(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024091515
(43)【公開日】2024-07-04
(54)【発明の名称】モバイル電子機器に作用する無線電力送信システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/23 20160101AFI20240627BHJP
H02J 50/90 20160101ALI20240627BHJP
【FI】
H02J50/23
H02J50/90
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023210029
(22)【出願日】2023-12-13
(31)【優先権主張番号】63/435,027
(32)【優先日】2022-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】513045518
【氏名又は名称】オッシア インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハテム ゼイン
(57)【要約】
【課題】無線電力送信システムが提供される。
【解決手段】無線電力送信システムは、ビーコン信号と高電力送信を生成する送受信器を含む。無線電力送信システムは、ビーコン信号を送信し、モバイル電子機器からの反射信号を受信し、高電力送信をモバイル電子機器に送信するアンテナを含む。無線電力送信システムは、反射信号の位相パターンに応じて高電力送信を較正するコントローラを含む。位相パターンは、ビーコン信号を反射したモバイル電子機器に戻る高電力送信を誘導するために設定された位相を含む。
【選択図】
図1A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線電力送信システムであって、
ビーコン信号と高電力送信を生成するように構成された送受信器と、
前記ビーコン信号を送信し、モバイル電子機器からの反射信号を受信し、前記高電力送信を前記モバイル電子機器に送信するように構成されたアンテナと、
前記反射信号の位相パターンによって前記高電力送信を較正するように構成されたコントローラであって、前記位相パターンは、前記ビーコン信号を反射した前記モバイル電子機器に前記高電力送信を戻すように誘導するために設定された位相を備えた、該コントローラと、
を備える、無線電力送信システム。
【請求項2】
前記高電力送信は、前記モバイル電子機器から前記モバイル電子機器の位置を示す位置信号を受信することなく送信される、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項3】
前記高電力送信は、前記モバイル電子機器を妨害、阻害、不具合、又は破壊する、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項4】
前記アンテナは、適応位相マイクロ波アレイエミッタ又は複数のマイクロ波アレイエミッタを備える、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項5】
前記無線電力送信システムは、2ギガヘルツから4ギガヘルツの範囲に沿って、前記反射信号でアンテナ応答周波数のセットを掃引する、請求項1記載の無線電力送信システム。
【請求項6】
前記無線電力送信システムは、前記反射信号を異なる周波数で送信し、前記異なる周波数のどれが最も高い反射量を備えるかを決定する、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項7】
前記無線電力送信システムは、前記ビーコン信号を、友好的な機器によって認識可能であり、前記モバイル電子機器によって認識不可能な形態にエンコードする、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項8】
前記ビーコン信号を再送信して前記モバイル電子機器を検出し、位置を特定し、さらなる動作が要求されるか否かを決定する、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項9】
前記位相パターンは、前記モバイル電子機器に戻る前記高電力送信を誘導するように設定される、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項10】
前記モバイル電子機器は、ドローンを含む、請求項1に記載の無線電力送信システム。
【請求項11】
方法であって、
無線電力送信システムの送受信器及びコントローラに結合されたアンテナによって、ビーコン信号を送信することと、
前記アンテナによって、モバイル電子機器からの反射信号を受信することと、
前記コントローラによって、
前記反射信号の位相パターンによって高電力送信を較正することであって、前記位相パターンは、前記ビーコン信号を反射した前記モバイル電子機器に前記高電力送信を戻すように誘導するために設定された位相を備えることと、
前記アンテナによって、前記モバイル電子機器に前記高電力送信を送信することと、
を備える、方法。
【請求項12】
前記高電力送信は、前記モバイル電子機器から前記モバイル電子機器の位置を示す位置信号を受信することなく送信される、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記高電力送信は、前記モバイル電子機器を妨害、阻害、不具合、又は破壊する、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記アンテナは、適応位相マイクロ波アレイエミッタ又は複数のマイクロ波アレイエミッタを備える、請求項11に記載の方法。
【請求項15】
前記無線電力送信システムは、2ギガヘルツから4ギガヘルツの範囲に沿って、前記反射信号でアンテナ応答周波数のセットを掃引する、請求項11に記載の方法。
【請求項16】
前記無線電力送信システムは、前記反射信号を異なる周波数で送信し、前記異なる周波数のどれが最も高い反射量を備えるかを決定する、請求項11に記載の方法。
【請求項17】
前記無線電力送信システムは、前記ビーコン信号を、友好的な機器によって認識可能であり、前記モバイル電子機器によって認識不可能な形態にエンコードする、請求項11に記載の方法。
【請求項18】
前記ビーコン信号を再送信して前記モバイル電子機器を検出し、位置を特定し、さらなる動作が要求されるか否かを決定する、請求項11に記載の方法。
【請求項19】
前記位相パターンは、前記モバイル電子機器に戻る前記高電力送信を誘導するように設定される、請求項11に記載の方法。
【請求項20】
前記モバイル電子機器は、ドローンを含む、請求項11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般に、モバイル電子機器に作用する無線電力送信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
本出願は、2022年12月23日に出願された米国仮出願第63/435027号の優先権を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0003】
機器(例えば、ラップトップコンピュータ、モバイル機器、又はドローン)は、通信を送受信するための回路を含む。この回路は、高出力送信で影響(例えば、妨害、阻害、機能停止、又は破壊)を受ける可能性があり、高出力送信は、一般に、信号を正しい方向に向け、動作を確認できるようにするために、機器の位置を知ることを必要とする。現在のところ、高出力送信から機器が正しく動作したかどうかを知る方法はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このように、機器が動作されたかどうかを決定する通信を可能にするような無線電力通信システムが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ及びアンテナを含む無線電力送信システムが提供される。無線電力送信システムは、送受信器を含む。送受信器は、アンテナを介してビーコン信号を送信し、アンテナを介してモバイル電子機器からの反射信号を受信し、アンテナを介してモバイル電子機器に高電力送信を送信する。送受信器は、さらに、反射信号の位相パターンとコントローラの動作によって高電力送信を較正する。無線電力送信システムは、装置、方法、及び/又はコンピュータプログラム製品として実装されることができる。
【0006】
1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システムが提供される。無線電力送信システムは、ビーコン信号及び高電力送信を生成する送受信器を含む。無線電力送信システムは、ビーコン信号を送信し、モバイル電子機器からの反射信号を受信し、モバイル電子機器に高電力送信を送信する、アンテナを含む。無線電力送信システムは、反射信号の位相パターンに応じて高電力送信を較正するコントローラを含む。位相パターンは、ビーコン信号を反射したモバイル電子機器に戻る高電力送信を誘導するために設定された位相を含む。無線電力送信システムは、装置、方法、及び/又はコンピュータプログラム製品として実装されることができる。
【0007】
これら、及び、他の特徴は、以下の明細書及び図面をさらに参照すれば、容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1A】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムの一実施形態の環境透視図である。
【
図1B】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムの一実施形態の環境透視図である。
【
図2A】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムにおけるマイクロ波送信器用のフェーズドアレイネットアンテナの透視図である。
【
図2B】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムにおける電力送信ノードの概略図である。
【
図3A】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムの一実施形態のブロック図である。
【
図3B】1つ又は複数の実施形態による、無線電力送信システムの一実施形態のブロック図である。
【
図4】1つ又は複数の実施形態による、電力送信器の一実施形態のブロック図である。
【
図5】1つ又は複数の実施形態による、電力送信器の一実施形態のブロック図である。
【
図6】1つ又は複数の実施形態による、コントローラのブロック図である。
【
図7】1つ又は複数の実施形態による、受信器のブロック図である。
【
図8】1つ又は複数の実施形態による、受信器のブロック図である。
【
図9】1つ又は複数の実施形態による、環境のブロック図である。
【
図10】1つ又は複数の実施形態による、方法を示す図である。
【
図11】1つ又は複数の実施形態による、方法を示す図である。
【0009】
同様の符号は、添付の図面全体を通して一貫して対応する特徴を示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
無線電力送信システムは、電子/電気機器に無線高電力送信を供給するシステムである。高電力送信は、アンテナを有する無線電力送信の送受信器による電子/電気機器からの反射信号の受信に応答する場所に集束される。反射信号は、電子/電気機器が妨害、阻害、不具合、又は破壊されるまで、高電力送信の位相の方向を調整するために無線電力送信システムによって使用される情報(例えば、位相パターン)を含む。
【0011】
図1に示されるように、本発明は、マイクロ波エネルギーを介して、電子/電気機器、例えば、機器102(例えば、ラップトップコンピュータ、モバイル機器、又はドローン)、又は他の機器と通信するためのシステム100を含む。システム100では、送信グリッド101(又は代替の送信グリッド)は、電源コードPを電源コンセントOに差し込むことにより、A.C.主電源から動作電力を得ることができる。マイクロ波送信周波数は、好ましくは、適切な波長を有する利用可能なFCC規制対象外周波数である。
【0012】
図1-3Bに示されるように、マイクロ波エネルギーは、1つ又は複数の適応位相マイクロ波アレイエミッタ204、即ち、アンテナ又は放射体に接続された電源300によって機器102上に集束される。1つ又は複数の実施形態によれば、適応位相マイクロ波アレイエミッタ204からのマイクロ波エネルギーは、機器上に集束され得る。
図1及び3A-3Bに示されるように、好ましくは、機器102内の高効率レクテナ340(レクテナは、マイクロ波エネルギーを直流(D.C.)電気に直接変換する整流アンテナである)が、マイクロ波エネルギーを受信する。一実施形態では、無線電源100と機器102内の電力受信器330bとの間に、電力を伝送するために使用される周波数以外の周波数で通信チャネルが開設される。
【0013】
機器102は、通信チャネル110を通して、レクテナ340において受信されたビーム信号の強度を、電力受信器330bにおける通信デバイス360の送信器部からの信号を介して、システム100の電力送信器330aにおける通信デバイス320の受信器部に中継する。この情報は、システム100の制御ロジック310によって使用され、機器102によって報告されるように、最大マイクロ波エネルギービーム301がアレイ110によって放射されるまで、マイクロ波アレイエミッタノード204のパワーアップ、パワーダウン、及び送信位相の調整を行う。
【0014】
各エミッタ204は、所望の送信周波数の単一のソースに接続され、λ/2の倍数である特定の位相差で信号を送信することができる。λ/2の位相増分は例示的なものであり、他の位相増分、例えばλ/4、λ/8、λ/16、及び他の増分が可能である。好ましくは、電力は調整されないが、エミッタ204をオフにしたり、所望の位相にオンにしたりすることは可能である。
【0015】
図2A-2Bに最も明確に示されているように、垂直及び水平ケーブルは各アレイノード204で交差する。この構成はアレイ101に適用される。垂直ケーブル202内では、ワイヤ210は、ゼロ(0)λ相給電線である。ワイヤ212は1/2λ相給電線であり、ワイヤ209は垂直制御線である。同様に、水平ケーブル200内では、ワイヤ214がλ相給電線である。ワイヤ216は3/2λ相給電線であり、ワイヤ211は水平制御線である。制御線209及び211は、任意のノード204でどの位相がアクティブであるかを制御するために、コントローラ310に接続されることができる。単一アンテナ制御はチップ206上で行われることができ、実際のノード放射体又はアンテナ208はノード204の幾何学的中心を取り囲む円形要素として形成され得る。単一のコントローラ又は複数のコントローラのいずれかは、送信グリッドの1つ又は複数を制御し得ることが理解されるべきである。
【0016】
システム100の制御ロジック310の例示的なアルゴリズムは、以下であり得る。(1)電力受信器330が、通信チャネル110を使用して、近傍の任意の送信器330aにその存在を通知することができ、(2)電力送信器330aは、通信チャネル110を通して、その存在を通信し、そのアンテナ208又はノード204のうちの1つだけを使用して送信を開始してよく、(3)電力受信器330bは、通信チャネル110を通して微弱な信号を受信していることを確認してよく、(4)電力送信器330aは、ゼロのデフォルト位相で別のアンテナ208又はノード204のスイッチをオンにし、通信チャネル110を通して受信器330bに信号強度を尋ねてよく、(5)電力受信器330bは、受信した信号が前よりも高い、同じ、又は低いことを示す信号を送り返してもよく、(6)信号が前よりも低い、又は前と同じである場合、コントローラ310は、ノード204における位相を1/2λだけ増加させ、別の信号強度の送信を要求してもよく、(7)ステップ5及び6がすべての位相について繰り返され、(8)信号強度の増加が観察されない場合、その特定のノード204がオフに切り替えられ、別のノードがプロセスで使用され、ステップ4から繰り返され、(9)ステップ4-6が、すべてのエミッタノードが使用されるまで繰り返される。
【0017】
別の例では、ステップ(6)は、0、λ/2、及び5λ/4ラジアンを含む3相サイクルにわたって位相を増加させることを含み得る。このようにして、正弦曲線全体のおおよその形状が決定され得る。従って、ピーク電力の位相角が決定され得る。また、同調アンテナを加算する場合、次に加算されるアンテナの受信電力は、全受信電力に占める割合が小さい場合であり得る。従って、2番目のアンテナを追加すると電力が4倍増加するが、101番目のアンテナを追加すると電力が2%増加し、1001番目のアンテナを追加すると0.2%増加し得る。これは、試験されたアンテナからの実際の電力利得/損失を検出することが難しくなる可能性がある。そのため、試験サイクル中は数本のアンテナにしか電源を入れず、試験された各アンテナの位相は記憶され得る。アレイ全体の位相が決まったら、全要素のスイッチをオンにして電力が供給され得る。
【0018】
代替的に、送信された電力における全てのアンテナは、場合によっては、それらの位相を現在の値の近傍でわずかに移動させることによって再同調され、受信信号への影響を検出し得る。一方向に改善された場合(例えば、位相を進めたり遅らせたりした場合)、位相は、どちらにも改善が見られなくなるまで、サイクル/増加を続け得る。これは、大規模なアレイの受信電力レベルの変化を検出する能力に依存する。さもなくば、アレイ全体のスイッチを切り、ゼロから位相を再設定する必要があり得る。
【0019】
別の実施形態では、
図2B及び
図3Bに最も明確に示されているように、各アレイ要素又はノード204は、電力受信システム330b内の較正送信器460から較正信号を受信するように設定されることができる。各アレイ要素又はノード204は、そのノード204で検出された受信較正信号を、データ線303を介して制御ロジック310に送信することができる。その後、コントローラ310、コントローラ206のいずれか、又は両方のコントローラを組み合わせて、最適化された電力送信301を電力受信器330bに送り返すために、各アレイ要素又はノード204を、その要素の検出された位相が送信位相として設定し得る。実施形態100では、機器102と最初に通信することなく、アレイが特定の場所又は「ホットスポット」に電力を送信することを可能にするために、構成メモリ機器が制御ロジック310と動作可能に通信され得る。この機能は、機器102に通信チャネル110を確立するための予備電力がない場合に、機器102に電力送信301を送信する際に有用である。
【0020】
代替的に、別の実施形態は、例えば送受信器内の受信器と各送信器アンテナの双方向機能を利用するために、以下のように動作してもよい。コントローラは、電力受信器(即ち、充電される機器)からビーコン信号を受信するために、すべての送受信器を準備してよい。次に、充電される機器は、充電される機器と電力送信器との間のすべての開いたパスを横断するビーコン信号(例えば、クロックを同期させるためのアレイと電力受信器との間の無線通信を介して、フェーズドアレイの同じ周波数であり得る較正信号)を送信する。電力送信器での受信信号は、電力送信器の各アンテナに接続する受信器と送信器のアンテナ間のすべての開いたパスの合計と等価であり、各パスの合計は、すべての特定の電力送信器のアンテナで特定の電力レベルと位相に加算される。
【0021】
送信器アレイにおける各アンテナは、受信信号を内部信号と比較して受信位相を検出する。すべての送信器のアンテナにより受信位相が確定すると、各アンテナは受信位相の複素共役で、全電力で送り返す。
【0022】
加えて、上記のアレイの同調は、すべての可能なパスを考慮するため(例えば、アレイと受信器との間に直接開いたパスがあることや、受信器が環境内で滑らかで直線的な動きで移動することを仮定していない)、環境の構成が変化すると、受信器が移動したり、電力送信器アレイの物理的な構成が変更されたりすることと同じになり得る。そのため、アレイの頻繁な再同調が常に必要となり得る(例えば、1秒間に10回以上)。
【0023】
アンテナアレイの再同調は、受信器のビーコン信号を「リスン」するために送信されている電力を遮断する必要があるため、アレイに電力を供給するために使用できたであろう時間が失われ得る。従って、受信器での電力レベルが大きく変化しない場合、アレイは再同調の頻度を減らし、受信器への電力供給を最大化してもよい。受信器の電力が低下した場合、受信器の電力が再び安定するまで、アレイは更新の周波数を増加させてもよい。同調の頻度には、例えば最小で10tps(毎秒同調)~最大で500tpsといった特定の制限が設けられてもよい。
【0024】
代替的に、数(n)のアンテナの同調は、以下のように実行され得る。全てのn個のアンテナはオフにされ得る。次に、n個のアンテナのうちの1個がオンにされ、他のn個のアンテナの各々に対して同調するための基準としてオンにされたままにされる。その後、残りのn個のアンテナがそれぞれオンにされ、最適な位相が記録された後、オフにされる。このシーケンスをn番目のアンテナで実行すると、すべてのアンテナがそれぞれの最適位相でオンになる。
【0025】
移動する受信器を有する
図1の実施形態に関して、全ての送信器アンテナは、例えば、それらの位相を現在の値の近傍でわずかに移動させ、受信信号への影響を検出することにより、再同調される必要があり得る。一方向に改善された場合、位相の循環/増加が、どちらにも改善が見られなくなるまで続けられる。これは、大規模なアレイの場合、受信電力レベルの変化を検出できるかどうかに左右され得る。さもなくば、アレイ全体のスイッチをオフにし、最初から位相を再設定する必要があり得る。
【0026】
例示的なアレイ101は、一辺が約1メートルの30×30のグリッドネットとすることができ、ワイヤの各交点は単一の送信アンテナ204を有する。好ましくは、アレイグリッド101は、可撓性/軟質材料で製作される。グリッド材料の柔軟性により、ユーザーは、例えば、平坦な2次元アレイによって生じるミラー焦点や、離散的な位相差を有する平坦で規則的に配置されたアレイで通常生じる盲点を最小化するために、マイクロ波アレイエミッタグリッド101を実質的に均一でない非平面的な態様、すなわち、広がっているが平坦でない態様で物理的に構成することが可能となる。
【0027】
本明細書に述べられる高電力送信の機構は、電力送信器と電力受信器とが互いに通信状態にあるときに動作することができる。しかしながら、通信するための電力がない受信器に高電力送信を提供する方法も有益であり得る。これを達成するために、周期的な電力送信バーストを受信する場所、又は複数の場所が確立され得る。
【0028】
送信器アンテナはまた、回路を単一のチップに含み、チップをワイヤでデイジーチェーン接続して、様々な形状及び設計で構成及び使用され得る「フェーズドワイヤ」の長いストリップを作成する形態もとり得る。「位相制御」チップのストリングを通して、何千ものアンテナと関連コントローラを持つ複雑なアレイを構築する場合、チップ間のワイヤは、チップを共通のコントローラに接続するデータパスとして機能し得る同時に、ワイヤは送受信アンテナ自体としても機能し得る。各チップは、アンテナとして機能する更なるワイヤを有してもよい。各アンテナにはアドレス(例えば、a、b、c、その他のアドレス)が与えられ、チップは各アンテナの位相を他のアンテナから独立して制御し得る。さらに、アレイの同調はアンテナの位置や配置とは無関係であるため、利用可能なスペースに応じて、あらゆる種類の配置でワイヤが構成され得る。
【0029】
アンテナチップコントローラは短いワイヤを介して接続されるため、ワイヤはいくつかの方法でアンテナとして利用され得る。例えば、ワイヤ自体を発振器や増幅器で駆動し、ワイヤの周囲にシールドを使用し、シールド自体を駆動してアンテナとして使用することで、通信ワイヤが多層アレイの信号を遮蔽するのを防ぐことができる。
【0030】
図4は、送信器の一実施形態のブロック図である。送信器は、制御ロジック410、位相シフタ420(Nカウント)、信号発生器/乗算器430、増幅器440(Nカウント)、及び(N)アンテナ450を含むアンテナコントローラ400であり得る。アンテナコントローラ400は、全てのアンテナコントローラを制御する単一のコントローラから、又は前のアンテナコントローラ400から、電力及びベース周波数制御信号、ならびに他のコマンド及び通信信号を共通バス上で受信する。電力信号は、例えば、送信器400の電力供給機(図示せず)により受信され、ベース周波数制御信号は、信号発生器/乗算器430によって受信され、通信信号及びコマンドは、制御ロジック410により受信され得る。前の各アンテナコントローラ400が電力及びベース周波数制御信号を提供する場合、これらの信号を運ぶバスは次のアンテナコントローラ400に続いてよい。制御ロジック410は、位相シフタ420を制御して、増幅器440の位相を調整させてもよい。信号発生器/乗算器は、バスからの信号を、例えば10MHzで受信し、無線送信のために、例えば2.4、5.8GHz、及び、その他の値に変換する。
【0031】
図5は、送信器の一実施形態のブロック図である。送信器は、制御ロジック510、位相シフタ520(Nカウント)、信号発生器/乗算器530、送受信器540(Nカウント)、(N)アンテナ550、及び位相コンパレータ560(Nカウント)を含むアンテナコントローラ500であり得る。送受信器540は、受信器から較正信号又はビーコン信号を受信し、位相コンパレータ560に信号を転送する。位相コンパレータ560は、それぞれの送受信器540の受信信号の位相を決定し、電力信号を送信する最適な位相角を決定する。この情報は制御ロジック510に提供され、制御ロジック510は位相シフタ520に送受信器の位相(例えば、受信ビーコン/較正信号の複素共役)を設定させ、その設定された位相で電力を送信させる。信号発生器/乗算器530は、アンテナコントローラ400の信号発生器/乗算器430と実質的に同様の機能を実行する。さらに、バス信号は、送信器400のものと同様であり、信号は、例えば、送信器500の対応するコンポーネントによって受信される。
【0032】
図6は、例えば
図4及び
図5のアンテナコントローラを制御するためのコントローラ600のブロック図である。コントローラ600は、制御ロジック610と、電源620と、アンテナ660に接続された通信ブロック630と、アンテナ670に接続されたベース信号クロック640と、バスコントローラ650と、を含む。制御ロジック610はバスコントローラ650を制御し、バスコントローラ650はM個のバスでM個のアンテナコントローラ(例えば、400と500)に信号を送出する。電源620は、バスコントローラ650に電力源を供給する。通信ブロック630は、それぞれのアンテナ660を介して受信器とデータを送受信する。ベース信号クロック640は、ベース信号を他のコントローラに送信し、また、同期のために受信器に送受信し得る。1つのコントローラ600を使用してすべての送信アンテナを制御してもよいし、複数のコントローラ600を使用して1つのコントローラ600がアンテナグループを制御してもよい。さらに、それぞれのアンテナを有する別個の通信ブロック及びベース信号クロックが示されているが、機能を1つのブロック(例えば、通信ブロック630)に組み込んでもよいことに留意されるべきである。
【0033】
図7は、受信器700のブロック図である。受信器700は、
図1の実施形態に準ずることができる。受信器700は、制御ロジック710と、バッテリ720と、通信ブロック730及び関連アンテナ760と、電力メータ740と、整流器750及び関連アンテナ770と、を含む。制御ロジック710は、通信ブロック730からデータ搬送波周波数でデータ信号を送受信する。このデータ信号は、上述のサイドチャネルを介して送信される電力強度信号の形態であってもよい。整流器750は電力送信器から電力送信信号を受信し、この電力送信信号は電力メータ740を介して(妨害、阻害、不具合、破壊のために)バッテリ720に供給される。電力メータ740は受信電力信号強度を測定し、この測定値を制御ロジック710に提供する。また、制御ロジック710は、バッテリ720自体からバッテリ電力レベルを受信してもよい。
【0034】
受信器700は、例えば、コントローラ600がアンテナ670を介してベース周波数信号を送信することにより、コントローラ600と同期され得る。受信器700は、この信号を使用して、受信器がコントローラ600に送信するビーコン信号又は較正信号を同期させ得る。また、この手法は、複数のコントローラでも利用され得ることに留意されたい。即ち、複数の送信アレイを使用する場合、コントローラの1つから送信されるベース周波数信号を使用することにより、コントローラは互いに同期される場合がある。
【0035】
図8は、代替的な受信器800のブロック図である。受信器800は、
図1の実施形態に準じて利用されることができる。受信器800は、制御ロジック810と、バッテリ820と、通信ブロック830及び関連アンテナ870と、電力メータ840と、整流器850と、ビーコン信号発生器860及び関連アンテナ880と、整流器850又はビーコン信号発生器860を関連アンテナ890に接続するスイッチ865と、を含む。整流器850は電力送信器から電力送信信号を受信し、この電力送信信号は電力メータ840を介してバッテリ820に供給される(妨害、阻害、不具合、破壊のため)。電力メータ840は受信電力信号強度を測定し、この測定値を制御ロジック810に提供する。制御ロジック810はまた、バッテリ820自体からバッテリ電力レベルを受信してもよい。また、制御ロジック810は、通信ブロック830を介して、データ搬送波周波数のデータ信号、例えば、クロック同期のためのベース信号クロックを送信/受信してもよい。ビーコン信号発生器860は、アンテナ880又は890のいずれかを使用してビーコン信号、又は較正信号を送信する。バッテリ820は充電され、受信器800に電力を供給するために示されているが、受信器は整流器850から直接電力を受け取ってもよい。これは、整流器850がバッテリ820に充電電流を供給することに加えて、又は充電を供給する代わりに行われ得る。また、複数のアンテナの使用は一つの実施例であり、構造は1つの共有アンテナに減らされてもよいことに留意されたい。
【0036】
送信器のアンテナ制御回路と受信器の電力及び制御回路は集積チップ(IC)として構築される場合があり、いくつかの主要な回路コンポーネントを共有することがあるため、2つのチップの機能性は単一のチップとして設計されることがあり、異なるパッケージング又は構成を選択することによって、チップは送信器又は受信器のいずれかとして機能し得る。即ち、特定の部分を有効又は無効にした同じチップが、送信アンテナコントローラ又は受信コントローラとして利用され得る。これにより、2つの異なるチップを製造し、テストするコストを削減することができ、また、チップの製造コストを節約することができる。
【0037】
上述したように、送信グリッドの形状は多くの種類を取り得る。従って、アンテナのパッキングは、送信電力信号の波長の約半分に近いものから、波長の数倍のものまであり得る。アレイをカーペットの下に平らに敷いたり、屋根裏の断熱材の上に垂らしたりできるように、2次元的な配置にすることもできる。例えば、複数の送信アンテナを含む複数の幅広ワイヤ(例えば、2次元アレイの細いストリップ)が採用されてもよい。これらの幅広ワイヤは床や壁の中に設置されてもよい。あるいは、送信グリッドはループアンテナの形でもよいし、他の形状でもよい。
【0038】
3次元の配列は、最も多くのアンテナを詰め込むことができ、オフィスの天井タイル、ドア、絵画、テレビなど、便利な形に組み込むことができる。また、グリッドアレイは、互いに後ろに積み重ねられたいくつかの層で形成されてよく、より高密度のアンテナを可能にする。この例では、アレイは、単一の前方ビームとその背後に最小限のミラービームを持つ「フェーズドボリューム」と同様の働きをする。ミラービームは、フェーズドボリュームの厚みが増すにつれて削減されてもよい。
【0039】
すなわち、無指向性アンテナを使用した完全に平坦なフェーズドアレイは、形成された波面の2つの「像」をアレイの平面の周りに対称的に形成し得る(例えば、アレイの反対側に自由空間又は同一の環境がある場合)。これは、電力供給(例えば、バックプレーンに向かう電力の50%)を減少させ、その結果、転送効率を低下させるという望ましくない結果をもたらす可能性がある。アレイアンテナを非平面状に配置すると、アンテナがアレイの対称面全体で異なる位相を持つことになり、信号が非対称で「ミラー化」されないため、3次元アレイ対称設計であっても、この対称波面を減少させ得る。
【0040】
アレイが特定の受信器用に位相同調されている場合、アレイ内のすべてのアンテナは、その特定の受信器に到達する信号を作成するために送信する特定の位相を有する。2つ又はそれ以上の受信器は、以下の手法の1つ又は組み合わせにより、電力受信器を構成することができる。
【0041】
ある手法では、異なる受信器間で電力供給のタイムシェアリングが利用され得る。これは、アレイにおけるアンテナを1つの受信器に同調させ、次の受信器に切り替えて、各受信器に等しい(又は等しくない)時間を与えることによって行うことができる。各受信器に対するアレイの同調は、メモリから行ってもよいし、第2の実施形態の手法と同様のプロセスを用いてアレイを再同調することによってもよい。
【0042】
別の手法では、すべてのアレイアンテナを位相変調して複数のパワースポットが生成され得る。各アンテナについて、受信信号は位相が受信角度であるベクトルであり、大きさは受信信号の電力レベルである。複数の受信器への返送信号を生成するために、送信の位相は受信ベクトルの和の角度として決定され得る。受信信号の大きさを利用し、通常の送信電力で各アンテナから送信する必要はないかもしれないが、マルチパス信号が考慮される場合に優れた性能を発揮する偏ったマルチフォーカス信号を生成するために、各受信器からのピーク受信信号電力が発見され、正規化されたスケールに対してベクトルをスケーリングすることによってベクトルの加算を偏らせてもよい(例えば、各受信器からのピーク電力は、ピーク電力に対して大きさ1.0とみなすことができる)。ベクトルの加算は、各アンテナが、より多くの電力を供給する受信器、又は複数の電力を受信する受信器に、より多くの電力を供給することを保証し得る。
【0043】
アンテナ共有も手法の1つである。アレイ全体を複数のサブアレイに分割することにより、各アレイの電力を特定の受信器に割り当ててもよい。この方法は、アレイが分割した場合において効率的な大きさになるときに有効となり得る。
【0044】
個々のアレイユニットは、指定された「マスター」ユニットからの連続信号を実現するために、共有された無線周波数を使用してベース信号クロックを同期させ、全ての「スレーブ」送信コントローラユニットが波形をコヒーレントに加算し得る。これは、個別のアレイを環境に分散させることを可能にし、ユーザーがビル、居住区、製造計画、オフィスなどの周囲に複数のアレイを柔軟に配置することを与える。これらのコントローラのセットアップの際、インストーラ/マネージャは、フェイルオーバーシーケンスとともにマスターユニットを指定することで、いくつものアレイが故障しても、異なるコントローラアレイを互いにリンクさせ得る。例えば、アレイは、原子クロックを使用して同期させることによって設定され得る。すなわち、別々のアレイユニットが電力送信に使用する単一の周波数を利用する場合、正確な原子クロック(例えば、1:1010以上の精度)を使用することにより、ベース周波数で同期することなく、別々のアレイユニットが動作し得る。この場合、位相は1秒の何分の1かになり、位相/信号の一貫性を保つことができる。
【0045】
別の電力送信器の手法では、送信器はサイド通信チャネルで通常の信号を送信し、全ての受信器にその存在を知らせ得る。近傍に他の送信器がある場合は、合意された周波数の1つを確実に使用するか、他の送信器の信号を監視して信号の衝突を回避する。これらの告知の頻度は、1分間に数回から1回未満までさまざまとすることができる。受信器は自分の存在を知らせる信号を発信し、送信器はどれが(妨害、阻害、不具合、破壊などの)行動に最も適しているか交渉し得る。一旦決定されると、受信器は1つの送信器に「ロック」する。これには、各送信器を論理的な(単一のコントローラ)機器として定義する必要がある場合がある。コントローラが、電力エンベロープが変化した(すなわち、受信器が同じ電力を必要としなくなった、又は動作に応答しなくなった)ことを検出した場合、コントローラは、受信器が故障するように、高電力送信電力を供給し続け得る。
【0046】
別の電力送信手法では、電力送信器は、電力を供給したい任意の機器に電力を供給できるように設定されてもよく、電力を供給すべき機器と「ペアリング」されてもよい。ペアリングを行うことで、送信器の所有者から見て効率に影響を与える可能性のある、隣人同士が意図せずに電力を借りる問題を回避することができる。送信器が複数の受信器に直面した場合、優先順位付けのための階層を確立したい場合があり、例えば、最も必要な機器に最初に高電力送信器を与えるなどであり、1つ又は複数の事前定義された基準に基づいて確立されてよい。
【0047】
例えば、その基準のいくつかは、機器がその所有者にとって極めて重要であること(例えば、玩具ではなくドローン)、機器が通常送信器の近傍で一日中過ごすことがないこと(例えば、携帯電話と比較してルータ)、又は機器が差し迫った脅威を提供することが判明していること、を含み得る。このような機器は、他の機器よりも高い優先度が与えられ得る。代替的に、ユーザーがカスタマイズした優先順位が利用されてもよく、それによって、どの機器が最優先されるべきかをユーザーが決定し得る。
【0048】
上述した優先順位付けの優先順位の例は、送信器システムに(例えば、制御ロジックに)プレインストールされてもよく、アレイの設置者によって上書きされる能力を有し、システムが所有者/ユーザーの優先順位付けに基づいて配信されることを保証する。また、所有者又はユーザーは、アレイがどの機器にも電力を供給できるようにするかどうかを希望してもよく、特定の機器を最優先又は最低優先として登録することを希望してもよい。さらに、ユーザー又は所有者は、特定の機器が動いている場合でも高電力送信を維持するかどうかを決定することを望んでもよい。
【0049】
別のアレイ同調アルゴリズムの実施形態では、アレイが受信器の新しい位置に再同調する際に、高電力送信を停止しなければならない。このような再同調動作が、電力受信器の高速移動のため、又は環境の構成の急激な変化のため、高い周波数で行われる場合、新しいビーコン信号を受信している間、アレイをオフにしておくために必要な時間は、電力供給効率を低下させる可能性がある。したがって、これに対抗するために、アレイ/受信器で複数の周波数が使用されてよい。ある周波数が同調されている間、別の周波数が電力送信を継続し、その後、すべての周波数が再同調されるまで後続の周波数が同調されるため、送信の停止ギャップが回避される。
【0050】
図9は、1つ又は複数の実施形態による環境900のブロック図である。環境900は、1つ又は複数のモバイル電子機器901(航空機器901a、水上機器901b、及び地上機器901cによって表される)に作用するための無線電力送信システム910を含む。1つ又は複数のモバイル電子機器901は、空中、地上、及び/又は海上、ならびに地下及び水中を横断できる任意の電子機器とすることができることに留意されたい。一例として、航空機器901aは、自律型、有人型、又は制御型のいずれである、飛行可能なドローンであることができる。一例として、1つ又は複数のモバイル電子機器901は、反射機器である。場合によっては、1つ又は複数のモバイル電子機器901は、疑わしくない機器である。
【0051】
無線電力送信システム910は、概して、メモリ920にバス915を介して接続されたコントローラ912を含むことができる。メモリ920は、システムを1つ又は複数のモバイル電子機器901に作用させるために、コントローラ912によって実行可能なソフトウェア921を格納することができる。ソフトウェア921の動作は、本明細書に述べられる方法又はプロセスのいずれかを含むことができる。ソフトウェア921の動作例としては、本明細書にさらに述べられるように、ビーコン動作923、検出動作925、及び電源動作927を挙げることができるが、これらに限定されない(制御ロジック310も参照されたい)。
【0052】
無線電力送信システム910はまた、アンテナ940を制御する送受信器930を含むことができる。アンテナ940は、例えば、アレイに構成された1つ又は複数のアンテナを表すことができる。アンテナ940は、無指向性アレイ又は半指向性アレイと同様に、1つ又は複数の適応位相マイクロ波アレイエミッタとすることができる。1つ又は複数の実施形態によれば、アンテナ940は、無線周波数(RF)波を放射する2メートル×2メートルのアレイとすることができる。送受信器930の動作に基づくアンテナ940は、送信、信号、及び/又は通信を送受信することができる。
図1に示されるように、アンテナ940は、ビーコン動作923の一部としてビーコン信号960を送信し、検出動作925の一部として反射信号970を受信し、電力動作927の一部として高電力送信980を送信することができる。したがって、コントローラ912は、ビーコン信号960及び高電力送信980を較正し、反射信号970を分析し、無線電力送信システム910の動作を制御するように動作する。
【0053】
図10は、1つ又は複数の実施形態による方法1000である。方法1000は、無線電力送信システム910の動作例であることができる。
【0054】
ブロック1020において、1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910は、1つ又は複数のモバイル電子機器901を検出し、位置を特定するために、ビーコン信号960を空中、地上、又は海上に提供する。送受信器930は、コントローラ912の動作によってビーコン信号960を較正することができる。一例として、ビーコン信号960は、無差別方向に送信される(すなわち、無線電力送信システム910の周囲及び無線電力送信システム910を超える領域を掃引する)高電力ビーコンのような信号であることができる。一例として、航空機器901は、ビーコン信号960がアンテナ応答周波数と同様の周波数を有する場合、ビーコン信号960の一部を反射する内部アンテナを介したデータ通信を利用する高空飛行ドローン(高いとは1,000メートルより大きいことを意味し、例えば14,000メートル)とすることができる。さらに、無線電力送信システム910は、無線電力送信システム910が1つ又は複数のモバイル電子機器901に「当たる」まで、アンテナ応答周波数のセットを掃引することができる。掃引は、2ギガヘルツから4ギガヘルツの範囲に沿うことができる。
【0055】
ブロック1030において、1つ又は複数の実施形態によれば、1つ又は複数のモバイル電子機器901との接触時のビーコン信号960は、反射信号970の形態で反射されることができる。反射信号970は、位相パターンを含む。位相パターンは、ビーコン信号960を反射した機器に戻る高電力送信980を誘導することができる位相セットとすることができる。反射信号970は微弱信号であることができる。順番に、ブロック1050において、反射信号970は無線電力送信システム910によって受信される。
【0056】
ブロック1070において、1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910は、高電力送信980を提供して、1つ又は複数のモバイル電子機器901を妨害し、阻害し、不具合にし、又は破壊する(すなわち、無線電力送信システム910は、モバイル電子機器901に作用する)。送受信器930は、反射信号970の位相パターン及びコントローラ912の動作に従って、高電力送信910を較正することができる。例えば、ビーコン信号960を上空に発信して任意の航空機器901aを検出し、反射信号970を受信することによって、送受信器930は、反射信号970の位相パターンを利用して、高電力送信980をその航空機器901aに送信する(すなわち、集束された電力を放射する)ことができる。一例として、高電力送信980(すなわち、その集束された電力)の受信は、高電力送信980の電力が十分に高い場合、その中の回路を損傷する可能性がある。
【0057】
ブロック1090において、1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910は、ビーコン信号960を空中、地上、又は海上に再送信して、機器901aを検出し、位置を特定する。このようにして、無線電力送信システム910は、さらなる動作が要求されるか否かを決定することができる。さらなる動作は、方法1000をループバックし、高電力送信910を再較正し、再較正後に高電力送信910を再送信することを含み得るが、これらに限定されない。
【0058】
図11は、1つ又は複数の実施形態による方法1001である。方法1100は、無線電力送信システム910の動作例であることができる。
【0059】
ブロック1110において、コントローラ912は、ビーコン信号960をエンコードし得る。ビーコン信号960をエンコードすることは、ビーコン信号960を、友好的な機器によって認識され、1つ又は複数のモバイル電子機器901によって認識されない特定の形態に変換することを含むことができるが、これに限定されない。1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910が、友好的な機器を制御する地上のビーコン発生器に高電力信号を配信して、「真の」機器のための信号を一致させることを防止する。さらに、無線電力送信システム910は、送受信器930によって受信されるように、較正信号として、地上のビーコン発生器から低電力信号を発する。コントローラ912は、今度は、この較正信号から設定された位相を使用して、空中から受信されたあらゆる位相(例えば、較正信号上で検出されたあらゆる位相のベクトル)から減算し、地上のビーコン発生器に送出されることになる電力を除去するか、又は大幅に低減し、同時に、高電力送信980の大部分をこの空中の反射機器(例えば、1つ又は複数のモバイル電子機器901)に集中させる。
【0060】
ブロック1120において、無線電力送信システム910は、ビーコン信号960を空中、地上、又は海上に提供し、1つ又は複数のモバイル電子機器901を検出し、位置を特定する。送受信器930は、例えば、アンテナ940のみで送信を開始することにより、1つ又は複数のモバイル電子機器901の通信チャネル上で通信することができる。1つ又は複数の実施形態によれば、アンテナ940を有する機器又は人は、アンテナ940を所望の方向に向けることができる。例えば、アンテナ940は、空及び/又は地平線を横切って掃引することができる。
【0061】
ブロック1130において、1つ又は複数のモバイル電子機器901と接触したビーコン信号960は、反射信号970の形態で反射さることができる。1つ又は複数のモバイル電子機器901からの十分な反射を達成するために、送受信器930は、その一部が送受信器930に反射して戻ってくるようにビーコン信号960に電力を供給する放出地上ベースのビーコン発生器を含むことができる。さらに、アンテナ940は、1つ又は複数のモバイル電子機器901からの反射信号970の任意の微弱なレベルを検出する高感度コンポーネントを含むことができる。
【0062】
ブロック1150において、反射信号970は、無線電力送信システム910によって受信される。送受信器930は、反射信号970及びそのコンポーネントをコントローラ912に提供することによって、反射信号970の受信をコントローラ912に確認することができる。
【0063】
ブロック1160において、コントローラ912は、反射信号970を分析し、1つ又は複数のモバイル電子機器901の方向を決定する。1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ912は、無線電力送信システム910からの距離の大まかな推定を提供しながら、上空における電子機器901aの正確な方向を決定するために、放出された地上ベースのビーコン発生器上の位相パターンを分析することができる。例えば、コントローラ912による解析は、アンテナ940を横切るフレネルパターンの評価とすることができる(例えば、フレネルパターンにおいて、リングの増加は、より近い電子機器901aを示すことに留意されたい)。距離は、反射信号970の往復時間を用いて推定されることもできる。1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ912は、場合によってはゼロのデフォルト位相で、(アレイの)異なるアンテナ940を切り替えることができる。1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ912は、1つ又は複数のモバイル電子機器901のアンテナの背後の回路を損傷することになる1つ又は複数のモバイル電子機器901の周波数通信チャネルに一致するように周波数を選択することができる。1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ912は、1つ又は複数のモバイル電子機器901のアンテナの背後の回路を損傷することになる、1つ又は複数のモバイル電子機器901の全地球測位システム(GPS)の周波数に一致するように周波数を選択することができる。1つ又は複数の実施形態によれば、コントローラ912は、例えば、10ワットから数百ワットまでの電力を選択することができる。したがって、コントローラ912は、1つ又は複数のモバイル電子機器901の方向、チャネルの周波数、及び/又は位相パターンのうちの1つ又は複数を決定することができる。
【0064】
ブロック1170において、無線電力送信システム910は、1つ又は複数のモバイル電子機器901を妨害、阻害、不具合、又は破壊するために、高電力送信980を提供する(すなわち、無線電力送信システム910は、モバイル電子機器901に作用する)。高電力送信980は、方向、チャネルの周波数、及び/又は位相パターンの分析に従って送信される。高電力送信980は、その位置を示す1つ又は複数のモバイル電子機器901からの位置信号を受信することなく送信することができる。1つ又は複数のモバイル電子機器901を妨害する(すなわち、通信を阻止する)ことは、1つ又は複数のモバイル電子機器901がより遠くにある場合(例えば、1キロメートル以上)に起こり得るが、1つ又は複数のモバイル電子機器901の回路の破壊は、より近い距離(例えば、1キロメートル未満)として起こることに留意されたい。1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910は、100メートルで1キロワットの電力を供給することができる。1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信システム910は、その中のアンテナによって吸収され、過飽和になり、飛行電子機器901aの通信能力の背後にある回路を損傷するような高電力送信980をその飛行電子機器901aに向けて放射することができる。
【0065】
ブロック1190において、無線電力送信システム910は、ビーコン信号960を空中、地上、又は海上に再送信して、機器901aを検出し、位置を特定する。無線電力送信システム910は、1つ又は複数のモバイル電子機器901が高電力送信980を浴びている間、ビーコン信号960を連続的に送信することができる。このようにして、無線電力送信システム910は、1つ又は複数のモバイル電子機器901の位置を維持することができる。ビーコン信号960は、例えば、毎秒10倍から毎秒100倍の範囲から選択される値でリフレッシュすることができる。方法1100は、方法の一部が繰り返されるように、ブロック1130にループバックすることができる。
【0066】
1つ又は複数の実施形態によれば、1つ又は複数のモバイル電子機器901によって使用される周波数を検出するために、無線電力送信システム910は、異なる周波数で送信し、どの周波数で反射量が最も高いかを決定することができる。無線電力送信システム910は、1つ又は複数のモバイル電子機器を妨害、阻害、不具合、又は破壊するために、その最も反射量の多い周波数を用いて送信する。
【0067】
1つ又は複数の実施形態によれば、無線電力送信が提供される。無線電力送信システムは、コントローラを含み、アンテナが提供される。無線電力送信システムは送受信器を含む。送受信器は、アンテナを介してビーコン信号を送信し、アンテナを介してモバイル電子機器からの反射信号を受信し、アンテナを介して高電力送信をモバイル電子機器に送信する。送受信器はさらに、反射信号の位相パターンとコントローラの動作に従って高電力送信を較正する。
【0068】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲の範囲内のあらゆる実施形態を包含することを理解されたい。
【外国語明細書】