(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機コイルと、前記受信機コイルに導電性結合される受信回路とを備える受信機であって、送信機によって生成されたワイヤレス場に位置するときに電力をワイヤレス受信し、かつ前記送信機によって生成された前記ワイヤレス場に応答して電流を生成し、前記受信機コイルは、
第1のループ部分と、
第2のループ部分と、
第3のループ部分であって、前記第2のループ部分および第3のループ部分は前記第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、前記第2のループ部分および前記第3のループ部分は互いに実質的に同一平面上にありかつ互いに重複せず、前記第1のループ部分、前記第2のループ部分、および第3のループ部分は前記受信機コイルを形成するために接合され、前記第2のループ部分および第3のループ部分は、互いに隣接し、かつ前記第1のループ部分の第1の側部と並行である第1の側部を有し、前記第2のループ部分および第3のループ部分の隣接する側部は、それらの間の領域を規定し、前記第2のループ部分および第3のループ部分を通じて前記生成された電流は、前記領域における場のキャンセリング効果を生成し、前記受信機コイルに結合される前記受信回路は、前記生成された電流に少なくとも部分的に基づいて、負荷に給電するか、または負荷を充電するように構成される、第3のループ部分と
を含む、受信機。
【請求項２】
前記第1のループ部分、前記第2のループ部分、または前記第3のループ部分のうちの少なくとも1つが実質的に矩形の寸法を有する、請求項1に記載の受信機。
【請求項３】
前記第2のループ部分の前記第1の側部の電流が、前記第3のループ部分の前記第1の側部の電流と反対方向である、請求項2に記載の受信機。
【請求項４】
前記第2のループ部分および前記第3のループ部分が非対称の寸法を有するか、または前記第2のループ部分および前記第3のループ部分が実質的に共通の寸法を有しかつ互いに隣接して配置される、請求項1に記載の受信機。
【請求項５】
前記第2のループ部分および前記第3のループ部分が前記第1のループ部分によって実質的に十分に囲まれるか、または前記受信機コイルが前記第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれた3つ以上のループ部分をさらに含む、請求項1に記載の受信機。
【請求項６】
前記受信機コイルが少なくとも3つの重複しないループ部分を有する単一巻きの導電性材料を含むか、または前記受信機コイルが2つ以上のコイルを含む、請求項1に記載の受信機。
【請求項７】
前記第1のループ部分および前記第2のループ部分が実質的に同一平面上にあるか、または前記第1のループ部分および前記第2のループ部分が異なる平面上に配置されるか、または前記第1のループ部分が第1の平面に配置され、前記第2のループ部分および前記第3のループ部分が、前記第1の平面とは異なる第2の平面上に配置される、請求項1に記載の受信機。
【請求項８】
前記受信機コイルを含む共振回路をさらに含み、前記共振回路は前記ワイヤレス場の動作周波数において共振するように構成され、前記受信機コイルは前記ワイヤレス場を介して電力を誘導的に受信するように構成される、請求項1に記載の受信機。
【請求項９】
前記受信機コイルは、前記受信機コイルによって受信された最大電圧と最小電圧との比がしきい値を満たすように前記ワイヤレス場を平均化するようにさらに構成される、請求項1に記載の受信機。
【請求項１０】
前記比が1.5未満の値を含む、請求項9に記載の受信機。
【請求項１１】
受信機コイルと、前記受信機コイルに導電性結合される受信回路とを備える受信機においてワイヤレス電力を受信する方法であって、前記受信機は、送信機によって生成されたワイヤレス場に位置するときにワイヤレス電力を受信し、かつ前記送信機によって生成された前記ワイヤレス場に応答して電流を生成し、前記方法は、
前記受信機コイルにおいて、ワイヤレス場を介して前記送信機からワイヤレス電力を受信するステップであって、前記受信機コイルは、第1のループ部分と、第2のループ部分と、第3のループ部分とを含む、少なくとも3つのループ部分を有する導電性材料を含み、前記第2のループ部分および前記第3のループ部分は前記第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、前記第2のループ部分および前記第3のループ部分は互いに実質的に同一平面上にあり、かつ重複せず、前記第1のループ部分、前記第2のループ部分、および第3のループ部分は前記受信機コイルを形成するために接合され、前記第2のループ部分および第3のループ部分は、互いに隣接し、かつ前記第1のループ部分の第1の側部と並行である第1の側部を有し、前記第2のループ部分および第3のループ部分の隣接する側部は、それらの間の領域を規定し、前記第2のループ部分および第3のループ部分を通じて前記生成された電流は、前記領域における場のキャンセリング効果を生成する、ステップと、
前記生成された電流に少なくとも部分的に基づいて、前記受信機コイルに結合される前記受信回路によって前記受信された電力を負荷に提供するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第2のループ部分の一部分の電流が前記第3のループ部分の一部分の電流と反対方向である、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1のループ部分および前記第2のループ部分が、実質的に同一平面上にあるか、または前記第1のループ部分および前記第2のループ部分が、異なる平面上に配置される、請求項11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ワイヤレス電力受信機の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して電力供給されている。そのようなデバイスは、携帯電話、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth(登録商標)デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などを含む。バッテリー技術は向上してきたが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とするとともに消費するので、頻繁に充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを通して有線接続によって充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは不便な場合があるか、または扱いにくい場合があり、他の欠点を有する場合もある。充電式電子デバイスを充電するか、または電子デバイスに電力を供給するのに用いられることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電解決策の欠点の一部を克服する可能性がある。したがって、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス電力伝達システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのどの態様も単独では、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００４】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、下記の添付の図面および発明を実施するための形態において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。以下の図の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【０００５】
本開示で説明する主題の一態様は、電力をワイヤレスに受信するための装置を提供する。本装置は、送信機によって生成された磁場に応答して電圧を生成するように構成されるコイルを含む。本コイルは、少なくとも3つのループ部分を有する導電性材料を含む。少なくとも3つのループ部分は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含む。第2および第3のループ部分は、第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれる。第2および第3のループ部分は、互いに外接せず、重複しない。
【０００６】
本開示で説明する主題の別の態様は、送信機から電力をワイヤレス受信する方法の実装形態を提供する。本方法は、磁場を介して送信機からワイヤレス電力を受信するステップを含む。本方法は、送信機によって生成された磁場に応答してコイル内に電圧を生成するステップをさらに含む。本コイルは、少なくとも3つのループ部分を有する導電性材料を含む。少なくとも3つのループ部分は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含む。第2および第3のループ部分は、第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれる。第2および第3のループ部分は、互いに外接せず、重複しない。
【０００７】
本開示で説明する主題のさらに別の態様は、電力をワイヤレス受信するためのコイルを提供する。本コイルは、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含み、第2および第3のループ部分は第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、第2および第3のループ部分は互いに外接せずかつ重複しない。本コイルは、受信電力を負荷に提供するための手段をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路または受信回路の一部分の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図６】例示的な実施形態による、図4の送信回路において使用され得る送信回路の一部分の概略図である。
【図７】一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造の図である。
【図８Ａ】一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造のレイヤの図である。
【図８Ｂ】一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造のレイヤの図である。
【図８Ｃ】一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造の図である。
【図８Ｄ】一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造の図である。
【図９】送信機からワイヤレス電力を受信する例示的な方法のフローチャートである。
【図１０】送信機からワイヤレス電力を受信するための装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通りに描かれていない場合がある。したがって、明確性のために、様々な特徴の寸法は、恣意的に拡大または縮小されている場合がある。さらに、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスのすべての構成要素を描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【００１０】
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示としての働きをすること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１１】
ワイヤレスで電力を伝達することは、物理的な導電体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する(たとえば、電力は自由空間を通って伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を達成するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信アンテナ」によって受信されるか、取り込まれるか、または結合される場合がある。
【００１２】
図1は、例示的な一実装形態によるワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実行するためのワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を生成するために、電源(図示せず)から送信機104に入力電力102が供給され得る。受信機108は、ワイヤレス場105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を生成することができる。送信機104と受信機108との両方は互いに距離112だけ離間される。
【００１３】
例示的な一実装形態では、送信機104および受信機108は、相互共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が、ほぼ同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。したがって、互いに極めて近い(たとえば、場合によっては数mmの範囲内)大型アンテナコイルが必要になる可能性がある純粋に誘導性の解決策とは対照的に、より長い距離にわたる、ワイヤレス電力伝達を可能にすることができる。したがって、共振誘導結合技法は、効率を改善するとともに、様々な距離にわたってかつ様々な誘導コイル構成を用いて電力伝達を可能にし得る。
【００１４】
受信機108は、送信機104によって生成されたワイヤレス場105内に位置するときに、電力を受信することができる。ワイヤレス場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって取り込まれ得る領域に対応する。ワイヤレス場105は、以下でさらに説明するように、送信機104の「近接場」に対応し得る。送信機104は、エネルギーを受信機108に伝送するための送信アンテナまたはコイル114を含む場合がある。受信機108は、送信機104から伝送されたエネルギーを受信する、または取り込むための受信アンテナまたはコイル118を含む場合がある。近接場は、送信コイル114から電力を最小限に放出する、送信コイル114内の電流および電荷から生じる強い反応場(reactive field)が存在する領域に対応し得る。近接場は送信コイル114の約1波長(または1波長の数分の一)内にある領域に対応し得る。
【００１５】
上記のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬するのではなく、ワイヤレス場105のエネルギーの大部分を受信コイル118に結合することによって起こり得る。ワイヤレス場105内に位置決めされるとき、送信コイル114と受信コイル118との間に、「結合モード」を発生させることができる。この結合が生じる場合がある、送信アンテナ114および受信アンテナ118の周りの領域は、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
【００１６】
図2は、別の例示的な実装形態によるワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、送信機204および受信機208を含む。送信機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタ/整合回路226とを含むことができる、送信回路206を含んでよい。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、所望の周波数で信号を生成するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給し得る。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、たとえば送信アンテナ214の共振周波数において送信アンテナ214を駆動するように構成され得る。ドライバ回路224は、発振器222から矩形波を受信し、正弦波を出力するように構成されるスイッチング増幅器とすることができる。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であってよい。
【００１７】
フィルタ/整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機204のインピーダンスを送信アンテナ214に整合させ得る。送信アンテナ214を駆動する結果として、送信アンテナ214は、たとえば、電気車両のバッテリー236を充電するのに十分なレベルで電力をワイヤレス出力するワイヤレス場205を生成し得る。
【００１８】
受信機208は、整合回路232と整流器回路234とを含み得る受信回路210を含んでよい。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信アンテナ218に整合させる場合がある。整流器回路234は、図2に示すように、バッテリー236を充電するために交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を生成し得る。さらに、受信機208および送信機204は、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth、zigbee、セルラーなど)上で通信してよい。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を用いて帯域内シグナリングを介して通信することができる。
【００１９】
以下でより十分に説明するように、選択的に無効にできる関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を最初に有することができる受信機208は、送信機204によって送信され、受信機208によって受信される電力の量が、バッテリー236を充電するのに適切であるかどうかを判断するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力の量が適切であると判断すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電せずに、ワイヤレス電力伝達場から受信された電力を直接利用するように構成され得る。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、かつ/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
【００２０】
図3は、例示的な実装形態による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、送信回路または受信回路350は、アンテナ352を含むことができる。アンテナ352は、「ループ」アンテナ352と呼ばれるか、または「ループ」アンテナ352として構成される場合もある。また、アンテナ352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ばれるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成される場合もある。「アンテナ」という用語は、一般に、別の「アンテナ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスで出力するか、または受け取ることができる構成要素を指す。アンテナは、電力をワイヤレスで出力するか、または受け取るように構成されるタイプのコイルと呼ばれてもよい。本明細書で使用する場合、アンテナ352は、電力をワイヤレスで出力および/または受信するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の一例である。
【００２１】
アンテナ352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含む場合がある。空芯ループアンテナは、コアの近くに配置される外部の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352により、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になる。さらに、空芯ループにより、送信アンテナ214の結合モード領域がより強力な場合がある送信アンテナ214(図2)の平面内に、受信アンテナ218(図2)をより容易に配置することが可能になる場合がある。
【００２２】
上述のように、送信機104/204と受信機108/208との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104/204と受信機108/208との間に整合した共振またはほぼ整合した共振が生じている間に起こり得る。しかしながら、送信機104/204と受信機108/208との間の共振が整合しないときであっても、効率に影響が及ぶ場合があるものの、エネルギーを伝達することができる。たとえば、共振が整合しないと効率がより低くなることがある。エネルギーの伝達は、送信コイル114/214からのエネルギーを自由空間に伝播させる代わりに、送信コイル114/214のワイヤレス場105/205からのエネルギーを、ワイヤレス場105/205の近傍にある受信コイル118/218に結合することによって起こる。
【００２３】
ループアンテナ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。インダクタンスは単にアンテナ352によって生成されたインダクタンスとすることができるのに対して、キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作り出すために、アンテナのインダクタンスに加えられる場合がある。非限定的な例として、共振周波数で信号358を選択する共振回路を生成するために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えてよい。したがって、より大きい直径のアンテナでは、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて小さくなる場合がある。
【００２４】
さらに、アンテナの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加する場合がある。他の構成要素を用いて形成される他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、回路350の2つの端子間に並列にキャパシタを配置することができる。送信アンテナの場合、アンテナ352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358を、アンテナ352への入力とすることができる。
【００２５】
図1および図2を参照すると、送信機104/204は、送信コイル114/214の共振周波数に対応する周波数を有する、時間変動する磁場(または電磁場)を出力し得る。受信機108/208がワイヤレス場105/205内にあるとき、時変磁場(time-varying magnetic field)(または電磁場)は、受信コイル118/218内に電流を誘導することができる。上記のように、受信コイル118/218が送信コイル114/214の周波数で共振するように構成される場合には、エネルギーを効率的に伝達することができる。受信コイル118/218内に誘導されたAC信号を上記のように整流して、負荷を充電するか、または負荷に電力を供給するために与えられ得るDC信号を生成することができる。
【００２６】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406および送信アンテナ414を含むことができる。送信アンテナ414は、図3に示すアンテナ352であってもよい。送信回路406は、発振信号を与えることによって、送信アンテナ414にRF電力を与えることができ、その信号の結果として、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)が生成される。送信機404は、任意の適切な周波数で動作することができる。例として、送信機404は、6.78MHzのISM帯域で動作することができる。
【００２７】
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波放射を、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで低減するように構成されるローパスフィルタ(LPF)408とを含むことができる。他の例示的な実施形態は、それに限定されるわけではなく、異なるフィルタトポロジを含み、またノッチフィルタを含み得るが、ノッチフィルタは特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数を通過させ、アンテナ414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流など、測定可能な送電メトリックに基づいて変化し得る、適応インピーダンス整合を含んでよい。送信回路406は、発振器423によって決定されるRF信号を駆動するように構成されるドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスもしくは回路から構成されても、または代わりに、一体型アセンブリから構成されてもよい。送信アンテナ414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度とすることができる。
【００２８】
送信回路406は、隣接するデバイスに取り付けられた受信機を介して隣接するデバイスと対話するための通信プロトコルを実装するように特定の受信機の送信位相(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするための、発振器423の周波数または位相を調整するための、かつ出力電力レベルを調整するためのコントローラ415をさらに含んでよい。コントローラ415は、本明細書においてプロセッサ415と呼ばれる場合があることに留意されたい。発振器位相および送信経路内の関連する回路の調整により、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外放射の低減が可能になり得る。
【００２９】
送信回路406は、送信アンテナ414によって生成された近接場の近傍において作動中受信機の存否を検出するための負荷感知回路416をさらに含むことができる。例として、負荷感知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明するように、その電流は、送信アンテナ414によって生成された場の近傍における作動中受信機の存否によって影響を及ぼされる場合がある。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中受信機と通信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415によって監視される。以下でさらに十分に説明するように、ドライバ回路424において測定される電流は、送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に無効なデバイスが位置決めされたかどうかを判断するために用いられ得る。
【００３０】
送信アンテナ414は、リッツ線を用いて、または抵抗損失を低く保つために選択された厚み、幅、および金属のタイプを有するアンテナストリップとして実装され得る。一実装形態では、送信アンテナ414は通常、テーブル、マット、ランプ、または他の可搬性の低い構成などの、より大きな構造と関連付けて構成され得る。したがって、送信アンテナ414は、通常その実用的な寸法のために「巻く」必要がない場合がある。送信アンテナ414の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(すなわち、波長の数分の一)とすることができ、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調することができる。
【００３１】
送信機404は、送信機404に関連し得る受信機デバイスの所在および状態に関する情報を収集および追跡してよい。したがって、送信回路406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ415に接続される、存在検出器480、密閉型検出器460、またはこれらの組合せを含んでよい。コントローラ415は、存在検出器480および密閉型検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424によって送出される電力量を調整してよい。送信機404は、たとえば、ビル内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来のDC電源を送信機404に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)などのいくつかの電源を介して、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信してよい。
【００３２】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバー領域に挿入される、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される運動検出器であってよい。検出後に、送信機404をオンにすることができ、デバイスによって受信されたRF電力を用いて、所定の方法でRxデバイス上のスイッチを切り替えることができ、それにより、結果として送信機404の駆動点インピーダンスが変化する。
【００３３】
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出手段、運動検出手段、または他の適切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ってよい。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナ414が特定の周波数で送信することができる電力量を制限する規制が存在してよい。場合によっては、これらの規制は、人間を電磁放射から守ることを意図されている。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工場の作業場、店舗などの人間が占有しない、または人間が占有する頻度が低いエリアに配置される環境が存在する場合もある。これらの環境に人間がいない場合、通常の電力制限規制よりも高く、送信アンテナ414の電力出力を増加させることが許容可能な場合もある。言い換えれば、コントローラ415は、人間の存在に応答して送信アンテナ414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414の電磁場による規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ414の電力出力を、規制レベルを超えるレベルに調整することができる。
【００３４】
非限定的な例として、密閉型検出器460(本明細書では、密閉型コンパートメント検出器または密閉型空間検出器と呼ばれることもある)は、包囲体が閉状態または開状態であるときを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってよい。送信機が閉状態の包囲体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させてよい。
【００３５】
例示的な実施形態では、送信機404がいつまでもオンのままではない方法を使用してよい。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間の経過後にシャットオフするようにプログラムされ得る。この特徴は、送信機404の周囲のワイヤレスデバイスが十分充電された後、送信機404、特にドライバ回路424が長い間動作するのを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナ218のいずれかから送られた、デバイスが十分に充電されたという信号を検出するための回路の故障に起因する場合もある。送信機404の周囲に別のデバイスが配置されている場合に、送信機404が自動的にシャットダウンすることを防止するために、送信機404の自動シャットオフ機能は、その周囲で動作が検出されない定められた期間が経過した後にだけ、アクティブ化されてよい。ユーザは、非活動時間間隔を決定し、その時間間隔を所望により変更することができる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスが最初に完全に放電したという仮定の下に、そのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くてよい。
【００３６】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信アンテナ518を含む場合がある受信回路510を含む。受信機508は、それに受信電力を供給するためのデバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合されてもよいことに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスで伝搬され、その後、受信回路510の残りの部分を通してデバイス550に結合される場合がある。例として、充電デバイスには、携帯電話、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetoothデバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および、他の医療用デバイス)などのデバイスが含まれ得る。
【００３７】
受信アンテナ518は、送信アンテナ414(図4)と同じ周波数において、または規定された周波数範囲内で共振するように同調させることができる。受信アンテナ518は、送信アンテナ414と同じような寸法にすることができるか、または関連するデバイス550の寸法に基づいて異なるサイズにすることができる。例として、デバイス550は、送信アンテナ414の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスとすることができる。そのような例では、受信アンテナ518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻コイル(multi turn coil)として実装され得る。例として、受信アンテナ518は、アンテナ径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き(すなわち、巻線)数を少なくし、巻線間キャパシタンスを下げるために、デバイス550の実質的な外周の回りに配置され得る。
【００３８】
受信回路510は、受信アンテナ518に対するインピーダンス整合をもたらすことができる。受信回路510は、受け取られたRFエネルギー源をデバイス550が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、またDC-DC変換器522を含んでもよい。RF-DC変換器520は、受信アンテナ518において受信されたRFエネルギー信号を、Vrectによって表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分的および完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラ、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３９】
受信回路510は、受信アンテナ518を電力変換回路506に接続するか、または代替的には電力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含むことができる。電力変換回路506から受信アンテナ518を切断することにより、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図2)から「見える」ような「負荷」も変更する。
【００４０】
上記で開示したように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出することができる負荷感知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在するときを判断するための機構を有する。
【００４１】
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにするために、1つまたは複数の受信機の装荷(loading)および除荷(unloading)を時間多重化することが望ましい場合がある。受信機508はまた、他の近くの受信機への結合を解消するか、または近くの送信機への装荷を低減させるためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信機508によって制御されるとともに送信機404によって検出される、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように、受信機508から送信機404への通信機構を実現することができる。さらに、受信機508から送信機404にメッセージを送ること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秒程度であってよい。
【００４２】
例示的な一実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用する帯域内シグナリング)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、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用してよい。受信機は、これらのエネルギー変化を送信機404からのメッセージとして解釈してよい。受信機側から、受信機508は、場から受け入れている電力量を調整するために受信アンテナ518の同調および離調を用いることができる。場合によっては、同調および離調は、スイッチング回路512を介して実現され得る。送信機404は、場からの使用される電力のこの差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈してよい。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用してよいことに留意されたい。
【００４３】
受信回路510は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、シグナリング検出器/ビーコン回路514をさらに含んでよい。さらに、シグナリング/ビーコン回路514は、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、かつ低減されたRF信号エネルギーを公称(nominal)電力に整流し、受信回路510内の電力を供給されていない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを呼び起こして受信回路510をワイヤレス充電が可能なように構成するために使用されてもよい。
【００４４】
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明する受信機508のプロセスを調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供する外部の有線充電ソース(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生したときにも起こる可能性がある。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御するのに加えて、ビーコン回路514を監視してビーコン状態を判断し、送信機404から送信されたメッセージを抽出してもよい。プロセッサ516はまた、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整してもよい。
【００４５】
図6は、図4の送信回路406に使用され得る送信回路600の一部分の概略図である。送信回路600は、上記に図4において説明したように、ドライバ回路624を含み得る。ドライバ回路624は、図4に示されたドライバ回路424に類似してもよい。上述のように、ドライバ回路624は、矩形波を受け取り送信回路650に供給する正弦波を出力するように構成され得るスイッチング増幅器であり得る。場合によっては、ドライバ回路624は増幅器回路と呼ばれることがある。ドライバ回路624はE級増幅器として示されているが、本発明の実施形態によって任意の適切なドライバ回路624が使用されてよい。ドライバ回路624は、図4に示されるように、発振器423からの入力信号602によって駆動され得る。ドライバ回路624はまた、送信回路650を介して送出され得る最大電力を制御するように構成される駆動電圧VDを提供され得る。高調波を解消または低減するために、送信回路600はフィルタ回路626を含み得る。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626であり得る。
【００４６】
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を含む送信回路650に供給され得る。送信回路650は、ドライバ回路624によって供給されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振する可能性がある、(たとえば、アンテナのインダクタンスもしくはキャパシタンス、または追加のキャパシタ構成要素に起因する可能性がある)キャパシタンス620およびインダクタンスを有する直列共振回路を含み得る。送信回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表すことができる。この負荷は、送信回路650から電力を受け取るように置かれたワイヤレス電力受信機508の関数であり得る。
【００４７】
特定の設計区分の受信機をサポートするように設計されたすべての既存の送信機と相互運用可能であることは、その特定の設計区分の、受信機共振器または受信機コイルとも呼ばれる受信アンテナ518(図5)にとって望ましい場合がある。たとえば、様々な送信機は、様々な磁場均一度および他の異なる特性を有する様々なコイル構成/トポロジーで設計され得る。加えて、その特定の設計区分の受信機をサポートするように設計されなかった送信機が、受信機とともにいくつかの機能を有するべきことが望ましい。様々な送信機にわたる要件に従って機能する受信機コイル構造を設計することは難しい。言い換えれば、要求される様々な送信機に対して相互運用可能である高い確率を有する、反復可能でロバストな方式の共振器構造を開発することは難しい。
【００４８】
一態様では、送信機アンテナ/コイル414(図4)を均一の磁場を生成するように設計することが難しい場合がある。代わりに、場が公称場強度よりもはるかに大きいか、またははるかに小さい、送信機404に関するいくつかの地点が存在する場合がある。このことにより、今度は、受信機設計者が、印加電圧の高い分散に耐えるように受信機回路を構築するか、または送信機404の磁場の頂点および谷を平均化する共振器(たとえば、共振回路を形成するための回路と組み合わせたアンテナ/コイル構成)を設計するかのいずれかを行わざるを得ない。
【００４９】
したがって、回路設計は、広い電圧範囲を受容する、その能力に制限される場合がある。したがって、一実施形態では、より大きいループ内に複数のループ(たとえば、以下に説明するようにより大きいループ内に2つのループ)を含む受信機アンテナ/コイル構造が提供される。本明細書で説明する実施形態を有する態様では、場をできる限り平均化し、印加電圧の分散を最小化するように構成される受信機コイル構成が提供される。たとえば、様々な受信機アンテナ/コイル構造構成にわたって送信機から受信した最大電圧と最小電圧との比をテストした際に、最適な構成は、以下に説明するように、より大きいループ内に2つのループを含んだ。1つの特定の送信機構成では、送信機から受信した最大電圧と最小電圧との例示的な測定比の一例は、1.4であった。特定の送信機構成とともに使用された際の他の受信機構成は、1.5以上の比を有した。一態様では、本明細書で説明する実施形態による、この受信機コイル構造は、送信機が生成する磁場のより大きい平均化を提供する場合がある。さらに、別の態様では、この受信機コイル構造は、より高い解像度の設計の微調整を可能にするためにより大きい可変性の設計寸法を提供する場合がある。より大きいループ内の複数のループは、2回巻きアンテナ設計(たとえば、より大きいループ内の1つのループ)または3ループアンテナ(たとえば、第1のループ内の第2のループおよび第2のループ内の第3のループ)よりも十分な平均化を提供し得る。
【００５０】
図7は、一実施形態による受信機アンテナ/コイル構造700の図である。いくつかの態様では、図1、図2、および図5の受信機アンテナまたはコイル118、218、および518は、図7のコイル構成として形成され得る。図7に示すように、受信機アンテナ/コイル構造700は、3つのループ701、702、および703を含むコイルを含む。ループ702および703の2つは、2つの内部ループ702および703を少なくとも実質的に囲むより大きいループ701内に配置される。ループ702および703の各々は、重複せず、かつ外接しない。図7に示すように、ループ702および703は、形状が矩形であり、サイズが同様であり、かつ互いに隣接している。他の態様では、他の形状(たとえば、円、方形など)および構成も考えられる。いくつかの実施形態では、3つ以上のループが、ループ701内に配置され得る。いくつかの実施形態では、ループは、単一のコイル構造を形成するように互いに構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機アンテナ/コイル構造700は、2つ以上のコイルを含む場合がある。使用される1つまたは複数のコイルは、任意の導電性材料(たとえば、銅、銀、アルミニウムなど)を含み得る。
【００５１】
いくつかの態様では、受信機アンテナ/コイル構造700は、ループが実質的に共通の平面上に配置される単一のコイル構造を形成し得る。受信機アンテナ/コイル構造700は、いくつかの態様では平面でなくてもよく、他の態様ではたわみ性のある平面を有する平面であってもよい。たとえば、ループ701は、ループ702および703とは異なる平面上に配置される場合がある。他の実施形態では、ループ702は、ループ703とは異なる平面上に配置される場合がある。いくつかの態様では、受信機アンテナ/コイル構造700は、様々な可能性のうちでもとりわけ、垂直、水平、および対角上を含む様々な方位に向けられ得る。さらに、受信機アンテナ/コイル構造700は、様々な可能性のうちでもとりわけ、表面、壁、テープ、および携帯型電子機器を含む様々なアイテム上またはその中に配置され得る。いくつかの態様では、図7を参照しながら説明する単一のコイル構造は、図1、図2、および図4の送信機コイル114、214、および414などの送信機コイルとしてさらに使用され得る。
【００５２】
いくつかの態様では、ループ702および703が互いに最も近い受信機アンテナ/コイル構造700の一部分において、ループ702を流れる電流は、ループ703を流れる電流と反対方向である場合がある。たとえば、位置705では、ループ702を流れる電流は、ページの頂部からページの底部に流れている可能性があり、ループ703を流れる電流は、ページの底部からページの頂部に流れている可能性がある。言い換えれば、位置705においてループ702を流れる電流は、位置705においてループ703を流れる電流と比較して反対方向に流れている可能性がある。反対方向の電流は、送信機が生成する磁場のより大きい平均化を提供し得る磁場キャンセル効果を生成し得る。
【００５３】
図8Aは、一実施形態による例示的な受信機アンテナ/コイル構造800の共振器レイヤ801の図である。図8Bは、一実施形態による例示的な受信機アンテナ/コイル構造800の共振器レイヤ810の図である。いくつかの実施形態では、レイヤ801および810は、受信機アンテナ/コイル構造700と同様であり得る受信機アンテナ/コイル構造800を形成するために組み合わされる場合がある。レイヤ801は、受信機アンテナ/コイル構造800の第1の部分802、第2の部分803、および第3の部分804を含む。図8Bでは、レイヤ810は、受信機アンテナ/コイル構造800の第4の部分811および第5の部分812を含む。レイヤ801がレイヤ810と組み合わされたとき、第4の部分811は、第1の部分802と第3の部分804との間の接続を提供する。レイヤ801がレイヤ810と組み合わされたとき、第5の部分812は、第2の部分803と第3の部分804との間の接続を提供する。
【００５４】
図8Cは、一実施形態による例示的な受信機アンテナ/コイル構造800の分解図である。受信機アンテナ/コイル構造800は、共振器レイヤ801、805、810、および825を含む。レイヤ805は、接着性の背面を有するフェライト材料を含む。受信機アンテナ/コイル構造800では、レイヤ805は、図8Bのレイヤ810の上部に配置される。次いで、レイヤ810は、レイヤ805と801との間に配置されるように図8Aのレイヤ801の上部に配置される。次いで、レイヤ801は、レイヤ810とレイヤ825との間に配置されるようにレイヤ825の上部に配置される。レイヤ825は、接着レイヤを含む。いくつかの態様では、レイヤ825は、剥離ライナーを含む感圧性の支持レイヤを構成する場合もある。その場合、レイヤ825は、レイヤ825の上部に配置される。たとえば、一方のレイヤ825は、剥離ライナーを含む場合があり、他方のレイヤ825は、両レイヤ825を互いに固定するための接着レイヤを含む場合がある。レイヤは特定の順序で構成されるが、他の構成も考えられる。レイヤ801、805、810、および825は、異なる順序で配置される場合があるか、または追加された付加レイヤが存在する場合があるか、またはいくつかのレイヤが除去される場合がある。
【００５５】
図8Dは、一実施形態による例示的な受信機アンテナ/コイル構造800の図である。図8Dは、図8Cにおいて説明した複合レイヤを有する受信機アンテナ/コイル構造800を示す。
【００５６】
図9は、送信機からワイヤレス電力を受信する例示的な方法900のフローチャートである。図9において説明するステップまたは動作は、図1〜図3、または図5のいずれかに示す回路および/またはデバイスのいずれかに実装されるか、またはこれらによって実行される場合がある。ブロック902は、少なくとも3つのループ部分を有する、導電性材料を含むコイルにおいて、磁場を介して送信機からワイヤレス電力を受信することを含む場合があり、少なくとも3つのループ部分は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含み、第2および第3のループ部分は第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、第2および第3のループ部分は互いに外接せずかつ重複しない。ブロック904は、受信電力を負荷に提供することを含み得る。
【００５７】
図10は、本発明の例示的な一実施形態による、電力ケーブル装置1000の機能ブロック図である。本装置は、図1〜図9に関して説明した様々な動作のための手段1002および1004を含む。
【００５８】
装置1000は、少なくとも3つのループ部分を有する、磁場を介して送信機からワイヤレス電力を受信するための手段1002を含み、少なくとも3つのループ部分は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含み、第2および第3のループ部分は第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、第2および第3のループ部分は互いに外接せずかつ重複しない。一実施形態では、手段1002は、ブロック902(図9)に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実施形態では、磁場を介して送信機からワイヤレス電力を受信するための手段1002は、図1、図2、および図5の受信機アンテナまたはコイル118、218、および518によって実装され得る。
【００５９】
装置1000は、受信電力を負荷に提供するための手段1004をさらに含む。一実施形態では、手段1004は、ブロック904(図9)に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実施形態では、手段1004は、図2および図5の受信回路210および510によって実施され得る。
【００６０】
本発明のさらなる例は、次のように規定される。
【００６１】
1.電力をワイヤレス受信するための装置。本装置は、送信機によって生成された磁場に応答して電圧を生成するように構成されるコイルを含む。本コイルは、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含む、少なくとも3つのループ部分を有する導電性材料を含む。第2および第3のループ部分は、第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれる。第2および第3のループ部分は、互いに外接せず、かつ重複しない。
【００６２】
2.第1のループ部分、第2のループ部分、または第3のループ部分のうちの少なくとも1つが実質的に矩形の寸法を有する、例1に記載の装置。
【００６３】
3.第2のループ部分の一部分の電流が、第3のループ部分の一部分の電流と反対方向である、例1に記載の装置。
【００６４】
4.第3のループ部分の一部分の電流と反対方向の電流を有する、第2のループ部分の一部分は、第3のループ部分の最も近くに配置される部分を含む、例3に記載の装置。
【００６５】
5.第2のループ部分および第3のループ部分が、非対称の寸法を有する、例1、3、または4のいずれかに記載の装置。
【００６６】
6.第2のループ部分および第3のループ部分が、実質的に共通の寸法を有し、かつ互いに隣接して配置される、例1から5のいずれか1つに記載の装置。
【００６７】
7.第2および第3のループ部分が、第1のループ部分によって実質的に完全に囲まれる、例1から6のいずれか1つに記載の装置。
【００６８】
8.コイルが、第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれた3つ以上のループ部分をさらに含む、例1から7のいずれか1つに記載の装置。
【００６９】
9.コイルが、少なくとも3つの重複しないループ部分を有する、単一巻きの導電性材料を含む、例1から8のいずれか1つに記載の装置。
【００７０】
10.コイルが、2つ以上のコイルを含む、例1から8のいずれか1つに記載の装置。
【００７１】
11.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、実質的に同一平面上にある、例1から10のいずれか1つに記載の装置。
【００７２】
12.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、異なる平面上に配置される、例1から10のいずれか1つに記載の装置。
【００７３】
13.第1のループ部分が第1の平面上に配置され、第2のループ部分および第3のループ部分が、第1の平面とは異なる第2の平面上に配置される、例1から10のいずれか1つに記載の装置。
【００７４】
14.コイルを含む共振回路をさらに含む装置であって、共振回路は磁場の動作周波数において共振するように構成され、コイルは磁場を介して電力を誘導的に受信するように構成される、例1から13のいずれか1つに記載の装置。
【００７５】
15.コイルに結合され、かつ生成された電圧に少なくとも部分的に基づいて負荷に給電するか、または負荷を充電するように構成される受信回路をさらに含む、例1から14のいずれか1つに記載の装置。
【００７６】
16.コイルは、コイルによって受信された最大電圧と最小電圧との比がしきい値を満たすように磁場を平均化するようにさらに構成される、例1から15のいずれか1つに記載の装置。
【００７７】
17.比が、1.5未満の値を含む、例16に記載の装置。
【００７８】
18.ワイヤレス電力を受信する方法。本方法は、少なくとも3つのループ部分を有する、導電性材料を含むコイルにおいて、磁場を介して送信機からワイヤレス電力を受信するステップを含み、少なくとも3つのループ部分は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含み、第2および第3のループ部分は第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、第2および第3のループ部分は互いに外接せずかつ重複しない。本方法は、受信電力を負荷に提供するステップをさらに含む。
【００７９】
19.第2のループ部分の一部分の電流が、第3のループ部分の一部分の電流と反対方向である、例18に記載の方法。
【００８０】
20.第3のループ部分の一部分の電流と反対方向の電流を有する、第2のループ部分の一部分は、第3のループ部分の最も近くに配置される部分を含む、例18に記載の方法。
【００８１】
21.第2のループ部分および第3のループ部分が、実質的に共通の寸法を有し、かつ互いに隣接して配置される、例18から20のいずれか1つに記載の方法。
【００８２】
22.第2および第3のループ部分が、第1のループ部分によって実質的に十分に囲まれる、例18から21のいずれか1つに記載の方法。
【００８３】
23.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、実質的に同一平面上にある、例18から22のいずれか1つに記載の方法。
【００８４】
24.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、異なる平面上に配置される、例18から22のいずれか1つに記載の方法。
【００８５】
25.コイルが、少なくとも3つの重複しないループ部分を有する、単一巻きの導電性材料を含む、例18から24のいずれか1つに記載の方法。
【００８６】
26.送信機からワイヤレス電力を受信するステップが、磁場の動作周波数において共振するように構成される、コイルを含む共振回路によって磁場を介して電力を誘導的に受信するステップを含む、例18から25のいずれか1つに記載の方法。
【００８７】
27.受信電力を負荷に提供するステップが、負荷を充電するか、または負荷に給電するのに十分な電力を提供するステップを含む、例18から26のいずれか1つに記載の方法。
【００８８】
28.コイルによって受信された最大電圧と最小電圧との比がしきい値を満たすように磁場を平均化するステップをさらに含む、例18から27のいずれか1つに記載の方法。
【００８９】
29.比が、1.5未満の値を含む、例28に記載の方法。
【００９０】
30.電力をワイヤレス受信するための装置。本装置は、第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分を含む、少なくとも3つのループ部分を含む、磁場を介して電力をワイヤレス受信するための手段を含み、第2および第3のループ部分は第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれ、第2および第3のループ部分は互いに外接せずかつ重複しない。本装置は、受信電力を負荷に提供するための手段をさらに含む。
【００９１】
31.第1のループ部分、第2のループ部分、または第3のループ部分のうちの少なくとも1つが実質的に矩形の寸法を有する、例30に記載の装置。
【００９２】
32.第2のループ部分の一部分の電流が、第3のループ部分の一部分の電流と反対方向である、例30に記載の装置。
【００９３】
33.第3のループ部分の一部分の電流と反対方向の電流を有する、第2のループ部分の一部分は、第3のループ部分の最も近くに配置される部分を含む、例32に記載の装置。
【００９４】
34.第2のループ部分および第3のループ部分が、非対称の寸法を有する、例30、32、または33のいずれかに記載の装置。
【００９５】
35.第2のループ部分および第3のループ部分が、実質的に共通の寸法を有し、かつ互いに隣接して配置される、例30から34のいずれか1つに記載の装置。
【００９６】
36.第2および第3のループ部分が、第1のループ部分によって実質的に十分に囲まれる、例30から35のいずれか1つに記載の装置。
【００９７】
37.電力をワイヤレス受信するための手段が、第1のループ部分によって少なくとも部分的に囲まれた3つ以上のループ部分をさらに含む、例30から36のいずれか1つに記載の装置。
【００９８】
38.電力をワイヤレス受信するための手段が、少なくとも3つの重複しないループ部分を有する、単一巻きの導電性材料を含む、例30から37のいずれか1つに記載の装置。
【００９９】
39.電力をワイヤレス受信するための手段が、2つ以上のコイルを含む、例30から37のいずれか1つに記載の装置。
【０１００】
40.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、実質的に同一平面上にある、例30から39のいずれか1つに記載の装置。
【０１０１】
41.第1のループ部分、第2のループ部分、および第3のループ部分が、異なる平面上に配置される、例30から39のいずれか1つに記載の装置。
【０１０２】
42.第1のループ部分が第1の平面上に配置され、第2のループ部分および第3のループ部分が、第1の平面とは異なる第2の平面上に配置される、例30から39のいずれか1つに記載の装置。
【０１０３】
43.電力をワイヤレス受信するための手段を含む共振回路をさらに含む装置であって、共振回路は磁場の動作周波数において共振するように構成され、コイルは磁場を介して電力を誘導的に受信するように構成される、例30から42のいずれか1つに記載の装置。
【０１０４】
44.電力をワイヤレス受信するための手段に結合され、生成された電圧に少なくとも部分的に基づいて負荷に給電するか、または負荷を充電するように構成される受信回路をさらに含む、例30から43のいずれか1つに記載の装置。
【０１０５】
45.電力をワイヤレス受信するための手段は、コイルによって受信された最大電圧と最小電圧との比がしきい値を満たすように磁場を平均化するようにさらに構成される、例30から44のいずれか1つに記載の装置。
【０１０６】
46.比が、1.5未満の値を含む、例45に記載の装置。
【０１０７】
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/もしくはソフトウェアの構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行され得る。一般的に、図に示す任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。たとえば、制御電圧に応答して電流を選択的に許容するための手段は、第1のトランジスタを含み得る。加えて、開回路を選択的に提供するための手段を含む、制御電圧の量を制限するための手段は、第2のトランジスタを含み得る。
【０１０８】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【０１０９】
本明細書で開示する実施形態に関して説明される様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能に関して概して上述されている。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計の制約に依存する。記載された機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
【０１１０】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(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)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書に記載され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で、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、またはステートマシンであり得る。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つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。
【０１１１】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、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具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(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、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ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。代替形態では、記憶媒体はプロセッサに統合することができる。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピーディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザーで光学的にデータを再生する。前述の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に存在し得る。
【０１１２】
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されるとは限らないことを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行され得る。
【０１１３】
上述の実施形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  送信機
105  ワイヤレス場
108  受信機
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  送信機
205  ワイヤレス場
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信機コイル
218  受信アンテナ
219  通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
225  入力電圧信号
226  フィルタ/整合回路
232  整合回路
234  整流器回路
236  バッテリー
350  受信回路
352  アンテナ
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
404  送信機
406  送信回路
408  ローパスフィルタ(LPF)
409  固定インピーダンス整合回路
414  送信機アンテナ/コイル
415  コントローラ
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  密閉型検出器
480  存在検出器
506  電力変換回路
508  受信機
510  受信回路
512  スイッチング回路
514  シグナリング/ビーコン回路
516  プロセッサ
518  受信アンテナ
520  RF-DC変換器
522  DC-DC変換器
550  デバイス
600  送信回路
602  入力信号
614  アンテナ
620  キャパシタンス
622  可変抵抗器
624  ドライバ回路
626  フィルタ回路
632  インダクタ
634  キャパシタ
636  キャパシタ
650  送信回路
700  受信機アンテナ/コイル構造
701  ループ
702  ループ
703  ループ
705  位置
800  受信機アンテナ/コイル構造
801  共振器レイヤ
802  第1の部分
803  第2の部分
804  第3の部分
805  共振器レイヤ
810  共振器レイヤ
811  第4の部分
812  第5の部分
825  共振器レイヤ
900  方法
1000  電力ケーブル装置
1002  手段
1004  手段
【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６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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