(57)【要約】  デュアルモードワイヤレス電力受信機のためのシステム、方法、および装置が開示される。一態様によれば、ワイヤレス電力を受け取るための装置が提供される。この装置は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1のコイルを含む。この装置は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第2のコイルをさらに含む。第2のコイルは、第1のコイルを囲むように配置される。第1および第2のコイルが第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1のコイルと第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数は、第2のコイルと第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い。
2017501665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1のコイルと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第2のコイルであって、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、第2のコイルと
を含む装置。
【請求項２】
前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路と、
前記受信回路に電気的に接続され、前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックするように構成されるフィルタ回路と
をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出し、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減する
ように構成される検出回路をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出し、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減する
ように構成される検出回路をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記第1および第2のコイルが導電性構造の少なくとも一部を共有する、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記第1のコイルが、ワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るように構成され、前記第2のコイルが、ワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記装置の回路と前記第1および第2のコイルとの間に配置される磁性材料をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記磁性材料が、第1の部分の全周辺部に沿って延びる間隙によって前記第2のコイル下の第2の部分から物理的に分離される前記第1のコイル下の前記第1の部分をさらに含み、前記間隙が、前記第1の部分から前記第2の部分に流れる磁束の量を減衰させる、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記磁性材料が、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に配置されるとともに前記第1のコイルの少なくとも片側に沿って延びる間隙をさらに画定し、前記間隙が、前記磁性材料における前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に流れる磁束の量を減衰させる、請求項7に記載の装置。
【請求項１０】
前記磁性材料が、
前記第1のコイル下の前記磁性材料の第1の部分と、
前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分と、
前記第1および第2の部分の少なくとも1つとは異なる透磁率を有する磁性材料の少なくとも1つのリングであって、前記第1の部分と前記第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させる、磁性材料の少なくとも1つのリングと
をさらに含む、請求項7に記載の装置。
【請求項１１】
前記第2のコイルを含む受信回路をさらに含み、前記受信回路が前記第2の周波数で実質的に共振するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
前記第1および第2のコイルが、前記第1のコイルと第2のコイルとの間の寄生結合による損失を減衰させるのに十分な、前記第1のコイルの最外の巻きと前記第2のコイルの最内の巻きとの間の距離を有するように配置される、請求項1に記載の装置。
【請求項１３】
前記第1または第2の送信機を検出するように構成される検出回路をさらに含み、前記検出回路が、前記第1または第2の送信機の検出に基づいて前記第1または第2のコイルを負荷に選択的に結合するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１４】
ワイヤレス電力を受け取る方法であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップであって、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、受け取るステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路に電気的に接続されるフィルタ回路を利用して前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出するステップと、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減するステップと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出するステップと、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減するステップと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るステップと、
前記第2のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るステップと
をさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１９】
磁性材料において画定されるとともに第1の部分の全周辺部に沿って延びる間隙を利用して前記第1のコイル下の前記磁性材料の前記第1の部分と前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に画定されるとともに前記第1のコイルの少なくとも片側に沿って延びる磁性材料における間隙を利用して前記磁性材料における前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1のコイル下の磁性材料の第1の部分および前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分の平面に配置されるとともに前記第1および第2の部分の少なくとも1つとは異なる透磁率を有する磁性材料の少なくとも1つのリングを利用して、前記第1の部分と前記第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２２】
実行されたときに、装置に、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取らせ、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取らせ、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、
コードを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２３】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路に電気的に接続されるフィルタ回路を利用して前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックさせる、請求項22に記載の記録媒体。
【請求項２４】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出させ、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減させる、
請求項22に記載の記録媒体。
【請求項２５】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出させ、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減させる、
請求項22に記載の記録媒体。
【請求項２６】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
前記第1のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取らせ、
前記第2のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取らせる、
請求項22に記載の記録媒体。
【請求項２７】
ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段と、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段であって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段が、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段を囲むように配置され、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1および第2の手段が前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1の手段と前記第1の送信機との間の第1の結合係数が、前記第2の手段と前記第2の送信機との間の第2の結合係数よりも高い、第2の手段と
を含む装置。
【請求項２８】
電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段によって受け取られる前記第2の周波数のエネルギーをブロックするための手段をさらに含む、請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出するための手段と、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段を含む回路の特性を変えることによって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段によって前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して受け取られる電力量を低減するための手段と
をさらに含む、請求項27に記載の装置。
【請求項３０】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出するための手段と、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段を含む回路の特性を変えることによって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段によって前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して受け取られる電力量を低減するための手段と
をさらに含む、請求項27に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ワイヤレス電力受信機コイル構成に関する。より詳細には、本開示は、デュアルモードワイヤレス電力受信機のためのシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して電力供給されている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、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。バッテリー技術は向上したが、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、それを消費し、それによって、しばしば再充電する必要がある。充電式デバイスは、しばしば電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様の接続部を通して有線接続を介し、充電される。ケーブルおよび同様の接続部は、場合によっては不便であるかまたは扱いにくく、かつ他の欠点を有することがある。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供給するのに使用されるように自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューション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ワイヤレス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、およびデバイスの様々な実装形態の各々は、いくつかの態様を有し、そのどの態様も単独で、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書において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について、以下の添付の図面および説明において述べる。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、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００５】
本開示で説明する本主題の一態様は、ワイヤレス電力を受け取るための装置を提供する。この装置は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1のコイルを含む。この装置は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第2のコイルをさらに含む。第2のコイルは、第1のコイルを囲むように配置される。第1および第2のコイルが第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1のコイルと第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数は、第2のコイルと第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い。
【０００６】
本開示で説明する主題の別の態様は、ワイヤレス電力を受け取る方法の実装形態を提供する。この方法は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップを含む。この方法は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップを含む。第2のコイルは、第1のコイルを囲むように配置される。第1および第2のコイルが第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1のコイルと第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数は、第2のコイルと第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い。
【０００７】
本開示で説明する主題のさらに別の態様は、コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。このコードは、実行されたときに、装置に、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取らせる。このコードは、さらに、実行されたときに、装置に、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取らせる。第2のコイルは、第1のコイルを囲むように配置される。第1および第2のコイルが第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1のコイルと第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数は、第2のコイルと第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い。
【０００８】
本開示で説明する主題のさらに別の態様は、ワイヤレス電力を受け取るための装置を提供する。この装置は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段を含む。この装置は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段をさらに含む。電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段は、電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段を囲むように配置される。電力をワイヤレスに受け取るための第1および第2の手段が第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1の手段と第1の送信機との間の第1の結合係数は、第2の手段と第2の送信機との間の第2の結合係数よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の例示的な実装形態による、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装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムで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】本発明の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムで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装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムで使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図６】例示的な実装形態による、図4の送信回路で使用され得る送信回路の一部の概略図である。
【図７】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の図である。
【図８】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図９】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図１０】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図１１】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図１２】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図１３】例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイルを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機の別の図である。
【図１４】例示的な実装形態による、第1および第2のコイルを有するデュアルモード受信機構成によるワイヤレス電力回路の機能ブロック図である。
【図１５Ａ】一実装形態による、第2のコイルに関連する動作周波数のエネルギーをブロックするように構成されるフィルタ回路の概略図である。
【図１５Ｂ】一実装形態による、図10Aのフィルタ回路の一実装形態の概略図である。
【図１６】本発明の例示的な実装形態による、ワイヤレス電力を受け取るための例示的な方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の例示的な実装形態による、ワイヤレス電力を受け取る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】
【００１０】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通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。加えて、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。
【００１１】
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を完全に理解してもらうために、具体的な細部を含む。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ている。
【００１２】
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することなく(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)、電場、磁場、電磁場など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。電力伝達を実現するために、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」によって受け取られ、捕捉され、または結合され得る。
【００１３】
図1は、本発明の例示的な実装形態による、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。エネルギー伝達を可能にするために、場105を生成するのに、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、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)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、距離112だけ離間される。例示的な一実装形態では、送信機104および受信機108は、相互の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との間の伝送損失は最小となる。したがって、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことを必要とする大型のコイルを必要とする可能性がある純粋に誘導性のソリューションとは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達を可能にすることができる。したがって、共振誘導結合技法は、効率を改善するとともに、様々な距離にわたってかつ様々な誘導コイル構成を用いて電力伝達を可能にし得る。
【００１４】
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に位置するとき、電力を受け取ることができる。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によって捕捉さ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「近接場」に相当してよい。送信機104は、エネルギー伝達を出力するための送信アンテナ114を含んでよい。さらに、受信機108は、エネルギー伝達からのエネルギーを受信または捕捉するための受信アンテナ118を含む。近接場は、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に起因する強い反応場が存在する領域に相当してよい。場合によっては、近接場は、送信アンテナ114の約1波長(または波長の数分の一)内にある領域に相当してよい。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連する適用例およびデバイスに応じてサイズを決定される。上述のように、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非近接場に伝播するのではなく、送信アンテナ114の場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生じさせることができる。場105内に位置するとき、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。この結合が起こり得る、送信アンテナ114および受信アンテナ118の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１５】
図2は、本発明の様々な例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100に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。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とを含むことができる、送信回路206を含んでよい。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生成す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の共振周波数で送信アンテナ214を駆動するように構成されるドライバ回路224に供給され得る。ドライバ回路224は、発振器222から矩形波を受け取り、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であってよい。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であってよい。また、フィルタおよび整合回路226は、高調波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。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、ワイヤレスで電力を出力できる。一例として、提供される電力は、異なる電力要件を有する異なる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ワットのオーダにあることができる。より高いまたは低い電力レベルも提供できる。
【００１６】
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)に電力を供給するためにAC電力入力からDC電力出力を生成するための整流器/スイッチング回路234とを含み得る受信回路210を含んでよい。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)上で通信してよい。別法として、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を使用したバンド内信号伝達を介して通信することができる。
【００１７】
以下でより十分に説明するように、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できる受信機208は、送信機204によって送信され、受信機208によって受け取られる電力の量が、バッテリー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できる。さらに、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、バッテリー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、バッテリー236を充電せずに、ワイヤレス電力伝達場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、近接場通信(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、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによってワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、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。
【００１８】
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の一部分の概略図である。図3に示されたように、以下で説明するものを含む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、アンテナ352を含むことができる。また、アンテナ352は、「ループ」アンテナ352と呼ぶことができるか、または「ループ」アンテナ352として構成することができる。また、アンテナ352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ぶことができるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成することができる。「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。アンテナは、電力をワイヤレスに出力するかまたは受け取るように構成されるタイプのコイルと呼ばれてもよい。本明細書で使用する場合、アンテナ352は、電力をワイヤレスに出力、および/またはワイヤレスに受信するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の例である。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コア(図示せず)を含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された無関係の物理デバイスに対して、より耐用性がある可能性がある。さらに、空芯ループアンテナ352により、他の構成要素をコア領域内に配置することが可能になる。加えて、空芯ループは、受信アンテナ218(図2)を送信アンテナ214(図2)の平面内に配置することをより容易に可能にしてもよく、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域は、より強力であり得る。
【００１９】
上述のように、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との間に整合した共振またはほぼ整合した共振が生じている間に行われ得る。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も、エネルギーを伝達することができるが、効率に影響を及ぼす可能性がある。エネルギーの伝達は、送信アンテナ214の場105からのエネルギーを、近傍にある受信アンテナ218に結合することによって行われ、この場105は、送信アンテナ214からのエネルギーを自由空間に伝播させる代わりに確立される。
【００２０】
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いている。インダクタンスは単にアンテナ352によって生成されたインダクタンスである可能性があるが、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を生成するためにアンテナのインダクタンスに加えられ得る。非限定的な例として、共振周波数で信号356を選択する共振回路を生成するために、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を加えてよい。したがって、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てよい。さらに、アンテナの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。他の構成要素を使用して形成される他の共振回路も考えられる。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してよい。送信アンテナに関して、アンテナ352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358がアンテナ352への入力であってよい。
【００２１】
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、時間変動する磁場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、時間変動する磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導することができる。上述のように、受信アンテナ118が送信アンテナ114の周波数で共振するように構成される場合、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信号は、負荷を充電するかまたは負荷に電力を供給するために供給され得るDC信号を生成するために上述のように整流され得る。
【００２２】
図4は、本発明の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに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に示すアンテナ352である可能性がある。送信回路406は、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)を発生させる発振信号を生成することにより、送信アンテナ414にRF電力を供給してよい。送信機404は、任意の適切な周波数で動作することができる。例として、送信機404は、6.78MHzのISMバンドで動作することができる。
【００２３】
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させるように構成されるローパスフィルタ(LPF)408とを含んでよい。他の例示的な実装形態は、ノッチフィルタを含むが、それに限定されない異なるフィルタトポロジを含んでよく、ノッチフィルタは、特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数は通過させ、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、測定可能な送電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んでよい。送信回路406は、発振器423によって決定される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されても、または代わりに、一体型アセンブリから構成されてもよい。送信アンテナ414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度であってよい。
【００２４】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、かつ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ように出力電力レベルを調整するために、特定の受信機の送信フェーズ(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コントローラ415をさらに含んでよい。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサ415と呼ばれることも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り、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の低減が可能になり得る。
【００２５】
送信回路406は、送信アンテナ414によって生成された近接場の近傍における作動中の受信機の有無を検出するための負荷感知回路416をさらに含んでよい。例として、負荷感知回路416は、以下でさらに説明するように、送信アンテナ414によって生成された場の近傍における作動中の受信機の有無によって影響を及ぼされ得るドライバ回路424に流れる電流を監視する。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中の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。以下でより十分に説明するように、ドライバ回路424で測定される電流は、無効なデバイスが送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に位置するかどうかを判定するために使用され得る。
【００２６】
送信アンテナ414は、リッツ線とともに、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。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、または他の携帯性の低い構成などの、より大きい構造と関連付けて構成され得る。したがって、送信アンテナ414は、一般に実用的な寸法となるように「巻くこと」を必要としない場合がある。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)であり、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で共振するように同調され得る。
【００２７】
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てよい。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んでよい。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により送出される電力量を調整してよい。送信機404は、たとえば、ビル内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、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介して、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受け取ってよい。
【００２８】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバー領域に挿入される、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ってよい。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。
【００２９】
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ってよい。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定が存在してよい。場合によっては、これらの規定は、人を電磁放射から守ることを意図されている。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工業の現場、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領域に位置する環境が存在し得る。これらの環境に人間がいない場合は、通常の電力制限規定を超えて送信アンテナ414の電力出力を増加させることを許容し得る。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の電磁場から規制距離の外側にいる場合は、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てよい。
【００３０】
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、包囲体が閉状態または開状態であることを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってよい。送信機が閉状態の包囲体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させてよい。
【００３１】
例示的な実装形態では、送信機404がいつまでもオンのままではない方法を使用してよい。この場合、送信機404は、ユーザによって決定された時間量の後、シャットオフされるようにプログラムされ得る。この特徴は、送信機404の周囲のワイヤレスデバイスが十分充電された後、送信機404、特にドライバ回路424が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より送信された、デバイスが十分充電されたという信号を検出するための回路の故障によるものである可能性がある。そ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が自動的にシャットオフすることを防止するために、送信機404の自動シャットオフ機能は、その周囲で動作が検出されずに、定められた期間が経過した後にだけ、アクティブ化されてよい。ユーザが、望み通りに、無活動時間間隔を決定し、それを変更できてよい。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てよい。
【００３２】
図5は、本発明の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに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、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に統合されてよいことに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスに伝播され、次いで受信回路510の残りの部分を介してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスには、モバイルフォン、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)などのデバイスが含まれ得る。
【００３３】
受信アンテナ518は、送信アンテナ414(図4)と同じ周波数で、または特定の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と同様の寸法を有しても、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を有してもよい。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ってよい。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、アンテナの直径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き数(すなわち、巻回)および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス550の実質的な外周の周りに配置されてよい。
【００３４】
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可能にしてよい。受信回路510は、受け取られたRFエネルギー源をデバイス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、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522を含んでもよい。RF-DC変換器520は、受信アンテナ518で受信されたRFエネルギー信号を、Vrectで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(または他の電力調整器)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、調整器、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、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３５】
受信回路510は、受信アンテナ518を電力変換回路506に接続するための、あるいは電力変換回路506を切断するための、スイッチング回路512をさらに含んでよい。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2)から「見た」「負荷」も変化する。
【００３６】
上記で開示したように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出することができる負荷感知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在することを判定するための機構を有する。
【００３７】
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機をより効率的に送信機に結合させるために、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましい場合がある。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、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように、受信機508から送信機404への通信機構を実現することができる。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付けられ得る。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であってよい。
【００３８】
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、結合場を使用したバンド内信号伝達)ではなく、デバイス感知/充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用してよい。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してよい。受信機側から、受信機508は、どれくらいの電力が場から受け入れられているかを調整するために受信アンテナ518の同調および非同調を使用してよい。場合によっては、同調および非同調は、スイッチング回路512を介して実現され得る。送信機404は、場からの使用される電力のこの差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈してよい。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用してよいことに留意されたい。
【００３９】
受信回路510は、送信機から受信機への情報信号伝達に対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、信号伝達検出器/ビーコン回路514をさらに含んでよい。さらに、信号伝達/ビーコン回路514は、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、かつ低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流し、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が枯渇した回路のいずれかを呼び起こして受信回路510をワイヤレス充電が可能なように構成するために使用されてもよい。
【００４０】
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、本明細書で説明する受信機508のプロセスを調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供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行われる可能性がある。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御するのに加えて、ビーコン回路514を監視してビーコン状態を判定し、送信機404から送信されたメッセージを抽出してもよい。プロセッサ516は、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整してもよい。
【００４１】
図6は、図4の送信回路406に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、上記に図4において説明したように、ドライバ回路624を含んでよい。ドライバ回路624は、図4に示されたドライバ回路424に類似していてもよい。上述のように、ドライバ回路624は、矩形波を受け取り、送信回路650に供給する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ってよい。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、本発明の実装形態によって任意の適切なドライバ回路624が使用されてよい。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を介して送出され得る最大電力を制御するように構成される駆動電圧VDを提供され得る。高調波を解消または低減させるために、送信回路600は、フィルタ回路626を含んでよい。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であってよい。
【００４２】
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を含む送信回路650に提供され得る。送信回路650は、ドライバ回路624によって供給されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振する可能性がある、(たとえば、アンテナのインダクタンスもしくはキャパシタンス、または追加のキャパシタ構成要素に起因する可能性がある)あるキャパシタンス620およびインダクタンスを有する直列共振回路を含んでよい。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ワイヤレス電力受信機508の関数であってよい。
【００４３】
上述したように、疎結合のワイヤレス電力システムは、送信機404および受信機508を含む。送信機404は、受信機508に結合し、磁気エネルギーを電気エネルギーに変換する磁場を生成する。受信機508は、電気エネルギーを利用する、充電されるべきデバイスに接続される。上記で示されたように、充電されるデバイスは、携帯電話、コンピュータ、Bluetooth(登録商標)ヘッドセットなどの任意の電子ハードウェアであり得る。送信機404は、通信リンク(たとえば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、WIFIなど)を介して、任意の所与の受信機508と通信することができる。通信リンクにより、受信機508が送信機404にフィードバックデータを送信することが可能になり、その結果、送信機404は、その磁場の強度を変更して、伝達される電気エネルギーを調整することができる。受信機508は、送信機404と通信でき、かつ、送信機404のシステム制御パラメータに従って機能することができる場合、「準拠」していると考えることができる。
【００４４】
異なる構成および異なるワイヤレス電力の特徴を有する動作特性を有する送信機から電力を受け取ることができる受信機508を有することが有利である。本明細書で説明するいくつかの実装形態のいくつかの態様は、異なる送信機タイプから電力を受け取ることが可能であり得るデュアルモード受信機に関する。たとえば、第1のタイプの送信機404は、送信機404のコイル414および受信機のコイル518が近接して配列される密結合関係に従って送信するように構成され得る。この場合、コイル間の結合係数は、0.5よりも大きいかまたはそれに等しくてもよい。第2のタイプの送信機404は、送信機404のコイル414および受信機のコイル518が近接して配列されていなくてもよい疎結合関係に従って構成されてもよく、電力は、たとえば、結合係数0.5未満の場合に十分に伝達され得る。したがって、受信機508が、両方の送信機タイプから電力をワイヤレスに受け取ることが可能であることが有利であり得る。
【００４５】
一実装形態の一態様では、ワイヤレス電力受信機508は、各コイルが異なる送信機タイプから電力をワイヤレスに受け取るように構成される、異なる構成を有する少なくとも2つの異なるコイルを含み得る。いくつかの場合には、一方のコイルの効率が他方によって影響を受ける可能性があるが、その結果、効率の損失は、両方のコイルが十分よく動作することができるように緩和され得るか十分低くなり得る。
【００４６】
図7は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル718aおよび718bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機708の図である。第1および第2のコイル718aおよび718bの各々は、動作特性、ワイヤレス電力要件、および/または特徴の異なるセットに従って動作する異なる送信機タイプと互換性を持つように構成され得る。たとえば、第1のコイル718aは、第1の周波数を有する交番磁界を生成するように構成される第1の送信機404から電力をワイヤレスに受け取るように構成され得る。第1のコイル718aは、送信機404のコイル414のすぐ近くに配置される、および/または近接して配列されるように構成され得る。この場合、受信機708および送信機404は、電力を伝達するとき、受信コイル718aおよび送信コイル414が密結合される(たとえば、受信コイル718aと送信コイル414との間の結合係数が0.5よりも大きいかまたはそれに等しい)ように構成され得る。受信回路および送信回路ならびに電力伝達のためのシステム制御および動作特性は、受信コイル718aおよび送信コイル414が、密結合の関係に従ってこのように近接して配列されるときに動作するように構成され得る。
【００４７】
第2のコイル718bは、第1の周波数とは異なる第2の周波数を有する交番磁界を生成するように構成される第2の送信機404から電力をワイヤレスに受け取るように構成され得る。たとえば、第2の周波数は、実質的に6.78MHzであるように構成されてもよく、一方、第1の周波数はより低い(たとえば、実質的に100〜500kHz程度有意に低い)可能性がある。第2のコイル718bは、動作周波数(たとえば、6.78MHz)で共振するように構成される受信アンテナ回路の一部であり得る。第2のコイル718bは、送信機404の充電領域内のどこにでも配置されるように構成されてもよく、この場合、受信機708が、空間的自由を有し、充電中に送信コイルに対して異なる位置に移動することが可能であり得るように、第2のコイル718bおよび送信コイル414が近接して配列されていなくてもよい。受信機708および送信機404は、電力を伝達するとき、受信コイル718bおよび送信コイル414が疎結合される(たとえば、受信コイル718bと送信コイル414との間の結合係数が、たとえば0.5未満である)ように構成され得る。受信回路および送信回路ならびに電力伝達のためのシステム制御および動作特性は、受信コイル718および送信コイル414が、疎結合され、近接して配列されていないときに動作するように構成され得る。したがって、第1の受信コイル718aおよび付随の受信回路は、第1の要件のセットに準拠するように構成されてもよく、第2の受信コイル718bおよび付随の受信回路は、第2の異なる要件のセットに準拠するように構成され得る。
【００４８】
一実装形態によれば、第2の受信コイル718bは、第1の受信コイル718aの廻りに構築され、配置されるように構成され、たとえば、第1の受信コイル718aを少なくとも部分的にまたは完全に囲み得る。第2の受信機コイル718bは、図示されるようなループ型、またはスパイラル型とすることができる。第1の受信機コイル718bに対する第2の受信機コイル718bの全体的な寸法は、十分な電力を受け取る間、送信コイル404に対する配置のより大きい自由を可能にするように大きくてよい。第1のコイル718aを囲むループ型コイル718bは、第1のコイル718aがより低い第1の動作周波数の要件ならびに関連する電力および動作要件も満たしながら、第2の周波数ならびに関連する電力および動作要件に従って伝達される電力に関連付けられた第2のコイル718bの設計要件を満たすことを可能にすることができる。以下でさらに説明するように、受信回路および他の制御回路は、どのタイプの送信機が電力を送信しているかを検出し、第2のコイル718bのための無場によって第1のコイル718aが影響を受けないこと、およびその逆を確実にするために、周波数間の分離を提供するように構成され得る。
【００４９】
2つのコイル718aと718bとの間の寄生結合による損失を低減する(たとえば、減衰させる)ために、第1のコイル718aの最外の巻きと第2のコイル718bの最内の巻きとの間の最小距離734があり得る。
【００５０】
第1および第2の受信コイル718aおよび718bは、同じ基板に配置され、取り付けられてもよく、一般に、デバイス内の同じ領域を利用することができる。受信機708は、受信機デバイスの他の構成要素と受信コイル718aおよび718bとの間に配置され得る磁性材料730を含み得る。この磁性材料730は、フェライトシートでもよい。磁性材料730は、動作周波数に基づいて選択されてもよく、たとえば、高周波フェライト材料を使用することができる。第1および第2の受信コイル718aおよび718bは、同じフェライトシートの上部または上に配置されてもよい。
【００５１】
他の実装形態では、寄生コイル(図示せず)は、寄生コイルが第1のコイル718aに重ならず、第1のコイル718aの周辺部を囲む、取り囲む、またはその廻りに配置されるように配置され得る。そのような実装形態では、第2のコイル718bは、寄生コイルおよび第1のコイル718aの周辺部を囲む、取り囲む、またはその廻りに配置され得る。動作中、第1のコイル718aにおいて誘起される電流は、第1のコイル718aの磁界と180°位相外れの寄生コイルにおける磁界を生成することができる。これらの逆の磁界は、実質的に互いを相殺することができ、第1のコイル718aと第2のコイル718bとの間の任意の相互結合および相互インダクタンスを低減する。
【００５２】
また他の実装形態では、図8に示されるように、第1のコイル下にある磁性材料は、間隙によって第2のコイル下にあるフェライトから分離され得る。これは、2つのコイルの間の寄生結合による損失を低減することができる。図8は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル818aおよび818bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機808の別の図である。図8は、それぞれ2つのコイル818aおよび818b下の磁性材料の第1の部分830aと磁性材料の第2の部分830bとの間に間隙834を有する一実装形態を示す。空隙834によって提供される磁性材料の第1の部分830aと磁性材料の第2の部分830bとの間の物理的な不連続性は、磁性材料の第2の部分830bから磁性材料の第1の部分830aにおけるH界(H-field)を切り離すことができる(たとえば、間隙834は第1の部分830aから第2の部分830bに流れる磁束の量を減衰させる)。これは、より少ないH界磁束(H-field flux)が磁性材料の第1の部分830aから磁性材料の第2の部分830bに結合されるので、図7の実装形態と比較して分離を向上させ得る。これは、相互インダクタンスを低減し、第1および第2のコイル818aと818bとの間の分離を向上させる。さらに、磁性材料の複数の部分または層が利用される任意の実装形態は、磁性材料の複数の部分または層についての異なる透磁率値を有し得る。
【００５３】
また別の実装形態では、第1および第2のコイル下にある磁性材料は、磁性材料における重要な位置にのみ1つまたは複数の空隙を含むことができる。図9は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル918aおよび918bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機908の別の図である。図9は、磁性材料930において第1の間隙935aおよび第2の間隙935bを有する一実装形態を示す。空隙935aおよび935bは、第1および第2のコイル918aと918bとの間に位置し得る。空隙935aおよび935bは、第2のコイル918bに最も近い第1のコイル918aの側に位置し得る。第1および第2のコイル918aと918bとの間の磁性材料930における部分の物理的な不連続性は、第2のコイル918b下の磁性材料930におけるH界から第1のコイル918a下の磁性材料930におけるH界を少なくとも部分的に切り離す役割、またはその逆の役割を果たし得る。これは、より少ないH界磁束が第1のコイル918a下の磁性材料930の部分と第2のコイル918b下の磁性材料930の部分との間で結合されるので、図7の実装形態と比較して分離を向上させ得る。これは、相互インダクタンスを低減し、第1および第2のコイル918aと918bとの間の分離を向上させる。
【００５４】
図10は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル1018aおよび1018bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機1008の別の図である。図10は、図7〜図9に関して前に説明したように、第1のコイル1018aおよび第2のコイル1018bを有する一実装形態を示す。図10は、第1および第2のコイル1018aおよび1018b下に配置される磁性材料1030aをさらに含む。図10は、磁性材料1030aの平面に配置されており、第1のコイル1018aの周辺部を取り囲む、囲む、またはその廻りに延びる磁性材料の第1のリング1030bをさらに含む。図10は、磁性材料1030aの平面に配置されており、第1のコイル1018aの周辺部および第1のリング1030bを取り囲む、囲む、またはその廻りに延びる磁性材料の第2のリング1030cをさらに含んでいてもよい。第1および第2のリング1030bおよび1030cの透磁率は、互いに異なっていてよく、および/または、磁性材料1030aの透磁率と異なっていてよい。第1のリング1030bおよび第2のリング1030cは、互いから物理的および電気的に分離され得る。磁性材料1030a、第1のリング1030b、および第2のリング1030cの各々の間の電気的、物理的、および透磁率の不連続性は、第2のコイル1018b下の磁性材料1030aの第2の部分におけるH界から第1のコイル1018a下の磁性材料1030aの第1の部分におけるH界を少なくとも部分的に切り離す役割を果たすことができる。これは、より少ないH界磁束が第1のコイル1018a下の磁性材料1030の部分から第2のコイル1018b下の磁性材料1030の部分に、またはその逆に結合されるので、図7の実装形態と比較して分離を向上させ得る。これは、相互インダクタンスを低減し、第1および第2のコイル1018aと1018bとの間の分離を向上させる。
【００５５】
表1は、図7〜図10の実装形態に関して前に説明したように、第1および第2のコイルの抵抗およびインダクタンスの例示的な測定値ならびに第1のコイルと第2のコイルとの間の相互インダクタンスを示す。たとえば、例示的な測定値は、磁気層(たとえば、フェライト)が利用されておらず、磁気層が第1のコイル下のみに配置され、(図7に関して説明したように)磁気層が第1のコイルと第2のコイルの両方の下に単一のシートとして配置されている、(図8に関して説明したように)間隙によって互いに分離される第1および第2のコイルの各々の下に異なる磁気層が配置されている、および(図7に関して説明したように)寄生コイルが利用されている実装形態について示されている。例示的な測定値は、第1のコイルでは約500kHzの周波数で、および第2のコイルでは約6.78MHzで計測された。
【表１】
2017501665.tif 000003
【００５６】
図7〜図10に示される実装形態の各々において、第1および第2のコイルは重ならない。いくつかの実装形態では、図11〜図13に示されるものとして、第1および第2のコイルは互いに重なっていてもよく、第1および第2のコイルの導体の少なくともいくつかは、交点で互いに直交するか、または重なってもよい。第1および第2のコイルの各々を通過する電流は、第1および第2のコイルを構成する導体の方向に進むので、第1および第2のコイルの導体の重なり合う部分または交差する部分を通過するそれぞれの電流によって誘起される磁界も互いに直交する。導体、電流、および磁界のこの直交性は、第1のコイルと第2のコイルとの間の相互インダクタンスを低減または減衰させる。
【００５７】
図11は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル1118aおよび1118bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機1108の別の図である。受信機1108において、第2のコイル1118bは、第1のルーピング部1120aおよび第2のルーピング部1120b(たとえば、2つの局所の巻き)を含み得る。示されるように、第1のルーピング部1120aの導体は、第1のコイル1118aに重なっていてもよく、第1のコイル1118aの導体が重なる箇所で延びる方向に直交する方向に延びていてもよい。同様に、第2のルーピング部1120bの導体は、第1のコイル1118aに重なっていてもよく、第1のコイル1118aの導体が重なる箇所で延びる方向に直交する方向に延びていてもよい。第2のコイル1118bにおいて誘起される電流は、矢印で示されるような方向に進むことができる。図11に示されるように、電流は、第1のルーピング部1120aの各巻きを通って同じ方向に、および第2のルーピング部1120bの各巻きを通って同じ方向に進むことができる。これは、第2のコイル1118bのインダクタンスを上昇させることができる。しかしながら、電流は、第1および第2のルーピング部の隣接する、実質的に平行した導体を通って反対方向に進む。これは、第1および第2のルーピング部の隣接する、実質的に平行した導体を通る電流によって第1のコイル1118aにおいて誘起される磁界が、大きさにおいては実質的に等しいが、極性においては反対であり、したがって、実質的に互いに相殺するので、第1および第2のコイル1118aと1118bとの間の相互インダクタンス(および結合)を減少させることができる。
【００５８】
図12は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル1218aおよび1218bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機1208の別の図である。受信機1208において、第2のコイル1218bは、第1のルーピング部1220a、第2のルーピング部1120b、および第3のルーピング部1120c(たとえば、3つの局所の巻き)を含み得る。示されるように、第1のルーピング部1220aの導体は、第1のコイル1218aに重なっていてもよく、第1のコイル1218aの導体が重複なるで延びる方向に直交する方向に延びていてもよい。同様に、第3のルーピング部1120cの導体は、第1のコイル1218aに重なっていてもよく、第1のコイル1218aの導体が重複なるで延びる方向に直交する方向に延びていてもよい。第2のコイル1218bにおいて誘起される電流は、矢印で示されるような方向に進むことができる。図12に示されるように、電流は、第1のルーピング部1220aの各巻きを通って同じ方向に、第2のルーピング部1120bの各巻きを通って同じ方向に、および第3のルーピング部1120cの各巻きを通って同じ方向に進むことができる。しかしながら、電流は、第1、第2、および第3のルーピング部1220a、1220b、1220cの各々の隣接する、実質的に平行した導体を通って反対方向に進む。この配置は、図11に関して前に説明したように、第2のコイル1218bのインダクタンスを上昇させるとともに、第1および第2のコイル1218aと1218bとの間の相互インダクタンスを減少させることができる。
【００５９】
図13は、例示的な実装形態による、電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1および第2のコイル1318aおよび1318bを含むデュアルモードワイヤレス電力受信機1308の別の図である。受信機1308において、第2のコイル1318bは、第1のルーピング部1320a、第2のルーピング部1320b、第3のルーピング部1320c、および第4のルーピング部1320d(たとえば、4つの局所の巻き)を含み得る。示されるように、第1〜第4のルーピング部1320a、1320b、1320c、1030dの各々の導体は、第1のコイル1318aに重なっていてもよく、第1のコイル1318aのそれぞれの導体が重なる箇所で延びる方向に直交する方向に延びていてもよい。第2のコイル1318bにおいて誘起される電流は、矢印で示されるような方向に進むことができる。図13に示すように、電流は、それぞれ、第1〜第4のルーピング部1320a〜1320dの各巻きを通って同じ方向に進むことができる。しかしながら、電流は、第1〜第4のルーピング部1320a〜1320dの各々の隣接する、実質的に平行した導体を通って反対方向に進む。この配置は、図11および図12に関して前に説明したように、第2のコイル1318bのインダクタンスを上昇させるとともに、第1および第2のコイル1318aと1318bとの間の相互インダクタンスを減少させることができる。図11〜図13の各々における第2のコイルは、合計2つのグローバルな巻き(たとえば、図11〜図13の各々における第2のコイルの実質的に全周辺部に沿った2つの実質的に平行した導体)を示し、任意の数のグローバルな巻きが企図され得る。
【００６０】
図7〜図13は、2つのコイルを示しているが、いくつかの実装形態では、少なくとも一部の第1および第2のコイルが共有されてもよい。たとえば、一実装形態では、第1および第2のコイルは、端子または他の回路を共有することができる。別の実装形態では、第1および第2のコイルのために、または一部のコイルのために、共通の導電性構造が使用され得る。この場合、回路は、(たとえば、異なる動作周波数で動作する)異なるタイプの動作を可能にするために、共通の導電性構造に電気的に接続するように構成され得る。したがって、本明細書で説明する実装形態に従って、第1および第2のコイルは、それらが完全に別々でないような方法で結合され得る。
【００６１】
図7〜図13に関して、いくつかの実装形態では、第1および第2のコイルは、異なる受信回路が関連付けられていてもよい(たとえば、各コイルは別個の受信チェーンを有する)。異なる受信回路は、第1および第2のコイルの各々が、第1および第2のコイルに結合される共通の負荷に電力を供給するために必要な電力を供給することができるように、電力が第1および第2のコイルによって受け取られるように構成される方法およびタイプに基づいて異なる動作要件に従って受け取られる電力を変換するように構成され得る。
【００６２】
図11〜図13では、磁性材料がない場合が示されている。しかしながら、本開示は、図7〜図10のいずれかに関して前に説明したような磁性材料構成のいずれかとの、図11〜図13のいずれかにおいて前に説明したような第1および第2のコイルの任意の組合せを企図する。
【００６３】
図7に示される設計対図13に示される設計についての抵抗、インダクタンス、および相互インダクタンスの実験的な比較が以下の表2に示される。表2でわかるように、グローバルな第2のループ1318bに各々関与する4つのローカルルーピング部1320a〜1320dを有する図13の設計は、第2のコイル718bと比較して、第2のコイル1318bの抵抗を低減し、第1のコイル718aと比較して、第1のコイル1318aのインダクタンスを上昇させ、第1および第2のコイル718aおよび718bと比較して、第1および第2のコイル1318aおよび1318bの間の相互インダクタンスを減少させる。加えて、実験的な比較は、図13の第1および第2のコイル1318aおよび1318bの間の最小相互インダクタンスに対する最大相互インダクタンスの比が、図7の第1および第2のコイル718aおよび718bについての同じ比率よりも低いことを示す。具体的には、図13のローカルループ構成は、図7の構成におけるよりもより均一なH界をもたらすので、第1および第2のコイル1318aおよび1318bの間の最大相互インダクタンスは、第1および第2のコイル718aおよび718bの間よりも低くなり得る。
【表２】
2017501665.tif 000004
【００６４】
図14は、例示的な実装形態による、第1のコイル1419aおよび第2のコイル1418bを有するデュアルモード受信機構成によるワイヤレス電力回路1400の機能ブロック図である。第1のコイル1418aは、第1の受信回路1460に結合される。第1のコイル1418aは、図7〜図13の第1のコイルのうちのいずれかに対応し得る。第1の受信回路1460は、フィルタ1462および電力変換回路および制御回路1464を含む。電力変換回路および制御回路1464は、充電されるべきデバイス1470(たとえば、ポータブル電子デバイス)に結合され得る電力のAC/DCを変換するように構成される複数の構成要素を含むことができる。さらに、ブロック1464は、第1の送信機404に従って電力を受け取ることに関連する動作特性のセットに従って準拠するようにワイヤレスに受け取られる電力を管理するように構成されるコントローラまたは他の回路を有することができる。
【００６５】
第2のコイル1418bは、第2の受信回路1450に結合される。第2のコイル1418bは、図7〜図13の第2のコイルのいずれかに対応し得る。第2の受信回路1450は、フィルタ1452、整流器1454、および整流器の出力を充電されるべきデバイス1470の充電ポートで受け取られるレベルに変換するように構成されるDC/DCコンバータ1456を含む。第2の送信機404によって送信される電力に応じて動作特性のセットに従って第2のコイル1418aを介して受け取られる電力を変換するための他の構成要素が含まれ得る(たとえば、第1のコイル1418aによってもたらされる第2のコイル1418bの効率の損失を少なくとも部分的に低減することができる第2の受信回路1450に、整流器の出力に配置される別のフィルタ回路(図示せず)がさらに含まれていてもよい)。
【００６６】
両方の受信回路は、充電されるべきデバイス1470の充電ポートに結合される。いくつかの実装形態では、各受信回路1450および1460が、(たとえば、スイッチを介して)充電ポートに選択的に結合されてもよく、一方、他の実装形態では、両方の回路1450および1460が充電ポートに結合される。充電されるべきデバイス1470は、ワイヤレス電力受信機回路から充電ポートを介して受け取られる電力を管理するための電力管理回路1472を含んでもよく、充電されるべきデバイス1470は、充電用バッテリー1474、およびコントローラ1476(たとえば、アプリケーション、プロセッサ、モデムなどを含むことができるコントローラの任意の組合せ)をさらに含み得る。いくつかの実装形態では、充電されるべきデバイス1470は、受信回路1450および1460の様々な動作を制御するために受信回路1450および1460に制御パラメータ(図示せず)を送信するように構成され得る。また、上述したようにいくつかの態様における電力伝達を制御するために第1または第2の送信機タイプと通信するように構成され得る異なる通信回路も図示されていない。
【００６７】
いくつかの場合には、たとえば、共振器に接続される回路における寄生要素から生じ得る損失を低減することが有利である。たとえば、第2のコイル1418bによって受け取られることを対象とする第2の周波数で電力が伝達されているとき、第1のコイル1418aから生じる損失を低減することが有利である(たとえば、第1のコイル1418bが第2の周波数で伝導されるかなりの電力を吸収するのを防止する)。一実装形態によれば、第2の受信回路1450は、電力が第2のコイル1418bに関連する第2の周波数で受け取られていることを検出するように構成される検出回路1458を含む。電力が第2のコイル1418bに関連する第2の周波数で受け取られていることを検出回路1458が検出した場合、第2の周波数の第2の交番磁界を介して第1のコイル1418aによって吸収される電力量を低減するように、第1の受信回路1460の特性が変えられる。第1の受信回路1460の特性を変えることは、第1の受信回路1460内の1つまたは複数の位置に配置される1つまたは複数のスイッチを介して第1の受信回路1460から第1のコイル1418bを選択的に電気的に分離するなど、フィルタ回路1462を無効にする、または第1のコイル1418aに電気的に接続される1つまたは複数の構成要素の電気的特性を変えるなど、いくつかの異なる変更のうちの任意の1つを含み得る。電力が第1のコイル1418aに関連する第1の周波数で送信されているとき、第2のコイル1418bに結合された第2の受信回路1450の特性が第2のコイル1418bによって吸収される電力を低減するように変えられる場合、電力が第1の周波数で受け取られていることを検出するように構成される検出回路が存在し得る場合、逆は真であり得ることを了解されたい。
【００６８】
いくつかの場合には、電力が第2のコイル1418bによって受け取られることを対象とする第2の周波数で伝達されているとき、第1のコイル1418aまたは第1の受信回路1460から生じる損失を低減する(逆も同様)ために、第1または第2の受信回路1450および1460の一方または両方に回路を追加することがさらに有益であり得る。たとえば、第1の受信回路1460におけるスイッチは、第2のコイル1418bの動作周波数で電力を引き出す損失性分路(lossy shunt path)を作り出し得る。さらに、第1の受信回路1460における他の寄生による損失があり得る。したがって、一実装形態では、第1の受信回路1450によって使用されるスイッチ構成またはスイッチ構成要素のタイプは、第2のコイル動作周波数(および、第2の受信回路1460に対してその逆)での損失性経路を防止するように変えられ得る。
【００６９】
別の実装形態では、第2のコイル1418bの動作周波数のエネルギーをブロックする第1の受信回路1460にフィルタ回路が追加され得る(および、その逆も同様で、第1のコイル1418aの動作周波数のエネルギーをブロックするように構成される第2の受信回路1450にフィルタ回路が追加され得る)。
【００７０】
図15Aは、一実装形態による、第2のコイル1418bに関連する動作周波数のエネルギーをブロックするように構成されるフィルタ回路1510の概略図である。フィルタ回路1510aは、第1のコイル1418aに電気的に接続される受信回路1460内に配置される。フィルタ回路1510は、(たとえばキャパシタなど)第1の受信回路1460のチューニング構成要素と直列に電気的に接続され得る。フィルタ回路1510aは、ある動作周波数のエネルギーが、第2のコイル1418bの動作周波数で損失を有する1つまたは複数の構成要素を通過するのを防止するために配置され得る。フィルタ回路1510aは、電力が第2のコイル1418bを介して伝達されているとき、損失を低減するために、第2のコイル1418bに関連する動作周波数のエネルギーをブロックするように構成される。図15Aは第1のコイル1418aに接続される回路のトポロジーの部分の一例を示しているが、第1のコイル1418aに接続されるチューニング構成要素または他の回路の他のトポロジーが本明細書において企図されることに留意されたい。
【００７１】
図15Bは、一実装形態による、図15Aのフィルタ回路1510aの一実装形態の概略図である。図15Bは、第1の受信回路1460の同調キャパシタと直列に電気的に接続される帯域除去フィルタ回路1510bを含む。帯域除去フィルタ回路1510bは、第2のコイル1418bに関連する動作周波数で共振するように構成され、電力が第2のコイル1418bを介して伝達されているとき、損失を低減するために、第2のコイル1418bに関連する動作周波数のエネルギーをブロックするように構成される。図15Aおよび図15Bは、第1の受信回路1460におけるフィルタ回路1510a/1510bを示すが、フィルタ回路1510a/1510bは、同様に第2の受信回路950に配置され、第1のコイル1418bを介した電力の伝達による第2の受信回路950における損失を低減するために、第1のコイル1418aの動作周波数のエネルギーをブロックするように構成され得ることを了解されたい。
【００７２】
図16は、例示的な実装形態による、ワイヤレス電力を受け取るための例示的な方法1600のフローチャートである。この方法は、図1〜図3、図5、および図7〜図14のいずれかに関して前に説明したような、受信機のいずれかによって実施され得る。ブロックは特定の順序で行われるものとして説明され得るが、ブロックを並べ替えることができ、ブロックを省略することができ、および/またはさらなるブロックを追加することができる。
【００７３】
この方法は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップを含むブロック1602で開始し得る。この方法は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップを含むブロック1604に進み得る。第2のコイルは、第1のコイルを囲むように配置される。第1および第2のコイルが第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1のコイルと第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数は、第2のコイルと第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い。
【００７４】
図17は、本発明の例示的な実装形態による、ワイヤレス電力を受け取るための装置1700の機能ブロック図である。この装置は、第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段1702を含む。この装置は、第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段1704をさらに含む。電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段は、電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段を囲むように配置される。電力をワイヤレスに受け取るための第1および第2の手段が第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、第1の手段と第1の送信機との間の第1の結合係数は、第2の手段と第2の送信機との間の第2の結合係数よりも高い。
【００７５】
本明細書で説明する原理および態様は、さらに、異なる受信機タイプのために異なるように電力を送信する(および、たとえば、異なるコイルを有する)ように構成されるデュアルモード送信機に適用され得ることを了解されたい。たとえば、送信機は、(たとえば、おそらく、上述したように疎結合のワイヤレス電力伝達に関連する)より高いワイヤレス電力動作周波数および(たとえば、おそらく、密結合のワイヤレス電力伝達に関連する)より低いワイヤレス電力動作周波数をサポートすることができる。一実装形態では、送信機は、異なるワイヤレス電力動作特性および周波数に関連する異なるモードのための異なるコイルを有し得る。別の実装形態によれば、送信機は、各モードをサポートするために、2つの充電エリアを有することができる。別の実装形態では、送信機は、2つの駆動回路によって駆動される1つの充電エリアおよび1つの共振器(たとえば、コイルおよび他の回路)を有することができる。共振器のための電流レベルおよび周波数は、異なるモードのための異なる駆動回路によって調整され得る。いくつかの態様では、有芯トランス(cored transformer)は、様々な「駆動」インピーダンス("drive-into" impedances)を達成するために使用され得る。
【００７６】
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構成要素および/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、そ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。一般に、図に示す任意の動作は、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。たとえば、電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段は、第1のコイルを含むことができ、電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段は第2のコイルを含むことができる。さらに、検出するための手段は、検出回路を含むことができる。
【００７７】
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言及され得るデータ、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され得る。
【００７８】
本明細書で開示する実装形態に関して説明する様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記に概してそれらの機能に関して説明した。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、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、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すべきではない。
【００７９】
本明細書で開示する実装形態に関して説明する様々な例示的なブロック、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論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明す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で、実装または実行されてよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、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であり得る。プロセッサはまた、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され得る。
【００８０】
本明細書で開示された実装形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、または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で具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装する場合、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得る。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、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気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中に常駐し得る。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。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。本明細書で使用する場合、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、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)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、レーザー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中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【００８１】
本開示の概要を述べるために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。本発明の任意の特定の実装形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてを実現でき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、本明細書に教示される1つの利点または利点の群を、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく実現または最適化するように具体化または実行され得る。
【００８２】
上述の実装形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義する一般原理は、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され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実装形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えるものである。
【符号の説明】
【００８３】
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
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
204  送信機
206  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  「ループ」アンテナ
354  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  アンテナ、送信コイル
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
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  信号伝達検出器/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  充電デバイス
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
632  インダクタ
634  キャパシタ
636  キャパシタ
650  送信回路
708  デュアルモードワイヤレス電力受信機
718a  第1のコイル
718b  第2のコイル
730  磁性材料
734  最小距離
808  デュアルモードワイヤレス電力受信機
818a  コイル
818b  コイル
830a  磁性材料
830b  磁性材料
834  間隙
908  デュアルモードワイヤレス電力受信機
918a  コイル
918b  コイル
930  磁性材料
935a  第1の間隙
935b  第2の間隙
1008  デュアルモードワイヤレス電力受信機
1018a  コイル
1018b  コイル
1030a  磁性材料
1030b  第1のリング
1030c  第2のリング
1108  デュアルモードワイヤレス電力受信機
1118a  コイル
1118b  コイル
1120a  第1のルーピング部
1120b  第2のルーピング部
1208  デュアルモードワイヤレス電力受信機
1218a  コイル
1218b  コイル
1220a  第1のルーピング部
1220b  第2のルーピング部
1220c  第3のルーピング部
1308  デュアルモードワイヤレス電力受信機
1318a  コイル
1318b  コイル
1320a  第1のルーピング部
1320b  第2のルーピング部
1320c  第3のルーピング部
1320d  第4のルーピング部
1400  ワイヤレス電力回路
1418a  コイル
1418b  コイル
1450  第2の受信回路
1452  フィルタ
1454  整流器
1456  DC/DCコンバータ
1458  検出回路
1460  第1の受信回路
1462  フィルタ
1464  電力変換回路および制御回路
1470  充電されるべきデバイス
1472  電力管理回路
1474  充電用バッテリー
1476  コントローラ
1510a  フィルタ回路
1510b  帯域除去フィルタ回路
1600  方法
1700  装置
1702  第1の手段
1704  第2の手段
【図１】
2017501665.tif 000005
【図２】
2017501665.tif 000006
【図３】
2017501665.tif 000007
【図４】
2017501665.tif 000008
【図５】
2017501665.tif 000009
【図６】
2017501665.tif 000010
【図７】
2017501665.tif 000011
【図８】
2017501665.tif 000012
【図９】
2017501665.tif 000013
【図１０】
2017501665.tif 000014
【図１１】
2017501665.tif 000015
【図１２】
2017501665.tif 000016
【図１３】
2017501665.tif 000017
【図１４】
2017501665.tif 000018
【図１５Ａ】
2017501665.tif 000019
【図１５Ｂ】
2017501665.tif 000020
【図１６】
2017501665.tif 000021
【図１７】
2017501665.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月6日(2016.5.6)
【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】
ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第1のコイルと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るように構成される第2のコイルであって、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、第2のコイルと、
前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路と、
前記受信回路に電気的に接続され、前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックするように構成されるフィルタ回路と
を含む装置。
【請求項２】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出し、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減する
ように構成される検出回路をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出し、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減する
ように構成される検出回路をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記第1および第2のコイルが導電性構造の少なくとも一部を共有する、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記第1のコイルが、ワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るように構成され、前記第2のコイルが、ワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記装置の回路と前記第1および第2のコイルとの間に配置される磁性材料をさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記磁性材料が、第1の部分の全周辺部に沿って延びる間隙によって前記第2のコイル下の第2の部分から物理的に分離される前記第1のコイル下の前記第1の部分をさらに含み、前記間隙が、前記第1の部分から前記第2の部分に流れる磁束の量を減衰させる、請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記磁性材料が、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に配置されるとともに前記第1のコイルの少なくとも片側に沿って延びる間隙をさらに画定し、前記間隙が、前記磁性材料における前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に流れる磁束の量を減衰させる、請求項6に記載の装置。
【請求項９】
前記磁性材料が、
前記第1のコイル下の前記磁性材料の第1の部分と、
前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分と、
前記第1および第2の部分の少なくとも1つとは異なる透磁率を有する磁性材料の少なくとも1つのリングであって、前記第1の部分と前記第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させる、磁性材料の少なくとも1つのリングと
をさらに含む、請求項6に記載の装置。
【請求項１０】
前記第2のコイルを含む受信回路をさらに含み、前記受信回路が前記第2の周波数で実質的に共振するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
前記第1および第2のコイルが、前記第1のコイルと第2のコイルとの間の寄生結合による損失を減衰させるのに十分な、前記第1のコイルの最外の巻きと前記第2のコイルの最内の巻きとの間の距離を有するように配置される、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
前記第1または第2の送信機を検出するように構成される検出回路をさらに含み、前記検出回路が、前記第1または第2の送信機の検出に基づいて前記第1または第2のコイルを負荷に選択的に結合するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１３】
ワイヤレス電力を受け取る方法であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取るステップであって、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、受け取るステップと、
前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路に電気的に接続されるフィルタ回路を利用して前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックするステップと
を含む方法。
【請求項１４】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出するステップと、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出するステップと、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減するステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るステップと、
前記第2のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取るステップと
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
磁性材料において画定されるとともに第1の部分の全周辺部に沿って延びる間隙を利用して前記第1のコイル下の前記磁性材料の前記第1の部分と前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に画定されるとともに前記第1のコイルの少なくとも片側に沿って延びる磁性材料における間隙を利用して前記磁性材料における前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1のコイル下の磁性材料の第1の部分および前記第2のコイル下の前記磁性材料の第2の部分の平面に配置されるとともに前記第1および第2の部分の少なくとも1つとは異なる透磁率を有する磁性材料の少なくとも1つのリングを利用して、前記第1の部分と前記第2の部分との間に流れる磁束の量を減衰させるステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項２０】
実行されたときに、装置に、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から第1のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取ることと、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から第2のコイルを介して電力をワイヤレスに受け取ることであって、前記第2のコイルが、前記第1のコイルを囲むように配置され、前記第1および第2のコイルが前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1のコイルと前記第1の送信機のコイルとの間の第1の結合係数が、前記第2のコイルと前記第2の送信機のコイルとの間の第2の結合係数よりも高い、受け取ることと、
前記第1のコイルに電気的に接続される受信回路に電気的に接続されるフィルタ回路を利用して前記第2の周波数で前記第1のコイルによって受け取られるエネルギーをブロックすることと
を行わせるコードを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２１】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出させ、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第1のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して前記第1のコイルによって受け取られる電力量を低減させる、
請求項20に記載の記録媒体。
【請求項２２】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出させ、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して前記第2のコイルを含む回路の特性を変えることによって、前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して前記第2のコイルによって受け取られる電力量を低減させる、
請求項20に記載の記録媒体。
【請求項２３】
前記コードが、実行されたときに、さらに、前記装置に、
前記第1のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第1のセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取らせ、
前記第2のコイルを利用してワイヤレス電力要件の第2の異なるセットによって定義されるように電力をワイヤレスに受け取らせる、
請求項20に記載の記録媒体。
【請求項２４】
ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
第1の周波数を有する第1の交番磁界を生成するように構成される第1の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第1の手段と、
前記第1の周波数よりも高い第2の周波数を有する第2の交番磁界を生成するように構成される第2の送信機から電力をワイヤレスに受け取るための第2の手段であって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段が、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段を囲むように配置され、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1および第2の手段が前記第1および第2の送信機のそれぞれの充電領域内に配置されるとき、前記第1の手段と前記第1の送信機との間の第1の結合係数が、前記第2の手段と前記第2の送信機との間の第2の結合係数よりも高い、第2の手段と、
電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段によって受け取られる前記第2の周波数のエネルギーをブロックするための手段と
を含む装置。
【請求項２５】
電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出するための手段と、
前記電力が前記第2の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段を含む回路の特性を変えることによって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第1の手段によって前記第2の周波数の前記第2の交番磁界を介して受け取られる電力量を低減するための手段と
をさらに含む、請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出するための手段と、
前記電力が前記第1の周波数で受け取られていることを検出したことに応答して電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段を含む回路の特性を変えることによって、電力をワイヤレスに受け取るための前記第2の手段によって前記第1の周波数の前記第1の交番磁界を介して受け取られる電力量を低減するための手段と
をさらに含む、請求項24に記載の装置。
【国際調査報告】
2017501665.tif 000023
2017501665.tif 000024
2017501665.tif 000025