(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力受信機に電力を送信するための電力送信機であって、
前記電力信号を提供するためのインダクタと、
前記電力信号を提供するように前記インダクタをドライブするための電力信号発生器と、
前記電力受信機からデータメッセージを受信するための受信機であって、前記データメッセージが、反復負荷変調間隔中に前記電力信号の負荷変調によって通信され、前記反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離される、受信機と、
前記介在時間間隔中にメッセージで前記電力信号を変調することによって前記電力受信機にデータを送信するための送信機とを備え、
前記送信機が、所定の変調パターンに従って、前記メッセージの単一ビットを複数の前記介在時間間隔にわたって変調し、前記変調パターンが、前記複数の介在時間間隔それぞれにおいて前記電力信号に付与するための変調偏移を定義する、電力送信機。
【請求項２】
前記所定の変調パターンが、前記複数の介在時間間隔それぞれに関して１つの変調値を備え、各変調値が、前記単一ビットの値に関して、前記電力信号に関する変調オフセットを定義する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項３】
各変調オフセットが、対応する介在時間間隔にわたって一定のオフセットである、請求項２に記載の電力送信機。
【請求項４】
各変調オフセットが、対応する介在時間間隔にわたって一定でない所定のパターンである、請求項２に記載の電力送信機。
【請求項５】
前記所定の変調パターンが、前記複数の介在時間間隔のうちの２つの間の最大偏移以下の、前記単一ビットの変調による前記電力信号の平均偏移に対応する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項６】
前記所定の変調パターンが、５％以下の前記単一ビットの変調による前記電力信号の最大偏移に対応する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項７】
前記所定の変調パターンが、各介在時間間隔中の一定の偏移の間の一連のステップ変化に対応し、前記所定のパターンが、逆符号のステップ変化を備える、請求項１、５、又は６に記載の電力送信機。
【請求項８】
前記所定の変調パターンが、前記電力信号に関する公差値未満の単一ビットの変調による前記電力信号の偏移に対応する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項９】
前記変調パターンが、前記電力信号の一連のより小さな変化によって生成される前記電力信号へのオフセットを付与することに対応し、各変化が、１つの介在時間間隔に対応する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項１０】
前記送信機が、前記単一ビットに応答して変調オフセットの符号値を決定し、且つ、第１の介在時間間隔に対応する前記所定の変調パターンに応答して前記変調オフセットの振幅を決定することによって、前記第１の介在時間間隔に関する前記変調オフセットを生成し、前記第１の介在時間間隔中に前記電力信号に前記変調オフセットを付与する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項１１】
前記所定の変調パターンが、前記電力信号に関する振幅オフセットパターンを表す、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項１２】
前記所定の変調パターンが、前記電力信号に加えられる電圧変化を表す、請求項１又は１０に記載の電力送信機。
【請求項１３】
前記所定の変調パターンが、前記電力信号に関する周波数オフセットパターンを表す、請求項１又は１０に記載の電力送信機。
【請求項１４】
前記送信機が、前記電力送信機及び前記電力受信機によって行われる構成段階中に前記メッセージを送信する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項１５】
ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力送信機から電力を受信するための電力受信機であって、
前記電力信号を受信するためのインダクタと、
前記電力送信機にデータメッセージを送信するための送信機であって、前記データメッセージが、反復負荷変調間隔中に前記電力信号の負荷変調によって通信され、前記反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離される、送信機と、
前記介在時間間隔中に前記電力信号を復調することによって前記電力送信機からメッセージを受信するための受信機とを備え、
前記受信機が、所定の変調パターンに従って、前記メッセージの単一ビットを複数の前記介在時間間隔にわたって復調し、前記変調パターンが、前記複数の介在時間間隔それぞれにおいて前記電力信号に付与するための変調偏移を定義する、電力受信機。
【請求項１６】
請求項１に記載の電力送信機と、請求項１５に記載の電力受信機とを備える、電力伝送システム。
【請求項１７】
ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力受信機に電力を送信する電力送信機を操作する方法であって、前記電力送信機が、前記電力信号を提供するためのインダクタと、前記電力信号を提供するように前記インダクタをドライブするための電力信号発生器とを備え、前記方法が、
前記電力受信機からデータメッセージを受信するステップであって、前記データメッセージが、反復負荷変調間隔中に前記電力信号の負荷変調によって通信され、前記反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離されるステップと、
前記介在時間間隔中にメッセージで前記電力信号を変調することによって前記電力受信機にデータを送信するステップとを含み、
前記データを送信するステップが、所定の変調パターンに従って、前記メッセージの単一ビットを複数の前記介在時間間隔にわたって変調することを含み、前記変調パターンが、前記複数の介在時間間隔それぞれにおいて前記電力信号に付与するための変調偏移を定義する、方法。
【請求項１８】
ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力送信機から電力を受信する電力受信機を操作する方法であって、前記電力受信機が、前記電力信号を受信するためのインダクタを備え、前記方法が、
前記電力送信機にデータメッセージを送信するステップであって、前記データメッセージが、反復負荷変調間隔中に前記電力信号の負荷変調によって通信され、前記反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離されるステップと、
前記介在時間間隔中に前記電力信号を復調することによって前記電力送信機からメッセージを受信するステップとを含み、
前記受信するステップが、所定の変調パターンに従って、前記メッセージの単一ビットを複数の前記介在時間間隔にわたって復調するステップを含み、前記変調パターンが、前記複数の介在時間間隔それぞれにおいて前記電力信号に付与するための変調偏移を定義する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電力伝送に関し、特に、排他的ではないが、Ｑｉワイヤレス電力伝送規格に従う誘導電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
使用されるポータブル及びモバイルデバイスの数及び種類は、この十年で爆発的に増えている。例えば、移動電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用が普及してきている。そのようなデバイスは、一般に、内部バッテリによって電力供給され、典型的な使用シナリオは、しばしば、外部電源からのバッテリの再充電又はデバイスの直接の有線電力供給を必要とする。
【０００３】
現在の大抵のシステムは、外部電源から電力供給されるために、有線及び／又は明示的な電気接触を必要とする。しかしながら、これは、非実用的になりやすく、ユーザがコネクタを物理的に挿入する、又は何らかの他の形で物理的な電気接触を確立することを必要とする。また、長いワイヤを導入することによってユーザにとって不便になりやすい。また、典型的には電力要件が大きく異なり、現在、ほとんどのデバイスが専用の電源を備え、そのため、典型的なユーザは、それぞれ特定のデバイスに専用の多数の異なる電源を有する。内部バッテリの使用は、使用中に電源への有線接続の必要性をなくすが、バッテリが再充電（又は高価な交換）を必要とするので、これは部分的な解決策しか提供しない。また、バッテリの使用は、デバイスの重量、並びに場合によってはコスト及びサイズを大幅に増加させる。
【０００４】
大幅に改良されたユーザエクスペリエンスを提供するために、ワイヤレス電源を使用することが提案されており、ワイヤレス電源では、電力は、電力送信機デバイス内の送信機コイルから個々のデバイス内の受信機コイルに誘導伝送される。
【０００５】
磁気誘導による電力伝送は、周知の概念であり、大部分は変圧器で適用されており、一次送信機コイルと二次受信機コイルとの密結合を有する。２つのデバイスの間で一次送信機コイルと二次受信機コイルとを分離することによって、これらのコイル間でのワイヤレス電力伝送が、疎結合された変圧器の原理に基づいて可能になる。
【０００６】
そのような構成は、いかなるワイヤ又は物理的な電気接続も提供されることを必要とせずに、デバイスへのワイヤレス電力伝送を可能にする。実際、外部から再充電又は電力供給するために、デバイスが、単に、送信機コイルに隣接して配置される、又は送信機コイルの上に配置されるようにする。例えば、電力送信機デバイスは、水平表面を有して構成されることがあり、その水平表面上に、電力供給されるようにデバイスが単に配置され得る。
【０００７】
更に、そのようなワイヤレス電力伝送構成は、電力送信機デバイスが様々な電力受信機デバイスと共に使用され得るように有利には設計される。特に、Ｑｉ規格として知られているワイヤレス電力伝送規格が定義されており、現在更に発展されている。この規格は、Ｑｉ規格に見合う電力送信機デバイスが、同様にＱｉ規格に見合う電力受信機デバイスと共に使用されることを可能にし、これらのデバイスが同じ製造業者からのものである必要をなくし、又は互いに専用のものである必要をなくす。更に、Ｑｉ規格は、（例えば特定の電力消費に応じた）特定の電力受信機デバイスに動作が適応されるようにするための何らかの機能を含む。
【０００８】
Ｑｉ規格は、ワイヤレスパワーコンソーシアム(Wireless Power Consortium)によって開発されており、より詳細な情報は、例えば、ワイヤレスパワーコンソーシアムのウェブサイトhttp://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見ることができ、このウェブサイトでは、特に、定義された規格の文書を見ることができる。
【０００９】
Ｑｉワイヤレス電力規格は、電力送信機が、保証された電力を電力受信機に提供することができなければならないことを述べている。必要とされる特定の電力レベルは、電力受信機の設計に依存する。保証された電力を指定するために、１組のテスト電力受信機及び負荷条件が定義され、各条件に関して保証された電力レベルを表す。
【００１０】
Ｑｉは、本来は、５Ｗ未満の電力消費を有するデバイスであるとみなされる低電力デバイスに関するワイヤレス電力伝送を定義していた。この規格の範囲内にあるシステムは、２つの平坦なコイルの間での誘導結合を使用して電力を電力送信機から電力受信機に送信する。２つのコイル間の距離は、典型的には５ｍｍである。この範囲を少なくとも４０ｍｍまで広げることが可能である。
【００１１】
しかしながら、利用可能な電力を増加するための研究が進行中であり、特に、この規格は、５Ｗ超の電力消費を有するデバイスである中電力デバイスに拡張されつつある。
【００１２】
Ｑｉ規格は、互換性のあるデバイスが満たさなければならない様々な技術的要件、パラメータ、及び操作手順を定義する。
【００１３】
通信
Ｑｉ規格は、電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、これにより電力受信機が情報を提供することを可能し、その情報により、電力送信機がその特定の電力受信機に適応することが可能になる。現在の規格では、電力受信機から電力送信機への一方向通信リンクが定義されており、この手法は、電力受信機が制御要素であるという理念に基づく。電力送信機と電力受信機との間での電力伝送を準備して制御するために、特に、電力受信機が、電力送信機に情報を通信する。
【００１４】
一方向通信は、電力受信機が負荷変調を行うことによって実現され、電力信号の変調を提供するために、電力受信機によって二次受信機コイルに付与される負荷が変えられる。電気的特性の得られる変化（例えば、電流の流れの変化）は、電力送信機によって検出及び復号（復調）され得る。
【００１５】
従って、物理層で、電力受信機から電力送信機への通信チャネルは、データキャリアとして電力信号を使用する。電力受信機は、送信機コイル電流又は電圧の振幅及び／又は位相の変化によって検出される負荷を変調する。データは、バイト及びパケットでフォーマットされる。
【００１６】
より詳細な情報は、Ｑｉワイヤレス電力仕様（バージョン１．０）のパート１の６章で見ることができる。
【００１７】
Ｑｉは一方向通信リンクを使用するが、電力送信機から電力受信機への通信を導入することが提案されている。しかしながら、そのような双方向リンクは、導入するのが容易ではなく、多くの難点及び課題がある。例えば、得られるシステムは、それでも後方互換性である必要があり、例えば、双方向通信が可能でない電力送信機及び受信機がそれでもサポートされる必要がある。更に、例えば、変調オプション、電力変動、伝送オプションなどの観点での技術的な制約は、これらが既存のパラメータと適合する必要があるので、非常に限定的である。また、コスト及び複雑さを低く保つことも重要であり、更に、例えば、追加のハードウェアに関する要件が最小限にされることや、検出が容易であり確実であることなどが望ましい。また、電力送信機から電力受信機への通信が、電力受信機から電力送信機への通信に影響を及ぼさない、劣化しない、又は干渉しないことも重要である。更に、最も重要な要件は、通信リンクが、システムの電力伝送能力を、受け入れられないほど劣化しないことである。
【００１８】
従って、双方向通信を含むようにＱｉなどの電力伝送システムを機能向上することには、多くの課題及び難点が関連付けられる。
【００１９】
システム制御
ワイヤレス電力伝送システムを制御するために、Ｑｉ規格は、システムが動作の異なる時点で取る幾つかの段階又はモードを指定する。より詳細な情報は、Ｑｉワイヤレス電力仕様（バージョン１．０）のパート１の５章で見ることができる。
【００２０】
このシステムは、以下の段階を取る。
【００２１】
選択段階
この段階は、システムが使用されていないとき、即ち電力送信機と電力受信機との間の結合がない（即ち電力受信機が電力送信機の近くに位置決めされていない）ときの典型的な段階である。
【００２２】
選択段階では、電力送信機は、スタンバイモードでよいが、物体の存在の可能性を検出するために感知する。同様に、受信機は、電力信号の存在を待機する。
【００２３】
ピング段階
送信機が、例えばキャパシタンス変化により物体の存在の可能性を検出する場合、システムはピング段階に進み、この段階で、電力送信機が電力信号を（少なくとも断続的に）提供する。この電力信号は、電力受信機によって検出され、電力受信機は、電力送信機に初期パッケージを送信することに進む。特に、電力受信機が電力送信機のインターフェース上に存在する場合、電力受信機は、電力送信機に初期信号強度パケットを通信する。信号強度パケットは、電力送信機コイルと電力受信機コイルとの間の結合度を示す。信号強度パケットは、電力送信機によって検出される。
【００２４】
識別及び構成段階
次いで、電力送信機と電力受信機が識別及び構成段階に進み、この段階で、電力受信機は、少なくとも、識別子と、所要の電力とを通信する。この情報は、負荷変調によって複数のデータパケットで通信される。電力送信機は、識別及び構成段階中に一定の電力信号を維持して、負荷変調が検出されることを可能にする。特に、電力送信機は、この目的で、（負荷変調によって引き起こされる変化は除いて）一定の振幅、周波数、及び位相の電力信号を提供する。
【００２５】
実際の電力伝送の準備において、電力受信機は、受信された信号を、その電子回路に電源投入するために適用することができるが、その出力負荷を切断して保つ。電力受信機は、電力送信機にパケットを通信する。これらのパケットは、識別及び構成パケットなど必須のメッセージを含むか、又は、拡張された識別パケット若しくは電力ホールドオフパケットなど幾つかの規定の任意選択的なメッセージを含む。
【００２６】
電力送信機は、電力受信機から受信された情報に従って、電力信号を構成することに進む。
【００２７】
電力伝送段階
次いで、システムは電力伝送段階に進み、この段階で、電力送信機が所要の電力信号を提供し、電力受信機は、出力負荷を接続して、受信された電力を出力負荷に供給する。
【００２８】
この段階中、電力受信機は、出力負荷条件を監視し、特に、電力受信機は、特定の動作点の実際の値と所望の値との間の制御誤差を測定する。これは、例えば２５０ミリ秒毎の最小レートで、制御誤差メッセージ中でこれらの制御誤差を電力送信機に通信する。これは、電力受信機の継続的な存在を電力送信機に示す。更に、閉ループ電力制御を実施するために制御誤差メッセージが使用され、ここで、電力送信機は、報告される誤差を最小限にするように電力信号を適応させる。特に、動作点の実際の値が所望の値に等しい場合、電力受信機は、値０を有する制御誤差を通信し、これは、電力信号の変化を生じない。電力受信機が、ゼロとは異なる制御誤差を通信する場合、電力送信機は、それに従って、電力信号を調節する。
【００２９】
このシステムは、電力伝送の効率的なセットアップ及び操作を可能にする。しかしながら、この手法は限定的であり、必要に応じて、機能に対する望まれる完全な柔軟性及びサポートを可能にしない。例えば、電力受信機が電力送信機から５Ｗ超の電力を得ることを試みる場合、電力送信機は、電力伝送を終了することがあり、悪いユーザエクスペリエンスをもたらす。従って、向上した機能、柔軟性、及び性能を提供するようにＱｉ規格を更に発展させることが望ましい。
【００３０】
特に、一方向通信は、限定的なものである。実際、これは、電力送信機が、電力受信機によるいかなる要求にも準拠できなければならないことを必要とし、従って更に、すべての電力送信機によって満たされ得ることを電力受信機が分かっている既知の要求パラメータのみに電力受信機が制限されることを必要とする。そのような手法は、後方互換性をなくすので、機能のさらなる発展を複雑にする、又は妨げる。
【００３１】
上述したように、Ｑｉシステムなど電力伝送システムでの双方向通信の導入は、複雑であり、効率的な電力伝送と効率的な動作、及びとりわけ後方互換性を保証するために、多くの制約及び要件を受ける。
【００３２】
従って、改良された電力伝送システムが有利となり、特に、柔軟性の向上、後方互換性の改良、実装の容易化、及び／又は性能の改良を可能にするシステムが有利となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
従って、本発明は、好ましくは、上述した欠点の１つ又は複数を個々に又は任意の組合せで緩和、軽減、又はなくすことを試みる。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明の一態様によれば、ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力受信機に電力を送信するための電力送信機であって、電力信号を提供するためのインダクタと、電力信号を提供するようにインダクタをドライブするための電力信号発生器と、電力受信機からデータメッセージを受信するための受信機であって、データメッセージが、反復負荷変調間隔中に電力信号の負荷変調によって通信され、反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離される、受信機と、介在時間間隔中にメッセージで電力信号を変調することによって電力受信機にデータを送信するための送信機とを備え、送信機が、メッセージの単一ビットを複数の介在時間間隔にわたって変調するように構成される電力送信機が提供される。
【００３５】
本発明は、改良された電力伝送システムを提供することができる。本発明は、多くの実施形態で、双方向通信を導入することによって電力伝送システムのさらなる拡張及び発展を可能にすることができる。これは、多くのシナリオで、後方互換性を維持しながら実現される。本発明は、実用的な手法を可能にすることがあり、既存のシステムへの導入を容易にする。
【００３６】
この手法は、特に、他の機能に対する影響を減少させる電力送信機から電力受信機への通信を提供することができる。特に、この手法は、電力送信機から電力受信機への通信と、電力受信機から電力送信機への通信との効率的な分離を可能にすることができ、電力信号に対する変調の影響を減少させることができる。従って、双方向通信を導入する影響は、電力伝送動作と、電力送信機から電力受信機への通信との両方に関して減少される。これは、特に、操作及び実装を容易にすることができ、更に、後方互換性を改良することができる。特に、従来は一方向通信のみをサポートする既存の電力伝送システムへの双方向通信の導入が容易にされる。この手法は、多くの実施形態で、電力送信機及び電力受信機に関する既存のハードウェアの再使用を可能にし、ファームウェアの小さな変更、及び複雑さのわずかな変化しか必要としない。
【００３７】
この手法の特定の利点は、多くの実施形態で、電力信号に対する変調の影響を減少させることができることである。電力信号は、追加の変調によってあまり影響を及ぼされず、従って電力伝送動作にあまり干渉しない。レガシー機器が変調のためには設計されていない当該変調の導入によってレガシー機器が影響を及ぼされないので、これは、特に後方互換性に関して重要である。多くの実施形態で、導入される変調による電力信号の偏移は、システムに関する電力伝送特性に影響を及ぼさないように十分に低いレベルに維持される。実際、多くのシナリオで、変調の影響は、（例えばレガシー機器の）電力伝送段階機能に関して知覚できない、又は無視できるレベルに保たれる。従って、多くの実施形態で、電力伝送動作は、電力信号に対する変調偏移の存在によって影響を及ぼされない。
【００３８】
特に、変調偏移は、より小さく及び／又はより遅くされ、これにより影響を減少する。更に、多くの実施形態で、単一ビットに関する広げられた変調時間が、シンボルエネルギーの増加、従って誤差率の減少を可能にするので、より確実な通信が実現され得る。
【００３９】
更に、この手法は、多くの既存の電力伝送システムの設計原理及び理念によく適合する。例えば、この手法は、Ｑｉ電力伝送システムの設計原理及び理念に従う。
【００４０】
反復負荷変調間隔は、少なくとも２つの介在時間間隔に対応する少なくとも３つの負荷変調間隔を含む。メッセージは、単一ビットからなることがあり、又は単一ビットは、メッセージの複数のビットからの１つである。
【００４１】
ビットは、複数のチャネルビットに変換される情報ビットでよい。各チャネルビットは、次いで、電力信号に変調される。１つ又は複数のチャネルビットの変調は、単一の介在時間間隔中でよい。しかしながら、少なくとも２つのチャネルビットは、異なる介在時間間隔中にあり、少なくともこれらの介在時間間隔にわたって広がる情報ビットの変調に対応する。
【００４２】
情報ビットは、（同じデータシンボルの一部でない）他の情報ビットから独立して設定され得る値を有する。チャネルビットは、対応する情報ビットに依存し、典型的には、複数のチャネルビットが同じ情報ビットに依存する。
【００４３】
単一（情報）ビットは、複数のビットを備えるデータシンボルの１ビットでよい。幾つかの実施形態では、各データシンボルは、非整数ビットに対応する。例えば、ビットは、ｌｏｇ２（３）＝１．５８ビットを表すデータシンボルに対応する３つの取り得る値を有するデータシンボルに含まれる。
【００４４】
送信機が、所定の変調パターンに従って単一ビットを変調するように構成され、変調パターンが、複数の介在時間間隔それぞれにおいて電力信号に付与するための変調偏移を定義する。
【００４５】
これは、多くの実施形態で、通信の改良を提供することができる。多くのシナリオで、電力信号に対する変調の影響を低くしつつ、電力送信機から電力受信機への通信を可能にするための低い複雑さ及び確実な手法を提供することができる。更に、この手法は、復調を容易にすることがあり、実際、電力受信機は、単一ビットを提供するために電力信号を復調するために、所定の変調パターンのみを知っていればよい。
【００４６】
変調偏移は、特に、振幅偏移、周波数偏移、又は位相偏移でよい。偏移は、いかなる変調も付与されていない状態での電力信号に対する偏移を表す。
【００４７】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、複数の介在時間間隔それぞれに関して１つの変調値を備え、各変調値が、単一ビットの値に関して、電力信号に関する変調オフセットを定義する。
【００４８】
これは、性能の改良を提供し、及び／又は操作を容易にすることができる。多くの実施形態で、複雑さの減少を提供することができる。
【００４９】
変調値は、単一ビットの所与の値を表すために電力信号に適用されるべき値を定義することができる。多くの実施形態で、電力信号に付与される変調オフセットは、変調値と単一ビットの値とによって表されるデータ値独立変調オフセットに応答して決定される。多くの実施形態で、単一ビットは、変調値を乗算される。
【００５０】
変調オフセットは、いかなる変調も伴わない電力信号、即ち非変調電力信号に対するオフセットを表す。オフセットは、例えば、振幅変調に関する振幅オフセット、周波数変調に関する周波数オフセット、又は位相変調に関する位相オフセット（又はそれらの組合せ）でよい。
【００５１】
本発明の任意選択的な特徴によれば、各変調オフセットが、対応する介在時間間隔にわたって一定のオフセットである。
【００５２】
これは、電力送信機から電力受信機への通信の改良及び／又は容易化を提供することができる。
【００５３】
本発明の任意選択的な特徴によれば、各変調オフセットが、対応する介在時間間隔にわたって一定でない所定のパターンである。
【００５４】
これは、電力送信機から電力受信機への通信の改良及び／又は容易化を提供することができる。
【００５５】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、複数の介在時間間隔のうちの２つの間の最大偏移以下の、単一ビットの変調による電力信号の平均偏移に対応する。
【００５６】
この手法は、復調を可能にするのに十分なサイズの変調オフセットを可能にしながら、平均変調偏移が低く保たれる変調パターンを提供することができる。特に、幾つかの実施形態では、平均偏移は、実質的にゼロである。これは、より密に非変調電力信号に対応する変調電力信号を可能にすることがあり、従って、電力信号の変調の影響を減少させることができる。
【００５７】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、５％以下の単一ビットの変調による電力信号の最大偏移に対応する。
【００５８】
この手法は、低いピーク値を有する変調パターン、従って非変調パターン信号からの偏移の減少を提供する。これは、より密に非変調電力信号に対応する変調電力信号を可能にすることがあり、従って、電力信号の変調の影響を減少させることができる。
【００５９】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、各介在時間間隔中の一定の偏移の間の一連のステップ変化に対応し、所定のパターンが、逆符号のステップ変化を備える。
【００６０】
これは、多くの実施形態で、複雑さを減少することができ、典型的には、効率的な実装及び確実な性能を可能にすることができる。この特徴は、多くの実施形態で、非変調電力信号からの偏移の減少を可能にすることができる。これは、より密に非変調電力信号に対応する変調電力信号を可能にすることがあり、従って、電力信号の変調の影響を減少させることができる。
【００６１】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、電力信号に関する公差値未満の単一ビットの変調による電力信号の偏移に対応する。
【００６２】
これは、多くの実施形態において、動作の改良を提供することができ、特に、変調が例えばレガシー機器又は機能に関して十分にトランスペアレントであることを保証することができる。特に、変調された電力信号が依然として電力受信機に関する要件を満たすことを保証することができる。
【００６３】
本発明の任意選択的な特徴によれば、変調パターンが、電力信号の一連のより小さな変化によって生成される電力信号へのオフセットを付与することに対応し、各変化が、１つの介在時間間隔に対応する。
【００６４】
これは、多くの実施形態において、動作の改良及び／又は実装の容易化を提供することができる。
【００６５】
本発明の任意選択的な特徴によれば、送信機が、単一ビットに応答して変調オフセットの符号値を決定し、且つ、第１の介在時間間隔に対応する所定の変調パターンに応答して変調オフセットの振幅を決定することによって、第１の介在時間間隔に関する変調オフセットを生成し、第１の介在時間間隔中に電力信号に変調オフセットを付与するように構成される。
【００６６】
これは、効率的であり、低い複雑性であり、確実及び／若しくは高性能の動作並びに／又は実装を提供することができる。
【００６７】
本発明の任意選択的な特徴によれば、所定の変調パターンが、電力信号に関する振幅オフセットパターンを表す。
【００６８】
これは、効率的であり、低い複雑性であり、確実及び／若しくは高性能の動作並びに／又は実装を提供することができる。振幅は、典型的には、電圧又は電流振幅でよい。
【００６９】
本発明の任意選択的な特徴によれば、送信機が、電力送信機及び電力受信機によって行われる構成段階中にメッセージを送信するように構成される。
【００７０】
これは、多くの実施形態で、性能の改良を提供することができる。特に、この手法は、構成段階に双方向通信が導入されることを可能にすることがあり、それにより、電力送信機と電力受信機との間のより効率的で柔軟な対話を提供する。これは、多くの実施形態で、構成の改良、従って性能の改良を可能にする。
【００７１】
この手法は、構成段階に特に適していることがあり、構成段階は、典型的には、短い介在時間間隔によって分離された一連の反復負荷変調間隔によって特徴付けられる。典型的には、単一のそのような介在時間間隔中でのメッセージの通信は、高い変調深さ及びかなりの変調オフセットを必要とする。そのような高い変調オフセットは、電力信号に対する変調のかなり大きな影響をもたらし、これは、例えば電力伝送動作など他の機能を妨げる又は低下させる。
【００７２】
特に、構成段階は、Ｑｉ識別及び構成段階でよい。この手法は、依然としてＱｉ後方互換性を可能にしながら、構成段階での双方向通信の導入を可能にする。特に、電力信号が十分に一定であり非変調電力信号と同様であるようにしながら双方向通信が導入されることがあり、非変調電力信号用に設計された既存の機能が使用されることを可能にする。同時に、この手法は、より確実な通信を保証することができ、特に、十分に低いデータレートを保証するためにシンボルエネルギーを十分に高くすることができる。
【００７３】
本発明の一態様によれば、ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力送信機から電力を受信するための電力受信機であって、電力信号を受信するためのインダクタと、電力送信機にデータメッセージを送信するための送信機であって、データメッセージが、反復負荷変調間隔中に電力信号の負荷変調によって通信され、反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離される、送信機と、介在時間間隔中に電力信号を復調することによって電力送信機からメッセージを受信するための受信機とを備え、受信機が、所定の変調パターンに従って、メッセージの単一ビットを複数の介在時間間隔にわたって復調し、変調パターンが、複数の介在時間間隔それぞれにおいて電力信号に付与するための変調偏移を定義するように構成される電力受信機が提供される。
【００７４】
本発明の一態様によれば、上述したような電力受信機と電力送信機とを備える電力伝送システムが提供される。
【００７５】
本発明の一態様によれば、ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力受信機に電力を送信するように構成された電力送信機を操作する方法であって、電力送信機が、電力信号を提供するためのインダクタと、電力信号を提供するようにインダクタをドライブするための電力信号発生器とを備え、方法が、電力受信機からデータメッセージを受信するステップであって、データメッセージが、反復負荷変調間隔中に電力信号の負荷変調によって通信され、反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離されるステップと、介在時間間隔中にメッセージで電力信号を変調することによって電力受信機にデータを送信するステップとを含み、データを送信するステップが、所定の変調パターンに従って、メッセージの単一ビットを複数の介在時間間隔にわたって変調することを含み、変調パターンが、複数の介在時間間隔それぞれにおいて電力信号に付与するための変調偏移を定義する方法が提供される。
【００７６】
本発明の一態様によれば、ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力送信機から電力を受信するように構成された電力受信機を操作する方法であって、電力受信機が、電力信号を受信するためのインダクタを備え、方法が、電力送信機にデータメッセージを送信するステップであって、データメッセージが、反復負荷変調間隔中に電力信号の負荷変調によって通信され、反復負荷変調間隔が、介在時間間隔によって分離されるステップと、介在時間間隔中に電力信号を復調することによって電力送信機からメッセージを受信するステップとを含み、受信するステップが、所定の変調パターンに従って、メッセージの単一ビットを複数の介在時間間隔にわたって復調するステップを含み、変調パターンが、複数の介在時間間隔それぞれにおいて電力信号に付与するための変調偏移を定義する方法が提供される。
【００７７】
本発明のこれら及び他の態様、特徴、及び利点は、本明細書で以下に論じる実施形態から明らかであり、それらの実施形態を参照しながら説明する。
【００７８】
本発明の実施形態を、単に例として、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機と電力受信機とを備える電力伝送システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機の要素の一例を示す図である。
【図３】本発明の幾つかの実施形態による電力受信機の要素の一例を示す図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態による電力受信機の要素の一例を示す図である。
【図５】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機によって電力信号を変調するための所定の変調パターンの一例を示す図である。
【図６】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機からの変調電力信号の一例を示す図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機によって電力信号を変調するための所定の変調パターンの一例を示す図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機からの変調電力信号の一例を示す図である。
【図９】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機の電力信号を振幅変調するための手法の一例を示す図である。
【図１０】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機からの振幅変調された電力信号を受信するための手法の一例を示す図である。
【図１１】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機によって電力信号を変調するための所定の変調パターンの一例を示す図である。
【図１２】本発明の幾つかの実施形態による電力送信機によって電力信号を変調するための所定の変調パターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
図１は、本発明の幾つかの実施形態による電力伝送システムの一例を示す。この電力伝送システムは、電力送信機１０１を備え、電力送信機１０１は、送信機コイル／インダクタ１０３を含む（又は送信機コイル／インダクタ１０３に結合される）。更に、このシステムは、電力受信機１０５を備え、電力受信機１０５は、受信機コイル／インダクタ１０７を含む（又は受信機コイル／インダクタ１０７に結合される）。
【００８１】
システムは、電力送信機１０１から電力受信機１０５へのワイヤレス誘導電力伝送を提供する。特に、電力送信機１０１は、送信機コイル１０３によって磁束として伝播される電力信号を発生する。電力信号は、典型的には、約１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの間の周波数を有する。送信機コイル１０３と受信機コイル１０７とは、疎結合され、それにより、受信機コイルは、電力送信機１０１から電力信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、電力は、送信機コイル１０３から受信機コイル１０７へのワイヤレス誘導結合を介して、電力送信機１０１から電力受信機１０５に送信される。用語「電力信号」は、主に、送信機コイル１０３と受信機コイル１０７との間での誘導信号（磁束信号）を表すために使用されるが、同義的に、送信機コイル１０３に提供される電気信号、又は実際に受信機コイル１０７の電気信号に対する言及とみなされて使用されることもあることを理解されたい。
【００８２】
以下、電力送信機１０１と電力受信機１０５との動作を、（本明細書で述べる（又は結果として生じる）変形形態及び改良形態を除いて）Ｑｉ規格に従った実施形態に特に言及して述べる。特に、電力送信機１０１と電力受信機１０５とは、（本明細書で述べる（又は結果として生じる）変形形態及び改良形態を除いて）実質的にＱｉ仕様バージョン１．０又は１．１に適合する。
【００８３】
ワイヤレス電力伝送システムにおいて電力送信機１０１と電力受信機１０５との間での電力伝送を準備して制御するために、電力受信機１０５が、電力送信機１０１に情報を通信する。そのような通信は、Ｑｉ仕様バージョン１．０及び１．１で規格化されている。
【００８４】
物理的レベルで、電力受信機１０５から電力送信機１０１への通信チャネルは、電力信号をキャリアとして使用することによって実装される。電力受信機１０５は、受信機コイル１０７の負荷を変調する。これは、電力送信機側で、電力信号の対応する変化を引き起こす。負荷変調は、送信機コイル１０３の電流の振幅及び／又は位相の変化によって、或いは、代替又は追加として、送信機コイル１０３の電圧の変化によって検出される。この原理に基づいて、電力受信機１０５は、データを変調することができ、そのデータを、電力送信機１０１が復調する。このデータは、バイト及びパケットでフォーマットされる。より詳細な情報は、http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.htmlを介して入手可能な「System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium」（Ｑｉワイヤレス電力仕様とも呼ばれる）の特に６章：通信インターフェースで見ることができる。
【００８５】
電力伝送を制御するために、システムは、異なる段階、特に選択段階、ピング段階、識別及び構成段階、並びに電力伝送段階を通って進む。より詳細な情報は、Ｑｉワイヤレス電力仕様のパート１の５章で見ることができる。
【００８６】
最初に、電力送信機１０１は選択段階にあり、この段階で、電力送信機１０１は、単に、電力受信機の存在の可能性に関して監視する。電力送信機１０１は、例えばＱｉワイヤレス電力仕様で述べられるように、この目的で様々な方法を使用する。そのような存在の可能性が検出される場合、電力送信機１０１は、ピング段階に入り、この段階で、電力信号が一時的に発生される。電力受信機１０５は、受信された信号を、その電子回路に電源投入するために適用することができる。電力信号を受信した後、電力受信機１０５は、電力送信機１０１に初期パケットを通信する。特に、電力送信機と電力受信機との間の結合度を示す信号強度パケットが送信される。より詳細な情報は、Ｑｉワイヤレス電力仕様のパート１の６．３．１章で見ることができる。従って、ピング段階では、電力受信機１０５が電力送信機１０１のインターフェースに存在するかどうかが決定される。
【００８７】
信号強度メッセージを受信した後、電力送信機１０１は、識別及び構成段階に移る。この段階では、電力受信機１０５は、その出力負荷を切断したままで、負荷変調を使用して電力送信機１０１に通信する。電力送信機は、この目的で、（負荷変調によって引き起こされる変化は除いて）一定の振幅、周波数、及び位相の電力信号を提供する。メッセージは、電力受信機１０５による要求に従って電力送信機１０１自体を構成するために、電力送信機１０１によって使用される。
【００８８】
電力受信機１０５からのメッセージは、連続的には通信されず、ある間隔（本明細書では以後、負荷変調間隔と表される）で通信される。この段階は、これらの負荷変調間隔を複数備え、即ち負荷変調間隔が反復し、それにより、より多くのデータ／より長いメッセージが電力受信機１０５によって通信されることを可能にする。これらの負荷変調間隔の合間の間隔は、電力受信機１０５によって負荷変調が行われない介在時間間隔である。しかしながら、電力信号は、介在時間間隔中にも電力送信機１０１によって提供される。
【００８９】
識別及び構成段階では、負荷変調間隔の合間の介在時間間隔は、約７ミリ秒の比較的一定の持続時間を有する傾向がある。
【００９０】
識別及び構成段階後、システムは、電力伝送段階に移り、この段階で、実際の電力伝送が行われる。特に、電力受信機１０５は、その電力要件を通信した後、出力負荷を接続し、受信された電力を出力負荷に供給する。電力受信機１０５は、出力負荷を監視し、特定の動作点の実際の値と所望の値との間の制御誤差を測定する。電力受信機１０５は、例えば２５０ミリ秒毎の最小レートで電力送信機１０１にそのような制御誤差を通信して、これらの誤差、及び電力信号の変更を求める要望、又は変更しないことを求める要望を電力送信機１０１に示す。
【００９１】
従って、電力伝送段階において、電力受信機１０５は、電力送信機１０１に情報を通信するために、負荷変調間隔中に電力信号の負荷変調も行う。しかしながら、識別及び構成段階とは異なり、負荷変調間隔の合間の介在時間間隔は、実質的に持続時間が異なる。更に、介在時間間隔は、かなりより長い傾向があり、典型的には２００ミリ秒を超える傾向がある。
【００９２】
Ｑｉワイヤレス電力仕様バージョン１．０及び１．１は、電力受信機１０５から電力送信機１０１への通信のみを定義する、即ち一方向通信のみを定義することに留意されたい。
【００９３】
しかしながら、図１のシステムでは双方向通信が使用され、即ち、電力送信機１０１から電力受信機１０５へのデータの通信も可能である。様々な用途が、そのような通信から利益を得る。そのような用途は、例えば、電力受信機をテストモードに設定すること、電力受信機を較正モードに設定すること、又は、例えば電力送信機から電力受信機にコマンド若しくはステータス情報を通信するために、電力受信機の制御下で電力送信機から電力受信機への通信を可能にすることである。
【００９４】
図２は、図１の電力送信機１０１をより詳細に示す。送信機コイル１０３（一次コイル１０３（ＰＣＬ）とも呼ぶ）が、送信機制御装置２０３（ＣＴＲ）に結合された電力送信機通信ユニット２０１（ＴＲＭ−ＣＯＭ）に接続されて示されている。
【００９５】
電力送信機通信ユニット２０１は、変調器２０５（ＭＯＤ）を有し、変調器２０５（ＭＯＤ）は、（場合によっては）変調された電力信号（ＰＳ）を送信機コイル１０３を介して受信機コイル１０５に送信するために送信機コイル１０３をドライブするためのドライバ２０７（ＤＲＶ）に結合される。
【００９６】
このシステムでは、電力受信機１０５は、電力信号を負荷変調して、電力受信機信号を受信機コイル１０７及び送信機コイル１０３を介して電力送信機１０１に送信する。この信号は、反射信号（ＲＳ）と呼ばれる。反射信号は、感知ユニット２０９（ＳＮＳ）によって、例えば送信機コイル１０３での電流又は電圧を感知することによって検出される。復調器２１１（ＤＥＭ）が、例えば検出された信号の振幅又は位相の変化をビットに変換することによって検出された信号を復調するために、送信機制御装置２０３に結合される。
【００９７】
図２の例では、第１のユニット２１３は、送信機コイル１０３を介して電力受信機１０５からデータメッセージを受信するように構成される。第１のユニット２１３は、感知ユニット２０９と、復調器２１１とを備える。これら２つのユニットは、送信機コイル１０３を介してデータを受信する機能を実装する。送信機コイル１０３は、受信機コイル１０７への誘導電力伝送のための磁場（電力信号ＰＳ）を送信し、受信機コイル１０７によって引き起こされる反射磁場（反射信号ＲＳ）（即ち、負荷変調によって引き起こされる電力信号の変化）を受信する。感知ユニット２０９（電流／電圧センサＳＮＳ）は、送信機コイル１０３での電流／電圧を感知する。復調器２１１は、感知された信号の振幅又は位相の変化をデータに変換する。
【００９８】
負荷変調は、介在時間間隔によって分離された反復負荷変調間隔中に行われる。特に、識別及び構成段階で、負荷変調は、２０〜６０ミリ秒の持続時間を有する負荷変調間隔中に行われ、負荷変調間隔は、約７ミリ秒の持続時間を有する介在時間間隔によって分離される。
【００９９】
送信機制御装置２０３は、受信されたデータを解釈し、それに応答して、メッセージを送信機コイル１０３を介して電力受信機１０５に送信するように第２のユニット２０５を制御する。メッセージは、この例では特に、電力受信機１０５からのメッセージに応答するために意図された応答メッセージでよく、特に、肯定応答／否定応答又は受諾／拒否メッセージでよい。そのような通信構成は、低い複雑さの手法を可能にすることができ、電力送信機から電力受信機への通信をサポートするための複雑な通信機能及びプロトコルの必要性をなくすことができる。更に、この手法は、電力受信機が電力伝送のための制御要素を維持することを可能にすることができ、従って、Ｑｉ電力伝送手法の全般的な設計原理によく適合する。
【０１００】
特に、送信機制御装置２０３は、変調器２０５を制御し、変調器２０５は、電力信号を変調して、所望のメッセージを提供する。特に、変調器２０５は、電力信号の振幅、周波数、又は位相を変えることによって電力信号を変調することがあり、即ち、典型的にはＡＭ、ＦＭ、及び／又はＰＭ変調を使用する。第２のユニット２１５によっても備えられているドライバ２０７は、送信機コイル１０３に交流電気信号を供給することによって、変調された電力信号を送信機コイル１０３を介して電力受信機１０５に送信するように構成される。
【０１０１】
制御装置２０３は、更に、電力伝送設定を制御し、所要の制御及び動作段階及び機能を実施するように構成される。特に、制御装置２０３は、電力受信機１０５からメッセージを受信して解釈することがあり、それに応答して、例えば電力信号に関する所要の電力レベルを設定する。特に、識別及び構成段階中、制御装置２０３は、電力受信機１０５からの構成パケット又はメッセージを解釈することがあり、例えば、それに従って最大電力信号レベルを設定する。電力伝送段階中、送信機制御装置２０３は、電力受信機１０５から受信される制御誤差メッセージに従って電力レベルを増加又は減少させる。
【０１０２】
図３は、図１の電力受信機１０５をより詳細に示す。受信機コイル１０７（ＳＣＬ）が、受信機制御装置３０３（ＣＴＲ）に結合された電力受信機通信ユニット３０１（ＲＥＣ−ＣＯＭ）に接続されて示されている。電力受信機１０５は、電力送信機１０１へのデータを受信機コイル１０７を介して送信機コイル１０３に送信するための第１のユニット３０５を備える。第１のユニット３０５は、電力送信機１０１にデータを送信するために、反射信号（ＲＳ）を発生するように受信機コイル１０７での負荷を変調するための変調器３０９（ＭＯＤ）に結合された可変負荷（ＬＤ）３０７を有する。第１のユニット３０５が、変調器３０９と可変負荷３０７とを備える機能ユニットであることを理解されたい。
【０１０３】
第１のユニットによるデータの通信は、介在時間間隔によって分離された反復負荷変調間隔中に負荷変調を付与することによって行われる。この例では、介在時間間隔中には負荷変調は付与されない。
【０１０４】
更に、電力受信機１０５は、電力送信機１０１からのメッセージを受信機コイル１０７を介して受信するための第２のユニット３１１を備える。この目的で、第２のユニット３１１は、例えば電圧又は電流を感知することによって、電力送信機１０１から受信機コイル１０７を介して受信された変調電力信号（ＰＳ）を検出するための感知ユニット３１３（ＳＮＳ）を備える。
【０１０５】
更に、第２のユニット３１１は、復調器３１５（ＤＥＭ）を備え、復調器３１５は、感知ユニット３１３と、受信機制御装置３０３とに結合される。復調器３１５は、使用される変調に従って、検出される信号を復調する。変調は、例えば、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）、又は周波数変調（ＦＭ）でよく、復調器３１５は、例えば、検出された信号の振幅、周波数、及び／又は位相の変化をビットに変換することによって、メッセージを取得するのに適切な復調を行う。
【０１０６】
一例として、受信機コイル１０７は、送信機コイル１０３から誘導電力伝送用の電力信号を受信することがあり、負荷３０７を変えることによって、反射信号を送信機コイル１０３に送信する。従って、負荷３０７の変化が、電力信号の変調を提供する。変調器３０９は、反射信号の振幅（及び／又は周波数及び／又は位相）を制御し、即ち、例えばインピーダンス回路を接続／切断することによって負荷３０７の動作を制御する。電流／電圧感知ユニット３１３は、電力送信機１０１から受信されるときに受信機コイル１０７での電流／電圧を感知する。感知ユニット３１３は、電力受信機の別の機能の一部でよく、特に、ＤＣ電力を発生するために使用される電力信号の整流及び平滑化の一部でよい。復調器３１５は、感知された信号の変化をデータに変換する。受信機制御装置３０３（とりわけ）は、データを通信するように変調器３０９を制御し、復調器３１５によって受信されたデータを解釈する。
【０１０７】
更に、電力受信機コイル１０７は、電源ユニット３１７に接続され、電源ユニット３１７は、電力信号を受信し、電力伝送段階中に電力を抽出するように構成される。電源ユニット３１７は、電力伝送段階中に電力送信機１０１から電力供給される電力負荷３１９に結合される。電力負荷３１９は、外部電力負荷でもよいが、典型的には、電力受信機デバイスの一部、例えば電力受信機のバッテリ、ディスプレイ、又は他の機能である（例えば、スマートフォンでは、電力負荷は、スマートフォンの複合機能に対応する）。
【０１０８】
電力受信機コイル１０７は、安定化されたＤＣ出力電圧（又は電流）供給を提供するために、特に、整流器回路と、平滑化回路（コンデンサ）と、電圧（及び／又は電流）調整回路とを含む。
【０１０９】
電源ユニット３１７は、受信機制御装置３０３に結合される。電源ユニット３１７は、受信機制御装置３０３が電力回路の動作特性を決定することを可能にし、例えば、電流動作点に関する情報を受信機制御装置３０３に提供するために使用される。受信機制御装置３０３は、この情報を使用して、電力伝送段階中に制御誤差メッセージを発生する。更に、受信機制御装置３０３は、電源ユニット３１７の動作を制御することがあり、例えば、受信機制御装置３０３は、負荷をオン及びオフに切り替える。特に、受信機制御装置３０３は、構成段階中には負荷を切断し、電力伝送段階中には負荷を接続するように電源ユニット３１７を制御する。
【０１１０】
図３のシステムでは、感知ユニット３１３は、電力信号を直接受信するように示されており、第２のユニット３１１は、電力信号からデータを直接復調する。これは、例えば、周波数変調に有用である。
【０１１１】
しかしながら、多くのシナリオでは、感知ユニット３１３は、電力信号を直接は感知せず、電源ユニット３１７の信号を感知する。
【０１１２】
具体的な例として、感知ユニット３１３は、電源ユニット３１７によって発生された整流及び平滑化された電圧を測定する。これは、電力信号のＡＭ変調に関して特に適している。
【０１１３】
特に、図４は、電源ユニット３１７の要素をより詳細に示す。受信機コイル１０７からの信号は、整流器４０１（典型的には、ブリッジ整流器）によって整流され、得られた信号が、コンデンサＣＬによって平滑化され、（電力消費及びＣＬの値に応じたリップルを有する）平滑化されたＤＣ電圧を生じる。図４は、更に、電力負荷３１９をオン及びオフに切り替えるためのスイッチＳＬを示す。電力伝送中の十分に低いリップルを保証するために、コンデンサＣＬは、典型的には、比較的高くなるように選択され、それにより、コンデンサと負荷の組合せに関して、遅い時定数をもたらす。
【０１１４】
この例では、電力送信機１０１は、電力送信機１０１から電力受信機１０５に通信するために電力信号に振幅変調を付与する。これは、コンデンサＣＬの両端間での振幅変化を生じ、この例では、この電圧を測定するために感知ユニット３１３が結合される。従って、電力信号上に変調されたデータを回復するために、コンデンサＣＬの両端間での電圧変化が検出されて使用される。
【０１１５】
そのような手法を使用することは、構成要素が再使用されることを可能にするので、コスト及び複雑さを減少させることができる。しかしながら、低いリップルを有するために、コンデンサＣＬは比較的大きくなければならず、これは、コンデンサＣＬでの遅い電圧変化をもたらす。これは、負荷が接続されていないとき、即ち識別及び構成段階中に、より一層顕著になる。これは、データレートをかなり制限する。従って、図１のシステムは、電力送信機１０１から電力受信機１０５への低いデータレートでの通信に適した通信及び動作プロトコルを適用する。実際、多くのシナリオで、電力送信機１０１から電力受信機１０５へのメッセージが単一ビットメッセージに制限され得る場合に有利である。
【０１１６】
Ｑｉ規格の現在の規格化は、電力受信機から電力送信機への一方向通信に基づく。従って、動作原理は、電力受信機が動作並びに動作パラメータの調節及び選択を制御することに基づく。更に、パラメータの適応及びカスタマイズは、識別及び構成段階中に設定される幾つかの特定の動作パラメータに制限される。しかしながら、システムが発展されるにつれて、この手法は、非常に限定的なものであり、電力伝送システムによって提供され得る機能、ユーザエクスペリエンス、及び性能を制限することが明らかにされている。従って、動作パラメータを選択及び適応するためのより柔軟な手法を提供するために、特に仕様のバージョン１．０及び１．１のＱｉシステムなどの電力伝送システムを機能向上させることが望ましい。例えば、現行の規格によってサポートされているよりも高い電力レベルを含む、より大きな電力レベルに対するサポートが望ましい。別の例として、より複雑な通信プロトコルを選択、サポート、及び最適化することができることが有利となる。
【０１１７】
しかしながら、そのような向上された機能の導入は困難であり、多くの難点及び課題がある。実際、追加の機能が後方互換を可能にすること、及び特に、既存のバージョン１．０及び１．１のデバイスが、向上された機能をサポートするデバイスと共に使用されることが可能であることが必要とされる。また、機能向上は、好ましくは、低い複雑さを有し、既存の規格との組合せ及び相互作用を容易にすべきである。従って、必要とされる変更及び修正を減らすことが望ましい。従って、さらなる機能向上は、好ましくは、既存の規格の設計ストラテジ及び原理に従うべきである。
【０１１８】
そのような考慮事項から得られる１つの選好は、付随するコスト及び複雑さの問題を伴う全く新しい独立した通信リンクを確立するのではなく、電力送信機１０１から電力受信機１０５に通信するための手段として電力信号の変調を使用することに対する選好である。しかしながら、同時に、そのような変調が、他の機能に影響を及ぼす程まで既存の機能に干渉しない、又は他の機能への修正を必要としないことが望まれる。
【０１１９】
図１のシステムでは、電力受信機１０５にメッセージを通信するために電力送信機１０１が電力信号を変調することができることによって、双方向通信が導入されている。従って、電力送信機１０１は、非変調電力信号に対する電力信号の偏移を導入し、ここで、偏移は、通信されるデータを示す。この偏移は、次いで、電力受信機１０５によって検出され、データメッセージを復調／復号するために使用され得る。
【０１２０】
しかしながら、このシステムでは、電力信号の変調は、既存のシステムに対する影響を最小限にするように注意深く制御される。特に、電力受信機が負荷変調間隔中に負荷変調によって通信することを可能にする通信プロトコルが導入される。従って、電力受信機１０５は、負荷変調によって連続的に通信せず、特定の時間間隔で通信する。
【０１２１】
これは、電力受信機が特定の負荷変調間隔でのみ通信する既存のＱｉ規格と整合性がある。例えば、識別及び構成段階では、電力受信機は、２０〜６０ミリ秒の典型的な持続時間であり、約７ミリ秒の介在時間間隔を有する負荷変調間隔中にのみ通信する。電力伝送段階では、電力受信機は、（約１６５ミリ秒までのはるかに長いパケットが可能であるが）２０ミリ秒の典型的な持続時間であり、典型的には約２５０ミリ秒の介在時間間隔（負荷変調間隔の合間の時間）を有する負荷変調間隔中に通信する。
【０１２２】
図１のシステムでは、電力送信機１０１は、負荷変調間隔の合間の時間間隔、即ち介在時間間隔中に通信する。従って、電力送信機１０１は、これらの時間間隔中に通信し、負荷変調間隔中には通信しない。特に、多くの実施形態において、特に識別及び構成段階で動作するとき、電力送信機１０１は、負荷変調間隔中に一定の電力信号を維持し、それにより、負荷変調及びその検出を可能／容易にする。更に、この手法は、電力送信機１０１が、負荷変調に対する一定の電力信号に関するＱｉ要件に準拠することを可能にする。
【０１２３】
また、この手法は、電力受信機１０５によって負荷変調により引き起こされる電力信号の変化として、電力送信機１０１から電力受信機１０５へのデータの通信を容易にし、電力送信機１０１によって変調により引き起こされる変調偏移は、時間的に分離される。従って、電力送信機１０１の第１のユニット２１３も、電力受信機１０５の第２のユニット３１１も、送信により自然に生じる変調を考慮する必要はない。
【０１２４】
更に、電力送信機１０１の通信は、個々のビットが複数の時間間隔にわたって通信されるようなものである。従って、各介在時間間隔中に１つ又は複数のビットを送信するのではなく、変調器２０５が、単一ビットを複数の介在時間間隔にわたって変調する。従って、単一ビットの値に依存して電力信号に導入される変調偏移が、複数の介在時間間隔中に電力信号に影響を及ぼす。
【０１２５】
１ビットの通信を複数の時間間隔にわたって広げることによって、所与の変調偏移／変調深さに関して、ビット／シンボルエネルギーの増加が実現され得る。従って、複数の介在時間間隔の使用は、誤差率の減少を実現可能にし、及び／又は変調偏移／変調深さが減少されることを可能にする。従って、所与の通信の信頼性に関して、電力送信機１０１からのデータの通信が、電力信号に対する影響が減少された状態で実現される。従って、この手法は、電力伝送システムに双方向通信を導入する影響を減少させ、それにより、他の機能及び特に既存のレガシー機能に対する影響を減少させる。また、この手法は、より良く定義された確実な／予測可能な電力信号が電力受信機１０５に提供される、改良された電力伝送も提供する。
【０１２６】
更に、この手法は、電力信号に対してより遅い変化が導入されることを可能にし、これは、多くのシナリオで、実際の変調又は復調手法を容易にすることができる。例えば、振幅変調に関して、多くの実施形態で、電力伝送動作のために使用されるのと同じ整流及びフィルタリングを使用して、整流及びフィルタされた電力信号に基づいて電力受信機１０５の復調が行われることを可能にする。
【０１２７】
図１のシステムの手法は、特に、電力受信機デバイスに電力を送信するために使用される時間変動磁場、即ち電力信号の振幅又は周波数を電力送信機１０１によって変調することを含むことができる。この手法は、電力受信機１０５から電力送信機１０３に送信される２つのパケット間のサイレント時間を、電力送信機から電力受信機への通信のための適切な間隔として使用する。この手法は、特に、Ｑｉ規格によって定義される通信プロトコルの識別及び構成段階の介在時間間隔を使用する。
【０１２８】
電力送信機１０１による電力信号の変調は、電力受信機１０５からのパケットの受信の終了と、電力受信機１０５からの後続のパケットの開始に先立つプリアンブルとの合間にのみ行われ、ここで、パケットは、既存の通信プロトコルに従って、即ち負荷変調を使用して、電力受信機１０５から電力送信機１０１に通信される。これらのパケットの通信は電力受信機１０５による負荷変調に基づくので、有利には、電力送信機１０１は、これらのパケットの通信中に振幅の変化を導入せず、また、電力受信機１０５も、受信された電力信号を負荷変調間隔中に復調する試行を行わない。
【０１２９】
この手法は、例えば、特に識別及び構成段階中の電力送信機から電力受信機への通信に利用可能な間隔がかなり短い（例えば、約７ミリ秒）という問題に対処する。この問題は、それらの間隔中に複数のビットを送信すること、又は更には、電力受信機から電力送信機への通信を妨害せずに、単一ビットを送信するのに十分な変調を実現することが難しいことを意味する。
【０１３０】
しかしながら、図１のシステムは、送信のために複数の間隔を使用して、電力送信機１０１から電力受信機１０５に単一ビットを通信する。これは、通常必要とされるよりもはるかに小さな、時間変動磁場の振幅又は周波数の変化の使用を可能にする。より小さな振幅変動は、大きな振幅変動に比べて、例えばレガシーデバイスに関わる問題を引き起こす可能性がはるかに低いので、これは有利である。
【０１３１】
この手法は、特に、変調深さ、即ち非変調電力信号に対する電力信号の偏移のレベルを減少する。電力信号を変調することにより、受信される信号が所要の最大値又は最小値を超える。更に、受信機は、特に電力送信機と電力受信機との間の結合が強い場合、電子回路の損壊を防止するために、例えば整流器の出力での電圧を特定の値にクランプする。従って、電圧変動が抑制／クリップされることがあり、それにより、そのようなパラメータが通信に使用されるのを妨げる。そのような問題に対処するために変調深さが減少される場合、変調深さは非常に小さくなることがあり、それにより、誤差率を高め、又は更には電力受信機が信号を正常に復調するのを妨げる。図１のシステムの手法は、変調深さが減少されることを可能にし、それでも、電力受信機１０５によって確実な復調が行われることを可能にする。
【０１３２】
変調は、特に、所定の変調パターンに従って単一ビットを変調することによって行われることがあり、この変調パターンは、電力受信機１０５が受信された信号を変調する前に電力受信機１０５に知らされ得るという意味で、所定のものである。所定の変調パターンは、単一ビットの所与の値を表すために電力信号に付与されるべき変調パターンを定義する。
【０１３３】
原理上、ビットの取り得る値に関して、個別の異なる所定の変調パターンが提供されることができ、例えば、ビット値０に関して１つの変調パターンが提供されることがあり、値１に関して別の変調パターンが提供される。次いで、電力受信機１０５は、受信された電力信号を２つの可能な変調パターンと相関させて、どのビットが電力送信機１０１によって送信されているかを決定する。
【０１３４】
幾つかの実施形態では、各ビット値に関して、複数の取り得る所定の変調パターンが定義される。例えば、幾つかの実施形態では、所与のビットに関する所定の変調パターンは、同時に通信される他のビットに依存する。従って、幾つかの実施形態では、複数のビットを備えるデータシンボルが同時に通信されることがあり、この場合、選択される所定の変調パターンは、複数のビットに依存する。
【０１３５】
一例として、２ビットが単一データシンボルとして通信される場合、データシンボルの値に応じて、即ち２つのデータビットの値に応じて、４つの異なる取り得る所定の変調パターンが使用される。従って、そのような場合、ビットの１つに関する所定の変調パターンが、そのビットを表す２つの取り得る所定の変調パターンから選択され、それら２つの変調パターンの間での選択は、他のビットの値に依存する。
【０１３６】
以下、ある時点に１つのビット値のみが送信され、従って２つの取り得る所定の変調パターンのみが使用される実施形態に焦点を当てる。更に、この例では、２つのデータ値に関する所定の変調パターンが、互いに逆数として選択され、即ち、一方のパターンが、他方のパターンに−１を掛けた値に対応する。従って、このシナリオでは、２つの所定の変調パターンの使用は、（＋１及び−１の２つの取り得るデータ値によって表される）単一ビットのデータ値を次いで乗算される単一の所定の変調パターンのみの使用と等価である。
【０１３７】
以下の例は、ＡＭ変調の一例に焦点を当てる。従って、この場合、電力信号は、以下の式によって与えられる。
ｐ（ｔ）＝Ａ（１＋ｍ（ｔ）・ｂ）・ｓｉｎ（ω・ｔ）
ここで、Ａは、非変調電力信号の振幅であり、ωは、電力信号のラジアン周波数であり、ｍ（ｔ）は、所定の変調パターンであり、ｂは、ビット値（＋１又は−１のいずれかとして与えられる）である。
【０１３８】
しかしながら、上の連続信号は、複数の介在時間間隔にわたって広げられる。従って、所定の変調パターンが複数の介在時間間隔にわたって広がる。即ち、変調電力信号は、以下の式によって与えられる（ここで、ｔ＝０は、ビットが送信される最初の介在時間間隔の開始に対応する）。
【数１】
0005613866.tif 000002
ここで、Ｔは、２つの負荷変調間隔の合間の介在時間間隔の持続時間であり、Ｔ’は、連続する負荷変調間隔の合間の持続時間であり、ｎは、介在時間間隔に関する指数を示し、所定の変調パターンがＮ個の時間間隔にわたって広がる（即ちｎ＝０．．．Ｎ−１）。
【０１３９】
図５は、この場合には振幅変調に関する振幅変動を表す所定の変調パターンの一例を示す。この例では、所定の変調パターンは、一連の４つの変調値からなり、変調値はそれぞれ、１つの介在時間間隔中に付与するための単一の変調振幅オフセットを表す。この例では、所定の変調パターンは、２進値１に関して適用するために振幅オフセットに対応する。
【０１４０】
最大振幅変動がＸに設定される場合、所定の変調パターンは、値１のビットに関して、電力信号の振幅が第１の介在時間間隔中にはＸだけ増加され、第２の介在時間間隔中にはＸだけ減少され、第３の介在時間間隔中にはＸだけ増加され、第４の介在時間間隔中にはＸだけ減少されるはずであることを示す。
【０１４１】
得られる変調電力信号が、図６に示されている。この例では、負荷変調間隔は、灰色領域によって示されている。これらの時間間隔中、送信機は、一定の電力信号を維持することを試み、この一定の電力信号を、電力受信機１０５が次いで負荷変調する。次いで、図５の所定の変調パターンによって示される個々の変調オフセットが、４つの連続する介在時間間隔に付与される。図６は、公称の非変調値からの振幅の偏移又はオフセットのみを示すことに留意すべきである。この例では、この偏移は、非常に小さく保たれる。
【０１４２】
逆に、通信されるデータ値が、＋１ではなく−１に（即ち、シンボル−１にマッピングされた２進値０に）対応していた場合、電力送信機１０１は、図７に示されるように、逆転した所定の変調パターンを使用する。
【０１４３】
従って、このビット値に関して、変調パターンは、電力信号の振幅が第１の介在時間間隔中にはＸだけ減少され、第２の介在時間間隔中にはＸだけ増加され、第３の介在時間間隔中にはＸだけ減少され、第４の介在時間間隔中にはＸだけ増加されるはずであることを示す。
【０１４４】
得られる変調電力信号が、図８に示されている。
【０１４５】
示されるように、２つの異なる信号が、２つの所定の変調パターンによって定義される２つのデータ値に関して発生される。従って、電力受信機１０５は、受信された電力信号を２つの取り得る変調パターンに相関させることによって、送信されるデータを検出することができる。次いで、データ値が、最高の相関をもたらす変調パターンとして検出される。相関は介在時間間隔のみに行われ、従って、電力信号は、介在時間間隔中にのみ考慮される。
【０１４６】
更に、単一ビットを通信するために使用される時間が４つの介在時間間隔にわたって広げられるので、変調偏移は、かなり低く保たれることができる。実際、この例では、ビット当たりの総エネルギーが、４・Ｘ・Ｔに対応し、ここで、Ｘは、変調パターンの振幅であり、Ｔは、介在時間間隔の持続時間（又は、より正確には、介在時間間隔の一部のみにわたって変調が広がる実施形態に関しては、介在時間間隔中の送信の持続時間）である。単一の時間間隔中に通信しつつ同じ誤差性能を実現するために、変調オフセットは、４倍高くなることを必要とされ、それにより、変調の影響を高め、場合によっては変調の影響がレガシー機能など他の機能に干渉する。
【０１４７】
図５〜図８の例では、所定の変調パターンは、所与のビット値に関して、各介在時間間隔にわたって単一の一定値を備える。従って、所定の変調パターンによって指定される変調オフセットが各介在時間間隔中に付与され、それにより、４つの介在時間間隔にわたる複合の変調が単一ビットを反映する。従って、電力受信機１０５は、単純に、介在時間間隔の電力信号を、取り得る変調パターンと相関させて、どのビットが通信されているかを決定することができる。
【０１４８】
この例では、所定の変調パターンは、電力信号に関して振幅オフセットパターンを定義し、特に、各個別の介在時間間隔中に電力信号に付与されるべき振幅オフセットを定義する。振幅オフセットは、特に、電力信号に付与される電圧オフセットでよいが、他の実施形態では、例えば電流オフセットでもよい。
【０１４９】
図９は、電力信号が電力送信機１０１の変調器２０５によって変調される様式の一例を示す。この例では、電力信号は、非変調電力信号に付与される変調オフセットによって振幅変調される。
【０１５０】
この例では、変調器２０５は、メモリ９０１を備え、メモリ９０１は、例えば図５のものに対応する単一変調パターンを記憶する。更に、変調器２０５は、変調制御装置９０３を備え、変調制御装置９０３は、介在時間間隔と同期して変調パターンを読み出す。従って、この例では、変調制御装置９０３が、メモリ９０１の出力を制御して、現行の介在時間間隔に関する変調パターンの値を提供する。更に、変調制御装置９０３は、介在時間間隔以外（即ち負荷変調間隔中）にはゼロ値を有するようにメモリ９０１の出力を制御する。
【０１５１】
図５の例に関して、変調パターン値は、各介在時間間隔中に一定であり、従って、各介在時間間隔に関してただ１つの値が記憶される必要がある。メモリ９０１は、この例では、連続するアドレスに所定の変調パターンの値を記憶することがあり、変調制御装置９０３は、出力が読み出されるメモリアドレスを、各介在時間間隔に関して１だけ単に増分する（一方、介在時間間隔中でないときにはゼロ出力を維持する）。
【０１５２】
得られた変調オフセットが乗算器９０５に付与され、乗算器９０５で、変調オフセットは、通信されているビットの値を乗算され、ここで、ビットは、（２進値０に対応する）値−１又は（２進値１に対応する）＋１によって表される。従って、乗算器の得られる出力は、ビット値に応じて、図５／６又は図７／８に対応する。次いで、得られた変調オフセットが非変調振幅Ａに付与されて、変調された振幅値を提供し、この値は、介在時間間隔以外では非変調振幅Ａに等しいが、各介在時間間隔中には、ビット値に応じた値だけオフセットされる。
【０１５３】
オフセットのサイズは、例えば、所望のオフセット値（従って変調深さ）を直接反映する所定の変調パターンによって、又は例えば、ビット値、メモリ出力、若しくは適切にスケール調整された乗算器出力によって、所望のレベルに設定されることが可能であることを理解されたい。
【０１５４】
次いで、得られた変調振幅がドライバ２０７に供給され、ドライバ２０７は、対応する振幅を有する電力信号を発生することに進む。
【０１５５】
この例では、単一の記憶されている所定の変調パターンを修正することによって、（それぞれ値−１及び＋１によって表される）ビット値０及び１に関して２つの所定の変調パターンが発生される。特に、記憶されている値によって、電力信号に付与される所定の変調パターンの絶対値が与えられ、ビット値によって、符号が与えられる。そのような手法は、特に効率的な実装形態を提供することができる。
【０１５６】
図１０は、電力受信機１０５が図９の変調器によって発生される信号を受信することができる様式を示す。
【０１５７】
受信された電力信号は、まず整流及び平滑化されて、振幅抽出器１００１によって振幅信号を提供する。次いで、（例えば、単にコンデンサとして実装される）ＤＣ抽出器１００３によって、振幅信号からＤＣ値が除去される。ここで、得られた信号は、通信されるデータビットの値に応じて図５又は図７の信号に対応する。
【０１５８】
変調器２０５と同様に、電力受信機１０５は、具体的な例では図５のものなど所定の変調パターンを記憶するメモリ１００５を備える。また、変調器２０５と同様に、メモリは、介在時間間隔に同期する制御装置１００７によって読み取られる。
【０１５９】
介在時間間隔にわたって広げられた所定の変調パターンの得られる局所的なレプリカが、相関器１００９でのＤＣ抽出後に、振幅信号と相関される。相関は、例えば、２つの信号を乗算し、介在時間間隔にわたって積分することによって行われる。相関器１００９の出力は、受信されたビット値を決定するビット決定処理装置１０１１に供給される。相関は、介在時間間隔にわたってのみ行われ、負荷変調間隔中には、電力信号に関する相関はない。
【０１６０】
特に、理想的な場合には、相関器１００９は、ビット値１が送信された場合には、１の（正規化された）相関を提供し、ビット値−１が送信された場合には、−１の（正規化された）相関を提供する。当然、これらの値は、雑音及び不完全性によって劣化される。しかしながら、そのような効果の対称性を仮定して、決定基準は、相関がゼロよりも大きい場合には（２進値での１に対応する）ビット値＋１が送信され、相関がゼロ未満である場合には（２進値での０に対応する）ビット値−１が送信されたというものでよい。
【０１６１】
幾つかの実施形態では、振幅変調は、一次コイル電流を変えることによって、電力送信機に関して既に定義されている既存の電力制御メカニズムを使用して実現される。これらの制御メカニズムは、周波数の変化、レール電圧の変化、又は一次コイル内に電流をドライブする（共鳴）回路のデューティサイクル変化を含む。
【０１６２】
幾つかの実施形態では、振幅復調は、整流された電力を電力受信機で決定するのに既に必要とされている既存の電力測定ハードウェアによって実現される。電力受信機は、整流器（図４参照）の出力での電圧及び／又は電流を監視して、電力送信機が予想通りに電力信号の振幅を変化させるかどうか分析することができる。
【０１６３】
図５の所定の変調パターンは、使用され得る可能な変調／符号化の一例にすぎないことを理解されたい。例えば、幾つかの実施形態では、ビットは、すべての介在時間間隔にわたって維持される電力信号レベルによって、電力信号レベルの１回の変化によって、又は例えば電力信号レベルの複数回の変化によって符号化される。
【０１６４】
例えば、Ｑｉ仕様のバージョン１．１で定義されるようなデフォルト電力信号レベルから始めて、一定の電力信号レベルを使用して、以下の符号化の１つが適用され得る。
ａ．「１」＝ハイ値（デフォルトよりも高い）、「０」＝ロー値（デフォルトよりも低い）
ｂ．「１」＝ハイ値（デフォルトよりも高い）、「０」＝ロー値（デフォルトと等しい）
ｃ．その他
【０１６５】
符号化が電力レベル信号の変化に基づく場合、適用される符号化は、例えば以下のものの１つでよい。
ａ．「１」＝ロー値からハイ値への変化、又はハイ値からロー値への変化、「０」＝値変化なし
ｂ．「１」＝デフォルト値から他の値への変化、又は他の値からデフォルト値へ戻る変化、「０」＝値変化なし
ｃ．その他
【０１６６】
電力レベルの複数の変化が使用される場合、符号化は、例えば以下のものの１つでよい。
ａ．「１」＝ロー値からハイ値への変化と、それに続くハイからローへの変化、「０」＝変化なし
ｂ．「１」＝ハイからローへの変化と、それに続くロー値からハイ値への変化、「０」＝変化なし
【０１６７】
図５の所定の変調パターンに基づく前述した例では、４つの介在時間間隔に対応する４つの一定の値が使用され、各介在時間間隔の間に変化が加えられた。
【０１６８】
しかしながら、他の実施形態では、変調オフセットは、各介在時間間隔中に一定でないことを理解されたい。例えば、変調の周波数拡散を減少し、例えば実施を容易にするために、より平滑な関数が使用される。例えば、各介在時間間隔に関して、レベルの正弦半波変化が加えられることがあり、これにより、各介在時間間隔中に、電力レベルが、公称の電力信号レベルから徐々に変化し、その後、公称の電力信号レベルに徐々に変化して戻る。そのような実施形態に関して、相関は、各介在時間間隔中の変調変動を反映する。
【０１６９】
幾つかの実施形態では、パターンは、異なる介在時間間隔に関して異なる。例えば、幾つかの介在時間間隔中には、正弦半波に対応する一方で、他の介在時間間隔中には、パターンが正弦全波に対応する。
【０１７０】
取り得る変調パターンの例が、図１１に示されている。
【０１７１】
複数の介在時間間隔の使用は、変調偏移が減少されることを可能にする。従って、所定の変調パターンは、変調による比較的低い偏移を導入するように設計される。
【０１７２】
多くの実施形態において、所定の変調パターンは、変調による電力信号の平均偏移に対応することがあり、平均偏移は、複数の介在するビットのうちの２つの間の最大偏移以下である。例えば、図５のパターンにおいて、介在時間間隔の間の最大偏移は、２・Ｘであり、ここで、Ｘは変調オフセット振幅である。しかしながら、平均偏移は、はるかに低く、特定の例では特にゼロである。
【０１７３】
実際、多くの実施形態で、非変調電力信号に対する平均変調偏移は低く保たれ、実際、多くの実施形態で、好ましくは公称電力信号レベルの５％、更には２％未満である。多くの実施形態で、所定の変調パターンは、実質的にゼロの平均変調オフセット又は偏移に対応する。
【０１７４】
多くの実施形態で、低い平均変調偏移を有することが有利であることがあり、しばしば、既存の機能に対する影響を減少させる。更に、低い平均変調偏移を維持することは、低い最大偏移を維持することを可能にすることも支援することもある。
【０１７５】
実際、典型的には、低い平均変調偏移を維持することに加えて、電力送信機１０１は、低い最大変調偏移を維持する。
【０１７６】
実際、多くの実施形態で、所定の変調パターンは、５％以下、又は実際に幾つかの場合には２％以下の単一ビットの変調による電力信号レベルの最大偏移をもたらすように設計される。
【０１７７】
そのような小さな偏移は、典型的には、例えば雑音により、電力信号で検出することが非常に難しい変動をもたらすことになる。しかしながら、複数の介在時間間隔にわたって広がる単一ビットの通信により、相関が、はるかに長い時間間隔にわたって、従ってはるかに高い精度で行われることができるので、小さな変動が確実に検出され得る。
【０１７８】
非常に小さな最大偏移を維持することは、他の機能又は動作に対する影響が減少されることを保証し、それにより衝突の危険を減少する。実際、多くの実施形態で、小さな変調オフセットは小さく、無視でき、実際、特に電力伝送動作及び機能など他の機能によって認識されない。
【０１７９】
幾つかの実施形態では、所定の変調パターンが、電力信号に関する公差値未満の単一ビットの変調による電力信号の偏移に対応する。例えば、電力信号は、例えば５％の公差内で公称値Ａを有するように定義される。そのような例では、電力送信機１０１は、所与のレベルＡで、例えば２％以内で振幅を維持することができるように設計される。このより高い精度は、３％の電力信号振幅変動に基づく通信の導入と組み合わされる。これは、いかなる他の機能にも影響を及ぼすことなく双方向通信を可能にする。実際、規格に準拠するすべての機器は、最大で５％だけ公称値から偏移する電力信号で動作することが可能であるように設計されなければならないので、本来的に、変調された電力信号で動作することが可能である。
【０１８０】
実際、この手法は、秘匿性の(stealth)変調を可能にすることがあり、電力送信機１０１からデータメッセージを受信するように設計された機器のみが変調を検出することができ、他の機器は、いかなる変調の存在にも気付かない。従って、後方互換性の改良が実現され得る。
【０１８１】
幾つかの実施形態では、最大変調偏移は、介在時間間隔の間で更に増加されることがあり、即ち、システムは、必ずしも変調偏移を最小にすることを試みない。そうではなく、幾つかの実施形態では、所定の変調パターンが、例えば振幅レベルの変化を提供することがあり、この変化は、複数の介在時間間隔の間のより小さな変化によって生成される。
【０１８２】
特に、変調パターンは、電力信号への一連のより小さな変化によって生成される電力信号へのオフセットの付与に対応することがあり、各変化が、１つの介在時間間隔に対応する。３つの介在時間間隔にわたる変調に関するそのような所定の変調パターンの一例が、図１２に示されている。
【０１８３】
この例では、電力送信機１０１は、（典型的には）電力信号の振幅又は周波数を変調することによって介在時間間隔中にビットを送信し、それにより、変化の量は、少なくとも２つの介在時間間隔中の変化から累積される。
【０１８４】
この手法は、以下の例によって示される。
【０１８５】
ワイヤレス電力伝送システムでは、時間変動磁場が、受信機コイル内への起電力を誘発する。典型的には、これは、コイルにわたる時間変動電圧を生み出し、この電圧は、受信機コイルに取り付けられた整流器回路を使用してｄｃ電圧に変換される。通常、得られた脈動電圧は、整流器回路の出力端子に接続されたキャパシタンスを使用して平坦化される。
【０１８６】
一例として、電力受信機は、平坦化された（それでもかなりのリップルを伴う）出力電圧での０．５Ｖの変化を確実に検出することができるように設計される。更に、例えば、より大きな変化はレガシー機器に互換性がないことが実験により確認されているので、電圧変化が０．２Ｖよりも大きくなるほどには時間変動磁場を変えることはできない。この場合、電力送信機は、３つの介在時間間隔（必ずしも連続している必要はない）中に磁場を変えることができ、それにより、総計の変化は最大０．６Ｖになる。これは、第３のステップ後、電力受信機１０５が、電力送信機１０１がビットを送信していること（及びそのビットがどの値を有するか）を確実に検出することが可能であることを意味する。
【０１８７】
前の例では、電力送信機１０１から電力受信機１０５への通信は、電力信号の電圧又は電流の振幅変調に基づく。しかしながら、他の実施形態では、所定の変調パターンは、例えば、電力信号に関する周波数オフセットパターンを定義する。従って、そのような実施形態では、電力信号の周波数は、所定の変調パターンによって定義されるように介在時間間隔の合間（及び／又は場合によっては介在時間間隔中）に変化される。
【０１８８】
従って、電力受信機１０５は、信号を復調して、電力信号の振幅ではなく電力信号の周波数を反映する信号を提供することがあり、所定の変調パターンをこの信号に相関させることに進む。幾つかの実施形態では、周波数変調が有利である。特に、雑音の多い環境に関して、周波数変調は、より確実であり、雑音のより少ない変調を提供することが多い。
【０１８９】
説明される手法は、異なる段階で使用されることを理解されたい。しかしながら、この手法は、多くのシナリオで、Ｑｉシステムの識別及び構成段階などの構成段階に特に適しており、有利である。
【０１９０】
特に、双方向通信は、電力受信機１０５と電力送信機１０１との相互作用が確立され定義される構成段階中に特に有利である。実際、この段階は、特に、電力送信機１０１が電力受信機１０５と通信することができることによって改良される。しかしながら、電力受信機１０５が電力送信機１０１に通信する時間の合間の時間間隔は、典型的には非常に短く（例えば約７ミリ秒）、これは、他方の方向での通信を非常に難しくする。しかしながら、説明される手法を使用することによって、電力送信機１０１は、電力受信機１０５に確実に通信できると同時に、変調によって引き起こされる電力信号の特性に対する影響を比較的低くする。
【０１９１】
電力送信機１０１が、任意の適切なメッセージを通信するためにこの手法を使用することができることを理解されたい。以下に、幾つかの具体的な例を提供する。
【０１９２】
例示的なＴｘ→Ｒｘメッセージ１
電力受信機からの問合せに対するイエス／ノー回答メッセージは、単一ビットでコード化されることができ、例えば、「１」は、「イエス」を意味し、「０」は、「ノー」を意味する。
【０１９３】
問合せは、以下のものとすることができる。
−  電力受信機が、バージョン１．１以上である。−電力送信機のバージョンもバージョン１．１以上であるか？
−  電力受信機の「使用可能電力」が５Ｗである−電力送信機がそのレベルをサポートするか？
−  電力受信機が、別の通信モードを適用することを好む−電力送信機がこのモードをサポートするか？
【０１９４】
例示的なＴｘ→Ｒｘメッセージ２
電力送信機のバージョン番号を示す幾つかのビット（例えば４ビット）
【０１９５】
例示的なＴｘ→Ｒｘメッセージ３
電力送信機のサポートされる電力レベルを示す幾つかのビット（例えば４ビット）
【０１９６】
例示的なＴｘ→Ｒｘメッセージ４
電力送信機のサポートされる通信モードを示す幾つかのビット（例えば４ビット）
【０１９７】
メッセージが複数のビットを含む場合、ビットの一部が、誤差検出又は誤差補正のために適用され得る。
【０１９８】
前の説明は、単一の２進値が、複数の介在時間間隔にわたって電力信号上に変調されることによって電力送信機１０１から電力受信機１０５に通信される例に焦点を当ててきた。しかしながら、幾つかの実施形態では、複数の介在時間間隔にわたって通信される単一ビットは、複数のビットを表すデータシンボルの一部でよい。そのような例では、データシンボルは、３つ以上の取り得る値、即ち１ビットによって表される２進値よりも大きい値を表す。そのような実施形態では、データシンボルの取り得る値はそれぞれ、１つの所定の変調パターンに関連付けられることがあり、所定の変調パターンは、異なる値に関して異なる。
【０１９９】
そのような場合、少なくとも２つの介在時間間隔中にデータシンボルの２つの取り得る値の間で変調（及び従って所定の変調パターン）が異なる場合に、複数の介在時間間隔にわたって単一ビットが通信される。従って、データシンボルの２つの取り得る値が存在し、それらが、少なくとも２つの介在時間間隔中に異なる変調を生じる。最適な受信機は、２つの取り得る値の間で決定するために電力信号が異なるすべての時間間隔を考慮しなければならない。従って、最適な受信機は、複数の介在時間間隔を考慮しないと、データシンボルの２つの取り得る値の間で決定することができない（ただし、場合によっては、次善の受信機は、誤差率の増加という犠牲を払ってそのような決定を行うことができる）。
【０２００】
例えば、前述したように、電力送信機１０１は、４つの取り得る値を表すデータシンボルを送信するように構成される。従って、データシンボルは、２ビットに対応する。４つの異なる取り得る値は、それぞれ、１つの所定の変調パターンに関連付けられ、変調パターンは、複数の介在時間間隔に関する対応する変調を定義する。所定の変調パターンは、少なくとも２つの値に関して、少なくとも２つの介在時間間隔中に異なる。従って、（単一ビットに対応する）値のうちの（少なくとも）２つの値の変調が、複数の介在時間間隔にわたって変調される。
【０２０１】
この手法は、整数ビットのデータシンボルに限定されない。しかしながら、各データシンボルが整数ビットに対応する例と同様に、データシンボルの少なくとも２つの取り得る値は、少なくとも２つの介在時間間隔中に電力信号の変調が異なる。従って、これら２つの取り得る値によって表される単一ビットは、複数の介在時間間隔にわたって変調される。
【０２０２】
一例として、データシンボルは、１．５８ビットに対応する３つの取り得る値を有する。これらの取り得るデータ値の少なくとも２つが、所定の変調パターンにマッピングされ、変調パターンは、少なくとも２つの介在時間間隔中に異なる。従って、これら２つの取り得るデータ値に対応するビットは、少なくとも２つの介在時間間隔にわたって変調される。第３のデータ値は、場合によっては、１つの介在時間間隔中に他のデータ値の一方のみ又は両方と異なる。しかしながら、典型的には、すべての取り得るデータ値が、他の取り得るデータ値それぞれに対して、少なくとも２つの介在時間間隔中に異なる変調にマッピングされる。典型的には、変調は、すべての介在時間間隔中に異なる。
【０２０３】
従って、１ビットよりも大きいビットを表すデータシンボルに関しても、電力送信機１０１は、データシンボルを表すために電力信号を変調し、それにより、少なくとも２つのデータ値の間の変調の差が、複数の介在時間間隔中に異なる。従って、データ値の対の間の変調の差は、すべての対に関して、単一の介在時間間隔中の差に限定されない。
【０２０４】
幾つかの実施形態では、データシンボルのデータ値から対応する変調へのマッピングが、複数のチャネルデータビット／シンボルへのデータ値のマッピングによって行われることがあり、チャネルデータビット／シンボルが更に、対応する変調フォーマットに個々にマッピングされることを理解されたい。
【０２０５】
例えば、単一ビットに対応する２進データシンボルは、一連のデータビットにマッピングされる。例えば、２進値０は、例えば０００のビットシーケンスにマッピングされることがあり、２進値１は、例えば１１１のビットシーケンスにマッピングされる。更に、チャネルビットは、変調偏移に直接マッピングされる。例えば、チャネルビット値０は、−Ｘの振幅オフセットにマッピングされることがあり、チャネルビット値１は、＋Ｘの振幅オフセットにマッピングされる。各チャネルビットは、１つの介在時間間隔中に送信される。従って、情報ビットの２進値０に関して、３つの（典型的には連続する）介在時間間隔の振幅が、Ｘだけ減少される。情報ビットの２進値１に関して、３つの（典型的には連続する）介在時間間隔の振幅が、Ｘだけ増加される。従って、個々のチャネルビットが単一の介在時間間隔中に送信されるが、送信される情報ビット値は、複数の介在時間間隔にわたって変調される。
【０２０６】
別の例として、図５及び図７の所定の変調パターンは、１０１０と０１０１のビットシーケンスへの情報ビットのマッピングに対応するように考慮されることがあり、各チャネルビットが、それぞれ１及び０に関してＸ及び−Ｘの変調にマッピングされる。従って、チャネルビットへのマッピングは、所定の変調パターンの表現とみなされる。
【０２０７】
具体的な例として、電力受信機１０５から受信された特定の動作に関する要求に肯定応答するために、電力送信機１０１に関して３つの異なるビットパターンが定義される。例えば、
１．要求の受信に肯定応答し、その要求を受諾するための１１１１１１１１、
２．要求の受信に肯定応答し、その要求を拒否するための００００００００、
３．要求の受信に肯定応答し、その要求が未知であることを示すための０１０１０１０１。
【０２０８】
従って、肯定応答は、３つの値からなる（即ち１．５８ビットの）データシンボルである。
【０２０９】
幾つかの実施形態では、各チャネルビットは、１つの介在時間間隔中に送信されることができ、各チャネルビットは、例えば、値に応じて＋Ｘ又は−Ｘのオフセットにマッピングされる。従って、肯定応答データシンボルは、８つの介在時間間隔にわたって変調される。
【０２１０】
より少数の介在時間間隔が使用される場合、３つの値がより短いビットシーケンスにマッピングされることがあり、例えば、４つの時間間隔に関して、
１．要求の受信に肯定応答し、その要求を受諾するための１１１１、
２．要求の受信に肯定応答し、その要求を拒否するための００００、
３．要求の受信に肯定応答し、その要求が未知であることを示すための０１０１。
【０２１１】
又は２つの時間間隔に関して、
１．要求の受信に肯定応答し、その要求を受諾するための１１、
２．要求の受信に肯定応答し、その要求を拒否するための００、
３．要求の受信に肯定応答し、その要求が未知であることを示すための０１。
【０２１２】
別の例として、各時間間隔中に複数のチャネルビットが通信されることができ、例えば、時間間隔に関して、８つのチャネルビットが２つの異なるグループとして通信され得る。
１．要求の受信に肯定応答し、その要求を受諾するときの、１１１１が送信される第１の介在時間間隔と、それに続く、１１１１が送信される第２の介在時間間隔。
２．要求の受信に肯定応答し、その要求を拒否する、００００が送信される第１の介在時間間隔と、それに続く、００００が送信される第２の介在時間間隔。
３．要求の受信に肯定応答し、その要求が未知であることを示す、０１０１が送信される第１の介在時間間隔と、それに続く、０１０１が送信される第２の介在時間間隔。
【０２１３】
この例では、各チャネルビットは、やはり変調偏移に個別にマッピングされるが、この場合、例えば、各チャネルビットに関して介在時間間隔の４分の１を許可することによって、各介在時間間隔中で、４つのチャネルビットに関する異なる変調が組み合わされる。別の例として、チャネルビットのグループが、異なる変調に直接マッピングされる（やはり、３つの異なる変調のみが必要である）。
【０２１４】
誤差性能を最適化するために、電力受信機１０５は、好ましくは、電力信号の全体の変調（又は異なるデータ値の間で変調が異なる少なくとも一部分）を考慮する。これは、信号対雑音比が最大化され、それに従って誤差率が最小化されることを保証する。
【０２１５】
しかしながら、幾つかのシナリオでは、雑音（量子化雑音などの実装雑音を含む）は十分に低いことがあり、シンボル（ビット）エネルギーの一部のみが含まれる場合でさえ十分な誤差率を提供する。従って、幾つかの実施形態及びシナリオでは、電力受信機１０５は、送信の一部のみに基づいてビット値を決定する。例えば、ビットが変調される介在時間間隔のサブセットで復号が実施されることがあり、実際、幾つかのシナリオでは、ただ１つの介在時間間隔に基づく。
【０２１６】
例えば、８つのチャネルビットが８つの介在時間間隔にわたって送信される前の例では、電力受信機１０５は、雑音が非常に低い幾つかのシナリオでは、最初の２つの介在時間間隔のみでデータを復号する。これが値１１を生じる場合、全体の送信は、１１１１１１１１であると仮定され、値が００である場合、全体の送信は、００００００００であると仮定され、値が０１である場合、全体の送信は、０１０１０１０１であると仮定される。決定は、（例えば信号対雑音推定に基づいて）電力受信機１０５によって信頼可能でないとみなされる場合には、データシンボルが符号化されるさらなる介在時間間隔を復号することに進む。
【０２１７】
幾つかの実施形態では、電力送信機１０１は、電力受信機１０５がそのような通信を受信することができることが検証されるまでは、電力信号のいかなる変調も導入しないように構成される。しかしながら、電力送信機は、そのような検証が行われた後、機会があり次第始動することがあり、それにより、電力受信機は、双方向通信が可能であることを迅速に知らされ得る。
【０２１８】
電力送信機１０１と電力受信機１０５との両方が双方向通信をサポートすることができるという互換性の検出は、様々な方法で行うことができる。
【０２１９】
一例として、システムは、機器のバージョンに基づく。例えば、Ｑｉシステムに関して、電力受信機又は電力送信機は、ｖ１．１以上であるがバージョン１．０でない場合に、双方向通信に適合性がある。
【０２２０】
そのようなＱｉシステムに関する一例として、（ｖ１．１以上の）電力送信機は、識別パケットのバージョン領域を解釈することに進むことがあり、バージョン領域は、電力受信機が適合する仕様がどのバージョンであるかを示す。バージョンが十分に高くない（即ちｖ１．１未満である）場合、電力送信機は、電力信号を変調することを試行せず、（ｖ１．１以前には相関器１００９で定義されるように）電力信号を一定に保つ。バージョンが十分に高い（ｖ１．１以上である）場合、電力送信機は、新たな要件に従って電力信号を変調して、規格の新たな機能を実施可能である（即ちｖ１．１以上である）ことを示す。電力受信機は、そのような変調を検出し、それを用いて、電力送信機が双方向通信を使用することを知らされ得る。
【０２２１】
上記の説明は、分かりやすくするために、様々な機能回路、ユニット、及び処理装置を参照して本発明の実施形態を説明していることを理解されたい。しかしながら、本発明から逸脱することなく、異なる機能回路、ユニット、又は処理装置の間での任意の適切な機能分散が使用され得ることを理解されたい。例えば、個別の処理装置又は制御装置によって実施されるものとして例示される機能が、同一の処理装置又は制御装置によって実施される。従って、特定の機能ユニット又は回路への言及は、厳密な論理的又は物理的構造又は組織を示すものではなく、単に、説明される機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるべきである。
【０２２２】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組合せを含む任意の適切な形態で実装され得る。本発明は、任意選択的に、１つ又は複数のデータ処理装置及び／又はデジタル信号処理装置上で実行されるコンピュータソフトウェアとして少なくとも一部実装される。本発明の一実施形態の要素及び構成要素は、任意の適切な様式で、物理的、機能的、及び論理的に実装される。実際、機能は、単一のユニット、複数のユニット、又は他の機能ユニットの一部として実装される。従って、本発明は、単一のユニットに実装されることがあり、又は異なるユニット、回路、及び処理装置の間で物理的及び機能的に分散される。
【０２２３】
本発明を幾つかの実施形態に関連して説明してきたが、本発明が、本明細書で記載する特定の形態に限定されることは意図されない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定される。更に、特定の実施形態に関連付けて特徴が説明されているように見えるが、当業者は、本発明に従って、説明される実施形態の様々な特徴が組み合わされてもよいことを理解されよう。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の要素又はステップの存在を除外しない。
【０２２４】
更に、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路、又は方法ステップが、例えば単一の回路、ユニット、又は処理装置によって実装されてもよい。更に、個々の特徴が異なる特許請求の範囲に含まれているが、これらは、場合によっては有利には組み合わされることがあり、異なる特許請求の範囲に含まれていることは、特徴の組合せが実現可能でない及び／又は有利でないことを示唆しない。また、ある特徴が特許請求の範囲の１つのカテゴリー内に含まれていることは、このカテゴリーへの限定を示唆せず、その特徴が、適切であれば特許請求の範囲の他のカテゴリーにも同等に適用可能であることを示す。更に、特許請求の範囲内での特徴の順序は、特徴を実施しなければならない任意の特定の順序を示唆せず、特に、方法の請求項内での個々のステップの順序は、ステップがその順序で実施されなければならないことは示唆しない。そうではなく、ステップは、任意の適切な順序で実施されてよい。更に、単数での言及は、複数を除外しない。従って、「１つ（“a”、“an”）」、「第１」、「第２」などの言及は、複数を除外しない。特許請求の範囲内の参照符号は、明瞭にするための例としてのみ付されており、特許請求の範囲の範囲を限定するものとはみなされないものとする。
【要約】
電力送信機１０１が、ワイヤレス誘導電力信号を使用して電力受信機１０５に電力を送信する。電力送信機１０１は、電力信号を提供するためのインダクタ１０３と、電力信号を提供するようにインダクタ１０３をドライブするための電力信号発生器２０７とを備える。電力受信機１０５は、電力信号を受信するためのインダクタ１０７と、電力送信機１０１にデータメッセージを送信する送信機３０５とを備える。データは、介在時間間隔によって分離された反復負荷変調間隔中の電力信号の負荷変調によって通信される。電力送信機１０１は、介在時間間隔中にメッセージで前記電力信号を変調することによって電力受信機１０５にデータを送信し、電力受信機は、これらの時間間隔中にデータを復調する。電力送信機１０１は、メッセージの単一ビットを、複数の介在時間間隔にわたって変調することによって送信し、電力受信機１０５は、その単一ビットを、これらの時間間隔にわたって復調することによって受信する。【図１】
0005613866.tif 000003
【図２】
0005613866.tif 000004
【図３】
0005613866.tif 000005
【図４】
0005613866.tif 000006
【図５】
0005613866.tif 000007
【図６】
0005613866.tif 000008
【図７】
0005613866.tif 000009
【図８】
0005613866.tif 000010
【図９】
0005613866.tif 000011
【図１０】
0005613866.tif 000012
【図１１】
0005613866.tif 000013
【図１２】
0005613866.tif 000014