JP6546282B2 - 3次元ポケット形成のための方法 - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、2013年5月10日に出願された、「Methodology For Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第13/891,430号の一部継続出願であり、2012年10月31日に出願された「Scalable Antenna Assemblies For Power Transmission」と題する米国仮特許出願第61/720,798号、2012年7月6日に出願された、「Receivers For Power Transmission」と題する米国仮特許出願第61/668,799号、および2012年7月31日に出願された、「Transmitters For Wireless Power Transmission」と題する米国仮特許出願第61/677,706号の優先権を主張する。それらの全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
A.コンポーネントシステム実施形態
[0053] 図1は、エネルギーポケット104を形成することによるワイヤレス電力伝送のためのシステム100を示す。システム100は、送信機101と、受信機103と、クライアントデバイス105と、ポケット検出器107とを備えることができる。送信機101は、受信機103によって捕捉することができる電力伝送波を含む電力伝送信号を送信することができる。受信機103は、捕捉された波を、受信機103に関連付けられたクライアントデバイス105の代わりに電気エネルギーの使用可能なソースに変換することができるアンテナ、アンテナ素子および他の回路部(以下で詳述する)を含むことができる。いくつかの実施形態では、送信機101は、電力伝送波の位相、利得および/または他の波形特徴を操作することによって、および/または異なる送信アンテナを選択することによって、1つ以上の軌道において、電力伝送波から作成された電力伝送信号を送信することができる。そのような実施形態では、送信機101は、基礎をなす電力伝送波が空間内のある位置において収束するように電力伝送信号の軌道を操作することができ、結果として、ある特定の形の干渉が生じる。電力伝送波の収束時に生成される1つのタイプの干渉「強め合う干渉(constructive interference)」は、電力伝送波が共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを強化させるような、電力伝送波の収束によって生じるエネルギー場とすることができる。これは、「弱め合う干渉(destructive interference)」と呼ばれる、電力伝送波が互いから減算されるように共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを減衰させる干渉とは対照的である。強め合う干渉における十分なエネルギーの累積によって、エネルギー場または「エネルギーポケット(pocket of energy)」104を確立することができ、このエネルギーポケットは、受信機103のアンテナが電力伝送信号の周波数で動作するように構成されているとすると、これらのアンテナによって取り入れることができる。したがって、電力伝送波は、受信機103が電力伝送波を受信し、取り入れ、使用可能な電気エネルギーに変換することができる空間内の位置において、エネルギーポケット104を確立し、これによって、関連付けられた電気クライアントデバイス105に電源供給するかまたはこれらを充電することができる。検出器107は、電力伝送信号の受信に応答して通知またはアラートを生成することが可能な受信機103を備えるデバイスとすることができる。例として、ユーザーのクライアントデバイス105を充電するために受信機103の最適な配置を探索しているユーザーは、LEDライト108を備える検出器107を用いることができ、このLEDライト108は、検出器107が単一のビームまたはエネルギーポケット104からの電力伝送信号を捕捉するときに明るさを増すことができる。
[0054] 送信機101は、デバイス105に関連付けられた受信機103に電力伝送信号を送信またはブロードキャストすることができる。後述する実施形態のうちのいくつかは、無線周波数(RF)波として電力伝送信号を記載しているが、電力伝送は、空間を通じて伝播されることが可能であり、かつ電気エネルギー源103に変換されることが可能な物理的媒体とすることができることが理解されるべきである。送信機101は、受信機103に向けられた単一のビームとして電力伝送信号を送信することができる。いくつかの場合、1つ以上の送信機101が、複数の方向において伝播される複数の電力伝送信号を送信することができ、物理的障害物(例えば、壁)を外れるように偏波することができる。複数の電力伝送信号が、3次元空間内の位置において収束し、エネルギーポケット104を形成することができる。エネルギーポケット104の境界内の受信機103は、電力伝送信号を捕捉し、使用可能なエネルギー源に変換することができる。送信機101は、電力伝送信号の位相および/または相対振幅調整に基づくポケット形成を制御して、強め合う干渉パターンを形成することができる。
[0057] エネルギーポケット104は、送信機101によって送信された電力伝送信号の強め合う干渉パターンの位置において形成することができる。エネルギーポケット104は、エネルギーポケット104内に位置する受信機103によってエネルギーを取り入れることができる3次元場として現れることができる。ポケット形成中に送信機101によって生成されるエネルギーポケット104を、受信機103によって取り入れ、電荷に変換し、次に、受信機103(例えば、ラップトップコンピューター、スマートフォン、充電池)に関連付けられた電子クライアントデバイス105に提供することができる。いくつかの実施形態では、様々なクライアントデバイス105に電源供給する複数の送信機101および/または複数の受信機103が存在する場合がある。いくつかの実施形態では、アダプティブポケット形成は、電力レベルを調節し、および/またはデバイス105の動きを識別するために、電力伝送信号の送信を調整することができる。
[0058] 受信機103は、関連付けられたクライアントデバイス105に電源供給するかまたはこれを充電するために用いることができる。クライアントデバイス105は、受信機103に結合または一体化された電気デバイスとすることができる。受信機103は、1つ以上の送信機101から生じた1つ以上の電力伝送信号からの電力伝送波を受信することができる。受信機103は、送信機101によって生成された単一のビームとして電力伝送信号を受信することができるか、または受信機103は、エネルギーポケット104から電力伝送波を取り入れることができる。これは、1つ以上の送信機101によって生成される複数の電力伝送波の収束の結果として生じる空間内の3次元場とすることができる。受信機103は、電力伝送信号から電力伝送波を受信し、単一のビームまたはエネルギーポケット104の電力伝送信号からエネルギーを取り入れるように構成されたアンテナ112のアレイを含むことができる。受信機103は回路部を含むことができ、この回路部は、次に、電力伝送信号(例えば、無線周波数電磁放射)のエネルギーを電気エネルギーに変換する。受信機103の整流器は、電気エネルギーをACからDCに変換することができる。他のタイプの調整も適用することができる。例えば、電圧調整回路は、クライアントデバイス105による要求に応じて、電気エネルギーの電圧を増減させることができる。次に、継電器は、受信機103からの電気エネルギーをクライアントデバイス105に伝達することができる。
[0060] いくつかの実施形態では、制御信号は、電力伝送信号の生成および/またはポケット形成の制御を担う様々なアンテナ素子によって用いられるデータ入力としての役割を果たすことができる。制御信号は、外部電源(図示せず)および局部発振器チップ(図示せず)を用いて受信機103または送信機101によって生成することができ、これはいくつかの場合、圧電材料を用いることを含むことができる。制御信号は、Bluetooth(登録商標)、RFID、赤外線、近距離通信(NFC)等のプロセッサ間でデータを通信することが可能なRF波または任意の他の通信媒体もしくはプロトコルとすることができる。後に詳述するように、制御信号は、送信機101と受信機103との間で、電力伝送信号を調整するのに用いられる情報を伝達するのに用いることができ、また、ステータス、効率性、ユーザデータ、電力消費、課金、ジオロケーションに関する情報、および他のタイプの情報を含むことができる。
[0061] 検出器107は、検出器107が1つ以上の送信機101から生じた電力伝送信号を受信することを可能にすることができる、受信機103に類似のハードウェアを含むことができる。ユーザーによって検出器107を用いてエネルギーポケット104の位置を特定することができ、それによって、ユーザーは、受信機103の好ましい配置を決定することができる。いくつかの実施形態では、検出器107は、検出器がエネルギーポケット104内に配置されたときを示すインジケーターライト108を備えることができる。例として、図1において、検出器107a、107bは、送信機101によって生成されたエネルギーポケット104内に位置し、これによって、検出器107a、107bがエネルギーポケット104の電力伝送信号を受信していることに起因して、それぞれのインジケーターライト108、108bをオンにするように検出器107a、107bをトリガーすることができるのに対し、エネルギーポケット104の外側に位置する第3の検出器107cのインジケーターライト108cは、第3の検出器107cが送信機101からの電力伝送信号を受信していないことに起因してオフにされる。代替的な実施形態において、インジケーターライト等の検出器の機能も、受信機またはクライアントデバイスに一体化されてもよいことが理解されるべきである。
[0062] クライアントデバイス105は、連続電気エネルギーを必要とするかまたは電池からの電力を必要とする任意の電気デバイスとすることができる。クライアントデバイス105の非限定的な例は、数あるタイプの電気デバイスの中でも、ラップトップ、携帯電話、スマートフォン、タブレット、音楽プレーヤー、玩具、電池、フラッシュライト、ランプ、電子時計、カメラ、ゲームコンソール、機器、GPSデバイス、および装着可能なデバイスまたはいわゆる「ウェアラブル」(例えば、フィットネスブレスレット、歩数計、スマートウォッチ)を含むことができる。
[0065] 図2は、例示的な方法200の実施形態によるワイヤレス電力伝送のステップを示す。
[0079] 例示的な実施形態によれば、図3は、ポケット形成を用いたワイヤレス電力伝送のためのアーキテクチャ300を示す。「ポケット形成」は、3次元空間内の位置において収束する2つ以上の電力伝送波342を生成し、結果としてその位置に強め合う干渉パターンを生成することを指すことができる。送信機302は、3次元空間において収束することができる制御された電力伝送波342(例えば、マイクロ波、電波、超音波)を送信および/またはブロードキャストすることができる。これらの電力伝送波342は、位相および/または相対的振幅調整を通じて、エネルギーポケットが意図される位置において強め合う干渉パターン(ポケット形成)を形成するように制御することができる。送信機は、同じ原理を用いて、ある位置における弱め合う干渉を生じさせ、それによって、送信ヌル、すなわち、送信された電力伝送波が互いに実質的に相殺し、大きなエネルギーを受信機によって収集することができない位置を生じさせることができることも理解されるべきである。通常の使用事例では、受信機の位置における電力伝送信号の照準合わせが目的であり、他の事例では、特定の位置への電力伝送を特に回避することが望ましい場合があり、他の事例では、電力伝送をある位置に照準合わせする一方で、同時に、第2の位置への送信を特に回避することが望ましい場合がある。電力伝送のためにアンテナを較正するとき、送信機は使用事例を考慮に入れる。
[0087] 図4は、ポケット形成手順を用いてワイヤレス電力伝送の例示的なシステム400のコンポーネントを示す。システム400は、1つ以上の送信機402と、1つ以上の受信機420と、1つ以上のクライアントデバイス446とを備えることができる。
[0088] 送信機402は、本明細書に記載されるように、ワイヤレス電力伝送のためのRF波442とすることができるワイヤレス電力伝送信号をブロードキャストすることが可能な任意のデバイスとすることができる。送信機402は、ポケット形成、アダプティブポケット形成および複数のポケット形成を含むことができる電力伝送信号を送信することに関係するタスクの実行を担うことができる。いくつかの実施態様では、送信機402は、RF波の形態でワイヤレス電力伝送を受信機420に送信することができ、このRF波は、任意の周波数または波長を有する任意の無線信号を含むことができる。送信機402は、1つ以上のアンテナ素子406と、1つ以上のRFIC408と、1つ以上のマイクロコントローラー410と、1つ以上の通信コンポーネント412と、電源414と、送信機402のための全ての要求されたコンポーネントを配置することができるハウジングとを備える。送信機402の様々なコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアル等を含むことができ、および/またはこれらを用いて製造することができる。
[0090] 受信機420は、少なくとも1つのアンテナ素子424、1つの整流器426、1つの電力変換器428および通信コンポーネント430を含めることができるハウジングを含むことができる。
[0092] 受信機420のアンテナ素子424は、送信機402Aによって用いられる周波数帯域において信号を送信および/または受信することが可能な任意のタイプのアンテナを含むことができる。アンテナ素子424は、垂直偏波もしくは水平偏波、右偏波もしくは左偏波、楕円偏波、または他の偏波、および任意の数の偏波の組合せを含むことができる。複数の偏波を用いることは、使用中の好ましい向きがないか、または向きが経時的に連続して変化する場合があるデバイス、例えば、スマートフォンまたはポータブルゲーミングシステムにおいて有利であり得る。明確に定義された予期される向きを有するデバイス(例えば、両手を使うビデオゲームコントローラー)の場合、アンテナの好ましい偏波が存在する場合があり、これにより、複数のアンテナについて所与の偏波の比を指定することができる。受信機420のアンテナ素子424におけるアンテナのタイプは、約1/8インチ〜約6インチの高さと、約1/8インチ〜約6インチの幅とを有することができるパッチアンテナを含むことができる。パッチアンテナは、好ましくは、接続性に依拠した偏波を有することができ、すなわち、偏波は、いずれの側からパッチが供給されるかに依拠して変動することができる。いくつかの実施形態では、アンテナのタイプは、ワイヤレス電力伝送を最適化するようにアンテナ偏波を動的に変動させることが可能な、パッチアンテナ等の任意のタイプのアンテナとすることができる。
[0093] 受信機420の整流器426は、アンテナ素子424によって生成された交流(AC)電圧を直流(DC)電圧に整流するための、ダイオード、レジスタ、インダクタ、および/またはキャパシタを備えることができる。整流器426は、技術的に可能な限りアンテナ素子424Bの近くに配置し、電力伝送信号から収集された電力エネルギーにおける損失を最小にすることができる。AC電圧を整流した後、結果として得られるDC電圧を、電力変換器428を用いて調節することができる。電力変換器428は、入力に関わらず、電子デバイスに、またはこの例示的なシステム400におけるように電池に、一定の電圧出力を提供するのに役立つことができるDC/DC変換器とすることができる。通常の電圧出力は、約5ボルト〜約10ボルトとすることができる。いくつかの実施形態では、電力変換器は、高い効率性を提供することができる電子切り替えモードDC/DC変換器を含むことができる。そのような実施形態では、受信機420は、電力変換器428の前に電気エネルギーを受信するように位置を定められたキャパシタ(図示せず)を備えることができる。キャパシタは、十分な電流が電子切り替えデバイス(例えば、切り替えモードDC/DC変換器)に提供され、それによって電子切り替えデバイスが効果的に動作することができることを確実にすることができる。電子デバイス、例えば電話またはラップトップコンピューターを充電するとき、電子切り替えモードDC/DC変換器の動作を起動するのに必要とされる最小電圧を超えることができる初期高電流が必要とされる場合がある。そのような場合、キャパシタ(図示せず)を受信機420の出力に付加して、必要とされる追加のエネルギーを提供することができる。その後、低電力を提供することができる。例えば、電話またはラップトップにまだ電荷を蓄積させている間に、総初期電力の1/80を用いることができる。
[0094] 受信機420の通信コンポーネント430は、他の受信機420、クライアントデバイス、および/または送信機402等の、システム400の1つ以上の他のデバイスと通信することができる。以下の実施形態において説明されるように、受信機に関して、異なるアンテナ、整流器または電力変換器構成が可能である。
[0095] 図5は、例示的な実施形態による、複数の受信機デバイスに電源供給するステップを示す。
1.強め合う干渉
[0106] 図6Aおよび図6Bは、例示的なポケット形成プロセス中に実施することができるワイヤレス電力伝送原理を実施する例示的なシステム600を示す。アンテナアレイに複数のアンテナを含む送信機601は、送信機601のアンテナから送信された電力伝送波607の数ある可能な属性の中でも、位相および振幅を調整することができる。図6Aに示すように、位相または振幅調整がない場合、アンテナの各々から送信することができる電力伝送波607aは、異なる位置に到達し、異なる位相を有することになる。これらの差は、多くの場合、送信機601aの各アンテナ素子から、それぞれの位置にある1つまたは複数の受信機605aへの異なる距離に起因する。
[0111] 図9Aおよび図9Bは、例示的な実施形態による、クライアントコンピューティングプラットフォームをワイヤレス充電するためのアーキテクチャ900A、900Bの図を示す。いくつかの実施態様において、ユーザーは、部屋の中にいる場合があり、手に電子デバイス(例えば、スマートフォン、タブレット)を保持している場合がある。いくつかの実施態様では、電子デバイスは、部屋の中の家具の上にある場合がある。電子デバイスは、電子デバイスに組み込まれるか、または電子デバイスに接続された別個のアダプタとしての受信機920A、920Bを含むことができる。受信機920A、920Bは、図11に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。送信機902A、902Bは、ユーザーのすぐ後ろの部屋の壁のうちの1つに掛かっている場合がある。送信機902A、902Bも、図11に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。
[0116] 図10Aは、1つの送信機1002Aおよび少なくとも2つ以上の受信機1020Aを含むことができる複数ポケット形成1000Aを用いたワイヤレス電力伝送を示す。受信機1020Aは送信機1002Aと通信することができ、これについては図11において更に説明される。送信機1002Aが受信機1020Aを識別し、位置特定すると、受信機1020Aから到来する利得および位相を知ることによって、チャネルまたは経路を確立することができる。送信機1002Aは、2つのアンテナ素子の最小値を用いることによって、3次元空間において収束することができる制御されたRF波1042Aの送信を開始することができる。これらのRF波1042Aは、適切な圧電材料を用いて、外部電源および局部発振器チップを用いて生成することができる。RF波1042Aは、RFICによって制御することができ、RFICは、アンテナ素子が強め合う干渉パターンおよび弱め合う干渉パターンを形成する(ポケット形成)ための入力としての役割を果たすことができるRF信号の位相および/または相対的な大きさを調整するための専用チップを含むことができる。ポケット形成は、干渉を利用してアンテナ素子の指向性を変更することができ、ここで、強め合う干渉はエネルギーポケット1060Aを生成し、弱め合う干渉は送信ヌルを生成する。次に、受信機1020Aは、電子デバイス、例えば、ラップトップコンピューター1062Aおよびスマートフォン1052Aを充電するかまたはこれに電源供給し、これによりワイヤレス電力伝送を効率的に提供するためにポケット形成によって生成されたエネルギーポケット1060Aを利用することができる。
[0118] 図10Bは、複数アダプティブポケット形成1000Bの例示的な説明である。この実施形態において、ユーザーは、部屋の中にいる場合があり、手に電子デバイスを保持している場合がある。この事例では、電子デバイスはタブレット1064Bとすることができる。更に、スマートフォン1052Bは、部屋の中の家具の上にあることができる。タブレット1064Bおよびスマートフォン1052Bは、各電子デバイスに組み込まれるか、またはタブレット1064Bおよびスマートフォン1052Bに接続された別個のアダプタとしての受信機を含むことができる。受信機は、図11に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。送信機1002Bは、ユーザーのすぐ後ろの部屋の壁のうちの1つに掛かっている場合がある。送信機1002Bも、図11に記載される全てのコンポーネントを含むことができる。ユーザーが受信機と送信機1002Bとの間の経路を遮るように見える場合があるとき、RF波1042Bは、各受信機に対し視線内で容易に照準合わせされない場合がある。しかし、受信機から生成される短い信号は、用いられるアンテナ素子のタイプについて無指向性とすることができ、これらの信号は、送信機1002Bを見つけるまで、壁にわたって跳ね返ることができる。ほぼ即時に、送信機1002B内に存在するマイクロコントローラーは、各受信機によって送信される受信信号に基づいて、利得および位相を調整し、「弱め合う干渉」と呼ばれる、電力伝送波が互いから減算されるように共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを減衰させる干渉とは対照的に、電力伝送波が共に合わさり、その位置に集中するエネルギーを強化させるように電力伝送波の収束を形成し、受信機から受信した信号位相の共役を形成し、アンテナ素子の組み込まれた位相を考慮に入れた、送信アンテナ位相の更なる調整を行うことによって、送信信号を再較正することができる。較正が行われると、送信機1002Bは、最も効率的な経路を辿るRF波に焦点を当てることができる。その後、ユーザーおよび家具等の障害物を考慮に入れながら、タブレット1064Bにおいてエネルギーポケット1060Bを形成し、スマートフォン1052Bにおいて別のエネルギーポケット1060Bを形成することができる。上記特性は、各エネルギーポケットに沿った送信があまり強力でないため、複数ポケット形成1000Bを用いたワイヤレス電力伝送が、本質的に安全とすることができるという点、およびRF送信が通常、生体組織から反射し、貫通しないという点で有利とすることができる。
[0125] 送信機は、以下で説明するコンポーネントを用いたポケット形成、アダプティブポケット形成および複数ポケット形成を担うことができる。送信機は、空間を通じて伝播し、使用可能な電気エネルギーに変換されることが可能な任意の物理的媒体の形態でワイヤレス電力伝送信号を受信機に送信することができ、例は、RF波、赤外線、音響、電磁場および超音波を含むことができる。電力伝送信号は、任意の周波数または波長を有するほとんど任意の無線信号とすることができることを当業者は理解するべきである。送信機は、RF送信を参照して例としてのみ説明され、範囲をRF送信のみに限定するものではない。
[0128] 図11は、例示的な実施形態による、クライアントデバイスをワイヤレス充電するためのシステム1100アーキテクチャの図を示す。システム1100は、各々が特定用途向け集積回路(ASIC)を含むことができる送信機1101および受信機1120を含むことができる。送信機1101ASICは、1つ以上のプリント回路基板(PCB)1104と、1つ以上のアンテナ素子1106と、1つ以上の無線周波数集積回路(RFIC)1108と、1つ以上のマイクロコントローラー(MC)1110と、通信コンポーネント1112と、電源1114とを備えることができる。送信機1101はハウジングに入れることができ、ハウジングは、送信機1101のための全ての要求されたコンポーネントを配分することができる。送信機1101におけるコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアルおよび/または任意の他のマテリアルを用いて製造することができる。送信機全体または受信機全体を単一の回路基板で実装することができること、および機能ブロックのうちの1つ以上を別個の回路基板で実装させることは当業者に明らかであるはずである。
[0129] いくつかの実施態様では、送信機1101は複数のPCB1104層を含むことができ、複数のPCB層は、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するためのアンテナ素子1106および/またはRFIC1108を含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。PCB1104は、非導電基板上に積層された銅シートからエッチングされた導電トラック、パッドおよび/または他の特徴を用いて、本明細書に記載の電子コンポーネントを機械的に支持し、電気的に接続することができる。PCBは、一面(1つの銅層)、二面(2つの銅層)および/または多層とすることができる。複数のPCB1104層は、送信機1101によって転送することができる電力の範囲および量を増大させることができる。PCB1104層は、単一のMC1110および/または専用MC1110に接続することができる。同様に、RFIC1108は、上記の実施形態に示されているように、アンテナ素子1106に接続することができる。
[0131] アンテナ素子1106は、指向性および/または無指向性とすることができ、平面アンテナ素子、パッチアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子およびワイヤレス電力伝送に適した任意の他のアンテナを含むことができる。適切なアンテナタイプは、例えば、約1/8インチ〜約6インチの高さと、約1/8インチ〜約6インチの幅を有することができるパッチアンテナを含むことができる。アンテナ素子1106の形状および向きは、送信機1101の所望の特徴に依拠して変動してもよく、向きは、X軸、Y軸およびZ軸において平坦であってもよく、3次元構成における様々な向きのタイプおよび組合せであってもよい。アンテナ素子1106の材料は、高い効率、良好な熱放散等でRF信号送信を可能にすることができる任意の適切な材料を含むことができる。アンテナ素子1106の量は、送信機1101における所望の範囲および電力伝送能力に関連して変動することができ、アンテナ素子1106が多いと、範囲が広くなり、かつ電力伝送能力が高くなる。
[0135] RFIC1108は、MC1110からのRF信号を受信し、RF信号を複数の出力に分割することができ、各出力はアンテナ素子1106にリンクされている。例えば、各RFIC1108は、4つのアンテナ素子1106に接続することができる。いくつかの実施態様では、各RFIC1108は、8つ、16個および/または複数のアンテナ素子1106に接続することができる。
[0140] MC1110は、ARMおよび/またはDSPを実行するプロセッサを含むことができる。ARMは、縮小命令セットコンピューティング(RISC)に基づく汎用マイクロプロセッサのファミリーである。DSPは汎用信号処理チップであり、情報信号の数学的操作を提供し、これを何らかの形で変更または改善することができ、一連の番号またはシンボルおよびこれらの信号の処理による、別個の時間、別個の周波数、および/または他の別個の領域信号の表現によって特徴付けることができる。DSPは、連続した現実世界のアナログ信号を測定、フィルタリングおよび/または圧縮することができる。第1のステップは、信号をサンプリングし、次に、アナログ信号を別個のデジタル値のストリームに変換することができるアナログ/デジタル変換器(ADC)を用いて信号をデジタル化することによる、アナログ形式からデジタル形式への信号の変換とすることができる。MC1110は、Linuxおよび/または任意の他のオペレーティングシステムも実行することができる。MC1110は、ネットワーク1140を通じて情報を提供するために、Wi−Fiに接続することもできる。
[0143] 通信コンポーネント1112は、数ある中でも、Bluetooth(登録商標)技術、赤外線通信、Wi−Fi、FM無線を含み、これらを組み合わせることができる。MC1110は、障害物に起因する損失を低減するために、ポケット形成を送信する最も効果的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時点および位置を決定することができる。そのような軌道は、直接ポケット形成、跳ね返り、およびポケット形成の距離区別を含むことができる。いくつかの実施態様では、通信コンポーネント1112は、複数のデバイスと通信することができ、これらの複数のデバイスは、受信機1120、クライアントデバイス、または他の送信機1101を含むことができる。
[0144] 送信機1101は、AC電源またはDC電源を含むことができる電源1114によって供給することができる。電源1114によって提供される電圧、電力および電流強度は、送信される必要がある電力に依拠して変動することができる。無線信号への電力の変換は、MC1110によって管理することができ、RFIC1108によって実行することができる。RFIC1108は、複数の方法およびコンポーネントを利用して、多岐にわたる周波数、波長、強度および他の特徴で無線信号を生成することができる。無線信号生成のための多岐にわたる方法およびコンポーネントの例示的な使用として、発振器および圧電結晶を用いて、異なるアンテナ素子1106において無線周波数を生じさせ、変更することができる。更に、信号を平滑化するために多岐にわたるフィルターを用いることができ、送信される電力を増大させるために増幅器を用いることができる。
[0146] ハウジングに加えて、独立した基地局は、MC1110および電源1114を含むことができ、このため、いくつかの送信機1101を単一の基地局および単一のMC1110によって管理することができる。そのような能力により、送信機1101を、天井、装飾、壁等の多岐にわたる方策上の位置に配置することが可能になる。アンテナ素子1106、RFIC1108、MC1110、通信コンポーネント1112および電源1114は、複数の構成および組合せで接続することができ、これは、送信機1101の所望の特性に依拠することができる。
[0147] 図12は、アンテナ素子を用いて受信機位置1200を決定するための方法である。受信機位置1200を決定するための方法は、MCによって管理されるプログラムされた規則またはロジックの組とすることができる。プロセスは、アンテナアレイからのアンテナの第1のサブセットを用いて第1の信号を捕捉することによってステップ1201を開始することができる。アンテナ素子の異なるサブセットに切り替え、次のステップ1203において、アンテナの第2のサブセットを用いて第2の信号を捕捉することによるプロセスが直後に続くことができる。例えば、第1の信号は、アンテナの行によって捕捉することができ、第2の捕捉は、アンテナの列により行うことができる。アンテナの行は、球座標系における方位等の水平度向きを提供することができる。アンテナの列は、仰角等の垂直度向きを提供することができる。第1の信号および第2の信号を捕捉するのに用いられるアンテナ素子は、直線上、垂直、水平、または対角線上の向きに位置合わせすることができる。アンテナの第1のサブセットおよび第2のサブセットは、送信機の周りの角度(degrees)をカバーするために、十字状の構造で位置合わせすることができる。
[0150] 図13Aは、受信機位置を決定するための方法において用いることができるアレイサブセット構成1300Aの例示的な実施形態を示す。送信機は、アンテナ1306Aのアレイを含むことができる。アンテナの行1368Aは、まず、受信機によって送信される信号を捕捉するために用いることができる。次に、アンテナの行1368Aは、信号をRFICに転送することができ、RFICにおいて、信号は無線信号からデジタル信号に変換され、処理のためにMCに渡されることが可能である。次に、MCは、受信機位置に基づいて適切な位置においてエネルギーポケットを形成するために、アンテナの行1368Aにおける位相および利得のための適切な調整を決定することができる。第2の信号は、アンテナの列1370Aによって捕捉することができる。次に、アンテナの列1370Aは、信号をRFICに転送することができ、RFICにおいて、信号は、無線信号からデジタル信号に変換され、処理のためにMCに渡されることが可能である。次に、MCは、受信機位置に基づいて適切な位置においてエネルギーポケットを形成するために、アンテナの列1370Aにおける位相および利得のための適切な調整を決定することができる。アンテナの行1368Aおよびアンテナの列1370Aについて適切な調整が決定されると、MCは、アンテナに関する以前に記憶されたデータを用い、それに応じてアンテナの行1368Aおよびアンテナの列1370Aからの結果を用いて調整することによって、アンテナのアレイ1368Aにおける残りのアンテナ素子1306Aについて適切な値を決定することができる。
1.例示的なシステム
[0151] 図13Bは、アレイサブセット構成1300Bの別の例示的な実施形態を示す。アレイサブセット構成1300Bにおいて、双方の初期信号がアンテナの2つの対角線上のサブセットによって捕捉される。プロセスは同じ経路を辿り、それによって、各サブセットはそれに応じて調整される。行われた調整および以前に記憶したデータに基づいて、アンテナアレイの残りのアンテナ素子1306Bが調整される。
[0152] 図14は、平坦な送信機1402の正面図、およびいくつかの実施形態の背面図を示す。送信機1402は、平坦な構成でアンテナ素子1406およびRFIC1408を備えることができる。RFIC1408は、各アンテナ素子1406の後ろに直接組み込むことができ、そのような一体化は、コンポーネント間の距離が短くなることに起因した損失を低減することができる。
[0157] 図15Aは、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するためのアンテナ素子1506Aを含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる、複数のPCB層1204Aを含むことができる送信機1502Aを示す。複数のPCB層1504Aは、送信機1502Aによって転送することができる電力の範囲および量を増大させることができる。PCB層1504Aは、単一のMCまたは専用MCに接続することができる。同様に、RFICは、上記の実施形態に示されているように、アンテナ素子1506Aに接続することができる。RFICは1つ以上のMCに結合することができる。更に、MCは独立した基地局または送信機1502Aに含めることができる。
[0158] 図15Bは、内部に複数のPCB層1504Bを含むことができるボックス型送信機1502Bを示す。ボックス型送信機1502Bは、ポケット形成に対し、より大きな制御を提供するアンテナ素子1506Bを含むことができ、標的受信機について応答を増大させることができる。更に、ボックス型送信機1502Bによってワイヤレス電力伝送の範囲を増大させることができる。複数のPCB層1504Bは、アンテナ素子1506Bの密度がより高いことに起因して、送信機1502Bによってワイヤレスで転送および/またはブロードキャストすることができるRF電力波の範囲および量を増大させることができる。PCB層1504Bは、アンテナ素子1506Bごとの単一のMCまたは専用MCに接続することができる。同様に、RFICは、上記の実施形態に示されるように、アンテナ素子1506Bを制御することができる。更に、送信機800のボックス形状は、ワイヤレス電力伝送の作用比を増大させることができる。このため、ボックス型送信機1502Bは、デスク、テーブル、床等の複数の表面に位置することができる。更に、ボックス型送信機1502Bは、X軸、Y軸もしくはZ軸、またはそれらの任意の組合せに向けることができる、PCB層1504Bのいくつかの構成を含むことができる。RFICは1つ以上のMCに結合することができる。更に、MCは、独立した基地局または送信機1502Bに含めることができる。
[0159] 図16は、送信機1602を異なるデバイスに組み入れるためのアーキテクチャ1600の図を示す。例えば、平坦な送信機1602は、テレビ1646のフレームに、またはサウンドバー1648のフレームにわたって適用することができる。送信機1602は、平坦な構成においてアンテナ素子およびRFICを有する複数のタイル1650を含むことができる。RFICは、各アンテナ素子の後ろに直接組み込むことができ、そのような一体化により、コンポーネント間の距離が短くなることに起因した損失を低減することができる。
[0166] 図17は、複数のアンテナ素子1706を含む送信機構成1700の例である。アンテナ素子1706は、アンテナの行1768およびアンテナの列1770を配列することによってアレイを形成することができる。送信機構成は、ポケット形成のための利得および/または位相等のアンテナ素子1706の特徴を制御する少なくとも1つのRFIC1708を含むことができ、これを、方向、電力レベル等を通じて管理することができる。アンテナ素子1706のアレイはMC1710に接続することができ、MC1710は、障害物に起因する損失を低減するための、ポケット形成を送信する最も効果的な軌道を含む、ポケット形成のための最適な時点および位置を決定することができる。そのような軌道は、直接ポケット形成、跳ね返り、およびポケット形成の距離区別を含むことができる。
A.受信機デバイスのコンポーネント
[0168] クライアントデバイスをワイヤレス充電するためのシステム1100のアーキテクチャを示す図11を参照すると、例示的な実施形態によれば、システム1100は、各々が特定用途向け集積回路(ASIC)を含むことができる送信機1101および受信機1120を備えることができる。受信機1120のASICは、プリント回路基板1122、アンテナ素子1124、整流器1126、電力変換器1129、通信コンポーネント1130および/または電力管理集積回路(PMIC)1132を備えることができる。受信機1120は、全ての要求されたコンポーネントを割り当てることができるハウジングも含むことができる。受信機1120の様々なコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアル等を含むことができるか、またはこれらを用いて製造することができる。
[0169] アンテナ素子1124は、送信機1101のアンテナ素子1106について説明した帯域に類似した周波数帯域において動作するのに適したアンテナタイプを含むことができる。アンテナ素子1124は、垂直偏波もしくは水平偏波、右偏波もしくは左偏波、楕円偏波、または他の適切な偏波、および適切な偏波の組合せを含むことができる。複数の偏波を用いることは、使用中の好ましい向きがないか、または向きが経時的に連続して変化する場合があるデバイス、例えば、スマートフォンまたはポータブルゲーム機において有利であり得る。対照的に、明確に定義された予期される向きを有するデバイス、例えば、両手を使うビデオゲームコントローラーの場合、アンテナの好ましい偏波が存在する場合があり、これにより、複数のアンテナについて所与の偏波の比を指定することができる。適切なアンテナタイプは、約299.7206cm〜約15.24cmの高さと、約0.3175cm〜約15.24cmの幅とを有するパッチアンテナを含むことができる。パッチアンテナは、偏波が接続性に依拠することができ、すなわち、偏波は、いずれの側からパッチが供給されるかに依拠して変化することができるという利点を有することができる。これにより、受信機1120等の受信機が、自身のアンテナ偏波を動的に変更してワイヤレス電力伝送を最適化することができるという利点を更に立証することができる。本明細書における実施形態において説明されるように、受信機について、異なるアンテナ、整流器または電力変換器構成が可能である。
[0170] 整流器1126は、周期的に方向が反転する交流電流(AC)を、非負値をとる直流電流(DC)に変換することができる。入力AC正弦波の交互の特性に起因して、整流プロセス単体で、非負であるが電流パルスからなるDC電流を生成する。整流器の出力は、電子フィルターによって平滑化され、一定の電流を生成することができる。整流器1126は、アンテナ素子1124によって生成される交流(AC)電圧を直流(DC)電圧に整流する、ダイオードおよび/またはレジスタ、インダクタおよび/またはキャパシタを含むことができる。
[0172] 電力変換器1129は、一定の電圧出力を提供するのに役立ち、および/または受信機1120への電圧を昇圧させるのに役立つことができるDC/DC変換器とすることができる。いくつかの実施態様において、DC/DC変換器は、最大電力点追跡器(MPPT)とすることができる。MPPTは、より高いDC出力を、電池を充電するのに必要な、より低い電圧に変換する電子DC/DC変換器である。通常の電圧出力は、約5ボルト〜約10ボルトとすることができる。いくつかの実施形態では、電力変換器1129は、高い効率を提供することができる電子切り替えモードDC/DC変換器を含むことができる。そのような場合、キャパシタは、切り替えデバイスが動作するのに十分な電流が提供されることを確実にするように、電力変換器1129の前に含めることができる。電子デバイス、例えば、電話またはラップトップコンピューターを充電するとき、電子切り替えモードDC/DC変換器の動作を作動させるのに必要な最小電力レベルを超えることができる初期高電流が必要とされる場合がある。そのような場合、受信機1120の出力にキャパシタを加えて、必要とされる追加のエネルギーを提供することができる。その後、適切な量の電流を提供するために必要とされるのに応じて、より低い電力を提供することができ、例えば、電話またはラップトップにまだ電荷を蓄積させている間に、総初期電力の1/80を用いることができる。
[0177] 通信コンポーネント1130は、送信機1101の場合と同様に、送信機とのまたは他の電子機器への通信のために受信機1120に含めることができる。いくつかの実施態様では、受信機1120は、電池レベル、ユーザーが予め定義した充電プロファイル等のプロセッサによって提供される要件に基づいて所与の送信機1120に通信するためのデバイスの内蔵通信コンポーネントを用いることができる。送信機1101は、1つ以上の1つ以上のプリント回路基板(PCB)1104、1つ以上のアンテナ素1106、1つ以上の無線周波数集積回路(RFIC)1108、1つ以上のマイクロコントローラー(MC)1110、通信コンポーネント1112、および電源1114を含むことができる。送信機1101は、送信機1101のための全ての要求されたコンポーネントを割り当てることができるハウジング内に収容することができる。送信機1101内のコンポーネントは、メタマテリアル、回路のマイクロプリント、ナノマテリアルおよび/または任意の他の材料を用いて製造することができる。受信機と送信機との間で通信コンポーネントによって通信される情報のタイプは、限定ではないが、数ある中でも電池における電力レベル、受信機において受信される信号強度および電力レベル、タイミング情報、位相および利得情報、ユーザー識別情報、クライアントデバイスの権利、セキュリティ関連シグナリング、緊急シグナリング、認証交換を含む。
[0178] 電力管理集積回路(PMIC)1132は、ホストシステムの電力要件を管理するためのシステムオンチップデバイスにおける集積回路および/またはシステムブロックである。PMIC1132は、電池管理、電圧調節および充電機能を含むことができる。PMIC1132は、動的電圧スケーリングを可能にするDC/DC変換器を含むことができる。いくつかの実施態様では、PMIC1132は、最大で95%の電力変換効率を提供することができる。いくつかの実施態様ではPMIC1132は、動的周波数スケーリングと組み合わせて一体化することができる。PMIC1132は、移動電話および/またはポータブルメディアプレーヤー等の電池式デバイスにおいて実施することができる。いくつかの実施態様では、電池は、入力キャパシタおよび出力キャパシタと交換することができる。PMIC1132は、電池および/またはキャパシタに直接接続することができる。電池が直接充電されるとき、キャパシタは実施されない場合がある。いくつかの実施態様では、PMIC1132は、電池の周りにコイルを巻かれることが可能である。PMIC1132は、充電器としての役割を果たす電力管理チップ(PMC)を含むことができ、電池に接続される。PMIC1132は、パルス周波数変調(PFM)およびパルス幅変調(PWM)を用いることができる。PMIC1132は、切り替え増幅器(クラスD電子増幅器)を用いることができる。いくつかの実施態様では、出力変換器、整流器および/またはBLEもPMIC1132に含めることができる。
[0179] ハウジングは、信号または波送信および/または受信を可能にすることができる任意の適切な材料、例えば、プラスチックまたは硬質ゴムから作製することができる。ハウジングは、例えば、ケースの形態で異なる電子機器に追加することができる外付けハードウェアとすることができるか、または電子機器内に組み込むこともできる。
[0180] ネットワーク1140は、送信機1101と受信機1120との間の通信を容易にする任意の共通通信アーキテクチャを含むことができる。当業者であれば、ネットワーク1140は、インターネット、プライベートイントラネット、または2つの何らかのハイブリッドとすることができることを理解するであろう。当業者には、ネットワークコンポーネントを、専用処理機器において実施することができるか、または代替的に、クラウド処理ネットワークにおいて実施することができることも明らかであるべきである。
1.アンテナ素子に並列に接続された複数の整流器
[0181] 図18Aは、複数の整流器1826Aをアンテナ素子1824Aに並列に接続することができる構成1800Aを示す。この例において、4つの整流器1826Aをアンテナ素子1824Aに並列に接続することができる。一方、いくつかの更なる整流器1826Aが用いられてもよい。構成1800Aは、各整流器1826Aが総電力の1/4のみを扱えばよいため、有利とすることができる。電子デバイスに1ワットが送達される場合、各整流器1826Fは、4分の1ワットのみを扱えばよい場合がある。複数の低電力整流器1826Aを用いることは、同じ電力量を扱う際、1つの高電力整流器1826Aを利用するよりも安価にすることができるので、構成1800Aはコストを大幅に削減することができる。いくつかの実施形態では、整流器1826Aによって扱われる総電力は、1つのDC/DC変換器1828Aに組み合わせることができる。他の実施形態では、整流器1826Aあたり1つのDC/DC変換器1828Aが存在することができる。
[0182]図18は、複数のアンテナ素子1824Bを整流器1826Bに並列に接続し、その後、DC電圧をDC/DC変換器1828Bを通じて調節することができる構成1800Bを示す。この例では、4つのアンテナ素子1824Bを単一の整流器1826Bに並列に接続することができる。各アンテナ素子1824Bは総電力の1/4のみを扱えばよいので、構成1800Bは有利とすることができる。更に、信号が互いに相殺しない場合があるので、構成1800Bは、単一の整流器1826Bを用いて異なる偏波のアンテナ素子1824Bの使用を可能にすることができる。上記の特性に起因して、構成1800は、明確に定義されていないか、あるいは経時的に変動する向きを有する電子デバイスに適したものとすることができる。最後に、構成1800Bは、等しい偏波のアンテナ素子1824Bを用い、大きく異ならない位相のために構成されるときに有利とすることができる。一方、いくつかの実施形態では、アンテナ素子1824Bあたり1つの整流器1826Bまたはアンテナ素子1824Bあたり複数の整流器1826(図18Aに示すように)が存在し得る。
[0183] 図19Aは、複数のアンテナ素子1924Aの出力を組み合わせて、並列な整流器1926Aに接続することができる構成1900Aを示し、整流器1926Aの出力は1つのDC変換器1928Aにおいて更に組み合わせることができる。構成1900Aは、例示として、16個のアンテナ素子1924Aを示し、16個のアンテナ素子1924Aの出力は、4つの並列の整流器1926Aにおいて結合することができる。他の実施形態において、アンテナ素子1924Aは、グループ(例えば、4つのグループ)に細分化することができ、以下の図19Bに示すように独立した整流器に接続することができる。
[0184] 図19Bは、アンテナ素子1624Bのグループを異なる整流器1926Bに接続することができる構成1900Bを示し、そしてこの整流器1926Bは、異なるDC変換器1928Bに接続することもできる。構成1900Bにおいて、アンテナ素子1924Bの4つのグループ(各々が、並列な4つのアンテナ素子1924Bを含む)は各々、4つの整流器1926Bに独立して接続することができる。この実施形態では、各整流器1926Bの出力はDC変換器1928B(合計4つ)に直接接続することができる。他の実施形態では、4つ全ての整流器1926Bの出力は、各DC変換器1928Bの前で組み合わせて、総電力を並列に扱うことができる。他の実施形態では、各整流器1926Bの組み合わされた出力は、単一のDC変換器1928Bに接続することができる。構成1900Bは、整流器1926Bとアンテナ素子1924Bとの間で大きな近接性を可能にするという点で有利とすることができる。この特性は、損失を最小限に保持することができるため、望ましい場合がある。
[0186] 図20Aは、通常の電話、コンピューターまたは他のデバイスを表すことができるデバイス2000Aが組込み受信機2020Aを含むことができる実施方式を示す。デバイス2000Aはまた、電源と、通信コンポーネント2030Aと、プロセッサとを含むことができる。受信機2020Aは、デバイス2000Aからの電源に電力を提供するためのポケット形成を利用することができる。更に、受信機2020Aは、電池レベル、ユーザーが予め定義した充電プロファイル等のプロセッサによって提供される要件に基づいて所与の送信機に通信するためのデバイス2000Aの内蔵通信コンポーネント2030A(例えば、Bluetooth(登録商標))を用いることができる。
[0187] 図20Bは、デバイス2000Bが組込み受信機2020Bを有する電池を含むことができる別の実施方式を示す。電池は、ポケット形成を通じて電力をワイヤレスで受信することができ、自身の組込み受信機2020Bを通じて充電することができる。電池は、電源のための供給部として機能することもできるし、またはバックアップ供給部として機能することもできる。この構成は、電池が充電のために取り除かれる必要がないという点で有利とすることができる。これは、ゲームコントローラーにおいて、または電池、特にAAもしくはAAAを継続的に交換することができるゲーム機器において特に有用とすることができる。
[0188] 図20Cは、受信機2020Cおよび通信コンポーネント2030Cを、デバイスに取り付けることができる外付けハードウェアに含めることができる代替的な実施方式2000Cを示す。ハードウェアは、電話、コンピューター、リモートコントローラー等に配置することができるケース等の適切な形態をとることができ、これらは、ユニバーサルシリアルバス(USB)等の適切なインターフェースを通じて接続することができる。他の実施形態では、ハードウェアは可撓性フィルム上にプリントすることができ、これは次に、電子機器に貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができる。このオプションは、低いコストで生成することができ、様々なデバイスに容易に一体化することができるため、有利とすることができる。以前の実施形態におけるように、通信コンポーネント2030Cは、送信機または電子機器一般に通信を提供することができるハードウェアに含めることができる。
[0189] 図21Aは、フレックスケーブルまたはUSBを通じてスマートフォンおよび/または任意の他の電子デバイスに接続することができる受信機2102Aを含むケースの形態をとるハードウェアを示す。他の実施形態では、ハウジングまたはケースは、数あるそのようなオプションの中でも、コンピューターケース、電話ケースおよび/またはカメラケースとすることができる。
[0190] 図21Bは、複数のプリント受信機2102Bを含むことができるプリントフィルムまたはプリントフレキシブル回路基板(PCB)の形態でハードウェアを示す。プリントフィルムは、電子デバイスに貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができ、USB等の適切なインターフェースを通じて接続することができる。プリントフィルムは、特定の電子デバイスサイズおよび/または要件を満たすようにセクションをそこから切り取ることができるという点で有利である場合がある。ワイヤレス電力伝送の効率および(ポケット形成を用いて)送達することができる電力量は、所与の受信機および送信機システムにおいて用いられるアンテナ素子の総数の関数とすることができる。例えば、約15フィートで約1ワットを送達するために、受信機は約80個のアンテナ素子を含むことができるのに対し、送信機は約256個のアンテナ素子を含むことができる。別の同一のワイヤレス電力伝送システム(約15フィートで約1ワット)は、約40個のアンテナ素子を有する受信機と、約512個のアンテナ素子を有する送信機とを含むことができる。受信機におけるアンテナ素子の数が半分に減ることは、送信機におけるアンテナ数が二倍になることを必要とする場合がある。いくつかの場合、受信機よりも送信機において多くの数のアンテナ素子を置くことが、コスト効率が良い場合がある。一方、送信機に少なくとも2つのアンテナ素子がある限り、例えば、送信機よりも受信機により多くのアンテナ素子を配置することによって、反対のことが達成され得る。
A.間隔構成
[0191] 図22は、電子デバイス2252(例えば、スマートフォン)においてワイヤレス電力伝送を受信するために受信機2220を用いることができる内部ハードウェアを示す。いくつかの実施態様では、電子デバイス2252は、電子デバイス2252のケース2254(例えば、スマートフォンケース)の内部エッジの周りに組み込むことができる受信機2220を含むことができる。他の実施形態では、受信機2220は、ケース2254の背面を覆うように実装することができる。ケース2254は、数あるそのようなオプションの中でも、スマートフォンカバー、ラップトップカバー、カメラカバー、GPSカバー、ゲームコントローラーカバーおよび/またはタブレットカバーのうちの1つ以上とすることができる。ケース2254は、プラスチック、ゴムおよび/または任意の他の適切な材料から作製することができる。
[0193] 内部ハードウェアは、プリントフィルム2256の形態をとることができ、および/または可撓性PCBは、複数のプリントアンテナ素子2224(互いに直列に、並列に、または組み合わせて接続される)、整流器および電力変換器要素等の異なるコンポーネントを含むことができる。プリントフィルム2256は、電子デバイス2252および/またはタブレット等の任意の適切な電子デバイスに貼り付けるかまたは他の形で取り付けることができる。プリントフィルム2256は、可撓性ケーブル2258等の任意の適切なインターフェースを通じて接続することができる。プリントフィルム2256は、いくつかの利点を呈することができ、これらの利点のうちの1つは、特定のスマートモバイルデバイスサイズおよび/または要件を満たすようにプリントフィルム2256からセクションを切り取ることができることとすることができる。1つの実施形態によれば、受信機2220のためのアンテナ素子2224間の間隔は、約2nm〜約12nmの範囲を取ることができ、最も適切なのは約7nmである。
Claims (36)
- 電力をワイヤレスで送信する方法であって、
アンテナアレイを備えるワイヤレス電力送信機において、
前記アンテナアレイのアンテナの第1のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第1の信号を受信することと、
前記アンテナの第1のサブセットに含まれていない少なくとも1つのアンテナを含む、前記アンテナアレイのアンテナの第2のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第2の信号を受信することと、
前記第1の信号および前記第2の信号の解析に基づいて、コントローラーによって、電力伝送波のための伝送特徴を決定することであって、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにすることと、
前記第1の信号および前記第2の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記アンテナアレイによって、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信することであって、前記電力伝送波は前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉することと
を含み、
前記アンテナの第1のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第2のサブセットに実質的に直交する、方法。 - 前記アンテナの第1のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第2のサブセットはアンテナの列である、請求項1に記載の方法。
- 前記ワイヤレス電力送信機において、
前記第1の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定することと、
前記第2の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定することと
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記ワイヤレス電力送信機において、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存することを更に含み、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項1に記載の方法。
- 前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項1に記載の方法。
- 前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記アンテナの第1のサブセットと前記アンテナの第2のサブセットは、少なくとも1つの共通のアンテナを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記アンテナアレイは、前記アンテナの第1のサブセットおよび前記アンテナの第2のサブセットにおけるアンテナとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、前記決定された伝送特徴を有する少なくとも1つの電力伝送波を送信することを含む、請求項1に記載の方法。
- アンテナの第1のサブセットおよびアンテナの第2のサブセットを備えるアンテナアレイと、
コントローラーと
を備えるワイヤレス電力送信機であって、前記アンテナアレイは、
前記アンテナの第1のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第1の信号を受信し、
前記アンテナの第1のサブセットに含まれていない少なくとも1つのアンテナを含む、前記アンテナの第2のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第2の信号を受信する
ように構成され、前記コントローラーは、前記第1の信号および前記第2の信号の解析に基づいて、電力伝送波のための伝送特徴を決定するように構成され、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにし、
前記アンテナアレイは、前記コントローラーが前記第1の信号および前記第2の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信するように更に構成され、前記電力伝送波は、前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉し、
前記アンテナの第1のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第2のサブセットに実質的に直交する、ワイヤレス電力送信機。 - 前記アンテナの第1のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第2のサブセットはアンテナの列である、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記コントローラーは、
前記第1の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定し、
前記第2の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定する
ように更に構成されている、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。 - 前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項15に記載のワイヤレス電力送信機。 - 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項16に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記コントローラーは、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存するように更に構成され、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記アンテナの第1のサブセットと前記アンテナの第2のサブセットは、少なくとも1つの共通のアンテナを有する、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記アンテナアレイは、前記アンテナの第1のサブセットおよび前記アンテナの第2のサブセットとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、電力伝送波を送信することを含む、請求項13に記載のワイヤレス電力送信機。
- アンテナアレイを備えるワイヤレス電力送信機の1つ以上のプロセッサによる実行のために構成された1つ以上のプログラムを記憶する、非一時的コンピューター可読ストレージ媒体であって、前記1つ以上のプログラムは命令を含み、前記命令は、前記1つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、
前記アンテナアレイのアンテナの第1のサブセットによって、ワイヤレス電力受信機から第1の信号を受信することと、
前記アンテナの第1のサブセットに含まれていない少なくとも1つのアンテナを含む、前記アンテナアレイのアンテナの第2のサブセットによって、前記ワイヤレス電力受信機から第2の信号を受信することと、
前記第1の信号および前記第2の信号の解析に基づいて、電力伝送波のための伝送特徴を決定することであって、前記伝送特徴は、前記電力伝送波が前記アンテナアレイによって送信されたときに、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の位置の周りで強め合うように干渉するようにすることと、
前記第1の信号および前記第2の信号の前記解析に基づいて前記伝送特徴を決定した後に、前記アンテナアレイによって、前記決定された伝送特徴を有する電力伝送波を送信することであって、前記電力伝送波は前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉することと
を実行させ、
前記アンテナの第1のサブセットは、前記アンテナアレイ内で前記アンテナの第2のサブセットに実質的に直交する、非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。 - 前記アンテナの第1のサブセットはアンテナの行であり、前記アンテナの第2のサブセットはアンテナの列である、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記1つ以上のプログラムは、前記1つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、
前記第1の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す水平角を決定することと、
前記第2の信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機に対する前記ワイヤレス電力受信機の前記位置を表す垂直角を決定することと
を実行させる命令を更に含む、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。 - 前記伝送特徴は位相および利得を含み、
前記伝送特徴を決定することは、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する位相を決定することと、
前記水平角および垂直角に基づいて、前記電力伝送波を送信する利得を決定することと
を含む、請求項27に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。 - 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記電力伝送波が前記ワイヤレス電力受信機の前記位置の周りで強め合うように干渉するように、前記決定された位相および前記決定された利得で前記電力伝送波を送信することを含む、請求項28に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記電力伝送波のための前記伝送特徴は、前記アンテナアレイに関する以前に記憶されたデータを用いて更に決定される、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記1つ以上のプログラムは、前記1つ以上のプロセッサによって実行されると、前記ワイヤレス電力送信機に、前記電力伝送波のための前記決定された伝送特徴を保存させる命令を更に含み、前記保存された伝送特徴は、未来の伝送特徴を決定するために用いられる、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記電力伝送波は、無線周波数電力伝送波である、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記電力伝送波は、電磁波、無線周波数波、マイクロ波、音波、および超音波からなる群から選択される、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記アンテナの第1のサブセットと前記アンテナの第2のサブセットは、少なくとも1つの共通のアンテナを有する、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記アンテナアレイは、前記アンテナの第1のサブセットおよび前記アンテナの第2のサブセットとは別個で分離された追加のアンテナを含む、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
- 前記決定された伝送特徴を有する前記電力伝送波を送信することは、前記アンテナアレイの各アンテナにおいて、電力伝送波を送信することを含む、請求項25に記載の非一時的コンピューター可読ストレージ媒体。
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