(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスであって、
デバイス電子回路と、
前記デバイス電子回路に結合される第1のコイルであって、前記第1のコイルが、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第1の電流を前記デバイス電子回路に供給するように構成され、前記デバイス電子回路および前記第1のコイルが負荷インピーダンスを有し、前記負荷インピーダンスが負荷リアクタンスを含む、第1のコイルと、
リアクタンス調整回路と、
前記リアクタンス調整回路に結合される第2のコイルであって、前記第2のコイルが、前記電子デバイスから前記トランスミッタデバイスへの反射インピーダンスを制御するように前記トランスミッタデバイスに提示される前記電子デバイスのデバイスリアクタンスを調整するために、前記トランスミッタデバイスによって生成された前記ワイヤレス電力場を介して前記電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第2の電流を前記リアクタンス調整回路に供給するように構成され、前記リアクタンス調整回路および前記第2のコイルがタンクインピーダンスを有し、前記タンクインピーダンスがタンクリアクタンスを含み、前記タンクリアクタンスが調整可能であり、デバイスインピーダンスが前記負荷インピーダンスおよび前記タンクインピーダンスを含み、前記デバイスリアクタンスが前記負荷リアクタンスおよび前記タンクリアクタンスを含む、第2のコイルと、
前記タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従って前記トランスミッタデバイスの規定されたリアクタンス範囲内に前記デバイスリアクタンスを維持するために前記デバイスリアクタンスを動的に調整するように構成される、前記リアクタンス調整回路に結合される制御回路と
を備える、電子デバイス。
【請求項２】
前記制御回路が、前記トランスミッタデバイスから制御信号を受信するとともに、前記制御信号に応答して前記タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記制御回路が、前記デバイス電子回路に供給される前記電力の整流電圧を動的に調整するために、前記タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記整流電圧を感知するとともに、電圧測定値信号を前記制御回路に提供するように構成される、前記デバイス電子回路に結合される電圧センサをさらに備え、前記制御回路が、前記電圧測定値信号を受信するとともに、前記電圧測定値信号に応答して前記タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される、請求項3に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように前記電子デバイスの共振周波数を調整するために、前記タンクリアクタンスを調整するように構成される、前記リアクタンス調整回路に結合される共振整合回路をさらに備え、
前記制御回路が、前記規定された範囲の外で前記共振整合回路が前記デバイスリアクタンスを調整するとき、前記共振整合回路を非活動化させるように構成される、
請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記デバイス電子回路に供給される前記電力の整流電圧を検出するように構成される電圧センサをさらに備え、前記制御回路が、前記整流電圧に基づいて前記タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記リアクタンス調整回路が、
複数のキャパシタと、
前記制御回路から制御信号を受信するとともに、前記制御信号に応答して前記複数のキャパシタのうちの少なくとも1つを選択的に接続するように構成される、前記複数のキャパシタに結合される複数のスイッチと
を備える、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記リアクタンス調整回路が、
複数の抵抗器と、
前記制御回路から制御信号を受信するとともに、前記制御信号に応答して前記複数の抵抗器のうちの少なくとも1つを選択的に接続するように構成される、前記複数の抵抗器に結合される複数のスイッチと
を備える、請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記リアクタンス調整回路が、
複数の選択可能なキャパシタンスを有する可変キャパシタを備え、前記可変キャパシタが、前記制御回路から制御信号を受信するとともに、前記制御信号に応答して前記複数の選択可能なキャパシタンスのうちの1つを選択するように構成される、
請求項1に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する方法であって、
トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して、前記トランスミッタデバイスから電子デバイスによって電力をワイヤレスに受信するステップであって、前記電子デバイスが、デバイス電子回路、前記デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、前記リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、および前記リアクタンス調整回路に結合される制御回路を有する、ステップと、
前記電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第1の電流を前記デバイス電子回路に前記第1のコイルによって供給するステップであって、前記デバイス電子回路および前記第1のコイルが負荷インピーダンスを有し、前記負荷インピーダンスが負荷リアクタンスを含む、ステップと、
前記電子デバイスから前記トランスミッタデバイスへの反射インピーダンスを制御するように前記トランスミッタデバイスに提示される前記電子デバイスのデバイスリアクタンスを調整するために、前記電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第2の電流を前記リアクタンス調整回路に前記第2のコイルによって供給するステップであって、前記リアクタンス調整回路および前記第2のコイルがタンクインピーダンスを有し、前記タンクインピーダンスがタンクリアクタンスを含み、前記タンクリアクタンスが調整可能であり、デバイスインピーダンスが前記負荷インピーダンスおよび前記タンクインピーダンスを含み、前記デバイスリアクタンスが前記負荷リアクタンスおよび前記タンクリアクタンスを含む、ステップと、
前記制御回路によって前記タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従って前記トランスミッタデバイスの規定されたリアクタンス範囲内に前記デバイスリアクタンスを維持するために前記デバイスリアクタンスを動的に調整するステップと
を備える、方法。
【請求項１１】
前記電子デバイスが共振整合回路をさらに備え、前記共振整合回路が前記リアクタンス調整回路に結合され、前記方法が、
前記トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように前記電子デバイスの共振周波数を調整するために、前記共振整合回路によって前記タンクリアクタンスを調整するステップと、
前記規定された範囲の外で前記共振整合回路が前記デバイスリアクタンスを調整するとき、前記制御回路によって前記共振整合回路を非活動化させるステップと
をさらに備える、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
トランスミッタコイルを含むトランスミッタデバイスであって、ワイヤレス電力場を生成するように構成される、トランスミッタデバイスと、
電子デバイスであって、
デバイス電子回路と、
前記デバイス電子回路に結合される第1のコイルであって、前記第1のコイルが、前記トランスミッタデバイスによって生成された前記ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第1の電流を前記デバイス電子回路に供給するように構成され、前記デバイス電子回路および前記第1のコイルが負荷インピーダンスを有し、前記負荷インピーダンスが負荷リアクタンスを含む、第1のコイルと、
リアクタンス調整回路と、
前記リアクタンス調整回路に結合される第2のコイルであって、前記第2のコイルが、前記電子デバイスから前記トランスミッタデバイスへの反射インピーダンスを制御するように前記トランスミッタデバイスに提示される前記電子デバイスのデバイスリアクタンスを調整するために、前記トランスミッタデバイスによって生成された前記ワイヤレス電力場を介して前記電力をワイヤレス結合させるとともに、前記電力に基づく第2の電流を前記リアクタンス調整回路に供給するように構成され、前記リアクタンス調整回路および前記第2のコイルがタンクインピーダンスを有し、前記タンクインピーダンスがタンクリアクタンスを含み、前記タンクリアクタンスが調整可能であり、デバイスインピーダンスが前記負荷インピーダンスおよび前記タンクインピーダンスを含み、前記デバイスリアクタンスが前記負荷リアクタンスおよび前記タンクリアクタンスを含む、第2のコイルと、
前記タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従って前記トランスミッタデバイスの規定されたリアクタンス範囲内に前記デバイスリアクタンスを維持するために前記デバイスリアクタンスを動的に調整するように構成される、前記リアクタンス調整回路に結合される制御回路と
を備える、システム。
【請求項１３】
前記トランスミッタデバイスがトランスミッタインピーダンスを有し、前記トランスミッタインピーダンスがトランスミッタリアクタンスを含み、前記トランスミッタデバイスが、前記トランスミッタリアクタンスを検出するとともに、制御信号を前記制御回路へ伝送するように構成される、前記トランスミッタコイルに結合されるリアクタンス検出器回路をさらに備え、前記制御回路が、前記制御信号に応答して前記タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トランスミッタデバイスがトランスミッタインピーダンスを有し、前記トランスミッタインピーダンスがトランスミッタリアクタンスを含み、前記トランスミッタデバイスが、
前記トランスミッタリアクタンスを検出するように構成される、前記トランスミッタコイルに結合されるリアクタンス検出器回路と、
前記トランスミッタコイルに結合されるトランスミッタリアクタンス調整回路であって、前記トランスミッタリアクタンス調整回路がトランスミッタタンクリアクタンスを有し、前記トランスミッタリアクタンスが前記トランスミッタタンクリアクタンスを含み、前記トランスミッタタンクリアクタンスが調整可能である、トランスミッタリアクタンス調整回路と、
前記電子デバイスの共振周波数に整合するように前記トランスミッタデバイスの共振周波数を調整するために、前記トランスミッタタンクリアクタンスを調整するように構成される、前記リアクタンス検出器回路および前記トランスミッタリアクタンス調整回路に結合される共振整合回路と
をさらに備え、
前記リアクタンス検出器回路が、前記規定された範囲の外で前記共振整合回路が前記トランスミッタリアクタンスを調整するとき、前記共振整合回路を非活動化させるように構成される、
請求項12に記載のシステム。
【請求項１５】
前記電子デバイスが、
前記トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように前記電子デバイスの共振周波数を調整するために、前記タンクリアクタンスを調整するように構成される、前記リアクタンス調整回路に結合される共振整合回路をさらに備え、
前記制御回路が、前記規定された範囲の外で前記共振整合回路が前記デバイスリアクタンスを調整するとき、前記共振整合回路を非活動化させるように構成される、
請求項12に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、あらゆる目的のためにその内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2015年3月27日に出願した米国出願第14/671,627号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、誘導性電力伝達に関し、詳細には、誘導性電力伝達中にリアクタンスを動的に調整することに関する。
【背景技術】
【０００３】
本明細書で別段に規定されていない限り、この節で説明する手法は、この節に含まれることにより従来技術と認められるものではない。
【０００４】
スマートフォン、タブレット、またはさらには電気自動車などのバッテリー式電子システムの普及によって、これらのシステムに電力を伝達するために使用される充電システムに対する需要が高まっている。たとえば、モバイルデバイスは、通常、バッテリーの中に電力を蓄積する。デバイスが使用されるにつれてバッテリーの中のエネルギーが消耗し、バッテリーは再充電されなければならない。通常、モバイルデバイスは、バッテリーを再充電するための電圧および電流を受信するために、電力ケーブルを通じて壁コンセントに接続される。
【０００５】
最近は、バッテリーを再充電するために煩雑なワイヤおよびケーブルが必要とされないように、バッテリー式システムに電力をワイヤレスに供給するための試みが行われている。充電式電子デバイスを充電するために、または電子デバイスに電力を供給するために使用されるように、電力を自由空間の中で伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線の充電ソリューションの欠点のうちのいくつかを克服する場合がある。したがって、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス電力伝達システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、電子デバイスは、デバイス電子回路、デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、およびリアクタンス調整回路に結合される制御回路を含む。第1のコイルは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第1の電流をデバイス電子回路に供給するように構成される。デバイス電子回路および第1のコイルは負荷インピーダンスを有し、負荷インピーダンスは負荷リアクタンスを含んでもよい。第2のコイルは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第2の電流をリアクタンス調整回路に供給するように構成される。リアクタンス調整回路および第2のコイルはタンクインピーダンスを有し、タンクインピーダンスはタンクリアクタンスを含んでもよい。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含み、デバイスリアクタンスは負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。制御回路は、タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【０００７】
さらなる態様によれば、トランスミッタデバイスはトランスミッタインピーダンスを有し、トランスミッタインピーダンスはトランスミッタリアクタンスを含んでもよい。制御回路は、トランスミッタデバイスのトランスミッタリアクタンスのリアクタンス範囲にデバイスリアクタンスを適合させるために、タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。制御回路は、トランスミッタデバイスから制御信号を受信するとともに、制御信号に応答してタンクリアクタンスを動的に調整するように構成されてもよい。
【０００８】
さらなる態様によれば、制御回路は、デバイス電子回路に供給される電力の整流電圧を動的に調整するために、タンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。電子デバイスは、整流電圧を感知するとともに、電圧測定値信号を制御回路に提供するように構成される、デバイス電子回路に結合される電圧センサをさらに含んでもよい。制御回路は、電圧測定値信号を受信するとともに、電圧測定値信号に応答してタンクリアクタンスを動的に調整するように構成されてもよい。
【０００９】
さらなる態様によれば、トランスミッタデバイスはトランスミッタインピーダンスを含み、トランスミッタインピーダンスはトランスミッタリアクタンスを含んでもよい。制御回路は、制御信号に従って第1のモードおよび第2のモードで選択的に動作するように構成される。第1のモードでは、制御回路は、トランスミッタデバイスのトランスミッタリアクタンスのリアクタンス範囲にデバイスリアクタンスを適合させるために、タンクリアクタンスを動的に調整する。第2のモードでは、制御回路は、デバイス電子回路に供給される電力の整流電圧を動的に調整するために、タンクリアクタンスを動的に調整する。
【００１０】
さらなる態様によれば、電子デバイスは、トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように電子デバイスの共振周波数を調整するために、タンクリアクタンスを調整するように構成される、リアクタンス調整回路に結合される共振整合回路をさらに含む。制御回路は、規定された範囲の外で共振整合回路がデバイスリアクタンスを調整するとき、共振整合回路を非活動化させるように構成される。
【００１１】
さらなる態様によれば、制御回路は、ワイヤレス電力場の電力伝達効率が低下するようにタンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【００１２】
さらなる態様によれば、電子デバイスは、デバイス電子回路に供給される電力の整流電圧を検出するように構成される電圧センサをさらに含む。制御回路は、整流電圧に基づいてタンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【００１３】
リアクタンス調整回路は、複数のキャパシタおよび複数のスイッチを含んでもよい。スイッチは、制御回路から制御信号を受信するとともに、制御信号に応答して複数のキャパシタのうちの少なくとも1つを選択的に接続するように構成される。
【００１４】
リアクタンス調整回路は、複数の抵抗器および複数のスイッチを含んでもよい。スイッチは、制御回路から制御信号を受信するとともに、制御信号に応答して複数の抵抗器のうちの少なくとも1つを選択的に接続するように構成される。
【００１５】
リアクタンス調整回路は、複数の選択可能なキャパシタンスを有する可変キャパシタを含んでもよい。可変キャパシタは、制御回路から制御信号を受信するとともに、制御信号に応答して複数の選択可能なキャパシタンスのうちの1つを選択するように構成される。
【００１６】
別の態様では、本方法は、ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する。本方法は、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して、トランスミッタデバイスから電子デバイスによって電力をワイヤレスに受信することを含む。電子デバイスは、デバイス電子回路、デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、およびリアクタンス調整回路に結合される制御回路を有する。本方法は、電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第1の電流をデバイス電子回路に第1のコイルによって供給することをさらに含む。デバイス電子回路および第1のコイルは負荷インピーダンスを有し、負荷インピーダンスは負荷リアクタンスを含んでもよい。本方法は、電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第2の電流をリアクタンス調整回路に第2のコイルによって供給することをさらに含む。リアクタンス調整回路および第2のコイルはタンクインピーダンスを有し、タンクインピーダンスはタンクリアクタンスを含んでもよい。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは、負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含み、デバイスリアクタンスは、負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。本方法は、制御回路によってタンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整するステップをさらに含む。
【００１７】
さらなる態様によれば、電子デバイスは共振整合回路をさらに備える。本方法は、トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように電子デバイスの共振周波数を調整するために、共振整合回路によってタンクリアクタンスを調整することをさらに含む。本方法は、規定された範囲の外で共振整合回路がデバイスリアクタンスを調整するとき、制御回路によって共振整合回路を非活動化させることをさらに含む。
【００１８】
さらなる態様によれば、本方法は、ワイヤレス電力場の電力伝達効率が低下するように制御回路によってタンクリアクタンスを動的に調整することをさらに含む。
【００１９】
別の態様では、システムは、トランスミッタデバイスおよび電子デバイスを含む。トランスミッタデバイスは、トランスミッタコイルを含み、ワイヤレス電力場を生成するように構成される。電子デバイスは、デバイス電子回路、デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、およびリアクタンス調整回路に結合される制御回路を含む。第1のコイルは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第1の電流をデバイス電子回路に供給するように構成される。デバイス電子回路および第1のコイルは負荷インピーダンスを有し、負荷インピーダンスは負荷リアクタンスを含んでもよい。第2のコイルは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させるとともに、電力に基づく第2の電流をリアクタンス調整回路に供給するように構成される。リアクタンス調整回路および第2のコイルはタンクインピーダンスを有し、タンクインピーダンスはタンクリアクタンスを含んでもよい。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含み、デバイスリアクタンスは負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。制御回路は、タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【００２０】
さらなる態様によれば、トランスミッタデバイスはトランスミッタインピーダンスを有し、トランスミッタインピーダンスはトランスミッタリアクタンスを含んでもよい。トランスミッタデバイスは、トランスミッタリアクタンスを検出するとともに、制御信号を制御回路へ伝送するように構成される、トランスミッタコイルに結合されるリアクタンス検出器回路をさらに備える。制御回路は、制御信号に応答してタンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【００２１】
さらなる態様によれば、トランスミッタデバイスはトランスミッタインピーダンスを有し、トランスミッタインピーダンスはトランスミッタリアクタンスを含んでもよい。トランスミッタデバイスは、トランスミッタコイルに結合されるリアクタンス検出器回路と、トランスミッタコイルに結合されるトランスミッタリアクタンス調整回路と、リアクタンス検出器回路およびトランスミッタリアクタンス調整回路に結合される共振整合回路とをさらに備える。リアクタンス検出器回路は、トランスミッタリアクタンスを検出するように構成される。トランスミッタリアクタンス調整回路はトランスミッタタンクリアクタンスを有し、ここで、トランスミッタリアクタンスはトランスミッタタンクリアクタンスを含み、ここで、トランスミッタタンクリアクタンスは調整可能である。共振整合回路は、電子デバイスの共振周波数に整合するようにトランスミッタデバイスの共振周波数を調整するために、トランスミッタタンクリアクタンスを調整するように構成される。リアクタンス検出器回路は、規定された範囲の外で共振整合回路がトランスミッタリアクタンスを調整するとき、共振整合回路を非活動化させるように構成される。
【００２２】
さらなる態様によれば、電子デバイスは、リアクタンス調整回路に結合される共振整合回路をさらに備える。共振整合回路は、トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように電子デバイスの共振周波数を調整するために、タンクリアクタンスを調整するように構成される。制御回路は、規定された範囲の外で共振整合回路がデバイスリアクタンスを調整するとき、共振整合回路を非活動化させるように構成される。
【００２３】
さらなる態様によれば、制御回路は、ワイヤレス電力場の電力伝達効率が低下するようにタンクリアクタンスを動的に調整するように構成される。
【００２４】
このようにして、電力送電ユニット(PTU)(たとえば、トランスミッタデバイス)は、広いリアクタンス範囲にわたって(たとえば、j150オームを超えて、j0オームとj300オームとの間で、など)動作するように設計される必要がなく、代わりに、狭いリアクタンス範囲にわたって(たとえば、j0オームとj150オームとの間で)動作するように設計されてよい。このことは、PTUのコストおよび複雑さを低減する。
【００２５】
さらなる態様によれば、デバイス電子回路を含む電子デバイスが提供される。電子デバイスは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して電力を結合させるための第1の手段を含む。第1の結合手段は、電力に基づく第1の電流をデバイス電子回路に供給する。デバイス電子回路および第1の結合手段は、負荷インピーダンスを有する。負荷インピーダンスは、負荷リアクタンスを含む。電子デバイスは、リアクタンスを調整するための手段をさらに含む。電子デバイスは、ワイヤレス電力場を介して電力を結合させるとともに、電力に基づく第2の電流をリアクタンス調整手段に供給するための第2の手段をさらに備える。リアクタンス調整手段および第2の結合手段は、タンクインピーダンスを有する。タンクインピーダンスは、タンクリアクタンスを含む。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは、負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含む。デバイスリアクタンスは、負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。電子デバイスは、タンクリアクタンスを動的に調整するとともに、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整するための手段をさらに備える。
【００２６】
以下の詳細な説明および添付図面は、本開示の性質および利点のより良い理解をもたらす。
【００２７】
以下の説明および特に図面に関して、示される詳細が例示的な説明のための例を表し、本開示の原理および概念的態様の説明を提供するために提示されることが強調される。この点について、本開示の基本的な理解のために必要であるものを超える実装形態の詳細を示すための試みは行われない。以下の議論は、図面とともに、本開示による実施形態がどのように実践される場合があるかを当業者に明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ワイヤレス充電システムの概略図である。
【図２】第2の部分(図1参照)の追加の詳細を示す概略図である。
【図３】たとえば、PRU(図1参照)および第2の部分(図2参照)の動作を説明するための、ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する方法のフローチャートである。
【図４】制御信号(図2参照)を生成するための電力送電ユニット(PTU)(図1参照)の概略図である。
【図５】PRUの受電電圧を制御するための第2の部分(図1参照)の追加の詳細を示す概略図である。
【図６】第2の部分(図5参照)についての整流電圧対第2のコイルインピーダンスの一例を示すグラフである。
【図７】たとえば、PRU(図1参照)および第2の部分(図5参照)の動作を説明するための、ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する方法のフローチャートである。
【図８】リアクタンスシフトと受電電圧の両方を制御するための制御回路のブロック図である。
【図９】切替え可能キャパシタを有するリアクタンス調整回路を示すブロック図である。
【図１０】切替え可能抵抗器を有するリアクタンス調整回路を示すブロック図である。
【図１１】可変キャパシタを有するリアクタンス調整回路を示すブロック図である。
【図１２】共振整合回路を含む制御回路のブロック図である。
【図１３】共振整合回路を含むPTUのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下の説明では、説明の目的のために、本開示の完全な理解をもたらすために数多くの例および具体的な詳細が記載される。しかしながら、特許請求の範囲において表現されるような本開示が、単独で、または以下で説明する他の特徴と組み合わせて、これらの例における特徴のうちの一部または全部を含んでもよく、本明細書で説明する特徴および概念の変更形態および均等物をさらに含んでもよいことが当業者には明らかであろう。
【００３０】
電力をワイヤレス伝達することは、物理的な電気導体を使用せずに、電場、磁場、電磁場、またはその他に関連する任意の形態のエネルギーをトランスミッタからレシーバに伝達することを指す場合がある(たとえば、電力は、自由空間を通じて伝達される場合がある)。ワイヤレス場(たとえば、磁場)の中に出力された電力は、電力伝達を達成するために受電アンテナ(しばしば、コイルまたは巻線と呼ばれる)によって受信されてよく、取り込まれてよく、または結合されてもよい。
【００３１】
ワイヤレス充電は、磁場を使用して電源から電子システムにエネルギーを結合させることを伴う。磁場からのエネルギーは、システムによって(たとえば、1ワットまたは数ワット以上の程度で)受信されてよく、バッテリーを充電するために使用されてもよい。いくつかのシステムは、たとえば、デバイスがユーザによって動作させられているときでさえ、受信された磁場エネルギーを使用してシステムの中の電子回路に電力供給する場合がある。ワイヤレス充電の全般的な概要は、次のとおりである。電源が、電力送電ユニット(PTU)と呼ばれる充電プラットフォームの誘導コイルに電気エネルギーを供給する。誘導コイルを通る電流が、コイルの平面に垂直な磁場Hを生成する。磁場の中のエネルギーが、電力受電ユニット(PRU)と呼ばれる充電されるべきデバイスにおける別の誘導コイルによって取り込まれてもよい。電力受電ユニットは、磁場から受信されたエネルギーを使用して、たとえば、デバイスを動作させてよく、またはバッテリーを充電してもよい。
【００３２】
PTUからPRUへの電力伝達の効率は、共振結合を使用して改善されてもよい。共振結合では、PTUおよびPRUにおけるコイルは、同じ共振周波数において動作するように同調される。同調は、インダクタ、キャパシタ、フェライトなどを使用して実行されてもよい。
【００３３】
共振結合を使用するワイヤレス充電システムの一例は、次のとおりである。PTUおよびPRUは、それらの周波数応答を測定してよく、それらのキャパシタンスまたはインダクタンスを調整して共振周波数を調整してもよい。PTUは、動作周波数を通じて掃引してよく、伝達される電力の電流を測定してよく、最大電力伝達効率を得るためにその共振周波数を調整してもよい。
【００３４】
共振結合を使用するワイヤレス充電システムの別の例は、次のとおりである。PTUおよびPRUは各々、動作上の必要に従って動的にタップされてもよいマルチタップコイルを含んでもよい。PRUの負荷に応じて、PTUまたはPRUは、最大電力伝達効率を得るためにその共振周波数を調整するように、そのタップ点を変化させてもよい。
【００３５】
概して、PTUは、多種多様なPRUに電力を伝達する場合がある。各PRUは、それ自体の負荷および共振周波数特性を有する。所与のPRUに対して、その負荷および共振周波数特性は、PTUからのその距離およびPTUとの方向、ならびにその電流動作モード(たとえば、充電、待機モード動作、トランスミッタモード動作など)に従って変化する場合がある。したがって、PTUは、この多種多様なPRUに対応できるように設計される必要がある。追加の設計検討は、PTUが、異なる負荷および共振周波数特性をそれぞれ有する複数のPRUに電力を供給する場合があるということである。そのようなPTUのための設計は、様々なPRUによってPTUに提示されるリアクタンスの範囲に起因して、広いリアクタンス範囲にわたって、たとえば、j150オームを超えてPTUが動作することを必要とする。
【００３６】
特定の例および実装形態を説明する前に、インピーダンスおよびリアクタンスの全般的な説明が与えられる。インピーダンス(Z)は、抵抗値(R)とリアクタンス(X)の両方を含み、記号を使ってZ=R+jXとして表され、ただし、jは虚数単位である。すべてに対する尺度はオーム(Ω)である。リアクタンスは、回路要素を通過する正弦波交流の振幅および位相変化を計算するために使用される。総リアクタンスXは、容量リアクタンスXCおよび誘導リアクタンスXLを含み、すなわち、
X=XL-XC=ωL-1/ωCであり、
【００３７】
ここで、ωは角周波数であり、ヘルツ(Hz)単位での周波数の2π倍である。XLおよびXCは両方とも規定により正であるが、容量リアクタンスXCは、総リアクタンスに負の寄与を引き起こす。したがって、X>0の場合、リアクタンスは誘導性であると言われ、X=0の場合、インピーダンスは純粋に抵抗性であり、X<0の場合、リアクタンスは容量性であると言われる。容量リアクタンスは、要素の両端間の電圧の変化に対して逆相である。誘導リアクタンスは、要素を通る電流の変化に対して逆相である。
【００３８】
本開示は、最大電力伝達効率を得るために共振周波数を調整することと比較して、リアクタンスを調整することを対象とする。PTUに提示されるような狭い範囲(たとえば、j0〜j150オーム)にPRUのリアクタンスを適合させるために、またはPTUによって送電される電力から特定の整流電圧を受信するために、以下で説明するPRUは、そのリアクタンスを調整するための追加のコイルを含む。追加のコイルは、動作中に主レシーバコイルに誘導結合されることが可能であることによって主レシーバコイルから分離されるが、負荷に供給する(たとえば、バッテリーを充電する)ためにワイヤレス場からの電力を結合させることを主に意図するものではない。
【００３９】
PRUにおける追加のコイルは、リアクタンス、またはPTUからの受電電圧を調整するために使用される。リアクタンスの調整は、リアクタンスシフトの実行と呼ばれる場合もある。
【００４０】
リアクタンスシフトに関して、多くのワイヤレス電力レシーバの実装形態が、スマートフォンまたはタブレットなどの充電されるべき金属製のデバイス(DTBC:device to be charged)をPRUとして含む。金属製の物体は、トランスミッタコイルのインダクタンスを変化させる。(インダクタンスの低減は、しばしば、「(負の)リアクタンスシフトの創出」または「トランスミッタの離調」と呼ばれる。)同様に、多くのワイヤレス電力レシーバが、結合を改善するためのフェライトを含む。結合を改善することに加えて、フェライトはまた、トランスミッタコイルのインダクタンスを増大させることができる(たとえば、正のリアクタンスシフトを創出する)。
【００４１】
これらのリアクタンスシフトは、著しい複雑さをPTU設計に加える。具体的には、負荷リアクタンスが常に一定(たとえば、50+j0オーム)であるか、またはPTUに提示されるリアクタンスの範囲が縮小されれば、電力増幅器設計は著しく簡略化されることになる。今日、ワイヤレス電力トランスミッタは、広いリアクタンス範囲(たとえば、j0〜j300オーム)または高いリアクタンス範囲(たとえば、j150〜j300オーム)にわたって働くように設計される。
【００４２】
受電電圧に関して、すべてのワイヤレス電力レシーバは、(整流器の出力部において)有限の電圧範囲の中で動作するように設計される。(1)結合がトランスミッタパッドの異なる位置において変化し、(2)PRUが異種の電力消費レベルを有するので、レシーバは、それらの「ターゲット」電圧において常に動作できるとは限らない。すべてのPRUがそれらの許容電圧範囲の中で同時に動作できることを確実にすることが、ワイヤレス電力システム設計における課題である。
【００４３】
これらの問題に対処するために、以下でさらに説明するように(補助コイルと呼ばれる場合がある)第2のコイルがPRUに追加される。第2のコイル上のリアクタンスを調整することは、レシーバによって創出されるリアクタンスを調整することができ、レシーバの整流出力電圧を調整することができる。
【００４４】
図1は、ワイヤレス充電システム100の概略図である。システム100は、PTU110およびPRU120を含む。一例では、PTU110は、充電パッドとしてのフォームファクタであり、一般に固定した位置にあり、たとえば、コンセントの中に差し込まれている。PRU120は、一般にモバイルであり、ワイヤレス充電の目的のためにPTU110の近傍に配置される。
【００４５】
PTU110は、電流源112(たとえば、コンセントに結合される電力増幅器の構成要素として)およびトランスミッタコイル114を含む。電流源112は、ワイヤレス電力場を生成するためにトランスミッタコイル114に電力供給する。PTU110は、PTU110の回路特性に基づくインピーダンス(リアクタンスを含んでもよい)を有する。PTU110は、以下でより詳細に説明されるか、または簡潔のために説明から割愛されるかのいずれかである、他の構成要素を含んでもよい。
【００４６】
PRU120は、第1の部分122および第2の部分124を含む。第1の部分122は、概して、PRU120の機能構成要素を含む。たとえば、PRU120がセルラー電話である場合、第1の部分122は、ワイヤレス充電構成要素およびセルラー電話構成要素(たとえば、負荷)を含む。第2の部分124は、概して、リアクタンス調整構成要素を含む。PRU120は、以下でより詳細に説明されるか、または簡潔のために説明から割愛されるかのいずれかである、他の構成要素を含んでもよい。
【００４７】
第1の部分122は、第1のコイル132、キャパシタ134、ダイオード136、ダイオード138、キャパシタ140、および抵抗器142を含む。第1の部分122の構成要素は、第1のコイル132を除いて、総称してPRU120のデバイス電子回路と呼ばれる場合がある。第1のコイル132は、ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をデバイス電子回路に供給する。キャパシタ134および140、ならびにダイオード136および138は、整流電圧を抵抗器142に供給する。抵抗器142は、PRU120の機能構成要素の負荷(たとえば、バッテリーまたは他のデバイス電子回路)を表す。集合的に、第1の部分122の構成要素は、負荷インピーダンス(および、負荷リアクタンス)と呼ばれるインピーダンス(リアクタンスを含んでもよい)を有する。第1の部分122の構成要素(たとえば、上記で説明したような金属構成要素)は、上記で説明したようにPTU110におけるリアクタンスシフトを引き起こす場合がある。
【００４８】
第2の部分124は、第2のコイル150およびリアクタンス調整回路152を含む。第2のコイル150は、ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をリアクタンス調整回路152に供給する。リアクタンス調整回路152および第2のコイル150は、タンクインピーダンス(および、タンクリアクタンス)と呼ばれるインピーダンス(リアクタンスを含んでもよい)を一緒に有する。以下でより詳細に説明するように、タンクリアクタンスは調整可能である。PRU120のインピーダンス(リアクタンスを含んでもよい)は、デバイスインピーダンス(および、デバイスリアクタンス)と呼ばれる。デバイスインピーダンスは、負荷インピーダンスとタンクインピーダンスとの組合せである。デバイスリアクタンスは、負荷リアクタンスとタンクリアクタンスとの組合せである。
【００４９】
システム100の全般的な動作は、次のとおりである。PTU110は、ワイヤレス電力場を生成し、PRU120は、ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレスに受信する。第1のコイル132は、電力に基づく電流をPRU120のデバイス電子回路に供給する。PRU120のリアクタンス(デバイスリアクタンス)を動的に調整するために、PTU110のリアクタンス範囲(トランスミッタリアクタンス)にデバイスリアクタンスを(たとえば、ターゲットリアクタンスを提示するように)適合させるために、またはPRU120のデバイス電子回路に供給される整流電圧を動的に調整するために、リアクタンス調整回路152のリアクタンス(タンクリアクタンス)は動的に調整可能である。リアクタンスが調整されているので、いくつかの状況では、PRU120の共振周波数が必ずしもPTU110の共振周波数に整合されているとは限らないことに留意されたい。たとえば、共振周波数を整合させようという試みが、規定された範囲を超えて(たとえば、j150オームを超えて)リアクタンスを増大させることになる場合、リアクタンスを(たとえば、j150オームより下に)調整することは、ワイヤレス電力場の電力伝達効率を低下させる。さらなる動作上の詳細が以下に提供される。
【００５０】
図2は、PTU110(図1参照)に提示されるようなPRU120のリアクタンスシフトを制御するための、第2の部分124aとしてここで示される第2の部分124(図1参照)の追加の詳細を示す概略図である。第2の部分124aは第2の部分124(図1参照)と類似であり、制御回路200を追加する。制御回路200は、たとえば、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであってもよい。制御回路200は、制御信号202を(たとえば、PTU110(図1参照)から)受信し、それに応答して、制御信号204を使用してリアクタンス調整回路152のリアクタンスを動的に調整する。たとえば、制御信号202は、タンクリアクタンスを増大させること、タンクリアクタンスを低減させることなどを、制御回路200に命令してもよい。制御信号202は、たとえば、Bluetooth(登録商標) Low Energy(BLE)信号を介してワイヤレス通信されてもよい。
【００５１】
上述のように、PTU110の近傍にPRU120を配置することは、トランスミッタコイル114(図1参照)によって提示されるリアクタンスを変化させる。このリアクタンスシフトの2つの成分、すなわち、受動リアクタンスシフトおよび能動リアクタンスシフトがある。受動リアクタンスシフトでは、PRU120における金属およびフェライトが、トランスミッタコイル114のインダクタンスを変化させる。能動リアクタンスシフトでは、第1のコイル132によって見られるインピーダンスは、トランスミッタコイル114へ「反射」される(以下の詳細を参照)。反射抵抗値が第1のコイル132に渡される電力を表すことに留意されたい。
【００５２】
システム100(図1参照)は、PRU120の偶発的なリアクタンスシフトを(かつ、第1のコイル132の偶発的なリアクタンスシフトをより小さい範囲まで)補正するために、PRUの第2のコイル150の意図的なリアクタンスシフトを使用する。式1は、第2のコイル150によって創出されるインピーダンスシフトを示す。
【数１】
0006706270.tif 000002
【００５３】
ここで、Zrefl_auxはトランスミッタコイル114と直列に現れる反射インピーダンスであり、Mtx_auxはPTU110と第2のコイル150との間の相互インダクタンスであり、Lauxは第2のコイル150の自己インダクタンスであり、Zauxは第2のコイル150上のタンクインピーダンスである。
【００５４】
制御回路200は、制御信号202に応答して、反射インピーダンスを制御するようにZauxを動的に調整する。制御回路200が動的に制御するリアクタンス調整回路152の構成要素は、以下でさらに説明するように、切替え可能キャパシタ、切替え可能抵抗器、可変キャパシタなどを含む。
【００５５】
図3は、たとえば、PRU120(図1参照)および第2の部分124a(図2参照)の動作を説明するための、ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する方法300のフローチャートである。302において、電子デバイスは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して、トランスミッタデバイスから電力をワイヤレスに受信する。電子デバイスは、デバイス電子回路、デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、およびリアクタンス調整回路に結合される制御回路を有する。たとえば、電子デバイスは、デバイス電子回路(抵抗器142などによって表される)、第1のコイル132、リアクタンス調整回路152、第2のコイル150、および制御回路200(図2参照)を有するPRU120(図1参照)であってもよい。PTU110(図1参照)は、ワイヤレス電力場を生成してもよく、PRU120は、ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレスに受信してもよい。
【００５６】
304において、第1のコイルは、電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をデバイス電子回路に供給する。デバイス電子回路および第1のコイルは、負荷インピーダンスを有する。負荷インピーダンスは、負荷リアクタンスを含んでもよい。たとえば、第1のコイル132(図1参照)は、(ワイヤレス電力場を介して)電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をデバイス電子回路(負荷を表す抵抗器142など)に供給する。
【００５７】
306において、第2のコイルは、電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をリアクタンス調整回路に供給する。リアクタンス調整回路および第2のコイルは、タンクインピーダンスを有する。タンクインピーダンスは、タンクリアクタンスを含んでもよい。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは、負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含み、デバイスリアクタンスは、負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。たとえば、第2のコイル150(図1参照)は、(ワイヤレス電力場を介して)電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をリアクタンス調整回路152に供給する。第2のコイル150およびリアクタンス調整回路152は、タンクリアクタンスと呼ばれる調整可能リアクタンスを有し、調整可能リアクタンスは、制御信号204(図2参照)に従って調整可能である。
【００５８】
308において、制御回路は、タンクリアクタンスを動的に調整し、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整する。たとえば、制御回路200(図2参照)は、制御信号204を使用してリアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整する。リアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整することは、第2の部分124aのリアクタンスを調整し、そのことはPRU120(図1参照)のリアクタンスを調整する。
【００５９】
制御回路は、トランスミッタデバイスのトランスミッタリアクタンスのリアクタンス範囲にデバイスリアクタンスを適合させるために、タンクリアクタンスを動的に調整する。制御回路は、制御信号を受信し、制御信号に応答してタンクリアクタンスを動的に調整する。たとえば、制御回路200(図2参照)は、PTU110(図1参照)から制御信号202を受信し、所望のリアクタンス範囲(たとえば、j0からj150オームまで)にデバイスリアクタンスを適合させるために、リアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整する。上記で説明したように、いくつかのシナリオでは、タンクリアクタンスのそのような調整(たとえば、所望のリアクタンス範囲に適合させること)は、ワイヤレス電力場の電力伝達効率を低下させる場合がある。
【００６０】
方法300は、トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように電子デバイスの共振周波数を調整するために、共振整合回路によってタンクリアクタンスを調整することをさらに含んでもよい。方法300は、規定された範囲の外で共振整合回路がデバイスリアクタンスを調整するとき、制御回路によって共振整合回路を非活動化させることをさらに含んでもよい。これらの機能は、図12を参照しながらより詳細に説明される。
【００６１】
図4は、制御信号202(図2参照)を生成するための、PTU110aとしてここで示されるPTU110(図1参照)の概略図である。PTU110aはPTU110(図1参照)と類似であり、リアクタンス検出器回路400を追加する。リアクタンス検出器400は、容量リアクタンスを決定するためにトランスミッタコイル114の両端間の電圧の変化に対する逆相を測定するための電圧検出器を含んでもよく、誘導リアクタンスを決定するためにトランスミッタコイル114を通る電流の変化に対する逆相を測定するための電流検出器を含んでもよい。リアクタンス検出器400によって検出されるPTU110aの正味のリアクタンスは、上の式1のようにPRU120に応じて変わる。リアクタンス検出器400は、次いで、制御回路200(図2参照)が適正にリアクタンス調整回路152を調整するのに適切な制御信号を、検出されたリアクタンスに基づいて決定し、制御信号202として制御回路200へ伝送するために、制御信号をトランスミッタ(図示せず、たとえば、Bluetooth(登録商標) Low Energyトランスミッタ)に提供する。
【００６２】
図5は、PRU120の受電電圧を制御するための、第2の部分124bとしてここで示される第2の部分124(図1参照)の追加の詳細を示す概略図である。図5はまた、第1の部分122(図1参照)の一部分、具体的には、PRU120の負荷を表す抵抗器142を示す。第2の部分124bは第2の部分124(図1参照)と類似であり、制御回路500を追加する。制御回路500は、抵抗器142によって表されるようなPRU120の負荷に供給される電圧として、ワイヤレスに受信された電力の整流電圧を検出するための電圧センサ502を含む。検出された電圧に基づいて、制御回路500は、リアクタンス調整回路152のリアクタンスを動的に調整し、そのことはワイヤレスに受信されデバイス電子回路に供給される電力の整流電圧を動的に調整する。第2のコイル150も第1のコイル132(図1参照)に結合される見込みがあるので、第2のコイル150の負荷抵抗値は、トランスミッタコイル114を通る電流とは独立にPRU120の整流電圧を制御するように調整されることが可能である。
【００６３】
図6は、第2の部分124b(図5参照)についての整流電圧対第2のコイルインピーダンスの一例を示すグラフ600である。グラフ600において、x軸は、第2の巻線終端リアクタンスとも呼ばれる第2のコイル150(図5参照)のインピーダンスであり、y軸は、たとえば、PRU120の負荷(たとえば、図5における抵抗器142によって表されるような)に供給されるような整流電圧である。この例では、第2のコイル150のインピーダンスは、純粋にリアクタンス性であるものと想定される。グラフ600に見られるように、第2のコイル150のリアクタンス(x軸)を約-j40オームと-j80オームとの間で調整することは、整流電圧を約4ボルトと14ボルトとの間で制御することを可能にする。
【００６４】
図7は、たとえば、PRU120(図1参照)および第2の部分124b(図5参照)の動作を説明するための、ワイヤレス充電システムにおいてリアクタンス調整を実行する方法300のフローチャートである。702において、電子デバイスは、トランスミッタデバイスによって生成されたワイヤレス電力場を介して、トランスミッタデバイスから電力をワイヤレスに受信する。電子デバイスは、デバイス電子回路、デバイス電子回路に結合される第1のコイル、リアクタンス調整回路、リアクタンス調整回路に結合される第2のコイル、およびリアクタンス調整回路に結合される制御回路を有する。たとえば、電子デバイスは、(抵抗器142などによって表される)デバイス電子回路、第1のコイル132、リアクタンス調整回路152(図5参照)、第2のコイル150、および制御回路500(図5参照)を有するPRU120(図1参照)であってもよい。PTU110(図1参照)は、ワイヤレス電力場を生成してもよく、PRU120は、ワイヤレス電力場を介して電力をワイヤレスに受信してもよい。
【００６５】
704において、第1のコイルは、電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をデバイス電子回路に供給する。デバイス電子回路および第1のコイルは、負荷インピーダンスを有する。負荷インピーダンスは、負荷リアクタンスを含んでもよい。たとえば、第1のコイル132(図1参照)は、(ワイヤレス電力場を介して)電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をデバイス電子回路(負荷を表す抵抗器142など)に供給する。
【００６６】
706において、第2のコイルは、電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をリアクタンス調整回路に供給する。リアクタンス調整回路および第2のコイルは、タンクインピーダンスを有する。タンクインピーダンスは、タンクリアクタンスを含んでもよい。タンクリアクタンスは調整可能である。デバイスインピーダンスは、負荷インピーダンスおよびタンクインピーダンスを含み、デバイスリアクタンスは、負荷リアクタンスおよびタンクリアクタンスを含む。たとえば、第2のコイル150(図1参照)は、(ワイヤレス電力場を介して)電力をワイヤレス結合させ、電力に基づく電流をリアクタンス調整回路152に供給する。第2のコイル150およびリアクタンス調整回路152は、タンクリアクタンスと呼ばれる調整可能リアクタンスを有し、調整可能リアクタンスは、制御信号204(図5参照)に従って調整可能である。
【００６７】
708において、制御回路は、タンクリアクタンスを動的に調整し、それに従ってデバイスリアクタンスを動的に調整する。たとえば、制御回路500(図5参照)は、制御信号204を使用してリアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整する。リアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整することは、第2の部分124bのリアクタンスを調整し、そのことはPRU120(図1参照)のリアクタンスを調整する。
【００６８】
制御回路は、デバイス電子回路に供給されるワイヤレス電力信号の整流電圧を動的に調整するために、タンクリアクタンスを動的に調整する。制御回路は、整流電圧を感知し電圧測定値を制御回路に提供する電圧センサを含む。制御回路は、電圧測定値信号を受信し、電圧測定値信号に応答してタンクリアクタンスを動的に調整する。たとえば、制御回路500(図5参照、電圧センサ502を含む)は、デバイス電子回路(抵抗器142によって表されるPRU120の負荷)に供給される整流電圧を測定し、整流電圧を(たとえば、4ボルトと14ボルトとの間で)動的に調整するために、リアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整する。
【００６９】
方法700は、トランスミッタデバイスの共振周波数に整合するように電子デバイスの共振周波数を調整するために、共振整合回路によってタンクリアクタンスを調整することをさらに含んでもよい。方法700は、規定された範囲の外で共振整合回路がデバイスリアクタンスを調整するとき、制御回路によって共振整合回路を非活動化させることをさらに含んでもよい。これらの機能は、図12を参照しながらより詳細に説明される。
【００７０】
図8は、リアクタンスシフトと受電電圧の両方を制御するための制御回路800のブロック図である。制御回路800は、第2の部分124c(部分的に図8に示す)とここで呼ばれる第2の部分124(図1参照)に実装される。制御回路800は、制御回路200(図2参照)および制御回路500(図5参照)の機能を含む。図2および図5におけるものと類似の構成要素は図示されない。制御回路800は、ワイヤレス制御信号202を受信し、制御回路200に関して上記で説明したように動作する。制御回路800は、第1の部分122からの整流電圧を測定し、制御回路500に関して上記で説明したように動作する。制御信号202はまた、図2に関して上記で説明した機能に加えて、制御回路800の動作モードを選択的に制御する。ある動作モードでは、制御回路800は制御回路200に従ってリアクタンスシフトを実行するように動作し、制御回路500の機能は使用されない。別の動作モードでは、制御回路800は制御回路500に従って受電電圧を制御するように動作し、制御回路200の機能は使用されない。
【００７１】
代替として、制御回路800(または、図2の200もしくは図5の500)は、概してPRU120(図1参照)用の制御回路として動作することなどの他の機能を含んでもよく、この場合、制御回路800の配置は、第2の部分(たとえば、図2の124aまたは図5の124bまたは図8の124c)に限定されない。制御回路800(または、図2の200もしくは図5の500)は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラなどであってもよい。
【００７２】
図9〜図11は、リアクタンス調整回路152(図1参照)の実装オプションを示すブロック図である。図9は、切替え可能キャパシタを有するリアクタンス調整回路152aを示すブロック図である。切替え可能キャパシタは、いくつかのスイッチ900ならびにキャパシタC1、C2、C4、C8、C16、C32、およびC64を含む。スイッチ900は、(たとえば、図2の制御回路200、図5の500、または図8の800からの)制御信号204によって制御される。スイッチ900は、キャパシタを回路から選択的に接続または切断する。スイッチ900は、トランジスタを用いて実装されてもよい。キャパシタは、バイナリレンジで構成される。たとえば、C1が1ピコファラド、C2が2ピコファラドなどであり、したがって、選択可能な範囲は0から127ピコファラドまでの128値である。キャパシタを切り替えることは、キャパシタンスを調整し、そのことは、リアクタンス調整回路152に関して上記で説明したように、リアクタンス調整回路152aのリアクタンスを調整する。
【００７３】
図10は、切替え可能抵抗器を有するリアクタンス調整回路152bを示すブロック図である。切替え可能抵抗器は、いくつかのスイッチ1000ならびに抵抗器R1、R2、R4、R8、R16、R32、およびR64を含む。スイッチ1000は、(たとえば、図2の制御回路200、図5の500、または図8の800からの)制御信号204によって制御される。スイッチ1000は、抵抗器を回路から選択的に接続または切断する。スイッチ1000は、トランジスタを用いて実装されてもよい。抵抗器は、バイナリレンジで構成される。たとえば、R1が1キロオーム、R2が2キロオームなどであり、したがって、選択可能な範囲は0から127キロオームまでの128値である。抵抗器を切り替えることは、インピーダンスを調整し、そのことは、リアクタンス調整回路152に関して上記で説明したように、リアクタンス調整回路152bのリアクタンスを調整する。
【００７４】
図11は、可変キャパシタ1100を有するリアクタンス調整回路152cを示すブロック図である。可変キャパシタ1100は、(たとえば、図2の制御回路200、図5の500、または図8の800からの)制御信号204によって制御される。制御信号204は、可変キャパシタ1100の選択可能なキャパシタンスのうちの1つを選択し、そのことは、リアクタンス調整回路152に関して上記で説明したように、リアクタンス調整回路152cのリアクタンスを調整する。さらなるオプションとして、2つ以上の可変キャパシタが(図9または図10における構成と類似して)並列に実装されてもよく、制御信号204が、リアクタンスを調整するために可変キャパシタのうちの1つまたは複数を調整する。
【００７５】
図12〜図13は、上記で説明したリアクタンス調整システムが、共振整合とともにどのように使用されてもよいのかを示す。上記で説明したように、いくつかのワイヤレス充電システムは、ワイヤレス電力場の電力伝達効率を増大させるために共振整合を使用する。したがって、リアクタンス調整を実行することは、たとえば、規定された範囲の外で共振整合がリアクタンスを増大させることになるとき、電力伝達効率を低下させる。(ただし、上記で説明したように、広いリアクタンス範囲にわたって動作することが必要とされないので、このことはPTUの設計またはコストを簡略化する助けとなることができる。)
【００７６】
図12は、共振整合回路1202を含む制御回路1200のブロック図である。制御回路1200は、第2の部分124d(部分的に、図12に示す)とここで呼ばれる第2の部分124(図1参照)に実装される。制御回路1200は図2の制御回路200(または、図5の500もしくは図8の800)と類似であり、PRU120(図1参照)の構成要素である。簡潔のために、制御回路200または500が実装される場合、無関係の構成要素が割愛されてもよいという理解とともに、制御回路1200は制御回路800と類似であるものとして示される。
【００７７】
第1の動作モードでは、PRU120(図1参照)の共振周波数がPTU110の共振周波数に整合する(または、より具体的には、PTUコイル114とPRUコイル132および150との間の共振を整合させる)ために、制御回路1200は、共振整合回路1202が共振整合を実行することを可能にする。たとえば、共振整合回路1202は、制御回路1200を介してリアクタンス調整回路152に結合されてもよい。共振整合回路1202は、共振周波数を通じて掃引するためにリアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整してもよく、増大した電力伝達効率に到達したときに調整することをやめてもよい。しかしながら、規定された範囲の外で(たとえば、j0〜j150オームの外部で)PRU120のリアクタンスが調整するように、共振整合回路1202がリアクタンス調整回路152のリアクタンスを調整する場合、制御回路1200は第2の動作モードに入る。
【００７８】
第2の動作モードでは、制御回路1200は、共振整合回路1202を非活動化させる。制御回路1200は、次いで、上記で説明したように、(たとえば、図2の制御回路200、図5の500、または図8の800に従って)リアクタンス調整を実行するように動作する。
【００７９】
図13は、共振整合回路1300を含むPTU110bのブロック図である。PTU110bは、PTU110(図1参照)またはPTU110a(図4参照)と類似である。共振整合回路1300は、リアクタンス検出器400(図4参照)およびトランスミッタリアクタンス調整回路1302に結合される。トランスミッタリアクタンス調整回路1302は、リアクタンス調整回路152(図1参照)と類似であってもよく、切替え可能キャパシタ(図9参照)、切替え可能抵抗器(図10参照)、または可変キャパシタ(図11参照)を含んでもよい。共振整合回路1300は、リアクタンス検出器400によって決定された容量リアクタンスおよび誘導リアクタンスを使用して、トランスミッタリアクタンス調整回路1302のリアクタンスを調整する。
【００８０】
第1の動作モードでは、リアクタンス検出器400は、ワイヤレス制御信号202を生成せず、代わりに、リアクタンス検出器400は、PTU110bの共振周波数がPRU120(図1参照)の共振周波数に整合するために、共振整合回路1300が共振整合を実行することを可能にする。リアクタンス検出器400は、(図4に関して上記で説明したように)測定されたトランスミッタリアクタンスを共振整合回路1300へ送信する。共振整合回路1300は、共振周波数を通じて掃引するためにトランスミッタリアクタンス調整回路1302のリアクタンスを調整してもよく、増大した電力伝達効率に到達したときに調整することをやめてもよい。しかしながら、規定された範囲の外で(たとえば、j0〜j150オームの外部で)PTU110のリアクタンスが調整するように、共振整合回路1300がトランスミッタリアクタンス調整回路1302のリアクタンスを調整する場合、PTU110bは第2の動作モードに入る。
【００８１】
第2の動作モードでは、リアクタンス検出器400は、共振整合回路1300を非活動化させ、図4に関して上記で説明したように、リアクタンス調整を実行するように動作する。
【００８２】
上記の説明は、特定の実施形態の態様がどのように実施されてもよいのかという例と一緒に、本開示の様々な実施形態を示す。上記の例は、唯一の実施形態であると見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって規定される特定の実施形態の融通性および利点を示すために提示される。上記の開示および以下の特許請求の範囲に基づいて、特許請求の範囲によって規定されるような本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および均等物が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
100  ワイヤレス充電システム
110  PTU
112  電流源
114  トランスミッタコイル
120  PRU
122  第1の部分
124  第2の部分
132  第1のコイル
134  キャパシタ
136  ダイオード
138  ダイオード
140  キャパシタ
142  抵抗器
150  第2のコイル
152  リアクタンス調整回路
200  制御回路
202  制御信号
204  制御信号
400  リアクタンス検出器
500  制御回路
502  電圧センサ
800  制御回路
900  スイッチ
1000  スイッチ
1100  可変キャパシタ
1200  制御回路
1202  共振整合回路
1300  共振整合回路
1302  トランスミッタリアクタンス調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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