JP2018527864A - Wireless power system and method suitable for charging wearable electronic devices - Google Patents
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Abstract
ワイヤレスエネルギ伝送のためのベースユニット、システムおよび方法が開示される。幾つかの実施例によるワイヤレスエネルギ伝送システムは、ワイヤレスエネルギの送信器と、離隔されて設けられている受信器とを含む。送信器コイルおよび受信器コイルの実施例が開示される。距離および向きの最適化の実施例が開示される。ヘルメット、身体装着ユニットおよび/または照明用ソケットが含まれると考えられるワイヤレス充電システムの実施例が開示される。A base unit, system and method for wireless energy transmission are disclosed. A wireless energy transmission system according to some embodiments includes a transmitter of wireless energy and a receiver that is spaced apart. Embodiments of transmitter and receiver coils are disclosed. An example of distance and orientation optimization is disclosed. An example of a wireless charging system is disclosed that is believed to include a helmet, a body wearing unit, and / or a lighting socket.
Description
本明細書に記載する実施例は、ウェアラブル電子デバイスの充電に適したワイヤレス電力システムおよび方法に関する。 The embodiments described herein relate to a wireless power system and method suitable for charging a wearable electronic device.
市販の電子ウェアラブルデバイスの数および種類は拡大し続けている。予測者は、電子ウェアラブルデバイスの市場は今後10年間で4倍以上になるであろうと予測している。この成長を実現するには幾つかの障害が残っている。主要な2つの障害として、既存の電子ウェアラブルデバイスの外観/美しさと、それら電子ウェアラブルデバイスの限定的なバッテリ寿命と、が挙げられる。消費者は、一般的に、電子ウェアラブルデバイスが小型で目立たないことを望んでおり、また充電の回数が少なく済むことを要求している。一般的に、消費者は、所望のより小さいフォームファクタおよび延長されたバッテリ寿命を得るために機能性について妥協することを望んでいない。小さいフォームファクタ、さらにはより長いバッテリ寿命に対する要求は、相互に直接的に矛盾する目標であり、また従来のデバイスはその目標に取り組むために苦心している。したがって、この分野におけるさらなる解決手段が望まれていると考えられる。 The number and type of commercially available electronic wearable devices continues to expand. Predictors predict that the market for electronic wearable devices will more than quadruple over the next decade. Several obstacles remain to achieve this growth. Two major obstacles are the appearance / beauty of existing electronic wearable devices and the limited battery life of those electronic wearable devices. Consumers generally want electronic wearable devices to be small and unobtrusive, and require fewer recharges. In general, consumers do not want to compromise on functionality to achieve the desired smaller form factor and extended battery life. The demand for small form factors and even longer battery life is a goal that is in direct conflict with each other, and conventional devices are struggling to address that goal. Therefore, further solutions in this field are considered desirable.
概要
本明細書においてシステムの複数の実施例を説明する。システムの1つの実施例は、ワイヤレス電力供給のために構成されている送信器コイルを有している送信器、および/またはこの送信器から所定の距離だけ離れている受信器を含むことができる。幾つかの実施例においては、送信器は、送信器インピーダンスを含むことができる。幾つかの実施例においては、受信器は、送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されている受信器コイルを含むことができる。幾つかの実施例においては、受信器コイルは、巻線内に磁性金属コアを含むことができる。幾つかの実施例においては、受信器は、受信器インピーダンスを含むことができる。幾つかの実施例においては、送信器および受信器は、疎結合されている。
Overview Several embodiments of the system are described herein. One embodiment of the system may include a transmitter having a transmitter coil configured for wireless power supply, and / or a receiver that is a predetermined distance away from the transmitter. . In some embodiments, the transmitter can include a transmitter impedance. In some embodiments, the receiver can include a receiver coil configured to receive wireless power from the transmitter. In some embodiments, the receiver coil can include a magnetic metal core in the winding. In some embodiments, the receiver can include a receiver impedance. In some embodiments, the transmitter and receiver are loosely coupled.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器と受信器との間の特定の離隔距離に関して最適に整合させることができ、またその他のすべての離隔距離に関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。 In some embodiments, transmitter and receiver impedances can be optimally matched for a particular separation between the transmitter and receiver, and for all other separations, The impedance may not be optimized.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスは、送信器と受信器との間の特定の相対的な向きに関して最適に整合されており、またその他のすべての相対的な向きに関しては最適化されていない。 In some embodiments, the transmitter and receiver impedances are optimally matched with respect to a particular relative orientation between the transmitter and receiver, and with respect to all other relative orientations. Is not optimized.
幾つかの実施例においては、システムは、100未満のQ値を有している弱い共振系である。 In some embodiments, the system is a weak resonant system having a Q value less than 100.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器と受信器との間の少なくとも2つの特定の離隔距離に関して最適に整合させることができ、またその他のすべての離隔距離に関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。 In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance can be optimally matched for at least two specific separations between the transmitter and receiver, and for all other separations. Their impedance may not be optimized.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器と受信器との間の少なくとも2つの特定の相対的な向きに関して最適に整合させることができ、またその他のすべての相対的な向きに関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。 In some embodiments, the transmitter and receiver impedances can be optimally matched with respect to at least two specific relative orientations between the transmitter and receiver, and all other relative For specific orientations, their impedance may not be optimized.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、離隔距離のグループに関して最適に整合させることができる。 In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance can be optimally matched for a group of separations using automatic iterative impedance optimization.
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、送信器と受信器との間の異なる相対的な向きのグループに関して最適に整合させることができる。 In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance are optimally matched for different relative orientation groups between transmitter and receiver using automatic iterative impedance optimization. be able to.
幾つかの実施の形態においては、送信器コイルは、送信器巻線内に送信器磁性金属コアを含むことができる。幾つかの実施例においては、磁性金属コアはフェライトであってよい。 In some embodiments, the transmitter coil can include a transmitter magnetic metal core in the transmitter winding. In some embodiments, the magnetic metal core may be ferrite.
幾つかの実施例においては、送信器、または受信器、または送信器および受信器の両方は、同調キャパシタを含むことができる。 In some embodiments, the transmitter, or receiver, or both the transmitter and receiver, can include a tuning capacitor.
幾つかの実施例においては、送信器、または受信器、または送信器および受信器の両方は、誘電材料を含むことができる。 In some embodiments, the transmitter, or receiver, or both the transmitter and receiver can include a dielectric material.
幾つかの実施例においては、送信器コイルおよび/または受信器コイルの磁性金属コアは、その幅よりも長い長さを有するように成形されている。 In some embodiments, the magnetic metal core of the transmitter coil and / or receiver coil is shaped to have a length that is longer than its width.
幾つかの実施例においては、送信器磁性金属コアおよび/または受信器磁性金属コアは、その幅よりも長い長さを有するように成形されている。 In some embodiments, the transmitter magnetic metal core and / or the receiver magnetic metal core are shaped to have a length that is longer than their width.
幾つかの実施例においては、送信器および/または受信器の磁性金属コアは、その直径よりも長い長さを有するように成形されている。 In some embodiments, the magnetic metal core of the transmitter and / or receiver is shaped to have a length that is longer than its diameter.
幾つかの実施例においては、送信器および/または受信器の磁性金属コアは、ロッドの形状で成形されている。 In some embodiments, the magnetic metal core of the transmitter and / or receiver is shaped in the form of a rod.
幾つかの実施例においては、送信器コイルおよび/または受信器コイルの巻線には、リッツ線が含まれると考えられる。 In some embodiments, transmitter coil and / or receiver coil windings may include litz wires.
幾つかの実施例においては、送信器コイルおよび/または受信器コイルの巻線には、銅線が含まれると考えられる。 In some embodiments, the windings of the transmitter coil and / or the receiver coil may include copper wire.
幾つかの実施例においては、送信器磁性金属コアは、受信器磁性金属コアの体積よりも10倍以上の体積を有している。 In some embodiments, the transmitter magnetic metal core has a volume that is ten times greater than the volume of the receiver magnetic metal core.
幾つかの実施例においては、送信器磁性金属コアは、受信器磁性金属コアの体積よりも100倍以上の体積を有している。 In some embodiments, the transmitter magnetic metal core has a volume that is 100 times greater than the volume of the receiver magnetic metal core.
幾つかの実施例においては、送信器磁性金属コアは、受信器磁性金属コアの体積よりも1,000倍以上の体積を有している。 In some embodiments, the transmitter magnetic metal core has a volume greater than 1,000 times the volume of the receiver magnetic metal core.
幾つかの実施例においては、送信器巻線は、受信器巻線の巻線長さよりも10倍以上の巻線長さを有している。 In some embodiments, the transmitter winding has a winding length that is 10 times greater than the winding length of the receiver winding.
幾つかの実施例においては、送信器巻線は、受信器巻線の巻線長さよりも100倍以上の巻線長さを有している。 In some embodiments, the transmitter winding has a winding length that is 100 times greater than the winding length of the receiver winding.
幾つかの実施例においては、送信器巻線は、受信器巻線の巻線長さよりも1,000倍以上の巻線長さを有している。 In some embodiments, the transmitter winding has a winding length that is 1,000 times greater than the winding length of the receiver winding.
幾つかの実施例においては、送信器は、1つのアンテナを含むことができる。 In some embodiments, the transmitter can include one antenna.
幾つかの実施例においては、送信器は、複数のアンテナを含むことができる。 In some embodiments, the transmitter can include multiple antennas.
幾つかの実施例においては、送信器は、100kHzから200kHzまでの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。 In some embodiments, the transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 100 kHz to 200 kHz.
幾つかの実施例においては、送信器は、125kHz±3kHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。 In some embodiments, the transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 125 kHz ± 3 kHz.
幾つかの実施例においては、送信器は、125kHz±5kHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。 In some embodiments, the transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 125 kHz ± 5 kHz.
幾つかの実施例においては、送信器は、6.75MHz±5MHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。 In some embodiments, the transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 6.75 MHz ± 5 MHz.
幾つかの実施例においては、システムのQ値は100を上回っている。 In some embodiments, the system Q value is greater than 100.
本発明の特徴、態様およびそれに付随する利点は、添付の図面と関連させた、本発明の実施の目下考えられる最善の様式を含む種々の実施の形態の以下の詳細な説明より明らかになる。 The features, aspects, and attendant advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of various embodiments, including the best mode contemplated for carrying out the invention, taken in conjunction with the accompanying drawings.
詳細な説明
電子デバイスにワイヤレスに給電するためのシステム、方法および装置を説明する。本明細書における実施例によるシステムおよび方法は、市販のシステムに比べて、電力を送信するコイルと受信するコイルとの間のより長い離隔距離で、電力をワイヤレスに供給することができる。付加的な利点によって、下記においてさらに説明するように、熱安定性および向きの自由度を改善することができる。
DETAILED DESCRIPTION Systems, methods and apparatus for wirelessly powering electronic devices are described. The systems and methods according to the embodiments herein can wirelessly supply power with a longer separation between the transmitting coil and receiving coil as compared to commercially available systems. Additional advantages can improve thermal stability and orientation flexibility, as further described below.
本明細書に記載する幾つかの実施例に従い、ワイヤレス電力伝送システムを説明し、より詳細には、適度な周波数依存性を有する、より広範な共振増幅を有している弱い共振システムを説明する。本明細書に記載する幾つかの実施例によれば、誘導性コイルの相対的な大きさおよびコイル間の向きの依存性を、100を超えるQ値で強く共振結合される市販のシステムにおいて一般的に見られるコイルの大きさおよび向きの依存性に比べて低減することができる。本発明による幾つかの実施例においては、ワイヤレス電力伝送システムを、100未満のQ値で動作させることができる。典型的に空心コイルを使用する市販のシステムとは異なり、本明細書に記載する幾つかの実施例によれば、コイル間の磁界の形状を、例えばフェライトのような高透磁率の媒体を使用して拡張することができる。幾つかの実施例によれば、誘導される磁束または部分的に誘導される磁束を使用して、所定の向きにおいてシステムの性能を改善することができる。適切な周波数、例えば人体に安全な周波数が、電力のブロードキャストに使用される。遮蔽効果の結果から生じる可能性がある損失が低減されるようにブロードキャスト周波数を調整することができる。 In accordance with some embodiments described herein, a wireless power transfer system is described, and more particularly a weak resonant system having a broader resonance amplification with moderate frequency dependence. . In accordance with some embodiments described herein, the relative size of the inductive coils and the dependence of the orientation between the coils are commonly used in commercially available systems that are strongly resonantly coupled with a Q value greater than 100. This can be reduced compared to the dependence on the size and orientation of the coil that is commonly seen. In some embodiments according to the present invention, the wireless power transfer system can be operated with a Q value less than 100. Unlike commercially available systems that typically use air-core coils, according to some embodiments described herein, the shape of the magnetic field between the coils is used using a high permeability medium such as ferrite. And can be expanded. According to some embodiments, induced or partially induced magnetic flux can be used to improve system performance in a given orientation. Any suitable frequency, for example a frequency that is safe for the human body, is used for power broadcasting. The broadcast frequency can be adjusted to reduce losses that may result from the shielding effect.
図1は、本発明の幾つかの実施例による1つまたは複数の電子デバイスにワイヤレスに給電するためのシステムのブロック図を示す。システム10は、ベースユニット100と、1つまたは複数の電子デバイス200と、を含んでいる。ベースユニット100は、ベースユニットから所定の距離離隔させることができる電子デバイス200のうちの1つまたは複数に電力をワイヤレスに供給するように構成されている。ベースユニット100は、電子デバイスがベースユニット100の閾値距離(例えば、充電レンジまたは充電ゾーン106)内にとどまっている間に、電子デバイス200に電力をワイヤレスに供給するように構成されている。ベースユニット100は、ベースユニット100の近傍内(例えば、充電レンジ内)に存在するものとして検出された、任意の数の電子デバイス(例えば、1,2,3,4,5,6,7,8,9または10、ただし、幾つかの実施例においては10よりも多くの数のデバイスを充電することができる)に電力をワイヤレスで選択的に伝送するように構成することができる。一般的には、ベースユニット100から離隔された距離にある間に(例えば、充電のためのベースユニットに結合されて)電子デバイス200を充電することができるにもかかわらず、ベースユニット100は、電子デバイス200がベースユニット100の近傍にあるか、またはベースユニット100と接触しているときに、電子デバイス200に電力をワイヤレスに供給するように動作できることが構想されており、またそれは本発明の範囲内である。
FIG. 1 shows a block diagram of a system for wirelessly powering one or more electronic devices according to some embodiments of the present invention. The
ベースユニット100は、送信器110、バッテリ120およびコントローラ130を含んでいる。送信器110は、少なくとも1つの送信コイル112(同義として、Txコイルとも称する)を含んでいる。送信コイル112は、導体巻線を備えた磁心を含むことができる。巻線は、銅線(銅巻線とも称する)を含むことができる。幾つかの実施例においては、銅線は、一体構造の銅線(例えば、シングルストランドワイヤ)であってよい。幾つかの実施例においては、銅線は、マルチストランド銅線(例えば、リッツ線)であってよく、この銅線は、幾つかの実施例においては表皮効果に起因して抵抗率を低下させることができ、これによって、抵抗損をより低くすることができることから、より高い電力伝送を実現することができる。幾つかの実施例においては、磁心は、フェライトコアであってよい(同義として、フェライトロッドとも称する)。フェライトコアは、中透磁率のフェライトコア、例えばFair−Rite社より販売されている78Materialを含むことができる。幾つかの実施例においては、フェライトコアは、高透磁率の材料、例えばドイツのVacuumschmelze社より販売されているVitroperm 500Fを含むことができる。他のフェライト材料を含んでいるフェライトコアを使用することもできる。幾つかの実施例においては、フェライトは、約2,300のマイクロi(μ)の中透磁率を有することができる。幾つかの実施例においては、フェライトは、約200から約5,000までの範囲のマイクロi(μ)の透磁率を有することができる。幾つかの実施例においては、異なる磁気材料を、磁心に使用することができる。一般的に、本明細書に記載する送信コイルは、力線が有利には磁心を通って延びることから、幾つかの実施例においては、送信コイルによって提供される場を成形することができる磁心を使用することができ、このようにして、部分的に誘導された磁束を使用することができ、この場合、磁束の一部が磁心によって誘導される。
The
送信コイル112は、電子デバイス200内の受信コイル210に誘導結合されるように構成されている。このようにして、電力を送信コイル112から受信コイル210に(例えば、誘導結合を介して)伝送することができる。幾つかの実施例においては、送信器110を、付加的に受信器として構成することができ、したがって、同義として、送信器/受信器と称することができる。例えば、送信器/受信器の送信コイルを、付加的に受信コイルとして構成することができる。幾つかの実施例においては、送信器/受信器は、付加的に受信コイルを含むことができる。さらに別の実施例においては、ベースユニットは、受信コイルを備えている別個の受信器140を含むことができる。ベースユニットの送信器/受信器または別個の受信器を、下記においてさらに説明するように、電力(102)および/またはデータ(104)をワイヤレスに受信するように構成することができる。
The
幾つかの実施例においては、送信器110は、単一の送信コイル112を含むことができる。最適な充電ゾーン106を提供するために、送信コイル112を、最適な位置におよび/または最適な向きで配置することができる。幾つかの実施例においては、デバイスの一般的な使用中に多数の充電の機会を提供するために選択されたベースユニット内の位置に送信コイルを配置することができる。例えば、最も頻繁に電子デバイスに近付くベースユニットの1つの面(例えば、図6における実施例に示す場合のように携帯電話ケースとして実施されているベースユニットの上面)の近くに送信コイル112を配置することができる。
In some embodiments, the
幾つかの実施例においては、送信器110は、複数の送信コイル112を含んでいる。送信コイル112は、ほぼ任意のパターンで配置することができる。例えば、ベースユニットは、相互に角度が付けられた一組のコイルを含むことができる。幾つかの実施例においては、コイルを90°未満の角度で、例えば15°から75°の間の範囲で配置することができる。幾つかの実施例においては、コイルを相互に相対的に45°の角度で配置することができる。他の組合せおよび配置を使用することもでき、それらのうちの幾つかの例を以下においてさらに説明する。
In some embodiments,
幾つかの実施例においては、ほぼ全方向性の充電ゾーン106(充電球状範囲またはホットスポットとも称される)を提供するように送信コイルを配置することができる。ベースユニットの充電ゾーン106を、ベースユニットの周囲の3次元空間によって規定することができ、この3次元空間は、3つすべての方向(例えば、x方向、y方向およびz方向)においてベースユニットから閾値距離まで延びている。ベースユニットの充電レンジに対応する3次元(3D)空間は、本明細書において、球状範囲と称することができるが、それにもかかわらず、充電レンジに相当する3次元(3D)空間の形状は厳密に球状である必要はないと解される。幾つかの実施例においては、充電球状範囲は、楕円であってもよいし、別の形状であってもよい。
In some embodiments, the transmit coil can be arranged to provide a substantially omnidirectional charging zone 106 (also referred to as a charging spherical area or hot spot). The charging
充電ゾーン106内のワイヤレス電力伝送の効率は可変であると考えられ、例えば、送信コイルおよび受信コイルの特定の組合せに依存して、および/または、コイルの特定の配置またはベースユニット内および(1つまたは複数の)電子デバイス内のコイルの相対的な配置に依存して可変であると考えられる。充電ゾーン106の全方向性が改善されるように、および/または、ゾーン106内の電力伝送の効率が改善されるように、1つまたは複数の送信コイル112を、ベースユニットのケーシング内に配置することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットの一般的な使用中の充電のための機会が増えるように、1つまたは複数の送信コイル112をケーシング内に配置することができる。例えば、最も頻繁に電子デバイスに近付けられるベースユニットの1つまたは複数の面(例えば、アイウェアカメラまたはディジタル腕時計のようなウェアラブル電子デバイスの近傍に頻繁に移動させることができる携帯電話ケースベースユニットの上面または側面)に沿って、(1つまたは複数の)送信コイルを少なくとも部分的に延在させることができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットを、一般的な使用中に表面(例えば、テーブルまたは机)に配置することができ、また電子デバイスを、ベースユニットの周囲に配置することができる。幾つかの実施例においては、(1つまたは複数の)送信コイルを、ベースユニットケーシングの周囲に配置することができる。
The efficiency of wireless power transfer within the charging
幾つかの実施例においては、ベースユニットを、取付け機構を介して、例えば、接着アタッチメント、弾性アタッチメント、ばねクランプ、(1つまたは複数の)サクションカップ、機械圧力などを介して携帯電話に取り付けることができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットを、一般的に平坦な形状(例えば、矩形のプレート)を有することができる筐体(ケーシングとも称する)によって包囲することができるか、または筐体に埋め込むことができる。取付け機構をケーシングに接続させることができ、それによってベースユニットを携帯電話、テーブルまたは他の通信デバイスに取外し可能に取り付けることができる。1つの実施例においては、取付け機構が、単に一例ではあるが矩形のプレートの形態でベースユニットに対して携帯電話を付勢するように構成されている、付勢部材、例えばクリップであってよい。例えば、クリップをベースユニットの面の近傍に設けることができ、またベースユニットを、紙またはノート/メモパッドをクリップボードに取り付けるのと同様にして、クリップを介して携帯電話に取り付ける(クリップ止めする)ことができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットを、通信デバイスにおよび/または通信デバイスのケースに、接着性または弾性に取り付けることができる。 In some embodiments, the base unit is attached to the mobile phone via an attachment mechanism, for example, via an adhesive attachment, elastic attachment, spring clamp, suction cup (s), mechanical pressure, etc. Can do. In some embodiments, the base unit can be surrounded by or embedded in a housing (also referred to as a casing) that can have a generally flat shape (eg, a rectangular plate). be able to. An attachment mechanism can be connected to the casing, whereby the base unit can be removably attached to a mobile phone, table or other communication device. In one embodiment, the attachment mechanism may be a biasing member, such as a clip, configured to bias the mobile phone against the base unit in the form of a rectangular plate, but by way of example only. . For example, a clip can be provided near the surface of the base unit, and the base unit can be attached to a mobile phone via a clip (clip-attached) in the same way as a paper or notebook / memo pad is attached to a clipboard. Can do. In some embodiments, the base unit can be adhesively or elastically attached to the communication device and / or to the case of the communication device.
別の実施例においては、ベースユニットを、通信デバイスから離隔させることができる。さらに別の実施例においては、ベースユニットを、通信デバイスに組み込むことができる(例えば、集積することができる)。例えば、送信器110を、一般的な携帯電話の他のコンポーネントに集積することができる。コントローラ130は、携帯電話内の別個のICであってよいか、またはその機能性を携帯電話のプロセッサおよび/または他の回路に組み込むことができる。一般的な携帯電話は、ベースユニットのバッテリ120としても機能することができる再充電可能バッテリを含んでいる。このようにして、電子デバイスに、例えば別個の電子ウェアラブルデバイスに電力をワイヤレスに供給するように、携帯電話を構成することができる。
In another embodiment, the base unit can be spaced from the communication device. In yet another embodiment, the base unit can be incorporated (eg, integrated) into the communication device. For example, the
上述したように、ベースユニット100は、バッテリ120を含むことができる。バッテリ120は、再充電可能バッテリ、例えば、ニッケル水素(NiMH)電池、リチウムイオン(Li−ion)電池、またはリチウムイオンポリマ(Li−ion polymer)電池であってよい。バッテリ120を、電力を受信する他のコンポーネントに接続することができる。例えば、バッテリ120を、エネルギ発生器150に接続することができる。エネルギ発生器150は、採取(ハーベスト)されたエネルギを貯蔵用のバッテリに供給することができ、また(1つまたは複数の)電子デバイスの充電に使用することができる、エネルギハーベスティングデバイスを含むことができる。エネルギハーベスティングデバイスには、運動エネルギハーベスティングデバイス、太陽電池、熱電発電装置、またはRFハーベスティングデバイスが含まれると考えられるが、デバイスの例はこれらに限定されるものではない。幾つかの実施例においては、バッテリ120を、入力/出力コネクタ180に、例えばユニーバーサルシリアルバス(USB)ポートに接続することができる。本明細書において、用語USBポートには、現在公知のまたは将来開発される、あらゆるタイプのUSBインタフェース、例えばminiUSBタイプおよびmicroUSBタイプのインタフェースが含まれると解される。付加的または代替的に、現在公知のまたは将来開発される他のタイプのコネクタを使用することができる。ベースユニット100を外部のデバイスに、例えば外部電源またはコンピューティングデバイス(例えば、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、タブレット、または携帯電話)に接続するために、I/Oコネクタ180(例えば、USBポート)を使用することができる。
As described above, the
送信器110は、バッテリ120に接続されることにより、バッテリから電力を選択的に受信し、また電力を電子デバイス200にワイヤレスに伝送するように動作する。本明細書において説明したように、幾つかの実施例においては、送信器は、送信器の機能性を受信器と組み合わせることができる。幾つかの実施例においては、外部電源から電力をワイヤレスに受信するように、送信器を構成することもできる。伝送中に、送信器によって電力をワイヤレスにブロードキャストすることができ、また近傍内(例えば、送信器のブロードキャスト距離内)の任意の受信デバイスによって受信することができる。
The
幾つかの実施例においては、送信器110を、電子デバイス200内の受信器と弱く結合させることができる。送信器110と電子デバイス200内の受信器との間に密結合が存在していなくてもよい。強い共振結合を密結合とみなすことができる。弱い(または緩い)結合によって、所定の距離(例えば、携帯電話内または携帯電話上のベースユニットから、アイウェアにおけるウェアラブルデバイスまで、または表面に配置されているベースユニットから、ベースユニット上ではないベースユニットの近傍の表面に配置されているウェアラブルデバイスまでの距離)にわたる電力伝送を実現することができる。つまり、例えば、送信器110を受信器から離隔させることができる。この距離は、幾つかの実施例においては1mmよりも長くてよく、幾つかの実施例においては10mmよりも長くてよく、幾つかの実施例においては100mmよりも長くてよく、また幾つかの実施例においては1,000mmよりも長くてよい。別の実施例においては、別の距離を使用することもでき、また電力をそれらの距離にわたり伝送することができる。
In some embodiments, the
送信器110および電子デバイス200内の受信器は、それぞれがインダクタンス、キャパシタンスおよび抵抗を備えている、インピーダンス整合回路を含むことができる。インピーダンス整合回路は、送信器110のインピーダンスを調整して、通常見込まれる負荷下での受信器のインピーダンスにより良好に整合されるように機能することができるが、それにもかかわらず、本明細書に記載する実施例においては、送信器は受信器のインピーダンスをインピーダンス整合回路によっては整合させることができず、また受信器は送信器のインピーダンスをインピーダンス整合回路によっては整合させることができないが、しかしながら、インピーダンス整合回路によって、送信器のインピーダンスと受信器のインピーダンスとの差異を低減できるように異なる大きさおよび/または他の特性をそれぞれ備えている送信コイルおよび受信コイルを送信器および受信器が有することができる。送信器110は、一般的に、人体に安全な周波数で、例えば、幾つかの実施例においては500kHz未満、幾つかの実施例においては300kHz未満、幾つかの実施例においては200kHz未満、幾つかの実施例においては125kHz未満、幾つかの実施例においては100kHz未満の周波数で供給することができるワイヤレス電力信号を供給することができる。ただし、上記の数値以外の他の周波数も使用することができる。調整されていないか、または強く調整されていない周波数を使用することが望ましいと考えられる。例えば、幾つかの実施例においては、周波数は300kHz未満である。
The
電力の伝送/ブロードキャストは、電力がブロードキャストされているときにコントローラが制御するという点において選択性であってよい。ベースユニットは、バッテリ120および送信器110に接続されているコントローラ130を含むことができる。下記においてさらに説明するように、コントローラ130を、送信器110に電力を選択的に伝送させるように構成することができる。過充電からバッテリを保護するために、バッテリ120に充電回路を接続することができる。充電回路は、バッテリ120の充電レベルを監視することができ、またバッテリ120が完全に充電されたことを検出すると、充電を停止することができる。幾つかの実施例においては、充電回路の機能性を、コントローラ130に組み込むことができるか、または充電回路は、別個の回路であってもよい(例えば、別個のICチップ)。
Power transmission / broadcasting may be selective in that the controller controls when power is being broadcast. The base unit can include a
幾つかの実施例においては、ベースユニットは、メモリ160を含むことができる。メモリ160を、送信器110、および/または任意の付加的な送信器および/または受信器(例えば、受信器140)に接続し、ベースユニット100に伝送されるデータ、およびベースユニット100から伝送されるデータを記憶することができる。例えば、ベースユニット100を、電子デバイス200との間でデータをワイヤレスに通信するように、例えばウェアラブルカメラの形態の電子デバイスを用いて取得された画像を受信するように、または構成データを電子デバイスに伝送するように構成することができる。ベースユニットは、コントローラと接続されることにより動作することができる1つまたは複数のセンサ170を含むことができる。センサ170は、ベースユニットの状態を検出することができ、それによって、送信器は、コントローラ130による制御下で、電力を選択的におよび/または調整して供給することができる。
In some embodiments, the base unit can include a
電子デバイス200は、ほぼ任意の機能性を提供するように構成することができ、例えば、ウェアラブルカメラ、電子時計、電子バンド、および他のそのようなスマートデバイスとして構成されている電子デバイスであってよい。電子デバイスの特定の機能を実行するように適合されている回路の他に、電子デバイス200は、さらに、ワイヤレスの充電に関連付けられた回路を含むことができる。電子デバイス200は、少なくとも1つの受信コイル212を含むことができ、この受信コイル212を、電子デバイス200に搭載されている再充電可能な動力電池に接続することができる。電子デバイスの一般的な使用中にユーザの妨害とならないような、または妨害が最小限となるような頻繁な充電を、本明細書に記載する実施例による受信コイルと送信コイルとの間のワイヤレスの結合を介して達成することができる。
The
幾つかの実施例においては、電子デバイスは、ウェアラブル電子デバイスであってよく、このウェアラブル電子デバイスは、本明細書において電子ウェアラブルデバイスと同義に用いられていると考えられる。電子デバイスは、ユーザが容易に携帯できるほどの、十分に小さいフォームファクタを有することができる。電子デバイス200は、ユーザが着用する衣服またはアクセサリに取り付けることができ、例えばアイウェアであってよい。例えば、電子デバイス200を、例えば図2(アイウェアの一部、すなわちテンプルのみを示しており、図面を乱雑にしたものではない)に示されているように、アイウェアに組み込まれたガイド6(例えば、トラック)を使用してアイウェアに取り付けることができる。
In some embodiments, the electronic device may be a wearable electronic device, which is considered to be used synonymously with the electronic wearable device herein. An electronic device can have a form factor that is small enough to be easily carried by a user. The
幾つかの実施例においては、ベースユニットを付加的に、RFエネルギのためのブースタとして構成することができ、例えば単に一例ではあるが、本明細書に記載するベースユニットの実施例は、例えば、WiFi、Bluetooth、ZigBeeのRFエネルギを増強させることができるか、もしくは例えばスマートフォンから、または本明細書に記載するベースユニットに導入することができる、および/または、ベースユニットの近傍に配置することができる移動通信システムから到来する他の信号を増強させることができるコンポーネントを含むことができる。例えば、ベースユニットは、スマートフォンまたは移動通信システムによって生成されたRFエネルギを受信し、単に一例ではあるがWiFi、Bluetooth、ZigBeeの信号のうちの1つを受信し、例えばウェアラブル電子デバイスによって受信されるべきより高い電力レベルで信号を再びブロードキャストすることができるトランシーバ回路を含むことができる。この再び行われるブロードキャストを、例えば一方向性のアンテナを使用して実現することができ、この一方向性のアンテナは、ユーザがスマートフォンまたは移動通信システムで会話をしているときに、主にそのユーザの頭部から離れる方向にエネルギをブロードキャストする。幾つかの実施例においては、ベースユニットにおけるブースト回路は、ウェアラブルデバイスがベースユニットによって、もしくはスマートフォンまたは移動通信システムにおいて実行されているアプリケーションによって検出されたときに、電力を増強することができる。幾つかの実施例においては、制御がスマートフォンまたは移動通信システムにおいて実行されているアプリケーションにおいて行われてもよい。エネルギ伝送のための電力の増強に加えて、ウェアラブルデバイスとスマートフォンまたは移動通信システムとの間のデータ伝送を改善するために、データ信号を増幅することもできる。 In some embodiments, the base unit can additionally be configured as a booster for RF energy, for example, by way of example only, the base unit embodiment described herein can be, for example, WiFi, Bluetooth, ZigBee RF energy can be increased, or can be introduced from and / or placed in the vicinity of the base unit, for example from a smartphone or in the base unit described herein Components that can enhance other signals coming from a mobile communication system that can be included. For example, the base unit receives RF energy generated by a smartphone or mobile communication system, and receives one of the signals of WiFi, Bluetooth, ZigBee, but by way of example only, for example received by a wearable electronic device A transceiver circuit that can broadcast the signal again at a higher power level should be included. This replayed broadcast can be realized using, for example, a unidirectional antenna, which is mainly used when a user is talking on a smartphone or mobile communication system. Broadcast energy away from the user's head. In some embodiments, the boost circuit in the base unit can enhance power when a wearable device is detected by the base unit or by an application running in a smartphone or mobile communication system. In some embodiments, the control may be performed in an application running in a smartphone or mobile communication system. In addition to increasing power for energy transmission, the data signal can also be amplified to improve data transmission between the wearable device and the smartphone or mobile communication system.
幾つかの実施例においては、ベースユニットは、そのベースユニットに含まれているRF生成回路を用いて、RF信号を生成することができる。例えば、ウェアラブルデバイスのエネルギハーベスティング回路における受信器に適した周波数で、RF信号を生成することができる。例えば、通信システムまたは他の電子デバイスがウェアラブルデバイスまたは他のインジケータから、ウェアラブルデバイスは、そのウェアラブルデバイス内のバッテリまたはキャパシタのための適切な充電電流を生成するために周囲からは得られない付加的なエネルギを要求する可能性があるというメッセージを受信したときに、例えば通信システムまたは他の電子デバイスからの信号によって、ベースユニット内のそのようなRF生成送信器をスイッチオンすることができる。 In some embodiments, a base unit can generate an RF signal using an RF generation circuit included in the base unit. For example, an RF signal can be generated at a frequency suitable for a receiver in an energy harvesting circuit of a wearable device. For example, a communication system or other electronic device is from a wearable device or other indicator, and the wearable device is not available from the surroundings to generate an appropriate charging current for a battery or capacitor in the wearable device Such RF generation transmitters in the base unit can be switched on, for example, by a signal from a communication system or other electronic device when a message is received that may require additional energy.
図2は、本発明に従い電力をワイヤレスに受信するように構成することができる電子デバイス200の実施例を示す。幾つかの実施例においては、電子デバイス200は、小型化されたカメラシステムであってよく、この小型化されたカメラシステムを、幾つかの実施例においては、アイウェアに取り付けることができる。別の実施例においては、電子デバイスは、アイウェアに取り付けられた他の任意のタイプの電子システムであってよく、例えば、画像表示システム、エアクオリティセンサ、UV/HEVセンサ、歩数計、常夜灯、Bluetoothを使用できる通信デバイス、例えば、Bluetoothヘッドセット、補聴器システムまたはオーディオシステムであってよい。幾つかの実施例においては、電子デバイスを人体のいずれかの場所において、例えば手首回りにおいて装着することができる(例えば、電子時計またはバイオメトリック装置、例えば歩数計)。電子デバイス200は、図示した特定の実施例とは異なる他のタイプの電子デバイスであってもよい。電子デバイス200は、小型化されたほぼ任意の電子デバイスであってよく、例えば、限定を意図していないが、カメラ、画像キャプチャデバイス、IRカメラ、スチールカメラ、ビデオカメラ、イメージセンサ、中継器、共振器、センサ、増音器、指向性マイクロフォン、電子コンポーネントを支持するアイウェア、分光計、指向性マイクロフォン、マイクロフォン、カメラシステム、赤外線映像システム、暗視補助具、常夜灯、照明システム、センサ、歩数計、ワイヤレスセルラフォン、携帯電話、ワイヤレス通信システム、プロジェクタ、レーザ、ホログラフィック装置、ホログラフィックシステム、ディスプレイ、ラジオ、GPS、データストレージ、メモリストレージ、電源、スピーカ、転倒検出器、覚醒モニタ、ジオロケーション装置、脈拍検出装置、ゲーミング装置、アイトラッキング装置、瞳孔監視装置、アラーム、COセンサ、CO検出器、CO2センサ、CO2検出器、空気中微粒子センサ、大気中微粒子メータ、UVセンサ、UVメータ、IRセンサ、IRメータ、熱センサ、熱メータ、汚染空気センサ、汚染空気モニタ、口臭センサ、口臭モニタ、アルコールセンサ、アルコールモニタ、モーションセンサ、モーションモニタ、温度計、煙センサ、煙検出器、薬リマインダ、オーディオ再生装置、オーディオレコーダ、スピーカ、音響用増幅装置、音響キャンセリング装置、補聴器、補聴支援装置、通知イヤホン、スマートイヤホン、スマートイヤウェアラブルデバイス、ビデオ再生装置、ビデオレコーダ装置、イメージセンサ、転倒検出器、覚醒センサ、覚醒モニタ、情報通知モニタ、ヘルスセンサ、ヘルスモニタ、フィットネスセンサ、フィットネスモニタ、生理学センサ、生理学モニタ、ムードセンサ、ムードモニタ、ストレスモニタ、歩数計、モーション検出器、ジオロケーション装置、脈拍検出装置、無線通信装置、ゲーミング装置、電子コンポーネントを含んでいるアイウェア、拡張現実システム、仮想現実システム、アイトラッキング装置、瞳孔センサ、瞳孔モニタ、自動リマインダ、ライト、アラーム、セルラフォンデバイス、電話、移動通信装置、汚染空気品質警報装置、睡眠検出器、眠気検出器、アルコール検出器、温度計、屈折異常測定装置、波面測定装置、収差計、GPSシステム、煙検出器、薬リマインダ、スピーカ、運動エネルギ源、マイクロフォン、プロジェクタ、バーチャルキーボード、顔認証装置、音声認証装置、サウンド認証装置、放射性検出器、放射線検出器、ラドン検出器、水分検出器、湿度検出器、大気圧計、音量計、騒音計、音響センサ、距離計、レーザシステム、トポグラフィセンサ、モータ、マイクロモータ、ナノモータ、スイッチ、バッテリ、発電機、熱力源、燃料電池、太陽電池、運動エネルギ源、熱電力源、スマートバンド、スマートウォッチ、スマートイヤリング、スマートネックレス、スマート衣服、スマートベルト、スマートリング、スマートブラジャ、スマートシューズ、スマートフットウェア、スマートグローブ、スマート帽子、スマートヘッドウェア、スマートアイウェア、および他のその種のスマートデバイスであってよい。幾つかの実施例においては、電子デバイス200は、スマートデバイスであってよい。幾つかの実施例においては、電子デバイス200は、超小型のウェアラブルデバイスまたは埋込み型のデバイスであってよい。
FIG. 2 illustrates an example of an
電子デバイス200は、ベースユニット100の送信器(例えば、Txコイル112)と誘導結合されるように構成されている受信器(例えば、Rxコイル212)を含むことができる。電子デバイスが、したがって、受信器がベースユニットの近傍に位置しているとき(例えば、電子デバイスは、ベースユニットから事前に定められた距離に位置しているか、または充電レンジ内に位置しているとき)に、ベースユニットから電力を自動的に受信するように、受信器を構成することができる。電子デバイス200は、その電子デバイスに搭載されている動力電池に電力を余剰に蓄積することができる。電子デバイスに搭載されている動力電池は、ベースユニットのバッテリよりも遙かに小さいと考えられる。動力電池の頻繁な再充電を、通常の使用中にベースユニットの近傍に頻繁に来る電子デバイスによって実現することができる。例えば、ウェアラブル電子デバイスがアイウェアに接続されており、またベースユニットがセルラフォンケースの形態である場合には、通常の使用中に、セルラフォンは通話のために頻繁にユーザの頭部の近傍に運ばれると考えられ、その間に、ウェアラブル電子デバイスに搭載されている動力電池の再充電を達成することができる。ウェアラブル電子デバイスが電子時計もしくはリストバンドまたはアームバンドに接続されているバイオメトリックセンサを含んでいる幾つかの実施例においては、ウェアラブル電子デバイスを、自身のセルラフォンを手に取るユーザと、ウェアラブル電子デバイスの近傍に来るセルラフォンケースの形態のベースユニットと、によって頻繁に再充電することができる。幾つかの実施例においては、電子デバイスは、エネルギハーベスティングシステムを含むことができる。
The
幾つかの実施例においては、電子デバイス200は、バッテリを含んでいなくてもよく、その代わりに、ベースユニット100から受信するワイヤレス電力によって電子デバイス200に直接的に給電することができる。幾つかの実施例においては、電子デバイス200は、Rxコイル212に接続されることにより動作するキャパシタ(例えば、スーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタ)を含むことができる。
In some embodiments, the
一般的に、ワイヤレス電力伝送を適用する既存のシステムにおいては、送信コイルおよび受信コイルが、同一のまたはほぼ同一のコイル比を有することができる。しかしながら、本発明による小型化された電子デバイスのフォームファクタがより小さいものである場合、そのような実施の形態は実用的なものではないと考えられる。本明細書における幾つかの実施例においては、受信コイルは、例えば図3に示されているように、送信コイルよりも遙かに小さいと考えられる。幾つかの実施例においては、Txコイル112は、Rxコイル212の各寸法(例えば、巻線216を形成する線材の長さ、コイル212の直径、巻線216の巻数、コア217の長さ、コア217の表面積)よりも例えば2倍以上も大きい寸法(例えば、巻線116を形成する線材の長さ、巻線116を形成する線材の直径、コイル112の直径、巻線116の巻数、コア117の長さ、コア117の直径、コア117の表面積)を有することができる。幾つかの実施例においては、Txコイル112の寸法は、Rxコイル212の各寸法の2倍以上、5倍以上、10倍以上、20倍以上、または50倍以上であってよい。幾つかの実施例においては、Txコイル112の寸法は、Rxコイル212の各寸法の100倍までであってよい。例えば、受信コイル212(Rxコイル)は、約0.2mmの線径を有している線状導体を含むことができる。線材は、シングルストランドワイヤであってよい。この実施例におけるRxコイルは、約2.4mmの直径および約13mmの長さを有することができる。Rxコイルは、約1.5mmの直径および約15mmの長さを有しているフェライトロッドを含むことができる。Rxコイルの巻数は、単に一例ではあるが、約130であってよい。送信コイル112(Txコイル)は、約1.7mmの線径を有している線状導体を含むことができる。線材は、マルチストランドワイヤであってよい。この実施例におけるTxコイルは、約14.5mmの直径および約67mmの長さを有することができる。Txコイルは、約8mmの直径および約68mmの長さを有しているフェライトロッドを含むことができる。Txコイルについては、約74の巻数を使用することができる。別の実施例においては、例えば、約30cmを超える距離においても電力伝送効率を最適化するために、TxコイルおよびRxコイルについて別の組合せを使用することができる。幾つかの実施例においては、伝送距離は、12インチを超えることができる。本明細書における幾つかの実施例においては、慣例のワイヤレス電力伝送システムにおいては一般的であると考えられるように、TxコイルおよびRxコイルは、インピーダンス整合されていなくてもよい。したがって、幾つかの実施例においては、ベースユニットおよび電子デバイスのTxコイルおよびRxコイルは、それぞれ疎結合されている、すなわち緩く結合されていると称することができる。幾つかの実施例によれば、ベースユニットは、低いQ値のワイヤレス電力伝送のために構成されている。例えば、幾つかの実施例においては500未満のQ値、幾つかの実施例においては250未満のQ値、幾つかの実施例においては100未満のQ値、幾つかの実施例においては80未満のQ値、幾つかの実施例においては60未満のQ値でのワイヤレス電力伝送のためにベースユニットを構成することができ、また他のQ値を使用することもできる。インピーダンス整合は要求されていないが、コイルが少なくとも部分的にインピーダンス整合されている実施例も構想されており、またそれは本発明の範囲内である。本明細書に記載するワイヤレス電力伝送システムにおけるTxコイルおよびRxコイルを、一般的には疎結合させることができるが、本発明は、TxコイルおよびRxコイルがインピーダンス整合されている実施例を排除するものではない。
Generally, in existing systems that apply wireless power transfer, the transmit coil and the receive coil can have the same or nearly the same coil ratio. However, if the miniaturized electronic device according to the present invention has a smaller form factor, such an embodiment is considered impractical. In some embodiments herein, the receive coil is considered much smaller than the transmit coil, for example, as shown in FIG. In some embodiments, the
受信コイル(例えば、Rxコイル212)は、導体巻線、例えば銅巻線を含むことができる。銅とは異なる導電性材料を使用することができる。幾つかの実施例においては、巻線は、一体構造の(例えば、シングルストランドの)巻線またはマルチストランドの巻線を含むことができる。幾つかの実施例においては、コアは、フェライトのような磁性材料を含んでいる磁心であってよい。コアをロッドの形状に成形することができる。Rxコイルは、Txコイルの寸法よりも小さい寸法を有することができ、例えば、コア(例えば、ロッド)の直径、長さ、表面積および/または質量は、Txコイルのコア(例えば、ロッド)の直径、長さ、表面積および/または質量よりも小さくてよい。幾つかの実施例においては、Txコイルの磁心(例えば、フェライトロッド)は、Rxコイルの磁心(例えば、フェライトロッド)の表面積よりも2倍以上の表面積を有することができる。幾つかの実施例においては、Txコイルは、Rxコイルの巻線の巻数よりも多くの巻数を有することができ、また解いたときには、Rxコイルの巻線の線材の長さよりも大きい長さを有することができる。幾つかの実施例においては、Txコイルの解いた線材の長さは、Rxコイルの解いた線材の長さの少なくとも2倍であってよい。 The receive coil (eg, Rx coil 212) can include a conductor winding, such as a copper winding. A conductive material different from copper can be used. In some embodiments, the windings can include monolithic (eg, single-strand) windings or multi-strand windings. In some embodiments, the core may be a magnetic core that includes a magnetic material such as ferrite. The core can be formed into a rod shape. The Rx coil can have a size that is smaller than the size of the Tx coil, for example, the diameter, length, surface area, and / or mass of the core (eg, rod) is the diameter of the core (eg, rod) of the Tx coil. , Less than length, surface area and / or mass. In some embodiments, the core of the Tx coil (eg, ferrite rod) can have a surface area that is more than twice the surface area of the core of the Rx coil (eg, ferrite rod). In some embodiments, the Tx coil can have more turns than the turns of the Rx coil, and when unwound, can have a length greater than the length of the wire of the Rx coil. Can have. In some embodiments, the unraveled wire length of the Tx coil may be at least twice the unraveled wire length of the Rx coil.
幾つかの実施例においては、Rxコイル212は、約10mmから約90mmまでの長さおよび約1mmから約15mmまでの半径を有することができる。1つの実施例においては、長さ20mmおよび直径2.5mmのフェライトロッドを有し、その上に150の巻数で巻かれた導体巻線を有しているRxコイル212の性能が、約125kHzの周波数で電力をブロードキャストするように構成されているTxコイル112を用いてシミュレートされた。Txコイル112は、約67.5mmの長さおよび約12mmの直径を有しているフェライトロッドを含んでいた。コイルの性能は、それらのコイルが同軸となるように整列された向き、およびコイルの軸線が相互に平行となった平行な向きでシミュレートされた。また、実行されたシミュレーションの結果の例は、図21および図22に示されている。コイル間の200mmまでの距離で整列された向きにおいて、20%までの伝送効率が得られた。Rxコイルが伝送された電力を約300mmの距離まで受信し続ける、平行な向きにコイルが配置されたときに、性能に関して幾つかの改善が観察された。本発明によるワイヤレスエネルギ伝送システムの実施例が、Qi1.0規格に準拠して構成されたシステムによって達成可能な効率と比較された。シミュレートされた1つのシステムにおけるTxコイルの大きさは、52mm×52mm×5.6mmであり、シミュレートされた1つのRxコイルの大きさは、48.2mm×32.2mm×1.1mmであり、また負荷インピーダンスは1kΩであった。シミュレーションは、Rxコイルの種々の大きさで調整された構成で実行され、またシミュレーションの結果の例は、図23に示されている。
In some embodiments, the
ここで、図5Aおよび図5Bも参照しながら、携帯電話ケースフォームファクタに組み込まれたベースユニット300を説明する。ベースユニット300は、図1を参照して上記において説明したベースユニット100のコンポーネントの一部またはすべてを含むことができる。例えば、ベースユニット300は、送信コイル312(Txコイルとも称する)を含むことができる。送信コイル312は、エレクトロニクスパッケージ305に接続されており、このエレクトロニクスパッケージは、本発明によるベースユニットの機能を実行するように構成されている回路を含んでいる。ベースユニットの機能には、1つまたは複数の電子デバイスへの選択的なおよび/または調整されたワイヤレス電力の供給が含まれる。幾つかの実施例においては、電子デバイスは、ベースユニットとは別個の電子デバイス(図5Aおよび図5Bには図示せず)であってよい。幾つかの実施例においては、電子デバイスは、ケースの形態のベースユニット300が取り付けられている携帯電話20であってよい。
Here, the
ベースユニット300は、ベースユニットの近傍(例えば、充電球状範囲内)に配置されているか、またはベースユニットの近傍に来る電子デバイスをワイヤレスに充電するためのモバイルワイヤレスホットスポット(例えば、充電球状範囲106)を提供することができる。上記の記載から明らかなように、ベースユニット300は、携帯電話ケースの形態で実施されている場合には、携帯電話に取り付けることができ、またユーザによって持ち運ぶことができ、したがって、ワイヤレス電力のホットスポットを移動可能にし、またユーザが移動するどの場所においてもそのホットスポットを電子デバイスに利用可能にする。実施例においては、ベースユニットを携帯電話に集積することができる。したがって、有利には、ユーザが持ち運ぶことが多いか、または常に持ち運ぶそのユーザの携帯電話に接続されていることによって、ワイヤレス電力のホットスポットは、ユーザと一緒に移動する。上記の記載からさらに明らかなように、ユーザが装着している電子デバイスの動力電池を再充電するための機会は、携帯電話の通常の使用中は頻繁にあり、携帯電話は使用されることによって、頻繁にウェアラブルデバイスの近傍に(例えば、アイウェアデバイスは、ユーザが電話を掛けている際に、また手首に装着されるデバイスは、ユーザが携帯電話でブラウジングしている際に、または携帯電話の他の機能を使用している際に)運ばれると考えられる。
The
Txコイル312およびエレクトロニクス(例えば、エレクトロニクスパッケージ305)を、ケーシング315によって包囲することができる。ケーシング315は、携帯可能なフォームファクタを有することができる。この実施例においては、ケーシングは、通信デバイス、この場合には携帯電話(例えば、携帯電話、セルラフォン、スマートフォン、トランシーバなど)に取り付けられるように構成されている取付け部材の形態で形成されている。幾つかの実施例においては、通信デバイスは、タブレットであってよい。本開示のコンテキストにおいて、携帯電話には、トランシーバおよびウォーキートーキーのような通信デバイスが含まれると解される。例えば、ケーシング315を、(例えば、図10Aから図10Cに図示されているように)タブレットケースまたはタブレットカバーの形態で、または例えばこの実施例のように、携帯電話ケースまたは携帯電話カバーの形態で形成することができる。そのような実施例においては、ケーシングに組み込まれているベースユニットは、通信デバイスとは異なる電子デバイスに給電することができる。ケーシング315は、通信デバイス(例えば、携帯電話20)に機械的に係止するための機構を含むことができる。別の実施例においては、ベースユニットのケーシングを、ハンドバッグ、ベルトなどのアクセサリに取り付けることに適合されている取付け部材として形成することができる。例えば、図17を参照しながら下記において説明するように、他のフォームファクタを使用することもできる。
図4、図5Aおよび図5Bにおける実施例では、ベースユニット300は、送信コイル312を含んでいる。送信コイル312は、導体巻線316を備えた磁心317を含んでいる。コア317を、強磁性材料(例えば、フェライト)、磁性金属または合金、もしくはそれらの組合せから製造することができ、それらの材料を、本明細書においては、包括的に磁性材料と称する。例えば、フェライトならびに鉄およびニッケルの種々の合金のような磁性材料を使用することができる。コイル312は、コア317の周囲に設けられた導体巻線316を含んでいる。本開示のコンテキストにおいては、巻線316をコア317に直接的に設けることができると解されるが、これは必ずしも必要ではない。換言すれば、巻線316は、図15および図16を参照して説明するように、巻線316によって規定される空間内に配置することができるコア材料から距離を置いて設けることができる。幾つかの実施例においては、この実施例のようにコアに直接的に巻き付けられている巻線によって改善された性能を達成することができる。
In the embodiment in FIGS. 4, 5A and 5B, the
コア317は、細長い部材として成形することができ、またほぼ任意の横断面、例えば矩形または円形の横断面を有することができる。細長いコアは、同義としてロッド314と称することもでき、例えば円柱状のロッドまたは角柱状のロッドであってよい。ロッドという用語は、コアの特定の横断面形状を問わずに、本明細書による細長いコアを表すために使用することができる。コアは、単一のロッド、または下記において説明するようなパターンで配置されている、任意の数の離散的なロッド(例えば、2,3,4,5,6,7,8,9,10個のロッドまたは10より大きい別の個数のロッド)を含むことができる。図4および図5における実施例では、限定を意図していないが、送信コイルは、ケーシング315の第1の面(例えば、上面321)に少なくとも部分的に沿って配置されている単一の円柱状のロッドを有している。別の実施例においては、代替的または付加的に、1つまたは複数のコイルを別の面、例えばケーシング315の下面323、左側面325および/または右側面327に沿って配置することができる。
The
エレクトロニクスパッケージ305(同義として、エレクトロニクスまたは回路とも称される)を、ケーシング315内に埋め込むことができるか、またはカバー307の裏に設けることができる。幾つかの実施例においては、カバー307は取り外し可能であってよい。幾つかの実施例においては、バッテリ320を交換することが有利であると考えられる。そのような実施例においては、バッテリ320は、残りの回路から分離可能なコンポーネントであってよい。カバー307を取り外すことによって、バッテリ320にアクセスすることができる。幾つかの実施例においては、エレクトロニクスパッケージ305は、外部電源からのエネルギを蓄積するためのバッテリを含むことができる。幾つかの実施例においては、代替的または付加的に、ベースユニット300は、離隔された電子デバイスに給電する際に、携帯電話から電力を受信することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットはバッテリを必要としないことも考えられ、したがって、より小さいフォームファクタを達成することができる。
An electronics package 305 (also referred to synonymously as electronics or circuitry) can be embedded in the
ベースユニットには、1つまたは複数のI/Oデバイス380を設けることができる。I/Oデバイスを、ベースユニットと他のデバイスとの間の有線コネクションを介して、電力および/またはデータを受信するおよび/または送信するために使用することができる。例えば、ベースユニットは、USBコネクタの形態のI/Oデバイス380を含むことができる。I/Oデバイス380(例えば、USBコネクタ)は、ベースユニットを外部のデバイス(例えば、送電網および/または他の電子デバイスのような電源)に接続するための第1の接続側382(例えば、メスポート)を含むことができる。I/Oデバイス380は、ベースユニットを携帯電話に、例えば携帯電話のUSBポートを介して接続するための第2の接続側384(例えば、オスコネクタ)を含むことができる。I/Oデバイスの信号線385のうちの1つまたは複数を、ベースユニット回路内の送電線、アース線および/またはデータ線に接続することができる。例えば、5本のラインを有しているUSBコネクタが使用される場合、2本のラインをデータ用に使用することができ、他の2本のラインを電力用に使用することができ、また残りの1本のラインをアースに接続することができるか、冗長的なラインとして使用することができる。第1の接続側および第2の接続側の信号線385を、コネクタ回路386(例えば、USBチップ)を介して、ベースユニット回路に接続することができる。他の任意のタイプのコネクタを使用することができ、例えば、限定を意図していないが、アップル社のLightningコネクタを使用することができると解される。
The base unit can be provided with one or more I /
ベースユニット300は、コントローラ330を含むことができる。コントローラは、ベースユニットの動作を制御するための機能を含むことができ、例えば、近傍内の電子デバイスの検出、電子デバイスの検出に基づいたワイヤレス電力の選択的な伝送、ベースユニットの状態の特定、およびベースユニットの状態の依存した伝送モードの選択を制御するための機能を含むことができる。それらの機能を、コンピュータ可読媒体に設けることができるか、もしくはASICまたは他の処理ハードウェアに組み込むことができる。コントローラを、同義としてベースユニットプロセッサと称することもできる。
The
ベースユニットは、1つまたは複数のメモリデバイス360を含むことができる。ベースユニットは、揮発性メモリ362(例えば、RAM)および不揮発性メモリ364(例えば、EEPROM、フラッシュメモリまたは他の永続的な電子ストレージ)を含むことができる。ベースユニットは、外部の電子デバイスとの有線コネクションまたは無線コネクションを介してデータ(例えば、ユーザデータ、構成データ)を受信するように構成することができ、またそのデータをベースユニット自体に(例えば、メモリデバイス360のうちの1つまたは複数に)記憶することができる。ベースユニットは、所望のように、そのベースユニット自体に記憶されているデータを外部の電子デバイスに伝送するように構成することができる。ユーザデータに加えて、メモリデバイスは、プロセッサ(例えば、プロセッサ360)によって実行されると、ベースユニットに本明細書に記載する機能を実行させる実行可能な命令を記憶することができる。
The base unit can include one or
ベースユニット300は、充電回路332を含むことができ、この充電回路332は、バッテリ320を過充電から保護するように構成することができる。充電回路は、別個のチップであってよい、またはコントローラ330に集積することができる。ベースユニットは、ワイヤレス電力伝送のために使用されるTxコイル312に加えて、別個の送信器/受信器回路340を含むことができる。送信器/受信器回路340は、受信/送信コイル342、例えば、RFコイルを含むことができる。送信器/受信器回路340は、さらに、伝送用のドライバ回路344(例えば、RFドライバ回路)と、信号受信用のセンシング回路346(例えば、RFセンシング回路)と、を含むことができる。ベースユニット300は、ワイヤレス通信用の付加的な回路(例えば、通信回路388)を含むことができる。通信回路388は、Bluetooth、WiFi、GSM、または他の通信のために構成されている回路を含むことができる。幾つかの実施例においては、ベースユニット300は、本明細書に記載するような、1つまたは複数のセンサ370および/または1つまたは複数のエネルギ発生器350を含むことができる。付加的な機能性を提供する付加的な回路を含めることもできる。例えば、ベースユニット300は、ウェアラブルカメラ(例えば、アイウェアカメラ)から受信した画像の処理および/またはエンハンス用の画像プロセッサを含むことができる。画像処理機能を、別個のIC(例えば、DaVinciチップセット)に設けることができるか、またはコントローラ330の機能を実現するプロセッサに組み込むことができる。
The
幾つかの実施例においては、携帯電話のような通信デバイスに機械的に接続されるように、ケーシングを構成することができる。図4、図5Aおよび図5Bにおける実施例では、ケーシング315は、携帯電話ケースの機能性を提供するように構成されている。ケーシングは、通信デバイス(例えば、携帯電話)の形状に対応する形状を有することができる。例えば、ケーシングは、一般的に矩形の形状であってよく、また通信デバイスを少なくとも部分的に収容するように、または少なくとも部分的に包囲するように寸法設計することができる。幾つかの実施例においては、通信デバイスの1つの面のみを覆うようにケーシングを構成することができる。幾つかの実施例においては、ケーシングは、通信デバイスの2つ以上の面を少なくとも部分的に覆うことができる。図4、図5Aおよび図5Bにおける実施例では、ケーシング315は、携帯電話ケースの機能性を提供するように構成されている。ケーシングは、通信デバイス(例えば、携帯電話)にベースユニットを接続するための係止機構を含んでいる。例えば、少なくとも部分的に携帯電話を収容するための受口309をケーシングに成形することができる。受口をケーシングの前面に設けることができる。ベースユニットエレクトロニクスを、受口の反対側の面の近傍に設けることができる。コイルをケーシングの周囲に配置することができ、例えば、上面、下面、左側面および右側面のうちのいずれかに沿って配置することができる。
In some embodiments, the casing can be configured to be mechanically connected to a communication device such as a mobile phone. In the embodiment of FIGS. 4, 5A and 5B, the
幾つかの実施例においては、本明細書に記載するシステムは、30分の連続的な動作にわたり、特定の高さの温度以下に、例えば周囲温度を10℃以上は上回らない温度以下に、システムのコンポーネントの表面温度を維持することができる。幾つかの実施例においては、周囲温度を5℃以上は上回らない高さに表面温度を維持することができる。温度維持は、ベースユニット、通信システム(例えば、携帯電話)および/またはウェアラブル電子デバイスのバッテリの放電速度の加速を最小化することができるか、または低減することができる。 In some embodiments, the system described herein is a system that is below a certain height of temperature, for example below 10 ° C. above ambient temperature, over 30 minutes of continuous operation. The surface temperature of the components can be maintained. In some embodiments, the surface temperature can be maintained at a height that does not exceed 5 ° C. above ambient temperature. Temperature maintenance can minimize or reduce acceleration of battery discharge rates of base units, communication systems (eg, mobile phones) and / or wearable electronic devices.
したがって、(例えば、携帯電話に取り付けることができる)実施例によるベースユニットは、ベースユニットの表面、例えば携帯電話に隣接するベースユニットの表面もしくはベースユニット上またはベースユニット内に配置されている別のデバイスの表面から熱を取り除くための熱管理システムを含むことができる。実施例による熱管理システムは、受動的なシステム、能動的なシステム、またはそれらの組合せであってよい。能動的なシステムには、(単に一例ではあるが)ペルチェクーラーおよび能動的なフロー装置、例えば小型ファンおよび静電管が含まれる。受動的なシステムには、(単に一例ではあるが)適切な表面における熱反射性材料、受動的な対流管路、ヒートスプレッダ、および類似の装置、通気孔が含まれる。通気孔を任意の表面に配置することができるが、しかしながら、幾つかの実施例においては、何らかの温度上昇の低減を支援するために背面に配置することができる。 Thus, a base unit according to an embodiment (e.g. attachable to a mobile phone) is a surface of the base unit, e.g. a surface of the base unit adjacent to the mobile phone or another base disposed on or in the base unit A thermal management system for removing heat from the surface of the device can be included. An example thermal management system may be a passive system, an active system, or a combination thereof. Active systems include (by way of example only) Peltier coolers and active flow devices such as small fans and electrostatic tubes. Passive systems include (although by way of example) heat reflective materials at appropriate surfaces, passive convection lines, heat spreaders, and similar devices, vents. The vents can be placed on any surface, however, in some embodiments, they can be placed on the back to help reduce any temperature rise.
幾つかの実施例においては、ワイヤレスエネルギの伝送によって惹起される、電子デバイスの動作との干渉を低減または除去することが有利であると考えられる。例えば、そのような最小化は、携帯電話または無線通信周波数で動作する他のデバイスを使用するシステムにおいては有利であると考えられる。 In some embodiments, it may be advantageous to reduce or eliminate interference with the operation of the electronic device caused by the transmission of wireless energy. For example, such minimization may be advantageous in systems that use cell phones or other devices that operate on wireless communication frequencies.
例えば、通常の通信帯域幅から外れた伝送周波数を選択することができる。幾つかの実施例においては、所望の周波数を通過させる一方で、特定の不所望な周波数の通過を阻止または低減することができる遮蔽技術を使用することができる。 For example, a transmission frequency that deviates from the normal communication bandwidth can be selected. In some embodiments, shielding techniques can be used that allow the passage of desired frequencies while preventing or reducing the passage of certain undesired frequencies.
例えば、通常の近距離無線通信周波数帯域を下回る振幅を数桁下回ってよい1つまたは複数の周波数において、かつ、1つまたは複数の電力伝送周波数の数オクターブは通信帯域信号と干渉するには弱すぎると考えられる電力レベルにおいて、電力伝送を行うことができる。 For example, at one or more frequencies that may be orders of magnitude below the normal near field communication frequency band, and several octaves of one or more power transfer frequencies are weak to interfere with the communication band signal. Power transmission can be performed at power levels considered to be too high.
幾つかの実施例においては、遮蔽を適用することができる。遮蔽を、ベースユニットに取り付けられているか、またはベースユニットの近傍に配置されている通信システム(例えば、スマートフォン)の送信器アンテナおよび受信器アンテナの方向から離れる方向に伝送されるエネルギを遮蔽するための金属または他の導電性材料を使用して実現することができる。幾つかのケースにおいては、周波数選択面を使用して、一般的な通信帯域周波数と干渉する虞がある伝送周波数の任意の整数倍の周波数を遮断しながら、1つまたは複数の電力伝送周波数のみを通過させる、ベースユニットおよび/または移動通信装置を実現することができる。エネルギを吸収して、所望の方向にエネルギを再放射することができる能動的な回路を使用して、遮蔽を実現することができる。この能動的な回路を、埋込み型の能動的なコンポーネントおよび受動的なコンポーネントを含んでいるコンフォーマルスキンとして実現することができる。コンフォーマルスキンを、ベースステーションを実現するため、および/または、ベースステーションのすべてまたは一部を包囲するために使用することができる。コンフォーマルスキンを、電子ウェアラブルデバイスを実現するため、および/または、電子ウェアラブルデバイスのすべてまたは一部を包囲するために使用することができる。幾つかの実施例においては、他のコンポーネントによって吸収されるエネルギを低減することによって、対象となるウェアラブルデバイスへのエネルギ伝送の効率を高めるために、そのようなアプローチを使用することができる。 In some embodiments, shielding can be applied. To shield the energy transmitted in a direction away from the direction of the transmitter and receiver antennas of a communication system (eg, a smartphone) that is attached to the base unit or located in the vicinity of the base unit Can be realized using other metals or other conductive materials. In some cases, only one or more power transmission frequencies are used while using frequency selection surfaces to block any integer multiple of transmission frequencies that may interfere with typical communication band frequencies. A base unit and / or a mobile communication device can be realized. Shielding can be achieved using active circuitry that can absorb energy and re-radiate energy in the desired direction. This active circuit can be implemented as a conformal skin containing embedded active and passive components. Conformal skins can be used to implement the base station and / or surround all or part of the base station. Conformal skins can be used to implement an electronic wearable device and / or to enclose all or part of an electronic wearable device. In some embodiments, such an approach can be used to increase the efficiency of energy transfer to the subject wearable device by reducing the energy absorbed by other components.
幾つかの実施例においては、ベースユニットの電力伝送コンポーネントが、スマートフォンまたはセルラフォンの通常の動作に使用される通信素子から物理的に距離を置くように、それらの電力伝送コンポーネントを配置することができる(例えば、スマートフォンの通信コンポーネントが電力伝送コンポーネントから物理的に距離を置くようにスマートフォンを収容する形状を有しているベースユニットに電力伝送コンポーネントを配置することができる)。 In some embodiments, the power transfer components of the base unit can be arranged such that they are physically spaced from the communication elements used for normal operation of the smartphone or cellular phone. (For example, the power transmission component can be placed on a base unit that has a shape that houses the smartphone such that the communication component of the smartphone is physically spaced from the power transmission component).
幾つかの実施例においては、携帯電話への、および携帯電話からの通常の通信信号と共に伝送される電力エネルギによる干渉を低減または除去するために、一方向性のアンテナ設計を提供することができる。 In some embodiments, a unidirectional antenna design can be provided to reduce or eliminate interference due to power energy transmitted to and from the mobile phone along with normal communication signals. .
例えば携帯電話が携帯電話のバッテリをワイヤレスで充電するように構成されている幾つかの実施例においては、ベースユニットは、携帯電話とは別個のユニットである場合には、電話充電システムの充電コイルに達するための、ベースユニットからの充電エネルギの妨害のない伝送を実現するように配置されている送信コイルを有することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットは、スマートフォンのバッテリおよびベースユニットのバッテリの両方を、同一のワイヤレス充電システムを用いて充電することができる。一般的に、特定の携帯電話を許容するためのベースユニットの設計は、機械的なインタフェースに関してカスタム設計を提供することができる、および/または、携帯電話内の他の電子コンポーネントを用いて動作するように、かつ、それらの他の電子コンポーネントと共に動作するように設計することができる。このことは、単に一例ではあるが、ワイヤレスで接続されているか、またはUSBタイプCを含む標準的なUSBコネクションのようなコネクションを介して直接的に接続されている充電システムを含むことができる。 For example, in some embodiments in which the mobile phone is configured to wirelessly charge the mobile phone battery, the base unit is a separate unit from the mobile phone and the charging coil of the phone charging system Can be provided with a transmitter coil arranged to achieve an uninterrupted transmission of charging energy from the base unit. In some embodiments, the base unit can charge both the smartphone battery and the base unit battery using the same wireless charging system. In general, the design of a base unit to allow a specific mobile phone can provide a custom design for the mechanical interface and / or operate with other electronic components in the mobile phone And can be designed to work with those other electronic components. This can include a charging system that is connected wirelessly or directly via a connection, such as a standard USB connection including USB type C, by way of example only.
幾つかの実施例においては、ベースユニットを、携帯電話のサブシステムとして実現することができる。それらの実施の形態においては、ベースユニットを、携帯電話の他のサブシステムに干渉しないように設計することができる。 In some embodiments, the base unit can be implemented as a cellular phone subsystem. In those embodiments, the base unit can be designed so as not to interfere with other subsystems of the mobile phone.
ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の10ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の5ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の2ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の1ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の1ミリワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、6インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の100マイクロワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の1ワット以下を使用する場合には、6インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の1ミリワット以下を使用する場合には、6インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の100マイクロワット以下を使用する場合には、6インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の10ナノワット以上を使用する場合には、6インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の10ナノワット以下を使用する場合には、6インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。 The base unit can transmit 10 watts or less of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 6 inches or more. The base unit can transmit no more than 5 watts of wireless power transmitted over a distance of 6 inches or more to the electronic wearable device. The base unit can transmit no more than 2 watts of wireless power transmitted over a distance of 6 inches or more to the electronic wearable device. The base unit can transmit 1 watt or less of transmitted wireless power to the electronic wearable device over a distance of 6 inches or more. The base unit can transmit up to 1 milliwatt of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 6 inches or more. The base unit can transmit 100 microwatts or less of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 6 inches or more. The electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 6 inches or more when using less than 1 watt of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 6 inches or more when using less than 1 milliwatt of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 6 inches or more when using less than 100 microwatts of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 6 inches or more when using 10 nanowatts or more of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 6 inches or more when using less than 10 nanowatts of transmitted wireless power.
ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の10ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の5ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の2ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の1ワット以下を、電子ウェアラブルデバイスと通信することができる。ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の1ミリワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。ベースユニットは、1インチ以上の距離にわたり、伝送されるワイヤレス電力の100マイクロワット以下を、電子ウェアラブルデバイスに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の1ワット以下を使用する場合には、1インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の1ミリワット以下を使用する場合には、1インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の100マイクロワット以下を使用する場合には、1インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の10ナノワット以上を使用する場合には、1インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。電子ウェアラブルデバイスは、伝送されるワイヤレス電力の10ナノワット以下を使用する場合には、1インチ以上の距離にわたり、データをベースユニットに伝送することができる。 The base unit can transmit 10 watts or less of transmitted wireless power to the electronic wearable device over a distance of 1 inch or more. The base unit can transmit up to 5 watts of wireless power transmitted over a distance of 1 inch or more to the electronic wearable device. The base unit can transmit 2 watts or less of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 1 inch or more. The base unit can communicate less than 1 watt of transmitted wireless power with the electronic wearable device over a distance of 1 inch or more. The base unit can transmit 1 milliwatt or less of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 1 inch or more. The base unit can transmit 100 microwatts or less of transmitted wireless power to an electronic wearable device over a distance of 1 inch or more. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 1 inch or more when using less than 1 watt of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 1 inch or more when using less than 1 milliwatt of transmitted wireless power. The electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 1 inch or more when using less than 100 microwatts of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 1 inch or more when using 10 nanowatts or more of transmitted wireless power. An electronic wearable device can transmit data to the base unit over a distance of 1 inch or more when using less than 10 nanowatts of transmitted wireless power.
ここで、図6から図8も参照して、本明細書における幾つかの実施例によるベースユニットの動作を説明する。図6は、ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)とは別個の形態の(例えば、ベースユニットには取り付けられていない)電子デバイス200をワイヤレスに充電するためのプロセス400を示す。上記において説明したように、ベースユニットを、携帯電話20のような通信デバイスに接続するために構成されている取付け部材として実現することができる。別の実施例においては、ベースユニットを、通信デバイスに集積することができる。ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)を、このベースユニットが取り付けられている携帯電話20とは異なる別のデバイスを充電するために使用することができるが、それにもかかわらず、本発明はそれに限定されておらず、ベースユニットによる携帯電話20の充電も構想されている。ブロック420に記載されているように、携帯電話20と、携帯電話20に取り付けられているか、または携帯電話20に組み込まれているベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)とが、電子デバイス200(例えば、図8におけるアイウェアカメラ205)の近傍に位置する場所まで、携帯電話20を移動させることができる。例えば、ユーザ5は、通話のために携帯電話20をユーザの頭部の近くまで運ぶと考えられる。この時間の間に、電子デバイスは、ベースユニットの近傍(例えば、ベースユニットの充電レンジ内)にあると考えられ、またベースユニットから電力をワイヤレスに受信することができる。
The operation of the base unit according to some embodiments herein will now be described with reference also to FIGS. FIG. 6 shows a
電力を選択的に伝送するように、ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)を構成することができる。例えば、電子デバイスが電力信号を受信するためにはベースユニットの十分近くに位置していない間は、エネルギを貯蔵するようにベースユニットを構成することができる。互換性のある電子デバイスが近傍において検出されない場合には、電力の伝送を停止するように、ベースユニットを構成することができる。
A base unit (eg,
例えば、ブロック430に記載されているように、電力伝送の開始に先行して、ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)は、近傍に位置している電子デバイスを検出することができる。電子デバイスは、ベースユニットからある程度の距離離隔された状態で、充電のために近傍に位置していると考えられる。つまり、電子デバイスがベースユニットと接触していないとしても、電子デバイスは充電のために近傍に位置していると考えられる。幾つかの実施例においては、電子デバイスは、信号をブロードキャストすることができ(ブロック410)、この信号をベースユニットによって検出することができる。信号は、電子デバイスの存在を表す近接信号であってよい。信号は、電子デバイス内の動力電池の充電レベルも表す充電状態信号であってよい。電子デバイスがベースユニットの通信範囲内に位置しているときに、ベースユニットは、電子デバイスによってブロードキャストされた信号を検出することができ、またその信号に応答して電力伝送を開始することができる。通信範囲は、充電レンジと実質的に同じであってよい。幾つかの実施例においては、ベースユニットの充電レンジ内に適切に位置しているときにのみ電子デバイスが検出されることを保証するために、通信範囲は、ベースユニットの充電レンジよりも小さくてよい。電子デバイスは、ベースユニットと電子デバイスとの間の距離が閾値距離(例えば、充電レンジ)以下であり続ける限り、近傍にとどまっていると考えられる。
For example, as described in
幾つかの実施例においては、例えば、電子デバイス自体において限定的な電力しか利用できない場合には、電子デバイスから信号をブロードキャストすることは実用的でないと考えられる。その代わりに、ベースユニットは、問合せ信号を伝送することができる。問合せ信号を連続的にまたは周期的に伝送することができる。問合せ信号に応答して信号(例えば、近接信号、充電状態信号、充電パラメータ、例えば限定を意図していないが、充電周波数、所要電力および/またはコイルの向き)を送信するように、電子デバイスを構成することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットおよび電子デバイスの両方が信号をブロードキャストし、検出がブロック405および410を参照して説明したプロセスのいずれかに従い実行されるように、冗長的な検出機能性を含めることができる。
In some embodiments, it may be impractical to broadcast a signal from an electronic device, for example if only limited power is available in the electronic device itself. Instead, the base unit can transmit an interrogation signal. The interrogation signal can be transmitted continuously or periodically. In response to the interrogation signal, the electronic device may be configured to transmit a signal (eg, proximity signal, state of charge signal, charging parameters, such as, but not limited to, charging frequency, power requirement and / or coil orientation). Can be configured. In some embodiments, redundant detection functionality such that both the base unit and the electronic device broadcast a signal and detection is performed according to any of the processes described with reference to
ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)は、1つまたは複数の条件が真であり続ける間は、電子デバイス200に電力をワイヤレスに伝送することができる(ブロック440)。例えば、ベースユニットは、電子デバイスがベースユニットの充電ゾーン内にとどまり続けている間は、または電子デバイスの動力電池が完全に充電されるまでは、電子デバイスへの電力の伝送を継続することができる。後者に関しては、電子デバイスは、動力電池が完全に充電されたときに充電状態信号を伝送することができ、またベースユニットは、完全充電状態信号が検出されたときに電力信号のブロードキャストを終了することができる。幾つかの実施例においては、完全充電状態信号の代わりに、または完全充電状態信号に加えて、電子デバイスは、電子デバイスの動力電池が完全に充電されると充電を停止することによって動力電池を保護するように構成されている充電回路を含むことができる。このようにして、個々の電子デバイスは、例えば複数のデバイスが充電中である場合に、ベースユニットが伝送を続けている間は、電力の受信を停止することができる。
A base unit (eg,
幾つかの実施例においては、電力信号をブロードキャストしている間に、問合せ信号を周期的または連続的に送信するように、ベースユニットを構成することができる。問合せ信号は、近傍に位置している電子デバイス200からの応答信号をトリガすることができる。応答信号は、いずれかの電子デバイスが近傍にとどまっているか否か、および/または、近傍に位置しているいずれかのデバイスが電力を要求しているか否かを表すものであってよい。電子デバイスが近傍において検出されなくなるまで、または近傍に位置している電子デバイスのすべての充電状態信号が完全に充電された状態を表すまで、電力をブロードキャストするように、ベースユニットを構成することができる。
In some embodiments, the base unit can be configured to transmit the interrogation signal periodically or continuously while broadcasting the power signal. The interrogation signal can trigger a response signal from an
幾つかの実施例においては、電力伝送のモードを調整するように、ベースユニット(例えば、ベースユニット100または300)をさらに構成することができる。ベースユニットを、低出力モード、高出力モード、またはそれらの組合せで電力を伝送するように構成することができる。低出力モードは、電力が第1の電力レベルでブロードキャストされる電力伝送モードに対応することができる。高出力モードは、電力が第1の電力レベルよりも高い第2の電力レベルでブロードキャストされる電力伝送モードに対応することができる。低出力モードは、電力が人体に安全なレベルでブロードキャストされるモードに対応することができる。ブロック450に記載されているように、ベースユニットの状態を検出するように、ベースユニットを構成することができる。例えば、ベースユニットに搭載されているセンサ(例えば、加速度計、ジャイロスコープなど)は、ベースユニットの位置または向きの変化を検出することができるか、もしくはベースユニットがユーザの身体に保持されているか、またはユーザの身体に向かって移動していることを表すことができる加速度の変化を検出することができる。ベースユニットが静止状態にあるか否かを特定し(ブロック460)、この特定に応答して出力モードを変更するように、コントローラを構成することができる。例えば、ベースユニットは静止状態にあることが特定された場合には、ブロック470に記載されているように、ベースユニットは電力を高出力モードで伝送することができる。ベースユニットは静止状態にないことが特定された場合には、ベースユニットは、このベースユニットによって伝送される電力信号の電力レベルを低下させることができる。ベースユニットは、ブロック480に記載されているように、電力伝送のモードを低出力モードに変更することができる。ベースユニットは、ベースユニットの状態の変化を監視し続けることができ、また電力レベルを相応に調整することができ、例えば、ベースユニットが静止状態にあることが再び特定されると、電力レベルを高電力レベルへと上昇させることができる。センサは、適切なときに(例えば、ユーザの身体の近傍に持ち運ばれているか、または移動されている結果として、ベースユニットが移動しているときに)、電力が安全なレベルで伝送されることを保証している間に可能であれば、電力伝送が最適化されるように、ベースユニットの状態を監視することができる。
In some embodiments, the base unit (eg,
幾つかの実施例においては、ベースユニットを通信デバイス(例えば、携帯電話20)に接続し、通信を行えるようにすることができる。ベースユニットの1つまたは複数の機能を制御するためのユーザインタフェースを提供することができるソフトウェアアプリケーションを実行するように、携帯電話20を構成することができる。例えば、ソフトウェアアプリケーションによって、ユーザ5は、電力のブロードキャストまたは問合せ信号のブロードキャストのスケジュールを構成することができる、および/または、ベースユニットおよび/またはベースユニットに接続されている電子デバイスの充電状態を監視することができる。ソフトウェアアプリケーションは、ベースユニットが(1つまたは複数の)電子デバイスから受信したデータを処理することもできる。図7は、本明細書に記載する別の実施例によるワイヤレス電力伝送のためのプロセス500のフローチャートを示す。図7における実施例では、ベースユニットは、携帯電話に接続されることにより通信を行い、それによって携帯電話は、コマンド信号をベースユニットに伝送することができる。コマンド信号は、ブロック505に記載されているように、問合せ信号のブロードキャストを開始するためのコマンドであってよい。ベースユニットは、コマンド信号に応答して、問合せ信号を伝送することができる(ブロック510)。近接信号および/または充電状態信号を、近傍に位置している1つまたは複数の電子デバイスから受信することができる(ブロック515)。近傍に位置している電子デバイスの検出に基づいて、ベースユニットのコントローラは、電力信号をブロードキャストするために送信器を自動的に制御することができる(ブロック520)。幾つかの実施例においては、検出された電子デバイスを携帯電話ディスプレイに表示することができる。携帯電話は、電力伝送を開始するためのコマンドであってよいユーザの指示の下、コマンド信号を伝送することができる。ベースユニットは、ブロック525に記載されているように、電子デバイスの充電状態の監視を(例えば、問合せ信号のブロードキャストおよび電子デバイスからの応答である充電状態信号の受信を介して)継続することができる。ベースユニットからの電力のブロードキャストを、ブロック530に記載されているように、イベントの発生に基づき終了することができる。イベントは、充電中の1つまたは複数の電子デバイスからの、完全に充電された状態の指標の受信、ベースユニットのバッテリに蓄積された電力が消費されたことの指標の受信、またはベースユニットの近傍にはいずれの電子デバイスもとどまっていないことの特定に対応するものであってよい。幾つかの実施例においては、ベースユニットが動いていること(例えば、ユーザ5によって持ち運ばれているか、または移動されていること)の特定に基づいて、電力のブロードキャストを継続することができるが、しかしながら、このブロードキャストは、低減された電力レベルで行われる。
In some embodiments, the base unit can be connected to a communication device (eg, cell phone 20) to allow communication. The
本明細書に記載する実施例は、低コスト、小さいフォームファクタかつ軽量で携帯可能なベースユニット(例えば、ワイヤレス電力充電ユニット)を提供することができ、このベースユニットは、その電力を他の電子デバイスから受信することができる。外部電源からの電力の受信に基づいて、または電力の受信後に、電子デバイスのバッテリまたはキャパシタを充電するため、または電子デバイスに直接的に給電するためのワイヤレス電力を用いて電子デバイスに給電するために、ベースユニットを使用することができる。電子デバイスは、単に一例ではあるが、腕時計、バンド、ネックレス、イヤリング、指輪、ヘッドウェア、補聴器、補聴器ケース、補聴器制御ユニット、アイウェア、拡張現実ユニット、仮想現実ユニット、インプラント、衣類、ウェアラブル製品、インプラントデバイス、セルラフォンであってよい。本明細書に記載するベースユニットは、送信器、外部電力ポートおよび関連するエレクトロニクスを含むことができる。送信器は、磁性材料コアの周囲に金属巻線を含むことができ、単に一例ではあるが銅線を含むことができる。送信器コアは、単に一例ではあるが、鉄、フェライト、鉄合金、ミューメタル、Vitroperm(R)500F、高透磁率金属のうちの1つを含むことができる。送信器は、フェライトコアを含むことができる。巻線は、銅線から成るものであってよい。巻線は、リッツ線から成るものであってよい。外部電力ポートは、USBポートであってよい。USBポートを、ラップトップ、デスクトップ、セルラフォン、スマートパッド、通信システム、Mophieケース、再充電可能なセルラフォンケース、または他の電源のうちの1つに電気的に接続することができる。このようにして、ベースユニットを、「ドングル」として形成することができるか、もしくはUSBまたは電源およびワイヤレス送信器との他の電子インタフェースを有している他のアクセサリデバイスとして形成することができる。送信器を、離隔されている電子デバイスの受信器にワイヤレスに接続することができる。電子デバイスは、電子ウェアラブルデバイスであってよい。携帯可能な充電ユニットには、バッテリが設けられていなくてもよい。携帯可能な充電ユニットには、電源が設けられていなくてもよい。実施例によるベースユニットは、少なくとも1つのUSBコネクタ、時変信号を生成するためのRFソースを含むことができ、時変信号は、RFアンテナまたは磁気コイルに供給される。実施例によるベースユニットは、フェライトコアおよび銅線巻線を含むことができる。 Embodiments described herein can provide a low cost, small form factor, lightweight, and portable base unit (eg, a wireless power charging unit) that can be used to power other electronic devices. Can be received from the device. Based on or after receiving power from an external power source, to charge the battery or capacitor of the electronic device, or to power the electronic device with wireless power to power the electronic device directly In addition, a base unit can be used. Electronic devices are merely examples, but watches, bands, necklaces, earrings, rings, headwear, hearing aids, hearing aid cases, hearing aid control units, eyewear, augmented reality units, virtual reality units, implants, clothing, wearable products, It may be an implant device, a cellular phone. The base unit described herein can include a transmitter, an external power port, and associated electronics. The transmitter can include a metal winding around the magnetic material core, and can include a copper wire, by way of example only. The transmitter core is simply in one example, can include iron, ferrites, iron alloys, Mumetal, Vitroperm (R) 500F, one of the high permeability metal. The transmitter can include a ferrite core. The winding may be made of copper wire. The winding may consist of a litz wire. The external power port may be a USB port. The USB port can be electrically connected to one of a laptop, desktop, cellular phone, smart pad, communication system, morphie case, rechargeable cellular phone case, or other power source. In this way, the base unit can be formed as a “dongle” or as other accessory device having a USB or other electronic interface with a power source and a wireless transmitter. The transmitter can be wirelessly connected to a receiver of a remote electronic device. The electronic device may be an electronic wearable device. The portable charging unit may not be provided with a battery. The portable charging unit may not be provided with a power source. A base unit according to an embodiment may include at least one USB connector, an RF source for generating a time-varying signal, which is fed to an RF antenna or a magnetic coil. The base unit according to the embodiment may include a ferrite core and a copper wire winding.
したがって、実施例によるベースユニットを、サードパーティの電源によって給電することができる。そのようなサードパーティの電源は、単に一例であるが、コンピュータ、ラップトップ、セルラフォン、スマートパッド、電源ソケット、またはそれらの組合せの電源であってよい。 Therefore, the base unit according to the embodiment can be powered by a third party power source. Such a third party power source is merely an example, and may be a computer, laptop, cellular phone, smart pad, power socket, or combination thereof.
幾つかの実施例によるベースユニットは、幾つかの実施例においては非常に小さいフォームファクタのバッテリであってよいバッテリを含むことができるか、もしくは電源からの電力が変動する可能性があるか、または瞬間的に利用不可能になった場合に、エレクトロニクスが機能し続けるための最小の電源にとって望ましいキャパシタを含むことができる。 The base unit according to some embodiments may include a battery that may be a very small form factor battery in some embodiments, or the power from the power source may vary, Or it can include capacitors that are desirable for the smallest power source for the electronics to continue to function in the event of momentary unavailability.
幾つかの実施例においては、ベースユニットを、携帯可能なワイヤレス充電ユニットとして使用することができる。図37は、本明細書に記載する実施例により準備されたワイヤレス充電ユニットの概略図である。ベースユニット3700は、RFソース3704に有線接続されているUSBコネクタ3702を含むことができ、RFソース3704は、磁界、RF電力信号、または任意のタイプの電磁放射を生成する、アンテナまたは磁気コイル3706(例えば、送信器)に接続されている。携帯可能なワイヤレス充電ユニット3700は、任意のUSBコンセント、または電力を供給することができる他のインタフェースと共に使用することができる。
In some embodiments, the base unit can be used as a portable wireless charging unit. FIG. 37 is a schematic diagram of a wireless charging unit prepared in accordance with embodiments described herein. The
実施例によるベースユニットを、スマートフォンケースに組み込むことができ、および/または、スマートフォンケースと共に使用することができ、またスマートフォンのバッテリに給電するために、またはスマートフォンにバッテリの予備を提供するために使用される。前述のスマートフォンケースは、スマートフォンを収容するための凹部および標準的なUSBコネクタを含むことができ、このUSBコネクタは、スマートフォンケースにおけるバッテリおよび/または前述のケースに配置されたスマートフォンにおけるバッテリを充電するために使用することができる。スマートフォンケースは、ベースユニットを含んでいる(ただしベースユニットに限定されるものではない)スマートフォンケースにおけるバッテリから任意の外部のデバイスに給電するために使用することができるUSB電力出力ポートを含むことができる。 The base unit according to the embodiments can be incorporated into a smartphone case and / or used with a smartphone case and used to power a smartphone battery or provide a spare battery for a smartphone Is done. The aforementioned smartphone case can include a recess for accommodating a smartphone and a standard USB connector, which USB battery charges the battery in the smartphone case and / or the smartphone located in the aforementioned case. Can be used for. The smartphone case includes a USB power output port that can be used to power any external device from the battery in the smartphone case that includes (but is not limited to) the base unit. it can.
スマートフォンは、典型的なスマートフォンの通常の充電機能およびデータ機能を提供する通常のUSBポートを有することができる。前述のスマートフォンは、USBポートに接続することができる携帯可能なワイヤレス充電ユニット(例えば、ベースユニット)を含んでいる(ただしワイヤレス充電ユニットに限定されるものではない)他の外部のデバイスに電力を供給するUSBポートを含むこともできる。 A smartphone can have a normal USB port that provides the normal charging and data functions of a typical smartphone. Such smartphones include (but are not limited to) a portable wireless charging unit (eg, a base unit) that can be connected to a USB port to power other external devices. It can also include a USB port to supply.
既に説明したように、実施例によるベースユニットは、所定のパターンで配置されている複数のコイルおよび/または複数のロッドを含むことができる。図9Aから図9Eは、2つのコイルを含んでいるベースユニットを示す。ベースユニットは、図1から図8に示したベースユニットの特徴の一部またはすべてを含むことができ、したがって、それらについての説明は省略する。例えば、ベースユニット700は、本発明によるベースユニットの機能性を提供するように構成されている回路705および少なくとも1つのTxコイル712を含むことができる。コイルおよび回路705を、ケーシング715によって包囲することができるか、またはケーシング715に埋め込むことができる。ベースユニット700は、第1のコイル712−1および第2のコイル712−2を含んでいる。幾つかの実施例においては、第1のコイルおよび第2のコイルの両コイルを、ワイヤレス電力伝送のために構成することができる。幾つかの実施例においては、第1のコイル712−1を送信コイルとして構成することができ、また第2のコイル712−2を受信コイルとして構成することができる。第1のコイルと第2のコイルとを、少なくとも部分的に、ケーシング715の反対側の面に沿って延在させることができる。例えば、第1のコイル712−1を、ケーシング715の上面に沿って設けることができ、また第2のコイル712−2を、ケーシング715の下面に沿って設けることができる。上、下、左および右のような向きに関する用語は、単に説明を目的として用いられているに過ぎず、限定を意図したものではない。例えば、上および下という用語は、携帯電話に接続された状態での一般的な使用中のベースユニットの向きを表していると考えられ、例えば、ベースユニットの上面は、携帯電話の上面に最も近くに位置しており、またベースユニットの下面は、携帯電話の下面に最も近くに位置している、などが考えられる。幾つかの実施例においては、ベースユニットが、代替的または付加的に、左側面または右側面を含めたケーシングの任意の側面または表面に沿って配置されているか、もしくはケーシングの表面または裏面の近傍に配置されているコイルを含むことができる。幾つかの実施例においては、Txコイルまたはそれらのコンポーネントを、下記においてさらに説明するように、ベースユニットの中央部分に配置することができる。ケーシングは、通信デバイス(例えば、携帯電話)を結合させるための受口709を含んでいる。受口709は、通信デバイスを携帯電話に機械的に接続するための係止機構を含むことができる。例えば、ケーシングを剛性プラスチック材料から形成することができ、また受口を、通信デバイスが携帯電話にスナップ止めで係止されるように構成することができる。幾つかの実施例においては、ケーシングを、少なくとも部分的に、弾性プラスチック材料(例えば、ゴム)から形成することができ、また携帯電話が受口709に配置されたときに、ケーシングの少なくとも一部は変形する(例えば、延びるか、または曲がる)ことができる。ベースユニットのケーシングおよび係止機構の付加的な実施例を、下記において図10から図12を参照しながら説明する。
As already described, the base unit according to the embodiment may include a plurality of coils and / or a plurality of rods arranged in a predetermined pattern. 9A to 9E show a base unit that includes two coils. The base unit may include some or all of the features of the base unit shown in FIGS. 1 to 8, and thus description thereof will be omitted. For example, the
図10Aから図10Cは、通信デバイス30のためのケースの形態のケーシング815を有しているベースユニット800を示す。通信デバイス30は、タブレットまたはスマートフォンであってよい。ケーシング815は、ベースユニットの回路801を包囲することができる。ケーシング815は、通信デバイス30(例えば、タブレットまたはスマートフォン)を収容するように構成されている受口809を含むことができる。この実施例において、受口809は、ケーシングの1つの面(例えば、上面)から受口809に通信デバイスをスライドさせることによる、通信デバイス30、例えばタブレットとのスライド式の係止のために構成されている。別の実施例においては、通信デバイス30(例えば、タブレットまたはスマートフォン)とのスナップ止めの係止のために、受口809を構成することができる。さらに別の実施例においては、通信デバイス30に取り付けられたときに、少なくとも部分的に弾性に変形するように、ケーシング815を構成することができる。ケーシング815の少なくとも一部がベースユニット800から突出した状態で、通信デバイス30を受口809に載置することができる。幾つかの実施例においては、通信デバイス30(例えば、タブレットまたはスマートフォン)の表示面31がケーシングの表面817と実質的に面一になるように、通信デバイス30を少なくとも部分的に、ケーシング815によって包囲することができる。
10A to 10C show a
図11Aから図11Dは、通信デバイス15のための部分的なケースの形態のケーシング915を有しているベースユニット900を示す。通信デバイス15は、携帯電話、タブレットなどであってよい。部分的なケースを、通信デバイス15の一部(例えば、下側の部分、上側の部分)に取り付けることができる、および/または、通信デバイス15の一部を包囲することができる。ケーシング915は、ベースユニット900の回路901を包囲することができる。ベースユニット900は、ケーシング915に成形された受口909を含むことができる。受口909を、通信デバイス15をスナップ止めで係止するために構成することができる。スナップ止めでの係止によって、受口の1つまたは複数の係止機構は、通信デバイスの少なくとも一部とフィットするインタフェースに合わせて成形/寸法設定されており、また1つまたは複数の係止機構は、受口に通信デバイスを収容するために一時的に変形することが暗示されている。別の実施例においては、図10における実施例と同様のやり方で、スライド可能に通信デバイス15を係止するために、受口909を構成することができる。
FIGS. 11A to 11D show a
図12Aおよび図12Bは、本明細書に記載する別の実施例による、ケーシング1015を有しているベースユニット1000を示す。ケーシング1015は、通信デバイス15の一部のみに取り付けられるように構成されている部分的なケーシングであってよいという点において、ケーシング915に類似すると考えられる。ケーシング1015は、ベースユニット1000の回路1001を包囲することができる。可動カバー1019を、ケーシング1015に取り付けることができる。可動カバー1019を、1つまたは複数の箇所にヒンジ止めすることができ、それによって、カバー1019を、通信デバイス15へのアクセスの妨げにならないように移動させることができる。幾つかの実施例においては、取付け部材をケーシング1015、またはカバー1019、またはケーシング1015およびカバー1019の両方に結合させることができる。取付け部材1003は、ユーザが、ベースユニット1000と、ベースユニット1000に取り付けられる通信デバイス15と、を簡便に持ち運べるように構成することができる。例えば、取付け部材1003は、ベースユニットを衣服/アクセサリに取り付けるためのクリップ、輪穴などであってよい。可動カバーは、閉じられた位置において、慣例の留め具(例えば、スナップ、磁気的な閉止具など)を介してロックすることができる。
12A and 12B illustrate a
図13および図14Aから図14Cは、本発明の別の実施例によるベースユニットを示す。ベースユニット1100は、本明細書に記載するベースユニットの特徴の一部またはすべてを含むことができ、したがって、類似の態様についての説明は省略する。例えば、ベースユニット1100は、ワイヤレス電力送信器(例えば、Txコイル1112)、バッテリ(1120)およびベースユニット回路(1105)を含むことができる。バッテリ1120および回路1105を、ベースユニット1100の中央部分に設けることができ、その一方で、Txコイル1112を、ベースユニット1100の周囲部分に沿って設けることができる。バッテリ1120は、再充電可能であってよい、および/または、取り外し可能であってよい。ベースユニットのケーシング1115を、例えばベースユニットを通信デバイスに、例えば携帯電話20に取り付けるための取付け部材として構成することができる。ケーシングは、周面を有することができる(例えば、上面、下面、左側面および右側面を有することができ、それらは、携帯電話にベースユニットが接続されたときの携帯電話に対するベースユニットの相対的な向きを説明するために上、下、左および右として任意に表される)。図13および図14Aから図14Cにおける実施例では、Txコイルがベースユニットの周面に平行に(例えば、周囲部分に沿って)配置されている。
13 and 14A-14C illustrate a base unit according to another embodiment of the present invention. The
送信器は、単一の連続したTxコイルまたはセグメント化されたTxコイルを含むことができる。図13における実施例では、送信器は、それぞれが磁心とその上に巻き付けられた導体巻線とを備えている複数の離散的なTxコイル(この実施例では、4つのコイル1112−1,1112−2,1112−3および1112−4)を含んでいる、セグメント化されたコイルを有している。Txコイルの直径φは、約5mmから約20mmまでの範囲であってよい。幾つかの実施例においては、Txコイルの直径φは、8mmから15mmまでの間であってよい。幾つかの実施例においては、Txコイルの直径φは、9mm、10mm、11mm、12mm、13mmまたは14mmであってよい。これとは異なる直径をコイルに使用することもできる。この実施例における磁心は、磁性材料から成る細長い円柱状のロッドとして形成されている。この実施例におけるロッドは、ベースユニット1100の周囲に沿って配置されている。幾つかの実施例においては、実質的にケーシング1115の上面、下面、左側面および右側面の全長に沿って、ロッドを延在させることができる。ケーシング1115の長さ(l)、幅(w)および厚さ(t)は、それぞれ、約150mmから180mm、80mmから95mm、および15mmから25mmの範囲であってよい。例えば、所定の通信デバイス(例えば、スマートフォン)を収容するために、および/または、特定の大きさのコイルを収容するために、別の長さ、幅および厚さを使用することもできる。例えば、携帯電話としてiPhone6が接続されるように構成されているケーシングは、約160mmの長さ、約84mmの幅および約19mmの厚さであってよく、また約9mmの直径を有しているTxコイルを収容することができる。別の実施例においては、ケーシングは、約14mmの直径を有しているコイルを収容する、約165mmの長さ、約94mmの幅および約21mmの厚さを有することができる。
The transmitter can include a single continuous Tx coil or a segmented Tx coil. In the embodiment in FIG. 13, the transmitter includes a plurality of discrete Tx coils (in this embodiment four coils 1112-1, 1112) each having a magnetic core and a conductor winding wound thereon. -2, 1112-3 and 1112-4). The diameter φ of the Tx coil may range from about 5 mm to about 20 mm. In some embodiments, the diameter φ of the Tx coil may be between 8 mm and 15 mm. In some embodiments, the diameter φ of the Tx coil may be 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, or 14 mm. Different diameters can be used for the coils. The magnetic core in this embodiment is formed as an elongated cylindrical rod made of a magnetic material. The rod in this embodiment is disposed along the periphery of the
特定の実施の形態においては、複数の送信コイルを、位相式にまたは時間的に連続して駆動させることができ、それによって、任意の時点において各コイルに個別に供給することができる、伝送される電力を最大にすることができ、この電力によって、ベースユニットからの考えられる最大充電レンジを有する回転磁界が生成される。そのようなアプローチによって、充電システムに依存しない向上された向きおよびレンジが提供される。 In certain embodiments, a plurality of transmit coils can be driven in a phased manner or sequentially in time, thereby transmitting each coil individually at any point in time. Power, which generates a rotating magnetic field with the maximum possible charging range from the base unit. Such an approach provides an improved orientation and range that is independent of the charging system.
ベースユニットは、携帯電話20を収容するための受口1109,1209を含んでいる。この実施例においては、受口は、携帯電話を収容すると携帯電話がケーシングの表面と実質的に面一になるように構成されている。受口1109,1209は、携帯電話の5つの面がケーシングによって実質的に包囲されるように、携帯電話の大きさおよび形状に実質的に合致する大きさおよび形状を有することができる。幾つかの実施例においては、受口は、携帯電話を部分的に包囲するために選択された大きさおよび/または形状を有することができる。(例えば、図10および図11における実施例に示されているように)携帯電話がケーシングに係止されたときに、携帯電話はケーシングから突出していてもよく、このことは、ベースユニットのフォームファクタをさらに低減することができる。
The base unit includes receiving
幾つかの実施例においては、例えば下記においてさらに説明する図15Aから図15Cおよび図16Aから図16Cの実施例のように、巻線を(1つまたは複数の)ロッドの表面から距離を置いて設けることができる。 In some embodiments, such as in the embodiments of FIGS. 15A-15C and 16A-16C described further below, the windings are spaced from the surface of the rod (s). Can be provided.
幾つかの実施例においては、巻数、または巻線において使用される線材の長さを最大にすることが望ましいと考えられる。一般的に平坦にされた平行六面体の形状を有しているベースユニットは、4つの周面(上面、下面、左側面および右側面)および2つの主面(表面および裏面)を有することができる。巻数、または巻線において使用される線材の長さを、デバイスの周囲部分に巻線を配置することによって最大にすることができる。例えば、ベースユニットの(例えば、上面、下面、左側面および右側面によって規定されるような)周囲を実質的に横断するループを有するように線状導体を巻くことができる。図15Aから図15Cは、導体巻線1316がベースユニットの周囲に設けられており、かつ、コア材料(例えば、コアロッド1314)が巻線から距離を置くベースユニットの内側部分に設けられているベースユニット1300aから1300cの実施例を示す。ベースユニット1300aは、ベースユニットの主面(例えば、表面または裏面)に対して垂直な中心線を有するように配置されている個々のロッド1314を含んでいる。ベースユニット1300bおよびベースユニット1300cは、ベースユニットの周面に対して平行な中心線を有するように配置されている個々のロッド1314を含んでいる。
In some embodiments, it may be desirable to maximize the number of turns, or the length of wire used in the winding. A base unit having a generally flat parallelepiped shape can have four peripheral surfaces (upper surface, lower surface, left side surface and right side surface) and two main surfaces (front surface and back surface). . The number of turns, or the length of wire used in the winding, can be maximized by placing the winding in the peripheral portion of the device. For example, the linear conductor can be wound to have a loop that substantially traverses the perimeter of the base unit (eg, as defined by the top, bottom, left, and right sides). FIGS. 15A-15C illustrate a base in which a conductor winding 1316 is provided around the base unit and a core material (eg, core rod 1314) is provided in the inner portion of the base unit that is spaced from the winding. Examples of units 1300a through 1300c are shown. The base unit 1300a includes
別の実施例においては、線材がベースユニットの主面に対して実質的に平行な平面に位置しているように、線状導体を巻くことができる。例えば、ベースユニット1400aは、コアプレート1417の形態のコア材料と、ベースユニットの左側面および右側面に対して実質的に平行なコイル軸線を有しているコアプレートに巻かれた巻線と、を含んでいる。ベースユニット1400bおよび1400cは、ベースユニット1400aの巻線に類似するが、しかしながら、コア材料として離散的なロッド1414を使用する巻線1416を含んでおり、それらのロッドは、巻線から内側に離隔されており、かつ、ベースユニットの周面に対して平行に配置されている。非磁性材料を、図15Aから図15Cおよび図16Aから図16Cの実施例におけるロッド間の空間に設けることができる。別の実施例においては、図示した特定の実施例とは異なる、巻線およびロッドの向きの種々の組合せを使用することができる。
In another embodiment, the wire conductor can be wound so that the wire is located in a plane substantially parallel to the main surface of the base unit. For example, the
ベースユニットを、比較的小さいフォームファクタを有することができる種々の形状に組み込むことができる。ベースユニットを、携帯可能なフォームファクタに、例えば、ユーザの手にフィットする、および/または、ユーザのポケット、ハンドバッグにおいて容易に持ち運べる、またはユーザのウェアラブルアクセサリに取り付けることができるフォームファクタに組み込むことができる。例えば、ここで図17も参照すると、ベースユニット1500は、一般的に円柱状の形状(例えば、パックの形状)を備えているケーシング1515を有することができる。パック状のベースユニット1500は、本明細書に記載するベースユニットのコンポーネントの一部またはすべてを含むことができるので、そのようなコンポーネントについての説明は省略する。例えば、ベースユニットは、送信器(例えば、Txコイル1512)、バッテリおよびコントローラ(図示せず)を含むことができる。ケーシング1515は、第1の主面(例えば、下面)および第2の主面(例えば、上面)を有することができる。Txコイルを、ベースユニットの周囲に沿って(例えば、円柱状の周面の近傍において、少なくとも部分的に、その周面に沿って延在させて)配置することができる。幾つかの実施例においては、コアは、円柱状のコアプレートの形状であってよい。コイル巻線、円柱状のコアプレート、および円柱状のパックを、同軸に整列することができる。ベースユニット1500は、外部電力デバイスおよび/または別のコンピューティングデバイスにベースユニットを接続するための1つまたは複数の入力ポート1560を含むことができる。例えば、ベースユニット1500は、AC電源にベースユニット1500を接続するための第1の入力ポート1560−1と、ベースユニットをコンピューティングデバイスに、例えばラップトップまたはタブレットに接続するための第2の入力ポート1560−2(例えば、USBポート)と、を含むことができる。ベースユニット1500は、1つまたは複数の充電状態インジケータ1590を含むことができる。充電状態インジケータ1590は、ベースユニット、近傍の電子デバイス、またはそれらの組合せの状態および/または充電サイクルに関する視覚的なフィードバックを提供することができる。
The base unit can be incorporated into various shapes that can have a relatively small form factor. Incorporating the base unit into a portable form factor, eg, a form factor that fits in the user's hand and / or can be easily carried in the user's pocket, handbag, or attached to the user's wearable accessory it can. For example, referring now also to FIG. 17, the
照明装置1592の形態の充電状態インジケータを、ベースユニットの周囲に、またはベースユニットの主面の周囲に設けることができる。照明装置は、複数の離散的な光源を含むことができる。個々の光源または個々の光源のグループは、充電のためにベースユニットに誘導結合することができる個々の電子デバイスに関する状態を表すことができる。幾つかの実施例においては、インジケータディスプレイ1594を、ベースユニットの主面(例えば、上面)に設けることができる。充電のためにベースユニットに誘導結合された1つまたは複数の電子デバイスに関する個々の充電状態を表すために、インジケータディスプレイを構成することができる。
A state of charge indicator in the form of a
図18は、本発明によるワイヤレス電力伝送システムのための送信器回路および受信器回路のコンポーネントを示す。システムの送信器側では、送信コイルがインダクタンスL11によって表されている。送信器回路は、所望の周波数でブロードキャストを行うように調整されている。このために、送信器回路は、キャパシタンスC1_PARおよび抵抗R1_PARを含んでおり、送信器を所望の伝送共振周波数に調整するために、これらを選択することができる。システムの受信器側では、受信コイルがインダクタンスL22によって表されており、またキャパシタンスC2および抵抗R22は、受信コイルのインダクタンス、C2およびR22によって形成されたRLC回路を、送信コイルによって形成された伝送共振周波数に調整するために選択されている。整流器(例えば、全波整流器)は、4つのダイオードD1,D2,D3およびD4から形成されている。負荷回路と組み合わされている整流器は、RLOAD,CLOADおよびLLOADのために形成されたものであり、またL22に誘導された交流信号を、デバイスのバッテリを充電するためのDC電圧出力に変換する。負荷抵抗RLOADおよび負荷キャパシタンスCLOADは、ダイオードブリッジを、ウェアラブルデバイスにおいて使用されるバッテリのための充電回路にインピーダンス整合させるために選択されている。 FIG. 18 shows the components of a transmitter circuit and a receiver circuit for a wireless power transfer system according to the present invention. The transmitter side of the system, the transmission coil is represented by the inductance L 11. The transmitter circuit is tuned to broadcast at the desired frequency. For this purpose, the transmitter circuit includes a capacitance C1_PAR and a resistor R1_PAR , which can be selected to tune the transmitter to the desired transmission resonant frequency. On the receiver side of the system, the receiving coil is represented by an inductance L 22 , and the capacitance C 2 and resistor R 22 are the RLC circuit formed by the receiving coil inductance, C 2 and R 22 , and are transmitted by the transmitting coil. It is selected to adjust to the formed transmission resonance frequency. The rectifier (eg, full wave rectifier) is formed from four diodes D 1 , D 2 , D 3 and D 4 . The rectifier combined with the load circuit is formed for R LOAD , C LOAD and L LOAD , and the DC voltage output for charging the device battery with the alternating signal induced at L 22. Convert to The load resistance R LOAD and the load capacitance C LOAD are selected to impedance match the diode bridge to the charging circuit for the battery used in the wearable device.
幾つかの実施の形態においては、送信コイル、したがって、インダクタンスL11は、受信コイルのインダクタンス、またそのインダクタンスL22に比べて相対的に大きい。送信コイルおよび受信コイルが近接している場合、伝送効率は比較的高い。比較的長い距離では、効率は低下するが、しかしながら、他のシステム、例えばQi規格に準拠するシステムに比べれば、比較的高いままである。これは図19から図21に示されている。 In some embodiments, the transmit coil, and thus the inductance L 11, is relatively large compared to the receive coil inductance and its inductance L 22 . When the transmission coil and the reception coil are close to each other, the transmission efficiency is relatively high. At relatively long distances, the efficiency is reduced, however, it remains relatively high compared to other systems, such as systems compliant with the Qi standard. This is illustrated in FIGS.
幾つかの実施例においては、誘導結合された、本発明による送信コイルと受信コイルとの間の磁界のパターンの形状は、コイルの上部および下部に0が十分に確立されている、ほぼ全方向性であってよい。より単方向性のパターンを形成するために、反射グランドプレーンに対して、または反射グランドプレーンの近傍にコイルを配置することによって、放射パターンを方向付けることができる。 In some embodiments, the shape of the inductively coupled magnetic field pattern between the transmitting coil and the receiving coil according to the present invention is substantially omnidirectional, with zero well established at the top and bottom of the coil. May be sex. To form a more unidirectional pattern, the radiation pattern can be directed by placing a coil relative to or near the reflective ground plane.
図22は、送信コイルから延びる磁力線、および受信コイルの位置が十分に既知であるか、または(例えば、典型的な使用シナリオにおいて)予測可能である場合の受信コイルにおける磁界の1つの実施例を示す。そのような実施例においては、方向付けられた磁束の接近を、エネルギ伝送の効率を改善するために使用することができる。 FIG. 22 illustrates one example of a magnetic field in a receiver coil when the field lines extending from the transmitter coil and the position of the receiver coil are sufficiently known or predictable (eg, in a typical usage scenario). Show. In such embodiments, directed magnetic flux approach can be used to improve the efficiency of energy transfer.
ウェアラブルデバイスの充電システムに関する使用ケースの綿密な指定によって、ワイヤレス電力伝送システムを最適化して、充電条件の改善された取り決めを提供することができ、その一方で、充電サイクル間のデバイスの一般的な使用期間に関して、そのデバイスを通常通りに充電するために必要とされるバッテリの大きさの縮小を介してフォームファクタは維持される。幾つかの用途においては、充電が容易になるように電子デバイスを意図的に配置する必要はない。何故ならば、その使用ケースの距離において伝送される電力は、バッテリにおけるシステムからのエネルギの取り出しを維持するには適切であると考えられるからである。 Through careful specification of use cases for wearable device charging systems, the wireless power transfer system can be optimized to provide improved arrangements of charging conditions, while the device's generality between charge cycles With respect to duration of use, the form factor is maintained through the reduction in battery size required to charge the device normally. In some applications, it is not necessary to intentionally place the electronic device to facilitate charging. This is because the power transmitted at the distance of the use case is considered adequate to maintain the extraction of energy from the system in the battery.
本明細書に記載する実施例は、身体装着型の中継器を使用することができる。身体装着型の中継器の使用は、例えば、システム性能を改善することができる、および/または、本明細書に記載するベースユニットおよび/またはウェアラブル電子デバイスに対する要求を緩和することができる。 The embodiments described herein can use body-mounted repeaters. The use of a body-mounted repeater can, for example, improve system performance and / or alleviate the need for base units and / or wearable electronic devices described herein.
一般的に、本明細書に記載する身体装着型の中継器は、本明細書に記載するベースユニットからワイヤレス電力を受信し、かつ、ワイヤレス電力を1つまたは複数のウェアラブル電子デバイスに供給するように構成されている。身体装着型の中継器を、(例えば、身体装着型の中継器とウェアラブル電子デバイスとの間の距離が、ベースユニットとウェアラブル電子デバイスとの間の距離よりも短くなるように)ベースユニットとウェアラブル電子デバイスとの間に配置することによって、システム全体のレンジを改善することができる。例えば、ベースユニットとウェアラブル電子デバイスとの間の全体の距離にわたり、ベースユニットから電力を供給することは不利な場合があるか、実用的でない場合があるか、または不可能な場合がある。しかしながら、身体装着型の中継器を配置することによって、ワイヤレス電力をベースユニットからウェアラブル電子デバイスに中継することができる。 In general, the body-worn repeaters described herein receive wireless power from a base unit described herein and provide wireless power to one or more wearable electronic devices. It is configured. Wear the body-mounted repeater with the base unit and the wearable (eg, the distance between the body-mounted repeater and the wearable electronic device is less than the distance between the base unit and the wearable electronic device). By placing it between the electronic devices, the range of the entire system can be improved. For example, it may be disadvantageous, impractical, or impossible to supply power from the base unit over the entire distance between the base unit and the wearable electronic device. However, by placing a body-mounted repeater, wireless power can be relayed from the base unit to the wearable electronic device.
さらに、身体装着型の中継器は、ベースユニットとウェアラブル電子デバイスとの間の向きの依存性を低減することによって、ワイヤレス電力伝送の効率を改善することができる。例えば、本明細書に記載するベースユニットは、磁心を含むことができ、また特定の向きにあるとき、または複数の向きの範囲内にあるとき、受信装置と共に向上した効率を有することができる。ワイヤレス電力伝送を仲介するために身体装着型の中継器を配置することによって、一方の向きがベースユニットと身体装着型の中継器との間に提供され、また他方の向きが身体装着型の中継器とウェアラブル電子デバイスとの間に提供される。したがって、ベースユニットから身体装着型の中継器への向きを、ベースユニットから電子ウェアラブルデバイスへの向きに比べてより精密に整列することができる。身体装着型の中継器から電子ウェアラブルデバイスへの向きを、ベースユニットから電子ウェアラブルデバイスへの向きに比べてより精密に整列することができる。 Further, the body-worn repeater can improve the efficiency of wireless power transfer by reducing the orientation dependency between the base unit and the wearable electronic device. For example, the base unit described herein can include a magnetic core and can have improved efficiency with a receiver when in a particular orientation or within a range of orientations. By placing a body-mounted repeater to mediate wireless power transfer, one orientation is provided between the base unit and the body-mounted repeater, and the other orientation is a body-mounted repeater. Provided between the device and the wearable electronic device. Therefore, the direction from the base unit to the body-mounted repeater can be more precisely aligned than the direction from the base unit to the electronic wearable device. The direction from the body-mounted repeater to the electronic wearable device can be more precisely aligned than the direction from the base unit to the electronic wearable device.
幾つかの実施例においては、本明細書に記載する身体装着型の中継器は複雑性を低減することができる。そのような複雑性を低減できなければ、これはベースユニットにおいて要求される可能性がある。例えば、1つの身体装着型の中継器が、ワイヤレス電力を、複数のウェアラブル電子デバイスに供給することができ、また特定のウェアラブル電子デバイスは、種々の搬送周波数および/または(例えばデータ伝送用の)変調パラメータを有することができる。本明細書に記載する身体装着型の中継器の実施例を、(例えば、身体装着型の中継器の一部を形成するコントローラまたは他の処理ユニットを使用して)、身体装着型の中継器が通信するウェアラブル電子デバイスのIDに基づいて、種々の搬送周波数および/または種々の周波数変調を有するように調整することができる。このようにして、ベースユニットは、1つの周波数および/または変調スキームを使用して、電力を身体装着型の中継器に供給することができ、また身体装着型の中継器は、種々のウェアラブル電子デバイスと通信するために、複数の周波数および/または変調スキームを使用することができる。幾つかの実施例においては、これによって、ベースユニット自体への種々の周波数および/または変調スキームの提供を不要にすることができる。 In some embodiments, the body-mounted repeater described herein can reduce complexity. If such complexity cannot be reduced, this may be required in the base unit. For example, a single wearable repeater can provide wireless power to multiple wearable electronic devices, and certain wearable electronic devices can have different carrier frequencies and / or (eg, for data transmission). It can have modulation parameters. Examples of body-worn repeaters described herein (eg, using a controller or other processing unit that forms part of a body-worn repeater) Can be adjusted to have different carrier frequencies and / or different frequency modulations based on the ID of the wearable electronic device with which they communicate. In this way, the base unit can use one frequency and / or modulation scheme to supply power to the body-mounted repeater, and the body-mounted repeater can be a variety of wearable electronics. Multiple frequencies and / or modulation schemes can be used to communicate with the device. In some embodiments, this may eliminate the need to provide various frequencies and / or modulation schemes to the base unit itself.
図23は、本明細書に記載する実施例によるシステムの概略図である。システム2300は、ベースユニット2302、身体装着型の中継器2304およびウェアラブル電子デバイス2306を含んでいる。身体装着型の中継器2304は、ワイヤレス電力をベースユニット2302から受信し、かつ、ワイヤレス電力をウェアラブル電子デバイス2306に供給するように構成されている。
FIG. 23 is a schematic diagram of a system according to an embodiment described herein.
ベースユニット2302を、本願に記載および/または図示するベースユニットのいずれかの実施例を使用して実施することができる。一般的に、ベースユニット2302は、ワイヤレス電力を供給するための送信器を含むことができ、送信器は、磁心を備えているコイルを含むことができる。さらにベースユニット2302は、送信器に接続されているバッテリを含むことができる。さらにベースユニット2302は、バッテリおよび送信器に接続されているコントローラを含むことができ、また送信器に、バッテリからの電力を選択的に伝送させるように構成されている。さらにベースユニット2302は、送信器、バッテリおよびコントローラを包囲しているケーシングを含むことができる。
幾つかの実施例においては、ベースユニット2302を、移動通信システム、例えば、携帯電話に取り付けることができるケースとして形成することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニット2302を、身体に装着することができる、例えばベルトに取り付けることができるか、またはベルトに組み込むことができるいずれかのものとして形成することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニット2302を、例えばポケット、ネックレス、ストラップ、靴、ベルト、アンクルバンド、リストバンド、アームバンドにおいてユーザが装着することができるか、もしくはセルラフォンまたは携帯電話のうちの一方に取り付けることができるか、もしくはベースユニット2302は、それらの一部であってよい。
In some embodiments, the
身体装着型の中継器2304は、一般的に、ベースユニット2302からワイヤレス電力を受信するように構成されているコイルを含んでいる。コイルを、磁心を備えているコイルを含めて、本願に記載および/または図示するいずれかのコイルを使用して実施することができる。幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304のコイルは、磁心を備えていない平らなコイル(例えば、平面コイル)であってよい。一般的に、身体装着型の中継器2304を、本願に記載および/または図示するいずれかのベースユニットを使用して実施することができる。しかしながら、身体装着型の中継器の幾つかの実施例は、バッテリおよび/またはメモリを含んでいなくてもよい。さらに身体装着型の中継器2304は、インダクタンス、キャパシタンスおよび抵抗を有している、1つまたは複数の電子回路を含むことができる。(1つまたは複数の)電子回路は、ウェアラブル電子デバイス2306および/またはベースユニット2302と整合するように、および/または、ウェアラブル電子デバイス2306および/またはベースユニット2302との整合を改善するように選択された、インダクタンス、キャパシタンスおよび/または抵抗を表すことができる。
The body-mounted
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304を、主に受動的なコンポーネントを使用して実施することができる。例えば、身体装着型の中継器2304を、(例えば、ベースユニット2302における)送信器からのエネルギを捕捉することができ、かつ、そのエネルギを電子ウェアラブルデバイス(例えば、ウェアラブル電子デバイス2306)に中継することができる共振器を使用して実施することができ、その際、身体装着型の中継器の共振特性によって生じた修正または調整とは異なるさらなる修正または調整は一切必要とされない。例えば、そのような中継器を、線材が巻かれたフェライトコア、1つまたは複数の容量性素子(例えば、キャパシタ)および/または1つまたは複数の抵抗素子(例えば、抵抗)が含まれる、受動的なコンポーネントから成る共振器を使用して実施することができる。
In some embodiments, the body-mounted
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304は、少なくとも2つのコイルを含むことができ、この場合、1つまたは複数のコイルは、ワイヤレス電力をベースユニット2302から受信するために選択されており、また1つまたは複数のコイルは、ワイヤレス電力を身体装着型の中継器2304からウェアラブル電子デバイス2306に伝送するために選択されている。幾つかの実施例においては、コイルの大きさおよびタイプ(例えば、磁心を備えているかまたは磁心を備えていないコイル、フラットコイル、もしくはコアに巻かれたコイル)を、電力の相応の受信および/または伝送を容易にするために選択することができる。対になる送信器または受信器(例えば、ベースユニット2302またはウェアラブル電子デバイス2306)を整合させるか、または対になる送信器または受信器との整合を改善するために各コイルに関連付けられた抵抗、キャパシタンスおよび/またはインダクタンスを表すために、1つまたは複数の回路を設けることができる。一方のコイルによる電力の受信から他方のコイルによる電力の伝送に切り換えるために、1つまたは複数のスイッチを含ませることができる。複数のコイルを含んでいる実施例による中継器を、コイル間でワイヤレス電力が最適に伝送されるように設計することができる。幾つかの実施例においては、共通のコアを有するように複数のコイルを実施することができる。身体装着型の中継器を、共振器として機能するように設計することができる。共振器として機能する中継器は、ベースユニットおよびウェアラブル電子デバイスと同一の変調周波数をサポートする単一のコイルを有することができる。
In some embodiments, the body-mounted
身体装着型の中継器2304は、(単に一例ではあるが)1つまたは複数のアンテナ、送信器、コイル、ASIC、1つまたは複数のキャパシタ、A/D変換器、1つまたは複数のインダクタ、揮発性または不揮発性であってよい1つまたは複数のメモリユニット、エネルギ蓄積ユニット、例えば(単に一例ではあるが)再充電可能バッテリまたはスーパーキャパシタ、電圧を増幅するためのチャージポンプ、および/または1つまたは複数のスイッチを含んでいる回路を含むことができる。
The body-mounted
身体装着型の中継器2304は、特定の周波数での伝送のために身体装着型の中継器2304を調整するための、および/または、ウェアラブル電子デバイス2306のID、または、身体装着型の中継器2304が通信する可能性がある他のウェアラブル電子デバイスのIDに基づいた特定の変調スキームを使用するための回路を含むことができる。
The body
身体装着型の中継器2304を、ユーザによる装着が意図されているアイテムに取り付けることができるか、またはそのようなアイテムに組み込むことができる。例えば、身体装着型の中継器2304を、指輪、時計、ブレスレット、ネックレス、イヤリング、ヘアバンド、ヘアピン、靴、ベルト、ブローチ、クリップ、またはそれらの組合せに配置することができる。幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304を、移動通信システム(例えば、セルラフォン)に配置することができるか、または取り付けることができる。
A body-mounted
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304は、ウェアラブル電子デバイス2306を収容することができるか、またはウェアラブル電子デバイス2306に取り付けることができる。幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304は、ウェアラブル電子デバイス2306に物理的に取り付けるための取付け機構を含むことができる。
In some embodiments, the body
身体装着型の中継器2304は、移動性をもったものであってよい。例えば、移動する可能性があるユーザが、例えばゆっくり動いている、歩いている、運転している、または飛行しているユーザが、身体装着型の中継器2304を装着することができる。
The body-mounted
ウェアラブル電子デバイス2306は、一般的に、ワイヤレス電力を、身体装着型の中継器2304から受信するように構成されているコイルを含んでいる。ウェアラブル電子デバイス2306を、本願に記載および/または図示するいずれかのウェアラブル電子デバイスを使用して実施することができる。本願に記載および/または図示するいずれかのコイルを、ウェアラブル電子デバイス2306を実施するために使用することができる。身体装着型の中継器2304におけるコイルは、動作中に、ウェアラブル電子デバイス2306におけるコイルを励磁および励振させることができる。
Wearable
幾つかの実施例においては、ウェアラブル電子デバイス2306を、オーディオシステム、ヘッドアップディスプレイ、補聴器、指向性マイクロフォン、カメラ、カメラシステム、赤外線映像システム、暗視補助具、ライト、1つまたは複数のセンサ、歩数計、ワイヤレスセルラフォン、携帯電話、ワイヤレス通信システム、プロジェクタ、レーザ、拡張現実システム、仮想現実システム、ホログラフィック装置、ラジオ、センサ、GPS、データストレージ、電源、スピーカ、転倒検出器、覚醒モニタ、ジオロケーション装置、脈拍検出装置、ゲーミング装置、アイトラッキング装置、瞳孔監視装置、アラーム、CO2検出器、UVメータ、汚染空気モニタ、口臭モニタ、温度計、煙検出器、薬リマインダ、アルコール検出器、スイッチ、またはそれらの組合せを使用して実施することができる。
In some embodiments, the wearable
幾つかの実施例においては、ベースユニット2302および/または身体装着型の中継器2304が、室内、車両内または装着者の近傍の空間内に位置していてもよい(例えば、ユーザは身体装着型の中継器を常に装着している必要はない)。
In some embodiments, the
例えば、身体装着型の中継器2304とウェアラブル電子デバイス2306との間の距離が、ベースユニット2302とウェアラブル電子デバイス2306との間の距離よりも短くなるように、ベースユニット2302とウェアラブル電子デバイス2306との間に身体装着型の中継器2304が位置するように、身体装着型の中継器2304を配置することができる。例えば、図23においては、ベースユニット2302がユーザのベルトに装着されており、その一方で、身体装着型の中継器2304は、ネックレスに装着されており、またウェアラブル電子デバイス2306は、ユーザが装着しているアイウェアに配置されている。
For example, the
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304を、ウェアラブル電子デバイス2306の0.1mmから60cmまでの範囲内に配置することができる。幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器2304を、ウェアラブル電子デバイス2306の0.1mmから30cmまでの範囲内に配置することができる。
In some embodiments, the body-mounted
一般的に、ベースユニット2302から電力を受信するための、身体装着型の中継器2304に含まれているコイルは、身体装着型の中継器2304から電力を受信するために使用される、ウェアラブル電子デバイス2306に含まれているコイルよりも大きくてよい。例えば、ベースユニット2302から電力を受信するために、身体装着型の中継器2304において使用されるコイルの直径は、身体装着型の中継器2304から電力を受信するために使用される、電子デバイス2306におけるコイルの直径よりも大きくてよい。例えば、ベースユニット2302から電力を受信するために、身体装着型の中継器2304において使用されるコイルの長さ、または幅、または長さおよび幅の両方は、身体装着型の中継器2304から電力を受信するために使用される、電子デバイス2306におけるコイルの長さ、または幅、または長さおよび幅の両方よりも大きくてよい。複数のコイルを有している中継器を、コイル間でワイヤレス電力が最適に伝送されるように設計することができる。幾つかの実施例においては、共通のコアを有するように複数のコイルを実施することができる。ベースユニットから電力を受信するために使用されるコイルのより大きい大きさは、電力伝送に関するベースユニットに対する要求を緩和することができる。例えば、ベースユニットが、ウェアラブル電子デバイスに設けられているコイルと(例えば、幾つかの実施例においては、数ミリメートルのオーダで、別の実施例においては数センチメートルのオーダで)同程度に小さいコイルにワイヤレス電力を供給することは必ずしも必要ではない。その代わりに、幾つかの実施例におけるベースユニットは、身体装着型の中継器に設けられているより大きいコイルに電力を提供することだけが要求される。身体装着型の中継器は、(例えば、幾つかの実施例においては数センチメートル以上のオーダで)より大きいものであってよい。
In general, the coil included in the body-mounted
一般的に、ワイヤレス電力を、ベースユニット2302から身体装着型の中継器2304まで、また身体装着型の中継器2304からウェアラブル電子デバイス2306まで、人体に安全な周波数を使用して伝送することができる。幾つかの実施例においては、100kHzから130kHzの間の周波数を使用することができる。幾つかの実施例においては、125kHz±2kHzの周波数を使用することができる。幾つかの実施例においては、125kHz±3kHzの周波数を使用することができる。幾つかの実施例においては、125kHz±5kHzの周波数を使用することができる。
In general, wireless power can be transmitted from the
図23には、単一のウェアラブル電子デバイス2306が示されている。しかしながら、2つ以上のウェアラブル電子デバイス2306が、実施例によるシステムに設けられていてもよく、また身体装着型の中継器2304からワイヤレス電力を受信することができる。実施例によるシステムは、複数のウェアラブル電子デバイスを含むことができ、それら複数のウェアラブル電子デバイスの各々は、身体装着型の中継器2304からワイヤレス電力を受信するためのコイルをそれぞれ含んでいる。
In FIG. 23, a single wearable
図23には、単一の身体装着型の中継器2304が示されている。しかしながら、幾つかの実施例によるシステムにおいては、1つより多くの身体装着型の中継器2304、限定を意図していないが、2,3,4または5個の身体装着型の中継器を使用できると解される。この場合、各身体装着型の中継器は、ワイヤレス電力を別の身体装着型の中継器に供給することができ、また最終的には、身体装着型の中継器のうちの少なくとも1つは、ワイヤレス電力を特定のウェアラブル電子デバイスに供給することができる。
FIG. 23 shows a single body-mounted
本明細書に記載する実施例によるデバイスは、支持部材(例えば、バンド、コード、ケーシング)に組み込まれたコイルを含むことができる。支持部材は、少なくとも部分的に、1つまたは複数の開口部を規定することができるか、または電子デバイスを受容または収容するための形状を有することができる。幾つかの実施例においては、コイルと電子デバイスとの間に電気的なコネクションを提供することができる(例えば、開口部は1つまたは複数の電気的なコネクションを電子デバイスに提供することができる)。幾つかの実施例においては、単純に電子デバイスをコイルの近傍に存在させることによって、電気的なコネクションをコイルと電子デバイスとの間に提供することができ、例えば、電子デバイスが開口部に存在しているときに、電子デバイスにコイルを誘導結合させることができる。 Devices according to embodiments described herein can include a coil incorporated into a support member (eg, band, cord, casing). The support member can at least partially define one or more openings or can have a shape for receiving or receiving an electronic device. In some embodiments, an electrical connection can be provided between the coil and the electronic device (eg, the opening can provide one or more electrical connections to the electronic device). ). In some embodiments, an electrical connection can be provided between the coil and the electronic device by simply having the electronic device in the vicinity of the coil, for example, the electronic device is present in the opening. The coil can be inductively coupled to the electronic device.
図24は、本明細書に記載する実施例による、中継器および/またはウェアラブル電子デバイスを含むことができるバンドの概略図である。 FIG. 24 is a schematic diagram of a band that can include a repeater and / or a wearable electronic device, according to embodiments described herein.
デバイス2400は、バンド2406、コイル2402および開口部2404を含んでいる。バンド2406は、開口部2404を規定している。
バンド2406を、例えば、リストバンド、時計バンド、フィットネスモニタバンド、ラグバンド、アームバンド、ヘッドバンド、ブレスレット、ネックレス、指輪、または他のウェアラブルアイテムによって実施することができる。
コイル2402を、例えば、バンドに埋め込むことによって、バンドによって支持することによって、バンドに取り付けることによって、またはその他の組込み機構によって、バンド2406に組み込むことができる。幾つかの実施例においては、コイル2402をアンテナとして実施することができる。本明細書に記載するアンテナを、全方向性アンテナおよび/または位相アレイアンテナを使用して実施することができる。
The
バンド2406は、開口部2404を規定することができる。電子デバイスを収容、包含または支持するように、開口部2404を寸法設計することができる。例えば、電子デバイスを開口部2404にスナップ止めすることができる。開口部2404に配置されている(例えば「スナップイン」されている)場合、電子デバイスは、直接的または間接的な電気的なコネクションを介して、コイル2402と通信することができる。このようにして、幾つかの実施例においては、コイル2402を、ウェアラブル電子デバイス2306のためのアンテナとして使用することができる。幾つかの実施例においては、コイル2402を備えたバンド2406を、本明細書に記載する中継器を実施するために、例えば図23の身体装着型の中継器2304を実施するために使用することができる。幾つかの実施例においては、中継器を動作させるために使用される1つまたは複数の回路を、開口部2404に収容することができる。
図24においてバンド2406は、開口部2404を規定するものとして示されているが、幾つかの実施例においては、支持部材が、電子デバイスを収容するための空所を規定することができる、電子デバイスを収容するための凹部を含むことができる、電子デバイスに取り付けるための取付け機構を含むことができる、および/または、電子デバイスを収容するための凹部または湾入部を規定することができる。
Although the
バンド2406を、任意の材料から形成することができる。幾つかの実施例においては、バンド2406を、低アレルギー性の材料から形成することができる。
図24において、単一の開口部2404は、単一の電子デバイスを収容するためのものとして示されているが、別の実施例においては、バンドまたは他の支持部材が複数の電子デバイスを収容または支持することができるか、またはバンドまたは他の支持部材に複数の電子デバイスを取り付けることができる。したがって、幾つかの実施例においては、複数の開口部を提供することができ、幾つかの実施例においてはバンド2406によって提供することができる。
In FIG. 24, a
開口部2404に配置されている電子デバイスを、バンド2406内のコイル2402を介して、慣例の誘導充電によって充電することができ、この場合、バンド2406と電子デバイスとの間の物理的なインタフェースは、スプリット金属Wリングを含むことができ、Wリングの各コンポーネントは、正の電極または負の電極である。幾つかの実施例においては、開口部2404に配置されている電子デバイスを、電子デバイスの充電インタフェースとバンド2406との間の誘導結合を用いて充電することができる。幾つかの実施例においては、各デバイスにおけるコイルの正確な位置および負荷を固定することができれば、この結合を最適化することができる。電子デバイス内の位置および負荷を、バンド2406に関する集積回路設計(ICD)において指定することができる。
An electronic device disposed in the
バンド2406のコイル2402を、ベースユニット(例えば、図23のベースユニット2302)から、本明細書に記載する実施例によるワイヤレス電力伝送を介して充電することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニット(例えば、ベースユニット2302)は、近接センサを含むことができ、この近接センサは、ベースユニットに関するバンド2406の位置および大凡の向きを提供することができる。ベースユニットにおける共振器の負荷を動的に調整し、2つのユニット間の共振結合を最大にするおよび/または強化することができる。予測アルゴリズムをベースユニットにおけるマイクロコントローラにおいて実行させてベースユニットに関するバンドの相対的な移動を推定することができ、またベースユニットの共振器における動的な負荷に修正を適用することができる。
The
デバイス2400を、電子ウェアラブルデバイスとは別個の中継器として実施することができるか、または電子ウェアラブルデバイスに接続されているアンテナとして実施することができる。
図25は、本明細書に記載する実施例により準備された方法を表すフローチャートである。 FIG. 25 is a flow chart representing a method prepared in accordance with the embodiments described herein.
方法2500は、ベースユニットを身体装着型の中継器の近傍に配置すること2502、ベースユニットから身体装着型の中継器に電力をワイヤレスに伝送すること2504、および身体装着型の中継器からウェアラブル電子デバイスに電力をワイヤレスに伝送すること2506、を含むことができる。
The
方法2500を、図23のシステム2300を用いて、および/または、図24のデバイス2400を使用して実施することができる。
The
幾つかの実施例においては、ベースユニットを身体装着型の中継器の近傍に配置すること2502を、ベースユニットを使用して、例えば図23のベースユニット2302を使用して実施することができる。ベースユニットは、身体装着型の中継器の受信コイルに電力をワイヤレスに伝送するための送信コイルを含むことができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットを身体装着型の中継器の近傍に配置すること2502は、ベースユニットと身体装着型の中継器との間の距離が、ベースユニットの充電レンジよりも小さくなるように、ベースユニットを配置することを含んでいる。
In some embodiments, placing the base unit in the vicinity of the body-mounted
一般的に、充電レンジは、一方のデバイスから他方のデバイスに電力が有意に伝送される距離を表している。 In general, the charging range represents the distance over which power is significantly transferred from one device to the other.
幾つかの実施例においては、ベースユニットを身体装着型の中継器の近傍に配置すること2502は、ベースユニットを装着することを含んでいる。例えば、ベースユニットをベルト、ネックレス、アームバンド、レッグバンド、携帯電話または他の通信システム、帽子、衣服、またはそれらの組合せに装着することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットをブリーフケース、手、財布、ポケット、バックパック、またはそれらの組合せで持ち運ぶことができる。幾つかの実施例においては、携帯電話または他の通信システムに取り付けられたケースを使用して、ベースユニットを実施することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットを身体装着型の中継器の近傍に配置すること2502は、ベースユニットを室内、自動車内、航空機内、またはユーザの近くの他の場所に配置することを含むことができる。
In some embodiments, placing the base unit in the vicinity of the body-mounted
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器を、指輪、時計、ブレスレット、ネックレス、イヤリング、ヘアバンド、ヘアピン、靴、ベルト、ブローチ、クリップ、帽子、ヘルメット、バンド、ストラップ、またはそれらの組合せにおいて実施することができるか、またはそのようなものとして実施することができる。 In some embodiments, the body-mounted repeater is a ring, watch, bracelet, necklace, earring, hair band, hairpin, shoes, belt, brooch, clip, hat, helmet, band, strap, or their It can be implemented in combination or can be implemented as such.
幾つかの実施例においては、方法2500は、ウェアラブル電子デバイスを身体装着型の中継器に収容すること、またはウェアラブル電子デバイスを身体装着型の中継器に取り付けることを含むことができる。例えば、身体装着型の中継器は、デバイス2400のように、ウェアラブル電子デバイスを収容するための開口部を規定することができる。ウェアラブル電子デバイスを、身体装着型の中継器にスナップ止めすることができるか、身体装着型の中継器に取り付けることができるか、または身体装着型の中継器に配置することができる。
In some examples, the
幾つかの実施例においては、ベースユニットから身体装着型の中継器に電力をワイヤレスに伝送すること2504は、ベースユニットが身体装着型の中継器の充電レンジ内にとどまっている間に、ベースユニットから身体装着型の中継器に電力をワイヤレスに伝送することを含んでいる。
In some embodiments, wirelessly transmitting
幾つかの実施例においては、方法2500を実施するために、図23のウェアラブル電子デバイス2306を使用することができる。ウェアラブル電子デバイスは、受信コイルを含むことができる。
In some embodiments, the wearable
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器とウェアラブル電子デバイスとの間の距離は、ベースユニットとウェアラブル電子デバイスとの間の距離よりも短い。 In some embodiments, the distance between the body-mounted repeater and the wearable electronic device is shorter than the distance between the base unit and the wearable electronic device.
幾つかの実施例においては、身体装着型の中継器からウェアラブル電子デバイスに電力をワイヤレスに伝送すること2506は、身体装着型の中継器の充電レンジよりも小さい、身体装着型の中継器からの距離内で、ウェアラブル電子デバイスを装着することを含むことができる。例えば、身体装着型の中継器を、ネックレスとして装着することができ、またウェアラブル電子デバイスを、頭部、首または肩に、もしくはその付近において装着することができ、その一方で、ベースユニットを腰または下半身の付近において配置または装着することができる。身体装着型の中継器からウェアラブル電子デバイスに電力をワイヤレスに伝送すること2506は、身体装着型の中継器のコイルを用いて、ウェアラブル電子デバイス内のコイルを励振させることを含むことができる。
In some embodiments, wirelessly transferring
幾つかの実施例においては、ベースユニットから身体装着型の中継器に電力をワイヤレスに伝送すること2504は、身体装着型の中継器の充電レンジよりも小さい、身体装着型の中継器からの距離内で、身体装着型の中継器およびウェアラブル電子デバイスを運ぶことを含むことができる。例えば、身体装着型の中継器を含んでいる、ネックレス、アームバンド、リストバンドまたは時計を、例えば、ネックレスをユーザの手で移動させることによって、またはユーザの腕をウェアラブル電子デバイスのより近傍に(例えば、頭部、首または肩により近い位置に)運ぶことによって、ウェアラブル電子デバイスのより近くに持ち上げることができる。
In some embodiments, wirelessly transmitting
幾つかの実施例においては、本方法は、身体装着型の中継器から複数のウェアラブル電子デバイスに電力をワイヤレスに伝送することを含んでいる。複数のウェアラブル電子デバイスは、それぞれ、別の受信コイルを含むことができ、またウェアラブル電子デバイスのそれらの別の受信コイルは、それぞれ、身体装着型の中継器の受信コイルよりも小さくてよい。特定のまたはすべてのウェアラブル電子デバイスと身体装着型の中継器との間の距離は、特定のまたはすべてのウェアラブル電子デバイスとベースユニットとの間の距離よりも短くてよい。 In some embodiments, the method includes wirelessly transmitting power from a body-mounted repeater to a plurality of wearable electronic devices. Each of the plurality of wearable electronic devices may include a separate receive coil, and each of the separate receive coils of the wearable electronic device may be smaller than the receive coil of the body-mounted repeater. The distance between the specific or all wearable electronic devices and the body-mounted repeater may be shorter than the distance between the specific or all wearable electronic devices and the base unit.
本方法2500は、身体装着型の中継器を装着すること、ならびにベースユニットおよびウェアラブル電子デバイスを装着すること、または持ち運ぶことを含むことができる。
The
図26は、本明細書に記載する実施例により準備されたシステムの概略図である。システム2600は、送信器2602および受信器2604を含むことができる。送信器2602は、送信器コイル2606、回路2610およびバッテリ2614を含むことができる。受信器2604は、受信器コイル2608および回路2610を含むことができる。幾つかの実施例においては、送信器2602、受信器2604、および/またはシステム2600は、付加的なコンポーネントを含むことができる。例えば、送信器2602は、1つのアンテナを含むことができる。幾つかの実施例においては、複数のアンテナおよび/またはコイルを送信器2602に含めることができる。
FIG. 26 is a schematic diagram of a system prepared according to the embodiments described herein.
受信器2604にワイヤレス電力を供給するために、送信器2602を使用することができる。一般的に、送信器2602を、本明細書に記載するいずれかのベースユニットを使用して実施することができる。受信器2604を、ウェアラブル電子デバイス、例えば限定を意図していないが、カメラ、センサ、または補聴器が含まれる、本明細書に記載するいずれかの電子デバイスを使用して実施することができる。図26には単一の受信器2604が示されているが、システム2600において、任意の数の受信器を使用することができる。送信器2602は、ワイヤレス電力を、システム2600における1つまたは複数の受信器に供給することができる。幾つかの実施例においては、1つまたは複数の受信器は、データまたは他の信号を、送信器2602に返送することができる。
A
送信器2602は、送信器コイル2606、回路2610、およびバッテリ2614を含んでいる。送信器は、任意のフォームファクタを有することができる。例えば、本明細書に記載する実施例によるベースユニットを、移動通信装置、例えばセルラフォンのためのケースに実施することができる。別の実施例においては、送信器2602を、ケーシングに含めることができ、またデバイスへの給電に使用することができる。送信器2602を、例えば、薄い円形のフォームファクタ(例えば、メイクアップコンパクトに類似するフォームファクタ)を有しているケーシングに実施することができる。幾つかの実施例においては、送信器2602を実施するために使用されるケーシングは、受信器を支持するための、例えば受信器2604を送信器2602内にまたは送信器2602上に配置することができる実施例における受信器2604を支持するための陥凹部、空所、または他の収容表面を有することができる。しかしながら、一般的に、送信器コイル2606と受信器コイル2608との間に離隔距離が存在していてもよい。
The
幾つかの実施例においては、送信器2602は、1マイクロワットから100ワットの間の電力を伝送することができる。幾つかの実施例においては、人体に装着することができる電子ウェアラブルデバイスの受信器への伝送が行われる場合、伝送されるエネルギは、10ワット以下であると考えられる。一般的に、伝送される電力量は、RFエネルギ被曝に関して、連邦通信委員会(FFC)のような監督官庁によって設定された限界未満であると考えられる。例えば、伝送される電力量は、幾つかの実施例においてはユーザの0.08W/kg未満、幾つかの実施例においてはユーザの0.4W/kg未満、幾つかの実施例においてはユーザの1.6W/kg未満、また幾つかの実施例においてはユーザの8W/kg未満であると考えられる。幾つかの実施例においては、特定の周波数において使用される磁界の強度は、例えばETSI−30の規定に準拠する規定によって許可されている限界以下であると考えられる。例えば、ETSI−30の規定は、119kHzから135kHzの間の周波数で、10mでは6dBμA/mを許可している。
In some embodiments, the
送信器コイル2606を、巻線に磁性金属コア(例えば、磁性材料のロッド)を使用することによって実施することができる。磁性金属コアを、フェライト材料を使用して実施することができる。磁性金属コアは、その幅よりも長い長さを有するように成形することができる。磁性金属コアは、その直径よりも長い長さを有するように成形することができる。巻線は、例えば、撚り線、リッツ線および/または銅線を使用して実施することができる。リッツ線は、一般的に、個別に絶縁されており、かつ、1つに編み合わされている、多数の細い撚り線を含んでいる線材を表す。幾つかの実施例においては、コイルにおける表皮効果または近接効果に起因する抵抗損を低減するために、リッツ線を使用することができる。これによって、幾つかの実施例においては、より高いQ値を許容することができる。(例えば、図15Aから図15Cおよび図16Aから図16Cを参照する)本明細書に記載する送信コイルの実施例を、送信器コイル2606を実施するために使用することができる。
The
幾つかの実施例においては、平面状の(例えば、平坦な)1つまたは複数の磁性材料構造に隣接する、1つまたは複数の平面状の(例えば、平坦な)コイルを使用して、送信器コイル2606を実施することができる。離隔された受信器(例えば、受信器コイル2608)は、磁性材料コアに巻かれたコイル線材を使用することができる。磁性材料コアは、単に一例ではあるが、ロッドの形状であってよい。
In some embodiments, transmission is performed using one or more planar (eg, flat) coils adjacent to one or more planar (eg, flat) magnetic material structures. An
バッテリ2614は、送信器コイル2606による伝送用の電力を蓄積することができる。幾つかの実施例においては、バッテリ2614は、送信器2602の充電モード中に、有線コネクションから電荷を受け取ることができる。幾つかの実施例においては、送信器2602は、周囲環境から採取されたエネルギ(例えば、太陽エネルギ、風力エネルギ、振動エネルギ、および/または熱エネルギ)を使用してバッテリ2614を充電することができる、エネルギハーベスティング回路および/またはセンサを含むことができる。
The
回路2610は、送信器コイル2606からの電力伝送を制御することができる。回路2610は、インピーダンスを有することができ、このインピーダンスは、幾つかの実施例においては、調整可能である。一般的に、送信器2602は、インピーダンス(例えば、送信器コイル2606および回路2610のインピーダンス)を有することができる。幾つかの実施例においては、回路2610のインピーダンスの選択および/または調整によって、送信器2602のインピーダンスを調整することができる。回路2610は、1つまたは複数の誘導性素子、例えばインダクタ、1つまたは複数の容量性素子、例えばキャパシタ、および/または1つまたは複数の抵抗性素子、例えば抵抗によって設定されるインピーダンスを有することができる。それらの素子のうちのいずれか、またはすべてを調整することができる。幾つかの実施例においては、回路2610は、誘電材料を含有している同調キャパシタを含むことができる。
The
幾つかの実施例においては、送信器および受信器の2つの機器間の共振結合が改善されるか、または最大化されるように、(例えば、ベースステーションにおける)送信器によってもたらされる周波数および/または負荷(例えば、インピーダンス)を動的に調整することができる。このプロセスを、適応型チューニングと称することができる。送信器2602は、マイクロコントローラまたは他の(1つまたは複数の)処理ユニット(例えば、プロセッサ)を含むことができ、これは、送信器に関する受信器の相対的な移動を推定し、また送信器における動的な負荷または周波数に修正を適用するために、予測アルゴリズムを実行することができる。幾つかの実施例においては、近接センサを送信器2602または別の実施例によるベースステーションに設けることができる。近接センサは、電力結合に関する送信器における調整および/または修正の適用に使用するための、送信器に関する受信器の位置および大凡の向きを検出することができる。一般的に、自身のリアクタンス、抵抗、キャパシタンスまたはインダクタンスを変更することによって、電磁周波数、自身の振幅または自身の位相を調整できる任意のコンポーネントを使用することができる。例えば、1つまたは複数のASICが挙げられる。チューニングプロセスを、シグナルアナライザによって制御することができ、このシグナルアナライザは、送信器と受信器との間の距離、送信器と受信器との間の相対的な位置合わせ(例えば、送信器の磁心と受信器の磁心との間の位置合わせ)、および/または例えば送信器または受信器(例えば、中継器および/または電子ウェアラブルデバイス)における電力源またはシンク(例えば、負荷)の取付けまたは取外しによって惹起される可能性がある、送信器および受信器の電気回路の電気的な特性の変化を検出する1つまたは複数のセンサからの信号を監視および解析することができる。
In some embodiments, the frequency and / or frequency provided by the transmitter (eg, at the base station) so that the resonant coupling between the two devices, the transmitter and receiver, is improved or maximized. Alternatively, the load (eg, impedance) can be adjusted dynamically. This process can be referred to as adaptive tuning. The
幾つかの実施例においては、送信器および受信器の両方(例えば、中継器および/またはウェアラブルデバイス)が移動していてよい(例えば、相互に相対的に移動していてよい)。幾つかの実施例においては、相対的な移動を推定するために、1つまたは複数の処理ユニット、例えばASIC、および/または1つまたは複数の組み込みプロセッサを、送信デバイスおよび受信デバイスのうちの一方または両方に設けることができる。デバイスは、移動を推定するための付加的なセンサを含むことができ、そのようなセンサには、(限定を意図していないが)加速度計、ジャイロスコープ、慣性計測装置、または距離測定装置(超音波距離測定装置、光学的な距離測定装置など)が含まれる。移動および相対的な移動を推定するアルゴリズムには、(限定を意図していないが)カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、Savitzky−Golayフィルタ、位相ロックループ、飛行時間(ToF:Time of Flight)推定法、移相推定法、およびコヒーレント干渉処理が含まれると考えられる。 In some embodiments, both the transmitter and receiver (eg, repeaters and / or wearable devices) may be moving (eg, moving relative to each other). In some embodiments, one or more processing units, eg, an ASIC, and / or one or more embedded processors are used to estimate relative movement, one of the transmitting device and the receiving device. Or both can be provided. The device can include additional sensors for estimating movement, such as but not limited to accelerometers, gyroscopes, inertial measurement devices, or distance measurement devices ( Ultrasonic distance measuring devices, optical distance measuring devices, etc.). Algorithms for estimating movement and relative movement include (but are not intended to be limited): Kalman filter, extended Kalman filter, Savitzky-Golay filter, phase-locked loop, time of flight (ToF) estimation method, phase shift It is believed that estimation methods and coherent interference processing are included.
送信器および受信器の(例えば、本明細書に記載する送信コイルの磁心および受信コイルの磁心の)位置合わせを、単に一例ではあるが、送信器(例えば、ベースユニット)におけるコイルアレイの使用を介して、もしくは送信器(例えば、ベースユニット)および受信器(例えば、中継器および/またはウェアラブル電子デバイス)におけるフェーズドアンテナアレイの使用を介して、もしくは圧電デバイスまたは他の類似のデバイスの使用によるコイルまたはアンテナの位置合わせを介して、もしくはインジケータによるユーザへの指示を介して実行することができる。したがって、本明細書に記載するベースユニット、送信器および/または受信器にはインジケータ(例えば、ライト、スピーカ)を設けることができ、このインジケータは、送信器と受信器との間の(例えば、本明細書に記載する送信コイルの磁心と受信コイルの磁心との間の)近接性および/または相対的な角度に基づいた指示(例えば、光または音)を提供する。例えば、送信器は、受信器に対する特定の角度および/または距離で電力伝送を提供するために最適化することができ、また送信器および受信器が、所定のレンジであってよい電力伝送のための特定の距離および/または角度にあるときに、インジケータを制御して指示を提供するために、回路および/または(1つまたは複数の)処理ユニットを設けることができる。 The alignment of the transmitter and receiver (eg, the transmit coil core and the receive coil core described herein) is merely an example, but the use of a coil array in the transmitter (eg, base unit). Or through the use of phased antenna arrays in transmitters (eg base units) and receivers (eg repeaters and / or wearable electronic devices) or by the use of piezoelectric devices or other similar devices Or it can be done via antenna alignment or via an indicator to the user. Accordingly, the base unit, transmitter and / or receiver described herein can be provided with an indicator (eg, a light, speaker), which can be provided between the transmitter and the receiver (eg, An indication (eg, light or sound) based on proximity and / or relative angle (between the transmit coil core and the receive coil core described herein) is provided. For example, the transmitter can be optimized to provide power transmission at a particular angle and / or distance to the receiver, and for power transmission where the transmitter and receiver can be in a predetermined range. Circuitry and / or processing unit (s) may be provided to control the indicator to provide an indication when at a certain distance and / or angle.
受信器コイル2608は、巻線における磁性金属コア(例えば、磁性材料のロッド)を使用することによって実施することができる。磁性金属コアを、フェライト材料を使用して実施することができる。磁性金属コアは、その幅よりも長い長さを有するように成形することができる。磁性金属コアは、その直径よりも長い長さを有するように成形することができる。巻線は、例えば、撚り線、リッツ線、および/または銅線を使用して実施することができる。本明細書に記載するコイルの実施例を、受信器コイル2608を実施するために使用することができる。受信器コイル2608に関する大きさの例には、幾つかの実施例においては長さ20mm×直径3mm、幾つかの実施例においては長さ40mm×直径6mm、幾つかの実施例においては長さ80mm×直径12mmが含まれる。
The
受信器コイル2608は、平面状の(例えば、平坦な)1つまたは複数の磁性材料構造に隣接する、1つまたは複数の平面状の(例えば、平坦な)コイルを使用して実施することができ、また離隔された送信器(例えば、送信器コイル2606)は、磁性材料コアに巻かれたコイル線材を使用して実施することができる。磁性材料コアは、単に一例ではあるが、ロッドの形状であってよい。
回路2612は、送信器コイル2606によって伝送された電力の、受信器コイル2608による受信を制御することができる。一般的に、受信器2604は、インピーダンス(例えば、受信器コイル2608および回路2612のインピーダンス)を有することができる。幾つかの実施例においては、回路2612のインピーダンスの選択および/または調整によって、送信器2602のインピーダンスを調整することができる。回路2612は、1つまたは複数の誘導性素子、例えばインダクタ、1つまたは複数の容量性素子、例えばキャパシタ、および/または1つまたは複数の抵抗性素子、例えば抵抗によって設定されるインピーダンスを有することができる。それらの素子のうちのいずれかまたはすべてを調整することができる。幾つかの実施例においては、回路2612は、誘電材料を含有している同調キャパシタを含むことができる。
受信器2604および送信器2602(例えば、受信器コイル2608および送信器コイル2606)を、本明細書に記載する実施例による距離だけ離隔させることができる。この距離は、幾つかの実施例においてはミリメートルのオーダ、幾つかの実施例においてはセンチメートルのオーダ、幾つかの実施例においてはメートルのオーダにあると考えられる。
一般的に、送信器コイル2606は、幾つかの実施例においては、受信器コイル2608よりも長くてよく、その結果、比較的小型のデバイス(例えば、ウェアラブル電子デバイス)を充電するためにベースユニットを使用することができる。幾つかの実施例においては、送信器コイル2606の送信器磁性金属コアの体積は、受信器コイル2608の磁性金属コアの体積よりも10倍以上大きく、幾つかの実施例においては受信器コイル2608の磁性金属コアの体積よりも100倍以上大きく、幾つかの実施例においては受信器コイル2608の磁性金属コアの体積よりも1,000倍以上大きい。幾つかの実施例においては、送信器コイル2606の巻線の長さは、受信器コイル2608の巻線よりも10倍以上長い、幾つかの実施例においては受信器コイル2608の巻線よりも100倍以上長い、または幾つかの実施例においては受信器コイル2608の巻線よりも1,000倍以上長い。
In general, the
幾つかの実施例においては、システム2600は、有利には人体に安全な周波数で電力を伝送および受信することができる。幾つかの実施例においては、送信器2602は、100kHzから200kHzまでの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。幾つかの実施例においては、送信器2602は、125kHz±3kHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。幾つかの実施例においては、125kHz±5kHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている送信器2602を使用することができる。幾つかの実施例においては、送信器2602は、6.75MHz±5MHzの範囲にある周波数でワイヤレス電力を伝送するように構成されている。特定の周波数で動作させること(例えば、特定の周波数での電力の伝送)は、幾つかの実施例においては、回路2610および/または回路2612による、特定の周波数または周波数範囲にある搬送周波数の使用を表している。特定の周波数および/または周波数範囲での動作を達成するために、回路2610および/または回路2612に、インバータ回路を含めることができる。
In some embodiments,
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスは、送信器と受信器との間の特定の離隔距離に関して最適に整合されており、またその他のすべての離隔距離に関しては最適化されていない。幾つかの実施例においては、最適に整合されることによって、電力伝送の効率を、特定の離隔距離において最大にすることができる(例えば、95%以上、90%以上、85%以上、80%以上、または別の実施例においては別の閾値以上にすることができる)。特定の距離での電力伝送中に最適に整合されるように、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを選択することができる。例えば、送信器2602および/または受信器2604に関する一般的な使用ケースに従い、特定の距離を選択することができる。例えば、通常の使用中に見込まれる送信器コイル2606と受信器コイル2608との間の距離に基づき、特定の距離を選択することができる(例えば、送信器2602がテーブルに配置されるように設計されており、かつ、受信器2604が特定の距離内に配置されるように設計されている場合には、この距離が、インピーダンスを最適に整合させるために使用される特定の距離であると考えられる)。別の実施例においては、送信器2602が第1の場所、例えばユーザのベルトに装着されるように設計されており、かつ、受信器2604が第2の場所、例えばユーザのアイウェアに装着されるように設計されている場合には、特定の距離は、それらの第1の位置と第2の位置との間の典型的な距離(例えば、ユーザのそのベルトとアイウェアとの間の距離、またはユーザの一般的なベルトとアイウェアとの間の距離)に等しくてよい。
In some embodiments, the transmitter and receiver impedances are optimally matched for a particular separation between the transmitter and receiver, and optimized for all other separations. Not. In some embodiments, optimally matched, power transmission efficiency can be maximized at a particular separation (eg, 95% or more, 90% or more, 85% or more, 80% Or more than another threshold in other embodiments). The transmitter impedance and receiver impedance can be selected to be optimally matched during power transmission at a particular distance. For example, a particular distance can be selected according to the general use case for
一般的に、電力伝送効率は、送信器2602および受信器2604のQ値の関数であってよい。電力伝送効率を、次式に従い表すことができる:
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器と受信器との間の少なくとも2つの特定の離隔距離に関して最適に整合させることができ、またその他のすべての離隔距離に関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。インピーダンスを、幾つかの実施例においては2つの特定の距離に関して、幾つかの実施例においては3つの特定の距離に関して、または別の実施例においては別の数の距離に関して最適に整合させることができる。幾つかの実施例においては、最適に整合されることによって、電力伝送の効率を、特定の離隔距離において最大にすることができる(例えば、95%以上、90%以上、85%以上、80%以上、または別の実施例においては別の閾値以上にすることができる)。回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、少なくとも2つの距離において最適なインピーダンス整合を達成するために少なくとも2つのセッティングを有することができる(例えば、セッティングの一方のセットを第1の距離において使用することができ、他方のセットを第2の距離において使用することができる)。セッティングの別のセットを、付加的な距離を最適に整合させることができる場所において使用することができる。適切なインピーダンス値を選択するために、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、回路の調整可能な素子(例えば、調整可能な(1つまたは複数の)キャパシタ)に関する値を選択して、所望のインピーダンス値を達成することができる。
In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance can be optimally matched for at least two specific separations between the transmitter and receiver, and for all other separations. Their impedance may not be optimized. Impedance can be optimally matched for two specific distances in some embodiments, for three specific distances in some embodiments, or for other numbers of distances in other embodiments. it can. In some embodiments, optimally matched, power transmission efficiency can be maximized at a particular separation (eg, 95% or more, 90% or more, 85% or more, 80% Or more than another threshold in other embodiments).
例えば、送信器2602および/または受信器2604に関する一般的な使用ケースに従い、特定の距離を選択することができる。送信器2602が第1の位置(例えば、ユーザのベルト)に配置されている実施例に関して、受信器2604は、典型的には、第1の位置からの複数の異なる距離において発見されると考えられる(例えば、受信器2604がカメラを使用して実施されている場合、受信器2604は、第1の位置から第1の距離にある顔に装着されたユーザのアイウェアに位置するときもあれば、例えば第1の位置から第2の距離にあるユーザのポケットに位置するときもある)。回路2610、または回路2612、またはそれらの組合せは、例えば、送信器2602と受信器2604との間の距離を表すセンサ読み出しに基づいて、自身のインピーダンスを調整することができる。例えば、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、一方の距離において使用するための一方のインピーダンス値および他方の距離において使用するための他方のインピーダンス値を有することができる。
For example, a particular distance can be selected according to the general use case for
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、複数の離隔距離に関して最適に整合させることができる。例えば、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、自動的な反復インピーダンス最適化を実施することができる。
In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance can be optimally matched for multiple separations using automatic iterative impedance optimization. For example,
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器2602と受信器2604との間(例えば、送信器コイル2606と受信器コイル2608との間)の特定の相対的な向きに関して最適に整合させることができ、またその他のすべての相対的な向きに関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。幾つかの実施例においては、最適に整合されることによって、電力伝送の効率を、特定の相対的な向きにおいて最大にすることができる(例えば、95%以上、90%以上、85%以上、80%以上、または別の実施例においては別の閾値以上にすることができる)。特定の相対的な向きでの電力伝送中に最適に整合されるように、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを選択することができる。例えば、送信器2602および/または受信器2604に関する一般的な使用ケースに従い、特定の相対的な向きを選択することができる。例えば、通常の使用中に期待することができる送信器コイル2606と受信器コイル2608との間の距離に基づき、特定の相対的な向きを選択することができる(例えば、送信器2602がテーブルに配置されるように設計されており、かつ、受信器2604が所定の場所において送信器に対して相対的に配置されるように設計されている場合には、結果として生じる向きは、インピーダンスを最適に整合させるために使用される特定の相対的な向きであると考えられる)。別の実施例においては、送信器2602が第1の場所、例えばユーザのベルトに装着されるように設計されており、かつ、受信器2604が第2の場所、例えばユーザのアイウェアに装着されるように設計されている場合には、特定の相対的な向きは、それらの第1の位置および第2の位置に配置されているデバイスから一般的に期待される向き(例えば、ユーザのそのベルトおよびアイウェアに配置されているデバイス間の相対的な向き、またはユーザの一般的なベルトおよびアイウェアに配置されているデバイス間の相対的な向き)であると考えられる。
In some embodiments, the transmitter impedance and receiver impedance may be a specific relative orientation between
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、送信器と受信器との間の少なくとも2つの特定の相対的な向きに関して最適に整合させることができ、またその他のすべての相対的な向きに関して、それらのインピーダンスは最適化されていなくてよい。インピーダンスを、幾つかの実施例においては2つの相対的な向きに関して、幾つかの実施例においては3つの相対的な向きに関して、または別の実施例においては別の数の相対的な向きに関して最適に整合させることができる。幾つかの実施例においては、最適に整合されることによって、電力伝送の効率を、特定の相対的な向きにおいて最大にすることができる(例えば、95%以上、90%以上、85%以上、80%以上、または別の実施例においては別の閾値以上にすることができる)。回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、少なくとも2つの相対的な向きにおいて最適なインピーダンス整合を達成するために少なくとも2つのセッティングを有することができる(例えば、セッティングの一方のセットを一方の相対的な向きにおいて使用することができ、他方のセットを第2の相対的な向きにおいて使用することができる)。セッティングの別のセットを、付加的な相対的な向きを最適に整合させることができる場所において使用することができる。適切なインピーダンス値を選択するために、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、回路の調整可能な素子(例えば、調整可能な(1つまたは複数の)キャパシタ)に関する値を選択して、所望のインピーダンス値を達成することができる。
In some embodiments, the transmitter and receiver impedances can be optimally matched with respect to at least two specific relative orientations between the transmitter and receiver, and all other relative For specific orientations, their impedance may not be optimized. Impedance is optimal with respect to two relative orientations in some embodiments, three relative orientations in some embodiments, or another number of relative orientations in other embodiments Can be matched. In some embodiments, optimally matched, power transfer efficiency can be maximized in a particular relative orientation (eg, 95% or more, 90% or more, 85% or more, 80% or higher, or in other embodiments, other thresholds or higher).
例えば、送信器2602および/または受信器2604に関する一般的な使用ケースに従い、複数の特定の相対的な向きを選択することができる。送信器2602が第1の位置(例えば、ユーザのベルト)に配置されている実施例に関して、受信器2604は、典型的には、第1の位置に対して相対的な複数の異なる位置において発見されると考えられる(例えば、受信器2604がカメラを使用して実施されている場合、受信器2604は、第1の位置から第1の相対的な向きにある顔に装着されたユーザのアイウェアに位置するときもあれば、例えば第1の位置から第2の相対的な向きにあるユーザのポケットに位置するときもある)。回路2610または回路2612、もしくはそれらの組合せは、例えば、送信器2602と受信器2604との間の相対的な向きを表すセンサ読み出しに基づいて、自身のインピーダンスを調整することができる。例えば、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、一方の相対的な向きにおいて使用するための一方のインピーダンス値および他方の相対的な向きにおいて使用するための他方のインピーダンス値を有することができる。
For example, a plurality of specific relative orientations can be selected according to the general use case for
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、複数の相対的な向きに関して最適に整合させることができる。例えば、回路2610、または回路2612、または回路2610および回路2612の両方は、自動的な反復インピーダンス最適化を実施することができる。反復インピーダンス最適化を達成するために種々の回路技術を使用することができ、それらの技術には、限定を意図していないが、タッピングおよび/または能動回路のアプローチが含まれる。
In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance can be optimally matched for multiple relative orientations using automatic iterative impedance optimization. For example,
幾つかの実施例においては、送信器インピーダンスおよび受信器インピーダンスを、例えば、アルゴリズムによって制御されるアクチュエータを使用して(例えば、コントローラ、カスタム回路、および/またはプログラミングされたコンピューティングシステムを使用して)、特定の距離または特定の向きにおける最適な伝送効率のために要求される(1つまたは複数の)プリセット値または目標値に自動的に調整することができる。例えばASIC、マイクロコントローラまたはプログラマブルフィールドアレイが含まれる、送信器および受信器のエレクトロニクスにおけるファームウェアまたは搭載ソフトウェアを使用して、アルゴリズムを実施することができる。(1つまたは複数の)プリセット値または目標値を、アルゴリズムによって使用されるルックアップテーブルに記憶することができる。 In some embodiments, transmitter impedance and receiver impedance are used, eg, using an actuator controlled by an algorithm (eg, using a controller, custom circuitry, and / or a programmed computing system). ) Can be automatically adjusted to the preset value (s) or target values required for optimal transmission efficiency at a specific distance or in a specific orientation. The algorithm can be implemented using firmware or on-board software in transmitter and receiver electronics, including, for example, ASICs, microcontrollers or programmable field arrays. The preset value or target value (s) can be stored in a lookup table used by the algorithm.
幾つかの実施例においては、送信器および受信器にテレメトリング能力を備えさせることができ、それによって、送信器および受信器は、自身の場所および/または向きについての情報をワイヤレスに交換することができる。そのデータを続けて、送信器と受信器との間の最適なワイヤレス伝送効率に関する、送信器および受信器のインピーダンスを計算するための最適化プログラムによって使用することができる。幾つかの実施例においては、この最適化プログラムは、自動的な反復インピーダンス最適化を含むことができる。 In some embodiments, transmitters and receivers can be equipped with telemetering capabilities so that transmitters and receivers can wirelessly exchange information about their location and / or orientation. Can do. The data can then be used by an optimization program to calculate transmitter and receiver impedances for optimal wireless transmission efficiency between the transmitter and receiver. In some embodiments, the optimization program can include automatic iterative impedance optimization.
受信器2604および送信器2602を疎結合させることができる。
一般的に言えば、送信器と受信器との間のワイヤレスエネルギ伝送には、送信器と受信器との間の距離が、ワイヤレスエネルギ伝送プロセスを実行するために使用される電磁エネルギの波長よりも遙かに長い遠距離場伝送が含まれる。幾つかの実施例においては、送信器と受信器との間の距離も、受信器内のコイルの直径または長さよりも遙かに長い。 Generally speaking, for wireless energy transfer between a transmitter and a receiver, the distance between the transmitter and the receiver is greater than the wavelength of electromagnetic energy used to perform the wireless energy transfer process. It includes much longer far field transmissions. In some embodiments, the distance between the transmitter and receiver is also much longer than the diameter or length of the coil in the receiver.
システム2600は、100未満のQ値を有している弱い共振系であってよい。しかしながら、幾つかの実施例においては、Q値は100以上であってよい。システムQ値は、送信器2602および受信器2604のQ値(例えば、送信器コイル2606および/または送信器2602のための回路2610のQ値および受信器コイル2608および/または受信器2604のための回路2612のQ値)の幾何平均であってよい。回路2610および/または回路2612における抵抗損によって、システムQ値に影響が及ぼされる可能性がある。送信器コイル2606および/または受信器コイル2608に対して適切な線材および巻線スキームを選択することによって、システムQ値を選択することができる。一般的に、弱い共振系は、強い共振系よりも低いシステムQ値を有している。弱い共振系(例えば100未満のQ)を達成するために、Q値を選択することができる。
弱い共振とは、ワイヤレス電力伝送システムの送信器および離隔された受信器がインピーダンス整合されていないが、しかしながら、同一の周波数で共振するように設計されており、それによってワイヤレス電力システムは、100未満のQ値を使用し、また特定のケースでは50未満のQ値を使用し、また幾つかのケースでは10未満のQ値を使用する例を表していると考えられる。 Weak resonance means that the transmitter and remote receiver of the wireless power transfer system are not impedance matched, however, they are designed to resonate at the same frequency so that the wireless power system is less than 100 It is believed that this represents an example of using a Q value of less than 1, and in certain cases using a Q value of less than 50, and in some cases using a Q value of less than 10.
図27は、本明細書に記載する実施例により準備された送信器の4つの設計の概略図である。一般的に、複数の送信器コイル(例えば、磁心)を、本明細書に記載する実施例による送信器において使用することができる。複数の送信器コイルをそれぞれ異なる向きで設けることによって、幾つかの実施例においては、本明細書に記載する実施例によるシステムの向き独立性を改善することができる。 FIG. 27 is a schematic diagram of four designs of transmitters prepared in accordance with the embodiments described herein. In general, multiple transmitter coils (e.g., magnetic cores) can be used in a transmitter according to the embodiments described herein. By providing multiple transmitter coils in different orientations, in some embodiments, the orientation independence of the system according to the embodiments described herein can be improved.
幾つかの実施例においては、単一の電源を用いるワイヤレス充電によって、ある程度の向き依存性が生じる可能性がある。本明細書に記載する実施例におけるフェライトコアに巻かれた線材の使用によって、充電のための合理的な磁界分布を形成することができるが、良好な単一の電源送信器でさえも、ある程度の方向依存性は残る可能性がある。したがって、複数の送信器を使用することによって、幾つかの実施例においては、ワイヤレス電力供給能力の向き依存性の低減を支援することができる。 In some embodiments, wireless charging using a single power source can cause some orientation dependence. The use of wire wound around a ferrite core in the embodiments described herein can create a reasonable magnetic field distribution for charging, but even to a good single power transmitter, to some extent There is a possibility that the direction dependency of Thus, by using multiple transmitters, in some embodiments, it can help reduce the orientation dependency of the wireless power supply capability.
本明細書に記載する実施例は、各々を本明細書に記載するように線材が巻かれたフェライトコアを使用して実施することができる複数の送信コイルを有している、弱い共振ワイヤレス電力システムを提供することができる。本明細書においては一般的に、弱い共振とは、インピーダンス整合されていないが、しかしながら、同一の周波数で共振するように設計されているワイヤレス電力伝送システムの送信器および離隔された受信器を表すために使用されると考えられ、それによってワイヤレス電力システムは、幾つかの実施例においては100未満のQ値を使用し、幾つかの実施例においては50未満のQ値を使用し、また幾つかの実施例においては10未満のQ値を使用する。複数の送信コイルを駆動させて、時間にわたり、改善された全方向性の放射パターンを形成することができる。そのようなシステムによって、受信器コイルを本明細書に記載する実施例による送信器において使用される送信器コイルに比べて遙かに小さくすることができるので、受信システムを向きに対して非常に不感応性にすることができるか、または受信システムは改善された向き不感応性を有することができる。小さい受信コイル(例えば、フェライトコア受信器に巻かれた線材)を、より大きい送信器コイルによって提供される回転磁界内に実質的に埋まっているとみなすことができる。これによって、受信器は、送信器に対して相対的な向きの広範な範囲を有することができるか、または改善された範囲を有することができ、また依然として、送信器から相当な量のエネルギを受信することができる。 The embodiments described herein are weak resonant wireless powers having a plurality of transmit coils, each of which can be implemented using a ferrite core wound with wire as described herein. A system can be provided. As used herein, weak resonance generally refers to transmitters and remote receivers in a wireless power transfer system that are not impedance matched, however, are designed to resonate at the same frequency. So that the wireless power system uses a Q value less than 100 in some embodiments, a Q value less than 50 in some embodiments, and some In these embodiments, a Q value of less than 10 is used. Multiple transmit coils can be driven to form an improved omnidirectional radiation pattern over time. Such a system allows the receiver system to be much smaller with respect to the orientation, since the receiver coil can be much smaller than the transmitter coil used in the transmitter according to the embodiments described herein. It can be insensitive or the receiving system can have improved orientation insensitivity. A small receiver coil (eg, wire wound around a ferrite core receiver) can be considered substantially embedded within the rotating magnetic field provided by the larger transmitter coil. This allows the receiver to have a wide range of orientation relative to the transmitter, or to have an improved range, and still receive a significant amount of energy from the transmitter. Can be received.
実施例による送信器は、磁気コイルとして強磁性コアに巻かれた少なくとも2つの線材を含むことができ、それらは、予め定められた向きで空間内の所定の位置に配置されており、かつ、時間にわたり回転磁界を形成しながら、磁界の一方向性を除去および/または低減するために位相制御式に駆動される。 A transmitter according to an embodiment can include at least two wires wound as a magnetic coil around a ferromagnetic core, which are arranged in a predetermined position in space in a predetermined orientation; and Driven in a phase-controlled manner to remove and / or reduce the unidirectionality of the magnetic field while forming a rotating magnetic field over time.
送信器2702は、バッテリ2704、コイル2706、コイル2708およびコイル2710を含んでいる。コイル2706,2708および2710は、送信器2702の中心から半径方向に離れるように延びて配置されている、ロッド状のコアを有しており、各ロッド状のコアは、相互に120°の間隔を有している。コイル2706,2708および2710を、本明細書に記載するフェライトコアソースに巻かれた線材を使用して実施することができる。コイル2706,2708および2710を、単一の電源、単に一例ではあるが、例えば再充電可能バッテリ2704の上に配置することができる。ソースが同相で駆動されると生じる可能性があるほぼ静的な一方向性の磁界パターンを阻止するために、コイル2706,2708および2710を連続的に駆動させることができる。
The
図31は、本明細書に記載する実施例により準備された、図27の実施例に示すように設計された送信器を駆動させるために使用することができる、駆動シーケンスの概略図である。例えば、駆動シーケンス3102を、送信器2702のコイルを駆動させるために使用することができる。駆動シーケンス3102は、コイル2706,2708および2710に供給される駆動信号を表している。連続するパルス、図31の実施例においては矩形波が(ただし他の形状のパルスも使用することができる)、コイル2706,2708および2710に供給される。幾つかの実施例においては、各コイル2706,2708および2710に供給されるパルスが時間的に重畳しないようにパルスが順に並んでいるが、しかしながら、幾つかの実施例においては、重畳が存在していてもよい。しかしながら、一般的に、駆動シーケンス3102を、一般的に全方向性の磁界および/または回転磁界、または改善された全方向性および/または回転を有している磁界を提供するために選択することができる。幾つかの実施例においては、送信器2702の実施例における3つのコイルのそれぞれに供給される駆動信号のピークを、異なる時点に提供することができる。
FIG. 31 is a schematic diagram of a drive sequence that can be used to drive a transmitter designed in accordance with the embodiment described herein and designed as shown in the embodiment of FIG. For example, the
送信器2712は、バッテリ2714、コイル2716およびコイル2718を含んでいる。コイル2716および2718を、本明細書に記載するフェライトコアソースに巻かれた線材を使用して実施することができる。2つのコイル2716および2718を、電源、ここではバッテリ2714の両側に配置することができる。コイル2716および2718は、相互に平行に方向付けられており、また送信器2712において距離を置いて設けられている。コイル2716およびコイル2718を、連続的に駆動させることができる。コイル2716および2718を駆動させるための駆動シーケンス3104は、図31に示されている。連続するパルス、図31の実施例においては矩形波が(ただし他の形状のパルスも使用することができる)、コイル2716および2718に供給される。幾つかの実施例においては、各コイル2716および2718に供給されるパルスが時間的に重畳しないようにパルスが順に並んでいるが、しかしながら、幾つかの実施例においては、重畳が存在していてもよい。しかしながら、一般的に、駆動シーケンス3104を、一般的に全方向性の磁界および/または回転磁界、または改善された全方向性および/または回転を有している磁界を提供するために選択することができる。幾つかの実施例においては、送信器2712の実施例における2つのコイルのそれぞれに供給される駆動信号のピークを、異なる時点に提供することができる。
The
送信器2720は、バッテリ2722、コイル2724およびコイル2726を含んでいる。コイル2724および2726を、本明細書に記載するフェライトコアソースに巻かれた線材を使用して実施することができる。2つのコイル2724および2726を、電源、ここではバッテリ2722上に配置することができる。コイル2724およびコイル2726は、相互に90°直交して方向付けられている。コイル2724およびコイル2726は、それらのコイル2724およびコイル2726の1つの辺に沿って整列されて示されているが、しかしながら、別の実施例においては、コイル2724をコイル2726の中心部分から延びるように配置することができるか、またはそれとは反対に、コイル2726をコイル2724の中心部分から延びるように配置することができる。コイル2724およびコイル2726を、連続的に駆動させることができる。コイル2724および2726を駆動させるための駆動シーケンス3106は、図31に示されている。連続するパルス、図31の実施例においては矩形波が(ただし他の形状のパルスも使用することができる)、コイル2724および2726に供給される。幾つかの実施例においては、各コイル2724および2726に供給されるパルスが時間的に重畳しないようにパルスが順に並んでいるが、しかしながら、幾つかの実施例においては、重畳が存在していてもよい。しかしながら、一般的に、駆動シーケンス3106を、一般的に全方向性の磁界および/または回転磁界、または改善された全方向性および/または回転を有している磁界を提供するために選択することができる。幾つかの実施例においては、送信器2720の実施例における2つのコイルのそれぞれに供給される駆動信号のピークを、異なる時点に提供することができる。
The
送信器2728は、バッテリ2730、コイル2732およびコイル2734を含んでいる。コイル2732およびコイル2734は、相互に直交して方向付けられており、また中心部分において重畳している。コイル2732および2734を、本明細書に記載するフェライトコアソースに巻かれた線材を使用して実施することができる。幾つかの実施例においては、コイル2732およびコイル2734を、単一の十字型のコアを使用して形成することができる。コイル2732および2734を、電源、ここではバッテリ2730上に配置することができる。
別のコイル構成を、電源の4つの辺を包囲するように配置されており、かつ、図27および図31の構成を参照して説明したやり方に類似するやり方で、位相式にまたは連続的に駆動される4つのコイルを含んでいる別の実施例において使用することができる。別の実施例は、90°で交差したパターンで配置されており、また相互に90°ずらされた位相で駆動される(例えば、送信器2728に示されているような)2つのコイルを含んでいる。 Another coil configuration is arranged to surround the four sides of the power supply and is topologically or continuously in a manner similar to that described with reference to the configurations of FIGS. It can be used in another embodiment that includes four coils that are driven. Another embodiment includes two coils arranged in a 90 ° crossed pattern and driven with phases 90 ° shifted from each other (eg, as shown in transmitter 2728). It is out.
図27に示したすべてのコイルを、巻線(例えば、ストランドワイヤ、リッツ線、銅線、またはそれらの組合せ)に包囲されている磁性材料(例えば、フェライト)のコアを使用して実施することができる。 All coils shown in FIG. 27 are implemented using a core of magnetic material (eg, ferrite) surrounded by windings (eg, strand wire, litz wire, copper wire, or combinations thereof). Can do.
一般的に、図27に示した送信器から電力を受信するために使用される受信コイルは、送信器において使用されるコイルよりも遙かに小さいと考えられる。送信器コイルと受信器コイルとの結合は、本明細書に記載するように疎結合であってよく、また各コイル(例えば、送信器および受信器)の全体の大きさを、磁心(例えば、フェライトコア)を使用して低減することができる。ワイヤレス電力システムは、100未満のQ値、幾つかのケースにおいては50未満のQ値、また幾つかのケースにおいては10未満のQ値を有することができる。したがって、本明細書に記載する実施例によるワイヤレス電力システムは、弱い共振であってよい。 In general, the receive coil used to receive power from the transmitter shown in FIG. 27 is considered to be much smaller than the coil used in the transmitter. The coupling between the transmitter coil and the receiver coil may be loosely coupled as described herein, and the overall size of each coil (eg, transmitter and receiver) may be reduced to a magnetic core (eg, It can be reduced using a ferrite core). A wireless power system may have a Q value less than 100, in some cases less than 50, and in some cases less than 10. Thus, the wireless power system according to the embodiments described herein may be weakly resonant.
選択されたキャパシタンスと共に所望のインダクタンスを生じさせて、共振受信器コイルまたは共振送信器コイルを形成するために、材料(例えばフェライト)コア材料の透磁率、コアの大きさ、巻数、および線材のタイプを選択することによって、送信器および/または受信器の設計を最適化することができる。このことを、式2πF=l/sqrt(L*C)で表すことができる。 Material (eg, ferrite) core material permeability, core size, number of turns, and wire type to produce a desired inductance with a selected capacitance to form a resonant receiver coil or resonant transmitter coil , The transmitter and / or receiver design can be optimized. This can be expressed by the formula 2πF = 1 / sqrt (L * C).
ここで、Lはインダクタンスであり、Cはシステムのキャパシタンスであり、また、Fは共振周波数である。 Where L is the inductance, C is the system capacitance, and F is the resonant frequency.
このようにして、送信器側および受信器側において共振LC回路を設けることができる。幾つかの実施例においては、単に一例ではあるが、125kHzの共振周波数または125kHz付近の共振周波数で、コイルインダクタンスに基づいて、キャパシタンスを選択することができる。幾つかの実施例においては、125kHz±3kHzの共振周波数を使用することができる。幾つかの実施例においては、125kHz±5kHzの共振周波数を使用することができる。別の周波数を本明細書に記載するように使用することができる。インダクタンスおよびキャパシタンスは、送信器および受信器に対して異なっていてよいが、しかしながら、送信器および受信器の両方が、設計周波数で、単に一例ではあるが125kHzの設計周波数または125kHz付近の設計周波数で共振を有することができるように、インダクタンスおよびキャパシタンスが選択される。特定の異なる実施の形態においては、設計周波数の範囲は、100kHzから130kHzまでの範囲内であってよい。 In this manner, a resonant LC circuit can be provided on the transmitter side and the receiver side. In some embodiments, by way of example only, capacitance may be selected based on coil inductance at a resonant frequency of 125 kHz or at a resonant frequency near 125 kHz. In some embodiments, a resonant frequency of 125 kHz ± 3 kHz can be used. In some embodiments, a resonant frequency of 125 kHz ± 5 kHz can be used. Other frequencies can be used as described herein. Inductance and capacitance may be different for the transmitter and receiver, however, both the transmitter and receiver are at the design frequency, just by way of example at a design frequency of 125 kHz or near 125 kHz. Inductance and capacitance are selected so that they can have resonance. In certain different embodiments, the design frequency range may be in the range of 100 kHz to 130 kHz.
例えば、電子ウェアラブルデバイス内に配置することができるように受信器コイルが著しく小さくてよい本明細書に記載する実施例において生じる場合があるように、送信器コイルおよび受信器コイルの大きさが顕著に異なる場合であっても、選択された上述のコンポーネントを動作させることができる。システムは近接場で動作しているので、コイルの大きさは、伝送されるエネルギの波長に整合されている必要はなく、またそのような送信器コイルおよび受信器コイルの両方は、伝送される周波数の波長に比べて著しく小さくてよい。しかしながら、幾つかの実施例においては、送信器コイルは、受信器コイルよりも遙かに大きくてよい。これによって、充電のための複数の機会を提供することができ、また同一の1つの送信器コイルまたは複数のコイルを用いて複数のデバイスを充電することができる。 For example, the size of the transmitter and receiver coils may be significant, as may occur in the embodiments described herein where the receiver coil may be significantly smaller so that it can be placed in an electronic wearable device. The selected components described above can be operated even in different cases. Since the system is operating in the near field, the size of the coil need not be matched to the wavelength of energy transmitted, and both such transmitter and receiver coils are transmitted. It may be significantly smaller than the wavelength of the frequency. However, in some embodiments, the transmitter coil may be much larger than the receiver coil. This can provide multiple opportunities for charging, and multiple devices can be charged using the same transmitter coil or coils.
したがって、本明細書に記載するシステムにおける1つまたは複数の送信コイルおよび受信コイルを、事前に定められた周波数において(例えば、コイルによって提供されるおよび/またはコイルに提供される、インダクタンス、キャパシタンス、および/または抵抗の選択を介して)共振するように設計することができる。事前に定められた周波数は、幾つかの実施例においては、システムの送信コイルおよび受信コイルにおける周波数と同一であってよい。駆動波形の周波数(例えば、図31の駆動波形3102,3104および3106において供給されるパルスの周波数)は、送信器に配置されたコイルの基本設計周波数であってよい。
Accordingly, one or more transmit and receive coils in the systems described herein may be provided at a predetermined frequency (eg, inductance, capacitance, provided by and / or provided to the coil). And / or can be designed to resonate (via the choice of resistance). The predetermined frequency may, in some embodiments, be the same as the frequency in the system's transmit and receive coils. The frequency of the drive waveform (eg, the frequency of the pulses supplied in
図28は、本明細書に記載する実施例によるベースユニットシステムの概略図およびベースユニットシステムの横断面図である。ベースユニット2802は、凹部2806を規定するケーシングを有することができる。幾つかの実施例においては、受信器(例えば、カメラ2804のような電子デバイス)を、充電のために凹部2806に配置することができる。図28においてはカメラ2804が示されているが、別の実施例においては、一般的に、受信器コイルを有している任意の電子デバイスを使用することができる。
FIG. 28 is a schematic diagram of a base unit system and a cross-sectional view of the base unit system according to embodiments described herein. The
ベースユニット2802およびカメラ2804の横断面図も図28に示されている。ベースユニット2802は、オプションとしてのカバー2814と共に、送信器コイル2810、回路基板2808およびバッテリ2812を包囲するケーシングを有することができる。
A cross-sectional view of the
送信器コイル2810および受信器コイル2816を、本明細書に記載する送信器コイルおよび受信器コイルの実施例を使用して実施することができる。例えば、送信器コイル2810および受信器コイル2816を、磁性材料コア(例えば、ロッド)を使用して実施することができ、この磁性材料コアを、巻線(例えば、ストランドワイヤ、リッツ線および/または銅巻線)内のフェライト材料を使用して実施することができる。
The
回路基板2808は、バッテリ2812から送信器コイル2810を使用して受信器コイル2816にワイヤレス電力を供給するための回路を含むことができる。本明細書に記載する回路の実施例を、回路基板2808上に回路を実施するために使用することができる。
The
幾つかの実施例においては、回路基板2808上の回路を、特定の距離および/または相対的な向きでのワイヤレス電力供給のために最適化することができる。
In some embodiments, the circuitry on the
電子デバイス(例えば、カメラ2804)の受信器コイル2816が、送信器コイル2810に対して特定の距離かつ特定の相対的な向きで配置されるような電子デバイスの配置が容易になるように、凹部2806を設計することができる。例えば、回路基板2808上の回路がワイヤレス電力伝送のために最適化される、送信器コイル2810からの距離および/または相対的な向きで、受信器コイル2816が配置されるように、カメラ2804および凹部2806を設計することができる。
A recess is provided to facilitate placement of the electronic device such that the receiver coil 2816 of the electronic device (eg, camera 2804) is positioned at a specific distance and a specific relative orientation relative to the
幾つかの実施例においては、凹部2806および/またはカメラ2804は、カメラ2804の適切な位置決めを支援する嵌合機構、例えば嵌合機構2818を含むことができる。例えば、図28に示されているように、カメラ2804は、突起を含むことができ、その一方で凹部2806は、カメラ2804における突起を収容するように寸法設計された溝を含んでいる。
In some embodiments, the
図29は、本明細書に記載する実施例による種々の送信器および受信器装置の概略図である。3つの装置、すなわち装置2902、装置2904および装置2906が図29に示されている。
FIG. 29 is a schematic diagram of various transmitter and receiver devices according to the embodiments described herein. Three devices are shown in FIG. 29:
装置2902において、受信器2908は、受信器コイル2910を含んでいる。送信器コイル2912は、磁性材料2914の一部の周囲に巻線を含んでいる。磁性材料2914は、U字の各アームの上部に中心に向かって折り返された付加的な部分を備えているU字の形状に成形されている。受信器2908がそれらの付加的な部分間で整列されるように、受信器2908を充電のために配置することができる。U字の各アームの上部に付加的な部分を備えているU字の磁性材料2914は、送信器コイル2912に整列された受信器コイル2910を有している受信器2908を充電するための強く誘導された磁束を提供することができる。
In
装置2904において、受信器2916は、受信器コイル2918を含んでいる。送信器コイル2920は、磁性材料2922の一部の周囲に巻線を含んでいる。磁性材料2922は、U字に成形されている。受信器2916が整列されて、受信器コイル2918が磁性材料2922の巻線部分に平行になるように、受信器2916を充電のために配置することができる。しかしながら、受信器2916は、U字のアーム間に存在していなくてもよい。磁性材料2922の形状は、受信器2916を充電するための、部分的に誘導される磁束を支援することができる。
In
装置2906において、受信器2932は受信器コイル2930を、また受信器2934は受信器コイル2928を、それぞれ含んでいる。送信器コイル2924は、磁性材料2926の一部の周囲に巻線を含んでいる。磁性材料2926をロッド状に成形することができる。受信器2932および受信器2934(および他の任意の数の受信器)が整列されて、それらの受信器の各受信器コイルが磁性材料2926の巻線部分と平行になるように、それらの受信器を充電のために配置することができる。磁性材料2926の形状は、受信器2932および受信器2934を充電するための、部分的に誘導される磁束を支援することができる。
In device 2906,
有利には、本明細書に記載するベースユニットおよびシステムの実施例を使用して、幾つかの実施例においては、所望されるバッテリ要求(例えば、実働8時間)を電子ウェアラブルデバイスに、例えば、装着者の頭部にまたは頭部付近において装着されるデバイスに完全に組み込むことが困難であるか、または望ましくないほどの著しい量の電力を使用する可能性がある特定の形状の電子ウェアラブルデバイスに、電力を供給することができる。バッテリ容量が小さければ、不所望にも、日中に電子ウェアラブルデバイスの再充電を行わなければならなくなり、したがって、装着者は電子ウェアラブルデバイスを使用できなくなる可能性がある。単に一例であって限定を意図していないが、そのような電子ウェアラブルデバイスには、電子ヘッドアップディスプレイ、拡張現実アイウェア、仮想現実アイウェア、カメラまたはそれらの組合せを有しているスキーのゴーグルが含まれると考えられる。本明細書に記載する実施例によるシステムを、モバイルワイヤレス電力伝送を用いて、電子ウェアラブルデバイスに給電するためにおよび/または電子ウェアラブルデバイスへの付加的な電力を増加させるために使用することができ、それによって装着者は自身のアクティビティまたはタスクを継続することができる。 Advantageously, using the base unit and system embodiments described herein, in some embodiments, a desired battery requirement (eg, 8 hours of production) is provided to an electronic wearable device, eg, For certain shapes of electronic wearable devices that are difficult to fully integrate into a device worn at or near the wearer's head or that may use an undesirably significant amount of power Can supply power. If the battery capacity is small, undesirably, the electronic wearable device must be recharged during the day, and thus the wearer may not be able to use the electronic wearable device. By way of example only and not intended to be limiting, such electronic wearable devices include ski goggles having an electronic head-up display, augmented reality eyewear, virtual reality eyewear, a camera, or combinations thereof. Is considered to be included. A system according to embodiments described herein can be used to power an electronic wearable device and / or increase additional power to the electronic wearable device using mobile wireless power transfer. , Thereby allowing the wearer to continue his activities or tasks.
したがって、本明細書に記載するシステムおよびベースユニット(例えば、図26の送信器2602)を、ユーザの頭部にまたは頭部付近において装着することができる電子ウェアラブルデバイス(例えば、そのような電子ウェアラブルデバイスは、図26の受信器2604であってよいか、または図26の受信器2604を含むことができる)にワイヤレスに給電するために使用することができる。送信器2602を、首および/または肩周りに装着される製品に取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、複数の送信器を設けることができる。幾つかの実施例においては、送信器は、取外し可能、再装着可能および再充電可能であってよい。幾つかの実施例においては、送信器を、ポーチ内に収容することができる。幾つかの実施例においては、送信器を、取付け可能かつ取外し可能なポーチ内に収容することができる。幾つかの実施例においては、送信器を、緩衝材料でもって包囲することができる。幾つかの実施例においては、送信器を、通気性材料によって包囲することができる。幾つかの実施例においては、送信器を、スカーフに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、首に装着された織物チューブに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、襟に取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、ベストに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、コートに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、肩に羽織る衣服に取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、シャツに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器を、ジャケットに取り付けることができるおよび/または組み込むことができる。例えば、送信器を1つまたは複数のパッチ、例えば3つのパッチに組み込むことができ、またジャケットに、例えばジャケットの肩部分またはジャケットの表面に組み込むことができる。送信器は、人体に安全な周波数で伝送を行うことができる。
Accordingly, an electronic wearable device (eg, such an electronic wearable) that can be mounted on or near the user's head with the system and base unit described herein (eg,
電子ウェアラブルデバイスは、ゴーグルであってよい(例えば、図26の受信器2604のような受信器を、ゴーグルに装着することができるおよび/または組み込むことができる)。ウェアラブルデバイスは、カメラであってよい。ウェアラブルデバイスは、ヘルメットであってよい(例えば、図26の受信器2604のような受信器を、ヘルメットに装着することができるおよび/または組み込むことができる)。ウェアラブルデバイスは、アイウェアであってよい(例えば、図26の受信器2604のような受信器を、アイウェアに装着することができるおよび/または組み込むことができる)。ウェアラブルデバイスは、通信システムであってよい。ウェアラブルデバイスは、電子ディスプレイであってよい。ウェアラブルデバイスは、拡張現実システムであってよい。ウェアラブルデバイスは、仮想現実システムであってよい。
The electronic wearable device may be goggles (eg, a receiver such as the
装着者の身体に最も近い送信器表面を、送信器の熱および磁束を反射するための金属化織物の近傍に配置することができる。装着者の身体から最も遠い送信器表面は、送信器から熱を逃がすためのベントを含むことができる。 The transmitter surface closest to the wearer's body can be placed in the vicinity of the metallized fabric for reflecting transmitter heat and magnetic flux. The transmitter surface furthest from the wearer's body can include a vent to allow heat to escape from the transmitter.
図30は、本明細書に記載する実施例によるジャケットにおける送信器の配置の概略図である。ジャケットの襟に配置された3つの送信器、すなわち送信器3004、送信器3006および送信器3008を有しているジャケット3002が示されている。別の実施例においては、他の場所、例えば、ジャケットの肩、正面または背面を使用することができる。図30における送信器は、コイルおよびエレクトロニクスをパッチ内に封止できるにもかかわらず、それらの送信器コイルによって概略的に示されている。各送信器を、本明細書に記載する送信器技術のいずれかを使用して実施することができ、例えば図26の送信器2602がジャケットに配置される。各パッチを、例えば100mm×50mm×38mmに寸法設計することができ、また各パッチは、その周囲に織物絶縁体を、例えば5mmの織物絶縁体を含むことができる。各パッチは、5ワットの電力を供給することに適していると考えられるが、別の実施例においては、他の大きさの電力を供給することができる。各送信器は、それぞれが磁心およびその磁心の周囲の巻線を含んでいる、67mm×12mmの寸法の送信器コイルを有することができる。送信器を、この実施例においては15%の見込み電力伝送効率に関して、ウェアラブル電子デバイス(例えば、ゴーグル)の200mm内でジャケットに配置することができるが、別の実施例においては他の距離および効率を達成することができる。3つのパッチからゴーグルに伝送される総電力は大凡、各送信器から伝送される電力の和の二乗平均平方根(RMS)に効率を乗算したものを見込むことができ、例えば0.15√(52+52+52)=1.3ワットを見込むことができる。250mAの所要電力を仮定すると、35%のデューティサイクルであれば、3.7Vで350mAの総電力をゴーグルに供給することができる。別の実施例においては、他の電流、電圧およびデューティサイクルを達成することができる。各送信器に1,600mAリチウムイオン充電池を設けることができ、またパッチは、バッテリを再充電するための、有線式または無線式であってよいインタフェースを有することができる。この実施例において見込まれる送信器の寸法は、28mm×50mm×100mmである。各送信器は、さらに、PMICファームウェアを含むことができ、これは各送信器を電力要求に従いスイッチオン/スイッチオフすることができる。
FIG. 30 is a schematic diagram of transmitter placement in a jacket according to embodiments described herein. Shown is a
ジャケット、例えば図30におけるジャケット3002上の位置から、送信器は、種々のウェアラブル電子デバイスのうちのいずれかに、例えば、ジャケット3002の着用者の顔に装着されたゴーグル、および/またはデバイス、例えばセルラフォン、時計、ウォーキートーキー、銃、またはジャケットの着用者の腕または手首において持ち運ばれるか、もしくは腕または手首に装着される他のデバイスに給電することができる。別の実施例においては、送信器を、装着した電子ウェアラブルデバイスの近くに位置することが見込まれる他の衣服に(例えば、脚または足首に装着される電子ウェアラブルデバイスに関しては靴に)配置することができる。
From a position on the jacket, eg,
図32は、本明細書に記載する実施例により準備されたヘルメット給電式のゴーグルシステムの概略図である。ヘルメットに配置されている送信器コイルおよびゴーグルに配置されている受信器コイルを含んでいるヘルメット給電式のゴーグルの実施例を提供することができる。付加的に、ヘルメットは電源および/またはドライバ回路を含むことができる、および/または、ヘルメットを電源および/またはドライバ回路に接続することができる。例えば、図32のヘルメット3202は、送信器コイル3208および電源および/または回路3206を含むことができる。幾つかの実施例においては、送信器コイル3208および電源および/または回路3206を、ヘルメット3202の内面、ヘルメット3202の外面に取り付けることができるおよび/またはヘルメットの内部に配置することができる、または、ヘルメット3202に組み込むことができる。受信器コイル3210を含んでいるゴーグル3204が示されている(受信器コイルをより明確に示すためにゴーグルのストラップは示していない)。幾つかの実施例においては、ゴーグル3204に受信器回路を設けることもできる。
FIG. 32 is a schematic diagram of a helmet powered goggles system prepared in accordance with the embodiments described herein. An embodiment of a helmet powered goggles can be provided that includes a transmitter coil disposed in a helmet and a receiver coil disposed in goggles. Additionally, the helmet can include a power source and / or driver circuit, and / or the helmet can be connected to the power source and / or driver circuit. For example, the
送信器コイル3208、または受信器コイル3210、または送信器コイル3208および受信器コイル3210の両方を、図26に示しかつ図26を参照して説明した送信器コイルおよび受信器コイルを含めて、本明細書に記載するいずれかの送信器コイルおよび/または受信器コイルを使用して実施することができる。単一の送信器コイル3208が図32に示されているが、付加的または代替的に、限定を意図していないが2,3,4,5または6個の送信器コイルを含めて、複数の送信器コイルを使用することができる。一般的に、本明細書に記載するいずれかの送信器および/またはベースユニットを、ヘルメット3202に設けることができ、また本明細書に記載するいずれかの受信コイルおよび/または受信器を設けることができるゴーグルに給電するために使用することができる。したがって、送信器コイル3208および/または受信器コイル3210を、1つまたは複数の磁心を使用して実施することができ、また磁心を、ロッドとして成形することができ、かつ、磁性材料、例えばフェライトを使用して実施することができる。リッツ線によって実施することができる線材の導体巻線を磁心に巻くことができる。
The
ヘルメットおよびゴーグルの両方が装着されたときにワイヤレス電力伝送を達成するために、送信器コイル3208および受信器コイル3210が相互に十分に近傍に配置されるように、送信器コイル3208および受信器コイル3210を、それぞれヘルメットおよびゴーグルに配置することができる。少なくとも1つの送信器コイルおよび受信器コイルのロッド状のコアを、装着されたときに所定の向きにすることができるように(例えば、平行であるように)、送信器コイル3208および受信器コイル3210を、それぞれヘルメットおよびゴーグルに配置することができる。幾つかの実施例においては、ヘルメットおよび/またはゴーグルが着用されていないときに、ワイヤレス電力伝送を付加的または択一的に行うことができる。
このようにして、ヘルメットにおける送信器コイル3208を使用することによって、ゴーグルに給電することができる。送信器コイル3208は、幾つかの実施例においてはヘルメットに含めることもできる電源から電力を受信することができ、また送信器コイル3208を、バッテリおよび/またはエネルギハーベスティングコンポーネント(例えば、太陽、風、熱、振動)を使用して実施することができる。ゴーグルへの電力を、種々のいずれかの目的のために使用することができるか、または限定を意図していないが、拡張現実視覚化または仮想現実視覚化、ヒータ、クーラ、ディスプレイエレメント、ファン、デフォグエレメント、カメラ、またはそれらの組合せを含めた種々のコンポーネントのいずれかによって使用することができる。
In this way, the goggles can be powered by using the
1つの実施例においては、送信器コイル3208は、10W以下の電力、幾つかの実施例においては5W以下の電力、幾つかの実施例においては3W以下の電力、幾つかの実施例においては1W以下の電力を伝送することができる。他の電力レベルも使用することができる。ヘルメットにおけるバッテリは、3.7Vで3,400mAHを供給することができるが、別の実施例においては、別のバッテリまたは電源を使用することができる。送信器コイル3208は、67mm×12mmであってよいが、別の大きさを使用することもできる。電力生成および電力伝送に起因する見込み温度上昇は5℃未満であると考えられ、また75%以上の見込みエネルギ伝送効率を使用することができる。
In one embodiment, the
本明細書に記載するワイヤレス充電システムの実施例を、照明用ソケット、例えば家庭用ランプ、デスクランプ、または天井コンセントに見られる照明用ソケットにおいて使用することができる。本明細書に記載する、照明用ソケットに組み込まれたワイヤレス充電システムは、別個の電力コネクションの必要性を回避または低減することができ、および/または、ランプが既に設定されている可能性があるナイトスタンドまたはナイトデスクにおけるスペースを節約することができる。幾つかの実施例においては、本明細書に記載するいずれかのベースユニットおよび/または送信器を照明用ソケットに組み込むことによって、任意の通常の照明コンセントをワイヤレス充電システムに変形することができ、それを使用して、充電のために照明用ソケットの十分近くに配置されているか、または十分近くに運ばれる受信器を有している電子デバイスを充電することができる。多くのワイヤレス充電システムの1つの欠点は、それらが壁のコンセントまたは再充電する必要があるバッテリに差し込まれなければならないコードを必要とする可能性がある、ということである。別の問題は、そのようなシステムは、それらが配置されるナイトスタンドまたはナイトデスクにおいて空間を占有することである。本明細書に記載するワイヤレス充電システムの実施例を、照明用ソケットに適合されたケーシングに統合することによって、ワイヤレス充電を、標準的な電球を通常は許容する任意の取付け具に配置することができる。付加的または代替的に、標準的な電球をワイヤレス充電システムと共に使用することができ、その結果、幾つかの実施例においては、付加的なACコンセントコネクションは必要なくなると考えられる。 Embodiments of the wireless charging system described herein can be used in lighting sockets such as lighting sockets found in household lamps, desk lamps, or ceiling outlets. The wireless charging system incorporated in the lighting socket described herein can avoid or reduce the need for a separate power connection and / or the lamp may already be set up Space can be saved at nightstands or night desks. In some embodiments, any conventional lighting outlet can be transformed into a wireless charging system by incorporating any of the base units and / or transmitters described herein in a lighting socket; It can be used to charge an electronic device that has a receiver that is placed close enough to the lighting socket or carried close enough for charging. One drawback of many wireless charging systems is that they may require a cord that must be plugged into a wall outlet or a battery that needs to be recharged. Another problem is that such systems occupy space in the nightstand or night desk where they are located. By integrating the embodiments of the wireless charging system described herein into a casing that is adapted to a lighting socket, wireless charging can be placed on any fixture that normally allows standard light bulbs. it can. Additionally or alternatively, standard light bulbs can be used with the wireless charging system, so that in some embodiments, no additional AC outlet connection is needed.
図33は、本明細書に記載する実施例によるワイヤレス充電機能性が組み込まれている電球の概略図である。図33に示したシステムは、電球3302、ソケット3304、AC/DC変換器3306、スイッチ3308、コイル3310、ねじ山付き台座3312、信号生成器3318、ケーシング3316およびコントローラ3314を含んでいる。
FIG. 33 is a schematic diagram of a light bulb incorporating wireless charging functionality in accordance with embodiments described herein. The system shown in FIG. 33 includes a
ケーシング3316を設けることができ、このケーシング3316は、ワイヤレス電力伝送のためのコンポーネント、例えば本明細書に記載する、例えば図26を参照して説明したような送信器コイルおよび関連する回路を収容する。一般的に、本明細書に記載するいずれかのベースユニットおよび/または送信器を、ケーシング3316に収容することができる。しかしながら、幾つかの実施例においては、電源、例えばバッテリはケーシング3316内に存在していなくてもよい。AC/DC変換器3306を設けることができ、このAC/DC変換器3306は、電球ソケットに接続されている電力線から送信器に電力を供給することができる。ケーシングは、標準的な電球を収容するためのソケット3304を含んでいる。ケーシングは、さらに、標準的な照明用ソケットに差し込むためのねじ山付き台座3312を含んでいる。このようにして、本明細書に記載するベースユニットを含んでいるデバイス(例えば、ケーシング3316、そこに含まれているコンポーネント、およびねじ山付き台座3312)を設けることができ、また標準的な電球と標準的な照明用ソケットとのインタフェースをなすことができる。幾つかの実施例においては、ケーシング3316およびその内部のコンポーネントを、直接的に電球3302に組み込むことができ、それによって、幾つかの実施例においては、介在デバイスが必要なくなると考えられる。さらに幾つかの実施例においては、ケーシング3316は、スイッチ3308を含むことができ、このスイッチ3308によって、ユーザは、ワイヤレス充電コンポーネントの給電から独立して、電球3302を制御することができる。
A
AC/DC変換器3306は、ねじ山付き台座3312を介して照明用ソケットと電気的に通信するAC商用電力線からの電力をDC電力に変換することができ、このDC電力を、ケーシング3316に設けられているベースユニット(例えば、本明細書に記載する送信器または送信器コイル)のための電源として使用することができる。コイル3310を、本明細書に記載するいずれかの送信器コイルを使用して実施することができ、この送信器コイルは、巻線(例えば、リッツ線)が巻かれているロッド状の磁心(例えば、フェライト)を含むことができる。コイル3310および/またはAC/DC変換器3306の動作を制御するために、信号生成器3318およびコントローラ3314を設けることができる。例えば、信号生成器3318は、所望の伝送周波数で、例えば、幾つかの実施例においては119kHzから134kHzまでの伝送周波数で、幾つかの実施例においては125kHzの伝送周波数で制御信号を生成することができる。
The AC /
幾つかの実施例においては、ケーシング3316および/または電球3302は、充電を要求または所望するワイヤレス充電システムのレンジ内のデバイスの存在を検出するために、1つまたは複数のセンサおよび/またはコントローラを含むことができる。本明細書に記載するセンサまたはセンサ方法論を含めて、いずれかの実施例によるセンサまたはセンサ方法論を使用することができる。したがって、ワイヤレス充電システムの実施例は、充電を要求または所望するデバイスが検出され、かつ、設けられているシステム(例えば、本明細書に記載するいずれかの受信器および/または受信器コイルのような受信器および/または受信器コイルを有しているシステム)によってワイヤレスに充電することができる場合にのみ、エネルギを伝送することができる。
In some embodiments,
幾つかの実施例においては、ケーシング3316および/または電球3302は、検出システムを有していなくてもよく、また充電電力を継続的にブロードキャストすることができ、その結果、システムの近傍に位置するいずれかのデバイスが送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されている場合には、そのようなデバイスを充電することができる。
In some embodiments, the
実施例によるシステムは、ケーシングを含んでいる。ケーシングは、ワイヤレス充電システムと、標準的な電球を収容するためのソケットと、を含んでいる。ケーシングは、標準的な電球ソケットに嵌め込むことに適したものであってもよい。システムは、AC電源に差し込まれると、充電電力を継続的に伝送することができる。システムは、充電を要求するデバイスを検出することができ、またデバイスが充電システムから所定の距離内に存在する場合にのみ充電電力を伝送することができる。 A system according to an embodiment includes a casing. The casing includes a wireless charging system and a socket for housing a standard light bulb. The casing may be suitable for fitting into a standard light bulb socket. The system can continuously transmit charging power when plugged into an AC power source. The system can detect a device that requires charging and can only transmit charging power if the device is within a predetermined distance from the charging system.
本明細書に記載するワイヤレス充電システムの実施例を、人体において使用することができる。例えば、本明細書に記載するベースユニットおよび/または送信器は、腰周りに装着される、ホルスター、ユーティリティベルトなどが含まれるベルト、またはリストバンド、アームバンド、ヘッドバンド、帽子、ヘルメット、または身体に装着することができる任意のアイテムの上または内部に設けることができ、また単に一例ではあるが、再充電可能バッテリ、ドライバ回路、制御回路、および誘導性のワイヤレス充電システムの一方の側として機能する少なくとも1つの送信器コイルのような電源を収容することができる。 The embodiments of the wireless charging system described herein can be used in the human body. For example, the base unit and / or transmitter described herein may be a belt that includes a holster, utility belt, etc., or wristband, armband, headband, hat, helmet, or body worn around the waist Can be placed on or in any item that can be worn on the device, and by way of example only, serves as one side of a rechargeable battery, driver circuit, control circuit, and inductive wireless charging system A power source such as at least one transmitter coil can be accommodated.
多くのワイヤレス充電システムの1つの欠点は、それらが壁のコンセントに差し込まれなければならないコードを必要とする可能性がある、ということである。別の問題は、そのようなシステムは、通常の場合、身体に装着させるには大きすぎるか、または嵩張りすぎている、ということである。本明細書に記載するワイヤレス充電システムをウェアラブルアイテム(例えば、ウェアラブルベースユニットおよび/または送信器)に組み込むことによって、ワイヤレス充電を、種々のアクティビティのために通常は人間に装着されるアイテムに適した安全かつ簡便なやり方で、人間と共に移動させることができる。このアクティビティには、電気工または機械工としての作業、ジョギング、自転車またはバイクに乗ること、もしくはアイテムを持ち運ぶか、または身体の一部を保護するという特定の目的で一般的にアクセサリが装着される他のアクティビティが含まれると考えられる。一般的に、任意のそのようなアクセサリを、本明細書に記載するベースユニットに加工することができるか、または本明細書に記載するベースユニットに設けることができる。 One drawback of many wireless charging systems is that they can require a cord that must be plugged into a wall outlet. Another problem is that such systems are usually too large or too bulky to be worn on the body. By incorporating the wireless charging system described herein into a wearable item (eg, wearable base unit and / or transmitter), wireless charging is suitable for items that are normally worn by humans for various activities. Can move with humans in a safe and convenient way. This activity is typically equipped with accessories for the specific purpose of working as an electrician or mechanic, jogging, riding a bicycle or bike, or carrying items or protecting a body part Other activities may be included. In general, any such accessory can be fabricated into the base unit described herein or provided in the base unit described herein.
したがって、本明細書に記載する実施例によって、一般的に、いずれかの身体装着型のアイテム(例えば、身体装着ユニット)を、ワイヤレス充電システムとして使用することができる。 Thus, in general, any body-worn item (eg, body-worn unit) can be used as a wireless charging system in accordance with the embodiments described herein.
図34は、ベースユニットとして身体装着ユニットを使用するワイヤレス充電システムの概略図である。このシステムは、取付け部材3402および送信器コイル3412を有している、身体装着ユニット3410を含んでいる。またこのシステムは、取付け部材3404および受信器コイル3406を有している、受信器3408を含んでいる。身体装着ユニット3410の取付け部材3402を、矢印3414によって示されているように、受信器3408の取付け部材3404に嵌合させることができる。
FIG. 34 is a schematic diagram of a wireless charging system using a body wearing unit as a base unit. The system includes a body worn
身体装着ユニット3410は、ワイヤレス充電システムのために必要とされる素子、例えば送信器コイル3412、電源および回路を含むことができる。一般的に、ワイヤレス充電のためのコンポーネントを、ユーザによって一般的に装着される任意のアクセサリに設けることができるか、またはそのような任意のアクセサリに取り付けることができる。身体装着ユニット3410および送信器コイル3412を、本明細書に記載するいずれかのベースユニット、送信器および/または送信器コイルを使用して実施することができ、この送信器コイルは、巻線(例えば、リッツ線)が巻かれているロッド状の磁心(例えば、フェライト)を含むことができる。
受信器3408および受信器コイル3406を、本明細書に記載するいずれかの電子ウェアラブルデバイス、受信器および/または受信器コイルを使用して実施することができ、この受信器コイルは、巻線(例えば、リッツ線)が巻かれているロッド状の磁心(例えば、フェライト)を含むことができる。
身体装着ユニット3410は、1つまたは複数の取付け部材3402を含むことができ、この取付け部材3402を、受信器3408における1つまたは複数の取付け部材に嵌合させることができる。このようにして、受信器3408を身体装着ユニット3410に接続することができ、また幾つかの実施例においては、受信器3408を有している電子デバイスのバッテリを充電するために、および/または、受信器3408を有している電子デバイスに直接的に給電するために、所定の位置に保持することができる。図34においては、単一の受信器3408が身体装着ユニット3410に接続されることが示されているが、別の実施例においては、任意の数の受信器を身体装着ユニット3410に接続することができる。雌の取付け部材(例えば、凹部)が身体装着ユニット3410に示されており、また雄の取付け部材(例えば、突起)が受信器3408に示されているが、別の実施例においては、これを逆に実施することができる。
The
図35は、本明細書に記載する実施例により準備された取付け部材の概略図である。一般的に、機械的な取付け機構、例えば圧力嵌め、または圧縮嵌め、もしくは磁石を含めて、任意の取付け機構を使用することができる。取付け機構を、充電のため(例えば、送信器コイルの所定の距離内に受信器コイルを有するため、および/または、送信器コイルに対して相対的な所定の向きに保持されている受信器コイルのコアを有するため)の所望の向きおよび距離に受信器を置くために寸法設計および位置決めすることができる。図35は、身体装着ユニット3410が磁石3502を含んでおり、かつ、受信器3408が磁石3504を含んでいる実施例を示している。したがって、矢印3510によって示されているように、身体装着ユニット3410および受信器3408を、充電のために磁気引力によって1つにして保持することができる。磁石は、身体装着ユニット3410および受信器3408の表面に位置していてもよいし、表面の下に位置していてもよい。さらに図35は、身体装着ユニット3410が、細い開口部および身体装着ユニット3410内の幅広の部分を有している凹部3506を含んでいる別の実施例を示しており、これによって凹部3506は、受信器3408に設けられているコンプレッションフィッティング3508を収容することができる。より細いベース部およびより幅広の突起を有しているコンプレッションフィッティング3508が凹部3506に嵌合される。コンプレッションフィッティング3508は、凹部3506よりも僅かに大きくてもよく、また圧縮性材料から形成することができ、それによって、例えば矢印3512によって示されているような圧縮を介して凹部3506に保持することができる。凹部3506が身体装着ユニット3410に示されており、またコンプレッションフィッティング3508が受信器3408に示されているが、別の実施例においては、これを逆に実施することができる。
FIG. 35 is a schematic view of a mounting member prepared in accordance with the embodiments described herein. In general, any attachment mechanism can be used, including a mechanical attachment mechanism, such as a press fit or compression fit, or a magnet. A mounting mechanism for charging (eg, having a receiver coil within a predetermined distance of the transmitter coil and / or a receiver coil being held in a predetermined orientation relative to the transmitter coil. Can be dimensioned and positioned to place the receiver in a desired orientation and distance. FIG. 35 shows an embodiment where the
したがって、1つまたは複数の身体装着型の充電ユニットと、その身体装着型の充電ユニットによって誘導的に充電または給電することができる1つまたは複数の取り外し可能なウェアラブル電子デバイスと、を含んでいるシステムを提供することができる。身体装着ユニットは、ウェアラブル電子デバイスが存在する場合にのみ電力を伝送することができる。例えば、身体装着ユニットは、本明細書に記載する取付け機構を使用して受信器が取り付けられているという指示を受信することができ、またウェアラブル電子デバイスの取付けまたは取外しに従い、電力の供給を開始および/または停止することができる。 Accordingly, it includes one or more body-mounted charging units and one or more removable wearable electronic devices that can be inductively charged or powered by the body-mounted charging unit. A system can be provided. The body worn unit can only transmit power when a wearable electronic device is present. For example, the body wearing unit can receive an indication that the receiver is attached using the attachment mechanism described herein, and begins to supply power according to the attachment or removal of the wearable electronic device. And / or can be stopped.
身体装着型の充電ユニットは、充電を要求するデバイスを検出することができ、またデバイスが身体装着ユニットから所定の距離内に存在する場合にのみ充電電力を伝送することができるが、しかしながら、デバイスは、取付け機構を用いて前述の身体装着ユニットに物理的に取り付けられている必要はない。 A body-worn charging unit can detect a device that requires charging and can transmit charging power only when the device is within a predetermined distance from the body-worn unit; however, the device Need not be physically attached to the aforementioned body-worn unit using an attachment mechanism.
本明細書に記載する実施例を、埋込み型のデバイス、例えば医療用デバイスにおいて使用することができる。電子デバイスが人体に埋め込まれることが増えてきている。それらのデバイスは、デバイスが埋め込まれている人体により多くの利益を提供することができる。それらのデバイスは、電力を要求すると考えられる。大抵の場合、埋込み型の電気デバイスは、耐用年数が限定されているバッテリを含んでいると考えられる。この耐用年数に達してしまえば、そのバッテリを取り外して、新たなバッテリを設置するか、または埋め込むことが必要になる。本明細書に記載する実施例によるワイヤレス充電システムによって給電することができる医療用デバイスには、単に一例ではあるが、脳深部神経刺激器、インプラント式補聴器、人工内耳、心臓ペースメーカ、除細動器、インスリンポンプ、皮下バイオセンサ、薬物インプラントポンプ、埋込み可能な刺激器(例えば、神経、膀胱、脳深部、脊髄)、またはそれらの組合せが含まれる。電力が要求され続けるということは、幾つかの実施例においては、それらのデバイスの有用性を阻害する可能性がある。皮下組織層を再び開く必要なく、埋込み型の電子デバイスのバッテリの再充電を現場で安全に実現することが必要とされている。 The embodiments described herein can be used in implantable devices, such as medical devices. Electronic devices are increasingly being embedded in the human body. These devices can provide more benefits to the human body in which the device is embedded. Those devices are expected to require power. In most cases, the implantable electrical device is believed to include a battery with a limited useful life. When this useful life is reached, it is necessary to remove the battery and install or embed a new battery. Medical devices that can be powered by a wireless charging system according to embodiments described herein are, by way of example only, deep brain stimulators, implantable hearing aids, cochlear implants, cardiac pacemakers, defibrillators , Insulin pumps, subcutaneous biosensors, drug implant pumps, implantable stimulators (eg, nerves, bladder, deep brain, spinal cord), or combinations thereof. The continued demand for power can hamper the usefulness of these devices in some embodiments. There is a need to safely implement recharging of the battery of an implantable electronic device in the field without having to reopen the subcutaneous tissue layer.
埋込み型の電子デバイスを安全に充電するためのシステムが提供される。電子デバイスは、皮下組織の下に設けることができ、また受信器コイルを含むことができる。送信器コイルを含んでいる送信器を、皮下組織外に設けることができる。送信器コイルのコイルと受信器コイルのコイルとを、共振によって、ワイヤレスで弱く結合させることができる。共振は、弱い共振であってよい。弱い共振は、100未満のQ値を有することができる。弱い共振は、75未満のQ値を有することができる。弱い共振は、50未満のQ値を有することができる。システムは、誘導された磁束を使用することができる。システムは、部分的に誘導された磁束を使用することができる。受信器を、その受信器のその場に通常とどまる温度の2℃の範囲内に維持することができる。システムは、受信器のその場に通常とどまる温度の2℃の範囲内に受信器を維持することができる。受信器コイル、または送信器コイル、または受信器コイルおよび送信器コイルの両方を、磁心を使用して実施することができる。受信器コイル、または送信器コイル、または受信器コイルおよび送信器コイルの両方は、コアの周囲の巻線を含むことができ、またコアを、フェライト部材を使用して実施することができる。送信器コイル、または受信器コイル、または送信器コイルおよび受信器コイルの両方の巻線を、銅線を使用して実施することができる。送信器コイル、または受信器コイル、または送信器コイルおよび受信器コイルの両方の巻線を、リッツ線を使用して実施することができる。埋込み型の電気デバイスは、チタン外皮を含むことができる。送信器は、75kHzから150kHzまでの範囲内の周波数で電子デバイスの受信器への伝送を行うことができる。送信器は、100kHzから130kHzまでの範囲内の周波数で電子デバイスの受信器への伝送を行うことができる。送信器は、125kHzの範囲内の周波数で電子デバイスの受信器への伝送を行うことができる。送信器を、衣類に取り付けることができる布パッチに収容することができる。送信器を帽子に取り付けることができる。送信器をシャツに取り付けることができる。送信器をパンツに取り付けることができる。送信器をコートに取り付けることができる。送信器をベルトに取り付けることができる。送信器をバンドエイド(登録商標)に取り付けることができる。送信器を接着パッチに取り付けることができる。送信器を再充電することができる。送信器は、取り外し可能かつ再取付け可能であってよい。 A system for safely charging an implantable electronic device is provided. The electronic device can be provided under the subcutaneous tissue and can include a receiver coil. A transmitter including a transmitter coil can be provided outside the subcutaneous tissue. The coil of the transmitter coil and the coil of the receiver coil can be weakly coupled wirelessly by resonance. The resonance may be a weak resonance. A weak resonance can have a Q value of less than 100. A weak resonance can have a Q value of less than 75. A weak resonance can have a Q value of less than 50. The system can use induced magnetic flux. The system can use partially induced magnetic flux. The receiver can be maintained within a range of 2 ° C. of the temperature normally remaining in place of the receiver. The system can maintain the receiver within a 2 ° C. range of the temperature that normally stays in place on the receiver. The receiver coil, or transmitter coil, or both receiver and transmitter coils, can be implemented using a magnetic core. The receiver coil, or transmitter coil, or both receiver and transmitter coils, can include windings around the core, and the core can be implemented using a ferrite member. The windings of the transmitter coil, or the receiver coil, or both the transmitter coil and the receiver coil can be implemented using copper wire. The windings of the transmitter coil, or receiver coil, or both the transmitter coil and the receiver coil can be implemented using litz wires. The implantable electrical device can include a titanium skin. The transmitter can transmit to the receiver of the electronic device at a frequency in the range of 75 kHz to 150 kHz. The transmitter can transmit to the receiver of the electronic device at a frequency in the range of 100 kHz to 130 kHz. The transmitter can transmit to the receiver of the electronic device at a frequency in the range of 125 kHz. The transmitter can be housed in a fabric patch that can be attached to clothing. A transmitter can be attached to the hat. A transmitter can be attached to the shirt. A transmitter can be attached to the pants. A transmitter can be attached to the coat. A transmitter can be attached to the belt. The transmitter can be attached to BandAid®. A transmitter can be attached to the adhesive patch. The transmitter can be recharged. The transmitter may be removable and reattachable.
図36は、本明細書に記載する実施例により準備された、ワイヤレス給電式の埋込み可能なデバイスの概略図である。図36に示されているシステムは、ユーザの皮膚下の埋込み型のコントローラ3602を有している除細動器と、ユーザの心臓に配置された除細動器リード3612と、を含んでいる。埋込み型のコントローラ3602には、本明細書に記載する実施例による受信器を設けることができ、この受信器は、受信器コイル3604を含んでおり、またこの受信器コイル3604は、巻線(例えば、リッツ線)が巻かれているロッド状の磁心(例えば、フェライト)を有することができる。例えば、ユーザのシャツのポケット3608に配置することができる、または、ユーザに取り付けることができる、および/または、ユーザが装着することができるベースユニット3610を設けることができる。ベースユニット3610を、本明細書に記載するベースユニットのいずれかの実施例を使用して実施することができ、またベースユニット3610は、送信器コイル3606を含んでいる送信器を含むことができる。動作中、ベースユニット3610は、送信器コイル3606から受信器コイル3604への電力結合によって、埋込み型のコントローラ3602に電力を供給することができる。
FIG. 36 is a schematic diagram of a wirelessly powered implantable device prepared in accordance with the embodiments described herein. The system shown in FIG. 36 includes a defibrillator having an
一般的に、本明細書に記載するいずれかのベースユニットおよび/または送信器および/または送信器コイルを使用して、ワイヤレス電力を埋込み型の電子デバイスに供給することができる。一般的に、本明細書に記載するいずれかの受信器および/または受信器コイルを、例えば埋込み型の電子デバイスのバッテリを再充電することができるワイヤレス電力を受信するために、埋込み型の電子デバイスに組み込むことができる、および/または、そのような埋込み型の電子デバイスに取り付けることができる。 In general, any of the base units and / or transmitters and / or transmitter coils described herein can be used to provide wireless power to an implantable electronic device. In general, any of the receivers and / or receiver coils described herein can be used to receive wireless power that can recharge, for example, a battery of the implantable electronic device. It can be incorporated into a device and / or attached to such an embedded electronic device.
実施例による埋込み可能なデバイスは、皮下に埋め込まれており、かつ、100mAHの電流容量を有することができるバッテリを有することができる。バッテリは、370mW/hrの定格充電容量を有することができる。バッテリは、再充電に1時間から2時間を要すると考えられ、また10年の見込み耐用年数を有することができる。別の実施例においては、埋込み可能なデバイスの他のパラメータを使用することができる。埋込み可能なデバイスは、受信器コイルを含むことができ、その実施例は本明細書において既に説明している。受信器コイルは、磁心と、その磁心に巻かれた巻線と、を有することができる。幾つかの実施例においては、受信器コイルは、7mm×2mm×2mmの寸法を有することができるが、しかしながら、別の実施例においては、別の寸法を使用することができる。受信器コイルは、一般的に送信器コイルよりも小さいと考えられる。埋込み型のデバイスは、最大4mmの厚さの100mAHのバッテリを含むことができ、また10年超の機能的な耐用年数を有している。別の実施例においては、別の仕様を使用することができる。実施例による埋込み可能な電子デバイスは、固体薄膜リチウム電池を使用することができ、この場合、容量損失を1,000サイクル後でも50%未満にとどめることができる。 An implantable device according to an embodiment can have a battery that is implanted subcutaneously and can have a current capacity of 100 mAH. The battery can have a rated charge capacity of 370 mW / hr. The battery is expected to take 1 to 2 hours to recharge and may have an expected useful life of 10 years. In other embodiments, other parameters of the implantable device can be used. The implantable device can include a receiver coil, examples of which have already been described herein. The receiver coil can have a magnetic core and a winding wound around the magnetic core. In some embodiments, the receiver coil can have dimensions of 7 mm × 2 mm × 2 mm; however, in other embodiments, other dimensions can be used. The receiver coil is generally considered smaller than the transmitter coil. The implantable device can include a 100 mAH battery up to 4 mm thick and has a functional life of over 10 years. In other embodiments, different specifications can be used. The implantable electronic device according to the embodiment can use a solid thin film lithium battery, in which case the capacity loss can be kept below 50% even after 1,000 cycles.
本明細書に記載するワイヤレス電力充電システムを、皮下に埋め込まれたバッテリを安全かつワイヤレスに充電するために使用することができる。再充電ユニット(例えば、本明細書に記載するベースユニット)を、ユーザから離れた位置ではあるが、埋込み型のデバイスの近傍の位置に配置することができる。幾つかの実施例においては、ベースユニットの送信器コイルを、埋込み型の医療用デバイスにおける受信器コイルの見込み位置から50mmから100mmの位置に設けることができる。例えば、ベースユニットを、補聴器または他のヘッド装置の充電に使用するために、メガネフレームに取り付けることができる。ベースユニット(例えば、送信器)は、内部バッテリを含むことができ、この内部バッテリは、埋込み可能な電子デバイスにおけるバッテリを充電することができる送信器コイルを介するワイヤレス電力供給のために電力を供給することができる。電力供給を、皮膚または他の組織を介して行うことができる。送信器の内部バッテリを、アイウェアに取り付けられていないときに、もしくは他のベースユニットまたは充電装置(例えば、身体装着型の中継器)の近傍に配置されたときにワイヤレスに充電することができる。 The wireless power charging system described herein can be used to safely and wirelessly charge a subcutaneously implanted battery. The recharging unit (eg, the base unit described herein) can be located at a location remote from the user but in the vicinity of the implantable device. In some embodiments, the base unit transmitter coil can be located 50 mm to 100 mm from the expected position of the receiver coil in the implantable medical device. For example, the base unit can be attached to a spectacle frame for use in charging a hearing aid or other head device. The base unit (eg, transmitter) can include an internal battery that provides power for wireless power supply via a transmitter coil that can charge the battery in an implantable electronic device. can do. Power can be supplied through the skin or other tissue. The transmitter's internal battery can be charged wirelessly when not attached to eyewear or when placed in the vicinity of other base units or charging devices (eg, body-worn repeaters) .
幾つかの実施例においては、ベースユニットを、埋込み型のデバイスのユーザが装着するパッチまたは他のアクセサリに組み込むことができるか、もしくは埋込み型のデバイスのユーザの衣服に取り付けることができるか、または組み込むことができる。幾つかの実施例においては、送信器コイルのコイル長さを50mmとすることができるが、しかしながら、別の長さを使用することもできる。幾つかの実施例においては、ベースユニットは、1ワットの電力を供給することができ、また温度上昇を2℃未満に限定することができる。 In some embodiments, the base unit can be incorporated into a patch or other accessory worn by the user of the implantable device, or attached to the garment of the user of the implantable device, or Can be incorporated. In some embodiments, the coil length of the transmitter coil can be 50 mm, however, other lengths can be used. In some embodiments, the base unit can supply 1 watt of power and limit the temperature rise to less than 2 ° C.
幾つかの実施例においては、ベースユニットを枕の下および/または枕内に配置することができる。ベースユニットにおける送信器は、埋込み可能なデバイスにおけるバッテリ(例えば、ユーザの頭部内のバッテリ)を、ユーザが夜間寝ている間に再充電することができる。送信器内部のバッテリをUSB電源またはAC電源に差し込み、日中に再充電することができる。 In some embodiments, the base unit can be placed under and / or within the pillow. A transmitter in the base unit can recharge a battery in the implantable device (eg, a battery in the user's head) while the user is sleeping at night. The battery inside the transmitter can be plugged into a USB or AC power source and recharged during the day.
幾つかの実施例においては、送信器を小型のウェアラブルパッチに組み付けることができる。送信器は、衣服に装着された、例えばベルクロ(登録商標)を使用して帽子に取り付けられたパッチを用いて、埋込み型のバッテリを再充電することができる。送信器内部のバッテリをUSB電源またはAC電源に差し込み、再充電することができる。 In some embodiments, the transmitter can be assembled into a small wearable patch. The transmitter can recharge the implantable battery with a patch attached to the garment, for example using a Velcro® and attached to the hat. The battery inside the transmitter can be plugged into USB or AC power and recharged.
実施例によるベースユニットは、皮下に埋め込まれており、かつ、密封されたチタンケーシングに収容されているバッテリを、幾つかの実施例においては20%未満の効率損失で、幾つかの実施例においては10%未満の効率損失で、100ミクロンのチタンシートを介して再充電することができる。一般的に、ベースユニットと埋込み可能な電子デバイスとの間の見込みワイヤレス電力伝送効率は、幾つかの実施例においては10%から20%であると考えられるが、別の実施例においては、別の値の効率を達成することができる。幾つかの実施例においては、100mWから200mWの電力伝送率を達成することができる。幾つかの実施例においては、1時間から2時間の見込み再充電時間を達成することができる。 The base unit according to the embodiment is a battery that is implanted subcutaneously and housed in a sealed titanium casing, in some embodiments with an efficiency loss of less than 20% in some embodiments. Can be recharged through a 100 micron titanium sheet with an efficiency loss of less than 10%. In general, the expected wireless power transfer efficiency between the base unit and the implantable electronic device is considered to be 10% to 20% in some embodiments, but in other embodiments, A value efficiency of can be achieved. In some embodiments, power transmission rates from 100 mW to 200 mW can be achieved. In some embodiments, an expected recharge time of 1 to 2 hours can be achieved.
実施例についての上記の詳細な説明は、網羅的であることを意図したものでも、ワイヤレス電力伝送のための方法およびシステムを上述の厳密な形態に限定することを意図したものでもない。ワイヤレス電力伝送のための方法およびシステムの特定の実施の形態、またそれらの実施例を上記においては説明を目的として行ったが、種々の等価の修正形態も、当業者が認識する限り、システムの範囲内で実現可能である。例えば、プロセスまたはブロックを所定の順序で表したが、代替的な実施の形態は、異なる順序で、複数のオペレーションを有しているルーチンを実行することができるか、または複数のブロックを有しているシステムを使用することができ、また一部のプロセスまたはブロックを除去、移動、追加、分割、結合および/または変更することができる。プロセスまたはブロックを連続して実行されるものとして示している場合もあるが、それらのプロセスまたはブロックを、それとは異なり並行して実行することができるか、または異なる時点に実行することができる。さらに、特定の実施例による、ベースユニット、電子デバイスまたはシステムの1つまたは複数のコンポーネントを、本明細書に記載するいずれかの実施例のベースユニット、電子デバイスまたはシステムのいずれかのコンポーネントと組み合わせて使用することができることは明らかである。 The above detailed description of the embodiments is not intended to be exhaustive or to limit the methods and systems for wireless power transmission to the exact forms described above. While particular embodiments of methods and systems for wireless power transfer, and examples thereof, have been described above for purposes of illustration, various equivalent modifications may be made to the system as long as those skilled in the art are aware. It is feasible within the range. For example, although processes or blocks are represented in a predetermined order, alternative embodiments can execute routines that have multiple operations or have multiple blocks in different orders. Systems can be used, and some processes or blocks can be removed, moved, added, split, combined and / or changed. Although the processes or blocks may be shown as being executed in series, the processes or blocks can be executed in parallel, or at different times. Further, one or more components of a base unit, electronic device or system according to a particular embodiment are combined with any component of the base unit, electronic device or system of any embodiment described herein. Obviously, it can be used.
Claims (34)
前記送信器から所定の距離だけ離隔している受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、前記送信器と前記受信器との間の特定の離隔距離に関して最適に整合されており、かつ、その他のすべての離隔距離に関しては最適化されていない、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver spaced a predetermined distance from the transmitter, the receiver configured to receive wireless power from the transmitter, and including a magnetic metal core in a winding A receiver having a coil and receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched for a particular separation between the transmitter and the receiver and are not optimized for all other separations;
system.
前記送信器から所定の距離だけ離隔している受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、前記送信器と前記受信器との間の特定の相対的な向きに関して最適に整合されており、かつ、その他のすべての相対的な向きに関しては最適化されていない、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver spaced a predetermined distance from the transmitter, the receiver configured to receive wireless power from the transmitter, and including a magnetic metal core in a winding A receiver having a coil and receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched for a particular relative orientation between the transmitter and the receiver, and optimized for all other relative orientations It has not been,
system.
請求項1または2に記載のシステム。 The system is a weak resonant system having a Q value of less than 100,
The system according to claim 1 or 2.
前記送信器から所定の距離だけ離隔している受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記システムは、100未満のQ値を有している弱い共振系であり、かつ、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、前記送信器と前記受信器との間の少なくとも2つの特定の離隔距離に関して最適に整合されており、かつ、その他のすべての離隔距離に関しては最適化されていない、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver spaced a predetermined distance from the transmitter, the receiver configured to receive wireless power from the transmitter, and including a magnetic metal core in a winding A receiver having a coil and receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The system is a weak resonant system having a Q value of less than 100, and
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched for at least two specific separations between the transmitter and the receiver, and optimized for all other separations Not,
system.
前記送信器から所定の距離だけ離れている受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記システムは、100未満のQ値を有している弱い共振系であり、かつ、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、前記送信器と前記受信器との間の少なくとも2つの特定の相対的な向きに関して最適に整合されており、かつ、その他のすべての相対的な向きに関しては最適化されていない、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver coil that is spaced a predetermined distance from the transmitter and is configured to receive wireless power from the transmitter and includes a magnetic metal core in a winding And a receiver having receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The system is a weak resonant system having a Q value of less than 100, and
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched with respect to at least two specific relative orientations between the transmitter and the receiver, and with respect to all other relative orientations Is not optimized,
system.
前記送信器から所定の距離だけ離れている受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記システムは、100未満のQ値を有している弱い共振系であり、かつ、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、複数の離隔距離に関して最適に整合されている、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver coil that is spaced a predetermined distance from the transmitter and is configured to receive wireless power from the transmitter and includes a magnetic metal core in a winding And a receiver having receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The system is a weak resonant system having a Q value of less than 100, and
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched for multiple separations using automatic iterative impedance optimization;
system.
前記送信器から所定の距離だけ離隔している受信器であって、前記送信器からのワイヤレス電力を受信するように構成されており、かつ、巻線内の磁性金属コアを含んでいる受信器コイルおよび受信器インピーダンスを有している受信器と、
を含むシステムにおいて、
前記送信器および前記受信器は、疎結合されており、
前記システムは、100未満のQ値を有している弱い共振系であり、かつ、
前記送信器インピーダンスおよび前記受信器インピーダンスは、自動的な反復インピーダンス最適化を使用して、前記送信器と前記受信器との間の複数の異なる相対的な向きに関して最適に整合されている、
システム。 A transmitter coil configured for wireless power supply and a transmitter having transmitter impedance;
A receiver spaced a predetermined distance from the transmitter, the receiver configured to receive wireless power from the transmitter, and including a magnetic metal core in a winding A receiver having a coil and receiver impedance;
In a system that includes
The transmitter and the receiver are loosely coupled;
The system is a weak resonant system having a Q value of less than 100, and
The transmitter impedance and the receiver impedance are optimally matched for a plurality of different relative orientations between the transmitter and the receiver using automatic iterative impedance optimization.
system.
請求項1から7までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter coil includes a transmitter magnetic metal core in the transmitter winding;
The system according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から7までのいずれか1項に記載のシステム。 The magnetic metal core is ferrite,
The system according to any one of claims 1 to 7.
請求項8に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core is ferrite;
The system according to claim 8.
請求項1から10までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter, or the receiver, or both the transmitter and the receiver, include a tuning capacitor containing a dielectric material;
The system according to any one of claims 1 to 10.
請求項1から11までのいずれか1項に記載のシステム。 The magnetic metal core is shaped to have a length longer than its width,
12. A system according to any one of the preceding claims.
請求項8から12までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core is shaped to have a length longer than its width,
The system according to any one of claims 8 to 12.
請求項1から13までのいずれか1項に記載のシステム。 The magnetic metal core is shaped to have a length longer than its diameter,
The system according to any one of claims 1 to 13.
請求項8から14までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core is shaped to have a length longer than its diameter;
15. A system according to any one of claims 8 to 14.
請求項1から15までのいずれか1項に記載のシステム。 The magnetic metal core is formed in the shape of a rod,
The system according to any one of claims 1 to 15.
請求項8から16までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core is molded in the shape of a rod,
The system according to any one of claims 8 to 16.
請求項1から17までのいずれか1項に記載のシステム。 The winding includes a litz wire,
The system according to any one of claims 1 to 17.
請求項8から18までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter winding includes a litz wire,
The system according to any one of claims 8 to 18.
請求項1から17までのいずれか1項に記載のシステム。 The winding includes a copper wire,
The system according to any one of claims 1 to 17.
請求項8から18までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter winding includes a copper wire,
The system according to any one of claims 8 to 18.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core has a volume 10 times or more than the volume of the magnetic metal core,
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core has a volume of 100 times or more than the volume of the magnetic metal core,
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter magnetic metal core has a volume of 1,000 times or more than the volume of the magnetic metal core.
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter winding has a winding length of 10 times or more than the winding length of the winding;
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter winding has a winding length of 100 times or more than the winding length of the winding;
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項8から21までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter winding has a winding length of 1,000 times or more than the winding length of the winding;
The system according to any one of claims 8 to 21.
請求項1から27までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter includes one antenna;
28. A system according to any one of claims 1 to 27.
請求項1から28までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter includes a plurality of antennas;
29. The system according to any one of claims 1 to 28.
請求項1から29までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 100 kHz to 200 kHz;
30. A system according to any one of claims 1 to 29.
請求項1から29までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in a range of 125 kHz ± 3 kHz;
30. A system according to any one of claims 1 to 29.
請求項1から29までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in a range of 125 kHz ± 5 kHz;
30. A system according to any one of claims 1 to 29.
請求項1から29までのいずれか1項に記載のシステム。 The transmitter is configured to transmit wireless power at a frequency in the range of 6.75 MHz ± 5 MHz;
30. A system according to any one of claims 1 to 29.
請求項1から33までのいずれか1項に記載のシステム。 The Q value of the system exceeds 100,
34. A system according to any one of claims 1-33.
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