JP6423414B2 - ワイヤレス充電器の電力性能を拡張するためのシステムおよび方法 - Google Patents

ワイヤレス充電器の電力性能を拡張するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

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送信機および受信機を対象とする。
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給電されている。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てきたが、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消費するので、頻繁に充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを通して有線接続によって充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは、不便であるか、または扱いにくく、他の欠点を有することが時々ある。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提供するのに用いられることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電解決策の欠点の一部を克服し得る。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。
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は各々、いくつかの態様を有し、そのいずれの態様も単独では、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。
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、添付の図面および以下の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ことがあることに留意されたい。
本開示の一態様は、少なくとも1つの受信機の少なくとも1つの受信アンテナにエネルギーをワイヤレスで伝達するための装置を提供する。本装置は、少なくとも1つの受信機が第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1のワイヤレス場を生成するように構成された第1の送信アンテナを含む。本装置は、少なくとも1つの受信機が第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第2のワイヤレス場を生成するように構成された、第1の送信アンテナから空間的に離間した第2の送信アンテナをさらに含む。本装置は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナに動作可能に結合され、第1の送信アンテナまたは第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを作動させるように構成されたコントローラをさらに含む。コントローラは、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの両方が作動されるとき、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御するようにさらに構成され得る。
本開示の別の態様は、少なくとも1つの受信機の少なくとも1つの受信アンテナにエネルギーをワイヤレスで伝達する方法を提供する。本方法は、少なくとも1つの受信機が第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1の送信アンテナによって第1のワイヤレス場を生成するステップを含む。本方法は、少なくとも1つの受信機が第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1の送信アンテナから空間的に離間した第2の送信アンテナによって第2のワイヤレス場を生成するステップをさらに含む。本方法は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1の送信アンテナまたは第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを作動させるステップをさらに含む。本方法は、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの両方が作動されるとき、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御するステップをさらに含む。
本開示の別の態様は、少なくとも1つの受信機の少なくとも1つの受信アンテナにエネルギーをワイヤレスで伝達するための装置を提供する。本装置は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第1のワイヤレス場を生成するための手段を含む。本装置は、少なくとも1つの受信機が第2のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第2のワイヤレス場を生成するための手段をさらに含む。本装置は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1のワイヤレス場を生成するための手段または第2のワイヤレス場を生成するための手段のうちの少なくとも1つを作動させるための手段をさらに含む。本装置は、第1のワイヤレス場を生成するための手段と第2のワイヤレス場を生成するための手段の両方が作動されるとき、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御するための手段をさらに含む。
本開示の別の態様は、実行される際に、装置に、少なくとも1つの受信機が第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1の送信アンテナを使用して第1のワイヤレス場を生成させるコードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。本媒体は、実行される際に、装置に、少なくとも1つの受信機が第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1の送信アンテナから空間的に離間した第2の送信アンテナを使用して第2のワイヤレス場を生成させるコードをさらに含む。本媒体は、実行される際に、装置に、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1の送信アンテナまたは第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを作動させるコードをさらに含む。本媒体は、実行される際に、装置に、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの両方が作動されるとき、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御させるコードをさらに含む。
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。 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において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。 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。 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おいて使用され得る送信機の機能ブロック図である。 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おいて使用され得る受信機の機能ブロック図である。 図4の送信回路において使用され得る送信回路の一部の概略図である。 図1のワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイルおよび第2の送信コイルのレイアウトを示す図である。 充電のためにエネルギーを二重ループ受信コイルにワイヤレスで伝達する2つの送信コイルの上面図である。 充電のためにエネルギーを二重ループ受信コイルにワイヤレスで伝達する2つの送信コイルの側面図である。 図1のワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイル、第2の送信コイル、および第3の送信コイルの上面図および側面図を示す図である。 図1のワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイル、第2の送信コイル、第3の送信コイル、および第4の送信コイルの上面図および側面図を示す図である。 エネルギーをワイヤレスで伝達するための例示的な方法800のフローチャートである。 例示的な一実施形態による送信機の機能ブロック図である。
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていないことがある。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ことがある。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ことがある。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ことがある。
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。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、または例示として機能すること」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、または有利であると解釈されるべきではない。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。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。
ワイヤレスで電力を伝達することは、物理的な導電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(たとえば、電力は、自由空間を通って伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)内に出力された電力は、「受信アンテナ」によって受信され、捕捉され、または結合され得る。本明細書全体にわたって、「結合」されている2つの構成要素は、直接的または間接的な方法を介したそれらの相互作用を指し得、物理的に接続された(たとえば、有線の)結合または物理的に切断された(たとえば、ワイヤレスの)結合をさらに指し得ることが理解されよう。
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の両方は互いに距離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、相互共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機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、大型コイルが極めて近い(たとえば、mm)ことが必要であり得る純粋に誘導性の解決策とは対照的に、より大きい距離にわたる、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、効率の改善と、様々な距離にわたる様々な誘導コイル構成を用いた電力伝達とを可能にし得る。
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内に位置する際に電力を受信し得る。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相当する。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」に相当し得る。送信機104は、エネルギー伝送を出力するための送信アンテナ114(たとえば、送信コイル)を含み得る。受信機108は、エネルギー伝送からエネルギーを受信するか、または捕捉するための受信アンテナ118(たとえば、受信コイル)をさらに含む。近接場は、送信アンテナ114から電力を最小限に放出する、送信アンテナ114内の電流および電荷から生じる強い反応場(reactive field)が存在する領域に相当し得る。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1波長の数分の一)内にある領域に相当し得る。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連付けられる応用形態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遠距離場に伝搬するのではなく、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起こり得る。場105内に配置されるとき、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の周りのエリアは、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
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において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、ドライバ回路224、およびフィルタ/整合回路226を含み得る、送信回路206を含むことができる。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の共振周波数において送信アンテナ214を駆動するように構成されたドライバ回路224に提供され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受信し、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り得る。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であり得る。フィルタ/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もある。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電力をワイヤレスで出力し得る。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を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ワット程度であり得る。より高いまたは低い電力レベルも提供できる。
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)に給電するために、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を含むことができる。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。それに加えて、受信機208および送信機204は、別の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース、zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を使用して帯域内シグナリングを介して通信し得る。
以下でより十分に説明するように、最初に選択的に無効にすることが可能な関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を有し得る受信機208は、送信機204によって送信され受信機208によって受信される電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力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され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電することなく、ワイヤレス電力伝達場から受信した電力を直接利用するように構成され得る。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から電力を受け取り、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、かつ/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
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に示すように、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を含み得る。アンテナ352は、「ループ」アンテナ352と呼ばれるか、または「ループ」アンテナ352として構成される場合もある。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ばれるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成される場合もある。「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、または受信することができる構成要素を指す。アンテナは、電力をワイヤレスで出力するか、または受信するように構成されるタイプのコイルと呼ばれる場合もある。本明細書で使用するアンテナ352は、電力をワイヤレスで出力および/または受信するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の一例である。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナ352により、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になる。加えて、空芯ループにより、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域がより強力であり得る、送信アンテナ214(図2)の平面内に受信アンテナ218(図2)をより容易に配置することが可能になり得る。
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との間の整合した共振またはほぼ整合した共振の間に起こり得る。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あっても、効率に影響が及ぶことがあるものの、エネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナ214コイルの場205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起こり、この場205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。
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く。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とすることができるのに対して、キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作り出すために、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358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354およびキャパシタ356を加えることができる。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大きくなるにつれて小さくなり得る。さらに、アンテナの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加し得る。他の構成要素を用いて形成される他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、アンテナ352の2つの端子間に並列にキャパシタを配置することができる。送信アンテナの場合、アンテナ352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358を、アンテナ352への入力とすることができる。
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変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、時変磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導し得る。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。負荷を充電するか、または負荷に給電するために提供され得るDC信号を生成するために、受信アンテナ118内に誘導されたAC信号を上述のように整流することができる。
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おいて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を含み得る。送信アンテナ414は、図3に示すアンテナ352であり得る。送信回路406は、発振信号を提供することによって、送信アンテナ414にRF電力を提供することができ、その結果、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)が生成される。送信機404は、任意の適切な周波数で動作し得る。例として、送信機404は、6.78MHzのISMバンドで動作し得る。
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とを含み得る。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、特定の周波数を減衰させる一方で他の周波数を通過させるノッチフィルタを含む、異なるフィルタトポロジーを含むことができ、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電流などの、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むことができる。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、個別のデバイスもしくは回路から構成されるか、または代わりに、一体型アセンブリから構成され得る。送信アンテナ414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度とすることができる。
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、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をさらに含み得る。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサ415と呼ばれ得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。
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いて作動中の受信機の存否を検出するための負荷感知回路416をさらに含み得る。例として、負荷感知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明するように、その電流は、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存否によって影響を及ぼされ得る。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。
送信アンテナ414は、リッツ線を用いて、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、または他の可搬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、その実用的な寸法のため「巻く」必要がないことがある。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)とし、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って、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。
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得る。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み得る。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によって供給される電力量を調整し得る。送信機404は、たとえば、ビル内に存在する従来の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ることができる。
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバーエリアに挿入される、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り得る。検出後、送信機404はオンにされ得、デバイスによって受け取られるRF電力は、所定の方法でRxデバイス上のスイッチを切り替えるために使用され得、これにより次に、送信機404の駆動点インピーダンスに対する変化をもたらす。
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制が存在し得る。場合によっては、これらの規制は、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、工場の現場、店舗などの、人が占有しない、または人が占有する頻度が低いエリアに配置される環境が存在し得る。これらの環境に人がいない場合、通常の電力制限規制よりも高く、送信アンテナ414の電力出力を増加させることが許容可能なことがある。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以下に調整し、人が送信アンテナ414の電磁場による規制距離の外側にいるとき、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することができる。
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ときを判定するための感知スイッチなどのデバイスであり得る。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得る。
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が使用され得る。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間の経過後に遮断す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のいずれかから送られた、デバイスが十分に充電されたという信号を検出するための回路の故障に起因することがある。送信機404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ダウンすることを防止するために、送信機404の自動遮断機能は、その周囲で動作が検出されない定められた期間が経過した後にだけ、作動され得る。ユーザは、非活動時間間隔を決定し、その時間間隔を必要に応じて変更することができてよい。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もよい。
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おいて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に統合され得ることに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスで伝搬され、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。
受信アンテナ518は、送信アンテナ414(図4)と同じ周波数において、または指定された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と同様な寸法にすることができるか、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にすることができる。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り得る。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、アンテナ径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き(すなわち、巻線)数と、巻線間のキャパシタンスとを低減するために、デバイス550の実質的な外周の回りに配置され得る。
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もたらすことができる。受信回路510は、受信されたRFエネルギー源をデバイス550によって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も含み得る。RF-DC変換器520は、受信アンテナ518において受信されたRFエネルギー信号を、Vrectによって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。
受信回路510は、受信アンテナ518を電力変換回路506に接続するか、または代替的には電力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含み得る。電力変換回路506から受信コイル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「見える」ような「負荷」も変更する。
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に提供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ときを判定するための機構を有する。
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにするために、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ことがある。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」とも呼ばれる。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秒程度であり得る。
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、結合場を使用する帯域内シグナリング)ではなく、デバイス感知および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得る。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得る。受信機側から、受信機508は、場から受け入れている電力量を調整するために受信アンテナ518の同調および離調を用いることができる。場合によっては、同調および離調は、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。
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、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内の給電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をワイヤレス充電するために構成するために使用することもできる。
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の処理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てよい。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することもできる。プロセッサ516はまた、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整することもできる。
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を含み得る。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に提供され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り得る。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る任意の適切なドライバ回路624が使用され得る。ドライバ回路624は、図4に示される発振器423からの入力信号602によって駆動され得る。ドライバ回路624はまた、送信回路650を介して供給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するために、送信回路600は、フィルタ回路626を含み得る。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であり得る。
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によって提供されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振し得る、(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し得る)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み得る。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配置されたワイヤレス電力受信機508の関数であり得る。
一般に、ワイヤレス充電システムでは、大型のデバイスを収容するために送信アンテナ114、214、および/または414などの送信コイルのサイズを増大させることは難しい場合があるが、その理由は、送信コイルのサイズがワイヤレス場のカバーエリアを拡張する場合があり、その結果、安全性が問題になるからである。たとえば、送信コイルが受信コイル(たとえば、受信アンテナ118、218、および/または518)よりも大きい場合、人間の体が送信コイルによって生成されるワイヤレス場と重なるため、人間に対する安全性の問題の可能性が生じる。加えて、同様の安全上の懸念のために、送信コイルに供給される電力を増加させるのは難しい場合がある。
上記で確認される安全上の懸念は、送信コイルの数を増加させることによって(たとえば、送信アンテナ114、214、および/または414の数を増加させることによって)最小化され得る。送信コイルの数を増加させることによって、送信機の電力範囲性能は、5〜15Wから著しく大きい負荷(30W以上)に増大されるが、依然として調整要件を満足し、より低電力の機能に対する下位互換性を維持することができる。一実施形態では、送信機404などの送信機は、各々がワイヤレス場を生成する2つ以上の送信コイルを含む。2つ以上の送信コイルを含む送信機については、図7〜図12に関して以下でより詳細に説明する。
図7は、図1のワイヤレス電力伝達システム100などのワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bのレイアウトを示す図である。図7に示すように、図4の送信アンテナ414は、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bを含み得る。加えて、第1の受信コイル716Aおよび第2の受信コイル716Bは、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bに極めて近接して配置され得る。一実施形態では、第1の受信コイル716Aは第1の受信アンテナ518(たとえば、第1の受信機508)に対応し、第2の受信コイル716Bは第2の受信アンテナ518(たとえば、第2の受信機508)に対応する。本明細書で説明するワイヤレス電力伝達システムは、エネルギーのワイヤレス伝達に関わる任意のアプリケーション(たとえば、充電モバイルデバイス、電気自動車など)に適用し得ることが当業者には明らかである。
一実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは各々、送信回路406によって、その共振周波数で、またはその近くで励振され得る。第1の送信コイル708Aは第1のワイヤレス場を生成することができ、第2の送信コイル708Bは第2のワイヤレス場を生成することができる。第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bの各々を介したフラックスの方向を図7に示す。たとえば、ワイヤレス場の方向は、第1の送信コイル708Aを介して流れ込んでよく(たとえば、フラックスの方向はページに向かう)、ワイヤレス場の方向は、第2の送信コイル708Bを介して流れ出てよい(たとえば、フラックスの方向はページから読者の方に向かう)。第1の送信コイル708Aの電流の方向は反時計回りであってよく、第2の送信コイル708Bの電流の方向は時計回りであってよい。
図7に示すように、第1の受信コイル716Aは、第1の送信コイル708Aによって生成された第1のワイヤレス場と重なり得る。同様に、第2の受信コイル716Bは、第2の送信コイル708Bによって生成された第2のワイヤレス場と重なり得る。
一実施形態では、コントローラ415は、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bに(たとえば、図示しないが、直接的に、または間接的に)結合され得る。コントローラ415は、送信コイル708Aと708Bとのいずれかまたはその両方が、第1のワイヤレス場および/または第2のワイヤレス場を介して第1の受信コイル716A、第2の受信コイル716B、および/または他の受信コイルにワイヤレスでエネルギーを伝達するように、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bを制御または調整するように構成され得る。たとえば、コントローラ415は、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bを励振するために使用されるAC電力またはDC電力の量を制御し得る。他の実施形態では、図示しないが、別のコントローラは、送信コイル708Aおよび/または708Bを制御または調整するために第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bに結合され得る。
一実施形態では、図7に示すように、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、並列構成で(たとえば、空間的に離間して)編成される。他の実施形態では、図示しないが、第3の送信コイルは、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bと重なるか、またはそれらに隣接して配置される。
一実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、互いに類似しているか、または実質的に等しい。たとえば、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、同様の材料または同じ材料から構成されてよく、同様の特性または同じ特性を有してよい。
一実施形態では、磁気シールド(たとえば、図8Bに関して以下に説明する磁気シールド854)が、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bの下またはそれらの上に配置され得る。加えて、磁気シールド(たとえば、図8Bに関して以下に説明する磁気シールド852)が、受信コイル716Aおよび/または716B、および/または他の受信コイルよりも上にまたはそれらの頂部に配置され得る。磁気シールドは、ワイヤレスで伝達されるエネルギーの漏洩を防止しまたは低減させるように構成され得る。一例として、磁気シールドは、フェライト材料を使用して形成され得る。
様々な状況の要件に合わせるために、送信機404は、エネルギーを受信機508にワイヤレスで伝達するための少なくとも2つの動作モードを含み得る。一実施形態では、第1の動作モードでは、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708B(および送信機404内に存在する任意の他の送信コイル)は、作動され、個別にエネルギーの少なくとも一部を受信機(たとえば、第1の受信コイル716Aおよび/または第2の受信コイル716B)にワイヤレスで伝達するように構成される。たとえば、第1の送信コイル708Aは、エネルギーの第1の量を受信機にワイヤレスで伝送し得る。第2の送信コイル708Bは、第1の送信コイル708Aとは別個に、エネルギーの第2の量を受信機にワイヤレスで伝送し得る。第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、エネルギーを同時にまたは非並行に伝送し得る。
第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bは、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bのエネルギー伝達領域(たとえば、充電領域)における充電可能デバイス(たとえば、第1の受信コイル716Aおよび/または第2の受信コイル716B)の存在に基づいて作動され得る。本明細書で使用するエネルギー伝達領域(たとえば、充電領域)は、ワイヤレス場がコイルまたはアンテナによって生成されるエリアであり得る。
第1の動作モードの第1の実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、別個に作動される。第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bは、送信コイル708Aと708Bとの1つまたは両方のエネルギー伝達領域における第1の受信コイル716Aまたは第2の受信コイル716Bの存在に基づいて作動され得る。第1の送信コイル708Aは、第1のワイヤレス場を介してエネルギーを受信コイル(たとえば、第1の受信コイル716Aまたは第2の受信コイル716B)にワイヤレスで伝達し得る。第2の送信コイル708Bは、第2のワイヤレス場を介してエネルギーを受信コイル(たとえば、受信コイル716Aまたは受信コイル716B)にワイヤレスで伝達し得る。第1のワイヤレス場および第2のワイヤレス場は、実質的に結合されていないワイヤレス場であり得る。したがって、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは各々、エネルギーを受信コイルに供給するその性能に基づいて別個に作動され得る。
第1の動作モードの第2の実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bのうちの1つが作動される。作動された送信コイル708Aまたは708Bは、エネルギーを受信コイル(たとえば、第1の受信コイル716Aまたは第2の受信コイル716B)にワイヤレスで伝達し得る。作動された送信コイル708Aまたは708Bは、作動された送信コイル708Aまたは708Bのエネルギー伝達領域における第1の受信コイル716Aまたは第2の受信コイル716Bの存在に基づいて作動され得る。エネルギーを受信コイルにワイヤレスで伝達するように作動されなかった送信コイル708Aまたは708Bは、たとえば、最初に作動されなかった送信コイル708Aまたは708Bのエネルギー伝達領域内に別の受信機(たとえば、第2の受信コイル716Bまたは第1の受信コイル716A)が存在する場合、エネルギーを別の受信機にワイヤレスで伝達するように作動され得る。第1のワイヤレス場および第2のワイヤレス場は、やはり、実質的に結合されていないワイヤレス場であり得る。したがって、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは各々、エネルギーを異なる受信コイルにワイヤレスで伝送する。
一実施形態では、第2の動作モードにおいて、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、作動され、共同でエネルギーを受信機にワイヤレスで伝達するように構成される。第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bは、送信コイル708Aと708Bとの1つまたは両方のエネルギー伝達領域における第1の受信コイル716Aまたは第2の受信コイル716Bの存在に基づいて作動され得る。たとえば、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、互いに、エネルギーの所定の量を受信機にワイヤレスで伝送し得る。第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは各々、受信機にワイヤレスで伝送されるエネルギーの所定の量の一部またはすべてに寄与し得る。いくつかの実施形態では、第1の動作モードよりも第2の動作モードにおいて、大量の電力が出力され得る。第2の動作モードについては、図8Aおよび図8Bを参照して以下でより詳細に説明する。
図8Aは、充電のためにエネルギーを二重ループ受信コイル816Aおよび816Bにワイヤレスで伝達する2つの送信コイルの上面図800を示す図である。一実施形態では、第1の送信コイルは第1の送信コイル708Aであり、第2の送信コイルは第2の送信コイル708Bである。さらなる実施形態では、第1の受信コイル816Aおよび第2の受信コイル816Bは、同じ受信機に対応する(たとえば、受信機508は2つの受信アンテナ518を含む)。図8Aに示すように、受信コイル816Aおよび/または816Bは、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bに極めて近接して配置され得る。受信コイル816Aおよび/または816Bは、第1の送信コイル708Aによって生成された第1のワイヤレス場、および/または第2の送信コイル708Bによって生成された第2のワイヤレス場と重なってよい。
図8Aに示すように、第1の送信コイル708Aの電流の方向は反時計回りであってよく、第2の送信コイル708Bの電流の方向は時計回りであってよい。より正確には、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bの電流は交流(AC)信号なので、送信コイル708Aおよび708Bの電流は、位相が反対であり得る。したがって、第1の受信コイル816Aの電流の方向は時計回りであってよく、第2の受信コイル816Bの電流の方向は反時計回りであってよい。より正確には、第1の受信コイル816Aおよび第2の受信コイル816Bの電流はAC信号なので、受信コイル816Aおよび816Bの電流は、位相が反対であり得る。
図8Bは、充電のためにエネルギーを二重ループ受信コイル816Aおよび816Bにワイヤレスで伝達する2つの送信コイルの側面図850を示す図である。一実施形態では、第1の送信コイルは第1の送信コイル708Aであり、第2の送信コイルは第2の送信コイル708Bである。図8Aと同様に、第1の受信コイル816Aおよび第2の受信コイル816Bは、同じ受信機に対応する(たとえば、受信機508は2つの受信アンテナ518を含む)。図8Aに示すように、受信コイル816Aおよび/または816Bは、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bに極めて近接して配置され得る。受信コイル816Aおよび/または816Bは、第1の送信コイル708Aによって生成された第1のワイヤレス場、および/または第2の送信コイル708Bによって生成された第2のワイヤレス場と重なってよい。
磁気シールド852は、受信コイル816Aおよび816Bよりも上にまたはそれらの頂部に配置され得る。磁気シールド854は、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bよりも下にまたはそれらの底部に配置され得る。磁気シールド852および/または854は、フェライト材料を用いて形成され得る。磁気シールド852および854は、ワイヤレスで伝達されるエネルギーの漏洩を防止しまたは低減させるように機能し得る。
第2の動作モードの一実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、強く結合され、送信機404と受信機508との間のエネルギーの漏洩が実質的にほとんどない。たとえば、図8Bに示すように、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bは、2つのワイヤレス場のフラックスが相対的に逆位相を有するように第1および第2のワイヤレス場を生成するように構成され得る。2つのワイヤレス場のフラックス線は、相対的に逆位相である場合、連続的であり、閉ループで存在し得る。第1の受信コイル816Aおよび第2の受信コイル816Bは、電流が同じ位相を有するように適切な端子を接続することによって等価な単一の受信コイルを形成するために電気的に直列に接続され得る。
コントローラ415などのコントローラは、本明細書で説明する2つの動作モード間で選択および/またはスイッチングするように構成される。コントローラ415は、送信機404から受信機508への電力の効率的なおよび/または安全なワイヤレス伝達を可能にするために選択および/またはスイッチングを行うように構成され得る。
一実施形態では、コントローラ415は、送信機404(たとえば、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708B)と受信機508(たとえば、受信コイル716A、716B、816A、および/または816B)との間の変位を測定するように構成される。コントローラ415は、第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの1つまたは両方のエネルギー伝達領域内に受信コイル716A、716B、816A、または816B(または受信機508)が配置されているかどうかに少なくとも部分的に基づいて、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bから受信コイル716A、716B、816A、または816Bにワイヤレスで伝達されるエネルギーのレベルが負荷に充電または給電するのに十分であるように、第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの1つまたは両方を作動させる(たとえば、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bの電流の位相および/または電流の電力レベルを設定する)ように構成され得る。コントローラ415は、第1の動作モードおよび/または第2の動作モードにおいて第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの1つまたは両方を作動させるように構成され得る。
いくつかの実施形態では、コントローラ415は、第1の動作モードの間に、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bの各々と受信コイル716A、716B、816A、または816Bとの間の結合レベルを測定するように構成される。他の実施形態では、コントローラ415は、第2の動作モードの間に、第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの間の結合レベルを測定するように構成される。さらなる実施形態では、コントローラ415は、第1の動作モードおよび/または第2の動作モードの間に、エネルギー漏洩レベルを測定するように構成される。第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bの各々と受信コイル716A、716B、816A、もしくは816Bとの間の結合レベルを測定し、第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの間の結合レベルを測定し、ならびに/またはエネルギー漏洩レベルを測定した結果、コントローラ415は、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bから受信コイル716A、716B、816A、または816Bにエネルギーをワイヤレスで伝達するために、第1の動作モードまたは第2の動作モードのうちの1つを選択するように構成され得る。
一実施形態では、第1の送信コイル708Aおよび第2の送信コイル708Bと受信コイル716A、716B、816A、または816Bとの間の変位および/または結合が一定でないので、コントローラ415は、少なくとも1つのパラメータを監視するように構成される。これらのパラメータは、受信機508の位置、受信コイル716A、716B、816A、もしくは816Bの位置、(たとえば、ワイヤレスで伝送されるエネルギーの)エネルギー漏洩レベル、第1の送信コイル708Aと第2の送信コイル708Bとの間の結合、ならびに/または第1の送信コイル708Aおよび/もしくは第2の送信コイル708Bと受信コイル716A、716B、816A、および/もしくは816Bとの間の結合を含み得る。コントローラ415は、監視されるパラメータのうちの少なくとも1つの変化に少なくとも部分的に基づいて、第1の送信コイル708Aおよび/または第2の送信コイル708Bの位相および/または電力レベルを調整する(たとえば、第1の動作モードと第2の動作モードとの間でスイッチングする)ように構成され得る。たとえば、コントローラ415は、監視されるパラメータがしきい値を超えるかどうかに少なくとも部分的に基づいて、第1の動作モードと第2の動作モードとの間でスイッチングするように構成され得る。
他の実施形態では、適切な動作モードを決定する他のシステムおよび方法が実装される。たとえば、センサ、機械的制約、機械的整合などが、適切な動作モードを決定するのを支援するために、ワイヤレス電力伝達システム100などのワイヤレス電力伝達システムに含まれ得る。
送信機404と受信機508との間のエネルギーのワイヤレス伝達の効率および安全性をさらに改善するために、送信機404は、送信機404と受信機508との間の通信リンクを確立するように構成された通信モジュールを含み得る。たとえば、送信機404および受信機508は、本明細書で説明する送信コイルおよび受信コイルとは別のアンテナを介してデータおよび/または情報を通信し得る。別の例として、送信機404および受信機508は、本明細書で説明する送信コイルおよび受信コイルを介してデータおよび/または情報を通信し得る。
一実施形態では、少なくとも2つのタイプの情報が、通信リンクを介して送信機404と受信機508との間で伝送され得る。第1のタイプの情報は、相対変位、アンテナサイズ(たとえば、コイルサイズ)、および/または予想ワイヤレス電力などの、ワイヤレスエネルギー伝達能力に関する情報を含み得る。第1のタイプの情報は、エネルギーのワイヤレス伝達の開始の前にまたはその開始時に通信され得る。第2のタイプの情報は、結合パラメータ、エネルギー漏洩、および/または変位などの、エネルギー伝達状況更新に関する情報を含み得る。第2のタイプの情報は、エネルギーのワイヤレス伝達中に通信され得る。
上述のように、エネルギーまたは電力のワイヤレス伝達に関する本明細書で説明する様々な実施形態は、3つ以上の送信コイルが存在する事例において実装され得る。たとえば、送信機404は、図9に関して以下に説明する3つの送信アンテナ414、または図10に関して以下に説明する4つの送信アンテナ414を含み得る。図9および図10は送信アンテナ414を円形として示すが、これは、送信アンテナ414が任意の形状の形態であり得るので単に例にすぎない。そのような形状は、場分布の要件に基づいてよい。
図9は、図1のワイヤレス電力伝達システム100などのワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイル908A、第2の送信コイル908B、および第3の送信コイル908Cの上面図900および側面図950を示す図である。図9の上面図900に示すように、送信コイル908A、908B、および/または908Cは、並列構成で(たとえば、空間的に離間して)配置され得る。一実施形態では、送信コイル908A、908B、および/または908Cは、互いに隣接し、互いに等間隔またはほぼ等間隔である。別の実施形態では、図示しないが、送信コイル908A、908B、および/または908Cのうちの1つまたは複数が重なる。
図9の側面図950に示すように、送信コイル908A、908B、および/または908Cと受信コイル916との間でエネルギーがワイヤレス伝達される。第1の送信コイル908Aは、第1のワイヤレス場を生成するように構成することができ、第2の送信コイル908Bは、第2のワイヤレス場を生成するように構成することができ、第3の送信コイル908Cは、第3のワイヤレス場を生成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、送信コイル908A、908B、および/または908Cは、各後続のコイルにおいて交番する場の方向を生成し得る。他の実施形態では、送信コイル908Bは、送信コイル908Aと比較して120度の位相オフセットを有し得る。同様に、送信コイル908Cは、送信コイル908Bと比較して120度の位相オフセットを有することができ、送信コイル908Aは、送信コイル908Cと比較して120度の位相オフセットを有することができる。そのような位相オフセットは、中心軸(たとえば、送信コイル908A、908B、および908Cの組合せの中心を通って延びる軸)に沿って0の総フラックスを生成してよく、送信コイル908A、908B、および908Cの組合せの周りに配置された感知コイルは、フラックス漏洩を最小化するために受信機(たとえば、受信機508)のより正確な位置決めを可能にし得る。
一実施形態では、送信アンテナ414は、送信コイル908A、908B、および/または908Cのうちの1つまたは複数を含み得る。同様に、受信アンテナ518は、受信コイル816Aおよび816Bに関して上記で説明したように、複数のコイルを電気的に直列に接続することによって実装され得る受信コイル916を含み得る。
一実施形態では、コントローラ415は、送信コイル908A、908B、および/または908Cに直接的にまたは間接的に結合され得る。送信コイル908A、908B、および/または908Cは、本明細書で説明するように、コントローラ415によって、第1の動作モードまたは第2の動作モードにおいて動作され得る。さらに、コントローラ415は、送信コイル908A、908B、および/または908Cから受信コイル916ならびに/または送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルにワイヤレスで伝達されるエネルギーのレベルが負荷を充電または給電するのに十分であるように、送信コイル908A、908B、および/または908Cのうちの1つまたは複数を作動させる(たとえば、送信コイル908A、908B、および/または908Cの現在の位相および/または現在の電力レベルを設定する)ように構成され得る。たとえば、コントローラ415は、送信コイル908A、908B、および/または908Cから受信コイル916ならびに/または送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルに別個にエネルギーがワイヤレスで伝達されるように、送信コイル908A、908B、および/または908Cの現在の位相および/または現在の電力レベルを個別に設定するように構成され得る。別の例として、コントローラ415は、送信コイル908A、908B、および/または908Cから受信コイル916ならびに/または送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルに集合的にエネルギーがワイヤレスで伝達されるように、送信コイル908A、908B、および/または908Cの現在の位相および/または現在の電力レベルを共同で設定するように構成され得る。
一実施形態では、コントローラ415は、様々な動作モードの間に、受信コイル916と送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cの各々との間の結合レベル、送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cの間の結合レベル、ならびに/またはエネルギー漏洩レベルを測定するように構成され得る。受信コイル916と送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cの各々との間の結合レベルの測定、送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cの間の結合レベルの測定、ならびに/またはエネルギー漏洩レベルの測定の結果、コントローラ415は、送信コイル908A、908B、および/または908Cから受信コイル916ならびに/または送信コイル908A、908B、および/もしくは908Cのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルにエネルギーをワイヤレスで伝達するために様々な動作モードのうちの1つを選択するように構成され得る。
図10は、図1のワイヤレス電力伝達システム100などのワイヤレス電力伝達システムにおける第1の送信コイル1008A、第2の送信コイル1008B、第3の送信コイル1008C、および第4の送信コイル1008Dの上面図1000および側面図1050を示す図である。図10の上面図1000に示すように、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dは、並列構成で配置され得る。一実施形態では、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dは、互いに隣接し、互いに等間隔またはほぼ等間隔である。別の実施形態では、図示しないが、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dのうちの1つまたは複数が重なる。
図10の側面図1050に示すように、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dと受信コイル1016との間でエネルギーがワイヤレスで伝達される。第1の送信コイル1008Aは、第1のワイヤレス場を生成するように構成することができ、第2の送信コイル1008Bは、第2のワイヤレス場を生成するように構成することができ、第3の送信コイル1008Cは、第3のワイヤレス場を生成するように構成することができ、第4の送信コイル1008Dは、第4のワイヤレス場を生成するように構成することができる。送信コイル1008Bは、送信コイル1008Aと比較して90度の位相オフセットを有し得る。同様に、送信コイル1008Cは、送信コイル1008Bと比較して90度の位相オフセットを有することができ、送信コイル1008Dは、送信コイル1008Cと比較して90度の位相オフセットを有することができ、送信コイル1008Aは、誘導コイル1008Dと比較して90度の位相オフセットを有することができる。
一実施形態では、送信アンテナ414は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dのうちの1つまたは複数を含み得る。同様に、受信アンテナ518は、受信コイル816Aおよび816Bに関して上記で説明したように、複数のコイルを電気的に直列に接続することによって実装され得る受信コイル1016を含み得る。
一実施形態では、コントローラ415は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dに直接的にまたは間接的に結合され得る。送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dは、本明細書で説明するように、コントローラ415によって、第1の動作モードまたは第2の動作モードにおいて動作され得る。さらに、コントローラ415は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dから受信コイル1016ならびに/または送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルにワイヤレスで伝達されるエネルギーのレベルが負荷を充電または給電するのに十分であるように、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dのうちの1つまたは複数を作動させる(たとえば、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dの現在の位相および/または現在の電力レベルを設定する)ように構成され得る。たとえば、コントローラ415は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dから受信コイル1016ならびに/または送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルに別個にエネルギーがワイヤレスで伝達されるように、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dの現在の位相および/または現在の電力レベルを個別に設定するように構成され得る。別の例として、コントローラ415は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dから受信コイル1016ならびに/または送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルに集合的にエネルギーがワイヤレスで伝達されるように、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dの現在の位相および/または現在の電力レベルを共同で設定するように構成され得る。
一実施形態では、コントローラ415は、様々な動作モードの間に、受信コイル1016と送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dの各々との間の結合レベル、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dの間の結合レベル、ならびに/またはエネルギー漏洩レベルを測定するように構成され得る。受信コイル1016と送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dの各々との間の結合レベルの測定、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dの間の結合レベルの測定、ならびに/またはエネルギー漏洩レベルの測定の結果、コントローラ415は、送信コイル1008A、1008B、1008C、および/または1008Dから受信コイル1016ならびに/または送信コイル1008A、1008B、1008C、および/もしくは1008Dのエネルギー伝達領域内に存在する任意の他の受信コイルにエネルギーをワイヤレスで伝達するために様々な動作モードのうちの1つを選択するように構成され得る。
図11は、エネルギーをワイヤレスで伝達するための例示的な方法1100のフローチャートである。一実施形態では、フローチャート1100におけるステップは、送信機404によって実行され得る。フローチャート1100の方法について、特定の順序を参照して本明細書で説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックが異なる順序で実施されるか、または省略され得、さらなるブロックが追加され得る。電力のワイヤレス伝達を介して別のデバイスに電力を充電または供給するように構成され得る任意のデバイスにおいて、フローチャート1100の方法が実装され得ることを、当業者であれば諒解されよう。
ブロック1102において、少なくとも1つの受信機が第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1のワイヤレス場が第1の送信アンテナによって生成される。一実施形態では、第1の送信アンテナは、第1の送信コイル708Aである。さらなる実施形態では、第1の送信アンテナが作動されるとき、第1の送信アンテナの電流が、第1の方向に流れる。一実施形態では、少なくとも1つの受信アンテナは、受信コイル716A、716B、816A、816B、916、および/または1016のうちの1つである。ブロック1104において、少なくとも1つの受信機が第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第2のワイヤレス場が第1の送信アンテナから空間的に離間した第2の送信アンテナによって生成される。一実施形態では、第2の送信アンテナが作動されるとき、第2の送信アンテナの電流が、第1の方向と異なる第2の方向に流れる。
ブロック1106において、第1の送信アンテナまたは第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つの受信機が、第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて作動される。ブロック1108において、第1の送信アンテナと第2の送信アンテナの両方が作動されるとき、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1の送信アンテナおよび第2の送信アンテナが第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかが制御される。
図12は、例示的な一実施形態による送信機1200の機能ブロック図である。送信機1200は、図1〜図10に関して説明した様々なアクションのための手段1202、手段1204、手段1206、および手段1208を含む。送信機1200は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第1のワイヤレス場を生成するための手段1202を含む。一実施形態では、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第1のワイヤレス場を生成するための手段1202は、ブロック1102に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。送信機1200は、少なくとも1つの受信機が第2のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第2のワイヤレス場を生成するための手段1204を含む。一実施形態では、少なくとも1つの受信機が第2のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にある際に第2のワイヤレス場を生成するための手段1204は、ブロック1104に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。
送信機1200は、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1のワイヤレス場を生成するための手段または第2のワイヤレス場を生成するための手段のうちの少なくとも1つを作動させるための手段1206をさらに含む。一実施形態では、少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場と第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、第1のワイヤレス場を生成するための手段または第2のワイヤレス場を生成するための手段のうちの少なくとも1つを作動させるための手段1206は、ブロック1106に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。送信機1200は、第1のワイヤレス場を生成するための手段と第2のワイヤレス場を生成するための手段の両方が作動されるとき、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御するための手段1208をさらに含む。一実施形態では、第1のワイヤレス場を生成するための手段と第2のワイヤレス場を生成するための手段の両方が作動されるとき、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して共同で同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうか、または第1のワイヤレス場を生成するための手段および第2のワイヤレス場を生成するための手段が第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達するかどうかを制御するための手段1208は、ブロック1108に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェアの構成要素、回路、および/またはモジュールなどの、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、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。第1のワイヤレス場を生成するための手段は、第1の送信コイル708Aを含む。第2のワイヤレス場を生成するための手段は、第2の送信コイル708Bを含む。作動させるための手段および制御するための手段は、コントローラ415を含む。
様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表され得る。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、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
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、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計の制約に依存する。記載された機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装の決定は、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されるべきではない。
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、デジタル信号プロセッサ(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、本明細書に記載された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得る。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つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。
本明細書で開示する実施形態に関して説明する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、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される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令もしく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、または有形の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)、電気的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、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ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)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、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、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に存在し得る。ASICはユーザ端末内に存在し得る。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。
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。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が実現され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た1つの利点または利点のグループを、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現化または実行することができる。
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。
100 ワイヤレス電力伝達システム
102 入力電力
104 送信機
105 エネルギー場
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
205 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 別の通信チャネル
222 発振器
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 受信回路、送信回路
352 アンテナ、コイル
354 キャパシタ
356 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
409 固定インピーダンス整合回路
414 送信アンテナ
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 プロセッサシグナリングコントローラ
518 受信アンテナ
520 RF-DC変換器
522 DC-DC変換器
550 充電用デバイス
600 送信回路
602 入力信号
608 インダクタ
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
708A 第1の送信コイル
708B 第2の送信コイル
716A 第1の受信コイル
716B 第2の受信コイル
816A 第1の受信コイル
816B 第2の受信コイル
852 磁気シールド
854 磁気シールド
908A 第1の送信コイル
908B 第2の送信コイル
908C 第3の送信コイル
916 受信コイル
1008A 第1の送信コイル
1008B 第2の送信コイル
1008C 第3の送信コイル
1008D 第4の送信コイル
1016 受信コイル

Claims (12)

  1. 少なくとも1つの受信機の少なくとも1つの受信アンテナにエネルギーをワイヤレスで伝達する装置であって、前記装置は、
    前記少なくとも1つの受信機が第1のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にあるとき、第1のワイヤレス場を生成するための手段と、
    前記少なくとも1つの受信機が第2のワイヤレス場を生成するための手段のエネルギー伝達領域内にあるとき、第2のワイヤレス場を生成するための手段と、
    前記少なくとも1つの受信機が前記第1のワイヤレス場と前記第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるとき、前記第1のワイヤレス場を生成するための手段または前記第2のワイヤレス場を生成するための手段の少なくとも1つを作動させるための手段と、
    前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段の両方が作動されるとき、前記装置の動作のモードを制御するための手段であって、前記制御するための手段はさらに、
    前記装置と前記少なくとも1つの受信アンテナとの間の第1の結合レベル、前記第1のワイヤレス場を生成するための手段と前記第2のワイヤレス場を生成するための手段との間の第2の結合レベル、または前記装置と前記少なくとも1つの受信アンテナとの間のエネルギー伝達の漏洩レベルのうちの少なくとも1つを測定するための手段を備え、
    前記制御するための手段が、前記測定に基づいて前記装置の前記動作のモードを選択するように構成される、手段と
    を備え、
    前記動作のモードは、
    前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段が、前記第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同時に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達すること、
    前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段が、前記第1および第2のワイヤレス場を介して共同で前記同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達することであって、前記同じ受信機は、前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段と重なる位置に配置されるとともに、第1の受信コイルおよび第2の受信コイルを含み、前記第1のワイヤレス場を生成するための手段は、前記第1の受信コイルに第1の位相で第1の電流を誘導するように構成され、前記第2のワイヤレス場を生成するための手段は、前記第2の受信コイルに第1の位相とは異なる第2の位相で第2の電流を誘導するように構成される、こと、および
    前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段が、前記第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達すること
    から選択され、
    前記動作のモードは、前記制御するための手段が前記第1のワイヤレス場を生成するための手段および前記第2のワイヤレス場を生成するための手段の電力レベルを調整するために、前記装置が前記動作のモードで動作している間の前記測定の変化に基づいて、前記制御するための手段によってスイッチングされる、装置。
  2. 前記第1のワイヤレス場を生成するための手段が、前記少なくとも1つの受信機が第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第1のワイヤレス場を生成するように構成された第1の送信アンテナを備え、
    前記第2のワイヤレス場を生成するための手段が、前記第1の送信アンテナから空間的に離間した第2の送信アンテナを備え、前記第2の送信アンテナが、前記少なくとも1つの受信機が前記第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、第2のワイヤレス場を生成するように構成され、
    前記作動させるための手段および前記制御するための手段が、前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナに動作可能に結合されるコントローラを備える、請求項1に記載の装置。
  3. 前記コントローラは、前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを介して、前記第1のワイヤレス場の第1のフラックス位相もしくは第1のフラックス強度、または前記第2のワイヤレス場の第2のフラックス位相もしくは第2のフラックス強度のうちの少なくとも1つを調整するようにさらに構成される、請求項2に記載の装置。
  4. 前記コントローラは、前記第1のフラックス位相が前記第2のフラックス位相と実質的に反対で、かつ前記第1のワイヤレス場および前記第2のワイヤレス場のフラックス線が連続的であり閉ループで存在するように、前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの前記少なくとも1つを介して、前記第1のワイヤレス場の前記第1のフラックス位相、または前記第2のワイヤレス場の前記第2のフラックス位相のうちの前記少なくとも1つを調整するようにさらに構成される、請求項3に記載の装置。
  5. 前記コントローラに動作可能に結合され、前記装置と前記少なくとも1つの受信機との間の通信リンクを確立するように構成された通信モジュールをさらに含む装置であって、前記コントローラは、
    前記通信リンクを介して前記少なくとも1つの受信機から少なくとも1つの充電要件を受け取り、
    前記少なくとも1つの受信機から受け取った前記少なくとも1つの充電要件に少なくとも部分的に基づいて前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つの位相を設定する
    ようにさらに構成される、請求項2に記載の装置。
  6. 前記通信モジュールは、前記装置と別の受信機との間の別の通信リンクを確立するようにさらに構成され、前記コントローラは、
    前記別の通信リンクを介して前記別の受信機から少なくとも別の充電要件を受け取り、
    前記第1のワイヤレス場を介して前記少なくとも1つの受信機にエネルギーを伝達するために前記第1の送信アンテナを作動させ、
    前記第2のワイヤレス場を介して前記別の受信機にエネルギーを伝達するために前記第2の送信アンテナを作動させる
    ようにさらに構成される、請求項5に記載の装置。
  7. 送信機から少なくとも1つの受信機の少なくとも1つの受信アンテナにエネルギーをワイヤレスで伝達する方法であって、
    前記少なくとも1つの受信機が前記送信機の第1の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、前記第1の送信アンテナによって第1のワイヤレス場を生成するステップと、
    前記少なくとも1つの受信機が前記送信機の第2の送信アンテナのエネルギー伝達領域内にあるとき、前記第1の送信アンテナから空間的に離間した前記第2の送信アンテナによって第2のワイヤレス場を生成するステップと、
    前記少なくとも1つの受信機が前記第1のワイヤレス場と前記第2のワイヤレス場との1つまたは両方のエネルギー伝達領域内にあるかどうかに基づいて、前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを作動させるステップと、
    前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナの両方が作動されるとき、前記送信機の動作のモードを制御するステップであって、前記制御するステップがさらに、
    前記送信機と前記少なくとも1つの受信アンテナの間の第1の結合レベル、前記第1の送信アンテナと前記第2の送信アンテナの間の第2の結合レベル、または前記送信機と前記少なくとも1つの受信アンテナの間のエネルギー伝達の漏洩レベルのうちの少なくとも1つを測定するステップと、
    前記測定に基づいて前記送信機の前記動作のモードを選択するステップとを含む、ステップと
    を含み、
    前記動作のモードは、
    前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナが、前記第1および第2のワイヤレス場を介して別個に同時に同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達すること、
    前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナが、前記第1および第2のワイヤレス場を介して共同で前記同じ受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達することであって、前記同じ受信機は、前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナと重なる位置に配置されるとともに、第1の受信コイルおよび第2の受信コイルを含み、前記第1の送信アンテナは、前記第1の受信コイルに第1の位相で第1の電流を誘導するように構成され、前記第2の送信アンテナは、前記第2の受信コイルに第1の位相とは異なる第2の位相で第2の電流を誘導するように構成される、こと、および
    前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナが、前記第1および第2のワイヤレス場を介して異なる受信機にエネルギーをワイヤレスで伝達すること
    から選択され、
    前記動作のモードは、前記送信機が前記第1の送信アンテナおよび前記第2の送信アンテナの電力レベルを調整するために、前記送信機が前記動作のモードで動作している間の前記測定の変化に基づいて、前記送信機によってスイッチングされる、方法。
  8. 前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つを介して、前記第1のワイヤレス場の第1のフラックス位相もしくは第1のフラックス強度、または前記第2のワイヤレス場の第2のフラックス位相もしくは第2のフラックス強度のうちの少なくとも1つを調整するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記第1のワイヤレス場の第1のフラックス位相もしくは第1のフラックス強度のうちの少なくとも1つを調整するステップは、前記第1のフラックス位相が前記第2のフラックス位相と実質的に反対で、かつ前記第1のワイヤレス場および前記第2のワイヤレス場のフラックス線が連続的であり閉ループで存在するように、前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの前記少なくとも1つを介して、前記第1のワイヤレス場の前記第1のフラックス位相、または前記第2のワイヤレス場の前記第2のフラックス位相のうちの前記少なくとも1つを調整するステップを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナと、前記少なくとも1つの受信機との間の通信リンクを確立するステップと、
    前記通信リンクを介して前記少なくとも1つの受信機から少なくとも1つの充電要件を受け取るステップと、
    前記少なくとも1つの受信機から受け取った前記少なくとも1つの充電要件に少なくとも部分的に基づいて前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナのうちの少なくとも1つの位相を設定するステップと
    をさらに含む、請求項7に記載の方法。
  11. 前記第1の送信アンテナまたは前記第2の送信アンテナと、別の受信機との間の別の通信リンクを確立するステップと、
    前記別の通信リンクを介して前記別の受信機から少なくとも別の充電要件を受け取るステップと、
    前記第1のワイヤレス場を介して前記少なくとも1つの受信機にエネルギーを伝達するために前記第1の送信アンテナを作動させるステップと、
    前記第2のワイヤレス場を介して前記別の受信機にエネルギーを伝達するために前記第2の送信アンテナを作動させるステップと
    をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  12. 実行される際に、装置に、請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実行させるコードを含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
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