組は、異なる周波数で送信することができる。例えば、送信機のアンテナ素子は、２．４ＧＨｚで電力伝送信号を送信することができるが、受信機の対応するアンテナ素子は、５．８ＧＨｚで電力伝送信号を受信するように構成することができる。この例において、送信機のプロセッサは、送信機のアンテナ素子を調整して、アレイ内のアンテナ素子を、独立して供給することができる複数のパッチに仮想的にまたは論理的に分割することができる。結果として、アンテナ素子のアレイの１／４は、受信機に必要な５．８ＧＨｚで送信可能とすることができる一方、アンテナ素子の別の組は、２．４ＧＨｚで送信することができる。したがって、アンテナ素子のアレイを仮想的に分割することによって、受信機に結合された電子デバイスは、ワイヤレス電力伝送を受信し続けることができる。上記は、例えば、アンテナ素子の１つの組が約２．４ＧＨｚで送信することができ、他のアンテナ素子が５．８ＧＨｚで送信することができ、このため、異なる周波数で動作する受信機と共に機能するときに所与のアレイにおける複数のアンテナ素子を調整することができることに起因して、有利とすることができる。この例において、アレイはアンテナ素子の等しい組（例えば、４つのアンテナ素子）に分割されるが、アレイは、異なる量のアンテナ素子の組に分割されてもよい。代替的な実施形態では、各アンテナ素子は、選択周波数間で交互に切り替えることができる。
【０１００】
[0124]  ワイヤレス電力伝送の効率および（ポケット形成を用いて）送達することができる電力量は、所与の受信機および送信機システムにおいて用いられるアンテナ素子１００６の総数の関数とすることができる。例えば、約１５フィートで約１ワットを送達するために、受信機は、約８０個のアンテナ素子を含むことができる一方、送信機は約２５６個のアンテナ素子を含むことができる。別の同一のワイヤレス電力伝送システム（約１５フィートで約１ワット）は、約４０個のアンテナ素子を有する受信機と、約５１２個のアンテナ素子を有する送信機とを備えることができる。受信機におけるアンテナ素子の数を半分に低減することは、送信機におけるアンテナ素子の数を２倍にすることを必要とする。いくつかの実施形態では、システム規模の展開において、送信機の数が受信機よりもはるかに少ないので、コストに起因して、受信機におけるよりも送信機におけるアンテナ素子の数を多くすることが有利である場合がある。一方、送信機１００２Ｂに少なくとも２つのアンテナ素子がある限り、例えば、送信機よりも受信機により多くのアンテナ素子を配置することによって、反対のことが達成され得る。
【０１０１】
ＩＩ．送信機−ワイヤレス電力伝送のための送信機システムおよび方法
[0125]  送信機は、以下で説明するコンポーネントを用いたポケット形成、アダプティブポケット形成および複数ポケット形成を担うことができる。送信機は、空間を通じて伝播し、使用可能な電気エネルギーに変換されることが可能な任意の物理的媒体の形態でワイヤレス電力伝送信号を受信機に送信することができ、例は、ＲＦ波、赤外線、音響、電磁場および超音波を含むことができる。電力伝送信号は、任意の周波数または波長を有するほとんど任意の無線信号とすることができることを当業者は理解するべきである。送信機は、ＲＦ送信を参照して例としてのみ説明され、範囲をＲＦ送信のみに限定するものではない。
【０１０２】
[0126]  送信機は、デスク、テーブル、床、壁等の複数の位置、表面、台、または埋込み構造に位置することができる。いくつかの場合、送信機は、本明細書に記載のプロセスおよびタスクを実行することが可能なプロセッサおよびソフトウェアモジュールを含む任意のコンピューティングデバイスとすることができるクライアントコンピューティングプラットフォーム内に位置することができる。クライアントコンピューティングプラットフォームの非限定的な例は、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ハンドヘルドコンピューター、タブレットコンピューティングプラットフォーム、ノートブック、スマートフォン、ゲーミングコンソールおよび／または他のコンピューティングプラットフォームを含むことができる。他の実施形態では、クライアントコンピューティングプラットフォームは、多岐にわたる電子コンピューティングデバイスとすることができる。そのような実施形態において、クライアントコンピューティングプラットフォームの各々は、別個のオペレーティングシステムおよび／または物理的コンポーネントを有することができる。クライアントコンピューティングプラットフォームは同じオペレーティングシステムを実行してもよく、および／またはクライアントコンピューティングプラットフォームは異なるオペレーティングシステムを実行してもよい。クライアントコンピューティングプラットフォームおよびデバイスは、複数のオペレーティングシステムを実行可能とすることができる。更に、ボックス型送信機は、Ｘ軸、Ｙ軸もしくはＺ軸、またはそれらの任意の組合せに向けることができる、プリント回路基板（PCB）層のいくつかの構成を含むことができる。
【０１０３】
[0127]  ワイヤレス充電技法はＲＦ波送信技法に限定されず、送信されたエネルギーを電力に変換する受信機にエネルギーを送信するための代替的なまたは追加の技法を含むことができることが理解されるべきである。受信デバイスによって電力に変換することができるエネルギーのための非限定的な例示的送信技法は、超音波、マイクロ波、共鳴磁場および誘導磁場、レーザー光、赤外線、または他の形態の電磁エネルギーを含むことができる。超音波の場合、例えば、トランスデューサーアレイを形成するように１つ以上のトランスデューサー素子を配置することができ、このトランスデューサーアレイは、超音波を受信デバイスに向けて送信し、受信デバイスは、超音波を受信し、超音波を電力に変換する。共鳴磁場および誘導磁場の場合、送信機コイルにおいて磁場が生じ、受信機コイルによって電力に変換される。
【０１０４】
Ａ．送信機デバイスのコンポーネント
[0128]  図１１は、例示的な実施形態による、クライアントデバイスをワイヤレス充電するためのシステム１１００アーキテクチャの図を示す。システム１１００は、各々が特定用途向け集積回路（ASIC）を含むことができる送信機１１０１および受信機１１２０を含むことができる。送信機１１０１ＡＳＩＣは、１つ以上のプリント回路基板（PCB）１１０４と、１つ以上のアンテナ素子１１０６と、１つ以上の無線周波数集積回路（RFIC）１１０８と、１つ以上のマイクロコントローラー（MC）１１１０と、通信コンポーネント１１１２と、電源１１１４とを備えることができる。送信機１１０１はハウジングに入れることができ、ハウジングは、送信機１１０１のための全ての要求されたコンポーネントを配分することができる。送信機１１０１におけるコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアルおよび／または任意の他のマテリアルを用いて製造することができる。送信機全体または受信機全体を単一の回路基板で実装することができること、および機能ブロックのうちの１つ以上を別個の回路基板で実装させることは当業者に明らかであるはずである。
【０１０５】
１．プリント回路基板
[0129]  いくつかの実施態様では、送信機１１０１は複数のＰＣＢ１１０４層を含むことができ、複数のＰＣＢ層は、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するためのアンテナ素子１１０６および／またはＲＦＩＣ１１０８を含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。ＰＣＢ１１０４は、非導電基板上に積層された銅シートからエッチングされた導電トラック、パッドおよび／または他の特徴を用いて、本明細書に記載の電子コンポーネントを機械的に支持し、電気的に接続することができる。ＰＣＢは、一面（１つの銅層）、二面（２つの銅層）および／または多層とすることができる。複数のＰＣＢ１１０４層は、送信機１１０１によって転送することができる電力の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ１１０４層は、単一のＭＣ１１１０および／または専用ＭＣ１１１０に接続することができる。同様に、ＲＦＩＣ１１０８は、上記の実施形態に示されているように、アンテナ素子１１０６に接続することができる。
【０１０６】
[0130]  いくつかの実施態様において、内部に複数のＰＣＢ１１０４層を含むボックス型送信機は、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するアンテナ素子１１０８を含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ボックス型送信機によってワイヤレス電力伝送の範囲を増大させることができる。複数のＰＣＢ１１０４層は、アンテナ素子１１０６の密度がより高いことに起因して、送信機１１０１によってワイヤレスで転送および／またはブロードキャストすることができる電力波（例えば、RF電力波、超音波）の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ１１０４層は、アンテナ素子１１０６ごとに単一のマイクロコントローラー１１１０および／または専用マイクロコントローラー１１１０に接続することができる。同様に、ＲＦＩＣ１１０８は、上記の実施形態に示されているように、アンテナ素子１１０１を制御することができる。更に、送信機１１０１のボックス形状は、ワイヤレス電力伝送の作用比を増大させることができる。
【０１０７】
２．アンテナ素子
[0131]  アンテナ素子１１０６は、指向性および／または無指向性とすることができ、平面アンテナ素子、パッチアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子およびワイヤレス電力伝送に適した任意の他のアンテナを含むことができる。適切なアンテナタイプは、例えば、約１／８インチ〜約６インチの高さと、約１／８インチ〜約６インチの幅を有することができるパッチアンテナを含むことができる。アンテナ素子１１０６の形状および向きは、送信機１１０１の所望の特徴に依拠して変動してもよく、向きは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸において平坦であってもよく、３次元構成における様々な向きのタイプおよび組合せであってもよい。アンテナ素子１１０６の材料は、高い効率、良好な熱放散等でＲＦ信号送信を可能にすることができる任意の適切な材料を含むことができる。アンテナ素子１１０６の量は、送信機１１０１における所望の範囲および電力伝送能力に関連して変動することができ、アンテナ素子１１０６が多いと、範囲が広くなり、かつ電力伝送能力が高くなる。
【０１０８】
[0132]  アンテナ素子１１０６は、９００ＭＨｚ、２．５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚ等の周波数帯域で動作するのに適したアンテナタイプを含むことができる。なぜなら、これらの周波数帯域は、連邦通信委員会（FCC）規則のパート１８（工業、科学、および医療用機器）に準拠しているためである。アンテナ素子１１０６は独立した周波数で動作し、ポケット形成のマルチチャネル動作を可能にすることができる。
【０１０９】
[0133]  更に、アンテナ素子１１０６は、少なくとも１つの偏波または偏波の選択を有することができる。そのような偏波は、垂直偏波、水平偏波、円偏波、左偏波、右偏波、または偏波の組合せを含むことができる。偏波の選択は、送信機１１０１の特性に依拠して変動することができる。更に、アンテナ素子１１０６は、送信機１１０１の様々な面に位置することができる。アンテナ素子１１０６は、単一のアレイ、対のアレイ、４つ組のアレイ、および所望の用途に従って設計することができる任意の他の適切な構成で動作することができる。
【０１１０】
[0134]  いくつかの実施態様において、プリント回路基板ＰＣＢ１１０４の側面全体にアンテナ素子１１０６を密に詰めることができる。ＲＦＩＣ１１０８は複数のアンテナ素子１１０６に接続することができる。複数のアンテナ素子１１０６が単一のＲＦＩＣを取り囲むことができる。
【０１１１】
３．無線周波数集積回路
[0135]  ＲＦＩＣ１１０８は、ＭＣ１１１０からのＲＦ信号を受信し、ＲＦ信号を複数の出力に分割することができ、各出力はアンテナ素子１１０６にリンクされている。例えば、各ＲＦＩＣ１１０８は、４つのアンテナ素子１１０６に接続することができる。いくつかの実施態様では、各ＲＦＩＣ１１０８は、８つ、１６個および／または複数のアンテナ素子１１０６に接続することができる。
【０１１２】
[0136]  ＲＦＩＣ１１０４は、増幅器、キャパシタ、発振器、圧電結晶等のデジタルおよび／またはアナログコンポーネントを含むことができる複数のＲＦ回路を含むことができる。ＲＦＩＣ１１０４は、ポケット形成のための利得および／または位相等のアンテナ素子１１０６の特徴を制御し、方向、電力レベル等を通じてこれを管理することができる。各アンテナ素子１１０６におけるポケット形成の位相および振幅は、所望のポケット形成および送信ヌルステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ１１０８によって調節することができる。更に、ＲＦＩＣ１１０８はＭＣ１１１０に接続することができ、ＭＣ１１１０は、デジタル信号処理（DSP）、ＡＲＭ、ＰＩＣクラスマイクロプロセッサ、中央処理装置、コンピューター等を利用することができる。送信機１１０１内に存在する、より少ない数のＲＦＩＣ１１０８は、複数ポケット形成のより弱い制御、より低い粒度レベル、およびよりコストの低い実施形態等の所望の特徴に対応することができる。いくつかの実施態様では、ＲＦＩＣ１１０８は１つ以上のＭＣ１１１０に結合することができ、ＭＣ１１１０は、独立した基地局にまたは送信機１１０１に含めることができる。
【０１１３】
[0137]  送信機１１０１のいくつかの実施態様では、各アンテナ素子１１０６における各ポケット形成の位相および振幅は、所望のポケット形成および送信ヌルステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ１１０８によって調節することができる。各アンテナ素子１１０６に結合された、選抜されたＲＦＩＣ１１０８は、処理要件を低減させることができ、ポケット形成に対する制御を増大させることができ、ＭＣ１１１０に対する、より低い負荷で複数ポケット形成およびより高い粒度のポケット形成を可能にし、より多くの数の複数ポケット形成のより高度な応答を可能にすることができる。更に、複数ポケット形成はより多くの数の受信機に充電することができ、そのような受信機に対するより良好な軌道を可能にすることができる。
【０１１４】
[0138]  ＲＦＩＣ１１０８およびアンテナ素子１１０６は、所望の用途に従って設計することができる任意の適切な構成で動作することができる。例えば、送信機１１０１は、平坦な構成においてアンテナ素子１１０６およびＲＦＩＣ１１０８を含むことができる。４つ、８つ、１６個、および／または任意の数のアンテナ素子１１０６のサブセットを、単一のＲＦＩＣ１１０８に接続することができる。ＲＦＩＣ１１０８は、各アンテナ素子１１０６の後ろに直接組み込むことができ、そのような一体化により、コンポーネント間の距離が短くなることに起因した損失を低減することができる。いくつかの実施態様では、アンテナ素子１１０６の行または列を単一のＭＣ１１１０に接続することができる。各行または列に接続されたＲＦＩＣ１１０８は、行または列間の位相および利得を変更することによってポケット形成を生成することができる、よりコストの低い送信機１１０１を可能にする。いくつかの実施態様では、ＲＦＩＣ１１０８は、受信機１１２０が得るための２ボルト〜８ボルトの電力を出力することができる。
【０１１５】
[0139]  いくつかの実施態様において、ＲＦＩＣ１１０８のカスケード構成を実施することができる。ＲＦＩＣ１１０８のカスケード構成を用いた平坦な送信機１１０１は、ポケット形成に対するより良い制御を提供することができ、標的の受信機１１０６に対する応答を増大させることができ、ＲＦＩＣ１１０８の多重冗長性に起因して、より高い信頼性および正確度を達成することができる。
【０１１６】
４．マイクロコントローラー
[0140]  ＭＣ１１１０は、ＡＲＭおよび／またはＤＳＰを実行するプロセッサを含むことができる。ＡＲＭは、縮小命令セットコンピューティング（RISC）に基づく汎用マイクロプロセッサのファミリーである。ＤＳＰは汎用信号処理チップであり、情報信号の数学的操作を提供し、これを何らかの形で変更または改善することができ、一連の番号またはシンボルおよびこれらの信号の処理による、別個の時間、別個の周波数、および／または他の別個の領域信号の表現によって特徴付けることができる。ＤＳＰは、連続した現実世界のアナログ信号を測定、フィルタリングおよび／または圧縮することができる。第１のステップは、信号をサンプリングし、次に、アナログ信号を別個のデジタル値のストリームに変換することができるアナログ／デジタル変換器（ADC）を用いて信号をデジタル化することによる、アナログ形式からデジタル形式への信号の変換とすることができる。ＭＣ１１１０は、Ｌｉｎｕｘおよび／または任意の他のオペレーティングシステムも実行することができる。ＭＣ１１１０は、ネットワーク１１４０を通じて情報を提供するために、Ｗｉ−Ｆｉに接続することもできる。
【０１１７】
[0141]  ＭＣ１１１０は、ポケット形成の時間放出、ポケット形成の方向、跳ね返り角、電力強度等のＲＦＩＣ１１０８の多岐にわたる特徴を制御することができる。更に、ＭＣ１１１０は、複数の受信機に対する、または単一の受信機に対する複数ポケット形成を制御することができる。送信機１１０１は、ワイヤレス電力伝送の距離の区別を可能にすることができる。更に、ＭＣ１１１０は、通信コンポーネント１１１２を制御することによって、通信プロトコルおよび信号を管理および制御することができる。ＭＣ１１１０は、通信コンポーネント１１１２によって受信される情報を処理することができ、通信コンポーネント１１１２は、受信機を追跡し、無線周波数信号１１４２（すなわち、エネルギーポケット）を受信機に対し集中させるために、受信機との間で信号を送受信することができる。受信機１１２０から、および受信機１１２０にネットワーク１１４０を通じて他の情報を送信することもでき、そのような情報は、数ある中でも認証プロトコルを含むことができる。
【０１１８】
[0142]  ＭＣ１１１０は、シリアル周辺インターフェース（SPI）および／または集積回路間（I2C）プロトコルを通じて通信コンポーネント１１１２と通信することができる。ＳＰＩ通信は、例えば、組み込まれたシステム、センサおよびＳＤカードにおいて、短い距離の単一のマスター通信のために用いることができる。デバイスはマスター／スレーブモードで通信し、マスター／スレーブモードにおいて、マスターデバイスはデータフレームを始動する。個々のスレーブ選択線を用いて複数のスレーブデバイスが可能にされる。Ｉ２Ｃは、マルチマスター、マルチスレーブ、シングルエンド、低速周辺機器をコンピューターマザーボードに取り付けるのに用いられるシリアルコンピューターバス、および組込みシステムである。
【０１１９】
５．通信コンポーネント
[0143]  通信コンポーネント１１１２は、数ある中でも、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）技術、赤外線通信、Ｗｉ−Ｆｉ、ＦＭ無線を含み、これらを組み合わせることができる。ＭＣ１１１０は、障害物に起因する損失を低減するために、ポケット形成を送信する最も効果的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時点および位置を決定することができる。そのような軌道は、直接ポケット形成、跳ね返り、およびポケット形成の距離区別を含むことができる。いくつかの実施態様では、通信コンポーネント１１１２は、複数のデバイスと通信することができ、これらの複数のデバイスは、受信機１１２０、クライアントデバイス、または他の送信機１１０１を含むことができる。
【０１２０】
６．電源
[0144]  送信機１１０１は、ＡＣ電源またはＤＣ電源を含むことができる電源１１１４によって供給することができる。電源１１１４によって提供される電圧、電力および電流強度は、送信される必要がある電力に依拠して変動することができる。無線信号への電力の変換は、ＭＣ１１１０によって管理することができ、ＲＦＩＣ１１０８によって実行することができる。ＲＦＩＣ１１０８は、複数の方法およびコンポーネントを利用して、多岐にわたる周波数、波長、強度および他の特徴で無線信号を生成することができる。無線信号生成のための多岐にわたる方法およびコンポーネントの例示的な使用として、発振器および圧電結晶を用いて、異なるアンテナ素子１１０６において無線周波数を生じさせ、変更することができる。更に、信号を平滑化するために多岐にわたるフィルターを用いることができ、送信される電力を増大させるために増幅器を用いることができる。
【０１２１】
[0145]  送信機１１０１は、数ワットから、特定の充電可能な電子デバイスによって必要とされる所定の数のワットまでの電力容量を用いてポケット形成しているＲＦ電力波を放射することができる。各アンテナは、ある特定の電力容量を管理することができる。そのような電力容量は、用途に関連付けることができる。
【０１２２】
７．ハウジング
[0146]  ハウジングに加えて、独立した基地局は、ＭＣ１１１０および電源１１１４を含むことができ、このため、いくつかの送信機１１０１を単一の基地局および単一のＭＣ１１１０によって管理することができる。そのような能力により、送信機１１０１を、天井、装飾、壁等の多岐にわたる方策上の位置に配置することが可能になる。アンテナ素子１１０６、ＲＦＩＣ１１０８、ＭＣ１１１０、通信コンポーネント１１１２および電源１１１４は、複数の構成および組合せで接続することができ、これは、送信機１１０１の所望の特性に依拠することができる。
【０１２３】
Ｂ．電力を送信する例示的な方法
[0147]  図１２は、アンテナ素子を用いて受信機位置１２００を決定するための方法である。受信機位置１２００を決定するための方法は、ＭＣによって管理されるプログラムされた規則またはロジックの組とすることができる。プロセスは、アンテナアレイからのアンテナの第１のサブセットを用いて第１の信号を捕捉することによってステップ１２０１を開始することができる。アンテナ素子の異なるサブセットに切り替え、次のステップ１２０３において、アンテナの第２のサブセットを用いて第２の信号を捕捉することによるプロセスが直後に続くことができる。例えば、第１の信号は、アンテナの行によって捕捉することができ、第２の捕捉は、アンテナの列により行うことができる。アンテナの行は、球座標系における方位等の水平度向きを提供することができる。アンテナの列は、仰角等の垂直度向きを提供することができる。第１の信号および第２の信号を捕捉するのに用いられるアンテナ素子は、直線上、垂直、水平、または対角線上の向きに位置合わせすることができる。アンテナの第１のサブセットおよび第２のサブセットは、送信機の周りの角度（degrees）をカバーするために、十字状の構造で位置合わせすることができる。
【０１２４】
[0148]  垂直値および水平値の双方が測定されると、ＭＣは、次のステップ１２０５において、信号を捕捉するのに用いられる垂直アンテナ素子および水平アンテナ素子のための位相および利得の適切な値を決定することができる。位相および利得のための適切な値は、アンテナに対する受信機の位置の関係によって決定することができる。値は、電子デバイスに充電するために受信機によって用いることができるエネルギーポケットを形成するようにアンテナ素子を調整するために、ＭＣによって用いることができる。
【０１２５】
[0149]  アンテナ素子の適切な値の計算に役立てるために、送信機における全てのアンテナ素子の初期値に関するデータを計算し、ＭＣによって用いるために事前に記憶することができる。次のステップ１２０７において、信号を捕捉するために用いられる垂直アンテナおよび水平アンテナのための適切な値が決定された後、プロセスは、記憶されたデータを用いて、アレイ内の全てのアンテナについて適切な値を決定することによって継続することができる。記憶されたデータは、異なる周波数におけるアレイ内の全てのアンテナ素子について位相および利得の初期試験値を含むことができる。データの異なる組を異なる周波数について記憶することができ、ＭＣは、それに応じて、適切なデータを選択することができる。次のステップ１２０９において、ＭＣは次に、適切な位置においてエネルギーポケットを形成するために、ＲＦＩＣを通じて全てのアンテナを調整することができる。
【０１２６】
Ｃ．アレイサブセット構成
[0150]  図１３Ａは、受信機位置を決定するための方法において用いることができるアレイサブセット構成１３００Ａの例示的な実施形態を示す。送信機は、アンテナ１３０６Ａのアレイを含むことができる。アンテナの行１３６８Ａは、まず、受信機によって送信される信号を捕捉するために用いることができる。次に、アンテナの行１３６８Ａは、信号をＲＦＩＣに転送することができ、ＲＦＩＣにおいて、信号は無線信号からデジタル信号に変換され、処理のためにＭＣに渡されることが可能である。次に、ＭＣは、受信機位置に基づいて適切な位置においてエネルギーポケットを形成するために、アンテナの行１３６８Ａにおける位相および利得のための適切な調整を決定することができる。第２の信号は、アンテナの列１３７０Ａによって捕捉することができる。次に、アンテナの列１３７０Ａは、信号をＲＦＩＣに転送することができ、ＲＦＩＣにおいて、信号は、無線信号からデジタル信号に変換され、処理のためにＭＣに渡されることが可能である。次に、ＭＣは、受信機位置に基づいて適切な位置においてエネルギーポケットを形成するために、アンテナの列１３７０Ａにおける位相および利得のための適切な調整を決定することができる。アンテナの行１３６８Ａおよびアンテナの列１３７０Ａについて適切な調整が決定されると、ＭＣは、アンテナに関する以前に記憶されたデータを用い、それに応じてアンテナの行１３６８Ａおよびアンテナの列１３７０Ａからの結果を用いて調整することによって、アンテナのアレイ１３６８Ａにおける残りのアンテナ素子１３０６Ａについて適切な値を決定することができる。
【０１２７】
Ｄ．送信機、送信機コンポーネント、アンテナタイル、および送信機に関連するシステムの構成
１．例示的なシステム
[0151]  図１３Ｂは、アレイサブセット構成１３００Ｂの別の例示的な実施形態を示す。アレイサブセット構成１３００Ｂにおいて、双方の初期信号がアンテナの２つの対角線上のサブセットによって捕捉される。プロセスは同じ経路を辿り、それによって、各サブセットはそれに応じて調整される。行われた調整および以前に記憶したデータに基づいて、アンテナアレイの残りのアンテナ素子１３０６Ｂが調整される。
【０１２８】
２．平坦な送信機
[0152]  図１４は、平坦な送信機１４０２の正面図、およびいくつかの実施形態の背面図を示す。送信機１４０２は、平坦な構成でアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ１４０８を備えることができる。ＲＦＩＣ１４０８は、各アンテナ素子１４０６の後ろに直接組み込むことができ、そのような一体化は、コンポーネント間の距離が短くなることに起因した損失を低減することができる。
【０１２９】
[0153]  送信機１４０２における１つの実施形態（すなわち、ビュー１）において、アンテナ素子１４０６ごとのポケット形成の位相および振幅は、所望のポケット形成および送信ヌルステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ１４０８によって調節することができる。各アンテナ素子１４０６に結合された、選抜されたＲＦＩＣ１４０８は、処理要件を低減させることができ、ポケット形成に対する制御を増大させることができ、ＭＣ１４１０に対する、より低い負荷で複数ポケット形成およびより高い粒度のポケット形成を可能にし、このため、より多くの数の複数ポケット形成のより高度な応答を可能にすることができる。更に、複数ポケット形成はより多くの数の受信機に充電することができ、そのような受信機に対するより良好な軌道を可能にすることができる。図１１の実施形態に記載されているように、ＲＦＩＣ１４０８は、１つ以上のＭＣ１４１０に結合することができ、マイクロコントローラー１４１０は、独立した基地局または送信機１４０２に含めることができる。
【０１３０】
[0154]  別の実施形態（すなわち、ビュー２）において、４つのアンテナ素子１４０６のサブセットを単一のＲＦＩＣ１４０８に接続することができる。送信機１４０２内に存在する、より少ない数のＲＦＩＣ１４０８は、複数ポケット形成のより弱い制御、より低い粒度レベル、およびよりコストの低い実施形態等の所望の特徴に対応することができる。図１１の実施形態に説明されるように、ＲＦＩＣ１４０８は、１つ以上のＭＣ１４１０に結合することができ、マイクロコントローラー１４１０は、独立した基地局にまたは送信機１４０２に含めることができる。
【０１３１】
[0155]  別の実施形態（すなわち、ビュー３）において、送信機１４０２は、平坦な構成においてアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ１４０８を含むことができる。アンテナ素子１４０６の行または列を単一のＭＣ１４１０に接続することができる。送信機１４０２内に存在する、より少ない数のＲＦＩＣ１４０８は、複数ポケット形成のより弱い制御、より低い粒度レベル、およびよりコストの低い実施形態等の所望の特徴に対応することができる。各行または列に接続されたＲＦＩＣ１４０８は、行または列間の位相および利得を変更することによってポケット形成を生成することができる、よりコストの低い送信機１４０２を可能にすることができる。図１１の実施形態に記載されているように、ＲＦＩＣ１４０８は１つ以上のＭＣ１４１０に結合することができ、マイクロコントローラー１４１０は独立した基地局または送信機１４０２に含めることができる。
【０１３２】
[0156]  いくつかの実施形態（すなわち、ビュー４）において、送信機１４０２は、平坦な構成においてアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ１４０８を含むことができる。この例示的な実施形態において、カスケード構成が示されている。２つのアンテナ素子１４０６を単一のＲＦＩＣ１４０８に接続することができ、これを更に単一のＲＦＩＣ１４０８に接続することができ、これを最終的なＲＦＩＣ１４０８に接続することができ、これを更に１つ以上のＭＣ１４１０に接続することができる。ＲＦＩＣ１４０８のカスケード構成を用いる平坦な送信機１４０２は、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供することができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ＲＦＩＣ１４０８の多重冗長性に起因して、より高い信頼性および正確度を達成することができる。図１１の実施形態に記載されているように、ＲＦＩＣ１４０８は１つ以上のＭＣ１４１０に結合することができ、マイクロコントローラー１４１０は独立した基地局または送信機１４０２に含めることができる。
【０１３３】
３．複数のプリント回路基板層
[0157]  図１５Ａは、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するためのアンテナ素子１５０６Ａを含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる、複数のＰＣＢ層１２０４Ａを含むことができる送信機１５０２Ａを示す。複数のＰＣＢ層１５０４Ａは、送信機１５０２Ａによって転送することができる電力の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ層１５０４Ａは、単一のＭＣまたは専用ＭＣに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣは、上記の実施形態に示されているように、アンテナ素子１５０６Ａに接続することができる。ＲＦＩＣは１つ以上のＭＣに結合することができる。更に、ＭＣは独立した基地局または送信機１５０２Ａに含めることができる。
【０１３４】
４．ボックス型送信機
[0158]  図１５Ｂは、内部に複数のＰＣＢ層１５０４Ｂを含むことができるボックス型送信機１５０２Ｂを示す。ボックス型送信機１５０２Ｂは、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するアンテナ素子１５０６Ｂを含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ボックス型送信機１５０２Ｂによってワイヤレス電力伝送の範囲を増大させることができる。複数のＰＣＢ層１５０４Ｂは、アンテナ素子１５０６Ｂの密度がより高いことに起因して、送信機１５０２Ｂによってワイヤレスで転送および／またはブロードキャストすることができるＲＦ電力波の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ層１５０４Ｂは、アンテナ素子１５０６Ｂごとの単一のＭＣまたは専用ＭＣに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣは、上記の実施形態に示されるように、アンテナ素子１５０６Ｂを制御することができる。更に、送信機８００のボックス形状は、ワイヤレス電力伝送の作用比を増大させることができる。このため、ボックス型送信機１５０２Ｂは、デスク、テーブル、床等の複数の表面に位置することができる。更に、ボックス型送信機１５０２Ｂは、Ｘ軸、Ｙ軸もしくはＺ軸、またはそれらの任意の組合せに向けることができる、ＰＣＢ層１５０４Ｂのいくつかの構成を含むことができる。ＲＦＩＣは１つ以上のＭＣに結合することができる。更に、ＭＣは、独立した基地局または送信機１５０２Ｂに含めることができる。
【０１３５】
５．様々なタイプの製品のための不規則アレイ
[0159]  図１６は、送信機１６０２を異なるデバイスに組み入れるためのアーキテクチャ１６００の図を示す。例えば、平坦な送信機１６０２は、テレビ１６４６のフレームに、またはサウンドバー１６４８のフレームにわたって適用することができる。送信機１６０２は、平坦な構成においてアンテナ素子およびＲＦＩＣを有する複数のタイル１６５０を含むことができる。ＲＦＩＣは、各アンテナ素子の後ろに直接組み込むことができ、そのような一体化により、コンポーネント間の距離が短くなることに起因した損失を低減することができる。
【０１３６】
[0160]  例えば、テレビ１６４６は、複数のタイル１６５０を含むテレビ１６４６の周りのベゼルを有することができ、各タイルは、ある特定の数のアンテナ素子から構成される。例えば、テレビ１６４６のベゼルの周りに２０個のタイル１６５０が存在する場合、各タイル１６５０は、２４個のアンテナ素子および／または任意の数のアンテナ素子を有することができる。
【０１３７】
[0161]  タイル１６５０において、各アンテナ素子における各ポケット形成の位相および振幅は、所望のポケット形成および送信ヌルステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣによって調節することができる。各アンテナ素子に結合された、選抜されたＲＦＩＣは、処理要件を低減させることができ、ポケット形成に対する制御を増大させることができ、マイクロコントローラーに対する、より低い負荷で複数ポケット形成およびより高い粒度のポケット形成を可能にし、このため、より多くの数の複数ポケット形成のより高度な応答を可能にすることができる。更に、複数ポケット形成はより多くの数の受信機に充電することができ、そのような受信機に対するより良好な軌道を可能にすることができる。
【０１３８】
[0162]  ＲＦＩＣは、１つ以上のマイクロコントローラーに結合することができ、独立した基地局に、または送信機１６０２内のタイル１６５０に含めることができる。アンテナ素子の行または列を単一のマイクロコントローラーに接続することができる。いくつかの実施態様では、送信機１６０２内に存在する、より少ない数のＲＦＩＣは、複数ポケット形成のより弱い制御、より低い粒度レベル、およびよりコストの低い実施形態等の所望の特徴に対応することができる。各行または列に接続されたＲＦＩＣは、送信機１６０２の各々を制御するのに必要とされるＲＦＩＣがより少ないため、より少ないコンポーネントを有することによってコストを低減することを可能にすることができる。ＲＦＩＣは、行または列間の位相および利得を変更することによってポケット形成電力伝送波を生成することができる。
【０１３９】
[0163]  いくつかの実施態様では、送信機１６０２は、ＲＦＩＣを含むタイル１６５０のカスケード構成を用いることができ、ＲＦＩＣは、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供することができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ＲＦＩＣの多重冗長性から、より高い信頼性および正確度を達成することができる。
【０１４０】
[0164]  １つの実施形態において、アンテナ素子を含む複数のＰＣＢ層が、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供することができ、標的受信機について応答を増大させることができる。複数のＰＣＢ層は、送信機１６０２によって転送することができる電力の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ層は、単一のマイクロコントローラーまたは専用マイクロコントローラーに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣはアンテナ素子に接続することができる。
【０１４１】
[0165]ボックス型送信機１６０２は内部に複数のＰＣＢ層を含むことができ、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するアンテナ素子を含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ボックス型送信機１６０２によってワイヤレス電力伝送の範囲を増大させることができる。複数のＰＣＢ層は、アンテナ素子の密度がより高いことに起因して、送信機１６０２によってワイヤレスで転送および／またはブロードキャストすることができるＲＦ電力波の範囲および量を増大させることができる。ＰＣＢ層は、アンテナ素子ごとに単一のマイクロコントローラーまたは専用マイクロコントローラーに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣはアンテナ素子を制御することができる。送信機１６０２のボックス形状は、ワイヤレス電力伝送の作用比を増大させることができる。このため、ボックス型送信機１６０２は、デスク、テーブル、床等の複数の表面に位置することができる。更に、ボックス型送信機は、Ｘ軸、Ｙ軸およびもしくはＺ軸、またはそれらの任意の組合せに向けることができる、ＰＣＢ層のいくつかの構成を含むことができる。
【０１４２】
６．複数のアンテナ素子
[0166]  図１７は、複数のアンテナ素子１７０６を含む送信機構成１７００の例である。アンテナ素子１７０６は、アンテナの行１７６８およびアンテナの列１７７０を配列することによってアレイを形成することができる。送信機構成は、ポケット形成のための利得および／または位相等のアンテナ素子１７０６の特徴を制御する少なくとも１つのＲＦＩＣ１７０８を含むことができ、これを、方向、電力レベル等を通じて管理することができる。アンテナ素子１７０６のアレイはＭＣ１７１０に接続することができ、ＭＣ１７１０は、障害物に起因する損失を低減するための、ポケット形成を送信する最も効果的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時点および位置を決定することができる。そのような軌道は、直接ポケット形成、跳ね返り、およびポケット形成の距離区別を含むことができる。
【０１４３】
[0167]  送信機デバイスは、アンテナ素子１７０６をどのように調整して適切な位置にエネルギーポケットを形成するかを決定するために、アンテナ素子１７０６を利用して受信機の位置を決定することができる。受信機は、情報を提供するために、トレーニング信号を送信機に送信することができる。トレーニング信号は、アンテナ素子１７０６によって検出することができる任意の従来の既知の信号とすることができる。受信機によって送信される信号は、位相および利得等の情報を含むことができる。
【０１４４】
ＩＩＩ．受信機−ワイヤレス電力伝送を受信および利用するためのシステムおよび方法
Ａ．受信機デバイスのコンポーネント
[0168]  クライアントデバイスをワイヤレス充電するためのシステム１１００のアーキテクチャを示す図１１を参照すると、例示的な実施形態によれば、システム１１００は、各々が特定用途向け集積回路（ASIC）を含むことができる送信機１１０１および受信機１１２０を備えることができる。受信機１１２０のＡＳＩＣは、プリント回路基板１１２２、アンテナ素子１１２４、整流器１１２６、電力変換器１１２９、通信コンポーネント１１３０および／または電力管理集積回路（PMIC）１１３２を備えることができる。受信機１１２０は、全ての要求されたコンポーネントを割り当てることができるハウジングも含むことができる。受信機１１２０の様々なコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアル等を含むことができるか、またはこれらを用いて製造することができる。
【０１４５】
１．アンテナ素子
[0169]  アンテナ素子１１２４は、送信機１１０１のアンテナ素子１１０６について説明した帯域に類似した周波数帯域において動作するのに適したアンテナタイプを含むことができる。アンテナ素子１１２４は、垂直偏波もしくは水平偏波、右偏波もしくは左偏波、楕円偏波、または他の適切な偏波、および適切な偏波の組合せを含むことができる。複数の偏波を用いることは、使用中の好ましい向きがないか、または向きが経時的に連続して変化する場合があるデバイス、例えば、スマートフォンまたはポータブルゲーム機において有利であり得る。対照的に、明確に定義された予期される向きを有するデバイス、例えば、両手を使うビデオゲームコントローラーの場合、アンテナの好ましい偏波が存在する場合があり、これにより、複数のアンテナについて所与の偏波の比を指定することができる。適切なアンテナタイプは、約２９９．７２０６ｃｍ〜約１５．２４ｃｍの高さと、約０．３１７５ｃｍ〜約１５．２４ｃｍの幅とを有するパッチアンテナを含むことができる。パッチアンテナは、偏波が接続性に依拠することができ、すなわち、偏波は、いずれの側からパッチが供給されるかに依拠して変化することができるという利点を有することができる。これにより、受信機１１２０等の受信機が、自身のアンテナ偏波を動的に変更してワイヤレス電力伝送を最適化することができるという利点を更に立証することができる。本明細書における実施形態において説明されるように、受信機について、異なるアンテナ、整流器または電力変換器構成が可能である。
【０１４６】
２．整流器
[0170]  整流器１１２６は、周期的に方向が反転する交流電流（AC）を、非負値をとる直流電流（DC）に変換することができる。入力ＡＣ正弦波の交互の特性に起因して、整流プロセス単体で、非負であるが電流パルスからなるＤＣ電流を生成する。整流器の出力は、電子フィルターによって平滑化され、一定の電流を生成することができる。整流器１１２６は、アンテナ素子１１２４によって生成される交流（AC）電圧を直流（DC）電圧に整流する、ダイオードおよび／またはレジスタ、インダクタおよび／またはキャパシタを含むことができる。
【０１４７】
[0171]  いくつかの実施態様では、整流器１１２６は、全波整流器とすることができる。全波整流器は、入力波形全体を、その出力において一定の極性（正または負）のうちの一方に変換することができる。全波整流は、入力波形の双方の極性を、脈動ＤＣ（直流）に変換し、より高い平均出力電圧をもたらすことができる。２つのダイオード、およびブリッジ構成におけるセンタータップ付き変換器および／または４つのダイオード、および任意のＡＣソース（センタータップを有しない変換器を含む）を全波整流器に利用することができる。単一位相ＡＣについて、変換器がセンタータップされている場合、バックツーバック型の２つのダイオード（必要な出力極性に依拠して、カソード／カソードまたはアノード／アノード）を利用して、全波整流器を形成することができる。ブリッジ整流器の場合と同じ出力電圧を得るために二次変換器において２倍の巻線が必要とされる場合があるが、電力定格は変化しない。整流器１１２６は、アンテナ素子１１２４が損失を最小にすることが技術的に可能である限り近くに配置することができる。ＡＣ電圧を整流した後、電力変換器１１２９を用いてＤＣ電圧を整流することができる。
【０１４８】
３．電力変換器
[0172]  電力変換器１１２９は、一定の電圧出力を提供するのに役立ち、および／または受信機１１２０への電圧を昇圧させるのに役立つことができるＤＣ／ＤＣ変換器とすることができる。いくつかの実施態様において、ＤＣ／ＤＣ変換器は、最大電力点追跡器（MPPT）とすることができる。ＭＰＰＴは、より高いＤＣ出力を、電池を充電するのに必要な、より低い電圧に変換する電子ＤＣ／ＤＣ変換器である。通常の電圧出力は、約５ボルト〜約１０ボルトとすることができる。いくつかの実施形態では、電力変換器１１２９は、高い効率を提供することができる電子切り替えモードＤＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。そのような場合、キャパシタは、切り替えデバイスが動作するのに十分な電流が提供されることを確実にするように、電力変換器１１２９の前に含めることができる。電子デバイス、例えば、電話またはラップトップコンピューターを充電するとき、電子切り替えモードＤＣ／ＤＣ変換器の動作を作動させるのに必要な最小電力レベルを超えることができる初期高電流が必要とされる場合がある。そのような場合、受信機１１２０の出力にキャパシタを加えて、必要とされる追加のエネルギーを提供することができる。その後、適切な量の電流を提供するために必要とされるのに応じて、より低い電力を提供することができ、例えば、電話またはラップトップにまだ電荷を蓄積させている間に、総初期電力の１／８０を用いることができる。
【０１４９】
[0173]  １つの実施形態では、複数の整流器１１２６をアンテナ素子１１２４に並列に接続することができる。例えば、４つの整流器１１２６は、アンテナ素子１１２４に並列に接続することができる。一方で、いくつかの更なる整流器１１２６を用いることができる。この構成は、各整流器１１２６が総電力の１／４を扱うことしか必要でないため、有利とすることができる。電子デバイスに１ワットが送達される場合、各整流器１１２６は、１／４ワットを扱うことしか必要でない場合がある。複数の低電力整流器１１２６を用いることは、同じ電力量を扱っている間、１つの高電力整流器１１２６を利用するよりもコストが低い可能性があるため、構成は、コストを大幅に削減することができる。いくつかの実施形態では、整流器１１２６が扱う総電力を結合して電力変換器１１２９に入れることができる。他の実施形態では、各整流器１１２６につき１つの電力変換器１１２９が存在してもよい。
【０１５０】
[0174]  他の実施形態では、複数のアンテナ素子１１２４を整流器１１２６に並列に接続することができ、その後、ＤＣ電圧を、電力変換器１１２９を通じて調節することができる。この例では、４つのアンテナ素子１１２４を単一の整流器１１２６に並列に接続することができる。この構成は、各アンテナ素子１１２４が総電力の１／４しか扱わない場合があるため、有利であることができる。更に、信号は互いに相殺しない場合があるので、構成は、単一の整流器１１２６と異なる偏波のアンテナ素子１１２４の使用を可能にすることができる。上記の特性に起因して、構成は、明確に定義されていないか、あるいは経時的に変動する向きを有する電子クライアントデバイスに適したものとすることができる。最後に、構成は、等しい偏波のアンテナ素子１１２４を用いるときに有利とすることができ、大きく異ならない位相のために構成することができる。一方、いくつかの実施形態では、アンテナ素子１１２４ごとに１つの整流器１１２６および／またはアンテナ素子１１２４ごとに複数の整流器１１２６が存在してもよい。
【０１５１】
[0175]  例示的な実施態様では、複数のアンテナ素子１１２４の出力を結合して並列な整流器１１２６に接続することができ、整流器１１２６の出力を更に結合して１つの電力変換器１１２９に入れることができる構成を実施することができる。出力を４つの並列な整流器１１２６において結合することができる１６個のアンテナ素子１１２４が存在することができる。他の実施形態では、アンテナ素子１１２４は、（例えば４つの）グループに細分化することができ、独立した整流器１１２６に接続することができる。
【０１５２】
[0176]  更に別の実施形態において、アンテナ素子１１２４のグループを異なる整流器１１２６に接続することができ、整流器１１２６を更に異なる電力変換器１１２９に接続することもできる構成を実施することができる。この実施形態では、アンテナ素子１１２４の４つのグループ（各々が並列な４つのアンテナ素子１１２４を含む）がそれぞれ、４つの整流器１１２６に独立して接続することができる。この実施形態では、各整流器１１２６の出力は、電力変換器１１２９（合計で４つ）に直接接続することができる。他の実施形態では、４つ全ての整流器１１２６の出力を各電力変換器１１２９の前で結合して、総電力を並列に扱うことができる。いくつかの実施形態では、各整流器１１２６の結合された出力は、単一の電力変換器１１２９に接続することができる。この構成は、整流器１１２６とアンテナ素子１１２４との間の大きな近接性を可能にするという点で有利とすることができる。この特性は、最小の損失を保つことができるため、望ましい場合がある。
【０１５３】
４．通信コンポーネント
[0177]  通信コンポーネント１１３０は、送信機１１０１の場合と同様に、送信機とのまたは他の電子機器への通信のために受信機１１２０に含めることができる。いくつかの実施態様では、受信機１１２０は、電池レベル、ユーザーが予め定義した充電プロファイル等のプロセッサによって提供される要件に基づいて所与の送信機１１２０に通信するためのデバイスの内蔵通信コンポーネントを用いることができる。送信機１１０１は、１つ以上の１つ以上のプリント回路基板（PCB）１１０４、１つ以上のアンテナ素１１０６、１つ以上の無線周波数集積回路（RFIC）１１０８、１つ以上のマイクロコントローラー（MC）１１１０、通信コンポーネント１１１２、および電源１１１４を含むことができる。送信機１１０１は、送信機１１０１のための全ての要求されたコンポーネントを割り当てることができるハウジング内に収容することができる。送信機１１０１内のコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアルおよび／または任意の他の材料を用いて製造することができる。受信機と送信機との間で通信コンポーネントによって通信される情報のタイプは、限定ではないが、数ある中でも電池における電力レベル、受信機において受信される信号強度および電力レベル、タイミング情報、位相および利得情報、ユーザー識別情報、クライアントデバイスの権利、セキュリティ関連シグナリング、緊急シグナリング、認証交換を含む。
【０１５４】
５．ＰＭＩＣ
[0178]  電力管理集積回路（PMIC）１１３２は、ホストシステムの電力要件を管理するためのシステムオンチップデバイスにおける集積回路および／またはシステムブロックである。ＰＭＩＣ１１３２は、電池管理、電圧調節および充電機能を含むことができる。ＰＭＩＣ１１３２は、動的電圧スケーリングを可能にするＤＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。いくつかの実施態様では、ＰＭＩＣ１１３２は、最大で９５％の電力変換効率を提供することができる。いくつかの実施態様ではＰＭＩＣ１１３２は、動的周波数スケーリングと組み合わせて一体化することができる。ＰＭＩＣ１１３２は、移動電話および／またはポータブルメディアプレーヤー等の電池式デバイスにおいて実施することができる。いくつかの実施態様では、電池は、入力キャパシタおよび出力キャパシタと交換することができる。ＰＭＩＣ１１３２は、電池および／またはキャパシタに直接接続することができる。電池が直接充電されるとき、キャパシタは実施されない場合がある。いくつかの実施態様では、ＰＭＩＣ１１３２は、電池の周りにコイルを巻かれることが可能である。ＰＭＩＣ１１３２は、充電器としての役割を果たす電力管理チップ（PMC）を含むことができ、電池に接続される。ＰＭＩＣ１１３２は、パルス周波数変調（PFM）およびパルス幅変調（PWM）を用いることができる。ＰＭＩＣ１１３２は、切り替え増幅器（クラスＤ電子増幅器）を用いることができる。いくつかの実施態様では、出力変換器、整流器および／またはＢＬＥもＰＭＩＣ１１３２に含めることができる。
【０１５５】
６．ハウジング
[0179]  ハウジングは、信号または波送信および／または受信を可能にすることができる任意の適切な材料、例えば、プラスチックまたは硬質ゴムから作製することができる。ハウジングは、例えば、ケースの形態で異なる電子機器に追加することができる外付けハードウェアとすることができるか、または電子機器内に組み込むこともできる。
【０１５６】
７．ネットワーク
[0180]  ネットワーク１１４０は、送信機１１０１と受信機１１２０との間の通信を容易にする任意の共通通信アーキテクチャを含むことができる。当業者であれば、ネットワーク１１４０は、インターネット、プライベートイントラネット、または２つの何らかのハイブリッドとすることができることを理解するであろう。当業者には、ネットワークコンポーネントを、専用処理機器において実施することができるか、または代替的に、クラウド処理ネットワークにおいて実施することができることも明らかであるべきである。
【０１５７】
Ｂ．受信機、受信機コンポーネント、および受信機に関係するシステムのための構成
１．アンテナ素子に並列に接続された複数の整流器
[0181]  図１８Ａは、複数の整流器１８２６Ａをアンテナ素子１８２４Ａに並列に接続することができる構成１８００Ａを示す。この例において、４つの整流器１８２６Ａをアンテナ素子１８２４Ａに並列に接続することができる。一方、いくつかの更なる整流器１８２６Ａが用いられてもよい。構成１８００Ａは、各整流器１８２６Ａが総電力の１／４のみを扱えばよいため、有利とすることができる。電子デバイスに１ワットが送達される場合、各整流器１８２６Ｆは、４分の１ワットのみを扱えばよい場合がある。複数の低電力整流器１８２６Ａを用いることは、同じ電力量を扱う際、１つの高電力整流器１８２６Ａを利用するよりも安価にすることができるので、構成１８００Ａはコストを大幅に削減することができる。いくつかの実施形態では、整流器１８２６Ａによって扱われる総電力は、１つのＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ａに組み合わせることができる。他の実施形態では、整流器１８２６Ａあたり１つのＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ａが存在することができる。
【０１５８】
２．整流器に並列に接続された複数のアンテナ素子
[0182]図１８は、複数のアンテナ素子１８２４Ｂを整流器１８２６Ｂに並列に接続し、その後、ＤＣ電圧をＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ｂを通じて調節することができる構成１８００Ｂを示す。この例では、４つのアンテナ素子１８２４Ｂを単一の整流器１８２６Ｂに並列に接続することができる。各アンテナ素子１８２４Ｂは総電力の１／４のみを扱えばよいので、構成１８００Ｂは有利とすることができる。更に、信号が互いに相殺しない場合があるので、構成１８００Ｂは、単一の整流器１８２６Ｂを用いて異なる偏波のアンテナ素子１８２４Ｂの使用を可能にすることができる。上記の特性に起因して、構成１８００は、明確に定義されていないか、あるいは経時的に変動する向きを有する電子デバイスに適したものとすることができる。最後に、構成１８００Ｂは、等しい偏波のアンテナ素子１８２４Ｂを用い、大きく異ならない位相のために構成されるときに有利とすることができる。一方、いくつかの実施形態では、アンテナ素子１８２４Ｂあたり１つの整流器１８２６Ｂまたはアンテナ素子１８２４Ｂあたり複数の整流器１８２６（図１８Ａに示すように）が存在し得る。
【０１５９】
３．複数の整流器に並列に接続された複数のアンテナ素子
[0183]  図１９Ａは、複数のアンテナ素子１９２４Ａの出力を組み合わせて、並列な整流器１９２６Ａに接続することができる構成１９００Ａを示し、整流器１９２６Ａの出力は１つのＤＣ変換器１９２８Ａにおいて更に組み合わせることができる。構成１９００Ａは、例示として、１６個のアンテナ素子１９２４Ａを示し、１６個のアンテナ素子１９２４Ａの出力は、４つの並列の整流器１９２６Ａにおいて結合することができる。他の実施形態において、アンテナ素子１９２４Ａは、グループ（例えば、４つのグループ）に細分化することができ、以下の図１９Ｂに示すように独立した整流器に接続することができる。
【０１６０】
４．グルーピングの置換
[0184]  図１９Ｂは、アンテナ素子１６２４Ｂのグループを異なる整流器１９２６Ｂに接続することができる構成１９００Ｂを示し、そしてこの整流器１９２６Ｂは、異なるＤＣ変換器１９２８Ｂに接続することもできる。構成１９００Ｂにおいて、アンテナ素子１９２４Ｂの４つのグループ（各々が、並列な４つのアンテナ素子１９２４Ｂを含む）は各々、４つの整流器１９２６Ｂに独立して接続することができる。この実施形態では、各整流器１９２６Ｂの出力はＤＣ変換器１９２８Ｂ（合計４つ）に直接接続することができる。他の実施形態では、４つ全ての整流器１９２６Ｂの出力は、各ＤＣ変換器１９２８Ｂの前で組み合わせて、総電力を並列に扱うことができる。他の実施形態では、各整流器１９２６Ｂの組み合わされた出力は、単一のＤＣ変換器１９２８Ｂに接続することができる。構成１９００Ｂは、整流器１９２６Ｂとアンテナ素子１９２４Ｂとの間で大きな近接性を可能にするという点で有利とすることができる。この特性は、損失を最小限に保持することができるため、望ましい場合がある。
【０１６１】
[0185]  受信機は、意図される機能を実行するために電力に頼ることができる電子デバイスまたは機器、例えば、電話、ラップトップコンピューター、遠隔テレビ、子供の玩具または任意の他のそのようなデバイスにおいて実施することができるか、これらに接続することができるか、またはこれらに組み込むことができる。ポケット形成を利用する受信機を用いて、「オン」もしくは「オフ」である間、または使用されているかもしくは使用されていない間、デバイスの電池を完全に充電することができる。更に、電池寿命を大幅に向上させることができる。例えば、１ワットを送達することができる受信機を利用して２ワットで動作するデバイスは、電池持続時間を約５０％まで増大させることができる。最後に、電池上で現在実行しているいくつかのデバイスは、受信機を用いて完全に電力供給することができ、その後、電池はもはや必要とされない場合がある。この最後の特性は、壁時計等の、電池の交換を達成するのが厄介であるかまたは困難であり得るデバイスにとって有利である場合がある。以下の実施形態は、受信機の一体化を電子デバイスにおいてどのように実行することができるかのいくつかの例を提供する。
【０１６２】
５．組込み受信機
[0186]  図２０Ａは、通常の電話、コンピューターまたは他のデバイスを表すことができるデバイス２０００Ａが組込み受信機２０２０Ａを含むことができる実施方式を示す。デバイス２０００Ａはまた、電源と、通信コンポーネント２０３０Ａと、プロセッサとを含むことができる。受信機２０２０Ａは、デバイス２０００Ａからの電源に電力を提供するためのポケット形成を利用することができる。更に、受信機２０２０Ａは、電池レベル、ユーザーが予め定義した充電プロファイル等のプロセッサによって提供される要件に基づいて所与の送信機に通信するためのデバイス２０００Ａの内蔵通信コンポーネント２０３０Ａ（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を用いることができる。
【０１６３】
６．組込み受信機を有する電池
[0187]  図２０Ｂは、デバイス２０００Ｂが組込み受信機２０２０Ｂを有する電池を含むことができる別の実施方式を示す。電池は、ポケット形成を通じて電力をワイヤレスで受信することができ、自身の組込み受信機２０２０Ｂを通じて充電することができる。電池は、電源のための供給部として機能することもできるし、またはバックアップ供給部として機能することもできる。この構成は、電池が充電のために取り除かれる必要がないという点で有利とすることができる。これは、ゲームコントローラーにおいて、または電池、特にＡＡもしくはＡＡＡを継続的に交換することができるゲーム機器において特に有用とすることができる。
【０１６４】
７．外部通信コンポーネント
[0188]  図２０Ｃは、受信機２０２０Ｃおよび通信コンポーネント２０３０Ｃを、デバイスに取り付けることができる外付けハードウェアに含めることができる代替的な実施方式２０００Ｃを示す。ハードウェアは、電話、コンピューター、リモートコントローラー等に配置することができるケース等の適切な形態をとることができ、これらは、ユニバーサルシリアルバス（USB）等の適切なインターフェースを通じて接続することができる。他の実施形態では、ハードウェアは可撓性フィルム上にプリントすることができ、これは次に、電子機器に貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができる。このオプションは、低いコストで生成することができ、様々なデバイスに容易に一体化することができるため、有利とすることができる。以前の実施形態におけるように、通信コンポーネント２０３０Ｃは、送信機または電子機器一般に通信を提供することができるハードウェアに含めることができる。
【０１６５】
８．ＵＳＢに接続する受信機のケーシングまたはハウジング
[0189]  図２１Ａは、フレックスケーブルまたはＵＳＢを通じてスマートフォンおよび／または任意の他の電子デバイスに接続することができる受信機２１０２Ａを含むケースの形態をとるハードウェアを示す。他の実施形態では、ハウジングまたはケースは、数あるそのようなオプションの中でも、コンピューターケース、電話ケースおよび／またはカメラケースとすることができる。
【０１６６】
９．プリントフィルム上のＰＣＢ
[0190]  図２１Ｂは、複数のプリント受信機２１０２Ｂを含むことができるプリントフィルムまたはプリントフレキシブル回路基板（PCB）の形態でハードウェアを示す。プリントフィルムは、電子デバイスに貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができ、ＵＳＢ等の適切なインターフェースを通じて接続することができる。プリントフィルムは、特定の電子デバイスサイズおよび／または要件を満たすようにセクションをそこから切り取ることができるという点で有利である場合がある。ワイヤレス電力伝送の効率および（ポケット形成を用いて）送達することができる電力量は、所与の受信機および送信機システムにおいて用いられるアンテナ素子の総数の関数とすることができる。例えば、約１５フィートで約１ワットを送達するために、受信機は約８０個のアンテナ素子を含むことができるのに対し、送信機は約２５６個のアンテナ素子を含むことができる。別の同一のワイヤレス電力伝送システム（約１５フィートで約１ワット）は、約４０個のアンテナ素子を有する受信機と、約５１２個のアンテナ素子を有する送信機とを含むことができる。受信機におけるアンテナ素子の数が半分に減ることは、送信機におけるアンテナ数が二倍になることを必要とする場合がある。いくつかの場合、受信機よりも送信機において多くの数のアンテナ素子を置くことが、コスト効率が良い場合がある。一方、送信機に少なくとも２つのアンテナ素子がある限り、例えば、送信機よりも受信機により多くのアンテナ素子を配置することによって、反対のことが達成され得る。
【０１６７】
ＩＶ．アンテナハードウェアおよび機能
Ａ．間隔構成
[0191]  図２２は、電子デバイス２２５２（例えば、スマートフォン）においてワイヤレス電力伝送を受信するために受信機２２２０を用いることができる内部ハードウェアを示す。いくつかの実施態様では、電子デバイス２２５２は、電子デバイス２２５２のケース２２５４（例えば、スマートフォンケース）の内部エッジの周りに組み込むことができる受信機２２２０を含むことができる。他の実施形態では、受信機２２２０は、ケース２２５４の背面を覆うように実装することができる。ケース２２５４は、数あるそのようなオプションの中でも、スマートフォンカバー、ラップトップカバー、カメラカバー、ＧＰＳカバー、ゲームコントローラーカバーおよび／またはタブレットカバーのうちの１つ以上とすることができる。ケース２２５４は、プラスチック、ゴムおよび／または任意の他の適切な材料から作製することができる。
【０１６８】
[0192]  受信機２２２０は、図２２に示されるグリッドエリア上に戦略的に分布されたアンテナ素子２２２４のアレイを含むことができる。ケース２２５４は、最適な受信のためにエッジの周り、および／またはケース２２５４の背面に沿って位置するアンテナ素子２２２４のアレイを含むことができる。アンテナ素子２２２４の数、間隔およびタイプは、電子デバイス２２５２の設計、サイズおよび／またはタイプに従って計算することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ素子２２２４を含むケース２２５４と電子デバイス２２５２との間に間隔（例えば、１ｍｍ〜４ｍｍ）および／またはメタマテリアルが存在することができる。間隔および／またはメタマテリアルは、ＲＦ信号のための更なる利得を提供することができる。いくつかの実施態様では、ケース２２５４内に実装する多層ＰＣＢを作成する際にメタマテリアルを用いることができる。
【０１６９】
Ｂ．メタマテリアル
[0193]  内部ハードウェアは、プリントフィルム２２５６の形態をとることができ、および／または可撓性ＰＣＢは、複数のプリントアンテナ素子２２２４（互いに直列に、並列に、または組み合わせて接続される）、整流器および電力変換器要素等の異なるコンポーネントを含むことができる。プリントフィルム２２５６は、電子デバイス２２５２および／またはタブレット等の任意の適切な電子デバイスに貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができる。プリントフィルム２２５６は、可撓性ケーブル２２５８等の任意の適切なインターフェースを通じて接続することができる。プリントフィルム２２５６は、いくつかの利点を呈することができ、これらの利点のうちの１つは、特定のスマートモバイルデバイスサイズおよび／または要件を満たすようにプリントフィルム２２５６からセクションを切り取ることができることとすることができる。１つの実施形態によれば、受信機２２２０のためのアンテナ素子２２２４間の間隔は、約２ｎｍ〜約１２ｎｍの範囲を取ることができ、最も適切なのは約７ｎｍである。
【０１７０】
[0194]  更に、いくつかの実施態様では、スマートフォン等の電子デバイス２２５２のための受信機２２２０において用いることができるアンテナ素子２２２４の最適な量は、約２０個〜約３０個の範囲をとることができる。一方、受信機２２２０内のアンテナ素子２２２４の量は、電子デバイス２２５２の設計およびサイズに従って変動することができる。アンテナ素子２２２４は、数ある中でも、銅、金および銀等の異なる導電材料から作製することができる。更に、アンテナ素子２２２４は、数ある中でも、可撓性ＰＣＢ等の任意の適切な非導電性可撓性基板上にプリント、エッチングまたは積層することができる。アンテナ素子２２２４の開示される構成および向きは、ワイヤレス充電のより良好な受信、効率および性能を呈することができる。
【０１７１】
[0195]  上記の方法記述およびプロセスフロー図は、単なる説明的な例として提供され、様々な実施形態のステップが提示される順序で実行されなくてはならないことを必要とするかまたは暗に意味するように意図されていない。当業者によって理解されるように、上記の実施形態におけるステップは任意の順序において実行することができる。「次に、」「次いで、」等の語は、ステップの順序を限定することを意図しておらず、これらの語は、単に、本方法の記述を通じて読み手を誘導するために用いられる。プロセスフロー図は、動作を連続したプロセスとして説明する場合があるが、動作の多くは、並列にまたは同時に実行することができる。更に、動作の順序は再配列することができる。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが機能に対応するとき、その終了は、呼び出し機能またはメイン機能に機能が戻ることに対応することができる。
【０１７２】
[0196]  本明細書に開示される実施形態に関連して説明される様々な説明的な論理ブロック、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、コンピューターソフトウェア、または双方の組合せとして実施することができる。ハードウェアおよびソフトウェアのこの交換可能性を明確に示すために、様々な説明的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップが、通常、それらの機能の観点で説明された。そのような機能がハードウェアとして実施されるかまたはソフトウェアとして実施されるかは、システム全体に課される特定の用途および設計制約に依拠する。当業者は、説明された機能を、特定の用途ごとに様々な方法で実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じるものとして解釈されるべきではない。
【０１７３】
[0197]  コンピューターソフトウェアにおいて実施される実施形態は、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またはそれらの任意の組合せで実施することができる。コードセグメントまたは機械実行可能命令は、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、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、または命令、データ構造もしくはプログラム文の任意の組合せを表すことができる。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメーターまたはメモリコンテンツを渡すおよび／または受信することによって別のコードセグメントまたはハードウェア回路に結合することができる。情報、引数、パラメーター、データ等は、メモリ共有、メッセージ共有、トークンパッシング、ネットワーク送信等を含む任意の適切な手段を介して渡すか、転送するか、または送信することができる。
【０１７４】
[0198]  これらのシステムおよび方法を実施するのに用いられる実際のソフトウェアコードまたは特殊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。このため、システムおよび方法の動作および挙動は、特定のソフトウェアコードを参照することなく説明され、ソフトウェアおよび制御ハードウェアは、本明細書における説明に基づいてシステムおよび方法を実施するように設計することができると理解される。
【０１７５】
[0199]  ソフトウェアで実施されるとき、機能は、非一時的コンピューター可読ストレージ媒体またはプロセッサ可読ストレージ媒体における１つ以上の命令またはコードとして記憶することができる。本明細書に開示される方法またはアルゴリズムのステップは、コンピューター可読ストレージ媒体またはプロセッサ可読ストレージ媒体上に存在することができるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールに埋め込むことができる。非一時的コンピューター可読媒体またはプロセッサ可読媒体は、１つの場所から別の場所へのコンピュータープログラムの転送を容易にするコンピューターストレージ媒体および有形ストレージ媒体の双方を含む。非一時的プロセッサ可読ストレージ媒体は、コンピューターによってアクセス可能とすることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。限定ではなく例として、そのような非一時的プロセッサ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または、命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶することができ、コンピューターもしくはプロセッサによってアクセスすることができる、任意の他の有形ストレージ媒体を含むことができる。ディスク（disk）およびディスク（disc）は、本明細書において用いられるとき、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およびブルーレイディスクを含み、ここで、ディスク（disk）は通例、磁気的にデータを再生し、ディスク（disc）はレーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組合せもコンピューター可読媒体の範囲内に含まれるべきである。更に、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータープログラム製品に組み入れることができる、非一時的プロセッサ可読媒体および／またはコンピューター可読媒体上のコードおよび／または命令の１つまたは任意の組合せまたは組として存在することができる。開示された実施形態の上記の説明は、任意の当業者が本発明を作成または使用することを可能にするように提供される。これらの実施形態に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書に定義される一般的な原理は、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することができる。このため、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図しておらず、添付の特許請求の範囲ならびに本明細書に開示される原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられる。様々な態様および実施形態が開示されたが、他の態様および実施形態が予期される。開示される様々な態様および実施形態は、説明を目的としており、限定を意図しておらず、真の範囲および趣旨は添付の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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