JP2015233410A - ワイヤレス電力デバイスの低電力検出 - Google Patents

Abstract

【課題】例示的実施形態は、ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれたワイヤレス充電可能デバイスの検出および動作確認に関するものである。
【解決手段】デバイスは、送信機における少なくとも1つのパラメータの変化を検出するように構成されたワイヤレス電力送信機を含むことができる。送信機はさらに、少なくとも1つのパラメータの変化を検出すると、少なくとも1つの有効な充電可能デバイスが送信機の充電領域内に置かれているかどうかを判断するように構成することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般には、ワイヤレス電力に関し、より詳細には、関連する充電領域内に置かれた有効な充電可能デバイスを検出するためのワイヤレス電力送信機に関する。

関連出願の相互参照
本願は、共に本譲受人に譲渡され、2010年7月28日に出願された、「INITIATING COMMUNICATIONS WITH LOW POWER」という名称の米国仮特許出願第61/368,581号、および2011年2月17日に出願された、「LOW POWER DETECTION OF WIRELESS POWER DEVICES」という名称の米国仮特許出願第13/030,045号に基づく優先権を主張する。優先権基礎出願の開示は、本願の開示の一部とみなされ、参照により本願の開示に組み込まれる。

送信機と充電されるデバイスとの間で無線による電力伝送を使用する手法が開発されている。これらは一般に2つのカテゴリに分類される。1つは、送信アンテナと充電されるデバイス上の受信アンテナとの間の平面波放射(遠視野放射とも呼ばれる)の結合に基づき、充電されるデバイスは放射電力を集め、これを整流してバッテリに充電する。一般にアンテナは、結合の効率を上げるために、共振長のものである。この手法には、アンテナ間の距離に従って電力結合が急激に低下するという欠点がある。したがって適度な距離(例えば、>1〜2m)を越えた充電が困難になる。さらに、このシステムは平面波を放射するので、フィルタリングによって適切に制御されない場合、意図しない放射が他のシステムに干渉する可能性がある。

他の手法は、例えば「充電用」マットまたは表面に埋め込まれた送信アンテナと、充電されるホストデバイスに埋め込まれた受信アンテナプラス整流回路との間の誘導結合に基づく。この手法には、送信アンテナと受信アンテナとの間隔が非常に近く(例えば数mm)なければならないという欠点がある。この手法は、同じ場所で複数のデバイスを同時に充電する能力を有するが、この場所は一般に小さく、したがってユーザはデバイスを特定の場所に置かなければならない。

ワイヤレス電力の応用では、デバイスを充電していないとき、エネルギーを節約することが望ましい場合がある。ワイヤレス電力送信機のエネルギーを節約しながら充電可能デバイスを検出するための方法、システム、およびデバイスの必要性がある。

本願発明は、ワイヤレス電力を送信するように構成されたデバイスであって、
ワイヤレス電力送信機と、
前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータの変化を検出するように構成された検出器回路と、
前記少なくとも1つのパラメータの前記検出した変化に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するように構成されたコントローラと
を具備している。

ワイヤレス電力伝送システムの単純化したブロック図である。 ワイヤレス電力伝送システムの単純化した回路図である。 本発明の例示的実施形態で使用するループアンテナの回路図である。 本発明の例示的実施形態に従った送信機の単純化したブロック図である。 本発明の例示的実施形態に従った受信機の単純化した回路図である。 本発明の例示的実施形態に従った方法を示すフローチャートである。 本発明の例示的実施形態に従った別の方法を示すフローチャートである。 本発明の例示的実施形態に従ったさらに別の方法を示すフローチャートである。

添付の図面に関連して以下に示す詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明とするものであり、本発明を実行することができる唯一の実施形態を表すものではない。この説明を通して使用する「例示的」という用語は、「例、実例、または具体例となること」を意味し、必ずしも他の例示的実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態を完全に理解できるようにするための特定の詳細を含む。本発明の例示的実施形態は、こうした特定の詳細がなくとも実行できることは、当業者には明らかであろう。いくつかの例では、本明細書に提示する例示的実施形態の新規性を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造およびデバイスはブロック図の形態で示している。

「ワイヤレス電力」という用語は、本明細書では電界、磁界、電磁界と関連するいかなる形態のエネルギーも、あるいは物理電気導体を使用することなく送信機と受信機の間で伝送されるいかなる形態のエネルギーも意味するように使用する。以下、純磁界または純電界は電力を放射しないということを理解した上で、この3つすべてを総称して放射界と呼ぶ。電力伝送を実現するには、これらを「受信アンテナ」に結合しなければならない。

図1は、本発明の様々な例示的実施形態による、ワイヤレス送信または充電システム100を示している。入力電力102が送信機104に提供されて、エネルギー伝送を行うための界(field)106が生成される。受信機108がこの界106に結合し、出力電力110を生成して、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって格納または消費される。送信機104と受信機108は、ある距離112だけ離れている。1つの例示的実施形態では、送信機104および受信機108は、相互共振関係(mutual resonant relationship)に従って構成され、受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が非常に近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は、受信機108が界106の「近傍界(near-field)」に位置しているとき、最小となる。

送信機104はさらに、エネルギー送信用の手段を提供するための送信アンテナ114を含み、受信機108はさらに、エネルギー受信用の手段を提供するための受信アンテナ118を含む。送信アンテナおよび受信アンテナは、用途およびそれと関連するデバイスに従った大きさである。上述のように、電磁波のエネルギーの大部分を遠方界(far field)に伝搬するのではなく、送信アンテナの近傍界のエネルギーの大半を受信アンテナに結合することによって、効率的なエネルギー伝送が行われる。この近傍界のとき、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間で結合モードを開発することができる。この近傍界の結合が行われるアンテナ114および118の周りの場所を、本明細書では結合モード領域(coupling-mode region)と呼ぶ。

図2は、ワイヤレス電力伝送システムの単純化した回路図を示している。送信機104は、発振器122と、電力増幅器124と、フィルタおよび整合回路126とを含む。発振器は、468.75KHz、6.78MHzまたは13.56MHzなど、調節信号123に応じて調節することができる、所望の周波数で生成するように構成される。発振器の信号は、制御信号１２５に応じた増幅量で、電力増幅器124によって増幅することができる。フィルタおよび整合回路126は、高調波または他の望ましくない周波数を除去し、送信機104のインピーダンスを送信アンテナ114に整合させるために組み込むことができる。

受信機108は、整合回路132と、整流およびスイッチング回路134とを含んで直流出力を生成して、図2に示すようにバッテリ136を充電する、または受信機(図示せず)に結合されたデバイスに電力を供給することができる。整合回路132は、受信機108のインピーダンスを受信アンテナ118に整合させるために組み込むことができる。受信機108および送信機104は、別個の通信チャネル119(例えば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラなど)で通信することができる。

図3に示すように、例示的実施形態で使用されるアンテナは、本明細書では「磁気」アンテナと呼ぶこともある「ループ」アンテナ150として構成することができる。ループアンテナは、空芯またはフェライトコアのような物理コアを含むように構成することができる。空芯ループアンテナは、コア近くに配置された外部物理デバイスに対してより許容できるものであることが可能である。さらに空芯ループアンテナは、そのコアエリア内に他の構成要素を設置できるようにする。さらに空芯ループはより容易に、送信アンテナ114(図2)の平面内に受信アンテナ118(図2)を配置できるようにすることができる。

上述のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝送は、送信機104と受信機108との間の整合された、またはほぼ整合された共振の間に行われる。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合されないときでも、エネルギーが伝送される可能性があるが、効率は悪影響を受ける可能性がある。エネルギーの伝送は、送信アンテナからエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送信アンテナの近傍界から、この近傍界を構築する近隣にある受信アンテナに、エネルギーを結合することによって行われる。

ループアンテナまたは磁気アンテナの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。ループアンテナのインダクタンスは一般に、単にループによって作り出されるインダクタンスであるが、一般にループアンテナのインダクタンスにキャパシタンスが加えられて、所望の共振周波数で共振構造を作り出す。非限定的な例として、キャパシタ152およびキャパシタ154をアンテナに追加して、共振信号156を生成する共振回路を作り出すことができる。したがって、より大きい直径のループアンテナについては、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて、共振を引き起こすために必要とされるキャパシタンスの大きさは縮小する。さらに、ループアンテナまたは磁気アンテナの直径が大きくなるにつれて、近傍界の効率的なエネルギー伝送のエリアは増大する。当然ながら、他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、ループアンテナの2つの終端間にキャパシタを並列に設置することができる。さらに、送信アンテナについては、共振信号156をループアンテナ150への入力とすることができることを当業者は理解するであろう。

図4は、本発明の例示的実施形態に従った送信機200の簡略化した回路図である。送信機200は、送信回路202と、送信アンテナ204とを含む。一般に送信回路202は、発振信号を提供することによって、送信アンテナ204にRF電力を提供し、その結果、送信アンテナ204の周りに近傍界エネルギーを生成する。送信機200は、いかなる好適な周波数で動作することもできることに注意する。例として、送信機200は、13.56MHzのISMバンドで動作することができる。

例示的送信回路202は、送信回路202のインピーダンス(例えば、50オーム)を送信アンテナ204に整合させるための固定インピーダンス整合回路206と、受信機108(図1)に結合されたデバイスのセルフジャミングを回避するレベルまで高調波放射を低減するように構成されたローパスフィルタ(LPF)208とを含む。他の例示的実施形態は、他の周波数を通しながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタなど、ただしこれに限定しない、様々なフィルタトポロジを含むことができ、また、アンテナへの出力電力もしくは電力増幅器によって得られるDC電流などの測定可能な送信メトリクスに基づいて変えることができる適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路202はさらに、発振器212によって決定されるようなRF信号をドライブするように構成された電力増幅器210を含む。送信回路は、ディスクリートデバイスまたは回路で構成することができる、あるいは一体型アセンブリで構成することができる。送信アンテナ204からの例示的RF電力出力は、およそ2.5ワットであることが可能である。

送信回路202はさらに、特定の受信機に対する送信フェーズ(またはデューティサイクル(duty cycles))の間、発振器212をイネーブルするために、発振器の周波数または位相を調節するために、および近隣デバイスの取り付けられた受信機を介して近隣デバイスと対話するための通信プロトコルを実装するように出力電力レベルを調節するために、コントローラ214を含む。発振器214は、本明細書ではプロセッサ214と呼ばれる場合もあることに注意されたい。当技術分野でよく知られているように、発振器の位相および送信経路の関連回路の調節により、特にある周波数から別の周波数へ移行するとき、帯域外放射を低減することができる。

送信回路202はさらに、送信アンテナ204によって生成された近傍界付近におけるアクティブ受信機の有無を検出するための負荷検知回路216を含むことができる。例として、負荷検知回路216は、送信アンテナ204によって生成された近傍界付近におけるアクティブ受信機の有無によって影響を受ける電力増幅器210へ流れる電流を監視する。電力増幅器210上の負荷の変化の検出は、コントローラ214によって監視され、エネルギーを送信するために発振器212をイネーブルして、アクティブ受信機と通信すべきかどうかを決定する際に使用する。

送信アンテナ204は、Litz線で、または抵抗損失を低く保つように選択された太さ、幅、および金属タイプのアンテナストリップとして、実装されることが可能である。従来の実行では、送信アンテナ204は一般に、テーブル、マット、ランプ、または移動できない他の構成などのより大きい構造と関連付けるように構成することができる。したがって、送信アンテナ204は一般に、実用的な寸法であるために「巻き(turns)」を必要としなくなる。送信アンテナ204の例示的実装は、「電気的に小型(electrically small)」(すなわち、波長の一部)であって、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによってより低い使用可能周波数で共振するように同調されることが可能である。

送信機200は、送信機200と関連する可能性がある受信機の位置およびステータスに関する情報を収集および追跡することができる。したがって、送信機回路202は、コントローラ214(本目未済所ではプロセッサとも呼ぶ)に接続された、存在検出器(presence detector)280、密閉検出器(enclosed detector)290、またはその組合せを含むことができる。コントローラ214は、存在検出器280および密閉検出器290からの存在信号(presence signals)に応じて、増幅器210によって放出される電力の量を調節することができる。送信機は、例えば、建造物内にある従来のAC電力を変換するAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源を送信機200に好適な電圧に変換するDC-DC変換器(図示せず)などのいくつかの電源から、または直接に従来のDC電源(図示せず)から、電力を受け取ることができる。

非限定的な例として、存在検出器280は、送信機のカバレッジエリアに挿入された、充電されるデバイスの初期の存在を検知するために利用される動作検出器(motion detector)とすることができる。検出後、送信機をオンにすることができ、デバイスによって受信されるRF電力を使用して、あらかじめ定められた方法でRxデバイス上のスイッチを切り換えることができ、その結果、送信機の駆動点インピーダンスが変わる。

別の非限定的な例として、存在検出器280は、例えば赤外線検出、動作検出、または他の好適な手段によって、人を検出することができる検出器とすることができる。一部の例示的実施形態では、送信アンテナが特定の周波数で送信することができる電力の量を制限する規制がある場合がある。一部の場合では、こうした規制は、電磁放射から人を保護するように意図されている。しかしながら、例えば車庫、工場のフロア、店など、人がいない、または人が滅多にいない場所に送信アンテナを設置する環境がある場合がある。こうした環境に人がいない場合、通常の電力制限の規制を超えて送信アンテナの電力出力を上げることは許される可能性がある。言い換えれば、コントローラ214は、人の存在に反応して、送信アンテナ204の電力出力を規制レベル以下に調節し、人が送信アンテナ204の電磁界からの規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ204の電力出力を、規制レベルを超えるレベルまで調節することができる。

非限定的な例として、密閉検出器290(本明細書では密閉区画検出器または密閉空間検出器と呼ばれる場合もある)は、エンクロージャ(enclosure)が閉じた状態であるか開いた状態であるかを判断するためのセンススイッチのようなデバイスとすることができる。送信機がエンクロージャ内にあるとき、送信機の電力レベルを上げることができる。

例示的な実施形態では、送信機200が無期限にオンではない方法を使用することができる。この場合、送信機200は、ユーザが定めた時間の量の後に切れるようにプログラムされることが可能である。この機能により、周辺部のワイヤレスデバイスが完全に充電された後に、送信機200、特に電力増幅器210が長く動作しないようになる。この事象は、中継器または受信コイルから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を回路が検出しないことによるものとすることができる。別のデバイスが周辺部に設置される場合、送信機200が自動的にシャットダウンしないようにするために、送信機200の自動切断機能は、周辺部で検出される動作が設定された期間なかった後にのみ作動させることが可能である。ユーザは、不作動の時間間隔を決定し、望み通りにこれを変更することができる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、特定のタイプのワイヤレスデバイスが最初に完全に放電されていると仮定すると、このデバイスを完全に充電するために必要とされる時間間隔よりも長くすることが可能である。

図5は、本発明の例示的実施形態に従った受信機300の簡略化した回路図である。受信機300は、受信回路302と、受信アンテナ304とを含む。受信機300はさらにデバイス350に結合して、受信した電力をそこに提供する。受信機300は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に組み込むことができることに注意されたい。一般に、エネルギーは受信アンテナ304にワイヤレスで伝搬され、その後受信回路302を介してデバイス350に結合される。

受信アンテナ304は、送信アンテナ204(図4)のように、同じ周波数で、または指定された範囲内の周波数で、共振するように同調される。受信アンテナ304は、送信アンテナ204と同様の寸法にすることができる、または、関連デバイス350の寸法に基づいて異なるサイズにすることができる。例として、デバイス350は、送信アンテナ204の直径または長さよりも小さい直径または長さの寸法を有する携帯用電子デバイスとすることができる。このような例では、受信アンテナ304は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を下げ、受信アンテナのインピーダンスを上げるために、複数巻(multi-turn)アンテナとして実装することができる。例として、受信アンテナ304は、アンテナ直径を最大にし、受信アンテナのループ巻き(すなわち、巻き線(windings))の数および巻線間キャパシタンス(inter-winding capacitance)を減少させるために、デバイス350の実質的な周縁部に設置することができる。

受信回路302は、受信アンテナ304に対してインピーダンス整合を提供する。受信回路302は、受信したRFエネルギー源をデバイス350が使用する充電電力に変換するための電力変換回路306を含む。電力変換回路306は、RFからDCへの変換器308を含み、DCからDCへの変換器310を含むこともできる。RFからDCへの変換器308は、受信アンテナ304で受信されたRFエネルギー信号を非交流電力に整流し、DCからDCへの変換器310は、整流されたRFエネルギー信号をデバイス350に適合するエネルギーポテンシャル(例えば、電圧)に変換する。部分整流器および完全整流器、レギュレータ、ブリッジ、ダブラ、ならびにリニアコンバータおよびスイッチングコンバータなど、様々なRFからDCへの変換器が考えられる。

受信回路302はさらに、受信アンテナ304を電力変換回路306に接続するための、あるいは電力変換回路306から切断するための、スイッチング回路312を含むことができる。受信アンテナ304を電力変換回路306から切断すると、デバイス350の充電が中断するだけでなく、送信機200(図2)によって「認識される(seen)」「負荷」が変化する。

上記で開示したように、送信機200は、送信機の電力増幅器210に提供されるバイアス電流の変動を検出する負荷検知回路216を含む。したがって、送信機200は、受信機が送信機の近傍界にあるときを判断するための機構を有する。

送信機の近傍界に複数の受信機300が存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合するように、1つまたは複数の受信機の装荷(loading)および除荷(unloading)を時分割多重化することが望ましい場合がある。受信機はまた、他の近傍受信機への結合を排除するために、または付近の送信機に対する装荷を低減するために、覆い隠す(cloaked)ことができる。この受信機の「除荷」は、本明細書では「クローキング」とも呼ばれる。さらに、受信機300によって制御され、送信機200によって検出される、この除荷と装荷の切換えは、以下にさらに十分に説明するように、受信機300から送信機200への通信機構を提供する。また、受信機300から送信機200へメッセージを送信できるようにする切換えとプロトコルを関連付けることができる。例として、切換え速度は、約100μ秒とすることができる。

例示的実施形態では、送信機と受信機との間の通信は、従来の双方向通信ではなく、デバイスが制御機構を検知して、これを充電することを指す。言い換えれば、送信機は、送信信号のオン/オフキーイングを使用して、近傍界でエネルギーが利用できるかどうかを調節することができる。受信機は、エネルギーのこうした変化を送信機からのメッセージとして解釈する。受信機側から、受信機は、受信アンテナの同調(tuning)および離調(de-tuning)を使用して、近傍界から受け取られている電力の量を調節することができる。送信機は、近傍界から使用される電力においてこの差を検出し、こうした変化を受信機からのメッセージとして解釈することができる。送信電力および負荷挙動(load behavior)の他の形式の変調を使用できることに注意されたい。

受信回路302は、送信機から受信機への情報信号に対応することができる、受信されるエネルギー変動を識別するために使用される信号検出器およびビーコン回路314をさらに含むことができる。さらに、受信回路302をワイヤレス充電用に構成するために、信号およびビーコン回路314を使用して、減少したRF信号エネルギーの伝送(すなわち、ビーコン信号)を検出すること、また減少したRF信号エネルギーを整流して、受信回路302内の無電力供給回路、もしくは電力消耗回路をアウェイクさせるための公称電力にすることができる。

受信回路302はさらに、本明細書に記載するスイッチング回路312の制御など、本明細書に記載する受信機300の処理を調整するためのプロセッサ316を含む。デバイス350に充電電力を提供している外部の配線式充電源(例えば、壁埋め込み式/USB電源)の検出など、他の事象が発生すると、受信機300のクローキングが行われる場合もある。プロセッサ316は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断するためにビーコン回路314を監視し、送信機から送信されたメッセージを抽出することもできる。プロセッサ316はまた、性能を向上させるために、DCからDCへの変換器310を調節することもできる。

本明細書に記載する例示的実施形態は、携帯デバイス(例えば、携帯電話、メディアプレーヤなど)もしくは電気自動車のワイヤレス充電など、いかなる好適なワイヤレス電力の用途でも実装可能であることに注意されたい。

当業者には理解されるように、デバイスがワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれるときを検出することが有利である可能性がある。さらに、検出されたデバイスが有効な充電可能デバイスであるかどうかを判断できることが有利である可能性がある。

本明細書に記載するような例示的実施形態は、ワイヤレス電力送信機のエネルギーを節約しながら、ワイヤレス電力送信機の充電領域内に位置している有効な充電可能デバイスの検出に関する。1つの例示的実施形態によれば、ワイヤレス電力送信機が電力を送信していない期間(例えば、ワイヤレス電力送信機の充電領域に受信機が入っていない期間)の間に、ワイヤレス電力送信機は低電力モードに入ることができる。低電力モードにおいては、ワイヤレス電力送信機は検知した電流を測定し、測定した電流をあらかじめ定めた基準電流と比較することができる。測定した電流が基準電流に実質的に等しい場合、ワイヤレス電力送信機は、スリープモードに入ることができ、遅延の後に、再び電流を測定し、測定した電流を基準電流と比較することができる。

さらに、測定した電流が、基準電流とは異なる場合、ワイヤレス電力送信機の充電領域内に潜在的な充電デバイスが存在している可能性があり、したがってワイヤレス電力送信機は、潜在的デバイスとの通信リンクを確立しようと試みることができる。通信リンクが確立される場合、充電デバイスの存在を確認することができる。ワイヤレス電力送信機が通信リンクを確立できない場合、充電デバイスの存在は確認されない。

再び図4を参照すると、前述の通り、送信機電力増幅器210に提供されるバイアス電流レベルを測定するように負荷検知回路216を構成して、送信アンテナ204によって生成される近傍界の付近におけるデバイスの有無を検出することができる。1つの例示的実施形態によれば、送信機202は、送信機202におけるインピーダンス(例えば、リアクタンス)の変化を検知するように構成されることが可能である。

さらに、コントローラ214は、測定したバイアス電流レベルを基準電流としてメモリ270内に格納し、その後、続いて測定したバイアス電流レベルを基準電流と比較するように構成可能である。さらに、コントローラ214は、送信機202の電力モードを調節するように構成されることが可能であることに注意されたい。より具体的には、コントローラ214は、送信機202の電力レベルを下げるように、または場合により電力をオフにするように構成することができる。

1つの例示的実施形態によれば、送信機202は、低電力モードの間、関連する充電領域内のデバイスの存在を検出するように構成することができる。より具体的には、送信機202は、コントローラ214によって、関連する充電領域に検出できるデバイスが全くなく、送信機が電力を送信していないとき、低電力モードに移行するように構成することができる。さらに、負荷検知回路216は、電力増幅器210に提供される電流レベルを測定するように構成することができる。

基準電流レベルがメモリ270内に格納されていない場合、送信機202、より具体的にはコントローラ214は、検知した電流レベルを基準電流レベルとしてメモリ270内に格納するように構成することができる。基準電流レベルを格納した後に、送信機202(すなわち、コントローラ214)はさらに、関連する電力レベルを下げることができる、または送信機202の電力を完全にオフにすることができる。短い遅延(例えば、1秒)の後に、送信機202は再び低電力モードに移行することができる。

電流レベルを測定するとき、基準電流がすでにメモリ270内に格納されている場合、送信機202、より具体的にはコントローラ214は、測定した電流レベルを格納された基準電流と比較するように構成することができる。測定した電流が、基準電流に実質的に等しい場合、送信機202(すなわち、コントローラ214)はさらに、関連する電力レベルを下げることができる、または、送信機202の電力を完全にオフにすることができる。短い遅延の後に、送信機202は再び低電力モードに移行することができる。測定した電流が、基準電流に実質的に等しくない(すなわち、送信機によって検知された電流の量が変わった)場合、送信機202は、関連する充電領域に、有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断するように構成することができる。例として、送信機202(すなわち、コントローラ214)は、関連する充電領域に有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断するために、検出したデバイスと通信リンクを確立するように試みることができる。

送信機202が、充電領域内に有効な充電可能デバイスが存在すると判断する(例えば、送信機202が充電可能デバイスとの通信リンクを無事確立する)場合、送信機202は、そこに電力を送信することができる。送信機202が、充電領域内に有効な充電可能デバイスが存在しないと判断する(例えば、送信機202は充電可能デバイスと通信リンクを確立することができない)場合、送信機202は、測定した電流レベルを基準電流レベルとして格納するように構成することができる。

上記のように、ループアンテナまたは磁気アンテナの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。ループアンテナのインダクタンスは、一般に単にループによって作り出されるインダクタンスであるが、一般にループアンテナのインダクタンスにキャパシタンスが加えられて、所望の共振周波数で共振構造を作り出す。1つの例示的実施形態によれば、送信機(例えば、送信機202)は、関連する共振周波数の変化を検出するように構成することができる。周波数弁別など、周知の方法で共振周波数の変化を検出することができることに注意されたい。その後、送信機202は、関連する充電領域に有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断するように構成することができる。例として、送信機202(すなわち、コントローラ214)は、関連する充電領域に有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断するために、検出したデバイスと通信リンクを確立するように試みることができる。したがって、この実施形態では、送信機202の自励発振回路(self-oscillating circuit)が、関連する共振周波数の変化を検出するために残されていることがあり、変化を検出すると、デバイスを有効にする、デバイスに電力を送信する、または両方のために、送信機202の他の構成要素に電力を供給することができる。

図6は、本発明の例示的実施形態に従って、方法600を説明するフローチャートを示している。方法600は、送信機(例えば、図4の送信機202)が低電力モードに入るようにすることを含むことができる(数字602で示す)。送信機は、関連する充電領域にいかなる潜在的な充電可能デバイスもなく、送信機が電力を送信していない間、低電力モードに入ることができる。さらに、方法600は、送信機によって感知される電流を測定することを含むことができる(数字604で示す)。方法600は、基準電流が送信機によってあらかじめ測定されているかどうかを判断することをさらに含むことができる(数字606で示す)。例えば、基準電流があらかじめ測定されている場合にのみ、基準電流が送信機に格納されている可能性がある。逆に、基準電流があらかじめ測定されていない場合、送信機には基準電流の格納された値がない可能性がある。

送信機があらかじめ基準電流を測定していないと判断される場合、測定した電流を基準電流として設定することができる(数字608で示す)。その後、送信機の電力をさらに下げる、または完全にオフにすることができる(数字610で示す)。短い遅延の後(数字612で示す)、方法600は、送信機が低電力モードに入るようにすることができる(数字602で示す)。

ステップ606に戻ると、送信機があらかじめ基準電流を測定していると判断される(例えば、送信機に格納された基準電流の値がある)場合、測定した電流を格納された基準電流と比較することができる(数字614で示す)。測定した電流が、基準電流に実質的に等しい場合、方法600は、もとのステップ610に進むことができ、送信機の電力をさらに下げる、または完全にオフにすることができる。測定した電流が、実質的に基準電流に等しくない(すなわち、送信機によって感知される電流の量が変わった)場合、充電デバイスが潜在的に送信機の充電領域内に位置している可能性があり、送信機は、関連する充電領域に有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断することができる(数字616で示す)。例として、送信機は、送信機の近傍界内に位置するデバイスと通信リンクを開始しようと試みることによって、関連する充電領域に有効な充電可能デバイスがあるかどうかを判断することができる。

充電領域内に有効な充電可能デバイス(数字618で示す)が存在すると送信機が判断する(例えば、送信機が充電可能デバイスと通信リンクを無事に確立する)場合、送信機はそこに電力を送信することができる(数字620で示す)。送信機が、充電領域内に有効な充電可能デバイスが存在しないと判断する(例えば、送信機が充電可能デバイスと通信リンクを確立することができない)場合、方法600は、ステップ608に戻ることができ、測定した電流を基準電流として設定することができる。

従来の方法およびデバイスと比べると、本発明の例示的実施形態は、あまり電力を必要とせずに、ワイヤレス電力送信機の充電領域内に位置する充電可能デバイスを検出し、有効にすることができる。さらに、充電領域内で電力を送信する前に、ワイヤレス充電可能デバイスとしてデバイスを有効にすることができる。

図7は、1つまたは複数の例示的実施形態に従った方法700を示すフローチャートである。方法700は、送信機によって測定された電流レベルの変化を検出するために、測定した電流レベルを基準電流レベルと比較することを含むことができる(数字702で示す)。さらに方法700は、電流レベルの変化が検出される場合、検出したデバイスと通信リンクを確立しようと試みることを含むことができる(数字704で示す)。さらに、方法700は、通信リンクが確立される場合、充電プロセスを開始することを含むことができる(数字706で示す)。

図8は、1つまたは複数の例示的実施形態に従った別の方法800を説明するフローチャートである。方法800は、ワイヤレス電力送信機における少なくとも1つのパラメータの変化を検出することを含むことができる(数字802で示す)。方法800は、少なくとも1つのパラメータの変化が検出されるとき、少なくとも1つの有効な充電可能デバイスが、ワイヤレス電力送信機の関連する充電領域内に位置しているかどうかを判断することをさらに含むことができる(数字804で示す)。

情報および信号は、多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを、当業者は理解するであろう。例えば、上記の説明全体にわたって参照することができるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁性粒子、光場もしくは光粒子、またはその組合せによって表すことができる。

さらに、本明細書に開示する例示的諸実施形態と関連して説明した様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装されることが可能であることを、当業者は理解するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこのような互換性をわかりやすく説明するために、様々な例示的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、概してその機能性に関して上述した。このような機能性がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、特定の応用およびシステム全体に課される設計の制約によって決まる。当業者は、各特定のアプリケーションについて記載した機能を様々な方法で実施することができるが、このような実施の決定は、本発明の例示的諸実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。

本明細書に開示する例示的諸実施形態と関連して説明する様々な例示的論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途用集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートのゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートのハードウェア部品、または本明細書に記載した機能を行うように設計されたこれらのいかなる組合せでも、実装または実行されることが可能である。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサとすることができるが、代替的にプロセッサは、いかなる従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることもできる。プロセッサは、例えばDSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連結した1つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはその他のこのような構成など、コンピューティングデバイスの組合せとして実装することもできる。

本明細書に開示した例示的諸実施形態と関連して記載した方法またはアルゴリズムの諸ステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはこの2つの組合せで具体化することができる。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、リードオンリメモリメモリ(ROM)、Electrically Programmable ROM(電気的プログラム可能ROM、EPROM)、Electrically Erasable Programmable ROM(電気的消去可能ROM、EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られているその他の形式の記憶媒体に常駐することが可能である。例示的な記憶媒体をプロセッサに結合して、プロセッサがこの記憶媒体から情報を読み取ること、およびこの記憶媒体に情報を書き込むことができるようにする。代替的には記憶媒体は、プロセッサと一体化することができる。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICに備わっていることが可能である。ASICは、ユーザ端末に備わっていることが可能である。代替的にはプロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末にディスクリート部品として備わっていることが可能である。

1つまたは複数の例示的実施形態では、記載した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらのいかなる組合せにも実装可能である。ソフトウェアに実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体の1つもしくは複数の命令またはコードとして格納され、または伝送されてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含み、一方の場所からもう一方の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にするいかなる媒体も含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセス可能であるいかなる利用可能な媒体とすることもできる。一例としてであって、限定ではないが、このようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または所望のプログラムコード手段を命令もしくはデータ構造の形態で搬送するもしくは格納するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる他のいかなる媒体も含むことができる。また、いかなる接続も、厳密にはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、デジタル加入者線(DSL)、あるいは赤外線、ラジオ波、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、この同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア、DSL、あるいは赤外線、ラジオ波、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用するディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(compact disc、CD)、レーザーディスク（登録商標）(laser disc)、光ディスク(optical disc)、デジタルバーサタイルディスク(digital versatile disc、DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(floppy disk)、およびブルーレイディスク(Blu-ray(登録商標) disc)を含み、ディスク(disk)は通常データを磁気的に再生し、ディスク(disc)はレーザーを使用してデータを光学的に再生する。上記のものの組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

当業者が本発明を作成するまたは利用することができるように、開示した例示的諸実施形態の前述の説明を提供する。これらの実施形態への様々な変更は当業者には容易に明らかになることになり、本明細書で説明した一般的な原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されることが可能である。したがって本発明は、本明細書に示した例示的実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示した原理および新規の特徴と一致する最大の範囲を与えられるものとする。

100 ワイヤレス送信、充電システム
102 入力電力
104 送信機
106 界
108 受信機
110 出力電力
112 距離
114 送信アンテナ
118 受信アンテナ

Claims (32)

1. ワイヤレス電力を送信するように構成されたデバイスであって、
   電力増幅器を備えるワイヤレス電力送信機と、
   前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータの変化を検出するように構成された検出器回路と、
   前記少なくとも1つのパラメータの前記検出した変化に少なくとも部分的に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するように構成されたコントローラと
   を備え、
   前記送信機がさらに、
   少なくとも第1の電力状態および第2の電力状態のうちの1つで動作し、前記第1の電力状態が前記第2の電力状態よりも低い電力を有し、
   前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出する前に、前記第1の電力状態に移行する
   ように構成された、デバイス。
2. 前記少なくとも1つのパラメータが、前記送信機における電流レベル、前記送信機の共振周波数、および前記送信機におけるリアクタンスの量のうちの少なくとも1つを含む、
   請求項1に記載のデバイス。
3. 前記少なくとも1つのパラメータが前記送信機における電流レベルを含み、前記検出器回路がさらに、電流の測定した量を電流の基準量と比較することによって、前記送信機における前記電流レベルの変化を検出するように構成された、請求項2に記載のデバイス。
4. 前記コントローラがさらに、デバイスと通信リンクを確立しようと試みることによって、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するように構成された、請求項3に記載のデバイス。
5. 前記コントローラがさらに、ワイヤレス充電電力を受信することができる前記充電領域内に置かれたデバイスがないとき、測定した電流レベルを基準電流レベルとして設定するように構成された、請求項4に記載のデバイス。
6. 前記送信機がさらに、前記送信機の電流レベルが実質的に前記基準電流に等しいとき、第1の期間について、前記第1の電力状態よりも低い電力を有する第3の電力状態で前記送信機を動作させるように構成された、請求項5に記載のデバイス。
7. 前記検出器回路が、前記送信機の送信回路内の電流レベルを測定するように構成された負荷検知回路を含む、請求項1に記載のデバイス。
8. 充電可能デバイスを検出する方法であって、
   ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータの変化を検出するステップと、
   前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出した後に、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するステップと、
   少なくとも第1の電力状態および第2の電力状態のうちの1つで前記送信機を動作させるステップであって、前記第1の電力状態が前記第2の電力状態よりも低い電力を有するステップと、
   前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出する前に、前記送信機を前記第1の電力状態に移行させるステップと
   を含む、方法。
9. 前記少なくとも1つのパラメータが、前記送信機における電流レベル、前記送信機の共振周波数、および前記送信機におけるリアクタンスの量のうちの少なくとも1つを含む、請求項8に記載の方法。
10. 前記少なくとも1つのパラメータが前記送信機における電流レベルを含み、前記方法は電流の測定した量を電流の基準量と比較することによって、前記送信機における前記電流レベルの変化を検出するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
11. デバイスと通信リンクを確立しようと試みることによって、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
12. ワイヤレス充電電力を受信することができる前記充電領域内に置かれたデバイスがないとき、測定した電流レベルを基準電流レベルとして設定するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
13. 前記送信機における電流レベルが前記基準電流に実質的に等しいとき、第1の期間について、前記第1の電力状態よりも低い電力を有する第3の電力状態で前記送信機を動作させるステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
14. 前記送信機の送信回路内の電流レベルを測定するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
15. 充電可能デバイスを検出するための装置であって、
    ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータの変化を検出するための手段と、
    前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出した後に、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断するための手段と、
    前記送信機を少なくとも第1の電力状態および第2の電力状態のうちの1つで動作させるための手段であって、前記第1の電力状態が前記第2の電力状態よりも低い電力を有する手段と、
    前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出する前に、前記送信機を前記第1の電力状態に移行させるための手段と
    を備える、装置。
16. 前記少なくとも1つのパラメータが、前記送信機における電流レベル、前記送信機の共振周波数、および前記送信機におけるリアクタンスの量のうちの少なくとも1つを含む、請求項15に記載の装置。
17. 前記少なくとも1つのパラメータが前記送信機における電流レベルを含み、前記装置が、電流の測定した量を電流の基準量と比較するための手段を備える前記電流レベルの変化を検出するための手段をさらに備える、請求項16に記載の装置。
18. 判断するための手段が、デバイスと通信リンクを確立しようと試みるための手段を含む、請求項17に記載の装置。
19. ワイヤレス充電電力を受信することができる前記充電領域内に置かれたデバイスがないとき、測定した電流レベルを基準電流レベルとして設定するための手段をさらに含む、請求項18に記載の装置。
20. 前記送信機における電流レベルが前記基準電流に実質的に等しいとき、第1の期間について、前記第1の電力状態よりも低い電力を有する第3の電力状態で前記送信機を動作させるための手段をさらに含む、請求項19に記載の装置。
21. 前記送信機の送信回路内の電流レベルを測定するための手段をさらに含む、請求項15に記載の装置。
22. 実行されるとき装置に、
    ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータの変化を検出させ、
    前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出した後に、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断させ、
    少なくとも第1の電力状態および第2の電力状態のうちの1つで前記送信機を動作させ、
    前記第1の電力状態が前記第2の電力状態よりも低い電力を有し、
    前記少なくとも1つのパラメータの前記変化を検出する前に、前記送信機を前記第1の電力状態に移行させる
    コードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
23. 前記少なくとも1つのパラメータが、前記送信機における電流レベル、前記送信機の共振周波数、および前記送信機におけるリアクタンスの量のうちの少なくとも1つを含む、請求項22に記載の媒体。
24. 前記少なくとも1つのパラメータが前記送信機における電流レベルを含み、実行されるとき前記装置に、電流の測定した量を電流の基準量と比較することによって前記送信機における前記電流レベルの変化を検出させるコードをさらに含む、請求項23に記載の媒体。
25. 実行されるとき前記装置に、デバイスと通信リンクを確立しようと試みることによって、前記ワイヤレス電力送信機の充電領域内に置かれた少なくとも1つのデバイスが、ワイヤレス充電電力を受信することができるかどうかを判断させるコードをさらに含む、請求項24に記載の媒体。
26. 実行されるとき前記装置に、ワイヤレス充電電力を受信することができる前記充電領域内に置かれたデバイスがないとき、測定した電流レベルを基準電流レベルとして設定させるコードをさらに含む、請求項25に記載の媒体。
27. 実行されるとき前記装置に、前記送信機における電流レベルが前記基準電流に実質的に等しいとき、第1の期間について、前記第1の電力状態よりも低い電力を有する第3の電力状態で前記送信機を動作させるコードをさらに含む、請求項26に記載の媒体。
28. 実行されるとき前記装置に、前記送信機の送信回路内の電流レベルを測定させるコードをさらに含む、請求項22に記載の媒体。
29. 前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータは、インピーダンスを含む、請求項１に記載のデバイス。
30. 前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータは、インピーダンスを含む、請求項８に記載の方法。
31. 前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータは、インピーダンスを含む、請求項１５に記載の装置。
32. 前記ワイヤレス電力送信機の少なくとも1つのパラメータは、インピーダンスを含む、請求項２２に記載の媒体。

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