(57)【要約】  ワイヤレス電力伝達のためのアンテナ構造が、電場の通過を防ぐように構成された接地平面と、アンテナとして構成され、接地平面にわたって位置する少なくとも1つのコイルであって、接地平面がコイルにわたって連続する、少なくとも1つのコイルと、接地平面と少なくとも1つのコイルとの間に位置する絶縁体と、コイルに隣接するシールドであって、シールドが不連続構造を含み、シールドが少なくとも1つのコイルへの磁場の通過を可能にするように構成された、シールドとを含む。
2018536982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力伝達のためのアンテナ構造であって、
電場の通過を防ぐように構成された接地平面と、
アンテナとして構成され、前記接地平面にわたって位置する少なくとも1つのコイルであって、前記接地平面が前記コイルにわたって連続する、少なくとも1つのコイルと、
前記接地平面と前記少なくとも1つのコイルとの間に位置する絶縁体と、
前記コイルに隣接するシールドであって、前記シールドが不連続構造を備え、前記シールドが前記少なくとも1つのコイルへの磁場の通過を可能にするように構成された、シールドと
を備える、アンテナ構造。
【請求項２】
前記シールドが、接地基準に電気的に結合される、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項３】
前記少なくとも1つのコイルおよび前記シールドが、接地基準に電気的に結合される、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項４】
前記少なくとも1つのコイルが、電気的不平衡構造として実装される、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項５】
前記不連続構造は、電流が、前記磁場に応答して前記シールド内に発現するのを防ぐ、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項６】
前記シールドが中心ノードと複数の対称的要素とを備え、前記シールドは、前記少なくとも1つのコイルが結合された接地基準に結合される、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項７】
前記シールドが、実質的平衡起電力を発現するように構成された、請求項6に記載のアンテナ構造。
【請求項８】
前記実質的平衡起電力が、前記少なくとも1つのコイルから発する電磁干渉を低減する、請求項7に記載のアンテナ構造。
【請求項９】
前記実質的平衡起電力が、前記少なくとも1つのコイルにおけるコモンモード除去を改善する、請求項7に記載のアンテナ構造。
【請求項１０】
前記接地平面への磁場の通過を防ぐように構成されたフェライト要素をさらに備える、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項１１】
前記フェライト要素は、前記磁場が前記少なくとも1つのコイルの主面に沿って流れることを引き起こす、請求項10に記載のアンテナ構造。
【請求項１２】
前記少なくとも1つのコイルの外周がシールドなしである、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項１３】
前記少なくとも1つのコイルが、ハーフブリッジ整流回路に電気的に結合される、請求項4に記載のアンテナ構造。
【請求項１４】
前記シールドが導電性材料を備える、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項１５】
前記シールドが平面環状構造を備える、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項１６】
前記アンテナが、外部発生磁場の周波数において共振するように構成された共振構造として構成され、電流が、負荷に電力供給するかまたはそれを充電するために、前記外部発生磁場の出力に応答して前記少なくとも1つのコイル内に生成される、請求項1に記載のアンテナ構造。
【請求項１７】
ワイヤレス電力受信機のためのアンテナ構造であって、
電場の通過を防ぐように構成された接地平面と、
アンテナとして構成され、前記接地平面にわたって位置する少なくとも1つのコイルであって、前記接地平面が前記コイルにわたって連続する、少なくとも1つのコイルと、
前記接地平面と前記少なくとも1つのコイルとの間に位置する絶縁体と、
前記接地平面と前記絶縁体との間に位置するフェライト要素と、
前記コイルに隣接するシールドであって、前記シールドが不連続構造を備え、前記シールドが前記少なくとも1つのコイルへの磁場の前記通過を可能にするように構成され、前記フェライト要素が、前記接地平面への前記磁場の通過を防ぐように構成された、シールドと
を備える、アンテナ構造。
【請求項１８】
前記少なくとも1つのコイルおよび前記シールドが、接地基準に電気的に結合される、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項１９】
前記不連続構造は、電流が、前記磁場に応答して前記シールド内に発現するのを防ぐ、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２０】
前記シールドが中心ノードと複数の対称的要素とを備え、前記シールドは、前記少なくとも1つのコイルが結合された接地基準に結合される、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２１】
前記シールドが、実質的平衡起電力を発現するように構成され、前記実質的平衡起電力が、前記少なくとも1つのコイルから発する電磁干渉を低減し、前記少なくとも1つのコイルにおけるコモンモード除去を改善する、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２２】
前記フェライト要素は、前記磁場が前記少なくとも1つのコイルの主面に沿って流れることを引き起こす、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２３】
前記シールドが、平面環状構造を備え、導電性材料を備える、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２４】
前記絶縁体が誘電体を備える、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２５】
前記少なくとも1つのコイルが、電気的不平衡構造として実装される、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２６】
前記少なくとも1つのコイルが、ハーフブリッジ整流回路に電気的に結合される、請求項25に記載のアンテナ構造。
【請求項２７】
前記アンテナが共振構造として構成された、請求項17に記載のアンテナ構造。
【請求項２８】
ワイヤレス電力伝達のためのデバイスであって、
ワイヤレス充電のためのアンテナへの磁場の通過を可能にするための手段であって、前記アンテナによって生成される電場の通過を防ぐ、前記磁場の通過を可能にするための手段と、
前記磁場を前記アンテナから離れて横方向に向けるための手段と
を備える、デバイス。
【請求項２９】
ワイヤレス電力伝達のための方法であって、
アンテナへの磁場の通過を可能にするステップと、
電場の通過を防ぐステップと、
前記アンテナに平衡起電力を供給するステップと、
前記磁場を前記アンテナに対して平行に向けるステップと、
前記磁場に応答して前記アンテナ内に電流を発現するステップであって、前記電流が、電力をワイヤレス受信するように構成された充電受信デバイスによって受信される、発現するステップと
を含む、方法。
【請求項３０】
電流が、前記磁場に応答して前記アンテナに隣接して位置する不連続シールド内に発現するのを防ぐステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、スプリットシールド(Split Shield)を有するワイヤレス電力伝達アンテナを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能なバッテリーによって電力を供給される電子デバイスの数および種類が増大している。そのようなデバイスには、モバイルフォン、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth(登録商標)デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリー技術は向上してきたが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし消費するので、頻繁に再充電する必要がある。再充電可能なデバイスは、しばしば、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必要とする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、不便であること、または扱いにくいことがあり、他の欠点を有することがある。再充電可能な電子デバイスを充電するのに使用されることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電ソリューションの欠点の一部を克服し得る。したがって、再充電可能な電子デバイスを充電するための電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法およびデバイスの様々な実装形態は、それぞれいくつかの態様を有し、それらのうちの単一の態様が、本明細書で説明する望ましい属性を単独で担うものではない。本明細書においては、添付の特許請求の範囲を限定することなしに、いくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００４】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および下記の説明内に記載される。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ろう。以下の図の相対寸法は一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、電場の通過を防ぐように構成された接地平面と、アンテナとして構成され、接地平面にわたって位置する少なくとも1つのコイルであって、接地平面がコイルにわたって連続する、コイルと、接地平面と少なくとも1つのコイルとの間に位置する絶縁体と、コイルに隣接するシールドであって、シールドが不連続構造を備え、シールドが少なくとも1つのコイルへの磁場の通過を可能にするように構成された、シールドとを含む、ワイヤレス電力伝達のためのアンテナ構造を提供する。
【０００６】
本開示の別の態様は、電場の通過を防ぐように構成された接地平面と、アンテナとして構成され、接地平面にわたって位置する少なくとも1つのコイルであって、接地平面がコイルにわたって連続する、コイルと、接地平面と少なくとも1つのコイルとの間に位置する絶縁体と、接地平面と絶縁体との間に位置するフェライト要素と、コイルに隣接するシールドであって、シールドが不連続構造を備え、シールドが少なくとも1つのコイルへの磁場の通過を可能にするように構成され、フェライト要素が、接地平面への磁場の通過を防ぐように構成された、シールドとを含む、ワイヤレス電力受信機のためのアンテナ構造を提供する。
【０００７】
本開示の別の態様は、ワイヤレス充電のためのアンテナへの磁場の通過を可能にするための手段であって、アンテナによって生成される電場の通過を防ぐ、磁場の通過を可能にするための手段と、磁場をアンテナから離れて横方向に向けるための手段とを含む、ワイヤレス電力伝達のためのデバイスを提供する。
【０００８】
本開示の別の態様は、アンテナへの磁場の通過を可能にするステップと、電場の通過を防ぐステップと、アンテナに平衡起電力を供給するステップと、磁場をアンテナに対して平行に向けるステップと、磁場に応答してアンテナ内に電流を発現するステップであって、電流が、電力をワイヤレス受信するように構成された充電受信デバイスによって受信される、発現するステップとを含む、ワイヤレス電力伝達のための方法を提供する。
【０００９】
図では、別段に規定されていない限り、同様の参照番号は、様々な図の全体を通して同様の部分を指す。「102a」または「102b」などの文字指定を伴う参照番号の場合、文字指定は、同じ図に存在する2つの同様の部分または要素を区別し得る。参照番号の文字指定は、参照番号が、すべての図において同じ参照番号を有するすべての部分を包含することが意図されるとき、省略されることがある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路または受信回路の一部分の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図６】図4の送信回路において使用され得る送信回路の一部分の概略図である。
【図７】ワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得るアンテナ構造の例示的な実施形態を示す簡略図である。
【図８】ワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得るアンテナ構造の例示的な実施形態を示す断面図である。
【図９】その上に重畳された磁場の例示的な実施形態を含む、アンテナ構造の例示的な実施形態を示す断面図である。
【図１０】その上に重畳された磁場および電場の例示的な実施形態を含む、アンテナ構造の例示的な一実施形態を示す断面図である。
【図１１】その上に重畳された磁場の例示的な実施形態を含む、送信アンテナ構造と受信アンテナ構造とを有する電力伝達システムの例示的な実施形態を示す断面図である。
【図１２】スプリットシールドの代替の例示的な実施形態を示す概略図である。
【図１３】ワイヤレス電力伝達のための方法の例示的な実施形態を示すフローチャートである。
【図１４】ワイヤレス電力伝達のための装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面に示す様々な特徴は、一定の縮尺で描かれていないことがある。したがって、様々な特徴の寸法は、明快のために任意に拡大または縮小され得る。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示さないことがある。最後に、同様の参照番号が、明細書および図面全体にわたって同様の特徴を表すために使用され得る。
【００１２】
添付の図面とともに以下に記載される詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明として意図されており、本発明が実践され得る唯一の実施形態を表すようには意図されていない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「一例、実例、または例示としての役割を果たす」ことを意味し、必ずしも、他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与えるための具体的な詳細を含む。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示される。
【００１３】
本明細書では、「アプリケーション」という用語は、オブジェクトコード、スクリプト、バイトコード、マークアップ言語ファイル、およびパッチなど、実行可能コンテンツを有するファイをも含み得る。さらに、本明細書で言及する「アプリケーション」は、開かれる必要があり得るドキュメント、またはアクセスされる必要がある他のデータファイルなど、本質的に実行可能でないファイルをも含み得る。
【００１４】
本明細書で使用する「構成要素」、「データベース」、「モジュール」、「システム」などの用語は、ハードウェア、ファームウェア、ハードウェアとソフトウェアとの組合せ、ソフトウェア、または実行中のソフトウェアのいずれかのコンピュータ関連エンティティを指すことが意図される。たとえば、構成要素は、限定はしないが、プロセッサ上で実行されているプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行可能ファイル、実行のスレッド、プログラム、および/またはコンピュータであり得る。例として、コンピューティングデバイス上で実行されているアプリケーションとコンピューティングデバイスの両方が構成要素であり得る。1つまたは複数の構成要素は、プロセスおよび/または実行のスレッド内に存在し得、構成要素は、1つのコンピュータ上に局在化され得、および/または2つ以上のコンピュータ間に分散され得る。さらに、これらの構成要素は、様々なデータ構造を記憶している様々なコンピュータ可読媒体から実行し得る。構成要素は、1つまたは複数のデータパケット(たとえばローカルシステム、分散システム内の別の構成要素と対話し、および/またはインターネットなどのネットワーク全体にわたって他のシステムと信号によって対話する、1つの構成要素からのデータ)を有する信号に従うなど、ローカルプロセスおよび/またはリモートプロセスによって通信し得る。
【００１５】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気導体を使用せずに、電場、磁場、電磁場、またはその他に関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達することを指し得る(たとえば、電力は、自由空間を通じて伝達され得る)。電力伝達を達成するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信アンテナ」によって受信されるか、取り込まれるか、または結合され得る。
【００１６】
ワイヤレス電力伝達を使用するデバイスは、ますます小型化されている。これらのデバイスがより小さくなるについて、デバイスの内部の電子回路のサイズを低減することが望ましい。たとえば、ワイヤレス電力伝達を使用することができるデバイスのサイズを低減する1つの方法は、電子回路を、(「差動」とも呼ばれる)電気的平衡(Electrically Balanced)構成または構造から(「シングルエンド」とも呼ばれる)電気的不平衡(Electrically Unbalanced)構成または構造に変換することである。たとえば、ワイヤレス電力送信機またはワイヤレス電力受信機を、平衡回路を有するものからシングルエンド回路を有するものに変換することは、回路の全体的サイズを低減するが、ワイヤレス電力共振器から発する電磁干渉(EMI: Electro-Magnetic Interference)のレベルの増加を生じることがある。増加したEMIは、アンテナを電気的平衡構成(反対の極性を有する2つの駆動信号が、アンテナの対向端部に接続され、アンテナの電気的および幾何学的中心が、接地されることも接地されないこともある構成)から、シングルエンド構成(アンテナの一方の端部が接地され、対向端部に単一の駆動信号が印加され、アンテナにおいてより高いコモンモード信号を生じる構成)に変換することから生じる。
【００１７】
ワイヤレス電力伝達EMIコンプライアンスは、ワイヤレス電力伝達アンテナにおいてコモンモード信号を管理することに関して重要な課題を提示する。アンテナは、自由空間に電気的に露出され、入力信号のコモンモード成分は、アンテナにおける変位電流を突出させ、これは高レベルのEMIを生じることがある。
【００１８】
コモンモード信号を低減し、コモンモード除去を改善することに対する以前の手法は、平衡電子回路を用いてワイヤレス電力送信アンテナにインターフェースすること、ならびに、高いコモンモード除去を生じる電気的および幾何学的平衡を達成する対称的様式(Symmetrical Fashion)でアンテナを構成することである。しかしながら、デバイスの内部の電子回路のサイズおよびコストを低減するために、電子回路にシングルエンド構成を提供することが望ましい。
【００１９】
残念ながら、シングルエンド回路は、概して、シングルエンド回路によって生成されるコモンモード電圧信号の結果として、高いレベルのEMIを生じる。コモンモード電圧信号は、ワイヤレス電力アンテナにおいて高いレベルのコモンモード雑音を生じる。
【００２０】
本開示は、ワイヤレス電力伝達アンテナにおけるコモンモード信号のレベルを低減する、ワイヤレス電力伝達アンテナのためのスプリットシールドについて説明する。ワイヤレス充電システムは、磁場結合によってまたは電場結合によって、電荷を充電受信デバイスに伝達することができる。磁場結合は、誘導結合とも呼ばれ、概して、H場またはB場結合と呼ばれるものを使用する。電場結合は、容量結合とも呼ばれ、概して、E場結合と呼ばれるものを使用する。スプリットシールドは、磁場と電場の両方を制御するアンテナ構造に組み込まれ得る。例示的な実施形態では、スプリットシールドは、磁場と電場の両方を制御する共振器を作り出すためにアンテナが容量性構成要素および/または誘導性構成要素と組み合わせられ得る、共振構造に組み込まれ得る。
【００２１】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実現するために場105(たとえば、磁気または電磁気の種)を発生させるために、電源(図示せず)から送信機104に入力電力102が供給され得る。受信機108は、場105に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を発生させ得る。送信機104と受信機108の両方は、距離112だけ分離されている。例示的な一実施形態では、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の共振周波数と送信機104の共振周波数とがほぼ同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失が低減される。したがって、大型コイルが極めて近い(たとえば、ミリメートル)ことが必要であり得る純誘導性ソリューション(Purely Inductive Solution)とは対照的に、より大きい距離にわたって、ワイヤレス電力伝達が提供され得る。したがって、共振誘導結合技法は、改善された効率と、様々な距離にわたる、様々な誘導コイル構成を用いた電力伝達とを可能にし得る。
【００２２】
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギー場105内に位置するときに電力を受信し得る。場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって取り込まれ得る領域に対応する。場合によっては、場105は、以下でさらに説明するように、送信機104の「近距離場」に対応し得る。送信機104は、エネルギー送信を出力するための送信アンテナ114(本明細書ではコイルと呼ばれることもある)を含み得る。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(本明細書ではコイルと呼ばれることもある)をさらに含む。近距離場は、送信アンテナ114から電力を最小限に放射する、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場が存在する領域に対応し得る。場合によっては、近距離場は、送信アンテナ114の約1波長(または1波長の数分の1)内にある領域に対応し得る。
【００２３】
したがって、上記により、より特定の実施形態によれば、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もつ時間変化する磁場105を出力するように構成され得る。受信機が場105内にあるとき、時間変化する磁場105は、受信アンテナ118を介して電流を流れさせる電圧を、受信アンテナ118中に誘導し得る。上記で説明したように、受信アンテナ118が送信アンテナ114の周波数において共振するように構成された場合、エネルギーが効率的に伝達され得る。受信アンテナ118中に誘導されたAC信号は、負荷を充電するかまたは負荷に電力供給するために与えられ得るDC信号を生成するために、上記で説明したように整流され得る。
【００２４】
図2は、本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100において使用され得る例示的な構成要素を含むワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタ/整合回路226とを含み得る、送信回路206を含み得る。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数の信号を発生させるように構成され得る。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に与えられ得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受信し、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であり得る。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であり得る。また、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機204のインピーダンスを送信アンテナ214のインピーダンスに整合させるために、フィルタ/整合回路226が含まれ得る。送信アンテナ214を駆動した結果として、送信機204は、電子デバイスを充電または給電するのに十分なレベルで電力をワイヤレスで出力し得る。一例として、供給される電力は、様々な電力要件を有する様々なデバイスに給電または充電するために、たとえば、300ミリワットから5ワットまたは5ワットから40ワット程度であり得る。より高いまたは低い電力レベルが供給されることもある。
【００２５】
受信機208は、整合回路232と、図2に示すバッテリー236を充電するかまたは受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に給電するためにAC電力入力からDC電力出力を発生させるための整流器/スイッチング回路234とを含み得る、受信回路210を含み得る。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のインピーダンスに整合させるために含まれ得る。加えて、受信機208と送信機204は、別々の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を使用して帯域内シグナリングを介して通信し得る。
【００２６】
受信機208は、選択的に無効にできる関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を最初に有することがあり、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量が、バッテリー236を充電するために適切であるかどうかを決定するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力の量が適切であると決定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。
【００２７】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナ352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、以下で説明するものを含む例示的な実施形態において使用される送信回路または受信回路350は、アンテナ352を含み得る。アンテナ352はまた、「ループ」アンテナ352と呼ばれることがあり、または「ループ」アンテナ352として構成され得る。アンテナ352はまた、本明細書において、「磁気」アンテナまたは誘導コイルと呼ばれることがあり、あるいは「磁気」アンテナまたは誘導コイルとして構成され得る。「アンテナ」という用語は、一般に、別の「アンテナ」への結合のためにエネルギーをワイヤレスに出力または受信し得る構成要素を指す。アンテナ352は、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されたタイプのコイルと呼ばれることもある。本明細書で使用するアンテナ352は、電力をワイヤレスで出力および/または受信するように構成されたタイプの「電力伝達構成要素」の一例である。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含むように構成され得る。
【００２８】
アンテナ352は、共振周波数において共振するように構成された共振回路の一部分を形成し得る。ループアンテナまたは磁気アンテナ352の共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。インダクタンスは、単にアンテナ352によって作り出されるインダクタンスであり得るが、所望の共振周波数における共振構造(たとえば、キャパシタが直列または並列にアンテナ352に電気的に接続され得る)を作り出すために、キャパシタンスが追加され得る。非限定的な例として、所望の動作周波数において共振する共振回路を作り出すために、キャパシタ354およびキャパシタ356が送信回路または受信回路350に加えられ得る。より大きい直径のアンテナでは、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少し得る。アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアが増加し得る。他の構成要素を使用して形成された他の共振回路も、可能である。別の非限定的な例として、キャパシタ(図示せず)が、アンテナ352の2つの端子の間に並列に配置され得る。送信アンテナの場合、アンテナ352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358は、アンテナ352への入力であり得る。受信アンテナの場合、信号358は、整流され、負荷に給電または充電するために使用され得る出力であり得る。
【００２９】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406と送信アンテナ414とを含み得る。送信アンテナ414は、図3に示すアンテナ352であり得る。送信アンテナ414は、図2を参照して上記で説明した送信アンテナ214として構成され得る。いくつかの実装形態では、送信アンテナ414は、コイル(たとえば、誘導コイル)であり得る。いくつかの実装形態では、送信アンテナ414は、パッド、テーブル、マット、ランプ、または他の静止構成などのより大きい構造に関連し得る。送信回路406は、発振信号を与えることによって、送信アンテナ414に電力を供給し、その結果、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)を発生し得る。送信機404は、任意の適切な周波数において動作し得る。例として、送信機404は、6.78MHzのISM帯域において動作し得る。
【００３０】
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のインピーダンスに整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波放出を、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たローパスフィルタ(LPF)408とを含み得る。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、特定の周波数を減衰させる一方で他の周波数を通すノッチフィルタを含む、異なるフィルタトポロジーを含み得、アンテナ414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流などの、測定可能な送信メトリックに基づいて変化し得る、適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路406は、発振器423によって決定されるような信号を駆動するように構成されたドライバ回路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され得、あるいは代替的に、一体型アセンブリから構成され得る。
【００３１】
送信回路406は、隣接するデバイスに取り付けられた受信機を介して隣接するデバイスと対話するための通信プロトコルを実装するために、特定の受信機の送信位相(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするための、発振器423の周波数または位相を調整するための、および出力電力レベルを調整するためのコントローラ415をさらに含み得る。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサと呼ばれることもあることに留意されたい。コントローラはメモリ470に結合され得る。発振器位相および送信経路内の関係する回路の調整により、特に、ある周波数から別の周波数に遷移するときの帯域外放出の低減が可能になり得る。
【００３２】
送信回路406は、送信アンテナ414によって発生された近距離場の近傍においてアクティブな受信機の存否を検出するための負荷感知回路416をさらに含み得る。例として、負荷感知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明するように、その電流は、送信アンテナ414によって発生された場の近傍におけるアクティブな受信機の存否によって影響を及ぼされることがある。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信するために発振器423を有効にすべきかどうか、およびアクティブな受信機と通信すべきかどうかを決定する際に使用するために、コントローラ415によって監視される。送信アンテナ414は、リッツ線を用いて、または抵抗損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され得る。
【００３３】
送信機404は、送信機404に関連し得る受信機デバイスの所在および状態に関する情報を収集および追跡し得る。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、密閉型検出器460、またはこれらの組合せを含み得る。コントローラ415は、存在検出器480および密閉型検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424によって送出される電力量を調整し得る。送信機404は、たとえば、ビル内にあるAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、DC電源を送信機404に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)などのいくつかの電源を通して、またはDC電源(図示せず)から直接、電力を受信し得る。
【００３４】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバレージエリアに挿入される、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される運動検出器であり得る。検出後、送信機404はオンにされ得、デバイスによって受信される電力は、所定の方法で受信機デバイス上のスイッチを切り替えるために使用され得、それにより、送信機404の駆動点インピーダンスに対する変化が生じる。
【００３５】
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を検出することが可能な検出器であり得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナ414が特定の周波数において送信し得る電力量を制限する規制が存在することがある。場合によっては、これらの規制は、人を電磁放射から守るように意図されている。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工場の現場、店舗などの、人によって占有されないか、または人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ことがある。これらの環境に人がいない場合、通常の電力制限規制を超えて送信アンテナ414の電力出力を増加させることが許容され得る。言い換えれば、コントローラ415は、人の存在に応答して、送信アンテナ414の電力出力を規制レベルまたはそれ未満に調整し、人が送信アンテナ414のワイヤレス充電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し得る。
【００３６】
非限定的な例として、密閉型検出器460(本明細書では、密閉型コンパートメント検出器または密閉型空間検出器と呼ばれることもある)は、筐体が閉状態または開状態であるときを決定するための感知スイッチなどのデバイスであり得る。送信機が閉状態の筐体内にあるとき、送信機の電力レベルが増加され得る。
【００３７】
例示的な実施形態では、送信機404が無期限にオンのままになることのない方法が使用され得る。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間量の後に停止するようにプログラムされ得る。この特徴は、送信機404、特にドライバ回路424が、それの周囲にあるワイヤレスデバイスが十分に充電された後、長く動作するのを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナ218のいずれかから送られた、デバイスが十分に充電されたという信号を検出するための回路の故障に起因することがある。送信機404の周囲に別のデバイスが配置されている場合に、送信機404が自動的に停止するのを防ぐために、送信機404の自動停止特徴は、定められた期間それの周囲で運動が検出されなかった後にだけ、アクティブ化され得る。ユーザは、非活動時間間隔を決定し、その時間間隔を必要に応じて変更することが可能であり得る。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスが最初に完全に放電したという仮定の下に、そのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くなり得る。
【００３８】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信アンテナ518を含み得る受信回路510を含む。受信機508は、受信電力をそれに供給するためのデバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合され得ることに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスに伝搬され、その後、受信回路510の残りの部分を通してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスは、モバイルフォン、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth(登録商標)デバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療用デバイス)、ウェアラブルデバイスなどのデバイスを含み得る。
【００３９】
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、または指定された周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信アンテナ518は、送信アンテナ414と同様な寸法にされ得るか、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され得る。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であり得る。そのような例では、受信アンテナ518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻きコイルとして実装され得る。例として、受信アンテナ518は、アンテナ径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き(すなわち、巻線)数と、巻線間のキャパシタンスとを低減するために、デバイス550の実質的な外周の周りに配置され得る。
【００４０】
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し得る。受信回路510は、受信したエネルギーをデバイス550が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路506を含む。電力変換回路506は、AC-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522をも含み得る。AC-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、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、整流されたエネルギー信号を、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。部分整流器および完全整流器、レギュレータ、ブリッジ、ダブラ、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、様々なAC-DC変換器が企図される。
【００４１】
受信回路510は、受信アンテナ518を電力変換回路506に接続するか、または代替的には電力変換回路506を切断するためのRX整合およびスイッチング回路512をさらに含み得る。電力変換回路506から受信アンテナ518を切断することにより、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図4)から「見える」ような「負荷」をも変更する。
【００４２】
複数の受信機508が送信機の近距離場内に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにするために、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を調整することが望ましいことがある。受信機508はまた、他の近くの受信機への結合を除去するか、または近くの送信機への装荷を低減させるためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信機508によって制御され、送信機404によって検出される、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、受信機508から送信機404への通信機構を提供し得る。加えて、受信機508から送信機404にメッセージを送信することを可能にするプロトコルが、このスイッチングに関連し得る。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であり得る。
【００４３】
例示的な実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、「帯域外」の別個の通信チャネル/アンテナを介して、または電力伝達のために使用される場の変調を介して行われ得る「帯域内」の通信を介してのいずれかで行われ得る。
【００４４】
受信回路510は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、シグナリング検出器/ビーコン回路514をさらに含み得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路514はまた、受信回路510をワイヤレス充電用に構成するために、低減された信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出すること、および、受信回路510内の給電されていない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを起動させるために低減された信号エネルギーを公称電力に整流することを行うためにも使用され得る。
【００４５】
受信回路510は、本明細書で説明するRX整合およびスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明する受信機508の処理を協調させるためのコントローラ516をさらに含む。コントローラ516は、本明細書ではプロセッサと呼ばれることもあることに留意されたい。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に供給する外部の有線充電ソース(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生したときにも起こり得る。コントローラ516は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を決定し、送信機404から送られたメッセージを抽出するためにビーコン回路514を監視し得る。プロセッサ516はまた、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整し得る。
【００４６】
図6は、図4の送信回路406において使用され得る、送信回路600の一部分の概略図である。送信回路600は、上記で図4において説明したように、ドライバ回路624を含み得る。上記で説明したように、ドライバ回路624は、方形波を受信し、送信回路650に与えられるべき正弦波を出力するように構成され得るスイッチング増幅器であり得る。場合によっては、ドライバ回路624は、増幅器回路と呼ばれることがある。ドライバ回路624はE級増幅器として示されているが、任意の適切なドライバ回路624が本発明の実施形態に従って使用され得る。ドライバ回路624は、図4に示すように、発振器423からの入力信号602によって駆動され得る。また、ドライバ回路624は、送信回路650を通して送出され得る最大電力を制御するように構成された駆動電圧VDを供給され得る。高調波を除去または低減するために、送信回路600は、フィルタ回路626を含み得る。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626であり得る。
【００４７】
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に与えられ得る。送信回路650は、ドライバ回路624によって与えられるフィルタ処理済み信号の周波数において共振し得る、(たとえば、アンテナのインダクタンスまたはキャパシタンス、あるいは追加のキャパシタ構成要素に起因し得る)キャパシタンス620およびインダクタンスを有する直列共振回路を含み得る。送電回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表され得る。この負荷は、送信回路650から電力を受信するように配置されたワイヤレス電力受信機508の関数であり得る。
【００４８】
例示的な実施形態では、ワイヤレス電力伝達共振器のためのスプリットシールドが、ワイヤレス電力伝達共振器におけるコモンモード信号のレベルを低減し、特にシングルエンド共振器回路に適し得る。ワイヤレス充電システムは、磁場結合によってまたは電場結合によって、電荷を充電受信デバイスに伝達することができる。磁場結合は、誘導結合とも呼ばれ、概して、H場またはB場結合と呼ばれるものを使用する。電場結合は、容量結合とも呼ばれ、概して、E場結合と呼ばれるものを使用する。スプリットシールドは、磁場と電場の両方を制御する共振器構造に組み込まれ得る。
【００４９】
図7は、ワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得るアンテナ構造700の例示的な実施形態を示す簡略図である。ワイヤレス電力受信機のコンテキストにおいてアンテナ構造700について説明する。しかしながら、アンテナ構造700は、ワイヤレス電力送信機にも関連し得る。例示的な実施形態の以下の説明は、電力伝達のための回路の一部として構成され得るアンテナに関係する実施形態について説明するが、本明細書で説明するシールドおよびそれの実施形態はまた、同様に、共振電力伝達システムのために構成された共振構造に組み込まれ得る。例示的な実施形態では、アンテナ構造700は、コイル704の形状で巻かれ得る3つの巻きを有する受信アンテナ718と、コイル端子711および712とを備える。ただし、受信アンテナ718は、3つよりも多いまたは少ない巻きを有するコイル704を有し得る。図7には示されていないが、受信アンテナ718は、共振構造を作り出すために、1つまたは複数のキャパシタに結合され得る。スプリットシールド710が、受信アンテナ718の1つの側に隣接して位置する。例示的な実施形態では、スプリットシールド710は概して、形状が環状であり、領域717における開口を備える。スプリットシールド710は、実質的に対称的なレッグ722および724と、領域715における間隙716、または開口とを備える。スプリットシールド710における間隙716は、領域715においてコイル704の一部分を露出する。例示的な実施形態では、スプリットシールド710は、導電性材料から作製され得る。例示的な実施形態では、スプリットシールド710がそれから形成され得る導電性材料は、アンテナ構造700がそれから作製され得る層のうちの1つであり得る平面金属層を備え得る。アンテナ構造700がシングルエンド回路において実装される例示的な実施形態では、コイル端子711は受信回路510(図5)に結合され得、コイル端子712は、回路接地713など、接地基準に結合され得る。そのような実施形態では、コイル704は、シングルエンドコイルと呼ばれことがあり、そのような実装形態は、電気的不平衡構造と呼ばれることがある。例示的な実施形態では、スプリットシールド710はまた、レッグ722および724のサイズが実質的に等しくなるように、間隙716の反対側の回路接地7
13に結合される。例示的な実施形態では、回路接地713は、レッグ722および724がそれから延びる中心ノードを形成する。
【００５０】
例示的な実施形態では、受信アンテナ718は、スプリットシールド710が受信アンテナ718の1つの側に隣接して位置する、平面環状構造として作製される。隣接するスプリットシールド710が受信アンテナ718の1つの側に位置する、受信アンテナ718は、受信アンテナ718内コモンモード電圧を最小限に抑えることによってコモンモード除去を改善するのに効果的である。コモンモード電圧の低減は、シングルエンド回路、たとえば、ハーフブリッジ整流回路の使用を可能にし、したがって、回路フットプリントおよび部品コストを低減し、小型化に良く役立つ。
【００５１】
スプリットシールド710の中心は、スプリットシールド710が、レッグ722とレッグ724の両方の上に対称的に実質的平衡起電力(EMF: Electro-Motive Force)、すなわち誘発電圧を発現するように、回路接地713を基準とする。スプリットシールド710を用いて受信アンテナ718のコイル704をマスキングすることによって、受信アンテナ718からのコモンモード放出が低減され、ここで、スプリットシールド710は、単一の平衡した巻きのみを外部に提示する。スプリットシールド710は、回路接地713における単一の終端を備えるが、回路接地713から延びるレッグ722および724は非終端であり、不連続シールドを形成し、それによりインダクタンスを有しない。スプリットシールド710は、露出されるEMFを低減し、スプリットシールド710の平衡性は、受信共振器718内のコモンモード信号の有意な部分を消去する。その上、スプリットシールドが完全平衡EMFを発現しないことがあり、受信アンテナ718によって発現されるEMFよりも低いEMFを発現し得る、例示的な一実施形態では、スプリットシールド710は、依然として受信アンテナ718からの電磁干渉放出を低減する。
【００５２】
スプリットシールド710における間隙716は、電流がスプリットシールド710内に発現されるのを防ぎ、受信アンテナ718内の電場のかなりの部分を減衰させ、したがって、コイルから放射するEMIを減衰させる。スプリットシールド710は、露出された変位キャパシタンス(Displacement Capacitance)を通して空間に電場を突出させるのではなく、電場のための回路接地713への導電戻り経路を提供する。
【００５３】
スプリットシールド710の平衡性は、スプリットシールド710からの突出した電場を消去する。スプリットシールド710からの電場は、起電力(EMF)からの誘発電圧に起因するが、スプリットシールド710上に発現される電圧は、+/-1/2巻きのみであり、うまく平衡するような距離において消去する。スプリットシールド710は、スプリットシールド710の中心軸(z軸)に沿ったE場を消去し、z軸からの距離が増加するにつれて、中心から離れたE場をますます消去する。例示的な実施形態では、E場消去の大部分は、z軸の中心から3つまたは4つのアンテナ直径内で実現される。図7に示す例示的な実施形態では、z軸は、スプリットシールド710の主面に対して概して直角に、ページを貫通する。例示的な実施形態では、レッグが完全に対称であるとは限らないスプリットシールドを有することも可能である。
【００５４】
例示的な実施形態では、受信アンテナ718は、外部発生磁場の周波数において共振するように構成された共振構造として構成され得る。外部発生磁場に応答してコイル704内に発生された電流は、負荷に電力供給するかまたはそれを充電するために出力され得る。
【００５５】
図8は、ワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得るアンテナ構造800の例示的な実施形態を示す断面図である。図7中の要素と同様である図8中の要素は、名称8XXを使用して標示され、ここで、図8中で8XXと標示される要素は、図7中で7XXと標示される要素に対応する。ワイヤレス電力受信機のコンテキストにおいてアンテナ構造800について説明する。しかしながら、アンテナ構造800は、ワイヤレス電力送信機にも関連し得る。例示的な実施形態では、アンテナ構造800は、コイル804の形状で巻かれ得る3つの巻きを有する受信アンテナ818と、受信アンテナ818の1つの側に隣接して位置するスプリットシールド810とを備える。受信アンテナ818およびスプリットシールド810は、上記で説明した受信アンテナ718およびスプリットシールド710と同様である。例示的な実施形態では、スプリットシールド810は概して、形状が環状であり、領域817における開口を備える。
【００５６】
アンテナ構造800は、スペーサ832と、フェライト要素834と、接地平面838とをも備える。例示的な実施形態では、スペーサ832は、たとえば、誘電体材料など、絶縁材料を備え得る。
【００５７】
例示的な実施形態では、スペーサ832は、受信アンテナ818の、スプリットシールド810に対向する側に隣接して位置する。フェライト要素834は、スペーサ832に隣接して位置し得る。
【００５８】
例示的な実施形態では、接地平面838は、プリント回路板(PCB)、プリント回路アセンブリ(PCA)、または回路がその上に位置し得る別の構造に関連する接地平面であり得る。例示的な実施形態では、接地平面838は、空隙836を作り出すために、フェライト要素834から離間され得る。代替的に、空隙836は、フェライト要素834の一部または全部、またはスペーサ832の絶縁体材料を含んでいることがある。代替的に、空隙はスペーサ832の電気絶縁特性を提供し得る。例示的な回路要素837および839が、空隙836内に位置し得る。たとえば、例示的な回路要素837および839は、受信回路510(図5)の部分を備え得、空隙836内に位置し得る。アンテナ構造800が受信機においてまたは送信機において実装され得る例示的な実施形態では、空隙836は除去され得る。その上、アンテナ構造800が受信機においてまたは送信機において実装され得る例示的な実施形態では、フェライト834は、空隙836が十分に大きい場合、除去され得る。
【００５９】
例示的な実施形態では、フェライト要素834は、場合によっては接地平面838によって阻止され得るB場のための導磁性経路を提供する。例示的な実施形態では、スプリットシールド810における間隙816は、電流がスプリットシールド内で循環するのを防ぎ、これは、磁気結合が受信アンテナ818と送信アンテナ(図示せず)との間で達成され得るように、スプリットシールド810を通るB場の通過を可能にする。接地平面838は、電場(E場)がコイル804から上方に放射する(図8では上に突出する)のを阻止する。例示的な実施形態では、接地平面838はまた、回路接地713(図7)を提供する。図8の下部において受信アンテナ810に適用されるスプリットシールド810は、スプリットシールド810における間隙816が、電流がスプリットシールド810の円環を循環するのを防ぐことに起因して、E場が受信共振器810から下方へ放射するのを防ぐが、B場に影響を及ぼさない。
【００６０】
図9は、その上に重畳された磁場の例示的な実施形態を含む、アンテナ構造800の例示的な実施形態を示す断面図である。図9に示されている図8の共振器構造800の詳細は、繰り返されない。例示的な実施形態では、磁場結合は、誘導結合とも呼ばれ、概して、H場またはB場結合と呼ばれるものを使用する。線902を有する例示的なB場が、図9に示されている。B場線902は、磁場結合が送信アンテナ(図示せず)と受信アンテナ818との間に作り出されるように、スプリットシールド810を通過し、領域817を通って進むものとして示されている。フェライト要素834は、B場をアンテナ構造800の外周へ横方向に導通する。アンテナ構造800の外周は、遮蔽がなく、シールドなしである。例示的な実施形態では、アンテナ構造800の外周辺りの遮蔽の欠如は、フェライト要素834が、B場が回路要素837および839の動作に影響を及ぼさないように、B場をアンテナ構造800の外周へ横方向に導通するように動作するのを容易にする。
【００６１】
図10は、その上に重畳された磁場および電場の例示的な実施形態を含む、アンテナ構造800の例示的な一実施形態を示す断面図である。図10に示されている、図8および図9の共振器構造800の詳細は、繰り返されない。例示的な実施形態では、電場結合は、容量または変位キャパシタンス結合とも呼ばれ、概して、E場結合と呼ばれるものを使用する。線1002および1004を有する例示的なE場が、図10に示されている。E場線1002は、受信アンテナ818から通るものとして、ただし接地平面838によって閉じ込められるものとして示されている。E場線1004は、受信アンテナ818から通るものとして、ただしスプリットシールド810によって閉じ込められるものとして示されている。例示的な実施形態では、E場1002が接地平面838によって閉じ込められることおよびE場1004がスプリットシールド810によって閉じ込められることは、E場エネルギーがアンテナ構造800から放射するのを防ぐ。
【００６２】
図11は、その上に重畳された磁場の例示的な実施形態を含む、送信アンテナ構造1105と受信アンテナ構造800とを有する電力伝達システム1100の例示的な実施形態を示す断面図である。
【００６３】
図11に示す実施形態では、アンテナ構造800は、図8〜図10を参照して上記で説明した受信アンテナ構造の一例であり、再度詳細に説明しない。電力伝達システム1100は、アンテナ構造1105の例示的な実施形態をも含む。例示的な実施形態では、アンテナ構造1105は、アンテナ構造800との磁場結合を確立するように構成された送信アンテナ構造であり得る。例示的な実施形態では、アンテナ構造1105およびアンテナ構造800は、共振構造として動作するように構成され得る。
【００６４】
例示的な実施形態では、アンテナ構造1105は、3巻きコイル1104を有する送信アンテナ1118と、送信アンテナ1118の1つの側に隣接して位置するスプリットシールド1110とを備える。送信アンテナ1118およびスプリットシールド1110は、上記で説明した受信アンテナ718およびスプリットシールド710と同様である。例示的な実施形態では、スプリットシールド1110は概して、形状が環状であり、領域1117における開口を備え、B場の通過を可能にするように構成された間隙1116を備える。
【００６５】
例示的な実施形態では、アンテナ構造1105は、それらの間の空隙1136を画定するフェライト要素1134と接地平面1138とをも備え得る。例示的な実施形態では、フェライト要素1134は随意である。フェライト要素1134が省略される場合、空隙1136、または誘電体材料などの随意の絶縁材料は、スプリットシールド1110を送信アンテナ1118から絶縁する。空隙1136が省略される場合、フェライト要素1134は、スプリットシールド1110を送信アンテナ1118から絶縁する。例示的な実施形態では、フェライト要素1134は、送信アンテナ1118の、スプリットシールド1110に対抗する側に隣接して位置する。
【００６６】
例示的な実施形態では、アンテナ構造1105およびアンテナ構造800が共振しており、送信アンテナ1118が電力伝達信号を用いて通電されるとき、送信アンテナ1118と受信アンテナ818との間に磁場結合1120が確立され得る。2つの要素として図11に示されているが、磁場結合1120は、概して、形状がドーナツ形または環状であり、単一の磁場である。例示的な実施形態では、スプリットシールド810およびスプリットシールド1110は、アンテナ構造1105およびアンテナ構造800から発するE場エネルギーを最小限に抑えながら、ならびにB場が、上記で説明したようにアンテナ構造1105およびアンテナ構造800内の回路要素(図示せず)の動作に影響を及ぼさないように、B場をアンテナ構造1105およびアンテナ構造800の外周へ横方向に導通しながら、アンテナ構造1105とアンテナ構造800との間の磁場結合の確立を可能にする。
【００６７】
図12は、スプリットシールド構造1200の代替の例示的な実施形態を示す概略図である。例示的な実施形態では、スプリットシールド1210は、図7で説明したスプリットシールド710の代替実施形態であり得る。例示的な実施形態では、スプリットシールド1210は概して、形状が環状であり、領域1217における開口を備える。スプリットシールド1210は、実質的に対称的なレッグ1222および1224と、間隙1216とを備える。間隙1216は、重複1245を作り出すようにレッグ1222とレッグ1224とを重ね合わせることによって形成される。重複1245における間隙1216は、電気絶縁体1255で部分的にまたは完全に満たされる。例示的な実施形態では、電気絶縁体1255は、誘電体、または他の材料を備え得る。例示的な実施形態では、スプリットシールド1210は、導電性材料から作製され得る。例示的な実施形態では、スプリットシールド1210がそれから形成され得る導電性材料は、アンテナ構造700(図7)がそれから作製され得る層のうちの1つであり得る平面金属層を備え得る。例示的な実施形態では、スプリットシールド1210はまた、レッグ1222および1224のサイズが実質的に等しくなるように、間隙1216の反対側の回路接地1213に結合される。例示的な実施形態では、回路接地1213は、レッグ1222および1224がそれから延びる中心ノードを形成する。スプリットシールド1210は、実質的に、本明細書で説明したスプリットシールドの例示的な実施形態に関して説明したように動作し得る。
【００６８】
図13は、ワイヤレス電力伝達のための方法1300の例示的な実施形態を示すフローチャートである。方法1300におけるブロックは、図示の順序で、または図示の順序から外れて、実行され得る。方法1300の説明は、本明細書で説明する様々な実施形態に関する。
【００６９】
ブロック1302において、スプリットシールド710(図7)は、アンテナ718への磁場の通過(誘導性充電)を可能にする。
【００７０】
ブロック1304において、スプリットシールド710は、(図10では下向きの)電場(EMI)の通過を防ぐ。
【００７１】
ブロック1306において、接地平面838は、(図10では上向きの)電場の通過を防ぎ、EMIが上方へ放射するのを防ぐ。
【００７２】
ブロック1308において、スプリットシールド710の、対称的レッグ722および724と回路接地713とは、アンテナからのコモンモード放出を最小限に抑えるかまたは消去する、平衡起電力を供給する。
【００７３】
ブロック1310において、スプリットシールド710における間隙716は、電流がスプリットシールド710内に発現されるのを防ぎ、アンテナから放射するEMIを減衰させる。
【００７４】
ブロック1312において、フェライト要素834は、電力をアンテナに通した後、磁場をアンテナに対して平行に向け、したがって、空隙836内の電子回路を磁場から遮蔽する。
【００７５】
図14は、ワイヤレス電力伝達のための装置1400の機能ブロック図である。
【００７６】
装置1400は、アンテナ718への磁場の通過(誘導性充電)を可能にするための手段1402を備える。いくつかの実施形態では、アンテナ718への磁場の通過(誘導性充電)を可能にするための手段1402は、方法1300(図13)の動作ブロック1302において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、アンテナ718への磁場の通過(誘導性充電)を可能にするための手段1402は、間隙716を有するスプリットシールド710を備え得る。
【００７７】
装置1400は、(図10では下向きの)電場(EMI)の通過を防ぐための手段1404をさらに備える。いくつかの実施形態では、電場(EMI)の通過を防ぐための手段1404は、方法1300(図13)の動作ブロック1304において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、電場(EMI)の通過を防ぐための手段1404は、スプリットシールド710を備える。
【００７８】
装置1400は、(図10では上向きの)電場(EMI)の通過を防ぎ、EMIが上方へ放射するのを防ぐための手段1406をさらに備える。いくつかの実施形態では、(図10では上向きの)電場の通過を防ぎ、EMIが上方へ放射するのを防ぐための手段1406は、方法1300(図13)の動作ブロック1306において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、(図10では上向きの)電場の通過を防ぎ、EMIが上方へ放射するのを防ぐための手段1406は、接地平面838を備え得る。
【００７９】
装置1400は、アンテナからのコモンモード放出を最小限に抑えるかまたは消去する平衡起電力を供給するための手段1408をさらに備える。いくつかの実施形態では、アンテナからのコモンモード放出を最小限に抑えるかまたは消去する平衡起電力を供給するための手段1408は、方法1300(図13)の動作ブロック1308において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、アンテナからのコモンモード放出を最小限に抑えるかまたは消去する平衡起電力を供給するための手段1408は、スプリットシールド710の、対称的レッグ722および724と接地回路713とを備え得る。
【００８０】
装置1400は、電流がスプリットシールド710内に発現されるのを防ぎ、アンテナから放射するEMIを減衰させるための手段1410をさらに備える。いくつかの実施形態では、電流がスプリットシールド710内に発現されるのを防ぎ、アンテナから放射するEMIを減衰させるための手段1410は、方法1300(図13)の動作ブロック1310において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、電流がスプリットシールド710内に発現されるのを防ぎ、アンテナから放射するEMIを減衰させるための手段1410は、間隙716を有するスプリットシールド710を備え得る。
【００８１】
装置1400は、電力をアンテナに渡した後に磁場をアンテナに対して平行に向け、したがって磁場から空隙836内の電子回路を遮蔽するための手段1412をさらに備える。いくつかの実施形態では、電力をアンテナに通した後に磁場をアンテナに対して平行に向け、したがって磁場から空隙836内の電子回路を遮蔽するための手段1412は、方法1300(図13)の動作ブロック1312において説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。例示的な実施形態では、電力をアンテナに通した後に磁場をアンテナに対して平行に向け、したがって磁場から空隙836内の電子回路を遮蔽するための手段1412は、フェライト要素834を備え得る。
【００８２】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、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可能な任意の適切な手段によって実行され得る。概して、図に示した任意の動作は、その動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行され得る。
【００８３】
上記の開示に鑑みて、プログラミングの当業者は、たとえば本明細書におけるフローチャートおよび関連する説明に基づいて、容易に、開示された発明を実装するために、コンピュータコードを書くか、あるいは適切なハードウェアおよび/または回路を特定することができる。したがって、プログラムコード命令または詳細なハードウェアデバイスの特定のセットの開示が、本発明をどのように製作し使用すべきかについて適切に理解するために必要であるとは見なされない。特許請求されるコンピュータ実装プロセスの本発明の機能は、上記の説明において、および様々なプロセスフローを示し得る図面と併せて、より詳細に説明される。
【００８４】
1つまたは複数の例示的な態様では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、またはコンピュータ可読媒体上で送信され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの伝達を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスク記憶デバイス、磁気ディスク記憶デバイスまたは他の磁気記憶デバイス、あるいは、命令またはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備え得る。
【００８５】
また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線(「DSL」)、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用してウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、または、赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。
【００８６】
本明細書で使用される場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)、およびBlu-Rayレイディスク(disc)を含み、ここで、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生するが、ディスク(disc)は、レーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００８７】
選択された態様が図示され、詳細に説明されてきたが、以下の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、態様において様々な置換および改変が行われ得ることを理解されよう。
【符号の説明】
【００８８】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  送信機
105  場
105  エネルギー場
105  時変磁場
108  受信機
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  送信機
205  ワイヤレス場
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信アンテナ
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/整合回路
232  整合回路
234  整流器/スイッチング回路
236  バッテリー
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
352  アンテナ
352  ループアンテナ
352  ループアンテナまたは磁気アンテナ
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
404  送信機
406  送信回路
408  ローパスフィルタ(LPF)
409  固定インピーダンス整合回路
414  送信アンテナ
414  アンテナ
415  コントローラ
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  密閉型検出器
480  存在検出器
470  メモリ
506  電力変換回路
508  受信機
510  受信回路
512  RX整合およびスイッチング回路
514  シグナリング検出器/ビーコン回路
514  シグナリングおよびビーコン回路
514  ビーコン回路
516  コントローラ
516  プロセッサ
518  受信アンテナ
520  AC-DC変換器
522  DC-DC変換器
550  デバイス
600  送信回路
602  入力信号
614  アンテナ
620  キャパシタンス
622  可変抵抗器
624  ドライバ回路
626  フィルタ回路
626  ローパスフィルタ回路
632  インダクタ
634  キャパシタ
636  キャパシタ
650  送信回路
700  アンテナ構造
704  コイル
710  スプリットシールド
711  コイル端子
712  コイル端子
713  回路接地
715  領域
716  間隙
717  領域
718  受信アンテナ
718  アンテナ
718  受信共振器
722  レッグ
724  レッグ
800  アンテナ構造
804  コイル
810  スプリットシールド
810  受信共振器
816  間隙
817  領域
818  受信アンテナ
832  スペーサ
834  フェライト要素
836  空隙
837  回路要素
838  接地平面
839  回路要素
902  線
902  B場線
1002  線
1002  E場線
1002  E場
1004  線
1004  E場線
1004  E場
1100  電力伝達システム
1104  コイル
1105  アンテナ構造
1110  スプリットシールド
1116  間隙
1117  領域
1118  送信アンテナ
1120  磁場結合
1134  フェライト要素
1136  空隙
1138  接地平面
1200  スプリットシールド構造
1210  スプリットシールド
1213  回路接地
1216  間隙
1217  領域
1222  レッグ
1224  レッグ
1245  重複
1255  電気絶縁体
【図１】
2018536982.tif 000003
【図２】
2018536982.tif 000004
【図３】
2018536982.tif 000005
【図４】
2018536982.tif 000006
【図５】
2018536982.tif 000007
【図６】
2018536982.tif 000008
【図７】
2018536982.tif 000009
【図８】
2018536982.tif 000010
【図９】
2018536982.tif 000011
【図１０】
2018536982.tif 000012
【図１１】
2018536982.tif 000013
【図１２】
2018536982.tif 000014
【図１３】
2018536982.tif 000015
【図１４】
2018536982.tif 000016
【国際調査報告】
2018536982.tif 000017
2018536982.tif 000018
2018536982.tif 000019