JP5763833B2

JP5763833B2 - ワイヤレス電力システムにおいてワイヤレス電力通信デバイスを検出し、保護するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP5763833B2
Application number: JP2014502665A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・アンソニー・ドレネン
Original assignee: クアルコム，インコーポレイテッド
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: KR20140025410A; JP2014514905A; CN103503322A; CN103503322B; US20120248891A1; US8946939B2; WO2012135139A1; EP2692067A1; EP2692067B1; KR101570594B1

Description

本発明は、一般に、ワイヤレス電力に関する。より詳細には、本開示は、影響を受けやすいデバイス(たとえば、ワイヤレス電力伝送場によってダメージを受け得るデバイス)を検出するためのシステム、デバイス、および方法を対象とし、これらのデバイスには、ワイヤレス電力送信機の充電領域内にある近接場通信デバイスおよび無線周波数識別(RFID)カードが含まれる。いくつかの実施形態は、ワイヤレス電力送信機の充電領域内に位置する近接場通信デバイスを含む、影響を受けやすいデバイスの検出に基づいて、ワイヤレス電力伝送を調整する、および/またはワイヤレス電力送出を制限するためのシステム、デバイス、および方法に関する。

増加し続けるさまざまな電子デバイスは、充電式バッテリを介して電力供給される。そのようなデバイスは、移動電話、ポータブル音楽プレーヤ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンピュータ周辺デバイス、通信デバイス(たとえば、Bluetooth(登録商標)デバイス)、デジタルカメラ、補聴器などを含む。バッテリ技術が向上している一方で、バッテリ電源の電子デバイスは、ますます大量の電力を必要とし、消費する。したがって、これらのデバイスは、常に再充電を必要としている。充電式デバイスは、しばしば、電力供給装置に物理的に接続されたケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする有線接続を介して充電される。ケーブルおよび同様のコネクタは、時に不都合または面倒であり、他の欠点を有することがある。充電式電子デバイスを充電するために使用されるように、自由空間で電力を伝送できるワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの不完全性のいくつかを克服することができる。したがって、充電式電子デバイスを充電するために効率的かつ安全に電力を伝送する、ワイヤレス充電システムおよび方法が望ましい。

ワイヤレス電力送信機と同じ周波数で動作している、またはそこから電力を受信することができる近接場通信(NFC)デバイスなどの、影響を受けやすいデバイスは、ワイヤレス電力送信機から過剰な電力を受信することがある。過剰な電力を受信することは、影響を受けやすいデバイスの望ましくない加熱または破壊をもたらすことがある。

添付の請求項の範囲内のシステム、方法、およびデバイスのさまざまな実装形態は、それぞれいくつかの態様を有し、そのうちの1つとして、本明細書で説明する望ましい属性を単独で担うものはない。添付の請求項の範囲を限定することなく、いくつかの顕著な特徴を本明細書で説明する。

一態様によれば、デバイスに電力を伝送するように構成されたワイヤレス電力送信機のワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出する方法が開示される。方法は、ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるステップと、第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するステップと、第1の周波数と第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するステップと、第3の信号の検出に応答して、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減するステップとを含む。

別の態様によれば、装置が開示される。装置は、ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるように構成されたワイヤレス電力送信機と、第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するように構成された検出信号送信機と、第1の周波数と第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するように構成されたトーン受信機と、第3の信号の検出に応答して、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減するように構成されたコントローラとを含む。

別の態様によれば、ワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出するための装置が開示される。装置は、ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるための手段と、第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するための手段と、第1の周波数と第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するための手段と、第3の信号の検出に応答して、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減するための手段とを含む。

別の態様によれば、ワイヤレス電力伝送場を介してデバイスに電力を伝送するように構成されたワイヤレス電力送信機のワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出するように構成されたプログラムのために、データを処理するためのコンピュータプログラムが開示される。コンピュータプログラムは、処理回路に、第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信させ、第1の周波数と第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出させ、第3の信号の検出に応答して、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減させるための、コードを記憶している非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む。

本開示を要約する目的のために、本発明の特定の態様、効果、および新規な特徴が、本明細書で説明されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのようなすべての効果が必ずしも達成され得るわけではないことを理解されたい。したがって、本明細書で教示するような1つの効果もしくは効果の集まりを達成する、または最適化するやり方で、本明細書で教示する、または示唆し得るような他の効果を必ずしも達成せずに、本発明を具体化する、または実行することができる。

いくつかの実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの機能ブロック図である。図1のワイヤレス電力伝送システムのより詳細なブロック図である。いくつかの実施形態によるループコイルの概略図である。いくつかの実施形態による、ワイヤレス電力送信機の充電エリア内にあるデバイスを含む別のワイヤレス電力伝送システムの図である。いくつかの実施形態によるワイヤレス電力送信機のブロック図である。いくつかの実施形態によるワイヤレス電力受信機のブロック図である。いくつかの実施形態による存在検出器のブロック図である。いくつかの実施形態による、図7に示されたコンポーネントのより詳細なブロック図である。いくつかの実施形態による、第1の周波数信号および第2の周波数信号の例を示す図である。いくつかの実施形態による、第1の周波数信号および第2の周波数信号、ならびに検出された第3の周波数信号の例を示す図である。いくつかの実施形態による、第1の周波数信号および第2の周波数信号、ならびに検出された第3の周波数信号の例を示す図である。いくつかの実施形態による存在検出器のより詳細なブロック図である。いくつかの実施形態による、通信デバイスを検出し、保護する方法の流れ図である。いくつかの実施形態による、通信デバイスを検出し、保護する方法の流れ図である。いくつかの実装形態によるシステムのブロック図である。

添付の図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、本発明の実施形態の説明を意図しており、本発明が実践され得る唯一の実施形態を表すことは意図していない。本説明全体を通して使用される用語「exemplary(例示的な)」は、「例、実例、または例証としての働きをすること」を意味し、必ずしも他の実施形態よりも好ましい、または好都合であると解釈すべきではない。詳細な説明は、本発明の実施形態の十分な理解を提供する目的のために、特定の詳細を含む。当業者には、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細がなくても実践され得ることが明らかであろう。いくつかの実例では、本明細書で提示する実施形態の新規性を不明瞭にするのを避けるために、よく知られた構造およびデバイスを、ブロック図形式で示している。

電力をワイヤレスで伝送することは、電場、磁場、電磁場に関連した、または別のやり方での、物理的な導電体を使用せずに送信機から受信機へと送信される、任意の形態のエネルギーを伝送することを指すことができる(たとえば、電力は自由空間を通して伝送され得る)。ワイヤレスの場(たとえば、磁場)への電力出力は、受信アンテナまたは受信コイルによって受信されて、または取り込まれて、電力伝送を達成することができる。

図1は、いくつかの実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機104からワイヤレス電力受信機108へとエネルギーを伝送するための場106(たとえば、電磁場)を発生させるために、入力電力102がワイヤレス電力送信機104に提供されてよい。ワイヤレス電力伝送の間、ワイヤレス電力受信機108は、場106に結合されてよく、出力電力110を受信するためのワイヤレス電力受信機108に結合されたデバイス(図示せず)が蓄電または消費するための、出力電力110を発生させる。ワイヤレス電力送信機104およびワイヤレス電力受信機108は、距離112だけ隔てられている。一実施形態において、ワイヤレス電力送信機104およびワイヤレス電力受信機108は、相互共振関係に従って構成されている。ワイヤレス電力受信機108の共振周波数とワイヤレス電力送信機104の共振周波数とが、実質的に同じであるか、互いに非常に近接している場合、ワイヤレス電力送信機104とワイヤレス電力受信機108との間の伝送損失は、ワイヤレス電力受信機108がワイヤレス電力送信機104によって発生する場106の「近接場」に位置するときに最小となる。したがって、コイル同士が非常に近接している(たとえば、ミリメートルの範囲内)ことを必要とする大きなコイルを必要とし得る純粋な誘導性ソリューションと対比して、ワイヤレス電力伝送は、より長い距離上で提供されてよい。共振誘導結合技法は、したがって、効率の改善を可能にし、さまざまな距離上で、多様なアンテナ構成またはコイル構成による電力伝送を可能にすることができる。用語「コイル」は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーを、ワイヤレスで出力する、または受信することができるコンポーネントを指すことを意図する。コイルはまた、ワイヤレスで電力を出力する、または受信するように構成されたタイプの「アンテナ」と呼ばれてもよい。いくつかの実施形態において、コイルは、本明細書で「磁気」アンテナもしくは誘導コイルと呼ばれてもよく、または「磁気」アンテナもしくは誘導コイルとして構成することができる。

一実施形態において、ワイヤレス電力送信機104は、送信コイル114の共振周波数に対応した周波数で時間変化磁場を出力するように構成されていてよい。受信機が場106内にあるとき、時間変化磁場は、受信コイル118において電流を誘導することができる。上で説明したように、受信コイル118が送信コイル114の周波数で共振するように構成されている場合、エネルギーを効率よく伝送することができる。上で説明したように、受信コイル118において誘導されたAC信号は整流されて、負荷を充電する、または負荷に電力供給するために提供されてよいDC信号を生成することができる。

ワイヤレス電力送信機104は、エネルギー送信を出力するためのワイヤレス電力送信コイル114をさらに含み、ワイヤレス電力受信機108は、エネルギー受信のためのワイヤレス電力受信コイル118をさらに含む。本明細書で言及したように、近接場は、送信コイル114から離れて電力を最小限に放射する、送信コイル114における電流および充電から生じる強い反応場が存在する領域に対応することができる。いくつかのケースでは、近接場は、送信コイル114の1つの波長付近(またはその一部)内である領域に対応することができる。送信コイルおよび受信コイルは、コイルに関連付けられるべき用途およびデバイスに従った大きさにされる。上で説明したように、効率的なエネルギー伝送は、エネルギーのほとんどを電磁波で遠方場へ伝搬するのではなく、ワイヤレス電力送信コイル114の近接場におけるエネルギーの大部分を、ワイヤレス電力受信コイル118に結合することによって行われる。近接場内に位置するとき、ワイヤレス電力送信コイル114とワイヤレス電力受信コイル118との間に、結合モードが展開されてよい。ワイヤレス電力送信コイル114およびワイヤレス電力受信コイル118のまわりの、この近接場結合が行われ得るエリアは、本明細書では、結合モード領域と呼ばれてよい。

図2は、図1のワイヤレス電力伝送システムのより詳細なブロック図を示す。ワイヤレス電力送信機104は、ワイヤレス電力信号発生器122(たとえば、電圧制御発振器)と、ドライバ124(たとえば、電力増幅器)と、Txインピーダンス調整回路126とを含む。ワイヤレス電力信号発生器122は、信号発生器制御信号123に応答して調整することができる、468.75KHz、6.78MHz、または13.56MHzなどの所望の周波数で信号を発生するように構成されている。ワイヤレス電力信号発生器122によって発生する信号は、たとえば、送信コイル114の共振周波数で、送信コイル114を駆動するように構成されたドライバ124に提供されてよい。ドライバ124は、ワイヤレス電力信号発生器122(たとえば、発振器)から矩形波を受信し、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であってよい。たとえば、ドライバ124は、クラスE増幅器であってよい。ワイヤレス電力信号発生器122によって発生した信号は、ドライバ124によって受信され、増幅制御信号125に対応した増幅量で、ドライバ124によって増幅されてよい。Txインピーダンス調整回路126は、ドライバ124の出力に接続されてよく、ワイヤレス電力送信コイル114のインピーダンスに基づいて、ワイヤレス電力送信機104のインピーダンスを調整するように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、Txインピーダンス調整回路126は、ワイヤレス電力送信機104のコンポーネントのインピーダンスを、ワイヤレス電力送信コイル114のインピーダンスに整合させるように構成されていてよい。図示されていないが、ワイヤレス電力送信機104はまた、ドライバ124の出力およびTxインピーダンス調整回路126の入力に接続された、フィルタを含むことができる。フィルタは、増幅した信号における不要な高調波、または他の不要な周波数をフィルタ除去するように構成されていてよい。

ワイヤレス電力受信機108は、Rxインピーダンス調整回路132および電力変換回路134を含んで、図2に示すような負荷136を充電するための、またはワイヤレス電力受信機108に結合されたデバイス(図示せず)に電力供給するための、DC電力出力を発生させることができる。Rxインピーダンス調整回路132は、ワイヤレス電力受信コイル118のインピーダンスに基づいて、ワイヤレス電力受信機108のインピーダンスを調整するために含まれていてよい。いくつかの実施形態において、Rxインピーダンス調整回路132は、ワイヤレス電力受信機108のコンポーネントのインピーダンスを、ワイヤレス電力受信コイル118のインピーダンスに整合させるように構成されていてよい。ワイヤレス電力受信機108およびワイヤレス電力送信機104は、別個の通信チャネル119(たとえば、Bluetooth(登録商標)チャネル、ジグビーチャネル、セルラーチャネルなど)で通信することができる。

選択的に無効にできる関連した負荷(たとえば、負荷136)を最初に有することができるワイヤレス電力受信機108は、ワイヤレス電力送信機104によって送信された電力の量およびワイヤレス電力受信機108によって受信された電力の量が、負荷136を充電するために適切であるかどうかを判定するように構成されていてよい。さらに、ワイヤレス電力受信機108は、電力の量が適切であると判定されると、負荷(たとえば負荷136)を有効にするように構成されていてよい。いくつかの実施形態において、ワイヤレス電力受信機108は、負荷136(たとえば、バッテリ)を充電することなく、ワイヤレス電力伝送場から受信した電力を直接利用するように構成されていてよい。たとえば、近接場通信(NFC)デバイスまたは無線周波数識別(RFID)デバイスなどの通信デバイスは、ワイヤレス電力伝送場から電力を受信し、ワイヤレス電力伝送場と相互作用することによって通信し、および/または、ワイヤレス電力送信機104もしくは他のデバイスと通信するために受信した電力を利用するように構成されていてよい。

図3は、いくつかの実施形態によるループコイル150の概略図を示す。図3に示すように、実施形態において使用されるコイルは、本明細書で「磁気」コイルとも称され得る「ループ」コイル150として構成されていてよい。ループコイルは、空芯またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成されていてよい。空芯ループコイルは、コアの近傍に配置された外部からの物理デバイスに対してより許容性があることがある。さらに、空芯ループコイルは、コアエリア内に、他のコンポーネントまたは回路(たとえば、集積回路)の配置を可能にすることができる。さらに、空芯ループは、ワイヤレス電力送信コイル(たとえば、図2のワイヤレス電力送信コイル114)の平面内に、ワイヤレス電力受信コイル(たとえば、図2のワイヤレス電力受信コイル118)の配置を可能にすることができ、それにより、ワイヤレス電力送信コイル114とワイヤレス電力受信コイル118との間の結合係数を増加させる。

ワイヤレス電力送信機104とワイヤレス電力受信機108との間のエネルギーの効率的な伝送は、ワイヤレス電力送信機104とワイヤレス電力受信機108との間の整合された、またはほぼ整合された共振の間に行うことができる。しかしながら、ワイヤレス電力送信機104とワイヤレス電力受信機108との間の共振が整合されていないときでも、効率には影響され得るものの、エネルギーを伝送することができる。上で論じたように、エネルギー伝送は、ワイヤレス電力送信コイル114からのエネルギーを自由空間へと伝搬するのではなく、ワイヤレス電力送信コイル114の近接場内のエネルギーを、電磁近接場が発生するエリア内に位置するワイヤレス電力受信コイル118に結合することによって行われてよい。

ループコイルまたは磁気コイルの共振周波数は、コイルのインダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。ループコイルにおけるインダクタンスは、一般に、ループのインダクタンスであり、一方キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数を有する共振構造(たとえば、LC回路)を作成するために、ループコイルに接続された容量成分の形で含まれてよい。非限定的な例として、共振周波数156で信号を選択する共振回路を作成するために、キャパシタ152およびキャパシタ154は、ループコイル150に接続されてよい。他のコンポーネント(たとえば、可変もしくは固定インダクタ、可変もしくは固定キャパシタ、および/または可変もしくは固定レジスタ)がまた、共振周波数を制御し、調整するために、ループコイル150に接続されてもよい。より大きな直径のループコイル150では、ループの直径またはインダクタンスが増加するにつれて、共振を維持するのに必要なキャパシタンスの大きさが減少してよい。さらに、ループコイルまたは磁気コイルの直径が増加するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝送エリアが増加してよい。他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、ループコイル150の2つの終端間に、キャパシタが並列に配置されてもよい。ワイヤレス電力送信コイル114では、共振周波数156での信号が、ループコイル150へ入力として提供されてよい。

ワイヤレス電力充電システムでは、無認可のデバイスまたは他のコンポーネントが、充電されるべきデバイスに電力を送信する際に、充電デバイスの動作に干渉することがある。たとえば、影響を受けやすいデバイスがワイヤレス充電システムに導入されたとき、システムおよび影響を受けやすいデバイスを保護するために、送信される電力を遮断する、または弱めることのいずれかが最善であることがある。NFCデバイスは、かなりの量の電力を吸収することができ、ワイヤレス電力伝送場との相互作用を通して、著しく加熱して損傷を受けることがある。たとえば、ワイヤレス電力送信機と同じ周波数で動作している、またはそこから電力を受信することができるNFCデバイスは、ワイヤレス電力送信機から過剰な電力を受信することがある。過剰の電力を受信することは、NFCデバイスの望ましくない加熱をもたらすことがあり、それにより、NFCデバイスを損傷することがある。

本明細書で説明するいくつかの実施形態によれば、システムは、NFCデバイスまたはRFIDカードなどの影響を受けやすいデバイスを破壊から保護するのを可能にすることができ、ワイヤレス電力送信機104に損傷を引き起こし得る非効率な状態での動作から、ワイヤレス電力送信機104を保護するのを可能にすることができる。本明細書ではNFCデバイスおよびRFIDカードに関連して説明するが、本明細書で説明するシステムおよび方法は、ワイヤレス電力場にさらされることを意図していない他のデバイスの検出に適用可能であってもよい。上で論じた構造および機能のいくつかを、以下でより詳細に説明する。

図4は、いくつかの実施形態による、ワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内にあるデバイスを含む、別のワイヤレス電力伝送システムを示す。図4に示すように、システムは、充電器182と、充電器182のワイヤレス電力伝送領域190内にあるワイヤレス電力充電可能デバイス184とを含むことができる。充電器182は、ワイヤレス電力充電可能デバイス184を充電するための(たとえば、ワイヤレス電力送信機104に関連して上で論じたような)ワイヤレス電力送信機を含むことができる。充電器182は、たとえば、有線接続を介して電源に接続された充電デバイス(たとえば、充電マット)、ワイヤレスで電力を受信し、受信した電力をワイヤレス電力充電可能デバイス184に伝送するように構成された充電デバイス、またはそれらの組み合わせであってよい。本明細書で言及するようなワイヤレス電力充電可能デバイス184は、たとえば、電子カメラ、ビデオレコーダ、ウェブカメラ、セルラ式電話、スマートフォン、ポータブルメディアプレーヤ、携帯情報端末、ラップトップ、タブレットコンピュータなどを含む、広い用語である。図示していないものの、システムは、充電器182のワイヤレス電力伝送領域190内に、複数のワイヤレス電力充電可能デバイス184を含むことができる。

システムは、近接場通信(NFC)デバイス、RFIDカード、その他などの通信デバイス188を含むカード186をさらに含むことができる。カード186は、IDカード(たとえば、アクセスを制限するセキュリティバッジ)、スマートカード、クレジットカードなどであってよい。カード186は、情報(たとえば、識別情報、トランザクション情報など)を伝送するために、通信デバイス188を介して通信するように構成されていてよい。通信デバイス188は、カード186に含まれるものとして図示されているが、通信デバイス188は、それに限定はしない。たとえば、通信デバイス188は、ワイヤレス電力充電可能デバイスに関する情報(たとえば、識別情報など)を通信するために、ワイヤレス電力充電可能デバイス184に含まれていてもよい。通信デバイス188は、通信デバイス188のコイルと、通信デバイス188と通信している(たとえば、近接場通信)デバイスのコイルとの間の誘導を使用することができる。

図4に示すように、カード186およびワイヤレス電力充電可能デバイス184は、充電器182のワイヤレス電力伝送領域190内に位置していてよい。デバイスの向きは、図4に示すようなデバイスの向きには制限されない。以下で図5に関連してより詳細に論じるように、充電器182は、通信デバイス188を検出するように構成されていてよい。さらに、充電器182は、NFCデバイスまたはRFIDデバイスなどの通信デバイス188を検出した後で、それを保護するように構成されていてよい。

本明細書で説明するように、充電器182は、1つまたは複数の方法に従って、ワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内に位置する1つまたは複数の影響を受けやすいデバイス(たとえば、通信デバイス188)を検出するように構成されていてよい。いくつかの実施形態に従って、充電器182は、通信デバイス188を検出するために、検出信号を送信し、検出信号の高調波および/または混合積を検出するように構成されていてよい。いくつかの実施形態によれば、充電器182は、関連したワイヤレス電力伝送領域190内で充電器182のワイヤレス電力送信機104によって送信されている電力が、不明であるか否かを判定するように構成されていてよい。充電器182は、ワイヤレス電力送信機104に関連付けられた1つまたは複数の測定された特性を介して、通信デバイス188が充電器182のワイヤレス電力伝送領域190内にあるかどうかを判定するように構成されていてよい。

充電器182は、1つまたは複数の方法に従って、関連したワイヤレス電力伝送領域190内で検出される1つまたは複数の影響を受けやすいデバイス(たとえば、通信デバイス188)の存在下において、保護する(たとえば、電力伝送場の発生を低減する、または場合によって排除する)ように構成されていてよい。たとえば、充電器182は、ワイヤレス電力充電の間、NFCデバイスなどの通信デバイス188がワイヤレス電力送信コイル114の領域内に位置するのを防ぐようなやり方で、構成されていてよい。したがって、通信デバイス188(たとえば、NFCデバイス)は、最も強い電力伝送場を有するゾーン内に位置することができない。別の例示的な実施形態によれば、通信デバイス188の検出に基づいて、充電器182は、そこから伝送される電力を低減する、または排除する(たとえば、切る)ように構成されていてよい。

図5は、いくつかの実施形態によるワイヤレス電力送信機104のブロック図である。ワイヤレス電力送信機104は、上で図4に関連して説明したように、充電器182などの充電器に含まれていてよい。ワイヤレス電力送信機104は、送信機回路202と、ワイヤレス電力送信コイル114とを含む。送信機回路202は、ワイヤレス電力送信コイル114を駆動するために、発振信号を提供することによって、ワイヤレス電力送信コイル114にRF電力を提供する。発振信号に基づいて、ワイヤレス電力送信コイル114は、ワイヤレス電力送信機104からのエネルギーを送信するための電磁場を発生させる。ワイヤレス電力送信機104は、任意の好適な周波数で動作することができる。例として、ワイヤレス電力送信機104は、13.56MHzのISM帯で動作することができる。

送信機回路202は、ワイヤレス電力送信コイル114のインピーダンスに基づいて送信機回路202のインピーダンスを調整するように構成されたTXインピーダンス調整回路126と、ワイヤレス電力送信機104によって送信された電力を最大化するためのローパスフィルタ(LPF)208とを含む。LPF208は、ワイヤレス電力受信機108に結合されたデバイスの自己ジャミング(self-jamming)を防ぐレベルにまで、高調波放射を低減するように構成されていてよい。他の実施形態は、限定はしないが、他の周波数を通しながら特定の周波数を減衰させるノッチフィルタを含むさまざまなフィルタトポロジを含むことができ、かつ、コイルへの出力電力またはドライバにより引き出されるDC電流などの測定可能な送信メトリクスに基づいて変化し得る、適応型インピーダンス整合を含むことができる。送信機回路202は、ワイヤレス電力信号発生器122によって決定されたようにRF信号を駆動するように構成されたドライバ124をさらに含む。送信機回路202は、ディスクリートデバイスまたはディスクリート回路を含むことができる、および/または、集積回路を含むことができる。ワイヤレス電力送信コイル114からのRF電力出力は、およそ2〜5ワットの範囲内であってよいが、それに限定はしない。

送信機回路202は、特定の受信機に対する送信位相(またはデューティサイクル)中にワイヤレス電力信号発生器122を有効にし、発振器の周波数または位相を調整し、隣接デバイスとそれらの取り付けられた受信機を通して相互作用するための通信プロトコルを実装するために出力電力レベルを調整するための、Txコントローラ214をさらに含む。発振器位相および送信経路における関連回路の調整は、特に、1つの周波数から別の周波数に移行するときに、帯域外放射の低減を可能にする。

送信機回路202は、ワイヤレス電力送信コイル114によって発生したワイヤレス電力伝送領域190の近傍において、アクティブな受信機、影響を受けやすいデバイス、および他の対象物の存在または不在を検出するための負荷感知回路216をさらに含むことができる。例として、負荷感知回路216は、ワイヤレス電力送信コイル114によって発生した充電領域の近傍においてワイヤレス電力送信機によって見られる負荷を変化させ得るアクティブな受信機、および/または影響を受けやすいデバイス、および/または他の対象物の存在または不在によって作用される、(たとえば、電流信号235および電圧信号234によって図示されるような)ドライバ124へと流れる電流、およびドライバ124の電圧レベルをモニタする。ドライバ124への負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信し、アクティブな受信機と通信するために、ワイヤレス電力信号発生器122を有効にすべきかどうかの判定に使用するために、Txコントローラ214によってモニタされる。以下で図12に関連してより詳細に説明するように、ドライバ124で測定される電流および/または電圧は、通信デバイス188などの「影響を受けやすい」デバイス(たとえば、ワイヤレス電力伝送場によってダメージを受け得るデバイス)が、ワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内に位置するかどうかを判定するために使用されてよい。

ワイヤレス電力送信コイル114は、抵抗損失を低く保つように選択された厚さ、幅、および金属タイプを有する、リッツ線を用いて、またはコイルストリップとして実装されてよい。ワイヤレス電力送信コイル114は、一般に、テーブル、マット、ランプ、または他のより携帯性の低い構成などの、より大きな構造物と関連付けるために構成されていてよい。したがって、ワイヤレス電力送信コイル114は、一般に、実際的な寸法にするための「巻き」を必要としないことになる。ワイヤレス電力送信コイル114の実装形態は、「電気的に小型」(たとえば、波長のおよそ何分の一か)であってよく、共振周波数を定義するためにキャパシタを使用することによって、より低い使用可能な周波数で共振するように同調されてよい。

ワイヤレス電力送信機104は、ワイヤレス電力送信機104に関連付けられてよい受信機デバイスの所在およびステータスに関する情報を収集し、追跡することができる。したがって、送信機回路202は、Txコントローラ214に接続された、存在検出器280、閉状態検出器260、またはそれらの組み合わせを含むことができる。Txコントローラ214は、存在検出器280および閉状態検出器260からの存在信号に応答して、ドライバ124によって送出される電力の量を調整することができる。ワイヤレス電力送信機104は、たとえば、建物に存在する従来のAC電力を変換するためのAC-DC変換器(図示せず)、従来のDC電源をワイヤレス電力送信機104に適した電圧に変換するためのDC-DC変換器(図示せず)などの、いくつかの電源を通して、または、従来のDC電源(図示せず)から直接、電力を受信することができる。

存在検出器280は、ワイヤレス電力送信機104のカバレッジエリアに挿入した充電すべきデバイスの初期存在を感知するために利用される、動き検出器を含むことができる。検出後に、ワイヤレス電力送信機104はオンにされてよく、デバイスが受信したRF電力は、Rxデバイスのスイッチを所定のやり方でトグルするために使用されてよく、その結果、ワイヤレス電力送信機104の駆動点インピーダンスが変化することになる。

存在検出器280はまた、たとえば、赤外検出、動き検出、または他の好適な手段によって人間を検出することができる、検出器を含むことができる。いくつかの実施形態において、送信コイルが特定の周波数において送信できる電力の量を制限する規制があることがある。いくつかのケースでは、これらの規制は、人間または他の生物学上の存在を電磁放射から保護することを意図する。しかしながら、たとえば、ガレージ、工場の床、店舗、その他などの、人間が占有しない、または人間がめったに占有しないエリアに、送信コイルが配置される環境があり得る。これらの環境に人間がいない場合、送信コイルの電力出力を、通常の電力制限規制を上回って増加させることが許可されることがある。言い換えれば、Txコントローラ214は、人間の存在に応答して、ワイヤレス電力送信コイル114の電力出力を、規制レベルまたはそれ以下に調整し、人間がワイヤレス電力送信コイル114の電磁場から規制距離の外側にいるとき、ワイヤレス電力送信コイル114の電力出力を、規制レベルを上回るレベルに調整することができる。

非限定的な例として、閉状態検出器260(本明細書では、閉鎖区画検出器または閉鎖空間検出器と呼ばれてもよい)は、筐体がいつ閉じた状態であるか、またはいつ開いた状態であるかを判定するための感知スイッチなどのデバイスであってよい。ワイヤレス電力送信機104が閉鎖状態にある筐体内に含まれているとき、ワイヤレス電力送信機104の電力レベルは増加してよい。

いくつかの実施形態において、ワイヤレス電力送信機104が無期限にオンのままにならない方法が使用されてよい。このケースでは、ワイヤレス電力送信機104は、ユーザが決定した時間量の後に遮断するようにプログラムされてよい。この特徴は、ワイヤレス電力送信機104、とりわけドライバ124が、その周囲におけるワイヤレスデバイスが完全に充電された後に、長い間作動するのを防ぐ。このイベントは、中継器または受信コイルのいずれかから送信された、デバイスが完全に充電されたという信号を、回路が検出できないことに起因することがある。ワイヤレス電力送信機104の周囲において別のデバイスが配置された場合に、ワイヤレス電力送信機104が自動的に遮断するのを防ぐために、ワイヤレス電力送信機104の自動遮断特徴は、その周囲において検出される動きのない設定された期間の後でのみ、アクティブにされてよい。ユーザは、非アクティブ状態の時間間隔を判定し、必要に応じてそれを変更することが可能であってよい。非限定的な例として、時間間隔は、デバイスが最初に十分に放電されているという仮定の下に、特定タイプのワイヤレスデバイスを完全に充電するのに必要とされる時間間隔よりも長いことがある。

図6は、いくつかの実施形態によるワイヤレス電力受信機108のブロック図である。ワイヤレス電力受信機108は、上で図4に関連して説明したような充電可能デバイス184に含まれていてよく、上で説明したようなワイヤレス電力送信機(たとえば、ワイヤレス電力送信機104)を含む充電器182などの充電器から電力を受信するように構成されていてよい。ワイヤレス電力受信機108は、受信回路302と、ワイヤレス電力受信コイル118とを含む。ワイヤレス電力受信機108は、充電デバイス350に受信した電力を伝送するために、充電デバイス350に結合されてよい。ワイヤレス電力受信機108は、デバイス350の外部にあるものとして示されているが、デバイス350に一体化されていてもよい。エネルギーは、ワイヤレス電力受信コイル118にワイヤレスで伝搬され、次いで、受信回路302を通して充電デバイス350に結合されてよい。

ワイヤレス電力受信コイル118は、ワイヤレス電力送信コイル114と同じ周波数で、または特定の範囲の周波数内で、共振するように同調される。ワイヤレス電力受信コイル118は、ワイヤレス電力送信コイル114と同様の寸法にされてよく、または関連した充電デバイス350の寸法に基づいて異なる大きさにされてもよい。例として、充電デバイス350は、ワイヤレス電力送信コイル114の直径または長さよりも小さい直径寸法または長さ寸法を有するポータブル電子デバイスであってよい。そのような例において、ワイヤレス電力受信コイル118は、同調キャパシタ(図示せず)のキャパシタンス値を低減し、ワイヤレス電力受信コイル118のインピーダンスを増加させるために、多巻きコイルとして実装されてよい。ワイヤレス電力受信コイル118は、コイル直径を最大にし、ワイヤレス電力受信コイル118のループ巻き(たとえば、巻線)の数および巻線間キャパシタンスを低減するために、充電デバイス350の実質的な円周まわりに配置されてよい。

受信回路302は、ワイヤレス電力受信コイル118に対する受信回路302のコンポーネントのインピーダンスを調整するための、Rxインピーダンス調整回路132を含むことができる。受信回路302は、受信したRFエネルギー源をデバイス350が使用するための充電電力に変換するための、電力変換回路134を含むことができる。電力変換回路134は、一般に、ワイヤレスの場から受信した電力を負荷の充電のための電力に変換するための、電圧調整器と呼ばれてよい。いくつかの実装形態において、電力変換回路134は、RF-DC変換器308を含み、DC-DC変換器310もまた含むことができる。RF-DC変換器308は、ワイヤレス電力受信コイル118から受信したRFエネルギー信号を、直流を有する電力信号{非交流電力とは何か?}に整流し、一方で、DC-DC変換器310は、整流したRFエネルギー信号を、デバイス350に適合したエネルギーポテンシャル(たとえば、電圧)に変換する。部分的なおよび完全な整流器、調整器、ブリッジ、ダブラー、ならびに線形変換器およびスイッチング変換器を含む、さまざまなRF-DC変換器が企図される。

受信回路302は、ワイヤレス電力受信コイル118を電力変換回路134に接続するための、またはその一方で電力変換回路134を切断するための、スイッチング回路(図示せず)をさらに含むことができる。電力変換回路134からワイヤレス電力受信コイル118を切断することは、デバイス350の充電を一時停止するだけでなく、ワイヤレス電力送信機104が「見た」ときの「負荷」もまた変化させる。

上で開示したように、ワイヤレス電力送信機104は、送信機ドライバ124に提供されたバイアス電流の変動、および/またはドライバ124の電圧レベルの変動を検出する、負荷感知回路216を含む。したがって、ワイヤレス電力送信機104は、ワイヤレス電力受信機108および/または影響を受けやすいデバイスがいつワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内に存在するかを判定するための機構を有する。

複数のワイヤレス電力受信機108がワイヤレス電力伝送領域190に存在するとき、他の受信機がより効率的にワイヤレス電力送信機104に結合することができるように、1つまたは複数の受信機の装荷および除荷を時間多重化することが望ましいことがある。ワイヤレス電力受信機108はまた、他の隣接する受信機への結合を解除するために、または隣接する送信機への装荷を低減するために、クローキングされてよい。ワイヤレス電力受信機108のこの「除荷」は、「クローキング」と呼ばれてもよい。ワイヤレス電力受信機108によって制御され、ワイヤレス電力送信機104によって検出される除荷と装荷とのスイッチングは、ワイヤレス電力受信機108からワイヤレス電力送信機104への通信機構を提供することができる。加えて、ワイヤレス電力受信機108からワイヤレス電力送信機104へのメッセージの送信を可能にするプロトコルが、スイッチングに関連付けられてよい。例として、スイッチング速度は、およそ100μ秒であってよい。

いくつかの実施形態によれば、ワイヤレス電力送信機104とワイヤレス電力受信機108との通信は、(たとえば、結合場を使用する帯域シグナリングでの)従来の2方向通信ではなく、デバイス感知および充電制御機構を指す。言い換えれば、ワイヤレス電力送信機104は、近接場においてエネルギーが利用可能であるかどうかを調整するために、送信された信号のオン/オフキーイングを使用することができる。ワイヤレス電力受信機108は、エネルギーにおけるこれらの変化を、ワイヤレス電力送信機104からのメッセージと解釈することができる。受信機側から、ワイヤレス電力受信機108は、場からどのくらいの電力が受容されているかを調整するために、受信コイル118の同調および離調を使用することができる。いくつかのケースでは、同調および離調は、Rxインピーダンス調整回路132およびTxインピーダンス調整回路126を介して達成されてよい。ワイヤレス電力送信機104は、場から使用される電力におけるこの差異を検出し、これらの変化をワイヤレス電力受信機108からのメッセージと解釈することができる。送信電力の変調および負荷挙動の他の形態が利用されてもよいことに留意されたい。

受信回路302は、ワイヤレス電力送信機104からワイヤレス電力受信機108への情報シグナリングに対応することができる、受信したエネルギー変動を識別するために使用されるビーコン検出器314をさらに含むことができる。さらに、ビーコン検出器314を使用して、低減されたRFエネルギー信号(たとえば、ビーコン信号)の送信を検出すること、およびワイヤレス充電のための受信回路302を制御するために、低減されたRFエネルギー信号を、受信回路302内の無電力供給回路または電力消耗回路のいずれかをアウェイクするための公称電力を有する信号に整流することもまたできる。

受信回路302は、本明細書で説明するワイヤレス電力受信機108のプロセスを協調させるための、Rxコントローラ316をさらに含む。ワイヤレス電力受信機108のクローキングはまた、充電デバイス350に充電電力を提供する外部の有線充電源(たとえば、ウォール/USB電力)の検出を含む、他のイベントの発生時に行われてよい。Rxコントローラ316は、ワイヤレス電力受信機108のクローキングを制御することに加えて、ビーコン状態を判定し、ワイヤレス電力送信機104から送信されたメッセージを抽出するために、ビーコン検出器314をモニタすることもまたできる。Rxコントローラ316はまた、DC-DC変換器310を調整して、充電システムの効率を高めることができる。

いくつかの実施形態によれば、存在検出器280は、連続波トーンを送信し、相互変調積を検出することによって、通信デバイス188(たとえば、近接場通信カード)の存在を検出するように構成されていてよい。図7は、いくつかの実施形態による存在検出器280のブロック図を示す。図5に関連して上で説明したように、存在検出器280は、送信機回路202の一部として含まれていてよい。存在検出器280は、周波数信号289を発生させるために検出信号アンテナ288を駆動するように構成された検出信号送信機287を含むことができる。周波数信号289は、たとえば、通信デバイス188を検出するための連続波トーンに対応することができる。検出信号送信機287の動作は、以下で図8に関連してより詳細に説明する。

周波数信号289は、通信デバイス188と相互作用することができる、または通信デバイス188によって受信されてよい。通信デバイス188は、周波数信号289との通信デバイス188の相互作用に基づいて、トーン信号189を発生させることができる。たとえば、トーン信号189は、周波数信号289の高調波を含むことができる。トーン信号189は、存在検出器280のトーンアンテナ286によって受信されてよい。トーンアンテナ286は、トーン受信機284に接続されてよく、トーンアンテナ286によって受信されたトーン信号189を受信し、解析するように構成されていてよい。トーン受信機284は、トーン検出器282に接続されてよく、解析されたトーン信号189の出力をトーン検出器282に提供することができる。

ワイヤレス電力受信機108は、ワイヤレス電力送信コイル114のワイヤレス電力伝送領域190内にあってよく、上で説明したように、ワイヤレス電力送信コイル114によって発生した場から電力を受信するように構成されていてよい。トーン検出器282は、通信デバイス188の存在を検出するために、Txコントローラ214に出力を提供するように構成されていてよい。上で論じたように、Txコントローラ214は、ワイヤレス電力送信回路201に接続されてよく、ワイヤレス電力送信回路201の動作を制御するように構成されていてよい。たとえば、Txコントローラ214は、ワイヤレス電力送信コイル114を通してワイヤレス電力送信回路201によって発生したワイヤレス電力場を低減する、またはオフにするように構成されていてよい。

図8は、いくつかの実施形態による、図7で示したコンポーネントのより詳細なブロック図を示す。図8に示すように、検出信号送信機287は、第1の周波数F₁で第1の信号を発生させるように構成された第1の周波数信号発生器802と、第2の周波数F₂で第2の信号を発生させるように構成された第2の周波数信号発生器804とを含むことができる。第1の信号および第2の信号は、検出信号送信機287に含まれる結合回路806によって受信されてよい。結合回路806は、検出信号アンテナ288を駆動するために、第1の周波数F₁での第1の信号と、第2の周波数F₂での第2の信号とを線形的に加算する。検出信号アンテナ288は、第1の周波数F₁および第2の周波数F₂に対応した連続波を送信するように構成されていてよい。通信デバイス188は、検出信号アンテナ288によって送信された信号と相互作用することができる。トーンアンテナ286は、第3の信号(たとえば、第1の信号と第2の信号との相互変調積に対応した信号)を受信するように構成されていてよい。トーンアンテナ286は、トーン受信機284に含まれる乗算器810に接続されてよい。乗算器810はまた、トーン検出信号発生器808に接続されてよい。トーン検出信号発生器808は、トーンアンテナ286によって受信された信号を解析するための周波数で信号を発生させるように構成されていてよい。検出信号増幅器812は、乗算器810の出力に接続されてよく、トーンアンテナ286およびトーン検出信号発生器808によって受信された信号の組み合わせに対応して、乗算器810の出力を増幅するように構成されていてよい。フィルタ、たとえば、バンドパスフィルタ814が、検出信号増幅器812の出力に接続されてよく、検出信号増幅器812から受信した信号から、望ましくない高調波をフィルタ除去するように構成されていてよい。スペクトル解析器816が、バンドパスフィルタ814の出力に接続されてよく、フィルタされた信号を解析し、図7に関連して上で論じたように、トーン検出器282に出力として提供されるべき信号における特定の高調波の存在を検出するように構成されていてよい。

図9A〜図9Cは、いくつかの実施形態による、第1の周波数信号および第2の周波数信号、ならびに検出された第3の周波数信号のいくつかの例を示す。図9Aに示すように、存在検出器280は、通信デバイス188の帯域幅内の第1の周波数(F₁)および第2の周波数(F₂)で信号を送信することによって、通信デバイス188を検出することができる。たとえば、通信デバイス188がRFIDタグである場合、帯域幅は、およそ12から18MHzの間であってよい。第1の周波数F₁および第2の周波数F₂は、変調された、または変調されていない周波数に対応することができる。第1の周波数の信号および第2の周波数の信号は、通信デバイス188のエレクトロニクスと相互作用して、通信デバイス188に、第1の周波数の信号を、および第2の周波数の信号を発生させる。非線形性のために、追加的な周波数が、高調波および混合積として発生する。たとえば、通信デバイス188は、2倍の第1の周波数(2F₁)および2倍の第2の周波数(2F₂)で高調波を発生させることができる。通信デバイス188は、第1の周波数および第2の周波数の和および差において、2次相互変調積(たとえば、F₁+F₂および/またはF₁-F₂)を発生させることができる。図9Bに示すように、通信デバイス188はまた、3次相互変調積(たとえば、図9Bに示すようなIM_{3_lower}、IM_{3_upper})を発生させることができる。たとえば、通信デバイスは、2F₁-F₂および/または2F₂-F₁に従って、通信デバイスの帯域幅内の3次相互変調積を発生させることができる。相互変調積を検出することによって、ワイヤレス電力送信機は、通信デバイス188が存在すると判定することができ、ワイヤレス電力場の強度を低減する、またはワイヤレス電力の送信を中止することができる。たとえば、図9Cに示すように、相互変調積(たとえば、図9Cに示すようなIM_{3_lower})が、閾値を超える場合、存在検出器280は、通信デバイス188がワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内に存在すると判定することができる。相互変調積の検出を通して、存在検出器280は、通信デバイス188の特徴的な非線形性に基づいて、通信デバイス188を検出するように構成されていてよい。結果として、通信デバイス188の検出は、通信デバイス188に対応した特定の標準に左右されない。

図10は、いくつかの実施形態による存在検出器280のより詳細なブロック図を示す。存在検出器280は、水晶振動子1000(たとえば、13.56MHzの周波数で発振する)を含むことができる。水晶振動子1000はまた、存在検出器280とは別に提供されてもよく、または送信機回路202の一部として提供されてもよい。周波数除算器1002が、水晶振動子1000の出力に接続されてよく、周波数除算値で水晶振動子1000によって発生した信号を除算するように構成されていてよい。たとえば、除算器1002は、13.56MHzの周波数を有する信号を受信し、1940の除算値で受信した信号を除算することによって、6.99kHzの周波数で出力信号を発生させるように構成されていてよい。存在検出器280はまた、それぞれが対応する周波数乗算値(たとえば、図示されるように、M1、M2、およびM3のそれぞれ)を有する、第1の周波数乗算器1004、第2の周波数乗算器1006、および第3の周波数乗算器1008を含むことができる。たとえば、第1の周波数乗算器1004は、6.99kHzでの周波数信号を受信し、13.553MHz(M1=1939)で出力信号を発生させることができる。第2の周波数乗算器1006は、6.99kHzでの周波数信号を受信し、13.567MHz(M1=1941)で出力信号を発生させることができる。第3の周波数乗算器1008は、6.99kHzでの周波数信号を受信し、3.537MHz(M1=506)で出力信号を発生させることができる。第1の周波数乗算器1004、第2の周波数乗算器1006、および第3の周波数乗算器1008のそれぞれの出力は、第1の周波数信号増幅器1110A、第2の周波数信号増幅器1110B、および第3の周波数信号増幅器1110Cによって増幅されてよい。第1の周波数信号増幅器1110Aおよび第2の周波数信号増幅器1110Bの出力は、結合回路806によって受信されてよく、図7および図8に関連して上で論じたように、検出信号アンテナ288を通して周波数検出信号を送信するために使用されてよい。

第3の周波数信号増幅器1110Cの出力は、乗算器810によって受信されてよく、トーンアンテナ286が受信した信号を検出し、解析するために使用されてよい。図8に関連して上で論じたように、乗算器810の出力は、バンドパスフィルタ814によってフィルタされてよい。フィルタされた信号は、トーン検出信号増幅器1112によって増幅されてよく、通信デバイス188の存在を検出するためにスペクトル解析器816によって解析されてよい。

図11は、いくつかの実施形態による、通信デバイス188の検出および保護の方法の流れ図を示す。方法1100は、送信機デバイス、たとえば、ワイヤレス電力送信機104において実装されてよい。方法1100は、ブロック1102によって示されるように、ワイヤレス電力伝送場を発生させることによって始めることができる。たとえば、ワイヤレス電力伝送場は、上で論じたような、ワイヤレス電力送信機104を含む充電器182によって発生してよい。方法は、ブロック1104によって示されるように、第1の周波数で第1の信号を送信し、ブロック1106によって示されるように、第2の周波数で第2の信号を送信することによって続行することができる。たとえば、存在検出器280は、第1の周波数で信号を送信し、第2の周波数で信号を送信するための(たとえば、図7に関連して上で論じたような周波数信号289)、検出信号送信機287と、検出信号アンテナ288とを含むことができる。方法は、ブロック1108によって示されるように、第1の周波数と第2の周波数との積である第3の周波数の第3の信号を検出することによって続行することができる。たとえば、第3の信号は、第1の周波数と第2の周波数との2次または3次相互変調積に対応していてよい。方法は、第3の信号の検出に基づいて、通信デバイス188が存在すると判定することができ、ブロック1110によって示されるように、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減することができる。

図12は、いくつかの実施形態による、通信デバイス188の検出および保護の方法の流れ図を示す。方法1200は、送信機デバイス、たとえば、ワイヤレス電力送信機104において実装されてよい。方法1200は、ブロック1202によって示されるように、ワイヤレス電力伝送場を起動することによって始めることができる。ブロック1204で、通信デバイス188またはワイヤレス電力受信機108の検出のために、検出モードが起動されてよい。判定ブロック1206で、ワイヤレス電力受信機が存在するかどうかが判定されてよい。たとえば、図5に関連して上で論じたように、ワイヤレス電力受信機108の存在を判定するために、ワイヤレス電力送信機104の電流および電圧レベルがモニタされてよい。ワイヤレス電力受信機が存在していないと判定された場合、方法は、ワイヤレス電力受信機108の存在について引き続きモニタするために、ブロック1204に戻ることができる。ワイヤレス電力受信機108が存在する場合、方法は、ブロック1208によって示されるように、ワイヤレス電力伝送場を止めることによって進行する。たとえば、ワイヤレス電力伝送場は、ワイヤレス電力受信機108を充電するために、ワイヤレス電力送信機104によって最初に発生してよい。ワイヤレス電力伝送場は、Txコントローラ214の動作によって止めることができる。方法は、ブロック1210によって示されるように、検出信号を送信することによって続行することができる。たとえば、検出信号は、第1の周波数F₁の信号、および第2の周波数F₂の信号を含むことができる。ブロック1212で、トーン受信機が起動されてよい。図7に関連して上で論じたように、たとえば、トーン受信機284は、トーンアンテナ286を通して、トーン信号189の検出のために起動されてよい。判定ブロック1224で、相互変調されたトーンが閾値レベルを上回るかどうかが判定されてよい。たとえば、相互変調トーンは、通信デバイス188によって発生した2次または3次相互変調高調波に対応することができる。相互変調されたトーンが閾値レベルを上回ると判定された場合、方法は、ブロック1216によって示されるように、ワイヤレス電力伝送場を止めることによって進行することができる。ブロック1218で、アラーム信号が発生してよい。方法は、ブロック1220で検出信号の送信を止めることによって、かつブロック1222でトーン受信機を止めることによって進行し、ワイヤレス電力受信機108および通信デバイス188の存在を引き続きモニタするために、ブロック1204に戻ることができる。

判定ブロック1224で、相互変調トーンが閾値を上回らないと判定された場合、方法は、通信デバイス188がワイヤレス電力送信機104のワイヤレス電力伝送領域190内に存在しないと判定することができ、アラーム信号を無効にするためにブロック1226に進行することができる。ブロック1228で、方法は、検出信号の送信を停止することができる。ブロック1230で、方法は、トーン受信機を止めることによって続行することができ、ブロック1232で、ワイヤレス電力伝送場が発生してよい。ブロック1234で、方法は、ワイヤレス電力送信機104の電力の変化をモニタし、検出することができる。たとえば、方法は、202に対してワイヤレス電力送信機に含まれるドライバ124の電流および電圧の変化をモニタし、検出することができる。判定ブロック1236で、方法は、電力の変化が期待量に対応しているかどうかを判定することができる。たとえば、方法は、電力の変化を閾値と比較することができ、電力の変化が、ワイヤレス電力受信機108の充電中に、ワイヤレス電力送信機104の動作に対応するかどうかを判定することができる。

いくつかの実施形態によれば、NFCカードなどの通信デバイス188の存在によって引き起こされるワイヤレス電力送出の変化は、およそ100mWからおよそ200mWの範囲内であってよい。ワイヤレス電力送信機104からワイヤレス電力受信機108への電力伝送中(たとえば、通常の電力伝送)に、電力送出の期待される変化は、およそ100mWからおよそ1Wに及ぶことができる。したがって、電力の変化は、検出システムの分解能に基づいたいくらかの相違を伴って、通常の電力伝送範囲内(たとえば、200mWを超える)での変化に対応した閾値と比較されてよい。たとえば、100mWの分解能を有する検出システムの電力送出の場合、電力の変化は、300mWの値を有する閾値と比較されてよい。電力の変化が300mWを超える場合、システムは、電力の変化が、ワイヤレス電力受信機108への電力伝送中に期待される変化量の範囲内であると判定することができる。図5に関連して上で論じたように、電力の変化は、ドライバ124の電流の変化をモニタし、電圧を感知することによって判定されてよい(たとえば、電力の変化=ドライバ電流*ドライバの電圧の変化)。

電力の変化が電力の期待される変化に対応すると判定された場合、方法は、ワイヤレス電力送信機104の電力の変化を引き続きモニタするために、ブロック1234に戻ることができる。電力の変化が期待されたものではないと判定された場合、方法は、ブロック1238に進行することができ、ワイヤレス電力伝送場が止められてよい。方法は次いで、ワイヤレス電力受信機108および通信デバイス188の存在について引き続きモニタするために、ブロック1204に戻ることができる。

図示されていないが、方法はまた、通信デバイス188の存在を検出するための間隔で、ワイヤレス電力伝送場を断続的に止めるステップを含むことができる。ワイヤレス電力伝送場の電力レベルは、検出信号の電力レベルよりもはるかに大きいことがあるため、電力伝送場が存在する間に、通信デバイス188の存在を検出することは困難であることがある。いくつかの実施形態において、ワイヤレス電力伝送場は、およそ3Wの電力出力を有することある。トーン信号189(たとえば、相互変調信号)は、およそ1pWの範囲内の電力を有することある。

結果として、検出された1pWトーン信号189に対する3Wワイヤレス電力伝送場の比は、およそ95dBである。いくつかの実施形態において、ワイヤレス電力伝送場は、トーン信号189を検出するための検出間隔の間、中断されてよい。たとえば、ワイヤレス電力伝送場は、ワイヤレス電力受信機108および充電デバイス350へのワイヤレス電力伝送を中断することなく、およそ50uSの間中断されてよい。中断および検出間隔の周波数は、NFCカードなどの通信デバイス188への可能性のある損傷を低減する、または排除するように設定されてよい。たとえば、1ワット秒を超えるワイヤレス電力伝送場エネルギーによってダメージを受け得るNFCカードの場合、3Wワイヤレス電力伝送場の中断は、いくらかの追加的な安全上の相違を伴って、およそ0.33秒の間隔で行われてよい。

情報および信号は、多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表現されてよい。たとえば、上の説明全体を通して言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組み合わせによって表現されてよい。

本明細書で開示した実施形態に関連して説明したさまざまな例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装されてよい。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に示すために、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能性の観点から、上で説明されてきた。そのような機能性をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の用途および全体的なシステムに課せられる設計制約に依存する。説明した機能性は、特定の用途ごとにさまざまなやり方で実装されてよいが、そのような実装形態の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈されるべきでない。

本明細書で(たとえば、添付の図面のうち1つまたは複数に関して)説明した機能性は、いくつかの態様において、添付の特許請求の範囲で同様に指定された「means for(〜ための手段)」機能性に対応することができる。たとえば、図13は、いくつかの実装形態によるシステムのブロック図を示す。図13に関連して、ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるための手段1302は、ワイヤレス電力送信コイル114を含むワイヤレス電力送信機104に対応することができ、第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するための手段1304は、検出信号アンテナ288を含む検出信号送信機287に対応することができ、第3の周波数が第1の周波数と第2の周波数との相互変調積に対応するように、第3の周波数の第3の信号を検出するための手段1306は、トーンアンテナ286を含むトーン受信機284に対応することができ、第3の信号の検出に応答して、ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減するための手段1308は、Txコントローラ214に対応することができる。図13に示すように、さまざまなコンポーネントは、通信バス1310を介して互いに通信するように構成されていてよい。

本明細書で開示した実施形態に関連して説明したさまざまな例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェアコンポーネント、あるいは本明細書で説明した機能を実施するように設計されたそれらの任意の組み合わせを用いて実装、または実施されてよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサとして、または任意の他のそのような構成として実装されてよい。

本明細書で開示した実施形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップ、および機能は、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組み合わせで具体化されてよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、有形な、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶される、またはそのようなコンピュータ可読記憶媒体上で送信されてよい。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能なプログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD ROM、または任意の他の形態の記憶媒体に常駐することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み込み、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体化されていてもよい。本明細書で使用されるとき、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、ここで、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、一方ディスク(disc)は、データをレーザにより光学的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読記憶媒体の範囲内に含めるべきである。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICに常駐することができる。ASICは、ユーザ端末に常駐することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末のディスクリートコンポーネントとして常駐することができる。

本発明が、特定の実施形態に関して説明されてきたが、本明細書で述べた特徴および効果のすべてを提供しない実施形態を含む、当業者には明らかである他の実施形態もまた、本発明の範囲内である。さらに、さらなる実施形態を提供するために、上で説明したさまざまな実施形態を組み合わせることができる。加えて、一実施形態のコンテキストにおいて示した特定の特徴が、他の実施形態の中に同様に組み込まれてもよい。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲への言及によってのみ定義される。

102 入力電力
104 ワイヤレス電力送信機
106 場
108 ワイヤレス電力受信機
110 出力電力
112 距離
114 ワイヤレス電力送信コイル
118 ワイヤレス電力受信コイル
119 通信チャネル
122 ワイヤレス電力信号発生器
123 信号発生器制御信号
124 ドライバ
125 増幅制御信号
126 Txインピーダンス調整回路
132 Rxインピーダンス調整回路
134 電力変換回路
136 負荷
150 ループコイル
152 キャパシタ
154 キャパシタ
156 共振周波数
182 充電器
184 ワイヤレス電力充電可能デバイス
186 カード
188 通信デバイス
189 トーン信号
190 ワイヤレス電力伝送領域
201 ワイヤレス電力送信回路
202 送信機回路
208 ローパスフィルタ
214 Txコントローラ
216 負荷感知回路
234 電圧信号
235 電流信号
260 閉状態検出器
280 存在検出器
282 トーン検出器
284 トーン受信機
286 トーンアンテナ
287 検出信号送信機
288 検出信号アンテナ
289 周波数信号

Claims

受信機デバイスに電力を伝送するように構成されたワイヤレス電力送信機のワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出する方法であって、
ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるステップと、
第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するステップと、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するステップと、
前記第3の信号の検出に応答して、前記ワイヤレス電力伝送場の前記電力レベルを低減するステップと
を含む方法。
前記ワイヤレス電力送信機によって引き出された電力の変化をモニタするステップと、
引き出された電力のモニタされる変化、または前記第3の信号の前記検出のうちの少なくとも1つに基づいて、前記通信デバイスを識別するステップと
をさらに含む請求項1に記載の方法。
前記電力の変化をモニタするステップが、前記ワイヤレス電力送信機のドライバによって引き出された電流の変化をモニタするステップを含む、請求項2に記載の方法。
前記電力の変化をモニタするステップが、前記ワイヤレス電力送信機のドライバの電圧の変化をモニタするステップを含む、請求項2または3に記載の方法。
前記第1の信号および前記第2の信号が変調されていない、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
前記第3の周波数が、前記第1の周波数の2倍の値から前記第2の周波数の値を減じた値を有する周波数に対応する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
ある間隔の間、前記ワイヤレス電力伝送場の発生を止めるステップと、前記間隔の間、前記第3の信号の存在についてモニタするステップとをさらに含む請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
前記相互変調積が、2次相互変調積および3次相互変調積のうちの1つである、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
ワイヤレス電力伝送場を介して電力を伝送するための装置であって、
ある電力レベルで前記ワイヤレス電力伝送場を発生させるように構成されたワイヤレス電力送信機と、
第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するように構成された信号送信機と、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するように構成された検出器と、
前記第3の信号の検出に応答して、前記ワイヤレス電力伝送場の前記電力レベルを低減するように構成されたコントローラと
を含む装置。
前記ワイヤレス電力送信機によって引き出された電力の量を感知して、感知信号を発生させるように構成されたセンサと、
前記感知信号に基づいて、前記ワイヤレス電力送信機によって引き出された電力の変化をモニタし、引き出された電力のモニタされる変化、または前記第3の信号の前記検出のうちの少なくとも1つに基づいて、通信デバイスを識別するように構成されたコントローラと
をさらに含む請求項9に記載の装置。
前記ワイヤレス電力送信機がドライバを含み、前記センサが、前記ドライバによって引き出された電流の量を感知するように構成されている、請求項10に記載の装置。
前記ワイヤレス電力送信機がドライバを含み、前記センサが、前記ドライバの電圧レベルを感知するように構成されている、請求項10または11に記載の装置。
前記第1の信号および前記第2の信号が変調されていない、請求項9から12のいずれか一項に記載の装置。
前記第3の周波数が、前記第1の周波数の2倍の値から前記第2の周波数の値を減じた値を有する周波数に対応する、請求項9から13のいずれか一項に記載の装置。
前記相互変調積が、2次相互変調積および3次相互変調積のうちの1つである、請求項9から14のいずれか一項に記載の装置。
ワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出するための装置であって、
ある電力レベルでワイヤレス電力伝送場を発生させるための手段と、
第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信するための手段と、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出するための手段と、
前記第3の信号の検出に応答して、前記ワイヤレス電力伝送場の前記電力レベルを低減するための手段と
を含む装置。
ワイヤレス電力伝送場を発生させるための前記手段が、ワイヤレス電力送信コイルを含むワイヤレス電力送信機を含み、前記第1の信号および前記第2の信号を送信するための前記手段が、信号アンテナを含む信号送信機を含み、前記第3の信号を検出するための前記手段が、アンテナを含む検出器を含み、前記電力レベルを低減するための前記手段が、コントローラを含む、請求項16に記載の装置。
前記ワイヤレス電力送信機によって引き出された電力の変化をモニタするための手段と、
引き出された電力のモニタされる変化、または前記第3の信号の前記検出のうちの少なくとも1つに基づいて、前記通信デバイスを識別するための手段と
をさらに含む請求項17に記載の装置。
ワイヤレス電力伝送場を介してデバイスに電力を伝送するように構成されたワイヤレス電力送信機のワイヤレス電力伝送領域内にある通信デバイスを検出するように構成された、データを処理するためのコンピュータプログラムであって、処理回路に、
第1の周波数で第1の信号を、および第2の周波数で第2の信号を送信させ、
前記第1の周波数と前記第2の周波数との相互変調積に対応した第3の周波数の第3の信号を検出させ、
前記第3の信号の検出に応答して、前記ワイヤレス電力伝送場の電力レベルを低減させる
ように構成されるコードを含むコンピュータプログラム。
処理回路に、
前記ワイヤレス電力送信機によって引き出された電力の変化をモニタさせ、
引き出された電力のモニタされる変化、または前記第3の信号の前記検出のうちの少なくとも1つに基づいて、前記通信デバイスを識別させる
ように構成されるコードをさらに含む請求項19に記載のコンピュータプログラム。