(57)【要約】  ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置が提供される。本装置は、電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路を備える。本装置は、調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器をさらに備える。本装置は、調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するように構成される検知回路をさらに備える。本装置は、検知されたパラメータに基づく信号を用いて変圧器を駆動するように構成されるドライバ回路をさらに備え、その信号は変圧器に、第1の電圧を調整可能インピーダンス回路に印加させる。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有する。第2の電圧は、電圧降下と位相がずれている。検知されたパラメータは、調整可能インピーダンス回路内を循環する電流または調整可能インピーダンス回路の少なくとも一部にわたる電圧である。
2018511780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置であって、
電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路と、
前記調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器と、
前記調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するように構成される検知回路と、
前記検知されたパラメータに基づく信号を用いて前記変圧器を駆動するように構成されるドライバ回路であって、前記信号が前記変圧器に、第1の電圧を前記調整可能インピーダンス回路に印加させ、前記第1の電圧が、前記寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有し、かつ前記電圧降下と位相がずれている、ドライバ回路と
を備える、装置。
【請求項２】
前記検知されたパラメータが、前記調整可能インピーダンス回路内を循環する電流または前記調整可能インピーダンス回路の少なくとも一部にわたる電圧のうちの少なくとも一方である、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記寄生インピーダンスが寄生抵抗を有し、前記変圧器が、前記第1の電圧を前記調整可能インピーダンス回路に印加することによって負の抵抗を前記調整可能インピーダンス回路に追加するように構成され、前記負の抵抗が、振幅において前記寄生抵抗に実質的に等しい、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記変圧器が、前記調整可能インピーダンス回路の平衡点に結合される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記平衡点が前記調整可能インピーダンス回路内のノードを含み、ノード電圧が前記電源にわたる電圧の実質的に半分である、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記検知されたパラメータの位相をシフトし、かつ前記位相シフトされた検知されたパラメータを前記ドライバ回路に供給するように構成される位相シフト回路をさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記位相シフト回路が、前記調整可能インピーダンス回路に投入される前記第1の電圧が前記電圧降下と180°位相がずれるまで、前記検知されたパラメータの前記位相をシフトするように構成される、請求項6に記載の装置。
【請求項８】
前記検知回路が、電流検知変圧器または差動増幅器のうちの少なくとも一方を備える、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記調整可能インピーダンス回路が、調整可能なインピーダンスを前記ワイヤレス電力トランスミッタのワイヤレス電力伝送回路に提示するように構成可能である、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための方法であって、
電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するステップと、
前記検知されたパラメータに基づく信号を用いて前記調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器を駆動するステップであって、前記信号が前記変圧器に、第1の電圧を前記調整可能インピーダンス回路に印加させ、前記第1の電圧が、前記寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有し、かつ前記電圧降下と位相がずれている、ステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記検知されたパラメータが、前記調整可能インピーダンス回路内を循環する電流または前記調整可能インピーダンス回路の少なくとも一部にわたる電圧のうちの少なくとも一方である、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記寄生インピーダンスが寄生抵抗を有し、前記方法が、前記第1の電圧を前記調整可能インピーダンス回路に印加することによって負の抵抗を前記調整可能インピーダンス回路に供給するステップをさらに含み、前記負の抵抗が振幅において前記寄生抵抗に実質的に等しい、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1の電圧が前記調整可能インピーダンス回路の平衡点に印加され、前記平衡点が、前記電源にわたる電圧の実質的に半分であるノード電圧を有する、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記検知されたパラメータの位相をシフトするステップと、前記位相シフトされた検知されたパラメータを、前記変圧器を駆動するドライバ回路に供給するステップとをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
前記調整可能インピーダンス回路に印加される前記第1の電圧が前記電圧降下と180°位相がずれるまで、前記検知されたパラメータの前記位相をシフトするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
調整可能なインピーダンスを前記ワイヤレス電力トランスミッタのワイヤレス電力伝送回路に提示するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置であって、
調整可能なインピーダンスを電源に供給するための手段と、
前記調整可能なインピーダンスを前記供給するための手段の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するための手段と、
前記検知されたパラメータに基づいて、前記調整可能なインピーダンスを前記供給するための手段に第1の電圧を印加するための手段であって、前記第1の電圧が、前記寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有し、かつ前記電圧降下と位相がずれている、手段と
を含む、装置。
【請求項１８】
前記寄生インピーダンスが寄生抵抗を有し、前記装置が、前記調整可能なインピーダンスを供給するための前記手段に前記第1の電圧を印加することによって負の抵抗を前記調整可能なインピーダンスを前記供給するための手段に追加するための手段をさらに含み、前記負の抵抗が、振幅において前記寄生抵抗に実質的に等しい、請求項17に記載の装置。
【請求項１９】
前記検知されたパラメータの位相をシフトすることと、前記位相シフトされた検知されたパラメータを、前記調整可能なインピーダンスを前記供給するための手段に前記第1の電圧を前記印加するための手段に供給することとを行うための手段をさらに含む、請求項17に記載の装置。
【請求項２０】
前記検知されたパラメータの前記位相を前記シフトするための手段が、前記第1の電圧が前記電圧降下と180°位相がずれるまで、前記検知されたパラメータの前記位相をシフトするように構成される、請求項19に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、ワイヤレス電力トランスミッタの試験に関し、より詳細には、ワイヤレス電力トランスミッタ試験ユニットの抵抗および/またはリアクタンスを同調させるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力トランスミッタは、ある範囲の負荷条件の下で指定されたパラメータ内で動作するように構成される。ワイヤレス電力トランスミッタが指定されたパラメータ内で動作することを確実にするために、試験機器は、様々な負荷インピーダンスを含む複数の負荷条件下にトランスミッタを置くことができる。試験機器が所望の負荷インピーダンスを正確に再現していることを保証するために、ワイヤレス電力トランスミッタ試験ユニットの抵抗およびリアクタンスを同調させるための方法および装置が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実装形態によれば、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置が提供される。本装置は、電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路を備える。本装置は、調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器を備える。本装置は、調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するように構成される検知回路を備える。本装置は、検知されたパラメータに基づく信号を用いて変圧器を駆動するように構成されるドライバ回路を備え、その信号は変圧器に、第1の電圧を調整可能インピーダンス回路に印加させる。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有する。第1の電圧は、電圧降下と位相がずれている。
【０００４】
いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための方法が提供される。本方法は、電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するステップを含む。本方法は、検知されたパラメータに基づく信号を用いて調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器を駆動するステップをさらに含み、その信号は変圧器に第1の電圧を調整可能インピーダンス回路に印加させる。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有する。第1の電圧は、電圧降下と位相がずれている。
【０００５】
さらに他の実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置が提供される。本装置は、調整可能なインピーダンスを電源に供給するための手段を含む。本装置は、調整可能なインピーダンスを供給するための手段の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するための手段を含む。本装置は、検知されたパラメータに基づいて、調整可能なインピーダンスを供給するための手段に第1の電圧を印加するための手段を含む。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有する。第1の電圧は、電圧降下と位相がずれている。
【０００６】
ここで、上述の態様、ならびに本技術の他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しながら様々な実装形態に関して説明される。ただし、図示の実装形態は、例にすぎず、限定的であることは意図されていない。図面全体にわたって、文脈が別段に規定しない限り、同様の記号は通常、同様の構成要素を識別する。以下の図の相対寸法は、縮尺どお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】
【０００７】
【図１】いくつかの例示的な実装形態による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】いくつかの他の例示的な実装形態による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３】いくつかの例示的な実装形態による、送電カプラまたは受電カプラを含む、図2の送電回路または受電回路の一部分の概略図である。
【図４】いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置のハイブリッド概略/機能ブロック図である。
【図５】いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置の別の機能ブロック図である。
【図６】いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための方法を示すフローチャートである。
【図７】いくつかの他の例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験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】
【０００８】
以下の発明を実施するための形態では、本開示の一部を形成する添付の図面を参照する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲において説明される例示的な実装形態は、限定的であることを意味しない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてよく、他の変更が加えられてよい。本明細書で概略的に説明し、図に示すような本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置、置換、組合せ、および設計されてよく、それらのすべてが明示的に企図され本開示の一部を形成することが容易に理解されよう。
【０００９】
ワイヤレス電力伝達は、電場、磁場、電磁場に関連する任意の形態のエネルギーを、またはさもなければ物理的電気導体の使用なしにトランスミッタから受電器に任意の形態のエネルギーを伝達する(たとえば、電力が自由空間を通じて伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)の中に出力された電力は、「受電カプラ」によって受けられ、取り込まれ、または結合され得る。
【００１０】
本明細書で使用する用語は、特定の実装形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示の限定であることは意図されない。特定の数の請求項要素が意図される場合、そのような意図が特許請求の範囲において明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図が存在しないことが理解されよう。たとえば、本明細書で使用する単数形"a"、"an"、および"the"は、コンテキストがはっきりと別段に指示しない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用する「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数のあらゆる組合せを含む。さらに、「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(includes)」、および「含んでいる(including)」という用語は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。「のうちの少なくとも1つ」などの表現は、要素の列挙の後に続くとき、要素の列挙全体を修飾するものであり、列挙の個々の要素を修飾するのではない。
【００１１】
図1は、いくつかの例示的な実装形態による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。エネルギー伝達を実行するために送電カプラ114を介してワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を生成するために、電源(図示せず)からトランスミッタ104に入力電力102が供給され得る。受電器108は、受電器108がトランスミッタ104によって生成されたワイヤレス場105内に位置しているときに電力を受電し得る。ワイヤレス場105は、トランスミッタ104によって出力されたエネルギーが受電器108によって取り込まれ得る領域に対応する。受電器108は、ワイヤレス場105に結合し、蓄積のため、または出力電力110に結合されるデバイス(この図には示さず)による消費のために出力電力110を生成し得る。トランスミッタ104と受電器108の両方は、距離112だけ分離される。
【００１２】
例示的な一実装形態では、送電カプラ114によって生成された時間変動磁場を介して、電力が誘導的に伝達される。トランスミッタ104および受電器108は、相互共振関係に従ってさらに構成され得る。受電器108の共振周波数とトランスミッタ104の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて接近しているとき、トランスミッタ104と受電器108との間の送電損失は最小である。しかしながら、トランスミッタ104と受電器108との間の共振が整合しないときでも、効率が低減する場合があるが、エネルギーが伝達され得る。たとえば、共振が整合しないとき、効率が低くなる場合がある。エネルギーの伝達は、送電カプラ114から自由空間にエネルギーを伝搬させるのではなく、送電カプラ114のワイヤレス場105から、ワイヤレス場105の近傍に存在する受電カプラ118にエネルギーを結合することによって行われる。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、様々な距離にわたる、様々な誘導カプラ構成による電力伝達とを可能にし得る。
【００１３】
いくつかの実装形態では、ワイヤレス場105は、トランスミッタ104の「近距離場」に相当する。近距離場は、送電カプラ114から電力を最小限に放射する送電カプラ114内の電流および電荷から生じる強い反応場が存在する領域に対応し得る。近距離場は、送電カプラ114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に対応し得る。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遠距離場に伝搬するのではなく、ワイヤレス場105内のエネルギーの大部分を受電カプラ118に結合することによって行われ得る。ワイヤレス場105内に位置するとき、送電カプラ114と受電カプラ118との間に「結合モード」が展開される場合がある。
【００１４】
図2は、いくつかの他の例示的な実装形態によるワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、図1のシステム100と同様の動作および機能のワイヤレス電力伝達システムである場合がある。しかしながら、システム200は、図1と比較して、ワイヤレス電力伝達システム200の構成要素に関して追加の詳細を提供する。システム200は、トランスミッタ204および受電器208を含む。トランスミッタ204は、発振器222、ドライバ回路224、およびフィルタ/整合回路226を含む送電回路206を含む。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る所望の周波数において信号を生成するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給する。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、送電カプラ214の共振周波数において送電カプラ214を駆動するように構成される場合がある。
【００１５】
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除去し、送電回路206のインピーダンスを送電カプラ214に整合させる。送電カプラ214を駆動する結果として、送電カプラ214は、ワイヤレス場205を生成し、バッテリー236を充電するのに十分なレベルにおいて電力をワイヤレス出力する。
【００１６】
受電器208は、整合回路232および整流器回路234を含む受電回路210を含む。整合回路232は、受電回路210のインピーダンスを受電カプラ218のインピーダンスに整合させ得る。整流器回路234は、交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を生成し、バッテリー236を充電し得る。受電器208およびトランスミッタ204は、さらに、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。受電器208およびトランスミッタ204は、代替として、ワイヤレス場205の特性を使用するバンド内シグナリングを介して通信し得る。いくつかの実装形態では、受電器208は、トランスミッタ204によって送電され受電器208によって受け取ら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。
【００１７】
図3は、いくつかの例示的な実装形態による、図2の送電回路206または受電回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、送電回路または受電回路350はカプラ352を含んでもよい。カプラ352は、「導体ループ」、コイル、インダクタ、または「磁気」カプラと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。「カプラ」という用語は、概して、別の「カプラ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力し得るかまたは受け得る構成要素を指す。
【００１８】
ループカプラまたは磁気カプラの共振周波数は、ループカプラまたは磁気カプラの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カプラ352によって生成されたインダクタンスであり得るが、キャパシタンスは、所望の共振周波数において、ある共振構造を作り出すためにキャパシタ(または、カプラ352の自己キャパシタンス)を介して追加される場合がある。非限定的な例として、共振周波数において信号358を選択する共振回路を作り出すために、送電回路または受電回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356が追加される場合がある。したがって、より大きいインダクタンスを示す大きい直径のカプラを使用する、より大きいサイズのカプラの場合、共振を生み出すのに必要なキャパシタンスの値は、より小さい場合がある。さらに、カプラのサイズが増大するにつれて、結合効率は増大し得る。このことは、主に送電カプラと受電カプラの両方のサイズが大きくなる場合に当てはまる。送電カプラの場合、実質的にカプラ352の共振周波数に相当する周波数を有する信号358が、カプラ352への入力であり得る。
【００１９】
トランスミッタ204などのワイヤレス電力トランスミッタが指定されたパラメータ内で動作することを確実にするために、試験機器は、様々な負荷インピーダンスを有する複数の負荷条件下にトランスミッタ204を(たとえば、フィルタ/整合回路226の出力において)置くことができる。しかしながら、実際には、そのような試験機器内の電気的構成要素間の寄生インピーダンス(たとえば、寄生キャパシタンス)は、試験機器が、非常に低いインピーダンスを供試のワイヤレス電力トランスミッタ204に正確に提示することを妨げる場合がある。たとえば、いくつかの場合には、そのような試験機器を1.2Ωの所望のインピーダンスに同調させることで、これらの寄生インピーダンスによって、試験機器がたとえばほぼ5Ωの実際のインピーダンスを与えることが生じる場合がある。これらの寄生インピーダンスは、寄生リアクタンスが増加するにつれて、寄生実抵抗において正シフトを生じる場合がある。したがって、本出願は、試験機器構成要素によって提供される寄生インピーダンス(たとえば、実抵抗および/または虚リアクタンス)をオフセットして、それらの寄生インピーダンスが供試のワイヤレス電力トランスミッタ204に及ぼす影響を実質的に低減または除去することを企図する。例示的な実装形態について、以下において図4および図5に関してより詳細に説明する。
【００２０】
図4は、いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタ204のインピーダンス範囲を試験するための装置400のハイブリッド概略/機能ブロック図を示す。装置400は、供試のワイヤレス電力トランスミッタ204(図4に示せず)をある範囲のインピーダンスを受けさせ、ワイヤレス電力トランスミッタ204がそのインピーダンスの範囲内で所望のパラメータ内で動作するかどうかを決定するように構成される負荷試験ボードを備えてよい。いくつかの実装形態では、装置400は、いくつかの異なる受電デバイスを同時に充電するように構成される充電マットを試験するために使用される場合がある。各受電デバイスは、それのサイズ、バッテリーレベル、または他の特性に基づいて異なるインピーダンスをマット内の送電回路206に提供する場合があるので、マット内のトランスミッタ204は広範囲のインピーダンスにわたって効率的に動作し得ることが望ましい。この試験装置400は、適切な動作を確実にするために、この範囲の負荷インピーダンスをシミュレーションするために使用され得る。
【００２１】
装置400は、調整可能インピーダンス回路440に電気的に結合可能であり、その回路を駆動するように構成可能な調整可能電源412を備え得る。いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタ204(図2)を試験するために、たとえば、送電回路206の出力が、送電カプラ214の代わりに調整可能電源412として接続される場合がある。
【００２２】
調整可能インピーダンス回路440は第1のスイッチ列414を備えてよく、各スイッチは、電源412の第1の端子に直列に接続され、かつ第1の抵抗器列416内の複数の並列接続された抵抗器のそれぞれの抵抗器に接続される。第1のスイッチ列414内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第1の抵抗器列416内の対応する抵抗器が電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。調整可能インピーダンス回路440は第2のスイッチ列418をさらに備えてよく、各スイッチは、第1の抵抗器列416と直列に接続され、かつ第1のキャパシタ列420内の複数の並列接続されたキャパシタのそれぞれのキャパシタに接続される。第2のスイッチ列418内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第1のキャパシタ列420内の対応するキャパシタが電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。調整可能インピーダンス回路440は第3のスイッチ列422をさらに備えてよく、各スイッチは、第1のキャパシタ列420と直列に接続され、かつ第1のインダクタ列424内の複数の並列接続されたインダクタのそれぞれのインダクタに接続される。第3のスイッチ列422内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第1のインダクタ列424内の対応するインダクタが電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。
【００２３】
調整可能インピーダンス回路440は第4のスイッチ列438をさらに備えてよく、各スイッチは、電源412の第2の端子と直列に接続され、かつ第2の抵抗器列436内の複数の並列接続された抵抗器のそれぞれの抵抗器に接続される。第4のスイッチ列438内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第2の抵抗器列436内の対応する抵抗器が電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。調整可能インピーダンス回路440は第5のスイッチ列434をさらに備えてよく、各スイッチは、第2の抵抗器列436と直列に接続され、かつ第2のキャパシタ列432内の複数の並列接続されたキャパシタのそれぞれのキャパシタに接続される。第5のスイッチ列434内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第2のキャパシタ列432内の対応するキャパシタが電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。調整可能インピーダンス回路440は第6のスイッチ列430をさらに備えてよく、各スイッチは、第2のキャパシタ列432と直列に接続され、かつ第2のインダクタ列428内の複数の並列接続されたインダクタのそれぞれのインダクタに接続される。第6のスイッチ列430内の1つまたは複数のスイッチを閉じることによって、第2のインダクタ列428内の対応するインダクタが電源412の経路に繋がるように切り替えられ得る。第1から第6のスイッチ列414、418、422、438、434および430のうちの1つまたは複数のスイッチ列内のスイッチをそれぞれ調整することによって、ある範囲のインピーダンスが、供試のワイヤレス電力トランスミッタ204(図示せず)に与えられ得る。特定の配列の構成要素(たとえば、並列接続された構成要素)が調整可能インピーダンス回路440に示されているが、本出願はそのように限定されるものではなく、調整可能インピーダンス回路440は、抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンスの各々が独立に同調または調整され得るような任意の配列(たとえば、直列接続、直列並列接続、パイおよび/またはデルタ接続、可変インピーダンス構成要素の使用、またはそれらの任意の組合せ)を有してもよい。
【００２４】
しかしながら、調整可能インピーダンス回路440内の寄生インピーダンス(たとえば、調整可能インピーダンス回路440内の抵抗器、キャパシタ、インダクタまたはスイッチのうちの1つまたは複数の抵抗および/またはリアクタンス)は、調整可能インピーダンス回路440が非常に低いインピーダンス(たとえば、ほぼ1オーム)を達成することを妨げる場合がある。いくつかの実装形態によれば、これらの寄生インピーダンスを最小化する、実質的に除去する、または補償するために、変圧器426が、調整可能インピーダンス回路440と直列に、および調整可能インピーダンス回路440の平衡点において設置される。変圧器426は、調整可能インピーダンス回路440と直列の寄生インピーダンス(たとえば、寄生インピーダンスの実抵抗)によって生じた電圧降下に等しい電圧を印加するように構成される。平衡点は、ノード電圧が任意の特定の時刻において電源412にわたる電圧の実質的に半分である(たとえば、実質的に等しいインピーダンスが電源412の第1の端子と平衡点との間および平衡点と電源412の第2の端子との間に位置する)、調整可能インピーダンス回路440内のノードとして定義されてよい。図4に示すように、これは、第1のインダクタ列424と第2のインダクタ列428との間の、調整可能インピーダンス回路440内の点であり得るが、平衡点は、調整可能インピーダンス回路440の特定のレイアウトまたは設計に応じて別の位置にあってもよい。
【００２５】
図4では、この寄生インピーダンス(たとえば、実抵抗)は、ノード442において第1のキャパシタ列420の前で調整可能インピーダンス回路440に接続された第1の端子と、ノード444において第2のキャパシタ列432の後ろで調整可能インピーダンス回路440に接続された第2の端子とを有する差動増幅器402を使用して決定、検出または測定される。差動増幅器402は、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の(predominantly reactive)構成要素(たとえば、第1および第2のキャパシタ列420、432、第1および第2のインダクタ列424、428、および関連するスイッチ列418、422、430、438)にわたる電圧降下を測定し、この測定値を利用して、変圧器426にわたって電圧が印加されないときの実際の寄生インピーダンスと、印加される電圧を微同調している間に変圧器426によって電圧が投入されたときに依然として残留している(たとえば、減衰または相殺されるべき)正味の実効寄生インピーダンスとを決定する。
【００２６】
調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素の寄生インピーダンス(たとえば、実抵抗)によって生じた電圧降下を実質的に相殺するために、変圧器426の二次コイル(S)において印加された電圧は、負荷をかけている間に変圧器426において電圧が印加されないときに差動増幅器402にわたって測定される電圧と実質的に同じ振幅を有し、かつその電圧と位相が実質的に180°ずれているべきである。このようにして、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素の寄生抵抗によって、実質的にゼロの二乗平均平方根(RMS)電圧降下が差動増幅器402の入力にわたって、したがって差動増幅器402の出力において達成され得る。この条件において主にリアクタンス性の構成要素にわたる実効RMS電圧降下が実質的にないので、供試のワイヤレス電力トランスミッタ204は、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素の実際の寄生抵抗による影響を実質的に受けないことになる。したがって、変圧器426は、本質的に、負荷をかけている間に主にリアクタンス性の構成要素の寄生インピーダンス(たとえば、実抵抗)の振幅に等しい振幅を有する負のインピーダンス(たとえば、負の実抵抗)を調整可能インピーダンス回路440に加えるか、追加するか、または提示する。このようにして、差動増幅器402の出力は、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素の寄生抵抗の、変圧器426において追加される負の抵抗によって補償または相殺されなかった部分にその振幅が比例する、フィードバック信号を供給する。
【００２７】
上記の結果を達成するために位相シフトが正しく同調されることを確実にするために、差動増幅器402の出力が、位相シフト回路404に供給されてよい。位相シフト回路404は、差動増幅器402の出力に基づいて位相シフト回路404の出力の位相を調整する(たとえば、位相は、差動増幅器402の出力が実質的にゼロの振幅を有するまでシフトされる)ように構成される。位相シフト回路404の位相調整された出力は、第1のドライバ回路406aおよびインバータ408に入力されてよい。インバータ408の出力は、第2のドライバ回路406bに供給されてもよい。第1のドライバ回路406aおよび第2のドライバ回路406bの出力は、変圧器426の一次(P)コイルにおける電圧を駆動するように構成される差動駆動増幅器を形成する。いくつかの実装形態では、差動増幅器402の出力の振幅が実質的にゼロになるまで、位相シフト回路404はその出力信号の位相を調整するように構成されてよい。これは、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素にわたる(したがって差動増幅器402の入力にわたる)電圧降下は、変圧器426の二次(S)コイル内で誘起された電圧が、リアクタンス性構成要素の寄生インピーダンスによって生じたリアクタンス性構成要素にわたる実際の電圧降下と振幅が等しくかつ180°位相がずれているとき、実質的にゼロになるからである。これはまた、変圧器426の二次コイルにおいて加えられた負の抵抗が、調整可能インピーダンス回路440の実質的にリアクタンス性の構成要素の寄生抵抗の振幅に実質的に等しい振幅を有するときとみなされてよい。いくつかの他の実装形態では、差動駆動増幅器セットアップは利用されない。これらの実装形態では、第1および第2のドライバ回路406a、406bおよびインバータ408は、出力端子が変圧器426の一次コイルにわたって接続された単一のドライバ回路(図示せず)と置き換えられよい。
【００２８】
図5は、いくつかの他の例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタ204のインピーダンス範囲を試験するための装置500の別の機能ブロック図を示す。図5は、図4に関して前に説明した概念のより一般的な実装形態であり得る。したがって、図5の装置500の1つまたは複数の構成要素は、図4の装置400の1つまたは複数の構成要素に対応してよく、またはそれらと置き換わってもよい。図5では、装置500は、電流検知変圧器502を備え、電流検知変圧器502は、図4の差動増幅器402に対応してよく、またはそれと同様の機能を実行してもよい。図4の調整可能インピーダンス回路440にわたる電圧降下を測定する代わりに、電流検知変圧器502は、調整可能インピーダンス回路(図示しないが図4の回路440に類似する)を通過する電流に比例する電流を検知するように構成されてよい。当然ながら、電流検知変圧器502は、調整可能インピーダンス回路(図示せず)を循環する電流、または調整可能インピーダンス回路の少なくとも一部にわたって現れる電圧を検知するように構成される任意の他のモジュールまたは回路で置き換えられてもよい。装置500は、電流検知変圧器502の出力を入力として受け取る単位利得バッファ504をさらに備える。単位利得バッファ504は、電流検知変圧器502と単位利得バッファ504に続く構成要素との間のインピーダンス分離をもたらす。
【００２９】
装置500は、RLC受動回路506をさらに備え、RLC受動回路506は、単位利得バッファ504の出力を入力として受信し、正弦波変調器508および余弦波変調器514の各々に信号を出力するように構成されてよい。正弦波変調器508は、RLC受動回路506の出力と正弦波信号とを乗算して、変調された「同相」信号を出力するように構成される。同様に、余弦波変調器514は、RLC受動回路506の出力と余弦波信号(たとえば、正弦波から90°位相シフトされている直交信号)とを乗算して、変調された「直交位相」信号を生成するように構成されてよい。いくつかの実装形態では、正弦波変調器508の出力は、装置500の調整可能インピーダンス回路(図示せず)の少なくとも主にリアクタンス性の構成要素の実抵抗に比例または対応するアナログ信号であってよい。同様に、余弦波変調器514の出力は、装置500の調整可能インピーダンス回路(図示せず)の少なくとも主にリアクタンス性の構成要素の虚抵抗(すなわち、リアクタンス)に比例または対応するアナログ信号であってよい。装置500は、正弦波変調器508の出力を入力として受け取る第1の可変利得バッファ510をさらに備える。装置500は、余弦波変調器514の出力を入力として受け取る第2の可変利得バッファ516をさらに備える。第1および第2の可変利得バッファ510、516は、それらの入力と、独立に調整可能な増幅率とを乗算し、乗算された入力を出力として第1および第2の乗算型デジタルアナログ変換器(DAC)512、518に供給するように構成される。第1の乗算型DAC512は、第1の可変利得バッファ510からの第1の入力とプロセッサ526からの実抵抗調整制御信号とを乗算して、変調された「同相」信号を出力するように構成される。同様に、第2の乗算型DAC518は、第2の可変利得バッファ516からの第1の入力とプロセッサ526からのリアクタンス調整制御信号とを乗算して、変調された「直交位相」信号を出力するように構成される。
【００３０】
プロセッサ526は、電流検知変圧器502によって検知された電流に基づいて、装置500の調整可能インピーダンス回路(図示せず)の実際の決定されたまたは測定された抵抗およびリアクタンスの値を示す信号を受信するように構成される。プロセッサ526は、装置500の調整可能インピーダンス回路(図示せず)の主にリアクタンス性の構成要素の正味のまたは実効寄生抵抗を低減または除去するために必要な、実抵抗調整制御信号およびリアクタンス調整制御信号に対する適切な値を決定または計算する。第1および第2の乗算型DAC512、518の出力(調整された同相および直交位相信号)が、加算回路520において加算され、加算回路520は加算された信号を電力増幅器ドライバ回路522に出力する。いくつかの実装形態では、RLC受動回路506、正弦波変調器508、余弦波変調器514、第1および第2の可変利得バッファ510、516、第1および第2の乗算型DAC512、518、プロセッサ526、および加算回路520のうちの1つまたは複数が、図4の位相シフト回路404に対応してよい。たとえば、実抵抗調整制御信号およびリアクタンス調整制御信号を調整することによって、調整された同相および直交位相信号の振幅が修正され、それによって、加算回路520において加算されたとき、加算された出力信号は、単位利得バッファ504出力の位相シフトされたおよび/または振幅調整されたバージョンに類似するかまたは実質的に比例する(およびしたがって、電流検知変圧器502によって検知された電流の位相シフトされた(たとえば、位相反転された)バージョンに比例する)。
【００３１】
電力増幅器ドライバ回路522は、加算回路520からの出力を受信して、駆動信号を同調変圧器524に出力する。同調変圧器524は、図4の変圧器426に対応してよく、かつ変圧器426と同様に調整可能インピーダンス回路(図示せず)に接続されてよい。いくつかの実装形態では、電力増幅器ドライバ回路522は、図4の第1および第2のドライバ回路406a、406bおよびインバータ408に対応してよい。
【００３２】
同調変圧器524は、調整可能インピーダンス回路(図示せず)の主にリアクタンス性の構成要素の実際の寄生インピーダンスを実質的に相殺するために、同調変圧器524への駆動信号入力の電圧および/または電流にそれぞれ比例する電圧および/または電流を、装置500の調整可能インピーダンス回路(図示せず)に印加し戻すように構成され得る。このようにして、調整可能インピーダンス回路(図示せず)の正味のまたは実効寄生インピーダンス(たとえば、抵抗)が、実質的にゼロ値に維持されてよく、上記の、非常に低いインピーダンス(たとえば、<1Ω)を供試のワイヤレス電力トランスミッタに与えることの困難を克服することができる。
【００３３】
図6は、いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための方法を示すフローチャート600である。フローチャート600はについて、図4および図5を参照しながら本明細書で説明する。一実装形態では、フローチャート600中のブロックのうちの1つまたは複数が、図4および図5にそれぞれ示す装置400または装置500などのワイヤレス電力トランスミッタ試験ユニットによって実行されてよい。フローチャート600は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは、異なる順序で実行されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが追加されてもよい。
【００３４】
ブロック602において、電源に接続されるように構成可能な調整可能インピーダンス回路の寄生インピーダンスを示すパラメータが検知される。たとえば、図4に関して前に説明したように、差動増幅器402は、調整可能インピーダンス回路440の少なくとも一部にわたる(たとえば、調整可能インピーダンス回路440の主にリアクタンス性の構成要素にわたる)電圧降下を検知し得る。他の実装形態では、図5に関して前に説明したように、電流検知変圧器502は、調整可能インピーダンス回路(図5に示さず)を通過する電流に比例する電流を検知し得る。
【００３５】
ブロック604において、調整可能インピーダンス回路に結合される変圧器は、検知されたパラメータに基づく信号を用いて駆動され、その信号は変圧器に第1の電圧を調整可能インピーダンス回路に印加させる。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有し、電圧降下と位相がずれている。たとえば、図4に関して前に説明したように、ドライバ回路406a、406bは、差動増幅器402によって測定された電圧降下(たとえば、検知されたパラメータ)に基づいて、調整可能インピーダンス回路440に結合される変圧器426の一次(P)コイルに信号を駆動してよい。変圧器426の一次コイル(P)に信号を印加することで、変圧器の二次コイル(S)に、検知された電圧降下と実質的に同じ振幅を有しており、検知された電圧降下と180°位相がずれている第1の電圧を、調整可能インピーダンス回路440に印加させ得る。いくつかの他の実装形態では、図5に関して前に説明したように、ドライバ回路522は、電流検知変圧器502によって検知された電流に基づく信号を同調変圧器524に印加してよく、その信号は同調変圧器524に、調整可能インピーダンス回路の主にリアクタンス性の構成要素にわたる電圧降下と実質的に同じ振幅を有しており、その電圧降下と180°位相がずれている第1の電圧を調整可能インピーダンス回路440に印加させる。
【００３６】
図7は、いくつかの例示的な実装態様による、ワイヤレス電力トランスミッタのインピーダンス範囲を試験するための装置700の機能ブロック図である。装置700は、図6に関して前に説明した1つまたは複数の動作を実行するように構成されてよい。装置700は、調整可能なインピーダンスを電源に供給するための手段702を含む。いくつかの実装形態では、手段702は、図4の調整可能インピーダンス回路440、または図5に関して前に説明した調整可能インピーダンス回路(図示せず)を備えてよい。
【００３７】
装置700は、調整可能なインピーダンスを供給するための手段の寄生インピーダンスを示すパラメータを検知するための手段704をさらに含む。いくつかの実装形態では、手段704は、図6に関して前に説明した動作ブロック602の動作を実行するように構成されてよい。いくつかの実装形態では、手段704は、図4の差動増幅器402、または代替として、図5の電流検知変圧器502を備えてよい。
【００３８】
装置700は、検知されたパラメータに基づいて第1の電圧を、調整可能なインピーダンスを供給するための手段702に印加するための手段706をさらに含む。第1の電圧は、寄生インピーダンスによって生じた電圧降下と実質的に同じ振幅を有する。第1の電圧は、電圧降下と位相がずれている。いくつかの実装形態では、手段706は、図6に関して前に説明した動作ブロック604の動作を実行するように構成されてよい。いくつかの実装形態では、手段706は、図4に関して前に説明したように、差動増幅器402、位相シフト回路404、ドライバ回路406a、406b、インバータ408、および変圧器426のうちの1つまたは複数を備えてよい。いくつかの他の実装形態では、手段706は、図5に関して前に説明したように、モジュール502〜526のうちの1つまたは複数を備えてよい。
【００３９】
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、ならびに/あるいはモジュールなど、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行され得る。概して、動作を実行することができる対応する機能的手段によって、図に示された任意の動作が実行され得る。
【００４０】
様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表される場合がある。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、磁場もしくは磁性粒子、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される場合がある。
【００４１】
本明細書において開示される実装形態に関連して説明した種々の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、または両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアと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、それらの機能に関して上記において概略的に説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途およびシステム全体に課せられる設計制約によって決まる。説明した機能は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装決定が実装形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されるべきではない。
【００４２】
本明細書で開示する実装形態に関して説明した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、デジタル信号プロセッサ(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ロジック、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明した機能を実行するように設計されるそれらの任意の組合せを用いて、実装または実行され得る。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、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。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の組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した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現される場合もある。
【００４３】
本明細書で開示する実装形態に関して説明した方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、ハードウェアにおいて直接、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において、またはその2つの組合せにおいて具現され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されてよく、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野において知られている任意の他の形態の記憶媒体内に存在してよい。記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体化されてもよい。ディスク(disk)およびディスク(disc)は、本明細書で使用するとき、コンパクトディスク(disc)("CD")、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)("DVD")、フロッピーディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せはまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に同じく含まれるものとする。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在してもよい。
【００４４】
本開示を要約する目的のために、本明細書では、特定の態様、利点、および新規な特徴について説明した。任意の特定の実装形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、1つまたは複数の実装形態は、本明細書で教示または示唆され得るような他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような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。
【００４５】
上記で説明した実装形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書で定義する一般原理は、本出願の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、本出願は、本明細書で示す実装形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００４６】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  トランスミッタ
105  ワイヤレス場
108  受電器
110  出力電力
112  距離
114  送電カプラ
118  受電カプラ
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  トランスミッタ
205  ワイヤレス場
206  送電回路
208  受電器
210  受電回路
214  送電カプラ
218  受電カプラ
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
225  入力電圧信号(VD)
226  フィルタ/整合回路
232  整合回路
234  整流器回路
236  バッテリー
350  送電回路または受電回路
352  カプラ
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
400  装置
402  差動増幅器
404  位相シフト回路
406a  第1のドライバ回路
406b  第2のドライバ回路
408  インバータ
412  調整可能電源
414  第1のスイッチ列
416  第1の抵抗器列
418  第2のスイッチ列
420  第1のキャパシタ列
422  第3のスイッチ列
424  第1のインダクタ列
426  変圧器
428  第2のインダクタ列
430  第6のスイッチ列
432  第2のキャパシタ列
434  第5のスイッチ列
436  第2の抵抗器列
438  第4のスイッチ列
440  調整可能インピーダンス回路
442  ノード
444  ノード
500  装置
502  電流検知変圧器
504  単位利得バッファ
506  RLC受動回路
508  正弦波変調器
510  第1の可変利得バッファ
512  第1の乗算型デジタルアナログ変換器(DAC)
514  余弦波変調器
516  第2の可変利得バッファ
518  第2の乗算型デジタルアナログ変換器(DAC)
520  加算回路
522  電力増幅器ドライバ回路
524  同調変圧器
526  プロセッサ
【図１】
2018511780.tif 000003
【図２】
2018511780.tif 000004
【図３】
2018511780.tif 000005
【図４】
2018511780.tif 000006
【図５】
2018511780.tif 000007
【図６】
2018511780.tif 000008
【図７】
2018511780.tif 000009
【国際調査報告】
2018511780.tif 000010
2018511780.tif 000011