特許 6391144 ワイヤレス充電システム、デバイス、および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6391144

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】ワイヤレス充電システム、デバイス、および方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20180910BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20180910BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/12

   H02J50/80

   H02J7/00 301D

【請求項の数】22

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-49463(P2014-49463)

(22)【出願日】2014年3月12日

(65)【公開番号】特開2014-180201(P2014-180201A)

(43)【公開日】2014年9月25日

【審査請求日】2017年3月6日

(31)【優先権主張番号】13/799,343

(32)【優先日】2013年3月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504199127

【氏名又は名称】エヌエックスピー ユーエスエイ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＸＰ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ジョン エム．ピゴット

【審査官】 高橋 優斗

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０３５５４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０３１５８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２２５３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２，

Ｈ０２Ｊ７／３４−７／３６，

Ｈ０２Ｊ５０／００−５０／９０，

Ｈ０４Ｂ５／００−５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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。

【請求項9】

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。

【請求項10】

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。

【請求項11】

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。

【請求項12】

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。

【請求項13】

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。

【請求項14】

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。

【請求項15】

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。

【請求項16】

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。

【請求項17】

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。

【請求項18】

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。

【請求項19】

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。

【請求項20】

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。

【請求項21】

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。

【請求項22】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、概してワイヤレス充電を実施するシステム、デバイス、および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ポータブル電子デバイスのワイヤレス充電（または「非接触充電」）に付随する利便性は、当該技術分野の発展において多大な関心を呼び起こしている。一般に、ワイヤレス充電は、コイル間の近接場磁気誘導に依存している。より具体的には、ワイヤレス充電を実施するシステム内で、受電デバイス（たとえば、携帯電話）が送電デバイス（たとえば、ワイヤレス充電パッド、テーブル、または他の面）に近接すると、送電デバイスからデバイス内のコイル間（すなわち、送電デバイスの「一次コイル」と受電デバイスの「二次コイル」との間）の磁気誘導結合を通じて受電デバイスに電力が伝送される。交流電流が送電デバイスの一次コイルを通過し、その交流電流が一次コイルの周囲に時間によって変動する磁場（時間変動磁場）を生成する。時間変動磁場が受電デバイス内の二次コイルに作用すると、二次コイル内に電圧が誘導される。受電デバイス内のさらなる回路が、電池を充電するか、または他の様態で受電デバイスに給電するのに使用されることができる出力電圧を生成する。

【0003】

ワイヤレス・パワー・コンソーシアム（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）によって開発されたＱｉインターフェース規格は、再充電可能な電子デバイスにわたる相互運用性を促進するために、さまざまなワイヤレス充電仕様を記載している。たとえば、中でも、Ｑｉインターフェース規格は、受電デバイスがより多くのまたはより少ない電力を要求するように送電デバイスと通信するための通信プロトコルを記載している。詳細には、受電デバイスは、制御データのパケットを送電デバイスに通信し、当該パケットは、可能性のあるパケットの中でも、制御エラーパケット、受信電力パケット、充電状態パケット、および送電終了パケットを含む。受信パケット内に含まれている情報に基づいて、送電デバイスは、その動作点を調整する（たとえば、「電力信号」として称される、一次コイル（複数の場合もあり）によって包囲されている振動磁束を増大または低減するための一次コイル電流を増大または低減する）ことができる。

【0004】

受電デバイスは、後方散乱変調を使用して送電デバイスに通信する。より具体的には、受電デバイスは、それが二次コイルに作用する磁場から引き込む電力の量を変調する。送電デバイスはこれを一次コイルを通る電流および／または一次コイルにわたる電圧を変調したものとして検出する。言い換えれば、受電デバイスおよび送電デバイスは、受電デバイスと送電デバイスとの間の受電デバイス−送電デバイス通信チャネルを提供するために振幅変調電力信号を使用する。

【0005】

Ｑｉインターフェース規格に応じてワイヤレス充電を実施することはすべてのタイプのポータブル電子デバイスにとって適切であるとは限らない。基本的に、受電デバイスは、受信電力レベルの決定およびＱｉパケットベースの通信プロトコルを使用した送電デバイスとの通信に関連付けられる処理および変調を実行するのに十分な物理的サイズおよび処理能力を有しなければならない。従って、Ｑｉインターフェース規格または他のワイヤレス充電技術の適用は、比較的大きいまたは複雑な受電デバイスを含むシステムに制限される傾向にある。

【0006】

特許文献１には、誘導コイルアセンブリについて記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許第６９７５１９８号明細書

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一例の実施形態に応じた、送電デバイスと受電デバイスとの間の誘導結合を通じたワイヤレス充電を実施するシステムを示す図。

【図2】一例の実施形態に応じた、ワイヤレス充電システムの簡略概略図。

【図3】一例の実施形態に応じた、送電デバイスがワイヤレス充電システムに関与する方法のフローチャート。

【図4】一例の実施形態に応じた、受電デバイスがワイヤレス充電システムに関与する方法のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

下記により詳細に説明するように、本明細書に記載の実施形態は、ワイヤレス充電を実施するシステムおよびデバイスを含み、送電デバイスによって搬送される電力信号を増大または低減するために、受電デバイスと送電デバイスとの間で通信するのに比較的複雑でないプロトコルが使用される。下記により詳細に説明するように、受電デバイスの処理および通信要件は、Ｑｉインターフェース規格（または類似の技術）を実装するデバイスと比較すると大幅に低減されたものであり得る。従って、本明細書に記載のワイヤレス充電装置および方法の実施形態は、Ｑｉインターフェース規格であれば実装が受け入れがたくなるようなサイズ制約を有する比較的単純なデバイスにおいて実装することができる。

【0010】

図１は、一例の実施形態に応じた、送電デバイス１１０と受電デバイス１３０との間の誘導結合を通じたワイヤレス充電を実施するシステム１００を示す。示されている例において、送電デバイス１１０は、本体１１２、および、その上に受電デバイス１３０を配置することができるインターフェース面１１４を有する比較的コンパクトな別個の装置である。代替の実施形態において、送電デバイス１１０は、より大きい構造（たとえば、テーブル、コンピュータ、自動車など）と統合されてもよい。加えて、本明細書の記載は主に、単一の一次コイル（たとえば、図２の一次コイル２１２）を有する送電デバイスを説明しているが、送電デバイスの代替の実施形態は、インターフェース面に対して空間的に分散している複数の一次コイルを含んでもよい。そのような代替の実施形態において、受電デバイスがそれから電力を導出することができる交流磁束を提供するために（たとえば、インターフェース面上の受電デバイスの位置に基づいて）１つ以上の一次コイルが任意の所与の時点において作動されてもよい。そのような代替の実施形態は、本発明の主題の範囲内に含まれるように意図されている。

【0011】

送電デバイス１１０は外部接続１５０から電力を受け取り、当該接続は最終的に配電網または他の電源と結合されてもよい。たとえば、図１に示すように、送電デバイス１１０はユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートを含んでもよく、外部接続１５０はＵＳＢケーブルであってもよい。そのため、送電デバイス１１０は外部接続１５０を通じて電力を受け取ることができ、ＵＳＢケーブルの他方の端部に結合されている外部ネットワークまたはコンピュータシステムに対して信号を送信および受信することもできる。代替の実施形態において、送電デバイス１１０は、単純な電力ケーブルから電力を受け取ってもよい。また他の代替の実施形態において、送電デバイス１１０は他のタイプの外部インターフェースから電力を受け取ってもよく、かつ／または送電デバイス１１０はそれ自体の内蔵電源（たとえば、電池、発電機など）を含んでもよい。

【0012】

受電デバイス１３０は、さまざまなタイプのポータブル電子デバイスのいずれであってもよい。受電デバイス１３０は「イヤホン」として示されているが、たとえば、他の受電デバイスは、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（マウス）、時計、キーフォブ、ポータブル消費者デバイス、携帯電話、タブレットコンピュータ、および実質的に任意の他のポータブル電子デバイスを含んでもよい。開示されている実施形態のさまざまな特性は、実施形態の適用を、比較的低い電力要件（たとえば、５０〜１００ミリワット（ｍＷ）以下）を有するデバイスを含む、比較的小さいポータブル電子デバイスに特に良好に適したものにする。しかしながら、さまざまな実施形態の適用は、そのような比較的小さいポータブル電子デバイスには限定されず、かつ／またはさまざまな実施形態は、低電力要件を有するデバイス（たとえば、０Ｗ〜５Ｗ未満を必要とするデバイス）、またはより高い電力要件を有するデバイス（たとえば、５Ｗを超える電力を必要とするデバイス）において実装されてもよい。

【0013】

下記により詳細に説明するように、電力は、送電デバイス１１０からデバイス１１０、１３０内のコイルの間の磁気誘導結合を通じて受電デバイス１３０に伝送される。より具体的には、送電デバイス１１０は、１つ以上の一次または「伝送」コイル（たとえば、図２の伝送コイル２１２）を含み、当該コイルを通じて、送電デバイス１１０は、時間変動駆動信号（たとえば、正弦波、方形波、または別の波形パターンの形態の交流電流）を送信する。一次コイル（複数の場合もあり）は、駆動信号を一次コイル（複数の場合もあり）の周囲の時間変動（たとえば、振動）磁場または磁束に変換し、当該磁場または磁束を、本明細書では「電力信号」と称する。受電デバイス１３０は、二次または「受信」コイル（たとえば、図２の受信コイル２３２）を含み、一次コイルおよび二次コイルが互いに対して物理的に十分に接近すると、電力信号が二次コイルに作用する。

【0014】

電力信号が受信コイルに作用するのに応答して、受信コイルは入力交流波形または電圧を生成する。受電デバイス１３０内のさらなる回路が、入力電圧を整流し、電池を充電するか、または他の様態で受電デバイス１３０に給電するのに使用されることができる出力電圧を生成する。一実施形態に応じて、受電デバイス１３０は、整流された入力電圧が閾値を超えると、負荷回路（たとえば、図２の負荷回路２６０）を所定の変調レートで受信コイルに結合してもよく、または結合しなくてもよい。負荷回路が受信コイルに結合されると、受電デバイス１３０は第１の負荷インピーダンスを送電デバイス１１０に提示する。負荷回路が受信コイルから結合解除されると（すなわち、負荷回路が受信コイルに結合されていないとき）、受電デバイス１３０は、異なる第２の負荷インピーダンスを送電デバイス１１０に提示する。

【0015】

送電デバイス１１０は、一実施形態において、所定の変調レートにおける負荷インピーダンスの変調を検出するように構成されている。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と送電デバイス１１０が判定すると、送電デバイス１１０は、伝送コイルに印加されている時間変動駆動信号の特性を調整する。これは翻って、結果として、送電デバイス１１０から発せられる時間変動磁場の強度、従って、受電デバイス１３０における調整入力電圧の振幅を調整することになる。このようにして、受電デバイス１３０は、送電デバイス１１０によって提供される電力のレベルを制御することができる。

【0016】

図２は、一例の実施形態に応じた、ワイヤレス充電システム２００の簡略概略図を示す。ワイヤレス充電システム２００は、送電デバイス２１０（たとえば、図１の送電デバイス１１０）と、受電デバイス２３０（たとえば、図１の受電デバイス１３０）とを含む。図１に関連して説明されたシステムと同様に、また下記により詳細に説明するように、電力は、送電デバイス２１０から、デバイス２１０、２３０内のコイル２１２、２３２の間の磁気誘導結合を通じて受電デバイス２３０に伝送される。

【0017】

送電デバイス２１０は、一実施形態において、１つ以上の伝送コイル２１２と、１つ以上の駆動信号回路２１６と、１つ以上の変調検出器回路２１８とを含む。さらなる実施形態に応じて、送電デバイス２１０は、１つ以上の電流センサ２２０と、１つ以上の調整キャパシタ２２２とをも含む。送電デバイス２１０はまた、さらなる回路（たとえば、プロセッサ（複数の場合もあり）、データストレージ、通信インターフェースなど）をも含んでもよい。しかしながら、さまざまな実施形態の説明が分かりにくくなるのを避けるために、そのようなさらなる回路は図２には示されていない。加えて、１つのみの伝送コイル２１２、駆動信号回路２１４、および変調検出器回路２１６が図２に示されているが、代替の実施形態は、さらなる駆動信号回路２１６および変調検出器回路２１８とともに、１つ以上のインターフェース面（たとえば、インターフェース面２１４）に対して空間的に分散している複数の伝送コイル２１２を含んでもよい。そのような実施形態は、本発明の主題の範囲内に含まれるように意図されている。しかしながら、説明を容易にするために、単一の伝送コイル２１２、駆動信号回路２１６、および変調検出器回路２１８を有するシステムを説明する。

【0018】

一実施形態に応じて、受電デバイス２３０は、受信コイル２３２と、整流器２３４と、負荷回路２６０と、変調回路２４８とを含む。加えて、受電デバイス２３０は、電圧調整器２３６と、１つ以上の調整キャパシタ２４０と、１つ以上の蓄電キャパシタ２４２と、電池充電システム２４６と、温度センサ２７０とを含んでもよい。受電デバイス２３０はまた、さらなる回路（たとえば、プロセッサ（複数の場合もあり）、データストレージ、通信インターフェース、ユーザインターフェースなど）をも含んでもよい。しかしながら、さまざまな実施形態の説明が分かりにくくなるのを避けるために、そのようなさらなる回路は図２には示されていない。

【0019】

上記のように、システム２００がワイヤレス充電動作を実行している間、電力は、送電デバイス２１０から、デバイス２１０、２３０内のコイル２１２、２３２の間の磁気誘導結合を通じて受電デバイス２３０に伝送される。伝送コイル２１２は送電デバイス２１０のインターフェース面２１４（たとえば、図１のインターフェース面１１４）の内側に接近して位置づけられており、それによって、伝送コイル２１２の周囲の時間変動磁場（または電力信号）がインターフェース面２１４を超えて発し、別のデバイス（たとえば、受電デバイス２３０）内の受信コイル（たとえば、受信コイル２３２）に作用することができる。同様に、受信コイル２３２は、ワイヤレス充電動作が実行されるのを可能にするために十分な振幅の電力信号に当たる可能性を増大するために、インターフェース面２４４の内側に接近して位置づけられることができる。いくつかのタイプの受電デバイス２３０は十分に小さくてもよいが、受信コイル２３２がインターフェース面２４４の付近にあるというその位置づけは必須ではない。一実施形態に応じて、伝送コイル２１２および受信コイル２３２はそれぞれ調整キャパシタ２２２および２４０を使用して、コイル２１２、２３２の間で十分な共振を提供し、受電デバイス２３０によって受信される電力信号の振幅を増大するように調整されてもよい。

【0020】

ワイヤレス充電動作は、受電デバイス２３０が送電デバイス２１０の伝送コイル２１２に接近すると開始されてもよい。送電デバイス２１０において、駆動信号回路２１６が伝送コイル２１２に結合されており、駆動信号回路２１６は時間変動駆動信号を生成し、当該信号は伝送コイル２１２によって受信される。たとえば、駆動信号は正弦波、方形波、または別のタイプの振動波であってもよい。一実施形態に応じて、駆動信号は、短距離低電力通信向けに設計されている無線帯域内（たとえば、産業・科学・医療（ＩＳＭ）無線帯域内）の周波数を有する。たとえば、駆動信号は約５０キロヘルツ（ｋＨｚ）〜５００ｋＨｚのＩＳＭ帯域内の周波数（たとえば、１２５ｋＨｚ）を有してもよいが、駆動信号はまた、他の帯域内のより高いまたはより低い周波数を有してもよい。加えて、一実施形態に応じて、駆動信号のデューティサイクルは約５０パーセントであってもよいが、デューティサイクルはまた、より高くてもよいし、またはより低くてもよい。

【0021】

最初に、一実施形態において、駆動信号回路２１６が、結果として比較的高い電力レベル（たとえば、最大電力レベル）を有する電力信号になる駆動信号を生成し、それによって、ワイヤレス充電動作が開始すると、送電デバイス２１０は、受電デバイス２３０に最大電力を提供する。たとえば、送電デバイス２１０は最初に、約５００ミリワット（ｍＷ）〜約２．０Ｗの範囲内の最大電力（たとえば、約１．０Ｗ）を有する電力信号を送信してもよいが、最大送信電力信号はまた、より高いまたはより低い電力を有してもよい。システム２００の効率は電力伝送の観点からは１００パーセントに満たず、それゆえ、受電デバイス２３０は電力信号が減衰したものを受信する。たとえば、効率が５０パーセントであるシステムにおいて、送電デバイス２１０が１．０Ｗの電力信号を送信すると、受電デバイス２３０は約５００ｍＷを受け取ることになる。別の実施形態において、ワイヤレス充電動作の開始時に、最初に提供される駆動信号が、送電デバイス２１０に最大電力を提供させなくてもよい。

【0022】

いずれにせよ、伝送コイル２１２は、駆動信号回路２１６によって生成される駆動信号を、送電デバイス２３０のインターフェース面２１４を超えて発せられる交流磁場に変換する。交流磁場が受信コイル２３２に作用すると、受信コイル２３２は、受電デバイス２３０のノード２８０、２８４において相補的な入力交流波形を生成する。整流器２３４が受信コイル２３２の両端に（たとえば、ノード２８０、２８４にわたって）結合されており、入力交流波形を整流するように構成されている。より具体的には、整流器２３４は、ノード２８２に結合されている整流器２３４の出力において、整流入力波形（たとえば、パルスＤＣまたは整流ＡＣ波形）を送達するために入力交流波形を整流する。たとえば、整流器２３４は、半波または全波整流器（たとえば、ブリッジ整流器、または入力交流波形を整流するのに適した別のタイプの整流器）であってもよい。蓄電キャパシタ２４２は、整流入力波形を、重畳リップルが比較的少量であるＤＣ波形に変換する。ＤＣ波形は本明細書において「電力」と称される場合があり、その電力は、ノード２８２において、送電デバイス２１０によって送信される電力信号の強度に基づいて変動する整流された電圧（整流電圧）を有する。

【0023】

調整器２３６はノード２８２に結合されている。電池充電システム２４６にグランド入力を提供するために、電池充電システム２４６および整流器２３４のグランド出力も負入力ノード２８６に結合されている。

【0024】

調整器２３６は、調整出力電圧を負荷（この場合は電池充電システム２４６）に提供する。一実施形態に応じて、調整器２３６は線形調整器であり、これは図２に示すように、オペアンプおよびパストランジスタを含んでもよく、オペアンプの出力はパストランジスタのチャネルの導電性を制御する。オペアンプは、固定基準電圧２９０を受け取ることができ、当該電圧は「調整電圧」（たとえば、５．０Ｖ）に対応する。オペアンプは、ノード２８８における電圧を基準電圧２９０と同じ値に維持するようにパストランジスタの導電性を変調する。他の代替の実施形態においては、他のタイプの調整器が使用されてもよい。受電デバイス２３０が１つ以上のリチウムイオン電池に電力を送達するように構成されている実施形態のような、また他の代替の実施形態において、調整器２３６および電池充電システム２４６は、電池の温度および充電の状態に基づいて変動する調整出力電圧を生成するように構成されているリチウムイオン充電器システムに置き換わってもよい。

【0025】

一実施形態に応じて、また下記により詳細に説明するように、受電デバイス２３０は、（たとえば、ノード２８２における）整流電圧をモニタリングし、送電デバイス２１０にフィードバックを提供するように構成されており、当該フィードバックは、送電デバイス２１０が電力信号を増大または低減すべきかを示す。より具体的には、受電デバイス２３０によって（たとえば、送電デバイス２１０）に提示されるインピーダンスを変調することによってフィードバックが提供される。受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスの変調は、一実施形態に応じて、負荷回路２６０を受信コイル２３２に対して所定の変調レートで結合および結合解除することによって達成される。たとえば、所定の変調レートは、単一の所定のレート（たとえば、１．０キロヘルツ（ｋＨｚ）または何らかの他のレート）であってもよい。

【0026】

一実施形態に応じて、下記により詳細に説明するように、インピーダンス変調は「オン」または「オフ」のいずれかであってもよく、送電デバイス２１０は変調が「オン」であるか、または「オフ」であるかを検出してもよく、それに従って応答してもよい。インピーダンス変調が「オン」であるとき、負荷回路２６０は所定の変調レートで受信コイル２３２に結合、および当該コイルから結合解除され、インピーダンス変調が「オフ」であるとき、負荷回路２６０は所定の変調レートで受信コイル２３２に結合されず、当該コイルから結合解除されない。代わりに、たとえば、インピーダンス変調が「オフ」であるとき、負荷回路２６０は長期間にわたって受信コイル２３２から結合解除されたままであってもよく、それによって、受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスが所定の変調レートで変調されているようには見えない。代替的に、インピーダンス変調が「オフ」であるとき、負荷回路２６０は長期間にわたって受信コイル２３２に結合されたままであってもよく、それによって、受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスが所定の変調レートで変調されているようには見えない。言い換えれば、変調が「オフ」であるときに負荷回路２６０が受信コイル２３２に結合されているか、または受信コイル２３２に結合されていないかにかかわらず、変調が「オフ」であるとき、受電デバイス２３０は所定の変調レートで変調されているインピーダンスを提示しない。しかしながら、変調が「オン」であるとき、受電デバイス２３０は所定の変調レートで変調されているインピーダンスを提示する。

【0027】

上記で示したように、負荷回路２６０は、一実施形態において、受信コイル２３２に選択的に結合されるように構成されている。受電デバイス２３０は、負荷回路２６０が受信コイル２３２から結合解除されているときは第１の負荷インピーダンスを（たとえば、送電デバイス２１０に）提示し、受電デバイス２３０は、負荷回路２６０が受信コイル２３２に結合されているときは異なる第２の負荷インピーダンスを提示する。受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスに影響を与えるために、また一実施形態に応じて、負荷回路２６０は１つ以上のインピーダンス影響構成要素およびスイッチ２６４を含む。１つ以上のインピーダンス影響構成要素は、たとえば、１つ以上のキャパシタ２６２を含んでもよい。代替的に、インピーダンス影響構成要素は、１つ以上のキャパシタ、１つ以上のインダクタ、１つ以上の抵抗器、１つ以上のダイオードから選択される１つ以上の構成要素、および／または受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスに影響を与えるために使用されてもよい１つ以上の他の構成要素の任意の組合せを含んでもよい。

【0028】

スイッチ２６４は、インピーダンス影響構成要素（たとえば、キャパシタ２６２）を受信コイル２３２に対して選択的に結合および結合解除するのに使用される。一実施形態に応じて、スイッチ２６４の状態（すなわち、スイッチ２６４が「オン」すなわち「閉」であるか）は変調回路２４８によって制御され、変調回路２４８は、それが、負荷回路２６０が所定の変調レートで受信コイル２３２に結合、および当該コイルから結合解除されるようにするか（すなわち、インピーダンス変調が「オン」であるとき）、または、それが、負荷回路２６０を所定の変調レートで受信回路２３２に対して結合せず、結合解除しないようにするか（すなわち、インピーダンス変調が「オフ」であるとき）を判定する。

【0029】

一実施形態に応じて、変調回路２４８は、整流電圧を受け取るためにノード２８２に結合されている第１の入力と、第１の閾値電圧２９２を受け取るように結合されている第２の入力とを有する。たとえば、第１の閾値電圧２９２は、調整電圧と第１の閾値電圧２９２との間の所定量の「ヘッドルーム」（または差）だけ調整電圧よりも大きい電圧であってもよい。一実施形態に応じて、「ヘッドルーム」は、約１．０Ｖ〜約３．０Ｖの範囲内にある（たとえば、約２．０Ｖ）が、「ヘッドルーム」はまた、より大きくてもよいし、またはより小さくてもよい。別の実施形態に応じて、「ヘッドルーム」は、調整電圧の約５０パーセント〜約７５パーセントの範囲内にあるが、「ヘッドルーム」はまた、より大きくてもよいし、またはより小さくてもよい。特定の実施形態に応じて、調整電圧は約４．５Ｖ〜約５．５Ｖの範囲内にあってもよく、第１の閾値電圧２９２は約５．５Ｖ〜約１０Ｖの範囲内にあってもよいが、固定基準電圧２９０および／または調整電圧はまた、より高いまたはより低い範囲内にあってもよい。本発明の主題の概念を明瞭に説明するために、下記の記載は、システムが７．０Ｖの第１の閾値電圧２９２および５．０Ｖの調整電圧を実装する（たとえば、固定基準電圧２９０はおよそ５．０Ｖに等しい）と仮定する。そのような実施形態において、「ヘッドルーム」は２．０Ｖに等しい。第１の閾値電圧２９２および調整電圧は異なってもよい。

【0030】

いずれにせよ、一実施形態に応じて、ノード２８２における整流電圧および第１の閾値電圧２９２が第１の不等関係を有すると変調回路２４８が判定すると、変調回路２４８は、負荷回路２６０が、所定の変調レートで受信コイル２３２に結合、および当該コイルから結合解除されるようにする（すなわち、インピーダンス変調が「オン」である）。そうでなく、ノード２８２における整流電圧および第１の閾値電圧２９２が異なる第２の不等関係を有すると変調回路２４８が判定すると、変調回路２４８は、負荷回路２６０が、所定の変調レートで受信コイル２３２に結合されず、当該コイルから結合解除されないようにしてもよい（すなわち、インピーダンス変調が「オフ」である）。たとえば、ノード２８２における整流電圧が、７．０Ｖである第１の閾値電圧２９２を超えると変調回路２４８が判定すると、変調回路２４８が、負荷回路２６０を所定の変調レートで受信コイル２３２に結合、および当該コイルから結合解除されるようにする結果として、インピーダンス変調が「オン」である。逆に、ノード２８２における整流電圧が、７．０Ｖである第１の閾値電圧２９２を超えないと変調回路２４８が判定すると、変調回路２４８が、負荷回路２６０を所定の変調レートで受信コイル２３２に結合されず、当該コイルから結合解除されないようにする結果として、インピーダンス変調が「オフ」である。

【0031】

上述の実施形態において、「第１の不等関係」とは、ノード２８２における整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも大きいことであり、「第２の不等関係」とは、ノード２８２における整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも小さいことである。言い換えれば、一実施形態に応じて、ノード２８２における整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも大きいときにインピーダンス変調は「オン」であり、ノード２８２における整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも小さいときにインピーダンス変調は「オフ」である。

【0032】

加えて、上述の実施形態において、インピーダンス変調の状態に関するヒステリシスはシステム２００には実装されていない。言い換えれば、整流電圧が、変調回路２４８がインピーダンス変調を「オフ」に切り替えるものと同じ閾値電圧であるときに、変調回路２４８はインピーダンス変調を「オン」に切り替える（たとえば、変調回路２４８は、整流電圧の、単一の第１の閾値電圧２９２に対する関係に基づいてインピーダンス変調を「オン」または「オフ」に切り替える。代替の実施形態において、システム２００はヒステリシスを実装してもよい。そのような実施形態において、変調回路２４８は整流電圧が第１の閾値電圧を上回って上昇した時点においてインピーダンス変調を「オン」に切り替え、変調回路２４８は整流電圧が異なる第２の閾値電圧を下回って下降した時点においてインピーダンス変調を「オフ」に切り替え、ここで第２の閾値電圧は第１の閾値電圧よりも小さい。ヒステリシスを実装しないシステムは等しい第１の閾値電圧および第２の閾値電圧を有するとみなされてもよい。

【0033】

一実施形態において、変調回路２４８は、比較器２５２と変調器２５０とを含む。比較器２５２は、それぞれノード２８２および第１の閾値電圧２９２に結合されている第１の入力および第２の入力と、変調器２５０に結合されている出力とを含む。比較器２５２は、ノード２８２における整流電圧を第１の閾値電圧２９２と比較し、比較器出力において変調イネーブル信号を生成するように構成されており、当該信号は、整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも大きいかまたは小さいかを反映する値を有する。一実施形態において、変調イネーブル信号は、整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも大きいときは第１のレベル（たとえば、相対的に高いレベル）を有し、整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも小さいときは第２のレベル（たとえば、相対的に低いレベル）を有する。

【0034】

変調器２５０は、比較器２５２に結合されている入力と、負荷回路２６０に（またはより具体的にはトランジスタ２６４の制御ゲートに）結合されている出力とを有する。変調器２５０は変調器入力において比較器２５２からの変調イネーブル信号を受信し、変調イネーブル信号のレベルに基づいて変調器出力において変調信号を生成する。変調イネーブル信号が第１のレベルを有するとき（たとえば、整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも大きいとき）、変調器２５０は、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を振動する変調信号を生成する。逆に、変調イネーブル信号が第２のレベルを有するとき（たとえば、整流電圧が第１の閾値電圧２９２よりも小さいとき）、変調器２５０は、振動変調信号を生成しないようにする。

【0035】

負荷回路２６０は、トランジスタ２６４のチャネルが導電性であるか、または非導電性であるかに基づいて受信コイル２３２に結合されるか、または結合されず、トランジスタ２６４の状態は振動変調信号のレベルに基づいて判定される。たとえば、変調器２５０からの振動変調信号が相対的に高いレベルを有するとき、トランジスタ２６４のチャネルは導電状態にあってもよく、負荷回路２６０（または、一実施形態においてはより具体的にキャパシタ２６２）は受信コイル２３２に結合される。そのような状態において、受電デバイス２３０は第１の負荷インピーダンスを送電デバイス２１０に提示する。逆に、変調器２５０からの振動変調信号が相対的に低いレベルを有するとき、トランジスタ２６４のチャネルは非導電状態にあってもよく、負荷回路２６０（または、一実施形態においてはより具体的にキャパシタ２６２）は受信コイル２３２に結合されない。そのような状態において、受電デバイス２３０は第２の負荷インピーダンスを送電デバイス２１０に提示する。従って、上述のように、受電デバイス２３０によって送電デバイス２１０に提示される負荷インピーダンスは、整流電圧（たとえば、ノード２８２における）が第１の閾値電圧（たとえば、電圧２９２）を超えるときは所定の変調レートで振動するように制御されてもよい。逆に、受電デバイス２３０は、整流電圧が第１の閾値電圧を超えないときは当該受電デバイス２３０によって提示される負荷インピーダンスが、所定の変調レートで振動しないようしてもよい。

【0036】

さらなる実施形態に応じて、受電デバイス２３０はまた、受電デバイス２３０の一部分の温度が温度閾値を超えるときに（たとえば、振動負荷インピーダンスの形態の）フィードバックを送電デバイス２１０に提供するように構成されてもよい。より具体的には、一実施形態において、受電デバイス２３０は、変調回路２４８に結合されている１つ以上の温度センサ２７０を含んでもよい。温度センサ２７０は、一実施形態において、受電デバイス２３０内の温度を検出し、温度が温度閾値を超えると変調回路２４８に制御信号を提供するように構成されている。温度超過信号に応答して、変調回路２４８はその出力において変調信号を生成してもよく、当該変調信号は第２の変調レート（たとえば、上述の所定の変調レートと同じであってもよく、または異なってもよい所定のレート）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。従って、受電デバイス２３０はまた、受電デバイス２３０が温度超過状態を経験しているときにも変調負荷インピーダンスを提示してもよい。

【0037】

再び送電デバイス２１０を参照して、前記のように、送電デバイス２１０は、受電デバイス２３０によって提示される負荷インピーダンスの、所定の変調レートにおける変調を検出するように構成されている。言い換えれば、送電デバイス２１０は、所定の変調レートにおける負荷インピーダンスの変調が受電デバイス２３０における「オン」であるか、または「オフ」であるかを検出してもよい。加えて、受電デバイス２３０が温度超過状態を経験しているときにも変調インピーダンスを提示する実施形態において、送電デバイス２１０はまた、温度超過状態に関連付けられている第２の変調レートにおける負荷インピーダンスの変調も検出するように構成されている。

【0038】

一実施形態において、送電デバイス２１０は、受電デバイス２３０によって提示されるインピーダンスの変調を、伝送コイル２１２を通る変調電流またはその両端の変調電圧として検知する（本明細書においては「負荷電流」として称される）。たとえば、一実施形態に応じて、電流センサ２２０は、伝送コイル２１２を通る負荷電流を検知し、検知された負荷電流を示す信号を変調検出器回路２１８に提供してもよい。一実施形態に応じて、電流センサ２２０は、調整キャパシタ２２２と伝送コイル２１２との間の電流を検知するように位置づけられてもよい。他の実施形態において、電流センサは、伝送コイル２１２を通る電流を検知するために他の場所に（たとえば、破線の電流センサ２２０’によって示すような伝送コイル２１２とグランド基準との間に）挿入されてもよく、かつ／または別のタイプのセンサが伝送コイル２１２を通る電流またはその両端の電圧を検出するのに使用されてもよい。

【0039】

変調検出器回路２１８は伝送コイル（たとえば、電流センサ２２０を介して）および駆動信号回路２１６（たとえば、接続２２４を介して）に結合されている。変調検出器回路２１８は、負荷インピーダンスの変調を検出するように構成されており、当該負荷インピーダンスは、たとえば、電流センサ２２０によって検知される負荷電流によって示されてもよい。加えて、変調検出器回路２１８は、負荷インピーダンス（または負荷電流）が所定の変調レートで変調されているか否かを判定するように構成されている。負荷インピーダンスまたは負荷電流が所定の変調レートで変調されていると変調検出器回路２１８が判定すると、変調検出器回路２１８は、接続２２４を介して駆動信号回路２１６に信号を通信する。この信号は、駆動信号回路２１６に、当該回路が伝送コイル２１２に提供する時間変動駆動信号の特性を調整させる。より具体的には、駆動信号の特性を調整する結果として、伝送コイル２１２から（および、送電デバイス２１０から）発せられる磁場の強度が調整される。言い換えれば、変調検出器回路２１８が所定の変調レートにある変調負荷インピーダンスまたは負荷電流を検出すると、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に、結果として異なる強度の電力信号をもたらす駆動信号を生成させる。従って、受電デバイス２３０によって提示される負荷インピーダンスを変調することによって、受電デバイス２３０は、送電デバイス２１０によって提供される電力のレベルを制御することができる。

【0040】

上述の実施形態において、変調検出器回路２１８は、伝送コイル２１２を通る負荷電流の変調を検出することによって負荷インピーダンスの変調を検出するように構成されている。他の実施形態において、変調検出器回路２１８は、時間変動駆動信号に対する負荷電流の相対位相シフトの変調、時間変動駆動信号の共鳴振幅の変調、または何らかの他の測定可能な電気信号の変調のような、他のタイプの変調を検出することによって負荷インピーダンスの変調を検出するように構成されてもよい。

【0041】

一実施形態に応じて、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と変調検出器回路２１８が判定すると、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に、送電デバイス２１０から発せられる磁場の強度を（たとえば、電力信号を低減するために）低減させるように、時間変動駆動信号の特性を調整させる。変調検出器回路２１８は、一実施形態に応じて、駆動信号回路２１６に、時間について漸減的に電力信号を低減させる。たとえば、一実施形態に応じて、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ことを変調検出器回路２１８が検出する限り、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に、第１の期間を有する一連の連続した期間の各々が満了するときに、第１の増分だけ電力信号を調整させてもよい。一実施形態に応じて、駆動信号回路２１６は、磁場の強度を最小値まで漸減的に低減し続けてもよい。たとえば、一連の連続した１０ミリ秒（ｍｓ）の期間の各々が満了するときに、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に電力信号を生成させてもよく、電力信号は、当該電力信号の最大強度の１０パーセントである最小値まで、その電流強度から１０パーセントだけ低減される。他の実施形態において、第１の時間増分は１０ｍｓよりも大きくても小さくてもよく、電力信号の強度のパーセンテージ調整は１０パーセントよりも大きくても小さくてもよく、かつ／または最小値は電力信号の最大強度の１０パーセントよりも大きくても小さくてもよい。

【0042】

さらなる実施形態に応じて、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ないと変調検出器回路２１８が判定すると、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に、送電デバイス２１０から発せられる磁場の強度を（たとえば、電力信号を増大するために）増大させるように、時間変動駆動信号の特性を調整させる。変調検出器回路２１８は、一実施形態に応じて、駆動信号回路２１６に、時間について漸減的に電力信号を増大させる。たとえば、一実施形態に応じて、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ないことを変調検出器回路２１８が検出する限り、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に、第２の期間を有する一連の連続した期間の各々が満了するときに、第２の増分だけ電力信号を調整させてもよい。第２の増分は第１の増分と同じであっても異なっていてもよく、かつ／または第２の期間は第１の期間と同じであっても異なっていてもよい。

【0043】

一実施形態に応じて、駆動信号回路２１６は、磁場の強度を最大値まで増分的に増大し続けてもよい。たとえば、一連の連続した１０ミリ秒（ｍｓ）の期間の各々が満了するときに、変調検出器回路２１８は、駆動信号回路２１６に電力信号を生成させてもよく、電力信号は、当該電力信号の最大強度まで、その電流強度から１０パーセントだけ増大される。他の実施形態において、第２の時間増分は１０ｍｓよりも大きくても小さくてもよく、電力信号の強度のパーセンテージ調整は１０パーセントよりも大きくても小さくてもよく、かつ／または最大値は電力信号の最大強度よりも小さくてもよい。

【0044】

送電デバイス２１０から発せられる磁場の強度（または電力信号）を調整するために、駆動信号回路２１６は、当該回路が伝送コイル２１２に提供する時間変動駆動信号のさまざまな特性を調整してもよい。たとえば、駆動信号回路２１６は、他の特性の中でも、時間変動駆動信号のデューティサイクル、駆動信号の周波数、および／または時間変動駆動信号の電圧レベルを調整してもよい。

【0045】

送電デバイスおよび受電デバイスのさまざまな実施形態のいくつかの理解を高めるために、ここでワイヤレス充電を（たとえば、図２のシステム２００において）実施する方法の実施形態を説明する。より詳細には、図３および図４は、一例の実施形態に応じた、それぞれ送電デバイス（たとえば、図２の送電デバイス２１０）および受電デバイス（たとえば、図２の送電デバイス２３０）がワイヤレス充電工程に関与する方法のフローチャートである。簡潔にするために、方法の実施形態は、下記に詳細には説明されておらず、上記で説明した方法を指向した詳細の多くが下記に説明する方法の実施形態に適用されてもよい。

【0046】

図３は、ワイヤレス充電を実行するための方法の実施形態を、送電デバイス（たとえば、図１、図２の送電デバイス１１０、２１０）の観点から示している。方法は、ブロック３０２において、伝送コイル（たとえば、図２の伝送コイル２１２）に駆動信号を（たとえば、図２の駆動信号回路２１６によって）提供することによって開始し、伝送コイルはそれに応答して、送電デバイスから（たとえば、図２のインターフェース面２１４から）発せられる、対応する時間変動磁場を生成する。最初に、負荷が検出される前に、送電デバイスは、最大強度の磁場がデバイスから発せられるようにする駆動信号を生成してもよい。このように、受電デバイスが最初に送電デバイスに接近するときに、送電デバイスは受電デバイスに最大電力を伝送してもよい。

【0047】

ブロック３０４において、送電デバイスは、送電デバイスに十分に接近している受電デバイス（たとえば、図２の受電デバイス２３０）によって提示される負荷インピーダンス（ある場合）の安定性を検知する。より詳細には、ブロック３０４において、送電デバイスは、負荷インピーダンスが変調されているか否かを（たとえば、図２の変調検出器回路２１８によって）判定する。そうである場合、送電デバイスは、一実施形態において、ブロック３０６において負荷インピーダンスが第１の所定の変調レートで変調されているか否かを判定してもよく、当該変調レートは、受電デバイスが送電デバイスに電力信号の強度を低減するよう求めていることを示す。さらなる実施形態に応じて、送電デバイスはまた、負荷インピーダンスが第２の所定の変調レート（たとえば、受電デバイスが温度超過状態を経験していることを示す）で変調されているか否かも判定してもよい。

【0048】

一実施形態に応じて、整流電圧（たとえば、図２のノード２８２における）が第１の閾値電圧（たとえば、図２の第１の閾値電圧２９２）よりも小さいとき、受電デバイスは、当該受電デバイスが提示する負荷インピーダンスに第１の所定の変調レートで変調させない。負荷インピーダンスを第１の所定の変調レートで変調されないようにすることによって、受電デバイスは基本的に、送電デバイスにより多くの電力を提供するように要求を通信する。従って、負荷インピーダンスが変調されていない（ブロック３０４）、または変調されている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ない（ブロック３０６）、のいずれかを受電デバイスが判定すると、送電デバイスは、当該送電デバイスが伝送コイル（たとえば、図２の伝送コイル２１２）に提供する駆動信号の１つ以上の特性を調整することによって、磁場強度（または電力信号のレベル）を増大する。たとえば、一実施形態に応じて、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ない限り、送電デバイスは、第１の期間を有する一連の連続した期間の各々が満了するときに、最大レベルまで、第１の増分だけ磁場強度を増大してもよい。

【0049】

逆に、整流電圧（たとえば、図２のノード２８２における）が第１の閾値電圧（たとえば、図２の第１の閾値電圧２９２）よりも大きいとき、受電デバイスは、当該受電デバイスが提示するインピーダンスに所定の変調レートで変調させる。当該受電デバイスが提示する負荷インピーダンスを第１の所定の変調レートで変調させることによって、受電デバイスは基本的に、送電デバイスにより少ない電力を提供するように要求を通信する。従って、負荷インピーダンスが変調されており（ブロック３０４）、かつ負荷インピーダンスが第１の所定の変調レートで変調されている（ブロック３０６）、の両方を受電デバイスが判定すると、送電デバイスは、当該送電デバイスが伝送コイル（たとえば、図２の伝送コイル２１２）に提供する駆動信号の１つ以上の特性を調整することによって、磁場強度（または電力信号のレベル）を低減する。たとえば、一実施形態に応じて、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限り、送電デバイスは、第２の期間を有する一連の連続した期間の各々が満了するときに、最小レベルまで、第２の増分だけ磁場強度を低減してもよい。負荷インピーダンスが、受電デバイスにおける温度超過状態を示す第２の所定の変調レートで変調されていると送電デバイスが判定する場合、送電デバイスは、異なる割合で（たとえば、より迅速に）磁場強度を低減してもよい。いずれにせよ、方法は、引き続き伝送コイルに駆動信号を提供し（ブロック３０２）、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し（ブロック３０４、３０６）、判定に基づいて電力信号を増大または低減する（ブロック３０８、３１０）ことによって継続してもよい。

【0050】

図４は、ワイヤレス充電を実行するための方法の実施形態を、受電デバイス（たとえば、図１、図２の受電デバイス１３０、２３０）の観点から示している。方法は、ブロック４０２において、受信コイル（たとえば、図２の受信コイル２３２）に作用している交流磁場から入力交流波形を生成することによって開始してもよく、磁場は受電デバイスの外部の発生源から（たとえば、図１、図２の送電デバイス１１０、２１０から）発せられる。ブロック４０４において、受電デバイスは、（たとえば、図２の整流器２３４および蓄電キャパシタ２４２によって）入力波形を整流して、整流電圧を有する整流波形を生成する。その後、受電デバイスは（たとえば、図２の比較器２５２によって）整流電圧を第１の閾値電圧（たとえば、図２の第１の閾値電圧２９２）と比較する。

【0051】

ブロック４０６において、整流電圧が第１の閾値電圧よりも大きいかについて判定が行われる。そうである場合、ブロック４０８において、（たとえば、図２の変調器２５０によって）変調信号が生成され、当該変調信号は、負荷回路（たとえば、図２の負荷回路２６０）が、第１の所定の変調レートで受信コイルに結合、および当該コイルから結合解除されるようにする。受電デバイスが提示する負荷インピーダンスを変調することによって、受電デバイスは、送電デバイスに電力信号を低減するようにメッセージを通信することができる。

【0052】

整流電圧が第１の閾値電圧よりも大きくないとき、ブロック４１０において、（たとえば、図２の温度センサ２７０によって）受電デバイス内の温度が温度閾値を超えるかについてさらに判定が行われてもよい。そうである場合、ブロック４０８において、（たとえば、図２の変調器２５０によって）変調信号が生成され、当該変調信号は、負荷回路（たとえば、図２の負荷回路２６０）が、第２の所定の変調レートで受信コイルに結合、および当該コイルから結合解除されるようにし、当該第２の変調レートは第１の所定の変調レートと等しくてもよいし、等しくなくてもよい。

【0053】

受電デバイスはまた、ブロック４１２において、整流電圧が第２の閾値電圧よりも小さいかも判定してもよく、第２の閾値電圧は（ヒステリシスを実装しないシステムにおいては）第１の閾値電圧に等しくてもよく、または、第２の閾値電圧は、（ヒステリシスを実装するシステムにおいては）第１の閾値電圧と異なっても（たとえば、より低くても）よい。整流電圧が第２の閾値電圧よりも小さいとき、ブロック４１４において、受電デバイスは、変調信号を生成しないか、または、負荷回路が所定の変調レートで受信コイルに結合されず、当該コイルから結合解除されないようにする。受電デバイスが提示する負荷インピーダンスを変調されないようにすることによって、受電デバイスは、送電デバイスに電力信号を増大するようにメッセージを通信することができる。その後、本方法は図示されるように反復する。

【0054】

図３および図４に示すさまざまな方法ステップは、示されている順序例以外の順序で提供されてもよく、かつ／または方法は、より多い、より少ない、または異なるステップを含んでもよい。加えて、いくつかのステップをまとめて単一のステップにしてもよく、他の単一のステップが展開されて複数のステップになってもよい。加えて、方法ステップのいくつかは連続的ではなく並列に実行されてもよい。当業者であれば、示されているフローチャートを同じ結果を生むように変更する方法を理解するであろう。従って、そのような変更は本発明の主題の範囲内に含まれるものとして意図されている。

【0055】

受電デバイスは、一実施形態では、受信コイルと、整流器と、負荷回路と、変調回路とを備える。受信コイルは、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おり、該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。整流器は受信コイルに結合されており、整流された電圧（整流電圧）を有する電力を当該整流器の出力に送達するために、入力交流波形を整流するように構成されている。負荷回路は、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。受電デバイスは、負荷回路が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、負荷回路が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。変調回路は整流器の出力に結合されており、整流電圧および第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負荷回路の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。

【0056】

送電デバイスは、一実施形態では、駆動信号回路と、伝送コイルと、変調検出器回路とを備える。駆動信号回路は、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。伝送コイルは駆動信号回路に結合されており、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。該交流磁場は送電デバイスから発せられる。変調検出器回路は伝送コイルおよび駆動信号回路に結合されている。変調検出器回路は、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、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し、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とき、時間変動駆動信号の特性を駆動信号回路に調整させることによって、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。

【0057】

受電デバイスによって実行されるワイヤレス充電方法は、一実施形態では、受信コイルによって、受信される交流磁場（受信交流磁場）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（整流電圧）を有する電力を送達するために、入力交流波形を整流するステップと、整流電圧を第１の閾値電圧と比較するステップとを備える。該方法は、整流電圧および第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負荷回路の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をさらに備える。受電デバイスは、負荷回路が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、負荷回路が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。

【0058】

別の実施形態では、送電デバイスによって実行されるワイヤレス充電方法は、時間によって変動する駆動信号（時間変動駆動信号）を伝送コイルに提供するステップと、伝送コイルによって、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、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、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、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とき、時間変動駆動信号の特性を調整することによって、送電デバイスから発せられる磁場の強度を調整するステップと、を備える。

【0059】

本発明の主題の原理が特定のシステム、装置、および方法に関連して上記で説明されてきたが、この説明は例示のみを目的として為されており、本発明の主題に対する限定としてではないことは明瞭に理解されたい。本明細書において述べられ図面内に示されたさまざまな機能または処理ブロックは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの任意の組合せにおいて実装されてもよい。さらに、本明細書において採用されている表現または専門用語は説明を目的としており、限定ではない。

【0060】

特定の実施形態の上記の記載は、他者が、現在の知識を適用することによって、一般的な概念から逸脱することなくさまざまな用途のためにそれを容易に改変および／または適合することができるだけ十分に本発明の主題の一般的性質を公開している。従って、このような適合および改変は開示されている実施形態の均等物の意図および範囲内にある。本発明の主題は、すべてのこのような代替形態、改変形態、均等物、および変形形態を、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲内に入るものとして包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】