JP2017528101A - ワイヤレス電力伝達システムにおいて不十分なワイヤレス結合を検出しバンド内シグナリングを改善するためのシステムおよび方法 - Google Patents

ワイヤレス電力伝達システムにおいて不十分なワイヤレス結合を検出しバンド内シグナリングを改善するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

ワイヤレス電力を受け取るための装置が提供される。本装置は、ワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力を受け取るように構成された受信カプラを含む。本装置は、受信カプラに電気的に接続された、負荷に電力を供給するように構成された受信回路を含む。本装置は、受信回路から負荷に第1の電力量を供給するように構成されたコントローラ回路を含む。コントローラ回路は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減するようにさらに構成される。

Description

米国特許法第119条に基づく優先権の主張
本特許出願は、2014年8月1日に出願し本出願の譲受人に譲渡された、「SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING INADEQUATE WIRELESS COUPLING AND IMPROVING IN-BAND SIGNALING IN WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEMS」という名称の仮出願第62/032,396号の優先権を主張する。仮出願第62/032,396号は、参照により本明細書に明確に組み込まれる。
説明する技術は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力伝達システムにおいて不十分なワイヤレス結合を検出しバンド内シグナリングを改善するためのデバイス、システム、および方法を対象とする。
ワイヤレス電力送信器(たとえば、ワイヤレス充電用デバイス)とワイヤレス電力受信器(たとえば、ワイヤレス充電可能デバイス)との間のワイヤレス結合が不十分な状態において、電力伝達に使用されるワイヤレス場の変調を介したワイヤレス電力受信器からワイヤレス電力送信器への通信信号(本明細書では「バンド内」通信信号とも呼ぶ)は、ワイヤレス電力送信器によって確実に受信および/または処理されない場合がある。ワイヤレス電力受信器の存在を示すための、ワイヤレス電力受信器とワイヤレス電力送信器との間の確実な通信信号がなければ、ワイヤレス電力充電器は、「ビーコンモード」と呼ばれることがある、間欠的に給電されるモードに入ることによって、エネルギーを節約するためにワイヤレス電力の連続送信を不所望に無効にする場合がある。したがって、ワイヤレス電力伝達システムにおいて不十分なワイヤレス結合を検出しバンド内シグナリングを改善するためのデバイス、システム、および方法が望ましい。
いくつかの実装形態によれば、ワイヤレス電力を受信するための装置が提供される。本装置は、ワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力を受信するように構成された受信カプラを含む。本装置は、受信カプラに電気的に接続された、負荷に電力を供給するように構成された受信回路を含む。本装置は、受信回路から負荷に第1の電力量を供給するように構成されたコントローラ回路を含む。コントローラ回路は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減するようにさらに構成される。
他の実装形態によれば、ワイヤレス電力受信器によってワイヤレス電力を受信するための方法が提供される。本方法は、負荷に電力を供給するためにワイヤレス電力受信器の受信カプラを介してワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力を受信するステップを含む。本方法は、受信カプラに電気的に接続された受信回路から負荷に第1の電力量を供給するステップを含む。本方法は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減するステップを含む。
また他の実装形態によれば、コードを含む非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。本コードは、実行されたとき、負荷に電力を供給するためにワイヤレス電力受信器の受信カプラを介してワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力をワイヤレス電力受信器に受信させる。本コードはまた、実行されたとき、受信カプラに電気的に接続された受信回路から負荷まで第1の電力量をワイヤレス電力受信器に供給させる。本コードはまた、実行されたとき、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量までワイヤレス電力受信器に低減させる。
また他の実装形態によれば、ワイヤレス電力を受信するための装置が提供される。本装置は、ワイヤレス電力送信器からのワイヤレス電力を結合するための手段を含む。本装置は、負荷に第1の電力量を供給するための手段を含む。本装置は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して本装置の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減するための手段を含む。
例示的な一実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 別の例示的な実施態様によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの例示的な実施態様による、送信アンテナまたは受信アンテナを含む、図2の送信回路または受信回路の一部の概略図である。 例示的な一実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 図4のワイヤレス電力伝達システムの複数の充電モードを示すタイミング図である。 例示的な一実装形態による、バンド内シグナリング中に送信器によって検出される、受信器の見掛けの負荷インピーダンスを示す図である。 図4のワイヤレス電力伝達システムにおいてワイヤレス電力を供給するための状態図のフローチャートである。 図4のワイヤレス電力伝達システムにおいてワイヤレス電力を供給するためのフローチャートである。 図4のワイヤレス電力受信器によってワイヤレス電力を受信するための方法のフローチャートである。 例示的な一実装形態による、ワイヤレス電力を受信するための装置の機能ブロック図である。
図面に示す様々な特徴は、一定の縮尺で描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
添付の図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、本発明の特定の実装形態の説明として意図されており、本発明を実践することができる実装形態のみを示すことは意図されていない。本説明全体を通して使用されている「例示的」という用語は、「例、実例、または例証としての役割を果たす」ことを意味しており、必ずしも他の例示的な実装形態に優る好ましい、または有利なものとして解釈してはならない。詳細な説明は、開示する実装形態についての完全な理解を提供するための特定の詳細を含む。いくつかの実例では、いくつかのデバイスはブロック図の形態で示される。
ワイヤレス電力伝達は、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信器から受信器に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)ことを指し得る。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)内に出力された電力は、「受信アンテナ」によって受け取られ、取り込まれ、または結合され得る。
図1は、いくつかの例示的な実装形態によるワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実行するために送信カプラ114を介してワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を生成するために、電源(図示せず)から送信器104に入力電力102が供給され得る。受信器108は、受信器108が送信器104によって生成されたワイヤレス場105内に位置しているときに電力を受信し得る。ワイヤレス場105は、送信器104によって出力されたエネルギーが受信器108によって取り込まれ得る領域に対応する。受信器108は、ワイヤレス場105に結合し、蓄積のため、または出力電力110に結合されるデバイス(この図には示さず)による消費のために出力電力110を生成し得る。送信器104と受信器108の両方は、距離112だけ分離される。
例示的な一実装形態では、送信カプラ114によって生成された時間変動磁場を介して、電力が誘導的に伝達される。送信器104および受信器108は、相互共振関係に従ってさらに構成され得る。受信器108の共振周波数と送信器104の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて接近しているとき、送信器104と受信器108との間の送信損失は最小である。しかしながら、送信器104と受信器108との間の共振が整合しないときでも、効率が低減する場合があるが、エネルギーが伝達され得る。たとえば、共振が整合しないとき、効率が低くなる場合がある。エネルギーの伝達は、送信カプラ114から自由空間にエネルギーを伝搬させるのではなく、送信カプラ114のワイヤレス場105から、ワイヤレス場105の近傍に存在する受信カプラ118にエネルギーを結合することによって行われる。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、様々な距離にわたる、様々な誘導カプラ構成による電力伝達とを可能にし得る。
いくつかの実装形態では、ワイヤレス場105は、送信器104の「近距離場」に対応する。近距離場は、送信カプラ114から電力を最小限に放射する送信カプラ114内の電流および電荷から生じる強い反応場が存在する領域に対応し得る。近距離場は、送信カプラ114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に対応し得る。
効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬するのではなく、ワイヤレス場105内のエネルギーの大部分を受信カプラ118に結合することによって行われ得る。ワイヤレス場105内に位置するとき、送信カプラ114と受信カプラ118との間に「結合モード」が展開される場合がある。
図2は、いくつかの他の例示的な実装形態によるワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、図1のシステム100と同様の動作および機能のワイヤレス電力伝達システムである場合がある。しかしながら、システム200は、図1と比較して、ワイヤレス電力伝達システム200の構成要素に関して追加の詳細を提供する。システム200は、送信器204および受信器208を含む。送信器204は、発振器222、ドライバ回路224、およびフィルタ/整合回路226を含む送信回路206を含む。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る所望の周波数において信号を生成するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給する。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、送信カプラ214の共振周波数において送信カプラ214を駆動するように構成される場合がある。
フィルタ/整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信回路206のインピーダンスを送信カプラ214に整合させる。送信カプラ214を駆動する結果として、送信カプラ214は、ワイヤレス場205を生成し、バッテリー236を充電するのに十分なレベルにおいて電力をワイヤレス出力する。
受信器208は、整合回路232および整流器回路234を含む受信回路210を含む。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信カプラ218のインピーダンスに整合させ得る。整流器回路234は、交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を生成し、バッテリー236を充電し得る。受信器208および送信器204は、さらに、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。受信器208および送信器204は、代替として、ワイヤレス場205の特性を使用するバンド内シグナリングを介して通信し得る。いくつかの実装形態では、受信器208は、送信器204によって送信され受信器208によって受け取られる電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。
図3は、いくつかの例示的な実装形態による、図2の送信回路206または受信回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、送信回路または受信回路350は、カプラ352を含み得る。カプラ352は、「導体ループ」、コイル、インダクタ、または「磁気」カプラと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。「カプラ」という用語は、一般に、別の「カプラ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するか、または受信し得る構成要素を指す。
ループカプラまたは磁気カプラの共振周波数は、ループカプラまたは磁気カプラのインダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは単にカプラ352によって生成されたインダクタンスであり得るが、キャパシタンスは、所望の共振周波数において、ある共振構造を作り出すためにキャパシタ(または、カプラ352の自己キャパシタンス)を介して加えられる場合がある。非限定的な例として、共振周波数において信号358を選択する共振回路を作り出すために、送信回路または受信回路350にキャパシタ354およびキャパシタ356が追加される場合がある。したがって、より大きいインダクタンスを示す大きい直径のカプラを使用する、より大きいサイズのカプラの場合、共振を生み出すのに必要なキャパシタンスの値は、より小さい場合がある。さらに、カプラのサイズが増大するにつれて、結合効率は増大し得る。このことは、主に、送信カプラ214と受信カプラ218の両方のサイズが増大する場合に真となる。送信カプラの場合、カプラ352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358は、カプラ352への入力であり得る。
図4は、例示的な一実装形態による、ワイヤレス電力伝達システム400の機能ブロック図である。システム400は、ワイヤレス電力送信器404(たとえば、ワイヤレス電力充電器)およびワイヤレス電力受信器408を含む。送信器404は、発振器422、ドライバ回路424、およびフィルタ/整合回路426を含む送信回路406を含む。発振器422は、周波数制御信号423に応答して調整され得る所望の周波数において信号を生成するように構成される。発振器422は、発振器信号をドライバ回路424に供給する。ドライバ回路424は、入力電圧信号(VD)425に基づいて、たとえば送信カプラ414の共振周波数において送信カプラ414を駆動するように構成される。
フィルタ/整合回路426は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去するように構成され、送信回路406のインピーダンスを送信カプラ414のインピーダンスに整合させ得る。送信カプラ414を駆動する結果として、送信カプラ414は、たとえば、充電可能デバイスに給電し、および/または充電可能デバイスのバッテリー436を充電するのに十分なレベルにおいて電力をワイヤレスに出力するワイヤレス場405を生成する。別段に記載されていない限り、送信回路406内の各構成要素は、図2に関連して先に説明された、送信回路206内のそれぞれの構成要素と実質的に同じ機能を有し得る。
送信器404は、センサ回路427に電気的に接続されたコントローラ回路428をさらに含む。コントローラ回路428とセンサ回路427の両方は、送信回路406に結合され得る。センサ回路427は、送信回路406によって送信カプラ414に出力された電流または電圧を測定するように構成され、その情報をコントローラ回路428に通信する。いくつかの実装形態では、センサ回路427は、送信回路406によって出力された電流または電圧を測定し、その電流または電圧を比例するデジタル信号に変換する、アナログデジタル変換器(ADC)を含む。コントローラ回路428は、見掛けの負荷インピーダンスを特定するために、この情報を利用し得る。コントローラ回路428は、受信器408がワイヤレス場405の近傍に存在するかどうかを判定するために見掛けの負荷インピーダンスを示す情報を利用する。さらに、コントローラ回路428は、以下により詳細に説明するように、受信器408からの信号または通信信号を受信し処理するために、この情報を利用し得る。
受信器408は、受信回路410およびバッテリー436に、または受信回路410に接続されたバッテリー436を含む充電可能デバイスに電気的に接続された受信カプラ418を含む。受信回路410は、整合回路430、整流器回路432、およびスイッチ回路434を含み得る。受信カプラ418は、整合回路430に電気的に接続され得る。整合回路430は、整流器回路432に電気的に接続され得る。整流器回路432は、スイッチ回路434に電気的に接続され得る。以下に図5〜図10に関連してより詳細に説明するように、スイッチ回路434は、バッテリー436またはバッテリー436を含む充電可能デバイスに整流器回路432を選択的に接続する場合があり、その結果、受信器408の動作状態に基づいて、バッテリー436および/またはバッテリー436を含む充電可能デバイスに、DC電流(IRECT)を駆動するDC電圧が選択的に供給され得る。加えて、いくつかの状況では、以下に図5〜図7に関連してより詳細に説明するように、(たとえば、ワイヤレス場405を変調するための)受信器408と送信器404との間のバンド内シグナリング中に充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436との間で整流器回路432を接続および切断するとき、スイッチ回路434は、送信器404によって測定または検出される負荷インピーダンスの変化量を変更するために、充電可能デバイスまたはバッテリー436から整流器回路432を切断する場合がある。別段に記載されていない限り、受信回路410内の各構成要素は、図2に関連して先に説明された、受信回路210内のそれぞれの構成要素と実質的に同じ機能を有し得る。
電力を送信器404から受信器408に供給するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)405を通して送信カプラ414から受信カプラ418にエネルギーが伝送され得る。送信カプラ414および送信回路406は、特定の共振周波数を有する共振回路を形成する。受信カプラ418および受信回路410は、特定の共振周波数を有する別の共振回路を形成する。損失が、同じ共振周波数を有する2つの結合された共振システム間で最小化されるので、受信カプラ418に関連する共振周波数が、送信カプラ414に関連する共振周波数と実質的に同じであることが望ましい。
いくつかの実装形態では、送信回路406は、たとえば、一次電流と呼ばれることがあるAC電流I1を送信カプラ414に出力する。送信カプラ414は、電流I1に基づいてワイヤレス場405を生成する。受信カプラ418は、送信カプラ414に対して実質的に位置調整されるとき、実質的にワイヤレス場405内に配置され得る。したがって、受信カプラ418は、送信カプラ414に磁気的または電磁的に結合されてもよい。ワイヤレス場405は、受信カプラ418において、たとえば、二次電流と呼ばれることがあるAC電流I2を誘起する。1つまたは複数の充電モードでは、整流器回路432は、受信器408および/もしくは充電可能デバイスに給電するために、ならびに/またはバッテリー436を充電するために、AC電流I2を、DC整流電圧VRECTによって駆動される直流(DC)電流IRECTに変換する。
いくつかの実装形態では、電力伝達のために使用されるワイヤレス場の変調を介した、ワイヤレス電力受信器からワイヤレス電力送信器への通信信号は、バンド内シグナリングと呼ばれる場合がある。いくつかの実装形態では、ワイヤレス場405を介した受信器408から送信器404へのバンド内シグナリングは、送信器404にもたらされ送信器404によって検出可能な受信器408または受信回路410のインピーダンスを、第1の値と第2の値との間で調整またはトグルするために、受信器408内のスイッチ(スイッチ回路434)をトグルすることを含み得る。第2の値は、第1の値よりも小さい。送信器404は、(たとえば、オンオフキーイングを介して)情報シグナリングとしての、受信器408または受信回路410の見掛けのインピーダンスのこれらの変化を処理し得る。したがって、バンド内シグナリングは、ワイヤレス電力伝達のために使用される同じ媒体および構成要素を利用することをワイヤレス通信することを含み得る。いくつかの実装形態では、バンド内シグナリングは、ワイヤレス電力伝達を開始させるために受信器408の存在を検出するために、および/または受信器408が送信器404と正しく通信するのを確実にするために利用され得る。そのような実装形態では、送信器404が受信器408の存在を正しく検出するのに、および/または受信器408からの任意のバンド内通信信号を検出するのに十分高い信号対ノイズ比をバンド内シグナリングが有するのは、有利である場合がある。いくつかの実装形態では、以下により詳細に説明するように、負荷を切断するか、または負荷(たとえば、充電可能デバイスまたはバッテリー436)に供給される電圧、電流、もしくは電力の量を低減することは、バンド内シグナリングの信号対ノイズ比を増加させ、それにより、受信器408によってもたらされた負荷のインピーダンスの変化によって生じた、送信器404において検出可能な干渉レベルを低減することによって、そのような存在検出機能の精度を増加させる場合がある。バンド内シグナリングの例示的な一実施形態について上記に説明してきたが、通信のためのワイヤレス場の変調を達成する任意の他の実装形態が企図される。
受信器408は、整流器回路432から出力されたDC電圧(たとえば、VRECT)および/またはDC電流(IRECT)を検知するように構成されたセンサ回路437をさらに含んでもよい。いくつかの実装形態では、センサ回路437は、受信カプラ418と送信カプラ414との間の結合レベルを示し得る任意の特性を測定するように構成され得る。コントローラ回路438がセンサ回路437に電気的に接続され、センサ回路437からセンサデータを受信してもよい。コントローラ回路438は、以下により詳細に説明するように、バンド内シグナリング中に充電可能デバイスもしくはバッテリー436を中断するか、またはそれに供給される電圧、電流、もしくは電力の量を低減するために、少なくともスイッチ回路434を制御するように構成され得る。
いくつかの実装形態では、VRECTは、受信器408および/またはその中の任意の構成要素に電力を供給する場合もある。したがって、VRECTは、(たとえば、受信器408および/または充電可能デバイスに給電するための)システム電流と(たとえば、充電可能デバイスのバッテリー436を充電するための)充電電流の両方を駆動し得る。いくつかの実装形態では、システム電流は、図5〜図7に関連してより詳細に説明するように、バンド内シグナリング中および/またはVRECT/IRECTの測定中に、暗黙的にまたは明示的に切り替えられるか、または低減される。充電電流は、スイッチ回路434によって明示的に切り替えられるか、または低減される場合もある。
図5は、図4のワイヤレス電力伝達システム400の複数の充電モードを示すタイミング図500である。図5に示すように、タイミング図500は、電力送信器404(図4)によって送信される電力量を示す第1のタイムライン502と、電力受信器408(図4)によって受信される電力量を示す第2のタイムライン504と、電力受信器408によって充電可能デバイスおよび/または充電可能デバイスのバッテリー436に(たとえば、充電可能デバイス自体に、または特に図4の充電可能デバイスのバッテリー436に)供給される電力量を示す第3のタイムライン506とを含む。タイムライン502、504、および506の各々において、x軸は、時間経過に対応するが、y軸は、それぞれ、送信器404によって送信される電力量、受信器408によって受信される電力量、または受信器408によって充電可能デバイスもしくは充電可能デバイスのバッテリー436に供給される電力量に対応する。
例示のために、タイミング図500は、各々が複数の充電状態または充電モードのうちの各々に対応する複数の区間(たとえば、区間508、510、および512)を示す。たとえば、第1の区間508は、受信器408が電力送信器404とワイヤレス結合し良好なワイヤレス場が存在する、「良好なワイヤレス場」モードに対応する。たとえば、「良好な」ワイヤレス場は、1)受信器408に接続された充電可能デバイスまたはバッテリー436の給電または充電と、2)受信器408から送信器404へのバンド内シグナリング通信中に送信器404が受信器408の低負荷インピーダンス状態と高負荷インピーダンス状態とを確実に区別するのに十分な(たとえば、しきい値を超える)、受信器408と送信器404との間の結合との両方を可能にするのに十分な強度を有するワイヤレス場であり得る。
第1の区間508では、第1のタイムライン502に示すように、送信器404は、充電可能デバイスに給電するために、および/または充電可能デバイスのバッテリー436を充電するために、受信器408が充電可能デバイスまたはバッテリー436への電力を受け取り、整流し、渡すのに十分な第1の電力量を送信する。第2のタイムライン504の第1の区間508に示すように、受信器408は、送信器404から第1の電力量をワイヤレス受信する。第3のタイムライン506の第1の区間508に示すように、受信器408は、第1の電力量を整流し、整流された電力の量を充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436に渡す。したがって、「良好なワイヤレス場」状態またはモードに対応し得る第1の区間508では、送信器404は、受信器408に電力を連続的にワイヤレス送信し、受信器408は、受信器408から送信器404へのバンド内シグナリング通信中でさえ、電力を整流し充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436に電力を渡す。
第2の区間510は、送信器404によって生成されるワイヤレス場が第1の区間508におけるものよりも低い強度を有するが、依然として充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436に給電し、および/またはそれらを充電するのに十分なエネルギーをワイヤレス伝達するのに十分な強度を有する、「パルス充電」モードまたは状態に対応する。しかしながら、第2の区間510では、受信器408と送信器404との間の結合レベルまたは結合量は、しきい値未満である場合があり、その結果、送信器404は、バンド内シグナリング通信のために利用され得る、受信器408または受信回路410の低負荷インピーダンス状態と高負荷インピーダンス状態とを十分にかつ確実に区別することができない場合がある。しかしながら、受信器408と送信器404との間でバンド内シグナリングが実行されている間、充電可能デバイスもしくはバッテリー436を動作させ、および/またはそれを充電するために電力の供給を低減し、または完全に中止することによって、受信器408および/または受信回路410の見掛けの負荷が低減され得る。受信器408の見掛けの負荷の低減は、バンド内通信中に利用される、受信器408の低負荷インピーダンス状態と高負荷インピーダンス状態との間の差が、高負荷インピーダンス状態または低負荷インピーダンス状態の絶対値と比較して、バンド内シグナリング中に充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436への電力の供給が低減されるか、または中止される場合よりも絶対的に大きくなるか、または比較的大きくなるように十分に低減される場合がある。
第1のタイムライン502の第2の区間510に示すように、送信器404は、第1の区間508と同様に第1の電力量を送信し得る。しかしながら、第2のタイムライン504に示すように、受信器408は、そのような向きまたは場所に配置される場合があり、その結果、受信器408と送信器404との間の結合が第1の区間508と比較して低減される。したがって、同じ電力量(たとえば、第1のワイヤレス電力量)が送信器404によってワイヤレス送信される場合でも、受信器408は、第1の電力量よりも小さい第2の電力量のみを受け取り得る。第2のタイムライン504の第1の区間508と比較して第2の区間510に示す電力の低減された高さによって示すように、この第2の電力量は、依然として、充電可能デバイスまたはバッテリー436に給電し、および/またはそれを充電するのに十分であり得る。しかしながら、受信器408と送信器404との間の結合量の低減は、受信器408がまた充電可能デバイスまたはバッテリー436に電力を渡している間、送信器404が受信器408からのバンド内シグナリングを確実に識別または処理するのが難しくなり得るようにする場合がある。
図4に関連して先に説明したように、スイッチ回路434は、受信器408が、送信器404からワイヤレス電力を依然として連続的に受信しながら、送信器404とのバンド内シグナリングを実行しているとき、区間518中に充電可能デバイスまたはバッテリー436に供給される整流電力を中断するように構成される。充電可能デバイスまたはバッテリー436に供給される電力のこの低減または中断は、バンド内シグナリング自体の動作時に充電可能デバイスまたはバッテリー436への電力を低減または中断し得る任意の動作または処理とは異なる。たとえば、充電可能デバイスに供給される電力は、送信器404へのバンド内シグナリング中に受信器408の見掛けの負荷インピーダンスがワイヤレス場405の変調をもたらすために別個にトグルされる、区間全体に関して中断または低減され得る。
いくつかの他の実装形態では、整流電力を完全に中断するのではなく、充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436に供給される整流電流(たとえば、IRECT)の量は、送信器404によって確実には受信または処理されない、いくつかのバンド内信号、シンボル、またはセッションに少なくとも部分的に基づいて(たとえば、1つまたは複数のステップにおいて)低減され得る。さらに、いくつかの他の実装形態では、いくつかのワイヤレス電力受信器は、同じワイヤレス電力送信器404からワイヤレス電力を受け取り、同時に同じワイヤレス電力送信器404とバンド内シグナリングを実行する場合がある。そのような実装形態では、ワイヤレス電力受信器の各々は、バンド内シグナリングを実行しながら、増加された信号対ノイズ(たとえば、送信器において検出されるより大きい相対インピーダンスの振れ)の期間を提供するために連係して(たとえば、時間的に同期して)、それぞれの充電可能デバイスに供給される充電電力を無効にするか、または低減する場合がある。
第3の区間512は、送信器404によって受信器(たとえば、受信器408)がまったく検知されず、電力を節約し、および/または効率を増加させるために周期的なビーコン520中を除いて、送信器404がワイヤレス電力を送信するのを中止する、送信器404の「ビーコン」モードまたは状態に対応し得る。ビーコン520は、送信器404の存在をブロードキャストするために、また送信器404の近傍で任意の適合性のある受信器の存在を特定するために機能し得る。いくつかの実装形態では、ビーコン520は、(たとえば、約100msの)継続時間516および(たとえば、約1秒の)期間514を有し得る。第1のタイムライン502の第3の区間512に示すように、そのようなモードでは、送信器404は、継続時間516および期間514を有するビーコン520を送信し得る。第2のタイムライン504の第3の区間512に示すように、受信器408が送信器404によって生成されたワイヤレス場405の近傍に存在する場合、受信器408は、ビーコン520中に間欠的にワイヤレス電力を受け取り得る。第3のタイムライン506の第3の区間512に示すように、受信器408は、「ビーコン」モード中にビーコン520から充電可能デバイスまたはバッテリー436に導出される電力をまったく供給しない場合がある。
図6は、例示的な一実装形態による、バンド内シグナリング中に送信器404(図4)によって検出される、受信器408(図4)の見掛けの負荷インピーダンスを示す図600である。図6に示すように、図600は、2つの区間616および618を含み得る。互いに隣接して示しているが、第1および第2の区間616および618は、必ずしもそうとは限らず、(負荷インピーダンスラインおよび時間軸を分断する2つの曲がりくねったラインによって示すように)時間的に互いに隣接していない別個の時間期間中に生じる場合がある。さらに、高い見掛けの負荷インピーダンスと低い見掛けの負荷インピーダンスとの間の特定の関係が図600に関連して示され、および/または説明されるが、そのような関係および/または図示した値は、例示にすぎず、特定の実装形態に応じて任意の他の値を採用し得る。
第1の区間616は、受信器408が送信器404とのバンド内シグナリング通信を実行している間、ワイヤレス電力が、送信器404によって送信され、受信器408によって受信され、受信器408によって充電可能デバイスまたはバッテリー436に供給される、時間期間を示し得る。第1の区間616に示すように、送信器404は、オン/オフキーイングバンド内シグナリングの「オン」部分中の受信器408の見掛けのインピーダンスに対応し得る、受信器408の第1の(高い)見掛けのインピーダンス604を検出する場合がある。同様に、送信器404は、バンド内シグナリング中のオン/オフキーイングの「オフ」部分中の受信器408の見掛けのインピーダンスに対応し得る、受信器408の第2の(低い)見掛けのインピーダンス606を検出する場合がある。第1の(高い)値604と第2の(低い)値606との間の差602は、受信器408が充電可能デバイスに電力を供給している間の、バンド内シグナリングの「オン」部分から「オフ」部分へのインピーダンスの「振れ」であり得る。
第2の区間618は、受信器408が送信器404と通信するためにバンド内シグナリングを実行している間、ワイヤレス電力が、送信器404によって送信され、受信器408によって受信されるが、受信器408によって充電可能デバイスまたはバッテリー436に電力が供給されないか、または低減された量で供給される、時間期間を示し得る。いくつかの実装形態では、区間618は、図5の区間518に対応し得る。第2の区間618に示すように、送信器404は、バンド内シグナリング中のオン/オフキーイングの「オン」部分中の受信器408の見掛けのインピーダンスに対応し得る、受信器408の別の第1の(高い)見掛けのインピーダンス610を検出する場合がある。値610が値604よりも低いことに留意されたい。これは、受信器408から電力を抽出する充電可能デバイスおよび/またはバッテリー436のために送信器404によって検出される受信器408の見掛けの負荷インピーダンスの一部分が、存在しないか、または区間616と比較して著しく低減されるからである。同様に、送信器404は、バンド内シグナリング中のオン/オフキーイングの「オフ」部分中の受信器の見掛けのインピーダンスに対応し得る、受信器の別の第2の(低い)見掛けのインピーダンス612を検出する場合がある。608に関して、上記で説明したのと同じ理由で、値612が値606よりも低いことに留意されたい。第1の(高い)値610と第2の(低い)値612との間の差608は、受信器408が充電可能デバイスに電力を供給していないか、または低減された電力量を供給している間の、バンド内シグナリングの「オン」部分から「オフ」部分へのインピーダンスの「振れ」であり得る。
図示するように、いくつかの実装形態では、差608は、絶対値の点で差602よりも大きい場合がある。いくつかの他の実装形態では、差608は、602と実質的に同じ絶対値を有する場合があるが、第1および第2の(高および低の)インピーダンス値610および612はどちらも、それぞれの第1および第2の(高および低の)インピーダンス値604および606よりも低いので、差608は、対応する高インピーダンス値610/604または対応する低インピーダンス値612/606に対する差602よりも大きい場合がある。このように、バンド内シグナリングを実行しながら、充電可能デバイスおよび/または充電可能デバイスのバッテリー436に電力を供給することを中止するか、またはそれらに供給される電力を低減することは、バンド内通信の信号対ノイズ比を増加させ、そのような通信をよりロバストにかつ確実にする場合がある。
図7は、図4のワイヤレス電力伝達システムにおいてワイヤレス電力を供給するための状態図のフローチャート700を示す。フローチャート700の状態図について、本明細書では、図4および図5に関連して先に説明したワイヤレス電力伝達システム400を参照して説明する。一実装形態では、フローチャート700中のブロックのうちの1つまたは複数は、コントローラ(たとえば、図4の受信器408のコントローラ回路438)によって実行されてもよい。フローチャート700の状態図について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつ追加のブロックが追加されてもよい。
状態図は、「ワイヤレス場がない」状態を示すブロック702において開始し得る。いくつかの実装形態では、「ワイヤレス場がない」状態702は、図5の区間512に対応し、受信器408は送信器404によってまったく検知されない。「ワイヤレス場がない」状態では、受信器408内の「充電有効」指示が「0」に設定される(たとえば、負に設定される)場合があり、電力供給または充電が現在有効でないことを示す。
ブロック712では、整流電圧VRECT(図4参照)が6Vよりも大きいかどうかに関して判定が行われる。本明細書では例示的な値6Vが利用されるが、本出願はそのように限定されず、その値は、充電可能デバイスに給電するか、または受信器408に接続されたバッテリー436を充電するのに十分で、かつバンド内シグナリング中に送信器404が低負荷インピーダンスと高負荷インピーダンスとを区別するのに十分な強度を有するワイヤレス場が存在することを示すのに十分な任意の値であり得る。判定がノーであれば、フローチャートは、ブロック702に戻る。判定がイエスであれば、フローチャートは、ブロック704に進む。
ブロック704は、「充電準備」状態に対応する。そのような状態では、受信器408は、受信器408がワイヤレス電力場405に入ったという指示を「1」に設定(たとえば、正に設定)し得る。受信器408は、さらに、「充電準備」指示を「1」に設定(たとえば、正に設定)し得る。「充電有効」指示も、「1」に設定(たとえば、正に設定)され得る。いくつかの実装形態では、受信器408は、さらに、受信器408が依然としてワイヤレス場405内に存在することを送信器404に通知し、ワイヤレス電力を供給し続けるために所定の周期(たとえば、毎秒1回)で送信器404にバンド内信号を送信し始める場合がある。次いで、フローチャート700は、ブロック714に進み得る。
ブロック714は、ブロック710に関連して先に説明したように、VRECT(図4参照)が6V値よりも大きいかどうかを判定することを含む。判定がノーであれば、フローチャートは、ブロック708に進む場合があり、そこでは、受信器408が「不良VRECT状態」に入り、「不良VRECT状態」の指示が「1」に設定される(たとえば、正に設定される)場合があり、「充電有効」指示が「0」に設定される(たとえば、負に設定される)場合があり、充電可能デバイスへの電力の供給またはバッテリー436の充電が中止される。ブロック714における判定がイエスであれば、フローチャート700は、ブロック706に進む場合がある。
ブロック706は、図5に関連して先に説明したように、区間508に対応し得る、「良好なワイヤレス場」状態に対応し得る。「良好なワイヤレス場」状態では、「充電有効」指示は、「1」に設定(たとえば、正に設定)されたままであり得る。受信器408は、さらに、ブロック704に関連して先に説明したように、継続時間および周期とともにバンド内シグナリングを実行し続ける場合がある。フローチャート700は、ブロック706から、ブロック716に進み得る。
ブロック716では、3つの連続した時間区間の各々の間、第1および第2の瞬間においてVRECT(図4参照)が2Vよりも小さいかどうかに関して判定が行われ得る。いくつかの実装形態では、第1および第2の瞬間は、約500msだけ時間的に互いに分離される場合があり、時間区間は各々、1秒の長さであり得る。そのような1秒の長さは、受信器408が依然として送信器404のワイヤレス場に存在することを送信器404に通知するために、受信器408がバンド内シグナリングを介して毎秒、送信器404と通信するように構成されることに対応し得る。したがって、時間区間は、受信器408が構成されるバンド内シグナリングの周期に対応する任意の値であり得る。本明細書では値2Vが利用されるが、本出願はそのように限定されず、任意の値は、その値よりも小さいVRECTが、ワイヤレス場405がまったく存在しないことを確実に示すように利用され得る。電力をワイヤレス送信するために送信器404によって生成されたワイヤレス場405から受信器408が移動する場合、または、受信器408が存在しなくなったという判定に応答して送信器404がワイヤレス場405を生成するのを中止する場合(たとえば、ある所定の時間期間の間、受信器408がバンド内シグナリングを介して送信器404と通信しなかったとき)、VRECTは、この値を下回る場合がある。したがって、ブロック716における判定は、ワイヤレス電力が受信され得るワイヤレス場405の存在の判定である。図5に関連して先に説明したように、送信器が「ビーコンモード」であるとき、送信器404は、各ビーコン区間中の短い期間(たとえば、毎秒100ms間だけ)を除いて、ワイヤレス場405を生成しない場合がある。
716における誤ったノー判定(たとえば、実際に送信器404が「ビーコンモード」においてビーコンを送信しているにすぎないとき、ワイヤレス場が存在するという判定)を避けるために、受信器408は、1秒の区間中の2つの瞬間の各々においてVRECTを検知するように構成され得る。送信器404が「ビーコンモード」である場合、2つの瞬間のうちのせいぜい1つだけの間に、VRECTが2V以上となり、判定は依然としてノーとなる。ブロック702の「ワイヤレス場がない」状態に移動することが、拡張された時間期間の間、充電可能デバイスまたはバッテリー436への電力の供給を受信器408に必ず中止させるので、この時、ワイヤレス場405が単に一時的に存在しないとは限らないことを確実にすることが望ましい場合がある。このため、ブロック716の判定は、複数の連続する時間フレーム(たとえば、1よりも大きい任意の数が利用され得るが、ブロック716に示す3つの連続する時間フレーム)の各々の両瞬間においてVRECTが2V未満であることを必要とし得る。したがって、ブロック716における判定がイエスであれば、受信器408は、ワイヤレス場405が存在しないと確実に判定する場合があり、フローチャートは、ブロック702に戻り得る。しかしながら、ブロック716における判定がノーであれば、フローチャート700は、ブロック718に進む場合がある。
ブロック718では、ブロック716に関連して先に説明したように、少なくとも単一の区間の第1または第2の瞬間のいずれかにおいて、VRECTが6Vよりも小さく、充電電流IRECT(図4参照)が最大電流値の30%よりも小さい間、受信器408が「ワイヤレス場がない」状態でないかどうかに関して判定が行われ得る。本明細書では値30%が利用されるが、本出願はそのように限定されず、任意のパーセンテージ値が利用され得る。さらに、最大電流は、電力の供給中または充電中に充電可能デバイスまたはバッテリー436が受け取り得る最大電流、または代替的に、受信器408が、充電可能デバイスまたはバッテリー436に供給することができる最大電流であり得る。判定がノーであれば、フローチャート700は、ブロック706に戻り得る。ブロック718において判定がイエスであれば、フローチャート700は、「パルス充電」状態に入るためにブロック710に進む場合がある。
ブロック710の「パルス充電」状態では、図5に関連して先に説明したように、受信器408が、バンド内シグナリングを介して送信器404と通信していないとき、受信器408は、送信器404からワイヤレス電力を連続的に受け取り得るが、充電可能デバイスまたはバッテリー436に整流電流IRECTだけを供給し得る。したがって、「充電有効」指示は、特定の瞬間において受信器408が充電可能デバイスまたはバッテリー436に電力を供給しているかどうかに基づいて、「1」または正の指示から、「0」または負の指示にトグルされ得る。フローチャートは、ブロック710から、ブロック720に進み得る。
ブロック720では、ブロック712、714、および718の各々において先に説明したように、受信器408が充電可能デバイスまたはバッテリー436にVRECT/IRECTを供給していない(たとえば、受信器408は、送信器404とのバンド内シグナリングを実行しており、充電可能デバイスに電力を供給していないか、もしくは充電可能デバイスに低減された電力量を供給しているか、またはバッテリー436を充電していない)、「パルス充電状態」の区間中に、VRECTが6V値よりも小さいかどうかに関して判定が行われ得る。判定がイエスならば、フローチャート700は、ブロック708に進む場合があり、受信器408は、「不良VRECT状態」に入る場合がある。判定がノーであれば、代替的に、フローチャート700は、ブロック722に進み得る。
ブロック722では、ブロック712、714、718、および720の各々において先に説明したように、3つの連続する充電区間の各々の間に、受信器408が、充電可能デバイスに電力を供給しているか、またはバッテリー436を充電している間、VRECTが6Vよりも大きいかどうかに関して判定が行われ得る。たとえば、先に説明したように、「パルス充電」状態の間、受信器408は、バンド内シグナリングしながら、充電可能デバイスに電力を供給すること、またはバッテリー436を充電することを中止し得る。したがって、ブロック722の判定は、本質的に、受信器408が実際に充電可能デバイスに電力を供給しているか、またはバッテリー436を充電しているとき、良好なワイヤレス場405が存在するかどうかに関する判定であり得る。判定がイエスであれば、フローチャート700は、ブロック706に戻り得る。判定がノーであれば、代替的に、フローチャートは、ブロック724に進み得る。
ブロック724では、ブロック716に関連して先に説明したように、VRECTが2Vよりも小さいかどうかに関して判定が行われ得るが、ブロック722に関連して先に説明したように、3つの連続する充電区間の各々の間に、受信器408が、充電可能デバイスに電力を供給しているか、またはバッテリー436を充電している。判定がイエスであれば、フローチャート700は、ブロック702に戻り得る。判定がノーであれば、代替的に、フローチャート700は、ブロック710に戻り得る。
フローチャート700は、「不良VRECT」状態であるブロック708からブロック726に進み、そこでは、ブロック718に関連して先に説明したように、少なくとも1つの時間区間の第1および第2の瞬間においてVRECTが7Vよりも大きいかどうかに関して判定が行われ得る。判定がイエスであれば、フローチャート700は、ブロック706の「良好なワイヤレス場」状態に戻る。判定がノーであれば、代替的に、フローチャート700は、ブロック728に進み得る。
ブロック728では、ブロック726に関連して先に説明した、少なくとも1つの時間区間の第1および第2の瞬間の間、ブロック716および724に関連して先に説明したように、代替的に、VRECTが2Vよりも小さいかどうかに関して判定が行われ得る。判定がイエスであれば、フローチャート700は、ブロック702の「ワイヤレス場がない」状態に戻り得る。判定がノーであれば、代替的に、フローチャート700は、ブロック708の「不良VRECT」状態に戻り得る。したがって、受信器408は、上記で説明したように、少なくとも1つの時間区間における少なくとも1つの瞬間の間、受信器408の前の状態およびVRECT(いくつかの状況ではIRECT)の値に応じて、「ワイヤレス場がない」状態と、「充電準備」状態と、「良好なワイヤレス場」状態と、「パルス充電」状態と、「不良VRECT」状態との間で遷移し得る。
図8は、図4のワイヤレス電力伝達システムにおいてワイヤレス電力を供給するためのフローチャート800を示す。フローチャート800について、本明細書では、図4および図5に関連して先に説明したワイヤレス電力伝達システム400と、図7に関連して先に説明したフローチャート700とを参照して説明する。一実装形態では、フローチャート800中のブロックのうちの1つまたは複数は、コントローラ回路438によって、および/または図4の受信器408のセンサ回路437によって実行されてもよい。フローチャート800について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつ追加のブロックが追加されてもよい。
フローチャート800のために、文字「MSG」を有するブロックの各々は、受信器408が送信器404によって生成されたワイヤレス場に存在することを送信器404に示すために、および/または送信器404に情報を通信するために送信器404とのバンド内シグナリングを利用する、図4の受信器408に対応し得る。同様に、文字「ADC」を有する任意のブロックは、図7に関連して先に説明したように、VRECTとIRECT(図4参照)の1つまたは両方を測定するためにセンサ回路437を利用し、判定のうちの1つまたは複数を行うのに、VRECTおよび/またはIRECTのアナログ測定値を、受信器408によって利用され得る対応するデジタル値に変換するためにアナログデジタル変換器(すなわち、ADC)を利用する受信器408に対応し得る。
フローチャート800は、それぞれ、図7のブロック704、706、710、および708の同様の状態に対応する、「プレチャージ」状態850、「充電」状態852、「パルス充電」状態854、および「不良VRECT」状態856を示す。たとえば、ブロック802、804、および806は、いくつかの態様では、図7のブロック702に対応し得る「プレチャージ」状態850に対応し得る。ブロック808、810、812、814、および816は、いくつかの態様では、図7のブロック706に対応し得る「充電」状態852に対応し得る。ブロック818、820、822、824、826、828、830、および832は、いくつかの態様では、図7のブロック710に対応し得る「パルス充電」状態854に対応し得る。さらに、ブロック834、836、838、840、842、844、846、および848は、いくつかの態様では、図7のブロック708に対応し得る「不良VRECT」状態856に対応し得る。
フローチャート800は、ブロック802で「プレチャージ」状態850において開始する場合があり、バンド内シグナリングを介して受信器408によって送信器404にメッセージが送信される。次いで、フローチャート800は、ブロック804に進み、そこでは、図7のブロック714に関連して先に説明したように、受信器408がVRECTを測定し、ADC(たとえば、図4のセンサ回路437内のADC)を利用して、特定の電圧と比較するために、VRECTのアナログ測定値をデジタル表現に変換する。受信器408が「プレチャージ」状態850のままである場合、フローチャートはブロック806に進み、ブロック802に戻る前に、遅延が実施される。いくつかの実装形態では、遅延は約1秒である場合があり、その結果、「プレチャージ」状態850では、受信器408は、1秒間隔で送信器404にメッセージを連続的に送信する。受信器408が「充電」状態852に遷移する場合、フローチャート800は、ブロック804からブロック808に進む。
「充電」状態852において、ブロック808では、受信器408は、802においてメッセージを送信した後、遅延(たとえば、500ms遅延)を実施する場合があり、次いで、ブロック810に進み、そこでは、受信器408は、VRECTおよび場合によってはIRECTを測定し(図4および図7参照)、ADC回路(たとえば、図4のセンサ回路437内のADC)を介してアナログ測定値をデジタル表現に変換する。フローチャート800は、ブロック812に進み、受信器408は、ブロック814に進む前に、別の遅延(たとえば、500ms遅延)を実施し得る。ブロック814では、受信器408は、VRECTおよび場合によってはIRECTを再び測定し、ADC回路を介してアナログ測定値をデジタル表現に変換し得る。フローチャート800は、ブロック814からブロック816に進み、受信器408は、バンド内シグナリングを介して送信器404に別のメッセージを送信する。フローチャート800が充電状態852のままである場合、フローチャート800は、ブロック816からブロック808に戻り得る。ブロック810および814において行われた測定は、図7のブロック716および718に関連して先に説明したように、第1および第2の瞬間において行われたVRECTおよび/またはIRECTの測定に対応し得る。フローチャート800が「充電」状態852から「パルス充電」状態854に遷移する場合、フローチャート800は、ブロック816からブロック818に進む。
「パルス充電」状態854において、ブロック818では、受信器408は、816においてメッセージを送信した後、遅延(たとえば、820ms遅延)を実施する場合があり、次いで、ブロック820に進み、そこでは、受信器408は、VRECTを測定し、ADC回路を介してアナログ測定値をデジタル表現に変換し得る。この測定は、受信器408が、充電可能デバイスに電力を供給しているか、またはバッテリー436を充電している間に行われ得る(図4参照)。ブロック820における測定は、図7に関連して先に説明したように、ブロック722および724の判定に対応し得る。次いで、フローチャート800はブロック822に進み、受信器408は、別の遅延(たとえば、20ms遅延)を実施し、次いで、ブロック824に進む場合があり、そこでは、受信器408は、再びVRECTを測定し、ADC回路を介してアナログ測定値をデジタル表現に変換する。この測定は、受信器408が依然として電力を送信器404からワイヤレス受信しているが、受信器408が、充電可能デバイスに電力を供給していないか、またはバッテリー436を充電していない間に行われ得る。ブロック824における測定は、図7に関連して先に説明したように、ブロック720の判定に対応し得る。次いで、フローチャート800はブロック826に進み、受信器408は、バンド内シグナリングを介して送信器404にメッセージを送信する。
フローチャート800が「パルス充電」状態854のままである場合、フローチャート800はブロック828に進み、そこでは、受信器408は、ブロック820および824における測定値が次のパスにおけるパルス充電状態854のビーコン送信特性と整合する必要があるかどうかに関して判定を行い得る。たとえば、図7に関連して先に説明したように、受信器408は、(たとえば、ブロック722および724において)受信器408が充電可能デバイスに電力を供給しているか、またはバッテリー436に充電しているとき、および(たとえば、ブロック720において)受信器408が充電可能デバイスに電力を供給していないか、またはバッテリー436を充電していないとき、VRECTを測定し得る。したがって、(たとえば、ビーコン中に)受信器が電力を供給しているか、または充電している間、および受信器が電力を供給していないか、または充電していない間に、ブロック820および824は、それぞれ、VRECTを測定し、測定値をアナログデジタル変換し得る。ブロック820におけるそのような測定は、充電可能デバイスへの電力の供給またはバッテリー436の充電と整合する時刻に行われるべきである。ブロック828における判定がノーである場合、測定ブロック820は、ブロック824が任意の充電パルスの外部で行われている間、充電パルス中に行われ、フローチャート800は、ブロック818に直接戻り得る。ブロック828における判定がイエスであれば、充電パルスとの整合が望まれる場合があり、フローチャート800は、ブロック830に進む場合がある。次いで、受信器408は、次の充電パルスが生じるまで内部クロックを中断し、次の充電パルスの発生時に内部クロックを再開することによって測定値を充電パルス(たとえば、ビーコン)と整合させ得る。
ブロック830において、受信器408は、ブロック820における測定値が現在、充電パルス(たとえば、ビーコン)と整合するかどうかに関する判定を行い得る。判定がイエスならば、フローチャート800は、ブロック832に進む場合があり、受信器408は、バンド内シグナリングを介して別のメッセージを送信し、次いで、ブロック818に戻る場合がある。ブロック830における判定がノーであれば、フローチャート800は、ブロック818に直接戻り得る。
ブロック826を参照すると、フローチャート800が「パルス充電」状態854にとどまらない場合、フローチャートは、ブロック826からブロック834に進む場合があり、受信器408は、「不良VRECT」状態すなわち状態856に入る場合がある。ブロック834では、ブロック836に進む前に、遅延(たとえば、500ms)が実施される場合があり、受信器408は、VRECTを測定し、アナログ測定値をデジタル値に変換し得る。次いで、フローチャート800は、ブロック838に進む場合があり、そこでは、ブロック840に進む前に、別の遅延(たとえば、500ms)が実施される場合があり、受信器408は、再びVRECTを測定し、アナログ測定値をデジタル値に変換し得る。ブロック836および840における測定値は、図7のブロック726および728の判定において利用される測定値に対応し得る。次いで、フローチャート800は、ブロック844に進む場合があり、そこでは、受信器408は、送信器404が所定の時間期間の間(たとえば、5秒)、受信器408の存在を検知せず、電力を節約するためにワイヤレス電力送信を実質的にオフにするとき、ブロック836および840における測定値が次のパスにおける、「ビーコン」モードのビーコン送信特性と整合する必要があるかどうかに関して判定を行い得る。ブロック844、846、および848の動作は、先に説明したように、フローチャート800が、次いで、メッセージ遅延ブロック818ではなくメッセージ遅延ブロック834に戻ることを除いて、ブロック828、830、および832の動作に実質的に対応し得る。
ブロック842を参照すると、フローチャート800が「不良VRECT」状態856にとどまらない場合、フローチャートは、ブロック842からブロック808に戻る場合があり、受信器408は、「不良VRECT」状態856から「充電」状態852に遷移する場合がある。
図9は、図4のワイヤレス電力受信器408によってワイヤレス電力を受け取るための方法のフローチャート900を示す。一実装形態では、フローチャート900中のブロックのうちの1つまたは複数は、コントローラ回路438(図4)によって実行されてもよい。フローチャート900の方法について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつ追加のブロックが追加されてもよい。ブロック902は、負荷(たとえば、充電可能デバイスまたは充電可能デバイスのバッテリー436)に電力を供給するためにワイヤレス電力受信器408の受信カプラ418を介してワイヤレス電力送信器404(図4)からワイヤレス電力を受け取ることを含み得る。次いで、本方法は、ブロック904に進み得る。
ブロック904は、受信カプラ418に電気的に接続された受信回路410から負荷(たとえば、バッテリー436)に第1の電力量を供給することを含む。たとえば、コントローラ回路438は、先に説明したように、「パルス充電」状態854にあるとき、受信回路410が、バッテリー436および/または図4の充電可能デバイスに電力を供給することを指示するか、または可能にする場合がある。
ブロック906は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して(たとえば、第1のインピーダンス604と第2のインピーダンス606との間の差602と比較して)受信回路410の第1のインピーダンス(たとえば、インピーダンス610)と第2のインピーダンス(たとえば、インピーダンス612)との間の差(たとえば、図6の差608)を増加させるためにワイヤレス電力送信器404との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減することを含む。本通信は、バンド内シグナリングを利用して、図7および図8に関連して先に説明したように、1つまたは複数のメッセージを送信することを含み得る。
図10は、例示的な一実装形態による、ワイヤレス電力を受け取るための装置1000の機能ブロック図である。装置1000は、図4〜図9に関して先に説明した様々な動作のための手段1002、手段1004、および手段1006を含む。装置1000は、ワイヤレス電力送信器からのワイヤレス電力を結合するための手段1002を含む。一実施形態では、手段1002は、図9のブロック902に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実装形態では、手段1002は、受信カプラ418(図4)によって実装され得る。
装置1000は、負荷に第1の電力量を供給するための手段1004をさらに含む。いくつかの実装形態では、手段1004は、図9のブロック904に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実装形態では、手段1004は、受信回路410および/またはコントローラ回路438(図4)によって実装され得る。
装置1000は、第1の電力量が負荷に供給されるときと比較して装置1000の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるためにワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、第1の電力量を第2の電力量まで低減するための手段1006をさらに含む。いくつかの実装形態では、手段1006は、図9のブロック906に関して上述した機能のうちの1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実装形態では、手段1006は、受信回路410および/またはコントローラ回路438(図4)によって実装され得る。
上記で説明した方法、フローチャート、および状態図の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することができる任意の適切な手段によって実行され得る。概して、図に示す任意の動作は、動作を実行することができる対応する機能的手段によって実行され得る。
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって参照される場合があるデータ、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、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
本明細書で開示する実装形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムブロックは、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得る。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびブロックについて、上記では概してそれらの機能に関して説明してきた。そのような機能がハードウェアとして実現されるか、ソフトウェアとして実現されるかは、特定の適用例およびシステム全体に課される設計制約によって決まる。説明した機能は特定の適用例ごとに様々な方法において実装される場合があるが、そのような実装形態の決定は、本発明の実装形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
本明細書において開示される実施態様との関連で説明される種々の例示的なブロック、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)、特定用途向け集積回路(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論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書において説明される機能を実行するように設計されるそれらの任意の組合せを用いて、実装または実行することができる。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、代替として、プロセッサは、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンとすることができる。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、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コアと連携した1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装される場合もある。
本明細書で開示した実装形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムおよび機能のブロックは、ハードウェアにおいて直接、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において、またはその2つの組合せにおいて具現化することができる。ソフトウェアとして実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶され、または送信され得る。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、リードオンリーメモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル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、または当技術分野において知られている任意の他の形態の記憶媒体内に存在する場合がある。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体化され得る。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピーディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生するが、ディスク(disc)はレーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せは、コンピュータ可読媒体の範囲内に同じく含まれるものとする。プロセッサおよび記憶媒体はASICに存在し得る。本開示を要約するために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に説明されてきた。そのような利点の必ずしもすべてが、本発明の任意の特定の実装形態に従って達成されるとは限らない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書で教示または示唆され得るような他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示される1つの利点または一群の利点を達成または最適化するようにして、具現化または実行される場合がある。
上記の実装形態の様々な変更が容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書で示した実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書で開示した原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
100 ワイヤレス電力伝達システム
102 入力電力
104 送信器
105 ワイヤレス場
108 受信器
110 出力電力
112 距離
114 送信カプラ
118 受信カプラ
200 ワイヤレス電力伝達システム
204 送信器
205 ワイヤレス場
206 送信回路
208 受信器
210 受信回路
214 送信カプラ
218 受信カプラ
219 別個の通信チャネル
222 発振器
223 周波数制御信号
224 ドライバ回路
225 入力電圧信号
226 フィルタ/整合回路
232 整合回路
234 整流器回路
236 バッテリー
350 送信回路、受信回路
352 カプラ
354 キャパシタ
356 キャパシタ
358 信号
400 ワイヤレス電力伝達システム
404 送信器
405 ワイヤレス場
406 送信回路
408 受信器
410 受信回路
414 送信カプラ
418 受信カプラ
422 発振器
423 周波数制御信号
424 ドライバ回路
425 入力電圧信号
426 フィルタ/整合回路
427 センサ回路
428 コントローラ回路
430 整合回路
432 整流器回路
434 スイッチ回路
436 バッテリー
437 センサ回路
438 コントローラ回路

Claims (30)

  1. ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
    ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るように構成された受信カプラと、
    前記受信カプラに電気的に接続された、負荷に電力を供給するように構成された受信回路と、
    コントローラ回路と
    を含み、前記コントローラ回路が、
    前記受信回路から前記負荷に第1の電力量を供給することと、
    前記第1の電力量が前記負荷に供給されるときと比較して前記受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるために前記ワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、前記第1の電力量を第2の電力量まで低減することと
    を行うように構成される、装置。
  2. 前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減することは、前記受信回路から前記負荷への電力の供給を中止することを含む、請求項1に記載の装置。
  3. 前記コントローラ回路は、前記受信カプラと前記ワイヤレス電力送信器との間の結合レベルがしきい値未満であるとの判定に応答して通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減するように構成される、請求項1に記載の装置。
  4. 前記通信が、前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るのに使用される場を介したバンド内シグナリングを含む、請求項1に記載の装置。
  5. 前記ワイヤレス電力送信器との前記通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減することが、前記負荷のインピーダンスの変化によって生じる、前記ワイヤレス電力送信器において検出可能な干渉レベルを低減する、請求項1に記載の装置。
  6. 前記干渉レベルを低減することが、前記ワイヤレス電力送信器によって前記装置の存在を検出する精度を増加させる、請求項5に記載の装置。
  7. パルス充電状態において動作するように構成され、前記受信回路が、前記通信の前記継続時間を除いて前記負荷に前記電力を供給するように構成される、請求項1に記載の装置。
  8. 周期的区間の間の第1の時刻および第2の時刻の各々において前記受信回路によって生成された電圧を検知するように構成されたセンサ回路を含み、前記コントローラ回路は、前記第1の時刻および前記第2の時刻の各々における前記検知された電圧に基づいて前記ワイヤレス電力送信器がビーコンモードで動作しているかどうかを判定するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
  9. 前記ワイヤレス電力送信器が、前記ビーコンモード中に前記装置の存在を検知するためにビーコンを周期的に送信する、請求項8に記載の装置。
  10. 前記コントローラ回路は、前記ワイヤレス電力送信器が前記ビーコンモードにおいて動作しているとき、メッセージを前記ワイヤレス電力送信器によって送信された前記ビーコンと整合させるために前記ワイヤレス電力送信器に通信された前記メッセージの送信のタイミングを調整するようにさらに構成される、請求項9に記載の装置。
  11. 前記負荷の少なくとも一部分がバッテリーを含む、請求項1に記載の装置。
  12. ワイヤレス電力受信器によってワイヤレス電力を受け取るための方法であって、
    負荷に電力を供給するために前記ワイヤレス電力受信器の受信カプラを介してワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力を受け取るステップと、
    前記受信カプラに電気的に接続された受信回路から前記負荷に第1の電力量を供給するステップと、
    前記第1の電力量が前記負荷に供給されるときと比較して前記受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるために前記ワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、前記第1の電力量を第2の電力量まで低減するステップと
    を含む、方法。
  13. 前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減するステップが、前記受信回路から前記負荷への電力の供給を中止することを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記受信カプラと前記ワイヤレス電力送信器との間の結合レベルがしきい値未満であるとの判定に応答して通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減するステップを含む、請求項12に記載の方法。
  15. 前記通信が、前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るのに使用される場を介したバンド内シグナリングを含む、請求項12に記載の方法。
  16. 前記ワイヤレス電力送信器との前記通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減するステップが、前記負荷のインピーダンスの変化によって生じる、前記ワイヤレス電力送信器において検出可能な干渉レベルを低減する、請求項12に記載の方法。
  17. 前記干渉レベルを低減することが、前記ワイヤレス電力送信器によって前記ワイヤレス電力受信器の存在を検出する精度を増加させる、請求項16に記載の方法。
  18. 前記通信の前記継続時間を除いて前記負荷に前記電力を供給することを含むパルス充電状態において前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るステップを含む、請求項12に記載の方法。
  19. 周期的区間の間、第1の時刻および第2の時刻の各々において前記受信回路によって生成された電圧を検知するステップと、
    前記第1および第2の時刻の各々において前記検知された電圧に基づいてビーコンモードにおいて前記ワイヤレス電力送信器が動作しているかどうかを判定するステップと
    を含む、請求項12に記載の方法。
  20. 前記ワイヤレス電力送信器が、前記ビーコンモード中に装置の存在を検知するためにビーコンを周期的に送信する、請求項19に記載の方法。
  21. 前記ワイヤレス電力送信器が前記ビーコンモードにおいて動作しているとき、メッセージを前記ワイヤレス電力送信器によって送信された前記ビーコンと整合させるために前記ワイヤレス電力送信器に通信された前記メッセージの送信のタイミングを調整するステップを含む、請求項20に記載の方法。
  22. 実行されるとき、ワイヤレス電力受信器に、
    負荷に電力を供給するために前記ワイヤレス電力受信器の受信カプラを介してワイヤレス電力送信器からワイヤレス電力を受け取ることと、
    前記受信カプラに電気的に接続された受信回路から前記負荷に第1の電力量を供給することと、
    前記第1の電力量が前記負荷に供給されるときと比較して前記受信回路の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるために前記ワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、前記第1の電力量を第2の電力量まで低減することと
    を行わせるコードを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
  23. 前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減することが、前記受信回路から前記負荷への電力の供給を中止することを含む、請求項22に記載の媒体。
  24. 前記コードは、実行されるとき、前記ワイヤレス電力受信器に、前記受信カプラと前記ワイヤレス電力送信器との間の結合レベルがしきい値未満であるとの判定に応答して通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減することをさらに行わせる、請求項22に記載の媒体。
  25. 前記通信が、前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るのに使用される場を介したバンド内シグナリングを含む、請求項22に記載の媒体。
  26. 前記ワイヤレス電力送信器との前記通信の前記継続時間の間、前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減することが、前記負荷のインピーダンスの変化によって生じる、前記ワイヤレス電力送信器において検出可能な干渉レベルを低減する、請求項25に記載の媒体。
  27. 前記コードは、実行されるとき、前記ワイヤレス電力受信器に、前記通信の前記継続時間を除いて前記負荷に前記電力を供給することを含むパルス充電状態において前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取ることを行わせる、請求項22に記載の媒体。
  28. ワイヤレス電力を受け取るための装置であって、
    ワイヤレス電力送信器からのワイヤレス電力を結合するための手段と、
    負荷に第1の電力量を供給するための手段と、
    前記第1の電力量が前記負荷に供給されるときと比較して前記装置の第1のインピーダンスと第2のインピーダンスとの間の差を増加させるために前記ワイヤレス電力送信器との通信の継続時間の間、前記第1の電力量を第2の電力量まで低減するための手段と
    を含む、装置。
  29. 前記第1の電力量を前記第2の電力量まで低減するための前記手段は、前記ワイヤレス電力送信器との前記通信の前記継続時間の間、前記負荷に前記第1の電力量を供給するための前記手段からの電力の供給を中止するように構成される、請求項28に記載の装置。
  30. 前記ワイヤレス電力送信器から前記ワイヤレス電力を受け取るのに使用される場を介したバンド内シグナリングとして、前記ワイヤレス電力送信器との前記通信を実行するために前記装置の前記第1のインピーダンスと前記第2のインピーダンスとを選択的にトグルするための手段をさらに含む、請求項28に記載の装置。
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