(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を送信機から無線で受け取るための装置であって、
電力を前記送信機から無線で受け取るように構成された電力伝達構成要素と、
前記電力伝達構成要素に結合され、アクティブ化されたときに受信電圧を低下させるように構成されたスイッチを備える回路であって、前記スイッチの前記アクティブ化によって、前記受信電圧が第1のしきい値に達したことを前記送信機に示すパルスが生成される回路と、
前記受信電圧が前記第1のしきい値に達するときに前記スイッチをアクティブ化するように構成され、かつ前記受信電圧が第2のしきい値に達するときに前記スイッチを非アクティブ化するように構成されたコントローラと、
前記パルスを前記送信機に送信するように構成されたアンテナとを備え、
前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達した場合に反転状態にされ、前記受信電圧が前記第2のしきい値に達した場合に非反転状態にされる、装置。
【請求項２】
前記アンテナは、前記スイッチがアクティブ化されたときに前記パルスを送信するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記電力伝達構成要素は、前記送信されたパルスに基づいて、前記電力を、低下された電力レベルで受け取る、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記パルスは、パルス幅変調プロセスに応じて生成される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記回路は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示す一連のパルスを第1の周波数で生成するように構成され、前記第1の周波数は、前記回路の周波数および少なくとも1つのキャパシタに基づく、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記パルスは、前記電力伝達構成要素のインピーダンスの変化によって符号化される、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記送信機は、受信された前記パルスに基づいて、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかを判定し、前記スイッチによって生成された前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかに基づく、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記第1のしきい値は、前記装置を定常状態で動作させるのに必要な最高電圧よりも低い、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記第2のしきい値は、前記装置を定常状態で動作させるのに必要な最低電圧よりも高い、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
無線電力受信機における電圧を制限するための方法であって、
電力を送信機から無線で受け取るステップと、
受信電圧の値を測定するステップと、
前記受信電圧が第1のしきい値に達するときにスイッチをアクティブ化するステップと、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧を低下させるステップと、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示すパルスを生成するステップと、
前記受信電圧が第2のしきい値に達するときに前記スイッチを非アクティブ化するステップとを含み、
前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達した場合に反転状態にされ、前記受信電圧が前記第2のしきい値に達した場合に非反転状態にされる、方法。
【請求項１１】
パルスを生成するステップは、前記送信機に、前記無線電力受信機に伝送される前記電力の電力レベルを低下させるメッセージを前記送信機に伝えるステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
パルスを生成するステップは、前記パルスを、パルス幅変調プロセスに応じて生成するステップを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
パルスを生成するステップは、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示す一連のパルスを第1の周波数で生成するステップを含み、前記第1の周波数は、前記スイッチを含む回路の周波数および少なくとも1つのキャパシタに基づく、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記無線電力受信機のインピーダンスの変化に基づいて前記パルスを符号化するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記生成されたパルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかに基づく、請求項10に記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチをアクティブ化するステップは、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最高電圧よりも低いときに前記スイッチをアクティブ化するステップを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
前記スイッチを非アクティブ化するステップは、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最低電圧よりも高いときに前記スイッチを非アクティブ化するステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記送信機によって受信されるパルスを生成するステップは、前記パルスを、前記スイッチを含む回路に結合されたアンテナを介して送信されるように生成するステップを含み、前記アンテナが、前記送信機から電力を無線で受け取ることはない、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
無線電力受信機における電圧を制限するように構成された装置であって、
電力を送信機から無線で受け取るための手段と、
アクティブ化されたときに、受信電圧が第1のしきい値に達したことを前記送信機に示すパルスを生成するための手段であって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧を低下させるための手段をさらに備える手段と、
前記受信電圧が前記第1のしきい値に達するときに前記生成するための手段をアクティブ化するための手段と、
前記受信電圧が第2のしきい値に達するときに前記生成するための手段を非アクティブ化するための手段とを備え、
前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達した場合に反転状態にされ、前記受信電圧が前記第2のしきい値に達した場合に非反転状態にされる、装置。
【請求項２０】
前記生成するための手段をアクティブ化するための手段は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達するときにスイッチをアクティブ化して前記受信電圧を低下させるための手段を備える、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記生成するための手段を非アクティブ化するための手段は、前記受信電圧が前記第2のしきい値に達するときに前記スイッチを非アクティブ化するための手段を備える、請求項20に記載の装置。
【請求項２２】
パルスを生成するための手段は、前記送信機に前記無線電力受信機に伝送される前記電力の電力レベルを低下させるメッセージを前記送信機に示すための手段を備える、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
パルスを生成するための手段は、前記パルスを、パルス幅変調プロセスに応じて生成するための手段を備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
パルスを生成するための手段は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示す一連のパルスを第1の周波数で生成するための手段を備え、前記第1の周波数は、前記生成するための手段の周波数および少なくとも1つのキャパシタに基づく、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記無線電力受信機のインピーダンスの変化に基づいて前記パルスを符号化するための手段をさらに備える、請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
パルスを生成するための手段は、前記スイッチによって前記パルスを生成するための手段を備え、前記生成されたパルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかに基づく、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
前記生成するための手段をアクティブ化するための手段は、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最高電圧よりも低いときに前記生成するための手段をアクティブ化するための手段を備える、請求項19に記載の装置。
【請求項２８】
前記生成するための手段を非アクティブ化するための手段は、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最低電圧よりも高いときに前記生成するための手段を非アクティブ化するための手段を備える、請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
前記受け取るための手段は、受信コイルを備え、前記アクティブ化するための手段および前記非アクティブ化するための手段は、コントローラを備え、前記生成するための手段は、スイッチを備える、請求項19に記載の装置。
【請求項３０】
前記受け取るための手段は、受信コイルを備え、前記生成するための手段は、スイッチを備える、請求項19に記載の装置。
【請求項３１】
コードを含む非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記コードは、実行されたときに、装置に、
電力を送信機から無線で受け取らせ、
受信電圧の値を測定させ、
前記受信電圧が第1のしきい値に達するときにスイッチをアクティブ化させ、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧を低下させ、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示すパルスを生成させ、
前記受信電圧が第2のしきい値に達するときに前記スイッチを非アクティブ化させ、
前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達した場合に反転状態にされ、前記受信電圧が前記第2のしきい値に達した場合に非反転状態にされる、媒体。
【請求項３２】
実行されたときに、前記装置に、前記送信機に前記装置に伝送される前記電力の電力レベルを低下させるメッセージを前記送信機へ伝えさせるコードをさらに含む、請求項31に記載の媒体。
【請求項３３】
実行されたときに、前記装置に、前記パルスを、パルス幅変調プロセスに応じて生成させるコードをさらに含む、請求項32に記載の媒体。
【請求項３４】
実行されたときに、前記装置に、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示す一連のパルスを第1の周波数で生成させるコードをさらに含み、前記第1の周波数は、前記スイッチを含む回路の周波数および少なくとも1つのキャパシタに基づく、請求項33に記載の媒体。
【請求項３５】
実行されたときに、前記装置に、前記パルスを前記装置のインピーダンスの変化に基づいて符号化させるコードをさらに含む、請求項34に記載の媒体。
【請求項３６】
前記生成されたパルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかに基づく、請求項31に記載の媒体。
【請求項３７】
実行されたときに、前記装置に、前記受信電圧が前記装置を定常状態で動作させるのに必要な最高電圧よりも低いときに前記スイッチをアクティブ化させるコードをさらに含む、請求項31に記載の媒体。
【請求項３８】
実行されたときに、前記装置に、前記受信電圧が前記装置を定常状態で動作させるのに必要な最低電圧よりも高いときに前記スイッチを非アクティブ化させるコードをさらに含む、請求項37に記載の媒体。
【請求項３９】
実行されたときに、前記装置に、前記パルスを、前記スイッチに結合されたアンテナを介して送信されるように生成させるコードをさらに含み、前記アンテナが、前記送信機から電力を無線で受け取ることはない、請求項38に記載の媒体。
【請求項４０】
無線電力受信機における電圧を制限するための方法であって、
電力を送信機から無線で受け取るステップと、
受信電圧の値を測定するステップと、
前記受信電圧が第1のしきい値に達するときにスイッチをアクティブ化するステップと、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記受信電圧を低下させるステップと、
前記スイッチによって、前記アクティブ化に応答して、前記送信機によって受信され、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示すパルスを生成するステップと、
一定の時間後に前記スイッチを非アクティブ化するステップとを含み、
前記パルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達した場合に反転状態にされる、方法。
【請求項４１】
パルスを生成するステップは、前記送信機に前記無線電力受信機に伝送される前記電力の電力レベルを低下させるメッセージを前記送信機に伝えるステップを含む、請求項40に記載の方法。
【請求項４２】
パルスを生成するステップは、前記パルスを、パルス幅変調プロセスに応じて生成するステップを含む、請求項41に記載の方法。
【請求項４３】
パルスを生成するステップは、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したことを前記送信機に示す一連のパルスを第1の周波数で生成するステップを含み、前記第1の周波数は、前記スイッチを含む回路の周波数および少なくとも1つのキャパシタに基づく、請求項42に記載の方法。
【請求項４４】
前記無線電力受信機のインピーダンスの変化に基づいて前記パルスを符号化するステップをさらに含む、請求項43に記載の方法。
【請求項４５】
前記生成されたパルスの出力は、前記受信電圧が前記第1のしきい値に達したかどうかに基づく、請求項40に記載の方法。
【請求項４６】
前記スイッチをアクティブ化するステップは、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最高電圧よりも低いときに前記スイッチをアクティブ化するステップを含む、請求項40に記載の方法。
【請求項４７】
前記スイッチを非アクティブ化するステップは、前記受信電圧が前記無線電力受信機を定常状態で動作させるのに必要な最低電圧よりも高いときに前記スイッチを非アクティブ化するステップを含む、請求項46に記載の方法。
【請求項４８】
前記送信機によって受信されるパルスを生成するステップは、前記パルスを、前記スイッチを含む回路に結合されたアンテナを介して送信されるように生成するステップを含み、前記アンテナが、前記送信機から電力を無線で受け取ることはない、請求項47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、無線電力に関する。より詳細には、本開示は、無線電力受信機における電圧を制限することを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して電力を供給されるようになっている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥース（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリー技術は向上したが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、かつ消費している。したがって、これらのデバイスは、常に再充電する必要がある。充電式デバイスは、しばしば、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様の接続部を通して有線接続を介し、充電される。ケーブルおよび同様の接続部は、場合によっては、不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有することがある。充電式電子デバイスを充電するか、または電子デバイスに電力を供給するのに使用されるように自由空間内で電力を伝達することが可能な無線充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服する可能性がある。したがって、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝達する無線電力伝達システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態の各々は、いくつかの態様を有し、そのどの態様も単独で、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００４】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、下記の添付の図面および説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。下記の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、電力を送信機から無線で受け取るための装置を提供する。装置は、電力を送信機から無線で受け取るように構成された電力伝達構成要素を備える。装置は、電力伝達構成要素に結合され、アクティブ化されたときに受信電圧を低下させるように構成された回路をさらに備える。装置は、受信電圧が第1のしきい値に達するときに回路をアクティブ化するように構成され、かつ受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化するように構成されたコントローラをさらに備える。装置は、送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示す信号を生成するように構成されたアンテナをさらに備える。
【０００６】
本開示の別の態様は、無線電力受信機における電圧を制限するための方法を提供する。この方法は、電力を送信機から無線で受け取ることを含む。この方法は、受信電圧の値を測定することをさらに含む。この方法は、受信電圧を低下させるように構成された回路を、受信電圧が第1のしきい値に達するときにアクティブ化することをさらに含む。この方法は、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成することをさらに含む。この方法は、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化することをさらに含む。
【０００７】
本開示の別の態様は、無線電力受信機における電圧を制限するように構成された装置を提供する。装置は、電力を送信機から無線で受け取るための手段を備える。装置は、受信電圧の値を測定するための手段をさらに備える。この方法は、受信電圧を低下させるように構成された回路を、受信電圧が第1のしきい値に達するときにアクティブ化するための手段をさらに備える。装置は、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成するための手段をさらに備える。装置は、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化するための手段をさらに備える。
【０００８】
本開示の別の態様は、実行されたときに、装置に、電力を送信機から無線で受信させるコードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。媒体は、実行されたときに、装置に、受信電圧の値を測定させるコードをさらに含む。媒体は、実行されたときに、装置に、受信電圧を低下させるように構成された回路を、受信電圧が第1のしきい値に達するときにアクティブ化させるコードをさらに含む。媒体は、実行されたときに、装置に、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成させるコードをさらに含む。媒体は、実行されたときに、装置に、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化させるコードをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、例示的な無線電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】様々な例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイルを含む、図2の送信回路または受信回路の一部分の概略図である。
【図４】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる送信機の機能ブロック図である。
【図５】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる送信機の機能ブロック図である。
【図６】図4の送信回路内で使用できる送信回路の一部の概略図である。
【図７】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機の機能ブロック図である。
【図８Ａ】図7の受信機において使用できる受信コイルおよびスイッチング/シグナリング回路の一部を有する受信機の概略図である。
【図８Ｂ】図6の送信回路内で使用できる送信機の一部の概略図である。
【図９】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機によって生成できる信号のタイミング図である。
【図１０】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機によって生成できる信号の別のタイミング図である。
【図１１】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機によって生成できる信号の別のタイミング図である。
【図１２Ａ】図8Aの受信機において使用できる受信機の過電圧保護方式の部分状態図である。
【図１２Ｂ】図8Aの受信機において使用できる受信機の過電圧保護方式の別の部分状態図である。
【図１３】例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる送信機の状態図である。
【図１４】図8Aの受信機において使用できる受信機の状態図である。
【図１５】図8Aの受信機において使用できる例示的な受信機制御しきい値の図である。
【図１６】例示的な実施形態によるシミュレーション結果のスクリーンショットである。
【図１７】例示的な実施形態によるシミュレーション結果の別のスクリーンショットである。
【図１８】無線電力受信機における電圧を制限するための例示的な方法のフローチャートである。
【図１９】例示的な一実施形態による受信機の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面に示される様々な特徴部は、一定の縮尺で描かれていない場合がある。したがって、様々な特徴部の寸法は、明快のために、恣意的に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを示していないことがある。最後に、同様の参照番号は、本明細書および図を通して同様の特徴部を示すために使用され得る。
【００１１】
添付の図面に関連させて下記に記載される詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明を目的としたものであり、本発明を実践できる唯一の実施形態を表すことを意図したものではない。この説明を通して使用される「例示的」という語は、「例、実例、または説明として役立つ」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。詳細な説明は、例示的な実施形態の完全な理解を得ることを目的として具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践することができる。場合によっては、本明細書に提示する例示的な実施形態の新規性を曖昧にするのを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１２】
電力を無線で伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達することを指し得る(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)。電力伝達を実現するために、無線場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受け取られ、捕捉され、または結合され得る。
【００１３】
図1は、例示的な実施形態による、例示的な無線電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を可能にするための場(field)105を生成するために、電源(図示せず)から送信機104に入力電力102を供給してよい。受信機108は、場105に結合され、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって蓄積または消費するための出力電力110を生成してよい。送信機104と受信機108の両方は、距離112だけ離されている。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は、相互の共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数が、ほぼ同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。したがって、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のコイルを必要とする可能性がある純粋に誘導性のソリューションとは対照的に、より長い距離にわたって無線電力伝達を可能にすることができる。したがって、共振誘導結合技法は、効率を改善するとともに、様々な距離にわたって、かつ様々な誘導コイル構成を用いて、電力伝達を可能にし得る。
【００１４】
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギー場(energy field)105に位置するとき、電力を受け取ることができる。場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって捕捉され得る領域に対応する。場合によっては、場105は、下記でさらに説明するように、送信機104の「近接場」に相当してよい。送信機104は、エネルギー伝送を出力するための送信コイル114を含んでよい。さらに、受信機108は、エネルギー伝送からのエネルギーを受信または捕捉するための受信コイル118を含む。近接場は、送信コイル114から電力を最小限に放射する送信コイル114内の電流および電荷に起因する強い反応場が存在する領域に相当してよい。場合によっては、近接場は、送信コイル114の約1波長(または波長の数分の一)内にある領域に相当してよい。送信コイル114および受信コイル118は、それらに関連する適用例およびデバイスに応じてサイズを決定される。上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を非近接場に伝播するのではなく、送信コイル114の場105のエネルギーの大部分を受信コイル118に結合することによって生じさせることができる。場105内に位置するとき、送信コイル114と受信コイル118との間に、「結合モード」を発生させることができる。この結合が起こり得る、送信コイル114および受信コイル118の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１５】
図2は、様々な例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システム100において使用できる例示的な構成要素の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタ/整合回路226とを含むことができる、送信回路206を含んでよい。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数の信号を生成するように構成され得る。発振器信号は、たとえば送信コイル214の共振周波数で送信コイル214を駆動するように構成されたドライバ回路224に供給され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受け取り、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であってよい。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であってよい。また、フィルタ/整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ処理し、送信機204のインピーダンスを送信コイル214に整合させるために含まれ得る。
【００１６】
受信機208は、整合回路232と、図2に示すバッテリー236を充電するか、または受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に電力を供給するために、AC電力入力からDC電力出力を生成するための整流器/スイッチング回路234とを含み得る受信回路210を含んでよい。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信コイル218に整合させるために含まれ得る。加えて、受信機208と送信機204は、別々の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース（登録商標）、zigbee、セルラーなど)上で通信してよい。別法として、受信機208および送信機204は、無線場206の特性を使用したバンド内信号伝達を介して通信することができる。
【００１７】
下記でより十分に説明するように、選択的に無効にできる関連する負荷(たとえばバッテリー236)を最初に有することができる受信機208は、送信機204によって伝送され、受信機208によって受け取られる電力の量が、バッテリー236を充電するのに適切であるかどうかを判定するように構成できる。さらに、受信機208は、電力量が適切であると判定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電することなく、無線電力伝達場から受け取った電力を直接利用するように構成され得る。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、無線電力伝達場から電力を受け取り、無線電力伝達場と相互作用することによって通信し、かつ/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
【００１８】
図3は、本発明の例示的実施形態による、送信または受信コイル352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部の概略図である。図3に示されるように、例示的な実施形態において使用される送信回路または受信回路350は、コイル352を含んでよい。また、コイルは、「ループ」アンテナ352と呼ばれるか、または「ループ」アンテナ352として構成されてよい。また、コイル352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ばれるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成されてよい。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合されるエネルギーを無線で出力するかまたは受け取ることができる構成要素を指すことが意図される。コイルは、電力を無線で出力するかまたは受け取るように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ばれてもよい。コイル352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コア(図示せず)を含むように構成され得る。空芯ループコイルは、コアの近傍に配置された無関係の物理デバイスに対して、より耐用性がある可能性がある。さらに、空芯ループコイル352により、他の構成要素をコア領域内に配置することが可能になる。加えて、空芯ループは、受信コイル218(図2)を送信コイル214(図2)の平面内に配置することをより容易に可能にすることができ、送信コイル214(図2)の結合モード領域は、より強力になり得る。
【００１９】
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との間に整合した共振またはほぼ整合した共振が生じている間に行われ得る。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合しないときでも、エネルギーを伝達することができるが、効率に影響を及ぼす可能性がある。エネルギーの伝達は、送信コイルの場105からのエネルギーを、近傍にある受信コイルに結合することによって行われ、この場105は、送信コイルからのエネルギーを自由空間に伝播させる代わりに確立される。
【００２０】
ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは単にコイル352によって生成されたインダクタンスである可能性があるが、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を生成するためにコイルのインダクタンスに加えられ得る。非限定的な例として、共振周波数で信号358を選択する共振回路を生成するために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えてよい。したがって、より大きい直径のコイルでは、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、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減少してよい。さらに、コイルの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積は増加し得る。他の構成要素を使用して形成される他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、コイル352の2つの端子間に並列にキャパシタを配置してよい。送信コイルに関して、コイル352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358がコイル352への入力であってよい。
【００２１】
一実施形態では、送信機104は、送信コイル114の共振周波数に対応する周波数を有する、時間変動する磁場を出力するように構成され得る。受信機が場105内にあるとき、時間変動する磁場は、受信コイル118内に電流を誘導することができる。上述のように、受信コイル118が送信コイル114の周波数で共振するように構成される場合、エネルギーを効率的に伝達することができる。受信コイル118内に誘導されたAC信号は、負荷を充電するかまたは負荷に電力を供給するために供給され得るDC信号を生成するために、上述のように整流され得る。
【００２２】
図4は、例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406と、送信コイル414とを含んでよい。送信コイル414は、図3に示すコイル352であってよい。送信回路406は、送信コイル414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)を発生させる発振信号を生成することにより、送信コイル414にRF電力を供給してよい。送信機404は、任意の適切な周波数で動作してよい。
【００２３】
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信コイル414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波放射を受信機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低減させるように構成されたローパスフィルタ(LPF)408とを含んでよい。他の例示的な実施形態は、特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数は通過させるノッチフィルタを含むが、それに限定されない、異なるフィルタトポロジを含み得ると共に、コイル414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流などの測定可能な送電メトリックに基づいて変化し得る、適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路406は、発振器423によって決定されるRF信号を駆動するように構成されたドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスまたは回路から構成されても、または代わりに、一体型アセンブリから構成されてもよい。送信コイル414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度であってよい。
【００２４】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、かつ取り付けられた受信機を介して隣接するデバイスと対話するための通信プロトコルを実装するように出力電力レベルを調整するために、特定の受信機の送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするためのコントローラ415をさらに含んでよい。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサ415と呼ばれることもあることに留意されたい。発振器位相および送信経路内の関連する回路の調整により、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外放射の低減が可能になり得る。
【００２５】
送信回路406は、送信コイル414によって生成された近接場の近傍における作動中の受信機の有無を検出するための負荷感知回路416をさらに含んでよい。例として、負荷感知回路416は、下記でさらに説明するように、送信コイル414によって生成された場の近傍における作動中の受信機の有無によって影響を及ぼされ得るドライバ回路424に流れる電流を監視する。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中の受信機と通信すべきかどうかを決定する際に使用するために、コントローラ415によって監視される。下記でより十分に説明するように、ドライバ回路424で測定される電流は、無効なデバイスが送信機404の無線電力伝達領域内に位置するかどうかを判定するために使用され得る。
【００２６】
送信コイル414は、リッツ線とともに、または抵抗損を低く保つために選択された厚さ、幅、および金属のタイプを有するアンテナストリップとして実装され得る。一実装形態では、送信コイル414は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の携帯性の低い構成などの、より大きい構造と関連付けて構成され得る。したがって、送信コイル414は、一般に、実用的な寸法となるように、「巻くこと」を必要としない場合がある。送信コイル414の例示的な実装形態は、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することにより、「電気的に小型」(すなわち、波長の数分の一)になり得ると共に、より低い使用可能な周波数で共振するように同調され得る。
【００２７】
送信機404は、送信機404に関連し得る受信機デバイスの所在および状態に関する情報を収集および追跡してよい。したがって、送信回路406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ415に接続される、存在検出器480、密閉型検出器460、またはこれらの組合せを含んでよい。コントローラ415は、存在検出器480および密閉型検出器460からの存在信号に応答して、ドライバ回路424により送出される電力量を調整してよい。送信機404は、たとえば、ビル内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来のDC電源を送信機404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源を介して、または従来直接のDC電源(図示せず)から、電力を受け取ってよい。
【００２８】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバー領域に挿入される、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される運動検出器であってよい。検出後、送信機404はオンにされてよく、デバイスによって受け取られるRF電力は、所定の方法でRxデバイス上のスイッチを切り替えるために使用されてよく、これにより次に、送信機404の駆動点インピーダンスに対する変化をもたらす。
【００２９】
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出手段、運動検出手段、または他の適切な手段によって人を検出することが可能な検出器であってよい。いくつかの例示的な実施形態では、送信コイル414が特定の周波数で送信することができる電力量を制限する規定が存在してよい。場合によっては、これらの規定は、人を電磁放射から守ることを意図されている。しかしながら、送信コイル414が、人によって占有されないか、または人によって占有される頻度が低い領域に位置する、たとえば、ガレージ、工業の現場、店舗などのような環境が存在し得る。これらの環境に人間がいない場合は、通常の電力制限規定を超えて送信コイル414の電力出力を増加させることを許容し得る。言い換えれば、コントローラ415は、人の存在に応答して、送信コイル414の電力出力を、規制レベルまたはそれ未満に調整し、人が送信コイル414の電磁場から規制距離の外側にいる場合は、送信コイル414の電力出力を、規制レベルを超えるレベルに調整してよい。
【００３０】
非限定的な例として、密閉型検出器460(本明細書では、密閉型コンパートメント検出器または密閉型空間検出器と呼ばれることもある)は、包囲体が閉状態または開状態であることを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってよい。送信機が閉状態の包囲体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させてよい。
【００３１】
例示的な実施形態では、送信機404がいつまでもオンのままではない方法を使用してよい。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間の経過後に停止するようにプログラムされ得る。この特徴は、送信機404の周囲の無線デバイスが完全に充電された後、送信機404、特にドライバ回路424が長く動作するのを防ぐ。このイベントは、回路が、リピータまたは受信コイルより送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を検出することができなかったためである可能性がある。その周囲に別のデバイスが配置されている場合に、送信機404が自動的に停止することを防止するために、送信機404の自動停止機能は、その周囲で動作が検出されずに、定められた期間が経過した後にだけ、アクティブ化されてよい。ユーザが、望み通りに、無活動時間間隔を決定し、それを変更できてよい。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプの無線デバイスが最初に完全に放電したという仮定の下に、そのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くてよい。
【００３２】
図5は、例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信コイル518を含み得る受信回路510を含む。受信機508は、受信電力を提供するために、デバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合されてよいことに留意されたい。エネルギーは、受信コイル518に無線で伝播され、次いで受信回路510の残りの部分を介してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥース（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療用デバイス)などのデバイスが含まれ得る。
【００３３】
受信コイル518は、送信コイル414(図4)と同じ周波数で、または特定の周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信コイル518は、送信コイル414と同様の寸法を有しても、または関連するデバイス550の寸法に基づいて異なるサイズを有してもよい。例として、デバイス550は、送信コイル414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ってよい。そのような例では、受信コイル518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻きコイルとして実装され得る。例として、受信コイル518は、コイルの直径を最大化し、受信コイル518のループ巻き数(すなわち、巻回)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550の実質的な外周の周りに配置されてよい。
【００３４】
受信回路510は、受信コイル518に対するインピーダンス整合を可能にしてよい。受信回路510は、受け取られたRFエネルギー源をデバイス550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506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、さらにDC-DC変換器522を含んでもよい。RF-DC変換器520は、受信コイル518で受け取られたRFエネルギー信号を、Vregで表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合したエネルギーポテンシャル(たとえば電圧)に変換する。部分的および完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニア変換器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。
【００３５】
受信回路510は、受信コイル518を出力変換回路506に接続するための、あるいは出力変換回路506を切断するための、スイッチング回路512をさらに含んでよい。電力変換回路506から受信コイル518を切断することにより、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図2)から「見た」「負荷」も変化する。
【００３６】
上記で開示したように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出することができる負荷感知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在することを判定するための機構を有する。
【００３７】
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機をより効率的に送信機に結合させるために、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場合がある。受信機508はまた、他の近くの受信機への結合を解消するか、または近くの送信機への装荷を低減させるためにクローキング（cloaking）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」としても知られる。さらに、受信機508によって制御され送信機404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、下記でより十分に説明するように、受信機508から送信機404への通信機構を実現することができる。加えて、受信機508から送信機404にメッセージを送信することを可能にするプロトコルが、この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秒程度であってよい。
【００３８】
例示的な実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用したバンド内信号伝達)ではなく、デバイス感知及び充電制御機構のことを指す。言い換えれば、送信機404は、エネルギーが近接場で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してよい。受信機は、これらのエネルギー変化を送信機404からのメッセージとして解釈してよい。受信機側から、受信機508は、どれくらいの電力が場から受け入れられているかを調整するために、受信コイル518の同調および非同調を使用してよい。場合によっては、同調および非同調は、スイッチング回路512を介して実現され得る。送信機404は、使用される電力のこの差を場から検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈してよい。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用してよいことに留意されたい。
【００３９】
受信回路510は、送信機から受信機への情報信号伝達に対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、信号伝達検出器/ビーコン回路514をさらに含んでよい。さらに、信号伝達/ビーコン回路514は、受信回路510を無線充電が可能なように構成するために、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、かつ低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流し、受信回路510内の電力を供給されていない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを呼び起こすために使用されてもよい。
【００４０】
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明する受信機508のプロセスを調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供する外部の有線充電ソース(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生したときにも行われる可能性がある。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御するのに加えて、ビーコン回路514を監視してビーコン状態を判定し、送信機404から送信されたメッセージを抽出してもよい。プロセッサ516は、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整してもよい。
【００４１】
図6は、図4の送信回路406に使用され得る送信回路600の一部分の概略図である。送信回路600は、上記で図4において説明したように、ドライバ回路624を含んでよい。上述のように、ドライバ回路624は、方形波を受け取り、送信回路650に供給する正弦波を出力するように構成され得るスイッチング増幅器であってよい。場合によっては、ドライバ回路624は、増幅器回路と呼ばれることがある。ドライバ回路624は、E級増幅器として示されているが、実施形態によって任意の適切なドライバ回路624が使用されてよい。ドライバ回路624は、図4に示されるように、発振器423からの入力信号602によって駆動され得る。また、ドライバ回路624は、送信回路650を介して送出され得る最大電力を制御するように構成された駆動電圧VDを提供され得る。高調波を解消または低減させるために、送信回路600は、フィルタ回路626を含んでよい。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626であってよい。
【００４２】
フィルタ回路626によって出力された信号は、コイル614を含む送信回路650に提供され得る。送信回路650は、ドライバ回路624によって供給されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振し得る、キャパシタンス620および(たとえば、コイルのインダクタンスもしくはキャパシタンス、または追加のキャパシタ構成要素に起因する可能性がある)インダクタンスを有する直列共振回路を含んでよい。送信回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表すことができる。この負荷は、送信回路650から電力を受け取るように配置された無線電力受信機508の関数であってよい。
【００４３】
図7は、例示的な実施形態による、図1の無線電力伝達システムにおいて使用できる受信機700の機能ブロック図である。受信機700は、受信コイル718を含み得る受信回路710を含む。受信機700は、スイッチング/シグナリング回路704と過電圧保護(OVP)/シグナリングコントローラ702とをさらに含んでよい。受信機700は、受信電力を受信機700に供給するための充電デバイス750にさらに結合される。いくつかの実施形態では、受信コイル718は図5の受信コイル518と同様であってよく、受信回路710は図5の受信回路510と同様であってよく、充電デバイス750は図5の充電デバイス550と同様であってよい。受信回路710は、充電デバイス750の外部にあるものとして示されているが、充電デバイス750に一体化され得ることに留意されたい。エネルギーは、無線で受信コイル718まで伝播され、その後、スイッチング/シグナリング回路704および受信回路710の残りの部分を介して充電デバイス750に結合され得る。例として、充電デバイス750は、モバイル電話、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺機器、通信デバイス(たとえば、ブルートゥース（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療機器)、および同等物などのデバイスを含んでよい。
【００４４】
受信コイル718は、送信コイル414(図4)と同じ周波数で、または特定の周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信コイル718は、送信コイル414と同様の寸法を有しても、または関連する充電デバイス750の寸法に基づいて異なるサイズを有してもよい。例として、デバイス750は、送信コイル414の直径または長さよりも小さい直径または長さ寸法を有する、ポータブル電子デバイスであってよい。そのような例では、受信コイル718は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、受信コイルのインピーダンスを増加させるために多巻きコイルとして実装され得る。例として、受信コイル718は、コイル直径を最大化し、受信コイル718のループ巻き数(すなわち巻回)および巻線間キャパシタンスを低減するために、充電デバイス750の実質的な外周の周りに配置されてよい。
【００４５】
スイッチング/シグナリング回路704は、図2の送信機204などの送信機によって受信コイル718上で誘起される高電圧から受信回路710を保護する働きをしてよい。スイッチング/シグナリング回路704は、送信機が過電圧状態を解消できるように送信機に過電圧状態を通知するように働いてもよい。一例として、過電圧状態が検出されたときに、スイッチング/シグナリング回路704は、スイッチをアクティブ化して受信機700をクランプし、電流フローを低減させるように、回路のインピーダンスを変化させてよい。さらに、スイッチング/シグナリング回路704は、送信機に送信され、かつ/または(たとえば、線形離調またはデジタル離調を介して)受信機700を離調させ、過電圧状態が生じていることを送信機に通知するパルスを生成してよい。スイッチは、パルスを生成するようにパルス幅変調プロセスに応じてオンオフを切り替えられてよい。本明細書において説明するように、スイッチング/シグナリング回路704は電圧減衰回路と呼ばれることもある。
【００４６】
OVP/シグナリングコントローラ702は、受信機700によって受け取られる電圧を測定し、過電圧状態が生じているかどうかを判定するように働いてよい。OVP/シグナリングコントローラ702は、過電圧状態が終了したかどうかを判定してもよい。いくつかの実施形態では、OVP/シグナリングコントローラ702は、送信機に送信されるべき適切なメッセージを生成するように、スイッチング/シグナリング回路704のスイッチを制御してもよい。OVP/シグナリングコントローラ702およびスイッチング/シグナリング回路704については図8Aに関してより詳しく説明する。
【００４７】
図8Aは、図7の受信機700において使用できる受信コイル718およびスイッチング/シグナリング回路704の一部を有する受信機800の概略図である。受信コイル718は、キャパシタ802および810と、抵抗器804および808と、インダクタ806とを含むように示されているが、当業者には、上述のように受信コイルの機能を実現するうえで受信コイル718をいくつかの異なる方法で設計してよいことが明らかであるので、この構成は限定を意味するものではない。同様に、スイッチング/シグナリング回路714は、キャパシタ838および840と、抵抗器846および848と、トランジスタ842および844と、ダイオード852および854とを含むように示されているが、当業者には、本明細書において説明するようにスイッチング/シグナリング回路の機能を実現するうえでスイッチング/シグナリング回路704をいくつかの異なる方法で設計してよいことが明らかであるので、この構成は限定を意味するものではない。
【００４８】
一実施形態では、受信コイル718は電力を送信機から無線で受け取ってよい。初期状態の間、OVP/シグナリングコントローラ702は、スイッチと同様に動作するトランジスタ842および/または844が受信機のインピーダンスを変化させかつ/またはより少ない電流を通過させるように、ロー信号を出力してよい。言い換えれば、トランジスタ842および/または844はオフ状態であってよい。電流は、スイッチング/シグナリング回路704の残りの部分を通過してノード868に達してよい。OVP/シグナリングコントローラ702は、ノード868における電圧を測定し、この電圧をしきい値電圧値と比較するように構成されてよい。一例として、OVP/シグナリングコントローラ702は、ノード868における電圧をしきい値電圧値と比較するための比較器(図示せず)を含んでよい。これらのしきい値電圧値は、あらかじめ決定されても、または受信機800の条件に基づいてもよい。1つのしきい値電圧値は、過電圧しきい値、すなわち、受信機800が過電圧状態になるであろう電圧であってよい。たとえば、ノード868における電圧が過電圧しきい値以上である場合、受信機800は過電圧状態である可能性があり、トランジスタ842および/または844はオン状態に遷移してよい。過電圧状態しきい値は26Vであってよい。
【００４９】
別のしきい値は、最小過電圧しきい値、すなわち、トランジスタ842および/または844が再びオフ状態になるように、受信機800がクランプを開放することができる電圧である。最小過電圧しきい値は、受信機800が定常状態で動作するのに必要な電圧以上であってよい。状況によっては、受信機800がトランジスタ842および/または844をオン状態からオフ状態に切り替えるときに生じる可能性がある遅延を考慮して、最小過電圧しきい値を受信機800が定常状態で動作するのに必要な電圧よりも高く設定することが望ましい場合がある。最小過電圧しきい値に達した場合でも受信機800が依然として過電圧状態である場合があることに留意されたい。ノード868における電圧が過電圧しきい値から最小過電圧しきい値まで低下するのにかかる時間は、受信機800が過電圧状態であることを送信機に通知するのを可能にするのに十分な持続時間でない場合がある。送信機が、受信機800が過電圧状態であることを示す通知を受信し、受信機800に伝送される電力を低減させかつ/または除去するまで、受信機800は、過電圧状態のままであることがある。たとえば、ノード868における電圧が最小過電圧しきい値以下であり、一方、受信機800が過電圧状態である可能性がある場合でも、またはもはや過電圧状態である可能性がない場合でも、受信機800はクランプを開放してノード868における電圧を上昇させてよい。しかし、受信機800がすでに正常な構成で動作している(すなわち、現在過電圧状態は存在しない)場合、受信機800の構成を変更するために、最小過電圧しきい値を無視してよい。最小過電圧状態しきい値は12Vであってよい。
【００５０】
一実施形態では、ノード868における電圧が過電圧しきい値と等しいかまたはそれを超えている場合、OVP/シグナリングコントローラ702は、トランジスタ842および/または844が受信機800のインピーダンスを変化させかつ/または電流が通過するのを可能にする(すなわち、トランジスタ842および/または844がオン状態になる)ようにトランジスタ842および/または844をアクティブ化することによって、受信機800をクランプする働きをしてよい。トランジスタ842および/または844をアクティブ化することによって、ノード868における電圧を低下させることができる。ノード868における電圧が最小過電圧しきい値に達した後、OVP/シグナリングコントローラ702はトランジスタ842および/または844を非アクティブ化してよい。本明細書において説明するように、トランジスタ842および/または844を非アクティブ化することによって、ノード868における電圧が低くなり過ぎるのを防止することができる。いくつかの実施形態では、ノード868における電圧は再び上昇を開始し得ると共に、電圧が過電圧しきい値に達するときにトランジスタ842および/または844をアクティブ化するプロセスが繰り返されてよい。このように、ノード868における電圧、すなわち受信回路710の入力は、許容電圧レベル同士の間で発振してよい。その場合、受信回路710は過電圧状態にもかかわらず動作することが可能になり得る。
【００５１】
トランジスタ842および/または844が2つ以上の機能を実現できることに留意されたい。トランジスタ842および/または844は、アクティブ化されたときに受信電圧を減衰させることに加えて、インピーダンス変更信号を生成するために使用されてもよい。一実施形態では、OVP/シグナリングコントローラ702は、ノード868における電圧に基づいてトランジスタ842および/または844のアクティブ化および非アクティブ化を同時に行ってよく、トランジスタ842および/または844のアクティブ化および非アクティブ化を行って送信機に送信されるパルスを周期的に生成してよい。トランジスタ842および/または844には、パルス幅変調プロセスに応じてアクティブ化および非アクティブ化が行われてよい。パルスは、受信機が過電圧状態にあるか否かを送信機に示してよい。送信機は、この情報に基づき、それに応じて動作してよい。たとえば、送信機は、受信機800に伝送される電力の電力レベルを低下させてよい。いくつかの実施形態では、送信機は受信機800への電力の伝送を停止してよい。送信機が受信機800への電力の伝送を低減させるかまたは停止するように働くと、受信機800はもはや過電圧状態ではなくなり得る。他の実施形態では、受信機800は、たとえば、2.4GHz通信チャネル(たとえば、ブルートゥース（登録商標）、RFなどを使用するバンド外通信)などの別の通信チャネルを介して信号を送信することによって、受信機800が過電圧状態であることを送信機に示してよい。受信機800は、受信コイル718から分離され、OVP/シグナリングコントローラ702に結合された、図示されていないアンテナを含んでよく、別の通信チャネルを介して送信される信号は、受信機800のアンテナを使用して送信されてよい。送信機は、受信機800のアンテナと同様であり、受信機800からバンド外通信を受信する、図示されていないアンテナを含んでよい。過電圧状態を示すために受信機800のアンテナを使用して送信される信号は、受信機800が受信コイル718を介して送信機から電力を受け取り、かつ/または受信機800がクランプを調整してノード868における電圧を制御するのと並行して(たとえば、同時にまたはほぼ同時に)送信されてよい。OVP/シグナリングコントローラ702ならびにトランジスタ842および/または844によって生成された信号については図9〜図11に関してより詳しく説明する。
【００５２】
代替実施形態では、OVP/シグナリングコントローラ702は、パルスを周期的に生成するうえでトランジスタ842および/または844のアクティブ化および非アクティブ化を行わなくてよい。その代わり、送信機において検知される受信機800の特性インピーダンスがトランジスタ842および/または844のアクティブ化および非アクティブ化が行われたときに変化することに留意されたい。このインピーダンス変化は、整流キャパシタ(図示せず)などの少なくとも1つのキャパシタの再充電時間によって決定される周波数で生じ得る。送信機は、1つまたは複数のインピーダンス感知方法(たとえば、電流、電圧および/または位相信号の監視)を使用して、受信機800のインピーダンスの変化によって符号化された信号(たとえば、パルス)を検出してよい。一例として、監視される信号は信号強度に基づいて選択されてよい。
【００５３】
さらに、OVP/シグナリングコントローラ702とトランジスタ842および844との間にワンショット(図示せず)が結合されてよい。ワンショットは、OVP/シグナリングコントローラ702がトランジスタ842および/または844を非アクティブ化するための信号を送信したときでもトランジスタ842および/または844をアクティブ状態に維持するように働いてよい。これによって、ノード868における電圧を安全なレベルに減衰させ、望ましくないEMI特性を生じさせる可能性がある急激な発振を防止し、かつ/または送信機によって検出できる受信機インピーダンスの特徴的な周期的変化を生じさせることができる。ワンショットが存在するとき、周波数は、ワンショットによって設定される周波数に基づいて決定されてもよい。したがって、送信機は、キャパシタおよび/またはワンショットによって決定された周波数を検知した場合に受信機800が過電圧状態であることを知ることができる。このようにして、送信機は、パルスの明示的なバーストが送信機に送信されなくても受信機800の過電圧状態に関して知ることができる。
【００５４】
図8Bは、図6の送信機600において使用できる送信機の一部870の概略図である。この部分870は、包絡線検出器871および/またはパルス検出器875を含んでよい。一実施形態では、部分870は受信機600に含まれてよい。たとえば、部分870の入力873は、ノード692の所に挿入されても、またはドライバ回路624とフィルタ回路626との間のノード694の所に挿入されても、またはフィルタ回路626と送信回路650の間のノード696の所に挿入されても、またはノード698の所に挿入されてもよい。部分870は、送信機のコイル上の電圧を監視して、信号の受信を特定することのできる負荷の切替えを検出するように構成されてよい。たとえば、部分870は、図8Aの受信機800などの受信機のインピーダンスの変化を検出するように構成されてよい。
【００５５】
包絡線検出器871は、キャパシタ872、876、882、および/または884、抵抗器874、880、および/または886、ならびに/あるいはショットキーダイオード878を含んでよい。一実施形態では、包絡線検出器871は、信号に結合され、信号を整流し、かつ/または信号を復調してよい。図8Bは、そのような構成要素を示すように示されているが、当業者には、包絡線検出器871を同じ機能を実現するようにいくつかの異なる方法で設計してよいことが明らかであろう。
【００５６】
パルス検出器875は、1つまたは複数のバンドパスフィルタ888、整流器890、パルスフィルタ892、および/または比較器894を含んでよい。一実施形態では、パルスフィルタ892はローパスフィルタであってよい。
【００５７】
図9〜図11は、図8Aの受信機800などの受信機によって生成することのできる信号のタイミング図である。図9は、受信機が正常な動作構成であるか、または受信機が過電圧状態でありかつ最小過電圧しきい値に達したときの受信機のタイミング図を示す。図9は、2つの波形、すなわち波形信号950および波形クランプ980を示す。波形信号950は、OVP/シグナリングコントローラ702によって供給され、図8Aのトランジスタ842および/または844がアクティブ化されているかそれとも非アクティブ化されているかを判定する(たとえば、制御信号がハイである場合、トランジスタ842および/または844がアクティブ化されている)制御信号を表す。波形信号950のパルス902、904、および906はトランジスタ842および/または844のパルス応答を表す。図9は、パルス902、904、および906の出力がハイである受信機の状態を示す。パルス902、904、および906のハイ出力は、正常な動作構成のときに受信機のプロセッサに電力を確実に維持させることができる。
【００５８】
波形クランプ980は、過電圧しきい値に達したかどうかおよび最小過電圧しきい値に達したかどうかに応じて切り替わる(たとえば、過電圧しきい値に達した場合、中間制御信号がハイになり、最小過電圧しきい値に達した場合、中間制御信号がローになる)、OVP/シグナリングコントローラ702の内部の中間制御信号を表す。トランジスタ842および/または844の状態は、波形信号950の出力、および特にパルス902、904、および906の出力を決定することができる。たとえば、波形クランプ980がローである場合、受信機は過電圧状態ではないか、または過電圧状態であり、最小過電圧しきい値に達している。同様に、たとえば部分910において波形クランプ980がハイである場合、受信機は過電圧状態であり、まだ最小過電圧しきい値には達していない。最小過電圧しきい値に達していない過電圧状態の間、波形信号950は反転されてよい。したがって、波形クランプ980がローであるとき、波形信号950もローであり得、波形クランプ980がハイであるとき、波形信号950もハイであり得る。
【００５９】
一実施形態では、パルス902、904、および906は等しい時間の長さを有してよい。たとえば、パルス902、904、および906は持続時間が1μsであってよい。同様に、パルス902、904、および906は等しい時間の長さだけ分離されてよい。たとえば、パルス902の立上りエッジからパルス904の立上りエッジまでの持続時間は6μsであってよい。パルス902、904、および906の持続時間は合計で18μsであってよい。他の実施形態では、パルス902、904、および906は、等しい時間の長さを有していなくてもよく、かつ/または等しい時間の長さだけ分離されなくてもよい。
【００６０】
一実施形態では、標準的な受信機シグナリングイベントは4つのパルスのバーストからなってよい。たとえば、イベントは、1/6デューティサイクルの4つの167kHzパルスからなってよい。過電圧状態の発生には、送信機において検知される信号強度を高めることのできる送信機と受信機との強力な結合が必要になり得る。したがって、図9に示すようにバーストの長さを3パルスに短縮してよい。いくつかの実装形態では、上述のように、3パルスのバーストでもなお1/6デューティサイクルを維持することができる。
【００６１】
一実施形態では、波形信号950の一部のみにおいてパルス902、904、および906が生成されることに留意されたい。マーカー908の後の波形信号950の部分は、本明細書において説明するように、パルスが生成されず、出力が、過電圧しきい値に達したかどうかおよび最小過電圧しきい値に達したかどうかに基づく波形の遅延部分とみなされてよい。波形の遅延部分と、十分な数のパルスが生成されることによって、過電圧状態イベントをインピーダンスの他の変化と確実に区別することができる。一例として、波形信号950は、パルスが128μsおきに生成されるように128μsおきに繰り返されてよい。さらに、受信機は所与の送信機上のいくつかの受信機のうちの1つであってよい。たとえば、8つの受信機が1つの送信機から電力を供給されてよい。3パルスのバーストが128μsおきに送信される場合、8つの受信機からの最大数のパルスは、260msおきに240個のパルスであってよい。これによって、送信機は過電圧バーストを受信機のインピーダンスに対する他の反復的な変化と区別することができる。
【００６２】
図9は3つのパルス902、904、および906を示しているが、これは限定を意味するものではなく、当業者には、本明細書において説明する機能を実現するうえで任意の数のパルスを生成してよいことが明らかであろう。
【００６３】
図10は、受信機が過電圧状態でありかつ最小過電圧しきい値に達していないときの受信機のタイミング図を示す。図10は、2つの波形、すなわち波形信号1050および波形クランプ1080を示し、これらの波形はどちらも、図9の対応する波形に類似している。しかし、パルス1002、1004、および1006は、パルスの出力がローになるように反転される。たとえば、過電圧状態イベントは、5/6デューティサイクルの3つのパルス1002、1004、および1006のバーストからなってよい。同様に、波形クランプ1080はハイであり、まだ最小電圧しきい値に達していないことを表している。送信機は、パルス1002、1004、および1006のロー出力を、受信機が過電圧状態にあることを示すものとして認識してよい。たとえば、送信機は立上りエッジまたは立下りエッジを検出してパルス1002、1004、および1006を特定してよい。一実施形態では、送信機は、図8Bに示す部分870などの、受信機のインピーダンスの変化を検出するための包絡線検出器および/またはパルス検出器を含んでよい。インピーダンスの変化が検出されるたびに(たとえば、パルスが検出されたときに)、割込みが生成されてよく、設定された回数の割込みが過電圧状態を示してよい。送信機は、過電圧状態が生じたことを特定するためにインピーダンスの変化が検出された回数を数える(たとえば、受け取られたパルスの数を数える)ためのカウンタまたは他のそのような手段を備えてよい。インピーダンスの変化がパルスによって表される実施形態では、パルスが反転されるかそれとも反転されないかは、送信機が両方の種類のパルスを検出できるので問題にならないことに留意されたい。
【００６４】
波形信号950の出力と比較して、波形信号1050の出力を反転させると、ノード868における電圧がパルスのバースト中に実質的に上昇しないことを確実にすることができる。出力を反転させないと、受信機が、過電圧状態であることを送信機に通知することを試みたときに、ノード868における電圧が実質的に上昇することがある。たとえば、ノード868における電圧は、トランジスタ842および/または844がパルスのバーストの大部分の間非アクティブ化され(すなわち、開放され)、本明細書において説明するようにトランジスタ842および/または844がアクティブ化されたときにもたらす電圧を減衰させる有利な作用を相殺することに起因して上昇することがある。電圧がそのように上昇すると、受信機が過電圧状態を解消するのを可能にするのに十分な程度に電圧を減衰させるのが妨げられることがある。このように、受信機は、信号を反転させることによって、過電圧状態にあることを送信機に通知し、一方、受信電圧を引き続き確実に許容レベルまで減衰させることができる。
【００６５】
図11は、受信機が正常な動作状態、または最小過電圧しきい値に達した過電圧状態から、パルスのバースト中に過電圧しきい値に達した過電圧状態に遷移するときの受信機のタイミング図である。図11は、2つの波形、すなわち波形信号1150および波形クランプ1180を示し、これらの波形はどちらも、図9および図10の対応する波形に類似している。最初、波形クランプ1180はローであり、受信機が正常な動作状態であるか、または受信機が過電圧状態でありかつ最小過電圧しきい値に達していることを示す。信号パルス列がクランプ遷移1108などのクランプ遷移に一致した場合、波形信号1150のシグナリングパルス論理が遷移1108において変更される。たとえば、遷移1108において、波形信号1150が反転され、したがって、部分1106はもはやパルスではなくなり、その代わり、遷移1108の直後に反転されたパルス1110が生成される。受信機は、もはや過電圧状態ではなくなるまで反転された信号を生成し続ける。
【００６６】
図12Aは、図8Aの受信機800などの受信機の過電圧保護方式の部分状態図である。図12Aの部分状態図は2つの状態を含む。状態1202において、受信機は、過電圧しきい値に達し、すなわち、ノード868における電圧(Vreg)が過電圧しきい値(Vreg_OVP)以上である過電圧状態に入っている。状態1202において、トランジスタ842および/または844などのスイッチがオンにされるかまたはアクティブ化される。Vregが最小過電圧しきい値(Vreg_min_OVP)に達した後、受信機は状態1204に遷移する。状態1204において、スイッチはオフにされるかまたは非アクティブ化される。VregがVreg_OVPに達した後、受信機は再び状態1202に遷移し、プロセスが繰り返される。
【００６７】
図12Bは、図8Aの受信機800などの受信機の過電圧保護方式の別の部分状態図である。図12Bの部分状態図は、その各々に受信機が図12Aの2つの状態の一方と並行して入ることのできる4つの状態を含む。言い換えれば、受信機は図12Aの状態1202または1204および図12Bの状態1252、1254、1256、および1258のうちの1つに並行して入ることができる。状態1252では、クランプ設定がオンになり、信号出力設定がオンになる。一実施形態では、状態1252において、ノード868における電圧が過電圧しきい値と等しくなっているかまたはそれを超えている。したがって、OVP/シグナリングコントローラ702におけるクランプ設定はハイであってよく、受信機は状態1202であってもよい。OVP/シグナリングコントローラ702によって出力される信号は反転され得、したがって、OVP/シグナリングコントローラ702がトランジスタ842および/または844に対するパルス入力を試みるときに信号の出力の値はローになる。同様に、状態1254では、クランプ設定がオンになり、信号設定がオフになる。一実施形態では、状態1254において、ノード868における電圧が過電圧しきい値と等しくなっているかまたはそれを超えている。したがって、OVP/シグナリングコントローラ702におけるクランプ設定はハイであってよく、受信機は状態1202であってもよい。OVP/シグナリングコントローラ702によって出力される信号は反転され得、したがって、OVP/シグナリングコントローラ702がトランジスタ842および/または844に対するパルス入力を試みないときの信号の出力の値はハイになる。一例として、タイミング図1260は状態1252および1254のタイミング図を示す。
【００６８】
状態1256では、クランプ設定がオフになり、信号設定がオンになる。一実施形態では、状態1256において、ノード868における電圧が最小過電圧しきい値に達している。したがって、OVP/シグナリングコントローラ702におけるクランプ設定はローであり得、受信機も状態1204であり得る。OVP/シグナリングコントローラ702によって出力される信号は非反転状態にされ得、したがって、OVP/シグナリングコントローラ702がトランジスタ842および/または844に対するパルス入力を試みるときに信号の出力の値はハイになる。同様に、状態1258では、クランプ設定がオフになり、信号設定がオフになる。一実施形態では、状態1258において、ノード868における電圧が最小過電圧しきい値に達している。したがって、OVP/シグナリングコントローラ702におけるクランプ設定はローであり得、受信機も状態1204であり得る。OVP/シグナリングコントローラ702によって出力される信号は非反転状態にされ得、したがって、OVP/シグナリングコントローラ702がトランジスタ842および/または844に対するパルス入力を試みないときの信号の出力の値はローになる。一例として、タイミング図1262は状態1256および1258のタイミング図を示す。
【００６９】
図13は、図2の送信機204などの送信機の状態図である。最初、送信機は状態1302に遷移し、電力が印加される。電力が印加された後、送信機はビーコン状態1304に遷移する。ビーコン状態1304では、送信機は、受信機からのインピーダンスが変化したかどうかを監視してよい。送信機がインピーダンスの変化を検出した後、送信機は受信機プローブ状態1306に遷移してよい。受信機プローブ状態1306において、送信機は、変化が有効な受信機デバイスから検出された変化であるかどうかを判定する。送信機は、デバイスが有効であると判定した場合、電力伝達状態1308に遷移する。電力伝達状態1308では、送信機は受信機デバイスに電力を伝達する。受信機デバイスは、過電圧しきい値を超える電圧を受け取った場合、本明細書において説明するように受信機デバイスが過電圧状態に入ったことを示すための信号、一定のシグナリングトーン、または何らかの他の通知を生成してよい。送信機は、過電圧状態が生じていることを示す信号、一定のシグナリング、または何らかの他の通知を検出した場合、リセット状態1312に遷移してよい。この遷移の間および/またはリセット状態1312時に、送信機は、過電圧状態を生じさせた条件を解消してよい。たとえば、送信機は無線電力伝達を停止してよい。リセット状態1312では、送信機は、リセットタイマによって定義される期間の間待機してよい。送信機は、受信機デバイスが過電圧状態を解消するのを可能にするための期間の間待機してよい。リセットタイマが満了した後、送信機は再びビーコン状態1304に遷移してよく、プロセスが繰り返される。
【００７０】
図14は、図8Aの受信機800などの受信機の状態図である。最初、受信機はヌル状態1402に遷移する。たとえば送信機からビーコンが検出されると、受信機は登録状態1404に遷移する。デバイス限界(DL)情報フレームが満了すると、受信機はVreg待機状態1406に遷移する。ノード868における電圧(Vreg)は、受信機が定常状態で動作するのに必要な最低電圧(Vreg_min)よりも高く、かつ受信機が定常状態で動作するのに必要な最高電圧(Vreg_max)よりも低い場合、受信機はVreg定常状態1410に遷移してよい。そうでない場合、受信機はVregハイ/ロー状態1408に遷移してよい。
【００７１】
受信機がVreg定常状態1410またはVregハイ/ロー状態1408であるが、Vregが過電圧しきい値(Vreg_OVP)と等しいかまたはそれを超えている場合、受信機はVregOVP状態1414に遷移する。本明細書において説明するように、受信機は、Vregが少なくとも最小過電圧しきい値に減衰した後再びVreg定常状態1410またはVregハイ/ロー状態1408に遷移してよい。
【００７２】
図15は、図8Aの受信機800などの例示的な受信機制御しきい値の図である。本明細書において説明するように、Vregはノード868における電圧を指し得る。Vregは最初、設定しきい値1508に設定されてよい。一例として、設定しきい値1508は11Vであってよい。一実施形態では、Vregが過電圧しきい値1502と等しいかまたはそれを超えている場合、受信機は過電圧状態であり得る。一例として、設定しきい値1502は26Vであってよい。Vregが最大電圧しきい値1504と等しいかまたはそれを超えており、かつ過電圧しきい値1502よりも小さい場合、受信機はハイ状態であり得る。ハイ状態では、受信機はデバイス要求(DR)メッセージおよび/または情報フレームを送信してよい。一例として、最大電圧しきい値1504は18Vであってよい。Vregが最小電圧しきい値1510と等しいかまたはそれを超えており、かつ最大電圧しきい値1504よりも小さい場合、受信機は定常状態であり得、データ送信(DS)メッセージおよび/またはステータスフレームを送信する。Vregが最小電圧しきい値1510よりも小さい場合、受信機はロー状態であり得、DRメッセージおよび/または情報フレームを送信する。一例として、最小電圧しきい値1510は8Vであってよい。
【００７３】
一実施形態では、受信機は、過電圧状態に入った場合、Vregが最小過電圧しきい値1506に減衰するまで過電圧状態のままであり得る。いくつかの実施形態では、受信機は、Vregが最小過電圧しきい値に減衰した後も過電圧状態のままであることがある。たとえば、受信機は、受信機が過電圧状態であることが送信機に通知されておらず、かつ/またはVregが最小過電圧しきい値に減衰するまでに送信機が電力を低下させていないか、もしくは除去していない場合、過電圧状態のままであり得る。一例として、最小過電圧しきい値1506は12Vであってよい。このようにして、Vregは過電圧しきい値1502と最小過電圧しきい値1506との間で発振してよい。当業者には、本明細書において説明する技法が任意のVreg電圧スケールに適用されることが明らかであるので、0Vから30VまでのVregスケールが限定を意味するものではないことに留意されたい。
【００７４】
図16〜図17は、図2の送信機204および図8Aの受信機800などの送信機および受信機のシミュレーション結果である。図16は、クランプ遷移期間中のVregの発振を示すシミュレーション結果である。シミュレーション結果は、Vregの発振を示すグラフ1602と、本明細書において説明する波形クランプ980、1080、および/または1180などのクランプ波形を示すグラフ1604と、本明細書において説明するようにトランジスタ842および/または844などのスイッチを制御するためのOVP/シグナリングコントローラ702などのコントローラによって生成される信号を示すグラフ1606とを含む。一例として、シグナリングは、1.8ms後に、1μsローパルスによって開始してよい。クランプ位置がハイからローに切り替わった後、シグナリング論理が反転されてよい。
【００７５】
図17は、Vregの発振および送信機信号検出回路の出力を示すシミュレーション結果である。シミュレーション結果は、グラフ1602と、グラフ1606と、送信機信号検出回路の出力を示すグラフ1702とを含む。一例として、グラフ1702の信号検出パルスは、シグナリングとクランピングが重なり合うときにより長くなることがあるが、シグナリングとクランピングの両方を送信機信号検出回路によって検出することができる。
【００７６】
図18は、無線電力受信機における電圧を制限するための例示的な方法1800のフローチャートである。本明細書ではフローチャート1800の方法について、上記で図8Aに関して説明した受信機800を参照して説明するが、当業者には、フローチャート1800の方法が上記で図1に関して説明した受信機108、上記で図2に関して説明した受信機208、および/または任意の他の適切なデバイスによって実施されてよいことが諒解されよう。一実施形態では、フローチャート1800のステップは、プロセッサまたはコントローラによってOVP/シグナリングコントローラ702、スイッチング/シグナリング回路704、および受信コイル718のうちの1つまたは複数と連携して実施されてよい。フローチャート1800の方法については、本明細書において特定の順序を参照して説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてよく、または省略されてよく、かつ追加のブロックが追加されてよい。フローチャート1800の方法が無線電力送信機から電力を受け取りかつ無線電力送信機と通信するように構成することのできる任意の通信デバイスにおいて実施されてよいことが当業者には諒解されよう。
【００７７】
ブロック1802では、受信機は電力を送信機から無線で受け取ってよい。ブロック1804では、受信機は受信電圧の値を測定してよい。一実施形態では、受信機は、測定された値をしきい値電圧値と比較して受信機の状態を判定してよい。たとえば、測定された電圧が図15の過電圧しきい値1502などの過電圧しきい値を超える場合、受信機は過電圧状態であってよい。
【００７８】
ブロック1806では、受信機は、受信電圧を低下させるように構成された回路を、受信電圧が第1のしきい値に達するときにアクティブ化してよい。一実施形態では、回路は、受信電圧が過電圧しきい値に達するときにアクティブ化されてよい。回路は、受信機をクランプし受信電流を接地させ、それによって受信電圧を減衰させるように閉じられるスイッチを含んでよい。回路のスイッチは、図7のOVP/シグナリングコントローラ702などのコントローラによって制御されてよい。
【００７９】
ブロック1808において、受信機は、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成してよい。一実施形態では、受信電圧が第1のしきい値に達した場合にパルスの出力が反転される。パルスの出力は、受信電圧が第2のしきい値に達する場合に非反転状態にされ得る。
【００８０】
ブロック1810では、受信機は、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化してよい。一実施形態では、第2のしきい値は最小過電圧しきい値であってよい。電圧減衰回路のスイッチは、受信電圧が再び上昇するのを可能にするように開かれてよい。
【００８１】
図19は、例示的な一実施形態による受信機1900の機能ブロック図である。受信機1900は、電力を送信機から無線で受け取るための手段1902を含む。一実施形態では、送信機から電力を無線で受け取るための手段1902は、上記でブロック1802に関して説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。受信機1900は、受信電圧の値を測定するための手段1904をさらに含む。一実施形態では、受信電圧の値を測定するための手段1904は、上記でブロック1804に関して説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。受信機1900は、受信電圧を低下させるように構成された回路を、受信電圧が第1のしきい値に達するときにアクティブ化するための手段1906をさらに含む。一実施形態では、受信電圧が第1のしきい値に達するときに受信電圧を低下させるように構成された回路をアクティブ化するための手段1906は、上記でブロック1806に関して説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。受信機1900は、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成するための手段1908をさらに含む。一実施形態では、回路がアクティブ化されたときに送信機によって受信され、受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すパルスを生成するための手段1908は、上記でブロック1808に関して説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。受信機1900は、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化するための手段1910をさらに含む。一実施形態では、受信電圧が第2のしきい値に達するときに回路を非アクティブ化するための手段1910は、上記でブロック1810に関して説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。
【００８２】
上記の方法の様々な動作は、たとえば様々なハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネント、回路ならびに/もしくはモジュールなど、動作を実行することができる任意の好適な手段によって実行され得る。一般に、図に示される任意の動作は、動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。電力を送信機から無線で受け取るための手段は、受信コイルによって実現されてよい。受信電圧の値を測定するための手段は、OVP/シグナリングコントローラによって実現されてよい。受信電圧が第1のしきい値に達するときに電圧減衰回路をアクティブ化して受信電圧を低下させるための手段は、OVP/シグナリングコントローラによって実現されてよい。パルスを生成するための手段は、1つまたは複数のスイッチを含んでよい回路によって実現されてよい。受信電圧が第2のしきい値に達するときに電圧減衰回路を非アクティブ化するための手段は、OVP/シグナリングコントローラによって実現されてよい。受信電圧が第1のしきい値に達したことを送信機に示すための手段は、1つまたは複数のスイッチを含んでよい回路によって実現されてよい。
【００８３】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して情報および信号を表すことができる。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。
【００８４】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する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、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよび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、およびステップについて、上記で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。上述の機能は、特定の各応用のために様々な方法で実装できるが、そのような実装上の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈すべきではない。
【００８５】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(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)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明する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てよい。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。
【００８６】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、または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具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装する場合、機能は、1つもしくは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、あるいは非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信され得る。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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。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。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc) (CD)、レーザーディスク（登録商標）(disc)、光ディスク、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、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。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。
【００８７】
本開示の概要を述べるために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてを実現できない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示される1つの利点または利点の群を、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく実現または最適化するように具体化または実行され得る。
【００８８】
上述の実施形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を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、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えるものである。
【符号の説明】
【００８９】
100  無線電力伝達システム
102  入力電力
104  送信機
105  場
108  受信機
110  出力電力
114  送信コイル
118  受信コイル
204  送信機
206  送信回路
210  受信回路
214  送信コイル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
226  フィルタ/整合回路
232  整合回路
234  整流器/スイッチング回路
236  バッテリー
350  送信回路または受信回路
352  送信コイルまたは受信コイル
354  キャパシタ
404  送信機
406  送信回路
408  ローパスフィルタ
414  送信コイル
415  コントローラ
416  負荷検知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  密閉型検出器
480  存在検出器
506  電力変換回路
508  受信機
510  受信回路
512  スイッチング回路
516  プロセッサ
518  受信コイル
520  RF-DC変換器
522  DC-DC変換器
550  デバイス
600  送信回路
620  キャパシタンス
624  ドライバ回路
626  フィルタ回路
632  インダクタ
634、636  キャパシタ
650  送信回路
692、694、696、698  ノード
700  受信機
702  過電圧保護(OVP)/シグナリングコントローラ
704  スイッチング/シグナリング回路
710  受信回路
718  受信コイル
750  充電デバイス
800  受信機
838、840  キャパシタ
842、844  トランジスタ
846、848  抵抗器
852、854  ダイオード
868  ノード
870  部分
871  包絡線検出器
872、876、882、884  キャパシタ
874、880、886  抵抗器
875  パルス検出器
878  ショットキーダイオード
888  バンドパスフィルタ
890  整流器
892  パルスフィルタ
894  比較器
902、904、906  パルス
910  部分
950  波形信号
980  波形クランプ
1002、1004、1006  パルス
1050  波形信号
1080  波形クランプ
1106  部分
1108  クランプ遷移
1110  反転されたパルス
1150  波形信号
1180  波形クランプ
1202、1204、1252、1254、1256、1258、1302、1304、1306、1308、1312  状態
1402  ヌル状態
1404  登録状態
1408  ハイ/ロー状態
1410  定常状態
1414  VregOVP状態
1502  過電圧しきい値
1504  最大電圧しきい値
1506  最小過電圧しきい値
1508  設定しきい値
1510  最小電圧しきい値
1602、1604、1606、1702  グラフ
1800  フローチャート
1900  受信機
1902、1904、1906、1908、1910  手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0006001077.tif 000019
【図１７】
0006001077.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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