JP2018504871A - ワイヤレス電力伝送および通信のためのウェアラブルデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、内容の全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれている、2015年8月6日に出願した米国特許出願第14/820,216号の優先権を主張するものである。本出願はまた、あらゆる目的のために内容の全体が参照により本明細書に組み込まれている、2014年12月12日に出願した米国仮出願第62/091,117号の出願日の利益を受ける資格を有しかつその利益を主張するものである。
・充電面72において生成される外部磁場74は、水平磁場成分74bならびに垂直磁場成分74aを有する。コイル406を設計するとき、水平磁場と垂直磁場とに結合することが考慮されるべきである。
・所与のコイル406a、406b、406c、406dのターン数(N)および所与のコイルの面積(A)などの設計パラメータは、最初に一次近似として選択されてもよい。NおよびAの初期値は、配置向きの所与のセットについて相互インダクタンス値Mの均一なセットを達成しない場合がある。しかしながら、NおよびAを数回反復して系統的に調節することが、Mの適切な均一なセットをもたらす場合がある。
・各デバイス向きに関する総相互インダクタンスの平均(
・Mjの各値が、Mtargetのパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内である
・Mjの各値が、互いのパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内である
・最大Mjおよび最小Mjが互いのあるパーセンテージ(たとえば、5%、10%、15%、20%)以内であり最小MjがMtargetのあるパーセンテージ以内である
・最小Mjに対する最大Mjの比がある値(たとえば、約1.2)以内であり、最小MjがMtargetのあるパーセンテージ以内である
・など
を含む。
44 ディスプレイ
46 電力エレクトロニクス
72 充電面
74 外部磁場、外部生成磁場
74a 垂直磁場成分
74b 水平磁場成分
76 充電面の中心
100 ワイヤレス電力伝送システム
102 入力電力
104 トランスミッタ
105 ワイヤレスフィールド
108 レシーバ
110 出力電力
112 距離
114 電力送信素子
118 電力受信素子
200 ワイヤレス電力伝達システム
204 トランスミッタ
205 ワイヤレスフィールド
206 送信回路
208 レシーバ
210 受信回路
214 電力送信素子
218 電力受信素子
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
225 入力電圧信号
226 フロントエンド回路
232 フロントエンド回路
234 整流器回路
236 バッテリ
240 コントローラ
250 コントローラ
350 送信または受信回路
352 電力送信または受信素子
354 キャパシタ
356 キャパシタ
358 信号
360 同調回路
400 ウェアラブルデバイス
402 デバイス本体
402a ハウジング
404a 上部留め具
404b 下部留め具
406a 上側コイル
406b 下側コイル
406c 右側コイル
406d 左側コイル
408 接続部
412 リンクセグメント
412a 第1のリンクセグメント
412b 第2のリンクセグメント
604a 可撓性ストラップ
605b 可撓性ストラップ
612 リンクセグメント
902 スイッチ
904 バイパス線
904a バイパス線
904b バイパス線
906 コントローラ
908 センサ
910 同調可能キャパシタ
1002 スイッチマトリクス
1004 コイル
1006 同調可能キャパシタ
1008 コントローラ
1010 センサ
1102 スイッチマトリクス
1104 コイル
1108 コントローラ
1110 センサ
1112 充電回路
1114 トランシーバ
1200 ウェアラブルデバイス
1202 表側コイル
1204 コイル
1212 スイッチマトリクス
1302 第1の上側コイル
1304 第2の上側コイル
1312 スイッチマトリクス
Claims (30)
- ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムであって、前記ワイヤレス充電システムが、
外部生成磁場の存在下で、前記ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力をワイヤレスに提供するように構成された複数のコイルを備え、前記複数のコイルが、
前記ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、
前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルであって、非平面の輪郭を有する、第2のコイルと
を備える、ワイヤレス充電システム。 - 前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスが、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第1の向きにあるとき、前記外部生成磁場の第1の成分に対して垂直であり、前記第2のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第2の向きにあるとき、前記外部生成磁場の前記第1の成分に対して垂直である、請求項2に記載のシステム。
- 前記第1のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第1の向きにあるとき、前記外部生成磁場の第1の成分に対して垂直ではなく、前記第2のコイルが、前記ウェアラブルデバイスが前記第2の向きにあるとき、前記外部生成磁場の前記第1の成分に対して垂直ではない、請求項2に記載のシステム。
- 前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の合成相互インダクタンスが、前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの複数の向きの各々において実質的に同じである、請求項1に記載のシステム。
- 前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスと、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスとの間の比が、実質的に1.2である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のコイルが巻回される第1の平面が、前記第2のコイルが巻回される第2の平面と実質的に直交する、請求項1に記載のシステム。
- 複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のコイルの各コイルが、前記複数のキャパシタのそれぞれ1つに電気的に結合される、請求項1に記載のシステム。
- 各コイルおよびそれぞれのキャパシタが、実質的に前記外部生成磁場の周波数で共振するように構成された共振回路を形成する、請求項8に記載のシステム。
- 前記電子構成要素が、バッテリ充電回路もしくは電力管理回路のうちの少なくとも1つ、またはそれらの組合せである、請求項1に記載のシステム。
- 前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの前記一部が、可撓性ストラップである請求項1に記載のシステム。
- 前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの前記一部が、前記デバイス本体の端部に接続された第1の湾曲セグメントと、前記デバイス本体の反対側の端部に接続された第2の湾曲セグメントとを備え、前記第2のコイルが、前記第1の湾曲セグメント内に配置され、前記複数のコイルの第3のコイルが、前記第2の湾曲セグメント内に配置された、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のコイルが、前記デバイス本体上に配置された第3のコイルをさらに備え、前記第1のコイルおよび前記第3のコイルが、前記デバイス本体の対向する側に配置された、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のコイルが、前記デバイス本体の表面上に配置された、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のコイルに電気的に接続され、前記複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの検出された向きに基づいて、前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の相互インダクタンスを調整するために、前記複数のコイルのうちの2つ以上を選択的に電気的に相互接続するように前記複数のスイッチを動作させるように構成されたコントローラ回路をさらに備える、請求項15に記載のシステム。
- 前記ウェアラブルデバイスが、腕時計、電子フィットネスモニタリングデバイス、電子ブレスレット、または電子バッジである、請求項1に記載のシステム。
- ワイヤレス充電システムを有するウェアラブルデバイスを構成する方法であって、前記方法が、
複数の位置で前記ウェアラブルデバイスと一体化されるように構成された複数のコイルと、外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の目標相互インダクタンス(Mtarget)を選択するステップと、
前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの複数の配置向きを決定するステップと、
前記複数の配置向きの各々に関する前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の総相互インダクタンスを決定するステップと、
前記複数のコイルの1つまたは複数の設計パラメータを変更するステップと、
前記複数の配置向きの各々に関する前記総相互インダクタンスが実質的にMtargetの20%以内になるまで、前記総相互インダクタンスを決定する前記ステップと前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップとを繰り返すステップと
を備える方法。 - 前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の前記総相互インダクタンスを決定するステップが、前記複数の配置向きに関する前記複数のコイルの各々と前記トランスミッタコイルとの間の個々の相互インダクタンスを決定することに基づき、前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップが、前記外部生成磁場内の前記ウェアラブルデバイスの所与の配置向きに関する前記個々の相互インダクタンスが実質的にMtargetの平均を有するまで繰り返される、請求項18に記載の方法。
- 前記総相互インダクタンスを決定する前記ステップおよび前記1つまたは複数の設計パラメータを変更する前記ステップを繰り返す前記ステップが、前記複数の配置向きの各々に関する前記総相互インダクタンスがMtargetに実質的に等しくなるまで繰り返される、請求項18に記載の方法。
- ワイヤレス充電システムであって、
ウェアラブルデバイスのデバイス本体と一体化された第1のコイルと、前記ウェアラブルデバイスをユーザに固定するように構成された前記ウェアラブルデバイスの一部と一体化された第2のコイルとを備える複数のコイルと、
前記複数のコイルに電気的に接続され、前記複数のコイルを異なる組合せで選択的に相互接続するように動作可能な複数のスイッチと
を備え、
前記複数のスイッチが、前記ウェアラブルデバイスの第1の電子構成要素に電気的に相互接続された前記複数のコイルを備える第1の組合せで前記複数のコイルを電気的に相互接続するように動作可能であり、前記複数のコイルが、外部生成磁場に結合され、前記第1の電子構成要素に電力を提供するように構成され、
前記複数のスイッチが、前記第1の電子構成要素に電気的に相互接続された前記複数のコイルのサブセットと、前記ウェアラブルデバイス内の第2の電子構成要素に電気的に接続された前記複数のコイルのうちの少なくとも1つとを備える第2の組合せで前記複数のコイルを電気的に相互接続するように動作可能であり、前記複数のコイルの前記サブセットが、前記外部生成磁場に結合され、前記第1の電子構成要素に電力を提供するように構成された、ワイヤレス充電システム。 - 前記第2の組合せにおいて、前記複数のコイルの前記サブセットが、電気的に相互接続され、前記外部生成磁場に結合するように構成され、前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、主通信アンテナまたはダイバーシティ通信アンテナとして構成された、請求項21に記載のシステム。
- 前記主通信アンテナまたは前記ダイバーシティ通信アンテナが、LTE通信、UMTS通信、CDMA通信、GSM(登録商標)通信、WiFi通信、Bluetooth(登録商標)通信、GPS通信、もしくは無線通信のうちの少なくとも1つ、またはそれらの組合せのためのものである、請求項22に記載のシステム。
- 前記第2の組合せでの前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、前記デバイス本体の表面側に配置され、GPS通信のために構成された、請求項21に記載のシステム。
- 前記第1の電子構成要素が、バッテリ充電回路を含み、前記第2の電子構成要素が、通信回路を含む、請求項21に記載のシステム。
- 前記第1の組合せが、直列もしくは並列またはそれらの組合せで電気的に相互接続された前記複数のコイルのうちの少なくともいくつかを備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記第2の組合せが、前記ウェアラブルデバイス内の第3の電子構成要素に電気的に接続された前記複数のコイルのうちの別の1つをさらに備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記複数のコイルのうちの前記少なくとも1つが、主通信アンテナとして構成され、前記複数のコイルのうちの前記別の1つが、ダイバーシティ通信アンテナとして構成された、請求項27に記載のシステム。
- ウェアラブルデバイス用のワイヤレス充電システムであって、前記ワイヤレス充電システムが、
前記ウェアラブルデバイスの異なる表面上または表面内に配置された複数のコイルを備え、前記表面のうちの少なくとも2つが、異なる平面上に配向され、
前記複数のコイルが、外部生成磁場に結合され、前記ウェアラブルデバイス内の電子構成要素に電力を提供するように構成され、
前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第1の向きにあるときの前記複数のコイルと前記外部生成磁場を生成するように構成されたトランスミッタコイルとの間の第1の相互インダクタンスが、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で第2の向きにあるときの前記複数のコイルと前記トランスミッタコイルとの間の第2の相互インダクタンスの20%以内である、ワイヤレス充電システム。 - 前記複数のコイルに接続され、前記ウェアラブルデバイスが前記外部生成磁場内で異なる向きにあるときに前記複数のコイルのうちの異なるコイルを選択的に相互接続するように構成されたスイッチング回路をさらに備える、請求項29に記載のシステム。
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