(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力送信デバイスであって、
送信アンテナと、
ワイヤレス場を生成するために、前記送信アンテナに電力を供給するための電力送信信号を生成するように構成された送信回路と、
少なくとも1つのスイッチを備え、前記送信アンテナによって受信された電磁場が前記送信アンテナと前記送信回路との間の電気的結合を介して前記送信アンテナまたは前記送信回路のうちの少なくとも1つに損傷を与えるのが抑制されるように、前記電気的結合を絶縁させるように構成された電力制御回路であって、前記電気的結合を絶縁させることが、前記送信アンテナと前記送信回路との間の電気経路をアクティブにするようにスイッチを制御するステップを含み、前記生成されたワイヤレス場は、デバイスをワイヤレスに充電するのに十分である、電力制御回路と、
前記送信アンテナによって受信された電磁場の強度を検知するように構成され、さらに、前記送信アンテナによって受信された電磁場の強度を示す検知信号を生成するように構成された検出回路と
を備え、
前記電力制御回路は、前記検知信号に少なくとも部分的に基づいて、前記送信回路から電流を分流するために前記送信アンテナのコイルの電極V+およびV-をともに短絡することにより、前記電気的結合を絶縁させるように構成される、ワイヤレス電力送信デバイス。
【請求項２】
前記検出回路が、前記送信アンテナによって生成される電気的特性を測定することによって、前記送信アンテナによって受信された電磁場の強度を検知するように構成された、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記電力制御回路が、前記検知信号に少なくとも部分的に基づいて前記スイッチの開または閉のうちの少なくとも一方によって、前記電気的結合を絶縁させるように構成される、請求項1または2に記載のデバイス。
【請求項４】
前記電力制御回路が、前記送信アンテナと前記送信回路との間の接続を分離するように、前記スイッチを制御するように構成された、請求項1から3のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記電力制御回路が、電力制御信号に基づいて前記アンテナと前記送信回路との間の電力伝達を防止するように構成され、前記電力制御信号は前記検出回路によって提供される、請求項1から4のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電力制御回路が、前記アンテナが受信する電力が閾値より小さいことに基づいて前記アンテナと前記回路との間の電力伝達を可能にするように構成された、請求項1から5のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記検出回路が、前記デバイスをワイヤレスに充電するのに十分なワイヤレス場を生成するために前記送信回路が前記送信アンテナに電力を供給する間に、前記アンテナから前記電力を検知するのを止めるように構成された、請求項1から6のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電力制御回路がリレーを備える、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記検出回路が、検知素子、整流器およびフィルタを備える、請求項1から8のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出回路が、前記検知信号をプロセッサに提供するように構成され、前記電力制御回路が、前記プロセッサから表示信号に基づく制御信号を受信するように構成され、前記電力制御回路が、前記制御信号に基づいて前記スイッチを制御するように構成された、請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記検出回路が、制御信号を生成するために前記検知信号をプロセッサに提供するように構成され、前記電力制御回路が、前記送信回路が前記送信アンテナに電力を伝達するのを選択的に防止する、または可能にするための制御信号を前記プロセッサから受信するように構成された、請求項1から9のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
ワイヤレス電力送信デバイスを保護する方法であって、
送信アンテナによって受信された電磁場の強度を検知するステップと、
検出回路により、前記送信アンテナによって受信された電磁場の強度を示す表示信号を生成するステップと、
電力制御回路により、前記受信された電磁場が前記送信アンテナと送信回路との間の電気的結合を介して前記送信アンテナまたは前記送信回路のうちの少なくとも1つに損傷を与えるのが抑制されるように、前記表示信号に少なくとも部分的に基づいて前記電気的結合を絶縁させるステップであって、前記送信アンテナと前記送信回路との間の電気経路をアクティブにするようにスイッチを制御するステップを含み、前記送信回路から電流を分流するために前記送信アンテナのコイルの電極V+およびV-をともに短絡するステップを含む、ステップと
を有する、方法。
【請求項１３】
前記検知するステップが、前記受信された電磁場の強度を決定するために前記送信アンテナによって生成される電気的特性を測定するステップを含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気的結合を絶縁させるステップが、前記送信アンテナと前記送信回路との間の接続を分離するようにスイッチを制御するステップを含む、請求項12または13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、近接した第2の送信機によって生じる損傷から電力送信機を保護することを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリーを介して電力供給されている。そのようなデバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器などが含まれる。バッテリー技術は向上したが、バッテリー電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、それを消費し、それによって、しばしば、再充電する必要がある。充電式デバイスは、しばしば、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様の接続部を通して有線接続を介し、充電される。ケーブルおよび同様の接続部は、場合によっては、不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有することがある。充電式電子デバイスを充電するか、または電子デバイスに電力を供給するのに使用されるように自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服する可能性がある。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】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態の各々は、いくつかの態様を有し、そのどの態様も単独で、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００４】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、以下の添付の図面および説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、アンテナを含むワイヤレス電力送信デバイスと、アンテナのための信号を生成するように構成された送信回路と、アンテナから電力を検知し、アンテナによって受信された電力量を示す信号を生成するように構成された検出回路とを提供する。このデバイスは、生成された信号に基づいて、アンテナと送信回路との間の電力伝達を制御するように構成された電力制御回路も含む。
【０００６】
本開示の別の態様は、回路を保護する方法を提供し、この方法は、アンテナと回路との間の電力伝達を防止するステップと、アンテナが閾値未満の電力を受信していることを決定するステップと、アンテナが閾値未満の電力を受信することに応答して、電力のアンテナと回路との間の伝達を可能にするステップとを含む。
【０００７】
本開示の別の態様は、送信回路を保護するように構成された保護回路であり、保護回路が、電力をワイヤレスに送信するための手段と、電力送信手段のための信号を生成するための手段と、電力送信手段から電力を検知し、アンテナによって受信された電力量を示す信号を生成するための手段とを含む。デバイスは、アンテナが閾値よりも大きい電力を受信することに基づいて、アンテナと送信回路との間の電力伝達を制御するための手段も含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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で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の概略図である。
【図４】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で使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【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で使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図６】図4の送信回路で使用され得る送信回路の一部の概略図である。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、図1のものなど、ワイヤレス電力伝達システムに使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、図7の送信回路706および図7の送信機などの送信機で使用され得る保護回路の機能ブロック図である。
【図９】本発明の例示的な実施形態による、図7の送信回路706および図7の送信機などの送信機で使用され得る保護回路の機能ブロック図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機などの送信機で使用され得る保護回路の概略図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機などの送信機で使用され得る保護回路の概略図である。
【図１２】本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機などの送信機で使用され得る保護回路の概略図である。
【図１３】本発明の例示的な実施形態による、回路を保護する方法のフローチャート図である。
【図１４】本発明の例示的な実施形態による、回路を保護する方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通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。
【００１０】
添付の図面に関する下記の発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明することを意図しており、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すことは意図していない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、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、他の例示的な実施態様よりも好ましいか、または有利なものと解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施態様を完全に理解してもらうために、具体的な細部を含む。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ている。
【００１１】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気的導体を使用することなく、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ことを指し得る(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)。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、「受信アンテナ」によって受け取られ、捕捉され、または結合され得る。
【００１２】
図1は、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100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を可能にするために、場105を生成するのに、電源(図示せず)から、送信機104に入力電力102を提供することができる。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だけ離間され、物理的に接触していない。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は、相互の共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数が、ほぼ同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。したがって、送信および受信コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のコイルを必要とする可能性がある純粋に誘導性の解決手段とは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達を可能にすることができる。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。
【００１３】
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に位置するとき、電力を受け取ることができる。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」に相当してよい。送信機104は、エネルギー伝達を出力するための送信アンテナ114を含んでよい。さらに、受信機108は、エネルギー伝達からのエネルギーを受信または捕捉するための受信アンテナ118を含む。近接場は、送信アンテナ114から電力を最小限に放射する送信アンテナ114内の電流および電荷に起因する強い反応場が存在する領域に相当してよい。場合によっては、近接場は、送信アンテナ114の約1波長(または波長の数分の一)内にある領域に相当してよい。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連する適用例およびデバイスに応じてサイズを決定される。上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を非近接場に伝播するのではなく、送信アンテナ114の場105のエネルギーの大部分を受信アンテナ118にワイヤレスに結合することによって生じさせることができる。場105内に位置するとき、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の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１４】
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と、ドライバ回路224と、フィルタ/整合回路226とを含むことができる、送信回路206を含んでよい。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数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の共振周波数で送信アンテナ214を駆動するように構成されたドライバ回路224に供給され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受け取り、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であってよい。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器であってよい。また、フィルタおよび整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタリングして除去し、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。送電アンテナ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のに十分なレベルで、ワイヤレスで電力を出力できる。一例として、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に給電または充電するために、たとえば、300ミリワットから5ワットのオーダにあることができる。より高いまたは低い電力レベルも提供できる。
【００１５】
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)に電力を供給するために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を含んでよい。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得る。加えて、受信機208と送信機204は、別々の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース、zigbee、セルラーなど)上で通信してよい。別法として、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を使用したバンド内信号伝達を介して通信することができる。
【００１６】
以下でより十分に説明するように、受信機208は、最初に、選択的に接続または切断され得る関連の負荷(たとえば、バッテリー236)を有し得る。さらに、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量がバッテリー236を充電するのに適しているか否かを判断するように構成することができる。さらに、受信機208は、電力の量が適切であると判定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)に接続し、電力を供給するように構成することができる。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負荷に供給するように構成することができる。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と相互作用することによってワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、かつ/または、受信電力を利用して送信機204もしくは他のデバイスと通信するように構成することができる。
【００１７】
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に示されたように、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を含むことができる。また、アンテナ352は、「ループ」アンテナ352と呼ぶことができるか、または「ループ」アンテナ352として構成することができる。また、アンテナ352は、本明細書では、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ぶことができるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成することができる。「アンテナ」という用語は、一般に、別の「アンテナ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスで出力するか、または受け取ることができる構成要素を指す。アンテナは、電力をワイヤレスに出力するかまたは受け取るように構成されるタイプのコイルと呼ばれてもよい。本明細書で使用する場合、アンテナ352は、電力をワイヤレスに出力、および/またはワイヤレスに受信するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の例である。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コア(図示せず)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無関係の物理デバイスに対して、より耐用性がある可能性がある。さらに、空芯ループアンテナ352により、他の構成要素をコア領域内に配置することが可能になる。加えて、空芯ループは、受信アンテナ218(図2)を送信アンテナ214(図2)の平面内に配置することをより容易に可能にし得、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域は、より強力であり得る。
【００１８】
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との間に整合した共振またはほぼ整合した共振が生じている間に行われ得る。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も、エネルギーを伝達することができるが、効率に影響を及ぼす可能性がある。エネルギーの伝達は、送信アンテナ214の場105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行われ、この場105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。
【００１９】
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いている。インダクタンスは単にアンテナ352によって生成されたインダクタンスである可能性があるが、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を生成するためにアンテナのインダクタンスに加えられ得る。非限定的な例として、共振周波数における信号356を選択する共振回路を生成するために、送信回路または受信回路350にアンテナ352およびキャパシタ354を加えてよい。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増加するにつれて減少してよい。さらに、アンテナの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。他の構成要素を使用して形成される他の共振回路も考えられる。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してよい。送信アンテナに関して、アンテナ352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358がアンテナ352への入力であってよい。
【００２０】
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、時間変動する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、時間変動する磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導することができる。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。受信アンテナ118内に誘導されたAC信号は、負荷を充電するかまたは負荷に電力を供給するために供給され得るDC信号を生成するために上述のように整流され得る。
【００２１】
図4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使用され得る送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406および送信アンテナ414を含むことができる。送信アンテナ414は、図3に示すアンテナ352である可能性がある。送信回路406は、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)を発生させる発振信号を生成することにより、送信アンテナ414にRF電力を供給してよい。送信機404は、任意の適切な周波数で動作することができる。例として、送信機404は、6.78MHzのISMバンドで動作することができる。
【００２２】
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波放射を受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで低減させるように構成されたローパスフィルタ(LPF)408とを含んでよい。他の例示的な実施形態は、ノッチフィルタを含むが、それに限定されない、異なるフィルタトポロジを含んでよく、ノッチフィルタは、特定の周波数を減衰させる一方で、他の周波数は通過させ、アンテナ414への出力電力、またはドライバ回路424によって引き出されるDC電流など、測定可能な送電メトリックに基づいて変化し得る、適応インピーダンス整合を含んでよい。送信回路406は、発振器423によって決定されるRF信号を駆動するように構成されたドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスまたは回路から構成されても、または代わりに、一体型アセンブリから構成されてもよい。送信アンテナ414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度であってよい。
【００２３】
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、かつ取り付けられた受信機を介して隣接するデバイスと対話するための通信プロトコルを実装するように出力電力レベルを調整するために、特定の受信機の送信フェーズ(またはデューティサイクル)の間に発振器423を選択的に有効にするためのコントローラ415をさらに含んでよい。コントローラ415は、本明細書ではプロセッサ415と呼ばれることもあることに留意されたい。たとえば、プロセッサ415は、ワイヤレス電力送信機または受信機を動作させるためのソフトウェア命令を実行するように構成される任意の既知のプロセッサとすることができる。発振器位相および送信経路内の関連する回路の調整により、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の低減が可能になり得る。
【００２４】
送信回路406は、送信アンテナ414によって生成された近接場の近傍における作動中の受信機の有無を検出するための負荷感知回路416をさらに含んでよい。例として、負荷感知回路416は、以下でさらに説明するように、送信アンテナ414によって生成された場の近傍における作動中の受信機の有無によって影響を及ぼされ得るドライバ回路424に流れる電流を監視する。ドライバ回路424上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を有効にすべきかどうか、および作動中の受信機と通信すべきかどうかを決定する際に使用するためにコントローラ415によって検出される。以下でより十分に説明するように、ドライバ回路424で測定される電流は、無効なデバイスが送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に位置するかどうかを判定するために使用され得る。
【００２５】
送信アンテナ414は、リッツ線とともに、または抵抗損を低く保つために選択された厚さ、幅、および金属のタイプを有する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414は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の携帯性の低い構成などの、より大きい構造と関連付けて構成され得る。したがって、送信アンテナ414は、一般に、実用的な寸法となるように「巻くこと」を必要としない場合がある。送信アンテナ414の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(すなわち、波長の数分の一)であり、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り、より低い使用可能な周波数で共振するように同調され得る。
【００２６】
送信機404は、送信機404に関連し得る受信機デバイスの所在および状態に関する情報を収集および追跡してよい。したがって、送信回路406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ415に接続される、存在検出器480、密閉検出器460、またはこれらの組合せを含んでよい。コントローラ415は、存在検出器480および密閉検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424により送出される電力量を調整してよい。送信機404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電源を送信機404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)などのいくつかの電源を介して、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受け取ってよい。
【００２７】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバレージ領域に挿入される、充電されるべきデバイスの最初の存在を感知するために利用される運動検出器であってよい。検出後に、たとえば、発振器423またはドライバ回路424を使用可能にすることによって、送信機404をオンにすることができ、デバイスによって受信されたRF電力を用いて、所定の方法でRxデバイス上のスイッチを切り替えることができ、それにより、結果として送信機404の駆動点インピーダンスが変化する。
【００２８】
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出手段、運動検出手段、または他の適切な手段によって人を検出することが可能な検出器であってよい。たとえば、人間は、赤外線検出器または運動検出器によって検出され得るが、送信機404と通信しないので、充電される対象から区別され得る。いくつかの例示的な実施形態では、送信アンテナ414が特定の周波数で送信することができる電力量を制限する規定が存在してよい。場合によっては、これらの規定は、人を電磁放射から守ることを意図されている。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工業の現場、店舗などの、人によって占有されないか、または人によって占有される頻度が低い領域に位置する環境が存在し得る。これらの環境に人間がいない場合は、通常の電力制限規定を超えて送信アンテナ414の電力出力を増加させることを許容し得る。言い換えれば、コントローラ415は、人の存在に応答して、送信アンテナ414の電力出力を、規制レベルまたはそれ未満に調整し、人が送信アンテナ414の電磁場から規制距離の外側にいる場合は、送信アンテナ414の電力出力を、規制レベルを超えるレベルに調整してよい。
【００２９】
非限定的な例として、密閉検出器460(本明細書では、密閉区画検出器または密閉空間検出器と呼ばれることもある)は、包囲体が閉状態または開状態であることを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってよい。送信機が閉状態の包囲体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させてよい。
【００３０】
例示的な実施形態では、送信機404がいつまでもオンのままではない方法を使用してよい。この場合、送信機404は、たとえば、発振器423またはドライバ回路424を無効化することによって、ユーザによって決定された時間量の後、シャットオフされるようにプログラムされ得る。この特徴は、送信機404の周囲のワイヤレスデバイスが十分充電された後、送信機404、特にドライバ回路424が長く動作するのを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナ218より送信された、デバイスが十分充電されたという信号を検出するための回路の故障によるものである可能性がある。その周囲に別のデバイスが配置されている場合に、送信機404が自動的にシャットオフすることを防止するために、送信機404の自動シャットオフ機能は、その周囲で動作が検出されずに、定められた期間が経過した後にだけ、アクティブ化されてよい。ユーザが、望み通りに、無活動時間間隔を決定し、それを変更できてよい。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスが最初に完全に放電したという仮定の下に、そのデバイスを完全に充電するのに必要な時間間隔よりも長くてよい。
【００３１】
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使用され得る受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信アンテナ518を含み得る受信回路510を含む。受信機508は、それに受信電力を提供するためのデバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に統合されてよいことに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスに伝播され、次いで受信回路510の残りの部分を介してデバイス550に結合され得る。例として、充電デバイスには、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療用デバイス)などのデバイスが含まれ得る。
【００３２】
受信アンテナ518は、送信アンテナ414(図4)と同じ周波数で、または特定の周波数範囲内で共振するように同調され得る。受信アンテナ518は、送信アンテナ414と同様の寸法を有しても、または関連するデバイス550の寸法に基づいて異なるサイズを有してもよい。例として、デバイス550は、送信アンテナ414の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであってよい。そのような例では、受信アンテナ518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減させ、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。例として、受信アンテナ518は、アンテナの直径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き数(すなわち、巻回)および巻線間キャパシタンスを低減するために、デバイス550の実質的な外周の周りに配置されてよい。
【００３３】
受信回路510は、受信アンテナ518に対するインピーダンス整合を可能にしてよい。受信回路510は、受け取られたRFエネルギー源をデバイス550が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506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522を含んでもよい。RF-DC変換器520は、受信アンテナ518で受信されたRFエネルギー信号を、Vrectで表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力レギュレータ)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分的および完全な整流器、レギュレータ、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、様々なRF-DC変換器が企図される。
【００３４】
受信回路510は、受信アンテナ518を電力変換回路506に接続するための、あるいは電力変換回路506を切断するための、スイッチング回路512をさらに含んでよい。電力変換回路506から受信アンテナ518を切断することにより、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図2)から「見た」「負荷」も変化する。
【００３５】
上記で開示したように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に供給されるバイアス電流の変動を検出することができる負荷感知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在することを判定するための機構を有する。
【００３６】
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機をより効率的に送信機に結合させるために、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましい場合がある。受信機508はまた、他の近くの受信機への結合を解消するか、または近くの送信機への装荷を低減させるためにクローキングされ得る。受信機のこの「除荷」は、本明細書では「クローキング」としても知られる。さらに、受信機508によって制御され送信機404によって検出される、除荷と装荷との間のこのスイッチングは、以下でより十分に説明するように、受信機508から送信機404への通信機構を実現することができる。加えて、受信機508から送信機404にメッセージを送信することを可能にするプロトコルが、このスイッチングに関連付けられ得る。例として、スイッチング速度は、100μ秒程度であってよい。
【００３７】
例示的な実施形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を使用したバンド内信号伝達)ではなく、デバイス感知/充電制御機構を指す。言い換えれば、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるかどうかを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを使用してよい。受信機は、これらのエネルギー変化を送信機404からのメッセージとして解釈してよい。受信機側から、受信機508は、どれくらいの電力が場から受け入れられるかを調整するために受信アンテナ518の同調および非同調を使用してよい。場合によっては、同調および非同調は、スイッチング回路512を介して実現され得る。送信機404は、場からの使用される電力のこの差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈してよい。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態を利用してよいことに留意されたい。
【００３８】
受信回路510は、送信機から受信機への情報信号伝達に対応し得る、受信エネルギーの変動を識別するために使用される、信号伝達検出器/ビーコン回路514をさらに含んでよい。さらに、信号伝達/ビーコン回路514は、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出し、かつ低減されたRF信号エネルギーを公称電力に整流し、受信回路510内の電力を供給されていない回路または電力が枯渇した回路のいずれかを呼び起こして受信回路510をワイヤレス充電が可能なように構成するために使用されてもよい。
【００３９】
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書で説明する受信機508のプロセスを調整するためのプロセッサ516をさらに含む。また、受信機508のクローキングは、充電電力をデバイス550に提供する外部の有線充電ソース(たとえば、壁コンセント/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生したときにも行われる可能性がある。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御するのに加えて、ビーコン回路514を監視してビーコン状態を判定し、送信機404から送信されたメッセージを抽出してもよい。プロセッサ516は、性能の改善のためにDC-DC変換器522を調整してもよい。
【００４０】
図6は、図4の送信回路406に使用され得る送信回路600の一部分の概略図である。送信回路600は、上記に図4において説明したように、ドライバ回路624を含んでよい。ドライバ回路624は、図4に示したドライバ回路424に類似していてもよい。上述のように、ドライバ回路624は、方形波を受け取り、送信回路650に供給する正弦波を出力するように構成され得るスイッチング増幅器であってよい。場合によっては、ドライバ回路624は、増幅器回路と呼ばれることがある。ドライバ回路624は、E級増幅器として示されているが、本発明の実施形態によって任意の適切なドライバ回路624が使用されてよい。ドライバ回路624は、図4に示されるように、発振器423からの入力信号602によって駆動することができる。また、ドライバ回路624は、送信回路650を介して送出され得る最大電力を制御するように構成された駆動電圧VDを提供され得る。高調波を解消または低減させるために、送信回路600は、フィルタ回路626を含んでよい。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626であってよい。
【００４１】
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を含む送信回路650に提供され得る。送信回路650は、ドライバ回路624によって供給されるフィルタ処理済み信号の周波数で共振する可能性がある、(たとえば、アンテナのインダクタンスもしくはキャパシタンス、または追加のキャパシタ構成要素に起因する可能性がある)あるキャパシタンス620およびインダクタンスを有する直列共振回路を含んでよい。送信回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表すことができる。この負荷は、送信回路650から電力を受け取るように置かれたワイヤレス電力受信機508の関数であってよい。
【００４２】
いくつかの状況では、たとえば上記で説明したものなど、複数の送信機が同時に送信しており、互いに近くにある場合、望ましくない結果があり得る。たとえば、ワイヤレスに電力を送信する第1の送信機は、第2の送信機と意図せずに誘導的に結合し得る。第1のシナリオでは、第1の送信機の回路は、第2の送信機のために予想外の負荷を経験することによって、損傷を受け得る。言い換えれば、第1の送信機は、(たとえば図5など)受信機回路のより小さい負荷よりむしろ)大きい負荷としての第2の送信機に遭遇する。第2のシナリオでは、第2の送信機の回路は、受信機回路として意図せずに動作するため、損傷を受け得る。言い換えれば、第1の送信機が意図せずに誘導結合されると、第2の送信機は、第1の送信機から受信される電力によって損傷を受け得る。送信機がオフ状態であるとき、受信される電力(すなわちアンテナは回路が「オン」でなく受動的に電力を受信することができる)が送信機の高感度回路に供給されるのが防止されるので、損傷は防止される。さらに、オフ状態からオン状態に移行すると、送信回路をアンテナに結合する前に、検出回路が、アンテナは潜在的に損傷を与える電力を受信していないことを決定する。アンテナが潜在的に損傷を与える電力を受信している場合、送信回路は、アンテナに結合されない。
【００４３】
図7は、本発明の例示的な実施形態による、図1のものなど、ワイヤレス電力伝達システムで使用され得る送信機704の機能ブロック図である。送信機704は、送信回路706、保護回路705および送信アンテナ714を含む。
【００４４】
送信回路706は、それぞれ図2、図4、および図6の送信回路206、406、および600など、上記で説明した送信回路と似ていてもよい。送信回路706は、出力として送信電力信号(たとえば、RF発振信号)を供給する。たとえば、送信電力信号は、保護回路705を介して送信アンテナ714に供給され得る。電力送信信号は、送信アンテナ714の周りのエネルギー(たとえば、電磁束)の生成をもたらす発振信号とすることができる。送信機704は、任意の適切な周波数で動作してよい。例として、送信機704は、6.78MHzのISM帯域において動作することができる。
【００４５】
送信アンテナ714は、それぞれ図2、図3、および図4のアンテナ214、352、および414など、上記で説明したアンテナと似ていてもよい。送信アンテナ714は、入力として電力送信信号を受信し、出力としてワイヤレス場を生成することができる。たとえば、送信回路706に電気的に結合される送信アンテナ714は、電力送信信号を受信することができ、これは、送信アンテナ714に電力を供給し、デバイスにワイヤレスに充電し、および/または電力を供給するのに十分なワイヤレス場を生成する。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に給電または充電するために、たとえば、約300ミリワットから5ワットとすることができる。より高いまたは低い電力レベルも提供できる。
【００４６】
保護回路705は、送信回路706と保護回路705との間の電力送信信号を搬送することができる。保護回路705は、保護されていなければ、送信アンテナ714によって受信された電磁場および/または電力によって生じる損傷から、送信回路706を保護するために使用され得る。たとえば、保護回路705は、送信アンテナ714によって受信された電磁場および/または電力の強度を検知することができる。電気的結合を介して、受信された電磁場および/または電力が送信回路706および/または送信アンテナ714で損傷を与えるのが抑制されるように、検知に基づいて、保護回路705は、送信アンテナと送信回路との間の電気的結合を減衰させることができる。
【００４７】
保護回路705は、様々な方法で電気的結合を減衰させ得る。一実施形態では、保護回路705は、送信アンテナ714によって受信されるエネルギーおよび/または電力を分流することができる。いくつかの実施形態では、保護回路705は、送信回路706および送信アンテナ714をスイッチと接続し、スイッチが開いている場合、送信アンテナ714からのエネルギーおよび/または電力が送信回路706から電気的に絶縁される。
【００４８】
保護回路705は、送信回路706がオフ状態であるとき、保護を提供することができる。たとえば、送信回路706がオフ状態である間、保護回路705は、送信アンテナ714と送信回路706との間の電気的結合を減衰させ得る。その結果、送信アンテナ714と送信回路706との間のエネルギーおよび/または電力伝達は、抑制または防止され得る。
【００４９】
さらに、送信回路706と送信アンテナ714との間で電力の伝達を可能にする前に、送信回路706がオフ状態からオン状態に移行すると、保護回路705は、送信アンテナ714が潜在的に損傷を与える電磁場および/または電力を受信しているかどうかを判断する。送信アンテナ714が潜在的に損傷を与える電力を受信している場合、電気的結合が減衰する。たとえば、送信回路706と送信アンテナ714との間でエネルギーおよび/または電力が伝達されることが抑制または防止される。送信アンテナ714が潜在的に損傷を与える電力を受信していない場合、送信回路706と送信アンテナ714との間の電力の伝達が可能になる。
【００５０】
図8は、本発明の例示的な実施形態による、図7の送信回路706および図7の送信機704などの送信機で使用され得る保護回路805の機能ブロック図である。保護回路805は、シャント電力制御回路(shunt power control circuitry)810および検出回路815を含み得る。
【００５１】
シャント電力制御回路810は、送信回路706と送信アンテナ714との間の電力送信信号(たとえば、図8のV+およびV-)への接続を含み得、制御信号を受信することができる。たとえば、制御信号は、電力信号送信信号V+、V-を検知することに基づいて、検出回路815によって供給され得る。制御信号に基づいて、シャント電力制御回路810は、以下でより詳細に説明するように、接続をアクティブまたは非アクティブにする。
【００５２】
シャント電力制御回路810は、制御信号に従って、オフ状態およびオン状態で動作し得る。オフ状態で、シャント電力制御回路810は、送信回路706と送信アンテナ714との間の接続をアクティブにし得、したがって、送信アンテナ714によって受信されるエネルギーおよび/または電力は、送信回路に配信されず、代わりに分流される。いくつかの実装形態では、エネルギーおよび/または電力は、グランドに分流される。いくつかの実装形態では、送信アンテナ714のコイルの両方の電極V+、V-は短絡する。シャント電力制御回路810に送信アンテナ714を分流するのを中止させるための制御信号を検出回路815が提供しない限り、シャント電力制御回路810は、送信アンテナ714を分流する。
【００５３】
送信回路706がオフ状態である場合、検出回路815は、シャント回路810に送信アンテナ714からの信号を分流するための制御信号を提供するようにされる。送信回路706がオン状態である場合、検出回路815は、送信アンテナ714によって受信された電磁場および/または電力の強度を検知する。送信アンテナ714が十分な強度の電磁場および/または電力を受信している場合、検出回路815は、受信されたエネルギーおよび/または電力が送信回路706に損傷を与えないように、分流するための制御信号を維持する。反対に、送信アンテナ714が電磁場を受信していない、および/または閾値を上回る強度または電力を有していない場合、検出回路815は、シャント電力制御回路810に分流を中止させるための制御信号を生成し、したがって、送信回路706は、送信アンテナ714を駆動させることができる。いくつかの実装形態では、送信回路706は、送信アンテナ714を駆動させ、および/または送信アンテナ714に電力を供給する間、検出回路815は、検知を中止する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、検出回路815は、送信アンテナによって生成される電気的特性を測定することによって、送信アンテナ714によって受信された電磁場および/または電力の強度を検知する。たとえば、検出回路815は、送信アンテナ714での電流、電圧、インピーダンスまたは他の同様の電気的特性を検知することができる。検知は、図10〜図12を参照して以下でより詳細に記載される。
【００５５】
図9は、本発明の例示的な実施形態による、図7の送信回路706および図7の送信機704などの送信機で使用され得る保護回路905の機能ブロック図である。保護回路905は、接続電力制御回路910および検出回路915を含み得る。
【００５６】
接続電力制御回路910は、送信回路706から送信アンテナ714に電力送信信号(たとえば、図9のVT)を搬送することができる(たとえば、図9のVAとして)。接続電力制御回路910は、たとえば検出回路915から、接続電力制御回路910の状態を制御するための制御信号を受信することができる。オフ状態で、接続電力制御回路910は、送信回路706と送信アンテナ714との間の接続を分離し得、したがって、送信アンテナ714によって受信されるエネルギーおよび/または電力は、送信回路706に配信されない。接続電力制御回路910に送信アンテナ714と送信回路706とを結合させるための制御信号を検出回路915が提供しない限り、接続電力制御回路910は、接続を分離する。
【００５７】
送信回路706がオフ状態であるとき、検出回路915は、送信回路706と送信アンテナ714との間の接続を分離するための制御信号を接続電力制御回路910に提供するように構成される。送信回路706がオフ状態であるとき、検出回路915は、送信アンテナ714が閾値を上回る強度を有する電磁場および/または電力を受信しているかどうかを検知する。送信アンテナ714が十分なエネルギーおよび/または電力を受信している場合、検出回路915は、送信アンテナ714および/または送信回路706を分離するための制御信号を維持する。そうすることは、受信エネルギーおよび/または電力が送信回路706に損傷を与えるのを抑制するはずである。
【００５８】
検出回路915が閾値を上回る電磁場および/または電力を受信していることを検知しない場合、検出回路915は、接続電力制御回路910に送信アンテナ714と送信回路とを結合させるための制御信号を生成する。その結果、送信回路706は、送信アンテナ714を駆動させることができる。いくつかの実装形態では、送信回路706が送信アンテナ714を駆動させるとき、検出回路915は、送信アンテナ714を検知することを中止する。
【００５９】
いくつかの実施形態では、検出回路915は、送信アンテナによって生成される電気的特性を測定することによって、送信アンテナ714によって受信された電磁場の強度を検知する。たとえば、検出回路915は、送信アンテナ714での電流、電圧、インピーダンスまたは他の同様の電気的特性を検知することができる。
【００６０】
図8および図9に関連して、制御信号は、図示され、説明されるように、検出回路815、915によって直接生成され得る。制御信号は、検出回路815、915によって間接的に生成され得ることも諒解されよう。たとえば、検出回路815、915は、受信された電磁場の強度を検知し、それに応じて検知信号を生成することができる。外部回路(たとえば、プロセッサまたはコンパレータ)は、検知信号を受信し、検知された強度が保護アクションに十分であるかどうかを判断することができる。次いで、外部回路は、検知信号を使用した判断に基づいて、制御信号を生成することができる。
【００６１】
図10は、本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機704などの送信機で使用され得る保護回路1005の概略図である。たとえば、保護回路1005は、図8の保護回路805の一実施形態に対応し得る。保護回路1005は、電力制御回路1025および検出回路1015を含み得る。電力制御回路1025は、スイッチS1、S2、およびインダクタL3を含むリレー1030を含む。電力制御回路1025は、ダイオードD3、トランジスタM1、および抵抗器R2をも含む。検出回路1015は、抵抗器R1、R3、およびR4、キャパシタC2、C3、およびC4、ならびにダイオードD1およびD2を含む。
【００６２】
検出回路1015は、閾値Vrefとの感知信号の比較に基づいて、表示/制御信号を生成するための監視回路、たとえばコンパレータ1035を含む。コンパレータ1035は、監視系の例示的な一実施形態にすぎないことを諒解されよう。たとえば一般のプロセッサを使用するなど、他の実装形態は、容易に決定可能である。
【００６３】
電力制御回路1025は、トランジスタM1のゲート端子で制御信号を受信する。加えて、電力制御回路1025は、リレー1030でバイアス信号を受信することができる。バイアス信号は、インダクタL3に電力を供給するためにバイアス電源を提供する。制御信号は、リレー1030のオン/オフを切り替えることができる。たとえば、トランジスタM1は、制御信号を受信して、制御信号に基づいて選択的にオンまたはオフになる。M1がオンであるとき、インダクタL3は、バイアス信号によって供給される電流を伝えることができる。その結果、インダクタL3は、スイッチS1およびS2を開くことができる磁場を生成する。そうでない場合、スイッチS1およびS2は、閉じる。図示の実施形態では、ダイオードD3は、リレーがオフになると、トランジスタM1の一端から他端への一時的な電圧スパイク(たとえば、フライバック)を防止することができる。加えて、抵抗器R2は、たとえば、電源投入時に、リレーが閉じたままであるように、トランジスタM1のゲートをプルダウンすることができる。
【００６４】
検出回路1015は、電力制御回路1025がオフ状態であるとき、送信アンテナ(たとえば、図8の送信アンテナ714)の端子V-から信号を受信し、出力として表示信号を生成する。たとえば、図示の実施形態では、スイッチS1およびS2が閉じると、送信アンテナの一方の端子V+はグランドに結合され、送信アンテナの他方の端子V-は検出回路1015に結合される。
【００６５】
表示/制御信号は、潜在的に損傷を与える電磁場および/または電力の存在の表示を提供する。図示の実施形態では、検出回路1015は、送信アンテナの電気的特性を検出することに基づいて、表示信号を生成する。たとえば、端子V-によって受信された電磁場および/または電力の結果として、検出可能な電圧は、キャパシタC4の一端から他端へ形成される。ダイオードD4およびD1ならびにキャパシタC2は、C4の一端から他端へ形成される電圧を整流することができる。抵抗器R4は、電磁干渉を低減することができる。抵抗器R3およびキャパシタC3によって形成された回路網は、ローパスフィルタに対応し得る。ダイオードD2は、出力信号電圧をクランプすることができる。抵抗器R1は、キャパシタC3を放電することができる。図示の実施形態では、送信アンテナが電磁場および/または電力を受信すると、検知信号の電圧は増加するものとする。送信アンテナが電磁場および/または電力を受信しないとき、表示信号の電圧は低減する。
【００６６】
検知信号は、表示信号を生成するために使用され得る。たとえば、監視回路は、検知信号を受信し、出力として表示信号を生成することができる。図示の実施形態では、コンパレータ1035は、監視回路を形成する。特に、コンパレータは、閾値Vrefとの検知信号の比較に基づいて、表示/制御信号を生成する。
【００６７】
コンパレータ1035は、監視系の例示的な一実施形態にすぎないことを諒解されよう。他の実装形態は、容易に決定可能である。いくつかの実施形態では、検知信号は、たとえばプロセッサなど外部回路(図示せず)に提供され、表示/制御信号は、それから生成され得る。受信された強度が閾値よりも大きいことを表示信号が示す場合、電力制御回路1025がオフ状態(たとえば、スイッチS1およびS2が閉じている)のままであるように、プロセッサは制御信号を維持する。
【００６８】
受信された電磁場および/または電力の強度が閾値未満であると決定された場合、プロセッサは、トランジスタM1をアクティブにするための制御信号を生成することができる。その結果、インダクタL3は、スイッチS1およびS2を開くためにバイアス信号からの電流を伝える。スイッチS1およびS2が開くと、送信回路(たとえば、図7の送信回路706)は、送信アンテナ(たとえば、図7の送信アンテナ714)を駆動させることができ、例示の実施形態では、検出回路1015は、送信アンテナ714をもはや検知しない。いくつかの実装形態では、プロセッサは、保護回路1005に含まれ得る。いくつかの実装形態では、プロセッサの機能は、プロセッサ以外の回路によって、保護回路1005によって実施され得る。
【００６９】
図11は、本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機704などの送信機で使用され得る保護回路1105の概略図である。たとえば、保護回路1105は、図8の保護回路805の一実施形態に対応し得る。保護回路1105は、電力制御回路1125および検出回路1115を含む。電力制御回路1125は、ダイオードD3、トランジスタM1、およびリレー1130を含む。リレー1130は、スイッチS1およびS2、ならびにインダクタL3を含む。検出回路1115は、検知素子1145、抵抗器R1およびR3、キャパシタC1、C2、およびC3、ならびにダイオードD1およびD2を含む。検知素子は、トランスを形成するためのインダクタL1およびL2を含む。
【００７０】
電力制御回路1125は、送信アンテナの端子V+およびV-に動作可能に結合される。電力制御回路1125は、トランジスタM1のゲート端子で制御信号を受信する。加えて、電力制御回路1125は、リレー1130でバイアス信号を受信することができる。リレー1130は、常閉である。すなわち、スイッチS1およびS2は、インダクタL3が電流を伝えておらず、磁場を生成していないとき、閉じており、インダクタL3が電流を伝えており、磁場を生成しているとき、開いている。スイッチS1およびS2が閉じているとき、それらは、送信アンテナの一方の端子から他方の端子へ分流を作る。インダクタL3、ダイオードD3、および抵抗器R2によって形成された回路網は、図10の電力制御回路1025の場合のように同様に動作する。したがって、制御信号がトランジスタM1をアクティブにすると、スイッチS1およびS2は開き、端子V+およびV-を分離する。
【００７１】
いくつかの実施形態では、プライマリインダクタL1は、送信機の送信アンテナに対応し得る。一実施形態では、スイッチS1は、含まれる必要はない。
【００７２】
検出回路1115は、送信アンテナ(たとえば、図7の送信アンテナ714)の端子V+およびV-から信号を受信し、出力として検知信号を生成する。たとえば、図示の実施形態では、スイッチS1およびS2が閉じると、端子V+およびV-は、トランス1145のプライマリインダクタL1によって結合される。その結果、プライマリインダクタL1を通過する信号は、検知信号を生成するためのセカンダリインダクタL2を介して信号を生成する。図示の実施形態では、キャパシタC1は、トランスのセカンダリインダクタL2を分流する。ダイオードD1およびキャパシタC2は、C1の一端から他端へ形成される電圧を整流する。抵抗器R3およびキャパシタC3は、ローパスフィルタを形成する。ダイオードD2は、表示信号をクランプし、R1は、キャパシタC3を放電する。ひとたび送信アンテナが電力を受信するのを止めると、表示信号電圧の電圧は低下するはずである。
【００７３】
いくつかの実施形態では、検知信号は、たとえばプロセッサなど外部回路(図示せず)に提供され得る。追加または代替として、外部回路は、制御信号を生成することができる。たとえば、外部回路は、図11に関して説明した類似の外部回路に対応し得る。
【００７４】
図12は、本発明の例示的な実施形態による、図7の送信機704などの送信機で使用され得る保護回路1205の概略図である。たとえば、保護回路1205は、図9の保護回路905の一実施形態に対応し得る。保護回路1105と1205の両方に共通の要素は、共通の基準となる印を共有しており、簡潔さのために、保護回路1105と1205との間の違いのみが本明細書で説明される。図示の実施形態では、送信アンテナ接続VA(図9)は、グランドまたは送信回路接続VTのいずれかに選択的に結合される。電力制御回路1225のスイッチS1は常閉であり、一方、スイッチS3は常開であり、それによって、オフ状態の間、保護のために、送信回路とアンテナを分離する。送信回路がオン状態であり、検出回路が受信された電磁場を検知しないとき、スイッチS1は開き、スイッチS3が閉じ、それによって、送信回路と送信アンテナを結合する。
【００７５】
図13は、本発明の例示的な実施形態による、回路を保護する方法1300のフローチャート図である。回路は、送信機におけるアンテナを駆動させるように構成される。方法1300では、ブロック1310で、回路とアンテナとの間に電力が伝達されるのが防止される。ブロック1320で、アンテナによって受信された電磁場の強度は、閾値よりも大きいまたは小さいと決定される。強度が閾値よりも大きい場合、受信電力は監視され続ける。ひとたび強度が閾値未満になると、ブロック1330で、回路とアンテナとの間で電力を伝達することができ、回路は、アンテナを駆動させることができる。
【００７６】
図14は、本発明の例示的な実施形態による、回路を保護する方法1400のフローチャート図である。ブロック1410で、送信アンテナによって受信された電磁場の強度を検知するための方法が開始する。たとえば、検出回路1015または1115は、受信された電磁場の強度を検知するために使用され得る。検知すると、方法1400は、送信アンテナによって受信された電磁場の強度を示す表示信号を生成するために、ブロック1420に進む。たとえば、検出回路1015または1115は、検知信号を生成するために使用され得る。一実施形態では、検知信号は、検出回路によって生成され得る。様々な実施形態では、検知信号は、表示信号を生成するために、回路またはプロセッサに提供され得る。表示信号を受信することに応答して、方法1400は、表示信号に基づいて、送信アンテナと送信回路との間の電気的結合を減衰させるためにブロック1430に移動する。結合を減衰させることによって、受信された電磁場が、電気的結合を介して送信アンテナまたは送信回路のうちの少なくとも1つに損傷を与えるのが抑制される。たとえば、電力制御回路805、1025、または1125は、分流を作ることによって電気的結合を減衰させるために使用され得る。別の実施形態では、接続電力制御回路905は、接続を分離することによって電気的結合を減衰させるために使用され得る。
【００７７】
図8は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力送信機保護回路805の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機保護回路805は、図7、図8、図10、および図11に関して説明した様々なアクションのための手段810および815を備える。
【００７８】
図9は、本発明の例示的な一実施形態による、ワイヤレス電力送信機保護回路905の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機保護回路905は、図7および図12に関して説明した様々なアクションのための手段910および915を備える。
【００７９】
上記の方法の種々の動作は、種々のハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネント、回路および/またはモジュールなどの、動作を実行することができる任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示される任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行することができる。たとえば、電力をワイヤレスに送信するための手段は、たとえば、それぞれ図2、図3、図4、および図7のアンテナ214、352、414、および714などのアンテナを含むことができる。電力送信手段のための信号を生成するための手段は、たとえば、それぞれ図2、図4、図6、および図7の送信回路206、406、600、および706のうちの任意のものなどの送信回路を含むことができる。送信アンテナによって受信された電磁場の強度を検知し、送信アンテナによって受信された電磁場の強度を示す表示信号を生成するための手段は、たとえば、それぞれ図8〜図12の検出回路815、915、1015、1115、および1215などの検出回路を含み得る。受信された電磁場が、送信アンテナと送信回路との間の電気的結合を介して、送信アンテナまたは送信回路のうちの少なくとも1つに損傷を与えるのが抑制されるように、表示信号に基づいて、電気的結合を減衰させるための手段は、たとえば、それぞれ図8〜図12の電力制御回路810、910、1025、1125、および1225などの電力制御回路を含み得る。アンテナからの電磁場および/または電力を検知し、アンテナによって受信された電力量を示す信号を生成するための手段は、たとえば、それぞれ図8、図9、図10、および図11の検出回路815、915、1015、および1115などの検出回路を含み得る。
【００８０】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して情報および信号を表すことができる。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、磁場または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００８１】
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のステップは、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、上記に概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装形態の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
【００８２】
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、デジタルシグナルプロセッサ(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、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別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行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行されてよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、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、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００８３】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載された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、または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する場合、機能は、1つもしくは複数の命令また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、あるいは非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信され得る。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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、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であり得る。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc) (CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(disc) (DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、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、レーザーで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐し得る。ASICはユーザ端末中に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末中に個別構成要素として常駐し得る。
【００８４】
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を実現できない場合がある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る1つの利点または利点の群を、本明細書に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体化または実行され得る。
【００８５】
上述の実施形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に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、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えるものである。
【符号の説明】
【００８６】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  送信機
105  場
108  受信機
110  出力電力
112  距離
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
204  送信機
206  ワイヤレス場
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信アンテナ
218  受信アンテナ
219  通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
226  フィルタ/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  ループアンテナ
354  キャパシタ
358  信号
404  送信機
406  送信回路
408  ローパスフィルタ(LPF)
409  固定インピーダンス整合回路
414  アンテナ
415  コントローラ
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路
460  密閉検出器
480  存在検出器
506  電力変換回路
508  受信機
510  受信回路
512  スイッチング回路
514  信号伝達検出器/ビーコン回路
516  プロセッサ
518  受信アンテナ
520  RF-DC変換器
522  DC-DC変換器
550  充電デバイス
600  送信回路
602  入力信号
614  アンテナ
620  キャパシタンス
622  可変抵抗器
624  ドライバ回路
626  フィルタ回路
632  インダクタ
634  キャパシタ
636  キャパシタ
650  送信回路
704  送信機
705  保護回路
706  送信回路
714  送信アンテナ
805  保護回路
810  シャント電力制御回路
815  検出回路
905  保護回路
910  接続電力制御回路
915  検出回路
1005  保護回路
1025  電力制御回路
1030  リレー
1035  コンパレータ
1105  保護回路
1115  検出回路
1125  電力制御回路
1130  リレー
1145  トランス
1205  保護回路
【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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【図１４】
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