JP5752056B2 - 充電可能デバイスのためのワイヤレス電力伝達 - Google Patents

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Description

米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、
その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年4月1日に出願された「GENERAL WIRELESS CHARGING CONFIGURATIONS」と題する米国仮特許出願第61/165,876号と、
その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年3月8日に出願された「WIRELESS CHARGING」と題する米国仮特許出願第61/158,396号と、
その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、2009年4月3日に出願された「COMBINING WIRELESS CHARGING CAPABILITY AND THE ABILITY TO RECEIVE A WIRELESS CHARGE IN A SINGLE PORTABLE COMPUTING DEVICE」と題する米国仮特許出願第61/166,685号と
の米国特許法第119条(e)項に基づく優先権を主張する。
本発明は、一般にワイヤレス充電に関し、より詳細には、双方向充電と、ポータブル充電デバイスと、電子デバイスのうちの少なくとも1つを充電しながら電子デバイス間でデータを伝送することとに関するものである。
一般に、各バッテリー電源式デバイスは、それ自体の充電器と、通常はAC電源コンセントである、電源とを必要とする。これは、多くのデバイスが充電を必要とするとき、収拾がつかなくなる。
送信機と充電すべきデバイスとの間で無線電力伝送を使用する手法が開発されている。これらは概して2つのカテゴリーに入る。1つは、送信アンテナと充電すべきデバイス上の受信アンテナとの間の平面波放射(遠距離場放射とも呼ばれる)の結合に基づくものであり、デバイスは、バッテリーを充電するために放射電力を収集し、それを整流する。アンテナは、一般に、結合効率を改善するために共振長のものである。この手法には、電力結合がアンテナ間の距離とともに急速に低下するという欠点がある。したがって、妥当な距離(たとえば、>1〜2m)にわたる充電が困難になる。さらに、システムは平面波を放射するので、フィルタ処理によって適切に制御されない場合、偶発的な放射が他のシステムを妨害することがある。
他の手法は、たとえば、「充電」マットまたは表面中に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべきホストデバイス中に埋め込まれた受信アンテナ+整流回路との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が極めて近接している(たとえば、数mm)必要があるという欠点がある。この手法は、同じエリア中の複数のデバイスを同時に充電する機能を有するが、このエリアは一般に小さく、したがって、ユーザがデバイスを特定のエリアに配置しなければならない。
米国特許出願第12/552,110号明細書
デバイス間で情報を交換しながらデバイスをワイヤレス充電する必要がある。また、電力を受信および送信するように構成されたポータブルデバイス、ならびにデバイス間でのワイヤレス電力の双方向伝送が必要である。
ワイヤレス電力伝達システムの簡略ブロック図である。 ワイヤレス電力伝達システムの簡略図である。 本発明の例示的な実施形態において使用するためのループアンテナの概略図である。 本発明の例示的な一実施形態による、充電デバイスと複数のワイヤレス充電可能デバイスとを含む充電システムを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力を受信および送信するように構成された複数の電子デバイスを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、電子デバイスに結合されたアンテナを有する電子デバイスを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、電子デバイスに結合された送信アンテナと受信アンテナとを有する電子デバイスを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力を受信および送信するように構成された電子デバイスの動作状態を示す状態機械図を示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、充電器と、充電器に結合された少なくとも1つのポータブル充電パッドとを有する充電システムを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態によるポータブル充電パッドを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による方法を示すフローチャートである。 本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力を送信するように構成されたサーフェスコンピューティングデバイスを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力を送信するように構成された別のサーフェスコンピューティングデバイスを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による、サーフェスコンピューティングデバイスとコンピュータとを含むシステムを示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による別の方法を示すフローチャートである。
「例示的」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用する。本明細書で「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。
添付の図面とともに以下に示す発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであり、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すものではない。この説明全体にわたって使用する「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈すべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で具体的な詳細を含む。本発明の例示的な実施形態はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書で提示する例示的な実施形態の新規性を不明瞭にしないように、よく知られている構造およびデバイスをブロック図の形態で示す。
「ワイヤレス電力」という単語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連する任意の形態のエネルギー、または場合によっては物理電磁導体を使用せずに送信機から受信機に送信される任意の形態のエネルギーを意味するために使用する。
図1に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス送信または充電システム100を示す。エネルギー伝達を行うための放射界106を発生させるために入力電力102が送信機104に供給される。受信機108は、放射界106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)が蓄積または消費するための出力電力110を発生する。送信機104と受信機108の両方は距離112だけ分離されている。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係に従って構成され、受信機108の実質的に無変調の共振周波数と送信機104の共振周波数とが実質的に同じである場合、送信機104と受信機108との間の伝送損失は、受信機108が放射界106の「近距離場」に位置するときに最小になる。
送信機104は、エネルギー送信のための手段を与えるための送信アンテナ114をさらに含み、受信機108は、エネルギー受信のための手段を与えるための受信アンテナ118をさらに含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、それに関連する適用例およびデバイスに従ってサイズ決定される。上述のように、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場におけるエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって効率的なエネルギー伝達が行われる。近距離場にある場合、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に結合モードが展開され得る。この近距離結合が行われ得るアンテナ114および118の周りのエリアは、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
図2に、ワイヤレス電力伝達システムの簡略図を示す。送信機104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、調整信号123に応答して調整され得る所望の周波数で発生するように構成される。発振器信号は、制御信号125に応答する増幅量で電力増幅器124によって増幅され得る。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために含まれ得る。
受信機は、図2に示すバッテリー136を充電するため、または受信機に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するために、整合回路132と、DC電力出力を発生するための整流器およびスイッチング回路とを含み得る。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために含まれ得る。
図3に示すように、例示的な実施形態において使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれることもある「ループ」アンテナ150として構成され得る。ループアンテナは、空芯またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外来物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、空芯ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空芯ループは、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力であり得る送信アンテナ114(図2)の平面内での受信アンテナ118(図2)の配置をより容易に可能にし得る。
上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合されたまたはほぼ整合された共振中に行われる。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合されていないときでも、エネルギーは、より低い効率で伝達され得る。エネルギーの伝達は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近傍に常駐する受信アンテナに結合することによって行われる。
ループまたは磁気アンテナの共振周波数はインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは、一般に、単にループによって生成されるインダクタンスであり、キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数で共振構造を生成するためにループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定的な例として、共振信号156を発生する共振回路を生成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154がアンテナに追加され得る。したがって、直径がより大きいループアンテナでは、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの大きさは減少する。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達エリアは増加する。もちろん、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタが並列に配置され得る。さらに、当業者なら、送信アンテナの場合、共振信号156はループアンテナ150への入力であり得ることを認識されよう。
本発明の例示的な実施形態は、互いの近距離場にある2つのアンテナ間の電力を結合することを含む。上述のように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れて伝搬または放射しないことがある、アンテナの周りのエリアである。それらは、一般に、アンテナの物理体積に近い体積に限定される。本発明の例示的な実施形態では、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場に比較して磁気タイプアンテナの磁気近距離場振幅のほうが大きくなる傾向があるので、単巻きおよび多巻きループアンテナなどの磁気タイプアンテナを送信(Tx)アンテナシステムと受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これによりペア間の結合を潜在的により強くすることができる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せをも企図する。
Txアンテナは、上述した遠距離場および誘導手法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小さいRxアンテナへの良好な結合(たとえば、>-4dB)を達成するのに十分に低い周波数および十分大きいアンテナサイズで動作させられ得る。Txアンテナが正しくサイズ決定された場合、ホストデバイス上のRxアンテナが励振Txループアンテナの結合モード領域(すなわち、近距離場)内に配置されたとき、高い結合レベル(たとえば、-2〜-4dB)を達成することができる。
本発明の例示的な実施形態は、ワイヤレス電力を受信することと送信することとの両方を行うように構成された電子デバイスを含む。したがって、様々な例示的な実施形態は双方向ワイヤレス電力伝送を対象とする。さらに、様々な例示的な実施形態によれば、電子デバイスは、少なくとも1つの他の電子デバイスとデータを交換しながら、同時に、ワイヤレス電力の受信と送信とのうちの少なくとも一方を行うように構成され得る。その上、例示的な実施形態は、電源に結合された基地局充電器を有する充電システムであって、1つまたは複数のポータブル充電パッドを充電するように構成された充電システムを含む。
図4に、充電デバイス402に結合された送信アンテナ404を有する充電デバイス402を含む充電システム400を示す。充電デバイス402は、任意の知られている好適なワイヤレス充電デバイスを含み得る。充電システム400はまた、関連するアンテナ408を有する第1の充電可能デバイス406と、関連するアンテナ412を有する第2の充電可能デバイス410とを含む。第1の充電可能デバイス406および第2の充電可能デバイス410は、それぞれ、任意の知られている好適な充電可能デバイスを含み得る。非限定的な例として、第1の充電可能デバイス406および第2の充電可能デバイス410は、それぞれ、セルラー電話、ポータブルメディアプレーヤ、カメラ、ゲーム機、ナビゲーションデバイス、ヘッドセット(たとえば、Bluetoothヘッドセット)、ツール、玩具、またはそれらの任意の組合せを含み得る。以下でより十分に説明するように、第1の充電可能デバイス406および第2の充電可能デバイス410は、それぞれ、送信アンテナ404からワイヤレス電力を受信し、同時に、少なくとも1つの他の電子デバイスから情報を受信するか、少なくとも1つの他の電子デバイスに情報を送信するか、または両方を行うように構成され得る。
より詳細には、送信アンテナ404は、送信機(たとえば、図2の送信機104)を介して電源から電力を受信し、電力を受信すると、関連する近距離場内で電力をワイヤレス送信し得るように構成され得る。さらに、送信アンテナ404によって送信されたワイヤレス電力は、関連する結合モード領域内のアンテナによって受信され得る。たとえば、送信アンテナ404によって送信された電力は、アンテナ408によって受信され得、第1の充電可能デバイス406内のバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)内に蓄積され得る。より詳細には、送信アンテナ404から送信された電力は、受信アンテナ408と、第1の充電可能デバイス406のバッテリーに結合された、図2の受信機108などの受信機とによって受信され得る。同様に、送信アンテナ404によって送信された電力は、アンテナ412によって受信され得、第2の充電可能デバイス410内のバッテリー(たとえば、図2のバッテリー136)内に蓄積され得る。
送信アンテナ404は、送信アンテナ404の近距離場内で1つまたは複数のアンテナに電力を同時に送信するように構成され得ることに留意されたい。その上、充電システム400は、充電デバイス402に結合された1つの送信アンテナと、充電デバイス402に近接して配置された2つの充電可能デバイスとのみを含むが、本発明の実施形態はそのように限定されない。そうではなく、充電デバイスに結合された任意の数の送信アンテナを有する充電デバイスと、充電デバイスに近接して配置された任意の数の充電可能デバイスとを含む充電システムが本発明の範囲内に入る。
さらに、例示的な実施形態によれば、第1の充電可能デバイス406および第2の充電可能デバイス410は、それぞれ、少なくとも1つの他の電子デバイスとデータを共有するように構成され得る。より詳細には、一例として、第1の充電可能デバイス406は、少なくとも1つの他の電子デバイスとの通信リンクを確立するように構成され得、通信リンクを確立した後、その少なくとも1つの他の電子デバイスと情報(たとえば、オーディオファイル、データファイル、またはビデオファイル)を共有し得る。通信リンクは、任意の知られている好適な方法によって確立され得る。たとえば、通信リンクは、近距離場通信(NFC)手段によって、反射インピーダンス手段によって、ローカルエリアネットワーク(LAN)を介して、またはパーソナルエリアネットワーク(PAN)を介して確立され得る。一例として、第1の充電可能デバイス406は、任意の知られている好適な方法によって第2の充電可能デバイス410との通信リンク414を確立するように構成され得、通信リンク414の確立の後、第1の充電可能デバイス406と第2の充電可能デバイス410との間で情報が共有され得る。より詳細には、第1の充電可能デバイス406と第2の充電可能デバイス410との間に通信リンク414が確立された後、第1の充電可能デバイス406は第2の充電可能デバイス410に情報を送信し得、第1の充電可能デバイス406は第2の充電可能デバイス410から情報を受信し得る。初めに、電子デバイス(たとえば、充電可能デバイス410または充電可能デバイス406)は、情報共有機能を可能にするように構成される必要があり得ることに留意されたい。しかしながら、初期構成の後、電子デバイスは、情報を共有するように無期限に適応され得る。
したがって、本発明の例示的な一実施形態によれば、充電可能デバイス(たとえば、第2の充電可能デバイス410)は、送信アンテナ(たとえば、送信アンテナ404)からワイヤレス電力を受信し、同時に、少なくとも1つの他の電子デバイス(たとえば、充電可能デバイス406)から情報を受信するか、少なくとも1つの他の電子デバイス(たとえば、第1の充電可能デバイス406)に情報を送信するか、または両方を行うように構成され得る。通信リンク414が近距離場通信リンクを含む場合、充電可能デバイス(たとえば、第2の充電可能デバイス410)は、送信アンテナ(たとえば、送信アンテナ404)からワイヤレス電力を受信した直後または受信する直前に、少なくとも1つの他の電子デバイス(たとえば、充電可能デバイス406)から情報を受信するか、または少なくとも1つの他の電子デバイス(たとえば、第1の充電可能デバイス406)に情報を送信するように構成され得ることに留意されたい。
ワイヤレス電力伝送は、ワイヤレス電力伝送システム中の1つのデバイスが送信機を含み、別のデバイスが受信機を含む場合に行われ得るが、単一のデバイスがワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機の両方を含む場合がある。したがって、そのような実施形態は、専用送信回路(たとえば、送信電力変換回路および送信アンテナ)と、専用受信機回路(たとえば、受信アンテナおよび受信電力変換回路)とを含むように構成され得る。したがって、本明細書で開示する様々な例示的な実施形態は、双方向電力伝送、すなわち、デバイスにおいてワイヤレス電力を受信することと、デバイスからワイヤレス電力を送信することとの両方を行うためのデバイスの機能を特定する。
そのような構成の様々な利益は、デバイスが、ワイヤレス電力を受信し、蓄積し、次いで、その後、蓄積された電力を別の受信または「吸収(absorbing)」デバイスに送信または「供与(donate)」するための能力を含む。したがって、そのような構成はまた「ピアツーピア」「公益(charitable)」充電構成と見なされ得る。そのようなデバイス充電構成は、充電が行われるロケーションにおけるかなりの利便性を与える(すなわち、受信機または「吸収」デバイスは、必ずしも、不便な位置にあるかまたは利用不可能な充電パッドから充電を受ける必要がない)。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つのアンテナを有する充電可能デバイスは、少なくとも1つの他の充電可能デバイスにワイヤレス電力を送信し、少なくとも1つの他の充電可能デバイスからワイヤレス電力を受信するように構成され得る。より詳細には、図5を参照すると、アンテナ408を有する第1の充電可能デバイス406は、アンテナ412を有する第2の充電可能デバイス410にワイヤレス電力を送信するように構成され得、その逆も同様である。したがって、第1の充電可能デバイス406と第2の充電可能デバイス410との各々は、双方向ワイヤレス充電のために構成され得る。そのような双方向ワイヤレス充電のための例示的な手法は、その詳細が参照により本明細書に組み込まれる、2009年9月1日に出願された「BIDIRECTIONAL WIRELESS POWER TRANSMISSION」と題する米国特許出願第12/552,110号に記載されている。
図5を引き続き参照しながら、次に、ワイヤレス電力を送信および受信するように構成された電子デバイスを動作させる様々な企図された方法について説明する。様々な例示的な実施形態について、第2の充電可能デバイス410に電力を要求する第1の充電可能デバイス406に関して説明するが、第2の充電可能デバイス410が第1の充電可能デバイス406に電力を同様に要求し得ることに留意されたい。
任意の時間に、第1の充電可能デバイス406は第2の充電可能デバイス410に電力を要求し得、電力要求に応答して、第2の充電可能デバイス410は要求を拒絶するかまたは受け付け得る。電力要求が受け付けられるかまたは拒絶されるかを判断するための基準は、実装形態固有であり得、様々なファクタを含み得る。そのようなファクタは、単に例として、第1の充電可能デバイス406によって要求された電力量、第2の充電可能デバイス410が第1の充電可能デバイス406に電力を供給するのに十分なエネルギー量を含んでいるかどうか、第2の充電可能デバイス410が第1の充電可能デバイス406を充電するのに十分な電流量を供給するように構成されているかどうか、第2の充電可能デバイス410が充電を受け得る前の推定時間量、第2の充電可能デバイス410が第1の充電可能デバイス406に電力を供給した後の推定スタンバイ時間、またはそれらの任意の組合せを含み得る。さらに、判断は、ユーザ定義の選好に依存し得る。その上、デバイスユーザは、電力要求を受け付けるべきかまたは拒絶すべきかを尋ねるリアルタイムプロンプトを受信し得る。充電要求を受け付けると、第2の充電可能デバイス410は電力をワイヤレス送信し得、その電力は第1の充電可能デバイス406によって受信され得る。
図6に、電子デバイス502に結合されたアンテナ504を有する電子デバイス502を示す。電子デバイス502は、任意の知られている電子デバイスを含み得る。図6に示す例では、電子デバイス502は、アンテナ504がラップトップコンピュータの蓋(すなわち、モニタ)に結合されたラップトップコンピュータを含む。例示的な一実施形態によれば、アンテナ504および関連する回路(図示せず)は、ワイヤレス電力を受信することと、ワイヤレス電力を送信することとの両方を行うように構成され得る。別の例示的な実施形態によれば、図7に示すように、電子デバイス502は、ワイヤレス電力を受信するように構成された受信アンテナ506および関連する受信機回路(図示せず)と、ワイヤレス電力を送信するように構成された送信アンテナ508および関連する送信機回路(図示せず)とを含み得る。アンテナ504と、受信アンテナ506と、送信アンテナ508との各々は、アンテナと、電子デバイス502の金属構成要素(たとえば、電子デバイス502の金属ディスプレイ)との間の電気的干渉を回避するように電子デバイス502に結合され得る。
いずれかの例示的な実施形態では、ワイヤレス電力を受信するように構成されたアンテナ(すなわち、アンテナ504または受信アンテナ506)は、電力回路、バッテリー、またはそれらの任意の組合せなど、電子デバイス502の要素とインターフェースし得る。したがって、アンテナ504またはアンテナ506によって受信された電力は、電子デバイス502の要素(たとえば、バッテリー、電力回路、またはそれらの任意の組合せ)に伝達され得る。さらに、ワイヤレス電力を送信するように構成されたアンテナ(すなわち、アンテナ504または送信アンテナ508)は、電力回路、バッテリー、またはそれらの任意の組合せなど、電子デバイス502の電源とインターフェースし得る。したがって、電子デバイス502の電源(たとえば、バッテリー、電力回路、またはそれらの任意の組合せ)からアンテナ504またはアンテナ508に電力が伝達され得、アンテナ504またはアンテナ508は、次いで、関連する近距離場領域内で電力をワイヤレス送信し得る。
図8に、ワイヤレス電力を受信することと、ワイヤレス電力を送信することとの両方を行うように構成された電子デバイスのための状態機械図600を示す。電子デバイス(たとえば、電子デバイス502)のエネルギーレベル(すなわち、バッテリー充電量)が所定のしきい値レベルよりも大きい間の時間に、電子デバイスは「送信可能状態」602で動作し得る。電子デバイスが、所定のしきい値レベルよりも大きいエネルギーレベルを含んでいる場合のみ、電子デバイスがエネルギーを送信することを可能にすることは、電子デバイスが、別の電子デバイスを充電するのに十分な充電を有することなしに別の電子デバイスを充電することを防ぎ得るか、または、別の電子デバイスを充電することが電子デバイスからの電力を著しく消耗させ、電子デバイスが即時充電を必要とするようになる場合に、別の電子デバイスを充電することを防ぎ得る。
電子デバイスがエネルギー送信可能状態602にある間の時間に、ワイヤレス充電を受けるように構成された別の電子デバイスが電子デバイスの充電領域内に配置された場合、電子デバイス間で認証プロセスが行われ得る。デバイスがうまく認証された後、電子デバイスは「送信状態」604に遷移し得、電子デバイスは別の充電可能デバイスに電力を送信し得る。さらに、電子デバイスがエネルギー送信可能状態602にある間の時間に、電子デバイスが、ワイヤレス電力を送信するように構成された別の電子デバイスの充電領域内に配置された場合、電子デバイス間で認証プロセスが行われ得る。認証が成功すると、電子デバイスは「受信状態」606に遷移し得、電子デバイスは別の電子デバイスからワイヤレス充電を受け得る。電子デバイスは、ワイヤレス電力を同時に送信および受信するように構成され得ることに留意されたい。したがって、電子デバイスは、同時に送信状態604と受信状態606とにあり得る。
図9に、本発明の別の例示的な実施形態による充電システム650を示す。充電システム650は、電源コネクタ656によって電源654に結合するように構成された充電器652を含み得る。充電器652は、本明細書では「基地局充電器」と呼ばれることもある。電源654は、電源コンセントなど、任意の知られている好適な電源を含み得る。その上、電源コネクタ656は、電源コードなど、任意の知られている好適な電源コネクタを含み得る。
基地局充電器652は、各ポートがポータブル充電パッド658を受けるように構成された少なくとも1つのポート(図示せず)を含み得る。各ポートがポータブル充電パッドを基地局充電器652に機械的に結合するか、ポータブル充電パッドを基地局充電器652に電気的に結合するか、または両方であるように構成され得ることに留意されたい。ポータブル充電パッド658は、アンテナ660と、関連する回路662とを含み得る(図10参照)。ポータブル充電パッド658はまた、単に例として、充電可能バッテリー、蓄積キャパシタ、MEMSエネルギー蓄積デバイス、またはそれらの任意の組合せなど、エネルギー蓄積デバイス664(図10参照)を含み得る。基地局充電器652は、電源654と電源コネクタ656とによって電力を受信し、任意の好適な方法によって1つまたは複数の充電パッド658に電力を供給するように構成され得る。たとえば、基地局充電器652は、1つまたは複数の送信アンテナを含み得、1つまたは複数の充電パッド658に電力をワイヤレス送信するように構成され得る。別の例として、基地局充電器652は、ワイヤード接続によって基地局充電器652に結合された1つまたは複数のポータブル充電パッド658に電力を伝達するように構成され得る。さらに、ポータブル充電パッド658は、充電器652から取り外されるように構成され得、1つまたは複数の充電可能デバイスのその後の充電のために任意のロケーションに移動され得る。
次に、充電システム(たとえば、充電システム650)を動作させる例示的な方法について説明する。1つまたは複数のポータブル充電パッド658は、基地局充電器652に近接して結合または配置され得る。電源654と電源コネクタ656とによって電力を受信し得る基地局充電器652は、任意の知られている好適な方法によって1つまたは複数のポータブル充電パッド658に電力を送信し得る。充電を受けた後に、少なくとも1つのポータブル充電パッド658は、基地局充電器652から取り外され得、その後、少なくとも1つの充電可能デバイスを充電するために使用され得る。
一例として、ユーザは、家屋またはオフィスなどのロケーションに配置された基地局充電器652によってポータブル充電パッド658を充電し、その後、ポータブル充電パッド658を取り外し、ポータブル充電パッド658を使用して、自動車または飛行機などの車両中に配置された少なくとも1つの充電可能デバイスをワイヤレス充電し得る。より具体的な例として、ユーザは、飛行機のトレーテーブル上にポータブル充電パッド658を配置し、ポータブル充電パッド658の充電領域内にメディアプレーヤを配置し、メディアが「オフ」または「オン」動作状態にある間にメディアプレーヤを充電し得る。したがって、メディアプレーヤのバッテリー寿命は、ワイヤード電力接続の必要なしに延長され得る。
別の例として、ユーザは、オフィスまたは部屋などのレジデンス中のロケーションに配置された基地局充電器652によってポータブル充電パッド658を充電し得る。その後、ユーザは、ポータブル充電パッド658を取り外し、ポータブル充電パッド658を使用して、電源コンセントを含まない別のロケーションにおいて少なくとも1つの充電可能デバイスをワイヤレス充電し得る。より具体的な例として、ユーザは、電源コンセントに近接していないことがある屋外のテーブルまたは通路のテーブル上にポータブル充電パッド658を配置し得る。ユーザは、次いで、ポータブル充電パッド658の充電領域内にラップトップコンピュータを配置し、ラップトップコンピュータが「オフ」または「オン」動作状態にある間にラップトップコンピュータを充電し得る。したがって、ラップトップコンピュータのバッテリー寿命は、ワイヤード電力接続の必要なしに延長され得る。
図11は、1つまたは複数の例示的な実施形態による方法680を示すフローチャートである。方法680は、ポータブル充電可能デバイスを用いて電力を受信するステップ(符号682によって示す)を含み得る。方法680は、関連する近距離場領域内でポータブル充電可能デバイスからワイヤレス電力を送信するステップ(符号684によって示す)さらに含み得る。
当業者によって理解されるように、「サーフェスコンピューティング」は、ユーザが、キーボード、マウス、またはモニタの代わりに、物体の表面を介して、物体(たとえば、テーブル)の表面上に配置されたコンピュータおよび/または電子デバイスと対話し得る技術に関連する用語である。マルチタッチ表面は、表面接触(たとえば、複数の指または複数のユーザによるタッチ)による、表面上に表示された物体の操作を可能にすることによって、サーフェスコンピューティングを可能にし得る。さらに、各デバイスに割り当てられた一意識別子を使用して、物体の表面上に配置された2つ以上のデバイス間でコンテンツが転送され得る。
図12に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス充電のために構成されたサーフェスコンピューティングデバイス500を示す。デバイス500は、タッチセンシティブプラズマスクリーンを含み得るディスプレイを含み得る。さらに、デバイス500は、当業者によって理解されるように、カメラ、プロジェクタ、スピーカーなどを含み得る。さらに、ワイヤレス充電器500は、関連する近距離場領域内で電力をワイヤレス送信するように構成された送信アンテナ502を含み得る。
構成されたように、デバイス500は、デバイス500の表面508上に配置された電子デバイスの存在を検出し、認証し得る。デバイス500上に配置されたデバイス、たとえば、モバイルフォン504またはデジタルカメラ506の存在は、送信機アンテナ502と、電子デバイス(たとえば、モバイルフォン504)内の、ワイヤレス電力を受信するように構成されたアンテナ(図示せず)との間に確立された磁界の電磁界妨害を検出することによって判断され得る。電子デバイスの存在を検出することに加えて、電磁界妨害は、電子デバイスが、ワイヤレス電力を受信する準備ができているか、または情報を送信または受信する準備ができていることを示し得る。たとえば、デジタルカメラ506など、デバイス500上に配置された電子デバイスは、ワイヤレス充電プロトコルによって、ワイヤレス充電を要求する信号、Bluetooth(BT)接続などのワイヤレスデータリンクの確立を要求する信号、または両方を送信し得る。任意の知られている好適なデータリンクが本発明の範囲内に入り得ることに留意されたい。たとえば、データリンクは、Bluetooth接続、Wi-Fi接続、60GHz接続、またはUWB接続を含み得る。
電子デバイス(たとえば、モバイルフォン504またはデジタルカメラ506)とデバイス500との間にワイヤレスデータリンク(たとえばBT接続)が確立され得る前に、デバイス500は、電子デバイスとデバイス500とを「ペアにする」ために鍵交換を開始し得ることに留意されたい。ペアになると、データリンクが開始され、デバイス500と、充電されている電子デバイスとの間でデータを転送することが可能になり得る。より詳細には、データリンクを確立した後、たとえば、電子デバイスの「パブリック」ディレクトリからデバイス500に、写真、ビデオ、または音楽などのデータを転送し得る。さらに、データリンクが確立され、電子デバイスからデバイス500にデータが転送された後、表面508上に配置された電子デバイスがワイヤレス充電を受けている間、ユーザは、ユーザフレンドリなマルチタッチ方法でデータと対話し得る。一例として、電子デバイスが充電している間、電子デバイスから転送されたデータは、デバイス500によって伝達され得る(たとえば、写真は表示され得、または音楽は再生され得る)。デバイスユーザは、デバイス500にデータを転送することなしに、電子デバイスに記憶されたデータにアクセスし、対話し得ることに留意されたい。
図13に、本発明の様々な例示的な実施形態による、ワイヤレス充電のために構成された別のサーフェスコンピューティングデバイス600を示す。デバイス600は、関連する近距離場領域内で電力をワイヤレス送信するように構成された送信アンテナ620を含む。例示的な一実施形態によれば、デバイス600は、デバイス上に配置された1つまたは複数の電子デバイスのうちの少なくとも1つに関連する対話型要素(すなわち、コントロール)を有する対話型メニューを表示するように構成されたマルチタッチ表面として実装され得る。デバイス600は、デバイス600の表面608上に画像を受信および送信するように構成されたカメラ604とプロジェクタ602とを含み得る。画像610は、デバイス600の表面608上に投影された、モバイルフォン504からのキーパッドを表す1つの画像である。キーパッドの投影画像は、モバイルフォン504の実際のキーパッド上の利用可能な限定されたスペース中で利用可能なエリアよりも大きい、電話コントロールを操作するためのエリアを提示することによって、モバイルフォン504の使用を拡張し得る。さらに、デバイス600は、モバイルフォン504などの電子デバイスから受信されたオーディオファイルなどのデータを可聴的に伝達するように構成されたスピーカー601を含み得る。
別の例示的な実施形態によれば、デバイス600は、スタンドアロンコンピュータと通信するように構成され得る。単に例として、デバイス600は、USBアダプタまたはUSBドングルによってなど、ワイヤレス手段によってスタンドアロンコンピュータと通信するように構成され得る。したがって、スタンドアロンコンピュータおよび関連するディスプレイを使用して、デバイス600上に配置された電子デバイス間の情報交換を可能にするか、またはインターネットを介した情報交換を可能にし得る。より詳細には、図14に、デバイス600が、たとえば、Bluetooth接続によってデバイス600とコンピュータ700との間に通信リンクを与えるUSBドングル702によってコンピュータ700と通信するように構成されたシステムを示す。この例示的な実施形態では、コンピュータ700のモニタを使用して、デバイス600の表面上に配置された電子デバイス(たとえば、モバイルフォン504)上でデータを操作し得る。さらに、コンピュータ700は、電子デバイスとインターネットとの間の接続を可能にするための、インターネットへの通信リンクを与え得る。したがって、たとえば、モバイルフォン504が送信アンテナ620を介して充電されている間、モバイルフォン504とコンピュータ700との間でデータが転送され得る。
図15は、1つまたは複数の例示的な実施形態による別の方法690を示すフローチャートである。方法690は、送信アンテナから、デバイスの表面上に配置された1つまたは複数の電子デバイスにワイヤレス電力を送信するステップ(符号692によって示す)を含み得る。さらに、方法690は、1つまたは複数の電子デバイスのうちの少なくとも1つの電子デバイスから、デバイスの表面上に配置されたディスプレイ上にデータを伝達するステップ(符号694によって示す)を含み得る。
情報および信号は多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
さらに、本明細書で開示した例示的な実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の例示的な実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
本明細書で開示した例示的な実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施されるか、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで実施されるか、またはその2つの組合せで実施され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアで実装する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信され得る。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを搬送または記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の他の媒体を含むことができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を製作または使用できるようにするために提供したものである。これらの例示的な実施形態の様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
104 送信機
114 送信アンテナ
136 バッテリー
400 充電システム
402 充電デバイス
404 送信アンテナ
406 充電可能デバイス
408 アンテナ
410 充電可能デバイス
412 アンテナ
414 通信リンク
502 電子デバイス
504 アンテナ
506 受信アンテナ
508 送信アンテナ
650 充電システム
652 充電器
652 基地局充電器
654 電源
656 電源コネクタ
658 ポータブル充電パッド
660 アンテナ
662 回路
664 エネルギー蓄積デバイス

Claims (13)

  1. 充電デバイスであって、
    エネルギー蓄積デバイスと、
    電力アンテナを介して第1のデバイスから電力をワイヤレス受信することと、前記ワイヤレス受信した電力を前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積することとを行うように構成されたアンテナ回路であって、複数の第2のデバイスに電力供給または充電するために、前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積された電力について前記電力アンテナを介してワイヤレス送信するようにさらに構成されたアンテナ回路であるとともに、前記アンテナ回路がワイヤレス電力を同時に前記複数の第２のデバイスへ送信するとともに前記第１のデバイスから受信するようにさらに構成されており、前記電力アンテナを介してのデータの送信および受信を実行するようにさらに構成されたアンテナ回路と、
    を含む、充電デバイス。
  2. 前記アンテナ回路は、充電器デバイスを含む前記第1のデバイスから電力をワイヤレス受信するように構成された、請求項1に記載の充電デバイス。
  3. 前記アンテナ回路が、電力をワイヤレス受信した後に、前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積された前記電力をワイヤレス送信するように構成された、請求項1に記載の充電デバイス。
  4. 前記アンテナ回路は、前記エネルギー蓄積デバイスの電力レベルがしきい値より上である場合、電力をワイヤレス送信するように構成された、請求項1に記載の充電デバイス。
  5. 電力アンテナを介して第1のデバイスから電力をワイヤレス受信するステップと、
    前記ワイヤレス受信した電力をエネルギー蓄積デバイスに蓄積するステップと、
    複数の第2のデバイスに電力供給または充電するために、前記エネルギー蓄積デバイスに蓄積された電力について前記電力アンテナを介してワイヤレス送信するステップであって、前記複数の第2デバイスへの前記電力の前記ワイヤレス送信が前記第1のデバイスからの前記電力の前記ワイヤレス受信と同時に実行される、ワイヤレス送信するステップと、
    前記電力アンテナを介してのデータの送信および受信を実行するステップと
    を含む、ワイヤレス充電のための方法。
  6. 前記複数の第2のデバイスの少なくとも１つからワイヤレス電力送信の要求を受信するステップをさらに含む、請求項5に記載の方法。
  7. 電力をワイヤレス送信する前に前記複数の第2のデバイスの少なくとも１つを認証するステップをさらに含む、請求項5に記載の方法。
  8. 電力をワイヤレス送信するステップは、前記エネルギー蓄積デバイスの電力レベルがしきい値より上である場合、電力をワイヤレス送信するステップを含む、請求項5に記載の方法。
  9. エネルギーを蓄積するための手段と、
    電力アンテナを介して第1のデバイスから電力をワイヤレス受信するための手段であって、前記ワイヤレス受信した電力が、エネルギーを蓄積するための前記手段に蓄積される、ワイヤレス受信するための手段と、
    複数の第2のデバイスに電力供給または充電するために、エネルギーを蓄積するための前記手段に蓄積された電力について前記電力アンテナを介してワイヤレス送信するための手段であって、前記電力のワイヤレス送信をするための手段が、前記第1のデバイスから前記電力をワイヤレス受信する前記電力のワイヤレス受信をするための手段と同時に前記複数の第2のデバイスへ電力を送信するように構成された、ワイヤレス送信するための手段と、
    前記電力アンテナを介してのデータの送信および受信を実行する手段とを含む、充電デバイス。
  10. エネルギーを蓄積するための前記手段がバッテリーを含む、請求項9に記載の充電デバイス。
  11. 電力をワイヤレス受信するための前記手段と、電力をワイヤレス送信するための前記手段とがアンテナ回路を含む、請求項9に記載の充電デバイス。
  12. 電力をワイヤレス送信するための前記手段が、電力をワイヤレス受信した後に、エネルギーを蓄積するための前記手段に蓄積された前記電力をワイヤレス送信するように構成された、請求項9に記載の充電デバイス。
  13. 電力をワイヤレス送信するための前記手段は、エネルギーを蓄積するための前記手段の電力レベルがしきい値より上である場合、電力をワイヤレス送信するように構成された、請求項9に記載の充電デバイス。
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