(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力をワイヤレスに伝達するための装置であって、
充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信するための手段と、
電力をワイヤレスに送信するための前記手段の前記第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得するための手段と、
電力をワイヤレスに送信するための前記手段の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、前記第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定するための手段と、
前記充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得するための手段と、
前記充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、前記第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定するための手段と、
前記第1の調整電力測定値と前記第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するための手段であって、前記しきい値は、前記装置および前記充電可能デバイスを含むシステムの動作状態の変化に基づいて更新され、前記しきい値が、前記電力をワイヤレスに送信するための前記手段および前記充電可能デバイスにおいて取得または測定されたそれぞれの電力レベル間の前記電力差の理論的測定値、模擬測定値、または実験的測定値から取得された初期電力差に、実質的に等しくなるように最初に設定される、手段と
を備え、前記装置が
前記電力差が前記しきい値を超える場合、電力をワイヤレスに送信するための前記手段によって送信された電力の消費に影響を及ぼす非準拠物体の存在を検出するための手段をさらに備える、装置。
【請求項２】
電力をワイヤレスに送信するための前記手段がワイヤレス電力送信機であり、
前記ワイヤレス電力送信機に動作可能に結合されたコントローラ回路が、
前記第1の電力測定値を取得するための前記手段と、
前記第1の調整電力測定値を決定するための前記手段と、
前記第2の電力測定値を取得するための前記手段と、
前記第2の調整電力測定値を決定するための前記手段と、
前記第1の調整電力測定値と前記第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するための前記手段と、
非準拠物体の存在を検出するための前記手段と
を提供するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値、および、前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値が、測定許容値、ユニット間許容値、コイル抵抗許容値、電圧許容値、電流許容値、または放散電力許容値のうちの少なくとも1つに基づく、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値、および、前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値が、報告電力測定値と期待電力測定値との間の測定値差範囲を備え、前記測定値差範囲が、前記報告電力測定値が前記期待電力測定値を超える上許容割合を備え、前記測定値差範囲が、前記報告電力測定値が前記期待電力測定値未満である下許容割合をさらに備える、請求項2に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラ回路が、
前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の各々の前記許容値の前記下許容割合に基づいて、前記第1の調整電力測定値を決定すること、および
前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の各々の前記許容値の前記上許容割合に基づいて、前記第2の調整電力測定値を決定すること
を行うようにさらに構成される、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラ回路が、1つまたは複数の動作状態に少なくとも部分的に基づいて、前記しきい値を調整するようにさらに構成され、前記1つまたは複数の動作状態が、前記充電可能デバイスにおける動的負荷の存在、前記装置の出力電力を変化させるシステム動作点、前記充電可能デバイスの充電状態、前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値、前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値、前記第1の電力レベル、前記第2の電力測定値のばらつきの量が、あらかじめ決定されたばらつきしきい値を上回ること、前記充電可能デバイスの負荷が変化する周波数が、あらかじめ決定された最大周波数しきい値を上回ること、または、前記ワイヤレス電力送信機から前記充電可能デバイスへの電力の送信の状態のうちの、少なくとも1つを備える、請求項2に記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラ回路が、
前記充電可能デバイスが充電中であるとき、第1のしきい値を設定すること、および
前記充電可能デバイスが充電中ではないとき、第2のしきい値を設定することであって、前記第1のしきい値が前記第2のしきい値よりも大きいこと
を行うようにさらに構成される、請求項2に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラ回路が、
前記第1の電力レベルがXに等しいか、Yに等しいかを決定し、ただし、XがYよりも大きいこと、
前記第1の電力レベルがXに等しい場合、前記しきい値を第1のしきい値に設定すること、ならびに
前記第1の電力レベルがYに等しい場合、前記しきい値を第2のしきい値に設定することであって、前記第1のしきい値が前記第2のしきい値よりも大きいこと
を行うようにさらに構成される、請求項2に記載の装置。
【請求項９】
前記コントローラ回路が、
前記第2の電力レベルがXに等しいか、Yに等しいかを決定し、ただし、XがYよりも大きいこと、
前記第2の電力レベルがXに等しい場合、前記しきい値を第1のしきい値に設定すること、ならびに
前記第2の電力レベルがYに等しい場合、前記しきい値を第2のしきい値に設定することであって、前記第1のしきい値が前記第2のしきい値よりも大きいこと
を行うようにさらに構成される、請求項2または8に記載の装置。
【請求項１０】
前記電力差が、前記第1の調整電力測定値から前記第2の調整電力測定値を減算することによって決定される、請求項2に記載の装置。
【請求項１１】
前記コントローラ回路が、
前記電力差が前記しきい値を超える回数Nをカウントすることであって、Nが1よりも大きい整数であること、および
Nが最大カウント値を超える場合、前記非準拠物体が存在すると決定すること
を行うようにさらに構成される、請求項2に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラ回路が、前記非準拠物体が存在すると決定する場合、前記ワイヤレス電力送信機が、オフになり、前記第1の電力レベルを調整し、かつ/または、前記ワイヤレス電力送信機から前記充電可能デバイスへの電力の送信の状態を変化させ、前記非準拠物体が、損害を受けたデバイス、充電規格に準拠していないデバイス、前記ワイヤレス電力送信機と通信することができない物体もしくはデバイス、または、前記ワイヤレス電力送信機の磁場に結合する金属物体のうちの少なくとも1つを含む、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
電力をワイヤレスに伝達するための方法であって、
充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信するステップと、
ワイヤレス電力送信機の前記第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得するステップと、
前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、前記第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定するステップと、
前記充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得するステップと、
前記充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、前記第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定するステップと、
前記第1の調整電力測定値と前記第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するステップであって、前記しきい値は、前記ワイヤレス電力送信機および前記充電可能デバイスを含むシステムの動作状態の変化に基づいて更新され、前記しきい値が、前記ワイヤレス電力送信機および前記充電可能デバイスにおいて取得または測定されたそれぞれの電力レベル間の前記電力差の理論的測定値、模擬測定値、または実験的測定値から取得された初期電力差に、実質的に等しくなるように最初に設定される、ステップと
を含み、前記方法がさらに、
前記電力差が前記しきい値を超える場合、前記ワイヤレス電力送信機によって送信された電力の消費に影響を及ぼす非準拠物体の存在を検出するステップをさらに含む、方法。
【請求項１４】
前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値、および、前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の前記許容値が、測定許容値、ユニット間許容値、コイル抵抗許容値、電圧許容値、電流許容値、または放散電力許容値のうちの少なくとも1つに基づく、または
前記ワイヤレス電力送信機の前記少なくとも1つの構成要素の各々の前記許容値、および、前記充電可能デバイスの前記少なくとも1つの構成要素の各々の前記許容値が、報告電力測定値と期待電力測定値との間の測定値差範囲を備え、前記測定値差範囲が、前記報告電力測定値が前記期待電力測定値を超える上許容割合を備え、前記測定値差範囲が、前記報告電力測定値が前記期待電力測定値未満である下許容割合をさらに備える、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明する技術は、一般にワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、磁場において存在する非準拠物体の検出に関するデバイス、システム、および方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
疎結合ワイヤレス電力システムは、電力伝達ユニット(たとえば、充電デバイス)と、充電されるべき1つまたは複数の電力受信ユニット(たとえば、セルフォン、ラップトップなど)とを含む。非準拠物体が電力伝達ユニットの充電領域内、その近く、または周囲に存在するとき、電気エネルギーがワイヤレス電力システムにおいて損失され得る。損失電気エネルギーは、ユーザに危害を与え、デバイスまたは物体に損害を与え、火事を出すことなどがある。したがって、電力システムが電力における損失を経験するときを検出し、適切に対応することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信するように構成されたワイヤレス電力送信機を備える。装置は、ワイヤレス電力送信機に動作可能に結合され、ワイヤレス電力送信機の第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得するように構成された、コントローラ回路をさらに備える。コントローラ回路は、ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定するようにさらに構成される。コントローラ回路は、充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得するようにさらに構成される。コントローラ回路は、充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定するようにさらに構成される。コントローラ回路は、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するようにさらに構成される。
【０００４】
電力をワイヤレスに伝達するための方法を提供する。方法は、充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信するステップを含む。方法は、ワイヤレス電力送信機の第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得するステップをさらに含む。方法は、ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定するステップをさらに含む。方法は、充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得するステップをさらに含む。方法は、充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定するステップをさらに含む。方法は、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するステップをさらに含む。
【０００５】
電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信するための手段を備える。装置は、ワイヤレス電力送信機の第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得するための手段をさらに備える。装置は、ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定するための手段をさらに備える。装置は、充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得するための手段をさらに備える。装置は、充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定するための手段をさらに備える。装置は、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するための手段をさらに備える。
【０００６】
非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。媒体は、実行されたとき、装置に、充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信することを行わせるコードを備える。媒体は、実行されたとき、装置に、ワイヤレス電力送信機の第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得することを行わせるコードをさらに備える。媒体は、実行されたとき、装置に、ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定することを行わせるコードをさらに備える。媒体は、実行されたとき、装置に、充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得することを行わせるコードをさらに備える。媒体は、実行されたとき、装置に、充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定することを行わせるコードをさらに備える。媒体は、実行されたとき、装置に、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定することを行わせるコードをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、例示的なワイヤレス電力伝達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達システムにおいて使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路または受信回路の一部分の概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信機および受信機を含む、ワイヤレス電力システムを示す図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図７Ａ】非準拠物体が充電領域内、その近く、または周囲に存在するか否かを決定するための、例示的な方法のフローチャートである。
【図７Ｂ】非準拠物体が充電領域内、その近く、または周囲に存在するか否かを決定するための、例示的な方法のフローチャートである。
【図８】図5の送信機によって実行される、電力損失しきい値を設定および変動させるための例示的なプロセスのフローチャートである。
【図９】電力をワイヤレスに伝達し、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するための、例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【０００９】
添付の図面に関して以下に記載する詳細な説明は、本発明のいくつかの実装形態の説明であることが意図され、本発明が実践され得る唯一の実装形態を表すことは意図されない。本説明全体にわたって用いられる「例示的」という用語は、「例、事例、または例示としての役割を果たす」ことを意味しており、必ずしも、他の例示的な実装形態よりも好ましいか、または有利なものと解釈されるべきではない。詳細な説明は、開示する実装形態の完全な理解を与えるための具体的な詳細を含む。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示される。
【００１０】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気導体を使用せずに、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)ことを指し得る。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信(receiving)アンテナ」(または「受信(receive)アンテナ」)によって受信され、捕捉され、または結合され得る。
【００１１】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、疎結合ワイヤレス電力システムであり得る、例示的なワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を提供するための場105を生成するために、入力電力102が電源(図示せず)から送信機104に提供され得る。受信機108は、場105に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって蓄積または消費するための出力電力110を生成することができる。送信機104と受信機108の両方は、距離112だけ分離される。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は、相互共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が、実質的に同じまたは同様であるとき、送信機104と受信機108との間の送信損失は最小である。したがって、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことを必要とする大型のコイルを必要とし得る純粋に誘導性のソリューションとは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達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、効率を改善するとともに、様々な距離にわたってかつ様々な誘導コイル構成を用いて電力伝達を可能にし得る。
【００１２】
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギー場105内に位置するときに、電力を受信することができる。場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって捕捉され得る領域に対応する。場合によっては、場105は、以下でさらに説明するように、送信機104の「近接場」に対応し得る。送信機104は、エネルギー送信を出力するための送信アンテナ114を含み得る。受信機108は、エネルギー送信からエネルギーを受信するか、または捕捉するための受信アンテナ118をさらに含む。近接場は、送信アンテナ114から電力を最小限に放出する、送信アンテナ114内の電流および電荷から生じる強い反応場(reactive field)が存在する領域に対応し得る。場合によっては、近接場は、送信アンテナ114の約1波長(または1波長の数分の一)内にある領域に対応し得る。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連付けられる適用例およびデバイスに従ってサイズを決定される。上記で説明したように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波におけるエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信アンテナ114の場105におけるエネルギーの大部分を受信アンテナ118に結合することによって起こり得る。場105内に配置されるとき、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に、「結合モード」を発生させることができる。この結合が起こり得る、送信アンテナ114および受信アンテナ118の周囲のエリアを、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。一実施形態では、送信アンテナ114および受信アンテナ118は、Bluetooth（登録商標） Low Energy(BLE)リンクを介して通信することができる。
【００１３】
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達システム100において使用され得る例示的な構成要素の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222、ドライバ回路224、およびフィルタ/整合回路226を含み得る、送信回路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、85KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数の信号を生成するように構成され得る。発振器信号は、たとえば送信アンテナ214の共振周波数において送信アンテナ214を駆動するように構成されたドライバ回路224に提供され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受信し、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、E級増幅器であり得る。また、フィルタ/整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信機204のインピーダンスを送信アンテナ214に整合させるために含まれる場合がある。送信アンテナ214を駆動した結果として、送信機204は、電子デバイスを充電または給電するために十分なレベルで電力をワイヤレスに出力することができる。一例として、提供される電力は、異なる電力要件を有する異なるデバイスを給電または充電するために、たとえば、300ミリワットから20ワット程度であり得る。より高いまたは低い電力レベルも提供できる。一実施形態では、送信アンテナ214および受信アンテナ218は、Bluetooth（登録商標） Low Energy(BLE)リンクを介して通信することができる。
【００１４】
受信機208は、整合回路232と、図2に示すバッテリー236を充電するかまたは受信機208に結合されたデバイス(図示せず)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ための整流器/スイッチング回路234とを含み得る、受信回路210を含むことができる。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信アンテナ218に整合させるために含まれる場合がある。それに加えて、受信機208および送信機204は、別個の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース、zigbee（登録商標）、セルラーなど)上で通信することができる。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を使用して帯域内シグナリングを介して通信することができる。
【００１５】
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、バッテリー236)を最初に有することができる受信機208は、送信機204によって送信され、受信機208によって受信される電力の量が、バッテリー236を充電するために適切であるか否かを決定するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力量が適切であると決定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電せずに、ワイヤレス電力伝達場から受信された電力を直接利用するように構成され得る。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、かつ/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
【００１６】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信アンテナまたは受信アンテナ352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、以下で説明するものを含む例示的な実施形態において使用される送信回路または受信回路350は、アンテナ352(または「ループ」アンテナ)を含み得る。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアの近傍に配置された外部の物理デバイスに対してより耐性があり得る。さらに、空芯ループアンテナ352により、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になる。加えて、空芯ループにより、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域がより強力な場合がある送信アンテナ214(図2)の平面内に、受信アンテナ218(図2)をより容易に配置することが可能になる場合がある。アンテナ352は、コイル(たとえば、誘導コイル)および/もしくはRFアンテナ、または、電力をワイヤレスに受信または出力するための任意の他の好適なデバイスであり得る。アンテナ352は、リッツ線を用いて、または、低抵抗のために設計されたアンテナストリップとして実装され得る。アンテナ352は、実用的な寸法になるように「巻く」必要がない場合がある。アンテナ352の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(たとえば、波長の数分の一)とし、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することによって、使用可能な低い周波数で共振するように同調され得る。
【００１７】
上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合した共振またはほぼ整合した共振の間に起こり得る。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合しないときであっても、効率に影響が及ぶ場合があるものの、エネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナ214コイルの場205からのエネルギーを、近傍にある受信アンテナ218に結合することによって起こり、この場205は、送信アンテナ214からのエネルギーを自由空間に伝播させる代わりに確立される。
【００１８】
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。インダクタンスは単にアンテナ352によって作り出されたインダクタンスとすることができるのに対して、キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作り出すために、アンテナのインダクタンスに加えられる場合がある。非限定的な例として、共振周波数で信号358を選択する共振回路を作り出すために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えることができる。したがって、より大きい直径のアンテナでは、共振を持続させるのに必要なキャパシタンスのサイズは、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小さくなる場合がある。さらに、アンテナの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加する場合がある。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、アンテナ352の2つの端子間に並列にキャパシタを配置することができる。送信アンテナの場合、アンテナ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、アンテナ352への入力とすることができる。
【００１９】
一実施形態では、送信機104は、送信アンテナ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され得る。受信機が場105内にあるとき、時変磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導し得る。上述のように、受信アンテナ118が送信アンテナ114の周波数で共振するように構成される場合、エネルギーを効率的に伝達することができる。負荷を充電するか、または負荷に給電するために提供され得るDC信号を生成するために、受信アンテナ118内に誘導されたAC信号を上述のように整流することができる。
【００２０】
図4は、本発明の例示的な実施形態による、電力伝達ユニット「PTU」404(たとえば、ワイヤレス充電を提供する電力伝達ユニット)と、1つまたは複数の電力受信ユニット「PRU」484(たとえば、ワイヤレス充電可能デバイスである電力受信ユニット)とを含む、ワイヤレス電力システム480を示す。PTU404は、PRU484に結合する磁場を作り出すことができる。PRU484は、PTU404から受信された磁気エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。PRU484には、セルラーフォン、ポータブル音楽プレーヤ、コンピュータ、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、ブルートゥースヘッドセット)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療デバイス)などのデバイスが含まれ得る。一実施形態では、PRU484は、電気エネルギーを利用する、充電されるべきデバイスに接続され得る。別の実施形態では、充電されるべきデバイスは、PRU484に内蔵され得る。PRU484は、PRU484を充電する目的で、PTU404上に配置され得る。一実施形態では、PTU404およびPRU484は、Bluetooth（登録商標） Low Energy(BLE)リンクを介して通信することができる。
【００２１】
一実施形態では、ワイヤレス電力システム480は、非準拠デバイスまたは構成要素を備え得る、非準拠物体486(または「非準拠デバイス」、「外来物体」、もしくは「外来デバイス」)を含む。非準拠物体486には、損害を受けたデバイス、正しい仕様で構築されていない(たとえば、Alliance for Wireless Power(A4WP)のシステム仕様など、充電規格に準拠していない)デバイス、または、磁場に結合する任意の他の金属物体(たとえば、宝石類、眼鏡、キーチェーンなど)が含まれ得る。一実施形態では、非準拠物体486は、PTU404と通信すること、およびシステム制御アルゴリズムとともに機能することが不可能である任意の物体またはデバイスであってよく、それによって、PTU404には、非準拠物体486によって消費される電気エネルギーを調整または検出するための方法が可能にならない。PTU404が磁場を作り出すので、電気エネルギーは、PTU404磁場に結合する任意のデバイスまたは物体に伝達され得る。非準拠物体486および1つまたは複数のPRU484の各々は、PRU484に、PTU404磁場に結合させて電気エネルギーを吸収させることができる、PTU404の充電領域内、その近く、または周囲に配置され得る。このようにして、非準拠物体は、充電領域内、その近く、または周囲にあるとき、PTU404によって送信された電力の消費に影響を及ぼし、かつ/または充電領域に影響を及ぼすことがある。吸収されたエネルギーは、熱として放散されることがあり、それによって、非準拠物体486に損害を与え、ユーザに危害を与えるかもしくは火傷させ、火事を引き起こし、PTU404に損害を与え、または任意の他の安全性の問題を作り出すことがある。非準拠物体または非準拠デバイス検出システムがなければ、PTU404は、非準拠物体486に無期限に電力を伝達し続けることがある。1つまたは複数の方法に従って、PTU404は、以下で説明するように、非準拠物体486を検出するように構成され得る。述べたように、PTU404は、1つまたは複数の方法に従って、関連する充電領域に影響を及ぼす非準拠物体486のうちの1つまたは複数を検出するように構成され得る。PTU404は、PTU404とPRU484の両方において取られるシステム測定値に基づく方法を使用して、非準拠物体486を検出することができる。非準拠物体486が、いくつかの連続したサンプルについて指定されたしきい値よりも大きい電力を消費中である場合、PTU404は、非準拠物体486がPTU404磁場内に存在するか否かを、高い確率で決定することができる。一実施形態では、いくつかの連続したサンプルは、図5の説明において、損失電力フラグカウンタNflagに関して以下で説明するように、フラグカウンタ(たとえば、損失電力フラグ、動的負荷フラグなど)のシステムに基づき得る。同じく以下でさらに説明するように、PTU404は、PTU404コイルの入力において測定された電力と、PRU484整流器出力において測定された電力と、システムにおいて損失された電力とを比較することができる。一実施形態では、PTU404コイルの入力において測定された電力は、PTU404コイルへと駆動される電流に基づき得る。
【００２２】
PTU404は、関連する充電領域内、その近く、または周囲のPRU484に電力を送信することができる、ワイヤレス電力送信機(たとえば、図1の送信機104)を備え得る。例示的な一実施形態によれば、PTU404は、上記の送信された電力が不明であるか否か(たとえば、非準拠物体486が電力を消費中であるか否か)を決定するように構成され得る。別の例示的な実施形態によれば、PTU404は、非準拠物体486が、指定されたしきい値よりも大きい電力を消費中であるか否かをさらに決定するように構成され得る。指定されたしきい値は、固定値であってよく、または、以下でさらに説明するように、システム構成要素の様々な仕様(たとえば、その出力電力を変化させるシステム動作点、可変量の電力を要求する動的負荷など)に基づいて、動的に変更されてよい。
【００２３】
上述のように、PTU404は、送信された電力が不明であるか否か、たとえば、非準拠物体486が電力を消費中であるか否かを決定するように構成され得る。これを達成するために、電力がPTU404上で測定され、PRU484上で測定された電力と比較され得る。
【００２４】
一実施形態では、PTU404およびPRU484上で行われる電力測定が同期されることが望ましいことがある。これらの測定を同期および整合させると、PTU404は、各電力測定中に電力における変化を検出するように構成され得る。たとえば、PTU404は、そのコイルの入力において10Wを測定することがあり、PRU484は、いくつかの連続したサンプルについて消費された10Wを測定することがある。この例では、次のサンプルにおいて、PTU404が、そのコイルの入力において10.1Wを測定する場合、PTU404は、0.1Wの差を検出することができる。PRU484が0.1Wの同じ増大を測定しない場合、PTU404は、損失電力を検出することができる。
【００２５】
PTU404およびPRU484の測定が完全な精度および効率で行われ、非準拠物体486が存在しなかった場合、式(1)が適用されることになる。
【００２６】
0=Pin-(Prect1+Prect2+...+Prect,n) (1)
【００２７】
Pinは、PTU404コイルの入力において測定された電力である。Prect,nは、所与のPTU404における任意の数のPRU484のためのPRU484整流器の整流された電力(たとえば、出力において測定された電力)である。
【００２８】
非準拠物体486がワイヤレス電力システム480において存在した場合、測定されたPinは増大することになるが、Prect値の測定された和は変化しないことになる。その状況では、式(2)が適用されることになる。
【００２９】
【数１】
0006487442.tif 000002
【００３０】
Plostは、非準拠物体486の電力消費による、ワイヤレスエネルギー伝達において損失された(たとえば、不明である)電力である。
【００３１】
PTU404およびPRU484は、無損失ではないことがあるので、損失(たとえば、コイル損失、寄生抵抗、ダイオード損失、誘導加熱など)を考慮に入れる導出が含まれる。PTU404は、コイル損失(たとえば、R1)を有することがあり、ただし、コイル損失は、式(2b)に示すようなものである。
【００３２】
Pr1=(ITX2*R1) (2b)
【００３３】
ITXは、PTU404コイルの入力において測定された電流である。R1は、PTU404コイルの寄生抵抗である。
【００３４】
PRU484は、コイル損失(Pcoil)、ダイオード損失(Pdiodes)、フィルタ損失(PEMI_filter)、および/または回路内の他の寄生抵抗(parasitics)(Ptuning、PBSF、Pcurrentsenseなど)を有し得る。これらの損失は、
【００３５】
【数２】
0006487442.tif 000003
【００３６】
によって表され、所与の動作点についての、PRU484上でコイルと電流センス回路との間で放散された総電力を表す。次いで、式(3)は、放散電力を表す。
【００３７】
Pdiss=Pcoil+Ptuning+PEMI_filter+Pdiodes+PBSF+Pcurrentsense (3)
【００３８】
PRU484上で損失された追加の電力源は、誘導加熱によるものであり得る。たとえば、PRU484が、(上記で説明したように)PTU404によって作り出された時変磁場に結合するとき、(PRU484の任意の導電性部分における)電磁誘導中の抵抗損失が、PRU484に、電力を熱の形態で放散させ得る。抵抗器deltaR1は、この損失された電力をモデル化し、(2b)のようなPTU404コイル抵抗R1と直列であると見なされる。誘導加熱損失(PindN)は、式(4)のように各PRU484について計算される。
【００３９】
【数３】
0006487442.tif 000004
【００４０】
PTU404コイルの入力において測定された電力Pinと、PRU484によって消費された電力とを比較するために、PRU484確認電力と呼ばれる追加のパラメータ、式(5)が導入される。
【００４１】
【数４】
0006487442.tif 000005
【００４２】
Pack,nは、PRU484が消費を確認する実際の電力である。これは、Pdiss、誘導加熱損失(PindN)、およびPRU484の整流された電力(PrectN)とともに説明した損失を含む。ユニット間構成要素許容差を考慮に入れずに、損失された電力(Plost)は、式(6)によって表される。他の実施形態では、計算は、製造変動性による、その公称値からの構成要素値の差を指し得る、ユニット間構成要素許容差を考慮に入れることができる。たとえば、送信回路206および/または受信回路210は、キャパシタを含み得る。キャパシタは、たとえば、設計概略図上で100pFキャパシタとしてリストされ得る。しかしながら、使用される100pFキャパシタは、許容値(たとえば、1%、5%など)を備え得る。したがって、実際のキャパシタンス値は、それぞれの許容割合(tolerance percentage)だけ100pFから変動し得る。(PTU404の)送信回路206および/または(各PRU484の)受信回路210内の各構成要素は、あるレベルの許容差を有することがあり、それによって、変動するユニット間許容差が生じ得る。
【００４３】
【数５】
0006487442.tif 000006
【００４４】
式(6)では、無損失動作を仮定する式(2)と比較して、システムにおけるすべての重要な損失が考慮に入れられている。
【００４５】
PTU404および/またはPRU484構成要素は、測定許容値(または、本明細書で説明する任意の他の許容値)を備え得る。許容値は、報告電力測定値と期待電力測定値との間の測定値差範囲を備え得る。測定値差範囲は、報告電力測定値が期待電力測定値を超える上許容割合(upper tolerance percentage)と、報告電力測定値が期待電力測定値未満である下許容割合(lower tolerance percentage)とを備え得る。一実施形態では、PTU404は、PTU404の少なくとも1つの構成要素の各々の許容値の下許容割合に基づいて、第1の調整電力測定値(たとえば、以下でさらに説明するようなPin_min)を決定するように構成され得る。別の実施形態では、PTU404は、PRU484の少なくとも1つの構成要素の各々の許容値の上許容割合に基づいて、第2の調整電力測定値(たとえば、以下でさらに説明するようなPack_max)を決定するように構成され得る。
【００４６】
たとえば、上記の式をさらに修正しなければ、PTU404/PRU484システムは、
【００４７】
【数６】
0006487442.tif 000007
【００４８】
がPTU404における実際の測定電力(たとえば、10W)である場合、非準拠物体486を誤って識別する(たとえば、損失電力についてフォールスポジティブを生成する)ことがある。±「y」の測定許容差(
【００４９】
【数７】
0006487442.tif 000008
【００５０】
)が存在し、この測定許容差は、コイルの入力における報告電力(
【００５１】
【数８】
0006487442.tif 000009
【００５２】
)が実際の電力とは異なることを引き起こし得る。たとえば、PTU404が実際の10Wを放散し、測定回路が±20%の許容差を備える場合、可能な出力をTable 1(表1)において提示する。たとえば、PTU404コイルから出力された実際の10W電力を仮定すれば、PTU404は、PTU404コイルにおいて8Wから12Wまでのどこかを報告し得る。
【００５３】
【表１】
0006487442.tif 000010
【００５４】
上記のような同様の許容差概念が、PRU484上で測定された確認電力に適用される。たとえば、実際の確認電力(
【００５５】
【数９】
0006487442.tif 000011
【００５６】
)は、10Wであり得るが、測定回路の許容差(
【００５７】
【数１０】
0006487442.tif 000012
【００５８】
)は、たとえば、±20%であるので、PRU484は、8Wから12Wまでの確認電力(
【００５９】
【数１１】
0006487442.tif 000013
【００６０】
)を報告し得る。上記の2つの測定許容差(たとえば、しきい値)問題を、Table 2(表2)において数値的に示し、そこで、実際(
【００６１】
【数１２】
0006487442.tif 000014
【００６２】
)と報告(
【００６３】
【数１３】
0006487442.tif 000015
【００６４】
)との間の不一致が明示される。
【００６５】
【表２】
0006487442.tif 000016
【００６６】
上記の状況を仮定すれば、損失電力(Plost)を、Table 3(表3)に示すように、式(6)を使用して計算することができ、Table 3(表3)は、フォールスポジティブが3つの事例のうちの2つにおいて生成されるようになることを明示している。PRU484が実際に消費中であったよりも少ない電力を報告し、PTU404が実際に出力中であったよりも多い電力を報告したので、フォールスポジティブが作り出された。この状況における正味の差が、損失電力(Plost)として現れる。
【００６７】
【表３】
0006487442.tif 000017
【００６８】
フォールスポジティブの生成を回避するために、これらの計算は、ユニット間許容差(たとえば、変動)と測定許容差(たとえば、誤差)とを組み込んでいる。Table 3(表3)でわかるように、PTU404およびPRU484についての報告電力は、最小値(たとえば、任意の1列における最低値)と最大値(たとえば、任意の1列における最高値)とを有する。最小Pin(Pin_min)(AC電力測定によって測定された最小電力)と、最大Pack(
【００６９】
【数１４】
0006487442.tif 000018
【００７０】
)(最大可能確認電力)値とを使用すると、Plostについての計算は、Table 4(表4)において明示されるように、もはやフォールスポジティブを含まないようになり得る。
【００７１】
【表４】
0006487442.tif 000019
【００７２】
上記の手法(たとえば、最小Pinと最大Packとを使用して、損失電力を計算すること)は、測定許容差とユニット間許容差(たとえば、変動)とを考慮に入れるとき、適用され得る。上記の結果を考慮に入れるように、式(6)を調整すると、式(7)が得られる。
【００７３】
【数１５】
0006487442.tif 000020
【００７４】
報告された変数のための最小値と最大値とを計算するとき、±20%の誤差は、報告値(たとえば、許容誤差後)ではなく、変数の実際の値に基づく。たとえば、実際の電圧が10Vであり、20%の電圧許容差(Vtol)のために、報告電圧(Vreport)が8Vである場合、最大電圧(Vmax)は、式(8)に従って計算され得る。
【００７５】
【数１６】
0006487442.tif 000021
【００７６】
この手法は、精度が未知である場合に、報告された変数の最大値についての計算において使用される。
【００７７】
最小可能Pin(Pin_min)を計算するとき、測定誤差とユニット間許容差(たとえば、誘導された誤差)とが考慮に入れられる。式(2b)において拡張し、Pin_minについての式を(9)に示す。
【００７８】
Pin_min=Pin-Pr1 (9)
【００７９】
Pinは一定の許容差を含むので、式(10)に示すように、その誤差(
【００８０】
【数１７】
0006487442.tif 000022
【００８１】
)が報告値から減算される。
【００８２】
【数１８】
0006487442.tif 000023
【００８３】
実際の値(
【００８４】
【数１９】
0006487442.tif 000024
【００８５】
)と報告値(Pin)との間のいかなる不一致も、この誤差(
【００８６】
【数２０】
0006487442.tif 000025
【００８７】
)を減算することによって考慮に入れられ得る。同様の方法が、式(2b)を使用して見つけられる、Pr1の測定およびユニット間誤差に対して使用される。PTU404コイルは、コイル抵抗値を有することがあり、一実施形態では、コイル抵抗値は公称抵抗値であり得る。上記でユニット間許容値に関して説明したように、製造変動は、コイルによって抵抗値を変動させ得る。したがって、これらの計算は、コイル抵抗許容値を実装し得る。式(10)において説明したような同様の手法を使用し、電流許容差(以下で説明する)とコイル抵抗許容差とを考慮に入れるために、Pin_minについての最終的な計算を、式(11)に示す。
【００８８】
【数２１】
0006487442.tif 000026
【００８９】
N番目のPRU484において確認された最大電力は、式12を使用して計算され得る。
【００９０】
【数２２】
0006487442.tif 000027
【００９１】
各PRU484における最大Prect、
【００９２】
【数２３】
0006487442.tif 000028
【００９３】
は、式(13)を使用して計算され得る。
【００９４】
【数２４】
0006487442.tif 000029
【００９５】
【数２５】
0006487442.tif 000030
【００９６】
を計算するために、
【００９７】
【数２６】
0006487442.tif 000031
【００９８】
が±3%の最大許容差を含むと仮定すると、この式は、式(14)に示すようになる。
【００９９】
【数２７】
0006487442.tif 000032
【０１００】
【数２８】
0006487442.tif 000033
【０１０１】
は、同様の方法で計算され得るが、IrectNについての電流許容差(たとえば、
【０１０２】
【数２９】
0006487442.tif 000034
【０１０３】
)は一定ではないので、IrectNを使用して
【０１０４】
【数３０】
0006487442.tif 000035
【０１０５】
を計算するために、IrectNについて解くための反復プロセスが使用される。このプロセスは、Table 5(表5)を使用して識別され得る、実際のPRU484 Prectおよび許容差を組み込む。
【０１０６】
【表５】
0006487442.tif 000036
【０１０７】
たとえば、Prectが3Wであり、カテゴリー3 PRU484が使用されている場合、
【０１０８】
【数３１】
0006487442.tif 000037
【０１０９】
は、たとえば、21.7%の値における
【０１１０】
【数３２】
0006487442.tif 000038
【０１１１】
を用いて計算され得る。IrectNは、以下で明示するように、Table 5(表5)からの値を組み込んだ後、勾配方程式におけるy値として計算され得る。
【０１１２】
勾配(m)は、式(15)を使用して見つけられる。
【０１１３】
【数３３】
0006487442.tif 000039
【０１１４】
たとえば、カテゴリー3 PRU484における1.2Wの実際のPrectのための勾配は、式(16)を使用して計算され得る。
【０１１５】
【数３４】
0006487442.tif 000040
【０１１６】
オフセット(b)は、式(17)を使用して見つけられる。
【０１１７】
b=y2-m*x2 (17)
【０１１８】
たとえば、カテゴリー3 PRU484における1.2Wの実際のPrectのためのオフセットは、式(18)を使用して計算されることになる。
【０１１９】
b=y2-m*x2=43.3-(-43.4)*1.5=108.4 (18)
【０１２０】
最後に、
【０１２１】
【数３５】
0006487442.tif 000041
【０１２２】
許容差が、一例として上記の値を使用して、式19に示すように計算されることになる。
【０１２３】
Y=mX+b=-43.4*1.2+108.4=56.32% (19)
【０１２４】
この方法を使用して、IrectNが計算され得るが、Prectの実数値が未知であるので、それもまた、次の方法で、報告Prectを使用する反復プロセスに基づいて決定され得る。最初に、
【０１２５】
【数３６】
0006487442.tif 000042
【０１２６】
のための値が仮定され得る(たとえば、2W)。2Wを一例として使用すると、式(19)に基づき、カテゴリー3 PRU484を使用する、
【０１２７】
【数３７】
0006487442.tif 000043
【０１２８】
許容差は、±32.5%となる。
【０１２９】
【数３８】
0006487442.tif 000044
【０１３０】
の許容差は、一般に±3%である。これらの許容差を使用して、最小可能報告Prectが計算され得る。計算された最小可能報告Prectが、実際の報告値に等しい(以下で説明する、あるしきい値内である)場合、
【０１３１】
【数３９】
0006487442.tif 000045
【０１３２】
は、最初に仮定された値(たとえば、2W)である。しかしながら、計算された最小可能報告Prectが、実際の報告値に等しく(以下で説明する、あるしきい値内では)ない場合、新しい
【０１３３】
【数４０】
0006487442.tif 000046
【０１３４】
が仮定されてよく、マッチ(以下で説明する、あるしきい値内)が見つかるまで、プロセスが繰り返されてよい。
【０１３５】
上述のように、Prectについての実際の報告値と、計算された最小可能報告Prectとの間の「マッチ」は、しきい値内であり得る。しきい値は、理論的データ、模擬データ、または実験的データに基づき得る。しきい値はまた、計算においてメモリ制約または時間遅延を課すことなしに、可能な限り低く設定され得る。たとえば、長く複雑な計算を回避するために、しきい値は、10μWよりも大きく設定され得る。しきい値はまた、測定される損失された電力の精度を維持するために十分低く(たとえば、1Wを下回るように)設定され得る。一実施形態では、しきい値は、10mw程度になるように設定され得る。たとえば、10mWのしきい値が使用される場合、最小可能報告Prectは、実際の報告Prectよりも最大で10mW大きくなり得る。結果として、最小可能報告値は、実際の報告値よりも大きくないことがある。
【０１３６】
各PRU484は、異なるPrectを報告することがあり、
【０１３７】
【数４１】
0006487442.tif 000047
【０１３８】
についての許容差は、PRU484カテゴリーによって変動する。したがって、この反復計算は、PRU484ごとに完了され得る。
【０１３９】
PRU484によって引き起こされる誘導加熱は、deltaR1として知られる、PTU404コイル電流と直列の抵抗器としてモデル化される。大きいdeltaR1値を有するPRU484は、より小さいdeltaR1を有するPRU484よりも多くの電力を放散させ得る(たとえば、より多くの熱を作り出す)。特定のPRU484における誘導加熱は、式(20)を使用して計算され得る。
【０１４０】
【数４２】
0006487442.tif 000048
【０１４１】
(Accur)2は、PRU484に流れるAC電流である。特定のPTU404における特定のPRU484のための最大deltaR1値を使用すると、PRU484によって引き起こされる誘導加熱は、式(21)において計算されるような、各PRU484によって引き起こされる最大誘導加熱よりも低くなり得る。
【０１４２】
【数４３】
0006487442.tif 000049
【０１４３】
明示したように、PRU484の放散電力は、式(3)によって計算される。ただし、PRU484の回路ブロックの各々において放散される電力を測定することは可能ではないので、式(22)は、PRU484が各PRU484において放散される最大可能電力をどのように計算するかを明示する。
【０１４４】
【数４４】
0006487442.tif 000050
【０１４５】
PRU484は、一定の比例係数Prect_conv_Nを使用することによって、そのPrectをその放散電力に変換する。この変換係数は、PRU484設計ごとに異なることがあり、少なくとも±50%の放散電力許容差とともに、PRU484の
【０１４６】
【数４５】
0006487442.tif 000051
【０１４７】
を報告し得る。放散電力は許容差を含むので、最大放散電力は、式(23)に示すように、PRU484がPTU404に報告する値から計算され得る。
【０１４８】
【数４６】
0006487442.tif 000052
【０１４９】
式(23)は、実際の放散電力が、計算された最大放散電力よりも決して大きくなり得ないことを保証する。PRU484設計がより大きい精度を備える場合、50%未満の最大許容差が報告され得る。そのような場合、PRU484は、変数
【０１５０】
【数４７】
0006487442.tif 000053
【０１５１】
を報告し、
【０１５２】
【数４８】
0006487442.tif 000054
【０１５３】
を計算するために、式(23)ではなく、式(24)を使用することになる。
【０１５４】
【数４９】
0006487442.tif 000055
【０１５５】
PRU484が可変量の電力を要求する(たとえば、PRU484が「動的負荷」である)場合、PTU404は、PTU404およびPRU484において測定された電力間の同期を損失することがある。この同期の損失は、誤差を作り出すことがあり、非準拠物体または非準拠デバイスのフォールスポジティブな検出につながり得る。動的負荷の場合におけるこれらの問題を防止するために、式(25)が、動的負荷の存在を検出するために使用される。
【０１５６】
ABS(Acpwr-Acpwr_prev)>Dynthresh (25)
【０１５７】
ABS(x)は、丸括弧内の値(x)の絶対値を表す。Acpwrは、現在時間におけるPTU404コイルの入力において測定されたAC電力を表し、Acpwr_prevは、PTU404コイルの入力において以前に測定されたAC電力を表す。PTU404コイルの入力において測定された電力が、しきい値(Dynthresh)よりも大きく変化する場合、存在する動的負荷があると仮定され、動的負荷カウンタフラグDynflag(以下でさらに説明する)が設定される。
【０１５８】
図5は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得るPTU504(PTU404など)の機能ブロック図である。PTU504は、たとえば、ビル内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、従来のDC電源をPTU504に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)、または従来のDC電源(図示せず)から直接など、いくつかの電源を通じて、電力を受信することができる。
【０１５９】
PTU504は、以下「充電領域」と呼ぶ、電磁場または磁場を生成するための送信アンテナ514を含み得る。送信アンテナ514は、コイル(たとえば、誘導コイル)および/もしくはRFアンテナ、または、電力をワイヤレスに出力するための任意の他の好適なデバイスであり得る。送信アンテナ514は、リッツ線を用いて、または、低抵抗のために設計されたアンテナストリップとして実装され得る。一実装形態では、送信アンテナ514は、テーブル、マット、ランプ、または他の静止した構成など、より大きい構造に関連付けられ得る。したがって、送信アンテナ514は、実用的な寸法になるように「巻く」必要がない場合がある。送信アンテナ514の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(たとえば、波長の数分の一)とし、共振周波数を規定するためにキャパシタ(たとえば、図3のキャパシタ354および356)を使用することによって、使用可能な低い周波数で共振するように同調され得る。例示的な実施形態では、送信アンテナ514(または別のアンテナ)は、充電領域内、その近く、または周囲の受信機デバイス(たとえば、PRU484)に電力を送信することができる。例示的な実施形態では、送信アンテナ514(または別のアンテナ)は、図4に関して説明したように、PRU484から、それが受信した電力の量に関する確認を受信することができる。送信アンテナ514(または別のアンテナ)はまた、以下で説明するように、PRU484の様々な仕様についての情報をPRU484から受信することもできる。送信アンテナ514(または別のアンテナ)はまた、PRU484が完全に充電されているという承認を、PRU484から受信することもできる。一実施形態では、送信アンテナ514(または別のアンテナ)は、Bluetooth（登録商標） Low Energy(BLE)リンクを介してPRU484と通信することができる。
【０１６０】
例示的な一実施形態では、PTU504は、無期限にそのままでないことがある。このために、PTU504は、その周辺にあるPRU484が完全に充電された後、長時間実行することを妨げられ、このことは、送信アンテナ514が、PRU484が完全に充電されるとき、PRU484から受信することに失敗するか、または誤った承認を受信する場合に起こり得る。ユーザは、所望の時間量の後、シャットダウンするように、PTU504をプログラムすることがある。PTU504の周辺に別のPRU484が配置されている場合、PTU504が自動的にシャットダウンすることを防止するために、PTU504は、以下で説明するように、設定された期間にその周辺において動作が検出されなかった後、自動的にシャットダウンすることができる。ユーザは、非活動時間間隔を設定し、その時間間隔を必要に応じて変更することができる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、PRU484が最初に完全に放電されるという仮定の下に、PRU484を完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長くなり得る。
【０１６１】
PTU504は、送信回路506をさらに含み得る。送信回路506は、発振信号(たとえば、RF信号)を生成するための発振器523を含み得る。送信回路506は、RF信号を介して、送信アンテナ514にRF電力を提供することができ、その結果、送信アンテナ514の周りにエネルギー(たとえば、磁束)が生成される。PTU504は、任意の好適な周波数、たとえば、6.78MHz ISM帯域において動作することができる。
【０１６２】
送信回路506は、送信回路506のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ514に整合させるための、固定インピーダンス整合回路509を含み得る。また、送信回路506は、PRU484の自己ジャミングを防止するレベルまで高調波放射を低減するように構成された、ローパスフィルタ(LPF)508を含み得る。他の例示的な実施形態は、他の周波数を通しながら、特定の周波数を減衰させるノッチフィルタなど、異なるフィルタトポロジーを含み得る。送信回路506は、RF信号を駆動するように構成されたドライバ回路524をさらに含み得る。他の例示的な実施形態は、送信アンテナ514への出力電力、またはドライバ回路524へのDC電流など、測定可能な送信メトリックに基づいて変動され得る、適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路506は、ディスクリートデバイス、ディスクリート回路、および/または構成要素の一体型アセンブリをさらに備え得る。送信アンテナ514から出力される例示的なRF電力は、0.3ワットから20ワットまでであってよく、または、より高いもしくは低い値でもよい。
【０１６３】
送信回路506は、機能の中でも、PRU484の送信位相(またはデューティサイクル)中に発振器523を選択的に有効にするための、コントローラ515をさらに含み得る。コントローラ515はまた、発振器523の周波数または位相を調整することもできる。発振器523の位相および送信経路内の関連する回路の調整によって、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外放射を低減できるようになる場合がある。コントローラ515はまた、PRU484と相互作用するための通信プロトコルを実装するように、発振器523の出力電力レベルを調整することもできる。
【０１６４】
コントローラ515はまた、それが送信回路506における他の構成要素から送り、受信するデータに基づいて、計算を実施することもできる。それらの計算において使用するために、送信回路506はまた、データを一時的または永続的に記憶するためのメモリ570を含み得る。メモリ570はまた、以下で説明するような計算において使用するために、PTU504および/またはPRU484の構成要素の様々な仕様を記憶することもできる。
【０１６５】
コントローラ515は、PTU504に関連付けられ得るPRU484の所在およびステータスについての情報を収集および追跡することができる。したがって、送信回路506は、チャージされるべきPRU484が充電領域に入るとき、PRU484の初期の存在を検出するため、および、そのようなイベントにおいてPTU504をオンにするために、存在検出器580(たとえば、動き検出器)を含み得る。存在検出器580は、送信アンテナ514、または図5に示されない別の適切なアンテナを介して、PRU484を検出することができる。コントローラ515は、存在検出器580からの存在信号に応答して、ドライバ回路524へ、またはドライバ回路524から進む電力の量を調整することができる。送信アンテナ514は、次いで、RF電力をPRU484へ伝達することができる。
【０１６６】
送信回路506は、ドライバ回路524へ流れる電流を監視するための負荷感知回路516をさらに含んでよく、この電流は、存在検出器580によって検出されるような、充電領域の近傍におけるPRU484または非準拠デバイス(たとえば、図4の非準拠物体486)の存在または不在によって影響を受けることがある。コントローラ515はまた、ドライバ回路524における負荷変化を検出して、発振器523を有効にするべきか否かを決定することもできる。
【０１６７】
充電領域に影響を及ぼす非準拠物体486の存在を検出する際に使用するために、コントローラ515は、送信アンテナ514を介して送信された電力が不明であるか否か、および、どの程度までそうであるかを決定する(たとえば、損失電力の量を決定する)ことができる。コントローラ515は、それよりも上で1つまたは複数の非準拠物体486の検出が起こるようになる、(以下でさらに説明するような)損失された電力の量を表す初期しきい値(Dynthresh)を、さらに設定および/または修正することができる。
【０１６８】
損失電力を決定する際に使用するために、コントローラ515は、PTU504がその電源(図示せず)から引き出し中であり得る最小可能電力(Pin_min)(たとえば、PTU504がそのコイルの入力において測定中である最小可能電力)を計算することができる。この計算を行うために、図4に関して説明したように、コントローラ515は、PTU504の様々な仕様、たとえば、PTU504の構成要素の測定許容差(
【０１６９】
【数５０】
0006487442.tif 000056
【０１７０】
)、PTU504構成要素許容差などを使用することができる。
【０１７１】
また、損失電力を決定する際に使用するために、コントローラ515は、送信アンテナ514がPRU484から確認することができる最大可能電力の和(
【０１７２】
【数５１】
0006487442.tif 000057
【０１７３】
)(たとえば、PRU484が、消費されたとして確認する最大可能電力)を計算することができる。この計算を行うために、図4に関して説明したように、コントローラ515は、PRU484の様々な仕様、たとえば、PRU484受信電流許容差(
【０１７４】
【数５２】
0006487442.tif 000058
【０１７５】
)、PRU484放散電力許容差(
【０１７６】
【数５３】
0006487442.tif 000059
【０１７７】
)、PRU484誘導加熱などを使用することができる。
【０１７８】
【数５４】
0006487442.tif 000060
【０１７９】
を計算する際に、コントローラ515はまた、PTU504から取得されたサンプルと、PRU484から取得されたサンプルとの間の、時間領域における整合の状態を考慮に入れることもできる。たとえば、コントローラ515がPRU484から3つのサンプルの第1のセットと、PTU504から3つのサンプルの第2のセットとを取る場合、第1のセットが第2のセットと時間的に対応(たとえば、整合)することが望ましい。第1のセットおよび第2のセットが時間的に対応しない場合、コントローラ515は、リセットして、続けて新しいサンプルを収集することになる。
【０１８０】
Pin_minおよび
【０１８１】
【数５５】
0006487442.tif 000061
【０１８２】
は、式(26)に示すような不等式に実装され得る。
【０１８３】
【数５６】
0006487442.tif 000062
【０１８４】
この不等式が真である場合、コントローラ515は、損失電力を検出する(および、以下で説明するように、損失電力カウンタフラグLPflagを設定する)。
【０１８５】
式(26)において使用するために、コントローラ515は、最初に、理論的データ、模擬データ、または実験的データに基づいて、Dynthreshを固定値に設定することができる。一実施形態では、コントローラ515は、初期しきい値を、実験的に決定された全システム誤差に等しく設定することができる。コントローラ515は、非準拠物体486が存在しないとき、PTU504において生成された実際の電力と、PRU484によって消費された実際の電力(たとえば、使用された電力、放散電力など)との測定値を取得することによって、実験的な全システム誤差を決定することができる。コントローラ515は、次いで、実験的な全システム誤差を2つの測定値間の差として設定することができる。
【０１８６】
コントローラ515はまた、(1)動的負荷が存在すること、および/または動的負荷が可変量の電力を要求すること、(2)PTU504出力電力における変化を引き起こすシステム動作点、(3)PRU484が充電中であるか否か、(4)PTU504および/またはPRU484の測定許容差、ならびに、(5)PTU504が「ビーコンモード」であるか、「電力伝達」モードであるかなど、PTU504および/またはPRU484の様々な仕様に基づいて、Dynthreshを動的に変化させることもできる。
【０１８７】
上述のように、コントローラ515は、動的負荷が存在する場合に、Dynthreshを調整することができる。一実施形態では、コントローラ515は、動的負荷が存在する場合に、Dynthreshを増大させることができる。一実施形態では、PRU484が電源切断される場合、コントローラ515は、PRU484を、動的負荷を有するかまたは示すとして識別しなくてよい。PRU484が電源投入され、可変量の電力を消費中(たとえば、ビデオをストリーミング中、大音量の音楽を再生中など)である場合、コントローラ515は、PRU484を、動的負荷を有するかまたは示すとして識別することができる。コントローラ515が、PRU484を、動的負荷を有するかまたは示すとして識別する場合、一実施形態では、コントローラ515は、識別された動的負荷が除去されるまで、Dynthreshを最大値に設定する(たとえば、事実上、制約としてのDynthreshを除去する)ことができる。コントローラ515は、PTU504測定およびPRU484測定が同期されるとき、動的負荷を無視することができる。
【０１８８】
いくつかの実施形態では、望ましい(たとえば、10秒に1回、3Wと1Wとの間で変動する)よりも高い周波数においてその電力消費を変動させる動的負荷は、損失電力についてフォールスポジティブを作り出すことがある。一実施形態では、動的負荷が、しきい値周波数よりも大きい周波数において変動する場合、コントローラ515は、その負荷の結果としての損失電力への変化を無視することができる。一実施形態では、コントローラ515は、しきい値周波数を、1Hz、2Hz、5Hz、10Hzなどになるように設定することができる。別の実施形態では、コントローラ515は、負荷が変動する周波数が10Hzよりもわずかに高い場合でも、動的負荷を検出することを考慮に入れることができる。
【０１８９】
上述のように、コントローラ515は、その出力電力を変化させるシステム動作点の場合に、Dynthreshを調整することができる。一般に、システム動作点は、PTU504によって送信中である電力と、PRU484によって消費中である電力との量または大きさに基づき、またはそれを示す。PTU504およびPRU484において取られる様々な誤差測定値は、一般に、PTU504によって送出され、PRU484によって消費される電力のレベルに比例して変動する。したがって、コントローラ515は、動的しきい値が大きさに比例する方法で、異なるシステム動作点において、Dynthreshの値を設定することになる。一実施形態では、PTU504および/またはPRU484の電力消費が増大する場合、コントローラ515は、Dynthreshを増大させることができる。別の実施形態では、PTU504および/またはPRU484の電力消費が減少する場合、コントローラ515は、Dynthreshを減少させることができる。また別の実施形態では、PRU484の電力消費のばらつきが、あらかじめ決定されたばらつきしきい値を上回る場合、コントローラ515は、それに応じて、Dynthreshを調整することができる。
【０１９０】
一実施形態では、PTU504がそのコイルに10Wを出力するとき、コントローラ515は、Dynthreshを3Wになるように指定することができる。PTU504が後でそのコイルに0.5Wを出力する場合、コントローラ515は、Dynthreshを3Wではなく1Wになるように修正することができる。
【０１９１】
上述のように、コントローラ515は、PRU484が充電中であるか否かに基づいて、Dynthreshを調整することができる。一例として、コントローラ515は、PTU504がPRU484を充電中であるとき、Dynthreshを3Wになるように設定することができる。PTU504が1つまたは複数のPRU484を充電中ではない場合、コントローラ515は、Dynthreshを1.5Wになるように調整することができる。
【０１９２】
上述のように、コントローラ515はまた、上記で図4、Table 1(表1)〜Table 4(表4)、および式(7)に関してさらに説明したように、PTU504および/またはPRU484の測定許容差に基づいて、Dynthreshを調整することもできる。
【０１９３】
上述のように、コントローラ515は、PTU504が「ビーコンモード」であるか、「電力伝達」モードであるかに基づいて、Dynthreshを調整することができる。PTU504がPRU484を充電中であるとき、PTU504は「電力伝達モード」である。電力伝達モード中に、コントローラ515は、上記で説明したように、損失電力を計算する。一実施形態では、コントローラ515は、以下で「ビーコンモード」(または「低電力状態」もしくは「省電力状態」)と呼ぶ、PTU504の出力を無効にする(たとえば、PTU504をPRU484から切断する)ことができる。たとえば、省電力にするために、PTU504は、電力伝達モードから一時的に出て、低電力モードに入ることができ、低電力モードでは、PTU504は、低電力「ビーコン」信号を周期的に送信して、PTU504が入ってくるPRU484の検出を可能にしながら、電力を節約する(たとえば、ビーコンモードに入る)ことを可能にする。ビーコンモード中に、損失電力についての計算は、式(27)に示すようになる。
【０１９４】
【数５７】
0006487442.tif 000063
【０１９５】
ビーコンモード中に、寄生抵抗(R1)は、一般に0または負である。したがって、
【０１９６】
【数５８】
0006487442.tif 000064
【０１９７】
が0よりも大きい場合、損失電力が存在する。また、ビーコンモード中に、一連の短いコイル電流パルス、および長いコイル電流パルスがある。一実施形態では、PTU504は、短パルスを使用してPRU484を検出しないことがあるが、PTU504は、長パルスを用いてPRU484を検出することがある。したがって、ビーコンモード中に、コントローラ515は、長パルス上で同期されるPRU484の電力測定値を取ることができる。コントローラ515が電力測定値を取ったとき、PRU484がPTU504上に配置されており、短パルス上で接続しなかった場合、コントローラ515は、deltaR1によって消費された電力を検出し、それが損失電力であると仮定することができる。コントローラ515は、これらの電力測定値を、ビーコンパルスをトリガした10ミリ秒後に取ることができる。これは、コントローラ515が測定値を取る前に、ビーコンパルスが定常状態に達することを保証するように意図されている。長ビーコンパルスは毎秒発生するので、コントローラ515がビーコンモードで非準拠物体486を検出するために、少なくとも6秒かかり得る。
【０１９８】
上述のように、コントローラ515が損失電力を検出する(たとえば、非準拠物体486の存在を検出する)とき、コントローラ515は、即時に障害を起こさなくてよい(たとえば、PTU504をオフにしなくてよい)。代わりに、コントローラ515は、損失電力カウンタフラグLPflagを設定することができる。コントローラ515は、各連続した損失電力検出において、このフラグを設定することができる。加えて、コントローラ515が動的負荷を検出する場合、コントローラ515は、動的負荷フラグDynflagを設定することができる。これらのフラグおよびそれらの関連するカウンタを、式(28)および式(29)に示す。
【０１９９】
Mflag≧Dynflag (28)
【０２００】
Nflag>LPflag (29)
【０２０１】
コントローラ515が十分なフラグを連続的に設定する場合、コントローラ515は障害を起こし得る。この手法は、コントローラ515に障害を起こさせるフォールスポジティブな損失電力検出イベントの確率を減らすことができる。一実施形態では、コントローラ515は、以下で説明するように、少数のフォールスポジティブが存在し得る確率を考慮に入れることができる。
【０２０２】
動的負荷が存在する場合(図4に関して上記で説明したように)、PTU504測定およびPRU484測定は同期されず、複数のフォールスポジティブフラグが生じることがある。したがって、別の実施形態では、コントローラ515は、12個の連続した損失電力フラグを待機し、次いで、それらのフラグのうちのわずか2つがまた動的負荷であるとしてフラグを付けられた場合、障害状態を実行し得る。コントローラ515が、12個の連続した損失電力フラグを検出し、それらのフラグのうちのわずか2つがまた動的負荷であるとしてフラグを付けられる場合、コントローラ515は障害を起こし得る。一実施形態では、コントローラ515が3分未満のうちに4回障害を起こす場合、PTU504はラッチし得る。別の実施形態では、コントローラ515は、障害状態を実行する前に、6つの電力損失フラグを待機することができる。コントローラ515が3分未満のうちに4つの障害を実行する場合、PTU504はラッチし得る。
【０２０３】
コントローラ515は、様々なシステム状態に応答して、フラグカウントをリセットすることができる。いつフラグカウントをリセットするべきかを決定するために、コントローラ515は、動的データについてPRU484をポーリングすることができる。一実施形態では、PRU484ポーリング開始からPRU484返答までの時間は、250ミリ秒未満であり得る。この例では、コントローラ515は、コントローラ515が受信および計算するために250ミリ秒よりも長くかかるポーリング応答からのいかなる結果をも破棄することができる。一実施形態では、コントローラ515は、12個の連続した測定値の中から2つ以上が動的負荷フラグを引き起こした場合、フラグカウントをリセットすることができる。
【０２０４】
図6は、本発明の例示的な実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて使用され得る(図4のような)PRU484の機能ブロック図である。
【０２０５】
PRU484は、PRU484の様々な構成要素を備える受信回路610を含み得る。受信回路610は、送信アンテナ(たとえば、図5の送信アンテナ514)から電力を受信するための受信アンテナ618を含み得る。PRU484は、それに受信電力を提供するための負荷650にさらに結合し得る。負荷650はPRU484の外部であってよく、または、負荷650はPRU484に内蔵されてよい(図示せず)。受信回路610は、以下で説明するように、PRU484のプロセスを協調させるためのプロセッサ616をさらに含み得る。
【０２０６】
受信アンテナ618は、送信アンテナ514(図5)のように、同様の周波数において、または指定された周波数の範囲内で共振するように同調され得る。受信アンテナ618は、送信アンテナ514と同様の寸法を有してもよく、または負荷650の寸法に基づいて異なるサイズを有してもよい。一実施形態では、受信アンテナ618は、Bluetooth（登録商標） Low Energy(BLE)リンクを介して送信アンテナ514と通信することができる。この通信によって、PRU484がフィードバックデータをPTU504へ送ることを可能にすることができ、それによって、PTU504が、その磁場の強度を変動させて、PRU484へ伝達されている電気エネルギーを調整することを可能にすることができる。負荷650が、送信アンテナ514の直径または長さよりも小さい直径または長さ寸法を備える場合、受信アンテナ618は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、受信コイルのインピーダンスを増加させるために、多巻きコイルとして実装され得る。たとえば、受信アンテナ618は、アンテナ径を最大化し、受信アンテナ618のループ巻き(たとえば、巻線)数と、巻線間のキャパシタンスとを低減するために、負荷650の実質的な外周の周囲に配置され得る。
【０２０７】
電力を負荷650へ送信するために、送信アンテナ514からのエネルギーは、受信アンテナ618へワイヤレスに伝播され、次いで、受信回路610の残りを通じて負荷650に結合され得る。
【０２０８】
より効率的な電力伝達のために、受信回路610は、受信アンテナ618に対するインピーダンス整合をもたらすことができる。この達成を助けるために、受信回路610は、受信されたRFエネルギー源を、負荷650によって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606を含み得る。
【０２０９】
電力変換回路606は、受信アンテナ618において受信されたRFエネルギー信号を、出力電圧を用いて非交流電力に整流するために、RF-DCコンバータ620を含み得る。RF-DCコンバータ620は、部分または完全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、リニアまたはスイッチングコンバータなどであり得る。
【０２１０】
電力変換回路606はまた、整流されたRFエネルギー信号を、負荷650と互換性のあるエネルギー電位(たとえば、電圧)に変換するために、DC-DCコンバータ622(または他の電力調整器)を含み得る。
【０２１１】
受信回路610は、受信アンテナ618を電力変換回路606に接続する、または電力変換回路606から切断するための、スイッチング回路612をさらに含み得る。受信アンテナ618を電力変換回路606から切断することで、負荷650の充電を一時停止し、かつ/または「負荷」650をPTU504によって「見られる」ように変化させることができる。
【０２１２】
複数のPRU484がPTU504充電場において存在するとき、プロセッサ616は、他のPRU484がより効率的にPTU504に結合できるようにするために、1つまたは複数のPRU484の装荷および除荷を時間多重化(たとえば、スイッチ)するように構成され得る。PRU484の除荷(以下「クローキング」または「クロークされる」と呼ぶ)によって、他の近くのPRU484への結合を除去するか、または近くのPTU504への装荷を低減することができる。また、クローキングは、他のイベント、たとえば、充電電力を負荷650に提供する外部の有線充電源(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出が発生したときにも起こり得る。除荷と装荷との間のスイッチングは、PTU504によって検出され得る。したがって、除荷と装荷との間のスイッチングは、特定の速度で実施されて、PRU484からPTU504へメッセージを送ることを可能にするプロトコルとして機能し得る。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であり得る。このスイッチング技法を使用して、PRU484は、PRU484についての様々な仕様をPTU504へ送るように構成されてよく、たとえば、PTU504が(図4および図5において説明するように)
【０２１３】
【数５９】
0006487442.tif 000065
【０２１４】
と
【０２１５】
【数６０】
0006487442.tif 000066
【０２１６】
と、Dynthreshとを計算するための仕様である。
【０２１７】
例示的な実施形態では、PTU504とPRU484との間の通信は、従来の双方向通信(たとえば、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を指す。言い換えれば、PTU504は、エネルギーが近接場において利用可能であるか否かを調整するために、送信された信号のオン/オフキーイングを使用することができる。PRU484は、エネルギーにおけるこれらの変化をPTU504からのメッセージとして解釈することができる。受信機側から、PRU484は、場から受け入れられている電力量を調整するために、受信アンテナ618の同調および離調を使用することができる。場合によっては、同調および離調は、スイッチング回路612を介して達成され得る。PTU504は、場からの使用される電力のこの差を検出し、これらの変化をPRU484からのメッセージとして解釈することができる。他の形態の送信電力の変調および負荷650の挙動が利用され得る。
【０２１８】
受信回路610は、PTU504からPRU484への情報シグナリングであり得る受信エネルギー変動を識別するために、シグナリング/ビーコン検出器回路614をさらに含み得る。プロセッサ616は、ビーコン状態を決定し、PTU504から送られたメッセージを抽出するために、シグナリング/ビーコン検出器回路を監視することができる。さらに、シグナリング/ビーコン検出器回路614は、低減されたRF信号エネルギー(たとえば、ビーコン信号)の送信を検出するために使用され得る。シグナリング/ビーコン検出器回路614は、受信回路610をワイヤレス充電のために構成するために、低減されたRF信号エネルギーを、受信回路610内の電力供給されないかまたは電力が枯渇したかのいずれかの回路をアウェイクするための公称電力にさらに整流することができる。
【０２１９】
図7Aおよび図7Bは、(図5の)コントローラ515が、(図5に関して上記で説明したように)非準拠物体(たとえば、非準拠物体または非準拠デバイス486)が充電領域に影響を及ぼしているか否かを決定するための、例示的な方法のフローチャート700を示す。ブロック702で、コントローラ515は、PTU504が1つまたは複数のPRU(たとえば、PRU484)を充電中であるとき、この方法を開始する。ブロック704で、コントローラ515は、PTU504がその電源から引き出し中であり得る最小可能電力(たとえば、Pin_min)を決定する。一実施形態では、コントローラ515は、PTU504の第1の電力レベルの第1の電力測定値(たとえば、Pin)を取得し、次いで、PTU504の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の調整電力測定値(たとえば、Pin_min)を決定することができる。ブロック706で、コントローラ515は、PRU484から、送信アンテナ514がPRU484から確認することができる最大可能電力の和(たとえば、
【０２２０】
【数６１】
0006487442.tif 000067
【０２２１】
)を受信する。一実施形態では、コントローラ515は、PRU484によって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値(たとえば、Pack)を取得し、次いで、PRU484の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の調整電力測定値(たとえば、Pack_max)を決定することができる。別の実施形態では、コントローラ515は、PRU484の各々についてPack_maxを決定し、次いで、
【０２２２】
【数６２】
0006487442.tif 000068
【０２２３】
を、各Pack_maxの和に基づいて決定することができる。ブロック708で、コントローラ515は、電力損失しきい値パラメータ(Dynthresh)を決定する。ブロック710で、コントローラ515は、Pin_minと
【０２２４】
【数６３】
0006487442.tif 000069
【０２２５】
との間の差の絶対値がDynthreshよりも大きいか否かを決定する。そうである場合、ブロック711で、コントローラは、動的負荷が検出されるか否かを決定する。そうである場合、ブロック713で、コントローラ515は、Dynthreshを増大させ、次いでブロック710へ戻る。ブロック711で、コントローラが、動的負荷が検出されなかったと決定した場合、ブロック715で、コントローラ515は、イベントの数がフラグ数Nflag(たとえば、ある整数値)を超えているか否かを決定する。そうでない場合、ブロック712で、コントローラ515は、PRU484を充電するように、PTU504に命令することを進めるか、または継続する。ブロック715で、コントローラが、イベントの数がNflagを超えていると決定する場合、ブロック714で、コントローラ515は、非準拠物体486が存在すると決定する。たとえば、コントローラ515は、Nflagを超えているイベントの数をカウントすることができる。次いでブロック716で、コントローラ515は、PTU504への電力をオフにする。別の実施形態では、ブロック716で単にオフにするのではなく、PTU504は、代わりに、または追加として、第1の電力レベルを調整し、かつ/または、PTU504からPRU484への電力の送信の状態を変化させることができる。ブロック710で、Pin_minと
【０２２６】
【数６４】
0006487442.tif 000070
【０２２７】
との間の差の絶対値がDynthreshよりも大きくない場合、ブロック712で、コントローラ515は、PRU484を充電するように、PTU504に命令することを進めるか、または継続する。この方法は、ブロック718で終了する。
【０２２８】
図8は、図5の送信機によって実行される、(図5の)コントローラ515が電力損失しきい値パラメータ(Dynthresh)を設定および変動させるための例示的なプロセスのフローチャート800である。ブロック804で、コントローラ515は、プロセスを開始する。コントローラ515は、初期Dynthreshを設定する目的で、いくつかのチェックのうちの1つまたは複数を実施することになる。コントローラ515は、チェックのうちの一部または全部を実施することができる。たとえば、ブロック808で、コントローラ515は、図5に関して説明したように、初期Dynthreshを決定するために、システム動作点レベルを検討する。別の例として、ブロック812で、コントローラ515は、図5に関して説明したように、初期Dynthreshを決定するために、PTU504および1つまたは複数のPRU484の測定許容差を検討する。別の例として、ブロック816で、コントローラ515は、図5に関して説明したように、初期Dynthreshを決定するために、1つまたは複数のPRU484の充電状態を検討する。別の例として、ブロック820で、コントローラ515は、図5に関して説明したように、初期Dynthreshを決定するために、PTU504から1つまたは複数のPRU484への電力の送信の状態を検討する。次いでブロック824で、コントローラ515は、図5に関して説明したように、初期Dynthreshを設定する。ブロック828で、コントローラ515は、上記のブロック808、812、816、および820に関して説明したシステム動作状態のいずれかが変化したか否かを決定する。そうである場合、コントローラ515は、図5に関して説明したように、それに応じてDynthreshを更新し、次いで、プロセスの開始へ戻る。システム動作状態のいずれも変化しなかった場合、ブロック836で、プロセスが終了する。
【０２２９】
図9は、電力をワイヤレスに伝達し、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定するための、例示的な方法のフローチャート900である。ブロック904で、方法が開始する。ブロック908で、方法は、充電領域内に配置された充電可能デバイスを給電または充電するために十分な第1の電力レベルにおける電力を、ワイヤレスに送信することを含む。ブロック912で、方法は、ワイヤレス電力送信機の第1の電力レベルの第1の電力測定値を取得することを含む。ブロック916で、方法は、ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第1の電力測定値の第1の調整電力測定値を決定することを含む。ブロック920で、方法は、充電可能デバイスによって受信された第2の電力レベルの第2の電力測定値を取得することを含む。ブロック924で、方法は、充電可能デバイスの少なくとも1つの構成要素の許容値に基づいて、第2の電力測定値の第2の調整電力測定値を決定することを含む。ブロック928で、方法は、第1の調整電力測定値と第2の調整電力測定値との間の電力差がしきい値を超えるか否かを決定することを含む。ブロック932で、方法が終了する。
【０２３０】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェア構成要素および/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、その動作を実施することが可能な任意の好適な手段によって実施され得る。一般に、図に示す任意の動作は、その動作を実施することが可能な対応する機能的手段によって実施され得る。たとえば、制御電圧に応答して電流を選択的に可能にするための手段は、第1のトランジスタを備え得る。加えて、開回路を選択的に提供するための手段を備える、制御電圧の量を限定するための手段は、第2のトランジスタを備え得る。
【０２３１】
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され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、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、磁場もしくは磁性粒子、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され得る。
【０２３２】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する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、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよび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、およびステップについて、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能性がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約によって決まる。説明した機能性は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、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され得ない。
【０２３３】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、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マブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、または、本明細書で説明する機能を実施するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実施され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでよいが、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、または状態機械でもよい。プロセッサを、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえばDSPおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアに関連する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することもできる。
【０２３４】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、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具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。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、当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に存在し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ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と一体化され得る。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(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)、フレキシブルディスクおよびブルーレイディスクを含み、この場合、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる場合がある。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在し得る。ASICは、ユーザ端末内に存在し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内にディスクリート構成要素として存在し得る。
【０２３５】
本開示の概要を述べるために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書で教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行することができる。
【０２３６】
上記で説明した実施形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書で定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書で示す実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【０２３７】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104、204  送信機
105  場、エネルギー場
108、208  受信機
110  出力電力
112  距離
114、214、514  送信アンテナ
118、218、618  受信アンテナ
205  ワイヤレス場、場
206、506  送信回路
210、610  受信回路
219  通信チャネル
222、523  発振器
223  周波数制御信号
224、524  ドライバ回路
226  フィルタ/整合回路
232  整合回路
234  整流器/スイッチング回路
236  バッテリー
350  送信回路または受信回路
352  送信アンテナまたは受信アンテナ、アンテナ、空芯ループアンテナ
354、356  キャパシタ
358  信号
404  電力伝達ユニット、PTU
480  ワイヤレス電力システム
484  電力受信ユニット、PRU
486  非準拠物体、非準拠デバイス
504  PTU
509  固定インピーダンス整合回路
515  コントローラ
516  負荷感知回路
570  メモリ
580  存在検出器
606  電力変換回路
612  スイッチング回路
614  シグナリング/ビーコン検出器回路
616  プロセッサ
620  RF-DCコンバータ
622  DC-DCコンバータ
650  負荷
【図１】
0006487442.tif 000071
【図２】
0006487442.tif 000072
【図３】
0006487442.tif 000073
【図４】
0006487442.tif 000074
【図５】
0006487442.tif 000075
【図６】
0006487442.tif 000076
【図７Ａ】
0006487442.tif 000077
【図７Ｂ】
0006487442.tif 000078
【図８】
0006487442.tif 000079
【図９】
0006487442.tif 000080