(57)【要約】  誘導エネルギ伝送システムにおいて、エネルギを伝送するために送電コイルに印加される信号の位相が、エネルギが送電デバイスから受電デバイスに伝送される間、調整される。信号の位相は、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態から非変換状態へ変更することにより、調整することができる。ＤＣ−ＡＣ変換器は、ＤＣ−ＡＣ変換器が変換状態である時、送電コイルに印加される信号を出力する。ＤＣ−ＡＣ変換器が非変換状態である時、送電コイルに信号は印加されない。
2016538811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導エネルギ伝送システムのための送電デバイスであって、
送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器と、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器に動作可能に接続され、前記送電コイルがエネルギを伝送している時、前記ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で変更するために、前記ＤＣ−ＡＣ変換器に１つ又はそれ以上の信号を送信するように構成された、コントローラと、
を備える、送電デバイス。
【請求項２】
前記コントローラに動作可能に接続された、クロック回路を更に備える、請求項１に記載の送電デバイス。
【請求項３】
前記クロック回路に動作可能に接続され、前記クロック回路の動作を調整するように構成された、制御ループ回路を更に備える、請求項１に記載の送電デバイス。
【請求項４】
前記制御ループ回路に動作可能に接続された、通信回路を更に備える、請求項３に記載の送電デバイス。
【請求項５】
前記コントローラに動作可能に接続され、前記コントローラに前記ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態から非変換状態に変更させるように、前記コントローラにスキップ信号を送信するように構成された、パルススキップコントローラを更に備える、請求項１に記載の送電デバイス。
【請求項６】
前記ＤＣ−ＡＣ変換器はＨブリッジ回路を含む、請求項１に記載の送電デバイス。
【請求項７】
前記コントローラは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態と静止状態に交互に置くことにより、前記Ｈブリッジ回路の状態を前記変換状態と前記非変換状態との間で変更するよう構成された、請求項６に記載の送電デバイス。
【請求項８】
前記コントローラは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態と高インピーダンス状態に交互に置くことにより、前記Ｈブリッジ回路の状態を前記変換状態と前記非変換状態の間で変更するよう構成された、請求項６に記載の送電デバイス。
【請求項９】
誘導エネルギ伝送システムであって、
送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器及び、
前記ＤＣ−ＡＣ変換器に動作可能に接続されたコントローラ、
を含む、送電デバイスと、
受電コイルに動作可能に接続された負荷及び、
前記負荷にかかる信号レベルを測定するために前記負荷に動作可能に接続された、検知回路、
を含む受電デバイスと、
を備え、前記コントローラは、前記送電コイルが前記受電コイルにエネルギを伝送している時、前記ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で変更するために、前記ＤＣ−ＡＣ変換器に１つ又はそれ以上の信号を送信するように構成されている、誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１０】
前記検知回路に動作可能に接続された、第１の通信回路と、
前記コントローラに動作可能に接続された、第２の通信回路と、を更に備え、前記第１の通信回路及び前記第２の通信回路は、前記送電デバイスと前記受電デバイスとの間に通信チャネルを確立するように構成された、請求項９に記載の誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１１】
前記ＤＣ−ＡＣ変換器はＨブリッジ回路を含む、請求項１０に記載の誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態と静止状態に交互に置くことにより、前記Ｈブリッジ回路の状態を前記変換状態と前記非変換状態との間で変更するよう構成された、請求項１１に記載の誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態と高インピーダンス状態に交互に置くことにより、前記Ｈブリッジ回路の状態を前記変換状態と前記非変換状態との間で変更するよう構成された、請求項１１に記載の誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１４】
前記検知回路は、前記信号レベルが閾値と等しい又は超えている時、前記コントローラに前記Ｈブリッジ回路を静止状態に置かせるように、前記通信チャネルを介して制御信号を前記コントローラに送信するように構成された、請求項１１に記載の誘導エネルギ伝送システム。
【請求項１５】
誘導エネルギ伝送システム内の送電デバイスを動作させる方法であって、
前記送電デバイス内の送電コイルを用いてエネルギを伝送することと、
エネルギ伝送の間、前記送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で周期的に変更することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記ＤＣ−ＡＣ変換器は、Ｈブリッジ回路を含み、前記Ｈブリッジ回路の状態は、前記Ｈブリッジ回路内のスイッチをアクティブにする及び非アクティブにすることにより前記変換状態と前記非変換状態との間で変更される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｈブリッジ回路内のスイッチを前記アクティブにすること及び前記非アクティブにすることは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態及び静止状態に交互に置く、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｈブリッジ回路内のスイッチを前記アクティブにすること及び前記非アクティブにすることは、前記Ｈブリッジ回路を変換状態及び高インピーダンス状態に交互に置く、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
送電デバイスと受電デバイスとを備える誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法であって、
前記送電デバイスから前記受電デバイスにエネルギを伝送することと、
エネルギ伝送の間、前記受電デバイス内の負荷にかかる信号レベルを測定することと、
前記信号レベルが閾値と等しい又は超えるかを判断することと、
前記信号レベルが前記閾値と等しい又は超える場合、前記信号レベルが前記閾値と等しい又は超えることを示す信号を前記受電デバイスから前記送電デバイスに送信することと、
受信した前記信号に基づいて、前記送電デバイス内のコントローラが、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を非変換状態に変更することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記信号レベルが閾値と等しい又は超えるかを判断することは、前記信号レベルが閾値と等しい又は下回るかを判断することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＤＣ−ＡＣ変換器は、Ｈブリッジ回路を含み、前記Ｈブリッジ回路の状態は、前記Ｈブリッジ回路を静止状態に置くことにより前記非変換状態に変更される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本特許協力条約の特許出願は、２０１３年１０月９日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｉｎ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｈａｒｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国仮特許出願第６１／８８８，５９８号、及び２０１４年９月３０日出願の「Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国非仮特許出願第１４／５０３，３６３号の優先権を主張する。それらの各々の内容は、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して電子デバイスに関し、より詳細には、電子デバイスの誘導エネルギ伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの電子デバイスは、時々再充電するために外部電力を必要とする、１つ又はそれ以上の充電式バッテリを含む。これらのデバイスは、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、着用可能デバイス、ナビゲーションデバイス、スポーツデバイス、健康デバイス、アクセサリデバイスなどを含むことがある。しばしば、これらのデバイスは、充電コードを電子デバイス及び外部電源（例えば、壁コンセント）に接続することにより、充電される。充電コードは、電子デバイスの対応する導電接点と結合できる導電接点を有するコネクタを有するケーブルであることがある。例によっては、電子デバイスは、受け取った電力を内部バッテリの充電を補給するために用いることがある。
【０００４】
場合により、充電コードは、電力伝送のためのみに用いられることがある。他の場合には、充電コードは、データとともに電力を伝送するために用いられることがある。そのようなコネクタの例としては、ユニバーサル・シリアル・バス（「ＵＳＢ」）、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト・エクスプレス（「ＰＣＩｅ」）、又は他の同様なデータポートを挙げることができる。
【０００５】
多くの例では、ユーザは、内部バッテリを有する多数の電子デバイスを、楽しみ、定期的に操作することがある。これらの多数のデバイスは、異なる電力出力及び異なるコネクタ形式を有する個別の充電コードを必要とすることが多い。多数の充電コードは、使用、収納、及び場所から場所へ運搬するのに負担となることがある。結果として、デバイスの携帯性の利点が、実質的に制限されることがある。
【０００６】
更に、充電コードは、ある状況では使用するのが危険であることがある。例えば、乗り物の運転者が、電子デバイスを乗り物の充電器に接続しようとして気をそらすことがある。別の例では、充電コードは、もし放置されると、つまずく危険をもたらすことがある。
【０００７】
これら及び他の欠点に対応するために、誘導充電システムを含む電子デバイスもある。ユーザは、内部バッテリに充電補給するために、電子デバイスを誘導充電表面の上に置くだけでもよい。誘導充電表面内の電磁送電コイルが、ポータブル電子デバイス内の電磁受電コイルと誘導結合してもよい。送電コイル内の電流を周期的に切り替える又は交番することにより、電流が、受電コイル内に誘導されてもよい。受電コイル内に誘導された電流は、ポータブル電子デバイスの内部バッテリを充電するために使われてもよい。
【０００８】
しかし、状況によっては、送電コイル内及び／又は受電コイル内の電流は、大量の電力又はエネルギ消散を生じることがある。比較的に少量のエネルギが伝送される時、エネルギ消散が、伝送されるエネルギの量に対して大きいことがある。エネルギ消散は、エネルギ伝送の効率を低下させ、バッテリに再充電することを難しくする又は時間がかかるようにする。
【発明の概要】
【０００９】
誘導エネルギ伝送システムにおいて、エネルギを伝送するために送電コイルに印加される信号の位相が、エネルギが送電デバイスから受電デバイスに伝送される間、調整される。信号の位相は、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態から非変換状態へ変更することにより、調整することができる。ＤＣ−ＡＣ変換器は、ＤＣ−ＡＣ変換器が変換状態である時、送電コイルに印加される信号を出力する。ＤＣ−ＡＣ変換器が非変換状態である時、送電コイルに信号は入力されない。
【００１０】
１つの態様では、誘導エネルギ伝送システム内の送電デバイスは、送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器、及びＤＣ−ＡＣ変換器に動作可能に接続されたコントローラを含むことができる。コントローラは、送電コイルがエネルギを伝送している時、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で変更するために、ＤＣ−ＡＣ変換器に１つ又はそれ以上の信号を送信するように構成されている。一例として、非変換状態は、静止状態であってもよい。別の例として、非変換状態は、高インピーダンス状態であってもよい。
【００１１】
別の態様では、誘導エネルギ伝送システム内の送電デバイスを動作させる方法は、送電デバイス内の送電コイルを用いてエネルギを伝送することと、エネルギ伝送中に、送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器の状態を、変換状態と非変換状態との間で変更することと、を含む。
【００１２】
別の態様では、誘導エネルギ伝送システムは、送電デバイス及び受電デバイスを含むことができる。送電デバイスは、送電コイルに動作可能に接続されたＤＣ−ＡＣ変換器、及びＤＣ−ＡＣ変換器に動作可能に接続されたコントローラを含むことができる。受電デバイスは、受電コイルに動作可能に接続された負荷、及び、負荷の動作状態（例えば、負荷にかかる信号レベル）を測定するように負荷に動作可能に接続された検知回路、を含んでもよい。コントローラは、送電コイルが受電コイルにエネルギを伝送している時、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で変更するために、ＤＣ−ＡＣ変換器に１つ又はそれ以上の信号を送信するように構成されている。加えて、あるいは、代わりに、検知回路は、負荷にかかる信号レベルが閾値と等しい又は超える（例えば、上回る又は下回る）時、コントローラに制御信号を送信することができる。コントローラは、次に、検知回路から受信した制御信号に基づいて、ＤＣ−ＡＣ変換器を非変換状態にすることができる。一例として、検知回路は、負荷にかかる電圧レベルが閾値以下の時、制御信号を送信してもよく、コントローラは、検知回路から受信した制御信号に基づいて、ＤＣ−ＡＣ変換器を静止状態にすることができる。
【００１３】
更に別の態様では、誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法は、送電デバイスから受電デバイスにエネルギを伝送することと、エネルギ伝送の間、負荷にかかる信号レベルを測定することと、を含むことができる。測定された信号レベルが閾値と等しい又は超える（例えば、上回る又は下回る）かどうかについて、次に判断が行われてもよい。もし信号レベルが閾値と等しい又は超えるなら、信号レベルが閾値と等しい又は超えることを示す信号を、受電デバイスから送電デバイスに送信することができる。受信した信号に基づいて、送電デバイス内のコントローラは、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を非変換状態に変更する。
【００１４】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照することによってよりよく理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して正確な縮尺ではない。同一の参照番号は、可能な場合に、各図面に共通する同一の特徴を示すために使用されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】位相制御誘導エネルギ伝送システムの簡略化したブロック図である。
【図２】図１に示すＤＣ−ＡＣ変換器１０６として用いるのに適したＨブリッジの簡略化した図である。
【図３】図１に示す誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法のフローチャートである。
【図４】パルススキッピングを有する位相制御誘導エネルギ伝送システムの簡略化したブロック図である。
【図５】図４に示す位相制御誘導エネルギ伝送システムの回路図の例である。
【図６】図４に示す誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に記載の実施形態は、誘導エネルギ伝送システム内の送電デバイスから受電デバイスにエネルギをより効率的に伝送できる。送電コイルに印加する信号の位相を調整することで、エネルギ損失を低減できる。一般的に、ＤＣ−ＡＣ変換器は、ＤＣ信号をＡＣ信号に変換する、変換状態（すなわち、電流は、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６を通って流れる）で動作する。本発明は、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を、変換状態から非変換状態に連続的に（例えば、周期毎に）及び／又は選択した時間に、変更する。ＤＣ−ＡＣ変換器は、ＤＣ−ＡＣ変換器が変換状態である時、送電コイルに印加される信号を出力する。非変換状態では、ＤＣ−ＡＣ変換器は、送電コイルに印加する信号を生成していない。
【００１７】
一実施形態では、位相シフトフルブリッジ（ＰＳＦＢ）位相制御が、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態から静止状態に変更するために用いられることができる。静止状態では、同じ電位が送電コイルに印加されるため、エネルギは、伝送されない。静止状態は、システムにエネルギを加えることなく循環電流を継続させる。
【００１８】
別の実施形態では、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）が、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態から高インピーダンス状態に変更するために用いられることがある。高インピーダンス状態では、送電コイルの寄生キャパシタンスが送電コイル内のエネルギを吸収する。
【００１９】
別の実施形態では、エネルギをより効率的に伝送するために位相制御と組み合わせて、パルススキッピングが用いられてもよい。パルススキッピングでは、受電デバイス内の負荷の動作状態（例えば、信号レベル）が測定又は検出され、信号が特定の値又は所定の動作範囲内（例えば、第１の値より高い、又は、第２の値より低い）でない場合、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態が静止状態に変更される。１つの例として、負荷にかかる電圧が閾値より低い場合、ＤＣ−ＡＣ変換器を、次に送電コイル及び受電コイル内の損失を低減する、静止状態にすることができる。
【００２０】
図１を参照すると、第１の位相制御誘導エネルギ伝送システムの簡略化したブロック図が示されている。図１に示す実施形態は、エネルギ伝送の位相が調整される間、固定された周波数で動作する。「位相制御」という表現は、トランスの送電コイルに信号を印加する位相を制御する工程を表す。誘導エネルギ伝送システム１００は、コントローラ１０４及びＤＣ−ＡＣ変換器１０６に動作可能に接続された、クロック回路１０２を含む。クロック回路１０２は、誘導エネルギ伝送システム１００内の送電デバイスのためのタイミング信号を生成することができる。
【００２１】
コントローラ１０４は、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６の状態を制御できる。一実施形態では、クロック回路１０２は、ＤＣ−ＡＣ変換器内のスイッチを周期毎にアクティブ及び非アクティブにするためにコントローラ１０４により用いられる周期信号を生成する。誘導エネルギ伝送システム１００内には、任意の適したＤＣ−ＡＣ変換器１０６を用いることができる。例えば、一実施形態では、ＨブリッジがＤＣ−ＡＣ変換器として用いられる。
【００２２】
ＤＣ−ＡＣ変換器１０６により生成されるＡＣ信号は、トランス１０８に入力される。トランス１０８は、誘導結合により送電コイル１１０と受電コイル１１２との間でエネルギを伝送する。本質的に、送電コイル１１０内のＡＣ信号は、受電コイル１１２内に電流を誘導する、変化する磁場を生成する。受電コイル１１２により生成されるＡＣ信号は、ＡＣ−ＤＣ変換器１１４により受信されＡＣ信号がＤＣ信号に変換される。誘導エネルギ伝送システム１００内には、任意の適したＡＣ−ＤＣ変換器１１４を用いることができる。例えば、一実施形態では、整流器がＡＣ−ＤＣ変換器として用いられる。
【００２３】
ＤＣ信号は、次に負荷１１６により受信される。一実施形態では、負荷は、並列に接続された電流源及び抵抗器を含む、プログラム可能な負荷である。代わりに、負荷が定電流負荷である時は、負荷は電流源を含んでもよい。
【００２４】
クロック回路１０２、コントローラ１０４、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６、及び送電コイル１１０は、送電デバイス内に含まれる。受電コイル１１２、ＡＣ−ＤＣ変換器１１４、及びプログラム可能な負荷１１６は、受電デバイス内に含まれる。受電デバイス内の通信回路１１８は、送電デバイス内の通信回路１２２と通信チャネル１２０を確立するように適合される。通信チャネル１２０は、受電デバイスから送電デバイスに、逆に送電デバイスから受電デバイスにも、情報を伝達するために用いられる。一実施形態では、通信チャネル１２０は、送電コイルと受電コイルの間の誘導結合により実現することができる。他の実施形態では、通信チャネル１２０は、個別の有線リンク又は無線リンクとして実現されてもよい。一実施形態では、通信チャネル１２０は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、携帯通信、又は近距離通信のチャネルなどの、任意の適した無線通信チャネルとして構成することができる。
【００２５】
受電デバイス内のコントローラ１２４は、負荷１１６及び通信回路１１８と動作可能に接続される。図１に示されていないが、コントローラ１２４は、受電デバイス内の他のコンポーネントに動作可能に接続することができる。一例として、コントローラは、ＡＣ−ＤＣ変換器１１４、１つ又はそれ以上のセンサ（図示されていない）、ディスプレイ（図示されていない）、及びメモリ（図示されていない）と動作可能に接続されてもよい。コントローラ１２４は、負荷１１６の動作を監視及び／又は制御することができ、負荷の動作状態を通信チャネル１２０を介して送電デバイスに通信してもよい。加えて、あるいは、代わりに、コントローラは、通信チャネル１２０を介して、エネルギ伝送の増加又は減少などの、送電デバイスの動作の修正を要求することができる。
【００２６】
送電デバイス内の制御ループ回路１２６は、クロック回路１０２の動作を調整するために用いられる制御信号を生成することができる。先に述べたように、クロック回路１０２は、ＤＣ−ＡＣ変換器内のスイッチをアクティブ及び非アクティブにするためにコントローラ１０４により用いられる周期信号を生成する。制御信号は、コントローラ１０４にＤＣ−ＡＣ変換器１０６内のスイッチをアクティブ及び非アクティブにさせる周期信号のタイミングを、クロック回路１０２に修正させることができる。
【００２７】
実施形態によっては、送電コイル１１０及び受電コイル１１２内の電流は、大量の電力消散を生じることがある。比較的に少量の電力が伝送される時、電力消散が、伝送されるエネルギの量に対して大きいことがある。加えて、損失量は負荷に比例する。トランス上の負荷が増加すると損失は増加し、トランス上の負荷が減少すると損失は減少する。一般的に、電力が伝送されている時、損失は閾値レベルに低下する。実施形態によっては、送電コイル内の銅損が、損失の閾値レベルを決定することがある。
【００２８】
本明細書に記載の実施形態は、送電コイルに印加される信号の位相を調整することにより、エネルギをより効率的に伝送する。ＤＣ−ＡＣ変換器の状態は、送電コイルへの信号の印加に遅延を発生させるために、変換状態から非変換状態に変更される。実施形態によっては、送電コイルに印加する信号の位相を調整するために、位相シフトフルブリッジ（ＰＳＦＢ）  位相制御又はゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を用いることができる。別の実施形態では、送電コイルに印加する信号の位相を調整するために、パルススキッピングが、個別に、又は位相制御と組み合わせて、用いられる。
【００２９】
一実施形態では、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６は、Ｈブリッジ回路として実現してもよい。ＰＳＦＢ及びＺＶＳ技術の説明は、Ｈブリッジ回路と合わせて述べる。他の実施形態では、しかし、ＤＣ−ＡＣ変換器を異なるように構成することができる。これらの実施形態では、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を変換状態と非変換状態との間で変更するために、代替の技術を用いてもよいことを、当業者は認識するであろう。
【００３０】
図２は、Ｈブリッジ２００の簡略化した図である。Ｈブリッジは、４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む。スイッチＳ１及びＳ２は、直列に接続され、スイッチの第１の組を形成している。スイッチＳ３及びＳ４は、直列に接続され、スイッチの第２の組を形成している。スイッチの第１の組は、スイッチの第２の組と並列に接続される。負荷２０２が、スイッチＳ１とスイッチＳ２との間で、スイッチの第１の組と接続される。負荷２０２は、スイッチＳ３とスイッチＳ４との間で、スイッチの第２の組とも接続される。任意の適したスイッチの形式が、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４として用いることができる。例えば、スイッチＳ１及びＳ３は、ｐ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ又はＰＮＰバイポーラトランジスタであることができ、スイッチＳ２及びＳ３は、各々、ｎ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ又はＮＰＮバイポーラトランジスタであることができる。
【００３１】
コントローラ１０４は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の開閉を制御する。スイッチＳ１及びＳ４が所定の時間の間、閉じていて、スイッチＳ２及びＳ３が開いている場合、電流は、正の端子から負の端子に負荷２０２を通って流れる。同様に、スイッチＳ２及びＳ３が別の所定の時間の間、閉じていて、スイッチＳ１及びＳ４が開いている場合、電流は負の端子から正の端子に流れる。このスイッチの開閉は、負荷２０２を通って流れる電流の方向を繰り返し逆転させることにより、ＡＣ電流を生成する。
【００３２】
位相制御で、ＰＳＦＢ及びＺＶＳ技術は共に、Ｈブリッジ回路のスイッチのアクティブ化及び非アクティブ化により、実現してもよい。一実施形態では、スイッチのアクティブ化及び非アクティブ化は、周期毎に発生する。ＰＳＦＢ技術では、図１のコントローラ１０４は、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６を、図２と合わせて述べた２つの状態（２つの変換状態）に代わって、４つの状態に置くことができる。ＤＣ−ＡＣ変換器１０６を通って送電コイル１１０により受け取られる電流の流れに関連付けられた２つの状態の間に位置する静止状態を伴うシーケンスで、スイッチはアクティブにされる。表１は、図２で示すＨブリッジ内のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の状態、及びその結果起こる変換器１０６の４つの状態（シーケンス例での状態を示す）を列記している。
【表１】
2016538811.tif 000003
【００３３】
同じ電位が送電コイルの両方の端子に接続されるため、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６が静止状態である時、エネルギは受電コイルに伝送されず、したがって、負荷１１６に入力されない。先に述べたように、静止状態は、システムにエネルギを加えることなく循環電流を継続させる。
【００３４】
静止状態は、いつスイッチがアクティブ及び非アクティブにされるかに関する遅れ又は位相シフトを発生させ、それは次に、いつ信号が送電コイル及びトランスに入力されるかに関する遅れを発生させる。トランス１０８にエネルギを印加するのと、静止状態の間トランスにエネルギを印加しないのとの、デューティサイクルによって、エネルギがトランスに入力され負荷に受け取られる量を決定することができる。トランスにエネルギを印加する位相を制御することによって、電力消散を低減することにより、より効率的なエネルギ伝送をもたらすことができる。
【００３５】
ＺＶＳ技術により、コントローラ１０４は、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６を３つの状態に置いてもよい。スイッチは、変換状態（すなわち、電流がＤＣ−ＡＣ変換器１０６を通って流れる）に関連付けられた２つの状態の間に位置する高インピーダンス状態を伴うシーケンスで、アクティブにされる。表２は、図２で示すＨブリッジ内のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の状態、及びその結果起こる変換器１０６の状態（シーケンス例での状態を示す）を列記している。
【表２】
2016538811.tif 000004
【００３６】
Ｈブリッジが高インピーダンス状態である時、Ｈブリッジ内のボディダイオードは、送電コイルの漏れインダクタンスを流れる電流の流れを保つことができる。この実施形態では、ＺＶＳは、スイッチそのものを用いて電圧遷移を起こさせる代わりに、負荷インダクタンスの働きにより電圧がその前の電圧レベルから所定の電圧レベルに遷移してしまうまで、ＤＣ−ＡＣ変換器内のスイッチのアクティブ化（例えば、オンにすること）を遅らせることを表す。そのように、スイッチのアクティブ化の前は、エネルギは、（一部は）漏れインダクタンス及び（一部は）負荷に配送されていて、スイッチがアクティブになった後は、エネルギは、漏れインダクタンスから解放され、エネルギの少なくとも一部分はＨブリッジのＤＣ電源に戻される。
【００３７】
ここで図３を参照すると、図１に示す誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法のフローチャートが示されている。最初は、ブロック３００に示されているように、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６の状態は、変換状態に設定されていて、送電コイルから受電コイルにエネルギを伝送するように、信号が送電コイル１１０に送信される。例えば、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態は、電流が正の端子から負の端子に流れるように設定されていてもよい。ＡＣ−ＤＣ変換器の状態は、次に、送電コイル１１０への信号の印加に遅延を発生させるために、変換状態から非変換状態に変更される（ブロック３０２）。ＡＣ−ＤＣ変換器の状態は、静止状態（表１参照）又は高インピーダンス状態（表２参照）に変更することができる。
【００３８】
実施形態によっては、図３に示す工程は、エネルギが送電コイル１１０から受電コイル１１２に伝送される間、連続的に実行される。この方法が実行されるたびに、ブロック３００で送電コイル１１０を流れる電流は、方向を変える。具体的には、電流は、１つの動作で正から負に流れ、その後、次の動作では負から正に流れる。静止状態又は高インピーダンス状態が、電流の流れる状態の各変化の間に起きる。例えば、スイッチは、表１又は表２に示すシーケンスで、アクティブ及び非アクティブにされることがある。
【００３９】
他の実施形態は、別様に方法を実行することができる。１つの例として、少量のエネルギが送電デバイスから受電デバイスに伝送される時など、工程は選択した時に実行することができる。
【００４０】
実施形態によっては、パルススキッピングが、エネルギ伝送の効率をより一層向上することができる。図４は、パルススキッピングを有する位相制御誘導エネルギ伝送システムの簡略化したブロック図を示す。誘導エネルギ伝送システム４００は、図１に示す誘導エネルギ伝送システム１００内のコンポーネントと同様なコンポーネントを含み、これらのコンポーネントに対して同じ参照番号が用いられている。簡単かつ明快にするために、これらのコンポーネントは再度説明しない。
【００４１】
誘導エネルギ伝送システム４００は、トランス内の電力消散を低減することにより、エネルギをより効率的に伝送することができる。これは、小さな電力の伝送に対して、特に当てはまることができる。例えば、ポータブル又は着用可能コンピューティングデバイスは５ワット未満の電力を伝送することがある。１つの例として、伝送される電力量は、約５００ミリワットであることがある。別の例として、伝送される電力量は、約５０ミリワットであることがある。
【００４２】
図４に示す実施形態は、トランスによるエネルギ伝送の位相が調整される間、固定された周波数で動作する。加えて、あるいは、代わりに、スイッチのアクティブ化及び非アクティブ化を制御するためにコントローラ４０２により生成される、１つ又はそれ以上の信号パルスを、スキップすることができる。信号パルスがスキップされると、ＤＣ−ＡＣ変換器１０６を、システムにエネルギを加えることなく循環電流を継続させる静止状態に置くことができる。
【００４３】
図示した実施形態では、負荷１１６にかかる信号レベル（例えば、電圧レベル）などの動作状態が、検知回路４０４により検知される。検知回路は、図１に示すコントローラ１２４内に含まれてもよい。検知回路４０４は、信号レベルが、所定の値若しくは所定の動作範囲内であるか、上側閾値と等しい若しくは超えるか、又は、下側閾値と等しい若しくは下回るか、を判定するように構成することができる。もし、値が、所定の動作範囲内でない（例えば、下側閾値と等しい又は下回る）なら、検知回路４０４は、コントローラ４０２に１つ又はそれ以上の制御信号をスキップするように指示することができる。検知回路４０４は、指示を通信チャネル１２２を介して制御ループ回路４０６に送信することができる。制御ループ回路１２０により生成された制御信号が、パルススキップコントローラ４０６により受信される。制御信号に応答して、パルススキップコントローラ４０６は、コントローラ４０２にＤＣ−ＡＣ変換器１０６を静止状態に置くように指示するスキップ信号を、コントローラ４０２に送信する。１つの例として、負荷にかかる電圧が下側閾値に（又はより下に）低下した時、パルススキップコントローラ４０６は、コントローラ４０２にＤＣ−ＡＣ変換器を静止状態に置くよう指示する。
【００４４】
図５は、図４に示す位相制御誘導エネルギ伝送システムの回路図の例である。図示した実施形態は、簡単にするために、検知回路４０４及び通信回路１２０、１２４を省略している。先に述べたように、クロック回路は、送電デバイスの動作を制御してもよいタイミングパルスを生成する。コントローラは、Ｈブリッジ回路の状態を制御する、ゲートドライバ論理又はプログラミング命令（「ゲートドライバロジック」）を含むことがある。クロック回路は、Ｈブリッジ回路内のスイッチを周期毎にアクティブ及び非アクティブにするためにコントローラにより用いられる周期信号を生成する。
【００４５】
Ｈブリッジ回路は、コントローラとトランス（「無線結合コイル」）の送電（一次）コイルとの間に動作可能に接続される。制御ループ回路４０２は、コントローラ４０２に動作可能に接続される。コントローラ（「ゲートドライバロジック」）は、Ｈブリッジ回路から出力される信号の位相を制御（「位相制御」）する信号を含む。パルススキップコントローラは、コントローラにより受信され、次にＨブリッジ回路を静止状態に設定させる１つ又は複数の信号をコントローラに送信させる、スキップ信号を生成する、スキップ論理又はプログラム命令（「スキップロジック」）を含む。
【００４６】
ここで図６を参照すると、誘導エネルギ伝送システムを動作させる方法のフローチャートが示されている。最初は、誘導エネルギ伝送システムは、動作していて、送電コイルは、受電コイルにエネルギを伝送している（ブロック６００）。信号レベル（例えば、電圧レベル）などの、負荷の動作状態を、ブロック６０２で測定することができる。信号レベルが閾値と等しい又は超える（例えば、上回る又は下回る）か、及びＤＣ−ＡＣ変換器は静止状態に置くべきかどうかについて、次にブロック６０４で判定が行われてもよい。先に述べたように、負荷にかかる信号レベルが測定されて、信号レベルが、所定の動作範囲内であるか、上側閾値より大きいか、又は下側閾値より小さいかを判定されてもよい。もし、測定した信号が、閾値（上側閾値又は下側閾値のいずれか）と等しい又は超えているなら、コントローラ４０２は、ＤＣ−ＡＣ変換器を静止状態に置くことができる。
【００４７】
ＤＣ−ＡＣ変換器が静止状態に置かれない場合、工程はブロック６００に戻る。ＤＣ−ＡＣ変換器が静止状態に置かれる場合、方法は、ＤＣ−ＡＣ変換器が静止状態に変更されるブロック６０６に進む。一実施形態では、スキップ信号は、コントローラに送信され、次に、コントローラにＤＣ−ＡＣ変換器の状態を静止状態に変更させてもよい。
【００４８】
ＤＣ−ＡＣ変換器の状態を静止状態から変換状態に変更するべきかどうかに関して、次にブロック６０８で判定を行うことができる。ＤＣ−ＡＣ変換器が静止状態でいる時間の長さは、固定した時間の長さ又は可変の時間の長さであることがある。１つの例として、静止状態の長さは、ブロック６０２で測定される負荷にかかる信号レベルの大きさに、少なくとも一部は基づいていてもよい。
【００４９】
ＤＣ−ＡＣ変換器の状態が変更されない場合、工程はブロック６０８で待機する。状態が変更される場合、方法は、ＤＣ−ＡＣ変換器の状態が変換状態に変更され、エネルギが送電コイルから受電コイルに伝送される、ブロック６１０で継続する。工程は、次に、ブロック６０２に戻る。
【００５０】
様々な実施形態について、その特定の特徴を具体的に参照しながら詳細に説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲内で、変形及び変更を実施してもよいことが理解されるであろう。更に、本明細書では具体的な実施形態について説明してきたが、適用例はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。具体的には、一実施形態に関連して説明されている任意の特徴は、入れ替え可能な場合、他の実施形態において使用されてもよい。同様に、異なる実施形態の特徴は、入れ替え可能な場合、交換されてもよい。
【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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【国際調査報告】
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