知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ イーサーダイン テクノロジーズ インコーポレイテッドの特許一覧
特許7463304電気的負荷に定電圧または定電流を提供するワイヤレス電力受信回路、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】
(24)【登録日】2024-03-29
(45)【発行日】2024-04-08
(54)【発明の名称】電気的負荷に定電圧または定電流を提供するワイヤレス電力受信回路、および、方法
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20240401BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 301D
H02J50/12
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2020572475
(86)(22)【出願日】2019-06-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-05
(86)【国際出願番号】 US2019039387
(87)【国際公開番号】W WO2020006165
(87)【国際公開日】2020-01-02
【審査請求日】2022-06-15
(31)【優先権主張番号】16/023,925
(32)【優先日】2018-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】1812900.7
(32)【優先日】2018-08-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】519129595
【氏名又は名称】イーサーダイン テクノロジーズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＴＨＥＲＤＹＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＩＮＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100076428
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 康徳
(74)【代理人】
【識別番号】100115071
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 康弘
(74)【代理人】
【識別番号】100112508
【弁理士】
【氏名又は名称】高柳 司郎
(74)【代理人】
【識別番号】100116894
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 秀二
(74)【代理人】
【識別番号】100130409
【弁理士】
【氏名又は名称】下山 治
(74)【代理人】
【識別番号】100134175
【弁理士】
【氏名又は名称】永川 行光
(72)【発明者】
【氏名】モファット， ロバート エー．
(72)【発明者】
【氏名】イェン， ジェフリー ジェイ．
【審査官】後澤 瑞征
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０３７７５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００９９５９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２１２０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２０２０３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５３４７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０１０４４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１７８７１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００
Ｈ０２Ｊ ５０／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤレス電力伝送システムに使用するためのワイヤレス電力受信回路であって、前記ワイヤレス電力受信回路は、前記ワイヤレス電力受信回路が、アクティブ状態にあり、ラジオ周波数（ＲＦ）出力信号を出力する場合に、前記ワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス電力送信機によって生成された周囲磁界の周波数で共振するように構成された共振回路であって、前記共振回路が第１状態から第２状態、および、その逆に切り替わる原因になる制御信号によって制御可能な電気制御可能スイッチを含む、共振回路と、
交流（ＡＣ）－直流（ＤＣ）整流回路であって、前記共振回路から出力される前記ＲＦ出力信号が前記ＡＣ－ＤＣ整流回路に入力され、前記ＡＣ－ＤＣ整流回路は、前記ＲＦ出力信号をＤＣ電力信号に変換し、前記ＤＣ電力信号を出力する、ＡＣ－ＤＣ整流回路と、
ＤＣ負荷およびエネルギ貯蔵デバイスを有するＤＣ負荷回路であって、前記アクティブ状態の間、前記ＡＣ－ＤＣ整流回路によって出力される前記ＤＣ電力信号は、前記エネルギ貯蔵デバイスを充電し、前記ＤＣ負荷によって使用されるのに応じた実質的に一定のＤＣ電流または電圧を前記ＤＣ負荷へ伝送させる原因になる、ＤＣ負荷回路と、
前記ＤＣ負荷回路から出力される出力信号を受け取り、受け取った前記出力信号を予め選択された基準電圧信号と比較し、前記制御信号を生成する比較回路であって、前記制御信号は、前記電気制御可能スイッチの状態を制御するために前記共振回路にフィードバックされる、比較回路と、
前記共振回路に一列になって接続されたヒューズまたはスイッチであって、前記ワイヤレス電力受信回路がオフ状態である場合、前記共振回路の共振応答がシャットダウンされ、前記ワイヤレス電力受信回路がオフ状態である場合、前記ワイヤレス電力受信回路によって電力の最小限の量が受け取られる、ヒューズまたはスイッチと、
を含むことを特徴とするワイヤレス電力受信回路。
【請求項2】
前記第１および第２状態は、前記電気制御可能スイッチのそれぞれ閉および開状態であり、前記閉状態から前記開状態への、および、その逆のスイッチングは、前記ワイヤレス電力受信回路のアイドル状態から前記アクティブ状態への、および、その逆の切り替わりの原因になり、前記ワイヤレス電力受信回路が前記アイドル状態である場合、前記共振回路の共振応答はシャットダウンされ、前記ワイヤレス電力受信回路が前記アイドル状態である場合、前記ワイヤレス電力受信回路によって電力の最小限の量が受け取られることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項3】
前記ＤＣ負荷回路から出力される前記出力信号が、前記予め選択された基準電圧信号よりも所定の量を下回る値に低下した場合、前記比較回路によって生成される前記制御信号は、前記電気制御可能スイッチが前記閉状態から前記開状態に切り替わる原因になる低い値を有し、これによって、前記ワイヤレス電力受信回路をアクティブ状態に置くことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項4】
前記比較回路は、前記比較回路が前記制御信号を出力する前に、前記ＤＣ負荷回路から出力される前記出力信号が低下し、前記予め選択された基準電圧信号を下回る前記所定の量を決定する予め選択された量のヒステリシスを示すことを特徴とする請求項３に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項5】
前記予め選択された量のヒステリシスは、前記ワイヤレス電力受信回路の前記アイドル状態から前記アクティブ状態へのスイッチングを遅延させるために予め選択され、前記遅延は、前記ワイヤレス電力受信回路の前記スイッチングが、前記周囲磁界の前記周波数よりも低い周波数であることを確保することを特徴とする請求項４に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項6】
前記エネルギ貯蔵デバイスが完全に充電された場合、前記ワイヤレス電力受信回路は前記アクティブ状態からアイドル状態に切り替わり、前記ワイヤレス電力受信回路が前記アイドル状態にある場合、前記共振回路はシャットダウンされ、前記周囲磁界に対して共振応答を有さず、前記エネルギ貯蔵デバイスの電荷が所定のレベルを下回り低下した場合、前記ワイヤレス電力受信回路は前記アイドル状態から前記アクティブ状態に切り替わり、前記ワイヤレス電力受信回路が前記アクティブ状態にある場合、前記共振回路は前記周囲磁界に対して共振応答を有することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項7】
前記共振回路が、互いに直列に接続された少なくとも第１キャパシタおよび第１インダクタを含むことを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項8】
前記電気制御可能スイッチが、前記第１キャパシタと並列に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項9】
前記共振回路は、互いに直列に接続された少なくとも第１キャパシタおよび第１インダクタと、前記電気制御可能スイッチに並列に接続された第２キャパシタと、を含むことを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項10】
前記ＡＣ－ＤＣ整流回路は、第１整流ダイオードを含み、前記共振回路は、互いに直列に接続された少なくとも第１キャパシタおよび第１インダクタと、前記電気制御可能スイッチに並列に接続された第２キャパシタと、を含み、前記ワイヤレス電力受信回路が、前記第２キャパシタおよび前記電気制御可能スイッチに並列に接続された第２整流ダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項11】
前記ＤＣ負荷回路が、少なくとも１つの抵抗を含む抵抗ネットワークをさらに含み、前記抵抗ネットワークは、前記ＤＣ負荷回路の出力ノードと、前記ＤＣ負荷および前記エネルギ貯蔵デバイスのうち少なくとも１つと、に接続されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項12】
前記ＤＣ負荷回路が、前記ＤＣ負荷に並列に接続されたバッテリまたは電気化学セルをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項13】
前記ＤＣ負荷回路が、前記ＤＣ負荷に並列に接続されたキャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項14】
前記ＤＣ負荷回路が、前記バッテリまたは電気化学セルに直列に接続された抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項15】
前記ＤＣ負荷回路が、前記ＤＣ負荷に直列に接続されたローパス抵抗－キャパシタ（ＲＣ）フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項16】
前記ＤＣ負荷回路が、前記ＤＣ負荷に直列に接続されたローパスインダクタ－キャパシタ（ＲＣ）フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項17】
前記ＤＣ負荷回路が、前記抵抗ネットワークに接続された入力端子と、前記ＤＣ負荷に接続された出力端子と、を有するリニアレギュレータをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項18】
前記ＤＣ負荷回路が、前記ＤＣ負荷に並列に接続された少なくとも第１キャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項19】
前記電気制御可能スイッチに電気的に結合された制御回路をさらに含み、前記制御回路は、所定のイベントまたは条件が起きたことを検出し、前記所定のイベントまたは条件が起きたことを検出すると、前記電気制御可能スイッチが前記共振回路を前記第１状態に置くように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項20】
前記ヒューズまたはスイッチは、温度が所定の温度を超えた場合に前記ワイヤレス電力受信回路をパルス幅変調（ＰＷＭ）状態からオフ状態に切り換える原因になるように、前記共振回路に開回路を形成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項21】
前記ヒューズまたはスイッチは、ユーザ制御可能スイッチであり、前記ユーザ制御可能スイッチは、前記ユーザが前記ワイヤレス電力受信回路をパルス幅変調（ＰＷＭ）状態からオフ状態、および、その逆に切り替えることを可能にするために、前記ユーザがオンおよびオフすることができることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス電力受信回路。
【請求項22】
ワイヤレス電力伝送システムに使用するためのワイヤレス電力受信回路であって、前記ワイヤレス電力受信回路は、前記ワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス電力送信機によって生成された周囲磁界の周波数で共振し、ラジオ周波数（ＲＦ）出力信号を出力するように構成された共振回路であって、前記共振回路は、制御信号を受け取る制御信号入力端子と前記ＲＦ出力信号を出力するＲＦ電力出力端子とを有し、前記共振回路は、前記共振回路を第１状態から第２状態、および、その逆に切り替えるための制御信号によって制御可能な電気制御可能スイッチを含み、前記共振回路が前記第１状態にある場合、前記ワイヤレス電力受信回路は、前記共振回路の共振応答がシャットダウンされて前記ワイヤレス電力受信回路による電力の受け取りを防止するアイドリング状態にあり、前記共振回路が前記第２状態にある場合、前記ワイヤレス電力受信回路は、前記ワイヤレス電力受信回路によって電力が受け取られるアクティブ状態にある、共振回路と、
交流（ＡＣ）－直流（ＤＣ）整流回路であって、前記共振回路から出力される前記ＲＦ出力信号が前記ＡＣ－ＤＣ整流回路の入力端子を介して前記ＡＣ－ＤＣ整流回路に入力され、前記ＡＣ－ＤＣ整流回路は、前記ＲＦ出力信号をＤＣ電力信号に変換し、前記ＡＣ－ＤＣ整流回路の出力端子を介して前記ＤＣ電力信号を出力する、ＡＣ－ＤＣ整流回路と、
ＤＣ負荷回路であって、前記ＤＣ負荷回路は、ＤＣ負荷およびエネルギ貯蔵デバイスを有し、前記ＤＣ負荷回路は、前記ＤＣ負荷回路の入力端子に前記ＤＣ電力信号を入力し、前記ＤＣ負荷回路の出力端子を介して出力信号を出力する、ＤＣ負荷回路と、
第１および第２入力端子と出力端子とを有する比較回路であって、前記比較回路は、前記ＤＣ負荷回路の前記出力端子から出力される前記出力信号を受け取り、受け取った前記出力信号を予め選択された基準電圧信号と比較し、前記比較の結果に基づいて前記制御信号を生成し、前記比較回路は、前記比較回路の出力端子を介して前記制御信号を出力し、前記比較回路の前記出力端子は、前記共振回路の前記制御信号入力端子に電気的に結合されている、比較回路と、
前記共振回路に一列になって接続されたヒューズまたはスイッチと、
を含むことを特徴とするワイヤレス電力受信回路。
【請求項23】
ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレス電力を受け取る方法であって、前記ワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス電力受信回路の共振回路を用いて、アクティブ状態またはアイドル状態で動作することであって、前記アクティブ状態において、前記共振回路は、前記ワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス電力送信機によって生成される周囲磁界の周波数で共振し、ラジオ周波数（ＲＦ）出力信号を出力し、前記共振回路は、前記共振回路がアイドル状態である第１の状態から前記共振回路がアクティブ状態で動作する第２の状態、および、その逆に前記共振回路を切り換える原因になる制御信号によって制御可能な電気制御可能スイッチを含み、前記ワイヤレス電力受信回路は、前記共振回路に一列になって接続されたヒューズまたはスイッチであって、前記ワイヤレス電力受信回路がオフ状態である場合、前記共振回路の共振応答がシャットダウンされ、前記ワイヤレス電力受信回路がオフ状態である場合、前記ワイヤレス電力受信回路によって電力の最小限の量が受け取られる、ヒューズまたはスイッチを含む、ことと、
交流（ＡＣ）－直流（ＤＣ）整流回路を用いて、前記ＲＦ出力信号をＤＣ電力信号に変換し、前記ＤＣ電力信号を出力することと、
ＤＣ負荷およびエネルギ貯蔵デバイスを有するＤＣ負荷回路を用いて、前記共振回路がアクティブ状態にある場合、前記エネルギ貯蔵デバイスを充電し、前記ＤＣ負荷によって使用されるのに応じた実質的に一定のＤＣ電流または電圧を前記ＤＣ負荷へ伝送させる原因になることと、
比較回路を用いて、前記ＤＣ負荷回路から出力される出力信号を受け取り、受け取った前記出力信号を予め選択された基準電圧信号と比較し、前記制御信号を生成し、前記電気制御可能スイッチの状態を制御するために前記共振回路に前記制御信号をフィードバックすることと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年６月２９日に出願され、全体が参照によって本明細書に組み込まれる“電気的負荷に定電圧または定電流を供給するワイヤレス電力受信回路、および、方法”と題された米国非仮出願第１６／０２３，９２５号の優先権の利益を主張する。本出願は、また、２０１８年８月８日に出願され、全体が参照によって本明細書に組み込まれる“電気的負荷に定電圧または定電流を供給するワイヤレス電力受信回路、および、方法”と題された英国特許出願第１８１２９００．７号の優先権の利益を主張する。
本出願は、２０１８年６月２９日に出願され、全体が参照によって本明細書に組み込まれる“電気的負荷に定電圧または定電流を供給するワイヤレス電力受信回路、および、方法”と題された米国非仮出願第１６／０２３，９２５号の優先権の利益を主張する。本出願は、また、２０１８年８月８日に出願され、全体が参照によって本明細書に組み込まれる“電気的負荷に定電圧または定電流を供給するワイヤレス電力受信回路、および、方法”と題された英国特許出願第１８１２９００．７号の優先権の利益を主張する。
【0002】
本出願は、２０１６年１０月１８日に出願された、“可変サイズエリアにわたる複数の受信デバイスへのワイヤレス電力伝送”と題された米国特許出願第１５／２９６，７０４号に開示された主題、および、２０１７年７月９日に出願された、“ワイヤレス電力伝送のための統合電力送信機”と題された米国特許出願第１５／６４４，８０２号に開示された主題に関連する主題を有し、これらの両方は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0003】
ワイヤレス電力伝送は、人工の導体を使用して電源を電気的負荷に接続することなく、電源から電気的負荷に電気的エネルギを送信する。ワイヤレス電力伝送システムは、送信機と１つ以上の受信デバイスとを含む。送信機は、電力源に電気的に結合され、電力を時間変動電磁（ＥＭ）場に変換する。１つ以上の受信デバイスは、ＥＭ場を介して電力を受け取り、受け取った電力を変換し、受信デバイスの一部または受信デバイスに電気的に結合されている電気的負荷によって利用される電流に戻す。
【0004】
受信デバイスは、近接ＥＭ場から電力を受け取るために、送信機が動作している特性周波数で共振するように構成される。受信デバイスは、近接ＥＭ場から受け取った電力を、受信デバイスの一部または受信デバイスに電気的に結合されている電気的負荷に電力を供給するために使用できる電流に変換する。
【0005】
ワイヤレス電力伝送システムで使用される現在の受信デバイスに関する困難の１つは、必要に応じて、定電圧または定電流が、電気的負荷に提供されることを確実にすることである。ワイヤレス電力伝送システムで使用される現在の受信デバイスに関する別の困難は、電力が負荷によって必要とされない場合に、受信機デバイスの共振応答をシャットダウンするための機構がないことである。電力を必要としないときに共振応答がシャットダウンされない場合、受信機デバイスは、負荷が利用可能な電力の大きな割合を使用していないときはいつでも電力を浪費し、熱を放散することになる。共振応答をシャットダウンする機構を提供する公知の受信機デバイスにおいて、機構は、通常、高価で高速な構成要素を使用して実装される高速スイッチング回路を含む。
【0006】
負荷に、必要に応じて定電流または定電圧を提供することができる、ワイヤレス電力伝送システムに使用するための、受信機デバイスに対する必要性が存在する。電力消費を低減し、不必要な熱放散を避けるために、電力が負荷によって必要とされないときに共振応答をシャットダウンすることができる、ワイヤレス電力伝送システムに使用するための、受信デバイスに対する必要性が存在する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することによって、よりよく理解されうる。図面中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点を置いている。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
本明細書に記載される代表的な実施形態によれば、電気的負荷に、必要に応じて定電流または定電圧を提供する、ワイヤレス電力伝送システムで使用するためのワイヤレス電力受信回路が提供される。ワイヤレス電力受信回路は、電力消費を低減し、不必要な熱放散を避けるために、電力が負荷によって必要とされないときに共振応答をシャットダウンするように構成される。追加して、共振応答をシャットダウンするために使用されるワイヤレス電力受信回路のスイッチングデバイスは、比較的低い周波数で動作することができる。その結果、比較的低速で安価な構成要素を使用して、比較的低コストで、スイッチングデバイスを実装することができる。
【0030】
例示的な、または、代表的な実施形態が、図面を参照して説明され、図中、同様の参照符号は、同様の構成要素、要素、または、特徴を表す。図中の特徴、要素、または、構成要素は、縮尺通りに描かれることを意図されておらず、代わりに、発明の原理および概念を実証することに重点が置かれていることに注意すべきである。
【0031】
以下の詳細な説明では、本発明の原理および概念の完全な理解を提供するために、限定ではなく説明を目的として、特定の詳細を開示する例示的または代表的な実施形態が記載される。しかしながら、本明細書で明示的に説明または示されていない本教示による他の実施形態が添付の特許請求の範囲内にあることは、本開示の利点を有する当業者には明らかであろう。さらに、周知の装置および方法の説明は、例示的な実施形態の説明を曖昧にしないように省略されてもよい。そのような方法および装置は、当業者によって理解されるように、明らかに本教示の範囲内である。また、本明細書で使用される“例”という語は非排他的であり、本質的に非限定的であることが意図されることも理解されるべきである。
【0032】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図するものではない。定義された用語は、関連する文脈において一般に理解され、受け入れられている定義された用語の技術的、科学的、または、通常の意味に加えている。
【0033】
“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”の用語は、文脈上明確に別段の指示がない限り、単数形および複数形の指示対象の両方を含む。したがって、例えば、“デバイス”は、１つのデバイスおよび複数のデバイスを含む。関連する用語は、添付の図面に示されるように、互いに対する様々な要素の関係を説明するために使用されてもよい。これらの相対的な用語は、図面に示される向きに加えて、デバイス、および／または、要素の異なる向きを包含することが意図される。
【0034】
“定電圧”という用語は、本明細書で使用される場合、電圧がその平均値から約１０％を超えて経時的に変化しないという点で実質的に一定であることを意味する。同様に、“定電流”という用語は、本明細書で使用される場合、電流がその平均値から約１０％を超えて経時的に変化しないという点で実質的に一定であることを意味する。本明細書に記載される代表的な実施形態は、受信デバイスに電気的に結合された電気的負荷に、必要、または、所望に応じて、定電圧または定電流を伝送する受信デバイスに関する。
【0035】
第１デバイスが第２デバイスに接続または結合されていると言われる場合、これは、２つのデバイスを互いに接続するために１つまたは複数の中間デバイスを使用しうる例を包含する。対照的に、第１デバイスが第２デバイスに直接接続または直接結合されていると言われる場合、これは、２つのデバイスが電気コネクタ（例えば、ワイヤ、ボンディング材料など）以外の任意の介在デバイスなしに互いに接続される例を包含する。フレーズが本明細書で使用されるように、“電気的に結合される”というフレーズは、２つのデバイス間のワイヤレス電磁結合、または、２つのデバイスを相互接続するために使用される中間デバイスを含むまたは含まない２つのデバイス間の有線接続を意味することができる。
【0036】
図１は、例えば、前述の米国特許出願第１５／２９６，７０４号（以下、“‘７０４出願”）に開示されているワイヤレス電力送信機から電力をワイヤレスで受け取るためのワイヤレス電力伝送システム１００など、ワイヤレス電力伝送システムにおいて、ワイヤレスで電力を受け取るために使用されうるワイヤレス電力受信回路１のブロック図である。図１において、ワイヤレス電力受信回路１は、４つの機能ブロック３～６の組合せによって示されるパルス幅変調（ＰＷＭ）ワイヤレス電力受信回路であり、その各々は、１つ以上の機能を実行し、少なくとも１つの入力および１つの出力を有する。
【0037】
ブロック３は、並列に接続された少なくともキャパシタ７およびインダクタ８と、電気制御可能スイッチ９と、を含むＬＣ共振回路である。電気制御可能スイッチ９は、以下により詳細に説明するように、ブロック６の出力信号によってアクティブ化される。この代表的な実施形態によれば、電気制御可能スイッチ９が開状態の場合、ＬＣ共振回路は、周囲磁界からＲＦ電力を受け取り、ＲＦ電力を出力する。ブロック３から出力されたＲＦ電力は、ＲＦ電力を整流し、ＤＣ電力に変換するＲＦ整流回路であるブロック４の入力端子に供給される。図１において、ＲＦ整流回路は、ダイオード１１によって示されている。ブロック４から出力されたＤＣ電力は、ＤＣ負荷２と並列に接続されたエネルギ貯蔵デバイス１２を備えるブロック５の入力端子に供給される。例示的な目的のために、エネルギ貯蔵デバイス１２は、単一のキャパシタによって図１に示される。
【0038】
ブロック５は、その出力端子から出力信号をブロック６に出力する。出力信号は、実質的に一定に保つように調節されることを意図されたパラメータ（電圧または電流のいずれか）に比例する。以下により詳細に説明するように、いくつかの場合において、ワイヤレス電力受信回路１がＤＣ負荷２に実質的に一定のＤＣ電流を伝送するように構成され、他の場合において、ワイヤレス電力受信回路１がＤＣ負荷２に実質的に一定のＤＣ電圧を伝送するように構成される。
【0039】
ブロック５からの出力信号は、予め選択された量のヒステリシスを有する比較器１４と、基準端子１５と、を備えるブロック６の入力端子に入力信号として供給される。比較器１４は、入力信号を基準端子１５で受け取った基準信号と比較し、入力信号が基準信号よりも大きいか、または、基準信号以下であるかに基づいた値を有する制御信号を出力する。ブロック６から出力された制御信号は、ブロック３の制御信号入力端子１６に入力される。上述のように、電気制御可能スイッチ９の状態は、ブロック６から出力され、ブロック３に入力される制御信号の値に基づいて制御される（すなわち、アクティブ化または非アクティブ化）。電気制御可能スイッチ９は、例えば、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、リレー、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、ＲＦスイッチなど、任意の電圧制御されたスイッチであってもよい。
【0040】
４つのブロック３～６を含む閉フィードバックループは、負荷インピーダンスまたは周囲磁界強度が変化した場合であっても、実質的に一定の電流または電圧のいずれかがＤＣ負荷２に伝送されることを確保するように、ブロック５から出力される信号によって測定される負荷パラメータを調節するように作用する。
【0041】
回路１は、電気制御可能スイッチ９の状態に応じて２つの状態を有する：アイドル状態（スイッチ９は第１状態、例えば、スイッチ９は閉じている）；アクティブ状態（スイッチ９は第２状態、例えば、スイッチ９は開いている）。この代表的な実施形態によれば、スイッチ９の第１状態は閉状態であり、スイッチ９の第２状態は開状態であり、受信回路１のアイドル状態およびアクティブ状態は、それぞれ、スイッチ９の閉状態および開状態に対応する。他の実施形態において、逆が当てはまりうることに注意されたい。発明の原理および概念を実証する目的で、以下の議論は、スイッチ９が開状態にあるときに回路１がアクティブ状態にあり、スイッチ９が閉状態にあるときにアイドル状態にあると仮定する。
【0042】
回路１がアクティブ状態にある場合、スイッチ９はオフにされ（開状態）、ＬＣ共振回路３は、キャパシタ７の両端に見えるＲＦ電圧の原因になる誘起電圧Ｖｉｎｄに起因する電力を受け取る。ＬＣ共振回路３がエネルギを蓄積するとき、初期リングアップ期間が存在するであろう。キャパシタ７の両端のＲＦ電圧が、整流回路４を順方向バイアスし始めるのに十分高い振幅に達すると、回路１は充電期間に入る。整流回路４は、キャパシタ７の両端のＲＦ電圧を整流し、ブロック５のキャパシタ１２を充電し、そのＤＣ電圧をゆっくり上昇させる原因になる。比較器１４の非反転入力端子の電圧が電圧基準ＶＲＥＦを超えた場合、比較器１４の出力は、その最大出力値（例えば、論理レベルＨｉｇｈ）に切り替わり、電気制御可能スイッチ９をオン（閉状態）する原因になる。この時点で、回路１はアイドル状態になる。
【0043】
スイッチ９がオンすると、キャパシタ７をグランドに短絡させ、キャパシタ７の両端のＲＦ電圧は非常に低いレベルに低下する。次いで、整流ダイオード１１は逆バイアスされ、キャパシタ１２がインダクタ８を通して放電することを防止する。キャパシタ１２は負荷２１を通してゆっくり放電し、キャパシタ１２の両端の電圧を低下させる原因になる。比較器１４は、比較器１４の非反転入力端子上の電圧が低下し始めた場合に、即座に状態が変化しないように、予め選択された量のヒステリシスを有するように設計される。キャパシタＣ３の非反転入力端子２９の電圧がヒステリシスによって設定される、特定の量ΔＶだけ低下すると、比較器１４は状態を変化させ、その最小出力値（例えば、論理レベルｌｏｗ）を出力する。この時点で、電気制御可能スイッチ９はオフになる。回路１はアクティブ状態に再び入り、サイクルが繰り返される。
【0044】
ＬＣ共振回路は、アイドル期間の間、シャットダウンされ、電力を受け取らず、熱を放散しないことが、以上の説明からわかる。これは、受信回路１を周囲の磁界強度の広いダイナミックレンジで動作させることを可能にする。弱い磁界において、受信回路１は、ＰＷＭサイクルの大きなパーセンテージにおいてアクティブ状態になるであろう。強い磁界において、受信回路１は、ＰＷＭサイクルの大きなパーセンテージにおいてアイドル状態になるであろう。アイドル状態において、ＬＣ共振回路はデチューンされるか、または、非共振である。したがって、それは、周囲磁界に対する非常に弱いおよび／または無視できる共振応答を有し、電力を受け取らず、熱を放散しない。換言すると、受信回路１の共振応答は、アイドル期間の間シャットダウンされ、受信回路１の電力の受け取りおよび熱の放散を防止する。アイドル期間の間の熱放散の欠如は、受信回路１の安全性と効率との両方を向上する。
【0045】
ワイヤレス電力受信回路１のブロック３～６の各々は、様々な構成を有することができる。機能を実行し、図１を参照して上述した特徴を有するワイヤレス電力受信回路のいくつかの例が、図２～２１を参照して説明される。本発明の原理および概念は、図２～２１に示された例に限定されず、図１を参照して上述された特徴を有し、機能を実行する、本明細書に具体的に示されず、説明されていない様々なワイヤレス電力受信回路を形成することができることに注意されたい。また、本明細書に開示されるワイヤレス電力受信デバイスは、任意の特定のワイヤレス電力送信機と共に使用されることに限定されず、任意の適切なワイヤレス電力送信機と共に、任意の適切なワイヤレス電力伝送システムにおいて使用されてもよいことにも注意されたい。
【0046】
図２は、例えば、‘７０４出願に開示されるワイヤレス電力伝送システム１００のようなワイヤレス電力伝送システムにおいて、ワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力受信回路２０の概略図である。この代表的な実施形態によると、ワイヤレス電力受信回路２０は、電気的負荷２１に定電圧を供給するＰＷＭワイヤレス電力受信回路である。周囲磁界が、インダクタＬ１ ２２を駆動し、図２に示される電圧Ｖｉｎｄを、インダクタＬ１ ２２と直列のＲＦ電圧源２３によって誘起する。ＢはインダクタＬ１ ２２の双極子モーメントに平行な周囲磁界の構成要素を示すと仮定すると、インダクタＬ１ ２２と組み合わせられたキャパシタＣ１ ２４は、周囲磁界Ｂの振動周波数で共振するように調整される共振ＬＣタンク回路を形成する。
【0047】
回路２０は、電気制御可能スイッチの状態に応じて２つの状態を有し、Ｓ１ ２６：アクティブ（スイッチＳ１ ２６がオフ）およびアイドル（スイッチＳ１ ２６がオン）である。スイッチＳ１ ２６は、例えば、１つ以上のＭＯＳＦＥＴトランジスタ、リレー、１つ以上のＣＭＯＳトランジスタ、ＲＦスイッチなどの任意の電圧制御スイッチであってもよい。回路２０がアクティブ状態にある場合、スイッチＳ１ ２６はオフにされ、Ｌ１ ２２およびＣ１ ２４を含むタンク回路は、キャパシタＣ１ ２４の両端に見えるＲＦ電圧の原因になる誘起電圧Ｖｉｎｄに起因する電力を受け取る。ＬＣタンク回路がエネルギを蓄積するとき、初期リングアップ期間が存在するであろう。
【0048】
図３は、キャパシタＣ１ ２４の両端の電圧を時間の関数としてプロットしたものである。キャパシタＣ１ ２４の両端のＲＦ電圧が、整流ダイオードＤ１ ２７を順方向バイアスし始めるのに十分高い振幅に達すると、回路２０は充電期間に入る。整流ダイオードＤ１ ２７はＣ１ ２４のＲＦ電圧を整流し、キャパシタＣ３ ２９を充電し、そのＤＣ電圧をゆっくり上昇させる原因になる。２つの抵抗Ｒ１ ３１およびＲ２ ３２は、キャパシタＣ３ ２９の両端の電圧の一部を比較器ＩＣ１ ３３の非反転入力端子に供給する抵抗分圧器を形成する。比較器ＩＣ１ ３３の非反転入力端子の電圧が電圧基準ＶＲＥＦを超えた場合、比較器ＩＣ１ ３３の出力は論理レベルハイに切り替わる。その後、電気制御可能スイッチＳ１ ２６がオンになる。この時点で、回路２０はアイドル状態になる。
【0049】
スイッチＳ１ ２６がオンすると、キャパシタＣ１ ２４をグランドに短絡させる。スイッチＳ１ ２６は、ＬＣタンク回路のＱが非常に低いことを確保するために、低い抵抗を有することが好ましく、キャパシタＣ１ ２４の両端のＲＦ電圧は非常に低いレベルに低下する。次いで、整流ダイオードＤ１ ２７は逆バイアスされ、キャパシタＣ３ ２９がインダクタＬ１ ２２を通して放電することを防止する。キャパシタＣ３ ２９は、負荷２１を通してゆっくり放電し、その電圧を低下させる原因になる。
【0050】
この代表的な実施形態によれば、比較器ＩＣ１ ３３は、比較器ＩＣ１ ３３の非反転入力端子上の電圧が降下し始めた場合に、即座に状態が変化しないように、予め選択された量のヒステリシスを有するように設計される。キャパシタＣ３ ２９の非反転入力端子の電圧がヒステリシスによって設定される、特定の量ΔＶだけ低下すると、比較器ＩＣ１ ３３は状態を変化させ、論理レベルｌｏｗを出力する。この時点で、電気制御可能スイッチＳ１ ２６はオフになる。回路２０はアクティブ状態に再び入り、サイクルが繰り返される。
【0051】
ＬＣタンク回路は、アイドル期間の間、シャットダウンされ、電力を受け取らず、熱を放散しないことが、以上の説明からわかる。これは、受信回路２０を周囲の磁界強度の広いダイナミックレンジで動作させることを可能にする。弱い磁界において、受信回路２０は、ＰＷＭサイクルの大きなパーセンテージにおいてアクティブ状態になるであろう。強い磁界において、受信回路２０は、ＰＷＭサイクルの大きなパーセンテージにおいてアイドル状態になるであろう。アイドル状態において、共振器、すなわちＬＣタンクはデチューンされるか、または、非共振である。したがって、それは、周囲磁界に対する非常に弱いおよび／または無視できる共振応答を有し、電力を受け取らず、熱を放散しない。換言すると、受信回路２０の共振応答は、アイドル期間の間シャットダウンされ、受信回路２０の電力の受信および熱の放散を防止する。アイドル期間の間の熱放散の欠如は、受信回路２０の安全性と効率との両方を向上する。
【0052】
図４は、負荷２１の両端の電圧を時間の関数としてプロットしたものである。負荷２１の両端の電圧は、調節され、時間の経過にわたり実質的に一定であり、小さな三角波リップルを有する。電圧は、約１９．９ｖと２１．７ｖとの間で時間の経過にわたりわずかに変化するだけである。この例において、平均電圧は２０．８ｖである。負荷２１の両端の電圧は、平均負荷電圧から１０％よりも小さく、典型的には５％よりも小さく変化する。リップルの振幅は、比較器ＩＣ１ ３３のヒステリシスによって設定され、よりヒステリシスの少ない比較器を選択することによってより小さくされてもよい。
【0053】
上述したように、この代表的な実施形態によれば、比較器ＩＣ１ ３３は、比較器ＩＣ１ ３３の非反転入力端子上の電圧が降下し始めた場合に、即座に状態が変化しないように、予め選択された量のヒステリシスを有するように設計される。むしろ、比較器ＩＣ１ ３３は、キャパシタＣ３ ２９の非反転入力端子の電圧がヒステリシスによって設定された特定の量ΔＶだけ低下するまで、状態を変化させず、論理レベルｌｏｗを出力する。この特徴は、アクティブ状態とアイドル状態との間の受信回路２０のスイッチングの周波数を、周囲磁界の発振の周波数よりも著しく低くすることを可能にする。例えば、本発明の原理および概念による受信回路のスイッチング周波数は、周囲磁界のスイッチング周波数よりも１０，０００倍または１００，０００倍、低くすることができる。その結果、スイッチングプロセスに関与する受信回路２０の構成要素は、比較的低速で、比較的安価な構成要素とすることができる。
【0054】
対照的に、公知のＰＷＭ受信回路は、周囲磁界の発振周波数よりも実質的に低い周波数で動作することを可能にするのに十分な予め選択された量のヒステリシスを比較器に組み込むことはない。その結果、それらは、周囲磁界の振動周波数と同等な周波数でスイッチングを実行する。この周波数は比較的高くすることができるため、スイッチングプロセスに関与する回路素子もまた、比較的高速の構成要素であり、それは通常、低速の構成要素よりも複雑で高価である。
【0055】
図５は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路４０の概略図である。図５に示される受信回路４０は、インダクタＬ１ ２２と直列に追加のキャパシタＣ０ ４１と、キャパシタＣ１ ２４と並列に追加の整流ダイオードＤ２ ４２と、を含むことを除いて、図４に示されるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路４０は、図２に示されるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路２０と同一である。受信回路４０の動作は、Ｃ１ ２４、Ｌ１ ２２およびＣ０ ４１を含むＬＣタンク回路のインピーダンスを負荷２４のインピーダンスにより効果的に整合させるために、Ｃ１ ２４とＣ０ ４０との比が予め選択されていることを除いて、図２に示される受信回路２０の動作と主として同じである。
【0056】
図６は、キャパシタＣ１ ２４の両端の電圧を時間の関数としてプロットしたものである。整流ダイオードＤ２ ４２の目的は、キャパシタＣ０ ４１がこのＤＣ電流をインダクタＬ１ ２２から流れるのをブロックするため、負荷電流のためのＤＣ経路を提供することである。整流ダイオードＤ２ ４２は、アクティブ状態の間にキャパシタＣ１ ２４にＤＣ電荷を蓄積させる原因になり、図６にプロットされた波形で見ることができる。
【0057】
図７は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、別の代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路５０の概略図である。ＰＷＭ受信回路５０は、スイッチＳ１ ２６の位置が変更されていることを除いて、図５に示されるＰＷＭ受信回路４０と同一である。受信回路５０の動作は、図２に示される受信回路２０の動作と主として同じである。
【0058】
キャパシタンス比Ｃ１ ２４／Ｃ０ ４１が大き過ぎる場合、図５に示される受信回路４０は、ＰＷＭ回路４０がアイドル状態にある場合に、共振ＬＣタンク回路を十分にデチューンすることができないであろう。ＬＣタンク回路が十分にデチューンされていない場合、誘起電圧Ｖｉｎｄは、熱を放散することになる大きな循環ＲＦ電流を生成するであろう。これは、電力の浪費の原因になるだけでなく、受信回路４０において熱問題の原因にもなりうる。図７に示される受信回路５０は、キャパシタＣ１ ２４をグランドに短絡させるだけではなく、インダクタＬ１ ２２をグランドに直接短絡させることによって、この問題を解決する。これは、Ｃ１対Ｃ０の比に関わらず、アイドル状態においてＬＣタンク回路が共振からデチューンされることを保証する。
【0059】
図２、５、７をそれぞれ参照して上述した３つのＰＷＭ受信回路２０、４０、５０は、すべて、一定のＤＣ電圧を負荷２１に供給するように設計されている。しかしながら、負荷が一定のＤＣ電圧の代わりに、一定のＤＣ電流を必要とする状況もある。図８、９、１０は、負荷２１に一定のＤＣ電流を供給する代表的な実施形態による、それぞれ、ワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路６０、７０、８０を示す。
【0060】
図８、９、１０にそれぞれ示されるＰＷＭ受信回路６０、７０、８０において、負荷２１は、抵抗Ｒ１ ３１と直列に配置されている。比較器ＩＣ１ ３３は、抵抗Ｒ１ ３１の両端の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆに非常に近づけ続けるフィードバックを提供する。抵抗Ｒ１ ３１を流れる電流は、負荷２１を流れる電流と等しいため、これらの回路は、負荷２１を流れる電流を一定に保つように強制する。
【0061】
図２、５、７～１０に示される電気制御可能スイッチＳ１ ２６は、図１１、１２、１３に示されるように、例えば、ｎ－チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１ ９２で実装されうる。図１１、１２、１３は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路９０、１００、１１０のそれぞれ概略図である。ＰＷＭ受信回路９０、１００、１１０は、スイッチＳ１ ２６がｎ－チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１ ９２に置き換えられていることを除いて、図２、５、７～１０に示されるＰＷＭ受信回路と非常に同様である。受信回路９０、１００、１１０の動作は、一定のＤＣ電圧を負荷２１に伝送する図２に示される受信回路２０の動作と主として同じである。
【0062】
受信回路９０、１００，１１０において、ｎ－チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１ ９２は、図１を参照して上述した電気制御可能スイッチ９の役割を果たす。しかしながら、理想的なスイッチとは異なり、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１ ９２は、ソースからドレインを指すＭＯＳＦＥＴの内部ボディダイオードに起因して、オフ状態にある場合にも電流を流すことができる。したがって、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１ ９２がスイッチとして動作するためには、ドレインの電圧が、ソースの電圧よりも１ダイオードドロップよりも負になることは許されない。この条件を達成するために、図１１、１３に示されるように、受信回路９０、１１０のＭＯＳＦＥＴ Ｑ１ ９２に直列に、追加のキャパシタＣ２ ９１がそれぞれ配置されている。回路がアクティブ状態にある場合、キャパシタＣ２ ９１は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１ ９２のドレインをソースに対して正に保つＤＣ電荷を蓄積する。キャパシタＣ２ ９１の値は、ＬＣタンク回路の共振周波数でＲＦ短絡として振る舞うように十分に大きく選択されるべきである。
【0063】
キャパシタＣ２ ９１は、図１２に示される受信回路１００では使用されない。受信回路１００において、キャパシタＣ１ ２４は、ＤＣ電荷を蓄積し、キャパシタＣ２ ９１が他の２つの受信回路９０、１１０において果たす役割を果たす。
【0064】
図１４は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１２０の概略図である。ＰＷＭ受信回路１２０は、受信回路１２０が図１４のＢ１ １２１によって表されるバッテリまたは電気化学セルを含むことを除いて、図２に示されるＰＷＭ受信回路２０と同一である。受信回路１２０の動作は、受信回路１２０がバッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１を充電する以外、図２に示される受信回路２０の動作と主として同じである。
【0065】
バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１は、キャパシタＣ３ ２９と並列であり、非常に大きな容量のように効果的に振る舞う。その結果、受信回路１２０は、非常に低いＰＷＭ周波数を有するようにすることができる。バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１の電圧が低い場合、受信回路１２０はアクティブ状態にあり、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１は、一定のＤＣ電流で継続的に充電される。一定のＤＣ電流の大きさは、周囲磁界の強さに比例するＶｉｎｄの振幅に依存する。より強い磁界において、充電電流はより高くなり、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１はより迅速に充電されるであろう。
【0066】
バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１の電圧が、比較器ＩＣ１ ３３をトリガするのに十分な高さになると、電気制御可能スイッチＳ１ ２６はオンになり、回路１２０はアイドル状態になる。受信回路１２０がアイドル状態にある場合、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１は、負荷２１を通して継続的に放電し、その電圧を低下させる原因になる。バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１の電圧が、比較器ＩＣ１ ３３のヒステリシスによって決定される特定の量だけ低下すると、電気制御可能スイッチＳ１ ２６は非アクティブ化され、回路１２０は再びアクティブ状態になる。
【0067】
図２、５、７に示される定電圧ＰＷＭ回路のトポロジは、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１がそれらの回路内のキャパシタＣ３ ２９と並列に配置され、ＤＣ充電電流がバッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１の最大許容充電電流を超えないように電力レベルが選択される場合、何れもバッテリ充電回路と同様に良好に動作することに注意されたい。
【0068】
図１５は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、別の代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１３０の概略図である。この代表的な実施形態によれば、受信回路１３０は、電流制限抵抗Ｒ３ １３１を用いてバッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１を充電する。図１４に示される受信回路１２０のＤＣ充電電流が、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１の最大許容充電電流を超える場合、１つのオプションは、図１５に示されるように、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１と直列に電流制限抵抗Ｒ３ １３１を追加することによって、回路１２０を修正することである。
【0069】
図１５に示される受信回路１３０は、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１と電流制限抵抗Ｒ３ １３１との組合せが、負荷２１の電圧を実質的に平滑化し、図４に示される負荷電圧に対する三角波リップルを排除するローパスフィルタとして振舞うという追加の利益を有する。
【0070】
図１５に示される受信回路１３０のＰＷＭ周波数は、バッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１のキャパシティによってＰＷＭ周波数が決定される図１４に示される受信回路１２０とは異なり、キャパシタＣ３ ２９の値によって決定されることに注意されたい。これは、図１５に示される受信回路１３０のＰＷＭ周波数が、図１４に示される受信回路１２０のＰＷＭ周波数よりもとても高くなりうることを意味する。
【0071】
再び図４を参照すると、上で示されるように、受信回路２０の周期的なスイッチングは、キャパシタＣ３ ２９の両端の電圧の小さな三角波リップルの原因になる。このリップルの振幅は、比較器３３のヒステリシスによって完全に設定され、より小さな、または、より大きなヒステリシスを有する比較器を選択することによって、それぞれ、より小さくまたはより大きくされてもよい。しかしながら、このヒステリシスが部分的にＰＷＭの周波数を決定するため、ヒステリシスを排除することはできない。負荷２１がキャパシタＣ３ ２９と並列に接続されている場合、負荷２１もまた、その電圧に対して同じ三角波リップルを有することになる。
【0072】
いくつかの用途において、このリップルは、望ましくない場合がある。図１５に示される受信回路１３０は、抵抗Ｒ３ １３１とバッテリまたは電気化学セルＢ１ １２１との組合せが、負荷２１の両端の電圧を平滑化するローパスフィルタとして作用するという特性を有する。同様の効果は、図１６、１７を参照して次に説明するように、バッテリを用いないローパスＲＣまたはＬＣフィルタを使用して達成されてもよい。
【0073】
図１６は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１４０の概略図である。この代表的な実施形態によると、受信回路１４０は、抵抗Ｒ３ １３１およびキャパシタＣ４ １４１を含むローパスＲＣ回路を含む。抵抗Ｒ３ １３１およびキャパシタＣ４ １４１を含むローパスＲＣ回路は、負荷電圧のリップルを減少させる。
【0074】
図１７は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１５０の概略図である。この代表的な実施形態によると、受信回路１５０は、インダクタＬ２ １５１およびキャパシタＣ４ １４１を含むローパスＬＣ回路を含む。インダクタＬ２ １５１およびキャパシタＣ４ １４１を含むローパスＬＣ回路は、負荷電圧のリップルを減少させる。
【0075】
図１８を参照して次に説明するように、リニアレギュレータを使用して、負荷に定電圧を供給することもまた可能である。図１８は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１６０の概略図である。この代表的な実施形態によると、受信回路１６０は、負荷電圧のリップルを低減するリニアレギュレータＩＣ２ １６１を含む。
【0076】
いくつかの用途において、特定の時間、または、特定の条件に基づいて、受信回路共振のＬＣタンクをシャットダウンさせることが望ましい場合がある。受信回路のＬＣタンクをシャットダウンさせることができる方法の例が、図１９を参照して次に説明される。
【0077】
図１９は、ワイヤレス電力伝送システムにおいてワイヤレスで電力を受け取るために使用されうる、代表的な実施形態によるワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１７０の概略図である。この代表的な実施形態によると、受信回路１７０は、インダクタＬ１ ２２およびキャパシタＣ１ ２４を含むＬＣタンクをシャットダウンさせ、特定の時間、または、特定の条件に基づいて受信回路共振を防止するように構成される。受信回路１７０は、比較器ＩＣ１ ３３、または、例えば、マイクロコントローラ集積回路（ＩＣ）チップ、ＲＦ通信チップ、光通信チップ、温度閾値に基づいてバイナリ出力を有する温度計チップなどであってもよい制御回路ＩＣ３ １７３から、論理レベルのハイ信号が受け取られるたびにスイッチＳ１ ２６を動作させるＯＲゲートＩＣ２ １７１を有する。
【0078】
状況によって、ＰＷＭ受信回路または負荷を、過度な熱から保護することが必要または望ましい。例えば、ＰＷＭ受信回路のＬＣタンクは、回路が異常に高い磁界強度にさらされた場合や、比較器ＩＣ１ ３３が故障した場合に、電力を吸収して過度な熱を生成する可能がある。図２０は、このような熱保護を提供する別の代表的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムで使用するためのワイヤレス電力ＰＷＭ受信回路１８０の概略図である。サーマルヒューズＦ１ １８１は、キャパシタＣ１ ２４およびインダクタＬ１ ２２を含む共振ＬＣタンク回路と直列に配置される。ヒューズＦ１ １８１は、ある所定の閾値（ＴＨ）を超える温度にさらされると、開回路（オフ状態に置かれている）になり、それによってＬＣタンク回路が電力を受け取ることを防止する。ヒューズＦ１ １８１がオフ状態にある場合、共振回路の共振応答は、受信回路１８０が電力の、もしあれば、最小量のみを受け取るようにシャットダウンされる。そうでなければ、ヒューズＦ１ １８１は、ＰＷＭ状態にある。
【0079】
いくつかの場合によって、サーマルヒューズＦ１ １８１は、温度が所定のＴＨ値を下回ると通常動作に戻るサーマルスイッチによって置き換えられてもよい。したがって、要素１８１は、サーマルヒューズまたはサーマルスイッチを示す。サーマルヒューズまたはスイッチＦ１ １８１は、図２、５、７～１９を参照して上述したＰＷＭトポロジの何れかにおいて、ＬＣタンク回路と直列に配置されてもよいことに注意されたい。
【0080】
図２１は、別の代表的な実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムで使用するためのワイヤレス電力受信回路１９０の概略図であり、ユーザが受信回路１９０をアクティブ化および非アクティブ化することを可能にするために、ユーザがオンおよびオフにすることができるユーザ制御可能スイッチＳ２ １９１を含む。他の全ての点において、受信回路１９０は、図２に示される受信回路２０と同一である。スイッチＳ２ １９１が開いている（オフ状態に置かれている）場合、受信回路１９０の共振応答は、周囲磁界の強さに関わらず、受信回路１９０が何らかの電力を受け取ることができないようにシャットダウンされる。受信回路１９０は、したがって、スイッチＳ２ １９１が図２１に示すオフ位置にある場合、任意の種類の過電圧または過温度障害から安全な状態である、または、保護される。
【0081】
本開示の上述の実施形態は、本開示の原理の明確な理解のために記載された単なる実施の可能な例にすぎないことが強調されるべきである。本開示の精神および原理から実質的に逸脱することなく、上述の実施形態に対して多くの変形および修正が行われてもよい。これらの変更および変形は、本開示の範囲内に含まれることが意図されており、以下の請求項によって保護される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】