JP2018074903A - 無線電力コントロール・システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線電力伝送のコントロール・システム。
【解決手段】共振器回路によりリレーされる電力の量をコントロールするために、共振器回路のＱファクタを変化させるＱコントロール・サブ回路を有する選択的調節可能共振器回路を持つ無線電力伝送コンポーネント。共振器回路は、無線電力供給、無線電力レシーバ、中間共振器、または、それらのいかなる組合せにあってもよい。フィードバック回路に基づいて、共振器回路は、アクティブに構成されることができる。フィードバック回路は、二次回路またはその他で特性を感知することができ、感知された特性に基づいて、コントロール・サブ回路をアクティブに動作させることができる。フィードバック回路は、Ｑコントロール・サブ回路に、感知された特性が閾値を渡ったときに、Ｑファクタを変化（減少または増加）させることができる。Ｑコントロール・サブ回路は、共振器回路のＱファクタを調節するために変化させられることができる値を有する可変レジスタを含むことができる。
【選択図】図２

Description

本願発明は、無線電力伝送に関するものである。

無線電力供給システムの使用は、増大し続けている。最も一般的な無線電力供給システムは、無線電力供給から電力を、携帯電話、スマート・フォン、メディア・プレーヤまたは他の電子デバイスのような、遠隔デバイスと関連した無線電力レシーバに、ワイヤレスで伝送するために、電磁場を使用する。無線電力供給システムの多数の異なるタイプが存在する。例えば、多くの従来のシステムは、無線電力供給源において一次コイル、および、遠隔デバイスの無線電力レシーバにおいて二次コイルを使用する。この一次コイルは、無線電力供給源から放射する電磁場を生成する。無線電力レシーバは、主コイルによって生成される電磁場の中に配置することができる二次コイルを含む。遠隔デバイスが無線電力供給源に十分な近傍に配置されるとき、電磁場は、二次コイルの中に、遠隔デバイスにより用いることができる電力を誘導する。例えば、遠隔デバイスに電力供給する、および／または、充電することである。このタイプのシステムは、典型的には、主コイルと二次コイルが互いに比較的近いときに、最適パフォーマンスを提供する。この理由のために、このタイプのシステムは、しばしば、「近接結合」システムと呼ばれる。

多数の従来の無線電力供給システムが、主コイルと二次コイルとが、密結合システムの効率的使用にとって、通常許容できるよりも、より遠くに離れているときに、効率的に電力を提供するように構成されてきた。それらが、密結合システムより大きい距離で電力を効率的に移すことができるとすると、このタイプの無線電力伝送システムは、「中距離」システムとしばしば呼ばれる。典型的な中距離無線電力伝送システムは、ニコラ・テスラによって１００年以上前に明らかにされた技術に依存している（たとえば、１９０１年１０月２２日発行の米国特許第６８５，０１２号を参照）。

典型的な中距離システムにおいて、パワー電力伝送システムは、主コイルと二次コイルとの間、さもなければ、主コイルと二次コイルに近くに配置された共振器のペアを含む。各々の共振器は、インダクタとキャパシタを含むように構成され、いかなる追加的な顕著な負荷も含まない。これは、共振周波数において、インピーダンスを最小に保ち、そしてそれは、キャパシタとインダクタとの間での共鳴電流を最大にする。インダクタの電流は、順番に、共振器の中で誘導される無線電力信号を増幅する。信号を増幅するそれらの能力を与えられると、共振器は、無線電力供給システムの範囲を広げるためのブリッジとして、機能することができる。使用において、主コイルは、第１の共振器において電力を誘導する電磁場を生成し、第１の共振器は、第２の共振器において電力を誘導する増幅された電磁場を生成し、第２の共振器は、二次コイルにおいて電力を誘導する増幅された電磁場を生成する。例えば、図１は、既知の無線電力供給システムの１つの実施形態を図示する。図１の無線電力システムは、無線電力供給と無線レシーバを含む。無線電力供給は、本線入力、ＡＣ／ＤＣ電力供給源、ＤＣ電力をＡＣに切り替えるためのインバータ、キャパシタを含むタンク回路、および、インダクタＬ１への接続を含む。タンク回路にエネルギーを与えたとき、インダクタＬ１は、インダクタＬ２とキャパシタを含む分離した共振器回路に結合する。無線レシーバは、無線電力供給源の分離している共振器回路と結合するインダクタＬ３とキャパシタとを有する分離した共振器回路を含む。無線レシーバの分離した共振器回路は、電力を無線レシーバの二次回路にリレーする。無線レシーバの二次回路は、第２のインダクタＬ４、キャパシタ、整流器、コントローラおよび負荷を含む。

共振器の使用は、典型的には、中距離環境において、改善された効率を提供するが、無線電力供給と遠隔デバイスとが近すぎるときには、共振器は、効率を減少させ得る。共振器が、より多くの使用可能な電力をリレーすることもでき、いくつかの応用において要求されるより高い電圧になることもあり得る。これは、システムの全体的効率を減らすことにもなり得る。顕著な熱を生成し、レシーバにおいて、過度の電圧と循環電流を生成し得る。

米国特許第６８５，０１２号

本願発明は、共振器によってリレーされる電力の量をコントロールするために、選択的に調節可能な共振器回路を有する無線電力伝送コンポーネントを提供する。共振器回路は、無線電力供給源、無線レシーバ、中間共振器、または、それらのいかなる組合せの中に存在することができる。

１つの実施形態において、共振器回路は、二次回路フィードバックに基づいて、アクティブに構成される。１つの実施形態において、二次回路フィードバックは、閾値の関数である。例えば、温度、電圧、電流、または、電力閾値である。別の実施形態において、共振器回路は、例えば、バッテリーの上の温度センサのような二次回路の外からのフィードバックに基づいて、アクティブに構成される。

共振器回路は、共振器回路を構成するために、コントロール・サブ回路を含むことができる。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、共振器キャパシタと並列に、共振器インダクタに接続しており、選択的に、共振器キャパシタをシャントする、あるいは、選択的に、共振器キャパシタと並列であるレジスタンスを提供する。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、共振器インタクタおよび共振器キャパシタと直列である。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、選択的に共振器キャパシタをシャントするか、あるいは、選択的に、その共振器キャパシタと並列であるレジスタンスを提供するスイッチを含む。このスイッチは、１つ以上のトランジスタまたは別のスイッチング素子であることができる。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、整流器を含み、スイッチは、この調整側に位置する。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、ＡＣで動作することができるスイッチを含む。

１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、二次回路にリレーされる電力の量を変化させるために、共振器回路の品質ファクタ（Ｑ係数）、または、「Ｑファクタ」を変化させる。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、共振器回路により二次回路にリレーされる電力の量を減らすために、フィードバックによってアクティブにコントロールされる。

１つの実施形態において、二次回路は、コントロール・サブ回路を作動させるフィードバック回路を含む。フィードバック回路は、二次回路において特性を感知することができ、アクティブに、コントロール・サブ回路を動作させる。フィードバック回路は、閾値を満たすように、コントロール・サブ回路を動作させることができる。１つの実施形態において、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路に、閾値をわたったときに、共振器回路のＱを変化（減小あるいは増加）させることができる。

１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、可変レジスタとして機能することができるコンポーネントを含む。コンポーネントは、３極モードまたは線形領域で動作するトランジスタであることができる。フィードバック回路は、可変レジスタの値をコントロールするコントロール・サブ回路に、比例フィードバック信号を提供することができる。このフィードバック回路は、アルゴリズムに基づいて、フィードバック信号関係類を調節することができるコントローラを含むことができる。このアルゴリズムは、感知された特性の実際の値と望ましい値との間の相対的な差異に基づいて、フィードバック信号を変化させることができる。例えば、コントローラは、比例・積分・微分（ＰＩＤ）アルゴリズムを利用することができる。

１つの実施形態において、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路に直接のフィードバックを提供するアナログ・コンポーネントを含む。１つの実施形態において、アナログ・コンポーネントは、閾値が満たされるかどうかに依存して、高信号または低信号を提供する。１つの実施形態において、フィードバック回路は、デジタル・コントローラを含む。デジタル・コントローラは、アナログ入力を受信し、コントロール・サブ回路のためのコントロール信号を生成することができる。

１つの実施形態において、共振器回路は、共振器シャットオフ回路を含むことができる。共振器シャットオフ回路は、コントロール・サブ回路、または、コントロール・サブ回路から分離しているスイッチでありえる。共振器回路またはコントロール・サブ回路は、シャットオフ回路のコントロールに関連する情報を提供するためのセンサを含むことができる。例えば、共振器シャットオフ回路は、無線レシーバから効率的に共振器回路を取り除くために、使用することができる。

１つの実施形態において、本願発明は、主共振器回路を通して電力をリレーする主インダクタを有する無線トランスミッタに組み込むことができる。無線トランスミッタは、無線トランスミッタから発散している電力の量を調整する主共振器回路のＱファクタを調節するために、コントロール・サブ回路を含む。１つの実施形態において、無線トランスミッタは、いかなる望ましいコントロール特性に基づいてでも、コントロール・サブ回路を動作させるコントローラを含む。例えば、無線トランスミッタは、無線レシーバによって望まれる電力の量と一致するように、送信される電力の量を制限することができる。

１つの実施形態において、無線トランスミッタは、Ｑコントロールによる無線レシーバに関連して、動作するように構成される。無線レシーバは、無線トランスミッタに、それらのＱコントロール状態を通信するように構成することができる。無線トランスミッタは、無線レシーバの全てがＱコントロールを使っているとき、共振器回路のＱファクタを減小するように構成することができる。

本願発明は、種々の利益を提供することができる。１つの実施形態において、本願発明は、単純な共振フィードバックおよび、高度な共振システムのためのＱコントロールを提供することができる。本願発明は、異なる電力レベルをおけるレシーバを含む多くのレシーバに電力供給するために、１つのフィールド・トランスミッタを許容する単純なコントロールを提供することができる。本願発明は、制御システムが、トランスミッタやレシーバにおいて、または、中間コンポーネントにおいて、Ｑをコントロールするのを許容する。本願発明は、Ｑコントロールによりトランスミッタが、電力を制限するか、例えば、密結合システムや中距離システムなど複数の近傍システムを許容しているＱをコントロールするのを許容する。１つの実施形態において、本願発明は、単純な充電器、および、バッテリーのラベルに組み込むことができるフィードバック・システムを提供する。本願発明は、このシステムが、最高効率に対して調節するために、レール電圧、位相コントロール、または、周波数を使っている間、レシーバの電力ニーズを通信するのと一緒にＱを制御するのを許容することができる。本願発明は、アナログＱコントロールを、デジタル・モニタリングと通信とにより許容することができる。１つの実施形態において、本願発明は、固定周波数、可変周波数、可変レール（振幅）、可変範囲（距離）、および、多重電力伝送プロトコルを許容するコントロール・システムに組み込むことができる。本願発明は、高共振システム、疎結合および密結合誘導システムの間でスイッチングのためのコントロールを可能にする。本願発明は、電力をコントロールすることができるトランスミッタを、種々の距離にある多くのレシーバに組み込むことができ、最大距離に、要求電力で、調節する。一方、他のレシーバは、必要に応じて、電力を調節するためにＱを減少する。本願発明は、例えば、電圧、電流または温度のような種々のファクタに基づいて、Ｑコントロールを可能にする。

これら、および、他の本願発明の目的、利点、特徴は、現在の実施形態と図面の説明を参照することによって、より完全に理解され、認識される。

本願発明の実施形態を詳細に説明する前に、本願発明は、作動の詳細または構造の詳細、および、以下の記載において述べられる、あるいは、図面において図示されるコンポーネントの構成に限定されるものではないことを理解すべきである。本願発明は、種々の他の実施形態でインプリメントすることができ、ここで明示的に開示されていない代替的な方法で、実用化し、あるいは、実施することができる。また、ここでの、言葉遣い、および用語は、説明の目的のためであり、制限するものであると考えらてはならないことを理解すべきである。「含む」、「備える」および、それらのバリエーションは、後にリストする項目、および、それらの等価物、ならびに、追加項目とその等価物を含むことを意味する。さらに、種々の実施形態の説明において、列挙法が使われるかもしれない。明示的に述べない限り、列挙法の使用は、本願発明を、いかなる特定の順序、または、コンポーネントの数に制限するものとして解釈されてはならない。さらに、列挙法の使用は、本願発明の範囲から、列挙されたステップまたはコンポーネントと結合することができる、いかなる追加的なステップまたはコンポーネントを除外するものとして解釈されてはならない。

図１は、主コイルと主共振器とを有する無線電力供給源、および、二次共振器と二次コイルを有する無線レシーバを含む共振無線電力供給システムの代表的な図である。 図２は、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図３は、ＬＥＤインジケータで構成される、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図４は、ＬＥＤインジケータと、光学的に分離したフィードバック回路とを有する、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図５は、負荷変調のための容量素子で構成される１つの実施形態にしたがうデジタル・フィードバック回路を有する無線レシーバの代表的な系統図である。 図６は、負荷変調のための抵抗素子で構成される、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図７は、アクティブ整流回路で構成される、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図８は、アクティブ整流回路および共振器回路に結合された電流センス・トランスで構成される、１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図９は、アナログ・フィードバック回路を補うデジタル・フィードバック回路を含む無線レシーバの１つの実施形態の代表的な系統図である。 図１０は、アクティブ共振器回路を有する本願発明の１つの実施形態の動作を図示する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。 図１１は、アクティブＱコントロールを用いた共振器回路を有する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。 図１２Ａは、非アクティブ状態からアクティブ状態に変化する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。 図１２Ｂは、非アクティブ状態からアクティブ状態に変化する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。 図１３は、従来の無線レシーバ、および、１つの実施形態にしたがう無線レシーバのサーマル・イメージである。 図１４は、種々の無線レシーバの代表的な図である。そのいくつかは、Ｑコントロールを含み、種々の位置（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸位置）において適切な電力を受信していることが示される。 図１５は、３つの異なる充電面の代表的な図である。各々が、１つの実施形態にしたがう無線レシーバが、それを通して電力を受信することができる異なる厚みを有している。 図１６は、種々の誘導電力トランスミッタから電力を受信することができる１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な図である。 図１７は、Ｑコントロール回路を含み、ハーフ・ブリッジ、フル・ブリッジ、あるいは、それらの駆動回路の組合せを選択することができる無線トランスミッタの代表的な図である。 図１８は、バッテリーに組み込まれる１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な図である。 図１９は、背中合わせの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有するコントロール・サブ回路で構成される１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図２０は、背中合わせの電界効果トランジスタを有するコントロール・サブ回路と、可変抵抗フィードバックとで構成される１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図２１は、オプション切断を有するように構成される１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図２２は、共振器回路および主回路を、レシーバ出力に選択的に結合するように構成される１つの実施形態にしたがう無線レシーバの代表的な系統図である。 図２３は、１つの実施形態にしたがい、Ｑファクタ・コントロールのためにコントロール・サブ回路において、直列抵抗で構成される無線レシーバの代表的な系統図である。 図２４は、１つの実施形態にしたがい、光学的に分離したフィードバック回路で構成される無線レシーバの代表的な系統図である。 図２５は、無線レシーバのコイルと、誘導電力供給源のコイルとの間の空間関係の代表的な図である。 図２６は、無線レシーバのコイルと誘導電力供給源とのコイルの間の、疎結合フィールド領域および密結合フィールド領域の代表的な図である。 図２７は、無線レシーバの実施形態に組み込むことができる、いくつかのオプション・コンポーネントの代表的な系統図である。 図２８は、中距離トランスミッタのためのコントロール方法の代表的なフローチャートである。 図２９は、Ｑコントロール無線レシーバとコンパチブルの近接結合トランスミッタのためのコントロール方法の代表的なフローチャートである。 図３０は、Ｑファクタ・コントロールを有する無線レシーバの代表的なフローチャートである。 図３１は、無線電力トランスミッタおよびＱファクタ・コントロールを有する携帯デバイスの代表的な図である。 図３２は、Ｑファクタをコントロールするように構成される無線電力レシーバの代表的な図である。 図３３は、誘導調理器具に組み込まれる無線電力レシーバの代表的な図である。 図３４は、本願発明の１つの実施形態に従う、フィールド・エキステンダーの代表的な図である。 図３５は、レシーバ側無線電力伝送ネットワークの回路トポロジーを示す。 図３６は、レシーバ側無線電力伝送ネットワークの回路分析の電流および電圧のグラフを示す。

従来の中距離無線電力システムは、電力を、無線電力トランスミッタから無線電力レシーバにリレーする共振器を含むことができる。一般に、共振器のＱファクタが高いほど、共振器の格納エネルギーと比較して、エネルギー損失のレートが、より低い。すなわち、Ｑファクタが高いほど、共振器の発振は、よりゆっくり消えていく。結果として、共振器のＱファクタは、所定の距離において、共振器によってリレーすることができる電力の量に関連する。より高いＱファクタは、より高い電力のリレーという結果になることができ、より低いＱファクタは、リレーされる電力の量を減らすことができる。共振器回路のＱファクタをコントロールするために、共振器の１つ以上をアクティブに構成することは、たとえば、無線電力供給源から放射する電力の量、または、遠隔デバイスにおいて受信される電力の量を調整することによって、無線電力伝送システムを通過する電力の量の調整を可能にすることができる。本願発明の１つの実施形態に従う無線レシーバが、図２に示される。この実施形態において、無線レシーバは、共振器回路、二次回路、および、二次回路からフィードバックに基づいて、共振器をアクティブに構成することによって共振器回路のＱファクタを変化させるためのコントロール・サブ回路を含む。この実施形態では、コントロール・サブ回路は、共振器インダクタＬ３に、共振器キャパシタＣ３と並列に、接続している。コントロール・サブ回路は、共振器キャパシタＣ３を選択的にシャントし、それによって、共振器のＱファクタを激減させるために作動させることができるトランジスタＱ１を含む。共振器のＱを減らすことができるが、二次共振器Ｌ３の誘導電流は、まだ、フィールドを二次インダクタＬ４まで広げることができる。このように、二次インダクタＬ４で受信される電力は、Ｑファクタが減少しなかった場合には、さもなければ、受信される量よりも少ないことがあり得る。共振キャパシタＣ３がシャントされるときに、二次共振器Ｌ３は、非共振・低Ｑ共振器として動作することができ、減少した量のフィールドを、二次インダクタＬ４まで広げる。電流はシャントを通って流れることができるが、この実施形態におけるシャントは、共振器において、余剰電力を浪費することを意味するものではない。むしろ、回路のより低いＱは、二次インダクタＬ４に、より少ない量のフィールドを共振させることができ、レシーバが、許容できる量の電圧、電力、または、その両方で、動作し続けることを可能にする。

図示されるように、この実施形態の二次回路は、トランジスタＱ１の動作をコントロールするのに使用されるフィードバックを含む。この実施形態において、トランジスタＱ１は、フィードバックが閾値を上回るとき、共振器のＱファクタを減らすために作動される。作動において、無線レシーバは、ＡＣ電流が、共振器回路において誘導され、電力が、二次回路にリレーされるように、電磁場に置くことができる。

調節可能な共振器は、基本的にパワー伝達のいかなる段階においても電力コントロールを可能とする無線電力伝送システムの基本的にいかなるコンポーネントにでも組み込むことができる。例えば、調節可能な共振器は、無線トランスミッタ、無線レシーバや、従来の共振器の代わりに中間共振器に組み込むことができる。調節可能な共振器が中間共振器に組み込まれる場合には、回路は、ある程度のフィールドを共振させ、それによって、可能性として、中間共振器まわりで局所化したフィールドの許容できない量を防ぐように構成することができる。例えば、無線電力供給源が、部屋の中央に位置し、中間共振器が、部屋のまわりに位置する場合には、各々の共振器は、共振されたフィールドをある程度の量まで提供するように構成することができる。これは、遠隔デバイスが中間共振器の近傍に置かれたときに、過剰なフィールド・レベルが遠隔デバイスに損害を与えることを防ぐことができる。中間共振器は、最大あるいは標準フィールド・レベルを、共振回路の誘導電流または電圧に基づいて、決定することができる。あるいは、外部フィールド・センサを使うことができる。

上記したように、図２は、本願発明の１つの実施形態を組み込む無線レシーバを表す系統図である。無線レシーバは、無線電力トランスミッタ（図示せず）から、無線で電力を受信するように構成される。無線電力トランスミッタは、磁束を生成する主インダクタおよび共振器を含むことができる。無線レシーバは、遠隔デバイスの電力入力に結合することができる。例えば、Ｊ１とＪ２とは、遠隔デバイスの電力入力に結合することができる。例えば、Ｊ１とＪと２は、出力ターミナル、パッド、または、基板におけるワイヤーのためのホールであることができる。遠隔デバイスは、基本的に、電力を利用するいかなるコンポーネントであることもできる。例えば、遠隔デバイスは、携帯電話、スマート・フォン、メディア・プレーヤ、パーソナル・デジタル・アシスタント、ラップトップ・コンピュータ、ノート・ブック、または、タブレット・コンピューターであることができる。無線レシーバによって届けられる電力は、基本的に、直接、遠隔デバイスに電力供給したり、遠隔デバイスのバッテリーを充電するなど、いかなるようにも使用することができる。無線レシーバは、メーカーによって、直接、遠隔デバイスに一体化することができる。そのような実施形態においては、遠隔デバイスは、遠隔デバイスの筐体の中に無線レシーバを収容するように構成することができ、電力入力は、無線電力レシーバから、遠隔デバイスの電力管理ユニット（図示せず）に電力を配送する内部の電気的接続であることができる。この電力管理ユニット（図示せず）は、電力の使用を、例えば、遠隔デバイスに電力供給する、あるいは、遠隔デバイスのバッテリーを充電する従来の電力コントロール・アルゴリズムを使って要望通りにコントロールすることができる。代替的に、無線電力レシーバは、ワイヤレスで電力を受信することを意図しなかった遠隔デバイスに、その遠隔デバイスが、ワイヤレスで電力を受信するのを可能にするためにアタッチするように構成することができる。

図２の無線レシーバは、一般に、共振器回路、二次回路、そして、コントロール・サブ回路を含む。共振器回路は、共振器インダクタＬ３と共振器キャパシタＣ３とを含むことができる。共振器インダクタと共振器キャパシタの特性は、アプリケーション、望ましい二次回路出力、または、他の回路コンポーネントの選択に依存して変化することができる。描かれた実施例において、共振器キャパシタＣ３は、例えば、高品質０．１ｕＦ ６００Ｖ ３％メタル・ポリプロ・キャップ、パナソニックＥＣＧ ＥＣＷ−Ｆ６１０４ＨＬ、であり、共振器インダクタＬ３は、１２ターン、２８ＡＷＧ、４０ｍｍの平面巻線コイルである。他の実施形態において、共振器インダクタＬ３は、例えば、リッツ・ワイヤ・コイル、ＰＣＢコイル、または、プリント・コイルのような他のタイプのいかなるインダクタであることもできる。広範囲にわたる共振キャパシタと共振インダクタを、共振器回路で、利用することができる。例えば、定格を、およそ１００ボルトと、低ＥＳＲのおよそ２アンペアの電流にするインダクタとキャパシタとの異なる組合せは、例えば、自動車電話や統合無線レシーバのバッテリーなど多種多様な消費者電子デバイスの電力要求に相応した望ましい出力電圧を提供することができる。基本的に、共振器インダクタと共振器キャパシタとのどんなタイプおよび値の組合せでも、二次回路に無線電力リレーを行うのに、利用することができ、適切である、と言えば足りる。

図２において図示されるように、コントロール・サブ回路は、ＡＣ／ＤＣコンバータおよびスイッチを含むことができる。図２の実施形態において、ＡＣ／ＤＣコンバータは、フル・ブリッジ整流器Ｄ１−Ｄ４であり、スイッチは、プルダウン・レジスタＲ１を有するトランジスタＱ１である。トランジスタＱ１は、ＳＣ７３パッケージ−ＮＸＰ ＢＵＫ９８７５−１００Ａ、１１５における、７Ａ １００Ｖ ７２ミリオームＲｄｓ Ｎチャネル論理レベルＦＥＴであることができる。レジスタＲ１は、１００Ｋ１／８Ｗ ５％メタル・フィルム・レジスタ１２０２ ＳＭＤ − ディジ・キーＰＮ Ｐ１００ＥＣＴであることができる。使用において、フィードバック回路（以下に記す）が規定されていない場合には、レジスタＲ１は、トランジスタＱ１をオフに保つことができる。

図２において図示されるように、コントロール・サブ回路は、共振器インダクタＬ３に、共振器キャパシタＣ３と並列に接続している。１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、キャパシタＣ３のまわりの電流を選択的にシャントするのに用いることができる１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、並列抵抗を、選択的に提供するのに用いることができる。例えば、共振器キャパシタＣ３と並列に、可変レジスタンスを選択的に提供するために、トランジスタＱ１を、３極モードで動作させることができる。他の例として、コントロール回路は、トランジスタＱ１と直列に、レジスタを含むことができる。図２の実施形態において、とりわけ、整流器は、共振器キャパシタＣ３をシャントする、あるいは、共振器キャパシタＣ３と並列のレジスタンスを提供するために、単一低コスト・トランジスタＱ１の使用を容易にすることができる。他のアプリケーションにおいて、共振器回路の整流器は、取り除くことができる（例えば、図１９および図２０参照）。

この実施形態では、共振器回路は、無線レシーバに組み込まれ、二次回路に結合される。この二次回路の設計と構成とは、アプリケーションによって変化することができる。図２の実施形態において、この二次回路は、一般に、二次インダクタＬ４、ＡＣ／ＤＣコンバータ、および、フィードバック回路を含む。一般に、二次インダクタＬ４は、適当な電磁場が存在するとき、ＡＣ電力を生成する。ＡＣ／ＤＣコンバータは、誘導ＡＣ電力を、ＤＣ電力に変換する。描かれた実施例において、ＡＣ／ＤＣコンバータは、フル・ブリッジ整流器Ｄ５−Ｄ８であるが、しかし、整流器は、アプリケーション毎に、所望のように変化することができる。例えば、フル・ブリッジ整流器は、ハーフ・ブリッジ整流器と置き換えることができる（例えば、図２７参照）。遠隔デバイスが交流電源を、二次インダクタＬ４によって生成される周波数で、受信するように構成される応用において、ＡＣ／ＤＣコンバータは、必要ではない。いくつかアプリケーションにおいて、共振タンク回路を有する二次回路を提供することが望ましい。そのようなアプリケーションにおいては、キャパシタは、二次インダクタと直列に、または、並列に、導入することができる（例えば、図２７参照）。いくつかアプリケーションにおいて、二次インダクタＬ４と並列に、識別キャパシタを含むことが望ましい。識別キャパシタの値は、例えば、Ｑｉ（登録商標）相互運用可能無線電力標準に対応することを意図する遠隔デバイスのための１ＭＨｚの所望の識別周波数において、共振応答を提供するのに選択することができる。

この実施形態では、共振回路のＱファクタは、二次回路からフィードバックに基づいて、調節される。図２において、フィードバック回路は、二次回路からアナログ信号を受信するという点でアナログ・フィードバック回路である。フィードバック回路の出力は、基本的に、デジタル（例えば、トランジスタを「ＯＮ」、または、「ＯＦＦ」する信号）でありえる。あるいは、アナログ（例えば、３極モードでトランジスタを動作させ、トランジスタＱ１を可変レジスタとして見えるようにすることができる可変信号）であってもよい。他の実施形態において、以下に記すように、フィードバック回路の異なるタイプは、図２の中で表されるアナログ・フィードバック回路を置き換える、あるいは、補うことができる。

この実施形態では、フィードバック回路は、二次回路のＤＣ電圧に基づいて、コントロール回路を駆動するように構成される。この実施形態では、フィードバック回路は、整流器のＤＣ側の上の二次回路の電力出力の高い側に結合される。フィードバック回路は、所望のコントロール・ファクタ（例えば、温度、電圧、電流または電力）に基づいて、異なる位置で二次回路に結合される。いくつかアプリケーションにおいて、フィードバック回路は、二次回路の外側のコンポーネントに結合することができる。例えば、フィードバック回路は、バッテリー温度がコントロール・ファクタであるとき、遠隔デバイスのバッテリーに隣接して位置する温度センサに結合することができる。その温度センサは、二次回路の一部であることができるが、それは、あるいは、二次回路の外部にあることもできる。例えば、温度センサは、遠隔デバイスの回路に一体化することができる。あるいは、直接、共振回路に一体化することができる。

図２において、二次回路フィードバックは、アナログ・フィードバック回路をよって設定される閾値電圧値の関数である。より詳細には、この実施形態においては、フィードバック回路の出力は、二次回路の電圧が閾値を上回るかどうかに依存している。他の閾値ベース・アナログ・フィードバック実施形態において、フィードバックは、温度閾値、現在の閾値、電力閾値、または、いくつかの他の閾値の関数でありえる。図２の実施形態において、アナログ・フィードバック回路は、ツェナーダイオードＺ１と検電器Ｕ１を含む。代替的な実施形態において、アナログ・フィードバック回路は、フィードバック信号を生成する、異なるコンポーネントを含むことができる。例えば、アナログ・フィードバック回路は、コンパレーター回路、オペアンプ、または、フィードバック信号を生成することができる別の回路を含むことができる。図示された実施形態のフィードバック信号は、二次回路の電圧が閾値を上回るときに、トランジスタＱ１を閉じる高信号または低信号である。他の実施形態において、フィードバック回路は、３極モードまたは線形領域における、特定のポイントでトランジスタを動作させる「高」出力を生成するように構成することができる。それによって、トランジスタを、レジスタとして効率的に機能させる。フィードバック回路は、トランジスタが所望のレジスタンスを提供するようにすることを要求される信号と一致する「高」出力を生成するように構成することができる。代替的な実施形態において、フィードバック回路は、単純な「高」、または、「低」出力よりはむしろ可変出力を提供するように構成することができる。この実施形態では、出力は、トランジスタをオープンするため、トランジスタをクローズするため、トランジスタＱ１を基本的に３極モードのどんなポイントででも動作させるために変化することができる。トランジスタを３極モードで動作させることは、トランジスタがレジスタとして効率的に機能することを可能にする。選択的に変化するフィードバック信号を提供することによって、この代替的な実施形態は、トランジスタを可変レジスタとして効率的に動作させることを可能にする。トランジスタは、コントロール・ファクタに依存して、異なる状態で動作させることができる。例えば、閾値コントロール・ファクタで、トランジスタの動作状態は、閾値がどれくらい越えるかに依存して変化することができる。コントロール・ファクタが比較的少ない量だけ閾値を上回るならば、トランジスタは、それが比較的高いレジスタンスを示す、３極モードにおけるポイントで動作させることができる。コントロール・ファクタが比較的大きな量で、閾値を上回るならば、トランジスタは、完全に閉じられるか、それが比較的小さなレジスタンスを示す、３極モードにおけるポイントで動作さることができる。

図２の実施形態において、ツェナーダイオードと電圧検出器との特性は、アナログ・フィードバック回路の閾値をコントロールする。現在の実施形態において、Ｚ１ｉは８．７Ｖ、５００ｍＷツェナ・ミニメルフＳＭＤパッケージ、ダイオーズ社である。ＺＭＭ５２３８Ｂ−７とＵ１とは、ＴＯ−９２パッケージ、パナソニックＳＳＧ ＭＮ１３８１ＳＵＵ、における約４．６Ｖ閾値ＣＭＯＳ非反転出力を有する電圧検出器チップである。作動において、Ｕ１は、出力電圧が４．６Ｖを超えないとき、「低」信号を、または、出力電圧が４．６Ｖを超えるとき、「高」信号を出力する。閾値は、ツェナーダイオードや電圧検出器チップの特性を調節することによって、変化することができる。

作動の間に、コントロール回路は、二次回路の出力電圧が、４．６Ｖの閾値を上回るとき、共振器回路のＱファクタ（またはＱ値）を選択的に減らすように作動する。より詳細には、第二の出力電圧が閾値を越えるならば、コントロール・サブ回路は、共振器回路を、共振器回路のＱ値を下げるように構成し、それによって、共振器回路によりリレーされる電力の量を減らし、効果的に、二次回路で受信される電力を減らす。二次出力電圧が、閾値を下回るならば、コントロール・サブ回路は、共振器回路が最大Ｑに留まることを可能にする。この実施形態では、コントロール回路は、フィードバック回路によって作動され、二次回路からのフィードバックループを提供する。このフィードバックループは、フィードバック回路が、二次出力電圧が閾値を超えているとき「高」フィードバック信号を生成する周期的コントロール・スキームをつくる。応答において、コントロール・サブ回路は、より低いＱ値を有するように共振器回路を再構成するために、トランジスタＱ１を閉じ、共振器によってリレーされる電力を減少させ、二次出力電圧を降下させる。二次出力電圧が閾値電圧を下回るとき、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路に「高」フィードバックを送るのを止める。コントロール・サブ回路がフィードバック回路から「高い」フィードバックを受信するのを止めるとき、次に、コントロール・サブ回路はトランジスタＱ１をオープンし、共振器回路を、その最初のＱ価値に戻ることを可能にする。共振器回路が最初のＱ価値に戻るとき、二次出力電圧は、再び上昇することができる。二次出力電圧が閾値電圧を上回るならば、次に、全体のプロセスが再び始まる。このように、無線レシーバは、特定の出力電圧が過剰となるのを防ぐために、共振器回路のＱ値をアクティブに調節することができる。

共振器回路により妨害された磁束が、共振器回路がその最初のＱ値で、十分な磁束（例えば、リレー電力）をリレーし、一貫して閾値電圧を上回るのに十分である状況において、コントロール回路は、動作の間、コントロール回路を、素早く動作させたり、停止させたりすることができる。共振器のこのアクティブな再構成は、時間とともに平均Ｑ値を可能にすることができる。すなわち、第１のＱ値を提供する第１の構成と、第２のＱ値を提供する第２の構成との間で共振器を選択的に構成することによって、第１のＱ値と第２のＱ値との間で効率的なＱ値を、提供することができる。１つの実施形態において、第１の構成は、オープン回路構成であり、第２の構成は、シャント構成である。オープン回路構成とシャント構成との間でアクティブに変更することによって、無線レシーバは、共振器回路によって二次インダクタＬ４にリレーされる電力をコントロールするために、共振器回路を選択的に調節することができる。代替的な実施形態においては、構成の１つは、並列レジスタンス構成でありえる。

作動の間に、二次出力電圧は、再構成されている共振器のＱ値の他に、他のファクタに変化することができる。例えば、無線レシーバの上の負荷は、電磁場における遠隔デバイスの数を変化させることができ、あるいは、無線レシーバと電力源との間の距離は、変化することができる。フィードバックが二次出力電圧に基づくので、システムは、これらの変化を自動的に判断することができる。

図２のスイッチは共振器インダクタＬ３に接続しているが、スイッチの構成は、アプリケーションによって変化することができる。例えば、図１９および図２０の中で図示される代替的な実施形態において、コントロール・サブ回路は、共振器キャパシタＣ３と共振器インダクタＬ３と直列に、スイッチを含むことができる。図１９および図２０の実施形態において、スイッチは、それらのゲートを結びつけられた２つの背中合わせの電界効果トランジスタを含む。閾値電圧より上のゲート電圧が、共振器回路をオープン回路構成に構成し、閾値電圧の下のゲート電圧が、共振器回路を分離共振器回路構成に構成する。図１９および図２０は、共振器キャパシタと共振器インダクタとに直列の背中合わせのトランジスタを示すが、この背中合わせのトランジスタは、共振器キャパシタと並列な共振器インダクタに交替に接続することができる。

図２と図１９との両方の実施形態において、コントロール・サブ回路は、共振器およびのＱファクタを変化させるために動作させることができ、実質的に、共振器を通してリレーされる電源の量をコントロールすることができる。図２において、トランジスタＱ１がアクティブでないときに、コントロール・サブ回路は、共振器回路のＱファクタに対する最小の影響を有する。トランジスタＱ１がアクティブであるときに、コントロール・サブ回路は、共振器回路のＱファクタに対して劇的な影響を有する。トランジスタＱ１が３極モードで動作するとき、Ｑファクタは、アクティブな構成のＱファクタとアクティブでない構成のＱファクタとの間で変化させられる。

図１９において、コントロール・サブ回路がオープン回路構成であるときに、コントロール・サブ回路は、共振器回路のＱファクタに対する劇的な影響を有する。例えば、オープン回路構成のコントロール・サブ回路による共振器回路のＱファクタは、およそゼロである。

図２と図１９との両方の実施形態において、共振器のＱファクタは、コントロール・サブ回路が種々の構成である時間をコントロールすることによって調節することができる。例えば、異なるＱファクタを有する複数の構成がある、または、時間平均化Ｑファクタが、コントロール・サブ回路が、複数の構成の各々である時間比率をコントロールすることによって達成することができるところである。時間平均化Ｑファクタは、共振器が各々の構成である時間の量に正比例することができる。例えば、時間平均化Ｑファクタが線形に比例している共振器回路では、１つの構成のＱは１００であり、別の構成のＱは０である、５０のＱファクタは、およそ５０％の時間に１つの構成であり、およそ５０％の時間に他の構成であるコントロール・サブ回路によって達成することができる。異なるＱファクタは、その比率を変化させることによって達成することができる。例えば、上で注意される線形比例アプリケーションにおいて、およそ２５のＱファクタは、１００のＱファクタを提供する構成で、およそ２５％の時間、および、０のＱファクタを提供する構成で、およそ７５％の時間、動作させることのより達成することができる。いくつか実施形態において、システムは、特定のＱファクタにコントロールすることができる。例えば、共振器回路の異なる構成のＱファクタは、事前に決定することができ、コントローラは、所望のＱファクタまたはＱファクタ範囲を達成するために、共振器回路をアクティブに再構成することができる。共振器のＱファクタを変化させる期間は、システムに含まれるキャパシタンスの容量に比例して調節することができる。最小限の量のキャパシタンスによるアプリケーションにおいて、システムの電圧リップルを最小にするためには、共振器がデューティ・サイクルを有する周波数を増やすことが望ましい。例えば、スイッチングの周波数は、電力伝送周波数のレートで実行することができる。ここで、Ｑは、共振器での電流の単一の期間の部分に対して調節される。例えば、Ｑファクタは、共振器の中を流れる電流の単一の期間の最初の２０％に対して増加し、その期間の残りの８０％に対して減少することができる。他のアプリケーションにおいて、システムは、Ｑファクタを、温度、電圧、電流または電力など、追加的であるか代替的なファクタに基づいて、コントロールすることができる。これらの他のアプリケーションにおいて、システムが、インダクタンス、キャパシタンスまたは、その種々の構成の共振器回路のＱファクタを知ることは必要ではない。

１つの実施形態において、コントロール・サブ回路は、可変レジスタとして機能することができるコンポーネントを含む。コンポーネントは、３極モードまたは線形領域で動作するトランジスタであることができる。フィードバック回路は、可変レジスタの値をコントロールするコントロール・サブ回路に、比例フィードバック信号を提供することができる。このフィードバック回路は、アルゴリズムに基づいて、フィードバック信号関係類を調節することができるコントローラを含むことができる。このアルゴリズムは、感知された特性の実際の値と望ましい値との間の相対的な差異に基づいて、フィードバック信号を変化させることができる。例えば、コントローラは、比例・積分・微分（ＰＩＤ）アルゴリズムのような、コントロール・ループを利用することができる。１つの実施形態において、フィードバック信号のデューティ・サイクルは、二次出力電圧と閾値との間の差異に比例していることがあり得る。

現在の実施形態において、Ｄ１からＤ８までは、２Ａ １００ＶのＦａｓｔ Ｄｉｏｄｅｓ−ダイオーズ社、Ｂ１１００ＬＢ−１３−Ｆであることができる。

フィルタコンデンサＣ４はオプションである。いくつか実施形態において、追加的なフィルタ・コンポーネントを、二次回路出力をフィルタリングするために提供することができる。現在の実施形態において、フィルタコンデンサＣ４は、負荷存在再検出のために、およそ２２ｍｓの時定数を提供する。１つの実施形態において、Ｃ４は、１２１０ＳＭＤパッケージにおける１μｆ ５０ＶセラミックＸ５Ｒ、パナソニック、ＥＣＧ ＥＣＪ−４ＹＢ１Ｈ１０５Ｋであることができる。１つの実施形態において、要求される出力電圧に依存して、１６ボルト定格フィルタコンデンサを使用することができる。

無線レシーバの１つの実施形態は、１つ以上の指標を含む。図３を参照すると、１つの実施形態は、Ｑコントロールがアクティブであるときを示すためのＬＥＤインジケータ、および、充電が行われているときを示すためのＬＥＤインジケータを含む。

無線レシーバの１つの実施形態は、共振器回路とコントロール・サブ回路とを二次回路から分離するオプト・アイソレータを含む。図４を参照して、ＬＥＤインジケータと光学的に分離したフィードバック回路とを有する無線レシーバの代表系統図が、図示される。オプト・アイソレータは、高電圧または速く変化している電圧が、１つの側において、コンポーネントを損傷すること、あるいは、他の側において、信号を歪ませることを防止するのを支援することができる。オプト・アイソレータを含む１つの実施形態が、図２４の中に図示される。

次に、図５−９、図１９−２２に図示された実施形態を参照すると、無線レシーバの実施形態は、いくつかの例外があるが、上述の実施形態と同様である。図５−９と図１９−２２の実施形態のフィードバック回路は、共振器によりリレーされた電力をコントロールするために、共振器回路にフィードバックを提供するように構成されるコントローラを含む。他の実施形態と同様に、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路をアクティブにコントロールするために、コントロール信号を提供することができる。図２−９の実施形態で図示されるように、フィードバック回路は電界効果トランジスタを含むことができる。あるいは、図１９および図２０の実施形態で図示されるように、２つの背中合わせの電界効果トランジスタを含む。図１９において、フィードバック回路は、交替状態の間でコントロール・サブ回路を切り替える、高出力、または、低出力を提供するように構成することができる。図２０において、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路の比例コントロールを提供する演算増幅器を含む。例えば、このフィードバック回路は、背中合わせのトランジスタが、可変抵抗として機能することを可能にするアナログ出力を有することができる。図１９および図２０において、この無線レシーバは、フィードバック回路の出力、二次回路の出力、または、両方をモニターすることができるコントローラを含むことができる。さらにまた、本明細書において、ほかで記載したように、コントローラは通信することができる。

１つの実施形態において、図２２において図示されるように、コントローラは、共振器回路からのＤＣ出力と、アクティブ整流回路とを、スイッチを使って一緒に結合することができる二重コイル電力受信モードを選択することができる。この構成で、コントローラが、共振器と主コイルとが、誘導電力供給源に密接に結合していると決定するならば、コントローラは無線レシーバを、二重電力スイッチを閉めることによって、共振器インダクタＬ３と二次インダクタＬ４との両方からの電力を使用するように構成することができる。図５の図示された実施形態において、フィードバック回路のコントローラは、二次回路の出力についての情報を感知するのに適応したセンサを組み込む。代替的な実施形態において、センサは、コントローラから分離したコンポーネントであることができる。上述のように、感知された情報は、電圧、電流、体温、および、電力の特性のうちの少なくとも１つを含むことができる。図示された実施形態において、コントローラは、二次回路の出力、たとえばＪ１、において感知される電圧に基づいて、共振器回路にフィードバックを提供することができる。例えば、他の実施形態と同様に、コントローラは、コントロール・サブ回路を、感知された電圧が閾値に到達することに応じて、共振器回路への並列抵抗を、選択的にシャントするか、選択的に提供するようにコントロールすることができる。このように、コントローラは、第１の期間の１つのＱファクタと、別の期間の別のＱファクタを選択することによって、共振器回路のＱファクタをアクティブにコントロールすることができる。それにより、時間平均化Ｑファクタは、第２の期間に関して、第１の期間の相対的な時間に依存するという結果となる。

１つの実施形態において、コントローラは、サイクルの一部に対する１つのＱファクタと、サイクルの別の部分に対する別のＱファクタを選択することによって、共振器回路のＱファクタをアクティブにコントロールすることができる。例えば、システムは、例えば、図２−図９に示される回路のいずれかのように、高Ｑ共振器から低Ｑ共振器に変換するために、高Ｑ共振器回路Ｌ３、Ｃ３の上のシャント負荷を使用することができる。シャントされるとき、低Ｑ共振器は、まだ、レシーバＬ４へのあるフィールドを共振させることができるが、しかし、Ｌ３に存在する減少した電流のために、わずかなエネルギーが、シャントで失われる。Ｌ３のシャントは、Ｌ３において再循環している電流のいくつかのサイクルに行うことができる。あるいは、シャントがデューティ・サイクルであるサイクル毎ベースのサイクルにおいて行うことができる。各期間のパーセンテージにたいして適用することができる。加えて、シャントのタイミングは、サイクルの間の任意の時間に実行することができる。シャントがサイクルにつき１または２回適用される１つの実施形態において、そのタイミングは、共振器回路Ｌ３／Ｃ３において受信される電力の電流波形のゼロクロッシングに対応することができる。例えば、シャントは、サイクルのパーセンテージまたは期間の各々のゼロクロッシングの後に、オフのまま、あるいは、非活性化することができ、つぎに、そのサイクルの残りに、活性化することができる。他の例として、シャントは、そのサイクルのパーセンテージまたは期間のゼロクロッシングにおいて、活性化することができ、つぎに、そのサイクルの残りに、非活性化することができる。シャントが、サイクル毎ベースにコントロールされるならば、Ｌ４により受信される電圧は、より高い周波数においてサイクルし、より小さなバルク・キャパシタが、リップル電圧を除去するのを可能にする。共振器のデューティ・サイクルを、高Ｑと低Ｑ状態の間で、調節することによって、レシーバは、Ｌ３における電流の量を調節することができ、それによって、Ｌ４で受信される電力の量を調節することができる。例えば、遠隔デバイスが、より高い結合量のトランスミッタに配置されるとき、Ｌ３共振器における電流は、高Ｑ状態の間に増加する。増加を補償し、レシーバに過剰電圧を加えるのを防止するために、シャントのデューティ・サイクルを増やし、遠隔デバイスによって受信される全体的な電力を減らすために、低Ｑ状態のデューティ・サイクルを増やすことができる。

動作の間、Ｑファクタの間でサイクルするシステムのモデルが、次に、図３５および図３６を参照して記載される。具体的には、本願発明の１つの実施形態に従う、４コイル・システムの分析とシミュレーション（つまり、２コイル・レシーバ回路と２コイル送信器回路）が記載される。

図３５を参照して、この分析のための４コイル無線電力伝送ネットワークのレシーバ側が、示される。それは、Ｌ_３−Ｃ_３タンク回路にわたってスイッチすることができるレジスタンスＲ_ｓを含む。この回路において、Ｒ_３は、インダクタＬ_３の等価直列レジスタンス（ＥＳＲ）であり、キャパシタＣ_３は、損失がないと考える。Ｌ_４のＥＳＲは、全体負荷Ｒ_Ｌの部分であると考えられる。

分析を単純化するために、無線電力伝送（ＷＰＴ）ネットワークのトランスミッタ側からの時変磁束は、図３５において、電流源ｉ_ｓによって、シミュレーションされた。（トランスミッタ側共振器とレシーバ側共振器との間の磁束結合係数が小さいならば、この仮定が有効でありえる）。

ＷＰＴネットワークの状態方程式は、以下の通りである。

状態方程式は、（ｄＸ／ｄｔ）＝ＡＸ＋ＢＵの形で、表される。ここで、Ｘは、システム状態の列ベクトルである。Ａは、状態推移行列、Ｂは、入力ベクトルＵに対する重み行列である。この場合、システムを駆動する１つの刺激が存在し、Ｕは、スカラｉ_ｓである。システム状態は、インダクタＬ_３における電流ｉ_３、インダクタＬ_４における電流ｉ_４、および、キャパシタＣ_３にわたる電圧ｖ_３である。

図３５に示される回路のスイッチが開いているとき、Ｒ_ｓの実効値は、無限になり、そして、Ａ（３，３）は、０になる。図３６に示される波形が、次のパラメータに対する状態方程式を解くことによって得られた。
ここで、ｔは、ｓにおける時間である。

ソース電流の値は、時間不変ネットワークのサイン波定常励起状態の下で、Ｌ_３−Ｃ_３に１１．５Ａピークの循環電流を生成するもののように決定された。（すなわち、Ｒ_ｓ＝∞）。

図３５におけるショートさせる戦略は、ｖ_３の各々のゼロクロッシングで、Ｃ_３にわたるＲｓをスイッチし、それを５０μｓの間そのままにすることであった。図３５のＱスイッチ・ネットワークに対するスタートアップ（すべての初期条件ゼロ）からのシミュレーションが、電圧ｖ_３のゼロクロッシングの瞬間に、５０μｓの期間この接続をアサートして、Ｃ_３と並列に、Ｒ_ｓを適用する戦略を用いて、図３６に示される。この期間の終わりに、スイッチが、オープンされた。電流ｉ_４は、Ｒ_ｓがアサートされるときに、ゼロに、急速に低下することは、すぐに理解することができる。フィードバック回路は、また、例えば、電圧、電流、温度、または、電力の特性のうちの少なくとも１つを含む、共振器回路またはコントロール・サブ回路についての情報を感知するのに適応した共振器センサ回路を含むこともできる。図５の図示された実施形態において、共振器センサ回路は、電圧を感知し、電圧分割器と静電ツェナーダイオードを含むように構成される。電圧分割器は、共振器回路における電圧に比例する出力をコントローラに提供することができる。ツェナーダイオードは、コントローラを、コントローラの入力電圧閾値を上回る出力電圧から保護することができる。図８の図示された実施形態において、共振器センサ回路は、変流器Ｔ１を用いて電流を感知するように構成され、この変流器のコントローラへの出力は、共振器回路を通しての電流と比例した電圧であることができる。

共振器センサ回路からの感知された情報に基づいて、コントローラは、閾値の下にある、二次回路の出力についての感知された情報にもかかわらず、閾値を越える共振器センサ回路からの感知された情報に応じて、共振器回路によりリレーされた電力をコントロールするために、コントロール・サブ回路をコントロールすることができる。代替的な実施形態において、コントローラは、共振器センサ回路からの感知された情報に基づいて、レシーバ回路から、効率的に、共振器回路を取り除くために、シャットオフ回路を有効にすることができる。図２１の図示された実施形態は、オフ状態に切り替えられることに応じて、レシーバ回路から共振器回路を効率的に、取り除くことができるシャットオフ回路を含む。例としてあげると、コントローラは、コントロール・サブ回路をコントロールすることによって、二次回路の出力パワーを減らす試みにもかかわらず、共振器回路の電力レベルが高いままであるという標示に基づいて、シャットオフ回路を有効にすることができる。

図５の図示された実施形態に戻って、このフィードバック回路は、レシーバ回路と誘導電力供給源との間の誘導結合を介して、誘導電力供給源への情報を通信するように構成される負荷変調回路を含むことができる。この負荷変調回路は、情報を送信するために選択的に変調することができる容量素子、抵抗素子、誘導要素、または、それ組合せのようなインピーダンス素子を含むことができる。例えば、図５の図示された実施形態において、インピーダンス素子は、キャパシタであり、図６の図示された実施形態において、レジスタである。

インピーダンス素子を変調させることは、レシーバ回路と誘導電力供給源との間の誘導的結合を通して、反射インピーダンスを変化させる。誘導電力供給源は、情報を復調するために、それを感知することができる。このように、振幅変調、周波数変調、および位相変調を含む、変調または後方散乱変調を使用して、情報を、送信することができる。開示の目的で、情報は、フィードバック回路を用いて、誘導電力供給源に送信することができるが、しかし、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）に２００９年４月２１日に発行され、「通信を有する適応誘導電力供給」と題された米国特許第７５２２８７８号において記載されるような他の回路トポロジーを、情報を通信するのに用いることができる。これは、参照により、本願明細書に、その全体が組みこまれる。たとえば、ブルートゥース等の独立型レシーバやトランスミッタなど、他の通信システムを、情報を通信するのに用いることもできる。

図７および図８に図示された実施形態に示すように、レシーバ回路は、また、可変周波数電力伝送信号の上の固定周波数通信を符号化するためのキー変調を使用して誘導電力供給源へ情報を送信するように構成される通信回路を含むことができる。つまり、各々のビットと結びついている変調の数は、通信周波数とキャリア信号周波数との比の関数としてダイナミックに変化することができる。開示の目的で、情報は、通信回路を用いて、誘導電力供給源に送信することができるが、しかし、ノーコンク（Ｎｏｒｃｏｎｋ）ほかによる「無線電力伝送システムにおける通信を提供するシステムと方法」と題され、２０１１年１１月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／５６４１３０号の中で記載されたもののような、他の通信回路を、情報を通信するのに用いることができる。参照により、本願明細書に、その全体が組みこまれる。情報を通信するための２つの回路が、図７および図８の図示された実施形態で示されるが、このレシーバ回路は、通信回路を有さない負荷変調回路、または、負荷変調回路を有さない通信回路を含むことができることが理解されるべきである。図示されるように、複数の利用できる通信システムを有するレシーバ回路を提供するために、両方とも存在することもできる。

いくつか実施形態において、フィードバック回路は、共振器に関係する電力をコントロールするために、コントローラとアナログ・フィードバック回路を含むことができる。例えば、図９において図示されるように、コントローラは、共振器センサ回路を通して共振器回路をモニターすることができ、負荷変調回路を通して、誘導電力供給源に通信することができ、アナログ・フィードバック回路は、上の図２に関して記載されたように、コントロール・サブ回路にフィードバックを提供することができる。

図２８を参照して、中距離無線トランスミッタのためのコントロール方法の１つの実施形態が、図示される。トランスミッタは、デバイスが、電力伝送表面の上に、または、それの近くに配置されるのを待つようにプログラムされることができる。１つの実施形態において、トランスミッタは、デバイスが配置されたかどうかを認識するために、定期的にピングをする。例えば、無線トランスミッタは、インダクタに定期的にエネルギーを与え、無線レシーバが、電力伝送表面の近傍に行ったり来たりすることから起こるインピーダンスでの変化を識別するために反射インピーダンスを分析することができる。１つの実施形態において、トランスミッタ・ピングは、無線レシーバ初期化通信によって、補完されるか、あるいは、置き換えることができる。

デバイスを検出することに応答して、中距離電力トランスミッタは、その電力レベルを上昇させることができる。例えば、中距離電力トランスミッタは、共振器が含まれるならば、その共振器のＱ値を増やすことができる、あるいは、それは、送信されている電力の量を増加するために、レール電圧を増やすことができる。中距離電力トランスミッタは、存在するデバイスの全てが、充電中であるかどうかを判断することができる。デバイスの全てが充電中であるのではないと、判断されると、電力は、デバイスの全てを充電するために、反復的に、十分な電力が提供されるまで、増加されることができる。１つの実施形態において、デバイスの全てが充電であるかどうか決定する１つの方法は、デバイスで通信を通して行うものである。

１つの実施形態において、中距離無線電力トランスミッタは、近傍の無線レシーバの全てが、それらのＱファクタを減らしているかどうか判断することができる。例えば、無線レシーバの各々は、それらが過剰な電力を受信していて、Ｑファクタを減らしていることを、中距離無線トランスミッタに通信するようにプログラム化することができる。任意には、各々の無線レシーバは、トランスミッタにそのＱファクタをレポートすることができる。近傍の無線レシーバの全てがそれらのＱファクタを減らしているという判断に応じて、無線トランスミッタは、無線で送信されている電力の量を減少させることができる。１つの実施形態において、無線トランスミッタは、無線で送信されている電力の量を無線レシーバの１つが、それがＱファクタを減らしていないことを報告するまで、反復的に減らすことができる。１つの実施形態において、中距離無線電力トランスミッタは、レポートされたＱファクタに基づいて、少なくとも１つの無線レシーバが、そのＱファクタを減らさないレベルに、電力の量をインテリジェントに減らすことができる。このように、複数の無線レシーバは、過剰なエネルギーを提供することなく、複数の無線レシーバのために効率的な充電を提供するレベルで同時に充電されることができる。

現在の実施形態は、少なくとも１つのデバイスがそのＱファクタを減らしていないコントロール方法を記述するけれども、代替的な実施形態において、コントロール方法は、無線レシーバの閾値が、それらのＱファクタを減らさなくなるまで、反復的に、電力を減らすことを含むことができる。このように、コントローラは、効率的に電力を伝送することと、無線レシーバが充電する十分なエネルギーを有することを確実とすることとをバランスする、伝送する適切なエネルギー量をインテリジェントに決定することができる。

図２９を参照して、近接結合トランスミッタのためのコントロール方法の１つの実施形態が、図示される。トランスミッタは、１つ以上の無線レシーバが、電力伝送表面の近傍に配置されるのを待つようにプログラムされることができる。図２８と同様に、トランスミッタは、デバイスが配置されたかどうかを認識するために、定期的にピングをすることができる。無線レシーバは、存在を報告することができ、または、存在の認識する、いくつかの他の方法を利用しりことができる。無線レシーバは、たとえば、トランスミッタと通信することによって、それが追加的な電力を必要とすることを示すことができ、トランスミッタは、出力電力を増加することによって、応答することができる。無線レシーバは、また、それがより少ない電力を必要とすることを示すこともできる。その場合には、無線電力トランスミッタは、送信されている電力を減少させる。近接結合トランスミッタ方法は、Ｑコントロールを有する無線レシーバに関連して使うことができる。近接結合トランスミッタ・コントロール方法論は、Ｑコントロールを有する無線レシーバに影響を受けることができない。すなわち、Ｑコントロールを有する無線レシーバは、図３０に関連して記述されるように、適切に共振器のＱファクタを変化させるように、自身で動作することができる。このように、Ｑコントロールによる無線レシーバは、近接結合トランスミッタと中距離無線トランスミッタとの両方と、コンパチブルでありえる。

図３０を参照して、無線レシーバのＱコントロールのためのコントロールの１つの方法が図示される。無線トランスミッタから受信する無線電力に応じて、無線レシーバは、電流、電圧、または、いくつかの他の共振器の特性を測定する。無線レシーバは、電力を送信している無線電力トランスミッタが、密連結トランスミッタであるかどうかを判断するプロセスを有することができる。現在の実施形態において、共振器インダクタＬ３における電流が、測定され、共振器のＱファクタが、減らされ、そして、Ｑファクタが減らされる間に、共振器インダクタＬ３の電流が再び測定される。

Ｑファクタが減小するときに、電流が増加しているならば、無線レシーバは、密結合トランスミッタからエネルギーを受信しそうである。したがって、共振器回路は、無線レシーバからスイッチで切り離すことができ、電力は、無線電力トランスミッタにより通信を通して調節することができる。１つの実施形態において、図２２の二重ブリッジ整流器構成は、無線電力トランスミッタが密接に結合されているとの決定に応じて、利用することができる。

電流が減少するか、変化しないならば、無線レシーバは、例えば、中距離無線電力トランスミッタのような疎結合無線電力トランスミッタから、無線電力を受信しそうである。無線レシーバは、充電する十分な電力があるかどうか決定する。十分な電力がないならば、追加的な電力を要求することができる。十分な電力があるならば、無線レシーバは、過剰に電力があるかどうか決定することができる。過剰に電力があるならば、無線レシーバは、記載したように、上述の種々の実施形態の１つを使用して、共振器のＱファクタを減らすことができる。過剰な電力がないならば、無線レシーバは、充電を継続し、定期的に、電力レベルが調節される必要があるかどうか見るために、チェックすることができる。

図１０−１２は、本願発明の１つの実施形態の一般的な動作を図示することを意図する種々の構成における無線テスト・レシーバを示す一連のオシロスコープ・スナップショットである。図１０は、Ｑコントロールがアクティブでない共振器回路を有する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。図１０の中で図示される実施形態において、無線テスト・レシーバは、およそ５ワットの電力を受信している。チャンネル１は、１０オームの負荷への出力負荷電圧を図示する。チャンネル２は、共振器インダクタＬ３での電流を図示する。チャンネル３は、整流ピークの基準電圧を図示し、それは、１３．３ボルトの閾値の下にあるとして図示される、したがって、高Ｑが維持され、共振器回路は、共振器回路構成で構成される。

図１１は、シャント構成で共振器回路を構成した無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。図１１の中で図示される実施形態において、チャネル３は、負荷が取り除かれると、整流ピーク基準電圧は、１３．３ボルトを上回ることを示す。すなわち、二次の出力は、閾値より上で、スパイクする。応答において、共振器のＱファクタは、二次回路フィードバックによって抑圧される。この抑圧が、共振インダクタＬ３を通る電流の減少を引き起こす。これは、チャネル２で測定されている。現在の実施形態において、共振インダクタＬ３を通る電流は、４分の１に、減少し、それは、効率的に、インダクタＬ３によって、約、１６分の１に、電力を減らす。

図１２ａは、非アクティブ状態からアクティブ状態に変化するＱコントロール回路を有する無線テスト・レシーバのオシロスコープ・スナップショットである。すなわち、このスナップショットは、共振回路が、共振器回路構成からシャント構成に移行するときの瞬間を捕える。負荷存在再検出の、このオシロスコープ・スナップショットは、負荷を取り除いて、二次出力電圧は、１８ボルトを超えてピークに達し、共振器インダクタ電流は、４アンペアを超えるまで増加し、共振器インダクタＬ３のかなり熱という結果となることを示す。描かれた実施形態において、無線トランスミッタと無線テスト・レシーバの間のＺ距離は、およそ１．２２”である。ここで、トランスミッタとレシーバとの間の結合は、それほど強くない。より小さいＺ距離で、Ｑコントロール回路は、より大きな電圧から保護することができる。

図１２ｂは、図１２ａのオシロスコープ・スナップショットの注釈がついているバージョンを示す。この注釈は、負荷がどこで取り除かれたか、調整された電圧がどこで高くなり過ぎたか、および、Ｑコントロールが、スイッチＱ１を閉じることによってどこで起動されたか、それによって、共振器回路のＱファクタを変化させたことについて示す。

図１３は、従来の無線レシーバ、および１つの実施形態による無線レシーバの、およそ１５分間の動作のサーマル・イメージである。この画像は、従来の無線レシーバは、その無線レシーバより暖かいことを図示する。このサーマル・イメージは、２つの無線レシーバを図示する。画像の右上部分の無線レシーバは、その負荷におよそ５Ｗの電力を受信しており、左下のレシーバは、アンロードされているが、それがオーバヒートするのを妨ぐＱコントロール回路を有する。

図１４は、種々の無線レシーバの代表的な図である。そのいくつかは、Ｑコントロール回路を含み、種々の位置（Ｘ／Ｙ／Ｚ軸位置）において適切な電力を受信していることが示される。Ｑコントロール回路が、各々の無線レシーバが、所望出力に基づいてＱファクタを自身で調整することを可能にする。無線レシーバは、表面に直接セットすることができ、無線トランスミッタの位置に依存して、密結合または中距離結合となることができる。無線レシーバは、バッグ、ツールボックス、バックパック、または、他のコンテナの内部にセットすることができる。そして、そのコンテナは、電力伝送表面の上にセットすることができる。無線トランスミッタは、コンテナ内の無線レシーバに密結合、または、中距離結合で結合することができる。Ｑコントロール回路を有する共振器コイルは、電力を、Ｑコントロール回路もそれ自身が有する別の無線レシーバにリレーすることができる電力伝送表面に配置することができる。さらに、Ｑコントロール回路のない共振器コイルは、また、Ｑコントロール回路をそれ自身が有する別の無線レシーバに、電力をリレーすることができる電力伝送表面に配置することができる。

図１５は、各々が、異なる厚みを有し、１つの実施形態による無線レシーバが、３つの表面のどれででも電力を受信することができる、３つの異なる充電面の代表的な図である。１つの実施形態において、トランスミッタは、表面の片側に搭載、あるいは、配置することができる。このレシーバは、無線電力を受信するために適切なトランスミッタから反対側の表面に配置することができる。Ｑコントロール回路は、無線電力トランスミッタと無線電力供給との間のＺ距離に依存する適切な量の電力を受信するために、レシーバのＱファクタをアクティブに調節することができる。このように、トランスミッタのための１セットの回路と、無線レシーバのための１セットの回路とは、特定のＺ距離に対して、回路を調整しなくても、インプリメントすることができる。ユーザは、Ｑコントロール・システムを購入し、どんな表面にでも、それをインストールするすることができ、そのシステムは、特定のギャップを、Ｑコントロールで適切に調節することができる。

図１６は、Ｑコントロール回路を有する無線電力システムの代表的な図である。この図は、Ｑコントロールを有する無線レシーバは、密結合固定周波数電力トランスミッタ、可変周波数密結合電力トランスミッタ、第１の距離で電力を提供する疎結合固定周波数電力トランスミッタ、および、第２の距離で電力を提供する疎結合固定周波数電力トランスミッタを含む、種々の異なる無線レシーバとコンパチブルであることを図示する。１つの実施形態による無線レシーバは、複数の無線電力トランスミッタから電力を受信することができる。１つの無線レシーバと１つの無線トランスミッタ・フィールドがある状況で、この無線レシーバは、コイル・アレイ・フィールド・コントロール・チャネルにつき１つのレシーバとコンパチブルである。無線レシーバは、また、１つのトランスミッタ・フィールドの中の複数のレシーバへ電力を伝送する疎結合トランスミッタとコンパチブルである。

図１７は、Ｑコントロール回路を含み、・ハーフ・ブリッジ、フル・ブリッジ、あるいは、それらの駆動回路の組合せを選択することができる無線トランスミッタの代表的な図である。

図１８は、バッテリーのためのラベルに組み込まれる、１つの実施形態による無線レシーバの代表的な図である。このラベルは、複数の層を含むことができる。図示された実施形態において、電池ラベルは、カラー層、導体層、半導体デバイスと部品層、別の導体層、シール層、基板、および、接着材層を含む。この層は、フォイル層またはプリント層でありえる。このラベルは、電池ラベルに伝送される無線エネルギーが。バッテリーを充電するために提供されることができるように、ポジティブ・タブとネガティブ・タブとを有することができる。代表例として示されるだけであるが、電池ラベルにおける無線レシーバは、例えば、ここに記述される他のどの無線レシーバの実施形態におけるもののように、調節可能な共振器を含むことができる。

図２３は、１つの実施形態による無線レシーバの代表的な系統図である。無線レシーバは、Ｑファクタ・コントロールのためのコントロール・サブ回路におけるレジスタＲ２を含む。レジスタＲ２の値は、アプリケーション毎に変化することができる。１つの実施形態において、Ｒ２レジスタは、Ｑコントロールに対して、追加の解像度を提供するために、選択される。例えば、トランジスタＱ１がアクティブであるときに、共振器回路のＱ値は、レジスタＲ２によって影響を受ける。また、トランジスタＱ１がアクティブでないとき、共振器回路のＱ値は、レジスタＲ２によって影響を受けない。Ｑ１が、Ｒ２が存在して、アクティブであるとき、共振器回路のＱファクタは、Ｒ２の存在がない共振器回路のＱファクタとは異なる。以上のとおり、Ｑ１トランジスタがアクティブである時間をアクティブにコントロールすることによって、Ｑファクタをコントロールすることができる。Ｑ１がアクティブである時間を、特定の解像度で、コントロールすることができるだけであるから、平均化Ｑファクタの解像度に対する制限が存在することがあり得る。レジスタＲ２を追加する（または、可変レジスタとして３極モードでＱ１トランジスタをコントロールする）ことによって、トランジスタＱ１がアクティブであるときの、Ｑファクタは、異なるものである。Ｑファクタについて、回路のＲ２が共振器回路構成のＱファクタにより近いとき、トランジスタＱ１のタイミングの同じコントロールは、Ｑ値に対してより正確な影響を有することができる。例えば、Ｑファクタが、２つの構成において、０から１００の間で変化するところで、Ｑファクタが、２つの構成において、５０から１００の間でを変化するならば、相対的タイミングにおける変更は、時間平均化Ｑファクタに対してより正確な影響を有する。本願発明は、ここに記述される方法を含む種々の方法論を用いて、時間平均化Ｑファクタを達成することができる。例えば、共振器回路Ｌ３／Ｃ３を、電力信号の複数の期間にわたって、または、サイクル毎のベースで、選択的にシャントすることができる。別の例において、共振器回路Ｌ３／Ｃ３を、サイクルの一部に対して１つのＱファクタを、そのサイクルの別の部分に対して別のＱファクタを選択するようにコントロールすることができる。

図２５は、無線レシーバのインダクタＬ３、Ｌ４と、誘導電力供給源のインダクタＬ１、Ｌ２との間の空間関係の代表的な図である。図２６は、無線レシーバのインダクタと無線電力供給源のインダクタとの間の疎結合フィールド領域および密結合フィールド領域の代表的な図である。図２５および図２６に図示された実施形態を参照して、無線レシーバのインダクタＬ３、Ｌ４と、誘導電力供給源のインダクタＬ１、Ｌ２との間の疎結合フィールド領域と密結合フィールド領域の代表的な図が、示される。図示されるように、共振器インダクタＬ３と二次インダクタＬ４とは、疎結合フィールド領域の中である。インダクタＬ３とＬ４は、たとえば、ユーザが、誘導電力供給源に対して無線レシーバを動かすと、疎結合フィールド領域の中で、および、密結合フィールド領域へ、動くことができる。

図２７に図示された実施形態に示すように、二次コイルＬ４は、直列共振キャパシタＣｓ、並列共振キャパシタＣｐ、または、それ組合せに結合することができる。これらのキャパシタＣｓ、Ｃｐは、単独あるいは組み合わせて、二次コイルＬ４の共振動作のために提供することができる。いくつか実施形態において、誘導電力供給源はキャパシタＣｓ、Ｃｐ、単独あるいは組み合わせの存在に基づいて、無線レシーバを識別するように構成することができる。例えば、並列共振キャパシタＣｐは、その無線レシーバの共振周波数シグニチャを提供することができ、シグニチャの検出に基づいて、無線レシーバの識別を可能にする。

図２７に図示された実施形態は、また、ドライバＵ１、および、ツェナーダイオードＺ１を含むアナログ・フィードバック回路に電力供給する半波整流器Ｄ５、Ｄ８を含む。分離したフル・ブリッジ整流器（図示せず）は、二次コイルＬ４から負荷に電力を提供するのに用いることができる。

図３１は、携帯デバイスに組み込まれる無線レシーバの実施形態を図示する。無線レシーバは、Ｑコントロール回路および、二次インダクタと共振器インダクタに結合されるモニター回路の両方を含む。この構成で、携帯デバイスは、調整回路が適切な範囲の中で電力を受信することができるように、通信および調整回路へ伝送される電力の量をコントロールすることができる。

図３２において図示される実施形態は、コントローラに情報を提供する温度センサを含む。このコントローラは、感知された温度情報に基づいて、Ｑコントロール回路の動作をコントロールすることができる。たとえば、回路またはパンの感知された温度が、たとえば、閾値を越えるならば、Ｑコントロール回路は、受信される電力の量を減らすために、共振器コイルを構成することができる。他の例として、感知した温度が閾値の下にあるならば、Ｑコントロール回路は、受信される電力の量を増加するために、共振器コイルを構成することができる。

図３３の図示された実施形態において、他の実施形態の回路を、共振器によって受信される電力の量をコントロールするために、誘導調理器具に組み込むことができる。例えば、この誘導調理器具は、所望の温度を維持するために、温度コントロール回路と、受信される電力の量をコントロールするためのＱコントロール回路を含むことができる。すなわち、感知された温度に基づいて、Ｑコントロール回路は、共振器回路のＱファクタに影響を及ぼすことによって、受信される電力の量を増減することができる。

開示の目的で、Ｑコントロール回路が、図３３の図示された実施形態において、誘導調理器具に関連して記述される。しかし、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）ほかによる「スマート調理器具」と題され、２０１１年７月６日に出願された米国特許出願第１３／１４３５１７号、および、バーマン（Ｂａａｒｍａｎ）ほかによる「誘導調理システム」と題され、２０１２年１月８日に出願された米国特許仮出願第６１／５８４２８１号において記述されるように、他の誘導調理器具を、使用することができる。そして、それらは、参照により、ここに組み込まれる。

本願発明の１つの実施形態にしたがう、中間共振器２０を組み込んでいるスタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００が、例えば、図３４の図示された実施形態において、示される。上述のように、中間共振器２０は、無線レシーバと無線トランスミッタとから分離して位置することができる。このように、１つ以上の中間共振器２０を、例えば、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００などの、スタンドアロン構成に組み込みことができる。

この実施形態において、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００は、また、図２の図示された実施形態に関して記載された、コントロール・サブ回路と同様のコントロール回路２２を含むことができる。この中の他の実施形態に関して記載されるコントローラに、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００は、同様のコントローラ２４を選択的に含むことができる。すなわち、コントローラ２４は、中間共振器２０とフィールド・レベルのＱファクタをコントロールするために、コントロール・サブ回路２２に結合することができる。コントローラ２４は、１つ以上のセンサからの出力に、Ｑファクタ・コントロールの基礎をおくことができる。例えば、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００は、コントローラ２４に感知された情報を提供するために、電流センサ２６、電圧センサ２７、または、磁界センサ２８、または、それ組合せを組み込むことができる。

スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００の１つの実施形態において、コントローラ２４は、整流器（図示せず）を通して中間共振器２０へ結合することによって電力を受信することができる。この構成で、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００は、それ自身の電力供給源を組み込むことができず、または、直接の電気的接触を通して動作電力を受信することができない。代替的に、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００は、誘導的に電力を受信することができ、コントローラ２４と、スタンドアロン・フィールド・エキステンダー３００の他の回路に電力供給することができるオプション・ピックアップ・コイル２９を組み込むことができる。

「垂直」、「水平」、「上部」、「底部」、「低い」、「内部」、「内向き」、「外部」、「外向き」など方向の用語は、図面に示される実施形態の方向に基づいて、本願発明を記述することを助けるために用いられる。この方向用語の使用は、本願発明を、いかなる特定の方向に制限に制限するものであると解釈されてはならない。

上記の説明は、本願発明の現在の実施形態のものである。種々の代替と変化は、添付の請求項において規定されるように、本願発明の要旨とより広い態様を逸脱しない範囲で作ることができる。それは、均等の原則を含む特許法の原則に従って、解釈されるべきである。この開示は、例示となる目的のために提示されるものであり、本願発明のすべての実施形態の網羅的な記載であると解釈されてはならない。または、特許請求の範囲を、これらの実施形態に関連して図示されるか、記載される特定の要素に制限するものであると解釈されてはならない。例えば、制限なしで、記述された発明のどんな個々の素子でも、同様の機能性を提供するか、さもなければ適切な動作を提供する代替的な素子と置き替えることができる。これは、例えば、現在当業者に知られているかもしれない現在既知の代替的な素子、および、例えば、当業者が、開発と同時に、選択肢と認めるかもしれない将来開発することができる代替的な素子を含む。さらに、開示された実施形態は、協調して記載され、利益の集合を協働して提供することができる複数の特徴を含む。本願発明は、本願請求項において明確に範囲を規定して述べられる場合を除き、これらの特徴の全て含む、あるいは、ここで述べた利益の全てを提供するような実施形態だけに限定されるものではない。特許請求の範囲の請求項の要素を、単数で参照すること、例えば、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」あるいは「ｓａｉｄ」を用いることは、その要素を単数に制限するものとして解釈するものではない。

作動の間に、コントロール回路は、二次回路の出力電圧が、４．６Ｖの閾値を上回るとき、共振器回路のＱファクタ（またはＱ値）を選択的に減らすように作動する。より詳細には、第二の出力電圧が閾値を越えるならば、コントロール・サブ回路は、共振器回路を、共振器回路のＱ値を下げるように構成し、それによって、共振器回路によりリレーされる電力の量を減らし、効果的に、二次回路で受信される電力を減らす。二次出力電圧が、閾値を下回るならば、コントロール・サブ回路は、共振器回路が最大Ｑに留まることを可能にする。この実施形態では、コントロール回路は、フィードバック回路によって作動され、二次回路からのフィードバックループを提供する。このフィードバックループは、フィードバック回路が、二次出力電圧が閾値を超えているとき「高」フィードバック信号を生成する周期的コントロール・スキームをつくる。応答において、コントロール・サブ回路は、より低いＱ値を有するように共振器回路を再構成するために、トランジスタＱ１を閉じ、共振器によってリレーされる電力を減少させ、二次出力電圧を降下させる。二次出力電圧が閾値電圧を下回るとき、フィードバック回路は、コントロール・サブ回路に「高」フィードバックを送るのを止める。コントロール・サブ回路がフィードバック回路から「高い」フィードバックを受信するのを止めるとき、次に、コントロール・サブ回路はトランジスタＱ１をオープンし、共振器回路を、その最初のＱ値に戻ることを可能にする。共振器回路が最初のＱ値に戻るとき、二次出力電圧は、再び上昇することができる。二次出力電圧が閾値電圧を上回るならば、次に、全体のプロセスが再び始まる。このように、無線レシーバは、特定の出力電圧が過剰となるのを防ぐために、共振器回路のＱ値をアクティブに調節することができる。

Claims (58)

1. 無線電力トランスミッタから無線電力レシーバへ無線電力をリレーするのに適合した共振器回路であって、該共振器回路は、Ｑ値を有する、共振器回路と、
   前記共振器回路によってリレーされる電力の量をコントロールするために、前記共振器回路の前記Ｑ値を選択的に調節するように構成されたＱコントロール・サブ回路と、
   を備える無線電力伝送コンポーネント。
2. 前記共振器回路と前記Ｑコントロール・サブ回路とが、無線電力トランスミッタ、無線電力レシーバ、前記無線電力トランスミッタから前記無線電力レシーバへ電力をリレーするように構成された中間電力リレーコンポーネントのうちの少なくとも１つの中に配置される、請求項１に記載の無線電力伝送コンポーネント。
3. 前記共振器回路は、インダクタンスと静電キャパシタンスを含む、請求項１に記載の無線電力伝送コンポーネント。
4. 前記共振器回路は、インダクタとキャパシタを有するタンク回路を含む、請求項１に記載の無線電力伝送コンポーネント。
5. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、第１のＱ値と第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
   前記第２のＱ値が、前記第１のＱ値から異なる、請求項１に記載の無線電力伝送コンポーネント。
6. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、電力供給サイクルの第１の部分に対する第１のＱ値と前記電力供給サイクルの第２の部分に対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
   前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項１に記載の無線電力伝送コンポーネント。
7. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、第１の複数の電力供給サイクルに対する第１のＱ値と第２の複数の電力供給サイクルに対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
   前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項１に記載の無線パワー伝達コンポーネント。
8. 前記共振器回路と前記Ｑコントロール・サブ回路とが、無線電力レシーバと中間電力リレーコンポーネントとのうちの少なくとも１つの中に配置され、
   前記Ｑ値の通信代表値を無線電力トランスミッタに送信するように構成された通信トランスミッタを更に含み、それにより、前記無線電力トランスミッタは、前記Ｑ値に基づいて、前記無線電力トランスミッタにより伝送される電力の量をコントロールできる、請求項１に記載の無線パワー伝達コンポーネント。
9. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記共振器回路に結合され、選択的に前記キャパシタをシャントするように構成される、請求項４に記載の無線パワー伝達コンポーネント。
10. 前記Ｑコントロール・サブ回路は前記共振器回路に結合され、前記キャパシタと並列なレジスタンスを選択的に提供するように構成される、請求項４に記載の無線パワー伝達コンポーネント。
11. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記インダクタと前記キャパシタとに直列に結合される、請求項１に記載の無線パワー伝達コンポーネント。
12. 共振インダクタと、共振キャパシタとを備える共振器回路であって、前記共振インダクタと前記共振キャパシタとは、Ｑ値を有するタンク回路を形成するように構成されており、
    前記共振器回路は、コントロール変数に応じて、前記タンク回路の前記Ｑ価値を、アクティブに調節するように構成される、共振器回路。
13. 前記コントロール変数は、無線電力レシーバの動作特性の代表値である、請求項１２に記載の共振器回路。
14. 前記動作特性は、無線電力レシーバの、温度、電圧、電流、および、電力うちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の共振器回路。
15. 前記コントロール変数は、無線電力レシーバに外部の動作特性の代表値である、請求項１２に記載の共振器回路。
16. 前記動作特性は、バッテリーの温度である、請求項１５に記載の共振器回路。
17. 前記共振器回路は、第１のＱ値と、該第１のＱ値とは異なる第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成される、請求項１２に記載の共振器回路。
18. 前記共振器回路は、電力供給サイクルの第１の部分に対する第１のＱ値と前記電力供給サイクルの第２の部分に対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
    前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項１２に記載の共振器回路。
19. 前記共振器回路は、第１の複数の電力供給サイクルに対する第１のＱ値と第２の複数の電力供給サイクルに対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
    前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項１２に記載の共振器回路。
20. 共振インダクタと、共振キャパシタとを備える共振器回路であって、
    前記共振インダクタと前記共振キャパシタとは、Ｑ値を有するタンク回路を形成するように構成されており、Ｑコントロール・サブ回路が前記タンク回路に結合され、前記タンク回路の前記Ｑ値を選択的に変化させるように、選択的に調節可能であり、
    前記Ｑコントロール・サブ回路は、コントロール変数に応じて、選択的に、前記Ｑ値を調節するように構成される、共振器回路。
21. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記共振キャパシタと並列に前記共振インダクタに接続される、請求項２０に記載の共振器回路。
22. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記共振キャパシタを選択的にシャントするように構成される、請求項２１に記載の共振器回路。
23. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、選択的に、前記共振キャパシタと並列にレジスタンスを印加するように構成される、請求項２１に記載の共振器回路。
24. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記インダクタと前記キャパシタとに直列に接続される、請求項２０に記載の共振器回路。
25. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、選択的に前記共振キャパシタをシャントするため、または、選択的に、前記共振キャパシタと並列にレジスタンスを提供するために、スイッチを含む、請求項２０に記載の共振器回路。
26. 前記スイッチは、１つ以上のトランジスタを含む、請求項２５に記載の共振器回路。
27. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、整流器を含み、前記スイッチは、調整された側に配置される、請求項２５に記載の共振器回路。
28. 前記スイッチは、ＡＣスイッチである、請求項２５に記載の共振器回路。
29. 前記コントロール変数は、無線電力レシーバの動作特性の代表値である、請求項２５に記載の共振器回路。
30. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、第１のＱ値と、該第１のＱ値とは異なる第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成される、請求項２５に記載の共振器回路。
31. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、電力供給サイクルの第１の部分に対する第１のＱ値と前記電力供給サイクルの第２の部分に対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
    前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項２５に記載の共振器回路。
32. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、第１の複数の電力供給サイクルに対する第１のＱ値と第２の複数の電力供給サイクルに対する第２のＱ値との間で前記Ｑ値を変化させるように構成され、
    前記第１のＱ値が、前記第２のＱ値から異なる、請求項２５に記載の共振器回路。
33. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記共振器回路を通して二次回路にリレーされる電力の量をコントロールするために、アクティブに、前記Ｑ値を調節するように構成される、請求項２０に記載の共振器回路。
34. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、フィードバックによって、電力の量をコントロールするために、アクティブにコントロールされる、請求項３３に記載の共振器回路。
35. 前記Ｑコントロール・サブ回路を作動させるように構成されるフィードバック回路を含む二次回路をさらに含む請求項２０に記載の共振器回路。
36. 前記フィードバック回路は、前記二次回路における特性を感知するように構成されたセンサを含み、前記フィードバック回路は、前記感知された特性の関数として、前記Ｑコントロール・サブ回路を作動させるように構成される、請求項３５に記載の共振器回路。
37. 前記感知された特性は、温度、電流、電圧または電力のうちの少なくとも１つである、請求項３６に記載の共振器回路。
38. 前記フィードバック回路は、閾値を満たすように、前記Ｑコントロール・サブ回路を作動させる、請求項３５に記載の共振器回路。
39. 前記フィードバック回路は、前記閾値を渡ったときに、前記Ｑ値を変化させるように、前記Ｑコントロール・サブ回路を作動させる、請求項３８に記載の共振器回路。
40. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、可変レジスタを含む、請求項２０に記載の共振器回路。
41. 前記可変レジスタは、３極モードまたは線形領域で動作するトランジスタである、請求項４０に記載の共振器回路。
42. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、フィードバック回路によってアクティブにコントロールされ、該フィードバック回路は、前記Ｑコントロール・サブ回路に、前記可変レジスタの値を前記フィードバック信号に比例して変化させる比例フィードバック信号を提供するように構成される、請求項４０に記載の共振器回路。
43. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、フィードバック回路によってアクティブにコントロールされ、該フィードバック回路は、アルゴリズムに基づいてフィードバック信号を調整することができるコントローラを含む、請求項４０に記載の共振器回路。
44. 前記アルゴリズムは、感知された値と感知された特性の望ましい値との間の相対的な差異に基づいて、前記フィードバック信号を調節するように構成される、請求項４３に記載の共振器回路。
45. 前記アルゴリズムは、比例・積分・微分アルゴリズムである、請求項４４に記載の共振器回路。
46. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、フィードバック回路によってアクティブにコントロールされ、前記フィードバック回路は、前記Ｑコントロール・サブ回路の直接フィードバックを提供する少なくとも１つのアナログ・コンポーネントを含む、請求項４０に記載の共振器回路。
47. 前記少なくとも１つのアナログ・コンポーネントは、閾値が満たされるかどうかに依存して、高信号または低信号を提供するように構成される、請求項４６に記載の共振器回路。
48. 前記フィードバック回路は、デジタル・コントローラを含み、該デジタル・コントローラはアナログ入力を受信し、前記Ｑコントロール・サブ回路に対するコントロール信号を生成するように構成される、請求項４６に記載の共振器回路。
49. 無線電力供給システムから前記共振器回路を効果的に取り除くために、前記共振器回路をシャットオフすることができるシャットオフ回路をさらに含む請求項２０に記載の共振器回路。
50. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記シャットオフ回路として機能する、請求項４８に記載の共振器回路。
51. 前記シャットオフ回路は、前記Ｑコントロール・サブ回路から分離している、請求項４８に記載の共振器回路。
52. 前記シャットオフ回路のコントロールに関連する値を感知するためのセンサをさらに含む請求項４８に記載の共振器回路。
53. Ｑ値を有する主共振器回路と、前記無線電力トランスミッタから放射される電力の量を調整するために、選択的に、前記Ｑ値を調節するように構成されたＱコントロール・サブ回路と、を備える無線電力トランスミッタ。
54. 前記Ｑコントロール・サブ回路は、前記Ｑコントロール・サブ回路を、コントロール特性の関数として、コントロールするように構成されたコントローラを含む、請求項５２に記載の無線電力トランスミッタ。
55. 前記コントロール特性は、前記Ｑ値は、１つ以上の無線電力レシーバによって要望された電力の量と一致するように送信される電力の量を制限するために調整されるように、選択される、請求項５３に記載の無線電力トランスミッタ。
56. １つ以上の無線電力レシーバであって、各々が、Ｑコントロール状態を有し、前記Ｑ設定コントロール状態を、前記無線電力トランスミッタに、通信するように構成される、１つ以上の無線電力レシーバをさらに含む請求項５２に記載の無線電力トランスミッタ。
57. 前記無線電力トランスミッタは、前記Ｑコントロール状態が、前記無線電力レシーバの全てが、受信される電力の量を制限するためにＱコントロールを使用していることを示すとき、前記主共振器回路の前記Ｑ値を減少させるように構成される、請求項５５に記載の無線電力トランスミッタ。
58. 前記無線電力トランスミッタは、前記Ｑコントロール状態が、受信される電力の量を制限するためにすべての無線電力レシーバが、Ｑコントロールを使用していることを示すとき、送信される電力の量を減少させるように構成される、請求項５５に記載の無線電力トランスミッタ。