(57)【要約】  外部生成磁場に結合され、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するように構成された複数のコイルを有するウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムが開示される。コイルは、ウェアラブルデバイスのデバイス本体に一体化された第1のコイルと、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部に配置された第2のコイルとを含んでもよい。第2のコイルは、非平面の輪郭を有してもよい。
2018504871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムであって、前記ワイヤレス充電システムが、
外部生成磁場の存在下で、前記ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力をワイヤレスに提供するように構成された複数のコイルを備え、前記複数のコイルが、
前記ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、
前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルであって、非平面の輪郭を有する、第2のコイルと
を備える、ワイヤレス充電システム。
【請求項２】
前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスが、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内である、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記第1のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第1の向きにあるとき、前記外部生成磁場の第1の成分に対して垂直であり、前記第2のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第2の向きにあるとき、前記外部生成磁場の前記第1の成分に対して垂直である、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記第1のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第1の向きにあるとき、前記外部生成磁場の第1の成分に対して垂直ではなく、前記第2のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第2の向きにあるとき、前記外部生成磁場の前記第1の成分に対して垂直ではない、請求項2に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の合成相互インダクタンスが、前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの複数の向きの各々において実質的に同じである、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスと、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスとの間の比が、実質的に1.2である、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記第1のコイルが巻回される第1の平面が、前記第2のコイルが巻回される第2の平面と実質的に直交する、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のコイルの各コイルが、前記複数のキャパシタのそれぞれ1つに電気的に結合される、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
各コイルおよびそれぞれのキャパシタが、実質的に前記外部生成磁場の周波数で共振するように構成された共振回路を形成する、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子構成要素が、バッテリ充電回路もしくは電力管理回路のうちの少なくとも1つ、またはそれらの組合せである、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの前記一部が、可撓性ストラップである請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの前記一部が、前記デバイス本体の端部に接続された第1の湾曲セグメントと、前記デバイス本体の反対側の端部に接続された第2の湾曲セグメントとを備え、前記第2のコイルが、前記第1の湾曲セグメント内に配置され、前記複数のコイルの第3のコイルが、前記第2の湾曲セグメント内に配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のコイルが、前記デバイス本体上に配置された第3のコイルをさらに備え、前記第1のコイルおよび前記第3のコイルが、前記デバイス本体の対向する側に配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第1のコイルが、前記デバイス本体の表面上に配置された、請求項1に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のコイルに電気的に接続され、前記複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１６】
前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの検出された向きに基づいて、前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の相互インダクタンスを調整するために、前記複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように前記複数のスイッチを動作させるように構成されたコントローラ回路をさらに備える、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ウェアラブルデバイスが、腕時計、電子フィットネスモニタリングデバイス、電子ブレスレット、または電子バッジである、請求項1に記載のシステム。
【請求項１８】
ワイヤレス充電システムを有するウェアラブルデバイスを構成する方法であって、前記方法が、
複数の位置で前記ウェアラブルデバイスと一体化されるように構成された複数のコイルと、外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の目標相互インダクタンス(Mtarget)を選択するステップと、
前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの複数の配置向きを決定するステップと、
前記複数の配置向きの各々に関する前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の総相互インダクタンスを決定するステップと、
前記複数のコイルの1つまたは複数の設計パラメータを変更するステップと、
前記複数の配置向きの各々に関する前記総相互インダクタンスが実質的にMtargetの20%以内になるまで、前記総相互インダクタンスを決定する前記ステップと前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップとを繰り返すステップと
を備える方法。
【請求項１９】
前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の前記総相互インダクタンスを決定するステップが、前記複数の配置向きに関する前記複数のコイルの各々と前記トランスミッタコイルとの間の個々の相互インダクタンスを決定することに基づき、前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップが、前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの所与の配置向きに関する前記個々の相互インダクタンスが実質的にMtargetの平均を有するまで繰り返される、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記総相互インダクタンスを決定する前記ステップおよび前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップを繰り返す前記ステップが、前記複数の配置向きの各々に関する前記総相互インダクタンスがMtargetに実質的に等しくなるまで繰り返される、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
ワイヤレス充電システムであって、
ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルとを備える複数のコイルと、
前記複数のコイルに電気的に接続され、前記複数のコイルを異なる組合せで選択的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチと
を備え、
前記複数のスイッチが、前記ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電気的に相互接続された前記複数のコイルを備える第1の組合せで前記複数のコイルを電気的に相互接続するように動作可能であり、前記複数のコイルが、外部生成磁場に結合され、前記第1の電子構成要素に電力を提供するように構成され、
前記複数のスイッチが、前記第1の電子構成要素に電気的に相互接続された前記複数のコイルのサブセットと、前記ウェアラブルデバイス内の第2の電子構成要素に電気的に接続された前記複数のコイルのうちの少なくとも1つとを備える第2の組合せで前記複数のコイルを電気的に相互接続するように動作可能であり、前記複数のコイルの前記サブセットが、前記外部生成磁場に結合され、前記第1の電子構成要素に電力を提供するように構成された、ワイヤレス充電システム。
【請求項２２】
前記第2の組合せにおいて、前記複数のコイルの前記サブセットが、電気的に相互接続され、前記外部生成磁場に結合するように構成され、前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、主通信アンテナまたはダイバーシティ通信アンテナとして構成された、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
前記主通信アンテナまたは前記ダイバーシティ通信アンテナが、LTE通信、UMTS通信、CDMA通信、GSM(登録商標)通信、WiFi通信、Bluetooth(登録商標)通信、GPS通信、もしくは無線通信のうちの少なくとも1つ、またはそれらの組合せのためのものである、請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第2の組合せでの前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、前記デバイス本体の表面側に配置され、GPS通信のために構成された、請求項21に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第1の電子構成要素が、バッテリ充電回路を含み、前記第2の電子構成要素が、通信回路を含む、請求項21に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第1の組合せが、直列もしくは並列またはそれらの組合せで電気的に相互接続された前記複数のコイルのうちの少なくともいくつかを備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第2の組合せが、前記ウェアラブルデバイス内の第3の電子構成要素に電気的に接続された前記複数のコイルのうちの別の1つをさらに備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２８】
前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、主通信アンテナとして構成され、前記複数のコイルのうちの前記別の1つが、ダイバーシティ通信アンテナとして構成された、請求項27に記載のシステム。
【請求項２９】
ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムであって、前記ワイヤレス充電システムが、
前記ウェアラブルデバイスの異なる表面上または表面内に配置された複数のコイルを備え、前記表面のうちの少なくとも2つが、異なる平面上に配向され、
前記複数のコイルが、外部生成磁場に結合され、前記ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するように構成され、
前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスが、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内である、ワイヤレス充電システム。
【請求項３０】
前記複数のコイルに接続され、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で異なる向きにあるときに前記複数のコイルのうちの異なるコイルを選択的に相互接続するように構成されたスイッチング回路をさらに備える、請求項29に記載のシステム。
【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、内容の全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれている、2015年8月6日に出願した米国特許出願第14/820,216号の優先権を主張するものである。本出願はまた、あらゆる目的のために内容の全体が参照により本明細書に組み込まれている、2014年12月12日に出願した米国仮出願第62/091,117号の出願日の利益を受ける資格を有しかつその利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は、ワイヤレス電力伝送に関し、特に、ウェアラブルデバイスにおけるワイヤレス電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００３】
ウェアラブルデバイスの市場は、急速に成長しており、多くの企業や研究機関が、デバイスを積極的に開発している。ウェアラブルデバイス(たとえば、スマートウォッチ、スマートアイウェア、ヘルスモニタ、医療デバイスなど)におけるワイヤレス充電の課題は、デバイスが一般的に(たとえば、コンピュータタブレットのように)2次元ではなく、典型的には3次元の形状であることである。この幾何学的不規則性は、適切な相互インダクタンス(M)の変動を許容しながら、十分なMを改善または維持することは、電力をワイヤレスに受信するために構成されたそのようなデバイスのための受信素子(しばしば、受信ユニットまたは「PRU」と呼ばれる)の設計に有益である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムは、外部生成磁場の存在下で、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力をワイヤレスに提供するように構成された複数のコイルを含んでもよい。複数のコイルは、ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルとを含んでもよい。第2のコイルは、非平面の輪郭を有してもよい。いくつかの態様では、第1のコイルが巻回される第1の平面は、第2のコイルが巻回される第2の平面と実質的に直交する。
【０００５】
いくつかの態様では、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第1の向きにあるときの複数のコイルと外部生成磁場を生成するトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスは、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第2の向きにあるときの複数のコイルとトランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内であってもよい。
【０００６】
いくつかの態様では、第1のコイルは、ウェアラブルデバイスが第1の向きにあるとき、外部生成磁場の第1の成分に対して垂直であり得、第2のコイルは、ウェアラブルデバイスが第2の向きにあるとき、外部生成磁場の第1の成分に対して垂直であってもよい。別の例として、第1のコイルは、ウェアラブルデバイスが第1の向きにあるとき、外部生成磁場の第1の成分に対して垂直でなくてもよく、第2のコイルは、ウェアラブルデバイスが第2の向きにあるとき、外部生成磁場の第1の成分に対して垂直でなくてもよい。
【０００７】
いくつかの態様では、複数のコイルと外部生成磁場を生成するトランスミッタコイルとの間の合成相互インダクタンスは、外部生成磁場内のウェアラブルデバイスの複数の向きの各々において実質的に同じであってもよい。
【０００８】
いくつかの態様では、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第1の向きにあるときの複数のコイルと外部生成磁場を生成するトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスと、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第2の向きにあるときの複数のコイルとトランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスとの間の比は、実質的に1.2であってもよい。
【０００９】
いくつかの態様では、システムは、複数のキャパシタをさらに含み得、複数のコイルの各コイルは、複数のキャパシタのそれぞれ1つに電気的に結合されてもよい。いくつかの態様では、各コイルおよびそれぞれのキャパシタは、実質的に外部生成磁場の周波数で共振するように構成された共振回路を形成してもよい。
【００１０】
いくつかの態様では、電子構成要素は、バッテリ充電回路、電力管理回路、またはそれらの組合せであってもよい。
【００１１】
いくつかの態様では、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部は、可撓性ストラップであってもよい。
【００１２】
いくつかの態様では、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部は、デバイス本体の端部に接続された第1の湾曲セグメントと、デバイス本体の反対側の端部に接続された第2の湾曲セグメントとを備えてもよい。第2のコイルは、第1の湾曲セグメント内に配置されてもよく、複数のコイルの第3のコイルは、第2の湾曲セグメント内に配置されてもよい。
【００１３】
いくつかの態様では、複数のコイルは、デバイス本体上に配置された第3のコイルをさらに備えてもよい。第1のコイルおよび第3のコイルは、デバイス本体の対向する側に配置されてもよい。
【００１４】
いくつかの態様では、第1のコイルは、デバイス本体の表面上に配置されてもよい。
【００１５】
いくつかの態様では、システムは、複数のコイルに電気的に接続され、複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチをさらに備えてもよい。
【００１６】
いくつかの態様では、システムは、外部生成磁場内のウェアラブルデバイスの検出された向きに基づいて、複数のコイルと外部生成磁場を生成するトランスミッタコイルとの間の相互インダクタンスを調整するために、複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように複数のスイッチを動作させるように構成されたコントローラ回路をさらに備えてもよい。
【００１７】
いくつかの態様では、ウェアラブルデバイスは、腕時計、電子フィットネスモニタリングデバイス、電子ブレスレット、または電子バッジであってもよい。
【００１８】
本開示のいくつかの態様によれば、ワイヤレス充電システムを有するウェアラブルデバイスを構成する方法は、複数の位置でウェアラブルデバイスと一体化されるように構成された複数のコイルと、外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の目標相互インダクタンス(Mtarget)を選択するステップを含んでもよい。方法は、外部生成磁場内のウェアラブルデバイスの複数の配置向きを決定するステップと、複数の配置向きの各々に関する複数のコイルとトランスミッタコイルとの間の総相互インダクタンスを決定するステップとをさらに含んでもよい。方法は、複数のコイルの1つまたは複数の設計パラメータを変更するステップと、複数の配置向きの各々に関する総相互インダクタンスが実質的にMtargetの20%以内になるまで、総相互インダクタンスを決定するステップと変更するステップとを繰り返すステップとをさらに含んでもよい。
【００１９】
いくつかの態様では、総相互インダクタンスを決定するステップは、複数の配置向きに関する複数のコイルの各々とトランスミッタコイルとの間の個々の相互インダクタンスを決定することに基づいてもよい。変更するステップは、外部生成磁場内のウェアラブルデバイスの所与の配置向きに関する個々の相互インダクタンスが実質的にMtargetの平均を有するまで繰り返されてもよい。
【００２０】
いくつかの態様では、総相互インダクタンスを決定するステップおよび変更するステップを繰り返すステップは、複数の配置向きの各々に関する総相互インダクタンスがMtargetに実質的に等しくなるまで繰り返されてもよい。
【００２１】
本開示のいくつかの態様によれば、ワイヤレス充電システムは、ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルとを備える複数のコイルと、複数のコイルに電気的に接続され、複数のコイルを異なる組合せで選択的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチとを含んでもよい。複数のスイッチは、ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数のコイルを備える第1の組合せで複数のコイルを電気的に相互接続するように動作可能であってもよい。複数のコイルは、外部生成磁場に結合され、第1の電子構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。複数のスイッチは、第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数のコイルのサブセットと、ウェアラブルデバイス内の第2の電子構成要素に電気的に接続された複数のコイルのうちの少なくとも1つとを備える第2の組合せで複数のコイルを電気的に相互接続するようにさらに動作可能であってもよい。コイルのサブセットは、外部生成磁場に結合され、第1の電子構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。
【００２２】
いくつかの態様では、第2の組合せでの複数のコイルのサブセットは、電気的に相互接続され得、外部生成磁場に結合するように構成され得、複数のコイルのうちの少なくとも1つは、主通信アンテナまたはダイバーシティ通信アンテナとして構成されてもよい。
【００２３】
いくつかの態様では、主通信アンテナまたはダイバーシティ通信アンテナは、LTE通信、UMTS通信、CDMA通信、GSM(登録商標)通信、WiFi通信、Bluetooth(登録商標)通信、GPS通信、もしくは無線通信のうちの少なくとも1つ、またはそれらの組合せのために使用されてもよい。
【００２４】
いくつかの態様では、第2の組合せでの複数のコイルのうちの少なくとも1つは、デバイス本体の表面側に配置され得、GPS通信のために構成されてもよい。
【００２５】
いくつかの態様では、第1の電子構成要素は、バッテリ充電回路を含んでもよく、第2の電子構成要素は、通信回路を含んでもよい。
【００２６】
いくつかの態様では、第1の組合せは、直列もしくは並列またはそれらの組合せで電気的に相互接続された複数のコイルのうちの少なくともいくつかを備えてもよい。
【００２７】
いくつかの態様では、第2の組合せは、ウェアラブルデバイス内の第3の電子構成要素に電気的に接続されたコイルのうちの別の1つをさらに備えてもよい。
【００２８】
いくつかの態様では、コイルのうちの少なくとも1つは、主通信アンテナとして構成されてもよい。コイルのうちの別の1つは、ダイバーシティ通信アンテナとして構成されてもよい。
【００２９】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムは、ウェアラブルデバイスの異なる表面上または表面内に配置された複数のコイルを含んでもよく、表面のうちの少なくとも2つは、異なる平面上に配向される。複数のコイルは、外部生成磁場に結合され、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第1の向きにあるときの複数のコイルと外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスは、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第2の向きにあるときの複数のコイルとトランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内であってもよい。
【００３０】
いくつかの態様では、システムは、複数のコイルに接続され、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で異なる向きにあるときに複数のコイルのうちの異なるコイルを選択的に相互接続するように構成されたスイッチング回路をさらに含んでもよい。
【００３１】
本開示のいくつかの態様では、ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムは、外部生成磁場に結合し、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するための複数の手段を含む。複数の結合手段は、ウェアラブルデバイスの異なる表面上または表面内に配置される。表面のうちの少なくとも2つは、異なる平面上に配向される。ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第1の向きにあるときの複数の結合手段と外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスは、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第2の向きにあるときの複数の結合手段とトランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内であってもよい。
【００３２】
本開示のいくつかの態様によれば、ワイヤレス充電システムは、外部生成磁場に結合し、ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電力を提供するための複数の手段を含んでもよい。複数の結合手段は、ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1の結合手段と、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するための手段と一体化された第2の結合手段とを備える。ワイヤレス充電システムは、複数の結合手段を異なる組合せで選択的に相互接続するための複数の手段をさらに含む。複数の接続手段は、ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数の結合手段を備える第1の組合せで複数の結合手段を電気的に相互接続するように動作可能であってもよい。複数の接続手段は、第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数の結合手段のサブセットと、ウェアラブルデバイス内の第2の電子構成要素に電気的に相互接続された複数の結合手段のうちの少なくとも1つとを備える第2の組合せで複数の結合手段を電気的に相互接続するようにさらに動作可能であってもよい。複数の結合手段のサブセットは、外部生成磁場に結合し、第1の電子構成要素に電力を提供するように構成されてもよい。
【００３３】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムは、外部生成磁場に結合し、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するための複数の手段を含んでもよい。複数の結合手段は、ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1の結合手段と、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するための手段と一体化された第2の結合手段とを含んでもよい。第2の結合手段は、非平面の輪郭を有してもよい。
【００３４】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイスをワイヤレス充電するための方法が開示される。方法は、外部生成磁場にワイヤレスに結合するステップと、複数のコイルのうちの第1のコイルを介してウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するステップとを含み得、第1のコイルは、ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化されている。方法は、外部生成磁場にワイヤレスに結合するステップと、複数のコイルのうちの第2のコイルを介して電子構成要素に電力を提供するステップとをさらに含み得、第2のコイルは、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部と一体化されている。第2のコイルは、非平面の輪郭を有してもよい。
【００３５】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイスをワイヤレス充電するための方法が開示される。方法は、外部生成磁場にワイヤレスに結合するステップと、ウェアラブルデバイスのデバイス本体に一体化された第1のコイルと、ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成されたウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルとを備える複数のコイルを介してウェアラブルデバイス内の第1の電子構成要素に電力を提供するステップとを含んでもよい。方法は、ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数のコイルを備える第1の組合せで複数のコイルを電気的に相互接続するステップを含む、異なる組合せで複数のコイルを選択的に相互接続するステップをさらに含んでもよい。方法は、第1の電子構成要素に電気的に相互接続された複数のコイルのサブセットと、ウェアラブルデバイス内の第2の電子構成要素に電気的に接続された複数のコイルのうちの少なくとも1つとを備える第2の組合せで複数のコイルを電気的に相互接続するステップをさらに含んでもよい。
【００３６】
本開示のいくつかの態様によれば、ウェアラブルデバイスをワイヤレス充電する方法が開示される。方法は、外部生成磁場にワイヤレスに結合するステップと、ウェアラブルデバイスの異なる表面上または表面内に配置された複数のコイルを介してウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するステップとを含んでもよい。表面のうちの少なくとも2つは、異なる平面上に配向される。ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第1の向きにあるときの複数のコイルと外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスは、ウェアラブルデバイスが外部生成磁場内で第2の向きにあるときの複数のコイルとトランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内であってもよい。
【００３７】
以下の詳細な説明および添付の図面は、本開示の性質および利点のよりよい理解を提供する。
【００３８】
以下の議論、特に図面に関して、示された詳細は、例示的な議論の目的のための例を表し、本開示の原理および概念的態様の説明を提供するために提示されることが強調される。この点に関して、本開示の基本的な理解のために必要であるものを超える実施態様の詳細を示すための試みはなされていない。以下の説明は、図面とともに、当業者には、本開示による実施形態を実践することができる方法を明らかにするであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの機能ブロック図である。
【図２】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの機能ブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、電力送信または受信素子を含む図2の送信回路または受信回路の一部の概念図である。
【図４Ａ】本開示によるウェアラブルデバイスの例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｂ】本開示によるウェアラブルデバイスの例示的な実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】本開示によるウェアラブルデバイスの例示的な実施形態を示す図である。
【図５Ａ】図4A〜図4Cに示すコイルの概略図である。
【図５Ｂ】図4A〜図4Cに示すコイルの概略図である。
【図６Ａ】ウェアラブルデバイスの代替の留め具構成の例を示す図である。
【図６Ｂ】ウェアラブルデバイスの代替の留め具構成の例を示す図である。
【図７Ａ】ウェアラブルデバイスの配置向きの例示的な例を示す図である。
【図７Ｂ】ウェアラブルデバイスの配置向きの例示的な例を示す図である。
【図７Ｃ】ウェアラブルデバイスの配置向きの例示的な例を示す図である。
【図７Ｄ】ウェアラブルデバイスの配置向きの例示的な例を示す図である。
【図７Ｅ】ウェアラブルデバイスの配置向きの例示的な例を示す図である。
【図８】本開示によるコイルを設計するための例を示す図である。
【図８Ａ】本開示によるコイルを設計するための例を示す図である。
【図９】本開示によるコイルの設定可能な配置の一例を示す図である。
【図９Ａ】本開示によるコイルの設定可能な配置の一例を示す図である。
【図９Ｂ】本開示によるコイルの設定可能な配置の一例を示す図である。
【図９Ｃ】本開示によるコイルの設定可能な配置の一例を示す図である。
【図１０】本開示によるコイルの設定可能な配置の別の例を示す図である。
【図１１】コイルがワイヤレス電力伝送およびワイヤレス通信のために構成されてもよい電子構成要素の一例を示す図である。
【図１２】コイルがワイヤレス電力伝送およびワイヤレス通信のために構成されてもよい電子構成要素の別の例を示す図である。
【図１２Ａ】コイルがワイヤレス電力伝送およびワイヤレス通信のために構成されてもよい電子構成要素の別の例を示す図である。
【図１３】本開示によるコイルの別の構成を示す図である。
【図１３Ａ】本開示によるコイルの別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下の説明では、説明の目的のため、本開示の完全な理解を提供するために、多数の例および特定の詳細が示される。しかしながら、特許請求の範囲に示されている本開示には、単独で、または以下で説明される他の特徴と組み合せて、これらの例における特徴のうちのいくつかまたはすべてを含めてもよいこと、また、本明細書において説明する特徴および概念の変更形態および均等物をさらに含めてもよいことが当業者には明らかであろう。
【００４１】
ワイヤレス電力伝送は、電場、磁場、電磁場、または他の様式に関連する任意の形態のエネルギーを、物理的な電気導体を使用せずに、トランスミッタからレシーバに伝送することを指す場合がある(たとえば、電力は、自由空間を介して伝送される場合がある)。電力伝送を実現するために、ワイヤレスフィールド(たとえば、磁場または電磁場)内に出力された電力は、「電力受信素子」によって受信され、捕捉され、または結合される場合がある。
【００４２】
図1は、例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送システム100の機能ブロック図である。入力電力102は、エネルギー伝送を実行するためのワイヤレスフィールド105(たとえば、磁気または電磁)を生成するために、電力源(この図には示さず)からトランスミッタ104に提供されてもよい。レシーバ108は、ワイヤレスフィールド105に結合し得、出力電力110に結合されたデバイス(この図には示さず)によって蓄積または消費するための出力電力110を生成してもよい。トランスミッタ104とレシーバ108は、距離112だけ離されてもよい。トランスミッタ104は、エネルギーをレシーバ108に送信/結合するための電力送信素子114を含んでもよい。レシーバ108は、トランスミッタ104から送信されたエネルギーを受信するか、または捕捉し/結合するための電力受信素子118を含んでもよい。
【００４３】
1つの例示的な実施形態では、トランスミッタ104およびレシーバ108は、相互共振関係に従って構成されてもよい。レシーバ108の共振周波数とトランスミッタ104の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて近いとき、トランスミッタ104とレシーバ108との間の伝送損失が低減する。したがって、ワイヤレス電力伝送はより長い距離にわたって行われてもよい。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、種々の距離にわたる、様々な誘導電力送信および受信素子構成による電力伝送とを可能にする場合がある。
【００４４】
特定の実施形態では、ワイヤレスフィールド105は、以下でさらに説明するように、トランスミッタ104の「近距離場」に相当してもよい。近距離場は、電力送信素子114から電力を最小限に抑えて放射する電力送信素子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相当してもよい。近距離場は、電力送信素子114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に相当してもよい。
【００４５】
特定の実施形態では、効率的なエネルギー伝送は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播させるのではなく、ワイヤレスフィールド105内のエネルギーの大きい部分を電力受信素子118に結合することによって生じる場合がある。
【００４６】
特定の実施態様では、トランスミッタ104は、電力送信素子114の共振周波数に相当する周波数を有する時変磁場(または電磁場)を出力してもよい。レシーバ108がワイヤレスフィールド105内にあるとき、時変磁場(または電磁場)は、電力受信素子118内に電流を誘導してもよい。上記で説明したように、電力受信素子118が電力送信素子114の周波数で共振する共振回路として構成されている場合、エネルギーは、より効率的に伝送される場合がある。電力受信素子118内に誘導される交流(AC)信号は、負荷を充電または負荷に給電するために提供されてもよい直流(DC)信号を生成するために整流されてもよい。
【００４７】
図2は、別の例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送システム200の機能ブロック図である。システム200は、トランスミッタ204とレシーバ208とを含んでもよい。トランスミッタ204(本明細書では、電力伝送ユニット、PTUとも呼ばれる)は、送信回路206を含んでもよく、送信回路206は、発振器222と、ドライバ回路224と、フロントエンド回路226とを含んでもよい。発振器222は、周波数制御信号223に応じて調整してもよい所望の周波数の信号を生成するように構成されてもよい。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給してもよい。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、たとえば、電力送信素子214の共振周波数において、電力送信素子214を駆動するように構成されてもよい。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ってもよい。
【００４８】
フロントエンド回路226は、高調波または他の望ましくない周波数をフィルタリングするように構成されたフィルタ回路を含んでもよい。フロントエンド回路226は、トランスミッタ204のインピーダンスを電力送信素子214に整合させるように構成された整合回路を含んでもよい。以下により詳細に説明するように、フロントエンド回路226は、電力送信素子214とともに共振回路を作成する同調回路を含んでもよい。電力送信素子214を駆動する結果として、電力送信素子214は、バッテリ236を充電するか、またはそうでなければ負荷に給電するのに十分なレベルで電力をワイヤレスに出力するためにワイヤレスフィールド205を生成する場合がある。
【００４９】
トランスミッタ204は、送信回路206の1つまたは複数の態様を制御するかまたは電力の伝送の管理に関連する他の動作を実現するように構成された送信回路206に動作可能に結合されたコントローラ240をさらに含んでもよい。コントローラ240は、マイクロコントローラであっても、あるいはプロセッサであってもよい。コントローラ240は、特定用途向け集積回路(ASIC)として実装されてもよい。コントローラ240は、直接的または間接的に、送電回路206の各構成要素に動作可能に接続されてもよい。コントローラ240は、送電回路206の構成要素の各々から情報を受信し、受信した情報に基づいて計算を実行するようにさらに構成されてもよい。コントローラ240は、構成要素の動作を調整する場合があるその構成要素の各々のための制御信号(たとえば、信号223)を生成するように構成されてもよい。したがって、コントローラ240は、それによって実行される動作の結果に基づいて電力伝送を調整または管理するように構成されてもよい。トランスミッタ204は、たとえば、コントローラ240にワイヤレス電力伝送の管理に関係する機能などの特定の機能を実行させるための命令などのデータを記憶するように構成されたメモリ(図示せず)をさらに含んでもよい。
【００５０】
レシーバ208(本明細書では電力受信ユニット、PRUとも呼ぶ)は、フロントエンド回路232と整流器回路234とを含む場合がある受信回路210を含んでもよい。フロントエンド回路232は、受信回路210のインピーダンスを電力受信素子218に整合させるように構成された整合回路を含んでもよい。以下において説明するように、フロントエンド回路232は、電力受信素子218を含む共振回路を作成するための同調回路をさらに含んでもよい。整流回路234は、図2に示すように、バッテリ236を充電するために、AC電力入力からDC電力出力を生成してもよい。レシーバ208およびトランスミッタ204は、さらに、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラなど)上で通信してもよい。レシーバ208およびトランスミッタ204は、代替的には、ワイヤレスフィールド205の特性を使用して帯域内信号方式によって通信してもよい。
【００５１】
レシーバ208は、トランスミッタ204によって送信され、レシーバ208によって受信される電力量がバッテリ236を充電するのに適切であるかどうかを決定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、トランスミッタ204は、エネルギー伝送を行うための直接場結合係数(k)を有する主に非放射性の場を生成するように構成されてもよい。レシーバ208が、ワイヤレスフィールド205に直接結合してもよく、出力または受信回路210に結合されたバッテリ(または負荷)236によって蓄積または消費される出力電力を生成することができる。
【００５２】
レシーバ208は、ワイヤレス電力レシーバ208の1つまたは複数の態様の管理に関して上記において説明したような送信コントローラ240と同様に構成されたコントローラ250をさらに含んでもよい。レシーバ208は、たとえば、コントローラ250にワイヤレス電力伝送の管理に関係する機能などの特定の機能を実行させるための命令などのデータを記憶するように構成されたメモリ(図示せず)をさらに含んでもよい。
【００５３】
上述のように、トランスミッタ204とレシーバ208は、ある距離だけ離されてもよく、トランスミッタ204とレシーバ208との間の伝送損失を最小限に抑えるように相互共振関係に従って構成されてもよい。
【００５４】
図3は、例示的な実施形態による、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に示すように、送信または受信回路350は、電力送信または受信素子352と同調回路360とを含んでもよい。電力送信または受信素子352はまた、アンテナまたは「ループ」アンテナと呼ばれることがあり、あるいはアンテナまたは「ループ」アンテナとして構成される場合がある。「アンテナ」という用語は、一般に、別の「アンテナ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するか、または受け取る場合がある構成要素を指す。電力送信または受信素子352はまた、本明細書では「磁気」アンテナ、または誘導コイル、共振器、もしくは共振器の一部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、共振器、もしくは共振器の一部として構成される場合がある。電力送信または受信素子352は、電力をワイヤレスに出力するか、または受信するように構成されるタイプのコイルまたは共振器と呼ばれることもある。本明細書で使用する電力送信または受信素子352は、電力をワイヤレスに出力し、かつ/または受信するように構成されるタイプの「電力伝送構成要素」の一例である。電力送信または受信素子352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含んでもよい(この図に示さず)。
【００５５】
電力送信または受信素子352が同調回路360を含む共振回路または共振器として構成されるとき、電力送信または受信素子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いてもよい。インダクタンスは、単に電力送信または受信素子352を形成するコイルまたはその他のインダクタによって生成されるインダクタンスであってもよい。キャパシタンス(たとえば、キャパシタ)は、所望の共振周波数における共振構造を作成するように同調回路360によって生成されてもよい。非限定的な例として、同調回路360はキャパシタ354を備えてもよく、共振回路を作成するように送信および／または受信回路350にキャパシタ356が付加されてもよい。いくつかの実施形態では、同調回路360は、システムの動作周波数における共振を達成するように選択された固定キャパシタを備えてもよい。他の実施形態では、同調回路360は、システムの動作周波数における共振を達成するために(たとえば、様々な離調効果を補償するために)動作中に動的に制御されてもよい可変キャパシタ、または切替可能キャパシタのバンクを備えてもよい。
【００５６】
同調回路360は、電力送信または受信素子352を含む共振回路を形成するための他の構成要素を含んでもよい。別の非限定的な例として、同調回路360は、回路350の2つの端子間に並列に配置されたキャパシタ(図示せず)を含んでもよい。さらに他の構成も可能である。いくつかの実施形態では、フロントエンド回路226内の同調回路は、フロントエンド回路232内の同調回路と同じ構成(たとえば、360)を有してもよい。他の実施形態では、フロントエンド回路226は、フロントエンド回路232とは異なる同調回路構成を使用してもよい。
【００５７】
電力送信素子に関しては、信号358は、電力送信または受信素子352の共振周波数に実質的に相当する周波数を有し、電力送信または受信素子352への入力であってもよい。電力受信素子に関しては、信号358は、電力送信または受信素子352の共振周波数に実質的に相当する周波数を有し、電力送信または受信素子352からの出力であってもよい。「コイル」への言及は、本明細書では、「コイル」が使用される文脈に応じて、電力送信素子(たとえば、114)または電力受信素子(たとえば、118)のいずれかを指すために使用される場合がある。
【００５８】
上記で説明したように、電力受信素子をウェアラブルデバイスに組み込む場合、幾何学的不規則性のために、適切な相互インダクタンス(M)の変動を許容しながら、十分なMを改善または維持することは、電力をワイヤレスに受信するために構成されたそのようなデバイスのための受信素子の設計に有益である。たとえば、便宜上、充電体験に影響を与えることなく、ユーザが様々な異なる配置向きにウェアラブルデバイスを配置できるようにすることは、有益である場合がある。特定の配置向きに関する相互インダクタンスが他の配置向きでの相互インダクタンスとは異なるか、またはより小さい場合、その特定の向きについて誘導される電圧の量は、他の配置向きと比較して不十分であるか、または異なる範囲になる場合がある。これは、異なる向きに関して異なる充電時間をもたらす場合がある。加えて、異なる向きによるMの変化を扱うことは、Mの変化を受け入れようとする場合があるシステムの複雑さおよび/またはコストを増加させる場合がある。したがって、充電体験を改善し、全体の効率を高め、および/またはワイヤレス充電システムの複雑さを低減するために、複数の配置向きに対して十分なおよび/または実質的に均一な相互インダクタンスを改善または維持することが有益である場合がある。
【００５９】
図4Aを参照すると、図は、本開示による、電力受信ユニット(たとえば、図2のレシーバ208)を組み込んでもよいウェアラブルデバイス400の例示的な実施形態を表す。ウェアラブルデバイス400は、身につけることができる電子フィットネスモニタリングデバイス(たとえば、フィットネストラッカー、身体センサなど)、電子ブレスレット、電子バッジなどであってもよい。ウェアラブルデバイス400は、たとえば、デバイス電子機器42(たとえば、プロセッサ、コントローラ、通信装置など)、ディスプレイ44、電力エレクトロニクス46(たとえば、バッテリ充電器、電力管理ユニットなど)などのウェアラブルデバイス400の構成要素を収容するデバイス本体402を含んでもよい。ウェアラブルデバイス400の一部は、ウェアラブルデバイス400をユーザに固定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、ユーザがウェアラブルデバイス400を自分自身に固定することを可能にするために、留め具404a、404bが設けられてもよい。腕時計が、たとえば、ユーザが腕時計をユーザの手首に固定することを可能にするストラップを含んでもよい。ウェアラブル電子バッジが、ユーザがバッジをユーザの衣類に固定することを可能にする他の適切な機構のクリップを含んでもよい。
【００６０】
図4Aは、本開示において使用されるいくつかの参照点を確立する。デバイス本体402に面すると、ウェアラブルデバイス400の右側Rおよびウェアラブルデバイス400の左側Lが存在する。ウェアラブルデバイス400の上側Tは、デバイス本体402の上部に取り付けられた上部留め具404a(たとえば、ストラップ)の一部を指す。ウェアラブルデバイス400の下側Bは、デバイス本体402の下部に取り付けられた下部留め具404bの一部を指す。
【００６１】
本開示のいくつかの実施形態によれば、ウェアラブルデバイス400内の電力受信ユニット(たとえば、図2のレシーバ208)は、ウェアラブルデバイス400に取り付けられたいくつかのコイル406a、406b、406c、および406dを備えてもよい。コイル406a〜406dは、限定はしないが、銅線、可撓性基板上にパターン形成されたトレース、それらの組合せなどのような任意の適切な導電性材料であってもよい。各コイル406a〜406dは、導電性材料の1つ以上の巻線を作ることによって形成されてもよく、したがって、巻線と呼ばれることもある。
【００６２】
いくつかの実施形態では、コイル406a〜406dは、ウェアラブルデバイス400の構成要素内に配置されてもよく、その中に組み込まれてもよく、またはそうでなければ一体化されてもよい。たとえば、図4Aは、上側コイル406aが上部留め具404aの一部と一体化されてもよいことを示す。上側コイル406aは、コイルが上部留め具404aの材料内に埋め込まれてもよいことを示すために、点線によって図4A中に表されている。図4Bの右側面図は、これをより明確に示す。同様に、下側コイル406bは、下部留め具404bの一部と一体化されてもよい。他の実施形態では、上側コイル406aおよび下側コイル406bは、たとえば、適切な接着剤を使用して、上部留め具404aおよび下部留め具404bのそれぞれの表面に固定されてもよい。他の実施形態では、上側コイル406aおよび下側コイル406bは、上部留め具404aおよび下部留め具404bの材料内に固定されてもよい。
【００６３】
本開示のいくつかの実施形態によれば、1つまたは複数のコイル406c、406dは、ウェアラブルデバイス400のデバイス本体402に固定されてもよく、またはそうでなければ一体化されてもよい。たとえば、デバイス本体402は、右側コイル406cと左側コイル406dとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、右側コイル406cおよび左側コイル406dは、デバイス本体402のハウジング402aのそれぞれの内側表面に固定されてもよい。図4Bは、デバイス本体402内に配置された右側コイル406cをより明確に示す。図4Cの左側は、同様に、デバイス本体402内に配置された左側コイル406dを示す。
【００６４】
本開示によれば、ウェアラブルデバイス400のコイル406a〜406dは、コイル406a〜406d間の相互結合を最小にするように(たとえば、3次元において互いに対して異なる角度で)配置された複数のコイルを備えてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、各コイル406a、406bは、コイル406cが巻回された平面(図示せず)に直交する(または垂直な)平面(図示せず)の周りに、および/または、コイル406dが巻回された平面(図示せず)の周りに巻回されてもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態では、コイル406a〜406dは、適切な接続部408を介して直列に相互接続されてもよい。図4Aおよび図4Cを参照すると、たとえば、上側コイル406aを備える巻線の一方の端部は、左側コイル406dを備える巻線の一方の端部に接続してもよい。左側コイル406dの他方の端部は、図4Cおよび図4Aに見られるように、下側コイル406bに接続してもよい。直列接続は、図4Aおよび図4Bに示すように、右側コイル406cに接続された下側コイル406bに延びてもよく、右側コイル406cは、図4Bおよび図4Aに示すように、上側コイル406aの他方の端部に接続してもよい。
【００６６】
少しの間図5Aを参照すると、図は、いくつかの実施形態による、直列に接続されたコイル406a〜406dの概略図を示す。概略図は、上側コイル406a、下側コイル406b、右側コイル406c、および左側コイル406dにそれぞれ関連するキャパシタCT、CB、CR、およびCLを含む。各コイル/キャパシタ対(たとえば、406aおよびキャパシタCT)は、共振回路を画定することができ、外部生成磁場74の周波数において共振するように(たとえば、キャパシタの適切な値を選択することによって)同調されてもよい。他の実施形態では、たとえば、図5Bに示すように、単一のキャパシタCが、直列接続されたコイル406a〜406dの端部に接続されてもよい。他の実施形態(図示せず)では、異なる容量値の複数のキャパシタが、異なる共振周波数を有する共振回路を画定するために異なるキャパシタを選択的に切り替えるスイッチング回路とともに設けられてもよい。さらに他の実施形態(図示せず)では、可変キャパシタおよび/または可変インダクタが設けられ、特定の周波数で共振を維持するように調整されてもよい。
【００６７】
図4A〜図4Cに戻ると、いくつかの実施形態では、上側コイル406aおよび下側コイル406bは、たとえば、腕時計ストラップの湾曲を可能にするために、非平面の輪郭を有してもよい。図4A〜図4Cに示す例示的な例は、ストラップ(たとえば、上部留め具404aおよび下部留め具404b)がわずかな湾曲を有することを示す。図6Aは、たとえば、コイル406a、406bに、より劇的な非平面の輪郭を課すことができる可撓性ストラップ604a、604b(たとえば、ネオプレン材料)の例を示す。図が示すように、コイルは、可撓性ストラップ604a、604bの長さの大部分を延ばすことがある。
【００６８】
図4A〜図4Cに戻ると、いくつかの実施形態では、留め具は、いくつかの接続されたリンクセグメント412を備えてもよい。いくつかの実施形態では、コイル406a、406bは、デバイス本体に最も近いリンクセグメント412a、412b内に配置されてもよい。図4A〜図4Cは、たとえば、上側コイル406aおよび下側コイル406bが、それぞれ第1のリンクセグメント412aおよび第2のリンクセグメント412b内に配置されることを示す。他の実施形態では、たとえば、図6Bに示すように、コイル406a、406bは、いくつかのリンクセグメント612に及んでもよい。
【００６９】
図4A〜図4Cおよび図7A〜図7Eを参照すると、本開示によるウェアラブルデバイス400は、異なる向きで充電面72(たとえば、図2に示すトランスミッタ204などの電力送信ユニットの充電面)上に置かれてもよい。ウェアラブルデバイス400は、たとえば、ウェアラブルデバイス400が、それぞれ図7Aおよび図7Bに示すようにデバイス本体402の右側または左側で載っている向きに置かれてもよい。ウェアラブルデバイス400は、たとえば、図7Cに示すように、充電面72上に下向きに置かれてもよい。ウェアラブルデバイス400は、その留め具において充電面72上に置かれてもよい。図7Dは、たとえば、上部留め具404aにおいて載っているウェアラブルデバイス400を示し、図7Eは、下部留め具404bにおいて載っているウェアラブルデバイス400の例を示す。これらの配置向きは、ユーザがユーザのウェアラブルデバイスを充電面上に置くことができる異なる向きを示す。
【００７０】
図7A〜図7Eは、たとえば、充電面72の下のコイル(図示せず)によって充電面72において生成された外部磁場74(たとえば、AC磁場などの交流のまたは時変磁場)の表現を示す。ウェアラブルデバイス400内のコイル406a〜406d(集合的にコイル406)は、外部生成磁場74に結合されてもよい。結合の程度は、ウェアラブルデバイス内のコイル406と、充電面72のコイル(図示せず)との間の相互インダクタンス(M)として表される場合があり、それは、「相互インダクタンス」、たとえば、ウェアラブルデバイスまたはコイルの相互インダクタンス、コイルの相互インダクタンスなどと呼ばれる場合がある。
【００７１】
ウェアラブルデバイス400内のPRUを備えるいくつかのコイル406は、外部磁場74の磁力線に対するコイル406の向きに応じて、ウェアラブルデバイス400内の他のコイル406よりも多くの外部磁場74との結合を有する場合がある。図7Aを参照すると、たとえば、ウェアラブルデバイス400がその右側において載っているとき、デバイス本体402内のコイル406c、406dは、磁場74のより強い垂直磁場成分74aに対して垂直に位置するので、これらのコイル406c、406dは、磁場74との最大の結合を有する場合がある。いくつかの実施形態では、実際の配置に応じて、デバイス本体402内のコイル406c、406dは、90°以外の角度である場合がある。一方、それぞれ上部留め具404aおよび下部留め具404b内のコイル406a、406bは、磁場74の垂直磁場成分74aに対して端に位置するので、これらのコイル406a、406bは、主に磁場74のより弱い水平磁場成分74bに結合する場合がある。上部留め具404aおよび下部留め具404b内のコイル406a、406bは、したがって、磁場とのより少ない結合を示す場合がある。図7Aに示すウェアラブルデバイス400の配置に関するコイル406の総結合は、総相互インダクタンスM1として表される場合がある。
【００７２】
別の例として、ウェアラブルデバイス400が上部留め具404aにおいて置かれて示されている図7Dを検討する。上部留め具404a内のコイル406aは、磁場74の垂直磁場成分74aに対して垂直に位置するので、磁場74に対して異なる向きにある他のコイルと比較して磁場74との最大の結合を有する場合がある。デバイス本体402内のコイル406c、406dは、それらが磁場74の垂直磁場成分74aに対して端に位置するので、磁場74の垂直磁場成分74aにより弱く結合される場合がある。デバイス本体402内のコイル406c、406dは、しかしながら、磁場74のより弱い水平磁場成分74bと結合する場合がある。下部留め具404b内のコイル406bは、デバイス本体402内のコイル406c、406dよりも大きいが、上部留め具404a内のコイル406aよりも小さい、外部磁場74の垂直磁場成分74aとのある程度の結合を受ける場合がある。図7Dに示す充電面72上のウェアラブルデバイス400の配置に関するコイル406の総結合は、総相互インダクタンスM2として表される場合がある。総相互インダクタンスの異なる値が、充電面72上のウェアラブルデバイス400の異なる配置向きに関して得られる場合がある。
【００７３】
本開示によれば、ウェアラブルデバイス400内の電力受信ユニット(たとえば、図2のレシーバ208)を備えるコイル406は、総相互インダクタンスMが充電面72上のウェアラブルデバイス400の少なくとも2つまたはすべての異なる配置向きに関して実質的に同じ(たとえば、ある許容しきい値内)であるように、設計および/または配置されてもよい(たとえば、特定の領域内で選択されたターン/巻線の数、巻線の形状など)。たとえば、ウェアラブルデバイス400が(たとえば、図7Aに示すように右側において)第1の向きで充電面72上に置かれたとき、ウェアラブルデバイス400の総相互インダクタンスは、M1であると仮定する。本開示によれば、コイル406は、ウェアラブルデバイス400が第2の向き(たとえば、図7Dに示すように上側において)充電面72上に置かれたときのウェアラブルデバイス400の総相互インダクタンスM2とM1がほぼ同じになるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、配置向きは、相互インダクタンスを比較する目的のために、充電面72上の基準位置に関連付けられてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、基準位置は、充電面の中心(たとえば、図7Aの76)であってもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、M1は、充電面上の配置向きの所与のセットについて測定された相互インダクタンスの最大値であってもよく、M2は、配置位置のそのセットから測定された相互インダクタンスの最小値であってもよい。M1とM2との間の変化は、パーセンテージとして表されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、M1は、M2よりも20%高い場合がある。たとえば、配置向きの所与のセットに関して、相互インダクタンスの最大値は、相互インダクタンスの最小値よりも20%高い場合がある。他の実施形態では、M1とM2との間の変化は、2つの値間の比として表されてもよい。いくつかの実施形態では、M1とM2との間の比は、約1.2である場合がある。たとえば、配置向きの所与のセットに関する相互インダクタンスの最大値と相互インダクタンスの最小値との間の比は、約1.2である場合がある。本開示のこの態様について、以下に論じる。
【００７５】
図7Aを参照すると、本開示によるウェアラブルデバイス400内のPRUを備えるコイル406の幾何学的形状に関するいくつかの考察は、以下を含む。
・充電面72において生成される外部磁場74は、水平磁場成分74bならびに垂直磁場成分74aを有する。コイル406を設計するとき、水平磁場と垂直磁場とに結合することが考慮されるべきである。
・所与のコイル406a、406b、406c、406dのターン数(N)および所与のコイルの面積(A)などの設計パラメータは、最初に一次近似として選択されてもよい。NおよびAの初期値は、配置向きの所与のセットについて相互インダクタンス値Mの均一なセットを達成しない場合がある。しかしながら、NおよびAを数回反復して系統的に調節することが、Mの適切な均一なセットをもたらす場合がある。
【００７６】
図8は、本開示のいくつかの実施形態によるウェアラブルデバイス内の電力受信ユニット(たとえば、図2のレシーバ208)を備えるコイルを設計するためのプロセスを示す。図4A〜図4Cに示すウェアラブルデバイス400用のコイル406a〜406dは、プロセスを説明するために一例として役に立つが、異なるウェアラブルデバイスが、異なる数のコイル、各コイルの異なるターン数、異なるコイルの幾何学的形状、異なる配置位置などを有することは理解されよう。
【００７７】
ブロック802において、目標相互インダクタンスMtargetが選択されてもよい。プロセスは、反復プロセスであってもよく、明らかになるように、Mtargetは、反復プロセスの終了基準として機能してもよい。
【００７８】
ブロック804において、ウェアラブルデバイス400上のいくつかの領域が識別されてもよい。これらの領域は、コイル(たとえば、406a)の配置のためのウェアラブルデバイス400上の配置位置として機能してもよい。図4A〜図4Cに示すモデルでは、たとえば、領域は、右側R、左側L、表側、および下側Bなどの、デバイス本体402の様々な側面を含んでもよい。領域は、ウェアラブルデバイス400の留め具404a、404b上の領域を含んでもよい。図4A〜図4Cに示すモデルでは、たとえば、そのような領域は、上部留め具404aの一部および下部留め具404bの一部などを含んでもよい。
【００７９】
ブロック806において、初期コイルパラメータが、各々の識別された領域のためのコイルを設計するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、コイルパラメータは、コイルのターン数(N)と、コイルの各ターン間の間隔(S)と、コイル面積(A)とを含んでもよい。他の実施形態では、コイルの幾何学的形状などの追加のパラメータが使用されてもよい。
【００８０】
設計は、反復プロセスであってもよいので、初期コイルパラメータの任意の適切なセットが、コイルを設計するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、各コイル406a〜406dは、同じ初期NパラメータおよびSパラメータを有してもよい。最初に、Aパラメータは、各コイル406a〜406dについて同じであってもよく、または、ウェアラブルデバイス400上のコイル406a〜406dの位置に応じて決定されてもよい。他の実施形態では、初期Nパラメータ、Sパラメータ、およびAパラメータは、いくつかのコイルについて異なってもよく、他のコイルについて同じであってもよい。さらに他の実施形態では、初期Nパラメータ、Sパラメータ、およびAパラメータは、ランダムに選択されてもよい。
【００８１】
少しの間図8Aを参照すると、図は、本開示のいくつかの実施形態による相互インダクタンス値のための行列を示す。行列内の各行(i)は、ウェアラブルデバイス(たとえば、400)上の特定の位置、たとえば、デバイス本体の右側、ストラップの上側などに配置されたコイル(たとえば、406a〜406d)を表してもよい。nのそのような位置が存在してもよい。行列内の各列(j)は、充電面上のウェアラブルデバイスの配置向きを表してもよい。図7A〜図7Eは、たとえば、ウェアラブルデバイス400を充電面72上に下向きに置く、その左側において置くなどの、様々な配置向きを示す。mのそのようなデバイスの向きが存在してもよい。いくつかの実施形態では、電力送信ユニット(たとえば、図2のトランスミッタ204)は、2つ以上の非同一平面の充電面を備える3次元充電器であってもよい。各デバイス向きは、したがって、充電面によって画定される容積空間内の向きを表してもよい。
【００８２】
図8を参照すると、ブロック808において、図8Aに示す行列は、以下の方法で完成されてもよい。ウェアラブルデバイス400上の各コイル位置(i)に対して、コイルを相互接続することなく、ウェアラブルデバイス400上のその位置にコイル406a〜406dを取り付ける。mのデバイス向きの各々においてアクティブな充電面上にウェアラブルデバイス400を配置する。各デバイス向き(j)について、充電面に対するそのコイルの相互インダクタンスMijを測定する。これは、行列が完成されるまで、nの位置の各々および各デバイス向きについて繰り返されてもよい。したがって、たとえば、相互インダクタンスMxyは、ウェアラブルデバイス400がデバイス向きyにおいて充電面上に置かれているときのウェアラブルデバイス400上のコイル位置xにおけるコイル406a〜406dの相互インダクタンスを表す。
【００８３】
いくつかの実施形態では、前述のデータは、シミュレーションから収集されてもよい。たとえば、ウェアラブルデバイス400および充電面は、電磁環境をモデル化またはシミュレートするためのツールを使用してモデル化されてもよい。他の実施形態では、異なるデバイス向きに関する実際の測定を行うために、ウェアラブルデバイス400上の所与の位置にコイル406a〜406dを有するウェアラブルデバイス400の物理的モックアップを構築し、物理的充電面上にウェアラブルデバイス400を置くことが、より実際的である場合がある。
【００８４】
ブロック810において、完成した行列は、均一なMが達成されたかどうかを決定するために使用されてもよい。行列内の各列(j)は、充電面上の所与のデバイス向き(j)に関するウェアラブルデバイス400の総相互インダクタンスメトリック(
【００８５】
【数１】
2018504871.tif 000003
【００８６】
)を計算するために合計されてもよい。総相互インダクタンス(Mj)は、所与のデバイス向き(j)におけるウェアラブルデバイス400上の個々のコイルの相互インダクタンスの合成寄与を表す。
【００８７】
いくつかの実施形態では、Mtargetは、均一なMを評価するための基準として機能する場合がある。しかしながら、任意の適切な基準が使用されてもよいことは理解されよう。非網羅的なリストは、たとえば、
・各デバイス向きに関する総相互インダクタンスの平均(
【００８８】
【数２】
2018504871.tif 000004
【００８９】
)がMtarget以上である
・Mjの各値が、Mtargetのパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内である
・Mjの各値が、互いのパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内である
・最大Mjおよび最小Mjが互いのあるパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内であり最小MjがMtargetのあるパーセンテージ以内である
・最小Mjに対する最大Mjの比がある値(たとえば、約1.2)以内であり、最小MjがMtargetのあるパーセンテージ以内である
・など
を含む。
【００９０】
均一なMが達成されない場合、ブロック812において、1つまたは複数のコイル406a〜406dは、それらのパラメータのうちの1つまたは複数を調整することによって再設計されてもよい。プロセスは、808から繰り返してもよい。コイル406a〜406dは、反復ごとに、いくつかの方法のうちのいずれかにおいて再設計されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、各コイル406a〜406dのNが調整され、プロセスが繰り返されてもよい。各コイル406a〜406dのNとSの両方が調整され、プロセスが繰り返されてもよい。コイル406a〜406dのいくつかのみの1つまたは複数のパラメータが調整され、プロセスが繰り返されてもよい、などである。反復ごとに、コイル設計は、すべてのデバイス向き(j)に関する総相互インダクタンス(Mj)も解に収束するように収束してもよい。
【００９１】
本開示によるいくつかの実施形態では、ウェアラブルデバイス(たとえば、図4A〜図4Cの400)内のコイルは、様々な選択可能な構成で相互接続されてもよい。図9を参照すると、たとえば、いくつかの実施形態では、スイッチ902などのスイッチング回路が、上側(T)コイルと、右側(R)コイルと、下側(B)コイルと、左側(L)コイルとの間に接続されてもよい。各スイッチ902は、1対のコイルに接続されてもよい。バイパス線のセット904が、スイッチ902間に接続されてもよく、各スイッチ902は、1対のバイパス線904に接続されてもよい。各スイッチ902は、その関連するコイルの対を相互接続する、その関連するバイパス線904の対を相互接続する、またはコイルをバイパス線904に相互接続するように構成されてもよい。
【００９２】
コイルの特定の構成を外部生成磁場の周波数に同調させ、したがってコイルとの共振回路を画定するために、同調可能キャパシタ910が出力部Voutに設けられてもよい。他の実施形態では、キャパシタ910は、総リアクタンスを調整するために選択的に電気的に相互接続される1つまたは複数のキャパシタを備えてもよい。出力部Voutは、ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に接続されてもよい。
【００９３】
コントローラ906は、コイルT、R、B、Lおよびバイパス線904の異なる組合せを選択的に相互接続し、キャパシタ910を同調し、したがって1つまたは複数の共振器を画定するために、スイッチ902を動作させてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、コントローラ906は、1つまたは複数のセンサ908によって生成された情報に従ってスイッチ902を動作させてもよい。センサ908は、任意の適切な種類であってよい。いくつかの実施形態では、たとえば、センサ908は、加速度計と、地磁気センサと、ジャイロセンサと、他の空間方位センサとを含んでもよい。ウェアラブルデバイス(たとえば、図4A〜図4Cの400)の向きと、したがって、コイルT、R、B、Lとに関する情報を提供するために、いくつかの実施形態では、コントローラ906は、センサ908から収集されたセンサ情報からウェアラブルデバイスの向きを計算するために使用されてもよい。コントローラ906は、たとえば、相互インダクタンス値を最大にするため、または特定の相互インダクタンスなどを達成するために、適切な組合せでコイルT、R、B、Lを接続するために向き情報を使用してもよい。たとえば、コントローラ906は、コイルと電力送信素子(たとえば、図2の電力送信素子214)との間の第1の相互インダクタンスが第1の値を有する第1の組合せでコイルT、R、B、Lを接続するために、ウェアラブルデバイス400の第1の向きを検出し、向き情報を使用してもよい。コントローラ906は、次いで、コイルと電力送信素子(たとえば、図2の電力送信素子214)との間の第2の相互インダクタンスが、第1の値と実質的に同じか、またはある許容範囲内(たとえば、20%以内)の第2の値を有する第2の組合せでコイルT、R、B、Lを再配置または接続した後、ウェアラブルデバイス400の第2の向きを検出してもよい。このようにして、コントローラ906は、検出された向きに基づいて相互インダクタンスを動的に調整してもよい。コイルT、R、B、L間の接続を選択的に調整する能力は、１つのパラメータであってよく、所望のコイル配置を決定するために、図8のプロセスで使用されてもよい。
【００９４】
いくつかの実施形態では、センサ908は、無線周波数識別デバイス(RFID)を含んでもよい。たとえば、充電面(たとえば、図7Aの72)は、RFIDトランスミッタを備えてもよい。ウェアラブルデバイスが充電面のRFIDトランスミッタの近くに来たとき、RFIDセンサは、コントローラ906を「ウェイクアップ」させる信号を生成してもよい。コントローラ906は、次いで、たとえば、センサ908から得られた向き情報に基づいて、ワイヤレス電力伝送のための適切な構成でコイルT、R、B、Lを接続してもよい。
【００９５】
いくつかの実施形態では、センサ908は、近接場通信(NFC)デバイスを含んでもよい。たとえば、充電面(たとえば、図7Aの72)は、NFCトランスミッタを備えてもよい。充電面は、充電面の能力、たとえば、充電面が送信することができる電力量に関する情報をNFCセンサに伝達してもよい。NFCセンサは、そのような情報をコントローラ906に伝達してもよい。次に、コントローラ906は、適切な構成でコイルT、R、B、Lを接続してもよい。
【００９６】
図9A〜図9Cは、スイッチ902によって選択され得るいくつかの例示的なコイル構成を示す。図9Aは、たとえば、4つのコイルのすべてを直列接続構成で示す。したがって、スイッチ902は、LコイルおよびTコイル、TコイルおよびRコイル、ならびにRコイルおよびBコイルを相互接続する。この構成では、バイパス線904は、使用されない。出力部Voutは、BコイルおよびLコイルにわたって接続されてもよい。同調可能キャパシタ910は、4つのコイルとともに共振回路を画定するために、適切なキャパシタンスC1に設定されてもよい。
【００９７】
図9Bは、Lコイル、Tコイル、およびRコイルのみを備える直列接続構成を示す。出力部Voutは、バイパス線904aを介して、Lコイルの一方の端部と、Rコイルの一方の端部とに接続される。同調可能キャパシタ910は、3つの直列接続コイルとともに共振回路を画定するために、適切なキャパシタンスC2に設定されてもよい。
【００９８】
図9Cは、バイパス線904a、904bを介してRコイルと並列なLコイルを備える並列接続構成を示す。同調可能キャパシタ910は、LコイルおよびRコイルとともに共振回路を画定するために、適切なキャパシタンスC3に設定されてもよい。さらに他のコイル構成が可能であることは理解されよう。他の実施形態では、追加のコイル構成を可能にするために、追加のバイパス線904がスイッチ902間に設けられてもよい。
【００９９】
図10を参照すると、いくつかの実施形態によれば、コイル1004を異なる組合せで選択的に相互接続するスイッチング回路は、図9に示す個々のスイッチ902の代替としてのスイッチマトリクス1002であってもよい。図10は、たとえば、コイル1004に接続された入力部を有するスイッチマトリクス1002を示す。スイッチマトリクス1002は、コイル1004を(たとえば、図9A〜図9Cに示すような)様々な組合せで相互接続するように構成されてもよい。スイッチマトリクス1002は、コイル1004の構成を出力部Voutに接続してもよい。コントローラ1008は、スイッチマトリクス1002を動作させてもよく、共振回路を提供するために同調可能キャパシタ1006が含まれてもよい。コントローラ1008は、上記で説明したように、たとえば、センサ1010によって提供されるセンサ情報に応答して動作してもよい。
【０１００】
図11を参照すると、本開示によれば、ウェアラブルデバイス(たとえば、図4Aの400)内のコイルのうちのいくつかは、ワイヤレス電力伝送のための外部磁場に結合するように構成されてもよく、他のコイルは、ワイヤレス通信のためのアンテナとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、コイルは、ロングタームエボリューション(LTE)通信、ユニバーサルモバイルテレコミュニケーションシステム(UMTS)通信、符号分割多元接続(CDMA)通信、グローバルシステムフォーモバイル(GSM(登録商標))通信などのためのアンテナとして構成されてもよい。他のワイヤレス通信は、WiFi通信、Bluetooth(登録商標)通信、全地球測位システム(GPS)通信、無線通信などを含む場合がある。図11は、たとえば、スイッチマトリクス1102の入力部に接続されてもよい複数のコイル1104(たとえば、上側コイル、右側コイル、下側コイル、左側コイル)を示す。様々な電子構成要素が、スイッチマトリクス1102の出力部に接続されてもよい。電子構成要素は、たとえば、充電回路1112と、トランシーバ1114と、電力管理回路、トランスミッタ、レシーバなどの他の回路(図示せず)とを含んでもよい。
【０１０１】
コントローラ1108は、コイル1104の異なる組合せを異なる電子構成要素に接続するようにスイッチマトリクス1102を動作させてもよい。1つまたは複数のキャパシタ(図示せず)が設けられ、スイッチマトリクス1102によって選択的に切り替えられてもよい。いくつかのキャパシタは、ワイヤレス電力伝送のための共振器を形成するためにコイルと接続されてもよい。いくつかのキャパシタは、ワイヤレス通信のためのアンテナを形成するためにコイルと接続されてもよい。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、たとえば、コントローラ1108に提供されてもよい向き情報を生成するために、1つまたは複数のセンサ1110が含まれてもよい。コントローラ1108は、どのコイル1104を通信アンテナとして構成し、どのコイルをワイヤレス電力伝送のために構成するのかを、そのような向き情報に応じて決定してもよい。いくつかの実施形態では、センサ1110は、通信信号の信号強度を感知してもよい。コントローラ1108は、感知した信号強度に応答して通信アンテナの異なる配置を生成するようにコイル1104を再構成してもよい。いくつかの実施形態では、センサ1110は、ワイヤレス電力伝送中の電力伝送レベルを感知してもよい。コントローラ1108は、感知した電力レベルなどに応答してワイヤレス電力伝送のためのコイル1104の異なる配置を生成するようにコイル1104を再構成してもよい。
【０１０３】
センサ1110の使用は、ユーザが必ずしも再構成に気づくことなく、コイル1104を再構成することが起こることを可能にすることができる。たとえば、センサ1110は、ウェアラブルデバイスが充電面上にあることを検出してもよく、その場合、コイル1104は、ワイヤレス電力伝送のための共振器として自動的に構成されてもよい。ユーザがウェアラブルデバイスを取り上げたとき、センサ1110は、これを検出してもよく、1つまたは複数のアンテナとして機能するようにコイル1104を自動的に再構成してもよい。
【０１０４】
単に構成を例示するための例として、コントローラ1108は、ワイヤレス電力伝送のための共振器を(たとえば、キャパシタとともに)形成するために左側コイルLと右側コイルRとを相互接続するようにスイッチマトリクス1102を動作させてもよい。コントローラ1108は、共振器を充電回路1112に接続するようにスイッチマトリクス1102を動作させてもよい。コントローラ1108は、通信のための主アンテナとして機能するように上側コイルTをトランシーバ1114に接続するようにスイッチマトリクス1102を動作させてもよい。コントローラ1108は、ダイバーシティアンテナなどとして機能するように下側コイルBをトランシーバ1114に接続するようにスイッチマトリクス1102を動作させてもよい。
【０１０５】
図12を参照すると、本開示によるウェアラブルデバイス1200は、Tコイル、Rコイル、Bコイル、およびLコイル1204に加えて、表側(F)コイル1202を含んでもよい。図12Aを参照すると、スイッチマトリクス1212は、上記で説明したようにコイル1202、1204を異なる構成で選択的に接続してもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、1つの構成における表側コイル1202は、ワイヤレス電力伝送のための共振器として構成されてもよい。別の構成では、表側コイル1202は、GPS信号のためのアンテナとして構成されてもよい。いくつかの構成では、コイル1202、1204は、Bluetooth(登録商標)またはWiFi通信などのためのアンテナとして構成されてもよい。
【０１０６】
図13を参照すると、いくつかの実施形態では、コイル1304が、別個のより大きいコイル1302の周囲の内側に配置されてもよい。図13は、第1の上側(T1)コイル1302と第2の上側(T2)コイル1304とを有するそのような「ネスト型」構成を示す。内側コイル(T2)1304のターン数は、T2コイル1304がアンテナとして機能するように構成されたとき、アンテナ整合目的のための周波数を制御するために使用されてもよい。T1コイル1302とT2コイル1304との間の間隔sは、同様に、T2コイル1304がアンテナとして機能するように構成されたとき、入力インピーダンスを制御するために使用されてもよい。図13Aに示すスイッチマトリクス1312は、T1コイル1302およびT2コイル1304の構成可能性を示す。1つの構成では、たとえば、T1コイル1302およびT2コイル1304は、ワイヤレス電力伝送のための外部磁場と結合するように構成された共振器を形成するために互いに接続されてもよい。別の構成では、T1コイル1302は、共振器として構成されてもよく、T2コイル1304は、アンテナとして構成されてもよく、他の構成でも構成され得る。
【０１０７】
本開示は、充電面上のウェアラブルデバイスの向きにかかわらず均一なMを提供するための設計を提案する。本開示はまた、様々なワイヤレス通信用途(たとえば、ワイヤレスワイドエリアネットワーク、WWAN)のためのアンテナを示す。
【０１０８】
ワイヤレスデバイス内のワイヤレス充電システムは、ウェアラブルデバイス上に構成されたいくつかのコイルを含んでもよい。コイルのうちのいくつかは、たとえば、ウェアラブルデバイスの固定具における湾曲に追従するために、非平面の輪郭を有してもよい。コイルは、ウェアラブルデバイス内の1つまたは複数の電子構成要素に電力を提供するために、ワイヤレス電力伝送のための外部磁場に結合するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、コイルは、磁場内のウェアラブルデバイスの異なる配置向きによって実質的に変化しない総相互インダクタンスを有する場合がある。
【０１０９】
ワイヤレス充電システムを有するウェアラブルデバイスを構成する方法は、最初にウェアラブルデバイスの目標相互インダクタンスを決定するステップを含んでもよい。ウェアラブルデバイス上の各コイルの個々の相互インダクタンスは、磁場内のウェアラブルデバイスの複数の配置向きについて決定されてもよい。総相互インダクタンスが磁場内のウェアラブルデバイスのすべての配置向きに関する目標総相互インダクタンスに関して実質的に均一になるまで、コイル設計は、反復的に修正されてもよい。
【０１１０】
ワイヤレス充電システムは、複数のコイルと、異なる組合せにおけるコイルを選択的に構成するための複数のスイッチとを含んでもよい。いくつかの組合せでは、コイルは、ワイヤレス電力伝送のために構成されてもよい。他の組合せでは、コイルのうちのいくつかは、ワイヤレス電力伝送のために構成されてもよく、コイルのうちのいくつかは、ワイヤレス通信のために構成されてもよい。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、スイッチは、コイルをウェアラブルデバイスの異なる電子構成要素に接続してもよい。電子構成要素は、電力管理回路、1つまたは複数のワイヤレス通信回路などを含んでもよい。
【０１１２】
本明細書に記載の特定の実施形態は、ウェアラブルデバイスに関連して説明されているが、本明細書に記載の様々な実施形態の原理および動作は、電力レシーバユニットを組み込むことを望む場合がある様々な異なるデバイスに同様に適用されてもよいことが認識されるべきである。
【０１１３】
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できる任意の適切な手段によって実行されてもよい。一般に、諸図に示す任意の動作は、動作を実行することができる対応する機能的手段によって実行されてもよい。
【０１１４】
上記の説明は、本開示の様々な実施形態を、特定の実施形態の態様がどのように実施され得るのかの例とともに、示す。上の例は、それらの実施形態しかないと見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって規定される特定の実施形態の融通性および利点を示すために提示されている。上の開示および以下の特許請求の範囲に基づいて、特許請求の範囲によって規定される本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および均等物が採用されてよい。
【符号の説明】
【０１１５】
42  デバイス電子機器
44  ディスプレイ
46  電力エレクトロニクス
72  充電面
74  外部磁場、外部生成磁場
74a  垂直磁場成分
74b  水平磁場成分
76  充電面の中心
100  ワイヤレス電力伝送システム
102  入力電力
104  トランスミッタ
105  ワイヤレスフィールド
108  レシーバ
110  出力電力
112  距離
114  電力送信素子
118  電力受信素子
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  トランスミッタ
205  ワイヤレスフィールド
206  送信回路
208  レシーバ
210  受信回路
214  電力送信素子
218  電力受信素子
219  通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
225  入力電圧信号
226  フロントエンド回路
232  フロントエンド回路
234  整流器回路
236  バッテリ
240  コントローラ
250  コントローラ
350  送信または受信回路
352  電力送信または受信素子
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
360  同調回路
400  ウェアラブルデバイス
402  デバイス本体
402a  ハウジング
404a  上部留め具
404b  下部留め具
406a  上側コイル
406b  下側コイル
406c  右側コイル
406d  左側コイル
408  接続部
412  リンクセグメント
412a  第1のリンクセグメント
412b  第2のリンクセグメント
604a  可撓性ストラップ
605b  可撓性ストラップ
612  リンクセグメント
902  スイッチ
904  バイパス線
904a  バイパス線
904b  バイパス線
906  コントローラ
908  センサ
910  同調可能キャパシタ
1002  スイッチマトリクス
1004  コイル
1006  同調可能キャパシタ
1008  コントローラ
1010  センサ
1102  スイッチマトリクス
1104  コイル
1108  コントローラ
1110  センサ
1112  充電回路
1114  トランシーバ
1200  ウェアラブルデバイス
1202  表側コイル
1204  コイル
1212  スイッチマトリクス
1302  第1の上側コイル
1304  第2の上側コイル
1312  スイッチマトリクス
【図１】
2018504871.tif 000005
【図２】
2018504871.tif 000006
【図３】
2018504871.tif 000007
【図４Ａ】
2018504871.tif 000008
【図４Ｂ】
2018504871.tif 000009
【図４Ｃ】
2018504871.tif 000010
【図５Ａ】
2018504871.tif 000011
【図５Ｂ】
2018504871.tif 000012
【図６Ａ】
2018504871.tif 000013
【図６Ｂ】
2018504871.tif 000014
【図７Ａ】
2018504871.tif 000015
【図７Ｂ】
2018504871.tif 000016
【図７Ｃ】
2018504871.tif 000017
【図７Ｄ】
2018504871.tif 000018
【図７Ｅ】
2018504871.tif 000019
【図８】
2018504871.tif 000020
【図８Ａ】
2018504871.tif 000021
【図９】
2018504871.tif 000022
【図９Ａ】
2018504871.tif 000023
【図９Ｂ】
2018504871.tif 000024
【図９Ｃ】
2018504871.tif 000025
【図１０】
2018504871.tif 000026
【図１１】
2018504871.tif 000027
【図１２】
2018504871.tif 000028
【図１２Ａ】
2018504871.tif 000029
【図１３】
2018504871.tif 000030
【図１３Ａ】
2018504871.tif 000031
【国際調査報告】
2018504871.tif 000032
2018504871.tif 000033
2018504871.tif 000034