(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力を伝送するための装置であって、
テレビジョンシステムと、
前記テレビジョンシステムに結合され、複数の高周波（ＲＦ）送信アンテナを有する送信機と
を備え、
前記送信機のＲＦ送信アンテナのそれぞれは、受信機の場所において、制御された建設的干渉パターンを形成するように集中する複数の無線電力波を送信するように構成され、前記受信機は、前記制御された建設的干渉パターンからエネルギーを捕捉し、前記受信機に結合されたデバイスを充電するように構成されており、
前記ＲＦ送信アンテナは、前記テレビジョンシステムの表示エリア上にマイクロアンテナとして内蔵され、
前記送信機は、ＲＦ送信帯域の異なる非重複部分を異なる受信機に送信する装置。
【請求項２】
前記送信機は、受信機から到来する信号の位相および大きさを検出し、前記位相および前記大きさを使用して、一連の送信位相および大きさを形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記送信機の前記ＲＦ送信アンテナは、前記ＲＦ送信帯域の前記異なる非重複部分を送信するためのグループに細分され、前記グループのそれぞれは、独立した整流器に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記テレビジョンシステムはバックライトおよび偏光層を含み、前記バックライトは前記送信機と前記偏光層との間に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記送信機は第１の平面に沿って延在し、前記偏光層は第２の平面に沿って延在し、前記第１の平面と前記第２の平面とは互いに平行である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記テレビジョンシステムは、ディスプレイと、前記ディスプレイの周りに延在するベゼルとを含み、前記ベゼルは前記複数のＲＦ送信アンテナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記テレビジョンシステムが、ディスプレイと、前記ディスプレイの反対側の後部とを含み、前記後部は前記複数のＲＦ送信アンテナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記送信機はコミュニケータを含み、前記コミュニケータは、前記受信機を位置付けるためのデータを含む通信信号を前記受信機から受信するように構成され、前記制御された建設的干渉パターンの場所が前記通信信号のデータに基づいて決定される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記コミュニケータは、Bluetooth（登録商標）、Wi-Fi（登録商標）、ZigBee（登録商標）および周波数変調（ＦＭ）無線を含むグループから選択される通信プロトコルを介して前記受信機から前記通信信号を受信するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記テレビジョンシステムは前記送信機に給電するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記送信機は第１の電力源から電力を受信するように構成され、前記テレビジョンシステムは第２の電力源から電力を受信するように構成され、前記第１の電力源は前記第２の電力源から独立している、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
無線電力を伝送するための方法であって、
テレビジョンシステムに結合された送信機の複数の高周波（ＲＦ）送信アンテナにより、受信機の場所において、制御された建設的干渉パターンを形成するように集中する複数の無線電力波を送信するステップ
を含み、前記受信機は、前記制御された建設的干渉パターンからエネルギーを捕捉し、前記受信機に結合されたデバイスを充電するように構成されて
おり、
前記ＲＦ送信アンテナは、前記テレビジョンシステムの表示エリア上にマイクロアンテナとして内蔵され、
前記送信機は、ＲＦ送信帯域の異なる非重複部分を異なる受信機に送信する、方法。
【請求項１３】
前記送信機は、受信機から到来する信号の位相および大きさを検出し、前記位相および前記大きさを使用して、一連の送信位相および大きさを形成する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記送信機の前記ＲＦ送信アンテナは、前記ＲＦ送信帯域の前記異なる非重複部分を送信するためのグループに細分され、前記グループのそれぞれは、独立した整流器に接続される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記テレビジョンシステムはバックライトおよび偏光層を含み、前記バックライトは前記送信機と前記偏光層との間に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記送信機は第１の平面に沿って延在し、前記偏光層は第２の平面に沿って延在し、前記第１の平面と前記第２の平面とは互いに平行である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記テレビジョンシステムは、ディスプレイと、前記ディスプレイの周囲に延在するベゼルとを含み、前記ベゼルは前記複数のＲＦ送信アンテナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記テレビジョンシステムは、ディスプレイと、前記ディスプレイの反対側の後部とを含み、前記後部は前記複数のＲＦ送信アンテナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記受信機を位置付けするように構成された前記送信機のコミュニケータによって、受信機の位置を示す通信信号を前記受信機から受信することと、
前記送信機のコミュニケータによって、前記通信信号のデータに基づいて前記受信機の場所を決定し、制御された建設的干渉パターンは、前記受信機の場所において前記送信機の前記ＲＦアンテナによって形成されることと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記テレビジョンシステムは前記送信機に給電するように構成される、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年７月２５日に出願された「TV with Integrated Wireless Power Transmitter」という名称の米国特許出願第１３／９５０，４９２号の一部継続であり、この特許出願は、その全内容がすべての目的のために参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２０１３年５月１０日に出願された「Methodology For Pocket-forming」という名称の米国特許出願第１３／８９１，４３０号、２０１３年６月２４日に出願された「Methodology for Multiple Pocket-Forming」という名称の米国特許出願第１３／９２５，４６９号、２０１３年７月１９日に出願された「Method for 3 Dimensional Pocket-forming」という名称の米国特許出願第１３／９４６，０８２号、２０１３年５月１０日に出願された「Receivers for Wireless Power Transmission」という名称の米国特許出願第１３／８９１，３９９号、２０１３年５月１０日に出願された「Transmitters for Wireless Power Transmission」という名称の米国特許出願第１３／８９１，４４５号、２０１４年５月７日に出願された「Systems and Method For Wireless Transmission of Power」という名称の米国特許出願第１４／２７２，０３９号、２０１４年５月７日に出願された「Systems and Methods for Managing and Controlling a Wireless Power Network」という名称の米国特許出願第１４／２７２，０６６号、２０１４年５月７日に出願された「System and Method for Controlling Communication Between Wireless Power Transmitter Managers」という名称の米国特許出願第１４／２７２，１２４号、２０１４年７月２１日に出願された「System and Method for Smart Registration of Wireless Power Receivers in a Wireless Power Network」という名称の米国特許出願第１４／３３６，９８７号、２０１４年７月２１日に出願された「Systems and Methods for Communication with Remote Management Systems」という名称の米国特許出願第１４／３３７，００２号、２０１４年５月２３日に出願された「System & Method for a Self-System Analysis in a Wireless Power Transmission Network」という名称の米国特許出願第１４／２８６，１２９号、２０１４年５月２３日に出願された「System and Method for Generating a Power Receiver Identified in a Wireless Power Network」という名称の米国特許出願第１４／２８６，２８９号、２０１４年５月２３日に出願された「Systems and Methods For Power Payment Based on Proximity」という名称の米国特許出願第１４／２８６，２３２号、２０１４年７月１４日に出願された「System and Method for Enabling Automatic Charging Schedules in a Wireless Power Network to One or More Devices」という名称の米国特許出願第１４／３３０，９３１号、２０１４年７月１４日に出願された「System and Method for Manually Selecting and Deselecting Devices to Charge in a Wireless Power Network」という名称の米国特許出願第１４／３３０，９３６号、２０１４年８月２１日に出願された「Systems and Methods for Automatically Testing the Communication Between Power Transmitter and Wireless Receiver」という名称の米国特許出願第１４／４６５，４８７号、２０１４年８月２１日に出願された「Method for Automatically Testing the Operational Status of a Wireless Power Receiver in a Wireless Power Transmission System」という名称の米国特許出願第１４／４６５，５０８号、２０１４年８月２１日に出願された「Systems and Methods for Tracking the Status and Usage Information of a Wireless Power Transmission System」という名称の米国特許出願第１４／４６５，５３２号、２０１４年８月２１日に出願された「System and Method to Control a Wireless Power Transmission System by Configuration of Wireless Power Transmission Control Parameters」という名称の米国特許出願第１４／４６５，５４５号、２０１４年８月２１日に出願された「Systems and Methods for a Configuration Web Service to Provide Configuration of a Wireless Power Transmitter within a Wireless Power Transmission System」という名称の米国特許出願第１４／４６５，５５３号、２０１３年６月２５日に出願された「Wireless Power Transmission with Selective Range」という名称の米国特許出願第１３／９２６，０２０号、２０１４年１２月２７日に出願された「Receivers for Wireless Power Transmission」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６２５号、２０１４年１２月２７日に出願された「Methodology for Pocket-Forming」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６３０号、２０１４年１２月２７日に出願された「Transmitters for Wireless Power Transmission」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６３４号、２０１４年１２月２７日に出願された「Methodology for Multiple Pocket-Forming」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６４０号、２０１４年１２月２７日に出願された「Wireless Power Transmission with Selective Range」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６４１号、２０１４年１２月２７日に出願された「Method for 3 Dimensional Pocket-Forming」という名称の米国特許出願第１４／５８３，６４３号に関し、これらの特許はすべて、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
技術分野
本開示は、概して、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００４】
背景
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などのポータブル電子デバイスは、人々が他者と通信および交流するうえで日常的に必要とされるものとなった。これらのデバイスの頻繁な使用はかなりの量の電力を必要とし、それにより、これらのデバイスに付属しているバッテリが消耗し易くなり得る。従って、ユーザは、頻繁にデバイスのプラグを電力源に差し込み、そのようなデバイスを再充電する必要がある。これにより、少なくとも１日に１回（高需要の電子デバイスの場合には１日に複数回）電子機器を充電しなければならない場合がある。
【０００５】
そのような活動は、面倒であり、ユーザにとって負担となり得る。例えば、ユーザは、その電子機器の電力が不足している場合、充電器を持ち運ぶ必要があり得る。加えて、ユーザは、接続するための利用可能な電力源を見つけなければならない。最後に、ユーザは、その電子デバイスを充電できるように壁コンセントまたは他の電源に差し込まなければならない。しかし、そのような活動により、電子デバイスは、充電中に操作不可能になり得る。
【０００６】
この問題の現在の解決法は、再充電可能バッテリを有するデバイスを含み得る。しかし、前述の手法は、ユーザが余分なバッテリを持ち運ぶ必要があり、また余分なバッテリセットが充電されていることを確認する必要もある。また、ソーラー式バッテリ充電器も知られているが、太陽電池は高価であり、大型アレイの太陽電池はかなりの容量のバッテリを充電する必要があり得る。他の手法は、デバイスのプラグを電源コンセントに物理的に接続することなく、電磁信号を使用することにより、デバイスの充電を可能にするマットまたはパッドに関与する。この事例では、デバイスは、依然として充電のために一定の時間にわたり特定の場所に置く必要がある。電磁（ＥＭ）信号の単一の電源電力伝送を想定すると、ＥＭ信号電力は、距離ｒにわたり、１／ｒ２に比例する倍率に低減される（換言すれば、距離の二乗に比例して減衰する）。従って、ＥＭ送信機から長距離で受信される電力は、伝送電力のごく一部である。受信信号の電力を増大するには、伝送電力を引き上げなければならないであろう。伝送信号がＥＭ送信機から３センチメートルで効率的な受信状態を有すると想定すると、３メートルの有効距離にわたって同じ信号電力を受信するには、伝送電力を１０，０００倍に引き上げることが必要とされるであろう。エネルギーが伝送されるが、そのほとんどは意図されるデバイスによって受信されず、生体組織にとって有害である可能性があり、ごく近くのほとんどの電子デバイスに干渉するであろう可能性が高く、かつ熱のように放散する可能性があるため、そのような電力伝送は無駄である。
【０００７】
指向性電力伝送などのさらなる別の手法では、一般に、電力伝送効率を高めるために、信号を正しい方向に差し向けることができるように、デバイスの場所を知っている必要がある。しかし、デバイスを位置付けたとしても、進路内のまたは受信デバイスの付近の物体の反射および干渉が原因で、効率的な伝送は保証されない。加えて、多くの使用事例では、デバイスは固定されておらず、それはさらなる問題となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概要
本明細書で説明される実施形態は、三次元のエネルギーのポケットを生成するために電力伝送信号（例えば、高周波（ＲＦ）信号波）を伝送する送信機を含む。少なくとも１つの受信機は、電子デバイスに接続するかまたは組み込むことができ、エネルギーのポケットから電力を受信する。送信機は、通信媒体（例えば、Bluetooth（登録商標）技術）を使用して、三次元空間において少なくとも１つの受信機を位置付けることができる。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のポケットを生成するために、波形を生成する。送信機は、アルゴリズムを使用して、三次元において波形の方向付け、焦点合わせおよび制御を行う。受信機は、電子デバイスへの給電を行うためおよび／またはバッテリを充電するために、伝送信号（例えば、ＲＦ信号）を電気に変換することができる。それに従って、無線電力伝送のための実施形態は、無線で複数の電気デバイスへの給電および充電を可能にすることができる。
【０００９】
一実施形態では、無線電力を伝送するための装置が提供される。テレビジョンシステムと、テレビジョンシステムに結合された送信機とを含む装置である。送信機は複数の無線電力波を放出し、かつそれによりエネルギーのポケットを画定するように構成され、それにより、受信機はエネルギーのポケットとインタフェースを取り、かつそれによりデバイスを充電することができ、デバイスは受信機に結合される。
【００１０】
一実施形態では、無線電力を伝送するための方法が提供される。方法は、テレビジョンシステムを送信機に結合するステップを含む。送信機は、複数の無線電力波を放出し、かつそれによりエネルギーのポケットを画定するように構成され、それにより、受信機はエネルギーのポケットとインタフェースを取り、かつそれによりデバイスを充電することができ、デバイスは受信機に結合される。
【００１１】
実施形態の追加の特徴および利点は、以下の説明に記載されており、説明からある程度明らかになる。本発明の目的および他の利点は、本明細書の記載される説明および請求項ならびに添付の図面における例示的な実施形態において具体的に指摘される構造によって実現および達成される。
【００１２】
前述の概要および以下の詳細な説明は両方とも例示的なものであり、説明することのみを目的とし、特許請求される本発明のさらなる説明を提供することを意図することを理解されたい。
【００１３】
図面の簡単な説明
本開示は、以下の図を参照することによってより良く理解することができる。図中のコンポーネントは、必ずしも原寸に比例するとは限らず、代わりに、本開示の原理を示すことに重点を置く。図中、参照番号は、異なる図全体を通じて対応する部分を指定する。本開示の非限定的な実施形態は、添付の図を参照して例示として説明されており、添付の図は概略であり、原寸に比例することを意図しない。背景技術を表すものとして示されない限り、図は、本開示の態様を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例示的な実施形態によるシステム概要を示す。
【図２】例示的な実施形態による無線電力伝送のステップを示す。
【図３】例示的な実施形態による無線電力伝送のためのアーキテクチャを示す。
【図４】例示的な実施形態による、ポケット形成手順を使用する無線電力伝送のシステムのコンポーネントを示す。
【図５】例示的な実施形態による複数の受信機デバイスへの給電のステップを示す。
【図６Ａ】単一の波形に統一することができる、選択範囲での無線電力伝送のための波形を示す。
【図６Ｂ】単一の波形に統一することができる、選択範囲での無線電力伝送のための波形を示す。
【図７】送信機から様々な半径に沿って複数のエネルギーのポケットを生成できる、選択範囲での無線電力伝送を示す。
【図８】送信機から様々な半径に沿って複数のエネルギーのポケットを生成できる、選択範囲での無線電力伝送を示す。
【図９Ａ】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無線で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無線で充電するためのアーキテクチャの図を示す。
【図１０Ａ】例示的な実施形態による、複数のポケット形成を使用する無線電力伝送を示す。
【図１０Ｂ】例示的な実施形態による複数の適応ポケット形成を示す。
【図１１】例示的な実施形態による、クライアントデバイスを無線で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】例示的な実施形態による、アンテナ素子を使用して受信機の場所を決定するための方法を示す。
【図１３Ａ】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】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】例示的な実施形態による平面状送信機を示す。
【図１５Ａ】例示的な実施形態による送信機を示す。
【図１５Ｂ】例示的な実施形態による箱状送信機を示す。
【図１６】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】例示的な実施形態による送信機構成を示す。
【図１８Ａ】例示的な実施形態による、アンテナ素子に並列接続された複数の整流器を示す。
【図１８Ｂ】例示的な実施形態による、整流器に並列接続された複数のアンテナ素子を示す。
【図１９Ａ】例示的な実施形態による、並列整流器と組み合わされ、かつそれに接続された複数のアンテナ素子出力を示す。
【図１９Ｂ】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】例示的な実施形態による埋め込み受信機を備えるデバイスを示す。
【図２０Ｂ】例示的な実施形態による埋め込み受信機を備えるバッテリを示す。
【図２０Ｃ】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部ハードウェアを示す。
【図２１Ａ】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】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】例示的な実施形態による内部ハードウェアを示す。
【図２３】無線電力を出力するテレビジョン（ＴＶ）システムの例示的な実施形態を示す。
【図２４】ＴＶシステムの内部構造の例示的な実施形態を示す。
【図２５】タイルアーキテクチャの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
ここでは、本開示は、本明細書の一部を形成する、図面に示される実施形態を参照して詳細に説明する。本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用することおよび／または他の変更形態をなすことができる。詳細な説明で説明される例示的な実施形態は、ここで提示される対象物を限定することを意図しない。さらに、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本明細書で説明される様々なコンポーネントおよび実施形態を組み合わせて、明確に説明されていない追加の実施形態を形成することができる。
【００１６】
ここでは、図面に示される例示的な実施形態を参照し、ここではそれを説明するために特殊言語を使用する。それにもかかわらず、それにより本発明の範囲を限定することは意図されないことが理解されよう。関連する技術分野における本開示を所有する当業者が想到するであろう、ここに示される本発明の特徴の代替形態およびさらなる変更形態、ならびにここに示されるような本発明の原理の追加の応用は、本発明の範囲内であると見なされるものとする。
【００１７】
１．無線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
図１は、エネルギーのポケット１０４を形成することによる無線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、受信機１０３、クライアントデバイス１０５およびポケット検出器１０７を含み得る。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伝送することができる。受信機１０３は、アンテナ、アンテナ素子および他の回路（後に詳述する）を含み得、受信機１０３と関連付けられたクライアントデバイス１０５の代わりに、捕捉した波を使用可能な電気エネルギー源に変換することができる。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／もしくは他の波形特徴を操作することにより、ならびに／または異なる送信アンテナを選択することにより、電力伝送波で構成される電力伝送信号を１つまたは複数の軌道で伝送することができる。そのような実施形態では、送信機１０１は、電力伝送信号の軌道を操作することができ、その結果、根底にある電力伝送波が空間の特定の場所に集中し、特定の形態の干渉をもたらす。電力伝送波の集中において生成される干渉のタイプの１つである「建設的干渉」は、電力伝送波が互いに加え合ってその場所に集結するエネルギーを強化するような、電力伝送波の集中によって生じるエネルギーのフィールドであり得、互いに差し引き合ってその場所に集結するエネルギーを縮小するように互いに加え合う「相殺的干渉」と呼ばれるものとは対照的である。建設的干渉における十分なエネルギーの蓄積は、エネルギーのフィールドまたは「エネルギーのポケット」１０４を確立することができ、エネルギーのフィールドまたは「エネルギーのポケット」１０４は、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る場合、受信機１０３のアンテナによって捕捉することができる。それに従って、電力伝送波は、空間の特定の場所にエネルギーのポケット１０４を確立し、受信機１０３は、電力伝送波の受信、捕捉および使用可能な電気エネルギーへの変換を行うことができ、それにより、関連付けられた電気クライアントデバイス１０５への給電または充電を行うことができる。検出器１０７は、受信機１０３を含むデバイスであり、電力伝送信号の受信に応答して通知または警告の生成が可能である。例として、ユーザのクライアントデバイス１０５を充電するために受信機１０３の最適な配置を探しているユーザは、ＬＥＤ光１０８を含む検出器１０７を使用することができ、ＬＥＤ光１０８は、検出器１０７が単一のビームまたはエネルギーのポケット１０４から電力伝送信号を捕捉した際に明るくなるものであり得る。
【００１８】
１．送信機
送信機１０１は、デバイス１０５と関連付けられた受信機１０３に電力伝送信号を伝送または放送することができる。以下で言及される実施形態のいくつかは、高周波（ＲＦ）の波として電力伝送信号を説明しているが、電力伝送は、空間を通じて伝播が可能なおよび電気エネルギー源１０３への変換が可能な物理的な媒体であり得ることを理解すべきである。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伝送することができる。いくつかの事例では、１つまたは複数の送信機１０１は、複数の方向に伝播され、物理的な障害（例えば、壁）で反射され得る複数の電力伝送信号を伝送することができる。複数の電力伝送信号は、三次元空間の特定の場所に集中させ、エネルギーのポケット１０４を形成することができる。エネルギーのポケット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、建設的干渉パターンを形成するために、電力伝送信号の位相および／または相対振幅調整に基づいてポケット形成を制御することができる。
【００１９】
例示的な実施形態は、ＲＦ波伝送技法の使用について記述しているが、無線充電技法は、ＲＦ波伝送技法に限定されるべきではない。むしろ、可能性のある無線充電技法は、伝送エネルギーを電力に変換する受信機にエネルギーを伝送するためのいかなる数の代替または追加の技法も含み得ることを理解すべきである。受信デバイスによって電力に変換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、共鳴および誘導磁場、レーザ光、赤外線または他の形態の電磁エネルギーを含み得る。超音波の事例では、例えば、１つまたは複数のトランスデューサ素子は、超音波を受信してそれらを電力に変換する受信デバイスに向けて超音波を伝送するトランスデューサアレイを形成するように配置することができる。共鳴または誘導磁場の事例では、磁場は、送信機コイルにおいて生成され、受信機コイルによって電力に変換される。加えて、例示的な送信機１０１は、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、この段落で言及されている電力のＲＦ伝送と他の電力伝送方法との両方に対して、送信アレイは、コンパクトな規則的な構造よりむしろ、部屋中に物理的に広がる複数の送信機を含み得る。
【００２０】
送信機は、アンテナアレイを含み、アンテナは、電力伝送信号を送信するために使用される。各アンテナは、電力伝送波を送信し、送信機は、異なる位相および振幅を異なるアンテナから伝送された信号に適用する。エネルギーのポケットの形成と同様に、送信機は、伝送される信号の遅延バージョンのフェーズドアレイを形成することができ、次いで異なる振幅を信号の遅延バージョンに適用し、次いで適切なアンテナから信号を送信する。ＲＦ信号、超音波、マイクロ波またはその他などの正弦波形の場合、信号の遅延は、位相シフトを信号に適用することと同様である。
【００２１】
２．エネルギーのポケット
エネルギーのポケット１０４は、送信機１０１によって伝送される電力伝送信号の建設的干渉パターンの場所で形成することができる。エネルギーのポケット１０４は、エネルギーのポケット１０４内に位置する受信機１０３によってエネルギーを捕捉することができる三次元場として現れ得る。ポケット形成中に送信機１０１によって生成されたエネルギーのポケット１０４は、受信機１０３によって捕捉し、電荷に変換し、次いで受信機１０３と関連付けられた電子クライアントデバイス１０５（例えば、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、再充電可能バッテリ）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への給電を行う複数の送信機１０１および／または複数の受信機１０３が存在し得る。いくつかの実施形態では、適応ポケット形成は、電力レベルの調節および／またはデバイス１０５の動きの識別を行うために電力伝送信号の伝送を調整することができる。
【００２２】
３．受信機
受信機１０３は、関連付けられたクライアントデバイス１０５に給電するか、またはそれを充電するために使用することができ、関連付けられたクライアントデバイス１０５は、受信機１０３と結合されるか、または統合された電気デバイスであり得る。受信機１０３は、１つまたは複数の送信機１０１から生じる１つまたは複数の電力伝送信号から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、１つまたは複数の送信機１０１によって生成された複数の電力伝送波を集中させた結果生じる空間における三次元場であり得るエネルギーのポケット１０４から電力伝送波を捕捉することができる。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のポケット１０４の電力伝送信号からエネルギーを捕捉するように構成されたアンテナのアレイ１１２を含み得る。受信機１０３は、電力伝送信号（例えば、高周波電磁放射線）のエネルギーを電気エネルギーに変換する回路を含み得る。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。また、他のタイプの調節を適用することもできる。例えば、電圧調節回路は、クライアントデバイス１０５によって必要とされるように、電気エネルギーの電圧を増加または減少させることができる。継電器は、次いで、受信機１０３からクライアントデバイス１０５に電気エネルギーを伝えることができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、受信機１０３は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムでデータを交換するために、制御信号を送信機１０１に伝送する通信コンポーネントを含み得る。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ついてのステータス情報を含み得る。ステータス情報は、例えば、他のタイプの情報のなかでも特に、デバイス１０５の現在の場所情報、受け取った電荷の量、使用した電荷の量およびユーザアカウント情報を含み得る。さらにいくつかの応用では、それが含む整流器を含む受信機１０３は、クライアントデバイス１０５に組み込むことができる。実用的な目的のため、受信機１０３、ワイヤ１１１およびクライアントデバイス１０５は、単一のパッケージに含まれる単一のユニットであり得る。
【００２４】
４．制御信号
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を制御する役割を有する様々なアンテナ素子によって使用されるデータ入力として機能し得る。制御信号は、外部電源（図示せず）およびローカル発振回路チップ（図示せず）を使用して（いくつかの事例では、圧電材料の使用を含み得る）、受信機１０３または送信機１０１によって生成することができる。制御信号は、ＲＦ波またはプロセッサ間でのデータ通信が可能な他の任意の通信媒体もしくはプロトコル（Bluetooth（登録商標）、ＲＦＩＤ、赤外線、近距離無線通信（ＮＦＣ）など）であり得る。後に詳述するように、制御信号は、電力伝送信号を調整するために使用される情報を送信機１０１と受信機１０３との間で伝えるために使用すること、ならびにステータス、効率、ユーザデータ、電力消費量、請求、地理的な場所および他のタイプの情報に関連する情報を含むことができる。
【００２５】
５．検出器
検出器１０７は、受信機１０３と同様のハードウェアを含み得、それにより、検出器１０７は、１つまたは複数の送信機１０１から生じる電力伝送信号を受信することができる。検出器１０７は、ユーザがエネルギーのポケット１０４の場所を識別するために使用することができ、その結果、ユーザは、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のポケット１０４内に配置された際にそれを示す表示灯１０８を含み得る。例として、図１では、検出器１０７ａ、１０７ｂは、送信機１０１によって生成されたエネルギーのポケット１０４内に位置しており、検出器１０７ａ、１０７ｂがエネルギーのポケット１０４の電力伝送信号を受信するため、それは、検出器１０７ａ、１０７ｂがそれぞれの表示灯１０８ａ、１０８ｂをオンにすることを引き起こし得る。その一方で、エネルギーのポケット１０４の外側に位置する第３の検出器１０７ｃの表示灯１０８ｃは、第３の検出器１０７ｃが送信機１０１から電力伝送信号を受信しないため、オフにされる。検出器の機能（表示灯など）は、受信機に組み込むか、または代替の実施形態ではクライアントデバイスに組み込むことができることを理解すべきである。
【００２６】
６．クライアントデバイス
クライアントデバイス１０５は、連続的な電気エネルギーを必要とするか、またはバッテリから電力を必要とするいかなる電気デバイスでもあり得る。クライアントデバイス１０５の非限定的な例は、他のタイプの電気デバイスのなかでも特に、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、玩具、バッテリ、懐中電燈、ランプ、電子時計、カメラ、ゲームコンソール、電化製品、ＧＰＳデバイス、および着用可能デバイスまたは「ウェアラブル」と呼ばれるもの（例えば、フィットネスブレスレット、歩数計、スマートウオッチ）を含み得る。
【００２７】
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と関連付けられた受信機１０３ａと異なる物理的なデバイスであり得る。そのような実施形態では、クライアントデバイス１０５ａは、受信機１０３ａからクライアントデバイス１０５ａに変換された電気エネルギーを伝えるワイヤ１１１上で受信機に接続することができる。いくつかの事例では、電力消費ステータス、電力使用量計量、デバイス識別子および他のタイプのデータなどの他のタイプのデータをワイヤ１１１上で輸送することができる。
【００２８】
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に永久的に組み込むことも、受信機１０３ｂと取り外し可能に結合することもでき、それにより、単一の統合製品またはユニットを形成する。例として、クライアントデバイス１０５ｂは、受信機１０３ｂに埋め込まれたスリーブ、およびデバイス１０５ｂのバッテリを充電するために通常使用できるデバイス１０５ｂの電源入力と取り外し可能に結合できるスリーブに入れることができる。この例では、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が充電を必要とするか否かまたは使用されているか否かにかかわらず、スリーブ内にとどめることができる。別の例では、デバイス１０５ｂのための電荷を保持するバッテリを有する代わりに、デバイス１０５ｂは、統合受信機１０５ｂを含み得、統合受信機１０５ｂは、区別できない製品、デバイスまたはユニットを形成するために、デバイス１０５ｂに永久的に組み込むことができる。この例では、デバイス１０５ｂは、エネルギーのポケット１０４を捕捉することによって電気エネルギーを生成するため、ほぼ完全に統合受信機１０３ｂに依存し得る。受信機１０３とクライアントデバイス１０５との間の接続は、ワイヤ１１１であっても、回路基板または集積回路上での電気的な接続であっても、誘導または磁気などの無線接続であってもよいことは当業者に明確であるべきである。
【００２９】
Ｂ．無線電力伝送の方法
図２は、例示的な方法２００の実施形態による無線電力伝送のステップを示す。
【００３０】
第１のステップ２０１では、送信機（ＴＸ）は、受信機（ＲＸ）との接続を確立するか、または他に受信機（ＲＸ）と関連付ける。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の情報の伝送が可能な無線通信プロトコル（例えば、Bluetooth（登録商標）、Bluetooth（登録商標） Low Energy（ＢＬＥ）、Wi-Fi、ＮＦＣ、ZigBee（登録商標））を使用して、上で制御データを伝達することができる。例えば、Bluetooth（登録商標）またはBluetooth（登録商標）の変形形態を実装する実施形態では、送信機は、受信機の放送広告信号を走査することができるか、または受信機は、広告信号を送信機に伝送することができる。広告信号は、受信機の存在を送信機に知らせることができ、送信機と受信機とを関連付けることを引き起こし得る。本明細書で説明されるように、いくつかの実施形態では、広告信号は、ポケット形成手順を実行および管理するため、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、他の受信機）によって使用できる情報を伝達することができる。広告信号に含まれる情報は、デバイス識別子（例えば、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ＵＵＩＤ）、受信され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量および電力伝送に関連する他のタイプのデータを含み得る。送信機は、伝送された広告信号を使用して、受信機を識別することができ、いくつかの事例では、二次元空間または三次元空間において受信機を位置付けることができる。送信機が受信機を識別した時点で、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のチャネル上で制御信号を伝達できるようにすることができる。
【００３１】
次のステップ２０３では、送信機は、電力伝送信号を伝送するための一連の電力伝送信号特徴を決定し、次いで、エネルギーのポケットを確立するために、広告信号を使用することができる。電力伝送信号の特徴の非限定的な例は、他のもののなかでも特に、位相、利得、振幅、大きさおよび方向を含み得る。送信機は、受信機の広告信号または受信機から受信された後続の制御信号に含まれる情報を使用して、受信機が電力伝送信号を受信できるように、電力伝送信号をどのように生成して伝送するかを決定することができる。いくつかの事例では、送信機は、受信機が電気エネルギーを捕捉できるエネルギーのポケットを確立する方法で、電力伝送信号を伝送することができる。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捕捉された電気エネルギーの電圧などの受信機から受信された情報に基づいてエネルギーのポケットを確立するために必要な電力伝送信号特徴を自動的に識別できるソフトウェアモジュールを実行するプロセッサを含み得る。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）において実装できることを理解すべきである。
【００３２】
加えてまたは代替として、いくつかの実施形態では、広告信号または第２の通信チャネル上で受信機によって伝送される後続の信号は、１つまたは複数の電力伝送信号特徴を示し得、送信機は、電力伝送信号を生成および伝送してエネルギーのポケットを確立するために、１つまたは複数の電力伝送信号特徴を使用することができる。例えば、いくつかの事例では、送信機は、デバイスの場所および受信機またはデバイスのタイプに基づいて、電力伝送信号を伝送するために必要な位相および利得を自動的に識別することができ、いくつかの事例では、受信機は、電力伝送信号を効果的に伝送するための位相および利得を送信機に通知することができる。
【００３３】
次のステップ２０５では、送信機が電力伝送信号を伝送する際に使用するための適切な特徴を決定した後、送信機は、制御信号とは別のチャネル上での電力伝送信号の伝送を開始することができる。電力伝送信号は、エネルギーのポケットを確立するために伝送することができる。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二次元または三次元空間に集中するように電力伝送信号を伝送することができる。受信機の周りの結果として得られたフィールドは、エネルギーのポケットを形成し、エネルギーのポケットから受信機は電気エネルギーを捕捉することができる。電力伝送信号を伝送して二次元エネルギー伝送を確立するために、１つのアンテナ素子を使用することができ、いくつかの事例では、電力伝送信号を伝送して三次元のエネルギーのポケットを確立するために、第２のまたは追加のアンテナ素子を使用することができる。いくつかの事例では、電力伝送信号を伝送してエネルギーのポケットを確立するために、複数のアンテナ素子を使用することができる。さらに、いくつかの事例では、複数のアンテナ素子は、送信機のアンテナのすべてを含み得、いくつかの事例では、複数のアンテナ素子は、送信機の多くのアンテナを含むが、送信機のアンテナのすべてのものよりは少ない。
【００３４】
以前に言及されたように、送信機は、決定された一連の電力伝送信号特徴に従って、電力伝送信号を生成して伝送することができ、一連の電力伝送信号特徴は、外部電力源およびローカル発振回路チップ（圧電材料を含む）を使用して、生成して伝送することができる。送信機は、受信機から受信され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伝送を制御するＲＦＩＣを含み得る。この制御データは、ＢＬＥ、ＮＦＣまたはZigBee（登録商標）などの無線通信プロトコルを使用して、電力伝送信号から異なるチャネル上で伝達することができる。送信機のＲＦＩＣは、必要に応じて、電力伝送信号の位相および／または相対的な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、送信機が建設的干渉パターンを形成する方法で電力伝送信号を伝送することによって遂行される。
【００３５】
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伝送する際、波干渉の概念を使用して、特定の電力伝送信号特徴（例えば、伝送方向、電力伝送信号波の位相）を決定することができる。また、アンテナ素子は、建設的干渉の概念を使用して、エネルギーのポケットを生成することもできるが、相殺的干渉の概念を利用して、特定の物理的な場所における伝送ゼロ領域（transmission null）を生成することもできる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、送信機は、ポケット形成を使用して複数の受信機に電力を提供することができ、それには、送信機が複数のポケット形成のための手順を実行する必要がある。複数のアンテナ素子を含む送信機は、電力伝送信号をそれぞれの受信機に伝送するタスクを担う送信機の各アンテナ素子に対して、電力伝送信号波の位相および利得を自動的に演算することにより、複数のポケット形成を遂行することができる。各電力伝送信号のための複数の波経路は、受信機のそれぞれのアンテナ素子に電力伝送信号を伝送するために送信機のアンテナ素子によって生成することができるため、送信機は、位相および利得を独立して演算することができる。
【００３７】
ＸおよびＹの２つの信号（Ｙは、Ｘの１８０度位相シフトバージョン（Ｙ＝−Ｘ）である）を伝送する２つのアンテナ素子のための位相／利得調整の演算の例としてである。累積受信波形がＸ−Ｙである物理的な場所では、受信機は、Ｘ−Ｙ＝Ｘ＋Ｘ＝２Ｘを受信する一方で、累積受信波形がＸ＋Ｙである物理的な場所では、受信機は、Ｘ＋Ｙ＝Ｘ−Ｘ＝０を受信する。
【００３８】
次のステップ２０７では、受信機は、単一のビームまたはエネルギーのポケットの電力伝送信号から電気エネルギーを捕捉または他に受信することができる。受信機は、整流器およびＡＣ／ＤＣ変換器を含み得、ＡＣ／ＤＣ変換器は、ＡＣ電流からＤＣ電流に電気エネルギーを変換することができ、次いで、受信機の整流器は、電気エネルギーを整流することができ、受信機と関連付けられたクライアントデバイス（ラップトップコンピュータ、スマートフォン、バッテリ、玩具または他の電気デバイスなど）のための使用可能な電気エネルギーが生じる。受信機は、電子デバイスを充電するか、または他にそれに給電するために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のポケットを利用することができる。
【００３９】
次のステップ２０９では、受信機は、受信機に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のポケットの有効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。次いで、受信機は、制御データを含む制御信号を送信機に伝送することができる。制御信号は、送信機と受信機とが同期通信している（すなわち、送信機が受信機から制御データを受信する予定である）かどうかに応じて、断続的に伝送することができる。加えて、送信機は、送信機と受信機とが制御信号を伝達しているかどうかに関係なく、電力伝送信号を受信機に連続的に伝送することができる。制御データは、電力伝送信号の伝送および／または効果的なエネルギーのポケットの確立に関連する情報を含み得る。制御データ内の一部の情報は、電力伝送信号の特徴をどのように効果的に生成して伝送するか（いくつかの事例では、どのように効果的に調整するか）を送信機に通知することができる。制御信号は、ＢＬＥ、ＮＦＣ、Wi-Fiまたは同様のものなど、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の伝送が可能な無線プロトコルを使用して、電力伝送信号から独立して、第２のチャネル上で伝送および受信することができる。
【００４０】
言及されるように、制御データは、単一のビームまたはエネルギーのポケットの確立による電力伝送信号の有効性を示す情報を含み得る。制御データは、受信機および／または受信機と関連付けられたクライアントデバイスの様々な態様をモニタ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の調整に役立つ他のタイプの情報のなかでも特に、電力伝送信号から受信された電気エネルギーの電圧、電力伝送信号受信の質、バッテリ充電の質または電力受信の質、受信機の場所または動きなどの様々なタイプの情報に基づき得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、受信機は、送信機から伝送された電力伝送信号から受信される電力の量を決定することができ、次いで、送信機が電力伝送信号をそれほど強力ではない電力伝送信号に「分割」またはセグメント化すべきであることを示し得る。それほど強力ではない電力伝送信号は、デバイスの近くの物体または壁に跳ね返され、それにより、送信機から受信機に直接伝送される電力の量が低減する。
【００４２】
次のステップ２１１では、送信機は、アンテナがより効果的な一連の特徴（例えば、方向、位相、利得、振幅）を有する電力伝送信号を伝送するように、電力伝送信号を伝送するアンテナを較正することができる。いくつかの実施形態では、送信機のプロセッサは、受信機から受信された制御信号に基づいて、電力伝送信号を生成して伝送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、制御データを含み得、いかなる数の無線通信プロトコル（例えば、ＢＬＥ、Wi-Fi、ZigBee（登録商標））も使用して受信機によって伝送することができる。制御データは、電力伝送波のより効果的な特徴を明確に示す情報を含み得るか、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。次いで、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伝送するために、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、エネルギーのポケットが確立された三次元空間の外側にユーザが受信機を移動した後、受信機の場所の変化に合わせて調整するために、電力伝送特徴の他の特徴のなかでも特に、電力伝送信号の利得および／または位相を調整することができる。
【００４３】
Ｃ．電力伝送システムのシステムアーキテクチャ
図３は、例示的な実施形態による、ポケット形成を使用する無線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、三次元空間の特定の場所に集中する２つ以上の電力伝送波３４２を生成し、その場所で建設的干渉パターンを生じさせることを指し得る。送信機３０２は、三次元空間に集中させ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、超音波波）を伝送および／または放送することができる。これらの電力伝送波３４２は、エネルギーのポケットが意図される場所に建設的干渉パターン（ポケット形成）を形成するために、位相および／または相対振幅調整を通じて制御することができる。送信機は、同じ原理を使用して、その場所に相殺的干渉を生み出し、それにより、伝送ゼロ領域（すなわち、伝送された電力伝送波が実質的に互いに打ち消し合い、有意なエネルギーが受信機によって収集されない場所）を生成できることも理解すべきである。典型的な使用事例では、受信機の場所に電力伝送信号の照準を合わせることが目的であり、他の事例では、特定の場所への電力伝送を明確に避けることが望ましい場合があり、他の事例では、特定の場所に電力伝送信号の照準を合わせると同時に、第２の場所への伝送を明確に避けることが望ましい場合がある。送信機は、電力伝送のためにアンテナを較正する際に使用事例を考慮する。
【００４４】
送信機３０２のアンテナ素子３０６は、単一のアレイ、ペアアレイ、クワッドアレイ、または所望の応用に従って設計できる他の任意の適切な配列で動作することができる。エネルギーのポケットは、建設的干渉パターンで形成することができ、建設的干渉パターンでは、電力伝送波３４２が蓄積してエネルギーの三次元場を形成し、その周りには、相殺的干渉パターンにより、特定の物理的な場所における１つまたは複数の対応する伝送ゼロ領域が生成され得る。特定の物理的な場所における伝送ゼロ領域は、電力伝送波３４２の相殺的干渉パターンが原因でエネルギーのポケットが形成されない空間のエリアまたは領域を指し得る。
【００４５】
次いで、受信機３２０は、電子デバイス３１３を充電するか、またはそれに給電するためのエネルギーのポケットを確立するために送信機３０２によって放出された電力伝送波３４２を利用することができ、従って、無線電力伝送が効果的に提供される。エネルギーのポケットは、電力伝送波３４２の建設的干渉パターンの形態でエネルギーまたは電力が蓄積する空間のエリアまたは領域を指し得る。他の状況では、例えば、スマートフォン、タブレット、音楽プレーヤ、玩具およびその他などの様々な電子機器への給電を同時に行うため、複数の送信機３０２および／または複数の受信機３２０が存在し得る。他の実施形態では、適応ポケット形成を使用して、電子デバイス上の電力を調節することができる。適応ポケット形成は、１つまたは複数の対象とする受信機の電力を調節するためにポケット形成を動的に調整することを指し得る。
【００４６】
受信機３２０は、送信機３０２に対するそ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り、送信機３０２と通信することができる。加えて、いくつかの実施形態では、受信機３２０は、いくつかの送信機３０２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など、システム３００の他のデバイスまたはコンポーネントとネットワーク３４０を通じて通信するために、ネットワークインタフェースカード（図示せず）または同様のコンピュータネットワーキングコンポーネントを利用することができる。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／またはデバイスのバッテリ３１５に提供できる電気エネルギーに変換するための回路３０８を含み得る。いくつかの実施形態では、回路は、電気エネルギーを受信機のバッテリ３３５に提供することができ、受信機のバッテリ３３５は、電気デバイス３１３を受信機３２０と通信可能に結合することなく、エネルギーを貯蔵することができる。
【００４７】
通信コンポーネント３２４は、無線プロトコル上で制御信号３４５を伝送することにより、受信機３２０が送信機３０２と通信できるようにする。無線プロトコルは、独自のプロトコルであり得るか、またはBluetooth（登録商標）、ＢＬＥ、Wi-Fi、ＮＦＣ、ZigBeeおよび同様のものなどの従来の無線プロトコルを使用することができる。次いで、通信コンポーネント３２４は、電子デバイス３１３の識別子、およびバッテリレベル情報、地理的な場所データまたは電力をいつ受信機３２０に送信するかを決定する際に送信機３０２で役に立ち得る他の情報、ならびにエネルギーのポケットを生成する電力伝送波３４２を伝達する場所などの情報を転送するために使用することができる。他の実施形態では、適応ポケット形成を使用して、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では、受信機の通信コンポーネント３２４は、受信機３２０で受信された電力の量および／または電子デバイス３１３ｂもしくはバッテリ３１５に提供された電圧の量を示す電圧データを伝送することができる。
【００４８】
送信機３０２が受信機３２０を識別して位置付けた時点で、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、それを通じて、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、高周波、超音波）の伝送または放送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を使用してそれぞれのアンテナ素子３０６から放出される電力伝送波３４２を操作することにより、三次元空間に集中させることができる。これらの電力伝送波３４２は、外部電力源およびローカル発振回路チップ（適切な圧電材料を使用する）を使用す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３０１によって制御することができ、送信機回路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独自のチップを含み得る。電力伝送波３４２の位相、利得、振幅および他の波形特徴は、建設的および相殺的干渉パターン（ポケット形成）を形成するためのアンテナ素子３０６に対する入力として機能し得る。いくつかの実装形態では、送信機３０２のマイクロコントローラ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、電力伝送信号は、送信機回路３０１に接続されたアンテナ素子３０６の数に応じて、送信機回路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〜ｄ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、それぞれのアンテナ素子３０６から生じる電力伝送波３４２として伝送されるようにアンテナ素子３０６に向かう。
【００４９】
ポケット形成は、干渉を活用してアンテナ素子３０６の方向性を変更することができ、建設的干渉はエネルギーのポケットを生成し、相殺的干渉は伝送ゼロ領域を生成する。次いで、受信機３２０は、電子デバイスを充電するか、またはそれに給電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のポケットを利用することができ、従って、無線電力伝送が効果的に提供される。
【００５０】
複数のポケット形成は、送信機３０２の各アンテナ３０６から各受信機３２０までの位相および利得を演算することによって達成することができる。
【００５１】
Ｄ．エネルギーのポケットを形成するシステムのコンポーネント
図４は、ポケット形成手順を使用する無線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つまたは複数の送信機４０２、１つまたは複数の受信機４２０、および１つまたは複数のクライアントデバイス４４６を含み得る。
【００５２】
１．送信機
送信機４０２は、本明細書で説明されるように、無線電力伝送のための、ＲＦ波４４２であり得る、無線電力伝送信号の放送が可能ないかなるデバイスでもあり得る。送信機４０２は、電力伝送信号の伝送に関連するタスクを実行する役割を有し得、タスクは、ポケット形成、適応ポケット形成および複数のポケット形成を含み得る。いくつかの実装形態では、送信機４０２は、いかなる周波数または波長も有するいかなる電波信号も含み得るＲＦ波の形態で、無線電力伝送を受信機４２０に伝送することができる。送信機４０２は、１つまたは複数のアンテナ素子４０６、１つまたは複数のＲＦＩＣ  ４０８、１つまたは複数のマイクロコントローラ４１０、１つまたは複数の通信コンポーネント４１２、電力源４１４、および送信機４０２に必要なすべてのコンポーネントを割り当てることができるハウジングを含み得る。送信機４０２の様々なコンポーネントは、メタ材料、回路のマイクロプリンティング、ナノ材料および同様のものを含み得、かつ／またはそれらを使用して製造することができる。
【００５３】
例示的なシステム４００では、送信機４０２は、三次元空間の特定の場所に集中する制御されたＲＦ波４４２を伝送または他に放送し、それにより、エネルギーのポケット４４４を形成することができる。これらのＲＦ波は、建設的または相殺的干渉パターンを形成するために（すなわち、ポケット形成）、位相および／または相対振幅調整を通じて制御することができる。エネルギーのポケット４４４は、建設的干渉パターンで形成されたフィールドであり得、三次元の形状のものであり得る。その一方で、相殺的干渉パターンでは、特定の物理的な場所における伝送ゼロ領域が生成され得る。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、携帯電話）を充電するか、またはそれに給電するために、ポケット形成によって生成されたエネルギーのポケット４４４から電気エネルギーを捕捉することができる。いくつかの実施形態では、システム４００は、様々な電子機器への給電を行うための複数の送信機４０２および／または複数の受信機４２０を含み得る。同時に、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、玩具およびその他を含み得る。いくつかの実施形態では、適応ポケット形成は、電子デバイス上の電力を調節するために使用することができる。
【００５４】
２．受信機
受信機４２０は、ハウジングを含み得、ハウジングには、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。
【００５５】
受信機４２０のハウジングは、例えば、プラスチックまたは硬質ゴムなど、信号または波伝送および／または受信の促進が可能ないかなる材料からでも作ることができる。ハウジングは、例えば、ケースの形態の異なる電子機器に追加できる外部ハードウェアであっても、電子機器内に埋め込んでもよい。
【００５６】
３．アンテナ素子
受信機４２０のアンテナ素子４２４は、送信機４０２Ａによって使用される周波数帯域での信号の伝送および／または受信が可能ないかなるタイプのアンテナも含み得る。アンテナ素子４２４は、垂直もしくは水平偏波、右もしくは左偏波、楕円偏波または他の偏波、ならびに任意の数の偏波の組合せを含み得る。複数の偏波の使用は、使用時の好ましい配向がないか、または時間と共に配向が連続的に変化し得るデバイス（例えば、スマートフォンまたはポータブルゲームシステム）において有益であり得る。明確に定義された予想される配向を有するデバイス（例えば、両手用のテレビゲームコントローラ）の場合、アンテナに好ましい偏波がある可能性があり、それにより、所定の偏波のアンテナの数に対する割合を決定することができる。受信機４２０のアンテナ素子４２４のアンテナのタイプは、パッチアンテナを含み得、パッチアンテナは、約１／８インチ〜約６インチの高さおよび約１／８インチ〜約６インチの幅を有し得る。パッチアンテナは、好ましくは、接続性に依存する偏波を有し得る（すなわち、偏波は、いずれの方向からパッチへの供給が行われるかに応じて変化し得る）。いくつかの実施形態では、アンテナのタイプは、パッチアンテナなど、無線電力伝送を最適化するためにアンテナ偏波を動的に変化させることができるいかなるタイプのアンテナでもあり得る。
【００５７】
４．整流器
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電流（ＡＣ）電圧を直流電流（ＤＣ）電圧に整流するためのダイオード、抵抗器、誘導子および／またはコンデンサを含み得る。整流器４２６は、電力伝送信号から集められる電気エネルギーの損失を最小限に抑えるために、技術的に可能な限りアンテナ素子Ａ２４Ｂの近くに配置することができる。ＡＣ電圧を整流した後、結果として得られたＤＣ電圧は、電力変換器４２８を使用して調節することができる。電力変換器４２８は、入力にかかわらず、定電圧出力を電子デバイスにまたはこの例示的なシステム４００のようにバッテリに提供するうえで役立てることができるＤＣ／ＤＣ変換器であり得る。典型的な電圧出力は、約５ボルト〜約１０ボルトであり得る。いくつかの実施形態では、電力変換器は、高効率を提供できる電子切替モードＤＣ／ＤＣ変換器を含み得る。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ために置かれるコンデンサ（図示せず）を含み得る。コンデンサは、効果的に動作するように、電子スイッチングデバイス（例えば、切替モードＤＣ／ＤＣ変換器）に十分な電流が提供されることを保証し得る。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）を充電する際、電子切替モードＤＣ／ＤＣ変換器の動作の起動に必要とされる最小電圧を超える初期の高電流が必要とされ得る。そのような事例では、必要とされる追加のエネルギーを提供するために、コンデンサ（図示せず）を受信機４２０の出力側に追加することができる。その後、より低い電力を提供することができる。例えば、依然として電話またはラップトップに電荷を蓄積させている間に使用することができる総初期電力の１／８０である。
【００５８】
５．通信コンポーネント
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など、システム４００の１つまたは複数の他のデバイスと通信することができる。以下の実施形態で説明されるように、受信機に対して異なるアンテナ、整流器または電力変換器の配列が可能である。
【００５９】
Ｅ．複数のデバイスのためのポケット形成の方法
図５は、例示的な実施形態による複数の受信機デバイスへの給電のステップを示す。
【００６０】
第１のステップ５０１では、送信機（ＴＸ）は、受信機（ＲＸ）との接続を確立するか、または他に受信機（ＲＸ）と関連付ける。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の情報の伝送が可能な無線通信プロトコル（例えば、Bluetooth（登録商標）、ＢＬＥ、Wi-Fi、ＮＦＣ、ZigBee（登録商標））を使用して、上で制御データを伝達することができる。例えば、Bluetooth（登録商標）またはBluetooth（登録商標）の変形形態を実装する実施形態では、送信機は、受信機の放送広告信号を走査することができるか、または受信機は、広告信号を送信機に伝送することができる。広告信号は、受信機の存在を送信機に知らせることができ、送信機と受信機とを関連付けることを引き起こし得る。後に説明されるように、いくつかの実施形態では、広告信号は、ポケット形成手順を実行および管理するため、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、他の受信機）によって使用できる情報を伝達することができる。広告信号に含まれる情報は、デバイス識別子（例えば、ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ＵＵＩＤ）、受信され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量および電力伝送波に関連する他のタイプのデータを含み得る。送信機は、伝送された広告信号を使用して、受信機を識別することができ、いくつかの事例では、二次元空間または三次元空間において受信機を位置付けることができる。送信機が受信機を識別した時点で、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のチャネル上で制御信号を伝達できるようにすることができる。
【００６１】
例として、Bluetooth（登録商標）プロセッサを含む受信機が電源を入れられるか、または送信機の検出範囲内に持ち込まれると、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広告を開始することができる。送信機は、広告を認識し、制御信号および電力伝送信号を伝達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、広告信号は、一意の識別子を含み得、その結果、送信機は、範囲内の近くのすべての他のBluetooth（登録商標）デバイスから、その広告および最終的にはその受信機を区別することができる。
【００６２】
次のステップ５０３では、送信機が広告信号を検出すると、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、それにより、送信機および受信機は、制御信号および電力伝送信号を伝達することができる。次いで、送信機は、リアルタイムのサンプルデータまたは制御データの伝送を開始するように受信機に命令することができる。また、送信機は、送信機のアンテナアレイのアンテナから電力伝送信号の伝送を開始することもできる。
【００６３】
次いで、次のステップ５０５では、受信機は、受信機のアンテナによって受信されたエネルギーに基づいて、電力伝送信号の有効性に関連する他の計量のなかでも特に、電圧を測定することができる。受信機は、測定された情報を含む制御データを生成し、次いで、制御データを含む制御信号を送信機に伝送することができる。例えば、受信機は、例えば、毎秒１００回のレートで、受信され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回にわたり電圧サンプル測定値を送信機に返送することができる。
【００６４】
次のステップ５０７では、送信機は、受信機から受信された計量（電圧測定値など）をモニタする１つまたは複数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、受信機の周りのエネルギーのポケットの有効性を最大化するために、送信機のアンテナによって電力伝送信号の生成および伝送を変化させることができる。例えば、送信機は、受信機によって受信されたその電力が受信機の周りのポケットエネルギーの効果的な確立を示すまで、送信機のアンテナが電力伝送信号を伝送する位相を調整することができる。アンテナに対する最適な構成が識別されると、送信機のメモリは、その最高のレベルでの送信機の放送を維持するため、構成を格納することができる。
【００６５】
次のステップ５０９では、送信機のアルゴリズムは、電力伝送信号を調整する必要がある際にそれを判断することができ、また、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化させることもできる。例えば、送信機は、受信機から受信されたデータに基づいて、受信機で受信された電力が最大値より少ないと判断することができる。次いで、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て報告されている電圧の受信およびモニタリングを継続することもできる。
【００６６】
次のステップ５１１では、特定の受信機との通信に対して決定された時間が経過すると、送信機は、送信機の範囲内にあり得る他の受信機からの広告を走査することおよび／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）広告に応答して、第２の受信機との接続を確立することができる。
【００６７】
次のステップ５１３では、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の１つまたは複数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を提供するために、アンテナのサブセットを識別し、それにより、受信機と関連付けられたアレイのサブセットにアレイを解析することができる。いくつかの実施形態では、アンテナアレイ全体は、所定の時間にわたり第１の受信機にサービスを提供し、次いで、アレイ全体は、その時間にわたり第２の受信機にサービスを提供することができる。
【００６８】
送信機によって実行される手動または自動プロセスは、第２の受信機へのサービス提供のためのアレイのサブセットを選択することができる。この例では、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。その結果、アンテナの半分は、電力伝送信号を第１の受信機に伝送するように構成することができ、アンテナの半分は、第２の受信機用に構成することができる。本ステップ５１３では、送信機は、第２の受信機のために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じられる同様の技法を適用することができる。電力伝送信号を伝送するためのアレイのサブセットを選択する一方で、送信機と第２の受信機は、制御データを伝達することができる。その結果、送信機が第１の受信機との通信に戻る時点および／または新しい受信機の走査に移る時点までに、送信機は、電力伝送波を第２の受信機に効果的に伝送するため、送信機のアンテナアレイの第２のサブセットによって伝送された波の位相を調整するのに十分な量のサンプルデータを既に受信している。
【００６９】
次のステップ５１５では、第２の受信機に電力伝送信号を伝送するために第２のサブセットを調整した後、送信機は、第１の受信機との制御データの通信に戻ることまたは追加の受信機の走査に移行することができる。送信機は、アンテナの第１のサブセットを再構成し、次いで、既定の間隔で第１の受信機と第２の受信機との間を移行することができる。
【００７０】
次のステップ５１７では、送信機は、既定の間隔で受信機間を移行し続け、新しい受信機を走査することができる。それぞれの新しい受信機が検出されると、送信機は接続を確立し、電力伝送信号の伝送を相応に開始することができる。
【００７１】
例示的な一実施形態では、受信機は、スマートフォンのようなデバイスと電気的に接続することができる。送信機のプロセッサは、いかなるBluetooth（登録商標）デバイスも走査するであろう。受信機は、Bluetooth（登録商標）チップを通じてそれがBluetooth（登録商標）デバイスであるという広告を開始することができる。広告内には一意の識別子があり得、その結果、送信機は、その広告を走査する際、範囲内の近くのすべての他のBluetooth（登録商標）デバイスから、その広告および最終的にはその受信機を区別することができる。送信機がその広告を検出し、それが受信機であることを認識すると、送信機は、その受信機との通信接続を速やかに形成し、リアルタイムのサンプルデータの送信を開始するようにその受信機に命令することができる。
【００７２】
次いで、受信機は、その受信アンテナで電圧を測定し、その電圧サンプル測定値を送信機に返送するであろう（例えば、毎秒１００回）。送信機は、位相を調整することにより、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際、送信機は、受信機から返送される電圧をモニタする。いくつかの実装形態では、電圧が高いほど、より多くの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のエネルギーのポケットが存在するようになるまで変更することができる。送信機は、電圧が最高レベルになるように、アンテナを特定の位相に維持することができる。
【００７３】
送信機は、個々のアンテナの各々を１つずつ変化させることができる。例えば、送信機に３２個のアンテナがあり、各アンテナが８つの位相を有する場合、送信機は、第１のアンテナから始めて、第１のアンテナの８つのすべての位相を検討するであろう。次いで、受信機は、第１のアンテナの８つの位相の各々に対する電力レベルを返送することができる。次いで、送信機は、第１のアンテナの最大位相を格納することができる。送信機は、第２のアンテナに対してこのプロセスを繰り返し、その８つの位相を検討することができる。再び、受信機は、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、最高レベルを格納することができる。次に、送信機は、第３のアンテナに対してプロセスを繰り返し、３２個のすべてのアンテナの８つの位相の検討を終えるまで、プロセスを繰り返すことができる。プロセスの終了時、送信機は最も効率的な方法で最大電圧を受信機に伝送し得る。
【００７４】
別の例示的な実施形態では、送信機は、第２の受信機の広告を検出し、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際、送信機は、オリジナルの３２個のアンテナを第２の受信機に向けて、第２の受信機に向けた３２個のアンテナの各々に対して位相プロセスを繰り返すことができる。プロセスが完了した時点で、第２の受信機は、可能な限り多くの電力を送信機から得ていることができる。送信機は、１秒間にわたり第２の受信機と通信し、次いで、既定の時間（例えば、１秒）にわたり第１の受信機に戻ることができ、送信機は、既定の時間間隔で第１の受信機と第２の受信機との間を移行し続けることができる。
【００７５】
さらなる別の実装形態では、送信機は、第２の受信機の広告を検出し、第２の受信機との通信接続を形成することができる。最初に、送信機は、第１の受信機と通信し、第１の受信機に向けた例示的な３２個のアンテナの半分を再度割り当て、１６個のみを第１の受信機専用にすることができる。次いで、送信機は、アンテナの残りの半分を第２の受信機に割り当て、１６個のアンテナを第２の受信機専用にすることができる。送信機は、アンテナの残りの半分に対して位相を調整することができる。１６個のアンテナが８つの位相の各々を検討し終えた時点で、第２の受信機は、受信機にとって最も効率的な方法で最大電圧を得ていることができる。
【００７６】
Ｆ．選択範囲での無線電力伝送
１．建設的干渉
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装できる無線電力伝送原理を実装する例示的なシステム６００を示す。アンテナアレイにおいて複数のアンテナを含む送信機６０１は、他の可能性のある属性のなかでも特に、送信機６０１のアンテナから伝送されている電力伝送波６０７の位相および振幅を調整することができる。図６Ａに示されるように、位相または振幅調整をしなければ、電力伝送波６０７ａは、アンテナの各々から伝送され、異なる場所に到達し、異なる位相を有する。これらの違いは、送信機６０１ａの各アンテナ素子から１つの受信機６０５ａまたはそれぞれの場所に位置する複数の受信機６０５ａまでの異なる距離に起因する場合が多い。
【００７７】
図６Ａを続けると、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る。この例では、電力伝送波は互いに相殺的に加え合うため、これらの電力伝送信号の複合体は本質的にゼロであり得る。すなわち、送信機６０１ａのアンテナ素子は、全く同じ電力伝送信号（すなわち、位相および振幅など、同じ特徴を有する電力伝送波６０７ａを含む）を伝送し得、その結果、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、互いに１８０度で相殺される。結果的に、これらの電力伝送信号の電力伝送波６０７ａは、互いに「打ち消し合う」。一般に、このように互いに相殺し合う信号は「相殺的」と称することができ、従って「相殺的干渉」をもたらす。
【００７８】
対照的に、図６Ｂに示されるように、いわゆる「建設的干渉」の場合、互いに完全に「同相で」受信機に到達する電力伝送波６０７ｂを含む信号は、組み合わされて各信号の振幅を増大させ、各構成信号より強力な複合体をもたらす。図６Ａの説明に役立つ例では、送信信号の電力伝送波６０７ａの位相は伝送場所において同じであり、次いで、最終的には、受信機６０５ａの場所において相殺的に加え合うことに留意されたい。対照的に、図６Ｂでは、送信信号の電力伝送波６０７ｂの位相は伝送場所において調整され、その結果、電力伝送波６０７ｂは、位相整列された状態で受信機６０５ｂに到達し、結果的に、電力伝送波６０７ｂは、建設的に加えられる。この説明に役立つ例では、図６Ｂでは、受信機６０５ｂの周りに位置する結果として生じたエネルギーのポケットが存在し、図６Ａでは、受信機の周りに位置する伝送ゼロ領域がある。
【００７９】
図７は、選択範囲７００での無線電力伝送について描写し、送信機７０２は、電気デバイス７０１と関連付けられた複数の受信機に対するポケット形成を生成することができる。送信機７０２は、選択範囲７００での無線電力伝送を通じてポケット形成を生成することができ、選択範囲７００は、１つまたは複数の無線充電半径７０４と、特定の物理的な場所における１つまたは複数の伝送ゼロ領域半径７０６とを含み得る。複数の電子デバイス７０１は、無線充電半径７０４において充電または給電することができる。従って、いくつかのエネルギースポットが生成され、そのようなスポットは、電子デバイス７０１の給電および充電に対する制限を可能にするために採用することができる。例として、制限は、無線充電半径７０４内に含まれる特定のまたは制限されたスポットにおける特定の電子機器の操作を含み得る。さらに、安全制限は、選択範囲７００での無線電力伝送を使用することによって実装することができ、そのような安全制限により、エネルギーを回避する必要があるエリアまたはゾーン上のエネルギーのポケットを回避することができ、そのようなエリアは、エネルギーのポケットに対して感度が高い機器ならびに／またはその頭上および／もしくは近くにエネルギーのポケットを望まない人々を含むエリアを含み得る。図７に示されるものなどの実施形態では、送信機７０２は、サービスエリアにおいて電気デバイス７０１と関連付けられた受信機と異なる平面上に見られるアンテナ素子を含み得る。例えば、電気デバイス７０１の受信機は、送信機７０２を天井にマウントすることができる部屋にあり得る。送信機７０２のアンテナアレイを天井または他の高い場所に配置することによって同心円として表すことができる、電力伝送波を使用してエネルギーのポケットを確立するための選択範囲であり、および送信機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出することができる。いくつかの実施形態では、送信機７０１は、各充電半径７０４の半径を制御することができ、それにより、より低い平面のエリアを指し示すエネルギーのポケットを生成するためのサービスエリアの間隔を確立することができ、その間隔により、アンテナ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。
【００８０】
図８は、選択範囲８００での無線電力伝送について描写し、送信機８０２は、複数の受信機８０６に対するポケット形成を生成することができる。送信機８０２は、選択範囲８００での無線電力伝送を通じてポケット形成を生成することができ、選択範囲８００は、１つまたは複数の無線充電スポット８０４を含み得る。複数の電子デバイスは、無線充電スポット８０４で充電または給電することができる。エネルギーのポケットは、複数の受信機８０６を取り囲む障害８０４にかかわらず、複数の受信機８０６上に生成することができる。エネルギーのポケットは、無線充電スポット８０４において、本明細書で説明される原理に従って建設的干渉を生み出すことによって生成することができる。エネルギーのポケットの場所は、受信機８０６を追加することにより、および他のもののなかでも特に、Bluetooth（登録商標）技術、赤外線通信、Wi-Fi、ＦＭラジオなどの様々な通信システムによる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。
【００８１】
Ｇ．ヒートマップを使用する例示的なシステム実施形態
図９Ａおよび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無線で充電するためのアーキテクチャ９００Ａ、９００Ｂの図を示す。いくつかの実装形態では、ユーザは部屋内におり、電子デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット）をその手に保持している場合がある。いくつかの実装形態では、電子デバイスは、部屋内の家具上にある場合がある。電子デバイスは、電子デバイスに埋め込まれているか、または別個のアダプタとして電子デバイスに接続されている受信機９２０Ａ、９２０Ｂを含み得る。受信機９２０Ａ、９２０Ｂは、図１１で説明されるすべてのコンポーネントを含み得る。送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、部屋の壁のうちのユーザの真後ろの壁に掛けられている場合がある。送信機９０２Ａ、９０２Ｂも図１１で説明されるすべてのコンポーネントを含み得る。
【００８２】
ユーザは、受信機９２０Ａ、９２０Ｂと送信機９０２Ａ、９０２Ｂとの間の経路を妨げているようにも見えるため、ＲＦ波を受信機９２０Ａ、９２０Ｂに線形方向で向けることが難しい可能性がある。しかし、受信機９２０Ａ、９２０Ｂから生成された短い信号は、使用されるアンテナ素子のタイプに対して全方向性であり得るため、これらの信号は、送信機９０２Ａ、９０２Ｂに到達するまで壁９４４Ａ、９４４Ｂで跳ね返る可能性がある。ホットスポット９４４Ａ、９４４Ｂは、ＲＦ波を反射する部屋内のいかなるアイテムでもあり得る。例えば、ユーザの携帯電話にＲＦ波を反射させるように、壁上の大きい金属時計を使用することができる。
【００８３】
送信機のマイクロコントローラは、受信機から受信した信号に基づいて、各アンテナから伝送された信号を調整する。調整は、受信機から受信した信号位相の共役の形成、およびアンテナ素子のビルトイン位相（built-in phase）を考慮した送信アンテナ位相のさらなる調整を含み得る。アンテナ素子は、エネルギーを所定の方向に進めるために同時に制御することができる。送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、部屋を走査し、ホットスポット９４４Ａ、９４４Ｂを探すことができる。較正が実行された時点で、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、最も効率的な経路であり得る経路をたどるチャネルにＲＦ波の焦点を合わせることができる。その後、ＲＦ信号９４２Ａ、９４２Ｂは、ユーザおよび家具などの障害を避けながら、第１の電子デバイス上のエネルギーのポケットおよび第２の電子デバイスの別のエネルギーのポケットを形成することができる。
【００８４】
サービスエリア（図９Ａおよび９Ｂの部屋）を走査する際、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、異なる方法を採用することができる。説明に役立つ例として、ただし、使用できる可能性のある方法を限定することなく、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機から到来する信号の位相および大きさを検出し、それらを使用して、例えば、それらの共役を計算してそれらを伝送時に適用することにより、一連の送信位相および大きさを形成することができる。別の説明に役立つ例として、送信機は、後続の伝送において送信アンテナの可能性のあるすべての位相を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察することにより、各組合せによって形成されたエネルギーのポケットの強度を検出することができる。次いで、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、この較正を定期的に繰り返す。いくつかの実装形態では、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、可能性のあるすべての位相を検索する必要はなく、以前の較正値に基づいて、強力なエネルギーのポケットをもたらしそうな一連の位相を検索することができる。さらなる別の説明に役立つ例では、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、部屋内の異なる場所に向けられたエネルギーのポケットを形成するために、アンテナに対する送信位相のプリセット値を使用することができる。送信機は、例えば、後続の伝送においてアンテナに対するプリセット位相値を使用することにより、部屋内の物理的な空間を上下左右に走査することができる。次いで、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機９２０ａ、９２０ｂからの信号を観察することにより、受信機９２０ａ、９２０ｂの周りの最も強力なエネルギーのポケットから生じた位相値を検出する。本明細書で説明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、採用できるヒートマッピングに対してサービスエリアを走査するための他の可能性のある方法があることを理解すべきである。いずれの方法が使用されるにしても、走査の結果は、受信機の周りのエネルギーのポケットを最大化するために、送信アンテナに使用するための最良の位相および大きさ値を示すホットスポットを送信機９０２Ａ、９０２Ｂがそこから識別できるサービスエリア（例えば、部屋、店）のヒートマップである。
【００８５】
送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機９２０Ａ、９２０Ｂの場所を決定するために、Bluetooth（登録商標）接続を使用することができ、ＲＦ波を異なる受信機９２０Ａ、９２０Ｂに向かわせるために、ＲＦ帯域の異なる非重複部分を使用することができる。いくつかの実装形態では、送信機９０２Ａ、９０２Ｂは、受信機９２０Ａ、９２０Ｂの場所を決定するために、部屋の走査を実施することができ、非重複ＲＦ伝送帯域により、互いに直交するエネルギーのポケットを生成する。エネルギーを受信機に向けるために複数のエネルギーのポケットを使用することは、非常に強力な伝送は１つもないが、受信機において受信される統合された電力伝送信号は強力であるため、いくつかの代替の電力伝送方法より本質的に安全であり得る。
【００８６】
Ｈ．例示的なシステム実施形態
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を含み得る複数のポケット形成１０００Ａを使用する無線電力伝送を示す。受信機１０２０Ａは、送信機１００２Ａと通信することができ、それについては、図１１でさらに説明する。送信機１００２Ａが受信機１０２０Ａを識別して位置付けた時点で、受信機１０２０Ａから到来する利得および位相を知ることにより、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、制御されたＲＦ波１０４２Ａの伝送を開始することができ、制御されたＲＦ波１０４２Ａは、最小で２つのアンテナ素子を使用することによって三次元空間に集中させることができる。これらのＲＦ波１０４２Ａは、外部電力源およびローカル発振回路チップ（適切な圧電材料を使用する）を使用し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、建設的および相殺的干渉パターン（ポケット形成）を形成するためのアンテナ素子に対する入力として機能し得る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独自のチップを含み得る。ポケット形成は、アンテナ素子の方向性を変更するために干渉を活用することができ、建設的干渉は、エネルギーのポケット１０６０Ａを生成し、相殺的干渉は、伝送ゼロ領域を生成する。次いで、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１０６２Ａおよびスマートフォン１０５２Ａ）を充電するか、またはそれに給電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のポケット１０６０Ａを利用することができ、従って、無線電力伝送が効果的に提供される。
【００８７】
複数のポケット形成１０００Ａは、送信機１００２Ａの各アンテナから各受信機１０２０Ａまでの位相および利得を演算することによって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が生成され得るため、演算は、独立して計算することができる。
【００８８】
Ｉ．例示的なシステム実施形態
図１０Ｂは、複数の適応ポケット形成１０００Ｂの例示的な図解である。この実施形態では、ユーザは部屋内におり、電子デバイス（この事例では、タブレット１０６４Ｂであり得る）をその手に保持している。加えて、スマートフォン１０５２Ｂは、部屋内の家具上にある。タブレット１０６４Ｂおよびスマートフォン１０５２Ｂは、各々が各電子デバイスに埋め込まれているか、または別個のアダプタとしてタブレット１０６４Ｂおよびスマートフォン１０５２Ｂに接続されている受信機を含み得る。受信機は、図１１で説明されるすべてのコンポーネントを含み得る。送信機１００２Ｂは、部屋の壁のうちのユーザの真後ろの壁に掛けられている。送信機１００２Ｂも図１１で説明されるすべてのコンポーネントを含み得る。ユーザは、受信機と送信機１００２Ｂとの間の経路を妨げているようにも見えるため、ＲＦ波１０４２Ｂを各受信機に見通し線で向けることが難しい可能性がある。しかし、受信機から生成された短い信号は、使用されるアンテナ素子のタイプに対して全方向性であり得るため、これらの信号は、送信機１００２Ｂを見つけるまで壁で跳ね返る可能性がある。ほぼ瞬時に、送信機１００２Ｂ内に存在し得るマイクロコントローラは、利得および位相を調整して電力伝送波の集中を形成することにより、各受信機によって送信された受信信号に基づいて伝送信号を再調整することができ、その結果、電力伝送波が互いに加え合ってその場所に集結するエネルギーを強化し、それは、互いに減じ合う方法で互いに加え合ってその場所に集結するエネルギーを低下させる「相殺的干渉」と呼ばれるものとは対照的であり、受信機から受信した信号位相の共役、およびアンテナ素子のビルトイン位相を考慮した送信アンテナ位相のさらなる調整である。較正が実行された時点で、送信機１００２Ｂは、最も効率的な経路をたどってＲＦ波の焦点を合わせることができる。その後、ユーザおよび家具などの障害を考慮しながら、エネルギーのポケット１０６０Ｂをタブレット１０６４Ｂ上に形成し、別のエネルギーのポケット１０６０Ｂをスマートフォン１０５２Ｂに形成することができる。前述の特性は、各エネルギーのポケットに沿った伝送がそれほど強力ではなく、そのＲＦ伝送が一般に生体組織から反射されて浸透しないため、複数のポケット形成１０００Ｂを使用する無線電力伝送が本質的に安全であり得るという点で有益であり得る。
【００８９】
送信機１００２Ｂが受信機を識別して位置付けた時点で、受信機から到来する利得および位相を知ることにより、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、制御されたＲＦ波１０４２Ｂの伝送を開始することができ、制御されたＲＦ波１０４２Ｂは、最小で２つのアンテナ素子を使用することによって三次元空間に集中させることができる。これらのＲＦ波１０４２Ｂは、外部電力源およびローカル発振回路チップ（適切な圧電材料を使用する）を使用し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、建設的および相殺的干渉パターン（ポケット形成）を形成するためのアンテナ素子に対する入力として機能し得る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独自のチップを含み得る。ポケット形成は、アンテナ素子の方向性を変更するために干渉を活用することができ、建設的干渉は、エネルギーのポケットを生成し、相殺的干渉は、特定の物理的な場所においてゼロ領域を生成する。次いで、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およびスマートフォン）を充電するか、またはそれに給電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のポケットを利用することができ、従って、無線電力伝送が効果的に提供される。
【００９０】
複数のポケット形成１０００Ｂは、送信機の各アンテナから各受信機までの位相および利得を演算することによって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が生成され得るため、演算は、独立して計算することができる。
【００９１】
少なくとも２つのアンテナ素子に対する演算の例は、受信機からの信号の位相を決定し、受信パラメータの共役を伝送のためのアンテナ素子に適用することを含み得る。
【００９２】
いくつかの実施形態では、２つ以上の受信機は、無線電力伝送中、電力損失を避けるために異なる周波数で動作することができる。これは、複数の埋め込み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。一実施形態では、単一の周波数をアレイの各アンテナによって伝送することができる。他の実施形態では、アレイのアンテナのうちのいくつかは、異なる周波数で伝送するために使用することができる。例えば、アレイのアンテナの１／２を２．４ＧＨｚで動作させる一方で、他の１／２を５．８ＧＨｚで動作させることができる。別の例では、アレイのアンテナの１／３を９００ＭＨｚで動作させ、別の１／３を２．４ＧＨｚで動作させ、アレイの残りのアンテナを５．８ＧＨｚで動作させることができる。
【００９３】
別の実施形態では、アンテナ素子の各アレイは、無線電力伝送中、１つまたは複数のアンテナ素子に実質的に分割することができ、アレイのアンテナ素子の各セットは、異なる周波数で伝送することができる。例えば、送信機のアンテナ素子は、２．４ＧＨｚで電力伝送信号を伝送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。この例では、送信機のプロセッサは、アレイのアンテナ素子を独立して供給できる複数のパッチに実質的または論理的に分割するように送信機のアンテナ素子を調整することができる。その結果、アンテナ素子のアレイの１／４を受信機で必要とされる５．８ＧＨｚで伝送する一方で、アンテナ素子の別のセットを２．４ＧＨｚで伝送することができる。従って、アンテナ素子のアレイを実質的に分割することにより、受信機に結合された電子デバイスは、無線電力伝送を引き続き受信することができる。例えば、アンテナ素子のあるセットを約２．４ＧＨｚで伝送し、他のアンテナ素子を５．８ＧＨｚで伝送することができ、従って、異なる周波数で動作する受信機と協働する際に、所定のアレイのアンテナ素子の数を調整することができるため、前述の事項は有益であり得る。この例では、アレイは、アンテナ素子の同じ量のセット（例えば、４つのアンテナ素子）に分割されているが、アレイは、アンテナ素子の異なる量のセットに分割することもできる。代替の実施形態では、各アンテナ素子は、選択周波数間を移行することができる。
【００９４】
無線電力伝送の効率および伝達できる電力の量（ポケット形成を使用して）は、所定の受信機および送信機システムで使用されるアンテナ素子１００６の総数の関数であり得る。例えば、約１ワットを約１５フィート伝達する場合、受信機は約８０個のアンテナ素子を含む一方で、送信機は約２５６個のアンテナ素子を含み得る。別の同一の無線電力伝送システム（約１ワットを約１５フィート）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み得る。受信機のアンテナ素子の数を半分に低減するには、送信機のアンテナ素子の数を倍にする必要があり得る。いくつかの実施形態では、システム規模の展開において受信機より送信機がはるかに少ないため、コストを理由に、受信機より送信機のアンテナ素子の数を多くすることが有益であり得る。しかし、例えば、送信機１００２Ｂに少なくとも２つのアンテナ素子がある限り、送信機より受信機に多くのアンテナ素子を置くことにより、その逆を達成することができる。
【００９５】
ＩＩ．送信機  −  無線電力伝送のためのシステムおよび方法
送信機は、以下で説明されるコンポーネントを使用するポケット形成、適応ポケット形成および複数のポケット形成の役割を有し得る。送信機は、空間を通じた伝播および使用可能な電気エネルギーへの変換が可能ないかなる物理的な媒体の形態でも、無線電力伝送信号を受信機に伝送することができ、その例は、ＲＦ波、赤外線、音響、電磁場および超音波を含み得る。当業者であれば、電力伝送信号は、いかなる周波数または波長も有するほぼすべての電波信号であり得ることを理解すべきである。送信機は、単なる例としてＲＦ伝送を参照して説明されているが、その範囲をＲＦ伝送のみに限定すべきではない。
【００９６】
送信機は、多くの場所、表面、マウンティングまたは埋め込み構造（机、テーブル、床、壁および同様のものなど）に位置し得る。いくつかの事例では、送信機は、クライアントコンピューティングプラットフォームに位置し得、クライアントコンピューティングプラットフォームは、本明細書で説明されるプロセスおよびタスクの実行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いかなるコンピューティングデバイスでもあり得る。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、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピューティングプラットフォーム、ネットブック、スマートフォン、ゲームコンソールおよび／または他のコンピューティングプラットフォームを含み得る。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、様々な電子コンピューティングデバイスであり得る。そのような実施形態では、クライアントコンピューティングプラットフォームの各々は、異なるオペレーティングシステムおよび／または物理的なコンポーネントを有し得る。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することができ、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および／またはデバイスは、複数のオペレーティングシステムの実行が可能であり得る。加えて、箱状送信機は、プリント回路基板（ＰＣＢ）層のいくつかの配列を含み得、Ｘ、ＹもしくはＺ軸またはこれらの任意の組合せに配向することができる。
【００９７】
無線充電技法は、ＲＦ波伝送技法に限定されず、伝送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伝送するための代替または追加の技法を含み得ることを理解すべきである。受信デバイスによって電力に変換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、共鳴および誘導磁場、レーザ光、赤外線または他の形態の電磁エネルギーを含み得る。超音波の事例では、例えば、１つまたは複数のトランスデューサ素子は、超音波を受信してそれらを電力に変換する受信デバイスに向けて超音波を伝送するトランスデューサアレイを形成するように配置することができる。共鳴または誘導磁場の事例では、磁場は、送信機コイルにおいて生成され、受信機コイルによって電力に変換される。
【００９８】
Ａ．送信機デバイスのコンポーネント
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無線で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、送信機１１０１および受信機１１２０を含み得、各々は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。送信機１１０１のＡＳＩＣは、１つまたは複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）１１０４、１つまたは複数のアンテナ素子１１０６、１つまたは複数の高周波集積回路（ＲＦＩＣ）１１０８、１つまたは複数のマイクロコントローラ（ＭＣ）１１１０、通信コンポーネント１１１２、電力源１１１４を含み得る。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に必要なすべてのコンポーネントを割り当てることができる。送信機１１０１のコンポーネントは、メタ材料、回路のマイクロプリンティング、ナノ材料および／または他の任意の材料を使用して製造することができる。当業者であれば、送信機全体または受信機全体を単一の回路基板上で実装できること、ならびに機能ブロックのうちの１つまたは複数を別個の回路基板で実装させることができることは明らかであるはずである。
【００９９】
１．プリント回路基板
いくつかの実装形態では、送信機１１０１は、複数のＰＣＢ  １１０４層を含み得、複数のＰＣＢ  １１０４層は、ポケット形成のより優れた制御を提供するためのアンテナ素子１１０６および／またはＲＦＩＣ  １１０８を含み得、受信機を対象とするための反応を増強することができる。ＰＣＢ  １１０４は、非導電性基板上に積層された銅板からエッチングが施された導電性トラック、パッドおよび／または他の特徴を使用して、本明細書で説明される電子コンポーネントを機械的にサポートし、電気的に接続することができる。ＰＣＢは、片面（１枚の銅層）、両面（２枚の銅層）および／または複数層であり得る。複数のＰＣＢ  １１０４層は、送信機１１０１によって転送できる電力の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ  １１０４層は、単一のＭＣ  １１１０および／または専用のＭＣ  １１１０に接続することができる。同様に、ＲＦＩＣ  １１０８は、前述の実施形態で描写されるように、アンテナ素子１１０６に接続することができる。
【０１００】
いくつかの実装形態では、複数のＰＣＢ  １１０４層をその内側に含む箱状送信機は、ポケット形成のより優れた制御を提供するためのアンテナ素子１１０８を含み得、受信機を対象とするための反応を増強することができる。さらに、無線電力伝送の範囲は、箱状送信機によって増大することができる。複数のＰＣＢ  １１０４層は、アンテナ素子１１０６の高密度を理由に、送信機１１０１によって無線で転送および／または放送できる電力波（例えば、ＲＦ電力波、超音波）の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ  １１０４層は、単一のマイクロコントローラ１１１０および／または各アンテナ素子１１０６専用のマイクロコントローラ１１１０に接続することができる。同様に、ＲＦＩＣ  １１０８は、前述の実施形態で描写されるように、アンテナ素子１１０１を制御することができる。さらに、箱型の送信機１１０１は、無線電力伝送の活動率を増大させることができる。
【０１０１】
２．アンテナ素子
アンテナ素子１１０６は、方向性および／または全方向性であり得、無線電力伝送のための平面アンテナ素子、パッチアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子および他の任意の適切なアンテナを含み得る。適切なアンテナタイプは、例えば、約１／８インチ〜約６インチの高さおよび約１／８インチ〜約６インチの幅を有するパッチアンテナを含み得る。アンテナ素子１１０６の形状および配向は、送信機１１０１の所望の特徴に応じて異なり得、配向は、Ｘ、ＹおよびＺ軸方向に平面状ならびに三次元配列における様々な配向タイプおよび組合せであり得る。アンテナ素子１１０６材料は、高効率、良好な放熱および同様のものでのＲＦ信号伝送を可能にすることができる適切ないかなる材料も含み得る。アンテナ素子１１０６の量は、所望の範囲および送信機１１０１の電力伝送能力に関連して異なり得、アンテナ素子１１０６が多いほど、より広い範囲およびより高い電力伝送能力を有する。
【０１０２】
アンテナ素子１１０６は、９００ＭＨｚ、２．５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚなどの周波数帯域で動作するための適切なアンテナタイプを含み得、その理由は、これらの周波数帯域が連邦通信委員会（ＦＣＣ）規則第１８部（産業、科学および医療用機器）に準拠するためである。アンテナ素子１１０６は、独立した周波数で動作することができ、ポケット形成のマルチチャネル操作を可能にする。
【０１０３】
加えて、アンテナ素子１１０６は、少なくとも１つの偏波または選択された偏波を有し得る。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み得る。選択された偏波は、送信機１１０１の特性に応じて異なり得る。加えて、アンテナ素子１１０６は、送信機１１０１の様々な表面に位置し得る。アンテナ素子１１０６は、単一のアレイ、ペアアレイ、クワッドアレイ、または所望の応用に従って設計できる他の任意の適切な配列で動作することができる。
【０１０４】
いくつかの実装形態では、プリント回路基板ＰＣＢ  １１０４の一面全体をアンテナ素子１１０６で密に詰めることができる。ＲＦＩＣ  １１０８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は、単一のＲＦＩＣ  １１０８を取り囲むことができる。
【０１０５】
３．高周波集積回路
ＲＦＩＣ  １１０８は、ＭＣ  １１１０から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にリンクされる。例えば、各ＲＦＩＣ  １１０８は、４つのアンテナ素子１１０６に接続することができる。いくつかの実装形態では、各ＲＦＩＣ  １１０８は、８、１６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。
【０１０６】
ＲＦＩＣ  １１０４は、増幅器、コンデンサ、発振器、圧電結晶および同様のものなどのデジタルおよび／またはアナログコンポーネントを含み得る複数のＲＦ回路を含み得る。ＲＦＩＣ  １１０４は、ポケット形成のための利得および／または位相などのアンテナ素子１１０６の特徴を制御し、方向、電力レベルおよび同様のものによってそ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伝送ゼロ領域ステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ  １１０８によって調節することができる。加えて、ＲＦＩＣ  １１０８は、ＭＣ  １１１０に接続することができ、ＭＣ  １１１０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、コンピュータおよび同様のものを利用することができる。送信機１１０１に存在するより少ない数のＲＦＩＣ  １１０８は、低制御の複数のポケット形成、低レベルの粒度および低価の実施形態などの所望の特徴に相当し得る。いくつかの実装形態では、ＲＦＩＣ  １１０８は、１つまたは複数のＭＣ  １１１０に結合することができ、ＭＣ  １１１０は、独立した基地局または送信機１１０１に含めることができる。
【０１０７】
送信機１１０１のいくつかの実装形態では、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伝送ゼロ領域ステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ  １１０８によって調節することができる。各アンテナ素子１１０６に結合された選択されたＲＦＩＣ  １１０８は、処理要件を低減し、ポケット形成の制御を増大することができ、それにより、ＭＣ  １１１０上での低負荷での複数のポケット形成および粒度のより細かいポケット形成が可能になり、複数のポケット形成のより多い数のより高い反応を可能にすることができる。さらに、複数のポケット形成は、より多い数の受信機を充電することができ、そのような受信機までのより良い軌道を可能にすることができる。
【０１０８】
ＲＦＩＣ  １１０８およびアンテナ素子１１０６は、所望の応用に従って設計できる適切ないかなる配列でも動作することができる。例えば、送信機１１０１は、平面配列のアンテナ素子１１０６およびＲＦＩＣ  １１０８を含み得る。４、８、１６および／または任意の数のアンテナ素子１１０６のサブセットは、単一のＲＦＩＣ  １１０８に接続することができる。ＲＦＩＣ  １１０８は、各アンテナ素子１１０６の後ろに直接埋め込むことができ、そのような統合は、コンポーネント間の短い距離によって損失を低減することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ素子１１０６の行または列は、単一のＭＣ  １１１０に接続することができる。各行または列に接続されたＲＦＩＣ  １１０８は、行間または列間の位相および利得を変化させることによってポケット形成を生成することができる低価な送信機１１０１を可能にすることができる。いくつかの実装形態では、ＲＦＩＣ  １１０８は、受信機１１２０が得るための、２〜８ボルトの電力を出力することができる。
【０１０９】
いくつかの実装形態では、ＲＦＩＣ  １１０８のカスケード配列を実装することができる。ＲＦＩＣ  １１０８のカスケード配列を使用する平面状送信機１１０１は、ポケット形成のより優れた制御を提供することができ、受信機１１０６を対象とするための反応を増強することができ、ＲＦＩＣ  １１０８の多重冗長を理由に、より高い信頼性および精度を達成することもできる。
【０１１０】
４．マイクロコントローラ
ＭＣ  １１１０は、ＡＲＭおよび／またはＤＳＰを実行するプロセッサを含み得る。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である。ＤＳＰは、何らかの方法でそれを修正または改善するために情報信号の数学的な操作を提供できる汎用信号処理チップであり、一連の数値またはシンボルによる離散時間、離散周波数および／または他の離散領域信号の表現ならびにこれらの信号の処理によって特徴付けることができる。ＤＳＰは、連続的な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、サンプリングに次いでアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用してそれをデジタル化することによる、アナログからデジタル形式への信号の変換であり得、アナログ信号を離散デジタル値のストリームに変換することができる。また、ＭＣ  １１１０は、Linuxおよび／または他の任意のオペレーティングシステムを実行することもできる。また、ＭＣ  １１１０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。
【０１１１】
ＭＣ  １１１０は、ポケット形成の時間放出、ポケット形成の方向、バウンド角度、電力強度および同様のものなど、ＲＦＩＣ  １１０８の様々な特徴を制御することができる。さらに、ＭＣ  １１１０は、複数の受信機または単一の受信機上において複数のポケット形成を制御することができる。送信機１１０１は、無線電力伝送の距離識別を可能にすることができる。加えて、ＭＣ  １１１０は、通信コンポーネント１１１２を制御することにより、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。ＭＣ  １１１０は、受信機を追跡して受信機上に高周波信号１１４２を集結させるため（すなわち、エネルギーのポケット）、受信機に信号を送信したり受信機から信号を受信したりすることができる通信コンポーネント１１１２によって受信された情報を処理することができる。他の情報を受信機１１２０からおよび受信機１１２０に伝送することもでき、そのような情報は、ネットワーク１１４０を通じた他のもののなかでも特に、認証プロトコルを含み得る。
【０１１２】
ＭＣ  １１１０は、シリアルペリフェラルインタフェース（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、埋め込みシステム、センサおよびＳＤカードにおける近距離のシングルマスタ通信のために使用することができる。デバイスは、マスタ／スレーブモードで通信し、マスタデバイスがデータフレームを開始する。複数のスレーブデバイスが個々のスレーブセレクトラインと共に認められている。Ｉ２Ｃは、低速周辺機器をコンピュータマザーボードおよび埋め込みシステムに取り付けるために使用されるマルチマスタ、マルチスレーブ、シングルエンドのシリアルコンピュータバスである。
【０１１３】
５．通信コンポーネント
通信コンポーネント１１１２は、他のもののなかでも特に、Bluetooth（登録商標）技術、赤外線通信、Wi-Fi、ＦＭラジオを含み得、組み合わせることができる。ＭＣ  １１１０は、障害に起因する損失を低減するために、ポケット形成を伝送するための最も効率的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時間および場所を決定することができる。そのような軌道は、直接的なポケット形成、バウンドおよびポケット形成の距離識別を含み得る。いくつかの実装形態では、通信コンポーネント１１１２は、受信機１１２０、クライアントデバイスまたは他の送信機１１０１を含み得る、複数のデバイスと通信することができる。
【０１１４】
６．電力源
送信機１１０１は、ＡＣまたはＤＣ電源を含み得る電力源１１１４によって供給することができる。電力源１１１４によって提供される電圧、電力および電流の強度は、伝送される必要な電力に応じて異なり得る。電波信号への電力の変換は、ＭＣ  １１１０によって管理し、ＲＦＩＣ  １１０８によって実行することができ、ＲＦＩＣ  １１０８は、多種多様な周波数、波長、強度および他の特徴の電波信号を生成するために複数の方法およびコンポーネントを利用することができる。電波信号生成のための様々な方法およびコンポーネントの例示的な使用として、異なるアンテナ素子１１０６において高周波を生成および変更するために、発振器および圧電結晶を使用することができる。加えて、様々なフィルタを使用して信号を平滑化したり、増幅器を使用して伝送される電力を増大したりすることができる。
【０１１５】
送信機１１０１は、特定の充電可能電子デバイスによって必要とされる少量のワット数から既定のワット数までの電力能力でポケット形成を行うＲＦ電力波を放出することができる。各アンテナは、ある一定の電力能力を管理することができる。そのような電力能力は、応用に関連し得る。
【０１１６】
７．ハウジング
ハウジングに加えて、独立した基地局もＭＣ  １１１０および電力源１１１４を含み得、従って、いくつかの送信機１１０１は、単一の基地局および単一のＭＣ  １１１０によって管理することができる。そのような能力は、送信機１１０１の場所を様々な戦略的位置（天井、飾り、壁および同様のものなど）にすることを可能にする。アンテナ素子１１０６、ＲＦＩＣ  １１０８、ＭＣ  １１１０、通信コンポーネント１１１２および電力源１１１４は、複数の配列および組合せで接続することができ、配列および組合せは、送信機１１０１の所望の特性に依存し得る。
【０１１７】
Ｂ．例示的な電力伝送方法
図１２は、アンテナ素子を使用して受信機の場所を決定するための方法１２００である。受信機の場所を決定するための方法１２００は、ＭＣによって管理される一連のプログラムされた規則または論理であり得る。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。その直後、プロセスは、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って進めることができる。例えば、第１の信号は、アンテナの行を用いて捕捉することができ、第２の捕捉は、アンテナの列を用いて行うことができる。アンテナの行は、球面座標系における方位角などの水平配向度を提供することができる。アンテナの列は、仰角などの垂直配向度を提供することができる。第１の信号の捕捉および第２の信号の捕捉に使用されるアンテナ素子は、直線、垂直、水平または斜め配向に整列させることができる。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、送信機の周囲の範囲をカバーするため、十字状構造で整列させることができる。
【０１１８】
垂直値と水平値の両方が測定された時点で、ＭＣは、次のステップ１２０５において、信号を捕捉するために使用された垂直および水平アンテナ素子に対する位相および利得の適切な値を決定することができる。位相および利得の適切な値は、アンテナに対する受信機の位置関係によって決定することができる。値は、電子デバイスを充電するために受信機が使用できるエネルギーの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が使用することができる。
【０１１９】
送信機のすべてのアンテナ素子の初期値に関するデータは、アンテナ素子に対する適切な値の計算を支援するためにＭＣが使用するために、事前に計算して格納することができる。次のステップ１２０７では、信号を捕捉するために使用された垂直および水平アンテナに対する適切な値が決定された後、プロセスは、格納されたデータを使用してアレイのすべてのアンテナに対する適切な値を決定することによって続けることができる。格納されたデータは、異なる周波数でのアレイのすべてのアンテナ素子に対する位相および利得の初期のテスト値を含み得る。異なる周波数に対して、異なるデータセットを格納することができ、ＭＣは、適切なデータセットを相応に選択することができる。次いで、次のステップ１２０９では、ＭＣは、適切な場所にエネルギーのポケットを形成するために、ＲＦＩＣを通じてすべてのアンテナを調整することができる。
【０１２０】
Ｃ．アレイサブセット構成
図１３Ａは、受信機の場所を決定するための方法で使用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、アンテナのアレイ１３０６Ａを含み得る。最初に、アンテナの行１３６８Ａは、受信機によって送信された信号を捕捉するために使用することができる。次いで、アンテナの行１３６８Ａは、信号をＲＦＩＣに転送することができ、ＲＦＩＣでは、信号は、電波信号からデジタル信号に変換され、処理のためにＭＣに送ることができる。次いで、ＭＣは、受信機の場所に基づいて適切な場所にエネルギーの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に対する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。次いで、アンテナの列１３７０Ａは、信号をＲＦＩＣに転送することができ、ＲＦＩＣでは、信号は、電波信号からデジタル信号に変換され、処理のためにＭＣに送ることができる。次いで、ＭＣは、受信機の場所に基づいて適切な場所にエネルギーの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に対する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に対して適切な調整が決定された時点で、ＭＣは、アンテナについての事前に格納されたデータを使用してアンテナの行１３６８Ａおよびアンテナの列１３７０Ａからの結果を用いて相応に調整することにより、アンテナのアレイ１３６８Ａのアンテナ素子１３０６Ａの残りの部分に対して適切な値を決定することができる。
【０１２１】
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ための構成
１．例示的なシステム
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では、両方の初期信号は、アンテナの２つの対角線サブセットによって捕捉される。プロセスは、各サブセットが相応に調整されるように同じ経路を進む。行われた調整および事前に格納されたデータに基づいて、アンテナのアレイのアンテナ素子１３０６Ｂの残りの部分が調整される。
【０１２２】
２．平面状送信機
図１４は、平面状送信機１４０２の正面図およびいくつかの実施形態の背面図について描写する。送信機１４０２は、平面配列のアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ  １４０８を含み得る。ＲＦＩＣ  １４０８は、各アンテナ素子１４０６の後ろに直接埋め込むことができ、そのような統合は、コンポーネント間の短い距離によって損失を低減することができる。
【０１２３】
送信機１４０２の一実施形態（すなわち、表示１）では、各アンテナ素子１４０６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伝送ゼロ領域ステアリングを生成するために、対応するＲＦＩＣ  １４０８によって調節することができる。各アンテナ素子１４０６に結合された選択されたＲＦＩＣ  １４０８は、処理要件を低減し、ポケット形成の制御を増大することができ、それにより、ＭＣ  １４１０上での低負荷での複数のポケット形成および粒度のより細かいポケット形成が可能になり、従って、複数のポケット形成のより多い数のより高い反応を可能にすることができる。さらに、複数のポケット形成は、より多い数の受信機を充電することができ、そのような受信機までのより良い軌道を可能にすることができる。図１１の実施形態で説明されるように、ＲＦＩＣ  １４０８は、１つまたは複数のＭＣ  １４１０に結合することができ、マイクロコントローラ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。
【０１２４】
別の実施形態（すなわち、表示２）では、４つのアンテナ素子１４０６のサブセットは、単一のＲＦＩＣ  １４０８に接続することができる。送信機１４０２に存在するより少ない数のＲＦＩＣ  １４０８は、低制御の複数のポケット形成、低レベルの粒度および低価の実施形態などの所望の特徴に相当し得る。図１１の実施形態で説明されるように、ＲＦＩＣ  １４０８は、１つまたは複数のＭＣ  １４１０に結合することができ、マイクロコントローラ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。
【０１２５】
さらなる別の実施形態（すなわち、表示３）では、送信機１４０２は、平面配列のアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ  １４０８を含み得る。アンテナ素子１４０６の行または列は、単一のＭＣ  １４１０に接続することができる。送信機１４０２に存在するより少ない数のＲＦＩＣ  １４０８は、低制御の複数のポケット形成、低レベルの粒度および低価の実施形態などの所望の特徴に相当し得る。各行または列に接続されたＲＦＩＣ  １４０８は、低価の送信機１４０２を可能にし、行間または列間の位相および利得を変化させることによってポケット形成を生成することができる。図１１の実施形態で説明されるように、ＲＦＩＣ  １４０８は、１つまたは複数のＭＣ  １４１０に結合することができ、マイクロコントローラ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。
【０１２６】
いくつかの実施形態（すなわち、表示４）では、送信機１４０２は、平面配列のアンテナ素子１４０６およびＲＦＩＣ  １４０８を含み得る。この例示的な実施形態では、カスケード配列について描写する。２つのアンテナ素子１４０６を単一のＲＦＩＣ  １４０８に接続し、次に、この単一のＲＦＩＣ  １４０８を単一のＲＦＩＣ  １４０８に接続することができ、その接続されたＲＦＩＣ  １４０８を最終的なＲＦＩＣ  １４０８に接続し、次に、この最終的なＲＦＩＣ  １４０８を１つまたは複数のＭＣ  １４１０に接続することができる。ＲＦＩＣ  １４０８のカスケード配列を使用する平面状送信機１４０２は、ポケット形成のより優れた制御を提供することができ、受信機を対象とするための反応を増強することができる。さらに、ＲＦＩＣ  １４０８の多重冗長を理由に、より高い信頼性および精度を達成することもできる。図１１の実施形態で説明されるように、ＲＦＩＣ  １４０８は、１つまたは複数のＭＣ  １４１０に結合することができ、マイクロコントローラ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。
【０１２７】
３．複数のプリント回路基板層
図１５Ａは、ポケット形成のより優れた制御を提供し、受信機を対象とするための反応を増強するためのアンテナ素子１５０６Ａを含み得る複数のＰＣＢ層１２０４Ａを含み得る送信機１５０２Ａについて描写する。複数のＰＣＢ層１５０４Ａは、送信機１５０２Ａによって転送できる電力の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ層１５０４Ａは、単一のＭＣまたは専用のＭＣに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣは、前述の実施形態で描写されるように、アンテナ素子１５０６Ａに接続することができる。ＲＦＩＣは、１つまたは複数のＭＣに結合することができる。さらに、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。
【０１２８】
４．箱状送信機
図１５Ｂは、ポケット形成のより優れた制御を提供し、受信機を対象とするための反応を増強するためのアンテナ素子１５０６Ｂを含み得る、複数のＰＣＢ層１５０４Ｂをその内側に含み得る箱状送信機１５０２Ｂについて描写する。さらに、無線電力伝送の範囲は、箱状送信機１５０２Ｂによって増大することができる。複数のＰＣＢ層１５０４Ｂは、アンテナ素子１５０６Ｂの高密度を理由に、送信機１５０２Ｂによって無線で転送または放送できるＲＦ電力波の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ層１５０４Ｂは、単一のＭＣまたは各アンテナ素子１５０６Ｂ専用のＭＣに接続することができる。同様に、ＲＦＩＣは、前述の実施形態で描写されるように、アンテナ素子１５０６Ｂを制御することができる。さらに、箱型の送信機８００は、無線電力伝送の活動率を増大させることができ、従って、箱状送信機１５０２Ｂは、机、テーブル、床および同様のものなどの複数の表面上に位置し得る。加えて、箱状送信機１５０２Ｂは、ＰＣＢ層１５０４Ｂのいくつかの配列を含み得、Ｘ、ＹおよびＺ軸またはこれらの任意の組合せに配向することができる。ＲＦＩＣは、１つまたは複数のＭＣに結合することができる。さらに、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。
【０１２９】
５．様々なタイプの製品のための不規則なアレイ
図１６は、送信機１６０２を異なるデバイスに組み込むためのアーキテクチャ１６００の図について描写する。例えば、平面状送信機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、平面配列のアンテナ素子およびＲＦＩＣを有する複数のタイル１６５０を含み得る。ＲＦＩＣは、各アンテナ素子の後ろに直接埋め込むことができ、そのような統合は、コンポーネント間の短い距離によって損失を低減することができる。
【０１３０】
タイル１６５０は、いかなる物体のいかなる表面にも結合することができる。そのような結合は、締め付け、嵌め合わせ、インターロッキング、接着、はんだ付けまたはその他などのいかなる方法を介するものでもあり得る。そのような表面は、滑らかなものであっても、粗いものであってもよい。そのような表面は、いかなる形状のものでもよい。そのような物体は、静止物体（建物の一部または電化製品など）でも、可動物体（車両などの自走式のものまたはハンドヘルドなどの別の物体を介するものにかかわらず）でもよい。タイル１６５０は、モジュール式で使用することができる。例えば、タイル１６５０は、開放的または閉鎖的、対称的または非対称的にかかわらず、２ｄまたは３ｄ形状を形成するように配列することができる。いくつかの実施形態では、タイル１６５０は、フィギュア形状またはデバイス／構造形状（タワーなど）で配列することができる。タイル１６５０は、インターロッキング、嵌め合わせ、締め付け、接着、はんだ付けまたはその他を介してなど、互いに結合し合うように構成することができる。タイル１６５０は、同期的または非同期的にかかわらず、互いに独立してまたは互いに依存して動作するように構成することができる。タイル１６５０は、個別にまたはグループとしてにかかわらず、直列または並列で供給されるように構成することができる。タイル１６５０は、上面、側面または底面などの少なくとも片方の面から出力するように構成することができる。タイル１６５０は、剛性、軟性または弾性であり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの他のコンポーネントは、デジタル式、アナログ式、機械式、電気式または非電気式にかかわらず、少なくとも２つのタイル１６５０間に配置することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのタイル１６５０は、メモリに結合されたハードウェアプロセッサを介して実行することができる。
【０１３１】
タイル１６５０は、本明細書で説明されるように、ヒートマップ技術のために使用することができる。例えば、送信機１６０２は、平面配列のアンテナ素子およびＲＦＩＣを有する複数のタイル１６５０を含み得、送信機１６０２は、タイル１６５０がヒートマップ生成のためのＢＬＥ識別子を送信する際など、特定の受信機などのタイル１６５０のグループのヒートマップ作成を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、タイル１６５０のグループは、指定された距離内に配置されたタイル１６５０を介して画定され、指定された距離内に配置されたタイル１６５０のいくつが、信号を送信し、エリアを走査し、場所入力などの受信機入力を受信するかなどがある。そのような性能は、ＢＬＥ（登録商標）およびZigBee（登録商標）などの異なる通信プロトコル下で同時に起こり得ることにも留意されたい。いくつかの実施形態では、タイル１６５０の少なくとも２つのグループは、異なるタスクを実行する。いくつかの実施形態では、タイル１６５０のグループは、２つのタイルの各々が長さ８インチおよび幅２インチである際など、２つのタイルを含む。いくつかの実施形態では、アレイ全体をテレビ１６４６の外周に沿って広げることができ、アレイは、タイル１６５０の複数のグループで配列されるか、またはタイル１６５０の複数のグループとして機能する複数のタイル１６５０を含み、その理由は、本明細書で説明されるように、そのようなグループの各々は異なるヒートマップを得ることができるためであり、異なるヒートマップは、大規模なヒートマップに対するより良い理解を得るために、後に一緒に分析することができる。それに従って、ヒートマップセットの各々は異なる情報を含み得るため、複数のヒートマップセットは、互いに調和させることなく存在することができる。例えば、第１のヒートマップは、第１のデバイスと関連付けることができ、第２のヒートマップは、第１のデバイスと異なる第２のデバイスと関連付けることができる。
【０１３２】
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し得、各タイルは、特定の数のアンテナ素子で構成される。例えば、テレビ１６４６のベゼルの周りに２０個のタイル１６５０がある場合、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し得る。
【０１３３】
タイル１６５０は、テレビ１６４６またはテレビ１６４６に結合された配線との信号干渉を回避するように配置または構成されることに留意されたい。代替としてまたは加えて、テレビ１６４６は、そのような信号干渉を遮断することができる。スタンドアロンスピーカまたはより大きいシステムのコンポーネントにかかわらず、サウンドバー１６４８または他の任意のタイプのスピーカにも同様の構成を適用することができる。しかし、そのようなタイル１６５０は、スタンドアロンデバイスまたはより大きいシステムのコンポーネントにかかわらず、電子式または非電子式にかかわらず、いかなるデバイス上にも配列できることにも留意されたい。
【０１３４】
タイル１６５０では、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伝送ゼロ領域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択されたＲＦＩＣは、処理要件を低減し、ポケット形成の制御を増大することができ、それにより、マイクロコントローラ上での低負荷での複数のポケット形成および粒度のより細かいポケット形成が可能になり、従って、複数のポケット形成のより多い数のより高い反応を可能にすることができる。さらに、複数のポケット形成は、より多い数の受信機を充電することができ、そのような受信機までのより良い軌道を可能にすることができる。
【０１３５】
ＲＦＩＣは、１つまたは複数のマイクロコントローラに結合することができ、マイクロコントローラは、独立した基地局または送信機１６０２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は、単一のマイクロコントローラに接続することができる。いくつかの実装形態では、送信機１６０２に存在するより少ない数のＲＦＩＣは、低制御の複数のポケット形成、低レベルの粒度および低価の実施形態などの所望の特徴に相当し得る。各行または列に接続されたＲＦＩＣは、より少ないＲＦＩＣが送信機１６０２の各々の制御に必要とされるため、より少ないコンポーネントを有することにより、コストの低減を可能にすることができる。ＲＦＩＣは、行間または列間の位相および利得を変化させることにより、ポケット形成電力伝送波を生成することができる。
【０１３６】
いくつかの実装形態では、送信機１６０２は、ポケット形成のより優れた制御を提供することができ、受信機を対象とするための反応を増強することができるＲＦＩＣを含むタイル１６５０のカスケード配列を使用することができる。さらに、ＲＦＩＣの多重冗長から、より高い信頼性および精度を達成することができる。
【０１３７】
一実施形態では、アンテナ素子を含む複数のＰＣＢ層は、ポケット形成のより優れた制御を提供することができ、受信機を対象とするための反応を増強することができる。複数のＰＣＢ層は、送信機１６０２によって転送できる電力の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ層は、単一のマイクロコントローラまたは専用のマイクロコントローラ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。
【０１３８】
箱状送信機１６０２は、ポケット形成のより優れた制御を提供するためのアンテナ素子を含み得、受信機を対象とするための反応を増強し得る、複数のＰＣＢ層をその内側に含み得る。さらに、無線電力伝送の範囲は、箱状送信機１６０２によって増大することができる。複数のＰＣＢ層は、アンテナ素子の高密度を理由に、送信機１６０２によって無線で転送または放送できるＲＦ電力波の範囲および量を増大することができる。ＰＣＢ層は、単一のマイクロコントローラまたは各アンテナ素子専用のマイクロコントローラ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。箱型の送信機１６０２は、無線電力伝送の活動率を増大させることができる。従って、箱状送信機１６０２は、机、テーブル、床および同様のものなどの複数の表面上に位置し得る。加えて、箱状送信機は、ＰＣＢ層のいくつかの配列を含み得、Ｘ、ＹおよびＺ軸またはこれらの任意の組合せに配向することができる。
【０１３９】
いくつかの実施形態では、サウンドバー１６４８は、長さ４フィートおよび高さ２インチであることによってなど、細長いものである。そのような形状は、取り囲む方法で、本明細書で説明されるように、タイル１６５０の少なくともいくつかが信号の送信または受信を行えるような、サウンドバー１６４８の縦軸に沿ったタイル１６５０の条件を提供する。
【０１４０】
６．複数のアンテナ素子
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／または位相などのアンテナ素子１７０６の特徴を制御し、方向、電力レベルおよび同様のものによってそれを管理するための少なくとも１つのＲＦＩＣ  １７０８を含み得る。アンテナ素子１７０６のアレイは、ＭＣ  １７１０に接続することができ、ＭＣ  １７１０は、障害に起因する損失を低減するために、ポケット形成を伝送するための最も効率的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時間および場所を決定することができる。そのような軌道は、直接的なポケット形成、バウンドおよびポケット形成の距離識別を含み得る。
【０１４１】
送信機デバイスは、適切な場所にエネルギーのポケットを形成するためのアンテナ素子１７０６の調整方法を決定するために、アンテナ素子１７０６を利用して、受信機の場所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、連続信号（train signal）を送信機に送信することができる。連続信号は、アンテナ素子１７０６による検出が可能ないかなる従来の公知の信号でもあり得る。受信機によって送信された信号は、位相および利得などの情報を含み得る。
【０１４２】
ＩＩＩ．受信機  −  無線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
例示的な実施形態による、クライアントデバイスを無線で充電するためのシステム１１００アーキテクチャの図を示す図１１に戻ると、システム１１００は、送信機１１０１および受信機１１２０を含み得、各々は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。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を含み得る。また、受信機１１２０は、すべての必要な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み得る。受信機１１２０の様々なコンポーネントは、メタ材料、回路のマイクロプリンティング、ナノ材料および同様のものを含むか、またはそれらを使用して製造することができる。
【０１４３】
１．アンテナ素子
アンテナ素子１１２４は、送信機１１０１のアンテナ素子１１０６に対して説明される帯域と同様の周波数帯域で動作するために適切なアンテナタイプを含み得る。アンテナ素子１１２４は、垂直もしくは水平偏波、右もしくは左偏波、楕円偏波または他の適切な偏波、ならびに適切な偏波の組合せを含み得る。複数の偏波の使用は、使用時の好ましい配向がないか、または時間と共に配向が連続的に変化し得るデバイス（例えば、スマートフォンまたはポータブルゲームシステム）において有益であり得る。それとは正反対に、明確に定義された配向を有するデバイス（例えば、両手用のテレビゲームコントローラ）の場合、アンテナに好ましい偏波がある可能性があり、それにより、所定の偏波のアンテナの数に対する割合を決定することができる。適切なアンテナタイプは、パッチアンテナを含み得、パッチアンテナは、約１１８インチ〜約６インチの高さおよび約１／８インチ〜約６インチの幅を有し得る。パッチアンテナは、偏波が接続性に依存する（すなわち、いずれの方向からパッチへの供給が行われるかに応じて偏波が変化し得る）という利点を有し得る。これは、受信機１１２０などの受信機として有利であることをさらに証明することができ、無線電力伝送を最適化するためにそのアンテナ偏波を動的に変化させることができる。本明細書の実施形態で説明されるように、受信機に対して、異なるアンテナ、整流器または電力変換器配列が可能である。
【０１４４】
２．整流器
整流器１１２６は、周期的に方向転換する交流電流（ＡＣ）を、負の値を取らない直流電流（ＤＣ）に変換することができる。入力ＡＣ正弦波の交流性質のため、整流プロセスのみで、非負ではあるが電流のパルスからなるＤＣ電流を生成する。整流器の出力は、定常電流を生成するために、電子フィルタによって平滑化することができる。整流器１１２６は、アンテナ素子１１２４によって生成された交流電流（ＡＣ）電圧を直流電流（ＤＣ）電圧に整流するためのダイオード、抵抗器、誘導子および／またはコンデンサを含み得る。
【０１４５】
いくつかの実装形態では、整流器１１２６は、全波整流器であり得る。全波整流器は、その出力側において入力波形全体を一定の極性（正または負）のうちの１つに変換することができる。全波整流は、入力波形の両方の極性を脈動ＤＣ（直流電流）に変換し、より高い平均出力電圧を得ることができる。全波整流器に対して、２つのダイオードおよびセンタータップ式変圧器ならびに／あるいはブリッジ構成の４つのダイオードおよび任意のＡＣ源（センタータップ式ではない変圧器を含む）を利用することができる。単相ＡＣの場合、変圧器がセンタータップ式であれば、バックツーバック接続（必要な出力極性に応じて、陰極と陰極または陽極と陽極）の２つのダイオードを利用して、全波整流器を形成することができる。ブリッジ整流器に対して同じ出力電圧を得るには、変圧器の二次側において２倍の巻数が必要とされるが、電力定格は変わらない。整流器１１２６は、損失を最小限に抑えるために、技術的に可能な限りアンテナ素子１１２４の近くに配置することができる。ＡＣ電圧を整流した後、ＤＣ電圧は、電力変換器１１２９を使用して調節することができる。
【０１４６】
３．電力変換器
電力変換器１１２９は、定電圧出力を提供するうえで役立てることができるおよび／または受信機１１２０への電圧を引き上げるうえで役立てることができるＤＣ／ＤＣ変換器であり得る。いくつかの実装形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器は、最大電力点追従装置（ＭＰＰＴ）であり得る。ＭＰＰＴは、高い電圧ＤＣ出力をバッテリの充電に必要な低い電圧に変換する電子ＤＣ／ＤＣ変換器である。典型的な電圧出力は、約５ボルト〜約１０ボルトであり得る。いくつかの実施形態では、電力変換器１１２９は、高効率を提供できる電子切替モードＤＣ／ＤＣ変換器を含み得る。そのような事例では、スイッチングデバイスの動作に対して十分な電流が提供されることを保証するため、電力変換器１１２９の前にコンデンサを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）を充電する際、電子切替モードＤＣ／ＤＣ変換器の動作の起動に必要とされる最小電圧レベルを超える初期の高電流が必要とされ得る。そのような事例では、必要とされる追加のエネルギーを提供するために、コンデンサを受信機１１２０の出力側に追加することができる。その後、適切な電流の量の提供に必要とされるような、より低い電力を提供することができる（例えば、依然として電話またはラップトップに電荷を蓄積させている間に使用される総初期電力の１／８０）。
【０１４７】
一実施形態では、複数の整流器１１２６を１つのアンテナ素子１１２４に並列接続することができる。例えば、４つの整流器１１２６を１つのアンテナ素子１１２４に並列接続することができる。しかし、さらにいくつかの整流器１１２６を使用することができる。各整流器１１２６は総電力の１／４の処理のみを必要とするため、この配列は有利であり得る。電子デバイスに１ワットが伝達される予定であれば、各整流器１１２６は、１ワットの１／４の処理のみを必要とする。同じ量の電力を処理する一方で、複数の低電力整流器１１２６の使用は１つの高電力整流器１１２６の利用より低価であり得るため、この配列は、コストを大幅に低下させることができる。いくつかの実施形態では、整流器１１２６によって処理される総電力は、組み合わせて電力変換器１１２９に入力することができる。他の実施形態では、１つの整流器１１２６ごとに電力変換器１１２９が１つずつ存在し得る。
【０１４８】
他の実施形態では、複数のアンテナ素子１１２４を１つの整流器１１２６に並列接続することができ、その後、電力変換器１１２９を通じてＤＣ電圧を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に並列接続することができる。各アンテナ素子１１２４は総電力の１／４の処理のみを必要とするため、この配列は有利であり得る。加えて、この配列は、信号が互いに打ち消し合わないことができるため、単一の整流器１１２６での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。前述の特性のため、この配列は、明確に定義されていないか、または他に時間と共に変化する配向を有する電子クライアントデバイスに適し得る。最後に、この配列は、等しい偏波および大きく違わない位相向けに構成されたアンテナ素子を使用する際に有益であり得る。しかし、いくつかの実施形態では、１つのアンテナ素子１１２４ごとに整流器１１２６が１つずつおよび／または１つのアンテナ素子１１２４ごとに複数の整流器１１２６が存在し得る。
【０１４９】
例示的な実装形態では、複数のアンテナ素子１１２４出力を組み合わせて並列整流器１１２６に接続し、並列整流器１１２６の出力を１つの電力変換器１１２９においてさらに組み合わせることができる配列を実装することができる。１６個のアンテナ素子１１２４があり、その出力を４つの並列整流器１１２６において組み合わせることができる。他の実施形態では、アンテナ素子１１２４は、いくつかの（例えば、４つの）グループに細分し、独立した整流器１１２６に接続することができる。
【０１５０】
さらなる別の実施形態では、アンテナ素子１１２４のグループを異なる整流器１１２６に接続し、次に、異なる整流器１１２６も異なる電力変換器１１２９に接続することができる配列を実装することができる。この実施形態では、アンテナ素子１１２４の４つのグループ（各々が並列の４つのアンテナ素子１１２４を含む）の各々を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、総電力を並列処理するため、４つの整流器１１２６のすべての出力は、各電力変換器１１２９の前に組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、各整流器１１２６の組み合わされた出力は、単一の電力変換器１１２９に接続することができる。この配列は、整流器１１２６とアンテナ素子１１２４との間の優れた近接性を可能にするという点で有益であり得る。この特性は、損失を最小限にとどめることができるため望ましいものであり得る。
【０１５１】
４．通信コンポーネント
通信コンポーネント１１３０は、送信機１１０１のものと同様に、送信機または他の電子機器と通信するために、受信機１１２０に含めることができる。いくつかの実装形態では、受信機１１２０は、バッテリレベル、ユーザが事前に定義した充電プロファイルまたはその他など、プロセッサによって提供される要件に基づいて、所定の送信機１１２０と通信するためのデバイス（例えば、Bluetooth（登録商標））の内蔵通信コンポーネントを使用することができる。送信機１１０１は、１つまたは複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）１１０４、１つまたは複数のアンテナ素子１１０６、１つまたは複数の高周波集積回路（ＲＦＩＣ）１１０８、１つまたは複数のマイクロコントローラ（ＭＣ）１１１０、通信コンポーネント１１１２および電力源１１１４を含み得る。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に必要なすべてのコンポーネントを割り当てることができる。送信機１１０１のコンポーネントは、メタ材料、回路のマイクロプリンティング、ナノ材料および／または他の任意の材料を使用して製造することができる。受信機と送信機との間の通信コンポーネントによって伝達される情報のタイプは、これらに限定されないが、他のもののなかでも特に、バッテリ内の現在の電力レベル、受信機で受信されてい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、ユーザ識別、クライアントデバイス特権、セキュリティ関連発信、緊急発信ならびに認証交換を含む。
【０１５２】
５．ＰＭＩＣ
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の集積回路および／またはシステムブロックである。ＰＭＩＣ  １１３２は、バッテリ管理、電圧調節および充電機能を含み得る。ＰＭＩＣ  １１３２は、動的電圧スケーリングを可能にするためのＤＣ／ＤＣ変換器を含み得る。いくつかの実装形態では、ＰＭＩＣ  １１３２は、最大で９５％の電力変換効率を提供することができる。いくつかの実装形態では、ＰＭＩＣ  １１３２は、組合せで、動的周波数スケーリングと統合することができる。ＰＭＩＣ  １１３２は、携帯電話および／またはポータブルメディアプレーヤなどのバッテリ式デバイスにおいて実装することができる。いくつかの実装形態では、バッテリは、入力コンデンサおよび出力コンデンサと置き換えることができる。ＰＭＩＣ  １１３２は、バッテリおよび／またはコンデンサに直接接続することができる。バッテリが直接充電される際には、コンデンサは実装しなくともよい。いくつかの実装形態では、ＰＭＩＣ  １１３２は、バッテリの周りでコイル状にすることができる。ＰＭＩＣ  １１３２は、電力管理チップ（ＰＭＣ）を含み得、電力管理チップ（ＰＭＣ）は、バッテリ充電器の役割を果たし、バッテリに接続される。ＰＭＩＣ  １１３２は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）およびパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することができる。ＰＭＩＣ  １１３２は、スイッチング増幅器（クラスＤ電子増幅器）を使用することができる。いくつかの実装形態では、ＰＭＩＣ  １１３２に出力変換器、整流器および／またはＢＬＥを含めることもできる。
【０１５３】
６．ハウジング
ハウジングは、例えば、プラスチックまたは硬質ゴムなど、信号または波伝送および／または受信を可能にする適切ないかなる材料からでも作ることができる。ハウジングは、例えば、ケースの形態の、異なる電子機器に追加できる外部ハードウェアであっても、電子機器内に埋め込んでもよい。
【０１５４】
７．ネットワーク
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いかなる共通の通信アーキテクチャも含み得る。当業者であれば、ネットワーク１１４０は、インターネット、専用イントラネットまたはその２つの何らかのハイブリッドであり得ることが理解されよう。また、当業者であれば、ネットワークコンポーネントを専用処理機器においてまたは代替としてクラウド処理ネットワークにおいて実装できることも明らかであるはずである。
【０１５５】
Ｂ．受信機、受信機コンポーネントおよび受信機に関連するシステムの構成
１．１つのアンテナ素子に並列接続された複数の整流器
図１８Ａは、複数の整流器１８２６Ａを１つのアンテナ素子１８２４Ａに並列接続することができる配列１８００Ａを示す。この例では、４つの整流器１８２６Ａを１つのアンテナ素子１８２４Ａに並列接続することができる。しかし、さらにいくつかの整流器１８２６Ａを使用することができる。各整流器１８２６Ａは総電力の１／４の処理のみを必要とするため、配列１８００Ａは有利であり得る。電子デバイスに１ワットが伝達される予定であれば、各整流器１８２６Ｆは、１ワットの１／４の処理のみを必要とする。同じ量の電力を処理する一方で、複数の低電力整流器１８２６Ａの使用は１つの高電力整流器１８２６Ａの利用より低価であり得るため、配列１８００Ａは、コストを大幅に低下させることができる。いくつかの実施形態では、整流器１８２６Ａによって処理される総電力は、組み合わせてＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ａに入力することができる。他の実施形態では、１つの整流器１８２６ＡごとにＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ａが１つずつ存在し得る。
【０１５６】
２．１つの整流器に並列接続された複数のアンテナ素子
図１８Ｂは、複数のアンテナ素子１８２４Ｂを１つの整流器１８２６Ｂに並列接続することができ、その後、ＤＣ／ＤＣ変換器１８２８Ｂを通じてＤＣ電圧を調節することができる配列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の処理のみを必要とするため、配列１８００Ｂは有利であり得る。加えて、配列１８００Ｂは、信号が互いに打ち消し合わないことができるため、単一の整流器１８２６Ｂでの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。前述の特性のため、配列１８００Ｂは、明確に定義されていないか、または他に時間と共に変化する配向を有する電子デバイスに適し得る。最後に、配列１８００Ｂは、等しい偏波および大きく違わない位相向けに構成されたアンテナ素子１８２４Ｂを使用する際に有益であり得る。しかし、いくつかの実施形態では、１つのアンテナ素子１８２４Ｂごとに整流器１８２６Ｂが１つずつまたは１つのアンテナ素子１８２４Ｂごとに複数の整流器１８２６Ｂが存在し得る（図１８Ａで説明されるように）。
【０１５７】
３．複数の整流器に並列接続された複数のアンテナ素子
図１９Ａは、複数のアンテナ素子１９２４Ａ出力を組み合わせて並列整流器１９２６Ａに接続し、並列整流器１９２６Ａの出力を１つのＤＣ変換器１９２８Ａにおいてさらに組み合わせることができる配列１９００Ａを示す。配列１９００Ａは、例示として、１６個のアンテナ素子１９２４Ａを示し、その出力を４つの並列整流器１９２６Ａにおいて組み合わせることができる。他の実施形態では、アンテナ素子１９２４Ａは、以下の図１９Ｂに示されるように、いくつかのグループ（例えば、４つのグループ）に細分し、独立した整流器に接続することができる。
【０１５８】
４．グループの並べ替え
図１９Ｂは、アンテナ素子１６２４Ｂのグループを異なる整流器１９２６Ｂに接続し、次に、異なる整流器１９２６Ｂも異なるＤＣ変換器１９２８Ｂに接続することができる配列１９００Ｂを示す。配列１９００Ｂでは、アンテナ素子１９２４Ｂの４つのグループ（各々が並列の４つのアンテナ素子１９２４Ｂを含む）の各々を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（合計で４つ）に直接接続することができる。他の実施形態では、総電力を並列処理するため、４つの整流器１９２６Ｂのすべての出力は、各ＤＣ変換器１９２８Ｂの前に組み合わせることができる。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。この配列１９００Ｂは、整流器１９２６Ｂとアンテナ素子１９２４Ｂとの間の優れた近接性を可能にするという点で有益であり得る。この特性は、損失を最小限にとどめることができるために望ましいものであり得る。
【０１５９】
受信機は、例えば、電話、ラップトップコンピュータ、テレビリモート、子供の玩具または他の任意のそのようなデバイスなど、その意図される機能を実行するための電力に依存し得る電子デバイスまたは機器上に実装するか、それに接続するか、またはそれに埋め込むことができる。ポケット形成を利用する受信機は、「オン」もしくは「オフ」の間に、または使用されているかもしくは使用されていない間に、デバイスのバッテリを完全に充電するために使用することができる。加えて、バッテリ寿命を大幅に強化することができる。例えば、１ワットを伝達することができる受信機を利用して２ワットで動作しているデバイスは、そのバッテリ持続時間を最大で約５０％増加することができる。最後に、現在バッテリで作動しているいくつかのデバイスは、受信機を使用して完全に給電することができ、その後、バッテリはもはや必要とされない場合がある。この最後の特性は、壁時計など、バッテリの交換を達成するのが面倒または困難なデバイスに有益であり得る。以下の実施形態は、電子デバイス上で受信機の統合を行える方法のいくつかの例を提供する。
【０１６０】
５．埋め込み受信機
図２０Ａは、典型的な電話、コンピュータまたは他の電子デバイスを表し得るデバイス２０００Ａが埋め込み受信機２０２０Ａを含み得る実装スキームを示す。また、デバイス２０００Ａは、電力源、通信コンポーネント２０３０Ａおよびプロセッサも含み得る。受信機２０２０Ａは、デバイス２０００Ａから電力源に電力を提供するためのポケット形成を利用し得る。加えて、受信機２０２０Ａは、バッテリレベル、ユーザが事前に定義した充電プロファイルまたはその他など、プロセッサによって提供される要件に基づいて、所定の送信機と通信するためのデバイス２０００Ａ（例えば、Bluetooth（登録商標））の内蔵通信コンポーネント２０３０Ａを使用することができる。
【０１６１】
６．埋め込み受信機を有するバッテリ
図２０Ｂは、デバイス２０００Ｂが埋め込み受信機２０２０Ｂを有するバッテリを含み得る別の実装スキームを示す。バッテリは、ポケット形成を通じて無線で電力を受信し、その埋め込み受信機２０２０Ｂを通じて充電することができる。バッテリは、電力源に対する電源として機能することも、バックアップ電源として機能することもできる。この構成は、充電のためにバッテリを取り外す必要がないという点で有利であり得る。これは、バッテリ（通常、ＡＡまたはＡＡＡ）を継続的に取り換える必要があるゲームコントローラまたはゲームデバイスにおいて特に役立てることができる。
【０１６２】
７．外部の通信コンポーネント
図２０Ｃは、デバイスに取り付けることができる外部ハードウェアに受信機２０２０Ｃおよび通信コンポーネント２０３０Ｃを含めることができる代替の実装スキーム２０００Ｃを示す。ハードウェアは、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）などの適切なインタフェースを通じて接続することができる電話、コンピュータ、リモートコントローラおよびその他の上に置くことができるケースなどの適切な形態を取ることができる。他の実施形態では、ハードウェアは、軟質フィルム上に印刷することができ、次いで、電子機器に貼り付けるか、または他に取り付けることができる。この選択肢は、低コストで生産することができ、様々なデバイスに容易に組み込むことができるため、有利であり得る。以前の実施形態のように、通信コンポーネント２０３０Ｃは、一般的に送信機または電子機器への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。
【０１６３】
８．ＵＳＢに接続する受信機のケーシングまたはハウジング
図２１Ａは、可撓ケーブルまたはＵＳＢを通じてスマートフォンおよび／または他の任意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の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、そのような他の選択肢のなかでも特に、コンピュータケース、電話ケースおよび／またはカメラケースであり得る。
【０１６４】
９．プリントフィルム上のＰＣＢ
図２１Ｂは、複数のプリント受信機２１０２Ｂを含み得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（ＰＣＢ）の形態の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、または他に取り付けることができ、ＵＳＢなどの適切なインタ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ために、プリントフィルムからセクションを切り取ることができるという点で有利であり得る。無線電力伝送の効率および伝達できる電力の量（ポケット形成を使用して）は、所定の受信機および送信機システムで使用されるアンテナ素子の総数の関数であり得る。例えば、約１ワットを約１５フィート伝達する場合、受信機は約８０個のアンテナ素子を含む一方で、送信機は約２５６個のアンテナ素子を含み得る。別の同一の無線電力伝送システム（約１ワットを約１５フィート）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み得る。受信機のアンテナ素子の数を半分に低減するには、送信機のアンテナ素子の数を倍にする必要があり得る。いくつかの事例では、受信機より送信機のアンテナ素子の数を多くすることはコスト効率の良いものであり得る。しかし、送信機に少なくとも２つのアンテナ素子がある限り、その逆（送信機より受信機に多くのアンテナ素子を置く）を達成することができる。
【０１６５】
ＩＶ．アンテナハードウェアおよび機能
Ａ．間隔構成
図２２は、内部ハードウェアを示し、受信機２２２０は、電子デバイス２２５２（例えば、スマートフォン）において無線電力伝送を受信するために使用することができる。いくつかの実装形態では、電子デバイス２２５２は、受信機２２２０を含み得、受信機２２２０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埋め込むことができる。他の実施形態では、受信機２２２０は、ケース２２５４の裏面を覆うように実装することができる。ケース２２５４は、そのような他の選択肢のなかでも特に、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カバーおよび／またはタブレットカバーのうちの１つまたは複数であり得る。ケース２２５４は、プラスチック、ゴムおよび／または他の任意の適切な材料から作ることができる。
【０１６６】
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配されたアンテナ素子２２２４のアレイを含み得る。ケース２２５４は、最適な受信のためにケース２２５４のエッジの周りにおよび／または裏面に沿って位置するアンテナ素子２２２４のアレイを含み得る。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／またはメタ材料があり得る。間隔および／またはメタ材料は、ＲＦ信号に対する追加の利得を提供することができる。いくつかの実装形態では、ケース２２５４に実装するための多層ＰＣＢを作成する際に、メタ材料を使用することができる。
【０１６７】
Ｂ．メタ材料
内部ハードウェアは、プリントフィルム２２５６の形態であり得、および／またはフレキシブルＰＣＢは、複数のプリントアンテナ素子２２２４（直列、並列または組み合わせて互いに接続される）、整流器および電力変換器素子などの異なるコンポーネントを含み得る。プリントフィルム２２５６は、電子デバイス２２５２および／またはタブレットなどの適切ないかなる電子デバイスにも貼り付けるか、または他に取り付けることができる。プリントフィルム２２５６は、可撓ケーブル２２５８などの任意の適切なインタ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、いくつかの利益を呈することができる。それらの利益のうちの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ために、プリントフィルムからセクションを切り取ることができることであり得る。一実施形態によれば、受信機２２２０のアンテナ素子２２２４間の間隔は、約２ｎｍ〜約１２ｎｍの範囲であり得る（最も適切なものは約７ｎｍである）。
【０１６８】
加えて、いくつかの実装形態では、スマートフォンなどの電子デバイス２２５２の受信機２２２０で使用できるアンテナ素子２２２４の最適な量は、約２０個〜約３０個の範囲であり得る。しかし、受信機２２２０内のアンテナ素子２２２４の量は、電子デバイス２２５２設計およびサイズに応じて異なり得る。アンテナ素子２２２４は、他のもののなかでも特に、銅、金および銀などの異なる導電性材料から作ることができる。さらに、アンテナ素子２２２４は、他のもののなかでも特に、フレキシブルＰＣＢなどの任意の適切な非導電性フレキシブル基板上に印刷、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配向は、無線充電のより良い受信、効率および性能を呈することができる。
【０１６９】
Ｃ．無線電力送信機を備えるＴＶシステム
無線電力伝送機能を有するＴＶシステムが提供される。より具体的には、ＴＶシステムは、今日では、多くの家庭の娯楽の中心となった。家族、友人および一般の人々は、ニュースやＴＶ番組を観るため、ゲームをするため、音楽を聴くため、または単に娯楽を見つけるために、ＴＶシステムの周りに集まる。場合により、電力源を必要とし得るラップトップコンピュータ、ゲームシステム、携帯電話または任意のデバイスなどの他のデバイスの使用がＴＶシステムの近くにあり得る。いくつかのテレビシステム状況では電源ソケットの使用が制限されるか、または実用的ではない場合があるため、追加のケーブルが必要とされ、これは面倒または厄介なものとなり得る。従って、電力源に対して、ＴＶシステムの近くにおけるこれらの問題に対処する必要性が存在する。それに従って、ＴＶシステムが提供される。ＴＶシステムは、ＴＶシステムの範囲内の他のデバイスに無線電力を伝送する。ＴＶシステムは、本明細書で説明されるように、ポケット形成を通じて無線電力を伝送する送信機コンポーネントを含む。送信機コンポーネントは、個々のコンポーネントとしてＴＶシステム内またはＴＶシステム上に組み込まれる。代替としてまたは加えて、送信機コンポーネントは、ＴＶシステムの既存のコンポーネント上に組み込まれる。受信機デバイスは、本明細書で説明されるように、電気入力を必要とし得るいかなる電気デバイスにも適応させることができる。
【０１７０】
図２３は、無線電力を出力するテレビジョン（ＴＶ）システムの例示的な実施形態を示す。この図のいくつかの要素については上記で説明している。従って、同じ参照文字は、上記で説明される同一および／または同様のコンポーネントを識別し、それらの繰り返される詳細な説明は、以下では複雑化を避けるために省略または簡素化される。
【０１７１】
ポケット形成を介する無線電力伝送３０００について説明する。伝送３０００は、多次元空間に集中する複数の制御された無線電力波３００４を伝送するＴＶシステム３００２を必要とする。ＴＶシステム３００２は、送信機１１０１などの本明細書で説明される送信機を使用して、前方、側方、後方、上方または下方などのあらゆる方向になど、波３００４を出力する。送信機は、ＴＶシステム３００２に結合されていようがいまいが、ＴＶシステム３００２または別の電力源（バッテリなど）を介して給電することができる。代替としてまたは加えて、送信機は、ＴＶシステム３００２に給電することができるか、または送信機およびＴＶシステム３００２は、バッテリと主電源などの２つの異なる電力源からなど、互いに独立して給電される。波３００４は、ポケット形成などの建設的および相殺的干渉パターンを形成するために、位相および／または相対振幅調整を通じて制御される。エネルギーのポケット３００６は、波３００４の建設的干渉パターンで形成され、三次元の形状である一方で、ゼロ空間は、波３００４の相殺的干渉パターンで生成される。受信機１１２０などの本明細書で説明される受信機は、電子デバイスの充電または給電のためにポケット形成によって生成されたエネルギーのポケット３００６を利用し、電子デバイスは、例えば、特定の方向に約２０フィート、約２０フィートのピーク高さ距離を含む円弧、または半径２０フィートなどの少なくともＴＶシステム３００２からの範囲内または定義範囲内のラップトップコンピュータ３００８、携帯電話３０１０、タブレットコンピュータ３０１２または任意の電気デバイスなどがあり、従って、無線電力伝送３０００が効果的に提供される。いくつかの実施形態では、適応ポケット形成を使用して、電子デバイス上の電力を調節することができる。いくつかの実施形態では、ＴＶシステム３００２は、本明細書で説明されるものまたは別のタイプのものにかかわらず、スピーカまたはサウンドバーを含む。いくつかの実施形態では、ＴＶシステム３００２は、リモート制御ユニットを含み、リモート制御ユニットは、本明細書で説明されるように、ＴＶシステム３００２から無線電力を受信するように構成された本明細書で説明されるような受信機を含み得る。
【０１７２】
図２４は、ＴＶシステムの内部構造の例示的な実施形態を示す。この図のいくつかの要素については上記で説明している。従って、同じ参照文字は、上記で説明される同一および／または同様のコンポーネントを識別し、それらの繰り返される詳細な説明は、以下では複雑化を避けるために省略または簡略化される。
【０１７３】
内部構造表示３０１４は、本明細書で説明されるように、送信機を備えるＴＶシステム３００２について描写する。ＴＶシステム３００２は、複数のコンポーネントを含む。ＴＶシステム３００２は、前面透明画面層３０１６、偏光フィルム層３０１８、およびＬＥＤ／ＬＣＤバックライト層３０２０を含む。加えて、ＴＶシステム３００２は、本明細書で説明されるような送信機１１０１を含む。別の実施形態では、送信機１１０１は、別個の層としての代わりに、少なくとも１つの層３０１６、３０１８、３０２０内に組み込むことができる。
【０１７４】
他の実施形態では、送信機１１０１の回路のほとんどは、ＴＶシステム３００２内部に配置され、アンテナ素子１１０６は、ＴＶシステム３００２のエッジの周りに配置される。他の実施形態では、アンテナ素子１１０６は、ＴＶシステム３００２の後部の外表面上に配置される。さらなる実施形態では、アンテナ素子１１０６は、ＴＶシステム３００２表示エリア上に内蔵することができる印刷されたマイクロアンテナであり得る。そのようなプリントアンテナは、当技術分野において周知のフォトリソグラフィまたはスクリーン印刷技法を用いて生成することができる。そのようなアンテナは、人間の目には見えないようにするスズのスケールで印刷することができるため、有益であり得る。ＴＶシステムは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ、ブラウン管またはその他など、いかなるタイプのものでもあり得ることに留意されたい。
【０１７５】
図２５は、タイルアーキテクチャの例示的な実施形態を示す。この図のいくつかの要素については上記で説明している。従って、同じ参照文字は、上記で説明される同一および／または同様のコンポーネントを識別し、それらの繰り返される詳細な説明は、以下では複雑化を避けるために省略または簡素化される。
【０１７６】
タイル２５００は、本明細書で説明されるように、アンテナ２５０２と、アンテナ２５０２に結合されたＲＦＩＣ  ２５０４とを含む。タイル２５００は、本明細書で説明される送信機３０２、送信機１１０１、送信機４０２、送信機構成１７００または他の任意の送信機構成などの何らかの構造であり得る。タイル２５００の動作は本明細書で説明されている。タイル２５００は長方形の形状をしているが、他の実施形態では、タイル２５００は、開放形状または閉鎖形状にかかわらず、異なる形状であり得る。例えば、タイル２５００は、星形、三角形、多角形またはその他の形状であり得る。
【０１７７】
前述の方法の説明およびプロセスフロー図は、単なる説明に役立つ例として提供され、様々な実施形態のステップを提示される順番で実行しなければならないことを必要とするか、またはそれを含意することを意図しない。当業者によって理解されるように、前述の実施形態のステップは、いかなる順番でも実行することができる。「次いで」、「次に」および同様のものなどの用語は、ステップの順番を限定することを意図しない。これらの用語は、単に、方法の説明を通じて読者を導くために使用される。プロセスフロー図は、順次的なプロセスとして動作を説明し得るが、動作の多くは、並行してまたは同時に実行することができる。加えて、動作の順番は、再構成することができる。プロセスは、方法、機能、手順、サブルーチン、サブプログラムなどに相当し得る。プロセスが機能に相当する場合、その終了は、呼び出し機能または主な機能に戻ることに相当し得る。
【０１７８】
本明細書で開示される実施形態と関係して説明される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路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することができる。ハードウェアとソフトウェアとのこの交換可能性を明確に示すため、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路およびステップは、上記では、一般に、それらの機能の観点から説明してきた。そのような機能がハードウェアで実装されるか、またはソフトウェアで実装されるかは、全システムに課される特定の応用および設計制約に依存する。当業者は、特定の応用の各々に対して様々な方法で説明される機能を実装することができるが、そのような実装形態の決定は本発明の範囲からの逸脱を招くものと解釈すべきではない。
【０１７９】
コンピュータソフトウェアにおいて実装される実施形態は、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語またはそれらの任意の組合せにおいて実装することができる。コードセグメントまたはマシン実行可能命令は、手順、機能、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し得る。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメータ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、データなどは、メモリ共有、メッセージパッシング、トークンパッシング、ネットワーク伝送などを含む適切ないかなる手段も介して、渡すこと、転送することまたは伝送することができる。
【０１８０】
これらのシステムおよび方法を実装するために使用される実際のソフトウェアコードまたは専門制御ハードウェアは、本発明を限定するものではない。従って、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に関係なく、ソフトウェアおよび制御ハードウェアが本明細書の説明に基づいてシステムおよび方法を実装するように設計できることが理解されているものとして説明されている。
【０１８１】
ソフトウェアにおいて実装される際、機能は、１つまたは複数の命令またはコードとして非一時的なコンピュータ可読またはプロセッサ可読記憶媒体上に格納することができる。本明細書で開示される方法またはアルゴリズムのステップは、コンピュータ可読またはプロセッサ可読記憶媒体上に存在し得るプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールにおいて具体化することができる。非一時的なコンピュータ可読またはプロセッサ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするコンピュータ記憶媒体と有形記憶媒体との両方を含む。非一時的なプロセッサ可読記憶媒体は、コンピュータによるアクセスが可能な利用可能ないかなる媒体でもあり得る。限定するものではなく、例示として、そのような非一時的なプロセッサ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、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格納するために使用でき、コンピュータもしくはプロセッサによるアクセスが可能な他の任意の有形記憶媒体を含み得る。ディスク（disk）およびディスク（disc）は、本明細書で使用される場合、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、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、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザで光学的に再生する。また、上記の組合せは、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込むことができる非一時的なプロセッサ可読媒体および／またはコンピュータ可読媒体上において、コードおよび／または命令のうちの１つ、任意の組合せまたはセットとして存在し得る。
【０１８２】
開示される実施形態の先行の説明は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変更形態は当業者に容易に明らかであり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。従って、本発明は、本明細書で示される実施形態に限定されることを意図しないが、以下の請求項ならびに本明細書で開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられることを意図する。
【０１８３】
様々な態様および実施形態を開示してきたが、他の態様および実施形態も企図される。開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定することを意図せず、真の範囲および趣旨は以下の請求項によって示される。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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