(57)【要約】【課題】電力を無線で伝達するための装置及び方法を提供する。【解決手段】例示的実施形態は、不適合装置への電力伝達を検出して制限することを対象とする。方法は、無線電力送信機の充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置を検出するステップを含みうる。本方法は、1つまたは複数の不適合装置のうちの少なくとも1つに供給される電力量を制限するステップをさらに含みうる。【選択図】図６
2014223012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電領域内に位置する適合装置に電力を供給するために、またはそれを充電するために十分なレベルで電力を無線で送信するように構成された無線電力送信機と、
コントローラと
を備え、
前記コントローラは、
前記無線電力送信機によって送信される第1の電力量を決定し、
前記充電領域内に位置する場合、前記適合装置によって受信される第2の電力量を決定するように構成され、
前記無線電力送信機が、送信される前記第1の電力量と受信される前記第2の電力量との間の差に基づいた使途不明の電力の決定に応じて電力伝送を減らすように構成され、
送信される前記第1の電力量が、前記無線電力送信機の寄生コイルの損失に少なくとも部分的に基づいており、
受信される前記第2の電力量が、前記適合装置の寄生コイルの損失に少なくとも部分的に基づいていると共に、
前記適合装置は前記無線電力送信機による充電を許可された装置である、電力を無線で伝達するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、米国特許法第119条(e)項に基づいて、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる、2010年3月11日に出願された米国仮特許出願第61/313,048号「DETECTING AND PROTECTING NEAR-FIELD COMMUNICATION CARDS FOR WIRELESS POWER SYSTEM」、および、参照によりその開示全体が本明細書に組み込まれる、2010年4月28日に出願された米国仮特許出願第61/328,994号「DETECTING AND PROTECTING NEAR-FIELD COMMUNICATION CARDS FOR WIRELESS POWER SYSTEM」の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は一般に無線電力伝達に関し、より詳細には、無線電力送信機の充電領域内の、1つまたは複数の無許可の装置、1つまたは複数の近接場通信装置、あるいはそれらの組合せを検出するための、システム、装置、および方法に関する。さらに、本発明の例示的実施形態は、無線電力送信機の充電領域内に位置する1つまたは複数の無許可の装置、1つまたは複数の近接場通信装置、あるいはそれらの組合せへの無線電力供給を制限するためのシステム、装置、および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
送信機と充電されるべき装置との間の無線による(over the air)電力伝送を使用する手法が開発中である。これらは一般に2つのカテゴリに分類される。1つは、送信アンテナと、放射された電力を集め、それを整流して電池を充電する、充電されるべき装置上の受信アンテナとの間の平面波放射(plane wave radiation)(遠距離場放射(far-field radiation)とも呼ばれる)の結合に基づく。一般に、アンテナは結合効率を向上させるために、共振長のアンテナである。この手法の難点は、アンテナ間の距離とともに電力結合が急速に低下することである。そのため、適度な距離を超えた(たとえば1〜2メートル超の)充電は困難になる。さらに、このシステムは平面波を放射するので、フィルタリングによって適切に制御されていない場合、意図しない放射がその他のシステムに干渉する可能性がある。
【０００４】
その他の手法は、たとえば「充電」マット、または表面に組み込まれた送信アンテナと、充電されるべきホスト装置に組み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。この手法の欠点は、送信アンテナと受信アンテナとの間の間隔が非常に近く(たとえば、数ミリメートル)なければならないことである。この手法は、同じエリア内の複数の装置を同時に充電する能力があるが、このエリアは一般的に小さいため、ユーザは特定のエリアに装置を置かなければならない。
【０００５】
当業者には理解されるように、同じ周波数で動作している、または無線電力送信機から電力を受け取ることができるNFC装置は、無線電力送信機から過剰に電力を受信する場合がある。過剰に電力を受信することによってNFC装置の望ましくない発熱が生じ、火災の原因になる場合がある。さらに、不正受信機が無線電力送信機から電力を受け取ろうとする場合があり、したがって正当な受信機への電力供給に影響を及ぼし、さらに無線電力システムの効率に影響を及ぼすことがある。無線電力システム内の装置を検出し、できる限り保護する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、特許請求の範囲に記載の手段によって課題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】無線電力伝達システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】無線電力伝達システムの簡略化された概略図である。
【図３】本発明の例示的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。
【図４】本発明の例示的実施形態による、送信機の簡略化されたブロック図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、受信機の簡略化されたブロック図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、無線電力送信機を含む無線電力システムである。
【図７】本発明の例示的実施形態による、無線電力受信機の一部の回路図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、無線電力送信機の一部のブロック図である。
【図９】送信機の充電領域内に置かれた様々な装置のために、送信機によって検出されるインピーダンス応答を示すスミスチャートである。
【図１０】本発明の例示的実施形態による、無線電力充電器の表面に近接した「禁止(keep out)」ゾーンを含む無線電力充電器である。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、送信機の一部および受信機の一部を含むシステムである。
【図１２】本発明の例示的実施形態による、方法を示す流れ図である。
【図１３】本発明の例示的実施形態による、他の方法を示す流れ図である。
【図１４】本発明の例示的実施形態による、さらに他の方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下で、添付の図面に関連付けて説明される詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明を目的としており、本発明を実施できる実施形態だけを示すことを目的とするものではない。本明細書を通じて使用される「例示的」という用語は「例、実例、または例示として役立つ」ことを意味し、必ずしもその他の例示的実施形態よりも好ましい、または有利なものと解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。これらの特定の詳細なしに本発明の例示的実施形態を実施できることは、当業者には明らかだろう。いくつかの実例において、本明細書に提示される例示的実施形態の新規性が不明瞭にならないようにするために、よく知られている構造および装置がブロック図の形式で示される。
【０００９】
「無線電力」という用語は、本明細書では、電界、磁界、電磁界に関連付けられるあらゆる形式のエネルギー、さもなければ物理的な導電体を使用せずに送信機と受信機との間で伝送されるあらゆる形式のエネルギーを意味するために使用される。
【００１０】
図1は、本発明の様々な例示的実施形態による、無線伝送または充電システム100を示している。エネルギー伝達を行うための放射場06を生成するために、入力電力102が送信機104に提供される。受信機108は放射場106に結合し、出力電力110に結合された装置(図示せず)によって貯蔵または消費するための出力電力110を生成する。送信機104と受信機108の両方は距離112によって隔てられている。ある例示的実施形態では、送信機104および受信機108は相互共振関係によって構成されており、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数が非常に近い場合、受信機108が放射場106の「近接場(near-field)」に位置していると、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。
【００１１】
送信機104はエネルギー伝送の手段を提供す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手段を提供す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、それらに関連付けられるべき用途および装置によってサイズを調整される。上述のように、送信中のアンテナの近接場におけるエネルギーの大部分を受信中のアンテナに結合させることによって、電磁波におけるエネルギーのほとんどを遠距離場に伝播させるよりも、効率的なエネルギー伝達が生じる。この近接場においては、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間で結合モードが生み出される。この近接場結合が生じうるアンテナ114、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。
【００１２】
図2は、無線電力伝達システムの簡略化された概略図を示している。送信機104は、発振器122、電力増幅器124、ならびにフィルタおよび整合回路126を含む。発振器は、所望の周波数で信号を生成するように構成されており、この信号は調整信号123に応じて調整されうる。発振器信号は、制御信号125に応じた増幅量で、電力増幅器124によって増幅されうる。高調波またはその他の望まれていない周波数をフィルタアウトし、送信機104のインピーダンスを送信機アンテナ114に整合させるためのフィルタおよび整合回路126が含まれうる。
【００１３】
受信機108は、DC電力出力を生成して、図2に図示されるようにバッテリ136を充電するため、あるいは受信機に結合された装置(図示せず)に電力を供給するために、整合回路132と、整流およびスイッチング回路134とを含みうる。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うる。受信機108および送信機104は、別々の通信チャネル119(たとえば、ブルートゥース、ジグビー、セルラーなど)上で通信できる。
【００１４】
図3に例示されるように、例示的実施形態において使用されるアンテナは、「ループ」アンテナ150として構成されうる。これは、本明細書においては「磁気」アンテナと呼ばれる場合もある。ループアンテナは、空芯(air core)あるいはフェライトコア(ferrite core)のような物理的なコアを含むように構成されうる。空芯ループアンテナは、コア周辺に置かれた外部物理装置に対して、より許容度がある。さらに、空芯ループアンテナによって、コアエリア内にその他の構成要素を置くことができるようになる。さらに、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力な送信アンテナ114(図2)の平面内に受信アンテナ118(図2)を置くことが、空芯ループによってより容易に可能になる。
【００１５】
上述のように、送信機104と受信機108との間の効率的なエネルギー伝達は、送信機104と受信機108との間の共振が整合する場合か、ほぼ整合する場合に生じる。しかし、送信機104と受信機108との間の共振が整合しない場合でも、効率には影響を受けるものの、エネルギーが伝達されうる。エネルギー伝達は、送信アンテナからエネルギーを自由空間に伝播させるよりもむしろ、送信アンテナの近接場からのエネルギーを、この近接場が確立されている近隣に存在する受信アンテナに結合させることによって生じる。
【００１６】
ループアンテナ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たインダクタンスであるが、キャパシタンスは一般に、所望の共振(または共振に近い)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加えられる。非限定的な例として、共振信号156を生成する共振回路を生成するために、コンデンサ152およびコンデンサ154がアンテナに加えられうる。したがって、直径が大きいループアンテナでは、ループの直径すなわちインダクタンスが大きくにつれて、共振を誘起するのに必要とされるキャパシタンスのサイズが小さくなる。さらに、ループまたは磁気アンテナの直径が大きくなると、近接場の効率的なエネルギー伝達エリアが大きくなる。当然、その他の共振または近共振回路が可能性である。別の非限定的な例として、コンデンサはループアンテナの2つの端子の間に並列に配置されうる。さらに、送信アンテナについては、共振または近共振信号156がループアンテナ150への入力であるということが当業者なら理解されるであろう。
【００１７】
図4は、本発明の例示的実施形態による、送信機200の簡略化されたブロック図である。送信機200は、送信回路202および送信アンテナ204を含む。一般に送信回路202は、発振信号を提供することによって送信アンテナ204にRF電力を提供し、それによって送信アンテナ204の周りに近接場エネルギーを生成する。送信機200は任意の適切な周波数で動作できる点に留意されたい。一例を挙げると、送信機200は13.56MHzまたは6.78MHz ISMバンド、あるいは468.75KHzで動作できる。
【００１８】
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インピーダンス整合回路206、および受信機108(図1)に結合された装置の自己ジャミングを回避するレベルまで高調波放射を減らすように構成されたローパスフィルタ(LPF)208を含む。他の例示的実施形態は、これに限定されないが、特定の周波数を減衰させながらその他を通過させるノッチフィルタを含む別のフィルタトポロジを含むことができ、また、アンテナへの出力電力または電力増幅器によって取られるDC電流などの、測定できる送信メトリクスに基づいて異なる場合がある適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路202は、発振器212によって決定されたように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。送信回路はディスクリート素子(discrete device)または回路で構成されてもよく、または代替的に統合されたアセンブリで構成されてもよい。送信アンテナ204からの例示的なRF電力出力は、約2.5から5.0ワットでよい。
【００１９】
送信回路202は、特定の受信機のための送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器212をイネーブルにするための、発振器の周波数または位相を調整するための、および接続された受信機を通じて隣接装置と相互にやり取り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コントローラ214をさらに含む。当技術分野ではよく知られているように、発振器の位相および送信経路における関連回路の調整によって、特にある周波数から他の周波数に遷移する際に、帯域外放射を減らせるようになる。
【００２０】
送信回路202は、送信アンテナ204によって生成された近接場の付近におけるアクティブな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をさらに含みうる。一例を挙げると、負荷感知回路216は、送信アンテナ204によって生成された近接場の付近におけるアクティブな受信機の存在または不在によって影響を受ける、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210にかかる負荷に対する変化の検出は、発振器212がエネルギーを送信できるようにするべきかどうか、またアクティブな受信機と通信するべきかどうかを判断する際に使用するために、コントローラ214によって監視される。
【００２１】
送信アンテナ204は、リッツ線で、あるいは抵抗損失を低く維持するために選択された厚さ、幅、および金属タイプを備えたアンテナストリップ(antenna strip)として、実装されうる。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、またはその他のポータブルではない構成などのより大きな構造との関係のために構成されうる。したがって、一般に送信アンテナ204は、実用的な寸法にするため「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的実装形態は「電気的に小さく」(すなわち、波長の数分の一)、コンデンサを使用して共振周波数を定義することによって、より低い使用可能周波数で共振するよう調整されうる。送信アンテナ204の直径が、または矩形ループの場合は辺の長さ(たとえば0.50メートル)が、受信アンテナと比較して大きい場合がある例示的応用例では、送信アンテナ204は適度なキャパシタンスを取得するために必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００２２】
送信機200は、送信機200に関連付けることができる受信機装置の位置および状態についての情報を集めて追跡できる。したがって、送信機回路202は、コントローラ214(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)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むことができる。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じて、増幅器210によって供給される電力量を調整できる。送信機は、たとえば、ビル内にある従来の交流電源を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来の直流電源を送信機200に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)などのいくつかの電力源を通じて、または従来の直流電源(図示せず)から直接、電力を受信できる。
【００２３】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバーエリアに挿入された、充電されるべき装置の最初の存在を検知するために利用される動作検知器でよい。検出後、送信機は電源を入れられ、装置によって受信されたRF電力を使用して、あらかじめ定められた方法でRx装置上のスイッチを切り替えることができ、送信機の駆動点インピーダンスへの変化をもたらす。
【００２４】
他の非限定的な例として、存在検出器280は、たとえば赤外線検出、動作検知、または他の適切な手段によって人を検出できる検出器でよい。いくつかの例示的実施形態では、送信アンテナが特定の周波数で送信できる電力量を制限する規制がある場合がある。場合によっては、これらの規制は電磁放射から人を保護するためのものである。しかし、人によって占められていない、またはたとえば、ガレージ、工場の作業所、店舗などのまれに人によって占められるエリア内に、送信アンテナが配置されている環境がある場合がある。これらの環境に人がいない場合、通常の電力制限規制を超える送信アンテナの電力出力の増加を許容できるだろう。言い換えれば、コントローラ214は、人の存在に応じて送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調整して、人が送信アンテナ204の電磁場の規制距離の外にいる場合は送信アンテナ204の電力出力を規制レベルより上に調整できる。
【００２５】
非限定的な例として、密閉検出器290(本明細書では、密閉コンパートメント検出器または密閉空間検出器とも呼ばれる場合がある)は、筐体が閉じられた状態または開けられた状態の時を決定するためのセンススイッチなどの装置でよい。送信機が密閉された状態の筐体の中にある場合、送信機の電力レベルを増加できる。
【００２６】
例示的実施形態では、送信機200が無制限であり続けない方法が使用されうる。この場合、送信機200はユーザが決定した時間量の後にスイッチが切れるようにプログラムされうる。この特徴により、周囲の無線装置が完全に充電された後に、送信機200、特に電力増幅器210が長く稼動することを防ぐ。この事象は、リピーターあるいは受信コイルのいずれかから送られた、装置が完全に充電されたという信号を検知する回路の故障による場合がある。周囲に他の装置が置かれた場合に送信機200が自動的にシャットダウンすることを防ぐために、送信機200の自動シャットオフ機能は、周囲に動きが検出されない設定期間の後にのみ活性化されうる。ユーザは不活性時間間隔を決定して、希望に応じて変更できる。非限定的な例として、装置が初めは完全に放電されていたという仮定の下に、時間間隔は特定のタイプの無線装置を完全に充電するために必要な時間よりも長くてよい。
【００２７】
図5は、本発明の例示的実施形態による、受信機300の簡略化されたブロック図である。受信機300は、受信回路302および受信アンテナ304を含む。受信機300は、受信電力を提供するための装置350にさらに結合している。受信機300は装置350の外部にあるものとして示されているが、装置350に統合されてもよい点に留意されたい。一般に、エネルギーは無線で受信アンテナ304に伝搬されて、受信回路302を通じて装置350に結合される。
【００２８】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同じ周波数、または特定の範囲の周波数範囲内で共振するように調整される。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様の寸法でもよく、関連装置350の寸法に基づいて異なる大きさでもよい。一例を挙げると、装置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または長さを有するポータブル電子装置でもよい。このような例では、受信アンテナ304は、同調コンデンサ(図示せず)のキャパシタンス値を減らして、受信アンテナのインピーダンスを増やすためのマルチターンアンテナとして実装されうる。一例を挙げると、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大化して、受信アンテナのループターン(loop turn)(すなわち巻き線)の数および巻き線間キャパシタンスを減らすために、装置350の実質的周囲に置かれてよい。
【００２９】
受信回路302は、受信アンテナ304にインピーダンス整合を提供する。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を装置350によって使用する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コンバータ308を含み、DC-DCコンバータ310も含むことができる。DC-DCコンバータ310が整流されたRFエネルギー信号を装置350に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば電圧)に変換する間、RF -DCコンバータ308は受信アンテナ304で受信したRFエネルギー信号を、非交流電力に整流する。部分的および完全な整流器、レギュレータ、ブリッジ、倍電圧器、ならびにリニアコンバータおよびスイッチングコンバータを含む、様々なRF -DCコンバータが考えられる。
【００３０】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するための、あるいは電力変換回路306を切断するための、スイッチング回路312をさらに含むことができる。受信アンテナ304を電力変換回路306から切断することは、装置350の充電を一時停止させるだけでなく、送信機200(図2)によって「見込まれる」「負荷」を変更する。
【００３１】
上述のように、送信機200は、送信機電力増幅器210に提供されるバイアス電流における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は送信機の近接場に受信機が存在する時を決定するためのメカニズムを有する。
【００３２】
送信機の近接場に複数の受信機300が存在する場合、1つまたは複数の受信機のローディングおよびアンローディングを時分割多重して、その他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにすることが望ましい。受信機は、他の近隣の受信機への結合を排除するために、または近隣の送信機へのローディングを減らすために、クロークされ(be cloaked)うる。この受信機の「アンローディング」は、本明細書では「クローキング」としても知られる。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このアンローディングとローディングとの間の切替えは、以下でより完全に説明するように、受信機300から送信機200への通信メカニズムを提供する。さらに、プロトコルは受信機300から送信機200へのメッセージ送信を可能にするスイッチングに関連付けられうる。一例を挙げると、スイッチングスピードは約100μ秒である。
【００３３】
例示的実施形態では、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、制御メカニズムを検知して充電する装置を指す。言い換えれば、送信機は、近接場におけるエネルギーが利用可能かどうかを調整するために、送信された信号のオン/オフキーイングを使用できる。受信機はエネルギーにおけるこれらの変化を送信機からのメッセージとして解釈する。受信機側からは、受信機は受信アンテナの同調および離調を使用して、近接場から受け取られる電力量を調整できる。送信機は、近接場から使用される電力におけるこの差を検出して、これらの変化を受信機からのメッセージとして解釈できる。他の形式の送信電力および負荷挙動の変調が利用できる点に留意されたい。
【００３４】
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うる、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をさらに含むことができる。さらに、無線充電のための受信回路302を構成するために、シグナリングおよびビーコン回路314は、減少されたRF信号エネルギー(たとえば、ビーコン信号)の送信を検出して、受信回路302内の無通電または電力を消耗した回路を喚起するために、減少されたRF信号エネルギーを通常電力に整流するためにも使用できる。
【００３５】
受信回路302は、本明細書に記載のスイッチング回路312の制御を含む、本明細書に記載の受信機300の処理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、装置350に充電電力を提供する外部の有線充電源(たとえば壁面コンセント/USB電源)の検出を含む他の事象が発生すると発生する場合もある。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、ビーコン回路314を監視してビーコン状態を決定し、送信機から送信されたメッセージを抽出することもできる。プロセッサ316は、性能を向上させるためにDC-DCコンバータ310を調整することもできる。
【００３６】
本明細書に記載されるように、本発明の様々な例示的実施形態は、無線電力装置の充電領域内の1つまたは複数の不適合装置(たとえば、近接場通信(NFC)カードまたは不正受信機)を検出するためのシステム、装置、および方法に関する。さらに、本明細書に記載されるように、本発明の様々な例示的実施形態は、無線電力装置の充電領域内で検出される、1つまたは複数の不適合装置(たとえば、NFCカード)を保護するためのシステム、装置、および方法に関する。
【００３７】
図6は、無線充電器382および複数の無線充電可能装置384を含む無線電力システム380を示している。無線電力システム380は、NFC装置(たとえば、RFIDカード)などの不適合装置を備えうる装置386をさらに含む。装置386およびそれぞれの無線充電可能装置384は、無線充電器382の充電領域内に位置できる。1つまたは複数の方法によれば、無線充電器382は装置386を検出するように構成されうる。さらに、1つまたは複数の方法によれば、無線充電器382は、それらの検出後に装置386を保護するように構成されうる。
【００３８】
本明細書に記載されるように、1つまたは複数の方法によれば、無線充電器382は、関連する充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置(たとえば、装置386)を検出するように構成されうる。以下でより完全に説明するように、ある例示的実施形態によれば、無線充電器382は、関連充電領域内の無線充電器382の無線電力送信機(たとえば、図4の送信機202)によって送信されている電力が使途不明(unaccounted for)かどうかを判定するように構成されうる。他の例示的実施形態によれば、それぞれの無線受電可能装置384がクロークされた後、無線充電器382は、不適合装置が電力を取っているかどうかを判定するために、送信機(図6には示さず、図4の送信機202を参照)で1つまたは複数のプロパティを測定するように構成されうる。さらに他の例示的実施形態によれば、それぞれの無線充電可能装置384がクロークされた後、無線充電器382は、送信機に関連付けられる1つまたは複数の測定されたプロパティおよび1つまたは複数の無線充電可能装置384に関連付けられる1つまたは複数の測定されたプロパティを介して、不適合装置が電力を取っているかどうかを判定するように構成されうる。
【００３９】
さらに、1つまたは複数の方法によれば、無線充電器382は、関連充電領域内で検出される1つまたは複数の不適合装置(たとえば、装置386)を保護する(すなわち、そこへの電力伝達を減らすか、できれば排除する)ように構成されうる。以下でより完全に説明するように、ある例示的実施形態によれば、無線充電器382は装置が置かれるべきではない、関連送信アンテナ(図6には示さず、図4の送信アンテナ204を参照)に近接するエリアを備えうる。より具体的な例としては、無線充電器382は、NFC装置などの装置が送信アンテナのすぐ隣に置かれないようにするための方法で構成されうる。したがって、装置(たとえば、NFC装置)は最も強い場を有するゾーン内に位置できない。他の例示的実施形態によれば、無線充電器382は、そこから伝達される電力を減らす、または排除する(すなわち、切る)ように構成されうる。さらに他の例示的実施形態によれば、それぞれの適合装置(たとえば、無線充電可能装置384)の負荷インピーダンスを減らすことができ、したがって関連充電領域内に位置する不適合装置に供給される電力量を減らすことができる。
【００４０】
図7は、本発明の例示的実施形態による、受信機400の一部を示している。受信機400は、受信コイル402、第1電流センサ415、バックコンバータ430、第2電流センサ410、および負荷に結合されうる出力434を含む。第1電流センサ415は、第1電流ポート411、第2電流ポート413、および抵抗器431を備えうる。同様に、第2電流センサ410は、第1電流ポート412、第2電流ポート414、および抵抗器432を備えうる。さらに、受信機400は整流器電圧ポート406およびバック電圧ポート408を含む。受信機400はシグナリングトランジスタ420、シグナリング制御418、順方向リンク受信機404、コンデンサ416、ならびにダイオード424、422、およびコンデンサ426を含む整流器をさらに含みうる。
【００４１】
ある例示的実施形態によれば、無線電力送信機は、そこから送信されて、使途不明である電力を検出するように構成されうる。より具体的には、無線電力送信機によって送信される電力量、それぞれの適合受信機によって受信される電力量、無線電力送信機の効率、およびそれぞれの適合受信機の効率を知ることによって、使途不明の電力がある場合は検出および決定されうる。かなりの量の電力が使途不明である場合、不適合装置が電力を受信している場合がある。適合受信機および送信機の効率に関連付けられるパラメータは、システム較正の間にあらかじめ定義されて、それぞれ受信機および送信機内で符号化されうる。
【００４２】
たとえば、それぞれの適合受信機のコイル寄生抵抗は、受信機生産の間にあらかじめ測定されて、様々な負荷状況についてのルックアップテーブルを介して決定されうる。さらに、適合受信機ごとの負荷インピーダンスは、第1電流センサ415によって検知される電流、および整流電圧ポート406の電圧から決定されうる。したがって、それぞれの適合受信機の受信コイルおよび整流器の効率が計算されうる。加えて、整流器電圧ポート406の知られている電圧および関連ルックアップテーブルを介して、それぞれの適合受信機の整流器の効率が決定されうる。さらに、バック電圧ポート408で知られている電圧および第2電流センサ410によって検知される電流を使用して、それぞれの適合受信機のバックコンバータ430の効率が決定されうる。
【００４３】
さらに、無線電力送信機(たとえば送信機202)の損失パラメータが決定されうる。たとえば、コイル寄生抵抗は、生産の間にあらかじめ測定されて、様々な負荷状況についてのルックアップテーブルを介して決定されうる。さらに、電力増幅器(たとえば、図4の電力増幅器210)の効率は、生産の間にあらかじめ測定されて、様々な負荷状況についてのルックアップテーブルを介して決定されうる。
【００４４】
したがって、無線電力送信機によって送信される電力量、それぞれの適合受信機によって受信される電力量、無線電力送信機の効率、およびそれぞれの適合受信機の効率を知ることによって、使途不明の電力が存在するかどうかの判定が行われうることが、当業者なら理解できるだろう。さらに、上述のように、かなりの量の電力が使途不明の場合、不適合装置(たとえば不正受信機および/またはNFC装置)が電力を受信している場合がある。
【００４５】
図8は、供給電圧502、電力増幅器550、整合ネットワーク552、および送信コイル554を含む、無線電力送信機500の一部を示している。さらに、図8に示されるように、供給電圧502は電力増幅器550の入力に提供され、供給電流Isは電力増幅器550によって受信されうる。さらに、電力増幅器550の出力はRF電圧を備えることができ、RF電流Irfは整合ネットワーク552に伝達されうる。
【００４６】
次に、図6〜8を参照して、本発明の例示的実施形態による、無線電力充電器382の充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置を検出する他の方法を説明する。無線充電器382の送信機500は、最初にそれぞれの有効な受信機(すなわち装置384)がクロークされるよう要求できる。さらに、供給電圧502、供給電流Is、RF電圧、およびRF電流Irfのうちの少なくとも1つを監視することによって、送信機500は不適合装置がそこから電力を無線で受信しているかどうかを判定できる場合がある。より具体的には、送信機500から電力を受信している不適合装置によって、送信コイル554に提示される実負荷を電力増幅器550に駆動させる場合があり、それはRF電圧、RF電流Irf、供給電圧502、および供給電流Isに反映される。また、さらに具体的には、不適合装置が送信機500から電力を無線で受信している場合、電力増幅器550からのRF電圧出力が減少する場合がある。
【００４７】
図9は、送信機の充電領域内に位置する様々な装置のために、送信機(たとえば送信機500)によって検出されるようなインピーダンス応答を示すスミスチャート600を示している。データポイント604は、電力を受信している無効な装置または金属片がないという応答を表す。さらに、参照番号606で表されるデータポイント608へのシフトは、かなりの量の電力を受信している金属片も不適合装置もないことを示している。さらに、参照番号602で表されるデータポイント610へのシフトは、1つまたは複数の不適合装置がかなりの量の電力を受信していることを示している。
【００４８】
他の例示的実施形態によれば、図6〜8を参照して、無線充電器382の送信機500は、それぞれの有効な受信機(すなわち装置384)がクロークされるよう要求できる。さらに、供給電圧502、供給電流Is、電力増幅器550からのRF電圧出力、およびRF電流Irfのうちの少なくとも1つを監視することによって、送信機500は不適合装置が電力を受信しているかどうかを検出できる場合がある。不適合装置による電力受信によって、送信コイル554に提示される実負荷を電力増幅器550に駆動させる場合があり、それはRF電圧、RF電流、供給電圧、および供給電流Isに反映される。
【００４９】
次に、引き続き図6〜8を参照して、本発明の例示的実施形態による、無線電力送信機の充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置を検出する他の方法を説明する。この例示的実施形態では、送信機500は全ての適合受信機(すなわち装置384)がクロークされるよう要求できる。さらに、それぞれの有効受信機の供給電流Isおよび整流器電圧(すなわち整流器電圧ポート406の電圧)から、送信機500は不適合装置が送信機500から電力を受信しているかどうかを検出できる。不適合装置は送信機500から電力を取ることができるので、指定された供給電圧502で供給電流Isの増加を引き起こす。電力が不適合装置(たとえばNFCカードおよび/または不正受信機)に回される場合、整流器電圧ポート406の電圧は同じままの場合もあり、減少する場合もある。電力を取らないが、送信コイルを離調させる装置(キーまたは金属プレート)が送信コイル上に置かれると、電力は装置(すなわち、キーまたは金属プレート)に回されない。しかし、送信コイルの離調により、電力増幅器550が見込む負荷をより容量性にする。これにより、供給電流Isと整流器電圧ポート406の電圧の両方が増加する場合がある。したがって、適合受信機上の整流器電圧ポート406の電圧を測定して、データを送信機500逆リンク通信に送信することにより、送信機500は不適当装置(たとえばNFCカードおよび/または不正受信機)が送信コイル上に置かれているかどうかを決定できる。
【００５０】
次に、図10および11を参照して、検出される不適合装置(たとえばNFC装置)を保護する方法を説明する。上述のように、無線充電器は、無線充電器の送信アンテナに隣接し、NFC装置が置かれるべきではない「禁止」ゾーンとして指定された領域(すなわちエリア)を備えうる。より具体的には、一例を挙げると、無線充電器は、NFC装置などの装置が送信アンテナのすぐ隣に置かれないように構成されうる。図10は、充電表面681を有する無線充電器680を示している。図10に示されるように、複数の無線充電可能装置674およびNFC装置を備えうる装置670が、充電表面681上に置かれる。無線充電器680は、送信アンテナ(図10には示さず、図4の送信アンテナ204を参照)に隣接する「禁止」ゾーン664を備える。「禁止」ゾーン664内に装置670を配置しないようにすることにより、装置670が無線充電器680から過剰な電力を受信しないようにすることができる。
【００５１】
本発明の他の例示的実施形態によれば、1つまたは複数の不適合装置を検出すると、無線充電器382などの無線充電器はそこから供給される電力量を減らすことができる。この例示的実施形態では、適合装置に供給される電力がより少ない場合があり、したがって適合装置ごとの充電時間を増加する場合がある点に留意されたい。さらに、本発明の他の例示的実施形態によれば、1つまたは複数の不適合装置を検出すると、無線充電器382などの無線充電器をシャットダウンして、それによって無線電力を送信しないようにすることができる。当業者には理解されるように、この例示的実施形態では、無線充電器382の関連充電領域内に位置する適合装置に電力を供給できない。
【００５２】
図11は、送信コイル702を含む送信機710の一部、および受信コイル704を含む受信機712の一部を含むシステム700を示している。受信機712は、虚数部負荷706(Xrx)および実数部負荷708(Rrx)をさらに含む。送信機710によって見込まれ、受信機712に付随する、矢印714によって示されるインピーダンスZtxは、以下の式によって与えられる:
【００５３】
【数１】
2014223012.tif 000003
【００５４】
上式で、Ztxは送信コイルを見込むインピーダンスであり、ωはラジアンで表した周波数であり、M11は送信コイル702の自己インダクタンスであり、M22は受信コイル704の自己インダクタンスであり、M12は送信コイル702と受信コイル704との間の相互インダクタンスであり、Rrxは受信機712の実数部負荷であり、Xrxは受信機712の虚数部負荷である。
【００５５】
さらに、送信コイル702および受信コイル704が直列同調(すなわち、ω*M22+Xrx=0で、送信コイルの直列コンデンサがω*M11と等しい負のリアクタンスを生成する)の場合、送信機710によって見込まれ、受信機712に付随したインピーダンスZtxは、
【００５６】
【数２】
2014223012.tif 000004
【００５７】
によって与えられる。
【００５８】
さらに、NFC装置などの不適合装置は追加受信機のような行動をすることがある。したがって、式(2)は、NFC装置の応答を含むように、以下のように修正されうる:
【００５９】
【数３】
2014223012.tif 000005
【００６０】
上式で、M12_NFCは送信コイル702と受信コイル704との間の相互インダクタンスであり、Rrx_NFCはNFC装置の実数部負荷である。
【００６１】
図11および式(3)を参照して、適合装置とNFC装置によって送信機(Ztx)に提示されたインピーダンスによって、適合装置とNFC装置との間の電力配分を決定できる。より多くの電力を適合装置に回すために、適合装置の負荷インピーダンス(Rrx)を減らすことができる。送信機(Ztx)に提示されるインピーダンスは一定のままなので、より多くの電力を適合装置に回すことができ、したがってNFC装置が受信する電力をより少なくすることができる。適合装置の負荷インピーダンスを過剰に減らすこと(たとえば、15Ωから5Ωに)は、適合装置の受信機(すなわち、受信コイルおよび整流器)の効率を低下させる可能性がある点に留意されたい。
【００６２】
図12は、1つまたは複数の例示的実施形態による、他の方法900を示す流れ図である。方法900は、無線電力送信機の充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置を検出するステップ(参照番号902によって示される)を含みうる。方法900は、1つまたは複数の不適合装置のうちの少なくとも1つに供給される電力量を制限するステップ(参照番号904によって示される)をさらに含みうる。
【００６３】
図13は、1つまたは複数の例示的実施形態による、他の方法910を示す流れ図である。方法910は、無線電力送信機の関連充電領域内の電力を無線で送信するステップ(参照番号912によって示される)を含みうる。方法910は、無線電力送信機の充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置を検出するステップ(参照番号914によって示される)をさらに含みうる。
【００６４】
図14は、1つまたは複数の例示的実施形態による、他の方法920を示す流れ図である。方法920は、無線電力送信機の関連充電領域内の電力を無線で送信するステップ(参照番号922によって示される)を含みうる。方法920は、無線電力送信機から充電領域内に位置する1つまたは複数の不適合装置に供給される電力量を制限するステップ(参照番号924によって示される)をさらに含みうる。
【００６５】
無線電力送信機は、1つまたは複数の不適合装置を検出するために、上述の検出スキームのうちの1つまたは複数を利用できる点に留意されたい。さらに、無線電力送信機は、1つまたは複数の不適合装置に伝達される電力量を制限するために、上述の保護スキームのうちの1つまたは複数を利用できる。
【００６６】
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができることが、当業者なら理解できるだろう。たとえば、上記の記述を通じて参照されうるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、符号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁粉、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すことができる。
【００６７】
本明細書に開示される例示的実施形態に関連して説明される様々な例示的論理ブロック、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、またはその両方の組合せとして実装されうることが、当業者ならさらに理解できるだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明らかに示すために、上記で全体的にその機能に関して様々な例示的コンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップを説明してきた。このような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定のアプリケーションおよびシステム全体に課された設計制約による。当業者は、説明した機能を特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装できるが、このような実装決定は本発明の例示的実施形態の範囲からの逸脱をもたらすものと見なされるべきではない。
【００６８】
本明細書に開示される例示的実施形態に関連して説明した様々な例示的論理ブロック、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ロジックデバイス、ディスクリートゲート(discrete gate)またはトランジスタロジック(transistor logic)、ディスクリートハードウェアコンポーネント、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で実装または実行されうる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであることがあるが、代替では、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、ステートマシンであることがある。プロセッサは、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コアを組み合わせた1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または他の任意のそのような構成などの、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されることもある。
【００６９】
本明細書に開示された例示的実施形態と関連して説明した方法のステップまたはアルゴリズムは、ハードウェア、プロセッサによって実行されたソフトウェアモジュール、またはその2つの組合せに直接実装されうる。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、読出し専用メモリ(ROM)、電気的プログラム可能ROM(EPROM)、電気的消去可能プログラム可能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他の任意の形式の記憶媒体に常駐してもよい。例示的記憶媒体は、記憶媒体からプロセッサが情報を読み取り、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ている。代替では、記憶媒体は、プロセッサと一体的であることがある。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に常駐できる。ASICはユーザ端末に常駐できる。代替では、プロセッサおよび記憶媒体はユーザ端末内のディスクリートコンポーネントとして常駐できる。
【００７０】
1つまたは複数の例示的実施形態では、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に実装されうる。ソフトウェアに実装される場合は、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に格納されてもよく、コンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体、およびある場所から他の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするあらゆる媒体を含む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できる任意の利用可能な媒体でよい。例を挙げると、これに限定されないが、こ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装置、あるいは所望のプログラムコードを、コンピュータによってアクセスできる命令またはデータ構造の形式で搬送または格納するために使用できる他の任意の媒体を備えることができる。また、どのような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、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、デジタル加入者線(DSL)、または赤外線、無線、マイクロウェーブなどの無線技術を使用してソフトウェアが送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア線、DSL、または赤外線、無線、マイクロウェーブなどの無線技術は媒体の定義に含まれる。本明細書で使用される場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスクおよびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常データを磁気的に再生し、ディスク(disc)はデータをレーザー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まれるべきである。
【００７１】
開示された例示的実施形態の上記の説明は、当業者の誰もが本発明を作成または使用できるようにするために提供される。これらの例示的実施形態の様々な修正形態は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに他の実施形態に適用されうる。したがって本発明は、本明細書に示した例示的実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示した原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲を許容されるべきである。
【符号の説明】
【００７２】
100  無線伝送または充電システム
106  放射場
102  入力電力
104  送信機
108  受信機
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
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
134  整流および切替え回路
136  バッテリ
150  ループアンテナ
156  共振信号
152  コンデンサ
154  コンデンサ
200  送信機
202  送信機回路
204  送信アンテナ
206  固定インピーダンス整合回路
208  ローパスフィルタ(LPF)
210  電力増幅器
212  発振器
214  コントローラ
216  負荷検知回路
280  存在検出器
290  密閉検出器
【図１】
2014223012.tif 000006
【図２】
2014223012.tif 000007
【図３】
2014223012.tif 000008
【図４】
2014223012.tif 000009
【図５】
2014223012.tif 000010
【図６】
2014223012.tif 000011
【図７】
2014223012.tif 000012
【図８】
2014223012.tif 000013
【図９】
2014223012.tif 000014
【図１０】
2014223012.tif 000015
【図１１】
2014223012.tif 000016
【図１２】
2014223012.tif 000017
【図１３】
2014223012.tif 000018
【図１４】
2014223012.tif 000019