(57)【要約】【課題】受信装置を充電するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】１つまたは複数の受信装置を充電するための充電パッド（１３０，４０２，５０２）が開示される。充電パッド（１３０，４０２，５０２）は、第１の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）を含む。さらに、充電パッド（１３０，４０２，５０２）は、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を含む。また、充電パッド（１３０，４０２，５０２）は、少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）に動作可能に結合され、少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を駆動するように構成された励振部（１１０，３０２）を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電パッド（１３０，４０２，５０２）であって、
第１の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）と、
前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）と、
前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）に動作可能に結合され、前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を駆動するように構成された励振部（１１０，３０２）と、を含む、充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項２】
前記励振部（１１０，３０２）は、
制御部から第１の周波数制御信号（１２２）および第２の周波数制御信号（１２４）のうちの少なくとも一方を受信し、
前記第１の周波数制御信号（１２２）が受信された場合には、入力電力（１２０）のＤＣ電圧を前記第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換し、
前記第２の周波数制御信号（１２４）が受信された場合には、前記入力電力（１２０）の前記ＤＣ電圧を前記第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換するようにさらに構成される、請求項１に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項３】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）を駆動して、前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を第１の受信装置（１０６）に伝送するように構成される、請求項２に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項４】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を駆動して、前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を第２の受信装置（１０８）に伝送するように構成される、請求項２に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）を含む第１の層（４０４）と、前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を含む第２の層（４０６）と、をさらに含む、請求項１に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を含む単一層（５０４）をさらに含む、請求項１に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項７】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を駆動するように構成された単一のコンバータ（２１６，３０４）のみを含む、請求項１に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）および前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）は、交互にスタックされている、請求項１に記載の充電パッド（１３０，４０２，５０２）。
【請求項９】
無線充電装置（１０４）であって、
充電パッド（１３０，４０２，５０２）を含み、前記充電パッド（１３０，４０２，５０２）は、
入力電力（１２０）のＤＣ電圧を、第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧および第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧のうちの少なくとも一方に変換するように構成された励振部（１１０，３０２）と、
前記励振部（１１０，３０２）に動作可能に結合された送信部（１１４）と、を含み、前記送信部（１１４）は、
前記第１の周波数帯域の周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を送信するように構成された少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）と、
前記第２の周波数帯域の周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を送信するように構成された少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）と、を含み、
前記無線充電装置（１０４）は、前記励振部（１１０，３０２）に動作可能に結合され、第１の周波数制御信号（１２２）および第２の周波数制御信号（１２４）のうちの少なくとも一方を前記励振部（１１０，３０２）に供給するように構成される制御部（１１２）をさらに含む、無線充電装置（１０４）。
【請求項１０】
前記制御部（１１２）は、前記第１の周波数制御信号（１２２，８１４）および前記第２の周波数制御信号（１２４，８１６）のうちの少なくとも一方を含む変調信号（８１２）を供給するように構成される、請求項９に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１１】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記第１の周波数制御信号（１２２）が受信された場合には、前記入力電力（１２０）の前記ＤＣ電圧を前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧に変換し、
前記第２の周波数制御信号（１２４）が受信された場合には、前記入力電力（１２０）の前記ＤＣ電圧を前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧に変換するようにさらに構成される、請求項１０に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１２】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）を駆動して、前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を第１の受信装置（１０６）に送信するように構成される、請求項１１に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）は、前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を前記第１の受信装置（１０６）に送信するために、前記第１の受信装置（１０６）の受信コイル（１４０）に誘導結合される、請求項１２に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１４】
前記励振部（１１０，３０２）は、前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を駆動して、前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を第２の受信装置（１０８）に送信するように構成される、請求項１１に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）は、前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を前記第２の受信装置（１０８）に送信するために、前記第２の受信装置（１０８）の受信コイル（１４２）に誘導結合される、請求項１４に記載の無線充電装置（１０４）。
【請求項１６】
第１の周波数制御信号（１２２）および第２の周波数制御信号（１２４）のうちの少なくとも一方を、励振部（１１０，３０２）によって受信するステップ（７０２）と、
前記第１の周波数制御信号（１２２）が受信された場合には、入力電力（１２０）のＤＣ電圧を第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧に、前記励振部（１１０，３０２）によって変換するステップ（７０４）と、
前記第２の周波数制御信号（１２４）が受信された場合には、前記入力電力（１２０）の前記ＤＣ電圧を第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧に、前記励振部（１１０，３０２）によって変換するステップ（７０６）と、
少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）によって、前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を第１の受信装置（１０６）に送信するステップ（７０８）と、
少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）によって、前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を第２の受信装置（１０８）に送信するステップ（７１０）と、を含む方法。
【請求項１７】
制御部（１１２）によって、前記第１の周波数制御信号（１２２）および前記第２の周波数制御信号（１２４）のうちの少なくとも一方を前記励振部（１１０，３０２）に供給するステップと、
電源（１０２）によって、ＤＣ電圧を有する前記入力電力（１２０）を前記励振部（１１０，３０２）に供給するステップと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の周波数制御信号（１２２）が前記制御部（１１２）から受信された場合には、前記少なくとも１つの第１の周波数コイル（１１６）を、前記励振部（１１０，３０２）によって駆動するステップと、
前記第２の周波数制御信号（１２４）が前記制御部（１１２）から受信された場合には、前記少なくとも１つの第２の周波数コイル（１１８）を、前記励振部（１１０，３０２）によって駆動するステップと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の受信装置（１０６）の少なくとも１つの電池（１２６）を充電するために、前記第１の周波数帯域の前記周波数を有する前記第１のＡＣ電圧を送信するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の受信装置（１０８）の少なくとも１つの電池（１２８）を充電するために、前記第２の周波数帯域の前記周波数を有する前記第２のＡＣ電圧を送信するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的には、無線電力伝送システムに関し、より詳細には、受信装置を充電するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力伝送システムは、電源から、例えば移動装置、生物医学装置、および携帯型消費者装置などの、１つまたは複数の受信装置に電力を伝送するために広く使用されている。通常、電力伝送システムは、接触に基づく電力伝送システムまたは無線電力伝送システムとすることができる。特定の用途では、瞬間的または連続的な電力伝送が必要であるが相互接続する配線が不便であり、無線電力伝送システムが望ましい。
【０００３】
無線電力伝送システムでは、充電装置を使用して、入力電力を、送信可能な電力に変換し、これをさらに送信して、受信装置内の１つまたは複数の電池を充電する。しかしながら、これらの受信装置は、無線周波数規格の１つと互換性がある。例えば、無線電力アライアンス（Ａ４ＷＰ）、無線電力コンソーシアム（ＷＰＣ）、および電力問題アライアンス（ＰＭＡ）の３つの競合する周波数規格が現在存在する。ＷＰＣ規格（Ｑｉ）は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲で規定されている。ＰＭＡ規格は、２００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの周波数範囲で規定されている。さらに、Ａ４ＷＰ規格は、約７ＭＨｚの周波数で規定されている。従来の充電装置は、異なる周波数規格で動作する受信装置を充電するために使用することができない。
【０００４】
したがって、異なる周波数規格で動作する受信装置を充電するための改良されたシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、充電パッドが開示される。充電パッドは、第１の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第１の周波数コイルを含む。さらに、充電パッドは、第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域で動作可能な少なくとも１つの第２の周波数コイルを含む。また、充電パッドは、少なくとも１つの第１の周波数コイルおよび少なくとも１つの第２の周波数コイルに動作可能に結合され、少なくとも１つの第１の周波数コイルおよび少なくとも１つの第２の周波数コイルを駆動するように構成された励振部を含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、無線充電装置が開示される。無線充電装置は、入力電力のＤＣ電圧を第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧および第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧のうちの少なくとも一方に変換するように構成された励振部を含む充電パッドを含む。また、充電パッドは、励振部に動作可能に結合された送信部を含み、送信部は、第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧を送信するように構成された少なくとも１つの第１の周波数コイルを含む。さらに、送信部は、第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧を送信するように構成された少なくとも１つの第２の周波数コイルを含む。さらに、無線充電装置は、励振部に動作可能に結合され、第１の周波数制御信号および第２の周波数制御信号のうちの少なくとも一方を励振部に供給するように構成された制御部を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、１つまたは複数の受信装置を充電するための方法が開示される。本方法は、第１の周波数制御信号および第２の周波数制御信号のうちの少なくとも一方を、励振部によって受信するステップを含む。さらに、本方法は、第１の周波数制御信号が受信された場合には、入力電力のＤＣ電圧を第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧に、励振部によって変換するステップを含む。また、本方法は、第２の周波数制御信号が受信された場合には、入力電力のＤＣ電圧を第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧に、励振部によって変換するステップを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの第１の周波数コイルによって、第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧を第１の受信装置に送信するステップを含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの第２の周波数コイルによって、第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧を第２の受信装置に送信するステップを含む。
【０００８】
本開示のこれらの、および他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むと、より良く理解されるであろう。添付図面において、同様の符号は、図面を通じて、同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による無線電力伝送システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による無線電力伝送システムの回路図である。
【図３】本発明の別の実施形態による無線電力伝送システムの回路図である。
【図４】本発明の一実施形態による、第１の周波数コイルおよび第２の周波数コイルを有する充電パッドの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、第１の周波数コイルおよび第２の周波数コイルを有する充電パッドの概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、受信装置に誘導結合された第１の周波数コイルおよび第２の周波数コイルを有する充電パッドの概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による、複数の受信装置を充電するための方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による異なる制御信号のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で詳細に説明するように、１つまたは複数の無線受信装置を充電するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が開示される。特に、本明細書で開示されるシステムおよび方法は、異なる周波数規格に基づいて設計された無線受信装置の充電を可能にする第１の周波数コイルおよび第２の周波数コイルを駆動することができる励振部を使用する。
【００１１】
特に定義されない限り、本明細書で用いられる技術的および科学的用語は、本明細書が属する技術的分野の当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる「第１の」、「第２の」などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味するものではなく、１つの要素と別の要素とを区別するために用いられる。また、単数形での記述は、量の限定を意味するものではなく、むしろ参照される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。「または」という用語は、包括的であって、列挙された項目のうちの１つ、いくつか、またはすべてを意味する。本明細書における「含む」、「備える」、または「有する」、ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を含むことを意味する。「接続される」、「結合される」という用語は、物理的もしくは機械的な接続または結合に限定されず、直接的であるか間接的であるかを問わず、電気的接続または結合を含んでもよい。さらに、「回路」、「回路構成」、および「制御部」という用語は、単一の構成要素または複数の構成要素のいずれを含んでもよいし、それらは能動的および／または受動的であってもよく、記載した機能を提供するために互いに接続または結合されてもよい。さらに、本明細書で使用される、動作可能に結合されるという用語は、有線結合、無線結合、電気的結合、磁気的結合、無線通信、ソフトウェアに基づく通信、またはこれらの組み合わせを含む。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による無線電力伝送システム１００の概略図である。無線電力伝送システム１００は、電源１０２からの電力を、移動装置、生物医学装置、および携帯型消費者装置などの１つまたは複数の受信装置に送信するために使用される。特に、自動車産業では、車両は、電源１０２から携帯電話のような移動装置、ラップトップ、暖房換気および空調（ＨＶＡＣ）部などに電力を供給するために使用される１つまたは複数の充電パッドを含む。一実施形態では、無線電力伝送システム１００は、非接触電力伝送システムと呼ぶこともできる。
【００１３】
図示する実施形態では、無線電力伝送システム１００は、第１の受信装置１０６および第２の受信装置１０８に無線で結合された無線充電装置１０４を含む。無線電力伝送システム１００は、第１の受信装置１０６および第２の受信装置１０８に限定されず、任意の数の受信装置を含むことができることに留意されたい。
【００１４】
第１および第２の受信装置１０６、１０８は、無線周波数規格の１つと互換性を有してもよい。例えば、受信装置の１つは、約７ＭＨｚの周波数で規定された無線電力アライアンス（Ａ４ＷＰ）規格と互換性を有してもよい。同様に、別の受信装置は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲で規定される無線電力コンソーシアム（ＷＰＣ）規格（Ｑｉ）と互換性を有してもよい。受信装置の１つは、２００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの周波数範囲で規定された電力問題アライアンス（ＰＭＡ）規格と互換性を有してもよい。他の受信装置の１つは、約６．７ＭＨｚの周波数で規定されるエア・フューエル・アライアンス（Ａｉｒ  Ｆｕｅｌ  Ａｌｌｉａｎｃｅ）規格と互換性を有してもよい。本発明の実施形態の理解を容易にするために、第１の受信装置１０６は、約６．７ＭＨｚの周波数で規定されるエア・フューエル・アライアンス規格などの第１の周波数規格と互換性があるとみなす。第１の周波数規格は、高い周波数規格とも呼ばれる。同様に、第２の受信装置１０８は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲で規定されたＷＰＣ規格などの第２の周波数規格と互換性があるとみなす。第２の周波数規格は、低い周波数規格とも呼ばれる。受信装置１０６、１０８は、任意の周波数規格とすることができ、本明細書で述べる周波数規格に限定されないことに留意されたい。さらに、任意の数の周波数規格と互換性のある任意の数の受信装置が、充電のために想定されてもよい。
【００１５】
受信装置／ガジェットごとに異なる周波数規格に互換性のある従来の電力伝送システムでは、充電装置は、受信装置のそれぞれに対して、その対応する周波数規格で電力を供給できない場合がある。従来の電力伝送システムの１つでは、周波数規格ごとの専用コンバータと専用周波数コイルを有する別個の充電装置が、対応する受信装置に電力を供給するために使用される。しかしながら、周波数規格ごとに別々の充電装置を使用することにより、従来の電力伝送システムのセットアップコストおよびメンテナンスコストが大幅に増加する可能性がある。
【００１６】
従来のシステムに関連する上記の問題／欠点を克服するために、例示的な無線電力伝送システム１００は、任意の周波数規格の第１および第２の受信装置１０６、１０８を充電するように構成された無線充電装置１０４を含む。無線充電装置１０４は、電源１０２から第１および第２の受信装置１０６、１０８に電力を供給するために使用される充電パッド１３０および制御部１１２を含む。充電パッド１３０は、１つまたは複数の受信装置１０６、１０８が、対応する受信装置１０６、１０８内の１つまたは複数の電池を充電するために配置され得る電気エンクロージャと呼ぶことができる。一実施形態では、制御部１１２を充電パッド１３０内に配置してもよい。別の実施形態では、制御部１１２を充電パッド１３０の外部に配置してもよい。さらに、充電パッド１３０は、励振部１１０および送信部１１４を含む。一実施形態では、励振部１１０は、第１および第２の受信装置１０６、１０８に所望の周波数で電力を供給するために使用される１つまたは複数のコンバータ（図示せず）を含むことができる。
【００１７】
励振部１１０は、電源１０２および制御部１１２に電気的に結合される。電源１０２は、ＤＣ電圧を有する入力電力１２０を励振部１１０に供給するように構成される。いくつかの実施形態では、入力電力１２０は、約１Ｗ〜２００Ｗの範囲内であってもよい。一実施形態では、電源１０２は、無線充電装置１０４の一部であってもよい。別の実施形態では、電源１０２は、無線充電装置１０４の外部に配置されてもよい。
【００１８】
さらに、励振部１１０は、電源１０２からＤＣ電圧を有する入力電力１２０を受け取るように構成される。さらに、励振部１１０は、入力電力１２０のＤＣ電圧を、第１の周波数帯域の周波数を有する第１のＡＣ電圧および／または第２の周波数帯域の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換するように構成される。第１の周波数帯域は、約４ＭＨｚ〜約９ＭＨｚの周波数範囲と呼ぶことができることに留意されたい。同様に、第２の周波数帯域は、約１００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの周波数範囲と呼ぶことができる。また、「第１の周波数帯域の周波数」および「第１の周波数」という用語は、以下の明細書では互換的に使用することができることに留意されたい。同様に、「第２の周波数帯域の周波数」および「第２の周波数」という用語は、以下の明細書では互換的に使用することができる。
【００１９】
さらに、励振部１１０は、制御部１１２から第１の周波数制御信号１２２および／または第２の周波数制御信号１２４を受信するように構成される。第１の周波数制御信号１２２が制御部１１２から受信された場合には、励振部１１０は、入力電力１２０のＤＣ電圧を第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換するように構成される。同様に、制御部１１２から第２の周波数制御信号１２４が受信された場合、励振部１１０は、入力電力１２０のＤＣ電圧を第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換するように構成される。一例では、第１および第２のＡＣ電圧は、約５ボルト〜約５０ボルトの範囲内であってもよい。ＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧または第２のＡＣ電圧に変換することに関する詳細は、図２および図３を参照して以下でさらに詳細に説明する。
【００２０】
一実施形態では、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２と第２の周波数制御信号１２４とを規則的な時間間隔で励振部１１０に交互に送信するように構成される。１つの特定の実施形態では、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２および第２の周波数制御信号１２４を含む変調信号を送信するように構成される。別の実施形態では、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２と第２の周波数制御信号１２４とを励振部１１０内のスイッチの異なるセットに同時に送信するように構成される。
【００２１】
励振部１１０は、第１のＡＣ電圧または第２のＡＣ電圧を有する入力電力を送信部１１４に送信するようにさらに構成される。送信部１１４は、励振部１１０に電気的に結合された１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８を含む。一実施形態では、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８は、交互にスタックされてもよい。別の実施形態では、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８は、同一平面上または異なる平面上に並んで配置されてもよい。さらに、１つまたは複数の第１の周波数コイル１１６は、第１の受信装置１０６内の受信コイル（図１には示さず）に誘導結合される。１つまたは複数の第２の周波数コイル１１８は、第２の受信装置１０８内の受信コイル（図１には示さず）に誘導結合される。さらに、第１の周波数コイル１１６および第２の周波数コイル１１８は、第１のＡＣ電圧または第２のＡＣ電圧を有する入力電力を第１および第２の受信装置１０６、１０８に無線送信するために使用される。特に、励振部１１０がＤＣ電圧を第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換する場合には、第１の周波数コイル１１６が励振されて、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を第１の受信装置１０６に送信する。同様に、励振部１１０がＤＣ電圧を第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換する場合には、第２の周波数コイル１１８が励振されて、第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を第２の受信装置１０８に送信する。
【００２２】
さらに、第１および第２の受信装置１０６、１０８は、第１および第２の受信装置１０６、１０８に含まれる１つまたは複数の電池１２６、１２８を充電するために、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧または第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を使用するように構成される。一実施形態では、携帯電話およびラップトップなどの第１および第２の受信装置１０６、１０８は、第１および第２の受信装置１０６、１０８が設計される周波数規格に基づいて第１の周波数コイル１１６および／または第２の周波数コイル１１８に誘導結合されてもよい。例えば、第１の受信装置１０６がエア・フューエル・アライアンス規格などの第１の周波数規格に設計されている場合には、第１の受信装置１０６は、第１の周波数コイル１１６から第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を受信する。同様に、第２の受信装置１０８がＷＰＣ規格などの第２の周波数規格に設計されている場合には、第２の受信装置１０８は、第２の周波数コイル１１８から第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を受信する。一例では、第１および第２の受信装置１０６、１０８は、第１および第２の受信装置１０６、１０８の電池１２６、１２８を充電するために充電パッド１３０上に配置することができる。
【００２３】
したがって、例示的な無線電力伝送システム１００を使用することによって、単一の無線充電装置１０４は、１つまたは複数の周波数規格と互換性のある第１および第２の受信装置１０６、１０８に電力を伝送するように構成される。
【００２４】
図２を参照すると、本発明の一実施形態による無線電力伝送システム１００の詳細な回路図が示されている。無線電力伝送システム１００は、電源１０２からの入力電力１２０を第１および第２の受信装置１０６、１０８に送信するために使用される。
【００２５】
無線電力伝送システム１００は、無線充電装置１０４と、第１の受信装置１０６と、第２の受信装置１０８と、を含む。無線充電装置１０４は、第１の受信装置１０６および第２の受信装置１０８に無線で結合される。第１の受信装置１０６および第２の受信装置１０８は、無線周波数規格の１つと互換性を有することができる。
【００２６】
さらに、無線充電装置１０４は、電源１０２から第１および第２の受信装置１０６、１０８に電力を供給するために使用される充電パッド１３０および制御部１１２を含む。充電パッド１３０は、励振部１１０および送信部１１４を含む。無線電力伝送システム１００は、他の構成要素を含んでもよいし、図２に示す構成要素に限定されないことに留意されたい。
【００２７】
図示する実施形態では、励振部１１０は、電源１０２に電気的に結合され、電源１０２からＤＣ電圧を有する入力電力１２０を受け取るように構成された単一のコンバータ２１６のみを含む。単一のコンバータ２１６は、単一のＤＣまたはライン周波数入力を有する電気的に結合された装置として定義される。他の実施形態では、励振部１１０は、任意の数のコンバータを含むことができ、単一のコンバータに限定されないことに留意されたい。さらに、単一のコンバータ２１６は、ハーフブリッジインバータ回路を形成するように構成された、第１のスイッチ２０８、第２のスイッチ２１０、複数のダイオード２１２、および複数のキャパシタ２１４を含む。第１および第２のスイッチ２０８、２１０、ダイオード２１２、およびキャパシタ２１４は、励振部１１０の入力端子２１７と出力端子２１８との間に電気的に結合される。一実施形態では、スイッチ２０８、２１０は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなどの電子スイッチを含むことができる。スイッチ２０８、２１０は、他の半導体スイッチを含むことができ、ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴに限定されないことに留意されたい。さらに、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、互いに相補的に動作する。例えば、第１のスイッチ２０８が期間Ｔonにアクティブ化される場合には、第２のスイッチ２１０はこの期間Ｔonに非アクティブ化される。同様に、第２のスイッチ２１０が期間Ｔoffにアクティブ化される場合には、第１のスイッチ２０８はこの期間Ｔoffに非アクティブ化される。
【００２８】
さらに、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２および第２の周波数制御信号１２４を、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０に交互に繰り返し送信するように構成される。一実施形態では、制御部１１２は、第１および第２の周波数コイル１１６、１１８の特性の変化に基づいて、第１および第２の周波数制御信号１２２、１２４を生成することができる。例えば、第１の受信装置１０６および／または第２の受信装置１０８が充電パッド１３０上に配置される場合には、第１および／または第２の周波数コイル１１６、１１８の電流などの特性が変化し得る。さらに、第１および第２の周波数コイル１１６、１１８の特性の変化は、第１および第２の周波数制御信号１２２、１２４を生成するために制御部１１２によって使用されてもよい。
【００２９】
さらに、制御部１１２は、第１の期間に第１の周波数制御信号１２２を第１のスイッチ２０８に送信する。同時に、制御部１１２は、第１の期間に第１の周波数制御信号１２２と相補的な信号を第２のスイッチ２１０に送信する。一例では、第１の周波数制御信号１２２は、約６．７ＭＨｚの高いスイッチングパルス周波数を有することができる。第１の期間に、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は互いに相補的に動作して、入力電力１２０のＤＣ電圧を第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換する。一実施形態では、第１の周波数は、約４ＭＨｚ〜約９ＭＨｚの範囲内であってもよい。１つの特定の実施形態では、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第１の周波数制御信号１２２に基づいて入力電力１２０のＤＣ電圧を変調して、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を励振部１１０の出力端子２１８に生成する。
【００３０】
同様に、制御部１１２は、第２の期間に第２の周波数制御信号１２４を第１のスイッチ２０８に送信する。同時に、制御部１１２は、第２の期間に第２の周波数制御信号と相補的な信号を第２のスイッチ２１０に送信する。一実施形態では、第２の周波数制御信号１２４は、約１００ｋＨｚの低いスイッチングパルス周波数を有することができる。第２の期間に、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は互いに相補的に動作して、入力電力１２０のＤＣ電圧を第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換する。一実施形態では、第２の周波数は、約１００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲内であってもよい。一実施形態では、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第２の周波数制御信号１２４に基づいて入力電力１２０のＤＣ電圧を変調して、第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を励振部１１０の出力端子２１８に供給する。
【００３１】
さらに、第１のＡＣ電圧または第２のＡＣ電圧を有する入力電力は、励振部１１０から送信部１１４に伝送される。送信部１１４は、第１の周波数コイル１１６および第２の周波数コイル１１８を含む。図示する実施形態では、１つの第１の周波数コイル１１６と１つの第２の周波数コイル１１８のみが示されている。第１の周波数コイル１１６は、励振部１１０に電気的に結合され、第１の受信装置１０６内の対応する受信コイル２２４に誘導結合される。第１の周波数コイル１１６は、第１のＡＣ電圧を有する電力を第１の受信装置１０６内の受信コイル２２４に伝送するために使用される。さらに、第１のＡＣ電圧を有する電力は、受信コイル２２４から、電力調整器２３２を介して第１の受信装置１０６内の電池などの電気的負荷２２８に送信される。
【００３２】
同様に、第２の周波数コイル１１８は、励振部１１０に電気的に結合され、第２の受信装置１０８内の対応する受信コイル２２６に誘導結合される。第２の周波数コイル１１８は、第２のＡＣ電圧を有する電力を第２の受信装置１０８の受信コイル２２６に伝送するために使用される。さらに、第２のＡＣ電圧を有する電力は、受信コイル２２６から、電力調整器２３４を介して第２の受信装置１０８内の電池などの電気的負荷２３０に送信される。
【００３３】
無線電力伝送システム１００の通常の動作中に、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２および第２の周波数制御信号１２４を周期的におよび／または交互に励振部１１０に送信するように構成される。具体的には、制御部１１２は、第１の期間に、第１の周波数制御信号１２２を第１のスイッチ２０８に、第１の周波数制御信号１２２と相補的な信号を第２のスイッチ２１０に送信する。さらに、第１の期間において、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第１の周波数制御信号１２２のスイッチングパルスに基づいてオン状態とオフ状態とを切り替えて、入力電力のＤＣ電圧を第１の周波数を有する対応する第１のＡＣ電圧に変換する。オン状態は、スイッチ２０８、２１０がアクティブ化されている状態と呼ぶことができる。オフ状態は、スイッチ２０８、２１０が非アクティブ化されている状態と呼ぶことができる。さらに、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧が第１の周波数コイル１１６に供給されて、第１のＡＣ電圧を有する電力を第１の受信装置１０６内の受信コイル２２４に送信する。その後、受信コイル２２４は、電力調整器２３２を介して第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を負荷２２８に伝送する。
【００３４】
さらに、制御部１１２は、第１の期間の終了時に、第２の周波数制御信号１２４を第１のスイッチ２０８に送信し、第１の周波数制御信号１２２と相補的な信号を第２の期間に第２のスイッチ２１０に送信する。さらに、第２の期間において、第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第２の周波数制御信号１２４のスイッチングパルスに基づいてオン状態とオフ状態とを切り替えて、入力電力のＤＣ電圧を第２の周波数を有する対応する第２のＡＣ電圧に変換する。第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧は、第２のＡＣ電圧を有する電力を第２の受信装置１０８の受信コイル２２６に送信するために第２の周波数コイル１１８に供給される。その後、受信コイル２２６は、電力調整器２３４を介して第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を負荷２３０に伝送する。一実施形態では、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２および第２の周波数制御信号１２４を励振部１１０に交互に送信して、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧および第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を対応する受信装置１０６、１０８に供給することができる。
【００３５】
例示的な無線電力伝送システム１００では、励振部１１０は、電源１０２からの電力を異なる周波数規格の受信装置１０６、１０８に伝送するために、第１の周波数コイル１１６および第２の周波数コイル１１８を駆動する。
【００３６】
図３を参照すると、本発明の別の実施形態による無線電力伝送システム３００の回路図が示されている。図３の無線電力伝送システム３００は、励振部３０２がフルブリッジインバータ回路を有する単一のコンバータ３０４を含むことを除けば、図２の無線電力伝送システム１００と同様である。特に、単一のコンバータ３０４は、スイッチ３０６の第１のレグと、スイッチ３０８の第２のレグと、を含む。スイッチ３０６の第１のレグは、制御部１１２から第１の周波数制御信号１２２を受信するように構成され、スイッチ３０８の第２のレグは、制御部１１２から第２の周波数制御信号１２４を受信するように構成される。この実施形態では、第１の周波数制御信号１２２は、約６．７ＭＨｚの高いスイッチングパルス周波数を有する連続信号であり、第２の周波数制御信号１２４は、約２００ｋＨｚの低いスイッチングパルス周波数を有する連続信号である。
【００３７】
スイッチ３０６の第１のレグは、第１の周波数制御信号１２２が受信された場合にアクティブ化される。さらに、スイッチ３０６の第１のレグは、入力電力１２０のＤＣ電圧を第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換するように構成される。一実施形態では、第１の周波数は、約４ＭＨｚ〜約９ＭＨｚの範囲内であってもよい。第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧は、第１の周波数コイル１１６に伝送され、次に第１の周波数コイル１１６は、第１のＡＣ電圧を有する電力を第１の受信装置１０６に誘導的に伝送する。
【００３８】
同様の方法で、スイッチ３０８の第２のレッグは、第２の周波数制御信号１２４が受信された場合にアクティブ化される。さらに、スイッチ３０８の第２のレグは、入力電力１２０のＤＣ電圧を第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換するように構成される。一実施形態では、第２の周波数は、約１００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲内であってもよい。第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧は、第２の周波数コイル１１８に伝送され、次に第２の周波数コイル１１８は、第２のＡＣ電圧を有する電力を第２の受信装置１０８に誘導的に伝送する。
【００３９】
図４を参照すると、例示的な実施形態による充電パッド４０２の概略図が示されている。充電パッド４０２は、図１の充電パッド１３０と同様であってもよい。さらに、充電パッド４０２は、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８を含む。特に、充電パッド４０２は、１つまたは複数の第１の周波数コイル１１６を有する第１の層４０４と、１つまたは複数の第２の周波数コイル１１８を有する第２の層４０６と、を含む。第１および第２の層４０４、４０６は、１つまたは複数の周波数コイルを有する電気的キャリアと呼ぶことができる。第１の層４０４および第２の層４０６は、充電パッド４０２内で互いに近接して配置される。一実施形態では、第１の層４０４は、並列構成および／または直列構成に配置された複数の第１の周波数コイル１１６を含むことができる。同様に、第２の層４０６は、並列構成および／または直列構成に配置された複数の第２の周波数コイル１１８を含むことができる。一実施形態では、充電パッド４０２はまた、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および／または１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８を独立に駆動することができる励振部を含むことができる。
【００４０】
１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８は、充電パッド４０２内で交互にスタックされる。受信装置は、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８が充電パッド４０２内の所定の位置の下に配置されるように、充電パッド４０２の上面の所定の位置に配置される。励振部１１０は、受信装置の周波数規格に基づいて、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および／または１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８を駆動する。
【００４１】
図５を参照すると、別の実施形態による充電パッド５０２の概略図が示されている。充電パッド５０２は、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８を有する単一層５０４を含む。特に、第１の周波数コイル１１６と第２の周波数コイル１１８は、充電パッド５０２の単一層５０４内に交互に配置される。具体的には、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８は、充電パッド５０２内に埋め込まれる。一実施形態では、１つもしくは複数の第１の周波数コイル１１６および１つもしくは複数の第２の周波数コイル１１８は、同一平面上または異なる平面上に並んで配置されてもよい。単一層５０４は、異なる周波数コイルを有する電気的キャリアと呼ぶことができる。
【００４２】
図６を参照すると、例示的な実施形態による充電パッド４０２の概略図が示されている。充電パッド４０２は、１つまたは複数の第１の周波数コイル１１６を有する第１の層４０４と、１つまたは複数の第２の周波数コイル１１８を有する第２の層４０６と、を含む。さらに、第１の周波数コイル１１６は、第１の受信装置１０６に誘導結合され、第２の周波数コイル１１８は、第２の受信装置１０８に誘導結合される。一実施形態では、充電パッド４０２は、第１および第２の受信装置１０６、１０８がその上に配置される表面を含む。
【００４３】
図７を参照すると、本発明の一実施形態による、複数の受信装置を充電するための方法を示すフローチャートが示されている。方法７００について、図１および図２を参照して説明する。ステップ７０２において、励振部１１０は、制御部１１２から第１の周波数制御信号１２２および第２の周波数制御信号１２４のうちの少なくとも一方を受信する。具体的には、制御部１１２は、第１の周波数制御信号１２２と第２の周波数制御信号１２４とを交互に繰り返して励振部１１０に送信する。電源１０２は、ＤＣ電圧を有する入力電力１２０を励振部１１０に供給する。
【００４４】
続いて、ステップ７０４において、励振部１１０は、第１の周波数制御信号１２２が受信された場合には、入力電力１２０のＤＣ電圧を第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧に変換する。具体的には、制御部１１２は、第１の期間に、第１の周波数制御信号１２２を第１のスイッチ２０８に、第１の周波数制御信号１２２と相補的な信号を第２のスイッチ２１０に送信する。さらに、第１の期間において、励振部１１０の第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第１の周波数制御信号１２２のスイッチングパルスに基づいてオン状態とオフ状態とを切り替えて、入力電力のＤＣ電圧を第１の周波数を有する対応する第１のＡＣ電圧に変換する。一実施形態では、第１の周波数は、約４ＭＨｚ〜約９ＭＨｚの範囲内であってもよい。
【００４５】
さらに、ステップ７０６において、励振部１１０は、第２の周波数制御信号１２４が受信された場合には、入力電力のＤＣ電圧を第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧に変換する。具体的には、制御部１１２は、第２の期間に、第２の周波数制御信号１２４を第１のスイッチ２０８に、第１の周波数制御信号１２２と相補的な信号を第２のスイッチ２１０に送信する。さらに、第２の期間において、励振部１１０の第１のスイッチ２０８および第２のスイッチ２１０は、第２の周波数制御信号１２４のスイッチングパルスに基づいてオン状態とオフ状態とを切り替えて、入力電力のＤＣ電圧を第２の周波数を有する対応する第２のＡＣ電圧に変換する。一実施形態では、第２の周波数は、約１００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲内であってもよい。
【００４６】
ステップ７０８において、少なくとも１つの第１の周波数コイル１１６が、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を第１の受信装置１０６に送信する。さらに、励振部１１０は、送信部１１４の第１の周波数コイル１１６を駆動し、第１の周波数を有する第１のＡＣ電圧を第１の受信装置１０６の受信コイル２２４に伝送する。さらに、第１のＡＣ電圧は、電力調整器２３２によって調整され、第１の受信装置１０６内の電池などの負荷２２８に供給される。
【００４７】
さらに、ステップ７１０において、少なくとも１つの第２の周波数コイル１１８は、第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を第２の受信装置１０８に送信する。さらに、励振部１１０は、送信部１１４の第２の周波数コイル１１８を駆動して、第２の周波数を有する第２のＡＣ電圧を第２の受信装置１０８の受信コイル２２６に伝送する。さらに、第２のＡＣ電圧は、電力調整器２３４によって調整され、第２の受信装置１０８内の電池などの負荷２３０に供給される。
【００４８】
本明細書で説明する例示的な実施形態によれば、例示的なシステムおよび方法は、励振部１１０を使用して、任意の周波数規格の受信装置を充電することを容易にする。
【００４９】
図８を参照すると、本発明の態様による異なる制御信号のグラフが示されている。符号８０２は、入力電力のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するために制御部から励振部に送信される第１の周波数制御信号を表す。第１の周波数制御信号８０２は、符号８０６で表される第１の期間に複数のスイッチングパルス８０４を含む。さらに、符号８０８は、入力電力のＤＣ電圧を第２のＡＣ電圧に変換するために制御部から励振部に送信される第２の周波数制御信号を表す。第２の周波数制御信号８０８は、符号８２０で表される第２の期間に単一のスイッチングパルス８１０を含む。ここで、第２の周波数制御信号８０８は、第２の期間８２０内により多くの数のスイッチングパルスを含むことに留意されたい。しかし、第２の期間８２０内の第２の周波数制御信号８０８のスイッチングパルスの数は、第１の期間８０６内の第１の周波数制御信号８０２のスイッチングパルスの数よりも少ない。符号８１２は、第１の周波数制御信号８１４および第２の周波数制御信号８１６を含む変調信号を表す。特に、第１の周波数制御信号８１４は、第１の期間８０６に生成され、第２の周波数制御信号８１６は、第２の期間８２０に生成される。
【００５０】
本開示の特定の特徴だけを本明細書において図示および説明してきたが、当業者であれば、多くの改変および変形を考えるであろう。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の要旨に含まれるこのようなすべての改変および変形を包含することを意図していると理解すべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１００  無線電力伝送システム
１０２  電源
１０４  無線充電装置
１０６  第１の受信装置
１０８  第２の受信装置
１１０  励振部
１１２  制御部
１１４  送信部
１１６  第１の周波数コイル
１１８  第２の周波数コイル
１２０  入力電力
１２２  第１の周波数制御信号
１２４  第２の周波数制御信号
１２６  電池
１２８  電池
１３０  充電パッド
２０８  第１のスイッチ
２１０  第２のスイッチ
２１２  ダイオード
２１４  キャパシタ
２１６  コンバータ
２１７  入力端子
２１８  出力端子
２２４  受信コイル
２２６  受信コイル
２２８  電気的負荷
２３０  電気的負荷
２３２  電力調整器
２３４  電力調整器
３００  無線電力伝送システム
３０２  励振部
３０４  単一のコンバータ
３０６  スイッチ
３０８  スイッチ
４０２  充電パッド
４０４  第１の層
４０６  第２の層
５０２  充電パッド
５０４  単一層
７００  方法
７０２  ステップ
７０４  ステップ
７０６  ステップ
７０８  ステップ
７１０  ステップ
８０２  第１の周波数制御信号
８０４  スイッチングパルス
８０６  第１の期間
８０８  第２の周波数制御信号
８１０  スイッチングパルス
８１４  第１の周波数制御信号
８１６  第２の周波数制御信号
８２０  第２の期間
【図１】
2018023276.tif 000003
【図２】
2018023276.tif 000004
【図３】
2018023276.tif 000005
【図４】
2018023276.tif 000006
【図５】
2018023276.tif 000007
【図６】
2018023276.tif 000008
【図７】
2018023276.tif 000009
【図８】
2018023276.tif 000010
【外国語明細書】
2018023276000001.pdf