(57)【要約】  本開示は、ワイヤレス充電送信特性を検出するためのシステム、方法および装置を提供する。本開示の一態様は、ワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出する方法を提供する。デバイスは、送信コイルに電気的に結合された直列要素を含む。方法は、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップを含む。方法は、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた電圧および電流に基づいて、節点の電圧、電流、電力およびインピーダンスなどの送信特性を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するステップをさらに含む。
2015537497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信コイルに電気的に結合された直列要素を含むワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出する方法であって、
前記直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記測定された電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めるステップと、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記直列要素を通る前記電流を直接測定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の電圧および前記第2の電圧が差動電圧を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも1つの測定された電圧にスケールファクタを適用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも1つの測定された電圧に基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも1つの電圧を同相クロック信号または直交位相クロック信号で乗算するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記乗算の結果として得られた積を加算するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも1つの電圧または電流を分割するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
ワイヤレス電力を受信機に与えるように構成されたワイヤレスデバイスであって、
ワイヤレス電力を送信するように構成された送信コイルと、
同相(I)クロック信号および直交位相(Q)クロック信号を生成するように構成された直交位相クロック生成器と、
前記送信コイルに電気的に結合され、第1の端子またはポートおよび第2の端子またはポートを含む直列要素と、
前記直列要素の前記第1の端子またはポートおよび前記第2の端子またはポートにおける少なくとも1つの信号を前記I信号および前記Q信号のうちの1つで乗算するように構成された混合器または混合器のセットと
を含む、ワイヤレスデバイス。
【請求項１２】
前記直列要素の前記第1の端子および前記第2の端子における前記信号が差動信号を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記混合器がシングルエンド混合器または差動混合器を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの信号がワイヤレス電力信号を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記乗算された信号に基づいて、送信特性を計算するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記計算された送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項16に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記直列要素を通る電流を計算するようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記プロセッサが、少なくとも1つの測定された電圧に基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項２１】
第1の混合器および第2の混合器の出力を合計するように構成された加算増幅器をさらに含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記混合器における電圧を低減するように構成された電圧分割器を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項２３】
送信コイルに電気的に結合された直列要素を含むワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出するための装置であって、
前記直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記測定された電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めるための手段と、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段と
を含む装置。
【請求項２４】
前記直列要素を通る前記電流を直接測定するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記第1の電圧および前記第2の電圧がシングルエンド電圧または差動電圧を含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２６】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２７】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２８】
少なくとも1つの測定された電圧にスケールファクタを適用するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２９】
少なくとも1つの測定された電圧に基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３０】
少なくとも1つの電圧を同相クロック信号または直交位相クロック信号で乗算するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３１】
前記乗算の結果として得られた積を加算するための手段をさらに含む、請求項30に記載の装置。
【請求項３２】
少なくとも1つの電圧を分割するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３３】
コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コードが、実行されると、装置に、
送信コイルに電気的に結合された直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めさせ、
前記直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めさせ、
前記測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めさせ、
前記測定された電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めさせ、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整させる、
非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項３４】
実行されると、前記装置に、前記直列要素を通る前記電流を直接測定させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３５】
前記第1の電圧および前記第2の電圧がシングルエンド電圧または差動電圧を含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３６】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３７】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３８】
実行されると、前記装置に、少なくとも1つの測定された電圧にスケールファクタを適用させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３９】
実行されると、前記装置に、少なくとも1つの測定された電圧に基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めさせるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項４０】
実行されると、前記装置に、少なくとも1つの電圧を同相クロック信号または直交位相クロック信号で乗算させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項４１】
実行されると、前記装置に、前記乗算の結果として得られた積を加算させるコードをさらに含む、請求項40に記載の媒体。
【請求項４２】
実行されると、前記装置に、少なくとも1つの電圧を低減させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力システムにおける送信特性を検出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を供給されるようになっている。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てきたが、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、消費するので、頻繁に充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを通して有線接続によって充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは不便な場合があるか、または扱いにくい場合があり、他の欠点を有する場合もある。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提供するのに用いられることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電解決策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および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】
本開示の一態様は、ワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出する方法を提供する。デバイスは、送信コイルに電気的に結合された直列要素を含む。方法は、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップを含む。方法は、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めるステップをさらに含む。方法は、求められた送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するステップをさらに含む。
【０００５】
本開示の別の革新的な態様は、ワイヤレスデバイスを含む。デバイスは、ワイヤレス電力を受信機に送信するように構成された送信コイルを含む。デバイスは、同相(I)クロック信号および直交位相(Q)クロック信号を生成するように構成された直交位相クロック生成器をさらに含む。デバイスは、送信コイルに電気的に結合された直列要素をさらに含む。デバイスは、直列要素の第1の端子における少なくとも1つの信号をI信号およびQ信号のうちの1つで乗算するように構成された第1の混合器をさらに含む。デバイスは、直列要素の第2の端子における少なくとも1つの信号をI信号およびQ信号のうちの1つで乗算するように構成された第2の混合器をさらに含む。
【０００６】
本開示の別の革新的な態様は、ワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出するための装置を含む。デバイスは、送信コイルに電気的に結合された直列要素を含む。装置は、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段を含む。装置は、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段をさらに含む。装置は、求められた第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段をさらに含む。装置は、求められた電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めるための手段をさらに含む。装置は、求められた送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段をさらに含む。
【０００７】
本開示の別の革新的な態様は、実行されると、装置に、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めさせるコードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体を含む。直列要素は、送信コイルに電気的に結合される。媒体は、実行されると、装置に、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めさせるコードをさらに含む。媒体は、実行されると、装置に、求められた第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めさせるコードをさらに含む。媒体は、実行されると、装置に、求められた電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求めさせるコードをさらに含む。媒体は、実行されると、装置に、求められた送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整させるコードをさらに含む。
【０００８】
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、発明の詳細な説明、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が、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】本発明の種々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、送信コイルまたは受信コイルを含む、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に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に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のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る送信回路の一部分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1のワイヤレス電力伝達システムに使用され得る混合器の機能ブロック図である。
【図９】本発明の別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回路の一部分の機能ブロック図である。
【図１０】ワイヤレス電力送信の例示的な方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による、送信特性を検出するための装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
添付の図面に関する下記の詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明として意図されており、本発明が実施され得る唯一の実施形態を表すように意図されていない。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。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解をもたらす目的で、具体的な詳細を含んでいる。場合によっては、いくつかのデバイスはブロック図の形で示される。
【００１２】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、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、「受信コイル」によって受け取られ、捕捉され、または結合され得る。
【００１３】
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の両方は互いに距離112だけ離間される。例示的な一実施形態では、送信機104および受信機108は、相互の共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が、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、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ソリューションとは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達を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、様々な距離にわたっておよび様々な誘導コイル構成を用いて効率の改善および電力伝達を可能にし得る。
【００１４】
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギー場105内に位置するときに、電力を受信することができる。場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって捕捉され得る領域に対応する。場合によっては、場105は、以下でさらに説明するように、送信機104の「近接場」に相当してよい。送信機104は、エネルギー送信を出力するための送信コイル114を含み得る。受信機108は、エネルギー送信からエネルギーを受信または捕捉するための受信コイル118をさらに含む。近接場は、送信コイル114から電力を最小限に放射する送信コイル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、送信コイル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。送信コイル114および受信コイル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、送信コイル114の場105のエネルギーの大部分を受信コイル118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、送信コイル114と受信コイル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、送信コイル114および受信コイル118の周りの領域を、本明細書では結合モード領域と呼ぶ。
【００１５】
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、たとえば送信コイル214の共振周波数で送信コイル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/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処理し、送信機204のインピーダンスを送信コイル214に整合させるために含まれ得る。
【００１６】
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コイル218に整合させるために含まれ得る。加えて、受信機208および送信機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。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場205の特性を用いて帯域内シグナリングを介して通信することができる。
【００１７】
以下でより十分に説明するように、最初に選択的に無効にすることが可能な関連する負荷(たとえば、バッテリー236)を有する可能性がある受信機208は、送信機204によって送信され受信機208によって受信される電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。さらに、受信機208は、電力量が適切であると判定すると、負荷(たとえば、バッテリー236)を有効にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、バッテリー236を充電することなく、ワイヤレス電力伝達場から受信した電力を直接利用するように構成され得る。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受け取り、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信し、かつ/または送信機204または他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成され得る。
【００１８】
図3は、本発明の例示的な実施形態による、送信コイルまたは受信コイル352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、例示的な実施形態に使用される送信回路または受信回路350は、コイル352を含むことができる。また、コイルは、「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、コイル352は、本明細書では、「磁気」アンテナまたは誘導コイルと呼ぶことができるか、または「磁気」アンテナまたは誘導コイルとして構成することができる。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指すことが意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。コイル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。空芯ループコイルは、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、空芯ループコイル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、受信コイル218(図2)を送信コイル214(図2)の平面内に配置することをより容易にすることができ、送信コイル214(図2)の結合モード領域は、より強力である可能性がある。
【００１９】
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、送信コイルの場105からのエネルギーを、近傍にある受信コイルに結合することによって行われ、この場105は、送信コイル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。
【００２０】
ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、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コイル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コイルのインダクタンスに加えられ得る。非限定的な例として、共振周波数で信号358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にキャパシタ354およびキャパシタ356を加えてよい。したがって、より大きい直径のコイルでは、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、コイル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、コイル352の2つの端子間に並列にキャパシタを配置してよい。送信コイルに関して、コイル352の共振周波数にほぼ対応する周波数を有する信号358がコイル352への入力であってよい。
【００２１】
一実施形態では、送信機104は、送信コイル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、受信コイル118内に電流を誘導することができる。上述のように、受信コイル118が送信コイル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。受信コイル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。
【００２２】
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および送信コイル414を含むことができる。送信コイル414は、図3に示すコイル352である可能性がある。送信回路406は、送信コイル414の周りのエネルギー(たとえば、磁束)の生成をもたらす発振信号を提供することにより、送信コイル414にRF電力を提供することができる。送信機404は、任意の適切な周波数で動作してよい。例として、送信機404は、13.56MHzのISM帯域において動作することができる。
【００２３】
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)を送信コイル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、コイル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。送信コイル414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度など、1ワット〜10ワット程度であってよい。
【００２４】
送信回路406は、隣接するデバイスに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特定の受信機の送信位相(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、発振器423の周波数または位相を調整するための、および出力電力レベルを調整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。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。
【００２５】
送信回路406は、送信コイル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、送信コイル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によって監視される。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。
【００２６】
送信コイル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、送信コイル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、送信コイル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。送信コイル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。
【００２７】
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、密閉型検出器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および密閉型検出器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、建築物中に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(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変換器(図示せず)などの、いくつかの電源を通じて電力を受信することもでき、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受信することもできる。
【００２８】
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバー領域に挿入される、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、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。
【００２９】
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。いくつかの例示的な実施形態では、送信コイル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、送信コイル414が、たとえば、ガレージ、工場の現場、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コイル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、送信コイル414の電力出力を、規制レベルまたはそれ未満に調整し、かつ人が送信コイル414の電磁場から規制距離の外側にいる場合は、送信コイル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。
【００３０】
非限定的な例として、密閉型検出器460(本明細書では、密閉型コンパートメント検出器または密閉型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。
【００３１】
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、ユーザが決定した時間後に切断す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コイルより送信された、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。
【００３２】
上記で説明したように、負荷感知回路416は、ドライバ回路424に流れる電流を監視することができる。一実施形態では、ドライバ回路424で検出された電流を使用して、意図しない負荷に対して失われた電力を相殺することができる。意図しない負荷としては、たとえば、システムの動作をヒートアップさせるまたは劣化させる可能性がある導電性のループまたは表面を挙げることができる。一実施形態では、コントローラ415は、ドライバ回路424によって消費されるDC電力を、たとえば、受信機208(図2)などの登録された負荷によって報告される負荷電力と比較することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、DC-RF変換効率は負荷条件に応じて異なり得る。したがって、ドライバ回路424で測定された電流は、送信された電力を正確に反映しない場合がある。いくつかの実施形態では、送信回路406は、順方向電力および反射電力を測定するように構成された方向性結合器を含むことができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、方向性結合器は送信回路の効率を低下させるおよび/または高い実装コストをもたらす可能性がある。
【００３３】
一実施形態では、送信回路406は、送信コイル414に結合された電力検出器490を含むことができる。電力検出器490は、送信電力を示す1つまたは複数の特性を測定するように構成され得る。一実施形態では、電力検出器490は送信コイル414に容量結合され得る。たとえば、電力検出器490は、容量性電圧分割器を介して差動電圧を測定するように構成され得る。一実施形態では、電力検出器490は抵抗性電圧分割器を実装することができる。電力検出器490は、整合回路409と送信コイル414との間の電圧および/または電流を測定することができる。電力検出器490は、電圧および/または電流をベクトル的におよび/または差動的に測定することができる。コントローラ415は、測定された送信電力を電力検出器490から受信することができ、測定された送信電力を、受信機208(図2)などの受信機によって報告される受信された送信電力と比較することができる。
【００３４】
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、受信コイル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、受信コイル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。
【００３５】
受信コイル518は、送信コイル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。受信コイル518は、送信コイル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、送信コイル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、受信コイル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、受信コイル518は、コイルの直径を最大化し、受信コイル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。
【００３６】
受信回路510は、受信コイル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、受信されたRFエネルギー源をデバイス550によって使用するための充電電力に変換するための電力変換回路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、受信コイル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(または他の電力調整器)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、調整器、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、種々のRF-DC変換器が企図される。
【００３７】
受信回路510は、受信コイル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から受信コイル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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
例示的な一実施形態では、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、結合場を使用する帯域内シグナリング)ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、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ているかを調整するために受信コイル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。
【００４１】
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、シグナリングおよびビーコン回路514を用いて、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出することもでき、ワイヤレス充電用の受信回路510を構成するために、その低減されたRF信号エネルギーを整流して、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を使い果たした回路のいずれかを呼び起こすための公称電力を生成することもできる。
【００４２】
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、本明細書において説明される受信機508のプロセスを協調させ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。
【００４３】
上記で説明したように、受信機508は、受信された電力を測定し、受信された電力を、たとえば、別個の通信チャネル219(図2)を介して送信機404(図4)に報告するように構成され得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ516は、受信された電力を求め、求められた電力を送信機404に送信するように構成される。いくつかの実施形態では、充電デバイス550は電力検出器を含むことができ、充電デバイス550は求められた電力を送信機404に送信するように構成され得る。
【００４４】
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。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するために、送信回路600は、フィルタ回路626を含むことができる。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。
【００４５】
フィルタ回路626によって出力された信号は、コイル614を備える送信回路650に与えることができる。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、コイル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。
【００４６】
様々な実施形態では、図1〜図6を参照して上述したワイヤレス電力送信システム100は、近くのオブジェクトの検出に基づいて、ワイヤレス電力送信を変更することができる。近くのオブジェクトは、指定受信機、充電されるべきデバイス、および/または外部オブジェクトを含み得る。外部オブジェクトは、指定送信目標以外の何か(すなわち、非充電デバイス)、たとえば、寄生受信機(parasitic receiver)、無生物オブジェクト、または生物(たとえば、人間、動物など)などであってよい。寄生受信機は、たとえば、非電子金属製オブジェクト、無許可充電可能デバイスなどを含み得る。
【００４７】
たとえば、図4を参照して上述したように、送信機404は、存在検出器480を含むことができ、検出器480は、近くのオブジェクトの存在、距離、配向、および/または場所を検出することができる。他の様々な実施形態では、存在検出器480は、別の場所、たとえば、受信機508上、または他の所などに配置されてよい。コントローラ415は、外部オブジェクトが第1の距離以内で検出されたとき、送信電力を削減してよい。様々な実施形態では、ワイヤレス電力送信システム100は、生物学的安全性、防火性などに関する規則または規定に従って、ワイヤレス電力送信の特性を調整することができる。たとえば、ワイヤレス電力送信システム100は、近くの人体までの距離が与えられると、人体に届く電磁場が閾値を下回るように、送信電力を調整することができる。
【００４８】
様々な実施形態では、存在検出器480は、見通し線検出機構に基づいて、近くのオブジェクトの存在を検出することができる。見通し線検出機構は、たとえば、赤外線検出、超音波検出、レーザー検出などを含み得る。テーブルや机などの不透過表面を通して電力が送信され得る、組込み送信機を含む実施形態では、非見通し線検出機構を使うことが好ましい場合がある。非見通し線機構は、たとえば、容量検出、放射検出などを含み得る。本明細書で説明する様々な実施形態では、存在検出器480は、高調波検出システムを使用して、基本システム周波数の高調波における受信信号強度の変化に基づいて、近くの物体の存在、距離、配向、および/または位置を検出することができる。
【００４９】
図2に戻って参照すると、いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力伝達システム100は、複数の受信機208を含むことができる。一実施形態では、TXコイル214のサイズは固定である。したがって、送信機204は異なるサイズのRXコイル218にうまく整合しない場合がある。様々な理由で、送信機204が複数のTXコイル214を使用することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、複数のTXコイル214をアレイに配列することができる。いくつかの実施形態では、アレイはモジュール式であってもよい。いくつかの実施形態では、アレイは同じサイズまたは実質的に同じサイズのTXコイル214を含むことができる。
【００５０】
様々な実施形態では、受信機208の位置および/またはそのRXコイル218のサイズに基づいて、各TXコイル214を別個にアクティブにすることができる。たとえば、単一のTXコイル214は、ワイヤレス電力を比較的小さいRXコイル218を有する近くの受信機208に与えることができる。一方、複数のTXコイル214は、ワイヤレス電力を比較的大きいRXコイル218を有する近くの受信機に与えることができる。RXコイル218の近くではないTXコイル214を非アクティブにすることができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、複数のTXコイル214は大きい送信エリアを形成することができる。送信エリアはスケーラブルで、追加のTXコイル214を使用してより大きいエリアをカバーするものであってもよい。TXコイル214は、大きいエリアにわたるデバイスの自由な配置を可能にすることができる。さらに、TXコイル214は、複数の受信機208を同時に充電するように構成され得る。いくつかの実施形態では、個別のTXコイル214は互いに結合することができる。したがって、ワイヤレス電力伝達システム100がTXコイル214を減結合するための方法、システム、および/または装置を含むことが望ましい場合がある。
【００５２】
図7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回路700の一部分の機能ブロック図である。様々な実施形態では、図7に提示された要素を平衡方式またはシングルエンド方式で構成することができ、図7およびさらなる説明はこの例を平衡方式で提示している。送信回路700は、直交位相クロック生成器710と、送信増幅器720と、送信フィルタおよび/または整合回路730と、正測定キャパシタCMPおよび負測定キャパシタCMNと、正直列キャパシタCSPおよび負直列キャパシタCSNと、送信コイルLTXと、差動混合器740aおよび740bと、加算増幅器750aおよび750bと、ローパスフィルタ(LPF)760aおよび760bと、アナログデジタル変換器(ADC)770aおよび770bと、プロセッサ780とを含むことができる。
【００５３】
様々な実施形態では、送信回路700は、送信電力またはコイルインピーダンスなどの、送信コイルLTXにおける送信特性を求めるように構成され得る。たとえば、送信回路700は、送信コイルLTXに印加されたRF電圧および/または電流を測定するように構成され得る。送信回路700は、ベクトル測定を行うように構成され得る。たとえば、送信回路700は、送信コイルLTXに印加された電流および/または電圧の振幅と位相の両方を測定することができる。一実施形態では、送信回路700は、電力検出器490(図4)を実装するまたは含むことができる。
【００５４】
直交位相クロック生成器710は、同相(I)クロック信号および直交位相(Q)クロック信号(正または負のいずれか)を送信増幅器720ならびに混合器740aおよび740bに与えるように働く。図示の実施形態では、直交位相クロック生成器710は、発振器入力およびプロセッサ780による制御に基づいてI/Q信号を生成するように構成される。一実施形態では、発振器入力は送信周波数の4倍であり得る。たとえば、約468.75KHz、6.78MHz、および13.56MHzの送信周波数を有する様々な実施形態では、発振器入力はそれぞれ、約1.87MHz、27.12MHz、および54.24MHzであり得る。一実施形態では、発振器入力は発振器423(図4)から受信され得る。
【００５５】
直交位相クロック生成器710は、発振器入力周波数の4分の1(たとえば、6.78MHz)で4つのクロック信号I、Q、I'、およびQ'(総称して「I/Q」と呼ばれる)を生成するように構成され得る。クロックI、Q、I'、およびQ'の各々は異なる位相(たとえば、0度、90度、180度、および270度)を表すことができる。したがって、IはQの前に90度進むことができる。I'およびQ'はそのそれぞれの出力IおよびQの反転バージョンとすることができ、メイン信号IおよびQの180位相シフトを与えることができる。他の位相ステップが使用され得る(たとえば、45度、60度など)ことを当業者は諒解されよう。
【００５６】
直交位相クロック生成器710は、正弦信号と余弦信号の両方を混合器740aおよび740bに選択的に与えることができる。様々な実施形態では、正弦信号および余弦信号は、(たとえば、アナログ増幅器を含む実施形態では)正弦波信号および(たとえば、デジタル増幅器を含む実施形態では)方形波を含むことができる。たとえば、直交位相クロック生成器710は、1つまたは複数のマルチプレクサを介してクロック信号I、Q、I'、およびQ'のうちの1つまたは複数を混合器740aおよび740bに選択的に与えることができる。たとえば、直交位相クロック生成器710は、混合器740aおよび740bごとに1つのマルチプレクサを含むことができる。一実施形態では、選択されたクロック信号I/Qは、たとえば、Dフリップフロップを介して再クロックされ得る。信号I/Qを再クロックすることは、位相間の遅延変動を低減することができる。混合器740aおよび740bに与えられるクロック信号I/Qの選択は、たとえば、プロセッサ780によって制御され得る。
【００５７】
送信増幅器720は、送信コイルLTXに対してRF信号を駆動するように働く。送信増幅器720は、直交位相クロック生成器710から受信されたクロック信号に基づいてRF信号を駆動することができる。送信増幅器720は、直交位相クロック生成器710からIクロック位相を受信する。一実施形態では、送信増幅器720は、たとえば、発振器423(図4)から別個のクロック信号を受信することができる。一実施形態では、送信増幅器はドライバ回路424(図4)であり得る。
【００５８】
送信フィルタ730は、インピーダンス整合および/または送信コイルLTXにおける高調波放射の低減を行うように働く。他の例示的な実施形態は、限定はしないが、特定の周波数を減衰させる一方で他の周波数を通過させるノッチフィルタを含む、異なるフィルタトポロジを含むことができ、コイルLTXへの出力電力などの測定可能な送信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むことができる。様々な実施形態では、送信フィルタ730は、フィルタ408(図4)および/または整合回路409(図4)を実装するまたは含むことができる。
【００５９】
差動混合器740aおよび740bは、測定キャパシタCMPおよびCMNにおける電圧を測定するように働く。特に、差動混合器740aおよび740bは、直交位相クロック生成器710から受信されたI/Qクロックを、逓倍位相検出器を使用して測定されるべきRF信号と同期的に混合するように構成される。測定キャパシタCMPおよびCMNは既知のインピーダンスとして働き、測定キャパシタCMPおよびCMNにわたる電圧は電流に比例する。追加のデバイスを追加して、混合器740aおよび740bの入力における電圧レベルをスケーリングすることができる。差動混合器740aおよび740bは、測定キャパシタCMPおよびCMNの両側での(すなわち、ノードASP、BSP、ASN、およびBSNにおける)電圧測定を容易にする。したがって、測定キャパシタCMPおよびCMNを通る電流を計算および使用して、送信コイルLTXにおいて送信された電力を求めることができる。
【００６０】
加算増幅器750aおよび750bは、仮想AC接地をマルチプレクサに与えて、DC電流をVA+VBまたはVA-VBの実数部分および/または虚数部分を反映する電圧に変換するように働き、VAはノードASPおよびASNにわたる電圧を表し、VBはノードBSPおよびBSNにわたる電圧を表す。直交位相クロック生成器710は、適切なクロック位相を選択し、混合器740aおよび740bに与えることによって行われる特定の加算を選択することができる。いくつかの実装形態では、直交位相クロック生成器710は、適切なクロック位相を選択し、混合器740aおよび740bに与えて、VAおよびVBを個別に測定することができる。
【００６１】
たとえば、各混合器740aおよび740bを駆動する2つの信号は、正弦波、すなわち、ノードのペアASP/ASNおよびBSP/BSNにわたって測定された差動信号に関するsinMと、(それぞれ、同相信号および直交位相信号に基づいて)直交位相クロック生成器710から受信された基準信号に関するsinRまたはcosRとによって表され得る。混合器740aおよび740bは、sinMおよびsinRまたはcosRのいずれかを式1および式2に示すように逓倍することができ、ωは送信周波数の2π倍であり、αは位相オフセットである。
【００６２】
【数１】
2015537497.tif 000003
【００６３】
【数２】
2015537497.tif 000004
【００６４】
LPF 760aおよび760bは、2ωなどの非ベースバンドのスペクトルコンテンツをフィルタリングするように働く。たとえば、sinMsinRとsinMcosRの積は、式3および式4に示すようにフィルタリングされ得る。
【００６５】
【数３】
2015537497.tif 000005
【００６６】
【数４】
2015537497.tif 000006
【００６７】
したがって、角度αは、式5に示すように、2つの測定された信号の逆正接によって求められ得る。
【００６８】
【数５】
2015537497.tif 000007
【００６９】
混合器740aおよび740bの出力は加算増幅器750aおよび750bで組み合わされ、LPF 760aおよび760bでローパスフィルタリングされて、信号高調波を除去し、信号の位相オフセットを表すDC値と振幅のスケーリングされた部分とを与える。ADC 770aおよび770bはデジタル値をプロセッサ780に与える。プロセッサ780は、たとえば、2つの位相測定値の平方和の平方根に基づいて振幅を求めることができる。
【００７０】
プロセッサ780は、直交位相クロック生成器710を調整して、正弦信号と余弦信号の両方を混合器740aおよび740bに供給(source)し、それによって測定キャパシタCMPおよびCMNの前後の電圧ベクトルを得るように構成される。プロセッサ780は、電圧差(すなわち、VA-VB)を測定キャパシタCMPおよびCMNの値で除算することによって、測定キャパシタCMPおよびCMNを通る電流を計算することができる。様々な実施形態では、プロセッサ780は、1つまたは複数のスケールファクタによって測定値をスケーリングするおよび/または電圧測定値を二乗平均平方根(RMS: root-mean-square)電圧に変換することができる。プロセッサ780は、結果として生じる複素ベクトルをさらに逓倍して、有効電力および無効電力を求めることができる。
【００７１】
図7の実施形態では、送信回路700は測定を行うように構成される。一実施形態では、図7に示す構成は平衡復調を可能にすることができる。しかしながら、本明細書で説明する技法はシングルエンド方式で実施され得ることを当業者は諒解されよう。たとえば、単一の測定キャパシタCMが使用され得る。
【００７２】
図7の実施形態では、送信回路700は、直列インピーダンスとして測定キャパシタCMPおよびCMNを使用するように構成される。しかしながら、本明細書で説明する技法は本明細書で一般に直列要素ZMと呼ばれる任意のインピーダンス要素に適用され得ることを当業者は諒解されよう。たとえば、測定は、送信フィルタ730中の1つまたは複数のインダクタを使用して行われ得、測定キャパシタCMPおよびCMNのうちの1つまたは複数は、インダクタまたは抵抗器、アクティブまたはパッシブなリアクティブネットワーク、変流器などと置き換えられ得る。
【００７３】
同様に、本明細書で説明する技法はZMを再配置することによってRF電流経路内の任意の直列インピーダンス要素に適用され得ることを当業者は諒解されよう。たとえば、測定は、送信フィルタ730中の1つまたは複数のインダクタを使用して行われ得、測定キャパシタCSPおよびCSNのうちの1つまたは複数は、インダクタまたは抵抗器、アクティブまたはパッシブなリアクティブネットワークなどと置き換えられ得る。いくつかの実施形態では、送信回路700は、送信コイルLTXと並列な並列キャパシタCPを含むことができる。
【００７４】
図8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混合器740の機能ブロック図である。混合器740は、たとえば、混合器740aおよび740bを実装するまたは含むことができる。図示の実施形態では、混合器740は入力SP、SN、およびI/Qを受信し、2つの入力キャパシタ810aおよび810bと、2つのmux 820aおよび820bと、2つの出力キャパシタ830aおよび830bとを含む。
【００７５】
入力SPおよびSNは測定信号であり得る。様々な実施形態では、たとえば、SPおよびSNは、図7に示すノードASPおよびASN、ならびに/またはBSPおよびBSNを表すことができる。入力I/Q(およびその補足物)は、たとえば、直交位相クロック生成器710(図7)から受信され得る。
【００７６】
入力キャパシタ810aおよび810bは各々、入力電圧SPおよびSNを低下させるように構成された、それぞれの高インピーダンス分割器の一部分を形成することができる。一実施形態では、入力キャパシタ810aは、ASPを低下させるように構成された電圧分割器の一部分を形成することができる。入力キャパシタ810bは、ASNを低下させるように構成された電圧分割器の一部分を形成することができる。また、入力キャパシタは、インダクタまたは抵抗器などのいずれかの任意のインピーダンスとして具現化され得る。
【００７７】
mux 820aおよび820bは、RF入力SPおよびSNを直交位相クロック生成器710(図7)からのI/Q局部発振器入力と混合して、差動出力MoutAおよびMoutBを生成するように働く。たとえば、送信フィルタ730(図7)の出力からの信号ASP、ASNは、高インピーダンスキャパシタ810aおよび810bを介してmux 820aおよび820bに結合され得る。クロックI/Qは、電圧の正側または負側のいずれかを選択することによって、入力信号SP/SNを逓倍する。
【００７８】
図9は、本発明の別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回路900の一部分の機能ブロック図である。送信回路900は、ノードAおよびBと、測定キャパシタCMと、リアクタンスネットネットワーク910と、送信コイルLTXとを含むことができる。リアクタンスネットワーク910は、ノードV2と、インピーダンス要素Z1、Z2、およびZ3とを含む「Y」ネットワークに簡略化されたものとしてモデル化され得る。リアクタンスネットワーク910は、パッシブネットワークまたはアクティブに切り替えられるネットワークであり得る。
【００７９】
送信回路900は、図7に示す送信回路700の態様をモデル化することができる。たとえば、ノードAおよびBはそれぞれ、ノードASPおよびBSP(図7)に対応することができる。測定キャパシタCMは、正測定キャパシタCMP(図7)に対応することができる。リアクタンスネットワーク910は、直列キャパシタCSP(図7)に対応する。別の例として、ノードAおよびBはそれぞれ、ノードASNおよびBSN(図7)に対応することができる。測定キャパシタCMは、負測定キャパシタCMN(図7)に対応することができる。リアクタンスネットワーク910は、直列キャパシタCSN(図7)に対応する。
【００８０】
一実施形態では、プロセッサ780(図7)は、接点解析を使用して負荷電流(iL)を計算することができる。ノードBにおける電圧は、混合器回路740aおよび/または740b(図7)を使用して測定され得、iCMは本明細書で説明するように計算される。
Yネットワーク(V2)の中央ノードにおける電圧は、式6に示すように、ノードBにおける電圧からZ1を通ったiCMの電圧ドロップを減じたものである。
V2 = VB - iCMZ1...(6)
【００８１】
負荷電流は、式7に示すように、シャントインピーダンスZ2がYネットワークの中央におけるソース電流を低減した後に残るものである。
【００８２】
【数６】
2015537497.tif 000008
【００８３】
式7の分子に式6を代入し、項を再整理すると、式8になる。
【００８４】
【数７】
2015537497.tif 000009
【００８５】
Z項は、iCMおよびVBを乗算する固定定数として構成され得る。iCMを乗算する項は、式9に示すように、無名数とすることができ、事前計算され得る。
【００８６】
【数８】
2015537497.tif 000010
【００８７】
VB項の乗数は、式10に示すように、アドミタンスと見なすことができる。Xは、特定のネットワーク構成のアドミタンス値と呼ぶことができる。
【００８８】
【数９】
2015537497.tif 000011
【００８９】
上記で得られた係数を使用して、プロセッサ780(図7)は、式8から式10を組み合わせることによって、負荷電流の実数成分および虚数成分を求めることができる。実数部分を式11に示す。負荷電流の虚数部分を式12に示す。
RE{iL} = RE{iCM}RE{K1x} + IM{VMB}IM{Yx} - IM{iCM}IM{K1x} - RE{VMB}RE{Yx}…(11)
IM{iL} = RE{iCM}IM{K1x} + IM{iCM}RE{K1x} - RE{VMB}IM{Yx} - IM{VMB}RE{Yx}...(12)
【００９０】
式13に示すように、実数部分および虚数部分を組み合わせて、負荷電流の大きさを求めることができる。
【００９１】
【数１０】
2015537497.tif 000012
【００９２】
負荷における電圧は、式14に示すように、Z3にわたる電圧ドロップをV2から減算することによって計算され得る。
VL = V2 - iLZ3...(14)
【００９３】
式14および式8を組み合わせると、式15になる。
【００９４】
【数１１】
2015537497.tif 000013
【００９５】
Z項を組み合わせて、測定された電流値および電圧値で乗算するための係数にすることができる。リアクタンスネットワーク910の特定の構成を示すXを使用して、複合電圧係数を式16に示す。電流係数を式17に示す。
【００９６】
【数１２】
2015537497.tif 000014
【００９７】
【数１３】
2015537497.tif 000015
【００９８】
したがって、プロセッサ780は、式18に従って負荷電圧の実数部分を求めることができる。プロセッサ780は、式19に従って負荷電圧の虚数部分を求めることができる。
RE{VL} = RE{VB}RE{K2x}- IM{VB}IM{K2x} - RE{iCM}RE{ZYx} + IM{iCM}IM{ZYx}…(18)
IM{VL} = RE{VB}IM{K2x} + IM{VB}RE{K2x} - RE{iCM}IM{ZYx} - IM{iCM}RE{ZYx}...(19)
【００９９】
共振器の中を見る(looking into)インピーダンスは、オームの法則ならびに電力測定用にすでにサンプリングされた複合電圧および電流を使用して計算され得る。したがって、プロセッサ780は、式20に従って送信コイルLTXのインピーダンスを求め、式21に従って負荷の実数部分を求め、式22に従って負荷の虚数部分を求めることができる。
【０１００】
【数１４】
2015537497.tif 000016
【０１０１】
図10は、ワイヤレス電力送信の例示的な方法のフローチャート1000である。図1〜図2に関して上記で説明したワイヤレス電力伝達システム100、図4に関して上記で説明した送信機404、および図7に関して上記で説明した送信回路700を参照しながらフローチャート1000の方法について本明細書で説明するが、フローチャート1000の方法は、本明細書で説明する別のデバイス、または任意の他の適切なデバイスによって実装され得ることを当業者は諒解されよう。一実施形態では、フローチャート1000内のステップは、たとえば、コントローラ415(図4)、プロセッサシグナリングコントローラ516(図5)および/またはプロセッサ780(図7)などの、プロセッサまたはコントローラによって実施することができる。フローチャート1000の方法は、特定の順序を参照して本明細書に記載されるが、様々な実施形態では、本明細書のブロックが異なる順序で実施されるか、または省略される場合があり、かつさらなるブロックが追加される場合がある。
【０１０２】
最初に、ブロック1010で、プロセッサ780は、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求める。直列要素は、直列要素CMPおよびCMNなどの、送信コイルに電気的に結合された測定キャパシタであり得る。たとえば、プロセッサ780は、I信号およびQ信号を混合器740aに連続的に出力するように直交位相クロック生成器710を制御することができる。したがって、混合器740aは、ノードASPおよびASNにおける電圧信号の実数成分および虚数成分を出力することができる。一実施形態では、直列要素は、たとえば、送信フィルタ730中の構成要素などの、抵抗器またはインダクタを含むことができる。一実施形態では、第1の電圧は差動電圧であり得る。
【０１０３】
次に、ブロック1020で、プロセッサ780は、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求める。たとえば、プロセッサ780は、I信号およびQ信号を混合器740bに連続的に出力するように直交位相クロック生成器710を制御することができる。したがって、混合器740bは、ノードBSPおよびBSNにおける電圧信号の実数成分および虚数成分を出力することができる。一実施形態では、第2の電圧は差動電圧であり得る。
【０１０４】
様々な実施形態では、加算増幅器750aおよび750bは、混合器740aおよび740bから受信された実数成分と虚数成分との間の和および/または差を出力することができる。LPF 760aおよび760bは、加算増幅器750aおよび750bの出力をフィルタリングすることができる。ADC 770aおよび770bは、LPF 760aおよび760bの出力を、プロセッサ780に与えられるデジタル値に変換することができる。プロセッサ780は値をスケーリングすることができる。
【０１０５】
次いで、ブロック1030で、プロセッサ780は、測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求める。たとえば、プロセッサ780は直列要素CMPおよびCMNの値を知ることができ、これらの値をメモリに記憶するか、較正するか、または動的に求めることができる。プロセッサ780は、オームの法則の複素形式に従って電流を計算することができる。
【０１０６】
その後、ブロック1040で、プロセッサ780は、測定された電圧および求められた電流に基づいて、送信特性を求める。たとえば、プロセッサ780は、式22の電力ベクトルを使用して送信電力を計算することができ、式中、I*は測定された電流のRMS値の共役複素数である。一実施形態では、プロセッサ780は、図11に関して以下で説明するように、Z=V/Iと同じパラメータを使用して動作周波数における複素インピーダンスを計算することができる。
【０１０７】
【数１５】
2015537497.tif 000017
【０１０８】
様々な実施形態では、プロセッサ780は電力ベクトルを実数成分および虚数成分に分解することができる。プロセッサ780は、電圧および電流のRMS値を計算し、スケールファクタおよび/または類似の処理を適用することができる。同様に、プロセッサ780はベクトルデータを使用して、既知の成分値に基づいて、回路中の任意のポイントにおけるインピーダンス、電流、および電圧を計算することができる。したがって、送信されたワイヤレス電力およびワイヤレス負荷インピーダンスは、損失および送信コイルLTXを介して結合されたリアクタンスとして解かれ得る。
【０１０９】
次に、ブロック1050で、プロセッサ780は、計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整する。たとえば、プロセッサ780は、意図しない受信機が送信コイルLTXに近いと判断することができる。プロセッサ780は、計算された送信特性を比較して、1つまたは複数の許可されたまたは登録された受信機によって報告された電力を受信することができる。様々な実施形態では、プロセッサ780は、計算された送信特性に基づいて、送信特性を上げる、下げる、またはさもなければ変更することができる。
【０１１０】
図11は、本発明の一実施形態による、送信特性を検出するための装置1100の機能ブロック図である。ワイヤレス通信のための装置は、図11に示す簡略化された装置1100よりも多くの構成要素を有し得ることを、当業者は諒解されよう。送信特性を検出するための装置1100は、特許請求の範囲内の実装形態のいくつかの顕著な特徴を説明するのに有用なこれらの構成要素のみを含む。送信特性を検出するための装置1100は、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1110と、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1120と、測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段1130と、測定された電圧および求められた電流に基づいて送信特性を求めるための手段1140と、計算された送信特性に基づいてワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段1150とを含む。
【０１１１】
一実施形態では、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1110は、ブロック1010(図10)に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。様々な実施形態では、直列要素の第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1110は、プロセッサ780(図7)、直交位相クロック生成器710(図7)、キャパシタCMP、CMN、CSPおよび/またはCSN(図7)、混合器740aおよび740b(図7)、加算増幅器750aおよび750b、LPF 760aおよび760b、ならびにADC 770aおよび770bのうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【０１１２】
一実施形態では、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1120は、ブロック1020(図10)に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。様々な実施形態では、直列要素の第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段1120は、プロセッサ780(図7)、直交位相クロック生成器710(図7)、キャパシタCMP、CMN、CSPおよび/またはCSN(図7)、混合器740aおよび740b(図7)、加算増幅器750aおよび750b、LPF 760aおよび760b、ならびにADC 770aおよび770bのうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【０１１３】
一実施形態では、測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段1130は、ブロック1030(図10)に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。様々な実施形態では、測定された第1の電圧および第2の電圧に基づいて、直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段1130は、プロセッサ780(図7)、コントローラ415(図4)、およびメモリ470(図4)のうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【０１１４】
一実施形態では、測定された電圧および求められた電流に基づいて送信特性を求めるための手段1140は、ブロック1040(図10)に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。様々な実施形態では、測定された電圧および求められた電流に基づいて送信特性を求めるための手段1140は、プロセッサ780(図7)、コントローラ415(図4)、およびメモリ470(図4)のうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【０１１５】
一実施形態では、計算された送信特性に基づいてワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段1150は、ブロック1050(図10)に関して上記で説明した機能のうちの1つまたは複数を実施するように構成され得る。様々な実施形態では、計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段1150は、プロセッサ780(図7)、コントローラ415(図4)、およびメモリ470(図4)のうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【０１１６】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、回路、および/またはモジュールなど、それらの動作を実施することが可能な任意の好適な手段によって実施され得る。一般に、図に示される任意の動作は、動作を実施することができる対応する機能手段によって実施することができる。
【０１１７】
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参照される場合があるデータ、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、磁界もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【０１１８】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能性をハードウェアとして実装するか、または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。説明した機能性は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈すべきではない。
【０１１９】
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施するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実施されてよい。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つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。
【０１２０】
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、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、有形な非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶すること、または有形な非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信することができる。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)、電気的にプログラム可能なROM(EPROM)、電気的に消去可能およびプログラム可能なROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディスク、CD ROM、または当技術分野で知られた任意の他の形態の記憶媒体内に存在することができる。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。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。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(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイディスクを含み、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、ユーザ端末内に常駐し得る。代替形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
【０１２１】
本開示を要約するために、本明細書において、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が説明されてきた。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、本明細書で教示された1つの利点または利点のグループを達成または最適化するが、本明細書で教示または提案された可能性のある他の利点を必ずしも達成するとは限らない方法で、具体化または実施することができる。
【０１２２】
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】
【０１２３】
100  ワイヤレス電力伝達システム、ワイヤレス電力送信システム
102  入力電力
104  送信機
105  場
108  受信機
110  出力電力
114  送信コイル
118  受信コイル
204  送信機
205  ワイヤレス場
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信コイル、TXコイル
218  受信コイル、RXコイル
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、受信回路
352  送信コイル、受信コイル、コイル、ループアンテナ、空芯ループコイル
354  キャパシタ
356  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)、フィルタ
409  固定インピーダンス整合回路、整合回路
414  送信コイル、コイル
415  コントローラ、プロセッサ
416  負荷感知回路
423  発振器
424  ドライバ回路、送信機ドライバ回路、PA
460  密閉型検出器
480  存在検出器
490  電力検出器
506  電力変換回路
508  受信機、ワイヤレス電力受信機
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、プロセッサシグナリングコントローラ
518  受信コイル
520  RF-DC変換器
522  DC-DC変換器
550  デバイス、充電デバイス
600  送信回路
602  入力信号
614  コイル、送信コイル
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、ローパスフィルタ回路
632  インダクタ
634  キャパシタ
636  キャパシタ
650  送信回路
700  送信回路
710  直交位相クロック生成器
720  送信増幅器
730  送信フィルタ、整合回路
740a、740b  差動混合器、混合器回路
750a、750b  加算増幅器
760a、760b  ローパスフィルタ(LPF)
770a、770b  アナログデジタル変換器(ADC)
780  プロセッサ
810a、810b  入力キャパシタ
820a、820b  mux
830a、830b  出力キャパシタ
900  送信回路
910  リアクタンスネットワーク
1000  フローチャート
1100  装置
1120  手段
1130  手段
1140  手段
1150  手段
A、B、V2  ノード
CM  測定キャパシタ
CMP  正測定キャパシタ
CMN  負測定キャパシタ
CP  並列キャパシタ
CSP  正直列キャパシタ
CSN  負直列キャパシタ
LTX  送信コイル
Z1、Z2、Z3  インピーダンス要素
ZM  直列要素
【図１】
2015537497.tif 000018
【図２】
2015537497.tif 000019
【図３】
2015537497.tif 000020
【図４】
2015537497.tif 000021
【図５】
2015537497.tif 000022
【図６】
2015537497.tif 000023
【図７】
2015537497.tif 000024
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月26日(2015.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信コイルに電気的に結合された直列要素を含むワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出する方法であって、
第1の信号および第2の信号を、前記直列要素の第1の端子および第2の端子からそれぞれ受信するステップと、
第1の信号と第2の信号が混合した信号を生成するために、前記第1の信号および前記第2の信号を第3の信号および第4の信号でそれぞれ乗算するステップであって、前記第3の信号および前記第4の信号が異なる位相を有する、ステップと、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記第1の電圧および前記第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるステップと、
前記第1の電圧および前記第2の電圧の前記実数成分および前記虚数成分ならびに前記電流の前記実数成分および前記虚数成分に基づいて、送信特性を求めるステップと、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記直列要素を通る前記電流を直接測定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の電圧および前記第2の電圧が差動電圧を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記電圧のうちの少なくとも1つにスケールファクタを適用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記電圧のうちの少なくとも1つに基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記第3の信号および前記第4の信号が同相クロック信号または直交位相クロック信号を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記乗算の結果として得られた積を加算するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも1つの電圧または電流を分割するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
ワイヤレス電力を受信機に与えるように構成されたワイヤレスデバイスであって、
ワイヤレス電力を送信するように構成された送信コイルと、
同相(I)クロック信号および直交位相(Q)クロック信号を生成するように構成された直交位相クロック生成器と、
前記送信コイルに電気的に結合され、第1の端子またはポートおよび第2の端子またはポートを含む直列要素と、
前記直列要素の前記第1の端子またはポートおよび前記第2の端子またはポートにおける少なくとも1つの信号を前記I信号および前記Q信号のうちの1つで乗算するように構成された混合器または混合器のセットと
を含む、ワイヤレスデバイス。
【請求項１２】
前記直列要素の前記第1の端子および前記第2の端子における前記信号が差動信号を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記混合器がシングルエンド混合器または差動混合器を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの信号がワイヤレス電力信号を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記乗算された信号に基づいて、送信特性を計算するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記計算された送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項16に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記直列要素を通る電流を計算するようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記プロセッサが、少なくとも1つの測定された電圧に基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるようにさらに構成される、請求項16に記載のデバイス。
【請求項２１】
第1の混合器および第2の混合器の出力を合計するように構成された加算増幅器をさらに含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記混合器における電圧を低減するように構成された電圧分割器を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項２３】
送信コイルに電気的に結合された直列要素を含むワイヤレス電力送信デバイスにおける送信特性を検出するための装置であって、
第1の信号および第2の信号を、前記直列要素の第1の端子および第2の端子からそれぞれ受信するための手段と、
第1の信号と第2の信号が混合した信号を生成するために、前記第1の信号および前記第2の信号を第3の信号および第4の信号でそれぞれ乗算するための手段であって、前記第3の信号および前記第4の信号が異なる位相を有する、手段と、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記第1の電圧および前記第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めるための手段と、
前記第1の電圧および前記第2の電圧の前記実数成分および前記虚数成分ならびに前記電流の前記実数成分および前記虚数成分に基づいて、送信特性を求めるための手段と、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整するための手段と
を含む装置。
【請求項２４】
前記直列要素を通る前記電流を直接測定するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記第1の電圧および前記第2の電圧がシングルエンド電圧または差動電圧を含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２６】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２７】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２８】
前記電圧のうちの少なくとも1つにスケールファクタを適用するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２９】
前記電圧のうちの少なくとも1つに基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めるための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３０】
前記第3の信号および前記第4の信号が同相クロック信号または直交位相クロック信号を含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３１】
前記乗算の結果として得られた積を加算するための手段をさらに含む、請求項30に記載の装置。
【請求項３２】
少なくとも1つの電圧を分割するための手段をさらに含む、請求項23に記載の装置。
【請求項３３】
コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コードが、実行されると、装置に、
第1の信号および第2の信号を、送信コイルに電気的に結合された直列要素の第1の端子および第2の端子からそれぞれ受信することと、
第1の信号と第2の信号が混合した信号を生成するために、前記第1の信号および前記第2の信号を第3の信号および第4の信号でそれぞれ乗算することであって、前記第3の信号および前記第4の信号が異なる位相を有する、ことと、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第1の端子における第1の電圧の実数成分および虚数成分を求めることと、
前記第1の信号と第2の信号が混合した信号に少なくとも部分的に基づいて、前記直列要素の前記第2の端子における第2の電圧の実数成分および虚数成分を求めることと、
前記第1の電圧および前記第2の電圧に基づいて、前記直列要素を通る電流の実数成分および虚数成分を求めることと、
前記第1の電圧および前記第2の電圧の前記実数成分および前記虚数成分ならびに前記電流の前記実数成分および前記虚数成分に基づいて、送信特性を求めることと、
計算された送信特性に基づいて、ワイヤレス電力送信の特性を調整することとを行わせる、
非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項３４】
実行されると、前記装置に、前記直列要素を通る前記電流を直接測定させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３５】
前記第1の電圧および前記第2の電圧がシングルエンド電圧または差動電圧を含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３６】
前記送信特性が送信電力または複素インピーダンスのうちの1つを含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３７】
前記直列要素がキャパシタ、インダクタ、または抵抗器のうちの1つを含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３８】
実行されると、前記装置に、前記電圧のうちの少なくとも1つにスケールファクタを適用させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項３９】
実行されると、前記装置に、前記電圧のうちの少なくとも1つに基づいて、二乗平均平方根(RMS)電圧および/または電流を求めさせるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項４０】
前記第3の信号および前記第4の信号が同相クロック信号または直交位相クロック信号を含む、請求項33に記載の媒体。
【請求項４１】
実行されると、前記装置に、前記乗算の結果として得られた積を加算させるコードをさらに含む、請求項40に記載の媒体。
【請求項４２】
実行されると、前記装置に、少なくとも1つの電圧を低減させるコードをさらに含む、請求項33に記載の媒体。
【国際調査報告】
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