JP5557120B2 - 誘導電力受信機及び誘導電力受信機を備えたモバイル通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導電力受信機に関する。特に、実施態様は複合無線アンテナおよび誘導電力受信機に関する。

近距離場通信（ＮＦＣ）は、最長約１０ｃｍの短い距離にわたって装置の間でデータが交換されることを可能にする。ＮＦＣは、基本的にスマートカードとリーダを単一の装置に組み込む無線周波数識別（ＲＦＩＤ）技術の延長である。従って、例えば公共輸送機関の支払のために使われるように、ＮＦＣは非接触型インフラストラクチャに関して互換性を持つ。

ＮＦＣ技術は、ＮＦＣリーダを取り付けられた携帯電話へ／からデータを転送するのに特に適している。既存のＲＦＩＤ装置とのその互換性は別として、ＮＦＣはブルートゥース技術などに比べて複数の利点を有する。特に、ＮＦＣは通信装置の手動の設定を必要とせず、それで、他の技術より非常により短いセットアップ時間を有する。

ＮＦＣの更なる特徴は、ＮＦＣリーダが電磁誘導によって到着電磁信号からエネルギを引き出すＮＦＣアンテナを備えたトランスポンダとしてふるまうことができるということである。したがって、例えば、電話がスイッチを切られているときでも、データがＮＦＣ対応携帯電話へ転送されることができる。

電磁誘導によって、エネルギが電源からその間に導通経路を必要とすることなく電気負荷に伝導されることができる。電源が一次コイルに配線され、および、振動電位が一次コイル両端に印加され、それによって振動磁界を誘導する。振動磁界は、この磁界内に配置される二次コイル内に振動電流を誘導する。したがって、２個のコイルが導電的に接続されることなく、電気エネルギが電磁誘導によって一次コイルから二次コイルに伝達されることができる。電気エネルギがこのように一次コイルから二次コイルまで伝導されるときに、このペアは誘導的に連結されると言われる。二次コイルが一次コイルに誘導的に連結されるときに、この種の二次コイルと直列に配線される電気負荷が電源からエネルギを引き出すことができる。

Ｈｕｉに付与された（特許文献１）内に記載されているシステムのような、誘導電池充電器システムが公知であり、それを本願明細書に引用したものとする。Ｈｕｉのシステムにおいて、平面誘導電池充電システムが、電子装置が再充電されることを可能にするように設計されている。このシステムは、再充電されるべき装置がその上に配置される充電面を有する平面充電モジュールを含む。充電モジュール内でかつ充電面に平行に、一次巻線の少なくとも１つおよび好ましくはアレイが、再充電されるべき装置内の二次巻線にエネルギを誘導的に連結する。この発明はさらに、システムが従来の電子装置で使われるようにすることができる厚手の二次モジュールを提供する。

米国特許第７，１６４，２５５号

誘導アウトレットと従来の電気装置との間を結びつけるためのＨｕｉの二次モジュールのような、誘導アダプタに対する必要条件は、誘導技術の潜在的ユーザにとって不都合である。したがって、従来の電気装置に組み込まれる便利な誘導電力受信機に対する要求が残る。以下に記載する実施態様が、この要求に対処する。

誘導電力受信機の種々の実施態様に従う。二重目的インダクタが電気負荷に配線され、この二重目的インダクタが、電源に配線される一次インダクタに誘導的に連結するように構成される。この二重目的インダクタは、一般的に無線アンテナを備える。任意選択で、無線アンテナが誘導ループアンテナを備える。

いくつかの実施態様によれば、この二重目的インダクタが、二重目的インダクタを電力受信回路に選択的に接続するためのスイッチユニットに配線される。任意選択で、電力受信回路が、二次インダクタ両端に誘導される交流電圧を直流電圧に変換するための整流ユニットを備える。好ましくは、二重目的インダクタはさらにスイッチユニット経由で近距離場通信回路に接続可能である。

一般的に、二重目的インダクタが複数巻回誘導コイルを備える。任意選択で、無線アンテナが巻回のうちの少なくとも１つを備える。

代わりとして、無線アンテナが近距離場通信アンテナを備える。好ましくは、二重目的インダクタが近距離場通信回路に配線され、近距離場通信回路の共振周波数が近距離場通信伝送周波数と等しい。特定の一実施態様において、近距離場通信伝送周波数が１３．５６メガヘルツである。

本発明のさらなる一実施態様において、モバイル通信装置が誘導電力受信機を備える。モバイル通信装置は、電話、コンピュータ、ＰＤＡ、メディアプレーヤなどからなる群から選ばれることができる。

本発明の別の態様は、例えば近距離場通信アンテナを取り付けられた携帯電話の電気化学セルを充電するための一方法を教示することであり、この方法が以下のステップを含む：
■電気化学セルに配線される整流器を含む電力受信回路を準備するステップ、
■電力受信回路を近距離場通信アンテナに接続するステップ、および、
■動作中の誘導電力アウトレットの近傍に近距離場通信アンテナを持ってくるステップ。

本実施態様のより良い理解のために、および、それがどのように実行に移されるかについて示すために、次に単に一例として添付の図に参照がなされる。

次に図面を具体的に詳細に参照して、示される詳細が例としてかつ選択された実施態様に関する例証となる議論のためだけにあり、かつ、原理および概念上の態様の最も役立って容易に理解される説明であると信じられることを提供するために提示される、と強調される。この点に関しては、実施態様の基本理解のために必要であるより、より詳細に構造細部を示す何の試みもなされず、図面と共になされる説明が、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具体化されることができるかについて当業者に明らかにする。添付の図面において：

複合近距離場通信および誘導電力受信機の一実施態様の主要な要素を示すブロック図である。 インダクタが誘導的に電力を受信するように構成される電力受信モードでの複合近距離場通信および誘導電力受信機の別の実施態様の概略図である。 そのインダクタがＮＦＣ信号を受信するように構成される信号受信モードでの、図２ａの複合近距離場通信および誘導電力受信機の概略図である。および、 ＮＦＣアンテナを取り付けられた携帯電話を充電するための一方法のフローチャートである。

参照が、ここで、複合近距離場通信および誘導電力受信機１００の主要な要素のブロック図の一実施態様を示す図１になされる。複合受信機１００は、インダクタ２０、スイッチユニット２５、電力受信回路３０および近距離場通信（ＮＦＣ）受信機回路５０を含む。ＮＦＣ受信機回路５０が以下に記載されているとはいえ、理解されるであろうことは、他の実施態様が代わりの無線アンテナを使用することができるということである。

インダクタ２０は、ＮＦＣアンテナとしてまたは誘導電力伝達システムの二次誘導コイルとしてさまざまに機能するように構成される伝導要素である。インダクタ２０は、例えば、ＮＦＣ受信機にて用いられるように、誘導ループアンテナであってもよい。代わりとして、インダクタ２０が複数巻回の導電性配線を備え、それによって誘導コイルを形成することができる。いくつかの実施態様において、インダクタ２０が誘導的に電力を受信するのに適している誘導コイルを形成する複数の巻回を含む所で、ＮＦＣ受信機がこれらの巻回のサブセットだけを含むことができる。例えば、複数コイル誘導コイルの１巻回だけが、ＮＦＣアンテナとして機能することができる。

スイッチユニット２５は、（ｉ）電力を誘導的に受信するための電力受信モード、と（ｉｉ）ＮＦＣ信号経由でデータを受信するためのＮＦＣ受信モード、との間でインダクタ２０を切替えるように構成される。電力受信モードではインダクタ２０は、負荷４０がインダクタ２０から電力を引き出すことができるように、一般的に電気負荷４０に接続される電力受信回路３０に接続される。ＮＦＣ受信モードではインダクタ２０は、ＮＦＣ受信機回路５０に接続される。特定の実施態様では、スイッチユニット２５は、選択された動作モードに従ってシステムの共振周波数を調整するためのコンデンサまたは補助インダクタのような追加的要素を含むことができる。

次に図２ａを参照して、複合近距離場通信および誘導電力受信機２１００の別の実施態様の概略図が、その電力受信モードで示される。二重目的インダクタ２０２０が、電力受信回路２０３０経由で電気負荷２０４０に接続される。インダクタ２０２０が一次インダクタ２２２０の付近に持ってこられるように、複合受信機２１００が誘導電力アウトレット２２００に位置合わせされる。

一次インダクタ２２２０が、駆動ユニット２２３０経由で電源２２４０に接続される。駆動ユニット２２３０は、一次インダクタ２２２０両端に高周波振動電圧を生成するように構成される。一次インダクタ２２２０を横切る振動電圧が、振動磁界を生成する。複合受信機２１００の二重目的インダクタ２０２０が一次インダクタ２２２０の近傍に持ってこられると、振動磁界が二重目的インダクタ２０２０両端に振動電圧を誘導する。事実上、二重目的インダクタ２０２０は誘導カップルの二次インダクタとしてふるまう。

電気負荷が直流を必要としない所で、交流信号が直接電気的負荷に電力を供給するのに用いられることができる。しかしながら、例えば電気化学セルを充電するような多くの用途において、直流電力が必要な所で、携帯電話２０４０のような電気負荷に電力を供給するために電力受信モードでインダクタ両端に誘導される交流電圧を直流電圧に変換するために、電力受信回路２０３０は例えばダイオードブリッジのような、整流ユニット２３３０を含むことができる。理解されるであろうことは、整流器２３３０を含む電力受信回路２０３０は携帯電話用途に特に適しており、ここで、電話が一般に電気化学セル２０４２によって電力を供給されて、したがって、受信回路２０３０によって充電されることができる、ということである。他の実施態様では、電力受信回路はコンピュータ、ＰＤＡ、メディアプレーヤなどのような他のモバイル装置に組み込まれることができる。

本発明のいくつかの実施態様において、電力受信モードで、システムは電力伝送周波数で共振するように構成される。他の実施態様では、システムは電力伝送周波数での共振を回避するように構成されることができる。一般的に、しかしながら、受信モードでのシステムの固有周波数は誘導電力受信の目的に最もよく合うように選ばれ、それは一般に標準のＮＦＣ伝送周波数でない。

複合受信機２１００が、複合インダクタ２０２０がＮＦＣ信号を受信するＮＦＣアンテナとして機能するように構成される図２ｂ内にＮＦＣモードで示される。インダクタ２０２０は、ＮＦＣ受信機回路２０５０に接続される。ＮＦＣは、一般的に１３．５６ＭＨｚで送信され、受信機回路２０５０は、例えばコンデンサまたは補助インダクタのような同調素子２０２６の追加によってこの周波数に調整されることができる。好適な実施態様において、１３．５６ＭＨｚ信号が受信されると、スイッチユニット２０２５が入力信号の周波数を検出して、ＮＦＣモードへ自動的に切り替えるように構成される。

一般的に、受信機回路２０５０は受動回路２０５２および能動回路２０５４を備える。能動回路２０５４は、電源２０５６に接続されて、例えばＮＦＣ信号を送信するかまたは入力信号を読み取るのに用いられる。受動回路２０５２は、トランスポンダとしてふるまい、到着電磁信号からエネルギを引き出すように構成される。何の電源２０５６も利用できない時、例えばホスト電気装置（図示せず）がスイッチを切られるか、または、その電池が低い時に、受動回路２０５２が使われる。

一実施態様において、厚さ１ミリメートルのフェライト層に連結され、かつ４．４マイクロヘンリーの測定インダクタンスを有する８巻回ＰＣＢ印刷銅コイルから成る誘導受信機コイルが３１ピコファラドのコンデンサおよび２０オームの抵抗器と直列に接続される。受信機回路は、ほぼ５ｃｍの距離でＲＦＩＤタグを読み取ることが可能である。代わりとして、誘導受信機コイルが二重層高透過性アモルファスシートに連結されることができる。理解されるであろうことは、異なるパラメータ値を有する他の受信機回路が、種々の用途に対して好まれることができることである。

図３を参照して、ＮＦＣアンテナを取り付けられた携帯電話の電気化学セルを充電するための一方法を表すフローチャートが示される。この方法は、以下の諸ステップを含む：
ステップ（ａ）−携帯電話の電気化学セルに配線される整流器を含む電力受信回路を準備する、
ステップ（ｂ）−電力受信回路をＮＦＣアンテナに接続する、および
ステップ（ｃ）−動作中の誘導電力アウトレットの近傍にＮＦＣアンテナを持ってくる。

したがって実施態様によれば、単一インダクタが（ＮＦＣアンテナのような）無線アンテナとして機能することができて、更に誘導電力アウトレットから電力を誘導的に受信するための誘導カップル内の二次コイルとして機能することができる。この種の実施態様を使用して、誘導電力受信機が追加的な誘導コイルを用意することなく従来の電気装置に組み込まれることができる。

本発明の有効範囲は、添付の請求の範囲によって規定され、かつ上記のさまざまな特徴の組合せおよび副組合せ、同じく、前述の記述を読み込むと即座に当業者に思いつくであろう、その変形例および変更態様の両方を含む。

請求項において、語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、等のようなその変形は、記載される要素が含まれるが、しかし、一般に他の構成要素の除外ではないことを示唆する。

２０ インダクタ
２５ スイッチユニット
３０ 電力受信回路
４０ 電気負荷
５０ ＮＦＣ受信機回路
１００ 複合受信機
２０２０ インダクタ
２０２５ スイッチユニット
２０２６ 同調素子
２０３０ 電力受信回路
２０４０ 電気負荷 携帯電話
２０４２ 電気化学セル
２０５０ ＮＦＣ受信機回路
２０５２ 受動回路
２０５４ 能動回路
２０５６ 電源
２１００ 複合受信機
２２００ 誘導電力アウトレット
２２２０ 一次インダクタ
２２３０ 駆動ユニット
２２４０ 電源
２３３０ 整流ユニット

Claims (11)

1. 電気負荷に電力を供給するための誘導電力受信機であって、前記誘導電力受信機が、駆動ユニット経由で電源に接続される一次インダクタと誘導的に連結するように構成される二次インダクタを備え、前記駆動ユニットが、前記一次インダクタ両端に高周波振動電圧を駆動し、それによって二次電圧が前記二次インダクタ内に誘導されるように振動磁界を生成するように使用可能であり、
   前記二次インダクタが、
   （ｉ）前記電気負荷に電力を供給するための電力受信回路、および、
   （ｉｉ）１３．５６メガヘルツの近距離場通信無線信号を受信するための通信回路、
   に前記二次インダクタを選択的に接続するように使用可能なスイッチユニットに接続され、
   前記通信回路が、前記無線信号の前記周波数に前記回路を同調させるように加えられることができる同調素子を更に備え、
   前記二次電圧が１３．５６メガヘルツの周波数を有するときに、前記スイッチユニットが前記二次インダクタを前記通信回路に接続するように使用可能である、ことを特徴とする受信機。
2. 前記電力受信回路が、前記二次インダクタ両端に誘導される交流電圧を直流電圧に変換するための整流ユニットを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
3. 前記通信回路が、近距離場通信回路を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
4. 前記二次インダクタが、誘導ループアンテナを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
5. 前記二次インダクタが、複数巻回誘導コイルを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
6. 前記複数巻回誘導コイルの少なくとも１巻回が無線アンテナを備える、ことを特徴とする請求項５に記載の誘導電力受信機。
7. 前記通信回路が近距離場通信伝送周波数とほぼ等しい共振周波数を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
8. 前記通信回路が、前記無線信号から電力を引き出すように使用可能な受動回路を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の誘導電力受信機。
9. 前記通信回路が、無線信号を送信するように使用可能な、電源に接続される能動回路を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載のいずれかの誘導電力受信機。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の誘導電力受信機を備えたモバイル通信装置。
11. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の誘導電力受信機を備え、かつ、電話、コンピュータ、ＰＤＡおよびメディアプレーヤからなる群から選ばれるモバイル通信装置。

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