JP6342005B2 - 結合コイルシステム内の調整フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、無線エネルギ伝送のための結合コイルシステム、より具体的には、結合コイルシステム内の調整フィルタに関係する。

（関連出願の相互参照）
本特許協力条約の出願は、参照により全部が本明細書内に開示され組み込まれる、２０１４年２月２３日に出願され、「Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｆｉｌｔｅｒ ｉｎ ａ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｏｉｌ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国特許仮出願第６１／９４３，４７９号に対する優先権を主張する。

無線エネルギ伝送は、一般的に、電子デバイスを動作させるため、又はバッテリを充電するために用いられる。例えば、電子デバイス内の充電式バッテリは、充電デバイス内の送電コイルを電子デバイス内の受電コイルと結合することにより、誘導充電により再充電することができる。信号が送電コイルに印加されると、電磁場が生成され、エネルギを受電コイルに伝送する。受電コイルは、エネルギをバッテリを充電するために用いられる信号に変換する。しかし、信号が送電コイル及び受電コイルを通ると、抵抗発熱及び他の信号損失も生じる。これらの抵抗発熱及び信号損失は、結合コイルシステムの動作状態に非常に依存することがあり、場合により、充電ステーションと電子デバイスとの間のエネルギ伝送効率を低下させることがある。

無線エネルギ伝送の間、受電デバイスの負荷の実効抵抗又はインピーダンスは、トランスに提示される負荷の実効抵抗又はインピーダンスが実質的に一定で、負荷デバイスにより受信される信号が実質的に一定レベルに維持されるように、本明細書で説明される１つ以上の技術を用いて変更することができる。「負荷」という用語は、トランスに提示される受電デバイスを意味することがある。１つの態様では、無線エネルギ伝送のための結合コイルシステムは、受電コイルに動作可能に接続され、受電コイルにより生成された信号を受信するように構成された負荷デバイスを有する、受電デバイスを含むことができる。一実施形態では、負荷デバイスは、電子デバイス内の充電式バッテリである。受電デバイス内の調整フィルタは、受電コイルと負荷デバイスとの間に動作可能に接続される。エネルギ伝送の間、調整フィルタは、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを調整するために、負荷デバイスが受電コイルから受信する信号を調整することができる。いくつかの実施形態では、調整フィルタは、トランスに提示される負荷の実効抵抗又はインピーダンスを減少するために、信号を増大することができる。他の実施形態では、調整フィルタは、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを上昇するように変更するために、信号を減少することができる。整流器は、調整フィルタと負荷デバイスとの間に接続することができる。一例として、整流器は、ブリッジ回路内に配置された４つのダイオードを用いて実装することができる。「調整フィルタ」という用語は、受電デバイス内の負荷の実効抵抗又はインピーダンスを調整するフィルタを包含するよう意図している。

一実施形態では、調整フィルタは、線形調整フィルタである。例えば、線形調整フィルタは、受電コイルに直列に接続された第１のコンデンサ、及び受電コイルに並列に接続された第２のコンデンサを含んでもよい。別の実施形態では、調整フィルタは、非線形調整フィルタである。一例として、非線形調整フィルタは、受電コイルに直列に接続された第１のコンデンサ、及びブリッジ回路（すなわち、整流器）内の接地ダイオードに並列に接続された第２のコンデンサを含んでもよい。更に別の実施形態では、調整フィルタは、プログラム可能な調整フィルタである。例えば、プログラム可能な調整フィルタは、受電コイルに直列に接続された第１の可変コンデンサ、及び受電コイルに並列に接続された第２の可変コンデンサを含んでもよい。代わりに、プログラム可能な調整フィルタは、受電コイルに直列に接続された第１の可変コンデンサ、及び整流器内の接地ダイオードに並列に接続された第２の可変コンデンサを含んでもよい。別の実施形態では、プログラム可能な調整フィルタは、一方は受電コイルに直列に接続され、他方は受電コイル又は整流器内の接地ダイオードのいずれかに並列に接続された、１つの可変コンデンサ及び１つの固定コンデンサを含んでもよい。

別の態様では、送電デバイス内の送電コイルから受電デバイス内の受電コイルに無線でエネルギを伝送するための方法は、受電デバイス内の負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータを判定することと、送電デバイス内の送電コイルに印加する信号の周波数を判定することとを含むことができる。受電コイルに動作可能に接続されたプログラム可能な調整フィルタ内の少なくとも１つの可変コンデンサに対する容量値は、負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータ及び信号の周波数に基づいて判定される。負荷デバイスの電流又は電圧は、動作パラメータの一例である。

別の態様では、送電デバイス内の送電コイルから受電デバイス内の受電コイルに無線でエネルギを伝送するための方法は、受電コイルに動作可能に接続された負荷デバイスが動作モードにあるとき、送電コイルに信号を印加することにより、受電コイルにエネルギを伝送することを含むことができる。例えば、負荷デバイスが充電式バッテリである場合、負荷デバイスは、充電モードにあってもよい。受電コイルから受信した信号は、調整（例えば、増大又は減少）することができ、調整された信号は、負荷デバイスに入力される。送電コイルに印加される信号の周波数は、負荷デバイスの動作モードの変化に基づいて、変更することができる。

更に別の態様では、送電デバイス内の送電コイルから受電デバイス内の受電コイルに無線でエネルギを伝送するための方法は、受電デバイス内に含まれる負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータを判定することと、送電デバイス内の送電コイルに印加する信号の周波数を判定することとを含むことができる。負荷デバイスの負荷電流又は負荷電圧は、動作パラメータの一例である。受電コイルに動作可能に接続されたプログラム可能な調整フィルタ内の少なくとも１つの可変コンポーネントに対する値は、負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータ及び信号の周波数に基づいて設定することができる。一例として、プログラム可能な調整フィルタ内の少なくとも１つの可変コンポーネントは、１つ以上の可変コンデンサであってもよい。

本発明の実施形態は、以下の図面を参照することによってよりよく理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して正確な縮尺ではない。同一の参照番号は、可能な場合に、各図面に共通する同一の特徴を示すために使用されている。

結合されていない構成にある無線エネルギ伝送システムの一例を示す。 結合された構成にある無線エネルギ伝送システム１００を示す。 図１に示す無線エネルギ伝送システム１００の一例の簡略化したブロック図を示す。 第１の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図である。 第２の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図である。 第３の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図である。 第４の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図である。 図１に示す無線エネルギ伝送システム１００内の送電デバイスから受電デバイスに無線でエネルギを伝送するための方法の例のフローチャートである。 図６及び図７にそれぞれ示す無線エネルギ伝送システム６００及び７００内の送電デバイスから受電デバイスに無線でエネルギを伝送するための方法の例のフローチャートである。

本明細書で説明する実施形態は、受電デバイス内の負荷（トランスに提示される）の実効抵抗又はインピーダンスを、実効抵抗又はインピーダンスが実質的に一定レベルに維持されるように調整することにより、送電コイルから受電コイルに、より効率的に無線でエネルギを伝送できる。先に述べたように、「負荷」という用語は、トランスに提示される受電デバイスを意味する。負荷は、受電コイルに動作可能に接続された負荷デバイスにより受信される信号（例えば、電圧）が一定レベルに維持される間、固定抵抗値としてトランスに現れるはずである。

エネルギは、信号を送電コイルに印加することにより、送電コイルから受電コイルに伝送することができる。受電コイルから受信した信号は、受電デバイス内の調整フィルタにより、調整することができる。調整フィルタは、トランスに提示される負荷の実効抵抗又はインピーダンスを変更するために用いることができる。例えば、調整フィルタは、負荷の実効抵抗又はインピーダンスが上昇するように変更することができ、負荷への入力信号を実質的に一定レベルに同時に維持しながら、送電コイルに印加される信号を減少させることができる。加えて又は代わりに、調整フィルタは、送電コイルに印加される信号が増大するとき、負荷の実効抵抗又はインピーダンスが低下するように変更することができ、それにより負荷により受信される信号を実質的に一定レベルに維持することができる。先に述べたように、「調整フィルタ」という用語は、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを変更又は調整するフィルタを包含するよう意図している。

いくつかの実施形態では、調整フィルタによる負荷の実効抵抗又はインピーダンスの変更に加えて、送電コイルに印加される信号の周波数を、負荷の１つ以上の動作パラメータの変化に基づいて、偏移又は変更することができる。一例として、負荷デバイスが充電式バッテリであり、バッテリが完全に充電されている場合、バッテリにより引き出される電流を低下させることができる。この例では、送電コイル信号の周波数を維持することで、送電コイルの周波数がバッテリにより必要とされるものより高いことがあるため、不必要な損失を生じることがある。送電コイル信号の周波数を変更すること（例えば、周波数を低下させること）で、抵抗発熱、及びバッテリの動作状態又はパラメータの変化により生じる他の損失を低減することができる。ゆえに、エネルギ伝送効率は、負荷デバイスの動作パラメータの任意の変化に関わらず維持することができる。

いくつかの実施形態では、送電デバイス及び／又は受電デバイス内の信号特性は、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを判定するために監視することができる。一例として、処理デバイスは、送電コイル信号の周波数が調整できるか判定するために、送電デバイス内の電気コンポーネント（例えば、抵抗器）により受信される電流を監視することができる。別の例では、受電デバイス内の処理デバイスは、調整フィルタが負荷デバイス（例えば、バッテリ）により受信される信号レベルを増大又は減少させるべきかを判定するために、受電デバイス内のコンポーネント（例えば、抵抗器又はバッテリ）により受信される電流を監視することができる。他の実施形態は、調整フィルタの動作及び／又は送電コイル信号の周波数の調整を別々に判定することができる。

先に述べたように、実施形態は、負荷の実効インピーダンス又は抵抗が実際の負荷に関わらずほぼ一定に留まれるように、一種のインピーダンス又は抵抗の変更を実行することができる。本質的に、受電デバイス内の負荷は、実質的に固定抵抗値として現れ得り、送電コイル上の信号は、負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータの変化に基づいて変化し得る。例えば、動作パラメータが以前より低い（例えば、より低い電流）場合、送電コイル上の信号は低減することがあり、受電デバイス内の調整フィルタは、負荷の実効抵抗又はインピーダンスが実質的に一定であり、負荷デバイスにより受信される信号が実質的に一定レベルに維持されるように、低減した信号を増大することができる。

実施形態は、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを低減するように、負荷デバイスにより受信される信号（例えば、電圧）を増大するために調整フィルタを用いるように、本明細書内で説明される。しかし、先に説明したように、他の実施形態では、調整フィルタは、トランスに提示される実効抵抗又はインピーダンスがより高いように、負荷の実効抵抗又はインピーダンスが上昇するように変更することができる。すなわち、いくつかの実施形態では、調整フィルタは、負荷デバイスに加わる電圧を低減して、受電コイルに提示される負荷抵抗又はインピーダンスを効果的に増大することができる。

ここで図１を参照すると、結合されていない構成にある無線エネルギ伝送システムの一例の透視図が示されている。図示された実施形態は、受電デバイス１０４に無線でエネルギを伝送するように構成された送電デバイス１０２を示している。受電デバイス１０４は、１つ以上のインダクタを含む任意の電子デバイスであってよい。電子デバイスの例としては、ポータブル電子デバイス又は着用可能な通信デバイスが挙げられるが、これに限定されない。

図１に示されるものなどの着用可能な通信デバイスは、例えば、他のデバイスからの無線電子通信、及び／あるいは、健康関連情報、又は心拍数データ、血圧データ、温度データ、酸素レベルデータ、食事／栄養情報、医学的助言、健康関連のヒント若しくは情報、若しくは他の健康関連データなどだがこれらに限定されないデータを提供するように構成されてもよい。着用可能な通信デバイスは、ユーザにストラップ又はバンドを接続するための結合機構を含んでもよい。例えば、スマートウォッチは、ユーザの手首に固定するためのバンド又はストラップを含んでもよい。別の例では、着用可能な健康アシスタントは、ユーザの胸の周囲に接続するためのストラップを含んでもよく、あるいは代わりに、着用可能な健康アシスタントは、首紐又はネックレスを用いて使用するように適応してもよい。更なる例では、着用可能なデバイスは、ユーザの体の別の部分に又は内に固定してもよい。これら及び他の実施形態では、ストラップ、バンド、首紐、又は他の固定機構は、通信デバイスと無線若しくは有線通信する、１つ以上の電子コンポーネント又はセンサを含んでもよい。例えば、スマートウォッチに固定されたバンドは、１つ以上のセンサ、補助バッテリ、カメラ、又は任意の他の適した電子コンポーネントを含んでもよい。

多くの例では、図１に示すものなどの着用可能な通信デバイスは、メモリ、１つ以上の通信インタフェース、ディスプレイ及びスピーカなどの出力デバイス、バイオメトリック及び撮像センサなどの１つ以上のセンサ、並びに、１つ以上のボタン、１つ以上のダイアル、マイクロフォン、及び／若しくはタッチ感知デバイスなどの入力デバイスと結合する又は通信する処理デバイスを含んでもよい。通信インタフェース（単数又は複数）は、通信デバイスと、無線インタフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース、近距離通信インタフェース、赤外線インタフェース、ＵＳＢインタフェース、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）インタフェース、ＴＣＰ／ＩＰインタフェース、ネットワーク通信インタフェース、又は任意の既存の通信インタフェースなどだがこれらに限定されない、任意の外部通信ネットワーク、デバイス又はプラットフォームとの間の電子通信を提供できる。着用可能な通信デバイスは、通信に加えて、時間、健康、状態、又は外部に接続された若しくは通信するデバイス及び／又はそのようなデバイス上で実行されるソフトウェア、メッセージ、動画、動作コマンド、などに関する情報を提供してもよい（並びに、外部デバイスから前記のもののいずれかを受信してもよい）。

図１及び図２に示す着用可能な通信デバイスは、腕時計又はスマートウォッチを示しているが、任意の電子デバイスが、送電デバイスから無線でエネルギを受信するのに適し得る。例えば、適した電子デバイスは、無線でエネルギを受信できる任意のポータブル又は準ポータブル電子デバイス（「受電デバイス」）であってよく、適したドックデバイスは、任意のポータブル若しくは準ポータブルドッキングステーション又は無線でエネルギを送電できる充電デバイス（「送電デバイス」）であってよい。電子デバイスの例としては、スマートフォン、ゲーミングデバイス、デジタル音楽プレーヤー、タブレットコンピューティングデバイス、並びに、他の種類の無線でエネルギを送電及び／又は受電するように構成されたポータブル及び家庭用電子デバイスが挙げられるが、これらに限定されない。

送電デバイス１０２及び受電デバイス１０４は、それぞれ、電子、機械、及び構造コンポーネントをその内に囲む筐体１０６、１０８を含んでよい。多くの例では、図示されるように、受電デバイス１０４は、送電デバイス１０２のそれよりも大きな横断面を有してもよいが、そのような構成が必要ではない。他の例では、送電デバイス１０２は、受電デバイス１０４のそれより大きな横断面を有してもよい。更なる例では、断面は、実質的に同じであってもよい。他の実施形態では、送電デバイスは、受電デバイス内の充電ポートに挿入されるように適応させることができる。

図示した実施形態では、送電デバイス１０２は、コード又はコネクタ１１０により電源に接続されてよい。例えば、送電デバイス１０２は、壁コンセントから、又はＵＳＢコネクタなどのコネクタを介して別の電子デバイスから、電力を受け取ることができる。加えて又は代わりに、送電デバイス１０２は、バッテリで動作してもよい。同様に、図示された実施形態は、送電デバイス１０２の筐体に結合されたコネクタ１１０を有して示されているが、コネクタ１１０は、任意の適した手段により接続されてもよい。例えば、コネクタ１１０は、着脱可能であってもよく、送電デバイス１０２の筐体１０６内に開いた開口又は置場内に適合する大きさのコネクタを含んでもよい。

受電デバイス１０４は、送電デバイス１０２の第２のインタフェース面１１４に接続、整列、又はそうでなければ接触する、第１のインタフェース面１１２を含んでよい。このようにして、受電デバイス１０４及び送電デバイス１０２は、互いに対して位置決め可能であってよい。特定の実施形態では、送電デバイス１０２の第２のインタフェース面１１４は、受電デバイス１０４の相補形状に結合する特定の形状に構成されていてもよい（図２を参照）。図示された第２のインタフェース面１１４は、選択した曲線に従う凹面形状を含んでもよい。受電デバイス１０４の第１のインタフェース面１１２は、第２のインタフェース面１１４と同じ又は実質的に同様な曲線に従う凸面形状を含んでもよい。

他の実施形態では、第１及び第２のインタフェース面１１２、１１４は、任意の所与の形状及び寸法を有することができる。例えば、第１及び第２のインタフェース面１１２、１１４は、実質的に平坦であってもよい。加えて又は代わりに、送電及び受電デバイス１０２、１０４は、１つ以上の位置調整機構を用いて、互いに対して位置決めすることができる。一例として、１つ以上の磁気デバイスが、送電及び／又は受電デバイス内に含まれて、送電及び受電デバイスを位置合わせするために用いられてもよい。別の例では、送電及び／又は受電デバイス内の１つ以上のアクチュエータが、送電及び受電デバイスを位置合わせするために用いることができる。更に別の例では、送電及び受電デバイスの筐体内の突起及び対応するくぼみなどの位置調整機能が、送電及び受電デバイスを位置合わせするために用いられてもよい。インタフェース面の設計又は構成、１つ以上の位置調整機構、及び１つ以上の位置調整機能は、個別に又はそれらの様々な組合わせで用いることができる。

送電デバイス及び受電デバイスは、それぞれ複数の内部コンポーネントを含むことができる。図３は、受電デバイスとして又は送電デバイスとして用いるのに適した電子デバイスの例の簡略化したブロック図である。電子デバイス３００は、１つ以上の処理デバイス３０２、メモリ３０４、１つ以上の入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス３０６、電源３０８、１つ以上のセンサ３１０、ネットワーク／通信インタフェース３１２、及びディスプレイ３１４を含むことができ、それぞれは以下に順番に説明される。

１つ以上の処理デバイス３０２は、電子デバイス３００の動作のうちのいくつか又は全てを制御することができる。処理デバイス（単数又は複数）３０２は、デバイスの実質的にコンポーネントの全てと、直接的又は間接的に通信することができる。例えば、１つ以上のシステムバス３１６又は他の通信機構は、処理デバイス（単数又は複数）３０２、メモリ３０４、１つ以上のＩ／Ｏデバイス３０６、電源３０８、１つ以上のセンサ３１０、ネットワーク／通信インタフェース３１２、及びディスプレイ３１４の間の通信を提供してもよい。少なくとも１つの処理デバイスは、電子デバイス３００内の１つ以上のデバイスの動作又は機能が、温度などの環境データに基づいて調整されるべきか判定するように構成することができる。加えて又は代わりに、処理デバイスは、環境データに基づいて、動作を調整する（例えば、動作を実行するデバイスにより受信される刺激を調整する）ように構成されてもよい。

処理デバイス（単数又は複数）３０２は、データ又は命令を処理、受信、又は送信することができる任意の電子デバイスとして実装されてもよい。例えば、１つ以上の処理デバイス３０２は、マイクロプロセッサ、中央演算処理装置（central processing unit；ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit；ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor；ＤＳＰ）、又は複数のそのようなデバイスの組合せであってもよい。本明細書に記載する場合、用語「処理デバイス」とは、単一のプロセッサ若しくは処理ユニット、複数のプロセッサ、複数の処理ユニット、又は他の適切に構成されたコンピューティング要素（単数又は複数）を包含することを意図している。

メモリ３０４は、電子デバイス３００によって使用され得る電子データを記憶してもよい。例えば、メモリ３０４は、オーディオファイル、文書ファイル、タイミング信号及び制御信号、動作設定及びデータ、並びに画像データなどの電気的なデータ又はコンテンツを記憶することができる。メモリ３０４は、任意の種類のメモリとして構成されてもよい。単に例として、メモリ３０４は、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ、リムーバブルメモリ、又は他の種類のストレージ要素として、任意の組合せで実装され得る。

１つ以上のＩ／Ｏデバイス３０６は、ユーザ又は別の電子デバイスとの間でデータを送信及び／又は受信してもよい。Ｉ／Ｏデバイス３０６（単数又は複数）の例としては、タッチスクリーン若しくはトラックパッドなどのタッチ感知入力デバイス、１つ以上のボタン、マイクロフォン、及び／又はスピーカが挙げられるが、これらに限定されない。

電源３０８は、エネルギを電子デバイス３００に提供することができる任意のデバイスを用いて実装されてもよい。例えば、電源３０８は、１つ以上のバッテリ若しくは充電式バッテリ、又は電子デバイスを壁コンセントなどの別の電源に接続する接続ケーブルであってもよい。

電子デバイス３００は、電子デバイス３００上又は内の実質的に任意の場所に配置された１つ以上のセンサ３１０も含んでもよい。センサ（単数又は複数）３１０は、これらに限定されないが、画像、圧力、光、熱、タッチ、力、温度、湿度、動き、相対移動、生体データなどの実質的に任意の種類の特性を感知するように構成されてもよい。例えば、センサ（単数又は複数）３１０は、画像センサ、温度センサ、光又は光学センサ、加速度計、環境センサ、ジャイロスコープ、磁石、健康監視センサなどであってもよい。

ネットワーク通信インタフェース３１２は、他の電子デバイスとの間のデータ送信を容易にしてもよい。例えば、ネットワーク通信インタフェースは、無線及び／又は有線ネットワーク接続を介して電子信号を送信してもよい。例えば、一実施形態では、送電及び受電デバイスが互いに通信できるように、通信信号が、送電デバイス及び／又は受電デバイスに送信される。無線及び有線ネットワーク接続の例としては、セルラー、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩＲ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、及び近距離通信（ＮＦＣ）が挙げられるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態では、外部デバイス３１８は、データ記憶、データ若しくは信号処理のために、及び／又は電子デバイス３００の１つ以上の動作を変更するように管理する（例えば、送電コイルに印加される信号の周波数を調整する）ために、電子デバイス３００に信号を送信することができる。同様に、電子デバイス３００は、データ記憶、データ若しくは信号処理のために、及び／又は外部デバイス３１８内の１つ以上のデバイスの動作を管理するために、外部デバイス３１８に信号を送信することができる。いくつかの実施形態では、信号は、電子デバイス内のネットワーク通信インタフェース３１２と外部デバイス３１８内のネットワーク通信インタフェース（図示されない）との間で送信される。外部デバイス３１８内の処理デバイスは、データ若しくは信号を記憶及び／若しくは処理するように、又は外部デバイス内の１つ以上のデバイスの動作を調整するべきか判定するように、構成することができる。

ディスプレイ３１４は、ユーザに視覚出力を提供することができる。ディスプレイ３１４は、以下に限定されないが、液晶ディスプレイ（liquid crystal display；ＬＣＤ）技術、発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）技術、有機発光ダイオードディスプレイ（organic light−emitting display；ＯＬＥＤ）技術、有機電界発光（organic electroluminescence；ＯＥＬ）技術、又は別の種類のディスプレイ技術を使用するマルチタッチ感知タッチスクリーンを含む、任意の好適な技術を使用して実装されてもよい。いくつかの実施形態では、ディスプレイ３１４は、ユーザが電子デバイス３００と双方向作用することができる入力デバイスとして機能することができる。例えば、ディスプレイは、マルチタッチタッチスクリーンディスプレイであってもよい。

図３は単なる例示であることに留意されたい。他の例では、電子デバイスは、図３に示されたものよりも少ない又は多い数のコンポーネントを含んでもよい。加えて又は代わりに、電子デバイスは、システム内に含まれてもよく、図３に示す１つ以上のコンポーネントは、電子デバイスとは別個だが電子デバイスと通信している。例えば、電子デバイスは、別個のディスプレイと動作可能に接続されてもよく、又は通信してもよい。別の例として、１つ以上のアプリケーション又はデータは、電子デバイスとは別個のメモリ内に記憶することができる。別の例として、電子デバイスと通信する処理デバイスは、電子デバイス内の様々な機能を制御、及び／又は電子デバイスから受信されるデータを処理することができる。いくつかの実施形態では、別個のメモリ及び／又は処理デバイスは、クラウドベースのシステム又は関連付けられたデバイス内にあってもよい。

図４から図９に示す実施形態は、負荷デバイスにより受信される信号を増幅又は増大する調整フィルタと関連して説明される。調整フィルタは、負荷デバイスへの信号を増大することにより、実効抵抗又はインピーダンスを低下するように変更することができる。しかし、先に説明したように、調整フィルタは、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを増大するように、負荷デバイスにより受信される信号を減少することもできる。

図４を参照すると、第１の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図が示されている。無線エネルギ伝送システム４００は、送電デバイス４０２及び受電デバイス４０４を含む。送電デバイス４０２は、充電デバイス、又は充電デバイスを含む電子デバイスであってもよい。受電デバイス４０４は、着用可能な通信デバイス、着用可能な健康アシスタント、スマートフォン、メディアプレーヤ、又は任意の他のポータブル電子デバイスなどの、任意の適した電子デバイスであってもよい。

送電デバイス４０２は、駆動回路４０８に動作可能に接続された送電コイル４０６を含んでよい。受電デバイス４０４は、整流器４１２に動作可能に接続された受電コイル４１０を含んでよい。任意の適した整流器を用いることができる。一例として、整流器４１２は、ブリッジ回路内に配置された４つのダイオードを含んでもよい。

整流器４１２は、負荷デバイス４１４に動作可能に接続されてよい。一例として、負荷デバイスは、ポータブル電子デバイス内の充電式バッテリであってもよい。調整フィルタ４１６は、受電コイル４１０及び整流器４１２に接続されてよい。図示した実施形態では、調整フィルタ４１６は、受電コイル４１０に直列に接続された第１のコンデンサＣ１、及び受電コイル４１０に並列に接続された第２のコンデンサＣ２を含む、線形調整フィルタである。

エネルギが送電デバイス４０２から受電デバイス４０４に無線で伝送されるとき、駆動回路４０８は、送電コイル４０６に信号を印加し、送電コイル４０６は、送電コイル４０６及び受電コイル４１０を一体に電気的に結合する電磁場を生成する。受電コイル４１０は、応答して信号を生成し、調整フィルタ４１６は、信号を増幅又は増大する。整流器４１２は、増大した信号を、増大した交流（ＡＣ）信号から増大した直流（ＤＣ）信号に変換する。増大したＤＣ信号は、負荷デバイス４１４により受信される。

調整フィルタ４１６は、負荷デバイス４１４に所与の電圧を供給するために必要な送電コイルの信号レベルの変更を可能とすることにより、エネルギ伝送効率を向上することができる。実質的に一定の入力信号（例えば、電圧）が負荷デバイスに入力されるように、調整フィルタ４１６が受電コイル４１０により生成される信号を増幅又は増大するため、より低い信号レベルを、送電コイルに印加することができる。増大した信号は、受電コイル４１０により受信される同じ電圧で生成されるため、増大した信号は、負荷の実効抵抗又はインピーダンスを低減することができる（矢印４１８の方向に見るように）。

加えて、負荷デバイス４１４の動作パラメータの１つ以上は、経時的に変化することがある。例えば、負荷デバイスが充電式バッテリである場合、バッテリが完全に充電されていると、電流は減少することがある。いくつかの実施形態では、送電コイル４０６に印加される信号の周波数は、負荷デバイスの動作パラメータの変化に対して補償するために、偏移又は変更することができる。負荷の実効抵抗又はインピーダンスは、送電コイル信号の周波数を変更することにより、実質的に一定レベルに維持することができる。

いくつかの実施形態では、図４の調整フィルタ４１６は、受電コイル４１０内の損失につながり得る、比較的大きな循環電流を生成することがある。例えば、循環電流は、受電コイル４１０内に熱を生成することがある。ある時点で、熱損失は、調整フィルタにより生成される増大した信号を上回ることがあり、エネルギ伝送効率を低減する。図５に示す調整フィルタは、大きな循環電流を生成しないことがある。

図５は、第２の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図である。無線エネルギ伝送システム５００は、送電デバイス４０２及び受電デバイス５０２を含む。図示された実施形態では、整流器４１２は、ブリッジ回路内に配置された４つのダイオードを用いて実装されており、調整フィルタは、受電コイル４１０に直列に接続された第１のコンデンサＣ１及び整流器４１２内の接地ダイオード５０６に並列に接続された第２のコンデンサを含む、非線形調整フィルタである。整流器４１２により生成される信号は、増幅又は増大した信号が負荷デバイス４１４により受信されるサイクルの半分に対する信号で、非対称である。先に説明したように、図５に示す調整フィルタ５０４は、大きな循環電流を生成しない。正味の影響は、非線形調整フィルタ５０４により生成される増幅又は増大した信号が、循環電流により生成される損失を生じさせずに、エネルギ伝送効率を向上することである。

図６を参照すると、第３の無線エネルギ伝送システムの簡略化した回路図が示されている。無線エネルギ伝送システム６００は、送電デバイス４０２及び受電デバイス６０２を含む。図示した実施形態では、プログラム可能な調整フィルタ６０４は、受電コイル４１０に直列に接続された第１の可変コンデンサＶＣ１、及び受電コイル４１０に並列に接続された第２の可変コンデンサＶＣ２を含む。可変コンデンサＶＣ１及びＶＣ２の容量値は、送電デバイス４０２と受電デバイス５０２との間のエネルギ伝送効率を最適化するように設定できる。いくつかの実施形態では、可変コンデンサＶＣ１及びＶＣ２の容量値は、負荷デバイス４１４の１つ以上の動作パラメータ（例えば、所与の電流及び／又は所与の電圧）及び送電コイル４０６に印加される信号の所与の周波数に基づいて決定される。

一実施形態では、プログラム可能な調整フィルタ６０４は、複数のコンデンサに接続されたスイッチを含む特定用途向け集積回路内に実装することができる。スイッチは、負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータ及び／又は送電コイル信号の周波数の変化に基づいて、可変コンデンサＶＣ１及びＶＣ２の容量値を適応的に変更するように開閉することができる。先に説明したように、電流又は電圧は、負荷デバイスの動作パラメータの一例である。

図７に示す別の実施形態では、プログラム可能な調整フィルタ７０４は、受電コイル４１０に直列に接続された第１の可変コンデンサＶＣ１、及び整流器４１２内の接地ダイオード５０６に並列に接続された第２の可変コンデンサＶＣ２を含んでよい。図示された実施形態は、実質的な循環電流を生成せずに、図５に示す実施形態と同様な抵抗調整効果を得ることができる。

図４及び図５に示す調整フィルタは、それぞれ、２つのコンデンサを用いて実装され、図６及び図７のプログラム可能な調整フィルタは、２つの可変コンデンサを用いて実装される。他の実施形態は、異なる数のコンデンサ又は可変コンデンサを用いて、調整フィルタ又はプログラム可能な調整フィルタを実装することができる。加えて又は代わりに、他の実施形態は、異なるコンポーネントを用いて調整フィルタ又はプログラム可能な調整フィルタを構成することができる。加えて又は代わりに、プログラム可能な調整フィルタは、固定値を有する１つ以上のコンポーネント及び調整可能な値を有する１つ以上の調整可能なコンポーネントを含んでもよい。例えば、プログラム可能な調整フィルタは、一方は受電コイルに直列に接続され、他方は受電コイル又は整流器内の接地ダイオードのいずれかに並列に接続された、１つの可変コンデンサ及び１つの固定コンデンサを含んでもよい。

図８を参照すると、図４に示す無線エネルギ伝送システム４００内の送電デバイスから受電デバイスに無線でエネルギを伝送するための方法の例のフローチャートが示されている。最初に、ブロック８００に示すように、信号を送電コイルに印加することにより、エネルギが送電デバイスから受電デバイスに伝送される。調整フィルタは、次に受電コイルから受信された信号を増幅又は増大することができ、負荷デバイスは、増大した信号を受信することができる（ブロック８０２）。調整フィルタは、線形調整フィルタ、非線形調整フィルタ、又はプログラム可能な調整フィルタであってもよい。

次に、ブロック８０４に示すように、負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータが変化した（例えば、電流が減少する）かどうかについての判定がされる。変化していない場合、方法は、ブロック８０４で待機することができる。負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータが変化した場合、プロセスは、ブロック８０６に進み、ここで送電コイルに印加される信号の周波数が、負荷デバイスの動作パラメータの変化に基づいて、偏移又は変更される。送電コイル信号の周波数を変更することで、エネルギ伝送効率を所望の又は最適なレベルに維持することができる。

図９は、図６及び図７にそれぞれ示す無線エネルギ伝送システム６００及び７００内の送電デバイスから受電デバイスに無線でエネルギを伝送するための方法の例のフローチャートである。最初に、ブロック９００に示すように、送電コイルに印加される信号の周波数及び受電デバイス内の負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータが判定される。プログラム可能な調整フィルタ内の１つ以上の可変コンデンサに対する容量値が、次に、エネルギ伝送効率を所望の又は最適なレベルに判定又は維持するように変更される（ブロック９０２）。

送電コイルに印加される信号の周波数及び／又は受電デバイス内の負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータが変化したか（例えば、負荷電流又は電圧が変化したか）どうかについて、ブロック９０４で判定をすることができる。変化していない場合、方法は、ブロック９０４で待機することができる。送電コイルに印加される信号の周波数及び／又は受電デバイス内の負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータが変化した場合、プロセスはブロック９０２に戻り、ここでプログラム可能な調整フィルタ内の１つ以上の可変コンデンサに対する容量値が、エネルギ伝送効率を所望の又は最適なレベルに維持するように変更される。

様々な実施形態について、その特定の特徴を具体的に参照しながら詳細に説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲内で、変形及び変更を実施してもよいことが理解されるであろう。更に、本明細書では具体的な実施形態について説明してきたが、適用例はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。具体的には、一実施形態に関連して説明されている任意の特徴は、入れ替え可能な場合、他の実施形態において使用されてもよい。同様に、異なる実施形態の特徴は、入れ替え可能な場合、交換されてもよい。

Claims (12)

1. 無線エネルギ伝送のために構成された受電デバイスであって、
   受電コイルと、
   前記受電コイルに動作可能に接続された負荷デバイスと、
   前記受電コイルと前記負荷デバイスとの間に動作可能に接続された調整フィルタと、を備え、
   前記調整フィルタは、前記受電デバイスの負荷の実効抵抗又はインピーダンスを調整するために、前記受電コイルから受信される信号を調整する調整フィルタであり、
   前記調整フィルタは、前記受電コイルと並列に、前記受電コイルの出力導線を横切って接続された第１の可変コンデンサと、前記受電コイルに直列に接続された第２の可変コンデンサと、を含み、
   前記第１の可変コンデンサの一端が前記第２の可変コンデンサと接地ダイオードの一端との間に接続され、前記第１の可変コンデンサの他端が前記接地ダイオードの他端に接続される、受電デバイス。
2. 前記調整フィルタと前記負荷デバイスとの間に動作可能に接続された整流器を更に備える、請求項１に記載の受電デバイス。
3. 前記整流器が、ブリッジ回路内に配置された４つのダイオードを含む、請求項２に記載の受電デバイス。
4. 前記負荷デバイスが充電式バッテリを含む、請求項１に記載の受電デバイス。
5. 前記受電デバイスがポータブル電子デバイスを含む、請求項１に記載の受電デバイス。
6. 前記調整フィルタがプログラム可能な調整フィルタを含む、請求項１に記載の受電デバイス。
7. 送電デバイス内の送電コイルから受電デバイス内の受電コイルに無線でエネルギを伝送するための方法であって、
   前記受電コイルに動作可能に接続され、前記受電コイルからの信号を受信するように構成された、前記受電デバイス内の負荷デバイスの１つ以上の動作パラメータを判定することと、
   前記送電デバイス内の前記送電コイルに印加される信号の周波数を判定することと、
   前記受電コイルに動作可能に接続されたプログラム可能な調整フィルタ内の少なくとも１つの可変コンデンサに対する容量値を、前記負荷デバイスの前記１つ以上の動作パラメータ及び前記信号の前記周波数に基づいて、設定することと、
   を含み、
   前記調整フィルタは、前記受電コイルと並列に、前記受電コイルの出力導線を横切って接続された第１の可変コンデンサと、前記受電コイルに直列に接続された第２の可変コンデンサと、を含み、
   前記第１の可変コンデンサの一端が前記第２の可変コンデンサと接地ダイオードの一端との間に接続され、前記第１の可変コンデンサの他端が前記接地ダイオードの他端に接続される、方法。
8. 前記１つ以上の動作パラメータが電流を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記１つ以上の動作パラメータが電圧を含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記受電コイルに動作可能に接続された前記プログラム可能な調整フィルタ内の少なくとも１つの可変コンデンサに対する前記容量値を設定することが、前記受電コイルに直列に接続された第１の可変コンデンサに対する第１の容量値を設定することと、前記受電コイルに並列に接続された第２の可変コンデンサに対する第２の容量値を設定することと、を含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記送電デバイスが充電デバイスを含む、請求項７に記載の方法。
12. 前記受電デバイスがポータブル電子デバイスを含む、請求項７に記載の方法。