JP6391144B2 - ワイヤレス充電システム、デバイス、および方法 - Google Patents
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Claims (22)
- 受電デバイスであって、
受信される交流磁場から入力交流波形を生成するように構成されている受信コイルであって、該受信される交流磁場は受電デバイスの外部の発生源から発せられる、受信コイルと、
前記受信コイルに結合されている整流器であって、整流された電圧を有する電力を該整流器の出力に送達するために、前記入力交流波形を整流するように構成されている、整流器と、
前記受信コイルに選択的に結合されるように構成されている負荷回路であって、前記受電デバイスは、該負荷回路が前記受信コイルから結合解除されているとき、第1の負荷インピーダンスを提示し、該負荷回路が前記受信コイルに結合されているとき、第1の負荷インピーダンスとは異なる第2の負荷インピーダンスを提示する、負荷回路と、
前記整流器の前記出力に結合されている変調回路であって、前記整流された電圧と第1の閾値電圧が第1の不等関係を有する限り、前記変調回路は単一の所定の変調レートで変調信号を生成し、前記整流された電圧と前記第1の閾値電圧が第1の不等関係を有しない場合には、前記変調回路は前記変調信号を生成せず、前記整流された電圧および前記第1の閾値電圧が前記第1の不等関係を有する限り、前記変調信号に基づいて、前記単一の所定の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うように構成され、前記第1の不等関係において前記整流された電圧は前記第1の閾値電圧よりも大きい、変調回路と、を備える受電デバイス。 - 前記変調回路は、前記整流された電圧を1つ以上の閾値電圧と比較し、前記整流された電圧および前記第1の閾値電圧が前記第1の不等関係を有するとき、前記所定の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行い、前記整流された電圧および第2の閾値電圧が前記第1の不等関係とは異なる第2の不等関係を有するとき、前記所定の変調レートでの前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行わないようにさらに構成されており、前記第1の閾値電圧および前記第2の閾値電圧は同じ電圧であるか、または異なる電圧である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記負荷回路は、前記変調信号に応答して、前記負荷回路のインピーダンス影響構成要素の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うように機能するスイッチを含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記インピーダンス影響構成要素は、1つ以上のキャパシタと、1つ以上のインダクタと、1つ以上の抵抗器と、1つ以上のダイオードとから選択される1つ以上の構成要素を含む、請求項3に記載のデバイス。
- 受電デバイスであって、
受信される交流磁場から入力交流波形を生成するように構成されている受信コイルであって、該受信される交流磁場は受電デバイスの外部の発生源から発せられる、受信コイルと、
前記受信コイルに結合されている整流器であって、整流された電圧を有する電力を該整流器の出力に送達するために、前記入力交流波形を整流するように構成されている、整流器と、
前記受信コイルに選択的に結合されるように構成されている負荷回路であって、前記受電デバイスは、該負荷回路が前記受信コイルから結合解除されているとき、第1の負荷インピーダンスを提示し、該負荷回路が前記受信コイルに結合されているとき、第1の負荷インピーダンスとは異なる第2の負荷インピーダンスを提示する、負荷回路と、
前記整流器の前記出力に結合されている変調回路であって、前記整流された電圧および第1の閾値電圧が第1の不等関係を有するとき、所定の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うように構成されている、変調回路とを備え、
前記第1の閾値電圧に等しい基準電圧が前記変調回路に提供され、前記変調回路は、
前記整流された電圧を前記第1の閾値電圧と比較し、前記整流された電圧が前記第1の閾値電圧よりも大きいかまたは小さいかを反映する状態を有する変調イネーブル信号を生成するように構成されている比較器と、
前記整流された電圧が前記第1の閾値電圧よりも大きいことを前記変調イネーブル信号が示すとき、前記所定の変調レートで第1の信号レベルと第2の信号レベルとの間で振動する変調信号を生成し、前記整流された電圧が前記第1の閾値電圧よりも小さいことを前記変調イネーブル信号が示すとき、前記変調信号を生成しないように構成されている変調器であって、前記変調信号が前記第1の信号レベルを有するとき、前記負荷回路は前記受信コイルに結合され、前記変調信号が前記第2の信号レベルを有するとき、前記負荷回路は前記受信コイルに結合されない、変調器とを備える、デバイス。 - 前記受電デバイスは、
前記整流器の前記出力に結合されている電圧調整器をさらに備え、該電圧調整器は、該電圧調整器が調整動作領域において動作しているとき、前記整流された電圧を出力ノードにおいて調整電圧に調整するように構成されており、前記調整電圧は前記第1の閾値電圧よりも小さい、請求項5に記載のデバイス。 - 前記調整電圧は4.5ボルト〜5.5ボルトの範囲内にあり、前記第1の閾値電圧は5.5ボルト〜10ボルトの範囲内にある、請求項6に記載のデバイス。
- 前記受電デバイスはポータブルデバイスであり、前記受電デバイスは、
電池充電システムをさらに備え、前記出力は、前記電池充電システムに結合されている電池に電荷を提供するように前記電池充電システムに結合されている、請求項6に記載のデバイス。 - 前記受電デバイスは、
該受電デバイス内の温度を検出し、該温度が温度閾値を超えるとき、前記変調回路に制御信号を提供するように構成されている温度センサをさらに備え、
前記変調回路は、前記温度センサから前記制御信号を受信するのに応答して、第2の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行い、前記第2の変調レートは前記所定の変調レートと同じであるか、または異なる、請求項1に記載のデバイス。 - 前記受電デバイスは、電池から動作電力を受け取るポータブルデバイスであり、該受電デバイスは、補聴器、ワイヤレスヘッドホン、ワイヤレススピーカ、ワイヤレスイヤホンデバイス、インイヤヘッドホン、遠隔制御デバイス、ジョイスティック、ワイヤレスキーボード、ワイヤレスカーソル制御デバイス、時計、キーフォブ、およびポータブル消費者デバイスから選択される、請求項1に記載のデバイス。
- 送電デバイスであって、
時間によって変動する時間変動駆動信号を生成するように構成されている駆動信号回路と、
前記駆動信号回路に結合されており、前記時間変動駆動信号を受信して、該時間変動駆動信号を交流磁場に変換するように構成されている伝送コイルであって、該交流磁場は送電デバイスから発せられる、伝送コイルと、
前記伝送コイルと前記駆動信号回路とに結合されている変調検出器回路であって、前記伝送コイルと磁気的に結合されている負荷インピーダンスの変調を検出し、前記負荷インピーダンスが単一の所定の変調レートで変調されているかを判定し、前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されている限り、前記時間変動駆動信号の特性を前記駆動信号回路に調整させることによって、該送電デバイスから発せられる磁場の強度を調整するように構成されている変調検出器回路とを備え、
前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されているとき、前記変調検出器回路は、前記送電デバイスから発せられる前記磁場の前記強度を低減させるべく前記特性を前記駆動信号回路に調整させるように構成され、
前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されている限り、前記変調検出器回路は、前記磁場の前記強度を最小値まで漸減的に低減するべく、一連の連続した期間の各々の満了時に、所定の増分だけ前記時間変動駆動信号の前記特性を前記駆動信号回路に調整させるように構成されている、
送電デバイス。 - 前記変調検出器回路は、前記伝送コイルを通る負荷電流の変調と、前記時間変動駆動信号に対する前記負荷電流の相対位相シフトの変調と、前記時間変動駆動信号の共鳴振幅の変調とから選択されるタイプの変調を検出することによって、前記負荷インピーダンスの前記変調を検出するように構成されている、請求項11に記載のデバイス。
- 前記磁場の前記強度を調整するために、前記駆動信号回路は、前記時間変動駆動信号のデューティサイクルと、前記時間変動駆動信号の周波数と、前記時間変動駆動信号の電圧レベルとから選択される前記時間変動駆動信号の特性を調整する、請求項11に記載のデバイス。
- 送電デバイスと受電デバイスとを備えるシステムであって、
前記送電デバイスは、
時間によって変動する時間変動駆動信号を生成するように構成されている駆動信号回路と、
前記駆動信号回路に結合されており、前記時間変動駆動信号を受信して、該時間変動駆動信号を交流磁場に変換するように構成されている伝送コイルであって、該交流磁場は送電デバイスから発せられる、伝送コイルと、
前記伝送コイルと前記駆動信号回路とに結合されている変調検出器回路であって、前記伝送コイルと磁気的に結合されている負荷インピーダンスの変調を検出し、前記負荷インピーダンスが単一の所定の変調レートで変調されているかを判定し、前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されている限り、前記時間変動駆動信号の特性を前記駆動信号回路に調整させることによって、該送電デバイスから発せられる磁場の強度を調整するように構成されている、変調検出器回路とを備え、
前記受電デバイスは、
前記送電デバイスから発せられる前記交流磁場から入力交流波形を生成するように構成されている受信コイルと、
前記受信コイルに結合されている整流器であって、該整流器の出力に電力を送達するために、前記入力交流波形を整流するように構成されている、整流器と、
前記受信コイルに選択的に結合されるように構成されている負荷回路であって、該受電デバイスは、該負荷回路が前記受信コイルから結合解除されているとき、第1の負荷インピーダンスを提示し、該負荷回路が前記受信コイルに結合されているとき、第1の負荷インピーダンスとは異なる第2の負荷インピーダンスを提示する、負荷回路と、
前記整流器の前記出力に結合されている変調回路であって、前記整流された電圧と第1の閾値電圧が第1の不等関係を有する限り、前記変調回路は単一の所定の変調レートで変調信号を生成し、前記整流された電圧と前記第1の閾値電圧が第1の不等関係を有しない場合には、前記変調回路は前記変調信号を生成せず、前記整流された電圧および前記第1の閾値電圧が前記第1の不等関係を有する限り、前記変調信号に基づいて、前記単一の所定の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うように構成され、前記第1の不等関係において前記整流された電圧は前記第1の閾値電圧よりも大きい、変調回路と、を備える、システム。 - 受電デバイスによって実行されるワイヤレス充電方法であって、
受信コイルによって、受信される交流磁場から入力交流波形を生成するステップであって、該受信される交流磁場は受電デバイスの外部の発生源から発せられる、ステップと、
整流された電圧を有する電力を送達するために、前記入力交流波形を整流するステップと、
前記整流された電圧を第1の閾値電圧と比較するステップと、
前記整流された電圧と前記第1の閾値電圧が第1の不等関係を有する限り、単一の所定の変調レートで第1の信号レベルと第2の信号レベルとの間で振動する変調信号を生成するステップと、
前記整流された電圧と前記第1の閾値電圧が第1の不等関係を有しないとき、前記変調信号は生成しないステップと、
前記整流された電圧および前記第1の閾値電圧が前記第1の不等関係を有する限り、前記変調信号に基づいて、前記単一の所定の変調レートで負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うステップとを備え、前記負荷回路が前記受信コイルから結合解除されているとき、前記受電デバイスは、第1の負荷インピーダンスを提示し、前記負荷回路が前記受信コイルに結合されているとき、前記受電デバイスは、第1の負荷インピーダンスとは異なる第2の負荷インピーダンスを提示し、前記第1の不等関係において前記整流された電圧は前記第1の閾値電圧よりも大きい、方法。 - 前記整流された電圧を第2の閾値電圧と比較するステップであって、前記第1の閾値電圧および第2の閾値電圧は同じ閾値電圧であるか異なる閾値電圧である、比較するステップ、をさらに備え、
前記整流された電圧および前記第2の閾値電圧が前記第1の不等関係とは異なる第2の不等関係を有するとき、前記所定の変調レートでの前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行わない、請求項15に記載の方法。 - 前記負荷回路は、前記変調信号が前記第1の信号レベルを有するとき、前記負荷回路のインピーダンス影響構成要素を前記受信コイルに結合し、前記変調信号が前記第2の信号レベルを有するとき、前記インピーダンス影響構成要素を前記受信コイルから結合解除するように機能するスイッチを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記受電デバイス内の温度を検出するステップと、
前記温度が温度閾値を超えるかを判定するステップと、
前記温度が前記温度閾値を超えるという判定に応答して、第2の変調レートで前記負荷回路の前記受信コイルに対する結合および結合解除を行うステップとをさらに備え、前記第2の変調レートは前記所定の変調レートと同じであるか、または異なる、請求項15に記載の方法。 - 前記整流された電圧が前記第1の閾値電圧よりも大きいとき、前記所定の変調レートで前記第1の信号レベルと前記第2の信号レベルとの間で振動する変調信号が生成され、前記整流された電圧が前記第1の閾値電圧よりも小さいとき、前記変調信号は生成されない、請求項15に記載の方法。
- 送電デバイスによって実行されるワイヤレス充電方法であって、
時間によって変動する時間変動駆動信号を伝送コイルに提供するステップと、
前記伝送コイルによって、前記時間変動駆動信号を交流磁場に変換するステップであって、該交流磁場は前記送電デバイスから発せられる、ステップと、
前記伝送コイルと磁気的に結合されている負荷インピーダンスの変調を検出するステップと、
前記負荷インピーダンスが所定の変調レートで変調されているかを判定するステップと、
前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されているとき、前記時間変動駆動信号の特性を調整することによって、前記送電デバイスから発せられる前記磁場の強度を調整するステップとを備え、
前記時間変動駆動信号の前記特性を調整するステップは、前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されているとき、前記送電デバイスから発せられる前記磁場の前記強度を低減させるように前記特性を調整し、
前記時間変動駆動信号の前記特性を調整するステップは、前記負荷インピーダンスが前記所定の変調レートで変調されている限り、前記送電デバイスから発せられる前記磁場の前記強度を最小値まで漸減的に低減するべく、一連の連続した期間の各々の満了時に、所定の増分だけ前記時間変動駆動信号の前記特性を調整する、方法。 - 前記負荷インピーダンスの変調を検出するステップは、前記伝送コイルを通る負荷電流の変調と、前記時間変動駆動信号に対する前記負荷電流の相対位相シフトの変調と、前記時間変動駆動信号の共鳴振幅の変調とから選択されるタイプの変調を検出するステップを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記時間変動駆動信号の前記特性を調整するステップは、前記時間変動駆動信号のデューティサイクルと、前記時間変動駆動信号の周波数と、前記時間変動駆動信号の電圧レベルとから選択される前記時間変動駆動信号の特性を調整するステップを含む、請求項20に記載の方法。
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