(57)【要約】本発明は、無線充電デバイスの送電ユニット内に統合され、充電プロセスのリアルタイム分析に従って充電中のデバイスへのＲＦエネルギ伝送を変調するように構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ユニットを有する無線充電デバイスに関し、上記ＰＷＭユニットは充電追跡モジュールおよびコントローラに接続され、上記充電追跡モジュールは上記充電プロセスの進捗を反映するデータを提供するように適合され、上記コントローラは上記充電追跡モジュールから上記データを受け取り、無線充電プロセスへの伝送電力を調整することによって上記無線充電プロセス中のエネルギ損失を最小にするために、取得したデータに従って上記ＰＷＭユニットのデューティサイクルを調整するように適合される。本発明はさらに、上記に記載の無線充電デバイスと充電中のデバイスとを備える無線充電システムに関し、無線充電プロセス中、高い電力変換効率を維持するために伝送されるピーク電力レベルを保ちつつ充電中のデバイス内の受電ユニットに所望の平均電力レベルを提供するために、送電ユニットによるＲＦエネルギ伝送は、充電プロセスの進捗に従って変化するＰＷＭのデューティサイクルに従って使用可能にされる。【選択図】図２Ｂ
2017509297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線充電デバイスの送電ユニット内に統合され、充電プロセスの進捗のリアルタイム分析に従って充電中のデバイスへのＲＦエネルギ伝送を変調するように構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ユニットを有する無線充電デバイスであって、前記ＰＷＭユニットは、充電追跡モジュールおよびコントローラに接続され、前記充電追跡モジュールは、前記充電プロセスの前記進捗を反映するデータを提供するように適合され、前記コントローラは、前記充電追跡モジュールから前記データを受け取り、前記無線充電プロセスへの伝送電力を調整するために、取得した前記データに従って前記ＰＷＭユニットのデューティサイクルを調整するように適合される、無線充電デバイス。
【請求項２】
前記無線充電プロセスは、前記充電追跡モジュールによって受け取られるデータに従って調整され、前記データは、（ａ）前記無線充電デバイス内に生じる充電ゾーンにおけるＲＦエネルギレベルのリアルタイム変化、（ｂ）伝送ＲＦエネルギと反射ＲＦエネルギとの比、の１つを示し、前記データは、充電のための所望の伝送ＲＦ電力をもたらすために必要な前記ＰＷＭの所望のデューティサイクルを決定するために、前記コントローラによってさらに分析される、請求項１に記載の無線充電デバイス。
【請求項３】
前記ＰＷＭユニットは、充電のための所望の平均伝送電力を得るために前記送電ユニットの送電器を使用可能にするように機能的に作用する、請求項１および２に記載の無線充電デバイス。
【請求項４】
前記無線充電プロセス中、前記送電ユニットによって伝送される一定のピーク電力レベルを維持するために、前記ＰＷＭユニットの前記デューティサイクルが変更される、請求項１〜３に記載の無線充電デバイス。
【請求項５】
前記充電追跡モジュールは、センサまたは反射係数モニタ（Ｓ１１）のいずれか１つである、請求項１〜４のいずれかに記載の無線充電デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＰＷＭユニットを有する無線充電デバイスと、充電中のデバイスとを備える無線充電システムであって、前記無線充電プロセス中、前記送電ユニットによるＲＦエネルギの伝送は、前記充電中のデバイス内の受電ユニットに所望の電力レベルを提供するために、前記充電プロセスの前記進捗に従って変化する前記ＰＷＭの前記デューティサイクルに従って使用可能にされる、無線充電システム。
【請求項７】
前記充電中のデバイス内の整流器から受け取られる平均ＤＣ電力レベルは、前記無線充電デバイスの前記送電ユニット内の前記ＰＷＭユニットの前記デューティサイクルに従って決定され、前記デューティサイクルは、前記充電追跡モジュールによる前記充電プロセス進捗のリアルタイム読取りに従って前記コントローラによって変調される、請求項６に記載の無線充電システム。
【請求項８】
前記充電追跡モジュールは、（ａ）前記無線充電デバイス内に生じる充電ゾーンにおけるＲＦエネルギレベルのリアルタイム変化、（ｂ）前記伝送ＲＦエネルギと前記反射ＲＦエネルギとの前記比（Ｓ１１）、の１つを示すデータを提供し、前記データは、充電のための所望の伝送ＲＦ電力レベルをもたらすために必要な前記ＰＷＭユニットのデューティサイクルを決定するために前記コントローラによってさらに分析される、請求項６および７に記載の無線充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線充電デバイスに関し、特に、充電すべきデバイスにおける充電プロセスの経過に従って伝送されるＲＦ電力を変調するためのパルス幅変調を有する無線充電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリの充電は、バッテリの種類によって異なる固有のプロファイルを伴うプロセスであるため、時には大容量を必要とし、時にはより低い容量しか必要としない。さらに、充電プロセス自体の間、バッテリセルの所要電力および充電されたバッテリの充電レベルに従って容量は変化し得る。充電がハーベスティングプロセスによって実行される場合、ＲＦからＤＣ電圧への変換効率を低下させることなく低容量を得ることは難しい。概して、高い変換効率を得るためには、期待されるＲＦ電力レベルにハーベスティング回路間で調整する必要がある。これは通常、所定の電力値に達するとハーベスティング回路内に備えられるダイオードを動作点に至らせるインピーダンス整合ユニットによって得られる。しかし、より低い容量が求められる場合、変換効率を低下させずにハーベスティング回路内のダイオードを動作モードに維持する必要がある。
【０００３】
現在の解決策は多くの場合、概して大容量を必要とする大型ユニットである電流調整器を用いる。小型のデバイスが関連する場合、各部品の容量が非常に重要である。さらに、電流調整器を解決策として用いる場合、特定のプロセスに必要ではない、変換された電流の一部が失われる（多くの場合、熱に変換される）ので、莫大なエネルギ浪費が生じる。
【０００４】
本発明は、無線充電プロセスにおいて通常生じる大きなエネルギ損失を最小限に留め、あるいは防止し、さらに、以下で説明されるようにデバイス内の部品の容積を最小限にすることによって充電中のデバイスのサイズを小さくすることができる効果的な解決策を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示される主題事項は、上記無線充電デバイスの送電ユニット内に統合され、充電プロセス進捗のリアルタイム分析に従って充電中のデバイスへのＲＦエネルギ伝送を変調するように構成されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ユニットを有する無線充電デバイスに関し、上記ＰＷＭユニットは、充電追跡モジュールおよびコントローラに接続され、上記充電追跡モジュールは、上記充電プロセスの進捗を反映するデータを提供するように適合され、上記コントローラは、上記充電追跡モジュールから上記データを受け取り、前記無線充電プロセスへの伝送電力を調整するために、取得したデータに従って上記ＰＷＭユニットのデューティサイクルを調整するように適合される。ＲＦ伝送電力を充電プロセス進捗に対して調整することによって、無線充電プロセス中のエネルギ損失が最小限になる。本発明の実施形態によると、無線充電プロセスは、充電追跡モジュールによって受け取られるデータに従って調整され、上記データは、（ａ）上記無線充電デバイス内に生じる充電ゾーンにおけるＲＦエネルギレベルのリアルタイム変化、（ｂ）伝送ＲＦエネルギと反射ＲＦエネルギとの比、の１つを示し、上記データは、充電プロセスのための所望の伝送ＲＦ電力をもたらすために必要なＰＷＭユニットの所望のデューティサイクルを決定するために、上記コントローラによってさらに分析される。データは、データ伝送に関する技術分野において既知である任意の通信技術によって取得され得る。
【０００６】
本明細書で用いられる場合、「充電ゾーン」という用語は、充電すべきデバイスが配置され、充電プロセスが生じようとする、無線充電デバイス内の容積／空間を指す。充電デバイスは、その内容が参照によって本願に組み込まれる、ＷＯ２０１３／１７９２８４号として公開された当方のＰＣＴ出願、および当方のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２０１４／０５０７２９号において詳述される。ＰＷＭユニットは、充電のための所望の平均伝送電力を得るために上記送電ユニットの送電器を使用可能にするように機能的に作用する。従来技術によるシステムはＰＷＭユニットをデータ伝送目的で使用するものであるため、無線充電のための伝送ＲＦ電力を変調するために提案されるＰＷＭの使用は、それ自体が新規性を有することが強調されるべきである。
【０００７】
以下で詳述され、添付図面によってより良く理解されるように、無線充電プロセス中、伝送ＲＦエネルギの高い変換効率を維持しつつ、伝送される平均電力レベルを変更することによって整流ユニットの所要電力の変化に応じるために、送電ユニットによって伝送される一定のピーク電力レベルを維持するように、ＰＷＭのデューティサイクルが変更される（平均は、送電器を機能的に使用可能にするＰＷＭユニットのデューティサイクルを変更することによって変えられる）。
【０００８】
本発明の変形例によると、充電追跡モジュールは、センサまたは反射係数モニタ（Ｓ１１）のいずれか１つである。本発明の他のいくつかの実施形態において、充電追跡モジュールは、充電プロセスを示すデータの伝送を可能にする他の通信技術であってよい。第１の変形例において、追跡モジュールは好適には、ＲＦエネルギレベルの変化をサンプリングするセンサであり、第２の変形例において、追跡モジュールは、伝送ＲＦエネルギと反射ＲＦエネルギとの比を測定するＳ１１モニタであり、この比は伝送係数を示すので、すなわちこのモニタは、信号または電力を伝送する際の送電ユニットの全体リターンロスに関するデータを提供する。コントローラはこのデータを分析し、伝送ＲＦエネルギと反射ＲＦエネルギとの比に基づいて得られた最適な充電を示す最適値に従ってＲＦエネルギの伝送を調整する。
【０００９】
本明細書で説明される主題事項は、上述したようなＰＷＭユニットを有する無線充電デバイスと、充電中のデバイスとを備える無線充電システムにも関し、無線充電プロセス中、送電ユニットによるＲＦエネルギの伝送は、充電中のデバイス内の受電ユニットに所望の電力レベルを提供するために、充電プロセスの進捗に従って変化するＰＷＭユニットのデューティサイクルに従って使用可能にされる。よって、充電中のデバイス内の整流器から受け取られる平均ＤＣ電力レベルは、無線充電デバイスの送電ユニット内のＰＷＭのデューティサイクルに従って機能的に決定され、上記デューティサイクルは、充電プロセス進捗のリアルタイム読取りおよび受電追跡モジュールによって得られる対応する信号に従ってコントローラによって変調される。要するに、充電追跡モジュールは、（ａ）無線充電デバイス内に生じる充電ゾーンにおけるＲＦエネルギレベルのリアルタイム変化、（ｂ）伝送ＲＦエネルギと反射ＲＦエネルギとの比（Ｓ１１）、の１つを示すデータを提供してよく、上記データは、充電中のデバイスを充電するための所望の伝送ＲＦ電力レベルをもたらすために必要なＰＷＭユニットのデューティサイクルを決定するために、コントローラによってさらに分析される。
【００１０】
本明細書に含まれ、その一部を成す添付図面は、本明細書に開示される主題事項の特定の態様を示し、本説明とともに、開示される実施形態に関連する原理の一部を説明する助けとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】一般的な技術水準を示す、送電ユニットと、電流調整器要素を備える受電ユニットとを有する充電システムの略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの電流調整器要素の拡大図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示す送電ユニットの送電器出力のグラフ図である。
【図１Ｄ】図１Ａに示す送電ユニットの伝送電力のグラフ図である。
【図１Ｅ】図１Ａに示す受電ユニットによって受け取られる電力のグラフ図である。
【図１Ｆ】図１Ａに示す受電ユニットから受け取られる整流ＤＣ電力のグラフ図である。
【図１Ｇ】図１Ａに示す受電ユニットから受け取られる整流ＤＣ電流のグラフ図である。
【図１−８】Ｈは図１Ａに示す電流調整器内の切換えユニットを使用可能にするＰＷＭ信号のグラフ図である。Ｉは図１Ａに示す受電ユニット内の電流調整器から受け取られる定電流のグラフ図である。
【図２Ａ】充電すべきデバイスの充電プロセス進捗に関するセンサからの信号を受信するコントローラに接続されたＰＷＭユニットを備える送電ユニットと、本発明の変形例に係る受電ユニットとを有する新規の充電システムの略図である。
【図２Ｂ】コントローラが充電中のデバイスの充電プロセスに関するＳ１１モニタからのインジケーションを取得する、図２Ａに示すようなＰＷＭユニットを備える送電ユニットと、本発明の変形例に係る受電ユニットとを有する新規の充電システムの略図である。
【図２Ｃ】図２Ａおよび図２Ｂに示す送電ユニットの送電器出力のグラフ図である。
【図２Ｄ】図２Ａおよび図２Ｂに示す送電器を使用可能にするスイッチとして機能的に作用するＰＷＭ信号のグラフ図である。
【図２−５】Ｅは図２Ａおよび図２Ｂに示す送電ユニットの伝送電力のグラフ図である。Ｆは図２Ａおよび図２Ｂに示す受電ユニットによって受け取られる電力のグラフ図である。Ｇは図２Ａおよび図２Ｂに示す受電ユニットの整流器から受け取られる整流ＤＣ電力のグラフ図である。Ｈは図２Ａおよび図２Ｂに示す受電ユニットの整流器から受け取られる整流ＤＣ電流のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明において、充電中のデバイスの無線充電プロセスにおけるエネルギ伝送効率を高めるための新規の無線充電デバイスおよびシステムの様々な態様が説明される。説明を目的として、システムの全体的な理解を提供するために特定の構成および詳細が示される。
【００１３】
本開示の様々な特徴が単一の実施形態に関連して説明され得るが、それらの特徴は個別に、あるいは任意の適切な組み合わせで提供されてもよい。反対に、本開示は、本明細書において明確化のために別個の実施形態に関連して説明され得るが、単一の実施形態で実現されてもよい。また、本開示が様々な方法で実行または実施され得ること、および本開示は本明細書において以下で説明される典型的な実施形態以外の実施形態でも実現され得ることを理解すべきである。本説明ならびに特許請求の範囲において示される説明、例、および事項は、限定的なものではなく例示的なものとして解釈されなければならない。
【００１４】
以下、図面が参照される。
【００１５】
図１Ａは、一般的な技術水準を示す、電流調整器ユニット１２８を有する無線充電システム１００の略図である。システムは、送電ユニット１１０と、充電すべきバッテリ１３０に機能的に接続された受電およびハーベスティングユニット１２０とを備える。あるいは、ハーベスティングユニット１２０は負荷（不図示）に接続され得る。送電ユニット１１０は、少なくとも送電器１１２および送電アンテナ１１４を含む。
【００１６】
受電およびハーベスティングユニット１２０は、受電アンテナ１２２、インピーダンス整合ユニット１２４、整流器１２６、電流調整器１２８、および充電式バッテリ１３０または充電式デバイス（不図示）の蓄電ユニットに接続されるように構成され使用できる電力管理ユニット１２９を備える。
【００１７】
送電器１１２は、無線充電デバイスのキャビティ（キャビティは不図示）や所定の空間にＲＦ電力を伝送する送電アンテナ１１４に一定の電力を伝送する。伝送された放射エネルギは、受電およびハーベスティングユニット１２０の受電アンテナ１２２によって受け取られる。受け取られたＲＦ電力は、整流器１２６によってＤＣ（直流）に変換される。変換された電流は、バッテリセルの充電要件に従って電流レベルを調整するように構成された電流調整器ユニット１２８に流れ込む。以下で図１Ｂを参照して電流調整器ユニット１２８の拡大図が説明される。電力管理ユニット１２９は、バッテリの充電要件に従ってバッテリ１３０に必要な充電電流を供給するために電流調整器ユニット１２８を制御することによってバッテリ１３０の充電プロセスを管理するように構成され使用できる。この図に示す構成における受電およびハーベスティングユニット１２０は、インピーダンス整合ユニット１２４が一定の所定受電電力に関連付けられることにより、一定の消費を有するシステムに適している。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａの電流調整器ユニット１２８を示す。電流調整器１２８は、切換え回路１２８２およびパルス幅変調（ＰＷＭ）ユニット１２８４を備える。ＰＭＷユニットの使用によって、制御信号情報に基づいてパルスの幅を適合させる、すなわちパルスデューティサイクルを調整する変調技術が可能になる。この変調技術は、送電のための情報をコード化するために用いられ、また、電気デバイス、特にたとえばモータなどの慣性負荷に供給される電力の制御を可能にするためにも用いられ得る。負荷に送り込まれる電圧（および電流）の平均値は、供給側と負荷側との間のスイッチを速いペースでオンにしたりオフにしたりすることによって制御される。スイッチがオフ期間に比べて長い間オンになっているほど、多くの電力が負荷に供給される。ＰＷＭの切換え頻度は、負荷に影響を及ぼすより、すなわちデバイスが電力を消費するよりも遥かに速くなければならない。通常の間隔、すなわち時間の「区切り」に対する「オン」時間の比は、デューティサイクルという用語で説明される。低デューティサイクルは、ほとんどの時間電力がオフであるので、低電力に対応する。デューティサイクルはパーセントで表され、１００％が完全にオンの状態である。ＰＷＭ技術の利点は、切換えデバイスにおける電力損失が非常に少ないことである。スイッチがオフである時、電流は無いに等しく、オンである時、スイッチ全体で電圧降下は無いに等しい。したがって電圧と電流との積である電力損失は、いずれの場合もゼロに近い。
【００１９】
この図にはまた、定電流２０’として切換え回路１２８２から出力する入力電流２０、およびＰＷＭユニット１２８４に入力される制御信号２２も示される。電力管理ユニット１２９（図１Ａに示す）から受け取られる制御信号２２は、バッテリ１３０の充電状態に従って適切な充電電流を生成する、ＰＷＭユニット１２８４の所要デューティサイクルを決定するように構成される。
【００２０】
図１Ｃ〜図１Ｅは、図１Ａに示すシステム１００の送電部品および受電部品の出力を持続時間（ｔ）に沿って示すグラフ図であり、送電器１１２から伝送される原信号電力を示す持続時間（ｔ）に沿った送電器１１２の出力値４１０（Ｖ）（図１Ｃ）、持続時間（ｔ）に沿った送電アンテナ１１４から出力される伝送電力Ｔｘ値４２０（Ｗ）（図１Ｄ）、および受電アンテナ１２２によって受け取られる電力４３０（Ｗ）（図１Ｅ）であり、それらは全て図１Ａに示すものである。
【００２１】
値４１０は、時間（ｔ）にわたり送電器によって生成される信号の振幅（ｖ）を表す。送電アンテナ１１４の伝送電力および受電アンテナ１２２から受け取られる電力は、時間（ｔ）にわたり電力レベル（ｗ）として測定される。この構成において送電器から受け取られる原信号は一定であるため、両者の値も時間にわたり一定である。受電電力レベルＰ’は、ＲＦ送電電力の一部が失われるという事実によって、送電電力レベルＰに対して下方にのみ比例する。
【００２２】
図１Ｆおよび図１Ｇは、時間（ｔ）にわたりＤＣ電力レベル（ｗ）として測定される、整流器から受け取られる整流ＤＣ電力４４０と、時間（ｔ）にわたりＤＣ電流レベル（Ａ）として測定される、整流器から受け取られる整流ＤＣ電流４５０とをそれぞれ示すグラフ図である。図示するように、電力レベルおよび電流レベルはそれぞれ、図１Ｅに示す受電電力レベルと相関関係にある一定値４４０および４５０を有する。
【００２３】
図１Ｈは、電流調整器内の切換えユニットを使用可能にするＰＷＭ信号を示す。（図１Ｂに示す）制御信号２２は、電力管理ユニット１２９から出力され、ＰＷＭユニット１２８４に入力される。時間（ｔ）にわたり電圧（ｖ）として表されるＰＷＭ信号４６０および４６０’は、時点Ｚで変化する期間Ｔ中のデューティサイクルに従って電流調整器の切換えユニットを作動させる。
【００２４】
図１Ｉは、それぞれＰＷＭ信号４６０および４６０’のデューティサイクルに対する、時点Ｚの前後で時間（ｔ）にわたり電流調整器から受け取られる定電流（Ａ）レベル４７０および４７０’を図示する。この図はさらに、定電流の値が切換えユニットおよびＰＷＭの動作によって著しく減少するためにこのプロセス中に生じるエネルギ損失を示す。電力損失は、１Ｇと１Ｉとの差分である。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂは、エネルギ損失の防止を可能にするように構成され使用できるＰＷＭユニット２３０を有する送電ユニット２１０と、充電すべきバッテリ１３０に機能的に接続された受電およびハーベスティングユニット２２０とを備える無線充電システム２００および２００’の略図である。あるいは、ハーベスティングユニット２２０は負荷（不図示）に接続されてよく、システム２００は、センサ２５０（図２Ａ）として実現される充電追跡モジュールを備え、システム２００’は、Ｓ１１モニタ２６０として実現される充電追跡モジュールを備える。
【００２６】
本発明の好適な実施形態において、送電ユニット２１０が無線充電デバイス内に実現される。しかし、本発明の例に係る送電ユニット２１０は独立型ユニットであってもよいことが明らかである。送電ユニット２１０は、一端が送電アンテナ２１４に接続され、他端がＰＷＭユニット２３０に接続された送電器２１２を少なくとも含む。ＰＷＭユニットは、この実施形態ではセンサ２５０である充電追跡モジュールから受け取る入力に従ってＰＷＭユニット２３０の動作を制御するように構成されたコントローラ２４０に機能的に接続される。従来技術によるシステムと比べると、ＰＷＭユニットが送電ユニットに配置替えされることによって、受電ユニットのサイズを最小限にすることができ、サイズおよび容積が重要な要素である様々な充電すべきデバイス内に受電ユニットを実現することが可能になる。さらに、ＰＷＭユニット２３０を送電ユニット２１０内に配置すること、およびＰＷＭユニットが送電器２１２の動作を使用可能にするという事実により、センサ２５０から取得されコントローラ２４０によって分析される入力に従って、送電器から受け取られる出力信号を制御することができ、従来技術水準におけるような一定の送電パターンによるエネルギの浪費が回避される。本発明によると、送電アンテナ２１４は、バッテリ１３０の充電プロセスおよび必要な電力レベルに関する入力に従ってＰＷＭユニットが送電器２１２を動作させる場合のみ送電する。したがって本発明は、充電されるデバイス（バッテリおよび／または負荷）によって必要とされる電力に送電器の動作を適合させることにより、エネルギ節約を可能にする。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態において、充電追跡モジュールはセンサであってよい。そのようなセンサの例は、上述した当方のＰＣＴ出願ＷＯ２０１３／１７９２８４号において提供される。そのような場合、センサは、実行されている充電プロセスに関連するインジケーションを提供するために使用できる。詳しくは、センサは、充電プロセスの効率を示すために用いられ、この場合センサはさらに、充電されているデバイスと、充電しているデバイスの制御ユニットとの間で通信するために用いられ得る。いくつかの実施形態において、センサは、センサの近傍における放射強度を測定するように構成され、それによって充電ゾーン内の放射の強度分布を制御することができる。センサは、充電ゾーン内の放射の強度分布を制御することができるように、充電ゾーンから既知の距離に配置される少なくとも１つの感知アンテナを備え得る。
【００２８】
本発明の他のいくつかの実施形態において、充電追跡モジュールは、上記と同一の発明者による当方のＰＣＴ／ＩＬ２０１４／０５０７２９号に詳述するように、反射係数Ｓ１１モニタ２６０である。この変形例において、Ｓ１１モニタ２６０は、送電器２１２および送電アンテナ２１４に接続され、伝送電力と反射電力との比（Ｓ１１値）としてデータを提供する。この値は、読取値に従ってＰＷＭユニット２３０を変調するコントローラ２４０に供給される。
【００２９】
いずれのシナリオでも、充電追跡モジュールは、充電中のデバイスの受電ユニットにおける整流器の動作点の追跡を可能にし、それによってコントローラは、無線充電デバイスにおける送電ユニットの送電器を変調する。このように、システムは全体として、ＲＦ電力の「スマートな」伝送およびエネルギの節約を可能にし、ＰＷＭユニットの変調の結果、システムは、整流器の動作点を追跡し、ＰＷＭユニットのデューティサイクルを変更することによって充電の状態を最適化することができ、図面を参照して詳述されたように所望の平均電力レベルを得ることができるので、伝送ＲＦエネルギのＤＣへの高い変換効率が維持される。
【００３０】
また、これらの図には、受電アンテナ２２２、インピーダンス整合ユニット２２４、整流器２２６、および電力管理ユニット２２９を備える受電およびハーベスティングユニット２２０も示され、電力管理ユニット２２９は、充電式バッテリ１３０、負荷または充電式デバイス（不図示）の蓄電ユニットのいずれか１つに接続されるように構成され使用できる。そのような構成におけるＰＷＭユニットの使用は、受電ユニットがプロセス中に充電および／または動作のために少ないＤＣ電力しか必要としないにもかかわらず適応型インピーダンス整合ユニットを用いる必要性を除去する。本明細書において提供されるシステムは、整流器から受け取られる平均ＤＣ電力が送電ユニット内のＰＷＭのデューティサイクルに従って決定されることにより、適応型インピーダンス整合の必要なく少ない電力を同じ変換効率で提供するように構成される。よって、この実施形態は、充電中のデバイスにおける費用およびスペースの両方を節約することができる。
【００３１】
図２Ｃ〜図２Ｈは、送電器から伝送される原信号５１０（図２Ｃ)、デューティサイクル５２０および時点Ｚ後のデューティサイクル５２０’に従ってＰＷＭユニットによって使用可能にされる機能伝送信号５３０および５３０’（図２Ｄ）、（ＰＷＭのデューティサイクルが変化する時点Ｚの前後で）送電アンテナ５４０および５４０’から伝送されるそれぞれの電力（図２Ｅ）、デューティサイクルの変化の前後で受電アンテナ５５０および５５０’から受け取られるそれぞれの電力（図２Ｆ）、ＰＷＭのデューティサイクルが変化する前５６０および変化した後５６０’に整流器から受け取られる整流ＤＣ電力（図２Ｇ）、および、時点Ｚの前５７０および時点Ｚの後５７０’に受け取られる定電流（図２Ｈ）のグラフ図である。時点Ｚは、限定はされないがたとえば整流器の動作点に生じる変化によって生じ得る整流器の電力需要の変化や、ＰＷＭユニットの消費電流の変化など、充電システムに生じる変化に応じてＰＷＭユニットのデューティサイクルが変化する時点を示す。詳しくは、図２Ｃは、図２Ａ〜図２Ｂに示す送電ユニットから受け取られる電圧振幅（ｖ）を有する原信号５１０を時間（ｔ）にわたってグラフで示す。原信号は、図２Ｄを参照して示されるようなＰＷＭのデューティサイクルに従って使用可能にされる。ＰＷＭ信号５２０は、時間（ｔ）にわたり送電器出力信号５３０を使用可能にするスイッチとして機能的に作用する。ＰＷＭのデューティサイクル５２０は、新しいデューティサイクル５２０’では「オン」状態の持続期間が「オフ」状態に対して増加するように、すなわち送電器５３０’から受け取られる出力信号における相対的な増加が得られるように、時点Ｚで変化する。図２Ｅ〜図２Ｆはそれぞれ、ＰＷＭユニットのデューティサイクルの変化（Ｚ時点）の前後における、送電アンテナから伝送される伝送電力５４０および５４０’と、受電アンテナから受け取られる受電電力５５０および５５０’とのグラフ図である。図示するように、伝送される電力および受け取られる電力はセグメント化され、送電器を使用可能にするＰＷＭ信号と相関関係にある。
【００３２】
充電プロセスの開始時、いずれも整流器がその最適動作点に達する最適なデューティサイクルが実現されたことを示す、センサ２５０から読み取られる信号、または最適なＳ１１値がＳ１１モニタ２６０から得られた場合のいずれかによって充電プロセスの発生を明示するインジケーションが得られるまで、コントローラ２４０は、ＰＷＭユニットのデューティサイクルの様々な組み合わせを用いてスウィフトを実行し得る。コントローラは、整流器の動作点が変化しない限り、このデューティサイクルを維持する。充電中のデバイスの所要電力における変化が検出されると、整流器の動作点が変化し、コントローラは、整流器の新たな最適動作点に達するまで、送電器を使用可能にするＰＷＭのデューティサイクルを変更する。その目的のためにＰＷＭユニットを使用することにより、その目的のために受電側に電力レベル調整のための能動部品を含むことなく高い変換効率を維持することが可能になり、結果的に、充電中のデバイスにおける省スペースおよび費用削減を可能にする。
【００３３】
上記に加えて、送電器を機能的に使用可能にするためにＰＷＭを用いることによって、デューティサイクルが変化してもピーク値は一定のままであることにより、一定の出力電力レベルを維持すること、および整流器の最適動作範囲内であり続けることができ、同時に、リアルタイムで充電中のデバイスの整流ユニットの所要電力に従って平均電力レベルが増減するようにＤＣレベルを変化させることもできる。
【００３４】
また、セグメントは送電器の状態（使用可能、使用不可能）を反映するので、これらの図に示すセグメント化された電力は、一定のエネルギ伝送に基づく従来技術と比べて本新規システムが提供するエネルギ節約を表す。送電電力レベルが固定されると高い変換電力が維持され、充電電流および総電力に関するシステム要件の調整が、特定の時点でコントローラによって設定された特定のデューティサイクルと相関関係にある平均電力に従って補正されることが強調されるべきである。
【００３５】
図２Ｇ〜図２Ｈは、それぞれ期間Ｔに沿ってＰＷＭユニットのデューティサイクルにおける変化の前後で整流器から受け取られる整流ＤＣ電力５６０および５６０’、およびＰＷＭユニットのデューティサイクルにおける変化の前後で図２Ｃ〜図２Ｄに従って伝送信号に関して図２Ａに示される受電ユニットの整流器から受け取られるＤＣ定電流５７０および５７０’のグラフ図である。両方のグラフは、ＰＷＭのデューティサイクルおよび送電器の使用状態において生じる変化に伴うそれぞれの平均電力レベルおよび充電電流の変化を示す。またこれらのグラフは、伝送される電力が充電されるデバイスのリアルタイム要件に対して調整されることにより、従来技術と比べて本新規システムが可能にするエネルギの節約も示す。
【００３６】
本明細書に記載される実施形態および添付図面の説明は、本発明をより良く理解するという目的を果たすだけのものであり、その範囲を限定するものではないことが明らかである。また、当業者は、本明細書の読了後、添付図面および上述した実施形態に対する調整や補正を行うことができ、それらもまた本発明によって包含されるものであることが明らかである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１−８】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２−５】
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【国際調査報告】
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