(57)【要約】【課題】電力の無線伝送及び受取の両方の能力を有するリモート装置を含む無線電源システムを提供する。【解決手段】該リモート装置が、自己駆動型同期整流器を含む。又、該無線電源システムは、電力がまったく又は実質的にまったく引き出されないオフ状態に入ると共にリモート装置から電力を受け取るのに応答してオフ状態からウェイクアップするように構成された無線電源を含んでもよい。【選択図】図３
2018093725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力を受け取ると共に伝送する能力を有するリモート装置であり、無線電源から分離可能であるリモート装置であって、
前記無線電源によって生成される磁界に応答して電力を生成すると共に駆動されることに応答して無線電力を伝送するように構成されたトランシーバと、
前記トランシーバに結合された無線電力トランシーバ回路であって、受取モードと伝送モードとの間において構成可能である無線電力トランシーバ回路と、
を具備し、
前記伝送モードにおいて、前記無線電力トランシーバ回路は、無線電力を伝送するように前記トランシーバを駆動する能力を有し、且つ、
前記受取モードにおいて、前記無線電力トランシーバ回路は、前記無線電源から前記トランシーバ内において受け取られた前記電力を整流する能力を有し、前記無線電力トランシーバ回路は、自己駆動型同期整流回路を含む、
リモート装置。
【請求項２】
前記自己駆動型同期整流回路は、一つ以上の能動型スイッチング要素と、バイアス回路と、を含み、且つ、それぞれの能動型スイッチング要素のゲートは、それぞれの能動型スイッチング要素の状態を制御するためのバイアス電圧を提供するべく前記トランシーバに結合されている、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項３】
前記バイアス回路は、それぞれの能動型スイッチング要素の前記ゲートを前記トランシーバに結合する一つ以上のキャパシタを含む、請求項２に記載のリモート装置。
【請求項４】
それぞれのスイッチング要素の前記ゲートには、前記ゲートのそれぞれが高い又は低いＤＣ電圧にバイアスされるように、抵抗器も結合されている、請求項３に記載のリモート装置。
【請求項５】
前記無線電力トランシーバ回路を監視するためのコントローラを更に有し、前記コントローラは、全同期モード、半同期モード、不連続モード、及びダイオード整流モードのうちの少なくとも一つにおいて前記トランシーバから受け取った電力を整流するべく前記無線電力トランシーバ回路を制御するように構成されており、この場合に、前記コントローラは、前記スイッチング要素のそれぞれのゲートに直接的に結合する信号を印加する、請求項４に記載のリモート装置。
【請求項６】
前記無線電力トランシーバ回路を監視するためのコントローラを更に具備し、前記コントローラは、全同期モード、半同期モード、不連続モード、及びダイオード整流モードのうちの少なくとも一つにおいて前記トランシーバから受け取られた電力を整流するべく前記無線電力トランシーバ回路を制御するように構成されている、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項７】
前記無線電力トランシーバ回路は、前記トランシーバに結合された一つ以上のスイッチを含み、且つ、前記コントローラは、前記受取モードにおいて、それぞれのスイッチのゲートを駆動し、前記トランシーバ内において受け取られた電力の整流を制御すると共に、前記伝送モードにおいて、前記トランシーバを駆動し、無線電力を伝送する能力を有する、請求項６に記載のリモート装置。
【請求項８】
前記トランシーバに結合されたセンサであって、前記トランシーバ内の電力の特性を検知するように適合されたセンサと、
前記伝送モードにおいて、前記トランシーバを駆動するべく、前記検知された電力の特性に基づいて前記無線電力トランシーバ回路を制御するように構成されたコントローラと、
を更に具備する、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項９】
前記コントローラは、別のリモート装置が電力を伝送しているかどうかを前記検知された電力の特性に基づいて検出するように構成されている、請求項８に記載のリモート装置。
【請求項１０】
前記無線電力トランシーバ回路は、ブリッジトポロジーにおいて構成された少なくとも四つのスイッチを含み、前記少なくとも四つのスイッチは、前記トランシーバ内において受け取られた前記電力を整流するように前記自己駆動型同期整流回路によって制御される能力を有する、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項１１】
前記少なくとも四つのスイッチのうちの二つは、ダイオードであり、それぞれのダイオードは、前記ブリッジトポロジーのロウ側コンポーネントである、請求項１０に記載のリモート装置。
【請求項１２】
前記少なくとも四つのスイッチのそれぞれは、二つのバックツーバックＭＯＳＦＥＴを具備する、請求項１０に記載のリモート装置。
【請求項１３】
前記伝送モードにおいて、前記ブリッジトポロジーは、前記トランシーバを駆動するべく、ハーフブリッジモードにおいて動作する、請求項１０に記載のリモート装置。
【請求項１４】
第二リモート装置との間の通信の能力を有する通信システムを更に具備し、且つ、前記リモート装置は、前記第二リモート装置に対して電力を転送する能力を有する、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項１５】
前記通信システムは、前記第二リモート装置との間において電力情報を交換し、且つ、前記リモート装置は、前記伝送モード又は前記受取モードのいずれに入るのかを前記電力情報に基づいて判定する、請求項１４に記載のリモート装置。
【請求項１６】
（ａ）前記トランシーバと結合する共振器としての動作と、（ｂ）電力を受け取るか又は伝送するための選択的な起動と、のうちの少なくとも一つを実行するべく第二トランシーバを更に具備する、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項１７】
前記第二トランシーバの選択的な起動は、前記伝送モードにおいて、前記第二トランシーバを起動すると共に前記トランシーバを起動停止するステップと、前記受取モードにおいて、前記第二トランシーバを起動停止すると共にトランシーバを起動するステップと、を含む、請求項１６に記載のリモート装置。
【請求項１８】
前記伝送モードにおいてブーストモードで動作すると共に前記受取モードにおいてバックモードで動作する能力を有する二象限電源を更に具備する、請求項１に記載のリモート装置。
【請求項１９】
電力を少なくとも一つのリモート装置に転送する無線電源であって、
無線電力を前記少なくとも一つのリモート装置に転送する一次コイルであって、前記無線電源と前記少なくとも一つのリモート装置との間に誘導リンクを形成するように構成された一次コイルと、
電源から電力を受け取ると共に前記一次コイルに電力を提供するように構成されたコンバータ回路と、
前記無線電源が前記少なくとも一つのリモート装置から無線電力を受け取るのに応答し、前記電源からの電力の伝送を選択的に可能にする能力を有する電力節約回路であって、起動停止状態において、前記一次コイルは、前記電源から接続切断され、前記無線電源によって受け取られた前記無線電力は、前記電力節約回路に電力供給され、前記電源からの前記電力を使用した前記一次コイルからの無線電力の伝送を選択的に可能にする、電力節約回路と、
を具備する無線電源。
【請求項２０】
前記一次コイルに動作可能に結合されたカプラを更に具備し、前記カプラは、入力を前記電力節約回路に提供し、前記電力節約回路は、前記入力が前記一次コイル内の電力を通知するのに応答して電力の伝送を可能にする、請求項１９に記載の無線電源。
【請求項２１】
前記カプラは、センサであり、且つ、前記センサは、前記一次コイル内の電力の特性を検知する、請求項２０に記載の無線電源。
【請求項２２】
無線電力を受け取るように構成されたレシーバを更に具備し、前記電力節約回路は、前記レシーバがリモート装置から無線電力を受け取るのに応答して電力の伝送を選択的に可能にする、請求項１９に記載の無線電源。
【請求項２３】
前記電源は、交流源又は直流源である、請求項１９に記載の無線電源。
【請求項２４】
前記一次コイルからの無線電力の伝送を制御するように構成されたコントローラを更に具備する、請求項１９に記載の無線電源。
【請求項２５】
前記電力節約回路は、前記コントローラを起動し、且つ、前記コントローラは、前記電力節約回路によって起動されるのに応答して前記電源からの電力を提供するように前記コンバータ回路を制御する、請求項２４に記載の無線電源。
【請求項２６】
前記電力節約回路は、前記コントローラが前記無線電源を起動状態において維持できるようにする論理回路を含む、請求項２４に記載の無線電源。
【請求項２７】
前記論理回路は、一つ以上の外部源用の入力を含み、前記外部源は、前記電源からの電力の伝送を可能にするように前記電力節約回路をトリガする能力を有する、請求項２６に記載の無線電源。
【請求項２８】
リモート装置と装置との間における無線電力転送をネゴシエートする方法であって、前記リモート装置は、伝送モードにおいて無線電力を伝送すると共に受取モードにおいて無線電力を受け取る能力を有するトランシーバを有する、方法であって、
前記リモート装置に関係するリモート装置情報を取得するステップと、
前記リモート装置の前記トランシーバの十分近傍において前記装置を検出するステップと、
前記装置から、前記装置に関係する装置情報を受け取るステップと、
前記装置情報と前記リモート装置情報との比較に基づいて、伝送モードにおいて電力を伝送するのか又は受取モードにおいて電力を受け取るのかを判定するステップと、
を具備する方法。
【請求項２９】
前記装置情報は、前記装置の負荷、装置状態、前記装置の電池状態、装置タイプ、及び利用可能な電力の最大量のうちの少なくとも一つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記装置に対して、前記リモート装置と関係する前記リモート装置情報を伝送するステップ、を更に具備する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記判定するステップは、前記リモート装置又は前記装置のいずれがより多くの利用可能な電力を有するのか、前記リモート装置又は前記装置のいずれがより多くの電力を使用するのか、前記リモート装置又は前記装置のいずれがより大きな電池を有するのか、且つ、前記リモート装置又は前記装置のいずれがより枯渇した電池を有するのか、のうちの少なくとも一つに基づく、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記装置内において、前記リモート装置から受け取られる電力の量を制限するステップ、を更に具備する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
無線電力を受け取ると共に伝送する能力を有するリモート装置であり、電源から無線電力を伝送する能力を有するリモート装置であって、
装置によって生成される磁界に応答して電力を生成すると共に駆動されるのに応答して無線電力を生成するように構成されたトランシーバと、
前記トランシーバに結合された無線電力トランシーバ回路であって、バックモードとブーストモードとの間において構成可能である無線電力トランシーバ回路と、
を具備し、
前記ブーストモードにおいて、前記無線電力トランシーバ回路は、前記電源からの電力によって前記トランシーバを駆動し、前記無線電力トランシーバ回路は、前記トランシーバを前記ブーストモードにおいて駆動するべく前記電源の電圧を増大させ、
前記バックモードにおいて、前記無線電力トランシーバ回路は、前記トランシーバ内において受け取られた前記電力を整流する能力を有し、前記無線電力トランシーバ回路は、前記バックモードにおいて、前記トランシーバ内において受け取られる前記電力の電圧を減少させ、且つ、
前記無線電力トランシーバ回路は、前記バックモード及び前記ブーストモードにおいて双方向に動作可能であるコンバータインダクタを含み、前記コンバータインダクタは、前記バックモードにおいては、前記トランシーバからトランシーバ電力を受け取ると共に前記電源に供給するために前記トランシーバ電力の電圧を減少させるように構成され、且つ、前記コンバータインダクタは、前記ブーストモードにおいては、前記電源から電源電力を受け取ると共に前記トランシーバに供給するために前記電源電力の電圧を増大させるように構成されている、
リモート装置。
【請求項３４】
前記無線電力トランシーバ回路は、二象限電源である、請求項３３に記載のリモート装置。
【請求項３５】
電流は、前記バックモードにおいては、前記コンバータインダクタを通じて、前記トランシーバから負荷に流れ、且つ、電流は、前記ブーストモードにおいては、前記コンバータインダクタを通じて、前記電源から前記トランシーバに流れる、請求項３３に記載のリモート装置。
【請求項３６】
前記無線電力トランシーバ回路は、連続モード及び不連続モードのうちの少なくとも一つにおいて動作可能である、請求項３３に記載のリモート装置。
【請求項３７】
前記無線電力トランシーバ回路が前記連続モード又は前記不連続モードのいずれにおいて動作しているのかを検出し、且つ、
前記ブーストモードにおいて、前記無線電力トランシーバ回路が前記不連続モードで動作していることを検出するのに応答して、前記装置が電力を伝送していると判定する、
ように構成されたコントローラを更に具備する、請求項３６に記載のリモート装置。
【請求項３８】
前記装置は、別のリモート装置又は無線電源である、請求項３３に記載のリモート装置。
【請求項３９】
前記トランシーバと前記無線電力トランシーバ回路とを前記電源から接続切断するように動作可能であるスイッチ、を更に具備する、請求項３３に記載のリモート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送に関し、且つ、更に詳しくは、リモート装置との間における双方向電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
公共用途におけるリモート装置の存在感が益々増大している。携帯電話機、デジタル音楽プレーヤ、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント、センサ、及びその他の類似の電子装置などのリモート装置が、世界の多くの地域において、ほとんど普遍的な存在となっている。
【０００３】
これらのタイプのリモート装置の存在感の増大に伴い、製品サイクルを追うごとに、その設計及び機能の組が、変化し、且つ、進化している。具体的には、リモート装置を充電するか又はこれに電力供給するための電力インターフェイスが、多くの観点において、進化している。いくつかの初期のリモート装置は、コード及びコネクタインターフェイスを介してＡＣアダプタなどの電源から電力を受け取るように設計されていた。しかし、これらの従来型のコネクタインターフェイスは、様々な欠点を有している。いくつかの例におけるコネクタインターフェイスは、プロプライエタリなインターフェイスであり、これが、その他のリモート装置との間の相互動作性に対する障壁になる可能性がある。又、コネクタインターフェイスは、電気接点を露出状態に残す場合があり、この結果、水分への曝露などの環境要因によってリモート装置が損傷する可能性がある。更には、これらのインターフェイスには、多くの場合に、機械的な障害が発生しやすい。
【０００４】
これらの課題に対処するべく、最近では、無線電力インターフェイスを利用してコード及びコネクタインターフェイスを除去するようになっている。無線電力インターフェイスは、電気接点を伴うことなしに、或いは、コード及びコネクタインターフェイスを伴うことなしに、電力を電源からリモート装置に伝送するべく、一次側（トランスミッタ、一次コイル、又は一次インダクタとも呼称される）と二次側（レシーバ、二次コイル、又は二次インダクタとも呼称される）との間の結合を活用してもよい。例えば、リモート装置に対する無線電力伝送は、リモート装置に内蔵された二次側と誘導結合するように一次側にエネルギー供給することにより、実現されてもよい。
【０００５】
無線電力を受け取る能力を有するリモート装置の普及に伴い、一部の人々は、リモート装置が、無線電力の受取に加えて、無線電力を伝送する能力を有してもよいことを認識するようになっている。具体的には、このような双方向の電力伝送を可能にするいくつかの類似性が、従来型の無線電源とリモート装置との間に存在している。例えば、これらは、いずれも、多くの構成においてコイルを含み、このコイルは、二次コイル及び一次コイルの両方として使用することができる。但し、いくつかの相違点が存在しており、従来型の無線電源は、一次コイルにエネルギー供給するための駆動回路を含み、従来型のリモート装置は、二次コイルにおいて受け取った電力をコンディショニングするための受動型の整流回路を含む。
【０００６】
無線電力を受け取る能力を有するリモート装置の増加を補うように、充電ベースなどの無線電源が更に一般的になっている。壁面コンセントを使用するコード及びコネクタインターフェイスとは異なり、従来型の無線電源は、多くの場合に、リモート装置に対する電力供給のために待機している間、アイドル状態に留まっている。アイドル状態にある際には、電源は、その電力源から一定の電力を引き出すことになる。わずかではあるが、この一定の引出しは、長期間にわたる場合には、或いは、複数の電源がアイドル状態に残されることによって悪化した際には、大量のエネルギーの浪費に至る場合がある。この浪費を極小化するための解決策は存在しているが、そのいずれもが、この浪費を実質的に又は完全に除去するとは考えられない。例えば、所定の期間にわたって電源をシャットダウンするスーパーバイザを含むように、いくつかのシステムが開発されているが、これらのシステムの場合にも、なんらかの回路がオン状態に留まり、且つ、依然として電力を引き出しており、これらの回路には、例えば、スーパーバイザ及びコンバータ回路が含まれる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、電力の無線による伝送と受取との両方の能力を有するリモート装置を含む無線電源システムを提供する。一実施形態におけるリモート装置は、自己駆動型同期整流器を含んでもよい。
【０００８】
一実施形態においては、無線電源システムは、電力がまったく又は実質的にまったく引き出されないオフ状態に入ると共にリモート装置からの電力の受取に応答してオフ状態からウェイクアップするように構成された無線電源を含んでもよい。この実施形態における無線電源システムのリモート装置は、自己駆動型同期整流器を含んでもよく、又はこれを含まなくてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態においては、リモート装置は、受取モードにおいて無線電力を受け取ると共に伝送モードにおいて無線電力を伝送する能力を有してもよい。リモート装置は、無線電源によって生成された磁界に応答して電力を生成するのみならず、駆動されることに応答して無線電源を伝送するように構成された電力トランシーバを含んでもよい。又、リモート装置は、トランシーバに結合されると共に受取モードと伝送モードとの間において構成可能である無線電力トランシーバ回路を含んでもよい。伝送モードにおいて、無線電力トランシーバ回路は、無線電力を伝送するようにトランシーバを駆動する能力を有してもよく、且つ、受取モードにおいて、無線電力トランシーバ回路は、トランシーバ内において受け取った電力を整流する能力を有してもよい。一実施形態においては、無線電力トランシーバ回路は、例えば、リモート装置がコントローラなしに又はコントローラによって制御されることなしに動作することを許容し得る自己駆動型同期整流回路を含む。
【００１０】
一実施形態においては、リモート装置は、無線電力トランシーバ回路を監視すると共に無線電力トランシーバ回路を制御するためのコントローラを含んでもよい。例えば、コントローラは、全同期モード、半同期モード、不連続モード、及びダイオード整流モードのうちの少なくとも一つを含む一つ又は複数のモードで電力を整流するように無線電力トランシーバを構成してもよい。又、リモート装置は、トランシーバ内の電力の特性を検知するように適合されたセンサを含んでもよい。コントローラは、この検知された特性を使用し、伝送モード又は受取モードのいずれにおいてリモート装置を構成するのかを判定してもよい。例えば、センサの検知出力は、別の装置が電力を伝送していることを通知してもよく、且つ、この情報に基づいて、コントローラは、リモート装置を受取モードに構成するように判定してもよい。別の例として、検知出力は、リモート装置の近傍における別の装置の存在を通知してもよい。
【００１１】
一実施形態においては、リモート装置は、無線電源又は別のリモート装置などの別の装置と通信する能力を有する通信システムを含んでもよい。通信システムは、リモート装置がその他の装置との間で電力情報を交換できるようにしてもよい。この電力情報を使用し、伝送モード又は受取モードのいずれに入るのかを判定してもよい。
【００１２】
一実施形態においては、リモート装置は、複数のトランシーバを含んでもよい。これらのトランシーバのうちの一つ又は複数は、動作モード及びトランシーバのインダクタンスを含む様々な要因に応じて、選択的に起動されてもよい。例えば、伝送モードにおいて、一つトランシーバが起動されてもよいが、受取モードにおいて、別のトランシーバが起動されている間、その同一のトランシーバは起動停止されてもよい、一実施形態において、トランシーバのうちの一つ又は複数は、リモート装置内の別のトランシーバと結合することにより、無線電力の伝送及び受取を可能にする共振器として動作してもよい。
【００１３】
一実施形態においては、リモート装置は、伝送モードにおいてブーストモードで動作すると共に受取モードにおいてバックモード（buck mode）で動作する能力を有する二象限電源を含んでもよい。例えば、伝送モードにおいて、二象限電源は、リモート装置の電池の電圧を効率的な電力伝送に十分なレベルまでブーストしてもよい。更には、受信モードにおいて、二象限電源は、無線電力トランシーバ回路からの整流済み電圧出力をリモート装置の電池を充電するために又はリモート装置の負荷に電力供給するために適切なレベルに低減してもよい。
【００１４】
一態様においては、本発明は、電力を少なくとも一つのリモート装置に伝送する無線電源を含んでもよい。無線電源は、電力を少なくとも一つのリモート装置に伝送する一次コイルと、電力源から電力を受け取ると共に電力を一次コイルに提供するように構成されたコンバータ回路と、を含んでもよい。又、無線電源は、一次コイルが無線電力を受け取ることに応答して電力源からの電力の伝送を選択的に可能にする能力を有する電力節約回路を含んでもよい。例えば、無線電源は、リモート装置が無線電力の受取を所望しているという通知を待っている間、起動停止又はオフ状態に留まってよい。リモート装置は、電力を無線電源に伝送することにより、このような通知を提供してもよく、次いで、無線電源は、無線電力のリモート装置への伝送を開始してもよい。
【００１５】
又、一実施形態においては、無線電源は、一次コイルにおける無線電力の受取以外のイベントに応答して電力の伝送を選択的に可能にする能力を有してもよい。例えば、ユーザがボタンを押下して無線電源を起動してもよく、或いは、車両点火システムなどの外部コントローラによって無線電源をターンオンしてもよい。
【００１６】
一態様においては、本発明は、アイドル状態に留まっている間に無線電源内の電力の引出しを低減又は除去する単純且つ効果的なシステムを提供する。例えば、無線電源が、オフィスエリア又は自宅内などのように、大量の時間をスタンバイ状態において費やす環境にある場合には、このスタンバイ時間における電力の引出しが低減又は除去されることになる。別の態様においては、本発明は、リモート装置が交互に電力の伝送又は受取を実行するための効果的なシステムを提供してもよい。例えば、リモート装置は、いくつかの状況において、コントローラなしに、又はコントローラをまず動作させるための十分な電力なしに、電力を受け取ってもよい。
【００１７】
本発明のこれらの及びその他の目的、利点、及び特徴については、現時点における実施形態及び図面の説明を参照することにより、更に十分に理解及び認識することができよう。
【００１８】
本発明の実施形態について詳述する前に、本発明は、以下の説明に記述されるか又は添付図面に図示されている動作の詳細又はコンポーネントの構造及び構成の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、様々なその他の実施形態において実装されてもよく、且つ、本明細書に明示的に開示されてはいない代替方法によって実施又は実行されてもよい。又、本明細書に使用されているフレーズ及び用語は、説明を目的としたものであり、且つ、限定として見なしてはならないことをも理解されたい。「含む」及び「有する」並びにこれらの変形の使用は、その後に列挙されている項目及びその均等物のみならず、更なる項目及びその均等物をも包含することを意味している。更には、列挙は、様々な実施形態の説明において使用されている場合もある。そうではない旨が明示的に記述されていない限り、列挙の使用は、本発明を任意の特定の順序又は数のコンポーネントに限定するものと解釈してはならない。又、列挙の使用は、列挙されているステップ又はコンポーネントと組み合わせ得ると共にこれらに組み込まれ得る任意の更なるステップ又はコンポーネントを本発明の範囲から排除するものと解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるリモート装置の無線電力トランシーバ回路の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、リモート装置から無線電源への電力の流れを示す、無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図５】本発明の一実施形態による、無線電源からリモート装置への電力の流れを示す、無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、無線電源からリモート装置への電力の流れを示す、無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による電力を別のリモート装置に伝送するリモート装置の概略図である。
【図８】本発明の一実施形態による別の装置に相対するリモート装置の代表図である。
【図９】本発明の第２実施形態による無線電源及びリモート装置の概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態によるリモート装置及び別のリモート装置の概略図である。
【図１１】本発明の第２実施形態によるリモート装置及びその他のリモート装置の代表図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による、一方から他方への電力伝送を示す、リモート装置及びもう一つのリモート装置の代表図である。
【図１３】本発明の第２実施形態による、一方から他方への電力伝送を示す、リモート装置及びもう一つのリモート装置の代表図である。
【図１４】本発明の第３実施形態によるリモート装置及び無線電源の概略図である。
【図１５】本発明の第３実施形態によるリモート装置及び無線電源の概略図である。
【図１６】本発明の第４実施形態によるリモート装置及び無線電源の概略図である。
【図１７】本発明の第５実施形態によるリモート装置及び無線電源の概略図である。
【図１８】本発明の第５実施形態によるリモート装置及び無線電源の概略図である。
【図１９】本発明の第５実施形態による、リモート装置から無線電源への電力伝送を示す、リモート装置及び無線電源の概略図である。
【図２０】本発明の第５実施形態による、無線電源からリモート装置への電力伝送を示す、リモート装置及び無線電源の概略図である。
【図２１】本発明の第６実施形態によるリモート装置の概略図である。
【図２２】本発明の第６実施形態によるバックモードにおけるリモート装置の概略図である。
【図２３】本発明の第６実施形態によるバックモードにおけるリモート装置の概略図である。
【図２４】本発明の第６実施形態によるブーストモードにおけるリモート装置の概略図である。
【図２５】本発明の第６実施形態によるブーストモードにおけるリモート装置の概略図である。
【図２６】本発明の第６実施形態によるブーストモードにおけるリモート装置の概略図である。
【図２７】本発明の第６実施形態によるリモート装置の概略図である。
【図２８】本発明の第６実施形態によるリモート装置の概略図である。
【図２９】本発明の一実施形態によるリモート装置の無線電力トランシーバ回路の概略図である。
【図３０】本発明の一実施形態による方法の概略ステップを示すフローチャートである。
【図３１】本発明の一実施形態による方法の概略ステップを示すフローチャートである。
【図３２】本発明の一実施形態によるリモート装置の無線電力トランシーバ回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．概要
本発明は、電力を無線で伝送するのみならず、受け取る能力をも有するリモート装置を含む無線電源システムを対象としている。又、無線電源システムは、電力がまったく又はほとんど引き出されないオフ状態に入るように構成されると共に誘導電源の近傍におけるリモート装置からの電力の受取に応答してオフ状態からウェイクアップするように構成された無線電源を含んでもよい。開示を目的として、無線電源システムは、一つのリモート装置との関連において主に記述されているが、複数のリモート装置が無線電源システム内において使用されてもよいことを理解されたい。更には、一般的な負荷を有するリモート装置との関連において記述されているが、本発明は、携帯電話機、デジタル音楽プレーヤ、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント、低電力電子センサ、及びその他の類似の電子装置における使用に非常に適している。
【００２１】
リモート装置は、受取モードと伝送モードという二つのモード間において構成可能である無線電力トランシーバ回路を含んでもよい。これらのモードのうちの一つによる動作は、リモート装置が無線電力を受け取るのか又は伝送するのかによって左右されることになる。リモート装置が無線電力を受け取っている場合には、無線電力トランシーバ回路は、トランシーバ内において受け取った電力をリモート装置内の又はこれに接続されたその他の回路が使用可能な電力に整流してもよい。その一方で、リモート装置が無線電力を伝送している場合には、無線電力トランシーバ回路は、誘導電源又は別のリモート装置などの別の装置と誘導結合するように、トランシーバを駆動するか又はこれにエネルギー供給してもよい。一実施形態においては、無線電力トランシーバ回路は、リモート装置がコントローラの支援なしに電力を整流し得るように、自己駆動型同期方式で電力を整流するように構成されてもよい。
【００２２】
一実施形態においては、無線電源は、リモート装置からの無線電力の受取などの入力の受取に応答してオン状態に入ってもよい。この構造により、無線電源は、リモート装置又はユーザが無線電力を伝送するための通知を提供する時点までオフ状態に留まることによって電力消費量を低減することにより、電力を節約してもよい。
【００２３】
Ｂ．システム
本発明の一実施形態による無線電源システムが、参照符号１０によって表記された状態で、図１〜図８に示されている。無線電源システム１０は、無線電力を受け取ると共に伝送するように構成されたリモート装置１４を含む。又、無線電源システム１０は、電源１０、一つ又は複数の更なるリモート装置１４、１４’、又はこれらの両方を含んでもよく―これらは、いずれも、無線電力を受け取ると共に伝送するか、無線電力の受取りのみを実行するか、或いは、無線電力の伝送のみを実行するように、構成されてもよい。例えば、リモート装置１４は、従来型の無線電源、従来型のリモート装置、或いは、これらの両方との関連において動作してもよい。
【００２４】
リモート装置１４は、セル電話機、メディアプレーヤ、ハンドヘルド型ラジオ、カメラ、フラッシュライト、又は基本的に任意のその他の携帯型電子装置などの全般的に従来型の電子装置を含んでもよい。リモート装置１４は、電池、キャパシタ、又はスーパーキャパシタなど電気エネルギー保存装置を含んでもよく、或いは、電気エネルギー保存装置を伴うことなしに動作してもよい。リモート装置１４の主動作と関連付けられた（且つ、無線電力伝送と関連付けられてはいない）コンポーネントは、全般的に従来型であり、且つ、従って、詳細な記述を省略することとする。この代わりに、リモート装置１４の主動作と関連付けられたコンポーネントは、一般に、主負荷又は電池３８と呼称される。例えば、セル電話機の環境においては、セル電話機自体と関連付けられた電子コンポーネントについての説明は省略することとする。電池３８との関連において記述されているが、リモート装置は、電池３８を含まなくてもよく、且つ、電池３８は、負荷であってもよいことを理解されたい。
【００２５】
リモート装置１４は、無線電力を受け取るのみならず、伝送する能力をも有する直列共振タンク回路を形成するように構成された二次コイル２２及び共振キャパシタ２４を有するトランシーバ２１を含む。本発明は、直列共振タンク回路を伴う使用に限定されるものではなく、且つ、その代わりに、その他のタイプの共振タンク回路と共に、且つ、場合によっては、整合する静電容量を伴わない単純なインダクタなどの非共振タンク回路と共に、使用されてもよい。又、更に詳細に後述する代替実施形態は、無線電力を受け取ると共に伝送するようにトランシーバ２１との関連において動作する能力を有する共振器回路を含んでもよい。
【００２６】
現時点における実施形態によるリモート装置１４は、二つのモードの間において構成可能である無線電力トランシーバ回路３０を含む。受取モードにおいて、無線電力トランシーバ回路３０は、二次コイル２２内において受け取った無線電力に基づいて整流済みの出力を生成するための整流器として構成されてもよい。更には、伝送モードにおいて、無線電力トランシーバ回路３０は、トランシーバ２１から無線電力を伝送するように駆動される能力を有するインバータとして構成されてもよい。
【００２７】
又、リモート装置１４は、スイッチ３７と、キャパシタ３６と、を含んでもよい。リモート装置１４が当初受け取る電力が、電池３８を充電するために又は負荷に電力供給するために不十分である場合があることから、スイッチ３７及びキャパシタ３６は、低電力状態を緩和するように、又は電池３８の充電を制御するように、動作してもよい。例えば、無線電力トランシーバ回路３０からの電圧出力が適切なレベルに到達したら、スイッチ３７を閉路することにより、電池３８の充電又は負荷への電力供給を可能にしてもよい。又、いくつかの状況においては、スイッチを開路して無線電力トランシーバ回路３０を電池３８から接続切断することにより、エネルギーが無用に電池３８から引き出されないようにしてもよい。
【００２８】
図１〜図８の図示の実施形態は、特定の整流器トポロジーとの関連において記述されているが、無線電力トランシーバ回路３０は、例えば、トランシーバ２１内の交流をリモート装置１４が使用する直流に変換するなどのように、任意のタイプの整流の能力を有する回路を含んでもよい。このような回路は、例えば、ダイオード整流、半同期整流、不連続モード整流、及び全同期整流を含む一つ又は複数の整流モードを提供するべく、ダイオード、スイッチ、又はこれらの任意の組合せを有してもよい。例えば、無線電力トランシーバ回路３０が単純なフルブリッジダイオード整流器を含む場合には、ダイオード整流が使用されてもよいが、無線電力トランシーバ回路３０をその他の整流モードのために再構成することはできないであろう。更には、無線電力トランシーバ回路３０がダイオード及びスイッチの両方を含む場合には、半同期整流と全同期整流のうちの少なくとも一つを使用することができよう。無線電力トランシーバ回路３０が、整流用のダイオードを伴うことなしに、スイッチを含む場合には、不連続モード整流、全同期整流、又はこれらの両方が使用されてもよい。
【００２９】
図１〜図７の図示の実施形態における無線電力トランシーバ回路３０は、トランシーバ２１内において受け取った無線電力を整流するようにスイッチングされる能力を有する複数のスイッチ３１〜３４を含む。スイッチの制御は、自己駆動回路３５により、又はコントローラ３９により、或いは、これらの両方により、自己駆動型の方式で実行されてもよい。
【００３０】
図示の実施形態においては、それぞれのスイッチ３１〜３４は、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴであるが、例えば、ダイオード、ボディダイオードを伴わないＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタ（Bipolar Junction Transistor：ＢＪＴ）、及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）を含む任意のタイプのスイッチが使用されてもよい。図示の実施形態においては、スイッチ３１〜３４は、二つのブランチを有するブリッジとして構成されており、これらのブランチのそれぞれは、トランシーバ２１の一側に接続されたハイ側スイッチ３１、３３及びロウ側スイッチ３２、３４を含む。この構成は、スイッチ３１〜３４が一つ又は複数のモードで同期式又は能動型の整流器として動作することを許容することになる。例えば、全同期モードにおいては、スイッチ３１〜３４のゲート７１〜７４は、適切な方向の電流の流れを許容するべくそれぞれのスイッチ３１〜３４が適切な時点において開閉されることを保証することにより、スイッチ３１〜３４が全波ブリッジダイオード整流器に類似した方式で動作するように、それぞれ、制御されてもよい。不連続モード、半同期モード、又はダイオード整流モードなどのその他のモードが、更に詳細に後述する同一又は代替整流器回路トポロジーを使用して実現されてもよい。
【００３１】
図１及び図２の図示の実施形態を具体的に参照すれば、無線電力トランシーバ回路３０は、無線電力トランシーバ回路３０が、コントローラ３９による制御を伴うことなしに、整流済み出力を生成しうるように、受取モードにおける自己駆動型同期整流のために構成された自己駆動回路３５を含んでもよい。例えば、コントローラ３９は、リモート装置１４に内蔵されなくてもよい。コントローラ３９を伴うことなしに動作する能力を有するが、リモート装置１４は、一代替実施形態においては、無線電力トランシーバ回路３０の制御及び監視のうちの少なくとも一つを実行するように適合されたコントローラ３８を含んでもよく、且つ、コントローラ３９は、自己駆動回路３５を伴って又はこれを伴うことなしに、使用されてもよいことを理解されたい。例えば、図３の図示の実施形態は、自己駆動回路３５を伴うことなしに整流済み出力を生成するべくコントローラ３９によって制御される無線電力トランシーバ回路３０を有する一実施形態を示している。又、コントローラ３９は、その他の装置との間の一方向又は双方向の通信を可能にする通信システムを内蔵してもよい。通信は、トランシーバ２１とは別個のチャネルを介して、或いは、トランシーバ２１との間の誘導結合上において、発生してもよい。この通信システムは、コントローラ３９に統合されてもよく、或いは、コントローラ３９とは別個の回路に組み込まれてもよい。
【００３２】
無線電力トランシーバ回路３０の自己駆動回路３５は、自己駆動型の同期整流の実現を支援してもよい。例えば、自己駆動回路３５は、コントローラなしに同期整流を実現するべくスイッチ３１〜３４のゲート７１〜７４のタイミングを制御するように構成されたアナログ回路を含んでもよい。このような一例が、図２の図示の実施形態に更に詳細に示されている。図示のように、トランシーバ２１及びスイッチ３１〜３４は、図１のものに類似したトポロジーで構成されている。又、図示の実施形態は、わかりやすくするために回路の全体にわたって分散された状態で示された自己駆動回路をも含み、この自己駆動回路は、キャパシタ６１〜６４と、バイアス抵抗器６５〜６８と、を有する。キャパシタ６１〜６４は、スイッチをターンオン又はオフするための適切なゲート電荷をスイッチ３１〜３４上に生成するべく、スイッチ３１〜３４のゲート７１〜７４を無線電力トランシーバ回路３０の反対側のブランチ又はレッグに結合してもよい。バイアス抵抗器６５〜６８は、高い又は低い整流済み電圧に結合されてもよく、且つ、スイッチ３１〜３４がオン状態に過大に長く留まることによって整流済み電圧の短絡の可能性を防止するべく、十分に迅速なスイッチ３１〜３４のターンオフを支援するように使用されてもよい。
【００３３】
図２の図示の実施形態における自己駆動回路は、整流済み電圧の短絡を回避するように構成されてもよいが、スイッチ３１〜３４が過剰に低速でターンオフし得る又は過剰に高速でターンオンし得る照明負荷や非常に高度な結合などの状況が存在する場合がある。リモート装置１４が図３の図示の実施形態のコントローラ３９などのコントローラを含む代替実施形態においては、コントローラは、ゲート７１〜７４を制御するべく、無線電力トランシーバ３０に結合されてもよく、且つ、整流済み電圧の短絡を更に回避するように潜在的に構成されてもよい。コントローラ３９は、具体的には、整流モードにおける無線電力トランシーバ３０の動作を監視及び制御してもよい。例えば、コントローラ３９は、そのゲート電荷を（直接的に或いはドライバ又は基準電圧を通じて）制御することにより、上部スイッチ３１、３３又は下部スイッチ３２、３４を無効してもよい。上部スイッチ３１、３３又は下部スイッチ３２、３４を無効にすることにより、コントローラ３９は、無線電力トランシーバ回路３０を半同期整流モードに強制的に遷移させる能力を有することになる。四つのスイッチ３１〜３４が無効にされた場合には、それぞれのスイッチ３１〜３４と関連付けられたボディダイオードを通じて、又は外部ダイオードを通じて、全波ダイオードブリッジ整流モードが実現されることになる。更に別の代替実施形態においては、スイッチ３１〜３４のゲート７１〜７４の電圧によるスイッチ３１〜３４の損傷を防止するべく、ツェナーダイオード（図示されてはいない）が含まれてもよい。
【００３４】
図３〜図７の図示の実施形態においては、リモート装置１４は、自己駆動回路を伴うことなしに受取モードにおいてスイッチ３１〜３４の同期整流を制御するように適合されたコントローラ３９を含む。コントローラ３９は、本明細書に記述されているように、図１〜図２の図示の実際形態の無線トランシーバ回路３０の自己駆動回路３５を補完又は置換してもよい。コントローラ３９は、全同期、半同期、不連続、及びダイオード整流モードなどの一つ又は複数のモードで整流を制御するように構成されたマイクロコントローラ又はアナログ回路或いはこれらの組合せを有してもよい。全同期モード動作については、図１〜図２との関係において上述したとおりである。
【００３５】
以下、図１〜図７の図示の実施形態及び無線電力トランシーバ回路３０の様々な代替実施形態との関係において、不連続、半同期、及びダイオード整流モードについて更に詳細に説明することとする。
【００３６】
不連続モードにおいては、四つのスイッチ３１〜３４は、図１〜図２の図示の実施形態との関係において説明した全同期モードと同様に、使用されてもよいが、例えば、スイッチ３１〜３４のすべてが、電流サイクルの一部分わたってターンオフされてもよい。このスイッチタイミングは、二次コイル２２内の再循環電流が突然ゼロに移行することを結果的にもたらすことになり、或いは、換言すれば、電流は、もはや、二次コイル２２内において連続的な方式で流れなくなろう。不連続モード整流を実装することにより、無線電源１２に対する通信を要することなしに、無煙電力トランシーバ回路３０からの整流済み電圧出力を低減してもよい。この結果、リモート装置１４は、それ自体で、自身が受け取る電力量を制御してもよい。一代替実施形態においては、リモート装置１４は、例えば、電力需要に関係する情報、電力要件、又は電力使用量を含む情報を無線電源に対して依然として伝達してもよいことを理解されたい。
【００３７】
半同期モードにおいては、無線電力トランシーバ回路３０は、整流器要素に跨る電圧降下を低減するべく、それぞれ、トランシーバ２１の負又は正の端子に接続された二つのハイ側スイッチ３１、３３又は二つのロウ側スイッチ３２、３４を含んでもよい。ダイオードは、（例えば、ハイ側スイッチ３１、３３又はロウ側スイッチ３２、３４を置換するように）反対側の整流器要素として使用されてもよい。図１及び図２の図示の実施形態との関連において説明したように、ブリッジのそれぞれのブランチの上部又は下部部分におけるダイオード整流と、それぞれのブランチの反対側の部分内における能動的整流と、を使用することにより、半同期モードが実現されてもよい。
【００３８】
ダイオード整流モードにおいては、無線電力トランシーバ回路３０は、一方向において一つのブランチ内を流れる電流が下部ダイオードを通じて整流器の負の―又は、ゼロ基準の―端子から電流を引き出すことを許容するべく、且つ、上部ダイオードを通じて電流を正の端子に対して押し出すべく、全波ブリッジダイオード整流トポロジー（例えば、二つの回路ブランチを有するブリッジ回路構成における四つ以上のダイオードの構成）を含んでもよい。電流極性が反転した際には、電流は、他方のブランチの反対側のダイオードを通じて、同一の方式により、但し、異なる方向で、正端子から負端子に、流れることになる。
【００３９】
図１〜図７との関係において説明したスイッチトポロジーのボディダイオードが、ダイオード整流モードにおいて使用されてもよいことを理解されたい。但し、無線電力トランシーバ回路３０が、一つのスイッチ３１〜３４とそれぞれが並列状態にある四つのダイオード（例えば、ボディダイオード）を有する四つのスイッチ３１〜３４の整流器を含む場合には、無線電力トランシーバ回路３０は、不連続モードにおいて稼働することができなくなり、その理由は、スイッチ３１〜３４がターンオフされた状態では、代わりに、再循環電流がダイオードを通じて流れるからである。多くの場合に、この結果、整流済み電圧が低減されるのではなく、動作効率が低減される。スイッチ３１〜３４と関連付けられたダイオードを通じた導通を防止するべく、無線電力トランシーバ回路３０は、それぞれのスイッチ３１〜３４の代わりに、バックツーバックＭＯＳＦＥＴなどのバックツーバックスイッチを含んでもよく、この場合には、ＭＯＳＦＥＴのゲートが一つに結合され、且つ、ソース又はドレインも、一つに結合されている。
【００４０】
一代替実施形態においては、無線電力トランシーバ回路３０は、同期整流器として構成されたスイッチ３１〜３４を含んでいなくてもよい。例えば、一代替実施形態における無線電力トランシーバ回路３０は、受取モードにおいて電力を整流するための全波ブリッジ整流器又は半波整流器などのダイオード整流器と、伝送モードにおいてトランシーバ２１にエネルギー供給する能力を有するスイッチ３１〜３４に類似したスイッチと、を含んでもよい。
【００４１】
例えば、図３２の図示の実施形態に示されている一代替実施形態においては、無線電力トランシーバ回路８３０は、無線電力トランシーバ回路３０に類似したものであってもよいが、いくつかの例外を伴っている。無線電力トランシーバ回路８３０は、別個のダイオード整流器８５０及びインバータ８５２を含んでもよいが、これらのそれぞれは、二次コイル２２に選択的に結合されてもよく、これには、例えば、別個の共振キャパシタ８２４、８２５を通じたものが含まれる。一構成においては、別個のダイオード整流器８５０及びインバータ８５２、並びに、個々のキャパシタ８２４、８２５は、同一の共振周波数を有するようにチューニングされてもよい。例えば、二次コイル２２及びキャパシタ８２５は、インバータ８５２及びキャパシタ８２４と同一の共振周波数を有してもよい。
【００４２】
この代替実施形態の別の構成においては、別個のキャパシタ８２４、８２５を使用することにより、伝送及び受取モードの共振周波数が異なる周波数にチューニングされてもよい。例えば、二次コイル２２及びキャパシタ８２５は、伝送モードにおいてインバータ８５２によって駆動された際に、受取モードにおいて整流器８５０によって実現される二次コイル２２及びキャパシタ８２４の共振周波数とは異なる共振周波数を有してもよい。この能力により、伝送モードにある際に、リモート装置は、受取モードの共振周波数における又はその近傍における共振電力伝送を実現することができるようになるが、伝送モードにおけるチューニングは、異なるものとなろう。例えば、その他の物体又は装置或いは電力を受け取る装置の近接性が、システムの全体共振周波数に対して影響を及ぼす場合があり、この結果、受取モードとは異なるように伝送モードをチューニングすることにより、リモート装置は、受取モードの共振周波数において又はこの近傍において共振電力伝送を実現することができる。
【００４３】
図示の実施形態におけるダイオード整流器８５０は、四つのダイオード８３１〜８３４から形成された全波ブリッジダイオード整流器であるが、ダイオード整流器８５０は、例えば、半波ダイオード整流器を含む本明細書に記述されているものなどの任意のタイプの整流器であってもよい。又、ダイオード整流器８５０は、ダイオード整流に限定されるものではなく、且つ、例えば、本明細書に記述されているその他の整流回路による同期整流器であってもよい。
【００４４】
更には、別個のダイオード整流器８５０及びインバータ８５３を使用することにより、整流済み電圧とインバータのレール電圧を分離してもよい。例えば、ダイオード整流器８５０からの整流済み電圧出力を使用し、リモート装置の一部分に供給することが可能であり、インバータ８５２のレール電圧は、リモート装置の別個の部分から到来してもよい。一例においては、整流済み電圧は、５Ｖをリモート装置の充電入力に提供してもよく、レール電圧は、７．２Ｖの電池によって供給されてもよい。
【００４５】
受取モードから伝送モードにスイッチングすることにより、リモート装置１４は、別の装置の充電を開始してもよく、或いは、自身が無線電力の受取を所望しているという通知を無線電源に送ってもよい。ダイオード整流器との比較において、同期整流器を使用する一つの利点は、同一のスイッチ３１〜３４が、受取モードにおける整流器及び伝送モードにおけるインバータの両方として使用されてもよいという点にある。誘導電源が除去され、且つ、リモート装置１４が電力の受取ではなく電力の伝送を所望している場合には、コントローラ３９は、無線電力伝送のためにトランシーバ２１にエネルギー供給することにより、伝送モードにおいて無線電力トランシーバ回路３０を動作させるように、スイッチ３１〜３４のうちの一つ又は複数を（直接的に或いは発振器又はドライバを通じて）制御してもよい。伝送モードにおいては、リモート装置１４は、本明細書に記述されている無線電源１２が使用しているものに類似した制御方式を使用してもよい。具体的には、トランシーバ２１には、すべての四つのスイッチ３１〜３４をフルブリッジドライバとして制御することにより、或いは、スイッチ３１〜３４のサブセットを制御することにより、エネルギー供給されてもよい。一例として、コントローラ３９は、結合キャパシタを使用して上部又は下部スイッチ３１〜３４のみのゲート７１〜７４を駆動することにより、コントローラ３９によって直接的に駆動されないその他の二つのスイッチ３１〜３４上に適切なゲート電荷を生成してもよい。
【００４６】
別の例として、コントローラ３９は、一つのハイ側スイッチ３１、３３及び一つのロウ側スイッチ３２、３４を含むハーフブリッジ構成でスイッチ３１〜３４の一つのブランチを駆動することにより、トランシーバ２１にエネルギー供給してもよい。この構成においては、ハイ側スイッチ３１、３３とロウ側スイッチ３２、３４は、それぞれ、トランシーバの同一の側に位置している。ハーフブリッジ構成において使用されていないスイッチ３１〜３４のもう一つのブランチは、一つが開路状態に留まると共に一つが閉路状態に留まることによって正又は負の端子に対する低抵抗値経路が生成されるように、構成されてもよい。図２９の図示の実施形態は、スイッチの一つの組３３、３４がハーフブリッジ駆動構成にあり、スイッチの他方の組が、正の端子に対する開路状態の回路として（開路状態のスイッチ３１は、図示されていない）、且つ、負端子に対する短絡回路として（スイッチ３２は、オン及びオフ状態の間で動作可能なスイッチとして示されている）、構成されている構成を有する無線電力トランシーバ回路９３０を示している。
【００４７】
この代替実施形態においては、リモート装置１４は、リモート装置１４がトランシーバ２１内の電力の特性を計測できるようにすることにより、コントローラ３９が無線電源１２において実装されているものに類似した方式で無線電力の伝送を制御できるようにするためのセンサ回路を更に含んでもよい。例えば、センサ回路は、電圧、電流、位相、及び電力のうちの少なくとも一つを検知してもよく、且つ、コントローラ３９は、検知された出力に基づいて、動作周波数、デューティサイクル、位相、及びレール電圧などの駆動特性を変化させてもよい。図示の実施形態においては、センサ回路は、直列共振キャパシタ２４と並列状態のＲＣ電圧分割器９２１、９２３とＲＣ電圧分割器９２１、９２３に結合された計装用増幅器９２５として示されている。この構造によれば、装置は、トランシーバ２１内を再循環する電流を計測することができるが、任意のタイプのセンサ回路を使用してトランシーバ２１内の電力の任意の特性を計測してもよいことを理解されたい。
【００４８】
次に、図７及び図８の図示の実施形態に合焦すれば、無線電源システム１０は、無線電源１２内の本線５０などの本線入力からの電力供給を伴うことなしに、一つのリモート装置１４から別のリモート装置１４’に電力を伝送するように構成されてもよい。リモート装置１４は、本明細書の図１〜図６との関係において説明したリモート装置に類似したものであってもよく、且つ、リモート装置１４’も、図７に示されているように、リモート装置１４に類似したものであってもよいが、代替実施形態においては、無線電力を伝送する能力を有していないリモート装置であってもよい。
【００４９】
又、例えば、図８の図示の実施形態に示されているように、誘導電力を受け取る能力を有するリモート装置１４を使用することにより、電池又はスーパーキャパシタ内にエネルギーを保存する能力を有していないリモートセンサ又はパッチなどのリモート装置１４’に誘導電力を伝送してもよい。一実施形態におけるリモートセンサは、印刷されたセンサパッチであってもよい。この代替実施形態におけるこのようなリモート装置１４’は、別個の通信チャネル（例えば、Bluetooth）を通じて、或いは、リモート装置１４とセンサ１４’との間の誘導結合上の通信チャネルを通じて、情報をリモート装置１４に中継返送してもよい。情報がリモート装置１４に返送されたら、リモート装置１４は、情報を保存してもよく、且つ、次いで、リモート装置１４が無線電源１２の近傍に配置された際に、無線電源１２との間の類似の又は異なる通信リンクを使用してその情報を伝送してもよい。或いは、この代わりに、リモート装置１４は、情報をその他のリモート装置１４’に伝送してもよい。この代替実施形態におけるリモート装置１４は、センサ１４’が検出されたら、更なるデータを収集するように構成されてもよい。例えば、センサが内部温度センサ又はその他の環境センサ（例えば、湿度又は周辺光センサ）である場合には、リモート装置１４は、使用状態情報を収集してもよく、或いは、センサ１４’及びその場所の写真を撮影してもよい。更には、リモート装置１４は、ＱＲ（Quick Response）コード、形状識別子、又はその他の視覚的キューなどの光学認識方式を使用してセンサ１４’の場所又は存在を判定してもよい。
【００５０】
図７の図示の実施形態を再度参照すれば、リモート装置１４、１４’は、同一のトランシーバ２１を使用して互いに充電して電力を受け取ると共に伝送してもよい。例えば、リモート装置１４は、電力をリモート装置１４’に無線伝送することにより、電池の入れ替えを回避して装置の変更を防止してもよい。
【００５１】
一つのリモート装置１４から別のリモート装置１４’への無線電力の伝送を開始するために、リモート装置１４は、例えば、加速度計（図示されてはいない）を介して衝突を検知することにより、ユーザの動作を検知してもよく、（負荷又はインダクタンスの変化を通知する）トランシーバ内の電流の変化を計測することによってリモート装置１４’の存在を検出してもよく、トランシーバ２１に結合されたインピーダンス要素の変調（例えば、後方散乱変調）を通じて、或いは、その他のリモート装置１４’の様々な既知の共振周波数を検出することにより、リモート装置１４’からの通信を検出してもよい。適切な識別及び検出システム及び方法については、Baarman 他に対して２０１１年８月２日付けで発行された「INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH DEVICE IDENTIFICATION」という名称の米国特許第７，９８９，９８６号明細書に記述されており、この内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。ユーザの動作を使用して伝送を開始する場合には、リモート装置１４、１４’は、それらの間の通信を開始して電力伝送をネゴシエート及びセットアップしてもよい。
【００５２】
リモート装置１４’がリモート装置１４の近傍に位置するかどうかを判定するために、リモート装置１４は、そのトランシーバ２１を定期的に起動してもよく、（ボタン又はタッチスクリーンなどの）ユーザの動作によって要求された場合にそのトランシーバ２１を起動してもよく、或いは、別個の通信チャネルを使用し、近傍のリモート装置１４’又はその他の装置を検出してもよい。例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）又は Bluetooth 通信リンクにより、リモート装置１４の近傍のリモート装置１４’を識別してもよい。図１６の図示の実施形態は、無線電源３１２及びリモート装置３１４との関係において、このようなＮＦＣ通信リンクを示しているが、このＮＦＣ通信リンクは、同様に、リモート装置１４、１４’の間において実装されてもよいことを理解されたい。別個の通信リンクが近傍のリモート装置１４’の識別を支援したら、リモート装置１４は、伝送モードにおける電力伝送のためにそのトランシーバ２１を起動するように判定してもよい。
【００５３】
以下、開示を目的として、無線電源１２との関連において、無線電源システム１０について説明することとする。無線電源システム１０は、無線電源１０に従って構成された無線電源に限定されるものではなく、且つ、代替実施形態においては、従来型の無縁電源が使用されてもよいことを理解されたい。図１及び図３〜図６の図示の実施形態の無線電源１２は、リモート装置（例えば、リモート装置１４）からの無線電力の受取などの入力の受取に応答してオン状態に入るように構成されてもよい。この構造によれば、電源１０は、無線電力の受取を所望しているとリモート装置１４が通知する時点までオフ状態に留まることによって電力消費量を低減することにより、電力を節約してもよい。
【００５４】
図１及び図３〜図６の図示の実施形態による無線電源１２は、一次コイル４２と、共振キャパシタ４２と、制御システム５４と、ドライバ５６と、コンバータ５２と、本線入力５０と、を含んでもよい。本実施形態のコンバータ５２は、本線入力５０からのＡＣ入力（例えば、壁面コンセント）を無線電力トランスミッタの一次コイル４２を駆動するために適した適切なＤＣ出力に変換する従来型のコンバータであってもよい。一代替肢として、本線入力５０は、ＤＣ源であってもよく、コンバータ５２は、これを、一次コイル４２を駆動するための適切なＤＣ出力に通過させてもよく、或いは、これに変換してもよい。この実施形態においては、コンバータ５２は、整流器及びＤＣ／ＤＣコンバータを一般に有するＡＣ／ＤＣコンバータである。整流器及び／又はＤＣ／ＤＣコンバータは、適切なＤＣ出力を提供する。この代わりに、コンバータ５２は、入力電力をドライバ５６が使用する形態に変換する能力を有する任意の回路を本質的に含んでもよい。この実施形態においては、制御システム５４は、電力伝送のために一次コイル４２にエネルギー供給するべくレール電圧以外の動作パラメータを調節するように構成されている。従って、コンバータ５２は、固定された出力を有してもよい。これに加えて、又はこの代わりに、制御システム５４は、レール電圧及び任意のその他の動作パラメータを調節する能力を有してもよく、これには、例えば、動作周波数、共振周波数、スイッチング回路の位相、及びデューティサイクルが含まれる。レール電圧を変化させることによって動作パラメータを調節することが望ましい一代替実施形態においては、コンバータ５２は、可変出力を有してもよい。図１に示されているように、制御システム５４は、制御システム５４がコンバータ５２の出力を制御できるようにするべく、コンバータ５２に結合されてもよい。
【００５５】
この実施形態においては、ドライバ５６は、入力信号を生成すると共にこれを一次コイル４２に印加するように構成されたスイッチング回路を含む。ドライバ５６は、コンバータ５２からのＤＣ出力を一次コイル４２を駆動するためのＡＣ出力に変換するインバータを形成してもよい。ドライバ５６は、用途ごとに変化してもよい。例えば、ドライバ５６は、図１〜図７との関連において上述した無線電力トランシーバ回路３０に類似した方式でハーフブリッジトポロジー又はフルブリッジトポロジーとして構成されたＭＯＳＦＥＴ及び本明細書に記述されているその他のスイッチなどの複数のスイッチを含んでもよい。
【００５６】
この実施形態においては、一次コイル４２は、直列構成で構成されたタンク回路を形成するように、共振キャパシタ４４に結合されている。本発明は、直列共振タンク回路を伴う使用に限定されるものではなく、且つ、その代わりに、その他のタイプの共振タンク回路と共に、且つ、場合によっては、整合するキャパシタを伴わない単純なインダクタなどの非共振タンク回路と共に、使用されてもよい。更には、図示の実施形態はコイルを含むが、無線電源１０は、適切な電磁界を生成する能力を有する代替インダクタ又はトランスミッタを含んでもよい。代替実施形態は、一次コイル４２が共振器回路との関連において電力を伝送できるようにする共振器コイル（又は、インダクタ）及び共振器キャパシタを有する共振器回路を更に含んでもよい。
【００５７】
又、無線電源１２は、一次コイル４２内の電力の特性を検知する能力を有するカプラ４６を含んでもよい。例えば、カプラ４６は、情報を制御システム５４に提供する電流センサであってもよく、制御システム５４は、検知された情報に基づいて動作パラメータを調節してもよい。検知されうる電力のその他の特性には、限定を伴うことなしに、有効電力、皮相電力、位相、及び電圧が含まれる。又、一実施形態においては、カプラ４６は、オフ状態から電源をウェイクアップさせるべく、一次コイル４２内の電力の一部をコンバータ５２に伝送することによってコンバータ５２の起動を可能にしてもよい。
【００５８】
制御システム５４は、例えば、ドライバ５６を動作させて一次コイル４２に対する望ましい電力供給信号を生成するように構成された部分を含む。例えば、制御システム５４は、リモート装置１２から受け取った通信に基づいて、ドライバ５６を制御してもよく、或いは、動作パラメータを調節してもよい。通信に基づいた制御の代わりに、又はこれに加えて、制御システム５４は、カプラ４６内において検知された電力の特性に基づいて動作パラメータを調節してもよい。本発明は、無線電力を伝送する能力を有する任意のシステム及び方法を本質的に使用して実装されてもよい。適切な無線電力伝送システム及び様々な代替肢については、Ｂａａｒｍａｎに対して２００７年５月１日付けで発行された「ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY」という名称の米国特許第７，２１２，４１４号明細書及び Baarman に対して２００９年４月２１日付けで発行された「ADAPTIVE INDUCTIVE POWER SUPPLY WITH COMMUNICATION」という名称の米国特許７，５２２，８７８号明細書に記述されており、これらの文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【００５９】
無線電源１２は、電力がまったく又はほとんど本線入力５０或いは電池、キャパシタ、又はエネルギー保存要素などの別のエネルギー源から引き出されないオフ状態に入るように構成されてもよい。電力節約回路を有するコンバータ５２は、電力を引き出すように又は本線入力５０からの電力の引出しを防止するように、選択的にターンオン及びオフしてもよい。いくつかの実施形態においては、電力節約回路は、コンバータ５２とは別個のものであってもよい。
【００６０】
カプラ４６は、電力が一次コイル４２内に存在していることに応答してコンバータ５２を選択的に起動するコンバータ５２への入力を提供してもよい。例えば、無線電源１２がオフ状態にあり、且つ、リモート装置１４が（例えば、無線電力の受取を所望していると通知するために）無線電力を一次コイル４２に伝送した場合には、無線電源１２をウェイクアップさせると共にリモート装置１４への電力伝送を開始するべく、一次コイル４２内において生成されたこの電力を使用してコンバータ５２を起動してもよい。例えば、図４の図示の実施形態は、リモート装置１４のスイッチ３７が、電池３８から電力を引き出すと共に電力を無線電源１２に供給するように、スイッチングされる様子を示している。この結果、無線電源１４内において受け取られた電力は、コンバータ５２がオフ状態からオン状態にスイッチングするという結果をもたらすことになる。
【００６１】
コンバータ５２内の電力節約回路を使用することにより、コンバータ５２は、壁面コンセント、電池、又はキャパシタなどのＡＣ又はＤＣ電源からの供給をターンオフすることができることになる。コンバータ５２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ又はＤＣ／ＤＣコンバータであってもよく、且つ、無線電源は、電力節約回路を制御してコンバータ５２を完全にシャットダウンすると共にリモート装置１４によって提供されるエネルギーを使用してターンオンすることが可能であってもよい。リモート装置１４が電力を提供したら、無線電源１２は、図５の図示の実施形態に示されているように、コンバータ５２をターンオンすることにより、無線電源１２が電力をリモート装置に提供できるようにしてもよい。リモート装置１４内において受け取った電力が適切なレベルに到達したら、リモート装置１４のコントローラ３９は、図６の図示の実施形態に示されているように、スイッチ３７を制御して電池３８を充電してもよい。
【００６２】
この構成により、無線電源１２は、コンバータ５２をターンオフすることにより、完全にシャットダウンされてもよい。コンバータ５２をシャットダウンすることにより、制御システム５４の電源が切断され、この結果、電源又は外部入力が提供されることなしに制御システム５４が無線電源１２をターンオンできる状態を防止してもよい。シャットダウンされた後に、無線電源１２は、リモート装置１４から伝送される誘導エネルギーを使用し、再びターンオンされてもよい。このエネルギーは、無線電源１２内の一次コイル１２に、或いは、この代わりに、無線電源１２内の別個のコイル又はレシーバに、結合される。このエネルギーは、受動型又は能動型の整流器を通じて電力をドライバ５６のレールに供給することが可能であり、或いは、このエネルギーは、コンバータ５２をターンオンすることもできる。電源が投入されたら、無線電源１２は、近傍のリモート装置１４又は無線電力を所望するリモート装置１４が検出されない場合には、自身をターンオフしてもよい。このような検出イベントと実際のシャットオフの間の保持期間は、無線電源１２が無用にそれ自体をシャットオフしないことを保証するように、実装されてもよい。
【００６３】
Ｃ．動作の方法
本発明の方法については、主に、無線電力トランシーバ回路３０が無線電力を受け取ると共に伝送するように構成されうる実施形態の環境において説明することとする。一般に、リモート装置１４は、別のリモート装置１４が無線電力を伝送しているかどうかを検出する能力を有してもよい。この検出能力の代わりに、又はこれに加えて、リモート装置１４は、別のリモート装置１４との間における電力伝送をネゴシエートする。
【００６４】
以下、図３０のプロセス１０００を参照し、無線電力が別のリモート装置１４から受け取られているかどうかを検出するように構成された一実施形態について説明することとする。プロセスは、主に、無線電力の伝送を試みるステップと、別のリモート装置１４が電力の伝送を試みているかどうかを判定すべく無線電力トランシーバ回路３０との間において流れる直流電流を監視するステップと、を含む（ステップ１０１０、１０１２）。無線電力トランシーバ回路３０に流入する電流が、正の電流として取得されたが、リモート装置１４が、電力の伝送を試みている際に負電流を計測した場合には、別のリモート装置１４又は無線電源１２も電力を伝送している（ステップ１０１４）。換言すれば、リモート装置１４は、無線電力トランシーバ回路３０内の電流が閾値を超過した場合に、別の装置が電力を伝送していると判定してもよい。一代替実施形態においては、無線電力トランシーバ回路３０内の電流以外の電力の特性を監視することにより、別の装置が電力を伝送しているかどうかを判定してもよい。例えば、リモート装置１４が無線電力の伝送を試みていることに応答して、電力の特性に関する予想効果からの逸脱が検出された場合には、これは、別の装置が電力を伝送していることを通知することになる。
【００６５】
一実施形態において、リモート装置１４は、いずれの装置も無線電力を伝送してはいないと判定した場合には、電力の伝送を継続してもよい（ステップ１０２４）。但し、リモート装置１４は、別の装置が電力を伝送していると判定した場合には、電力の伝送を停止してもよく、且つ、待機状態に入ってもよい（ステップ１０１６及び１０１８）。待機状態においては、リモート装置１４は、動作を実行するための入力を受け取る時点まで、アイドル状態に留まってもよい。又、リモート装置１４は、電力の伝送を再度試みる前に所定の持続時間にわたって待機してもよい（ステップ１０１０）。一代替実施形態においては、リモート装置１４は、ステップ１０２４に対する破線によって示されているように、電力の伝送の試みを維持してもよく、或いは、リモート装置１４は、ステップ１０２０に対する破線によって示されているように、その他の装置によって伝送されている電力を整流するべく、受取モードに再構成されてもよい。装置は、受取モードに切り替わった場合に、負荷変調を使用することにより、無線電力を伝送している装置に対する通信を試みてもよい（ステップ１０２０）。
【００６６】
二つのリモート装置１４が、或いは、一つのリモート装置１４と一つの無線電源１２が、同一周波数において無線電力を伝送するように試み、この結果、潜在的に、反射インピーダンスの意外な値がいずれかの装置によって観察されることになるいくつかの状況が存在しよう。例えば、第１リモート装置１４が、同一の周波数において、但し、第２リモート装置１４によって伝送されている電力との関係においてわずかに先行する位相角で、電力を伝送している場合には、第１リモート装置内の電流は、さもなければ異なる条件下で結果的に得られる電流よりも、格段に大きな電流となろう。同様に、第２リモート装置１４は、第２リモート装置１４内のレール電圧が第１リモート装置１４内のレール電圧を上回っている場合にも、無線電力トランシーバ回路３０内への負電流を検出する場合がある。換言すれば、第２リモート装置１４は、別の装置によって伝送される電力を検出する場合があり、この電力は、相対的に大きな又は小さな電力レベルで伝送される場合がある。第２リモート装置１４は、閾値超又は未満の電流の検出に応答して、別の装置が電力を伝送していると判定してもよい。
【００６７】
いずれかのリモート装置１４に対する損傷を回避するべく、第１及び第２リモート装置１４のうちの一つ又は両方は、動作周波数又はデューティサイクルの変更、一時的な位相遅延の挿入、又はシャットダウンなどのように、一つ又は複数の動作パラメータを調節してもよい。動作パラメータを調節する際に、リモート装置１４は、既定のステップ又はランダムなステップだけ、調節されてもよい。例えば、二つのリモート装置１４が同一周波数において電力の伝送を開始し、且つ、一つ又は両方が、閾値から変化するレール内への電流を検出した場合に、一つ又は両方のリモート装置１４は、位相遅延をそれぞれのインバータに挿入してもよく、且つ、電流の変化を計測してもよい。電流の方向が反転した場合には、これは、別の装置が同一周波数において電力の伝送を試みていることを通知することになる。
【００６８】
以下、図３１のプロセス１１００を参照し、リモート装置１４と別のリモート装置１４などの別の装置との間の電力伝送をネゴシエートする一実施形態について説明することとする。二つのリモート装置１４は、相対的に大きな利用可能エネルギーを有するリモート装置１４が、相対的に小さな利用可能エネルギーを有するもう一つのリモート装置１４に電力を伝送するように、それぞれの個々の電池３８の現在の充電状態及びそれぞれのエネルギーニーズを伝達してもよく、且つ、電力伝送をネゴシエートしてもよい。開示を目的として、電力伝送をネゴシエートする方法を電力の伝送及び受取の両方の能力を有する二つのリモート装置１４との関連において説明するが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、且つ、リモート装置１４は、電力を無線伝送する能力を有していない別の装置との間の電力伝送をネゴシエートする能力を有してもよいことを理解されたい。
【００６９】
本発明による二つのリモート装置１４は、リモート装置１４が互いに通信できるようにする通信システムを含んでもよい。通信システムは、図１〜図８のリモート装置１４との関係において説明した通信システムに類似したものであってもよい。例えば、リモート装置１４は、トランシーバ２１とは別個の通信チャネルを通じて、或いは、電力伝送を開始すると共にトランシーバ２１の間の誘導結合を介して通信することにより、互いに通信してもよい。
【００７０】
リモート装置１４が誘導結合を介して互いに通信する場合には、それぞれのリモート装置１４は、負荷変調器を使用し、受取モードにおいて受け取られる電力上においてデータを変調可能であってもよく、且つ、伝送モードにおいて伝送される電力上においてデータを変調可能であってもよい。リモート装置１４は、例えば、二位相（bi-phase）エンコーディング、符号マーク反転（Code Mark Inversion：ＣＭＩ）エンコーディング、及びミラーエンコーディングを含む任意のタイプの方式により、周波数変調、振幅変調、又は位相変調を含む任意のタイプの変調法を使用してもよい。更には、伝送しているリモート装置１４は、受け取っているリモート装置１４と同一又は異なる変調を使用してもよい。一実施形態においては、受取モードにおいて誘導電力を受け取っている際に、リモート装置１４は、現時点で電力を伝送している装置からの通信を受信するべく、周波数、振幅、又はその他の検出回路を使用することにより、トランシーバ２１を介して通信を検出してもよい。次いで、リモート装置１４は、インピーダンス要素を組み込むと共に除去するようにスイッチングしてデータを変調することにより、返信してもよい。
【００７１】
第１リモート装置１４と第２リモート装置１４との間の通信は、ハーフデュープレックスモード又はフルデュープレックスモードであってもよい。ハーフデュープレックスモードにおいては、第１リモート装置１４が第２リモート装置１４からの通信を検出した場合に、第１リモート装置１４は、第２リモート装置１４がそのデータ通信を完了する時点まで、返信を待つことになる。フルデュープレックスモードにおいて、第１リモート装置１４は、第２リモート装置１４からの通信を受け取っている間に、同一の第２リモート装置１４に対して返信してもよい。フルデュープレックスモードにおいては、データ破壊を防止するべく、変調法が異なっていてもよい。例えば、第２リモート装置１４が電力を第１リモート装置１４に伝送しており、且つ、第２リモート装置１４が周波数変調法を使用している（例えば、動作周波数が通信を提供するべく変調されている）場合には、第１リモート装置１４は、振幅又は位相変調法を使用してもよい。但し、第２リモート装置１４が電力を伝送しており、且つ、振幅変調法を使用している場合には、第１リモート装置１４は、トランシーバ２１内の電流の振幅が変更されることによって第２リモート装置１４から伝送される通信を潜在的に破壊することを防止するために、位相シフトキーイング（Phase Shift Keying：ＰＳＫ）などの代替変調手段を使用することになる。
【００７２】
次に図３１を参照すれば、本発明の一実施形態において、第１及び第２装置１４は、方法１１００に従って電力伝送をネゴシエートしてもよい。リモート装置１４が近傍に配置され、且つ、このような近接性が検出されたら、装置１４のうちの一つ又は両方は、無線電力トランシーバ回路３０を使用して伝送モードにおけるそのトランシーバの駆動を開始してもよい（ステップ１１１０、１１１２、及び１１２２）。或いは、この代わりに、第２リモート装置がアイドル状態に留まっている間に、第１リモート装置１４が電力伝送を開始することにより、破線で示されているステップ１１２２を省略してもよい。一実施形態においては、近接性の検出の時点からのランダムな遅延を一つ又は両方の装置１４内において使用することにより、同時電力伝送を回避するように試みてもよい。
【００７３】
そのトランシーバ２１を駆動している一つ又は複数のリモート装置１４は、例えば、装置タイプ、百分率としての電池充電レベル、利用可能な合計電池電力、装置による現在の電力使用量、或いは、リモート装置１４、その負荷、又はその電池の状態に関するその他の情報を含むそれ自体に関する情報を伝達してもよい（ステップ１１１４）。
【００７４】
それぞれのリモート装置１４に関する情報が他方のリモート装置１４に伝達されたら、いずれのリモート装置１４が実際に電力を伝送するべきか、並びに、いずれが受け取るべきかについて決定が下される（ステップ１１１６）。この決定は、いずれのリモート装置１４がより枯渇した電池３８を有するのか、いずれのリモート装置１４がより多くの電力を使用しているのか、いずれのリモート装置１４がより大きな電池３８を有するのか、のうちの一つ又は複数に基づいたものであってもよい。例えば、第１リモート装置１４が、５０％だけ枯渇した１５００ｍＡＨｒ電池を有しているが、第２リモート装置１４の電池３８は、６０％だけ枯渇した５００ｍＡＨｒ電池である場合には、より大きな電池３８を有する第１リモート装置１４が、依然として、利用可能なより多くの合計エネルギーを有しており、従って、受け取るのではなく、電力を伝送してもよい（ステップ１１１８）。但し、第１リモート装置１４が、１Ａのレートで放電する能力を有する電池３８を有し、且つ、第１リモート装置１４が、現時点で、７５０ｍＡを使用して第１リモート装置１４のその他の部分（画面、マイクロプロセッサ、又は無線リンクなど）に電力供給している場合には、第１リモート装置１４は、大きな電力を提供することができなくなり、その理由は、電池３８が、そのような大きな電流を供給することができないからである。この例においては、第１リモート装置１４は、電力を伝送するのではなく、電力を受け取るように決定してもよく（ステップ１１２０）、或いは、第１リモート装置１４は、電力を伝送するように決定してもよいが、第２リモート装置１４に伝送される電力量を相対的に小さな量に制限することになる。或いは、この代わりに、第１リモート装置１４が、限られた量の電力を第２リモート装置１４に伝送しているか、或いは、伝送される電力量の制限を所望している場合には、第１リモート装置１４は、第２リモート装置１４が、無線電力トランシーバ回路３０の出力電圧を低減することにより、電力レギュレータ（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力を低減することにより、又は充電電流を低減することにより、或いは、これらの組合せにより、自身が受け取る電力の量を制限するように、利用可能な最大電力量を第２リモート装置１４に伝達してもよい。
【００７５】
リモート装置１４が一方向通信の能力を有している一代替実施形態においては、第１及び第２リモート装置１４は、一方向通信モードにおいて負荷変調を使用してもよい。この構成においては、第１リモート装置１４は、電力を受け取っている間に、自身に関する情報を提供してもよい。第１リモート装置１４は、この情報の送信を完了したら、電力の伝送を停止するべく、要求を第２リモート装置１４に送る。次いで、第１及び第２リモート装置１４は、電力の流れを反転させ、且つ、この結果、第２リモート装置１４が、その情報を伝達できることになる。両方のリモート装置１４の情報の伝送が完了したら、いずれのリモート装置１４が電力トランスミッタになるのか、且つ、いずれがレシーバとなるのか、についての決定が下されてもよい。
【００７６】
この代替実施形態においては、第１及び第２リモート装置１４の両方が同時に電力の伝送を試みた場合に、特に、両方のリモート装置１４が同一の変調法の使用を試みている場合に、通信が妨げられるか又は劣化する場合がある。この例においては、それぞれのリモート装置１４は、その独自の無線電力トランシーバ回路３０に流入する直流を計測してもよい。それぞれの電流レベルが、最初に電力を印加した際の閾値レベルを上回るか又は下回っている場合には、リモート装置１４は、別のリモート装置１４が電力の伝送を試みていると認識してもよい。次いで、リモート装置１４のうちの一つが、受取モードに遷移してもよく、且つ、他方のリモート装置１４に対する通信を試みるべく変調を開始してもよい。或いは、この代わりに、リモート装置は、電力の再伝送を試行するべく、単純に、ターンオフし、且つ、既定の又はランダムな時間量にわたって待機してもよい。
【００７７】
リモート装置１４は、他方のリモート装置１４が近傍に位置するかどうかを確認するべく電力を伝送するように判定した際に、リモート装置１４内の利用可能な電力に基づいてトランシーバ２１に印加される電力の量を変化させてもよい。例えば、リモート装置１４が、完全に充電されており、且つ、大きな電力を使用していない場合には、リモート装置１４は、その共振点に相対的に近接して動作することにより、スイッチ３１〜３４のデューティサイクルを増大させることにより、或いは、無線トランシーバ回路３０のインバータに対するレール供給を増大させることにより、大量の電力をそのトランシーバ２１に印加してもよい。逆に、電池３８が枯渇している場合には、リモート装置１４は、その共振点から遠く離れた周波数において少量の電力をそのトランシーバ２１に印加してもよく、スイッチ３１〜３２のデューティサイクルを減少させて少量の電力をトランシーバ２１に印加してもよく、或いは、無線トランシーバ回路３０のインバータに対するレール供給を減少させてトランシーバ２１に少量の電力を印加してもよい。これを実行する際に、二つのリモート装置１４が同時に電力伝送を開始した際には、相対的に小さな電力を伝送しているリモート装置１４は、例え、自身がそのトランシーバ２１の駆動を試みている場合にも、電力の受取を開始してもよい。この現象は、リモート装置１４内において検出されてもよく、この結果、これに応答して、リモート装置１４は、受取モードに非常に迅速に戻ってもよい。リモート装置１４が受取モードに遷移したら、リモート装置１４は、他方のリモート装置１４に対する通信を開始してもよい。この方法によれば、電力衝突が発生した場合に、相対的に多くの利用可能な電力を有するリモート装置１４が電力トランスミッタとして構成されてもよい。
【００７８】
但し、二つのリモート装置１４が同一周波数において電力を伝送している場合には、本明細書に記述されている反射インピーダンスの変動により、いずれのリモート装置１４がより多くの利用可能な電力を有しているのかを検出するリモート装置１４の能力が損なわれる場合がある。リモート装置１４は、別のリモート装置１４が同一の周波数で電力の伝送を試みていることを検出した場合には、単純にシャットダウンし、且つ、再試行してもよく、或いは、その動作周波数を変更し、他方のリモート装置１４とは異なる周波数において動作するようにしてもよい。
【００７９】
Ｄ．第２実施形態
本発明の第２実施形態においては、無線電源システム１１０は、無線電源１２及びリモート装置１４を含む無線電源システム１０との関係において本明細書に記述されているものに類似しているが、いくつかの例外を伴っている。第２実施形態は、図１〜図８の図示の実施形態のリモート装置１４に類似した、但し、複数の二次コイルを有する、リモート装置１１４を含んでもよい。一実施形態においては、リモート装置１１４、１１４’内の複数の二次コイルを選択的に起動し、無線電力を伝送すると共に受け取ってもよい。リモート装置１１４、１１４’は、相互の関係における動作に限定されるものではなく、且つ、リモート装置１１４は、図９の図示の実施形態に示されている無線電源１２を含む本明細書に記述されたその他の装置又は無線電源との関連において使用されてもよいことを理解されたい。
【００８０】
図９〜図１３の図示の実施形態において、リモート装置１１４、１１４’は、リモート装置１４、１４’に類似しているが、第２無線電力トランシーバ回路１３０と、第２二次コイル１２２及び第２共振キャパシタ１２４を有する第２トランシーバ１２１と、を含んでもよい。これらのコンポーネントは、図１〜図８の図示の実施形態との関係において説明した二次コイル２２、共振キャパシタ２４、及び無線電力トランシーバ３０と同様に構成されてもよい。図示の実施形態における第２二次コイル１２２及び二次コイル２２は同心状であるが、これらは、相互の関係において任意の方法で構成されてもよい。更に、トランシーバ２１、１２１のうちの一つ又は複数は、一代替実施形態において、無線電力トランシーバ回路３０、１３１を含んでいなくてもよく、且つ、別個のＤＣ／ＤＣコンバータに接続されていてもよく、或いは、接続されていなくてもよい。
【００８１】
複数のトランシーバ２１、１２１、２１’、１２１’により、リモート装置１１４、１１４’は、一つ又は複数のトランシーバ２１、１２１、２１’、１２１’を選択的に起動し、電力を伝送すると共に受け取ってもよい。一代替実施形態においては、第２無線電力トランシーバ回路１３０又は無線電力トランシーバ回路３０は、例えば、第２二次コイル１２２及び第２共振キャパシタ１２４を有する低抵抗値ループを形成する単純な導体であってもよい。トランシーバ１２１のこの構成は、共振回路として表現されてもよく、これは、トランシーバ２１と一次コイル４２などのトランスミッタとの間の結合を支援することになる。
【００８２】
トランシーバ２１、第２トランシーバ１２１、又はこれらの両方を選択的に起動し、本明細書に記述されているトランシーバ２１に類似した方式により、電力をリモート装置１１４から伝送してもよく、或いは、リモート装置１１４内において電力を受け取ってもよい。例えば、無線電力トランシーバ３０と第２無線電力トランシーバ１３０のうちの一つ又は両方は、電力をリモート装置１１４から伝送するべく、伝送モードにおいて構成されてもよい。同様に、一つ又は両方は、リモート装置１１４内において電力を受け取るべく、受取モードにおいて構成されてもよい。別の例として、リモート装置１１４が電力をリモート装置１１４’に伝送しているか又はこの逆の状況においては、リモート装置１１４の第２トランシーバ１２１が電力の伝送に使用されてもよく、リモート装置１４’のトランシーバ２１’が電力の受取に使用されてもよい。或いは、リモート装置１１４のトランシーバ２１が電力の伝送に使用されてもよく、リモート装置１４’の第２トランシーバ１２１’が電力の受取に使用されてもよい。
【００８３】
図１０に示されているリモート装置１１４の一実施形態においては、電池３８の充電又は電池からの電力の流れの方向を制御する能力を有するスイッチ３７を有する代わりに、リモート装置１１４は、無線電力伝送のために十分なレール電圧において電力をトランシーバ２１、１２１に供給するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ１３７を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３７の出力は、図１〜図８との関係において説明した無線電源１２のコンバータ５２と同様に、構成に応じて、固定されてもよく、或いは、可変であってもよい。
【００８４】
いずれのトランシーバ２１、１２１を使用するのかについての選択は、充電されている装置の又は電力を必要としている装置の電圧又は電力要件に依存してもよい。いくつかの状況においては、二つのトランシーバ２１、１２１を使用し、リモート装置１４が、一般的な近距離誘導システムよりも長い距離において、誘導電力を受け取ることができるようにしてもよい。例えば、図１１の図示の実施形態においては、リモート装置１１４の二次コイル２２、１２２の両方が動作中である。これらの二次コイル２２、１２２は、互いに同心状に巻回されてもよく、且つ、二次コイル２２、１２２のうちの一つが、他方のコイル２２、１２２よりも大きなインダクタンスを有するように、構成されてもよい。リモート装置１１４が、相対的に大きな距離に位置した無線電源１２又は別のリモート装置１１４’から電力を受け取っている際には、リモート装置１１４は、第２トランシーバ１２１などの一つのトランシーバを共振器として構成してもよく、且つ、他方のトランシーバ２１を電力を受け取るように構成してもよい。
【００８５】
リモート装置１１４’が、近接した状態にあり、且つ、電力の伝送を開始した際には、リモート装置１１４は、トランシーバ２１又は第２トランシーバ１２１により、或いは、これらの両方により、或いは、換言すれば、二次コイル２２、１２２のうちのいずれか又は両方により、電力を受け取ってもよい。
【００８６】
電力を伝送する際には、リモート装置１１４’は、電力を伝送するべく、その二次コイル２２’、１２２’のうちの一つ又は両方を選択してもよい。例えば、リモート装置１１４’が十分な電力を伝送しうることを保証するべく、最低インダクタンスの二次コイル２２’、１２２’を選択し、所与の入力電圧において、リモート装置１１４’が最大量の電力を伝送しうることを保証してもよい。二次コイル２２’、１２２’が十分に小さなインダクタンスを有し、且つ、リモート装置１１４’の電池３８が十分に大きな電圧を有する場合には、リモート装置１１４は、無線電力トランシーバ回路３０、１３０のレール電圧を増大させるためにＤＣ／ＤＣコンバータ１３７などの電圧ブースト回路を使用しなくてもよい。
【００８７】
一実施形態において、リモート装置１１４は、密結合型誘導電力伝送システムを使用している場合には、電力を受け取るために一つの二次コイル２２、１２２を選択してもよい。リモート装置１１４は、相対的に大きなインダクタンスの二次コイル２２、１２２を選択し、受け取る電圧がリモート装置１１４に電力供給するために十分に大きくなることを保証してもよい。例えば、図１２及び図１３の図示の実施形態に示されているように、電力を受け取っているリモート装置１１４、１１４’は、二次コイル２２、２２’よりも大きなインダクタンスを有する二次コイル１２２、１２２を選択している。この構成は、リモート装置１１４が、リモート装置１１４の電力要件を十分にサポートできないトランスミッタ（例えば、無線電源１０）又はリモート装置１１４’から電力を受け取っている際に有用であろう。例えば、リモート装置１１４が、５ワットを受け取るように構成されているが、リモート装置１１４’又はトランスミッタが２ワットしか供給できない場合には、磁界は、望ましい整流済み電圧においてリモート装置１１４に供給するのに十分なエネルギーを有していないであろう。相対的に大きなインダクタンスの二次コイル２２、１２２を選択することにより、所与の磁界レベル及び負荷において、整流済み電圧が相対的に高くなる。この結果、リモート装置１１４は、付加的な電圧ブースト回路を使用することなしに、電力を所与の負荷に対して供給するために十分に大きな電圧を提供することができる。
【００８８】
或いは、この代わりに、リモート装置１１４は、結果的に得られるトランシーバの合成インダクタンスを更に低減するべく、複数の二次コイル２２、１２２を選択すると共にそれらを並列に構成してもよい。二次コイル２２、１２２に結合された共振キャパシタ２４、１２４は、個々のトランシーバ２１、１２１と類似した共振点を維持するべく、直列又は並列状態に留まってもよい。更には、リモート装置１１４は、電力の受取を試みている場合には、全体インダクタンスを増大させるように、二次コイル２２、１２２を直列状態において構成してもよい。
【００８９】
更には、二つの二次コイル２２、１２２（又は、マルチインダクタ）解決策においては、リモート装置１４は、電力の伝送を試みている際に、駆動されていない二次コイル２２、１２２上の電流又は電圧を計測し、別の誘導電力トランスミッタの存在を判定してもよい。例えば、二つの二次コイル２２、１２２のリモート装置１１４の場合には、リモート装置１１４は、相対的に小さなインダクタンスの二次コイル２２を電力を伝送するように構成してもよく、且つ、相対的に大きなインダクタンスの二次コイル１２２を開路として構成してもよい。相対的に大きなインダクタンスの二次コイル１２２上に誘発される電圧を計測することにより、リモート装置１１４は、電力の伝送を試みている別の装置が存在しているかどうかを判定してもよい。リモート装置１１４は、相対的に大きなインダクタンスの二次コイル１２２内の振幅を計測し、且つ、これを閾値と比較することにより、或いは、相対的に大きなインダクタンスの二次コイル１２２内の電圧の位相又は周波数を伝送している二次コイル２２上の駆動波形の位相と比較することにより、これを判定してもよい。位相又は周波数が所与の駆動波形における予想値と整合しない場合には、リモート装置１１４は、別の装置が電力の伝送を試みており、且つ、その伝送している装置の磁界が、駆動されていない二次コイル１２２によって観察される磁界を変更するために十分に強力であると判定してもよい。駆動されていない２次コイル１２２は、任意選択により、電圧又は電流或いはこれらの両方をその内部において計測して電力の伝送を試みている別の装置を検出することができる共振コイルであってもよい。
【００９０】
Ｅ．第３実施形態
本発明の第３実施形態においては、無線電源システム２１０は、無線電源１１２を含む本明細書において説明したものに類似しているが、いくつかの例外を伴っている。第３実施形態は、図１及び図３〜図７の図示の実施形態の無線電源１２に類似した、但し、コンバータ５２を制御する付加的回路を有する、無線電源２１２を含んでもよい。
【００９１】
この第３実施形態による無線電源２１２については、図１４及び図１５の図示の実施形態との関係において説明することとする。無線電源１２と同様に、無線電源２１２は、電力が一次コイル４２内に存在していることに応答してコンバータ５２を起動する能力を有するカプラ４６を含んでもよい。無線電源２１２は、その他の供給源から入力を受け付けることにより、カプラ４６以外の供給源からのコンバータ５２の起動を、或いは、コンバータ５２の起動の継続を、可能にする能力を有する論理回路２５１を更に含んでもよい。
【００９２】
図１４の図示の実施形態において、論理回路２５１は、カプラ４６及びコントローラ５６から出力を受け取るＯＲゲートであるが、任意のタイプの論理回路２５１が使用されてもよい。以前と同様に、カプラ４６は、コンバータ５２を起動してもよいが、この実施形態におけるコントローラ５６は、無線電源２１２が電力を伝送している間に、コンバータ５６をオン状態に保持してもよい。例えば、コンバータ５２がリモート装置１４からの電力の受取に応答して起動された場合に、コントローラ５６は、無線電力の伝送を開始してもよい。コントローラ５６が、電力の伝送を停止するが、オン状態に留まることを依然として所望する状況が存在する場合がある。この状況においては、リモート装置１４が電力の伝送を休止していることから、一次コイル４２内に電力が存在しておらず、この結果、潜在的に、コンバータ５２は、起動停止することになる。ＯＲゲート２５１を使用することにより、コントローラ５６は、一次４２コイル内における電力の欠如にも拘らず、無線電源２１２をオン状態に維持してもよい。
【００９３】
図１５の図示の実施形態においては、論理回路２５１は、複数の供給源から出力を受け取るＯＲゲートである。供給源のうちの二つは、カプラ４６及びコントローラ５６からの出力を含み、且つ、図１４の図示の実施形態との関連において説明したように動作する。この実施形態は、一つ又は複数の更なる出力を受け付けることにより、その他の供給源に基づいたコンバータ５２の起動を許容してもよい。
【００９４】
図１５の図示の実施形態の無線電源２１２は、外部供給源を表すスイッチ２５７を含む。例えば、スイッチ２５７は、ユーザがコンバータ５２を起動するべく無線電源２１２に一時的に電力供給できるようにするユーザによって操作されるボタンスイッチであってもよい。次いで、コントローラ５６は、電力の伝送を制御している間、コンバータ５２をオン状態に保持してもよい。別の例においては、スイッチ２５７は、別個のコントローラからの入力などの別個の制御チャネルから操作されてもよい。電池電力によって稼働している車両においては、無線電源２１２は、電池の消耗を防止するべく、完全にターンオフされてもよい。無線電源をターンオンするべく、車両内の別個の制御ユニットは、コンバータ５２を一時的に起動することにより、ターンオンするように無線電源２１２に要求してもよい。或いは、この代わりに、別個の制御ユニットは、電力を無線電源２１２に一時的に供給してもよく、コントローラ５６は、これを検出し、且つ、オン状態に入ってもよい。
【００９５】
図１５の図示の実施形態は、スイッチ２５７の状態に基づいて受け入れ可能な出力を論理回路２５１に提供するべく、供給源５０をコンディショニングするように適合されたダイオード２５３及び抵抗器２５５を、或いは、その他の適切な回路を、含んでもよい。一つ又は複数の供給源、カプラ４７、又はこれらの組合せからの信号は、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、又はその他の一般的な電気的コンディショニング回路などの電気的ＯＲ処理用の回路を含む任意の回路を使用して合成されてもよい。これに加えて、又はこの代わり、信号は、ＡＮＤ、ＮＡＮＤ、ＸＯＲ、ＸＮＯＲ、又は任意のその他のタイプの組合せなどのその他の論理的組合せを使用して合成されてもよく、この場合に、コンディショニング回路の出力が、受け取った入力に基づいて、コンバータ５２を適切に制御する。
【００９６】
Ｆ．第４実施形態
本発明の第４実施形態においては、無線電源システム３１０は、本明細書に記述されているものに類似しているが、いくつかの例外を伴っている。第４実施形態は、無線電源１２に類似した無線電源３１２と、リモート装置１４に類似したリモート装置３１４と、を含んでもよい。本明細書に記述されているように、無線電源３１２及びリモート装置３１４は、ＮＦＣリンク、TransferJet リンク、又は Bluetooth リンクなどのその間に別個の通信リンクを確立する能力を有する回路を含んでもよい。このような通信リンクを低電力通信システムによって形成することにより、リモート装置３１４が、電池からの過大な電力を使用したり又は電池から過大な電力を引き出すことなしに、その他のタイプの装置／センサを見出すのに使用するのと同一の方法を使用して無線電源を見出すことができるようにしてもよい。例えば、無線電源３１２は、ＮＦＣタグ３４４及びＮＦＣタグコイル３４２を含んでもよく、且つ、リモート装置３１２は、ＮＦＣトランシーバ３２４及びＮＦＣトランシーバコイル３２２を含んでもよい。これらのコンポーネントは、リモート装置３１４が、そのＮＦＣトランシーバ３２４を起動して無線電源３１２が近傍に位置しているかどうかを検出し、且つ、これに応答して、そのトランシーバ２１を自動的に起動して電力伝送を開始できるようにしてもよい。電力が、リモート装置３１４から既定の時間量にわたって無線電源１２に印加されたら、リモート装置３１４は、電力を除去してもよく、且つ、無線電源１２は、リモート装置３１４への電力の返送を開始してもよい。
【００９７】
Ｇ．第５実施形態
本発明の第５実施形態においては、無線電源４１０は、本明細書に記述されているものに類似しているが、いくつかの例外を伴っている。図１７〜図２０の図示の実施形態を参照すれば、第５実施形態は、無線電源１２に類似した無線電源４１２を含んでもよく、且つ、コントローラコンバータ４５１、センサ４５３、及びドライバ／整流器回路４５６を更に含んでもよい。図１及び図３〜図７の図示の実施形態との関係において説明したように、無線電源４１２は、コンバータ５２をターンオフすることにより、シャットダウンされてもよい。コンバータ５２のシャットダウンによって制御システム５４の電源を切断することにより、電源又は外部入力の提供を伴うことなしに、制御システム５４が無線電源１２をターンオンできるようになることを防止してもよい。シャットダウンされた後に、無線電源１２は、リモート装置１４から伝送される誘導エネルギーを使用して再びターンオンされてもよい。
【００９８】
リモート装置１４から受け取ったエネルギーを使用し、ドライバ／整流器４５６のレールに電力を供給してもよく、ドライバ／整流器４５６は、この実施形態においては、リモート装置１４の無線電力トランシーバ回路３０に類似した方式で動作することにより、無線電源４１２に対する電力供給に適するように、受け取った電力を受動的又は能動的に整流するように構成されてもよい。即ち、ドライバ／整流器４５６は、伝送モードと受取モードの間において構成可能であってもよい。この実施形態は、このような構成に限定されるものではなく、且つ、代替実施形態において、ドライバ／整流器４５６は、受取モードにおいて構成される能力を含んでいなくてもよいことを理解されたい。例えば、ドライバ／整流器４５６内において受け取られたエネルギーは、整流されなくてもよく、且つ、その代わりに、コンバータ４５２を単純に起動するべく使用されてもよい。
【００９９】
電力が無線電源４１２に供給されることに応答して、コントローラコンバータ４５１は、コントローラ５４が動作するように、受け取った電力を調節してもよい。一代替実施形態においては、コントローラコンバータ４５１が存在していなくてもよく、且つ、コントローラ５４は、ドライバ／整流器４５６から直接的に受け取った電力によって動作してもよい。
【０１００】
この実施形態においては、コントローラ５４は、その動作状態において、コンバータ４５２を起動することにより、図１及び図３〜図７の図示の実施形態との関係において説明した無線電源１２に類似した電力伝送を可能にすることにより、無線電源４１２をオフ状態からオン状態にウェイクアップさせてもよい。例えば、図１９及び図２０の図示の実施形態に示されているように、リモート装置１４は、無線電源４１２に対する電力伝送を開始することにより、潜在的に、電源をオフ状態からウェイクアップさせてもよい。次いで、無線電源は、例えば、リモート装置１４が電池３８を充電できるように、リモート装置１４に対する電力の伝送を開始してもよい。一実施形態においては、無線電源４１２は、リモート装置１４に対する電力伝送を開始するべく、リモート装置１４が電力伝送を休止する時点まで待機してもよい。
【０１０１】
センサ４５３は、カプラ４６と同様に構成されてもよく、且つ、フィードバックをコントローラに提供し、コントローラが整流器／ドライバ４５６内の電力を監視すると共に電源５０、４５０からの電力を監視できるようにしてもよい。この結果、コントローラ５４は、無線電源４１２とその他の装置の両方が電力の伝送を試みているかどうかを判定してもよい。このプロセスは、リモート装置１４との関連において上述した方法に類似したものであってもよい。又、コントローラ５４は、電力を伝送するのか、又はどれだけの電力を伝送するのか、或いは、これらの両方を決定するべく、電源４５０の電力レベルを判定してもよい。又、コントローラは、センサ４５３の出力に基づいて供給源５０、４５０のタイプを判定してもよい。
【０１０２】
一実施形態において、無線電源４１２は、電池などのＤＣ供給源４５０によって電力供給されてもよく、且つ、ＤＣ供給源４５０からの電力を電力伝送に使用可能な形態に調節するように構成されたＤＣ／ＤＣコンバータ４５２を含んでもよい。この構成は、無線電源１２との関連において本明細書に記述されている代替実施形態のうちの一つに類似していてもよく、これは、交流源ではなく直流源から電力供給されてもよい。
【０１０３】
Ｈ．第６実施形態
本発明の第６実施形態においては、リモート装置６１４は、例えば、リモート装置１４を含むその他の実施形態との関係において本明細書に記述されているリモート装置に類似している。第６実施形態は、リモート装置６１４が電力を伝送する際には、相対的に大きな電圧を無線電力トランシーバ回路３０に、且つ、リモート装置６１４が電力を受け取っている際には、相対的に低い電圧を負荷又は電池３８に、提供するように構成された二象限コンバータ回路６３７を含む。
【０１０４】
無線電源１２などのトランスミッタから電力を受け取る際には、電池３８を充電するために又は電力をリモート装置６１４のその他の部分に供給するために望ましい電圧よりも大きな電圧を受け取ることが有益であろう。望ましいものよりも大きな電圧を受け取ることにより、トランシーバ２１内の電流を低減し、これにより、効率を潜在的に増大させてもよい。又、相対的に大きな電圧は、受け取った電圧が（例えば、結合、負荷、又はその他の要因の変化に起因して）突然低減された場合に、無線トランシーバ回路３０が電圧オーバーヘッドを使用してリモート装置６１４に対する電力の提供を継続してもよいという点において有用であろう。
【０１０５】
更には、リモート装置６１４が別のリモート装置１４に対する電力伝送を開始する際に、電池３８によって供給されている電圧が、その他のリモート装置１４に対して電力供給するために十分なエネルギーを生成するべく十分に大きなものでなくてもよい。二象限ＤＣ／ＤＣコンバータとして構成された二象限コンバータ６３７を使用することにより、電池３８に供給される電圧を低減するべく使用される同一のコンバータを使用し、その動作モードを変更することにより、無線電力トランシーバ回路３０内への電圧を増大させることができる。
【０１０６】
図２１〜図２８の図示の実施形態には、このような二象限コンバータ回路６３７の一例が示されており、これは、コントローラ３９によって制御される能力を有するコンバータインダクタ６８３及びスイッチ６８１、６８２を含む。この例においては、二つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１及びＱ２）が、コンバータインダクタ（Ｌ１）６８３と共に、スイッチ６８１、６８２として使用されている。図示の例においては、スイッチ６８１、６８２は、コントローラ３９によって制御されているが、代替実施形態においては、リモート装置６１４は、図２８の図示の実施形態に示されているように、ＤＣ／ＤＣコンバータコントローラなどの別個のコントローラ６８６を使用してもよい。この別個のコントローラ６８６は、コントローラ３９によって制御されてもよい。
【０１０７】
リモート装置６１４は、図２２及び図２３に示されているように、電力を受け取っている際に、二象限コンバータ６３７をバックコンバータ（buck converter）として使用してもよい。このモードにおいては、コントローラ３９は、無線電源１２に対して通信して既定のレベルに電力出力を調節してもよい。そのレベルになったら、コントローラ３９は、まず、スイッチ６８１（Ｑ１）をターンオンしてもよい。次いで、電流が、図２２に示されているように、スイッチ６８１（Ｑ１）を通じて、且つ、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じて、電池３８又はその他の負荷内へ、無線電力トランシーバ回路３０から流出することを開始する。出力電圧が過大になることを防止するために、スイッチ６８１（Ｑ１）がターンオフされてもよく、且つ、次いで、スイッチ６８２（Ｑ２）がターンオンされてもよい。コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）は、その磁界内に保存されたエネルギーを有していることから、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）に跨る電圧が反転し、これにより、図２３に示されているように、接地基準から、スイッチ６８２（Ｑ２）を通じて、且つ、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じて、且つ、負荷３８に電流が引き込まれる。このサイクルは、無線電力トランシーバ回路３０からの整流済み電圧が過小にならない限り、或いは、二象限コンバータ６３７がターンオフされる時点まで、反復されてもよい。一代替実施形態においては、アノードが接地基準に接続された状態で、スイッチ６８２（Ｑ２）に対して並列にダイオードを追加することにより、潜在的に、スイッチ６８２（Ｑ２）をターンオンするニーズを除去してもよく、且つ、恐らくは、コントローラ３９の複雑さを低減してもよい。
【０１０８】
リモート装置６１４が、図２４〜図２６に示されているように、別の装置に電力を伝送している際には、二象限コンバータ６３７（又は、二象限電源）は、ブーストコンバータとして動作してもよい。この構成においては、コントローラ３９は、まず、スイッチ６８２（Ｑ２）をターンオンすることにより、図２４に示されているように、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じた電池３８からの電流を強制的に生成してもよい。電流が安定状態に到達する前に、コントローラ３９は、スイッチ６８２（Ｑ２）を開路すると共にスイッチ６８１（Ｑ１）を閉路してもよい。コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内に保存されている磁気エネルギーがＬ１に跨る電圧を反転させることにより、図２５に示されているように、Ｑ１を通じた且つ無線電力トランシーバ回路３０内への電流を強制的に生成してもよい。無線電力トランシーバ回路３０における結果的に得られる電圧が電池３８の電圧を上回ることにより、リモート装置６１４が相対的に多くの電力を他方の装置に伝送できるようにしてもよい。次いで、スイッチ６８２（Ｑ２）を開路すると共にスイッチ６８１（Ｑ１）を閉路することにより、図２６に示されているように、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内のエネルギーの無線電力トランシーバ回路３０への流入を継続できるようにしてもよい。一代替実施形態においては、そのアノードがコンバータインダクタ６８３（Ｌ１）に接続された状態で、スイッチ６８１（Ｑ１）と並列にダイオードを追加してもよい。並列ダイオードにより、スイッチ６８１（Ｑ１）が開路状態に残されることになるが、電流は、依然として、並列ダイオードを通じて流れてもよい。この結果、コントローラ３９の複雑さが低減されることになるが、損失が増大することになろう。
【０１０９】
バックモード又はブーストモードにおいては、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じて流れる電流は、連続的なものであってもよく、或いは、不連続なものであってもよい。バックモードにおいて、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じた電流が、常に、正方向（例えば、電池３８内へ）にあり、且つ、０超である場合に、連続モードにあると表現される。但し、入力電圧が過大であるか又は負荷電流が過小である場合には、二象限コンバータ６３７は、不連続モードで稼働することになる。不連続モードにおいては、スイッチ６８１（Ｑ１）が、ターンオンされ、且つ、次いで、スイッチ６８２（Ｑ２）がターンオンされている間、ターンオフされる。コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内の電流が、負荷３８から外に、且つ、接地線に、流れ戻ることを防止するべく、スイッチ６８２（Ｑ２）がターンオフされてもよい。但し、出力電圧が要求のものよりも大きい場合には、スイッチ６８１（Ｑ１）を直ちに再度ターンオンする必要はないであろう。両方のスイッチ６８１、６８２がオフ状態にあることから、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内の電流は０Ａとなる。二象限コンバータ６３７がブーストモードにある際に、無線電力トランシーバ回路３０の出力電圧が要求のものよりも大きい場合には、スイッチ６８１（Ｑ１）の直後にスイッチ６８２（Ｑ２）をターンオンしなくてもよい。この例においては、両方のスイッチ６８１（Ｑ１）及びスイッチ６８２（Ｑ２）をオフ状態となることにより、電流がコンバータインダクタ６８３（Ｌ１）を通じて流れないという結果が得られることになろう。
【０１１０】
バックモードからブーストモードに切り替えるために、コントローラ３９は、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内の電流の方向を反転させてもよい。これを実行するために、コントローラ３９は、スイッチ６８１（Ｑ１）が開路状態となると共にスイッチ６８２（Ｑ２）が閉路される時点まで、待機してもよい。スイッチ６８２（Ｑ２）が閉路されたら、コントローラは、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内の電流が反転する時点まで、スイッチ６８２（Ｑ２）を閉路された状態に残しておいてもよい。電流が反転したら、コントローラは、スイッチ６８２（Ｑ２）を開路すると共にスイッチ６８１（Ｑ１）を閉路することにより、回路をバックモードからブーストモードに遷移させてもよい。
【０１１１】
ブーストモードからバックモードに切り替えるために、コントローラ３９は、スイッチ６８２（Ｑ１）が開路状態となると共にスイッチ６８１（Ｑ１）が閉路される時点まで、待機してもよい。スイッチ６８１（Ｑ１）が閉路されたら、コントローラは、コンバータインダクタ６８３（Ｌ１）内を流れる電流が反転する時点まで、待機してもよい。電流が反転したら、コントローラは、スイッチ６８１（Ｑ１）を開路すると共にスイッチ６８２（Ｑ２）を閉路することにより、回路をブーストモードからバックモードに遷移させてもよい。
【０１１２】
一実施形態においては、コントローラ３９は、ブーストモードからバックモードに、且つ、その逆に、迅速に遷移可能であってもよい。この能力により、電力伝送を完全に停止し、且つ、次いで、再開することを要することなしに、いずれが電力を伝送し、且つ、いずれが電力を受け取るのか、を二つのリモート装置６１４がネゴシエートできるようになろう。例えば、リモート装置６１４が、現時点において、二象限電源６３７をブーストコンバータとして使用することにより、電力を伝送しており、且つ、整流済み電圧が突然上昇することにより、二象限電源６３７を不連続モードに又は場合によっては完全にオフ状態に強制的に遷移させた場合には、リモート装置６１４は、別のリモート装置６１４がリモート装置６１４に電力を伝送しているものと判定することができよう。
【０１１３】
コントローラ３９を使用し、二象限電源６３７を制御する場合には、コントローラ３９には、様々な方法で電力供給されてもよい。例えば、コントローラ３９には、電池３８から直接的に電力供給されてもよい。或いは、この代わりに、リモート装置６１４が、図２７及び図２８の図示の実施形態に示されているように、コントローラ３９に電力供給するように構成された別個の電圧コンバータ６８４又はＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。別の代替実施形態においては、コントローラ３９は、無線電力トランシーバ回路３０の整流済み電圧出力から電力を受け取ってもよい。
【０１１４】
更には、更に別の代替実施形態において、コントローラ３９は、コントローラ３９が完全に又は実質的にターンオフできるようにするスイッチング型電源によって電源投入されてもよい。例えば、コントローラ３９が、図２７及び図２８の図示の実施形態におけるスイッチ６８５及びコンバータ６８４などのスイッチ及びスイッチング型電源に接続されている場合には、コントローラ３９及びリモート装置６１４内において無線電力を伝送するか又は受け取るためのその他の回路を完全にターンオフすることにより、潜在的に、伝送／受取を実行していない間のエネルギーの過大な損失を防止してもよい。コントローラ３９を再度ターンオンするために、リモート装置６１４内に、スイッチ６８５を制御するべく、ボタン入力、低電力タイミング回路、又は別個のコントローラが存在してもよい。或いは、この代わりに、コントローラ３９が、主に、無線電力トランシーバ回路３０の整流済みレールから電力供給されている場合には、スイッチ６８１（Ｑ１）を閉路することにより、或いは、電流がスイッチ６８１（Ｑ１）のボディダイオード又は並列ダイオード（図示されてはいない）を通じて流れることを許容することにより、ある程度の電力が、二象限電源６３７を通過する電流を介して電池３８から受け取られてもよい。この結果、コントローラ３９は、電力の受取又は伝送を待っている間、電力供給された状態に留まることができよう。リモート装置６１４が電力の受取を開始した場合には、コントローラ３９は、スイッチ６８１（Ｑ１）を開路することにより、当初、電力がリモート装置６１４内に流れ戻ることを防止してもよい。或いは、この代わりに、コントローラ３９が、スイッチ６８１（Ｑ１）のボディダイオード又は並列ダイオードを通じて流れる電力を使用している場合には、これらのコンポーネントは、電力が、当初、負荷３８に流入することを同様に防止してもよい。コントローラ３９がスイッチ６８１、６８２（Ｑ１及びＱ２）を直接的に制御してもよいが、コントローラ３９に結合されたドライバ又は二象限電源３７を制御するための専用の別個のコントローラが使用されてもよい。
【０１１５】
「垂直方向の」、「水平方向の」、「最上部の」、「最下部の」、「上部の」、「下部の」、「内側の」、「内向きに」、「外側の」、及び「外向きに」などの方向に伴う用語は、図に示されている実施形態の向きに基づいた本発明の説明を支援するべく使用されている。方向に伴う用語の使用は、任意の一つ又は複数の特定の向きに本発明を限定するものと解釈してはならない。
【０１１６】
上述の説明は、本発明の現時点における実施形態に関するものである。均等論を含む特許法の原理に従って解釈することを要する添付の請求項に定義されている本発明の精神及び相対的に幅広の態様を逸脱することなしに、様々な変更及び変形を実施することができる。本開示は、例示を目的として提示されたものであり、且つ、本発明のすべての実施形態を網羅した説明として、或いは、請求項の範囲をこれらの実施形態との関連において図示及び説明した特定の要素に限定するものとして、解釈してはならない。例えば、限定を伴うことなしに、説明した発明の任意の一つ又は複数の個々の要素は、実質的に類似の機能を提供する又はその他の方法で十分な動作を提供する代替要素により、置換されてもよい。これには、例えば、現時点において当業者に知られているものなどの現時点において既知の代替要素と、開発された際に当業者が一代替肢として認識することになる将来開発されうる代替要素と、が含まれる。更には、開示された実施形態は、協働状態において記述されると共に利益の集合体を協働して提供しうる複数の特徴を含んでいる。本発明は、添付の請求項にその他の方法で明示的に記述されている程度を除いて、これらの特徴のすべてを含む又は記述されている利益のすべてを提供する実施形態にのみ限定されるものではない。例えば、「一つの（a）」、「一つの（an）」、「その（the）」、又は「前記（said）」を使用した単数形における請求項要素に対する任意の参照は、要素を単数形に限定するものとして解釈してはならない。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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