JP6039741B2 - ワイヤレス電力領域内での受信機デバイスの追跡 - Google Patents

Description

米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、
本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に明確に組み込まれる、2009年3月28日に出願された「TRACKING OBJECTS LOCATED WITHIN WIRELESS CHARGING SYSTEMS」と題する米国仮特許出願第61/164,410号の米国特許法第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、ワイヤレス電力システム中にあり得る受信機デバイスを追跡することに関係するデバイス、システム、および方法に関する。

一般に、ワイヤレス電子デバイスなどの各バッテリー電源式デバイスは、それ自体の充電器と、通常は交流(AC)電源コンセントである、電源とを必要とする。そのようなワイヤード構成は、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、充電すべき電子デバイスに結合された受信機との間で無線またはワイヤレス電力伝送を使用する手法が開発されている。そのような手法は概して2つのカテゴリに入る。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。受信アンテナは、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り、したがって(たとえば、1〜2メートルよりも短い)妥当な距離にわたる充電が困難になる。さらに、送信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。

ワイヤレスエネルギー伝送技法に対する他の手法は、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、充電すべきホスト電子デバイス中に埋め込まれた受信アンテナ(および整流回路)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、数千分の1メートル内)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極めて小さく、ユーザがデバイスを特定のエリアに正確に配置する必要がある。したがって、送信アンテナと受信アンテナとの柔軟な配置および配向に適応するワイヤレス充電構成を提供する必要がある。

ワイヤレス電力伝送の場合、受信機デバイスへの好都合で邪魔にならないワイヤレス電力送信のために、ワイヤレス電力を送信するため、およびワイヤレス電力を中継するためのシステムおよび方法が必要である。また、ワイヤレス充電ゾーン内にあることもないこともある受信機デバイスを追跡し、報告する必要がある。

特許請求の範囲に記載の構成によって、上記課題を解決する。

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。 送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す図である。 共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す図である。 本発明の例示的な一実施形態による送信機の簡略ブロック図である。 本発明の例示的な一実施形態による受信機の簡略ブロック図である。 送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図である。 送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図である。 送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図である。 送信機と受信機との間の通信のためのメッセージングプロトコルを示すタイミング図である。 送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。 送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。 送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。 送信機と受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。 大きい送信アンテナと、その送信アンテナと共面に、その送信アンテナの周囲内に配設された3つの異なるより小さい中継器アンテナとを示す図である。 大きい送信アンテナと、その送信アンテナに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さい中継器アンテナとを示す図である。 通知要素を含む送信機の簡略ブロック図である。 通知要素を含むワイヤレス電力伝達システムの簡略ブロック図である。 通知器をもち、受信機デバイスを含む、ホストデバイスを示す図である。 通知器をもち、受信機デバイスを含む、別のホストデバイスを示す図である。 受信機デバイスを追跡する際に実行され得る行為を示す簡略流れ図である。

「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の共振周波数と送信機104の共振周波数とがまったく同じである場合、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。

図4に、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合強度を示すシミュレーション結果を示す。曲線170および172は、それぞれ送信アンテナおよび受信アンテナによる電力の受容の測度を示す。言い換えれば、大きい負数では、極めて近接したインピーダンス整合があり、電力の大部分は受容され、その結果、送信アンテナによって放射される。逆に、小さい負数は、所与の周波数で近接したインピーダンス整合がないので、電力の大部分がアンテナから反射されることを示す。図4では、送信アンテナと受信アンテナは、約13.56MHzの共振周波数を有するように同調させられる。

曲線170は、様々な周波数において送信アンテナから送信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1aおよび点3aでは、電力の大部分は反射され、送信アンテナから送信されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2aでは、大量の電力が受容され、アンテナから送信されることがわかる。

同様に、曲線172は、様々な周波数において受信アンテナによって受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1bおよび点3bでは、電力の大部分は反射され、受信アンテナを通して受信機に伝達されない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2bでは、大量の電力が受信アンテナによって受容され、受信機に伝達されることがわかる。

曲線174は、送信機から送信アンテナを通して送信され、受信アンテナを通して受信され、受信機に伝達された後、受信機において受信される電力の量を示す。したがって、約13.528MHzおよび13.593MHzに対応する点1cおよび点3cでは、(1)送信アンテナが送信機からそれに送信された電力の大部分を拒絶し、(2)周波数が共振周波数から離れるにつれて、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合が効率的でなくなるので、送信機から送信された電力の大部分は受信機において利用できない。しかしながら、約13.56MHzに対応する点2cでは、送信機から送信された大量の電力が受信機において利用可能であり、送信アンテナと受信アンテナとの間の高度の結合を示すことがわかる。

図5Aおよび図5Bに、本発明の例示的な実施形態による送信アンテナと受信アンテナとのためのループアンテナのレイアウトを示す。ループアンテナは、多種多様なサイズの単巻きループまたは多巻きループを用いて、いくつかの異なる方法で構成され得る。さらに、ループは、単に例として、円形、楕円形、方形、および長方形など、いくつかの異なる形状であり得る。図5Aは、大きい方形ループ送信アンテナ114Sと、送信アンテナ114Sと同じ平面内にあって送信アンテナ114Sの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118とを示す。図5Bは、大きい円形ループ送信アンテナ114Cと、送信アンテナ114Cと同じ平面内にあって送信アンテナ114Cの中心の近くに配置された小さい方形ループ受信アンテナ118'とを示す。方形ループ送信アンテナ114Sの辺の長さは「a」であり、円形ループ送信アンテナ114Cの直径は「Φ」である。方形ループの場合、その直径がΦ_eq=4a/πとして定義され得る等価円形ループがあることを示すことができる。

図6に、共面および同軸配置における結合強度を示すための、送信アンテナに対する受信アンテナの様々な配置点を示す。本明細書で使用する「共面」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、送信アンテナの平面と受信アンテナの平面との間の距離がない(または小さい)ことを意味する。本明細書で使用する「同軸」は、送信アンテナと受信アンテナとが実質的に整合された平面(すなわち、実質的に同じ方向を指す表面法線)を有し、2つの平面間の距離がわずかではなく、さらに、送信アンテナと受信アンテナとの表面法線が実質的に同じベクトルに沿っているか、または2つの法線がエシェロン状であることを意味する。

例として、点p1、点p2、点p3、および点p7は、すべて送信アンテナに対する受信アンテナの共面配置点である。別の例として、点p5および点p6は、送信アンテナに対する受信アンテナの同軸配置点である。下記の表に、図6に示す様々な配置点(p1〜p7)における結合強度(S21)と(送信アンテナから送信され、受信アンテナに達した電力の割合として表される)結合効率とを示す。

わかるように、共面配置点p1、p2、およびp3は、すべて比較的高い結合効率を示す。配置点p7も共面配置点であるが、送信ループアンテナの外部にある。配置点p7は高い結合効率を有しないが、若干の結合があり、結合モード領域は送信ループアンテナの周囲を越えて広がっていることが明らかである。

配置点p5は、送信アンテナと同軸であり、かなりの結合効率を示す。配置点p5の結合効率は共面配置点の結合効率ほど高くない。しかしながら、配置点p5の結合効率は、同軸配置において送信アンテナと受信アンテナとの間でかなりの電力を伝達することができるほど十分に高い。

配置点p4は、送信アンテナの周囲内にあるが、送信アンテナの平面の上方のわずかな距離にあって、オフセット同軸配置(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、異なるロケーションにある)またはオフセット共面(すなわち、表面法線が実質的に同じ方向であるが、平面が互いにオフセットされる)と呼ばれることがある位置にある。表から、オフセット距離が2.5cmの場合、配置点p4は、依然として比較的良好な結合効率を有することがわかる。

配置点p6は、送信アンテナの周囲の外部にあり、送信アンテナの平面の上方のかなりの距離にある配置点を示す。表からわかるように、配置点p7は、送信アンテナと受信アンテナとの間の結合効率をほとんど示さない。

図7は、本発明の例示的な一実施形態による送信機の簡略ブロック図である。送信機200は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによって送信アンテナ204にRF電力を供給し、その結果、送信アンテナ204の周りに近距離場エネルギーが発生する。例として、送信機200は、13.56MHz ISM帯域で動作し得る。

例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定のインピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで高調波放出を低減するように構成された低域フィルタ(LPF)208とを含む。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、他の周波数をパスしながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む様々なフィルタトポロジーを含み得、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流ドローなど、測定可能な送信メトリクスに基づいて変化させられ得る適応型インピーダンス整合を含み得る。送信回路202は、発振器212によって判断されたRF信号を駆動するように構成された電力増幅器210をさらに含む。送信回路は、個別デバイスまたは回路からなるか、あるいは代わりに、一体型アセンブリからなり得る。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は2.5ワットのオーダーであり得る。

送信回路202は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器212を使用可能にし、発振器の周波数を調整し、取り付けられた受信機を通して隣接デバイスと対話するための通信プロトコルを実装するために出力電力レベルを調整するための、プロセッサ214をさらに含む。

送信回路202は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含み得る。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって発生された近距離場の近傍におけるアクティブ受信機の存在または不在によって影響を及ぼされる、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、アクティブ受信機と通信するためのエネルギーを送信するために発振器212を使用可能にすべきかどうかを判断する際に使用するために、プロセッサ214によって監視される。

送信アンテナ204は、抵抗損を低く保つように選択された厚さ、幅および金属タイプをもつアンテナストリップとして実装され得る。従来の実装形態では、送信アンテナ204は、一般に、テーブル、マット、ランプまたは他のより可搬性が低い構成など、より大きい構造物との関連付けのために構成され得る。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際的な寸法にするための「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的な一実装形態は、「電気的に小形」(すなわち、波長の分数)であり得、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させられ得る。送信アンテナ204の直径が、または方形ループの場合は、辺の長さが、受信アンテナに対してより大きい(たとえば、0.50メートル)ことがある例示的な適用例では、送信アンテナ204は、妥当なキャパシタンスを得るために必ずしも多数の巻きを必要としない。

図8は、本発明の例示的な一実施形態による受信機のブロック図である。受信機300は、受信回路302と受信アンテナ304とを含む。受信機300は、さらに、デバイス350に受信電力を与えるためにデバイス350に結合する。受信機300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に一体化され得ることに留意されたい。一般に、エネルギーは、受信アンテナ304にワイヤレスに伝搬され、次いで、受信回路302を通してデバイス350に結合される。

受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図7)と同じ周波数、または同じ周波数の近くで共振するように同調させられる。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様に寸法決定され得、または関連するデバイス350の寸法に基づいて別様にサイズ決定され得る。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであり得る。そのような例では、受信アンテナ304は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信アンテナのインピーダンスを増加させるために、多巻きアンテナとして実装され得る。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻線)の数および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス350の実質的な周囲の周りに配置され得る。

受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を、デバイス350が使用するための充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310をも含み得る。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304において受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DC-DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびに線形およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図される。

受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するため、または代替的に電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに含み得る。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、以下でより十分に説明するように、送信機200(図7)から「見た」「負荷」を変化させる。上記で開示したように、送信機200は、送信機電力増幅器210に供給されたバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路216を含む。したがって、送信機200は、受信機が送信機の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。

複数の受信機300が送信機の近距離場に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合することができるように、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましいことがある。受信機はまた、他の近くの受信機への結合を解消するため、または近くの送信機に対する装荷を低減するためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出される除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように受信機300から送信機200への通信機構を与える。さらに、受信機300から送信機200へのメッセージの送信を可能にするプロトコルがスイッチングに関連付けられ得る。例として、スイッチング速度は100μ秒のオーダーであり得る。

例示的な一実施形態では、送信機と受信機との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機は、近距離場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用する。受信機は、エネルギーのこれらの変化を送信機からのメッセージと解釈する。受信機側から、受信機は、近距離場からどのくらいの電力が受容されているかを調整するために受信アンテナの同調および離調を使用する。送信機は、近距離場から使用される電力のこの差異を検出し、これらの変化を受信機からのメッセージと解釈することができる。

受信回路302は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応し得る、受信したエネルギー変動を識別するために使用される、シグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに含み得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314はまた、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出するために使用され得、また、ワイヤレス充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクするための公称電力にするために使用され得る。

受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信機300のプロセスを調整するためのプロセッサ316をさらに含む。受信機300のクローキングは、デバイス350に充電電力を供給する外部ワイヤード充電ソース(たとえば、ウォール/USB電力)の検出を含む他のイベントの発生時にも行われることがある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路314を監視することもある。プロセッサ316はまた、パフォーマンスの改善ためにDC-DC変換器310を調整し得る。

図9に、送信機と受信機との間のメッセージングを実施するための送信回路の一部分の簡略図を示す。本発明のいくつかの例示的な実施形態では、送信機と受信機との間の通信のための手段が使用可能にされ得る。図9では、電力増幅器210は、送信アンテナ204を励振して放射界を発生させる。電力増幅器は、送信アンテナ204に対して所望の周波数で発振しているキャリア信号220によって駆動される。電力増幅器210の出力を制御するために送信変調信号224が使用される。

送信回路は、電力増幅器210に対してオン/オフキーイングプロセスを使用することによって受信機に信号を送信することができる。言い換えれば、送信変調信号224がアサートされたとき、電力増幅器210は、送信アンテナ204に対してキャリア信号220の周波数を励振する。送信変調信号224がネゲートされたとき、電力増幅器は送信アンテナ204に対して周波数を励振しない。

図9の送信回路はまた、電力増幅器210に電力を供給し、受信信号235出力を発生する、負荷感知回路216を含む。負荷感知回路216では、電力In信号226と電力増幅器210への電力供給228との間で、抵抗R_sの両端間の電圧降下が生じる。電力増幅器210によって消費される電力の変化は、差動増幅器230によって増幅される電圧降下の変化を引き起こす。送信アンテナが受信機中の受信アンテナ(図9に図示せず)との結合モードにあるとき、電力増幅器210によって引き出される電流の量が変化する。言い換えれば、送信アンテナ204の結合モード共振が存在しない場合、放射界を励振するために必要とされる電力が最初の量である。結合モード共振が存在する場合、電力の大部分が受信アンテナに結合されているので、電力増幅器210によって消費される電力の量は上昇する。したがって、受信信号235は、以下で説明するように、送信アンテナ204に結合された受信アンテナの存在を示すことができ、受信アンテナから送信された信号を検出することもできる。さらに、以下で説明するように、受信機電流ドローの変化は、送信機の電力増幅器電流ドローにおいて観測可能であり、この変化を使用して、受信アンテナからの信号を検出することができる。

図10A〜図10Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。図10A〜図10Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、スイッチS1Aを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、スイッチS2Aを通してダイオードD1および整流器318に選択的に結合される。整流器318は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリーの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図9の送信機を参照しながら上記で説明した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。

本発明の例示的な実施形態は、受信デバイスの電流ドローの変調と、逆方向リンクシグナリングを達成するための受信アンテナのインピーダンスの変調とを含む。図10Aおよび図9を参照すると、受信デバイスの電力ドローが変化すると、負荷感知回路216は、送信アンテナの得られた電力変化を検出し、これらの変化から受信信号235を発生させることができる。

図10A〜図10Cの例示的な実施形態では、スイッチS1AおよびS2Aの状態を修正することによって、送信機を通る電流ドローを変化させることができる。図10Aでは、スイッチS1AおよびスイッチS2Aは、どちらも開いており、「DC開状態」を生成し、送信アンテナ204からの負荷を本質的に除去する。これにより、送信機が受ける電流が低減される。

図10Bでは、スイッチS1Aは閉じており、スイッチS2Aは開いており、受信アンテナ304の「DCショート状態」を生成する。したがって、図10Bの状態を使用して、送信機が受ける電流を増加させることができる。

図10Cでは、スイッチS1Aは開いており、スイッチS2Aは閉じており、DCout信号322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常受信モード(本明細書では「DC動作状態」とも呼ぶ)を生成する。図10Cに示す状態では、受信機は、通常の量の電力を受信し、したがってDC開状態またはDCショート状態よりも多いまたは少ない送信アンテナからの電力を消費する。

DC動作状態(図10C)とDCショート状態(図10B)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成され得る。逆方向リンクシグナリングは、DC動作状態(図10C)とDC開状態(図10A)との間のスイッチングによっても達成され得る。

図11A〜図11Cに、受信機と送信機との間のメッセージングを示すための様々な状態における代替受信回路の一部分の簡略化された概略図を示す。

図11A〜図11Cのすべては、様々なスイッチの状態が異なる、同じ回路要素を示す。受信アンテナ304は、ノード350を駆動する特性インダクタンスL1を含む。ノード350は、キャパシタC1およびスイッチS1Bを通して接地に選択的に結合される。ノード350はまた、キャパシタC2を通してダイオードD1および整流器318にAC結合される。ダイオードD1は、高調波および不要な周波数を除去するためにキャパシタC3および抵抗R1を用いてフィルタ処理される送信信号320に結合される。したがって、D1、C3、およびR1の組合せは、送信信号320に対して、図9の送信機を参照しながら上記で説明した送信変調信号224によって発生された送信変調を模する信号を発生させることができる。

整流器318は、抵抗R2および接地と直列に接続されたスイッチS2Bに接続される。整流器318はスイッチS3Bにも接続される。スイッチS3Bの反対側は、受信デバイス(図示せず)への電力供給、バッテリーの充電、またはそれらの組合せのために、受信デバイスにDC電力信号322を供給する。

図10A〜図10Cでは、受信アンテナ304のDCインピーダンスは、スイッチS1Aを通して受信アンテナを接地に選択的に結合することによって変化させられる。対照的に、図11A〜図11Cの例示的な実施形態では、受信アンテナ304のACインピーダンスが変化するようにスイッチS1B、S2B、およびS3Bの状態を修正することによって、アンテナのインピーダンスを修正して逆方向リンクシグナリングを発生させることができる。図11A〜図11Cでは、受信アンテナ304の共振周波数は、キャパシタC2を用いて同調され得る。したがって、スイッチS1Bを使用してキャパシタC1を通して受信アンテナ304を選択的に結合することによって受信アンテナ304のACインピーダンスを変更し、共振回路を、送信アンテナと最適に結合する範囲の外側にある異なる周波数に本質的に変更し得る。受信アンテナ304の共振周波数がほぼ送信アンテナの共振周波数であり、受信アンテナ304が送信アンテナの近距離場にある場合、受信機が放射界106からかなりの電力を引き出すことができる結合モードが生じ得る。

図11Aでは、スイッチS1Bは閉じており、受信アンテナが送信アンテナの周波数で共振しないので、アンテナを離調し、送信アンテナ204による検出から受信アンテナ304を本質的に「クローキングする」「ACクローキング状態」を生成する。受信アンテナが結合モードにないので、スイッチS2BおよびS3Bの状態は、本議論には特に重要ではない。

図11Bでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは閉じており、スイッチS3Bは開いており、受信アンテナ304の「同調ダミー負荷状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合し得る共振周波数にある。開いたスイッチS3Bと閉じたスイッチS2Bとの組合せは、整流器に対する比較的高い電流ダミー負荷を生成し、受信アンテナ304を通して、送信アンテナによって感知され得るより多くの電力を引き出す。さらに、受信アンテナが送信アンテナから電力を受信する状態にあるので、送信信号320を検出することができる。

図11Cでは、スイッチS1Bは開いており、スイッチS2Bは開いており、スイッチS3Bは閉じており、受信アンテナ304の「同調動作状態」を生成する。スイッチS1Bが開いているので、キャパシタC1は共振回路に寄与せず、キャパシタC2と組み合わせた受信アンテナ304は、送信アンテナの共振周波数と整合し得る共振周波数にある。開いたスイッチS2Bと閉じたスイッチS3Bとの組合せは、DCout322によって電力を供給することができ、送信信号320を検出することができる通常動作状態を生成する。

同調動作状態(図11C)とACクローキング状態(図11A)との間のスイッチングによって逆方向リンクシグナリングが達成され得る。逆方向リンクシグナリングは、同調ダミー負荷状態(図11B)とACクローキング状態(図11A)との間のスイッチングによっても達成され得る。受信機によって消費される電力の量に、送信機中の負荷感知回路によって検出され得る差があるので、逆方向リンクシグナリングは、同調動作状態(図11C)と同調ダミー負荷状態(図11B)との間のスイッチングによっても達成され得る。

もちろん、当業者なら、スイッチS1B、S2B、およびS3Bの他の組合せを使用して、クローキングを生成し、逆方向リンクシグナリングを発生させ、受信デバイスに電力を供給し得ることを認識されよう。さらに、クローキング、逆方向リンクシグナリング、および受信デバイスへの電力供給のための他の可能な組合せを生成するために、スイッチS1AおよびS2Aを図11A〜図11Cの回路に追加し得る。

したがって、図9を参照しながら上記で説明したように、結合モードにあるとき、送信機から受信機に信号を送信し得る。さらに、図10A〜図10Cおよび図11A〜図11Cを参照しながら上記で説明したように、結合モードにあるとき、受信機から送信機に信号を送信し得る。

図12A〜図12Cは、上記で説明したシグナリング技法を使用する、送信機と受信機との間の通信のための例示的なメッセージングプロトコルを示すタイミング図である。1つの例示的な手法では、送信機から受信機への信号を本明細書では「順方向リンク」と呼び、通常発振と発振なしとの間の単純なAM変調を使用する。他の変調技法も企図される。非限定的な例として、信号存在は1と解釈され、信号不在は0と解釈され得る。

逆方向リンクシグナリングは、送信機中の負荷感知回路によって検出され得る、受信デバイスによって引き出された電力の変調によって行われる。非限定的な例として、高電力状態は1と解釈され、低電力状態は0と解釈され得る。受信機が逆方向リンクシグナリングを実行することができるように、送信機がオンでなければならないことに留意されたい。さらに、受信機は、順方向リンクシグナリング中に逆方向リンクシグナリングを実行してはならない。さらに、2つの受信デバイスが同時に逆方向リンクシグナリングを実行しようと試みた場合、衝突が起こることがあり、それにより送信機が適切な逆方向リンク信号を復号することが、不可能でないとしても困難になる。

本明細書で説明する例示的な実施形態では、シグナリングは、スタートビットと、データバイトと、パリティービットと、ストップビットとをもつUniversal Asynchronous Receive Transmit(UART)シリアル通信プロトコルと同様である。もちろん、どんなシリアル通信プロトコルも、本明細書で説明する本発明の例示的な実施形態を実施するのに好適であり得る。限定としてではなく、説明を簡単にするために、各バイト送信を通信するための期間が約10mSであるものとして、メッセージングプロトコルについて説明する。

図12Aは、メッセージングプロトコルの単純で低電力の形態を示す。同期パルス420は循環期間410(例示的な実施形態では約1秒)ごとに反復される。非限定的な例として、同期パルスオン時間は約40mSであり得る。少なくとも同期パルス420をもつ循環期間410は、送信機がオンの間、無期限に反復され得る。同期パルス420は、「白」パルス420'によって示されるパルス周期の間、一定の周波数であり得るので、「同期パルス」はいくぶん誤称であることに留意されたい。同期パルス420はまた、「ハッチ」パルス420によって示される、上記で説明したオン/オフキーイングを用いた共振周波数におけるシグナリングを含み得る。図12Aは、同期パルス420中に共振周波数における電力が供給され、電力期間450中に送信アンテナがオフである、最小電力状態を示す。すべての受信デバイスは、同期パルス420中に電力を受信することが可能である。

図12Bは、同期パルス420と、逆方向リンク期間430と、電力期間450'とをもつ循環期間410を示し、送信アンテナはオンであり、共振周波数において発振することによって全電力を供給しており、シグナリングは実行していない。上側のタイミング図は循環期間410全体を示し、下側のタイミング図は同期パルス420および逆方向リンク期間430の分解図を示す。電力期間450'は、以下で説明するように、複数の受信デバイスのための異なる期間にセグメント化され得る。図12Bは、3つの異なる受信デバイスのための3つの電力セグメントPd1、Pd2、およびPdnを示す。

順方向リンクシグナリングが行われるとき、同期パルス420は、ウォームアップ期間422と、順方向リンク期間424と、リスニング期間426とを含み得る。リスニング期間426は、ハンドオーバ期間427と逆方向リンク開始期間428とを含み得る。同期パルス420の間、送信機は、(「ハッチ」セクションによって示される)順方向リンク期間424中に順方向リンクメッセージを送出し得、リスニング期間426中に受信機からの応答を待つ。図12Bでは、受信機は応答せず、これはリスニング期間426中の「白」セクションによって示されている。

図12Cは、受信機が、「クロスハッチ」セクションによって示される逆方向リンク開始期間428および逆方向リンク期間430中に応答することを除いて図12Bと同様である。図12Cでは、同期パルス420の間、送信機は、順方向リンク期間424中に順方向リンクメッセージを送出し、リスニング期間426中に受信機からの応答を待つ。応答しようとしている受信機は、ハンドオーバ期間427の終了の前、逆方向リンク開始期間428中、場合によっては逆方向リンク期間430中にそれらの応答を開始する。

非限定的な例として、Table 2(表2)に、送信機および受信機によって送信され得るいくつかの可能なメッセージを示す。

ただし、
ヌル=送信コマンドなし
DD=デバイス番号
TT=デバイスタイプ
PP=要求される電力
rr=乱数
cc=チェックサム
NN=タイムスロットの開始、および
MM=タイムスロットの終了

行1の説明において、ヌルコマンドは、送信機が順方向リンク期間424中にメッセージングを送信しないことを意味する。行2において、送信機は新デバイス照会(NDQ)を送信する。受信デバイスが応答する場合、受信デバイスは、デバイス番号(デバイス番号が送信機によって割り当てられるまで、新しいデバイスでは0であるはずである)、電力要求、乱数、および受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともに新デバイス応答(NDR)で応答する。

行3において、送信機は、デバイス照会(DQ)をデバイス番号とともに送信する。DQ応答によって指定された受信デバイスは、デバイス番号、デバイスタイプ、要求される電力の量、受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともに、デバイスステータス(DS)で応答する。

行4において、送信機は、確認応答(ACK)を、前のDQに応答した受信機に送出する。受信機はACKには応答しない。

行5において、送信機は、デバイス番号、電力期間450'内の開始時間、電力期間450'内の終了時間、および受信応答中のすべてのデータビットのチェックサムとともにスロット割当て(SA)を送出する。受信機はSAには応答しない。

行6において、送信機は、すべての受信機が、それらの割り振られたタイムスロットの使用を停止しなければならないことを示すリセット(RES)を送出する。受信機はRESには応答しない。

もちろん、当業者なら、コマンドおよび応答は例示的なものであり、本発明の範囲内で企図される様々な実施形態では、これらのコマンドおよび応答の変形体を使用し得、本発明の範囲内で追加のコマンドおよび応答が考案され得ることを認識されよう。

通信がどのように行われるかをさらに示すために、5つの異なるシナリオについて論じる。第1のシナリオでは、最初に送信機の結合モード領域内に受信デバイスはなく、1つの受信デバイスが結合モード領域に入る。結合モード領域中にデバイスが存在しないとき、送信機は、図12Aに示すように低電力状態のままであり、循環期間410ごとに同期パルス420を反復する。同期パルス420は順方向リンク期間424中にNDQを含み、送信機はリスニング期間426中に応答をリッスンする。応答が受信されない場合、送信機は、次の循環期間410の同期パルス420のための時間まで停止する。

新しい受信デバイスが結合モード領域に導入されたとき、受信デバイスは、最初にオンになり、同期パルス420をリッスンする。新しい受信デバイスは、電力のために同期パルス420を使用し得るが、電力期間450'中にクローキングまたは非電力受信モードに進まなければならない(本明細書では「バスから降りる」と呼ぶ)。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。新しい受信デバイスは、NDQを受信すると、ハンドオーバ期間427、逆方向リンク開始期間428、場合によっては逆方向リンク期間430の間、オンのままになる。順方向リンク期間424後、ハンドオーバ期間427の終了の前に、受信デバイスは、デバイスID0(新しいデバイスIDは送信機によって割り当てられる)、電力量要求、乱数およびチェックサムとともにNDRで応答する。新しい受信デバイスは、次いで、電力期間450'中にバスから降りる。

送信機がNDRを正しく受信した場合、送信機は、次の同期パルス420上で新しい受信デバイスのためのスロット割当て(SA)で応答する。SAは、新しい受信デバイスのデバイスIDと、開始時間と、終了時間と、チェックサムとを含む。このSAの開始時間および終了時間は0であり、新しい受信デバイスが電力期間450'中のどの時間期間にもバスに乗ってはならないことを示す。新しい受信デバイスは、新しい受信デバイスがバスに乗ることができる特定の電力セグメントPdnを割り当てる実際の開始時間と終了時間とをもつ後続のSAを受信する。新しい受信デバイスが適切なチェックサムを受信しない場合、新しい受信デバイスは新デバイスモードのままになり、再びNDQに応答する。

第2のシナリオでは、送信機の結合モード領域内に受信デバイスはなく、2つ以上の受信デバイスが結合モード領域に入る。このモードでは、2つの新しい受信デバイスが結合モード領域に導入されたとき、それらは最初にずっとバスに乗っている。新しい受信デバイスは、同期パルス420が受信されると、電力のために同期パルス420を使用し得るが、電力期間450'中にバスから降りなければならない。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。新しい受信デバイスは、NDQを受信すると、ハンドオーバ期間427、逆方向リンク開始期間428、場合によっては逆方向リンク期間430の間、オンのままになる。順方向リンク期間424後、ハンドオーバ期間427の終了の前に、受信デバイスは、デバイスID0(新しいデバイスIDは送信機によって割り当てられる)、電力量要求、乱数およびチェックサムとともにNDRで応答する。

しかしながら、2つ以上の受信デバイスが同時に応答しており、異なる乱数およびチェックサムを有する可能性があるので、送信機によって受信されたメッセージは歪曲され、送信機におけるチェックサムは不正確になる。したがって、送信機は、後続の同期パルス420上でSAを送出しない。

NDR後に即時のSAが利用できない場合、受信デバイスの各々は、NDRで応答する前にランダムな数の後続のNDQを待つ。たとえば、2つのデバイスが両方とも第1のNDQに応答すると、後続のSAは生じない。デバイス1は、別のNDQに応答する前に4つのNDQを待つことを決定する。デバイス2は、別のNDQに応答する前に2つのNDQを待つことを決定する。したがって、送信機によって送出される次のNDQに対して、どちらのデバイスもNDRで応答しない。送信機によって送出される次のNDQに対して、デバイス2のみがNDRで応答し、送信機は、NDRをうまく受信し、デバイス2のためのSAを送出する。次のNDQに対して、デバイス2は、それがもはや新しいデバイスではないので応答せず、デバイス1は、そのランダムな待機期間が経過していないので応答しない。送信機によって送出される次のNDQに対して、デバイス1のみがNDRで応答し、送信機は、NDRをうまく受信し、デバイス1のためのSAを送出する。

第3のシナリオでは、少なくとも1つの受信デバイスが結合モード領域中にあり、新しい受信デバイスが結合モード領域に入る。このモードでは、新しい受信デバイスが結合モード領域に導入され、最初にずっとバスに乗っている。新しい受信デバイスは、同期パルス420が受信されると、電力のために同期パルス420を使用し得るが、電力期間450'中にバスから降りなければならない。さらに、新しい受信デバイスは、送信コマンドをリッスンし、NDQを除いてすべての送信コマンドを無視する。周期的に、送信機は、新しいデバイスが結合モード領域に入ったかどうかを確かめるためにNDQを発行する。新しいデバイスは、次いでNDRで応答する。後続の同期パルス420上で、送信機は、割り当てられた電力スロットなしの、新しいデバイスのためのSAを発行する。送信機は、次いで、結合モード領域中のすべてのデバイスのための電力割振りを再計算し、重複電力セグメントPdnがないように、各デバイスのための新しいSAを発生する。各デバイスは、その新しいSAを受信した後、その新しいPdn中にのみバスに乗ることを開始する。

第4のシナリオでは、受信デバイスが結合モード領域に出入りすることなしに通常の電力供給動作が続く。このシナリオの間、送信機は、各デバイスをデバイス照会(DQ)で周期的にピングする。照会されたデバイスはデバイスステータス(DS)で応答する。DSが異なる電力要求を示した場合、送信機は、結合モード領域中のデバイスの各々に対する電力割振りを再割振りし得る。送信機はまた、第3のシナリオに関して上記で説明したように、NDQを周期的に発行する。

第5のシナリオでは、デバイスは結合モード領域から除去される。この「除去された」状態は、デバイスが結合モード領域から物理的に除去されること、デバイスが遮断されること、または、おそらくデバイスがそれ以上の電力を必要としないので、自体をクローキングすることであり得る。上述のように、送信機は、結合モード領域中のすべてのデバイスに対して周期的にDQを送出する。特定のデバイスへの2つの連続するDQが有効なDSを戻さない場合、送信機は、割り振られたデバイスのそのリストからそのデバイスを除去し、電力期間450'を残りのデバイスに再割振りする。送信機はまた、消失したデバイスがまだ受信しているが送信することができない場合、消失したデバイスに0時間の電力割振りを割り当てる。デバイスが間違って電力割振りから除去された場合、デバイスは、適切なNDRでNDQに応答することによって電力割振りを回復し得る。

Table 3(表3)に、通信プロトコルがどのように動作するかを示すために、コマンドおよび応答の非限定的なシーケンスを示す。

新しいデバイスのための最初のスロット割当てはタイムスロットを割り振らないことに留意されたい。各既存デバイスに新しい非重複タイムスロットが割り振られ、次いで、新しいデバイスに、電力を受信するためのタイムスロットが最後に割り振られる。

例示的な一実施形態では、ワイヤレス充電デバイスは、たとえば、デバイスがうまく充電領域に入り、自体をローカル送信機に登録したことを示すライトなどの可視信号をユーザに対して表示し得る。これは、デバイスが実際に充電する準備ができているという肯定のフィードバックをユーザに与える。

本発明の他の例示的な実施形態では、受信機と送信機は、図2に示すように別個の通信チャネル119(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。別個の通信チャネルの場合、循環期間は通信期間を含む必要がなく、時間全体を電力期間450'に充て得る。送信機は依然として(別個の通信チャネルを介して通信される)各受信デバイスにタイムスロットを割り振り得、各受信デバイスはその割り振られた電力セグメントPdnの間にバスに乗るだけである。

上述の時間多重化電力割振りは、送信機の結合モード領域内の複数の受信デバイスに電力を供給するための最も効率的な方法であり得る。しかしながら、他の電力割振りシナリオが本発明の他の実施形態とともに採用され得る。

図13A〜図13Dは、送信機と1つまたは複数の受信機との間で電力を送信するためのビーコン電力モードを示す簡略ブロック図である。図13Aは、受信デバイスがビーコン結合モード領域510にないときの低電力「ビーコン」信号525を有する送信機520を示す。ビーコン信号525は、非限定的な例として、約10〜約20mW RFの範囲内などにあり得る。この信号は、充電すべきデバイスが結合モード領域中に配置されたとき、デバイスに初期電力を供給するのに十分であり得る。

図13Bは、ビーコン信号525を送信している送信機520のビーコン結合モード領域510内に配置された受信デバイス530を示す。受信デバイス530がオンであり、送信機との結合を生じる場合、受信デバイス530は、まさに受信機がビーコン信号525から電力を受容する逆方向リンク結合535を発生する。この追加の電力は、送信機の負荷感知回路216(図9)によって感知され得る。したがって、送信機は高電力モードに進み得る。

図13Cは、高電力信号525'を発生し、高電力結合モード領域510'を生じている送信機520を示す。受信デバイス530が電力を受容しており、その結果、逆方向リンク結合535を発生している限り、送信機は高電力状態のままである。ただ1つの受信デバイス530が示されているが、複数の受信デバイス530が結合モード領域510中に存在し得る。複数の受信デバイス530がある場合、それらは、各受信デバイス530がどのくらい良好に結合されるかに基づいて、送信機によって送信される電力の量を共有する。たとえば、結合効率は、図8および図9を参照しながら上記で説明したように、デバイスが結合モード領域510内のどこに配置されるかに応じて、受信デバイス530ごとに異なり得る。

図13Dは、受信デバイス530がビーコン結合モード領域510中にあるときでも、ビーコン信号525を発生している送信機520を示す。受信デバイス530が遮断されたとき、またはおそらく受信デバイス530がそれ以上の電力を必要としないので、デバイスが自体をクローキングするとき、この状態が起こり得る。

時間多重化モードの場合と同様に、受信機と送信機は、別個の通信チャネル(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbeeなど)上で通信し得る。別個の通信チャネルの場合、送信機は、結合モード領域510中の受信デバイスの数とそれらのそれぞれの電力要件とに基づいて、ビーコンモードと高電力モードとの間でいつ切り替えるべきかを判断し、または複数の電力レベルを生成し得る。

本発明の例示的な実施形態は、中継器として働き、送信アンテナから受信アンテナに向かう電力のフローを強調する追加のアンテナを、結合されたアンテナのシステムに導入することによって、2つのアンテナ間の近距離場電力伝達における比較的大きい送信アンテナと小さい受信アンテナとの間の結合を強調することを含む。

例示的な実施形態では、システム中の送信アンテナと受信アンテナとに結合する1つまたは複数の余分のアンテナが使用される。これらの余分のアンテナは、アクティブまたはパッシブアンテナなどの中継器アンテナを含む。パッシブアンテナは単に、アンテナループと、アンテナの共振周波数を同調させるための容量性素子とを含み得る。能動素子は、アンテナループおよび1つまたは複数の同調キャパシタに加えて、反復近距離場放射の強度を増加させるための増幅器を含み得る。

非常に小さい受信アンテナへの電力の結合が、終端負荷、同調構成要素、共振周波数、および送信アンテナに対する中継器アンテナの配置などのファクタに基づいて強調されるように、電力伝達システム中の送信アンテナと中継器アンテナとの組合せを最適化し得る。

単一の送信アンテナは有限の近距離場結合モード領域を呈する。したがって、送信アンテナの近距離場結合モード領域中の受信機を通して充電するデバイスのユーザは、法外に高いまたは少なくとも不都合であろう相当なユーザアクセススペースを必要とすることがある。さらに、結合モード領域は、受信アンテナが送信アンテナから離れて移動するにつれて急速に減少することがある。

中継器アンテナは、送信アンテナから結合モード領域を再収束させ、再整形して、中継器アンテナの周りに第2の結合モード領域を生成し得、エネルギーを受信アンテナに結合するのにより好適であり得る。中継器アンテナを含む実施形態のいくつかの非限定的な例について、図14Aおよび図14Bにおいて以下で説明する。

図14Aに、大きい送信アンテナ610Cと、送信アンテナ610Cと共面に、送信アンテナ610Cの周囲内に配設された3つのより小さい中継器アンテナ620Cとを示す。送信アンテナ610Cと中継器アンテナ620Cはテーブル640上に形成される。受信アンテナ630Cを含む様々なデバイスは、送信アンテナ610Cおよび中継器アンテナ620C内の様々なロケーションに配置される。図14Aの実施形態は、送信アンテナ610Cによって発生された結合モード領域を、中継器アンテナ620Cの各々の周りのより小さく、より強い反復結合モード領域に再収束させることが可能であり得る。したがって、比較的強い反復近距離場放射が受信アンテナ630Cのために利用可能である。受信アンテナのいくつかは任意の中継器アンテナ620Cの外側に配置される。結合モード領域がアンテナの周囲の外側にいくぶん広がり得ることを思い出されたい。したがって、受信アンテナ630Cは、送信アンテナ610Cならびに近くの中継器アンテナ620Cの近距離場放射から電力を受信することが可能であり得る。したがって、任意の中継器アンテナ620Cの外側に配置された受信アンテナは、依然として、送信アンテナ610Cならびに近くの中継器アンテナ620Cの近距離場放射から電力を受信することが可能であり得る。

図14Bに、大きい送信アンテナ610Dと、送信アンテナ610Dに対してオフセット同軸配置およびオフセット共面配置されたより小さい中継器アンテナ620Dとを示す。受信アンテナ630Dを含むデバイスは、中継器アンテナ620Dのうちの1つの周囲内に配置される。非限定的な例として、送信アンテナ610Dは天井646に配設され得、中継器アンテナ620Dはテーブル640上に配設され得る。オフセット同軸配置の中継器アンテナ620Dは、送信機アンテナ610Dからの近距離場放射を中継器アンテナ620Dの周りの反復近距離場放射に再整形し、強調することが可能であり得る。したがって、比較的強い反復近距離場放射が、中継器アンテナ620Dと共面に配置された受信アンテナ630Dのために利用可能である。

概して表面上にある様々な送信アンテナおよび中継器アンテナを示したが、これらのアンテナは、表面の下(たとえば、テーブルの下、床の下、壁の後ろ、または天井の後ろ)、または表面内(たとえば、テーブルトップ、壁、床、または天井)にも配設され得る。

図15は、本発明の1つまたは複数の実施形態による、受信機デバイスに電力を送信することと、受信機デバイスと通信することと、受信機デバイスを追跡することとのための送信機200の簡略ブロック図である。送信機200は、送信機200に関連付けられ得る受信機デバイスの所在およびステータスに関する情報を収集し、追跡し得る。図15の送信機200は、図7の送信機と同様であり、したがって、再び説明する必要はない。しかしながら、図15において、送信機回路202は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ214に接続された、存在検出器280、密閉検出器290、またはそれらの組合せを含み得る。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器290からの存在信号に応答して、増幅器210によって送出される電力の量を調整し得る。送信機は、たとえば、建築物中に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信機200に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)など、いくつかの電源を通して電力を受信するか、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信し得る。

非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバレージエリアに挿入された充電すべきデバイスの初期存在を感知するために利用される動き検出器であり得る。検出後、送信機はオンになり得、デバイスによって受信されたRF電力が、所定の方法でRxデバイス上のスイッチをトグルするために使用され得、その結果、送信機の駆動点インピーダンスが変化する。

別の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば、赤外検出、動き検出、または他の好適な手段によって人間を検出することが可能な検出器であり得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナが特定の周波数において送信し得る電力の量を制限する規制があることがある。場合によっては、これらの規制は、電磁放射から人間を保護するためのものである。しかしながら、送信アンテナが、たとえば、ガレージ、工業の現場、作業場など人間によって占有されないか、または人間によってめったに占有されないエリアに配置された環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合、送信アンテナの電力出力を、通常の電力制限規制を上回って増加させることが許されることがある。言い換えれば、コントローラ214は、人間存在に応答して送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整し、人間が送信アンテナ204の電磁界からの規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ204の電力出力を、規制レベルを上回るレベルに調整し得る。

非限定的な例として、(本明細書では密閉区画検出器または密閉空間検出器と呼ばれることもある)密閉検出器290は、エンクロージャが閉じられた状態または開いた状態にあるときを判断するための感知スイッチなどのデバイスであり得る。送信機が、密閉状態にあるエンクロージャ中にあるとき、その送信機の電力レベルは増加させられ得る。

例示的な実施形態では、送信機200が無期限にオンのままにならない方法が使用され得る。この場合、送信機200は、ユーザが判断した時間量の後に遮断するようにプログラムされ得る。この機能は、送信機200、特に電力増幅器210が、その周囲内のワイヤレスデバイスが完全に充電された後、長く運転することを防ぐ。このイベントは、中継器または受信コイルのいずれかから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を回路が検出することができないことに起因することがある。送信機200の周囲内に別のデバイスが配置された場合、送信機200が自動的に停止するのを防ぐために、送信機200の自動遮断機能は、その周囲内で動きが検出されない設定された期間の後にのみアクティブにされ得る。ユーザは、非アクティビティ時間間隔を判断し、必要に応じてそれを変更することが可能であり得る。非限定的な例として、その時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下に、特定タイプのワイヤレスデバイスを完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長いことがある。

送信回路202はまた、送信アンテナ204の結合モード領域中にある受信機デバイスに関する通知情報をユーザに示すためのユーザ知覚可能通知器260を含み得る。さらに、送信回路202は、送信回路202が通信する受信機デバイスに関する情報、ならびに他のデータおよび処理命令を記憶するためのメモリ270を含み得る。

図16は、通知要素260および760を含むワイヤレス電力送信システム700の簡略ブロック図である。システム700は、送信回路202と送信アンテナ204とを含む送信機をもつホストデバイス710を含む。ホストデバイス710はまたユーザ知覚可能通知器260を含み得る。受信アンテナをもつ複数の受信機デバイス720は、送信アンテナ204の結合モード領域中に配置され得る。結合モード領域中にあるとき、受信機デバイス720は、図10A〜図13Dに関して上記で説明したように、ホストデバイス710から電力を受信し得、ホストデバイス710と通信し得る。

本発明の例示的な実施形態は、いくつかのデバイスへの電力伝達を同時に可能にする。さらに、受信機デバイス720が充電エリア中(すなわち、結合モード領域中またはその近く)にある間、受信機デバイス720は、ホストデバイス710または他の受信機デバイス720といくつかの事前指定された情報を交換することができる。

受信機情報は、一意のデバイス識別子、デバイスタイプ、コンタクト情報、およびデバイスに関するユーザプログラム情報などのアイテムを含み得る。たとえば、デバイスは、ユーザの名前でタグ付けされた、特定の製造業者からの音楽プレーヤであり得る。別の例として、デバイスは、ユーザの名前でタグ付けされた、固有の通し番号をもつ、特定の製造業者からの電子ブックであり得る。

各デバイスの所有者は、そのような情報共有機能を可能にするために自分のデバイスを事前構成する必要があり得るが、有効化されると、デバイスは、人間による直接的な対話なしに通信することができる。

多くの状況において、対象物のいくつかのグループを同時に充電することは、一般的なユーザ行動である。たとえば、人々は、しばしば、セルフォンと付属するブルートゥースヘッドセットとの両方を同時に充電する。さらに、親は、子供たちが翌日の授業の準備ができているように、子供たちが毎晩自分のセルフォン、ネットブック、Eリーダーなどを充電することを確実にすることを望み得る。親は、あるホストデバイス710上で子供たちのすべてのデバイスを同時に充電することを子供たちに教え得る。子供たちが自分のデバイスを一緒に充電していない場合、デバイスが紛失したか、または単に子供がその特定の日の終わりにすべてのデバイスを充電するのを忘れていることを意味し得る。いずれにせよ、デバイスが紛失したかまたは充電されていない場合、親が通知を得ることは有用であろう。

受信機デバイス720とホストデバイス710は、別個の通信チャネル715(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、近距離場通信など)上で通信し得る。別個の通信チャネルを用いて、送信機は、ワイヤレス電力通信を使用することと、別個の通信チャネル715を使用することとの間で、いつ切り替えるべきかを判断し得る。

非限定的な例として、ホストデバイス710と受信機デバイス720との間で転送すべき情報量が小さい場合、デバイスは、場合によっては、近距離場通信(NFC)、または上記で説明した反射インピーダンスベースのオンオフキーイングを使用することができる。

転送すべきデータ量が、単に例として、NFCまたは反射インピーダンス技法のいずれかを用いて10秒よりも長くかかる場合、双方向パーソナルエリアネットワーク(PAN)リンクが作成され得る。したがって、ホストデバイス710と受信機デバイス720との間で通信するために、Bluetooth（登録商標）などのPAN技術、または60GHzが使用され得る。このピアツーピア接続は、最小公分母に基づいてネゴシエートされ得、最小公分母は、結合モード領域中のすべての受信機デバイス720によってサポートされるPAN技術である。言い換えれば、適切な技術の選択は、第1に、転送すべきデータ量に基づき、第2に、様々なデバイスによってサポートされる無線技術の種類に基づき得る。

ワイヤレス電力送信システム700はリモート通知器760を含み得る。ホストデバイス710上の通知器260とリモート通知器760の両方は、広範囲の通知要素を有し得る。非限定的な例として、通知器(260および760)は、受信機デバイス720が存在することを示す単純な光源、いくつの受信機デバイス720が存在するかを示す複数の光源、受信機デバイス720に関する情報を提示するための英数字表示、または受信機デバイス720に関する詳細な情報を提示するためのフルカラー表示であり得る。通知器(260および760)は、特定の受信機デバイス720の存在または不在と、受信機デバイス720に関する他の情報とに関して、ユーザに通知するための聴覚信号機を含み得る。さらに、リモート通知器760は、リモートコンピュータ上で受信機デバイス720に関する情報を表示するためのウェブサイトであり得る。したがって、非限定的な例として、自分のセルフォンを忘れたユーザは、セルフォンをホストデバイス710の近くに置いてきたどうかを判断するために仕事場からウェブサイトを確認し得る。

電力送信システム700は指定領域検出器770を含み得る。この指定領域検出器770は、自宅またはオフィスの出口ドアのスイッチと同じくらい単純であり得る。しかしながら、それは、上記で説明した存在検出器のように、より複雑であり得る。したがって、指定領域検出器770は、ホストデバイス710が指定領域を離れているときを検出し、そのことを示す通知をホストデバイス710に通信するために使用され得る。

リモート通知器760と指定領域検出器770とホストデバイス710とは、無線周波信号、赤外信号、Bluetooth（登録商標）、zigbee、802.11通信プロトコル、およびそれらの組合せなどの通信チャネル765上で通信し得る。

図17に、通知器760をもち、送信アンテナ204の結合モード領域内の受信機デバイス720を含む、ホストデバイス710Aを示す。また、リモート通知器760はホストデバイス710Aと通信し得る。図17では、ホストデバイス710は、充電マットとして示されているが、家具、または壁、天井、および床などの建築物要素に組み込まれ得る。

図18に、通知器260をもち、送信アンテナ204の結合モード領域内の受信機デバイス720を含む、別のホストデバイス710Bを示す。また、リモート通知器760はホストデバイス710Bと通信し得る。図18のホストデバイス710Bは、たとえば、送信機が組み込まれたハンドバッグ、バックパック、またはブリーフケースなどのアイテムであり得る。代替的に、ホストデバイスは、充電バッグなど、ユーザが受信機デバイス720を運ぶために特に設計されたポータブル送信機であり得る。

図19は、受信機デバイスと通信することと、受信機デバイスを追跡することとを行う際に実行され得る行為を示す簡略流れ図である。例示的な実施形態は、フローチャート、流れ図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスに関して説明され得ることに留意されたい。フローチャートは、動作上の行為を逐次プロセスとして説明することがあるが、これらの行為の多くは、並列にまたは実質的に同時に、別の順序で実行され得る。さらに、行為の順序は再編成され得る。プロセスは、その行為が完了すると終了する。プロセスは、メソッド、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応し得る。さらに、本明細書で開示する方法は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せで実装され得る。

図19のプロセス800について説明する際に、説明する機能の一部を実行し得る特定の要素に関して図15および図16をも参照する。

ホストデバイス710の結合モード領域内で受信機デバイス720を追跡するために、例示的な実施形態は、上記で説明したワイヤレス充電プロトコルにより、受信機デバイスが電力を要求することがすでに可能であることを利用し得る。充電プロトコルまたは他の通信チャネル715の一部としての、追加の行為、追加情報、またはそれらの組合せは、ホストデバイス710がその結合モード領域内で様々な受信機デバイス720を追跡することを可能にするであろう。

したがって、上記で説明したオンオフキーイング通信プロトコルは、充電を要求している受信機デバイス720が、たとえば、受信機デバイスを特定のユーザに関連付ける通し番号またはタグなど、一意の識別子を用いて受信機デバイス720自体を証明することを可能にするために拡張され得る。要求元受信機デバイス720はまた、デバイスの種類(たとえば、カメラ、セルフォン、メディアプレーヤ、携帯情報端末)などの追加情報を通信し得る。

動作802において、送信機(すなわち、ホストデバイス710上の電力送信デバイス200)は、送信機が受信機デバイス720に電力を送信するために利用可能であることを示す、そのビーコンまたは他の一般的な通信を送信する。

動作804において、1つまたは複数の受信機は、送信機を確認し、デバイスを充電すること、デバイスを動作させること、またはそれらの組合せのために使用され得る電力を受信したいと要求する。

動作806において、受信機は、デバイスに関連付けられたタグ、通し番号、または他の一意のデータなど、一意の識別子を用いて送信機に対して受信機自体を証明する。受信機はまた、デバイスタイプ、デバイスの機能に関する情報、およびデバイスの所有者に関する情報などの追加情報を含み得る。

動作808において、送信機は、そのような情報を通信した受信機に関する一意の識別子と他の適切な情報とを記録する。送信機はまた、その情報を送信機上で他の情報に関連付け得る。たとえば、送信機は、通知器260および760上でより詳細な情報が提示され得るように、特定のデバイスを特定のユーザと相関させるようにプログラムされ得る。言い換えれば、送信機は、通知器が「ジョンのPDAはホストデバイス1中にある」または「ジョンのPDAは、ホストデバイス2にあることが予想されるが、そこにはない」などの情報を示すことができ得るように、特定の通し番号をユーザ「ジョン」に関連付けるようにプログラムされ得る。

動作810において、送信機は、その結合モード領域内の受信機に電力を送信することを開始または再開する。

追加の特徴が本発明のいくつかの例示的な実施形態に含まれ得る。非限定的な例として、可能な追加の特徴の3つのケースを以下で略述し、図19に示す。

動作812によって示されるケース1では、送信機は、受信機デバイス720が送信機に登録したことについてリモート通知器760を更新し得る。したがって、その受信機デバイス720のロケーション、ならびにその受信機デバイス720に関する他の情報は、知られており、リモート通知器760上で提示され得る。

動作814によって示されるケース2では、送信機は、受信機デバイス720が送信機に登録したことについてそれ自体の通知器260を更新し得る。したがって、その受信機デバイス720のロケーション、ならびにその受信機デバイス720に関する他の情報は、知られており、通知器260上で提示され得る。

ケース3は、動作816と動作818とによって示される。動作816において、送信機は、いくつかの受信機デバイス720がいくつかの時間期間中にその結合モード領域中にあることを予想するようにプログラムされ得る。さらに、ポータブルホストデバイス710Bは、受信機デバイス720がいくつかの時間中にいくつかのロケーションにあることを予想するようにプログラムされ得る。たとえば、ポータブルホストデバイス710Bは、PDAが、勤務時間中にはオフィス中にあり、非勤務時間中には自宅にあるはずであることを示すようにプログラムされ得る。したがって、ユーザは、ポータブルデバイスを充電することが可能なハンドバッグ(たとえば、ホストデバイス710B)が家屋を離れるより前に、受信機デバイス720のあるセットがそのバッグ内に配置されることを予想するように、ハンドバッグをプリセットし得る。

非限定的な例として、ホストデバイスにプログラムされ得るこの時間および位置情報は、いくつかの受信機デバイスが、ある時間に充電器パッド710A上にない場合、ホストデバイスが警告することを可能にするために使用され得る。さらに、ユーザが家屋「領域」の外部で歩いているとき、事前指定されたデバイスが、たとえば充電バッグ710B中にない場合、ホストデバイスは警告することができる。これは、指定領域検出器770が、充電バッグ710Bが家屋を離れているときを充電バッグ710Bに通知することによって達成され得る。充電バッグ710Bは、次いで、どの受信機デバイス720が充電バッグ710B中にあるかと、どの受信機デバイス720が充電バッグ710B中にあることが予想されるかとを判断するために、受信機デバイス720に関するそのプログラミング情報と状態情報とを確認することができる。この判断に基づいて、充電バッグ710Bは、すべての予想されるデバイスがあるか、または予想されるデバイスの一部が充電バッグ710Bから紛失しているかを示すために、その通知器260、リモート通知器760、またはそれらの組合せにメッセージを送信し得る。

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（登録商標）(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。

100 ワイヤレス送信または充電システム
102 入力電力
104 送信機
106 放射界
108 受信機
110 出力電力
114 送信アンテナ
114C 送信アンテナ
114S 送信アンテナ
118 受信アンテナ
118' 受信アンテナ
119 通信チャネル
122 発振器
123 調整信号
124 電力増幅器
125 制御信号
126 フィルタおよび整合回路
132 整合回路
136 バッテリー
150 ループアンテナ
152 キャパシタ
154 キャパシタ
156 共振信号
200 送信機
202 送信回路
204 送信アンテナ
206 インピーダンス整合回路
208 低域フィルタ
210 電力増幅器
212 発振器
214 プロセッサ
214 コントローラ
216 負荷感知回路
220 キャリア信号
224 送信変調信号
226 電力In信号
228 電力供給
230 差動増幅器
235 受信信号
260 ユーザ知覚可能通知器
260 通知器
270 メモリ
280 存在検出器
290 密閉検出器
300 受信機
302 受信回路
304 受信アンテナ
306 電力変換回路
308 RF-DC変換器
310 DC-DC変換器
312 スイッチング回路
314 ビーコン回路
316 プロセッサ
318 整流器
320 送信信号
322 DC電力信号
322 DCout信号
350 デバイス
350 ノード
410 循環期間
420 同期パルス
420' 「白」パルス
422 ウォームアップ期間
424 順方向リンク期間
426 リスニング期間
427 ハンドオーバ期間
428 逆方向リンク開始期間
430 逆方向リンク期間
450 電力期間
450' 電力期間
510 ビーコン結合モード領域
510' 高電力結合モード領域
520 送信機
525 ビーコン信号
525' 高電力信号
530 受信デバイス
535 逆方向リンク結合
610C 送信アンテナ
610D 送信アンテナ
620C 中継器アンテナ
620D 中継器アンテナ
630C 受信アンテナ
630D 受信アンテナ
640 テーブル
646 天井
700 ワイヤレス電力送信システム
710 ホストデバイス
710A ホストデバイス
710A 充電器パッド
710B ホストデバイス
710B 充電バッグ
715 通信チャネル
720 受信機デバイス
760 リモート通知器
762 リモート通信インターフェース
764 通知器
765 通信チャネル
770 指定領域検出器

Claims (34)

1. ワイヤレスで電力を送信するように構成されている装置であって、前記装置は、
   第１ワイヤレスチャネルを介してワイヤレスフィールドを生成するための送信アンテナと、
   前記送信アンテナに結合されている増幅器と、
   前記増幅器に結合されている負荷感知回路であって、前記増幅器による電力消費量の変化を表す信号を生成するように構成された負荷感知回路と、
   前記信号が、受信器が前記ワイヤレスフィールド内にあることを示す電力消費量の変化を表している場合に、前記受信器に関する情報を受信するように構成されている通信インターフェースと、
   前記信号を前記負荷感知回路から受信し、前記受信器に関する前記受信した情報に基づいて、前記受信器の識別情報に関する情報をユーザ知覚可能な通知器と通信するように構成されているコントローラと、
   を具備し、
   前記コントローラは、前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想される受信器が前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認するようにさらに構成され、前記コントローラは、前記ワイヤレスフィールド内の予想される受信器の存在を、又は前記予想される受信器が前記予想される受信器に対する予想される期間の間前記ワイヤレスフィールド内に存在しない場合には前記ワイヤレスフィールド内の予想される受信器の不存在を、前記ユーザ知覚可能な通知器と通信するようにさらに構成されていることを特徴とする装置。
2. 前記コントローラは、前記増幅器と、前記負荷感知回路とに結合されており、
   前記コントローラは、前記信号に部分的に基づいて、前記ワイヤレスフィールド内の第２受信器の存在又は、前記受信器に関する前記情報のうちの少なくとも１つを判断するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記コントローラは、前記ワイヤレスフィールド内の第２受信器に関する追加情報を監視及び処理し、前記第２受信器に関して処理された前記追加情報に基づいて、前記第２受信器の識別情報に関する追加情報を生成するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記受信器に関する前記受信した情報は、デバイスタイプと一意のデバイス識別子のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記ユーザ知覚可能な通知器は、光源、ディスプレイ、及び聴覚信号機のうちの少なくとも１つを具備し、前記光源、ディスプレイ、及び聴覚信号機のうちの少なくとも１つは、前記コントローラに結合されており、前記コントローラにより通信された前記受信器の前記識別情報に関する前記情報を通信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記コントローラに結合されたメモリをさらに具備し、
   前記メモリは、前記受信器に関する前記情報又は前記受信器の前記識別情報に関する前記情報のうちの少なくとも１つを格納するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記コントローラに結合されているワイヤレスコミュニケータをさらに具備し、前記第１ワイヤレスチャネルとは異なる第２ワイヤレスチャネルを介して前記受信器と通信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 電力送信器を具備した電力送信システムであって、
   第１ワイヤレスチャネルを介して、ワイヤレスフィールドを送信するように構成されている送信アンテナと、
   前記送信アンテナに結合された増幅器と、
   前記増幅器に結合された負荷感知回路であって、前記増幅器による電力消費量の変化を表す信号を生成するように構成されている負荷感知回路と、
   前記信号が、電力受信器が前記ワイヤレスフィールド内にあることを示す電力消費量の変化を表している場合に、前記電力受信器に関する情報を受信するように構成されている第１通信インターフェースと、
   前記負荷感知回路から前記信号を受信するとともに、前記電力受信器に関する前記受信した情報に基づいて、前記電力受信器の識別情報に関する情報をユーザ知覚可能な通知器に通信するように構成されているコントローラと、
   を具備、
   前記コントローラは、前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想される電力受信器が前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認するようにさらに構成され、前記コントローラは、前記ワイヤレスフィールド内の予想される電力受信器の存在を、又は前記予想される電力受信器が前記予想される電力受信器に対する予想される期間の間前記ワイヤレスフィールド内に存在しない場合には前記ワイヤレスフィールド内の予想される電力受信器の不存在を、前記ユーザ知覚可能な通知器と通信するようにさらに構成されている電力送信システム。
9. 前記電力送信器に結合されている指定領域検出器をさらに具備し、
   前記指定領域検出器は、前記電力送信器が指定領域から離れたことを検出するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電力送信システム。
10. 前記電力送信器は、前記ユーザ知覚可能な通知器をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の電力送信システム。
11. 前記電力送信器に結合された指定領域検出器であって、前記電力送信器が指定領域から離れたことを検出するように構成されている指定領域検出器をさらに具備し、
    前記コントローラは、
    前記電力送信器が前記指定領域を離れた場合に、前記指定領域検出器から信号を受信し、
    電力送信器が前記指定領域を離れた場合に、前記ワイヤレスフィールド内にあることが予測される電力受信器が、見つからないかどうかを、前記通知器を介して示す
    ように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の電力送信システム。
12. 前記電力受信器の前記識別情報に関する前記情報を、前記電力受信器の前記識別情報に関する前記情報を提示するように構成されているリモートデバイスに送信するように構成された第２通信インターフェースをさらに具備し、
    前記リモートデバイスは、ディスプレイ、聴覚信号機、コンピュータディスプレイ、及び、ウェブサイト上に前記電力受信器の前記識別情報に関する前記情報を表示するように構成されている、のうちの少なくとも１つを具備することを特徴とする請求項８に記載の電力送信システム。
13. 前記コントローラに結合されるとともに、前記第１ワイヤレスチャネルとは異なる第２ワイヤレスチャネルを介して前記電力受信器と通信するように構成されているワイヤレスコミュニケータをさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の電力送信システム。
14. 方法であって、
    ホストデバイスの送信アンテナの共振周波数において第１ワイヤレスチャネルを介してワイヤレスフィールドを生成するステップであって、前記送信アンテナは、電力増幅器により駆動される、ステップと、
    前記電力増幅器に電力を供給するように構成されている負荷感知回路を使用して、前記ワイヤレスフィールド内のデバイスの存在を検出するステップと、
    前記電力増幅器による電力消費量の変化を表す信号を生成するステップと、
    前記第１ワイヤレスチャネルを介して、前記デバイスから一意の識別子情報を受信するステップと、
    前記一意の識別子情報に応答して、ユーザ知覚可能な通知器上の前記デバイスの識別情報に関する情報を示すステップと、
    前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想されるデバイスが前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認するステップと、
    前記ワイヤレスフィールド内の予想されるデバイスが存在することを、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して通知するステップと、
    前記予想されるデバイスが、前記予想されるデバイスのための識別された予想される期間の間、前記ワイヤレスフィールド内に存在しないならば、前記予想されるデバイスの不存在を、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して通知するステップと、
    を具備することを特徴とする方法。
15. 前記ホストデバイスのメモリ上に前記一意の識別子情報を格納するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記ワイヤレスフィールド内で第２デバイスの存在を検出するステップと、
    前記第２デバイスから、追加の一意の識別子情報を受信するステップと、
    をさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 前記ホストデバイスのメモリ上に、前記一意の識別子情報と、前記追加の一意の識別子情報を格納するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想されるデバイスが前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認する前記ステップは、前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想される前記デバイスのための前記予想される期間を識別するステップを具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 前記ホストデバイスが指定領域を離れており、前記ホストデバイスが前記予想されるデバイスを含まないことを、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して通知するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
20. 前記ユーザ知覚可能な通知器は、前記送信アンテナから物理的に分離されており、
    前記方法は、
    前記デバイスの前記識別情報に関する前記情報を前記ユーザ知覚可能な通知器へ送信するステップであって、前記ユーザ知覚可能な通知器は、前記デバイスの前記識別情報に関する前記情報を示すように構成されているであるステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
21. 前記ホストデバイスが指定領域を離れていることを、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して示すステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
22. 前記ユーザ知覚可能な通知器は、前記送信アンテナから物理的に分離されており、
    前記方法は、前記ホストデバイスが指定領域を離れる場合に、前記ユーザ知覚可能な通知器に信号を送信するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
23. 前記第１ワイヤレスチャネルとは異なる第２ワイヤレスチャネルを介して前記デバイスと通信するステップと、前記第２ワイヤレスチャネルを介して、電力メッセージの要求を前記デバイスから受信するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
24. ワイヤレスフィールドを介してワイヤレスで電力を送信するように構成されている装置であって、前記装置は、
    第１ワイヤレスチャネルを介して前記ワイヤレスフィールドを生成する手段であって、送信アンテナと、前記送信アンテナに結合されている増幅器と、を具備する生成手段と、
    前記ワイヤレスフィールド内のデバイスの存在を検出する手段であって、前記増幅器に結合され、前記増幅器による電力消費量の変化を検出し、電力消費量の前記変化を示す信号を生成するように構成された負荷感知回路を具備する検出手段と、
    前記第１ワイヤレスチャネルを介して前記デバイスから一意の識別子情報を受信し、前記一意の識別子情報に応答して、ユーザに前記デバイスの識別情報に関する情報を通信する手段と、
    前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想されるデバイスが前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認する手段と、
    前記ワイヤレスフィールド内の前記予想されるデバイスの存在を通知する又は前記予想されるデバイスが、前記予想されるデバイスのための予想される期間の間、前記ワイヤレスフィールド内に存在しないならば、前記ワイヤレスフィールド内の予想されるデバイスの不存在を通知する手段と、
    を具備することを特徴とする装置。
25. 前記一意の識別子情報を受信し、前記デバイスの前記識別情報に関する前記情報を通信する前記手段は、通信インターフェースを備えていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記装置のメモリ上に前記一意の識別子情報を格納するための手段をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
27. 前記検出手段は、前記ワイヤレスフィールド内の追加デバイスの存在を検出するように構成されており、
    一意の識別子情報を受信し前記デバイスの前記識別情報に関する前記情報を通信する前記手段は、追加デバイスから追加の一意の識別子情報を受信するように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
28. 前記一意の識別子情報と前記追加の一意の識別子情報を、前記装置のメモリ上に格納する手段をさらに具備することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
29. 前記ワイヤレスフィールド内にあることが前記予想されるデバイスが前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認する前記手段は、前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想される前記デバイスのための予想される期間を識別する手段を具備することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
30. 前記装置が指定領域を離れ、前記装置が前記予想されるデバイスを含んでいないことをユーザに示すための手段をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
31. 前記ワイヤレスフィールドを生成するための手段は、前記検出手段が前記ワイヤレスフィールド内の前記デバイスの存在を検出する場合に、前記ワイヤレスフィールドを生成するように構成され、前記検出手段が、前記ワイヤレスフィールド内の前記デバイスの不存在を検出する場合に、前記ワイヤレスフィールドの生成を停止するようにさらに構成されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
32. 前記装置が指定領域を離れたことを示すための手段をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
33. 前記第１ワイヤレスチャネルとは異なる第２ワイヤレスチャネルを介して前記デバイスと通信する手段と、
    前記第２ワイヤレスチャネルを介して前記デバイスからの電力メッセージの要求を受信する手段であって、前記検出手段を具備する電力メッセージの要求を受信する手段と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
34. 装置のプロセッサにより実行可能な命令を備えたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記命令が実行されると、
    送信アンテナの共振周波数において第１ワイヤレスチャネルを介してワイヤレスフィールドを生成し、前記送信アンテナは、電力増幅器により駆動され、
    前記電力増幅器に電力を供給するように構成されている負荷感知回路を使用して、前記ワイヤレスフィールド内のデバイスの存在を検出し、
    前記電力増幅器による電力消費量の変化を示す信号を生成し、
    前記第１ワイヤレスチャネルを介して、前記デバイスから一意の識別子情報を受信し、
    前記一意の識別子情報に応答して、前記デバイスの識別情報に関する情報をユーザ知覚可能な通知器上に示し、
    前記ワイヤレスフィールド内にあることが予想されるデバイスが前記ワイヤレスフィールド内にあることを確認し、
    前記ワイヤレスフィールド内の予想されるデバイスが存在することを、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して通知し、
    前記予想されるデバイスが、前記予想されるデバイスのための前記予想される期間の間、前記ワイヤレスフィールド内に存在しないならば、前記予想されるデバイスの不存在を、前記ユーザ知覚可能な通知器を介して通知する、
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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