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技術 ワイヤレス誘導電力伝送

出願人 コーニンクレッカフィリップスエヌヴェ
発明者 バンヴァーヘニンゲンアンドリーススワーンズローレンスヘンリクス
出願日 2013年7月10日 (7年4ヶ月経過) 出願番号 2015-524872
公開日 2015年8月13日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2015-523848
状態 特許登録済
技術分野 電磁波による給配電方式
主要キーワード タイミング指標 連続的動作 オフィスデスク 許容間隔 サブフェーズ 構成フェーズ スタンバイ動作モード ウェイクアップメッセージ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年8月13日)のものです。
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図面 (6)

課題・解決手段

誘導電力伝送システムは、電力送信機101から電力受信機105にワイヤレス電力信号を介して電力伝送するよう構成される。システムは、電力信号負荷変調に基づく電力送信機101から電力受信機105への通信サポートする。電力受信機105は、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを電力送信機101に送信する(507)。電力送信機101は当該メッセージを受信し(507)、システムがスタンバイフェーズに入るとき、電力送信機101はスタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給する。電力受信機によって構成可能なスタンバイフェーズが提供され、これは例えば、デバイスバッテリー充電を維持すること又は電力伝送フェーズの素早いイニシライゼイションを提供することを可能にし得る。

概要

背景

実用されるポータブルデバイス及びモバイルデバイスの数及び種類はこの十年間で急増した。例えば携帯電話タブレットメディアプレイヤー等の使用は普遍的になった。このようなデバイスは通常内蔵電池によって給電され、典型的な使用シナリオは、多くの場合電池充電又は外部電源からのデバイスの直接的な有線給電を必要とする。

今日のシステムのほとんどは、外部電源から給電されるために配線及び/又は明らかな電気接触を必要とする。しかし、これはどちらかといえば非実用的であり、ユーザー物理的にコネクタを挿入すること又は他の方法で物理的な電気接触を確立することを要求する。また、導線の長さを導入することにより、これはユーザーにとって不便な傾向がある。また、通常は電力要求も大きく異なり、現在ではほとんどのデバイスに独自の専用電源が提供されており、結果として、それぞれが特定のデバイス専用の多数の異なる電源を普通のユーザーが保持することになる。内蔵電池の使用は、使用中に電源に有線接続する必要性を回避し得るが、電池が充電(又は高価な交換)を要するので、これは部分的な解決策しか提供しない。電池の使用は更にデバイスの重量、並びに潜在的にコスト及びサイズを著しく増加させ得る。

顕著に改良されたユーザー体験を提供するために、電力送信機デバイス内の送信コイルから個々のデバイス内の受信コイル電力誘導伝送されるワイヤレス給電の利用が提唱されている。

磁気誘導による電力伝送は、多くの場合、一次送信コイルと二次受信コイルとが密結合する変圧器に適用される周知の概念である。2つのデバイス間で一次送信コイルと二次受信コイルとを分けることにより、疎結合変圧器の原理に基づくデバイス間のワイヤレス電力伝送が可能になる。

このような構成は、導線又は物理的な電気接続の確立を要することなくデバイスへのワイヤレス電力伝送を可能にする。実際には、これはデバイスを送信コイルの付近又は上に置くだけで充電又は外部給電することを可能にする。例えば、電力伝送デバイスは給電のためにデバイスを単純に置くことができる水平面を備え得る。

更に、このようなワイヤレス電力伝送構成は、電力送信デバイスがある種類の電力受信デバイスと共に使用され得るよう好適に設計され得る。特に、Qi規格と呼ばれるワイヤレス電力伝送規格が定められており、現在も更なる発展が遂げられている。Qi規格は、規格に対応する電力送信デバイスが、同じメーカーであること又は互いに専用であることを必要とせず、同様にQi規格に対応する電力受信デバイスと共に使用されることを可能にする。Qi規格は、更に、動作が特定の電力受信デバイスに(例えば、特定の電力ドレインに応じて)適合されることを可能にする何らかの機能を含む。

Qi規格はWireless Power Consortiumによって開発され、より詳しい情報は例えばそのウェブサイトhttp://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上に見つけることができ、特に、確定規定書を見つけることができる。

Qiワイヤレス給電規格は、電力送信機が電力受信機にある保証電力を供給可能でなければならないことを表す。要求される特定の電力レベルは電力受信機の設計に依存する。保証電力を定めるために、テスト電力受信機及び負荷条件のセットが定められ、これらは条件ごとの保証電力を表す。

Qiは、元々は、5W未満の電力ドレインのデバイスとして見なされる低電力デバイス用のワイヤレス電力伝送を規定したものである。Qi規格の対象範囲に含まれるシステムは、2つの平面コイル間の誘導結合を用いて電力送信機から電力受信機に電力を伝送する。2つのコイル間の距離は典型的には5mmである。このレンジは少なくとも40mmまで伸ばすことができる。

しかし、利用可能な電力を高める取り組みがなされており、特に、Qi規格は5Wより高い電力ドレインを有する中電力デバイス拡張されようとしている。

Qi規格は、対応デバイスが満たさなければならない様々な技術的要件パラメータ、及び動作手順を定める。

通信
Qi規格は電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、これにより、電力送信機が特定の電力受信機に適合することを可能にし得る情報を電力受信機が供給することを可能にする。現在の規格では、電力受信機から電力送信機への一方向通信リンクが規定されており、アプローチは電力受信機が制御要素であるという原理に基づく。電力送信機と電力受信機との間での電力伝送を準備及び制御するために、電力受信機は電力送信機に明確に情報を送信する。

一方向通信は、電力受信機が二次受信コイルに与える負荷を変更して電力信号変調させる負荷変調を実行することによって達成される。電力送信機はこれによって生じる電気特性の変化(例えば、電流ドローの変動)を検出及び復号復調)し得る。

したがって、物理層において、電力受信機から電力送信機への通信チャネルは電力信号をデータキャリアとして使用する。電力受信機が負荷を変調し、これが送信コイル電流又は電圧振幅及び/又は位相変化によって検出される。データはバイト及びパケットフォーマットされる。

より詳しい情報は、Qiワイヤレス給電仕様書バージョン1.0)の第1部、6章に見つけることができる。

Qiは一方向通信リンクを使用するが、電力送信機から電力受信機への通信を導入することが提唱されている。しかし、このような双方向リンクの導入は些細なことではなく、多数の難題及び課題が課される。例えば、システムは依然として後方互換性を持たなければならず、例えば、双方向通信不能な電力送信機及び受信機を依然としてサポートしなければならない。更に、既存のパラメータと調和しなければならないため、例えば変調オプション電力変動、伝送オプション等に関する技術的制約は非常に厳しい。コスト及び複雑性が低く保たれることも重要であり、また、例えば追加ハードウェアの必要性が最小化されること、検出が容易且つ信頼可能であること等が望ましい。電力送信機から電力受信機への通信が電力受信機から電力送信機への通信に影響し、劣化させ、又は干渉しないことも重要である。更に、最も重要な要件は、通信リンクがシステムの電力伝送能力容認しがたい程に低下させないことである。

したがって、双方向通信を含むようQi等の電力伝送システムを改良することには多くの課題及び困難が伴う。

システム制御
ワイヤレス電力伝送システムを制御するために、Qi規格は、システムが動作の異なる時点で属し得る複数のフェーズ又はモードを定める。更なる詳細はQiワイヤレス給電仕様書(バージョン1.0)の第1部、5章に見つけることができる。

システムは以下のフェーズに属し得る。

選択フェーズ
このフェーズはシステムが使用されていないとき、すなわち、電力送信機と電力受信機との間に結合が存在しない(すなわち、電力送信機の近くに電力受信機が配置されていない)ときの典型的なフェーズである。

選択フェーズでは、電力送信機はスタンバイモードにあり得るが、対象の潜在的な存在を検出する。同様に、受信機は電力信号の存在を待つ。

pingフェーズ
送信機が対象の潜在的な存在を、例えば容量変化によって検出する場合、システムは電力送信機が(少なくとも間欠的に)電力信号を供給するpingフェーズに移行する。この電力信号は電力受信機によって検出され、電力受信機はその後電力送信機に最初のパッケージを送信する。具体的には、電力受信機が電力送信機のインターフェイス上に存在する場合、電力受信機は最初の信号強度パケットを電力送信機に伝送する。信号強度パケットは、電力送信コイル電力受信コイルとの間の結合度指標を与える。信号強度パケットは電力送信機によって検出される。

識別及び構成フェーズ
電力送信機及び電力受信機はその後、電力受信機が少なくとも識別子及び要求電力を伝達する識別及び構成フェーズに移行する。情報は負荷変調によって複数のデータパケットで伝達される。負荷変調の検出を可能にするために、電力送信機は識別及び構成フェーズ中、一定の電力信号を保つ。具体的には、電力送信機はこのために一定の振幅、周波数、及び位相の電力信号を供給する(負荷変調によって引き起こされる変化を除いて)。

実際の電力伝送に備え、電力受信機は自身の電子機器起動するために受信信号印加し得るが、出力負荷は未接続のままにする。電力受信機は電力送信機にパケットを伝送する。これらのパケットは識別及び構成パケット等の必須メッセージを含み、又は拡張識別パケット若しくは給電延期パケット等の定義オプションメッセージを含み得る。

電力送信機はその後、電力受信機から受信された情報に従って電力信号を構成する。

電力伝送フェーズ
システムはその後、電力送信機が要求電力信号を供給し、電力受信機が出力負荷を接続して受信された電力によって給電する電力伝送フェーズに移行する。

このフェーズ中、電力受信機は出力負荷条件を監視し、具体的には特定の動作点実測値目標値との間の制御偏差を測定する。電力受信機はこれらの制御偏差を制御偏差メッセージによって、例えば毎250msecの最小レートで電力送信機に伝送する。これは、電力受信機の継続する存在のサインを電力送信機に提供する。更に、制御偏差メッセージは、電力送信機が報告された偏差を最小化するよう電力信号を調整する閉ループ電力制御を実行するために用いられる。具体的には、動作点の実測値が目標値に等しい場合、電力受信機は値がゼロの制御偏差を伝達し、結果として電力信号は変化しない。電力受信機が非ゼロの制御偏差を伝達する場合、電力送信機はこれに応じて電力信号を調節する。

システムは電力伝送の効率的なセットアップ及び動作を可能にする。しかし、電力伝送システムが最適に動作しないシナリオが存在する。

例えば、既存のシステムでは、電力送信機は新しい電力受信機の導入が検出されたときに選択フェーズからpingフェーズに入る。しかし、電力受信機が例えば電力送信機上に持続的に配置される場合、開始イベントが存在せず、電力受信機は選択フェーズに留まり、電力伝送フェーズに再突入できない可能性がある。これは、間隔を置いて再給電を必要とするデバイスにとって問題であり得る。例えば、バッテリー式のデバイスが電力送信機上に持続的に配置される場合がある。バッテリー式のデバイスが最初に電力送信機上に配置されたときのバッテリーの最初の充電の後、システムは選択フェーズに入る。デバイスが電力送信機上で使用されて、バッテリーが放電され得る。ある段階で、バッテリーの再充電が要求され得る。しかし、システムは選択フェーズにあるため、そのような再充電を実行することができない。

このようなシナリオを回避するために、電力送信機がごくまれに、新たな電力伝送フェーズが再び開始されるべきかを確認するpingを電力受信機に送るpingフェーズに入ることが提唱されている。しかし、これは数分間隔で実行されることが予測され、これは多くのアプリケーションにとって遅すぎる。ping間の時間を減らすと、電力送信機及び電力受信機の両方の電力消費が増加する。したがって、ping間の時間間隔を最も重大なデバイス/アプリケーションに対して適切な値に下げることは、幅広い主要なデバイスにとっては全く不必要な大きなオーバーヘッド及び増加した資源消費をもたらす。

これに対処するために、システムが、電力受信機からの能動的リクエストの受信に応じて、選択フェーズを離れて新しい電力伝送セットアップ動作を開始できることが提唱されている。しかし、これは電力受信機が能動的メッセージを伝送可能であることを要求する(すなわち、送信機によって電力信号が供給されないので、電力受信機は負荷変調を用いることができない)。このような電力受信機による能動的始動は有益であり得るが、電力受信機がメッセージを生成するのに十分な貯蔵エネルギーを有することが要求される。しかし、これはデバイスの充電を要求するので、デバイスは継続的に選択フェーズに留まることができない。

特に、電力受信機が能動的な信号を印加することによって電力送信機をウェイクアップできることが提唱されている。電力受信機は電力受信機内で利用可能なエネルギー源(例えば、バッテリー)を使用してウェイクアップ信号を生成する。しかし、全てのデバイスが適切なエネルギー源を備えるわけではない。また、バッテリー又はキャパシタ若しくはコンデンサ等のエネルギー貯蔵が存在する場合、例えばアプリケーションの集中的な使用後又リーク電流若しくは待機電流が利用可能な貯蔵エネルギーを枯渇させる長時間の経過後、放電状態になる可能性がある。よって、充電が必要になる。

より一般的には、従来のアプローチは、新しい電力受信機が導入されたときにこれに給電又は充電するための非常に適切なアプローチを提供し得るが、やや柔軟性に欠け、電力受信機が電力送信機から電力を引き出すことを望み得るあらゆるシナリオに対応しない傾向がある。特に、従来のアプローチは、電力受信機が標準電力伝送フェーズの一部として電力送信機によって給電されるか否かのいずれかしか許容しない。しかし、多くのデバイスは異なる時に異なる要求を有し、更に、これらの要求はデバイス間で大きく異なり得る。

したがって、改良された電力伝送システムは有益であり、特に向上されたフレキシビリティ、後方互換性、容易な実行、異なる電力要件への改良された適合、及び/又は改良されたパフォーマンスを可能にするシステムは有益であろう。

概要

誘導電力伝送システムは、電力送信機101から電力受信機105にワイヤレス電力信号を介して電力を伝送するよう構成される。システムは、電力信号の負荷変調に基づく電力送信機101から電力受信機105への通信をサポートする。電力受信機105は、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを電力送信機101に送信する(507)。電力送信機101は当該メッセージを受信し(507)、システムがスタンバイフェーズに入るとき、電力送信機101はスタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給する。電力受信機によって構成可能なスタンバイフェーズが提供され、これは例えば、デバイスがバッテリー充電を維持すること又は電力伝送フェーズの素早いイニシライゼイションを提供することを可能にし得る。

目的

本発明の一側面によれば、電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムであって、誘導電力伝送システムは、ワイヤレス電力信号を介して電力送信機から電力受信機に電力を伝送し、また、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、電力受信機は、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを送信するための送信部を含み、電力送信機は、電力伝送フェーズ中に電力受信機への電力伝送を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

電力伝送フェーズ中電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成する電力送信機を含む誘導電力伝送システムのための動作方法であって、前記誘導電力伝送システムは、例えば前記電力信号負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信サポートし、前記方法は、前記電力受信機が、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを前記電力送信機に送信するステップと、前記電力送信機が前記メッセージを受信するステップと、前記電力送信機が、前記スタンバイフェーズ中、前記スタンバイ電力信号要件に従って前記電力信号を供給するステップとを含む、方法。

請求項2

前記スタンバイ電力信号要件は、前記スタンバイフェーズ中の前記電力信号の電力要件を示す、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記スタンバイ電力信号要件は、前記電力受信機の低減された機能のための最小電力を表す、請求項2に記載の方法。

請求項4

前記低減された機能は、前記電力受信機のためのウェイクアッププロセスイニシャライズするための機能を含む、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記電力要件は、前記スタンバイフェーズ中、前記電力受信機のためのエネルギー貯蔵要件を維持するための最小電力を表す、請求項3に記載の方法。

請求項6

前記電力送信機は、前記スタンバイフェーズ中に前記電力信号を間欠的に供給し、前記スタンバイ電力信号要件は、前記電力信号が供給される時間間隔のタイミングを示す、請求項1又は2に記載の方法。

請求項7

前記電力受信機は、前記スタンバイフェーズ中に前記電力送信機にウェイクアップメッセージを送信し、前記電力送信機は、前記ウェイクアップメッセージの受信に応じて前記電力伝送フェーズ移行する、請求項1、2、又は6に記載の方法。

請求項8

前記ウェイクアップメッセージは、前記スタンバイフェーズ中の前記電力信号の負荷変調によって前記電力受信機から送信される、請求項7に記載の方法。

請求項9

前記電力受信機は、前記電力受信機のエネルギー貯蔵のエネルギー貯蔵レベルを決定し、前記エネルギー貯蔵レベルが閾値を下回る場合、前記スタンバイフェーズ中に前記電力送信機に第2のメッセージを送信し、前記第2のメッセージが送信された場合、前記電力受信機及び前記電力送信機は電力伝送動作を開始する、請求項1又は2に記載の方法。

請求項10

前記第1のメッセージは、前記電力送信機が電力信号を供給しない前記スタンバイフェーズ中の間隔の最長期間を示す、請求項1又は2に記載の方法。

請求項11

前記電力受信機は、前記電力伝送フェーズの終了時に電力制御偏差メッセージを送信することにより前記電力信号の電力レベルを設定し、前記スタンバイ電力信号要件は、前記スタンバイフェーズ中に前記電力レベルを維持することの要求を示す、請求項1又は2に記載の方法。

請求項12

前記電力受信機は、前記電力伝送フェーズ中に前記第1のメッセージを送信する、請求項1又は2に記載の方法。

請求項13

前記電力送信機は、電力伝送フェーズ終了メッセージの受信に応じて前記スタンバイフェーズに入る、請求項1又は2に記載の方法。

請求項14

前記電力受信機は、前記スタンバイフェーズ中に前記電力信号により内部エネルギー貯蔵充電する、請求項1又は2に記載の方法。

請求項15

前記電力送信機及び前記電力受信機は、構成フェーズに入ることなく前記スタンバイフェーズから前記電力伝送フェーズに切り替わる、請求項1又は2に記載の方法。

請求項16

前記電力受信機は、前記電力伝送フェーズの前に起こる構成フェーズ中に前記第1のメッセージを送信する、請求項1又は2に記載の方法。

請求項17

前記電力受信機は、ウェイクアップメッセージの受信に応じて前記電力送信機によって実行されるべきアクティビティを示す第2のメッセージを前記電力送信機に送信する、請求項1又は2に記載の方法。

請求項18

前記第2のメッセージは、ウェイクアップ後に前記電力送信機が前記スタンバイフェーズから入るべきフェーズを示す、請求項17に記載の方法。

請求項19

電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムの前記電力送信機のための動作方法であって、前記誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信をサポートし、前記方法は、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するステップと、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを受信するステップと、スタンバイフェーズ中に前記スタンバイ電力信号要件に従って前記電力信号を供給するステップとを含む、方法。

請求項20

前記スタンバイ電力信号要件は、前記スタンバイフェーズ中の前記電力信号の電力要件を示す、請求項19に記載の方法。

請求項21

前記スタンバイ電力信号要件は、前記電力受信機の低減された機能のための最小電力を表す、請求項20に記載の方法。

請求項22

前記電力送信機は、前記スタンバイフェーズ中に前記電力信号を間欠的に供給し、前記スタンバイ電力信号要件は、前記電力信号が供給される時間間隔のタイミングを示す、請求項19又は20に記載の方法。

請求項23

前記電力送信機が、前記スタンバイフェーズ中に前記電力受信機からウェイクアップメッセージを受信することに応じて前記電力伝送フェーズに移行するステップを更に含む、請求項19又は20に記載の方法。

請求項24

前記第1のメッセージは、前記電力送信機が電力信号を供給しない前記スタンバイフェーズ中の間隔の最長期間を示す、請求項19又は20に記載の方法。

請求項25

電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための電力送信機を含む誘導電力伝送システムの前記電力受信機のための動作方法であって、前記誘導電力伝送システムは、例えば前記電力信号の負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信をサポートし、前記方法は、前記電力伝送フェーズ中に前記電力信号から電力を抽出するステップと、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを前記電力送信機に送信するステップと、前記スタンバイフェーズ中に前記電力信号を受信するステップとを含む、方法。

請求項26

電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムであって、前記誘導電力伝送システムは、ワイヤレス電力信号を介して前記電力送信機から前記電力受信機に電力を伝送し、また、例えば前記電力信号の負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信をサポートし、前記電力受信機は、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを送信するための送信部を含み、前記電力送信機は、電力伝送フェーズ中に前記電力受信機への電力伝送を提供するために前記電力信号を生成するための電力ユニットと、前記第1のメッセージを受信するための受信部と、前記スタンバイフェーズ中に前記スタンバイ電力信号要件に従って前記電力信号を供給するためのスタンバイユニットとを含む、誘導電力伝送システム。

請求項27

電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムのための前記電力送信機であって、前記誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信をサポートし、前記電力送信機は、電力伝送フェーズ中に前記電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための生成部と、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを受信するための受信部と、前記スタンバイフェーズ中に前記スタンバイ電力信号要件に従って前記電力信号を供給するためのスタンバイユニットとを含む、電力送信機。

請求項28

電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための電力送信機を含む誘導電力伝送システムのための前記電力受信機であって、前記誘導電力伝送システムは、例えば前記電力信号の負荷変調に基づく前記電力受信機から前記電力送信機への通信をサポートし、前記電力受信機は、前記電力伝送フェーズ中に前記電力信号から電力を抽出するための電力ユニットと、スタンバイフェーズ中の前記電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを前記電力送信機に送信するための送信部と、前記スタンバイフェーズ中に前記電力信号を受信するための受信部とを含む、電力受信機。

技術分野

0001

本発明は誘導電力伝送に関連し、特に、限定はされないが、Qiワイヤレス電力伝送アプローチ適合する誘導電力伝送システムに関連する。

背景技術

0002

実用されるポータブルデバイス及びモバイルデバイスの数及び種類はこの十年間で急増した。例えば携帯電話タブレットメディアプレイヤー等の使用は普遍的になった。このようなデバイスは通常内蔵電池によって給電され、典型的な使用シナリオは、多くの場合電池充電又は外部電源からのデバイスの直接的な有線給電を必要とする。

0003

今日のシステムのほとんどは、外部電源から給電されるために配線及び/又は明らかな電気接触を必要とする。しかし、これはどちらかといえば非実用的であり、ユーザー物理的にコネクタを挿入すること又は他の方法で物理的な電気接触を確立することを要求する。また、導線の長さを導入することにより、これはユーザーにとって不便な傾向がある。また、通常は電力要求も大きく異なり、現在ではほとんどのデバイスに独自の専用電源が提供されており、結果として、それぞれが特定のデバイス専用の多数の異なる電源を普通のユーザーが保持することになる。内蔵電池の使用は、使用中に電源に有線接続する必要性を回避し得るが、電池が充電(又は高価な交換)を要するので、これは部分的な解決策しか提供しない。電池の使用は更にデバイスの重量、並びに潜在的にコスト及びサイズを著しく増加させ得る。

0004

顕著に改良されたユーザー体験を提供するために、電力送信機デバイス内の送信コイルから個々のデバイス内の受信コイル電力誘導伝送されるワイヤレス給電の利用が提唱されている。

0005

磁気誘導による電力伝送は、多くの場合、一次送信コイルと二次受信コイルとが密結合する変圧器に適用される周知の概念である。2つのデバイス間で一次送信コイルと二次受信コイルとを分けることにより、疎結合変圧器の原理に基づくデバイス間のワイヤレス電力伝送が可能になる。

0006

このような構成は、導線又は物理的な電気接続の確立を要することなくデバイスへのワイヤレス電力伝送を可能にする。実際には、これはデバイスを送信コイルの付近又は上に置くだけで充電又は外部給電することを可能にする。例えば、電力伝送デバイスは給電のためにデバイスを単純に置くことができる水平面を備え得る。

0007

更に、このようなワイヤレス電力伝送構成は、電力送信デバイスがある種類の電力受信デバイスと共に使用され得るよう好適に設計され得る。特に、Qi規格と呼ばれるワイヤレス電力伝送規格が定められており、現在も更なる発展が遂げられている。Qi規格は、規格に対応する電力送信デバイスが、同じメーカーであること又は互いに専用であることを必要とせず、同様にQi規格に対応する電力受信デバイスと共に使用されることを可能にする。Qi規格は、更に、動作が特定の電力受信デバイスに(例えば、特定の電力ドレインに応じて)適合されることを可能にする何らかの機能を含む。

0008

Qi規格はWireless Power Consortiumによって開発され、より詳しい情報は例えばそのウェブサイトhttp://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html上に見つけることができ、特に、確定規定書を見つけることができる。

0009

Qiワイヤレス給電規格は、電力送信機が電力受信機にある保証電力を供給可能でなければならないことを表す。要求される特定の電力レベルは電力受信機の設計に依存する。保証電力を定めるために、テスト電力受信機及び負荷条件のセットが定められ、これらは条件ごとの保証電力を表す。

0010

Qiは、元々は、5W未満の電力ドレインのデバイスとして見なされる低電力デバイス用のワイヤレス電力伝送を規定したものである。Qi規格の対象範囲に含まれるシステムは、2つの平面コイル間の誘導結合を用いて電力送信機から電力受信機に電力を伝送する。2つのコイル間の距離は典型的には5mmである。このレンジは少なくとも40mmまで伸ばすことができる。

0011

しかし、利用可能な電力を高める取り組みがなされており、特に、Qi規格は5Wより高い電力ドレインを有する中電力デバイス拡張されようとしている。

0012

Qi規格は、対応デバイスが満たさなければならない様々な技術的要件パラメータ、及び動作手順を定める。

0013

通信
Qi規格は電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、これにより、電力送信機が特定の電力受信機に適合することを可能にし得る情報を電力受信機が供給することを可能にする。現在の規格では、電力受信機から電力送信機への一方向通信リンクが規定されており、アプローチは電力受信機が制御要素であるという原理に基づく。電力送信機と電力受信機との間での電力伝送を準備及び制御するために、電力受信機は電力送信機に明確に情報を送信する。

0014

一方向通信は、電力受信機が二次受信コイルに与える負荷を変更して電力信号変調させる負荷変調を実行することによって達成される。電力送信機はこれによって生じる電気特性の変化(例えば、電流ドローの変動)を検出及び復号復調)し得る。

0015

したがって、物理層において、電力受信機から電力送信機への通信チャネルは電力信号をデータキャリアとして使用する。電力受信機が負荷を変調し、これが送信コイル電流又は電圧振幅及び/又は位相変化によって検出される。データはバイト及びパケットフォーマットされる。

0016

より詳しい情報は、Qiワイヤレス給電仕様書バージョン1.0)の第1部、6章に見つけることができる。

0017

Qiは一方向通信リンクを使用するが、電力送信機から電力受信機への通信を導入することが提唱されている。しかし、このような双方向リンクの導入は些細なことではなく、多数の難題及び課題が課される。例えば、システムは依然として後方互換性を持たなければならず、例えば、双方向通信不能な電力送信機及び受信機を依然としてサポートしなければならない。更に、既存のパラメータと調和しなければならないため、例えば変調オプション電力変動、伝送オプション等に関する技術的制約は非常に厳しい。コスト及び複雑性が低く保たれることも重要であり、また、例えば追加ハードウェアの必要性が最小化されること、検出が容易且つ信頼可能であること等が望ましい。電力送信機から電力受信機への通信が電力受信機から電力送信機への通信に影響し、劣化させ、又は干渉しないことも重要である。更に、最も重要な要件は、通信リンクがシステムの電力伝送能力容認しがたい程に低下させないことである。

0018

したがって、双方向通信を含むようQi等の電力伝送システムを改良することには多くの課題及び困難が伴う。

0019

システム制御
ワイヤレス電力伝送システムを制御するために、Qi規格は、システムが動作の異なる時点で属し得る複数のフェーズ又はモードを定める。更なる詳細はQiワイヤレス給電仕様書(バージョン1.0)の第1部、5章に見つけることができる。

0020

システムは以下のフェーズに属し得る。

0021

選択フェーズ
このフェーズはシステムが使用されていないとき、すなわち、電力送信機と電力受信機との間に結合が存在しない(すなわち、電力送信機の近くに電力受信機が配置されていない)ときの典型的なフェーズである。

0022

選択フェーズでは、電力送信機はスタンバイモードにあり得るが、対象の潜在的な存在を検出する。同様に、受信機は電力信号の存在を待つ。

0023

pingフェーズ
送信機が対象の潜在的な存在を、例えば容量変化によって検出する場合、システムは電力送信機が(少なくとも間欠的に)電力信号を供給するpingフェーズに移行する。この電力信号は電力受信機によって検出され、電力受信機はその後電力送信機に最初のパッケージを送信する。具体的には、電力受信機が電力送信機のインターフェイス上に存在する場合、電力受信機は最初の信号強度パケットを電力送信機に伝送する。信号強度パケットは、電力送信コイル電力受信コイルとの間の結合度指標を与える。信号強度パケットは電力送信機によって検出される。

0024

識別及び構成フェーズ
電力送信機及び電力受信機はその後、電力受信機が少なくとも識別子及び要求電力を伝達する識別及び構成フェーズに移行する。情報は負荷変調によって複数のデータパケットで伝達される。負荷変調の検出を可能にするために、電力送信機は識別及び構成フェーズ中、一定の電力信号を保つ。具体的には、電力送信機はこのために一定の振幅、周波数、及び位相の電力信号を供給する(負荷変調によって引き起こされる変化を除いて)。

0025

実際の電力伝送に備え、電力受信機は自身の電子機器起動するために受信信号印加し得るが、出力負荷は未接続のままにする。電力受信機は電力送信機にパケットを伝送する。これらのパケットは識別及び構成パケット等の必須メッセージを含み、又は拡張識別パケット若しくは給電延期パケット等の定義オプションメッセージを含み得る。

0026

電力送信機はその後、電力受信機から受信された情報に従って電力信号を構成する。

0027

電力伝送フェーズ
システムはその後、電力送信機が要求電力信号を供給し、電力受信機が出力負荷を接続して受信された電力によって給電する電力伝送フェーズに移行する。

0028

このフェーズ中、電力受信機は出力負荷条件を監視し、具体的には特定の動作点実測値目標値との間の制御偏差を測定する。電力受信機はこれらの制御偏差を制御偏差メッセージによって、例えば毎250msecの最小レートで電力送信機に伝送する。これは、電力受信機の継続する存在のサインを電力送信機に提供する。更に、制御偏差メッセージは、電力送信機が報告された偏差を最小化するよう電力信号を調整する閉ループ電力制御を実行するために用いられる。具体的には、動作点の実測値が目標値に等しい場合、電力受信機は値がゼロの制御偏差を伝達し、結果として電力信号は変化しない。電力受信機が非ゼロの制御偏差を伝達する場合、電力送信機はこれに応じて電力信号を調節する。

0029

システムは電力伝送の効率的なセットアップ及び動作を可能にする。しかし、電力伝送システムが最適に動作しないシナリオが存在する。

0030

例えば、既存のシステムでは、電力送信機は新しい電力受信機の導入が検出されたときに選択フェーズからpingフェーズに入る。しかし、電力受信機が例えば電力送信機上に持続的に配置される場合、開始イベントが存在せず、電力受信機は選択フェーズに留まり、電力伝送フェーズに再突入できない可能性がある。これは、間隔を置いて再給電を必要とするデバイスにとって問題であり得る。例えば、バッテリー式のデバイスが電力送信機上に持続的に配置される場合がある。バッテリー式のデバイスが最初に電力送信機上に配置されたときのバッテリーの最初の充電の後、システムは選択フェーズに入る。デバイスが電力送信機上で使用されて、バッテリーが放電され得る。ある段階で、バッテリーの再充電が要求され得る。しかし、システムは選択フェーズにあるため、そのような再充電を実行することができない。

0031

このようなシナリオを回避するために、電力送信機がごくまれに、新たな電力伝送フェーズが再び開始されるべきかを確認するpingを電力受信機に送るpingフェーズに入ることが提唱されている。しかし、これは数分間隔で実行されることが予測され、これは多くのアプリケーションにとって遅すぎる。ping間の時間を減らすと、電力送信機及び電力受信機の両方の電力消費が増加する。したがって、ping間の時間間隔を最も重大なデバイス/アプリケーションに対して適切な値に下げることは、幅広い主要なデバイスにとっては全く不必要な大きなオーバーヘッド及び増加した資源消費をもたらす。

0032

これに対処するために、システムが、電力受信機からの能動的リクエストの受信に応じて、選択フェーズを離れて新しい電力伝送セットアップ動作を開始できることが提唱されている。しかし、これは電力受信機が能動的メッセージを伝送可能であることを要求する(すなわち、送信機によって電力信号が供給されないので、電力受信機は負荷変調を用いることができない)。このような電力受信機による能動的始動は有益であり得るが、電力受信機がメッセージを生成するのに十分な貯蔵エネルギーを有することが要求される。しかし、これはデバイスの充電を要求するので、デバイスは継続的に選択フェーズに留まることができない。

0033

特に、電力受信機が能動的な信号を印加することによって電力送信機をウェイクアップできることが提唱されている。電力受信機は電力受信機内で利用可能なエネルギー源(例えば、バッテリー)を使用してウェイクアップ信号を生成する。しかし、全てのデバイスが適切なエネルギー源を備えるわけではない。また、バッテリー又はキャパシタ若しくはコンデンサ等のエネルギー貯蔵が存在する場合、例えばアプリケーションの集中的な使用後又リーク電流若しくは待機電流が利用可能な貯蔵エネルギーを枯渇させる長時間の経過後、放電状態になる可能性がある。よって、充電が必要になる。

0034

より一般的には、従来のアプローチは、新しい電力受信機が導入されたときにこれに給電又は充電するための非常に適切なアプローチを提供し得るが、やや柔軟性に欠け、電力受信機が電力送信機から電力を引き出すことを望み得るあらゆるシナリオに対応しない傾向がある。特に、従来のアプローチは、電力受信機が標準電力伝送フェーズの一部として電力送信機によって給電されるか否かのいずれかしか許容しない。しかし、多くのデバイスは異なる時に異なる要求を有し、更に、これらの要求はデバイス間で大きく異なり得る。

0035

したがって、改良された電力伝送システムは有益であり、特に向上されたフレキシビリティ、後方互換性、容易な実行、異なる電力要件への改良された適合、及び/又は改良されたパフォーマンスを可能にするシステムは有益であろう。

発明が解決しようとする課題

0036

したがって、本発明は上記欠点の1つ以上を単体で又は任意の組み合わせで好適に緩和、軽減、又は排除することを試みる

課題を解決するための手段

0037

本発明の一側面によれば、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成する電力送信機を含む誘導電力伝送システムのための動作方法であって、誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、電力受信機が、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを電力送信機に送信するステップと、電力送信機がメッセージを受信するステップと、電力送信機が、スタンバイフェーズ中、スタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給するステップとを含む、方法が提供される。

0038

本発明は改良された電力伝送システムを提供し得る。本発明は多くの実施形態において、更なる機能及び/又は改良された性能を可能にし得る。改良されたユーザー体験が提供され得る。本発明は実践的なアプローチを可能にし、既存のシステムへの導入を容易にし得る。

0039

本アプローチは、電力受信機が電力送信機のスタンバイ電力挙動を制御する、低減された電力消費のためのスタンバイフェーズを導入することができる。

0040

多くの実施形態において、本アプローチは特に、電力受信機が電力送信機に長時間結合されるシステムに関する改良された動作(特に、複数回の(再)充電動作を含む)を可能にし得る。多くのシナリオにおいて、電力受信機のスタンバイ動作モードからのより速い起動を達成することができる。

0041

電力受信機はスタンバイフェーズ中に電力信号から(したがって電力送信機から)電力を抽出してもよい。スタンバイ電力信号要件は、例えば電力受信機が引き出すことができる最小振幅又は電流等、スタンバイ電力信号の電力要件でもよい。

0042

本アプローチは、電力受信機がスタンバイフェーズ中の電力送信機の動作を制御することができ、よって、電力受信機(又は電力受信機によって給電されるデバイス)の特定の要求及びプリファレンスを満たす電力信号が供給されるという点で特に有利である。電力受信機は、例えば、スタンバイフェーズの低減された機能を維持するのに十分な電力を電力受信機のために供給するよう電力送信機を制御してもよく、且つ/又は、電力受信機が電力送信機を十分に速くウェイクアップできるよう、特に、過剰な資源を使用することなく電力伝送フェーズに十分素早く入ることができるよう電力信号の特性を制御してもよい。例えば、負荷変調を可能にするためにオン切り替えられる電力信号間の時間間隔が、特定の電力受信機(又は関連付けられたデバイス)に適合するよう制御されてもよい。

0043

本アプローチは更に、メイン制御が電力受信機にあることを可能にするという点で、Qi等の電力伝送システムの一般的な設計原理に調和する。

0044

また、本アプローチはQi等のシステムに比較的容易に導入することができる。例えば、本アプローチは電力受信機から電力送信機への一方向通信のみを使用して実現されてもよい。

0045

スタンバイフェーズでは、電力受信機は低減された電力モードで動作する。スタンバイフェーズ中の電力受信機の電力消費は、電力伝送モード中の電力受信機の電力消費に対して低減される。電力受信機はスタンバイフェーズ中、低減された機能を実行してもよい。典型的には、低減された機能は、システムが公称動作モードに入るためにイニシャライズされることを可能にする機能に制限されてもよい(特に、低減された機能はウェイクアップ機能に制限されてもよい)。具体的には、スタンバイフェーズ中、負荷が電力受信機から切断されてもよい。電力伝送フェーズ中、負荷は接続される。

0046

一部のシナリオでは、システムは電力伝送フェーズ中は電力制御ループを実行するが、スタンバイフェーズ中は実行しなくてもよい。

0047

電力受信機との用語は、ワイヤレス電力伝送を可能にし及び実行するために実装される機能を指すと理解されよう。また、この用語は、ワイヤレス電力伝送によって給電される機能全体を指し、特に負荷を含み得ることが理解されよう。特に、この用語はワイヤレス伝送によってサポートされるデバイス全体、例えばワイヤレス電力伝送を介して給電される通信又はコンピューティングデバイス等を含み得る。この用語は、それが単一のユニット内に実装されようと、又は複数の(物理的又は機能的)ユニット内に実装されようと、かかる広義の機能を含み得る。

0048

スタンバイフェーズは他のフェーズ又はサブフェーズを含んでもよい。例えば、スタンバイフェーズはQiタイプのシステムの選択フェーズ及びpingフェーズを構成し又は含んでもよい。

0049

本発明の任意の特徴によれば、スタンバイ電力信号要件は、スタンバイフェーズ中の電力信号の電力要件を示す。

0050

これは多くのシナリオにおいて特に有益であり得る。電力受信機は、過剰な資源を使用することなく電力受信機が電力信号から所望の電力を抽出することを可能にする電力信号を供給するよう電力送信機を具体的に制御してもよい。例えば、電力要件は要求電力レベルでもよく、特に、平均又は最小電力レベルでもよい。一部のシナリオでは、電力信号は連続的に印加されてもよく、電力レベルは連続値でもよい。一部の実施形態では、電力信号は非連続的でもよく、スタンバイ電力要件は、供給電力の一時的な特性を示してもよい。

0051

本発明のオプションの特徴によれば、スタンバイ電力信号要件は、電力受信機の低減された機能のための最小電力を表す。

0052

これは特に有益であり、不必要な無駄な資源を伴うことなくスタンバイフェーズ中に電力受信機の低減された機能をサポートするのに十分な電力を供給するためにシステムが最適化されることを可能にし得る。

0053

一部の実施形態では、電力受信機は、自身の低減された機能の電力消費に応じて、スタンバイ電力信号要件を決定してもよい。

0054

本発明のオプションの特徴によれば、低減された機能は、電力受信機のためのウェイクアッププロセスをイニシャライズするための機能を含む。

0055

これは、特に電力消費を低減し、しばしば実質的に最小化することを可能にする一方、依然として電力受信機(又は接続されたデバイス)が動作可能モード、特に電力伝送フェーズに素早く且つ効率的に戻ることを可能にし得る。

0056

ウェイクアッププロセスは、特にシステムを電力伝送フェーズに移行させるプロセスでもよい。ウェイクアッププロセスは、具体的には、電力受信機が電力信号の負荷変調を用いることなく電力送信機にイニシライゼイションメッセージを送信する能動的ウェイクアッププロセスでもよいし、又は、例えば電力受信機が電力信号の負荷変調により電力送信機にメッセージを送信する受動的ウェイクアッププロセスでもよい。

0057

本発明のオプションの特徴によれば、電力要件は、スタンバイフェーズ中、電力受信機のためのエネルギー貯蔵要件を維持するための最小電力を表す。

0058

これは特に好適なアプローチであり得る。システムは特に、電力消費が低減されるが、電力受信機内に貯蔵されるエネルギーが十分に保たれることを依然として保証するスタンバイフェーズに電力受信機が入り得ることを保証してもよい。特に、本アプローチは低電力消費のスタンバイフェーズを可能にする一方、依然として電力受信機のバッテリーが所望の程度に充電された状態が維持されることを保証し、これにより電力受信機デバイスが動作可能に維持されることを保証する。

0059

本発明のオプションの特徴によれば、電力送信機は、スタンバイフェーズ中に電力信号を間欠的に供給し、スタンバイ電力信号要件は、電力信号が供給される時間間隔のタイミングを示す。

0060

これは多くの実施形態においてリソース消費を低減し且つ/又は機能を低減し得る。例えば、これは、電力消費と新たな電力伝送をイニシャライズするための時間との間のトレードオフを、特定の電力受信機(電力受信機によって給電されるデバイスを含む)のプリファレンス及び要件のために最適化することを可能にしてもよい。

0061

間欠的電力信号は、電力受信機に電力を伝送するため及び/又は電力受信機が負荷変調により通信することを可能にする信号を供給するために使用されてもよい。実際には、間欠的電力信号は、スタンバイフェーズ中に電力受信機にpingを送るために及び/又は電力受信機に給電するために使用されてもよい。

0062

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、スタンバイフェーズ中に電力送信機にウェイクアップメッセージを送信し、電力送信機は、ウェイクアップメッセージの受信に応じて電力伝送フェーズに移行する。

0063

これは好適な動作を可能にし得る。電力受信機は、ウェイクアップメッセージの送信に応じて、又は例えば電力送信機からメッセージの確認を受信したことに応じて、電力伝送フェーズに入ってもよい。

0064

一部の実施形態では、システムは、構成フェーズが適用されることなく、電力伝送フェーズに直接移行してもよい。一部の実施形態では、システムは、1つ以上の介在フェーズを介して、例えば介在するping又は構成フェーズ等を介して電力伝送フェーズに移行してもよい。このような実施形態では、電力伝送フェーズに入ることは、介在フェーズにおける動作次第であってもよい。したがって、システムは一部のシナリオにおいてのみ電力伝送フェーズに進んでもよい(例えば、pingフェーズ中の電力受信機による適切な応答に応じて)。

0065

したがって、電力伝送フェーズはウェイクアップ前に設定された構成パラメータを使用して開始されてもよい。

0066

本発明のオプションの特徴によれば、ウェイクアップメッセージは、スタンバイフェーズ中の電力信号の負荷変調によって電力受信機から送信される。

0067

これは多くの実施形態で効率的な動作を提供し得る。特に、スタンバイフェーズ中の電力消費が低減され得る。例えば、これは、電力受信機の(低減された)機能を給電するには不十分であるが、負荷変調をサポートするには十分である電力信号が供給されることを可能にし得る。電力の低減は、電力信号が顕著に高い頻度で供給されることを可能にし、よって顕著に速いシステムのウェイクアップを可能にし得る。

0068

一部の実施形態では、ウェイクアップメッセージは、電力受信機の内部エネルギー貯蔵から給電される機能を使用して電力受信機によって送信される。

0069

これは一部のシナリオで改善された性能を提供し得る。特に、電力受信機は、電力送信機がこの目的のために電力信号を供給する必要なくウェイクアップメッセージを送信できる。

0070

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、電力受信機のエネルギー貯蔵のエネルギー貯蔵レベルを決定し、エネルギー貯蔵レベルが閾値を下回る場合、スタンバイフェーズ中に電力送信機に第2のメッセージを送信し、第2のメッセージが送信された場合、電力受信機及び電力送信機は電力伝送動作を開始する。

0071

これは有利な性能を提供し、特に、スタンバイフェーズによる電力伝送の提供を要することなく、電力受信機内に十分なエネルギーを維持する効率的な方法を可能にし得る。したがって、通常の電力動作が用いられるが、単純にエネルギー貯蔵(例えば、短い時間間隔の間、一部の機能に給電するのに十分なチャージを保持するキャパシティ等)を再充電するために適用することができる。

0072

本発明のオプションの特徴によれば、第1のメッセージは、電力送信機が電力信号を供給しないスタンバイフェーズ中の間隔の最長期間を示す。

0073

これは多くのシナリオで効率的なパフォーマンスを提供し、特に、多くの実施形態でスタンバイフェーズの既存のシステムへの導入を容易化し得る。特に、これは、Qiシステムの選択フェーズ及びpingフェーズを使用してスタンバイフェーズを実現する効率的な方法を提供し得る。第1のメッセージは、選択フェーズとpingフェーズとの間でいつ切り替わるべきかに関するタイミング指標、例えば選択フェーズの最長持続時間等を提供してもよい。

0074

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、電力伝送フェーズの終了時に電力制御偏差メッセージを送信することにより電力信号の電力レベルを設定し、スタンバイ電力信号要件は、スタンバイフェーズ中に電力レベルを維持することの要求を示す。

0075

これは効率的且つ複雑性が低い動作を提供し得る。

0076

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、電力伝送フェーズ中に第1のメッセージを送信する。

0077

これは多くの実施形態で効率的且つ複雑性が低い動作を提供し、特に効率的なシグナリングを有するロバストな動作を可能にし得る。

0078

本発明のオプションの特徴によれば、電力送信機は、電力伝送フェーズ終了メッセージの受信に応じてスタンバイフェーズに入る。

0079

これは多くの実施形態で効率的且つ複雑性が低い動作を提供し、特に効率的なシグナリングを有するロバストな動作を可能にし得る。

0080

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、スタンバイフェーズ中に電力信号により内部エネルギー貯蔵を充電する。

0081

これは好適なパフォーマンスを提供し、特に電力受信機内に十分なエネルギーを維持する効率的な方法を可能にし得る。

0082

本発明のオプションの特徴によれば、電力送信機及び電力受信機は、構成フェーズに入ることなくスタンバイフェーズから電力伝送フェーズに切り替わる。

0083

これは多くのシナリオで、電力受信機のより効率的且つ/又は特により速いウェイクアップを可能にし得る。したがって、ウェイクアップの前に設定された構成パラメータを用いて電力伝送フェーズを開始することができる。

0084

一部の実施形態では、電力送信機及び電力受信機は、スタンバイフェーズから(直接)pingフェーズに切り替わる。

0085

一部の実施形態では、電力送信機及び電力受信機は、スタンバイフェーズから(直接)構成フェーズに切り替わる。

0086

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、電力伝送フェーズの前に起こる構成フェーズ中に第1のメッセージを送信する。

0087

これは多くの実施形態で効率的且つ複雑性が低い動作を提供し、特に効率的なシグナリングを有するロバストな動作を可能にし得る。本アプローチは、スタンバイフェーズの構成が、他のパラメータのための構成手順と同じ原理及びアプローチに従って実行されることを可能にし得る。これは例えば、機能の再利用を可能にし得る。

0088

本発明のオプションの特徴によれば、電力受信機は、ウェイクアップメッセージの受信に応じて電力送信機によって実行されるべきアクティビティを示す第2のメッセージを電力送信機に送信する。

0089

これはよりフレキシブルなシステムを提供し、システムの動作が個別の電力受信機の特定の要件及びプリファレンスに適合されることを可能にし得る。例えば、電力受信機は、電力送信機がスタンバイモードからのウェイクアップ後に構成フェーズに入ることなく直接電力伝送フェーズに入ること、又は、まず構成フェーズに入ることを定める又はリクエストしてもよい。一部の実施形態では、電力受信機は、電力受信機が電力変調できる電力信号を供給することにより電力送信機がウェイクアップメッセージに応答することを命令又はリクエストしてもよい。

0090

一部の実施形態では、第2のメッセージは、ウェイクアップ後に電力送信機がスタンバイフェーズから入るべきフェーズを示す。

0091

一部の実施形態では、第2のメッセージは、電力送信機がスタンバイフェーズと電力伝送フェーズとの間の構成フェーズをスキップすべきか否かを示す。

0092

本発明の一側面によれば、電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムの電力送信機のための動作方法であって、誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、方法は、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するステップと、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを受信するステップと、スタンバイフェーズ中にスタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給するステップとを含む、方法が提供される。

0093

本発明の一側面によれば、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための電力送信機を含む誘導電力伝送システムの電力受信機のための動作方法であって、誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、方法は、電力伝送フェーズ中に電力信号から電力を抽出するステップと、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを電力送信機に送信するステップと、スタンバイフェーズ中に電力信号を受信するステップとを含む、方法が提供される。

0094

本発明の一側面によれば、電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムであって、誘導電力伝送システムは、ワイヤレス電力信号を介して電力送信機から電力受信機に電力を伝送し、また、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、電力受信機は、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを送信するための送信部を含み、電力送信機は、電力伝送フェーズ中に電力受信機への電力伝送を提供するために電力信号を生成するための電力ユニットと、第1のメッセージを受信するための受信部と、スタンバイフェーズ中にスタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給するためのスタンバイユニットとを含む、誘導電力伝送システムが提供される。

0095

本発明の一側面によれば、電力送信機と電力受信機とを含む誘導電力伝送システムのための電力送信機であって、誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、電力送信機は、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための生成部と、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを受信するための受信部と、スタンバイフェーズ中にスタンバイ電力信号要件に従って電力信号を供給するためのスタンバイユニットとを含む、電力送信機が提供される。

0096

本発明の一側面によれば、電力伝送フェーズ中に電力受信機のためのワイヤレス電力信号を生成するための電力送信機を含む誘導電力伝送システムのための電力受信機であって、誘導電力伝送システムは、例えば電力信号の負荷変調に基づく電力受信機から電力送信機への通信をサポートし、電力受信機は、電力伝送フェーズ中に電力信号から電力を抽出するための電力ユニットと、スタンバイフェーズ中の電力信号に関するスタンバイ電力信号要件を含む第1のメッセージを電力送信機に送信するための送信部と、スタンバイフェーズ中に電力信号を受信するための受信部とを含む、電力受信機が提供される。

0097

本発明の上記及び他の側面、特徴、及び利点は以下の実施形態に関連して説明され、明らかになろう。

図面の簡単な説明

0098

本発明の実施形態を、あくまで例として、図面を参照しながら説明する。

0099

図1は、本発明の一部の実施形態に係る電力伝送システムの例図を提供する。
図2は、本発明の一部の実施形態に係る電力送信機の例図を提供する。
図3は、本発明の一部の実施形態に係る電力受信機の例図を提供する。
図4は、本発明の一部の実施形態に係る電力受信機の例図を提供する。
図5は、本発明の一部の実施形態に係る電力伝送システムのための動作方法の例図を提供する。

実施例

0100

図1は、本発明の一部の実施形態に係る電力伝送システムの一例を示す。電力伝送システムは、送信コイル/インダクタ103を含む(又は送信コイル103に結合される)電力送信機101を備える。システムは更に、受信コイル/インダクタ107を含む(又は受信コイル107に結合される)電力受信機105を備える。

0101

電力受信機105は、例えば、ユーザー機能(例えば、通信又は計算機能)及び電力伝送/抽出機能の両方を提供する単一の集積デバイスであり得ることが理解されよう。他のシナリオでは、電力受信機105は電力抽出のための機能のみを備え、電力は外部負荷に供給されてもよい。以下、電力受信機105との用語は、電力伝送/抽出機能そのもの、及び、電力伝送/抽出機能と当該機能によって給電される負荷との結合機能の両方を表すために使用される。特に、この用語は電力伝送デバイスと当該電力伝送デバイスによって給電されるユーザーデバイスとの組み合わせも指す。

0102

システムは、電力送信機101から電力受信機105へのワイヤレス誘導電力伝送を提供する。具体的には、電力送信機101は、送信コイル103によって磁束として伝播される電力信号を生成する。電力信号は典型的には約100kHzから200kHzの周波数を有し得る。送信コイル103と電力受信機105とは疎結合し、よって受信コイルは電力送信機101からの電力信号(の少なくとも一部)を拾う。したがって、送信コイル103から受信コイル107へのワイヤレス誘導結合を介して、電力送信機101から電力受信機105に電力が伝送される。電力信号という用語は主に送信コイル103に供給される電気信号を指すために使用されるが、同等に、磁束信号又は更には受信コイル107の電気信号を指すものとしても考えられ及び使用され得ることが理解されよう。

0103

以下、Qi規格に係る(本明細書で説明される(又は必然的な)変更及び改良を除く)一実施形態を具体的に参照して、電力送信機101及び電力受信機105の動作を説明する。特に、電力送信機101及び電力受信機105は、Qi仕様バージョン1.0又は1.1に実質的に対応し得る(本明細書で説明される(又は必然的な)変更及び改良を除く)。

0104

ワイヤレス電力伝送システム内の電力送信機101と電力受信機105との間の電力伝送を準備及び制御するために、電力受信機105は電力送信機101に情報を伝達する。かかる通信はQi仕様バージョン1.0及び1.1において規格化されている。

0105

物理レベル上では、電力受信機105から電力送信機101への通信チャネルは電力信号をキャリアとして使用することによって実現される。電力受信機105は受信コイル107の負荷を変調する。これは、電力送信機側において対応する電力信号の変動をもたらす。負荷変調は送信コイル103の電流の振幅及び/又は位相の変化によって検出され、あるいは又は加えて、送信コイル103の電圧変化によって検出され得る。この原理に基づき、電力受信機105は電力送信機101によって復調されるデータを変調できる。このデータはバイト及びパケットにフォーマットされる。より詳しい情報は、http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.htmlを介して入手可能なQiワイヤレス給電仕様書とも称される“System description, Wireless Power Transfer, Volume I: Low Power, Part 1: Interface Definition, Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium”において、特に6章のCommunications Interfaceに見つけることができる。

0106

電力伝送を制御するために、システムは異なるフェーズ、特に選択フェーズ、pingフェーズ、識別及び構成フェーズ、並びに電力伝送フェーズを経ることができる。より詳しい情報は、Qiワイヤレス給電仕様書の第1部、5章に見つけることができる。

0107

電力送信機101は、最初は、電力受信機の潜在的な存在を監視するだけの選択フェーズにある。電力送信機101はこのために様々な方法、例えばQiワイヤレス給電仕様書に記載されるような方法を使用し得る。かかる潜在的な存在が検出された場合、電力送信機101は電力信号が一時的に生成されるpingフェーズに入る。電力受信機105は自身の電子機器を起動するために受信信号を印加し得る。電力信号を受信した後、電力受信機105は電力送信機101に最初のパケットを伝送する。具体的には、電力送信機と電力受信機との間の結合度を示す信号強度パケットが送信される。より詳しい情報は、Qiワイヤレス給電仕様書の第1部、6.3.1章に見つけることができる。したがって、pingフェーズでは、電力送信機101のインターフェイスに電力受信機105が存在するか否かが決定される。

0108

信号強度メッセージを受信すると、電力送信機101は識別及び構成フェーズに移行する。このフェーズにおいて、電力受信機105は自身の出力負荷を未接続に保ち、負荷変調を用いて電力送信機101に通信する。電力送信機はこのために一定の振幅、周波数、及び位相の電力信号を供給する(負荷変調によって引き起こされる変化は除く)。メッセージは、電力受信機105がリクエストした通りに自身を構成するために電力送信機101によって使用される。

0109

システムは続いて、実際の電力伝送が行われる電力伝送フェーズに移行する。具体的には、自身の電力要求を伝達した後、電力受信機105は出力負荷を接続し、受信される電力を出力負荷に供給する。電力受信機105は出力負荷を監視し、特定の動作点の実測値と目標値との間の制御偏差を測定する。電力受信機105はかかる制御偏差を例えば毎250msの最小レートで電力送信機101に伝達し、これらの偏差及び電力信号の変更又は無変更の要望を電力送信機101に示す。

0110

Qiワイヤレス給電仕様書バージョン1.0及び1.1は、電力受信機105から電力送信機101への通信のみを規定し、すなわち一方向通信のみを規定することに留意されたい。

0111

しかし、図1のシステムでは双方向通信が使用され、すなわち、電力送信機101から電力受信機105にデータを伝送することも可能である。多様なアプリケーションがかかる通信の利益を享受し、例えば電力受信機をテストモードに設定すること、電力受信機を較正モードに設定すること、又は、例えば電力送信機から電力受信機にコマンド若しくはステータス情報を伝達するために、電力受信機の制御下で電力送信機から電力受信機への通信を可能にすること等が挙げられる。

0112

双方向通信は多くのシナリオ及び実施形態で利点をもたらす可能性があるが、あくまでオプションの特徴である。実際に、以下で説明される原理及び動作は、電力送信機101から電力受信機105への通信を使用又はこれに依拠することなく実行することができる。

0113

図2は、図1の電力送信機101をより詳細に示す。一次コイル103(PCL)とも呼ばれる送信コイル103が電力送信機通信ユニット201(TRM−COM)に接続して示されており、電力送信機通信ユニット201は送信機コントローラ203(CTR)に結合されている。

0114

電力送信機通信ユニット201は送信コイル103を駆動するためのドライバ207(DRV)に結合された変調器205(MOD)を、(潜在的に)変調された電力信号(PS)を送信コイル103を介して電力受信機105に伝送するために有する。ドライバ207は、所望の特性、例えば所望の電力レベル(振幅及び/又は電流)の電力信号を供給するようドライバを制御可能な送信機コントローラ203に結合される。したがって、電力信号が電力送信機101から電力受信機105にメッセージを伝送するためにも使用される場合、電力信号はコントローラからの制御及び(任意で)変調器205による変調の両方に依存する。

0115

このシステムにおいて、電力受信機105は電力信号を負荷変調することによって受信コイル107及び送信コイル103を介して電力送信機101に電力受信機信号を送信し得る。この信号は反射信号(RS)と呼ばれる。反射信号は、例えば送信コイル103の電流又は電圧を感知ユニット209(SNS)が感知することによって検出される。例えば検出された信号の振幅又は位相の変化をビットに変換することにより検出信号を復調するために、復調器211(DEM)が送信機コントローラ203に結合される。

0116

図2の例では、第1のユニット213は、送信コイル103を介して電力受信機105からデータを受信するよう構成される。第1のユニット213は感知ユニット209及び復調器211を含む。これらの2つのユニットは、送信コイル103を介してデータを受信する機能を実現する。送信コイル103は受信コイル107への誘導電力伝送のために交流磁場(電力信号PS)を伝送し、受信コイル107によって引き起こされる反射磁場(反射信号RS)(すなわち、負荷変調によって引き起こされる電力信号の変動)を受信する。感知ユニット209(電流/電圧センサSNS)は、送信コイル103の電流/電圧を感知する。復調器211は、感知された信号の振幅又は位相の変化をデータに変換する。

0117

送信機コントローラ203は受信データを解釈し、これに応じて第2のユニット215を制御し、送信コイル103を介して電力受信機105にメッセージを送信することができる。この例では、メッセージは具体的には電力受信機105からのメッセージに応答するための応答メッセージであり、特に承認/非承認又は受諾拒否メッセージであり得る。このような通信構成は複雑性の低いアプローチを可能にし、また電力送信機から電力受信機への通信をサポートするための複雑な通信機能及びプロトコルの必要性を回避し得る。本アプローチは更に、電力受信機が変わらずに電力送信機の制御要素であることを可能にし、よってQi電力伝送アプローチの一般的な設計原理と良好に調和し得る。

0118

具体的には、送信機コントローラ203は変調器205を制御することによって電力信号を変調し、所望のメッセージを供給する。変調器205は具体的には電力信号の振幅、周波数、又は位相を変更することによって電力信号を変調し、すなわち、典型的にはAM、FM、及び/又はPM変調を使用し得る。同じく第2のユニット215に含まれるドライバ207は、送信コイル103に交流電気信号を供給することによって送信コイル103を介して変調された電力信号を電力受信機105に送信するよう構成される。

0119

コントローラ203は、更に、電力伝送設定を制御するよう、並びに要求される制御及び動作フェーズ/機能を実現するよう構成される。特に、コントローラ203は送信コイル103からのメッセージを受信及び解釈し、これに応じて、例えば電力信号の要求電力レベルを設定し得る。具体的には、識別及び構成フェーズ中、コントローラ203は電力受信機105からの構成パケット又はメッセージを解釈し、例えばこれに応じて最大電力信号レベルを設定し得る。電力伝送フェーズ中、送信機コントローラ203は電力受信機105から受信された制御偏差メッセージに従って電力レベルを増減させ得る。

0120

図3は、図1の電力受信機105をより詳細に示す。受信コイル107(SCL)は、電力受信機通信ユニット301(REC−COM)に接続して示されており、電力受信機通信ユニット301は受信機コントローラ303(CTR)に結合される。電力受信機105は、受信コイル107から送信コイル103を介して電力送信機101にデータを送るための第1のユニット305を備える。第1のユニット305は、電力送信機101にデータを送信するための反射信号(RS)を生成するために受信コイル107における負荷を変調するための変調器309(MOD)に結合される可変負荷307(LD)を有する。第1のユニット305は、変調器309及び可変負荷307を含む機能ユニットであることが理解されよう。

0121

電力受信機105は、更に、受信コイル107を介して電力送信機101からメッセージを受信するための第2のユニット311を備える。このために、第2のユニット311は、受信コイル107を介して電力送信機101から受信される変調された電力信号(PS)を例えば電圧又は電流を感知することにより検出するための感知ユニット313(SNS)を備える。

0122

第2のユニット311は、更に、感知ユニット313及び受信機コントローラ303に結合される復調器315(DEM)を備える。復調器315は使用された変調に基づき検出信号を復調する。変調は例えば振幅変調(AM)、位相変調(PM)、又は周波数変調(FM)であり、復調器315は適切な変調を実行して、例えば、検出信号の振幅、周波数、及び/又は位相変化をビットに変換することによって、メッセージを取得し得る。

0123

一例として、受信コイル107は誘導電力伝送のための電力信号を送信コイル103から受信し、負荷307を変動させることによって送信コイル103に反射信号を送信し得る。したがって、負荷307の変動が電力信号の変調を提供する。変調器309は例えばインピーダンス回路を接続/切断することによって振幅(及び/又は反射信号の周波数及び/又は位相)を制御する、すなわち、負荷307の動作を制御する。電流/電圧感知ユニット313は、電力送信機101から受信される受信コイル107の電流/電圧を感知する。感知ユニット313は電力受信機の他の機能の一部であり、具体的には、DC電力を生成するために使用される電力信号の整流及び平滑化の一部であり得る。復調器315は、感知された信号をデータに翻訳する。受信機コントローラ303は(例えば)変調器309を制御してデータを伝達し、また復調器315によって受信されるデータを解釈する。

0124

電力受信コイル107は、更に、電力伝送フェーズ中に電力信号を受け取って電力を抽出するよう構成される電力ユニット317に接続される。電力ユニット317は、電力伝送フェーズ中に電力送信機101から給電される負荷である電力負荷319に結合される。電力負荷319は外部の電力負荷でもよいが、典型的には電力受信機デバイスの一部であり、例えばバッテリー、ディスプレイ、又は電力受信機の他の機能である(例えば、スマートフォンの場合、電力負荷はスマートフォンの複合機能に対応し得る)。

0125

電力受信コイル107は、安定したDC出力電圧(又は電流)源を提供するために、具体的には整流回路、平滑化回路(コンデンサ)、及び電圧(及び/又は電流)調整回路を含み得る。

0126

電力ユニット317は受信機コントローラ303に結合される。これは、受信機コントローラ303が電力回路動作特性を決定することを可能にし、例えば、受信機コントローラ303に現在の動作点に関する情報を提供するために利用され得る。受信機コントローラ303は、電力伝送フェーズ中に制御偏差メッセージを生成するためにこれを使用し得る。受信機コントローラ303は更に電力ユニット317の動作を制御し、例えば、受信機コントローラ303は負荷の接続/切断を切り替え得る。具体的には、受信機コントローラ303は、構成フェーズ中は負荷を切断し、電力伝送フェーズ中は負荷を接続するよう電力ユニット317を制御し得る。

0127

図3のシステムでは、感知ユニット313は電力信号を直接受信するよう示されており、第2のユニット311はデータを電力信号から直接復調する。これは例えば周波数変調の場合に有効であり得る。

0128

しかし、多くのシナリオにおいて、感知ユニット313は電力信号を直接感知せずに、電力ユニット317の信号を感知してもよい。

0129

具体例として、感知ユニット313は電力ユニット317が生成する整流及び平滑化された電圧を測定してもよい。これは電力信号がAM変調される場合、特に適し得る。

0130

具体的には、図4は電力ユニット317の要素をより詳細に示す。受信コイル107からの信号は整流器401(典型的にはブリッジ整流器)によって整流され、整流された信号はコンデンサCLによって平滑化され、平滑化されたDC電圧が得られる(電力消費及びCLの値に依存するリップルと共に)。図4は更に、電力負荷319を接続及び切断するためのスイッチSLを示す。電力伝送中のリップルが十分低いことを確実にするために、コンデンサCLは典型的には比較的高く選択され、これはコンデンサ及び負荷の組み合わせの時定数を遅くする。

0131

本例では、電力送信機101から電力受信機105に通信するために、電力送信機101は電力信号に振幅変調を適用し得る。これはコンデンサCLの両端間振幅変化を起こし、本例ではこの電圧を測定するために感知ユニット313が結合されている。したがって、コンデンサCLの両端間の電圧変動が検出され、電力信号上に変調されたデータを復元するために使用され得る。このようなアプローチの使用は要素の再利用を可能にするので、コスト及び複雑性を低減できる。

0132

従来の電力伝送システムに対して、図1のシステムは、特に電力送信機101に長時間(典型的には、電力伝送フェーズで過ごす時間より著しく長い)結合される電力受信機に関して、追加の機能及び改良されたユーザー体験を提供することができる。システムは特にQi規格バージョン1.0及び1.1をサポートしてもよいが、追加機能を提供するよう改良できる。

0133

具体的には、システムは、電力受信機105によって定められた特性を備える電力信号を電力送信機101が供給するスタンバイフェーズを提供する。具体的には、電力受信機105は、スタンバイフェーズ中の電力信号のためのスタンバイ電力信号要件を含むメッセージを送信する。電力送信機101はこのメッセージを受信して、スタンバイ電力信号要件を解釈する。その後、電力送信機101がスタンバイフェーズに入るとき、電力送信機101は当該要件に適合する電力信号を生成する。

0134

したがって、システムは電力信号が依然として生成されて(例えば内蔵バッテリーの充電を維持するために)電力受信機105によって利用され得るスタンバイフェーズで動作することができる。また、電力信号が電力受信機105の特定の要件に適合できるよう、電力受信機105が電力信号の特性を制御する。これは改良されたパフォーマンス及び適合を提供するだけではなく、典型的には、スタンバイ電力フェーズ中の電力消費を著しく低減し、且つ/又は、例えば受信機のためのウェイクアップ時間を短くすることができる。

0135

典型的には、電力受信機105は、スタンバイフェーズ中に低減又は縮減された低電力機能をサポートするために抽出され得る少量の電力を当該フェーズ中に電力送信機101に生成させるメッセージを送信し得る。一具体例として、本アプローチは、モバイルデバイスがスタンバイ動作モードにある間、モバイルデバイス内のバッテリーを充電するためにスタンバイ電力伝送を使用することを可能にし得る。

0136

ping、識別及び構成、並びに電力伝送フェーズ中、システムは電力受信機が電力送信機を制御できる通常の動作可能モードにあると見なすことができる。選択フェーズは、電力送信機が電力信号を供給するために(スタンバイフェーズの一部として)pingフェーズに入るべきか否かを決定できる、低減された電力消費のためのフェーズとして見なすことができる。したがって、本アプローチは低減された電力消費に適し、電力送信機のスタンバイ電力挙動が電力受信機によって制御されるスタンバイフェーズを導入する。

0137

図5は、図1の電力伝送システムの動作の一例を示す。

0138

電力送信機101は最初、電力信号が生成されず、電力送信機101が実質的に休止動作モードにある選択フェーズ501にある。しかし、電力送信機101は依然として電力受信機105の存在を監視する。電力送信機101が電力受信機105の潜在的存在を検出すると、電力送信機101はpingフェーズ503に入る。検出は例えば静電容量変化の検出等に基づいてもよい。

0139

pingフェーズ503において、電力送信機101は一時的に短時間出力を上げる。この信号は電力受信機105に給電し(又は少なくとも、電力受信機105に電力送信機101の存在を示す)、これに応じて、電力受信機105はpingフェーズ505に入る。電力受信機105はその後、電力信号の負荷変調により、電力送信機101に信号強度メッセージを送信する。メッセージは電力伝送が必要ないことを示してもよく、その場合、電力送信機101は選択フェーズ501に戻る。電力受信機105が電力伝送の開始を要求する場合、メッセージはそのように示す。この場合、電力受信機105は信号強度メッセージを送信した後、構成フェーズ507に入り、電力送信機101はメッセージの受信に応じて構成フェーズ509に入る。

0140

電力送信機101及び電力受信機105はその後、構成フェーズ507、509の実行に移り、第1の電力伝送パラメータセットを確立する。具体的には、電力受信機は自身のID(例えばバージョン番号等)を供給してもよく、電力伝送値が定められてもよい。

0141

構成フェーズ507、509中、動作パラメータ、特に電力伝送動作に関する動作パラメータを確立するために電力受信機105と電力送信機101との間でメッセージが交換される。

0142

構成フェーズ507、509は、特に、電力受信機105から電力送信機101への一方向通信に基づき得る。具体的には、構成フェーズ507、509は、Qi仕様バージョン1.0及び1.1が規定する識別及び構成(Identification & Configuration)フェーズに対応してもよい。特に、電力受信機105が自身のID(例えばバージョン番号等)を供給してもよく、電力伝送値が定められてもよい。

0143

代わりに又は加えて、構成フェーズは、様々なパラメータを定めることを可能にする双方向メッセージ交換を含んでもよい。したがって、一部の実施形態では、構成フェーズ507、509は電力送信機101から電力受信機105へのメッセージ通信も用いてもよい。

0144

例えば、構成フェーズは、Qi仕様バージョン1.0及び1.1が定める識別及び構成等の一方向構成サブフェーズを最初に備えてもよい。その後、電力送信機101と電力受信機105とがパラメータを交渉できる双方向ネゴシエーションフェーズが続いてもよい。ネゴシエーションフェーズは、具体的には、電力受信機105が電力送信機101にリクエストを送信し、電力送信機101が提案されたパラメータを受諾又は拒否するメッセージをもって各リクエストに応答することに基づいてもよい。

0145

ネゴシエーションフェーズはオプションでもよく、特に、両デバイスがかかるフェーズをサポート可能な場合のみ入られてもよい。例えば、電力送信機101及び/又は電力受信機105は、任意の対応するQiバージョン1.0又は1.1デバイスとQiバージョン1.0又は1.1構成を実行可能であり得る。しかし、両デバイスが(Qi仕様バージョン1.0又は1.1に含まれない)ネゴシエーションフェーズをサポート可能な場合、デバイスはネゴシエーションフェーズを実行して、Qi仕様バージョン1.0又は1.1に従う場合に可能なものより多くのパラメータを決定及び構成することができる。したがって、本アプローチは後方互換性を提供すると共に、適切な能力を備えるデバイスに対して改良された機能を提供することができる。

0146

かかるネゴシエーションフェーズの更なる説明は、参照によりその全体が援用されるUS61/665989に見つけることができる。

0147

構成フェーズ507、509に続いて、電力送信機101及び電力受信機105は、電力受信機105が電力送信機101によって給電される電力伝送フェーズ511、513に移行する。電力伝送は構成フェーズ507、509におけるパラメータセットを用いて実行される。

0148

従来のシステムでは、電力伝送フェーズ511、513の終了後、システムは選択フェーズ501に戻る。システムはその後選択フェーズに留まる。しかし、電力受信機105は同じ位置に長時間留まるデバイスであり得る(例えば、電力送信機上に配置されるランプ又は通信若しくはコンピューティングデバイスは、そこに非常に長い時間留まる可能性がある(例えば、電力送信機上に配置される場合、ラップトップは通常オフィスデスク上に配置された状態で使用され、たまにしかそこから取り除かれない))。このようなシナリオでは、何らかの回路によって電力が消費されるために又は単純にリーク電流のために、デバイスのバッテリーが徐々に放電する。また、電力受信機の位置が変化しないので、電力送信機は新たな給電サイクルを開始するためにこれを利用することができない。

0149

電力受信機が更なる電力を必要とするか否かを調べるために、電力受信機が所定の時間間隔でpingフェーズに入り得ることが提唱されている。しかし、これは典型的には不必要に高い電力消費を伴う非効率的な動作をもたらすか、且つ/又は、電力送信機のウェイクアップの遅れが電力受信機にとって長過ぎるという結果をもたらす傾向があろう(例えば、電力消費を低減するために、提案されている時間は約5分毎である)。このような問題に対処するために、電力受信機が電力信号の存在なく電力送信機に能動的メッセージを送信できることが提唱されている。能動的メッセージは、電力受信機105によって提供されるエネルギーを使用して電力受信機105から電力送信機101に伝送される。したがって、メッセージは、電力送信機101によって供給される電力信号の単なる受動的負荷変調ではなく、電力受信機105によって生成される信号により伝送されるメッセージである。実際に、(一切の電力信号が存在しない可能性があるので)能動的メッセージは受動的負荷変調を使用できず、受信コイル107に供給されて送信コイル103が拾う信号を電力受信機が生成することに基づかなければならない。しかし、このようなアプローチは電力受信機が内部エネルギー貯蔵を有することを必要とする。かかる内部エネルギー貯蔵は本質的に時間と共に放電される。

0150

図1のシステムでは、電力送信機101及び電力受信機105は、やはり電力送信機101がスタンバイ電力信号を供給するが、電力受信機105から電力送信機101に伝送される特定の要件に従って供給されるスタンバイフェーズ515、517に入ることができる。したがって、スタンバイフェーズ515、517中の電力送信機101の動作を、特定の電力受信機105のために最適化できる。本システムでは、システムがスタンバイフェーズで動作するときに電力信号に要求される1つ以上の特徴を示すスタンバイ電力信号要件を含む要件メッセージを、電力受信機105が電力送信機101に具体的に送信する。要件メッセージは専用メッセージでもよいし、又はスタンバイ電力信号要件が他のデータと共に含まれるメッセージでもよい。要件メッセージは、例えば、構成フェーズ507、509の一部として(例えば、そのネゴシエーションサブフェーズの一部として)通信されてもよいし、又は、例えば電力伝送フェーズ511、513の一部として通信されてもよい。

0151

非常に具体的な一例として、構成フェーズ507、509中、電力受信機105は、スタンバイフェーズ515、517において電力受信機105のバッテリーをトリクル充電するのに適した特定の低減された電力レベルの電力信号が供給されるべき旨の要求を伝送してもよい。この場合、電力送信機101はスタンバイフェーズ515、517の間そのような低減された電力レベルの電力信号を供給し、電力受信機105はバッテリーが充電された状態を保つためにこれを使用する。これは例えば、電力受信機105がいつでも能動的なウェイクアップメッセージを送信できることを保証し得る。

0152

スタンバイフェーズ515、517では、電力受信機105は低減された機能/低減された電力消費モードで動作する。典型的には、このようなスタンバイモード中、電力受信機105のメイン機能オフにされ、特に、負荷319は電力ユニット317から切断される。具体的には、スタンバイフェーズ515、517中、電力受信機105は自身のエネルギー貯蔵を維持するため及び電力送信機101とインターフェイス接続するために必要な機能にのみ給電してもよい。

0153

多くの実施形態において、スタンバイ電力信号要件はスタンバイ電力要件の指標、具体的にはスタンバイフェーズ515、517中に電力送信機101によって供給されるべき電力レベルの指標を含み得る。電力レベルは、例えば、スタンバイフェーズ515、517中に電力受信機105をサポートするために電力信号が供給すべき最小電力レベルでもよい。電力レベルは連続的又は継続的に供給されるべき電力レベルでもよいし、例えば非連続的又は断続的なモードで供給される電力レベルでもよい。例えば電力レベルは、例えば所与の電力レベルの電力信号のための所与のデューティサイクルによって定められ且つ/又は所与のデューティサイクルで印加されるべき所与の電力レベルとして定められ得る平均電力レベル(場合によっては最小平均電力レベル)でもよい。したがって、スタンバイ電力信号要件は、スタンバイフェーズ515、517中に電力送信機101が供給すべき具体的な電力の指標を提供し得る。しかし同時に、スタンバイフェーズ515、517中の電力送信機101の電力消費が、電力受信機105の低減された機能をサポートするのに必要な最小レベルに低減できることが保証され得る。

0154

多くの実施形態において、電力送信機101はスタンバイフェーズ515、517中、低減された電力レベルの連続的な電力信号を供給するよう構成され得る。電力受信機105は、低減された機能しか給電されない/活動しないスタンバイモードでの動作時にどれだけの電力が消費されるかを(事前に)決定することができる。この電力要件はその後電力送信機101に伝送され、電力送信機101はその後スタンバイフェーズ中、これに従って連続的な電力信号を印加し、これにより、電力受信機105がスタンバイフェーズに留まりながら電力信号により低減された機能をサポートすることを可能にする。

0155

したがって、このような例では、電力受信機105はスタンバイフェーズ中、低減された電力を有する電力信号によって連続的に給電される。これは、電力受信機105が起動するために及び/又は電力送信機101を起動させるためにスタンバイ状態を保つことを可能にする。例えば、内部電源を持たないコンピューティングデバイスが電力送信機101上に配置され、スタンバイ動作モードに切り替えられ得る。スタンバイ動作モードでは、コンピューティングデバイスの機能は、電力信号からの電力抽出及びユーザー入力の監視に制限され得る。低減された機能は非常に少ない電力供給を要求するので、スタンバイフェーズに入る前に、コンピューティングデバイスはこの低減された機能及び低電力消費をサポートするのにちょうど十分な電力信号が供給されることをリクエストできる。したがって、電力送信機101は非常に少量の電力しか引き出さない。ユーザーがコンピューティングデバイスをウェイクアップさせるために(コンピューティングデバイスをスタンバイフェーズから動作可能フェーズに移行させるために)ユーザー入力を与えると、コンピュータデバイスは例えば電力送信機101にウェイクアップメッセージを送信し得る。ウェイクアップメッセージの受信に応じて、電力送信機101はスタンバイフェーズを出て例えばpingフェーズに移行する。電力送信機101及び電力受信機105/コンピューティングデバイスはその後、通常プロセスの実行に移り、電力受信機105の通常動作及びフル機能に給電するのに十分な電力信号を電力送信機101が供給する電力伝送フェーズに入る。

0156

したがって、スタンバイフェーズ中に電力受信機105が実行する低減された機能は、具体的には、電力受信機105のウェイクアップをイニシャライズできる機能を含み得る。ウェイクアップ機能は、電力受信機105がスタンバイフェーズ/スタンバイ動作モードを出て、通常の動作可能フェーズ/モードに入ることを可能にするプロセスをイニシャライズし得る。

0157

代わりに又は加えて、スタンバイフェーズ515、517中に電力受信機105が実行する低減された機能は、システムの電力伝送をイニシャライズできる機能を含み得る。ウェイクアップ機能は、電力受信機105及び電力送信機101がスタンバイフェーズ515、517を出て電力伝送フェーズ511、513に入ることを可能にするプロセスをイニシャライズし得る。

0158

ウェイクアップ機能は、具体的には、電力受信機105をウェイクアップ/ブートし、且つ/又は電力伝送動作をイニシャライズするよう構成されてもよい。したがって、スタンバイフェーズ中の電力信号に対するスタンバイ電力信号要件は、少なくとも電力受信機の最も不可欠なブート処理を実行可能にする電力受信機のための最小電力レベルを保証する電力信号をリクエストしてもよい。

0159

一部の実施形態では、低減された機能は、スタンバイフェーズ中に電力受信機のエネルギー貯蔵要件を維持するための機能を含み得る。電力受信機105は、例えば(例えば、電力受信機105の機能に給電するために使用され得る)電荷を保持するバッテリー又はキャパシタ等のエネルギー貯蔵を含み得る。そのようなエネルギー貯蔵に電力が供給されない場合、スタンバイフェーズ中にエネルギー貯蔵が給電する他の機能の電力消費のために、又は例えばスプリアス電流ドロー(リーク電流)のために、貯蔵エネルギーは徐々に減少していく。当該システムでは、スタンバイフェーズ中、そのようなエネルギー損失は、当該フェーズ中に電力送信機101によって供給される電力信号を使用することで補償できる。したがって、スタンバイ電力信号要件は、エネルギー貯蔵内に貯蔵され得る電力を電力受信機105が抽出することを可能にする電力信号の要件を表し得る。特に、トリクル充電がサポートされ得る。

0160

電力レベル要件は、電力受信機105が適用する所定の値であり得る。例えば、電力受信機105は、スタンバイフェーズ中に自身のバッテリーを例えば1mAの充電電流でトリクル充電するよう設計されてもよい。この場合、スタンバイ電力信号要件は、スタンバイフェーズ中、電力受信機105が連続的に(適切な充電電圧で)1mAの充電電流を抽出可能な電力信号が供給されるべきことを示すよう設定される。他の実施形態では、電力受信機105は適切な電力信号要件を決定するためにより複雑なアルゴリズムを適用してもよい。例えば、具体的なバッテリーステータスが決定され、望ましい充電電流が計算されてもよい。その後、対応する電力信号のための要件が決定され、これに従ってスタンバイ電力信号要件が設定され得る。実際に、多くの実施形態において、スタンバイ中に電力受信機に給電するエネルギー貯蔵に関する充電又はエネルギー貯蔵ステータスに応じて、電力受信機がスタンバイ電力信号要件を決定してもよい。

0161

電力伝送フェーズ511、513とは対照的に、スタンバイフェーズ515、517は典型的には電力制御ループを含まない。Qi等のシステムの電力伝送フェーズでは、電力受信機105は電力伝送フェーズ511、513中、電力制御偏差を送信する。これらの電力制御偏差メッセージは、電力受信機105のリクエストに従って電力信号の電力レベルを調整するために使用される。しかし、スタンバイフェーズ515、517では、機能、複雑性、及びよって電力消費は好適に最小化され、これはスタンバイフェーズ515、517が電力制御ループを含まないことを含め得る。したがって、電力信号のパラメータ及び特性はスタンバイ動作中、一定に保たれ得る。

0162

以上の例では、例えばバッテリーのトリクル充電を可能にし、これにより充電の完了後、バッテリーを数時間又は場合によっては数日間フル充電に保つことを可能にするために、連続的な電力信号が供給された。加えて又は代わりに、本アプローチは、電力受信機があらゆる形態のエネルギー貯蔵を要さずに、ユーザーインタラクションに対する警戒を保つことを可能にするために使用され得る。

0163

連続的電力スタンバイモードでは、電力送信機101は電力受信機105にスタンバイ電力を供給している間、自身の動作点を一定に保つことができる。スタンバイ中、電力受信機105は電力送信機101にメッセージを一切伝送しなくてよい。

0164

スタンバイフェーズ515がイベントによってインタラプトされたとき、例えば、電力受信機105から能動的ウェイクアップメッセージが受信されたとき、電力送信機101はスタンバイフェーズ515を離れ得る。あるいは、トリガーイベントはpingフェーズ503に入るべきことを示すタイムアウトでもよい。したがって、一部の実施形態では、システムは定期的にスタンバイフェーズ515、517から出て、電力受信機105が電力伝送フェーズがイニシャライズされることを要求するか否かを検出するためにpingを開始してもよい。

0165

一部の実施形態では、電力信号は連続的に供給されずに間欠的に供給されてもよい。一部の実施形態では、例えば電力信号を反復的な時間間隔で供給することにより、スタンバイフェーズ515、517において電力信号の非連続的供給が用いられる。一部の実施形態では、スタンバイ電力信号要件は要求デューティサイクル、又は同等に、電力供給時間間隔が一定の場合、その時間間隔の間の時間間隔を示してもよい。このような非連続的動作は、一部の実施形態ではより実践的且つ実現容易であり得る。また、電力消費の低減をもたらす可能性もある。

0166

非連続的スタンバイモードでは、電力送信機は電力信号を等間隔の時間間隔のパルスで供給してもよい。電力受信機はスタンバイ電力信号要件において、要求パルス幅、デューティサイクル、及び/又は間隔の間の時間を伝送し得る。

0167

一例として、電力受信機が電力送信機のこのような非連続的電力信号のパルス幅及び時間間隔を構成できるよう、Qi規格バージョン1.0又は1.1を改変してもよい。この拡張は、構成フェーズ中に電力受信機が伝送できる新規なパケットによって実現することができる。電力送信機はその後、スタンバイフェーズに入るときにこれらの値を適用できる。

0168

例えば、電力受信機105から電力送信機101に以下のメッセージが送信され得る。


時間間隔:このフィールドは、2つの連続するスタンバイ電力パルスの始点間の時間の符号なし整数値を含む。LSB(least significant bit)は値10msを表す。最大間隔時間は約2.5秒である。
パルス幅:このフィールドは、スタンバイ電力パルスの幅の符号なし整数値を含む。LSBは値2msを表す。最大パルス幅は約0.5秒である。

0169

以上の例では、電力受信機105はスタンバイフェーズ中に電力信号から電力を抽出するよう構成される。しかし、これは多くの実施形態で有益であり得るが、全ての実施形態において必須なわけではない。例えば、電力受信機105が負荷変調を使用する電力伝送を望むことを示すことを可能にするためにスタンバイフェーズ中の間欠的な電力信号の供給が用いられる場合、電力受信機105は電力信号からエネルギーを抽出せずに単に通信を可能にするためにそれを使用してもよい。一部の実施形態では、電力送信機101は、メッセージを負荷変調によって伝送するため及び給電のための両方に使用される信号を供給してもよい。

0170

したがって、一部の実施形態では、電力受信機105はスタンバイフェーズ515、517中、電力信号を負荷変調することにより電力送信機101にメッセージを伝送するよう構成されてもよい。このアプローチは、例えば電力受信機105が電力送信機101にウェイクアップメッセージを送信することを可能にし得る。したがって、電力受信機105は、スタンバイフェーズ515、517が終了すべきであり、電力伝送プロセスが開始されるべきことを示すために電力信号を使用してもよい。スタンバイフェーズ515、517中の電力信号は電力受信機105によって制御されるので、これは電力受信機105が、特定の電力受信機105に最適な信号を送信するよう電力送信機101を制御することを可能にする。

0171

例えば、間欠的な電力信号が供給される場合、電力受信機105は電力信号が供給される間隔の間の時間間隔を制御してもよく、よって、負荷変調によりウェイクアップメッセージを送信する可能性の間の最長時間を制御してもよい。スタンバイから非常に素早い起動を要求する電力受信機105に対しては、電力信号間隔の間の時間が短い電力信号が供給され、一方、スタンバイから素早い起動を要求しない電力受信機105に対しては、電力信号間隔の間の時間が潜在的にはるかに長い電力信号が供給される。したがって、個別の電力受信機105及びアプリケーションのために動作を最適化することができる。

0172

負荷変調により電力受信機105から電力送信機101にメッセージを供給することを可能にするために間欠的信号が使用されるシナリオでは、パワーオン区間のそれぞれがpingに相当すると考えることができる(Qi規格と同様に)。したがって、電力送信機101は電力受信機105にpingを打つ信号を供給し、電力受信機105がスタンバイフェーズ515、517から出ることを望むか否かを確認してもよい。ping(すなわち、ある時間間隔でオンになる電力信号)に応答してウェイクアップメッセージが受信された場合、電力送信機101はスタンバイフェーズ515、517から出て電力伝送をイニシャライズできる。ウェイクアップメッセージは、例えば、Qiシステムの従来のpingフェーズで適用されるものと同じメッセージでもよく、すなわち、システムはpingフェーズのプロトコル及び仕様に従ってもよい。

0173

このようなウェイクアップメッセージは、具体的には、電力受信機105が内部エネルギー貯蔵のための充電動作の開始を望むことを示すために使用されてもよい。例えば、電力受信機105は内部エネルギー貯蔵のエネルギー貯蔵レベル(例えば、内蔵キャパシタ又はバッテリーのチャージ)を継続的に監視してもよい。このレベルが所与の閾値を下回る場合、バッテリーを充電することが望ましい。したがって、最初、レベルが閾値以上のとき、電力受信機105はスタンバイフェーズ515、517中に供給されるpingに対して、電力伝送が必要ないことを示すメッセージをもって応答する。しかし、レベルが閾値を下回る場合、電力受信機105は電力伝送が必要なことを示すメッセージをもって応答する。これに応じて、システムは電力伝送フェーズ511、513への直接的又は間接的な移行を開始する。その後、電力受信機105は電力伝送フェーズ511、513中、電力信号からの電力を使用してエネルギー貯蔵を充電する。充電が完了すると、電力受信機105はそれ以上の電力伝送が必要なく、システムがスタンバイフェーズ515、517に入るべきことを示すメッセージを送信する。

0174

このような例では、電力受信機のエネルギー貯蔵を所望のレベル以上に再充電するために利用されるpingを電力送信機101が電力受信機105に供給する。電力受信機105の電力貯蔵過度に枯渇する前に電力受信機105が電力送信機101をウェイクアップできるよう、電力受信機105によってping周期を十分に短く設定することができる。

0175

より一般的には、電力送信機101からのpingに応答して、電力受信機105は自身が給電を必要とするか否かを示すことができる。給電を必要としない場合、電力受信機105は給電終了パケットを伝送することができる。

0176

1つのpingの終わりから次のpingの始まりまでの時間間隔は、電力受信機105によって制御することができる。具体的には、電力受信機105は、2つの連続ping間に電力送信機101が適用できる要求最大間隔を示すスタンバイ電力信号要件を送信することができる。

0177

Qiシステムに対して高度な互換性を持つシステムの一具体例として、電力受信機105はpingフェーズ503、505の最初のpingに対して、構成フェーズ507、509に入るためにQiv1.0規格が要求する必要なパケットを伝送することによって応答してもよい。このフェーズにおいて、電力受信機105は、自身がスタンバイフェーズ中に最小ping間隔を要求するか否かを示すスタンバイ電力信号要件を含む構成パケットを伝送することができる。

0178

電力受信機105は自身が電力伝送の終了を望むまで、Qi規格に従って進むことができる。その後、電力受信機105から、電力送信機101が何らかの電力信号が供給されるスタンバイフェーズ515に入るべきか、又は、電力信号が供給されない選択フェーズ501に入るべきかを示し得る給電終了パケットが供給される。

0179

スタンバイフェーズ515に入った後、電力送信機101は要求された時間間隔のpingを生成する。電力受信機105はping毎に電力伝送イニシャライゼイションを終了させるメッセージをもって応答すべきか否かを決定してもよく、その場合、電力送信機101はスタンバイフェーズに留まり、構成フェーズ又は給電フェーズに移行しない。一部の実施形態では、電力伝送イニシャライゼイションを終了させるメッセージは更に、例えば新しい最小ping間隔時間、電力送信機が如何にスタンバイモードからウェイクアップすべきか等も示してもよい。

0180

また、電力受信機105は電力伝送が必要なことを決定してもよく、その場合、電力受信機105はpingに応答し、電力伝送イニシャライゼイションが進行する。

0181

一部の実施形態では、電力受信機105はping信号から電力を抽出せず、これを負荷変調のための手段としてのみ使用してもよい。しかし、一部の実施形態では、ping信号は電力受信機105が当該信号から電力を抽出することを可能にするのに十分強くてもよい。したがって、この場合、電力受信機105はping信号を通信手段として使用するだけでなく、給電のために、例えばエネルギー貯蔵を充電するために使用することができる。これは、例えば、スタンバイフェーズ中に少量の給電が達成されることを可能にすると共に、フル電力伝送の非常に速いが受動的な(負荷変調に基づく)イニシャライゼイションのオプションと共に可能にすることにより、多くのシナリオで向上されたフレキシビリティを提供することができる。

0182

他の実施形態では、電力受信機はスタンバイフェーズ中、電力送信機にウェイクアップメッセージを一切供給しない。その代わりに、電力受信機は電力送信機に所定の時間内にスタンバイフェーズから起動することを要求する。システムがスタンバイフェーズに入った後、電力送信機は(通常の)pingフェーズに入ることにより起動し、スタンバイ期間の経過時又は経過直前に電力信号を供給する。したがって、pingフェーズはスタンバイフェーズの一部として実行される。これは、電力受信機が電力送信機からの通常の電力信号を使用して自身のエネルギー貯蔵を充電することを可能にする。充電が不十分な場合、電力受信機はスタンバイフェーズに再突入することを指示してもよい。このような実施形態では、pingフェーズがスタンバイフェーズの一部として実行されているときを除き、スタンバイフェーズ中、電力送信機は電力信号を一切供給しなくてよい。実質的な効果は、電力送信機がスタンバイフェーズ中に間欠的なping信号を供給する状況と同等であり、特に、スタンバイ期間が間欠的ping間の時間間隔と等しい場合はそうである。

0183

本アプローチは、例えば、電力受信機がスタンバイフェーズ中の電力送信機のping時間間隔を構成することを可能にするQi規格v1.0又は1.1の拡張によって実現されてもよい。拡張は、構成フェーズ中に電力受信機が伝送する新規のパケットによって実現されてもよい。

0184

かかるメッセージのフォーマットの一例は以下の通りである。


ping時間間隔:このフィールドに含まれる符号なし整数は、給電終了パケットの終わりと新たなpingの始まりとの間の時間間隔を示す。値は秒単位表現される。電力送信機が給電終了パケットとは異なる手段によって電力信号を除去する場合、このフィールドは、電力信号の除去と新たなデジタルpingの始まりとの間の時間を示す。デフォルト値は60秒である。電力受信機がこのメッセージを電力送信機に伝送しない場合、この値が使用される。

0185

システムは典型的には電力伝送フェーズ511、513からスタンバイフェーズ515、517に入り得ることが理解されよう。しかし、一部のシナリオでは、電力受信機105が例えば電力伝送を実行する必要がないことを示すメッセージを生成して送信する場合、システムは構成フェーズ507、509又はpingフェーズ503、505から直接スタンバイフェーズ515、517に入ってもよい。例えば、スタンバイ電力信号要件が構成フェーズメッセージの一部として伝送されることをプロトコルが要求又は許容する場合、電力受信機105は構成フェーズ507、509を介して電力伝送プロセスを開始することによりpingに応答してもよい。構成フェーズ507、509中に新たなスタンバイ電力信号要件が供給され、その後、電力受信機105は、システムが電力伝送フェーズ511、513に移行することなくスタンバイフェーズ515、517に直接戻るべきことを示すメッセージを送信してもよい。これは多くの実施形態において、スタンバイフェーズ515、517における再構成動作の効率的な方法を提供し得る。

0186

多くの実施形態において、システムは、電力伝送フェーズ511、513からスタンバイフェーズ515、517に入るよう構成され得る。具体的には、それ以上電力伝送フェーズ511、513の給電を必要としないとき、電力受信機105は電力伝送フェーズ終了メッセージ(具体的には、給電終了メッセージ)を送信し得る。このようなメッセージの受信に応じて、電力送信機101はスタンバイフェーズ515に入り、(例えば、構成フェーズ507、509の一部として受信された)先の受信機スタンバイ電力信号要件によって定められる通りに電力信号の供給を開始することができる。一部の実施形態では、電力伝送フェーズ終了メッセージは、システムがスタンバイフェーズ515、517に入るべきか又は他のフェーズ(具体的には、電力信号が供給されない選択フェーズ501)に入るべきかを示してもよい。

0187

具体的には、改良されたQiシステムの場合、電力受信機は以下のフォーマットの電力伝送終了パケットを送信することによって電力伝送フェーズを終了してもよい。


電力伝送終了コード:このフィールドは、Qi仕様バージョン1.0及び1.1の表0−2にリストされるような電力伝送終了リクエストの理由を識別する。典型的には、電力受信機は表0−2がリザーブとしてリストする値を含む電力伝送終了パケットを送信しない。

0188

しかし、改良されたQiシステムでは、電力伝送フェーズの終了理由がシステムがスタンバイフェーズに入るべきためであることを示し得るよう、電力伝送終了コードフィールドが更新されている。

0189

電力伝送コードは具体的には以下の通りでもよい。

0190

電力受信機はコードを以下のように使用してもよい。
−0x00 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x01 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x02 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x03 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x04 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x05 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x06 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x07 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x08 Qiバージョン1.0に規定の通り。
−0x09受信機は、電力送信機101がスタンバイフェーズに入るべきことを示すためにこの値を使用する。

0191

一部の実施形態では、要件メッセージは電力伝送フェーズ511、513の一部として伝送されてもよい。例えば、要件メッセージは電力伝送フェーズ終了メッセージの一部として伝送されてもよい。

0192

実際には、一部の実施形態では、電力伝送フェーズ終了メッセージの送信自体がスタンバイ電力信号要件を提供してもよい。例えば、一部の実施形態では、電力伝送フェーズ511、513の終了時且つスタンバイフェーズ515、517に備えて、電力受信機105はスタンバイフェーズ515、517中の電力信号のために望ましいレベルに電力信号の電力レベルを設定する制御メッセージを送信してもよい。具体的には、電力受信機105はまず電力伝送フェーズ511、513に留まりながら負荷を切断し得る。その後、電力受信機105は、電力信号の電力レベルをスタンバイフェーズ515、517のために望ましいレベルに低減させる一連の電力制御偏差メッセージを送信し得る。このレベルに達したとき、電力受信機105は電力伝送フェーズ終了メッセージを送信し、電力送信機101がスタンバイフェーズ515、517に入る。電力送信機101はその後、この値の電力信号を維持する。したがって、電力伝送フェーズ終了メッセージは、現在の電力信号の電力レベルがスタンバイフェーズ515、517において維持されるべきことの指標を与える。電力送信機101はその後、一切の電力制御ループを用いずにこのレベルを一定に保つ。

0193

多くの実施形態において、電力受信機105は電力伝送フェーズ511、513の前の構成フェーズ507、509の一部として要件を送信することができる。一部の実施形態では、構成フェーズ507、509は、電力伝送フェーズがイニシャライズされる特定の場合又はケースの電力伝送フェーズ511、513の前にのみ実行されてもよい(例えば、具体的には、電力受信機105がスタンバイフェーズ又はpingフェーズから電力伝送フェーズ511、513に最初に移行するとき等)。

0194

したがって、要件メッセージはスタンバイフェーズ515、517に入るかなり前に供給されてもよく、また、電力伝送システムの動作の一般的構成の一部でもよい。要件は、具体的には、構成フェーズ507、509のネゴシエーションサブフェーズの一部でもよい。

0195

構成フェーズ507、509の一部として要件メッセージを供給することは、多くの実施形態において容易化された動作を可能にし、また多くの場合、かかるスタンバイフェーズの導入をサポートするために既存のシステム及び規格に要求される変更を低減し得る。

0196

また、システムは、システムの動作のいくつかの他の側面をスタンバイフェーズ515、517と関連して構成するよう設けられてもよい(典型的には、必須ではないが、構成フェーズ507、509(特にネゴシエーションサブフェーズ)の一部として)。

0197

例えば、電力受信機105は、スタンバイフェーズ515、517を出るときに電力送信機によって実行されるべきアクティビティを実行するよう電力送信機101を構成してもよい。

0198

具体的には、電力送信機101が能動的又は受動的ウェイクアップメッセージを受信する場合、電力送信機101はスタンバイフェーズ515、517を出る。

0199

多くの実施形態において、システムはスタンバイフェーズ515、517を出てpingフェーズ503、505に入り得る。システムはその後、システムが選択フェーズ501からpingフェーズ503、505に入るときと同じ電力伝送セットアップアプローチを使用してもよい。このようなアプローチは同じアプローチに従うことを可能にし、改良された後方互換性、ロバストネス、容易化された実装、及び/又は低減された複雑性を提供し得る。

0200

他の実施形態では、システムをスタンバイフェーズ515、517から離脱させるプロセスは、pingフェーズ503、505において実行されるプロセスに対応してもよい。例えば、スタンバイフェーズ515、517においてpingが使用される場合、これらはpingフェーズ503、505で使用されるもの及び同じプロトコル等に対応してもよい。よって、pingフェーズ503、505に入ることによりプロセスを繰り返す必要がなく、一部の実施形態では、システムはしたがってスタンバイフェーズ515、517から直接構成フェーズ507、509に入る。

0201

一部の実施形態では、動作は更に構成フェーズ507、509をスキップしてもよい。したがって、一部の実施形態では、電力送信機101及び電力受信機105は、スタンバイフェーズ515、517を出るとき、電力伝送フェーズ511、513に直接入ってもよい。このようなアプローチは、電力伝送フェーズ511、513の顕著に速く且つより効率的なイニシャライゼイションを可能にし得る。これは特に、(キャパシタ内のチャージを維持するために)比較的短いが頻繁な電力伝送フェーズ動作が用いられるシナリオに適し得る。しかし、デメリットは、電力伝送が個別の電力伝送フェーズ実行のために(再)構成されないことである。典型的には、電力送信機101は先の電力伝送フェーズ511、513の終了からのパラメータを適用する。他の例として、電力伝送フェーズ511、513は公称パラメータ値で開始されてもよい。

0202

異なるアプローチは異なる利点及び欠点を有し得る。

0203

一部の実施形態では、電力受信機105は電力送信機101がスタンバイフェーズをどのように出るべきか、及び特に、構成フェーズをスキップすべきか否かを制御してもよい。

0204

具体的には、これは構成フェーズ507、509中に構成されてもよい。また、構成フェーズ507、509は、例えば、連続的又は非連続的動作のいずれを使用すべきか、能動的又は受動的ウェイクアップメッセージのいずれを使用すべきか等も定めてもよい。

0205

かかる構成データを提供するため及びスタンバイ電力信号要件を提供するために、同じメッセージを使用できることが理解されよう。

0206

具体的には、電力受信機105は構成フェーズ中、電力送信機に以下を指示するために構成情報を通信してもよい:
−電力送信機101がどのイベントによりウェイクアップしなければならないか、特に、ウェイクアップが能動的ウェイクアップ信号として又は受動的ウェイクアップ信号として供給されるか、
−電力送信機101がスタンバイフェーズ515中にスタンバイ電力信号を供給しなければならないか否か、
−このスタンバイ電力信号が連続的であるべきか又は非連続的であるべきか、
−非連続的な場合、タイミング要件は何であるか(例えば、ping間の最大間隔)、
−ウェイクアップ後、電力送信機がどのように再開しなければならないか、特に、スタンバイフェーズを出て直接電力伝送フェーズに入るべきか、又は構成フェーズに入るべきか。

0207

以下は、電力受信機が電力送信機のスタンバイモードを構成することを可能にするためのQi規格の例示的な拡張を表す。拡張は、Qi仕様バージョン1.0に規定される既存の構成メッセージに6つの構成ビットを追加することによって実現できる。


電力クラス:Qiバージョン1.0に規定の通り。
最大電力:Qiバージョン1.0に規定の通り。
Prop:Qiバージョン1.0に規定の通り。
WkUpA:このビットが1に設定される場合、電力送信機は電力受信機によって供給される能動的ウェイクアップ信号に応じてスタンバイからウェイクアップする。
WkUpB:このビットが1に設定される場合、電力送信機は、電力受信機によって提供されるインピーダンス変更/負荷変調であり得る、電力受信機によって供給される受動的ウェイクアップ信号に応じてスタンバイからウェイクアップする。
Ping:このビットが1に設定される場合、電力送信機はスタンバイモードに入ることを示す給電終了パケット(の終わり)の受信後、又は電力信号の除去後、tpinginterval内に新たなpingを開始する。
Stdby:このビットが1に設定される場合、電力送信機は、スタンバイモードに入ることを示す給電終了パケットの受信後、電力受信機にスタンバイ電力信号を供給する。このビットが0に設定される場合、電力送信機は、給電終了パケットの受信後、このパケットの内容によらず、スタンバイ電力信号を供給しない。
Cont:このビットが1に設定される場合、スタンバイ電力信号は連続的である。このビットが0に設定される場合、スタンバイ電力信号は非連続的である。
R2PT:このビットが1に設定される場合、電力送信機は、電力受信機からのウェイクアップ信号の検出後、電力伝送モードに戻る。その前に別のイベントが電力送信機をインタラプトしていた場合、電力送信機はpingによって開始する。電力送信機は電力受信機がまだ存在することを確認しなければならない。
リザーブ:Qiバージョン1.0に規定の通り。
カウント:Qiバージョン1.0に規定の通り。

0208

以上の記載はスタンバイフェーズ515、517を選択フェーズ501及びpingフェーズ503、505とは全く別のフェーズとして表すことに焦点を当てた。しかし、一部の実施形態では、各フェーズ内の動作は非常に類似し、実際にはフェーズ間にいくらか重複が存在し、2つ以上のフェーズで同じ機能が使用され得ることが理解されよう。

0209

例えば、スタンバイフェーズ515、517中に供給されるpingは、pingフェーズ503、505中に供給されるpingと直接対応してもよく、また一部のシナリオにおいて、実際には、スタンバイフェーズ515、517はpingフェーズ503、505とパラレルであるが、電力受信機105からのスタンバイ電力信号要件によって制御される動作を提供すると考えることができる。

0210

実際には、非連続的電力信号及び受動的負荷変調を使用する一部の実施形態では、スタンバイフェーズ515、517は、電力受信機105からのスタンバイ電力信号要件に従って電力送信機101を選択フェーズ501とpingフェーズ503、505との間で切り替えることによって実現できる。

0211

具体的には、選択フェーズ501が第1の計算プロセスとして実装され、pingフェーズ503、505が第2の計算プロセスとして実装される場合、スタンバイフェーズ515、517は、電力送信機101が第1の計算プロセスを実行し、スタンバイ電力信号要件が提供するタイミング指標によって与えられた間隔で、一時的に第2の計算プロセスに切り替わることによって実現されてもよい。

0212

したがって、一部の実施形態では、スタンバイフェーズは例えば他のQiフェーズ等のサブフェーズを含んでもよい。具体的には、スタンバイフェーズは選択フェーズ及びpingフェーズに含まれ又はこれらから構成されてもよい。そのような実施形態では、電力受信機105からの最初のメッセージは、選択フェーズとpingフェーズとの間の移行に関するタイミング指標を提供してもよい。

0213

例えば、スタンバイフェーズは選択フェーズ及びpingフェーズに含まれてもよい。電力送信機101はまず選択フェーズに入ることによりスタンバイフェーズに入ってもよい。その後、電力送信機101はpingフェーズ(同じくスタンバイフェーズの一部として考えられる)に移行するまで選択フェーズに留まる。この移行のタイミングは、受信機からの最初のメッセージによって決定されてもよく、具体的には、pingフェーズに入る前の選択フェーズの最長期間を示し得る。本例では、スタンバイフェーズ中に供給される電力信号はしたがってping(サブ)フェーズ中の電力信号に相当し、選択(サブ)フェーズ中は電力信号は供給されない。したがって、本例では、選択フェーズからpingフェーズへの移行に関するタイミング情報を提供することにより、電力受信機105からのメッセージが、(選択フェーズ及びpingフェーズを含む)スタンバイフェーズ中に電力信号が操作される態様を示す。

0214

したがって、本例では、pingフェーズ間の最長許容間隔を電力送信機に通知する新規のメッセージが導入される。電力送信機は選択フェーズでの動作に移行するが、メッセージの指示に従ってpingフェーズに切り替わる。その後、電力受信機105は、構成フェーズ又は電力伝送フェーズに移行することによりスタンバイフェーズからの離脱を開始し得る。あるいは、システムはスタンバイフェーズに留まり、よって選択フェーズに戻り得る。メッセージが示した期間このフェーズで経過したとき、電力送信機101は再びpingフェーズ等に入り得る。

0215

上記は、明確さのために異なる機能回路、ユニット、及びプロセッサに関連して本発明の実施形態を説明してきたことを理解されたい。しかし、本発明を損なうことなく、異なる機能回路、ユニット、又はプロセッサ間で機能を任意に適切に分散させ得ることは明らかであろう。例えば、別々のプロセッサ又はコントローラによって実行されると説明される機能が同じプロセッサ又はコントローラによって実行されてもよい。したがって、特定の機能ユニット又は回路への言及は、厳密な論理的又は物理的構造又は組織ではなく、説明される機能を提供するための適切な手段への言及に過ぎないと考えられたい。

0216

本発明は、ハードウェア、ソフトウェアファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせを含め、任意の適切な形式で実装され得る。本発明は、任意で、1つ以上のデータプロセッサ及び/又はデジタル信号プロセッサ上で動作するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実装されてもよい。本発明の実施形態の素子及び構成要素は、任意の適切な方法で物理的に、機能的に、及び論理的に実装され得る。実際には、機能は単一のユニット若しくは複数のユニットに実装されてもよいし、又は他の機能ユニットの一部として実装されてもよい。したがって、本発明は単一のユニットに実装されてもよいし、又は、異なるユニット、回路、及びプロセッサ間に物理的に及び機能的に分散されてもよい。

0217

本発明をいくつかの実施形態に関連して説明してきたが、本発明を本明細書に記載される特定の形態に限定することは意図しない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。また、ある特徴が特定の実施形態と関連して説明されているように見えたとしても、当業者は、説明される実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わせられ得ることを認識するであろう。請求項において、用語「含む(又は備える若しくは有する等)」は他の要素又はステップの存在を除外しない。

0218

また、個別に列挙されていたとしても、複数の手段、要素、回路、又は方法ステップは、例えば単一の回路、ユニット、又はプロセッサによって実装され得る。更に、個別の特徴が異なる請求項内に含まれていたとしても、これらは好適に組み合わされ、異なる請求項内に含まれているからといって、特徴の組み合わせが実現できない及び/又は好適ではないとは限らない。また、特徴が1つのクレームカテゴリに含まれているからと言ってこのカテゴリに限定されるとは限らず、適宜他のクレームカテゴリに等しく適用可能である。また、請求項内の特徴の順番は特徴が作用しなければならない順番を示唆するものではなく、特に、方法クレームの各ステップの順番は、ステップがその順番で実行されなければならないことを示唆しない。逆に、ステップは任意の適切な順番で実行され得る。また、要素は複数を除外しない。したがって、「第1の」、「第2の」等は複数を除外しない。請求項内の参照符号は単に明瞭化のための例として設けられ、特許請求の範囲を一切制限しないと解されたい。

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  • 東芝テック株式会社の「 受電システムおよび給電システム」が 公開されました。( 2020/09/24)

    【課題】非接触で送電される電力を確実に受電できる受電システム及び給電システムを提供する。【解決手段】カートに設置する受電システム20は、カートにおける第1の箇所に受電面を設ける第1の受電コイル45Rと... 詳細

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