JP2013514748A - 回転アンテナを備えたワイヤレス充電器 - Google Patents

Abstract

例示的な実施形態は、ワイヤレス電力を対象としている。本方法は、少なくとも一つの充電式電子デバイスをホルダー内に収容することに応じて、その少なくとも一つの充電式電子デバイスの受信アンテナに対する直交性を低減するように少なくとも一つの送信アンテナを再配向することを含み得る。本方法は、少なくとも一つの送信アンテナから受信アンテナにワイヤレス電力伝送を行うことを更に含み得る。

Description

［米国特許法第１９９条（ｅ）に基づく優先権主張］
本願は、その全開示が参照として本願に組み込まれる２００９年９月１７日出願の“ＳＷＩＮＧＡＢＬＥ ＭＡＧＮＥＴＩＣＡＬＬＹ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＡＮＴＥＮＮＡ ＦＯＲ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＨＡＲＧＩＮＧ”という名称の米国仮出願第６１／２４３４４２号の米国特許法第１９９条（ｅ）に基づく優先権を主張する。

本発明は、一般的にワイヤレス電力に係り、特にワイヤレス充電中のアンテナの向きに関する。

典型的に、バッテリ式デバイスは、それ自体の充電器及び電源（通常はＡＣ電源出力）を必要とする。これは、多くのデバイスを充電する必要がある場合に扱い難くなる。

トランスミッタと充電されるデバイスとの間のエア電力伝送を用いる方法が開発されている。これらは一般的に二つのカテゴリーに分けられる。一つは、充電されるデバイス（放射電力を収集しそれをバッテリ充電用に整流する）に対する送信アンテナと受信アンテナとの間の平面波放射（ファーフィールド放射とも称される）の結合に基づく。アンテナは、結合効率を改善するために、一般的に共鳴長のものである。この方法は、電力結合がアンテナ間の距離と共に急速に落ち込むという問題を抱えている。よって、妥当な距離以上（例えば、＞１〜２ｍ）での充電が難しくなる。更に、システムは平面波を放射するので、フィルタリングによって適切に制御しないと、意図していない放射が他のシステムと干渉し得る。

他の方法は、例えば“充電”マット又は表面に埋め込まれた送信アンテナと、充電されるホストデバイスに埋め込まれた受信アンテナ及び整流回路との間の誘導結合に基づく。この方法は、送信アンテナと受信アンテナとの間隔が非常に近くなければならない（例えば数ｍｍ）という欠点を有する。この方法は、同じ領域内の複数のデバイスを同時に充電する性能を有するが、この領域は典型的に小さく、使用者は特定の領域にデバイスを置かなければならない。

米国特許出願公開第２００５／１２２０５８号明細書 英国特許出願公開第２４１８３０６号明細書 独国特許出願公開第１０２１８１２４号明細書

ワイヤレス電力伝送に対して、改善された効率で受信デバイスにワイヤレス電力を送信及び中継するシステム及び方法が必要とされている。また、異なる環境に適応して電力伝送特性を最適化するためにアンテナの動作特性を調整することも必要とされている。

ワイヤレス電力伝送システムの簡略化したブロック図を示す。 ワイヤレス電力伝送システムの簡略化した概略図を示す。 本発明の例示的な実施形態において用いられるループアンテナの概略図を示す。 本発明の例示的な実施形態に係るトランスミッタの簡略化したブロック図である。 本発明の例示的な実施形態に係るレシーバの簡略化したブロック図である。 トランスミッタとレシーバとの間のメッセージングを実行するための送信回路の一部の簡略化した概略図を示す。 本発明の例示的な実施形態に係る送信アンテナを含む自動車のコンソールを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る自動車のコンソールの複数のホルダーと、ホルダーと共に挿入される挿入可能スリーブとの図である。 本発明の例示的な実施形態に係る送信アンテナを含むホルダーを示す。 充電式電子デバイスを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る送信アンテナを含むホルダー内部の充電式電子デバイスを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る少なくとも一つの送信アンテナをその上に有する偏向可能板を含むホルダーを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る偏向位置のホルダーを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る偏向位置のホルダー内部の充電式電子デバイスを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る偏向位置のホルダー内部の複数の充電式電子デバイスを示す。 本発明の例示的な実施形態に係る他の方法を示すフローチャートである。

添付図面に関連する以下の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明のためのものであり、本発明を実施することができる唯一の実施形態を示すものではない。本説明全体にわたって用いられる“例示的”との用語は、“例となる”ことを意味し、他の例示的な実施形態に対して好ましい又は有利であるとして必ずしも解釈されるものではない。詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を提供するための具体的な詳細を含む。当業者には、本発明の例示的な実施形態が、そうした具体的な詳細がなくても実施可能であることは明らかである。一部例では、本願で与えられる例示的な実施形態の新規性が曖昧になることを避けるために、周知の構造及びデバイスがブロック図で示される。

“ワイヤレス電力”との用語は、電場、磁場、電磁場に関する何らかのエネルギー、又は、物理的な電磁伝導体を用いずにトランスミッタからレシーバまで伝送される何らかのエネルギーを意味するものとして用いられる。

図１は、本発明の多様な例示的実施形態に係るワイヤレス伝送又は充電システム１００を示す。入力電力１０２は、エネルギー伝送を提供するために放射場１０６を発生させるトランスミッタ１０４に供給される。レシーバ１０８は、放射場１０６に結合して、出力電力１１０を発生させ、出力電力１１０に結合されたデバイス（図示せず）によって貯蔵又は消費される。トランスミッタ１０４及びレシーバ１０８は距離１１２によって離隔されている。例示的な一実施形態では、トランスミッタ１０４及びレシーバ１０８は相互共鳴の関係に従って構成され、レシーバ１０８の共鳴周波数及びトランスミッタ１０４の共鳴周波数が非常に近く、レシーバ１０８が放射場１０６の“ニアフィールド”内に配置されている場合、トランスミッタ１０４とレシーバ１０８との間の伝送損失が最小となる。

トランスミッタ１０４は、エネルギー送信のための手段を提供する送信アンテナ１１４を更に含み、レシーバ１０８は、エネルギー受信のための手段を提供する受信アンテナ１１８を更に含む。送信アンテナ及び受信アンテナは、関連する応用及びデバイスに応じたサイズにされる。上述のように、効率的なエネルギー伝送は、電磁波のエネルギーの大半をファーフィールドに伝播させるのではなくて、送信アンテナのニアフィールド内のエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって生じる。このニアフィールドにおいて、結合モードが送信アンテナ１１４と受信アンテナ１１８との間に展開され得る。このニアフィールド結合が生じ得るアンテナ１１４及び１１８の周囲の領域は、本願において、結合モード領域と称される。

図２は、ワイヤレス電力伝送システムの簡略化した概略図を示す。トランスミッタ１０４は、発振器１２２と、電力増幅器１２４と、フィルタ及び整合回路１２６とを含む。発振器は、所望の周波数で信号を発生させるように構成されて、その信号は、調整信号１２３に応じて調整され得る。発振器の信号は、制御信号１２５に応じた増幅量で電力増幅器１２４によって増幅され得る。フィルタ及び整合回路１２６は、高調波又は他の望ましくない周波数をフィルタリングして除去し、トランスミッタ１０４のインピーダンスを送信アンテナ１１４に整合させるために含まれ得る。

レシーバ１０８は、整合回路１３２と、整流及びスイッチング回路１３４とを含み得て、図２に示されるようなバッテリ１３６を充電するための、又はレシーバに結合されたデバイス（図示せず）に電力供給するためのＤＣ電力出力を発生させる。整合回路１３２は、レシーバ１０８のインピーダンスを受信アンテナ１１８に整合させるために含まれ得る。レシーバ１０８及びトランスミッタ１０４は、別個の通信チャネル１１９（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ、セルラー等）で通信し得る。

図３に示されるように、例示的な実施形態で用いられているアンテナは、“ループ”アンテナ１５０として構成され得て、これは、本願において、“磁気”アンテナとも称される。ループアンテナは、空気コア又は物理的コア（フェライトコア等）を含むように構成され得る。空気コアのループアンテナは、コアの近傍に配置された外部の物理的デバイスに対してより耐性があり得る。更に、空気コアのループアンテナは、他の構成要素をコア領域内部に配置することを許容する。また、空気コアのループは、送信アンテナ１１４（図２）の結合モード領域がより強力になり得る送信アンテナ１１４（図２）の面内に受信アンテナ１１８（図２）を配置することをより容易に可能にし得る。

上述のように、トランスミッタ１０４とレシーバ１０８との間の効率的なエネルギー伝送は、トランスミッタ１０４とレシーバ１０８との間の整合した又はほぼ整合した共鳴中に生じる。しかしながら、トランスミッタ１０４とレシーバ１０８との間の共鳴が整合されないとしても、エネルギーは低効率で伝送され得る。エネルギーを送信アンテナから自自由空間内に伝播させるのではなくて、送信アンテナのニアフィールドから、そのニアフィールドが確立されている近傍に存在している受信アンテナにエネルギーを結合することによって、エネルギー伝送が生じる。

ループアンテナ又は磁気アンテナの共鳴周波数は、インダクタンス及びキャパシタンスに基づく。ループアンテナ内のインダクタンスは、一般的には単純に、ループによって生成されるインダクタンスであるが、キャパシタンスが一般的にはループアンテナのインダクタンスに加えられて、所望の共鳴周波数において共鳴構造を生成する。非限定的な例として、キャパシタ１５２及びキャパシタ１５４がアンテナに加えられ得て、共鳴信号１５６を発生させる共鳴回路を生成する。従って、より大きな直径のループアンテナに対して、ループの直径又はインダクタンスが増大すると、共鳴を誘起するのに必要なキャパシタンスのサイズが減少する。更に、ループアンテナ又は磁気アンテナの直径が増大すると、ニアフィールドの効率的なエネルギー伝送領域が増大する。勿論、他の共鳴回路も可能である。他の非限定的な例として、キャパシタが、ループアンテナの二つの端子の間に並列に配置され得る。また、当業者は、送信アンテナについて、共鳴信号１５６がループアンテナ１５０に対する入力となり得ることを認識されたい。更に、他のワイヤレス電力結合モードが想定されて、電磁誘導及び、電磁波エネルギー伝播の他の密接に結合した形態が挙げられる。

図４は、本発明の例示的な実施形態に係るトランスミッタ２００の簡略化したブロック図である。トランスミッタ２００は、送信回路２０２及び送信アンテナ２０４を含む。一般的に、送信回路２０２は、送信アンテナ２０４の周囲にニアフィールドエネルギーを発生させる振動信号を提供することによって、送信アンテナ２０４にＲＦ電力を提供する。例えば、トランスミッタ２００は、１３．５６ＭＨｚのＩＳＭバンドで動作し得る。

例示的な送信回路２０２は、送信回路２０２のインピーダンス（例えば５０オーム）を送信アンテナ２０４に整合させるための固定インピーダンス整合回路２０６と、高調波放射を、レシーバ１０８（図１）に結合されたデバイスの自己ジャミングを防止するレベルにまで低減するように構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ，ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）２０８とを含む。他の例示的な実施形態は、異なるフィルタトポロジーを含み得て、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が挙げられるがこれに限定されるものではなく、また、アンテナへの出力電力や電力増幅器によるＤＣ電流引き込み等の測定可能な送信計量基準に基づいて変更可能な適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路２０２は、発振器２１２によって決められるようなＲＦ信号を駆動するように構成された電力増幅器２１０を更に含む。送信回路は、個別デバイス若しくは回路で構成され得て、又は代わりに、集積アセンブリで構成され得る。送信アンテナ２０４からの例示的なＲＦ電力出力は、２．５ワットのオーダであり得る。

送信回路２０２は、制御装置２１４を更に含み、その制御装置２１４は、特定のレシーバに対する送信フェイズ（又はデューティサイクル）中に発振器２１２を有効にして、発振器の周波数を調整して、また、取り付けられたレシーバを介して隣接するデバイスと相互作用するように通信プロトコルを実行する出力電力レベルを調整する。

送信回路２０２は、送信アンテナ２０４によって発生させたニアフィールド近傍におけるアクティブなレシーバの存在又は不存在を検出するための負荷感知回路２１６を更に含み得る。例えば、負荷感知回路２１６は、送信アンテナ２０４によって発生させたニアフィールド近傍におけるアクティブなレシーバの存在又は不存在の影響を受ける電力増幅器２１０に流れる電流をモニタリングする。電力増幅器２１０に対する負荷の変化の検出は、アクティブなレシーバと通信するためにエネルギーを伝送するように発振器２１２を有効にするかどうかを決定するため、制御装置２１４によってモニタリングされる。

送信アンテナ２０４は、抵抗損失を低く保つように選択された厚さ、幅及び金属タイプを備えたアンテナストリップとして実現され得る。従来の実施では、送信アンテナ２０４は、一般的に、テーブル、マット、ランプ、又は他の携帯に向かない構成等のより大きな構造と関連して構成され得る。従って、送信アンテナ２０４は、一般的には、実用的な寸法であるようにするための“巻き”を必要としない。送信アンテナ２０４の例示的な実施は、“電気的に小さい”（つまり波長のわずかな一部）ものであり得て、キャパシタを用いて共鳴周波数を定めることによってより低い使用可能な周波数において共鳴するように同調される。送信アンテナ２０４の直径又は辺の長さ（正方形ループの場合）が、受信アンテナと比較して大きくなり得る（例えば０．５０メートル）例示的な応用では、送信アンテナ２０４は、共鳴キャパシタンスを得るために多くの巻き数を必ずしも必要としない。

トランスミッタ２００は、トランスミッタ２００に関連し得るレシーバデバイスの所在及びステータスについての情報を収集及び追跡し得る。従って、トランスミッタ回路２０２は、制御装置２１４（本願においてプロセッサとも称される）に接続された存在検出器２８０、密閉検出器（ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）２９０、又はこれらの組み合わせを含み得る。制御装置２１４は、存在検出器２８０及び密閉検出器２９０からの存在信号に応じて増幅器２１０によって伝達される電力量を調整し得る。トランスミッタは、複数の電源を介して電力を受け取り得て、それら複数の電源として、例えば、建物内に存在する従来のＡＣ電力を変換するＡＣ‐ＤＣ変換器（図示せず）、トランスミッタ２００に適した電圧に従来のＤＣ電源を変換するＤＣ‐ＤＣ変換器（図示せず）が挙げられ、又は、トランスミッタは従来のＤＣ電源（図示せず）から直接電力を受け取り得る。

図５は、本発明の例示的な実施形態に係るレシーバ３００の簡略化したブロック図である。レシーバ３００は、受信回路３０２及び受信アンテナ３０４を含む。更に、レシーバ３００は、受信した電力の供給先であるデバイス３５０に結合する。レシーバ３００は、デバイス３５０の外部に存在するものとして示されているが、デバイス３５０に集積可能でもある点に留意されたい。一般的に、エネルギーは、ワイヤレスで受信アンテナ３０４に伝播し、受信回路３０２を介してデバイス３５０に結合される。

受信アンテナ３０４は、送信アンテナ２０４（図４）と同じ周波数又はほぼ同じ周波数で共鳴するように同調される。受信アンテナ３０４は、送信アンテナ２０４と同様の寸法にされ得て、又は関連するデバイス３５０の寸法に基づいて異なる寸法にされ得る。例えば、デバイス３５０は、送信アンテナ２０４の直径又は長さよりも小さな直径又は長さを有する携帯型電子デバイスであり得る。このような例では、同調キャパシタ（図示せず）のキャパシタンス値を減少させて、受信アンテナのインピーダンスを増大させるために、受信アンテナ３０４は、多重巻きアンテナとして実現され得る。例えば、アンテナの直径を最大化して、受信アンテナのループの巻きの数（つまり、巻き数）及び巻き間のキャパシタンスを減少させるために、受信アンテナ３０４は、デバイス３５０の実質的な周囲に配置され得る。

受信回路３０２は、受信アンテナ３０４にインピーダンス整合を提供する。受信回路３０２は、受信したＲＦエネルギー源をデバイス３５０によって使用される充電電力に変換するための電力変換回路３０６を含む。電力変換回路３０６は、ＲＦ‐ＤＣ変換器３０８を含み、またＤＣ‐ＤＣ変換器３１０も含み得る。ＲＦ‐ＤＣ変換器３０８は、受信アンテナ３０４で受信したＲＦエネルギー信号を非交流電力に整流し、ＤＣ‐ＤＣ変換器３１０は、整流したＲＦエネルギー信号を、デバイス３５０に適合するエネルギーポテンシャル（例えば電圧）に変換する。多様なＲＦ‐ＤＣ変換器が想定され、部分整流器、全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、リニアコンバータ、スイッチングコンバータが挙げられる。

受信回路３０２は、受信アンテナ３０４を電力変換回路３０６に接続するための、又は代わりに電力変換回路３０６との接続を切るためのスイッチング回路３１２を更に含み得る。電力変換回路３０６から受信アンテナ３０４の接続を切ることは、デバイス３５０の充電を中断するだけではなく、トランスミッタ２００（図２）が“経験”する“負荷”を変化させる。

上述のように、トランスミッタ２００は、トランスミッタの電力増幅器２１０に提供されるバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路２１６を含む。従って、トランスミッタ２００は、レシーバがトランスミッタのニアフィールドに存在するかを求める機構を有する。

複数のレシーバ３００がトランスミッタのニアフィールド内に存在する場合、一つ以上のレシーバのローディング及びアンローディングを時分割多重化して、他のレシーバがより効率的にトランスミッタに結合できるようにすることが望ましくなり得る。他の近隣のレシーバへの結合を排除するため、又は近隣のトランスミッタに対するローディングを低減するために、レシーバがクローキングされ得る。レシーバの“アンローディング”は、本願において“クローキング”とも称される。更に、レシーバ３００によって制御されトランスミッタ２００によって検出されるアンローディングとローディングとの間のこのスイッチングは、後述のように、レシーバ３００からトランスミッタ２００への通信機構を提供する。また、プロトコルがスイッチングに関連し得て、レシーバ３００からトランスミッタ２００へのメッセージの送信を可能にする。例えば、スイッチング速度は１００μ秒のオーダであり得る。

例示的な実施形態では、トランスミッタとレシーバとの間の通信は、従来の二方向通信ではなくて、デバイス感知及び充電制御機構のことである。言い換えると、トランスミッタは、送信された信号のオン／オフキーイングを用いて、エネルギーがニアフィールドにおいて利用可能であるかどうかを調整する。レシーバは、エネルギーの変化をトランスミッタからのメッセージとして解釈する。レシーバ側から、レシーバは、レシーバアンテナの同調及び離調を用いて、どれ位の電力がニアフィールドから受け入れられるかを調整する。トランスミッタは、ニアフィールドから用いられる電力の差を検出して、その変化をレシーバからのメッセージとして解釈する。

受信回路３０２は、受信されたエネルギー変動を識別するのに用いられる信号伝達検出器及びビーコン回路３１４を更に含み得て、その変動は、トランスミッタからレシーバへの情報信号伝達に対応し得る。更に、信号伝達及びビーコン回路３１４を用いて、低減されたＲＦ信号エネルギー（つまりビーコン信号）の伝送を検出し、低減されたＲＦ信号エネルギーを公称電力に整流して、ワイヤレス充電用に受信回路３０２を構成するために、受信回路３０２内部の電力供給されていない又は電力の枯渇した回路を呼び起こし得る。

受信回路３０２は、本願で説明されるスイッチング回路３１２の制御を含む本願で説明されるレシーバ３００のプロセスの調整用のプロセッサ３１６を更に含む。充電電力をデバイス３５０に供給する外部の有線充電源（例えばコンセント／ＵＳＢ電源）の検出を含む他の事象の発生時にも、レシーバ３００のクローキングが生じ得る。プロセッサ３１６は、レシーバのクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を決定してトランスミッタから送信されたメッセージを取り出すために、ビーコン回路３１４をモニタリングし得る。プロセッサ３１６は、性能を改善するためにＤＣ‐ＤＣ変換器３１０も調整し得る。

図６は、トランスミッタとレシーバとの間のメッセージングを実行するための送信回路の一部の簡略化した概略図を示す。本発明の一部例示的な実施形態では、通信手段が、トランスミッタとレシーバとの間で有効にされ得る。図６において、電力増幅器２１０は、受信アンテナ２０４を駆動させて、放射場を発生させる。電力増幅器は、送信アンテナ２０４に対して所望の周波数で振動しているキャリア信号２２０によって駆動される。送信変調信号２２４を用いて、電力増幅器２１０の出力を制御する。

送信回路は、電力増幅器２１０に対するオン／オフキーイングプロセスを用いることによって、レシーバに信号を送信することができる。言い換えると、送信変調信号２２４がアサートされると、増力増幅器２１０は、送信アンテナ２０４に対してキャリア信号２２０の周波数を送り出す。送信変調信号２２４がネゲートされると、電力増幅器は、送信アンテナ２０４に対して周波数を送り出さない。

図６の送信回路は、電力増幅器２１０に電力を供給して、受信信号２３５の出力を発生させる負荷感知回路２１６も含む。負荷感知回路２１６において、レジスタＲ_ｓにわたる電圧降下が、信号２２６の電力と、電力増幅器２１０に向かう電力供給２２８との間で生じる。電力増幅器２１０によって消費される電力の変化は、差動増幅器２３０によって増幅される電圧降下の変化をもたらす。送信アンテナがレシーバ（図６に示さず）の受信アンテナと結合モードにある場合、電力増幅器２１０によって引き込まれる電流の量が変化する。言い換えると、結合モード共鳴が送信アンテナ２０４に対して存在していない場合、放射場を駆動するのに必要な電力は第一の量である。結合モード共鳴が存在している場合、電力の大部分が受信アンテナ内に結合されているので、電力増幅器２１０によって消費される電力量は上昇する。従って、受信信号２３５は、送信アンテナ２３５に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、また、受信アンテナから送信された信号を検出することもできる。更に、レシーバの電流引き込みの変化は、トランスミッタの電流増幅器の電流引き込みにおいて観測可能であり、この変化を用いて、受信アンテナからの信号を検出することができる。

ワイヤレス充電システムは、送信モジュール及び受信モジュールで構成される。送信モジュールは、ＤＣ信号をＲＦ信号に変換して、それを磁気共鳴アンテナに伝達し得る。受信モジュールは、充電されるデバイス上に位置して、送信モジュールによって提供されたエネルギーを捕獲し、それをＤＣ信号に変換し、それを充電されるデバイス内に位置する再充電式バッテリに伝達し得る。ワイヤレス充電システムに関連する課題の一つは、受信アンテナ及び送信アンテナを短い距離（例えば１インチ）しか離すことができないという要求である。また、受信モジュールと送信モジュールとの間の許容可能な電力伝送効率を保証するために、受信アンテナ及び送信アンテナが相対的に平行であることが期待される。

場合によっては、充電されるデバイスを送信パッド上に平らに置くことが不可能である。例えば、車両内の実質的に円形の“カップホルダー”等のホルダーは、ワイヤレス充電システムを実現するのに絶好の場所である。使用者は、カップホルダー内に電話を入れ、その電話は、カップホルダー内に埋め込まれた送信モジュール及びアンテナによって充電される。問題は、電話の長さが通常はカップホルダーのベースの直径よりも長くて、電話をカップホルダーのベースに対して直立にするか傾けることになる点である。少なくとも一つの特定の向きにおいて、ワイヤレス充電器が電話を適切に充電することができなくなる可能性が非常に高い（例えば、電話は直立に近い場合には充電されない）。多様な解決策として、（１）工業デザインによってレシーバの配置を制約すること、（２）受信アンテナ及び送信アンテナを平行に配置する手段（例えばより大きな送信パッド）を提供することが挙げられる。

図７Ａは、例えば、自動車のコンソール７００の中又は上のアンテナ７０２の例示的な実施形態を示す。自動車のカップホルダーが示されているが、あらゆる形状のカップ、容器、キャビティ、又は自動車、椅子、ホルスター、保管場所、オーガナイザー等の中に構成された他の支持構造も、本発明の多様な例示的実施形態において想定される。こうした例示的な実施形態では、送信アンテナ７０２は、コンソール７００の一部（つまり、自動車部品）として元々製造されるか、又は、送信アンテナ７０２は、コンソール７００の中又は上に配置されるか若しくはコンソール７００に組み込まれ得る。更に、図７Ｂを参照すると、後述されるように、カップホルダー８２４は、矢印７０１によって示されるように、カップホルダー７０４内部に配置可能な挿入可能スリーブを備え得る。こうした例示的な実施形態は、使用者（つまり、運転者又は同乗者）が、運転中に便利で安全な方法で電子デバイスを充電することを可能にする。例示的な実施形態では、カップホルダー７０４は、多くの使用者（つまり、運転者又は同乗者）が、運転中に自身の携帯型電子機器を既に配置している自然な場所に存在している。カップホルダー７０４をワイヤレス充電領域に変換することは、消費者が自身の機器を自然で便利は方法で充電することを可能にする。

非限定的な例として、アンテナ７０２は、カップホルダー７０４の底に位置するカップホルダー７０４のベース内に集積されるか、又は、後述のように、可動プレートに取り付けられて、その中に結合モード領域を形成し得る。図８は、カップホルダー７２４及びワイヤレス充電を容易にするレジデント素子の詳細な斜視図を示す。送信アンテナ７２２は、フィードライン７２６に結合されたものとして示されていて、そのフィードライン７２６は、図４の送信回路２０２等の送信回路に更に結合される。図８は、カップホルダー７２４の底部表面に実質的に平行な実質的に副面７２８の周りに構成された送信アンテナ７２２を示す。これに限定されるものではないが、カップホルダーは、シリンダーの底部の直径よりも高い側部を備えたシリンダー状を呈するカップ等の適用デバイス用に実質的にシリンダー状を呈する傾向がある。カップホルダー７２４は、取り扱われるように構成された電子デバイス等の他の同じ寸法のデバイスを収容及び保持するように実質的に適応している。

図９は、図５の充電デバイス３５０等の例示的な携帯型電子デバイス７４０を示し、その例として、携帯電話、オーディオビジュアルデバイス等が挙げられる。電子デバイス７４０は、フィードライン７５２に結合された受信アンテナ７５０を含み、そのフィードライン７５２は図５の受信回路３０２に更に結合する。ワイヤレス電力結合効率を最大化しようとする場合、受信アンテナ７５０は、受信アンテナ７５０によって形成されるループの面積を増大させるために主面７５４に沿って実質的に構成される。電子デバイス７４０の携帯性のため、電子デバイスは、主面７５４に沿った主寸法と副面７５６に沿った副寸法によって形成された形状因子を更に含む。

図１０は、本発明の例示的な実施形態に係る電子デバイス７４０とカップホルダー７２４との間の共同配置を示す。ワイヤレス充電のため、電子デバイス７４０は、カップホルダー７２４の主寸法（つまり高さｈの寸法）及び副面７２８がカップホルダー７２４と実質的に平行な向きで電子デバイス７４０を保持するような機械的支持を提供する配置で、カップホルダー７２４内に配置される。図１０に見て取れるように、カップホルダー７２４の送信アンテナ７２２は実質的に水平面内に存在するものとして示されている一方、電子デバイス７４０の受信アンテナ７５０は、実質的に直交面内に、つまり実質的に垂直面内に存在するものとして示されている。従って、送信アンテナ７２２と受信アンテナ７５０との間の実質的に直交する向きが、送信アンテナ７２２と受信アンテナ７５０との間の結合効率の減少をもたらす。

図１１は、本発明の例示的な実施形態に係るワイヤレス電力を共同的に伝送するカップホルダーを示す。上述のように、送信アンテナと受信アンテナが相対的に平行であり、送信回路と受信回路との間の許容可能な電力伝送効率を保証する場合に、トランスミッタとレシーバとの間の許容可能なワイヤレス電力伝送効率が生じる。カップホルダーと携帯型電子デバイスの従来の寸法に起因する多様な動作構成においては、充電される電子デバイスを送信アンテナの表面に対して平らに置くことは不可能である。

図１１において、カップホルダー８２４は、カップホルダー８２４内部に構成された偏向可能板８３０を含むように更に構成される。偏向可能板８３０は、カップホルダー８２４内部を可動し、カップホルダー８２４の副面８２８と平行ではない面内に偏向（つまり再配向）するように構成される。偏向可能板８３０は、フィードライン８２６に結合された送信アンテナ８２２を更に含み、そのフィードライン８２６は、図４の送信回路２０２等の送信回路に更に結合する。偏向可能板８３０は、電子デバイスの受信アンテナの面にあまり直交せずより平行な面に送信アンテナ８２２を向ける。

例示的な一実施形態では、偏向可能板８３０は、使用されていない間は副面８２８から伸ばされたままであり、カップや他の同様の寸法のデバイス等の非充電式デバイスを収容している間は副面８２８近くに圧縮する。偏向可能板８３０は、一つ以上の保持デバイス８３２を用いることによって、カップホルダー８２４内部の特定の向きを維持し得て、その保持デバイス８３２は、バネ、液体ショック又はガスショック、磁石、重力の影響を受けるカウンターウェイト等を用いた他の機械的手段等を備え得る。

他の例示的な実施形態では、カップホルダー８２４は、パッシブホルダー（例えば、従来のカップホルダー）等の既存の又は従来型のホルダーを組み込むことができる挿入可能スリーブである。送信回路２０２に供給されるＡＣ又はＤＣ入力電力を、例えば、“シガレットライター”等の従来の自動車のＤＣ源から受け取ることができる。

更に他の例示的な実施形態では、受信アンテナ８２２は、リピーターアンテナ（例えば、寄生アンテナやパッシブアンテナ）として構成される。このような例示的な実施形態では、送信回路２０２からのフィードライン８４６（フィードライン８２６はこの実施形態では送信アンテナ８２２から接続を切られている）によって駆動される励起送信アンテナ８４４が、リピーターアンテナとして構成されたパッシブ送信アンテナ８２２において再生成されるフィールド励起を提供する。この例示的な実施形態では、リピーターとして機能して送信アンテナから受信アンテナに向かう電力の流れを増強する追加のアンテナを結合アンテナのシステム内に導入することによって、ワイヤレス電力が、二つのアンテナ間のニアフィールド電力伝送に従って伝送される。システムの送信アンテナ及び受信アンテナに結合する一つ以上の追加のアンテナが使用される。これらの追加のアンテナは、アクティブアンテナ又はパッシブアンテナ等のリピーターアンテナを備える。パッシブアンテナは、単純に、アンテナループと、アンテナの共鳴周波数を同調するための容量性素子とを含み得る。アクティブ素子は、アンテナループ及び一つ以上の同調キャパシタに加えて、リピートされたニアフィールド放射の強度を増大させるための増幅器を含み得る。リピーターアンテナは、送信アンテナからの結合モード領域を再集束及び再成形して、リピーターアンテナの周りに第二の結合モード領域を生成し得て、これは、エネルギーを受信アンテナに結合するのにより適したものとなり得る。

図１２は、本発明の例示的な実施形態に係る偏向された（つまり再配向された）位置のカップホルダーを示す。カップホルダー８２４内において、偏向可能板８３０は、副面８２８に対して偏向状態にある。非限定的な例において、偏向可能板８３０は、軸８３４周りに回転又は偏向（つまり再配向）しているものとして示されていて、偏向可能板８３０の一部８３６は一方向（例えば上方）に偏向又は回転していて、偏向可能板８３０の他の部分８３８は逆方法（例えば下方）に偏向又は回転している。

他の例示的な実施形態では、軸８３４が、ずらされて、又は偏向可能板８３０の一端の上に配置され得て、偏向可能板８３０が、“トラップドア”として機能するようにされて、実質的に部分８３６、８３８全体が、同じ方向に偏向（つまり再配向）又は回転する。更なる例示的な実施形態では、カップホルダー８２４は一つ以上のバネ８４２を含み得て、そのバネ８４２は、図１１に関して上述したように、偏向可能板８３０が偏向されていない位置にある際に、偏向可能板８３０を副面８２８から伸ばしたままにする機能を果たし得る。

更に他の例示的な実施形態では、バネ８４２は、偏向可能板８３０の部分８３６、８３８の偏向（つまり再配向）を補助する、又は偏向（つまり再配向）を妨げるように構成され得る。更に、バネ８４２は、軸８３４に沿った旋回点周りに取り付けられた回転バネであり得る。更に他の例示的な実施形態では、一つ以上の留め具８４０が、偏向板８３０の過度の動きを制限するように含まれ得る。更に他の例示的な実施形態では、偏向板８３０の回転が一つ以上の留め具８４０によって過度の回転から抑制されている際に、重力が偏向されていない偏向板８３０を副面８２８に対して実質的に平行な位置に維持することができるだけ十分に、軸８３４が、平衡位置８３６及び８３８からずらされ得る。

図１３は、本発明の例示的な実施形態に係る電子デバイス７４０とカップホルダー８２４との間の共同配置を示す。ワイヤレス充電のため、電子デバイス７４０は、偏向板８３０が偏向している又は偏向から恩恵を受けている（カップホルダー８２４内への電子デバイス７４０の挿入の前に偏向が初期化されている場合）カップホルダー８２４内に置かれていて、送信アンテナ８２２の回転が、電子デバイス７４０の受信アンテナ７５０の面により平行になる。上述のように、充電デバイスの送信アンテナ８２２及び電子デバイス７４０の受信アンテナ７５０を相対的に平行に配置することによって、ワイヤレス電力伝送の電力伝送効率が改善される。

例示的な一実施形態では、偏向プレート８３０は、カップホルダー８２４内への電子デバイス７４０の挿入に応じて部分的に偏向（つまり再配向）し、カップホルダー８２４がそこに挿入された電子デバイス７４０に対する機械的支持を提供する。他の例示的な実施形態では、偏向板８３０は、カップホルダー８２４内部の電子デバイス７４０に対する機械的支持を提供する。上述のように、偏向プレート８３０は、受信アンテナ７５０に対して平行な面内に完全に偏向しないものであり得るが、受信アンテナ７５０に対する直交関係から離れた送信アンテナ８２２の部分的な偏向でも、電子デバイス７４０に対するワイヤレス電力の結合及び伝送の改善がもたらされる。

図１４は、本発明の例示的な実施形態に係る複数の電子デバイス７４０Ａ、７４０Ｂとカップホルダー９２４との共同配置を示す。ワイヤレス充電のため、偏向プレート９３０がカップホルダー９２４内に構成されて、その偏向プレート９３０の適切な偏向によって、複数の電子デバイス７４０Ａ、７４０Ｂのワイヤレス充電用のためにそれら複数の電子デバイス７４０Ａ、７４０Ｂの挿入を可能にする。例示的な一実施形態では、偏向板９３０は、二つの電子デバイス７４０Ａ、７４０Ｂを収容するために、カップホルダー９２４を二つの部分に実質的に等しく分ける。

他の例示的な実施形態では、それらの部分は、大きな電子デバイス７４０Ａ（例えば携帯型トランシーバ）と小さい電子デバイス７４０Ｂ（例えばメディアプレーヤー）等の異なるサイズのデバイスを収納するために、カップホルダー９２４内部において等しくないものであり得る。他の例示的な実施形態では、電子デバイス７４０の充電が、時間領域又は他の充電プロファイルに従って起こり得る。また、更なる例示的な実施形態は、偏向板９３０の両側に送信アンテナ（図示せず）を含んだ偏向板９３０を含み得る。

図１５は、一以上の例示的な実施形態に係る方法９５０を示すフローチャートである。方法９５０は、少なくとも一つの充電式電子デバイスをホルダー内に収容するのに応じてその少なくとも一つの充電式電子デバイスの受信アンテナに対する直交性を低減するように少なくとも一つの送信アンテナを再配向することを含み得る（参照符号９５２で示す）。方法９５０は、少なくとも一つの送信アンテナから受信アンテナにワイヤレス電力伝送を行うことを更に含み得る（参照符号９５４で示す）。

ワイヤレス充電用のスイング可能又は偏向可能（つまり、再配向可能）な磁気共鳴アンテナを対象とした多様な例示的な実施形態について説明してきた。本発明のこれらの例示的な実施形態は、受信アンテナを固定アンテナの上に（又は平行に）配置することが難しいワイヤレス充電システムに対する改善を提供する。

当業者は、多様な技術及び方法を用いて情報及び信号が表され得ることを理解されたい。例えば、上記説明全体にわたって参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップは、電圧、電流、電磁波、磁場若しくは磁気粒子、光場若しくは光粒子、又はこれらの組み合わせによって表され得る。

更に、当業者は、本願で開示される例示的実施形態に関して説明される多様な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、アルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組み合わせとして実施され得る点を理解されたい。ハードウェア及びソフトウェアのこの可換性を明確に示すため、多様な例示的構成要素、ブロック、モジュール、回路及びステップは、それらの機能性に関して一般的に上述されている。このような機能性がハードウェアとして実施されるかソフトウェアとして実施されるかは、具体的な応用、及びシステム全体に課される設計の制約に依存する。当業者は、各特定の応用に対して異なった方法で説明された機能性を実施することができるものであるが、そのような実施の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲から逸脱するものではない。

本願で説明される例示的な実施形態に関する多様な例示的な論理ブロック、モジュール及び回路は、本願で説明される機能を果たすように設計された汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲート若しくはトランジスタロジック、個別ハードウェア部品、又はこれらの組み合わせで実現又は実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代わりに、プロセッサは、従来のプロセッサ、制御装置、マイクロコントローラ、又は状態機械であり得る。プロセッサは、計算デバイスの組み合わせとしても実現され得て、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアを組み合わせた一つ以上のマイクロプロセッサ、又はこうしたものの他の構成が挙げられる。

本願で開示される例示的な実施形態に関連して説明される方法又はアルゴリズムのステップは、ハードウェアにおいて直接、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において、又は両者の組み合わせにおいて直接実現可能である。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、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、エレクトリカリープログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、エレクトリカリーイレーサブルプログラマブル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、又は他の形態の当該分野において知られているストレージ媒体によるものであり得る。例示的なストレージ媒体は、そのストレージ媒体に対してプロセッサが情報の読み書きができるようにプロセッサに接続される。代わりに、ストレージ媒体はプロセッサと一体であり得る。プロセッサ及びストレージ媒体はＡＳＩＣによるものであり得る。ＡＳＩＣは、ユーザ端末によるものであり得る。代わりに、プロセッサ及びストレージ媒体は、ユーザ端末内の個別構成要素として存在し得る。

一つ以上の例示的な実施形態では、本願で説明される機能が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせにおいて実現され得る。ソフトウェアとして実現される場合、機能は、コンピュータ可読媒体に対する一つ以上の命令又はコードとして記憶されるか送信され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータストレージ媒体及び通信媒体の両方を含み、その通信媒体として、一つの場所から他の場所へのコンピュータプログラムの伝達を容易にする媒体が挙げられる。ストレージ媒体は、コンピュータがアクセスすることができる利用可能媒体であり得る。非限定的な例として、このようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ‐ＲＯＭ若しくは他の光学ディスクストレージ、磁気ディスクストレージ若しくは他の磁気ストレージデバイス、又は、命令又はデータ構造の形式の所望のプログラムコードを伝達又は記憶するのに使用可能であってコンピュータによってアクセス可能な他の媒体を備え得る。また、接続も、コンピュータ可読媒体と適切に称される。例えば、同軸ケーブル、光ファイバ、ツイストペア、デジタルサブスクライバライン（ＤＳＬ）、又はワイヤレス技術（赤外線、無線、マイクロ波等）を用いて、ソフトウェアがウェブサイト、サーバ又は他のリモートソースから送信される場合、その同軸ケーブル、光ファイバ、ツイストペア、ＤＳＬ、又はワイヤレス技術（赤外線、無線、マイクロ波等）が、媒体の定義に含まれる。本願において、ディスク（ｄｉｓｋ、ｄｉｓｃ）として、コンパクトディスク（ＣＤ，ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｃ）、レーザディスク（ｌａｓｅｒ ｄｉｓｃ）、光学ディスク（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ，ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）、フロッピー（登録商標）ディスク（ｆｌｏｐｐｙ（登録商標） ｄｉｓｋ）、ブルーレイディスク（Ｂｌｕ−ｒａｙ ｄｉｓｃ）が挙げられ、ここで、ｄｉｓｋは通常データを磁気的に再生し、ｄｉｓｃはレーザでデータを光学的に再生する。上記のものの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。

開示される実施形態のこれまでの説明は、当業者が本発明を作製又は使用することができるようにするために提供されるものである。これらの実施形態に対する多様な変更は当業者にとって自明であり、本願で定められる汎用的な原理は、本発明の範囲から逸脱せずに他の実施形態に適用可能である。従って、本発明は、本願で示される例示的な実施形態に限定されるものではなく、本願で開示される原理及び新規特徴に矛盾しない最大限の範囲によるものである。

１００ ワイヤレス充電システム
１０２ 入力電力
１０４ トランスミッタ
１０６ 放射場
１０８ レシーバ
１１０ 出力電力
１１２ 距離
１１４ 送信アンテナ
１１８ 受信アンテナ

Claims (28)

1. 受信アンテナを含む少なくとも一つの充電式電子デバイスを収容するように構成されたホルダーと、
   前記受信アンテナに対する直交性を低減するように前記ホルダー内で再配向するように構成された少なくとも一つの送信アンテナとを備えたワイヤレス充電器。
2. 再配向が、前記少なくとも一つの送信アンテナの機械的偏向を生じさせる、請求項１に記載の充電器。
3. 前記少なくとも一つの送信アンテナを支持及び再配向するための偏向板を更に備えた請求項１に記載の充電器。
4. 前記偏向板が軸周りに旋回する、請求項３に記載の充電器。
5. 前記偏向板の運動を低減又は誘起するための少なくとも一つの保持デバイスを更に備えた請求項３に記載の充電器。
6. 非充電式デバイスが前記ホルダーに挿入されるか又は前記ホルダーから取り外された際に、前記少なくとも一つの保持デバイスが、軸周りに旋回するために前記偏向板を戻すように構成されている、請求項５に記載の充電器。
7. 前記偏向板が、前記偏向板の第一の側において前記ホルダー内に前記少なくとも一つの充電式電子デバイスを収容し、且つ、前記偏向板の第二の側において前記ホルダー内に少なくとも一つの第二の充電式電子デバイスを収容するために旋回する、請求項４に記載の充電器。
8. 前記軸が前記ホルダー内において実質的に対称であり、前記偏向板を偏向させた際に前記ホルダーを実質的に等しく分割する、請求項４に記載の充電器。
9. 前記偏向板上の少なくとも第一のアンテナの反対側に構成された少なくとも一つの第二の送信アンテナを更に備えた請求項４に記載の充電器。
10. 前記偏向板が前記軸の両側に非対称な質量を有し、重力に基づいて偏向していない位置に保持される、請求項４に記載の充電器。
11. 前記少なくとも一つの送信アンテナがリピーターアンテナである、請求項１に記載の充電器。
12. 前記ホルダーが、別途電力供給され、パッシブホルダー内に組み込み可能に挿入可能である、請求項１に記載の充電器。
13. ワイヤレス電力が、電磁誘導及び磁気共鳴のうち少なくとも一方に従って、前記少なくとも一つの送信アンテナと前記受信アンテナとの間で結合される、請求項１に記載の充電器。
14. 前記少なくとも一つの送信アンテナに対する電力の伝送電力レベルが、前記受信アンテナとの結合に応じた負荷感知に基づいて調整可能である、請求項１に記載の充電器。
15. ワイヤレス充電のための方法であって、
    少なくとも一つ充電式電子デバイスをホルダー内に収容することに応じて前記少なくとも一つの充電式電子デバイスの受信アンテナに対する直交性を低減するように少なくとも一つの送信アンテナを再配向するステップと、
    前記少なくとも一つの送信アンテナから前記受信アンテナにワイヤレス電力伝送を行うステップとを備えた方法。
16. 前記少なくとも一つの送信アンテナを支持するために偏向板を前記ホルダー内に構成するステップを更に備えた請求項１５に記載の方法。
17. 前記少なくとも一つの充電式電子デバイスをホルダー内に収容することに応じて軸周りに前記偏向板を旋回させる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ホルダーに結合された少なくとも一つの保持デバイスによって前記偏向板の運動を低減するステップ又は誘起するステップの一方を更に備えた請求項１６に記載の方法。
19. 非充電式デバイスが挿入された際及び前記ホルダーから取り外された際に軸周りに旋回するために前記偏向板を保持するステップを更に備えた請求項１８に記載の方法。
20. 前記偏向板の第一の側において前記ホルダー内に前記少なくとも一つの充電式電子デバイスを収容し、且つ、前記偏向板の第二の側において前記ホルダー内に少なくとも一つの第二の充電式電子デバイスを収容するステップを更に備えた請求項１７に記載の方法。
21. 少なくとも第一のアンテナの反対側において前記偏向板上に少なくとも一つの第二の送信アンテナを構成するステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
22. 前記少なくとも一つの送信アンテナがリピーターアンテナである、請求項１５に記載の方法。
23. ワイヤレス充電用に前記ホルダーをパッシブホルダー内に挿入するステップを更に備えた請求項１５に記載の方法。
24. ワイヤレス電力伝送が、電磁誘導及び磁気共鳴のうち少なくとも一方に従って生じる、請求項１５に記載の方法。
25. ワイヤレス電力伝送の電力レベルが、受信アンテナとの結合に応じた負荷感知に基づいて調整可能である、請求項１５に記載の方法。
26. 少なくとも一つの充電式電子デバイスをホルダー内に収容することに応じて、前記少なくとも一つの充電式電子デバイスの受信アンテナに対する直交性を低減するように少なくとも一つの送信アンテナを再配向する手段と、
    前記少なくとも一つの送信アンテナから前記受信アンテナにワイヤレス電力伝送を行う手段とを備えたワイヤレス充電器。
27. 前記少なくとも一つの充電式電子デバイスをホルダー内に収容することに応じて、軸周りに前記少なくとも一つの送信アンテナを支持するために前記ホルダー内で偏向板を旋回させる手段を更に備えた請求項２６に記載のワイヤレス充電器。
28. 前記ホルダーに結合された少なくとも一つの保持デバイスによって、前記偏向板の運動を低減又は誘導する手段を更に備えた請求項２７に記載のワイヤレス充電器。

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