(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導無線送電器と少なくとも二つの誘導無線受電器との間の通信のために繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットを割り当てる方法であって、前記通信タイムスロットは前記誘導無線受電器による通信のために使用され、前記通信タイムスロットの各々に同期タイムスロットが先行し、前記誘導無線送電器と前記誘導無線受電器は誘導無線電力信号の変調及び復調により通信するように構成され、
前記誘導無線送電器により、前記同期タイムスロットの各々において、前記通信タイムスロット又は前記フレームの開始をマークする同期メッセージを送信するステップと、
前記誘導無線送電器により、未割当通信タイムスロットに先行する前記同期タイムスロットにおいて、前記未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを送信するステップと、
第一の誘導無線受電器により、前記未割当通信タイムスロット中に、前記第一の誘導無線受電器への前記未割当通信タイムスロットの割当を要求する割当要求メッセージを前記誘導無線送電器へ送信するステップと、
前記誘導無線送電器により、前記未割当通信タイムスロットに後続する前記同期タイムスロットにおいて、前記未割当通信タイムスロット中の前記割当要求メッセージの受信成功を示す受信ステータスメッセージを送信するステップと、
前記割当要求メッセージの受信が成功しなかった場合に、前記第一の誘導無線受電器が、未割当通信タイムスロットの割当の要求を再試行するステップであって、当該再試行までの待機時間がセミランダムであるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記同期タイムスロットの持続時間が３０〜６０ミリ秒の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記通信タイムスロットの持続時間が３０〜６０ミリ秒の範囲である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも二つの誘導無線受電器へ誘導無線電力信号を伝送するための一次コイルと、
前記一次コイルへ電力を供給するための電力変換器と、
前記誘導無線電力信号を変調及び復調するための電力変復調ユニットと、
通信及び制御ユニットと
を有する誘導無線送電器であって、
前記通信及び制御ユニットが、繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットにおいて前記誘導無線受電器と通信するように前記電力変復調ユニットを制御するように構成され、前記通信タイムスロットは前記誘導無線受電器による通信のために使用され、前記通信タイムスロットの各々に同期タイムスロットが先行し、前記通信及び制御ユニットがさらに、以下の通信プロトコル：
前記同期タイムスロットの各々において、前記通信タイムスロット又は前記フレームの開始をマークする同期メッセージを前記誘導無線受電器へ送信する；
未割当通信タイムスロットに先行する前記同期タイムスロットにおいて、前記未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを前記誘導無線受電器へ送信する；
第一の誘導無線受電器が、前記未割当通信タイムスロット中に、前記第一の誘導無線受電器への前記未割当通信タイムスロットの割当を要求する割当要求メッセージを送信する場合、前記割当要求メッセージを受信する；
前記未割当通信タイムスロット中の前記割当要求メッセージの受信に成功した場合、前記未割当通信タイムスロットに後続する前記同期タイムスロットにおいて、受信成功を示す受信ステータスメッセージを前記第一の誘導無線受電器へ送信する；
前記未割当通信タイムスロット中の前記割当要求メッセージの受信に成功しなかった場合、前記未割当通信タイムスロットに後続する前記同期タイムスロットにおいて、受信失敗を示す受信ステータスメッセージを前記第一の誘導無線受電器へ送信する；
前記受信失敗を示す受信ステータスメッセージを送信した後セミランダムな時間経過後に前記第一の誘導無線受電器から送信される未割当通信タイムスロットの割当を要求する割当要求メッセージを受信する；
を実行するように構成される、
誘導無線送電器。
【請求項５】
前記同期タイムスロットの持続時間が３０〜６０ミリ秒の範囲である、請求項４に記載の誘導無線送電器。
【請求項６】
前記通信タイムスロットの持続時間が３０〜６０ミリ秒の範囲である、請求項４又は５に記載の誘導無線送電器。
【請求項７】
誘導無線送電器から誘導無線電力信号を受信するための二次コイルと、
前記誘導無線電力信号を出力電力へ変換するための電力変換器と、
前記誘導無線電力信号を変調及び復調するための電力変復調ユニットと、
通信及び制御ユニットと
を有する誘導無線受電器であって、
前記通信及び制御ユニットが、繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットにおいて前記誘導無線送電器と通信するように前記電力変復調ユニットを制御するように構成され、前記通信タイムスロットは前記誘導無線受電器による通信のために使用され、前記通信タイムスロットの各々に同期タイムスロットが先行し、さらに以下の通信プロトコル：
前記同期タイムスロットの各々において、前記通信タイムスロット又は前記フレームの開始をマークする同期メッセージを前記誘導無線送電器から受信する；
前記誘導無線送電器から、未割当通信タイムスロットに先行する前記同期タイムスロットにおいて、前記未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを受信する；
前記誘導無線受電器が前記誘導無線送電器と通信する必要がある場合、前記未割当通信タイムスロット中に、前記誘導無線受電器への前記未割当通信タイムスロットの割当を要求する割当要求メッセージを前記誘導無線送電器へ送信する；
前記未割当通信タイムスロットに後続する前記同期タイムスロットにおいて、前記未割当通信タイムスロット中の前記割当要求メッセージの受信成功を示す受信ステータスメッセージを前記誘導無線送電器から受信する；
前記割当要求メッセージの受信が成功しなかった場合に、未割当通信タイムスロットの割当の要求を再試行し、当該再試行までの待機時間がセミランダムである；
を実行するように構成される、
誘導無線受電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導無線送電器と少なくとも二つの誘導無線受電器との間の通信のために繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットを割り当てる方法に関する。本発明はさらに、誘導無線送電器、及び誘導無線受電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導無線電力伝送はますます普及しつつある。この技術では、送電デバイスが一次コイルを使用して磁場を生成する。受電デバイスは、近接して一次コイルに誘導結合される二次コイルを使用して、この磁場からエネルギーをタップする。このように電気的接触を生じることなく電力が伝送される。かかる技術の一つはワイヤレスパワーコンソーシアムで標準化されており、Ｑｉという名前で知られている。
【０００３】
この技術の応用例では、携帯電話が受電器として機能し、二次コイルが内蔵されている。電話のバッテリの充電のために、これは一次コイルが内蔵された無線充電パッドの面に置かれる。二つのコイルは、適切な配置と位置合わせにより結合され、電力が誘導により無線で充電器から電話へ伝送される。このように電話は、電話にコネクタ及びワイヤを取り付ける必要なく、単にそれを専用充電器の面に置くだけで充電することができる。携帯電話又は他のポータブルデバイスの充電は低電力アプリケーションであり、典型的には約１〜５ワットの電力が送電器からから受電器へ伝送される。誘導無線電力伝送の高電力アプリケーションは、食品を調理するために、又は電気自動車を無線で充電するために使用され得る。
【０００４】
誘導無線電力伝送のＱｉ規格は、無線送電器と無線受電器との間の通信のための通信インターフェースを規定している。かかる通信はとりわけ送電を受電デバイスの特性に適切にマッチさせるために必要とされる。今のところ、この通信は単一の受電器と動作する単一の送電器に対してのみ規定されている。受電器から送電器への通信のみがサポートされ、受電器側の負荷変調により実現される。負荷変調は送信電力の変調につながり、これは送電器側で一次コイルの電圧又は電流の変調として検出され得る。単一の受電器はその電力需要を伝達し、送電器は受け入れる。これは例えばＷＯ２０１４０２０４６４に記載されている。
【０００５】
送電器内の単一の一次コイル（又は直列若しくは並列に作動される複数の一次コイル）が、複数の受電デバイス内の複数の二次コイルに結合される状況のための解決策が必要とされる。これは例えば複数のポータブルデバイスを同時に収容することができるより大きな充電パッドの場合に生じ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
単一の誘導無線送電器と複数の誘導無線受電器との間の通信を可能にする無線給電技術を提供することが本発明の目的である。本発明者らは、複数の受電器は各々負荷変調を使用して単一の送電器と通信することができるが、二つの受電器の二次コイル間の結合があまりにも弱いので、受電器は別の受電器からの通信を検出することができないことに気が付いた。これは別の受電器が同時に通信しているとき、受電器はこれが事実であることが単にわからないので、手を引くことができないことを意味する。従って、複数の受電器からの通信が、同時に通信する複数の受電器によるコリジョンを回避するよう分離され、受電器間の通信又は通信の検出も必要とせずに組織化されるアプローチが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これは、本発明の第一の態様に従って、誘導無線送電器と少なくとも二つの誘導無線受電器との間の通信のために繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットを割り当てる方法により実現され、送電器と受電器は誘導電力信号の変調及び復調により通信するように構成され、方法は：
‐送電器により、通信タイムスロット及びフレームの開始をマークする同期メッセージを送信するステップと、
‐送電器により、未割当通信タイムスロットの開始前に、未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを送信するステップと、
‐第一の受電器により、未割当通信タイムスロット中に、未割当通信タイムスロットの第一の受電器への割当を要求する割当要求メッセージを送電器へ送信するステップと、
‐送電器により、未割当通信タイムスロットの終了後に、未割当通信タイムスロット中のメッセージの受信成功を示す受信ステータスメッセージを送信するステップと、
‐送電器により、割当要求メッセージの受信成功の場合に、要求された割当が許可されることを示す許可メッセージをさらに送信するステップと
を有する。
【０００８】
これは、例え受電器が相互の通信を検出することができなくても、個々の誘導無線受電器にタイムスロットが割り当てられ得るという利点を持つ。割当は、受電器の各々と通信することができる単一の送電器により許可され、従って同時に通信する二つの受電器によって生じるコリジョンを検出することもできる。
【０００９】
一実施形態では、未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージは、未割当通信タイムスロットの直前の同期メッセージの一部である。別の実施形態では、受信ステータスメッセージ及び許可メッセージは、未割当通信タイムスロットの直後の同期メッセージの一部である。これは通信がコンパクトで効率的なままであるという利点を持ち、これは電力信号の変調により実際に達成され得る低いビットレートを考えると必要なことである。
【００１０】
さらなる実施形態では、通信タイムスロット及びフレームの開始をマークする同期メッセージの持続時間は３０ミリ秒から６０ミリ秒の範囲である。さらに別の実施形態では、通信タイムスロットの持続時間は３０ミリ秒から６０ミリ秒の範囲である。これらは通信アプローチに、６５ミリ秒の'ｄｉｇｉｔａｌ  ｐｉｎｇ  ｗｉｎｄｏｗ'持続時間が指定されている既存のＱｉ無線電力仕様と互換性を持たせるという利点を持つ。その持続時間内に留まることにより、上記プロトコルを実行する送電器が、既存の仕様のみと互換性のある受電器を検出し、それらと正しく作動することもできることが保証される。
【００１１】
本発明の第二の態様によれば、この目的は、
‐誘導電力信号を少なくとも二つの誘導無線受電器へ伝送するための一次コイルと、
‐一次コイルに電力を供給するための電力変換器と、
‐誘導無線電力信号を変調及び復調するための電力変復調ユニットと、
‐通信及び制御ユニットと、
を有する誘導無線送電器により達成され、通信及び制御ユニットは、繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットにおいて誘導無線受電器と通信するよう電力変復調ユニットを制御するように構成され、通信及び制御ユニットはさらに、以下の通信プロトコルを実行するように構成される：
‐通信タイムスロット及びフレームの開始をマークする同期メッセージを受電器へ送信する；
‐未割当通信タイムスロットの開始前に、未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを受電器へ送信する；
‐未割当通信タイムスロット中に第一の誘導無線受電器が未割当通信タイムスロットの第一の受電器への割当を要求する割当要求メッセージを送信する場合、割当要求メッセージを受信する；
‐未割当通信タイムスロットの終了後に、未割当通信タイムスロット中のメッセージの受信成功を示す受信ステータスメッセージを受電器へ送信する；
‐未割当通信タイムスロット中に割当要求メッセージの受信が成功した場合、未割当通信タイムスロットの終了後に、要求された割当が許可されることを示す許可メッセージを受電器へさらに送信する。
【００１２】
この誘導無線送電器は、例え受電器が相互の通信を検出することができなくても、個々の誘導無線受電器へタイムスロットを割り当てることができるという利点を持つ。割当は、受電器の各々と通信することができる送電器により許可されるので、同時に通信する二つの受電器によって引き起こされるコリジョンを検出することもできる。
【００１３】
本発明の第三の態様によれば、この目的は、
‐誘導無線送電器から誘導無線電力信号を受信するための二次コイルと、
‐前記電力信号を出力電力に変換するための電力変換器と、
‐誘導無線電力信号を変調及び復調するための電力変復調ユニットと、
‐通信及び制御ユニットと
を有する誘導無線受電器により達成され、通信及び制御ユニットは、繰り返しフレームに含まれる通信タイムスロットにおいて誘導無線送電器と通信するように電力変復調ユニットを制御するように構成され、さらに、以下の通信プロトコルを実行するように構成される：
‐通信タイムスロット及びフレームの開始をマークする同期メッセージを送電器から受信する；
‐未割当通信タイムスロットの開始前に、未割当通信タイムスロットが未割当であることを示すメッセージを送電器から受信する；
‐受電器が送電器と通信する必要がある場合、未割当通信タイムスロット中に未割当通信タイムスロットの受電器への割当を要求する割当要求メッセージを送電器へ送信する；
‐未割当通信タイムスロットの終了後に、未割当通信タイムスロット中のメッセージの受信成功を示す受信ステータスメッセージを送電器から受信する；
‐割当要求メッセージの受信成功の場合、要求された割当が許可されることを示す許可メッセージを送電器から受信する。
【００１４】
この誘導無線受電器は、誘導無線送電器からタイムスロットの割当を要求し受信することができ、従って受電器が相互の通信を検出することができなくても、同時に通信する他の受電器とのコリジョンなく通信することができるという利点を持つ。割当は、受電器の各々と通信することができる送電器により許可されるので、同時に通信する二つの受電器によって引き起こされるコリジョンを検出することもできる。
【００１５】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００１６】
本発明にかかる方法及び装置のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例及び実施形態を参照して、並びに添付の図面を参照して明らかとなり、図面はより一般的な概念を例示する非限定的な具体例となるに過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】二つの充電可能なモバイルデバイスと充電パッドを示す。
【図２】無線送電器と二つの受電器を示す。
【図３】無線送電器を示す。
【図４】無線受電器を示す。
【図５】タイムスロットを有するフレームを示す。
【図６】同期スロットを有する通信フレームを示す。
【図７】タイムスロットを割り当てるための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の記載は例えば携帯電話のバッテリの無線充電において適用される本発明の実施形態に主に焦点を当てる。しかしながら、本発明はその用途のみに限定されず、電力伝送需要が小型デバイス用の１‐５ワットからもっと高い値に及ぶ、スマートウォッチ、タブレット、ラップトップ、シェーバー、電動歯ブラシ、調理若しくは台所機器など、多くの他のデバイスで適用され得ることが理解されなければなならない。
【００１９】
明細書全体にわたって、誘導無線送電器及び誘導無線受電器は、単に送電器及び受電器とも呼ばれ、又は送信器及び受信器とさえ呼ばれる。
【００２０】
図１は無線電力用途の一実施例を示す。二つのモバイルデバイス１２及び１２ａが無線充電パッド１０の上に置かれる。この充電パッドは単なる一例であり、多くの形態があり得、別個のデバイスであるか、又は例えば車のダッシュボードの一部であるか、又はワークトップ面に組み込まれるか若しくは家具に一体化されてもよい。充電パッドは単一一次コイル１１を備え、誘導無線送電器として機能する。モバイルデバイスは各々二次コイル１３及び１３ａを備え、誘導無線受電器として機能する。充電パッドは一次コイルを通る交流電流を送り、これは交番磁界を発生させる。そしてこの磁場は二つの二次コイルに交流電圧と電流を誘起し、これは整流されてモバイルデバイスのバッテリを充電するために使用され得る。このように電力は誘導無線電力信号として充電器からモバイルデバイスへ無線で伝送される。この原理は従来の変圧器と似ているが、結合がはるかに弱く、二つのコイルは別々のデバイスに存在する。
【００２１】
典型的には、伝送されるべき電力量は用途及び受電器の要求に依存して約１〜５ワット又はそれ以上である。これらの用途における無線受電器の二次コイルは、典型的にはポータブルデバイスにフィットするサイズ範囲、例えばスマートウォッチから台所機器に及ぶデバイスに対して直径１〜１５ｃｍである。一次コイルはほぼ同じサイズであり得るか、又は図１に図示の通り複数の受電器に対応するためにより大きくなり得る。単一の大きな一次コイルの代わりに、直列又は並列の複数の一次コイルも使用され、単一のコイルとほぼ同じように作動され得る。
【００２２】
図１の実施例では、二つのモバイルデバイスが同時に充電されている。例えば一方のデバイスは既に完全に充電されているが他方はまだであるため、或いはデバイスの一方が他方のデバイスと同じ高さの電力レベルを扱うことができないため、一方のデバイスが他方のデバイスと異なる電力要件を持つ可能性がある。両デバイスが充電パッドにその電力需要を伝えることができなければならない。これは受電器側での負荷変調を通じて伝送される電力の変調により実現され得る。受電器が例えば直列又は並列な抵抗などの付加的な負荷を切り替えることにより、二次コイルを流れる電流を変化させる場合、これは一次コイルと二次コイルの間の相互誘導に起因して、一次コイルを流れる電流の変調にもつながる。このように受電器は誘導無線電力信号を変調することができる。これらの変調は送電器において容易に検出されることができ、このようにして受電器から送電器へビット若しくはバイト符号化メッセージが伝送され得る。しかしながら、二つのモバイルデバイスの二つの二次コイル１３及び１３ａの間の相互誘導は、アライメント不良のために非常に低いので、二つのモバイルデバイスは同じ方法で互いに通信することができず、実際には別の受電デバイスが通信しているかどうか検出することができない。従って、二つのデバイスが同時に充電パッドと通信しようとすると、通信の受信にエラーが生じ、両方のメッセージが失われるということが起こり得る。データの一部がタイムクリティカルである可能性があるため、単に後で再試行することは受け入れられる解決策ではない。例えば、電力を直ちにオフにしなければならないというメッセージは、潜在的に損傷につながり得るので、過剰に遅れるべきではない。
【００２３】
本発明者らは、複数の誘導無線受電器と単一の誘導無線送電器との間のタイムリーな通信を可能にする解決策が必要であることを認識した。受電器は互いに検出することができないので、受電器は別の受電器が同時に通信していることに気付くことができない。発明者らはこれを認識し、結合された受電器の各々と通信することができる送電器によって通信が調整されなければならないと結論付けた。
【００２４】
図２は、二つの誘導無線受電器２３及び２３ａ（ＰＲｘ）に結合される単一の誘導無線送電器２２（ＰＴｘ）を概略的に示す。送電器は一次コイル２５を有し、例えば商用電源であり得る電源２１から電力を得る。二つの受電器は各々二次コイル２６及び２６ａを有し、受電する電力を負荷２４及び２４ａに送る。この負荷は例えば充電されるバッテリであり得るが、多くの他のオプションが可能であり、例えば電動機が給電され得るか、又は加熱目的のために抵抗素子が給電され得る。
【００２５】
図３は誘導無線送電器のより詳細を概略的に示す。送電器は結合される誘導無線受電器へ誘導無線電力信号を伝送するための一次コイル２５と、電源２１からの電力のための入力を有する。付加的にこれは電力変換器３１、電力変復調ユニット３２、通信及び制御ユニット３３を有する。
【００２６】
電力変換器３１は、電源２１から受信される入力電力を、一次コイルを駆動するのに適した電力信号へ変換する。例えば、これはＡＣ又はＤＣ入力電力を誘導無線電力伝送に適した周波数のＡＣ電力へ変換し得る。
【００２７】
電力変復調ユニット３２は、誘導無線電力信号を変調及び復調することにより、結合される受電器との通信を可能にする。受電器が上記の通りその二次コイルを通る電流を変調することにより通信メッセージを送信すると、送電器の一次コイルを通る電流も同様に変調される。このようにして、誘導無線電力信号が受電器により変調される。これは変復調ユニット３２内の一次コイルを通る電流又は一次コイルにかかる電圧をモニタリングすることにより検出され得る。電圧又は電流の変動は復調され、ビット及びバイトに変換され、通信及び制御ユニット３３により解釈される。
【００２８】
ビット又はバイトのパターンの形態の通信メッセージを受電器へ送信するために、変復調ユニット３２は一次コイルを流れる電流を変調し、それによって、伝送される誘導無線電力信号を変調し、これは相互誘導のために二次コイルを流れる電流の変調にもつながる。変調は振幅変調であり得、これは例えば一次コイルに直列又は並列な抵抗を切り替えることにより実現され得る。代替的に、一次コイルを通るＡＣ電流の周波数又は位相が変調される周波数又は位相変調が適用されてもよく、これもやはり受電器において検出され得る。
【００２９】
通信及び制御ユニット３３は変復調ユニット３２とともに電力変換器を制御し、通信を処理する。これは変復調ユニットを制御することによりメッセージを送受信し、送電器の動作を制御する。例えばこれは受電器が存在するかどうかをチェックするために、短い誘導電力パルス、'ｐｉｎｇ'を送信し得る。受電器が存在する場合、これはその電力需要を示すメッセージで応答し得る。通信及び制御ユニットは、このメッセージを受信すると、電力送信を連続的にオンにして、所要電力レベルを維持するように電力変換器３１を制御し得る。例えばバッテリが完全に充電されているために受電器がもはや電力を必要としないとき、これは再び受電器から送電器へメッセージを送信することにより通信され、通信及び制御ユニット３３は、このメッセージを受信すると、少なくとも他のデバイスが依然として給電を必要としていない場合には、電力変換器３１を制御することにより電力送信をオフにする。
【００３０】
図４は誘導無線受電器のより詳細を概略的に示す。受電器は二次コイル２６と、負荷２４への電力のための出力を有する。付加的にこれは電力変換器４１、電力変復調ユニット４２、通信及び制御ユニット４３を有する。
【００３１】
電力変換器４１は、二次コイルにより受信されるＡＣ誘導電力信号を、負荷を駆動するのに適した出力電力へ変換する。例えば、これは受信電力信号を負荷に適したＡＣ又はＤＣ電力へ変換し得る。
【００３２】
電力変復調ユニット４２は結合される送電器との通信を可能にする。これは上記の通り負荷変調により誘導無線電力信号を変調し得る。送電器が上記の通り誘導無線電力信号の振幅を変調することにより通信メッセージを送信するとき、受電器において二次コイル２６を流れる電流も同様に振幅変調される。これは、変復調ユニット４２において二次コイルを流れる電流又は二次コイルにかかる電圧をモニタリングすることによって検出され得る。電圧若しくは電流変動はビット及びバイトに変換され、通信及び制御ユニット３３により解釈される。送電器が通信のために電力信号の周波数変調を使用する場合、受電器において二次コイルを流れる電流は同様に周波数変調される。これは、例えば二次コイルにおける電流の、又は二次コイルにかかる電圧のゼロ遷移を検出すること、及び一サイクル以上の持続時間を測定することにより、周波数をモニタリングすることによって検出され得る。
【００３３】
通信及び制御ユニット４３は変復調ユニットとともに電力変換器を制御し、通信を処理する。これは変復調ユニットを制御することによりメッセージを送受信し、受電器の動作を制御する。例えばこれは受電器が存在するかどうかをチェックするために、送電器により送信される短い誘導電力パルス、'ｐｉｎｇ'を検出し得る。そしてこれはその電力需要を示すメッセージで応答し得る。その後、送電器が電力送信を連続的にオンにすると、通信及び制御ユニット４３は電力変換器４１を係合させて、無線受信電力を負荷２４へ適切に供給する。例えばバッテリが完全に充電されているために負荷がもはや電力を必要としないとき、受電器の通信及び制御ユニットはそれ以上電力が必要でないことを示すメッセージを送電器へ送信し、電力変換器を解放し得る。
【００３４】
通信及び制御ユニット３３及び４３は、本発明にかかる通信及び制御のための所要方法及びプロトコルを実行するように構成又はプログラムされる、専用電子回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又は汎用マイクロプロセッサ及びメモリを含む多くの方法で実装され得る。
【００３５】
本発明者らは、受電器が相互に通信することができない、又は別の受電器によるいかなる通信も検出することもできないので、送電器と一つ以上の受電器との間の通信は送電器によって調整されなければならないことに気が付いた。従って受電器は、通信チャネルが自由に使用可能であるか、又は別の受電器により既に占有されているかどうかを自身で決定することができない。本発明者らは、通信がタイムスロットにおいて処理され、時間的に繰り返す通信フレームに複数のタイムスロットが含まれる解決策を採用した。一般的な原理が図５に示される。この実施例では、フレーム５１がフレームヘッダ５２で始まり、Ｓ１‐ＳＮとラベルされるＮ個のタイムスロット５３を有する。ここでＮは、送電器が通信するように設計される受電器の最大数に少なくとも等しくなるように選択される固定整数であり得る。例えば、図１に図示のような充電パッド上に最大４つの携帯電話がフィットする場合、Ｎは少なくとも４に等しくなるよう選択されなければならない。Ｎの値は例えば標準規格によっても決定され得る。
【００３６】
フレームヘッダにおいて送電器が通信するが、スロットＳ１‐ＳＮは受電器による通信のために確保される。受電器による同時通信を避けるために、個々の受電器へタイムスロットが割り当てられる必要がある。迅速な割当を可能にするために、本発明にかかる通信フレームは図６に図示の通り追加の同期タイムスロットを有する。通信フレーム６１はフレームヘッダ６２で始まり、Ｓ１‐ＳＮとラベルされるｎ個のタイムスロット６４を有する。各タイムスロット６４に、Ｓｙｎｃ１‐ＳｙｎｃＮとラベルされる同期タイムスロット６３が先行する。このアプローチでは、フレームヘッダ６２及び同期タイムスロット６３は送電器による通信のために使用され、タイムスロット６４は受電器による通信のために使用される。個別フレームヘッダを省略し、代わりに最初の同期タイムスロットにフレームヘッダ機能を提供させることが可能である。
【００３７】
同期タイムスロット中、送電器は同期メッセージ、ビットパターン又はビットのシーケンスを送信する。これらのメッセージは複数の目的を果たす。第一に、それらは受電器のための次の通信タイムスロットの開始をマークし、従って通信のタイムベースを維持する。第二に、同期メッセージは次の通信タイムスロットの割当ステータスについての情報を有する。次のタイムスロットがまだ受電器に割り当てられていない場合、メッセージはそれが未割当若しくは空いていることを示す。他方、次のタイムスロットが特定の受電器に割り当てられる場合、同期メッセージはそれが割り当てられていること、及びどの受電器に割り当てられているかを示す。第三に、同期メッセージは前の通信タイムスロットにおける通信メッセージの送電器による受信成功又は失敗を示すことができる。第四に、同期メッセージは前の通信タイムスロットにおいて受信成功したメッセージへの応答を有し得る。
【００３８】
図６では最後の通信タイムスロットＳＮの後に同期スロットが全く続かないことに留意されたい。代わりに、次のフレームにおける最初の同期タイムスロットが、そのスロットにおける受信成功を示すのに役立ち得る。
【００３９】
受電器がタイムスロットを割り当てられると、これは受電器へメッセージを送信するためにそのタイムスロットを使用し得る。これは割り当てられているとフラグが立てられるので、他の受電器はその同じタイムスロットを使用しない。
【００４０】
以下第一の受電器と呼ばれる特定の受電器が通信する必要があるが、タイムスロットを割り当てられていない場合、これは空きタイムスロットの割当を要求する必要がある。これは図７に図示され、Ｓｎとラベルされる未割当タイムスロット７２に焦点を合わせる。Ｓｙｎｃｎとラベルされる前の同期タイムスロット７１において、送電器は、この実施例では未割当であるタイムスロットＳｎの割当ステータスを示す。未割当タイムスロットＳｎ中に、第一の受電器はスロットＳｎがそれに割り当てられることを要求する割当要求メッセージを送電器へ送信する。
【００４１】
Ｓｎ＋１とラベルされる次の同期タイムスロット７３において、送電器は、メッセージがタイムスロットＳｎ中にうまく受信されたかどうかを示すメッセージを送信する。割当要求がうまく受信され、スロットが空いている場合、送電器は割当を許可し、第一の受電器へのスロットＳｎの割当の許可を示すメッセージを送信し得る。
【００４２】
しかしながら第二の受電器が、例えばそれも同じタイムスロットの割当を要求したので、タイムスロットＳｎ中に同様に通信を試みた場合、二つの通信の試みが送電器の一次コイルにおいて干渉し、メッセージが送電器により正確に受信されないことになる。送電器は従って、タイムスロットＳｎ中にメッセージの受信成功がなかったというメッセージを次の同期タイムスロット中に送信し、その結果として割当は全く許可されない。これは第一及び第二の受電器へそれらの割当要求が失敗したことを示し、それらはタイムスロット割当を得るために再試行する必要がある。次のタイムスロットの割当のために競合する二つの受電器間の同じコリジョンを回避するために、受電器はすぐには再試行せず、複数のスロットを待機する。もちろん二つの受電器は異なる持続期間待機しなければならず、さもなければコリジョンが繰り返すことになる。例えば（セミ）ランダム待機時間が適用され得、これはコリジョンが複数回繰り返される可能性を大幅に低減する。
【００４３】
受電器がそれに割り当てられるタイムスロットを使用しない場合、通信及び制御ユニット３１はタイムスロットの割当を解除することを決定し得る。これは、例えば割り当てられたタイムスロットが複数の連続フレームにおいて受電器により通信のために使用されなかった後に、そうし得る。そしてタイムスロットは再び未割当としてフラグを付けられ、それを要求する受電器への割当に利用可能である。
【００４４】
本発明者らは、上記タイムスロットの通信の持続時間が賢明に選択されなければならないことに気が付いた。変調方式の性質及びデバイスの性質により、通信で達成されるビットレートは低くなり、タイムスロットを過度に短く選択することはできない。単一の送電器が単一の受電器と動作するＱｉ規格では、上記の通り送電器'ｐｉｎｇ'へ受電器が６５ミリ秒以内に応答することが要求される。無線受電器が送電器を検出するとき、送電器がタイムスロット通信をサポートするか、又はサポートしない旧型であるかどうかを、その６５ミリ秒以内に十分に確立することが可能でなければならない。従って同期メッセージタイムスロット７１の持続時間は好適には３０〜６０ミリ秒の範囲で選択される。好適には受電器通信用のタイムスロット７２も同じ範囲内で選択される。本発明者らは、５０ミリ秒の期間が同期タイムスロットと通信タイムスロットの両方でうまく機能することに気が付いた。これらの制限で、受電器は常に６５ミリ秒以内に同期メッセージの少なくとも一部を検出し、従って送電器の通信能力を決定することができる。
【００４５】
一般的に、上記の通り誘導無線電力伝送において変調により達成可能なビットレートは低く、限られた数のビットのみが同期タイムスロットにおいて送信され得る。これは、前の通信タイムスロットにおけるメッセージの受信成功、前の通信タイムスロットにおいて受信された割当要求の許可若しくは拒否、並びに次の通信タイムスロットの割当ステータスを含む、伝達される情報の効率的な符号化を要する。これは例えば、表１に示す通り、効率的な３ビット符号化により実現され得、ｐｐは前の通信タイムスロットへの２ビット応答を示し、ｎは、次の通信タイムスロットの１ビット割当ステータスを示す（及びｘは'任意'のビット値を示すために使用される）。ここでメッセージは連続タイムスロットの利用可能性を示す短い部分と組み合わせて、通信ステータスの理解を示す短い部分から効率的に形成される。
【表１】
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【００４６】
例えば５０ミリ秒の、選択される最大持続時間に近い、ただし超えない同期タイムスロットの持続時間を達成するために、少数のプリアンブルビットが使用され得る。選択される持続時間にできるだけ近い同期タイムスロットを達成するよう、プリアンブルビット数は、無線電力伝送システムの動作条件に調節され得る。
【００４７】
上記プロトコルに従って無線受電器へ通信タイムスロットを割り当てる典型的な方法が図８に図示される。最初のステップ８１において、誘導無線送電器は通信タイムスロットの開始をマークする同期メッセージを送信する。これは誘導無線受電器が通信フレーム及びスロットのタイミングを検出し、それらのタイミングに同期することを可能にする。次のステップ８２において、無線送電器は後続タイムスロットの割当ステータスを示すメッセージを送信する。未割当タイムスロットの場合、このメッセージはスロットが未割当であることを示す。このメッセージはその未割当タイムスロットの開始前に送信される必要がある。
【００４８】
次のステップ８３において、通信のためのタイムスロットを必要とする無線受電器は、そのタイムスロットの割当を要求するので、後続通信フレームにおける通信のためにそれを使用することができる。これは未割当タイムスロット中に起こる。
【００４９】
次のステップ８４において、送電器は未割当タイムスロット中に通信がうまく受信されたかどうかを示すメッセージを送信する。これは問題の未割当タイムスロットの終了後に起こる。割当要求メッセージが実際にうまく受信された場合、次のステップ８５において、送電器はタイムスロットがそれを要求した受電器にここで割り当てられることを示す追加メッセージを送信する。
【００５０】
本発明は図面及び前述の説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示及び記載は例示若しくは説明であって限定ではないとみなされるものとする。本発明は開示の実施形態に限定されない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。実際には、様々なタイムスロット及びメッセージの持続時間、送信されるメッセージの性質、又は伝送される誘導電力レベルなど、当業者が相互互換性であると認識するであろう多くの特徴が組み合わされ得る。
【００５１】
開示の実施形態への他の変更は、図面、開示、及び添付の請求項の考察から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解されもたらされ得る。
【００５２】
請求項において、"有する"という語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"ａ"又は"ａｎ"は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された複数の項目の機能を満たし得る。請求項における任意の参照符号は範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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