JP2018532369A - 3次元フェーズドコイルアレイを介する無線充電プラットフォーム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年9月11日に出願された米国仮出願第62/217,669号、発明の名称「WIRELESS CHARGING PLATFORMS VIA THREE-DIMENSIONAL PHASE COIL ARRAYS」の優先権及び利益を主張して、適切な時点で出願されたものである。
図1は、ここに開示する技術の例示的な共振誘導無線電力システム100のブロック図である。システム100は、無線充電(トランスミッタ)デバイス110及び電子(レシーバ)デバイス120を含む。レシーバデバイス120は、回路126に電気的に結合され、受信した電力を回路126に供給する1つ以上のレシーバコイル122を含む。幾つかの具体例では、例えば、回路126は、(例えば、電気エネルギを保存するバッテリ等の)充電回路、又はコイル122で電気エネルギに変換された電磁エネルギに基づいて、デバイス120に直接電力を供給するレギュレータ回路及び/又は降圧コンバータを含む。例えば、幾つかの具体例では、レシーバデバイス120は、コイル122で生成されたAC電気エネルギをDC電気エネルギに変換し、充電回路又はレギュレータ回路126に電力を供給するAC/DCコンバータを含む。
世界のバッテリ充電器市場は、約120億ドルと推定されており、そのなかでも主に無線充電の分野の需要が高まっている。この分野は、スマートフォン及び/又はタブレット等の電子機器を無線充電することを意図する全てのソリューションを含み、その市場は、現在、約20億ドルであるが、今後数年間に約70億ドルに成長すると期待されている。
以下の実施例は、本技術の幾つかの実施形態を例示するものである。本技術の他の例示的な実施形態は、以下にリストする実施例の前に、又は以下にリストする実施例の後に示す実施形態も含まれる。
Claims (30)
- 無線電力システムであって、
複数のコイルを含むように構成された3次元コイルアレイに電気的に接続された電源を含み、前記3次元コイルアレイから発生される電磁界を生成する無線充電トランスミッタデバイスを備え、
前記コイルは、少なくとも2つのコイルが互いに垂直であり、電子デバイスを無線充電できる充電領域に前記電磁界を方向付け、前記充電領域に前記3次元コイルアレイから前記電磁界を受け取るレシーバコイルを含ませることによって、前記電子デバイスを充電し又は前記電子デバイスに電力供給するように構成されているシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイのコイルは、矩形、楕円形、円形、又は面螺旋状の空芯又はフェライトコアコイルを含むように構成されているシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、コイルを流れる電子の流れに応じて生成される磁界に基づいて、前記コイルアレイのコイルに入る又はコイルから出る方向に前記電磁界を方向付けるように動作可能であるシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、それぞれx軸平面、y軸平面、z軸平面上に互いに位相が90度ずれて配置されている3つの円形コイルを含むように構成されているシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、一組の楕円形空芯コイルを含むように構成され、
前記楕円形空芯コイルは、
前記y軸平面上で前記コイルアレイの頂部領域に配置された第1のコイルと、
前記y軸平面上で前記アレイの底部領域に、前記第1のコイルと平行に配置された第2のコイルと、
前記x軸平面上で前記アレイの第1の側部領域に配置された第3のコイルと、
前記x軸平面上で前記アレイの第2の側部領域に、前記第3のコイルと平行に配置された第4のコイルと、を備え、
前記第1及び第2のコイルは、前記第3及び第4のコイルに対して垂直であり、第5のコイルは、前記コイルアレイを横切って水平に延び、前記第1、第2、第3及び第4のコイルに垂直であるシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、一組の矩形空芯コイルを含むように構成され、
前記矩形空芯コイルは、
前記z軸平面上で前記コイルアレイの頂部領域に配置された第1のコイルと、
前記z軸平面上で前記アレイの底部領域に、前記第1のコイルと平行に配置された第2のコイルと、
前記y軸平面上で前記アレイの第1の側部領域に配置された第3のコイルと、
前記y軸平面上で前記アレイの第2の側部領域に、前記第3のコイルと平行に配置された第4のコイルと、
前記x軸平面上で第3の側部領域に、前記第1、第2、第3及び第4のコイルの部分の第1の交差部において、水平に延びるように配置されている第5のコイルと、
前記第3の側部領域に関して前記アレイの反対側である前記x軸平面上の第4の側部領域に、前記第1、第2、第3及び第4のコイルの別の部分の第2の交差部において、水平に延びるように配置されている第6のコイルと、
を備えるシステム。 - 請求項1において、
前記トランスミッタデバイスは、前記3次元コイルアレイのコイルの複数の角度から電磁界を送ることによって、前記トランスミッタデバイス又は前記レシーバデバイスによる位置シフト中に、前記レシーバコイルにおいて電磁誘導を生じさせるように動作可能であるシステム。 - 請求項1において、
前記トランスミッタデバイスは、前記1又は複数のコイルが磁界の強度及び方向を強化することによって、前記レシーバデバイスの360度の自由な動きを許容しながら、前記レシーバコイルにおいて電磁誘導を生じさせるように動作可能であるシステム。 - 請求項1において、
前記電源は、AC電源であるシステム。 - 請求項1において、
前記電源は、DC電源であり、
前記無線充電トランスミッタデバイスは、更に、DC電気エネルギを、前記3次元コイルアレイに供給されるAC電気エネルギに変換するDC/AC変換器を含むシステム。 - 請求項1において、
前記電源と前記3次元コイルアレイとの間に接続された調整可能なキャパシタネットワーク回路を更に備え、
前記調整可能なキャパシタネットワーク回路は、キャパシタ及びスイッチを含み、前記ネットワーク内で同一の総合的なキャパシタンスを維持しながら、前記ネットワーク内の個々のキャパシタの前記スイッチを制御することによって、インピーダンスを調整可能に変化させるシステム。 - 請求項11において、
前記調整可能なキャパシタネットワーク回路に接続され、前記3次元コイルアレイのコイルからの反射信号の変化に応答して、前記スイッチを制御し、前記インピーダンスを調整可能に変化させる制御回路を更に備えるシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイ内のコイルは、螺旋形状を有するシステム。 - 無線充電トランスミッタデバイスであって、
電源と、
前記電源に電気的に接続され、2個以上のコイルを含むように構成され、電磁界を生成する3次元コイルアレイであって、前記コイルは、少なくとも2つのコイルが互いに垂直であり、前記電磁界を方向付ける3次元コイルアレイと、を備え、
電子デバイスのレシーバコイルに電磁界を供給し、前記電磁エネルギを電気エネルギに変換して電子デバイスに電力を供給することによって前記電子デバイスを無線充電する無線充電トランスミッタデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイのコイルは、矩形、楕円形、円形、又は面螺旋状の空芯又はフェライトコアコイルを含むように構成されているデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイは、コイルを流れる電子の流れに応じて生成される磁界に基づいて、前記コイルアレイのコイルに入る又はコイルから出る方向に前記電磁界を方向付けるように動作可能であるデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイは、それぞれx軸平面、y軸平面、z軸平面上に互いに位相が90度ずれて配置されている3つの円形コイルを含むように構成されているデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイは、5個の楕円形空芯コイルを含むように構成されており、前記y軸平面上で前記コイルアレイの頂部領域に配置された第1のコイルと、前記y軸平面上で前記アレイの底部領域に、前記第1のコイルと平行に配置された第2のコイルと、前記x軸平面上で前記アレイの第1の側部領域に配置された第3のコイルと、前記x軸平面上で前記アレイの第2の側部領域に、前記第3のコイルと平行に配置された第4のコイルとを備え、前記第1及び第2のコイルは、前記第3及び第4のコイルに対して垂直であり、第5のコイルは、前記コイルアレイを横切って水平に延び、前記第1、第2、第3及び第4のコイルに垂直であるデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイは、6個の矩形空芯コイルを含むように構成されており、前記z軸平面上で前記コイルアレイの頂部領域に配置された第1のコイルと、前記z軸平面上で前記アレイの底部領域に、前記第1のコイルと平行に配置された第2のコイルと、前記y軸平面上で前記アレイの第1の側部領域に配置された第3のコイルと、前記y軸平面上で前記アレイの第2の側部領域に、前記第3のコイルと平行に配置された第4のコイルと、前記x軸平面上で第3の側部領域に、前記第1、第2、第3及び第4のコイルの部分の第1の交差部において、水平に延びるように配置されている第5のコイルと、前記第3の側部領域に関して前記アレイの反対側である前記x軸平面上の第4の側部領域に、前記第1、第2、第3及び第4のコイルの別の部分の第2の交差部において、水平に延びるように配置されている第6のコイルとを備えるデバイス。 - 請求項14において、
前記電源から前記3次元コイルアレイに供給される電力を制御する回路を更に備えるデバイス。 - 請求項20において、
前記制御回路は、前記3次元コイルアレイに電力が供給されている間、動作周波数を制御し又はデバイスのマッチングネットワークを提供するように動作可能であるデバイス。 - 請求項20において、
前記電源及び前記回路は、全体的に又は少なくとも部分的に、前記デバイスの3次元コイルアレイ内に収容されているデバイス。 - 請求項14において、
前記3次元コイルアレイ内のコイルは、螺旋形状を有するデバイス。 - 無線電力システムであって、
2個以上のコイルを含むように構成された3次元コイルアレイに電気的に接続された電源を含み、前記3次元コイルアレイから発生される電磁界を生成する無線充電トランスミッタデバイスを備え、
前記コイルは、少なくとも2つのコイルが互いに鋭角を形成し又は垂直であり、電子デバイスを無線充電できる充電領域に前記電磁界を方向付け、前記充電領域に前記3次元コイルアレイから前記電磁界を受け取るレシーバコイルを含ませることによって、前記電子デバイスを充電し又は前記電子デバイスに電力供給するように構成されているシステム。 - 請求項24において、
前記3次元コイルアレイのコイルは、矩形、楕円形、円形、又は面螺旋状の空芯又はフェライトコアコイルを含むように構成されているシステム。 - 請求項24において、
前記3次元コイルアレイは、コイルを流れる電子の流れに応じて生成される磁界に基づいて、前記コイルアレイのコイルに入る又はコイルから出る方向に前記電磁界を方向付けるように動作可能であるシステム。 - デバイスを無線充電する方法であって、
3次元フェーズドコイルアレイに配置された誘導コイルを含み、充電領域に集合的に電磁界を発生させ、前記少なくとも2つの誘導コイルが互いに垂直であり、互いに垂直又は鋭角の2つの電磁界を生成する充電トランスミッタデバイスを準備することと、
前記3次元フェーズドコイルアレイに接続された調整可能なキャパシタネットワーク回路を動作させ、前記充電領域内で無線充電される機器の向き又は位置のずれに基づいて、インピーダンスを動的に調整し、前記3次元フェーズドコイルアレイから前記無線充電されるデバイスに伝達されるエネルギを増加させることと、
を含む方法。 - 請求項27において、
前記調整可能なキャパシタネットワーク回路は、キャパシタと、キャパシタに結合されたスイッチとを含み、
前記方法は、前記スイッチを制御して、同じ共振周波数を維持しながら、前記ネットワーク内の個々のキャパシタの接続を変更して、前記インピーダンスを動的に調整することを含む方法。 - 請求項27において、
前記誘導コイルと、前記無線充電されるデバイス内のレシーバコイルとの間の電磁結合に関連して、前記3次元フェーズドコイルアレイ内の少なくとも1つの誘導コイルの電力伝送の変化を監視することと、
前記変化に応答して前記調整可能なキャパシタネットワーク回路のインピーダンスを動的に調整することと、
を含む方法。 - 請求項29において、
前記インピーダンスは、前記無線充電されるデバイスへの電力伝送を増加させるように調整される方法。
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