(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線誘導電力信号を用いて受電器へ電力を伝送するための送電器であって、
インダクタであって、当該インダクタに供給される駆動信号に応じて前記無線誘導電力信号を供給するためのインダクタと、
電源信号を供給するための電源と、
前記電源信号から前記駆動信号を生成するための電力信号生成器であって、
前記電源信号の周波数よりも高くなるように前記駆動信号の周波数を生成するように構成される周波数変換器と、
反復時間間隔において閾値を下回るように前記インダクタに供給される前記駆動信号の電力を制限するためのリミッタと、
前記反復時間間隔を前記電源信号の振幅変動に同期させるためのシンクロナイザと
を有する、電力信号生成器と、
前記反復時間間隔中に前記受電器とデータを交換するための通信ユニットと
を有する、送電器。
【請求項２】
前記電源信号が変動ＤＣ電力信号である、請求項１に記載の送電器。
【請求項３】
前記反復時間間隔が、前記電源信号のレベルが閾値を下回る時間間隔に対応する、請求項２に記載の送電器。
【請求項４】
前記シンクロナイザが前記反復時間間隔を前記電源信号における周期的振幅変動に同期させるように構成される、請求項２に記載の送電器。
【請求項５】
前記電源信号がＤＣ成分をオーバーレイしたリプル成分を有し、前記シンクロナイザが前記反復時間間隔を前記リプル成分に同期させるように構成される、請求項２に記載の送電器。
【請求項６】
前記電源がＡＣ信号の整流に応じて前記電源信号を生成するように構成され、前記シンクロナイザが前記反復時間間隔を前記ＡＣ信号のゼロ交差に同期させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項７】
前記リミッタが前記反復時間間隔中に前記周波数変換器から前記インダクタを分離するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項８】
前記通信ユニットが、キャリア信号を生成してこれを前記反復時間間隔中に前記インダクタに供給するためのキャリア生成器を有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項９】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記キャリア信号に対してデータを変調するための変調器を有する、請求項８に記載の送電器。
【請求項１０】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記キャリア信号の負荷変調を復調するための復調器を有する、請求項８に記載の送電器。
【請求項１１】
前記キャリア信号の周波数が前記駆動信号の周波数と異なる、請求項８に記載の送電器。
【請求項１２】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記インダクタの負荷を負荷変調するための変調器を有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項１３】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記受電器によって前記インダクタに誘導される変調キャリア信号を復調するための復調器を有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項１４】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記受電器と通信するための通信インダクタを有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項１５】
前記電力信号生成器が前記受電器から受信されるデータに応じて前記反復時間間隔の持続時間を決定するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１６】
前記リミッタが反復時間間隔の開始時に前記インダクタに電力散逸素子を結合するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１７】
前記電力散逸素子の前記インダクタへの結合が誘導結合である、請求項１６に記載の送電器。
【請求項１８】
前記周波数変換器が前記駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、前記リミッタが前記スイッチブリッジのスイッチ素子の相対位相を徐々に変化させることによって前記電力信号を制限するように構成され得る、請求項１に記載の送電器。
【請求項１９】
前記周波数変換器が前記駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、前記リミッタが全スイッチ素子をオフにするために前記スイッチブリッジの全スイッチ素子に対する駆動信号を瞬間的に変化させることによって前記電力信号を制限するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項２０】
無線誘導電力信号を用いて送電器から電力を受信するための受電器であって、
前記電力信号を受信するためのインダクタと、
前記電力信号を負荷に結合するための負荷結合器であって、反復時間間隔中に前記インダクタから前記負荷を分離するように構成される負荷結合器と、
前記反復時間間隔を前記電力信号の振幅変動に同期させるためのシンクロナイザと、
前記反復時間間隔中に前記送電器とデータを交換するための通信ユニットと
を有し、
前記受電器が反復時間間隔の開始時に前記インダクタに電力散逸素子を結合するように構成され、
前記電力散逸素子の前記インダクタへの結合が誘導結合である、受電器。
【請求項２１】
前記通信ユニットが、キャリア信号を生成してこれを前記反復時間間隔中に前記インダクタに供給するためのキャリア生成器を有する、請求項２０に記載の受電器。
【請求項２２】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記キャリア信号に対してデータを変調するための変調器を有する、請求項２１に記載の受電器。
【請求項２３】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記キャリア信号の負荷変調を復調するための復調器を有する、請求項２１に記載の受電器。
【請求項２４】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記インダクタの負荷を負荷変調するための変調器を有する、請求項２０に記載の受電器。
【請求項２５】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記送電器によって前記インダクタに誘導される変調キャリア信号を復調するための復調器を有する、請求項２０に記載の受電器。
【請求項２６】
前記通信ユニットが前記反復時間間隔中に前記送電器と通信するための通信インダクタを有する、請求項２０に記載の受電器。
【請求項２７】
送電器が無線誘導電力信号を用いて受電器へ電力を伝送するための動作方法であって、前記送電器が、インダクタに供給される駆動信号に応じて前記無線誘導電力信号を供給するための当該インダクタを有する、方法において、
電源信号を供給するステップと、
前記電源信号から前記駆動信号を生成するステップであって、
前記電源信号の周波数よりも高くなるように前記駆動信号の周波数を生成するステップと、
反復時間間隔において閾値を下回るように前記インダクタに供給される前記駆動信号の電力を制限するステップと、
前記反復時間間隔を前記電源信号の振幅変動に同期させるステップと
を有する、ステップと、
前記反復時間間隔中に前記受電器とデータを交換するステップと
を有する、動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電力伝送に関し、特に、限定されないが、Ｑｉ無線電力伝送規格対応の誘導電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのシステムはデバイスに電力を供給するために配線及び／又は電気接点を要する。これらの配線と接点を省くことは改善されたユーザ経験を提供する。従来、これはデバイス内にあるバッテリを用いて達成されていたが、このアプローチは余分な重量、かさ、頻繁にバッテリを交換若しくは充電する必要性を含む多数の欠点を持つ。近年、無線誘導電力伝送を用いるアプローチへの関心が高まっている。
【０００３】
この高まる関心の一部は、この１０年で爆発的に広がっている多数の様々なポータブル及びモバイルデバイスに起因する。例えば、携帯電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用は当たり前になっている。こうしたデバイスは一般的に内蔵バッテリによって給電され、典型的な使用シナリオはバッテリの充電若しくは外部電源からのデバイスの直接配線給電を要することが多い。
【０００４】
前述の通り、ほとんどの今日のデバイスは外部電源から給電されるために配線及び／又は明示的な電気接点を要する。しかしながら、これは非実用的な傾向があり、ユーザがコネクタを物理的に挿入するか若しくはそうでなければ物理的電気接点を確立することを要する。これはまた、ワイヤの長さを導入することによりユーザにとって不都合な傾向もある。典型的には、電力要求も著しく異なり、現在ほとんどのデバイスはその専用電源を備え、典型的なユーザは各電源が特定デバイス専用である多数の異なる電源を持つことになる。内蔵バッテリは外部電源への配線接続の必要性を防止し得るが、このアプローチはバッテリが充電（若しくは費用のかかる交換）を必要とすることになるので部分的な解決法を提供するに過ぎない。バッテリの使用はデバイスの重量を、潜在的にコストとサイズを大幅に増す可能性もある。
【０００５】
著しく改善されたユーザ経験を提供するために、電力が電力伝送デバイス内の送電コイルから個々のデバイス内の受電コイルへ誘導伝送される無線電源を使用することが提案されている。
【０００６】
磁気誘導を介した送電は、一次送電コイルと二次受電コイルの間に密結合を持つ変圧器において主に適用される、周知の概念である。一次送電コイルと二次受電コイルを二つのデバイス間に分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいてデバイス間の無線電力伝送が可能になる。
【０００７】
こうした構成はいかなる配線若しくは物理的電気接点も要することなくデバイスへの無線電力伝送を可能にする。実際、これはデバイスが充電されるか若しくは外部から給電されるために送電コイルに隣接して、若しくはその上に置かれることを容易く可能にし得る。例えば、送電デバイスは水平面を備えることができ、その上にデバイスが給電されるために容易く置かれることができる。
【０００８】
さらに、こうした無線電力伝送装置は送電デバイスが様々な受電デバイスと使用されることができるように都合よく設計され得る。特に、Ｑｉ規格として知られる無線電力伝送規格が規定されており、現在さらに開発が進んでいる。この規格はＱｉ規格に適合する送電デバイスが同様にＱｉ規格に適合する受電デバイスと使用されることを、これらが同じ製造業者のものであるか若しくは相互に専用品である必要なしに可能にする。Ｑｉ規格はさらに（例えば特定電力ドレインに依存して）動作を特定受電デバイスに適応させるための何らかの機能を含む。
【０００９】
Ｑｉ規格はワイヤレスパワーコンソーシアムによって策定され、詳細は例えばそのウェブサイト：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見られ、ここで特に既定の規格文書が見られる。
【００１０】
送電器と受電器間の相互作用と相互運用性をサポートするためには、これらのデバイスが相互に通信可能であることが好ましく、すなわち送電器と受電器間の通信がサポートされる場合、好適には通信が双方向にサポートされる場合が望ましい。受電器と送電器間の通信を可能にする無線電力伝送システムの例はＵＳ２０１２／３１４７４５Ａ１に提供される。
【００１１】
Ｑｉ規格は受電器から送電器への通信をサポートし、それによって、送電器が特定受電器に適応することを可能にし得る情報を受電器が提供することを可能にする。現在の規格では、受電器から送電器への一方向通信リンクが規定されており、アプローチは受電器が制御素子であるという原理に基づく。送電器と受電器間の電力伝送を準備し制御するために、受電器は特に送電器へ情報を通信する。
【００１２】
一方向通信は受電器が負荷変調を実行することによって達成され、受電器によって二次受電コイルに印加される負荷は電力信号の変調をもたらすように変更される。得られる電気特性の変化（例えば電流引き込みの変動）は送電器によって検出され、復号（復調）され得る。
【００１３】
しかしながら、Ｑｉシステムの制限は送電器から受電器への通信をサポートしないことである。さらに、例えばＱｉのために開発された負荷変調は一部の用途において最適ではない可能性がある。
【００１４】
一例として、図１は典型的な誘導加熱器具用の電力供給経路を図示する。電力供給は入力ａｃ電圧（例えば電源）を整流するＡＣ／ＤＣ変換器１０１を有する。整流電源信号はＤＣ／ＡＣ変換器１０３（インバータ）へ供給され、これは高周波駆動信号を生成し、これは共振タンク１０５（同調Ｌ‐Ｃ回路）へ、及びこれを介して送電コイル１０７へ供給される。システムは加熱パンを含み、これは受電コイル１０９と負荷Ｒ＿Ｓｏｌｅ１１１（パン底（ソール）における渦電流損失をあらわす）によってあらわされ得る。
【００１５】
図２は図１の電力経路の電圧波形を図示する。電源電圧ＵｍａｉｎｓはＡＣ／ＤＣ変換器１０１によって電圧Ｕｄｃ＿ａｂｓに整流される。整流電源電圧をバッファするために使用される大容量キャパシタは、この用途の全電源高調波歪を増大させるので、これらの類の用途では通常適用されない。結果として、変動ＤＣ電圧がＡＣ／ＤＣ変換器１０１によって生成される。
【００１６】
整流電圧Ｕｄｃ＿ａｂｓの特性のために、ＤＣ／ＡＣ変換器１０３の出力電圧Ｕａｃ＿ＨＦは図２に図示の形をしている。インバータの正常動作周波数は２０ｋＨｚから１００ｋＨｚのオーダーである。
【００１７】
送電コイル１０７は、受電コイル１０９及び抵抗Ｒ＿ｓｏｌｅと一緒に、基本的にＤＣ／ＡＣ変換器１０３の負荷である。しかしながら、この負荷（誘導負荷と負荷抵抗の両方）の性質のために、共振回路１０５は典型的には負荷の誘導部を消すためにＤＣ／ＡＣ変換器１０３とこの負荷の間で使用される。さらに、共振ネットワーク１０５は通常、ＤＣ／ＡＣ変換器１０３で典型的に使用されるインバータのスイッチング損失の削減をもたらす。
【００１８】
図１のようなシステムにおける受電器と送電器の間の通信は複数の課題と困難に直面する。特に、典型的には電力信号の要件及び特性と、通信に対する要望との間に不一致がある。典型的には、システムは電力伝送及び通信機能の間に密接な相互作用を要する。例えば、システムはただ一つの信号のみが送電器と受電器の間で誘導結合されるという概念、すなわち電力信号自体に基づいて設計される。しかしながら、電力伝送を実行するためだけでなく情報を伝えるためにも電力信号自体を使用することは、電力信号振幅の変動特性のために困難をもたらす。例えば、電力信号について信号を変調するために、若しくは負荷変調を使用するために、電力信号は十分な振幅を持たなければならない。しかしながらこれは図２のような電力信号の場合保証されることができない。
【００１９】
具体例として、受電器が（Ｑｉシステムにおけるように）負荷変調によってデータを通信する負荷変調法を用いることは定格負荷が比較的一定であることを要する。しかしながら、これは多くの用途において保証されることができない。
【００２０】
例えば、無線電力伝送がモータ駆動機器（例えばブレンダーなど）に給電するために使用される場合、図１と同様の電力経路が使用されることができるが、ただし負荷（加熱パンに対応する）は個別の受電インダクタ（Ｒｘ  ｃｏｉｌ）、ＡＣ／ＤＣ変換器及びＤＣモータ自体に置き換えられる。そのような電力経路は図３に図示される。
【００２１】
このような無線モータ駆動機器の典型的な電圧及び電流波形が図４に図示される。図示の通り、モータ電流Ｉｄｃ＿ｍｏｔｏｒはかなり不規則で不連続になる傾向がある。電源電圧のゼロ交差付近で、モータ電流にギャップがあらわれる。これはモータの回転電圧によって生じる。ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）は電圧Ｕａｃ＿Ｒｘがモータ内に誘導される回転電圧Ｕｄｃ＿ｍｏｔよりも高い場合のみモータに電流を供給することができる。
【００２２】
モータの速度（若しくはトルク）を制御するために、速度センサ（若しくは電流センサ）が、速度センサから送電器へのフィードバックループと一緒に、システムに追加され得る。インバータ（電圧若しくは電流源になり得る）の性質のために、ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）は好適にはこのフィードバックループに組み込まれる。従って機器部（受電器）と送電器部の間で通信が必要である。これは負荷変動が送電器側で検出され復調されることができるように、機器側で負荷変調法を適用することによって達成され得る。そしてこの復調データはモータ速度（若しくはトルク）の情報、又は実際には例えば送電器を制御するために使用され得る任意の他の情報を含み得る。
【００２３】
しかしながら、モータ駆動機器が電流を引き込むとき、この電流の振幅はモータの負荷に強く関連する。モータ負荷が変化している場合、モータ電流も変化している。これはインバータ電流の振幅も負荷とともに変化することになる。この負荷変動は負荷変調を妨げ、通信劣化をもたらす。本当に、実際、モータを負荷の一部として含む負荷に対する負荷変調を検出することは典型的には非常に難しい。従って、このようなシナリオでは、通信エラーの数が比較的高く、若しくは通信は非常に高いデータシンボルエネルギーを利用し得るので、可能なデータレートを非常に大幅に減少させる。
【００２４】
従って、改良された電力伝送システムが有利であり、特に改良された通信サポート、信頼性の増大、柔軟性の増大、実施容易化、負荷変動への感受性の低下、及び／又は改良された性能を可能にするシステムが有利であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従って、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和若しくは除去しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の一態様によれば、無線誘導電力信号を用いて受電器へ電力を伝送するための送電器が提供され、送電器は、インダクタに供給される駆動信号に応じて無線誘導電力信号を供給するためのインダクタ；電源信号を供給するための電源；電源信号から駆動信号を生成するための電力信号生成器であって、電源信号の周波数よりも高くなるように駆動信号の周波数を生成するように構成される周波数変換器と、反復時間間隔において閾値を下回るようにインダクタに供給される駆動信号の電力を制限するためのリミッタと、反復時間間隔を電源信号に同期させるためのシンクロナイザとを有する、電力信号生成器；並びに反復時間間隔中に受電器とデータを交換するための通信ユニットを有する。
【００２７】
本発明は改良された電力伝送システムを提供し得る。これは多くの実施形態において、送電器と受電器の間の改良された通信を許容、サポート、若しくは容易にし得る。アプローチは特に、受電器によって生成される誘導信号に基づく通信を可能に、容易に、若しくはサポートし得る。アプローチは送電器から受電器へ及び／又は受電器から送電器への通信のために使用され得る。
【００２８】
アプローチは電力伝送のため及び通信動作のための要件と選好の間の分離の増大を可能にし得る。これは特に通信動作に対する電力伝送の動作特性の影響を軽減し、その逆も同様であり得る。具体的には、通信性能に対する電力伝送負荷の変動の影響が軽減若しくは除去され得る。アプローチは、受電器が無線信号を生成することができ、これを受電器のコイルに供給して、送電器のインダクタに信号が誘導されることを可能にし得る。この受電器生成信号は送電器と受電器の間でデータを誘導伝送するために使用され得る。アプローチは電源信号のレベル変動に対する通信の感受性の低下をもたらし得る。
【００２９】
電源信号への同期化は多くの実施形態において動作を促進し、及び／又はより信頼できる動作を提供し得る。特に、これは電力伝送に対する通信の影響を軽減し、具体的には通信に起因する伝送されている電力の減少を軽減若しくは最小化さえし得る。アプローチは多くの実施形態において改良された通信を可能にし、送電器と受電器の間で同期化を促進し得る。
【００３０】
シンクロナイザは電源信号の特性を分析、評価若しくは測定することによって反復時間間隔を電源信号に直接同期させるように構成され得る。例えば、電源信号における振幅変動が反復時間間隔を同期させるために使用され得る。しかしながら、他の実施形態では、電源信号への反復時間間隔の間接的同期化が、例えばそれ自体電源信号と同期する別の信号に反復時間間隔を同期させることによって、実現され得る。例えば、電源信号は別の信号から得られてもよく、反復時間間隔の同期化はこの他の信号の特性に同期させることによって実現され得る。
【００３１】
反復時間間隔は多くの実施形態において電源信号の振幅若しくは信号レベル変動に同期され得る。
【００３２】
多くの実施形態において、リミッタは反復時間間隔中にインダクタから駆動信号を切断若しくは分離するように構成され得る。従ってリミッタは反復時間間隔中にインダクタに駆動信号を供給しないことによってインダクタに供給される駆動信号の電力を制限し得る。
【００３３】
リミッタは典型的には電力を駆動信号の最大電力の最大でも２０％以下、１０％若しくは５％に制限し得る。多くの実施形態において、駆動信号は反復時間間隔中にインダクタから切断され、それによってインダクタに供給されている駆動信号の電力をゼロに制限し得る。
【００３４】
電力信号生成器は例えば電力伝送モードと通信モードで動作するように構成され得る。電力信号生成器は反復時間間隔中に通信モードで動作し得る。電力伝送モードにおいて、駆動信号は無線誘導電力信号を供給するようにインダクタを駆動する。通信モードにおいて、駆動信号はインダクタを駆動せず、具体的には駆動信号がインダクタに供給されなくてもよい。通信モードにおいて、送電器は受電器と通信し得る。通信モードは送電器が通信信号を生成すること及びこれをインダクタに供給することを含み得る。代替的に若しくは付加的に、通信モードは、例えば受電器から供給される誘導通信信号によって誘導されている信号に対応する、インダクタによって受信される通信信号を送電器が検出若しくは復調することを含み得る。通信は反復間隔に制限され得る。
【００３５】
一部の実施形態において、送電器と受電器の間の全通信は反復時間間隔内であり得る。従って、多くの実施形態において送電器と受電器の間の通信は反復時間間隔外では起こらない。
【００３６】
周波数変換器は多くの実施形態においてＤＣ／ＡＣ変換器であり得る。電源信号はＡＣ駆動信号に変換される変動レベルＤＣ信号であり得る。周波数変換器はインバータを含み得る。
【００３７】
周波数変換器は多くの実施形態において、電源信号とより高い周波数を持つ追加信号の乗算に対応する操作を含むことによって駆動信号を生成し得る。追加信号は二つのレベルを持つ方形波信号に対応し、乗算操作は電源信号よりも高い周波数を持つスイッチ信号によって駆動されるインバータなどのスイッチング回路を用いて実施され得る。
【００３８】
駆動信号は多くの実施形態において電源信号よりも高い周波数を持つ変調信号による電源信号の振幅変調に応じて生成され得る。リミッタはこのような実施形態において駆動信号に対する操作によって電力駆動信号の電力を制限するように構成され得るか、又は例えば振幅変調されている電源信号の電力を制限することによって（又は例えば乗算の場合変調信号の振幅を制限することによって）電力を制限し得る。
【００３９】
電源信号は多くの実施形態において１００Ｈｚ未満の周波数を持つ低周波数ＡＣ信号から生成され得る。具体的に、電源信号は５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの典型的な周波数を持つ電源信号から生成され得る。多くの実施形態において、電源信号は電源由来ＡＣ信号の全波整流バージョンであり得る。従って、電源信号の周波数は典型的には１００Ｈｚ若しくは１２０Ｈｚであり得る。ほとんどの実施形態において、電源信号の周波数は４００Ｈｚより高くならない。
【００４０】
駆動信号の周波数は典型的には少なくとも１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、若しくはさらに５０ｋＨｚである。駆動信号は少なくとも１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、若しくはさらに５０ｋＨｚのキャリア周波数及び４００ｋＨｚ以下の振幅変動の最大周波数を持つ振幅変動キャリアに対応する信号であり得る（最大４００ｋＨｚまでの周波数は例えば飛行機でしばしば使用され得る）。駆動信号は多くのシナリオにおいて振幅変調キャリアに対応し、キャリア信号は周波数変換器によって供給され、振幅変調信号は電源信号である。
【００４１】
反復時間間隔は周期的反復時間間隔であり得る。多くの実施形態において、反復時間間隔は１０％以下、５％若しくはさらに一部の実施形態では１％のデューティサイクルを持ち得る。
【００４２】
本発明のオプションの特徴によれば、電源信号は変動ＤＣ電力信号である。
【００４３】
これは多くの実施形態において改良された性能を提供し、複雑性を軽減し得る。アプローチは、インダクタを駆動するための駆動回路への供給電圧など、電源信号が一定でないシステムに通信を導入するのに特に適し得る。電源信号は例えばＡＣ入力信号の半波若しくは全波整流によって生成され得る。リプルを低い値に減らす平滑化は欠けているか及び／又は不十分であり得る。例えば、電源電圧に対するリプルは２５％以上、若しくは５０％の最大値ですらあり得る。
【００４４】
電源信号は特に信号の電圧が時間とともに変化する変動電圧を持ち得る。
【００４５】
本発明のオプションの特徴によれば、反復時間間隔は電源信号のレベルが閾値を下回る時間間隔に対応する。
【００４６】
これは改良された通信及び／又は改良された電力伝送を提供し得る。これは特に送電器によって提供される電力伝送があまり重要でないときに反復時間間隔を同期させ得る。
【００４７】
閾値は個々の実施形態若しくはシナリオに依存して選択され得る。一部の実施形態において、反復時間間隔は電源信号の繰り返す、場合により周期的な最小値に同期され得る。具体的に、反復時間間隔は電源信号のレベルの極小値に対応する瞬間を含むように、及びしばしばそれを中心とするように選択され得る。
【００４８】
本発明のオプションの特徴によれば、シンクロナイザは電源信号における周期的振幅変動に反復時間間隔を同期させるように構成される。
【００４９】
これは特に有利な動作を提供し、多くのシナリオにおいて通信への干渉の低下、電力伝送に対する影響の低下、及び／又は送電器と受電器の間の同期化の促進の両方を可能にし得る。
【００５０】
本発明のオプションの特徴によれば、電源信号はＤＣ成分をオーバーレイしたリプル成分を有し、シンクロナイザはリプル成分に反復時間間隔を同期させるように構成される。
【００５１】
電源信号は特に、リプル信号成分、一定信号成分、及び場合によりノイズ信号成分などの他の信号成分の組み合わせであり得る。シンクロナイザはリプル信号成分の時間特性を測定し、反復時間間隔をこれらの時間特性に同期させ得る。例えば、リプル信号成分の最小値への同期化が実行され得る。アプローチは改良された動作を可能にし得る。
【００５２】
本発明のオプションの特徴によれば、電源はＡＣ信号の整流に応じて電源信号を生成するように構成され、反復時間間隔はＡＣ信号のゼロ交差に同期される。
【００５３】
これは改良された通信及び／又は改良された電力伝送を提供し得る。これは特に送電器によって提供される電力伝送があまり重要でないときに反復時間間隔を同期させ得る。
【００５４】
特に、反復時間間隔はＡＣ信号のゼロ交差に対応する瞬間を含むように、及びしばしばそれを中心とするように選択され得る。
【００５５】
本発明のオプションの特徴によれば、リミッタは反復時間間隔中に周波数変換器からインダクタを分離するように構成される。
【００５６】
これは低複雑性を可能にし、及び／又は電力伝送動作と通信動作の改良された分離を提供し、それによって改良された通信をもたらし得る。
【００５７】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットはキャリア信号を生成してそれを反復時間間隔中にインダクタに供給するためのキャリア生成器を有する。
【００５８】
これは多くの実施形態にとって及び多くのシナリオにおいて特に有利なアプローチを提供し得る。これは特に受電器の複雑性を減らし得る。キャリア信号はキャリア信号が送電器によって若しくは受電器によって変調されることによって情報を伝えるために使用され得る。
【００５９】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にキャリア信号に対してデータを変調するための変調器を有する。
【００６０】
これは多くの実施形態において及び多くのシナリオにおいて特に有利なアプローチを提供し得る。これは特に受電器の複雑性を減らし得る。変調は例えばキャリアの振幅変調、周波数変調及び／又は位相変調であり得る。
【００６１】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にキャリア信号の負荷変調を復調するための復調器を有する。
【００６２】
これは多くの実施形態において及び多くのシナリオにおいて特に有利なアプローチを提供し得る。これは特に送電器の複雑性を減らし得る。
【００６３】
本発明のオプションの特徴によれば、キャリア信号の周波数は駆動信号の周波数と異なる。
【００６４】
本発明は電力伝送動作と通信動作のそれぞれにとって信号の個々の最適化を可能にし得る。アプローチは例えば変調及び／又は復調の促進を可能にし、多くの場合通信のデータレートの増加を可能にし得る。
【００６５】
キャリア信号の周波数は特に駆動信号よりも高くなり得る。
【００６６】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にインダクタの負荷を負荷変調するための変調器を有する。
【００６７】
一部の実施形態において、受電器はキャリア信号を生成し、これはキャリアの負荷変調によって受電器へデータを通信するために送電器によって使用されることができる。アプローチは例えば送電器の複雑性を減らし、特に反復時間間隔中の送電器に対する電力供給要件を軽減若しくは除去し得る。
【００６８】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中に受電器によってインダクタに誘導される変調キャリア信号を復調するための復調器を有する。
【００６９】
一部の実施形態において、受電器は反復時間間隔中に送電器へデータを通信するために受電器によって使用され得る変調キャリア信号を生成し得る。アプローチは例えば送電器の複雑性を減らし、特に反復時間間隔中の送電器に対する電力供給要件を軽減若しくは除去し得る。
【００７０】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中に受電器と通信するための通信インダクタを有する。
【００７１】
一部の実施形態において、送電器は二つのインダクタを有し、一つは通信のために使用され、一つは電力伝送のために使用される。二つのインダクタは結合され得る。しかしながら、通信と電力伝送の時間分離のために、そのような結合は動作間の許容できない干渉を生じない。
【００７２】
アプローチは個々の機能のためのインダクタの個別最適化を可能にし得る。
【００７３】
本発明のオプションの特徴によれば、電力信号生成器は受電器から受信されるデータに応じて反復時間間隔の持続時間を決定するように構成される。
【００７４】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能及び／又は動作を提供し得る。これは受電器が通信の少なくとも一部を制御することを可能にし、例えば受電器が反復時間間隔によって提供される通信帯域幅を制御することを可能にし得る。これは送電器とシステムが異なる受電器の異なる要件に適応することを可能にし、それによって例えば電力伝送能力と通信能力の間の改良されカスタマイズされたトレードオフを可能にし得る。本発明のオプションの特徴によれば、リミッタは反復時間間隔の開始時にインダクタに電力散逸素子を結合するように構成される。
【００７５】
これは改良された性能と、特に通信中の電力消費の低下と干渉の低下を提供し得る。
【００７６】
本発明のオプションの特徴によれば、電力散逸素子のインダクタへの結合は誘導結合である。
【００７７】
これは実施容易化及び／又は改良された性能を提供し得る。
【００７８】
一部の実施形態において、電力散逸素子は送電器のインダクタに誘導結合される通信コイルに結合され得る。
【００７９】
本発明のオプションの特徴によれば、周波数変換器は駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、リミッタはスイッチブリッジのスイッチ素子の相対位相を段階的に変化させることによって電力信号を制限するように構成され得る。反復時間間隔の開始時に、位相は段階的に（例えば２００μｓ以上、若しくは反復時間間隔の持続時間の５％以上の遷移時間で）シフトされ得る。これは実施容易化及び／又は改良された性能を提供し得る。
【００８０】
本発明のオプションの特徴によれば、周波数変換器は駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、リミッタは全スイッチ素子をオフにするためにスイッチブリッジの全スイッチ素子の駆動信号を瞬間的に変化させることによって電力信号を制限するように構成される。これは実施容易化及び／又は改良された性能を提供し得る。スイッチ素子は具体的には内部ダイオードを持つ例えばＦＥＴ若しくはＩＧＢＴであり得、スイッチ素子は全スイッチ素子がオフにされるときに内部ダイオードの少なくとも一部がコイルから電源へ電流を伝導し得るように構成され得る。これは共振回路／磁場に保存されるエネルギーが電源にフィードバックされ得るので総電力消費を削減し得る。
【００８１】
本発明の一態様によれば、無線誘導電力信号を用いて送電器から電力を受信するための受電器が提供され、受電器は電力信号を受信するためのインダクタ；電力信号を負荷に結合するための負荷結合器であって、反復時間間隔中にインダクタから負荷を分離するように構成される負荷結合器；反復時間間隔を電力信号の振幅変動に同期させるためのシンクロナイザ；及び反復時間間隔中に送電器とデータを交換するための通信ユニットを有する。
【００８２】
本発明は改良された電力伝送システムを提供し得る。これは多くの実施形態において、送電器と受電器の間の改良された通信を可能にし、サポートし、若しくは促進し得る。アプローチは特に、受電器によって生成される誘導信号に基づく通信を可能にし、促進し、若しくはサポートし得る。アプローチは送電器から受電器へ、及び／又は受電器から送電器への通信のために使用され得る。
【００８３】
アプローチは電力伝送のための要件と選好及び通信動作のための要件と選好の間の分離の増大を可能にし得る。これは特に通信動作に対する電力伝送の動作特性の影響を軽減し、その逆も同様であり得る。具体的には、通信性能に対する電力伝送負荷の変動の影響が軽減若しくは除去され得る。アプローチは、受電器が無線信号を生成することができ、これを受電器のコイルに供給して、送電器のインダクタに信号が誘導されることを可能にし得る。この受電器生成信号は送電器と受電器の間でデータを誘導伝送するために使用され得る。アプローチは電源信号のレベル変動に対する通信の感受性の低下をもたらし得る。
【００８４】
シンクロナイザは反復時間間隔を電力信号の繰り返す、及び場合により周期的な、最小値に同期させるように構成され得る。具体的に、反復時間間隔は電力信号のレベル／振幅の極小値に対応する瞬間を含むように、及びしばしばそれを中心とするように選択され得る。
【００８５】
送電器に関して与えられるコメントは必要に応じて受電器に準用することが理解される。
【００８６】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットはキャリア信号を生成してそれを反復時間間隔中にインダクタに供給するためのキャリア生成器を有する。
【００８７】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にキャリア信号に対してデータを変調するための変調器を有する。
【００８８】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にキャリア信号の負荷変調を復調するための復調器を有する。
【００８９】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中にインダクタの負荷を負荷変調するための変調器を有する。
【００９０】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中に送電器によってインダクタに誘導される変調キャリア信号を復調するための復調器を有する。
【００９１】
本発明のオプションの特徴によれば、通信ユニットは反復時間間隔中に送電器と通信するための通信インダクタを有する。
【００９２】
本発明のオプションの特徴によれば、受電器は反復時間間隔の開始時にインダクタに電力散逸素子を結合するように構成される。
【００９３】
これは改良された性能と、特に電力消費の低下と通信中の干渉の低下を提供し得る。
【００９４】
本発明のオプションの特徴によれば、インダクタへの電力散逸素子の結合は誘導結合である。
【００９５】
これは実施容易化及び／又は改良された性能を提供し得る。
【００９６】
一部の実施形態において、電力散逸素子は受電器のインダクタに誘導結合される通信コイルに結合され得る。
【００９７】
本発明の一態様によれば、送電器が無線誘導電力信号を用いて受電器へ電力を伝送するための動作方法が提供され、送電器はインダクタに供給される駆動信号に応じて無線誘導電力信号を供給するためのインダクタを有し、方法は、電源信号を供給するステップ；電源信号から駆動信号を生成するステップであって、電源信号の周波数よりも高くなるように駆動信号の周波数を生成するステップと、反復時間間隔において閾値を下回るようにインダクタに供給される駆動信号の電力を制限するステップと、反復時間間隔を電源信号に同期させるステップとを有する、ステップ；及び反復時間間隔中に受電器とデータを交換するステップを有する。
【００９８】
本発明の一態様によれば、受電器が無線誘導電力信号を用いて送電器から電力を受信するための動作方法が提供され、受電器は電力信号を受信するためのインダクタと、電力信号を負荷に結合するための負荷結合器とを有し、方法は、負荷結合器が反復時間間隔中にインダクタから負荷を分離するステップ；反復時間間隔を電力信号の振幅変動に同期させるステップ；及び反復時間間隔中に送電器とデータを交換するステップを有する。
【００９９】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は以降に記載の（複数の）実施形態から明らかとなり、それらを参照して説明される。
【０１００】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】従来技術にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。
【図２】電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図３】従来技術にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。
【図４】電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器と受電器を有する電力伝送システムの一実施例を図示する。
【図６】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の素子の一実施例を図示する。
【図７】本発明の一部の実施形態にかかる送電器に適したインバータの一実施例を図示する。
【図８】本発明の一部の実施形態にかかる送電器に適したインバータの一実施例を図示する。
【図９】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１０】本発明の一部の実施形態にかかる受電器の素子の一実施例を図示する。
【図１１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムに適したタイムスロットフレームの一実施例を図示する。
【図１２】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１３】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図１４】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１５】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１６】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１７】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１８】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図１９】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２０】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２２】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図２３】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２４】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図２５】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図２６】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２７】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図２８】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図２９】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図３０】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図３２】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３３】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３４】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３５】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３６】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３７】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図３８】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【図３９】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図４０】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの素子の一実施例を図示する。
【図４１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一部の信号の一実施例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【０１０２】
図５は本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。電力伝送システムは送電コイル／インダクタ５０３を含む（若しくはそれに結合される）送電器５０１を有する。システムはさらに受電コイル／インダクタ５０７を含む（若しくはそれに結合される）受電器５０５を有する。
【０１０３】
システムは送電器５０１から受電器５０５へ無線誘導電力伝送を提供する。特に、送電器５０１は送電コイル５０３による磁束として伝播される電力信号を生成する。電力信号は典型的には約２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数を持ち得る。送電コイル５０３と受電コイル５０７は疎結合であり、従って受電コイルは送電器５０１から電力伝送信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、送電コイル５０３から受電コイル５０７への無線誘導結合を介して送電器５０１から受電器５０５へ電力が伝送される。電力信号という語は主に送電コイル５０３と受電コイル５０７の間の誘導信号（磁束信号）をあらわすために使用されるが、当然のことながら均等によりこれは送電コイル５０３に供給される電気信号、若しくは実に受電コイル５０７の電気信号への参照としても考慮され使用され得る。
【０１０４】
以下、送電器５０１と受電器５０５の動作がＱｉ規格に従って一実施形態を特に参照して記載される（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。特に、送電器５０１と受電器５０５は実質的にＱｉ規格バージョン１．０若しくは１．１に適合し得る（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。
【０１０５】
電力伝送を制御するために、システムは異なるフェーズ、特に選択フェーズ、ピンフェーズ、識別及び構成フェーズ、電力伝送フェーズを介して進行し得る。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ５を参照のこと。
【０１０６】
最初に、送電器５０１は単に受電器の潜在的存在をモニタリングする選択フェーズにある。送電器５０１はこの目的で例えばＱｉ無線電力仕様に記載のような様々な方法を使用し得る。こうした潜在的存在が検出される場合、送電器５０１は電力信号が一時的に生成されるピンフェーズに入る。信号はピン信号として知られる。受電器５０５はその電子機器を起動するために受信信号を適用し得る。電力信号を受信後、受電器５０５は初期パケットを送電器１０１へ通信する。特に、送電器と受電器の間の結合度を示す信号強度パケットが送信される。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ６．３．１を参照のこと。従って、ピンフェーズにおいて受電器５０５が送電器５０１のインターフェースに存在するかどうかが決定される。
【０１０７】
信号強度メッセージの受信により、送電器５０１は識別及び構成フェーズに移る。このフェーズにおいて、受電器５０５はその出力負荷を切断したままにし、負荷変調を用いて送電器５０１へ通信する。送電器はこの目的で一定振幅、周波数及び位相の電力信号を供給する（負荷変調によって生じる変化を除く）。メッセージは受電器５０５の要請を受けて自身を構成するために送電器５０１によって使用される。受電器５０５からのメッセージは連続的に通信されないが間隔をあけて通信される。
【０１０８】
識別及び構成フェーズの後、システムは実際の電力伝送が行われる電力伝送フェーズに移る。特に、その電力要件を通信した後、受電器５０５は出力負荷を接続してそれに受信電力を供給する。受電器５０５は出力負荷をモニタリングして所定動作点の実際の値と所望の値との制御エラーを測定する。これは電力信号の変更若しくは変更不要の要望とともにこれらのエラーを送電器５０１に示すために、例えば２５０ｍ秒毎の最低レートで送電器５０１へかかる制御エラーを通信する。従って、電力伝送フェーズにおいて、受電器５０５は送電器５０１に情報を通信するために負荷変調間隔において電力信号の負荷変調も実行する。
【０１０９】
図５の電力伝送システムは従って送電器５０１と受電器５０５の間の通信を利用する。
【０１１０】
送電器から送電器への通信のためのアプローチはＱｉ規格バージョン１．０及び１．１に規格化されている。
【０１１１】
この規格に従って、受電器から送電器への通信チャネルは電力信号をキャリアとして使用することによって実現される。受電器は受電コイルの負荷を変調する。これは送電器側における電力信号の対応する変動をもたらす。負荷変調は送電コイル電流の振幅及び／又は位相の変化によって、又は代替的に若しくは付加的に送電コイルの電圧の変化によって検出され得る。この原理に基づいて、受電器は送電器が復調するデータを変調し得る。このデータはバイト及びパケットでフォーマットされる。より詳しくは、Ｑｉ無線電力仕様ともよばれる、http://www.wirelesspowerconsotrium.com/downloads/wirelss-power-specification-part-1.htmlから利用可能な"System description, Wireless Power Transfer, Volume I:Low Power, Part 1:Interface Definition Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium"、特にチャプタ６：通信インターフェースを参照のこと。
【０１１２】
Ｑｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１は受電器から送電器への通信のみを規定する、すなわちこれは一方向通信のみを規定することが留意される。
【０１１３】
図５のシステムはＱｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１に開示されるものと異なる通信方法を使用する。しかしながら、当然のことながらこの異なる通信方法はＱｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１の通信方法を含む他の通信方法と一緒に使用され得る。例えば、Ｑｉタイプシステムに対して、Ｑｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１の通信方法がＱｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１によって実行されると規定される全ての通信のために使用され得るが、さらなる通信が以下に記載の異なるアプローチによってサポートされる。例えば、Ｑｉ無線電力仕様バージョン１．０及び１．１のアプローチは受電器５０５から送電器５０１へデータを通信するために使用され得るが、新たなアプローチは送電器５０１から受電器５０５へデータを通信するために使用される。
【０１１４】
図５のシステムにおいて、通信は専用反復時間間隔において特に実行される。反復時間間隔はこれ以降通信時間間隔とよばれる。通信時間間隔中、電力伝送は終了するか若しくは低レベルに下げられ、それによって通信動作に対する電力伝送動作の影響を減らす。また、通信間隔中、受電器５０５は典型的に、電力伝送信号がこれによる負荷を受けないように受電インダクタ５０７からその電力負荷を分離し、それによって通信性能に対する負荷変動の影響を軽減する。
【０１１５】
通信間隔中、通信キャリア信号が生成され、そしてこの通信キャリア信号は情報を伝えるために変調され得る。キャリアは送電器５０１及び／又は受電器５０５によって生成され得る。変調はキャリアを生成する装置によって実行され、例えばキャリアは振幅変調、周波数変調、及び／又は位相変調され得る。このように、データはキャリアを生成する装置から他の装置へ通信され得る。代替的に若しくは付加的に、変調はキャリアを生成しない装置によって、例えばキャリア信号の負荷変調によって実行され得る。このようにデータはキャリアを生成しない装置からキャリアを生成する装置へ通信され得る。
【０１１６】
図６は図５の送電器５０１の一部の素子の一実施例を図示する。
【０１１７】
送電器５０１は電源信号を生成する電源６０１を有する。電源６０１は特に実施例においてＡＣ信号を受信し変動レベルを持つＤＣ信号を生成するＡＣ／ＤＣ変換器である。
【０１１８】
特定の実施例において、電源６０１は５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの周波数を持つ電源由来正弦波信号を受信する。電源６０１は正弦波信号の全波整流を実行する。従って図２のＵｄｃ＿ａｂｓ信号に対応する電源信号が生成される。
【０１１９】
特定の実施例において、電源６０１はいかなる平滑コンデンサも含まず、従って電源信号は全波整流正弦波信号に対応する。しかしながら、他の実施形態において、電源６０１は整流信号を平滑化するコンデンサを有し、それによってレベル変動の少ない電源信号を生成し得る。しかしながら、ほとんどの実施形態においてコンデンサは比較的小さく、少なくとも一部の負荷について大幅に変動するレベルを持つ電源信号をもたらし得る。例えば、多くのシナリオにおいて、リプルは全負荷の少なくとも２５％若しくは５０％であり得る。
【０１２０】
従って、可変電圧を持つＤＣ電源信号が生成される。変動電圧はＡＣレベルの変動に起因するので、ＤＣ電源信号は電源の周波数の二倍の周期、すなわち５０Ｈｚ入力信号に対して１０ｍ秒の周期を持つ周期信号である。
【０１２１】
電源６０１は電力信号生成器６０３に結合され、これは電源信号を受信し、これから電力信号生成器６０３に結合されるインダクタ５０３に対する駆動信号を生成する。
【０１２２】
電力信号生成器６０３は特に電力信号の周波数よりも高くなるように駆動信号の周波数を生成するように構成される周波数変換器６０５を有する。周波数変換器は電力信号に対して駆動信号の周波数を増加させ得る。インダクタ５０３は電源信号の周波数よりも実質的に高い周波数を持つ駆動信号によって駆動される。電源信号の周期は典型的には２．５ｍ秒以上若しくは５ｍ秒ですらある（それぞれ４００Ｈｚ若しくは２００Ｈｚの周波数に対応する）。しかしながら、駆動信号は典型的には少なくとも２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数を持つ。電力伝送間隔中、すなわち通信間隔の間の間隔中、駆動信号は特に
ｄ（ｔ）＝ｐ（ｔ）・ｘ（ｔ）
として与えられ得る。ｐ（ｔ）は電源信号でありｘ（ｔ）はｐ（ｔ）よりも高い周波数、典型的にはかなり高い周波数（例えば典型的には１００倍高いか若しくはそれ以上）を持つ信号である。損失を減らすために、ｘ（ｔ）は典型的にはＡＣ信号であり、すなわちゼロの平均値を持つ。
【０１２３】
ｘ（ｔ）は例えば正弦波であり得る。しかしながら、図６の実施例においてｘ（ｔ）は方形波信号に対応する。周波数変換はこの実施例において乗算ではなくスイッチ動作によって実行される。特に、周波数変換器６０５はスイッチ回路を有し、これに電源信号が供給電圧として供給され、これはスイッチ素子を介してインダクタ５０３に結合し、電源信号と周波数変換信号ｘ（ｔ）の乗算に対応する結果をもたらす。
【０１２４】
図６のシステムにおいて、周波数変換器６０５は供給電圧として使用される電源信号の変動ＤＣ電圧から交流信号を生成するインバータの形で駆動回路を含む。図７はハーフブリッジインバータの一実施例を示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。交互にＳ１が閉じられる間にＳ２が開かれ、Ｓ２が閉じられる間にＳ１が開かれる。スイッチは所望の周波数で開閉され、それによって出力において交流信号を生成する。図８はフルブリッジインバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。同様に、スイッチＳ３とＳ４は決して同時に閉じられないように制御される。交互に、スイッチＳ１とＳ４が閉じられる間にＳ２とＳ３が開かれ、そしてＳ２とＳ３が閉じられる間にＳ１とＳ４が開かれ、それによって出力において方形波信号を生成する。スイッチは所望の周波数で開閉される。
【０１２５】
図６のシステムにおいて、周波数変換器６０５によって生成される信号は送電コイル５０３に直接供給されない。むしろ、信号はリミッタ６０７に供給され、これはこの電力が反復時間間隔中、すなわち通信間隔中に所定閾値を下回るようにインダクタに供給される駆動信号の電力を制限するように構成される。リミッタ６０７の出力は送電コイル５０３に供給される。典型的にこの結合は共振回路（リミッタ６０７の一部とみなされ得る）を含む。
【０１２６】
特定の実施例として、リミッタ６０７は周波数変換器６０５の出力から送電コイル５０３を切断することによって送電コイル５０３に供給される信号の電力を単純に制限し得る。従って、実施例において、周波数変換器６０５からの信号は、周波数変換器６０５からの信号が送電コイル５０３に結合されない通信間隔によって中断される電力伝送間隔中に送電コイル５０３に結合される。
【０１２７】
リミッタ６０７はインバータの固有部分でもあり得る。特定の実施例として、フルブリッジインバータにおけるスイッチは、時間の少なくとも一部でスイッチＳ１とＳ４が閉じられる間にＳ２とＳ３が開かれ、逆もまた同様であることを意味する、位相差を伴って通常スイッチされ、方形波の生成は、スイッチＳ１とＳ３が閉じられる間にＳ２とＳ４が開かれ逆もまた同様であることを意味する、位相差を伴わないスイッチングによって停止され得る。一般に、電力信号の強度はフルブリッジにおける位相によって制御され得る。スイッチの位相が一致するほど、電力信号の振幅は低くなり、スイッチの位相がずれるほど、電力信号の振幅は高くなる。
【０１２８】
図９は図６の送電器５０１において生じ得る信号の一実施例を図示する。図はまず電源に供給される電源信号である信号Ｕｍａｉｎｓを示す。この信号は図２に図示の通りＵｄｃ＿ａｂｓに対応する信号レベル変動電源信号を生成するために全波整流される。そして周波数変換器６０５はこれを図２及び４のＵａｃ＿ＨＦに対応する高周波信号に変換する。しかしながら、単にこの信号を送電コイル５０３／共振回路に供給するのではなく、信号は図９のゲート信号Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号に従ってゲートされる（すなわち接続及び切断される）。このゲート信号が高い値を持つとき、周波数変換器６０５によって生成される電力伝送信号は送電コイル５０３／共振回路に結合され、このゲート信号が低い値を持つとき、周波数変換器６０５によって生成される電力伝送信号は送電コイル５０３／共振回路に結合されない。従ってゲート後に得られる信号は図９のＵａｃ＿ＨＦとして示され、これは共振回路による平滑化後に図９の信号Ｕａｃ＿Ｔｘになる。従って、送電コイル５０３に供給される電力伝送信号はこの特定の実施例において図９の信号Ｕａｃ＿Ｔｘに対応する。
【０１２９】
一実施例として、リミッタ６０７はハーフ若しくはフルブリッジインバータと組み合わされ得る。ゲート信号Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が低い値を持つ場合、ハーフ若しくはフルブリッジインバータの全スイッチは非伝導状態にスイッチされ、電力信号が送電コイルに結合されないようにし得る。
【０１３０】
ゲート信号はこのように電力伝送駆動信号が送電コイル５０３に供給される電力伝送間隔を定義する。これらの電力伝送間隔は電力伝送信号が送電コイル５０３に供給されない反復時間間隔によって中断される。図６のシステムにおいて、これらの反復時間間隔は代わりに送電器５０１と受電器５０５の間の通信のために使用され、すなわちこれらは通信間隔として使用される。
【０１３１】
特に、送電器５０１は通信間隔中に受電器５０５と通信するように構成される送電器通信ユニット６０９を有する。
【０１３２】
通信は特にキャリアが通信間隔中に生成されることによって実現され、例えば図９においてＣａｒｒｉｅｒと示される信号に対応するキャリアが生成され、そしてこのキャリアはデータを通信するために変調され得る。キャリアは送電器５０１によって若しくは受電器５０５によって生成され得る。同様に、キャリアの変調はキャリアを生成する装置によって（例えばキャリアを振幅変調することによって）又は相補的装置によって（典型的には負荷変調によって）なされ得る。
【０１３３】
送電器５０１は電源信号に反復時間間隔を同期させるために構成されるシンクロナイザ６１１をさらに有する。特に、シンクロナイザ６１１は電源信号における変動に依存して反復時間間隔のタイミングを制御するように構成される。例えば、シンクロナイザ６１１は電源信号からＡＣ成分を分離し、反復時間間隔をＡＣ成分における周期的変動に同期させるように構成され得る。
【０１３４】
電源信号への反復時間間隔の同期化は通信のための専用時間間隔を導入することの電力伝送に対する影響が最小化されることを可能にし得る。例えば、反復時間間隔のタイミングは電力信号の電力が最低である間隔と一致するように選択され得る。これは、電力信号が典型的に電源信号に依存する、従って電源信号における変動を反映する信号成分を有するので、多くのシナリオにおいて送電器と受電器の間の同期化も促進し得る。従って、受電器は電力信号における変動に同期させることができ、この同期化は本質的に受電器を電源信号における変動にも同期させ得る。従って、専用同期情報が交換される必要なく、共通同期化が実現されることができ、従って削減されたオーバーヘッドで実現されることができる。
【０１３５】
図１０は図５の受電器５０５をより詳細に図示する。
【０１３６】
受電コイル５０７は受電器コントローラ１００１に結合され、これは電力伝送機能を機能させるための様々な機能を有し、特定の実施例ではＱｉ規格に従って受電器５０５を操作するように構成される。例えば、受電器５０５はＱｉ規格の識別及び構成フェーズ並びに電力伝送フェーズを実行するように構成され得る。
【０１３７】
受電器コントローラ１００１は電力信号を受信し、電力伝送間隔中に電力を抽出するように構成される。受電器コントローラ１００１は電力伝送フェーズ中に送電器から給電される負荷である電力負荷１００３に結合される。電力負荷１００３は外部電力負荷であり得るが、その少なくとも一部は受電器装置自体による、例えばバッテリ、ディスプレイ若しくは受電器の他の機能による負荷であることが多い（例えばスマートフォンの場合電力負荷はスマートフォンの複合機能に対応し得る）。
【０１３８】
受電器コントローラ１００１はインダクタ５０７から受信される電力信号を負荷に結合及び分離するための機能をさらに有する。特に、電力伝送間隔中、受電器コントローラ１００１は電力信号を負荷に（場合により介在回路を介して）結合する。しかしながら、通信間隔中受電器コントローラ１００１は負荷１００３からインダクタを分離する。従って、通信間隔中、負荷１００３は受電コイル５０７負荷にいかなる影響も及ぼさず、従って無線誘導信号に影響を及ぼさない。
【０１３９】
一部の実施形態において、電力信号は負荷に直接給電するために使用され、例えば図９のＵａｃ＿Ｔｘに対応する信号が負荷１００３に供給され得る。これは例えば負荷が加熱素子である用途に適し得る。しかしながら、多くの実施形態において、負荷１００３は安定で実質的に一定のＤＣ電圧を要求し得る。このような場合、受電器コントローラ１００１は整流器、平滑／リプルコンデンサ及び電圧調整器を有し得る。電力信号はこの機能への入力として供給され、結合と分離はこの回路からインダクタ５０７を接続／切断するように構成され得る。平滑／リプルコンデンサはこのような実施形態において通信間隔中に負荷へエネルギーを供給し得る。
【０１４０】
多くの実施形態において、負荷はＦＥＴ若しくはリレーなどのスイッチング素子を介して受電コイル５０７から結合及び分離され得る。
【０１４１】
他の実施形態において、例えばモータ装置などの場合、モータ負荷の特徴的挙動のために負荷は整流器を介して結合及び分離され得る。送電器の電力リミッタのために、又は送電器の電源信号のゼロ交差のために電力信号が削減されるとき、モータの回転電圧は整流電圧よりも大きくなり得る。これは結果として、電力信号が制限される時間間隔中に負荷の切断を生じることになる。
【０１４２】
これは受電器コントローラ１００１が一定の負荷を伴う整流器及び平滑／リプルコンデンサを有する場合にも起こる。平滑／リプルコンデンサにかかる電圧が整流電圧よりも大きい場合、これは電力信号が制限される時間間隔中に負荷の切断の効果を生じる。
【０１４３】
受電器５０５はシンクロナイザ１００５をさらに有し、これは図１０の実施例では受電コイル５０７に直接結合される。シンクロナイザ１００５は電力信号の振幅変動に反復時間間隔を同期させるように構成される。シンクロナイザ１００５は通信間隔が起こるときを示す同期化信号を生成するように構成される。従って、理想的には、シンクロナイザ１００５は図９のゲート信号Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸに対応する同期化信号を生成し得る。
【０１４４】
シンクロナイザ１００５は同期化信号によって給電される受電器コントローラ１００１に結合される。そして受電器５０５は同期化信号を使用して受電コイル５０７への負荷１００３の結合及び分離を制御することができ、すなわち同期化信号はスイッチ素子のためのゲート信号として直接使用され得る。受電器５０５は通信間隔中に送電器５０１と通信するように構成される受電器通信ユニット１００７をさらに有する。
【０１４５】
前述の通り、通信は特にキャリアが通信間隔中に生成されることによって実現され、例えば図９においてＣａｒｒｉｅｒと示される信号に対応するキャリアが生成され、そしてこのキャリアはデータを通信するために変調され得る。キャリアは送電器５０１によって若しくは受電器５０５によって生成され得る。同様に、キャリアの変調はキャリアを生成する装置によって（例えばキャリアを振幅変調することによって）又は相補的装置によって（典型的には負荷変調によって）なされ得る。
【０１４６】
図５のシステムはこのように動作を電力伝送間隔と通信間隔に分ける。電力伝送間隔中、電力伝送信号は送電器５０１から受電器５０５へ誘導結合され、それによって電力の無線伝送を提供する。一部の実施形態において、電力伝送間隔中は通信が行われない。他の実施形態において、一部の通信が電力伝送間隔中に行われる可能性があり、例えば電力伝送信号はＱｉ規格バージョン１．０及び１．１に従って受電器５０５によって負荷変調され得る。
【０１４７】
通信間隔中、データは受電器５０５と送電器５０１の間で通信され得るが、電力伝送は実行されない。特に、電力伝送信号は送電コイル５０３に供給されず、電力負荷１００３は受電コイル５０７に結合されない。従って、電力伝送動作に起因して電磁場が誘導若しくは修正されず、従って無線誘導によってデータを通信するためによりクリーンな電磁環境が作られる。特に、電力伝送信号は送電コイル５０３若しくは受電コイル５０７において生じないので、これらのコイルは特に電力伝送動作が通信性能を低下させることなくデータの通信のために使用され得る。
【０１４８】
送電器５０１と受電器５０５はこのように、１スロット（通信間隔）がデータ通信のために確保され、第二のスロット（電力伝送間隔）が電力伝送のために確保される、周期的に繰り返されるタイムスロットフレームを適用し得る。これは特にデータ転送のための条件とパラメータ（例えば周波数、振幅、信号形状）がデータ通信スロットにおいて最適化されることを可能にし、一方電力伝送のための条件とパラメータは電力伝送スロットにおいて最適化され得る。さらに、電力伝送動作は通信を低下させない。
【０１４９】
通信間隔は典型的に、電力伝送のためにより多くの時間を確保するために電力伝送間隔の持続時間と比較して比較的短い持続時間を持つ。典型的に、通信間隔の持続時間は電力伝送間隔と通信間隔の持続時間によって与えられる全フレームの１０％未満若しくは５％にもなる。多くの実施形態において、反復時間間隔（通信間隔）は１ｍ秒以上及び５ｍ秒以下の持続時間を持つ。これは多くの実施形態において通信及び電力伝送要件の間の有利なトレードオフを提供し、特にシステムの電力伝送能力を過度に減じることなく適切な通信帯域幅を提供し得る。
【０１５０】
システムにおいて、通信間隔のタイミングはランダムではなく、電源信号のレベル変動に同期される。特に、通信間隔はレベルが所定閾値を下回るときのみ起こるようにレベル変動に同期され、特に通信間隔は電源信号の最小値付近で起こるように同期される。通信間隔は特に電源信号の最小値に対応する瞬間を中心とするように選択され得る。
【０１５１】
図９のような実施例において、これらの最小値は電源６０１に供給されるＡＣ信号のゼロ交差のときに生じる。従って、実施例において、送電器５０１は入力電源（由来）信号のゼロ交差を検出するゼロ交差検出器を含み得る。そしてこれらのゼロ交差はゼロ交差を中心とするように通信間隔のタイミングを調節するために使用され得る。
【０１５２】
他の実施形態において、電力信号生成器６０３は例えばＡＣ入力信号のゼロ交差と一致しない最小値において起こるように通信間隔の時間を調整し得る。例えば、電源６０１が、平滑化されるがまだ非常に高いリプルを持つ電源信号をもたらす平滑コンデンサを有する場合、最小値はもはやゼロ交差と一致しない。この場合、これらの最小値は電源信号において直接検出され、通信間隔の時間を調整するために使用され得る。
【０１５３】
多くの実施形態において、シンクロナイザ６１１は電源信号における変化を検出し、反復時間間隔のタイミングをそれに従って調節することによって電源信号に直接同期させるように構成され得る。
【０１５４】
例えば、電源信号のＤＣ成分を除去するためにコンデンサが使用され得る。得られるＡＣ信号は、周期的低周波数変動（典型的には５０‐６０Ｈｚ（若しくは全波整流の場合の二倍））を残したままにしながらノイズを除去若しくは削減するためにフィルタされ得る。得られるＡＣ信号は例えば２進値を持つ方形波信号を生成するためにシュミットトリガに供給され得る。この信号は出力信号を入力方形波信号に同期させる位相ロックループに入力され得る。出力信号は所望のデューティサイクルを持つように、及び場合により入力方形波信号における遷移に対して所望の時間オフセットで、生成され得る。そして位相ロックループからの出力信号はリミッタ６０７と通信ユニット６０９を制御するために直接使用され得る。
【０１５５】
シンクロナイザ６１１は特に電源信号のリプルに反復時間間隔を同期させるように構成され得る。例えば、電源信号はＡＣ信号の（全波）整流の後、一時的エネルギー貯蔵器としてコンデンサを用いる平滑化によって生成され得る。コンデンサのサイズと電力ドレインに依存して、得られる電源信号は場合によりほぼ一定電圧を持つＤＣ信号になり得る。しかしながら、この場合でも、入力ＡＣ信号における変動に起因するいくらかの変動が典型的に存在する。このような変動はリプル電圧として知られ（又はより一般的には周期的変動がリプル電圧とみなされ得る）、シンクロナイザ６１１は反復時間間隔をリプル変動に同期させ得る。例えば、前の段落で記載したアプローチが使用され、例えばシュミットトリガの前にリプルＡＣ信号の適切な増幅と組み合わされ得る。
【０１５６】
一部の実施形態において、シンクロナイザ６１１は電源信号自体を評価することによって電源信号に反復時間間隔を直接同期させるのではなく、代わりに、それ自体が電源信号に同期される信号に、特に電源信号から導出される信号又はそれから電源信号が導出される信号に、同期化を基づかせ得る。
【０１５７】
特に、シンクロナイザ６１１は反復時間間隔をＡＣ電力信号に同期させ、これは電源６０１によって変動ＤＣ信号に（例えば整流及び場合により平滑化信号として）変換される。例えば、ＡＣ入力信号はゼロ交差検出器を含み得るシンクロナイザ６１１に直接供給され得る。そして反復時間間隔のタイミングはこれらのゼロ交差のタイミングに同期され得る。
【０１５８】
受電器５０５のシンクロナイザ１００５は送電器５０１によって導入される通信間隔に同期させるためのいかなる適切なアプローチも使用し得ることが理解される。例えば、送電器５０１がキャリアを導入しない場合、送電器５０１によって誘導される信号は図９の信号Ｕａｃ＿Ｔｘに対応する特性を持ち得る。そしてシンクロナイザ１００５は次に誘導電力信号がゼロである時間間隔を検出することができ、そしてこれらの検出に同期させることができる。送電器５０１が通信間隔においてキャリア信号を生成する場合、シンクロナイザ１００５は次にこのキャリア信号の存在を検出し、これらの検出に同期させ得る。キャリアは例えばレベルの差（若しくはレベルの変化がキャリアに生じないこと）によって、又は周波数の差によって、例えば周波数選択処理を導入することによって（例えばキャリアの周波数に対応するバンドパスフィルタで信号をフィルタすることによって）、電力伝送信号から分離され得る。
【０１５９】
シンクロナイザ１００５は特に受信電力信号の振幅の変動を検出し得る包絡線検出器を含み得る。例えば、受信電力信号の包絡線は図９の信号Ｕａｃ＿Ｔｘの包絡線に対応するように検出され得る。包絡線（若しくは振幅）検出器は周波数変換器６０５のスイッチ周波数に対応する適切な周波数範囲に制限され得る。これは例えばシンクロナイザ６１１自体がフィルタを含むことによって実現され得るか、若しくは受電コイル５０７がスイッチ周波数に近い周波数に同調される共振回路の一部であることによって実現され得る。このような実施形態において、反復時間間隔中のキャリアの影響は軽減され、検出される包絡線が電力伝送信号のみにより密接に対応する結果をもたらす。
【０１６０】
そして得られる包絡線若しくは振幅信号は反復時間間隔のローカルタイミングを決定するためにシンクロナイザ１００５によって使用され得る。例えば、振幅が所定閾値を下回る時間は、新たな反復時間間隔の開始に対応するとみなされ得る。多くの実施形態において、振幅検出によって生成される振幅信号は、例えば位相ロックループなどのタイミングループへの制御信号として使用され得る。このようなアプローチは多くのシナリオにおいて増加した精度と信頼性を提供し得る。
【０１６１】
このように、シンクロナイザ１００５は電源信号における振幅変動を検出することによって送電器の反復時間間隔と実質的に一致するように受電器の反復時間間隔を同期させ得る。従って、追加の若しくは専用の同期化情報若しくはデータがエンティティ間で交換若しくは通信される必要がない。
【０１６２】
前の実施例において、周波数変換器６０５からの電力伝送信号は電力伝送間隔中しか送電コイル５０３に結合されない。しかしながら、他の実施形態において、信号は通信間隔中にも送電コイル５０３に供給され得るが、送電コイル５０３に供給される信号の電力は所定閾値を下回るようにリミッタによって制限されることが理解される。閾値は固定された及びあらかじめ定められた値であり得るか、又は例えば可変閾値であり得る。例えば、通信間隔中に送電コイル５０３に供給される電力伝送信号の最大電力は、通信間隔中に起こる通信のエラーレートに基づいて調節され得る。例えば、エラーレートが所定レベルを超えて増加する場合、電力閾値は減少され、エラーレートが所定レベル未満に減少する場合、電力閾値は増加される。
【０１６３】
リミッタ６０７は通信間隔中に送電コイル５０３に供給される信号の電力を制御するためにいかなる適切なアプローチも使用し得ることも理解される。例えば、リミッタ６０７は周波数変換器６０５によって生成される信号の振幅を設定するゲイン信号を供給し得る。
【０１６４】
図６の実施例においてリミッタ６０７は周波数変換器６０５の後に続き、周波数変換器６０５によって生成される電力伝送信号に直接作用するが、他の実施形態では他の構成が使用され得ることも理解される。例えば、一部の実施形態において、リミッタ６０７は周波数変換器６０５の前に位置し、例えば電源信号に直接作用し得る。一実施例として、電源信号は電力伝送間隔中のみ周波数変換器６０５のインバータに供給され、通信間隔中はこれから切断され得る。
【０１６５】
一部の実施形態において、通信間隔中の通信は送電器５０１によって、及び特に送電器通信ユニット６０９によって生成されるキャリア信号を用いて実行される。従って、これらの実施例において、送電器通信ユニット６０９はキャリア信号を生成しこれを通信間隔中に送電コイル５０３に供給する。
【０１６６】
図６の実施例において、送電器通信ユニット６０９は送電コイル５０３に信号を直接供給するが、他の実施例においてこれは電力伝送間隔中に電力伝送信号のためにも使用される回路を介してなされ得ることが理解される。例えば、出力駆動回路、インバータ及び／又は共振回路が通信キャリア信号のために再利用され得る。
【０１６７】
一部の実施形態において、送電器通信ユニット６０９は通信間隔中にキャリア信号を変調するように構成される変調器をさらに有し得る。従って、送電器５０１から受電器５０５へ通信されるデータは送電コイル５０３に供給されるキャリア信号に対して変調され得る。
【０１６８】
例えば振幅変調、スペクトル拡散変調、位相変調及び／又は周波数変調を含む、任意の適切な変調が使用され得ることが理解される。
【０１６９】
このような実施例において、受電器通信ユニット１００７はキャリア信号を復調することができる復調器を有する。例えば、ＡＭ、ＦＭ若しくはＰＭ復調器が含まれ得る。
【０１７０】
アプローチは送電器５０１から受電器５０５への信頼できる通信を提供し得る。電力伝送信号が印加されないとき（若しくは電力が十分に低いとき）に変調キャリアが印加されるので、電力伝送によって生じる干渉は十分に低く維持され得るか、又は一部の実施形態／シナリオでは完全に除去すらされ得る。従って非常に信頼できる通信が実現され得る。
【０１７１】
一部の実施形態において、送電器通信ユニット６０９によって生成されるキャリアは受電器５０５から送電器５０１へデータを通信するために使用され得る。
【０１７２】
特に、送電器通信ユニット６０９は送電コイル５０３に非変調定レベルキャリア信号を印加し得る。受信器通信ユニット１００７はこの実施例においてキャリア信号を負荷変調するための機能を有し得る。
【０１７３】
特に、受信器通信ユニット１００７は通信されるデータに依存する所定パターンに従って受電コイル５０７に印加される負荷を修正するように構成され得る。
【０１７４】
さらに、送電器通信ユニット６０９はこのような実施例において受電器通信ユニット１００７によって導入されるキャリア信号の負荷変調を復調するように構成される復調器を有し得る。
【０１７５】
電力伝送信号が送電コイル５０３に供給され得ない通信間隔において負荷変調が実行されるので、一定キャリア信号が送電コイル５０３に印加される。さらに、電力負荷１００３が切断されるので、受電器通信ユニット１００７の負荷は負荷変調器によって完全に制御され得る。従って、負荷変動は送電器通信ユニット６０９の負荷復調回路によって検出するために比較的容易であり信頼できる。このように、受電器５０５から送電器５０１へのデータの信頼できる通信が実現され得る。
【０１７６】
従って、生成され送電器通信ユニット６０９によって送電コイル５０３に印加されるキャリア信号に基づいて、受電器５０５から送電器５０１へ、及び実に送電器５０１から受電器５０５へ、効率的な通信が実現され得る。従って、現在のＱｉ仕様バージョン１．０及び１．１によっては不可能な送電器５０１から受電器５０５への通信が実現され得る。
【０１７７】
一部の実施形態において、アプローチは双方向通信、すなわち送電器５０１から受電器５０５へ、及び受電器５０５から送電器５０１への通信の両方を提供するために使用され得ることも理解される。これは例えば後続の時間間隔において送電器５０１キャリア変調と受電器５０５負荷変調を交互に行うことによって実現され得る。別の実施例として、各通信間隔は二つのサブ間隔に分けられ、一方は送電器５０１から受電器５０５への通信のために使用され、他方は受電器５０５から送電器５０１への通信のために使用される。
【０１７８】
一部の実施形態において、通信間隔中の通信は受電器５０５によって、及び特に受電器通信ユニット１００７によって生成されるキャリア信号を用いて実行される。従って、これらの実施例において、受電器通信ユニット１００７はキャリア信号を生成しこれを通信間隔中に受電コイル５０７に供給する。送電器５０１によって送電コイル５０３に供給される電力伝送信号がないので、このキャリア信号と電力伝送との衝突がない。
【０１７９】
一部の実施形態において、受電器通信ユニット１００７は通信間隔中にキャリア信号を変調するように構成される変調器をさらに有し得る。従って、受電器５０５から送電器５０１へ通信されるデータは受電コイル５０７に供給されるキャリア信号に対して変調され得る。
【０１８０】
例えば振幅変調、スペクトル拡散変調、位相変調及び／又は周波数変調を含む、任意の適切な変調が使用され得ることが理解される。
【０１８１】
このような実施例において、送電器通信ユニット６０９はキャリア信号を復調することができる復調器を有する。例えば、ＡＭ、ＦＭ若しくはＰＭ復調器が含まれ得る。
【０１８２】
アプローチは受電器５０５から送電器５０１への信頼できる通信を提供し得る。電力伝送信号が印加されないとき（若しくは電力が十分に低いとき）に変調キャリアが印加されるので、電力伝送によって生じる干渉は多くのシナリオにおいて十分に低いか若しくは存在すらしない。従って非常に信頼できる通信が実現され得る。
【０１８３】
一部の実施形態において、受電器通信ユニット１００７によって生成されるキャリアは送電器５０１から受電器５０５へデータを通信するために使用され得る。
【０１８４】
特に、受電器通信ユニット１００７は非変調定レベルキャリア信号を受電コイル５０７に印加し得る。送電器通信ユニット６０９はこの実施例においてキャリア信号を負荷変調するための機能を有し得る。
【０１８５】
特に、送電器通信ユニット６０９は通信されるデータに依存する所定パターンに従って送電コイル５０３に印加される負荷を修正するように構成され得る。
【０１８６】
さらに、受電器通信ユニット１００７は送電器通信ユニット６０９によって導入されるキャリア信号の負荷変調を復調するように構成される復調器を有する。
【０１８７】
実施例において、一定キャリア信号が送電コイル５０３に供給される。さらに、電力負荷１００３が切断されるので、受電器通信ユニット１００７の負荷は送電器通信ユニット６０９による負荷変調と干渉しない。従って、負荷変動は受電器通信ユニット１００７の負荷復調回路によって検出するために比較的容易であり信頼できる。従って、送電器５０１から受電器５０５へのデータの信頼できる通信が実現され得る。
【０１８８】
従って、生成され受電器通信ユニット１００７によって受電コイル５０７に印加されるキャリア信号に基づいて、受電器５０５から送電器５０１へ、及び実に送電器５０１から受電器５０５へ、効率的な通信が実現され得る。従って、現在のＱｉ仕様バージョン１．０及び１．１によっては不可能な送電器５０１から受電器５０５への通信が実現され得る。
【０１８９】
一部の実施形態において、アプローチは双方向通信、すなわち送電器５０１から受電器５０５へ、及び受電器５０５から送電器５０１への通信の両方を提供するために使用され得ることも理解される。これは例えば後続の時間間隔において受電器キャリア変調と送電器負荷変調を交互に行うことによって実現され得る。別の実施例として、各通信間隔は二つのサブ間隔に分けられ、一方は送電器５０１から受電器５０５への通信のために使用され、他方は受電器５０５から送電器５０１への通信のために使用される。
【０１９０】
記載の設定では、電力伝送信号と通信キャリア信号の特性はそれらの個々の目的のために、すなわちそれぞれ電力伝送のため及び通信のために、独立して最適化され得る。例えば、電力伝送信号の電力レベルは受電器５０５に所望の電力伝送を提供するように適応され得る、すなわちこれは電力負荷１００３に依存して適応され得る。同時に、通信キャリアの振幅は例えば所定レベルにおいて一定に維持され得る。
【０１９１】
特に、周波数は電力伝送信号と通信キャリアに対して異なって選択され得る。特に、キャリア信号は特に高データレートに対して変調をよりよくサポートするために著しく高い周波数を持つように設定され得る。さらに、電力伝送信号と通信キャリアを周波数において、及び時間において分離することは、一方の動作の他方に対する影響を低下させ、実施を容易にし得る。例えば、受電器通信ユニット１００７の通信回路は通信キャリアの周波数を中心とする帯域幅を持つフィルタを用いて電力伝送間隔中に電力伝送信号から分離され得る。キャリア周波数は例えば電力伝送信号の周波数より２倍以上、若しくは５倍も高くなり得る。
【０１９２】
記載のアプローチはこのようにフレーム中に電力伝送と通信を交互に行い得る。一実施例として、図１１は二つのメインスロット：通信スロットと電力伝送スロットに分割されるスロットフレームを図示する。実施例において、データ通信スロットはフレームの開始を示す。電力伝送スロットはフレームの開始からオフセット（ＴＰ‐Ｏｆｆｓｅｔ）において通信スロットの後に位置する。
【０１９３】
実施例において、フレーム中のデータ通信（ＴＤ‐Ｗｉｄｔｈ）は電力伝送が開始する前に終了する（ＴＤ‐Ｗｉｄｔｈ＜ＴＰ‐Ｏｆｆｓｅｔ）。
【０１９４】
電力伝送のためにサイクルの大部分を残すために（ＴＰ‐Ｍａｘ）、データ通信スロットは比較的小さく、サイクルの小部分（例えば５％）を占める。偏差を許容するためにいくらかの空き時間がフレームに確保される（ＴＰ‐Ｍａｘ＋ＴＰ‐Ｏｆｆｓｅｔ＜ＴＣｙｃｌｅ）。
【０１９５】
サイクル時間（ＴＣｙｃｌｅ）、電力伝送スロットに先行するオフセット時間（ＴＰ‐Ｏｆｆｓｅｔ）及び最大電力伝送時間（ＴＰ‐Ｍａｘ）は、例えば安全性と信頼性、ロバスト性、均一性などの理由で、全動作モードに対して固定され得る。
【０１９６】
送電器は周期的に（ＴＣｙｃｌｅ）このフレームを受電器へ供給してデータ通信と電力伝送を可能にする。送電器はその動作モードに従ってフレーム内のスロットを修正し得る。
【０１９７】
通信スロットは一部の実施形態において三つのサブスロットに分割され得る：
１．受電器の検出専用のより小さなサブセクションを含む、電力（ＴｘＰｏｗｅｒ）
２．データ送信（Ｔｘｍｔ）
３．データ受信（Ｔｒｅｖ）
【０１９８】
特定の実施例として、毎サイクルの開始時に、送電器はデータが変調されない低電力信号を供給する。受電器が送電器の十分近くに位置する場合、これは信号の検出可能な（及び認識可能な）負荷を供給することによってこの信号に反応する。送電器が一定時間（Ｔｄｅｔｅｃｔ）内に受電器の反応を検出する場合、これはより長い時間（ＴｘＰｏｗｅｒ中）この信号を供給し続ける。必要であれば、（検出された）受電器はこの信号を用いてその電子機器の電源を入れることができる。使用される電力レベルに依存して、検出は数百マイクロ秒（例えば０．２ｍ秒）かかり、起動動作は数ミリ秒（例えば１０ｍ秒）かかり得る。
【０１９９】
この直後に、送電器は例えば送信されたフィールド（Ｔｘｍｔ）の振幅変調を用いて受電器に（ビーコン）メッセージを送信し得る。送電器から受信される信号に反応して、受電器は（Ｔｒｅｖ中に）負荷変調を用いて送電器へメッセージを返送し得る。このように、双方向通信が実現され得る。
【０２００】
実際の電力信号幅（ＴＰ‐Ｗｉｄｔｈ）は最大値（ＴＰ‐Ｍａｘ）よりも小さくなり得る。送電器は受電器に供給する電力の量を制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用し得る。
【０２０１】
前の実施例において、電力伝送と通信は両方とも送電コイル５０３と受電コイル５０７を用いて実行された、すなわち送電コイルは通信のためにも使用された。しかしながら、他の実施形態では、別々のインダクタ／コイルが通信間隔中に通信のために使用され得る。従って、一部の実施形態において、送電器５０１は送電コイル５０３に加えて通信インダクタを有し、受電器５０５は同様に受電コイル５０７に加えて通信インダクタを有し得る。このようなアプローチはそれら固有の目的のためにインダクタの個別最適化を可能にし得る。例えばキャリア信号は電力伝送信号よりも高い周波数を持ち、通信インダクタはこの高い周波数に同調され得るが、それでもやはり電力伝送信号が電力伝送信号周波数に同調されることを可能にする。
【０２０２】
また、アプローチは一部の実施形態において電力伝送コイルと通信コイルの間にいくらかの空間的分離を追加し得る。しかしながら、典型的にこれらは非常に近くに置かれるので、これらは互いに磁気的に結合する。しかしながら、電力伝送と通信は典型的には異なる間隔において起こるので、これはいかなる干渉も導入しない（又は少なくとも干渉は許容可能なレベルに削減され得る）。
【０２０３】
異なるインダクタ／コイルがそれぞれ電力伝送と通信のために使用される電力伝送システムの一実施例が図１２に示される。
【０２０４】
このシステムにおいて、一次コイルＴｘ＿ｃｏｉｌ（送電器側）と二次コイルＲｘ＿ｃｏｉｌ（受電器）によって形成される変圧器は、システムの共振周波数が電力伝送信号の周波数と同一になるように設計される。しかしながら、データキャリア信号と電力信号は異なる周波数を持ち得る。従って、データキャリア信号は電力コイル間で最適に送信されない可能性がある。図１２においてこれはデータキャリア信号周波数に特別に同調される補助通信コイルＴｘ＿ｃｏｍ及びＲｘ＿ｃｏｍの追加によって対処される。電力伝送とデータ転送のためのコイルはこのように分離される。この実施例の利点は以下を含む。
【０２０５】
‐受電器側で、電力伝送信号と通信キャリア信号は同じ物理リンクを共有しない。従って、通信及び送電回路の両方が独立に設計され最適化され得る。
【０２０６】
‐通信及び送電回路はガルバニック絶縁され、異なる周波数に同調されるので、大きな電力伝送信号及び装置負荷変動の影響が通信チャネルに対して減衰される。
【０２０７】
さらに、通信回路に対する電力レベルは送電回路の電力レベルよりもかなり小さくなると予想されるので、補助通信コイルは電力伝送コイルよりも物理的にかなり小さくなり得る。従って、通信コイルは装置のボリュームを制限するために電力伝送コイルと同じ面内に実現され得る。
【０２０８】
一部の場合において、通信コイルは装置の内部電子機器の一部に給電するためにも使用され得る。この場合、このコイルは負荷変調のためにも使用され得る。従って、負荷変調回路は内部電子機器に給電するために使用される回路で実現され得る。
【０２０９】
一部の実施形態において、システムは反復時間間隔の正確なタイミング若しくは持続時間など、反復時間間隔の特性を動的に変化させるように構成され得る。
【０２１０】
一部のこのような実施形態において、特性の設定若しくは変化は送電器ではなく受電器によって開始され得る。
【０２１１】
特に、受電器は送電器へ要求データを送信するように構成され、データは反復時間間隔の固有特性に対する要求を含むことができる。例えば、受電器は反復時間間隔の持続時間が所定最小値であるべきという要求を送信し得る。メッセージを受信すると、送電器は次に反復時間間隔の持続時間を決定し得る。特に、これは反復時間間隔の持続時間を可能であれば要求された持続時間に、又は要求された値が受け入れられない場合（例えばこれが、送電器が所望の電力伝送レベルを供給するのを妨げ得る場合）は最も近い実現可能な値に設定し得る。
【０２１２】
アプローチは例えば異なるシナリオに適応するシステムの増大した柔軟性と能力を可能にし得る。実際、一部の受電器は送電器との高レベルの通信相互作用を要する若しくはそれから利益を得る複雑な装置であり得るが、他の受電器は大幅な通信をサポートしない若しくは要求しない比較的単純な装置であり得る。このようなシステムにおいて、アプローチは反復時間間隔の持続時間が、及び従って電力伝送ではなく通信に割り当てられるリソースが、個々の実施形態の固有の要件と選好に適応されることを可能にし得る。
【０２１３】
反復時間間隔中の電力の制限に伴う問題は、多くのシナリオにおいて電力遷移（例えば電力のスイッチオフ）を比較的速く実行することが望ましいが、これは望ましくない効果を導入することなく実現することが難しいということである。実際、ほとんどのシステムにおいて、速過ぎる電力信号のスイッチオフ（若しくはより一般的には電力レベルの減少）はスイッチオフの時間を超えて持続する振動をもたらすことが多い。実際、いくらかのエネルギーが例えばコンデンサ若しくは誘導素子に、特に送電及び／又は受電コイルと付随コンデンサによって形成されるタンク若しくは共振回路において蓄えられ得ることが多い。このエネルギーは、電力信号がオフにされた後持続する、リンギングとよばれ得る信号をもたらし得る。
【０２１４】
より詳細に、図１３は例えば図５、６及び１０の電力伝送システムのための、無線電力伝送のための典型的な電力経路を図示し得る。
【０２１５】
実施例において、ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）（図６の周波数変換器６０５に対応）はフルブリッジインバータ（図８のものなど）に基づく。ＩＧＢＴが四つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のために使用される。電力定格に依存して、インバータは例えばＩＧＢＴを用いて実現されることもできる。システムにおいて、第一の共振回路若しくは共振タンクはコンデンサＣｒｅｓ１と送電コイルＴｘ（送電コイル５０３に対応）によって形成される。第二の共振回路若しくは共振タンク２は受電コイルＲｘ（受電コイル５０７に対応）とコンデンサＣｒｅｓ２及びＣｒｅｓ３によって形成される。整流電圧Ｕｄｃ＿ＲｘはダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４から成るＡＣ／ＤＣ変換器（ＨＦ整流器）に由来する。
【０２１６】
図１３に存在する信号の一実施例は図１４に提供される。信号は図９に図示したものに直接対応する。
【０２１７】
システムにおいて、インバータは通信用の反復時間間隔を提供するために入力ＡＣ電圧のゼロ交差付近でその電力伝送を抑制するように構成される。インバータを抑制するために、ブリッジの左半分側（Ｓ１とＳ２）に対するスイッチ駆動信号とブリッジの右半分側（Ｓ３とＳ４）に対するスイッチ駆動信号の間の位相がゼロにシフトされ得る、すなわち駆動信号はブリッジの左半分側（Ｓ１とＳ２）とブリッジの右半分側（Ｓ３とＳ４）の間で同期する／同一になるように時間において調節され得る。対応するゲート駆動信号が図１５に示される。従って、インバータスイッチは、逆位相において駆動されることによって高周波駆動信号を作ることから、出力信号を生じない位相において駆動されることへ変更される（Ｓ１とＳ３の両方が同時に両方ともオンになるか、若しくはＳ２とＳ４が同時に両方ともオンになるので）。
【０２１８】
特に、Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が高いとき、スイッチＳ１とＳ３のゲート駆動信号は（電力伝送が起こることに対応して）互いに位相がずれる。同じことがスイッチＳ２とＳ４のゲート駆動信号について生じる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が低くされるとき、スイッチＳ１とＳ３のゲート駆動信号及びスイッチＳ２とＳ４のゲート駆動信号は（電力伝送が起こらないことに対応して）互いに厳密に同相になる。
【０２１９】
図１５はインバータがこのように抑制される場合に送電器側で生じる信号を図示する。電圧Ｕａｃ＿ＨＦはＯｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が"Ｌｏｗ"に進んだ後直ちにゼロまで落ちる。しかしながら、これはスイッチオフ後にいくらかの振動を伴って持続するコイル電流Ｉａｃ＿Ｔｘには当てはまらない。従って、いくらかのリンギングが起こり、電流Ｉａｃ＿Ｔｘがゼロまで下がるのにいくらかの時間がかかる。この現象の理由は、共振タンク内部の無効分（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）にまだいくらかのエネルギーが残されるためである。それにもかかわらず、受電器と送電器の間若しくはその逆の通信は残っている信号の干渉に悩まされるので、'リンギング'時間は時間窓の有効な幅に影響を及ぼす。
【０２２０】
一部の実施形態において、送電器若しくは受電器は減衰器を有し、これは無線送電システムの送電器と受電器の電力経路における振動を打ち消すか若しくは軽減するように構成される。これらの振動は通常、送電器と受電器の間の通信のための時間窓を実現するために電力伝送中にインバータを無効にするイベント後に起こる。
【０２２１】
以下、リンギング時間を減らすための複数のアプローチが記載される。送電コイルＴｘと受電コイルＲｘの間の電磁結合のために、これらの手段は送電器側において、受電器側において、若しくは両側において実現され得る。
【０２２２】
送電器側におけるアプローチは例えば以下を含み得る：
・通信スロット前にインバータスイッチの駆動信号間の位相差をゼロまで徐々にシフトする
・インバータの全スイッチをオフにする
・送電コイルＴｘの端子の抵抗短絡
・個別結合コイルＬ＿Ｔａｕｘを用いる、送電コイルＬ＿Ｔｘの抵抗短絡
・通信コイルＬ＿Ｔｃｏｍを用いる、送電コイルＬ＿Ｔｘの抵抗短絡
【０２２３】
受電器側におけるリンギング軽減手段は例えば以下を含み得る：
・スイッチを用いた受電コイルＬ＿Ｒｘの端子の抵抗短絡
・スイッチを用いたＨＦ整流器の端子の抵抗短絡
・スイッチを用いたコンデンサＣｒｅｓ２の端子の抵抗短絡
・個別結合コイルＬ＿Ｒａｕｘを用いる、受電コイルＬ＿Ｒｘの抵抗短絡
・既存の通信コイルＬ＿Ｒｃｏｍを用いる、受電コイルＬ＿Ｒｘの抵抗短絡
【０２２４】
一部の実施形態において、周波数コントローラ６０５は例えば電源信号の電力を徐々に減らすことによって、又はインバータへの位相関係を徐々に修正することによって、駆動信号の電力を徐々に制限するように構成される。制限は例えば２００μ秒以上、又は反復時間間隔の持続時間の５％以上であり得る。
【０２２５】
特定の実施例として、送電器はインバータスイッチトランジスタのための駆動信号間で位相を徐々にシフトするように構成され得る。これは通信窓が開始する前に初期値からゼロへ徐々にインバータ出力電圧Ｕａｃ＿ＨＦを効果的に引き起こし得る。
【０２２６】
特に、一部の実施形態において、周波数変換器６０５は駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、リミッタはスイッチブリッジのスイッチ素子の相対位相を変化させることによって電力信号を制限するように構成され得る。反復時間間隔の開始時に、位相は（例えば２００μ秒以上若しくは反復時間間隔の持続時間の５％以上の遷移持続時間で）徐々にシフトされ得る。スイッチ素子の構成に依存して、位相は例えばスイッチ素子の二つのセットに対するスイッチ信号が同相の状態から同相でない状態になり得る（若しくは逆もまた同様）。
【０２２７】
一実施例が図１６に提供され、これは徐々に減少するＯｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号を用いる修正ゲート駆動パターンの一実施例を示す。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号は実施例において"ｈｉｇｈ"から"ｌｏｗ"への遷移が徐々になされるように修正される。ゲート駆動信号の位相は、スイッチＳ１とＳ３に対するゲート駆動信号が、スイッチＳ２とＳ４に対するゲート駆動信号と位相がずれている状態から同相の状態への遷移フェーズ中に徐々に変化するように、Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号の値に依存させられる。
【０２２８】
図１７は修正Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号の遷移中のインバータの派生出力電圧Ｕａｃ＿ＨＦを図示する。見られる通り、インバータ出力電圧Ｕａｃ＿ＨＦの振幅はこの実施例では５０μ秒以内でゼロまで徐々に下げられる。図１８は送電コイルを通る派生電流Ｉａｃ＿Ｔｘを図示する。上のグラフにおいてインバータは標準Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号で無効にされる。見られる通り、電流Ｉａｃ＿Ｔｘがゼロまで減少するのにいくらかの時間がかかり、この場合０．４ｍ秒である。下のグラフにおいて修正Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が印加される。遷移時間はこの実施例では０．５ｍ秒である。結果として、電流Ｉａｃ＿Ｔｘはディスエーブル信号がゼロまで下げられるときにほとんどゼロまで下げられる。
【０２２９】
アプローチのさらなる利点は、電力信号が突然オフにされず、従ってより高い電源高調波を生じるために、ＥＭＣ要件をより容易に満たすことができることである。
【０２３０】
一部の実施形態において、周波数変換器６０５は送電コイル５０３（例えば図１３のような）に結合するためのフルブリッジスイッチ回路を有し、リミッタ６０７は反復時間間隔の開始時にフルブリッジスイッチの全スイッチ素子への駆動信号をオフにするように構成される。特に、各スイッチ素子は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのトランジスタであり得、リミッタは反復時間間隔の開始時にベース／ゲート信号をゼロにスイッチするように構成され得る。
【０２３１】
一部の実施形態において、周波数コントローラ６０５はスイッチングブリッジを有し、スイッチングブリッジの少なくとも一つのスイッチは反復時間間隔の開始時に送電コイルを有する共振回路からエネルギーを除去するように構成される。スイッチは特に反復時間間隔の開始時に共振回路から電力信号生成器６０３へ電流が流れることを可能にすることによってエネルギーを除去し得る。
【０２３２】
特に、一部の実施形態において、周波数変換器６０５は駆動信号を生成するためのスイッチブリッジを有し、リミッタ６０７は全スイッチ素子をオフにするためにスイッチブリッジの全スイッチ素子に対する駆動信号を瞬間的に変化させることによって電力信号を制限するように構成され得る。従って、全スイッチ素子は反復時間間隔の開始時に実質的に瞬間的に（例えば５μ秒以内に）オフにされ得る。スイッチ素子は特に内部ダイオードを持つ例えばＦＥＴ若しくはＩＧＢＴであり得、スイッチ素子は、内部ダイオードの少なくとも一部が、全スイッチ素子がオフにされるときにコイルから電源へ電流を伝導することができるように構成される。
【０２３３】
例えば、急速に変化するＯｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号がｈｉｇｈからｌｏｗにスイッチするとき、スイッチＳ１とＳ３のゲート駆動信号はスイッチＳ２とＳ４のゲート駆動信号と位相がずれている状態から同相の状態へ瞬間的に変更され得る。付加的に、全ゲート駆動信号はスイッチ素子がオフにされること（新たな反復時間間隔の開始を示すためにイネーブル信号が"ｌｏｗ"に進むとき）に対応する信号レベルにスイッチされ得る。一実施例が図１９に示される。
【０２３４】
図２０は送電コイルを通る派生電流Ｉａｃ＿Ｔｘの一実施例を図示する。送電コイルを通る電流は単一半波共振ストロークを示し、それからゼロになる。実施例において、共振タンクのエネルギーはＩＧＢＴの並列ダイオードＳ１‐Ｓ４を介してインバータの入力フィルタ（及び従って単一半波共振ストローク中に電力信号生成器）へ向かってフィードバックされる。エネルギーが入力フィルタにフィードバックされるので、これは失われず入力コンデンサＣｉｎを再充電し、図２１に示す通り電圧Ｕｄｃ＿ａｂｓのわずかな増加をもたらす。
【０２３５】
一部の実施形態において、リミッタ６０７は反復時間間隔の開始時に送電コイルへ電力散逸素子を結合するように構成され得る。電力散逸素子は特に抵抗器であり得、多くの実施形態において電力散逸素子は送電コイル５０３にわたって直接結合され得る。電力散逸素子はこれが送電コイル５０３に結合されるときに送電コイル５０３を含む共振回路からエネルギーを散逸するように送電コイル１０３に結合され得る。
【０２３６】
図２２はこのような一実施形態の一実施例を図示する。
【０２３７】
実施例において、スイッチＳＷ１と抵抗器Ｒ１の形の電力散逸素子の直列接続が送電コイルの端子に接続される。この構成の目的は反復時間間隔の開始時に共振タンク内の蓄積エネルギーを吸収することである。これは新たな反復時間間隔の開始を反映するようにＯｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が遷移するときにスイッチＳＷ１を閉じることによって実現される。このように、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ１によって吸収され、リンギングが減衰される。スイッチＳＷ１は実施例において電圧信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"によって制御される。アプローチのさらなる利点は、抵抗減衰が例えば寄生容量によって生じるシステム内の高周波リンギングも軽減することである。
【０２３８】
図２３は送電コイルを通る電流Ｉａｃ＿Ｔｘの一実施例を図示する。最初に、インバータはＯｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号を瞬間的に変化させることに従って抑制され、すなわち全スイッチ素子が瞬間的にオフにされ得る。遷移時間は無視できるほどである。同じイベントにおいてスイッチＳＷ１が導電状態にされ、それによって電力散逸素子Ｒ１を送電コイルに結合する。見られる通り、電流Ｉａｃ＿Ｔｘは信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"の遷移のイベントにおいてＲ１及びＬ＿Ｔｘに依存して、所定時定数でゼロまで減衰する。
【０２３９】
実際には、フローティングスイッチＳＷ１の駆動は単純ではない可能性がある。図２４は電力散逸素子が個別スイッチ素子を介して送電コイル５０３の片側のみに結合される一実施例を図示する。多くのシナリオにおいて、これはフローティングスイッチ素子（固定電圧、特に接地に対してスイッチされないもの）の使用を回避し得るのでより実用的な実施を提供し得る。実施例は電力散逸素子を結合及び分離するために追加の接地ＭＯＳＦＥＴ  Ｓ５を使用する。従って、スイッチＳＷ１の機能は接地スイッチＳ２及びＳ５に引き継がれる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号がｌｏｗに進むときにスイッチＳ２とＳ５を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ１によって吸収される。
【０２４０】
同様の結果は、電力散逸素子とＳ５をＣｒｅｓ１の端子に接続することによって得られ、より実用的な実施が例えばＳ５と一緒にＳ２の代わりにスイッチＳ４を閉じることによって得られる。
【０２４１】
一部の実施形態において、電力散逸素子の送電コイルへの結合は誘導結合であり得る。従って、送電コイルに誘導結合され、従って電力を誘導的に、すなわち電磁結合を介して抽出し得る電力散逸素子において、エネルギーが散逸され得る。
【０２４２】
この実施例は図２５に図示される。実施例において、磁場に蓄えられるエネルギーは、送電コイルＬ＿Ｔｘに接近し誘導結合される切替可能抵抗磁気ループＬ＿Ｔａｕｘによって吸収される。スイッチＳＷ１は電圧信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"によって制御される。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が"ｌｏｗ"に進むときにスイッチＳＷ１を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーは抵抗器Ｒ１によって吸収される。図２６は送電コイルを通る派生電流Ｉａｃ＿Ｔｘを図示する。実施例において、インバータは標準Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号で抑制され、スイッチＳＷ１は電圧Ｖ＿ｓｎｕｂｂを用いて導電状態にスイッチされる。
【０２４３】
一部の実施形態において、電力散逸素子は送電コイルに誘導結合される通信コイルに結合され得る。このような構成の一実施例は図２７に示される。
【０２４４】
図２７は無線電力伝送システムが通信コイルＬ＿ＴｃｏｍとＬ＿Ｒｃｏｍをさらに有する一実施例を図示する。コイルＬ＿Ｔｃｏｍは典型的に送電コイルと同じ磁気面にあり、従ってこの既に存在するコイルをエネルギー吸収目的のためにも使用することができる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号がｌｏｗに進んだ直後に低電圧スイッチＳ５を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ１によって吸収される。
【０２４５】
通信コイルＬ＿Ｔｃｏｍを用いる送電コイルＬ＿Ｔｘの抵抗短絡を伴う送電器波形は、個別結合コイルＬ＿Ｔａｕｘが使用される状況に対応する。
【０２４６】
前の実施例において、振動／リンギングは送電器側で削減された。しかしながら、代替的に若しくは付加的に振動／リンギングは受電器側で削減され得る。
【０２４７】
特に、図２８と２９は二つの異なる負荷条件下での受電コイル電流Ｉａｃ＿Ｒｘの実施例を図示する。図２８は定常状態条件下で負荷がモータである場合の受電器電流Ｉａｃ＿Ｒｘの一実施例を図示する。
【０２４８】
受電器電流は元の送電器ＡＣ信号のゼロ交差付近でゼロである。これはゼロ交差付近で受電コイルにかかる電圧が回転電圧よりも小さく、従ってＨＦ整流器を電流が流れないという事実に起因する。モータ電流は電源電圧のゼロ交差付近で既にゼロなので、リンギングを減らすため若しくはｚｅｒｏＸ窓を増やすために特別な手段がとられる必要がない。
【０２４９】
図２９はモータがゼロｒｐｍから起動しているときの受電コイル電流Ｉａｃ＿Ｒｘを図示する。モータの回転電圧はゼロなので、電源電圧のゼロ交差付近の電流ギャップはかなり小さくなる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が変化するときに受電器電流Ｉａｃ＿Ｒｘはゼロではなく、従ってこれはゼロ交差の有効時間窓を制限する。言い換えれば、Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ＺｅｒｏＸ信号が変化した後にいくらかのリンギングが起こる。
【０２５０】
一部の実施形態において、リミッタ６０７は反復時間間隔の開始時に電力散逸素子を受電コイルに結合するように構成され得る。電力散逸素子は特に抵抗器であり得、多くの実施形態において電力散逸素子は受電コイル５０３にわたって直接結合され得る。電力散逸素子はこれが受電コイル５０７に結合されるときに受電コイル５０７を含む共振回路からエネルギーを散逸するように受電コイル５０７に結合され得る。
【０２５１】
図３０はこのような実施形態の一実施例を図示する。
【０２５２】
実施例において、スイッチＳＷ２と抵抗器Ｒ２の形の電力散逸素子の直列接続が受電コイルの端子に接続される。この構成の目的は反復時間間隔の開始時に共振タンク内の蓄積エネルギーを吸収することである。これは新たな反復時間間隔の開始を反映するようにＯｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が遷移するときにスイッチＳＷ２を閉じることによって実現される。このように、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ２によって吸収され、リンギングが減衰される。スイッチＳＷ２は実施例において電圧信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"によって制御される。
【０２５３】
図３１は受電コイルを通る電流Ｉａｃ＿Ｒｘの一実施例を図示する。最初に、インバータは標準Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号で抑制される。遷移時間は無視できるほどである。同時に、スイッチＳＷ２が導電状態にスイッチされ、それによって電力散逸素子Ｒ２を受電コイルに結合する。見られる通り、電流Ｉａｃ＿Ｒｘは、信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"の遷移のイベントにおいて、Ｒ２及びＬ＿Ｒｘに依存して、所定時定数でゼロまで減衰する。
【０２５４】
実際には、フローティングスイッチＳＷ２の駆動は単純ではない可能性がある。図３２は電力散逸素子が特にＭＯＳＦＥＴである追加接地スイッチＳ５を使用して受電コイルに結合される実施例を図示する。フローティングスイッチＳＷ２の機能はスイッチＳ５に引き継がれる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号がｌｏｗに進むときにスイッチＳ５を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ２によって吸収される。
【０２５５】
電力散逸素子が受電コイルに結合される別の実施例が図３３に示される。この実施例において、結合はスイッチと電力散逸素子を受電コイルに直接接続することによらず、これらはコンデンサＣｒｅｓ２を介して受電コイルに結合される。
【０２５６】
この実施例において、ＳＷ２と抵抗器Ｒ２の直列接続は特にＨＦ整流器の入力端子に接続される。しかしながら、動作は図３０の実施例の動作と等しい。
【０２５７】
さらに別の実施例が図３４に図示される。実施例は図３３のものに対応するが、フローティングスイッチ素子の使用を回避する。別の実施例が図３５に提供され、スイッチ素子ＳＷ２と抵抗器Ｒ２は受電コイルを含む共振回路の一部であるコンデンサの一つＣｒｅｓ２にわたって結合される。図３６はフローティングスイッチの使用を回避する対応する実施例を図示する。
【０２５８】
一部の実施形態において、電力散逸素子の受電コイルへの結合は誘導結合であり得る。従って、受電コイルに誘導的に／電磁的に結合され、従って電力を誘導的に、すなわち電磁結合を介して抽出し得る電力散逸素子において、エネルギーが散逸され得る。
【０２５９】
この実施例は図３７に図示される。実施例において、磁場に蓄えられるエネルギーは、受電コイルＬ＿Ｒｘに接近し誘導結合される切替可能抵抗磁気ループＬ＿Ｒａｕｘによって吸収される。スイッチＳＷ２は電圧信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"によって制御される。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が"ｌｏｗ"に進むときにスイッチＳＷ２を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーは抵抗器Ｒ２によって吸収される。
【０２６０】
図３８は受電コイルを通る派生電流Ｉａｃ＿Ｒｘを図示する。実施例において、インバータは標準Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号で抑制され、スイッチＳＷ２は電圧Ｖ＿ｓｎｕｂｂを用いて導電状態にスイッチされる。
【０２６１】
一部の実施形態において、電力散逸素子は受電コイルに誘導結合される通信コイルに結合され得る。このような構成の一実施例が図３９に示される。
【０２６２】
図３９は無線電力伝送システムが通信コイルＬ＿ＴｃｏｍとＬ＿Ｒｃｏｍをさらに有する一実施例を図示する。コイルＬ＿Ｒｃｏｍは典型的に受電コイルと同じ磁気面にあり、従ってこのコイルをエネルギー吸収目的のためにも再利用することができる。Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号がｌｏｗに進むときに低電圧スイッチＳ７を閉じることによって、共振タンク内の残留エネルギーが抵抗器Ｒ２によって吸収される。
【０２６３】
通信コイルＬ＿Ｒｃｏｍを用いる受電コイルＬ＿Ｒｘの抵抗短絡を伴う送電器波形は、個別結合コイルＬ＿Ｒａｕｘが使用される状況に直接対応する。
【０２６４】
前の記載はリンギングを減らすための複数の異なるアプローチを提供したが、アプローチは相互排他的ではないことが理解される。従って、多くの実施形態において、記載の実施例の組み合わせが適用され得る。例示的な組み合わせは以下の機能を導入するものであり得る：
・ＥＭＣ問題を軽減するためにゼロ‐オン‐オフ信号をゼロまで徐々に変化させる；
・インバータの入力において入力コンデンサＣｉｎに残留エネルギーを蓄えるためにインバータを完全にオフにする；
・受電コイルＬ＿Ｒｘ、ＨＦ整流器の入力端子、及びＣｒｅｓ２の端子（Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｒ５、Ｒ６、Ｓ６）の抵抗短絡によって受電器における残留リンギングを減らす；
・結合送電器通信コイルＬ＿Ｒｃｏｍ（Ｒ５、Ｓ５）の抵抗短絡によって受電器における残留リンギングを減らす。
このような実施形態の一実施例は図４０に提供される。実施例において、インバータは修正Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号で無効にされ、それによって段階的遷移を提供する。修正Ｏｎ＿Ｏｆｆ＿ｚｅｒｏＸ信号が"ｌｏｗ"であるとき、四つのスイッチＳ１‐Ｓ４はゲート信号をゼロボルトに設定することによって完全にオフにされる。スイッチＳ５とＳ６は電圧信号"Ｖ＿ｓｎｕｂｂ"によって制御される。図４１はこのシステム例に対するシミュレーション結果を図示する。見られる通り、Ｉａｃ＿ＴｘとＩａｃ＿Ｒｘは両方とも、イネーブル信号がｌｏｗに進んだ直後にリンギングを示さない。
【０２６５】
当然のことながら明確にするための上記記載は異なる機能回路、ユニット及びプロセッサに関して本発明の実施形態を記載している。しかし当然のことながら異なる機能回路、ユニット若しくはプロセッサ間での機能のいかなる適切な分散も、本発明を損なうことなく使用され得る。例えば、別々のプロセッサ若しくはコントローラによって実行されるように例示される機能が、同じプロセッサ若しくはコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット若しくは回路への言及は厳密な論理的若しくは物理的構造若しくは機構を示すのではなく記載の機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるに過ぎない。
【０２６６】
本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア若しくはこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実現され得る。本発明は随意に一つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実現され得る。本発明の実施形態の構成要素及び部品は任意の適切な方法で物理的に、機能的に及び論理的に実現され得る。実際、機能は単一ユニットにおいて、複数のユニットにおいて、若しくは他の機能ユニットの一部として実現され得る。従って、本発明は単一ユニットにおいて実現され得るか、又は異なるユニット、回路及びプロセッサ間に物理的に及び機能的に分散されてもよい。
【０２６７】
本発明は一部の実施形態に関して記載されているが、本明細書に記載の特定の形式に限定されないことが意図される。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項にのみ限定される。付加的に、ある特徴は特定実施形態に関して記載されるように見えるかもしれないが、当業者は記載の実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合され得ることを認識するだろう。請求項において、有するという語は他の要素若しくはステップの存在を除外しない。
【０２６８】
さらに、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路若しくは方法ステップは例えば単一の回路、ユニット若しくはプロセッサによって実現され得る。付加的に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは場合により好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項への包含は特徴の組み合わせが実現可能及び／又は好都合でないことを示唆しない。請求項の一つのカテゴリへの特徴の包含もこのカテゴリへの限定を示唆せず、むしろ特徴が必要に応じて他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。さらに、請求項における特徴の順序は特徴が実施されなければならないいかなる特定の順序も示唆せず、特に方法の請求項における個々のステップの順序はステップがこの順序で実行されなければならないことを示唆しない。むしろ、ステップはいかなる適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数形の参照は複数を除外しない。従って"a"、"ａｎ"、"ｆｉｒｓｔ"、"ｓｅｃｏｎｄ"などの参照は複数を除外しない。請求項における参照符号は単に明確にする実施例として与えられるに過ぎず、決して請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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