JP2016226040A - 無線電力伝送システムで通信を提供するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態による無線電力伝送システムを図1に示す。無線電力伝送システム10は、一般的に、無線電源12と、遠隔装置14と、を有する。無線電源12は、遠隔装置14に結合することができる誘導電磁界によって無線で電力を遠隔装置14に供給することができる。遠隔装置14は、無線電源12によって生じた誘導電磁界に通信を重ね合わせることによって通信を無線電源12に送信するように構成される。無線電源12は、一般的に、電力供給回路16と、信号生成回路18と、電力送信機20と、無線通信用受信機22と、を有する。無線通信用受信機22は、後方散乱変調によって遠隔装置14から通信を受信するように構成される。遠隔装置14は、一般的に、電力受信機24と、通信用送信機26と、主負荷28と、を有する。通信用送信機26は、遠隔装置14のインピーダンスを変更するために選択的に適用することができる通信負荷30を有することができ、これによって、反射したインピーダンスによって無線電源12に戻されるデータ信号を作成する。通信用送信機26は、各ビット時間(bit time)中に負荷を複数回変調することによって信号を生成するように構成される。各変調の特性は、搬送波信号の周波数に依存することができ、搬送波信号の周波数の変化に関係なく本質的に一定のままにすることができる。しかしながら、ビット時間中に生じる変調の数を、搬送波信号の周波数の関数、例えば、搬送波信号周波数の分数又は倍数とすることができる。負荷を、位相キードシフティング(phase keyed shifting)の向上した形態又は周波数キードシフティング(frequency keyed shifting)の向上した形態を提供するために変調することができる。通信信号を、変調によって影響が及ぼされる電力の特性を検知するとともに検知した特性を時間とともに平均化することによって復号することができる。
本発明は、無線電力伝送システムとの関連で通信を送信するシステム及び方法に関する。本発明のシステム及び方法は、電力を送信するために用いられる電磁界にデータを重ね合わせることによる通信の伝送に関する。本発明は、実質的にあらゆるタイプのデータの送信で用いるのに適合している。例えば、本発明の通信システム及び方法を、遠隔装置を識別する信号のような無線電力伝送システムの動作に関連する制御信号を送信し、無線電力供給制御パラメータを提供し、又は、無線電源に関連する情報(例えば、電流、電圧、温度、バッテリ状態、充電状況及び遠隔装置状況)をリアルタイムで提供するのに用いることができる。他の例として、通信システム及び方法を、カレンダー及びやることリストの同期を含む遠隔装置の特徴に関連した情報の転送又はファイル(例えば、数例を挙げると、音声ファイル、ビデオファイル、画像ファイル、スプレッドシートファイル、データベースファイル、ワード処理ファイル、アプリケーションファイル)の転送のような無線電力伝達システムに関連しないデータの転送に用いることができる。本発明を、遠隔装置14から無線電源12に通信を送信する種々の実施の形態に関連して説明する。詳細に説明しないとしても、本発明を無線電源12から遠隔装置14(又は複数の遠隔装置)に通信を伝達するのにも用いることができることを理解されたい。
本発明は、無線電力伝達システムに関連して向上した性能を提供することができる様々な他の通信方法を提供する。これらの方法を、上述した無線電力伝送システム又は本発明の方法を実行することができる他の任意のシステムを用いて実現することができる。開示のために、本発明の通信方法を、図4の簡易的な回路図を組み入れる無線電力伝送システムに関連して主に説明する。以下の段落は、種々の波形図を参照しながら代替的な通信方法を記載する。これらの波形図は、データ(すなわち、1及び0の所望のストリーム)を示す第1の図と、2位相変調を用いて符号化したデータストリームを示す第2の図と、論理ローから論理ハイへの遷移を含む短期間中の更なる詳細を示す一連の図と、を有する。この開示のために、本発明の通信方法を、100kHzで動作する搬送波波形に関連して説明するが、周波数は変更してもよい。種々の通信方法を、単一の周波数(例えば、100kHz)で動作する搬送波波形に関連して説明するが、搬送波波形の周波数が時間とともに変化してもよく、本発明の通信方法が周波数変化に自動的に適応することを理解すべきである。図示した例において、搬送波波形周波数は、50kHzと200kHzとの間で時間とともに変化してもよい。開示のために、種々の通信方法を、2kHzの固定周波数で符号化されたデータに関連して説明する。この固定周波数は単なる例示であり、データ符号化周波数は用途ごとに変化することができる。
Claims (64)
- キード変調を用いて遠隔装置と誘導電源との間でデータ通信を行う方法であって、
可変周波数電力伝送信号を通じて誘導電力を前記誘導電源から受け取ることと、
ビットのデータストリームを固定周波数通信信号に符号化することと、
通信用送信機の負荷をトグルすることによって前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行うことと、を備え、前記データストリームの各ビットは、前記可変周波数電力伝送信号に対する複数の変調によって表される方法。 - 誘導電源から遠隔装置に電力を伝送するとともに前記遠隔装置から前記誘導電源にデータを送信するための遠隔装置であって、
可変周波数電力伝送信号を受信するのに適合した電力受信機と、
ビットのデータストリームを固定周波数通信信号に符号化するのに適合したコントローラと、
前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行うために負荷を選択的にトグルするのに適合した通信用送信機と、を備え、前記データストリームの各ビットは、前記可変周波数電力伝送信号に対する複数の変調によって表される遠隔装置。 - 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号する検出回路を有する請求項2に記載の遠隔装置。
- 誘導電源から遠隔装置に電力を伝送するとともにキード変調を用いて遠隔装置と誘導電源との間でデータ通信を行うためのシステムであって、
可変周波数電力伝送信号を受信するのに適合した電力受信機と、
ビットのデータストリームを固定周波数通信信号に符号化するのに適合したコントローラと、
前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行うために負荷を選択的にトグルするのに適合した通信用送信機と、を備え、前記データストリームの各ビットは、前記可変周波数電力伝送信号に対する複数の変調によって表されるシステム。 - 前記遠隔装置は、前記遠隔装置がキード変調を用いてデータを前記誘導電源に送信するような前記通信用送信機を有し、前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号する検出回路を有する請求項4に記載のシステム。
- 前記誘導電源は、前記誘導電源がキード変調を用いてデータを前記遠隔装置に送信するような前記通信用送信機を有し、前記遠隔装置は、前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号する検出回路を有する請求項4に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、前記負荷を変調するように構成され、前記変調は、前記可変周波数電力伝送信号の分数である速度で前記通信用送信機の前記負荷をトグルすることを含む請求項1に記載の方法。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の半分である請求項7に記載の方法。
- 前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形の大きさを増大するために前記負荷をトグルする請求項7に記載の方法。
- 前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形のピーク又はタフの大きさを増大するために前記負荷をトグルする請求項7に記載の方法。
- 前記変調は、偶数の搬送波波形ごと又は奇数の搬送波波形ごとの前記負荷のトグルを含む請求項9と10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記変調は、(a)前記可変周波数電力伝送信号の偶数の分数で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成される変調制御信号を生成することを含む請求項1及び7から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともに二つのタイムスライス間のDCオフセットを比較することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号することを更に含む請求項1及び7から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記通信用送信機は、前記可変周波数電力伝送信号の高調波で位相同期した変調速度で前記負荷を変調するように構成される請求項1に記載の方法。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の4倍である請求項14に記載の方法。
- 前記変調は、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成された第1の変調制御信号を生成することと、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORの逆をとることによって形成された第2の変調制御信号を生成することと、
前記可変周波数電力伝送信号の正の半分の間に前記第1の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルすることと、
前記可変周波数電力伝送信号の負の半分の間に前記第2の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルすることと、
を有する請求項14に記載の方法。 - 前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともにタイムスライス間のDCオフセットを識別することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号することを更に備える請求項14から16のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記通信用送信機は、二つの異なる周波数で前記負荷を変調するように構成される請求項1に記載の方法。
- 前記データストリームのハイビットを、前記二つの異なる周波数の一方である第1の周波数で変調することによって送信し、前記データストリームのロービットを、前記二つの異なる周波数の他方である第2の周波数で変調することによって送信する請求項18に記載の方法。
- 前記第1の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/8であり、前記第2の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/10である請求項19に記載の方法。
- 前記可変周波数電力伝送信号を周波数弁別器に送ることによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号することを更に備える請求項18から20のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記負荷は、抵抗素子、容量性素子及び誘導性素子の少なくとも一つを有する請求項1及び7から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記通信用送信機は、通信反転(communication inversion)を回避するよう前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行う請求項1及び7から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 誘電電力を遠隔装置に伝送するとともに後方散乱変調によって前記遠隔装置からデータを受信する誘導電源であって、
可変周波数電力伝送信号を送信する電力送信機と、
前記可変周波数電力伝送信号における変調を検出するように構成された無線通信受信機と、を備え、前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号からデータストリームを復号し、前記データストリームの各ビットは、前記可変周波数電力伝送信号に対する複数の変調によって表される誘導電源。 - 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともにタイムスライス間のDCオフセットを比較することによって前記データストリームを復号する請求項24に記載の誘導電源。
- 前記誘導電源は、第1の増幅器チェーン及び第2の増幅器チェーンを有する検出回路を有し、
前記第1の増幅器チェーンは、(a)前記可変周波数電力伝送信号の偶数サイクルのバッファコピー及び(b)前記可変周波数電力伝送信号の奇数サイクルの反転されたバッファコピーの平均をとり、
前記第2の増幅器チェーンは、(a)前記可変周波数電力伝送信号の奇数サイクルのバッファコピー及び(b)前記可変周波数電力伝送信号の偶数サイクルの反転されたバッファコピーの平均をとり、
前記第1の増幅器チェーンの出力及び前記第2の増幅器チェーンの出力の比較に応答して、前記検出回路は、前記データストリームを表す固定周波数通信信号を出力する請求項24に記載の誘導電源。 - 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号の偶数サイクルのバッファコピーのピークを検出する第1の増幅器チェーン及び前記可変周波数電力伝送信号の奇数サイクルのバッファコピーのピークを検出する第2の増幅器チェーンを有する第1の検出回路を有し、
前記第1の増幅器チェーンの出力及び前記第2の増幅器チェーンの出力の比較に応答して、前記第1の検出回路は、第1のレベルシフト出力を出力する請求項24に記載の誘導電源。 - 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号の偶数サイクルのバッファ反転コピーのタフを検出する第1のタフ増幅器チェーン及び前記可変周波数電力伝送信号の奇数サイクルのバッファ反転コピーのタフを検出する第2のタフ増幅器チェーンを有する第2の検出回路を有し、
前記第1のタフ増幅器チェーンの出力及び前記第2のタフ増幅器チェーンの出力の比較に応答して、前記第2の検出回路は、第2のレベルシフト出力を出力し、
前記データストリームを表す固定周波数通信信号を形成するために前記第1のレベルシフト出力及び前記第2のレベルシフト出力を組み合わせる請求項27に記載の誘導電源。 - 前記固定周波数通信信号は、前記データストリームの2位相符号化表示である請求項26と28のうちのいずれか一項に記載の誘導電源。
- 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号を周波数弁別器に送ることによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号する請求項24に記載の誘導電源。
- 前記通信用送信機は、前記負荷を変調するように構成され、前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の分数である速度で前記通信用送信機の前記負荷をトグルすることによって変調される請求項2に記載の遠隔装置。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の半分である請求項31に記載の遠隔装置。
- 前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形の大きさを増大するためにトグルされる請求項31に記載の遠隔装置。
- 前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形のピーク又はタフの大きさを増大するためにトグルされる請求項31に記載の遠隔装置。
- 前記変調は、偶数の搬送波波形ごと又は奇数の搬送波波形ごとの前記負荷のトグルを含む請求項33と34のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、(a)前記可変周波数電力伝送信号の偶数の分数で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成される変調制御信号を生成するように構成される請求項2及び31から34のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともに二つのタイムスライス間のDCオフセットを比較することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項2及び31から34のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、前記可変周波数電力伝送信号の高調波で位相同期した変調速度で前記負荷を変調するように構成される請求項2と3のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の4倍である請求項38に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成された第1の変調制御信号を生成し、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORの逆をとることによって形成された第2の変調制御信号を生成し、
前記可変周波数電力伝送信号の正の半分の間に前記第1の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルし、
前記可変周波数電力伝送信号の負の半分の間に前記第2の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルするように構成される請求項38に記載の遠隔装置。 - 前記通信用送信機は、前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともにタイムスライス間のDCオフセットを識別することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項38に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、二つの異なる周波数で前記負荷を変調するように構成される請求項2と3のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記データストリームのハイビットを、前記二つの異なる周波数の一方である第1の周波数で変調することによって送信し、前記データストリームのロービットを、前記二つの異なる周波数の他方である第2の周波数で変調することによって送信する請求項42に記載の遠隔装置。
- 前記第1の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/8であり、前記第2の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/10である請求項43に記載の遠隔装置。
- 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号を周波数弁別器に送ることによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項42に記載の遠隔装置。
- 前記負荷は、抵抗素子、容量性素子及び誘導性素子の少なくとも一つを有する請求項2と3のうちのいずれか一項に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、通信反転(communication inversion)を回避するよう前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行う請求項2に記載の遠隔装置。
- 前記通信用送信機は、前記負荷を変調するように構成され、前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の分数である速度で前記通信用送信機の前記負荷をトグルすることによって変調される請求項4に記載のシステム。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の半分である請求項48に記載のシステム。
- 前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形の大きさを増大するためにトグルされる請求項48に記載のシステム。
- 前記負荷は、前記可変周波数電力伝送信号の一つおきの搬送波波形のピーク又はタフの大きさを増大するためにトグルされる請求項48に記載のシステム。
- 前記変調は、偶数の搬送波波形ごと又は奇数の搬送波波形ごとの前記負荷のトグルを含む請求項50と51のうちのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、(a)前記可変周波数電力伝送信号の偶数の分数で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成される変調制御信号を生成するように構成される請求項4及び48から51のうちのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともに二つのタイムスライス間のDCオフセットを比較することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項4及び48から51のうちのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、前記可変周波数電力伝送信号の高調波で位相同期した変調速度で前記負荷を変調するように構成される請求項4に記載のシステム。
- 前記速度は、前記可変周波数電力伝送信号の4倍である請求項55に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORをとることによって形成された第1の変調制御信号を生成し、
(a)前記変調速度で動作する変調クロック及び(b)前記固定周波数通信信号の排他的ORの逆をとることによって形成された第2の変調制御信号を生成し、
前記可変周波数電力伝送信号の正の半分の間に前記第1の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルし、
前記可変周波数電力伝送信号の負の半分の間に前記第2の変調制御信号に従って前記変調負荷をトグルするように構成される請求項55に記載のシステム。 - 前記通信用送信機は、前記可変周波数電力伝送信号をタイムスライスするとともにタイムスライス間のDCオフセットを識別することによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項55に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、二つの異なる周波数で前記負荷を変調するように構成される請求項4に記載のシステム。
- 前記データストリームのハイビットを、前記二つの異なる周波数の一方である第1の周波数で変調することによって送信し、前記データストリームのロービットを、前記二つの異なる周波数の他方である第2の周波数で変調することによって送信する請求項59に記載のシステム。
- 前記第1の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/8であり、前記第2の周波数は、前記可変周波数電力伝送信号の1/10である請求項60に記載のシステム。
- 前記誘導電源は、前記可変周波数電力伝送信号を周波数弁別器に送ることによって前記可変周波数電力伝送信号から前記データストリームを復号するように構成される請求項59に記載のシステム。
- 前記負荷は、抵抗素子、容量性素子及び誘導性素子の少なくとも一つを有する請求項4に記載のシステム。
- 前記通信用送信機は、通信反転(communication inversion)を回避するよう前記可変周波数電力伝送信号における前記固定周波数通信信号の変調を行う請求項4に記載のシステム。
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