(57)【要約】  ワイヤレス電力送信機が、送信アンテナを介して磁場を生成し、ワイヤレス電力受信機の受信アンテナ内に電圧を誘導し、ユニットに電力供給し、かつ/または受信機の電池を充電し得る。送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置が提供される。装置は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数よりも高い第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するように構成された第1のクロックを備える。装置は、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成されたコントローラをさらに備え、第1のクロック周波数は、第2のクロック信号の第2のクロック周波数よりも高い。コントローラは、第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するようにさらに構成される。
2017515424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するように構成された第1のクロックと、
第2のクロック信号に基づいて動作するように構成されたコントローラであって、前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なり、前記コントローラは、前記第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するようにさらに構成される、コントローラと
を備える装置。
【請求項２】
前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数よりも高い請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ワイヤレス電力伝達の電圧と電流との間の位相オフセットを求め、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットに基づいてワイヤレス電力伝達の前記量を測定するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記送信機の送信アンテナにおいて前記電流のゼロ交差を検出するように構成された電流ゼロ交差検出器と、
前記送信アンテナにおいて前記電圧のゼロ交差を検出するように構成された電圧ゼロ交差検出器であって、前記コントローラが、前記第1のクロック信号に基づいて、電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の時間量を測定することによって前記位相オフセットを求めるようにさらに構成される電圧ゼロ交差検出器と
をさらに備える請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記第1のクロック信号の振動数をカウントするように構成されたカウンタをさらに備え、前記コントローラが、前記第1のクロック信号の前記振動数に基づいて、電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の前記時間量を測定するようにさらに構成される請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記電流をフィルタリングするように構成された電流低域フィルタと、
前記電流低域フィルタからフィルタリングした電流を受信し、前記フィルタリングした電流のピーク値を検出するように構成された電流ピーク検出器と、
前記電圧をフィルタリングするように構成された電圧低域フィルタと、
前記電圧低域フィルタからフィルタリングされた電圧を受信し、前記電圧のピーク値を検出するように構成された電圧ピーク検出器であって、前記コントローラが、前記電流の前記ピーク値に基づいて電流についての2乗平均平方根値を求め、前記電圧の前記ピーク値に基づいて電圧についての2乗平均平方根値を求め、電流についての前記2乗平均平方根値および電圧についての前記2乗平均平方根値に基づいて、ワイヤレス電力伝達の前記量および前記送信機のインピーダンスのレベルを測定するようにさらに構成される電圧ピーク検出器と
をさらに備える請求項4に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラが、求めた位相オフセットに基づいて前記送信機の送信アンテナでのインピーダンスを求めるようにさらに構成される請求項4に記載の装置。
【請求項９】
前記第1のクロックが位相ロックループを備え、前記コントローラが、前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記送信機の電力増幅器が安定した出力を生成するための時間量以下の期間でビーコン周波数において前記受信機にビーコン信号を送信するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
前記第1のクロック信号の前記第1のクロック周波数が、誤差公差しきい値が低下するにつれて上昇し、前記第1のクロック信号の前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数が上昇するにつれて上昇する請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための方法であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するステップと、
コントローラによって前記第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するステップであって、前記コントローラが、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なる、ステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数よりも高い請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項12に記載の方法。
【請求項１５】
前記ワイヤレス電力伝達の電圧と電流との間の位相オフセットを求めるステップをさらに含み、ワイヤレス電力伝達の前記量を測定する前記ステップが、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットにさらに基づく請求項12に記載の方法。
【請求項１６】
前記電流のゼロ交差を検出するステップと、
前記電圧のゼロ交差を検出するステップであって、前記電圧と前記電流との間の前記位相オフセットを求める前記ステップが、前記第1のクロック信号に基づいて電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の時間量を測定するステップを含むステップと
をさらに含む請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1のクロック信号の振動数をカウントするステップをさらに含み、電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の前記時間量を測定することが、前記第1のクロック信号の前記振動数に基づく請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正するステップをさらに含む請求項12に記載の方法。
【請求項１９】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するための手段と、
前記第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するための手段であって、前記測定するための手段が、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なる、手段と
を備える装置。
【請求項２０】
前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数よりも高い請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項19に記載の装置。
【請求項２２】
前記ワイヤレス電力伝達の電圧と電流との間の位相オフセットを求めるための手段をさらに備え、前記測定する手段が、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットに基づいてワイヤレス電力伝達の前記量を測定するようにさらに構成される請求項19に記載の装置。
【請求項２３】
前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正するための手段をさらに備える請求項19に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
記載の技術は、一般にはワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力充電システム内の電力およびインピーダンスを測定するためのシステムおよび方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力システムは、電力伝達ユニット(たとえば、充電デバイス)と、充電されるべき1つまたは複数の受電ユニット(たとえば、セルフォン、ラップトップなど)とを含み得る。受電ユニットは、充電された後は電力伝達ユニットから電力を受信することを停止するように構成され得る。しかし、電力伝達ユニットの充電領域内に存在する非準拠物体(non-compliant object)が、電力を無期限に受信し続け得る。非準拠物体は、受信した電力を熱として放散し、損傷または身体障害を引き起こし得るので、この状況は安全上の危険を引き起こす。
【０００３】
電力伝達ユニットは、非準拠物体によって引き起こされるインピーダンスシフトに基づいて非準拠物体の存在を検出するように構成され得る。電力伝達ユニットはまた、受電ユニットに送信された電力の量を受電ユニットによって受信された電力の量と比較することによって非準拠物体を検出し得る。しかし、従来型電力伝達ユニットは、非準拠物体を正確に検出するのに十分な速度および精度で電力およびインピーダンスを測定するようには構成されないことがある。したがって、ワイヤレス電力充電システム内の電力およびインピーダンスを測定するための改良型のシステムおよび方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置が提供される。装置は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数よりも高い第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するように構成された第1のクロックを備える。装置は、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成されたコントローラをさらに備え、第1のクロック周波数は、第2のクロック信号の第2のクロック周波数よりも高い。コントローラは、第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するようにさらに構成される。
【０００５】
ワイヤレス電力伝達を測定するための方法も提供される。方法は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数よりも高い第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成することを含む。方法は、コントローラによって、第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定することをさらに含む。コントローラは、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、第1のクロック周波数は、第2のクロックの第2のクロック周波数よりも高い。
【０００６】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置も提供される。装置は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数よりも高い第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するための手段を備える。装置は、第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するための手段をさらに備える。測定する手段は、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、第1のクロック周波数は、第2のクロックの第2のクロック周波数よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の例示的実施形態による、例示的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】本発明の例示的実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム内で使用され得る例示的構成要素の機能ブロック図である。
【図３】本発明の例示的実施形態による、図2の送信機または受信機内で実装され得る共振回路の概略図である。
【図４】本発明の例示的実施形態による、ワイヤレス電力送信機、ワイヤレス電力受信機、および非準拠物体を含むワイヤレス電力システムを示す図である。
【図５】本発明の例示的実施形態による、図4のワイヤレス電力伝達システム内で使用され得る送信機の機能ブロック図である。
【図６】本発明の例示的実施形態による、図4のワイヤレス電力伝達システム内で使用され得る受信機の機能ブロック図である。
【図７】本発明の例示的実施形態による、図5の送信機を実装する例示的回路の概略図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による、ワイヤレス電力伝達を測定するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図面内に示される様々な特徴は、原寸に比例しないことがある。したがって、様々な特徴の寸法は、恣意的に拡大または縮小され得る。さらに、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示さないことがある。最後に、本明細書および図の全体にわたって、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用され得る。
【０００９】
添付の図面とともに以下に述べる詳細な説明は、本発明のいくつかの実装の説明として意図されるものであり、本発明が実施され得る唯一の実装を表すように意図されるものではない。本説明全体を通して使用される「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、必ずしも他の例示的実施態様よりも好ましい、または有利なものとして解釈されるべきではない。詳細な説明は、開示される実施形態の完全な理解を与えるために特定の詳細を含む。いくつかの例では、いくつかのデバイスがブロック図形式で示される。
【００１０】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気的導体の使用なしに電場、磁場、電磁場、またはその他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すことがある(たとえば、電力が自由空間を通じて伝達され得る)。ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力が、「受信側アンテナ」(または「受信アンテナ」)によって受信され、取り込まれ、または結合され、電力伝達が達成され得る。
【００１１】
図1は、本発明の例示的実施形態による、疎結合ワイヤレス電力システムであり得る例示的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。入力電源102が送信機104に供給され得る。送信機104は、エネルギー伝送を出力し、エネルギー場105(たとえば、磁場)を生成するように構成された送信アンテナ114を含み得る。
【００１２】
受信機108は、(たとえば、誘導結合によって)エネルギー場105に結合し、エネルギー場105からエネルギーを受信する(すなわち、取り込む)ように構成された受信アンテナ118を含み得る。受信機108は、受信したエネルギーに基づいて出力電源110を生成するように構成され得る。送信機104が受信機108にワイヤレス電力伝達を提供し得るエネルギー場105の領域は、結合モード領域と呼ばれることがある。デバイス(図示せず)は出力電源110に動作可能に接続され得、受信した電力を蓄積または消費するように構成され得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、エネルギー場105は、送信機104の「近距離場」に対応し得る。近距離場は、送信アンテナ114から電力を放射する、送信アンテナ114の電流および電荷から生じる強い反応場(reactive field)が存在し得る領域に対応し得る。いくつかのケースでは、近距離場は、送信アンテナ114の約1波長(またはその分数)以内の領域に対応し得る。近距離場内のエネルギー伝達は、近距離場の外側(すなわち遠距離場)のエネルギー伝達よりも効率的であり得る。
【００１４】
例示的一実施形態では、送信機104および受信機108が、受信機108の共振周波数と送信機104の共振周波数とがほぼ同じまたは同様であり得る相互共振関係に従って構成される。この構成では、送信機104と受信機108との間の伝送損失のレベルが最小となり得、受信機108は、非相互共振構成と比較して、より長い距離からエネルギー場105に結合するように構成され得る。したがって、共振結合技法は、様々な距離にわたって、様々な送信機および受信機構成にわたってワイヤレス電力伝達効率の改善を実現し得る。
【００１５】
図2は、本発明の様々な例示的実施形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100内の使用され得る例示的構成要素の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム100は、送信機204および受信機208を含み得る。送信機204および受信機208は、それぞれ図1を参照して上記で説明した送信機104および受信機108として構成され得る。送信機204は、送信アンテナ214に動作可能に接続された送信回路206を含み得る。送信回路206は、発振器222、ドライバ回路224、ならびにフィルタおよび整合回路226を含み得る。
【００１６】
発振器222は、所望の動作周波数、たとえば468.75kHz、6.78MHz、または13.56MHzにおいて発振方形波信号を生成するように構成され得る。発振信号は、周波数制御信号223に応答して調節され得る。ドライバ回路224は、発振器222に動作可能に接続され得る。ドライバ回路224は、発振器222から方形波信号を受信し、正弦波を出力するように構成され得る。ドライバ回路224は、たとえば送信アンテナ214の共振周波数において、送信アンテナ214を駆動するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ドライバ回路224は、スイッチング増幅器、たとえばクラスE増幅器であり得る。フィルタおよび整合回路226は、ドライバ回路224および送信アンテナ214に動作可能に結合され得る。フィルタおよび整合回路226は、高調波または他の望ましくない周波数をフィルタリングし、送信回路206のインピーダンスを送信アンテナ214のインピーダンスと整合するように構成され得る。
【００１７】
送信アンテナ214は、図1を参照して上記で説明した送信アンテナ114として構成され得る。送信機204は、送信アンテナ214を介してエネルギー場205(たとえば、時間変動磁場)を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、送信機204は、前述の送信アンテナ214の共振周波数に対応する周波数においてエネルギー場205を生成するように構成され得る。送信アンテナ214は、電子デバイス(たとえば、受信機208)の負荷を充電し、またはそれに電力供給するのに十分なレベルで電力をワイヤレスに出力するように構成され得る。電力出力は、異なる電力要件を有する異なるデバイスに電力供給し、またはそれを充電するために必要な電力レベルに基づいて、たとえば300ミリワットから20ワット程度であり得る。いくつかの実施形態では、より高いまたは低い電力レベルも供給され得る。
【００１８】
受信機208は、受信回路210に動作可能に接続された受信アンテナ218を含み得る。受信アンテナ218は、図1を参照して上記で説明した受信アンテナ118として構成され得る。いくつかの例示的実施形態では、受信機208は、エネルギー場205(たとえば、時間変動磁場)から電力を受信するように配置され得、受信アンテナ218内で電流を誘導するように構成され得る。前述のように、受信アンテナ218および送信アンテナ214は、効率的なワイヤレス電力伝達を実現し得るほぼ同一の周波数において共振するように構成され得る。受信アンテナ218は、時間変動磁場の交流(AC)信号を誘導するように構成され得る。
【００１９】
受信回路210は、受信アンテナ218に動作可能に接続された整合回路232ならびに整流器およびスイッチング回路234を含み得る。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信アンテナ218のインピーダンスに整合するように構成され得る。整流器およびスイッチング回路234は、整合回路232に動作可能に接続され得る。整流器およびスイッチング回路234は、整合回路232を介して受信アンテナ214によって誘導されたAC信号を受信し、DC電力出力を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、整流器およびスイッチング回路が電池236に動作可能に接続され得、DC電力出力は、電池236を十分に充電し得る。他の実施形態では、DC電力出力は、受信機208に結合され得るデバイス(図示せず)に電力供給し得る。
【００２０】
受信機208は、電池236(すなわち負荷)を選択的に使用不能にするように構成され得る。受信機208は、送信機204から受信した電力の量が電池236を充電するのに十分であるかどうかを判定し、その判定時に電池236を使用可能にするようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、受信機208は、ワイヤレス電力伝達場から受信した電力を、電池236を充電することなく直接的に利用するように構成され得る。
【００２１】
図3は、本発明の例示的実施形態による、図2の送信機204または受信機208内で実装され得る共振回路350の概略図である。共振回路350はアンテナ352を含み得る。いくつかの実施形態では、アンテナ352はコイル(たとえば、誘導コイル)であり得る。他の実施形態では、アンテナ352はRFアンテナであり得る。アンテナ352は、リッツ線で実装され、または低抵抗のために設計されたアンテナストリップとして実装され得る。アンテナ352は、実際の寸法の「巻き」を必要しないことがある。アンテナ352の例示的実装は、「電気的に小型」(たとえば、波長の分数)であり、共振周波数を定義するためにコンデンサを使用することによって使用可能な低周波数において共振するように同調され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、アンテナ352は、「ループ」アンテナまたはコイルとして構成され得る。アンテナ352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理コアを含むように構成され得る。いくつかの実施形態では、アンテナ352は空芯ループアンテナであり得る。この構成では、アンテナ352は、物理コアアンテナ構成と比較して、コアの近傍に配置された外部物理デバイスをより良く許容し得る。空芯構成も、空芯エリア内の他の構成要素の配置のために設けられ得る。さらに、この構成は、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域がより高効率の電力伝達を実現し得る場合、送信アンテナ214(図2)の平面内の受信アンテナ218(図2)の配置を可能にし得る。
【００２３】
前述のように、送信機204と受信機208との間のエネルギーの効率的な伝達が、送信アンテナ214と受信アンテナ218との間の整合またはほぼ整合した共振中に行われ得る。しかし、送信機204と受信機208との間の共振が整合しない構成では、エネルギーはより低い効率レベルで伝達され得る。
【００２４】
アンテナ352の共振周波数は、アンテナ352のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づき得る。インダクタンスはアンテナ352によって生成され得る。キャパシタンスは、所望の共振周波数において共振構造を生み出すためにアンテナ352に追加され得る。例示的一実施形態では、コンデンサ354およびコンデンサ356が共振回路350に追加され得る。共振回路350は、共振周波数の信号358を選択するように構成され得る。共振周波数を維持するために必要であり得るキャパシタンス量は、アンテナ352の直径またはインダクタンス量が増大するにつれて減少し得る。より大きい直径のアンテナ352は、より小さい直径のアンテナ352よりも効率的なエネルギー伝達を実現し得る。他の実施形態は、他の構成要素を使用して形成された異なる共振回路を含み得る。別の非限定的な例として、コンデンサが、アンテナ352の2つの端子間に並列に配置され得る。アンテナ352が送信アンテナ214として構成される一実施形態では、信号358は、アンテナ352の共振周波数にほぼ対応する周波数を与え得る。
【００２５】
図4は、本発明の例示的実施形態による、電力伝達ユニット404(「PTU」)(たとえば、ワイヤレス充電を実現する電力伝達ユニット)、受電ユニット484(「PRU」)(たとえば、ワイヤレスに充電可能なデバイスである受電ユニット)、および非準拠物体486を含むワイヤレス電力システム400を示す。いくつかの実施形態では、PTU404は、図2の送信機204として構成され得、PRU484の各々は、図2の受信機208として構成され得る。PTU404は、エネルギー場(たとえば、図2のエネルギー場205)を生成するように構成され得、PRU484は、PTU404によって生成されたエネルギー場に結合するように構成され得る。いくつかの実施形態では、PTU404は、PTU404の頂部またはPTU404の付近に配置されたPRUを充電するように構成されたワイヤレス充電マット(wireless charging mat)であり得る。
【００２６】
図2を参照して上記で説明したように、PRU484は、PTU404のエネルギー場から受信したエネルギーを電気的エネルギーに変換するように構成され得る。いくつかの実施形態では、PRU484は、セルラーフォン、ポータブル音楽プレーヤ、コンピュータ、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、Bluetooth(登録商標)ヘッドセット)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医用デバイス)などのデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、PRU484は、PRU484からエネルギーを受信するように構成される、充電されるべきデバイスに接続され得る。他の実施形態では、充電されるべきデバイスは、PRU484内に統合され得る。いくつかの実施形態では、PRU484は、PTU404(たとえば、ワイヤレス充電マット)の頂部に配置され得、PTU404から電力を受信し得る。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力システム400は、1つまたは複数の非準拠物体486(または「非準拠デバイス」、「外部物体(foreign object)」、「不正物体(rogue object)」、もしくは「外部デバイス」)を含み得る。非準拠物体486は、損傷したデバイス、現在の仕様に合わせて構築されていないデバイス、またはPTU404によって生成される磁場に結合する任意の他の金属物体(たとえば、貴金属、眼鏡、キーチェーンなど)を含み得る。いくつかの実施形態では、非準拠物体486は、PTU404と通信するように構成されないことがあり、PTU404のシステム制御アルゴリズムに従って機能するように構成されないことがある物体またはデバイスであり得る。この実施形態では、非準拠物体486は、非準拠物体486によって消費される電気エネルギー量をPTU404に通知するように構成されないことがある。
【００２８】
非準拠物体486は、エネルギー場から分離するように構成されないことがある。PTU404が非準拠物体486を検出するように構成されない一構成では、PTU404は、非準拠物体486に電力を無期限に伝達し得る。この構成では、非準拠物体486は、受信した電力を熱として放散し、そのことは、非準拠物体486に対する損傷を引き起こし、火災を引き起こし、PTU404のユーザに危害をもたらし、PTU404を損傷し、または他の安全上の危険を引き起こし得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、PTU404は、PTU404の結合モード領域内に配置された非準拠物体486を検出するように構成され得る。例示的実施形態では、PTU404は、PTU404によって送信されたAC電力の量と、PTU404の送信アンテナにおいて観測されるインピーダンスとを継続的に測定するように構成され得る。送信されたAC電力の量は、PTU404において測定される電圧、電流、および電圧と電流との間の位相オフセットに基づいて求められ得る。非準拠物体486は、PTU404において測定されたインピーダンスのシフトを引き起こし得、PTU404は、インピーダンスのシフトに基づいて非準拠物体486を検出するように構成され得る。
【００３０】
PTU404は、送信された電力の量、PRU484によって受信された電力の量、および失われた電力の量に基づいて非準拠物体486を検出するようにさらに構成され得る。PTU404は、PRU484の各々によって受信された電力の量を示す信号を、PRU484の各々から受信するように構成され得る。PTU404は、PRU484に送信された電力の量と、PRU484によって受信された電力の量との差を求めることによって電力伝達の量を求めるように構成され得る。失われた電力伝達の量は、熱として放散された電力の量と、非準拠物体486によって受信された電力の量とによって引き起こされ得る。PTU404は、熱として放散されると予想される電力の量を、失われた電力伝達の量と比較することによって非準拠物体486を検出するように構成され得るPTU404は、失われた電力の量が電力伝達損失についてのしきい値よりも大きいことに基づいて非準拠物体を検出するように構成され得る。
【００３１】
図5は、本発明の例示的実施形態による、図4のPTU404の機能ブロック図である。PTU404は、送信アンテナ514に動作可能に結合された送信回路506を含み得る。送信アンテナ514は、図2を参照して上記で説明した送信アンテナ214として構成され得る。いくつかの実施形態では、送信アンテナ514はコイル(たとえば、誘導コイル)であり得る。他の実施形態では、送信アンテナ514はRFアンテナであり得る。いくつかの実施形態では、送信アンテナ514は、テーブル、マット、ランプ、または他の静止構成などのより大きい構造に関連付けられ得る。送信アンテナ514は、前述のように以下では「充電領域」と呼ぶ、電磁場または磁場を生成するように構成され得る。例示的一実施形態では、送信アンテナ514は、受信機デバイスを充電し、またはそれに電力供給するのに十分な電力レベルで充電領域内の受信機デバイス(たとえば、PRU484)に電力を送信するように構成され得る。
【００３２】
PTU404の送信回路506は、いくつかの電源(図示せず)を通じて電力を受信し得る。送信回路506は、送信アンテナ514を駆動するように構成された様々な構成要素を含み得る。いくつかの例示的実施形態では、送信回路506は、本明細書に記載の受信機デバイスの存在および構成に基づいてワイヤレス電力の送信を調節するように構成され得る。したがって、送信回路506は、ワイヤレス電力を効率的かつ安全に供給し得る。
【００３３】
送信回路506はコントローラ515を含み得る。いくつかの実施形態では、コントローラ515はマイクロコントローラであり得る。他の実施形態では、コントローラ515は特定用途向け集積回路(ASIC)として実装され得る。コントローラ515は、直接的または間接的に送信回路506の各構成要素に動作可能に接続され得る。コントローラ515は、送信回路506の構成要素の各々から情報を受信し、受信した情報に基づいて計算を実施するようにさらに構成され得る。コントローラ515は、構成要素の動作を調節し得る、構成要素の各々についての制御信号を生成するように構成され得る。したがって、コントローラ515は、コントローラ515によって実施された計算の結果に基づいて電力伝達を調節するように構成され得る。
【００３４】
送信回路506は、コントローラ515に動作可能に接続されたメモリ570を含み得る。メモリ570は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気消去可能プログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ、または不揮発性RAMを含み得る。メモリ570は、コントローラ515によって実施される読取りおよび書込み操作において使用するためにデータを一時的または永続的に記憶するように構成され得る。たとえば、メモリ570は、コントローラ515の計算の結果として生成されたデータを記憶するように構成され得る。したがって、メモリ570は、コントローラ515が経時的なデータの変化に基づいて送信回路506を調節することを可能にする。
【００３５】
送信回路506はまた、コントローラ515に動作可能に接続された低レートクロック565をも含む。低レートクロック565は、変動する負荷および温度条件下で安定であり得るクロック信号566を生成することのできる発振器を含み得る。低レートクロック565のクロック信号566は、コントローラ515の計算、シグナリング、および読取り/書込み操作を同期する際に使用するためにコントローラ515に供給され得る。低レートクロック565は、コントローラ515の動作の適切なタイミングを保証し得る。いくつかの実施形態では、低レートクロック565はコントローラ515内に統合され得る。
【００３６】
送信回路506は、コントローラ515に動作可能に接続された発振器523を含み得る。発振器523は、図2を参照して上記で説明した発振器222として構成され得る。発振器523は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数において発振信号(たとえば、無線周波数(RF)信号)を生成するように構成され得る。いくつかの例示的実施形態では、PTU404の送信回路506は、6.78MHz ISM周波数帯において動作するように構成され得る。コントローラ515は、PRU484の送信段階(またはデューティサイクル)中に発振器523を選択的に使用可能にするように構成され得る。コントローラ515は、発振器523の周波数または位相を調節するようにさらに構成され得、これは、ある周波数から別の周波数に遷移するときには特に、帯域外放射を削減し得る。前述のように、送信回路506は、RF信号を介してある量のRF電力を送信アンテナ514に提供するように構成され得、RF電力は、送信アンテナ514についてのエネルギー(たとえば、磁束)を生成し得る。
【００３７】
送信回路506は、コントローラ515および発振器523に動作可能に接続されたドライバ回路524を含み得る。ドライバ回路524は、図2を参照して上記で説明したドライバ回路224として構成され得る。ドライバ回路524は、前述のように、発振器523から受信したRF信号を駆動するように構成され得る。
【００３８】
送信回路506は、送信アンテナ514に動作可能に接続された低域フィルタ(LPF)508を含み得る。低域フィルタ508は、図2を参照して上記で説明したフィルタおよび整合回路226のフィルタ部分として構成され得る。いくつかの例示的実施形態では、低域フィルタ508は、ドライバ回路524によって生成された電流のアナログ信号および電圧のアナログ信号を受信およびフィルタリングするように構成され得る。いくつかの実施形態では、低域フィルタ508はアナログ信号の移送を変更し得る。低域フィルタ508は、電流と電圧の両方について同量の位相変化を引き起こし、変化を打ち消し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ515は、低域フィルタ508によって引き起こされた位相変化を補償するように構成され得る。低域フィルタ508は、PRU484の自己妨害を防止し得るレベルに高調波放射を低減するように構成され得る。他の例示的実施形態は、特定の周波数を減衰するとともに他の周波数を通すノッチフィルタなどの異なるフィルタトポロジを含み得る。
【００３９】
送信回路506は、低域フィルタ508および送信アンテナ514に動作可能に接続された固定インピーダンス整合回路509を含み得る。整合回路509は、図2を参照して上記で説明したフィルタおよび整合回路226の整合部分として構成され得る。整合回路509は、送信回路506のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ514に整合するように構成され得る。他の例示的実施形態は、送信アンテナ514に対する測定された出力電力やドライバ回路524のDC電流などの測定可能な送信メトリックに基づいて変更され得る適応インピーダンス整合を含み得る。送信回路506は、ディスクリートデバイス、ディスクリート回路、および/または構成要素の一体型アセンブリをさらに備え得る。
【００４０】
例示的一実施形態では、送信回路506は、送信アンテナ514およびコントローラ515に動作可能に接続されたピーク検出器516を含み得る。ピーク検出器516は、低域フィルタ508によって生成された電流および電圧のフィルタリングされた信号を受信し、電流と電圧の両方についてのピーク値を求めるように構成され得る。コントローラ515は、ピーク検出器516から電流および電圧のピーク値を示すアナログ信号を受信し、アナログ-デジタル(A/D)変換器を使用して信号を変換するように構成され得る。コントローラ515は、変換後のピーク値に基づいて線形変換を実施し、電流についての実効(RMS)値および電圧についてのRMS値を求めるように構成され得る。コントローラ515は、ピーク電流および電圧のアナログ信号を継続的に監視し、電流および電圧のRMS値に関するデータをメモリ570内に記憶するように構成され得る。コントローラ515は、電流および電圧のRMS値、ならびに電流と電圧との間の位相オフセットに基づいて、送信アンテナ514によって送信された電力のレベルと、送信アンテナ514でのインピーダンスのレベルとを求めるように構成され得る。コントローラ515は、電力およびインピーダンスのレベルに基づいて発振器523を使用可能または使用不能にするようにさらに構成され得る。したがって、コントローラ515は、経時的に観測された電力およびインピーダンスのレベルに基づいて、PRU484または非準拠デバイス486の存在または欠如を検出するように構成され得る。コントローラ515は、非準拠デバイス486がPTU404の充電領域内に存在するとき、電力伝達を停止するように構成され得る。
【００４１】
例示的一実施形態では、送信回路506は、送信アンテナ514およびコントローラ515に動作可能に接続されたゼロ交差回路517を含み得る。ゼロ交差回路517は、低域フィルタ508によって生成された電流および電圧のフィルタリングされたアナログ信号を受信し、電流および電圧信号がいつゼロを交差するかを求め、ゼロ交差を示す信号を出力するように構成され得る。電流および電圧のゼロ交差間の時間量は、電圧と電流との間の位相オフセットを示し得る。前述のように、送信アンテナ514での電力およびインピーダンスは、電流、電圧、および電流と電圧との間の位相オフセットに基づいて測定され得る。ゼロ交差回路517によって引き起こされる遅延は、電流と電圧の両方に等しく適用され、遅延を打ち消し得る。
【００４２】
例示的一実施形態では、送信回路506は高レートクロック550を含み得る。高レートクロック550は、独立した発振器(たとえば、リング発振器構成内のインバータゲート)、位相ロックループ(PLL)、または周波数ロックループ(FLL)乗算器を備え得る。PLLは、低レートクロック信号566をアップコンバートするように構成され得る。高レートクロック550は、低レートクロック565のクロック信号566の周波数よりも高い周波数(すなわち、レート)において発振する発振クロック信号551を生成するように構成され得る。高レートクロック550が発振器を使用して実装される実施形態では、クロック信号551のレートが、インバータの全伝播遅延に関係付けられ得る。例示的一実施形態では、高レートクロック550によって生成されるクロック信号551の周波数は、誤差についての求められた公差内でドライバ回路524の電圧と電流との間の位相角を求めるのに十分であり得る。
【００４３】
例示的一実施形態では,高レートクロック550の周波数Fが、PTU404とPRU484との間のワイヤレス電力伝達の動作周波数O(すなわち、ドライバ回路524の周波数)、および各象限E内の電力測定値についての所望の誤差公差しきい値(パーセンテージ)に基づいて求められる。位相角φの余弦に基づいてAC電力が測定され得る。しかし、Cos(φ)は非線型関数である。したがって、電力を測定する際の誤差は、誤差がφに比例する約90°で最大となり得る。ワーストケースシナリオを反映して、高レートクロック550の周波数が、以下の式に基づいて求められ得る。
【００４４】
【数１】
2017515424.tif 000003
【００４５】
たとえば、例示的一実施形態では、所望の誤差公差Eは2%であり得、ドライバ回路254の動作周波数Oは6.78MHzであり得る。この例では、周波数Fの高レートクロック550は、所望の誤差公差しきい値2%を達成するために1.356GHzであり得る。上記で示したように、クロック信号551の周波数は、動作周波数が上昇するにつれて、または誤差公差しきい値が低下するにつれて上昇し得る。クロック信号551の周波数は、動作周波数が減少するにつれて、または誤差公差しきい値が上昇するにつれて減少し得る。いくつかの実施形態では、高レートクロック550がコントローラ515内に統合され得る。
【００４６】
例示的一実施形態では、送信回路506は、高レートクロック550、ゼロ交差回路517、およびコントローラ515に動作可能に接続されたカウンタ555を含み得る。いくつかの実施形態では、カウンタ555はダブルバッファ16ビットカウンタを備え得る。カウンタ555は、高レートクロック550のクロック信号551を受信し、クロック信号551の振動数(number of oscillations)をカウントするように構成され得る。カウンタは、コントローラ515にカウンタ値を供給するようにさらに構成され得る。カウンタ値は、コントローラ515によって読み取られるように構成されるレジスタ内に格納され得る。いくつかの実施形態では、カウンタ555はコントローラ515内に統合され得る。カウンタ555は、ゼロ交差回路517から受信した信号に基づいて、クロック信号551をカウントすることを使用可能/使用不能にするように構成され得る。いくつかの実施形態では、ゼロ交差回路517は、電流がゼロに等しいときにカウンタ555を使用可能にし、電圧がゼロに等しいときにカウンタ555を使用不能にする(またはその逆)ように構成され得る。したがって、カウンタ555のカウンタ値は、電流のゼロ交差と電圧のゼロ交差との間の高レートクロック550の振動数に基づく。コントローラ515は、カウンタ555のカウンタ値に基づいて電流と電圧との間の位相オフセットを求めるように構成され得る。したがって、カウンタ555およびゼロ交差回路517は、インピーダンスを求めるために使用され得る電圧と電流との間の位相オフセットをコントローラ515が測定することを可能にする。いくつかの実施形態では、カウンタ555は、コントローラ515内に統合され得る。
【００４７】
高レートクロック550は、低レートクロック565のクロック信号566に基づく測定よりも、PTU404での電力およびインピーダンスを測定する際により高程度の速度および精度を実現し得る。たとえば、低レートクロック565は、高レートクロック550(たとえば1GHz)よりも低速であり得る(たとえば、27.12MHzで動作する)。高レートクロック550(たとえば1GHz)に基づく電力およびインピーダンス測定は、2%誤差公差を達成することができ得、より低いクロック周波数はそのような精度を低下させ得る。
【００４８】
いくつかの実施形態では、コントローラ515はカウンタ555を較正するように構成され得る。コントローラ515は、安定であり得る既知の時間量(たとえば、50ns)にわたってカウンタ555を使用可能にするように構成され得、既知の時間量は、低レートクロック565のクロック信号566に基づく。コントローラ515は、この手順を間隔を置いて反復し(たとえば、1秒に1回)、経時的な高レートクロック550のクロック周波数の変動を求めるように構成され得る。いくつかの例示的実施形態では、送信回路506は、コントローラ515に動作可能に接続された温度センサ560を含み得る。前述のように、高レートクロック550の周波数は、インバータゲートの全伝播遅延に依存し得、インバータゲートの全伝播遅延は、ゲートの温度に依存し得る。温度センサ560は、高レートクロック550の温度を測定し、コントローラ515に温度データを供給するように構成され得る。コントローラ515はメモリ570内に温度情報を記憶し得る。したがって、コントローラ515は、高レートクロック550のクロック速度の変動と、温度の変動とに基づいてカウンタ555を較正するように構成され得る。コントローラ515は、PTU404の任意の他の構成要素に基づいてカウンタ555を較正するようにさらに構成され得る。コントローラ515は、メモリ570内に較正情報を記憶し、経時的なデータに基づいてカウンタ555を較正するようにさらに構成され得る。
【００４９】
前述のように、高レートクロック550は電力およびインピーダンス測定の改善を実現し得る。測定能力の改善は、PTU404の適切な動作点を評価するために有用に利用され得る。高レートクロック550の別の利点は、充電の開始での改善を実現し得ることである。たとえば、いくつかの例示的実施形態では、PTU404は、1ACサイクル(すなわち0.14μs)内で電力測定を実施するように構成され得る。したがって、PTU404のビーコン信号は、より短い持続時間を有し得る。より短いビーコン信号は、PRU484をPTU404付近に配置することによって引き起こされるインピーダンスシフトに基づいてPTU404がPRU484を発見する時間を改善し得る。したがって、充電のためのPRU484の配置と電力の伝達との間の待ち時間が短縮される。たとえば、短いビーコン信号の時間長は、電力増幅器701が安定した出力を生成するのに必要な時間以下であり得る。したがって、短いビーコンのより短い持続時間が、電力効率の向上を実現し得る。
【００５０】
この構成の別の利点は、交差接続防止の改善である。PRU484がその上に配置されているPTU404以外のPTU404からPRU484が電力を受信するときに交差接続が生じ得、それによって非効率的な電力使用が引き起こされ得る。PTU404は、PRU484によって引き起こされるインピーダンスシフトに基づいて、電力を受信するように配置されたPRU484を検出するように構成され得る。したがって、PTU404でのインピーダンス測定精度の改善は、PRU484検出を改善し、交差接続を防止し得る。
【００５１】
この構成の別の利点は、電力共有実装の改善である。前述のように、PTU404は、複数のPRU484を充電するように構成され得る。しかし、いくつかの例では、すべてのPRU484の定格電力の総和が、PTU404が送信するように構成される電力の量を超過し得、それによってPTU404が故障し、充電が停止し得る。したがって、PTU404の送信アンテナ514において正確に電力を測定する能力の改善は、PTU404が電力伝達の量を管理し、障害を防止することを可能にし得る。
【００５２】
図6は、本発明の例示的実施形態による、(図4などの)PRU484の機能ブロック図である。PRU484は、受信アンテナ618、受信回路610、および負荷650を含み得る。受信アンテナ618は受信回路610に動作可能に接続される。受信アンテナ618は、図2を参照して上記で説明した受信アンテナ218として構成され得る。いくつかの実施形態では、受信アンテナ618は、前述のように、PTU404の共振周波数と同様の周波数において、または指定された周波数の範囲内で共振するように同調され得る。受信アンテナ618は、前述のように、PTU404によって生成された磁場に結合し、受信したエネルギー量を受信回路610に供給して負荷650に電力供給し、または負荷650を充電するように構成され得る。
【００５３】
受信回路610は、受信アンテナ618および負荷650に動作可能に結合され得る。受信回路は、図2を参照して上記で説明した受信回路210として構成され得る。受信回路610は、受信アンテナ618のインピーダンスと整合するように構成され得、それによってワイヤレス電力の効率的な受信が実現され得る。受信回路610は、受信アンテナ618から受信したエネルギーに基づいて電力を生成するように構成され得る。受信回路610は、生成した電力を負荷650に供給するように構成され得る。PTU484は、PTU404から受信した電力の量を示す信号をPTU404に送信するように構成され得る。
【００５４】
受信回路610は、以下で説明するPRU484のプロセスを調整するように構成されたプロセッサシグナリングコントローラ616を含み得る。受信回路610は、電力伝達効率を改善するために受信アンテナ618に対するインピーダンス整合を実現するように構成され得る。
【００５５】
受信回路610は、負荷650による使用のために、受信したRFエネルギー源を充電電力に変換するための電力変換回路606を含み得る。電力変換回路606は、受信アンテナ618において受信されたRFエネルギー信号を、出力電圧を有する非交流電力に整流するように構成されたRF-DC変換器620を含み得る。RF-DC変換器620は、部分整流器または全整流器、調整器、ブリッジ、ダブラ(doubler)、線形またはスイッチング変換器などを備え得る。電力変換回路606はまた、整流後RFエネルギー信号を、負荷650と適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換するように構成されたDC-DC変換器622(または他の電力調整器)をも含み得る。
【００５６】
受信回路610は、電力変換回路606に受信アンテナ618を接続し、または電力変換回路606から受信アンテナ618を切断するように構成されたスイッチング回路612を含み得る。電力変換回路606から受信アンテナ618を切断することは、負荷650の充電を中断し、かつ/またはPTU404から「見える」「負荷」650を変更し得る。
【００５７】
負荷650は、受信回路610に動作可能に接続され得る。負荷は、図2を参照して上記で説明した電池236として構成され得る。いくつかの実施形態では、負荷650は受信回路610の外部であり得る。他の実施形態では、負荷650は受信回路610内に統合され得る。
【００５８】
図7は、本発明の例示的実施形態による、図5を参照して上記で説明したPTU404の概略図を示す。PTU404は、図5を参照して上記で説明したコントローラ515、カウンタ555、高レートクロック550、および送信アンテナ514を含み得る。
【００５９】
PTU404はまた、送信アンテナ514に動作可能に接続され、送信アンテナ514に電力供給するように構成された電力増幅器701をも含み得る。PTU404はまた、電力増幅器701および送信アンテナ514に動作可能に接続された電流検出素子702をも含み得る。PTU404はまた、電流検出素子702に動作可能に接続された電流低域フィルタ711をも含み得る。電流低域フィルタ711は、AC電流を示すフィルタリングされた信号を出力するように構成され得る。PTU404はまた、送信アンテナ514に動作可能に接続された電圧低域フィルタ712をも含み得る。電圧低域フィルタ712は、AC電圧を示すフィルタリングされた信号を出力するように構成され得る。低域フィルタ711、712は、その入力信号の位相を変更し得る。しかし、電流と電圧の両方についての位相の変化はほぼ同等であり得、したがって互いに打ち消し合う。コントローラ515はまた、低域フィルタ711、712によって引き起こされた位相変化に基づいてカウンタ555を較正し得る。
【００６０】
PTU404はまた、電流低域フィルタ711の出力に動作可能に接続された電流ピーク検出器721をも含み得る。電流ピーク検出器721は、電流のピーク値を検出するように構成され得る。PTU404はまた、電圧低域フィルタ712に動作可能に接続され、電圧のピーク値を検出するように構成された電圧ピーク検出器722をも含み得る。ピーク検出器721、722は、ピークAC電流および電圧のサイズに比例するアナログ信号をコントローラ515のアナログ/デジタル(A/D)変換器に供給し得る。いくつかの実施形態では、A/D変換器は8ビットA/D変換器であり得る。コントローラ515は、ピーク検出器721、722に動作可能に接続され得、ピーク検出器721、722を制御するように構成され得る。
【００６１】
PTU404はまた、電流低域フィルタ711に動作可能に接続された電流ゼロ交差検出器731をも含み得る。電流ゼロ交差検出器731は、電流の正弦波のゼロ交差を検出し、ゼロ交差を示す信号を生成するように構成され得る。PTU404はまた、電圧低域フィルタ712に動作可能に接続された電圧ゼロ交差検出器732をも含み得る。電圧ゼロ交差検出器732は、電流の正弦波のゼロ交差を検出するように構成され得る。
【００６２】
PTU404はまた、高レートクロック550をも含み得る。図5を参照して上記で説明したように、高レートクロック550は、独立した発振器、PLL、またはFLLを備え得る。いくつかの例示的実施形態では、高レートクロック550は、NORゲートの全遅延が約1nsであるとき、約1GHzのクロック信号を生成し得る。
【００６３】
PTU404は、高レートクロック550、電流ゼロ交差検出器、および電圧ゼロ交差検出器に動作可能に接続されたカウンタ555を含み得る。いくつかの実施形態では、カウンタ555はダブルバッファ16ビットカウンタであり得る。カウンタ555は、高レートクロック信号551の振動数を示すカウンタ値をレジスタに書き込むように構成され得る。レジスタは、カウンタが使用不能にされる(すなわち、停止する)と、コントローラ515によって読み取られ得、カウンタ値がリセットされ得る。コントローラ515は、カウンタ値に基づいて電流と電圧との間の位相オフセットを求めるように構成され得る。コントローラは、カウンタ値に基づいて、電流が電圧に先行するか、それとも電圧が電流に先行するかを判定するようにさらに構成され得る。
【００６４】
PTU404はまた、電流ゼロ交差検出器731の出力と、コントローラ515の出力とを入力として受信するように構成されたANDゲート741をも含み得る。PTU414はまた、電圧ゼロ交差検出器732の出力と、コントローラ515の出力とを入力として受信するように構成されたANDゲート742をも含み得る。コントローラ515は、ゼロ交差検出器731、732がANDゲート741、742へのその出力に基づいてカウンタ555を使用可能および使用不能にすることを許可または禁止するように構成され得る。コントローラ515は、較正操作を実施しているときにANDゲート741、742を使用不能にし得る。
【００６５】
PTU404はまた、ANDゲート741の出力と、コントローラ515の出力とを入力として受信するORゲート743をも含み得る。ORゲート743の出力は、カウンタ555を使用可能にするように構成され得る。コントローラ515は、電流ゼロ交差検出器731とは独立にカウンタ555を使用可能にするように構成され得る。PTU404はまた、ANDゲート742の出力と、コントローラ515の出力とを入力として受信するように構成されたORゲート744をも含み得る。ORゲート744の出力は、電圧ゼロ交差検出器732とは独立にカウンタ555を使用不能にするように構成され得る。したがって、コントローラ515は、カウンタ555が本明細書に記載の較正操作を実施することを可能または禁止し得る。
【００６６】
さらに、図7の構成は、PTU404をASICとして実装することを可能にする。そのようなASICは、ディスクリート構成要素として低域フィルタ711、712内のデカップリングコンデンサのみを備え得る。
【００６７】
図8は、本発明の例示的実施形態による、ワイヤレス電力伝達を測定するための方法の流れ図800である。ブロック810では、方法は、ワイヤレス電力伝達の動作周波数よりも高い第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成し得る。
【００６８】
ブロック820は、方法は、第1のクロック信号に基づいてワイヤレス電力伝達の量をコントローラによって測定し得、コントローラは、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、第1のクロック周波数は、第2のクロックの第2のクロック周波数よりも高い。
【００６９】
前述の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の、動作を実施することのできる任意の適切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のできる対応する機能的手段によって実施され得る。たとえば、制御電圧に応答して電流を選択的に可能にするための手段が、第1のトランジスタを備え得る。さらに、開回路を選択的に提供するための手段を備える、制御電圧の量を限定するための手段が、第2のトランジスタを備え得る。
【００７０】
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００７１】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組合せとして実装され得る。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、様々な例示的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、上記ではその機能に関して一般的に説明された。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、それともソフトウェアとして実装されるかは、特定の応用例およびシステム全体に対して課される設計制限に依存する。記載の機能は、特定の応用例ごとに様々な方式で実装され得るが、そのような実装決定が、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ることはできない。
【００７２】
本明細書で開示される実施形態とともに説明される様々な例示的ブロック、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、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書で説明される機能を実施するために設計されるそれらの任意の組合せで実装または実施され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替実施形態では、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の組合せ、複数のマイクロプロセッサ、1つまたは複数のマイクロプロセッサとDSPコア、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００７３】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、ハードウェアとして直接的に、プロセッサによって実行可能なソフトウェアモジュールとして、あるいは両者の組合せとして実施され得る。ソフトウェアとして実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶され、または送信され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気プログラマブルROM(EPROM)、電気消去可能プログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、取外し可能ディスク、CD-ROM、または当技術分野で周知の任意の他の形態の記憶媒体内に常駐し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込み得るようにプロセッサに結合される。代替実施形態では、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。本明細書では、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタルバーサタイルディスク(disc)(DVD)、フロッピィ(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイ(登録商標)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現し、一方、ディスク(disc)は通常、データをレーザで光学的に再現する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれ得る。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に常駐し得る。ASICはユーザ端末内に常駐し得る。代替実施形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内にディスクリート構成要素として常駐し得る。
【００７４】
本開示を要約するために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規な特徴が本明細書で説明された。必ずしもすべてのそのような利点が本発明の何らかの特定の実施形態に従って達成され得るわけではない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る1つの利点または利点のグループを、本明細書で教示または示唆され得る他の利点を必ずしも達成することなく達成または最適化する方式で実施または遂行され得る。
【００７５】
上記の記載の実施形態の様々な修正が直ちに明らかとなり、本明細書で定義される一般的原理は、本発明の精神または範囲から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、本明細書で示される実施形態に限定されないものとし、本明細書で開示される原理および新規な特徴に適合する最も広い範囲が与えられるべきである。
【符号の説明】
【００７６】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電源
104  送信機
108  受信機
110  出力電源
114  送信アンテナ
118  受信アンテナ
204  送信機
206  送信回路
208  受信機
210  受信回路
214  送信アンテナ
218  受信アンテナ
222  発振器
224  ドライバ回路
226  フィルタおよび整合回路
232  整合回路
234  整流器およびスイッチング回路
236  電池
350  共振回路
352  アンテナ
354  コンデンサ
356  コンデンサ
400  ワイヤレス電力システム
404  電力伝達ユニット
484  受電ユニット
486  非準拠物体
506  送信回路
508  低域フィルタ
509  固定インピーダンス整合回路
514  送信アンテナ
515  コントローラ
516  ピーク検出器
517  ゼロ交差回路
523  発振器
524  ドライバ回路
550  高レートクロック
555  カウンタ
560  温度センサ
565  低レートクロック
570  メモリ
606  電力変換回路
610  受信回路
616  プロセッサシグナリングコントローラ
618  受信アンテナ
620  RF-DC変換器
622  DC-DC変換器
650  負荷
701  電力増幅器
702  電流検出素子
711  電流低域フィルタ
712  電圧低域フィルタ
721  電流ピーク検出器
731  電流ゼロ交差検出器
732  電圧ゼロ交差検出器
741  ANDゲート
742  ANDゲート
743  ORゲート
744  ORゲート
【図１】
2017515424.tif 000004
【図２】
2017515424.tif 000005
【図３】
2017515424.tif 000006
【図４】
2017515424.tif 000007
【図５】
2017515424.tif 000008
【図６】
2017515424.tif 000009
【図７】
2017515424.tif 000010
【図８】
2017515424.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月8日(2016.11.8)
【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】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するように構成された第1のクロックであって、電流ゼロ交差検出器が、前記送信機の送信アンテナでの前記ワイヤレス電力伝達の電流のゼロ交差を検出するように構成される、第1のクロックと、
前記ワイヤレス電力伝達の前記送信アンテナでの電圧のゼロ交差を検出するように構成された電圧ゼロ交差検出器と、
第2のクロック信号に基づいて動作するように構成されたコントローラであって、前記第1のクロック周波数が、前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なり、前記コントローラは、前記第1のクロック信号に基づいて電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の時間量を測定することによって前記ワイヤレス電力伝達の前記電圧と前記電流との間の位相オフセットを求め、前記第1のクロック信号、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットに基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するようにさらに構成される、コントローラと
を備える装置。
【請求項２】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1のクロック信号の振動数をカウントするように構成されたカウンタをさらに備え、前記コントローラが、前記第1のクロック信号の前記振動数に基づいて、電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の前記時間量を測定するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記電流をフィルタリングするように構成された電流低域フィルタと、
前記電流低域フィルタからフィルタリングした電流を受信し、前記フィルタリングした電流のピーク値を検出するように構成された電流ピーク検出器と、
前記電圧をフィルタリングするように構成された電圧低域フィルタと、
前記電圧低域フィルタからフィルタリングされた電圧を受信し、前記電圧のピーク値を検出するように構成された電圧ピーク検出器であって、前記コントローラが、前記電流の前記ピーク値に基づいて電流についての2乗平均平方根値を求め、前記電圧の前記ピーク値に基づいて電圧についての2乗平均平方根値を求め、電流についての前記2乗平均平方根値および電圧についての前記2乗平均平方根値に基づいて、ワイヤレス電力伝達の前記量および前記送信機のインピーダンスのレベルを測定するようにさらに構成される、電圧ピーク検出器と
をさらに備える請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、求めた位相オフセットに基づいて前記送信機の送信アンテナでのインピーダンスを求めるようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記第1のクロックが位相ロックループを備え、前記コントローラが、前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラが、前記送信機の電力増幅器が安定した出力を生成するための時間量以下の期間でビーコン周波数において前記受信機にビーコン信号を送信するようにさらに構成される請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記第1のクロック信号の前記第1のクロック周波数が、誤差公差しきい値が低下するにつれて上昇し、前記第1のクロック信号の前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数が上昇するにつれて低下する請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記第1のクロック周波数が前記第2のクロック周波数よりも高い請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための方法であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するステップと、
前記ワイヤレス電力伝達の電圧と電流との間の位相オフセットを求めるステップであって、前記位相オフセットを求めるステップが、
前記電流のゼロ交差を検出するステップと、
前記電圧のゼロ交差を検出するステップであって、前記電圧と前記電流との間の前記位相オフセットを求めるステップが、前記第1のクロック信号に基づいて電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の時間量を測定するステップを含む、ステップとを含む、ステップと、
前記第1のクロック信号、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットに基づいてワイヤレス電力伝達の量をコントローラによって測定するステップであって、前記コントローラが、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、前記第1のクロック周波数が前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なる、ステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記第1のクロック信号の振動数をカウントするステップをさらに含み、電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の前記時間量を測定することが、前記第1のクロック信号の前記振動数に基づく請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正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１４】
前記第1のクロック周波数が前記第2のクロック周波数よりも高い請求項10に記載の方法。
【請求項１５】
送信機と受信機との間の動作周波数でのワイヤレス電力伝達を測定するための装置であって、
第1のクロック周波数において第1のクロック信号を生成するための手段と、
前記ワイヤレス電力伝達の電圧と電流との間の位相オフセットを求めるための手段であって、前記位相オフセットを求めるための手段が、
前記電流のゼロ交差を検出するための手段と、
前記電圧のゼロ交差を検出するための手段と、
前記第1のクロック信号に基づいて電流の前記ゼロ交差と電圧の前記ゼロ交差との間の時間量を測定し、前記電圧と前記電流との間の前記位相オフセットを求めるための手段とを備える、手段と、
前記第1のクロック信号、前記電圧、前記電流、および前記位相オフセットに基づいてワイヤレス電力伝達の量を測定するための手段であって、前記測定するための手段が、第2のクロック信号に基づいて動作するように構成され、前記第1のクロック周波数が前記第2のクロック信号の第2のクロック周波数とは異なる、手段と
を備える装置。
【請求項１６】
前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数に基づいて誤差公差しきい値を達成するように選択され、前記第1のクロック周波数が、前記ワイヤレス電力伝達の前記動作周波数よりも高い請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
前記第2のクロック信号に基づいて前記第1のクロック信号を較正するための手段をさらに備える請求項15に記載の装置。
【請求項１８】
前記第1のクロック周波数が前記第2のクロック周波数よりも高い請求項15に記載の装置。
【国際調査報告】
2017515424.tif 000012
2017515424.tif 000013