(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される交流(AC)の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するように構成された整流器回路と、
前記整流器回路の出力をフィルタリングし、前記交流(AC)の周波数において前記整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するように構成されたバンドストップフィルタ回路と、
前記ワイヤレス場を介して前記交流(AC)を生成するように構成された受電コイルと
を備え、
前記受電コイルが、前記整流器回路に電気的に接続され、前記バンドストップフィルタ回路が、前記受電コイルから放射するワイヤレス放射を低減させるように構成される、ワイヤレス電力受電機。
【請求項２】
前記バンドストップフィルタ回路が、第1のバンドストップフィルタ回路を備え、前記受電機が、前記周波数において前記整流器回路からアース接続を電気的に絶縁するように構成された第2のバンドストップフィルタ回路をさらに備える、請求項1に記載の受電機。
【請求項３】
前記バンドストップフィルタ回路が、前記周波数において前記整流器回路と前記コンデンサとの間のインピーダンスの量を増加させるようにさらに構成される、請求項1または2のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項４】
前記受電コイルから放射する前記ワイヤレス放射の少なくとも一部が、前記周波数の少なくとも1つの高調波に対応する、請求項１に記載の受電機。
【請求項５】
前記バンドストップフィルタ回路が、少なくとも1つのインダクタと、少なくとも1つのコンデンサとを備える、請求項1〜４のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項６】
前記少なくとも1つのインダクタが、前記少なくとも1つのコンデンサに電気的に並列に接続される、請求項5に記載の受電機。
【請求項７】
前記交流(AC)の周波数成分が閾値周波数を下回ることを実質的に可能にするように構成された、フェライトビーズおよびコンデンサ回路をさらに備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項８】
前記周波数が、実質的に6.78MHzである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項９】
前記整流器回路が、
1つまたは複数のダイオードを備える全波整流器回路と、
1つまたは複数のスイッチを備える同期整流器回路と
の一方を備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項１０】
前記同期整流器回路が、1つまたは複数のダイオードを備える、請求項9に記載の受電機。
【請求項１１】
ワイヤレス電力受電機においてフィルタリングを行うための方法であって、
整流器回路を介して交流(AC)の少なくとも一部を直流(DC)に整流するステップであって、前記交流(AC)が、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される、ステップと、
前記整流器回路に電気的に接続された受電コイルを介して前記交流(AC)を生成するステップと、
前記交流(AC)の周波数において前記整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して前記整流器回路の出力をフィルタリングするステップとを含み、
フィルタリングするステップが、前記受電コイルから放射するワイヤレス放射を低減させるためにフィルタリングを行うステップを含む、方法。
【請求項１２】
前記周波数において前記整流器回路からアース接続を電気的に絶縁するために、第2のバンドストップフィルタ回路を介して前記整流器回路の前記出力をフィルタリングするステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
フィルタリングするステップが、前記周波数において前記整流器回路と前記コンデンサとの間のインピーダンスを増加させるためにフィルタリングを行うステップを含む、請求項11または12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記受電コイルから放射する前記ワイヤレス放射の少なくとも一部が、前記周波数の少なくとも1つの高調波に対応する、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
バンドストップフィルタ回路を介して整流器回路の出力をフィルタリングするステップが、少なくとも1つのインダクタと少なくとも1つのコンデンサとを備えるバンドストップフィルタ回路を介してフィルタリングを行うステップを含む、請求項11〜14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも1つのインダクタが、前記少なくとも1つのコンデンサに電気的に並列に接続される、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記交流(AC)の周波数成分が閾値周波数を下回ることを実質的に可能にするように構成された、フェライトビーズおよびコンデンサ回路を介してフィルタリングを行うステップをさらに含む、請求項11〜16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記周波数が、実質的に6.78MHzである、請求項11〜17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記整流器回路が、
1つまたは複数のダイオードを備える全波整流器回路と、
1つまたは複数のスイッチを備える同期整流器回路と
の一方を備える、請求項11〜18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記同期整流器回路が、1つまたは複数のダイオードを備える、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
交流(AC)の少なくとも一部を直流(DC)に整流するための手段であって、前記交流(AC)が、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される、手段と、
前記交流(AC)の周波数において、整流するための前記手段からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して、整流するための前記手段の出力をフィルタリングするための手段と、
前記ワイヤレス場を介して前記交流(AC)を生成するように構成された受電コイルと
を備え、
前記受電コイルが、整流するための前記手段に電気的に接続され、フィルタリングするための前記手段が、前記受電コイルから放射するワイヤレス放射を低減させるように構成される、ワイヤレス電力受電機。
【請求項２２】
フィルタリングするための前記手段が、フィルタリングするための第1の手段を備え、前記受電機が、前記周波数において、整流するための前記手段からアース接続を電気的に絶縁するように構成された第2のバンドストップフィルタ回路を介してフィルタリングするための第2の手段をさらに備える、請求項21に記載の受電機。
【請求項２３】
フィルタリングするための前記手段が、前記周波数において、整流するための前記手段と前記コンデンサとの間のインピーダンスの量を増加させるように構成される、請求項21または22のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項２４】
前記受電コイルから放射する前記ワイヤレス放射の少なくとも一部が、前記周波数の少なくとも1つの高調波に対応する、請求項21に記載の受電機。
【請求項２５】
前記バンドストップフィルタ回路が、少なくとも1つのインダクタと、少なくとも1つのコンデンサとを備える、請求項21〜24のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項２６】
前記少なくとも1つのインダクタが、前記少なくとも1つのコンデンサに電気的に並列に接続される、請求項25に記載の受電機。
【請求項２７】
前記交流(AC)の周波数成分が閾値周波数を下回ることを実質的に可能にするように構成された、フェライトビーズおよびコンデンサ回路をさらに備える、請求項21〜26のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項２８】
前記周波数が、実質的に6.78MHzである、請求項21〜27のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項２９】
整流するための前記手段が、整流器回路を備える、請求項21〜28のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項３０】
前記整流器回路が、
1つまたは複数のダイオードを備える全波整流器回路と、
1つまたは複数のスイッチを備える同期整流器回路と
の一方を備える、請求項29に記載の受電機。
【請求項３１】
前記同期整流器回路が、1つまたは複数のダイオードを備える、請求項30に記載の受電機。
【請求項３２】
フィルタリングするための前記手段が、フィルタ回路を備える、請求項21〜31のいずれか一項に記載の受電機。
【請求項３３】
ワイヤレス電力受電機であって、
ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される交流(AC)の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するように構成された整流器回路と、
前記整流器回路の出力をフィルタリングし、前記交流(AC)の周波数において前記整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するように構成されたバンドストップフィルタ回路と
を備え、
前記バンドストップフィルタ回路が、第1のバンドストップフィルタ回路を備え、前記受電機が、前記周波数において前記整流器回路からアース接続を電気的に絶縁するように構成された第2のバンドストップフィルタ回路をさらに備える、ワイヤレス電力受電機。
【請求項３４】
ワイヤレス電力受電機においてフィルタリングを行うための方法であって、
整流器回路を介して交流(AC)の少なくとも一部を直流(DC)に整流するステップであって、前記交流(AC)が、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される、ステップと、
前記交流(AC)の周波数において前記整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して前記整流器回路の出力をフィルタリングするステップと、
前記周波数において前記整流器回路からアース接続を電気的に絶縁するために、第2のバンドストップフィルタ回路を介して前記整流器回路の前記出力をフィルタリングするステップとを含む方法。
【請求項３５】
ワイヤレス電力受電機であって、
交流(AC)の少なくとも一部を直流(DC)に整流するための手段であって、前記交流(AC)が、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される、手段と、
前記交流(AC)の周波数において、整流するための前記手段からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して、整流するための前記手段の出力をフィルタリングするための手段と
を備え、
フィルタリングするための前記手段が、フィルタリングするための第1の手段を備え、前記受電機が、前記周波数において、整流するための前記手段からアース接続を電気的に絶縁するように構成された第2のバンドストップフィルタ回路を介してフィルタリングするための第2の手段をさらに備える、ワイヤレス電力受電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ワイヤレス給電(wireless power)に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力受電機(wireless power receiver)における整流器のフィルタリングを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます数多くの多様な電子デバイスが、再充電可能バッテリを介して給電されるようになっている。そのようなデバイスとして、モバイルフォン、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえばBluetooth（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、および補聴器などが挙げられる。バッテリ技術は改良されているが、バッテリ給電電子デバイスは、ますます大量の電力を必要とし、消費するようになっており、そのせいで、頻繁に再充電を必要とする。再充電可能デバイスは、電源に物理的に接続されたケーブルまたは他の類似のコネクタを用いる、有線接続を介して充電されることが多い。ケーブルおよび類似のコネクタは、時には不便であったり、または邪魔になったりすることがあり、他の難点も有する。再充電可能電子デバイスを充電するために、または電子デバイスに電力を供給するために使用される、自由空間内で電力を伝送することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションに足りない点のいくつかを克服できる。そのため、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝送するワイヤレス電力伝送システムおよび方法が望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装は、各々がいくつかの態様を有するが、それらのどの1つにしても、本明細書で説明される望ましい属性を単独で担うわけではない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書で説明される。
【０００４】
本明細書に説明された本主題の1つまたは複数の実装の詳細が、添付の図面および以下の説明において記載される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。以下の図の相対的な寸法は、原寸に比例して描かれていないことがあることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、ワイヤレス電力受電機を提供する。ワイヤレス電力受電機は、ワイヤレス電力送電機(wireless power transmitter.)から供給されるワイヤレス場(wireless field)を介して生成される時変電圧の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するように構成された整流器回路を含む。ワイヤレス電力受電機は、整流器回路の出力をフィルタリングし、動作周波数において整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するように構成されたバンドストップフィルタ(band-stop filter)回路をさらに含む。
【０００６】
本開示の別の態様は、ワイヤレス電力受電機においてフィルタリングを行うための方法の実装を提供する。方法は、整流器回路を介して時変電圧の少なくとも一部を直流(DC)に整流するステップを含む。時変電圧は、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される。方法は、動作周波数において整流器回路からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して整流器回路の出力をフィルタリングするステップをさらに含む。
【０００７】
本開示のさらに別の態様は、ワイヤレス電力受電機を供給する。ワイヤレス電力受電機は、時変電圧の少なくとも一部を直流(DC)に整流するための手段を含む。時変電圧は、ワイヤレス電力送電機から供給されるワイヤレス場を介して生成される。ワイヤレス電力受電機は、動作周波数において、整流するための手段からコンデンサを電気的に絶縁するために、バンドストップフィルタ回路を介して、整流するための手段の出力をフィルタリングするための手段をさらに含む。
【０００８】
本開示の別の態様は、ワイヤレス電力受電機装置、装置を提供する。受電機装置は、ワイヤレス場を介してワイヤレスで電力を受電するように構成されたコイル回路を含む。受電機装置は、受電した電力の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するように構成された整流器回路をさらに含む。受電機装置は、第1のフィルタ回路をさらに含み、第1のフィルタ回路は、コイルと整流器回路との間に電気的に接続され、整流器回路からの放射を低減させるように構成され、整流器回路によって提示される第1のインピーダンスをコイル回路に提示される第2のインピーダンスに実質的に等しく維持するように構成される。受電機装置は、整流器回路からの放射を電気的に絶縁するように構成されたバンドストップフィルタ回路をさらに含む。
【０００９】
本開示の別の態様は、ワイヤレス電力受電機においてフィルタリングを行う方法の実装を提供する。方法は、コイル回路を介してワイヤレスで電力を受電するステップを含む。ワイヤレスで受電する電力は、ワイヤレス場を介して受電する。方法は、整流器回路を介して、受電した電力の少なくとも一部を直流(DC)に整流するステップをさらに含む。方法は、整流器回路によって提示される第1のインピーダンスをコイルに提示される第2のインピーダンスに実質的に等しく維持しながら、第1のフィルタ回路を介して整流器回路からの放射をフィルタリングするステップをさらに含む。方法は、バンドストップフィルタ回路を介して整流器回路からの放射を電気的に絶縁するステップをさらに含む。
【００１０】
本開示の別の態様は、ワイヤレス電力受電機装置を提供する。受電機装置は、ワイヤレス場を介してワイヤレスで電力を受電するための手段を含む。受電機装置は、受電した電力の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するための手段をさらに含む。受電機装置は、直流を供給するための手段からの放射を低減させるためにフィルタリングを行うための手段をさらに含む。フィルタリングを行うための手段は、直流を供給するための手段によって提示される第1のインピーダンスをワイヤレスで電力を受電するための手段に提示される第2のインピーダンスに等しく維持するための手段を含む。受電機装置は、直流を供給するための手段からの放射を電気的に絶縁するための手段をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な一実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝送システムの機能ブロック図である。
【図２】本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システムにおいて使用できる、例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な一実施形態による、送電または受電コイルを含む、図2の送電回路構成(transmit circuitry)または受電回路構成(receive circuitry)の一部の概略図である。
【図４】本発明の例示的な一実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システムにおいて使用できる、送電機の機能ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システムにおいて使用できる、受電機の機能ブロック図である。
【図６】本発明の例示的な一実施形態による、図5の受電機508などのワイヤレス電力受電機において使用できる、受電回路構成の例示的な部分の概略図である。
【図７】図6に示されるような整流器回路の入力における、例示的な仮想上の電圧波形のグラフである。
【図８】本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路のDC側にバンドストップフィルタ回路を含む、受電回路構成の例示的な部分の概略図である。
【図９】図8に示されるような整流器回路の入力における、例示的な仮想上の電圧波形のグラフである。
【図１０】本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路のDC側にインダクタンスが増加した(たとえば2倍)バンドストップフィルタ回路を含む、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１１】図10に示されるような整流器回路の入力における、例示的な仮想上の電圧波形のグラフである。
【図１２】本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路のDC側に平衡デュアルバンドストップフィルタ構成を含む、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１３】図12に示されるような整流器回路の入力における、例示的な仮想上の電圧波形のグラフである。
【図１４】本発明の例示的な一実施形態による、フェライトビーズおよびコンデンサ回路構成をさらに含む、図12に示されるような受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１５】本発明の例示的な一実施形態による、単一のバンドストップフィルタ回路を用いる例示的な同期整流器回路構成を使用する、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１６】本発明の例示的な一実施形態による、図12に示されるようなデュアルバンドストップフィルタ回路構成を用いる例示的な同期整流器回路構成を使用する、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１７】本発明の例示的な一実施形態による、単一のバンドストップフィルタ回路を用いる例示的な準同期整流器回路構成を使用する、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１８】本発明の例示的な一実施形態による、デュアルバンドストップフィルタ回路構成を用いる例示的な準同期整流器回路構成を使用する、受電回路構成の例示的な部分の別の概略図である。
【図１９】例示的な一実施形態による、望ましくない放射を低減させるように構成された受電回路構成の例示的な部分の概略図である。
【図２０】例示的な一実施形態による、望ましくない放射を低減させるように構成された受電回路構成の別の例示的な部分の概略図である。
【図２１】異なる負荷に対する、整流器回路における例示的なインピーダンス変換を示すグラフである。
【図２２】電圧の関数としての、コイルにおける例示的な電力損失を示すグラフである。
【図２３】本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機におけるフィルタリングのための例示的な方法のフローチャートである。
【図２４】本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機の機能ブロック図である。
【図２５】例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機におけるフィルタリングのための別の例示的な方法のフローチャートである。
【図２６】例示的な一実施形態による、別のワイヤレス電力受電機の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面に示される様々な特徴は、原寸に比例して描かれていないことがある。したがって、様々な特徴の寸法は、明瞭になるように恣意的に拡大または縮小されていることがある。加えて、図面のいくつかは、与えられたシステム、方法、またはデバイスの構成要素をすべては示していないことがある。最後に、本明細書および図を通して、同様の参照番号は、同様の特徴を示すために使用され得る。
【００１３】
添付の図面に関連させて以下記載される詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されており、それだけが本発明を実践できる実施形態を表すことは意図していない。この説明を通して使用される「例示的」という語は、「例、実例、または説明として役立つ」ことを意味し、必ずしも他の例示的な実施形態よりも好ましい、または有利であると解釈すべきではない。詳細な説明には、本発明の例示的な実施形態の完全な理解を与える目的で、具体的な詳細が含まれる。いくつかの事例では、いくつかのデバイスは、ブロック図形式で示される。
【００１４】
ワイヤレスでの電力の伝送とは、物理的な電気導体を使用せずに、送電機から受電機に、電界、磁界、または電磁界などに関連する任意の形態のエネルギーを伝送することを指すことができる(たとえば、電力は自由空間を介して伝送できる)。ワイヤレス場(たとえば磁界)内に出力された電力は、電力伝送を達成するために、「受電コイル」によって受電し、獲得し、または結合することができる。
【００１５】
図1は、本発明の例示的な一実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝送システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝送を可能にするための場106を生成するために、電源(図示されず)から送電機104に入力電力102を供給することができる。場106には受電機108を結合でき、受電機108は、出力電力110に結合されたデバイス(図示されず)によって蓄積または消費される、出力電力110を生成できる。送電機104と受電機108と共に、距離112だけ離れている。例示的な一実施形態では、送電機104と受電機108は、相互共振関係に従って構成される。受電機108の共振周波数と送電機104の共振周波数が実質的に同じか、または非常に近い場合、送電機104と受電機108との間の伝送損失は最小になる。そのため、コイルが非常に近いこと(たとえば数mm)を必要とする大きなコイルを必要とし得る、純粋に誘導的なソリューションと対比して、より長い距離にわたるワイヤレス電力伝送を提供することができる。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善および様々な距離にわたる電力伝送、ならびに様々な誘導コイル構成を用いることを可能にし得る。
【００１６】
受電機108は、送電機104によって生成されたエネルギー場106内に配置されたときに、電力を受電することができる。場106は、送電機104によって出力されたエネルギーを受電機108が獲得できる領域に対応する。場合によっては、以下でさらに説明するように、場106は、送電機104の「近接場」に対応し得る。送電機104は、エネルギー伝送を出力するための送電コイル114を含むことができる。受電機108は、エネルギー伝送からエネルギーを受け取り、または獲得するための受電コイル118をさらに含む。近接場は、送電コイル114から離れた場所へは最低限の電力しか放射しない、送電コイル114内の電流および電荷からもたらされる強力な反応場が存在する、領域に対応し得る。場合によっては、近接場は、送電コイル114の約1波長(またはその分数)以内の領域に対応し得る。送電コイル114および受電コイル118は、用途およびそれに関連するデバイスに応じたサイズを取る。上で説明したように、効率的なエネルギー伝送は、エネルギーのほとんどを電磁波として非近接場に伝搬させるのではなく、エネルギーの大部分を送電コイル114の場106内で受電コイル118に結合することによって行うことができる。場106内に配置された場合、送電コイル114と受電コイル118との間に、「結合モード」を生じさせることができる。この結合が生じ得る送電コイル114および受電コイル118の周囲の領域は、本明細書では結合モード領域と呼ばれる。
【００１７】
図2は、本発明の様々な例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システム100において使用できる、例示的な構成要素の機能ブロック図である。送電機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタおよび整合回路226とを含むことができる、送電回路構成206を含むことができる。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの、所望の周波数で信号を発生させるように構成できる。発振器信号は、たとえば送電コイル214の共振周波数で、送電コイル214を駆動するように構成された、ドライバ回路224に供給され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受け取り、正弦波を出力するように構成された、スイッチング増幅器とすることができる。たとえば、ドライバ回路224は、クラスE増幅器とすることができる。高調波または他の望ましくない周波数を除去し、送電機204のインピーダンスを送電コイル214に整合させるために、フィルタおよび整合回路226も含むことができる。送電アンテナ214を駆動した結果として、送電機204は、電子デバイスを充電または給電するのに十分なレベルで、ワイヤレスで電力を出力できる。一例として、供給される電力は、異なる電力要件を有する異なるデバイスに給電または充電するために、たとえば、300ミリワットから5ワットのオーダにあることができる。より高いまたは低い電力レベルも供給できる。
【００１８】
受電機208は、整合回路232と、図2に示されるようなバッテリ236を充電するために、または受電機208に結合されたデバイス(図示されず)に給電するために、AC電力入力からDC電力出力を生成する、整流器およびスイッチング回路234とを含むことができる、受電回路構成210を含むことができる。受電回路構成210のインピーダンスを受電コイル218に整合させるために、整合回路232を含むことができる。加えて、受電機208と送電機204は、別の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラなど)上で通信できる。代替として、受電機208と送電機204は、ワイヤレス場206の特性を使用して、帯域内シグナリングを介して通信できる。
【００１９】
以下でより十分に説明するように、選択的に無効にできる関連する負荷(たとえばバッテリ236)を最初に有することができる受電機208は、送電機204によって送られ、受電機208によって受電される電力の量が、バッテリ236を充電するのに適切であるかどうかを判定するように構成できる。さらに、受電機208は、電力の量が適切であると判定した場合に、負荷(たとえばバッテリ236)を有効にするように構成できる。いくつかの実施形態では、受電機208は、バッテリ236の充電を行わずに、ワイヤレス電力伝送場から受電した電力を直接的に利用するように構成できる。たとえば、近距離無線通信(NFC)または無線周波数識別(RFID)デバイスなどの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝送場から電力を受電し、ワイヤレス電力伝送場と相互作用することによって通信するように、および/または受電した電力を利用して送電機204または他のデバイスと通信するように構成できる。
【００２０】
図3は、本発明の例示的な一実施形態による、送電または受電コイル352を含む、図2の送電回路構成206または受電回路構成210の一部の概略図である。図3に示されるように、例示的な実施形態において使用される送電または受電回路構成350は、コイル352を含むことができる。コイル352は、「ループ」アンテナ352と呼ばれることもあり、または「ループ」アンテナ352として構成できる。コイル352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ばれることもあり、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成できる。「コイル」という用語によって、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスで出力し、または受け取ることができる構成要素を指すことが意図されている。コイル352は、電力をワイヤレスで出力し、または受電するように構成されたタイプの「アンテナ」と呼ばれることもある。コイル352は、電力をワイヤレスで供給し、または受電するように構成されたタイプの電力伝送構成要素と呼ばれることもある。コイル352は、空心、またはフェライトコア(図示されず)などの物理的コアを含むように構成できる。空心ループコイルは、コアの近くに配置された外部の物理デバイスからの影響により強くなり得る。加えて、空心ループコイル352は、コアエリア内に他の構成要素を配置することを可能にする。加えて、空心ループは、送電コイル214(図2)の結合モード領域がより強力になり得る送電コイル214(図2)の平面内に、受電コイル218(図2)を配置することをより容易に可能にし得る。
【００２１】
述べたように、送電機104と受電機108との間のエネルギーの効率的な伝送は、送電機104と受電機108との間で共振が一致する間、またはほぼ一致する間に行われ得る。しかし、送電機104と受電機108との間で共振が一致しない場合であっても、効率への影響はあり得るが、エネルギーは伝送できる。エネルギーの伝送は、エネルギーを送電コイルから自由空間内に伝搬させるというより、送電コイルの場106からのエネルギーを、この場106が確立された近辺に常駐する受電コイルに結合することによって行われる。
【００２２】
ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。インダクタンスは、単純に、コイル352によって作成されるインダクタンスとすることができ、一方、チャパシタンスは、所望の共振周波数における共振構造を作成するために、コイルのインダクタンスに追加できる。非限定的な一例として、共振周波数の信号358を選択する共振回路を作成するために、コンデンサ354およびコンデンサ356を送電または受電回路構成350に追加できる。したがって、直径がより大きいコイルの場合、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて、共振を維持するのに必要なコンデンサのサイズを小さくすることができる。さらに、コイルの直径が大きくなるにつれて、効率的にエネルギーを伝送できる近接場の面積を大きくすることができる。他の構成要素を使用して形成される他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、コンデンサは、コイル352の2つの端子の間に並列に配置できる。送電コイルの場合、コイル352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358を、コイル352への入力とすることができる。
【００２３】
一実施形態では、送電機104は、送電コイル114の共振周波数に対応する周波数を有する、時変磁場を出力するように構成できる。受電機が場106内にある場合、時変磁場は、受電コイル118内に電流を誘導できる。上で説明したように、受電コイル118が送電コイル114の周波数で共振するように構成された場合、エネルギーを効率的に伝送できる。受電コイル118内に誘導されたAC信号は、負荷を充電または給電するために供給され得るDC信号を生成するために、上で説明したように、整流できる。
【００２４】
図4は、本発明の例示的な一実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システムにおいて使用できる、送電機404の機能ブロック図である。送電機404は、送電回路構成406と、送電コイル414とを含むことができる。送電コイル414は、図3に示されたようなコイル352とすることができる。送電回路構成406は、送電コイル414の周りにエネルギー(たとえば磁束)の発生を引き起こす発振信号を供給することによって、RF電力を送電コイル414に供給できる。送電機404は、任意の適切な周波数で動作できる。例として、送電機404は、13.56MHz ISM帯で動作できる。
【００２５】
送電回路構成406は、送電回路構成406のインピーダンス(たとえば50オーム)を送電コイル414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、受電機108(図1)に結合されたデバイスの自己妨害を防止するレベルに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)408とを含むことができる。他の例示的な実施形態は、ノッチフィルタを含むが、それに限定されない、異なるフィルタトポロジを含むことができ、ノッチフィルタは、特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数は通過させ、コイル414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流など、測定可能な送電メトリックに基づいて変化し得る、適応インピーダンス整合を含むことができる。送電回路構成406は、発振器423によって決定されるように、RF信号を駆動するように構成された、ドライバ回路424をさらに含む。送電回路構成406は、個別のデバイスもしくは回路から成ることができ、または代替として、統合された組立品から成ることができる。送電コイル414からの例示的なRF電力出力は、2.5ワットのオーダにあることができる。
【００２６】
送電回路構成406は、特定の受電機に対する送電フェーズ(またはデューティサイクル)中に発振器423を選択的に有効にするための、発振器423の周波数または位相を調整するための、および付属の受信機を介して近隣デバイスと対話するための通信プロトコルを実装するために出力電力レベルを調整するための、コントローラ410をさらに含むことができる。コントローラ410は、本明細書ではプロセッサ410と呼ばれることもあることに留意されたい。発振器位相および送電経路内の関連する回路構成の調整は、特に1つの周波数から別の周波数に推移するときに、帯域外放射の低減を可能にし得る。
【００２７】
送電回路構成406は、送電コイル414によって発生された近接場の付近にアクティブな受電機が存在するか、それとも存在しないかを検出するための、負荷感知回路416をさらに含むことができる。例として、負荷感知回路416は、以下でさらに説明するように、送電コイル414によって発生された近接場の付近にアクティブな受電機が存在するか、それとも存在しないかによって影響され得る、ドライバ回路424に流れる電流をモニタリングする。エネルギーを送電するために発振器423を有効にすべきかどうか、およびアクティブな受電機と通信すべきかどうかを決定する際に使用するために、ドライバ回路424に対する負荷の変化の検出が、コントローラ410によってモニタリングされる。以下でより十分に説明するように、ドライバ回路424において測定される電流は、送電機404のワイヤレス電力伝送領域内に無効なデバイスが配置されているかどうかを判定するために使用できる。
【００２８】
送電コイル414は、リッツ線を用いて実施でき、または抵抗損失を低く保つように選択された、厚さ、幅、および金属タイプを有する、アンテナストリップとして実装できる。一実装では、送電コイル414は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の可搬性に乏しい構成など、より大きな構造と関連付けるために構成できる。したがって、送電コイル414は、一般に、実用的な寸法にするための、「巻き」を必要としないですむ。送電コイル414の例示的な一実施は、「電気的に小さく」(すなわち、波長の分数と)することができ、共振周波数を定めるコンデンサを使用することによって、より低い使用に便利な周波数で共振するように同調させ得る。
【００２９】
送電機404は、送電機404に関連付けることができる受電機デバイスの所在場所およびステータスについての情報を収集および追跡できる。したがって、送電回路構成406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ410に接続された、存在検出器480、閉鎖検出器460、またはそれらの組合せを含むことができる。コントローラ410は、存在検出器480および閉鎖検出器460からの存在信号に応答して、ドライバ回路424によって送られる電力の量を調整できる。送電機404は、たとえば、建物内に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示されず)、従来のDC電源を送電機404に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示されず)、または直接的に従来のDC電源(図示されず)からなど、数々の電源を通して電力を受電することができる。
【００３０】
非限定的な一例として、存在検出器480は、送電機404のカバレージエリア内に入れられた、充電されるデバイスの初期存在を感知するために利用される、動作検出器とすることができる。検出後、送電機404をオンにすることができ、デバイスによって受電されたRF電力を使用して、Rxデバイス上のスイッチを所定の方法で切り替えることができ、それが今度は、送電機404の駆動点インピーダンスに変化をもたらす。
【００３１】
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出、動作検出、または他の適切な手段によって、人間を検出することが可能な検出器とすることができる。いくつかの例示的な実施形態では、送電コイル414が特定の周波数で送電できる電力の量を制限する規制が存在することがある。場合によっては、これらの規制は、人間を電磁放射から保護することを意図している。しかし、たとえば、ガレージ、工場のフロア、および店舗など、人間が所在しない、または人間が頻繁には所在しないエリアに、送電コイル414が配置される環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合は、通常の電力制限規制を超えて送電コイル414の電力出力を増加させることを許可可能にし得る。言い換えると、コントローラ410は、人間の存在に応じて、いつでも規制要件に従ったレベルに送電コイル414の電力出力を調整できる。
【００３２】
非限定的な一例として、(本明細書では閉鎖区画検出器または閉鎖空間検出器とも呼ばれることがある)閉鎖検出器460は、筐体が閉じた状態にあるときに、または開いた状態にあるときに、そのことを判定するための感知スイッチなどのデバイスとすることができる。送電機が閉鎖状態にある筐体内に存在する場合、送電機の電力レベルを増加させることができる。
【００３３】
例示的な実施形態では、送電機404が無期限にオンであり続けないようにする方法を使用できる。この場合、送電機404は、ユーザが決めた時間が経過した後、シャットオフするようにプログラムできる。この機能は、送電機404が、特にドライバ回路424が、その周囲にあるワイヤレスデバイスが十分に充電された後に長々と動作し続けることを防止する。こうしたことは、デバイスが十分に充電された旨の、リピータまたは受電コイルから送信された信号の検出に回路が失敗したことが原因で起こることがある。その周囲に別のデバイスが配置されている場合に、送電機404が自動的にシャットオフすることを防止するために、送電機404の自動シャットオフ機能は、その周囲で動作が検出されずに、定められた期間が経過した後にだけ、起動できる。ユーザが、望み通りに、無活動時間間隔を決定し、それを変更できてよい。非限定的な一例として、時間間隔は、最初にデバイスが完全に放電しているという仮定の下で、特定のタイプのワイヤレスデバイスを十分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。
【００３４】
図5は、本発明の例示的な一実施形態による、図1のワイヤレス電力伝送システムにおいて使用できる、受電機508の機能ブロック図である。受電機508は、受電コイル518を含むことができる受電回路構成510を含む。受電機508は、受電した電力をそれに供給するためのデバイス550にさらに結合する。受電機508は、デバイス550の外部に存在するものとして示されているが、デバイス550内に統合できることに留意されたい。エネルギーは、ワイヤレスで受電コイル518まで伝搬でき、その後、受電回路構成510の残りの部分を介してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスは、モバイルフォン、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえばBluetooth（登録商標）デバイス)、デジタルカメラ、ならびに補聴器(および他の医療デバイス)などの、デバイスを含むことができる。
【００３５】
受電コイル518は、送電コイル414(図4)と同じ周波数で、または特定の範囲内の周波数で共振するように同調させ得る。受電コイル518は、送電コイル414と類似の寸法とすることができ、または関連するデバイス550の寸法に基づいて、異なるサイズとすることができる。例として、デバイス550は、送電コイル414の直径または長さよりも小さい直径または長さ寸法を有する、ポータブル電子デバイスとすることができる。そのような一例では、受電コイル518は、同調コンデンサ(図示されず)のキャパシタンス値を低下させ、受電コイルのインピーダンスを増加させるために、マルチターンコイルとして実装できる。例として、受電コイル518は、コイル直径を最大化し、受電コイル518のループターン(すなわち巻き)の数および巻線間キャパシタンスを低下させるために、デバイス550の実質的な外周の周りに配置できる。
【００３６】
受電回路構成510は、受電コイル518にインピーダンス整合を提供できる。受電回路構成510は、受け取ったRFエネルギー源をデバイス550によって使用する充電電力に変換するための、電力変換回路構成506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器510も含むことができる。RF-DC変換器520は、受電コイル518で受け取ったRFエネルギー信号を、Vrectによって表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器510(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合したエネルギーポテンシャル(たとえば電圧)に変換する。半波整流器および全波整流器、調整器、ブリッジ、ダブラ(doubler)ならびに、線形変換器およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図されている。
【００３７】
受電回路構成510は、受電コイル518を電力変換回路構成506に接続するための、または代替として、電力変換回路506を切断するための、スイッチング回路構成512をさらに含むことができる。電力変換回路506からの受電コイル518の切断は、デバイス550の充電を中断するばかりでなく、送電機404(図4)から「見える」ような「負荷」も変化させる。
【００３８】
上で開示したように、送電機404は、送電機のドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出できる、負荷感知回路416を含む。したがって、送電機404は、送電機の近接場に受電機が存在する場合、それを判定するための機構を有する。受電機508によって制御され、送電機404によって検出される、負荷なしと負荷ありとの間の切り替えは、以下でより十分に説明されるような、受電機508から送電機404への通信機構を提供できる。加えて、受電機508から送電機404へのメッセージの送信を可能にする切り換えに、プロトコルを関連付けることができる。例として、切り換え速度は、100μsecのオーダにあることができる。
【００３９】
例示的な一実施形態では、送電機404と受電機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用する帯域内シグナリング)ではなく、デバイス感知および充電制御機構(device sensing and charging control mechanism)を指す。言い換えると、送電機404は、近接場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために、送信信号のオン/オフキーイングを使用できる。受電機は、エネルギーのこれらの変化を送電機404からのメッセージとして解釈できる。受電機側では、受電機508は、場からどれだけの電力を受け入れるかを調整するために、受電コイル518の同調および離調を使用できる。場合によっては、同調および離調は、スイッチング回路構成512を介して達成され得る。送電機404は、場から使用された電力のこの差を検出でき、これらの変化を受電機508からのメッセージとして解釈できる。他の形態の送電電力の変調および負荷挙動も利用できることに留意されたい。
【００４０】
受電回路構成510は、送電機から受電機への情報シグナリングに対応し得る、受け取ったエネルギーの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構成514をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路構成514は、減弱したRF信号エネルギー(すなわちビーコン信号)の送電を検出し、減弱したRF信号エネルギーを、受電回路構成510をワイヤレス充電用に構成するために、受電回路構成510内の電力供給されない、または電力が枯渇した回路を復活させるための公称電力に整流するために使用することもできる。
【００４１】
受電回路構成510は、本明細書で説明されるスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明される受電機508のプロセスの調整を行うための、プロセッサ516をさらに含む。プロセッサ516は、ビーコン状態を決定し、送電機404から送信されたメッセージを抽出するために、ビーコン回路構成514をモニタリングすることもできる。プロセッサ516は、性能改善のために、DC-DC変換器510を調整することもできる。
【００４２】
図6は、本発明の例示的な一実施形態による、図5の受電機508などのワイヤレス電力受電機において使用できる、受電回路構成610の例示的な部分の概略図である。受電回路構成610は、共振回路を形成できる、受電コイル618と、コンデンサC1とを含む。時変電圧Vは、受電コイル618が、送電機104(図1)によって供給されるワイヤレス場106を介して、ワイヤレスで電力を受電したときに(たとえば、受電コイル618は、場106を介して送電機104と結合できる)、受電コイル618において誘導/生成することができる。上で説明したのと同様に、整流器回路620は、受電コイル618に電気的に接続でき、時変電圧の少なくとも一部に基づいて直流(DC)を供給するために、ワイヤレス場を介して生成された時変電圧V(すなわち交流(AC))を整流するように構成できる。いくつかの実施形態では、整流器回路620は、全波整流器とすることができる。一実施形態では、整流器回路620は、フルブリッジ整流器回路とすることができ、ダイオードD1、D2、D3、D4を含むことができる。受電回路構成610は、整流された出力に基づいて、負荷RLに給電または充電する、より一定の電圧DCを供給するために使用できる、電荷保持コンデンサC2を含むことができる、平滑回路をさらに含むことができる。
【００４３】
図7は、図6に示されるような整流器回路620の入力における、例示的な仮想上の電圧波形702のグラフである。理想的には、受電コイル618において誘導された時変電圧Vは、整流器回路620の入力において、実質的に完全な正弦波波形によって表される。しかし、たとえば、整流器回路620の非線形動作が原因で、整流器回路620の入力における電圧波形702は、かなりの高調波成分および他の望ましくない成分を含むことがある。波形702において、高調波成分は、たとえば、円704内に示される、鋭いエッジによって示されている。一態様では、704によって示される鋭いエッジによって示される望ましくない高調波成分は、整流器回路620のダイオードD1、D2、D3、D4が通電したときに、入力AC波形702が電荷保持コンデンサC2(すなわち平滑コンデンサ)によって瞬間的に短絡されたためと説明できる。望ましくない高調波成分は、受電コイル618から放射され得るワイヤレス放射をもたらすことがあり、これは、規制放射要件を満たすことをより困難にすることがあり、また他のワイヤレス信号との干渉の可能性を高めることがある。この問題は、ワイヤレス干渉および妨害に対する心配があり得ず、ワイヤレスシステムにおいて提示されるのと同じタイプの放射要件を有し得ない、他の電力配送システムにおいては、当てはまらないことがある。たとえば、ケーブルまたは他の類似の接続を介して電力を供給する電力配送システムは、ワイヤレス出力に対する心配はあり得ない。対照的に、高いレベルで電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムにおける受電コイル618からの著しいワイヤレス放射は、かなりの干渉をもたらし得る。バッテリ/デバイスに給電または充電するのに十分なレベルでワイヤレス電力を受電しながら、望ましくないワイヤレス放射を効果的かつ安価に防止できる、方法およびシステムが望まれる。
【００４４】
受電コイル618の放射を防止するために、整流器回路620のAC側で、フィルタリングを行うことができる。しかし、ACフィルタ回路は、望ましくないインピーダンス変換をもたらし得る。ワイヤレス電力伝送システムでは、望ましくないインピーダンス変換は、電力伝送の効率に著しい影響を有することがあり、および/または電力伝送の効率を低下させることがある。たとえば、望ましくないインピーダンス変換は、受電コイル618が共振するのを妨げる離調効果を生じさせることができ、電力伝送の効率および/または量を低下させることができる。加えて、ACフィルタ回路は、より高い電力損失をもたらすことがあり、熱損失を高めることがあり、効率を低下させることがあり他の望ましくない効果を有することがある。そのため、例示的な一実施形態の一態様は、より高い損失またはインピーダンス変換を生じさせることなく、たとえば、整流器回路620の非線形動作によって引き起こされる、放射放出および他の望ましくない効果を低減させるために、整流器回路620の入力においてノイズおよび他の高調波成分を低減させることを対象とする。
【００４５】
例示的な一実施形態では、整流器回路620のDC側で、フィルタリングを行うことができる。一態様では、他の利点に加えて、整流器回路620のDC側で使用される構成要素は、整流器回路620のAC側で使用されるフィルタ構成要素よりも効率的とすることができる。AC波形の入力において高調波を効果的に阻止するために、例示的な一実施形態の一態様は、電荷保持コンデンサC2を絶縁し、動作周波数において電荷保持コンデンサC2と整流器回路620との間に高いインピーダンスを生じさせることを対象とする。
【００４６】
図8は、本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路820のDC側にバンドストップフィルタ回路840を含む、受電回路構成810の例示的な部分の概略図である。受電回路構成810は、図5の受電機508などのワイヤレス電力受電機において使用できる。図6に示されたのと同様に、図18の受電機回路構成810は、受電コイル818とコンデンサC1とを含む。受電回路構成810は、時変電圧Vを整流するためのダイオードD1、D2、D3、D4を有する、整流器回路820をさらに含む。受電回路構成810は、整流器回路820の出力の「ハイ(high)」側に電気的に接続された、フィルタ回路840をさらに含む。フィルタ回路840は、インダクタンスLBandstopおよびキャパシタンスCBandstopを有する構成要素(たとえば、インダクタおよびコンデンサ)を有する、バンドストップフィルタ回路840として構成できる。いくつかの実施形態では、フィルタは、電気的に並列に接続された、インダクタンスLBandstopを有するインダクタと、キャパシタンスCBandstopを有するコンデンサとを含むことができる。いくつかの実施形態では、バンドストップフィルタ回路840は、1つのインダクタと、1つのコンデンサとを含むことができる。いくつかの実施形態では、フィルタ回路840は、ローパスフィルタとして、またはノッチフィルタとして構成できる。ローパスフィルタを使用して(高いインピーダンスのための)高い抵抗を生成するために、高価および/または非効率であり得る、多数の構成要素を必要とするより高次のフィルタが必要とされることがある。そのため、少数の構成要素(たとえば、インダクタとコンデンサ)しか含まなくてよいバンドストップフィルタが、望ましい、および/または好ましいことがある。たとえば、バンドストップフィルタ回路840は、ローパスフィルタ回路よりもわずかな構成要素しか必要としなくてよい。さらに、バンドストップフィルタ回路840の構成要素は、ローパスフィルタ回路において必要とされ得る類似の構成要素と比較して、より効率的になるように、選択できることがある。そのため、いくつかの例示的な実施形態では、バンドストップフィルタ回路840を使用して、ローパスフィルタなど、他のフィルタタイプよりも優れた、様々な特有の利点を提供できる。
【００４７】
フィルタ回路840は、整流器回路820の出力をフィルタリングし、動作周波数(すなわち、ワイヤレス電力伝送のために使用される基本周波数)においてコンデンサC2を整流器回路820から電気的に絶縁するように構成できる。たとえば、フィルタ回路840は、望ましくない周波数を可能な限り除去するように構成できる。一実施形態では、動作周波数は、実質的に6.78MHzとすることができる。フィルタ回路840は、整流器回路820と電荷保持コンデンサC2との間のインピーダンスを高めるように構成できる。一態様では、フィルタ回路840がコンデンサC2を整流器回路820から絶縁するので、受電コイル818における放射が低減される。
【００４８】
図9は、図8に示されるような整流器回路820の入力における、例示的な仮想上の電圧波形902のグラフである。フィルタ回路840の動作のおかげで、電圧波形902は、高調波成分のない、望ましい正弦曲線により類似した形状に近づいている。図9は、図7の波形702と比較して、整流器回路820の入力におけるフィルタ出力が、他の方法では受電コイル818からの追加の望ましくない放射を生じさせ得る高調波成分をどのように少なく含むかを示している。いくつかの適度に鋭いエッジ904(すなわち、何らかの高調波成分)が引き続き存在し得るが、波形902は、図8の受電回路構成810のおかげで、高調波成分がはるかに少ないことを示している。図9は、説明の目的で生成された仮想上の波形902の一例を示している。バンドストップフィルタ回路840を使用することで、整流器回路820のAC側でのフィルタリングから生じ得る、いかなる望ましくないインピーダンス変換または他の効果も引き起こさずに、単純で効率的な構成要素を使用しながら、著しい高調波低減(したがって、望ましくないワイヤレス放射の防止)が可能になる。
【００４９】
図10は、本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路1020のDC側にインダクタンスが増加した(たとえば2倍)バンドストップフィルタ回路1040を含む、受電回路構成1010の例示的な部分の別の概略図である。受電回路構成1010は、図5の受電機508などのワイヤレス電力受電機において使用できる。やはり図8に示されるように、図10の受電回路構成1010は、整流器回路1020およびその動作が上で説明された電荷保持コンデンサC2に電気的に接続できる、受電コイル1018と、コンデンサC1とを含む。受電回路構成1010は、2倍のインダクタンス値を有するバンドストップフィルタとして構成できる、フィルタ回路1040をさらに含む。たとえば、バンドストップフィルタ回路1040は、コンデンサCBandstop1およびCBandstop2とともに、インダクタンスLBandstop1およびLBandstop2を有するインダクタを有することができる。この構成は、フィルタリングおよび絶縁を改善して、望ましくない放射を低減できるが、追加の構成要素を必要とし得る。そのため、コスト、複雑さ、使用されるフィルタ回路の動作、および生成される放射の低減(たとえば高調波低減)の間には、トレードオフが存在し得る。したがって、構成要素値は、コスト、電力伝送量、および効率などといった特定の設計制約に従って選択できる。
【００５０】
図11は、図10に示されるような整流器回路1020の入力における、例示的な仮想上の電圧波形1102のグラフである。図9の波形902と比較して、波形1102は、より対称的であり、ゼロと交差するところで、いくつかの適度に鋭いエッジ1104を有する。そのため、追加の構成要素を必要とするが、フィルタ回路1040は、絶縁およびフィルタリングを改善して、整流器回路1020の入力における放射を低減できる。
【００５１】
図12は、本発明の例示的な一実施形態による、整流器回路1220のDC側に平衡デュアルバンドストップフィルタ構成1240aおよび1240bを含む、受電回路構成1210の例示的な部分の別の概略図である。受電回路構成1210は、図5の受電機508などのワイヤレス電力受電機において使用できる。受電回路構成1210は、上で説明したように、送電機404(図4)からのワイヤレス場(たとえば磁場)を介する時変電圧Vの生成によって、ワイヤレスで電力を受電するように構成された、インダクタンスLを有する受電コイル1218と、コンデンサC1とを含む。生成される時変電圧は、負荷RLに給電するために、整流器回路1220に供給される。図8および図10とは対照的に、受電回路構成1210は、整流器回路1220の両側(「ハイ」側と「ロー」側)に、2つのフィルタ回路1240aおよび1240bを含む。2つのフィルタ回路1240aおよび1240bは、バンドストップフィルタとして構成できる。いくつかの実施形態では、2つのバンドストップフィルタ回路1240aおよび1240bの各々は、それぞれ、インダクタLBandstop1およびコンデンサCBandstop1、並びに、インダクタLBandstop2およびコンデンサCBandstop2を有することができる。いくつかの実施形態では、フィルタ回路1240aおよび1240bは、ローパスフィルタとすることができる。第1のフィルタ回路1240aは、整流器回路1220(したがって、整流器回路1220の入力)を電荷保持コンデンサC2から絶縁するように構成できる。第2のフィルタ回路1240bは、アース(たとえば、それはデバイスの筐体とすることができる)を整流器回路1220から絶縁するように構成できる。場合によっては、受電コイル1218、および構成要素値に敏感であり得る他の回路のために、Q(品質係数)がより高い回路網を使用できる。図12に示されるような平衡構成は、感度を低減させるために望ましいことがある。2つのバンドストップフィルタ回路1240aおよび1240bは各々、望ましくない周波数を除去するように構成できる。いくつかの例示的な実施形態では、動作周波数は、6.78MHzとすることができる。
【００５２】
図13は、図12に示されるような整流器回路1220の入力における、例示的な仮想上の電圧波形1302のグラフである。図13に示されるように、図9および図11と比較して、波形1302は、より対称的であり、ゼロと交差するところで、適度なエッジ1304を有する。波形1302は、著しく低減された放射をもたらし得る。
【００５３】
異なる周波数帯域における全放射をさらに低減させるために、受電回路構成は、追加の構成要素を使用できる。図14は、本発明の例示的な一実施形態による、高周波数成分の放射を防止するためのフェライトビーズおよびコンデンサ回路構成をさらに含む、図12に示されるような受電回路構成1410の例示的な部分の別の概略図である。図14に示されるように、図12に示される構成要素に加えて、受電回路構成1410は、高周波数に起因する放射を防止するために、整流器回路1420のAC側に、フェライトビーズ1442aおよび1442bと、コンデンサC3およびC4とを含むことができる。たとえば、フェライトビーズ/コンデンサ構成は、200MHzを超える周波数をフィルタリングするように構成できる。送電機404(図4)における追加のACフィルタリング、およびDCラインチョーキング(DC line choking)も、放射を防止するために使用できる。
【００５４】
図6、図8、図10、および図12は、ダイオードD1、D2、D3、D4を有する全波ブリッジ整流器620、820、1020、および1220を示しているが、他のタイプの整流器回路も使用できる。たとえば、ダイオードの代わりにゲートドライブを用いるスイッチを使用できる、同期または準同期整流器回路を使用できる。
【００５５】
図15は、本発明の例示的な一実施形態による、単一のバンドストップフィルタ回路1540を用いる例示的な同期整流器回路構成を使用する、受電回路構成1510の例示的な部分の別の概略図である。受電回路構成1510は、図8に示される構成要素に類似した構成要素を含み、加えて、図8のダイオードブリッジ整流器回路820の代わりに、同期整流器回路1520を含む。同期整流器回路1520は、プロセッサ516(図5)によって制御/駆動できるゲートドライブ信号を介して制御できる、スイッチS1、S2、S3、S4を含む。スイッチS1、S2、S3、S4を使用することで、整流の動作に対するより大きな制御を提供できる。さらに、整流器回路1520の動作は、変化する電力伝送状態に動的に適合できる。図15に示されるように、同期整流器回路1520は、図8に示されるような単一のバンドストップフィルタ回路1540構成とともに使用できる。
【００５６】
図16は、本発明の例示的な一実施形態による、図12に示されるような平衡デュアルバンドストップフィルタ回路1640aおよび1640b構成を用いる例示的な同期整流器回路1620構成を使用する、受電回路構成1610の例示的な部分の別の概略図である。図15と同様に、図16の整流器回路1620は、ダイオードの代わりに、S1、S2、S3、S4を含む。受電回路構成1610は、図12を参照して上で説明したように、2つのバンドストップフィルタ回路1640aおよび1640bをさらに含む。この場合、スイッチS1、S2、S3、S4を駆動するための波形のタイミングは、整流器回路1620の「ロー」側のフィルタ回路1640bと連携するように入念に同期させ得る。
【００５７】
図17は、本発明の例示的な一実施形態による、単一のバンドストップフィルタ回路1740を用いる例示的な準同期整流器回路1720構成を使用する、受電回路構成1710の例示的な部分の別の概略図である。図17では、図8の2つのダイオードD1およびD3が、プロセッサまたはコントローラ515(図5)によって制御できるゲートドライブを各々が用いる、スイッチS1およびS2で置き換えられている。図17に示されるように、準同期整流器回路構成1720は、図8に示されるような単一のバンドストップフィルタ回路1740構成とともに使用できる。
【００５８】
図18は、本発明の例示的な一実施形態による、平衡デュアルバンドストップフィルタ回路1840aおよび1840b構成を用いる例示的な準同期整流器回路1820構成を使用する、受電回路構成1810の例示的な部分の別の概略図である。図17と同様に、準同期整流器回路1820には、2つのダイオードD1およびD2と、2つのスイッチS1およびS2とが備えられる。受電回路構成1810は、図12を参照して上で説明したように、2つのバンドストップフィルタ回路1840aおよび1840bを含む。この場合、スイッチS1およびS2を駆動するための信号のタイミングは、整流器回路1820の「ロー」側の(すなわち、整流器回路1820とアースとの間に接続される)フィルタ回路1840bと連携するように入念に同期させ得る。図6、図8、図10、図12、および図14〜図18に示されていない他の整流器回路構成も想定されており、使用できる。受電回路は、図8、図10、図12、および図14〜図18に示された構成の任意の組合せを採用するように適合できる。たとえば、図17および図18を参照して上で説明されたような準同期整流器回路は、フェライトビーズ1442aおよび1442bの追加が示された図14の整流器回路1420の代わりに含むことができる。
【００５９】
上で説明された実施形態における構成要素についての値は、システム性能に著しい影響を与えることなく、変化させ得ることを理解されたい。そのため、依然として許容可能な高調波低減を達成しながら、他の様々な目的に合わせて、フィルタ構成要素のために多種多様な構成要素値を選択できる。
【００６０】
以下のTable 1(表1)は、動作周波数が6.78MHzの場合に、上で説明されたような様々なフィルタ回路構成を使用したときに除去できる高調波成分のレベルの例示的な値を示している。Table 1によって示されるように、フィルタ回路(たとえば、840、1040、1240a、1240b)の動作の結果、電圧波形の高調波部分のかなりの量をフィルタリングでき、望ましくない放射を防止できる。これらの値は、例示的なものにすぎず、上で説明されたフィルタ回路の結果についての仮想上の相対量を示すために設定されたことを理解されたい。200MHzを超える放射は、上で説明されたフェライトビーズによってフィルタリングできる。さらに、第7高調波よりも低い放射は、送電機フィルタリングによって、上で述べたような送電機側のDCコモンモードチョークを用いてフィルタリングできる。
【００６１】
【表１】
0005829755.tif 000002
【００６２】
上で説明したように、整流器回路のフィルタ回路の機能の1つは、高調波およびたとえば整流器回路から反射され得る(今後本明細書では放射と呼ばれる)スプリアス放射を含む、望ましくない放射を除去することである。たとえば、上で説明されたバンドストップフィルタ回路は、30MHzと120MHzとの間の放射を除去/低減するように構成できる。バンドストップフィルタ回路は、異なる用途および電力要件ならびに異なる動作周波数に従って、他の周波数範囲内の放射を除去/低減するようにさらに構成できることを理解されたい。
【００６３】
ワイヤレス電力受電機の動作は、システムの異なる部分における望ましくない放射をさらにもたらし得る。たとえば、送電機と受電機が(密結合されるのとは対照的に)疎結合される場合、磁場を良好に抑制できず、望ましくない放射を増加させることがある。疎結合システムとは、受電コイルを貫く送電コイルからのフラックスの量を表す結合係数(k)が、0.5よりもいくらか低い(たとえば、一般に約0.2または0.1以下である)、本明細書で説明されるようなシステムを指すことができる。密結合システムとは、結合係数(k)が、0.5よりも大きい(たとえば0.8以上の)システムのことを指すことができる。そのため、本明細書で説明されるさらなる実施形態によれば、放射限界を満たすように、望ましくない放射の複数の異なる発生源および経路を抑制できる。
【００６４】
図19は、例示的な一実施形態による、望ましくない放射を低減させるように構成された受電回路構成1910の例示的な部分の概略図である。受電回路構成1910は、受電回路1918を含むことができる。いくつかの実施形態では、受電回路1918は、たとえば、上で説明されたような共振回路内のコイルを介して、ワイヤレスで電力を受電するように構成できる。たとえば、ワイヤレス電力送電機によって生成されたワイヤレス場を介して、コイルにおいて時変電圧を生成できる。高調波結合を低減させるために、コイルは、中央電気アース(electrical central ground)(たとえば、コイルの中央タップにおけるアース接続)を有することができる。一実施形態では、中央電気アースは、100MHzと250MHzとの間の高調波結合を低減させるように構成される。
【００６５】
受電回路構成1910は、時変電圧の少なくとも一部に基づいて、直流(DC)を供給するように構成された、整流器回路1920をさらに含む。整流器回路1920は、上で説明された整流器回路1920のいずれかとして実装できる。整流器から反射され、その後、受電回路1918からワイヤレスで放射され得る、(たとえば、高調波およびスプリアス放射を含む)望ましくない放射をさらに低減させるために、第1のフィルタ回路1950を、整流器回路1920と受電回路1918との間に電気的に接続できる。一実施形態では、第1のフィルタ回路1950は、60〜250MHzと800〜2000MHzとの間の整流器からの放射を除去/低減するように構成される。第1のフィルタ回路1950は、最低限のインピーダンス変換しかもたらさないようにさらに構成される。別の言い方をすると、第1のフィルタ回路1950は、整流器回路1920に向かって見た場合の第1のインピーダンスを、受電回路1918からフィルタ回路に向かって見た場合のインピーダンスに実質的に等しく維持するように構成される。別の言い方をすると、第1のフィルタ回路1950は、整流器回路1920によって提示される第1のインピーダンスを、フィルタ回路によって受電回路1918に提示されるインピーダンスに実質的に等しく維持するように構成される。一態様では、動作周波数においてインピーダンス透過フィルタを供給することは、受電回路1918が、共振送電機からワイヤレスで電力を受電するように構成されたコイルを備える共振回路を備える場合に、有利であり得る。フィルタ回路が、整流器回路1920と受電回路1918との間に著しいインピーダンス変換をもたらす場合、電力伝送の効率が、著しく低下させられ得る。たとえば、インピーダンス変換は、回路が動作周波数で最適に共振することを妨げ得る。そのため、一実施形態では、第1のフィルタ回路1950は、整流器回路1920と受電回路1918との間のインピーダンスを変更せずに、ある周波数において整流器回路1920からの放射の低減を可能にするように構成される。
【００６６】
いくつかの周波数範囲内の放射を除去するために、望ましくないインピーダンス変換を回避することが難しいことがある。そのため、上で説明された実施形態によれば、インピーダンス変換を実質的に回避しながら、整流器回路1920から受電回路1918への高調波放射を除去するために、整流器回路1920のDC側に、第2のフィルタ回路1940を含むことができる。第2のフィルタ回路1940は、図8〜図18を参照して上で説明されたフィルタ回路のいずれかとして実装できる。たとえば、第2のフィルタ回路1940は、上で説明されたバンドストップフィルタ回路のいずれかとして実装できる。一実施形態では、第2のフィルタ回路1940は、30MHz〜120MHzの間の放射(たとえば、高調波とスプリアス放射の両方)を除去/低減するように構成される。
【００６７】
加えて、整流器回路1920が1つまたは複数のダイオードを備える場合、放射をさらに低減させるように、特定のダイオードの選択を構成できる。たとえば、より遅いダイオードを使用できる。一態様では、より遅いダイオードは、接合キャパシタンスの値が大きいダイオードに対応し得る。たとえば、一実施形態では、接合キャパシタンスが75pF以上の値のダイオードを使用できる。たとえば、一実施形態では、接合キャパシタンス値が75pFと100pFとの間のダイオードを使用できるが、追加的に、より高い値も使用できる。
【００６８】
第1のフィルタ回路1950と第2のフィルタ回路1940との組合せは、可能な場合は、電力伝送効率の低下を回避するために、望ましくないインピーダンス変換を伴わずに、ある放射要件が満たされるように、受電回路1918から放射され得る、整流器回路1920からの放射を低減させることを可能にし得る。
【００６９】
第1のフィルタ回路1950および第2のフィルタ回路1940に加えて、DC負荷RLにおいて第3のフィルタ回路1960を提供できる。第3のフィルタ回路1960は、たとえばバッテリにおいて、高調波フィルタリングを提供するように構成できる。一態様では、第3のフィルタ回路1960は、100MHz〜200MHzの周波数において、余裕度を改善するように構成できる。これは、バッテリに向かって反射され得る、または整流器回路1920に向かって反射され得る、負荷RLの他の高調波および他のスプリアス放射をフィルタリングすることを可能にし得る。
【００７０】
そのため、図19に示される構成要素の組合せは、受電回路構成1910が、選択された動作周波数について、放射対応(emission compliant)であることを可能にする。フィルタ回路1950、1940、および1960のための構成要素は、異なる用途および電力要件に従って、異なる動作周波数のために放射を低減させるように選択できることを理解されたい。加えて、電力要件は、動作中に存在するのが、および/または活動化されるのが、フィルタ回路1950、1940、および1960のうちの一部であるか、それともすべてであるかを決定できる。たとえば、場合によっては、電力要件は、たとえば、受電コイルの中央電気アースは含まれないことがあり、および/または第3のフィルタ回路1960は含まれないが、受電回路構成1910は依然として放射対応であるといったものであり得る。
【００７１】
一実施形態では、たとえば、低い電力(たとえば2分の1ワット以下)用途の場合、第1のフィルタ回路1950しか含まなくてよい。放射が弱いので、受電回路構成1910は、第2のフィルタ回路1940または第3のフィルタ回路1960がなくても、放射対応であることができる。より高い電力(たとえば1ワットと5ワットとの間などの数ワット)の用途の場合、必要な放射低減を達成して、所定の放射限界を満たすために、第1のフィルタ回路1950と第2のフィルタ回路1940の両方を含むことが望ましいことがある。
【００７２】
図20は、例示的な一実施形態による、望ましくない放射を低減させるように構成された受電回路構成2010の別の例示的な部分の概略図である。図20は、図19を参照して上で説明された受電回路構成1910の一実施形態の概略図を提供する。受電回路構成2010は、同調コンデンサ(CTuning+、CTuning-)とともに受電コイル2018を含み、それらは、ワイヤレスで電力を受電するように構成された共振回路を形成できる。送電機によって生成されたワイヤレス場を介して、コイル2018において、時変電圧を生成できる。コイル2018において、中央電気アース2070(たとえば、受電コイル2018の中央タップにおけるアース接続2070)が含まれる。一態様では、これは、図19を参照して上で説明されたように、高調波結合を低減させるために、いくつかの実施形態において提供できる。
【００７３】
受電回路構成2010は、第1のフィルタ回路2050を含む。第1のフィルタ回路2050は、分路コンデンサC3およびC4とともに、フェライトビーズ2042aおよび2042bを含む。第1のフィルタ回路2050は、インピーダンス変換を実質的にもたらすことなく、図19を参照して上で説明したように、整流器回路2020からの放射を除去するように構成される。一実施形態では、第1のフィルタ回路2050は、220nHのインダクタンスを有することができ、キャパシタンスが59pF(56pF公称)のコンデンサC3およびC4を有することができる。
【００７４】
受電回路構成2010は、受電コイル2018において生成された時変電圧に応答して、直流を供給するように構成された、整流器回路2020を含む。整流器回路2020は、ダイオードD1、D2、D3、D4を含む。上で説明したように、ダイオードは、高調波放射低減のために、高い接合キャパシタンス値(たとえば75pF)を有するように構成できる。受電回路構成2010は、整流器回路2020のDC側に、バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bをさらに含む。バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bは、インダクタおよびコンデンサを含む。バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bは、コンデンサC2からの高調波およびスプリアス放射を含む望ましくない放射を、電気的に絶縁および除去するように構成され、生じた放射が、整流器回路2020からコイル2018に反射されないようにする。バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bは、図19を参照して上で説明したように、放射を低減させるように構成される。一実施形態では、バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bは、680pFのキャパシタンスを含むことができる。一実施形態では、バンドストップフィルタ回路は、1μHのインダクタンスを有することができる。受電回路構成2010は、図19を参照して上で説明したように、バッテリ(たとえば負荷RL)からの放射を低減させるように構成された、第3のフィルタ回路2060をさらに含むことができる。
【００７５】
図21は、異なる負荷に対する、整流器回路2020における例示的なインピーダンス変換を示すグラフである。グラフは、フィルタを用いない実施装第2のフィルタ回路がバンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bとして実装される実装、ならびに上で説明されたような第1のフィルタ回路2050を用いる実装について、異なる負荷に対するインピーダンス変換の量を示している。示されるように、整流器回路2020における75オームまでの負荷で、最小のインピーダンス変換が提供される。示される負荷範囲は、電力を配送するための典型的な負荷範囲に対応し得る。そのため、図21は、上で説明されたような実施形態は、電力を配送するための負荷範囲に対して、最小のインピーダンス変換を提供することを示している。加えて、放射低減も達成できる。
【００７６】
図22は、電圧の関数としての、コイルにおける例示的な電力損失を示すグラフである。コイル電力損失が、フィルタを用いない実装、バンドストップフィルタ回路2040aおよび2040bを用いる実施される実装、ならびに上で説明されたような第1のフィルタ回路2050を用いる実装について示されている。示されるように、フィルタ回路2040および2050では、取るに足りないインピーダンス変換に起因する、コイル損失の最小限の増加のみが生じる。
【００７７】
図23は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機におけるフィルタリングのための例示的な方法2300のフローチャートである。ブロック2302において、整流器回路820は、時変電圧の少なくとも一部を直流(DC)に整流できる。時変電圧は、ワイヤレス電力送電機404(図4)から供給されたワイヤレス場を介して生成される。ブロック2304において、バンドストップフィルタ回路840は、動作周波数において整流器回路820からコンデンサC2を電気的に絶縁するために、整流器回路820の出力をフィルタリングできる。いくつかの実施形態では、方法2300は、動作周波数において整流器回路820からアース接続を電気的に絶縁するために、第2のバンドストップフィルタ1240b(図12)を介して整流器回路820の出力をフィルタリングするステップを含むことができる。フィルタリングするステップは、動作周波数において整流器回路820とコンデンサC2との間のインピーダンスを増加させるためにフィルタリングを行うステップを含むことができる。方法2300は、整流器回路820に電気的に接続された受電コイル818を介して時変電圧を生成するステップをさらに含むことができる。フィルタリングするステップは、受電コイル818から放射するワイヤレス放射を低減させるためにフィルタリングを行うステップを含むことができる。受電コイル818は、動作周波数で実質的に共振するように構成できる。方法は、時変電圧の周波数成分が閾値周波数(たとえば200MHz)を下回ることを実質的に可能にするために、フェライトビーズ1442aおよびコンデンサ回路C3を介してフィルタリングを行うステップをさらに含むことができる。整流器回路820は、1つまたは複数のダイオードを含む全波整流器回路と、1つまたは複数のスイッチを含む同期整流器回路との少なくとも一方を含むことができる。同期整流器回路は、1つまたは複数のダイオードを含むことができる。動作周波数は、実質的に6.78MHzとすることができる。動作周波数および他の変数に応じて、構成要素の異なる値をフィルタ回路840のために使用できる。
【００７８】
図24は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機2400の機能ブロック図である。ワイヤレス電力受電機2400は、図1〜図19に関して論じられた様々なアクションのための手段2402および2404を備える。
【００７９】
本明細書で説明される実施形態は、受電コイルまたは送電コイルが共振するように構成されても、または構成されなくてもよい、非共振ワイヤレス電力伝送システムにさらに関することができることを理解されたい。本明細書で説明される実施形態は、様々な時変電圧(AC)入力源に適用可能とし得ることをさらに理解されたい。たとえば、受電コイル1218およびコンデンサC1は、様々な異なるAC入力源で置き換え、異なるシステム内で使用できる。動作周波数は、特定の用途に従って変わり得ることをさらに理解されたい。たとえば、上で述べたように、動作周波数は、実質的に468.75KHz、6.78MHz、および13.56MHzのうちの1つとすることができる。異なる図における類似の構成要素が、異なる参照番号によって示されていることがあるが、構成要素は、他の図の構成要素と異なっていても、類似していても、または同じであってもよいことをさらに理解されたい。たとえば、図8の整流器回路820は、図12の整流器回路1220と同じとすることができる。
【００８０】
図25は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力受電機1910(図19)におけるフィルタリングのための別の例示的な方法のフローチャートである。ブロック2502において、電力がコイル回路1918を介してワイヤレスで受電され、ワイヤレスで受電される電力は、ワイヤレス電力送電機によって生成されたワイヤレス場を介して受電される。ブロック2504において、受電された電力の少なくとも一部が、整流器回路1920を介して直流(DC)に整流される。ブロック2506において、整流器回路1920によって提示される第1のインピーダンスを、コイル回路1918に提示される第2のインピーダンスに実質的に等しく維持しながら、整流器回路1920からの放射が、第1のフィルタ回路1950を介してフィルタリングされる。ブロック2508において、整流器回路1920からの(高調波およびスプリアス放射を含む)放射が、バンドストップフィルタ回路1940を介して電気的に絶縁(および除去/低減)される。
【００８１】
図26は、例示的な一実施形態による、別のワイヤレス電力受電機2600の機能ブロック図である。受電機2600は、電気的に接続され得る、図1〜図25に関して論じられた様々なアクションのための手段2602、2604、2606、および2608を備える。
【００８２】
上で説明された方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行できる。一般に、図において説明されたいずれの動作も、動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行できる。たとえば、図8を参照すると、整流を行うための手段は、全波整流器とすることができる、整流器回路820を含むことができる。整流を行うための手段は、上で説明したように、ダイオードブリッジ整流器回路、同期整流器回路、準同期整流器回路、またはそれらの任意の組合せを含むことができる。別の例として、フィルタリングを行うための手段は、バンドストップフィルタ回路840などのフィルタ回路840を含むことができる。電力をワイヤレスで受電するための手段は、受電コイル818、または共振回路を形成するためにコンデンサと組み合わされた受電コイル818を含むことができる。電力をワイヤレスで送電するための手段は、上で説明したように、送電コイルおよび/または送電回路構成406(図4)を含むことができる。
【００８３】
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表すことができる。たとえば、上述の説明のいたるところで言及されたであろう、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、磁場もしくは磁気粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【００８４】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される、様々な説明的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子的ハードウェア、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装できる。ハードウェアとソフトウェアのこの交換可能性を明瞭に示すために、様々な説明的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、一般にそれらの機能に関して上では説明された。そのような機能をハードウェアとして実装するか、それともソフトウェアとして実装するかは、特定の応用、およびシステム全体に課される設計上の制約に依存する。説明された機能は、特定の各応用のために様々な方法で実装できるが、そのような実装上の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈すべきではない。
【００８５】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される、様々な説明的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(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)もしくは他のプログラム可能論理デバイス、個別のゲートもしくはトランジスタ論理、個別のハードウェア構成要素、または本明細書で説明される機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行できる。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、代替では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または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としても、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または他の任意のそのような構成としても実施できる。
【００８６】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される、方法またはアルゴリズムのステップ、および機能は、ハードウェアで直接的に、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、または2つの組合せで具体化できる。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、有形な非一時的なコンピュータ可読媒体上に記憶でき、または有形な非一時的なコンピュータ可読媒体を介して送信できる。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、リードオンリメモリ(ROM)、電気的にプログラム可能なROM(EPROM)、電気的に消去可能なプログラム可能ROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディスク、CD ROM、または当技術分野で知られた他の任意の形態の記憶媒体内に常駐できる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替では、記憶媒体は、プロセッサに統合できる。本明細書で使用される場合、ディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピディスク、およびblu-rayディスクを含み、diskは、通常、磁気的にデータを再生し、一方、discは、レーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に常駐できる。ASICは、ユーザ端末内に常駐できる。代替では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内の個別の構成要素として常駐できる。
【００８７】
本開示を要約する目的で、本発明のいくつかの態様、利点、および新規な特徴が、本明細書で説明された。そのようなすべての利点が、必ずしも本発明のいずれか特定の実施形態に従って達成できるわけではないことを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書で教示または示唆されることがある他の利点を必ずしも達成するとは限らずに、本明細書で教示されるような1つの利点または一群の利点を達成または最適化する方法で、具体化または実施できる。
【００８８】
上で説明された実施形態の様々な変更が容易に明らかであり、本明細書で定義された汎用的な原理は、本発明の主旨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、本明細書で示された実施形態に限定されることは意図しておらず、本発明には、本明細書で開示される原理および新規な特徴に矛盾しない最も広い範囲が与えられるべきである。
【符号の説明】
【００８９】
102  入力電力
104  送電機
106  場
108  受電機
110  出力電力
112  距離
114  送電コイル
118  受電コイル
204  送電機
206  送電回路構成
206  ワイヤレス場
208  受電機
210  受電回路構成
214  送電コイル
218  受電コイル
219  通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
226  フィルタおよび整合回路
232  整合回路
234  整流器およびスイッチング回路
236  バッテリ
350  送電または受電回路構成
352  送電または受電コイル
354  コンデンサ
356  コンデンサ
358  信号
404  送電機
406  送電回路構成
408  フィルタ
409  整合回路
410  コントローラ
414  送電コイル
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  閉鎖検出器
470  メモリ
480  存在検出器
506  電力変換回路
508  受電機
510  受電回路構成
510  DC-DC変換器
512  スイッチング回路
514  シグナリング検出器およびビーコン回路
516  プロセッサ
518  受電コイル
520  RF-DC変換器
550  デバイス
610  受電回路構成
618  受電コイル
620  整流器回路
702  電圧波形
810  受電回路構成
818  受電コイル
820  整流器回路
840  バンドストップフィルタ回路
902  電圧波形
904  エッジ
1010  受電回路構成
1018  受電コイル
1020  整流器回路
1040  バンドストップフィルタ回路
1102  電圧波形
1104  エッジ
1210  受電回路構成
1218  受電コイル
1220  整流器回路
1240a  バンドストップフィルタ回路
1240b  バンドストップフィルタ回路
1302  電圧波形
1304  エッジ
1410  受電回路構成
1420  整流器回路
1442a  フェライトビーズ
1442b  フェライトビーズ
1510  受電回路構成
1520  同期整流器回路
1540  バンドストップフィルタ回路
1610  受電回路構成
1620  整流器回路
1640a  平衡デュアルバンドストップフィルタ回路
1640b  平衡デュアルバンドストップフィルタ回路
1710  受電回路構成
1720  準同期整流器回路
1740  バンドストップフィルタ回路
1810  受電回路構成
1820  準同期整流器回路
1840a  平衡デュアルバンドストップフィルタ回路
1840b  平衡デュアルバンドストップフィルタ回路
1910  受電回路構成
1918  受電回路
1920  整流器回路
1940  第2のフィルタ回路
1950  第1のフィルタ回路
1960  第3のフィルタ回路
2010  受電回路構成
2018  受電コイル
2020  整流器回路
2040a  バンドストップフィルタ回路
2040b  バンドストップフィルタ回路
2042a  フェライトビーズ
2042b  フェライトビーズ
2050  第1のフィルタ回路
2060  第3のフィルタ回路
2070  中央電気アース
【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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