JP2023516690A - 自動車用座席無線充電システム - Google Patents

Abstract

車両内で１つ以上の電子デバイスを無線で充電するためのシステムおよび方法（例えば、車両に埋め込まれる充電システムから、車両座席または充電乗員デバイスにおける電子機器）が、説明される。ある方法は、電源から直流（ＤＣ）信号を受信することと、増幅された交流（ＡＣ）信号を発生させるために、受信したＤＣ信号を増幅することと、電力増幅器内の内部信号を監視し、監視された信号に応答して、電力増幅器の１つ以上の特性を調節することとを含む。増幅されたＡＣ信号は、１つ以上の伝送アンテナによって伝送される。

Description

（関連出願）
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる２０２０年３月５日に出願され、「ＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＣＡＲ ＳＥＡＴ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＣＨＡＲＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」と題された米国仮特許出願第６２／９８５，７４２号の優先権および利益を主張する。

車室が車両設計における進歩とともに変化するにつれて、柔軟かつ効率的無線充電システムを将来的車両に組み込む必要が存在する。

車両コンソール無線充電システムの種々の設計が、説明される。

一側面では、開示される技術は、車両座席（例えば、自動車の座席）における電子機器を充電するために、車両の床板の内側の無線充電システムを追加導入するためのシステムおよび方法を提供し、それによって、車両の配線用ハーネスのうちのいくつかの排除を可能にする。無線充電システム伝送機はまた、乗車者デバイスを無線で充電するために車両座席の内側に追加導入されることができる。

別の側面では、車両の車両座席のための無線充電システムは、車両の電源に結合された第１の伝送機であって、第１の伝送機は、１つ以上の伝送機アンテナに結合された増幅器を備えている、第１の伝送機と、車両の車両座席に埋め込まれた第１の受信機であって、第１の受信機は、第１の伝送機から無線で電力を受信するために、１つ以上の伝送機アンテナに無線で結合された１つ以上の受信機アンテナを備えている、第１の受信機と、１つ以上の受信機アンテナに結合された整流回路であって、整流回路は、交流を直流に変換するように構成されている、整流回路と、整流回路に結合された調整回路であって、調整回路は、定出力電圧を発生させるように構成されている、調整回路とを含む。

別の側面では、車両内で１つ以上の電子デバイスを無線で充電する方法は、電源から直流（ＤＣ）信号を受信することと、切り替え電力増幅器によって、増幅された交流（ＡＣ）信号を発生させるために、受信したＤＣ信号を増幅することと、検出器回路によって、電力増幅器内の内部信号を監視することと、コントローラによって、監視された信号に応答して、電力増幅器の１つ以上の特性を調節することと、１つ以上の伝送機アンテナによって、増幅されたＡＣ信号を伝送することとを含む。

これらおよび他の側面は、本書全体を通して開示される。

図１は、無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図２は、複数の伝送機アンテナを伴う無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図３は、複数の受信機アンテナを伴う無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図４は、乗車者デバイスを充電するための無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図５は、車両電子機器および乗車者デバイスを充電するための無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図６は、無線充電車両座席システムの代表的ブロック図である。

図７は、無線充電車両座席システムのための伝送機の代表的ブロック図である。

図８Ａは、伝送機および受信機アンテナの例示的設置を示す無線充電車両座席システムの代表的例証である。

図８Ｂは、プロトタイプ無線充電車両座席システムの写真を示す。

図９は、車両内の無線充電電子デバイスのための例示的方法のフローチャートである。

開示される技術は、車両座席における電子機器を充電するために、車両の床板の内側の無線充電システムを設計または追加導入するためのシステムおよび方法を提供し、それによって、車両の配線用ハーネスのうちのいくつかの排除を可能にする。無線充電システム伝送機は、電子デバイス（例えば、乗車者デバイス）の無線充電のために車両座席の内側に含まれることもできる。開示される技術は、自動車の座席と、他の車両における座席または他の運転者／乗車者である乗員の拘束具とにおいて使用されることができ、他の車両は、個人用自動車両、商業用自動車両（例えば、バス）、航空機、列車、ボート、および他の船、およびバイク、自転車、ワゴン車等の輸送または移動の他のモード、トラクタ等の農業機器、フォークリフト等の産業機器等を含む。

車両の内部が、人工知能のような技術の進歩に伴って変化し続けるにつれて、相手先商標商品製造会社（ＯＥＭ）は、新しい製品特徴を含むように、車両の内部を再設計する。例えば、自動運転車両では、運転者が車両の正面に面することは、必要でないであろう。したがって、例示的特徴が、運転者が車両の後部内の他の乗車者と交流し得るように、座席を回転させることができる。しかしながら、これは、車の内部における配線用ハーネスにより、現在の車両を用いて実装することは、困難であろう。ファン（例えば、ＳＶＳファン）、センサ、およびアクチュエータ等の座席電子機器（すなわち、車両座席に埋め込まれた電子デバイス、または座席機能を電子的に制御する電子デバイス）が、無線で充電されることが可能であった場合、座席は、取り外しやすく、または回転しやすいであろう。したがって、これらおよび他の課題を克服する車の内部内で車両電子機器および乗車者デバイスを充電するためのシステムおよび方法の必要が存在する。

開示される技術の種々の実施形態が、ここで説明されるであろう。以下の記述は、これらの実施形態の完全な理解および有効な記述の具体的詳細を提供する。しかしながら、当業者は、発明が、これらの詳細の多くを伴わずに実践され得ることを理解するであろう。加えて、いくつかの周知の構造または機能は、不必要に種々の実施形態の関連記述を不明瞭にすることを回避するために、詳細に示されるまたは説明されないこともある。下記で提示される記述において使用される専門用語は、本発明のある具体的実施形態の詳細な説明と併せて使用されている場合でも、その広義の合理的な様式において解釈されることが意図される。

図１は、無線充電車両座席システム１００の代表的例証である。システム１００では、単一伝送機アンテナ（Ｔｘ）１２０が、車両の床上または内に設置され、受信機（Ｒｘ）１３０が、車両座席１１０の中に埋め込まれる。伝送機１２０は、増幅器から成り、それは、ＤＣ信号を増幅されたＡＣ信号に変換し、増幅されたＡＣ信号は、無線周波数において共振アンテナに駆動される。このアンテナは、次いで、ほぼ同じ共振周波数において、車両座席の内側の受信機１３０における受信機アンテナに無線で結合する。増幅器は、共振コンデンサに信号を駆動し、共振コンデンサは、１つ以上の伝送機アンテナを共振に実質的に励起する。増幅器が動作する周波数は、アンテナまたは複数のアンテナの共振周波数にほぼ等しい。

受信機１３０は、座席における種々の電子システム（例えば、ファン、センサ、アクチュエータ、およびモータ）の電圧入力のための交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータと、電圧調整器とを含む。これは、車両ＯＥＭが、潜在的に、車両内の配線用ハーネスの部分を排除すること、新しい特徴（より広い範囲の車室レイアウトのための取り外し可能な車両座席、および回転する座席等）を含むことを可能にする。伝送機アンテナおよび受信機アンテナは、平面アンテナ、車両座席部分または床板上に直接電着される電着されたアンテナ、または３次元アンテナであることができる。

一実施形態では、３次元アンテナが、無線充電伝送機デバイスの動作周波数において近接効果を減少させるために、かつ動作周波数において表面螺旋コイルの高固有品質係数（「Ｑ」）を維持するために、ある角度で誘電材料の周囲に巻きつけられている、中断または無線周波数不連続性を伴わない連続した導体を備えている表面螺旋コイルであることができる。導体は、約１０μｍ～４０μｍの厚さを有することができる。３次元アンテナが、無線電力転送効率を改良するために、伝送機または受信機のために利用されることができる。加えて、平面アンテナおよび電着されたアンテナも、中断または無線周波数（ＲＦ）不連続性を伴わない連続した導体を備えている。電着されたアンテナは、車両の一部、例えば、床板上に堆積させられることができる。例えば、伝送機アンテナを含む伝送機は、アフターマーケット用途において車両の床板の上方に搭載されることができる。

いくつかの実施形態では、無線充電車両座席システムは、絶縁された切り替え増幅器システムトポロジを利用するために製作され、絶縁された切り替え増幅器システムトポロジにおいて、無線充電車両座席システム構成要素は、全体的システム性能を改良するために十分に絶縁されている。例えば、増幅器印刷回路基板（ＰＣＢ）における増幅器は、車両座席の電気的に非伝導性支持構造、車両座席の周囲、または車両の床板（または、例えば、ＲＦ遮蔽層または吸収シートを使用する十分な絶縁を伴う伝導性構造）の第１のエリアに取り付けられる。フィルタＰＣＢにおけるフィルタは、支持構造の第２のエリアに取り付けられ、フィルタＰＣＢにおけるフィルタは、増幅器ＰＣＢにおける増幅器に電気的に結合される。フィルタは、増幅器から増幅された信号を受信する。共振コンデンサＰＣＢにおける１つ以上のコンデンサは、支持構造の第３のエリアに取り付けられる。共振コンデンサＰＣＢにおける共振コンデンサは、フィルタと、１つ以上のアンテナとに電気的に結合される。共振コンデンサは、フィルタからフィルタリングされた信号を受信し、１つ以上のアンテナ上にフィルタリングされた信号を駆動する。性能を改良する（例えば、カップリング損失、ヒステリシス損失、切り替え損失等を低減させる）ために、支持構造の第１のエリア、第２のエリア、および第３のエリアは、増幅器ＰＣＢ、共振コンデンサＰＣＢ、フィルタＰＣＢ、および１つ以上のアンテナ間の物理的分離（例えば、１０ｍｍ以上の）を維持するように選択される。いくつかの実施形態では、切り替え損失、ヒステリシス損失、および他の損失を低減させるようにシステムの受動構成要素を物理的に分離するために、増幅器ＰＣＢは、少なくとも１つの物理的に分離されたフィルタＰＣＢに結合され、そのフィルタＰＣＢは、１つまたは多くのアンテナに結合された物理的に分離された共振コンデンサＰＣＢに結合される。アンテナは、上で説明されるような３次元アンテナ、平面アンテナ、または電着されたアンテナであり得、電着されたアンテナにおいて、アンテナ導体は、支持構造または車両の他の機械部品上に直接電着されている。さらに、第２のフィルタＰＣＢは、第２のフィルタＰＣＢが増幅器ＰＣＢおよび共振コンデンサＰＣＢに差動的に結合された差動アプリケーションのためのシステムに含まれることができる。加えて、共振コンデンサＰＣＢは、別個の第２の構造に設置され得る一方、増幅器ＰＣＢとフィルタＰＣＢとは、共振コンデンサＰＣＢとアンテナとの間の距離を低減させるために、第１の構造に設置され、それによって、アンテナとその共振コンデンサとの間の抵抗を低減させる。上で説明されるように物理的分離を維持することは、クロスカップリング損失、切り替え損失、ヒステリシス損失等を最小化し、または減少させ、それによって、無線充電システムの全体的性能を改良する。いくつかの実施形態では、絶縁された切り替え電力増幅器システムの構成要素は、車両座席、床板、または車両の他の一部の中に埋め込まれたモジュール式構造に含まれる。

図２は、無線充電伝送機システムにおいて複数の伝送機アンテナを伴う無線充電車両座席システム２００の代表的例証である。複数の伝送機アンテナ２２０Ａおよび２２０Ｂは、車両座席１１０の充電面積を増加させることができる。加えて、受信機（Ｒｘ）１３０は、車両座席における電子機器（例えば、アクチュエータ、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、およびファン）に電力を直接提供すること、または、受信機デバイスと座席における電子システムとの間のバッファとしての機能を果たす再充電可能バッテリ（図２に示されない）に電力を提供することができる。例えば、再充電可能バッテリは、めったに使用されないが高電力消費を有するアイテム（車両座席アクチュエータ等）に関する急速ピーク負荷に役立ち得る。システム内の伝送機の数は、用途に応じて、変動し得る。例えば、充電対象範囲を増加させるために、複数の伝送機を含むことが望ましくあり得る。図２は、２つの伝送機の例示的実施形態を視覚的に図示するが、３つ以上の伝送機を含むことが望ましくあり得る。加えて、または代替として、システムは、同じ増幅器システムによって駆動される２つ以上の伝送機アンテナを含むことができる。

図３は、複数の受信機アンテナを伴う無線充電車両座席システム３００の代表的例証である。複数の受信機アンテナ３３０Ａ、３３０Ｂ、および３３０Ｃは、無線充電システム３００が、座席において種々の位置または向きにあるセンサおよびファン等の複数の電子システムを充電することを可能にし得る。これは、車両座席において電子機器のタイプが変動し得るので、コストおよび実装観点からも有益であり得る。さらに、伝送機と受信機との間の結合を改良するために、伝送機から種々の距離に複数の受信機アンテナを含むことが望ましくあり得る。

いくつかの実施形態では、車両の床板における複数の伝送機アンテナ（例えば、図２における伝送アンテナ２２０Ａおよび２２０Ｂ）は、車両座席において複数の受信機アンテナ（例えば、図３における受信アンテナ３３０Ａ、３３０Ｂ、および３３０Ｃ）と組み合わせられることができる。

図４は、車両座席における電子機器ではなく、乗車者デバイスを充電するための無線充電車両座席システム４００の代表的例証である。例えば、充電無線電子デバイスは、車両座席とつながれていない（例えば、座席の正面、上、または背後に位置する乗車者によって保持される）。一実施形態では、無線充電車システム４００は、２つの伝送機アンテナを含む：座席の真下、または車両座席１１０の底部座席クッションにおける伝送機アンテナ（Ｔｘ１）４２０、車両座席１１０の後部（例えば、車両座席の背面支持部分の背後または内側）における伝送機アンテナ（Ｔｘ２）４４０。
車両座席１１０上に互いにほぼ直交して埋め込まれたこれらの２つのアンテナを有することによって、受信機デバイス４３０は、３次元を上回る自由度を達成することができる。本実施形態では、座席の背後または真下の射出成形のプラスチックではなく、座席の金属フレーム（例えば、鉄骨フレーム）の正面に伝送機アンテナ（Ｔｘ１ ４２０およびＴｘ２ ４４０）を設置することが有益であり得る。これは、座席の金属フレームが、磁束が乗車者デバイスに浸透することを遮断しないからである。さらに、車両座席における金属フレームおよび他の部分による妨害を回避するために、アンテナの固有の品質を改良するために、または受信機デバイスに浸透する束の量を増加させるために、アンテナは、直接、座席クッションの中に埋め込まれることができる。図４に図示される無線充電車両座席システムは、単一伝送機システムまたは複数の伝送機システムであることができる。すなわち、図４のシステムは、Ｔｘ１のみ、Ｔｘ２のみ、または伝送機Ｔｘ１とＴｘ２との両方を含むことができる。さらに、Ｔｘ１およびＴｘ２は、同じ電力増幅器によって駆動される別個の伝送機アンテナであることができる。

電力増幅器は、直列または並列共振または非共振クラスＤまたはクラスＥ増幅器等の切り替え増幅器であることができる。加えて、電力増幅器は、シングルエンドまたは差動であり得、絶縁切り替え増幅器トポロジを備え得る。並列調整電力増幅器では、負荷ネットワークと整合ネットワークとは、伝送機アンテナが共振コンデンサに直列ではなく並列であるように、調整され、増幅器の負荷ネットワークも、同じ共振周波数において調整される。すなわち、電力増幅器ネットワーク全体が、非共振負荷ネットワークを使用するのではなく、共振して完全に動作する。このように、伝送機を横断する電圧は、最大化され、高調波が、低減させられる。電圧を最大化することによって、特に、伝送機および受信機が物理的に遠く離れているとき等の疎結合共振誘導システムにおいて、伝送機アンテナを通して流れるより高い振動電流、または受信機と結合されるべきより強い磁場が存在する。
いくつかの実施形態では、変換器も、伝送機アンテナを横断して発振電圧をさらに増加させ、それによって、磁束鎖交および伝送機と受信機との間の電力送達をさらに改良するように、含まれることができる。加えて、並列共振電力増幅器は、受信機の移動または位置の変化、および周囲環境からの容量または誘導反射からより良好に保護される（それらは、電力増幅器の効率におけるかなりの変化を生じさせ得る）。

無線充電車両座席システム４００は、車両座席１１０の背後に位置する受信機デバイスを充電することもできる。これは、受信機が位置する可能性が高いモバイルデバイスの後部と伝送機からの束の方向がより整列させられているので、特に、Ｔｘ２ ４４０に関して重要であり、モバイルデバイス充電（例えば、携帯電話を充電する）のためのシステムにおいて、Ｔｘ２のより適用可能な使用事例であり得る。システム４００におけるＲｘの現在の位置において、モバイルデバイスの正面は、角度付けられ、可能性として、Ｔｘ２と平行である。これは、乗車者が自動車の座席または車両座席に座っている間にモバイルデバイスを使用している場合、可能性が高い。したがって、Ｒｘアンテナは、典型的電子デバイスにおいてモバイルデバイスの背後にある可能性が高く、それは、車両座席の正面ではなく車両座席の背後における受信機に関して、Ｔｘ２アンテナがより良好に位置しているようにする。したがって、Ｔｘ１およびＴｘ２は、車両座席の正面および後部の両方の乗車者デバイスを充電する目的のために、潜在的に実装されることができる。

伝送機アンテナおよび受信機アンテナの両方は、平面アンテナ、車両座席部分または床板上に直接形成される電着されたアンテナ、または３次元アンテナであることができる。例えば、３次元アンテナが、受信機アンテナと伝送機アンテナとの間の疎結合により、システム４００の伝送機および／または受信機アンテナに特に好適であり得る。さらに、伝送機と車両の伝導性表面との間のフェライトシート等の高透磁性材料（例えば、車両座席内の金属）を含むことも、望ましくあり得る。これは、システムにおける伝送機アンテナの性能をさらに改良し得る。

図５は、車両電子機器および乗車者デバイスを充電するための無線充電車両座席システム５００の代表的例証である。無線充電車両座席システム５００では、車両内の床板における伝送機（Ｔｘ１）１２０は、車両座席１１０における受信機１３０によって捕捉される安全磁場を放出する。この受信機（Ｒｘ）１３０は、センサ、ファン、アクチュエータ等の種々の車両座席電子システムに電力を提供するためのＡＣ／ＤＣコンバータを含み得るか、または、車両座席電子機器、および／または伝送機Ｔｘ２およびＴｘ３のピーク電流要件のためのバッファとしてのバッテリを含み得る。

無線充電車両座席システム５００は、車両座席１１０における乗車者のために乗車者電子デバイスを充電するために（例えば、電子デバイスＲＸ３ ５５０を充電するために）、車両座席クッション内に伝送機（Ｔｘ３）５４０を含む。車両座席システム５００は、車両座席１１０の背後に座っている乗車者の電子デバイスを充電する（例えば、乗車者が、例えば、ＮｅｔｆｌｉｘまたはＹｏｕＴｕｂｅ（登録商標）でオンライン映画を観るために、それらを使用しながら、そのモバイルデバイスを充電する）ために、車両座席１１０の後部に埋め込まれた伝送機（Ｔｘ２）４４０を含む。伝送機（Ｔｘ３）５４０および（Ｔｘ２）４４０は、受信機（Ｒｘ）１３０によって、または受信機Ｒｘ１３０が電気的に接続された再充電可能バッテリバッファによって、給電されることができる。

図５に図示される代表的実施形態では、伝送機（Ｔｘ２）４４０および（Ｔｘ３）５４０は、受信機（Ｒｘ２）５３０または受信機（Ｒｘ３）５５０が捕捉し得る安全磁場を発生させるアンテナおよび増幅器を含む。受信機（Ｒｘ２）５３０および（Ｒｘ３）５５０は、例えば、スマートフォンまたはタブレット受信機であることができる。いくつかの実施形態では、座席１１０の底部座席クッションは、受信機と伝送機アンテナとの両方、または乗車者デバイスを充電するための伝送機と受信機との両方（例えば、乗車者デバイス受信機（Ｒｘ３）５５０）としての機能を果たし得る単一アンテナを含むことができる。

無線充電車両座席システム５００は、複数の受信機アンテナ（例えば、図３における受信アンテナ３３０Ａ、３３０Ｂ、および３３０Ｃ）と、複数の伝送機アンテナ（例えば、図２における伝送アンテナ２２０Ａおよび２２０Ｂ）とを含むことができる。無線充電車両座席システム５００における電力増幅器は、直列または並列共振または非共振クラスＤまたはクラスＥ増幅器等の切り替え増幅器であることができる。電力増幅器は、シングルエンドまたは差動でもあり得、絶縁切り替え増幅器トポロジに基づき得る。

図６は、無線充電車両座席システム６００（例えば、図１の車両座席システム）の代表的ブロック図である。システム６００は、ＤＣ供給源６１０（例えば、車両電源）、電力増幅器６２０、無線周波数（ＲＦ）フィルタ６３０、伝送共振コンデンサ６４０、伝送アンテナ６４２、受信アンテナ６４４、受信機共振コンデンサ６４６、交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバータ６５０（例えば、整流回路）、調整器６７０、および充電されるバッテリまたは電子システム６８０を含む無線充電車両座席システムの簡略化された表現である。伝送共振コンデンサ６４０と受信機共振コンデンサ６４６とは、伝送機アンテナ６４２および受信機アンテナ６４４を共振で（それぞれ）実質的に励起するために必要な整合ネットワークである。調整器６７０は、定出力電圧を維持するように構成されている。定出力電圧は、例えば、車両座席電子機器に給電するために、またはバッテリ（例えば、車両座席電子機器によって使用されるバッテリ）を充電するために、使用される。いくつかの実施形態では、受信機チェーン６０７は、電子デバイス（例えば、電話等のモバイル電子デバイス）に埋め込まれているか、または、別個の無線充電受信機付属品（例えば、電話ケースにおける無線充電装置）である。

いくつかの実施形態では、伝送機チェーン６０５、受信機チェーン６０７、または両方は、動作および熱安定性を提供するために、絶縁された構成要素を含み得る。例えば、増幅器ＰＣＢ（増幅器６２０を含む）、フィルタＰＣＢ（フィルタ６３０を含む）、および共振コンデンサＰＣＢ（共振コンデンサ６４０を含む）等の伝送機チェーン６０５の構成要素と、アンテナとは、（例えば、米国特許出願第６２／９８５，６９２号で説明される、絶縁切り替え増幅器実施形態において説明されるように、少なくとも１０ｍｍだけ）互いから物理的に絶縁されることができる。

いくつかの実施形態では、増幅器６２０は、シングルエンドまたは差動並列共振または非共振クラスＤまたはＥ増幅器を含む切り替え増幅器であることができる。

いくつかの実施形態では、増幅器６２０は、増幅器に戻る反射が増加することまたは減少することを座席の移動が引き起こすので、容量的に調整されることができる。これらの反射は、座席が移動すると、伝送機（例えば、伝送機チェーン６０５によって表される）と受信機（例えば、受信機チェーン６０７によって表される）との間の結合が分離距離および角度位置付けにおける増加または減少とともに変化するので、生じる。例えば、伝送機と受信機との間の分離距離または向きにおける変化は、車両座席内で座席位置および角度／リクライニングアクチュエータを使用することによって、生じ得る。これらの反射は、標的または最適性能点をシフトさせ、より多くの熱応力を増幅器の切り替え構成要素上に作成し得、例えば、反射が、クラスＥおよびクラスＤ増幅器等のゼロ電圧切り替え（ＺＶＳ）増幅器トポロジにおける電流および電圧波形においてより大きな重複を生じさせる。いくつかの実施形態では、増幅器６２０は、図７に関連して説明されるフィードバックシステムを使用して、容量的に調整されることができる。

図７は、無線充電車両座席システム（例えば、図１における無線充電車両座席システム１００）のための伝送機７００の代表的ブロック図である。フィードバックシステム７３０が、無線充電伝送機に結合されることができ、フィードバックシステム７３０において、検出器回路７３２（例えば、ピーク検出器回路および分圧器）が、電力増幅器７２０において、内部信号を監視し（例えば、電力増幅器における切り替えトランジスタのドレイン電圧を測定する）、監視された信号（例えば、電圧または電流）をコントローラ７３４（例えば、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）または他の制御ユニット）に提供する。コントローラ７３４は、監視された信号に応答して、電力増幅器７２０の１つ以上の特性を調節するように構成されている。例えば、コントローラ７３４は、監視された信号への変化をもたらす車両座席の移動または傾斜に応答して、電力増幅器を容量的に調節することができる。

例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ７３４は、電力増幅器７２０において、切り替えトランジスタのピーク電圧またはドレイン／ソース電圧比率に基づいて、電力増幅器７２０における分路コンデンサを調節する（例えば、１つ以上の分路コンデンサの総静電容量値を増加または減少させる）ようにプログラムされる（例えば、無線充電伝送機の動作前に事前にプログラムされる）。すなわち、クラスＤまたはクラスＥ、差動またはシングルエンド直列共振または並列共振増幅器等の切り替え電力増幅器に関して、コントローラ７３４は、主要な切り替えトランジスタのソースノードとドレインノードとの間で結合される分路コンデンサの値を調節することができる。コントローラ７３４は、分路コンデンサを作り上げる直列または並列コンデンサを有効または無効にするために、電気的、機械的、または電気機械的切り替えを有効または無効にする（例えば、オンまたはオフにする）ことによって、分路コンデンサの値を調節することができる。

いくつかの実施形態では、検出器回路７３２は、ピーク検出器回路と、分圧器とを含むことができる。ピーク検出器回路は、切り替えトランジスタのドレイン電圧に結合される電流制限抵抗器であり、ダイオードおよび並列コンデンサと直列に結合されることができる。ピーク検出器回路の出力は、インピーダンスバッファとしての機能を果たす分圧器、バイパスコンデンサ、および演算増幅器（オペアンプ）を通して、コントローラ７３４に電気的に結合されることができる。検出器回路７３２によって監視される信号が閾値を上回る場合（例えば、測定された電圧が事前に決定／事前にプログラムされた電圧レベルよりもより高い場合）、コントローラ７３４は、（例えば、コンデンサアレイに結合されるスイッチを有効にすることによって）より多くのコンデンサが分路コンデンサ値を増加させることを有効にすることができる。逆に言えば、検出器回路７３２によって監視される信号が、閾値を下回る場合（例えば、測定された電圧が、事前に決定／事前にプログラムされた電圧レベルよりもより低い場合）、コントローラ７３４は、コンデンサを除去することによって（例えば、コンデンサアレイのスイッチを無効にすることによって）、分路コンデンサ値を減少させることができる。差動電力増幅器に関して、２つのピーク検出器回路は、電力増幅器回路において、両方の切り替えトランジスタのドレイン電圧を測定するために使用されることができる。図１－５に関連して説明される無線充電車両座席システムのいずれかは、図６および７に関連して上記で説明されるように、容量的に調整され得ることを理解されたい。図７において説明されるフィードバックシステムは、より一般的に、反射への潜在的変化を動的に調節することが重要である切り替え増幅器用途に関して使用されることができる。

図８Ａは、車両座席８２０の底部に搭載される、伝送機アンテナ８１０および受信機アンテナ８３０を示す無線充電車両座席システム（例えば、図１における無線充電車両座席システム１００）の代表的例証である。図８Ａは、伝送機アンテナ８１０（例えば、車両座席の下の車両の床上）および車両座席の内側または下の受信機アンテナ８３０の例示的設置を描写し、受信機アンテナ８３０は、伝送機アンテナと完全または部分的に重複するように位置付けられている。

いくつかの実施形態では、伝送機アンテナ８１０は、図８Ａに図示されるように、湾曲されること、撓まされること、または曲げられることができる。伝送機アンテナの湾曲は、図８Ａに示される湾曲を伴わない伝送機アンテナと比較してさらに遠いオフセット距離における受信機アンテナ８３０上に電磁誘導を増加させることができる。増加させられた電磁誘導は、例えば、車両座席の中または下の受信機アンテナが、伝送機アンテナ８１０と完全に重複しない（例えば、部分的にのみ重複する）場合、望ましい。伝送機アンテナと受信機アンテナとの完全重複を伴わないそのような用途では、車両座席受信機アンテナと伝送機アンテナとが重複しない、または部分的にのみ重複するエリアまたは領域において、より多くの電力を受信させることが望ましい。いくつかの実施形態では、伝送機アンテナ８１０は、約２０度（例えば、１０度以上の湾曲度）撓まされ得る。すなわち、伝送アンテナ８１０における区分Ａ８１２と、区分Ｃ８１６とは、同じレベルにあり、区分Ｂ８１４は、ＡＣによって定義された弧の端部に対する中心角度が、垂直方向（すなわち、受信機アンテナ８３０に向かった方向）に約１０度以上であるように、区分ＡおよびＣの上方に上昇させられる。伝送機アンテナの湾曲における撓みまたは曲がりは、（曲がりまたは撓みを伴わないアンテナ実施形態に対して）さらに遠い距離において束分布を改良することを目標として、３次元アンテナまたは平面アンテナ（例えば、電着されたアンテナ）に適用されることができる。

いくつかの実施形態では、フェライトシート等の高透磁性材料が、伝送機アンテナ８１０または受信機アンテナ８３０と車両または車両座席８２０内の導電構造（例えば、金属）との間に挿入されることができる。これは、特に、車両の金属フレームにより、伝送機アンテナ８１０のために有益であり得る。例えば、アフターマーケット用途では、伝送機アンテナ８１０は、車両の金属フレームの真上である床板カーペットの上方のプラスチックエンクロージャ内に搭載されることができる。その結果、フェライトシート等の高透磁性材料の層が伝送アンテナエンクロージャとカーペットとの間に設置される場合、有用であり得る。伝送機アンテナ８１０がアフターマーケット付属品として利用可能であるのではなく、車両の中に統合される他の実施形態でも、伝送機アンテナと、すぐ近くの車両の金属機械的部分との間に高透磁性材料の層を有することが、有用であり得る。高透磁性材料は、車両座席環境におけるアンテナの固有の品質をより良好に改良し、増幅器構成要素への熱応力を低減させることができる。

いくつかの実施形態では、受信機アンテナ８３０は、あるオフセット距離において受信した電力を改良できるある角度で、車両座席８２０の底部に搭載され得る（すなわち、角度搭載が、水平搭載と比較して、さらに遠い側方距離においてより高い電力を提供し得る）。搭載角度は、例えば、車両床と車両座席の底部との間の物理的隙間の量に基づいて（または伝送機アンテナ８１０と受信機アンテナ８３０との間で利用可能な重複度に基づいて）、特定の用途のために調整されることができる。いくつかの実施形態では、受信機アンテナ８３０は、０～１８０度の角度で、車両座席８２０の底部に搭載されることができる。参照することによって全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願第１５／７５９，４７３号（公開第ＵＳ２０１８／０２６２０５０号）は、本明細書に説明される自動車用充電システムにおける、伝送機および受信機アンテナのために使用され得るコイル構成のいくつかの例を説明する。

図８Ｂは、開示される設計技法と一致して構築されるプロトタイプの写真である。（充電システムの一部ではない）パッドの下の設置に起因して、コイルの撓み成形された本質は、近端（参照番号８１４の下方）および正反対の端部の両方において、この図においてより顕著である。描写されるように、伝送機アンテナは、２つの正反対の点において底面に接触し得る一方、最大点が正反対であり、底面と同じ平面上にある（例えば、図８Ｂにおいてパッドに接触する）場所から９０度離れるように、上向きに湾曲され得る。

いくつかの実施形態によって好ましくは実装される、解決策の一覧が、以下の付記を使用して説明され得る。

付記１．車両の車両座席のための無線充電システムであって、無線充電システムは、車両の電源に結合された第１の伝送機であって、第１の伝送機は、１つ以上の伝送機アンテナに結合された増幅器を備えている、第１の伝送機と、車両の車両座席に埋め込まれた第１の受信機であって、第１の受信機は、第１の伝送機から無線で電力を受信するために、１つ以上の伝送機アンテナに無線で結合された１つ以上の受信機アンテナを備えている、第１の受信機と、１つ以上の受信機アンテナに結合された整流回路であって、整流回路は、直流に交流を変換するように構成されている、整流回路と、整流回路に結合された調整回路であって、調整回路は、定出力電圧を発生させるように構成されている、調整回路とを備えている、無線充電システム。

付記２．１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つまたは１つ以上の受信機アンテナのうちの少なくとも１つは、平面アンテナ、電着されたアンテナ、または３次元アンテナを備えている、付記１に記載の無線充電システム。

付記３．電着されたアンテナは、車両の中に埋め込まれた床板または車両部分上に直接堆積させられた中断または無線周波数不連続性を伴わない連続した導体を備えている、付記２に記載の無線充電システム。

付記４．３次元アンテナは、中断または無線周波数不連続性を伴わない連続した導体を備えている表面螺旋コイルを備え、導体は、無線充電システムの動作周波数において近接効果を減少させるために、かつ動作周波数において表面螺旋コイルの高固有品質係数（Ｑ）を維持するために、ある角度で誘電材料の周囲に巻きつけられている、付記２に記載の無線充電システム。

付記５．調整回路は、車両座席に配置された電子デバイスまたは再充電可能バッテリのうちの少なくとも１つに少なくとも１つの調整された出力を提供するように構成されている、付記１に記載の無線充電システム。

付記６．１つ以上の追加の受信機をさらに備え、第１の受信機および１つ以上の追加の受信機は、車両座席に埋め込まれた１つ以上の電子デバイスに電力を提供するように構成されている、付記１に記載の無線充電システム。

付記７．第１の伝送機は、車両の床板の上方に配置されている、付記１に記載の無線充電システム。

付記８．１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つの湾曲度は、少なくとも１０度である、付記１に記載の無線充電システム。

付記９．１つ以上の受信機アンテナのうちの少なくとも１つの受信機アンテナは、０度～１８０度の角度で車両座席の下に配置されている、付記１に記載の無線充電システム。

付記１０．第１の伝送機または第１の受信機のうちの少なくとも１つは、車両の伝導性表面と第１の伝送機または第１の受信機との間に配置されたフェライトシートを備えている、付記１に記載の無線充電システム。

付記１１．増幅器は、クラスＤ増幅器またはクラスＥ増幅器のうちの少なくとも１つを備えている、付記１に記載の無線充電システム。

付記１２．第１の伝送機は、増幅器印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、増幅器は、増幅器ＰＣＢ内に含まれる、増幅器印刷回路基板と、フィルタＰＣＢ内に含まれた１つ以上のフィルタであって、フィルタＰＣＢは、増幅器ＰＣＢから物理的に分離されている、１つ以上のフィルタと、共振コンデンサＰＣＢ内に含まれた１つ以上の共振コンデンサであって、共振コンデンサＰＣＢは、フィルタＰＣＢおよび増幅器ＰＣＢから物理的に分離されている、１つ以上の共振コンデンサとを備えている、付記１に記載の無線充電システム。

付記１３．

車両座席の背面支持部分内に配置され、車両座席の背後に位置付けられた１つ以上の乗車者デバイスに電力を無線で転送するように構成された第２の伝送機をさらに備え、第２の伝送機は、第１の受信機によって給電される、付記１に記載の無線充電システム。

付記１４．車両内で１つ以上の電子デバイスを無線で充電するための（例えば、図９においてにおいて描写されるような）方法であって、方法は、電源から直流（ＤＣ）信号を受信する（９０２）ことと、切り替え電力増幅器によって、増幅された交流（ＡＣ）信号を発生させるために、受信したＤＣ信号を増幅する（９０４）ことと、検出器回路によって、電力増幅器内の内部信号を監視する（９０６）ことと、コントローラによって、監視された信号に応答して電力増幅器の１つ以上の特性を調節する（９０８）ことと、１つ以上の伝送機アンテナによって、増幅されたＡＣ信号を伝送する（９１０）こととを含む、方法。

付記１５．電力増幅器内の内部信号を監視することは、電力増幅器における切り替えトランジスタのドレイン電圧を測定することを含む、付記１４に記載の方法。

付記１６．監視された信号に応答して電力増幅器の１つ以上の特性を調節することは、コントローラにおいて事前にプログラムされた閾値レベルを上回る、または下回る検出器回路によって監視される内部信号に応答して、電力増幅器における切り替えトランジスタのソースノードとドレインノードとの間で結合された１つ以上の分路コンデンサの値を増加または減少させることを含む、付記１４に記載の方法。

付記１７．監視された信号に応答して電力増幅器の１つ以上の特性を調節することは、検出器回路によって監視される電圧がコントローラにおいて事前にプログラムされた電圧レベルを上回ることに応答して、電力増幅器の切り替えトランジスタのソースノードとドレインノードとの間で結合された分路コンデンサの値を増加させるために、コンデンサアレイに結合される１つ以上のスイッチを有効にすることを含む、付記１４に記載の方法。

付記１８．切り替え電力増幅器は、差動増幅器を備え、検出器回路は、第１および第２のピーク検出器回路を備え、第１のピーク検出器回路は、電力増幅器の第１の切り替えトランジスタの第１のソースノードと第１のドレインノードとの間の電圧を測定するように構成され、第２のピーク検出器回路は、電力増幅器の第２の切り替えトランジスタの第２のソースノードと第２のドレインノードとの間の電圧を測定するように構成されている、付記１４に記載の方法。

付記１９．車両の車両座席のための無線充電システムであって、車両の電源に結合された伝送機を備え、伝送機は、１つ以上の伝送機アンテナに結合された増幅器を備え、伝送機は、１つ以上の電子デバイスを無線で充電するように構成されている、無線充電システム。

付記２０．伝送機は、車両座席クッションの中に埋め込まれている、付記１９に記載の無線充電システム。

付記２１．伝送機は、車両座席の底部上に配置されている、付記１９に記載の無線充電システム。

付記２２．１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つは、平面アンテナ、電着されたアンテナ、または３次元アンテナを備えている、付記１９に記載の無線充電システム。

付記２３．

車両座席の背面支持部分内に配置され、１つ以上の電子デバイスに電力を無線で転送するように構成された第２の伝送機をさらに備えている、付記１９に記載の無線充電システム。

付記２４．１つ以上の電子デバイスは、車両座席とつながれていない無線デバイスを備えている、付記２３に記載の無線充電システム。
（備考）

図および上記の記述は、本発明が実装され得る好適な環境の簡単な一般的記述を提供する。本発明の例の上記の詳細な記述は、包括的であるようにも、本発明を上記に開示される精密な形態に限定するようにも意図されない。本発明に関する具体的例が、例証目的のために上で説明されるが、種々の均等修正が、関連技術における当業者が認識するであろうように、本発明の範囲内で可能である。例えば、プロセスまたはブロックが、所与の順序において表されるが、代替実装が、ステップ／ブロックを有するルーチンを実施すること、または異なる順序においてブロックを有するシステムを採用することができ、いくつかのプロセスまたはブロックは、代替または副次的組み合わせを提供するように、削除されること、移動させられること、追加されること、さらに分割されること、組み合わせられること、または修正されることができる。これらのプロセスまたはブロックの各々は、種々の異なる方法において実装されることができる。プロセスまたはブロックが、随時、連続して実施されるものとして示されるが、これらのプロセスまたはブロックは、代わりに、並行して実施または実装されることも、異なる時間に実施されることもできる。さらに、本明細書に言及される任意の具体的数は、単に例である。代替実装は、異なる値または範囲を採用することができる。

これらおよび他の変更が、上記の詳細な記述に照らして、本発明に成され得る。上記の記述は、発明のある例を説明し、熟慮される最良態様を説明するが、どんなに詳細に上記がテキスト内に現れようとも、本発明は、多くの方法で実践されることができる。システムの詳細が、その具体的実装で著しく変動し得る一方、依然として、本明細書に開示される発明によって包含されている。上記に述べられたように、本発明のある特徴または側面を説明するときに使用される専門用語は、専門用語が、それと専門用語が関連付けられる本発明の任意の具体的特性、特徴、または側面に制限されるように、本明細書に再定義されることを含意するように捉えられるべきではない。一般に、以下の請求項で使用される用語は、上記の詳細な説明の節がそのような用語を明示的に定義しない限り、本発明を本明細書において開示される具体的例に限定するものと解釈されるべきではない。故に、本発明の実際の範囲は、開示される例のみだけでなく、請求項下で本発明を実践または実装する全ての均等方法も包含する。

Claims (24)

1. 車両の車両座席のための無線充電システムであって、前記無線充電システムは、
   車両の電源に結合された第１の伝送機であって、前記第１の伝送機は、１つ以上の伝送機アンテナに結合された増幅器を備えている、第１の伝送機と、
   車両の車両座席に埋め込まれた第１の受信機であって、前記第１の受信機は、前記第１の伝送機から無線で電力を受信するために、前記１つ以上の伝送機アンテナに無線で結合された１つ以上の受信機アンテナを備えている、第１の受信機と、
   前記１つ以上の受信機アンテナに結合された整流回路であって、前記整流回路は、交流を直流に変換するように構成されている、整流回路と、
   前記整流回路に結合された調整回路であって、前記調整回路は、定出力電圧を発生させるように構成されている、調整回路と
   を備えている、無線充電システム。
2. 前記１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つ、または前記１つ以上の受信機アンテナのうちの少なくとも１つは、平面アンテナ、電着されたアンテナ、または３次元アンテナを備えている、請求項１に記載の無線充電システム。
3. 前記電着されたアンテナは、前記車両の中に埋め込まれた床板または車両部分上に直接堆積させられた中断または無線周波数不連続性を伴わない連続した導体を備えている、請求項２に記載の無線充電システム。
4. 前記３次元アンテナは、中断または無線周波数不連続を伴わない連続した導体を備えている表面螺旋コイルを備え、前記導体は、前記無線充電システムの動作周波数において近接効果を減少させるために、かつ前記動作周波数において表面螺旋コイルの高固有品質係数（Ｑ）を維持するために、ある角度で誘電材料の周囲に巻きつけられている、請求項２に記載の無線充電システム。
5. 前記調整回路は、車両座席に配置された電子デバイスまたは再充電可能バッテリのうちの少なくとも１つに少なくとも１つの調整された出力を提供するように構成されている、請求項１に記載の無線充電システム。
6. １つ以上の追加の受信機をさらに備え、前記第１の受信機および前記１つ以上の追加の受信機は、前記車両座席に埋め込まれた１つ以上の電子デバイスに電力を提供するように構成されている、請求項１に記載の無線充電システム。
7. 前記第１の伝送機は、車両の床板の上方に配置されている、請求項１に記載の無線充電システム。
8. 前記１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つの湾曲度は、少なくとも１０度である、請求項１に記載の無線充電システム。
9. 前記１つ以上の受信機アンテナのうちの少なくとも１つの受信機アンテナは、０度～１８０度の角度で車両座席の下に配置されている、請求項１に記載の無線充電システム。
10. 前記第１の伝送機または前記第１の受信機のうちの少なくとも１つは、前記車両の伝導性表面と前記第１の伝送機または前記第１の受信機との間に配置されたフェライトシートを備えている、請求項１に記載の無線充電システム。
11. 前記増幅器は、クラスＤ増幅器またはクラスＥ増幅器のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載の無線充電システム。
12. 前記第１の伝送機は、
    増幅器印刷回路基板（ＰＣＢ）であって、前記増幅器は、前記増幅器ＰＣＢ内に含まれる、増幅器印刷回路基板と、
    フィルタＰＣＢ内に含まれた１つ以上のフィルタであって、前記フィルタＰＣＢは、前記増幅器ＰＣＢから物理的に分離されている、フィルタＰＣＢ内に含まれた１つ以上のフィルタと、
    共振コンデンサＰＣＢ内に含まれた１つ以上の共振コンデンサであって、前記共振コンデンサＰＣＢは、前記フィルタＰＣＢおよび前記増幅器ＰＣＢから物理的に分離されている、共振コンデンサＰＣＢ内に含まれた１つ以上の共振コンデンサと
    を備えている、請求項１に記載の無線充電システム。
13. 前記車両座席の背面支持部分内に配置された第２の伝送機をさらに備え、前記第２の伝送機は、前記車両座席の背後に位置付けられた１つ以上の乗車者デバイスに電力を無線で転送するように構成され、前記第２の伝送機は、前記第１の受信機によって給電される、請求項１に記載の無線充電システム。
14. 車両内で１つ以上の電子デバイスを無線で充電する方法であって、前記方法は、
    電源から直流（ＤＣ）信号を受信することと、
    切り替え電力増幅器によって、増幅された交流（ＡＣ）信号を発生させるために、前記受信したＤＣ信号を増幅することと、
    検出器回路によって、前記電力増幅器内の内部信号を監視することと、
    コントローラによって、前記監視された信号に応答して前記電力増幅器の１つ以上の特性を調節することと、
    １つ以上の伝送機アンテナによって、前記増幅されたＡＣ信号を伝送することと
    を含む、方法。
15. 前記電力増幅器内の内部信号を監視することは、前記電力増幅器における切り替えトランジスタのドレイン電圧を測定することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記監視された信号に応答して前記電力増幅器の１つ以上の特性を調節することは、前記コントローラにおいて事前にプログラムされた閾値レベルを上回る、または下回る前記検出器回路によって監視された前記内部信号に応答して、前記電力増幅器における切り替えトランジスタのソースノードとドレインノードとの間で結合された１つ以上の分路コンデンサの値を増加させることまたは減少させることを含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記監視された信号に応答して前記電力増幅器の１つ以上の特性を調節することは、前記検出器回路によって監視された電圧が、前記コントローラにおいて事前にプログラムされた電圧レベルを上回ることに応答して、前記電力増幅器の切り替えトランジスタのソースノードとドレインノードとの間で結合された分路コンデンサの値を増加させるために、コンデンサアレイに結合される１つ以上のスイッチを有効にすることを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記切り替え電力増幅器は、差動増幅器を備え、前記検出器回路は、第１および第２のピーク検出器回路を備え、前記第１のピーク検出器回路は、前記電力増幅器の第１の切り替えトランジスタの第１のソースノードと第１のドレインノードとの間の電圧を測定するように構成され、前記第２のピーク検出器回路は、前記電力増幅器の第２の切り替えトランジスタの第２のソースノードと第２のドレインノードとの間の電圧を測定するように構成されている、請求項１４に記載の方法。
19. 車両の車両座席のための無線充電システムであって、
    前記無線充電システムは、車両の電源に結合された伝送機を備え、
    前記伝送機は、１つ以上の伝送機アンテナに結合された増幅器を備え、
    前記伝送機は、１つ以上の電子デバイスを無線で充電するように構成されている、
    無線充電システム。
20. 前記伝送機は、車両座席クッションの中に埋め込まれている、請求項１９に記載の無線充電システム。
21. 前記伝送機は、車両座席の底部上に配置されている、請求項１９に記載の無線充電システム。
22. 前記１つ以上の伝送機アンテナのうちの少なくとも１つは、平面アンテナ、電着されたアンテナ、または３次元アンテナを備えている、請求項１９に記載の無線充電システム。
23. 前記車両座席の背面支持部分内に配置された第２の伝送機をさらに備え、前記第２の伝送機は、１つ以上の電子デバイスに電力を無線で転送するように構成されている、請求項１９に記載の無線充電システム。
24. 前記１つ以上の電子デバイスは、前記車両座席とつながれていない無線デバイスを備えている、請求項２３に記載の無線充電システム。

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