(57)【要約】  複数の２次装置の組合わせた電力リクエストが電力供給の電力容量を超える場合に誘導充電システムを制御する方法である。この方法は、（ａ）リクエストされるレベルよりも低いレベルで装置それぞれに電力供給すること、（ｂ）順番に装置それぞれに電力供給すること、及び／又は（ｃ）繰り返しパターン（時分割多重化など）で装置それぞれに電力供給することの少なくとも１つを含む。また、２次装置それぞれの電力管理ユニット（ＰＭＵ）から受信する情報に少なくとも一部で応じて、誘導充電システムを制御する方法が開示される。【選択図】図７
2012514971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性の１次電力供給を提供し、
前記１次電力供給の作動範囲内に誘導性の２次装置を配置し、
前記２次装置の電力管理ユニットから前記１次電源供給に情報を提供し、
前記電力管理ユニットからの前記情報に少なくとも部分的に応じて前記１次電源供給を制御する、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項２】
情報は、前記２次装置の特徴の将来的な活性化に関する情報である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記情報は、前記特徴の予想されるタイミング及び電力リクエストを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記情報は、前記２次装置に関連する電池の充電率に関する情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記情報は、前記２次装置に関連する電池の状態に関する情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記配置工程は、複数の前記２次装置を含み、
前記提供工程は、２次装置それぞれの前記電力管理ユニットから前記１次電源供給に情報を提供することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
誘導性の１次電力供給の作動範囲内に誘導性の複数の２次装置を配置し、
前記２次装置の組み合わせた電力リクエストを決定し、
前記２次装置の前記組み合わせた電力リクエストを前記１次電力供給の電力容量と比較し、
前記組み合わせた電力リクエストが前記電力容量を超える場合には、電力リクエストから低減されたレベルの電力を受電することになることを少なくとも１つの２次装置に通信する、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項８】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の充電割当に関する情報を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の状態に関する情報を含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記通信工程は、電力リクエストからそれぞれ低減されたレベルの電力を受電することになることを全ての２次装置に通信することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記通信工程は、電力リクエストから低減されたレベルの電力を受電することになることを少なくとも１つの他の２次装置に通信する含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
１次電力供給の作動範囲内に誘導性の複数の２次装置を配置し、
前記２次装置の組み合わせた電力リクエストを決定し、
前記組み合わせた電力リクエストを前記１次電力供給の電力容量と比較し、
前記組み合わせた電力リクエストが前記電力容量を超える場合には、（ａ）２次装置が電力を受電する順序を決定し、（ｂ）前記決定された充電順序に関する情報を前記２次装置に通信する、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項１３】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の充電率を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の状態に関する情報を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記順序は、いつでも前記２次装置の１つのみに電力供給することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記順序は、少なくとも選択されたときに２つ以上の２次装置に充電することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
誘導性の１次電力供給を提供し、
前記１次電力供給の作動範囲内に誘導性の複数の２次装置を配置し、
前記２次装置の組み合わせた電力リクエストを決定し、
前記組み合わせた電力リクエストを前記１次電力供給の電力容量と比較し、
前記組み合わせた電力リクエストが前記電力容量を超える場合には、（ａ）２次装置それぞれの充電プロファイルを発現させ、（ｂ）前記充電プロファイルに従い前記２次装置を活性化及び非活性化する、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項１８】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の充電率に関する情報を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の状態に関する情報を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
いつでも前記２次装置の１つのみが、活性化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記１つの２次装置は、繰り返しパターンで活性化及び非活性化する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
２次装置それぞれは、繰り返しパターンで活性化及び非活性化される請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記２次装置の少なくとも１つの前記充電プロファイルは、電力要求を満たすまで前記２次装置を活性化して、次いで前記２次装置を非活性化することを含む請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス電力システムに関し、より具体的には、複数の装置に同時に電力供給することができるこのようなシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この出願は、参照することにより組み込まれる２００９年１月６日に出願された名称を「ワイヤレス電力の測定付き供給（Metered Delivery of Wireless Power）」と称する米国特許出願第１２／３４９３５５号である米国特許第      号に関連する。
【０００３】
ワイヤレス電力供給システムすなわちワイヤレス充電システムは、周知であり、かつ広く使用される。典型的にはこのようなシステムは、１次電力供給及び１つ又は２つ以上の２次装置を含む。１次は、２次が１次に近接するように移動されるときに２次装置に電力供給する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなシステムは周知であるが、いくつかの潜在的な問題が関連する。
【０００５】
第１に、典型的には、１次供給それぞれは、電力供給から取り出される電力に基づいて、特定の用途のために形成される。２次装置の電力要求が１次供給の電力容量よりも大きいときに問題が生じる。２次装置は、電力供給が落ちる可能性があり、また２次装置は、２次装置には適当ではないが使用可能な低減された電力レベルで充電するように試みる可能性がある。典型的には、いずれの結果もユーザへのフィードバック又は警告なしに生じる。結果として、２次装置は、不適切に充電されるか、又は完全には充電されない可能性がある。
【０００６】
第２に、典型的には、複数の電力供給が複数の２次装置に必要である。すなわち、それぞれの装置に１つが必要である。これにより、複数の電力供給がもたらされ、高価であり、かつ収納、使用、及び２次装置との整合が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の問題は、電力コンプライアンスの管理が可能なように、ワイヤレス電力システム内部の様々な構成要素が、電力要求及び電力容量を互いに通信する本発明で克服される。より具体的には、２次装置それぞれは、ワイヤレス電力供給と通信して、装置それぞれの電力要求の指示を提供できる。そして逆に、電力供給は２次装置それぞれと通信して、電力供給の電力容量の指示を提供できる。
【０００８】
次いで、ワイヤレス電力制御は、電力供給及び２次ユニットの間の電力分配要求を解決することができる。ワイヤレス電力制御は、２次装置の電力要求がシステムの容量を超える場合に警報を提供してもよい。また、制御は、低減された電圧レベルでの充電を可能にする。複数の２次装置が充電システムに移動される場合、ワイヤレス電力制御は、２次装置の間で電力を分配してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この結果として、本発明は、ワイヤレス充電システム内に高度な電力コンプライアンスを提供する。このシステムは、電力容量と電力要求との間の不整合の指示を提供し、かつ単一の電力供給を使用して複数の装置を充電することができるように、複数の装置間の電力分配を可能にする。
【００１０】
本発明のこれらの目的及び他の目的若しくはこれらの利点及び他の利点は、実施形態の説明及び図面を参照することによって、より十分に理解及び評価されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のワイヤレス電力又は充電システムの回路を示す図である。
【図１．５】ワイヤレス電力制御の状態を示す図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態に従って構成されるワイヤレス充電システムの回路を示す図である。
【図３】ワイヤレス充電システムの電力供給側の回路を示す図である。
【図４】第３の配線がアナログデータを通信するワイヤレス充電システムの回路を示す図である。
【図４．５】１次及び２次の間の通信情報に使用される通信を示すワイヤレス充電システムの回路を示す図である。
【図４．６】電力供給の代替的な第１の他の実施形態の回路を示す図である。
【図４．７】１次の代替的な第２の他の実施形態の回路を示す図である。
【図４．８】ワイヤレス充電システムの代替的な第３の他の実施形態の回路を示す図である。
【図４．８５】電力計算及び通信プロトコルの回路を示す図である。
【図４．８６】電力計算及び通信プロトコルの回路を示す図である。
【図４．８７】電力計算及び通信プロトコルの回路を示す図である。
【図４．９】１次の代替的な他の実施形態の回路を示す図である。
【図５】ワイヤレス電力供給により電力が調整される方法の回路を示す図である。
【図６】充電順序の優先度として装置の配置を使用する電力分配システムの回路を示す図である。
【図７】装置それぞれからの電力比を理解することにより電力分配を管理する電力分配システムの回路を示す図である。
【図８】電力供給のワット数を選択するアナログ出力表の一例を示す図である。
【図９】１次ソースＡ及び２次装置Ｂの間のデータシーケンスを示す図である。
【図１０】接触又は音声により理解可能な基本的なフィードバック機構を示す図である。
【図１１】成果及び事象を提供する配置順序表を示す図である。
【図１２】４ユニット充電器を提供する１次の第５の他の実施形態の回路を示す図である。
【図１３】図１２の１次に付加的な性能を付加する方法を示す図である。
【図１４】さらに改良された電力変動の制御、調整、及び予測を提供するワイヤレス充電システムの回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１において、ワイヤレス電力供給（wireless power supply、ＷＰＳ）１２と携帯型２次装置１４とを含む従来のワイヤレス充電システム１０は、示される。さらにワイヤレス電力供給１２は、整流器１６と、ＤＣ／ＤＣ変換器１８と、インバータ２０と、キャパシタ２２と、誘導性コイル２４と、制御２６とを含む。携帯型装置１４は、２次コイル３０と、キャパシタ３２と、整流器３４と、ＤＣ／ＤＣ変換器３６と、負荷３８とを含む。２次コイル３０が１次コイル２４に近接するように移動され、１次コイルに電力供給されるとき、誘導的なリンクが確立され、２次コイルに電圧が誘導される。ここまで説明してきたようなワイヤレス充電システム１０は、周知であり、その構成及び機能は、さらに詳細に説明する必要はない。
【００１３】
典型的には、図１に示すような電力システムにおいて、ユーザは、どの装置とどの電力供給とが一緒に動作するかを理解及び記憶する必要がある。異なる電力供給性能を有するが同一のコネクタを有する異なる２つの電力供給は、同一の装置に物理的に接続できる。しかしながら、装置に不適当な電力供給を使用することによって、故障及び不正な動作を生じる可能性がある。ユーザは、装置の過電力又は装置の充電故障などのいくつかの形式の故障モードを介してのみ、このような故障及び不正な動作を知ることになる。
【００１４】
本発明によって、電力システム及び２次装置は、互いに通信し、再構成し、かつシステムの様々な構成素子間の電力コンプライアンスを管理することが可能になる。
【００１５】
従来、電力システムでは、どの装置及び電力供給がともに動作するかは、ユーザによって理解及び記憶されていた。同一のコネクタを有する異なる２つの電力供給は、同一の装置に容易に接続できる。これにより、故障又は不適当な動作を生じる可能性が潜在的にある。ユーザは故障モードにのみによりこれを知る。
【００１６】
本発明は、システムを通信可能にするとともに再構成可能にすることにより、この問題を解決することを探求する。装置は、電力供給と通信でき、ユーザへの全ての通信を装置に供給する。
【００１７】
〔電力供給コンプライアンス（Power supply compliance）〕
電力供給及びワイヤレス電力供給の双方はそれぞれ、容量を通信し、電力分配要求を解決できる。遠隔電力供給又は内部電力供給からの情報は、ワイヤレス電力供給制御に通信される。システムは、装置がワイヤレス電力供給よりも多い電力を要求し、かつ主電力供給が供給容量を有することを１次の２次への通信によってユーザに警報するように配置される。
【００１８】
〔２次への１次の通信〕
本出願に開示されるように１次から２次へ情報を通信する複数の方法がある。一部の方法は、小さな差異‐単一の信号を変調するために小さな相違‐電力の約１％〜２％を含む。他の方法は、非常に基本的な信号を送信するために短い期間、発振を完全に停止する。これらの基本的な通信によって以下の特徴が可能になる。
充電の承認の第１のリクエスト‐請求
適切な充電の承認‐承認ハンドシェイク
この装置が使用可能な十分な電力ではない‐要求される使用可能なワット数より少ない
充電順序の通信‐充電の次に‐充電の候補で２番目
装置の設定‐消音、振動、無線オフ
標準による非コンプライアンス
【００１９】
〔複数の装置を充電する、より小さな電力供給〕
一例として、本発明によって、単一の５ワット電力供給がいくつかの５ワット装置を連続して充電することが可能になる。装置それぞれは、充電率（入力電力対電力供給に使用される時間）及び電力のニーズ（現在の容量）を通信する。装置それぞれからのこれらの比率を使用して、充電は、多くの装置が非常に限定される充電により適当な電力を有することが可能なように分割及び配列できる。このアプローチは、要求によりテーブルの周りに充電ケーブルを通すことに類似するが、ワイヤレスのみで実施される。典型的な１つの使用は、いくつかのラップトップを有する会議テーブルである。実際には、ただ１つのラップトップのみが１回に充電される必要がある。この配列によって、最大電力における全ての装置のワット数をカバーすることができるというニーズを除外し、実施コストを低減する。
【００２０】
〔電力管理インタフェースを利用するワイヤレス電力の強化〕
ワイヤレス電力供給は、電力管理ユニットを含む。従来は、システムは、バックライト、無線、ハードドライブ、ＧＳＭパスル、及び同様にターンオンターンオフされるものなどを含み、電力供給は、これらのシステムに対処するように配置され、安定的な電力を提供する。本発明は、電力を必要とするシステムの態様がターンオン及びターンオフするときに、システムからの知識を使用して、電力の影響に基づいて変化の割合を効果的に予測することにより制御を管理する。この知識によって、電力供給がニーズに直接的に反応することが可能になる。従来のシステムにおいて、比例‐積分‐微分（ＰＩＤ）制御ループは、ループの複数のパスを除外することによって時間をセーブし、システムは、より素早い応答が可能になる。２次装置の電力管理ユニット（ＰＭＵ）を接続し、かつ負荷それぞれのエラー値を割り当てることによって、負荷における変化の合計は、電力管理ユニットから２次ワイヤレス電力制御に容易に転送でき、ワイヤレス電力供給へ通信してループ反応時間を改良できる。
【００２１】
〔全般的な制御の説明〕
エラーに基づく制御モードによって、２次制御インタフェース（secondary control interface、ＳＣＩ）と１次制御インタフェース（primary control interface、ＰＣＩ）との間の制御ループ配置が可能になる。ＰＣＩは、ＳＣＩからの制御エラーフィードバックパケットの応答して、作動点に到達するために必要な調整を決定する。これによって、著しく自由な配置が提供される。様々な形式の制御が２次側で実施できる。アルゴリズムの一例は、定電流、定電圧、及び定電力を含む。図１．５の状態図は、この制御方法で使用されるアルゴリズムを説明する。
【００２２】
〔予測ＰＩＤ制御〕
ＰＩＤシステムエラー及びタイミングは、ワイヤレス電力１次制御、２次受信器及び電力管理システムの間で連係できる。表１は、このタイミング及び電力を使用して、必要になるであろう付加的な要求電力及びこれらのシステムを連係するために使用される最小タイミングを策定する方法を示す。例として、任意の電流及びタイミングが示される。全体としての最良のシステム性能のためのこれらの値を先に測定して、電力管理システムとの連係のために２次システムに記憶できる。
【表１】
2012514971.tif 000003
表１．ＬＣＤ、ＧＳＭ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を可能にする必要があるときの制御値を示す携帯装置の電力管理表
【００２３】
次いで、Ｃｏｉｌ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｔｐｏｉｎｔは、測定値プラス表１の合計として新たな制御値の合計を使用して演算される。これは、粗制御に必要なループの数を制御することによって、システムがより高速な制御を有することが可能にする。この粗制御は、これが予測及び応答入力を可能にするようにＰＩＤが応答するために必要な時間を限定することによって、リップルを少なくすることができる。
【表２】
2012514971.tif 000004
表２．１次及び２次側の電力管理を連係するための制御のタイミング。なお、システムそれぞれの電力制御の待ち時間は、制御のために考慮してもよい。
【００２４】
〔ＰＩＤ制御〕
制御アルゴリズムは、ＰＩＤ制御方法を使用する。ＰＩＤ制御アルゴリズムは、連続的には実行されない。データ通信を破損する可能性が大きくなるためである。その代わりに、ＰＩＤアルゴリズムは、制御フィードバックパケット（ＣＦＰ）の受信の間の演算作動点に１次コイル電流を変更することを試みる。
【００２５】
好適には、ＳＣＩは、ＰＩＤアルゴリズムが活性化する時間の間は、通信を試みない。制御エラーフィードバックパケットの間の最小タイミングは、デバイスＩＤペイロード内部に規定される。
【００２６】
一般的なＰＩＤ制御は、表３に示される。この算出は、ＰＩＣ内部で再作成される。
【表３】
2012514971.tif 000005
表３．一般的なＰＩＤ制御
【００２７】
〔新たなコイル電流演算〕
ＰＩＤ制御ループで使用されるＰＣＩコイル電流信号は、Ａ／Ｄでサンプリングされ、移動平均（rolling average）が演算される。アルゴリズムは、以下の式を使用して、ゼロではない制御エラーフィードバックパケットがＳＣＩから受信されるごとに、新たなターゲットＰＣＩコイル電流を演算する。
【数１】
2012514971.tif 000006
「Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿Ｅｒｒｏｒ」は、ＳＣＩが伝送する制御エラーパケットのペイロードとして規定される。
Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿Ｅｒｒｏｒ  ＝  Ｒｅａｃｔｉｖｅ＿Ｅｒｒｏｒ  ＋  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ＿Ｅｒｒｏｒ
Ｆｅｅｄｂａｃｋ＿Ｅｒｒｏｒがゼロの場合、ＰＩＤ制御ループは、実行されない。動作点の調整が必要でないためである。
「Ｐｒｅｖｉｏｕｓ＿Ｓｅｔｐｏｉｎｔ」は、ＰＩＤループの初期実行の最新の安定した１次コイル電流又は調整の後の最後の安定した１次コイル電流として規定される。
「Ｍａｘ＿Ｅｒｒｏｒ＿Ｃｏｕｎｔｓ」は、ＳＣＩが報告できる最大エラーとして規定される。この実施形態において、これは＋／−１２７の範囲内である。
【００２８】
コイル電流は、ＰＩＤをアクティブにする前に安定状態に戻り、エラー演算を正確にし、周波数調整に必要な数は最小化される。アルゴリズムは、コイル電流を待機して、「ＰＩＤ  Ｄｅｌａｙ  Ｔｉｍｅ」パラメータにより決定されるＳＣＩからのデータパケットの受信の後に安定化する。正確な遅延時間は、データ通信の前に安定状態に戻るためにＰＣＩコイル電流に必要な最大時間量及び１次Ａ／Ｄへのフィードバック信号のフィルタ遅延に依存する。
【００２９】
以下の演算を実行して、新たな作動点を得る。
Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ＿Ｅｒｒｏｒ  ＝  Ｐｒｅｖｉｏｕｓ＿Ｓｅｔｕｐ  −  Ｃｏｉｌ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｅｔｐｏｉｎｔ     （２）
【００３０】
〔比例演算〕
アルゴリズムの比例項は、以下の式で計算される。
Ｐ  Ｐｒｏｐｏｒｔｉｎａｌ＿Ｔｅｒｍ  ＝  Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ＿Ｅｒｒｏｒ＊Ｋ        （３）
【００３１】
〔積分演算〕
アルゴリズムの積分項は、以下の式で計算される。
【数２】
2012514971.tif 000007
ここで、Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｕｐｄａｔｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌは、所望の積分レートに基づく利得調整である。ねじ巻き（Wind-up）は、Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｕｐｐｅｒ  Ｌｉｍｉｔ及びＩｎｔｅｇｒａｌ  Ｌｏｗｅｒ  Ｌｉｍｉｔパラメータを使用して制御される。
【００３２】
〔微分演算〕
アルゴリズムの微分項は、以下の式で計算される。
【数３】
2012514971.tif 000008
ここで、Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ｕｐｄａｔｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌは、所望の微分レートに基づく利得調整である。
【００３３】
〔全体のＰＩＤ演算〕
全体のＰＩＤ演算は、比例項、積分項、及び微分項の合計である。
ＰＩＤ＿Ｏｕｔｐｕｔ  ＝Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ＿Ｔｅｒｍ  ＋  Ｉｎｔｅｇｒａｌ＿Ｔｅｒｍ  ＋  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ＿Ｔｅｒｍ （６）
最大出力は、ＰＩＤ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｌｉｍｉｔ及びＰＩＤ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｌｏｗｅｒ  Ｌｉｍｉｔパラメータを使用して制御される。
【００３４】
〔更新作動点の演算〕
最終的な周波数調整は、以下の式で演算される。
【数４】
2012514971.tif 000009
「Ｇａｉｎ＿Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＿Ｆａｃｔｏｒ」は、区分線形関数に共振曲線を分割する。
「ＰＩＤ＿Ｓｃａｌｅ＿Ｆａｃｔｏｒ」は、ＰＩＤ演算において整数計算を補助するために使用される。
「ＰＩＤ  Ｄｅｌａｙ  Ｔｉｍｅ」を過ぎると、ＰＩＤループは、「ＰＩＤ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｉｍｅ」の間、上述の式を使用してＰＩＤコイル電流を新たなターゲット設定値にすることを能動的に試みる。
最終的に、ＰＩＤ制御は、「ＰＩＤ  Ｓｅｔｔｌｅ  Ｔｉｍｅ」の間、抑制され、ＰＣＩコイル電流の正確な読み出しが１次により記録でき、電圧又は電流の正確な読み出しがＳＣＩにより記録できる。
【００３５】
〔制御ループタイミングに基づくエラー〕
Ｅｒｒｏｒ  Ｂａｓｅｄ  ＣｏｎｔｒｏｌループのためのＰＩＤ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｔｉｍｅの間の１次コイル周波数の調整の間の最大割付時間は、４マイクロ秒（ｍｓ）である。この制御ループは、電力管理システムと、電力供給システムの制御タイミングとに連係される。エラー及び通信は、電力管理システム及びタイミング制御とともに通信される。タイミングは、Ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌａｔｅｎｃｙ値を表から使用して、１次ワイヤレス電力供給により制御及び連係される。１次及び２次システムは、操作される電力差分（power delta）の合計の最大値が共有する値に基づいてタイミングを連係する。
【００３６】
本実施形態は、エラー制御を使用する１つの方法であり、当業者は、説明される手順は、ワイヤレス電力制御及び装置電力管理を連係する多くの方法で使用できる手順であることを理解することになるであろう。
【００３７】
図２は、電力供給、ワイヤレス電力供給及び２次装置の全てが装置への電力を調整するシステムを示す図である。ケーブル２１８は、電力供給２１２とワイヤレス電力供給２１４との間のハード配線接続を提供する。ワイヤレス電力供給２１４及びワイヤレス電力装置２１６は、従来のように誘導結合される。
【００３８】
ＤＣ電力供給２１２のワット数は、アナログ電圧、デジタル信号、又は周波数変調によって、ワイヤレス電力供給２１４に通信される。ワイヤレス電力供給は、制御２２０及びインジケータ２２２を含む。ワイヤレス電力供給２１４は、電力供給２１２から電力容量情報を受信し、かつ２次装置２１６から装置電力要求を受信する。
【００３９】
２次２１６は、２次装置制御２２４及びインジケータ２２６を含む。２次装置２１６は、ワイヤレス電力供給２１４からシステム電力容量情報を受信し、かつその情報に応答して、不適合を変更し又は示すことができる。
【００４０】
電力供給２１２が、ワイヤレス電力２１４よりも低い電圧及び／又は電力容量を有する可能性がある。この場合、ワイヤレス電力制御２２０は、電力供給２１２から受信する電力のみを供給する容量があるように自己構成する。
【００４１】
電力供給２１４の電圧及び／又は電力容量が、２次装置２１６の電圧又は電力要求よりも少ない可能性がある。この場合、エラー信号がインジケータ２２２及び／又は２２６に示される。さらに２次装置制御２２４は、全て充電をするか又は充電しないか若しくは使用可能に低減された電力レベルに変更するかに関する決定を実行できる。装置制御２２４の決定に応答して、ワイヤレス電力制御２２０は、自己構成して、全ての電力を提供しないか又は２次装置制御２２４にリクエストされるレベルの電力を提供する。
【００４２】
したがって、図２のシステム２１０は、１）２次装置２１６とワイヤレス電力供給２１４との間の電力コンプライアンス、２）２次装置２１６とワイヤレス電力供給２１４との間の通信、３）複数の装置を充電するためのより少ないワイヤレス電力供給及び４）装置のＰＭＵの使用を可能にする。
【００４３】
図３は、電力供給が第３の配線を使用して電力供給３１２からワイヤレス電力供給３１４に使用可能な電力を通信する方法を示す図である。この構成は、データ信号を使用して、電力データをワイヤレス電力供給３１４に通信する。第３の配線３１９は、電力供給３１２の電力制御回路３２８をワイヤレス電力供給３１４の装置制御３２４に直接接続する。
【００４４】
図４は、電力供給４１２から使用可能な電力を表すアナログデータを通信する第３の配線４１９を示す図である。したがって、図４のシステム４１０は、図３で説明されるシステム３１０のアナログの実施である。先の実施形態などでは、ワット数は、アナログ電圧、データ信号、又は周波数によって通信される。そして、電力供給４１２は、ワイヤレス電力供給４１４に電力容量を通信する。
【００４５】
図４．５に示すシステム４１０は、電力供給４１２及びワイヤレス電力供給４１４から２次装置（図示せず）に情報を通信するために使用される通信を示す図である。通信は、遠隔電力供給４１２、コネクタ４１９及び期待されるレベルの１％〜２％の電力を変調する表を使用して、使用可能な適切な電力を考慮する。電力供給４１２は、４３０に示すようにレール電圧を変更し、ワイヤレス電力供給４１４は、２次電圧への通信の提供に応答して、４３２に示すように１次信号を変調する。その結果として、１次側の通信は、プログラム可能な変動を生じる電力供給に、信号又は制御電圧を介して指令信号から変調される。
【００４６】
図４．６は、ワイヤレス電力供給に組み込まれる電力供給を有し、かつ簡明な指令のために１次レール電圧変調を使用するワイヤレス電力供給４１４ａを示す図である。電力は、指令信号に基づいて１又は２パーセント変動する。変動は、正又は負にできる。
【００４７】
図４．７は、１次コイル分路４３４を含むワイヤレス電力供給４１４ｂを示す図である。分路を使用して、２次装置に通信するために１次コイルの電圧を変動する。
【００４８】
図４．８は、周波数ベースのコントローラを使用して周波数変調（ＦＭ）型の通信を提供するワイヤレス電力供給４１４ａを示す図である。指令信号４３６、１次駆動信号４３８及び変調１次駆動信号４４０は、通信の間の信号変動を時間に関する配置で全て示されて、通信の間の信号変動を説明する。また、典型的なＡＳＣＩＩコード４４２が示される。説明される実施形態を使用して、信号ルックアップテーブルは、ラップトップコンピュータなどの複数の２次装置に管理を提供できる。さらに、充電は、複数の装置を「同時に」充電することを順序付けることができる。
【００４９】
図４．８５、４．８６及び４．８７は、ワイヤレス電力を消費者に通信することに特に関連するさらなる実施形態に関する。また、これらの実施形態は、充電により長い期間が必要であるが、５ワットの１次がコンピュータを充電できるので、ワイヤレス電力を潜在的により使用し易くする。さらに、より高速に充電するとき、コンピュータは、充電の間に電力供給をオフにしてもよい。好適には、２次装置それぞれ内部の電力供給制御システムは、容量及び要求の識別、通信並びに協議に従う要求によりシステムを遮断する。さらに、付加的な表記又は説明を必要とせずにユーザへの直接的なこの情報の通信によって、簡明な「ブラインド」インタフェースが機能的な制限を理解するのに適したユーザに情報を提供することが可能になる。図４．８７に示すような簡明なロゴは、ワイヤレス電力システムから収集される相当な量の付加的な情報を表すことができる。
【００５０】
さらにまた、図４．８５は、非常に低い電池を回復させるために付加的な電流が必要であるシステムを示す。システムは、低い電池が可能な他の充電又は対処される付加的なシステム要求が、可能な他の充電を中断することにより、得られる電力を増加できる。このダイナミックな負荷管理システムは、ワイヤレス電力及び通信を使用する。
【００５１】
図４．９は、１次コントローラが、基本信号を送信するために指定される期間に駆動信号を停止することが可能な電力変調通信方法を示す図である。１次側通信は、１次が認証文字列をワイヤレス電力供給に送信した後に、電力転送パルスにより変調される。典型的なパルスは、図の左下に示される。
【００５２】
図５は、電力がワイヤレス電力供給５１４により調整されるシステム５１０を示す図である。システム５１０は、より小さい電力供給構成素子及び容量が図示されるように駆動し、かつ利用されてもよい。これらのシステムは、装置の充電容量及び充電可用性のために自己構成し、かつ通信することができる。電力供給のワット数Ｗは、アナログ電圧、データ通信又は周波数変調によって電力供給コントローラ５１３によりワイヤレス電力供給５１４に通信される。ＷＰＳ５１４は、電力供給コントローラ５１３からＤＣ電力容量を受信し、２次装置コントローラ５２４から装置電力要求を受信する。２次装置制御５２４は、ワイヤレス電力制御５２０からシステム電力容量情報を受信する。２次装置コントローラは、充電でき及び／又は装置電力要求がシステム容量を超える状況における不適合を示すことができる。プリセット電力値は、ハードプログラム化でき、若しくは電力供給５１２、ワイヤレス電力供給５１４又は装置５１６の不揮発性メモリシステムに記憶できる。これらの値は、工場のテスト制限などを示すことができる。この情報によって、システム及びユーザがシステムの容量を理解することができる。
【００５３】
図６において、１次に近接する装置の配置を充電順序の優先度として使用する電力分配システム６１０を説明する図である。双方の装置を同時に充電するのに適当な容量を有さないパッドに２つの装置が配置される場合、１つの２次装置が充電されることになる。電力が次のユニットに使用可能になるとき、同様に充電が開始されることになる。システムは、システムの制限内で電力分配を管理する。
【００５４】
充電順序は、装置がＷＰＳ６１４に配置される順序に依存する。充電容量が使用可能になるとき、例えば第１の装置又は次の装置が充電されたとき、使用可能な付加的な容量を使用して、第２の装置及び／又は次の装置を充電できる。
【００５５】
２次装置Ｘの組み合わせの要求よりも少ない容量Ｃをワイヤレス電力制御が有する場合、警報が２次装置及び／又はＷＰＳ６１４によって提供される。この場合、第１の装置が充電され、次の装置は、容量が使用可能になるときのみ、電力を受電する。また、アルゴリズムは、１つ又は２つ以上の２次装置６１６の電池の状態を考慮して修正できる。また、容量情報又は電池状態を優先充電インジケータとして使用できる。電池がより低い状態すなわち危機的な状態である場合などでは、その状況又は状態は優先度に影響を与えてもよい。この特性は、ワイヤレス電力供給内でユーザが選択可能であってもよい。
【００５６】
図７は、ワイヤレス電力供給７１４からの電力分配が２次装置７１６ａ〜ｃそれぞれからの電力割合に少なくとも部分的に応答してワイヤレス電力制御７２０により管理されるシステムのさらに他の変形を示す図である。この実施形態では、単一のラップトップ充電器などが、充電状況を理解し、かつ放電に対する充電率に基づいて充電を循環させることによって、多くのラップトップを充電することが可能である。例えばラップトップが２．５の充電率を有する場合、それぞれは、１５分で充電でき、４５分使用できる。このアプローチでは、１５分のサイクルは、装置専用の充電器よりも全体的に小さい電力を消費し、かつ低コストの解決策が可能である３つの全てのユニットにできる。
【００５７】
電力比は、最小の充電時間を演算する方法である。ディープサイクル（deep cycle）を防止するために、小さい電池を優先し、長い充電時間を要する。最悪の充電状態の電池が、最初に充電を開始する。この実施形態で説明される具体的な充電率及び電力時間は、一例にすぎない。存在する２次装置７１６は、それぞれの充電サイクルを監視することができる。
【００５８】
図８は、アナログ制御方法を実施して電力供給のワット数を選択するために使用されるアナログ出力の一例を示す図である。図４に示す制御配線４１９は、図８の表に示す抵抗構成により選択されるアナログ信号を伝達する。電圧はスケーリングされ、表を使用してライン４１９のアナログ選択電圧に基づいてワイヤレス電力供給４２４に電力を供給するワット数の容量を示す。好適な方法は、より良い制限及び容量情報のためのデジタル通信信号である。
【００５９】
図９は、ワイヤレス電力供給２１４と装置２１６との間のデータシーケンスを示す図である。ワイヤレス電力供給の内部で、システムが電源を入れ（９０１）、２次装置によりリクエストされるワット数を読み出す。装置が存在する場合（９０２）、装置識別が読み出される（９０３）。装置が存在しない場合（９０２）、システムは、充電器を監視し続ける（９０４）。装置識別子が検出されている場合（９０３）、装置識別は、２次装置に送信される（９０４）。装置識別が検出されない場合、システムは、装置のワット数が負荷以上になるまでスタンバイモードに入り（９０６）、負荷が不適合であることをシステムが示す。
【００６０】
２次装置の内部で、装置が適合する場合（９０７）、２次装置は、電力供給及び／又は充電される（９０８）。装置が適合しない場合、装置が低速で充電できるか否かに従って決定がされる（９０９）。装置が低速で充電できない場合、装置及び／又はＷＰＳは、不適合を示す（９１０）、装置が低速で充電することができる場合、装置はその低速で電力供給される（９０８）。
【００６１】
図１０は、接触及び／又は音声を含む基本的なフィードバック機構を示す図である。この実施形態は、ユーザが駆動するとき及び／又は装置が充電するように規定されるときに望ましい。この方法によって、ユーザとフィードバックとの相互作用を少なくでき、適切な容量及び不適切な容量のために正フィードバックが可能になる。
【００６２】
図１０に示すように、触覚フィードバックエラーの本実施形態は、３つの振動のそれぞれの間で遅延を有する３つの振動である。許容可能な条件を示す接触フィードバックは、単一の振動である。他の数及び／又はパターンの振動が使用できることは当然である。これらのパターンは、リング、ＳＭＳ、又は電子メールインジケータとは異なるであろう。携帯電話で使用される本振動モータは、インジケータを見る必要なしに、適合又は不適合を示すことができるようなフィードバック装置に容易に使用可能である。これは、自動車用の環境又は運転用の環境に特に有利である。
【００６３】
また図１０で説明されるように、フィードバックは、固有の強度（ラウドネス）、周波数（ピッチ）、間隔（パターン）及び音質（ソノリティ）を有するビープ音及び／又はトーンなどの音によって提供してもよい。周波数、音量、パターン及び／又は音質は、２次が１次に近付くときに変更できる。典型的なエラー信号は、低ピッチと高ピッチとの間で交互に行ってもよい。触覚フィードバックと同様に、許容可能な一致の指示は、単一のビープ音で提供してもよく、不整合の指示は、３つのビープ音などの複数のビープ音で指示してもよい。ＬＥＤ又は他の視覚的なインジケータが２次装置及び／又はＷＰＳに提供される場合、適合の１つの可能な指示は、視覚的なインジケータを連続的に明るくすることであり、不適合の指示は、視覚的なインジケータを循環又はフラッシュすることによって伝えることであろう。他の指示は、１つ又は２つ以上の色の表示を含んでもよい。
【００６４】
図１１は、システムの簡明性を維持しながら多くの状況で完全な充電が可能である典型的な成果及び事象を提供する配置順序表を示す図である。当業者が理解するであろうように、図１１は、装置、ワット数、順序及び容易に変更可能な他の変数の全てにおいて典型的である。
【００６５】
図１２は、本方法を使用する４ユニット充電器を示す図である。ワイヤレス電力供給１２１４は、複数の１次コイルＬＰ１〜ＬＰ４を含む。コイルそれぞれは、ＷＰＳ制御１２２０により制御されるスイッチを含む。スイッチは、駆動制御により制御されて、装置を選択的に充電する。
【００６６】
図１３は、適切な分配のための十分な電力供給範囲を必要とすることなしに付加的な容量を提供するＷＰＳ１３１４を示す図である。具体的には、ＷＰＳ１３１４は、それぞれが２つの１次コイルを制御する２つの駆動制御１３２０ａ及び１３２０ｂを含む。典型的には、ユニット又はコイルそれぞれは、装置当たりの最大電力供給サポートを要求するだろう。この一例は、４〜５ワットの装置又は２０ワットであろう。図１３の一例は、１０ワットをできるのに対し、図１２は５ワット提供する。これらは、最良の性能となるように構成可能に配置される。
【００６７】
１つの典型的な使用として、図１２及び１３のＷＰＳ１２１４及び１３１４は、会議室のテープル、飛行機の分配システム、自動車用のソリュージョン及び潜在的に電力の使用可能性が制限される他の応用に適する。
【００６８】
図１４は、電力変動をより良好に制御、調節及び予測するために、２次装置１４１６の２次装置電力管理ユニット（ＰＭＵ）（図示せず）を使用するシステム及び関連する方法を示す図である。これらの変化は、変化が生じるとき又は変化が生じる前に通信される。
【００６９】
システム１４１０は、電力供給１４１２とワイヤレス電力供給１４１４とワイヤレス電力装置１４１６とを含む。これらの構成素子の全ては、既に説明されている。また、装置１４１６のＰＭＵは、ワイヤレス電力制御１４２０及び装置制御１４２４と通信する。
【００７０】
典型的なワイヤレス電力システムは、負荷の変化に反応し、説明されるアプローチによって、システムはともに機能することが可能になる。２次指令は、予測される変動に基づいて変更可能になる。ワイヤレス電力供給１４１４は、装置電力管理ユニット（ＰＭＵ）を使用して、予測される要求電力の予測においてＰＩＤを調整することによってシステムの要求を追跡及び応答する。これによって、新しい要求に反応することに関連する上述の時間及び制御の問題は最小化される。
【００７１】
１つの典型的な負荷要求は、図１４に示され、電力は、バックライト及びハードドライブにさらに連続的に電力供給するために基本的な電力レベルから増大される。２次装置が装置内の要求を予測できるので、２次装置制御１４２４は、電力需要が変化するであろうときに、ワイヤレス電力制御１４２４に「前もって知らせること」ができる。
【００７２】
ワイヤレス電力制御１４２４は、２次装置の電力管理ユニット（ＰＭＵ）に直接的に通信してもよい。その情報は、ＰＩＤループに注入できる。このアプローチにより、電力供給をより小さな容量で構築することが可能になる。
【００７３】
説明及び図示してきたように、本発明に係る実施形態は、以下の１つ又は２つ以上を含む
・１次の容量に基づく電力調整を有するワイヤレス電力装置
・電力使用可能性、警報及び充電順序を示すワイヤレス電力システム
・使用可能な電力、分配及び装置のニーズに基づき電力を配分するワイヤレス電力分配システム
・ワイヤレス電力供給との電力の適合を示す装置
・充電、順序（２次装置の）又は２次装置を充電する容量の低下を示す触覚、音声及び／又は視覚的なフィードバックを有するシステム
・使用可能な容量をワイヤレスで送信し、２次装置の電力要求を読み出し、かつ電力分配、順序及び使用可能性を調整するワイヤレス電力システム
・電力順序を管理するために優先的なタイミング及び充電率を使用して単一の電力供給による複数の２次装置への電力供給が可能なワイヤレス電力システム
・電力適合性をユーザに示すために１次回路から２次装置に基本的な指令を通信できるワイヤレス電力供給
・消音、無線オフ、振動又は必要な費用などのような特性のために２次装置を構成する簡明な指令を送信できるワイヤレス電力供給
・インピーダンス及びコード抵抗などのワイヤレス電力供給を構成する特性並びに電圧、電流及び許容値などの作動パラメータを通信できるワイヤレス電力供給
・電力を制御し、周波数変調された情報を１次から２次制御に送信するためにレール電圧を使用する周波数ベースのワイヤレス電力供給
・周波数変調を使用して２次制御を通信する周波数ベースのワイヤレス電力供給
・２次装置電力管理情報を使用して負荷要求の変化の応答及び調整をワイヤレスリンクを介して制御するワイヤレス電力システム
・予期される要求にもとづいてＰＩＤエラー情報を送信するワイヤレスリンクによって２次電力管理システムに接続され、変化が電力管理ユニットに生じるときに変化を予測するエラーが測定されないワイヤレス電力システム
・使用される装置及び要求される電力に基づくプリセットエラー調整を有する電力管理システムにリンクされるＰＩＤ制御を有するワイヤレス電力システム
・電力管理システムがターンオン及びオフするときに先に演算されるエラーの割合をＰＩＤ制御変数として使用するワイヤレス電力供給
・通信を増強し、かつそのシステムの容量を理解するためにユーザに通信できる基本的なインジケータ又はロゴを充電面に含むワイヤレス電力システム
【００７４】
上述の説明は、本発明に係る実施形態の説明である。本発明の精神及びより広い態様を逸脱することなしに様々な修正及び変更が可能である。
【図１】
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【図１−５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４−５】
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【図４−６】
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【図４−７】
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【図４−８】
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【図４−８５】
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【図４−８６】
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【図４−８７】
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【図４−９】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月4日(2010.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性の１次電力供給を提供し、
前記１次電力供給の作動範囲内に誘導性の２次装置を配置し、
前記２次装置の電力管理ユニットから前記１次電源供給に情報を提供することであって、前記情報は、前記２次装置の特徴の将来的な活性化に関する情報を含むことと、
前記電力管理ユニットからの前記情報に少なくとも部分的に応じて前記１次電源供給を制御する、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項２】
前記情報は、前記特徴の予想されるタイミング及び電力リクエストを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記情報は、前記２次装置に関連する電池の充電率に関する情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記情報は、前記２次装置に関連する電池の状態に関する情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記配置工程は、複数の前記２次装置を含み、
前記提供工程は、２次装置それぞれの前記電力管理ユニットから前記１次電源供給に情報を提供することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１次電力供給の作動範囲内に誘導性の複数の２次装置を配置し、
前記２次装置の組み合わせた電力リクエストを決定し、
前記組み合わせた電力リクエストを前記１次電力供給の電力容量と比較し、
前記組み合わせた電力リクエストが前記電力容量を超える場合には、（ａ）２次装置が電力を受電する順序を決定し、（ｂ）前記決定された充電順序に関する情報を前記２次装置に通信することであって、電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の充電率を含む、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項７】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の状態に関する情報を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記順序は、いつでも前記２次装置の１つのみに電力供給することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記順序は、少なくとも選択されたときに２つ以上の２次装置に充電することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
誘導性の１次電力供給を提供し、
前記１次電力供給の作動範囲内に誘導性の複数の２次装置を配置し、
前記２次装置の組み合わせた電力リクエストを決定し、
前記組み合わせた電力リクエストを前記１次電力供給の電力容量と比較し、
前記組み合わせた電力リクエストが前記電力容量を超える場合には、（ａ）２次装置それぞれの充電プロファイルを発現させ、（ｂ）前記充電プロファイルに従い前記２次装置を活性化及び非活性化し、２次装置それぞれは、繰り返しパターンで活性化及び非活性化される、
ことを特徴とする誘導充電システムの制御方法。
【請求項１１】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の充電率に関する情報を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
電力リクエストそれぞれは、前記２次装置それぞれに関連する電池の状態に関する情報を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
いつでも前記２次装置の１つのみが、活性化される請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つの２次装置は、繰り返しパターンで活性化及び非活性化される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記２次装置の少なくとも１つの前記充電プロファイルは、電力要求を満たすまで前記２次装置を活性化して、次いで前記２次装置を非活性化することを含む請求項１０に記載の方法。
【国際調査報告】
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2012514971.tif 000034
2012514971.tif 000035