JP5894287B2 - ワイヤレス電力搬送波同期通信 - Google Patents

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Description

本開示は、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の通信のための方法およびシステムを対象とする。
ますます多くの様々な電子デバイスが、充電式バッテリを介して電力を供給される。そのようなデバイスは、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器などを含む。バッテリ技術は向上してきたが、バッテリ電源式電子デバイスは、より多くの電力量をますます必要とし、消費するので、頻繁に充電する必要がある。充電式デバイスは、多くの場合に、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の同様のコネクタを通して有線接続によって充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは不便な場合があるか、または扱いにくい場合があり、他の欠点を有する場合もある。充電式電子デバイスを充電するか、または電子デバイスに電力を提供するのに用いられることになる電力を自由空間において伝達することができるワイヤレス充電システムは、有線式の充電解決策の欠点の一部を克服する可能性がある。したがって、電子デバイスに電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス電力伝達システムおよび方法が望ましい。
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの種々の実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのうちのどれをとっても、本明細書において記述される望ましい属性に対してそれだけで役割を担うものはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書において説明される。
本明細書において説明される主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および以下の説明において記載される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、縮尺どおりに描かれていない場合あることに留意されたい。
本開示の一態様は、ワイヤレス電力送信機装置を提供する。ワイヤレス電力送信機装置は、第1の周波数において信号を生成するように構成される電源を含む。ワイヤレス電力送信機装置は、複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信し、電力レベル限界に基づいて倍率を選択するように構成されるコントローラをさらに含む。ワイヤレス電力送信機装置は、電源に結合されており、第1の周波数において信号を受信し、選択された倍率に基づいて第2の周波数において通信信号を生成するように構成される通信信号発生器をさらに含む。ワイヤレス電力送信機装置は、電源に結合されており、第1の周波数において信号を受信し、第1の周波数において駆動信号を生成するように構成されるドライバをさらに含み、駆動信号は通信信号と実質的に同相である。ワイヤレス電力送信機装置は、通信信号および駆動信号を含む合成信号を受信して、ワイヤレス場を生成するように構成される送信回路をさらに含む。
本開示において説明される主題の別の態様は、ワイヤレス場を介して電力を伝達する方法を提供する。この方法は第1の周波数において信号を生成するステップを含む。この方法は、複数の周波数における電力レベル制限を指示する情報を受信するステップをさらに含む。この方法は、電力レベル限界に基づいて倍率を選択するステップをさらに含む。この方法は、選択された倍率に基づいて第2の周波数において通信信号を生成するステップをさらに含む。この方法は、第1の周波数において駆動信号を生成するステップをさらに含み、駆動信号は通信信号と実質的に同相である。この方法は、通信信号および駆動信号を含む合成信号に基づいてワイヤレス場を生成するステップをさらに含む。
本開示において説明される主題の別の態様は、ワイヤレス場を介して電力を伝達するための装置を提供する。この装置は第1の周波数において信号を生成するための手段を含む。この装置は、複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信するための手段をさらに含む。この装置は、電力レベル限界に基づいて倍率を選択するための手段をさらに含む。この装置は、選択された倍率に基づいて第2の周波数において通信信号を生成するための手段をさらに含む。この装置は、第1の周波数において駆動信号を生成するための手段をさらに含み、駆動信号は通信信号と実質的に同相である。この装置は、通信信号および駆動信号を含む合成信号に基づいてワイヤレス場を生成するための手段をさらに含む。
本発明の実装形態による、例示的なワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 本発明の種々の実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて用いることができる例示的な構成要素の機能ブロック図である。 本発明の実装形態による、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回路図である。 本発明の実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて用いることができる送信機の機能ブロック図である。 本発明の実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて用いることができる受信機の機能ブロック図である。 図4の送信回路において用いることができる送信回路の一部の回路図である。 比較例による受信機システムの簡略化されたブロック図である。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力システムの簡略化されたブロック図である。 基準信号を受信し、決定するための方法の流れ図である。 電力信号および通信信号を送信する方法の流れ図である。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力送信機の機能ブロック図である。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機の機能ブロック図である。
図面に示される種々の特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、種々の特徴の寸法は、明確にするために、任意に拡大または縮小されている場合がある。それに加えて、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、本明細書および図を通して、同様の特徴を示すため、同様の参照番号が用いられる場合がある。
添付の図面に関連して以下に記載される発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実装形態を説明することを意図しており、本発明を実践することができる唯一の実装形態を表すことは意図していない。本説明全体にわたって用いられる「例示的」という用語は、「例、実例、または例示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よりも好ましいか、または有利なものと解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実装形態を完全に理解してもらうために、具体的な細部を含む。場合によっては、いくつかのデバイスはブロック図の形で示される。
電力をワイヤレスで伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連付けられる任意の形のエネルギーを、場合によっては送信機から受信機に伝達することを指す場合がある(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達される場合がある)。電力伝達を達成するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信アンテナ」によって受信されるか、取り込まれるか、または結合される場合がある。その電力出力レベルおよび伝達効率は、受信デバイスの負荷(充電式バッテリなど)を充電するのに十分である。
図1は、本発明の例示的な実装形態による、例示的な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。エネルギー伝達を提供する場106を生成するために、電源(図示せず)から、送信機104に入力電力102を提供することができる。受信機108は場106に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(図示せず)によって蓄積または消費するための出力電力110を生成することができる。送信機104と受信機108の両方は互いに距離112だけ離間される。1つの例示的な実装形態では、送信機104および受信機108は、相互共振関係に従って構成される。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が、実質的に同じか、または極めて近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小となる。そのため、コイルが極めて近い(たとえば、数mm)ことが必要な大型のコイルを必要とする場合がある純粋に誘導性の解決策とは対照的に、より長い距離にわたってワイヤレス電力伝達を提供することができる。したがって、共振誘導性結合技法によれば、効率を改善できるようになり、種々の距離にわたって、かつ種々の誘導コイル構成を用いて電力を伝達できるようになる場合がある。
受信機108は、送信機104によって生成されたエネルギー場106内に位置するときに、電力を受信することができる。場106は、送信機104によって出力されたエネルギーを受信機108によって取り込むことができる領域に対応する。場合によっては、場106は、以下にさらに説明されるように、送信機104の「近接場」に対応する場合がある。送信機104は、エネルギー伝送を出力するための送信アンテナ114を含む場合がある。さらに、受信機108は、エネルギー伝送からエネルギーを受信するか、または取り込むための受信アンテナ118も含む。近接場は、送信アンテナ114から電力を最小限に放出する、送信アンテナ114内の電流および電荷から生じる強い反応場(reactive field)が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近接場は、送信アンテナ114の約1波長(または1波長の数分の一)内にある領域に相当する場合がある。送信アンテナ114および受信アンテナ118は、それらに関連付けられる応用形態およびデバイスに応じてサイズを決定される。上記のように、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、送信コイル114の場106のエネルギーの大部分を受信アンテナ118に結合することによって行うことができる。場106内に位置決めされるとき、送信アンテナ114と受信アンテナ118との間に、「結合モード」を発生させることができる。この結合が生じる場合がある、送信アンテナ114および受信アンテナ118の周りのエリアは、本明細書において結合モード領域と呼ばれる。
図2は、本発明の種々の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システム100において用いられる場合がある例示的な構成要素の機能ブロック図である。送信機204は、発振器222と、ドライバ回路224と、フィルタおよび整合回路226とを含む場合がある送信回路206を含むことができる。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整することができる、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数において信号を生成するように構成することができる。発振器信号は、たとえば送信アンテナ214の共振周波数において送信アンテナ214を駆動するように構成されたドライバ回路224に与えることができる。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受信し、正弦波を出力するように構成されるスイッチング増幅器とすることができる。たとえば、ドライバ回路224は、E級増幅器とすることができる。また、フィルタおよび整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタリングして除去し、送信機204のインピーダンスを送信アンテナ214に整合させるために含まれる場合がある。
受信機208は、図2に示されるように、整合回路232と、バッテリ236を充電するため、または受信機208に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するためにAC電力入力からDC電力出力を生成する整流器およびスイッチング回路234とを含む場合がある受信回路210を含むことができる。整合回路232は、受信回路210のインピーダンスを受信アンテナ218に整合させるために含まれる場合がある。それに加えて、受信機208および送信機204は、別の通信チャネル219(たとえば、ブルートゥース、zigbee、セルラーなど)上で通信することができる。代替的には、受信機208および送信機204は、ワイヤレス場206の特性を用いて帯域内シグナリングを介して通信することができる。
以下でさらに詳細に説明されるように、関連付けられる負荷(たとえば、バッテリ236)を最初に有する場合がある受信機208は、送信機204によって送信され、受信機208によって受信される電力量がバッテリ236を充電するのに適しているか否かを判断するように構成することができる。負荷(たとえば、バッテリ236)は、受信機208に選択的に結合されるように構成することができる。受信機208は、電力量が適切であると判断すると、負荷(たとえば、バッテリ236)を有効にするように構成することができる。いくつかの実装形態では、受信機208は、バッテリ236を充電することなく、ワイヤレス電力伝達場から受信された電力を直接利用するように構成することができる。たとえば、近接場通信(NFC)または無線周波数識別デバイス(RFID)などの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝達場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝達場と相互作用することによって通信するように、および/または送信機204もしくは他のデバイスと通信するために受信電力を利用するように構成することができる。
図3は、本発明の例示的な実装形態による、送信アンテナまたは受信アンテナ352を含む、図2の送信回路206または受信回路210の一部の回路図である。図3に示されるように、例示的な実装形態において用いられる送信回路または受信回路350は、コイル352を含むことができる。また、コイル352は、「ループ」アンテナ352と呼ばれる場合があるか、または「ループ」アンテナ352として構成される場合がある。また、コイル352は、本明細書において、「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ばれる場合があるか、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成される場合がある。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためにエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指すことを意図している。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ばれる場合もある。コイル352は、空芯、またはフェライトコア(図示せず)などの物理的コアを含むように構成することができる。空芯ループコイルは、外部の物理デバイスがコアの近傍に配置されることに対して、許容性が高い場合がある。さらに、空芯ループコイル352により、他の構成要素をコアエリア内に配置できるようになる。それに加えて、空芯ループによれば、受信アンテナ218(図2)を、送信アンテナ214(図2)の結合モード領域がより強力な場合がある送信アンテナ214(図2)の平面内に、より容易に配置できるようになる場合がある。
上記のように、送信機104と受信機108との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機104と受信機108との間の整合した共振またはほぼ整合した共振中に行われる場合がある。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合しないときであっても、効率が悪影響を及ぼされる場合があるものの、エネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信アンテナの場106からのエネルギーを受信アンテナに結合することによって行われ、受信アンテナは、送信アンテナからのエネルギーを自由空間に伝搬させることなく、この場106が確立された領域内に常駐する。
ループアンテナまたは磁気アンテナの共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。インダクタンスは単にコイル352によって生成されたインダクタンスとすることができるのに対して、キャパシタンスは、所望の共振周波数の共振構造を作り出すために、コイルのインダクタンスに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356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352およびキャパシタ354を加えることができる。したがって、より大きい直径のコイルの場合、共振を持続させるのに必要とされるキャパシタンスの大きさは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて減少する場合がある。さらに、コイルの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝達面積が増加する場合がある。他の構成要素を用いて形成される他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、アンテナ350の2つの端子間に並列にキャパシタを配置することができる。送信アンテナの場合、コイル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を、コイル352への入力とすることができる。
一実装形態では、送信機104は、送信アンテナ114の共振周波数に対応する周波数を有する、時変磁場を出力するように構成することができる。受信機が場106内にあるとき、時変磁場は、受信アンテナ118内に電流を誘導することができる。上記のように、受信アンテナ118が送信アンテナ118の周波数において共振するように構成される場合には、エネルギーを効率的に伝達することができる。受信アンテナ118内に誘導されたAC信号を上記のように整流して、負荷を充電するか、または負荷に電力を供給するために与えることができるDC信号を生成することができる。
図4は、本発明の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて用いられる場合がある送信機404の機能ブロック図である。送信機404は、送信回路406および送信アンテナ414を含むことができる。送信アンテナ414は、図3に示すコイル352とすることができる。送信回路406は、発振信号を与えることにより、送信アンテナ414にRF電力を与えることができ、その信号の結果として、送信アンテナ414の周りにエネルギー(たとえば、磁束)が生成される。送信機404は、任意の適切な周波数において動作することができる。例として、送信機404は、13.56MHzのISM帯域において動作することができる。
送信回路406は、送信回路406のインピーダンス(たとえば、50オーム)を送信アンテナ414に整合させるための固定インピーダンス整合回路409と、高調波放射を、受信機108(図1)に結合されたデバイスの自己ジャミングを防ぐレベルまで低減するように構成されるローパスフィルタ(LPF)408とを含むことができる。他の例示的な実装形態は、限定はしないが、他の周波数を通過させながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含む異なるフィルタトポロジを含むことができ、アンテナ414への出力電力またはドライバ回路424によって引き出されたDC電流などの測定可能な送信指標に基づいて変化することができる適応インピーダンス整合を含むことができる。送信回路406は、発振器423によって決定されるようなRF信号を駆動するように構成されるドライバ回路424をさらに含む。送信回路406は、個別のデバイスまたは回路から構成することができるか、または代替的には、一体型アセンブリから構成することができる。送信アンテナ414から出力される例示的なRF電力は、2.5ワット程度とすることができる。
送信回路406は、発振器423の周波数または位相を調整し、取り付けられた受信機を通して隣接するデバイスとやりとりするための通信プロトコルを実施するための出力電力レベルを調整するために、特定の受信機に対する送信段階(またはデューティサイクル)中に発振器423を選択的に使用可能にするためのコントローラ415をさらに含むことができる。コントローラ415は、本明細書においてプロセッサ415と呼ばれる場合があることに留意されたい。発振器位相および送信経路内の関連する回路の調整によって、特に、ある周波数から別の周波数に移行する際の帯域外放射を低減できるようになる場合がある。
送信回路406は、送信アンテナ414によって生成された近接場の近傍において作動中受信機の存否を検出するための負荷検知回路416をさらに含むことができる。例として、負荷検知回路416はドライバ回路424に流れる電流を監視し、以下でさらに説明されるように、その電流は、送信アンテナ414によって生成された場の近傍における作動中受信機の存否によって影響を及ぼされる場合がある。ドライバ回路424にかかる負荷の変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器423を使用可能にすべきか否か、および作動中受信機と通信すべきか否かを判断する際に用いるために、コントローラ415によって監視される。以下でさらに十分に説明されるように、ドライバ回路424において測定される電流は、送信機404のワイヤレス電力伝達領域内に無効なデバイスが位置決めされた否かを判断するために用いることができる。
送信アンテナ414は、リッツ線を用いて、または抵抗損を低く保つために選択された厚み、幅、および金属のタイプを有するアンテナストリップとして実装することができる。一実装形態では、送信アンテナ414は一般に、テーブル、マット、ランプ、または他の可搬性の低い構成などの、より大きい構造と関連付けて構成することができる。したがって、送信アンテナ414は一般に、実用的な寸法を有するために「巻く」必要がない場合がある。送信アンテナ414の例示的な実装形態は、「電気的に小型」(すなわち、波長の数分の一)とすることができ、共振周波数を規定するためにキャパシタを使用することにより、より低い使用可能な周波数において共振するように同調することができる。
送信機404は、送信機404に関連付けられる場合がある受信機デバイスの所在および状態についての情報を収集および追跡することができる。したがって、送信回路406は、(本明細書ではプロセッサとも呼ばれる)コントローラ415に接続される、存在検出器480、閉鎖検出器460、またはこれらの組合せを含むことができる。コントローラ415は、存在検出器480および閉鎖検出器460からの存在信号に応答してドライバ回路424によって送達される電力量を調整することができる。送信機404は、たとえば、建物内にある従来のAC電力を変換するためのAC-DCコンバータ(図示せず)、または従来のDC電源を送信機404に適した電圧に変換するためのDC-DCコンバータ(図示せず)などのいくつかの電源を通して、または従来のDC電源(図示せず)から直接電力を受け取ることができる。
非限定的な例として、存在検出器480は、送信機404のカバレッジエリア内に挿入される、充電されるデバイスの初期存在を検知するために利用される運動検出器とすることができる。検出後に、送信機404をオンにすることができ、デバイスによって受信されたRF電力を用いて、所定の方法でRXデバイス上のスイッチを切り替えることができ、それにより、結果として送信機404の駆動点インピーダンスが変化する。
別の非限定的な例として、存在検出器480は、たとえば、赤外線検出手段、運動検出手段、または他の適切な手段によって人を検出することできる検出器とすることができる。いくつかの例示的な実装形態では、送信アンテナ414が特定の周波数で送信することができる電力量を制限する規制が存在する場合がある。時として、これらの規制は、人を電磁放射から保護することを意図している。しかしながら、送信アンテナ414が、たとえば、ガレージ、工場の作業場、店舗などの、人によって占有されないか、または人によって占有される頻度が低いエリアに配置される環境が存在する場合もある。これらの環境に人がいない場合、通常の電力制限規制よりも高く、送信アンテナ414の電力出力を増加させることが許容可能な場合もある。言い換えると、コントローラ415は、人の存在に応答して、送信アンテナ414の電力出力を規制レベル以下に調整し、人が送信アンテナ414の電磁場から規制距離の外側にいるとき、送信アンテナ414の電力出力を、規制レベルを超えるレベルに調整することができる。
非限定的な例として、閉鎖検出器460(本明細書では、閉鎖コンパートメント検出器または閉鎖空間検出器と呼ばれる場合もある)は、筐体が閉じた状態にあるか、開いた状態にあるかを判断するための検知スイッチなどのデバイスとすることができる。送信機が閉じた状態の筐体内にあるとき、送信機の電力レベルを増加させることができる。
例示的な実装形態では、送信機404が無制限にオンのままでない方法を用いることができる。この場合、送信機404は、ユーザが決定した時間後に停止するようにプログラミングすることができる。この特徴は、送信機404、特にドライバ回路424が、送信機404の周囲のワイヤレスデバイスが十分に充電された後に動作し続けるのを防ぐ。このイベントは、リピータまたは受信アンテナから送信された、デバイスが十分に充電されたという信号を検出するための回路の故障に起因する場合もある。別のデバイスが送信機404の周囲に置かれた場合に送信機404が自動的に停止するのを防ぐために、送信機404の自動停止機能は、送信機404の周囲で運動が検出されなくなってからある設定時間後にのみ起動することができる。ユーザは、非活動時間間隔を決定し、その時間間隔を所望により変更できる場合がある。非限定的な例として、この時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下で、特定のタイプのワイヤレスデバイスを十分に充電するのに必要とされる時間間隔よりも長くすることができる。
図5は、本発明の例示的な実装形態による、図1のワイヤレス電力伝達システムにおいて用いられる場合がある受信機508の機能ブロック図である。受信機508は、受信アンテナ518を含む場合がある受信回路510を含む。受信機508は、それに受信電力を提供するためのデバイス550にさらに結合する。受信機508は、デバイス550の外部にあるものとして示されているが、デバイス550に組み込まれる場合があることに留意されたい。エネルギーは、受信アンテナ518にワイヤレスに伝搬され、その後、受信回路510の残りの部分を通してデバイス550に結合される場合がある。例として、充電デバイスは、モバイルフォン、携帯型音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、ブルートゥースデバイス)、デジタルカメラ、補聴器(および他の医療用デバイス)などのデバイスを含む場合がある。
受信アンテナ518は、送信アンテナ414(図4)と同じ周波数において、または規定された周波数範囲内で共振するように同調させることができる。受信アンテナ518は、送信アンテナ414と同じような寸法にすることができるか、または関連するデバイス550の寸法に基づいて異なるサイズにすることができる。例として、デバイス550は、送信アンテナ414の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスとすることができる。そのような例では、受信アンテナ518は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を下げ、受信アンテナのインピーダンスを上げるために多巻アンテナとして実装することができる。例として、受信アンテナ518は、アンテナ径を最大化し、受信アンテナ518のループ巻き(すなわち、巻線)数を少なくし、巻線間キャパシタンスを下げるために、デバイス550の実質的な外周の回りに配置することができる。
受信回路510は、受信アンテナ518に対するインピーダンス整合をもたらすことができる。受信回路510は、受信されたRFエネルギー源をデバイス550によって使用するための充電電力に変換するための電力変換回路506を含む。電力変換回路506は、RF-DC変換器520を含み、DC-DC変換器522を含むこともできる。RF-DC変換器520は、受信アンテナ518において受信されたRFエネルギー信号を、Vrectによって表される出力電圧を有する非交流電力に整流する。DC-DC変換器522(または他の電力調整器)は、整流されたRFエネルギー信号を、VoutおよびIoutによって表される出力電圧および出力電流を有する、デバイス550に適合するエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分的および完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびにリニア変換器およびスイッチング変換器を含む、種々のRF-DC変換器が企図される。
受信回路510は、受信アンテナ518を出力変換回路506に接続するか、または代替的には出力変換回路506を切断するためのスイッチング回路512をさらに含むことができる。電力変換回路506から受信コイル518を切断することにより、デバイス550の充電を中断するだけでなく、送信機404(図2)から「見える」ような「負荷」も変更する。
上記で開示されたように、送信機404は、送信機ドライバ回路424に与えられるバイアス電流の変動を検出することができる負荷検知回路416を含む。したがって、送信機404は、受信機が送信機の近接場内に存在する時点を判断するための機構を有する。
複数の受信機508が送信機の近接場内に存在するとき、他の受信機がより効率的に送信機に結合できるようにするために、1つまたは複数の受信機のローディングおよびアンローディングを時分割多重化することが望ましい場合がある。また、受信機508はまた、他の近くの受信機への結合を解消するか、または近くの送信機へのローディングを弱めるためにクローキングすることができる。受信機のこの「アンローディング」は、本明細書において「クローキング」としても知られる。さらに、受信機508によって制御され、送信機404によって検出される、アンローディングとローディングとの間のこの切替は、以下でさらに十分に説明されるように、受信機508から送信機404への通信機構を提供することができる。さらに、その切替に、受信機508から送信機404にメッセージを送信できるようにするプロトコルを関連付けることができる。例として、切替速度は、100μ秒程度とすることができる。
例示的な実装形態では、送信機404と受信機508との間の通信は、従来の双方向通信(すなわち、結合場を用いる帯域内シグナリング)ではなく、デバイス検知/充電制御機構を指している。言い換えると、送信機404は、エネルギーが近接場で利用可能であるか否かを調整するために送信信号のオン/オフキーイングを用いることができる。受信機は、これらのエネルギー変化を、送信機404からのメッセージとして解釈することができる。受信機側から、受信機508は、場から受け入れている電力量を調整するために受信アンテナ518の同調および離調を用いることができる。場合によっては、同調および離調は、スイッチング回路512を介して達成することができる。送信機404は、場から使用されるこの電力差を検出し、これらの変化を受信機508からのメッセージとして解釈することができる。送信電力および負荷挙動の他の形態の変調も利用できることに留意されたい。
受信回路510は、送信機から受信機への情報シグナリングに対応することができる、受信エネルギーの変動を識別するために用いられるシグナリング検出器/ビーコン回路514をさらに含むことができる。さらに、シグナリングおよびビーコン回路514を用いて、低減されたRF信号エネルギー(すなわち、ビーコン信号)の送信を検出することもでき、ワイヤレス充電用の受信回路510を構成するために、その低減されたRF信号エネルギーを整流して、受信回路510内の電力を供給されていない回路または電力を使い果たした回路のいずれかを呼び起こすための公称電力を生成することもできる。
受信回路510は、本明細書で説明するスイッチング回路512の制御を含む、本明細書において説明される受信機508のプロセスを協調させるためのプロセッサ516をさらに含む。また、充電電力をデバイス550に与える外部の有線充電源(たとえば、壁/USB電力)の検出を含む他のイベントが発生すると、受信機508のクローキングを行うこともできる。プロセッサ516は、受信機のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判断し、送信機404から送信されたメッセージを抽出するためにビーコン回路514を監視することもできる。プロセッサ516は、性能を改善するためにDC-DC変換器522を調整することもできる。
図6は、図4の送信回路406において用いられる場合がある送信回路600の一部分の回路図である。送信回路600は、図4において先に説明されたような、ドライバ回路624を含むことができる。上記のように、ドライバ回路624は、方形波を受信し、送信回路650に提供される正弦波を出力するように構成することができるスイッチング増幅器とすることができる。場合によっては、ドライバ回路624は、増幅器回路と呼ばれる場合もある。ドライバ回路624はE級増幅器として示されるが、本発明の実装形態によれば、任意の適切なドライバ回路624を用いることができる。ドライバ回路624は、図4に示されるように、発振器423からの入力信号602によって駆動することができる。また、ドライバ回路624は、送信回路650を通して送達される場合がある最大電力を制御するように構成される駆動電圧VDを与えられる場合もある。高調波を解消または低減するために、送信回路600は、フィルタ回路626を含むことができる。フィルタ回路626は、3極(キャパシタ634、インダクタ632、およびキャパシタ636)ローパスフィルタ回路626とすることができる。
フィルタ回路626によって出力された信号は、アンテナ614を備える送信回路650に与えることができる。送信回路650は、ドライバ回路624によって与えられたフィルタ処理済み信号の周波数において共振することができるキャパシタンス620およびインダクタンス(たとえば、コイルのインダクタンスもしくはキャパシタンスによるか、または追加のキャパシタ構成要素による場合がある)を有する直列共振回路を含むことができる。送信回路650の負荷は、可変抵抗器622によって表すことができる。この負荷は、送信回路650から電力を受け取るように置かれたワイヤレス電力受信機508の関数とすることができる。
ワイヤレス電力システムは、電力伝達を制御し、協調させるために通信システムを必要とする場合がある。たとえば、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の通信を用いて、電力レベルを制御し、ワイヤレス電力受信機に送達する電力量の制御を容易にすることができる。先に論じられたように、通信は、電力信号の変調によって帯域内で、または異なる周波数におけるデータ送信を介して帯域外で実行することができる。
帯域外シグナリングが利用される場合には、いくつかの変調方式を用いることができる。これらの変調方式は、たとえば、位相偏移変調(PSK)、周波数偏移変調(FSK)、振幅偏移変調(ASK)、直交振幅変調(QAM)などを含むことができる。位相変調法の場合、位相変調信号において送信されたデータを抽出するために、正確なローカル周波数を生成して、受信信号と比較するという要件によって、位相情報の回復は複雑な場合がある。複数のデバイスによってデータ信号を同時に送信することは、正確な基準信号がないことに起因して生じる場合がある不測の干渉によって悪影響を及ぼされるおそれもある。たとえば、正確な位相基準がない結果として、異なるデバイスによって通信される信号間で強め合う干渉または弱め合う干渉が生じる場合があり、それにより、デバイスの各々によって通信されるデータを破損するおそれがある。
図7は、比較例による受信機システム708の簡略化されたブロック図である。図7に示されるように、受信機システム708は、直交振幅変調(QAM)法を用いて変調された信号を復調するように構成することができる。図7のシステムでは、電力送信のために、第1の周波数(たとえば、6.78MHz)の電力搬送波が利用され、データ送信のために、第2の周波数F2(たとえば、40.68MHz)の通信信号搬送波が利用される。そのシステムは、受信アンテナ718に接続される共振タンク回路750を含む。タップ端子751が共振タンク回路750と、第1のフィルタ752および第2のフィルタ754に接続される。第1のフィルタ752は、搬送波信号フィルタ(たとえば、バンドパスフィルタ)として構成することができる。第1のフィルタ752は、第1の周波数F1(たとえば、6.78MHz)においてのみ信号を通過させることができる。第2のフィルタ754は、データ信号フィルタ754(たとえば、別のバンドパスフィルタ)として構成することができる。第2のフィルタ754は、第2の周波数F2(たとえば、40.68MHz)においてのみ信号を通過させるように構成することができる。いくつかの実装形態では、第1のフィルタ752(たとえば、電力信号搬送波フィルタ)は含まれない場合があり、第2のフィルタ754(たとえば、データ信号搬送波フィルタ)が、電力搬送波を除去するために、さらなるフィルタリング構成要素を含む場合がある。
第1のフィルタ752の出力(たとえば、6.78MHz電力搬送波)は標準的なPLL回路756に接続することができ、PLL回路は電力搬送波周波数にロックし、第2の周波数F2(たとえば、40.68MHz)において位相安定基準を生成する。たとえば、図示されるように、PLL回路756は、位相周波数検波器758と、PLLフィルタ760と、電圧制御発振器762と、分周器764とを含む。PLL回路756は、図示されない他の構成要素(たとえば、チャージポンプ)を含む場合もある。
第2の周波数F2(たとえば、40.68MHz)における基準信号(REF)は、その後、2つの乗算器766および768に供給することができる。第1の乗算器766は、データ信号増幅器770を通して、データ信号フィルタ754から受信データ信号を受信する。また、第1の乗算器766は、基準信号(たとえば、40.68MHz)も受信する。第2の乗算器768は、データ信号増幅器770を通してデータ信号フィルタ754から受信データ信号を受信し、位相シフト回路772を通して基準周波数信号を受信する。位相シフト回路772は、基準周波数信号を、たとえば、90度だけ遅延させるように構成することができる。第1の乗算器766の出力は第1の出力フィルタ774および第1のA/D変換器776によって処理することができ、一方、第2の乗算器768の出力は、第2の出力フィルタ778および第2のA/D変換器780によって処理することができる。結果として生じる構成は、I-Q検波器として挙動することができる。
図7に示されるように、受信機システム708は、復調のための限られた精度を有するローカル基準を計算するために、フェーズロックループ回路756を含む。位相偏移変調受信機は、0位相回復のための付加回路を必要とする場合もある。位相偏移変調受信機において、位相シフトバランシング(phase-shift balancing)または位相基準方式を用いて、「0位相」を得るためのローカル基準として利用される平均0位相基準を生成することができる。結果として生成された受信コンスタレーションは、その後、この(限られた精度の)位相基準と比較される。
いくつかの実装形態によれば、正確な位相基準信号を獲得するシステムおよび方法が開示される。本明細書において説明されるシステムは正確な位相基準を生成できる場合があり、したがって、上記の位相決定方式を必ずしも必要としない。
図8は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力システムの簡略化されたブロック図である。図8に示されるように、ワイヤレス電力システムはワイヤレス電力送信機804を含み、ワイヤレス電力送信機は、ワイヤレス電力搬送波信号を生成するように構成される、発振器823およびドライバ回路824(たとえば、電力増幅器)を含む。ワイヤレス電力搬送波信号は、搬送波信号フィルタ890を通して送信機マルチプレクサ892に送信され、電力搬送波信号は、送信アンテナ814を駆動し、ワイヤレス場を通して信号をワイヤレス電力受信機808に送信するために用いられる。ワイヤレス電力送信機804は、ワイヤレス電力送信機804の構成要素の動作を制御するように構成されるワイヤレス電力TXコントローラ810も含む。図示されるように、ワイヤレス電力TXコントローラ810は、発振器823およびドライバ回路824に制御信号を送信し、ワイヤレス電力送信機804によって生成されるワイヤレス電力伝達場を制御するように構成される。さらに、ワイヤレス電力TXコントローラ810は、ワイヤレス電力受信機808に情報を通信するためのデータ信号を生成するように構成される。たとえば、ワイヤレス電力TXコントローラ810は、変調器894の入力において受信されるデータ信号を生成するように構成することができる。また、変調器894は、乗算器896の出力から通信信号搬送波周波数信号を受信するように構成することができる。乗算器896は、発振器823の出力において周波数信号を受信し、その周波数信号に倍率を乗算するように構成することができる。たとえば、発振器823は、第1の周波数F1(たとえば、6.78MHz)において周波数信号を生成することができる。乗算器は、周波数F1に倍率M(たとえば、M=6)を乗算して、データ信号搬送波周波数F2(たとえば、40.68MHz)を生成することができる。データ信号搬送波F2は、変調器894によって、送信用のデータ信号を生成するために利用することができる。変調器894の出力は、データ信号増幅器897およびデータ信号フィルタ898を通して送信機マルチプレクサ892に結合することができる。送信機マルチプレクサ892は、送信アンテナ814を通して、電力信号搬送波周波数の電力信号とともに、データ信号搬送波周波数のデータ信号を送信するように構成することができる。
図示されるように、データ信号搬送波周波数F2は、電力信号搬送波周波数F1の倍数であり、結果として、周波数信号F1およびF2は互いに同相である。倍率Mの選択は、種々の周波数における信号強度レベルに関して適用可能な標準規格に基づくことができる。たとえば、TXコントローラ810は、特定の限界および異なる周波数を示す情報を受信するように構成することができる。その限界に関する受信情報に基づいて、TXコントローラ810は、電力信号搬送波周波数F1およびその高調波がデータ信号搬送波周波数F2およびその高調波と強め合うように干渉し、任意の周波数帯域内の限界を超えないように、周波数F1およびF2を選択するように構成することができる。たとえば、いくつかの実装形態では、電力信号は純粋な正弦波でない場合があるので、電力信号は、電力信号搬送波周波数の倍数である高調波を含む。高調波は静的である(たとえば、電力搬送波の同じ周波数倍数に位置する)場合もあるか、または動作条件の変動(たとえば、受信機配置、送信機電力レベルなど)に起因して変化する場合がある。電力信号の高調波に対応するデータ搬送波は、データ信号および高調波が同相であるときに、高調波と強め合うように干渉する場合がある。結果として、高調波/データ信号周波数における全エネルギーは、強め合う干渉に起因して増加する場合がある。しかしながら、全エネルギーはデータ信号と電力信号高調波の和であるので、強め合う干渉の結果として、データ搬送波に関連付けられる付加的なエネルギーは存在しないことになる。結果として、強め合う干渉によって引き起こされるエネルギー増加から、データ信号を通信するためのシステムに与えられる利益はほとんどない。しかしながら、エネルギー増加の結果として、高調波およびデータ信号に対応する周波数において、システムは放射限界を超える場合がある。
いくつかの実装形態では、倍率は、データ信号と電力信号の高調波との間の干渉が、規定限界(たとえば、規制)を超えないように選択することができる。たとえば、より低い規定限界を有する特定の周波数、および/または電力信号搬送波の相対的に近くに位置する特定の周波数を回避するように倍率を選択することができる。いくつかの実装形態では、倍率を選択することができ、電力信号の対応する高調波の位相を決定することができる。高調波およびデータ搬送波の対応する周波数において規定限界未満にしておくために、データ搬送波は、対応する電力信号搬送波高調波から180度位相がずれている位相において生成することができる。いくつかの実装形態では、倍率はあらかじめ決定し、ワイヤレス電力送信機の動作中に設定することができる。他の実装形態では、倍率は動作中に動的に変更することができる。たとえば、倍率は、電力信号高調波の位相およびエネルギーレベルに関するフィードバックに基づいて動的に変更することができる。いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力受信機に送信するための付加情報を符号化するために、および/またはデータ信号のスループットを高めるために、倍率を動的に変更することができる。
図8は、ワイヤレス電力送信機804と通信するワイヤレス電力受信機808も示す。図示されるように、ワイヤレス電力受信機808は、ワイヤレス電力送信機804によって生成されたワイヤレス場を介して信号を受信するための受信アンテナ818を含むことができる。受信信号は、通信信号搬送波周波数F2におけるデータ信号と、電力信号搬送波周波数F1における電力信号とを含むことができる。受信アンテナ818の出力は、受信機マルチプレクサ842に結合することができる。受信機マルチプレクサ842は、受信信号からデータ信号および電力信号を出力するように構成することができる。図示されるように、受信機マルチプレクサ842の第1の出力は、充電デバイスに電力を伝達する信号を生成するために、フィルタ、負荷調整回路、整流器および調整器のような種々の構成要素を含む、ワイヤレス電力受信回路888に結合することができる。受信機マルチプレクサ842の出力は、データ信号フィルタ854および基準信号フィルタ855に与えることもできる。データ信号フィルタ854(たとえば、バンドパスフィルタ)は、受信信号をフィルタリングし、データ信号搬送波周波数F2(たとえば、40.68MHz)における信号を出力するように構成することができる。基準信号フィルタ855(たとえば、バンドパスフィルタ)は、受信信号をフィルタリングし、電力信号搬送波周波数F1(たとえば、6.78MHz)に対応する信号を出力するように構成することができる。基準信号フィルタ855の出力は、乗算器882によって受信され、倍率M(たとえば、M=6)で乗算され、データ信号周波数搬送波F2(たとえば、40.68MHz)に対応する基準信号を生成することができる。ワイヤレス電力RXコントローラ816は、データ信号フィルタ854の出力および基準信号(REF)を受信し、基準信号を用いてデータ信号を復号化することができる。たとえば、ワイヤレス電力RXコントローラ816は、データ信号と基準信号との間の位相オフセットを検出するための位相検波回路を含むことができる。位相オフセットに基づいて、ワイヤレス電力RXコントローラ816は、検出された位相差に対応する特定の情報を復号化することができる。電力搬送波内に含まれる位相情報が利用されるので、データ搬送波内の位相情報の復調を、より簡単に、より
安価に、かつよりロバストに実行することができる。
また、ワイヤレス電力RXコントローラ816は、基準信号を用いて、ワイヤレス電力送信機804または他のワイヤレス電力受信機808に送り返すための通信信号を生成することもできる。図示されるように、ワイヤレス電力RXコントローラ816は、基準信号に基づいてデータ信号を生成し、基準信号に基づくデータ信号周波数においてデータ信号を出力することもできる。いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力RXコントローラ816は、基準信号から位相オフセットを生成して、送信するためのデータを符号化するように構成することができる。変調器884はデータ信号出力を生成することができ、その出力は、データ出力増幅器886を通して受信機マルチプレクサ842によって受信される。受信機マルチプレクサ842は、データ信号をワイヤレス電力送信機804に、および/または他のワイヤレス電力受信機808に送信するように構成することができる。データ信号は、受信電力信号から抽出される基準信号に基づいて生成されるので、ワイヤレス電力受信機808からのデータ送信が互いに弱め合うように干渉しないように、ワイヤレス電力受信機808は同期することができる。たとえば、複数のワイヤレス電力受信機808の各々はワイヤレス電力送信機808から受信された同じ信号から基準信号を抽出するので、基準信号の各々は互いに同相である。ワイヤレス電力受信機808によって(たとえば、基準信号に基づく位相変調を通して)送信される信号は、互いに弱め合うように干渉する可能性は小さい。結果として、複数のデバイスが、弱め合う干渉を生じることなく、ワイヤレス電力送信機804に同時にデータを送信することができる。さらに、ワイヤレス電力受信機808の回路は、他のワイヤレス電力受信機に比べて簡単にすることができる。
いくつかの実装形態によれば、通信プロトコル(Dallas 1-wireプロトコルなど)を利用して、ワイヤードOR方式に基づいて衝突回避および調停のための明示的なサポートを与えることができる。ワイヤードOR方式は一般に、通信システムが、デバイスがシグナリングしていないときに「信号を読み出さず」、1つまたは複数のデバイスがシグナリングしているときに「信号」を読み出す必要がある。従来、オン-オフキーイング通信システム(たとえば、振幅偏移変調ASKを利用する)が利用される場合がある。しかしながら、従来の通信システムでは、搬送波信号の位相が異なる通信デバイス間でロックされないので、異なるデバイスによって送信される信号間の弱め合う干渉が、望ましくないことに、信号のいずれかの受信を妨げる場合がある。上記の方法によって、すべての可能性のある送信機の電力搬送波信号にフェーズロックすることによって、弱め合う干渉が防止され、ワイヤレスワイヤードORプロトコルを実装することができる。図8を参照しながら先に論じられた実装形態によれば、同期した通信デバイスは、より簡単なワイヤードORプロトコルを実施し、従来のデバイスに対してコストを削減する。
図9はいくつかの実装形態による基準信号を決定する方法の流れ図を示す。方法900は、ブロック902によって示されるようにワイヤレス場を介して信号を受信することを含む。受信信号は、第1の周波数において送信されるワイヤレス電力信号(たとえば、電力信号搬送波F1)と、第2の周波数において送信される通信信号(たとえば、データ信号搬送波周波数F2)との合成を含む。ブロック904において、受信信号をフィルタリングして、第1の周波数において送信されたワイヤレス電力信号に基づいて、第2の周波数において基準信号を生成することができ、その基準信号はワイヤレス電力信号と実質的に同相である。
図10は、電力信号および通信信号を送信する方法の流れ図である。図10に示されるように、方法1000は、ブロック1002に示されるように、第1の周波数(たとえば、電力搬送波周波数F1)において信号を生成することを含む。ブロック1004において示されるように、複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報が受信される。ブロック1006において示されるように、電力レベル限界に基づいて、倍率が選択される。たとえば、倍率は、電力信号および通信信号の組合せがいずれの限界も超えないのを確実にするように選択することができる。ブロック1008において示されるように、倍率に基づいて、第2の周波数(たとえば、データ信号搬送波周波数F2)において通信信号が生成される。ブロック1010において、通信信号と実質的に同相である第1の周波数の駆動信号が生成される。ブロック1012において示されるように、通信信号および駆動信号を含む合成信号に基づいてワイヤレス場が生成される。
図11は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機1100の機能ブロック図である。ブロック1102において示されるように、ワイヤレス電力受信機1100は、ワイヤレス場を介して信号を受信するための手段を含む。受信信号は、第1の周波数において送信されるワイヤレス電力信号と、第2の周波数F2において送信される通信信号との組合せを含む。ブロック1104において示されるように、ワイヤレス電力受信機1100は、受信信号をフィルタリングして、第1の周波数に対応する、第2の周波数において基準信号を生成する手段も含む。生成された基準信号はワイヤレス電力信号と実質的に同相である。図11に示されるように、ワイヤレス電力受信機1100の種々の構成要素間で通信するために、通信および制御バス1110が用いられる場合がある。
図12は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力送信機1200の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機1200は、ブロック1202において示されるように第1の周波数において信号を生成するための手段と、ブロック1204において示されるように複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信するための手段と、ブロック1206において示されるように電力レベル限界に基づいて倍率を選択するための手段と、ブロック1208において示されるように選択された倍率に基づいて第2の周波数において通信信号を生成するための手段と、ブロック1210において示されるように第1の周波数において駆動信号を生成するための手段とを含む。駆動信号は通信信号と実質的に同相である。ワイヤレス電力送信機1200は、ブロック1212において示されるように、通信信号および駆動信号を含む合成信号に基づいてワイヤレス場を生成するための手段も含む。図12に示されるように、ワイヤレス電力受信機1200の種々の構成要素間で通信するために、通信および制御バス1214が用いられる場合がある。
上記の方法の種々の動作は、種々のハードウェアおよび/またはソフトウェアコンポーネント、回路および/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することができる。一般に、図に示される任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行することができる。たとえば、図11を参照すると、信号を受信するための手段1102は、図8に示されるような、マルチプレクサ842に結合される受信アンテナ818に対応することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ818は、図3を参照して説明されたような構造を有するアンテナ350に対応することができる。図11を再び参照すると、フィルタリングするための手段1104は、図8に示されるような基準信号フィルタ855(たとえば、バンドパスフィルタ)に対応することができる。
図8および図12を参照すると、第1の周波数において信号を生成するための手段1202は、発振器823に対応することができ、情報を受信するための手段1204および倍率を選択するための手段1206はTXコントローラ810に対応することができ、駆動信号を生成するための手段1208は、駆動回路824(たとえば、電力増幅器)に対応することができ、ワイヤレス場を生成するための手段1212はアンテナ814に対応することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ814は、図3を参照して説明されたような構造を有するアンテナ350に対応することができる。
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して情報および信号を表すことができる。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、磁界または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
本明細書において開示される実装形態に関して説明された種々の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ステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装することができる。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、種々の例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、これまで概してそれらの機能に関して説明されてきた。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の応用形態および全体的なシステムに課される設計上の制約による。説明された機能は特定の応用形態ごとに様々な方法で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装形態に関して説明された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、デジタルシグナルプロセッサ(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た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、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。また、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との組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装することができる。
本明細書において開示される実装形態に関連して説明された方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、そのままハードウェアにおいて、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。ソフトウェアにおいて実装される場合、それらの機能は、1つもしく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るか、あるいは非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に常駐することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、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。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。本明細書において使用されるとき、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（登録商標）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、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC中に常駐することができる。ASICはユーザ端末内に常駐することができる。代替形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
本開示を要約するために、本明細書において、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が説明されてきた。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、本明細書において教示または示唆される場合があるような、他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書において教示される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。
上記の実装形態の種々の変更形態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することができる。したがって、本発明は、本明細書において示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書において開示され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 送信機
106 場
108 受信機
110 出力電力
114 送信アンテナ
118 受信アンテナ

Claims (20)

  1. 第1の周波数の信号を生成するように構成される電源と、
    複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信し、前記電力レベル限界に基づいて倍率を選択するように構成されるコントローラと、
    前記電源に結合されており、前記第1の周波数の前記信号を受信し、前記選択された倍率に基づいて第2の周波数の通信信号を生成するように構成される通信信号発生器と、
    前記電源に結合されており、前記第1の周波数の前記信号を受信し、前記第1の周波数の駆動信号を生成するように構成されるドライバであって、前記駆動信号は前記通信信号と実質的に同相である、ドライバと、
    前記通信信号および前記駆動信号を含む合成信号を受信して、ワイヤレス場を生成するように構成される送信回路であって、ワイヤレス電力受信機に電力を伝達するために前記合成信号を前記ワイヤレス電力受信機に送信するようにさらに構成される、送信回路とを備える、ワイヤレス電力送信機。
  2. 前記通信信号発生器は、前記倍率に基づいて前記第1の周波数の整数倍として前記第2の周波数の基準信号を生成するように構成される乗算器を含む、請求項1に記載のワイヤレス電力送信機。
  3. 前記コントローラは、データ信号を生成するように構成され、前記通信信号発生器は、前記データ信号を受信し、前記受信データ信号に基づいて基準信号を変調して、前記通信信号を生成するように構成される変調器をさらに備える、請求項1または2に記載のワイヤレス電力送信機。
  4. 前記通信信号および前記駆動信号を受信して、前記合成信号を生成するように構成されるマルチプレクサをさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  5. 前記送信回路は送信アンテナを備え、前記送信アンテナは送信コイルを含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  6. 送信アンテナは前記第1の周波数において共振する、請求項1から5のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  7. 前記第1の周波数は6.78MHzであり、前記第2の周波数は40.72MHzである、請求項1から6のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  8. 前記コントローラは、前記倍率を動的に変更して、さらなる情報を符号化するように構成される、請求項1から7のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  9. 前記コントローラは、前記倍率を動的に変更して、前記通信信号のスループットを高めるように構成される、請求項1から8のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  10. 前記倍率は整数である、請求項1から9のいずれか一項に記載のワイヤレス電力送信機。
  11. ワイヤレス場を介して電力を伝達する方法であって、
    第1の周波数の信号を生成するステップと、
    複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信するステップと、
    前記電力レベル限界に基づいて倍率を選択するステップと、
    前記選択された倍率に基づいて第2の周波数の通信信号を生成するステップと、
    前記第1の周波数の駆動信号を生成するステップであって、前記駆動信号は前記通信信号と実質的に同相である、生成するステップと、
    前記通信信号および前記駆動信号を含む合成信号に基づいて前記ワイヤレス場を生成するステップと、
    ワイヤレス電力受信機に電力を伝達するために前記合成信号を前記ワイヤレス電力受信機に送信するステップとを含む、方法。
  12. 前記倍率は整数である、請求項11に記載の方法。
  13. データ信号を生成するステップと、前記データ信号に基づいて基準信号を変調して、前記通信信号を生成するステップとをさらに含む、請求項11または12に記載の方法。
  14. 前記倍率を変更することによって情報を符号化するステップをさらに含む、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記第1の周波数は6.78MHzであり、前記第2の周波数は40.72MHzである、請求項11から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記倍率を動的に変更して、データ信号のスループットを高めるステップをさらに含む、請求項11から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. ワイヤレス場を介して電力を伝達するための装置であって、
    第1の周波数の信号を生成するための手段と、
    複数の周波数における電力レベル限界を指示する情報を受信するための手段と、
    前記電力レベル限界に基づいて倍率を選択するための手段と、
    前記選択された倍率に基づいて第2の周波数の通信信号を生成するための手段と、
    前記第1の周波数の駆動信号を生成するための手段であって、前記駆動信号は前記通信信号と実質的に同相である、生成するための手段と、
    前記通信信号および前記駆動信号を含む合成信号に基づいて前記ワイヤレス場を生成するための手段と、
    ワイヤレス電力受信機に電力を伝達するために前記合成信号を前記ワイヤレス電力受信機に送信するための手段とを含む、装置。
  18. 前記第1の周波数の信号を生成するための前記手段は発振器を含み、前記情報を受信するための前記手段はコントローラを含み、前記倍率を選択するための前記手段はコントローラを含み、前記駆動信号を生成するための前記手段は電力増幅器を含み、前記ワイヤレス場を生成するための前記手段はアンテナを含む、請求項17に記載の装置。
  19. 前記倍率は整数である、請求項17または18に記載の装置。
  20. データ信号を生成するための手段と、前記データ信号に基づいて基準信号を変調して、前記通信信号を生成するための手段とをさらに含む、請求項17から19のいずれか一項に記載の装置。
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