JP6612886B2 - 位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法および装置 - Google Patents

位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法および装置 Download PDF

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Description

本出願は、全体的には、ワイヤレス電力伝達に関し、より具体的には、位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法および装置に関する。
多くのワイヤレス電力送電器は、すべてのデバイスが同様の量の電力を受電することができる(たとえば、同様の電圧がすべてのデバイスの受電コイル内に誘導される)ように、すべての充電可能デバイスに均一な磁場を提供するように努める。しかしながら、特定のデバイスにより多いまたはより少ない電力を提供するために磁場が調整されるべき状況が存在する場合がある。加えて、充電可能デバイスが送電器パッド上のどこに配置されているかを検出することと、充電するためにどのコイルを通電すべきかを検出することも有用である場合がある。これは、無駄な電力、ならびに望ましくない磁場の放出を減らすことができる。さらに、ワイヤレス電力伝達システムの効率および電力ハンドリングを調整することができることは、有用である場合がある。したがって、位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法および装置が望ましい。
いくつかの実装形態によれば、ワイヤレス場を介して充電電力をワイヤレス伝達するための装置が提供される。装置は、ワイヤレス場を生成するために第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラを駆動する間、第1の出力インピーダンスを有する第1のドライバ回路を備える。装置は、第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラを駆動するように構成された第2のドライバ回路を備える。コントローラは、第2のドライバ回路に、第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動させ、一方、第1のドライバ回路に、第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動させるように構成される。コントローラは、複数のカプラの各々が第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、第1の出力インピーダンスからの変化を検出することに基づいて、複数のカプラのサブセットを識別するように構成される。コントローラは、充電電力をワイヤレス伝達するために、第1および第2のドライバ回路の一方または両方を介して複数のカプラのサブセットを選択的に通電するように構成される。
いくつかの他の実装形態では、充電電力をワイヤレス伝達するための方法が提供される。方法は、第2のドライバ回路によって第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動し、一方、第1のドライバ回路によって第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動するステップを備える。方法は、複数のカプラの各々が第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、第1のドライバ回路が第1の電流を複数のカプラに駆動するときに存在する第1の出力インピーダンスからの第1のドライバ回路の出力インピーダンスの変化を検出することに基づいて、複数のカプラのサブセットを識別するステップを備える。方法は、充電電力をワイヤレス伝達するために複数のカプラのサブセットを選択的に通電するステップを備える。
さらに他の実装形態では、実行されたとき、電力をワイヤレス伝達するための装置に方法を実行させるコードを備える非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。方法は、第2のドライバ回路によって第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動し、一方、第1のドライバ回路によって第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動するステップを備える。方法は、複数のカプラの各々が第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、第1のドライバ回路が第1の電流を複数のカプラに駆動するときに存在する第1の出力インピーダンスからの第1のドライバ回路の出力インピーダンスの変化を検出することに基づいて、複数のカプラのサブセットを識別するステップを備える。方法は、充電電力をワイヤレス伝達するための複数のカプラのサブセットを選択的に通電するステップを備える。
さらに他の実装形態では、充電電力をワイヤレス伝達するための装置が提供される。装置は、第1の位相を有する第1の電流を提供するための手段を備え、第1の電流を提供するための手段は、第1の電流を用いて複数のカプラを駆動する間、第1の出力インピーダンスを有する。装置は、第2の電流を用いて複数のカプラのうちの1つまたは複数を駆動するための第2の位相を有する第2の電流を提供するための手段を備える。装置は、第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動し、一方、第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動するための手段を備える。装置は、第1の出力インピーダンスからの変化を検出することに基づいて、複数のカプラのサブセットを識別するための手段を備える。装置は、充電電力をワイヤレス伝達するために、第1の電流を提供するための手段と第2の電流を提供するための手段の一方または両方を介して複数のカプラのサブセットを選択的に通電するための手段を備える。
さらに他の実装形態では、充電電流をワイヤレス伝達するための装置が提供される。装置は、充電電力を1つまたは複数の受電カプラにワイヤレス結合するように各々が構成された複数のカプラを備える。装置は、第1の電流を用いて複数のカプラを駆動するように構成された第1のドライバ回路を備える。装置は、第2の電流を用いて複数のカプラを駆動するように構成された第2のドライバ回路を備える。装置は、複数のカプラのサブセットを介して充電電力を結合するように配置された受電カプラに充電電力をワイヤレス結合するために、第1のドライバ回路に、第1の電流を用いて複数のカプラのサブセットを通電させるように構成されたコントローラを備える。コントローラは、第2のドライバ回路に、第2の電流を用いて複数のカプラのサブセットに含まれない複数のカプラのうちの1つまたは複数を通電させ、一方、第1のドライバ回路に、第1の電流を用いて複数のカプラのサブセットを通電させることによって、第1のドライバ回路に提示される出力インピーダンスを調整するように構成される。
ここで、上述の態様、ならびに本技術の他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しながら様々な実装形態に関して説明される。ただし、図示の実装形態は、例にすぎず、限定的であることは意図されていない。図面を通して、文脈が他のことを指示しない限り、同様の記号は、典型的には、同様の構成要素を特定する。以下の図面の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの他の実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの実装形態による、送電および受電カプラを含む図2の送電回路または受電回路の一部の概略図である。 いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システム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伝達システムのドライバ回路の概略図である。 いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの別のドライバ回路の概略図である。 いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの別のドライバ回路の概略図である。 いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの実装形態による、位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法を示すフローチャートである。
以下の詳細な説明では、本開示の一部を形成する添付図面への参照が行われる。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載の例示的な実装形態は、限定であることを意味しない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてよく、他の変更が加えられてよい。本明細書に一般的に記載され、図に示された本開示の態様は、広範囲の異なる構成において配置され、置換され、結合され、設計されてもよく、そのすべては、明示的に考慮され、本開示の一部を形成することは、容易に理解されるであろう。
ワイヤレス電力伝達は、物理的な電気伝導体を使用することなく(たとえば、電力は、自由空間を介して伝達され得る)、送電器から受電器への電場、磁場、電磁場、またはその他に関連する任意の形態のエネルギーを伝達することを指すことができる。ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)への電力出力は、電力伝達を達成するために「受電カプラ」によって受電される、取り込まれる、または結合され得る。
本明細書で使用される用語は、特定の実装形態を説明する目的のみのためであり、本開示に対する限定であることを意図しない。特定の数の特許請求要素(claim element)が意図されている場合、そのような意図は、請求項において明示的に列挙され、そのような列挙がない場合、そのような意図は存在しないことが理解されよう。たとえば、本明細書で使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、コンテキストがはっきりと別段に指示しない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用する「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数のあらゆる組合せを含む。さらに、「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(includes)」、および「含んでいる(including)」という用語は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。「少なくとも1つ」のような表現は、要素のリストに先行するとき、要素のリスト全体を修正し、リストの個々の要素を修正しない。
図1は、いくつかの実装形態による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。エネルギー伝達を実行するために送電カプラ114を介してワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を生成するために、電源(図示せず)から送電器104に入力電力102が供給され得る。受電器108は、受電器108が送電器104によって生成されたワイヤレス場105内に位置しているときに電力を受電し得る。ワイヤレス場105は、送電器104によって出力されたエネルギーが受電器108によって取り込まれ得る領域に対応する。受電カプラ118を含む受電器108は、ワイヤレス場105に結合し、出力電力110に結合されたデバイス(この図には示さず)によって貯蔵または消費するための出力電力110を生成し得る。送電器104と受電器108の両方は、距離112だけ離間される。エネルギーの伝達は、送電カプラ114からのエネルギーを自由空間に伝搬するのではなく、送電カプラ114のワイヤレス場105からのエネルギーをワイヤレス場105の近傍に存在する受電カプラ118に結合することによって生じる。
例示的な一実装形態では、送電カプラ114によって生成された時間変動磁場を介して、電力が誘導的に伝達される。送電器104および受電器108は、相互共振関係に従ってさらに構成され得る。受電器108の共振周波数と送電器104の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて接近しているとき、送電器104と受電器108との間の送電損失は最小である。共振誘導結合技法は、改善された効率、ならびに、様々な距離にわたる、および様々な誘導カプラ構成を用いる電力伝達を可能にし得る。しかしながら、送電器104と受電器108との間の共振が整合しないときでも、効率が低減する場合があるが、エネルギーが伝達され得る。たとえば、共振が整合しないとき、効率が低くなる場合がある。
いくつかの実装形態では、ワイヤレスフィールド105は、トランスミッタ104の「近距離場」に相当する。近距離場は、送電カプラ114から電力を最小限に放射する送電カプラ114内の電流および電荷から生じる強い反応場が存在する領域に対応し得る。近距離場は、送電カプラ114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に対応し得る。効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬させるのではなく、ワイヤレス場105内のエネルギーの大きい部分を受電カプラ118に結合することによって生じ得る。
図2は、いくつかの他の実装形態によるワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、図1のシステム100と同様の動作および機能のワイヤレス電力伝達システムである場合がある。しかしながら、システム200は、図1と比較して、ワイヤレス電力伝達システム200の構成要素に関して追加の詳細を提供する。システム200は、送電器204および受電器208を含む。送電器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とを含む送電回路206を含む。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る所望の周波数において信号を生成するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給する。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて送電カプラ214の共振周波数において送電カプラ214を駆動するように構成され得る。
フィルタおよび整合回路226は、高周波または他の望ましくない周波数をフィルタリングし、送電回路206のインピーダンスを送電カプラ214のインピーダンスに整合させる。送電カプラ214を駆動する結果として、送電カプラ214は、ワイヤレス場205を生成し、バッテリー236を充電するのに十分なレベルにおいて電力をワイヤレス出力する。
受電器208は、整合回路232と整流器回路234とを含む受電回路210を備える。整合回路232は、受電回路210のインピーダンスを受電カプラ218のインピーダンスに整合させ得る。整流器回路234は、交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を生成し、バッテリー236を充電し得る。受電器208および送電器204は、さらに、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。受電器208および送電器204は、代替として、ワイヤレス場205の特性を使用するバンド内シグナリングを介して通信し得る。いくつかの実装形態では、受電器208は、送電器204によって送電され受電器208によって受け取られる電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。
図3は、いくつかの実装形態による、図2の送電回路206または受電回路210の一部の概略図である。図3に示すように、送電または受電回路350はカプラ352を含んでもよい。カプラ352はまた、「導体ループ」、コイル、インダクタ、アンテナ、または「磁気」カプラと呼ばれてもよく、または「導体ループ」、コイル、インダクタ、アンテナ、または「磁気」カプラとして構成されてもよい。「カプラ」という用語は、一般に、別の「カプラ」と結合するためにエネルギーをワイヤレスで出力するか、またはエネルギーをワイヤレスで受け取ることができる構成要素を指す。
ループカプラまたは磁気カプラの共振周波数は、ループカプラまたは磁気カプラの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、単にカプラ352によって作成されたインダクタンスであってもよいが、キャパシタンスは、所望の共振周波数において共振構造を作成するためにキャパシタ354(または、カプラ352の自己キャパシタンス)を介して加えられてもよい。非限定的な例として、キャパシタ354およびキャパシタ356が、共振周波数において共振する共振回路を作成するために、送電または受電回路350に加えられてもよい。したがって、より大きいインダクタンスを示す大きい直径のカプラを使用する、より大きいサイズのカプラの場合、共振を生み出すのに必要なキャパシタンスの値は、より小さい場合がある。さらに、カプラのサイズが増大するにつれて、結合効率は増大し得る。これは、主に、送電カプラと受電カプラの両方のサイズが増大する場合に当てはまる。送電カプラについて、カプラ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は、カプラ352への入力であり得る。受電カプラについて、信号358は、負荷に給電するか、または負荷を充電する際に使用するための出力であり得る。
図4は、いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システム400の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム400は、複数の送電カプラ(たとえば、送電コイルまたは共振器)401〜408を含む。ワイヤレス電力伝達システム400は、8個の送電カプラ401〜408を示しているが、本出願は、それに限定されず、任意の数の送電カプラが利用され得る。いくつかの実装形態では、送電カプラ401〜408は、それぞれ、図1および図2に関連して先に説明した送電カプラ114、214に対応し得る。さらに、図4に示していないが、送電カプラ401〜408の各々は、共振回路(たとえば、少なくとも、駆動回路420によって実質的にその共振周波数において駆動されたときに送信カプラ401〜408の各々が所望の共振周波数において共振するように値を有するインダクタおよびキャパシタ)を含むか、形成するか、またはその一部を形成し得る。本明細書に記載の実装形態によれば、駆動回路420は、送電カプラ401〜408のそれぞれに複数の位相シフトされた駆動信号を提供するように構成される。いくつかの実装形態では、ドライバ回路420は、図2に関連して先に説明したドライバ224および/または送電回路206に対応し得る。ワイヤレス電力伝達システム400は、送電カプラ401〜408のアレイ上またはその周囲のアクティブ充電領域の異なる部分を通電するために、複数の送電カプラ401〜408を利用することができる。一実装形態では、ドライバ回路420は、開放領域(または、上に異物がある領域)が電力をワイヤレスで受電しない(すなわち、あるとしても低いレベルの充電のためのワイヤレス場が開放領域において存在する)間、充電可能デバイスが電力をワイヤレスで受電するように、存在する充電可能デバイスの下に位置する送電カプラ401〜408のみを駆動するように構成される。いくつかの実装形態では、送電カプラ401〜408の各々に駆動される電流は、固定され得る。いくつかの実装形態では、駆動回路420内の単一のドライバ(図6参照)が、送電カプラ401〜408のうちの1つまたは複数を駆動し得る。いくつかの他の実装形態では、ドライバ回路420は、複数の送電カプラ401〜408を同時に駆動する2つ以上のドライバを含む。いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力伝達システム400は、本明細書で説明される機能に影響を及ぼすために、少なくともドライバ回路420内の1つまたは複数の構成要素に制御信号を提供するように構成されたコントローラ440を追加で含み得る。いくつかの実装形態では、コントローラ440は、制御信号、たとえば、周波数制御信号223、入力電圧信号225(VD)、または任意の他の制御信号を提供する送電回路206の少なくとも一部に対応し得る。
いくつかの場合、同様の誘起電圧が本充電可能デバイスの各々の受電カプラにわたって現れるように、(たとえば、送電パッド上の)送電カプラ401〜408のアレイ上に存在するすべての充電可能デバイスに均一の磁場を提供することが望ましい場合がある。しかしながら、特定の状況下で、特定の充電可能デバイス(図4には図示せず)により多くのまたはより少ない電力を提供するように磁場を調整することが望ましい場合がある。さらに、いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力送電器上の特定の充電可能デバイスの位置と、したがって、複数の送電カプラ401〜408のうちのどれが特定の充電可能デバイスを最も効率的に充電するために通電されるべきかとを決定することが望ましい場合がある。これは、無駄な電力、ならびに望ましくない磁場の放出を減らすことができる。加えて、ワイヤレス電力伝達システム400の効率および電力ハンドリングをより正確に調整するために、ドライバ回路420のドライバに対する複素インピーダンス負荷を調節できることが望ましい場合がある。
ドライバ回路420は、互いに対して位相シフトされた電流波形を用いて送電カプラ401〜408の少なくともサブセットを駆動するように構成され得る。任意の特定の位置における全磁場は、すべての通電された送電カプラ401〜408間の位相差に直接関係するので、位相シフトされた電流の使用は、ワイヤレス電力伝達を制御するために利用され得る。簡単な例として、2つの隣接する要素(たとえば、カプラ401およびカプラ402)が同時に駆動される場合、これらの要素の上か、さもなければ近くに位置する充電可能デバイスに提供される正味の磁場は、通電されたカプラ401によって生成された磁場の余弦に、通電されたカプラ402によって生成されたカプラ401に対してオフセットを有する磁場の余弦を加えたものに正比例する。カプラ401およびカプラ402を駆動する電流間に位相オフセットがない場合、実質的に垂直の成分(たとえば、Z場または正味のZ軸H場として本明細書に記載される充電表面に対して垂直なH場)を有する正味の磁場は、最大化される。位相オフセットが180°である場合、正味のZ場は、実質的にゼロであり得る。一般に、間に位相オフセットを有する別個のAC電流を用いて任意の2つのカプラを通電することによって生じる正味の磁場強度は、以下の式1に従って、存在する磁場のベクトル和(たとえば、x方向、y方向、およびz方向の各々における部分的な場成分)の大きさに比例する。
式1:TOTAL FIELD=|ΣN i=0Hi|
充電可能デバイスの存在を検出するために、ドライバ回路420の2つ以上のドライバは、隣接する送電カプラ(たとえば、カプラ401および402)に異なる位相を有する別々のAC電流を駆動することができる。通電された送電カプラ401および402が、両方とも充電可能デバイスの受電カプラの下に(たとえば、重なって)位置する場合、2つの送電カプラ401および402は、互いに結合のかなり高い程度を有し、各ドライバの出力に現れる複素インピーダンス負荷は、他方のドライバの段階的な電流のフィードバックによってドライバのうちの一方のみが両方の送電カプラを通電した場合、出力に現れるものからシフトすることになる。一方、送電カプラが開いている(たとえば、受電カプラがそれらの上に配置されていない)場合、2つの送電カプラの間の結合は、比較的低く、ドライバは、ドライバの出力における複素インピーダンスの最小の変化のみを見ることになる。特定のドライバによって感知された複素インピーダンスを調整するために、第2のドライバは、充電可能デバイスの受電カプラの下に位置する送電カプラのうちの1つに「補償」駆動電流を印加することができる。以下で図5〜図7に関連して説明するように、いくつかの異なるドライバ方式が考えられる。
図5は、いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムのドライバ回路520の概略図である。ドライバ回路520は、図4のドライバ回路420の実装形態であり得る。図5の実装形態では、送電カプラ401〜408の各々は、それぞれの別個のドライバ524によって駆動され、各ドライバ524は、それぞれの発振器522から発振器信号を受信するコントローラ(図示せず)は、どのような位相差が各送電カプラ401〜408に適用されるべきかを決定することができ、別個のドライバ524は、それに応じて各送電カプラ401〜408のための駆動信号を生成することができる。これは、ワイヤレス電力伝達システム400のすべての送電カプラ401〜408の個別の調整を可能にする。各ドライバ524は、上記で、およびさらに以下で説明するように、位相シフトされた駆動信号を提供するように駆動され得る。
図6は、いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの別のドライバ回路620の概略図である。ドライバ回路620は、図4のドライバ回路420の実装形態であり得る。図6において、送電カプラ401〜408の各々(または少なくとも複数)は、発振器622から発振器信号を受信する同じドライバ624によって駆動され得る。ドライバ624の出力は、位相遅延ネットワーク632に入力され、位相遅延ネットワーク632は、送電カプラ401〜408の特定のものに、ドライバ624からの駆動信号の可変位相遅延を提供する。たとえば、位相遅延ネットワーク632はドライバ624からの駆動信号を、0°、45°、90°、および135°だけ遅延させる出力を提供するように示されているが、任意の他の特定の位相遅延も考えられ得る。そのような実装形態は、単一のドライバ624がいくつかの異なる位相を有する電流を用いて送電カプラ401〜408のうちのいくつかを駆動することを可能にしながら、低減した構成要素総数を提供する。
そのような実装形態は、各送電カプラのための位相遅延か、または、すべての送電カプラ401〜408をいくつかの位相遅延間で切り替えるスイッチマトリクスのいずれかを含み得る。たとえば、図6に示すように、位相遅延ネットワーク632の異なる位相遅延された出力の各々は、送電カプラ401〜408のうちの特定のものに特定の位相遅延された出力を提供するように構成されたスイッチング回路630に入力され得る。ドライバ回路620は、複素インピーダンスセンサ634を追加で含んでもよく、複素インピーダンスセンサ634は、ドライバ624の出力か、または位相遅延ネットワーク632の出力において存在する複素インピーダンスを感知または決定するように構成され得る。いくつかの実装形態では、複素インピーダンスセンサ634は、位相遅延ネットワーク632の遅延出力の各々の出力において現れる複素インピーダンスを測定するように構成され得るので、個々の出力インピーダンスは、各遅延電流源(たとえば、個々のドライバとして作用する位相遅延ネットワーク632の各出力)について検出され得る。いくつかの実装形態では、複素インピーダンスセンサ634は、ドライバ624の出力における(または、位相遅延ネットワーク632の出力のうちの1つまたは複数における)電圧および電流を測定し、それらの測定値に基づいて複合インピーダンスを決定するように構成され得る。この決定された複合インピーダンスは、以下でより詳細に説明するように、送電カプラ401〜408の少なくとも一部の上に位置する少なくとも1つの充電可能デバイスの存在を決定するために使用され得る。
図6は、コントローラ640を追加で含み、コントローラ640は、発振器622、ドライバ624、位相遅延ネットワーク632、スイッチング回路630、およびインピーダンスセンサ634の各々に動作可能に接続され得、図6の回路のための全体的または一般的な制御を提供するように構成され得る。
図7は、いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの別のドライバ回路720の概略図である。ドライバ回路720は、各々が発振器722および726によって駆動され、それぞれ、互いから90°だけ(またはなにか他の位相だけ)位相シフトされた発振器信号を提供する2つのドライバ724および728を含む。2つのドライバ724および728の出力は、送電カプラ401〜408のうちの特定のものに2つの位相遅延出力のうちの特定のものを提供するように構成されたスイッチング回路730に入力される。ドライバ724および728の出力は、それぞれ、それぞれの複素インピーダンスセンサ734および736に接続され得、複素インピーダンスセンサ734および736は、図6の複素インピーダンスセンサ634に関連して先に説明したように動作し得る。
図7は、コントローラ740を追加で含み、コントローラ740は、第1および第2の発振器722、726、第1および第2のドライバ724、728、スイッチング回路730、ならびに第1および第2のインピーダンスセンサ734、736の各々に動作可能に接続され得、図7の回路のための全体的または一般的な制御を提供するように構成され得る。
図7による実装形態は、電力制御を提供するために、各々2つの位相シフトされた電流のうちの1つを用いて複数の送電カプラを通電することができる。たとえば、TABLE 1(表1)に示すように、たとえば、2つの位相シフトされた電流のうちの1つを用いて送電カプラ401〜404のうちのいくつかを通電することによって、最大電力の階調が、少なくとも部分的に送電カプラ401〜404の各々の上に位置する受電カプラを有する充電可能デバイスに提供され得る。
より粗い制御が望まれる場合、より大きい位相シフト(たとえば、90°ではなく120°)が、2つのドライバ724と728との間で利用され得る。典型的な正規化出力をTABLE 2(表2)に示す。
図8は、いくつの実装形態によるワイヤレス電力伝達システム800の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム800は、アレイ(たとえば、4×5カプラアレイ)に編成された複数の送電カプラ801〜820を含む。カプラ801〜820の各々は、各カプラ801〜820が、それぞれ、インダクタおよびキャパシタのインダクタンスおよびキャパシタンスの値によって規定される共振周波数において、またはその近傍において共振するように構成されるように、インダクタを含む場合があり、いくつかの実装形態では、キャパシタも含む場合がある。ワイヤレス電力伝達システム800は、図7に関連して先に説明したものと同様の、二重ドライバ実装形態を有するドライバ回路821を追加で含む。たとえば、第1の発振器822は、第1のドライバ824に発振器信号を提供し、第2の発振器826は、第2のドライバ828に第1の発振器822の発振器信号と比較して小さい位相シフト(たとえば、±10°)を有する発振器信号を提供する。第1のドライバ824は、「第1の位相を有する第1の電流を提供するための手段」の一部であってもよく、またはその手段として知られる場合もあり、第2のドライバ828は、「第2の位相を有する第2の電流を提供する手段」の一部であってもよく、またはその手段として知られる場合もある。第1および第2のドライバ824、828の各々の出力は、第1または第2のドライバ824、828からの出力のうちの1つを送電カプラ801〜820のうちの1つまたは複数に選択的に提供するように構成されたスイッチング回路830に入力される。スイッチング回路830は、「電気的に接続するための手段」の一部であってもよく、またはその手段として知られる場合もある。第1および第2の複素インピーダンスセンサ834および836は、それぞれ、第1および第2のドライバ824、828の出力において現れる複素インピーダンスを検出または決定するようにそれぞれ構成される。少なくとも第1の複素インピーダンスセンサ834は、「出力インピーダンスの同期した変化を検出するための手段」の一部であってもよく、またはその手段として知られる場合もある。
図8は、コントローラ840を追加で含み、コントローラ840は、第1および第2の発振器822、826、第1および第2のドライバ824、828、スイッチング回路830、ならびに第1および第2のインピーダンスセンサ834、836の各々に動作可能に接続され得、図8の回路のための全体的または一般的な制御を提供するように構成され得る。この理由のため、コントローラ840は、「第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次駆動し、一方、第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動するための手段」、「複数のカプラのサブセットを識別するための手段」、「複数のカプラのサブセットを選択的に通電するための手段」、「ワイヤレス伝達される電力の量を調整するための手段」、「出力インピーダンスを調整するための手段」、および「第2の電流の位相を調整するための手段」の一部であってもよく、またはその手段として知られる場合もある。
図8において、受電カプラ(たとえば、共振器コイル)855を有する第1の充電可能デバイス850は、複数の送電カプラ801〜820を備えるパッド上に配置され、その後、受電カプラ(たとえば、共振器コイル)865を有する第2の充電可能デバイス860が配置され得る。任意の充電可能デバイスが複数の送電カプラ801〜820の上に置かれる前に、いくつかの検出方法が、充電可能デバイスの位置を検出するために利用され得る。たとえば、すべてのカプラ801〜820は、スイッチング回路830を介して第1のドライバ824に順次に選択的に接続され得る。通常のビーコンは、送電カプラ801〜820の各々を介してパルス化され得、それぞれの送電カプラ801〜820の上のデバイスの存在によって生じる第1のドライバ824の出力において現れる複素インピーダンスの変化は、たとえば、インピーダンスセンサ834および836を介して感知され得る。
一旦デバイスが置かれると、次の決定は、どの送電カプラ801〜820が効率的なワイヤレス電力伝達のために連続的に通電するかである。受電カプラ855を有する第1のデバイス850が一旦パッド上に置かれると、送電カプラ801〜820の各々は、第1のドライバ824によって順次通電される。第1のデバイス850のケースは、(たとえば、インピーダンスセンサ834および836によって感知される)このカプラの少なくとも一部の上に位置するので、第1のドライバ824の出力に現れる複素インピーダンスの変化は、第1のデバイス850と相互作用する送電カプラ805により生じ得る/観察され得る。同様に、第1の充電可能デバイス850は、これらの送電カプラの少なくとも一部の上に位置するので、第1のデバイス850と送電カプラ806、809、810、813、および814との間の相互作用は、各々が第1のドライバ824に接続されたとき、第1のドライバ824の出力において現れる複素インピーダンスの変化も引き起こすことになる。送電カプラ805、806、809、810、813、および814の各々に関する第1のドライバ824の出力における変化した複素インピーダンスのこの決定は、なにかがパッド上に位置することを識別するのに十分である。送電カプラ805、806、809、810、813、および814の各々は、次いで、第1のドライバ824に接続され、第1の充電可能デバイス850は、その受電カプラ855を介して充電電力をワイヤレスで受電することができる。しかしながら、上記の決定は、どの送電カプラがその上に位置するなんらかの金属性または強磁性の対象物を有するのかのみを識別するが、必ずしも送電カプラが実際に充電可能デバイス850の受電カプラ855に結合されるとは限らない。
したがって、どの送電カプラ805、806、809、810、813、および814が実際に受電カプラ855を駆動しているかと、どの送電カプラ805、806、809、810、813、および814が充電可能デバイス850のケースまたは他の金属部品の存在により第1のドライバ824の出力における複素インピーダンスシフトを単に引き起こしているのかとを決定することが望ましい場合がある。これを達成するために、第2のドライバ828は、送電カプラ805、806、809、810、813、および814のうちの1つに順次に接続され得、一方、第1のドライバ824が他の送電カプラ805、806、809、810、813、および814の各々に接続されたままである。第1のドライバ824および第2のドライバ828によって出力される正弦波の交流波形は、同相に近い(たとえば、約10°だけ離れている)。したがって、送電カプラ805、806、809、810、813、および814のうちの1つの第2のドライバ828へのこの切替えによって生じる正味の磁場変化は、小さい。送電カプラ805、806、809、810、813、および814のうちのどれが受電カプラ855の下にあるか、または受電カプラ855と重なっている(たとえば、結合され、電力をワイヤレスで伝達することができる)のかを検出するために、第1のドライバ824は、送電カプラ805、806、809、810、813、および814の各々に接続されたままであり、複素インピーダンスは、第1の複素インピーダンスセンサ834によって第1のドライバ824の出力において決定される。第2のドライバ828は、次いで、送電カプラ805、806、809、810、813、および814のうちの各々1つに順次に接続され、一方、第1のドライバ824が送電カプラ805、806、809、810、813、および814のうちの他のものを駆動し続ける。第1の複素インピーダンスセンサ834は、送電カプラ809および813のいずれかを介して第2のドライバ828から受電カプラ855に結合されているわずかに位相外れの電力による、第2のドライバ828が送電カプラ809および813に接続され、第2の電流を用いて送電カプラ809および813を駆動するときにのみ第1のドライバ824の出力において現れる複素インピーダンスの変化を感知する。他の送電カプラ805、806、810、および814は、第1の充電可能デバイス850の受電カプラ855に磁気的に結合されていないので、第2のドライバ828が他の送電カプラ805、806、810、および814の各々を順次に駆動するとき、第1のドライバ824の第1の複素出力インピーダンス(たとえば、第1のドライバ824に提示される複素出力インピーダンス)からのそのような変化は、生じない。
オプションの態様では、第2の発振器826は、次いで、その出力の位相を(たとえば、10°から-10°まで)調整することができ、それは、送電カプラ805、806、810、および814については説明していないが、送電カプラ809および813について説明したのと同じ理由のために、第1のドライバ824の出力において現れる複素インピーダンスの同期した変化を生じさせる。受電カプラ855内に誘導される受電器電圧(たとえば、開回路または負荷された受電器電圧)は、充電可能デバイス850において感知され得、第2のドライバ828が受電カプラ855の下の送電カプラに接続されたとき、受電器電圧の低下が検出され得る。いくつかの実装形態では、充電可能デバイス850は、どの送電カプラ801〜820が実際にワイヤレス電力伝達を充電可能デバイス850に提供しているのかを検証するために、受電器電圧のこの低下をワイヤレス電力送電器に通信するように構成され得る。
一旦すべての以前に通電された送電カプラ(たとえば、送電カプラ805、806、809、810、813、および814)が前記で説明したように順次に切り替えられると、第1のドライバ824は、すべての他の送電カプラが第1および第2のドライバ824、828から切断されている間、実際にワイヤレス電力伝達を提供していると決定されている送電カプラ(たとえば、送電カプラ809および813)のみに接続される。第1の充電可能デバイス850は、ここでスイッチング回路830を介して第1のドライバ824によって提供される正弦波AC電流を介して電力をワイヤレスで受電しているので、周期的な新しい走査が、先に説明した方法で第2のドライバ828によって実行され得る。第2のドライバ828による走査は、第1の充電可能デバイス850へのワイヤレス電力伝達に実質的に影響しない。
いくつかの実装形態では、第2の充電可能デバイス860は、図8に示すようにパッド上に配置され得る。第2のドライバ828による周期的な走査は、第2の充電可能デバイス860が送電カプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812の少なくとも一部の上に位置することを決定することができる。したがって、送電カプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812は、スイッチング回路830を介して第1のドライバ824によって通電され得る。次に、先に説明したように、どの送電カプラが受電カプラ865の下に位置するのか(たとえば、どの送電カプラが実際に受電カプラ865に電力をワイヤレス伝達しているのか)を決定するために、第2の走査が実行される。この第2の走査は、送電カプラ803、804、807、および808を検出するが、送電カプラ812および811はまた、カプラ812および811の入力が第1のドライバ824から第2のドライバ828に切り替えられたとき、第1のドライバ824の出力において重要でない検出(marginal detection)(たとえば、非常に小さい電圧変化または非常に小さい複素インピーダンス変化)を有する場合がある。システム800は、この非常に小さい複素インピーダンス変化が明確な検出のための所定のしきい値を超えるかどうかの決定を行うことができる。送電カプラ812および811がこの検出の結果として除去された場合、最終的な決定が、受電カプラ865における結果として誘導された受電器電圧に基づいて行われ得る。誘導された受電器電圧(または、任意の他の監視された結合メトリック)が電力伝達を脅かすレベルに低下する場合、上記の決定は、逆転される場合があり、送電カプラ812および811は、第1のドライバ824に再接続され得る。
上記の例では、第1のドライバ824は、第2のドライバ828が「試験」または走査電力源として利用される間、電力を供給するために利用される。いくつかの実装形態では、第1のドライバ824は、高電力の効率的なドライバであり得、第2のドライバ828は、低コストのより小さいドライバであり得る。他の実装形態では、第1および第2のドライバ824、828は、実質的に同じドライバであり得、それらのそれぞれの役割は、周期的に逆転され得る。第1および第2のドライバ824、828のうちの一方を用いて送電カプラ801〜820の一部を駆動し、第1および第2のドライバ824、828のうちの他方を用いて他の送電カプラを駆動することによって、より高い出力電力が2つの固定電力ドライバから達成され得るので、1つの利点は、より高い総電力出力であり得る。たとえば、上述の実装形態では、送電カプラ809および810は、(第1の充電可能デバイス850に給電するために)第1のドライバ824によって駆動され得、送電カプラ803、804、807、808は、(第2の充電可能デバイス860に給電するために)第2のドライバ828によって駆動され得る。そのような実装形態では、第2のドライバ828が新しいデバイスのための走査を実行する間、周期的に、これらの6つの送電カプラは、第1のドライバ824によってすべて駆動され得、次いで、一旦走査が完了したら、以前の2ドライバ給電の混合に戻る。
いくつかの実装形態では、第1のドライバ824がピーク効率において動作するために電流を駆動すべき理想的な複素インピーダンスが存在し得る。複素インピーダンスは、実数(すなわち、抵抗性)成分と、虚数(すなわち、反応性)成分とを備えることができる。実数成分は、負荷によって設定されるが、虚数成分は、限定はしないが、充電可能デバイス850のサイズおよび金属含有量と、受電カプラの同調と、伝達されるワイヤレス電力のレベルとを含むいくつかの要因に基づいて設定される。いくつかの実装形態では、第2のドライバ828は、第1のドライバ824の出力において感知された複素インピーダンスを正規化または調整するために利用され得る。これは、第2のドライバ828を介して、パッド上に位置する充電可能デバイス850の下に少なくとも部分的に位置する送電カプラのうちの1つまたは複数に反対の位相(たとえば、力率)特性を有する電流を駆動することによって行われ得る。たとえば、送電カプラ803、804、807、808、811、および812を駆動している間、第1のドライバ824の出力において感知された複素インピーダンスが、理想的であるよりもわずかに容量性である(すなわち、電流波形があまりにも多くの電圧波形を導く)場合、第2の発振器826は、第1のドライバ824の出力において感知された複素インピーダンスを誘導方向に調整するために、送電カプラ803、804、807、808、811、または812のうちの1つまたは複数に遅れている電流波形を生成することができる(すなわち、結合された信号が過剰容量性複素インピーダンスに対抗する)。これは、第1のドライバ824の出力において感知された容量性複素インピーダンスを打ち消すか、実質的に低減することができる。
たとえば、一実装形態では、第2のドライバ828は、受電カプラ865の下に部分的にのみ位置する送電カプラ811または812を選択的に駆動することができる。しかしながら、この調整が第1のドライバ824の出力において現れる複素インピーダンスの望ましくない部分を除去または十分に減衰させるには不十分である場合、第2のドライバ828から出力される電流波形の遅れは、増大する可能性があり、または、受電カプラ865の下に位置する送電カプラの部分のより大きい領域が、所与の電流遅れに対して第1のドライバ824の出力において感知される複素インピーダンスの調整に対して比例してより大きい影響を有するので、第2のドライバ828は、代わりに(または追加で)送電カプラ803、804、807、または808のいずれかを選択的に駆動することができる。第2のドライバ828は、非常に劣悪なまたは望ましくない複素インピーダンスへの電流を感知または駆動する可能性があるが、それは、第1のドライバ824の出力において感知される既に劣悪な複素インピーダンスを補償するために使用されているので、そのような状況は、第1のドライバ824が理想的なまたはほぼ理想的な複素インピーダンスにおいて駆動しているよりもはるかに高い電力によってシステム800の効率の正味の改善を提供することができる。
図9は、いくつかの実装形態による、位相シフトされた電流によって駆動される送電コイルを利用するワイヤレス電力伝達のための方法を示すフローチャート900である。フローチャート900は、図4〜図8のいずれかを参照して本明細書で説明される。いくつかの実装形態では、フローチャート900中のブロックのうちの1つまたは複数は、図4または図8に示すようなワイヤレス電力伝達システムによって実行され得る。フローチャート900は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは、異なる順序で実行されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが加えられてもよい。
ブロック902は、第2のドライバ回路によって第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動し、一方、第1のドライバ回路によって第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動することを含む。たとえば、図8に関連して先に説明したように、充電電力をワイヤレスで伝達するための装置は、第1の出力インピーダンスを有し、ワイヤレス場を生成するために第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812を駆動するように構成された第1のドライバ回路824を備えることができる。装置は、第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812を駆動するように構成された第2のドライバ回路828を備えることができる。装置は、第2のドライバ回路828に、第2の電流を用いて複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812の各々を順次に駆動させ、一方、第1のドライバ回路824に、第1の電流を用いて複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの他のカプラを同時に駆動させるように構成されたコントローラ840をさらに備える。
ブロック904は、複数のカプラの各々が第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、第1のドライバ回路が第1の電流を複数のカプラに駆動するときに存在する第1の出力インピーダンスからの第1のドライバ回路の出力インピーダンスの変化を検出することに基づいて、複数のカプラのサブセットを識別することを含む。たとえば、コントローラ840は、複数のカプラの各々が第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して第1の出力インピーダンスからの変化を検出することに基づいて、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812を識別するように構成される。これは、基準「第1の出力インピーダンス」を確立することができる。送電カプラ803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812の各々は、充電可能デバイス860の受電カプラ865の下に少なくとも部分的に位置している充電可能デバイス860の受電カプラ865に磁気的に結合される。したがって、送電カプラ803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812の各々が第2のドライバ828からの第2の電流を用いて順次に駆動され、一方、複数の送電カプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの他のカプラが第1のドライバ824からの第1の電流を用いて同時に駆動されたとき、第1のインピーダンスセンサ834は、第1のドライバ824の出力インピーダンスのその上述した第1の出力インピーダンス基準値からの変化を検出する。しかしながら、送電カプラ802、806、および810が第2のドライバ828からの第2の電流を用いて駆動され、一方、複数の送電カプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの他のカプラが第1のドライバ824からの第1の電流を用いて同時に駆動されるとき、第1のドライバ824の出力インピーダンスのこの変化は、生じず、それは、それらが、充電可能デバイス860の受電カプラ865に磁気的に結合されていない(たとえば、受電カプラ865の下に位置していない)からである。したがって、第1のインピーダンスセンサ824によって感知された複素出力インピーダンスを利用して、コントローラ840は、送電カプラのサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812を識別することができる。したがって、カプラのこのサブセットは、充電可能デバイス860の受電カプラ865に実際に電力を伝達するこれらのカプラとして識別されている。
ブロック906は、充電電力をワイヤレスで伝達するために複数のカプラのサブセットを選択的に通電することを含む。たとえば、コントローラ840は、充電電力をワイヤレスで伝達するために、第1および第2のドライバ回路824、828の一方または両方を介して、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812を選択的に通電するように構成される。
いくつかの実装形態では、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812内の各カプラの一部は、充電可能デバイス850、860と重なる。いくつかの実装形態では、第1の出力インピーダンスからの変化は、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの少なくとも1つと磁気的に結合された充電可能デバイス850、860のカプラ855、865の存在を示す。いくつかの実装形態では、第1のドライバ回路824の出力インピーダンスの変化を検出することは、第1のドライバ回路824の出力における電圧の変化を検出することに基づく。たとえば、コントローラ840は、第1のドライバ回路824の出力における電圧の変化に基づいて第1の出力インピーダンスからの変化を検出するように構成され得る。
いくつかの他の実装形態では、フローチャート900は、第1の電流を用いて通電されるサブセット内のいくつかのカプラを選択的に調整することによってワイヤレスで伝達される電力の量を調整することと、第2の電流を用いてサブセット内の他のカプラを通電することとをさらに含むことができる(図示せず)。たとえば、コントローラ840は、第1の電流を用いて通電されるサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812内のいくつかのカプラと、第2の電流を用いて通電されるサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812内の他のカプラとを選択的に調整することによって、ワイヤレスで伝達される電力の量を調整するように構成され得る。
いくつかの他の実装形態では、フローチャート900は、第2の電流を用いてサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812のうちの1つまたは複数のカプラを通電し、一方、第1の電流を用いてサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812の他のカプラを通電することによって、第1のドライバ回路824の第1の出力インピーダンスを第2の出力インピーダンスに調整することをさらに含むことができる(図示せず)。そのような実装形態では、第1のドライバ回路824は、第1の出力インピーダンスと比較して、第2の出力インピーダンスにおいてより高い効率で動作することができる。たとえば、コントローラ840は、第2のドライバ回路828に第2の電流を用いてサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812のうちの1つまたは複数のカプラを通電させ、一方、第1のドライバ回路824に、第1の電流を用いてサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812の他のカプラを通電させることによって、第1のドライバ回路824の第1の出力インピーダンスを第2の出力インピーダンスに調整するようにさらに構成され得る。
いくつかの他の実装形態では、フローチャート900は、第1のドライバ回路824を複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの1つまたは複数に電気的に接続することと、第2のドライバ回路828を複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの他の1つまたは複数に電気的に接続することとをさらに含むことができる(図示せず)。たとえば、図8の装置は、第1のドライバ回路824を複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの1つまたは複数に電気的に接続し、第2のドライバ回路828を複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のうちの他の1つまたは複数に電気的に接続するように構成されたスイッチング回路830をさらに備えることができる。
いくつかの他の実装形態では、フローチャート900は、サブセット内の各カプラについて、複数のカプラのうちの他のカプラが第1の電流を用いて駆動される間にカプラを駆動する第2の電流の位相を調整し、第1のドライバ回路の出力インピーダンスの同期した変化を検出することによって、複数のカプラのサブセットを検証することをさらに含むことができる(図示せず)。たとえば、図8の装置は、インピーダンスセンサ834、836をさらに備えることができる。さらに、コントローラ840は、サブセット内の各カプラについて、複数のカプラのうちの他のカプラが第1の電流を用いて駆動される間にカプラを駆動する第2の電流の位相を調整し、インピーダンスセンサ834を利用して第1のドライバ回路824の出力インピーダンスの同期した変化を検出することによって、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812を検証するようにさらに構成され得る。
いくつかの他の実装形態では、フローチャート900は、充電可能デバイス850、860と重なる複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812の各々の少なくとも一部によって引き起こされる第1のドライバ回路824の第1のインピーダンスの変化に基づいて、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812を検出することをさらに含むことができる(図示せず)。たとえば、コントローラ840は、図8の装置上に配置された充電可能デバイス850、860と重なる複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812の各々の少なくとも一部によって引き起こされる第1のドライバ回路824の第1のインピーダンスの変化に基づいて、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812を検出するように構成され得る。本明細書で説明される実装形態では、複数のカプラ802、803、804、806、807、808、810、811、および812のサブセット803、804、807、808、ならびに場合によっては811および812は、図8装置上に配置された充電可能デバイス850、860に電力をワイヤレスで伝達する。
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、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され得る。一般に、図に示す任意の動作は、動作を実行することができる対応する機能的手段によって実行され得る。
情報および信号は、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得る。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、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表される場合がある。
本明細書で開示された実装形態に関連して説明した様々な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され得る。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、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、それらの機能に関して上記において概略的に説明した。そのような機能がハードウェアまたはソフトウェアのいずれとして実装されるのかは、システム全体に課される特定のアプリケーションおよび設計の制約に依存する。説明した機能は、特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装の決定は、実装形態の範囲からの逸脱を引き起こすものと解釈されるべきではない。
本明細書で開示された実装形態に関連して説明した様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(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、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成要素、または、本明細書で説明した機能を実行するように構成されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。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コアと組み合わせた1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成としても実装され得る。
本明細書で開示された実装形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップ、および機能は、ハードウェアにおいて直接、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体化され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つもしくは複数の命令もしく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てよく、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。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、読取り専用メモリ(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、または当技術分野において知られている任意の他の形態の記憶媒体内に存在してよい。記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取り、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。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体化されてもよい。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)と、レーザディスクと、光ディスクと、デジタル多用途ディスク(DVD)と、フロッピー(登録商標)ディスクと、Blu-ray(登録商標)ディスクとを含み、ディスク(disk)は、通常データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在してもよい。
本開示を要約する目的のため、特定の態様、利点、および新規な特徴について、本明細書で説明している。任意の特定の実装形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、1つまたは複数の実装形態は、本明細書で教示または示唆され得るような他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような1つの利点または利点のグループを達成または最適化する。
上記で説明した実装形態の様々な変更が容易に明らかであり、本明細書で定義した一般的な原理は、本出願の要旨または範囲からの逸脱なしに、他の実装形態に適用され得る。したがって、本出願は、本明細書で示す実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書で開示した原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が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 送電器
105 ワイヤレス場
108 受電器
110 出力電力
112 距離
114 送電カプラ
118 受電カプラ
200 ワイヤレス電力伝達システム
204 送電器
205 ワイヤレス場
206 送電回路
208 受電器
210 受電回路
214 送電カプラ
218 受電カプラ
219 通信チャネル
222 発振器
223 周波数制御信号
224 ドライバ回路
225 入力電圧信号(VD)
226 フィルタおよび整合回路
232 整合回路
234 整流器回路
236 バッテリー
350 送電または受電回路
352 カプラ
354 キャパシタ
356 キャパシタ
358 信号
400 ワイヤレス電力伝達システム
401〜408 送電カプラ
420 ドライバ回路
440 コントローラ
520 ドライバ回路
522 発振器
524 ドライバ
620 ドライバ回路
622 発振器
624 ドライバ
630 スイッチング回路
632 位相遅延ネットワーク
634 複素インピーダンスセンサ
640 コントローラ
720 ドライバ回路
722 発振器
724 ドライバ
726 発振器
728 ドライバ
730 スイッチング回路
734 複素インピーダンスセンサ
736 複素インピーダンスセンサ
740 コントローラ
800 ワイヤレス電力伝達システム
801〜820 カプラ
821 ドライバ回路
822 第1の発振器
824 第1のドライバ
826 第2の発振器
828 第2のドライバ
830 スイッチング回路
834 第1の複素インピーダンスセンサ
836 第2の複素インピーダンスセンサ
840 コントローラ
850 第1の充電可能デバイス
855 受電カプラ
860 第2の充電可能デバイス
865 受電カプラ

Claims (15)

  1. ワイヤレス場を介して充電電力をワイヤレス伝達するための装置であって、
    第1の出力インピーダンスを有し、前記ワイヤレス場を生成するために第1の位相を有する第1の電流を用いて複数のカプラを駆動するように構成された第1のドライバ回路と、
    第2の位相を有する第2の電流を用いて前記複数のカプラを駆動するように構成された第2のドライバ回路と、
    コントローラと
    を備え、前記コントローラが、
    前記第2のドライバ回路に、前記第2の電流を用いて前記複数のカプラの各々を順次に駆動させ、一方、前記第1のドライバ回路に、前記第1の電流を用いて前記複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動させ、
    前記複数のカプラの各々が前記第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、前記第1の出力インピーダンスからの変化を検出することに基づいて、前記複数のカプラのサブセットを識別し、
    前記充電電力をワイヤレス伝達するために、前記第1および第2のドライバ回路の一方または両方を介して前記複数のカプラの前記サブセットを選択的に通電するように構成された、装置。
  2. 前記複数のカプラ内の各カプラの少なくとも一部が、前記装置の上に配置された充電可能デバイスと重なる、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1の出力インピーダンスからの前記変化を検出することが、前記複数のカプラのうちの少なくとも1つに磁気的に結合された充電可能デバイスのカプラの存在を示す、請求項1に記載の装置。
  4. 前記コントローラが、前記第1のドライバ回路の出力における電圧の変化に基づいて、前記第1の出力インピーダンスからの前記変化を検出するように構成された、請求項1に記載の装置。
  5. 前記コントローラが、前記第1の電流を用いて通電される前記サブセット内のいくつかのカプラと、前記第2の電流を用いて通電される前記サブセット内の他のカプラとを選択的に調整することによって、ワイヤレス伝達される電力の量を調整するように構成された、請求項1に記載の装置。
  6. 前記コントローラが、前記第2のドライバ回路に、前記第2の電流を用いて前記サブセットのうちの1つまたは複数のカプラを通電させ、一方、前記第1のドライバ回路に、前記第1の電流を用いて前記サブセットのうちの他のカプラを通電させることによって、前記第1のドライバ回路の前記第1の出力インピーダンスを第2の出力インピーダンスに調整するようにさらに構成され、
    前記第1のドライバ回路が、前記第1の出力インピーダンスと比較して、前記第2の出力インピーダンスにおいてより高い効率で動作する、請求項1に記載の装置。
  7. 前記第1のドライバ回路を前記複数のカプラのうちの1つまたは複数に電気的に接続し、前記第2のドライバ回路を前記複数のカプラのうちの他の1つまたは複数に電気的に接続するように構成されたスイッチング回路をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  8. インピーダンスセンサをさらに備え、前記コントローラが、前記サブセット内の各カプラについて、
    前記複数のカプラのうちの他のカプラが前記第1の電流を用いて駆動されている間、前記カプラを駆動する前記第2の電流の位相を調整することと、
    前記インピーダンスセンサを利用して、前記第1のドライバ回路の出力インピーダンスの同期した変化を検出することとによって、前記複数のカプラの前記サブセットが実際に充電可能デバイスのカプラを駆動しているかどうかを検証するようにさらに構成された、請求項1に記載の装置。
  9. 前記コントローラが、前記装置上に配置された充電可能デバイスと重なる前記複数のカプラの各々の少なくとも一部によって生じる前記第1のドライバ回路の前記第1の出力インピーダンスの変化が明確な検出のための所定のしきい値を超えるかどうかを決定するように構成された、請求項1に記載の装置。
  10. 前記複数のカプラの前記サブセットが、前記装置上に配置された充電可能デバイスにワイヤレス電力を伝達する、請求項1に記載の装置。
  11. 前記充電電力を1つまたは複数の受電カプラにワイヤレス結合するように各々が構成された複数のカプラと、
    前記第1の電流を用いて前記複数のカプラを駆動するように構成された前記第1のドライバ回路と、
    前記第2の電流を用いて前記複数のカプラを駆動するように構成された前記第2のドライバ回路と、
    をさらに備え、前記コントローラが、
    前記複数のカプラのサブセットを介して前記充電電力を結合するように配置された受電カプラに前記充電電力をワイヤレス結合するために、前記第1のドライバ回路に、前記第1の電流を用いて前記複数のカプラの前記サブセットを通電させ、
    前記第2のドライバ回路に、前記第2の電流を用いて前記複数のカプラの前記サブセットに含まれない前記複数のカプラのうちの1つまたは複数を通電させ、一方、前記第1のドライバ回路に、前記第1の電流を用いて前記複数のカプラの前記サブセットを通電させることによって、前記第1のドライバ回路に提示される第1の出力インピーダンスを調整するように構成された、請求項１に記載の装置。
  12. 前記コントローラが、前記第1のドライバ回路に提示される出力インピーダンスを、前記第1のドライバ回路の効率を調整前から増加させる値に調整するように構成された、請求項11に記載の装置。
  13. 前記第1の電流および前記第2の電流が、異なる位相を有する、請求項12に記載の装置。
  14. 前記第1のドライバ回路に提示される前記出力インピーダンスが、複素出力インピーダンスである、請求項12に記載の装置。
  15. 充電電力をワイヤレス伝達するための方法であって、
    第2のドライバ回路によって第2の位相を有する第2の電流を用いて複数のカプラの各々を順次に駆動し、一方、第1のドライバ回路によって第1の位相を有する第1の電流を用いて前記複数のカプラのうちの他のカプラを同時に駆動するステップと、
    前記複数のカプラの各々が前記第2の電流を用いて順次に駆動されることに応答して、前記第1のドライバ回路が前記第1の電流を前記複数のカプラに駆動するときに存在する第1の出力インピーダンスからの前記第1のドライバ回路の出力インピーダンスの変化を検出することに基づいて、前記複数のカプラのサブセットを識別するステップと、
    前記充電電力をワイヤレス伝達するために前記複数のカプラの前記サブセットを選択的に通電するステップと
    を備える、方法。
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