(57)【要約】  ワイヤレス電力伝達回路における同調のためのシステム、方法、および装置が提供される。本開示の一態様は、同調のための装置を提供する。装置は、ゲートと、ソースと、ドレインとを有する電界効果トランジスタを含み、電界効果トランジスタは、同調素子をAC電力経路に電気的に係合するように構成される。いくつかの実施形態では、ソースまたはドレインコンタクトのうちの1つは、交流電圧である。
2016509458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力伝達システムにおける同調を提供するための装置であって、
同調素子と、
ゲートと、第1の端子コンタクトと、第2の端子コンタクトとを有する電界効果トランジスタであり、前記第1の端子コンタクトが交流(AC)電圧であり、前記電界効果トランジスタが、前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調素子を電気的に係合するように構成される、電界効果トランジスタと
を備える装置。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタを駆動するために、前記第1の端子コンタクトの前記電気的特性に対する前記ゲートの前記電気的特性を変えるように構成されたゲートバイアス回路をさらに備え、前記電気的特性がバイアス電位を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第2の端子コンタクトが前記第1の端子コンタクトよりもバイアスが高いように、前記第2の端子コンタクトをバイアスすることによって、前記電界効果トランジスタの出力静電容量を低減するように構成されたドレインバイアス回路をさらに備える、請求項1および請求項2のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記ドレインバイアス回路が、自己バイアス乗算器回路を備える、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記同調素子が前記電界効果トランジスタに並列に接続される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
第1の端子がソース端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのドレイン端子であるように、前記電界効果トランジスタがn型mosfetを備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
第1の端子がドレイン端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのソース端子であるように、前記電界効果トランジスタがp型mosfetを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
第2の同調素子をさらに備え、前記第2の同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ドレインに結合された第1のDCブロックキャパシタと、前記ソースに結合された第2のDCブロックキャパシタとをさらに備え、前記第1および前記第2のブロッキングキャパシタが、前記AC経路に対して前記ソースおよび前記ドレインコンタクトのフローティングを維持するように構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記電界効果トランジスタの出力静電容量が、前記ワイヤレス電力伝達システムにおける前記所望の同調に実質的に近づく、請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ゲートが第1の端子のキャパシタに結合される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
電力をワイヤレス送信する方法であって、
同調素子を提供するステップと、
ゲートと、第1の端子コンタクトと、第2の端子コンタクトとを有する電界効果トランジスタを提供するステップであり、前記第1の端子コンタクトが交流(AC)電圧である、ステップと、
前記電界効果トランジスタの前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調素子を電気的に係合するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記電界効果トランジスタを駆動するために、ゲートバイアス回路を使用して、前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの前記電気的特性を変えるステップであり、前記電気的特性がバイアス電位を含む、ステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記第2の端子コンタクトが前記第1の端子コンタクトよりもバイアスが高いように、ドレインバイアス回路を使用して、前記第2の端子コンタクトをバイアスするステップをさらに含む、請求項13および請求項14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ドレインバイアス回路が、自己バイアス乗算器回路を備える、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記同調素子が前記電界効果トランジスタに並列に接続される、請求項13〜16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第1の端子がドレイン端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのソース端子であるように、前記電界効果トランジスタがn型mosfetを備える、請求項13〜17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
第1の端子がソース端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのドレイン端子であるように、前記電界効果トランジスタがp型mosfetを備える、請求項13〜18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項13〜19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
第2の同調素子を提供するステップをさらに備え、前記第2の同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項13〜20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記AC経路に対して前記第1の端子および前記第2の端子のフローティングを維持するステップをさらに含む、請求項13〜21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記電界効果トランジスタの出力静電容量が、ワイヤレス電力伝達システムにおける所望の同調に実質的に近づく、請求項13〜22のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ゲートが第1の端子のキャパシタに結合される、請求項13〜23のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
ワイヤレス電力伝達システムにおける同調を提供するように構成される同調回路であって、
同調のための手段と、
スイッチングのための手段であり、前記スイッチング手段の第2の電気的特性に対する前記スイッチング手段の第1の電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調手段を係合するように構成されるスイッチングのための手段と
を備える同調回路。
【請求項２６】
前記スイッチング手段の前記第2の電気的特性に対する前記スイッチング手段の前記第1の電気的特性を変えるように構成されるバイアスのための第1の手段であり、前記電気的特性がバイアス電位を有する、手段をさらに備える、請求項25に記載の同調回路。
【請求項２７】
前記スイッチング手段の出力静電容量を低減するように構成されるバイアスのための第2の手段をさらに備える、請求項25および請求項26のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２８】
前記同調のための手段が前記スイッチングのための手段に並列に接続される、請求項25〜27のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２９】
同調のための第2の手段をさらに備える、請求項25〜28のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項３０】
前記AC電力経路に対して前記スイッチングのための手段のフローティングを維持するための手段をさらに備える、請求項25〜29のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項３１】
前記スイッチング手段の出力静電容量が、前記ワイヤレス電力伝達システムにおける所望の同調に実質的に近づく、請求項25〜30のいずれか一項に記載の同調回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力伝達システムにおける同調のためにスイッチを使用することを対象とする。
【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、ブルートゥースデバイス)、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】
本開示の一態様は、同調のための装置を提供する。一実施形態では、この装置は、同調素子と電界効果トランジスタとを含む。電界効果トランジスタは、ゲートと、第1の端子コンタクトと、第2の端子コンタクトとを含む。いくつかの実施形態では、電界効果トランジスタは、第1の端子コンタクトの電気的特性に対するゲートの電気的特性の変化に基づいて、AC(交流)電力に同調素子を電気的に係合することができる。いくつかの実施形態では、第1の端子コンタクトは、交流電圧である。この装置は、電界効果トランジスタの内部ドレインソース静電容量を低減するために、ドレインバイアス回路をさらに含む。この装置は、DCブロッキングキャパシタをさらに含むことができる。一実施形態では、この装置は、電界効果トランジスタを駆動するために、第1の端子コンタクトの電気的特性に対するゲートの電気的特徴を調整するように構成されたゲートバイアス回路も含み得る。電気的特性は、バイアス電位を含むことができる。同調素子は、キャパシタ、またはインダクタ、または両方の組合せを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム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施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路または受信回路の一部の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム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施形態による、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】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】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な同調回路の概略図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な同調回路の概略図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な同調回路の概略図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な同調回路の概略図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る例示的な同調回路の概略図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムにおける同調の方法のフローチャート図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る同調回路の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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施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施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、他の例示的な実施態様よりも好ましいか、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施態様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。
【０００９】
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、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(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)。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。
【００１０】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を可能にするために、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。例示的な一実施形態では、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)ことが必要な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。
【００１１】
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。
【００１２】
図2は、本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100に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たドライバ回路224に供給され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受け取り、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。
【００１３】
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、ブルートゥース、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。
【００１４】
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。いくつかの実施形態では、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。
【００１５】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナ352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示されたように、以下で説明するものを含む例示的な実施形態において使用される送信回路または受信回路350は、アンテナ352を含むことができる。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得、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
一実施形態では、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。
【００１９】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに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。
【００２０】
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たローパスフィルタ(LPF)408とを含んでよい。他の例示的な実施形態は、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たドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスまたは回路から構成されても、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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施形態では、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。
【００２７】
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。
【００２８】
例示的な実施形態では、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。
【００２９】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムに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、ブルートゥースデバイス)、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
例示的な実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。上述のように、ドライバ回路624は、方形波を受け取り、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、本発明の実施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た駆動電圧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。
【００３９】
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。
【００４０】
図7は、本発明の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信機における電力伝達を最適化するための例示的な同調回路の概略図である。本明細書で説明する実施形態は、上記で説明したワイヤレス電力伝達システムにおける同調を提供する。同調回路について本明細書で説明する実施形態は、同調素子と、第1の接続、第2の接続、および第3の接続を有するスイッチとを含む。別の実施形態では、スイッチは、第4の接続を有し得る。スイッチは、AC(交流)または時変的な電圧電力経路に同調素子を電気的に係合することができる。一実施形態では、第2の接続の電気的特性に対する第1の接続の電気的特性に基づいて、共振器を含む電力経路。ある意味では、スイッチは、AC電力経路に同調素子を短絡させる。たとえば、電界効果トランジスタ、リレー、ピンダイオード、またはダイオードブリッジなど、多くのタイプのスイッチが使用され得る。同調素子は、キャパシタ、またはインダクタ、または回路のリアクタンスを変化させることができる他の任意の要素を含み得る。いくつかの実施形態では、キャパシタとインダクタとの組合せが同調に使用される。
【００４１】
図7は、ソースコンタクト724、ドレインコンタクト722、およびゲートコンタクト726を有する電界効果トランジスタ720(FET)を示す。一実施形態では、ソース724は、AC電力経路736〜738と直列に、ドレイン722に接続されている。別の実施形態では、FET720は、シャント構成(図示せず)で構成され得る。AC電力は、6.78MHzの周波数を有し得る。同調素子714(たとえば、キャパシタ)は、図7に示すようにFET720と並列して配置され得る。
【００４２】
FET720は、動作モードに基づいてAC電力経路から同調素子714を電気的に係合することができる。一動作モードにおいて、FET720は、経路722〜724を短絡させる。このモードでは、電流は、FET720を介してポイント722と724との間に流れ、FET720が低抵抗の経路を提供するので、同調素子714は、電気的に絶縁される。動作モードは、図7に示すようにソースコンタクト724に対するゲートコンタクト726での電位に依存する。第2のモードで、AC電力経路は、同調素子714を通過する。動作モードは、回路の同調(またはリアクタンス)を変える必要性に依存し得る。
【００４３】
電界効果トランジスタは、スイッチングのための低コストのオプションを提供することができる。しかしながら、ワイヤレス電力伝達システムにおいてFETを駆動することは、いくつかの固有の問題を提示する。図7に示したFET720は、AC電力経路と直列に接続される。シャント構成では、FETは、AC電力経路と並列して配置される。FET720は、n-MOSFETまたはp-MOSFETとすることができる。他のタイプのFETを用いることもできる。たとえば、GaAs FETがスイッチとして使用され得る。AC電力経路と直列にFET720を配置することは、FETを駆動させる際の問題を提示し得る。たとえば、ソース724の電圧は、著しく変化し得る。一実施形態では、ソースの電圧は、ワイヤレス電力システムの数百ボルトの6.78MhZ ACで振動していることがある。ワイヤレス電力システムにおいて、FETソース724またはドレイン722における高電圧ACは、図7に示すようにフローティングFETを駆動させることを難しくする可能性がある。
【００４４】
図7は、フローティングFETを駆動させる例示的実施形態を示す。高インピーダンスDCバイアスは、FETを駆動させるために使用され得る。高インピーダンスDCバイアスをフローティングノードに適用することは、過剰な電流を使用することなく所望の電圧へのコンタクトを駆動させることができる。バイアス回路750は、相対的なDCバイアスを制御し、FET720のスイッチングを可能にすることができる。バイアス回路750は、ソースコンタクト724とゲートコンタクト726との間の電位差を設定することを可能にするために、レジスタおよびトランジスタを備え得る。ゲートコンタクト726は、キャパシタ734を介してソースコンタクト724に結合されている。一実施形態では、キャパシタ734は、高値のキャパシタである。ソースとドレインとの間に高値のキャパシタ734を加えることによって、ゲートAC波形はソースのものに従うが、バイアス回路によって提供されるDCオフセットを有する。一実施形態では、ゲートコンタクト726とソースコンタクト724との間の電位は、±10Vである。別の実施形態では、この電位は、約±13Vである。FET720は、ゲートコンタクト726とソースコンタクト724との間の電位に応じて切り替えられる。
【００４５】
一実施形態では、DCブロッキングキャパシタ710および712は、図7に示すようにソースコンタクト724およびドレインコンタクト722と直列に配置される。キャパシタ710および712は、ソースコンタクトとドレインコンタクトを分離することができ、それらが接地に対して浮動するようにすることができる。
【００４６】
FET720の高速スイッチングと経路におけるシャント構成要素による変圧との間の最適なバランスを見つけるために、レジスタ730および732の抵抗値を変化させることができる。一実施形態では、レジスタ730および732は、1メガオームの抵抗値を有し得る。抵抗の他の値、たとえば、5または10メガオームが使用されてもよい。レジスタ730および732におけるより高い抵抗値は、スイッチング速度の減少をもたらし得るが、より高い抵抗は、変圧の低減のため、回路の効率を向上させ得る。
【００４７】
また、FET720は、ソース724、ドレイン722、およびゲート726のコンタクトの各々の間の内部静電容量を有する。ソース静電容量への内部ゲート、ドレイン静電容量への内部ゲート、およびソース静電容量への内部ドレインがある。一実施形態では、ソースキャパシタ734へのゲートの容量値は、内部ソース-ドレイン静電容量よりも高い。一実施形態では、ソースキャパシタ734は、1nFの値を有する。
【００４８】
図8は、FETの内部静電容量を低減させるように構成された追加のドレインバイアス回路860を有する図7の同調回路の例示的な実施形態を示す。上記のように、FETは、内部ドレインソース静電容量を有し、これは、同調素子814と事実上並列であり得る。内部ドレインソース静電容量のQ値は低く、容量値は、ドレインソース電圧によって変化する。ドレインソース電圧が非常に低いとき、ドレインソース静電容量は高く、ドレインソース電圧が増加すると、静電容量は下がる。また、内部静電容量は、電磁干渉になり得る。低い内部ドレインソース静電容量は、同調回路のより予測可能な制御を可能にすることができる。少なくとも1つの動作モードでは、同調キャパシタがAC電力経路から切り替えられなければならないとき、FET820は、ドレインコンタクト822とソースコンタクト824との間に短絡する。しかしながら、内部静電容量は、有効な短絡を防止し、回路の劣った同調になり得る。ドレインバイアス回路860は、内部ドレインソース静電容量を低減するために、ドレインとソースとの間の電圧差を増加させるために、ドレインコンタクトにおける電圧を上げることができる。ドレインバイアス回路は、図8に示すトランジスタのタイプに関して説明されているが、使用するトランジスタがnまたはpはタイプである場合、同様に、ソースはバイアスされ得る。バイアス回路860は、ドレインコンタクト822のバイアスを可能にする。バイアス回路860は、AC電力経路に対する高いインピーダンスである。バイアス回路は、図8に示される通りの構成要素には限定されない。一実施形態では、バイアス回路860におけるダイオードと直列のレジスタは、10メガオームの値を有し、ダイオードと直列のレジスタは、10メガオームの値を有する。いくつかの例では、ダイオードに並列なレジスタは、直列よりも高くなり得る。バイアス回路860の他の構成も、ドレインコンタクト822をバイアスするために使用され得る。より高価なFET、たとえばGaAS FETが低い内部静電容量で使用されてもよい。ドレインソースコンタクト822をバイアスすることは、ワイヤレス電力伝達システムにおいて安価なFETを使用することを可能にする。たとえば、バイアス回路は、FETの出力静電容量について心配する必要なく、ワイヤレス電力伝達システムにおけるFETの使用を可能にする。いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力伝達システムにおける所望の同調静電容量(またはリアクタンス)のものに近づく出力静電容量を有するFETさえ使用され得る。したがって、図8に関して本明細書で説明したドレインバイアス回路860および図9に関して後述するドレインバイアス回路960は、それらの出力静電容量について心配することなく様々なタイプのFETの使用を可能にする。これは、著しくコストを低減し、システム全体の柔軟性を増加させ得る。
【００４９】
図9は、FET926の内部静電容量を低減するための別の例示的な実施形態を示す。バイアス回路960は、ソースコンタクト924に対してドレインコンタクト922をバイアスすることができる。バイアス回路960は、FET920のアバランシェ特性を使用することができる。図9に示すように、バイアス回路960は、ドレインコンタクトを自己バイアスするために、入力AC信号を使用する。バイアス回路960は、AC信号を整流し、乗数によって入力電圧を増加させることができる。図9に示される例示的な実施形態では、バイアス回路960は、ドレインコンタクト922をバイアスするために、入力電圧を2倍にする電圧ダブラーとして構成される。一実施形態では、バイアス回路960は、Vdsピーク間の半分よりも大きいバイアスを提供する。これは、図9に示すように電圧倍率器によって達成され得る。いくつかの例では、バイアスは、FETがブレークダウンし、バイアスを制限し始め得るポイント(Vbreakdown-1/2Vpeak-peak)に電圧を上げ得る。そのような場合、電流が制限される限り、システムは、依然として動作可能であり得る。電流は、レジスタによって制限され得る。レジスタは、FETの最大のブレークダウン電流よりも下に電流を制限することができる。一実施形態では、ドレインバイアス回路960で、ポンプおよびバイアスキャパシタの値は100pFであり、レジスタの値は330キロオームである。バイアス回路960は、図9に示した例示的な実施形態とは異なる倍率になる他の構成を含むこともできる。上記のように、ドレイン回路の配置は、nまたはpタイプの電界効果トランジスタが使用されるかどうかに依存する。したがって、いくつかの実施形態では、ドレインバイアス回路は、ソースをバイアスするように構成され得る。
【００５０】
図10は、第1のFET1020および第2のFET1040を備える同調回路の例示的な実施形態を示す。第2のFET1040を追加することは、電圧定格を向上させ、回路における歪曲を低減させることができ、DC電流の通過を可能にすることもできる。上記のドレインバイアス回路860および960は、図10に示される回路とも結合され得る。
【００５１】
図11は、AC電力経路と直列に配置された複数の同調回路1120および1140の例示的な実施形態を示す。2つの同調回路のみが示されるが、より多くが直列に接続されてもよい。複数の同調回路は、上記のワイヤレス電力伝達システムを同調するためのより高い程度の制御を可能にすることができる。同調素子もシャント構成で構成され得る。シャント構成では、同調素子は、FETと直列に接続される。
【００５２】
図12は、本発明の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムにおける同調のための方法のフローチャート図である。図1に示すワイヤレス電力伝達システム100は、送信機と、受信機とを備える。エネルギー伝達を可能にするために、場を生成するのに、電源から、送信機に入力電力を提供することができる。この方法で、ステップ1210で、ワイヤレス電力伝達システムの送信機は、電力を送信している。受信機は、場に結合し、出力電力を生成することができる。送信機および受信機は、ある距離だけ切り離される。上記で説明されたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間の整合された共振またはほぼ整合された共振の間に行われ得る。共振は、インピーダンス整合に依存し得る。インピーダンスは、図4の送信回路406に関して説明したように、適応的に変わり得る。インピーダンスは、図7の同調回路に関して説明したように、同調素子に基づいて変わり得る。ステップ1220の方法は、スイッチの電気的特性を変えることに基づいて同調素子を選択的に係合するステップをさらに含む。スイッチの電気的特性は、図7の電界効果トランジスタ720に関して説明したように、バイアス電位でもよい。
【００５３】
図13は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力1305の機能ブロック図である。ワイヤレス電力同調回路1305は、図7、図8、図9、図10、および図11に関して説明した様々なアクションのための手段1310および1315を備える。
【００５４】
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。
【００５５】
本明細書で開示する実施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、本発明の実施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。
【００５６】
本明細書で開示する実施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、または状態機械であり得る。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。
【００５７】
本明細書で開示された実施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。
【００５８】
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施形態に従って、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。
【００５９】
上述の実施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施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施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】
【００６０】
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
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
710  DCブロッキングキャパシタ
712  DCブロッキングキャパシタ
714  同調素子
720  電界効果トランジスタ
722  ドレインコンタクト
724  ソースコンタクト
726  ゲートコンタクト
730  レジスタ
732  レジスタ
734  キャパシタ
736  AC電力経路
738  AC電力経路
750  バイアス回路
814  同調素子
820  FET
822  ドレインコンタクト
824  ソースコンタクト
860  ドレインバイアス回路
920  FET
922  ドレインコンタクト
924  ソースコンタクト
926  FET
960  ドレインバイアス回路
1020  第1のFET
1040  第2のFET
1120  同調回路
1140  同調回路
1305  ワイヤレス電力同調回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月8日(2015.4.8)
【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】
ワイヤレス電力伝達システムにおける同調を提供するための装置であって、
キャパシタ、またはインダクタ、または両方の組合せを含む同調素子と、
ゲートと、第1の端子コンタクトと、第2の端子コンタクトとを有する電界効果トランジスタであり、前記第1の端子コンタクトが交流(AC)電圧であり、前記電界効果トランジスタが、前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調素子を電気的に係合するように構成され、前記同調素子が前記電界効果トランジスタに並列に接続される、電界効果トランジスタと、
前記第1の端子コンタクトに結合された第1のキャパシタと、前記第2の端子コンタクトに結合された第2のキャパシタと
を備える装置。
【請求項２】
前記電界効果トランジスタを駆動するために、前記第1の端子コンタクトの前記電気的特性に対する前記ゲートの前記電気的特性を変えるように構成されたゲートバイアス回路をさらに備え、前記電気的特性がバイアス電位を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第2の端子コンタクトが前記第1の端子コンタクトよりもバイアスが高いように、前記第2の端子コンタクトをバイアスすることによって、前記電界効果トランジスタの出力静電容量を低減するように構成されたドレインバイアス回路をさらに備える、請求項1および請求項2のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記ドレインバイアス回路が、自己バイアス乗算器回路を備える、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
第1の端子がソース端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのドレイン端子であるように、前記電界効果トランジスタがn型mosfetを備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
第1の端子がドレイン端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのソース端子であるように、前記電界効果トランジスタがp型mosfetを備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
第2の同調素子をさらに備え、前記第2の同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記第1および前記第2のキャパシタがDCブロッキングキャパシタであり、前記AC経路に対して前記第1および前記第2のコンタクトのフローティングを維持するように構成される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記電界効果トランジスタの出力静電容量が、前記ワイヤレス電力伝達システムにおける前記所望の同調に実質的に近づく、請求項1〜9のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記ゲートが第1の端子のキャパシタに結合される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
電力をワイヤレス送信する方法であって、
キャパシタ、またはインダクタ、または両方の組合せを含む同調素子を提供するステップと、
ゲートと、第1の端子コンタクトと、第2の端子コンタクトとを有する電界効果トランジスタを提供するステップであり、前記第1の端子コンタクトが交流(AC)電圧であり、第1のキャパシタが前記第1の端子コンタクトに結合され、第2のキャパシタが前記第2の端子コンタクトに結合され、前記同調素子が前記電界効果トランジスタに並列に接続される、ステップと、
前記電界効果トランジスタの前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調素子を電気的に係合するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記電界効果トランジスタを駆動するために、ゲートバイアス回路を使用して、前記第1の端子コンタクトの電気的特性に対する前記ゲートの前記電気的特性を変えるステップであり、前記電気的特性がバイアス電位を含む、ステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記第2の端子コンタクトが前記第1の端子コンタクトよりもバイアスが高いように、ドレインバイアス回路を使用して、前記第2の端子コンタクトをバイアスするステップをさらに含む、請求項12および請求項13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドレインバイアス回路が、自己バイアス乗算器回路を備える、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
第1の端子がドレイン端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのソース端子であるように、前記電界効果トランジスタがn型mosfetを備える、請求項12〜15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
第1の端子がソース端子であり、第2の端子が前記電界効果トランジスタのドレイン端子であるように、前記電界効果トランジスタがp型mosfetを備える、請求項12〜16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項12〜17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
第2の同調素子を提供するステップをさらに備え、前記第2の同調素子がキャパシタまたはインダクタを備える、請求項12〜18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記AC経路に対して前記第1の端子および前記第2の端子のフローティングを維持するステップをさらに含む、請求項12〜19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記電界効果トランジスタの出力静電容量が、ワイヤレス電力伝達システムにおける所望の同調に実質的に近づく、請求項12〜20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ゲートが第1の端子のキャパシタに結合される、請求項12〜21のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ワイヤレス電力伝達システムにおける同調を提供するように構成される同調回路であって、
キャパシタ、インダクタ、または両方の組合せを含む同調のための手段と、
スイッチングのための手段であり、前記スイッチング手段の第2の電気的特性に対する前記スイッチング手段の第1の電気的特性の変化に基づいて、AC電力経路に前記同調手段を係合するように構成されるスイッチングのための手段と、
前記スイッチング手段の第1の端子コンタクトで静電容量を前記スイッチング手段に提供するための第1の手段と、
前記スイッチング手段の第2の端子コンタクトで静電容量を前記スイッチング手段に提供するための第2の手段と
を備える同調回路。
【請求項２４】
前記スイッチング手段の前記第2の電気的特性に対する前記スイッチング手段の前記第1の電気的特性を変えるように構成されるバイアスのための第1の手段であり、前記電気的特性がバイアス電位を有する、手段をさらに備える、請求項23に記載の同調回路。
【請求項２５】
前記スイッチング手段の出力静電容量を低減するように構成されるバイアスのための第2の手段をさらに備える、請求項23および請求項24のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２６】
前記同調のための手段が前記スイッチングのための手段に並列に接続される、請求項23〜25のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２７】
同調のための第2の手段をさらに備える、請求項23〜26のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２８】
前記AC電力経路に対して前記スイッチングのための手段のフローティングを維持するための手段をさらに備える、請求項23〜27のいずれか一項に記載の同調回路。
【請求項２９】
前記スイッチング手段の出力静電容量が、前記ワイヤレス電力伝達システムにおける所望の同調に実質的に近づく、請求項23〜28のいずれか一項に記載の同調回路。
【国際調査報告】
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