特許 7553974 マルチデバイスのワイヤレス充電器のための振幅シフトキー変調

(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】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】マルチデバイスのワイヤレス充電器のための振幅シフトキー変調

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/80 20160101AFI20240911BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240911BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20240911BHJP

   H04B 5/48 20240101ALI20240911BHJP

   H02J 7/00 20060101ALN20240911BHJP

【ＦＩ】

H02J50/80

H02J50/12

H02J50/40

H04B5/48

H02J7/00 301D

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022541830

(86)(22)【出願日】2021-01-05

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 US2021012200

(87)【国際公開番号】W WO2021141910

(87)【国際公開日】2021-07-15

【審査請求日】2024-01-05

(31)【優先権主張番号】62/957,436

(32)【優先日】2020-01-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/140,977

(32)【優先日】2021-01-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520310643

【氏名又は名称】アイラ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲＡ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ゴッドチャイルド，エリック，ハインデル

(72)【発明者】

【氏名】ウィンターズ，ジョン

【審査官】杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２３２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１４１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５３６０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１０５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５１５５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４６－２２４８８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１０４１５８２６９（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１３０６２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００８７５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３６７８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４１６１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１９４３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２３６３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１１７１４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

Ｈ０２Ｊ ５０／８０

Ｈ０４Ｂ ５／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電中のデバイスと通信するための方法であって、
ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供するステップであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合されている、ステップと、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供するステップであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供される、ステップと、
前記第１の充電電流を前記第１の伝送コイルに提供する間に、前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信するステップであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含む、ステップと、
前記第１の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供され、前記第２の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供される間に、前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングするステップとを備えることを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法において、
前記バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号するステップをさらに含み、前記メッセージが、前記第１の電力受信デバイスから発信されたものであることを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法において、
前記メッセージを復号することが、
前記バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号することを含むことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項２に記載の方法において、
前記メッセージを復号することが、
検出器を用いてメッセージを復調することを含むことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項２に記載の方法において、
前記メッセージを復号することが、
前記バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供することを含むことを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法において、
前記第１の変調信号が、振幅シフトキー（ＡＳＫ）変調されたものであることを特徴とする方法。

【請求項7】

充電中のデバイスと通信するための方法であって、
ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供するステップであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合されている、ステップと、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供するステップであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供される、ステップと、
前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信するステップであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含む、ステップと、
前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングするステップと、
複数の重複しないタイムスロットを規定するステップと、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの１つを、前記ワイヤレス充電デバイスの表面にある複数の充電セルの各々に割り当てるステップと、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行するステップと、
アクティブｐｉｎｇを使用して識別された充電式デバイスを構成するステップと、
前記第１のタイムスロットが割り当てられた充電セルに第３の充電電流を提供するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

ワイヤレス充電デバイスであって、
前記ワイヤレス充電デバイスの表面上に設けられた複数の充電セルと、
コントローラとを備え、前記コントローラが、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供することであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供することであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供され、
前記第１の充電電流を前記第１の伝送コイルに提供する間に、前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信することであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含み、
前記第１の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供され、前記第２の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供される間に、前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングするように構成されていることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載のワイヤレス充電デバイスにおいて、
前記コントローラが、前記バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号するように構成され、前記メッセージが、前記第１の電力受信デバイスから発信されたものであることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項10】

請求項９に記載のワイヤレス充電デバイスにおいて、
前記コントローラが、前記バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号するように構成されていることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項11】

請求項９に記載のワイヤレス充電デバイスにおいて、
前記コントローラが、検出器を用いてメッセージを復調するように構成されていることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項12】

請求項９に記載のワイヤレス充電デバイスにおいて、
前記コントローラが、前記バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供するように構成されていることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項13】

請求項８に記載のワイヤレス充電デバイスにおいて、
前記第１の変調信号が、振幅シフトキー（ＡＳＫ）変調されたものであることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項14】

ワイヤレス充電デバイスであって、
前記ワイヤレス充電デバイスの表面上に設けられた複数の充電セルと、
コントローラとを備え、前記コントローラが、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供することであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供することであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供され、
前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信することであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含み、
前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングし、
複数の重複しないタイムスロットを規定し、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの１つを、前記ワイヤレス充電デバイスの表面にある複数の充電セルの各々に割り当て、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行し、
アクティブｐｉｎｇを使用して識別された充電式デバイスを構成し、
前記第１のタイムスロットに対応する充電セルに充電電流を提供するように構成されていることを特徴とするワイヤレス充電デバイス。

【請求項15】

コードを含むプロセッサ可読記憶媒体であって、
前記コードが、
ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供することであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供することであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供され、
前記第１の充電電流を前記第１の伝送コイルに提供する間に、前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信することであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含み、
前記第１の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供され、前記第２の充電電流が前記第１の伝送コイルに提供される間に、前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングするためのものであることを特徴とするプロセッサ可読記憶媒体。

【請求項16】

請求項１５に記載の記憶媒体において、
前記バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号するためのコードをさらに含み、前記メッセージが、前記第１の電力受信デバイスから発信されたものであることを特徴とする記憶媒体。

【請求項17】

請求項１６に記載の記憶媒体において、
前記バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号するためのコードをさらに含み、
前記第１の変調信号が、振幅シフトキー（ＡＳＫ）変調されたものであることを特徴とする記憶媒体。

【請求項18】

請求項１６に記載の記憶媒体において、
検出器を用いてメッセージを復調するためのコードをさらに含むことを特徴とする記憶媒体。

【請求項19】

請求項１６に記載の記憶媒体において、
前記バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供するためのコードをさらに含むことを特徴とする記憶媒体。

【請求項20】

コードを含むプロセッサ可読記憶媒体であって、
前記コードが、
ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供することであって、前記第１の伝送コイルが、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、
前記ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供することであって、前記第２の伝送コイルが、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され、前記第１の充電電流および前記第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供され、
前記第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信することであって、前記第１の変調信号が、前記第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含み、
前記第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、前記第１の変調信号をフィルタリングし、
複数の重複しないタイムスロットを規定し、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの１つを、前記ワイヤレス充電デバイスの表面にある複数の充電セルの各々に割り当て、
前記複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行し、
アクティブｐｉｎｇを使用して識別された充電式デバイスを構成し、
前記第１のタイムスロットが割り当てられた充電セルに第３の充電電流を提供するためのものであることを特徴とするプロセッサ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概してバッテリのワイヤレス充電に関し、より詳細には、マルチコイルのワイヤレス充電デバイスの表面上の充電中の複数のデバイスと同時に通信することに関する。

【0002】

優先権の主張
本出願は、２０２１年１月４日に米国特許庁に出願された米国特許出願第１７／１４０，９７７号、並びに、２０２０年１月６日に米国特許庁に出願された米国仮特許出願第６２／９５７，４３６号の優先権および利益を主張するものであり、それらの出願の内容全体が、すべての適用可能な目的のために、その全体が以下に完全に記載されているかのように、引用により本明細書に援用されるものとする。

【背景技術】

【0003】

物理的な充電接続を使用せずに、特定のタイプのデバイスが内部バッテリを充電できるようにするために、ワイヤレス充電システムが開発されている。ワイヤレス充電を利用できるデバイスには、モバイル処理デバイスおよび／またはモバイル通信デバイスが含まれる。Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍにより規定されたＱｉ規格などの標準規格は、第１のサプライヤによって製造されたデバイスを、第２のサプライヤによって製造された充電器を使って、ワイヤレスで充電することを可能にする。ワイヤレス充電の規格は、デバイスの比較的単純な構成向けに最適化されており、基本的な充電機能を提供する傾向にある。ワイヤレス充電システムとして、例えば以下のような従来技術が挙げられる。

【文献】米国特許出願第２０１３／０１３０６２１号明細書

【文献】米国特許出願第２０１８／００４１０６５号明細書

【文献】米国特許出願第２０１９／０２６７８２８号明細書

【文献】米国特許第３５７５６６５号

【0004】

従来のワイヤレス充電システムは、通常「Ｐｉｎｇ」を使用して、受信デバイスがワイヤレス充電用の基地局の伝送コイル上またはその近くに存在するか否かを判定する。伝送コイルは、インダクタンス（Ｌ）を有し、また、キャパシタンス（Ｃ）を有する共振コンデンサが伝送コイルに結合されて、共振ＬＣ回路が得られる。Ｐｉｎｇは、共振ＬＣ回路に電力を供給することによって生成される。送信機が受信デバイスからの応答をリッスンしている間、電力が一定期間（一例では９０ｍｓ）印加される。応答は、振幅シフトキー（ＡＳＫ）変調を用いて符号化された信号で提供されることがある。一例として、典型的な送信基地局は、１秒間に１２．５回（周期＝１／８０ｍｓ）という速さでｐｉｎｇを実行し、１秒間に（８０ｍＪ×１２．５）＝１Ｗの電力を消費する。

【0005】

ワイヤレス充電機能の改善は、絶えず複雑化するモバイルデバイスと変化するフォームファクタをサポートするために必要である。例えば、マルチコイル、マルチデバイスの充電パッドのための充電手順の制御を改善する必要性がある。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本明細書に開示の特定の態様に従って充電面を提供するために採用され得る充電セルの一例を示している。

【図2】図２は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合され得る充電面のセグメントの単一の層上に提供される充電セルの配置構成の一例を示している。

【図3】図３は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合され得る充電面のセグメント内に複数の層が重ねられている場合の充電セルの配置構成の一例を示している。

【図4】図４は、本明細書に開示の特定の態様に従って構成された充電セルの複数の層を用いた充電面によって提供される電力伝送領域の配置構成を示している。

【図5】図５は、本明細書に開示の特定の態様に係る、充電器基地局に提供され得るワイヤレス送信機を示している。

【図6】図６は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合されるワイヤレス充電デバイスにおいて使用するためのマトリクス多重化スイッチングをサポートする第１のトポロジーを示している。

【図7】図７は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合されるワイヤレス充電デバイスにおける直流駆動をサポートする第２のトポロジーを示している。

【図8】図８は、本明細書に開示の特定の態様に係る、ＡＳＫ復調をサポートするマイクロコントローラを示している。

【図9】図９は、本明細書に開示の特定の態様に係る、電力受信機と電力送信機との間で交換されるメッセージをデジタル符号化するように適合され得る符号化スキームの例を示している。

【図10】図１０は、本明細書に開示の特定の態様に従って提供されるワイヤレス充電デバイスの充電面を示している。

【図11】図１１は、本明細書に開示の特定の態様に従ってデジタルｐｉｎｇが順次配列されるスケジューリングスキームの一例を示している。

【図12】図１２は、本明細書に開示の特定の態様に係る、多周波ＡＳＫ変調をサポートする通信インターフェースの一例を示している。

【図13】図１３は、図１３に示す多周波ＡＳＫ変調スキームに対応する周波数スペクトルの一例を示している。

【図14】図１４は、本明細書に開示の特定の態様に従って提供されるワイヤレス充電デバイスにおけるＡＳＫ変調の一例を示す第１のフローチャートである。

【図15】図１５は、本明細書に開示の特定の態様に従って提供されるワイヤレス充電デバイスにおけるＡＳＫ変調の一例を示す第２のフローチャートである。

【図16】図１６は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合され得る処理回路を採用した装置の一例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0007】

添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成を説明することを意図しており、本明細書に記載の概念が実施され得る唯一の構成を示すことを意図したものではない。詳細な説明には、様々な概念の完全な理解を提供するための具体的な詳細が含まれている。しかしながら、それらの概念が具体的な詳細なしで実施できることは当業者には明らかであろう。時には、そのような概念を不明瞭にしないために、周知の構造および構成要素をブロック図の形式で示している。

【0008】

次に、ワイヤレス充電システムのいくつかの態様を、様々な装置および方法を参照して提示する。それらの装置および方法は、以下の詳細な説明に記載されるとともに、添付の図面において、様々なブロック、モジュール、コンポーネント、回路、ステップ、プロセス、アルゴリズムなど（総称して「要素」と呼ぶ）によって示される。それら要素は、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアまたはそれらの任意の組合せを使用して実現することができる。そのような要素がハードウェアとして実現されるか、またはソフトウェアとして実現されるかは、具体的なアプリケーションおよびシステム全体に課される設計上の制約に依存する。

【0009】

例えば、要素、要素の任意の部分、または要素の任意の組合せは、１または複数のプロセッサを含む「処理システム」で実現され得る。プロセッサの例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ステートマシン、ゲートロジック、ディスクリートハードウェア回路、および本開示全体を通して記載される様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアが含まれる。処理システムの１または複数のプロセッサは、ソフトウェアを実行することができる。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードまたはハードウェア記述言語などと呼ばれるかどうかにかかわらず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プロシージャ、関数などを意味するものとして、広く解釈されるものとする。ソフトウェアは、プロセッサ可読記憶媒体に常駐するようにしてもよい。本明細書でコンピュータ可読媒体とも呼ばれるプロセッサ可読記憶媒体は、例えば、磁気ストレージデバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ））、スマートカード、フラッシュメモリデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）トークン、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、リムーバブルディスク、搬送波、伝送路、ソフトウェアを格納または伝送するのに適した他の任意の媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、処理システムに存在していても、処理システムの外部にあっても、処理システムを含む複数のエンティティに分散していてもよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラム製品に具現化されるものであってもよい。一例として、コンピュータプログラム製品は、パッケージ材料内のコンピュータ可読媒体を含むことができる。当業者は、具体的なアプリケーションおよびシステム全体に課せられた全体的な設計上の制約に応じて、本開示全体にわたって提示された記載の機能を実現するための最良の方法を認識するであろう。

【0010】

概要
本開示の特定の態様は、複数の伝送コイルを有するフリーポジションの充電面、または複数の受信デバイスを同時に充電することができるフリーポジションの充電面を提供するワイヤレス充電デバイスに適用可能なシステム、装置および方法に関する。一態様では、ワイヤレス充電デバイスのコントローラが、充電されるデバイスを見つけ出すことができ、受信デバイスに電力を供給するために最適な位置にある１または複数の伝送コイルを構成することができる。充電セルは、１または複数の誘導伝送コイルを備えるかまたは構成することができ、複数の充電セルを、充電面を提供するために配置または構成することができる。充電されるデバイスの位置は、デバイスの位置を充電面の既知の位置を中心とする物理的特性の変化に関連付ける検知技術によって検出することができる。いくつかの例では、位置の検知が、容量性、抵抗性、誘導性、タッチ、圧力、荷重、歪みおよび／または別の適切なタイプの検知を用いて実行することができる。

【0011】

本明細書に開示の特定の態様は、ワイヤレス充電技術の改善に関する。マルチコイルのワイヤレス充電デバイスの表面上に充電式デバイスを自由に配置することに対応するシステム、装置および方法が開示されている。特定の態様は、受信デバイスへのワイヤレス電力伝送の効率および容量を改善することができる。一例では、ワイヤレス充電装置が、バッテリ充電電源と、マトリックスに構成された複数の充電セルと、第１の複数のスイッチであって、各スイッチがマトリックス内のコイルの横列をバッテリ充電電源の第１の端子に結合するように構成された第１の複数のスイッチと、第２の複数のスイッチであって、各スイッチがマトリックス内のコイルの縦列をバッテリ充電電源の第２の端子に結合するように構成された第２の複数のスイッチとを備える。複数の充電セル内の各充電セルは、電力伝送領域を取り囲む１または複数のコイルを含むことができる。複数の充電セルは、複数の充電セル内の充電セルの電力伝送領域が重なることなく、充電面に隣接して配置することができる。

【0012】

本明細書に開示の特定の態様によれば、充電可能とされる個別の配置位置に関係なく、任意に規定されたサイズおよび／または形状を有することができる充電面上の任意の位置にある受信デバイスに電力を無線伝送することができる。複数のデバイスを単一の充電面上で同時に充電することができる。充電面は、プリント回路基板技術を使用して、低コストで、かつ／またはコンパクトな設計で製造することができる。

【0013】

充電セル
本開示の特定の態様は、複数の伝送コイルを有するフリーポジションの充電面、または複数の受信デバイスを同時に充電することができるフリーポジションの充電面を提供するワイヤレス充電デバイスに適用可能なシステム、装置および方法に関する。一態様では、ワイヤレス充電デバイスのコントローラが、充電されるデバイスの位置を特定することができ、受信デバイスに電力を供給するために最適な位置にある１または複数の伝送コイルを構成することが可能である。充電セルは、１または複数の誘導伝送コイルを備えるかまたは備えるように構成することができ、複数の充電セルを、充電面を提供するように配置または構成することができる。充電されるデバイスの位置は、デバイスの位置を充電面の既知の位置を中心とする物理的特性の変化に関連付ける検知技術によって検出することができる。いくつかの例では、位置の検知が、容量性、抵抗性、誘導性、タッチ、圧力、荷重、歪みおよび／または別の適切なタイプの検知を用いて実行することができる。

【0014】

本明細書に開示の特定の態様によれば、ワイヤレス充電デバイスの充電面を、充電面に隣接して配置された充電セルを使用して提供することができる。一例では、充電セルが、ハニカムパッケージング構成に従って配置される。充電セルは、コイルに隣接する充電面に実質的に直交する軸に沿って磁場をそれぞれ誘導することができる１または複数のコイルを使用して実現することができる。本開示において、充電セルは、１または複数のコイルを有する要素であって、各コイルが、充電セル内の他のコイルによって生成される磁場に対して加算的であり、共通の軸に沿ってまたは近接して向けられる電磁場を生成するように構成される、要素を指すことができる。本明細書では、充電セル内のコイルを、充電コイルまたは伝送コイルと呼ぶこともある。

【0015】

いくつかの例では、充電セルが、共通の軸に沿って積み重ねられたコイルを含む。１または複数のコイルは、充電面に実質的に直交する誘導磁場に寄与するように重なり合うものであってもよい。いくつかの例では、充電セルが複数のコイルを含み、それらコイルが、充電面の規定された部分内に配置されるとともに、充電面の規定された部分内の誘導磁場に寄与し、その磁場が、充電面に実質的に直交するように延びる磁束に寄与する。いくつかの態様では、充電セルが、動的に規定された充電セルに含まれるコイルに励磁電流を提供することによって構成可能であってもよい。例えば、ワイヤレス充電デバイスは、充電面全体に配置された複数のコイルのスタックを含むことができ、ワイヤレス充電デバイスは、充電されるデバイスの位置を検出し、コイルのスタックのいくつかの組合せを選択して、充電されるデバイスに隣接する充電セルを提供することができる。いくつかの例では、充電セルが、単一のコイルを含むか、または単一のコイルとして特徴付けられるものであってもよい。しかしながら、充電セルは、複数の積層されたコイルおよび／または複数の隣接するコイル若しくはコイルのスタックを含むことができることを理解されたい。

【0016】

図１は、ワイヤレス充電デバイスの充電面を提供するように展開および／または構成され得る充電セル１００の一例を示している。一例では、充電セル１００が、電力伝送領域１０４に電磁場を生成するのに十分な電流を受け取ることができる、導体、ワイヤまたは回路基板トレースを用いて構築された１または複数のコイル１０２を含む、実質的に六角形の形状を有している。様々な態様では、いくつかのコイル１０２が、図１に示す六角形の充電セル１００を含む、実質的に多角形である形状を有することができる。他の実施態様では、他の形状を有するコイル１０２を含み、または使用することができる。コイル１０２の形状は、製造技術の能力または制限によって、またはプリント回路基板などの基板１０６上の充電セルのレイアウトを最適化するように、少なくとも部分的に決定され得る。各コイル１０２は、スパイラル構成のワイヤ、プリント回路基板のトレースおよび／または他のコネクタを使用して実現することができる。各充電セル１００は、異なる層のコイル１０２が共通の軸１０８を中心に配置されるように、絶縁体または基板１０６によって分離された２以上の層に跨るようにしてもよい。

【0017】

図２は、本明細書に開示の特定の態様に従って適応され得る充電面のセグメントまたは一部分の単一層上に設けられた充電セル２０２の配置２００の一例を示している。充電セル２０２は、ハニカムパッケージ構成に従って配置されている。この例では、充電セル２０２が、重なり合うことなく、端と端とを接して配置されている。この配置は、スルーホールまたはワイヤ相互接続なしで提供することができる。充電セル２０２の一部分が重なる配置を含む、他の配置も可能である。例えば、２以上のコイルのワイヤが、ある程度、交互配置されるようにしてもよい。

【0018】

図３は、本明細書に開示の特定の態様に従って適応され得る充電面のセグメントまたは一部分内に複数の層が重ねられている場合の、２つの視点３００、３１０からの充電セルの配置の一例を示している。充電セルの層３０２、３０４、３０６、３０８は、充電面内に設けられている。充電セルの各層３０２、３０４、３０６、３０８内の充電セルは、ハニカムパッケージ構成に従って配置されている。一例では、充電セルの層３０２、３０４、３０６、３０８が、４以上の層を有するプリント回路基板上に形成されるようにしてもよい。充電セル１００の配置は、図示のセグメントに隣接する指定された充電領域を完全にカバーするように選択することができる。

【0019】

図４は、本明細書に開示の特定の態様に従って構成された充電セルの複数の層を採用する充電面４００に提供される電力伝送領域の配置を示している。図示の充電面は、充電セルの４つの層４０２、４０４、４０６、４０８から構成されている。図４では、充電セルの第１の層４０２内の充電セルによって提供される各電力伝送領域が「Ｌ１」と記され、充電セルの第２の層４０４内の充電セルによって提供される各電力伝送領域が「Ｌ２」と記され、充電セルの第３の層４０６内の充電セルによって提供される各電力伝送領域が「Ｌ３」と記され、充電セルの第４の層４０８内の充電セルによって提供される各電力伝送領域が「Ｌ４」と記されている。

【0020】

図５は、ワイヤレス充電デバイスの基地局に設けることができるワイヤレス送信機５００の一例を示している。ワイヤレス充電デバイスの基地局は、ワイヤレス充電デバイスの動作を制御するために使用される１または複数の処理回路を含むことができる。コントローラ５０２は、フィルタ回路５０８によってフィルタリングまたは他の方法で処理されたフィードバック信号を受信することができる。コントローラは、共振回路５０６に交流電流を供給するドライバ回路５０４の動作を制御することができる。いくつかの例では、コントローラ５０２が、ドライバ回路５０４によって出力される交流電流の周波数を制御するために使用されるデジタル周波数基準信号を生成することができる。場合によっては、デジタル周波数基準信号は、プログラマブルカウンタなどを使用して生成することができる。いくつかの例では、ドライバ回路５０４が電力インバータ回路および１または複数の電力増幅器を含み、それらが協働して、直流源または入力から交流電流を生成することができる。いくつかの例では、デジタル周波数基準信号が、ドライバ回路５０４または別の回路によって生成されるようにしてもよい。共振回路５０６は、コンデンサ５１２およびインダクタ５１４を含む。インダクタ５１４は、交流電流に応答して磁束を生成する充電セル内の１または複数の伝送コイルを示すか、またはそれを含むことができる。共振回路５０６は、本明細書では、タンク回路、ＬＣタンク回路またはＬＣタンクとも呼ばれ、共振回路５０６のＬＣノード５１０で測定された電圧５１６は、タンク電圧とも呼ばれる。

【0021】

パッシブｐｉｎｇ技術は、本明細書に開示の特定の態様に従って適応されたデバイスの充電パッドに近接する受信コイルの存在を識別するために、ＬＣノード５１０で測定または観察された電圧および／または電流を使用することができる。一部の従来のワイヤレス充電デバイスは、共振回路５０６のＬＣノード５１０における電圧または共振回路５０６における電流を測定する回路を含む。これらの電圧および電流は、電力調整の目的で、かつ／またはデバイス間の通信をサポートするために監視することができる。本開示の特定の態様によれば、図５に示すワイヤレス送信機５００のＬＣノード５１０における電圧は、共振回路５０６を介して送信されるエネルギーの短いバースト（ｐｉｎｇ）に対する共振回路５０６の応答に基づいて、充電式デバイスまたは他の物体の存在を検出することができるパッシブｐｉｎｇ技術をサポートするために監視され得る。

【0022】

パッシブｐｉｎｇ検出技術は、高速で低電力の検出を提供するために使用することができる。パッシブｐｉｎｇは、共振回路５０６を含むネットワークを、少量のエネルギーを含む高速パルスで駆動することによって生成され得る。高速パルスは、共振回路５０６を励起し、注入されたエネルギーが減衰して消散するまで、ネットワークをその固有共振周波数で発振させる。高速パルスに対する共振回路５０６の応答は、共振ＬＣ回路の共振周波数によって部分的に求められる。初期電圧＝Ｖ_０であるパッシブｐｉｎｇに対する共振回路５０６の応答は、以下のように、ＬＣノード５１０で観測される電圧Ｖ_ＬＣによって示すことができる。

【0023】

コントローラ５０２または別のプロセッサがデジタルｐｉｎｇを使用して物体の存在を検出するときに、共振回路５０６を監視することができる。デジタルｐｉｎｇは、一定時間、共振回路５０６を駆動することによって生成される。共振回路５０６は、ワイヤレス充電デバイスの伝送コイルを含む同調ネットワークである。受信デバイスは、変調信号の信号状態に応じてその電力受信回路により提示されるインピーダンスを変更することによって、共振回路５０６において観測される電圧または電流を変調することができる。その後、コントローラ５０２または他のプロセッサは、受信デバイスが近くにあることを示すデータ変調された応答を待つ。

【0024】

選択的に作動させるコイル
本明細書に開示の特定の態様によれば、適合するデバイスを充電するために最適な電磁場を提供するように、１または複数の充電セル内のコイルを選択的に作動させることができる。場合によっては、複数のコイルが充電セルに割り当てられ、いくつかの充電セルが他の充電セルに重なり合うようにしてもよい。最適な充電構成は、充電セルレベルで選択することができる。いくつかの例では、充電構成が、充電されるデバイスと整列しているかまたはその近くに位置していると判定される充電面内の充電セルを含むことができる。コントローラは、充電構成に基づいて、単一のコイルまたはコイルの組合せを作動させることができ、その充電構成は、充電されるデバイスの位置の検出に基づくものとなる。いくつかの態様では、ワイヤレス充電デバイスが、充電イベント中に１または複数の伝送コイルまたは１または複数の予め設定された充電セルを選択的に作動させることができるドライバ回路を備えることができる。

【0025】

図６は、本明細書に開示の特定の態様に従って適合されたワイヤレス充電デバイスで使用するためのマトリクス多重化スイッチングをサポートする第１のトポロジー６００を示している。ワイヤレス充電デバイスは、受信デバイスを充電するために１または複数の充電セル１００を選択することができる。使用されていない充電セル１００は、電流の流れから切り離すことができる。比較的多数の充電セル１００を、対応する数のスイッチを必要とする図２および図３に示すハニカムパッケージ構成で使用することができる。本明細書に開示の特定の態様によれば、充電セル１００を、特定のセルが電力供給されることを可能にする２以上のスイッチに接続された複数のセルを有するマトリックス６０８に論理的に配置することができる。図示のトポロジー６００では、２次元マトリックス６０８が提供され、次元がＸおよびＹ座標によって表される。第１のセットのスイッチ６０６の各々は、セルの縦列における各セルの第１の端子を、ワイヤレス充電中に１または複数の充電セルのコイルを作動させるために電流を供給する電圧源または電流源６０２の第１の端子に選択的に結合するように構成されている。第２のセットのスイッチ６０４の各々は、セルの横列における各セルの第２の端子を、電圧源または電流源６０２の第２の端子に選択的に結合するように構成されている。充電セルは、その両方の端子が電圧源または電流源６０２に結合されると、アクティブになる。

【0026】

マトリックス６０８の使用により、同調ＬＣ回路のネットワークを動作させるために必要なスイッチングコンポーネントの数を大幅に削減することができる。例えば、Ｎ個の個別に接続されたセルは少なくともＮ個のスイッチを必要とするが、Ｎ個のセルを有する２次元マトリックス６０８は√Ｎ個のスイッチで動作させることができる。マトリックス６０８の使用により、大幅にコストを削減することができ、回路および／またはレイアウトの複雑さを低減することができる。一例では、９セルの態様は、６個のスイッチを使用して３×３マトリックス６０８で実現することができ、３個のスイッチを節約することができる。別の例では、１６セルの態様は、８個のスイッチを使用して４×４マトリックス６０８で実現することができ、８個のスイッチを節約することができる。

【0027】

動作中、少なくとも２のスイッチが、１つのコイルまたは充電セルを電圧源または電流源６０２に能動的に結合するために閉じられる。複数のコイルまたは充電セルを電圧源または電流源６０２に容易に接続するために、複数のスイッチを一度に閉じることができる。例えば、受信デバイスに電力を伝送する際に複数の伝送コイルを駆動する動作モードを可能にするために、複数のスイッチを閉じることができる。

【0028】

図７は、本明細書に開示の特定の態様に従って、各コイルまたは充電セルがドライバ回路７０２によって個々にかつ／または直接駆動される第２のトポロジー７００を示している。ドライバ回路７０２は、受信デバイスを充電するためにコイルのグループ７０４のなかから１または複数のコイルまたは充電セル１００を選択するように構成することができる。充電セル１００に関連して本明細書に開示した概念は、個々のコイルまたはコイルのスタックの選択的な作動に適用され得ることが理解されよう。使用されていない充電セル１００は、電流を受け取らない。比較的多数の充電セル１００が使用中であってもよく、個々のコイルまたはコイルのグループを駆動するためにスイッチングマトリックスを採用することができる。一例では、第１のスイッチングマトリックスが、充電イベント中に使用される充電セルまたはコイルのグループを規定する接続を構成することができ、第２のスイッチングマトリックスが、充電セルおよび／または選択されたコイルのグループを作動させるために使用され得る。１または複数のコイルに対する直接駆動が可能であることにより、ワイヤレス充電デバイスは、コイルの様々なグループを介して同時にｐｉｎｇを送信することが可能である。

【0029】

充電手順中のメッセージングの制御
本開示の特定の態様は、電力送信機と、電力送信機を介してワイヤレスで充電されている電力受信機との間の構成、制御、ステータスおよび他の情報のワイヤレス通信に関する。構成、制御、ステータスおよび他の情報は、標準規格で規定されたプロトコルに従って符号化されたメッセージで、電力伝送前および電力伝送中に伝達され得る。一例として、Ｑｉプロトコルは、電力受信機が電力送信機に要求を送信し、電力送信機に対して一部の制御をワイヤレスで実行することを可能にする。Ｑｉプロトコルは、多くのワイヤレス充電デバイスに実装されており、電力送信機と電力受信機との間のワイヤレスの相互接続を管理する。Ｑｉプロトコルは、電力送信機と電力受信機との間の電磁束で運ばれるＡＳＫ信号を生成する振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）変調によって、電力受信機から電力送信機へのメッセージの交換を提供する。

【0030】

図８は、ＡＳＫ変調された信号を受信および復号するように構成され得る処理回路８００の一例を示している。処理回路８００は、プロセッサ８０２を含み、このプロセッサは、ＡＳＫ変調信号８１２を使用して送信されたメッセージおよび／または受信したＡＳＫ変調信号８１２から復号されたメッセージを格納するように動作可能な、メモリデバイス８０４、レジスタまたは他のタイプのストレージに結合され得る。処理回路８００は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアのいくつかの組合せを用いて実装され得るＡＳＫデコーダ８０６を含む。ＡＳＫデコーダ８０６は、クロック生成またはリカバリ回路から受信したクロック信号を使用して、送信されたＡＳＫ変調信号８１２のタイミングを制御するとともに、受信したＡＳＫ変調信号８１２のサンプリングおよび復号を制御することができる。

【0031】

いくつかの例では、ＡＳＫ変調信号８１２を復号するために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が採用され、誘導電力伝送デバイスのタンク回路内の電圧または電流を変調する。図５のワイヤレス送信機５００において、ＡＳＫ変調信号８１２は、共振回路５０６のＬＣノード５１０で測定された充電電流５１８または電圧５１６を表すか、またはそれから導き出される。多くの例では、ＡＳＫ変調信号８１２のレベル変化間のタイミングを特定または測定するために、割り込みを使用することができる。一例では、復調回路が、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）により提供されるタイマと協働して、エッジ間の時間を計算するために使用される割り込みを生成することができる。時間測定のシーケンスを使用して、ＡＳＫ変調信号８１２を復号することができる。別の例では、ＤＳＰまたはデジタル信号コントローラを使用して、デジタル信号処理方法によりＡＳＫ変調信号を復調することができる。

【0032】

図９は、電力受信機と電力送信機との間で交換されるメッセージをデジタル的に符号化するために適合され得る符号化スキーム９００、９２０の例を示している。第１の例では、差分二相符号化スキーム９００が、データ信号９０４の位相でバイナリビットを符号化する。図示の例では、データバイト９０６の各ビットが、エンコーダクロック信号９０２の対応するサイクル９０８で符号化される。各ビットの値は、対応するサイクル９０８中のデータ信号９０４の遷移９１０（位相変化）の有無で符号化される。

【0033】

第２の例では、タンク電圧または充電電流９２４が、電力信号振幅符号化スキーム９２０を使用して符号化される。図示の例では、データバイト９２６のバイナリビットが、充電電流９２４のレベルで符号化される。データバイト９２６の各ビットは、エンコーダクロック信号９２２の対応するサイクル９２８で符号化される。各ビットの値は、対応するサイクル９０８中の充電電流９２４の公称１００％電圧レベル９３０に対する充電電流９２４の電圧レベルで符号化される。

【0034】

受信機によるＡＳＫ変調は、図５を再び参照することによって理解することができる。図５のワイヤレス送信機５００のドライバ回路５０４によって共振回路５０６に供給される充電電流５１８は、インダクタ５１４に、充電式デバイス内に設けられた受信回路内の受信コイルに結合される電磁束を生成させる。充電式デバイスは、共振回路５０６のＬＣノード５１０で測定される充電電流５１８および／または電圧５１６を変調することによって、ワイヤレス充電デバイス内の基地局に情報を伝達することができる。受信デバイスは、例えばパルス幅変調信号に従って、共振回路５０６内の伝送コイルと受信デバイス内の受信コイルとの間のカップリングを変化させることにより、充電電流５１８または電圧５１６を変調させることができる。カップリングは、充電式デバイス内の受信回路によりワイヤレス送信機５００に提示されるインピーダンスを変更することによって、変化させることができる。

【0035】

電力受信機と電力送信機との間で交換されるメッセージを復調および復号するために使用されるデコーダシステムの複雑さは、複数のデバイスがマルチデバイスのワイヤレス充電システムと同時に通信する場合に、複雑で管理が困難となる可能性がある。

【0036】

マルチコイル、マルチデバイスのワイヤレス充電システムでは、複数のデバイスを同時に充電することができる。図１０は、３つの受信デバイス１００２、１００４、１００６が自由に配置されたワイヤレス充電デバイスの充電面１０００を示している。デバイスは、エッジに対する位置合わせ、向きまたは位置などに関係なく、充電面１０００の占有されていないセクションに置かれるときに、自由に配置される。充電面１０００内の１または複数の伝送コイルが、充電式デバイスの物理的位置に関係なく受信デバイス１００２、１００４、１００６を充電するように構成され得るとき、ワイヤレス充電デバイスは、フリーポジションをサポートすることができる。図示の例では、各受信デバイス１００２、１００４、１００６が、充電面１０００内の１または複数の伝送コイル（ＬＰ－１～ＬＰ－１８と記される）と電磁気的に結合され得る単一の受信コイル１００８、１０１０、１０１２を有する。図示の例では、ワイヤレス充電デバイスが、充電セル内の１または複数の伝送コイルに充電電流を提供するように構成することができる複数のドライバを含むことができる。ワイヤレス充電デバイスは、さらに、３つの受信デバイス１００２、１００４、１００６における受信コイル１００８、１０１０、１０１２の同時制御および／または同時デバイス発見が可能であり得る。

【0037】

マルチコイル、マルチデバイスのワイヤレス充電システムでは、複数のデバイスを同時に充電することができる。充電中の各デバイスは、対応する送信回路における充電電流のＡＳＫ変調を使用して、電力レベル要求および他の情報をワイヤレス送信機５００（図５を参照）に伝達することができ、このワイヤレス送信機を介して、デバイスが充電される。場合によっては、あるワイヤレス送信機５００に送信されたＡＳＫ変調信号が、別のワイヤレス送信機によって検出されることがある。例えば、フリーポジションのワイヤレス充電ステーションでは、２つのデバイス１００２および１００４、または１００４および１００６を、互いに接近して任意に配置することができ、その結果、１つのワイヤレス送信機５００の伝送コイル（インダクタ５１４）が双方の受信デバイス１００２、１００４、１００６の受信コイル１００８、１０１０、１０１２と異なる程度で誘導結合され得る。このため、受信デバイス１００２、１００４、１００６は、複数のワイヤレス送信機５００によって復号可能なＡＳＫ符号化情報を送信するとき、実質的にブロードキャスタになり得る。いくつかの例では、第１の受信デバイスを充電しているワイヤレス送信機５００は、第２の受信デバイスが干渉するＡＳＫ変調信号を送信するときに、第１の受信デバイスからのＡＳＫメッセージを復号することができない場合がある。いくつかの例では、第１の受信デバイス１００２、１００４、１００６を充電しているワイヤレス送信機５００が、第２の受信デバイス１００２、１００４、１００６から、電力伝送速度を増加または減少させる要求を含むＡＳＫメッセージを受信および復号することがある。ワイヤレス送信機５００は、第２の受信デバイス１００２、１００４、１００６からの要求に応じてその電力出力を変更することができ、それにより、第１の受信デバイス１００２、１００４、１００６が増加した電力を処理することができない場合には、第１の受信デバイス１００２、１００４、１００６にダメージを与える可能性があり、または電力伝送を減らすことによって第１の受信デバイス１００２、１００４、１００６の充電速度を遅くする可能性がある。

【0038】

本明細書に開示の特定の態様によれば、ワイヤレス充電システムは、ＡＳＫ変調されたメッセージを、干渉を引き起こすことなく、電力受信デバイスと対応するワイヤレス電力送信機の複数のペアの間で確実に送信することを可能にする。意図したワイヤレス電力送信機以外のワイヤレス電力送信機でメッセージが受信および復号されるリスクを排除または低減することができる。一態様では、異なるワイヤレス電力送信機に、異なる周波数で電磁束を生成する充電電流を提供することができる。電磁束の周波数は、ＡＳＫ変調信号の搬送波周波数に対応する。送信回路のＡＳＫ復調器は、搬送周波数を中心とするバンドパスフィルタを含むことができ、それによりバンドパスフィルタが、他のワイヤレス電力送信機に関連する搬送周波数を遮断することができる。その後、各受信デバイス１００２、１００４、１００６は、その対応する電力送信機が動作する周波数でプライベートチャネルを有することができる。

【0039】

いくつかの態様では、複数の受信デバイス１００２、１００４、１００６を同時に検出および／または充電するようにワイヤレス充電デバイスを構成することができる。受信機から送信機への通信にＡＳＫ負荷変調を使用するワイヤレス充電器で複数の受信デバイス１００２、１００４、１００６を充電する場合、１つの充電セルの出力電力の大きな動的変化により、他の充電セルに関する通信が中断される可能性がある。デジタルｐｉｎｇ位相発見は、そのような中断に特に影響を受ける可能性がある。

【0040】

本開示の特定の態様によれば、デジタルｐｉｎｇの実行中の干渉または中断は、各受信デバイス１００２、１００４、１００６または潜在的な受信デバイスに発行されるｐｉｎｇをスケジュールすることによって制限することができる。図１１は、デジタルｐｉｎｇが順次配列されるスケジューリングスキーム１１００の一例を示している。配列内でスケジュールされた各充電セルは、そのスケジュールされたｐｉｎｇスロット１１０２、１１０４、１１０６、１１１２内でデジタルｐｉｎｇを順番に送信する。ｐｉｎｇに対する応答は、スケジュールされたｐｉｎｇスロット１１０２、１１０４、１１０６、１１１２の間または後に復号および処理することができる。図１１では、三番目の図示のｐｉｎｇスロット１１０６に対する応答が、三番目の図示のｐｉｎｇスロット１１０６の間に開始される沈黙期間において処理される。沈黙期間は、応答受信デバイス１００６が識別および構成され得る処理段階１１０８にまで延長され得る。延長された沈黙期間中、ｐｉｎｇは抑制される。スケジューリングスキーム１１００によって提供されるタイミングは、デバイスが最初にｐｉｎｇされたときに、動的範囲の大きな変化が起こらないことを保証する。チャネルが電力伝送状態１１１０に到達した後、ｐｉｎｇを再開することができる。スケジューリングスキーム１１００は、メッセージの再試行が不可能である期間中のデジタルｐｉｎｇ段階および処理の成功の確率を高めることができる。

【0041】

複数のデバイスとマルチデバイスのワイヤレス充電器との間のデータ交換を可能にするために、複数のデータストリームを提供することができる。これらのデータストリームは、電力受信機（ＰＲｘ）から電力送信機（ＰＴｘ）への通信をサポートすることができ、ＡＳＫ負荷変調を用いて符号化されたデータは、同じ磁気ドメインで運ばれる。従来のシステムは、典型的には、共存管理を提供することはなく、複数のメッセージが同じ磁気ドメインで同時に送信されている場合、データストリーム間で衝突が発生する可能性がある。

【0042】

本開示の特定の態様によれば、各電力受信機は、異なる搬送周波数が異なるＰＴｘ／ＰＲｘペアに割り当てられるとき、プライベートチャネルを介してその対応する電力送信機と通信することができる。一例では、ワイヤレス電力送信機が、１００ｋＨｚ～２１０ｋＨｚの周波数範囲内の選択された搬送波周波数で電力を送信することができ、データは、４ｋＨｚのベースバンド差動信号クロックを使用して変調することができる。各チャネルに割り当てられた周波数は、干渉を防止するのに十分な各チャネル間のガードバンドを提供するように選択することができる。

【0043】

図１２は、多周波ＡＳＫ変調をサポートする通信インターフェース１２００の一例を示している。特定のワイヤレス充電プロトコルは、電力送信機が電力伝送に使用される動作周波数を選択することを許容する。動作周波数は、充電電流のために選択された公称周波数であってもよい。動作周波数は、ＡＳＫ変調のための搬送波周波数としても機能する。本明細書に開示の特定の態様によれば、電力送信機は、マルチデバイスのワイヤレス充電器に結合された各電力受信機に対して固有の動作周波数を選択し、割り当てることができる。電力受信機によって使用されるＡＳＫ変調チャネルは、動作周波数に合わせて調整することができる。

【0044】

図示の通信インターフェース１２００において、マルチデバイスのワイヤレス充電器は、プロセッサ、シーケンサ、ステートマシンまたは他のコントローラ１２０２によって制御されるマルチコイル電力送信回路１２０６を備える。コントローラ１２０２は、電力送信回路１２０６の各アクティブ充電コイルに充電電流を供給するように、ドライバ１２０４のセットを構成することができる。各アクティブ充電コイルは、異なる受信デバイス１２０８、１２１０、１２１２に結合することができる。場合によっては、単一の受信デバイス内の１または複数の受信コイルに電磁気的に結合された複数のコイルに、充電電流を提供することができる。コントローラ１２０２は、異なる周波数で充電電流を提供するようにドライバ１２０４のセットを構成することができる。図示の例では、ドライバのセット１２０４が、ドライバのセット１２０４の使用のために構成された周波数のセット｛ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，．．．ｆ_ｎ｝に規定される搬送波周波数１３０２、１３０４、１３０６で充電電流を提供する。図１３は、ワイヤレス充電器のために構成された周波数スペクトル１３００の一例を示している。搬送波周波数１３０２、１３０４、１３０６の適切な分離を確保するために、チャネル間にガードバンド１３１２、１３１４を設けることができる。ワイヤレス充電デバイスは、対応する受信デバイス１２０８、１２１０、１２１２に電力を伝送するために使用される周波数によって規定される搬送波信号１２２４上のＡＳＫ変調チャネルを使用して受信デバイス１２０８、１２１０、１２１２と通信することができる。

【0045】

図１２に示す例では、ＡＳＫ変調信号１２２６が、コントローラ１２０２により提供されるバンド選択信号１２３０によって構成されるバンドパスフィルタ１２１４に提供される。バンド選択信号１２３０は、第１の受信デバイス１２０８のために提供されたチャネルに関連しない周波数成分をブロックするようにバンドパスフィルタ１２１４を構成することができる。いくつかの態様では、バンド選択信号１２３０が、バンドパスフィルタ１２１４の中心周波数および帯域幅を規定する。ＡＳＫ変調信号１２２６のフィルタリングされたバージョンは、ピーク検出器１２１６に提供され、ピーク検出器が検出器１２１８に供給する。検出器１２１８は、コヒーレント復調器１２２０の出力も受け取る。コヒーレント復調器１２２０は、ＡＳＫ変調信号１２２６で運ばれる情報１２２８の復号を可能にするために、搬送波信号１２２２の位相変調を回復するように構成することができる。バンドパスフィルタ１２１４は、ＡＳＫ変調信号１２２６に対する第１の受信デバイス１２０８の寄与を、他の受信デバイス１２１０、１２１２から受信されたＡＳＫ変調信号から分離する。

【0046】

ＡＳＫ変調信号の分離により、各受信デバイス１２０８、１２１０、１２１２は、他のデバイスによって送信されたＡＳＫ変調信号との衝突を心配することなくデータを送信することができる。特定の態様では、調整可能なバンドパスフィルタを有する非同期復調器を使用して、各チャネルを復号することができる。特定の態様では、コヒーレント／同期復調器を使用して、各チャネルを復号することができる。いくつかの態様では、他のタイプの復調器を用いることが企図されている。

【0047】

図１４は、充電中のデバイスと通信するための方法の一例を示すフローチャート１４００である。本方法は、マルチデバイスのワイヤレス充電器におけるコントローラによって実行され得る。ブロック１４０２では、コントローラが、ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供することができる。第１の伝送コイルは、第１の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され得る。ブロック１４０４では、コントローラが、ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供することができる。第２の伝送コイルは、第２の電力受信デバイス内の受信コイルにワイヤレスで結合され得る。第１の充電電流および第２の充電電流は、互いに異なる周波数で提供され得る。ブロック１４０６では、コントローラが、第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信することができる。第１の変調信号は、第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含むことができる。ブロック１４０８では、コントローラが、第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して、第１の変調信号をフィルタリングすることができる。

【0048】

様々な態様では、コントローラが、バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号することができ、そのメッセージが第１の電力受信デバイスから発信されたものとなる。メッセージを復号することは、バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号することを含むことができる。メッセージを復号することは、検出器を用いてメッセージを復調することを含むことができる。メッセージを復号することは、バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供することを含むことができる。一例では、第１の変調信号が、ＡＳＫ変調される。

【0049】

図１５は、充電中のデバイスと通信するための方法の一例を示すフローチャート１５００である。本方法は、マルチデバイスのワイヤレス充電器におけるコントローラによって実行され得る。ブロック１５０２では、コントローラが、複数の重複しないタイムスロットを規定することができる。ブロック１５０４では、コントローラが、複数の重複しないタイムスロットのうちの１つを、ワイヤレス充電デバイスの表面または表面内にある複数の充電セルの各々に割り当てることができる。ブロック１５０６では、コントローラが、複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行することができる。ブロック１５０８では、アクティブｐｉｎｇを使用して識別された充電式デバイスが構成される。ブロック１５１０では、コントローラが、第１のタイムスロットに対応する充電セルに充電電流を提供することができる。

【0050】

処理回路の例
図１６は、バッテリをワイヤレスで充電することを可能にするワイヤレス充電デバイスまたは受信デバイスに組み込むことができる装置１６００のハードウェア実装の一例を示している。いくつかの例では、装置１６００が、本明細書に開示の１または複数の機能を実行することができる。本開示の様々な態様によれば、本明細書に開示の要素、要素の任意の部分、または要素の任意の組合せは、処理回路１６０２を用いて実現することができる。処理回路１６０２は、ハードウェアモジュールおよびソフトウェアモジュールのある組合せによって制御される１または複数のプロセッサ１６０４を含むことができる。プロセッサ１６０４の例には、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＳｏＣ、ＡＳＩＣ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、ステートマシン、シーケンサ、ゲートロジック、ディスクリートハードウェア回路、および本開示全体を通して記載される様々な機能を実行するように構成された他の適切なハードウェアが含まれる。１または複数のプロセッサ１６０４は、特定の機能を実行する専用のプロセッサを含むことができ、ソフトウェアモジュール１６１６の１つによって構成、増強または制御することができる。１または複数のプロセッサ１６０４は、初期化中にロードされたソフトウェアモジュール１６１６の組合せを通じて構成されるものであってもよく、動作中に１または複数のソフトウェアモジュール１６１６をロードまたはアンロードすることによってさらに構成されるものであってもよい。

【0051】

図示の例では、処理回路１６０２が、全体としてバス１６１０で示されるバスアーキテクチャで実現することができる。バス１６１０は、処理回路１６０２の具体的なアプリケーションおよび全体的な設計上の制約に応じて、任意の数の相互接続バスおよびブリッジを含むことができる。バス１６１０は、１または複数のプロセッサ１６０４およびストレージ１６０６を含む様々な回路をリンクする。ストレージ１６０６は、メモリデバイスおよび大容量ストレージデバイスを含むことができ、本明細書では、コンピュータ可読媒体および／またはプロセッサ可読媒体とも呼ばれる。ストレージ１６０６は、一時的な記憶媒体および／または非一時的な記憶媒体を含むことができる。

【0052】

バス１６１０は、タイミングソース、タイマ、周辺機器、電圧レギュレータおよび電源管理回路などの様々な他の回路もリンクすることができる。バスインターフェース１６０８は、バス１６１０と１または複数のトランシーバ１６１２との間のインターフェースを提供することができる。一例では、標準規定プロトコルに従って、装置１６００が充電デバイスまたは受信デバイスと通信できるようにするために、トランシーバ１６１２を設けることができる。また、装置１６００の性質に応じて、ユーザインタフェース１６１８（例えば、キーパッド、ディスプレイ、スピーカ、マイクロフォン、ジョイスティック）も提供することができ、バス１６１０に直接またはバスインタフェース１６０８を介して通信可能に結合することができる。

【0053】

プロセッサ１６０４は、バス１６１０の管理と、ストレージ１６０６を含むコンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアの実行を含む全体的な処理とを担うことができる。この点において、プロセッサ１６０４を含む処理回路１６０２は、本明細書に開示の方法、機能および技術のいずれかを実現するために使用することができる。ストレージ１６０６は、ソフトウェアの実行時にプロセッサ１６０４によって操作されるデータを格納するために使用することができ、ソフトウェアは、本明細書に開示の方法のいずれか一つを実行するように構成することができる。

【0054】

処理回路１６０２の１または複数のプロセッサ１６０４は、ソフトウェアを実行することができる。ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコードまたはハードウェア記述言語などと呼ばれるかどうかにかかわらず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、プロシージャ、関数、アルゴリズムなどを意味するものとして、広く解釈されるものとする。ソフトウェアは、コンピュータ可読形式でストレージ１６０６に存在するようにしても、外部のコンピュータ可読媒体に存在するようにしてもよい。外部のコンピュータ可読媒体および／またはストレージ１６０６は、非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、例えば、磁気ストレージデバイス（例えば、ハードディスク、フロッピーディスク、磁気ストリップ）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ））、スマートカード、フラッシュメモリデバイス（例えば、「フラッシュドライブ」、カード、スティック、キードライブ）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭを含む消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、レジスタ、リムーバブルディスク、およびコンピュータがアクセスして読み取ることができるソフトウェアおよび／または命令を格納するための他の任意の適切な媒体を含むことができる。また、コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１６０６は、例えば、搬送波、伝送ライン、およびコンピュータがアクセスして読み取ることができるソフトウェアおよび／または命令を送信するための他の任意の適切な媒体も含むことができる。コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１６０６は、処理回路１６０２に存在していても、プロセッサ１６０４に存在していても、処理回路１６０２の外部にあっても、処理回路１６０２を含む複数のエンティティに分散していてもよい。コンピュータ可読媒体および／またはストレージ１６０６は、コンピュータプログラム製品に具現化されるものであってもよい。一例として、コンピュータプログラム製品は、パッケージ材料内のコンピュータ可読媒体を含むことができる。当業者は、具体的なアプリケーションおよびシステム全体に課せられた全体的な設計上の制約に応じて、本開示全体にわたって提示された記載の機能を実現するための最良の方法を認識するであろう。

【0055】

ストレージ１６０６は、ロード可能なコードセグメント、モジュール、アプリケーション、プログラムなどにおいてソフトウェアを維持および／または編成することができ、それらは、本明細書においてソフトウェアモジュール１６１６と呼ばれることがある。ソフトウェアモジュール１６１６の各々は、処理回路１６０２にインストールまたはロードされて、１または複数のプロセッサ１６０４によって実行されると、１または複数のプロセッサ１６０４の動作を制御するランタイムイメージ１６１４に寄与する命令およびデータを含むことができる。特定の命令は、実行されると、処理回路１６０２に、本明細書に記載の特定の方法、アルゴリズムおよびプロセスに従って機能を実行させることができる。

【0056】

ソフトウェアモジュール１６１６のいくつかは、処理回路１６０２の初期化中にロードされるものであってもよく、それらのソフトウェアモジュール１６１６は、本明細書に開示の様々な機能の実行を可能にするように処理回路１６０２を構成することができる。例えば、いくつかのソフトウェアモジュール１６１６は、プロセッサ１６０４の内部デバイスおよび／または論理回路１６２２を構成することができ、トランシーバ１６１２、バスインターフェース１６０８、ユーザインターフェース１６１８、タイマ、数値演算コプロセッサなどの外部デバイスへのアクセスを管理することができる。ソフトウェアモジュール１６１６は、割り込みハンドラおよびデバイスドライバと相互作用し、処理回路１６０２が提供する様々なリソースへのアクセスを制御する制御プログラムおよび／またはオペレーティングシステムを含むことができる。リソースは、メモリ、処理時間、トランシーバ１６１２へのアクセス、ユーザインタフェース１６１８などを含むことができる。

【0057】

処理回路１６０２の１または複数のプロセッサ１６０４は、多機能であり、それにより、ソフトウェアモジュール１６１６のいくつかがロードされ、異なる機能または同じ機能の異なるインスタンスを実行するように構成される。さらに、１または複数のプロセッサ１６０４は、例えば、ユーザインタフェース１６１８、トランシーバ１６１２およびデバイスドライバからの入力に応答して開始されるバックグラウンドタスクを管理するように適合されるようにしてもよい。複数の機能の実行をサポートするために、１または複数のプロセッサ１６０４は、マルチタスク環境を提供するように構成されるようにしてもよく、それにより、複数の機能の各々が、必要に応じて１または複数のプロセッサ１６０４によって提供されるタスクのセットとして実現される。一例では、マルチタスク環境は、異なるタスク間でプロセッサ１６０４の制御を引き渡すタイムシェアリングプログラム１６２０を使用して実現されるものであってもよく、それにより、各タスクは、未処理の動作の完了時にかつ／または割り込みなどの入力に応答して、１または複数のプロセッサ１６０４の制御をタイムシェアリングプログラム１６２０に戻す。タスクが１または複数のプロセッサ１６０４の制御を有する場合、処理回路は、制御タスクに関連する機能によって対処される目的のために効果的に特化される。タイムシェアリングプログラム１６２０は、オペレーティングシステム、ラウンドロビンベースで制御を転送するメインループ、機能の優先順位に従って１または複数のプロセッサ１６０４の制御を割り当てる機能、および／または、１または複数のプロセッサ１６０４の制御を処理機能に提供することによって外部イベントに応答する割込み作動メインループを含むことができる。

【0058】

一例では、装置１６００が、充電回路に結合されたバッテリ充電電源と、複数の充電セルと、１または複数のプロセッサ１６０４に含まれ得るコントローラとを有するワイヤレス充電装置を含むか、またはワイヤレス充電装置として動作する。複数の充電セルは、充電面を提供するように構成することができる。少なくとも１のコイルは、各充電セルの電荷移動領域を介して電磁場を向けるように構成することができる。

【0059】

コントローラは、ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供し、ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供し、第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信し、第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを用いて第１の変調信号をフィルタリングするように構成することができる。第１の伝送コイルは、第１の電力受信デバイスの受信コイルに結合され、第２の伝送コイルは、第２の電力受信デバイスの受信コイルに結合され得る。第１の充電電流および第２の充電電流は、互いに異なる周波数で提供することができる。第１の変調信号は、第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含むことができる。

【0060】

いくつかの態様では、コントローラが、バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号するように構成され、メッセージが第１の電力受信デバイスで発信されたものとなる。コントローラは、バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号するように構成することができる。コントローラは、検出器を用いてメッセージを復調するように構成することができる。コントローラは、バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供するように構成することができる。場合によっては、第１の変調信号がＡＳＫ変調される。

【0061】

別の例では、装置１６００が、充電回路に結合されたバッテリ充電電源と、複数の充電セルと、１または複数のプロセッサ１６０４に含まれ得るコントローラとを有するワイヤレス充電装置を含むか、またはワイヤレス充電装置として動作する。複数の充電セルは、充電面を提供するように構成することができる。少なくとも１のコイルは、各充電セルの電荷移動領域を介して電磁場を向けるように構成することができる。

【0062】

コントローラは、複数の重複しないタイムスロットを規定し、複数の重複しないタイムスロットのうちの１つを、ワイヤレス充電デバイスの表面または表面内にある複数の充電セルの各々に割り当て、複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行し、アクティブｐｉｎｇを使用して識別される充電式デバイスを構成し、第１のタイムスロットに対応する充電セルに充電電流を提供するよう構成されるものであってもよい。

【0063】

別の例では、ストレージ１６０６が命令および情報を保持し、命令が、１または複数のプロセッサ１６０４に、ワイヤレス充電デバイス内の第１の伝送コイルに第１の充電電流を提供するステップであって、第１の伝送コイルが第１の電力受信デバイス内の受信コイルに結合される、ステップと、ワイヤレス充電デバイス内の第２の伝送コイルに第２の充電電流を提供するステップであって、第２の伝送コイルが第２の電力受信デバイス内の受信コイルに結合され、第１の充電電流および第２の充電電流が互いに異なる周波数で提供される、ステップと、第１の電力受信デバイスから第１の変調信号を受信するステップであって、第１の変調信号が、第１の充電電流の周波数に対応する周波数で提供される搬送波信号を含む、ステップと、第２の電力受信デバイスによって送信された第２の変調信号をブロックするように構成されたバンドパスフィルタを使用して第１の変調信号をフィルタリングするステップとを実行させるように構成されている。

【0064】

場合によっては、命令が、１または複数のプロセッサ１６０４に、バンドパスフィルタの出力からのメッセージを復号させるように構成され、メッセージが第１の電力受信デバイスで発信されたものとなる。メッセージを復号することは、バンドパスフィルタの出力を非同期復調器に提供して、メッセージを復号することを含むことができる。メッセージを復号することは、検出器を用いてメッセージを復調することを含むことができる。メッセージを復号することは、バンドパスフィルタの出力を同期復調器に提供することを含むことができる。第１の変調信号は、ＡＳＫ変調されたものであってもよい。

【0065】

別の例では、ストレージ１６０６が命令および情報を保持し、命令が、１または複数のプロセッサ１６０４に、複数の重複しないタイムスロットを規定させ、複数の重複しないタイムスロットの１つをワイヤレス充電デバイスの表面または表面内にある複数の充電セルの各々に割り当てさせ、複数の重複しないタイムスロットのうちの第１のタイムスロットの間にアクティブｐｉｎｇを実行させ、アクティブｐｉｎｇを用いて識別される充電式デバイスを構成させ、第１のタイムスロットに対応する充電セルに充電電流を提供させるよう構成されている。

【0066】

上述した説明は、当業者が本明細書に記載の様々な態様を実施できるようにするために提供されたものである。これらの態様に対する様々な変更は、当業者には明らかであり、本明細書で規定される一般的な原理は、他の態様に適用することができる。このため、特許請求の範囲は、本明細書に示される態様に限定されることを意図するものではなく、請求項の文言と一致する全範囲が認められるものであり、単数形の要素への言及は、特に明記がなければ、「唯一の」を意味するものではなく、「１または複数」を意味するものとする。特に明記されていない限り、「いくつか」という用語は１または複数を指している。当業者に知られている、または後に当業者に知られるようになる、本開示を通して説明される様々な態様の要素に対するすべての構造的および機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に援用されるとともに、特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、本明細書に開示されているものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に記載されているか否かにかかわらず、公衆に捧げられることを意図していない。請求項の要素が「のための手段（means for）」という文言を使用して明示的に記載されていない限り、また、方法の請求項の場合には、「のためのステップ（step for）」という文言を使用して記載されていない限りは、何れの請求項の要素も、米国特許法第１１２条第６項の規定に基づいて解釈されるべきではない。

【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】