JP2017537585A - ワイヤレス機器からエネルギーを自動採取することが可能なシステム、及びシステムを使用する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願はSystems Capable of Self−Harvesting Energy From Wireless Devices and Methods of Using the Sameと題する2015年6月11日に出願された米国仮と特許出願第62,174,176号、Energy Harvesting System for Use with Wireless Devices and Methods of Using the Sameと題する2015年6月4日に出願された米国仮特許出願第62/171,099号、及びEnergy Harvesting Wireless Mobile Deviceと題する2014年10月14日に出願された米国仮特許出願第62/063,432号の優先権を主張する。それらの出願はその全体として参照により本明細書に援用される。
図5は、RFエネルギーハーベスティングシステムで使用される回路網の例を示す。本実施形態では、少なくとも4つのアンテナ12a〜12dが複数のセルラーバンド及びWi−FiバンドでRF信号を収集するために使用される。各アンテナ12a〜12dには、アンテナから変換器回路網14a〜14dへの効率的な電力伝達のために調整されたインピーダンス整合回路22a〜22dが続く。本実施形態では、変換器回路網14a〜14dの各セットは低障壁ショットキーダイオードを介してDC電圧に交流RF信号(AC)を整流するディクソン電荷ポンプ整流器回路を含む。整流器回路14a〜14dのDC電圧出力は次いでRFチョーク28a〜28dを通して濾過され、互いに結合され、電力管理回路網16の入力に伝達される。
ここで図6、図7、及び図8を参照すると、サンプルシステム10が製作された。サンプルシステム10は、アンテナ12、単一のスタブ同調器を含んだインピーダンス整合回路22、2段階ディクソン電荷ポンプトポロジーに低障壁ショットキーダイオードを含んだ整流器回路24、商用電力管理回路16、貯蔵装置36、及びワイヤレス機器インタフェース18を含む。図7に示されるように、サンプルシステム10はスマートフォン20に接続された。入力電力が十分に高いとき、エネルギー管理回路が調整された出力電圧で電話20を充電することが分かった。入力電力が電話20を充電するほど十分に高くなかったとき、電力管理回路16は電話20から装置を切断し、記憶素子36、つまりこの実施例では図7及び図8に大型循環装置として示される超コンデンサに、採取されたエネルギーを貯蔵する。貯蔵装置36に貯蔵されるエネルギーが再び十分に高くなったとき、電力管理回路16は電池を充電するために電話にシステムを自動的に再接続した。システム10が電話20に接続されなかったが、電話に近接していたときに、エネルギーが貯蔵装置36に貯蔵されたことも分かった。
図11a〜図11cは、システムが埋め込まれたiPhone(登録商標) 6用のサンプル電話ケースの分解図を示す。例えば、図11aに示されるように、電話ケースはケース本体44、ケース蓋46、フロントプレート50、及びシステムが埋め込まれてよいマザーボード48を含んでよい。マザーボード48はケース本体44とフロントプレート50との間に配置されてよい。電話20は次いでマザーボード48とフロントプレート50との間に挿入されてよく、ケース蓋46は、図11dに示されるようにそれを定位置に固定するために電話20の上部の辺りに配置されてよい。サンプルマザーボード48の前面及び裏面は、それぞれ図12a及び図12bに示される。本実施例では、マザーボード48は2つのWi−Fiバンド(2.4GHz及び5.8GHz)、並びに2つのLTEバンド(800MHz及び1800MHz)でRFエネルギーを採取するために4つのアンテナを含む。本実施例では、採取されたDC電力は、ケースの底部のiPhone(登録商標)のライトニングコネクタを通して電話の電池に充電し直される。
Claims (37)
- システムであって、前記システムが無線周波数信号を送信するように構成される関連付けられたワイヤレス機器によって送信される無線周波数信号の少なくとも一部分を自動採取するように構成され、前記システムが前記ワイヤレス機器に電気的に接続される電池の電荷を補充するために前記無線周波数信号から収集された無線周波数信号を前記ワイヤレス機器の充電要件に適合する直流信号に変換するようにさらに構成される、システム。
- 前記システムが前記ワイヤレス機器の中に埋め込まれる又は前記ワイヤレス機器と一体化している、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムが前記ワイヤレス機器に取外し可能に取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムが前記ワイヤレス機器に恒久的に取り付けられる、請求項1に記載のシステム。
- 前記ワイヤレス機器によって送信される前記無線周波数信号の少なくとも一部を直流信号に変換するように構成される変換回路網のセットと、
変換回路網の前記セットに電気的に接続される電力管理回路網のセットであって、電力管理回路網の前記セットが前記電池の充電要件に適合する前記直流電力を生じさせるように構成される、電力管理回路網のセットと、
電力管理回路網の前記セットに電気的に接続されるワイヤレス機器インタフェースであって、前記ワイヤレス機器インタフェースが電力管理回路網の前記セットによって生じる前記直流電力を前記ワイヤレス機器の前記電池に移動するように構成される、ワイヤレス機器インタフェースと、
をさらに備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記システムが第1の受信アンテナをさらに備え、前記第1の受信アンテナが第1の送信アンテナに近接して配置され、前記第1の送信アンテナによって送信される前記無線周波数信号の少なくとも一部分を収集できる、請求項5に記載のシステム。
- 変換回路網の前記セットが整流器回路を含む、請求項5に記載のシステム。
- 変換回路網の前記セットが高調波ハーベスティング回路をさらに含む、請求項7に記載のシステム。
- 電力管理回路網の前記セットがDC−DC変換器、出力電圧調整器及び制御回路、並びに貯蔵装置を含む、請求項5に記載のシステム。
- 電力管理回路網の前記セットが出力電圧レベル制御回路をさらに含む、請求項5に記載のワイヤレス機器。
- 前記ワイヤレス機器がApple Inc.によって製造又は販売されるワイヤレス機器である、請求項1に記載のシステム。
- 前記ワイヤレス機器がSamsungによって製造又は販売されるワイヤレス機器である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の受信アンテナがWi−Fi信号を受信するように構成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記システムが、無線周波数信号を受信できる第2の受信アンテナをさらに含み、前記第2の受信アンテナが第2の送信アンテナに近接して配置される、請求項13に記載のシステム。
- 前記第2のアンテナがセルラー信号を受信するように構成される、請求項14に記載のシステム。
- 関連付けられたワイヤレス機器からエネルギーを自動採取し、前記自動採取されたエネルギーを使用し、前記ワイヤレス機器の前記電池残量を補充する方法であって、
前記関連付けられたワイヤレス機器によって送信される無線周波数信号の少なくとも一部分を収集することと、
前記無線周波数信号から前記収集された無線周波数信号を直流エネルギーに変換することと、
前記関連付けられたワイヤレス機器に電気的に接続される電池の充電要件に適合するエネルギーに前記直流エネルギーをさらに変換することと、
前記電池に前記適合するエネルギーを追加するためにワイヤレス機器インタフェースを通して前記関連付けられたワイヤレス機器の前記電池に前記適合するエネルギーを移動することと
を含む、方法。 - 前記収集ステップが、前記関連付けられたワイヤレス機器から送信される前記無線周波数信号を収集するために受信アンテナを使用することを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の変換ステップが、整流器回路を使用して前記整流器回路の出力を生じさせ、前記整流器回路の前記出力から残りの交流信号を除外することを含む、請求項17に記載の方法。
- 第2の変換ステップが前記整流器回路の前記除外された出力の前記電力レベルを、前記関連付けられたワイヤレス機器の充電要件に適合する前記直流電力レベルに変更することを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記電力レベルを前記変更することが、
記憶素子を充電することと、
前記記憶素子の貯蔵電力レベルを決定することと、
前記貯蔵電力レベルが前記直流電力レベル未満であるとき、前記関連付けられたワイヤレス機器の前記電池から切断することと
を含む、請求項19に記載の方法。 - 無線周波数エネルギーハーベスティングシステムであって、
無線周波数信号を受信できる第1の受信アンテナであって、第1の送信アンテナに近接して配置される前記第1の受信アンテナと、
前記第1の受信アンテナに電気的に接続されるインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路に電気的に接続される変換回路網のセットであって、前記第1のアンテナによって受信される前記無線周波数信号の少なくとも一部を直流信号に変換するように構成される変換回路網の前記セットと、
変換回路網の前記セットに電気的に接続される電力管理回路網のセットであって、DC−DC変換器並びに出力電圧調整器及び制御回路を備え、前記直流信号からワイヤレス機器電池の前記電池残量を補充できる直流電力を生じさせるように構成される電力管理回路網の前記セットと、
電力管理回路網の前記セットに電気的に接続されるワイヤレス機器インタフェースであって、電力管理回路網の前記セットによって生じる前記直流電力をワイヤレス機器に移動するように構成される前記ワイヤレス機器インタフェースと
を備える、無線周波数エネルギーハーベスティングシステム。 - 変換回路網の前記セットが整流器回路を含む、請求項21に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 変換回路網の前記セットが高調波ハーベスティング回路をさらに含む、請求項22に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 電力管理回路網の前記セットが貯蔵装置をさらに含む、請求項21に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 電力管理回路網の前記セットが出力電圧レベル制御回路をさらに含む、請求項21に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記第1の受信アンテナがWi−Fi信号を受信するように構成される、請求項21に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記システムが無線周波数信号を受信できる第2の受信アンテナをさらに含み、前記第2の受信アンテナが第2の送信アンテナに近接して配置される、請求項26に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記第2のアンテナがセルラー信号を受信するように構成される、請求項27に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記システムが、結合されるアンテナ出力が前記インピーダンス整合回路に送信される前に、前記第1のアンテナの出力及び前記第2のアンテナの出力を結合するように構成される、請求項28に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記システムが、結合されたアンテナ出力が前記ワイヤレス機器インタフェースに送信される前に前記第1のアンテナの出力及び前記第2のアンテナの出力を結合するように構成される、請求項29に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- 前記システムが、
第2のインピーダンス整合回路と、
前記第2のインピーダンス整合回路に電気的に接続される変換回路網の第2のセットであって、前記第2のアンテナによって受信される前記無線周波数信号の少なくとも一部を第2の直流信号に変換するように構成される変換回路網の前記第2のセットと、
前記第2のインピーダンス整合回路に電気的に接続される電力管理回路網の第2のセットであって、第2のDC−DC変換器並びに第2の出力電圧調整器及び制御回路を備え、前記第2の直流信号からワイヤレス機器電池の前記電池寿命を補うことができる直流電力を生じさせるように構成される電力管理回路網の前記第2のセットと
をさらに備える、請求項30に記載のエネルギーハーベスティングシステム。 - 前記システムが前記ワイヤレス機器の中に埋め込まれる、請求項21に記載のエネルギーハーベスティングシステム。
- ワイヤレス機器での使用のためのケースであって、前記ケースが、
無線周波数信号を受信できる第1の受信アンテナであって、第1の送信アンテナに近接して配置される前記第1の受信アンテナと、
前記第1の受信アンテナに電気的に接続されるインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路に電気的に接続される変換回路網のセットであって、前記第1のアンテナによって受信される前記無線周波数信号の少なくとも一部を直流電流信号に変換するように構成される変換回路網の前記セットと、
変換回路網の前記セットに電気的に接続される電力管理回路網のセットであって、DC−DC変換器並びに出力電圧調整器及び制御回路を備え、前記直流信号からワイヤレス機器電池の前記電池残量を補充できる直流電力を生じさせるように構成される電力管理回路網の前記セットと、
電力管理回路網の前記セットに電気的に接続されるワイヤレス機器インタフェースであって、電力管理回路網の前記セットによって生じる前記直流電力をワイヤレス機器に移動するように構成される前記ワイヤレス機器インタフェースと
を備えるエネルギーハーベスティングシステムを含む、ケース。 - 前記エネルギーハーベスティングシステムが前記ケースの中に埋め込まれる、請求項33に記載のケース。
- 前記エネルギーハーベスティングシステムが前記ケースに取外し可能に取り付けられる、請求項33に記載のケース。
- 前記エネルギーハーベスティングシステムが前記ケースに固定して取り付けられる、請求項33に記載のケース。
- ワイヤレス機器の前記電池残量を補充する方法であって、
電池を有する前記ワイヤレス機器を提供することと、
エネルギーハーベスティングシステムに前記ワイヤレス機器の前記電池を電気的に接続することであって、前記システムが、
無線周波数信号を受信できる第1の受信アンテナであって、第1の送信アンテナに近接して配置される前記第1の受信アンテナと、
前記第1の受信アンテナに電気的に接続されるインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路に電気的に接続される変換回路網のセットであって、前記第1のアンテナによって受信される前記無線周波数信号の少なくとも一部を直流信号に変換するように構成される変換回路網の前記セットと、
前記インピーダンス整合回路に電気的に接続される電力管理回路網のセットであって、DC−DC変換器並びに出力電圧調整器及び制御回路を備え、前記直流信号からワイヤレス機器電池の前記電池寿命を補うことができる直流電力を生じさせるように構成される電力管理回路網の前記セットと、
電力管理回路網の前記セットに電気的に接続されるワイヤレス機器インタフェースであって、電力管理回路網の前記セットによって生じる前記直流電力をワイヤレス機器に移動するように構成される前記ワイヤレス機器インタフェースと
を備える、接続することと
を含む、方法。
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