(57)【要約】  方法が、いくつかの送信側コイルを含む基地局によって、各送信側コイルと１又は２以上の受信側コイルとの間の相互磁気結合を特徴付ける相互磁気パラメータの第１の組を決定するステップを含み、１又は２以上の受信側コイルのうちの少なくとも１つが、基地局の遠隔に置かれた、基地局によって遠隔から充電される電気及び／又は電子デバイスに関連付けられる。制御信号が、相互磁気パラメータの第１の組に基づいて決定される。各制御信号は、送信側コイルのうちの対応する１つに関連付けられ、各制御信号は、対応する送信側コイルに結合された駆動回路に、制御信号から決定された大きさ及び位相を有する電流を対応する送信側コイル内に流させるために使用される。一緒に、送信側コイルの電流は、１又は２以上の受信機コイルへのワイヤレス電力伝送を引き起こす。
2017511102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信側コイルを含む基地局によって、前記複数の送信側コイルの各送信側コイルと１又は２以上の受信側コイルとの間の相互磁気結合を特徴付ける第１の複数の相互磁気パラメータを決定するステップであって、少なくとも１つの受信側コイルが、前記基地局の遠隔に置かれた、前記基地局によって遠隔から給電される少なくとも１つの電気又は電子デバイスに関連付けられる、ステップと、
前記基地局によって、前記第１の複数の相互磁気パラメータに基づいて複数の制御信号を決定するステップであって、前記複数の制御信号の各制御信号が、前記複数の送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに関連付けられる、ステップと、
前記複数の制御信号の各制御信号を使用して、前記制御信号に対応する前記送信側コイルに結合された駆動回路に、前記制御信号から決定された大きさ及び位相を有する電流を前記送信側コイル内に流させるステップとを含む方法。
【請求項２】
各制御信号を使用するステップが、前記制御信号に対応する送信側コイルに結合された駆動回路に前記制御信号を与えるステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の複数の相互磁気パラメータを決定するステップが、複数の送信側コイルのうちの送信側コイルと１又は２以上の受信側コイルのうちの受信側コイルの各組合せに関して前記第１の複数の相互磁気パラメータのうちの相互磁気パラメータを決定するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の制御信号を決定するステップが、第２の複数の相互磁気パラメータにさらに基づき、前記第２の複数の相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、複数の送信側コイルのうちの送信側コイルの異なる対に関連付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
基地局によって、第２の複数の相互磁気パラメータを決定するステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１又は２以上の受信側コイルが、複数の受信側コイルを含む請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
基地局によって、第３の複数の相互磁気パラメータを決定するステップであって、前記第３の複数の相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、複数の受信側コイルのうちの受信側コイルの異なる対に関連付けられる、ステップをさらに含み、複数の制御信号を決定するステップが、前記第３の複数の相互磁気パラメータにさらに基づく請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数の制御信号が、基地局における電力の制約を受ける受信側コイルのうちの少なくとも１つへの最大のワイヤレスエネルギー伝送を達成するために決定される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの電気又は電子デバイスから基地局において電力要件のインジケーションを受信するステップをさらに含み、複数の制御信号を決定するステップが、前記インジケーションにさらに基づく請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の制御信号が、電力要件が受信機において達成されるように決定される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
受信機から前記受信機におけるインピーダンスのインジケーションを受信するステップをさらに含み、複数の制御信号を決定するステップが、１又は２以上の受信側コイルにおける前記インピーダンスの前記インジケーションにさらに基づく請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
複数の制御信号が、電力要件が受信機において達成されるように決定される請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各相互磁気パラメータが、相互インダクタンスを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
複数の制御信号の各制御信号が、コイルの電流の大きさ、コイルの電流の位相、コイルの電圧の大きさ、及びコイルの電圧の位相のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
相互磁気パラメータを決定するステップの前に、電子デバイスが充電のための範囲内にあり、充電される必要があるというインジケーションを前記電子デバイスから受信するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
インジケーションが、少なくとも１つの電子デバイスの少なくとも１つの受信側コイルの負荷の値に少なくとも部分的に基づく請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
決定するステップ、提供するステップ、及び使用するステップが、予め定義された時間間隔で繰り返される請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
予め定義された時間間隔が、１０分の２秒から１秒までの間である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
決定するステップ、提供するステップ、及び使用するステップが、基地局に対する少なくとも１つの電気又は電子デバイスの受信側コイルの任意の向きに関して実行される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの電気又は電子デバイスが、モバイル電話、カメラ、腕時計、非接触式リーダ、及びポータブルコンピュータのうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの電気又は電子デバイスに遠隔から給電するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの電気又は電子デバイスのバッテリの充電を引き起こすステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
複数の送信側コイルと、
複数の駆動回路であって、前記複数の駆動回路の各駆動回路が、前記複数の送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに結合される、前記複数の駆動回路と、
請求項１から２２のいずれかのすべてのステップを実行するように構成されたコントローラとを含む基地局を含むワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項２４】
ワイヤレスエネルギー伝送装置のソフトウェアで実装されたコントローラに請求項１から２２のいずれかのすべてのステップを実行させるための命令を含む非一時的機械可読媒体上に具現化されたソフトウェア。
【請求項２５】
複数の送信側コイルと、
複数の駆動回路であって、前記複数の駆動回路の各駆動回路が、前記複数の送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに結合される、前記複数の駆動回路と、
コントローラであって、
第１の複数の相互磁気パラメータを決定することであって、前記第１の複数の相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、前記複数の送信側コイルの各送信側コイルと１又は２以上の受信側コイルとの間の相互磁気結合を特徴付け、少なくとも１つの受信機コイルが、基地局の遠隔に置かれた、基地局によって遠隔から給電される少なくとも１つの電気又は電子デバイスに関連付けられる、決定すること、
前記第１の複数の相互磁気パラメータに基づいて複数の制御信号を決定することであって、前記複数の制御信号の各制御信号が、前記複数の送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに関連付けられる、決定すること、
前記制御信号の対応する送信側コイルに結合された前記駆動回路に前記複数の制御信号の各制御信号を提供すること、並びに
前記複数の制御信号の各制御信号を使用して、前記制御信号の対応する送信側コイルに結合された前記駆動回路に、前記制御信号から決定された大きさ及び位相を有する電流を前記対応する送信側コイル内に流させることを行うように構成された、コントローラとを含む基地局を含むワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項２６】
第１の複数の相互磁気パラメータを決定することが、複数の送信側コイルのうちの送信側コイルと１又は２以上の受信側コイルのうちの受信側コイルの各組合せに関して前記第１の複数の相互磁気パラメータのうちの相互磁気パラメータを決定することを含む請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項２７】
コントローラが、第２の複数の相互磁気パラメータを決定することであって、前記第２の複数の相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、複数の送信側コイルのうちの送信側コイルの異なる対に関連付けられる、決定することを行うようにさらに構成され、複数の制御信号を決定することが、前記第２の複数の相互磁気パラメータにさらに基づく請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項２８】
少なくとも１つの受信側コイルが、複数の受信側コイルを含む請求項２６に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項２９】
コントローラが、第３の複数の相互磁気パラメータを決定することであって、前記第３の複数の相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、複数の受信側コイルのうちの受信側コイルの異なる対に関連付けられる、決定することを行うようにさらに構成され、複数の制御信号を決定することが、前記第３の複数の相互磁気パラメータにさらに基づく請求項２８に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３０】
コントローラが、基地局における電力の制約を受ける受信側コイルのうちの少なくとも１つへの最大のワイヤレスエネルギー伝送を達成するために複数の制御信号を決定するようにさらに構成される請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３１】
コントローラが、電子デバイスから基地局において電力要件のインジケーションを受信し、前記インジケーションに少なくとも部分的に基づいて複数の制御信号を決定するようにさらに構成される請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３２】
コントローラが、電力要件が受信機において達成されるように複数の制御信号を決定するようにさらに構成される請求項３１に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３３】
コントローラが、受信機から前記受信機におけるインピーダンスのインジケーションを受信し、前記コントローラが、複数の制御信号が前記受信機における前記インピーダンスの前記インジケーションに少なくとも部分的に基づくと決定する請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３４】
コントローラが、電力要件が受信機において達成されるように複数の制御信号を決定する請求項３３に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３５】
各相互磁気パラメータが、相互インダクタンスを含む請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３６】
複数の制御信号の各制御信号が、コイルの電流の大きさ、コイルの電流の位相、コイルの電圧の大きさ、及びコイルの電圧の位相のうちの少なくとも１つを含む請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３７】
コントローラが、相互磁気パラメータを決定する前に、電気又は電子デバイスが充電のための範囲内にあり、充電される必要があるというインジケーションを前記電子デバイスから受信するようにさらに構成される請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３８】
インジケーションが、少なくとも１つの電気又は電子デバイスの少なくとも１つの受信側コイルの負荷の値に少なくとも部分的に基づく請求項３７に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項３９】
コントローラが、決定すること、提供すること、及び使用することを予め定義された時間間隔で繰り返すように構成される請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項４０】
予め定義された時間間隔が、１０分の２秒から１秒までの間である請求項３９に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項４１】
コントローラが、基地局に対する電子デバイスの任意の向きに関して決定すること、提供すること、及び使用することを実行するように構成される請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項４２】
電子デバイスが、モバイル電話、カメラ、腕時計、センサ、非接触式リーダ、又はポータブルコンピュータである請求項２５に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項４３】
電子デバイスが、バッテリを含み、電子デバイスが、基地局から無線で送られた電力を使用してバッテリを充電するように構成される請求項４２に記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【請求項４４】
少なくとも１つの電気又は電子回路に関連する少なくとも１つの受信機コイルをさらに含み、１又は２以上の回路が、基地局から無線で給電されるように構成される請求項２５から４３のいずれかに記載のワイヤレスエネルギー伝送装置。
【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、２０１４年９月７日に出願した米国仮出願第６２／０４６，９９９号及び２０１４年２月１４日に出願した米国仮出願第６１／９３９，８０１号の利益を主張する２０１４年９月３０日に出願した米国特許出願第１４／５０２，１９１号の利益を主張するものである。上で参照された出願のそれぞれの内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
本発明は、国立科学財団（National Science Foundation）によって与えられたＣＮＳ−１１１６８６４の下での政府の支援によってなされた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、ワイヤレス電力伝送に関し、特に、複数の制御されたソースを用いるワイヤレス電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００４】
ワイヤレス電力伝送は、モバイル通信に革命を起こし、スマートフォン及びその他のポータブル又は固定ワイヤレスデバイスを永久にプラグ接続されない状態にすることができることを約束する。今や、ワイヤレス充電器は、例えば、ユーザが電話を載せる充電パッドの形態で多くのモバイル電話用に利用可能である。電力は、充電パッド内の送信側コイルにおいて生じさせられ、充電されているデバイス内の受信側コイルにおいて受け取られる磁界を用いて伝送される。一部の最新の電話充電器は、１又は数センチメートルの距離に制限されており、多くの場合、充電されているデバイスが充電パッドと慎重に位置合わせされることを必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様においては、概して、本明細書において開示される手法が、現在利用可能な手法の距離及び／又は向きに関連する制限を克服しながら、例えば、パーソナルワイヤレスデバイスのバッテリを充電するか又は固定電化製品に給電するためのワイヤレス電力伝送を達成する。概して、手法は、いくつかの送信側コイルを制御する基地局を利用する。基地局は、ワイヤレスデバイスの受信側コイルを介して電力を効率的に伝送するために個々の送信側コイルを駆動する信号を適合させ、ワイヤレスデバイスは、概して、送信コイルの近距離場（near field）内の未知の位置に、未知の向きで置かれる。一部の例においては、送信側コイルのそれぞれを駆動する（例えば、決まった共振周波数における）交流電圧の大きさ及び位相が、例えば、ワイヤレスデバイス又はワイヤレスデバイス内の負荷への誘導される電力の流れを最適化することによって、受信側コイルの位置及び向きに合うように基地局によって制御される。一部の例においては、送信コイルに関する制御信号が、各送信側コイルと受信側コイルとの間の磁気結合（magnetic coupling）（例えば、相互インダクタンス）及び送信コイルの間の磁気結合の推定値に応じて基地局によって決定される。
【０００６】
一部の例においては、送信側コイルと受信側コイルとの間の磁気結合の推定値が、送信コイルの負荷を監視することによって基地局により決定される。一部の実施形態においては、各送信コイルが、独立して時々使用され（つまり、その他のコイルは駆動されない）、ワイヤレスデバイス内の受信コイル及び内部負荷に結合される送信コイルの負荷が、測定され、磁気結合を推測するために使用される。一部の例においては、ワイヤレスデバイスの内部負荷が、磁気結合の推測に使用される。この内部負荷は、基地局によって事前に知られている可能性があり、ワイヤレスデバイスから基地局に別個の通信チャネル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を介して送信される可能性があり、又は基地局によって検出され得る方法でワイヤレスデバイスの負荷特性を変調することによってワイヤレスデバイスから基地局にシグナリングされることが好ましい可能性がある。この後者の場合、基地局の送信コイルと受信側コイルとの間の磁気結合が、基地局からワイヤレスデバイスへの電力伝送チャネルとワイヤレスデバイスから基地局に戻る通信チャネルとの両方として使用される。通信チャネルは、電力伝送及びワイヤレスデバイスに知られている負荷又はチャネルパラメータの伝達を必要としているデバイスの存在を基地局にシグナリングするためにやはり使用され得る。さらにその他の例においては、磁気チャネルが、例えば、基地局がその基地局が生じる磁気信号を変調するようにして双方向通信のために使用される可能性がある。
【０００７】
一部の例において、基地局の送信コイルは、平面構成、例えば、「パッド」、又は机の上面の下に設置するための配列に組み込まれる。しかし、必ずしも同一平面内にない送信コイルのその他の構成も、使用され得る。一部の例において、送信コイルは、充電領域の辺りに配された「直立の（upright）」向き又は複数の異なる向きである。
【０００８】
手法は、（例えば、異なる向きの）複数の受信側コイルを有するワイヤレスデバイス又は複数の別個のデバイスへの同時電力伝送に適合され得る。例えば、送信コイル及び受信側コイルのそれぞれの組合せの間の磁気結合は、１つの受信側コイルに関して説明された技術を用いて別々に基地局によって推定される可能性があり、少なくとも一部の例においては、複数の受信側コイルに電力を伝送するための送信コイルの効率的な駆動を決定する際に使用するために受信側コイルの間の磁気結合も、推定される。
【０００９】
個々の送信コイルを駆動することによる磁気結合の推測は、受信側コイルにおける負荷を推測する１つの方法に過ぎない。例えば、その他の手法は、磁気結合を推測する過程で複数の送信コイルのサブセット又はさらにはすべてのコイルを同時に使用する可能性がある。
【００１０】
基地局の送信コイルは、制御された磁気源を形成する。電気又は電子構成要素のその他の構成が、同様にして制御される磁気源を形成する可能性がある。例えば、導電体の構成が、必ずしも物理的な円形「コイル」を形成することなく磁界を誘導するために使用される可能性がある。したがって、本明細書において使用されるとき、用語「コイル」は、磁界を誘導するために使用され得る導電体の任意の構成を含むように極めて広く理解されるべきである。さらに、同様にして（例えば、近距離場内で）結合されるその他の形態の電磁素子が、説明されたコイルと置き換えられ、同じ又は基本的に同じ手法を用いて制御される可能性がある。
【００１１】
手法はワイヤレスデバイスのバッテリを充電するために使用される可能性があるが、「充電」ステーションからワイヤレスデバイスへの電力伝送は充電以外の目的のために使用され得ることを理解されたい。例えば、手法は、ワイヤレスデバイス内の電気又は電子構成要素に直接給電するために使用され得る。
【００１２】
別の態様においては、概して、方法が、複数の送信側コイルを有する基地局（例えば、充電デバイス又はその他の形態の電力送信デバイス）によって、基地局の遠隔に置かれた、基地局によって遠隔から充電される少なくとも１つの電子ワイヤレスデバイスの少なくとも１つの受信側コイルとの送信側コイルのそれぞれの相互磁気パラメータを決定するステップを含む。いくつかの送信側コイルのそれぞれに関するさらなるパラメータは、いくつかの送信側コイルのそれぞれに関する決定された相互磁気パラメータを用いて基地局によって推定される。これらの推定されたさらなるパラメータは、少なくとも１つの受信側コイルへのワイヤレスエネルギー伝送を実行するための、すべての又は選択された送信側コイルのそれぞれと少なくとも１つの受信側コイルとの間の磁気チャネルを提供するためにすべての又は選択された送信側コイルに適用される。
【００１３】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含み得る。
【００１４】
相互磁気パラメータは、相互インダクタンスである。
【００１５】
いくつかの送信側コイルのそれぞれに関する推定されたさらなるパラメータは、コイルの電流、コイルの電圧、及び電圧又は電流の位相のうちの少なくとも１つを含む。
【００１６】
基地局によって決定すること、推定すること、及び提供することは、電子ワイヤレスデバイスが充電のための範囲内にあり、充電される必要があるというインジケーションを電子ワイヤレスデバイスから受信した後にのみ実行される。一部の例において、インジケーションは、少なくとも１つの電子ワイヤレスデバイスの少なくとも１つの受信側コイルの負荷の値に最後に部分的に基づく。
【００１７】
一部の例において、決定すること、推定すること、及び適用することは、予め定義された時間間隔で繰り返される。一部の例において、予め定義された時間間隔は、２秒から１０秒までの間である。一部の例において、時間間隔は、１０分の２秒から１秒までの間である。一部の例において、決定すること及び推定することは、例えば、送信コイルへの多様な駆動入力及び送信コイルにおいて検出された対応する応答を用いて電力伝送中に実行される。
【００１８】
決定すること、推定すること、及び適用することは、基地局に対する電子ワイヤレスデバイスの任意の向きに関して実行される。
【００１９】
電子ワイヤレスデバイスは、モバイル電話、スマートフォン、タブレット、カメラ付き携帯電話、ポータブルコンピュータ、ウェアラブルデバイス（例えば、腕時計）、埋め込み医療デバイス（例えば、ペースメーカ若しくは薬物ポンプ（drug pump））、家電製品（例えば、固定照明設備）、及び／又はその他の電子若しくは電気デバイスである。
【００２０】
別の態様においては、概して、基地局が、上述の方法のいずれかのすべてのステップを実行するように構成される。一部の例において、基地局は、プログラミング可能なプロセッサと、プロセッサにステップの少なくとも一部を実行させるための命令を保持する命令メモリとを含む。
【００２１】
別の態様においては、概して、有形の機械可読媒体に記憶されたソフトウェアが、上述の方法のいずれかのステップの一部又はすべてをプロセッサに実行させるための命令を含む。
【００２２】
別の態様においては、概して、基地局が、いくつかの送信コイル、コントローラ、及びコイルにリンクされるチャネル推定器／検出器を含む。コントローラは、メモリに記憶された磁気チャネルパラメータに従って決定された駆動パラメータ（例えば、電圧又は電流の大きさ及び位相）に従ってコイルを駆動する。チャネル推定器は、磁気チャネルパラメータを推定するためのプロセスの一部としてコイル上の特性（例えば、電圧及び電流）を感知する。
【００２３】
別の態様においては、概して、ワイヤレスデバイスが、磁気的に結合されたコイルを介して電力を受け取り、コイルを介して電力送信デバイスに情報を伝達するための回路を含む。この情報は、電力送信デバイスがワイヤレスデバイスに電力を送る方法を適合させるためにその電力送信デバイスによって使用される負荷パラメータを含み得る。
【００２４】
態様においては、概して、方法が、いくつかの送信側コイルを含む基地局によって、第１のいくつかの相互磁気パラメータを決定するステップであって、第１のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの送信側コイルのうちの送信側コイル、及び基地局の遠隔に置かれた、基地局によって遠隔から充電される少なくとも１つの電子デバイスに関連する少なくとも１つの受信側コイルのうちの受信側コイルに関連付けられる、ステップと、基地局によって、第１のいくつかの相互磁気パラメータに基づいていくつかの制御信号を決定するステップであって、いくつかの制御信号の各制御信号が、いくつかの送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに関連付けられる、ステップと、制御信号の対応する送信側コイルに結合された駆動回路にいくつかの制御信号の各制御信号を提供するステップと、いくつかの制御信号の各制御信号を使用して、制御信号の対応する送信側コイルに結合された駆動回路に、制御信号から決定された大きさ及び位相を有する電流を対応する送信側コイル内に流させるステップとを含む。
【００２５】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含み得る。
【００２６】
方法は、基地局によって、第２のいくつかの相互磁気パラメータを決定するステップであって、第２のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの送信側コイルのうちの送信側コイルの異なる対に関連付けられる、ステップも含む可能性があり、いくつかの制御信号を決定するステップは、第２のいくつかの相互磁気パラメータにさらに基づく。少なくとも１つの受信側コイルは、いくつかの受信側コイルを含む可能性がある。方法は、基地局によって、第３のいくつかの相互磁気パラメータを決定するステップであって、第３のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの受信側コイルのうちの受信側コイルの異なる対に関連付けられる、ステップも含む可能性があり、いくつかの制御信号を決定するステップは、第３のいくつかの相互磁気パラメータにさらに基づく。
【００２７】
いくつかの制御信号は、基地局における電力の制約を受ける受信側コイルのうちの少なくとも１つへの最大のワイヤレスエネルギー伝送を達成するために決定され得る。方法は、電子デバイスから基地局において電力要件のインジケーションを受信するステップを含む可能性があり、いくつかの制御信号を決定するステップは、インジケーションにさらに基づく。いくつかの制御信号は、電力要件が受信機において達成されるように決定され得る。方法は、受信機から受信機におけるインピーダンスのインジケーションを受信するステップを含む可能性があり、いくつかの制御信号を決定するステップは、受信機におけるインピーダンスのインジケーションにさらに基づく。いくつかの制御信号は、電力要件が受信機によって達成されるように決定され得る。
【００２８】
各相互磁気パラメータは、相互インダクタンスを含む可能性がある。いくつかの制御信号の各制御信号は、コイルの電流の大きさ、コイルの電流の位相、コイルの電圧の大きさ、及びコイルの電圧の位相のうちの少なくとも１つを含む可能性がある。方法は、相互磁気パラメータを決定するステップの前に、電子デバイスが充電のための範囲内にあり、充電される必要があるというインジケーションを電子デバイスから受信するステップを含む可能性がある。インジケーションは、少なくとも１つの電子デバイスの少なくとも１つの受信側コイルの負荷の値に最後に部分的に基づく可能性がある。決定するステップ、提供するステップ、及び使用するステップは、予め定義された時間間隔で繰り返される可能性がある。予め定義された時間間隔は、例えば、２秒から１０秒までの間、又は０．２秒から１．０秒までの間である可能性がある。
【００２９】
決定すること、提供すること、及び使用することは、基地局に対する電子デバイスの任意の向きに関して実行される可能性がある。電子デバイスは、モバイル電話、スマートフォン、タブレット、カメラ付き携帯電話、ポータブルコンピュータ、又はその他の電子デバイスである可能性がある。
【００３０】
別の態様においては、概して、ワイヤレスエネルギー伝送装置が、いくつかの送信側コイル、いくつかの駆動回路、及びコントローラを含む基地局を含む。いくつかの駆動回路の各駆動回路は、いくつかの送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに結合される。コントローラは、第１のいくつかの相互磁気パラメータを決定することであって、第１のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの送信側コイルのうちの送信側コイル、及び基地局の遠隔に置かれた、基地局によって遠隔から充電される少なくとも１つの電子デバイスに関連する少なくとも１つの受信側コイルのうちの受信側コイルに関連付けられる、決定することと、第１のいくつかの相互磁気パラメータに基づいていくつかの制御信号を決定することであって、いくつかの制御信号の各制御信号が、いくつかの送信側コイルのうちの対応する送信側コイルに関連付けられる、決定することと、制御信号の対応する送信側コイルに結合された駆動回路にいくつかの制御信号の各制御信号を提供することと、いくつかの制御信号の各制御信号を使用して、制御信号の対応する送信側コイルに結合された駆動回路に、制御信号から決定された大きさ及び位相を有する電流を対応する送信側コイル内に流させることとを行うように構成される。
【００３１】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含み得る。
【００３２】
コントローラは、第２のいくつかの相互磁気パラメータを決定することであって、第２のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの送信側コイルのうちの送信側コイルの異なる対に関連付けられる、決定することを行うように構成される可能性があり、いくつかの制御信号を決定することは、第２のいくつかの相互磁気パラメータにさらに基づく。少なくとも１つの受信側コイルは、いくつかの受信側コイルを含む可能性がある。コントローラは、第３のいくつかの相互磁気パラメータを決定することであって、第３のいくつかの相互磁気パラメータの各相互磁気パラメータが、いくつかの受信側コイルのうちの受信側コイルの異なる対に関連付けられる、決定することを行うようにさらに構成される可能性があり、いくつかの制御信号を決定することは、第３のいくつかの相互磁気パラメータにさらに基づく。
【００３３】
コントローラは、基地局における電力の制約を受ける受信側コイルのうちの少なくとも１つへの最大のワイヤレスエネルギー伝送を達成するためにいくつかの制御信号を決定する可能性がある。コントローラは、電子デバイスから基地局において電力要件のインジケーションを受信する可能性があり、インジケーションに少なくとも部分的に基づいていくつかの制御信号を決定する。コントローラは、電力要件が受信機において達成されるようにいくつかの制御信号を決定する可能性がある。コントローラは、受信機から受信機におけるインピーダンスのインジケーションを受信する可能性があり、コントローラは、いくつかの制御信号が受信機におけるインピーダンスのインジケーションに少なくとも部分的に基づくと決定する。コントローラは、電力要件が受信機において達成されるようにいくつかの制御信号を決定する可能性がある。各相互磁気パラメータは、相互インダクタンスを含む可能性がある。
【００３４】
いくつかの制御信号の各制御信号は、コイルの電流の大きさ、コイルの電流の位相、コイルの電圧の大きさ、及びコイルの電圧の位相のうちの少なくとも１つを含む可能性がある。コントローラは、相互磁気パラメータを決定することの前に、電子デバイスが充電のための範囲内にあり、充電される必要があるというインジケーションを電子デバイスから受信する可能性がある。インジケーションは、少なくとも１つの電子デバイスの少なくとも１つの受信側コイルの負荷の値に少なくとも部分的に基づく可能性がある。コントローラは、決定すること、提供すること、及び使用することを予め定義された時間間隔で繰り返すように構成される可能性がある。予め定義された時間間隔は、２秒から１０秒までの間である可能性がある。コントローラは、基地局に対する電子デバイスの任意の向きに関して決定すること、提供すること、及び使用することを実行するように構成される可能性がある。
【００３５】
電子デバイスは、モバイル電話、スマートフォン、タブレット、カメラ付き携帯電話、ポータブルコンピュータ、又はその他の電子デバイスである可能性がある。
【００３６】
態様は、以下の利点のうちの１又は２以上を有する可能性がある。
【００３７】
手法は、デバイスへの電力伝送を最大化するために電力受信デバイスの未知の位置及び／又は向きに自動的に適合する方法を提供する。さらに、手法は、電力受信デバイスの変化する位置及び／又は向きに適合する方法を提供する。
【００３８】
手法は、効率的な電力伝送を維持しながらワイヤレスデバイスの未知の又は変化する向きに適合する。例えば、たとえ受信機コイルがコイルのうちの１つの中心点の上に位置付けられた送信コイルの平面配列に直角であるとしても、基地局は、受信コイルを介して電力の伝送を引き起こすために送信コイルへの駆動信号を適合させることができる可能性がある。
【００３９】
手法は、デバイスの物理的な位置に無関係に磁気結合を推定し、それに応じて適合するので、ワイヤレスデバイスの位置（すなわち、受信側コイルの位置）についての情報を必要としない。
【００４０】
手法の態様は、放射場（radiating field）の明白な方向特性に頼るのではなく、コイルの間の近距離場磁気結合の特性を利用する。
【００４１】
手法は、負荷、位置、向き、デバイスの種類などについての情報をフィードバックするために別個の通信チャネルを必要としないが、利用する可能性があり、その理由は、そのような情報が、電力送信コイルと受信コイルとの間の磁気結合を用いる通信チャネルを介してワイヤレスデバイスから基地局に送信され得るからである。
【００４２】
手法は、送信コイルのそれぞれに関する電力の量を（例えば、駆動電圧を決定することの結果として）決定することによって効率的な電力伝送を提供し、それによって、概して、コイルのそれぞれを介して異なる量の電力を提供する。この手法は、送信側コイルのそれぞれに（例えば、同じ駆動電圧の振幅を使用することによって）電力を等しく分配することによって達成され得るよりも高い効率を提供することができる。
【００４３】
手法は、コイルの間の磁気結合が推定されると駆動信号を決定する計算効率の良い方法を利用する。例えば、計算は、限られた数の行列演算を含む。
【００４４】
手法は、たとえ物体が磁性を帯びているか又は導電性であり、コイルの間の磁気結合の特性に影響を与えるとしても、基地局とワイヤレスデバイスとの間に来る物体に適合する。
【００４５】
手法は、同じ電力入力のために今日利用可能であるよりも離れて（例えば、１／２、１、若しくは２メートル）及び／又は（例えば、送信機の単位面積あたりで）より効率的に基地局からワイヤレスデバイスに電力を伝送する方法を提供する。
【００４６】
手法によって受信機コイルに届けられる磁束の量は、どちらの場合も同じ量の入力電力が消費されるという事実にもかかわらず、同じ有効面積で、単一の送信機コイルのみが使用されるとした場合よりも著しく多くなる。
【００４７】
本発明のその他の特徴及び利点は、以下の説明及び請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】単一受信機ワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。
【図２】受信機及び送信機回路モデルの図である。
【図３】送信コイル及び受信機コイルの第１の構成の図である。
【図４】送信コイル及び受信機コイルの第２の構成の図である。
【図５】単一受信機ワイヤレス電力伝送システムの詳細なブロック図である。
【図６】磁気チャネル推定モードで構成された単一受信機ワイヤレス電力伝送システムの詳細なブロック図である。
【図７】送信コイル間の相互インダクタンスの較正フェーズを示す図である。
【図８】相互インダクタンス符号判定方法の計算ステップを示す図である。
【図９】送信機回路の図である。
【図１０】受信機回路の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
１  概要
図１を参照すると、ワイヤレス電力伝送システム１００の実施形態が、現在利用可能な手法の距離及び／又は向きに関連する制限を克服しながら、例えば、パーソナルワイヤレスデバイス（例えば、スマートフォン）又は固定若しくは移動可能な家庭向けデバイス（例えば、ランプ）のバッテリを充電するために、電力を受け取る（１又は２以上の）デバイスとの導電リンク（すなわち、充電線）を必要とせずに電力を伝送するように構成される。ワイヤレス電力伝送システム１００は、送信機１０２及び１又は２以上の受信機１０４を含み、受信機１０４のうちの代表する１つが、図１に示される。送信機１０２は、送信機１０２と受信機１０４との間の磁気結合を用いて受信機１０４に無線で電力を伝送するように構成される。以下の説明は、まず、単一受信機の場合に対処し、それから、複数の受信機への同時電力伝送をサポートする実施形態のさらなる説明を与える。以下の説明は、概して、共振結合された送信機コイル及び受信機コイルを用いる誘導ワイヤレス電力伝送にも関する。
【００５０】
送信機１０２は、電源１０８（例えば、バッテリ、商用電源によって給電される電源のＤＣ出力、ソーラー電源など）、駆動回路１１０、送信機コントローラ１１１、及びＴ１、．．．、ＴＮとラベル付けされた複数の送信コイル１１２を含む。一部の例において、各送信コイル１１２に関して、駆動回路１１０は、（電源１０８によって駆動される）ＡＣ電源１１３及び送信コイル回路１１５を含む。ＡＣ電源１１３は、共通の周波数で動作するが、概して、各送信コイルに関して異なる位相及び電圧を有し、位相及び／又は電圧は、（１又は２以上の）受信機の回路特性、（１又は２以上の）受信機の電力要件、並びに送信機に対する（１又は２以上の）受信機の相対的な位置及び向き（姿勢）を含む要因に応じて決定される。一部の例において、限定なしに、送信機１０６は、机の下のワイヤレス充電基地局、机の上のワイヤレス基地局などのワイヤレス充電基地局に含まれるか、又はコンピュータモニタ、テレビ、電化製品（例えば、ランプ）、家具（例えば、椅子）、車、バス、列車、若しくは飛行機のシート内など別の物に組み込まれる。
【００５１】
受信機１０４は、受信機コイルＲ  １２０、受信機回路１１４、受信機コントローラ１１６を含む。受信機回路１１４は、受信機結合回路１１９、及びここでは負荷抵抗１１８、ＲＬ、Ｒとして示される給電される負荷として表される。（１つの受信機が示される場合、文脈に基づいて互換的に受信機コイル又はそのコイルに関連する受信機を指すために記号Ｒが使用され、複数の受信機を用いる場合、複数の受信機及びそれらの受信機のコイルを区別するために記号Ｒ１、Ｒ２、Ｒｊ、ＲＭなどが使用される）。一部の例において、受信機１０４は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、又はタブレットコンピュータなどのバッテリ給電式電子デバイスに含まれ、負荷は、受信機のバッテリの充電メカニズムを表す。
【００５２】
特定の磁気結合又は「相互インダクタンス」（例えば、ヘンリー又は等価的にボルト・秒／アンペアの単位で表される実数）が、任意の対のコイルの間、例えば、図１の受信機コイルＲ  １２０と送信機コイルＴｉ  １１２のそれぞれとの間に存在する。例えば、第１の相互インダクタンスＭＴ１，Ｒが、第１の送信コイルＴ１と受信機コイルＲとの間に存在する。第２の相互インダクタンスＭＴ２，Ｒが、第２の送信コイルＴ２と受信機コイルＲとの間に存在する。第３の相互インダクタンスＭＴＮ，Ｒが、第Ｎの送信コイルＴＮと受信機コイルＲとの間に存在する。異なる磁気カップリングが、それぞれの対の送信コイル１１２の間にやはり存在する。例えば、第４の相互インダクタンスＭＴ１，Ｔ２が、第１の送信コイルＴ１と第２の送信コイルＴ２との間に存在する。第５の相互インダクタンスＭＴ２，ＴＮが、第２の送信コイルＴ２と第Ｎの送信コイルＴＮとの間に存在する。最後に、第６の相互インダクタンスＭＴ１，ＴＮが、第１の送信コイルＴ１と第Ｎの送信コイルＴＮとの間に存在する。もちろん、Ｎ個の送信コイル及び単一の受信コイルが存在するとき、図１に示されたシステム１００内に送信コイルの間のN(N-1)/2個の相互インダクタンス及び送信コイルと受信コイルとの間のＮ個の相互インダクタンスが存在する。
【００５３】
２つのコイルの間の磁気結合に影響を与える可能性があるいくつかの要因は、２つのコイルの間の距離、コイルの形状（例えば、円形コイルの直径）、２つのコイルの巻き数の比、２つのコイルの間の空間の透磁率、２つのコイルの近くのその他のコイルの存在、及び２つのコイルの互いに対する向きを含む。
【００５４】
システム１００の各送信コイル１１２は、その送信コイル１１２の対応する送信コイル回路１１５に関連付けられ、送信コイル回路１１５及びコイル自体は、組み合わされた全体のループインピーダンスを有する。所与の送信コイルＴｉに関連する全体のループインピーダンスは、ＺＴｉと表記され、受信機コイルＲに関連する全体のループインピーダンスは、ＺＲと表記される。これらのインピーダンスは、（オーム又は等価的にボルト／アンペアを単位とする）複素数として表され、周波数に依存する（すなわち、ＺＲ（ω））。別途示されない限り、我々は、送信機が動作する周波数ωＴ（例えば、１００ｋＨｚから５０ＭＨｚまでの範囲の周波数）におけるインピーダンスを考える。概して、送信及び受信ループは、Ｚ（ωＴ）が非常に小さく、概して実質的に実数である動作周波数に同調される。送信コイルの場合、システム内のその他のコイルからの送信コイルＴｉ上の負荷誘導（load induce）がないと仮定して、インピーダンスＺＴｉは、（電圧源の振幅及び位相を表す複素量として表される）駆動電圧ＶＴｉと電流ＩＴｉとの比である。受信機コイルの場合、インピーダンスＺＲは、受信コイルを貫く磁束によって引き起こされる誘導起電力εＲと結果として生じる電流ＩＲとの比である。
【００５５】
少なくとも一部の実施形態において、システム１００は、送信コイルの駆動を調整するために送信コントローラ１１１によって使用される受信機からの情報を受信機コントローラ１１６が報告する通信チャネル１２２を含む。例えば、報告される情報は、以下でより詳細に説明されるように、受信機の全体のループインピーダンスＺＲ（又はループインピーダンスが決定され得る等価的な量）及び送信機１０２への目標電力ＰＲを含む可能性がある。通信チャネルを実装するさまざまな手法が、使用され得る。例えば、通信チャネル１２２は、帯域内通信チャネルか又は帯域外通信チャネルかのどちらかである可能性がある。帯域内通信の例は、概して、送信コイルのうちの１又は２以上に対する受信機のローディング（loading）効果の変調に基づく。帯域外通信チャネルの例は、無線周波数チャネル（例えば、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど）又は光リンク（例えば、赤外線（ＩＲ，Infra-Red））を含む可能性がある。一部の例においては、送信機から受信機への順方向チャネルが、例えば、受信機の動作を制御するためにやはり使用される。さまざまな応用に関して、異なる情報が送信機によって必要とされる可能性があることに留意されたい。例えば、受信機のループインピーダンスＺＲのフィードバックは、単一の受信機コイルのみが存在し、目的が送信機に対する入力電力の制限を受ける受信機の電力を最大化することであるとき、送信機によって必要とされない可能性がある。
【００５６】
動作中、少なくとも一部の実施形態において、送信機コントローラ１１１は、その送信機コントローラ１１１が効率的な電力伝送を達成するように各送信機コイルの駆動を制御する電力送信モードで動作するか、又はその送信機コントローラ１１１がコイルの間の特定の相互インダクタンスの推定値、例えば、送信コイル１１２  Ｔｉのそれぞれと受信機コイル１２０  Ｒとの間の相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒの推定値を決定する推定モードで動作する。一部の代替的な実施形態において、これら２つのモードの機能は、同時に実行される可能性がある。推定の一部として、少なくとも一部の実施形態においては、決定された相互インダクタンス、受信機のループインピーダンスＺＲ、及び受信機の目標電力ＰＲに基づいて、送信機コントローラ１１１が、受信機１０４の目標電流ＩＲ（又は目標起電力εＲなどの等価的な量）を計算する。そのとき、送信機コントローラ１１１は、送信機１０２への入力電力を同時に最小化しながら受信機回路において目標電流ＩＲ（及びしたがって目標電力ＰＲ）を誘導する送信コイル１１２に関する電流ＩＴ１．．．ＩＴＮ（つまり、動作周波数における大きさ及び位相）の最適な組を決定する。送信機コントローラ１１１は、送信コイル１１２の回路に印可されるときに電流ＩＴ１．．．ＩＴＮの最適な組を達成する電圧ＶＴ１、ＶＴ２、．．．ＶＴＮ（つまり、電圧の大きさ及び位相を表す複素量）の組も決定する。
【００５７】
少なくとも一部の実施形態においては、送信機１０２における電力損失をやはり最小化しながら条件（例えば、位置、間に介在する物体など）が変化する中で受信機１０４に電力を伝送するために、送信機１０２は、上で導入した推定モードにおいて磁気チャネル推定ステップ及び送信コイル電流更新ステップを繰り返し実行することを含むプロトコルに従って動作する。極めて普通に、磁気チャネル推定ステップは、受信機１０４から受信された情報を利用して、送信コイル１１２と受信機コイル１２０との間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｒ．．．ＭＴＮ，Ｒの推定値を決定する。送信コイル電流更新ステップは、受信機１０４から受信された情報及び相互インダクタンスＭＴ１，Ｒ．．．ＭＴＮ，Ｒの推定値を利用して、受信機１０４に電力を効率的に伝送する送信コイル１１２に関する電流ＩＴ１．．．ＩＴＮの最適な組を決定する。
【００５８】
２  受信機及び送信回路モデル
図２を参照すると、送信機及び受信機のモデルが、送信コイルＴｉに関連する構成要素に関する下付きの添え字Ｓｉ（「ソース」ｉ）及び受信機Ｒに関連する構成要素に関する下付きの添え字Ｌ（「負荷」）によってラベル付けされた集中構成要素（lumped component）を使用して表される。一部の例において、受信機１０４は、インピーダンスＺＬを有する集中素子（lumped element）と直列である静電容量ＣＬを有するキャパシタと直列であるインダクタンスＬＬを有するコイルとしてモデル化される。静電容量は、送信機の動作周波数ωＴにおいて、インダクタとキャパシタとの直列の組合せが（理論上）ゼロインピーダンスを有し、jωLL + 1/jωCL = 0であり、ZR = ZL+ RLが受信機コイルにおける誘導電圧によって駆動されるループの全体のインピーダンスであるように、
【００５９】
【数１】
2017511102.tif 000003
【００６０】
であるような静電容量が選択される。したがって、受信機回路は、動作周波数において共振し、それによって、所与の強度の磁界に関して電流の大きさを最大化する（及びそれによって負荷に伝送される電力を最大化する）。送信コイルは、受信機の電流がIR = εR/ZRを満たすようにする起電力εＲを一緒に誘導する。同様に、送信機の区画のそれぞれに関する送信機回路モデルは、集中インピーダンス（lumped impedance）ＺＳｉと直列である静電容量ＣＳｉを有するキャパシタと直列であるインダクタンスＬＳｉを有する送信コイルと直列である制御された電圧源１１３としてモデル化される。受信機と同様に、静電容量は、
【００６１】
【数２】
2017511102.tif 000004
【００６２】
のように送信コイルのインダクタンスをオフセットするように選択される。起電力εＴｉが、ITi = (VSi + εTi)/ZTiであり、ここで、ZTi = ZSiであるようにその他の送信コイル及び受信機コイルによって各送信コイル内で誘導される。
【００６３】
振動する送信コイルの電流ＩＴｉは、受信機コイルを貫く振動する磁束を生じ、その磁束が、ひいては、以下の式の受信機のコイル１２０の起電力εＲを生じる。
εR=+jωΣiMTi,RITi
及びしたがって
IR=+(jω/ZR)ΣiMTi,RITi
【００６４】
相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒによってこの関係を表すのではなく、
mTi,R=+jωMTi,R/ZR
として定義される等価な「磁気チャネル」。この磁気チャネルは、無次元の複素数であり、誘導電流が
【００６５】
【数３】
2017511102.tif 000005
【００６６】
と表されることを可能にする。
【００６７】
同様に、逆方向チャネルは、mR,Ti =+ jωMR,Ti/ZTiとして表され得る。相互インダクタンスは、MTi,R = MR,Tiのように対称的であるが、磁気チャネルは、mR, Ti = mTi,R(ZR/ZTi)のように非対称であることに留意されたい。特定の送信コイルＴｉに関して、その他の送信コイルＴｊに関する振動する送信コイルの電流ＩＴｊ及び受信機コイルは、以下の式の送信機コイル内の起電力εＴｉを生じる。
εTi = jωMR,TiIR - jω(Σj≠iMTj,TiITj)
及びしたがって
ITi = VTi/ZTi - (jω/ZTi) Σj≠iMTj,TiITj + (jω/ZTi)MR,TiIR
これは、チャネルの量（channel quantity）を用いて次のように表され得る。
ITi = VTi/ZTi + Σj≠imTj,TiITj + mR,TiIR
【００６８】
３  送信電流の決定
概して、以下で示されるように、システムは、受信機コイルにおいて送信コイルのそれぞれによって引き起こされる磁束の打ち消し合う追加を防止するために送信コイルの電流の大きさ及び位相を適合させる。
【００６９】
３．１  例示
図３及び４を参照して、システムの動作は、基地局の５つの送信コイル３５０  Ｔ１．．．Ｔ５のリニアアレー及び送信コイル３５０に平行な（図３）又は垂直な（図４）受信機コイル３５２  Ｒを示す簡略化された概略図を用いて理解され得る。概して、システムは、受信機コイル３５２に対して送信コイル３５０のそれぞれによって引き起こされる磁束の打ち消し合う追加を防止するために送信コイル３５０に関する電流ＩＴ１．．．ＩＴ５の大きさ及び位相を適合させる。
【００７０】
図３において、受信側コイルは、送信コイルと平行に配向され、中央のコイルＴ３の上にある。図から明らかなように、システムは、送信コイル３５０によって生じさせられる磁界の方向が受信機コイル３５２を貫く磁束の強め合う追加を引き起こすように電流ＩＴ１．．．ＩＴ５の大きさ及び位相を適合させた。示された送信コイルのリニア及び／又は平面アレーは例であるに過ぎず、同じ又は異なる寸法、形状、又は巻き数の送信コイルの３次元、非平行、及び／又は非同一平面の配列を含むその他の配列が、例えば、応用の物理的制約に応じて実際に使用される可能性があることを理解されたい。
【００７１】
特に、中央のコイルＴ３の電流ＩＴ３は、大きさＡ及び位相を０°を有する。第１及び第５の送信コイルＴ１、Ｔ５の電流ＩＴ１、ＩＴ５は、それぞれ、大きさＣ及び位相１８０°を有する（つまり、それらの電流はＩＴ３と位相がずれている）。第２及び第４の送信コイルＴ２、Ｔ４の電流ＩＴ２、ＩＴ４は、それぞれ、大きさＢ及び位相１８０°を有する（つまり、それらの電流はＩＴ３と位相がずれている）。図３の構成においては、第１、第２、第４、及び第５の送信コイルの位相を第３の送信コイルの位相とずらすことが、第１、第２、第４、及び第５の送信コイルに第３の送信コイルによって生じさせられる磁界の極性と反対の極性を有する磁界を生じさせる。受信機コイル３４２において送信コイル３５０のすべてによって生じさせられる磁力線は、受信機コイルを貫く磁束の強め合う追加をもたらす。
【００７２】
この場合、電流ＩＴ３の大きさＡは、第３の送信コイルが第２及び第４の送信コイルよりも強い受信機コイルとの磁気結合を有するので電流ＩＴ２及びＩＴ４の大きさＢよりも大きい。同様に、電流ＩＴ２及びＩＴ４の大きさＢは、第２及び第４の送信コイルが第１及び第５の送信コイルよりも強い受信機コイルとの磁気結合を有するので電流ＩＴ１及びＩＴ５の大きさＣよりも大きい。つまり、A > B > Cである。
【００７３】
図４において、受信側コイルは、図３の向きと垂直な（つまり、第３の送信コイルＴ３と垂直な）向きを有する。図から明らかなように、システムは、第１、第２、第４、及び第５の送信コイルによって生じさせられる磁界の方向がすべて受信機コイル３５２と同じであり、受信機コイル３４２を貫く磁束の強め合う追加を引き起こすように電流ＩＴ１、ＩＴ２、ＩＴ４、ＩＴ５の大きさ及び位相を適合させた。第３の送信コイルＴ３が受信機コイル３５２と垂直に配向されるので、第３の送信コイルによって生じさせられる磁界が受信機コイル３５２において電流を誘導することができないため、第３の送信コイルに電流は印可されない（つまり、IT3 = 0）ことに留意されたい。
【００７４】
第１の送信コイルＴ１の電流ＩＴ１は、大きさＣを有し、位相０°を有する。第２の送信コイルＴ２の電流ＩＴ２は、大きさＢを有し、位相０°を有する。第４の送信コイルＴ４の電流ＩＴ４は、大きさＢを有し、位相１８０°を有する。第５の送信コイルＴ５の電流ＩＴ５は、大きさＣを有し、位相１８０°を有する。図４の構成においては、第１及び第２の送信コイルの位相を第４及び第５の送信コイルの位相とずらすことが、第１及び第２の送信コイルに第４及び第５の送信コイルによって生じさせられる磁界の極性と反対の極性を有する磁界を生じさせる。受信機コイル３５２において第１、第２、第４、及び第５の送信コイルによって生じさせられる磁力線は、すべて同じ方向であり、受信機コイル３５２を貫く磁束の強め合う追加をもたらす。
【００７５】
この場合、電流ＩＴ２及びＩＴ４の大きさＢは、第２及び第４の送信コイルが第１及び第５の送信コイルよりも強い受信機コイルとの磁気結合を有するので電流ＩＴ１及びＩＴ５の大きさＣよりも大きい。つまり、B > Cである。
【００７６】
３．２  詳細なシステムのブロック図
図５を参照すると、図１のシステムの詳細なブロック図において、送信機１０２の駆動回路１１０は、各送信コイル回路１１５に関して、インバータ回路２２５、容量素子ＣＳｉ、及び送信コイル回路の固有のインピーダンスＺＳｉを含む（又はそれらと等価である）。一部の例において、インバータ回路２２５は、理想的な共振インバータ回路としてモデル化される可能性がある。
【００７７】
同様に、受信機回路１１４は、容量素子ＣＬ及び受信機回路の固有のインピーダンスＺＬを含む。以下で詳細に説明されるように、送信機コントローラ１１１は、送信コイル１１２のそれぞれに関する電流ＩＴ１．．．ＩＴ５の大きさ及び位相を決定し、送信コイル１１２のそれぞれに関して送信コイル回路１１５のインバータ回路２２５のｍａｇ及びφ入力に決定された大きさ及び位相を与える。極めて普通に、インバータ回路２２５は、決定された電流ＩＴ１．．．ＩＴ５を達成するために送信コイル１１２に印可する適切な電圧ＶＴｉを決定する。
【００７８】
３．３  プロトコル
送信コイル電流更新ステップにおいて、送信機コントローラ１１１は、送信コイル１１２と受信機コイル１２０との間の磁気チャネルｍＴ１，Ｒ．．．、ｍＴＮ，Ｒの推定値と、一部の例においてはさらなる情報とを利用して送信コイル１１２に関する電流ＩＴ１．．．ＩＴＮの最適な組を決定する。一部の例において、電流の最適な組は、送信機１０２における電力損失を同時に最小化しながら、受信機１０４に目標平均電力ＰＲを届ける。その他の例において、電流の最適な組は、送信機１０２における入力電力の制限を受ける電力の最大の量を受信機に届ける。
【００７９】
３．４  目標受信機電力の場合
上述のように、目標平均電力を届けるために構成されるときのシステムの１つの目的は、平均送信機入力電力の合計を最小化しながら（つまり、
【００８０】
【数４】
2017511102.tif 000006
【００８１】
を最小化するための）所望の受信機の電流ＩＲを達成することである。この近似は、IR = ΣmTi,RITiという条件で
【００８２】
【数５】
2017511102.tif 000007
【００８３】
を最小化することである。これの解は、
【００８４】
【数６】
2017511102.tif 000008
【００８５】
とすることである。そのような場合の
【００８６】
【数７】
2017511102.tif 000009
【００８７】
は、最も結合された送信コイルを選択し、そうでなければ
【００８８】
【数８】
2017511102.tif 000010
【００８９】
とする解よりもいつも絶対に小さいことに留意されたい。
【００９０】
例えば、目標平均電力ＰＲ及び受信機の全体のループインピーダンスＺＲが知られている場合、目標の受信機の電流ＩＲは、式
PR = |IR|2Re(ZR)
又は
【００９１】
【数９】
2017511102.tif 000011
【００９２】
から決定され得る。
【００９３】
３．５  入力電力制限の場合
一部の例において、システムの目的は、上で検討されたように目標受信機電力に一致することではなく、入力電力に対する制限を受ける受信機によって受け取られる電力を最大化することである。例えば、電源１０８が
【００９４】
【数１０】
2017511102.tif 000012
【００９５】
として近似され得る最大電力を提供することができる可能性があるものとする。ＺＴｉが等しいと仮定すると、この電力制限は、電流制限
【００９６】
【数１１】
2017511102.tif 000013
【００９７】
と等価である。送信電流を決定するための１つの方法は、
【００９８】
【数１２】
2017511102.tif 000014
【００９９】
を計算することによって特定のＩＲ（例えば、IR= 1）に関して決定される電流をスケーリングすることである。
【０１００】
等価な解（同じ大きさだが位相がずれている）が実数の磁気結合のみを用いて表され得ることに留意されたい。
【０１０１】
【数１３】
2017511102.tif 000015
【０１０２】
３．５．１  送信電圧駆動の決定
一部の例においては、電圧源（例えば、電圧源１１３）によって供給される電圧が、数式の組によって統制される所望の送信コイルの電流ＩＴｉを生じさせるために個々の送信コイル回路に印可される。
ITi = VTi/ZTi - (jω/ZTi) Σj≠iMTj,TiITj + (jω/ZTi)MR,TiIR
特に、駆動電圧ＶＴ１、ＶＴ２、．．．ＶＴＮに関して解く式の組の行列表現は、次の行列式を満たす。
【０１０３】
【数１４】
2017511102.tif 000016
【０１０４】
適切な駆動電圧ＶＴ１、ＶＴ２、．．．ＶＴＮが送信機コントローラ１１１によって決定されると、送信機コントローラ１１１は、送信コイル１１２に駆動電圧を印可するように駆動回路１１０に命令し、最適な電流ＩＴ１．．．ＩＴＮを送信コイル１１２内に流す。
【０１０５】
モバイル電話などのデバイスは移動しやすいので、送信コイル１１２と受信機コイル１２０との間の磁気チャネルは変化する可能性があることが留意される。このため、磁気チャネル推定及び送信コイル電流更新ステップは、磁気チャネルが正確であることを保証するために頻繁に繰り返される。
【０１０６】
４  磁気チャネル推定
図６を参照すると、一実施形態において、磁気チャネル推定ステップを実行するために、送信機コントローラ１１１は、Ｎ個の送信コイル１１２  Ｔｉを順番に巡回して、各送信コイルと受信機コイル１２０との間の相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒの推定値を決定する。一部の例において、相互インダクタンスＭＴｉ，Ｔｊを推定するのではなく、送信機コントローラ１１１は、上で導入した「磁気チャネル」の推定値を使用する。一部の例において、送信機コントローラ１１１は、２つの段階、相互インダクタンスの大きさが計算される第１の段階及び相互インダクタンスの符号が計算される第２の段階で磁気チャネルの推定値を計算する。
【０１０７】
４．１  相互インダクタンスの大きさ
一部の例において、第ｉの送信コイルＴｉ  １１２と受信機コイルＲ  １２０との間の相互インダクタンスの大きさの推定値を決定するために、送信機コントローラ１１１は、第ｉの送信コイル以外の送信機コイルのすべてのスイッチ２３２を開け、第ｉの送信コイル以外の送信コイルのすべてにおいて開路状態を引き起こす。開路送信コイル１１２と受信機コイル１２０との間、及び任意の対の開路送信コイル１１２の間にゼロ相互インダクタンスが存在する。概して、送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンスを決定する手法は、受信機による送信回路のローディングを送信機が観測することである。
【０１０８】
より詳細には、送信機コントローラ１１１は、知られている振動する電圧ＶＴｉを第ｉの送信コイル回路に印可する。そのようにすることは、交流電流ＩＴｉを第ｉの送信コイル回路内に流す。第ｉの送信コイルを通って流れる電流ＩＴｉは、振動する磁界を生じさせる。受信機コイル１２０は、第ｉの送信コイルによって生じさせられる振動する磁界の中にあるとき、振動する磁束にさらされる。振動する磁束は、次の式に従って受信機のコイル１２０内に起電力（ＥＭＦ）を引き起こす。
εR=+jωMTi,RITi
【０１０９】
上で導入されたように、誘起されたＥＭＦは、受信機コイルの回路内に交流電流を誘導させる。
IR=+(jω/ZR)MTi,RITi
【０１１０】
受信機コイルと第ｉの送信コイル及び１２０との間の相互インダクタンスによって、受信機コイル１２０は、以下の式に従って第ｉの送信コイル内に起電力を誘導する。
【０１１１】
【数１５】
2017511102.tif 000017
【０１１２】
一部の例においては、第ｉの送信コイルと受信機コイルとの間の磁気チャネルの推定値ＭＴｉ，Ｒを決定するために、第ｉの送信コイル回路に印可される電圧は、次の式を用いて表される。
【０１１３】
【数１６】
2017511102.tif 000018
【０１１４】
この式は、次のように書き換えられ得る。
【０１１５】
【数１７】
2017511102.tif 000019
【０１１６】
ここで、
【０１１７】
【数１８】
2017511102.tif 000020
【０１１８】
及びしたがって
【０１１９】
【数１９】
2017511102.tif 000021
【０１２０】
である。
【０１２１】
量ΔＺＴｉ，Ｒは、例えば、決まった駆動電圧ＶＴｉを使用し、受信機が送信コイルにローディングしないときの電流ITi = VTi / ZTiを受信機が送信コイルにローディングするときの電流I'Ti,R = VTi / ZTi,Rと比較し、
【０１２２】
【数２０】
2017511102.tif 000022
【０１２３】
及び
【０１２４】
【数２１】
2017511102.tif 000023
【０１２５】
を計算することによって測られ、ここで、γｉは、次のセクションで決定される相互インダクタンスの符号である（つまり、γi = ±1）。
【０１２６】
４．２  相互インダクタンスの符号
相互インダクタンスの大きさを計算することに加えて、相互インダクタンスの符号も計算される。一部の例において、相互インダクタンスの符号は、予め定義された基準送信コイルに対して定義される。例えば、第１の送信コイルＴ１と受信機コイルＲとの間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｒが、基準送信コイルとして選択される可能性がある。この場合、ＭＴ１，Ｒは、定義により正の符号を与えられる（つまり、γi = +1）。ＭＴ１，Ｒが正の符号を有するものと定義されることで、その他の送信コイルに関する残りの相互インダクタンスが計算され得る。一部の例において、i ≠ 1であるその他の相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒのそれぞれに関する符号の計算は、２つのステップ、すなわち、ワンタイム較正ステップ及びオンライン符号計算ステップを含む。
【０１２７】
４．２．１  ワンタイム較正ステップ
一部の例において、ワンタイム較正ステップは、基準送信コイル（例えば、Ｔ１）とその他の送信コイルＴｉ、i ≠ 1のそれぞれとの間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｔｉを計算する。概して、基準送信コイルとその他の送信コイルとの間の相互インダクタンスの値は、受信機とは無関係であり、時間の経過とともに変化しない。したがって、それらの相互インダクタンスの値は、受信機コイルがまったくなくても決定され得る。
【０１２８】
図７を参照すると、基準送信コイルＴ１と第ｉの送信コイルＴｉとの間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｔｉを決定するために、電源電圧ＶＴｉが、基準送信コイルに印可され、一方、基準送信コイル以外の送信コイルのすべては、開路される。図７に示される例示的な構成は、基準送信コイルＴ１及び第ｉの送信コイルＴｉのみを含み、いずれのその他の送信コイルも除外する（これは、それらのその他の送信コイルが開路されるので行うことができる）。基準送信コイル回路がその回路の共振周波数で動作することで、Ｌ及びＣを含むいずれの項も互いに打ち消し合う。さらに、第ｉの送信コイルが開路されるので、第ｉの送信コイルの回路の電流はISi = 0である。基本的な回路方程式を用いて、ＶＳは、
VS = IS1ZS1
と表される可能性があり、ＶＴｉは、
VTi = jωMT1,TiIS1
と表される可能性がある。
【０１２９】
ＭＴ１，Ｔｉについて上の式を解くことは、
【０１３０】
【数２２】
2017511102.tif 000024
【０１３１】
をもたらし、ここで、ＶＳ及びＺＳ１は知られており、ωは共振周波数であり、ＶＴｉは第ｉの送信コイル回路から直接測定される。したがって、上の式は、ＭＴ１，Ｔｉの値を与える。
【０１３２】
４．２．２  相互インダクタンスの符号のオンライン計算
上述のように、送信コイル１１２と受信機コイル１２０との間の相互インダクタンスのそれぞれは、相互インダクタンスの符号を表すγｉの項を含む。符号の項γｉがないと、相互インダクタンスは、基本的に、相互インダクタンスの大きさである。上の較正ステップに基づいて、基準コイルと受信機コイルとの間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｒの符号が正であることが知られ、したがって、ＭＴ１，ＴＲが完全に知られる。基準送信コイルとその他の送信コイルとの間の相互インダクタンスＭＴ１，Ｔｉの値も、上の較正ステップから知られる。
【０１３３】
図８を参照すると、上の情報が与えられると、未知の相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒの符号が決定され得る。そのようにするために、受信機１０４の存在下で、チャネル推定手順の間に、電源電圧ＶＳが、すべてのその他の送信コイルを開路にしたまま基準コイルＴ１に印可される。受信機コイルに基本的な回路方程式を適用することは、
jωMT1,RIS1 = -IR1(RL + ZL)
をもたらし、これは、
【０１３４】
【数２３】
2017511102.tif 000025
【０１３５】
のように整理可能である。基準送信コイルに基本的な回路方程式を適用することは、
【０１３６】
【数２４】
2017511102.tif 000026
【０１３７】
をもたらす。上記式にＩＲ１を代入することは、
【０１３８】
【数２５】
2017511102.tif 000027
【０１３９】
をもたらす。
【０１４０】
上の式において、ＭＴｉ，Ｒの符号以外はすべての値が知られている。特に、
【０１４１】
【数２６】
2017511102.tif 000028
【０１４２】
及びＩＳ１は、送信機において直接測定され得る。ＭＴ１，Ｔｉは、構成ステップから知られ、ＩＲ１は、上に示されたように推定される可能性があり、すべてのその他の値は、知られている。最後に、ＭＴｉ，Ｒの符号が、次のように決定され得る。
【０１４３】
【数２７】
2017511102.tif 000029
【０１４４】
ＭＴｉ，Ｒの上で決定された符号が、γｉの値として設定される。
【０１４５】
相互インダクタンスは（虚数部を含まない）実数であるので、上の符号は、明確に定義される（つまり、符号関数の中の式の右側の値は実数であり、明確に定義された符号を有する）ことが留意される。ＭＴ１，Ｒは、負の符号を有するものとして定義され得たことも留意される。そのような場合、受信機に届けられる電力にまったく変化なく、相互インダクタンスＭＴｉ，Ｒのすべては符号をひっくり返し、受信機コイルにおいて送信コイルによって誘導される電圧も符号をひっくり返す。
【０１４６】
４．３  磁気チャネルの計算
上で導入されたように、
【０１４７】
【数２８】
2017511102.tif 000030
【０１４８】
であり、
mTi,R=+jωMTi,R /ZR
である。
【０１４９】
したがって、第ｉの送信コイルと受信機コイル１２０との間の磁気チャネルは、
【０１５０】
【数２９】
2017511102.tif 000031
【０１５１】
と表され、受信機コイル１２０内の第ｉの送信コイルによって誘導される電流ＩＲは、
IR = mTi,RITi
であることを思い出す。
【０１５２】
上述のように、上の磁気チャネル推定手順が、送信機１０２の送信コイル１１２のそれぞれに関して実行され、Ｎ個の磁気チャネル推定値ｍＴ１，Ｒ、ｍＴ２，Ｒ、．．．ｍＴＮ，Ｒをもたらす。
【０１５３】
一部の例においては、送信コイル回路１１５が（図２と同様に）容量素子を含むとき、容量素子のインピーダンスの効果が共振周波数ωＴにおいて誘導素子（すなわち、送信コイル）のインピーダンスの効果を打ち消す。一部の例においては、インピーダンスの打ち消しの結果、受信機１０４のインピーダンスがZR = ZL + RLとなる。そのような場合、磁気チャネルは、
【０１５４】
【数３０】
2017511102.tif 000032
【０１５５】
と表される。
【０１５６】
一部の例において、送信コイル１１２の間の磁気チャネルは、事前に知られている。その他の例において、送信コイル１１２の間の磁気チャネルは、上で説明されたのと同様の方法で決定される。
【０１５７】
５  受信機のフィードバック
上述のように、受信機１０４の受信機コントローラ１１６は、通信チャネル１２２を介して送信機１０２にフィードバックを与える。一部の例において、目標受信機電力が望まれるとき、受信機１０４からのフィードバックは、受信機回路の全体のループインピーダンスＺＲ及び目標電力ＰＲのインジケーションを含む。一部の例において、フィードバックは、受信機１０４が送信機１０２の範囲内にあるかどうかに関するインジケーションとしても使用される。
【０１５８】
一部の例において、受信機の全体のループインピーダンスＺＲは、経時的に変化する。例えば、充電式バッテリを充電するとき、受信機の実効負荷抵抗１１８  ＲＬは、バッテリの瞬間的な充電レベルが高くなるにつれて継続的に増加する可能性がある。一部の例において、負荷抵抗１１８のこの増加は、バッテリの瞬間的な充電レベルが低いとき、十分な充電をもたらし、バッテリの瞬間的な充電レベルが高いとき、わずかずつの充電をもたらす。概して、負荷抵抗１１８の増加は、受信機の全体のループインピーダンスＺＲの増加をもたらす。したがって、送信機コイル１１２と受信機コイル１２０との間の磁気チャネルの正しい推定値を維持するため、及び受信機１０４において正しい電力が受け取られることを保証するために、受信機コントローラ１１６は、通信チャネル１２２を介して送信機１０２に受信機の全体のループインピーダンスを周期的に送り返す。
【０１５９】
一部の例において、全体のループインピーダンスＺＲは、送信機１０２に帯域内で伝達される。例えば、受信機１０４は、近距離場領域内で任意の量の電力を受け取ることが送信機１０２によって送られたエネルギーの一部を送信機１０２に反映させ得るという事実を利用し得る。つまり、受信機コイルの回路内のすべての変化が、送信コイル１１２にインピーダンスを反映する。一部の例において、受信機は、送信機１０２へのその受信機の反映されるインピーダンスを変調する可能性がある。例えば、受信機の回路内のスイッチが、反映されるインピーダンスのパルス列を生じさせるために低いレート（例えば、３００Ｈｚ）で切り替わる可能性がある。一部の例においては、送信機１０２及び受信機が共振結合されるとき、パルス列は、送信機の共振周波数（例えば、１ＭＨｚ）によってさらに変調される。一部の例において、受信機は、パルス幅が全体のループインピーダンスに比例するように反映されるインピーダンスを変調する。一部の例において、受信機の反映されるインピーダンスの変調は、送信機が受信機の全体のループインピーダンスを信頼性高く受け取ることを保証するために数回繰り返される。
【０１６０】
一部の例において、パルスの幅は、受信機１２０に関する最も高い全体のループインピーダンスの２０％から８０％までの間に線形に分散されるように設計される。
【０１６１】
一部の例において、全体のループインピーダンスＺＲは、送信機１０２に帯域外で伝達される。例えば、受信機１０４は、低電力無線（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（Bluetooth Low Energy）通信）を用いて受信機回路の全体のループインピーダンスを送信機１０２に運ぶ可能性がある。
【０１６２】
一部の例において、目標電力ＰＲは、上述の帯域内技術か又は帯域外技術かのどちらかを用いて送信機１０２にやはり伝達される。
【０１６３】
一部の例において、送信機１０２は、受信機１０４が範囲内にあり、充電されるべきであるというインジケーションとして、受信機１０４によって生じさせられたパルスを感知するように構成される。送信機１０２は、範囲内にいかなる受信機も感知しない場合、範囲内のインレンジ受信機を検出するまでその送信機１０２の送信コイル１１２に給電することを止める可能性がある。
【０１６４】
一部の例において、受信機１０４の全体のループインピーダンスＺＲ及び目標電力ＰＲは、送信機１０２に周期的に（例えば、５分毎に）伝達される。
【０１６５】
一部の例において、入力電力制限の下で受信機に最大の量の電力を送るとき、受信機が送信機にＺＲ又はＰＲを伝達する必要はない。そのような場合、受信機が送信機に近いかどうかに関するインジケーションなどのその他の情報が、通信チャネルを介してやはり送信される可能性がある。
【０１６６】
一部の例においては、送信機１０２に目標電力ＰＲを伝達するのではなく、受信機コントローラ１１６は、その代わりに、目標受信機電流ＩＲ及び目標受信機電圧ＶＲを伝達する。その他の例において、受信機コントローラは、その他の量（すなわち、負荷における電圧及び／又は電流）を送信機１０２に伝達する可能性がある。
【０１６７】
６  回路の実施形態
送信機及び受信機に関する回路の実施形態の例が、それぞれ、図９及び１０に示される。
【０１６８】
図９、実施形態のブロック図を参照すると、送信機１０２の送信コイル１１２のうちの１つに関する回路は、送信コイル１１２及び送信コイル回路１１５を含む。送信コイル回路１１５は、インバータ回路２２５、容量素子ＣＳＮ、及び集中インピーダンスＺＳＮを含む。電源１０８（例えば、バッテリ、商用電源への一定電圧のＤＣ電源接続、ソーラーパネルなど）は、ＤＣ供給電圧をインバータ回路２２５への入力として与える。
【０１６９】
インバータ回路２２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９６０及びＤＣ／ＡＣコンバータ９６２を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ９６０は、電源１０８からのＤＣ供給電圧を受け取り、送信機コントローラ１１１から受信された振幅制御信号に従ってＤＣ供給電圧をスケーリングする。ＤＣ／ＤＣコンバータ９６０のスケーリングされたＤＣ電圧出力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ９６２への入力として与えられ、ＤＣ／ＡＣコンバータ９６２は、スケーリングされたＤＣ電圧を所望の周波数を有するＡＣ電圧出力に変換する。また、ＤＣ／ＡＣコンバータ９６０は、送信機コントローラ１１１から受信された位相制御信号に従ってＡＣ電圧出力の位相（すなわち、φ）をシフトする。ＤＣ／ＡＣコンバータ９６０のＡＣ電圧出力ＶＴＮは、送信機コントローラ１１１によって指定された周波数、振幅、及び位相を有する送信コイル駆動電圧である。
【０１７０】
一部の例において、ＤＣ／ＤＣコンバータ９６０は、昇圧、降圧、又は昇圧−降圧コンバータなどの切り替え式インダクタ調整回路（switched inductor regulating circuit）として実装される。一部の例において、（送信コイルのインダクタンス及び送信コイルと直列である対応する静電容量を含む）ＤＣ／ＡＣコンバータ９６２は、Ｅ級共振インバータを形成する。一部の例において、ＤＣ／ＡＣコンバータ９６２内に実装される位相シフタ（図示せず）は、駆動電圧の所望の位相を達成するためにインバータのタイミングを効果的に修正する。一部の例において、フルブリッジＤＣ／ＡＣコンバータが、振幅と位相との両方を制御する。
【０１７１】
図１０を参照すると、受信機コイル１２０に関する回路の一実施形態が示される。図１０において、受信機１０４は、受信機コイル１２０、負荷抵抗１１８、及び受信機結合回路１１９を含む。受信機結合回路１１９は、容量素子ＣＬ、集中受信機インピーダンス（lumped receiver impedance）ＺＬ、インピーダンス整合回路（ＩＭＣ，Impedance Matching Circuit）１０６４、整流器１０６６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ１０６８を含む。極めて普通に、ＩＭＣ１０６４は、比較的一定なインピーダンスを維持するために使用される。ＩＭＣ１０６５の出力電圧は、整流器１０６６（例えば、通常のブリッジ整流器回路）に渡され、そして、整流器１０６６の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６８（例えば、昇圧、降圧、又は昇圧−降圧コンバータ）を通じて受信機１０４の負荷１１８に渡される。負荷が純粋に抵抗性であるものとして扱われている上の検討においては、これらの例において、負荷が必ずしも理想的な抵抗であるとは限らないことは明らかであるに違いないことに留意されたい。それにもかかわらず、受信機は、送信機に実効負荷を与え、送信機は、それに応じて送信特性を調節する。
【０１７２】
一部の例において、受信機１０４によって送信機１０２に報告される全体のループインピーダンスＺＲは、負荷１１８のインピーダンスと異なる。一部の例において、受信機１０４によって送信機１０２に報告される全体のループインピーダンスＺＲは、量の中でもとりわけ、整流器１０６６の出力電圧ＶＤＣ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６８の出力
【０１７３】
【数３１】
2017511102.tif 000033
【０１７４】
、負荷１１８における電流
【０１７５】
【数３２】
2017511102.tif 000034
【０１７６】
を用いて受信機コントローラ１１６によって決定される可能性がある。
【０１７７】
７  複数の受信機
上の検討は、単一の受信機が存在する場合に焦点を当てる。複数の受信機を扱う手法は、送信コイルの電流
【０１７８】
【数３３】
2017511102.tif 000035
【０１７９】
によって決定される目標電流
【０１８０】
【数３４】
2017511102.tif 000036
【０１８１】
を用いて同様の手法に従う。複数の受信機の場合、すべての対のコイルの間の相互インダクタンスＭｉ，ｊを考える。単一の受信機の場合と同様の解説に従って、任意のコイルｊ（つまり、ｊは受信機コイルか又は送信機コイルかのどちらか）における誘導されるＥＭＦは、
【０１８２】
【数３５】
2017511102.tif 000037
【０１８３】
と表される可能性があり、したがって、電流は、
【０１８４】
【数３６】
2017511102.tif 000038
【０１８５】
を満たす。
【０１８６】
行列形式で、送信機の駆動電圧と送信機及び受信機コイルの電流との間の関係は、
【０１８７】
【数３７】
2017511102.tif 000039
【０１８８】
又は等価的に
【０１８９】
【数３８】
2017511102.tif 000040
【０１９０】
と表される可能性があり、ここで、
ZT = diag(ZT1,...,ZTN)
ZR = diag(ZR1,...,ZRM)
【０１９１】
【数３９】
2017511102.tif 000041
【０１９２】
MTR[i, j] = MTi,Rj
【０１９３】
【数４０】
2017511102.tif 000042
【０１９４】
である。
【０１９５】
単一の受信機（M = 1）の場合、上の行列形式は、
【０１９６】
【数４１】
2017511102.tif 000043
【０１９７】
に戻り、したがって
【０１９８】
【数４２】
2017511102.tif 000044
【０１９９】
であることに留意されたい。
【０２００】
より広く、M > 1で、送信コイルの電流IT = (IT1,..., ITN)Tは、以下のように受信機コイルの電流に関連する。
【０２０１】
【数４３】
2017511102.tif 000045
【０２０２】
又は
【０２０３】
【数４４】
2017511102.tif 000046
【０２０４】
これは、
【０２０５】
【数４５】
2017511102.tif 000047
【０２０６】
と表され得る。単一の受信機（M = 1）の場合、MRR = 0及び
【０２０７】
【数４６】
2017511102.tif 000048
【０２０８】
であることに留意されたい。
【０２０９】
【数４７】
2017511102.tif 000049
【０２１０】
の一般最小ノルム解（つまり、
【０２１１】
【数４８】
2017511102.tif 000050
【０２１２】
を最小化する解）は、
【０２１３】
【数４９】
2017511102.tif 000051
【０２１４】
であり、そのとき、駆動電圧は、
【０２１５】
【数５０】
2017511102.tif 000052
【０２１６】
として決定される。
【０２１７】
単一の受信機の場合に関する上の検討は、送信コイルの間の相互インダクタンス（すなわち、行列ＭＴＴ）及び送信コイルと受信コイルとの間の相互インダクタンス（すなわち、
【０２１８】
【数５１】
2017511102.tif 000053
【０２１９】
）をどのようにして決定するべきかを説明する。複数の受信機の場合、受信機間相互インダクタンス（すなわち、ＭＲＲ）も決定される可能性がある。場合によっては、例えば、受信機が極めて広く離間される場合、これらの相互インダクタンスは無視され得るが、概して、これは望ましくない。さまざまな方法が、項を推定するために使用される可能性があり、項のうちM(M-1)/2個が存在する。１つの手法において、送信コントローラは、２つの受信機Ｒｊ及びＲｋのみがそれらの受信機のコイルを接続させ、負荷を与えさせ、送信コイルＴｉのみが駆動され、接続されるように受信機に命じる。この構成において、電流及び電圧
【０２２０】
【数５２】
2017511102.tif 000054
【０２２１】
これらの３つの式は３つの未知数ＭＲｊ，Ｒｋ、ＩＲｊ、及びＩＲｋを有し、すべてのその他の項は知られているか又は測定可能である。したがって、所望の量ＭＲｊ，Ｒｋは、解を見つけることによって決定される（未知数の制約が未知数に線形ではないことを認識する）。このプロセスは、すべての必要とされる受信機間の量を決定するためにM(M-1)/2回繰り返される。
【０２２２】
８  代替
一部の例においては、受信機コイルにおいて目標電力を達成するために送信機の電流を最適化するのではなく、送信機の電流が、受信機コイルに届けられる電力を最大化するために最適化される。
【０２２３】
本明細書において説明されたさまざまな非限定的な実施形態は特定の応用のために別々に使用されるか、組み合わされるか、又は選択的に組み合わされる可能性があることが留意される。
【０２２４】
さらに、上の非限定的な実施形態のさまざまな特徴のうちの一部は、その他の説明された特徴の対応する使用なしに利益を得るために使用され得る。したがって、上述の説明は、本発明の原理、教示、及び例示的な実施形態を示すに過ぎないと考えられるべきであり、それらの限定と考えられるべきでない。
【０２２５】
９  実施形態
上述の技術を実装するシステムは、ソフトウェア、ファームウェア、デジタル電子回路、若しくはコンピュータハードウェア、又はそれらの組合せで実装され得る。システムは、プログラミング可能なプロセッサによって実行するための機械可読ストレージデバイスに有形で具現化されたコンピュータプログラム製品を含む可能性があり、方法のステップは、入力データに対して操作を行い、出力を生じさせることによって機能を実行するための命令のプログラムを実行するプログラミング可能なプロセッサによって実行される可能性がある。システムは、データストレージシステム、少なくとも１つの入力デバイス、及び少なくとも１つの出力デバイスからデータ及び命令を受信し、それらにデータ及び命令を送信するために接続された少なくとも１つのプログラミング可能なプロセッサを含むプログラミング可能なシステム上で実行可能である１又は２以上のコンピュータプログラムで実装され得る。各コンピュータプログラムは、必要に応じて、高水準手続型若しくはオブジェクト指向プログラミング言語で、又はアセンブリ若しくは機械語で実装される可能性があり、いずれの場合も、言語は、コンパイル型又はインタープリタ型言語である可能性がある。好適なプロセッサは、例として、汎用マイクロプロセッサと専用マイクロプロセッサとの両方を含む。概して、プロセッサは、読み出し専用メモリ及び／又はランダムアクセスメモリから命令及びデータを受け取る。概して、コンピュータは、データファイルを記憶するための１又は２以上の大容量ストレージデバイスを含み、そのようなデバイスは、内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、並びに光ディスクを含む。コンピュータプログラム命令及びデータを有形で具現化するのに好適なストレージデバイスは、例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、並びにＣＤ−ＲＯＭディスクを含むすべての形態の不揮発性メモリを含む。上記のいずれも、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって補完されるか、又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）に組み込まれる可能性がある。
【０２２６】
上述の説明は、添付の請求項の範囲によって定義される本発明の範囲を例示するように意図されており、限定するように意図されていないことを理解されたい。その他の実施形態は、以下の請求項の範囲内にある。
【０２２７】
上述の配列は本発明の原理の応用を示すに過ぎないことをさらに理解されたい。多くの修正及び代替的な配列が、本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって案出される可能性があり、添付の請求項は、そのような修正及び配列を包含するように意図される。
【図１】
2017511102.tif 000055
【図２】
2017511102.tif 000056
【図３】
2017511102.tif 000057
【図４】
2017511102.tif 000058
【図５】
2017511102.tif 000059
【図６】
2017511102.tif 000060
【図７】
2017511102.tif 000061
【図８】
2017511102.tif 000062
【図９】
2017511102.tif 000063
【図１０】
2017511102.tif 000064
【国際調査報告】
2017511102.tif 000065
2017511102.tif 000066
2017511102.tif 000067