(57)【要約】  例示的実施形態は、無線電力伝送に関する。受信アンテナ(L2)を有する受信機(820)は、結合モード領域において近距離場放射に結合する。受信機は、近距離場放射に応じて共振周波数でRF信号を発生する。離調回路(860)は制御信号に応じて可変インピーダンスを発生して、RF信号をより小さい振幅または異なる共振周波数に修正する。整流器(840)は、修正されたRF信号をDC信号に変換する。比較器(850)は、DC信号と基準電圧(Vref)との比較に応じて制御信号を発生することにより、フィードバックループを形成する。離調回路は、フィードバックによりデジタルモードまたは線形モードで動作することができる。インピーダンス要素(R1)を離調回路に結合して、離調回路を通る電流に比例する電圧を発生することができる。比例電圧を整流して、送信機から送信された情報を有する受信信号(1430)にする。
2013504298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合モード領域において共振周波数で近距離場放射を結合させて、前記近距離場放射に応じてRF信号を発生するステップと、
可変インピーダンスデバイスにより、制御信号に応じて前記RF信号を離調して、RF信号を修正するステップと、
前記修正されたRF信号を整流して、DC信号を発生するステップと、
前記DC信号を基準電圧と比較して、前記DC信号と前記基準電圧との電圧差に応じて前記制御信号を発生するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記RF信号を離調するステップが、前記制御信号に応じて、線形領域でNMOSトランジスタを操作するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記RF信号を離調するステップが、前記可変インピーダンスデバイスに動作可能に結合されたキャパシタにより、前記可変インピーダンスデバイスに無効成分を供給するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
デジタルクローキング信号を選択することによりデジタル離調を選択して前記制御信号を発生するステップ、または前記DC信号を前記基準電圧と比較した結果を選択することにより線形離調を選択して前記制御信号を発生するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するステップと、
前記変調信号からの受信信号を整流するステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
結合モード領域において共振周波数で近距離場放射を結合させて、前記近距離場放射に応じてRF信号を発生する手段と、
可変インピーダンスデバイスにより、制御信号に応じて前記RF信号を離調して、前記RF信号を修正する手段と、
前記修正されたRF信号を整流して、DC信号を発生する手段と、
前記DC信号を基準電圧と比較して、前記DC信号と前記基準電圧との電圧差に応じて前記制御信号を発生する手段とを備えた無線電力受信機。
【請求項７】
前記RF信号を離調する手段が、前記制御信号に応じて、線形領域でNMOSトランジスタを操作する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項８】
前記RF信号を離調する手段が、前記可変インピーダンスデバイスに無効成分を結合する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項９】
デジタルクローキング信号を選択することによりデジタル離調を選択して前記制御信号を発生する手段、または前記DC信号を前記基準電圧と比較した結果を選択することにより線形離調を選択して前記制御信号を発生する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項１０】
前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生する手段と、
前記変調信号からの受信信号を整流する手段とをさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項１１】
結合モード領域において近距離場放射により結合するように構成された受信アンテナに、動作可能に結合する整合回路であって、前記整合回路および前記受信アンテナが前記近距離場放射に応じてRF信号を発生する、整合回路と、
前記整合回路に動作可能に結合された離調回路であって、前記RF信号を修正する制御信号に応じた可変抵抗を有する可変インピーダンスデバイスを備えた離調回路と、
前記修正されたRF信号に動作可能に結合され、前記修正されたRF信号をDC信号に変換するように構成された整流器と、
前記DC信号に動作可能に結合された第1の入力と、基準電圧に動作可能に結合された第2の入力と、前記制御信号に動作可能に結合され、前記第1の入力と前記第2の入力との電圧差に対応するように構成された比較器出力とを備えたアナログ比較器とを備えた、無線電力受信機。
【請求項１２】
前記可変インピーダンスデバイスが、地面と前記RF信号との間に動作可能に結合されたソース-ドレインを有するNMOSトランジスタと、前記制御信号に動作可能に結合されたゲートとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１３】
前記可変インピーダンスデバイスが、地面と前記RF信号との間に動作可能に結合された背合せNMOSトランジスタと、前記制御信号に動作可能に結合された前記ゲート背合せNMOSトランジスタのゲートとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１４】
前記離調回路が、前記可変インピーダンスデバイスと前記RF信号との間に動作可能に結合された受動ネットワークをさらに備え、前記受動ネットワークが、前記離調回路のインピーダンスに無効成分を供給するように構成された、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１５】
前記アナログ比較器が、
前記DC信号に比例する比較信号を供給する分圧器と、
前記比較信号に動作可能に結合された1つの入力、前記基準電圧に動作可能に結合された他の入力、および前記制御信号に動作可能に接続された出力を有する増幅器とを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１６】
前記アナログ比較器が、
前記DC信号に動作可能に結合された1つの入力、および前記基準電圧に動作可能に結合されてOTA出力を発生する他の入力を有するオペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器(OTA)と、
前記OTA出力と前記制御信号との間に動作可能に結合されたバッファとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１７】
前記アナログ比較器と、前記比較器出力に動作可能に結合された1つの入力、デジタルクローキング信号に動作可能に結合された1つの入力、および前記制御信号に動作可能に結合された出力を有する前記離調回路との間に動作可能に結合されたマルチプレクサをさらに備え、前記マルチプレクサが、前記デジタルクローキング信号を選択することによるデジタル離調、または前記比較器出力を選択することによる線形離調を選択するように構成された、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１８】
前記離調回路と前記地面との間に動作可能に結合され、前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するように構成されたインピーダンス要素と、
前記変調信号に動作可能に結合され、前記変調信号を受信信号に整流するように構成された信号抽出器とを備えたシグナリングセンサをさらに備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１９】
結合モード領域において共振周波数で近距離場放射を結合させて、前記近距離場放射に応じたRF信号を発生するステップと、
前記RF信号の周波数を前記共振周波数とは異なる周波数に修正する離調回路を使用して、前記RF信号を離調するステップと、
前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するステップと、
前記変調信号を、前記RF信号の同調状態に応じて受信信号に整流するステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記RF信号を離調するステップが、前記離調回路の可変インピーダンスを制御信号に応じて調節して、前記RF信号とは異なる共振特性を有する前記RF信号を修正するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２２】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、および前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
結合モード領域において共振周波数で近距離場放射を結合させて、前記近距離場放射に応じてRF信号を発生する手段と、
前記RF信号の周波数を前記共振周波数とは異なる周波数に修正する離調回路を使用して、前記RF信号を離調する手段と、
前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生する手段と、
前記変調信号を、前記RF信号の同調状態に応じた受信信号に整流する手段とを備えた無線電力受信機。
【請求項２４】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項23に記載の無線電力受信機。
【請求項２５】
前記RF信号を離調する手段が、前記離調回路の可変インピーダンスを制御信号に応じて調節して、前記RF信号とは異なる共振特性を有する前記RF信号を修正する手段をさらに備えた、請求項23に記載の無線電力受信機。
【請求項２６】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項25に記載の無線電力受信機。
【請求項２７】
結合モード領域において近距離場放射により結合するように構成された受信アンテナに、動作可能に結合する整合回路であって、前記整合回路および前記受信アンテナが前記近距離場放射に応じて共振周波数でRF信号を発生する、整合回路と、
前記整合回路に動作可能に結合され、前記無線電力受信機の同調を、前記RF信号の前記共振周波数とは異なる周波数に修正するように構成された離調回路と、
前記離調回路と地面との間に動作可能に結合され、前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するように構成されたインピーダンス要素と、
前記変調信号に動作可能に結合され、前記変調信号を整流して前記無線電力受信機の同調状態に応じた受信信号にするように構成された信号抽出器とを備えた無線電力受信機。
【請求項２８】
前記無線電力受信機の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項27に記載の無線電力受信機。
【請求項２９】
前記離調回路が、前記RF信号と前記インピーダンス要素との間に動作可能に結合された可変インピーダンスデバイスをさらに備え、前記可変インピーダンスデバイスが、前記RF信号とは異なる共振特性を有する修正された前記RF信号を発生するための、制御信号に応じた可変抵抗を備えた、請求項27に記載の無線電力受信機。
【請求項３０】
前記無線電力受信機の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、および前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項29に記載の無線電力受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本出願は、米国特許法第119条(e)に基づき、2009年9月2日に出願した米国仮特許出願第61/239,418号「LINEAR DE-TUNING INVENTION DISCLOSURE」、および2009年11月3日に出願した米国仮特許出願第61/257,770号「DE-TUNING DEVICE CURRENT TO RECEIVE RADIO FREQUENCY SIGNALS」の優先権を主張するものであり、それらの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、一般に無線充電に関し、特に、無線電力システムに設置可能な受信デバイスに電力を配分することに関連したデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、無線電子デバイス等の各電池式デバイスは、それ自体の充電器および通常交流(AC)電源出力である外部電源を必要とする。多くのデバイスが充電を必要とするときに、このような有線構成は扱いにくい。
【０００４】
送信機と充電すべき電子デバイスに結合された受信機との間で、無線電力伝送を使用する手法が開発されている。このような手法は一般に2つのカテゴリに分けられる。1つは、送信アンテナと充電すべきデバイス上の受信アンテナとの間の平面波放射(遠距離場放射ともいう)の結合に基づく。受信アンテナは、電池を充電するために、放射電力を集めて、それを整流する。アンテナは、一般に、結合効率を向上させるための共振長を有する。この手法は、アンテナ間の距離に伴って、電力結合が急速に低下するという問題があるため、適度な距離(例えば1メートル未満〜２メートル)での充電が困難になる。さらに、送信システムが平面波を放射するため、フィルタリングによって適切に制御しないと、意図しない放射により他のシステムを妨害するおそれがある。
【０００５】
無線エネルギー伝送技術の他の手法は、例えば、「充電」マットまたは表面に埋め込まれた送信アンテナと、充電すべき電子デバイスに埋め込まれた受信アンテナ(および整流回路)との誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間隔を非常に近く(例えば数千メートル以内に)しなければならないという欠点がある。この手法は、同じエリアの複数のデバイスを同時に充電することはできるが、このエリアは一般に非常に小さく、ユーザがデバイスを特定のエリアに正確に配置する必要がある。
【０００６】
多くの無線充電システムでは、電源から伝送された電力を単一のレベルに固定するため、一般に、電力レベルを調節して、様々な最大ピーク電力レベルをもつデバイスに対応させることができない。このため、充電可能なデバイスの種類が限られる。別の問題は、固定された放射電力レベルを、デバイスの現在の電池の充電レベルに応じて調節できないことである。電池を充電するにつれて、電池の充電を完了するのに必要とする電力は次第に少なくなるのに、放射電力レベルは固定されているため、電力を浪費する。
【０００７】
伝送システムでは効率が重要である。無線電力伝送は有線伝送よりも非効率的なことが多いため、無線電力伝送環境では、効率はさらに重要な問題である。
【０００８】
したがって、1つまたは複数の無線充電デバイスに電力を供給しようとするときに、送信アンテナと受信アンテナとの結合の変化に合わせることにより、受信アンテナに結合された受信デバイスへの電力伝送を最適化または調節するための、方法および装置が必要である。さらに、送信アンテナから受信アンテナを、完全にまたは部分的に電磁隠蔽して、受信アンテナが送信アンテナから引き出す電力量を低下させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第12/249,873号
【特許文献２】米国特許出願第12/249,861号
【特許文献３】米国特許出願第12/249,866号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許請求の範囲に記載の手段によって課題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無線電力伝送システムの簡略ブロック図である。
【図２】無線電力伝送システムの簡略化した概略図である。
【図３】本発明の例示的実施形態で使用するループアンテナの概略図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による送信機の簡略ブロック図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による受信機の簡略ブロック図である。
【図６Ａ】逆方向リンクシグナリング、クローキング、またはこれらの組合せを提供するための受信回路の一部の簡略化した概略図である。
【図６Ｂ】逆方向リンクシグナリング、クローキング、またはこれらの組合せを提供するための受信回路の一部の簡略化した概略図である。
【図７】送信アンテナを有する無線電力送信機、および受信アンテナを有する無線電力受信機の簡略化した回路図である。
【図８】本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機および離調回路の簡略図である。
【図９】本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機、および可変インピーダンス装置としてのNMOSトランジスタを備えた離調回路の簡略図である。
【図１０】図9の例示的実施形態の出力電圧およびフィードバック電圧のグラフである。
【図１１】本発明の1つまたは複数の実施形態による、無線電力受信機、および離調ネットワークを備えた離調回路の簡略図である。
【図１２】本発明の1つまたは複数の実施形態による、無線電力受信機、および2つのNMOSトランジスタを備えた離調回路の簡略図である。
【図１３Ａ】図9および図11の例示的実施形態による可変インピーダンスの種々の値についての周波数に対する信号振幅のグラフである。
【図１３Ｂ】図9および図11の例示的実施形態による可変インピーダンスの種々の値についての周波数に対する信号振幅のグラフである。
【図１４】本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機、およびシグナリングセンサを備えた離調回路の簡略図である。
【図１５】無線電力受信機を線形離調するプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書では、「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用される。本明細書に「例示的」と記載されたいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいもの、または有利なものと解釈すべきではない。
【００１３】
添付図面に関連して以下に示す詳細な説明は、本発明の例示的実施形態を説明するものであり、本発明を実施可能な実施形態のみを示すものではない。本説明全体において、「例示的」という用語は、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味し、必ずしも他の実施形態よりも好ましいもの、または有利なものと解釈すべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解を与える目的で、具体的な詳細を含む。本発明の例示的実施形態を、これらの具体的な詳細なしに実施可能であることは、当業者には明らかであろう。一部の例では、本明細書で示す例示的実施形態の新規性を不明瞭にしないように、周知の構造およびデバイスをブロック図の形で示す。
【００１４】
「無線電力」という用語は、本明細書で、電界、磁界、電磁界に関連する任意の形のエネルギー、または物理的な電磁導体を使用せずに送信機から受信機に送信される任意の形のエネルギーを意味するために使用される。
【００１５】
本明細書で記載される本発明の例示的実施形態は、電池式デバイスの潜在的使用、実際の使用、またはこれらの組合せに基づく、様々な電池充電の必要に合わせることのできる装置および方法を含む。さらに、一部の例示的実施形態は、このようなデバイスに対する無線電力伝送を含む。
【００１６】
本明細書で記載される本発明の例示的実施形態は、送信アンテナと受信アンテナとの結合の変化に合わせることにより、受信アンテナに結合された受信デバイスへの電力伝送を最適化または調節することのできる装置および方法を含む。さらに、本発明の例示的実施形態は、送信アンテナから受信アンテナを完全にまたは部分的に電磁隠蔽して、受信アンテナが送信アンテナから引き出す電力量を低下させる。
【００１７】
図1は、本発明の種々の例示的実施形態による無線伝送または充電システム100を示す。入力電力102が送信機104に供給されて、エネルギー伝送を行うための放射界106を発生する。受信機108は放射界106に結合して出力電力110を発生し、この出力電力110は、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)により蓄積または消費される。送信機104および受信機108は、距離112だけ離れている。一例示的実施形態では、送信機104および受信機108は、相互共振関係によって構成され、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数とが非常に近い場合、受信機108が放射界106の「近距離場」に配置されていると、送信機104と受信機108との間の伝送損失が最小になる。
【００１８】
送信機104は、エネルギー伝送のための手段を提供する送信アンテナ114をさらに備え、受信機108は、エネルギー受信のための手段を提供する受信アンテナ118をさらに備える。送信アンテナおよび受信アンテナは、これに関連する適用およびデバイスに応じた大きさとする。前述したように、効率的なエネルギー伝送は、エネルギーの大部分を電磁波で遠距離場に伝播させるのではなく、送信アンテナの近距離場でエネルギーの大部分を受信アンテナに結合することによって行われる。この近距離場にあるときに、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間で結合モードを生じさせることができる。この近距離場結合が行われるアンテナ114、118周囲のエリアを、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１９】
図2は、無線電力伝送システムの簡略化した概略図である。送信機104は、発振器122、電力増幅器124、ならびにフィルタおよび整合回路126を備える。発振器は所望の周波数を発生するように構成され、この周波数は、調節信号123に応じて調節可能である。発振器信号は、電力増幅器124により、制御信号125に応じた増幅量で増幅することができる。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の不要な周波数を除去し、送信機104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために設けることができる。
【００２０】
受信機108は、整合回路132と整流およびスイッチング回路134とを備えて、図2に示すようにDC電力出力を発生して電池136を充電するか、または受信機(図示せず)に結合されたデバイスに電力供給することができる。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために設けることができる。受信機108および送信機104は、別の通信チャネル119(例えば、ブルートゥース、ジグビー、セルラー等)で通信することができる。
【００２１】
図3に示すように、例示的実施形態で使用されるアンテナを、本明細書では「磁気」アンテナとも呼ぶ「ループ」アンテナ150として構成することができる。ループアンテナは、空心またはフェライトコア等の物理コアを含むように構成される。空心ループアンテナのほうが、コアの近傍に配置された外部物理デバイスに対する耐性を高くすることができる。さらに空心ループアンテナでは、コアエリア内に他の構成要素を配置することができる。さらに、空心ループにより、送信アンテナ114(図2)の結合モード領域がより強力となり得る送信アンテナ114(図2)の平面内に、受信アンテナ118(図2)をより容易に配置することができる。
【００２２】
前述したように、送信機104と受信機108との間の効率的なエネルギー伝送は、送信機104と受信機108との整合された、またはほぼ整合された共振中で行われる。しかし、送信機104と受信機108との間の共振が整合されていなくても、低い効率でエネルギーを伝送することはできる。エネルギーの伝送は、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝播することによってではなく、送信アンテナの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立される近傍にある受信アンテナに結合することによって行われる。
【００２３】
ループアンテナまたは磁気アンテナの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナのインダクタンスは、一般に、単にループにより生成されたインダクタンスであるのに対し、キャパシタンスは、一般に、ループアンテナのインダクタンスに追加されて、所望の共振周波数で共振構造を形成する。非限定的な例として、キャパシタ152およびキャパシタ154をアンテナに追加して、共振信号156を発生する共振回路を形成することができる。したがって、ループアンテナの直径が大きいほど、ループの直径またはインダクタンスの増加に伴って、共振を誘発するのに必要なキャパシタンスの大きさが小さくなる。さらに、ループアンテナまたは磁気アンテナの直径が増加すると、近距離場の効率的なエネルギー伝送エリアが増加する。もちろん、他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの端子間にキャパシタを平行に配置することができる。さらに、当業者は、送信アンテナの場合、共振信号156をループアンテナ150への入力とすることができる点を理解するだろう。
【００２４】
本開示の例示的実施形態は、互いの近距離場にある2本のアンテナ間で電力を結合することを含む。前述したように、近距離場は、電磁界が存在するが、アンテナから離れる方向に伝播または放射することはできない、アンテナ周囲のエリアである。電磁界は一般に、アンテナの物理体積に近い量に限定される。本開示の例示的実施形態では、磁気アンテナの磁気近距離場振幅が、電気アンテナ(例えば、小型双極子)の電気近距離場に比べて高くなる傾向があるため、単巻きまたは多巻きループアンテナ等の磁気アンテナを、送信(Tx)アンテナおよび受信(Rx)アンテナシステムの両方に使用する。これにより、アンテナ間の結合の可能性がより高くなる。さらに、「電気」アンテナ(例えば、双極子および単極子)、または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せも考えられる。
【００２５】
Txアンテナを、十分に低い周波数と、前述した遠距離場および誘導方法によって可能になる距離よりもかなり大きい距離で小型Rxアンテナへの良好な結合(例えば>40%)を達成するのに十分なアンテナの大きさで、動作可能である。Txアンテナが適切な大きさであると、ホストデバイス上のRxアンテナが、駆動されたTxループアンテナの結合モード領域(すなわち近距離場)に配置されたときに、高い結合レベル(例えば、40%〜70%)が得られる。
【００２６】
図4は、本開示の例示的実施形態による、送信機200(本明細書では無線電力送信機ともいう)の簡略ブロック図である。送信機200は、送信回路202と送信アンテナ204とを備える。一般に、送信回路202は、発振信号を供給することによりRF電力を送信アンテナ204に供給して、送信アンテナ204周囲に近距離場エネルギーを発生する。例として、送信機200は13.56MHzのISMバンドで動作し得る。
【００２７】
例示的な送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(例えば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるためのインピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己電波妨害を防ぐレベルまで高調波放射を低減させるように構成されたローパスフィルタ(LPF)208とを備える。他の例示的実施形態は、限定されないが、特定の周波数を減衰させ他の周波数を透過させるノッチフィルタを含む、様々なフィルタトポロジーを含むことができ、アンテナへの出力電力または電力増幅器によるDC電流引込み等の、測定可能な送信基準値に基づいて変化可能な適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路202はさらに、発振器212により判断されるRF信号を励振するように構成された電力増幅器210を含む。送信回路は、別個のデバイスまたは回路から構成することができ、あるいは、一体型アセンブリから構成することができる。送信アンテナ204からの例示的な高周波電力出力は、2.5〜8.0ワット程度である。
【００２８】
送信回路202は、コントローラ214をさらに備える。このコントローラ214は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティーサイクル)中に発振器212を使用可能にして、発振器の周波数を調節し、出力電力レベルを調節して、取り付けられた受信機を通して隣接デバイスと情報交換するための通信プロトコルを実装する。
【００２９】
送信回路202は、送信アンテナ204により発生した近距離場の近傍における有効な受信機の有無を検出するための負荷感知回路216をさらに備えることができる。例として、負荷感知回路216は、送信アンテナ204により発生した近距離場近傍における有効な受信機の有無により影響される、抵抗器(Rsense)両端の電圧降下を生じさせることにより、電力増幅器210に流れる電流を監視する。電力増幅器210に対する負荷の変化の検出は、比較器出力235で検出され、有効な受信機と通信するためのエネルギーを送信するために発振器212を使用可能にするか否かを判断する際に使用されるコントローラ214によって監視される。言い換えると、比較器出力235は、送信アンテナの近距離場における受信アンテナの有無を示すことができるとともに、より十分に後述するように、比較器出力235の変動に基づく受信アンテナからの通信を検出することができる。
【００３０】
送信アンテナ204は、抵抗損失を低く維持するように選択された厚さ、幅、および金属を有するアンテナストリップとして実施可能である。従来の実施では、送信アンテナ204を、一般に、テーブル、マット、ランプ、その他のより携帯性の低い構成等のより大きな構造と関連付けて構成することができる。したがって、送信アンテナ204は、一般に、実際の寸法にするために「巻き」を必要としない。送信アンテナ204の例示的な実施は、「電気的に小型」(すなわち、波長の一部)とし、キャパシタを使用して共振周波数を定めることによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調させることができる。送信アンテナ204の直径、または方形ループの場合には辺の長さを、受信アンテナに対して大きく(例えば、0.50メートル)することのできる例示的な適用では、送信アンテナ204は、適当なキャパシタンスを得るために、必ずしも多数の巻きを必要としない。
【００３１】
送信機200は、送信機200と関連付けることのできる受信デバイスの所在や状態についての情報を集めて追跡することができる。したがって、送信機回路202は、コントローラ214(本明細書ではプロセッサともいう)に接続された存在検出器280、密閉検出器290、またはこれらの組合せを備えることができる。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器290からの存在信号に応じて、増幅器210により伝送される電力量を調節することができる。送信機は、例えば、建物に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信機200に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)等のいくつかの電源を通して、あるいは従来のDC電源(図示せず)から直接、電力を受信することができる。
【００３２】
非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のサービスエリアに挿入される、充電すべきデバイスの最初の存在を感知するために使用される動作検出器とすることができる。検出後、送信機をオンにし、デバイスが受けたRF電力を使用して、所定の方法で受信デバイスのスイッチを切り替えて、送信機の駆動点インピーダンスに変える。
【００３３】
別の非限定的な例として、存在検出器280は、例えば、赤外線検出、動作検出、または他の適切な手段によって人を検出可能な検出器とすることができる。一部の例示的実施形態では、送信アンテナが特定の周波数で送信可能な電力量を制限する規制があってもよい。場合によっては、このような規制は、電磁放射から人を保護するためのものとなる。しかし、例えば、ガレージ、工場の作業場、店等の、人のいないエリア、または人がたまにしかいないエリアに、送信アンテナが配置される環境がある。このような環境に人がいない場合には、送信アンテナの電力出力を、通常の電力制限規制よりも高くすることができるようにしてもよい。言い換えると、コントローラ214は、人の存在に応じて送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調節することができ、送信アンテナ204の電磁界からの規制距離よりも外側に人がいるときには、送信アンテナ204の電力出力を規制レベルよりも高いレベルに調節することができる。
【００３４】
非限定的な例として、密閉検出器290(本明細書では、密閉区画検出器または密閉空間検出器ともいう)は、筐体が閉鎖または開放状態にあるときを判断するための感知スイッチ等のデバイスとすることができる。送信機が閉鎖状態の筐体内にあるときには、送信機の電力レベルを増加することができる。
【００３５】
例示的実施形態では、送信機200が無期限にとどまることのできない方法を使用することができる。この場合、送信機200を、ユーザが決めた時間後に停止するようにプログラムすることができる。この特徴により、送信機200、特に電力増幅器210が、その周囲の無線デバイスが完全に充電された後に長時間動作することを防ぐ。この事象は、中継コイルまたは受信コイルから送られた、デバイスが完全に充電されたことを示す信号を検出するための回路が故障することにより生じる。別のデバイスが周囲に配置された場合に送信機200が自動的に停止するのを防ぐために、送信機200の自動停止機能を、設定された期間、周囲で動作が検出されなかった後のみ作動させることができる。ユーザは、非作動時間間隔を決定し、所望通りにそれを変更することができる。非限定的な例として、デバイスが最初に完全に放電されることを前提として、時間間隔を、特定の型の無線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することができる。
【００３６】
送信回路202は、非限定的な例として、コントローラ214用ソフトウェア、送信機200についての情報、送信動作についての情報、および送信機200近傍に配置された、送信機200と通信する受信機についての情報、またはこれらの組合せを記憶するためのメモリ270を備えることができる。
【００３７】
図5は、本開示の例示的実施形態による受信機300の簡略ブロック図である。受信機300は、受信回路302と受信アンテナ304とを備える。受信機300はさらに、受信電力をデバイス350に供給するための充電信号340により、デバイス350に結合される。受信機300はデバイス350に外付けされるものとして示されているが、デバイス350に組み込まれていてもよいことに留意すべきである。一般に、エネルギーは無線で受信アンテナ304に伝播され、受信回路302を通ってデバイス350に結合される。
【００３８】
受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)と同一、またはほぼ同一の周波数で共振するように同調される。受信アンテナ304は、関連するデバイス350の大きさに基づいて、送信アンテナ204と同様の大きさにしても、異なる大きさにしてもよい。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径または長さを有する電池式デバイスとすることができる。このような例では、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低下させ、受信アンテナのインピーダンスを増加させるために、受信アンテナ304を多巻きアンテナとして実施することができる。例として、アンテナの直径を最大にし、受信アンテナのループの巻き(すなわち巻線)の数と巻線間キャパシタンスとを低減させるために、受信アンテナ304をデバイス350のほぼ周囲に配置することができる。
【００３９】
受信回路302は、受信アンテナ304に対するインピーダンス整合を行う。受信回路302は、受信したRFエネルギー源を、充電信号340によりデバイス350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306を備える。電力変換回路306は、RF-DC変換器308を備え、DC-DC変換器310を備えることもできる。RF-DC変換器308は、受信アンテナ304で受信したRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DC-DC変換器310は、整流されたRFエネルギー信号を、デバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(例えば、電圧)に変換する。部分および完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラ、ならびに線形およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が考えられる。
【００４０】
受信回路302は、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するため、あるいは電力変換回路306を切断するためのスイッチング回路312をさらに備えることができる。電力変換回路306から受信アンテナ304を切断することは、デバイス350の充電を中断するだけでなく、送信機200(図2)から「見た」「負荷」を変化させる。
【００４１】
上記で開示したように、送信機200は、送信機電力増幅器210に供給されたバイアス電流の変動を検出する負荷感知回路216を備える。したがって、送信機200は、受信機が送信機の近距離場に存在するときを判断するための機構を有する。
【００４２】
複数の受信機300が送信機の近距離場に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合することができるように、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ことがある。他の近くの受信機への結合をなくすため、または近くの送信機に対する装荷を低減するために、受信機をクローキングすることもできる。受信機のこの「除荷」を、本明細書では「クローキング」とも呼ぶ。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出される除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように受信機300から送信機200への通信機構を提供する。さらに、プロトコルをスイッチングに関連付けて、受信機300から送信機200へのメッセージ送信を可能にすることができる。例として、スイッチング速度は約100μ秒とすることができる。
【００４３】
例示的実施形態では、近距離場を使用した送信機と受信機との通信は、従来の2方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えると、送信機は、送信信号のオン/オフキーイングを使用して、エネルギーが近距離場で利用可能か否かを調節する。受信機は、このようなエネルギー変化を送信機からのメッセージと解釈する。受信機側からは、受信機が受信アンテナの同調および離調(de-tuning)を使用して、近距離場から受ける電力量を調節する。送信機は、使用される電力の近距離場との差を検出して、このような変化を受信機からのメッセージと解釈する。
【００４４】
受信回路302は、受信したエネルギー変動を識別するために使用される、シグナリング検出器およびビーコン回路314をさらに備えることができ、このような変動は送信機から受信機への情報シグナリングに対応し得る。さらに、シグナリングおよびビーコン回路314を使用して、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、無線充電のための受信回路302を構成するために、低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかを起動させるための公称電力にすることもできる。
【００４５】
受信回路302は、本明細書で説明するスイッチング回路312の制御を含む、本明細書で説明する受信機300のプロセスを調整するためのプロセッサ316をさらに備える。受信機300のクローキングは、デバイス350に充電電力を供給する外部有線充電源(例えば、壁/USB電力)の検出を含む他の事象の発生時にも行われることがある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン回路314を監視してビーコン状態を判断し、送信機から送信されたメッセージを抽出することもできる。また、プロセッサ316は、パフォーマンスの改善ためにDC-DC変換器310を調整することもできる。また、プロセッサ316は、以下でより十分に説明するように、デバイス350の充電プロファイルを判断し、デバイス充電履歴を追跡することもできる。
【００４６】
一部の例示的実施形態において、以下でより十分に説明するように、受信回路320は、所要電力を、例えば、所望の充電開始時間、所望の充電期間、所望の充電終了時間、所望の電力レベル、最大電力レベル、所望の電流レベル、最大電流レベル、所望の電圧レベル、および最大電圧レベルの形で、送信機に信号を送ることができる。このようなレベルと、送信機から受信した実際の電力量とに基づき、プロセッサ316はDC-DC変換器310の動作を調節して、その出力を電流レベルの調節、電圧レベルの調節、またはその組合せの形で調整することができる。
【００４７】
受信回路302は、非限定的な例として、プロセッサ316用ソフトウェア、受信機300についての情報、および無線電力受信動作についての情報を記憶するためのメモリ370を備えることができる。
【００４８】
送信機と受信機との間の特に効率的な通信方法は、他のデバイスによって感知可能な帯域内送信機および受信機負荷変調によるものである。帯域内とは、無線充電に割り当てられた周波数チャネル内で情報が完全に交換されることを意味する。すなわち、一般に、異なる周波数で動作しデータを自由空間に放射する外部無線リンクが必要とされない。外部無線リンクを追加すると、無線充電システムの大きさや費用、複雑さに影響を与え、無線伝送および干渉の問題を生じるおそれがある。帯域内シグナリングは、このような問題を回避する。しかし、帯域内負荷変調の実施時に、負荷インピーダンスの変化を効果的かつ正確に検出するという課題がある。これは、受信機から送信機デバイス(逆方向リンクシグナリング)へのシグナリングに特に当てはまる。送信されたデータが確実に正確に受信されるためには、ロバストな信号検出方法が必要である。
【００４９】
順方向(すなわち、送信機から受信機)のシグナリングは、各デバイスが送信機から大きな信号を受信しているため真っ直ぐに進む。逆方向(すなわち、受信機から送信機)のシグナリングのほうが、問題が大きい。受信機インピーダンスの変調等の一部の方法を使用して、電圧定在波比(VSWR)を変化させるか、または送信機により見られる損失を逆転させることができるが、送信機電力、電圧、または電流の変化の検出は困難となり得る。これは、デバイスの所与の構成、向き、および受信機の設計がこれらのパラメータにどのように作用するのかを予測することが、困難なことが多いためである。例えば、シグナリング中に電力が増加するようなインピーダンスの変化をデバイスが生じさせるシステムは、デバイスがコイルの縁部に非常に近接している場合、またはデバイスが別のデバイスに対して近接しすぎる場合に、低下に変化し得る。このような変化は、逆方向信号の復調を不可能ではないにしても困難にする。
【００５０】
図6Aおよび6Bは、逆方向リンクシグナリング、クローキング、またはこれらの組合せを行うための受信回路の一部の簡略化した概略図である。このような逆方向リンクシグナリング回路は、受信アンテナを同調および離調することによりクローキングおよびシグナリングを行うための、考えられる回路の例として示される。受信アンテナ同調により送信機に逆方向リンクシグナリングを行うための多くの他の回路が、本発明の範囲内に含まれるものとして考えられる。
【００５１】
図6Aの回路は、受信アンテナ304、共振回路330A、および受信アンテナ304と共振回路330Aの間に結合された離調スイッチS1Aを備える。共振回路330Aは、インダクタL1AおよびキャパシタC1Aを備えており、離調スイッチS1Aが閉じて、特定の周波数またはほぼ特定の周波数で受信アンテナ304が電磁放射106により励起されるときに、特定の周波数で共振するように構成される。
【００５２】
ダイオードD1およびキャパシタC2は、整流器として作用して、充電、電力供給、またはこれらの組合せのための受信デバイス(図示せず)に電力を供給するためのほぼ一定のDC出力信号309を供給する。受信機は、離調スイッチS1Aを開いて受信アンテナを離調(すなわちクローキング)するか、離調スイッチS1Aを閉じて受信アンテナを同調(すなわち、非クローキング)することにより、送信機に対して逆方向シグナリングを行うことができる。
【００５３】
図6Bの回路は、受信アンテナ304、共振回路330B、および離調スイッチS1Bを備える。共振回路330Aは、インダクタL1BおよびキャパシタC1Bを備えており、離調スイッチS1Bが閉じて、特定の周波数またはほぼ特定の周波数で受信アンテナ304が電磁放射により励起されるときに、特定の周波数で共振するように構成される。離調スイッチS1Bは、インダクタL1BとキャパシタC1Bとの間に結合され、かつ離調スイッチS1Bが閉じたときに共振回路が短絡するように接地結合されるか、離調スイッチS1Bが開いたときに共振するように構成される。
【００５４】
ダイオードD1およびキャパシタC2は、整流器として作用して、充電、電力供給、またはこれらの組合せのための受信デバイス(図示せず)に電力を供給するためのほぼ一定のDC出力信号309を供給する。受信機は、離調スイッチS1Bを閉じて受信アンテナを離調(すなわちクローキング)するか、離調スイッチS1Bを開いて受信アンテナを同調(すなわち、非クローキング)することにより、送信機に対して逆方向シグナリングおよびクローキングを行うことができる。非限定的な例として、スイッチ(S1A、S1B)を、金属酸化膜半導体(MOS)トランジスタとして実施することができる。
【００５５】
クローキング信号、ビーコン信号、およびこれらの信号を発生するための回路についての他のいくつかの例示的実施形態の詳細が、2008年10月10日に出願した米国特許出願第12/249,873号「Reverse link signaling via receive antenna impedance modulation」、2008年10月10日に出願した米国特許出願第12/249,861号「Transmit power control for a wireless charging system」、および2008年10月10日に出願した米国特許出願第12/249,866号「Signaling charging in wireless power environment」に見ることができ、これらはすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００５６】
許容範囲の効率で電力を無線伝送するために、高Q共振回路および入念なインピーダンス整合が必要となり得る。高Q構成要素および回路は、一般に、抵抗寄生要素での電力消費を最小にする必要があるが、インピーダンス整合により、インピーダンスの不整合点で反射電力が最小になる。
【００５７】
図7は、送信アンテナを有する無線電力送信機710および受信アンテナを有する無線電力受信機720の簡略化した回路図である。図7において、送信機710は、図4の送信回路202と同様の送信回路712を備えることができる。インダクタL1は送信アンテナを示し、インダクタL2は受信アンテナを示す。整合および共振回路730が、例えば、受信アンテナL2のインピーダンスを整合して共振回路を形成するキャパシタC1、C2、C3、C4および抵抗器R1等の受動デバイスを備えることができるため、無線電力受信機720が高Qで共振し、送信アンテナL1により送信された周波数でRF信号735を発生する。整流器740は、例えば、ダイオードD1、D2およびキャパシタC5等のデバイスを備えて、整合および共振回路730からのRF信号735を整流して、電池、受信デバイスの他の回路、またはこれらの組合せによる使用に適したDC信号745にする。抵抗器RLは、例えば、電池および他の回路等の要素からDC信号745にかかる負荷を表す。
【００５８】
理想的には、無線電力受信機720は、無線電力送信機710の周波数に密に同調されるべきである。一般に、密な同調は、送信周波数で共振するタンク構成要素を選択することにより得られる。理想的には、共振周波数で、無線電力受信機720の前端部のインピーダンスはゼロであり、アンテナの電圧および電流は、受信アンテナと送信アンテナとの結合があまり強くない場合でも、非常に高い値となり得る。
【００５９】
しかし、状況によっては、無線電力受信機720を送信信号から離調する必要が生じ得る。例えば、システムによっては、同時に動作する受信機が複数あることがあり、1つの特定の受信機に対する電力を最大にするために、他の受信機を前述したように離調または「クローキング」することが必要となり得る。1つの受信機がクローキングされると、その受信機は送信機からほぼ隠蔽され、クローキングされた受信機の効果に対して送信機アンテナで反射されたインピーダンスが非常に高くなる。
【００６０】
受信機を離調する1つの効果的な方法は、送信周波数から共振周波数を離すことによるものである。関連する回路が高Q特性を有するため、これらの回路の帯域幅は非常に狭く、周波数の単純な偏移により、送信電力が急速に低下する。周波数の偏移は、キャパシタンスおよびインダクタンスの様々な値をLC共振回路に当てはめることに相当するが、これを最小限の費用と単純な回路で実現することは困難である。
【００６１】
受信機をクローキングする別の方法は、MOSトランジスタを完全に(図6BのスイッチS1Bと同様に)オンにして、トランジスタの低「オン」抵抗により共振回路キャパシタンスの一部を効果的に短絡させて、その共振周波数を偏移させることである。周波数が送信信号から離れると、スイッチの電力消費が非常に低くなり得る。
【００６２】
場合によって、無線電力受信機720は、送信機が電力を複数のデバイスに伝送しているときに、電池に細流充電を行う等、送信機から出る総電力の一部のみを吸収することが必要となり得る。従来、ツェナーダイオードを使用して、低電力デバイスのために受信電力レベルを固定することができる。しかし、このような規制されない固定技術は、受信機に非効率と非線形性をもたらすだけである。したがって、小量の電力を受信デバイスに供給しながら、送信機からデバイスをほぼクローキングするために線形離調を行うことが有用となり得る。本開示の例示的実施形態は、無線電力受信機720のほぼ線形の離調に向けられている。
【００６３】
図8は、本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機820および離調回路860の簡略図である。図が複雑にならないよう、受信アンテナL2を駆動するための無線電力送信機は図示しない。図8では、整合回路は、例えば、受信アンテナL2のインピーダンスを整合するためのC1およびR1等の受動構成要素を備えることができ、共振回路830は、例えば、共振回路を形成するためのキャパシタC2、C3、C4等の受動デバイスを備えることができるため、受信機が高Qで共振し、受信アンテナL2により受信された周波数でRF信号835を発生する。整流器840は、例えば、ダイオードD1、D2およびキャパシタC5等のデバイスを備え、整合および共振回路830からのRF信号835を整流して、電池、受信デバイスの他の回路、またはこれらの組合せによる使用に適したDC信号845にする。抵抗器RLは、例えば、電池および他の回路等の要素からDC信号845にかかる負荷を表す。
【００６４】
アナログ比較器850は、DC信号845に結合された第1の入力と、電圧基準信号852(Vref)に結合された第2の入力とを備える。アナログ比較器の出力は、離調回路860にフィードバックする制御信号855である。離調回路860は、アンテナおよび共振回路830と並行して動作して、受信アンテナL2の共振周波数で低Qを有するか、一次共振周波数とは異なる周波数での共振を有するか、またはこれらの組合せを有する修正されたRF信号835を生成する。離調回路860は、RF信号835と地面との間の可変インピーダンスを含む。可変インピーダンスは制御信号855に応じて変化する。
【００６５】
図8のフィードバックにより、電圧、電流、または負のフィードバックループによる他のパラメータを制御し得る回路が形成される。説明を簡単にするために、本明細書中の非限定的な例は、主に電圧制御フィードバックに向けたものである。しかし、電流制御および電力制御に関連するフィードバックを使用してもよい。フィードバックループは、無線電力受信機820が受信アンテナL2から引き出し可能な最適電力から部分的に離調されるように、離調回路860を線形制御する。
【００６６】
図9は、本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機820、および可変インピーダンスデバイスとしてNMOSトランジスタを備える離調回路860の簡略図である。トランジスタN1は、NMOSトランジスタN1のソース-ドレイン間の電流が、制御信号855の電圧にほぼ比例するように、線形領域で動作する。無線電力受信機820の他のデバイスは、図8を参照して前述したものと同一であるので、改めて説明する必要はない。
【００６７】
NMOSデバイスN1を通る可変抵抗は、無線電力受信機820の共振特性を修正して、DC信号で実際に受信された電力量を変化させる。NMOSトランジスタが一例示的実施形態として使用されるが、例えば、PMOSデバイス、バイポーラトランジスタ、バイポーラ接合電界効果トランジスタ等の他のデバイスを使用してもよい。
【００６８】
図10は、図9の例示的実施形態の出力電圧およびフィードバック電圧のグラフである。図9および図10を参照してフィードバック動作について説明する。図10では、始動時に、トランジスタN1のゲート電圧1010は低く、トランジスタN1はソース-ドレイン間に非常に高いインピーダンスを有し、これによりタンク回路からトランジスタの影響をほぼ除去し、タンク回路および受信アンテナの周波数で高い共振を生じさせる。
【００６９】
共振とともに、整流器840は共振の増加とともに増加する、DC信号845の出力電圧1020を発生し始める。出力電圧1020がほぼ基準電圧852まで増加すると、アナログ比較器850はゲート電圧1010(すなわち、制御信号855の電圧)を増加させる。より高いゲート電圧1010によりトランジスタN1をオンにし始め、そのインピーダンスを低下させ、無線電力受信機820の共振を部分的に離調する。
【００７０】
無線電力受信機820のためのQの低下または周波数の偏移とともに、出力電圧1020は低下する。出力電圧1020が基準電圧852に比例し、これをたどる定常状態に達する。したがって、DC信号845で電力消費が変化するか、または送信アンテナからの電力伝送が変化すると、フィードバックループは無線電力受信機820の共振特性を修正して、一定の電圧を維持する。
【００７１】
非限定的な例として、抵抗器RLを通る電流が100mAから300mAまで増加することを想定する。出力電圧1020は、この増加した電流により降下する傾向がある。その結果、アナログ比較器850および離調回路860を通るフィードバックがトランジスタN1を通る電流を減少させ、離調を少なくして電力出力を増加させ、出力電圧を基準電圧852に対して同じ比例レベルで維持する。
【００７２】
図11は、本発明の1つまたは複数の実施形態による、無線電力受信機820、および離調ネットワーク865を含む離調回路860の簡略図である。離調回路860は、トランジスタN1および離調ネットワーク865を、トランジスタN1のドレインとRF信号835との間に直列に備える。非限定的な例として、図11の離調ネットワーク865は、キャパシタC6であり、トランジスタN1からの抵抗成分に伴って可変インピーダンスの無効成分を生成する。もちろん、他のより複雑な離調ネットワークを使用して、異なる離調効果を生成してもよい。
【００７３】
直列キャパシタンスを加えると、あらゆる条件(例えば、高い送信電力および非常に軽い受信機負荷)で出力電圧の規制を保証するのに十分に回路を離調する、無線電力受信機820の能力に影響を与える。さらに、直列キャパシタンス効果も、キャパシタC2の値に応じて決まる。図11の特定の実施形態では、キャパシタC2の約300pFのキャパシタンスと組合せた約1nFの直列キャパシタC6は、所望の線形離調の場合に電圧規制および電力消費を保証することができる。一方、トランジスタN1および直列キャパシタC6がL2とC1との間に接続された場合、直列キャパシタC6の所望の値を低くすることが必要となり得る。
【００７４】
トランジスタN1で消費された電力に特別に注意すべきである。トランジスタのコンダクタンスが電力消費にどのように影響するかをより良く理解するために、図13Aおよび図13Bは、トランジスタの等価の抵抗の様々な値についての受信機回路のQを示す。図11および図9の離調回路の性能についての詳細を、図13Aおよび図13Bを参照しながら以下で説明する。
【００７５】
非限定的な例として、図11はまた、可能なアナログ比較器850の例示的実施形態を示す。図11で、アナログ比較器850は、分圧器電圧  divider872を有する誤差増幅器870を備えて、DC信号845と電圧基準852との比例関係を設定する。
【００７６】
非限定的な例として、図11はまた、誤差増幅器870の出力からの線形離調信号か、デジタルクローキング信号895を選択するためのマルチプレクサ890を示す。したがって、デジタルクローキング信号895が選択されると、トランジスタN1を使用して、密に同調された回路と非同調回路との間のデジタル離調を、図6Bに示すものと同様の方法で行うことができる。
【００７７】
あるいは、線形離調が選択されて、クローキングの線形量を与える。完全なオン/オフクローキングは、高速スイッチングによって逆方向リンクに実質的なノイズを生じる。線形離調によって、クローキング状態および非クローキング状態とみなされているものの間が平滑に移行し、全体のS/N比および効率を向上させることができる。さらに、部分的なクローキング状態を選択して、DC信号845で電力出力の低下を可能にすることができる。クローキング状態、非クローキング状態、および部分的なクローキング状態間の変化を、Vrefで電圧を調節することにより線形離調によって達成することができ、これにより、フィードバックループの動作を変化させ、結果として無線電力受信機820の共振特性を変化させる。あるいは、アナログ比較器850の誤差増幅器の実施形態では、分圧器872を変化させて電圧基準852とDC信号845との比例関係を調節することができる。無線電力受信機820の他のデバイスは、図8を参照して前述したものと同一であるので、改めて説明する必要はない。
【００７８】
図12は、本発明の1つまたは複数の実施形態による、無線電力受信機、および2つのNMOSトランジスタ(N1、N2)を備えた離調回路の簡略図である。MOSデバイスは、一般に、ソース-ドレイン間に小型寄生体ダイオードを備える。このようなMOSトランジスタが共振回路で使用されているので、共振回路を通る電流は正にも負にもなることができ、寄生体ダイオードによる整流効果を生じさせることができる。反対の構成(すなわち、ソース-ドレインおよびドレイン-ソース)の背合せトランジスタN1、N2を使用することにより、寄生体ダイオードが反対方向に配置され、両方向の望まない本体電流を遮断する。
【００７９】
非限定的な例として、図12はまた、可能なアナログ比較器850の別の例示的実施形態を示す。図11では、アナログ比較器850が、出力信号845と基準電圧852との差に比例する出力電流882を発生するための演算相互コンダクタンス増幅器(OTA)880を備える。出力電流882は、ユニティーゲイン演算増幅器(利得を有する増幅器)により緩衝され、トランジスタN1、N2のゲートを駆動するための制御信号855で出力電流882を適切な電圧に変換することができる。OTA880は、DC信号845と電圧基準852との間の電圧差に応じて電流が決まる可変電流源である。無線電力受信機820の他のデバイスは、図8を参照して前述したものと同一であるので、改めて説明する必要はない。
【００８０】
図13A、図13Bは、それぞれ図9、図11の例示的実施形態による、可変インピーダンスの種々の値についての周波数に対する信号振幅のグラフである。高い抵抗値(数キロオーム超)について、元の共振周波数でQが高いことに留意することができる。抵抗を下げることにより、回路のQ値が低下する。抵抗をさらに下げることにより、共振ピークがより低い周波数に移行する。抵抗が非常に低い(1オーム以下)ときに、Qは再び増加することができる。理想的には、総電力消費が懸念される場合、線形離調回路は、最もQの低い領域を避けるべきである。しかし、実際には、トランジスタN1がその飽和領域で動作しているときに相当するオン抵抗が、1オームを超えることが多い。
【００８１】
図13Aの曲線は、図9の例示的実施形態におけるトランジスタN1のインピーダンスの様々な値に対応する。すなわち、曲線1310は、トランジスタN1のインピーダンスが約10キロオームのときの、受信機に対する応答を示す。曲線1312は、トランジスタN1のインピーダンスが約1キロオームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1314は、トランジスタN1のインピーダンスが約100オームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1316は、トランジスタN1のインピーダンスが約10オームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1318は、トランジスタN1のインピーダンスが約1オームであるときの、受信機に対する応答を示す。最後に、曲線1320は、トランジスタN1のインピーダンスが約100ミリオームであるときの、受信機に対する応答を示す。
【００８２】
図13Bの曲線は、図11の例示的実施形態におけるトランジスタN1のインピーダンスの異なる値に対応する。すなわち、曲線1330は、トランジスタN1のインピーダンスが約10キロオームのときの、受信機に対する応答を示す。曲線1332は、トランジスタN1のインピーダンスが約1キロオームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1334は、トランジスタN1のインピーダンスが約100オームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1336は、トランジスタN1のインピーダンスが約10オームであるときの、受信機に対する応答を示す。曲線1338は、トランジスタN1のインピーダンスが約1オームであるときの、受信機に対する応答を示す。最後に、曲線1340は、トランジスタN1のインピーダンスが約100ミリオームであるときの、受信機に対する応答を示す。
【００８３】
図13Aに示す例によれば、1キロオームの負荷、および約3ワットの送信電力により10Vで調整された出力電圧に対してスイッチ(すなわち、トランジスタN1)で消費された平均電力を、総電力の10%よりも少し大きい330mWとすることができる。図示した例では、1つのスイッチのみを使用しているが、2つの背合せMOSトランジスタを使用する場合にも、同じ考察が当てはまることに留意すべきである。
【００８４】
前述した構成は、トランジスタN1を完全にオンにすることによる完全なクローキングが望ましいときに、受信電力をほぼゼロまで減少させるのに十分に共振周波数を偏移させるという利点を有する。この手法を使用して、過渡負荷の存在下で良好な出力電圧規制を維持することもできる。負荷電流が急に変化すると、線形離調回路は、自己調節して新しく要求された電力を供給する。
【００８５】
受信機の出力で調整された電圧を変化させることによって、インピーダンスの不整合を生じさせる電圧を意図的に選択し、さらに離調デバイスや受信機全体で消費される電力を低下させることで、受信機を線形離調することができる点にも言及すべきである。送信機により多くの電力が反射されて、システムの総効率は改善しないが、受信機の電力消費は大きく改善される。
【００８６】
負荷を変化させるこの同一の手段を使用して、受信機ブロックの動作を妨害することなくインピーダンスを変化させることにより、信号を送信機に逆転させる。逆方向信号として送信機により検出すべき最小の負荷変化を、この線形離調方法を使用して容易に調節することができる。
【００８７】
図14は、本発明の1つまたは複数の例示的実施形態による、無線電力受信機820、およびシグナリングセンサを備えた離調回路の簡略図である。図14では、整合および共振回路830は、例えば、受信アンテナL2のインピーダンスを整合して共振回路を形成するキャパシタC3、C4等の受動デバイスを備えることができるため、無線電力受信機820が高Qで共振して、送信アンテナL1により送信された周波数でRF信号835を発生する。さらに、キャパシタC1は、整合および共振回路830の一部と考えることができる。整流器840は、例えば、ダイオードD1、D2およびキャパシタC5等のデバイスを備え、整合および共振回路830からのRF信号835を整流して、電池、受信デバイスの他の回路、またはこれらの組合せによる使用に適したDC信号845にする。抵抗器RLは、例えば、電池および他の回路等の要素からDC信号845にかかる負荷を表す。
【００８８】
シグナリングセンサは、トランジスタN1、インピーダンス要素(例えば、抵抗器R1)、および信号抽出器1420を備える。トランジスタN1を離調制御852により制御して、前述したデジタル離調モードおよび線形離調モードのいずれかで動作することができる。一部の例示的実施形態では、キャパシタC2を備えて、トランジスタN1が完全にオフのときのために、トランジスタN1周囲にAC信号バイパスを設けることができる。一部の例示的実施形態では、トランジスタN1のドレイン-ソースキャパシタンスがACバイパス路を形成するのに十分となり得るときには、キャパシタC2は必要でなくてもよい。
【００８９】
順方向リンクデータを検出するための他の手段では、受信機が離調状態にあるときに、受信した順方向リンクデータの振幅が小さくなり得る。その結果、RF信号のための電圧を感知することが、離調状態または部分的な離調状態では困難となり得る。この例示的実施形態は、受信機が、線形離調方法を使用して同調され、離調され、または部分的に離調される間に、送信機からの順方向リンクシグナリングを検出することができる。
【００９０】
例示的実施形態では、図14に示すように、抵抗器R1が、トランジスタN1を通る電流を、RF信号835を追跡する変調信号1410としての電圧に変換する。信号抽出器1420は、変調信号1410を整流して、送信機により送信されたデータビットを含む受信信号1430にする。離調デバイス(例えば、トランジスタN1)を通る電流を感知することにより、離調状態と同調状態との間の信号振幅の変化が小さくなる。信号振幅の範囲がより狭くなることにより、受信信頼性が向上し、受信機における利得制御の必要性が低下するか、またはなくなる。離調デバイスの電流を感知することにより、同調状態で良好な受信を行いつつ、離調時のデータ受信が向上する。
【００９１】
図15は、無線電力受信機を線形離調するプロセス1500を示すフローチャートである。プロセス1500を説明する際に、図8および図14も参照する。このプロセス1500は、アナログフィードバックループの動作を含む。このため、説明を容易にするために、プロセス1500を個別の作用として説明するが、これら作用の一部またはすべてを同時に連続して行うことができることを当業者は理解するだろう。
【００９２】
動作1502では、受信アンテナL2が近距離場放射に結合してRF信号835を発生する。動作1504では、可変インピーダンスデバイス(例えば、N1)を備えた離調回路860が、制御信号855に基づいてRF信号835を離調し、RF信号835を修正する。一部の例示的実施形態では、離調をデジタルとして、可変インピーダンスが制御信号855のデジタル値に基づいて、ほぼゼロか、または非常に高くなるようにすることができる。一部の例示的実施形態では、離調をアナログとして、可変インピーダンスが、制御信号855のアナログ値に応じた連続アナログ値になるようにすることができる。一部の例示的実施形態は、デジタル制御およびアナログ制御の組合せを含むことができる。
【００９３】
動作1506では、整流器840が修正されたRF信号835をDC信号845に変換する。動作1508では、DC信号845を電圧基準852と比較して、比較に基づき制御信号855を発生する。
【００９４】
一部の例示的実施形態では、プロセス1500が、オプションとして動作1510、1512を含み、近距離場放射に変調された情報を送信機により抽出する。動作1510では、離調回路860(例えば、図14の例示的実施形態のN1)を通る電流を、インピーダンス要素(例えば、図14の例示的実施形態のR1)を通る電流に比例した電圧降下に基づく電圧に変換することにより、変調信号1410を発生する。動作1512では、信号抽出器1420により変調信号を整流して、送信機から送信された情報により受信信号1430を発生する。
【００９５】
プロセス1500が連続ループであるため、プロセス1500は、本明細書に記載した例示的実施形態の回路の動作中に、連続して繰り返される。
【００９６】
情報および信号を様々な技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを、当業者は理解するだろう。例えば、上記の説明全体にわたって言及されるデータ、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、あるいはこれらの任意の組合せによって表すことができる。
【００９７】
さらに、本明細書で開示した例示的実施形態に関して説明した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、または両方の組合せとして実施できることを、当業者は理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では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施するか、ソフトウェアとして実施するかは、特定の適用例およびシステム全体に課される設計制約に応じて決まる。当業者は、説明した機能を特定の適用ごとに様々な方法で実施することができるが、そのような実施の決定は、本発明の例示的実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００９８】
本明細書で開示した例示的実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書に記載の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を用いて実施または実行できる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、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、または状態機械とすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、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施することもできる。
【００９９】
本明細書で開示する例示的実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアで実施するか、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実施するか、またはその2つの組合せで実施することができる。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)、電気的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公知の任意の他の形態の記憶媒体中に常駐することができる。例示的な記憶媒体は、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に一体化することができる。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐することができる。ASICはユーザ端末中に常駐することができる。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することができる。
【０１００】
1つまたは複数の例示的な実施形態では、説明した機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはその任意の組合せで実施できる。ソフトウェアで実施する場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶するか、あるいはコンピュータ可読媒体を介して送信することができる。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を可能にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体でよい。限定ではなく例として、このようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶デバイス、あるいは命令またはデータ構造の形の所望のプログラムコードを担持または記憶するために使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を備えることができる。また、いかなる接続もコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、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、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
【０１０１】
開示した例示的な実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を製造または使用できるようにするために提供されるものである。これらの例示的な実施形態への種々の修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用できる。したがって、本発明は、本明細書で示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に合致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【０１０２】
１５０・・・アンテナ
１５２、１５４・・・キャパシタ
１５６・・・共振信号
【図１】
2013504298.tif 000003
【図２】
2013504298.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１４】
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【図１５】
2013504298.tif 000017
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2013504298.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月6日(2012.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線受信された電力に基づいてRF信号を発生するステップと、
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給するステップであって、前記制御信号が電圧レベルを有し、前記可変インピーダンスデバイスが、前記電圧レベルに比例する電流を通すように構成されたステップと、
前記修正されたRF信号を整流して、DC信号を発生するステップと、
前記DC信号と基準電圧との電圧差に基づいて別の制御信号を発生するステップとを含む、受信機を操作する方法。
【請求項２】
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給するステップが、線形領域で動作するように構成されたNMOSトランジスタに前記制御信号を供給するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給するステップが、前記可変インピーダンスデバイスに動作可能に結合されたキャパシタにより、前記可変インピーダンスデバイスに無効成分を供給するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
デジタルクローキング信号を選択することによりデジタル離調を選択して前記別の制御信号を発生するステップ、または前記DC信号を前記基準電圧と比較した結果を選択することにより線形離調を選択して前記別の制御信号を発生するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するステップと、
前記変調信号からの受信信号を整流するステップとをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
無線受信された電力に基づいてRF信号を発生する手段と、
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給する手段であって、前記制御信号が電圧レベルを有し、前記可変インピーダンスデバイスが、前記電圧レベルに比例する電流を通すように構成された手段と、
前記修正されたRF信号を整流して、DC信号を発生する手段と、
前記DC信号と基準電圧との電圧差に基づいて別の制御信号を発生する手段とを備えた無線電力受信機。
【請求項７】
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給する手段が、線形領域で動作するように構成されたNMOSトランジスタに前記制御信号を供給する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項８】
前記RF信号を修正するように構成された可変インピーダンスデバイスに制御信号を供給する手段が、前記可変インピーダンスデバイスに無効成分を結合する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項９】
デジタルクローキング信号を選択することによりデジタル離調を選択して前記別の制御信号を発生する手段、または前記DC信号を前記基準電圧と比較した結果を選択することにより線形離調を選択して前記別の制御信号を発生する手段をさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項１０】
前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生する手段と、
前記変調信号からの受信信号を整流する手段とをさらに備えた、請求項6に記載の無線電力受信機。
【請求項１１】
受信アンテナに結合する整合回路であって、前記整合回路および前記受信アンテナが、無線受信された電力に基づいてRF信号を発生するように構成された、整合回路と、
前記整合回路に動作可能に結合され、前記RF信号を修正するように構成された離調回路であって、電圧レベルを有する制御信号を受信するように構成された、可変抵抗を有する前記可変インピーダンスデバイスを備え、前記可変インピーダンスデバイスがさらに、前記電圧レベルに比例する電流を通すように構成された離調回路と、
前記修正されたRF信号に動作可能に結合され、前記修正されたRF信号をDC信号に変換するように構成された整流器と、
前記DC信号に動作可能に結合された第1の入力と、基準電圧に動作可能に結合された第2の入力と、前記可変インピーダンスデバイスに動作可能に結合され、前記第1の入力と前記第2の入力との電圧差に基づいて別の制御信号を発生するように構成された比較器出力とを備えたアナログ比較器とを備えた、無線電力受信機。
【請求項１２】
前記可変インピーダンスデバイスが、地面と前記RF信号との間に動作可能に結合されたソース-ドレインを有するNMOSトランジスタと、前記比較器出力に動作可能に結合されたゲートとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１３】
前記可変インピーダンスデバイスが、地面と前記RF信号との間に動作可能に結合された背合せNMOSトランジスタと、前記比較器出力に動作可能に結合された前記ゲート背合せNMOSトランジスタのゲートとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１４】
前記離調回路が、前記可変インピーダンスデバイスと前記RF信号との間に動作可能に結合された受動ネットワークをさらに備え、前記受動ネットワークが、前記離調回路のインピーダンスに無効成分を供給するように構成された、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１５】
前記アナログ比較器が、
前記DC信号に比例する比較信号を供給する分圧器と、
前記比較信号に動作可能に結合された1つの入力、前記基準電圧に動作可能に結合された他の入力、および前記可変インピーダンスデバイスに動作可能に接続された出力を有する増幅器とを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１６】
前記アナログ比較器が、
前記DC信号に動作可能に結合された1つの入力、および前記基準電圧に動作可能に結合されてOTA出力を発生する他の入力を有するオペレーショナルトランスコンダクタンス増幅器(OTA)と、
前記OTA出力と前記可変インピーダンスデバイスとの間に動作可能に結合されたバッファとを備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１７】
前記アナログ比較器と、前記比較器出力に動作可能に結合された1つの入力、デジタルクローキング信号に動作可能に結合された1つの入力、および前記可変インピーダンスデバイスに動作可能に結合された出力を有する前記離調回路との間に動作可能に結合されたマルチプレクサをさらに備え、前記マルチプレクサが、前記デジタルクローキング信号を選択することによるデジタル離調、または前記比較器出力を選択することによる線形離調を選択するように構成された、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１８】
前記離調回路と前記地面との間に動作可能に結合され、前記可変インピーダンスデバイスを通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するように構成されたインピーダンス要素と、
前記変調信号に動作可能に結合され、前記変調信号を受信信号に整流するように構成された信号抽出器とを備えたシグナリングセンサをさらに備えた、請求項11に記載の無線電力受信機。
【請求項１９】
無線受信された電力に基づいてRF信号を発生するステップと、
離調回路により、前記RF信号の周波数を共振周波数とは異なる周波数に修正するステップと、
前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するステップと、
前記変調信号を、前記RF信号の同調状態に応じた受信信号に整流するステップとを含む、受信機からの信号を検出する方法。
【請求項２０】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記離調回路により、前記RF信号の周波数を共振周波数とは異なる周波数に修正するステップが、前記離調回路の可変インピーダンスを制御信号に応じて調節して、前記RF信号とは異なる共振特性を有する前記RF信号を修正するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２２】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、および前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
無線受信された電力に基づいてRF信号を発生する手段と、
離調回路により、前記RF信号の周波数を共振周波数とは異なる周波数に修正する手段と、
前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生する手段と、
前記変調信号を、前記RF信号の同調状態に応じた受信信号に整流する手段とを備えた無線電力受信機。
【請求項２４】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項23に記載の無線電力受信機。
【請求項２５】
離調回路により、前記RF信号の周波数を共振周波数とは異なる周波数に修正する手段が、前記離調回路の可変インピーダンスを制御信号に応じて調節して、前記RF信号とは異なる共振特性を有する前記RF信号を修正する手段をさらに備えた、請求項23に記載の無線電力受信機。
【請求項２６】
前記RF信号の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項25に記載の無線電力受信機。
【請求項２７】
受信アンテナに結合する整合回路であって、前記整合回路および前記受信アンテナが、無線受信された電力に基づいて共振周波数でRF信号を発生するように構成された整合回路と、
前記整合回路に動作可能に結合され、前記無線電力受信機の同調を、前記RF信号の前記共振周波数とは異なる周波数に修正するように構成された離調回路と、
前記離調回路と地面との間に動作可能に結合され、前記離調回路を通る電流に比例する電圧を有する変調信号を発生するように構成されたインピーダンス要素と、
前記変調信号に動作可能に結合され、前記変調信号を整流して前記無線電力受信機の同調状態に応じた受信信号にするように構成された信号抽出器とを備えた無線電力受信機。
【請求項２８】
前記無線電力受信機の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、または前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態を含む、請求項27に記載の無線電力受信機。
【請求項２９】
前記離調回路が、前記RF信号と前記インピーダンス要素との間に動作可能に結合された可変インピーダンスデバイスをさらに備え、前記可変インピーダンスデバイスが、可変抵抗を備え、制御信号を受信するように構成され、前記可変インピーダンスデバイスが、前記制御信号に基づいて、前記RF信号とは異なる共振特性を有する修正されたRF信号を発生するようにさらに構成された、請求項27に記載の無線電力受信機。
【請求項３０】
前記無線電力受信機の前記同調状態が、前記共振周波数にほぼ同調された状態、前記共振周波数とは異なる周波数にほぼ離調された状態、および前記RF信号の振幅よりも実質的に小さくなるように修正されたRF信号の振幅で部分的に離調された状態を含む、請求項29に記載の無線電力受信機。
【国際調査報告】
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