JP2015505449A - マルチバンド送信アンテナ - Google Patents

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Abstract

本開示は、複数の周波数帯域内の動作用に送信アンテナを同調するためのシステム、方法および装置を提供する。一態様では、送信アンテナシステムが提供される。送信アンテナシステムは、アクティブ送信アンテナおよび同調可能なパッシブアンテナを含む。アクティブアンテナは、複数の動作周波数にわたって場を送信するように構成される。パッシブアンテナは、複数の動作周波数のうちの少なくとも2つの周波数にわたって場を送信するように構成される。一態様では、同調可能なパッシブアンテナは、複数のリアクタンス性素子の回路網を含む。別の態様では、複数の動作周波数は、充電周波数、NFC周波数、および通信周波数を含むセットから選択される。

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、複数の周波数帯域内で動作するように構成された電力送信アンテナを対象とする。
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。バッテリ技術は向上したが、バッテリ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、それを消費する。したがって、これらのデバイスは、常に再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な場合があるか、または扱いにくい場合があり、他の欠点を有する場合もある。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。
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの種々の実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのうちのどれをとっても、本明細書において記述される望ましい属性に対してそれだけで役割を担うものはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書において説明される。
本明細書において説明される主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以下の説明において記載される。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、縮尺どおりに描かれていない場合あることに留意されたい。
本開示の一態様は、ワイヤレス充電のための装置を提供する。装置は送信アンテナを含むことができる。送信アンテナは、複数の動作周波数にわたって場を送信するように構成されたアクティブアンテナを含むことができる。送信アンテナは、複数の動作周波数のうちの少なくとも2つの周波数にわたって場を送信するように構成されたパッシブアンテナをさらに含むことができる。
本開示の別の態様は、ワイヤレスデバイスを充電する方法を提供する。方法は、アクティブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を送信することを含む。方法は、パッシブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を送信することをさらに含む。方法は、パッシブアンテナにおいて、第2の動作周波数で場を送信することをさらに含む。パッシブアンテナは、第1の周波数で第1のリアクタンスを有し、第2の周波数で第2のリアクタンスを有する。
本開示の別の態様は、ワイヤレスデバイスを充電するための装置を提供する。装置は、第1の動作周波数で場を能動的に送信するための手段を含む。装置は、第1の動作周波数および第2の動作周波数で場を受動的に送信するための手段をさらに含む。受動的に送信するための手段は、第1の周波数で第1のリアクタンスを提供し、第2の周波数で第2のリアクタンスを提供するための手段をさらに含む。
本開示の別の態様は、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。媒体は、実行されたとき、装置に、アクティブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を送信させるコードを含む。媒体は、実行されたとき、装置に、パッシブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を送信させるコードをさらに含む。媒体は、実行されたとき、装置に、パッシブアンテナにおいて、第2の動作周波数で場を送信させるコードをさらに含む。パッシブアンテナは、第1の周波数で第1のリアクタンスを有し、第2の周波数で第2のリアクタンスを有する。
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。 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る場合がある、例示的な構成要素の機能ブロック図である。 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。 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る場合がある、送信機の機能ブロック図である。 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る場合がある、受信機の機能ブロック図である。 図4の送信回路で使用される場合がある、送信回路の一部の概略図である。 図6の送信回路で使用される場合がある、アクティブアンテナおよびパッシブアンテナを含む、例示的な送信アンテナの図である。 例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網の概略図である。 例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網の概略図である。 例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網の概略図である。 例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網の概略図である。 別の例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網の概略図である。 図9Aのリアクタンス性回路網についての周波数に対するインピーダンスのグラフである。 例示的な実施形態による、充電面の長さの両端間の正規化されたH場分布のグラフである。 別の例示的な実施形態による、充電面の長さの両端間の正規化されたH場分布のグラフである。 ワイヤレスデバイスを充電する例示的な方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信アンテナ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。
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、例示的な実施態様の完全な理解をもたらす目的で、具体的な詳細を含んでいる。例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践することができる。場合によっては、本明細書に提示された例示的な実施形態の新規性を不明瞭にすることを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
電力をワイヤレスで伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連付けられる任意の形のエネルギーを、場合によっては送信機から受信機に伝達することを指す場合がある(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達される場合がある)。電力伝達を達成するために、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」によって受信されるか、取り込まれるか、または結合される場合がある。
図1は、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。エネルギー伝達を提供する場105を生成するために、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だけ引き離される。1つの例示的な実施形態では、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、実質的に同じか、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。そのため、アンテナが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のアンテナを必要とする場合がある純粋に誘導性の解決策とは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達を提供することができる。したがって、共振誘導性結合技法によれば、効率を改善できるようになり、種々の距離にわたって、かつ種々の誘導アンテナ構成を用いて電力を伝達できるようになる場合がある。
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内に位置するときに、電力を受信することができる。場105は、送信機104によって出力されたエネルギーを受信機108によって取り込むことができる領域に対応する。場合によっては、場105は、以下にさらに説明されるように、送信機104の「近接場」に対応する場合がある。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を含む場合がある。さらに、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、または取り込むための受信アンテナ118も含む。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する場合がある。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する場合がある。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。上記のように、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、送信コイル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行うことができる。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。この結合が生じる場合がある、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、本明細書において結合モード領域と呼ばれる。
図2は、種々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100において用いられる場合があ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、フィルタおよび整合回路226とを含む場合がある送信回路206を含むことができる。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整することができる、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数において信号を生成するように構成することができる。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に与えることができる。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るスイッチング増幅器とすることができる。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器とすることができる。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。
受信機208は、図2に示されるように、整合回路232と、バッテリ236を充電するため、または受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するためにAC電力入力からDC電力出力を生成する整流器およびスイッチング回路234とを含む場合がある受信回路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る場合がある。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)上で通信することができる。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場206の特性を用いて帯域内シグナリングを介して通信することができる。
以下でより十分に記載されるように、選択的に無効にできる、関連する負荷(たとえば、バッテリ236)を最初に有する場合がある受信機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の量が、バッテリ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することができる。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。
図3は、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の一部の概略図である。図3に示されたように、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。アンテナは、「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。アンテナ352は、本明細書で「磁気」アンテナ、誘導アンテナと呼ばれるか、または「磁気」アンテナ、誘導アンテナとして構成される場合もある。一態様では、アンテナ352はコイルアンテナであり得る。「アンテナ」という用語は、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ものとする。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することができる。空芯ループアンテナは、コアの近くに配置された外部の物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、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な場合がある送信アンテナ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る場合がある。
上記のように、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中に行われる場合がある。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、効率が悪影響を及ぼされる場合があるものの、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、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬させることなく、送信アンテナの場105からのエネルギーを、この場105が確立された近隣内に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
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、所望の共振周波数の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る場合がある。非限定的な例として、共振周波数において信号356を選択する共振回路を作り出すために、送信または受信回路350にキャパシタ352およびキャパシタ354を加えることができる。したがって、より大きい直径のアンテナの場合、共振を持続させるのに必要とされるキャパシタンスの大きさは、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減少する場合がある。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する場合がある。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350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することができる。受信機が場105内にあるとき、時変磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導することができる。上記のように、受信アンテナ118が送信アンテナ118の周波数において共振するように構成される場合には、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信号を上記のように整流して、負荷を充電するか、または負荷に電力を供給するために与えることができるDC信号を生成することができる。
図4は、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用いられる場合がある送信機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とすることができる。送信回路406は、発振信号を与えることにより、送信アンテナ414にRF電力を与えることができ、その信号の結果として、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において動作することができる。例として、送信機404は、13.56MHzのISM帯域において動作することができる。
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するように構成されるローパスフィルタ(LPF)408とを含むことができる。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数を通過させながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む異なるフィルタトポロジを含むことができ、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たDC電流などの測定可能な送信指標に基づいて変化することができ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ようなRF信号を駆動するように構成されるドライバ回路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することができるか、または代替的には、一体型アセンブリから構成することができる。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通して隣接するデバイスとやりとりするための通信プロトコルを実施するための出力電力レベルを調整するために、特定の受信機に対する送信段階(またはデューティサイクル)中に発振器423を選択的に使用可能にするためのコントローラ415をさらに含むことができる。コントローラ415は、本明細書においてプロセッサ415と呼ばれる場合が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って、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を低減できるようになる場合がある。
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受信機の存否を検出するための負荷検知回路416をさらに含むことができる。例として、負荷検知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明されるように、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受信機の存否によって影響を及ぼされる場合がある。ドライバ回路424にかかる負荷の変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を使用可能にすべきか否か、および作動中受信機と通信すべきか否かを判断する際に用いるために、コントローラ415によって監視される。以下でさらに十分に説明されるように、ドライバ回路424において測定される電流は、送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に無効なデバイスが配置されたか否かを判断するために用いることができる。
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み、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することができる。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することができる。したがって、送信アンテナ414は一般に、実用的な寸法を有するために「巻く」必要がない場合がある。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)とすることができ、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において共振するように同調することができる。
送信機404は、送信機404に関連付けられる場合がある受信機デバイスの所在および状態についての情報を収集および追跡することができる。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むことができる。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によって送達される電力量を調整することができる。送信機404は、たとえば、建物内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、または従来の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通して、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のカバレッジエリア内に挿入される、充電されるデバイスの初期存在を検知するために利用される運動検出器とすることができる。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。
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できる検出器とすることができる。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する場合がある。時として、これらの規制は、人を電磁放射から保護することを意図している。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工場の作業場、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エリアに配置される環境が存在する場合もある。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場合もある。言い換えると、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の電磁場から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場合もある)は、筐体が閉じた状態にあるか、開いた状態にあるかを判断するための検知スイッチなどのデバイスとすることができる。送信機が閉じた状態の筐体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させることができる。
例示的な実施形態では、送信機404が無制限にオンのままでない方法を用いることができる。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間後に停止するようにプログラミングすることができる。この特徴は、送信機404、特にドライバ回路424が、送信機404の周囲のワイヤレスデバイスが十分に充電された後に長い間動作することを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナから送信された、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場合もある。別のデバイスが送信機404の周囲に置かれた場合に送信機404が自動的に停止するのを防ぐために、送信機404の自動停止機能は、送信機404の周囲で運動が検出されなくなってからある設定時間後にのみ起動することができる。ユーザは、非活動時間間隔を決定し、その時間間隔を所望により変更できる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下で、特定のタイプのワイヤレスデバイスを十分に充電するのに必要とされる時間間隔よりも長くすることができる。
図5は、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用いられる場合がある受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信アンテナ518を含む場合がある受信回路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に組み込まれる場合があることに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスに伝搬され、その後、受信回路510の残りの部分を通してデバイス550に結合される場合がある。例として、充電デバイスは、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)などのデバイスを含む場合がある。
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、または規定された周波数範囲内で共振するように同調させることができる。受信アンテナ518は、送信アンテナ414と同じよう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とすることができる。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下げ、受信アンテナのインピーダンスを上げるために多巻アンテナとして実装することができる。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)数を少なくし、巻線間キャパシタンスを下げるために、デバイス550の実質的な外周の回りに配置することができる。
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を含むこともできる。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、種々のRF-DC変換器が企図される。
受信回路510は、受信アンテナ518を出力変換回路506に接続するか、または代替的には出力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含むことができる。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。
上記で開示されたように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に与えられるバイアス電流の変動を検出することができる負荷検知回路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時点を判断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ローディングおよびアンローディングを時分割多重化することが望ましい場合がある。また、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ローディングを弱めるためにクローキングすることができる。受信機のこの「アンローディング」は、本明細書において「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、アンローディングとローディングとの間のこの切替は、以下でさらに十分に説明されるように、受信機508から送信機404への通信機構を提供することができる。さらに、その切替に、受信機508から送信機404にメッセージを送信できるようにするプロトコルを関連付けることができる。例として、切替速度は、100μ秒程度とすることができる。
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、結合場を用いる帯域内シグナリング)ではなく、デバイス検知/充電制御機構を指している。言い換えると、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるか否かを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを用いることができる。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することができる。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を介して達成することができる。送信機404は、場から使用されるこの電力差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈することができる。送信電力および負荷挙動の他の形態の変調も利用できる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シグナリングに対応することができる、受信エネルギーの変動を識別するために用いられるシグナリング検出器/ビーコン回路514をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路514を用いて、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出することもでき、ワイヤレス充電用の受信回路510を構成するために、その低減されたRF信号エネルギーを整流して、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を使い果たした回路のいずれかを呼び起こすための公称電力を生成することもできる。
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、本明細書において説明される受信機508のプロセスを協調させるためのプロセッサ516をさらに含む。また、充電電力をデバイス550に与える外部の有線充電源(たとえば、壁/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生すると、受信機508のクローキングを行うこともできる。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機404から送信されたメッセージを抽出するために、ビーコン回路514を監視することもできる。プロセッサ516は、性能を改善するために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において用いられる場合がある送信回路600の一部分の回路図である。送信回路600は、図4において先に説明されたような、ドライバ回路624を含むことができる。上記のように、ドライバ回路624は、方形波を受信し、送信回路650に提供される正弦波を出力するように構成することができるスイッチング増幅器とすることができる。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場合もある。ドライバ回路624はE級増幅器として示されるが、実施形態によれば、任意の適切なドライバ回路624を用いることができる。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を通して送達される場合がある最大電力を制御するように構成される駆動電圧VDを与えられる場合もある。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を含むことができる。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とすることができる。
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を備える送信回路650に与えることができる。送信回路650は、ドライバ回路624によって与えられたフィルタ処理済み信号の周波数において共振することができるキャパシタンス620およびインダクタンス(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によるか、または追加のキャパシタ構成要素による場合がある)を有する直列共振回路を含むことができる。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置かれたワイヤレス電力受信機508の関数とすることができる。
いくつかの実施形態では、アンテナ614は、アクティブアンテナおよびパッシブアンテナを含むことができる。一実施形態では、アクティブアンテナは「主」アンテナと呼ぶことができ、パッシブアンテナは「寄生」アンテナと呼ぶことができる。一緒に、アクティブアンテナとパッシブアンテナは、基本周波数またはその周辺に、実質的に均一な場分布を作成することができる。一実施形態では、実質的に均一な場分布は、たとえば、充電面などの動作領域にわたって60%を超えて逸脱しない場強度を含むことができる。別の実施形態では、実質的に均一な場分布は、動作領域にわたって50%を超えて逸脱しない場強度を含むことができる。さらに別の実施形態では、実質的に均一な場分布は、動作領域にわたって25%を超えて逸脱しない場強度を含むことができる。一実施形態では、アクティブアンテナおよびパッシブアンテナは、基本周波数以外の周波数で、実質的に均一でない場分布を作成することができる。様々な実施形態では、実質的に均一でない場分布は、上記で論じられた実質的に均一な場分布を超えて逸脱する場強度を含むことができる。
図7は、図6の送信回路で使用される場合がある、アクティブアンテナ710およびパッシブアンテナ720を含む、例示的な送信アンテナ700である。一実施形態では、送信アンテナ700は、充電面740の中または周囲で画定することができる。一実施形態では、送信アンテナ700は、アンテナ614(図6)であり得る。他の実施形態では、送信アンテナ700は、送信アンテナ214(図2)および/または送信アンテナ414(図4)であり得る。一実施形態では、パッシブアンテナ720は、受動部品のリアクタンス性回路網730を含むことができる。一実施形態では、受動部品のリアクタンス性回路網730は、単一のキャパシタを含む場合がある。別の実施形態では、リアクタンス性回路網は、能動部品を含むことができる。たとえば、リアクタンス性回路網は、キャパシタ、抵抗器などの可変部品の組合せを含むことができる。
アクティブアンテナおよびパッシブアンテナは、基本周波数以外の周波数で、実質的に均一でない場分布を作成することができるので、ワイヤレス電力送信機は、別の周波数に同調された1つまたは複数のデバイスを検出することができない。たとえば、アンテナの基本周波数の約2倍の周波数に同調される場合がある近接場通信(NFC)カードは、NFC周波数での寄生ループ内部のゼロ場に起因して、パッシブアンテナの内部に配置されたとき検出されない場合がある。本明細書に記載されたように、基本周波数以外の1つまたは複数の周波数で動作するデバイスが送信アンテナの近くに配置されたとき、検出可能な状態を作成するために、様々なシステムおよび方法を使用することができる。
様々な実施形態では、リアクタンス性回路網730の1つまたは複数の素子は、いくつかの周波数で所望の場分布を提供するように同調することができる。たとえば、下記テーブル1(表1)に示された様々な実施形態では、リアクタンス性回路網730は、(たとえば充電用の)約6.78MHz、(たとえばNFC検出用の)約13.56MHz、および/または(たとえば通信用の)任意の他の周波数で所望の場分布を提供するように、パッシブアンテナ720を同調することができる。
上記に示されたテーブル1(表1)は、リアクタンス性回路網800A〜Dの様々な同調の下の、パッシブアンテナ720でのリアクタンスjXparを示す。一実施形態では、リアクタンス性回路網730は、6.78MHzで、またはその周囲で、パッシブアンテナ720を第1のリアクタンス-jX0に同調し、均一な場分布を作成することができる。別の実施形態では、リアクタンス性回路網730は、13.56MHzで、またはその周囲で、パッシブアンテナ720を無限のリアクタンスに同調し、パッシブアンテナを「消滅」させることができる。言い換えれば、13.56MHzで、アンテナ700は、アクティブアンテナ710のみを有し、パッシブアンテナ720は有していない(すなわち、アンテナ700の中心にある穴)ように、電気的に見える可能性がある。この配置は、たとえば、NFC検出に使用することができる。
別の実施形態では、リアクタンス性回路網730は、13.56MHzで、またはその周囲で、パッシブアンテナ720をゼロのリアクタンスに同調し、パッシブアンテナ720を共振させることができる。言い換えれば、13.56MHzで、場強度は、アンテナ700の中心で増大されることができる。別の実施形態では、リアクタンス性回路網730は、13.56MHzで、またはその周囲で、パッシブアンテナ720を第2のリアクタンス-jX1に同調し、均一な場分布を作成することができる。この配置は、たとえば、NFC検出に使用することができる。
別の実施形態では、リアクタンス性回路網730は、40.68MHzで、またはその周囲で、パッシブアンテナ720を第3のリアクタンス-jX2に同調し、均一な場分布を作成することができる。この配置は、たとえば、40MHz帯域で、またはその周囲で通信を可能にするために使用することができる。したがって、一実施形態では、アンテナ700は、電力伝達と通信の両方をサポートするように同調することができる。
図8A〜図8Dは、例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナ720で使用される場合がある、リアクタンス性回路網800A〜Dの概略図である。様々な実施形態では、リアクタンス性回路網800A〜Dは、図7に関して上述されたリアクタンス性回路網730であり得る。図8Aを参照すると、リアクタンス性回路網800Aは、入力Port_1、第1の寄生インダクタLpara、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含むことができる。一実施形態では、第1の寄生インダクタLparaは固定することができる。第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2は、たとえば、テーブル1(表1)に関して上記に論じられたように、設計目標を達成するように選ぶことができる。
さらに図8Aを参照すると、図示された実施形態では、第1の寄生インダクタLparaは約299nHであり得る。第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2は、たとえば、テーブル1(表1)に関して上記に論じられたように、設計目標を達成するように選ぶことができる。図示された実施形態では、第2のインダクタL2は約665nHであり、第1のキャパシタは約825pFであり、第2のキャパシタは約137pFである。第2のインダクタL2は第2のキャパシタC2と直列に構成することができ、それらの両方は第1のキャパシタC1と並列に構成することができる。第1の寄生インダクタLparaは、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含む回路網と直列に構成することができる。図8Aに示された回路網800A用の一般方程式は、方程式810Aとして与えることができる。
次に図8Bを参照すると、リアクタンス性回路網800Bは、入力Port_1、第1の寄生インダクタLpara、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含むことができる。図示された実施形態では、第1の寄生インダクタLparaは約299nHであり得る。第2のインダクタL2は約665nHであり、第1のキャパシタは約825pFであり、第2のキャパシタは約137pFである。第2のインダクタL2は、第1のキャパシタC1および第2のキャパシタC2と並列に構成することができ、それらのすべては、第1の寄生インダクタLparaと直列に構成することができる。図8Bに示された回路網800B用の一般方程式は、方程式810Bとして与えることができる。
次に図8Cを参照すると、リアクタンス性回路網800Cは、入力Port_1、第1の寄生インダクタLpara、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含むことができる。図示された実施形態では、第1の寄生インダクタLparaは約299nHであり得る。第2のインダクタL2は約665nHであり、第1のキャパシタは約825pFであり、第2のキャパシタは約137pFである。第1の寄生インダクタLparaは、第1のキャパシタC1、第2のインダクタL2、および第2のキャパシタC2と、それぞれ直列に構成することができる。図8Cに示された回路網800C用の一般方程式は、方程式810Cとして与えることができる。
次に図8Dを参照すると、リアクタンス性回路網800Dは、入力Port_1、第1の寄生インダクタLpara、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含むことができる。図示された実施形態では、第1の寄生インダクタLparaは約299nHであり得る。第2のインダクタL2は約665nHであり、第1のキャパシタは約825pFであり、第2のキャパシタは約137pFである。第2のインダクタL2は第2のキャパシタC2と並列に構成することができる。第1の寄生インダクタLparaは、第1のキャパシタC1、ならびに第2のキャパシタC2および第2のインダクタL2を含む並列回路網と、それぞれ直列に構成することができる。図8Dに示された回路網800D用の一般方程式は、方程式810Dとして与えることができる。
図8A〜図8Dは、3つの構成可能なリアクタンス性部品の組合せを含む、例示的なリアクタンス性回路網800A〜Dを示すが、より多い、またはより少ないリアクタンス性部品が含まれる可能性があり、それらのリアクタンス性部品を異なる構成で組み合わせることができることを、当業者は諒解されよう。その上、具体的な値が図8A〜図8Dに示されたが、所与の値は例示的であり、他の値を使用できることを、当業者は諒解されよう。
図9Aは、別の例示的な実施形態による、図7のパッシブアンテナで使用される場合がある、リアクタンス性回路網900の概略図である。リアクタンス性回路網900は、図8Dに関して上述されたリアクタンス性回路網800Dと同じトポロジーを有する。具体的には、リアクタンス性回路網900は、入力Port_1、第1のインダクタL1、第2のインダクタL2、第1のキャパシタC1、および第2のキャパシタC2を含む。図示された実施形態では、入力Port_1は、約50Ωのインピーダンスを有することができる。第1のインダクタL1は約299nHであり、第2のインダクタL2は約255nHであり、第1のキャパシタは約610pFであり、第2のキャパシタは約968pFである。第2のインダクタL2は第2のキャパシタC2と並列に構成することができ、それらの両方は第1のキャパシタC1と直列に構成することができる。
図9Bは、図9Aのリアクタンス性回路網についての周波数に対するインピーダンスのグラフである。x軸はMHz単位の周波数を示し、y軸はjΩ単位のインピーダンスを示す。図示されたように、リアクタンス性回路網900は、約-j9.895Ωの寄生リアクタンスを有する、6.78MHzで実質的に均一な場分布を提供する。この構成は、たとえば、ワイヤレス電力充電に使用することができる。リアクタンス性回路網900はまた、約-j27.337Ωの寄生リアクタンスを有する、13.52MHzで実質的に均一な場分布を提供する。この構成は、たとえば、NFC検出に使用することができる。
図10Aは、例示的な実施形態による、充電面の長さの両端間の正規化されたH場分布のグラフである。x軸は、充電アンテナの第1の軸に沿った、mm単位の距離である。充電アンテナは、たとえば、図7に関して上述されたアンテナ720であり得る。y軸はA/m単位の正規化されたH場である。図7に関して上記に論じられたように、リアクタンス性回路網720は、異なる動作周波数またはそれらの近くにあるパッシブアンテナ720において、様々な検出可能な状態を作成するように構成することができる。図10Aは、H場が、約6.78MHzのx軸に沿って実質的に均一に分布され、約13.56MHzのアンテナ700の中心に「穴」を作成する構成を示す。たとえば、リアクタンス性回路網720は、13.56MHzの周囲の無限のリアクタンスを提示し、パッシブアンテナ720をその周波数で電磁気的に見えなくさせ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、この「穴」は偶発的であり得る。言い換えれば、それは、パッシブアンテナ720上の明示的に無限のリアクタンスによって引き起こすことはできない。代わりに、それは、(たとえば、6.78MHzなどの)別の単一の周波数で、パッシブアンテナ720を動作させることの結果であり得る。一実施形態では、穴は、(たとえば、図10Bで示されたような)さらなる周波数で動作するように、パッシブアンテナ720を構成することによって、除去することができる。
図10Bは、別の例示的な実施形態による、充電面の長さの両端間の正規化されたH場分布のグラフである。x軸は、充電アンテナの第1の軸に沿った、mm単位の距離である。充電アンテナは、たとえば、図7に関して上述されたアンテナ720であり得る。y軸はA/m単位の正規化されたH場である。図10Bは、H場が、約6.78MHzと訳13.56MHzの両方のx軸に沿って実質的に均一に分布される構成を示す。一実施形態では、上述されたように、パッシブアンテナ720が複数の周波数(この場合、少なくとも6.78MHzと13.56MHz)で動作するように構成されるので、H場は、実質的に均一に分布することができる。パッシブアンテナ720を複数の周波数で動作させることによって、図10Aに関して上述された「穴」は、(穴が偶発的である実施形態では)除去することができる。
図11は、ワイヤレスデバイスを充電する例示的な方法のフローチャート1100である。フローチャート1100の方法は、図7に関して上記に説明されたアンテナ700を参照して本明細書に記載されるが、フローチャート1100の方法が、図1に関して上記で論じられた送信機104、図2に関して上記で論じられた送信機204、および/または任意の他の適切なデバイスによって実装できることを、当業者は諒解されよう。一実施形態では、フローチャート1100内のステップは、たとえば、コントローラ415(図4)および/またはプロセッサシグナリングコントローラ516(図5)などの、プロセッサまたはコントローラによって実行することができる。フローチャート1100の方法は、特定の順序を参照して本明細書に記載されるが、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行されるか、または省略される場合があり、さらなるブロックが追加される場合がある。
最初に、ブロック1102で、アクティブアンテナ710は、第1の動作周波数で場を送信する。様々な実施形態では、第1の動作周波数は、約6.78MHz、約13.56MHz、および/または約40.68MHzであり得る。様々な実施形態では、第1の動作周波数は、NFCなどの通信に適切であり得るし、かつ/またはワイヤレス電力の伝達もしくは充電に適切であり得る。上記で論じられたように、アクティブアンテナ710は、実質的に均一な分布で場を送信することができる。
次に、ブロック1104で、パッシブアンテナ720は、第1の動作周波数で場を送信する。パッシブアンテナ720は、第1の動作周波数で第1のリアクタンスを有することができる。様々な実施形態では、パッシブアンテナ720は、第1の動作周波数でゼロまたは無限のリアクタンスを有することができる。一実施形態では、パッシブアンテナ720は、第1の動作周波数で、実質的に均一な分布で場を送信することができる。
次いで、ブロック1106で、パッシブアンテナ720は、第2の動作周波数で場を送信する。様々な実施形態では、第2の動作周波数は、約6.78MHz、約13.56MHz、および/または約40.68MHzであり得る。様々な実施形態では、第2の動作周波数は、NFCなどの通信に適切であり得るし、かつ/またはワイヤレス電力の伝達もしくは充電に適切であり得る。パッシブアンテナ720は、第2の動作周波数で第2のリアクタンスを有することができる。様々な実施形態では、パッシブアンテナ720は、第2の動作周波数でゼロまたは無限のリアクタンスを有することができる。一実施形態では、パッシブアンテナ720は、第2の動作周波数で、実質的に均一な分布で場を送信することができる。
図12は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信アンテナ1200の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信アンテナ1200は、第1の動作周波数で場を能動的に送信するための手段1202、ならびに、第1の動作周波数および第2の動作周波数で場を受動的に送信するための手段1204を備える。一実施形態では、能動的に送信するための手段1202は、ブロック1102(図11)に関して上述された機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成することができる。手段1202はアクティブアンテナ710(図7)を含むことができる。
受動的に送信するための手段1204は、ブロック1104および/または1106に関して上述された機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成することができる。手段1204はパッシブアンテナ720(図7)を含むことができる。様々な実施形態では、手段1202および1204は、たとえば、コントローラ415(図4)および/またはプロセッサシグナリングコントローラ516(図5)などの、プロセッサまたはコントローラによって実装することができる。
上記の方法の種々の動作は、種々のハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネント、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できる任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示される任意の動作は、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することができる。
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参照される場合があるデータ、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すことができる。
本明細書において開示される実施形態に関して説明された種々の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、または両方の組合せとして実装することができる。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、これまで概してそれらの機能に関して説明されてきた。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、特定の応用形態および全体的なシステムに課される設計上の制約による。説明された機能は特定の応用形態ごとに様々な方法で実装される場合があるが、そのような実装形態の決定は、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。
本明細書において開示される実施形態に関して説明された種々の例示的なブロック、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ロジック、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書において説明され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を用いて、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、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、または状態機械とすることができる。また、プロセッサは、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することができる。
本明細書において開示される実施形態に関連して説明された方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、そのままハードウェアにおいて、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、またはその2つの組合せにおいて具現化することができる。ソフトウェアにおいて実装される場合、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る場合がある。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)、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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に常駐することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、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。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。本明細書において使用されるとき、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイディスクを含み、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中に常駐することができる。ASICはユーザ端末内に常駐することができる。代替形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
本開示を要約するために、本明細書において、いくつかの態様、利点、および新規の特徴が説明されてきた。そのような利点の必ずしもすべてが、任意の特定の実施形態に従って達成されるとは限ら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、本明細書において教示または示唆される場合があるような、他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書において教示される1つの利点または一群の利点を達成または最適化するようにして具現化または実行される場合がある。
上記の実施形態の種々の変更形態が容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、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することができる。したがって、本発明は、本明細書において示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書において開示された原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
100 ワイヤレス電力伝達システム
102 入力電力
104 送信機
105 場
108 受信機
110 出力電力
114 送信アンテナ
118 受信アンテナ
204 送信機
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 フィルタおよび整合回路
232 整合回路
234 整流器およびスイッチング回路
236 バッテリ
350 送信回路または受信回路
352 送信アンテナまたは受信アンテナ
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 インピーダンス整合回路
414 送信アンテナ
415 コントローラまたはプロセッサ
416 負荷検知回路
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 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 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
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
700 送信アンテナ
710 アクティブアンテナ
720 パッシブアンテナ
730 リアクタンス性回路網
740 充電面
800A リアクタンス性回路網
800B リアクタンス性回路網
800C リアクタンス性回路網
800D リアクタンス性回路網
810A 方程式
810B 方程式
810C 方程式
810D 方程式
900 リアクタンス性回路網
1100 フローチャート
1200 ワイヤレス電力送信アンテナ

Claims (31)

  1. 複数の動作周波数にわたって場を生成するように構成されたアクティブアンテナと、
    前記複数の動作周波数のうちの少なくとも2つの周波数にわたって場を供給するように構成されたパッシブアンテナと
    を備える送信アンテナを備える、ワイヤレス充電用の装置。
  2. 前記アクティブアンテナが送信機に接続され、前記パッシブアンテナが、前記送信機に接続されていない複数のリアクタンス性素子の回路網を備える、請求項1に記載の装置。
  3. 前記複数の動作周波数が、充電周波数、NFC周波数、および通信周波数を含むセットから選択される、請求項1または2のいずれか一項に記載の装置。
  4. 前記パッシブアンテナが、第1の周波数で第1のリアクタンスを提供し、第2の周波数で第2のリアクタンスを提供するように構成された、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記第1の周波数が、前記複数の動作周波数のうちの前記少なくとも2つの周波数の1つであり、前記第2の周波数が、前記複数の動作周波数のうちの前記少なくとも2つの周波数の1つではない、請求項4に記載の装置。
  6. 前記第1のリアクタンスが、前記送信アンテナの第1の軸の両端間で実質的に均一である、請求項4または5のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記第1のリアクタンスが、動作領域にわたって60%を超えて逸脱しない、請求項6に記載の装置。
  8. 前記第2のリアクタンスが、事実上無限のリアクタンスを含む、請求項4から7のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記第2のリアクタンスが、事実上ゼロのリアクタンスを含む、請求項4から7のいずれか一項に記載の装置。
  10. 前記第2のリアクタンスが、前記送信アンテナの第1の軸の両端間で実質的に均一である、請求項4から9のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記第2のリアクタンスが、動作領域にわたって60%を超えて逸脱しない、請求項10に記載の装置。
  12. 前記第1の周波数が約6.78MHzである、請求項4から11のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記第2の周波数が約13.56MHzである、請求項4から11のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記第2の周波数が約40.68MHzである、請求項4から11のいずれか一項に記載の装置。
  15. ワイヤレスデバイスを充電する方法であって、
    アクティブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を生成するステップと、
    パッシブアンテナにおいて、前記第1の動作周波数で場を供給するステップと、
    前記パッシブアンテナにおいて、第2の動作周波数で場を供給するステップと
    を含み、
    前記パッシブアンテナが、前記第1の周波数で第1のリアクタンスを有し、前記第2の周波数で第2のリアクタンスを有する、方法。
  16. 前記アクティブアンテナが送信機に接続され、前記パッシブアンテナが、前記送信機に接続されていない複数のリアクタンス性素子の回路網を備える、請求項15に記載の方法。
  17. 前記第1および第2の動作周波数が、充電周波数、NFC周波数、および通信周波数を含むセットから選択される、請求項15または16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記第1のリアクタンスが、前記送信アンテナの第1の軸の両端間で実質的に均一である、請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記第1のリアクタンスが、動作領域にわたって60%を超えて逸脱しない、請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記第2のリアクタンスが、事実上無限のリアクタンスを含む、請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記第2のリアクタンスが、事実上ゼロのリアクタンスを含む、請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
  22. 前記第2のリアクタンスが、前記送信アンテナの第1の軸の両端間で実質的に均一である、請求項15から21のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記第2のリアクタンスが、動作領域にわたって60%を超えて逸脱しない、請求項15から22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記第1の周波数が約6.78MHzである、請求項15から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記第2の周波数が約13.56MHzである、請求項15から23のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記第2の周波数が約40.68MHzである、請求項15から23のいずれか一項に記載の方法。
  27. ワイヤレスデバイスを充電するための装置であって、
    第1の周波数で場を能動的に生成するための手段と、
    前記第1の周波数および第2の周波数で場を受動的に供給するための手段と
    を備え、
    前記受動的に供給するための手段が、前記第1の周波数で第1のリアクタンスを提供し、前記第2の周波数で第2のリアクタンスを提供するための手段を備える、装置。
  28. 前記受動的に供給するための手段が、リアクタンスを提供するための手段を備える、請求項27に記載の装置。
  29. 前記第1および第2の動作周波数が、充電周波数、NFC周波数、および通信周波数を含むセットから選択される、請求項27または28のいずれか一項に記載の装置。
  30. 前記第1のリアクタンスが、前記送信アンテナの第1の軸の両端間で実質的に均一である、請求項27から29のいずれか一項に記載の装置。
  31. 実行されたとき、装置に、
    アクティブアンテナにおいて、第1の動作周波数で場を生成することと、
    パッシブアンテナにおいて、前記第1の動作周波数で場を供給することと、
    前記パッシブアンテナにおいて、第2の動作周波数で場を供給することと
    を行わせるコードを含む、コンピュータ可読記録媒体であって、
    前記パッシブアンテナが、前記第1の周波数で第1のリアクタンスを有し、前記第2の周波数で第2のリアクタンスを有する、コンピュータ可読記録媒体。
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