JP6774924B2 - 誘導性電力システムのための電力送信機及び電力受信機 - Google Patents

Description

本発明は、送信機コイルを介して電力受信機に誘導的に電力を送信する電力送信機、及び、受信機コイルを介して電力送信機から誘導的に電力を受信する電力受信機に関する。

本発明はさらに、誘導性電力伝達システムにおいて通信する方法に関し、当該システムは電力受信機及び電力送信機を有し、電力受信機は受信機コイルを有し、電力送信機は送信機コイルを有する。

本発明は、誘導性無線電力伝達システムを用いた電力伝達技術の分野に関する。そのようなシステムは、受信機コイルを介して受信される電力によって給電される１つ以上の電力受信機に１つ以上の送信機コイルを介して誘導的に電力を送信する１つ以上の電力送信機を有することができる。送信機コイル及び受信機コイルは互いに接近している。

携帯電話、ＰＤＡ、リモコン、ノート型ＰＣなどのようなバッテリで電力を供給される装置のバッテリを充電するため、又は、ランプ若しくは台所器具のような装置を直接駆動するために、無線電力伝達を可能にする誘導性電力システムが適用されることができる。電力を伝達するため又はモバイル装置に充電するための誘導性電力システムが一般に知られている。そのようなシステムは、励磁されて、それによって交流磁場を生成することができる送信機コイルを含む、電力を送信する装置（以下では電力送信機と呼ばれる）を有する。誘導性電力システムは、充電されるべき又は電力を供給されるべき装置に接続可能な又はそのような装置の一部である電力を受信する装置（以下では電力受信機と呼ばれる）をさらに備える。電力を受信するために、電力受信装置は、受信機コイルを備えており、その中において、励磁された送信機コイルによって供給される交流磁場が電流を引き起こす。この電流が負荷を駆動することができ、例えば、バッテリを充電し、ディスプレイに電力を供給し、又はランプを灯すことができる。

文献US２００９／０１０８８０５は、電子装置が再充電されることを可能にするように設計された誘導性バッテリ充電システムを記述する。このシステムは、再充電されるべき装置が置かれる平らな電力面を含む。この電力面内に、再充電されるべき装置内に形成される受信機コイルにエネルギーを誘電結合する少なくとも１つの送信機コイルやオプションとして送信機コイルのアレイがある。そのようなアレイの適用分野は、無線装置に電力を供給するための（例えばバッテリを充電するための）一般的な電力面であることができ、家具中に又は床若しくは壁装材として一体化されることができる。この文献は電力受信機から電力送信機へ（逆もまた同じ）の通信を記述する。セカンダリ側（電力受信機）からプライマリ側（電力送信機）へのデータ転送は、セカンダリ側のパラメータ（例えば負荷条件）を変調することによって達成されることができる。プライマリ側からセカンダリ側へのデータ転送は、プライマリ巻線の（すなわち送信機コイルの）励起を変調することによって、達成されることができる。データ通信は、プライマリ側と充電されるべき負荷との間のハンドシェーク及び適合性チェック並びに/又はバッテリの充電ステータスの決定を含むことができる。

既知の無線誘導電力システムは、データ通信が、電力受信機が電力送信機と通信する（特に電力送信機からデータを受信する）ことを可能にするために電力受信機の特殊な配置を必要とするという短所を有する。

あまり複雑でない電力受信機がシステムにおいて用いられることを可能にするシステムを提供することが本発明の目的である。

この目的のために、本発明の第１の態様によれば、冒頭の段落にて説明された電力送信機は、
- 電力受信機から、変調要件を示す第１データ及び照会メッセージを示す第２データを得るための第１ユニット、
- 送信機コイルを介して電力受信機に、前記照会メッセージに応答することを意図する応答メッセージを送信するための第２ユニット、
を有し、前記第２ユニットは、前記応答メッセージを送信するために前記変調要件に従って電力信号を変調するための変調器を有する。

この目的のために、本発明のさらに別の態様では、冒頭の段落にて説明された電力受信機は、
- 変調要件を示す第１データ及び照会メッセージを示す第２データを電力送信機に送信するための第１ユニット、
-前記照会メッセージに応答することを意図する応答メッセージを電力送信機から受信機コイルを介して受信するための第２ユニット、
を有し、前記第２ユニットは、前記応答メッセージを受信するために前記変調要件に従って受信機コイルによって受信される電力信号を復調するための復調器を有する。

この目的のために、本発明のさらに別の態様では、冒頭の段落にて説明された方法は、
- 電力送信機によって、電力受信機から、変調要件を示す第１データ及び照会メッセージを示す第２データを受信するステップ、
- 変調要件に従って電力信号を変調することにより、送信機コイルを介して電力受信機に、照会メッセージに応答することを意図する応答メッセージを送信するステップ、
を有する。

この目的のために、本発明のさらに別の態様では、冒頭の段落にて説明された方法は、
- 電力受信機によって、電力送信機に変調要件を示す第１データ及び照会メッセージを示す第２データを送信するステップ、
- 変調要件に従って受信機コイルにより受信される電力信号を復調することによって、送信機から受信機コイルを介して、照会メッセージに応答することを意図する応答メッセージを受信するステップ、
を有する。

これらの方策は、第１データが、電力受信機に応答するときに電力送信機によって用いられなければならない変調要件を示すという効果を有する。さらに、第２データは、電力送信機が応答しなければならない照会メッセージを示す。電力送信機において、第２ユニットは、前記変調要件に従って電力信号上で変調される応答メッセージを提供するためのユニットである。さらに、前記応答メッセージは、前記照会メッセージに応答することを意図する。長所として、電力信号の変調が、電力受信機が前記変調を検出するための自身の能力を示すことを可能にする第１データにおいて電力受信機によって定められる要件に従って調節される。したがって、システムにおいて、異なるタイプの電力受信機が異なる変調要求を示すことができる。電力受信機は、例えば自身の実際の動作状態に応じて、異なる変調要求を示すことができる。さらに、第２データを介して照会メッセージを示すことによって、電力受信機が電力送信機から特定の応答を要求することが可能になる。

本発明は以下の認識に基づく。従来技術の誘導電力システムにおいて、さまざまなタイプの通信が提案された。しかしながら、特定のシステムにおける変調形式は、システムの設計の間に定められる。本発明者らは、特定の通信モードがいくつかの電力受信機及び電力送信機にとって十分でありえるが、他の要件が後に又は異なる状況において生じる可能性があり、より複雑な通信又は単純化されたタイプの通信が好ましい場合があることを見出した。さらに、要求が少ないアプリケーションにとって、電力受信機のコストは、電力受信機の利用可能なリソースによって容易に検出される特定の変調形式を設定することによって最適化されることができる。したがって、電力受信機から電力送信機へと転送される第１データ及び第２データを介して、変調要求及び応答のタイプに関するデータを送信することは、応答を転送するために電力送信機によって用いられる通信モードを設定することを可能にする。

電力送信機の実施の形態において、前記変調要件は、電力受信機の復調能力を示す。電力受信機の実施の形態において、前記変調要件は、電力受信機の復調能力を示す。これは、電力受信機から電力送信機に転送される第１データを介して変調要件に関するデータを交換することは、電力受信機の能力に従って通信を設定することを可能にするという利点を有する。

電力送信機の実施の形態において、前記第２データは、さらに以下のうちの少なくとも１つを示す。
- 前記応答メッセージのフォーマット
- 前記応答メッセージを送信するための時間要件
電力送信機は、このフォーマット及び時間要件のうちの少なくとも１つに従って前記応答メッセージを送信するように用意される。

電力受信機の実施の形態において、前記第２データは、さらに以下のうちの少なくとも１つを示す。
- 前記応答メッセージのフォーマット
- 前記応答メッセージを送信するための時間要件
電力送信機は、このフォーマット及び/又は時間要件に従って前記応答メッセージを送信するように用意される。

応答メッセージのフォーマット及び時間要件が第２データを介して定められる。これは、応答のさまざまなパラメータが電力受信機の能力に従って設定されるという利点を有する。

電力送信機の実施の形態において、変調要件は、以下のうちの少なくとも１つに対応する。
-電力信号の変調形式、
-特定の変調形式のための変調範囲

電力信号の変調形式は、以下から選択される。
- 振幅変調
- 周波数変調
- 位相変調

変調範囲は、以下から選択される。
- 電力信号の振幅変調のための変調度
- 電力信号の周波数変調のための周波数シフト
- 電力信号の位相変調のための位相シフト

電力受信機の実施の形態において、変調要件は、以下のうちの少なくとも１つに対応する。
- 電力信号の変調形式
- 特定の変調形式のための変調範囲

電力信号の変調形式は、以下から選択される。
- 振幅変調
- 周波数変調
- -位相変調

変調範囲は、以下から選択される。
- 電力信号の振幅変調のための変調度
- 電力信号の周波数変調のための周波数シフト
- 電力信号の位相変調のための位相シフト

これは、実際に、電力信号変調のパラメータのうちの少なくとも１つが特定されることができるという利点を有する。

本発明による装置及び方法の更なる好ましい実施の形態は添付された請求の範囲において与えられ、その開示は参照として本願明細書に組み込まれる。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下の記載において一例として説明される実施の形態及び添付の図面から明らかであり、それらを参照してさらに説明される。

電力送信機を示す図 電力受信機を示す図 誘導電力システムにおける通信のためのフローチャート データ・メッセージを示す図

図は、単に概略であって、尺度通りには描かれていない。図において、すでに説明された要素に対応する要素は同じ参照符号を有する。

無線電力伝達システムにおける電力送信機と電力受信機との間の電力伝達を準備して制御するために、電力受信機は、電力送信機に情報を伝える。

物理的レベルでは、電力受信機から電力送信機への通信チャネルは、キャリアとして電力信号を利用する。電力受信機は、一次コイル電流の振幅及び/若しくは位相の変化又は電力送信機の電圧の変化によって検出される負荷を変調する。この原理に基づいて、電力受信機は、電力送信機が復調するデータを変調することができる。このデータは、バイト及びパケットでフォーマットされる。より多くの情報は、http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.htmlから入手可能である、Qi無線電力規格とも呼ばれる"System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium"において、特に第６章"Communications Interface"において、見つけることができる。

電力伝達を制御するために、システムは、以下に説明される異なるフェーズ、特にピング・フェーズ、コンフィギュレーション・フェーズそして電力転送フェーズを介して進行することができる。より多くの情報は、Ｑｉ無線電力規格の第１部第５章において見つけることができる。最初に、電力送信機は、電力信号を供給して選択フェーズに入る。電力受信機は、自身の電子回路の電源を入れるために、受信信号を利用することができる。このフェーズにおいて、電力送信機は、一般的に、オブジェクトの設置及び除去に対してインタフェース面をモニタリングする。電力送信機はこのために、例えばＱｉ無線電力規格に記述されるような様々な方法を用いることができる。

ピング・フェーズにおいて、電力受信機が電力送信機のインタフェースに存在するかどうかが決定される。電力信号を受信した後、電力受信機は、電力送信機に初期パケットを伝達する。そのようなパケットは、電力送信機と電力受信機との間の結合度を示す信号強度パケットである。更なる情報は、Ｑｉ無線電力規格の第１部の6.3.1章に見つけることができる。

コンフィギュレーション・フェーズでは、例えばバッテリを充電するための実際の電力伝達の準備において、電力受信機は、その出力負荷を切断しておく。電力受信機は電力送信機にそのパラメータを通信し、それに応じて、電力送信機の構成が行われる。電力送信機は、この目的のために、（負荷変調によって引き起こされる変化を除いて）一定の振幅、周波数及び位相の電力信号を供給する。

電力伝達フェーズにおいて、実際の電力伝達が行われる。その電力要件を通信した後に、電力受信機は、受信電力を供給するために、出力負荷を接続する。電力受信機は、出力負荷をモニタリングして、実際の値と特定の動作点の望ましい値との間の制御誤差を測定する。それは、電力信号の変更又は変更無しの要求と同様にこれらの誤差を電力送信機に示すために、例えば250ms毎の最小限レートで、電力送信機にそのような制御誤差を通信する。動作点の実際の値が望ましい値に等しい場合には、電力受信機は、電力信号が変化すべきでないことを意味する 値ゼロを有する制御誤差を通信する。電力受信機がゼロではない制御誤差を通信する場合には、それは、電力送信機がしかるべく電力信号を変更することを期待する。

Qi無線電力規格が電力受信機から電力送信機への通信を定めることが留意されるべきである。以下では、両方向における、特に電力送信機から電力受信機への通信を可能にするシステムが説明される。さまざまなアプリケーションが、そのような通信から利益を得ることができ、例えば、電力受信機をテスト・モードに設定し、電力受信機を較正モードに設定し、又は、電力受信機の制御下で電力送信機から電力受信機への通信を可能にする。

図1は電力送信機を示す。電力送信機通信ユニット12(TRM-COM)に接続される一次コイル(PCL)とも呼ばれる送信機コイル11が示され、TRM-COM12はコントローラ10(CTR)に接続される。電力送信機通信ユニット12は、送信機コイルを介して受信機コイルに変調された電力信号(PS)を送信するために送信機コイルを駆動するためのドライバ16(DRV)に接続される変調器15(MOD)を有する。電力受信機は、電力信号に影響を及ぼし、二次及び一次コイルを介して電力送信機に電力受信機信号を送ることができ、そのような信号は反射信号(RS)と呼ばれる。反射信号は、検出ユニット14(SNS)によって、例えば送信機コイル上の電流又は電圧を検出することにより検出される。復調装置13(DEM)は、例えば検出された信号の振幅又は位相の変化をビットに変換することによって検出された信号を復調するためのコントローラ10に接続される。

本発明の実施の形態において、第１ユニット17は、送信機コイル11を介して電力受信機から第１データ及び第２データを受信するために配置される。第１ユニット17は、検出ユニット14及び復調器13を含む。これらの２つのユニットは、送信機コイルを介して第１データ及び第２データを受信する機能を実現する。一次コイル11は、二次コイルに誘導電力伝達のための交流磁場(電力信号PS)を送信して、二次コイルによって引き起こされる反射磁場(反射信号RS)を受信する。検出ユニット14(電流/電圧センサーSNS)は、一次コイル上の電流/電圧を検出する。復調器13は、検出された信号の振幅又は位相の変化をデータ(例えば前記第１及び第２データ)に変換する。得られた第１データは変調要件を示し、第２データは照会メッセージを示す。

コントローラが受信されたデータを解釈し、第２ユニット18は、送信機コイルを介して電力受信機に応答メッセージを送信するように配置され、応答メッセージは、前記照会メッセージに応答することを意図する。コントローラは変調器に応答メッセージを供給し、応答メッセージは、前記照会メッセージに応答することを意図し、コントローラは、以下で詳細に説明されるように、解釈されたデータに従って変調器を制御する。第２ユニットに含まれる変調器15は、応答メッセージを伝えるために前記変調要件に従って電力信号を変調するように配置される。変調器15は、電力信号の振幅、周波数又は位相を変化させることによって、電力信号を変調する。第２ユニットに含まれるドライバ16は、送信機コイルに交流電気信号を供給することによって送信機コイルを介して電力受信機に変調された電力信号を送信するために配置される。

図2は電力受信機を示す。電力受信機は、送信機コイルに対する受信機コイルを介して電力送信機に第１データ及び第２データを送るための第１ユニット27を含み、第１データは変調要件を示し、第２データは照会メッセージを示す。二次コイル(SCL)とも呼ばれる受信機コイル21は、コントローラ20(CTR)に接続された電力受信機通信ユニット22(REC-COM)に接続されて示される。電力受信機通信ユニットは、電力送信機に第１データ及び第２データを送信するための前記反射信号(RS)を生成するために受信機コイルにおける負荷を変調するための変調器25(MOD)に接続される可変の負荷(LD)26を有し、第１データは変調要件を示し、第２データは照会メッセージを示す。前記説明から、第１ユニット27は機能ユニットであり、それは変調器25及び可変の負荷26を含むことが理解される。これらの２つのユニットの協力のおかげで、受信機コイルを介した電力受信機から電力送信機への第１データ及び第２データを送る機能が実現されることができる。

電力受信機は受信機コイルを介して電力送信機から応答メッセージを受信するための第２ユニット28を含み、応答メッセージは照会メッセージに応答することを意図する。この目的のために、第２ユニット28は、例えば電圧又は電流を検出することによって、電力送信機から受信機コイルを介して受信される変調された電力信号(PS)を検出するための検出ユニット24(SNS)を含む。第２ユニットは、例えば検出された信号の振幅又は位相の変化をビットに変換することによって応答メッセージを得るために変調要件に従って検出された信号を復調するための、コントローラ20に接続される復調装置23(DEM)をさらに有する。

実施の形態において、二次コイル21は、一次コイルから誘導性電力伝達のための電力信号を受信して、一次コイルに反射信号を送信する。負荷26が反射信号を決定する。変調器25は、例えばインピーダンス回路の接続/切断によって、反射信号の振幅又は位相を変化させる。電流/電圧検出ユニット24は、送信機から受信される二次コイル上の電流/電圧を検出する。検出ユニット24は、電力受信機の他の機能の一部であることができる。それは、整流器を含むことができる。それは、二次コイルにおいて直接検出する代わりに、整流器の出力において電圧/電流を検出することができる。それは、受信電力信号の強度を決定するため、又は受信電力を決定するために利用されることができる。復調器23は、検出された信号の変化をデータに変換する。コントローラ20は、データを通信するために変調器25を制御して、以下で詳細に説明するように、復調器によって受信されるデータを解釈する。

図3は、誘導性電力システムにおける通信のためのフローチャートを示す。システムは、図1を参照して上述したような電力送信機及び図2を参照して上述したような電力受信機を有することができる。電力送信機(TRM)における通信は図の左側に示され、電力受信機(REC)における通信は図の右側に示される。

スタート31において、電力送信機は、電力受信機に電力信号(PS)を提供する。電力受信機はスタート36において電力信号を受信し、その電力信号は、電力受信機を起動させて、電子回路の電源を入れるために電力受信機によって用いられることができる。電力受信機は通信を開始するために始動されて、矢印RTによって示されるように、ステップ「データ送信」37において電力送信機にデータを送信する。このデータ信号は、第１通信状態/モード(例えば規格に定められる事前に決められたモード)に従って提供される。電力送信機は、ステップ「データ受信」32において、電力受信機から第１データ及び第２データを受信する。ステップ「データ受信」32は、電力受信機から送信機コイルによって反射信号を受信し、一次コイル上の電流/電圧の振幅又は位相を検出し、例えば振幅又は位相の変化をデータ(例えば第１データ及び第２データ)に変換することによって、検出された信号を復調する。第１データは変調要件を示し、第２データは照会メッセージを示す。

電力受信機は、照会メッセージを示す第２データにおいて、電力送信機からの特定の応答を示すことができる。ステップ「データ応答要求」38において、そのような応答が必要とされるかどうかが決定される。必要とされない場合には、電力受信機は、通信サイクルの終わりへ進む。その場合、電力送信機は、電力受信機にデータを送信しない。必要とされる場合、すなわち、電力受信機は、電力送信機からのデータ応答を必要とする場合、信号RT中の第２データにおいてこれを示す。この場合には、これは、ステップ「データ応答要求」33において検出されて、電力送信機は、矢印TRによって図示されるように電力受信機によって必要とされるデータを送信することによってステップ「データ送信」34において応答する。応答は、第２通信状態/モードに従って、「データ送信」ステップ34において送信される。データ送信ステップ34は、照会メッセージに応答することを目的とする応答メッセージを生成し、電力受信機へと送信機コイルを介して、変調された電力信号によって伝達される応答メッセージを送信するように前記変調要件に従って電力信号を変調すること含む。

電力送信機が要求されるように応答しない場合、電力受信機はステップ39においてタイムアウトを検出して、ステップ37へと進んでデータを再送信する。電力送信機が、必要とされるように、すなわち応答時間内に、電力受信機に対して応答する場合、電力受信機は、データ受信ステップ35において、復調要件に従って受信機コイルにより受信される電力信号を復調することによって、送信機から応答メッセージを受信する。

そして、電力受信機は、通信サイクルの終了へと進む。通信サイクルの終わりにおいて、電力受信機は、電力受信機データ送信ステップ37で始まる新たな通信サイクルを開始することができる。

図4は、データ・メッセージを示す。図は、電力受信機が電力送信機に伝達するパケットのフォーマットを示す。フォーマットは、規格で事前に決められることができる。メッセージは、プリアンブル(PRE)、ヘッダ(HDR)、メッセージ・コンテンツ(MES)及びエラーを検出するためのチェックサム(CHK)を有する。

同様のフォーマットが、電力送信機が電力受信機に伝達するパケットのために用いられることができ、以下で詳細に記載するように、そのフォーマットは照会メッセージにおいて示されることができる。

前記第１データによって示される変調要件がさまざまな変調形式に対応することができることが留意されるべきである。変調形式は、それ自体知られており、例えば、電力信号の振幅変調、周波数変調、位相変調又は他の任意の変調形式である。さらに、変調要件は、特定の変調形式の変調範囲を示すことができ、例えば、電力信号の振幅変調のための変調度、電力信号の周波数変調のための周波数シフト及び/又は電力信号の位相変調のための位相シフトを示すことができる。前記第２データによって伝達される必要とされる応答は、前記応答メッセージのフォーマットを示すことができる。さらに、受信機は、通信サイクルを制御することができる。それは、照会によりサイクルを開始する。送信機は、特定の時間の範囲内で照会に反応しなければならず、さもなければ、受信機は何かが間違った方に進んでいると仮定しなければならず、再試行するために通信サイクルを終了させる。したがって、照会から応答までの時間は制限されなければならない。

第２データによって示される時間要件は、例えば、電力受信機によって照会メッセージを送信してから電力受信機によって応答メッセージを受信するまでのサイクル全体の持続時間であるか、又は、電力送信機が照会メッセージの最後のビットを受信してから電力送信機が応答メッセージの最初のビットを送信するまでの、電力送信機が照会メッセージに反応するための持続時間などのような応答時間要件であることができる。

時間要件は、データ又はビットを送信する速度(すなわち通信の速度)に関する要件であることができる。それは「ビットレート」と呼ばれ、ビットを送信するために必要な時間、すなわちビット継続時間を決定する。電力受信機によってビットレート又はビット継続時間を示すことは、電力受信機の実装コストを低減することに役立つ。ビット継続時間が長いほど、より容易に電力受信機によってビットが検出されることができ、ビット継続時間が短いほど、より迅速に応答メッセージが伝達されることができる。

電力送信機中の変調ユニット及びドライバは、第１データ中に示される変調要件に従って、そして可能な場合には、前記フォーマットにより前記時間要件内で、前記応答メッセージを送信するように配置される。

実施の形態において、前記第１データ及び第２データは、１つのデータ・パケット中に含まれる。別の態様では、前記第１データ及び第２データは、２つ以上の別々のデータ・パケット中に含まれる。電力受信機から電力送信機へと多数の第２データを転送するために、複数のデータ・パケットが送信されることができる。

以下の表は、電力受信機が電力送信機に伝達することができる、電力送信機の必要な応答を示す照会パケットのいくつかの例を示す。ヘッダ・コードは、パケット・タイプを決定し、電力送信機が提供しなければならない応答を示す。メッセージは、前記応答を送信するための変調要件を示す。

最初の２つの例(ヘッダコード0x07及び0x08)は、電力送信機からの"yes"又は"no"の回答を要求する。メッセージ・フィールドは、電力送信機が"yes"で応答する場合における必要な振幅変化を示す。メッセージ・フィールド中の値は、(現在のQi規格における制御エラーのメッセージ・フィールドと同様に)現時点の電力信号振幅に対する相対的な必要とされる変化として符号化されることができる。第３の例(ヘッダコード0x20)は、電力受信機が電力送信機に、どの物理モードにおいて電力信号を変調することを要求するかを示す。デフォルトのモードは、振幅変調であることができる。このパケットによって、電力受信機は、例えば周波数変調又は位相変調にモードを変更することができる。このパケットは、コンフィギュレーション・フェーズにおいて通信されることができる。第４及び第５の例(ヘッダコード0x21及び0x22)は、電力送信機がパケットを送信することによって応答することを電力受信機が期待することを示す。これらの例のメッセージ・フィールドは、変調範囲を示す。メッセージ・フィールド中の値は、現時点の電力信号振幅/周波数/位相に対する相対的な必要とされる変化として符号化されることができる。電力送信機が利用するパケットフォーマットは、図4に示されるようなフォーマットを有することができる。

実施の形態において、上記で定められる通信は、以下のように適用される。電力受信機をその動作条件の下でテストするために、電力受信機は、これらのさまざまな条件に置かれる必要がある。これらの条件のいくつかは、周囲の温度のような外部要因又は電力送信機に対する電力受信機の位置付けによって決定される。これらの条件は、テスト手順の間に調整されることができる。例えば電力受信機の出力負荷のような他の条件は、低いインピーダンスから高いインピーダンスに変化することができ、必要な電力は、低電力から高電力に変化することができる。双方向通信なしでは、そのような条件は、コンプライアンス試験において実現するのが難しい場合があり、長い測定時間を必要とする場合がある。この問題を解決するために、電力受信機装置は、単にこれらの動作条件を掃引するテスト・モードで動作するように設定されることができる。以下で定められる通信を提供することによって、製造者は、余分なハードウェア、接点、押しボタンなどを装置に設ける必要がない。

同様の問題が、例えば、較正モードに入るための電力受信機への要求のような、電力送信機から電力受信機への通信を必要とする他のアプリケーションに対して発生する可能性がある。さらに一般的に、例えば、特定のモードに入るための電力受信機へのコマンドを提供するため、又は、電力送信機のステータスに関する情報を提供ために、電力送信機から電力受信機への通信が有用である。電力送信機から電力受信機への変更可能な通信チャネルが、この問題を解決するために提供される。

誘導性電力伝達システムにおいて通信する方法は、以下の通りである。システムは、上述のような電力受信機及び電力送信機を含む。当該方法は、電力受信機によって、電力送信機に第１データ及び第２データを送信するステップを含み、第１データは変調要件を示し、第２データは照会メッセージを示す。電力送信機は前記変調要件に従って電力信号上で変調される応答メッセージを生成し、応答メッセージは照会メッセージに応答することを目的とする。したがって、電力送信機によって適用される変調は、電力受信機によって送信される変調要件に従って設定される。続いて、電力受信機は、送信機コイルから受信機コイルを介して電力信号を受信し、照会メッセージに応答することを意図する応答メッセージを受信するために変調要件に従って電力信号を復調する。

実施の形態において、テスト・電力送信機が電力受信機をテスト・モードに設定することを可能にする単純なプロトコルが提供される。電力受信機は、専用のパケットにおける照会メッセージを介して、電力受信機がテスト・モードに入ることを望むかについて電力送信機に質問する。パケットは、電力受信機が検出することができる望ましい電力信号（の変化）を含む。このパケットに応じて、電力送信機は、電力受信機の要求に従って、又は従わずに、電力信号を提供し、電力受信機がテスト・モードに入るべきかを示す。

より一般的には、本発明は電力送信機から電力受信機への通信を可能にし、電力受信機は電力送信機がどのように応答すべきかを制御する。必要とされる応答が電力受信機の制御下であるので、電力受信機の実施態様についての自由度があり、さらに、ハードウェアの実装コストが低い。電力受信機は、例えば必要な振幅変調度を決定する。設計者は、復調を容易にするためには、どのような環境下において、どの変調度が必要とされるかを、決定することができる。電力受信機は、その既存のハードウェアを再利用することができ、例えば、この目的のために信号強度を測定するためにハードウェアを再利用することができる。

実施の形態において、電力伝達の前に、電力受信機は、電力送信機に電力伝達のための準備をさせることを意図するコンフィギュレーション・パケットを電力送信機に通信する。このフェーズにおいて、電力受信機は、一般に、電力信号に関して電力送信機を制御しない。電力送信機は信号を一定に保つ。続いて、電力伝達の間、電力受信機は、電力受信機の要求に従って電力信号を適応させるように電力送信機を制御するために、電力送信機に制御パケットを通信する。電力受信機がコンフィギュレーション・フェーズの間に制御パケットを通信して、電力受信機によって検出可能である電力信号における望ましい変化を示す場合、コンフィギュレーション・フェーズの間、電力信号が一定に保たれるので、それは特別な意味があり、例えば、この特別な意味は、電力受信機がテスト・モードに入ることを電力送信機が所望するかどうかを検出することであることができる。

電力送信機は、電力受信機がテスト・モードに入るべきか否かを示すために、コンフィギュレーション・フェーズにおいて、電力信号を変化させるか又は変化させない。これは、電力送信機から電力受信機への1ビット通信とみなされることができる。この変化は、原則として、振幅、周波数又は位相の変化であることができる。この変化は、一度行われるか、又は複数回行われることができる。この変化は、コンフィギュレーション・パケットの通信と同期することができ、例えば、特定のパケットの受信の直後であることができる。

そのような信号の変化を検出可能であるための電力受信機に関する要件を最小化するために、そのようなビットを通信するために必要な信号変化は、電力受信機の制御下である。制御エラー・パケットの内容は、必要な信号変化を決定する。電力受信機の設計者は、信号変化を検出するために電力受信機がどの信号を測定しなければならないかを選択することができる。

電力送信機及び電力受信機の両方は、電力伝達フェーズにおいて電力信号を制御するためのメカニズムと全く同じメカニズムを利用することができる。電力受信機は、それが測定し、とにかく制御に関連する信号を利用する。それは、電力受信機のためのいかなる更なるハードウェアも必要とせず、ほとんどソフトウェアも必要ない。電力受信機のわずかな変更は、電力送信機が電力信号を変更することによって応答することができる制御パケットを通信し、そして電力信号の期待される変化を確認することである。

実施の形態において、電力受信機がテスト・モードに入ることを電力送信機が望む場合、電力送信機は、電力信号を変化させず、そうでない場合、制御パケットに従って信号を変化させる。信号が制御パケットに従って変化しない場合、電力受信機はテスト・モードに進む。

他の実施形態の場合には、電力受信機がテスト・モードに進むことを電力送信機が要求する場合、電力送信機は、制御信号に従って電力信号を変化させ、そうでない場合、電力信号を変化させない。信号が制御パケットに従って変化する場合、電力受信機はテスト・モードに進む。長所として、制御パケットが到着しない場合、電力送信機は電力信号を変化させない。この結果として、電力受信機はデフォルトでテスト・モードに進まない。

さらに別の実施の形態において、電力受信機がテスト・モードに進むことを電力送信機が要求する場合、電力送信機は制御信号に従って電力信号を変化させて、その後元の信号へ戻り、そうでない場合、電力信号を変化させない。信号が制御パケットに従って変化する場合、電力受信機はテスト・モードに進む。長所として、電力信号が、一時的にのみ他の値に変更される。

実施の形態において、電力受信機は電力送信機に専用のパケットを通信し、それに対して、電力送信機は応答しなければならない。パケットは、電力送信機がどのように応答しなければならないかを示す前記照会メッセージを含む。電力受信機は、任意のフェーズにおいてこのパケットを利用することができる(例えばQi無線電力規格によるコンフィギュレーション又は電力伝達フェーズ)。電力送信機が応答しない場合、電力受信機はこれをエラーとみなして、さらなる試行として専用のパケットを再送信することができる。

論理レベルでは、専用のパケットは、それが電力送信機から期待するコンテンツのタイプを示すことができる。電力受信機は、電力受信機がテスト・モードに進まなければならないかの問いに対するイエス/ノー回答を要求することができる。別の態様では、電力受信機はコマンドを要求することができ、例えば、電力受信機がどのモードに進むべきかを示すコマンドを要求することができる。電力受信機は、電力送信機からステータス情報（例えば電力送信機が送ることが可能な電力の量）を要求することができる。

符号化レベルでは、専用のパケットは、それが電力送信機からのどの符号化を期待するかについて示す。これは、イエス/ノー回答が期待される場合には１ビットであることができ、あるいは、命令又はステータス指標が期待される場合には完全なパケットであることができる。既存の符号化技術が、ビット、バイト及びパケット符号化のために利用されることができる。例えば、バイフェーズ・コーディングが、ビットのために利用されることができ、バイトは、8ビットデータ、スタートビット、ストップビット及びパリティ・ビットとして符号化されることができ、パケットは、図4に示されるように、プリアンブル、コンテンツ及びエラーチェックによって符号化されることができる。可能な符号化技術に関するさらなる情報は、Qi無線電力規格のパート1のチャプタ6.2.2、6.2.3及び6.2.4に見つけることができ、それは、電力受信機から電力送信機までデータを送信するために使用される予め定められた符号化技術を記述する。

物理レベルでは、専用のパケットは、それがどの種類の変調を期待するかについて示すことができる。電力受信機は、電力送信機がその電力信号で実行しなければならない必要な振幅変調、周波数変調又は位相変調を示す。例えば、必要な振幅変調は、制御エラー・パケットと同様に示される。電力送信機は、２つのレベルの間でその電力信号を変化させるべきである。２つのレベル間の変化は、専用のパケットのコンテンツによって示される。第１のレベルは実際の電力レベルと同じであることができ、それは電力受信機がその専用パケットを通信する直前の電力レベルである。したがって、第１の変化は、電力伝達フェーズにおける制御エラーパケットによるような、電力受信機が現時点のレベルから新たなレベルへの電力レベルの変化を要求した場合に対応する。電力送信機は、ビットを通信するために、現時点のレベルと新たなレベルとの間で信号を変化させる。両方のレベルが現時点の電力レベルと異なることができる。例えば、現時点の電力レベルよりも、第１のレベルは高く、第２のレベルは低いレベルであることができる。２つのレベルの平均は、現時点の電力レベルと同じでありえる。

本発明は、プログラム可能なコンポーネントを用いて、ハードウェア及び/又はソフトウェアで実施されることができることに留意する必要ある。いうまでもなく、明確性のため、前記説明は、異なるコンポーネント、機能ユニット及びプロセッサを参照した本発明の実施の形態に関する。しかしながら、本発明から逸脱することなく、異なる機能ユニット又はプロセッサ間で機能を適切に分散させることができることは明らかである。例えば、別々のユニット、プロセッサ又はコントローラによって実行されるとして説明された機能が同じプロセッサ又はコントローラによって実行されることができる。したがって、特定の機能ユニットに対する参照は、単に説明される機能を提供するための適切な手段に対する参照として見なされるべきであり、厳密な論理的又は物理的構造又は機構を示すわけではない。

本発明がいくつかの実施の形態に関して説明されたが、それは、本願明細書において述べられる特定の形態に限定されることを意図しない。さらに、ある特徴が特定の実施の形態に関して説明されたと思われるかもしれないが、説明された実施の形態のさまざまな特徴は、本発明に従って組み合わせられることができることを当業者は認識する。請求の範囲において、「有する」「含む」などの用語は、他の要素又はステップの存在を除外しない。

さらに、複数の手段、要素、ユニット又は方法ステップが、個別に挙げられたが、例えば１つのユニット又はプロセッサによって実施されることができる。さらに、個々の特徴が異なる請求項中に含まれるかもしれないが、これらはおそらく都合よく組み合わせられることができ、異なる請求項中に含まれることは、特徴の組み合わせが可能ではないこと及び/又は有利ではないことを意味しない。さらに、請求項の１つのカテゴリに特徴が含まれることは、このカテゴリに制限されることを意味せず、他の請求項カテゴリにも適切に適用可能であることを示す。さらに、請求項中に特徴の順序は、特徴が動作すべきいかなる特定の順序も意味せず、特に、方法請求項の個々のステップの順序は、ステップがその順序で実行される必要があることを意味しない。むしろ、ステップは、任意の適切な順序で実行されることができる。さらに、単数表現は複数を除外しない。"a", "an", "first", "second"などは複数を除外しない。請求の範囲中の参照符号は単に実施例を明確にするためであって、如何ようにも請求の範囲を制限するものとして解釈されてはならない。

Claims (17)

1. 送信機コイルを介して電力受信機に誘導的に電力を送信するための電力送信機であって、
   変調要件を示す第１データ、及び前記電力受信機が前記電力送信機に要求する前記電力送信機のステータス情報を規定する照会メッセージを示す第２データを前記電力受信機から受信するための第１ユニット、
   前記電力受信機によって要求される前記ステータス情報を含む、前記照会メッセージに対する応答メッセージを前記送信機コイルを介して前記電力受信機に送信するための第２ユニット、
   を有し、前記第２ユニットが、
   前記応答メッセージを送信するために前記変調要件に従って電力信号を変調するための変調器を有し、
   前記変調要件は、前記電力送信機が前記電力受信機へ前記応答メッセージを送信する際に前記電力信号を変調する変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲であって、前記電力受信機が検出可能な変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲を規定する、電力送信機。
2. 前記変調要件が、前記電力受信機の復調能力を示す、請求項１に記載の電力送信機。
3. 前記第２データがさらに、
   前記応答メッセージのフォーマット、
   前記応答メッセージを送信するための時間要件、
   のうちの少なくとも１つを示し、前記電力送信機は、前記フォーマット及び時間要件の少なくとも１つに従って前記応答メッセージを送信する、請求項１に記載の電力送信機。
4. 前記電力送信機の前記ステータス情報が、前記電力送信機が送ることが可能な電力量を示す、請求項１に記載の電力送信機。
5. 前記電力信号の変調形式が、
   振幅変調、
   周波数変調、
   位相変調、
   から選択され、前記変調範囲が、
   前記電力信号の振幅変調のための変調度、
   前記電力信号の周波数変調のための周波数シフト、
   前記電力信号の位相変調のための位相シフト、
   から選択される、請求項４に記載の電力送信機。
6. 前記第１データ及び第２データが１つのデータ・パケット中にあるか、又は２つの別々のデータ・パケット中にある、請求項１に記載の電力送信機。
7. 受信機コイルを介して電力送信機から誘導的に電力を受信するための電力受信機であって、
   変調要件を示す第１データ、及び前記電力受信機が前記電力送信機に要求する前記電力送信機のステータス情報を規定する照会メッセージを示す第２データを前記電力送信機に送信するための第１ユニット、
   前記電力受信機によって要求される前記ステータス情報を含む、前記照会メッセージに応答するための応答メッセージを前記電力送信機から前記受信機コイルを介して受信するための第２ユニット、
   を有し、前記第２ユニットは、
   前記応答メッセージを受信するために前記変調要件に従って前記受信機コイルによって受信される電力信号を復調するための復調器を有し、
   前記変調要件は、前記電力送信機が前記電力受信機へ前記応答メッセージを送信する際に前記電力信号を変調する変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲であって、前記電力受信機が検出可能な変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲を規定する、電力受信機。
8. 前記変調要件が、前記電力受信機の復調能力を示す、請求項７に記載の電力受信機。
9. 前記第２データがさらに、
   前記応答メッセージのフォーマット、
   前記応答メッセージを送信するための時間要件、
   のうちの少なくとも１つを示し、
   前記電力受信機は、前記フォーマット及び前記時間要件のうちの少なくとも１つに従って前記応答メッセージを受信する、請求項７に記載の電力受信機。
10. 前記電力送信機の前記ステータス情報が、前記電力送信機が送ることが可能な電力量を示す、請求項７に記載の電力受信機。
11. 前記電力信号の変調形式が、
    振幅変調、
    周波数変調、
    位相変調、
    から選択され、前記変調範囲が、
    前記電力信号の振幅変調のための変調度、
    前記電力信号の周波数変調のための周波数シフト、
    前記電力信号の位相変調のための位相シフト、
    から選択される、請求項７に記載の電力受信機。
12. 前記第１データ及び第２データが１つのデータ・パケットを介して送信されるか、又は２つの別々のデータ・パケットを介して送信される、請求項７に記載の電力受信機。
13. 誘導電力伝達システムにおいて通信するための方法であって、前記システムは、電力受信機及び電力送信機を有し、前記電力受信機は受信機コイルを有し、前記電力送信機は送信機コイルを有し、前記電力送信機により実行される当該方法は、
    変調要件を示す第1データ、及び前記電力受信機が前記電力送信機に要求する前記電力送信機のステータス情報を規定する照会メッセージを示す第２データを前記電力受信機から受信するステップ、
    前記変調要件に従って電力信号を変調することによって、前記電力受信機によって要求される前記ステータス情報を含む、前記照会メッセージに対する応答メッセージを前記送信機コイルを介して前記電力受信機に送信するステップ、
    を有し、
    前記変調要件は、前記電力送信機が前記電力受信機へ前記応答メッセージを送信する際に前記電力信号を変調する変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲であって、前記電力受信機が検出可能な変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲を規定する、方法。
14. 前記変調要件が、
    前記電力信号の変調形式、
    前記電力信号の振幅変調のための変調度、
    前記電力信号の周波数変調のための周波数シフト、
    前記電力信号の位相変調のための位相シフト、
    のうちの任意の１つに対応する、請求項１３に記載の方法。
15. 誘導電力伝達システムにおける通信方法であって、前記システムは電力受信機及び電力送信機を有し、前記電力受信機は受信機コイルを有し、前記電力送信機は送信機コイルを有し、前記電力受信機により実行される当該方法は、
    変調要件を示す第1データ、及び前記電力受信機が前記電力送信機に要求する前記電力送信機のステータス情報を規定する照会メッセージを示す第２データを前記電力送信機に送信するステップ、
    前記変調要件に従って前記受信機コイルにより受信される電力信号を復調することによって、前記電力受信機によって要求される前記ステータス情報を含む、前記照会メッセージに応答するための応答メッセージを前記電力送信機から前記受信機コイルを介して受信するステップ、
    を有し、
    前記変調要件は、前記電力送信機が前記電力受信機へ前記応答メッセージを送信する際に前記電力信号を変調する変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲であって、前記電力受信機が検出可能な変調形式及び／又は特定の変調形式の変調範囲を規定する、方法。
16. 前記変調要件が、
    前記電力信号の変調形式、
    前記電力信号の振幅変調のための変調度、
    前記電力信号の周波数変調のための周波数シフト、
    前記電力信号の位相変調のための位相シフト、
    のうちの任意の１つに対応する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記電力送信機の前記ステータス情報が、前記電力送信機が送ることが可能な電力量を示す、請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。

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