(57)【要約】  無線電力伝送システムは、複数の受信器３１０、３２０、３３０の各々が少なくとも１つの負荷３１１、３２１、３３１を含む、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器と、複数の受信器の相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号４１１、４１２、４１３を含む電力信号を生成するドライバ３００と、ドライバに接続され、複数の受信器の各々と無線で結合される１対の送信器電極３０４、３０５であって、ドライバによって生成される電力信号は、複数の受信器の各々のそれぞれの負荷を給電するために、１対の送信器電極から複数の受信器の各々へと無線で伝送され、複数の受信器の各々の受信器の負荷は、複数の駆動信号のうちの１つの駆動信号の周波数が受信器の共振周波数と実質的に一致するときに給電される、１対の送信器電極とを有する。
2016500240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信器の各々が少なくとも１つの負荷を含む、互いに相違する共振周波数において動作する、複数の受信器と、
前記複数の受信器の前記互いに相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む電力信号を生成する、ドライバと、
前記ドライバに接続され、前記複数の受信器の各々と無線で結合される１対の送信器電極であって、前記ドライバによって生成される前記電力信号は、当該複数の受信器のそれぞれの負荷を給電するために、前記１対の送信器電極から前記複数の受信器の各々へと無線で伝送され、前記複数の受信器の各受信器の負荷は、前記複数の駆動信号のうちの１つの駆動信号の周波数が、前記受信器の共振周波数と実質的に一致するときに給電される、１対の送信器電極と、
を有する、無線電力伝送システム。
【請求項２】
無線電力伝送システムは、誘導性電力伝送システムの前記１対の送信器電極が前記ドライバに結合される誘導コイルを含む当該誘導性電力伝送システムと、容量性電力伝送システムとのうちの何れかである、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記複数の受信器の各々は、同じ共振周波数を有する受信器のグループを含む、請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
生成された前記電力信号は、前記複数の受信器内の前記負荷の各々が給電される持続時間、及び、前記負荷の各々における電力レベル、のうちの少なくとも１つを独立して制御する、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記ドライバは、
少なくとも１つの変調方式に基づいて、入力信号から前記電力信号を出力する、スイッチング素子と、
前記少なくとも１つの変調方式を設定することによって、前記スイッチング素子を制御する、コントローラと、
を含む、請求項４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記コントローラは、更に前記複数の受信器の各々の前記共振周波数を決定する、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの変調方式は、前記ドライバに順次駆動信号としての前記複数の駆動信号を生成させる、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの変調方式は、前記順次駆動信号の各々の少なくとも持続時間、繰返し周期、及び電力レベルを独立して調節し、複数の前記順次駆動信号の周波数は、前記繰返し周期の周波数よりも高い、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記複数の順次駆動信号は、インターリーブされた変調方式を用いて生成され、前記複数の受信器の前記負荷が、当該負荷の最大レベルまで同時に給電されることを可能にする、請求項７に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの変調方式は、前記複数の順次駆動信号の１以上を省くように修正された、インターリーブされた変調方式を含み、これにより前記負荷の各々の電力レベルは独立して調節される、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記複数の駆動信号は、同時に生成され、互いに重畳される、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
無線電力伝送システム内で動作可能な、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器を、独立して駆動するドライバであって、前記ドライバは、
少なくとも１つの変調方式に基づいて、入力信号から電力信号を出力するスイッチング素子であって、前記電力信号が、前記複数の受信器の前記互いに相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む、スイッチング素子と、
前記少なくとも１つの変調方式を設定することによって、前記スイッチング素子を制御し、更に前記複数の受信器の各々の前記共振周波数を決定する、コントローラと、
を有する、ドライバ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの変調方式は、順次駆動信号としての前記複数の駆動信号を生成させる、請求項１２に記載のドライバ。
【請求項１４】
前記複数の駆動信号は、同時に生成され、互いに重畳される、請求項１２に記載のドライバ。
【請求項１５】
無線電力伝送システム内で動作可能な、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器を独立して駆動するための電力信号を生成するための方法であって、
前記複数の受信器の前記互いに相違する共振周波数を決定するために、周波数帯域をスキャンするステップと、
入力信号を変調するために、変調パルスパターンを生成するステップと、
前記複数の受信器の前記互いに相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む電力信号を生成するために、前記変調パルスパターンを用いて前記入力信号を変調するステップと、
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、無線電力伝送のための容量性給電システムに関し、より詳細には、こうしたシステムの共振周波数を動的に調節するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送とは、いかなる配線も接点も用いない電力の供給を指し、これにより電子装置の給電は無線媒体を通じて行われる。無線（非接触）給電のためのよくあるアプリケーションの１つは、例えば携帯電話、ラップトップ型コンピュータ等といった携帯型電子装置の充電用である。
【０００３】
無線電力伝送のための１つの実現形態は、誘導性給電システムによる。こうしたシステムでは、電源（送信器）と装置（受信器）との間の電磁インダクタンスが、無線電力伝送を可能にする。送信器及び受信器の両方は電気コイルを取り付けられており、物理的に近接されるときに、送信器から受信器へと電気信号が流れる。
【０００４】
誘導性給電システムでは、発生した磁界はコイル内に集中する。結果として、受信器のピックアップ・フィールドへの電力伝送は、空間的に非常に集中する。この現象は、システム内に、システムの効率を制限するホット・スポットを形成する。電力伝送の効率を改善するためには、各コイルに対する高い品質係数が必要とされる。この目的のために、コイルは最適なインダクタンス対抵抗比を特徴とし、低抵抗の材料で構成され、表皮効果を低減させるためにリッツ線加工を用いて製造されなければならない。更に、コイルは、渦電流を回避するために、複雑な幾何学的配置を充たさなければならない。したがって、効率的な誘導性給電システムのためには、高価なコイルが必要とされる。大領域用の非接触電力伝送システムのためのデザインは、多くの高価なコイルを必要とする。したがって、こうしたアプリケーションに対して、誘導性給電システムは実施可能でない恐れがある。
【０００５】
容量性結合は、無線で電力を伝送するための別の技術である。この技術は、主にデータ伝送及びセンシングのアプリケーションで利用される。車の内部にピックアップエレメントを有する、窓ガラスに接着されるカーラジオアンテナは、容量性結合の例である。また、容量性結合技術は、電子装置の非接触充電のためにも利用される。こうしたアプリケーションに対しては、容量性結合を実施する充電ユニットは、装置の固有の共振周波数外の周波数で動作する。
【０００６】
関連の従来技術において、ＬＥＤ照明を可能にする容量性電力伝送回路もまた検討されている。この回路は電源（ドライバ）内のインダクタに基づく。したがって、単一の受信器だけが用いられることができ、送信器は最大電力を伝送するように調整されなければならない。加えて、こうした回路は、受信器と送信器とが完全に位置合わせされていないときに受信器から送信器への電力伝送を保証する、ピクセル電極を必要とする。しかしながら、ピクセル電極の数を増やすことは、電極への接続の数を増加させ、これにより電位電力損失を増加させる。したがって、単一の受信器だけと、限定されたサイズの電極とを有するとき、関連の従来技術で検討される容量性電力伝送回路は、例えば窓や壁等の大領域にわたって電力を供給することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば窓、壁等といった平坦な構造を有する大領域にわたり電力を伝送するのに利用され得る容量性電力伝送システム１００が、図１に示される。システム１００の典型的なアレンジメントは、負荷１２０及びインダクタ１３０に接続される１対の受信器電極１１１、１１２を含む。また、システム１００は、電力ドライバ１５０に接続される１対の送信器電極１４１、１４２と、絶縁層１６０とを含む。
【０００８】
１対の送信器電極１４１、１４２は、絶縁層１６０の一方側に設置され、受信器電極１１１、１１２は、絶縁層１６０の他方側に設置される。このアレンジメントは、１対の送信器電極１４１、１４２と受信器電極１１１、１１２との間の容量性インピーダンスを形成する。
【０００９】
電力ドライバ１５０は、負荷１２０を給電するために、送信器電極１４１、１４２から受信器電極１１１、１１２へと無線で伝送され得る電力信号を生成する。電力信号の周波数がシステム１００の直列共振周波数と一致するときに、無線電力伝送の効率は改善する。システム１００の直列共振周波数は、インダクタ１３０及び／又はインダクタ１３１のインダクタンス値、並びに１対の送信器電極１４１、１４２と受信器電極１１１、１１２との間の容量性インピーダンス（図１におけるＣ１及びＣ２参照）の関数である。容量性インピーダンスとインダクタ（又は複数のインダクタ）とは、共振周波数において互いに打ち消し合い、この結果、低オーミック回路となる。負荷１２０は、例えばＬＥＤ、ＬＥＤストリング、ランプ、コンピュータ、ラウドスピーカ等である。
【００１０】
容量性電力伝送システムでは、電力信号は、入力ＡＣ電力信号の周波数が受信器における共振周波数と一致するときに効率的に伝送される。例えば、図１に示されるシステムのような誘導性素子を含む容量性システムでは、インダクタ（又は複数のインダクタ）と容量性インピーダンスとの共振周波数は、ＡＣ電力信号の周波数と実質的に一致しなければならない。
【００１１】
ある構成では、容量性給電システムは複数の負荷を含み、負荷の各々は別々の受信器内に接続される。こうした構成では、様々な負荷によって消費される電力、及び当該負荷のそれぞれの受信器の共振周波数は、互いに相違する可能性がある。結果として、各受信器の共振周波数は、それぞれの電力信号の周波数と同じでない恐れがある。
【００１２】
例えば、図２は、電力ドライバ２４０によって給電される３つの受信器２１０、２２０、及び２３０を含む容量性電力伝送システム２００の概略図を示す。受信器２１０、２２０、及び２３０の各々は、それぞれ負荷２１１、２２１、及び２３１を含む。例示的な図２における負荷は、ＬＥＤとして示される。電力ドライバ２４０によって生成されるＡＣ電力信号は、動作周波数ｆ０を有し、受信器２１０、２２０、及び２３０の各々に対する共振周波数（ｆ１、ｆ２、又はｆ３）は相違する。したがって、動作周波数ｆ０は、共振周波数ｆ１、ｆ２、又はｆ３のうちの１つだけと実質的に一致するように調整される恐れがある。結果として、受信器のうちの１つしか最適に動作しない。加えて、１つの受信器を調整しようとすることは、他の受信器の動作に影響する。したがって、全ての受信器を当該受信器の最適な動作点で動作させることができ、受信器を互いに独立して制御することを可能にする解決策が望まれる。
【００１３】
この問題を克服する１つの解決策は、受信器２１０、２２０、２３０の各々において共振周波数整合回路を含めることである。こうした回路は、各受信器のインダクタンス値又はキャパシタンス値を変化させ、これにより受信器の共振周波数の調節を可能にする。しかしながら、こうした解決策は、各受信器内の付加回路の包含を必要とし、ひいては容量性電力伝送システムの費用及び複雑性を増加させる。
【００１４】
別の解決策は、電力信号周波数を各受信器の共振周波数に合うように変化させることを含む。しかしながら、ｆ０を例えばｆ１に合うように調整することは、受信器２２０が、受信器２２０の共振状態から脱する結果となる恐れがある。したがって、単一の電力ドライバを有する無線電力伝送システムにおいて、各受信器が当該受信器のそれぞれの負荷を最適に給電することを保証するために、受信器の共振周波数を互いに独立して一致させるための解決策が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本明細書に開示されるある実施形態は、複数の受信器の各々が少なくとも１つの負荷を含む、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器と、複数の受信器の相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む電力信号を生成するドライバと、ドライバに接続され、複数の受信器の各々と無線で結合される１対の送信器電極であって、ドライバによって生成される電力信号は、複数の受信器の各々のそれぞれの負荷を給電するために、１対の送信器電極から複数の受信器の各々へと無線で伝送され、複数の受信器の各々の受信器の負荷は、複数の駆動信号のうちの１つの駆動信号の周波数が、受信器の共振周波数と実質的に一致するときに給電される、１対の送信器電極とを有する、無線電力伝送システムを含む。
【００１６】
本明細書に開示されるある実施形態は、無線電力伝送システム内で動作可能な、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器を、独立して駆動するドライバであって、少なくとも１つの変調方式に基づいて、入力信号から電力信号を出力し、電力信号は、複数の受信器の相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む、スイッチング素子と、少なくとも１つの変調方式を設定することによって、スイッチング素子を制御し、更に複数の受信器の各々の共振周波数を決定する、コントローラとを有する、ドライバを含む。
【００１７】
本明細書に開示されるある実施形態は、無線電力伝送システム内で動作可能な、互いに相違する共振周波数において動作する複数の受信器を独立して駆動するための電力信号を生成するための方法であって、複数の受信器の相違する共振周波数を決定するために、周波数帯域をスキャンするステップと、入力信号を変調するために、変調パルスパターンを生成するステップと、複数の受信器の相違する共振周波数と実質的に一致する様々な周波数を有する複数の駆動信号を含む電力信号を生成するために、変調パルスパターンを用いて入力信号を変調するステップとを有する、方法を含む。
【００１８】
本発明としてみなされる主題は、本明細書の末尾の請求項において具体的に指摘され、明瞭に特許請求される。本発明の前述の及び他の特徴や利点は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】単一の受信器を含む、容量性電力伝送システムの図である。
【図２】複数の受信器を含む、容量性電力伝送システムの図である。
【図３】ある実施形態による、無線電力伝送システム内に接続される複数の受信器を給電するために電力信号を生成するのに利用される、電力ドライバの概略図である。
【図４】ある実施形態により電力信号を生成するのに利用される、第１の変調方式を示す例示的なグラフを示す。
【図５】ある実施形態により電力信号を生成するのに利用される、第１の変調方式を示す例示的なグラフを示す。
【図６】別の実施形態により電力信号を生成するのに利用される、インターリーブされた変調方式を示す例示的なグラフを示す。
【図７】別の実施形態により電力信号を生成するのに利用される、インターリーブされた変調方式を示す例示的なグラフを示す。
【図８】別の実施形態により電力信号を生成するのに利用される、インターリーブされた変調方式を示す例示的なグラフを示す。
【図９】別の実施形態による、重畳された共振周波数を含む電力信号の生成を示す例示的なグラフを示す。
【図１０】ある実施形態による無線電力伝送システムにおいて、受信器及び当該受信器の共振周波数を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図１１】例示的な電流スペクトルのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態は、本明細書における革新的な教示の多くの有利な利用の例にすぎないことに留意することが重要である。一般的に、本出願の明細書にある記載は、様々に特許請求されたいかなる発明も限定するわけではない。更に、ある記載はある発明の特徴に当てはまるが、他の特徴には当てはまらない可能性がある。一般的に、別段に示されていない限り、単数の要素は複数であってもよく、一般性を失わず、逆も同じである。図面において、同様の参照番号は、いくつかの図にわたり同様の部分を指すことが意図される。
【００２１】
本明細書に開示される実施形態によると、無線電力伝送システムの複数の受信器内に接続された複数の負荷を最適に給電するために、電力ドライバは、受信器の共振周波数と一致する周波数のセットを生成する。電力信号が構成される周波数は、互いに続いて生成されてよく、あるいは代替的に、互いに重畳されてもよい。
【００２２】
図３は、無線電力伝送システム３５０内に接続される複数の受信器を給電するために電力信号を生成するのに利用される、電力ドライバ３００の例示的かつ非限定的な概略図を示す。無線電力伝送システム３５０は、誘導性電力伝送システム又は容量性電力伝送システムのいずれであってもよい。
【００２３】
図３に示される受信器３１０、３２０、及び３３０の各々は、それぞれ、相違する共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３において動作する。受信器３１０、３２０、及び３３０の各々は、それぞれ負荷３１１、３２１、及び３３１を含む。例示的な図３における負荷はＬＥＤとして示されるが、しかしながら、各負荷は、例えばＬＥＤストリング、ランプ、コンピュータ、ラウドスピーカ等であってもよいことに留意されたい。更に、図３には３つの受信器が示されているが、本明細書に開示される技術は、受信器の各々が相違する周波数を有する、任意の数の受信器を駆動するのに利用され得ることに留意されたい。更に、受信器３１０、３２０、及び３３０の各々は、相違する共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３において動作し、かつ、受信器のグループを表してもよいことに留意されたい。例えば、共振周波数ｆ１は赤色ＬＥＤランプを給電する（１以上の）受信器のグループの周波数であり、共振周波数ｆ２は緑色ＬＥＤランプを給電する（１以上の）受信器の別のグループの周波数である、等である。
【００２４】
本明細書に開示される実施形態によると、電力ドライバ３００は、受信器共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３の全てを含む電力信号を生成し、これにより、負荷３１１、３２１、及び３３１の各々への最適な電力伝送を可能にする。電力信号は、図１に関連して上記でより詳細に説明された容量性電力結合によって、電力ドライバから受信器３１０、３２０、及び３３０へと伝送される。別の実施形態では、こうした電力伝送は、無線電力伝送システム３５０が誘導性電力伝送システムとして構成されるときに、誘導性結合によって実行されてよい。
【００２５】
ある実施形態では、電力ドライバ３００は、ハーフブリッジドライバの構成において等のスイッチング素子３０１を含む。スイッチング素子３０１は、コントローラ３０２によって制御される。ドライバ３００の入力は、電源（示されていない）によって生成される入力信号Ｕｉｎ（ＤＣ信号であってよい）であり、ドライバ３００の出力は、無線電力伝送システム３５０の送信器電極３０４、３０５に結合される。本発明の実施形態では、出力電力信号Ｕｏｕｔは、共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を含む。上述のように、Ｕｏｕｔ信号内で、周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３は互いに続いても、又は互いに重畳されてもよい。コントローラ３０２は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラム可能な信号プロセッサ等として実施されてよい。
【００２６】
コントローラ３０２は、出力信号Ｕｏｕｔが周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を含むように入力信号Ｕｉｎを変調する、複数の相違する駆動信号を生成する。ある実施形態では、コントローラ３０２による駆動信号出力は、周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）パルスパターンである。ＦＳＫは、搬送信号の離散的な周波数の変更を通じてデータストリームが伝送される周波数変調技術である。ＦＳＫパルスは、データストリーム内の周波数の出現に関連する。しかしながら、本明細書に開示される実施形態によると、ＦＳＫパターンは、変調された信号（Ｕｏｕｔ）が無線電力伝送システム内の受信器の共振周波数の全てを搬送するように、Ｕｉｎ信号を変調するために利用される。
【００２７】
図４は、ある実施形態による第１の変調方式を示す。グラフ４０１で表されるコントローラ３０２の出力は、受信器３１０、３２０、及び３３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に対応する周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する駆動信号４１１、４１２、及び４１３を含む。グラフ４０２及び４０３に表されるように、持続時間（Ｔ１）の間、生成される出力電力信号は周波数ｆ１を有する駆動信号４１１を含むので、負荷３１１が給電される。周波数ｆ１は受信器３１０の共振周波数ｆ１に対応する。グラフ４０２は、電力ドライバ３００の象徴化された出力を表す。持続時間（Ｔ２）の間、生成される出力電力信号は周波数ｆ２を有する駆動信号４１２を含むので、負荷３２１が給電される（グラフ４０２及び４０４参照）。この周波数は、受信器３２０の共振周波数ｆ２に対応する。同様に、持続時間（Ｔ３）の間、生成される出力電力信号は、受信器３３０の共振周波数に対応する周波数ｆ３を有する駆動信号４１３を含むので、負荷３３１が給電される（グラフ４０２及び４０５参照）。
【００２８】
図４に示される実施形態では、信号４１１、４１２、及び４１３の各々は、Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３の和である「繰返し周期」Ｔ毎に繰り返される。持続時間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３の各々が互いに等しくなるように構成することによって、各受信器の共振時間は等しくなる。この結果、負荷３１１、３２１、及び３３１の全てが、同一の電力によって給電される。したがって、各駆動信号（例えば信号４１１、４１２、及び４１３）の持続時間を制御することによって、無線電力伝送システム内の送信器から受信器へと伝送される電力の分配が制御され得る。
【００２９】
例えば、図５に示されるように、電力ドライバ３００の象徴化された出力を表すグラフ５０１では、駆動信号５１１の持続時間は、駆動信号５１２及び５１３の持続時間よりも非常に長い。駆動信号５１１、５１２、及び５１３は、受信器３１０、３２０、及び３３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に対応する周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する。したがって、図５に示される変調方式によると、グラフ５０２、５０３、及び５０４に示されるように、負荷３１１は、負荷３２１及び３３１に対してより長い持続時間の間、給電される。
【００３０】
ある実施形態によると、駆動信号の周波数は、繰返し周期に対応する繰返しレートよりも著しく高い。例えば、駆動信号（例えば信号４１１、４１２、及び４１３）の周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３の各々は、Ｔが繰返し周期の持続時間である場合の繰返しレート１／Ｔよりも著しく高い。特定の実施形態では、負荷が照明される素子（例えばＬＥＤ）であるとき、繰返しレートが十分高いので人間の眼に不可視である。例として、周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３は、それぞれ４６０ｋＨｚ、３８０ｋＨｚ、及び３２０ｋＨｚであり、繰返しレートは１００Ｈｚである。
【００３１】
図６は、別の実施形態による、出力電力信号Ｕｏｕｔの生成に利用されるインターリーブされた変調方式を示す例示的な概略図を示す。当該変調方式は、受信器３１０、３２０、３３０が、当該受信器の最大レベルまで同時に給電されることを可能にする。この実施形態によると、電力ドライバ３００の象徴化された出力を表すグラフ６０１に示されるように、駆動信号６１１、６１２、及び６１３は、受信器３１０、３２０、及び３３０の間で交番する短い中間パルスである。信号６１１、６１２、及び６１３は、受信器３１０、３２０、及び３３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に対応する周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する。繰返しレート（１／Ｔ）は、３つの連続する駆動信号６１１、６１２、及び６１３の繰返し周期（Ｔ）によって決定される。繰返しレートは、受信器内のローパスフィルタのコーナ周波数よりも高い。例えば、周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３が、それぞれ４６０ｋＨｚ、３８０ｋＨｚ、及び３２０ｋＨｚである場合、繰返しレートは、例えば１０ｋＨｚ又は１００Ｈｚである。この場合、ローパスフィルタのコーナ周波数は１ｋＨｚとなるように選択されてよい。通常、受信器は、整流器と、電圧リップルを「平滑化」するのに利用される電解コンデンサ（ｅｌｃａｐ）とを含む。ダイオードと、ｅｌｃａｐと、負荷とは、ローパスフィルタを形成する。ローパスフィルタは特定のコーナ周波数（又はエッジ周波数）を有し、これにより、当該周波数を下回ると、信号、特にＤＣ信号は通過することができる。例えば電圧信号リップルといったコーナ周波数よりも高い周波数は、阻止される。
【００３２】
上述のように繰返しレートを設定することによって、各受信器において受信される繰り返される駆動信号は、一定電圧に平滑化されることに留意されたい。これは更に、負荷３１１、３２１、及び３３１の電力レベルが、出力信号の持続時間の間、当該負荷の最大レベルにあることを示すグラフ６０２、６０３、及び６０４に示される。グラフ６０２、６０３、及び６０４に示される信号内の小さなリップルは、単に駆動信号６１１、６１２、及び６１３の間の移行を示すための例示目的のためであることに留意されたい。上述のとおり、各負荷における電力レベルは一定である。
【００３３】
ある実施形態では、図６に示されるインターリーブされた変調方式は、各負荷における電力レベルを独立して調節するために修正されてよい。これは、電力制御されるべきそれぞれの受信器の駆動信号（すなわち中間パルス）のいくつかを省くことによって実行され得る。例えば、図７に示されるように、グラフ７０１によって表されるドライバ３００の象徴化された出力においては、受信器３１０のそれぞれの駆動信号７１１は、Ｔｉ、Ｔｊ、Ｔｋ、及びＴｌの間は伝送されない。したがって、これらの時間間隔の間、負荷３１１における電力レベルは、負荷３２１及び３３１に対して低減される（グラフ７０２、７０３、及び７０４参照）。
【００３４】
この実施形態では、駆動信号７１１、７１２、７１３は、受信器３１０、３２０、及び３３０の間で交番する短い中間パルスである。信号７１１、７１２、及び７１３は、受信器３１０、３２０、及び３３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に対応する周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する。３つの連続する駆動信号７１１、７１２、及び７１３の繰返しレートは、受信器のローパスフィルタのコーナ周波数よりも高い。
【００３５】
図７に示されるインターリーブされた変調方式の原理により、全ての受信器において受信される電力レベルが制御され得ることに留意されたい。例えば、図８は、全ての負荷３１１、３２１、及び３３１において受信される電力レベルが、相違する電力レベルに調節される場合のインターリーブされた変調方式を示す（グラフ８０２、８０３、及び８０４参照）。グラフ８０１に見られるように、これは受信器３１０、３２０、及び３３０の駆動信号の発生頻度を変化させることによって達成され得る。
【００３６】
電力ドライバ３００によって出力される電力信号Ｕｏｕｔの適切な発生を可能にするために、コントローラ３０２は、受信器３１０、３２０、及び３３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を設定しなければならない。このことは、共振周波数における駆動信号を生成するために、また、上述の任意の変調方式に当てはまる。
【００３７】
本明細書に開示される別の実施形態では、電力ドライバ３００によって生成される電力信号Ｕｏｕｔは、共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３のそれぞれの信号に重畳される。したがって、共振周波数の周波数混合を含むパルスストリームが生成される。例として、相違する共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する３つの受信器が接続される。コントローラ３０２は、共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に関連する周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３を有する同じ振幅を持つ３つの信号を生成する。
【００３８】
コントローラ３０２によって生成される３つの信号の各々の波形は、好ましくは対称的であり、例えば正弦波又は三角形であってよい。図９に示される例示的な実施形態では、信号９１１、９１２、及び９１３は、三角形の波形を有する。コントローラ３０２は、グラフ９００内のグラフ９１４として示される新しい信号を形成するために、各時点に対して、信号９１１、９１２、及び９１３の各曲線上での瞬時値を加える。新しい信号は、生成された信号９１１、９１２、及び９１３の重畳されたパターンである。新しい信号９１４は、信号の符号が取られるようにクリップされる。例えば、クリップされた信号はグラフ９００内の信号９１５として示される。クリップされた信号９１５は、スイッチング素子３０１への入力である。クリップされた信号９１５は、信号が構成される基本周波数を含む。
【００３９】
グラフ９２０は、クリップされた信号９１５のスペクトル内容を示す、クリップされた信号９１５の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を示す。周波数ｆ１＝１００ｋＨｚ、ｆ２＝１７０ｋＨｚ、及びｆ３＝２１０ｋＨｚがグラフ９２０内にはっきりと示されている。この実施例では、周波数ｆ１＝１００ｋＨｚ、ｆ２＝１７０ｋＨｚ、及びｆ３＝２１０ｋＨｚは、３つの受信器の共振周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３に関連する。
【００４０】
ある実施形態によると、無線電力伝送システムの初期設定処理中に、受信器の数と当該受信器のそれぞれの共振周波数とを検出するための処理が実行される。図１０は、検出処理の動作を示す、例示的かつ非限定的なフローチャート１０００を示す。
【００４１】
処理は、システムの電源がオンにされたときに、又はユーザコマンドに基づいて始動される。Ｓ１０１０では、コントローラ（例えばコントローラ３０２）の走査周波数Ｆｓは、初期周波数ｆｉに対して設定される。Ｓ１０２０では、送信器における電流振幅が走査周波数ｆｉで測定され、記録される。電流振幅は、電流プローブ、シャント等によって測定されてよい。
【００４２】
Ｓ１０３０では、走査周波数Ｆｓが、走査されるべき周波数の終わりを示すＦｅｎｄと等しいかどうかが検査され、その場合、実行はＳ１０４０に続く。そうでない場合、Ｓ１０５０において、現在の走査周波数Ｆｓは、所定の周波数値（△Ｆ）によって増加される。このとき実行はＳ１０２０へと戻る。
【００４３】
共振周波数が存在し得る周波数スペクトル全体が走査され、各走査点での電流振幅が測定され、記録されたときに、実行はＳ１０４０に達する。Ｓ１０４０では、測定された電流振幅を用いた電流スペクトルのグラフが生成される。例示的な電流スペクトルのグラフは、図１１に示される。Ｓ１０４５では、電流スペクトルのグラフは、グラフ内に出現する最大値の数を求めるために分析される。また、各最大値に対し、当該最大値のそれぞれの周波数も検出される。電流スペクトルのグラフ内の最大値の数は、無線電力伝送システム内の受信器の数と同じである。最大値の周波数は、受信器の共振周波数である。例えば、図１１に示されるように、最大値の数は４つであり、これにより４つの受信器が検出される。Ｓ１０６０では、コントローラ（例えばコントローラ３０２）は、検出された受信器の数と、当該受信器の対応する共振周波数とを設定する。
【００４４】
別の実施形態では、無線電力伝送システム内の受信器は、コントローラと通信する。コントローラは別々の受信器からの通信を区別することができる。各受信器は、送信器によって設定される周波数走査点での電力レベルを測定し、測定された電力レベルをコントローラに通信する。測定された電力に基づいて、コントローラは各受信器の共振周波数を検出する。受信器の最大電力レベルは、通常、受信器の共振周波数において測定される。
【００４５】
ある実施形態では、コントローラが共振周波数を設定すると、当該コントローラは、上記でより詳細に説明されたように駆動信号を生成しながら、これらの周波数はシステムの動作中、固定に保たれる。
【００４６】
別の実施形態では、コントローラは、このシステムの動作中、駆動信号の周波数を継続的に調節する。この目的で、コントローラは送信器の電流を測定し、測定された電流を、バンドパスフィルタを用いてフィルタリングする。バンドパスフィルタの中心周波数は様々であってよく、当該周波数のうちの１つに設定される。バンドパスフィルタはデジタルフィルタであってよい。次いで、コントローラはそれぞれの１つの受信器の駆動信号の各々の周波数と、バンドパスフィルタの周波数とを所定値によって変化させる。変動によって一方向の出力電力が増加する場合、周波数は、電流振幅によって測定された電力が再び減少するまで、更にこの方向に変化される。この時点で、最大電力点が求められる。この処理は全ての受信器に対して繰り返される。
【００４７】
代替的に、各受信器は受信器電力を測定し、測定値を別個のデータ通信チャネル（示されていない）を介してコントローラに送る。コントローラは、測定値を用いて、各受信器に対する最大電力点を検出する。
【００４８】
本明細書に開示された様々な実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの任意の組合せとして実施されてよい。更に、ソフトウェアは好ましくは、プログラム記憶ユニット、非一時的コンピュータ可読媒体若しくはデジタル回路の形式である非一時的機械可読記憶媒体、アナログ回路、磁気媒体、又はこれらの組合せ上で、有形に具体化されるアプリケーションプログラムとして実施される。アプリケーションプログラムは、任意の適切な構造を有する機械にアップロードされ、又は任意の適切な構造を有する機械によって実行されてよい。好ましくは、機械は１以上の中央処理装置（「ＣＰＵ」）、メモリ、及び入力／出力インターフェース等のハードウェアを有するコンピュータプラットフォーム上で実施される。コンピュータプラットフォームは、オペレーティングシステム及びマイクロ命令コードを含んでもよい。本明細書に説明された様々な処理及び機能は、こうしたコンピュータ又はプロセッサが明示されているかどうかに関わらず、ＣＰＵによって実行される、マイクロ命令コードの一部若しくはアプリケーションプログラムの一部のいずれか、又はこれらの任意の組合せであってよい。加えて、追加のデータ記憶ユニット及び印刷ユニット等の様々な他の周辺ユニットが、コンピュータプラットフォームに接続されてよい。
【００４９】
本発明は、説明されたいくつかの実施形態に関して、相当な長さで相当詳細に説明されたが、本発明は、こうした詳細すなわち実施形態、又はいかなる特定の実施形態にも限定されることは意図されず、従来技術を考慮して添付の請求項の最も広い可能な解釈を提供するように、したがって本発明の意図される範囲を効果的に包含するように、こうした請求項を参照して解されるべきである。更に、現在想定されない本発明のわずかな修正がなお本発明に対する等価物を表す可能性があるが、上述の説明は、実施形態を可能にする説明が可能であった、発明者によって想定された実施形態に関して、本発明を説明している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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