(57)【要約】  無線送信機の静的な同調のための方法およびデバイスが開示される。いくつかの態様では、アンテナ回路は回路基板上に位置し、無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成することができる。同調信号は、アンテナ回路に印加されてアンテナ回路を駆動する。アンテナ回路の共振周波数の信号が検出され、検出された信号に基づいて調整値が決定される。調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスが調整されて、検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持する。
2015528689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力を発生させるための装置であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するように構成されたコントローラであって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成された、コントローラと、
前記駆動されたアンテナ回路の前記共振周波数を示す信号を検出するように構成された検出器と、
前記アンテナ回路に結合された可変リアクタンス構成要素であって、前記コントローラが、前記検出された信号に基づいて調整値を決定するように構成され、前記コントローラが、前記調整値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するように構成された、可変リアクタンス構成要素と
を備える、装置。
【請求項２】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
無線デバイスを動作させるための方法であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するステップであって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成された、ステップと、
前記アンテナ回路の前記共振周波数の信号を検出するステップと、
前記検出された信号に基づいて調整値を決定するステップと、
前記調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号が前記アンテナ回路に印加されて前記アンテナ回路を駆動する、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項8から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
無線デバイスを動作させるための方法であって、
調整値を受信するステップと、
前記調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
前記メモリが回路基板に位置する、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
無線電力を発生させるための装置であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するための手段であって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成された、手段と、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を示す信号を検出するための手段と、
前記検出された信号に基づいて調整値を決定するための手段と、
前記調整値に基づいてリアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するための手段と
を備える、装置。
【請求項２０】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された周波数を中心とする、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項19または20に記載の装置。
【請求項２２】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項19から21のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項19から22のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項19から23のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項19から24のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
無線電力を発生させるための装置であって、
メモリから調整値を受信するコントローラと、
アンテナ回路に結合された可変リアクタンス構成要素であって、前記コントローラが、前記調整値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するように構成された、可変リアクタンス構成要素と
を備える、装置。
【請求項２７】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
前記メモリが初期較正設定値を記憶するように構成され、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項26または27に記載の装置。
【請求項２９】
メモリが回路基板上に位置し、較正設定値を記憶する、請求項26から28のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項26から29のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項26から30のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項26から31のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
無線電力を発生させるための装置であって、
メモリに調整値を要求するための手段と、
前記調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するための手段と
を備える、装置。
【請求項３４】
前記メモリが回路基板上に位置し、較正設定値を記憶する、請求項33に記載の装置。
【請求項３５】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項33または34に記載の装置。
【請求項３６】
前記メモリが初期較正設定値を記憶するように構成され、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項33から35のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線送信機の静的な同調のための方法およびシステムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリを介して電力供給されている。そのようなデバイスには、携帯電話、携帯型音楽プレーヤ、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、補聴器などが含まれる。バッテリ技術は向上してきたが、バッテリ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し消費するため、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提供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無線充電システムは、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無線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、およびデバイスの種々の実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのうちのどれをとっても、本明細書において記述される望ましい属性に対してそれだけで役割を担うものはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書において説明される。
【０００４】
本明細書において説明される主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以下の説明において記載される。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であろう。以下の図の相対的な寸法は、縮尺どおりに描かれていない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実装形態による、例示的な無線電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の種々の実装形態による、図1の無線電力伝達システムで使用される場合がある、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の送信回路または受信回路の一部の概略図である。
【図４】本発明の実装形態による、図1の無線電力伝達システムで使用される場合がある、送信機の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実装形態による、図1の無線電力伝達システムで使用される場合がある、受信機の機能ブロック図である。
【図６】図4の送信回路で使用される場合がある、送信回路の一部の概略図である。
【図７】いくつかの実装形態による、回路基板に統合されたアンテナ回路、および較正回路を示す図である。
【図８】いくつかの実装形態による、回路基板に統合されたアンテナ回路、および較正回路を示す図である。
【図９】1つの可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整するための例示的な方法のフローチャートである。
【図１０】1つの可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整するための別の例示的な方法のフローチャートである。
【図１１】いくつかの実装形態によるデバイスの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意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、またはデバイスの構成要素のすべて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。
【０００７】
添付の図面に関する下記の発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実装形態を説明することを意図しており、本発明を実践することができる唯一の実装形態を表すことは意図していない。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役割を果たす」ことを意味しており、必ずしも、他の例示的な実装形態よりも好ましいか、または有利なものと解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実装形態の完全な理解をもたらす目的で、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はブロック図の形式で示されている。
【０００８】
電力を無線で伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連付けられる任意の形のエネルギーを、場合によっては送信機から受信機に伝達することを指す場合がある(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達される場合がある)。電力伝達を達成するために、無線フィールド(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。電力出力レベルおよび伝達効率は、受信デバイスの(充電式バッテリなどの)負荷を充電するのに十分である。
【０００９】
図1は、本発明の例示的な実装形態による、例示的な無線電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を提供するフィールド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を提供することができる。受信機108はフィールド105に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって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の両方は互いに距離112だけ離間される。1つの例示的な実装形態では、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の共振周波数が実質的に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。そのため、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のコイルを必要とする場合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って無線電力伝達を提供することができる。したがって、共振誘導性結合技法によれば、効率を改善できるようになり、種々の距離にわたって、かつ種々の誘導コイル構成を用いて電力を伝達できるようになる場合がある。
【００１０】
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギーフィールド105内に位置するときに、電力を受信することができる。フィールド105は、送信機104によって出力されたエネルギーを受信機108によって取り込むことができる領域に対応する。場合によっては、フィールド105は、以下にさらに説明されるように、送信機104の「近接フィールド」に対応する場合がある。送信機104は、エネルギー伝送を出力するための送信アンテナ114を含む場合がある。さらに、受信機108は、エネルギー伝送からエネルギーを受信するか、または取り込むための受信アンテナ118も含む。近接フィールドは、送信アンテナ114から電力を最小限に放出する、送信アンテナ114内の電流および電荷から生じる強い反応フィールド(reactive field)が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近接フィールドは、送信アンテナ114の約1波長(または1波長の数分の一)内にある領域に相当する場合がある。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連付けられるアプリケーションおよびデバイスに応じてサイズを決定される。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フィールドに伝搬するのではなく、送信コイル114のフィールド105のエネルギーの大部分を受信アンテナ118に結合することによって行うことができる。フィールド105内に位置決めされるとき、送信アンテナ114と受信アンテナ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の周りのエリアは、本明細書において結合モード領域と呼ばれる。
【００１１】
図2は、本発明の種々の例示的な実装形態による、図1の無線電力伝達システム100において用いられる場合がある例示的な構成要素の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタおよび整合回路226とを含む場合がある送信回路206を含むことができる。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整することができる、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数において信号を生成するように構成することができる。発振器信号は、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たドライバ回路224に与えることができる。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、クラスＥ増幅器とすることができる。また、フィルタおよび整合回路226は、高調波(harmonics)または他の不要な周波数をフィルタリングして除去し、送信機204のインピーダンスを送信アンテナ214に整合させるために含まれる場合がある。
【００１２】
受信機208は、整合回路232と、図2に示されるバッテリ236を充電するため、または受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するためにAC電力入力からDC電力出力を生成する整流器およびスイッチング回路234とを含む場合がある受信回路210を含むことができる。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に整合させるために含まれる場合がある。受信機208および送信機204は、追加的に別の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth（登録商標）、Zigbee（登録商標）、セルラーなど)上で通信することができる。代替的には、受信機208および送信機204は、無線フィールド206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。
【００１３】
以下でより詳細に記載されるように、関連する負荷(たとえば、バッテリ236)を最初に有する場合がある受信機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236を充電するのに適切であるかどうかを判定するように構成することができる。負荷(たとえば、バッテリ236)は、受信機208に選択的に結合されるように構成することができる。受信機208は、電力の量が適切であると判定すると、負荷(たとえば、バッテリ236)を有効にするように構成することができる。いくつかの実装形態では、受信機208は、バッテリ236を充電せずに、無線電力伝達フィールドから受信された電力を直接利用するように構成することができる。たとえば、近接フィールド通信(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、無線電力伝達フィールドと相互作用することによって無線電力伝達フィールドから電力を受信し、かつ/または、受信電力を利用して送信機204もしくは他のデバイスと通信するように構成することができる。
【００１４】
図3は、本発明の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352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部の概略図である。図3に示されたように、例示的な実装形態において使用される送信回路または受信回路350は、コイル352を含むことができる。コイル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。コイル352は、本明細書で「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。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーを無線で出力するか、または受け取ることができる構成要素を指すものとする。コイルは、電力を無線で出力または受信するように構成されたタイプの「アンテナ」と呼ばれる場合もある。コイル352は、空芯(air core)、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ように構成することができる。空芯ループコイルは、コアの近くに配置された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、空芯ループコイル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(図2)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。
【００１５】
上記のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合した共振またはほぼ整合した共振中に行われる場合がある。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合しないときであっても、効率が悪影響を及ぼされる場合があるものの、エネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナのフィールド105からのエネルギーを受信アンテナに結合することによって行われ、受信アンテナは、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬させることなく、このフィールド105が確立された領域内に常駐する。
【００１６】
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コイル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、所望の共振周波数の共振構造を作り出すために、コイル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、共振周波数において信号356を選択する共振回路を作り出すために、送信回路または受信回路350にキャパシタ352およびキャパシタ354を加えることができる。したがって、より大きい直径のコイルの場合、共振を持続させるのに必要とされるキャパシタンスの大きさは、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減少する場合がある。さらに、コイルの直径が大きくなるにつれて、近接フィールド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、アンテナ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、コイル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、コイル352への入力とすることができる。
【００１７】
一実装形態では、送信機104は、送信アンテナ114の共振周波数に対応する周波数を有する、時変磁場(time varying magnetic field)を出力するように構成することができる。受信機がフィールド105内にあるとき、時変磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導することができる。上記のように、受信アンテナ118が送信アンテナ118の周波数において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。受信アンテナ118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ることができるDC信号を生成することができる。
【００１８】
図4は、本発明の例示的な実装形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて用いられる場合がある送信機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に示すコイル352とすることができる。送信回路406は、発振信号を与えることにより、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において動作することができる。例として、送信機404は、13.56MHzのISM帯域において動作することができる。
【００１９】
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。他の例示的な実装形態は、限定はしないが、他の周波数を通過させながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む異なるフィルタトポロジを含むことができ、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たDC電流などの測定可能な送信指標に基づいて変化することができる適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路406は、発振器423によって決定されるような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、個別のデバイスまたは回路から構成することができるか、または代替的には、一体型アセンブリから構成することができる。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。
【００２０】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、取り付けられた受信機を通して隣接するデバイスとやりとりするための通信プロトコルを実施するための出力電力レベルを調整するために、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器423を選択的に使用可能にするためのコントローラ415をさらに含むことができる。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って、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を低減できるようになる場合がある。
【００２１】
送信回路406は、送信アンテナ414によって生成された近接フィールドの近傍において作動中の受信機の存否を検出するための負荷検知回路416をさらに含むことができる。例として、負荷検知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明されるように、その電流は、送信アンテナ414によって生成されたフィールドの近傍における作動中の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にかかる負荷の変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を使用可能にすべきか否か、および作動中の受信機と通信すべきか否かを判断する際に用いるために、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されるように、ドライバ回路424において測定される電流は、送信機404の無線電力伝達領域内に無効なデバイスが位置決めされた否かを判断するために用いることができる。
【００２２】
送信アンテナ414は、リッツ線(Litz wire)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さ、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することができる。一実装形態では、送信アンテナ414は一般に、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、より大きい構造と関連付けて構成することができる。したがって、送信アンテナ414は一般に、実用的な寸法を有するために「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り、より低い使用可能な周波数において共振するように同調することができる。
【００２３】
送信機404は、送信機404に関連付けられる場合がある受信機デバイスの所在および状態についての情報を収集および追跡することができる。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、閉鎖検出器460、またはこれらの組合せを含むことができる。コントローラ415は、存在検出器480および閉鎖検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424によって送達される電力量を調整することができる。送信機404は、たとえば、建物内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、または従来の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通して、または直接従来のDC電源(図示せず)から電力を受け取ることができる。
【００２４】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバレッジエリア内に挿入される、充電されるデバイスの初期存在を検知するために利用される運動検出器とすることができる。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。
【００２５】
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できる検出器とすることができる。いくつかの例示的な実装形態では、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する場合がある。時として、これらの規制は、人間を電磁放射から保護することを意図している。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、人間によって占有されないか、または人間によって占有され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。言い換えると、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の電磁場から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。
【００２６】
非限定的な例として、閉鎖検出器460(本明細書では、閉鎖コンパートメント検出器または閉鎖空間検出器と呼ばれる場合もある)は、筐体が閉じた状態にあるか、開いた状態にあるかを判断するための検知スイッチなどのデバイスとすることができる。送信機が閉じた状態の筐体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させることができる。
【００２７】
例示的な実装形態では、送信機404が無制限にオンのままでない方法を用いることができる。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間後に停止するようにプログラミングすることができる。この特徴は、送信機404、特にドライバ回路424が、送信機404の周囲の無線デバイスが十分に充電された後に動作し続けることを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナから送信された、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。別のデバイスが送信機404の周囲に置かれた場合に送信機404が自動的に停止するのを防ぐために、送信機404の自動停止機能は、送信機404の周囲で運動が検出されなくなってからある設定時間後にのみ起動することができる。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できる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下で、特定のタイプの無線デバイスを十分に充電するのに必要とされる時間間隔よりも長くすることができる。
【００２８】
図5は、本発明の例示的な実装形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて用いられる場合がある受信機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、それに受信電力を提供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に組み込まれる場合があることに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518に無線で伝搬され、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、充電デバイスは、携帯電話、携帯型音楽プレーヤ、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(および他の医療用デバイス)などのデバイスを含む場合がある。
【００２９】
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下げ、受信アンテナのインピーダンスを上げるために多巻(multi-turn)アンテナとして実装することができる。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することができる。
【００３０】
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、受信されたRFエネルギー源をデバイス550によって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、DC-DC変換器522を含むこともできる。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(または他の電力レギュレータ)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、レギュレータ、ブリッジ、ダブラー、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、種々のRF-DC変換器が企図される。
【００３１】
受信回路510は、受信アンテナ518を出力変換回路506に接続するか、または代替的には出力変換回路506から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から受信コイル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。
【００３２】
上記で開示されたように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に与えられるバイアス電流の変動を検出することができる負荷検知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接フィールド内に存在する時点を判断するための機構を有する。
【００３３】
複数の受信機508が送信機の近接フィールド内に存在するとき、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ローディングおよびアンローディングを時分割多重化することが望ましい場合がある。また、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ローディングを弱めるためにクローキングすることができる。受信機のこの「アンローディング」は、本明細書において「クローキング」としても知られる。さらに、受信機508によって制御され、送信機404によって検出される、アンローディングとローディングとの間のこの切替は、以下でさらに十分に説明されるように、受信機508から送信機404への通信機構を提供することができる。さらに、その切替に、受信機508から送信機404にメッセージを送信できるようにするプロトコルを関連付けることができる。例として、切替速度は、100μ秒程度とすることができる。
【００３４】
例示的な実装形態では、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、結合フィールドを用いる帯域内シグナリング)ではなく、デバイス検知/充電制御機構を指している。言い換えると、送信機404は、エネルギーが近接フィールドで利用可能であるか否かを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを用いることができる。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することができる。受信機側から、受信機508は、フィールド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を介して達成することができる。送信機404は、フィールドから使用されるこの電力差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈することができる。送信電力および負荷挙動の他の形態の変調も利用できることに留意されたい。
【００３５】
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することができる、受信エネルギーの変動を識別するために用いられるシグナリング検出器/ビーコン回路514をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路514を用いて、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出することもでき、無線充電用の受信回路510を構成するために、その低減されたRF信号エネルギーを整流して、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を使い果たした回路のいずれかを呼び起こすための公称電力を生成することもできる。
【００３６】
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、本明細書において説明される受信機508のプロセスを協調させるためのプロセッサ516をさらに含む。また、充電電力をデバイス550に与える外部の有線充電源(たとえば、壁/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生すると、受信機508のクローキングを行うこともできる。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機404から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路514を監視することもできる。プロセッサ516は、性能を改善するためにDC-DC変換器522を調整することもできる。
【００３７】
図6は、図4の送信回路406において用いられる場合がある送信回路600の一部分の回路図である。送信回路600は、図4において先に説明されたような、ドライバ回路624を含むことができる。上記のように、ドライバ回路624は、矩形波を受信し、送信回路650に提供される正弦波を出力するように構成することができるスイッチング増幅器とすることができる。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場合もある。ドライバ回路624はクラスＥ増幅器として示されるが、本発明の実装形態によれば、任意の適切なドライバ回路624を用いることができる。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によって駆動することができる。また、ドライバ回路624は、送信回路650を通して送達される場合がある最大電力を制御するように構成される駆動電圧VDを与えられる場合もある。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を含むことができる。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とすることができる。
【００３８】
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を備える送信回路650に与えることができる。送信回路650は、ドライバ回路624によって与えられたフィルタ処理済み信号の周波数において共振することができるキャパシタンス620およびインダクタンス(たとえば、コイルのインダクタンスもしくはキャパシタンスによるか、または追加のキャパシタ構成要素による場合がある)を有する直列共振回路を含むことができる。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無線電力受信機508の関数とすることができる。
【００３９】
アンテナ回路は、対応する電子デバイスの構成要素を含む回路基板とは別に設けられる。たとえば、コイルを含む無線アンテナは、バッテリパックを含む電子デバイスの一部分に後付け(retrofit)される場合がある。後付けアンテナは、バッテリの充電、および/または近距離フィールド通信(NFC)信号の受信を可能にするために、フェライトバッキング上に配置され、他の回路構成要素に結合される場合がある。後付けアンテナは、対応する電子デバイスの既知の構造および後付けアンテナの配置に基づいて、事前較正および事前同調することができる。結果として、各後付けアンテナは、各特定の電子デバイスに応じて、事前較正および事前同調することができる。
【００４０】
いくつかの実装形態では、アンテナ回路は、様々な構造構成を含む複数の様々な電子デバイスに統合された回路基板上に実装することができる。これらの実装形態では、様々な電子デバイス間の構造における変動により、様々な電子デバイスに統合されたときに、同じアンテナ回路についての共振周波数の変動がもたらされる場合がある。たとえば、第1の電子デバイスのバッテリパックに対するアンテナ回路を含む回路基板の位置は、(たとえば、製造業者、デバイスタイプなどにおける変動に起因して)異なる構造仕様を有する第2の電子デバイスのバッテリパックに対する回路基板の位置とは異なる場合がある。共振周波数における変動により、様々な電子デバイスに統合されたアンテナ回路についての性能において差異が生じる場合がある。
【００４１】
図7は、いくつかの実装形態による、回路基板に統合されたアンテナ回路、および較正回路を示す。図7に示されたように、フェライトシート702は、回路基板700の層に配置することができる。コイル701は、回路基板700およびフェライトシート702上の平面内で巻き付けられる。いくつかの実装形態では、コイル701は、空芯アンテナとして設けられる場合があり、フェライトシート702は除去される場合がある。
【００４２】
図示されていないが、回路基板700は、電子デバイスと統合するための他の構成要素を含む。たとえば、回路基板700は、電子デバイスと統合されるように構成された様々な回路(たとえば、処理回路)に対応する複数の層を含む場合がある。
【００４３】
図7に示されたように、コイル701は、キャパシタ704A、704B、および705に結合され、それらは、コイル701と一緒に、対応するLC値および関連する共振周波数を有する共振アンテナを形成する。較正回路706は、TX駆動端子710Aおよび710B、ならびにRX受信端子708Aおよび708Bに結合される。較正回路は、以下の図8を参照してより詳細に記載される。
【００４４】
アンテナ回路(たとえば、コイル701、ならびにキャパシタ704A、704B、および705)は、回路基板700上で統合され、アンテナ回路の性能および応答性は、回路基板700を収容するデバイスの構造に基づいて変わる可能性がある。たとえば、上記で説明されたように、デバイスの筐体の厚さ、およびバッテリパックなどの他の構成要素に対する回路基板700の位置により、アンテナ回路の共振周波数が変わる可能性がある。いくつかの実装形態では、較正回路706は、図8を参照して以下でより詳細に記載されるように、共振周波数を所定の範囲内に維持するために、アンテナ回路を静的に同調するように構成される。
【００４５】
図8は、いくつかの実装形態による、回路基板800上に統合されたアンテナ回路、および較正回路806を示す。図7のアンテナ回路と同様に、図8に示されたアンテナ回路は、同等のインダクタとして示された、キャパシタ804A、804B、805、およびコイル801を含む。コイル801は、図8に示されたようなフェライトシート802上に設けられる場合があるか、または上述された空芯アンテナとして設けられる場合がある。
【００４６】
較正回路806は、メモリ862、コントローラ860、発振器873、およびドライバ874を含む。コントローラ860は、発振器873を制御して、駆動周波数で信号(たとえば、正弦波信号)を発生させるように構成される。発振器873からの信号は、端子810Aおよび810Bを介してアンテナ回路を駆動するための駆動信号を発生させるために、ドライバ874への入力として使用される。アンテナ回路を較正するために、コントローラ860は、様々な周波数でアンテナ回路を駆動するために発振器873によって発生する信号を調整するように構成される。たとえば、いくつかの実装形態では、発振器873は、増加または減少する周波数でドライバに信号を出力することによって、周波数掃引(frequency sweep)を発生させるように、コントローラ860によって制御することができる。
【００４７】
較正回路806はまた、検出器876、可変キャパシタ809、ならびに同調キャパシタ812Aおよび812Bを含む。可変キャパシタ809は、図8に示されたように、較正回路806の端子808Aおよび808Bでアンテナ回路の受信経路と並列に接続される。図8に示されたように、可変キャパシタ809は、アンテナ回路のコイル801とキャパシタ805の両方と並列に接続され、可変キャパシタ809のキャパシタンスにおける変動は、アンテナ回路のLC定数を変更することによって、アンテナ回路の共振周波数を調整するために使用することができる。さらに、可変キャパシタ809として示されているが、較正回路806は、アンテナ回路のLC定数を調整するために、代替として可変インダクタを含む場合がある。
【００４８】
検出器876は、図8に示されたように、同調キャパシタ812Aおよび812Bに結合される。検出器876は、受信信号経路に沿った電流または電圧のうちの1つまたは複数を検出するように構成することができる。対応するデバイスへの回路基板800の統合に続く初期デバイス構成中に、較正回路806は、RX経路およびTX経路を使用して、アンテナ回路を検査し、アンテナ回路を較正するように構成される。図8に示されたように、TX経路は、入力駆動端子810A、810Bを介してアンテナ回路に駆動信号を印加するように構成された駆動信号経路(たとえば、NFCのRFフロントエンド)に対応する場合がある。RX経路は、たとえば、エネルギーハーベスティング回路(図示せず)に結合されたアンテナ回路のタップ位置に対応する場合がある。いくつかの実装形態では、較正回路806は、(たとえば、図4を参照して上記で説明された無線電力送信機406などの)無線電力送信機の一部として設けられる場合がある。
【００４９】
較正回路806は、周波数掃引信号を印加し、周波数掃引信号に対するアンテナ回路の応答を測定することができる。検出器876は、RX経路の端子808Aおよび808Bで電圧および電流のうちの1つまたは複数を検出して、印加された周波数掃引信号に対するアンテナ回路の応答を決定することができる。コントローラ860は、検出された電圧または電流を受信し、検出された電圧または電流に基づいて調整値を決定することができる。たとえば、コントローラ860は、特定のアンテナ回路の共振動作に対応する所定の値と、検出された電圧または電流を比較するように構成することができる。次いで、較正回路806は、測定された応答と所定の値との比較に基づいて、較正設定値を決定し、その較正設定値をメモリ862に記憶することができる。いくつかの実装形態では、調整値は、(たとえば、製造業者の製品コードによる)特定のアンテナ回路および/または特定の電子デバイスに基づいて、メモリ862にあらかじめ記憶される場合がある。コントローラ860は、記憶された調整値に基づいて、可変キャパシタ809を調整するための調整値を取り出すように構成することができる。いくつかの実装形態では、コントローラ860は、より正確な調整値を導出するために、記憶された調整値に基づいて、アンテナ回路の検査を開始するように構成することができる。
【００５０】
記憶された較正設定値を使用して、コントローラ860は、調整値を適用して、可変キャパシタ809のキャパシタンスを制御することができる。たとえば、調整値は、可変キャパシタ809などの較正回路806の可変リアクタンス構成要素を同調するための増分調整に対応する場合がある。調整値を使用して、較正回路806は、アンテナ回路を同調して、実質的に共振周波数で設定されるように構成される。
【００５１】
いくつかの実装形態では、較正回路806は、アンテナ回路の共振周波数が所定の範囲内に留まるように、アンテナ回路にトリミング効果を与えるように構成される。可変キャパシタ809のキャパシタンスは、無線送信機による動的な同調用に設けられた可変リアクタンス構成要素よりも実質的に大きい値に設定することができる。コントローラ860は、検査信号の印加に続いてコントローラ860によって判定された、検出された共振周波数の範囲内にアンテナ回路の共振周波数があるように、可変キャパシタ809のキャパシタンスを設定することができる。たとえば、コントローラ860は、周波数掃引の印加中に検出された電流または電圧に基づいて、アンテナ回路の共振周波数が6.78MHzであると判断することができる。次いで、コントローラ860は、(たとえば、無線送信機の可変リアクタンス構成要素の動的な同調を介した)アンテナ回路のさらなる調整が、アンテナ回路の検出された共振周波数を中心とする領域内にあるように、可変キャパシタ809のキャパシタンスを設定することができる。たとえば、動的な同調は、無線送信機を介した動的な同調中の最大調整が、検出された共振周波数(たとえば、6.78MHz)の+/-7KHzの範囲内にあるように、実現することができる。較正回路806によって実現される静的な(たとえば、粗い)調整により、電子デバイス内の統合に続いて、共振周波数でアンテナ回路を動作させるために、無線電力送信機によるさらなるよい調整が可能になる。結果として、多重アンテナ回路の設計物は、較正回路806を使用してアンテナ回路の共振周波数を調整して同調することができる。
【００５２】
いくつかの実装形態では、較正は、初期デバイス構成時に、たとえばデバイスへの回路基板の統合に続くデバイスのターンオン時に実行される。さらに、デバイスリソースのスケジューリングおよび割振りにより、アンテナ回路の初期較正に続くシステムの再較正が可能になる場合がある。
【００５３】
一実施形態では、システムスケジューラまたは任意の他の関係する認証された構成要素またはモジュールから、少なくとも1回の較正または再較正の要求を受信すると、較正デバイス806は、較正または再較正のプロセスを開始することができる。図9は、デバイスを較正または再較正するために、1つの可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整するための例示的な方法900を示すフローチャートである。この方法は、較正デバイス806がアンテナ回路700に同調信号を印加し、アンテナ回路700を駆動することを開始するブロック902で始まる。同調信号は、コントローラ860の制御下で発振器873によって発生する。アンテナ回路700は、回路基板800上に位置し、無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成することができる。図8は、アンテナ回路700を回路基板800に統合する一例を示す。図9のブロック902の後、検出器876は、ブロック904に示されたように、アンテナ回路700の共振周波数を示す信号を検出する。次に、検出器876は、検出された信号に基づいて調整値を決定する(ブロック906)。調整値を取得した後、コントローラ860は、ブロック908に示されたように、調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持する。コントローラ860によるこの調整が終了した後、この要求についての較正または再較正は終了する。
【００５４】
別の実施形態では、システムスケジュールまたは任意の他の関係する認証された構成要素から、少なくとも1回の較正または再較正の要求を受信すると、較正デバイス806は、ルックアップテーブル手法を使用して、較正または再較正の手順を開始することができる。図10は、この手法を使用して、1つの可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整するための別の例示的な方法のフローチャートである。図10に示されたように、コントローラ860は、メモリ862から関係する調整値を要求することができる。ブロック1002に示されたように、要求した調整値を受信した後、コントローラ860は、ブロック1004に示されたように、調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持する。一実施形態では、調整値は、あらかじめ計算され、製造プロセス中にメモリ862にダウンロードされる場合がある。別の実施形態では、これらの調整値は、サーバで計算および記憶され、後でコントローラ860が、較正または再較正の前にサーバから調整値をダウンロードし、それらをメモリ862にダウンロードする場合がある。別の実施形態では、これらの調整値は、コントローラ860によって蓄積および計算される場合がある。これらの調整値を計算した後、コントローラ860はそれらをメモリ862に記憶する。上記可変リアクタンス構成要素は、可変キャパシタ809などの、任意の関係する調整可能な構成要素であり得る。
【００５５】
図11は、いくつかの実装形態による、較正デバイス806の機能ブロック図である。一実施形態では、ブロック1102に示されたように、アンテナ回路に同調信号を印加し、アンテナ回路を駆動するための手段は、較正デバイス806、コントローラ860、およびアンテナ回路700を備える。アンテナ回路700は、回路基板800上に位置し、無線フィールドおよび共振周波数を発生させるように構成することができる。ブロック1104に示されたように、アンテナ回路の共振周波数を示す信号を検出するための手段は、アンテナ回路700、コントローラ860、検出器876を備える。ブロック1106に示されたように、検出された信号に基づいて調整値を決定するための手段は、コントローラ860を備える。さらに、ブロック1108に示されたように、調整値に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に共振周波数を維持するための手段は、コントローラ860および可変キャパシタ809を備える。
【００５６】
上記の方法の種々の動作は、種々のハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネント、回路および/またはモジュールなどの、動作を実行することができる任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示される任意の動作は、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することができる。たとえば、図10に示された例示的な方法を参照して、可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整するための手段は、メモリ862、コントローラ860、および関係する可変キャパシタ809を備える。
【００５７】
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を表すことができる。たとえば、上記の説明全体にわたって参照される場合があるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【００５８】
本明細書において開示される実装形態に関して説明された種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装することができる。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、これまで概してそれらの機能に関して説明されてきた。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定のアプリケーションおよび全体的なシステムに課される設計上の制約による。説明された機能は特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装される場合があるが、そのような実装形態の決定は、本発明の実装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。
【００５９】
本明細書において開示される実装形態に関して説明された種々の例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(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ロジック、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書において説明される機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、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とすることができる。また、プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することができる。
【００６０】
本明細書において開示される実装形態に関連して説明された方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、そのままハードウェアにおいて、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において、またはその2つの組合せにおいて具現化することができる。ソフトウェアにおいて実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令また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、あるいは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、リードオンリーメモリ(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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に常駐することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、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と一体にすることができる。本明細書において使用されるとき、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（登録商標）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、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐することができる。ASICはユーザ端末内に常駐することができる。代替形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
【００６１】
本開示を要約するために、本明細書において、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が説明されてきた。そのような利点の必ずしもすべてが、本発明の任意の特定の実装形態に従って達成されるとは限らない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書において教示または示唆される場合があるような、他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書において教示される1つの利点または一群の利点を達成または最適化するようにして具現化または実行される場合がある。
【００６２】
上記の実装形態の種々の変更形態が容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書において示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書において開示された原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００６３】
100  無線電力伝達システム
102  入力電力
104  送信機
105  フィールド
108  受信機
110  出力電力
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
204  送信機
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信アンテナ
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
226  フィルタおよび整合回路
232  整合回路
234  整流器およびスイッチング回路
236  バッテリ
350  送信回路または受信回路
352  送信アンテナまたは受信アンテナ、コイル
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
404  送信機
406  送信回路、無線電力送信機
408  ローパスフィルタ
409  インピーダンス整合回路
414  送信アンテナ
415  コントローラまたはプロセッサ
416  負荷検知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  閉鎖検出器
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  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
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  回路基板
701  コイル
702  フェライトシート
704A  キャパシタ
704B  キャパシタ
705  キャパシタ
706  較正回路
708A  RX受信端子
708B  RX受信端子
710A  TX駆動端子
710B  TX駆動端子
800  回路基板
801  コイル
802  フェライトシート
804A  キャパシタ
804B  キャパシタ
805  キャパシタ
806  較正回路
808A  RX経路の端子
808B  RX経路の端子
809  可変キャパシタ
810A  入力駆動端子
810B  入力駆動端子
812A  同調キャパシタ
812B  同調キャパシタ
860  コントローラ
862  メモリ
873  発振器
874  ドライバ
876  検出器
【図１】
2015528689.tif 000003
【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８】
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【図９】
2015528689.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015528689.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月15日(2015.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力を発生させ、送信するための装置であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するように構成されたコントローラであって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、i)前記無線電力を送信して無線受信機を充電するための無線フィールドを発生させ、ii)共振周波数で共振するように構成された、コントローラと、
前記駆動されたアンテナ回路の前記共振周波数を示す信号を検出するように構成された検出器と、
前記アンテナ回路に結合された可変リアクタンス構成要素であって、前記コントローラが、前記検出された信号に基づいて前記可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持し、前記コントローラが前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するように構成された、可変リアクタンス構成要素と
を備える、装置。
【請求項２】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
無線デバイスを動作させるための方法であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するステップであって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、無線電力を送信して無線受信機を充電するための無線フィールドを発生させ共振周波数で共振するように構成された、ステップと、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を示す信号を検出するステップと、
前記検出された信号に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持するステップと、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１１】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号が前記アンテナ回路に印加されて前記アンテナ回路を駆動する、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項8から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項8から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
無線デバイスを動作させるための方法であって、
無線電力を送信して無線受信機を充電するように構成されたアンテナ回路の共振周波数を示す信号を受信するステップと、
前記受信された信号に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持するステップと、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項15または16に記載の方法。
【請求項１８】
前記メモリが回路基板に位置する、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
無線電力を発生させ、送信するための装置であって、
アンテナ回路に同調信号を印加して、前記アンテナ回路を駆動するための手段であって、前記アンテナ回路が、回路基板上に位置し、i)前記無線電力を送信して無線受信機を充電するための無線フィールドを発生させ、ii)共振周波数で共振するように構成された、手段と、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を示す信号を検出するための手段と、
前記検出された信号に基づいてリアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記検出された共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記検出された共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持するための手段と、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するための手段と
を備える、装置。
【請求項２０】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された周波数を中心とする、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記無線フィールドが近距離フィールド通信(NFC)信号を含み、前記回路基板がプリント回路基板(PCB)を備える、請求項19または20に記載の装置。
【請求項２２】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項19から21のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項19から22のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
初期較正設定値を記憶するように構成されたメモリをさらに備え、前記コントローラが、前記初期較正設定値に基づいて前記可変リアクタンス構成要素を調整するように構成された、請求項19から23のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項19から24のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
無線電力を発生させ、送信するための装置であって、
前記無線電力を送信して無線受信機を充電するように構成されたアンテナ回路の共振周波数を示す信号を受信するように構成されたコントローラと、
アンテナ回路に結合された可変リアクタンス構成要素であって、前記コントローラが、前記受信された信号に基づいて前記可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持し、前記コントローラが前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するように構成された、可変リアクタンス構成要素と
を備える、装置。
【請求項２７】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
メモリが初期較正設定値を記憶するように構成され、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項26または27に記載の装置。
【請求項２９】
メモリが回路基板上に位置し、較正設定値を記憶する、請求項26から28のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記アンテナ回路がコイルを含む、請求項26から29のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記コントローラが、ポータブル電子デバイス内の前記回路の統合に続く初期デバイス構成ルーチン中に、同調信号を印加するように構成された、請求項26から30のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記アンテナ回路がコイルを含み、前記可変リアクタンス構成要素が、前記コイルと並列に結合された可変キャパシタを備える、請求項26から31のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
無線電力を発生させ、送信するための装置であって、
無線電力を送信して無線受信機を充電するように構成されたアンテナ回路の共振周波数を示す信号を受信するための手段と、
前記受信された信号に基づいて可変リアクタンス構成要素のリアクタンスを調整して、前記共振周波数よりも小さい第1の周波数と、前記共振周波数よりも大きい第2の周波数との間の範囲内に前記共振周波数を維持するための手段と、
前記アンテナ回路の前記共振周波数を前記範囲内でさらに調整するための手段と
を備える、装置。
【請求項３４】
メモリが回路基板上に位置し、較正設定値を記憶する、請求項33に記載の装置。
【請求項３５】
前記第1の周波数および前記第2の周波数が、前記検出された共振周波数を中心とする、請求項33または34に記載の装置。
【請求項３６】
前記メモリが初期較正設定値を記憶するように構成され、前記可変リアクタンス構成要素が前記初期較正設定値に基づいて調整される、請求項34または35に記載の装置。
【国際調査報告】
2015528689.tif 000014
2015528689.tif 000015