(57)【要約】  電力を空間に送信するためのシステムであって、１つ以上の送信器と、送信された電力を受信できるいくつかのポータブル受信器を含む。受信器はバッテリーの充電状態に基づいて必要とする電力に関するデータを送信器に返信できる。送信プロトコルは以下のようになり、各送信器は視野角の中にある適合する受信器を検出し、第１のエネルギー量をいずれかの当該受信器に送信でき、当該受信器は必要とする電力に関するデータとともに、エネルギーを受信したことを送信器に返信する。送信器は、報告した受信器から受信したデータに基づいて、いくつかの受信器に対する電力伝送を拒否できる。送信された第１のエネルギー量は、プロトコルによって許容されていれば、有用な電力量を送信する前に、スリーピング受信器をウェークアップさせるために使用でき得る。他の態様の送信プロトコルは、要求してきた受信器間で利用できる電力を分割することに関する。
2018525964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔体に電力を送信するシステムであって、
視野角を有し、前記視野角から少なくとも１つの送信器に送信されるデータを受信できる前記少なくとも１つの送信器と、
前記少なくとも１つの送信器からエネルギーを受信でき、データを返送できる少なくとも１つの受信器と、を含み、
前記少なくとも１つの送信器は、その視野角の中で受信器を検出し、前記受信器の少なくとも１つに第１のエネルギー量を安全に送信するように構成され、
前記少なくとも１つの受信器は、前記第１のエネルギー量を前記少なくとも１つの送信器から受信し、前記少なくとも１つの送信器にデータを送信して応答するように構成され、
前記少なくとも１つの送信器は、前記少なくとも１つの受信器から受信された前記データに基づいて、前記受信器のいくつかに対する電力伝送をしないように構成されるシステム。
【請求項２】
請求項１のシステムにおいて、
前記受信器を適合する可能性がある受信器として認めるために、少なくとも１つの前記受信器は前記送信器によって検出可能な識別パターンを有するシステム。
【請求項３】
請求項２のシステムにおいて、
前記識別パターンは光学的であるシステム。
【請求項４】
請求項２または３のシステムにおいて、
前記識別パターンは少なくとも１つの受信器からの再帰反射に起因するシステム。
【請求項５】
請求項１のシステムにおいて、
前記受信器の少なくとも１つは、少なくとも１つのフィルターの特性に合致する送信器からの電力の受信を可能にする前記少なくとも１つのフィルターを含むシステム。
【請求項６】
請求項１のシステムにおいて、
前記少なくとも１つの送信器は前記受信器の少なくとも１つに電力を送信するように、構成され、前記電力のレベルは、前記受信器の電力受信能力未満のレベルで有り、前記受信器の電力クライエント（単数または複数）の電力受信能力未満で有り、前記送信器が安全に電力を伝送できる最大限界値未満であるシステム。
【請求項７】
請求項１のシステムにおいて、
前記送信器は、前記受信器の少なくとも１つのから受信されたデータに基づいて、送信されるべき電力の送信プロファイルを決定するように構成されるシステム。
【請求項８】
請求項７のシステムにおいて、
前記送信プロファイルは、前記少なくとも１つの送信器、または、前記送信器と通信するデバイスで処理されるアルゴリズムから生成されるシステム。
【請求項９】
請求項１のシステムにおいて、
前記少なくとも１つの送信器は少なくとも２つの送信器であり、前記受信器の少なくとも１つは、必要とする電力を、前記少なくとも２つの送信器のすべてに報告し、前記少なくとも１つの受信器から要求される必要な電力の総和が、前記受信器がハンドリングできる最大電力能力超えないように構成されるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線で電力をビーム伝送する分野に関し、特に光パワーを家庭環境でモバイル電子デバイスにビームで伝送するレーザベースの送信システムの使用に適用される。
【背景技術】
【０００２】
物理的なワイヤ接続を必要としないで電力を遠隔地へ伝送する需要が長い間存在してきた。この需要は、定期的に再充電が必要なバッテリーで動作するポータブル電子デバイスが人気になるとともに、ここ数十年の間に重要になってきた。当該モバイル用途には携帯電話、ラップトップ、車、玩具、ウエアラブルデバイスおよび補聴器が含まれる。現在、集中的に使用されるスマートフォンでの従来バッテリーおよび一般的なバッテリー用途のキャパシティの状態は、バッテリーが一日に一回以上の充電が必要であり得るので、リモート無線バッテリー再充電に対する需要が大きくなっている。
【０００３】
バッテリー技術には長い歴史があり、まだ発展途上である。１７４８年にベンジャミンフランクリンがライデン瓶から製造された最初のバッテリーを記述し、最初の電力ソースであり、キャノンバッテリーに似ていた（これがバッテリーに名付けられた）。その後１８００年に、ボルタがより非常に持ち運びが可能な銅亜鉛バッテリーを発明した。最初の再充電可能なバッテリーである、鉛酸バッテリーが１８５９年にガストンプランテによって発明された。その時以来、再充電可能なバッテリーのエネルギー密度は約８倍増加してきており、さらに増加している。その全体が参照により本願に組み込まれる、本発明と共通の発明者の米国特許第９，３１２，７０１号の図１に示されるように、さまざまな再充電可能なバッテリー化学品のエネルギー密度を、質量と体積パラメータの両方で示し、最初の鉛酸化学品から今日のリチウムベースの化学品および亜鉛空気化学品が示されている。同時にポータブル電子／電気デバイスで消費される電力は、何回かのフルバッテリー充電が一日で必要になるポイントに達した。
【０００４】
バッテリーの発明後ほぼ一世紀経ってから、１８７０年から１９１０年の間に、テスラは電磁波を使用した電力伝送を試みた。そのとき以来、電力を安全に遠隔地に伝送する多くの試みが実施されてきており、これは送信デバイスまたは受信デバイスよりも著しく大きな距離を超えることで特徴づけられる。この試みは１９８０年代のＳＨＡＲＰ（Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ａｌｔｉｔｕｄｅ  Ｒｅｌａｙ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ）プロジェクトを実行してきたＮＡＳＡから、テスラに似たシステムを２００７年に実験したＭａｒｉｎ  Ｓｏｌｊａｃｉｃに渡る。
【０００５】
しかし、現在までに、わずか３つの商業的に入手可能な技術だけが、電線がなく安全に電力をモバイルデバイスに伝送できる。すなわち、
１．磁気誘導−一般的にわずか数ｍｍに範囲が制限される。
２．太陽電池−通常の（安全な）明るさの部屋で太陽光または人工照明で利用可能なレベルで照らされた場合に、携帯電話に好適なセルサイズでは０．１ワット以上を生成できない。
３．環境発電技術―ＲＦ波を利用可能なエネルギーに変換するが、ＲＦ信号伝送は健康の安全とＦＣＣ規制によって制限されるので、現在の実際的な状況では０．０１Ｗを超えて動作することができない。
同時に、ポータブル電子デバイスの一般的なバッテリーのキャパシティは１〜１００ワット×時間であり、一般的に毎日の充電が必要なので、より長い距離でより多くの電力伝送が必要になる。
【０００６】
コリメートされたまたは基本的にコリメートされた、電磁波を使用して、住宅地区環境で電力を転送するためのいくつかの試みが成されてきた。しかしながら、以降の段落で概説する問題に根本的に起因して、一般市場で商業的に入手可能な当該製品は現時点では限られている。
【０００７】
当該無線による電力の解決法の採用を禁止する問題の１つは、複数のクライエントをサポートできないことである。通常当該無線による電力の解決法によって送信器の周囲の特定の領域がカバーされ（視野角、すなわちＦＯＶとしてよく知られている）、この範囲内では受信器を充電できる。当該無線による電力供給システムによる範囲が広がると、視野角に入る可能性があるクライエントの数が多くなり得て、異なるタイプのクライエントも含まれ得る。単一の送信器によって電力を供給され得る複数のクライエントが存在する環境では、最大の性能を保証するため、効率を改善するため、および、クライエントに過剰または過小な電力を供給することを避けるために電力伝送を最適化する必要がある。さらに、当該電力伝送による経済的利益の目標も存在する。
【０００８】
従来技術では、通常、この問題を無視、あるいは、この問題に対して限られた解決法しか提供できず、問題の全範囲をカバーしない当該解決法は、異なる需要および変化する需要を持つ異なるタイプのクライエントをサポートする商用システムとしては適切ではない。
【０００９】
従来技術の別の問題は、複数の送信器の視野角が空間で重なるという環境に起因し得る。受信器が、当該視野角が重なった中に配置されると、複数の送信器から電力を受信し得て、潜在的に受信器が処理できる以上の電力を供給されることになり得る。
【００１０】
従来技術では、受信器の正当性を検証するための方法も提供されない。供給される光学または電気パワーを安全に処理するように構成され得ない不適切な受信器は、安全上の問題を引き起こし得る。送信器が送信する受信器の正当性と安全性を検証するための方法に対する需要がある。
【００１１】
多くの従来の受信器はエネルギーを使用しない電源オフモードにならず、この欠陥のために送信器が存在しない場合にも不必要にバッテリーを消費する。つまり、そのような従来技術システムでは、周囲に利用可能な送信器がない場合にも、受信器はアクセス可能な送信器の存在を周期的に確認する必要があり得るので、この連続的な周期的問い合わせによって連続的に受信器の電力を消費するのである。
【００１２】
この１つの実施例が、本出願の共同発明者による米国特許第８，５２５，０９７号「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌａｓｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ」に見られる。ここでは、受信器は充電を開始するために、加熱して部品に熱レンズ効果を生成する必要がある。他の実施例は米国特許第８，１５９，３６４号、米国特許第８，４４６，２４８号、米国特許第８，４１０，９５３号、および米国特許出願公開第２０１３／０２０７６０４号明細書にも見られ、これらの関連する参考文献のすべてにおいて、受信器と送信器との間のリンクを確立するためのアルゴリズムが以下の命令文で開始される「システム１００ａのための制御ロジック３１０の例示アルゴリズムは以下の通りである。（１）電力受信器３３０は、周囲のいずれかの送信器３３０ａにその存在を宣言するために通信チャンネル１１０ａを使用できる」。
【００１３】
したがって、数メートルを超える範囲で、安全に、再充電可能なバッテリーを通常は備える携帯電子デバイスに電気パワーを送信するために満たされていない要求がある。また、システムは、正当な受信器を検出する能力を維持しつつ、バッテリーを消費しない真のゼロエネルギーシャットダウンモードを可能にするべきである。
【００１４】
明細書のこの章および他の章で述べられた各刊行物の開示内容は、参照としてその全体のそれぞれが本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【００１５】
本開示に記載されたシステムの１例示実施形態には、少なくとも１つの送信器と少なくとも１つの受信器がお互いに相互の視野角の中にある場合には、前記少なくとも１つの送信器は、受信器のサブセットに電力を伝送でき、走査特性によって受信器を検出でき、前記少なくとも１つの受信器は、電力を受信でき、および／または、送信器から供給される第１の最小レベルのエネルギー未満のエネルギーを使用して最小識別情報（ＩＤ）を送信できる。当該「送信器によって供給される第１の最小レベルのエネルギー」は、そのＩＤを送信するために、そのＩＤの送信に消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを送信器から常に受信し、第１の最小レベルのエネルギーが受信される前にはいかなるエネルギーも消費する必要がないので、受信器のバッテリーが、従来技術のシステムで発生する可能性がある、存在しない送信器を探している間の充電損失に悩まされないということを意味する。この初期のエネルギー消費は、通常、受信器をウェークアップさせ、受信された実際のトリガを検出し、迅速にシステム分析をし、初期メッセージを送出するためのエネルギー収支に提供される。
【００１６】
最小ＩＤの送信は２つの部分を含むべきであり、１つの部分は受信器の識別情報を規定し、他の部分は、送信器から受信することが必要な電力の要求と、送信器から受信できる電力を受諾しハンドリングする受信器の能力の両方を規定する。さらなる詳細は開示中で後述する。送信器は、識別情報またはモデル番号が既知の受信器の特性情報から、いくつかの値を決定することができ得る。例えば、それらの値が最小ＩＤ伝送で詳細に特定されていない場合でも、送信器は特定のモデルが特定の開口および電力ハンドリング能力を持つと解釈するようにプログラムされ得る。
【００１７】
当該「ハンドシェーク」プロセスはいくつかの追加の有利な点を有し、例えば、各送信器は、送信器の設計と構成によって異なる、最大電力能力と同じかそれ未満の電力を供給でき、各受信器はいくつかの制限内で、受信器に関連するデバイスであって、電力を受信する能力に制限がやはりあるデバイスに電力を送信できる。現在の開示の方法の１つの目的は、すべての異なる要求を満たす安全で効率的な充電方法を確立することであり、当該方法はハンドシェーク手順と電力伝送を開始するための両方の実施が簡単である。
【００１８】
本開示に記述される方法はいくつかのプロセスから構成され、それは直列または並列に実施され得て、そして、送信器（単数または複数）から受信器（単数または複数）および受信器（単数または複数）から送信器（単数または複数）へのデータの入出力が実施され得る。
【００１９】
第１のプロセスは走査プロセスである。走査プロセスは、通常、送信器によって実施され、そのゴールは各送信器の視野角の中に位置する受信器のリストを決定することである。走査は、走査ビーム、あるいは、ＲＦ、超音波、ＩＲ、手入力、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｗｉｆｉ（登録商標）、あるいは、ＴＣＰ／ＩＰ、Ｚ−ｗａｖｅ（登録商標）、Ａｎｔ（登録商標）、またはいずれかの他の適切な通信手段等の受信器との通信プロセスを使用して実行され得る。送信器内のスキャナーは、連続的または間欠的に動作することができ、範囲内にある受信器の存在を検出し、報告するように構成されなければならない。
【００２０】
受信器は、電力が送信されていないときにエネルギーを消費しないように、シャットダウンを実施することもでき得る。受信器が検出されると、送信器は受信器に少なくとも第１の最小エネルギーを供給することができ、第１の最小エネルギーは、受信器の電源を入れ、その最小ＩＤを−それは本開示において後に定義される−すでに述べた通信手段、またはプロキシサーバを介して送信器に報告するのに充分なあらかじめ定められたエネルギーである。
【００２１】
本開示に記載される方法およびシステム構成はＲＦ、磁気（当該範囲で実用的であれば）、電磁気、あるいは、光学等のいずれかの無線電力伝送形態で使用され得るが、本開示の実施例としては光学電力伝送が使用され、提案される方法およびシステムの異なるさまざまな態様および実装方法が図示される。しかしながら、本発明は光学的に実装される電力伝送に限定されるわけではなく、すべての適切な電力伝送システムをカバーすることをも意図していることが理解されるべきである。
【００２２】
送信器は受信器を「適合する可能性がある受信器」として特定し得て、すなわち受信器は、光学的方法で安全に電力を受信可能であるとして認証される可能性がある。
【００２３】
いくつかの当該光学的方法があり、リストの一部には以下が含まれる。
１．受信器は、送信器によって特定され得るバーコードまたは固有の構造等の認証パターンを備え得て、それは走査ビームによる走査、または、カメラと信号処理を使用して特定され得る。
２．受信器は、当該認証データを提供するために特定の波長を透過またはブロックし得る、特別なフィルター、または、フィルターセットを含み得る。
３．受信器は、受信器を特定するために使用され得る、バーコードのホログラムまたは他の固有のパターン、または、異なる波長を使用して視認可能ないくつかの当該バーコードまたは固有のパターンを備え得る。
４．受信器は他と区別可能な反射体等の別の固有の光学的特徴を備えてもよく、それらには、光パワーのレベル、空間的パターン、特定の波長を含むパターン、光沢があるまたは光沢がないパターン、または、送信器で識別可能な反射性、拡散性、または、スペクトルがシフトしたパターン等の識別可能な他の形態を含み得る。
５．受信器は、送信器から受光した照明を送信器に反射する再帰反射器を備えてもよく、上述した選択肢１の同定パターンとして反射が使用される。
【００２４】
直ちにではないかもしれないが受信器が検出された後に、送信器は検出された受信器に少なくとも上述の第１の最小エネルギー分配量を提供し得て、当該分配量は受信器が最小ＩＤを送信器に返信できるために充分なあらかじめ定められた量である。
【００２５】
受信器から反射する特定の光学的パターン、または、識別子を含む通信の形態であり得る最小ＩＤを送信器が受信した後に、送信器は受信器のための最初の充電要求（ＩＣＲ）を決定する。最初の充電要求（ＩＣＲ）は、送信器の内部データベース、送信器には既知の内部アルゴリズム、または、受信器自体または外部サーバから受信されたデータに基づき得る。
【００２６】
ＩＣＲは、以下に限定されるわけではないが、以下の１つ以上に依存する。
１．  受信器ＩＤ
２．  受信器製造者ＩＤ
３．  受信器モデル識別子
４．  受信器によって処理可能な最大平均電気パワー
５．  受信器によって処理可能な最小平均電気パワー
６．  受信器が利用可能な電力チャンネルであって、それには受信器が反応する波長、受信器が反応し得る電力技術（例えばＲＦ、磁界、電界、超音波）、伝送プロトコル、周波数、デューティサイクル、支払い方法、あるいはそれらの組み合わせ等のデータが含まれ得る。
７．  受信器によって処理可能な最大瞬間電気パワー
８．  受信器によって処理可能な最小瞬間電気パワー
９．  受信器、および／または、クライエントデバイス（受信器が電力を供給するデバイスであって、通常、携帯電話、または、受信器の一部ではない別の電子回路）によって受信可能な総エネルギー
１０．  受信器によって処理可能な最大平均光パワー
１１．  受信器によって処理可能な最小平均光パワー
１２．  受信器によって処理可能な最大瞬間光パワー
１３．  受信器によって処理可能な最小瞬間光パワー
１４．  受信器の電力変換効率
１５．  受信器の状態であって以下を含み得る
ａ．  必要な電力
ｂ．  バッテリー充電データ（充電容量、温度）
ｃ．  デバイスで使用されるエネルギー
ｄ．  緊急指標
ｅ．  利用可能な電源
１６．  受信器クラス、例えば、高優先度、中優先度、低優先度
１７．  受信器開口
１８．  受信器視野角
１９．  受信器に要求される安全クラス、例えば、住宅地区での使用が意図される受信器は工業地区で使用される受信器に比べて低い電力レベルに制限され得るからである。
２０．  受信器公開鍵
２１．  ネットワークでの受信器アドレス
２２．  データを受信するユニットであり得る受信器のクライエントから送信されたデータ
２３．  サイクリックリダンダンシーチェック（ＣＲＣ）あるいは他のチェックサムデータあるは誤り訂正コード
２４．  全てのメッセージの電子署名
受信器は、外部ソースから受信器で受信されたデータと、受信器にあらかじめロードされ得て送信されたものではない秘密鍵に基づいて電子署名を演算し得る。電子署名は、メッセージに含まれて送信されたデバイスＩＤ、製造者ＩＤ、および、他のデータを検証するために使用され得る。
【００２７】
いくつかのまたはすべての受信器から受信したデータに基づいて、送信器は各受信器に対する送信プロファイルを決定する。これは以下の方法の１つ以上を使用して実行され得る。
１．  異なる受信器毎の異なる構造および動作条件のために受信される電力は異なるかもしれないが、電力をすべてのクライエントに均等に提供し、各クライエントが同一量の送信電力を受信するようにスケジュールする。当該電力は（エラー／走査／受信器間の移動を考慮して）送信器が送信できる総電力量に基づいて演算され、受信器の総数によって分割される。
２．  電力を要求する第１の受信器は、その電力要求と送信器が伝送できる最大電力の少ない方にしたがって電力を受信し得る。
３．  同時に、必要な電力を満たしたクライエントを受信器候補リストから除きながら、ランダムに電力を伝送する。
４．  受信器内部演算、または、外部サーバから受信したプロファイルに基づく方法。
【００２８】
電力伝送プロファイルの演算は以下の少なくとも１つに基づいて演算され得る。
１．  各受信器での需要
２．  各送信器と各受信器間の電力伝送能力
３．  異なる送信器と異なる受信器の利用可能性
４．  各受信器で必要な電力
５．  各受信器の状態、バッテリー容量に限定されず、必要な充電容量電力、および、加入者支払い情報が含まれる。
６．  あらかじめ定められたリスト
７．  各受信器の識別情報
８．  各受信器への送信の安全性
【００２９】
通常、送信器から受信器への送信は以下の最小値に制限される。
１．  送信器の電力伝送能力
２．  受信器の電力受信能力
３．  クライエントの電力受信能力
４．  安全な電力限界値
【００３０】
受信器の状態を間欠的に更新し、送信スケジュールを当該状態に基づいて改訂し得るようにするために、フィードバックループが受信器と送信器の間に提供され得る。
【００３１】
新しい受信器のリストへの追加、リストからの受信器の除去、新しい送信器のリストへの追加、リストからの送信器の除去、および、時間、環境条件、受信器位置、および、安全性への要求等の他のパラメータの変化に基づいて、送信スケジュールも改訂され得る。
【００３２】
本開示に記載されたデバイスの例示実装形態によれば、遠隔体に電力を送信するためのシステムが提供され、当該システムは、
（ｉ）視野角を有し、視野角から少なくとも１つの送信器に送信されるデータを受信できる少なくとも１つの送信器と、
（ｉｉ）少なくとも１つの送信器から電力を受信でき、データを返信できる少なくとも１つの受信器と、を含み、
少なくとも１つの送信器は、その視野角にある受信器を検出し、第１の電力量を少なくとも１つの受信器に安全に送信するように構成され、
少なくとも１つの受信器は、少なくとも１つの送信器から第１のエネルギー量を受信し、少なくとも１つの送信器にデータを送信して応答するように構成され、
少なくとも１つの送信器は、少なくとも１つの受信器から受信したデータに基づいていくつかの受信器への電力伝送を拒否するように構成される。
【００３３】
当該システムでは、少なくとも１つの受信器は送信器によって検出可能な認証パターンを有し得て、それによって受信器を適合可能な受信器として特定する。当該場合には、認証パターンは光学的であり得る。これらの状況のいずれにおいても、認証パターンは少なくとも１つの受信器からの再帰反射に起因し得る。
【００３４】
さらに、上述したシステムのいずれにおいても、少なくとも１つの受信器は、少なくとも１つのフィルターの特性に合致する送信器からの電力を受信できるように構成された前記少なくとも１つのフィルターを含み得る。
【００３５】
上述したシステムの別の実装形態によれば、少なくとも１つの送信器は少なくとも１つの受信器に電力を送信するように構成され得て、当該電力は、受信器の電力受信能力未満のレベル、受信器の電力クライエント（単数または複数）の電力受信能力未満のレベル、送信器で安全に電力を伝送できる最大の限界値未満のレベルである。
【００３６】
さらに、送信器は、少なくとも１つの受信器から受信したデータに基づいて、送信されるべき電力の送信プロファイルを決定するように構成され得る。その場合には、送信プロファイルは、少なくとも１つの送信器、または、送信器と通信するデバイスで処理されるアルゴリズムから生成され得る。
【００３７】
本開示のシステムのさらにもっと別の実装形態では、少なくとも１つの送信器は少なくとも２つの送信器であり得て、受信器の少なくとも１つは、その必要電力を少なくとも２つの送信器のすべてまたは両方に報告し、要求された電力のすべての合計が受信器の最大ハンドリング電力能力を超えないように構成され得る。
【００３８】
本発明は、図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解され評価されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】複数の送信器と複数の受信器を含む例示電力伝送システムを示す。
【図２】受信器によって送信器を自動選択することを含む、１×１ペアリング方法による２つの送信器と１つの受信器との相互動作を示した１つの例示方法のフローチャートを示す。
【図３】受信器によって送信器を自動選択することを含む、異なる通信および動作プロトコルによる２つの送信器と１つの受信器との相互動作を示した別の例示方法のフローチャートである。
【図４】決定が送信器の１つまたは外部サーバによって実施される、１つの受信器と複数の送信器との相互動作を示した例示方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
システムの１つの例示構成を示す図１を参照すると、それは一対の送信器１および２、並びに、複数の受信器３〜８を含み、それらは何れか一方の受信器から電力を受信するか、両方から電力を受信できる。
【００４１】
動作の第１の段階では、送信器１はその視野角を走査し、受信器３、４、５および６を検出する。この例示シナリオでは、受信器４でブロックされているので、その視野角の外側にある受信器７および８は検出しない。
【００４２】
受信器３、４、５および６を検出すると、送信器１はそれぞれに第１の最小エネルギーを割り当てる。各受信器に第１の最小エネルギーが供給されると、受信器はウェークアップし、各受信器に含まれる通信モジュール１７−３、１７−４、１７−５および１７−６を使用してＩＤを送信する。ＩＤ送信は、通常、以下のデータの部分的なセットを含み得て、通常は２つの部分に分けられ、１つは受信器自体の身元に係わり、他の１つは送信器からビーム送信されるエネルギーを受信および使用するための受信器の能力に関する。明らかに、受信器ＩＤ自体には、受信器のタイプの特性から推測されるある種のエネルギー能力データのいくつかも含まれる。ここに挙げられていない他のデータも含み得る。
【００４３】
１．  受信器ＩＤ
２．  受信器製造者ＩＤ
３．  受信器モデル識別子
４．  受信器によって処理できる最大平均電気パワー
５．  受信器によって処理できる最小平均電気パワー
６．  受信器で利用可能な電力チャンネル
７．  受信器によって処理できる最大瞬間電気パワー
８．  受信器によって処理できる最小瞬間電気パワー
９．  受信可能な総エネルギー
１０．  受信器によって処理できる最大平均光パワー
１１．  受信器によって処理できる最小平均光パワー
１２．  受信器によって処理できる最大瞬間光パワー
１３．  受信器によって処理できる最小瞬間光パワー
１４．  受信器の電力変換効率
１５．  受信器の状態には以下を含み得る
ａ．  必要な電力
ｂ．  バッテリー充電データ（充電容量、温度）
ｃ．  デバイスで使用されるエネルギー
ｄ．  緊急指標
ｅ．  利用可能な電源
１６．  受信器クラス（例えば高優先度、中優先度、低優先度）
１７．  受信器開口
１８．  受信器視野角
１９．  受信器に要求される安全クラス（住宅地区にある受信器は産業地区にある受信器に比べると低電力レベルに制限され得る）
２０．  受信器公開鍵
２１．  ネットワークでの受信器アドレス
２２．  受信器のクライエントから送信されたデータ（ユニットがデータを受信する）
２３．  ＣＲＣあるいは他のチェックサムデータ
２４．  全てのメッセージの電子署名
【００４４】
送信器１は各受信器に電力を送信できるか否かを決定し、それは受信されたいずれかのデータに基づいて実行され得るが、基本的には、デバイスＩＤ、製造者ＩＤ、電力能力、必要電力、安全クラス、開口、クライエントからのデータ、受信器クラス、受信器モデル、受信器の代替電源、および、電子署名の少なくとも１つに基づく。
【００４５】
本開示の方法およびシステムの１つの例示実装形態によれば、受信器４および５等のいくつかの受信器は代替電源として送信器２等の異なる送信器に報告し得て、それによって送信器１と２の間、または送信器１、２並びに受信器４および／または５、あるいはいずれかの他のプロキシとの間で交渉プロセスを生成し、どの送信器がどの受信器に電力を供給するかを決定する。これらの決定をするための手順の通常の基準には、生成可能なビームパラメータが受信器からの受信パラメータと合致しなければ、送信器が電力伝送できないと決定することを含む。例えば、１５ｍｍビームを放出可能な送信器は、５ｍｍビームだけしか受信できない受信器には電力伝送をしようとはしない。同様に、送信器は受信器が安全に受信できる電力レベルを超えるビームで受信器に電力を送信しようとしてはならない。
【００４６】
特別の交渉が以下のラインに沿って実行され得るが、これらは典型的なシナリオを示すだけであって、代替的な手順が使用され得ることも理解するべきである。
【００４７】
最初に送信器は視野角を走査し、受信器を検出する。
第１の送信器は最小量のエネルギーを受信器に送信する。
受信器は、通常、物理ＩＤ、製造者、ビームおよび安全パラメータ、および、受信器が現在第２の送信器から電力を供給されているか否かを示す指示情報、並びに、もしそうであるならば、第２の送信器のＩＤを含む最小ＩＤメッセージで応答する。
第１の送信器は、最小ＩＤメッセージに基づいて、受信器に電力を送信できるか否かを決定する。
第１の送信器は、当該能力について受信器と通信する。
受信器は、第１の送信器から安全に追加の電力として受信できる電力量を演算する。
受信器は、当該追加の電力量を第１の送信器に要求する。
受信器は、第２の送信器に第１の送信器から受信する電力の能力について報告し得る。
受信器は、第２の送信器に要求する電力量を低減し得る。
【００４８】
現在のシステムの異なる実装形態では、受信器４および５は、例えば、送信器２からの電力の受信があれば、それを考慮して、受信器４および５の最大の電力ハンドリング能力を報告し得る。
【００４９】
それぞれの送信器による走査、通信およびビームによる電力伝送は走査レーザビーム等の同一の装置によって実行し得るが、受信器を検出できるカメラまたは他の電子手段または光学手段を使用して実行されてもよい。
【００５０】
送信器１が各受信器３、４、５および６で必要とする電力を決定した後に、各受信器に対する電子記録を生成し得て、それには受信器のＩＤ、位置、必要とする電力、安全クラスおよび他のデータが含まれ得る。
【００５１】
このデータに基づいて、次に送信器１は送信スケジュールを決定し得て、それはつまり何時、どの受信器に、どの程度の電力を送信すべきか、ということであり、次に当該スケジュールされた送信プログラムを実行し得る。実行中に、受信器に対する走査動作または特別な要求によって、送信器は状態の更新を要求でき、それに応じて送信スケジュールを変更することができる。
【００５２】
同一の受信器をカバーする２つの送信器の存在を決定するために可能な方法は複数あり、および、システムがこの状況を処理する方法がある。各方法を機能概要について手短に記載して以下に紹介する。
【００５３】
方法Ａー最小の技術的な入力によるユーザの責任ー視野角がオーバラップしないように２つの送信器を配置するようにアドバイスする送信器の取り扱い説明書。
方法Ｂー積極的なユーザの責任ー各受信器は１つの特定の送信器に対してだけペアになるーペアリングはユーザによって実行される。
方法Ｃー受信器の責任１×１ー受信器はたった１つの送信器とペアになるように構成される。受信器は最適な送信器または第１の送信器を選択できる。最適な送信器は、電力レベル、安全性、コスト、ユーザインターフェース、または、いずれかの他のパラメータによって決定され得る。
方法Ｄー受信器の責任１×ｎー受信器は必要な電力をすべての送信器に報告し、処理可能な電力以上の電力を受信しないことを確実にする。例えば、異なる送信器に報告される必要な電力の総和が、受信器自体が処理できる能力を超えないことを確実にするように、受信器は受信器が必要な電力を送信器に報告できる。通常、受信器は、コスト、範囲、負荷、能力等のいくつかの基準に基づいて、送信器を最も適切な送信器から最も適切でない送信器に順位付けでき、第１の電力量を最も適切な送信器に要求し得る。当該第１の電力量は、通常、送信器の能力で制限され、必要な電力よりも小さいとしてもそのすべてで有り得る。このステップに続いて必要な電力がまだあれば、受信器はリストの第２の送信器に不足分の電力量を要求し得て、これが続いていく。
方法Ｅー送信器の責任１×１ー第２の送信器からの情報ー送信器は直接またはプロキシを介して他の送信器との通信を試みて、どの受信器が電力の供給を受けているかというデータを共有する。送信器は同一の受信器に一緒に電力を供給することを避けるように構成される。
方法Ｆ−送信器の責任１×１、受信器からの情報ー受信器は、電力を受信している送信器を第２の送信器の利用可能性に基づいて更新する。送信器はお互いに通信し、連係し、どの送信器が受信器に電力を供給するかを決定する。送信器は、同一の受信器に一緒に電量を供給することを避けるように構成される。
方法Ｇ−送信器の責任１×ｎ、受信器からの情報ー受信器は、電力を受信している送信器を第２の送信器の利用可能性に基づいて更新する。送信器はお互いに通信し、連係し、各送信器から何時どの程度の電力を供給すべきかを決定する。
方法Ｈ−送信器の責任１×ｎ、受信器からの情報ー受信器は、電力を受信している送信器を第２の送信器の利用可能性に基づいて更新する。送信器は、各送信器から何時どの程度の電力を供給すべきかを決定する外部サーバと通信する。
【００５４】
これらの代替方法のそれぞれについて、ユーザによる活性化を含む方法ＡおよびＢを除いて、一件毎に、以下に詳述する。
【００５５】
方法Ｃー受信器の責任１×１ー受信器はたった１つの送信器とペアになるように構成される。受信器は最適な送信器または第１の送信器を選択し得る。最適な送信器は、電力レベル、安全性、コスト、ユーザインターフェースまたはいずれかの他のパラメータによって決定され得る。
【００５６】
図２を参照して、方法Ｃ（１×１ペアリング、受信器による自動選択）による２つの送信器７０１、７０３、および、１つの受信器７０２との間の動作の概略フローチャートを示す。
【００５７】
ステップ７０１１において、送信器７０１は、受信器の位置を突き止めるためにその視野角の一部を走査する。
【００５８】
ステップ７０１２において、送信器７０１は受信器７０２の位置を突き止める。これは、受信器からの再帰反射信号、若しくは、受信器のバーコードまたは他のある種の視覚的マークを特定するカメラを使用して実行され得るか、または、走査ビームが受信器の光検出器に衝突した時に受信器によって生成される無線周波数信号等の信号によって実行され得る。
【００５９】
ステップ７０１３において、送信器７０１は最小エネルギーレベルのパケットを受信器７０２に送信する。
【００６０】
ステップ７０２０において、受信器７０２は降り注ぐ周囲の照明からそれを区別することによって第１の最小エネルギーレベルを受信し、認識する、それは送信された最小エネルギーパケットビームの強度レベルがより高いから、または、入力フィルターが検出できる特定の波長を持っている、または、特定のプロファイルすなわち特定のパルス配列を持っているからである。ステップ７０２１において、最小エネルギーレベルのパケットの受信に応答して、そのＩＤおよび最小能力メッセージを送信器７０１に返信する。
【００６１】
能力ＩＤメッセージはとりわけ以下のデータを含み得る。
１．  受信器ＩＤ
２．  受信器製造者ＩＤ
３．  受信器モデル識別子
４．  受信器で処理可能な最大平均電気パワー
５．  受信器で処理可能な最小平均電気パワー
６．  受信器で利用可能な電力チャンネル
７．  受信器で処理可能な最大瞬間電気パワー
８．  受信器で処理可能な最小瞬間電気パワー
９．  受信できる合計エネルギー
１０．  受信器で処理可能な最大平均光パワー
１１．  受信器で処理可能な最小平均光パワー
１２．  受信器で処理可能な最大瞬間光パワー
１３．  受信器で処理可能な最小瞬間光パワー
１４．  受信器の電力変換効率
１５．  受信器の状態には以下が含まれ得る
ａ）  必要な電力
ｂ）  バッテリー充電データ（充電容量、温度）
ｃ）  デバイスで使用されるエネルギー
ｄ）  緊急指標
ｅ）  利用可能な電源
１６．  受信器クラス（例えば高優先度、中優先度、低優先度）
１７．  受信器開口
１８．  受信器視野角
１９．  受信器に要求される安全クラス（住宅地区にある受信器は産業地区にある受信器に比べて電力レベルが低く制限され得る）
２０．  受信器公開鍵
２１．  ネットワークでの受信器アドレス
２２．  受信器のクライエントから送信されたデータ（ユニットがデータを受信する）
２３．  ＣＲＣあるいは他のチェックサムデータ
２４．  全てのメッセージの電子署名
【００６２】
ステップ７０１４において、送信器７０１はＩＤおよび最小能力メッセージを受信し、ステップ７０１５において、それに応答して送信可能な一組の電力伝送パラメータを提案する。一組の電力伝送パラメータは送信器の内部データベース、送信器に既知の内部アルゴリズム、または、受信器自体または外部サーバから受信されたデータに基づき得て、以下のようなデータを含み得る。
【００６３】
ａ．利用可能な電力チャンネルであって、それには波長、電力技術、伝送プロトコル、周波数、デューティサイクル、支払い方法、あるいは、それらの組み合わせ等のデータを含み得る。
ｂ．受信器および／またはクライエントデバイスによって受信可能な総エネルギー
ｃ．最大平均光パワー
ｄ．最小平均光パワー
ｅ．最大瞬間光パワー
ｆ．最小瞬間光パワー
ｇ．ビーム直径（最小、平均、最大）
ｈ．送信器の公開鍵
ｉ．ネットワークの送信器のアドレス
ｊ．ＣＲＣあるいは他のチェックサムデータあるは誤り訂正コード
ｋ．全てのメッセージの電子署名
【００６４】
通常、第１の能力メッセージは受信器にあらかじめプログラムされているか、または、受信器があらかじめプログラムされたメッセージのリストから波長および時系列パターン等の走査ビームパラメータによってそれを選択する。
【００６５】
ステップ７０２２において、受信器は提案された電力を伝送するための設定を受信し、それには、通常、電力レベル、ビーム直径、波長（単数または複数）、デューティサイクル、通信チャンネル、安全性に関する特徴、報告プロトコル、および、同等のもの等のパラメータが含まれ、提案された設定値を承諾して処理できるか否かを決定する。
【００６６】
処理できなければ、次にステップ７０２３において、通常は、送信器から提案された電力伝送設定に対して要求値を下げるように、その要求を修正し、それらの低減された要求値を送信器に再送信する。ステップ７０１４において、提案された電力を伝送する設定を修正したものを用意し、その修正された提案を受信器に再送信し、ステップ７０２２において、再検討する。送信器７０１と受信器７０２の両方で同意され、受諾できる電力伝送設定が受信されるまで、この反復手順が繰り返される。一旦、この同意された一組の伝送パラメータが送信器に送信されると、ステップ７０１６において、送信器７０１は受信器７０２に電力の送信を開始し、ステップ７０２５において、それを受信する。
当該伝送は、通常は、ユーザまたは設定によって電源がオフされて送信器７０１が伝送を停止するまで、あるいは、送信器７０１がその電力伝送を受信器７０２よりも優先度が高い別の受信器に切り替えるまで、あるいは、電力伝送に対する物理的な妨害があるまで続く。
【００６７】
適切な時点で、別の送信器７０３が、空間を走査し（ステップ７０３１）、受信器７０２を見つけ（ステップ７０３２）、最小エネルギーレベルを送信し（ステップ７０３３）、ステップ７０２６で受信器７０２はそれを受信する。
【００６８】
ステップ７０２７において、受信器７０２はそのＩＤとその最小エネルギー能力を送信器７０３にも送信して応答する。ステップ２０２７は、いくつかの受信器が異なる送信器からの最小エネルギーレベルを区別できない場合、または、送信器に当該イベントを報知するように構成されていない場合にも、送信器７０１にエラーまたは追加の送信器が発見されたことを報知するという、受信器７０２側での応答アクションも含み得る。
【００６９】
ステップ７０１７および７０３４において、送信器７０１および送信器７０３は、受信器７０２から受信された最小ＩＤメッセージを、送信器自体の電力能力と比較し、ステップ７０１８および７０３５において、それぞれがそれぞれの電力設定提案を受信器に送信する。
【００７０】
ステップ７０２７、７０１７、７０３４、７０１８、７０３５は合意が形成されるまで繰り返され得る、通常、当該合意には光学電力レベル、および、ビーム直径および波長等のビームパラメータが含まれるが、これらのパラメータのいくつかはシステム（波長）にあらかじめプログラムされ得て、これらの詳細な交渉は発生しない。この反復的なプロセスは、ステップ７０１５、７０２２、７０２３および７０１４の送信器７０１だけの場合と同様で有り、複雑なフローチャートを避けるためにここでは示さない。受信器７０２は提案されたパラメータと電力を受信して吸収する受信器の能力を比較し、通常は安全に電力を受信できる条件を承諾し、受信器の安全性の限界を超える光パワーを拒絶し、受信器のサイズから効率的または安全なハンドリングには大きすぎるまたは小さすぎるビームを拒絶する。
【００７１】
ステップ７０２８において、受信器７０２は送信器７０１または送信器７０３のいずれかの好ましい設定を選択し、それは、あらかじめプログラムされた優先傾向に最も合致することに基づいて、あるいは、価格設定、ユーザの選択、若しくは、さらに任意の選択に基づいて実施される。ステップ７０２９において、受信器７０２は送信器７０１または送信器７０３のいずれかの電力伝送設定を受諾し、たった１つの送信器が受信器と通信していた場合の最初の手順でどちらが選択されたかに依存する。
【００７２】
このプロセスが完了すると、１つの送信器が受信器７０２に電力を送信し、受信器７０２はその電力を受信し、方法Ｃのプロトコルが達成される。
【００７３】
方法Ｄー受信器の責任１×ｎー受信器は受信器が必要とする電力をすべての送信器に報告し、受信器がハンドリングできる電力を超える電力を受信しないことを確実にする。
【００７４】
図３を参照すると、この方法Ｄ（１×ｎペアリング−受信器によって自動的に選択される）による２つの送信器と１つの受信器との間の動作の概略フローチャートが示される。
【００７５】
このプロトコルは、送信器がお互いに通信できない環境においても、受信器が複数の受信器から同時に電力を受信できる場合に使用される。このプロトコルでは送信器と送信器との間の相互作用を含まない。この場合には受信器は「スマート」で、別々の報告を両方の送信器に送信できる。当該受信器は、複数の送信器から大きなまたは最適な電力を受信することさえできる。当該シナリオでは、図２の７０１８と７０３５までのステップが同様の方法で繰り返されるが、受信器は異なった応答をする。
【００７６】
図２で示される方法Ｃのステップ７０２８と７０２９の代替形態として、図３の方法Ｄでは、ステップ７０２８Ａと７０２９Ａが実行される。ステップ７０２８Ａでは、受信器７０２は周囲に存在し通信できるすべての送信器に対する電力伝送パラメータを演算し、次にステップ７０２９Ａにおいて、別々の電力要求を、異なるアドレス、符号化、周波数または他の手段で特定され得る、これらのすべての送信器に送信する。
【００７７】
当該要求を受信すると（ステップ７０１９１および７０３９１）、送信器７０１および７０３は電力を伝送する設定を提案し、それらを受信器７０２に送信する。ステップ７０３８において、受信器７０２はこれらの設定がその需要に適しているか否かを検討する。この決定は内部最適パラメータに基づいてされる。それは受信器にあらかじめプログラムされた一組の安全性の限界の中で特定の電力レベルを達成するように、あるいは、コストを最適化するように構成され得る。一組の電力伝送設定を受諾すると、ステップ７０１９３（および／または７０３９３）において、送信器７０１（および／または７０３）は電力を送信し、ステップ７０３９において、受信器７０２はこの電力を受信する。このように、受信器７０２は７０１、７０３または両方から電力を受信できる（たった１つから受信する方法はすでに方法Ｃで上述した）。このように受信器７０２は複数の電力ビームをその要求に適合するように構成される送信器から、その電力要求を満たす送信器の能力および適切性の範囲内で受信する。
【００７８】
一方で、受信器７０２が提案された電力を伝送する設定の両方を拒否する場合には、制御はステップ７０２８Ａに再び戻り得て、周辺のすべての送信器から修正された電力検討による代替提案スキームを試す。
【００７９】
方法Ｅー送信器の責任１×１ー第２の送信器からの情報ー送信器は他の送信器と直接またはプロキシを介しての通信を試みて、電力を受信している受信器のデータを共有する。送信器は同一の受信器に一緒に電力を送信することを避けるように構成される。
【００８０】
図４を参照すると、１つの受信器と複数の送信器との間の動作のフローチャートが示され、ここでの決定はいずれかの送信器または外部サーバによってなされる。図４は方法Ｆ、Ｇ、およびＨにも関連する。
【００８１】
ステップ１７０１１において、送信器７０１は空間を走査し、ステップ１７０１２において受信器７０２を検出し、ステップ１７０１３において最小エネルギーを受信器７０２に送信する。１７０２１において、受信器７０２は最小エネルギーを受信し、ステップ１７０２２において、そのＩＤと要求条件を送信する。
【００８２】
ステップ１７０１４において、ＩＤと要求条件を受信すると、送信器７０１は周辺の他の送信器と通信し、受信器７０２に電力を送信する１つの送信器（あるいは方法ＧおよびＨによれば複数の送信器）を決定する。ステップ１７０３１において、受信器７０２と連係する当該送信器が示される。当該決定は、最適アルゴリズム、ランダムな選択、あるいは、見通し線、電力能力、必要な電力、負荷、範囲、安全性、コスト、および、それまたはそれらの送信器と受信器７０２との親和性を考慮し得る他のアルゴリズムによってなされ得る。
【００８３】
当該決定は、品質基準（見通し線、負荷、あるいは他の基準等）に基づいて、または、最初に検出したものからというメカニズムに基づいて、または、いくつかの他の方法（ランダム、サーバとの通信、好ましい送信器）でなされ得る。
【００８４】
ステップ１７０１５において、一旦、選択された最適な送信器が決定されると（図４では例として送信器７０１）、選択された送信器は受信器を見つけ出し、ステップ１７０３５において、可能性として非選択送信器７０３とさらに情報を交換した後に、電力を供給する。
【００８５】
方法Ｅでは、第２の送信器の存在に関する情報は、送信器間の通信またはユーザの送信器への入力によって得られるという点で、方法Ｅと方法Ｆは異なる。
方法Ｆでは、第２の送信器の存在に関する情報は、送信器と通信する受信器によって示される。両方の方法は共存し得る。
【００８６】
方法Ｇおよび方法Ｈでは、複数の送信器が必要な電力をそれらの間で分割して同時に受信器に電力を供給する。
【００８７】
方法Ｈにおいては送信器が外部サーバと通信し、動作パラメータを決定するという点において、方法ＧとＨは異なる。
【００８８】
当業者にとって本発明は上述した本明細書に記載され、特に示された内容に限定されないことは明らかである。むしろ、本発明の範囲は、上述の本明細書に記載されたさまざまな特徴のサブコンビネーションやコンビネーションの両方ばかりではなく、従来技術には記載されない上述の明細書を読んだ当業者が想到する変形形態および修正形態をも含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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