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公開番号2021182858
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2021113776
出願日20210708
発明の名称ワイヤレス電力伝送のためのシステムおよび方法
出願人エナージャス コーポレイション
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02J 50/20 20160101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】配線なしで複数の電力デバイスに電力供給し、これらの複数の電力デバイスに充電するワイヤレス電力伝送のためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】システム100は、送信機101と、受信機103a、103bと、クライアントデバイス105a、105bと、ポケット検出器107a〜107cと、を備える。送信機は、受信機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。受信機は、捕捉された波を、受信機に関連付けられたクライアントデバイス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アンテナ、アンテナ素子および他の回路部を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
ワイヤレス電力伝送のための方法であって、
送信機によって、第1の受信機に結合された第1の電子デバイスから第1の通信信号を受信することであって、前記第1の通信信号は、前記第1の電子デバイスに関連付けられた位置を含むことと、
前記送信機によって、前記第1の電子デバイスに複数のアンテナを割り当てることと、
前記送信機によって、前記第1の受信機に、複数のアンテナのうちの第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記第1の受信機から、前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記送信機によって、前記第1の受信機に、前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記受信機から、前記第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記送信機によって、第2の受信機に結合された第2の電子デバイスから第2の通信信号を受信することであって、前記第2の通信信号は、前記第2の電子デバイスに関連付けられた第2の位置を含むことと、
前記送信機によって、前記複数のアンテナを第1のグループおよび第2のグループに分割することと、
前記送信機によって、前記複数のアンテナの前記第1のグループを前記第1の電子デバイスに割り当て、前記複数のアンテナの前記第2のグループを前記第2の電子デバイスに割り当てることと、
を含む、方法。
続きを表示(約 4,300 文字)【請求項2】
前記送信機によって、前記第2の受信機に、前記複数のアンテナの前記第2のグループの第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記第2の受信機から、前記アンテナの前記第2のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記送信機によって、前記第2の受信機に、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記第2の受信機から、前記アンテナの第2のグループからの前記第2の電力伝送に基づく電圧レベルデータを受信することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記送信機によって、前記第1の受信機に、前記複数のアンテナの前記第1のグループの第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記第1の受信機から、前記アンテナの第1のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記送信機によって、前記第1の受信機に、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記送信機によって、前記第1の受信機から、前記アンテナの第1のグループからの前記第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記送信機によって、前記アンテナの第1のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータと、前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータとを比較することと、
前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第2の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第1の電力伝送信号を、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで前記第1の位相で継続的に送信することと、
前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第1の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第2の電力伝送信号を、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記電子デバイスの前記位置まで前記第2の位相で継続的に送信することと、
を更に含む、請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記送信機によって、前記アンテナの第2のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータと、前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータとを比較することと、
前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第2の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第1の電力伝送信号を、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで前記第1の位相で継続的に送信することと、
前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第1の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第2の電力伝送信号を、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで前記第2の位相で継続的に送信することと、
を更に含む、請求項2に記載の方法。
【請求項6】
前記複数のアンテナは、平面アンテナ、パッチアンテナまたはダイポールアンテナである、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記複数のアンテナは、900MHz、2.5GHzまたは5.8GHz帯域の周波数帯域で動作するように構成される、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記複数のアンテナは、垂直極、水平極、円偏波、左偏波、右偏波または偏波の組合せを含む、少なくとも1つの偏波または1つの偏波を有する、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記電力伝送信号は、電磁波、電波、マイクロ波、音波、超音波および磁気共鳴からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
ワイヤレス電力伝送のためのシステムであって、
送信機を備え、前記送信機は、
第1の受信機に結合された第1の電子デバイスから第1の通信信号を受信することであって、前記第1の通信信号は、前記第1の電子デバイスに関連付けられた位置を含むことと、
前記第1の電子デバイスに複数のアンテナを割り当てることと、
前記第1の受信機に、複数のアンテナのうちの第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記第1の受信機から、前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記第1の受信機に、前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記受信機から、前記第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
第2の受信機に結合された第2の電子デバイスから第2の通信信号を受信することであって、前記第2の通信信号は、前記第2の電子デバイスに関連付けられた第2の位置を含むことと、
前記複数のアンテナを第1のグループおよび第2のグループに分割することと、
前記複数のアンテナの前記第1のグループを前記第1の電子デバイスに割り当て、前記複数のアンテナの前記第2のグループを前記第2の電子デバイスに割り当てることと、
を行うように構成される、システム。
【請求項11】
前記送信機は、
前記第2の受信機に、前記複数のアンテナの前記第2のグループの第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記第2の受信機から、前記アンテナの前記第2のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記第2の受信機に、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記第2の受信機から、前記アンテナの第2のグループからの前記第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
を行うように更に構成される、請求項10に記載のシステム。
【請求項12】
前記送信機は、
前記第1の受信機に、前記複数のアンテナの前記第1のグループの第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、
前記第1の受信機から、前記アンテナの第1のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
前記第1の受信機に、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、
前記第1の受信機から、前記アンテナの第1のグループからの前記第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、
を行うように更に構成される、請求項10に記載のシステム。
【請求項13】
前記送信機は、
前記アンテナの第1のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータと、前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータとを比較することと、
前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第2の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第1の電力伝送信号を、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記第1の電子デバイスの前記位置まで前記第1の位相で継続的に送信することと、
前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第1の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第2の電力伝送信号を、前記アンテナの第1のグループからの前記第1のアンテナから前記電子デバイスの前記位置まで前記第2の位相で継続的に送信することと、
を行うように更に構成される、請求項12に記載のシステム。
【請求項14】
前記送信機は、
前記アンテナの第2のグループからの前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータと、前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータとを比較することと、
前記第1の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第2の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第1の電力伝送信号を、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで前記第1の位相で継続的に送信することと、
前記第2の電力伝送信号に基づく前記電圧レベルデータが前記第1の電力伝送信号よりも大きいと判断すると、前記第2の電力伝送信号を、前記アンテナの第2のグループからの前記第1のアンテナから前記第2の電子デバイスの前記位置まで前記第2の位相で継続的に送信することと、
を行うように更に構成される、請求項11に記載のシステム。
【請求項15】
前記複数のアンテナは、平面アンテナ、パッチアンテナまたはダイポールアンテナである、請求項10に記載のシステム。
【請求項16】
前記複数のアンテナは、900MHz、2.5GHzまたは5.8GHz帯域の周波数帯域で動作するように構成される、請求項10に記載のシステム。
【請求項17】
前記複数のアンテナは、垂直極、水平極、円偏波、左偏波、右偏波または偏波の組合せを含む、少なくとも1つの偏波または1つの偏波を有する、請求項10に記載のシステム。
【請求項18】
前記電力伝送波は、電磁波、電波、マイクロ波、音波、超音波および磁気共鳴からなる群から選択される、請求項10に記載のシステム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[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。
続きを表示(約 15,000 文字)【0002】
[0002] 本出願は、2013年6月24日に出願された、「Methodology for Multiple Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第13/925,469号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【0003】
[0003] 本出願は、2013年7月19日に出願された、「Method for 3 Dimensional Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第13/946,082号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【0004】
[0004] 本出願は、2013年5月10日に出願された、「Receivers for Wireless Power Transmission」と題する米国非仮特許出願第13/891,399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。
【0005】
[0005] 本出願は、2013年5月10日に出願された、「Transmitters for Wireless Power Transmission」と題する米国非仮特許出願第13/891,445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。
【0006】
[0006] 本出願は、2013年6月25日に出願された、「Wireless Power Transmission with Selective Range」と題する米国非仮特許出願第13/926,020号の一部継続出願であり、その全内容が、参照により全体として本明細書に援用される。
【0007】
[0007] 本出願は、2014年5月23日に出願された、「Enhanced Transmitter for Wireless Power Transmission」と題する米国非仮特許出願第14/286,243号の一部継続出願であり、その出願は、参照により全体として本明細書に援用される。
【0008】
[0008] 本出願は、2014年12月7日に出願された、「Receivers for Wireless Power Transmission」と題する米国非仮特許出願第14/583,625号、2014年12月7日に出願された「Methodology for Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第14/583,630号、2014年12月7日に出願された「Transmitters for Wireless Power Transmission」と題する米国非仮特許出願第14/583,634号、2014年12月7日に出願された「Methodology for Multiple Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第14/583,640号、2014年12月7日に出願された「Wireless Power Transmission with Selective Range」と題する米国非仮特許出願第14/583,641号、2014年12月27日に出願された「Method for 3 Dimensional Pocket−Forming」と題する米国非仮特許出願第14/583,643号に関し、これらの全てが参照により全体として本明細書に援用される。
【0009】
[0009] 本開示は、包括的にはワイヤレス電力伝送に関する。
【背景技術】
【0010】
[0010] スマートフォン、タブレット、ノートブックおよび他の電子デバイス等のポータブル電子デバイスは、他者と通信し、対話する上で日常的に必要なものとなっている。これらのデバイスを頻繁に用いることは、大量の電力を必要とする場合があり、これによって、これらのデバイスに取り付けられた電池が容易に消耗する場合がある。したがって、ユーザーは、デバイスを電源にプラグインし、そのようなデバイスを再充電することが頻繁に必要である。これは、電子機器を少なくとも1日に1回、または需要の高い電子デバイスでは、1日に1回よりも多く充電しなくてはならないことを必要とする場合がある。
【0011】
[0011] そのような活動は長くかかる場合があり、ユーザーにとって負担となる場合がある。例えば、ユーザーは、自身の電子機器の電力が不足している場合、充電器を携帯することが必要とされる場合がある。更に、ユーザーは、接続するための利用可能な電源を見つけなくてはならない。最後に、ユーザーは、自身の電子デバイスを充電することを可能にするために、壁または他の電源にプラグインしなくてはならない。一方、そのような活動により、充電中に電子デバイスが動作不可能になる場合がある。
【0012】
[0012] この問題に対する現在の解決策は、再充電可能な電池を有するデバイスを含むことができる。一方、上述した手法は、ユーザーが追加の電池を携帯することを必要とし、電池の追加のセットが充電されることも確実にする。太陽電池式充電池も既知であるが、太陽電池は高価であり、任意の大きな容量の電池を充電するには太陽電池の大型アレイが必要とされる場合がある。他の手法は、電磁信号を用いることによって、デバイスのプラグを電気取出口に物理的に接続することなくデバイスの充電を可能にするマットまたはパッドを含む。この場合、デバイスは、依然として、充電されるために、ある期間にわたって一定の位置に配置されることを必要とする。電磁(EM)信号の単一ソースの電力伝送を仮定すると、EM信号電力は、距離rにわたって1/r

に比例する係数だけ低減し、換言すれば、距離の二乗に比例して減衰する。このため、EM送信機から遠い距離で受信される電力は、送信された電力の僅かな部分である。受信信号の電力を増大させるために、送信電力は増大されなくてはならない。送信信号がEM送信機から3センチメートルにおいて効果的に受信されると仮定して、3メートルの有効な距離にわたって同じ信号電力を受信することは、送信される電力を10,000倍増大させることを必要とする。そのような電力伝送は、エネルギーのほとんどが、送信されても意図されるデバイスに受信されないため無駄であり、生体組織にとって危険となる可能性があり、すぐ近くにあるほとんどの電子デバイスと干渉する可能性が非常に高く、また、熱として放散される場合がある。
【0013】
[0013] 指向性電力伝送等の更に別の手法では、通常、電力伝送効率を高めるために、信号を正しい方向に向けることを可能にするようにデバイスの位置を知ることが必要となる。しかし、デバイスが位置特定された場合であっても、受信デバイスの経路内または近傍における物体の反射および干渉に起因して、効果的な伝送は保証されない。加えて、多くの使用事例においてデバイスは静止しておらず、これにより困難さが増す。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0014】
[0014] 本明細書に記載の実施形態は、電力伝送信号(例えば、無線周波数(RF)信号波)を送信して3次元エネルギーポケットを生じさせる送信機を備える。少なくとも1つの受信機は、電子デバイスに接続または一体化し、エネルギーポケットから電力を受信することができる。送信機は、通信媒体(例えば、Bluetooth(登録商標)技術)を用いて3次元空間において少なくとも1つの受信機を位置特定することができる。送信機は、少なくとも1つの受信機の各々の周りにエネルギーポケットが生じるように波形を生成する。送信機は、アルゴリズムを用いて3次元において波形を方向付け、波形の焦点を合わせ、波形を制御する。受信機は、送信信号(例えば、RF信号)を、電子デバイスに電力供給するための、および/または電池に充電するための電気に変換することができる。したがって、ワイヤレス電力伝送のための実施形態は、配線なしで複数の電力デバイスに電力供給し、これらの複数の電力デバイスに充電することを可能にすることができる。
【0015】
[0015] 1つの実施形態では、ワイヤレス電力伝送のための方法が、送信機によって、第1の受信機に結合された第1の電子デバイスから第1の通信信号を受信することであって、第1の通信信号は、第1の電子デバイスに関連付けられた位置を含むことと、送信機によって、第1の電子デバイスに複数のアンテナを割り当てることと、送信機によって、第1の受信機に、複数のアンテナのうちの第1のアンテナから第1の電子デバイスの位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、送信機によって、第1の受信機から、第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、送信機によって、第1の受信機に、第1のアンテナから第1の電子デバイスの位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、送信機によって、受信機から、第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、送信機によって、第2の受信機に結合された第2の電子デバイスから第2の通信信号を受信することであって、第2の通信信号は、第2の電子デバイスに関連付けられた第2の位置を含むことと、送信機によって、複数のアンテナを第1のグループおよび第2のグループに分割することと、送信機によって、複数のアンテナの第1のグループを第1の電子デバイスに割り当て、複数のアンテナの第2のグループを第2の電子デバイスに割り当てることとを含むことができる。
【0016】
[0016] 別の実施形態では、送信機が、第1の受信機に結合された第1の電子デバイスから第1の通信信号を受信することであって、第1の通信信号は、第1の電子デバイスに関連付けられた位置を含むことと、第1の電子デバイスに複数のアンテナを割り当てることと、第1の受信機に、複数のアンテナのうちの第1のアンテナから第1の電子デバイスの位置まで第1の位相で第1の電力伝送信号を送信することと、第1の受信機から、第1の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、第1の受信機に、第1のアンテナから第1の電子デバイスの位置まで第2の位相で第2の電力伝送信号を送信することと、受信機から、第2の電力伝送信号に基づく電圧レベルデータを受信することと、第2の受信機に結合された第2の電子デバイスから第2の通信信号を受信することであって、第2の通信信号は、第2の電子デバイスに関連付けられた第2の位置を含むことと、複数のアンテナを第1のグループおよび第2のグループに分割することと、複数のアンテナの第1のグループを第1の電子デバイスに割り当て、複数のアンテナの第2のグループを第2の電子デバイスに割り当てることとを含むことができる。
【0017】
[0017] 実施形態の更なる特徴および利点が、以下の説明に示され、部分的にこの説明から明らかとなる。書面による説明における例示的な実施形態およびその特許請求の範囲ならびに添付の図面において特に指摘された構造によって、本発明の目的および他の利点が実現され、達成されることとなる。
【0018】
[0018] 上記の全体的な説明および以下の詳細な説明の双方が例示的かつ説明的なものであり、特許請求される本発明の更なる説明を与えることを意図していることを理解されたい。
【0019】
[0019] 本開示の非限定的な実施形態は、添付の図面を参照して例として説明される。添付の図面は、概略的であり、縮尺どおりに描かれることは意図されていない。背景技術を表すものとして示されない限り、図面は本開示の態様を表す。
【図面の簡単な説明】
【0020】
[0020]例示的な実施形態によるシステム概観を示す。
[0021]例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送のステップを示す。
[0022]例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送のアーキテクチャを示す。
[0023]例示的な実施形態による、ポケット形成手順を用いたワイヤレス電力伝送のシステムのコンポーネントを示す。
[0024]例示的な実施形態による、複数の受信機デバイスに電力供給するステップを示す。
[0025]単一の波形に統合することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送のための波形を示す。
[0026]単一の波形に統合することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送のための波形を示す。
[0027]送信機からの様々な半径に沿ってエネルギーの複数のポケットを生成することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
[0028]送信機からの様々な半径に沿ってエネルギーの複数のポケットを生成することができる、選択的範囲を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
[0029]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の図を示す。
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の図を示す。
[0030]例示的な実施形態による、複数ポケット形成を用いたワイヤレス電力伝送を示す。
[0031]例示的な実施形態による、複数アダプティブポケット形成を示す。
[0032]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アーキテクチャの図を示す。
[0033]例示的な実施形態による、アンテナ素子を用いて受信機位置を特定するための方法を示す。
[0034]例示的な実施形態によるアレイサブセット構成を示す。
[0035]例示的な実施形態によるアレイサブセット構成を示す。
[0036]例示的な実施形態による平坦な送信機を示す。
[0037]例示的な実施形態による送信機を示す。
[0038]例示的な実施形態によるボックス型送信機を示す。
[0039]例示的な実施形態による、送信機を異なるデバイスに組み込むためのアーキテクチャの図を示す。
[0040]例示的な実施形態による送信機構成を示す。
[0041]例示的な実施形態による、アンテナ素子に並列に接続された複数の整流器を示す。
[0042]例示的な実施形態による、整流器に並列に接続された複数のアンテナ素子を示す。
[0043]例示的な実施形態による、組み合わされ、並列な整流器に接続された、複数のアンテナ素子の出力を示す。
[0044]例示的な実施形態による、異なる整流器に接続されたアンテナ素子のグループを示す。
[0045]例示的な実施形態による、組込み受信機を有するデバイスを示す。
[0046]例示的な実施形態による、組込み受信機を有する電池を示す。
[0047]例示的な実施形態による、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を示す。
[0048]例示的な実施形態による、ケースの形態のハードウェアを示す。
[0049]例示的な実施形態による、プリントフィルムまたはフレキシブルプリント回路基板の形態のハードウェアを示す。
[0050]例示的な実施形態による内部ハードウェアを示す。
[0051]例示的な実施形態による、ポータブルワイヤレス送信機を1つ以上のパワーアウトレットに接続することができる電源プラグを有するポータブル送信機を示す。
[0052]例示的な実施形態による、複数の電源プラグがポータブルワイヤレス送信機を多岐にわたる電源および/または電気アダプタに接続する送信機を示す。
[0053]例示的な実施形態による、送信機が、起動時に少なくとも1つのエネルギーポケットを生じさせることができるボタンを含むことができるワイヤレス電力伝送システムを示す。
[0054]実施形態による、ワイヤレス電力伝送のために用いることができる強化型ワイヤレス電力送信機のブロック図を示す。
[0055]実施形態による、専用受信無線周波数集積回路(RFIC)に結合することができるアンテナ素子の送信機配置を示す。
[0056]実施形態による、強化型ワイヤレス電力送信機における専用受信RFICのブロック図を示す。
[0057]例示的な実施形態による、3つの送信機を含むワイヤレス電力システムのためのコンポーネントレベル実施形態を示す。
[0058]例示的な実施形態による、2つの異なる部屋における2つの送信機を含むワイヤレス電力システムを示す。
[0059]例示的な実施形態による、2つの異なる部屋内の照明用ソケットにプラグインされた2つの送信機を備えるワイヤレス電力システムを示す。
[0060]例示的な実施形態による、受信機として用いられ、スマートフォンケース内に組み込まれた内部ハードウェアを示す。
[0061]例示的な実施形態による、1つ以上の電子デバイスにワイヤレスで電力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受信機のブロック図を示す。
[0062]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送中に受信機において実施することができる電力変換プロセスを示す。
[0063]例示的な実施形態による、システムアーキテクチャ図を示す。
[0064]例示的な実施形態による、送信機およびワイヤレス受信機を含むワイヤレス電力ネットワークの例示的な実施形態を示す。
[0065]実施形態によるワイヤレス電力伝送システムネットワークを示す。
[0066]例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝送システムアーキテクチャ、を示す。
[0067]例示的な実施形態による、実装の1つ以上の実施形態が動作することができる例示的なコンピューティングデバイスを示す。
[0068]例示的な実施形態による、アダプティブ3Dポケット形成技法を用いてワイヤレスエネルギーを送信するためのワイヤレスエネルギー伝送システムを示す。
[0069]例示的な実施形態による、ペアリングプロセスのフローチャートを示す。
[0070]例示的な実施形態による、ペアリング解除プロセスのフローチャートを示す。
[0071]例示的な実施形態による、追跡および位置決めのフローチャートを示す。
[0072]例示的な実施形態による、携帯電話が低効率で電荷および/または電力を受信するワイヤレス電力伝送を示す。
[0073]例示的な実施形態による、携帯電話が低効率で電荷および/または電力を受信するワイヤレス電力伝送を示す。
[0074]例示的な実施形態による、充電要求プロセスのフローチャートを示す。
[0075]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送を必要とするデバイスを認証するために送信機からマイクロコントローラーによって利用することができる例示的なルーチンを示す。
[0076]実施形態による、ルーチン内で以前に認証されたデバイスに電力を送達するために送信機からマイクロコントローラーによって利用することができる例示的なルーチンを示す。
[0077]例示的な実施形態による、他の受信デバイスに電力を更にリダイレクトすることができるポータブルマット上の少なくとも1つのエネルギーポケットを生じさせる送信機を示す。
[0078]例示的な実施形態による、少なくとも1つの受信デバイス上にエネルギーポケットを生成するための所望の位置を確立する役割を果たすことができるトレーサーを含むワイヤレス電力伝送システムを示す。
[0079]例示的な実施形態による、少なくとも1つの受信デバイス上にエネルギーポケットを生成するための所望の位置を確立する役割を果たすことができるトレーサーを含むワイヤレス電力伝送を示す。
[0080]例示的な実施形態による、複数の受信デバイス上にエネルギーポケットを生成するための所望の位置を確立する役割を果たすことができるトレーサーを含むワイヤレス電力伝送を示す。
[0081]例示的な実施形態による、2つ以上のクライアントデバイスに同時に電力供給するためのアンテナアレイのサブセットを自動的に割り当てる方法を示すフローチャートを示す。
[0082]例示的な実施形態による、1つ以上のクライアントデバイスを充電するようにシステムに命令するためにシステム管理GUIによって開始することができるワイヤレス電力管理ソフトウェアによって利用することができる例示的なルーチンのフローチャートを示す。
[0083]実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムにおける時分割多重(TDM)方法を用いて複数のクライアントデバイスに電力供給するプロセスのフローチャートを示す。
[0084]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信機から受信機への電力伝送の平衡がとられるようにワイヤレス電力受信機に割り当てられたアンテナ数を調整するためのプロセスのフローチャートを示す。
[0085]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送のために利用することができる送信機のブロック図を示す。
[0086]例示的な実施形態による、送信機において用いることができるフラットパネルアンテナアレイの例示的な図を示す。
[0087]例示的な実施形態による、全てのアンテナ素子が5.8GHzで動作することができる単一のアレイを示す。
[0088]例示的な実施形態による、アンテナ素子の上半分が5.8GHzで動作することができ、下半分が2.4GHzで動作することができるペアアレイを示す。
[0089]例示的な実施形態による、各アンテナ素子を、ワイヤレス電力伝送中に電力損失を回避するために仮想的に分割することができるクアッドアレイを示す。
[0090]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送においてTDMを利用した、経時的な通信チャネルの例示的な分布を描くチャートを示す。
[0091]いくつかの実施形態による、ワイヤレス電力受信機とワイヤレス電力送信機との間の例示的な潜在的インタラクションのダイアグラムを示す。
[0092]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムアーキテクチャの一部とすることができるワイヤレス電力受信機およびワイヤレス電力送信機の例示的な潜在的インタラクションのダイアグラムを示す。
[0093]例示的な実施形態による、デバイスにワイヤレス電力を伝送する例示的な方法を包括的に示す流れ図を示す。
[0094]例示的な実施形態による、デバイスに伝送されたワイヤレス電力を監視するための例示的な方法を包括的に示す流れ図を示す。
[0095]例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムにおける電池性能を監視するための方法のフローチャートを示す。
[0096]例示的な実施形態による、電池性能を監視するための方法のシーケンス図を示す。
[0097]例示的な実施形態による、健康の安全性の禁止された状況に基づいて、クライアントデバイスがワイヤレス電力伝送システムから電力を受信することを禁止するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
[0098] ここで、本明細書の一部をなす図面に示される実施形態を参照して本開示が詳細に説明される。本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、および/または他の変更を行うことができる。詳細な説明に記載される説明的な実施形態は、本明細書に提示される主題を限定することを意図するものではない。更に、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を形成することができる。
【0022】
[0099] ここで、図面に示されている例示的な実施形態を参照し、本明細書において、これらの実施形態を説明するために特定の言い回しが用いられる。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解されたい。関連技術分野における、本開示を保有する当業者が思いつくであろう、本明細書に示される発明的特徴の変形および更なる変更、ならびに本明細書に示される本発明の原理の更なる応用は、本発明の範囲内にあるとみなされる。
【0023】
I.ワイヤレス電力伝送のためのシステムおよび方法
A.システム実施形態のコンポーネント
[0100] 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。
【0024】
1.送信機
[0101] 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、電力伝送信号は、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。
【0025】
[0102] 例示的な実施形態は、RF波送信技法の使用を挙げているが、ワイヤレス充電技法は、RF波送信技法に限定されるべきではない。むしろ、可能なワイヤレス充電技法は、送信されたエネルギーを電力に変換する受信機にエネルギーを送信するための任意の数の代替的なまたは更なる技法を含むことができることが理解されるべきである。受信デバイスによって電力に変換することができるエネルギーのための非限定的な例示的な伝送技法は、超音波、マイクロ波、共鳴磁場および誘導磁場、レーザー光、赤外線、または他の形態の電磁エネルギーを含むことができる。超音波の場合、例えば、受信デバイスに向かって超音波を送信するトランスデューサーアレイを形成するように1つ以上のトランスデューサー素子を配置することができ、この受信デバイスは、超音波を受信し、超音波を電力に変換する。共鳴磁場および誘導磁場の場合、送信コイルにおいて磁場が生じ、受信機コイルによって電力に変換される。更に、例示的な送信機101が、潜在的に複数の送信機(送信アレイ)を含む単一のユニットとして示されているが、電力のRF送信、およびこの段落で述べられた他の電力伝送方法の双方の場合に、送信アレイは、小型の規則的構造ではなく、空間の周りに物理的に拡散した複数の送信機を含むことができる。
【0026】
[0103] 送信機は、アンテナが電力伝送信号を送信するために用いられるアンテナアレイを含む。各アンテナは電力伝送波を送信し、ここで、送信機は、異なるアンテナから送信された信号に異なる位相および振幅を適用する。エネルギーポケットの形成と同様に、送信機は、送信される信号の遅延したバージョンのフェーズドアレイを形成することができ、次に、信号の遅延したバージョンに異なる振幅を適用し、次に、適切なアンテナから信号を送信する。RF信号、超音波、マイクロ波等のような正弦波形の場合、信号を遅延させることは、信号に位相シフトを適用することと同様である。
【0027】
2.エネルギーポケット
[0104] 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。
【0028】
3.受信機
[0105] 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。
【0029】
[0106] いくつかの実施形態では、受信機103は、データをリアルタイムでまたはほぼリアルタイムで交換するために、制御信号を送信機101に送信する通信コンポーネントを備えることができる。制御信号は、クライアントデバイス105、受信機103または電力伝送信号に関するステータス情報を含むことができる。ステータス情報は、数あるタイプの情報の中でも、例えば、デバイス105の現在の位置情報、受け取った電荷量、使用した電荷量、およびユーザーアカウント情報を含むことができる。更に、いくつかの用途では、受信機103は、受信機が収容する整流器を含めて、クライアントデバイス105に一体化することができる。実際的には、受信機103、配線111およびクライアントデバイス105は、単一のパッケージ内に含まれる単一のユニットとすることができる。
【0030】
4.制御信号
[0107] 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、ユーザーデータ、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。
(【0031】以降は省略されています)

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