JP6991143B2 - 3次元フェーズドコイルアレイを介する無線充電プラットフォーム - Google Patents
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Description
本出願は、2015年9月11日に出願された米国仮出願第62/217,669号、発明の名称「WIRELESS CHARGING PLATFORMS VIA THREE-DIMENSIONAL PHASE COIL ARRAYS」の優先権及び利益を主張して、適切な時点で出願されたものである。
図1は、ここに開示する技術の例示的な共振誘導無線電力システム100のブロック図である。システム100は、無線充電(トランスミッタ)デバイス110及び電子(レシーバ)デバイス120を含む。レシーバデバイス120は、回路126に電気的に結合され、受信した電力を回路126に供給する1つ以上のレシーバコイル122を含む。幾つかの具体例では、例えば、回路126は、(例えば、電気エネルギを保存するバッテリ等の)充電回路、又はコイル122で電気エネルギに変換された電磁エネルギに基づいて、デバイス120に直接電力を供給するレギュレータ回路及び/又は降圧コンバータを含む。例えば、幾つかの具体例では、レシーバデバイス120は、コイル122で生成されたAC電気エネルギをDC電気エネルギに変換し、充電回路又はレギュレータ回路126に電力を供給するAC/DCコンバータを含む。
世界のバッテリ充電器市場は、約120億ドルと推定されており、そのなかでも主に無線充電の分野の需要が高まっている。この分野は、スマートフォン及び/又はタブレット等の電子機器を無線充電することを意図する全てのソリューションを含み、その市場は、現在、約20億ドルであるが、今後数年間に約70億ドルに成長すると期待されている。
以下の実施例は、本技術の幾つかの実施形態を例示するものである。本技術の他の例示的な実施形態は、以下にリストする実施例の前に、又は以下にリストする実施例の後に示す実施形態も含まれる。
Claims (13)
- 無線電力システムであって、
複数のコイルを含むように構成された3次元コイルアレイに電気的に接続された電源を含み、前記3次元コイルアレイが電磁界を生成するように構成された2以上のコイルを有する、無線充電トランスミッタデバイスを備え、
前記2以上のコイルのそれぞれ1つが、面螺旋状トランスミッタコイルとして構造化されており、
前記2以上のコイルは、少なくとも2つのコイルが互いに垂直であり、あるいは前記2以上のコイルは、前記3次元コイルアレイから前記電磁界を受け取るレシーバデバイスのレシーバコイルを介して前記レシーバデバイスを無線充電できる充電領域に前記電磁界を方向付けるように互いに鋭角を形成し、
前記2以上のコイルの巻線は、およそ40μmに等しい太さの導体で構成され、角度付きで絶縁体に巻かれることによって近接効果を軽減し、
前記無線充電トランスミッタデバイスは、1以上の前記面螺旋状トランスミッタコイルが磁界の強度及び方向を強化することによって、前記トランスミッタデバイスの周囲を前記レシーバデバイスが自由に動くことを許容しながら、前記レシーバコイルにおいて電磁誘導を生じさせるように動作可能であり、
前記電源は、全体的に又は部分的に、前記3次元コイルアレイの内部に配置されている、
システム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、
y軸平面上で前記3次元コイルアレイの頂部領域に配置された第1の面螺旋状トランスミッタコイルと、
前記y軸平面上で前記3次元コイルアレイの底部領域に、前記第1の面螺旋状トランスミッタコイルと平行に配置された第2の面螺旋状トランスミッタコイルと、
x軸平面上で前記3次元コイルアレイの第1の側部領域に配置された第3の面螺旋状トランスミッタコイルと、
前記x軸平面上で前記3次元コイルアレイの第2の側部領域に、前記第3の面螺旋状トランスミッタコイルと平行に配置された第4の面螺旋状トランスミッタコイルと、を備え、
前記第1及び第2の面螺旋状トランスミッタコイルは、前記第3及び第4の面螺旋状トランスミッタコイルに対して垂直であり、前記3次元コイルアレイのz軸平面上に配置された第5の面螺旋状トランスミッタコイルは、前記第1、第2、第3及び第4の面螺旋状トランスミッタコイルに垂直であるシステム。 - 請求項1において、
前記3次元コイルアレイは、
z軸平面上で前記3次元コイルアレイの頂部領域に配置された第1の面螺旋状トランスミッタコイルと、
前記z軸平面の底部領域に、前記第1の面螺旋状トランスミッタコイルと平行に配置された第2の面螺旋状トランスミッタコイルと、
y軸平面上で前記3次元コイルアレイの第1の側部領域に配置された第3の面螺旋状トランスミッタコイルと、
前記y軸平面上で前記3次元コイルアレイの第2の側部領域に、前記第3の面螺旋状トランスミッタコイルと平行に配置された第4の面螺旋状トランスミッタコイルと、
x軸平面上にある前記3次元コイルアレイの第3の側部領域に配置され、かつ前記第1、第2、第3及び第4の面螺旋状トランスミッタコイルの部分の第1の交差部において、水平に配置されている第5の面螺旋状トランスミッタコイルと、
前記第3の側部領域に平行な前記x軸平面上の第4の側部領域に配置され、かつ前記第1、第2、第3及び第4の面螺旋状トランスミッタコイルの異なる部分の第2の交差部において、水平に配置されている第6の面螺旋状トランスミッタコイルと、
を備えるシステム。 - 請求項1において、
前記レシーバコイルは、前記3次元コイルアレイの内部で自由に動くことが可能であるシステム。 - 請求項1において、
前記電源は、再充電可能なバッテリー、あるいは独立のAC/DC充電器の少なくとも1つであるシステム。 - 請求項1において、
前記電源と前記3次元コイルアレイとの間に接続された調整可能なキャパシタネットワーク回路を更に備え、
前記調整可能なキャパシタネットワーク回路は、前記無線充電トランスミッタデバイスの共振周波数を調整することなく、スイッチによって前記無線充電トランスミッタデバイスのインピーダンスを調整するように制御可能なキャパシタを含み、
前記システムは、前記調整可能なキャパシタネットワーク回路に接続され、銭3次元コイルアレイの面螺旋状トランスミッタコイルからの反射信号の変化に応答して、前記無線充電トランスミッタデバイスのインピーダンスを調整するように前記スイッチを制御する制御回路を備えることができる、システム。 - 請求項6において、
前記調整可能なキャパシタネットワーク回路に接続される前記制御回路は、前記レシーバデバイスから受信した通信信号に応答して、少なくとも部分的に前記スイッチを制御する、システム。 - 請求項6において、
前記制御回路は、前記無線充電トランスミッタデバイスの増幅器に供給される信号の周波数を制御することにより、前記電源から前記3次元コイルアレイに供給される電力を制御するように動作可能であり、あるいは、
前記制御回路は、全体的に又は少なくとも部分的に、前記3次元コイルアレイの内部に配置される、システム。 - 請求項1から3の何れか1項において、
前記2以上の面螺旋状トランスミッタコイルのそれぞれは、およそ700の品質係数Qを有する、システム。 - 請求項1において、
前記導体は、ほぼ120度の角度で前記絶縁体に巻かれている、システム。 - 請求項1から3の何れか1項において、
さらに、前記3次元コイルアレイに接続され、反射電力の変化に応答して前記無線充電トランスミッタデバイスのインピーダンスを動的に調整する、調整可能なインピーダンス整合ネットワークを備え、
前記反射電力の変化は、前記レシーバコイルの向きあるいは前記レシーバコイルの位置の変化の少なくとも1つに基づき、
前記無線充電トランスミッタデバイスの前記インピーダンスを動的に調整することは、前記無線充電トランスミッタデバイスから前記レシーバデバイスの前記レシーバコイルへのエネルギ遷移を増加させ、
前記無線充電トランスミッタデバイスは、前記レシーバコイルと、誘導結合し、共振状態にある、システム。 - トランスミッタデバイスからレシーバデバイスに無線で電力を伝送する方法であって、 2以上の面螺旋状トランスミッタコイルを含む3次元コイルアレイであって、少なくとも2つの面螺旋状トランスミッタコイルが互いに垂直であり、あるいは2以上の面螺旋状トランスミッタコイルが電磁界を発生するように互いに鋭角を形成する3次元コイルアレイに、電源から電力を供給することと、
1以上の前記面螺旋状トランスミッタコイルが磁界の強度及び方向を強化することによって、前記トランスミッタデバイスの周囲を前記レシーバデバイスが自由に動くことを許容しながら、前記発生した電磁界を充電領域に方向付けし、1以上のレシーバデバイスを充電し、あるいは1以上のレシーバデバイスに電力供給することと、を含み、
前記2以上のコイルの巻線は、互いに角度付きで絶縁体に巻かれた導体で構成され、近接効果を軽減する、方法。 - 請求項12において、
さらに、反射電力の変化に応答して、前記トランスミッタデバイスのインピーダンスを動的に調整することを含み、
前記反射電力の変化は、前記レシーバデバイスの向きあるいは前記レシーバデバイスの位置の変化の少なくとも1つに基づき、
前記トランスミッタデバイスの前記インピーダンスを動的に調整することは、前記トランスミッタデバイスの共振周波数を偏移させることはない、方法。
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