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Description

本発明は、一般的には、電子装置に関するものであり、特に、電子装置への非接触の電源供給及び伝達に関するものである。
(関連出願)
本出願は、2003年2月4日に出願された、発明者David W.Baarmanの「適応誘導結合安定回路」という名称の米国仮特許出願第60/444,794号に基づく優先権を主張するものである。前記出願の全開示は、引用により、本出願に組み入れられる。本出願は、「誘導動力装置」という名称の米国特許出願第10/357,932号の一部継続出願であり、これは、引用により本出願に組み入れられる。
本出願は、本出願と同日に出願され、かつ同一譲受人に譲渡された以下の出願を参照により引用する：特許出願第10/689499号「適応誘導電源」、特許出願第10/689224号「誘導コイル組み立て」、特許出願第10/689154号「静電荷ストレージ組み立て」、及び、特許出願第10/689148号「通信を伴う適応誘導電源」。
CPS(非接触電源)は、何の物理的接続もなく、遠隔装置に電力を供給する。適応CPSは、多数の異なる遠隔装置に同時に電力を供給することを可能にする。従って、CDプレーヤ、MP3プレーヤ、及びセルラー電話は全て、同じ適応CPSから同時に電力を供給されることができるであろう。適応CPSの主な利点の一つは、システムに電力を供給するように充電装置、ケーブル、及びバッテリの配列を維持することから、ユーザーを解放することである。CPS、及び適切に備え付けられた遠隔装置があれば、各遠隔装置ごとに、別個の充電器、ケーブル、及びバッテリの必要性は全くない。
しかしながら、これらの遠隔装置は、CPSから電力を獲得できる能力を持つように、構成されなければならない。CPSを使うように特に構築されなかった、使用中の多くの遠隔装置が存在する。
MP3プレーヤのような幾つかの遠隔装置は、ワークステーションと通信することを求められる。そのような遠隔装置をワークステーションに接続するとき、ユーザは、遠隔装置とワークステーションとの間に、ケーブルを接続する。ケーブルの使用は、さらに、ワークステーションの周りの作業領域を散らかし、問題の増大を引き起こす。
これらのCPS電源インターフェースを全く持たない遠隔装置がCPSを利用することを可能にするアダプタが、非常に望ましいであろう。また、遠隔装置がワークステーションにアクセスすることも可能にするアダプタも、非常に望ましいであろう。
(本発明の要約)
遠隔装置を充電式電源と結合するためのアダプタは、非接触電源インターフェース、及び電力を遠隔装置に供給するための電力調整器を持つ。
アダプタは、それ自身に電力を供給するために、バッテリのような充電式電源を持つであろう。アダプタはまた、非接触電源と通信するための第一の送受信機を持つであろう。
アダプタは、遠隔装置と通信するための第二の送受信機を持つであろう。そのかわりに、アダプタは、単純に送信機を持つこともできる。
非接触電源インターフェースは、可変インダクタのような可変インピーダンス要素を含むであろう。制御装置は、可変インピーダンス要素に結合され、その可変インピーダンス要素のインピーダンスを変化させることができる。制御装置は、非接触電源からの指示に応じて、可変インピーダンス要素のインピーダンスを変化させる。
アダプタの動作は、遠隔装置から充電情報を獲得し、次に、充電情報を非接触電源に提供することを含むであろう。次に、電力が、遠隔装置に供給される。そのかわりに、アダプタは、特定の遠隔装置についての電源情報をあらかじめ読み込んだメモリを持つこともできる。
アダプタは、第一及び第二の送受信機を備える場合には、そのアダプタと非接触電源との間に第一の通信リンクを確立する。アダプタは、そのアダプタと遠隔装置との間に、第二の通信リンクを確立する。次に、アダプタは、遠隔装置から電力要求情報を受け取り、その電力要求情報を非接触電源に送る。
適応電源インターフェースが可変要素を持つとき、非接触電源は、その可変要素について最適な設定にセットされるであろう。可変要素が可変インダクタである場合には、その可変要素について最適な設定を定めるステップは、可変インダクタについて最適なインダクタンス設定を定めることを含む。
たとえ、遠隔装置が特に、非接触電源で動作するように設計されていなかったとしても、アダプタ、及びアダプタを作動させるための方法は、その遠隔装置が非接触電源を使用することを可能にする。さらに、アダプタは、非接触電源に取り付けられたワークステーションに遠隔装置を接続するのに備える。
図面の詳細な説明を参照することにより、本発明のこれら及び他の目的、利点、及び特徴が、より容易に理解され、認識されるであろう。
(図面の詳細な説明)
図1は、アダプタ14を介して遠隔装置12に接続されたCPS10を示している。遠隔装置12は、ノートブックコンピュータ、PDA(携帯情報端末)、セルラー電話、MP3(エムペグオーディオレイヤー3)プレーヤ、又は無数の携帯電子装置のうちの任意の一つとすることができるであろう。CPS10は、アダプタ14を通して、遠隔装置12に電力を提供する。さらに、多くの遠隔装置がそうであるように、遠隔装置12がコミュニケーションバスを持つ場合には、CPS10は、アダプタ14を介して、遠隔装置12と直接通信できるであろう。
図2は、CPS10がPC(パソコン)16に接続されているのを示している。PC16は、ネットワーク18に結合されている。ネットワーク18は、LAN(ローカルエリアネットワーク)、WAN(広域ネットワーク)、又はインターネットとすることができるであろう。パソコン16は、CPS10を介して、遠隔装置12と通信することができる。この実施形態により、遠隔装置12は、アダプタ14及びCPS10を介して、PC16、及び任意でネットワーク18と通信することができる。
図3は、CPS10、アダプタ14、及び遠隔装置12のブロック図を示している。遠隔装置充電式電源20は、遠隔装置12に電力を供給する。充電式装置電源モニタ22は、充電式電源20の動作を監視する。充電式装置電源モニタ22、及び遠隔装置充電式電源20は、「スマートバッテリ」又は「インテリジェントバッテリ」として一般的に知られる最新の充電式バッテリの構成部品とすることができるであろう。スマートバッテリでは、充電式装置電源モニタ22は、温度、消費電流、電圧、残留電荷、及び充電を完了するまでの推定時間のような、遠隔装置充電式電源20の動作及び電力要求に関する情報を提供することができる。スマートバッテリによって供給される情報に対する更なる拡張が提案されている。例えば、米国特許第5,572,110号は、スマートバッテリの動作に関する、監視され得る情報、についての幾つかの拡張を含んでいる。
通信リンク24は、遠隔装置12内で提供される通信リンクである。通信リンク24は、USB、RS-232、シリアル、単線、二線、又は任意の他の適当な通信リンクとすることができるであろう。通信リンク24を、遠隔装置12のシステム管理バスに接続する、或いは充電式装置電源モニタ22に直接接続することができるであろう。
遠隔装置12はまた、遠隔装置12の固有の機能を提供する多数の他のシステムを収容することができるであろう。
PC16は、PCインターフェース30を介して、CPS10に接続される。PCインターフェース30は、USB(ユニバーサルシリアルバス)、ファイアワイヤ、RS-232、パラレル、ブルートゥース、WIFI、又は二又はそれ以上の装置間の双方向通信を可能にする任意の他のインターフェースのような、如何なる形式のインターフェースともすることができるであろう。
CPS制御装置32は、多数の異なる機能を持つ。それは、PCインターフェース30を通してPC16の通信を制御する。それはまた、CPS電源インターフェース34の動作も制御する。CPS電源インターフェース34の一実施形態が、David Baarmanを発明者として指定した、本出願の譲受人に譲渡された「適応誘導電源」という特許出願第10/689499号で、より完全に説明されており、これは、引用により本出願に組み入れられる。CPS制御装置32は、CPS電源インターフェース34の周波数、デューティサイクル、及び共振周波数を調節することができる。
CPS制御装置32はまた、送受信機36の動作も制御する。CPS送受信機36は、多数の異なる形式の通信プロトコルを使用することができるであろう。CPS送受信機36は、CPS電源インターフェース34から完全に分離され、それ自身の通信アンテナ及び通信プロトコルを持つことができるであろう。そのかわりに、それは、CPS電源インターフェースと一体化し、多数のPLC(電力線通信)プロトコルのうちの任意の一つを介して、遠隔装置と通信することもできるであろう。
アダプタ14は、アダプタ制御装置38を収容する。アダプタ制御装置38は、アダプタ14の様々な構成部品を制御する。アダプタ制御装置38は、インテル8051又はモトローラ6811、或いはそれらマイクロコントローラの多数の変形のいずれかのような、以下に説明する機能を実行するようにプログラムされた多数の汎用マイクロコントローラの任意の一つとすることができるであろう。アダプタ制御装置38は、チップ上に、ROM(読み取り専用メモリ)及びRAM(ランダムアクセスメモリ)を持つことができるであろう。アダプタ制御装置38は、アダプタ14内の様々な機能を制御するための、一連のアナログ及びデジタル出力を持つことができるであろう。
アダプタ制御装置38は、非接触電源インターフェース40に接続される。そのかわりに、アダプタ制御装置38は、マイクロコントローラと関連するマイクロプロセッサとすることもできるであろう。
非接触電源インターフェース40は、共振タンク回路を含むことができるであろう。非接触電源インターフェースが共振タンク回路を収容する場合には、アダプタ制御装置38は、とりわけ、非接触電源インターフェース40がアダプタ14内の他のどの装置に結合されるかということと同様に、非接触電源インターフェース40の共振周波数を制御することができるであろう。タンク回路の共振周波数を変化させるために、非接触電源インターフェース40は、可変インピーダンス要素のインピーダンスを調整するであろう。可変インピーダンス要素が可変インダクタである場合には、その可変インダクタのインピーダンスは変えられるであろう。
非接触電源インターフェース40は、アダプタ充電式電源42に接続される。アダプタ充電式電源42は、アダプタ14のための電源である。アダプタ充電式電源42は、従来の充電式バッテリ又はマイクロコンデンサを含むことができるであろう。マイクロコンデンサは、その非常に短い充電時間のため、好ましいであろう。
アダプタ送受信機44は、CPS送受信機36との通信を可能にする。アダプタ送受信機44、及びCPS送受信機36は、同じ通信プロトコル及び方法を使用するであろう。アダプタ制御装置38は、アダプタ送受信機44による通信を調整する。
そのかわりに、アダプタ送受信機44は、単純に送信機とすることもできるであろう。そのような状況では、遠隔装置12についての電力消費情報のような限られた情報のみが、送受信機36に送られるであろう。遠隔装置12又はアダプタ14の電力消費情報を、メモリ50内に格納することができるであろう。そのような状況では、アダプタ送受信機44は、単純にRFID(無線認証)装置とすることができるであろう。
第二の送受信機46は、遠隔装置遠隔装置送受信機24と接続することにより、遠隔装置12との通信経路を提供する。遠隔装置遠隔装置送受信機24との接続は、物理的なものとすることができるであろう。従って、遠隔装置遠隔装置送受信機24、アダプタ第二送受信機46、アダプタ送受信機44、CPS送受信機36、及びPCインターフェース30を介して、PC16と遠隔装置12との間で、情報を伝送することができるであろう。
電力調整器48は、遠隔装置充電式電源20に電力を供給する。電力調整器48は、別個の構成部品を収容することができる、或いは、電圧、電流、及び/又は電力調整専用の単一集積回路とすることができるであろう。アダプタ制御装置38によって、電力調整器48をオン又はオフすることができる。さらに、アダプタ制御装置38は、遠隔装置充電式電源20への電力調整器48の電圧及び電流出力を制御することができる。
メモリ50は、アダプタ制御装置38に結合される。メモリ50は、遠隔装置12に関する情報を収容する。メモリ50はまた、任意で、遠隔装置12を識別する識別番号を収容する。例えば、メモリ50は、アダプタ14がPalm Pilotのような特定の形式のPDAでの使用のためのものであることを示す識別番号を収容することもあるであろう。
そのような状況では、次に、ルックアップ表から、アダプタ14及び遠隔装置12についての電力使用情報を定めるために、CPS10により、その識別番号を使用することができるであろう。
図4は、CPS10、遠隔装置12、及びアダプタ14の動作を示している。CPS10は、外部電源(示されていない)から電力を提供され、CPS電源インターフェース34に電圧を加える。電気的に接続されたCPS10の近くに非接触電源インターフェース40を置くことは、アダプタ充電式電源42を充電することを含む。ステップ100。アダプタ充電式電源42が既に充電されている場合には、更なる充電が生じないことは明らかである。アダプタ充電式電源42内に充分な電荷が格納されると、アダプタ制御装置38、アダプタ第二送受信機46、及びアダプタ送受信機44に、電圧が加えられる。ステップ102。
次に、CPS10とアダプタ14との間に、データ通信リンクが確立される。ステップ104。次に、アダプタ14と遠隔装置12との間の第二のデータ通信リンクが、確立される。ステップ106。このとき、遠隔装置12から、充電情報が得られる。ステップ108。充電情報は、充電式電源20内に残っている電荷の量、充電式電源20を再充電するまでの時間、充電式電源20を充電することの遠隔装置12の電圧要求、及び、充電式電源20を充電することの遠隔装置12の電流要求を含むことができるであろう。次に、アダプタ14は、この充電情報をCPS10に提供する。ステップ110。
次に、CPS10は、非接触電源インターフェース40についての最適設定を算出する。ステップ112。CPS10は、その情報をアダプタ14に提供することができるであろう。そのかわりに、アダプタ14は、同じ情報を遠隔装置12から検索することもできるであろう。ステップ114。次に、アダプタ制御装置38は、非接触電源インターフェース40を構成する。ステップ116。充電式電源20は充電されている、或いは、充電し得ないとすることができるであろう。その場合、CPS10は、アダプタ14を、遠隔装置12に全く電力を供給しないように構成するであろう。
非接触電源インターフェース40が可変共振タンク回路を含む場合には、アダプタ制御装置38は、可変共振タンク回路の共振周波数を設定することができるであろう。
そのとき、必要な場合には、充電式電源20の充電が始まる。ステップ118。次に、アダプタ14は、CPS10をチェックして、CPSが遠隔装置12を充電するのに充分な容量を持っているかどうかを定める。ステップ120。充分な容量を持っていない場合には、充電を中止する。ステップ122。充分な容量を持っている場合には、アダプタ14が、遠隔装置12から、充電を続けるべきかどうかを判断する。ステップ124。充電を続けるべきでない場合には、充電を中止する。ステップ122。
このとき、充電情報が遠隔装置12から検索され、このプロセスが繰り返される。ステップ108。
図5は、アダプタの更なる実施形態を示している。外装140が、二次巻線142、充電回路144、及び充電式電源146を封じ込めている。二次巻線142は、CPS10から電力を受け取る。二次巻線142は、本出願の譲受人に譲渡された、David W.Baarman及びTerry L.Lautzenheiserを発明者として指定した、「誘導コイル組み立て」という名称の特許出願でより完全に説明するような、3つの巻線が互いに直交するように配置された三軸巻線とすることができるであろう。
充電回路144は、充電式電源146に、電力を適切な形で供給する。充電式電源146は、例えば、スーパーコンデンサ、又は蓄電池とすることができるであろう。コネクタ148、150は、アダプタをバッテリの置き換えとして遠隔装置内に置くことを可能にする。例えば、遠隔装置が、12ボルト乾電池を使用する場合には、外装140は、12ボルト乾電池と同じ形状及び構成であろう。このように、アダプタは、12ボルト乾電池の「落とし込み式」の置き換えであろう。そのかわりに、遠隔装置が600MAリチウムイオンバッテリを使用する場合には、外装140、及び電気コネクタ148、150は、その特定のバッテリと同様に見え、かつ動作するように、構成されるであろう。
遠隔装置が、USB又はファイアワイヤポートのような通信ポートを持つ場合には、図5に示すアダプタは、無線送受信機152を備えることができるであろう。無線送受信機152は、CPS10を介して、ワークステーションから情報を受信する、及びワークステーションへ情報を送信することができるであろう。無線送受信機152は、ドングル154に接続される。ドングル154は、ドングルコネクタ156を与えられる。ドングルコネクタ156は、遠隔装置の通信ポート内に置かれるであろう。それにより、遠隔装置とCPSとの間で、通信がイネーブルにされる。
図6〜8は、アダプタ14の3つの実施形態の回路図を示している。これらの実施形態では、アダプタ14は、遠隔装置12にのみ電力を供給する。遠隔装置が、CPSによって生成された電磁界内で様々な向きにあるとき、アダプタ14は、異なる向きの複数のコイルを含んで、結合の改良を提供する。
図6は、遠隔装置への接続のためのアダプタを示している。示すように、3つのコイル202、204、206は、負荷に対して並列に接続される。本出願の譲受人に譲渡され、本出願と同日に出願された「誘導コイル組み立て」という特許出願で説明するように、その3つのコイルを、互いに直交するように構成することができるであろう。コンデンサ206、208、210、及びダイオード212、214、216は、各コイル200、202、204と直列に接続される。様々な構成部品の値は、共振周波数を提供するように選択される。コイル202、204、206の各々の中で誘導された電力は、電力調整器218の入力において結合される。そのかわりに、ダイオード212、214、216を回路680から取り除いて、電力調整器218にAC電力を提供することもできる。電力調整器218は、端子220、222において利用可能な電圧及び電流を調整する。端子220、222は、遠隔装置の電力入力への接続のためのものである。
図7は、3つの別個のコイル240、242、244から電力を受け取る半波整流器を使用するアダプタを示している。示すように、コイル240、242、244は、その各コイル240、242、244と直列に接続されたダイオード248、250、252、254、256、258の配置を介して、電力調整器246に対して並列に接続される。この実施形態では、各ダイオード248、250、252、254、256、258の値は、主に電力調整器246の特性に基づいて定められる。電力調整器246は、端子241、243において、比較的一定な電圧及び電流出力を提供する。さらに、コンデンサ260、262、264が、コイル240、242、244の一方の側と対応するダイオード250、254、258との間で、直列に接続される。各コンデンサ260、262、264の値はまた、主に負荷の特性に基づいて定められる。
図8は、アダプタ内で使用される全波整流器回路を示している。示すように、コイル270、272、274は、ダイオード278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300の配置を介して、電力調整器276に対して並列に接続される。この実施形態では、各ダイオード278、280、282、284、286、288、290、292、294、296、298、300の値は、主に電力調整器276の特性に基づいて定められる。電力調整器276は、端子271、273において、比較的一定の電圧及び電流出力を提供する。さらに、各コンデンサ302、304、306は、それぞれのコイル270、272、274の一方の側と対応するダイオード282、284、290、292、296、300との間で直列に接続される。各コンデンサ302、304、306の値は、主に電力調整器276の特性に基づいて定められる。
コイルから引き出された電力が、異なる周波数で動作しているときでさえも、電力調整器218、246、276は、それらのそれぞれの出力端子において、定電圧及び定電流を提供することができる。CPS10は、様々な周波数で電力を提供することができる。このように、アダプタのそれぞれのコイルで誘導される電流及び電圧はまた、異なる電流及び電圧を持つことができるであろう。電力調整器218、246、276は、コイルで作り出される電流及び電圧の差異を吸収するように設計される。
上記の説明は、好ましい実施形態についてのものである。添付の特許請求の範囲で定められる本発明の技術的範囲から外れることなく、様々な代替及び変更が成され得り、それらは、均等論を含む特許法の主義により解釈されるべきである。例えば、冠詞「a」、「an」、「the」、又は「said」を使った単数形の請求要素への如何なる参照も、その要素を単数に限定するとして解釈されるべきではない。
アダプタ、遠隔装置、及びCPSを示している。 コンピュータワークステーションと接続されたCPSシステム、及び、CPSインターフェースを備えた遠隔装置、を示している。 遠隔装置におけるCPSインターフェースのブロック図である。 CPSインターフェースの動作の方法である。 アダプタの代替の実施形態である。 CPSインターフェースの回路図である。 半波整流器を持つCPSインターフェースの回路図である。 全波整流器を持つCPSインターフェースの回路図である。

Claims (8)

  1. 遠隔装置充電式電源を充電するシステムであって、
    前記遠隔装置充電式電源及び遠隔装置送受信機を含む遠隔装置と、
    一次巻線及びＣＰＳ送受信機を有する非接触電源供給部と、
    前記遠隔装置に接続されるアダプタであって、二次巻線と、前記遠隔装置の充電式電源に電力を供給する電源調整器と、前記アダプタに電力を与えるアダプタ充電式電源と、前記遠隔装置送受信機との第１の双方向通信リンクを確立する第１のアダプタ送受信機と、前記ＣＰＳ送受信機との第２の双方向通信リンクを確立する第２のアダプタ送受信機とを含むアダプタとを備えたシステム。
  2. 前記電源調整器を制御するコントローラをさらに備えている請求項１に記載のシステム。
  3. 前記コントローラは、インピーダンスを有する可変インピーダンス要素を含んでいる請求項２に記載のシステム。
  4. 前記コントローラは、前記可変インピーダンス要素のインピーダンスを変更することができる請求項３に記載のシステム。
  5. 前記可変インピーダンス要素は、可変インダクタである請求項４に記載のシステム。
  6. 前記コントローラは、前記第２の通信リンクを介した前記非接触電源供給部から命令に応答して前記可変インダクタのインピーダンスを変更する請求項５に記載のシステム。
  7. 前記アダプタは、前記第１の通信リンクを介して前記遠隔装置から充電要求を受信する請求項６に記載のシステム。
  8. 遠隔装置充電式電源を充電するシステムであって、
    前記遠隔装置充電式電源及び遠隔装置送受信機を含む遠隔装置と、
    一次巻線及びＣＰＳ送受信機を有する非接触電源供給部と、
    前記遠隔装置に接続されるアダプタであって、二次巻線と、前記遠隔装置の充電式電源に電力を供給する電源調整器と、前記アダプタに電力を与えるアダプタ充電式電源と、前記遠隔装置送受信機との第１の双方向通信リンクを確立する第１のアダプタ送受信機と、前記ＣＰＳ送受信機との第２の双方向通信リンクを確立する第２のアダプタ送受信機とを含むアダプタとを備え、
    前記第１の双方向通信リンク及び前記第２の双方向通信リンクは、前記遠隔装置と前記非接触電源供給部との間にシリアル双方向通信パスを提供するシステム。
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