(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力供給源から無線電力を受信するための遠隔デバイスであって、該遠隔デバイスは、
誘導結合を通して前記無線電力供給源から電力を受信することができる適応電力レシーバであって、前記適応電力レシーバは、第１のモードに構築可能、および、第２のモードに構築可能である、適応電力レシーバと、
前記適応電力レシーバにおいて生成された電力を受信するための負荷であって、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは前記無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができ、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは前記格納されたエネルギーを前記負荷に開放する、負荷と、
前記適応電力レシーバに結合して動作するコントローラであって、該コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で前記適応電力レシーバを選択的に構成することによって、前記無線電力供給源から受信した電力をコントロールすることができる、コントローラと、
を具備し、
前記コントローラは、前記無線電力供給源と通信するために、ビット・タイムにわたり、前記第２のモードに関して前記第１のモードのデューティ・サイクルをコントロールすることによって、前記適応電力レシーバによって受信された電力をコントロールし、
前記デューティ・サイクルを増加することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を増やし、
前記デューティ・サイクルを減少することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を減らし、
前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記無線電力供給源に通信することができ、
前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含む、
遠隔デバイス。
【請求項２】
前記第１のモードは、高Ｑモードであり、前記第２のモードは、低Ｑモードである、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項３】
前記コントローラは、前記適応電力レシーバの有効Ｑを閾値の上に、または、下に維持するために、前記適応電力レシーバが前記高Ｑモードにある期間をコントロールし、それによって、前記無線電力供給源と前記遠隔デバイスとの間の電力伝送の効率を改善する、請求項２に記載の遠隔デバイス。
【請求項４】
前記適応電力レシーバは、受信した電力を調整すること、および、適応電力レシーバを前記第１のモードと前記第２のモードとの間でスイッチすることの両方が可能である適応コントロール回路を含む、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項５】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、前記通信においてリンギングを減少させるように選択される、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項６】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項７】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、前記ビット・タイムの部分の間、一定のデューティ・サイクルを生成するように選択される、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項８】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、全ビット・タイムの間、種々のデューティ・サイクルを生じるように選択される、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項９】
前記第１のモードは高共鳴であり、前記第２のモードは、共鳴である、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項１０】
誘導結合を通して前記無線電力供給源から電力を受信することができる補助レシーバを更に備え、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記負荷に直接電力を提供することをバイパスし、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記負荷に直接電力を提供する、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項１１】
前記適応電力レシーバは前記第１のモードにおいて、前記第２のモードに比較して等価直列抵抗を減少した、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項１２】
前記適応電力レシーバは、前記無線電力供給源と誘導的に結合することができる単一のインダクタを含む、請求項１に記載の遠隔デバイス。
【請求項１３】
遠隔デバイスにおいて無線電力供給源から受信される電力をコントロールするための方法であって、該方法は、
前記無線電力供給源で誘導結合を介して適応電力レシーバにおいて電力を受信するステップと、
前記適応電力レシーバを選択的に第１のモードに構成するステップであって、該第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができる、ステップと、
前記適応電力レシーバを選択的に第２のモードに構成するステップであって、該第２のモードにおいて、適応電力レシーバは、格納されたエネルギーを負荷に開放する、ステップと、
前記適応電力レシーバによって受信された電力の量を制御するために第１のデューティ・サイクルにおいて前記第１のモードと前記第２のモードとの間で循環するステップと、
前記適応電力レシーバによって受信された電力の量を制御するために第２のデューティ・サイクルにおいて前記第１のモードと前記第２のモードとの間で循環するステップと、
前記無線電力供給源と通信するために、前記第１のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環、および、第２のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環の間に移行するステップであって、前記移行するステップは、１つ以上の中間のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環を含み、前記中間のデューティ・サイクルは、前記第１のデューティ・サイクルと前記第２のデューティ・サイクルとの間にある、ステップと、
を具備する方法。
【請求項１４】
前記第１のモードは、高Ｑモードであり、前記第２のモードは、低Ｑモードである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記適応電力レシーバの有効Ｑを閾値の上に、または、下に維持するために、前記適応電力レシーバが前記高Ｑモードにある期間をコントロールするステップを含み、それによって、前記無線電力供給源と前記遠隔デバイスとの間の電力伝送の効率を改善する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、前記通信においてリンギングを減少させるように選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
無線電力供給源から遠隔デバイスに無線電力を伝送し、該遠隔デバイスから該無線電力供給源に通信するための無線電力システムであって、前記無線電力システムは、
ワイヤレス電力供給源から誘導結合を通して電力を受信することができる適応電力レシーバであって、前記適応電力レシーバは、第１のモードに構成可能、および、第２のモードに構成可能である、適応電力レシーバ、
前記適応電力レシーバにおいて生成された電力を受信するための負荷であって、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができ、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記格納されたエネルギーを前記負荷に開放する、負荷、および、
前記適応電力レシーバに結合して動作するコントローラであって、該コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で適応電力レシーバを選択的に構成することによって、前記無線電力供給源から受信した電力をコントロールすることができる、コントローラ、
を含む遠隔デバイスであって、
前記コントローラは、前記無線電力供給源と通信するために、ビット・タイムにわたり、前記第２のモードに関して前記第１のモードのデューティ・サイクルをコントロールすることによって、前記適応電力レシーバによって受信された電力をコントロールし、前記デューティ・サイクルを増加することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を増やし、前記デューティ・サイクルを減少することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を減らし、
前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記無線電力供給源に通信することができ、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含む、
遠隔デバイスと、
無線電力を前記遠隔デバイスに送信することができる無線電力トランスミッタと、
を具備する無線電力システム。
【請求項１９】
前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記通信においてリンギングを減少させるように構成され、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含み、前記デューティ・サイクルは、少なくとも前記ビット・タイムの一部の間一定に保たれる、請求項１８に記載の無線電力システム。
【請求項２０】
前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記通信においてリンギングを減少させるように構成され、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含み、前記デューティ・サイクルは、前記ビット・タイムの実質的に全部にわたって変化する、請求項１８に記載の無線電力システム。
【請求項２１】
前記２つの値の間の実質的に途中のデューティ・サイクルにおいて、前記ビット・タイムを始め、終わるように構成される、請求項１８に記載の無線電力システム。
【請求項２２】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項１８に記載の無線電力システム。
【請求項２３】
無線電力供給源から無線電力を受信するための遠隔デバイスであって、該遠隔デバイスは、
誘導結合を通して前記無線電力供給源から電力を受信することができる適応電力レシーバであって、前記適応電力レシーバは、第１のモードに構築可能、および、第２のモードに構築可能である、適応電力レシーバと、
前記適応電力レシーバにおいて生成された電力を受信するための負荷であって、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは前記無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができ、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは前記格納されたエネルギーを前記負荷に開放する、負荷と、
前記適応電力レシーバに結合して動作するコントローラであって、該コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間でスイッチすることによって、情報を前記無線電力供給源に通信するように構成されている、コントローラと、
を具備する、遠隔デバイス。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で前記適応電力レシーバを選択的に構成することによって、前記無線電力供給源から受信した電力をコントロールすることができる、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項２５】
前記無線電力供給源に通信される前記情報の各ビットは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間の複数の移行によって表される、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項２６】
前記コントローラは、ビット・タイムにわたり、前記第２のモードに関して前記第１のモードのデューティ・サイクルをコントロールし、
前記デューティ・サイクルを増加することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を増やし、
前記デューティ・サイクルを減少することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を減らし、
前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記無線電力供給源に通信することができ、
前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含む、
請求項２５に記載の遠隔デバイス。
【請求項２７】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、前記通信においてリンギングを減少させるように選択される、請求項２６に記載の遠隔デバイス。
【請求項２８】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項２６に記載の遠隔デバイス。
【請求項２９】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、前記ビット・タイムの部分の間、一定のデューティ・サイクルを生成するように選択される、請求項２６に記載の遠隔デバイス。
【請求項３０】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、全ビット・タイムの間、種々のデューティ・サイクルを生じるように選択される、請求項２６に記載の遠隔デバイス。
【請求項３１】
前記第１のモードは、高Ｑモードであり、前記第２のモードは、低Ｑモードである、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３２】
前記コントローラは、前記適応電力レシーバの有効Ｑを閾値の上に、または、下に維持するために、前記適応電力レシーバが前記高Ｑモードにある期間をコントロールし、それによって、前記無線電力供給源と前記遠隔デバイスとの間の電力伝送の効率を改善する、請求項３１に記載の遠隔デバイス。
【請求項３３】
前記適応電力レシーバは、受信した電力を調整すること、および、前記適応電力レシーバを前記第１のモードと前記第２のモードとの間でスイッチすることの両方が可能である適応コントロール回路を含む、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３４】
前記第１のモードは高共鳴であり、前記第２のモードは共鳴である、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３５】
誘導結合を通して前記無線電力供給源から電力を受信することができる補助レシーバを更に備え、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記負荷に直接電力を提供することをバイパスし、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記負荷に直接電力を提供する、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３６】
前記適応電力レシーバは前記第１のモードにおいて、前記第２のモードに比較して等価直列抵抗を減少した、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３７】
前記適応電力レシーバは、前記無線電力供給源と誘導的に結合することができる単一のインダクタを含む、請求項２３に記載の遠隔デバイス。
【請求項３８】
遠隔デバイスにおいて無線電力供給源から受信される電力をコントロールするための方法であって、該方法は、
前記無線電力供給源との誘導結合を介して適応電力レシーバにおいて電力を受信するステップと、
前記適応電力レシーバを選択的に第１のモードに構成するステップであって、該第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができる、ステップと、
前記適応電力レシーバを選択的に第２のモードに構成するステップであって、該第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、格納されたエネルギーを負荷に開放する、ステップと、
前記第１のモードと前記第２のモードとの間でスイッチして情報を前記無線電力供給源に通信するステップと、
を具備する、方法。
【請求項３９】
前記無線電力供給源に通信される前記情報の各ビットに対し前記第１のモードと前記第２のモードとの間で複数回スイッチするステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記適応電力レシーバによって受信された電力の量を制御するために第１のデューティ・サイクルにおいて前記第１のモードと前記第２のモードとの間で循環するステップと、
前記適応電力レシーバによって受信された電力の量を制御するために第２のデューティ・サイクルにおいて前記第１のモードと前記第２のモードとの間で循環するステップと、
前記情報を前記無線電力供給源に通信するために、前記第１のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環、および、第２のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環の間に移行するステップであって、前記移行するステップは、１つ以上の中間のデューティ・サイクルにおける前記第１のモードと前記第２のモードとの間での循環を含み、前記中間のデューティ・サイクルは、前記第１のデューティ・サイクルと前記第２のデューティ・サイクルとの間にある、ステップと、
を具備する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズとは、前記通信においてリンギングを減少させるように選択される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズとは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１のモードは高Ｑモードであり、前記第２のモードは低Ｑモードである、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記適応電力レシーバの有効Ｑを閾値の上に、または、下に維持するために、前記適応電力レシーバが前記高Ｑモードにある期間をコントロールするステップを含み、それによって、前記無線電力供給源と前記遠隔デバイスとの間の電力伝送の効率を改善する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
無線電力供給源から遠隔デバイスに無線電力を伝送し、該遠隔デバイスから該無線電力供給源に通信するための無線電力システムであって、前記無線電力システムは、
誘導結合を通してワイヤレス電力供給源から電力を受信することができる適応電力レシーバであって、前記適応電力レシーバは、第１のモードに構成可能、および、第２のモードに構成可能である、適応電力レシーバ、
前記適応電力レシーバにおいて生成された電力を受信するための負荷であって、前記第１のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができ、前記第２のモードにおいて、前記適応電力レシーバは、前記格納されたエネルギーを前記負荷に開放する、負荷、および、
前記適応電力レシーバに結合して動作するコントローラであって、該コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間でスイッチすることによって、情報を前記無線電力供給源に通信するように構成されている、コントローラ、
を含む遠隔デバイスと、
無線電力を前記遠隔デバイスに送信することができる無線電力トランスミッタと、
を具備する、無線電力システム。
【請求項４６】
前記遠隔デバイスの前記コントローラは、前記第１のモードと前記第２のモードとの間で前記適応電力レシーバを選択的に構成することによって、前記無線電力供給源から受信した電力をコントロールすることができる、請求項４５に記載の無線電力システム。
【請求項４７】
前記コントローラは、ビット・タイムにわたり、前記第２のモードに関して前記第１のモードのデューティ・サイクルをコントロールし、前記デューティ・サイクルを増加することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を増やし、前記デューティ・サイクルを減少することは、前記適応電力レシーバが前記第１のモードにある時間の期間を減らし、
前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記無線電力供給源に通信することができ、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含む、
請求項４５に記載の無線電力システム。
【請求項４８】
前記遠隔デバイスの前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記通信においてリンギングを減少させるように構成され、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含み、前記デューティ・サイクルは、少なくとも前記ビット・タイムの一部の間一定に保たれる、請求項４７に記載の無線電力システム。
【請求項４９】
前記遠隔デバイスの前記コントローラは、前記デューティ・サイクルを前記遠隔デバイスのインピーダンスをシフトするために２つの値の間で選択的に調節することによって前記通信においてリンギングを減少させるように構成され、前記デューティ・サイクルを２つの値の間で調節することは、前記デューティ・サイクルを１つ以上の中間のデューティ・サイクル値の間で調節することを含み、前記デューティ・サイクルは、前記ビット・タイムの実質的に全部にわたって変化する、請求項４７に記載の無線電力システム。
【請求項５０】
前記２つの値の間の実質的に途中のデューティ・サイクルにおいて、前記ビット・タイムを始め、終わるように構成される、請求項４７に記載の無線電力システム。
【請求項５１】
前記１つ以上の中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズは、ゼロ・ビット減衰を減少させるように選択される、請求項４７に記載の無線電力システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本願発明は、無線電力伝送に関するものである。
【０００２】
無線電力供給システムは、電力を、直接の電気的接続の必要なく、携帯デバイスなど電子デバイスに伝送することを可能とする。無線電力伝送は、インダクタを使用して達成することができ、それは、電流がそれを通って流れるときに磁場を生成する。反対に、電流が、別のインダクタによって生成される磁場などの、磁場の存在において、インダクタ中に誘導されることがあり得る。２つのインダクタが近傍に配置され、１つのインダクタが、電流で駆動されるならば、たとえ２つのインダクタが直結されていないとしても、他のインダクタは、電流を生成する。２つのインダクタの間の、この相互関係は、一般に、誘導結合と呼ばれ、多くが、電気的接続なしで電力を転送するために、この現象を使用してきた。
【０００３】
実際、無線電力伝送の基本的原理の多くが、１００年、または、それ以上既知であったものである。無線電力伝送の父と広く考えられているニコラ・テスラは、１８９３年もの早くに、電球に無線で電力供給するシステムをデモしたことで有名である。テスラは、この分野での研究開発を遂行するのに長年を費やし、無線電力伝送に関係した特許の顕著なポートフォリオを蓄積した。無線電力に対する関心が復活していると見えるように、彼の初期の発明のいくつかは、今日、無線電力システムを開発している人々によって使用されている。例えば、テスラへの米国特許第６４９６２１号および第６８０１２号は、主コイルと二次コイルとの間の誘導電力伝送は、発振を拡大し、主コイルと二次コイルとの間で電力を通信するための「共鳴コイル」として機能する中間コイルの追加セットを組み込むことによって改良することができることを開示する。より詳細には、主ユニットは、協働して電力を二次ユニットへ送信するコイルのペアを含み、そして、二次ユニットは電力を受信するコイルのペアを含む。主ユニットは、直接電力供給されたコイルに誘導的に結合される共鳴コイルと並んで、電力源に電気的に接続し、その電力源から直接に電力を受信する主コイルを含む。共鳴コイルは、主コイルから誘導的に電力を受信し、発振を拡大し、そして、二次ユニットへ電力を通信する電磁場を生成する。テスラは、また、共鳴コイルと組合せて使用されるキャパシタンスは、共鳴コイルそれ自体よりさらにより大きな発振を生成することができることを示した。二次ユニットは、主ユニット共鳴コイルによって生成される電磁場を受ける別の共鳴コイル、および、二次負荷へ直接電力を送信する二次共鳴コイルに誘導結合する二次コイルを含む。したがって、分かるように、改善されたパフォーマンスで、誘導結合を提供する中間のコイルの分離したセットを使用するコンセプトが、１世紀以上の間、知られていた。
【０００４】
無線電力伝送の基本コンセプトは、長年、存在していたけれども、比較的最近になって、この技術への関心が復活し、そして、実用的で効率的な無線電力伝送システムをインプリメントするために、広範囲にわたる努力がなされている。効率的なシステムの開発を複雑化する種々のファクタが存在する。例えば、動作特性（すなわち、システムが動作している下での状態）は、パワー伝達の品質と効率とに顕著なインパクトを有することができる。相互インダクタンスは、また、主ユニットと二次ユニットとの間のパワー伝達の効率にインパクトを有することができる。相互インダクタンスは、主ユニットと二次ユニットとの間の距離を含むいくつかの回路のパラメータに依存する。主ユニットと二次ユニットとの間の距離が最小にされると、相互インダクタンスは増加する。距離と相互インダクタンスとの間での、この逆の関係は、システムの動作パラメータに制限を課すことができる。
【０００５】
誘導コイルによって駆動される共鳴コイルを利用するテスラの４コイル構造を含む過去の設計は、より大きい距離にわたって電力を伝送するために使用された。このタイプの構成は、高共鳴または磁気共鳴など種々の名前で呼ばれる。このシステムは、追加的なコイルの利用によって、負荷によって弱められない非結合共鳴状態を維持するために、いくつかの効率性を得ることができる。しかし、カプリングが強められる、あるいは、コイルが物理的に近くなるとき効率性を失うことがあり得る。
【０００６】
従来のソリューションも、また、高共鳴構成または緊密結合構成のどちらにおいても、誘導的結合が磁場を誘導するように追加的なコイルを使用するようになっていた。しかし、追加的なコイルが、これらの構成において使用されるとき、コストは、追加ワイヤのために増加することがあり得、サイズが、追加材料のために増加することがあり得る。効率もまた、追加的なコイルの更なる等価直列抵抗（ＥＳＲ）のために低下することがあり得る。
【発明の概要】
【０００７】
本願発明は、無線電力トランスミッタと通信するのに使用することができるワイヤレスで電力を受信するための適応電力レシーバを有する遠隔デバイスを提供する。適応電力レシーバは、無線電力トランスミッタ、または、電力受信サイクルの部分の間の供給によってエネルギーを与えられ、電力受信サイクルの部分の間に放出される。１つの実施形態において、適応電力レシーバは、このサイクルのエネルギーを与えている部分の間、すぐにエネルギーを与えられることができる高Ｑ共鳴回路として機能するために、電気的に負荷から分離される。適応電力レシーバは、エネルギーを与えられた適応電力レシーバからその負荷に電力を伝送する直接的な電気的パスを提供するために、放電部分の間、負荷に電気的に結合することができる。一般にＱコントロールと呼ばれる、電力受信サイクルの放電およびエネルギーを与える期間を変化させることによって、遠隔デバイスによって受信される電力の量および負荷に供給される電力の量は、変化し得る。
【０００８】
遠隔デバイスは、遠隔デバイスのインピーダンスをシフトし、無線電力トランスミッタに通信する２つの異なるＱコントロール・デューティ・サイクルの間のＱコントロール・デューティ・サイクルを選択的に調節することができる。いくつかの実施形態において、Ｑコントロール・デューティ・サイクルの選択的調整は、２つの異なる別々のＱコントロール・デューティ・サイクルの中間の１つ以上の中間Ｑコントロール・デューティ・サイクル値に対して適応することを含むことができる。
【０００９】
この遠隔デバイスは、負荷に供給される電力の量を制御するために、電力受信サイクルのエネルギーを与えおよび放電する期間を変化させることができるコントローラを含む。例えば、そのコントローラは、エネルギーを与える部分の期間を増やし、負荷に供給される電力を増やすために放電する部分の期間を減少することができる。Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、電力が負荷に供給される時間、すなわち、ＱコントロールＦＥＴがオープンしているとき、電力受信サイクルの放電部分のパーセンテージで、あるいは、ＱコントロールＦＥＴがクローズであるとき、電力が負荷から分離される時間、すなわち、ＱコントロールＦＥＴとき、サイクルを受信している電力のエネルギーを与える部分のパーセンテージで、表すことができる。
【００１０】
１つの実施形態において、適応電力レシーバは、無線電力供給に通信するために、Ｑコントロールを使用することができる。Ｑコントロールに起因するインピーダンスにおけるシフトは、反射インピーダンスにおける変化という結果になる。反射インピーダンスにおける変化は、無線電力供給において、電流または電圧の振幅の変化によって感知することができる。したがって、反射インピーダンスを変更するために、Ｑコントロールで電力信号を変調することにより、無線電力のレシーバは、無線電力供給と効率的に通信することができる。これは、一般に、後方散乱変調（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる。
【００１１】
インピーダンス・シフトを使用してデータを符号化するために、後方散乱変調を使用することが可能である。本質的に、いかなる後方散乱変調符号化スキームでも、Ｑコントロールを使用してインプリメントすることができる。例えば、二相符号化を、「１」を示すビット・タイムの間、２０％デューティ・サイクルと３０％デューティ・サイクルとの間のスイッチング、および、「０」を示すビット・タイムの間、一定のデューティ・サイクルに留まることによって達成することができる。
【００１２】
通信をするために別々のデューティ・サイクル値の間でスイッチングすることは、例えば、通信をひずませ得るリンギングなどの問題を持ち込むことがあり得る。このひずみは、デューティ・サイクル値の間での傾斜によって、減少、除去することができる。例えば、デューティ・サイクルを２０％から３０％に直接調節する代わりに、デューティ・サイクルを、傾斜期間にわたって、２０％と３０％の間に値に、一連のステップを通して調節することができる。これは、通信における歪みを減少または除去できる。遠隔デバイスの通信スキームは、デューティ・サイクルが傾斜期間の後に一定に保たれる期間を含むことも、含まないこともできる。
【００１３】
傾斜のステップの数とサイズは、構成に依存して変化することができる。例えば、遠隔デバイスは、２０％と３０％の間で傾斜をつけるために、１％づつ１０回でデューティ・サイクルを増加／減少させることができる。ステップのサイズは、通信信号の全体的形状をつくるのを助けるために、線形、二次式、対数、あるいは、他の関数でありえる。
【００１４】
傾斜をつける期間は、変化することができる。例えば、ビット・タイムの間、傾斜をつける期間は、そのビット・タイム内の移行の数に依存することができる。加えて、第１のデューティ・サイクルに傾斜するための期間は、第２のデューティ・サイクルに傾斜するための期間とは異なることができる。例えば、傾斜するための期間は、あるデューティ・サイクル値への到達を速くするか、遅延させるかを選択することができる。それによって、デューティ・サイクルは、ビット・タイムの始まり、中央、または、終わりの近くで達成されるかどうかを決定する。遅延したピークのデューティ・サイクル移行は、急速なゼロ・ビット減衰を減らすことができる。
【００１５】
１つの実施形態において、デューティ・サイクルを第１のデューティ・サイクル値により近い中間のデューティ・サイクル値に繰り返し調整することで第１のデューティ・サイクル値に傾斜し、しばらくの間、その第１のデューティ・サイクル値を維持し、そして、デューティ・サイクルを繰り返し調整することで、第２のデューティ・サイクル値により近い第２のデューティ・サイクル値に傾斜することによって、２つのデューティ・サイクル値を、それらの間でスイッチすることができる。このプロセスを、データのビットを形成するように組織的に繰り返されることができる。例えば、二位相ビット符号化スキームは、各々のビット・タイムの始めと終わりで移行を使用する。移行がビット・タイムの中で起こるならば、そのビット・タイムは、「１」として規定される。移行がそのビット・タイムの中で起こらないならば、そのビット・タイムは、「０」として規定される。
【００１６】
これら、および、他の本願発明の目的、利点、特徴は、現在の実施形態と図面の説明を参照することによって、より完全に理解され、認識される。
【００１７】
本願発明の実施形態を詳細に説明する前に、本願発明は、作動の詳細または構造の詳細、および、以下の記載において述べられる、あるいは、図面において図示されるコンポーネントの構成に限定されるものではないことを理解すべきである。本願発明は、種々の他の実施形態でインプリメントすることができ、および、ここで明示的に開示されていない代替的な方法で、実用化し、あるいは、実施することができる。また、ここでの、言葉遣い、および用語は、説明の目的のためであり、制限するものであると考えられてはならないことを理解すべきである。「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」やそれらの変形の使用は、追加項目とその等価物と並んで、その後リストされる項目やその等価物を包括することを意味する。さらに、列挙は、種々の実施形態の記載において、使用することができる。明示的に述べない限り、列挙の使用は、本願発明をいかなる特定の順序あるいはコンポーネントの数に制限するものであると解釈されてはならない。また、列挙の使用を、列挙されたステップまたはコンポーネントと結合することができる、いかなる追加的なステップまたはコンポーネントも本願発明の範囲から除外するものであると解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、３あるいは４コイル誘導無線電力システムを示す。
【図２】図２は、適応レシーバと補助レシーバを有する遠隔デバイス概略図を示す。ここで、適応レシーバＱコントロールＦＥＴを通信のために使用することができる。
【図３】図３は、適応レシーバを有する遠隔デバイス概略図を示す。ここで、適応レシーバＱコントロールＦＥＴを通信のために使用することができる。
【図４】図４は、Ｑコントロール通信信号の１つの実施形態における２つのビットのグラフを示す。
【図５】図５Ａは、クロック信号波形のグラフを示す。図５Ｂは、二相符号化通信信号波形のグラフを示す。
【図６】図６Ａは、遠隔デバイスにより受信された無線電力信号波形の上にオーバーレイされたＱコントロール・デューティ・サイクル調整のグラフを示す。図６Ｂは、二相符号化通信信号のグラフを示す。
【図７】図７Ａは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。図７Ｂは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。図７Ｃは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。図７Ｄは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。図７Ｅは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。図７Ｆは、Ｑコントロール通信シグナルを生成するためのＱコントロール・デューティ・サイクル値の種々の例示的なグラフを示す。
【図８】図８Ａは、遠隔デバイスにより受信された無線電力信号の上でオーバーレイされた傾斜を有するＱコントロール調整のグラフを示す。図８Ｂは、図８Ａにおける無線電力信号により生成されたの二相符号化通信信号を示す。図８Ｃは、Ｑコントロール通信に傾斜をつけるために使用されたＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを示す。
【図９】図９Ａは、Ｑコントロール通信によって生成される歪んだ通信信号波形のグラフを示す。図９Ｂは、Ｑコントロール通信の間の無線電力トランスミッタにおけるコイル電流のグラフを示す。図９Ｃは、Ｑコントロール通信を生成するのに用いられるＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを示す。
【図１０】図１０Ａは、Ｑコントロール通信に傾斜をつけることによって生成される改善された通信信号のグラフを示す。図１０Ｂは、Ｑコントロール通信に傾斜をつける間の無線電力トランスミッタにおけるコイル電流のグラフを示す。図１０Ｃは、傾斜したＱコントロール通信を生成するために使用された傾斜したＱコントロール・デューティ・サイクル値グラフを示す。
【図１１】図１１Ａは、傾斜したＱコントロール通信により生成された改善された通信信号のグラフを示す。図１１Ｂは、ゼロ・ビット減衰を強調表示する傾斜するＱコントロール通信の間の無線電力トランスミッタにおけるコイル電流のグラフを示す。図１１Ｃは、傾斜したＱコントロール通信を生成するために使用された傾斜するＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを示す。
【図１２】図１２Ａは、遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール通信により生成された改善された通信信号のグラフを示す。図１２Ｂは、遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール通信の間の無線電力トランスミッタにおけるコイル電流のグラフを示す。図１２Ｃは、傾斜したＱコントロール通信を生成するために使用された遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本願発明の実施形態にしたがう無線電力供給システムが、図１に示され、１０と指定される。本願発明の実施形態にしたがう遠隔デバイスは、たとえば、遠隔デバイスが、受信する電力の量をコントロールするのを可能にするなどの柔軟な電力伝送を可能にすることができる。これは、通信するためや、負荷に適切な量の電力を提供するのに使用することができる。無線電力供給システム１０は、無線電力を受信するように構成される遠隔デバイス１４と、電力を伝送するように構成される無線電力供給源１２とを含む。単一の遠隔デバイス１４に結びついて記述されるが、本願発明は、１つの遠隔デバイス１４だけへの電力伝送に制限されず、例えば、順次、または、同時に電力を供給することによって複数の遠隔デバイスに電力を供給するのにも、よく適合している。遠隔デバイス１４のうちの１つ以上が、この環境において、従来の遠隔デバイスであることができる。
【００２０】
この遠隔デバイスは、通信するために、その電源要求を満たすために、あるいは、本質的に他のいかなる理由に対しても、それが受信する電力の量をコントロールすることができる。情報をバッテリーまたは負荷への電力供給の前またはその間に、無線電力供給源に遠隔デバイスによって通信することができる。
【００２１】
本願発明は、適応共鳴コントロールの形式をインプリメントする無線電力供給システムに関連して、開示されている。とりわけ、適応共鳴コントロールは、システムが、無線電力供給源の電力供給源限界、遠隔デバイスの数、遠隔デバイスの電源特性、異物（寄生性金属）の存在および無線電力供給源の間の結合係数、遠隔デバイスやあらゆる中間コイル（例えば、角度、方向および距離）などの種々の可能な可変パラメータに適応することを可能にする。例えば、無線電力供給源は、トランスミッタの共鳴周波数、駆動信号のレール電圧、駆動信号のデューティ・サイクル、駆動信号の動作周波数または駆動信号の位相を調節することによって、その出力電力をコントロールする能力を有することができる。無線電力供給源は、遠隔デバイスの電源特性に対応して、あるいは、システムの力の伝送効率を改善するために、その出力電力を変化することができる。適応共鳴コントロールまたはＱコントロールが、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）ほかによる２０１３年３月１４日付けの国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１３／３１１３７に開示されている。これは、参照により、その全体がここに組み込まれる。
【００２２】
適応共鳴コントロールの部分として、各々の遠隔デバイスは、無線電力供給源から消費される電力の量をコントロールする能力がある。例えば、各々の遠隔デバイスは、本願発明の実施形態にしたがって、適応電力レシーバを含むことができる。各々の遠隔デバイスは、無線電力供給源や他の遠隔デバイスによってその遠隔デバイスに通信される情報に基づいて無線電力供給源から得られる電力の量をコントロールすることができる。通信に加えて、または、代わるものとして、遠隔デバイスは、動作パラメータを決定するのを可能にするセンサを含むことができる。例えば、遠隔デバイスは、遠隔デバイスが本願システムの態様をモニターし、そして、その電力消費を調節することを可能にする電圧、電流および／または電力センサ）を含むことができる。無線電力供給がすべての遠隔デバイスに対して十分な電力を提供することができないとき、遠隔デバイスのうちの１つ以上が、その電力消費を減らすことができる。例えば、より少ない電力で動作することができる遠隔デバイスは、他の遠隔デバイスのためのより多くの電力を残すように、その電力消費を減少することができる。無線電力供給源や遠隔デバイスは、どのように電力を種々の遠隔デバイスに割り当てるかを決定することができる。適応共鳴コントロールのさらなる部分として、無線電力供給源が、（例えば、無線トランスミッタのなかの共鳴コイルあるいは、フィールド・エクステンダーにおいてなど）適応中間コイルを含むことができる。これらは、中間コイルを通して中継される電力の量をコントロールするように調整することができる。
【００２３】
適応共鳴コントロールと結びついて、遠隔デバイスによって受信される電力の量をコントロールする能力とは別に、遠隔デバイスは、インピーダンスにおけるシフトをつくるために、受信される電力の量をコントロールすることができる。これは、通信として無線電力の供給において、感知し、復調することができる。この通信する能力は、遠隔デバイスで提供されたいかなる適応共鳴コントロールに加えるものであることができる。つまり、遠隔デバイスは、負荷への電力コントロールに対するいかなる適応共鳴も行うことができない。そして、その代わりに、前記無線電力供給源と単に通信するだけのために受信される電力の量を制御するための能力を使用することができる。
【００２４】
遠隔デバイス１４は、携帯電話、メディア・プレーヤ、携帯ラジオ、カメラ、フラッシュ・ライト、または、本質的に、任意の他のポータブル電子デバイスなど一般的な従来の電子デバイスを含むことができる。遠隔デバイス１４は、バッテリー、キャパシタまたはスーパー・キャパシタなど電気エネルギー格納デバイスを含むことができる。あるいは、それは、電気エネルギー格納デバイスなしで動くことができる。この遠隔デバイス１４の基本的動作に結びついた（そして、無線電力伝送と関連していない）コンポーネントは、一般的に、従来のものであり、したがって、詳細には記述されない。その代わりに、遠隔デバイス１４の基本動作に結びついたコンポーネントは、一般的に、基本負荷３０と呼ばれる。例えば、携帯電話のコンテキストにおいて、バッテリーやディスプレイなど携帯電話自体に関係する電子部品を記述する努力はされない。
【００２５】
図２および図３に図示された実施形態にしたがう遠隔デバイスは、無線電力供給源から誘導によって無線電力を受信する適応電力レシーバ２０を含む。図２は、適応レシーバＬ３および補助レシーバＬ４を有する遠隔デバイスを図示する。図３は、補助レシーバＬ４なしで適応レシーバＬ３を有する遠隔デバイスを図示する。遠隔デバイス１４は、また、無線電力の受信をコントロールするために適応電力レシーバ２０をコントロールすることができるコントローラ２８を含む。図示した実施形態におけるコントローラ２８は、適応電力レシーバ２０を例えば、高Ｑモードおよび低Ｑモードを含む、２つ以上の動作モードの間でスイッチすることができる。モードの間でスイッチングをコントロールすることによって、コントローラ２８は、適応電力レシーバ２０によって受信されるエネルギーをコントロールすることができる。このコントロールは、適応共鳴コントロールまたはＱコントロールの形である。
【００２６】
図２および図３の遠隔デバイスは、動作の共鳴および非共鳴モードの両方に対して、Ｌ３の上で変調を可能にする。Ｑコントロール通信が両方の遠隔デバイスにおいてインプリメントされるので、従来の通信のためにコンポーネントを、取り除くことができる。これは、デバイスの製造を安くすることができる。ＱコントロールＦＥＴは、電力／電圧コントロール微調整および通信変調のマクロ調整の、基本的に２つの異なる率でドライブすることができる。
【００２７】
図２におけるオプションの並列キャパシタＣｄ６８は、共鳴周波数識別シグニチャを形成するのに使用することができる。また、電力伝送と異なる共鳴周波数においてチューンされる。この並列キャパシタは、共鳴周波数の差異によって、電力伝送の総合的な効率に対するほとんど影響を有しない。
【００２８】
単にＱと呼ばれることもある、Ｑファクタは、共鳴器の帯域幅をその中心周波数に対して記述することができる。Ｑは、サイクル毎に、格納エネルギーが時間とともに一定である周波数において、信号振幅定数を保つために、発電機で供給されるエネルギーに対する共鳴器に格納されるエネルギーの比率で、規定することができる。この格納されたエネルギーは、あらゆるインダクタとキャパシタとに格納されたエネルギーの合計であり、失われたエネルギーは、サイクル毎にレジスタにおいて消失したエネルギーの合計である。レジスタは、等価直列抵抗または設計された負荷でありえる。
【００２９】
４つのコイル無線電力供給レシーバにおいて、Ｌ４コイルは、典型的には、Ｌ３／Ｃ３が共鳴するとき、生成されるフィールドを集めるのに用いられる。Ｌ３／Ｃ３は、電気的に絶縁されているので、その高Ｑファクタは、それが、遠隔デバイスが、より大きな距離で電力を受信することを可能にする、低い結合係数において、フィールドを生成するのを可能にする。いくつかの環境において、高Ｑは、電流が、そのＥＳＲによって消失されないＬ３において誘導されることを可能にする。この誘導電流は、次に、磁場を再生、拡張、集中、継続することができる。
【００３０】
本願発明の描かれた実施形態において、Ｌ４は、回路から除去することができ、そして、Ｌ３／Ｃ３は、特定の時点に負荷から選択的に電気的に分離され、そして、他の時点において電気的に負荷に結合されることができる。Ｌ３／Ｃ３が電気的に分離されたときに、生成されたエネルギーは、Ｌ３／Ｃ３を電気的に負荷に結合することによって、集めることができる。Ｌ３／Ｃ３が、電気的に分離される、あるいは、負荷に電気的に結合されるような率を変化することで、負荷に届けられる電力の量をコントロールすることができる。これは、適応共鳴コントロールまたはＱコントロールの形式である。
【００３１】
遠隔デバイス１４は、また、適応電力レシーバ２０をコントロールすることができるコントローラ２８を含むことができる。例えば、コントローラ２８は、適応電力レシーバ２０が高Ｑモードまたは低Ｑモードで動作しているかを選択するために、適応電力レシーバ２０の１つ以上のスイッチに結合することができる（もっと詳細にここに記述される）。コントローラ２８は、適応電力レシーバ２０において受信した電力波形に従って、動作の種々のモードの間でのサイクリングをコントロールすることができる。例えば、ここで更に詳細に記述されるように、コントローラ２８は、適応電力レシーバ２０を電流波形の各期間の１つ以上の部分において高Ｑモードで動作させることができ、そして、適応電力レシーバ２０を各々の期間の残りにおいて低Ｑモードで動作させることができる。
【００３２】
図示された実施形態において、遠隔デバイス１４は、また、適応電力レシーバ２０において受信される電力を調整するために整流回路２２を含む。例えば、適応電力レシーバ２０からの交流電流出力を遠隔デバイス１４によって使用される直流に変換する。そのような回路は、ダイオード、スイッチ、または、たとえば、ダイオード整流、半同期整流、不連続モード整流、およびフル同期び整流を含む整流の１つ以上のモードを提供するこれらの任意の組み合わせを備えることができる。整流回路２２が、同期（またはアクティブ）整流の能力がある構成において、コントローラ２８または自己駆動同期整流回路は、整流をコントロールすることができる。
【００３３】
種々のモードの間で構成可能な適応電力レシーバ２０を用いて、それは、システムが適応共鳴コントロールの形式、または、Ｑコントロールをインプリメントすることを可能にする。１つの実施形態において、適応共鳴の使用は、特定の時間に、負荷におけるバリエーションおよび無線電力供給源１２の適応電力レシーバ２０とトランスミッタ５６との間のカプリングを含む広く種々の構成に対して適応するために、高共鳴適応電力レシーバ２０（例えば、高Ｑレシーバなど）の使用を可能にすることができる。これは、以下に詳細に記載される。このコントロール方法論は、近接あるいは緊密結合（より高いｋ係数）構成から疎結合（より低いｋ係数）構成にわたる構成のための幅広いコントロールを可能とする。この方法論は、また、エネルギーを適応電力レシーバ２０にある期間格納し、そして、エネルギーを遠隔デバイス１４にリリースすることによって、より高い効率を可能にすることもできる。したがって、電力伝送の拡張した範囲を、適応電力レシーバ２０の中での追加的ＥＳＲ（等価直列抵抗）のポテンシャル消去と並んで、達成することができる。例えば、この構成を使用して、無線電力供給源から距離をおいて電力を受信することができる（例えば、負荷に接続し電気的に絶縁した共鳴回路と共鳴回路など）２コイル・レシーバの利益は、２つのモードの間でスイッチすることができる単一のコイルで実現することができる。１つのモードは、電気的に分離された共鳴回路として構成されるものであり、第２のモードは、共鳴回路が電気的に負荷に結合されたものである。２つのモードの間でのスイッチングが、電力受信サイクルの中で実行されるとき、この利益は強化されることができる。つまり、適応電力レシーバにおける電流波形のサイクルにつき１回より多いスイッチングである。
【００３４】
次に、図３をみると、本願発明の１つの実施形態による遠隔デバイス１４が、示される。図３は、適応電力レシーバ回路を有する遠隔デバイスの１つの実施形態を示す。作動において、マイクロプロセッサーは、初期化アルゴリズムを有することができる。格納素子からの十分なフィールドまたはエネルギーをマイクロプロセッサーをオンにし、そして、ＱコントロールＦＥＴを動作させるのに使用することができる。ＱコントロールＦＥＴを、Ｌ３／Ｃ３を電気的に分離された共鳴回路とするために動作させることができる遠隔デバイスは、ＱコントロールＦＥＴコントロール信号のデューティ・サイクルを電流波形と同期させることができる。例えば、遠隔デバイスは、電流波形のゼロ・クロッシングを検出し、ＱコントロールＦＥＴをオンにするのに使用することができる。電流波形の周波数が変化するときに一貫したデューティ・サイクルを維持することが望ましい場合には、遠隔デバイスは、電流波形の周波数に基づいて、調整をすることができる。例えば、遠隔デバイスは、電流波形の周波数を検出することができ、電力トランスミッタからの周波数を受信することができる、あるいは、他のパラメータに基づいて、メモリに格納されたテーブルでそれを調べることができる。代替的に、スイッチのタイミングを、デジタル的にコントロールすることができるけれども、また、アナログコントロールを使用してＱコントロールＦＥＴをコントロールすることが可能である。例えば、遠隔デバイスは、センサを含むことができ、ＱコントロールＦＥＴのタイミングは、センサから出力に基づいて、調節することができる。例えば、センサは、調整された電圧を検出することができ、そして、電圧コントロール発振器は、ＱコントロールＦＥＴがオープンのとき、命令することによって、ＱコントロールＦＥＴのタイミングの部分をコントロールすることができる。
【００３５】
図示された実施形態において、遠隔デバイス１４は、２つのモード、高Ｑモードおよび低Ｑモードの間で構成可能な適応電力レシーバ２０を含む。適応電力レシーバ２０は、この実施形態において、二次コイル６２、共鳴キャパシタ６３、および、高Ｑモードおよび低Ｑモードの間でスイッチすることができる直列共鳴タンク回路を形成するように構成される１つ以上のスイッチ６４ａ−ｂを含む。本願発明は、直列共鳴タンク回路での使用に制限されず、共鳴タンク回路の他のタイプ、マッチング・キャパシタンスのない単純なインダクタ、あるいは、並列共鳴タンク回路などの非共鳴タンク回路においてさえ使用することができる。
【００３６】
図示された実施形態において、スイッチ６４ａ−ｂは、適応電力レシーバ２０を高Ｑモードと低Ｑモードとの間で選択的に構成するためにコントローラ２８によってコントロールすることができる。図示されるように、コントローラ２８に結合した２つのスイッチ６４ａ−ｂが存在する。スイッチ６４ａ−ｂは、別々に、または、一緒に、高Ｑモードにおいて適応電力レシーバ２０を構成するようにコントローラ２８によってコントロールすることができる。より詳細には、スイッチは、整流回路２２および遠隔デバイス１４の負荷３０をバイパスする二次コイル６２および共鳴キャパシタ６３の間の回路パスを完成するようにクローズすることができる。言い換えると、二次コイル６２と共鳴キャパシタ６３によって作られる共鳴回路は、シャントされる。このようにして、二次コイル６２のおよび共鳴キャパシタ６３は、エネルギーを蓄積することができ、トランスミッタ５６から（低Ｑモードに比較して）エネルギー伝送を増加した高Ｑ共鳴器を形成することができる。開示の目的で、本願発明は、適応電力レシーバを選択的に構成することができる２つのスイッチ６４ａ−ｂに接続して記述されるが、しかし、単一のスイッチまたは２つ以上のスイッチを、同一のまたは同様の結果を達成するために、使用することができることが理解されなければならない。なお、代替的な実施形態においては、スイッチ６４ａ−ｂは、記載したように、整流回路２２に接続して、同期整流を実行するために、使用することができる。
【００３７】
高Ｑモードから低Ｑモードに適応電力レシーバ２０を構成するために、コントローラ２８は、電圧センサ３４や電流センサ３２あるいは両方のセンサからの感知された出力に基づいて、スイッチ６４ａ−ｂをオープンすることができる。電圧センサ３４、電流センサ３２、または、その両方が、遠隔デバイス１４における電力の１つ以上の特性をモニターするために、適応電力レシーバ２０  または負荷３０に結合することができる。適応電力レシーバ２０または負荷３０への接続が示されているけれども、センサは、遠隔デバイス１４の中のいかなるノードにでも接続することができることが理解されるべきである。なお、本願発明は、電流または電圧センサに制限されない。遠隔デバイス１４における１つ以上のいかなる特性でもモニターすることの可能なセンサを、センサ出力を、適応電力レシーバ２０の構成を決定するために、使用することができるように組み込むことができる。
【００３８】
スイッチ６４ａ−ｂが開いて、（整流回路２２および負荷３０など）高Ｑモードにおけるバイパスされる遠隔デバイス１４のなかの回路は、負荷３０は、適応電力レシーバ２０から電力供給され、可能性として、適応電力レシーバ２０のＥＳＲを増加し、それを、低Ｑモードに移行するように、適応電力レシーバ２０に結合することになる。言い換えれば、スイッチ６４ａ−ｂをオープンすることにより、エネルギーが適応電力レシーバ２０から直接負荷３０に結合しているならば、格納されたエネルギーは、負荷３０に放出され、適応電力レシーバ２０を低Ｑモードに移行させる。
【００３９】
高Ｑモードと低Ｑモードとの間でサイクリングすることによって、適応電力レシーバ２０の有効Ｑは、時間とともにコントロールできる。例えば、２つのモードの間でスイッチするスイッチ６４ａ−ｂのデューティ・サイクルを変化させることによって、適応電力レシーバ２０の有効Ｑを、増加あるいは減少させることができる。高Ｑモードは、所定のカプリングにおいて、十分な電圧または電流を構築するのに十分なエネルギーを格納するのに十分に長く維持することができるが、しかし、負荷３０によって必要である以上より多くの電圧または電流を構築するほど長くない。これは、遠隔デバイス１４における電圧レギュレーションなしで、非常に広いカプリング範囲にわたり無線電力伝送を可能にすることができる。例えば、遠隔デバイス１４が、非常に疎結合であるならばデューティ・サイクルを、高いＱモードの期間を増加するように増加することができ、適応電力レシーバ２０が追加的なエネルギーを格納するのをことができるようにする。代替的に、増加した連結状態において、エネルギーは、低Ｑモードにおいて適応電力レシーバ２０により簡単に移送でき、高Ｑモードにおいて、エネルギーは、より簡単に保存できるので、デューティ・サイクルを、高Ｑモードの期間を少なくするように減少することができる。デューティ・サイクルにおける、この減少は、低Ｑモードにおいて増加したエネルギー伝送および高Ｑモードにおけるストレージに対して補償することができる。高Ｑモードと低Ｑモードとの間でデューティ・サイクルを増加または減少させることによって、適応電力レシーバ２０は、例えば、レシーバのブリッジ電圧についてのコントロールを含む、受信される電力の量をコントロールすることができる。
【００４０】
図示された実施形態において、適応電力レシーバ２０は、動作の高Ｑおよび低Ｑモードで使用されることが可能な単一の二次コイル６２を含む。結果として、単一のコイル・レシーバは、電力調整のために、追加的なコイルまたは高いコストのＤＣ／ＤＣコンバータを使用することなく、カプリング状態の広範囲および負荷３０にわたって効率的に電力を受信することができる。つまり、いくつかの実施形態において、図２および図３の中で図示されたレギュレータ７２は、オプションでありえ、および、回路から取り除かれることができる。１つの実施形態において、この能力は、遠隔デバイス１４が、複雑な通信やコントロール・システムを使用することなく、トランスミッタ５６によって提供されるフィールド・レベルの範囲にわたって、受信される電力の量をこのトロールするのを可能にすることができる。つまり、遠隔デバイス１４は、簡単に、無線電力供給源１２に要求または情報を通信しなければならないことなく、また、追加的な電力調整回路を使用することなく無線電力供給源１２から、それが望むだけの電力を受けることができる。
【００４１】
高Ｑおよび低Ｑ動作モードの間でのサイクリングが、次に、図３について、もっと詳細に記述される。しかしながら、このサイクリング方法論は、ここに記述される他のいずれの実施形態とともに使用することができることを理解すべきである。
【００４２】
パワー伝達の間の複数の電力サイクルにわたって、二次コイル６２のおよび共鳴キャパシタ６３のシャント（または、高Ｑモードに適応電力レシーバ２０を保持すること）は、電力伝送の安定度に影響を及ぼすことができ、整流回路２２からの整流化された電圧出力において、多様なバリエーションという結果になる。これらのバリエーションは、適応電力レシーバ２０が高Ｑモードに維持される間、整流回路の中の誘導電圧は、大幅に、減少することができるという事実によるオーバーシュート、および、アンダーシュートとして見える。追加的なバルク・キャパシタンスおよび電力調節回路を、負荷３０に届けられる電力が、実質的に安定するように、このアンダーシュートとオーバーシュートを最小にするために使用することができる。しかしながら、本願発明は、高Ｑモードおよび低Ｑモードの間でのサイクリングによってそのような追加的な回路または追加的なバルク・キャパシタンスなしで安定度を達成することができる。
【００４３】
１つの実施形態において、高Ｑおよび低Ｑモードの間でのスイッチングは、サイクル・バイ・サイクル・ベースで、および、特定のデューティ・サイクルにしたがって、実行することができ、つまり、スイッチングは、電源波形の各期間に対して、適応電力レシーバ２０が、その期間の部分に対して高Ｑモードに構成されるように、適応電力レシーバ２０において受信されている電力のサイクルと揃えることができる。特定のデューティ・サイクルに対して、サイクル・バイ・サイクル・ベースでのモード間のスイッチングによって、整流回路２２にわたる電圧がドロップすることが許される期間を減少することが可能である。これは、整流回路２２の出力の上でバルク・キャパシタンスが、減少することができることを意味し、それによって、この遠隔デバイス１４の全体的なサイズとコストとを減少する。
【００４４】
現在の実施形態において、高Ｑモードにスイッチングする方法が、サイクル毎ベースで実行される。ここで、電流が二次コイル６２の内部で方向をスイッチするようなとき適応電力レシーバ２０の電流がゼロに接近して、高Ｑモード移行が起こる。これらのゼロ・クロッシング移行は、例えば、コントローラ２８に結合された１つ以上のセンサ３２、３４によって検出することができる。これらのセンサ３２、３４の１つ以上からの出力は、コイル電流のゼロ・クロッシングを検出するようにコンパレータに供給されることができる。
【００４５】
開示の目的で、無線電力供給システム１０が、次に、無線電力供給源１２に関連して記述される。無線電力供給システム１０は、無線電力供給源１２にしたがって構成された無線電力供給源に限られていないこと、従来の無線電力供給源を代替の実施形態において、使用することができることが理解されるべきである。図１に図示した実施形態において、無線電力供給１２は、１つ以上の遠隔デバイス１４に無線で電力の送信をコントロールするように構成することができる。
【００４６】
図１に図示された実施形態にしたがう無線電力供給源１２は、トランスミッタ５６、コントロール・システム５５、ドライバ５４、電力供給源５３、および、本線入力５２を含むことができる。現在の実施形態の電力供給源５３は、本線入力５２からのＡＣ入力（壁面コンセント）をトランスミッタ４２を運転するために適切なＤＣ出力に変換する従来のコンバータであることができる。選択肢として、本線入力５２は、電力源５３が、トランスミッタ５６を駆動するために適切なＤＣ出力に通り抜ける、または、変換するＤＣ源であることができる。この実施形態において、電力供給源５３は、整流器を一般に有しているＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータである。整流器および  ＤＣ／ＤＣコンバータは、適切なＤＣ出力を提供する。電力供給源５３は、代替的に、ドライバ５４によって使用される形に入力電力を変換することができる基本的に回路でも含むことができる。この実施形態において、コントロール・システム５５は、電力伝送のためのトランスミッタ５６にエネルギーを与えるためにたとえばレール電圧を含む動作パラメータを調節するように構成される。代替的に、電力供給源５３は、固定レール電圧を有することができる。コントロール・システム５５は、追加的あるいは代替的に、たとえば駆動信号の動作周波数、タンク回路の共鳴周波数、ドライブ信号のスイッチング回路位相とデューティ・サイクル、を含む他の任意の動作パラメータも調節する能力を有することができる。駆動信号のレール電圧を変化させることによって、動作パラメータを調節することが望ましい代替的な実施形態においては、電力供給源５３は、可変出力を有することができる。コントロール・システム５５は、コントロール・システム５５が電力供給源５３の出力をコントロールすることができるように電力供給源５３に結合することができる。
【００４７】
この実施形態において、ドライバ５４は、トランスミッタ５６への入力信号を生成して、印加するように構成されるスイッチング回路を含む。ドライバ５４は、電力供給源５３から、トランスミッタ５６を駆動するＡＣ出力に、ＤＣ出力を変換するインバータを形成することができる。ドライバ５４は、アプリケーションによって変化することができる。例えば、ドライバ５４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴまたは、ＢＪＴまたはＩＧＢＴなど、ハーフブリッジ・トポロジで、あるいは、フルブリッジ・トポロジで構成される他の切換回路のような複数のスイッチを含むことができる。
【００４８】
この実施形態において、トランスミッタ５６は、直列配置で構成されるタンク回路を形成するためにプライマリ・コイル４４と共鳴キャパシタ４２とを含む。本願発明は、直列共鳴形タンク回路での使用に限られておらず、その代わりに共鳴タンク回路の他のタイプ、マッチング・キャパシタンスのない単純なインダクタ、あるいは、並列共鳴タンク回路などの非共鳴タンク回路においてさえ使用することもできる。そして、図示された実施形態は、コイルを含むけれども、無線電力供給源１０は、代替的なインダクタ、または、適切な電磁場を生成することができるトランスミッタを含むことができる。図示した実施形態において、トランスミッタ５６は、また、共鳴器コイル（またはインダクタ）４７および共鳴器キャパシタ４８を有する共鳴器回路４６を含み、プライマリ・コイル４４が、共鳴器回路４６と一緒に電力を伝送することを可能にする。代替の実施形態において、プライマリ・コイル４４が、共鳴器回路４６の助けで、無線電力を送信するように、共鳴器回路４６は、存在しなくてもよい。
【００４９】
無線電力供給１２は、また、プライマリ・コイル４４において電力の特性を感知することができるセンサ５７を含むことができる。例えば、センサ５７は、コントロール・システム５５に情報を提供する電流センサであることができる。これは、感知した情報に基づいて動作パラメータを調節することができる。感知することができる電力の他の特性は、有効電力、皮相電力、位相、および電圧を含むが、それらに限定されるものではない。
【００５０】
コントロール・システム５５は、とりわけ、所望の電力供給源信号をトランスミッタ５６に生成するドライバ５４を動作させるように構成される部分を含む。例えば、コントロール・システム５５は、ドライバ５４または、動作パラメータを、遠隔デバイス１４から受信される通信に基づいて、コントロールすることができる。通信に基づいたコントロールに代わり、または、追加して、コントロール・システム５５は、センサ５７で感知された電力の特性に基づいて、動作パラメータを調節することができる。本願発明は、基本的に、無線電力を移送することができるいかなるシステムおよび方法を用いてでもインプリメントすることができる。適切な無線電力伝送システムおよび種々の代替は、「適応誘導電力供給（ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＰＯＷＥＲ  ＳＵＰＰＬＹ）」と題され、２００７年５月に発行された、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）の米国特許第７２１２４１４号に、および、「通信を有する適応誘導電力供給（ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＰＯＷＥＲ  ＳＵＰＰＬＹ  ＷＩＴＨ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ）」と題され、２００９年４月に発行された、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）の米国特許第７５２２８７８号に記載されている。これらのすべては、ここに参照によりその全体が組み込まれる。
【００５１】
上述のように、Ｑコントロールを、後方散乱変調をインプリメントし、および、遠隔デバイスと誘導電力供給源との間での通信を可能にするのに使用することができる。後方散乱変調は、一般に、電力受信または電力送信要素に回路素子を接続すること、および、切断することを指す。Ｑコントロール後方散乱変調は、一般に、通信するために使用することができる無線電力キャリア信号において、インピーダンス・シフトをつくるために、ＱコントロールＦＥＴのデューティ・サイクルを変化させることを指す。すなわち、インピーダンスにおける変化を、電流または電圧センサによって無線電力供給源において検出し、コントローラまたは復調回路で復調することができる。
【００５２】
図２および図３を参照して、適応電力レシーバ２０は、インピーダンスをシフトし、そして、通信信号を生成するために、ＱコントロールＦＥＴ６４ａ−ｂを使用することができる。図示された実施形態は、動作の共鳴および非共鳴モードの両方に対して、後方散乱変調を可能にする。
【００５３】
ＱコントロールＦＥＴ６４ａ−ｂをコントロールしている信号のデューティ・サイクルにおける調整は、インピーダンス・シフトを引き起こすことができる。効果的通信は、いくつかの電力受信サイクルの後のデューティ・サイクルの定期的な調整を含むことができる。デューティ・サイクル変化によって引き起こされるインピーダンスにおけるシフトは、効率的に通信するのに十分な、主コイルに対して調整されたインピーダンスでの変化という結果になる。二次コイルの電圧は、デューティ・サイクルのためのシフトにより、同様に変化することができる。１つの実施形態において、主コイル電流、電圧、位相、又はこれらの任意の組み合わせにおいて、強いシフトを維持している間に、レシーバ電圧における最小シフトが存在する。
【００５４】
そのような通信方法論の例が、図４に示されており、そこで、２０％から３０％へのデューティ・サイクルの変化によってビット移行が表されている。図４は、ゼロ・ビットが、２０％でＱコントロールＦＥＴを走らせることによって、通信され、１ビットが、３０％でＱコントロールＦＥＴを走らせることによって、通信される、単純な符号化スキームを図示する。
【００５５】
Ｑコントロールでインプリメントされることができる別の符号化スキームは、二相符号化である。図５Ａ、図５Ｂは、二相符号化の１つの実施形態を図示する。二相符号化において、１つのビットが、２つの移行を使用して符号化され、第１の移行は、クロック信号の立ち上がりエッジと同時であり、そして、第２の移行は、クロック信号の立ち下がりエッジと同時である。ゼロ・ビットは、単一の移行を使用して符号化され、それはクロック信号の立ち上がりエッジと同時である。
【００５６】
図５Ａは、クロック信号を図示し、そして、図５Ｂは、図５Ａのクロック信号を有する二相符号化通信シグナルを図示する。ビット・タイムの始めと終わりは、ｔｃｌｋのウィンドウの中の移行によって示される。１つのビット・タイムにおけるウィンドウが、５００として図示される。Ｔｃｌｋは、レシーバ通信のプリアンブルによって確立されることができる、定義済みで、トランスミッタおよびレシーバに既知であることができ、または、別の方法において確立されることができる。１つのビットが、ビット・タイムのウィンドウの中での移行の存在によって検出される。例えば、５０２ウィンドウは、移行が起こるウィンドウを表す。ゼロ・ビットが、中心のウィンドウの中での移行の欠如、すなわち、移行が起こらない５０４のウィンドウによって検出される。ウィンドウの外の移行は、無視するか、あるいは、ビット・エラーとしてフラグをつけるかのいずれかができる。通信の歪みによる余分な、あるいは、欠如した移行は、通信を妨げることがあり得る。
【００５７】
図６Ａ−図６Ｂは、Ｑコントロールを使用する二相符号化のアプリケーションを図示する。図６ａは、無線電力レシーバによって受信される電力の量を表す無線電力キャリア信号を示す。図６Ｂは、無線電力供給源に通信されるべき二相符号化通信信号を図示する。この場合、「１」ビットおよび「ゼロ」ビットである。両方のグラフを参照して、ＱコントロールＦＥＴのデューティ・サイクル値が時間にわたって変化することを見ることができる。高い値は、３０％のデューティ・サイクルを示し、そして、低い値は、２０％のデューティ・サイクルを示す。最初の２５０マイクロ秒の間に、ＱコントロールＦＥＴは、３０％のデューティ・サイクルで動作させられる。次の２５０マイクロ秒の間に、ＱコントロールＦＥＴは、２０％のデューティ・サイクルで動作させられるそして、最後の５００マイクロ秒の間に、ＱコントロールＦＥＴは、３０％のデューティ・サイクルで再び動作させられる。最初の５００マイクロ秒のビット・タイムの間に起こる３０％から２０％への移行は、その５００マイクロ秒に対するデータ・ビットが１のものであることを示す。第２の５００マイクロ秒の間の、異なるデューティ・サイクルへの移行の欠如は、その期間に対するデータ・ビットが０のものであることを示す。
【００５８】
図９Ａ−図９Ｃは、Ｑコントロール変調のために、大きな別々のデューティ・サイクルを使用することが、どのように、復調された情報においてリンギングを引き起こし、通信を崩壊させることがありえるか、を示す。これは、無線電力システムのアンダー・ダンプ応答に起因することがあり得る。４ビットのデータで符号化された例示的なＲｘ通信シグナルが、図９Ｃの中で図示される。５ボルトは、３０％ｑコントロール・デューティ・サイクルを示し、そして、０ボルトは、２０％Ｑコントロール・デューティ・サイクルを示す。マイクロプロセッサー２８の内部で、電圧値は、ＱコントロールＦＥＴ６４ａ、６４Ｂのタイミングを制御するために、使用することができる。代替の実施形態において、異なる電圧は、異なるｑコントロール・デューティ・サイクル値を表現することができる。
【００５９】
１つの実施形態において、無線電力供給において、コイル電流を表す電圧が、図９Ｂに図示される。Ｑコントロール・デューティ・サイクルの中での突然で別々の変化は、コイル電流におけるリンギングを引き起こす。そのリンギングは、それが復調されるとき、通信を歪ませることがあり得る。それは、余分な、または、欠損した移行を引き起こす。復調は、多様な異なる方法で実行されることができる。現在の実施形態の復調の閾値が、９０２および９０４として示される。コイル電流が３３０ｍＶ閾値９０２を上回る所で、通信信号は、高として解釈されるコイル電流が３２０ｍＶの閾値９０４を下回るとき、通信信号は、低として解釈される。リンギング９０６は、通信シグナルにおいて歪みを引き起こすことがありえる。余分な移行または復調ウィンドウの外側のエッジとして解釈されることができるからである。リンギング９０１は、また、ビット・タイム歪みを引き起こすこともありえる。ビット・タイム歪み９０１は、次の移行に先だってコイル電流において上へのスイングを示す。この早すぎる移行は、ビットの知覚された時間を、第２の「１」に対してより短く、第３の「１」に対してより長くさせる。すなわち、そのコイル電流は、そのビット・タイムを短く切って、あるべきよりも早くビット・タイム９１０において閾値９０４を横切る。ビット・タイム９１２は、第２および第３のビットのビット・タイムが正確であるために移行がどこで起こらなければならないかについて図示する。別の方法でそれを述べると、ビット９１４に対する全体ビット・タイムは、およそ１ｍｓであるが、しかし、２つのビットの間でのそのビット・タイムの割当ては、等しくない。第２の１ビットは、第３のビット・タイムより短いビット・タイムを有する。このタイプの歪みは、通信における問題を引き起こすことがありえる。
【００６０】
ｑコントロール・デューティ・サイクルにおける大きな別々の変化は、通信リンクの信号完全性、特にトランスミッタ復調において問題を引き起こすことがありえる。全体的な無線電力システムは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルにおけるステップ変化対するアンダー・ダンプ応答を有する。このアンダー・ダンプ応答は、トランスミッタにおける電圧および電流の上で発振を引き起こすことがありえ、それを、トランスミッタが、復調のためにモニタリングしている。２ｋｂｐｓのビット・レート（２ｋＨｚおよび４ｋＨｚビット幅時間）において通信が二相符号化データを用いて行われるとき、およそ５ｋＨｚの周波数で発振が起こる。これは、帯域内通信ノイズをつくり、送信器復調を中断させることがあり得る。
【００６１】
不正確な、または、歪んだ復調通信シグナルを表する電圧が、図９Ａに図示される。丸で囲まれた領域９０８は、結果の復調通信シグナルが、どのように、歪みによって影響を受けることあり得るかを示す。
【００６２】
図９に示されるような歪みを、データ・ビットを意味するより小さなステップを通して傾斜したＱコントロール・デューティ・サイクルにより減少または取り除くことができる。このデータ・ビットは、デューティ・サイクルが傾斜しているところだけでなく、デューティ・サイクルが一定である部分を含むことができる。一定のデューティー・サイクル・タイムに対する傾斜の正確な比率は、インプリメンテーションにより異なることができる。一定の部分が全くなくてもデューティ・サイクルが、常に立ち上がっている、または、下がっているところにデータ・ビットがあり得る。上への傾斜から下への傾斜への移行は、また、ビット・タイムの中で異なることもできる。上への傾斜から下への傾斜への移行を遅らせることは、ゼロ・ビットがゼロに向かって減衰することを防ぐことができる。
【００６３】
図８Ａ−図８Ｃは、図４および図７Ａ−Ｂに示す２０％および３０％のような２つの大きな離散値の間でジャンプする代わりに、傾斜したＱコントロールを図示する。Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、中間のデューティ・サイクル値に調節することができ、次のデューティ・サイクルに傾斜することができる。これは、復調通信シグナルにおいて歪みを減少することができる。通常、これは、傾斜Ｑコントロールと呼ばれる。
【００６４】
傾斜Ｑコントロールの方法は、無線電力供給源との誘導結合を介して、適応電力レシーバに電力を受け入れることを含む。適応電力レシーバは、適応電力レシーバが前記無線電力供給源から受信したエネルギーを格納することができる第１のモードに、あるいは、適応電力レシーバが、格納されたエネルギーを負荷に開放する第２のモードに選択的に構成することができる。適応電力レシーバは、適応電力レシーバによって受信される電力の量をコントロールするために、第１のデューティ・サイクルまたは第２のデューティ・サイクルにおいて、第１のモードと第２のモードとの間をサイクルする能力も有する。適応電力レシーバは、第１および第２のデューティ・サイクルにおいて起こるインピーダンスにおけるシフトを介して無線電力供給源と通信するために、第１のデューティ・サイクルにおけるサイクリングと第２のデューティ・サイクルにおけるサイクリングとの間で移行することができる。これらの２つのデューティ・サイクルの間での移行は、第１のデューティ・サイクルと第２のデューティ・サイクルとの間の１つ以上の中間のデューティ・サイクルにおける第１のモードと第２のモードとの間のサイクリングを含むことができる。
【００６５】
図８ａは、２つのビット・タイムにわたるＱコントロール・デューティ・サイクル調整のグラフを示す。図８Ｃは、２０％と３０％との間で傾斜したＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを表す。図８Ｂは、図８Ｃのデューティ・サイクル・タイミングを使用している図８Ａの中で図示される無線電力信号によって生成される二相符号化通信信号を示す。
【００６６】
記載された実施形態において、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、「１」ビットの間の各サイクルの後、０．５％変化し、「０」ビットの間の各サイクルの後、０．２５％変化する。代替の実施形態において、デューティ・サイクルは、より少なく、または、より多く変化することができる。他の実施形態において、デューティ・サイクルは、毎サイクルの後に変化することができず、しかし、その代わりに、１つおきのサイクル、３つ毎の第３のサイクルの後に、または、いくつかの他の期間に変化することができる。図８の実施形態において、その変化は、ビットに依存して、一定である。しかしながら、他の実施形態おいて、その変化の量は、そのビットがゼロであるか、あるいは、１であるか、移送された電力の量、カプリング、または、基本的にその他のファクタに依存して動的であることができる。
【００６７】
おそらく図８Ａにおいて最も良く見られるように、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、２５％で始まり、そして、およそ１２５マイクロ秒にわたって、それが３０％のそのピークに着くまで上に傾斜する。その後、次の２５０マイクロ秒にわたって３０％まで下に傾斜する。そして、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、次の１２５マイクロ秒にわたって２５％まで上に傾斜して戻る。ゼロ・ビットにおいては、移行が存在しないので、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、最初の５００マイクロ秒の間よりも、より長い期間、２５０マイクロ秒、にわたって３０％へ傾斜し、そこから、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、次の２５０マイクロ秒にわたって２５％へ傾斜して戻る。
【００６８】
図１０Ａ−Ｃは、Ｑコントロール変調のための、小さく傾斜しているデューティ・サイクルを使用することが、どのようにして、復調された情報においてリンギングを減少させ、通信の正確さを増加することができるかを示す。３ビットのデータで符号化された例示的なＲｘ通信シグナルが、図１０Ｃに図示される。１．５ボルトは、３０％ｑコントロール・デューティ・サイクルを示し、そして、０．６５ボルトは、２０％ｑコントロール・デューティ・サイクルを示す。０．６５Ｖと１．５Ｖとの中間の電圧は、相対的な電圧変化がデューティ・サイクルで相対的な変化に対応する中間のデューティ・サイクル値を表す。マイクロプロセッサー２８の内部において、電圧値は、Ｑ−コントロールＦＥＴ  ６４ａ、６４Ｂのタイミングをコントロールするために、使用することができる。代替の実施形態において、異なる電圧は、異なるｑコントロール・デューティ・サイクル値を表すことができる。
【００６９】
図１０Ｃを参照すると、Ｑコントロール・デューティ・サイクルは、一定のデューティ・サイクルに保持することができる、または、１つのデューティ・サイクル値から別の値に傾斜することができる。最初の２ビット１００８の間に、デューティ・サイクルは、２５％で始まり、３０％および２０％の間で傾斜する。最終ビット１０１０において、デューティ・サイクルは、２５％で始まり、３０％まで傾斜し、そこで、ある期間、一定に保持され、そして、次に、２５％まで傾斜する。１つの実施形態において、無線電力供給源におけるコイル電流を表す電圧は、図１０Ｂに図示される。Ｑコントロール・デューティ・サイクルにおける漸進的な小さいステップは、コイル電流におけるリンギング１００６を減少する。その復調を、多様な異なる方法で実行することができる。現在の実施形態において、復調のための閾値は、１００２および１００４として示される。コイル電流が２．５Ｖの閾値１００２を上回る所で、通信信号は、高として解釈されるコイル電流が２．４Ｖの閾値１００４の下に下降するとき、通信信号は、低として解釈される。Ｑコントロール・デューティ・サイクルに小さな漸進的変化を作ることによって、通信リンクの信号完全性は、増加する。改善された復調通信シグナルを表す電圧が、図１０Ａに図示される。
【００７０】
Ｑコントロール通信において起こり得る１つの問題は、図１１に図示されるように、Ｑコントロールを使用して変調するとき、二相符号化データにおけるゼロ・ビットが、ゼロの方へあまりに速く減衰し得ることである。厳しいケースにおいて、それは、根底にある通信シグナルの歪みを引き起こし得る。図１１の中で図示されるゼロ・ビット減衰１１１２は、１１Ａにおける通信シグナルに影響するほど厳しくないが、しかし、代替の実施形態において、およびシステムの構成に依存して、それは、問題となり得る。図１１Ａ−Ｃは、図１０Ａ−Ｃと結びついて記載される同一の傾斜構成を図示する。図１１Ｂの中で、ゼロ・ビット１１１０を表すコイル電流は、閾値１１０２、１１０４の１つを横切ることに近い。これは、復調の間に、余分のエッジを生成し得たものであり、これは、通信シグナルを歪ませる、または、通信の再送を強制し得る。
【００７１】
図１２Ａ−Ｃは、ピークのデューティ・サイクル移行を遅らせることが、どのように、ゼロ・ビット減衰を減少することができ、また、通信を改善することができるか、を図示するピークのデューティ・サイクル移行を遅らせることは、中間のデューティ・サイクル・ステップの数とサイズを選択的に変化させることによって行うことができる。図１２Ａは、遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール通信により生成された改善された通信信号のグラフを表す。図１２Ｂは、遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール通信の間の無線電力トランスミッタにおけるコイル電流のグラフを示す。図１２Ｃは、傾斜したＱコントロール通信を生成するために使用された遅延したピーク・デューティ・サイクル移行を有する傾斜したＱコントロール・デューティ・サイクル値のグラフを示す。ゼロ・ビット１２１０におけるコイル電流１２１２は、この構成では、速く減衰しない。むしろ、閾値１２０２、１２０４より上で、大きなマージンをもってとどまる。代替的な実施形態において、Ｑコントロール・デューティ・サイクル値のピーク（またはトラフ）をそのビット・タイムの中に置くことに、他の利点があり得る。
【００７２】
図８は、傾斜Ｑコントロールの１つの例を示す。ここで、デューティ・サイクルは、一定に保持されず、その代わりに、絶えず変化している。傾斜Ｑコントロールの多様な実施形態が、図７Ｃ−図７Ｆに図示される。図７Ａは、参照のために二相符号化データの２ビットを図示する。そして、図７ｂは、図７Ａの二相符号化データをつくることができる、２０％と３０％との間での別々の移行を使用しているＱ−コントロールを示す。
【００７３】
図７Ｂ−７Ｆに示される実施形態の各々に関して議論しないけれども、適応共鳴レシーバは、電力／電圧コントロールおよび通信変調の両方に対してＱコントロール調整を使用しても、しなくてもよいことを理解すべきである。なお、以下に記載する実施形態は、無線電力キャリア信号の振幅を変調するためにデューティ・サイクルを調節する。しかしながら、他の変調方式をインプリメントすることができる。なお、その表された信号は、二相符号化を用いて符号化される。しかし、他の符号化スキームを使用することができる。
【００７４】
図７Ｃ−図７Ｆは、傾斜Ｑコントロールのいくつかの異なる例示的な実施形態を図示する。これは、図７Ｂの中で図示されるＱコントロールから生じ得る歪みとゼロ・ビット時間遅延を扱うことができる。
【００７５】
図７Ｃを参照して、通信のための調整が、傾斜をつくる小さなデューティ・サイクル・ステップを使用して行われる。これらのステップは、線形、方形、対数、あるいは、通信信号の全体的形状をつくるのを助ける他の任意の関数でありえる。ビット・タイムは、傾斜する時間および一定のデューティ・サイクルの時間の両方を含む。デューティ・サイクルにおける、より小さな傾斜をつけた変化は、レシーバからトランスミッタへの様々な反射インピーダンスを引き起こす。
【００７６】
レシーバの中のコントローラは、データをトランスミッタへ送り返すことができる。コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％に維持することにより、現在、電力／電圧をコントロールしていることができる。二相符号化した「１」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、ビット・タイムの一部の間、一定のままにし、そして、次に、２５０マイクロ秒のタイム・フレームの間、２５％までダウンするように傾斜させる。それから、次に、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、２０％までダウンするように傾斜させ、ビット・タイムの一部の間、一定のままにし、そして、次に、次の２５０マイクロ秒の間、２５％までアップするように傾斜させる。二相符号化した「０」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、ビット・タイムの一部の間、一定のままにし、そして、次に、５００マイクロ秒のタイム・フレームの間に２５％までダウンするように傾斜させる。一旦、データが送信されると、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％、あるいは、なんであれ、システム（負荷／カプリング変化）において与えられた変化に適切な新規の値に維持することにより、電力／電圧のコントロールを続けることができる。
【００７７】
図７Ｄを参照して、通信のための調整は、また、ランプをつくる小さなデューティ・サイクル・ステップを使用して行われる。これらのステップは、線形、方形、対数、あるいは、通信信号の全体的形状をつくるのを助ける他の任意の関数でありえる。ビットは、常に傾斜の時間、および／または、傾斜と一定のデューティ・サイクルの時間の両方を含むことができる。デューティ・サイクルにおける、より小さな傾斜をつけた変化は、レシーバからトランスミッタへの様々な反射インピーダンスを引き起こす。
【００７８】
レシーバの中のコントローラは、データをトランスミッタへ送り返すことができる。コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％に維持することにより、現在、電力／電圧をコントロールしていることができる。二相符号化した「１」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、そして、次に、２５０マイクロ秒のタイム・フレームの間、２５％までダウンするように傾斜させる。それから、次に、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、２０％までダウンするように傾斜させ、そして、次に、次の２５０マイクロ秒の間、２５％までアップするように傾斜させる。二相符号化した「０」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、ビット・タイムの一部の間、一定のままにし、そして、次に、５００マイクロ秒のタイム・フレームの間に２５％までダウンするように傾斜させる。一旦、データが送信されると、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％、または、なんであれ、システム（負荷／カプリング変化）において与えられた変化に適切な新規の値に維持することにより、電力／電圧のコントロールを続けることができる。
【００７９】
図７Ｅおよび図７Ｆを参照すると、通信のためのＱコントロールの別の２つの実施形態が、ランプをつくる小さなデューティ・サイクル・ステップを使用して行われる。この実施形態において、ｑコントロールは、常に、デューティ・サイクルを傾斜している。デューティ・サイクルのステップは、線形、方形、対数、あるいは、通信信号の全体的形状をつくるのを助ける他の任意の関数でありえる、ピークのデューティ・サイクルは、ビット・タイムの中心（図７Ｅ参照）、遅れてビット・タイムの終わりに向かって（図７Ｆを見る）に置かれることができる、または、ビット・タイムの中で、どこか他の所に置くことができる。デューティ・サイクルにおける、より小さな傾斜をつけた変化は、レシーバからトランスミッタへの様々な反射インピーダンスを引き起こす。
【００８０】
レシーバの中のコントローラは、データをトランスミッタへ送り返すことができる。記載された実施形態において、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％に維持することにより、電力／電圧をコントロールしている。二相符号化した「１」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、そして、次に、２５０マイクロ秒のタイム・フレームの間、２５％までダウンするように傾斜させる。それから、次に、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、２０％までダウンするように傾斜させ、そして、次に、次の２５０マイクロ秒の間、２５％までアップするように傾斜させる。二相符号化した「０」ビットを送信するために、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを、３０％までアップするように傾斜させ、そして、次に、５００マイクロ秒のタイム・フレームの間に２５％までダウンするように傾斜させる。一旦、データが送信されると、コントローラは、Ｑコントロール・デューティ・サイクルを２５％、または、なんであれ、システム（負荷／カプリング変化）において与えられた変化に適切な新規の値に維持することにより、電力／電圧のコントロールを続ける。１のもの、または、ゼロのものに対して、デューティ・サイクルが、アップ（またはダウン）の傾斜を停止し、その代わりにダウン（またはアップ）に傾斜する移行ポイントは、ビット・タイムの中央にあることも、ビット・タイムの終わりに向かって遅れることも、または、ビット・タイムのどこかほかに置かれることもできる。
【００８１】
レシーバとトランスミッタとの間の通信リンクは、動作ポイントおよび限界、バッテリー充電レベル、安全性、および、デバイス識別などの情報をトランスミッタに提供することができる。代替的に、通信リンクは、遠隔デバイスの動作あるいは、無線電力トランスミッタ、とは無関係でありえる。たとえば音楽または他のデータである。このリンクは、無線電力伝送の間、通常の間隔の上でフィードバックを提供することができる。このリンクは、振幅変調信号を含むことができる。この振幅変調は、トランスミッタに反射して戻る電力信号の上でインピーダンス・シフトを起こすことによって、レシーバの中で生成されることができる。トランスミッタは、この変調を検出し、受信されている情報が何であるかについて決定するために、主コイル電流や補助信号をモニターすることができる。上で示したように、インピーダンス・シフトは、ｑコントロールＦＥＴのデューティ・サイクルを変化させることによって生成することができる。
【００８２】
動作において、ＱコントロールＦＥＴ６４ａ−ｂは、電力／電圧制御のために、および／または、通信変調のために駆動することができる。トランスミッタは、送信されている電力の量とは独立に、通信を検出することができる。言い換えると、変調後方散乱信号の変調は、送信されている電力の量が大きいか、小さいかとは独立に、生成し、検出することができる。例えば、変調の相対的なサイズは、キャリア信号の振幅、この場合、電力伝送信号、に比例していることがあり得る。上記したように、適応電力レシーバの適応共鳴コントロールは、無線電力供給源からの入力なしで、レシーバによって独立して実行されることができる。代替的に、適応電力レシーバの適応共鳴コントロールは、無線電力供給源から入力に基づいて、または、無線電力供給源からの命令にしたがって、実行されることができる。命令は、種々の異なる通信方法を介して遠隔デバイスに通信することができる。例えば、遠隔デバイスに通信するための通信方法は、周波数シフトキーイング、振幅変調、または、他のブルートゥース（登録商標）、ＷｉＦＩ、ＲＦＩＤ、その他のような外部無線周波数リンク、を含むことができる。１つの実施形態において、Ｑコントロールは、レシーバに通信する振幅変調をインプリメントするのに利用することができる。
【００８３】
適応電力レシーバの適応共鳴コントロールは、無線電力供給システムにおける電力コントロールの唯一の形として、全体システムにおける電力コントロールの他のタイプの間での１つの電力コントロールの形として、実行されることができる。または、電力コントロールにたいして、まったく、実行せず、Ｑコントロール通信のためだけに実行することができる。例えば、いくつかの実施形態において、無線電力供給源が、固定量の電力を出力し、そして、存在する各々の遠隔デバイスが、それがどれくらいの電力を受信するかをコントロールするために、適応共鳴コントロールを使用することができる。別の実施形態において、無線電力供給源は、存在するいかなる遠隔デバイスとでも通信し、適応共鳴コントロールをどのように実行するがについて、遠隔デバイスに命令を提供する。無線電力供給源は、デバイスの各々に対する適応共鳴コントロール・セッティングを決定し、そして、それに応じて遠隔デバイスの各々に指示するために、遠隔デバイスから情報を収集することができる。この命令は、誘導電力供給源によって供給される電力の総量、個々の遠隔デバイスが必要とする電力、または、その２つの組合せに基づくことができる。代替の実施形態において、命令は、追加的または異なるファクタに基づくことができる。さらなる実施形態において、遠隔デバイスは、別の電力制御システムを有する（または、明示的な電力制御システムを有さない）ことができ、そして、前記無線電力供給源と通信するためにＱコントロールを使用することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、無線電力システムのなかに含まれる電力コントロールの追加的なタイプが存在する。例えば、無線電力システムは、遠隔デバイスのニーズに基づいて、送信されている電力の量を適応させることができる。これは、誘導電力供給源の動作周波数を調節する、誘導電力供給源の共鳴周波数を調節する、誘導電力供給源のデューティ・サイクルを調節する、または、任意の他の誘導電力供給源セッティングを単独あるいは組み合わせて調節するなどの種々の異なる方法で行うことができる。
【００８５】
適応共鳴コントロールを使用して、無線電力伝送システムは、電力を、複数ポイントにおいてコントロールすることを可能にする。例えば、このシステムは、そのレシーバが責任を持つところのみをコントロールするレシーバを適切な電力が受信されていることを保証するために、（共鳴周波数制御などの電力コントロールの他の方法に加えて、または、代わりに）適応共鳴コントロールを使用するために利用することができる。システムは、追加的に、レシーバに利用できる電力の量を調節するためにトランスミッタ・コントロールを利用することができる。このシステムは、電力の調整を制御するために、通信を使用しても、しなくてもよい。例えば、受信器は、検出された負荷に関係なく、エネルギーを送信するトランスミッタの上に配置することができる。この場合、レシーバは、それが正しい量の電力を受信することを確実とするために適応共鳴コントロールを調節することができる。代替的に、トランスミッタは、送信器に反射して戻るインピーダンスを測定することができ、そして、その反射インピーダンスに基づいて、送信される電力の量を調節することができる。システムは、追加的に、各々のデバイスが、トランスミッタの配置することができる複数デバイスの電力要望の差異に拘わらず、それが望む電力を受信しているように、これらの全てを結合することができる。
【００８６】
「垂直」、「水平」、「上部」、「底部」、「低い」、「内部」、「内向き」、「外部」、「外向き」など方向の用語は、図面に示される実施形態の方向に基づいて、本願発明を記述することを助けるために用いられる。この方向用語の使用は、本願発明を、いかなる特定の方向に制限に制限するものであると解釈されてはならない。
【００８７】
上の記載は、本願発明の現在の実施形態のものである。種々の代替と変化は、添付の請求項において規定されるように、本願発明の要旨とより広い態様を逸脱しない範囲で作ることができる。それは、均等物の原理を含む特許法の原則に従って、解釈されるべきである。この開示は、例示となる目的のために提示されるものであり、本願発明のすべての実施形態の網羅的な記載であると解釈されてはならない。または、特許請求の範囲を、これらの実施形態に関連して図示されるか、記載される特定の要素に制限するものであると解釈されてはならない。例えば、制限なしで、記述された発明のどんな個々の素子でも、同様の機能性を提供するか、さもなければ適切な動作を提供する代替的な素子と置き替えることができる。これは、例えば、現在当業者に知られているかもしれない現在既知の代替的な素子、および、例えば、当業者が、開発と同時に、選択肢と認めるかもしれない将来開発することができる代替的な素子を含む。なお、開示された実施形態は、協調して記載され、利益の集合を協働して提供することができる複数の特徴を含む。本願発明は、本願請求項において明確に範囲を規定して述べられる場合を除き、これらの特徴の全て含む、あるいは、ここで述べた利益の全てを提供するような実施形態だけに限定されるものではない。単数形の請求項の要素への言及において、例えば、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」あるいは「ｓａｉｄ」を用いることは、その要素を単数に制限するものとして解釈すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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