(57)【要約】  無線電力伝送システムは、受電器と、誘導電力信号を用いてこれに電力を供給する送電器とを含む。送電器は可変共振周波数を持ち誘導電力信号を生成する可変共振回路２０１を有する。ドライバ２０３は駆動信号を生成し、負荷変調受信器３０３は誘導電力信号の負荷変調を復調する。アダプタ３０５は動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させ、具体的には動作周波数と共振周波数が実質的に同じになるように制御するように構成される。動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する。本発明は改良された通信を可能にし、特に相互変調歪みを低減し得る。
2017528106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器であって、
駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と、
前記可変共振回路に対する前記駆動信号を生成するためのドライバであって、前記駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応がさらに前記復調品質尺度に応答する、アダプタと
を有する、送電器。
【請求項２】
前記復調品質尺度が、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する前記可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項３】
前記復調品質尺度がデータ復調エラーレートを有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項４】
前記アダプタが閾値を超える前記データ復調エラーレートの検出に応答して前記動作周波数と前記共振周波数を変えるように構成される、請求項３に記載の送電器。
【請求項５】
前記アダプタがさらに前記受電器への電力伝送の特性である電力伝送特性を決定するように構成され、前記アダプタが前記電力伝送特性に応答して前記動作周波数と前記共振周波数を適応させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項６】
前記電力伝送特性が電力信号に対する電力レベル及び電力伝送効率尺度の少なくとも一つを反映する、請求項５に記載の送電器。
【請求項７】
前記受電器から受信される電力要求に応答して前記駆動信号のデューティサイクルを適応させるための電力コントローラをさらに有する、請求項５又は６に記載の送電器。
【請求項８】
前記アダプタが最大電力伝送効率周波数から逸脱するように前記動作周波数と前記共振周波数を適応させるように構成される、請求項１、５又は６に記載の送電器。
【請求項９】
前記アダプタが、前記共振周波数と前記動作周波数の間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して前記共振周波数と前記動作周波数を適応させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１０】
前記アダプタが、前記復調品質尺度に応答して前記動作周波数と前記共振周波数のジョイント適応を実行するように構成され、当該ジョイント適応は前記動作周波数と前記共振周波数の間で固定関係を維持する、請求項１に記載の送電器。
【請求項１１】
前記アダプタが前記共振周波数と前記動作周波数を実質的に等しくなるように適応させるように構成される、請求項１又は１０に記載の送電器。
【請求項１２】
前記送電器が基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１３】
前記共振回路が容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスを有し、前記送電器が、前記駆動信号の少なくとも一部のサイクルの部分時間間隔にわたって前記容量性インピーダンスと前記誘導性インピーダンスの少なくとも一方について状態変化を遅らせることによって前記共振周波数を制御するための周波数修正回路をさらに有し、当該周波数修正回路は前記部分時間間隔の開始時間と終了時間の少なくとも一方をタイミング信号の遷移へ整合させるように構成され、前記ドライバが前記駆動信号に同期される遷移を持つ前記タイミング信号を生成するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１４】
前記周波数修正回路がスイッチと整流器を有し、前記周波数修正回路が前記開始時間と前記終了時間の一方を前記遷移へ整合させ、前記開始時間と前記終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１５】
誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器の動作方法であって、当該送電器は駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路を有し、当該可変共振回路は可変共振周波数である共振周波数を持つ、方法において、
前記可変共振回路に対する前記駆動信号を生成するステップであって、当該駆動信号が動作周波数を持つ、ステップと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するステップと、
復調品質尺度を生成するステップと、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるステップであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応はさらに前記復調品質尺度に応答する、ステップと
を有する方法。
【請求項１６】
受電器と、誘導電力信号を用いて当該受電器へ無線で電力を供給するように構成される送電器とを含む無線電力伝送システムであって、当該送電器が、
駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と、
前記可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、当該駆動信号が動作周波数を持つ、ドライバと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応がさらに前記復調品質尺度に応答する、アダプタと
を有する、無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記送電器が基準データパターンの表示を前記受電器へ送信するための送信器をさらに有し、前記受電器が前記基準データパターンの表示によって示される基準データパターンで前記電力信号を負荷変調するように構成され、前記送電器が前記基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成される、請求項１６に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１８】
前記受電器が基準データパターンで前記電力信号を負荷変調するように構成され、前記送電器が前記基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成され、前記受電器が前記送電器から受信されるタイミング信号に対して前記基準データパターンによって前記電力信号を負荷変調するタイミングを決定するように構成される、請求項１６に記載の無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電力伝送に関し、特に、限定されないが、Ｑｉ規格対応の素子を用いて誘導電力伝送を提供する送電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用されているポータブルデバイス及びモバイルデバイスの数と種類はこの１０年で爆発的に増加した。例えば、携帯電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用は当たり前になっている。こうしたデバイスは一般的に内蔵バッテリによって給電され、典型的な使用シナリオはバッテリの充電若しくは外部電源からのデバイスの直接配線給電を要することが多い。
【０００３】
ほとんどの今日のシステムは外部電源から給電されるために配線及び／又は明示的な電気接点を要する。しかしながら、これは非実用的な傾向があり、ユーザがコネクタを物理的に挿入するか若しくはそうでなければ物理的電気接点を確立することを要する。これはまた、ワイヤの長さを導入することによりユーザにとって不都合な傾向もある。典型的には、電力要求も著しく異なり、現在ほとんどのデバイスはその専用電源を備え、典型的なユーザは各電源が特定デバイス専用である多数の異なる電源を持つことになる。内蔵バッテリの使用は使用中に電源への配線接続の必要性を防止し得るが、これはバッテリが充電（若しくは費用のかかる交換）を必要とすることになるので部分的な解決法を提供するに過ぎない。バッテリの使用はデバイスの重量を、潜在的にコストとサイズを大幅に増す可能性もある。
【０００４】
著しく改善されたユーザ経験を提供するために、電力が送電デバイス内の送電コイルから個々のデバイス内の受電コイルへ誘導伝送される無線電源を使用することが提案されている。
【０００５】
磁気誘導を介した送電は、一次送電コイルと二次受電コイルの間に密結合を持つ変圧器において主に適用される、周知の概念である。一次送電コイルと二次受電コイルを二つのデバイス間に分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいてこれらのデバイス間の無線電力伝送が可能になる。
【０００６】
こうした構成はいかなる配線若しくは物理的電気接続が作られることも要することなくデバイスへの無線電力伝送を可能にする。実際、これはデバイスが充電されるか若しくは外部から給電されるために送電コイルに隣接して、若しくはその上に置かれることを容易く可能にし得る。例えば、送電デバイスは水平面を備えることができ、その上にデバイスが給電されるために容易く置かれることができる。
【０００７】
さらに、こうした無線電力伝送装置は送電デバイスが様々な受電デバイスと使用されることができるように都合よく設計され得る。特に、Ｑｉ規格として知られる無線電力伝送規格が規定されており、現在さらに開発が進んでいる。この規格はＱｉ規格に適合する送電デバイスが同様にＱｉ規格に適合する受電デバイスと使用されることを、これらが同じ製造業者のものであるか若しくは相互に専用品である必要なしに可能にする。Ｑｉ規格はさらに（例えば特定電力ドレインに依存して）動作を特定受電デバイスに適応させるための何らかの機能を含む。
【０００８】
Ｑｉ規格はワイヤレスパワーコンソーシアムによって策定され、詳細は例えばそのウェブサイト：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見られ、ここで特に既定の規格文書が見られる。
【０００９】
Ｑｉ無線電力規格は送電器が受電器へ保証電力を供給することができなければならないと記述する。必要な特定電力レベルは受電器の設計によって決まる。保証電力を指定するために、条件の各々に対する保証電力レベルを記述するテスト受電器及び負荷条件のセットが定義される。
【００１０】
例えばＱｉなどの多くの無線電力伝送システムは、受電器から送電器への通信をサポートし、それによって、送電器が特定の受電器に適応することを可能にし得る情報を受電器が提供することを可能にする。
【００１１】
多くのシステムにおいて、かかる通信は電力伝送信号の負荷変調によって実現される。特に、通信は受電器が負荷変調を実行することによって達成され、受電器によって二次受電コイルに印加される負荷は電力信号の変調をもたらすように変更される。得られる電気特性の変化（例えば電流引き込みの変動）は送電器によって検出され、デコード（復調）され得る。
【００１２】
従って、物理層において、受電器から送電器への通信チャネルはデータキャリアとして電力信号を使用する。受電器は負荷を変調し、これは送電コイル電流若しくは電圧の振幅及び／又は位相の変化によって検出される。
【００１３】
Ｑｉにおける負荷変調のアプリケーションのさらなる情報は例えばＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）パート１チャプタ６に見られる。
【００１４】
負荷変調のために、送電インダクタから生成される電力伝送信号は従って、受電器において電力伝送信号の負荷の変化によって導入される負荷変調に対するキャリア信号として使用される。改良された電力伝送性能を提供するためには、通信信頼性が可能な限り高くなること、及び具体的にはビット若しくはメッセージエラーレートが最小化されることが当然必要である。しかしながら、負荷変調性能は例えば電力伝送信号の周波数、負荷変調の異なる負荷に対する固有負荷値などを含む、多くの異なる動作特性とパラメータに依存する。
【００１５】
従って、負荷変調を用いる電力伝送システムにおいて最適通信性能を実現することはしばしば困難になり得る。この態様は、性能がしばしば通信性能と他の動作特性及び性能との間のトレードオフになるため特に重要である。例えば、最適電力伝送性能の要求と最適通信性能の要求との間には矛盾があることが多い。かかる問題は受電器と送電器のインダクタ間の結合の値が低い場合に特に重大になることが多く、従ってこれらの間の距離が増加し得る用途にとって特に重大である。
【００１６】
従って改良された電力伝送アプローチが有利になり得る。特に、改良された動作、改良された電力伝送、柔軟性の増大、実施容易化、動作容易化、改良された通信、通信エラーの削減、改良された電力制御、及び／又は改良された性能を可能にするアプローチが有利であり得る。特に、多くのシナリオにおいて、例えば受電コイルと送電コイル間の距離の増加で生じるような、減少した結合係数における通信を改良することが有利であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和若しくは除去しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器が提供され、送電器は、駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ可変共振回路と；可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための、負荷変調受信器と；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、アダプタとを有する。
【００１９】
本発明は多くの無線電力伝送システムにおいて改良された性能を提供し得、特に負荷変調による改良された通信を提供し得る。多くの実施形態において、改良された電力伝送、特に改良された電力伝送効率は、電力信号の負荷変調に基づく信頼できる通信を依然提供しながら実現され得る。
【００２０】
発明者らは特に、相互変調歪みが負荷変調通信を低下させ得るが、送電器の共振周波数と駆動信号の動作周波数を制御しリンクすることによって効果的に軽減され得ることを認識した。発明者らはさらに、これがしかしながら一部のシナリオにおいて、変調度など、他の通信パラメータを低下させ得ることを認識した。発明者らはさらに、その両方が周波数を収束させようとし、復調品質尺度を考慮する、動作周波数と一次共振周波数の適応によって、これが軽減され得ることを認識した。
【００２１】
本発明は、例えば他の通信特性へのいかなる低下も許容可能な限度内に維持されることを保証しながら、軽減された相互変調歪みを提供し得る。
【００２２】
アダプタは動作周波数と共振周波数に共通する標的状態若しくは定常状態によって動作周波数と共振周波数を収束させ得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、（例えば最低限必要な）動作周波数と共振周波数の収束を維持することを有し得る、又は維持することにあり得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、動作周波数と一次共振周波数を実質的に同一になるよう制御することを有し得る、又は制御することにあり得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、動作周波数と一次共振周波数が閾値未満の差を持つように制御することを有し得る、又は制御することにあり得る。閾値はデータシンボル（典型的にはビット）時間周期の逆数よりも実質的に低くなり得、例えば典型的にはデータシンボル（典型的にはビット）時間周期の逆数の１／１０よりも高くない。多くの実施形態において、閾値は５００Ｈｚ、２００Ｈｚ、１００Ｈｚ、５０Ｈｚ、若しくは１０Ｈｚ未満であり得る。
【００２３】
一部の実施形態において、アダプタは動作周波数と一次共振周波数をそれらの間の固定関係を維持することによって収束させるように適応され得る。関係は具体的には同等性であり得る、すなわちアダプタは動作周波数と一次共振周波数に対して同じ周波数を維持し得る。一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数は単一共通信号によって制御され得る。このように、固定関係、従って収束は、同一共通信号から動作周波数と一次共振周波数を制御することによって実現され得る。
【００２４】
一部の実施形態において、アダプタは動作周波数と一次共振周波数を相互に向かってバイアスすることによって収束させるように構成され得る。
【００２５】
電力信号は受電器へ高電力伝送を提供するための主電力伝送信号でなくてもよい。一部のシナリオにおいて、これは主に負荷変調用の通信キャリアとして使用され得、例えば受電器自体の素子へ、又は負荷変調に使用される負荷のみへ電力を供給するのみであり得る。
【００２６】
受電器はバッテリを充電するため若しくはデバイスに給電するためなど、外部負荷へ電力を供給し得る。
【００２７】
動作周波数と共振周波数の適応は、適応が復調品質尺度に基づく／復調品質尺度を考慮する／復調品質尺度に依存する／復調品質尺度に基づく／復調品質尺度を反映する、及び／又は復調品質尺度の関数であるという意味で、復調品質尺度に応答し得る。適応は、動作周波数と共振周波数が復調品質尺度を反映する／復調品質尺度に依存する／復調品質尺度の関数として決定されるという意味で、復調品質尺度に応答し得る。
【００２８】
負荷変調受信器は、受電器への電力伝送中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。具体的に、負荷変調受信器は電力伝送フェーズ（誘導電力信号によって受電器へ電力が伝送される）中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。多くの実施形態において、復調品質尺度値は０．２Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ以上、若しくはさらに高い可能性がある反復率で生成され得る。一部の実施形態において、復調品質尺度値は電力伝送フェーズ中に実質的に連続的に生成され得る。
【００２９】
同様に、アダプタは受電器への電力伝送中に動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。具体的に、アダプタは電力伝送フェーズ（誘導電力信号によって受電器へ電力が伝送される）中に動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。多くの実施形態において、動作周波数と共振周波数は０．２Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ以上、若しくはさらに高い可能性がある更新レートで適応され得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数の適応は電力伝送フェーズ中に実質的に連続的であり得る。
【００３０】
多くの実施形態において、復調品質尺度は負荷変調を復調するときに負荷変調受信器によって受信されるデータの復調信頼性及び／又はエラー確率を反映し得る。復調品質尺度は具体的にはエラーレート若しくは信号対ノイズ比など、受信データの復調信頼性を反映し得る。負荷変調受信器は受電器から受信されている現在進行中の負荷変調データ送信に対する復調性能尺度を評価することに基づいて復調品質尺度を決定するように構成され得る。
【００３１】
本発明のオプションの特徴によれば、復調品質尺度は、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する。
【００３２】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に動作周波数と一次共振周波数の値を制御するための効率的な尺度を提供し得る。
【００３３】
本発明のオプションの特徴によれば、復調品質尺度はデータ復調エラーレートを有する。
【００３４】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に動作周波数と一次共振周波数の値を制御するための効率的な尺度を提供し得る。
【００３５】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは閾値を超えるデータ復調エラーレートの検出に応答して動作周波数と共振周波数を変更するように構成される。
【００３６】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。例えばシステムは、収束された動作周波数と一次共振周波数が、これが許容不可能なエラーレートをもたらすまで他の特性に応答して制御されることを可能にし得、この場合動作周波数と一次共振周波数は許容可能なエラーレートを再度提供するように変更され得る。
【００３７】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタはさらに受電器への電力伝送の特性である電力伝送特性を決定するように構成され、アダプタは電力伝送特性に応答して動作周波数と共振周波数を適応させるように構成される。
【００３８】
これは特に有利な動作を提供し得る。特に、動作周波数と一次共振周波数の制御は改良された電力伝送と通信を提供するように同時に制御され得る。従って、アプローチは電力伝送最適化と通信信頼性最適化のためのトレードオフ及び相反する選好を制御するための効果的で低複雑性のアプローチを提供し得る。
【００３９】
電力伝送特性は具体的には誘導電力信号の電力レベル若しくは電力伝送信号の効率を示す値など（誘導電力信号の電力と受電器によって抽出される電力との差を反映する）、誘導電力信号の特性であり得る。
【００４０】
本発明のオプションの特徴によれば、電力伝送特性は電力信号に対する電力レベル及び電力伝送効率尺度の少なくとも一つを反映する。
【００４１】
これは特に有利な性能を提供し得、特に通信と電力伝送の考慮及び機能の間で有利なトレードオフと協調を提供し得る。
【００４２】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は受電器からの電力要求受信器に応答して駆動信号のデューティサイクルを適応させるための電力コントローラを有する。
【００４３】
これは動作周波数と一次共振周波数の収束において増加した自由を同時に提供しながら、効率的な電力制御を可能にし得る。
【００４４】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは動作周波数と共振周波数を最大電力伝送効率周波数から逸脱するように適応させるように構成される。
【００４５】
これは改良された性能を提供し得る。特に、アダプタは電力効率を増すように動作周波数と一次共振周波数を適応させるように構成され得るが、復調品質尺度の考慮はこれが最大化されることを防止し得る。特に、発明者らはこれが負荷変調通信の信頼性を低下させ得ることを認識した。
【００４６】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは共振周波数と動作周波数間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して共振周波数と動作周波数を適応させるように構成される。
【００４７】
これは多くのシナリオにおいて有利な性能及び／又は実施容易化を提供し得る。
【００４８】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは復調品質尺度に応答して共振周波数と共振周波数のジョイント適応を実行するように構成され、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数の固定関係を維持する。
【００４９】
これは多くの実施形態において改良された性能を提供し得る。ジョイント適応は動作周波数と一次共振周波数両方に対する周波数値へ直接変換する単一出力を生成し得る。固定関係は同等性であり得る、すなわちジョイント適応は動作周波数と一次共振周波数が常に同一であるようなものであり得る。従って、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数を実質的に同一であるように維持するように構成される。
【００５０】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調及び予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成される。
【００５１】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。
【００５２】
本発明のオプションの特徴によれば、共振回路は容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスを有し、送電器はさらに駆動信号の少なくとも一部のサイクルの部分時間間隔にわたって容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスの少なくとも一つについて状態変化を遅らせることによって共振周波数を制御するための周波数修正回路を有し、周波数修正回路は部分時間間隔の開始時間と終了時間の少なくとも一方をタイミング信号の遷移へ整合させるように構成され、ドライバは駆動信号に同期される遷移を持つタイミング信号を生成するように構成される。
【００５３】
これは多くの無線電力伝送システムにおいて改良された性能を提供し得る。これは異なる受電器への送電器のマッチングを提供するために送電器の促進された及び／又は改良された適応を提供し得る。アプローチは送電器が受電器へ適応することを可能にし得、それによって例えば幅広い受電器とともに送電器が使用されることを可能にする。
【００５４】
アプローチは特に動作周波数と一次共振周波数の間で収束を維持する高効率の方法を提供し得、従って相互変調を軽減し通信を改良し得る。
【００５５】
状態変化を遅らせることは、容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスのみを含む共振回路に対して遅らせることであり得る。容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスは典型的には直列若しくは並列共振構成で結合され得る。状態は具体的にはエネルギー状態であり得、具体的には容量性インピーダンスにかかる電圧及び／又は誘導性インピーダンスを通る電流であり得る。
【００５６】
部分時間間隔は駆動信号の時間周期未満の持続期間を、典型的には駆動信号の時間周期の半分未満である持続期間を持つ。開始時間と終了時間は典型的には（部分時間間隔が存在する）各サイクルのタイムインスタント／イベントに対するタイムインスタントであり得る。例えば、開始時間と終了時間は駆動信号のゼロ交差に対して考慮され得る。
【００５７】
容量性インピーダンスは典型的にはキャパシタであり得、誘導性インピーダンスは典型的にはインダクタであり得る。しかしながら、一部の実施形態において、容量性インピーダンス及び／又は誘導性インピーダンスは例えば抵抗コンポーネントも含み得る（典型的には実在コンポーネントは損失等に対応する抵抗コンポーネントを持つ傾向がある）。
【００５８】
共振周波数は典型的には部分時間間隔の持続期間が長くなるにつれて低減され得る。周波数修正回路は容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスの固有共振周波数（それらが容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスのみから成る共振回路において振動し得る周波数に対応する）を低減させ得る。有効共振周波数は多くの実施形態において、送電器が、例えば部分時間間隔の開始時間及び／又は終了時間を変えることによって、部分時間間隔の持続期間を増加することによって変更され得る。
【００５９】
一部の実施形態において、送電器は部分時間間隔の持続期間を増加することによって共振周波数を低減させるように構成され得る。
【００６０】
タイミング信号は、部分時間間隔タイミングが整合される遷移に加えて、他の遷移を有し得る。かかる他の遷移は多くのシナリオにおいて周波数修正回路によって無視され得る（例えば、周波数修正回路は正のエッジ遷移のみに整合し、負のものを無視するか、又はその逆であり得る）。タイミング信号の遷移は、検出されることができ、それに対してタイミングが決定され得る、タイミング信号の値若しくは特性の任意の変化であり得る。多くの実施形態において、タイミング信号は二値間を遷移するように構成され得、遷移はこれら二値間の遷移であり得るか、又は例えば一方向の遷移のみであり得る。
【００６１】
電力信号は受電器へ高電力伝送を提供するための主電力伝送信号でなくてもよい。一部のシナリオにおいて、これは主に負荷変調用の通信キャリアとして使用され得、例えば受電器自体の素子へ、又は負荷変調に使用される負荷のみへ電力を供給するのみであり得る。
【００６２】
受電器はバッテリを充電するため若しくはデバイスに給電するためなど、外部負荷へ電力を供給し得る。
【００６３】
タイミング信号の遷移との部分時間間隔の開始若しくは終了時間の整合は、多くのシナリオにおいて例えばサイクル時間の１／５０以内の遷移と実質的に一致する開始若しくは終了時間に対応し得る。
【００６４】
送電器は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間のエネルギーフローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【００６５】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に共振周波数の効果的な調節を提供し得る。アプローチは実施を容易化し得る。エネルギーフローは、容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへ向かう間、誘導性インピーダンスから容量性インピーダンスへ向かう間、若しくは、誘導性インピーダンスから容量性インピーダンスであるとき及び容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスであるときの両方で、妨げられ得る。
【００６６】
エネルギーフローを妨げることはエネルギーフローを低減させることといかなるエネルギーフローも完全に防止することの両方を含み得る。
【００６７】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性共振と容量性インピーダンスの間の電流フローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成される。
【００６８】
これは特に効果的な制御を提供し得、実用的な実施を提供し得る。電流フローは正若しくは負の電流フローであり得る。電流フローを妨げることは電流フローを低減させることといかなる電流フローも完全に防止することの両方を含み得る。
【００６９】
本発明のオプションの特徴によれば、周波数修正回路はスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される。
【００７０】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【００７１】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器の動作方法が提供され、送電器は駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路を有し、可変共振回路は可変共振周波数である共振周波数を持ち、方法は、可変共振回路に対する駆動信号を生成するステップであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ステップと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するステップと；復調品質尺度を生成するステップと；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるステップであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、ステップとを有する。
【００７２】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器と受電器を含む無線電力伝送システムが提供され、送電器は、駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と；可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、アダプタとを有する。
【００７３】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は受電器へ基準データパターンの表示を送信するための送信器をさらに有し、受電器は基準データパターンの表示によって示される基準データパターンで電力信号を負荷変調するように構成され、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成される。
【００７４】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。これはさらにより柔軟なアプローチを提供し得る。
【００７５】
本発明のオプションの特徴によれば、受電器は基準データパターンで電力信号を負荷変調するように構成され、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成され、受電器は送電器から受信されるタイミング信号に対して基準データパターンによって電力信号を負荷変調するためのタイミングを決定するように構成される。
【００７６】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。これはさらに送電器と受電器間の同期を容易にし得る。
【００７７】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は下記実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００７８】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。
【図２】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。
【図３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのハーフブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。
【図５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのフルブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。
【図６】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの等価図の一実施例を図示する。
【図７】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図８】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図９】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１０】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１１】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１２】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図１５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１６】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１７】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１８】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１９】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図２０】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２１】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図２２】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
以下の記載はＱｉ規格から知られるような電力伝送アプローチを利用する無線電力伝送システムに適用可能な本発明の実施形態にフォーカスする。しかしながら、本発明はこのアプリケーションに限定されず、多くの他の無線電力伝送システムに適用され得ることが理解される。
【００８１】
図１は本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。電力伝送システムは送電コイル／インダクタ１０３を含む（若しくはそれに結合される）送電器１０１を有する。システムはさらに受電コイル／インダクタ１０７を含む（若しくはそれに結合される）第一受電器１０５を有する。
【００８２】
システムは送電器１０１から第一受電器１０５へ無線誘導電力伝送を供給する。特に、送電器１０１は送電コイル１０３による磁束として伝播される無線誘導電力信号（電力信号、電力伝送信号若しくは誘導電力信号ともよばれる）を生成する。電力信号は典型的には約１００ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの周波数を持ち得る。送電コイル１０３と受電コイル１０７は疎結合であり、従って受電コイル１０７は送電器１０１から電力信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、送電コイル１０３から受電コイル１０７への無線誘導結合を介して送電器１０１から受電器１０５へ電力が伝送される。電力信号という語は主に送電コイル１０３と受電コイル１０７の間の誘導信号／磁場（磁束信号）をあらわすために使用されるが、当然のことながら均等によりこれは送電コイル１０３に供給される、若しくは受電コイル１０７によってピックアップされる電気信号への参照としても考慮され使用され得る。
【００８３】
図２は図１のシステムの特定の実施例のシステムアーキテクチャをより少し詳細に図示する。この実施例において、送電器１０１の出力回路は共振タンク若しくは共振回路２０１を含み、これは送電インダクタ１０３を含む（図２において、送電インダクタ１０３は明確さのため共振回路２０１の外部に示されるが、この一部であるとみなされる）。送電器１０１の共振回路２０１は一次共振回路２０１ともよばれる。共振回路２０１は典型的には直列若しくは並列共振回路であり得、特に送電インダクタ１０３に並列（若しくは直列）結合される共振キャパシタから構成され得る。誘導電力信号は適切な動作周波数（典型的には２０‐２００ｋＨｚ周波数域内）で駆動信号を生成するドライバ２０３から出力共振回路を駆動することによって生成される。このように、可変共振回路／一次共振回路２０１は駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するように構成される。
【００８４】
同様に、受電器１０５の入力回路は共振回路若しくは共振タンク２０５を含み、これは受電インダクタ１０７を含む（図２において、受電インダクタ１０７は明確さのため共振回路２０５の外部に示されるが、この一部であるとみなされる）。受電器１０５の共振回路２０５は二次共振回路２０５ともよばれる。二次共振回路２０５は典型的には直列若しくは並列共振回路であり得、特に受電インダクタ１０７に並列（若しくは直列）結合される共振キャパシタから構成され得る。二次共振回路２０５は、受信した電力伝送信号、すなわち二次共振回路２０５によって供給される誘導信号を、（典型的には当業者に周知の通りＡＣ／ＤＣ変換を実行することによって）外部負荷２０９へ供給される電力へ変換する電力変換器２０７に結合される。典型的に、二つの共振回路２０１，２０５は受電器１０５において十分な信号振幅を得るために互いに近い共振周波数を持つ。
【００８５】
負荷は例えばバッテリであり得、電力供給はバッテリを充電するためであり得る。従って一部の実施形態において、以下の記載はバッテリを無線充電する方法を実施するシナリオにあてはまり得る。別の実施例として、負荷はデバイスであり得、電力供給はデバイスに給電するためであり得る。従って一部の実施形態において、以下の記載はデバイスに無線給電する方法を実施するシナリオに当てはまり得る。
【００８６】
システムにおいて、一次共振回路２０１の共振回路２０１は固定共振回路ではなく、むしろ可変共振周波数である共振周波数を持つ可変共振回路である。従って、共振回路２０１の実効共振周波数は例えば共振回路２０１のインダクタ及び／又はキャパシタのコンポーネント特性を変えることによって変更され得る。
【００８７】
図２のシステムは従って追加機能及び／又は改良された動作を提供するために調節可能／適応可能／可変共振回路を利用する。特に、可変共振回路２０１の使用は共振回路２０１の共振周波数が二次共振回路２０５の共振周波数に対応するように適応されることを可能にし得る。かかる適応は改良された電力伝送を提供し得、特に改良された電力効率を提供し得る。
【００８８】
例えば、一次共振回路２０１の共振周波数は以降一次共振周波数とよばれ、結合がいわゆる共振レジームで動作することを可能にするために、以降二次共振周波数とよばれる二次共振回路２０５の共振周波数と十分に類似するようにセットされ得る。
【００８９】
このモードで動作するとき、システムは低結合係数において、許容可能な効率で動作することができる。送電器は内部損失が最低であるその共振周波数に近い周波数において動作することによってこの効率を実現し得る。低結合係数はかなり大きな位置決め公差を、又はハンドヘルドデバイスの形状とサイズに関してかなり大きな設計自由度を可能にする。従って、共振レジームでの動作は魅力的である。
【００９０】
当然のことながら、一次共振周波数を変更するための任意の適切なアプローチが使用され得る。例えば、共振周波数の変動は共振インダクタ若しくはキャパシタを調節可能にすることを可能にする機能によって実現され得る。
【００９１】
一部の低複雑性実施形態では、可変キャパシタは例えばその各々がスイッチと直列な複数の並列キャパシタによって実施され得る。例えば、各キャパシタが前のキャパシタのキャパシタンスの半分をおおよそ持つ複数のキャパシタが提供され得る。個々のキャパシタをイン若しくはアウトにスイッチすることにより、最大キャパシタのキャパシタンスの二倍に至るまでの任意のキャパシタンスが、最小キャパシタのキャパシタンスに対応する分解能で実現され得る。
【００９２】
当然のことながら可変性は代替的に若しくは付加的に例えばインダクタの一部をイン及びアウトにスイッチすること、又は例えば直列キャパシタを短絡させることなどによって実現され得る。
【００９３】
多くの実施形態において、共振回路２０１の実効共振周波数を適応させるために特に有利なアプローチが使用され得る。アプローチにおいて、インダクタ電流及び／又はインダクタ電圧が共振回路の固有共振の一部のサイクルについて時間周期の一部にわたって制御され得、時間周期の一部の持続期間は回路の実効共振周波数を決定する。アプローチはより詳細に後述される。
【００９４】
図３は図１の送電器１０１の一部の要素例をより詳細に図示する。
【００９５】
図３は実施例では送電コイル１０３と共振キャパシタ３００を有するように示される一次共振回路２０１に結合されるドライバ２０３を図示する。一次共振回路２０１は実施例では共振周波数が変動し得る可変共振回路である。具体的に、一部の実施形態において共振キャパシタ３００は制御可能な可変キャパシタであり得る。
【００９６】
ドライバ２０３は共振キャパシタ３００と送電コイル１０３に印加される変動（典型的にはＡＣ）電圧駆動信号を生成する。他の実施形態において、一次共振回路２０１は直列共振回路であり得、電圧駆動信号はキャパシタとインダクタにわたって印加され得る（それにより送電コイル１０３へ駆動信号も提供する）。一部の実施形態において、ドライバ２０３は送電コイル１０３に直接（若しくは間接的に）結合され得、電圧駆動信号は送電コイル１０３へ供給され得る。
【００９７】
従って、システムにおいて、ドライバ２０３は一次共振回路２０１／送電コイル１０３へ与えられる駆動信号を生成し、送電コイル１０３に受電器１０５へ電力を供給する電力信号を生成させる。ドライバ２０３は可変共振回路２０１に対する駆動信号を生成するように構成される。駆動信号は動作周波数を持つ。
【００９８】
ドライバ２０３は送電コイル１０３へ与えられる電流と電圧を生成する。ドライバ２０３は典型的にはＤＣ電圧から交流信号を生成するインバータの形の駆動回路である。ドライバ２０３の出力は典型的にはスイッチブリッジのスイッチの適切なスイッチングによって駆動信号を生成するスイッチブリッジである。図４はハーフブリッジスイッチブリッジ／インバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。交互にＳ１が閉じられる間にＳ２が開かれ、Ｓ２が閉じられる間にＳ１が開かれる。スイッチは所望の周波数で開閉され、それによって出力において交流信号を生成する。典型的にインバータの出力は共振キャパシタを介して送電コイルへ接続される。図５はフルブリッジスイッチブリッジ／インバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。スイッチＳ３とＳ４は決して同時に閉じられないように制御される。交互にスイッチＳ１とＳ４が閉じられる間にＳ２とＳ３が開かれ、そしてＳ２とＳ３が閉じられる間にＳ１とＳ４が開かれ、それによって出力において方形波信号を生成する。スイッチは所望の周波数で開閉される。
【００９９】
ドライバ２０３は従って所与の動作周波数を持つ駆動信号を生成し、この信号を一次共振回路２０１へ印加する。
【０１００】
ドライバ２０３は電力伝送機能を作動させるための制御機能を有する送電器コントローラ３０１にも結合され、これは特にＱｉ規格に従って適切に送電器１０１を作動させるように構成されるコントローラを有し得る。例えば、送電器コントローラ３０１は、識別及び構成フェーズと電力伝送フェーズを含む、異なるＱｉフェーズを実行するように送電器１０１を制御するように構成され得る。
【０１０１】
実施例において、送電器１０１はドライバ２０３によって駆動される単一送電コイル１０３を有する。従って、無線誘導電力信号は単一送電コイル１０３によって生成される。しかしながら、他の実施形態では、無線誘導電力信号はドライバによって例えば並列に駆動される複数の送電コイルによって生成され得ることが理解される。具体的に、ドライバ２０３の対応する（依存する）出力信号によって駆動されるマルチ送電コイルが無線誘導電力信号を生成するために使用され得る。例えば、二つの受電器に二つの充電ポイントを提供するために二つの送電コイルが異なる位置に位置付けられ得る。二つのコイルはドライバ２０３から同じ出力信号を与えられ得る。これはマルチ充電ポイントをサポートするために改良された無線誘導電力信号／磁場の分布を可能にし得る。
【０１０２】
送電器１０１はさらに受電器１０５からデータメッセージを受信するように構成される復調器３０３の形の負荷変調受信器を有する。具体的に、復調器３０３は受電器１０５から送信される対応するデータを決定するために無線誘導電力信号の負荷変調を復調するように構成される。負荷変調受信器／復調器３０３はこのように受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するように構成される。
【０１０３】
物理レベルで、受電器１０５から送電器１０１への通信チャネルは通信キャリアとして無線誘導電力信号を用いることによって実現される。受電器１０５は受電コイル１０７の負荷を変調することによってデータメッセージを送信する。
【０１０４】
図１の構成において、受電器１０５は無線誘導電力信号を負荷変調する。受電器１０５は例えば受電コイル１０７に並列結合されるキャパシタを接続及び切断することによってこれをなし得、それによって共振を、及び従って受電器１０５の負荷特性を変化させる。これらの変化は送電側において電力信号における対応する変動を、特に送電インダクタ１０３の電流及び電圧における変動をもたらす。これらの変化は送電器１０１によって直接若しくは間接的に検出され、受電器１０５からの負荷変調データを復調するために使用される。
【０１０５】
負荷変調は例えば駆動信号電流／電圧の振幅及び／又は位相における変化によって、送電コイル１０３の電流／電圧における変化、及び／又は共振回路の電流／電圧の変化によって、検出され得る。別の実施例として、負荷変調はドライバ２０３へ（具体的にはインバータ／スイッチブリッジへ）の電源の電流における変化によって検出され得る。
【０１０６】
受電器１０５は従ってデータを電力信号へ負荷変調することができ、そしてこれは送電器１０１が復調することができる。アプローチは例えばＱｉ無線電力仕様ともよばれる、http://www.wirelesspowerconsotrium.com/downloads/wirelss-power-specification-part-1.htmlから利用可能な"System description, Wireless Power Transfer, Volume I:Low Power, Part 1:Interface Definition Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium"、特にチャプタ６：通信インターフェース（又は規格のその後のバージョン）でＱｉについて記載されたものに対応し得る。
【０１０７】
負荷変調は特に電力伝送を適応させるために、特に受電器１０５から受信される電力制御メッセージに基づいて送信電力レベルを持続的に適応させる電力制御ループを実施するために使用される。電力制御メッセージは負荷変調によって通信される。
【０１０８】
効率的な性能を実現するためには、受電器１０５から送電器１０１へ高性能負荷変調通信を提供することが重要である。しかしながら、従来の電力伝送システムにおいて、通信は一部のシナリオ及び状況において準最適になる傾向があり、通信エラーの増加と準最適な電力伝送性能につながる。これは送電器と受電器間の結合が低いときに特に関連する。
【０１０９】
上述の通り、システムにおいて、復調器３０３は送電コイル１０３を通る電流及び／又は送電コイル１０３にかかる電圧の振幅及び／又は位相変動を検出することによって負荷変調を復調するように構成される。従って、復調器３０３は一次共振回路２０１に結合され、送電コイル１０３を通るインダクタ電流と送電コイル１０３にかかるインダクタ電圧の少なくとも一方を測定するように構成される。
【０１１０】
一部の実施形態において、インダクタ電流及び／又は電圧は間接的に、例えばドライバ２０３のインバータへの供給電流変動を測定することによって、又は共振キャパシタの電流若しくは電圧を測定することなどによって決定され得る。しかしながら、具体的実施例において、インダクタ電流／電圧はインダクタ電流若しくは電圧を直接検知することによって決定される。
【０１１１】
送電器１０１はさらに一次共振回路２０１とドライバ２０３に結合されるアダプタ３０５を有し、これは駆動信号の動作周波数と一次共振回路２０１の一次共振周波数の両方を適応させる／制御するように構成される。
【０１１２】
アダプタ３０５は、一次共振周波数と動作周波数を、これらが相互に向かって収束するように適応させるように構成される。従って、アダプタ３０５は同じ値へ向かって一次共振周波数と動作周波数をバイアス／駆動するように構成される。例えば、アダプタ３０５は一次共振周波数と動作周波数の両方を同じ標的周波数へ向かって駆動するように構成され得る。一部の実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数に対する標的周波数と一次共振周波数に対する標的周波数の間で比較的小さな差を許してもよく、例えば一部の実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振回路２０１を、それらを標的周波数へ向かってバイアスすることによって収束させるように構成され得、ここでアダプタ３０５は標的周波数間の差が閾値未満であることを保証するように構成される。
【０１１３】
標的周波数は、定常状態標的周波数、すなわち動作条件が一定である場合に動作周波数と一次共振周波数が達する周波数とみなされ得る。
【０１１４】
ほとんどの実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と動作周波数を実質的に等しくなるように適応させるように構成され得る。従って、アダプタ３０５は定常状態動作周波数が定常状態一次共振周波数に実質的に等しくなるように、動作周波数と一次共振周波数を収束させるように構成される。定常状態周波数は動作特性が一定に保たれる場合に生じる周波数であり得る。
【０１１５】
実際、一部の実施形態においてアダプタ３０５は、周波数を実質的に同じに保つことによって動作周波数と一次共振周波数を収束させるように構成され得る、すなわち収束は動作周波数と一次共振周波数を実質的に同じに維持することに対応し得る。実際、一部の実施形態において収束は、アダプタが動作周波数と一次共振周波数を完全に収束したまま持続的に維持することに内在し得る、すなわち一次共振周波数と動作周波数を同一に持続的に維持することによる。かかる実施の具体的実施例は後述される。
【０１１６】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は例えば動作周波数と一次共振周波数の適応のために異なる制御ループを有し得る。しかしながら、これらの制御ループはそれらが同じ値へ向かって各周波数を駆動するように操作され得る。
【０１１７】
これは例えば一方の制御ループが他方の制御ループの出力をトラックするように構成されることによって実現され得る。
【０１１８】
例えば、一部の実施形態において、アダプタ３０５は、例えば所望の電力伝送特性（電力伝送効率など）を含む様々な動作パラメータに応答して動作周波数をセットする第一制御ループを有し得る。加えて、アダプタ３０５は動作周波数に従うように一次共振周波数を調節する第二制御ループを有し得る。このように、第二制御ループは単純に動作周波数と同じ値に一次共振周波数をセットしようとする制御ループであり得る。多くの実施形態において、第二制御ループの応答時間は第一制御ループの応答時間よりも数倍速くなり得、一次共振周波数が動作周波数を厳密にトラックすることになる。
【０１１９】
当然のことながら他の実施形態では、第一制御ループが一次共振周波数をセットしてもよく、第二制御ループが一次共振周波数をトラックするように動作周波数を制御してもよい。
【０１２０】
他の実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と共振周波数のジョイント適応を実行し得、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数の間で固定関係を維持する。例えば、単一制御ループが動作周波数と一次共振周波数の両方を直接制御若しくはセットする単一信号を生成し得る。単一信号は動作周波数と一次共振周波数を、共通周波数が変化するかもしれないがこれらが同じであるように直接制御し得る。このように、システムは動作周波数と一次共振周波数の間で固定関係を実現し、これは同等関係であり、すなわちそれらは同じであり、従って完全に収束される。かかるアプローチの実施例は後述される。
【０１２１】
このように、図３の送電器において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を一緒にリンクするように構成され、これは具体的にはそれらが同一であるようにそれらを一緒にロックし得る。
【０１２２】
加えて、アダプタ３０５は復調品質尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数を適応させるように構成される。具体的に、多くの実施形態において、アダプタ３０５は復調品質尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数に対して平均若しくは共通周波数を適応させるように構成され得る。例えば、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数が同一であること、及びさらにこの共通周波数が復調品質尺度に依存することを保証するように構成され得る。
【０１２３】
復調品質尺度は復調器３０３によって生成され得、具体的には受電器と送電器の間の現在進行中の通信を評価することによって復調器３０３によって生成され得る。このように、復調器３０３は復調品質尺度を生成するように構成され得、具体的には受電器による誘導電力信号の負荷変調の復調に対する復調性能メトリックを決定することによって復調品質尺度を生成するように構成され得る。復調品質尺度はデコード／復調されたデータの信頼性を反映するように生成され得、具体的には復調データのエラーレート若しくはエラー確率及び／又は変調度及び／又は復調データに対する信号対ノイズ比を示し得る。具体的に、復調品質尺度は復調データに対するエラー確率を反映する尺度であり得る。
【０１２４】
多くの実施形態において、動作周波数と一次共振周波数の適応は、例えば電力伝送効率など、他のパラメータにも依存し得る。例えば、共通周波数は最初に最大電力伝送効率を提供するようにセットされ得る。そして通信品質が測定され得る。これが許容可能である場合、すなわち復調品質尺度が閾値を超える場合、システムはこの周波数で動作し続け得る。しかしながら、復調品質尺度が閾値を超えない場合、共通周波数は例えば既定量だけ変更され得る。これが許容可能な復調品質をもたらさない場合、プロセスは復調品質尺度が閾値を超えるまで繰り返され得る。
【０１２５】
動作周波数と一次共振周波数を収束させる、及び復調品質尺度に基づいて周波数を適応させる両方のアダプタ３０５のアプローチは、多くの実施形態において実質的に改良された性能を提供し得る。実際、二重制御は、動作周波数と一次共振周波数のリンクが改良された電力伝送動作を提供し得、復調品質尺度がさらに、具体的には負荷変調をもたらす負荷の変動への感度低下など、このリンクから生じ得る望ましくない副作用を軽減することができるという相乗効果を提供する。
【０１２６】
実際、発明者らは、周波数をリンクすることによって実質的に低減された相互変調が実現され得るが、これは一部のシナリオ及び動作条件において望ましくない効果を持つ可能性があり、これは通信品質を考慮して周波数を変えることによって軽減され得ることを認識した。
【０１２７】
効果と実現が一部の実施例を考慮することによって例示され得る。具体的に、図６の等価回路が考慮され得る。
【０１２８】
図６の図は図１及び２の誘導電力伝送システムの単純電気モデルをあらわす。
【０１２９】
一次共振回路２０１はコンポーネントＣｐ，Ｒｃｐ，Ｒｌｐ，及びＬｐによってあらわされ、レジスタは損失をあらわす。ドライバはＶｐとＲｉによってあらわされる。二次共振回路２０５はコンポーネントＣｓ，Ｒｃｓ，Ｒｌｓ，及びＬｓによってあらわされ、レジスタは損失をあらわす。キャパシタＣｄ（レジスタＲｃｄは損失をあらわす）は１ＭＨｚにおいて共振を作り出し、これは可動コイルを使用する送電器が受電器の位置を見つけることを可能にする。キャパシタＣｍ（レジスタＲｃｍは損失をあらわす）とスイッチＳｍは受電器１０５による負荷変調をあらわす。ダイオードＤ７からＤ１０及びＣｌとＲｌは受電器１０５の負荷をあらわす（ダイオードが整流を提供する）。
【０１３０】
回路はＱｉ無線電力伝送システムの典型的な値についてシミュレーションされた。かかるシステムにおいて、一次共振周波数はｆｐ＝（９３±７）ｋＨｚの間隔であり、二次共振周波数はｆｓ＝（１００±５）ｋＨｚの間隔である。二者間の結合係数ｋは
2017528106.tif 000003
に等しく、Ｍは二コイル間の相互インダクタンスである。実施例において、結合係数ｋは０．０５の値にセットされる。
【０１３１】
実施例において、駆動信号の動作周波数ｆｏとデューティサイクルＤ＝Ｔｏｎ／Ｔは例えば所望の電力伝送特性をもたらすように変動され得る（図７参照）。
【０１３２】
回路は以下の例示的な値で分析された：
【表１】
2017528106.tif 000004
【０１３３】
図８は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝１００ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝１００ｋＨｚ
【０１３４】
二つの第一曲線は送電コイル１０３（Ｌｐ）を通る電流を図示し、第二曲線は拡大図を図示する。最下曲線は受電器による負荷変調（具体的にはスイッチＳｍに対するスイッチ信号）を示す。
【０１３５】
見てわかる通り、電力信号が最初にスイッチオンになるとき、振動が生じる。本質的に、送電器はアンダーダンピングされた共振回路と同様に動作する。実際、振動は駆動信号と一次共振回路２０１間の相互変調効果とみなされ得る。このように、振動はｆｏ−ｆｐ＝７ｋＨｚの周波数で相互変調をあらわす。振動が段階的に弱まり、ｔ＝２．０ｍｓにおいて事実上減衰されることも見られる（主に受電器の負荷に起因）。
【０１３６】
実施例において、負荷変調はｔ＝２．２５ｍｓにおいて開始し、実施例はｆｍ＝２ｋＨｚの変調クロック周波数を伴うバースト信号に対応する負荷変調を提供する。見てわかる通り、負荷変調のステップ変化は効果的に相互変調を励起して振動をもたらす、すなわち負荷変調ステップはアンダーダンピングされた共振回路を励起するステップ関数とみなされ得る。見てわかる通り、振動は顕著であり、負荷変調データの変動によって生じる差を超える若しくは実質的に軽減し得る。これは復調の信頼性を実質的に低減させ、多くのシナリオでは信頼できる復調を防止する可能性もある（復調における振動を補正することは非常に複雑で典型的には費用のかかる機能を要する）。
【０１３７】
図９は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝９３ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝１００ｋＨｚ
【０１３８】
このように、この実施例において動作周波数と一次共振周波数は同じ値にセットされる。
【０１３９】
見てわかる通り、これは効果的に振動を除去する。実際、回路は依然アンダーダンピングされた共振回路に対応するとみなされ得るが、相互変調効果は存在しない。結果として、データの復調は実質的に促進され、はるかにより信頼できる復調が実行され得る。
【０１４０】
このように、例示の通り、動作周波数と一次共振周波数を収束させることによって、負荷変調の改良された復調が実現され得る。
【０１４１】
図１０は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝９３ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝９３ｋＨｚ
【０１４２】
このように、この実施例でも、動作周波数と一次共振周波数は同じ値にセットされる。しかしながら、図９のシナリオと対照的に、ここでは動作周波数と一次共振周波数は共振周波数とも同じである。
【０１４３】
やはり、動作周波数と一次共振周波数が収束するおかげで相互変調振動が生じないことが見られる。
【０１４４】
この状況は非常に効率的な電力伝送をもたらし得るので、電力伝送の観点から魅力的であり得、実際多くのシナリオにおいて最大電力伝送効率をもたらし得る。従って、動作周波数と一次共振周波数を同一に保ち、電力効率のために最適化する電力伝送アプローチが、かかる動作点へ向かって駆動され得る。
【０１４５】
しかしながら、見られる通り、動作周波数と一次共振周波数が等しいことは相互変調振動を防止する一方、それらを二次共振周波数とも同じにセットすることは、変調負荷への強い依存性をもはや持たない振幅をもたらし、すなわち変調／復調度が非常に低レベルまで低減され、それによって復調を困難で信頼できないものにする。
【０１４６】
このように、電力伝送のため、及び通信のために一次共振周波数／動作周波数を適応させることの間には相反する要求があり得る。さらに、同一若しくは同様の値に周波数をセットするインパクトは負荷変調のために使用される固有負荷に依存し得る。
【０１４７】
例えば、図１１は図１０の実施例に対応するが、変調負荷がキャパシタではなくレジスタである一実施例を図示する。見られる通り、この場合、負荷をイン及びアウトにスイッチするインパクトは明確に区別され得る。
【０１４８】
多くのシステムにおいて、送電器はどの変調負荷が受電器によって使用され得るか正確に知り得ない。しかしながら、図３の送電器１０１において、アダプタ３０５は復調品質尺度に依存して収束周波数（すなわち動作／一次共振周波数）を制御し得る。従って、これは具体的には図１０のような状況が起こることを防止するために使用され得る。
【０１４９】
多くの実施形態において、アダプタ３０５は電力伝送の動作パラメータなど、電力伝送特性に応答して動作周波数と一次共振周波数をさらに適応させるように構成され得る。アダプタ３０５は具体的には電力伝送特性に応答して動作周波数と一次共振周波数に対して収束／共通／標的周波数値を適応させるように構成され得る。
【０１５０】
このように、システムは動作周波数と一次共振周波数を収束させるように、及び具体的には動作周波数と一次共振周波数を相互にロックしたまま保ち、同時にこの共通周波数を電力伝送及び通信動作の両方の考慮に基づいて調節するように、構成され得る。
【０１５１】
電力伝送特性は具体的には電力伝送効率尺度であり得る。例えば、アダプタ３０５は、通信品質が十分に高いままであることを条件として、電力効率が可能な限り増加されるように、共通周波数を適応させるように構成され得る。最大効率への適応は典型的には二次共振周波数へ向かって共通周波数を駆動する。しかしながら、これは一部の負荷変調アプローチ（具体的には容量性負荷変調アプローチ）の場合、復調度の低下及び従って通信品質の低下をもたらすので、アダプタ３０５は復調品質尺度が所与の閾値を下回るときを検出するように構成され得る。これが起こるとき、アダプタ３０５は低電力効率セッティングへ向かって（すなわちより良好な通信を提供するセッティングへ向かって）周波数を変更し得る。
【０１５２】
従って、実施例において、アダプタ３０５は動作周波数と共振周波数を、それらが最大電力伝送効率周波数から逸脱するように、すなわちそれらが、電力伝送が最高効率を持つ周波数から逸脱するように、適応させるように構成される。とはいえ、効率を増すことが望ましく、実際アダプタ３０５は増大した効率へ向かってシステムをバイアスするように構成され得、これは復調品質尺度が合格判定基準を満たすという要件を条件とする。図１０によって図示される通り、これはしばしば効率が最大である周波数においては実現可能でなく、従ってアダプタ３０５は共通周波数がこの値に達することを防止するように構成される。
【０１５３】
電力伝送効率は例えば送電器が送電コイル１０３へ供給される総電力を計算することによって決定され得る。受電器１０５は受電コイル１０７によって受信される総電力を計算し得、この値を送電器へ通信し返し得る。そして送電器は電力伝送効率を決定するためにこれらの間の比率を計算し得る。別の実施例として、送信電力と受信電力間の差、そしてこの差が電力伝送効率の指標として使用され得る、すなわち、差が電力伝送効率尺度としても使用され得る。
【０１５４】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は電力信号の電力レベルに応答して動作周波数と一次共振周波数を適応させるようにも構成され得る。電力レベルは具体的には電力信号の現在の電力レベルであり得るか、又は所要の若しくは所望の電力レベルであり得る。
【０１５５】
例えば、受電器は電力制御エラーメッセージを送電器１０１へ送信し返し、アダプタ３０５はこれらの電力制御エラーメッセージに応答して駆動信号と一次共振回路２０１に対する共通周波数を変更し得る。例えば、電力の増加が要求される場合、共通周波数は二次共振周波数へ向かってシフトされ得る。
【０１５６】
しかしながら、動作周波数と一次共振周波数が一緒にロックされているために、電力制御のための動作周波数の使用は、例えば一次共振周波数と二次共振周波数が一定に保たれ、動作周波数のみが変更される従来のシステムよりも、効率性と実用性の点で劣る傾向がある。
【０１５７】
従って、多くの実施形態において、送電器１０１は受電器から受信される電力要求に応答して駆動信号のデューティサイクルを適応させるように構成される電力コントローラも有し得る。具体的に、受電器１０５が電力増加を要求する場合、デューティサイクルは増加され、電力減少を要求する場合、デューティサイクルは減少される。このように、デューティサイクルを用いて電力制御を実施するアプローチは（例えば動作周波数を変えることによるよりも）改良された性能を可能にし、特に動作周波数と一次共振周波数が一緒にロックされることのインパクトを軽減し得る追加自由度を提供する。
【０１５８】
当然のことながら異なる復調品質尺度が異なる実施形態において使用されてもよく、具体的には復調の信頼性の指標を提供し得るいかなる尺度が使用されてもよい。具体的には、結果として生じるビットエラーレートの直接若しくは間接指標が使用され得る。
【０１５９】
多くの実施形態において、復調器３０３は受信／復調された負荷変調データに対するエラー確率を示すように復調品質尺度を生成し得る。かかる復調品質尺度はエラーレートなどの直接尺度を含み得るが、信号対ノイズ比若しくは復調度などの間接尺度も含み得る。
【０１６０】
復調器３０３は誘導電力信号によって送電器から受電器へ電力が伝送される電力伝送動作中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。復調品質尺度は電力伝送フェーズ中に生成され得、多くの実施形態において、システムは電力伝送フェーズ／動作中に一定の／頻繁な間隔で復調品質尺度に対する新たな値を決定するように、及び動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。多くの実施形態において、適応更新レート及び／又は復調品質尺度に対する更新レートは０．２Ｈｚ，０．５Ｈｚ，１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ以上であり得る。
【０１６１】
実際、一部の実施形態において、復調品質尺度は具体的にはビットエラーレートなど、データ復調エラーレートを有し得る／反映し得る。ビットエラーレートは一部の実施形態において直接測定され得る。例えば、受信データはエラー訂正コーディングを含み、このエラー訂正コードによって訂正されるエラーの数が測定され、復調品質尺度として使用され得る。
【０１６２】
他の実施形態において、受信データはチェックサムを有し、エラーレートは受信データが受信チェックサムにマッチしないことに応答して決定され得る。
【０１６３】
前述の通り、アダプタ３０５は復調品質尺度が閾値を下回ることを検出するときに動作周波数と共振周波数を変更するように構成され得る。具体的な実施例として、アダプタ３０５はデータ復調エラーレートが閾値を超えることを検出するときに動作周波数と共振周波数を変更するように構成され得る。閾値は例えばエラー無しに対応し得る、すなわちアダプタ３０５が単一エラーを検出する場合、これは二次共振周波数からさらに異なるように共通周波数を変更するように進行し得る。
【０１６４】
多くの無線電力伝送システムにおいて、通信データ量は比較的低く、従って発生する実際のビットエラーに復調品質尺度を基づかせることは、これらが典型的には稀にしか発生しないため、実用的若しくは有利ではないかもしれない。
【０１６５】
多くの実施形態では、復調の信頼性の他の指標が代わりに使用され得る。例えば、復調器は復調の一部として軟判定シンボルを生成し得、これらの軟判定によって示される決定された信頼性を示すように復調品質尺度が決定され得る。
【０１６６】
多くの実施形態において、復調品質尺度は誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流と電圧の少なくとも一つの測定について差分尺度を反映する復調度尺度を有し得る。
【０１６７】
具体的に、負荷変調について、送電コイル１０３の電流及び／又は電圧は受電器１０５による負荷の関数として変動する。従って、受電器１０５の変調負荷が変化するとき、電流／電圧における変化が生じる。受電器変調負荷の異なるセッティングによるこれらの値の差が測定され得、例えばこれらの差若しくは比率が変調／復調度をあらわし得る。復調度が高いほど、復調の信頼性が高くなる可能性がある。このように、復調度は復調品質のよい指標となり得る。復調品質尺度として復調度を考慮する利点は、これが測定されるために実際の復調が実行されることを要しないことである。さらに、各データシンボルが復調度の指標を提供し得、復調品質尺度の決定はビットエラーなどの通常稀なイベントに基づかない。
【０１６８】
具体的には、変調度若しくは復調度は、負荷変調の第一負荷状態に対する送電インダクタ電流若しくは電圧の（直接若しくは間接）測定の結果と、負荷変調の第二負荷状態に対する送電インダクタ電流若しくは電圧の（直接若しくは間接）測定の結果との差であり得る。多くの実施形態において、負荷変調は受電器が負荷変調に対する二つの負荷状態の間をスイッチすることによって、例えば受電器の受電インダクタにかかるキャパシタを接続及び切断することなどによって、実行され得る。かかる場合において、復調度は二つの負荷状態から生じるインダクタ電流／電圧測定における差であり得る。復調度は例えば二つの負荷状態に対する測定値間の比率など、絶対値若しくは相対値として測定され得る。復調度の決定はローパスフィルタリング及び／又は平均化を含み得る。例えば復調度は異なる負荷状態に対する第一測定のローパスフィルタリングされたバージョンを比較することによって生成され得るか、又は例えば異なる負荷状態に対する第一測定から生成される復調度値をローパスフィルタリングすることによって生成され得る。
【０１６９】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と動作周波数との間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して共振周波数と動作周波数を適応させるように構成され得る。
【０１７０】
相互変調尺度は具体的には例えば送電インダクタ電流の測定へ適切なフィルタを適用することによって測定され得る。フィルタは相互変調振動が生じると予想される周波数帯における周波数を抽出するバンドパスフィルタであり得る。このフィルタの出力の振幅がしかるべく測定され、共振周波数と動作周波数の間の相互変調の指標とみなされ得る。
【０１７１】
相互変調尺度は一部の実施形態において動作周波数と一次共振周波数を収束させるためにアダプタ３０５によって使用され得る。例えば、相互変調尺度を最小化するように動作周波数と一次共振周波数の一方を調節するループが実現され得る。
【０１７２】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は相互変調尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数の標的周波数を適応させ得る。例えば、一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数間のリンクは比較的不正確であり得、結果として、一部のシナリオにおいていくらかの相互変調が生じる可能性があり得る。標的周波数はこの場合現在存在する相互変調の大きさに依存し得る。例えば、相互変調尺度が低い場合、動作周波数と一次共振周波数を、相互変調尺度がより高い場合よりも一次共振周波数に近づけるように駆動することが許容可能であり得る。
【０１７３】
上記は特にアダプタ３０５が動作周波数と一次共振周波数をそれらが実質的に同一である点へ収束させるように構成される実施形態にフォーカスしていた。しかしながら、一部のシナリオ若しくは状況において、アダプタ３０５が一次共振周波数と動作周波数を同様に、ただし必ずしも同一ではなく収束させるように構成され得ることが理解される。例えば、アダプタ３０５は一部の実施形態において動作周波数と一次共振周波数の間に差が存在することを許可し得る。多くの実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を、負荷変調に対するデータシンボル持続期間の逆数よりもはるかに小さい差へ向かって収束させ得る。例えば、負荷変調シンボルは２ｋＨｚの逆数値に対応する０．５ｍ秒未満の持続期間を持ち得る。アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を、負荷変調データシンボル持続期間の逆数の最大値の１／１０未満の最大差を持つように収束させるように構成され得る、すなわち具体的実施例においてこれは最大２００Ｈｚまでの周波数差を許可し得る。
【０１７４】
動作周波数と一次共振周波数の間の任意の差が負荷変調データシンボル持続期間の逆数よりもはるかに低いことを保証することによって、いかなる相互変調振動も復調に実質的に影響を与えないほど遅くなることが保証され得る。
【０１７５】
動作周波数及び一次共振周波数を収束させるアダプタ３０５は、必ずしも収束が増加することを必要とせず、収束のレベルが維持されるという特徴も含んでもよいことが理解される。具体的には、アダプタ３０５は、動作周波数と一次共振周波数の差が所与の値を超えないように動作周波数及び一次共振周波数の少なくとも一方を適応させることにより、動作周波数と一次共振周波数を収束させ得る。従って、動作周波数と一次共振周波数との間の所与の最小限の収束がアダプタ３０５によって維持され得る。
【０１７６】
一部の実施形態において、送電器は具体的には既定データパターンであり得る基準データパターンの負荷変調に応答して復調品質尺度を決定するように構成され得る。基準／既定データパターンは従ってパターンの実際の通信の前に送電器に知られているパターンであり得る。このように、この実施例において、送電器は通信されている具体的データの知識に基づいて復調品質尺度を決定することができる。
【０１７７】
具体的に、復調器３０３は電力信号へと負荷変調されているデータがわかっており既定値を持つという仮定に基づいて復調品質尺度を生成するように構成され得る。
【０１７８】
低複雑性の実施例として、復調器３０３は単純にデータを復調して復調データが基準データパターンにマッチするかどうかを決定し得る。復調品質尺度は例えば検出エラーの数を示し得るか、又は単純にエラーが検出されたかどうかを示し得る。
【０１７９】
別の実施例として、既定データパターンは例えばインダクタ電流の測定に対する具体的予想パターンに対応するように決定され得る。復調器３０３は実際の測定を予想される測定に（例えば正規化後に）比較し得、実際の測定が予想される測定にいかに厳密にマッチするかを示す差分尺度を生成し得る。この差分尺度は一部の実施形態において復調品質尺度として直接使用され得る。代替的に、差分尺度を閾値に比較することによってバイナリ復調品質尺度が生成され得、復調品質尺度は閾値を超えるか否かを示す。
【０１８０】
基準データパターンは例えばデータパケットのプリアンブルに対応し得るか、又は具体的には定義済みデータのみを有する定義済みデータパケットなど、実際それ自体データパケットであり得る。
【０１８１】
一部の実施形態において、基準データパターンは例えばシステムの技術仕様において定義される例えばビットデータパターンであり得る。このように、基準データパターンは静的な定義済みデータパターンであり得る。
【０１８２】
しかしながら、他の実施形態において、より動的な基準データパターンが使用され得る。例えば、送電器は一部の実施形態において受電器へ基準データパターンの表示を送信し得る。表示は例えば定義済みデータパターンセットから一つのデータパターンを選択し得る。別の実施例として、送電器は基準データパターンを受電器へ直接送信し得る、すなわち基準データパターンの表示は基準データパターン自体を含み得る。
【０１８３】
そして受電器は示された基準パターンを使用するように構成され得る、すなわち受電器は示された基準データパターンを電力信号へと負荷変調するように進行し得る。
【０１８４】
送電器は通信されているデータをここで知り得、従って基準データパターンに対して測定負荷変調が予想負荷変調にいかに厳密にマッチするかを反映する距離尺度の決定へと進み得る。
【０１８５】
当然のことながら送電器と受電器は、送電器における比較を受電器による基準データパターンに対する実際の送信時間へ適切に同期させるための機能を有し得る。
【０１８６】
例えば、送電器は適切なタイムウインドウ内の異なるタイムオフセットに対する復調品質尺度を決定するように構成され得、決定された最低復調品質尺度を選択し得る（これは最も近いタイミング同期に対応する）。別の実施例として、例えば電力信号の負荷におけるステップ変化の検出など、具体的なトリガイベントが使用され得る。
【０１８７】
多くの実施形態において、基準データパターンの送信のタイミングは、送電器が送信のタイミングをかなり正確に予測することができるように制限され得る。
【０１８８】
例えば、受電器は、具体的には信号若しくはデータメッセージが受電器へ供給される所与の時間間隔内など、イベント後の所与の時間間隔内に基準データパターンを送信する必要があり得る。送電器は従って明確に定義された時間間隔内に基準データパターンが受信されると予想し得る。
【０１８９】
基準データパターンの送信と検出を同期させる信号／メッセージは例えばスタートアップ信号、電力信号の（周波数、振幅、位相変調）、若しくは具体的には基準データパターンの表示の送信であり得る。
【０１９０】
上記は負荷変調が主電力信号へ、すなわち受電器へ主電力伝送も提供する電力信号へ適用される記載にフォーカスしていた。しかしながら、他の実施形態では、主電力は異なる誘導信号によって供給され得ることが理解される。
【０１９１】
例えば、送電器は二つのインダクタを有してもよく、一つは高電力レベルを伝送可能な強電力信号を生成し得る主電力伝送コイルである。第二のコイルは主に通信コイルとして使用され得、これは受電器における対応するコイルによって負荷変調され得る通信キャリアを供給し得る。この通信キャリアは少なくとも変調負荷へ電力を供給するが、典型的には例えば受電器の内部通信機能へも電力を供給し得る。従って、かかる通信信号は受電器へフル電力伝送を供給し得ないが（実際例えばより強力な電力伝送信号があり得る）、これは受電器へ（及び少なくとも変調負荷へ）電力を供給する電力信号である。
【０１９２】
当然のことながらインダクタ電流及び／又は電圧の測定に基づく任意の適切な復調アプローチが使用され得る。実際、当業者は事後若しくは事前最尤法を含む多くの復調法が利用可能であることを理解するだろう。例えばデータシンボルへの同期化などのために任意の適切なアプローチが使用されうることも理解される。
【０１９３】
典型的に、測定は処理され（典型的には例えばデータシンボル形状にマッチする整合フィルタを用いてフィルタリング若しくは平均化され）、結果として得られる出力は復調法において当業者に周知の通り最適サンプリングインスタントにおいてサンプリングされ得る（例えばＪｏｈｎ  Ｐｒｏａｋｉｓ，"Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ，２００８，ＩＳＢＮ  ００７１２６３７８０参照）。結果として得られるサンプル値は異なるシンボル値に対する予想値に比較され、最も近いものが選択される（適切な距離尺度に基づく）。従って、受信信号（測定）が異なる可能なデータシンボルに対する予想信号（測定）に比較される復調アプローチが使用され得、予想信号（測定）まで最短（典型的にはハミング）距離を持つ可能なデータシンボルが選択されるときに復調データが決定される。当然のことながら距離決定／比較は測定の例えばフィルタリング及び平均化などの処理を含み得る。このように、典型的には最も近いコンスタレーションポイントが選択される最尤法が復調のために使用され得る。
【０１９４】
バイナリデータシンボル（すなわち"０"若しくは"１"が送信される）のための低複雑性アプローチとして、復調器３１１は測定の長期平均として閾値を決定し得る。平均化はマルチデータ値に及び、典型的にはそれぞれ"０"若しくは"１"から得られる値間の平均測定値に対応する。１ビットを復調するとき、復調器３１１は対応するデータシンボル（ビット）時間周期にわたって測定を平均化し得る。得られる値が長期閾値を上回る場合、データビットは"０"と復調され、長期閾値を下回る場合、データビットは"１"と復調される（"０"が"１"よりも高い測定値をもたらすような負荷変調と仮定）。
【０１９５】
当然のことながら多くの可能な復調法が当業者に周知であり、本発明から逸脱することなくいかなる技術が使用されてもよい。
【０１９６】
一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数を収束させたまま維持する特に効率的な方法が使用され得る。実施例において、共振回路２０１は駆動信号の各サイクルごとに一度、効果的に再起動され、共振回路２０１の実効共振周波数が共振回路２０１の固有共振周波数によってではなく動作周波数によって与えられることになる。
【０１９７】
アプローチにおいて、一次共振回路２０１は一次共振回路２０１を駆動する駆動信号に依存して制御され、それによって動作周波数と一次共振周波数が自動的に一緒にリンクされることを本質的に可能にする。実際、アプローチは、システムが単純に駆動信号の動作周波数を適応させ、実効一次共振周波数が直接追従するように自動的に及び本質的に適応され得るように、動作周波数と一次共振周波数が自動的に及び本質的に実質的に同一になることを可能にする。アプローチは具体的には一次共振回路２０１の実効共振の各サイクルが駆動信号の対応サイクルと同じ持続期間を持つことを保証し得る。加えて、アプローチはこれが非常に低い追加複雑性と非常に低い制御オーバーヘッドで実現されることを可能にする。
【０１９８】
具体的アプローチが図１２を参照して説明され、これはかかるアプローチの一実施例にかかる送電器の要素を例示する。実施例は直列共振回路を使用し、これは図３の並列共振回路を直接置換し得ることが理解される。従って、図１２は、電力信号を生成すること、及び動作周波数と一次共振周波数を一緒にロックすることに関する図１‐３のシステムの具体的要素を例示するとみなされ得る。
【０１９９】
実施例において、送電器は共振回路を形成する誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスを有する。
【０２００】
具体的な実施例において、誘導性インピーダンスはインダクタに直接対応するが、当然のことながら他の実施形態において誘導性インピーダンスは少なくとも部分的な誘導性インピーダンスを持つ、すなわち誘導性リアクタンスコンポーネントを持つ、又は言い換えれば正の虚数部を伴う複素インピーダンスを持つ、いかなる一ポート／二端子素子であってもよい。従って、誘導性インピーダンスは線形二端子回路若しくは（等価）コンポーネントであり得、それについて端子における電圧はコンポーネント／回路を通る電流の導関数に少なくとも部分的に依存する。
【０２０１】
同様に、具体的な実施例において、容量性インピーダンスはキャパシタに直接対応するが、当然のことながら他の実施形態において容量性インピーダンスは少なくとも部分的な容量性インピーダンスを持つ、すなわち容量性リアクタンスコンポーネントを持つ、又は言い換えれば負の虚数部を伴う複素インピーダンスを持つ、いかなる一ポート／二端子素子であってもよい。従って、容量性インピーダンスは線形二端子回路若しくは（等価）コンポーネントであり得、それについて端子における回路／コンポーネントを通る電流は端子にかかる電圧の導関数に少なくとも部分的に依存する。
【０２０２】
当然のことながらほとんどの実施形態において、誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの抵抗部分は典型的にはかなり小さくなり、リアクタンスコンポーネントと比較して無視できることが多い。これは振動が比較的抑制されないことを保証する、すなわち共振回路に比較的高いＱを提供する。
【０２０３】
明確さと簡潔さのため、以下の記載は（理想）インダクタ１２０１、具体的には図１及び２の送電コイル１０３である誘導性インピーダンスと、理想キャパシタ１２０３である容量性インピーダンスにフォーカスする。しかし当然のことながらインダクタ１２０１へのいかなる言及も、必要に応じて誘導性インピーダンス若しくはリアクタンスへの言及に置き換えられ得、キャパシタ１２０３へのいかなる言及も、必要に応じて容量性インピーダンス若しくはリアクタンスへの言及に置き換えられ得る。簡潔さのため、インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３のペアも共振コンポーネントとよばれる。
【０２０４】
インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３は共振構成で一緒に結合される。実施例において、インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３は直列共振結合されるが、当然のことながら他の実施形態においてそれらは並列共振構成で結合され得る。
【０２０５】
インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３はインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３のみを有する共振回路の共振周波数に対応する固有共振周波数を呈する。周知の通り、かかる回路に対する共振周波数は
2017528106.tif 000005
により、Ｌはインダクタ１２０１のインダクタンスでありＣはキャパシタ１２０３のキャパシタンスである。
【０２０６】
しかしながら、図１２のシステムにおいて、送電器はキャパシタ１２０３及び／又はインダクタ１２０１について状態変化を遅らせることによって共振回路に対する共振周波数を制御するように構成される周波数修正回路１２０５をさらに有する。周波数修正回路１２０５は共振回路の一部とみなされ得る（又は完全に若しくは部分的にこの外部であるとみなされ得る）。また当然のことながら周波数修正回路１２０５は図１２においてインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の間に直列結合される単一二端子素子として示されるが、これは一実施例に過ぎず他の構成が他の実施形態では使用される。例えば、図１２の実施例における周波数修正回路１２０５は二つしか端子を持たないが、当然のことながら他の実施形態において、周波数修正回路１２０５はより多くの端子を持ってもよく、例えばドライバ用の電源レイルを含む、回路の他の部分に接続され得る。
【０２０７】
周波数修正回路１２０５はインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の一方若しくは両方について状態変化を遅らせることによって共振周波数を修正するように構成される。インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の状態はコンポーネントに対する現在のエネルギー値によってあらわされるとみなされ得、特にインダクタ１２０１の電流
2017528106.tif 000006
及びキャパシタ１２０３の電圧
2017528106.tif 000007
に対応するとみなされ得る。
【０２０８】
キャパシタとインダクタによって形成される従来の共振回路において、共振はキャパシタ（エネルギーが電位エネルギーとして保存される）とインダクタ（エネルギーが磁位エネルギーとして保存される）の間を行き来するエネルギーフローから生じる持続的な周期的位相変化によって実現される。かかるシステムにおけるエネルギーフローと状態変化の速度はキャパシタとインダクタの値によって与えられ、これは
2017528106.tif 000008
の固有共振周波数における振動をもたらす。
【０２０９】
しかしながら図１２のシステムにおいて、共振回路は単純に自励発振を実行することを許されるのではなく、周波数修正回路１２０５がサイクルの一部、及び典型的には全部の部分時間間隔中にインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の少なくとも一方について状態変化を遅らせる。
【０２１０】
状態変化はこのようにキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１のみを有する自励共振回路の状態変化に対して部分時間間隔中に遅らせられる。
【０２１１】
具体的に、状態変化は（インダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へ、キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１へ、又はインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へとキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への両方のエネルギーを遅らせることによって）キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間のエネルギーフローを妨げることによって遅らせられる。共振回路において正電流は共振サイクルの半分にわたってインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へ、及び共振サイクルの残り半分にわたってキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１へ流れる。多くの実施形態において、エネルギーフローの減速は共振コンポーネント間を流れる電流を妨げることによって実現され得る。多くの実施形態において、周波数修正回路１２０５は例えばインダクタ１２０１の電流（の一部若しくは全部）をキャパシタ１２０３からそらすことによって（潜在的に負電流と正電流の両方をキャパシタ１２０３からそらすことを含む）、インダクタ１２０１からキャパシタ１２０３への電流を妨げるように構成され得る。他の実施形態において、周波数修正回路１２０５は例えば部分時間間隔中にインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３を切断することによって（またそれによってインダクタにかかる電圧をゼロにセットすること、すなわち電流と電圧の両方がインダクタについてゼロにセットされる）キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への電流を妨げるように構成され得る。
【０２１２】
これらの実施例において、共振コンポーネント間の電流フローはこのように部分時間間隔中に低減されるか若しくは完全に防止されさえする。この部分時間間隔中、コンポーネントの少なくとも一つの状態変化は遅らせられるか若しくは完全に停止される。これが複数サイクル中に、特に毎サイクルにおいて実行される場合、その効果は共振回路が自励共振回路構成に対する固有共振周波数よりも低い周波数において共振するかのように挙動することになる。この低周波数は共振回路の実効共振周波数とよばれる。
【０２１３】
周波数修正回路１２０５はこのように固有共振周波数よりも低くなるように実効共振周波数を制御及び調節し得る。実際の実効共振周波数は図１２のシステムにおいて周波数修正回路１２０５が部分時間間隔のタイミング／持続期間を変更可能であることによって制御される。従って、部分時間間隔が長くなるほど、状態変化を遅らせる効果は大きくなり、従って実効共振周波数がより低くなる。
【０２１４】
図１２のシステムにおいて、周波数修正回路１２０５は単に所望の共振周波数を提供するように独立して制御されるだけではない。むしろ、周波数修正回路１２０５の動作は共振回路２０１の駆動と、従って電力伝送システムの電力伝送及び一般動作と密接に統合される。
【０２１５】
具体的に、図１２のシステムにおいて、ドライバ２０３はタイミング信号を生成し、これを周波数修正回路１２０５へ与える。タイミング信号はいつ部分時間間隔が開始するべきか、終了するべきか、若しくはその両方を示す遷移を含む（無視される他の遷移があってもよい）。周波数修正回路１２０５はこれらの遷移へ部分時間間隔を整合させるように構成される。遷移は典型的には信号レベルにおける変化など、通常は信号パラメータにおける変化である。しかしながら、一部のシナリオにおいて遷移は例えば信号若しくは信号の（部分）信号コンポーネントの位相若しくは周波数における変化など、別の信号パラメータにおける変化であり得る。
【０２１６】
従って、タイミング信号の遷移は部分時間間隔のタイミングを制御し、具体的には開始時間、終了時間、若しくは開始時間と終了時間の両方を制御する。周波数修正回路１２０５は従ってタイミング信号から部分時間間隔の開始時間及び／又は終了時間をセットする。典型的には、タイミング信号は周波数修正回路１２０５のスイッチを制御するために使用されるスイッチ信号であり、これはエネルギーフローの邪魔を駆動／解除し得る、すなわちこれは状態変化の遅延を駆動／解除し得る。タイミング信号は、周波数修正回路１２０５によって検出され、これによって使用されて直接若しくは間接的に電流インピーディングのイン及びアウトをスイッチするためのスイッチを制御することができる遷移を含み得る。周波数修正回路１２０５は典型的には対応する遷移と実質的に同時に（例えばサイクル時間周期の１／５０以内）遅延をイン若しくはアウトにスイッチすることによって開始若しくは終了時間を遷移と整合させる。
【０２１７】
従って、システムにおいて、ドライバ２０３は部分時間間隔のタイミングの少なくとも一部を制御する。さらに、ドライバ２０３はタイミング信号を、これが、及び従って部分時間間隔が駆動信号に同期されるように、制御するように構成される。具体的に、ドライバはタイミング信号を生成してこれを駆動信号に同期させるシンクロナイザ１２０７を有する。
【０２１８】
従って、実施形態において、部分時間間隔のタイミングは駆動信号に密接にリンクされる。このリンクは共振回路２０１の駆動と共振回路２０１の実効共振の間の密接な対応を提供する。駆動信号とタイミング信号のリンクは特に共振周波数が駆動信号の動作周波数と同じ周波数に自動的にロックされることを可能にする。実際、シンクロナイザ１２０７は共振回路２０１の各サイクル時間が駆動信号の対応サイクルのサイクル時間と同一になるよう、タイミング信号を、従って部分時間間隔を同期させ得る。このように、ドライバによって部分時間間隔を制御するアプローチと、これが駆動信号に基づくことは、共振周波数が駆動信号と常に同一であるシステムを提供し得る。実際、各個別サイクル時間の個々の時間周期さえもが同一になるように制御され得る。
【０２１９】
アプローチは低複雑性を可能にするのみならず、例えば共振回路２０１のいかなる信号（インダクタ若しくはキャパシタ電流若しくは電圧など）のいかなる測定若しくは検出も必要とせずに、周波数が同一であることを自動的に保証することもできる。
【０２２０】
アプローチは多数の利点を提供し得る。特に、これは相互変調を軽減し、多くの実施形態において防止し得る。これは多くの実施形態において改良された電力伝送も提供し得、特に電力伝送効率を改善し得る。典型的には、電力伝送効率は一次共振周波数、二次共振周波数及び駆動信号の動作周波数が互いに近づくほど増加される。記載のアプローチは動作周波数と一次共振周波数が、それらが二次共振周波数にマッチするように変更されることを可能にしながら、密接に及び自動的にリンクされることを可能にする。従って、二次共振周波数への駆動信号の適応のみが適用され得、一次共振周波数も自動的にセットされる。
【０２２１】
図１３は図１２の送電器の一実施例を図示し、周波数修正回路１２０５はキャパシタ１２０３の状態変化を遅らせるように構成される。実施例において、周波数修正回路１２０５は部分時間間隔中にインダクタ１２０１からの電流をキャパシタ１２０３からそらすように構成される。迂回はキャパシタ１２０３と並列結合され、これを短絡させるように構成されるスイッチ１３０１によって実現される。このように、周波数修正回路１２０５は制御可能なスイッチによって実現され得る。
【０２２２】
実施例において、スイッチ１３０１は部分時間間隔中に閉じられる。スイッチ１３０１の開閉はドライバ２０３によって生成されるタイミング信号の遷移によって制御され、従ってスイッチ信号へ同期される。スイッチが閉じられるとき、インダクタ１２０１を通って流れている、及びキャパシタ１２０３をその他の方法で充電若しくは放電し得る電流が、代わりにスイッチ１３０１を通じて迂回される。このように、キャパシタ１２０３を短絡させることによって、電流はキャパシタ１２０３をバイパスし、従ってキャパシタを充電しない。実施例において、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３にかかる電圧がゼロになることに対応するタイムインスタントにおいて閉じるように構成される。このとき、インダクタ５０１を通るかなりの電流がある（実際電流は最大レベルになる）。しかしながら、スイッチを短絡させることによって、この電流はもはやキャパシタ１２０３を通って流れず、代わりにスイッチ１３０１を通って流れる。従って、キャパシタ１２０３の短絡は電圧がゼロに維持されること、すなわちキャパシタ１２０３の状態が一定に維持されることを保証する。
【０２２３】
スイッチ１３０１は従ってキャパシタ１２０３からの正及び負の電流両方を迂回し得る電流迂回路を形成することが留意されるべきである。
【０２２４】
所定期間後、すなわち部分時間間隔の終わりに、スイッチは再度開かれそれによってインダクタを通って流れる電流がキャパシタ１２０３の中へ（若しくはそこから）流れることになる。結果として、キャパシタ１２０３は充電を開始し、キャパシタ電圧がそれに従って変化する。これはインダクタから"見られる"キャパシタ１２０３の実効キャパシタンスが増加され、従って共振周波数が低減される結果をもたらす。結果として得られる実効共振周波数は部分時間間隔のタイミングに依存し、持続期間の増加は実効共振周波数の減少をもたらす。
【０２２５】
具体的に、駆動信号の周期の一部にわたってキャパシタを短絡させることによって、実効キャパシタンスが増加される。
【０２２６】
この効果を例示するために、平均電流
2017528106.tif 000009
で時間t２にわたって電圧Ｕ１（ｔ２）に充電されるキャパシタＣ１が考慮され得る。電圧Ｕ１（ｔ２）は次式であらわされ得る：
2017528106.tif 000010
【０２２７】
代わりにＣ１よりも小さい値を持つが０からｔ１まで短絡され、ｔ１からｔ２の時間間隔において充電される別のキャパシタＣ２を考慮すると、このキャパシタは同じ平均電流
2017528106.tif 000011
で電圧Ｕ２（ｔ２）に充電される。Ｃ２の場合電圧は次式で決定され得る：
2017528106.tif 000012
【０２２８】
Ｕ１（ｔ２）とＵ２（ｔ２）がｔ２において等しくなる場合、Ｃ１は次式によってあらわされ得る：
2017528106.tif 000013
【０２２９】
言い換えれば、キャパシタＣ２は値が小さいが、時間ｔ２において両キャパシタは同じ電圧に充電される。時間ｔ２において、キャパシタＣ２はインダクタをキャパシタＣ１と同じ電圧にさらす。従って、短絡の効果はインダクタによって"見られる"キャパシタの実効（若しくは見かけの）キャパシタンスを増加させることである。
【０２３０】
図１３の回路における信号の一実施例が図１４で提供される。実施例において、インダクタ１２０１のインダクタンスはＬｐ＝２００ｕＨであり、キャパシタ１２０３のキャパシタンスはＣｐ＝８．２ｎＦであり、
2017528106.tif 000014
の固有共振周波数をもたらす。
【０２３１】
実施例において、上部曲線は駆動信号を示す。
【０２３２】
見られる通り、各サイクルについて、スイッチ１３０１は第一部分時間間隔中（キャパシタ電圧の正のゼロ交差について）及び第二部分時間間隔中（キャパシタ電圧の負のゼロ交差について）にキャパシタ１２０３を短絡させるように構成される。各部分時間間隔において、電圧は従っておよそ１μｓにわたって一定に維持される。この時間中、キャパシタ１２０３の電圧は変化しない。同様に、インダクタ１２０１を通る電流もインダクタ１２０１が電圧にさらされないことに起因してほとんど変化しない（これは最大値においてほとんど一定である）。
【０２３３】
見られる通り、実効共振周波数が低下され、実際実施例において、約１０２ｋＨｚの実効共振周波数が実現される。
【０２３４】
正確な実効共振周波数は単に部分時間間隔の持続期間を調節することによってセットされ得る。持続期間が長くなるほど周波数が低くなる。
【０２３５】
さらに、駆動信号パルス間の持続期間が一定に維持される場合、駆動信号の動作周波数は駆動信号パルスの持続期間が変わることによって変更され得ることが見られる。しかしながら、これはタイミング信号の右エッジが同様に変化する結果を直接もたらし、キャパシタのゼロ交差に結合されるタイミング信号の左エッジを維持することによって、部分時間間隔が対応して変化することになる。従って、共振周波数は駆動信号動作周波数に直接追従し、本質的に同一になる。
【０２３６】
図１５は図１２のシステムの別の実施形態を図示する。この実施例において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フロー（及び特に電流フローの変化率）を妨げることによって、又は均等に誘導性キャパシタンスにわたってキャパシタによってかけられる電圧を低減させることによって、誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。特に、実施例において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローをブロックすることによって、又は均等にインダクタ電圧をゼロにセットすることによって、誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０２３７】
実施例において、キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への電流はインダクタ１２０１と直列なスイッチ１５０１によってブロックされる。実施例において、ドライバ２０３は共振サイクルの一部にわたってキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間の結合を効果的に切断するように構成される。ドライバ２０３はスイッチ１５０１を駆動信号に同期させ、原則的に図１３の実施例について記載された通りに動作する。実際、図１３の実施例において、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３を通る電流をゼロになるように制御することによってキャパシタ１２０３にかかる電圧をゼロにおいてフリーズさせるように構成される。図１５の実施例において、スイッチ１５０１はキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１を切断し、そしてインダクタに対するキャパシタの電圧の影響を除去することによって、インダクタ１２０１を通る電流をゼロにおいてフリーズさせるように構成される。従って、電流と電圧の役割が交換されるときにキャパシタとインダクタの動作が同じであることを考慮すると、二つのアプローチは同等である。実際、図１４の信号はインダクタ電流とキャパシタ電圧に対する曲線がそれぞれキャパシタ電圧とインダクタ電流と交換される場合、図１５の実施例にも当てはまり得る。
【０２３８】
提供された実施例において、部分時間間隔中、キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の両方の状態変化が遅延され、又は実質的にフリーズされることも留意されるべきである。実際、図１３の実施例において、部分時間間隔中、電流はキャパシタ１２０３に到達せず、電圧はゼロにおいて一定である。しかしながら、このようにインダクタ１２０１にかかる電圧もゼロにセットし、従ってインダクタ電流は実質的に一定であり、すなわちインダクタ１２０１に対して実質的に状態変化がない。同様に、図１５の実施例において、部分時間間隔中、キャパシタ１２０３から電流が流れることができず、従ってキャパシタ１２０３にかかる電圧は実質的に一定になり、すなわちキャパシタ１２０１に対して実質的に状態変化がない。
【０２３９】
前の実施例において、部分時間間隔の開始はそれぞれインダクタ電圧とキャパシタ電流のゼロ交差と同期されて（及び具体的には整合されて）いた。特に、部分時間間隔の開始時間はそれぞれキャパシタ電圧とインダクタ電流のゼロ交差と整合される。これは部分時間間隔中にキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間の電流フローが完全にゼロに低減されるときに特に利点を提供する。しかしながら、当然のことながら一部の実施形態では、電流フローにおけるより段階的な低減が使用され得る。
【０２４０】
当然のことながら状態変化、及びキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間のエネルギーフローの遅延は、共振コンポーネント間の電流フローを完全に妨げるのではなく低減させることによって実現され得る。低減される電流は例えばマイクロコントローラによってリアルタイムで制御されることができる電流調整回路を通じて例えば実現され得る。
【０２４１】
しかしながら、別の実施例として、低減は例えば部分時間間隔中に追加キャパシタ若しくはインダクタを含むことによって実現され得る。例えば、図１６の実施例において、追加電流低減キャパシタ１６０１が図１３のスイッチと直列に挿入される。部分時間間隔中、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３を短絡させないが、電流低減キャパシタ１６０１を並列に挿入する。これは部分時間間隔中に電流の一部が電流低減キャパシタ１６０１へ流れるのでキャパシタ１２０３への電流が低減される結果をもたらし、それによってキャパシタ１２０３の状態変化と、そしてキャパシタ１２０３がインダクタにかける電圧を低減させる（電流低減キャパシタ１６０１はキャパシタ１２０３と一緒に充電及び放電される）。
【０２４２】
インダクタ１２０１について対応する実施例が図１７に示される。この実施例では、電流低減インダクタ１７０１がインダクタ１２０１と直列に挿入され、スイッチ１７０３が電流低減インダクタ１７０１と並列結合される。この実施例において、スイッチ１７０３は部分時間間隔中に開かれ、実効インダクタンスが増加されることになる。従って、部分時間間隔中にインダクタを通る電流変化が低減される（キャパシタ１２０３がかける電圧がここではインダクタ１２０１と１７０１にわたって分割されるので、キャパシタ１２０３がインダクタ１２０１にかける派生電圧が低減されるため）。部分時間間隔の終わりに、スイッチ１７０３が閉じられ、それによって電流低減インダクタ１７０１を短絡させる。
【０２４３】
以下、ドライバ２０３が駆動信号を生成するためにスイッチングブリッジ／インバータを有するシステムをさらに参照して、システムの動作が説明される。スイッチングブリッジは具体的には図４及び５の実施例に対応するハーフブリッジ若しくはフルブリッジであり得る。
【０２４４】
実施例において、ドライバ２０３はさらに部分時間間隔を直接制御する遷移を持つようにタイミング信号を生成する。具体的に、信号は部分時間間隔の開始時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間、部分時間間隔の終了時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間、若しくは部分時間間隔の開始時間と終了時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間の両方において起こる遷移を持つように生成される。
【０２４５】
さらに、実施例において、ドライバ２０３はスイッチブリッジのスイッチを制御するスイッチ信号の一つ（若しくはそれ以上）へタイミング信号を同期させるように構成される。このように、駆動信号はスイッチブリッジにおけるスイッチのスイッチングによって生成され、タイミング信号、及び従って部分時間間隔のスイッチ信号への同期化は駆動信号への同期化も提供する。
【０２４６】
図１８は図１及び２の誘導電力伝送システムの一実施例の要素の電気モデルの一実施例を示す。
【０２４７】
一次共振回路２０１はコンポーネントＣｐ及びＬｐ（キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１に対応）によってあらわされる。ドライバはＶｐと、具体的実施例ではＦＥＴであるスイッチＭ１‐Ｍ４によって形成されるスイッチブリッジによってあらわされる。二次共振回路２０５はコンポーネントＣｓ，Ｌｓによってあらわされる。キャパシタＣｄは１ＭＨｚにおいて共振を作り出し、これは可動コイルを使用する送電器が受電器の位置を見つけることを可能にする（例えばＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）に記載の原理に従う）。キャパシタＣｍとスイッチＳｍは受電器１０５による負荷変調をあらわす。ダイオードＤ７からＤ１０及びＣｌとＲｌは受電器１０５の負荷をあらわす（ダイオードが整流を提供する）。
【０２４８】
実施例において、スイッチＳ１が適切なデューティサイクルで開閉されるとき、実効キャパシタンスは自然にキャパシタ１２０３（Ｃｐ）のキャパシタンスよりも大きくなる。送電器の実効共振周波数が固有共振周波数よりも低くなることが望まれる場合、スイッチＳ１はＣｐにかかる電圧が負から正へ及び／又は逆にゼロ電圧を通過した直後の短期間だけ閉じられる。これは図１９に図示され、最初にスイッチＳを制御する駆動信号とタイミング信号を、それからインダクタ１２０１を通る電流、及び最後にキャパシタにかかる電圧を示す（図１４に対応）。駆動信号はそれぞれ９３ｋＨｚ及び１０％の周波数ｆｏとデューティサイクルＤで共振回路に印加される、すなわち駆動信号は９３ｋＨｚの動作周波数を持つ。実施例において、共振タンクの固有共振周波数ｆｎは１００ｋＨｚである。従って、共振回路にかかる電圧（Ｖ（ｌｅｆｔ，ｒｉｇｈｔ）と示される）は、自励共振回路の場合電流ｉｐ（ｔ）を遅らせるはずであり、これは容量性モード動作であることを意味する。しかしながら、図１８のシステムにおいて、スイッチＳ１は電圧Ｖ（ｌｅｆｔ，ｒｉｇｈｔ）と電流ｉｐ（ｔ）の第一高調波が同相になるようにキャパシタＣｐを短絡させ、これは送電器が共振して動作することを意味する。このように、この共振は適切なデューティサイクルでスイッチＳ１を閉じることによって電圧Ｖ（Ｃｐ）のゼロ交差のイベントの直後にキャパシタＣｐにかかる電圧が増加（若しくは減少）することを妨げることによって実現される。これはインダクタからの電流をキャパシタＣｐから効果的にそらす。
【０２４９】
多くの実施形態において図１８の実施例よりも実用的になるアプローチの一実施例が図２０で提供される。図２０の実施例では、図１８のタイミングの単純化が実現され、これは追加柔軟性を提供し得る。
【０２５０】
図２０の実施例において、スイッチは二つの電流迂回路で置き換えられ、一つは一方向に流れる電流に対する短絡を提供し、一つは別の方向に流れる電流用である。実施例において、各電流迂回路は整流器（具体的にはダイオード）を含み、これは電流がその経路について一方向にしか流れることができないことを確実にする。
【０２５１】
この実施例において、共振タンクを通る正電流はここでＤ６／Ｍ６によってシャントされ、負電流はＤ５／Ｍ５によってシャントされる。ダイオードＤ５及びＤ６はＭ５及びＭ６のボディダイオードが導電することを防止する。スイッチ／ＦＥＴ  Ｍ６はスイッチ／ＦＥＴ  Ｍ４と全く同じ信号によって制御される、すなわち実施例において部分時間間隔のタイミングを制御するためのスイッチ信号はスイッチブリッジのスイッチの一つに対するスイッチ信号と全く同じである。実際、部分時間間隔の開始及び終了時間の少なくとも一方は、駆動信号を生成するスイッチングブリッジのスイッチの一つのスイッチングと同期されるのみならず、また一致する。
【０２５２】
実際、スイッチＭ４が導電しているとき、電圧Ｖ（Ｃｐ）は負から正へ共振している。この電圧が正になるとき、スイッチＭ６は既にオン状態にあるので、ダイオードＤ６は直ちに導電を開始する。このように、複雑なタイミング制御の必要なしにｉｐ（ｔ）を通る電流が必然的にキャパシタＣｐからＤ６／Ｍ６へ向かって整流する。これはさらに図２１に図示される。
【０２５３】
同様の状況がＭ５／Ｄ５の第二経路についても起こる。実際、この実施例において、スイッチＭ５に対する制御スイッチ信号はＭ３のスイッチングと一致するように直接生成される。
【０２５４】
実施例において、電流迂回路の各々（Ｄ５／Ｍ５及びＤ６／Ｍ６）は従ってスイッチと整流器両方を有する。これは部分時間間隔のより柔軟なタイミングを可能にする。
【０２５５】
具体的に、スイッチと整流器両方の使用は、送電器が部分時間間隔の開始時間と終了時間の一方をタイミング信号における遷移へ整合させることを可能にしながら、他方は整流器によって自動的に生成される、すなわちこれは整流器が導電状態と非導電状態の間をスイッチすることによって決定される。
【０２５６】
図２０の実施例において、スイッチはキャパシタの電圧が負であるときに導電状態へスイッチされ得る。しかしながら、ダイオードＤ６のために、Ｄ６／Ｍ６の電流迂回路はいかなる電流も伝導せず、従ってキャパシタ５０３からいかなる（負若しくは正）電流も迂回させない。このように、スイッチＭ６のスイッチオンの厳密なタイミングは、電流が迂回される部分時間間隔の開始を構成しないので、無関係である。
【０２５７】
しかしながら、キャパシタ１２０３にかかる電圧のゼロ交差の直後に、ダイオードＤ６は導電し始める（電圧が十分な順方向バイアスを提供するために十分高くなるとすぐに）。従って、ダイオードＤ６が非導電状態から導電状態へスイッチするとき、電流迂回路はインダクタ１２０１からの電流をキャパシタ１２０３からそらし始める。このように、部分時間間隔の開始はダイオードが非導電状態から導電状態へスイッチすることによって制御され、スイッチＭ６がスイッチするときには依存しない。従って、部分時間間隔の開始時間はタイミング信号に整合され得ない。
【０２５８】
電流迂回路はスイッチＭ６が開状態へスイッチされるまで電流を迂回させ続ける（インダクタからダイオードＤ６の順方向に流れる電流がある限り）。このように、部分時間間隔の終了時間はタイミング信号の遷移と、従ってスイッチＭ４に対するスイッチ信号の遷移と整合される。
【０２５９】
従って、図２０の実施例において、図２１に図示される通り、送電器は部分時間間隔の開始時間を整流器（ダイオードＤ６）が非導電状態から導電状態へスイッチすることに整合させるように構成されるが、終了時間はタイミング信号における遷移へ、従ってスイッチ信号における遷移へ整合される。実際、同じスイッチ信号が電流迂回路のスイッチとスイッチブリッジのスイッチ両方のために使用され得る。
【０２６０】
当然のことながら他の実施形態では、同じ原理が例えば、整流器が導電状態から非導電状態へスイッチするときに部分時間間隔を終了させることを潜在的に含む、整流器が導電状態をスイッチすることに応答して部分時間間隔の終了を制御するために適用され得る。かかる実施は例えばキャパシタからの電流を迂回させる代わりに、例えばインダクタへの電流のブロックが利用されるときに有用であり得る。
【０２６１】
アプローチは多数の特定の利点を持つ。実際、これはキャパシタ電圧及び／又はインダクタ電流のゼロ交差への部分時間間隔の開始の自動同期化を可能にする。このように、これはコンポーネントが容易に短絡若しくは切断され得るときに部分時間間隔の開始を自動的に整合させ、それによって低複雑性の実施形態を可能にする。
【０２６２】
別の顕著な利点は、駆動信号とスイッチブリッジに対するスイッチ信号を生成する上での追加柔軟性を提供することである。具体的に、部分時間間隔はスイッチ信号の一エッジに同期されるだけなので、他方は（理にかなった範囲で）自由に変動可能である。これは特にデューティサイクルが変更されることを可能にし、従ってドライバが例えば信号の動作周波数若しくは振幅レベルを変えることなく生成された電力伝送信号の電力レベルを動的に変動させることを可能にする。
【０２６３】
実際、アプローチは駆動信号のかなり単純化された生成を可能にする。具体的に、スイッチブリッジの対応するスイッチ（それぞれＭ１／Ｍ４及びＭ２／Ｍ３）をスイッチオンする代わりに、駆動信号がアクティブである比較的短い時間間隔中だけ（すなわち図２１の第一曲線において）、スイッチの全部が５０％のデューティサイクルで実質的に方形波信号によって作動され得る。そして駆動信号のデューティサイクルはこれら駆動信号間の相対位相差によって生成され得る。しかしながら、エッジの一つのみが部分時間間隔のタイミングを制御するので、これは部分時間間隔に影響しない。
【０２６４】
さらに、アプローチは第一受電器１０５と動作周波数が同じ値で本質的に一緒にロックされることを依然として保証する。特に、これは共振回路２０１の振動が駆動信号の毎サイクルごとに効果的に再開されるという事実に起因する。
【０２６５】
図２０の実施例において、システムにおける電圧レベルは典型的には、部分時間間隔を制御するスイッチ（すなわちスイッチＭ５及びＭ６）が、典型的には二つの追加パルストランスを用いて実現される高電圧レベルシフタを通じて駆動されることを要することが留意されるべきである。
【０２６６】
しかしながら、これは図２２のシステムにおいて部分的に回避され得る（具体的には高電圧レベルシフタはスイッチＭ６に対して回避され得る）。この実施例では、二つの電流迂回路がインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の接合点とスイッチングブリッジへの電力供給用パワーレイルとの間で結合される。
【０２６７】
図２２のシステムの動作は図２０の実施例と同様であり、電流が迂回されるために電源へ戻る異なる経路を単に提供する。しかしながら、重要な違いはスイッチＭ５とＭ６がそれぞれ電圧レイルとインバータ用の接地を、すなわち固定電圧を基準とすることである。これは例えばこれらがＭＯＳＦＥＴとして実現されるとき、スイッチの駆動を実質的に容易にし得る。実施例において、スイッチＭ６はＭＯＳＦＥＴがＭ４と同じスイッチ信号によって直接駆動されることによって実現され得る。しかしながら、Ｍ５を実現するＭＯＳＦＥＴは、このＭＯＳＦＥＴのソースの電圧が負の電圧値を持つことになるので、依然パルストランスを要し得る。
【０２６８】
図２３は図２２のシステムの変更を図示する。この実施例において、電圧レイルへの電流迂回路、すなわちＤ５／Ｍ５を有する電流迂回路は完全に除去されている。このシステムはゼロ交差の半分だけ部分時間間隔を導入するが（すなわちサイクルあたり一ゼロ交差のみ）、実効共振周波数の効果的な調節を提供することがわかっている。
【０２６９】
このように、図２３のシステムにおいて、電流迂回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、電流迂回路の一端はインダクタとキャパシタの間の接合点に結合され、電流迂回路の他端はスイッチングブリッジ用の接地電源レイルへ結合される。システムにおいて、整流器は部分時間間隔の開始時間を、整流器が非導電状態から導電状態へスイッチするときへ整合させ、一方部分時間間隔の終了時間はスイッチングブリッジのスイッチＭ４のスイッチングへ整合される。
【０２７０】
アプローチは、送電器の共振周波数を駆動信号にマッチするように適応させるための非常に低複雑性のアプローチを可能にする。アプローチは特に、駆動信号の周波数が一次共振回路の共振周波数と常に同じであり、逆もまた同様な自動システムを提供し得る。
【０２７１】
動作周波数と一次共振周波数のロックを例示するために、図２４のシステムが考慮され得る。実施例はインダクタ１２０１（Ｌ）とキャパシタ１２０３（Ｃ）を有する共振回路を駆動するドライバ２０３を図示する。ドライバが共振回路へステップ電圧を印加する場合、これは周知の共振周波数
2017528106.tif 000015
において振動し始める。これらの振動はシステムを通って流れる電流Ｉ（描かれた線）、及びインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の間の接合点における電圧Ｖ（破線）において見られる。ダンピングの存在下で、振動はしばらくした後消失し、キャパシタ１２０３がドライバ２０３のステップ電圧へ充電される定常状態につながる。実際には、共振回路は高Ｑファクタ、すなわち低ダンピングを持ち、これは共振周波数の多くの周期にわたって振動が継続することを意味する。
【０２７２】
ドライバ２０３が共振周波数に等しい周波数において信号を印加する場合、振動はダンピングの存在下であっても無限に維持され得る。この場合、非常に高電流が回路を流れ得る。しかしながら、ドライバ２０３が共振周波数と異なる周波数において信号を印加する場合、システムはあまりうまく"スイング"せず、かなり低い電流が回路を通って流れることになる。実際、後者の場合、回路における電流及び電圧信号は二つの周波数、すなわち駆動周波数と共振周波数を含み、共振周波数は共振タンク回路のより高いＱファクタでより拡張されることになる。電流及び電圧信号における二つの周波数はそれらの振幅上でのビート周波数につながり、これはときに二周波数間の相互変調とも（不正確に）よばれることがある。システムの受電側での負荷変調を通じて実現される振幅変調に依存する無線電力伝送システムにおいて、これは信頼できる通信を、不可能ではないにしても困難にし得る。従って所定の場合には必須ではないにしても、共振周波数に等しい周波数においてシステムを作動させることが有利である。
【０２７３】
共振周波数における振動の一サイクルの完了後にスイッチＳＷ１若しくはＳＷ２のいずれかを閉じることによって、その周波数におけるさらなる振動が阻害される。言い換えれば、回路における電流及び電圧信号の変化の状態がこの実施例ではゼロへ減速される。駆動信号の次のサイクルの開始において再度スイッチを開くと、駆動信号がはじめて印加されたかのように共振周波数における振動を再開する。これは電流信号若しくは電圧信号の位相が駆動信号の位相にマッチするようにリセットされることを意味する。言い換えれば、回路におけるサイクルの周波数は事実上駆動周波数に等しくなるが、もはや正弦波形状を持たない。図２５において、左側は電流の負から正のゼロ交差においてＳＷ１を閉じる場合に得られる波形を示し、右側の図は電圧の負から正のゼロ交差においてＳＷ２を閉じる場合に得られる波形を示す。描かれた波形は電流をあらわし、破線の波形は電圧をあらわし、点線は駆動信号を、この場合は方形波をあらわす。
【０２７４】
駆動周波数と共振周波数の差に依存して、システムは一サイクルに一度とは対照的に数サイクルに一度スイッチを操作することによって電流及び電圧信号におけるビートを効果的に抑制するはたらきもし得ることが留意されるべきである。例えば、駆動周波数が共振周波数に近づく場合、ビートの周波数は増加し、振幅において生じる変化は増大するのに数サイクルかかる。その場合数サイクルごとに位相をリセットすることが、スイッチを操作することから生じ得るシステムにおける潜在的損失を削減しながら、負荷変調ベースの通信に対する感度を十分なレベルで維持するために十分である。
【０２７５】
スイッチの動作の同期化は、例えば様々な異なる実施形態について前述したような、多くの方法で実現され得る。スイッチの開放は方形波若しくはパルス波駆動信号のエッジ、例えば立ち上がりエッジと最も容易に同期される。スイッチを閉じるために、電流若しくは電圧信号の負から正へのゼロ交差でトリガーする測定システムがタンク回路へ追加され得る。当業者はこの機能を実行する多くの種類の回路を設計することができるだろう。
【０２７６】
並列にマルチタンク回路を駆動する単一ドライバを有する無線電力システムの場合、これは受電器のより大きな（横方向）位置決め公差を実現する有利な実施例であるが、共振周波数においてシステムを作動させることは不可能ではないにしても困難である。その理由は無線電力システムを実現するために使用されるコンポーネントのインダクタンス値とキャパシタンス値における固有スプレッドに起因して、各共振タンク回路が典型的には異なる共振周波数を持つためである。各共振タンク回路のＱファクタを制限することによって、共振周波数における電流及び電圧信号コンポーネントは駆動周波数における信号コンポーネントに対して小さく維持され得る。これは振幅変調に基づく通信が可能なままであるように、振幅上のビートを抑制する。しかしながら、このアプローチの欠点は、電力伝送の効率を標準に達するように維持するために、低Ｑファクタが比較的高い結合を要することである。言い換えれば、低Ｑファクタはシステムの送電部と受電部の間の大きな距離を許容しない。
【０２７７】
上記の通り自励振動を阻害することによって、システムにおける様々な周波数間のビートが、‐駆動周波数だけでなく複数の共振タンク回路の異なる共振周波数も‐抑制されることができ、振幅変調を用いた通信を可能にする。言い換えれば、かなり大きな距離に置かれる受電器からの振幅通信を復調することが可能な高Ｑマルチコイル若しくはアレイベースの送電器を実現することが可能になる。
【０２７８】
特に図１２‐２５に関する上記説明は、このように複数の特徴の実施形態例を提供する。具体的には、以下の特徴と概念が具体的な上記実施例において、又は実際には対応するアプローチを用いる他の回路において適用され得る。
【０２７９】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間のエネルギーフローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【０２８０】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の電流フローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【０２８１】
これは特に効果的な制御を提供し得、実用的な実施を提供し得る。電流フローは正若しくは負の電流フローであり得る。電流フローを妨げることは電流フローを低減させることといかなる電流フローも完全に防止することの両方を含み得る。
【０２８２】
多くの実施形態において、ドライバは駆動信号を生成するためのスイッチングブリッジを有し、ドライバはスイッチングブリッジのスイッチに対するスイッチ信号の遷移へタイミング信号の遷移を同期させるように構成される。
【０２８３】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に非常に効率的で実用的な実施を可能にし得る。低複雑性だが正確な制御が多くの実施形態で実現され得る。
【０２８４】
多くの実施形態において、周波数修正回路はスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される。
【０２８５】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【０２８６】
異なるパラメータに応答した開始時間と終了時間の整合は追加柔軟性を提供し得、特に具体的にはデューティサイクルなど、駆動信号のパラメータを制御するさらなる柔軟性を可能にし得る。
【０２８７】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスからの電流を容量性インピーダンスからそらすことによって容量性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０２８８】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０２８９】
多くの実施形態において、周波数修正回路は誘導性インピーダンスからの電流を容量性インピーダンスからそらすように構成される電流迂回路を有し、電流迂回路は電流迂回路を接続及び切断するためのスイッチを有し、周波数修正回路はタイミング信号へスイッチのスイッチングを整合させるように構成される。
【０２９０】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０２９１】
多くの実施形態において、周波数修正回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ同期させるように構成される。
【０２９２】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【０２９３】
異なるパラメータに応答した開始時間と終了時間の整合は追加柔軟性を提供し得、特に具体的にはデューティサイクルなど、駆動信号のパラメータを制御するさらなる柔軟性を可能にし得る。
【０２９４】
多くの実施形態において、部分時間間隔の開始時間は非導電状態から導電状態への整流器スイッチングへ整合され得、終了時間はタイミング信号によって制御される。
【０２９５】
多くの実施形態において、電流迂回路の第一端は誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の接合点に結合される。
【０２９６】
これは効果的な上に容易な動作を可能にする特に有利な実施例を提供し得る。多くの実施形態において、アプローチは具体的には必要な専用部品の数など、周波数修正回路の複雑性を低減し得る。
【０２９７】
多くの実施形態において、電流迂回路の第二端は電圧源レイルへ結合される。
【０２９８】
これは効果的な上に容易な動作を可能にする特に有利な実施例を提供し得る。多くの実施形態において、アプローチは具体的には必要な専用部品の数など、周波数修正回路の複雑性を低減し得る。多くの実施形態において、これは電流迂回路を接続及び切断するためのスイッチの駆動を容易にし得る。
【０２９９】
多くの実施形態において、ドライバは駆動信号を生成するためのスイッチングブリッジを有し、ドライバはスイッチングブリッジのスイッチに対するスイッチ信号の遷移へタイミング信号の遷移を同期させるように構成される。
【０３００】
これは改良された性能及び／又は単純化された実施を提供し得る。同期化は具体的には例えば駆動信号の周期時間の１／５０以内で、タイミング信号の遷移をスイッチ信号の遷移へ時間整合させ得る。
【０３０１】
多くの実施形態において、電流迂回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、電流迂回路の第一端は誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の接合点に結合され、電流迂回路の第二端はスイッチングブリッジのための接地電源レイルへ結合され、送電器が部分時間間隔の開始時間を、整流器が非導電状態から導電状態へスイッチする時間に整合させ、部分時間間隔の終了時間をスイッチングブリッジのスイッチのスイッチングへ整合させるように構成される。
【０３０２】
これは特に有利な性能及び／又は実施を提供し得る。
【０３０３】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローを妨げることによって誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０３０４】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０３０５】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローをブロックすることによって誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０３０６】
当然のことながら明確にするための上記記載は異なる機能回路、ユニット及びプロセッサに関して本発明の実施形態を記載している。しかし当然のことながら異なる機能回路、ユニット若しくはプロセッサ間での機能のいかなる適切な分散も、本発明を損なうことなく使用され得る。例えば、別々のプロセッサ若しくはコントローラによって実行されるように例示される機能が、同じプロセッサ若しくはコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット若しくは回路への言及は厳密な論理的若しくは物理的構造若しくは機構を示すのではなく記載の機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるに過ぎない。
【０３０７】
本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア若しくはこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実現され得る。本発明は随意に一つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実現され得る。本発明の実施形態の構成要素及び部品は任意の適切な方法で物理的に、機能的に及び論理的に実現され得る。実際、機能は単一ユニットにおいて、複数のユニットにおいて、若しくは他の機能ユニットの一部として実現され得る。従って、本発明は単一ユニットにおいて実現され得るか、又は異なるユニット、回路及びプロセッサ間に物理的に及び機能的に分散されてもよい。
【０３０８】
本発明は一部の実施形態に関して記載されているが、本明細書に記載の特定の形式に限定されないことが意図される。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項にのみ限定される。付加的に、ある特徴は特定実施形態に関して記載されるように見えるかもしれないが、当業者は記載の実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わされ得ることを認識するだろう。請求項において、有するという語は他の要素若しくはステップの存在を除外しない。
【０３０９】
さらに、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路若しくは方法ステップは例えば単一の回路、ユニット若しくはプロセッサによって実現され得る。付加的に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは場合により好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項への包含は特徴の組み合わせが実現可能及び／又は好都合でないことを示唆しない。請求項の一つのカテゴリへの特徴の包含もこのカテゴリへの限定を示唆せず、むしろ特徴が必要に応じて他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。さらに、請求項における特徴の順序は特徴が実施されなければならないいかなる特定の順序も示唆せず、特に方法の請求項における個々のステップの順序はステップがこの順序で実行されなければならないことを示唆しない。むしろ、ステップはいかなる適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数形の参照は複数を除外しない。従って"a"、"ａｎ"、"ｆｉｒｓｔ"、"ｓｅｃｏｎｄ"などの参照は複数を除外しない。請求項における参照符号は単に明確にする実施例として与えられるに過ぎず、決して請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
2017528106.tif 000016
【図２】
2017528106.tif 000017
【図３】
2017528106.tif 000018
【図４】
2017528106.tif 000019
【図５】
2017528106.tif 000020
【図６】
2017528106.tif 000021
【図７】
2017528106.tif 000022
【図８】
2017528106.tif 000023
【図９】
2017528106.tif 000024
【図１０】
2017528106.tif 000025
【図１１】
2017528106.tif 000026
【図１２】
2017528106.tif 000027
【図１３】
2017528106.tif 000028
【図１４】
2017528106.tif 000029
【図１５】
2017528106.tif 000030
【図１６】
2017528106.tif 000031
【図１７】
2017528106.tif 000032
【図１８】
2017528106.tif 000033
【図１９】
2017528106.tif 000034
【図２０】
2017528106.tif 000035
【図２１】
2017528106.tif 000036
【図２２】
2017528106.tif 000037
【図２３】
2017528106.tif 000038
【図２４】
2017528106.tif 000039
【図２５】
2017528106.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月6日(2017.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は誘導電力伝送に関し、特に、限定されないが、Ｑｉ規格対応の素子を用いて誘導電力伝送を提供する送電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用されているポータブルデバイス及びモバイルデバイスの数と種類はこの１０年で爆発的に増加した。例えば、携帯電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用は当たり前になっている。こうしたデバイスは一般的に内蔵バッテリによって給電され、典型的な使用シナリオはバッテリの充電若しくは外部電源からのデバイスの直接配線給電を要することが多い。
【０００３】
ほとんどの今日のシステムは外部電源から給電されるために配線及び／又は明示的な電気接点を要する。しかしながら、これは非実用的な傾向があり、ユーザがコネクタを物理的に挿入するか若しくはそうでなければ物理的電気接点を確立することを要する。これはまた、ワイヤの長さを導入することによりユーザにとって不都合な傾向もある。典型的には、電力要求も著しく異なり、現在ほとんどのデバイスはその専用電源を備え、典型的なユーザは各電源が特定デバイス専用である多数の異なる電源を持つことになる。内蔵バッテリの使用は使用中に電源への配線接続の必要性を防止し得るが、これはバッテリが充電（若しくは費用のかかる交換）を必要とすることになるので部分的な解決法を提供するに過ぎない。バッテリの使用はデバイスの重量を、潜在的にコストとサイズを大幅に増す可能性もある。
【０００４】
著しく改善されたユーザ経験を提供するために、電力が送電デバイス内の送電コイルから個々のデバイス内の受電コイルへ誘導伝送される無線電源を使用することが提案されている。
【０００５】
磁気誘導を介した送電は、一次送電コイルと二次受電コイルの間に密結合を持つ変圧器において主に適用される、周知の概念である。一次送電コイルと二次受電コイルを二つのデバイス間に分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいてこれらのデバイス間の無線電力伝送が可能になる。
【０００６】
こうした構成はいかなる配線若しくは物理的電気接続が作られることも要することなくデバイスへの無線電力伝送を可能にする。実際、これはデバイスが充電されるか若しくは外部から給電されるために送電コイルに隣接して、若しくはその上に置かれることを容易く可能にし得る。例えば、送電デバイスは水平面を備えることができ、その上にデバイスが給電されるために容易く置かれることができる。
【０００７】
さらに、こうした無線電力伝送装置は送電デバイスが様々な受電デバイスと使用されることができるように都合よく設計され得る。特に、Ｑｉ規格として知られる無線電力伝送規格が規定されており、現在さらに開発が進んでいる。この規格はＱｉ規格に適合する送電デバイスが同様にＱｉ規格に適合する受電デバイスと使用されることを、これらが同じ製造業者のものであるか若しくは相互に専用品である必要なしに可能にする。Ｑｉ規格はさらに（例えば特定電力ドレインに依存して）動作を特定受電デバイスに適応させるための何らかの機能を含む。
【０００８】
Ｑｉ規格はワイヤレスパワーコンソーシアムによって策定され、詳細は例えばそのウェブサイト：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見られ、ここで特に既定の規格文書が見られる。
【０００９】
Ｑｉ無線電力規格は送電器が受電器へ保証電力を供給することができなければならないと記述する。必要な特定電力レベルは受電器の設計によって決まる。保証電力を指定するために、条件の各々に対する保証電力レベルを記述するテスト受電器及び負荷条件のセットが定義される。
【００１０】
例えばＱｉなどの多くの無線電力伝送システムは、受電器から送電器への通信をサポートし、それによって、送電器が特定の受電器に適応することを可能にし得る情報を受電器が提供することを可能にする。
【００１１】
多くのシステムにおいて、かかる通信は電力伝送信号の負荷変調によって実現される。特に、通信は受電器が負荷変調を実行することによって達成され、受電器によって二次受電コイルに印加される負荷は電力信号の変調をもたらすように変更される。得られる電気特性の変化（例えば電流引き込みの変動）は送電器によって検出され、デコード（復調）され得る。
【００１２】
従って、物理層において、受電器から送電器への通信チャネルはデータキャリアとして電力信号を使用する。受電器は負荷を変調し、これは送電コイル電流若しくは電圧の振幅及び／又は位相の変化によって検出される。
【００１３】
Ｑｉにおける負荷変調のアプリケーションのさらなる情報は例えばＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）パート１チャプタ６に見られる。
【００１４】
負荷変調のために、送電インダクタから生成される電力伝送信号は従って、受電器において電力伝送信号の負荷の変化によって導入される負荷変調に対するキャリア信号として使用される。改良された電力伝送性能を提供するためには、通信信頼性が可能な限り高くなること、及び具体的にはビット若しくはメッセージエラーレートが最小化されることが当然必要である。しかしながら、負荷変調性能は例えば電力伝送信号の周波数、負荷変調の異なる負荷に対する固有負荷値などを含む、多くの異なる動作特性とパラメータに依存する。
【００１５】
従って、負荷変調を用いる電力伝送システムにおいて最適通信性能を実現することはしばしば困難になり得る。この態様は、性能がしばしば通信性能と他の動作特性及び性能との間のトレードオフになるため特に重要である。例えば、最適電力伝送性能の要求と最適通信性能の要求との間には矛盾があることが多い。かかる問題は受電器と送電器のインダクタ間の結合の値が低い場合に特に重大になることが多く、従ってこれらの間の距離が増加し得る用途にとって特に重大である。
【００１６】
従って改良された電力伝送アプローチが有利になり得る。特に、改良された動作、改良された電力伝送、柔軟性の増大、実施容易化、動作容易化、改良された通信、通信エラーの削減、改良された電力制御、及び／又は改良された性能を可能にするアプローチが有利であり得る。特に、多くのシナリオにおいて、例えば受電コイルと送電コイル間の距離の増加で生じるような、減少した結合係数における通信を改良することが有利であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和若しくは除去しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器が提供され、送電器は、駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ可変共振回路と；可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための、負荷変調受信器と；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、アダプタとを有し、復調品質尺度は、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する。
【００１９】
本発明は多くの無線電力伝送システムにおいて改良された性能を提供し得、特に負荷変調による改良された通信を提供し得る。多くの実施形態において、改良された電力伝送、特に改良された電力伝送効率は、電力信号の負荷変調に基づく信頼できる通信を依然提供しながら実現され得る。
【００２０】
発明者らは特に、相互変調歪みが負荷変調通信を低下させ得るが、送電器の共振周波数と駆動信号の動作周波数を制御しリンクすることによって効果的に軽減され得ることを認識した。発明者らはさらに、これがしかしながら一部のシナリオにおいて、変調度など、他の通信パラメータを低下させ得ることを認識した。発明者らはさらに、その両方が周波数を収束させようとし、復調品質尺度を考慮する、動作周波数と一次共振周波数の適応によって、これが軽減され得ることを認識した。
【００２１】
本発明は、例えば他の通信特性へのいかなる低下も許容可能な限度内に維持されることを保証しながら、軽減された相互変調歪みを提供し得る。
【００２２】
アダプタは動作周波数と共振周波数に共通する標的状態若しくは定常状態によって動作周波数と共振周波数を収束させ得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、（例えば最低限必要な）動作周波数と共振周波数の収束を維持することを有し得る、又は維持することにあり得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、動作周波数と一次共振周波数を実質的に同一になるよう制御することを有し得る、又は制御することにあり得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数を収束させる適応は、動作周波数と一次共振周波数が閾値未満の差を持つように制御することを有し得る、又は制御することにあり得る。閾値はデータシンボル（典型的にはビット）時間周期の逆数よりも実質的に低くなり得、例えば典型的にはデータシンボル（典型的にはビット）時間周期の逆数の１／１０よりも高くない。多くの実施形態において、閾値は５００Ｈｚ、２００Ｈｚ、１００Ｈｚ、５０Ｈｚ、若しくは１０Ｈｚ未満であり得る。
【００２３】
一部の実施形態において、アダプタは動作周波数と一次共振周波数をそれらの間の固定関係を維持することによって収束させるように適応され得る。関係は具体的には同等性であり得る、すなわちアダプタは動作周波数と一次共振周波数に対して同じ周波数を維持し得る。一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数は単一共通信号によって制御され得る。このように、固定関係、従って収束は、同一共通信号から動作周波数と一次共振周波数を制御することによって実現され得る。
【００２４】
一部の実施形態において、アダプタは動作周波数と一次共振周波数を相互に向かってバイアスすることによって収束させるように構成され得る。
【００２５】
電力信号は受電器へ高電力伝送を提供するための主電力伝送信号でなくてもよい。一部のシナリオにおいて、これは主に負荷変調用の通信キャリアとして使用され得、例えば受電器自体の素子へ、又は負荷変調に使用される負荷のみへ電力を供給するのみであり得る。
【００２６】
受電器はバッテリを充電するため若しくはデバイスに給電するためなど、外部負荷へ電力を供給し得る。
【００２７】
動作周波数と共振周波数の適応は、適応が復調品質尺度に基づく／復調品質尺度を考慮する／復調品質尺度に依存する／復調品質尺度に基づく／復調品質尺度を反映する、及び／又は復調品質尺度の関数であるという意味で、復調品質尺度に応答し得る。適応は、動作周波数と共振周波数が復調品質尺度を反映する／復調品質尺度に依存する／復調品質尺度の関数として決定されるという意味で、復調品質尺度に応答し得る。
【００２８】
負荷変調受信器は、受電器への電力伝送中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。具体的に、負荷変調受信器は電力伝送フェーズ（誘導電力信号によって受電器へ電力が伝送される）中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。多くの実施形態において、復調品質尺度値は０．２Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ以上、若しくはさらに高い可能性がある反復率で生成され得る。一部の実施形態において、復調品質尺度値は電力伝送フェーズ中に実質的に連続的に生成され得る。
【００２９】
同様に、アダプタは受電器への電力伝送中に動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。具体的に、アダプタは電力伝送フェーズ（誘導電力信号によって受電器へ電力が伝送される）中に動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。多くの実施形態において、動作周波数と共振周波数は０．２Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ以上、若しくはさらに高い可能性がある更新レートで適応され得る。一部の実施形態において、動作周波数と共振周波数の適応は電力伝送フェーズ中に実質的に連続的であり得る。
【００３０】
多くの実施形態において、復調品質尺度は負荷変調を復調するときに負荷変調受信器によって受信されるデータの復調信頼性及び／又はエラー確率を反映し得る。復調品質尺度は具体的にはエラーレート若しくは信号対ノイズ比など、受信データの復調信頼性を反映し得る。負荷変調受信器は受電器から受信されている現在進行中の負荷変調データ送信に対する復調性能尺度を評価することに基づいて復調品質尺度を決定するように構成され得る。
【００３１】
復調品質尺度は、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する。
【００３２】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に動作周波数と一次共振周波数の値を制御するための効率的な尺度を提供し得る。
【００３３】
本発明のオプションの特徴によれば、復調品質尺度はデータ復調エラーレートを有する。
【００３４】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に動作周波数と一次共振周波数の値を制御するための効率的な尺度を提供し得る。
【００３５】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは閾値を超えるデータ復調エラーレートの検出に応答して動作周波数と共振周波数を変更するように構成される。
【００３６】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。例えばシステムは、収束された動作周波数と一次共振周波数が、これが許容不可能なエラーレートをもたらすまで他の特性に応答して制御されることを可能にし得、この場合動作周波数と一次共振周波数は許容可能なエラーレートを再度提供するように変更され得る。
【００３７】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタはさらに受電器への電力伝送の特性である電力伝送特性を決定するように構成され、アダプタは電力伝送特性に応答して動作周波数と共振周波数を適応させるように構成される。
【００３８】
これは特に有利な動作を提供し得る。特に、動作周波数と一次共振周波数の制御は改良された電力伝送と通信を提供するように同時に制御され得る。従って、アプローチは電力伝送最適化と通信信頼性最適化のためのトレードオフ及び相反する選好を制御するための効果的で低複雑性のアプローチを提供し得る。
【００３９】
電力伝送特性は具体的には誘導電力信号の電力レベル若しくは電力伝送信号の効率を示す値など（誘導電力信号の電力と受電器によって抽出される電力との差を反映する）、誘導電力信号の特性であり得る。
【００４０】
本発明のオプションの特徴によれば、電力伝送特性は電力信号に対する電力レベル及び電力伝送効率尺度の少なくとも一つを反映する。
【００４１】
これは特に有利な性能を提供し得、特に通信と電力伝送の考慮及び機能の間で有利なトレードオフと協調を提供し得る。
【００４２】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は受電器からの電力要求受信器に応答して駆動信号のデューティサイクルを適応させるための電力コントローラを有する。
【００４３】
これは動作周波数と一次共振周波数の収束において増加した自由を同時に提供しながら、効率的な電力制御を可能にし得る。
【００４４】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは動作周波数と共振周波数を最大電力伝送効率周波数から逸脱するように適応させるように構成される。
【００４５】
これは改良された性能を提供し得る。特に、アダプタは電力効率を増すように動作周波数と一次共振周波数を適応させるように構成され得るが、復調品質尺度の考慮はこれが最大化されることを防止し得る。特に、発明者らはこれが負荷変調通信の信頼性を低下させ得ることを認識した。
【００４６】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは共振周波数と動作周波数間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して共振周波数と動作周波数を適応させるように構成される。
【００４７】
これは多くのシナリオにおいて有利な性能及び／又は実施容易化を提供し得る。
【００４８】
本発明のオプションの特徴によれば、アダプタは復調品質尺度に応答して共振周波数と共振周波数のジョイント適応を実行するように構成され、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数の固定関係を維持する。
【００４９】
これは多くの実施形態において改良された性能を提供し得る。ジョイント適応は動作周波数と一次共振周波数両方に対する周波数値へ直接変換する単一出力を生成し得る。固定関係は同等性であり得る、すなわちジョイント適応は動作周波数と一次共振周波数が常に同一であるようなものであり得る。従って、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数を実質的に同一であるように維持するように構成される。
【００５０】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調及び予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成される。
【００５１】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。
【００５２】
本発明のオプションの特徴によれば、共振回路は容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスを有し、送電器はさらに駆動信号の少なくとも一部のサイクルの部分時間間隔にわたって容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスの少なくとも一つについて状態変化を遅らせることによって共振周波数を制御するための周波数修正回路を有し、周波数修正回路は部分時間間隔の開始時間と終了時間の少なくとも一方をタイミング信号の遷移へ整合させるように構成され、ドライバは駆動信号に同期される遷移を持つタイミング信号を生成するように構成される。
【００５３】
これは多くの無線電力伝送システムにおいて改良された性能を提供し得る。これは異なる受電器への送電器のマッチングを提供するために送電器の促進された及び／又は改良された適応を提供し得る。アプローチは送電器が受電器へ適応することを可能にし得、それによって例えば幅広い受電器とともに送電器が使用されることを可能にする。
【００５４】
アプローチは特に動作周波数と一次共振周波数の間で収束を維持する高効率の方法を提供し得、従って相互変調を軽減し通信を改良し得る。
【００５５】
状態変化を遅らせることは、容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスのみを含む共振回路に対して遅らせることであり得る。容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスは典型的には直列若しくは並列共振構成で結合され得る。状態は具体的にはエネルギー状態であり得、具体的には容量性インピーダンスにかかる電圧及び／又は誘導性インピーダンスを通る電流であり得る。
【００５６】
部分時間間隔は駆動信号の時間周期未満の持続期間を、典型的には駆動信号の時間周期の半分未満である持続期間を持つ。開始時間と終了時間は典型的には（部分時間間隔が存在する）各サイクルのタイムインスタント／イベントに対するタイムインスタントであり得る。例えば、開始時間と終了時間は駆動信号のゼロ交差に対して考慮され得る。
【００５７】
容量性インピーダンスは典型的にはキャパシタであり得、誘導性インピーダンスは典型的にはインダクタであり得る。しかしながら、一部の実施形態において、容量性インピーダンス及び／又は誘導性インピーダンスは例えば抵抗コンポーネントも含み得る（典型的には実在コンポーネントは損失等に対応する抵抗コンポーネントを持つ傾向がある）。
【００５８】
共振周波数は典型的には部分時間間隔の持続期間が長くなるにつれて低減され得る。周波数修正回路は容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスの固有共振周波数（それらが容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスのみから成る共振回路において振動し得る周波数に対応する）を低減させ得る。有効共振周波数は多くの実施形態において、送電器が、例えば部分時間間隔の開始時間及び／又は終了時間を変えることによって、部分時間間隔の持続期間を増加することによって変更され得る。
【００５９】
一部の実施形態において、送電器は部分時間間隔の持続期間を増加することによって共振周波数を低減させるように構成され得る。
【００６０】
タイミング信号は、部分時間間隔タイミングが整合される遷移に加えて、他の遷移を有し得る。かかる他の遷移は多くのシナリオにおいて周波数修正回路によって無視され得る（例えば、周波数修正回路は正のエッジ遷移のみに整合し、負のものを無視するか、又はその逆であり得る）。タイミング信号の遷移は、検出されることができ、それに対してタイミングが決定され得る、タイミング信号の値若しくは特性の任意の変化であり得る。多くの実施形態において、タイミング信号は二値間を遷移するように構成され得、遷移はこれら二値間の遷移であり得るか、又は例えば一方向の遷移のみであり得る。
【００６１】
電力信号は受電器へ高電力伝送を提供するための主電力伝送信号でなくてもよい。一部のシナリオにおいて、これは主に負荷変調用の通信キャリアとして使用され得、例えば受電器自体の素子へ、又は負荷変調に使用される負荷のみへ電力を供給するのみであり得る。
【００６２】
受電器はバッテリを充電するため若しくはデバイスに給電するためなど、外部負荷へ電力を供給し得る。
【００６３】
タイミング信号の遷移との部分時間間隔の開始若しくは終了時間の整合は、多くのシナリオにおいて例えばサイクル時間の１／５０以内の遷移と実質的に一致する開始若しくは終了時間に対応し得る。
【００６４】
送電器は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間のエネルギーフローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【００６５】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に共振周波数の効果的な調節を提供し得る。アプローチは実施を容易化し得る。エネルギーフローは、容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへ向かう間、誘導性インピーダンスから容量性インピーダンスへ向かう間、若しくは、誘導性インピーダンスから容量性インピーダンスであるとき及び容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスであるときの両方で、妨げられ得る。
【００６６】
エネルギーフローを妨げることはエネルギーフローを低減させることといかなるエネルギーフローも完全に防止することの両方を含み得る。
【００６７】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性共振と容量性インピーダンスの間の電流フローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成される。
【００６８】
これは特に効果的な制御を提供し得、実用的な実施を提供し得る。電流フローは正若しくは負の電流フローであり得る。電流フローを妨げることは電流フローを低減させることといかなる電流フローも完全に防止することの両方を含み得る。
【００６９】
本発明のオプションの特徴によれば、周波数修正回路はスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される。
【００７０】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【００７１】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器の動作方法が提供され、送電器は駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路を有し、可変共振回路は可変共振周波数である共振周波数を持ち、方法は、可変共振回路に対する駆動信号を生成するステップであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ステップと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するステップと；復調品質尺度を生成するステップと；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるステップであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、ステップとを有し、復調品質尺度は、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する。
【００７２】
本発明の一態様によれば、誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器と受電器を含む無線電力伝送システムが提供され、送電器は、駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と；可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと；受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と；動作周波数と共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、動作周波数と共振周波数の適応はさらに復調品質尺度に応答する、アダプタとを有し、復調品質尺度は、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する。
【００７３】
本発明のオプションの特徴によれば、送電器は受電器へ基準データパターンの表示を送信するための送信器をさらに有し、受電器は基準データパターンの表示によって示される基準データパターンで電力信号を負荷変調するように構成され、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成される。
【００７４】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。これはさらにより柔軟なアプローチを提供し得る。
【００７５】
本発明のオプションの特徴によれば、受電器は基準データパターンで電力信号を負荷変調するように構成され、送電器は基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して復調品質尺度を決定するように構成され、受電器は送電器から受信されるタイミング信号に対して基準データパターンによって電力信号を負荷変調するためのタイミングを決定するように構成される。
【００７６】
これは多くの実施形態においてより正確な復調品質尺度を、従って改良された性能を提供し得る。これはさらに送電器と受電器間の同期を容易にし得る。
【００７７】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は下記実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００７８】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。
【図２】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。
【図３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのハーフブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。
【図５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのフルブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。
【図６】本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの等価図の一実施例を図示する。
【図７】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図８】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図９】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１０】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１１】異なる電力伝送システムと異なる動作特性の信号の実施例を図示する。
【図１２】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図１５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１６】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１７】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１８】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図１９】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図２０】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２１】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【図２２】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２３】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２４】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。
【図２５】本発明の一部の実施形態にかかる送電器の信号の実施例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
以下の記載はＱｉ規格から知られるような電力伝送アプローチを利用する無線電力伝送システムに適用可能な本発明の実施形態にフォーカスする。しかしながら、本発明はこのアプリケーションに限定されず、多くの他の無線電力伝送システムに適用され得ることが理解される。
【００８１】
図１は本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。電力伝送システムは送電コイル／インダクタ１０３を含む（若しくはそれに結合される）送電器１０１を有する。システムはさらに受電コイル／インダクタ１０７を含む（若しくはそれに結合される）第一受電器１０５を有する。
【００８２】
システムは送電器１０１から第一受電器１０５へ無線誘導電力伝送を供給する。特に、送電器１０１は送電コイル１０３による磁束として伝播される無線誘導電力信号（電力信号、電力伝送信号若しくは誘導電力信号ともよばれる）を生成する。電力信号は典型的には約１００ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの周波数を持ち得る。送電コイル１０３と受電コイル１０７は疎結合であり、従って受電コイル１０７は送電器１０１から電力信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、送電コイル１０３から受電コイル１０７への無線誘導結合を介して送電器１０１から受電器１０５へ電力が伝送される。電力信号という語は主に送電コイル１０３と受電コイル１０７の間の誘導信号／磁場（磁束信号）をあらわすために使用されるが、当然のことながら均等によりこれは送電コイル１０３に供給される、若しくは受電コイル１０７によってピックアップされる電気信号への参照としても考慮され使用され得る。
【００８３】
図２は図１のシステムの特定の実施例のシステムアーキテクチャをより少し詳細に図示する。この実施例において、送電器１０１の出力回路は共振タンク若しくは共振回路２０１を含み、これは送電インダクタ１０３を含む（図２において、送電インダクタ１０３は明確さのため共振回路２０１の外部に示されるが、この一部であるとみなされる）。送電器１０１の共振回路２０１は一次共振回路２０１ともよばれる。共振回路２０１は典型的には直列若しくは並列共振回路であり得、特に送電インダクタ１０３に並列（若しくは直列）結合される共振キャパシタから構成され得る。誘導電力信号は適切な動作周波数（典型的には２０‐２００ｋＨｚ周波数域内）で駆動信号を生成するドライバ２０３から出力共振回路を駆動することによって生成される。このように、可変共振回路／一次共振回路２０１は駆動信号に応答して誘導電力信号を生成するように構成される。
【００８４】
同様に、受電器１０５の入力回路は共振回路若しくは共振タンク２０５を含み、これは受電インダクタ１０７を含む（図２において、受電インダクタ１０７は明確さのため共振回路２０５の外部に示されるが、この一部であるとみなされる）。受電器１０５の共振回路２０５は二次共振回路２０５ともよばれる。二次共振回路２０５は典型的には直列若しくは並列共振回路であり得、特に受電インダクタ１０７に並列（若しくは直列）結合される共振キャパシタから構成され得る。二次共振回路２０５は、受信した電力伝送信号、すなわち二次共振回路２０５によって供給される誘導信号を、（典型的には当業者に周知の通りＡＣ／ＤＣ変換を実行することによって）外部負荷２０９へ供給される電力へ変換する電力変換器２０７に結合される。典型的に、二つの共振回路２０１，２０５は受電器１０５において十分な信号振幅を得るために互いに近い共振周波数を持つ。
【００８５】
負荷は例えばバッテリであり得、電力供給はバッテリを充電するためであり得る。従って一部の実施形態において、以下の記載はバッテリを無線充電する方法を実施するシナリオにあてはまり得る。別の実施例として、負荷はデバイスであり得、電力供給はデバイスに給電するためであり得る。従って一部の実施形態において、以下の記載はデバイスに無線給電する方法を実施するシナリオに当てはまり得る。
【００８６】
システムにおいて、一次共振回路２０１の共振回路２０１は固定共振回路ではなく、むしろ可変共振周波数である共振周波数を持つ可変共振回路である。従って、共振回路２０１の実効共振周波数は例えば共振回路２０１のインダクタ及び／又はキャパシタのコンポーネント特性を変えることによって変更され得る。
【００８７】
図２のシステムは従って追加機能及び／又は改良された動作を提供するために調節可能／適応可能／可変共振回路を利用する。特に、可変共振回路２０１の使用は共振回路２０１の共振周波数が二次共振回路２０５の共振周波数に対応するように適応されることを可能にし得る。かかる適応は改良された電力伝送を提供し得、特に改良された電力効率を提供し得る。
【００８８】
例えば、一次共振回路２０１の共振周波数は以降一次共振周波数とよばれ、結合がいわゆる共振レジームで動作することを可能にするために、以降二次共振周波数とよばれる二次共振回路２０５の共振周波数と十分に類似するようにセットされ得る。
【００８９】
このモードで動作するとき、システムは低結合係数において、許容可能な効率で動作することができる。送電器は内部損失が最低であるその共振周波数に近い周波数において動作することによってこの効率を実現し得る。低結合係数はかなり大きな位置決め公差を、又はハンドヘルドデバイスの形状とサイズに関してかなり大きな設計自由度を可能にする。従って、共振レジームでの動作は魅力的である。
【００９０】
当然のことながら、一次共振周波数を変更するための任意の適切なアプローチが使用され得る。例えば、共振周波数の変動は共振インダクタ若しくはキャパシタを調節可能にすることを可能にする機能によって実現され得る。
【００９１】
一部の低複雑性実施形態では、可変キャパシタは例えばその各々がスイッチと直列な複数の並列キャパシタによって実施され得る。例えば、各キャパシタが前のキャパシタのキャパシタンスの半分をおおよそ持つ複数のキャパシタが提供され得る。個々のキャパシタをイン若しくはアウトにスイッチすることにより、最大キャパシタのキャパシタンスの二倍に至るまでの任意のキャパシタンスが、最小キャパシタのキャパシタンスに対応する分解能で実現され得る。
【００９２】
当然のことながら可変性は代替的に若しくは付加的に例えばインダクタの一部をイン及びアウトにスイッチすること、又は例えば直列キャパシタを短絡させることなどによって実現され得る。
【００９３】
多くの実施形態において、共振回路２０１の実効共振周波数を適応させるために特に有利なアプローチが使用され得る。アプローチにおいて、インダクタ電流及び／又はインダクタ電圧が共振回路の固有共振の一部のサイクルについて時間周期の一部にわたって制御され得、時間周期の一部の持続期間は回路の実効共振周波数を決定する。アプローチはより詳細に後述される。
【００９４】
図３は図１の送電器１０１の一部の要素例をより詳細に図示する。
【００９５】
図３は実施例では送電コイル１０３と共振キャパシタ３００を有するように示される一次共振回路２０１に結合されるドライバ２０３を図示する。一次共振回路２０１は実施例では共振周波数が変動し得る可変共振回路である。具体的に、一部の実施形態において共振キャパシタ３００は制御可能な可変キャパシタであり得る。
【００９６】
ドライバ２０３は共振キャパシタ３００と送電コイル１０３に印加される変動（典型的にはＡＣ）電圧駆動信号を生成する。他の実施形態において、一次共振回路２０１は直列共振回路であり得、電圧駆動信号はキャパシタとインダクタにわたって印加され得る（それにより送電コイル１０３へ駆動信号も提供する）。一部の実施形態において、ドライバ２０３は送電コイル１０３に直接（若しくは間接的に）結合され得、電圧駆動信号は送電コイル１０３へ供給され得る。
【００９７】
従って、システムにおいて、ドライバ２０３は一次共振回路２０１／送電コイル１０３へ与えられる駆動信号を生成し、送電コイル１０３に受電器１０５へ電力を供給する電力信号を生成させる。ドライバ２０３は可変共振回路２０１に対する駆動信号を生成するように構成される。駆動信号は動作周波数を持つ。
【００９８】
ドライバ２０３は送電コイル１０３へ与えられる電流と電圧を生成する。ドライバ２０３は典型的にはＤＣ電圧から交流信号を生成するインバータの形の駆動回路である。ドライバ２０３の出力は典型的にはスイッチブリッジのスイッチの適切なスイッチングによって駆動信号を生成するスイッチブリッジである。図４はハーフブリッジスイッチブリッジ／インバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。交互にＳ１が閉じられる間にＳ２が開かれ、Ｓ２が閉じられる間にＳ１が開かれる。スイッチは所望の周波数で開閉され、それによって出力において交流信号を生成する。典型的にインバータの出力は共振キャパシタを介して送電コイルへ接続される。図５はフルブリッジスイッチブリッジ／インバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。スイッチＳ３とＳ４は決して同時に閉じられないように制御される。交互にスイッチＳ１とＳ４が閉じられる間にＳ２とＳ３が開かれ、そしてＳ２とＳ３が閉じられる間にＳ１とＳ４が開かれ、それによって出力において方形波信号を生成する。スイッチは所望の周波数で開閉される。
【００９９】
ドライバ２０３は従って所与の動作周波数を持つ駆動信号を生成し、この信号を一次共振回路２０１へ印加する。
【０１００】
ドライバ２０３は電力伝送機能を作動させるための制御機能を有する送電器コントローラ３０１にも結合され、これは特にＱｉ規格に従って適切に送電器１０１を作動させるように構成されるコントローラを有し得る。例えば、送電器コントローラ３０１は、識別及び構成フェーズと電力伝送フェーズを含む、異なるＱｉフェーズを実行するように送電器１０１を制御するように構成され得る。
【０１０１】
実施例において、送電器１０１はドライバ２０３によって駆動される単一送電コイル１０３を有する。従って、無線誘導電力信号は単一送電コイル１０３によって生成される。しかしながら、他の実施形態では、無線誘導電力信号はドライバによって例えば並列に駆動される複数の送電コイルによって生成され得ることが理解される。具体的に、ドライバ２０３の対応する（依存する）出力信号によって駆動されるマルチ送電コイルが無線誘導電力信号を生成するために使用され得る。例えば、二つの受電器に二つの充電ポイントを提供するために二つの送電コイルが異なる位置に位置付けられ得る。二つのコイルはドライバ２０３から同じ出力信号を与えられ得る。これはマルチ充電ポイントをサポートするために改良された無線誘導電力信号／磁場の分布を可能にし得る。
【０１０２】
送電器１０１はさらに受電器１０５からデータメッセージを受信するように構成される復調器３０３の形の負荷変調受信器を有する。具体的に、復調器３０３は受電器１０５から送信される対応するデータを決定するために無線誘導電力信号の負荷変調を復調するように構成される。負荷変調受信器／復調器３０３はこのように受電器による誘導電力信号の負荷変調を復調するように構成される。
【０１０３】
物理レベルで、受電器１０５から送電器１０１への通信チャネルは通信キャリアとして無線誘導電力信号を用いることによって実現される。受電器１０５は受電コイル１０７の負荷を変調することによってデータメッセージを送信する。
【０１０４】
図１の構成において、受電器１０５は無線誘導電力信号を負荷変調する。受電器１０５は例えば受電コイル１０７に並列結合されるキャパシタを接続及び切断することによってこれをなし得、それによって共振を、及び従って受電器１０５の負荷特性を変化させる。これらの変化は送電側において電力信号における対応する変動を、特に送電インダクタ１０３の電流及び電圧における変動をもたらす。これらの変化は送電器１０１によって直接若しくは間接的に検出され、受電器１０５からの負荷変調データを復調するために使用される。
【０１０５】
負荷変調は例えば駆動信号電流／電圧の振幅及び／又は位相における変化によって、送電コイル１０３の電流／電圧における変化、及び／又は共振回路の電流／電圧の変化によって、検出され得る。別の実施例として、負荷変調はドライバ２０３へ（具体的にはインバータ／スイッチブリッジへ）の電源の電流における変化によって検出され得る。
【０１０６】
受電器１０５は従ってデータを電力信号へ負荷変調することができ、そしてこれは送電器１０１が復調することができる。アプローチは例えばＱｉ無線電力仕様ともよばれる、http://www.wirelesspowerconsotrium.com/downloads/wirelss-power-specification-part-1.htmlから利用可能な"System description, Wireless Power Transfer, Volume I:Low Power, Part 1:Interface Definition Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium"、特にチャプタ６：通信インターフェース（又は規格のその後のバージョン）でＱｉについて記載されたものに対応し得る。
【０１０７】
負荷変調は特に電力伝送を適応させるために、特に受電器１０５から受信される電力制御メッセージに基づいて送信電力レベルを持続的に適応させる電力制御ループを実施するために使用される。電力制御メッセージは負荷変調によって通信される。
【０１０８】
効率的な性能を実現するためには、受電器１０５から送電器１０１へ高性能負荷変調通信を提供することが重要である。しかしながら、従来の電力伝送システムにおいて、通信は一部のシナリオ及び状況において準最適になる傾向があり、通信エラーの増加と準最適な電力伝送性能につながる。これは送電器と受電器間の結合が低いときに特に関連する。
【０１０９】
上述の通り、システムにおいて、復調器３０３は送電コイル１０３を通る電流及び／又は送電コイル１０３にかかる電圧の振幅及び／又は位相変動を検出することによって負荷変調を復調するように構成される。従って、復調器３０３は一次共振回路２０１に結合され、送電コイル１０３を通るインダクタ電流と送電コイル１０３にかかるインダクタ電圧の少なくとも一方を測定するように構成される。
【０１１０】
一部の実施形態において、インダクタ電流及び／又は電圧は間接的に、例えばドライバ２０３のインバータへの供給電流変動を測定することによって、又は共振キャパシタの電流若しくは電圧を測定することなどによって決定され得る。しかしながら、具体的実施例において、インダクタ電流／電圧はインダクタ電流若しくは電圧を直接検知することによって決定される。
【０１１１】
送電器１０１はさらに一次共振回路２０１とドライバ２０３に結合されるアダプタ３０５を有し、これは駆動信号の動作周波数と一次共振回路２０１の一次共振周波数の両方を適応させる／制御するように構成される。
【０１１２】
アダプタ３０５は、一次共振周波数と動作周波数を、これらが相互に向かって収束するように適応させるように構成される。従って、アダプタ３０５は同じ値へ向かって一次共振周波数と動作周波数をバイアス／駆動するように構成される。例えば、アダプタ３０５は一次共振周波数と動作周波数の両方を同じ標的周波数へ向かって駆動するように構成され得る。一部の実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数に対する標的周波数と一次共振周波数に対する標的周波数の間で比較的小さな差を許してもよく、例えば一部の実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振回路２０１を、それらを標的周波数へ向かってバイアスすることによって収束させるように構成され得、ここでアダプタ３０５は標的周波数間の差が閾値未満であることを保証するように構成される。
【０１１３】
標的周波数は、定常状態標的周波数、すなわち動作条件が一定である場合に動作周波数と一次共振周波数が達する周波数とみなされ得る。
【０１１４】
ほとんどの実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と動作周波数を実質的に等しくなるように適応させるように構成され得る。従って、アダプタ３０５は定常状態動作周波数が定常状態一次共振周波数に実質的に等しくなるように、動作周波数と一次共振周波数を収束させるように構成される。定常状態周波数は動作特性が一定に保たれる場合に生じる周波数であり得る。
【０１１５】
実際、一部の実施形態においてアダプタ３０５は、周波数を実質的に同じに保つことによって動作周波数と一次共振周波数を収束させるように構成され得る、すなわち収束は動作周波数と一次共振周波数を実質的に同じに維持することに対応し得る。実際、一部の実施形態において収束は、アダプタが動作周波数と一次共振周波数を完全に収束したまま持続的に維持することに内在し得る、すなわち一次共振周波数と動作周波数を同一に持続的に維持することによる。かかる実施の具体的実施例は後述される。
【０１１６】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は例えば動作周波数と一次共振周波数の適応のために異なる制御ループを有し得る。しかしながら、これらの制御ループはそれらが同じ値へ向かって各周波数を駆動するように操作され得る。
【０１１７】
これは例えば一方の制御ループが他方の制御ループの出力をトラックするように構成されることによって実現され得る。
【０１１８】
例えば、一部の実施形態において、アダプタ３０５は、例えば所望の電力伝送特性（電力伝送効率など）を含む様々な動作パラメータに応答して動作周波数をセットする第一制御ループを有し得る。加えて、アダプタ３０５は動作周波数に従うように一次共振周波数を調節する第二制御ループを有し得る。このように、第二制御ループは単純に動作周波数と同じ値に一次共振周波数をセットしようとする制御ループであり得る。多くの実施形態において、第二制御ループの応答時間は第一制御ループの応答時間よりも数倍速くなり得、一次共振周波数が動作周波数を厳密にトラックすることになる。
【０１１９】
当然のことながら他の実施形態では、第一制御ループが一次共振周波数をセットしてもよく、第二制御ループが一次共振周波数をトラックするように動作周波数を制御してもよい。
【０１２０】
他の実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と共振周波数のジョイント適応を実行し得、ジョイント適応は動作周波数と共振周波数の間で固定関係を維持する。例えば、単一制御ループが動作周波数と一次共振周波数の両方を直接制御若しくはセットする単一信号を生成し得る。単一信号は動作周波数と一次共振周波数を、共通周波数が変化するかもしれないがこれらが同じであるように直接制御し得る。このように、システムは動作周波数と一次共振周波数の間で固定関係を実現し、これは同等関係であり、すなわちそれらは同じであり、従って完全に収束される。かかるアプローチの実施例は後述される。
【０１２１】
このように、図３の送電器において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を一緒にリンクするように構成され、これは具体的にはそれらが同一であるようにそれらを一緒にロックし得る。
【０１２２】
加えて、アダプタ３０５は復調品質尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数を適応させるように構成される。具体的に、多くの実施形態において、アダプタ３０５は復調品質尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数に対して平均若しくは共通周波数を適応させるように構成され得る。例えば、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数が同一であること、及びさらにこの共通周波数が復調品質尺度に依存することを保証するように構成され得る。
【０１２３】
復調品質尺度は復調器３０３によって生成され得、具体的には受電器と送電器の間の現在進行中の通信を評価することによって復調器３０３によって生成され得る。このように、復調器３０３は復調品質尺度を生成するように構成され得、具体的には受電器による誘導電力信号の負荷変調の復調に対する復調性能メトリックを決定することによって復調品質尺度を生成するように構成され得る。復調品質尺度はデコード／復調されたデータの信頼性を反映するように生成され得、具体的には復調データのエラーレート若しくはエラー確率及び／又は変調度及び／又は復調データに対する信号対ノイズ比を示し得る。具体的に、復調品質尺度は復調データに対するエラー確率を反映する尺度であり得る。
【０１２４】
多くの実施形態において、動作周波数と一次共振周波数の適応は、例えば電力伝送効率など、他のパラメータにも依存し得る。例えば、共通周波数は最初に最大電力伝送効率を提供するようにセットされ得る。そして通信品質が測定され得る。これが許容可能である場合、すなわち復調品質尺度が閾値を超える場合、システムはこの周波数で動作し続け得る。しかしながら、復調品質尺度が閾値を超えない場合、共通周波数は例えば既定量だけ変更され得る。これが許容可能な復調品質をもたらさない場合、プロセスは復調品質尺度が閾値を超えるまで繰り返され得る。
【０１２５】
動作周波数と一次共振周波数を収束させる、及び復調品質尺度に基づいて周波数を適応させる両方のアダプタ３０５のアプローチは、多くの実施形態において実質的に改良された性能を提供し得る。実際、二重制御は、動作周波数と一次共振周波数のリンクが改良された電力伝送動作を提供し得、復調品質尺度がさらに、具体的には負荷変調をもたらす負荷の変動への感度低下など、このリンクから生じ得る望ましくない副作用を軽減することができるという相乗効果を提供する。
【０１２６】
実際、発明者らは、周波数をリンクすることによって実質的に低減された相互変調が実現され得るが、これは一部のシナリオ及び動作条件において望ましくない効果を持つ可能性があり、これは通信品質を考慮して周波数を変えることによって軽減され得ることを認識した。
【０１２７】
効果と実現が一部の実施例を考慮することによって例示され得る。具体的に、図６の等価回路が考慮され得る。
【０１２８】
図６の図は図１及び２の誘導電力伝送システムの単純電気モデルをあらわす。
【０１２９】
一次共振回路２０１はコンポーネントＣｐ，Ｒｃｐ，Ｒｌｐ，及びＬｐによってあらわされ、レジスタは損失をあらわす。ドライバはＶｐとＲｉによってあらわされる。二次共振回路２０５はコンポーネントＣｓ，Ｒｃｓ，Ｒｌｓ，及びＬｓによってあらわされ、レジスタは損失をあらわす。キャパシタＣｄ（レジスタＲｃｄは損失をあらわす）は１ＭＨｚにおいて共振を作り出し、これは可動コイルを使用する送電器が受電器の位置を見つけることを可能にする。キャパシタＣｍ（レジスタＲｃｍは損失をあらわす）とスイッチＳｍは受電器１０５による負荷変調をあらわす。ダイオードＤ７からＤ１０及びＣｌとＲｌは受電器１０５の負荷をあらわす（ダイオードが整流を提供する）。
【０１３０】
回路はＱｉ無線電力伝送システムの典型的な値についてシミュレーションされた。かかるシステムにおいて、一次共振周波数はｆｐ＝（９３±７）ｋＨｚの間隔であり、二次共振周波数はｆｓ＝（１００±５）ｋＨｚの間隔である。二者間の結合係数ｋは
2017528106.tif 000041
に等しく、Ｍは二コイル間の相互インダクタンスである。実施例において、結合係数ｋは０．０５の値にセットされる。
【０１３１】
実施例において、駆動信号の動作周波数ｆｏとデューティサイクルＤ＝Ｔｏｎ／Ｔは例えば所望の電力伝送特性をもたらすように変動され得る（図７参照）。
【０１３２】
回路は以下の例示的な値で分析された：
【表１】
2017528106.tif 000042
【０１３３】
図８は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝１００ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝１００ｋＨｚ
【０１３４】
二つの第一曲線は送電コイル１０３（Ｌｐ）を通る電流を図示し、第二曲線は拡大図を図示する。最下曲線は受電器による負荷変調（具体的にはスイッチＳｍに対するスイッチ信号）を示す。
【０１３５】
見てわかる通り、電力信号が最初にスイッチオンになるとき、振動が生じる。本質的に、送電器はアンダーダンピングされた共振回路と同様に動作する。実際、振動は駆動信号と一次共振回路２０１間の相互変調効果とみなされ得る。このように、振動はｆｏ−ｆｐ＝７ｋＨｚの周波数で相互変調をあらわす。振動が段階的に弱まり、ｔ＝２．０ｍｓにおいて事実上減衰されることも見られる（主に受電器の負荷に起因）。
【０１３６】
実施例において、負荷変調はｔ＝２．２５ｍｓにおいて開始し、実施例はｆｍ＝２ｋＨｚの変調クロック周波数を伴うバースト信号に対応する負荷変調を提供する。見てわかる通り、負荷変調のステップ変化は効果的に相互変調を励起して振動をもたらす、すなわち負荷変調ステップはアンダーダンピングされた共振回路を励起するステップ関数とみなされ得る。見てわかる通り、振動は顕著であり、負荷変調データの変動によって生じる差を超える若しくは実質的に軽減し得る。これは復調の信頼性を実質的に低減させ、多くのシナリオでは信頼できる復調を防止する可能性もある（復調における振動を補正することは非常に複雑で典型的には費用のかかる機能を要する）。
【０１３７】
図９は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝９３ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝１００ｋＨｚ
【０１３８】
このように、この実施例において動作周波数と一次共振周波数は同じ値にセットされる。
【０１３９】
見てわかる通り、これは効果的に振動を除去する。実際、回路は依然アンダーダンピングされた共振回路に対応するとみなされ得るが、相互変調効果は存在しない。結果として、データの復調は実質的に促進され、はるかにより信頼できる復調が実行され得る。
【０１４０】
このように、例示の通り、動作周波数と一次共振周波数を収束させることによって、負荷変調の改良された復調が実現され得る。
【０１４１】
図１０は以下のパラメータに対するシミュレーション結果を例示する：
ｋ＝０．０５，ｆｏ＝９３ｋＨｚ，ｆｐ＝９３ｋＨｚ，ｆｓ＝９３ｋＨｚ
【０１４２】
このように、この実施例でも、動作周波数と一次共振周波数は同じ値にセットされる。しかしながら、図９のシナリオと対照的に、ここでは動作周波数と一次共振周波数は共振周波数とも同じである。
【０１４３】
やはり、動作周波数と一次共振周波数が収束するおかげで相互変調振動が生じないことが見られる。
【０１４４】
この状況は非常に効率的な電力伝送をもたらし得るので、電力伝送の観点から魅力的であり得、実際多くのシナリオにおいて最大電力伝送効率をもたらし得る。従って、動作周波数と一次共振周波数を同一に保ち、電力効率のために最適化する電力伝送アプローチが、かかる動作点へ向かって駆動され得る。
【０１４５】
しかしながら、見られる通り、動作周波数と一次共振周波数が等しいことは相互変調振動を防止する一方、それらを二次共振周波数とも同じにセットすることは、変調負荷への強い依存性をもはや持たない振幅をもたらし、すなわち変調／復調度が非常に低レベルまで低減され、それによって復調を困難で信頼できないものにする。
【０１４６】
このように、電力伝送のため、及び通信のために一次共振周波数／動作周波数を適応させることの間には相反する要求があり得る。さらに、同一若しくは同様の値に周波数をセットするインパクトは負荷変調のために使用される固有負荷に依存し得る。
【０１４７】
例えば、図１１は図１０の実施例に対応するが、変調負荷がキャパシタではなくレジスタである一実施例を図示する。見られる通り、この場合、負荷をイン及びアウトにスイッチするインパクトは明確に区別され得る。
【０１４８】
多くのシステムにおいて、送電器はどの変調負荷が受電器によって使用され得るか正確に知り得ない。しかしながら、図３の送電器１０１において、アダプタ３０５は復調品質尺度に依存して収束周波数（すなわち動作／一次共振周波数）を制御し得る。従って、これは具体的には図１０のような状況が起こることを防止するために使用され得る。
【０１４９】
多くの実施形態において、アダプタ３０５は電力伝送の動作パラメータなど、電力伝送特性に応答して動作周波数と一次共振周波数をさらに適応させるように構成され得る。アダプタ３０５は具体的には電力伝送特性に応答して動作周波数と一次共振周波数に対して収束／共通／標的周波数値を適応させるように構成され得る。
【０１５０】
このように、システムは動作周波数と一次共振周波数を収束させるように、及び具体的には動作周波数と一次共振周波数を相互にロックしたまま保ち、同時にこの共通周波数を電力伝送及び通信動作の両方の考慮に基づいて調節するように、構成され得る。
【０１５１】
電力伝送特性は具体的には電力伝送効率尺度であり得る。例えば、アダプタ３０５は、通信品質が十分に高いままであることを条件として、電力効率が可能な限り増加されるように、共通周波数を適応させるように構成され得る。最大効率への適応は典型的には二次共振周波数へ向かって共通周波数を駆動する。しかしながら、これは一部の負荷変調アプローチ（具体的には容量性負荷変調アプローチ）の場合、復調度の低下及び従って通信品質の低下をもたらすので、アダプタ３０５は復調品質尺度が所与の閾値を下回るときを検出するように構成され得る。これが起こるとき、アダプタ３０５は低電力効率セッティングへ向かって（すなわちより良好な通信を提供するセッティングへ向かって）周波数を変更し得る。
【０１５２】
従って、実施例において、アダプタ３０５は動作周波数と共振周波数を、それらが最大電力伝送効率周波数から逸脱するように、すなわちそれらが、電力伝送が最高効率を持つ周波数から逸脱するように、適応させるように構成される。とはいえ、効率を増すことが望ましく、実際アダプタ３０５は増大した効率へ向かってシステムをバイアスするように構成され得、これは復調品質尺度が合格判定基準を満たすという要件を条件とする。図１０によって図示される通り、これはしばしば効率が最大である周波数においては実現可能でなく、従ってアダプタ３０５は共通周波数がこの値に達することを防止するように構成される。
【０１５３】
電力伝送効率は例えば送電器が送電コイル１０３へ供給される総電力を計算することによって決定され得る。受電器１０５は受電コイル１０７によって受信される総電力を計算し得、この値を送電器へ通信し返し得る。そして送電器は電力伝送効率を決定するためにこれらの間の比率を計算し得る。別の実施例として、送信電力と受信電力間の差、そしてこの差が電力伝送効率の指標として使用され得る、すなわち、差が電力伝送効率尺度としても使用され得る。
【０１５４】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は電力信号の電力レベルに応答して動作周波数と一次共振周波数を適応させるようにも構成され得る。電力レベルは具体的には電力信号の現在の電力レベルであり得るか、又は所要の若しくは所望の電力レベルであり得る。
【０１５５】
例えば、受電器は電力制御エラーメッセージを送電器１０１へ送信し返し、アダプタ３０５はこれらの電力制御エラーメッセージに応答して駆動信号と一次共振回路２０１に対する共通周波数を変更し得る。例えば、電力の増加が要求される場合、共通周波数は二次共振周波数へ向かってシフトされ得る。
【０１５６】
しかしながら、動作周波数と一次共振周波数が一緒にロックされているために、電力制御のための動作周波数の使用は、例えば一次共振周波数と二次共振周波数が一定に保たれ、動作周波数のみが変更される従来のシステムよりも、効率性と実用性の点で劣る傾向がある。
【０１５７】
従って、多くの実施形態において、送電器１０１は受電器から受信される電力要求に応答して駆動信号のデューティサイクルを適応させるように構成される電力コントローラも有し得る。具体的に、受電器１０５が電力増加を要求する場合、デューティサイクルは増加され、電力減少を要求する場合、デューティサイクルは減少される。このように、デューティサイクルを用いて電力制御を実施するアプローチは（例えば動作周波数を変えることによるよりも）改良された性能を可能にし、特に動作周波数と一次共振周波数が一緒にロックされることのインパクトを軽減し得る追加自由度を提供する。
【０１５８】
当然のことながら異なる復調品質尺度が異なる実施形態において使用されてもよく、具体的には復調の信頼性の指標を提供し得るいかなる尺度が使用されてもよい。具体的には、結果として生じるビットエラーレートの直接若しくは間接指標が使用され得る。
【０１５９】
多くの実施形態において、復調器３０３は受信／復調された負荷変調データに対するエラー確率を示すように復調品質尺度を生成し得る。かかる復調品質尺度はエラーレートなどの直接尺度を含み得るが、信号対ノイズ比若しくは復調度などの間接尺度も含み得る。
【０１６０】
復調器３０３は誘導電力信号によって送電器から受電器へ電力が伝送される電力伝送動作中に復調品質尺度を生成するように構成され得る。復調品質尺度は電力伝送フェーズ中に生成され得、多くの実施形態において、システムは電力伝送フェーズ／動作中に一定の／頻繁な間隔で復調品質尺度に対する新たな値を決定するように、及び動作周波数と共振周波数を適応させるように構成され得る。多くの実施形態において、適応更新レート及び／又は復調品質尺度に対する更新レートは０．２Ｈｚ，０．５Ｈｚ，１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ以上であり得る。
【０１６１】
実際、一部の実施形態において、復調品質尺度は具体的にはビットエラーレートなど、データ復調エラーレートを有し得る／反映し得る。ビットエラーレートは一部の実施形態において直接測定され得る。例えば、受信データはエラー訂正コーディングを含み、このエラー訂正コードによって訂正されるエラーの数が測定され、復調品質尺度として使用され得る。
【０１６２】
他の実施形態において、受信データはチェックサムを有し、エラーレートは受信データが受信チェックサムにマッチしないことに応答して決定され得る。
【０１６３】
前述の通り、アダプタ３０５は復調品質尺度が閾値を下回ることを検出するときに動作周波数と共振周波数を変更するように構成され得る。具体的な実施例として、アダプタ３０５はデータ復調エラーレートが閾値を超えることを検出するときに動作周波数と共振周波数を変更するように構成され得る。閾値は例えばエラー無しに対応し得る、すなわちアダプタ３０５が単一エラーを検出する場合、これは二次共振周波数からさらに異なるように共通周波数を変更するように進行し得る。
【０１６４】
多くの無線電力伝送システムにおいて、通信データ量は比較的低く、従って発生する実際のビットエラーに復調品質尺度を基づかせることは、これらが典型的には稀にしか発生しないため、実用的若しくは有利ではないかもしれない。
【０１６５】
多くの実施形態では、復調の信頼性の他の指標が代わりに使用され得る。例えば、復調器は復調の一部として軟判定シンボルを生成し得、これらの軟判定によって示される決定された信頼性を示すように復調品質尺度が決定され得る。
【０１６６】
多くの実施形態において、復調品質尺度は誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する可変共振回路の電流と電圧の少なくとも一つの測定について異なる尺度を反映する復調度尺度を有し得る。
【０１６７】
具体的に、負荷変調について、送電コイル１０３の電流及び／又は電圧は受電器１０５による負荷の関数として変動する。従って、受電器１０５の変調負荷が変化するとき、電流／電圧における変化が生じる。受電器変調負荷の異なるセッティングによるこれらの値の差が測定され得、例えばこれらの差若しくは比率が変調／復調度をあらわし得る。復調度が高いほど、復調の信頼性が高くなる可能性がある。このように、復調度は復調品質のよい指標となり得る。復調品質尺度として復調度を考慮する利点は、これが測定されるために実際の復調が実行されることを要しないことである。さらに、各データシンボルが復調度の指標を提供し得、復調品質尺度の決定はビットエラーなどの通常稀なイベントに基づかない。
【０１６８】
具体的には、変調度若しくは復調度は、負荷変調の第一負荷状態に対する送電インダクタ電流若しくは電圧の（直接若しくは間接）測定の結果と、負荷変調の第二負荷状態に対する送電インダクタ電流若しくは電圧の（直接若しくは間接）測定の結果との差であり得る。多くの実施形態において、負荷変調は受電器が負荷変調に対する二つの負荷状態の間をスイッチすることによって、例えば受電器の受電インダクタにかかるキャパシタを接続及び切断することなどによって、実行され得る。かかる場合において、復調度は二つの負荷状態から生じるインダクタ電流／電圧測定における差であり得る。復調度は例えば二つの負荷状態に対する測定値間の比率など、絶対値若しくは相対値として測定され得る。復調度の決定はローパスフィルタリング及び／又は平均化を含み得る。例えば復調度は異なる負荷状態に対する第一測定のローパスフィルタリングされたバージョンを比較することによって生成され得るか、又は例えば異なる負荷状態に対する第一測定から生成される復調度値をローパスフィルタリングすることによって生成され得る。
【０１６９】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は共振周波数と動作周波数との間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して共振周波数と動作周波数を適応させるように構成され得る。
【０１７０】
相互変調尺度は具体的には例えば送電インダクタ電流の測定へ適切なフィルタを適用することによって測定され得る。フィルタは相互変調振動が生じると予想される周波数帯における周波数を抽出するバンドパスフィルタであり得る。このフィルタの出力の振幅がしかるべく測定され、共振周波数と動作周波数の間の相互変調の指標とみなされ得る。
【０１７１】
相互変調尺度は一部の実施形態において動作周波数と一次共振周波数を収束させるためにアダプタ３０５によって使用され得る。例えば、相互変調尺度を最小化するように動作周波数と一次共振周波数の一方を調節するループが実現され得る。
【０１７２】
一部の実施形態において、アダプタ３０５は相互変調尺度に応答して動作周波数と一次共振周波数の標的周波数を適応させ得る。例えば、一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数間のリンクは比較的不正確であり得、結果として、一部のシナリオにおいていくらかの相互変調が生じる可能性があり得る。標的周波数はこの場合現在存在する相互変調の大きさに依存し得る。例えば、相互変調尺度が低い場合、動作周波数と一次共振周波数を、相互変調尺度がより高い場合よりも一次共振周波数に近づけるように駆動することが許容可能であり得る。
【０１７３】
上記は特にアダプタ３０５が動作周波数と一次共振周波数をそれらが実質的に同一である点へ収束させるように構成される実施形態にフォーカスしていた。しかしながら、一部のシナリオ若しくは状況において、アダプタ３０５が一次共振周波数と動作周波数を同様に、ただし必ずしも同一ではなく収束させるように構成され得ることが理解される。例えば、アダプタ３０５は一部の実施形態において動作周波数と一次共振周波数の間に差が存在することを許可し得る。多くの実施形態において、アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を、負荷変調に対するデータシンボル持続期間の逆数よりもはるかに小さい差へ向かって収束させ得る。例えば、負荷変調シンボルは２ｋＨｚの逆数値に対応する０．５ｍ秒未満の持続期間を持ち得る。アダプタ３０５は動作周波数と一次共振周波数を、負荷変調データシンボル持続期間の逆数の最大値の１／１０未満の最大差を持つように収束させるように構成され得る、すなわち具体的実施例においてこれは最大２００Ｈｚまでの周波数差を許可し得る。
【０１７４】
動作周波数と一次共振周波数の間の任意の差が負荷変調データシンボル持続期間の逆数よりもはるかに低いことを保証することによって、いかなる相互変調振動も復調に実質的に影響を与えないほど遅くなることが保証され得る。
【０１７５】
動作周波数及び一次共振周波数を収束させるアダプタ３０５は、必ずしも収束が増加することを必要とせず、収束のレベルが維持されるという特徴も含んでもよいことが理解される。具体的には、アダプタ３０５は、動作周波数と一次共振周波数の差が所与の値を超えないように動作周波数及び一次共振周波数の少なくとも一方を適応させることにより、動作周波数と一次共振周波数を収束させ得る。従って、動作周波数と一次共振周波数との間の所与の最小限の収束がアダプタ３０５によって維持され得る。
【０１７６】
一部の実施形態において、送電器は具体的には既定データパターンであり得る基準データパターンの負荷変調に応答して復調品質尺度を決定するように構成され得る。基準／既定データパターンは従ってパターンの実際の通信の前に送電器に知られているパターンであり得る。このように、この実施例において、送電器は通信されている具体的データの知識に基づいて復調品質尺度を決定することができる。
【０１７７】
具体的に、復調器３０３は電力信号へと負荷変調されているデータがわかっており既定値を持つという仮定に基づいて復調品質尺度を生成するように構成され得る。
【０１７８】
低複雑性の実施例として、復調器３０３は単純にデータを復調して復調データが基準データパターンにマッチするかどうかを決定し得る。復調品質尺度は例えば検出エラーの数を示し得るか、又は単純にエラーが検出されたかどうかを示し得る。
【０１７９】
別の実施例として、既定データパターンは例えばインダクタ電流の測定に対する具体的予想パターンに対応するように決定され得る。復調器３０３は実際の測定を予想される測定に（例えば正規化後に）比較し得、実際の測定が予想される測定にいかに厳密にマッチするかを示す差分尺度を生成し得る。この差分尺度は一部の実施形態において復調品質尺度として直接使用され得る。代替的に、差分尺度を閾値に比較することによってバイナリ復調品質尺度が生成され得、復調品質尺度は閾値を超えるか否かを示す。
【０１８０】
基準データパターンは例えばデータパケットのプリアンブルに対応し得るか、又は具体的には定義済みデータのみを有する定義済みデータパケットなど、実際それ自体データパケットであり得る。
【０１８１】
一部の実施形態において、基準データパターンは例えばシステムの技術仕様において定義される例えばビットデータパターンであり得る。このように、基準データパターンは静的な定義済みデータパターンであり得る。
【０１８２】
しかしながら、他の実施形態において、より動的な基準データパターンが使用され得る。例えば、送電器は一部の実施形態において受電器へ基準データパターンの表示を送信し得る。表示は例えば定義済みデータパターンセットから一つのデータパターンを選択し得る。別の実施例として、送電器は基準データパターンを受電器へ直接送信し得る、すなわち基準データパターンの表示は基準データパターン自体を含み得る。
【０１８３】
そして受電器は示された基準パターンを使用するように構成され得る、すなわち受電器は示された基準データパターンを電力信号へと負荷変調するように進行し得る。
【０１８４】
送電器は通信されているデータをここで知り得、従って基準データパターンに対して測定負荷変調が予想負荷変調にいかに厳密にマッチするかを反映する距離尺度の決定へと進み得る。
【０１８５】
当然のことながら送電器と受電器は、送電器における比較を受電器による基準データパターンに対する実際の送信時間へ適切に同期させるための機能を有し得る。
【０１８６】
例えば、送電器は適切なタイムウインドウ内の異なるタイムオフセットに対する復調品質尺度を決定するように構成され得、決定された最低復調品質尺度を選択し得る（これは最も近いタイミング同期に対応する）。別の実施例として、例えば電力信号の負荷におけるステップ変化の検出など、具体的なトリガイベントが使用され得る。
【０１８７】
多くの実施形態において、基準データパターンの送信のタイミングは、送電器が送信のタイミングをかなり正確に予測することができるように制限され得る。
【０１８８】
例えば、受電器は、具体的には信号若しくはデータメッセージが受電器へ供給される所与の時間間隔内など、イベント後の所与の時間間隔内に基準データパターンを送信する必要があり得る。送電器は従って明確に定義された時間間隔内に基準データパターンが受信されると予想し得る。
【０１８９】
基準データパターンの送信と検出を同期させる信号／メッセージは例えばスタートアップ信号、電力信号の（周波数、振幅、位相変調）、若しくは具体的には基準データパターンの表示の送信であり得る。
【０１９０】
上記は負荷変調が主電力信号へ、すなわち受電器へ主電力伝送も提供する電力信号へ適用される記載にフォーカスしていた。しかしながら、他の実施形態では、主電力は異なる誘導信号によって供給され得ることが理解される。
【０１９１】
例えば、送電器は二つのインダクタを有してもよく、一つは高電力レベルを伝送可能な強電力信号を生成し得る主電力伝送コイルである。第二のコイルは主に通信コイルとして使用され得、これは受電器における対応するコイルによって負荷変調され得る通信キャリアを供給し得る。この通信キャリアは少なくとも変調負荷へ電力を供給するが、典型的には例えば受電器の内部通信機能へも電力を供給し得る。従って、かかる通信信号は受電器へフル電力伝送を供給し得ないが（実際例えばより強力な電力伝送信号があり得る）、これは受電器へ（及び少なくとも変調負荷へ）電力を供給する電力信号である。
【０１９２】
当然のことながらインダクタ電流及び／又は電圧の測定に基づく任意の適切な復調アプローチが使用され得る。実際、当業者は事後若しくは事前最尤法を含む多くの復調法が利用可能であることを理解するだろう。例えばデータシンボルへの同期化などのために任意の適切なアプローチが使用されうることも理解される。
【０１９３】
典型的に、測定は処理され（典型的には例えばデータシンボル形状にマッチする整合フィルタを用いてフィルタリング若しくは平均化され）、結果として得られる出力は復調法において当業者に周知の通り最適サンプリングインスタントにおいてサンプリングされ得る（例えばＪｏｈｎ  Ｐｒｏａｋｉｓ，"Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ，２００８，ＩＳＢＮ  ００７１２６３７８０参照）。結果として得られるサンプル値は異なるシンボル値に対する予想値に比較され、最も近いものが選択される（適切な距離尺度に基づく）。従って、受信信号（測定）が異なる可能なデータシンボルに対する予想信号（測定）に比較される復調アプローチが使用され得、予想信号（測定）まで最短（典型的にはハミング）距離を持つ可能なデータシンボルが選択されるときに復調データが決定される。当然のことながら距離決定／比較は測定の例えばフィルタリング及び平均化などの処理を含み得る。このように、典型的には最も近いコンスタレーションポイントが選択される最尤法が復調のために使用され得る。
【０１９４】
バイナリデータシンボル（すなわち"０"若しくは"１"が送信される）のための低複雑性アプローチとして、復調器３１１は測定の長期平均として閾値を決定し得る。平均化はマルチデータ値に及び、典型的にはそれぞれ"０"若しくは"１"から得られる値間の平均測定値に対応する。１ビットを復調するとき、復調器３１１は対応するデータシンボル（ビット）時間周期にわたって測定を平均化し得る。得られる値が長期閾値を上回る場合、データビットは"０"と復調され、長期閾値を下回る場合、データビットは"１"と復調される（"０"が"１"よりも高い測定値をもたらすような負荷変調と仮定）。
【０１９５】
当然のことながら多くの可能な復調法が当業者に周知であり、本発明から逸脱することなくいかなる技術が使用されてもよい。
【０１９６】
一部の実施形態において、動作周波数と一次共振周波数を収束させたまま維持する特に効率的な方法が使用され得る。実施例において、共振回路２０１は駆動信号の各サイクルごとに一度、効果的に再起動され、共振回路２０１の実効共振周波数が共振回路２０１の固有共振周波数によってではなく動作周波数によって与えられることになる。
【０１９７】
アプローチにおいて、一次共振回路２０１は一次共振回路２０１を駆動する駆動信号に依存して制御され、それによって動作周波数と一次共振周波数が自動的に一緒にリンクされることを本質的に可能にする。実際、アプローチは、システムが単純に駆動信号の動作周波数を適応させ、実効一次共振周波数が直接追従するように自動的に及び本質的に適応され得るように、動作周波数と一次共振周波数が自動的に及び本質的に実質的に同一になることを可能にする。アプローチは具体的には一次共振回路２０１の実効共振の各サイクルが駆動信号の対応サイクルと同じ持続期間を持つことを保証し得る。加えて、アプローチはこれが非常に低い追加複雑性と非常に低い制御オーバーヘッドで実現されることを可能にする。
【０１９８】
具体的アプローチが図１２を参照して説明され、これはかかるアプローチの一実施例にかかる送電器の要素を例示する。実施例は直列共振回路を使用し、これは図３の並列共振回路を直接置換し得ることが理解される。従って、図１２は、電力信号を生成すること、及び動作周波数と一次共振周波数を一緒にロックすることに関する図１‐３のシステムの具体的要素を例示するとみなされ得る。
【０１９９】
実施例において、送電器は共振回路を形成する誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスを有する。
【０２００】
具体的な実施例において、誘導性インピーダンスはインダクタに直接対応するが、当然のことながら他の実施形態において誘導性インピーダンスは少なくとも部分的な誘導性インピーダンスを持つ、すなわち誘導性リアクタンスコンポーネントを持つ、又は言い換えれば正の虚数部を伴う複素インピーダンスを持つ、いかなる一ポート／二端子素子であってもよい。従って、誘導性インピーダンスは線形二端子回路若しくは（等価）コンポーネントであり得、それについて端子における電圧はコンポーネント／回路を通る電流の導関数に少なくとも部分的に依存する。
【０２０１】
同様に、具体的な実施例において、容量性インピーダンスはキャパシタに直接対応するが、当然のことながら他の実施形態において容量性インピーダンスは少なくとも部分的な容量性インピーダンスを持つ、すなわち容量性リアクタンスコンポーネントを持つ、又は言い換えれば負の虚数部を伴う複素インピーダンスを持つ、いかなる一ポート／二端子素子であってもよい。従って、容量性インピーダンスは線形二端子回路若しくは（等価）コンポーネントであり得、それについて端子における回路／コンポーネントを通る電流は端子にかかる電圧の導関数に少なくとも部分的に依存する。
【０２０２】
当然のことながらほとんどの実施形態において、誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの抵抗部分は典型的にはかなり小さくなり、リアクタンスコンポーネントと比較して無視できることが多い。これは振動が比較的抑制されないことを保証する、すなわち共振回路に比較的高いＱを提供する。
【０２０３】
明確さと簡潔さのため、以下の記載は（理想）インダクタ１２０１、具体的には図１及び２の送電コイル１０３である誘導性インピーダンスと、理想キャパシタ１２０３である容量性インピーダンスにフォーカスする。しかし当然のことながらインダクタ１２０１へのいかなる言及も、必要に応じて誘導性インピーダンス若しくはリアクタンスへの言及に置き換えられ得、キャパシタ１２０３へのいかなる言及も、必要に応じて容量性インピーダンス若しくはリアクタンスへの言及に置き換えられ得る。簡潔さのため、インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３のペアも共振コンポーネントとよばれる。
【０２０４】
インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３は共振構成で一緒に結合される。実施例において、インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３は直列共振結合されるが、当然のことながら他の実施形態においてそれらは並列共振構成で結合され得る。
【０２０５】
インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３はインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３のみを有する共振回路の共振周波数に対応する固有共振周波数を呈する。周知の通り、かかる回路に対する共振周波数は
2017528106.tif 000043
により、Ｌはインダクタ１２０１のインダクタンスでありＣはキャパシタ１２０３のキャパシタンスである。
【０２０６】
しかしながら、図１２のシステムにおいて、送電器はキャパシタ１２０３及び／又はインダクタ１２０１について状態変化を遅らせることによって共振回路に対する共振周波数を制御するように構成される周波数修正回路１２０５をさらに有する。周波数修正回路１２０５は共振回路の一部とみなされ得る（又は完全に若しくは部分的にこの外部であるとみなされ得る）。また当然のことながら周波数修正回路１２０５は図１２においてインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の間に直列結合される単一二端子素子として示されるが、これは一実施例に過ぎず他の構成が他の実施形態では使用される。例えば、図１２の実施例における周波数修正回路１２０５は二つしか端子を持たないが、当然のことながら他の実施形態において、周波数修正回路１２０５はより多くの端子を持ってもよく、例えばドライバ用の電源レイルを含む、回路の他の部分に接続され得る。
【０２０７】
周波数修正回路１２０５はインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の一方若しくは両方について状態変化を遅らせることによって共振周波数を修正するように構成される。インダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の状態はコンポーネントに対する現在のエネルギー値によってあらわされるとみなされ得、特にインダクタ１２０１の電流
2017528106.tif 000044
及びキャパシタ１２０３の電圧
2017528106.tif 000045
に対応するとみなされ得る。
【０２０８】
キャパシタとインダクタによって形成される従来の共振回路において、共振はキャパシタ（エネルギーが電位エネルギーとして保存される）とインダクタ（エネルギーが磁位エネルギーとして保存される）の間を行き来するエネルギーフローから生じる持続的な周期的位相変化によって実現される。かかるシステムにおけるエネルギーフローと状態変化の速度はキャパシタとインダクタの値によって与えられ、これは
2017528106.tif 000046
の固有共振周波数における振動をもたらす。
【０２０９】
しかしながら図１２のシステムにおいて、共振回路は単純に自励発振を実行することを許されるのではなく、周波数修正回路１２０５がサイクルの一部、及び典型的には全部の部分時間間隔中にインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の少なくとも一方について状態変化を遅らせる。
【０２１０】
状態変化はこのようにキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１のみを有する自励共振回路の状態変化に対して部分時間間隔中に遅らせられる。
【０２１１】
具体的に、状態変化は（インダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へ、キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１へ、又はインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へとキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への両方のエネルギーを遅らせることによって）キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間のエネルギーフローを妨げることによって遅らせられる。共振回路において正電流は共振サイクルの半分にわたってインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３へ、及び共振サイクルの残り半分にわたってキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１へ流れる。多くの実施形態において、エネルギーフローの減速は共振コンポーネント間を流れる電流を妨げることによって実現され得る。多くの実施形態において、周波数修正回路１２０５は例えばインダクタ１２０１の電流（の一部若しくは全部）をキャパシタ１２０３からそらすことによって（潜在的に負電流と正電流の両方をキャパシタ１２０３からそらすことを含む）、インダクタ１２０１からキャパシタ１２０３への電流を妨げるように構成され得る。他の実施形態において、周波数修正回路１２０５は例えば部分時間間隔中にインダクタ１２０１からキャパシタ１２０３を切断することによって（またそれによってインダクタにかかる電圧をゼロにセットすること、すなわち電流と電圧の両方がインダクタについてゼロにセットされる）キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への電流を妨げるように構成され得る。
【０２１２】
これらの実施例において、共振コンポーネント間の電流フローはこのように部分時間間隔中に低減されるか若しくは完全に防止されさえする。この部分時間間隔中、コンポーネントの少なくとも一つの状態変化は遅らせられるか若しくは完全に停止される。これが複数サイクル中に、特に毎サイクルにおいて実行される場合、その効果は共振回路が自励共振回路構成に対する固有共振周波数よりも低い周波数において共振するかのように挙動することになる。この低周波数は共振回路の実効共振周波数とよばれる。
【０２１３】
周波数修正回路１２０５はこのように固有共振周波数よりも低くなるように実効共振周波数を制御及び調節し得る。実際の実効共振周波数は図１２のシステムにおいて周波数修正回路１２０５が部分時間間隔のタイミング／持続期間を変更可能であることによって制御される。従って、部分時間間隔が長くなるほど、状態変化を遅らせる効果は大きくなり、従って実効共振周波数がより低くなる。
【０２１４】
図１２のシステムにおいて、周波数修正回路１２０５は単に所望の共振周波数を提供するように独立して制御されるだけではない。むしろ、周波数修正回路１２０５の動作は共振回路２０１の駆動と、従って電力伝送システムの電力伝送及び一般動作と密接に統合される。
【０２１５】
具体的に、図１２のシステムにおいて、ドライバ２０３はタイミング信号を生成し、これを周波数修正回路１２０５へ与える。タイミング信号はいつ部分時間間隔が開始するべきか、終了するべきか、若しくはその両方を示す遷移を含む（無視される他の遷移があってもよい）。周波数修正回路１２０５はこれらの遷移へ部分時間間隔を整合させるように構成される。遷移は典型的には信号レベルにおける変化など、通常は信号パラメータにおける変化である。しかしながら、一部のシナリオにおいて遷移は例えば信号若しくは信号の（部分）信号コンポーネントの位相若しくは周波数における変化など、別の信号パラメータにおける変化であり得る。
【０２１６】
従って、タイミング信号の遷移は部分時間間隔のタイミングを制御し、具体的には開始時間、終了時間、若しくは開始時間と終了時間の両方を制御する。周波数修正回路１２０５は従ってタイミング信号から部分時間間隔の開始時間及び／又は終了時間をセットする。典型的には、タイミング信号は周波数修正回路１２０５のスイッチを制御するために使用されるスイッチ信号であり、これはエネルギーフローの邪魔を駆動／解除し得る、すなわちこれは状態変化の遅延を駆動／解除し得る。タイミング信号は、周波数修正回路１２０５によって検出され、これによって使用されて直接若しくは間接的に電流インピーディングのイン及びアウトをスイッチするためのスイッチを制御することができる遷移を含み得る。周波数修正回路１２０５は典型的には対応する遷移と実質的に同時に（例えばサイクル時間周期の１／５０以内）遅延をイン若しくはアウトにスイッチすることによって開始若しくは終了時間を遷移と整合させる。
【０２１７】
従って、システムにおいて、ドライバ２０３は部分時間間隔のタイミングの少なくとも一部を制御する。さらに、ドライバ２０３はタイミング信号を、これが、及び従って部分時間間隔が駆動信号に同期されるように、制御するように構成される。具体的に、ドライバはタイミング信号を生成してこれを駆動信号に同期させるシンクロナイザ１２０７を有する。
【０２１８】
従って、実施形態において、部分時間間隔のタイミングは駆動信号に密接にリンクされる。このリンクは共振回路２０１の駆動と共振回路２０１の実効共振の間の密接な対応を提供する。駆動信号とタイミング信号のリンクは特に共振周波数が駆動信号の動作周波数と同じ周波数に自動的にロックされることを可能にする。実際、シンクロナイザ１２０７は共振回路２０１の各サイクル時間が駆動信号の対応サイクルのサイクル時間と同一になるよう、タイミング信号を、従って部分時間間隔を同期させ得る。このように、ドライバによって部分時間間隔を制御するアプローチと、これが駆動信号に基づくことは、共振周波数が駆動信号と常に同一であるシステムを提供し得る。実際、各個別サイクル時間の個々の時間周期さえもが同一になるように制御され得る。
【０２１９】
アプローチは低複雑性を可能にするのみならず、例えば共振回路２０１のいかなる信号（インダクタ若しくはキャパシタ電流若しくは電圧など）のいかなる測定若しくは検出も必要とせずに、周波数が同一であることを自動的に保証することもできる。
【０２２０】
アプローチは多数の利点を提供し得る。特に、これは相互変調を軽減し、多くの実施形態において防止し得る。これは多くの実施形態において改良された電力伝送も提供し得、特に電力伝送効率を改善し得る。典型的には、電力伝送効率は一次共振周波数、二次共振周波数及び駆動信号の動作周波数が互いに近づくほど増加される。記載のアプローチは動作周波数と一次共振周波数が、それらが二次共振周波数にマッチするように変更されることを可能にしながら、密接に及び自動的にリンクされることを可能にする。従って、二次共振周波数への駆動信号の適応のみが適用され得、一次共振周波数も自動的にセットされる。
【０２２１】
図１３は図１２の送電器の一実施例を図示し、周波数修正回路１２０５はキャパシタ１２０３の状態変化を遅らせるように構成される。実施例において、周波数修正回路１２０５は部分時間間隔中にインダクタ１２０１からの電流をキャパシタ１２０３からそらすように構成される。迂回はキャパシタ１２０３と並列結合され、これを短絡させるように構成されるスイッチ１３０１によって実現される。このように、周波数修正回路１２０５は制御可能なスイッチによって実現され得る。
【０２２２】
実施例において、スイッチ１３０１は部分時間間隔中に閉じられる。スイッチ１３０１の開閉はドライバ２０３によって生成されるタイミング信号の遷移によって制御され、従ってスイッチ信号へ同期される。スイッチが閉じられるとき、インダクタ１２０１を通って流れている、及びキャパシタ１２０３をその他の方法で充電若しくは放電し得る電流が、代わりにスイッチ１３０１を通じて迂回される。このように、キャパシタ１２０３を短絡させることによって、電流はキャパシタ１２０３をバイパスし、従ってキャパシタを充電しない。実施例において、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３にかかる電圧がゼロになることに対応するタイムインスタントにおいて閉じるように構成される。このとき、インダクタ５０１を通るかなりの電流がある（実際電流は最大レベルになる）。しかしながら、スイッチを短絡させることによって、この電流はもはやキャパシタ１２０３を通って流れず、代わりにスイッチ１３０１を通って流れる。従って、キャパシタ１２０３の短絡は電圧がゼロに維持されること、すなわちキャパシタ１２０３の状態が一定に維持されることを保証する。
【０２２３】
スイッチ１３０１は従ってキャパシタ１２０３からの正及び負の電流両方を迂回し得る電流迂回路を形成することが留意されるべきである。
【０２２４】
所定期間後、すなわち部分時間間隔の終わりに、スイッチは再度開かれそれによってインダクタを通って流れる電流がキャパシタ１２０３の中へ（若しくはそこから）流れることになる。結果として、キャパシタ１２０３は充電を開始し、キャパシタ電圧がそれに従って変化する。これはインダクタから"見られる"キャパシタ１２０３の実効キャパシタンスが増加され、従って共振周波数が低減される結果をもたらす。結果として得られる実効共振周波数は部分時間間隔のタイミングに依存し、持続期間の増加は実効共振周波数の減少をもたらす。
【０２２５】
具体的に、駆動信号の周期の一部にわたってキャパシタを短絡させることによって、実効キャパシタンスが増加される。
【０２２６】
この効果を例示するために、平均電流
2017528106.tif 000047
で時間t２にわたって電圧Ｕ１（ｔ２）に充電されるキャパシタＣ１が考慮され得る。電圧Ｕ１（ｔ２）は次式であらわされ得る：
2017528106.tif 000048
【０２２７】
代わりにＣ１よりも小さい値を持つが０からｔ１まで短絡され、ｔ１からｔ２の時間間隔において充電される別のキャパシタＣ２を考慮すると、このキャパシタは同じ平均電流
2017528106.tif 000049
で電圧Ｕ２（ｔ２）に充電される。Ｃ２の場合電圧は次式で決定され得る：
2017528106.tif 000050
【０２２８】
Ｕ１（ｔ２）とＵ２（ｔ２）がｔ２において等しくなる場合、Ｃ１は次式によってあらわされ得る：
2017528106.tif 000051
【０２２９】
言い換えれば、キャパシタＣ２は値が小さいが、時間ｔ２において両キャパシタは同じ電圧に充電される。時間ｔ２において、キャパシタＣ２はインダクタをキャパシタＣ１と同じ電圧にさらす。従って、短絡の効果はインダクタによって"見られる"キャパシタの実効（若しくは見かけの）キャパシタンスを増加させることである。
【０２３０】
図１３の回路における信号の一実施例が図１４で提供される。実施例において、インダクタ１２０１のインダクタンスはＬｐ＝２００ｕＨであり、キャパシタ１２０３のキャパシタンスはＣｐ＝８．２ｎＦであり、
2017528106.tif 000052
の固有共振周波数をもたらす。
【０２３１】
実施例において、上部曲線は駆動信号を示す。
【０２３２】
見られる通り、各サイクルについて、スイッチ１３０１は第一部分時間間隔中（キャパシタ電圧の正のゼロ交差について）及び第二部分時間間隔中（キャパシタ電圧の負のゼロ交差について）にキャパシタ１２０３を短絡させるように構成される。各部分時間間隔において、電圧は従っておよそ１μｓにわたって一定に維持される。この時間中、キャパシタ１２０３の電圧は変化しない。同様に、インダクタ１２０１を通る電流もインダクタ１２０１が電圧にさらされないことに起因してほとんど変化しない（これは最大値においてほとんど一定である）。
【０２３３】
見られる通り、実効共振周波数が低下され、実際実施例において、約１０２ｋＨｚの実効共振周波数が実現される。
【０２３４】
正確な実効共振周波数は単に部分時間間隔の持続期間を調節することによってセットされ得る。持続期間が長くなるほど周波数が低くなる。
【０２３５】
さらに、駆動信号パルス間の持続期間が一定に維持される場合、駆動信号の動作周波数は駆動信号パルスの持続期間が変わることによって変更され得ることが見られる。しかしながら、これはタイミング信号の右エッジが同様に変化する結果を直接もたらし、キャパシタのゼロ交差に結合されるタイミング信号の左エッジを維持することによって、部分時間間隔が対応して変化することになる。従って、共振周波数は駆動信号動作周波数に直接追従し、本質的に同一になる。
【０２３６】
図１５は図１２のシステムの別の実施形態を図示する。この実施例において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フロー（及び特に電流フローの変化率）を妨げることによって、又は均等に誘導性キャパシタンスにわたってキャパシタによってかけられる電圧を低減させることによって、誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。特に、実施例において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローをブロックすることによって、又は均等にインダクタ電圧をゼロにセットすることによって、誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０２３７】
実施例において、キャパシタ１２０３からインダクタ１２０１への電流はインダクタ１２０１と直列なスイッチ１５０１によってブロックされる。実施例において、ドライバ２０３は共振サイクルの一部にわたってキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間の結合を効果的に切断するように構成される。ドライバ２０３はスイッチ１５０１を駆動信号に同期させ、原則的に図１３の実施例について記載された通りに動作する。実際、図１３の実施例において、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３を通る電流をゼロになるように制御することによってキャパシタ１２０３にかかる電圧をゼロにおいてフリーズさせるように構成される。図１５の実施例において、スイッチ１５０１はキャパシタ１２０３からインダクタ１２０１を切断し、そしてインダクタに対するキャパシタの電圧の影響を除去することによって、インダクタ１２０１を通る電流をゼロにおいてフリーズさせるように構成される。従って、電流と電圧の役割が交換されるときにキャパシタとインダクタの動作が同じであることを考慮すると、二つのアプローチは同等である。実際、図１４の信号はインダクタ電流とキャパシタ電圧に対する曲線がそれぞれキャパシタ電圧とインダクタ電流と交換される場合、図１５の実施例にも当てはまり得る。
【０２３８】
提供された実施例において、部分時間間隔中、キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の両方の状態変化が遅延され、又は実質的にフリーズされることも留意されるべきである。実際、図１３の実施例において、部分時間間隔中、電流はキャパシタ１２０３に到達せず、電圧はゼロにおいて一定である。しかしながら、このようにインダクタ１２０１にかかる電圧もゼロにセットし、従ってインダクタ電流は実質的に一定であり、すなわちインダクタ１２０１に対して実質的に状態変化がない。同様に、図１５の実施例において、部分時間間隔中、キャパシタ１２０３から電流が流れることができず、従ってキャパシタ１２０３にかかる電圧は実質的に一定になり、すなわちキャパシタ１２０１に対して実質的に状態変化がない。
【０２３９】
前の実施例において、部分時間間隔の開始はそれぞれインダクタ電圧とキャパシタ電流のゼロ交差と同期されて（及び具体的には整合されて）いた。特に、部分時間間隔の開始時間はそれぞれキャパシタ電圧とインダクタ電流のゼロ交差と整合される。これは部分時間間隔中にキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間の電流フローが完全にゼロに低減されるときに特に利点を提供する。しかしながら、当然のことながら一部の実施形態では、電流フローにおけるより段階的な低減が使用され得る。
【０２４０】
当然のことながら状態変化、及びキャパシタ１２０３とインダクタ１２０１の間のエネルギーフローの遅延は、共振コンポーネント間の電流フローを完全に妨げるのではなく低減させることによって実現され得る。低減される電流は例えばマイクロコントローラによってリアルタイムで制御されることができる電流調整回路を通じて例えば実現され得る。
【０２４１】
しかしながら、別の実施例として、低減は例えば部分時間間隔中に追加キャパシタ若しくはインダクタを含むことによって実現され得る。例えば、図１６の実施例において、追加電流低減キャパシタ１６０１が図１３のスイッチと直列に挿入される。部分時間間隔中、スイッチ１３０１はキャパシタ１２０３を短絡させないが、電流低減キャパシタ１６０１を並列に挿入する。これは部分時間間隔中に電流の一部が電流低減キャパシタ１６０１へ流れるのでキャパシタ１２０３への電流が低減される結果をもたらし、それによってキャパシタ１２０３の状態変化と、そしてキャパシタ１２０３がインダクタにかける電圧を低減させる（電流低減キャパシタ１６０１はキャパシタ１２０３と一緒に充電及び放電される）。
【０２４２】
インダクタ１２０１について対応する実施例が図１７に示される。この実施例では、電流低減インダクタ１７０１がインダクタ１２０１と直列に挿入され、スイッチ１７０３が電流低減インダクタ１７０１と並列結合される。この実施例において、スイッチ１７０３は部分時間間隔中に開かれ、実効インダクタンスが増加されることになる。従って、部分時間間隔中にインダクタを通る電流変化が低減される（キャパシタ１２０３がかける電圧がここではインダクタ１２０１と１７０１にわたって分割されるので、キャパシタ１２０３がインダクタ１２０１にかける派生電圧が低減されるため）。部分時間間隔の終わりに、スイッチ１７０３が閉じられ、それによって電流低減インダクタ１７０１を短絡させる。
【０２４３】
以下、ドライバ２０３が駆動信号を生成するためにスイッチングブリッジ／インバータを有するシステムをさらに参照して、システムの動作が説明される。スイッチングブリッジは具体的には図４及び５の実施例に対応するハーフブリッジ若しくはフルブリッジであり得る。
【０２４４】
実施例において、ドライバ２０３はさらに部分時間間隔を直接制御する遷移を持つようにタイミング信号を生成する。具体的に、信号は部分時間間隔の開始時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間、部分時間間隔の終了時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間、若しくは部分時間間隔の開始時間と終了時間に対応する（及び典型的には実質的に同一、例えばサイクル時間の１／５０以内の）時間の両方において起こる遷移を持つように生成される。
【０２４５】
さらに、実施例において、ドライバ２０３はスイッチブリッジのスイッチを制御するスイッチ信号の一つ（若しくはそれ以上）へタイミング信号を同期させるように構成される。このように、駆動信号はスイッチブリッジにおけるスイッチのスイッチングによって生成され、タイミング信号、及び従って部分時間間隔のスイッチ信号への同期化は駆動信号への同期化も提供する。
【０２４６】
図１８は図１及び２の誘導電力伝送システムの一実施例の要素の電気モデルの一実施例を示す。
【０２４７】
一次共振回路２０１はコンポーネントＣｐ及びＬｐ（キャパシタ１２０３とインダクタ１２０１に対応）によってあらわされる。ドライバはＶｐと、具体的実施例ではＦＥＴであるスイッチＭ１‐Ｍ４によって形成されるスイッチブリッジによってあらわされる。二次共振回路２０５はコンポーネントＣｓ，Ｌｓによってあらわされる。キャパシタＣｄは１ＭＨｚにおいて共振を作り出し、これは可動コイルを使用する送電器が受電器の位置を見つけることを可能にする（例えばＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）に記載の原理に従う）。キャパシタＣｍとスイッチＳｍは受電器１０５による負荷変調をあらわす。ダイオードＤ７からＤ１０及びＣｌとＲｌは受電器１０５の負荷をあらわす（ダイオードが整流を提供する）。
【０２４８】
実施例において、スイッチＳ１が適切なデューティサイクルで開閉されるとき、実効キャパシタンスは自然にキャパシタ１２０３（Ｃｐ）のキャパシタンスよりも大きくなる。送電器の実効共振周波数が固有共振周波数よりも低くなることが望まれる場合、スイッチＳ１はＣｐにかかる電圧が負から正へ及び／又は逆にゼロ電圧を通過した直後の短期間だけ閉じられる。これは図１９に図示され、最初にスイッチＳを制御する駆動信号とタイミング信号を、それからインダクタ１２０１を通る電流、及び最後にキャパシタにかかる電圧を示す（図１４に対応）。駆動信号はそれぞれ９３ｋＨｚ及び１０％の周波数ｆｏとデューティサイクルＤで共振回路に印加される、すなわち駆動信号は９３ｋＨｚの動作周波数を持つ。実施例において、共振タンクの固有共振周波数ｆｎは１００ｋＨｚである。従って、共振回路にかかる電圧（Ｖ（ｌｅｆｔ，ｒｉｇｈｔ）と示される）は、自励共振回路の場合電流ｉｐ（ｔ）を遅らせるはずであり、これは容量性モード動作であることを意味する。しかしながら、図１８のシステムにおいて、スイッチＳ１は電圧Ｖ（ｌｅｆｔ，ｒｉｇｈｔ）と電流ｉｐ（ｔ）の第一高調波が同相になるようにキャパシタＣｐを短絡させ、これは送電器が共振して動作することを意味する。このように、この共振は適切なデューティサイクルでスイッチＳ１を閉じることによって電圧Ｖ（Ｃｐ）のゼロ交差のイベントの直後にキャパシタＣｐにかかる電圧が増加（若しくは減少）することを妨げることによって実現される。これはインダクタからの電流をキャパシタＣｐから効果的にそらす。
【０２４９】
多くの実施形態において図１８の実施例よりも実用的になるアプローチの一実施例が図２０で提供される。図２０の実施例では、図１８のタイミングの単純化が実現され、これは追加柔軟性を提供し得る。
【０２５０】
図２０の実施例において、スイッチは二つの電流迂回路で置き換えられ、一つは一方向に流れる電流に対する短絡を提供し、一つは別の方向に流れる電流用である。実施例において、各電流迂回路は整流器（具体的にはダイオード）を含み、これは電流がその経路について一方向にしか流れることができないことを確実にする。
【０２５１】
この実施例において、共振タンクを通る正電流はここでＤ６／Ｍ６によってシャントされ、負電流はＤ５／Ｍ５によってシャントされる。ダイオードＤ５及びＤ６はＭ５及びＭ６のボディダイオードが導電することを防止する。スイッチ／ＦＥＴ  Ｍ６はスイッチ／ＦＥＴ  Ｍ４と全く同じ信号によって制御される、すなわち実施例において部分時間間隔のタイミングを制御するためのスイッチ信号はスイッチブリッジのスイッチの一つに対するスイッチ信号と全く同じである。実際、部分時間間隔の開始及び終了時間の少なくとも一方は、駆動信号を生成するスイッチングブリッジのスイッチの一つのスイッチングと同期されるのみならず、また一致する。
【０２５２】
実際、スイッチＭ４が導電しているとき、電圧Ｖ（Ｃｐ）は負から正へ共振している。この電圧が正になるとき、スイッチＭ６は既にオン状態にあるので、ダイオードＤ６は直ちに導電を開始する。このように、複雑なタイミング制御の必要なしにｉｐ（ｔ）を通る電流が必然的にキャパシタＣｐからＤ６／Ｍ６へ向かって整流する。これはさらに図２１に図示される。
【０２５３】
同様の状況がＭ５／Ｄ５の第二経路についても起こる。実際、この実施例において、スイッチＭ５に対する制御スイッチ信号はＭ３のスイッチングと一致するように直接生成される。
【０２５４】
実施例において、電流迂回路の各々（Ｄ５／Ｍ５及びＤ６／Ｍ６）は従ってスイッチと整流器両方を有する。これは部分時間間隔のより柔軟なタイミングを可能にする。
【０２５５】
具体的に、スイッチと整流器両方の使用は、送電器が部分時間間隔の開始時間と終了時間の一方をタイミング信号における遷移へ整合させることを可能にしながら、他方は整流器によって自動的に生成される、すなわちこれは整流器が導電状態と非導電状態の間をスイッチすることによって決定される。
【０２５６】
図２０の実施例において、スイッチはキャパシタの電圧が負であるときに導電状態へスイッチされ得る。しかしながら、ダイオードＤ６のために、Ｄ６／Ｍ６の電流迂回路はいかなる電流も伝導せず、従ってキャパシタ５０３からいかなる（負若しくは正）電流も迂回させない。このように、スイッチＭ６のスイッチオンの厳密なタイミングは、電流が迂回される部分時間間隔の開始を構成しないので、無関係である。
【０２５７】
しかしながら、キャパシタ１２０３にかかる電圧のゼロ交差の直後に、ダイオードＤ６は導電し始める（電圧が十分な順方向バイアスを提供するために十分高くなるとすぐに）。従って、ダイオードＤ６が非導電状態から導電状態へスイッチするとき、電流迂回路はインダクタ１２０１からの電流をキャパシタ１２０３からそらし始める。このように、部分時間間隔の開始はダイオードが非導電状態から導電状態へスイッチすることによって制御され、スイッチＭ６がスイッチするときには依存しない。従って、部分時間間隔の開始時間はタイミング信号に整合され得ない。
【０２５８】
電流迂回路はスイッチＭ６が開状態へスイッチされるまで電流を迂回させ続ける（インダクタからダイオードＤ６の順方向に流れる電流がある限り）。このように、部分時間間隔の終了時間はタイミング信号の遷移と、従ってスイッチＭ４に対するスイッチ信号の遷移と整合される。
【０２５９】
従って、図２０の実施例において、図２１に図示される通り、送電器は部分時間間隔の開始時間を整流器（ダイオードＤ６）が非導電状態から導電状態へスイッチすることに整合させるように構成されるが、終了時間はタイミング信号における遷移へ、従ってスイッチ信号における遷移へ整合される。実際、同じスイッチ信号が電流迂回路のスイッチとスイッチブリッジのスイッチ両方のために使用され得る。
【０２６０】
当然のことながら他の実施形態では、同じ原理が例えば、整流器が導電状態から非導電状態へスイッチするときに部分時間間隔を終了させることを潜在的に含む、整流器が導電状態をスイッチすることに応答して部分時間間隔の終了を制御するために適用され得る。かかる実施は例えばキャパシタからの電流を迂回させる代わりに、例えばインダクタへの電流のブロックが利用されるときに有用であり得る。
【０２６１】
アプローチは多数の特定の利点を持つ。実際、これはキャパシタ電圧及び／又はインダクタ電流のゼロ交差への部分時間間隔の開始の自動同期化を可能にする。このように、これはコンポーネントが容易に短絡若しくは切断され得るときに部分時間間隔の開始を自動的に整合させ、それによって低複雑性の実施形態を可能にする。
【０２６２】
別の顕著な利点は、駆動信号とスイッチブリッジに対するスイッチ信号を生成する上での追加柔軟性を提供することである。具体的に、部分時間間隔はスイッチ信号の一エッジに同期されるだけなので、他方は（理にかなった範囲で）自由に変動可能である。これは特にデューティサイクルが変更されることを可能にし、従ってドライバが例えば信号の動作周波数若しくは振幅レベルを変えることなく生成された電力伝送信号の電力レベルを動的に変動させることを可能にする。
【０２６３】
実際、アプローチは駆動信号のかなり単純化された生成を可能にする。具体的に、スイッチブリッジの対応するスイッチ（それぞれＭ１／Ｍ４及びＭ２／Ｍ３）をスイッチオンする代わりに、駆動信号がアクティブである比較的短い時間間隔中だけ（すなわち図２１の第一曲線において）、スイッチの全部が５０％のデューティサイクルで実質的に方形波信号によって作動され得る。そして駆動信号のデューティサイクルはこれら駆動信号間の相対位相差によって生成され得る。しかしながら、エッジの一つのみが部分時間間隔のタイミングを制御するので、これは部分時間間隔に影響しない。
【０２６４】
さらに、アプローチは第一受電器１０５と動作周波数が同じ値で本質的に一緒にロックされることを依然として保証する。特に、これは共振回路２０１の振動が駆動信号の毎サイクルごとに効果的に再開されるという事実に起因する。
【０２６５】
図２０の実施例において、システムにおける電圧レベルは典型的には、部分時間間隔を制御するスイッチ（すなわちスイッチＭ５及びＭ６）が、典型的には二つの追加パルストランスを用いて実現される高電圧レベルシフタを通じて駆動されることを要することが留意されるべきである。
【０２６６】
しかしながら、これは図２２のシステムにおいて部分的に回避され得る（具体的には高電圧レベルシフタはスイッチＭ６に対して回避され得る）。この実施例では、二つの電流迂回路がインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の接合点とスイッチングブリッジへの電力供給用パワーレイルとの間で結合される。
【０２６７】
図２２のシステムの動作は図２０の実施例と同様であり、電流が迂回されるために電源へ戻る異なる経路を単に提供する。しかしながら、重要な違いはスイッチＭ５とＭ６がそれぞれ電圧レイルとインバータ用の接地を、すなわち固定電圧を基準とすることである。これは例えばこれらがＭＯＳＦＥＴとして実現されるとき、スイッチの駆動を実質的に容易にし得る。実施例において、スイッチＭ６はＭＯＳＦＥＴがＭ４と同じスイッチ信号によって直接駆動されることによって実現され得る。しかしながら、Ｍ５を実現するＭＯＳＦＥＴは、このＭＯＳＦＥＴのソースの電圧が負の電圧値を持つことになるので、依然パルストランスを要し得る。
【０２６８】
図２３は図２２のシステムの変更を図示する。この実施例において、電圧レイルへの電流迂回路、すなわちＤ５／Ｍ５を有する電流迂回路は完全に除去されている。このシステムはゼロ交差の半分だけ部分時間間隔を導入するが（すなわちサイクルあたり一ゼロ交差のみ）、実効共振周波数の効果的な調節を提供することがわかっている。
【０２６９】
このように、図２３のシステムにおいて、電流迂回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、電流迂回路の一端はインダクタとキャパシタの間の接合点に結合され、電流迂回路の他端はスイッチングブリッジ用の接地電源レイルへ結合される。システムにおいて、整流器は部分時間間隔の開始時間を、整流器が非導電状態から導電状態へスイッチするときへ整合させ、一方部分時間間隔の終了時間はスイッチングブリッジのスイッチＭ４のスイッチングへ整合される。
【０２７０】
アプローチは、送電器の共振周波数を駆動信号にマッチするように適応させるための非常に低複雑性のアプローチを可能にする。アプローチは特に、駆動信号の周波数が一次共振回路の共振周波数と常に同じであり、逆もまた同様な自動システムを提供し得る。
【０２７１】
動作周波数と一次共振周波数のロックを例示するために、図２４のシステムが考慮され得る。実施例はインダクタ１２０１（Ｌ）とキャパシタ１２０３（Ｃ）を有する共振回路を駆動するドライバ２０３を図示する。ドライバが共振回路へステップ電圧を印加する場合、これは周知の共振周波数
2017528106.tif 000053
において振動し始める。これらの振動はシステムを通って流れる電流Ｉ（描かれた線）、及びインダクタ１２０１とキャパシタ１２０３の間の接合点における電圧Ｖ（破線）において見られる。ダンピングの存在下で、振動はしばらくした後消失し、キャパシタ１２０３がドライバ２０３のステップ電圧へ充電される定常状態につながる。実際には、共振回路は高Ｑファクタ、すなわち低ダンピングを持ち、これは共振周波数の多くの周期にわたって振動が継続することを意味する。
【０２７２】
ドライバ２０３が共振周波数に等しい周波数において信号を印加する場合、振動はダンピングの存在下であっても無限に維持され得る。この場合、非常に高電流が回路を流れ得る。しかしながら、ドライバ２０３が共振周波数と異なる周波数において信号を印加する場合、システムはあまりうまく"スイング"せず、かなり低い電流が回路を通って流れることになる。実際、後者の場合、回路における電流及び電圧信号は二つの周波数、すなわち駆動周波数と共振周波数を含み、共振周波数は共振タンク回路のより高いＱファクタでより拡張されることになる。電流及び電圧信号における二つの周波数はそれらの振幅上でのビート周波数につながり、これはときに二周波数間の相互変調とも（不正確に）よばれることがある。システムの受電側での負荷変調を通じて実現される振幅変調に依存する無線電力伝送システムにおいて、これは信頼できる通信を、不可能ではないにしても困難にし得る。従って所定の場合には必須ではないにしても、共振周波数に等しい周波数においてシステムを作動させることが有利である。
【０２７３】
共振周波数における振動の一サイクルの完了後にスイッチＳＷ１若しくはＳＷ２のいずれかを閉じることによって、その周波数におけるさらなる振動が阻害される。言い換えれば、回路における電流及び電圧信号の変化の状態がこの実施例ではゼロへ減速される。駆動信号の次のサイクルの開始において再度スイッチを開くと、駆動信号がはじめて印加されたかのように共振周波数における振動を再開する。これは電流信号若しくは電圧信号の位相が駆動信号の位相にマッチするようにリセットされることを意味する。言い換えれば、回路におけるサイクルの周波数は事実上駆動周波数に等しくなるが、もはや正弦波形状を持たない。図２５において、左側は電流の負から正のゼロ交差においてＳＷ１を閉じる場合に得られる波形を示し、右側の図は電圧の負から正のゼロ交差においてＳＷ２を閉じる場合に得られる波形を示す。描かれた波形は電流をあらわし、破線の波形は電圧をあらわし、点線は駆動信号を、この場合は方形波をあらわす。
【０２７４】
駆動周波数と共振周波数の差に依存して、システムは一サイクルに一度とは対照的に数サイクルに一度スイッチを操作することによって電流及び電圧信号におけるビートを効果的に抑制するはたらきもし得ることが留意されるべきである。例えば、駆動周波数が共振周波数に近づく場合、ビートの周波数は増加し、振幅において生じる変化は増大するのに数サイクルかかる。その場合数サイクルごとに位相をリセットすることが、スイッチを操作することから生じ得るシステムにおける潜在的損失を削減しながら、負荷変調ベースの通信に対する感度を十分なレベルで維持するために十分である。
【０２７５】
スイッチの動作の同期化は、例えば様々な異なる実施形態について前述したような、多くの方法で実現され得る。スイッチの開放は方形波若しくはパルス波駆動信号のエッジ、例えば立ち上がりエッジと最も容易に同期される。スイッチを閉じるために、電流若しくは電圧信号の負から正へのゼロ交差でトリガーする測定システムがタンク回路へ追加され得る。当業者はこの機能を実行する多くの種類の回路を設計することができるだろう。
【０２７６】
並列にマルチタンク回路を駆動する単一ドライバを有する無線電力システムの場合、これは受電器のより大きな（横方向）位置決め公差を実現する有利な実施例であるが、共振周波数においてシステムを作動させることは不可能ではないにしても困難である。その理由は無線電力システムを実現するために使用されるコンポーネントのインダクタンス値とキャパシタンス値における固有スプレッドに起因して、各共振タンク回路が典型的には異なる共振周波数を持つためである。各共振タンク回路のＱファクタを制限することによって、共振周波数における電流及び電圧信号コンポーネントは駆動周波数における信号コンポーネントに対して小さく維持され得る。これは振幅変調に基づく通信が可能なままであるように、振幅上のビートを抑制する。しかしながら、このアプローチの欠点は、電力伝送の効率を標準に達するように維持するために、低Ｑファクタが比較的高い結合を要することである。言い換えれば、低Ｑファクタはシステムの送電部と受電部の間の大きな距離を許容しない。
【０２７７】
上記の通り自励振動を阻害することによって、システムにおける様々な周波数間のビートが、‐駆動周波数だけでなく複数の共振タンク回路の異なる共振周波数も‐抑制されることができ、振幅変調を用いた通信を可能にする。言い換えれば、かなり大きな距離に置かれる受電器からの振幅通信を復調することが可能な高Ｑマルチコイル若しくはアレイベースの送電器を実現することが可能になる。
【０２７８】
特に図１２‐２５に関する上記説明は、このように複数の特徴の実施形態例を提供する。具体的には、以下の特徴と概念が具体的な上記実施例において、又は実際には対応するアプローチを用いる他の回路において適用され得る。
【０２７９】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間のエネルギーフローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【０２８０】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の電流フローを妨げることによって状態変化を遅らせるように構成され得る。
【０２８１】
これは特に効果的な制御を提供し得、実用的な実施を提供し得る。電流フローは正若しくは負の電流フローであり得る。電流フローを妨げることは電流フローを低減させることといかなる電流フローも完全に防止することの両方を含み得る。
【０２８２】
多くの実施形態において、ドライバは駆動信号を生成するためのスイッチングブリッジを有し、ドライバはスイッチングブリッジのスイッチに対するスイッチ信号の遷移へタイミング信号の遷移を同期させるように構成される。
【０２８３】
これは多くのシナリオにおいて改良された性能を提供し得、特に非常に効率的で実用的な実施を可能にし得る。低複雑性だが正確な制御が多くの実施形態で実現され得る。
【０２８４】
多くの実施形態において、周波数修正回路はスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される。
【０２８５】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【０２８６】
異なるパラメータに応答した開始時間と終了時間の整合は追加柔軟性を提供し得、特に具体的にはデューティサイクルなど、駆動信号のパラメータを制御するさらなる柔軟性を可能にし得る。
【０２８７】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に誘導性インピーダンスからの電流を容量性インピーダンスからそらすことによって容量性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０２８８】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０２８９】
多くの実施形態において、周波数修正回路は誘導性インピーダンスからの電流を容量性インピーダンスからそらすように構成される電流迂回路を有し、電流迂回路は電流迂回路を接続及び切断するためのスイッチを有し、周波数修正回路はタイミング信号へスイッチのスイッチングを整合させるように構成される。
【０２９０】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０２９１】
多くの実施形態において、周波数修正回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、周波数修正回路は開始時間と終了時間の一方を遷移へ整合させ、開始時間と終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ同期させるように構成される。
【０２９２】
これは特に低複雑性と効果的な制御を提供し得る。特に、これは多くのシナリオにおいて、具体的には適切なゼロ交差などへ、状態変化を遅らせるために適切な時間への自動適応を可能にし得る。
【０２９３】
異なるパラメータに応答した開始時間と終了時間の整合は追加柔軟性を提供し得、特に具体的にはデューティサイクルなど、駆動信号のパラメータを制御するさらなる柔軟性を可能にし得る。
【０２９４】
多くの実施形態において、部分時間間隔の開始時間は非導電状態から導電状態への整流器スイッチングへ整合され得、終了時間はタイミング信号によって制御される。
【０２９５】
多くの実施形態において、電流迂回路の第一端は誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の接合点に結合される。
【０２９６】
これは効果的な上に容易な動作を可能にする特に有利な実施例を提供し得る。多くの実施形態において、アプローチは具体的には必要な専用部品の数など、周波数修正回路の複雑性を低減し得る。
【０２９７】
多くの実施形態において、電流迂回路の第二端は電圧源レイルへ結合される。
【０２９８】
これは効果的な上に容易な動作を可能にする特に有利な実施例を提供し得る。多くの実施形態において、アプローチは具体的には必要な専用部品の数など、周波数修正回路の複雑性を低減し得る。多くの実施形態において、これは電流迂回路を接続及び切断するためのスイッチの駆動を容易にし得る。
【０２９９】
多くの実施形態において、ドライバは駆動信号を生成するためのスイッチングブリッジを有し、ドライバはスイッチングブリッジのスイッチに対するスイッチ信号の遷移へタイミング信号の遷移を同期させるように構成される。
【０３００】
これは改良された性能及び／又は単純化された実施を提供し得る。同期化は具体的には例えば駆動信号の周期時間の１／５０以内で、タイミング信号の遷移をスイッチ信号の遷移へ時間整合させ得る。
【０３０１】
多くの実施形態において、電流迂回路は直列構成で結合されるスイッチと整流器を有し、電流迂回路の第一端は誘導性インピーダンスと容量性インピーダンスの間の接合点に結合され、電流迂回路の第二端はスイッチングブリッジのための接地電源レイルへ結合され、送電器が部分時間間隔の開始時間を、整流器が非導電状態から導電状態へスイッチする時間に整合させ、部分時間間隔の終了時間をスイッチングブリッジのスイッチのスイッチングへ整合させるように構成される。
【０３０２】
これは特に有利な性能及び／又は実施を提供し得る。
【０３０３】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローを妨げることによって誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０３０４】
これは促進された、及び典型的には低複雑性の実施を可能にしながら特に効果的な性能を提供し得る。
【０３０５】
多くの実施形態において、周波数修正回路は部分時間間隔中に容量性インピーダンスから誘導性インピーダンスへの電流フローをブロックすることによって誘導性インピーダンスに対する状態変化を遅らせるように構成される。
【０３０６】
当然のことながら明確にするための上記記載は異なる機能回路、ユニット及びプロセッサに関して本発明の実施形態を記載している。しかし当然のことながら異なる機能回路、ユニット若しくはプロセッサ間での機能のいかなる適切な分散も、本発明を損なうことなく使用され得る。例えば、別々のプロセッサ若しくはコントローラによって実行されるように例示される機能が、同じプロセッサ若しくはコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット若しくは回路への言及は厳密な論理的若しくは物理的構造若しくは機構を示すのではなく記載の機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるに過ぎない。
【０３０７】
本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア若しくはこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実現され得る。本発明は随意に一つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実現され得る。本発明の実施形態の構成要素及び部品は任意の適切な方法で物理的に、機能的に及び論理的に実現され得る。実際、機能は単一ユニットにおいて、複数のユニットにおいて、若しくは他の機能ユニットの一部として実現され得る。従って、本発明は単一ユニットにおいて実現され得るか、又は異なるユニット、回路及びプロセッサ間に物理的に及び機能的に分散されてもよい。
【０３０８】
本発明は一部の実施形態に関して記載されているが、本明細書に記載の特定の形式に限定されないことが意図される。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項にのみ限定される。付加的に、ある特徴は特定実施形態に関して記載されるように見えるかもしれないが、当業者は記載の実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わされ得ることを認識するだろう。請求項において、有するという語は他の要素若しくはステップの存在を除外しない。
【０３０９】
さらに、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路若しくは方法ステップは例えば単一の回路、ユニット若しくはプロセッサによって実現され得る。付加的に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは場合により好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項への包含は特徴の組み合わせが実現可能及び／又は好都合でないことを示唆しない。請求項の一つのカテゴリへの特徴の包含もこのカテゴリへの限定を示唆せず、むしろ特徴が必要に応じて他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。さらに、請求項における特徴の順序は特徴が実施されなければならないいかなる特定の順序も示唆せず、特に方法の請求項における個々のステップの順序はステップがこの順序で実行されなければならないことを示唆しない。むしろ、ステップはいかなる適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数形の参照は複数を除外しない。従って"a"、"ａｎ"、"ｆｉｒｓｔ"、"ｓｅｃｏｎｄ"などの参照は複数を除外しない。請求項における参照符号は単に明確にする実施例として与えられるに過ぎず、決して請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【手続補正２】
【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】
誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器であって、
駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と、
前記可変共振回路に対する前記駆動信号を生成するためのドライバであって、前記駆動信号は動作周波数を持つ、ドライバと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応がさらに前記復調品質尺度に応答する、アダプタと
を有し、
前記復調品質尺度が、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する前記可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する、送電器。
【請求項２】
前記復調品質尺度がデータ復調エラーレートを有する、請求項１に記載の送電器。
【請求項３】
前記アダプタが閾値を超える前記データ復調エラーレートの検出に応答して前記動作周波数と前記共振周波数を変えるように構成される、請求項２に記載の送電器。
【請求項４】
前記アダプタがさらに前記受電器への電力伝送の特性である電力伝送特性を決定するように構成され、前記アダプタが前記電力伝送特性に応答して前記動作周波数と前記共振周波数を適応させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項５】
前記電力伝送特性が電力信号に対する電力レベル及び電力伝送効率尺度の少なくとも一つを反映する、請求項４に記載の送電器。
【請求項６】
前記受電器から受信される電力要求に応答して前記駆動信号のデューティサイクルを適応させるための電力コントローラをさらに有する、請求項４又は５に記載の送電器。
【請求項７】
前記アダプタが最大電力伝送効率周波数から逸脱するように前記動作周波数と前記共振周波数を適応させるように構成される、請求項１、４又は５に記載の送電器。
【請求項８】
前記アダプタが、前記共振周波数と前記動作周波数の間の相互変調を示す相互変調尺度に応答して前記共振周波数と前記動作周波数を適応させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項９】
前記アダプタが、前記復調品質尺度に応答して前記動作周波数と前記共振周波数のジョイント適応を実行するように構成され、当該ジョイント適応は前記動作周波数と前記共振周波数の間で固定関係を維持する、請求項１に記載の送電器。
【請求項１０】
前記アダプタが前記共振周波数と前記動作周波数を実質的に等しくなるように適応させるように構成される、請求項１又は９に記載の送電器。
【請求項１１】
前記送電器が基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１２】
前記共振回路が容量性インピーダンスと誘導性インピーダンスを有し、前記送電器が、前記駆動信号の少なくとも一部のサイクルの部分時間間隔にわたって前記容量性インピーダンスと前記誘導性インピーダンスの少なくとも一方について状態変化を遅らせることによって前記共振周波数を制御するための周波数修正回路をさらに有し、当該周波数修正回路は前記部分時間間隔の開始時間と終了時間の少なくとも一方をタイミング信号の遷移へ整合させるように構成され、前記ドライバが前記駆動信号に同期される遷移を持つ前記タイミング信号を生成するように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１３】
前記周波数修正回路がスイッチと整流器を有し、前記周波数修正回路が前記開始時間と前記終了時間の一方を前記遷移へ整合させ、前記開始時間と前記終了時間の他方を非導電状態と導電状態の間の整流器スイッチングへ整合させるように構成される、請求項１に記載の送電器。
【請求項１４】
誘導電力信号を用いて受電器へ無線で電力を供給するための送電器の動作方法であって、当該送電器は駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路を有し、当該可変共振回路は可変共振周波数である共振周波数を持つ、方法において、
前記可変共振回路に対する前記駆動信号を生成するステップであって、当該駆動信号が動作周波数を持つ、ステップと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するステップと、
復調品質尺度を生成するステップと、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるステップであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応はさらに前記復調品質尺度に応答する、ステップと
を有し、
前記復調品質尺度が、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する前記可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する、方法。
【請求項１５】
受電器と、誘導電力信号を用いて当該受電器へ無線で電力を供給するように構成される送電器とを含む無線電力伝送システムであって、当該送電器が、
駆動信号に応答して前記誘導電力信号を生成するための可変共振回路であって、可変共振周波数である共振周波数を持つ、可変共振回路と、
前記可変共振回路に対する駆動信号を生成するためのドライバであって、当該駆動信号が動作周波数を持つ、ドライバと、
前記受電器による前記誘導電力信号の負荷変調を復調するため、及び復調品質尺度を生成するための負荷変調受信器と、
前記動作周波数と前記共振周波数を収束させるように適応させるためのアダプタであって、前記動作周波数と前記共振周波数の適応がさらに前記復調品質尺度に応答する、アダプタと
を有し、
前記復調品質尺度が、誘導電力伝送の異なる変調負荷に対する前記可変共振回路の電流及び電圧の少なくとも一つの測定に対する差分尺度を反映する変調度尺度を有する、無線電力伝送システム。
【請求項１６】
前記送電器が基準データパターンの表示を前記受電器へ送信するための送信器をさらに有し、前記受電器が前記基準データパターンの表示によって示される基準データパターンで前記電力信号を負荷変調するように構成され、前記送電器が前記基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成される、請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記受電器が基準データパターンで前記電力信号を負荷変調するように構成され、前記送電器が前記基準データパターンに対する測定負荷変調と予想負荷変調の比較に応答して前記復調品質尺度を決定するように構成され、前記受電器が前記送電器から受信されるタイミング信号に対して前記基準データパターンによって前記電力信号を負荷変調するタイミングを決定するように構成される、請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
【国際調査報告】
2017528106.tif 000054
2017528106.tif 000055