(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力伝送システムのための熱バリアであって、
第一の電磁信号によって給電される受電器へ結合するための第一の表面エリアと、
第二の電磁信号を供給する送電器へ結合するための第二の表面エリアと、
インダクタとキャパシタを含む共振回路を有する電力リピータであって、前記第一の表面エリアの方へ前記第二の電磁信号のエネルギーを集中させることによって前記第一の電磁信号を生成するように構成される、電力リピータと、
温度測定値を受信するための受信器と、
前記共振回路の特性を適応させることによって前記第一の電磁信号の第一のレベルを制御するためのコントローラであって、前記温度測定値の増加する値に対して前記第一のレベルを低下させるように構成される、コントローラと
を有する、熱バリア。
【請求項２】
前記コントローラが前記温度測定値を温度閾値と比較し、前記温度測定値が前記温度閾値を超える場合に前記第一のレベルを低下させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項３】
前記コントローラが最大許容レベルを超えないように前記第一のレベルを制限し、前記温度測定値の増加する値に応答して前記最大許容レベルを低下させるように構成される、請求項１又は２に記載の熱バリア。
【請求項４】
前記コントローラが前記温度測定値を温度閾値と比較し、前記温度測定値が前記温度閾値を超えるときに、前記温度測定値が前記温度閾値を超えないときよりも低い値に前記最大許容レベルを設定するように構成される、請求項３に記載の熱バリア。
【請求項５】
前記温度測定値が前記温度閾値を超えるときの前記最大許容レベルが、前記温度測定値が前記温度閾値を超えないときの前記最大許容レベルの１０％である、請求項４に記載の熱バリア。
【請求項６】
前記コントローラが、前記温度測定値の増加する値に対して、前記第二の電磁信号の周波数、送電器の共振回路の共振周波数、及び受電器の共振回路の共振周波数のうち少なくとも一つと異なるように前記共振回路の共振周波数を変更することによって、前記レベルを低下させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項７】
前記受信器が前記受電器から前記温度測定値を受信するように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項８】
前記第一の表面エリアの温度を示すように前記温度測定値を生成するように構成される温度センサをさらに有する、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項９】
前記コントローラが、前記温度測定値の増加する値に対して、前記第二の電磁信号の第二のレベルと前記第一のレベルとの比率を低下させるように前記特性を変化させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記温度測定値の増加する値に対して、前記第二の表面エリアの前記第二の電磁信号の磁束密度に対して前記第一の表面エリアの前記第一の電磁信号の磁束密度を低下させることによって前記第一のレベルを低下させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１１】
前記特性が共振周波数である、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記キャパシタを短絡させること及び前記インダクタから前記キャパシタを切断することの少なくとも一つによって前記共振周波数を変更するように構成される、請求項１１に記載の熱バリア。
【請求項１３】
前記コントローラに結合され、前記受電器から制御データを受信するように構成される受信器をさらに有し、前記コントローラが前記制御データに依存して前記特性を適応させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１４】
前記コントローラに結合され、ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェースをさらに有し、前記コントローラが前記ユーザ入力に依存して前記特性を適応させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記第二の電磁信号の周波数にマッチするように前記共振回路の共振周波数を適応させるように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【請求項１６】
前記共振回路の特性を修正することによって前記送電器へデータを送信するように構成される通信ユニットと、ユーザ入力を受信するためのユーザインターフェースとをさらに有し、前記通信ユニットが前記ユーザ入力と、前記熱バリアによって測定される少なくとも一つのパラメータとに依存してデータを生成するように構成される、請求項１に記載の熱バリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力伝送に関し、特に、限定されないが、加熱器具のための無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのシステムはデバイスに電力を供給するために配線及び／又は電気接点を要する。これらの配線と接点を省くことは改善されたユーザ経験を提供する。従来、これはデバイス内にあるバッテリを用いて達成されていたが、このアプローチは余分な重量、かさ、頻繁にバッテリを交換若しくは充電する必要性を含む多数の欠点を持つ。近年、無線誘導電力伝送を用いるアプローチへの関心が高まっている。
【０００３】
この高まる関心の一部は、この１０年で爆発的に広がっている多数の様々なポータブル及びモバイルデバイスに起因する。例えば、携帯電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用は当たり前になっている。こうしたデバイスは一般的に内蔵バッテリによって給電され、典型的な使用シナリオはバッテリの充電若しくは外部電源からのデバイスの直接配線給電を要することが多い。
【０００４】
前述の通り、ほとんどの今日のデバイスは外部電源から給電されるために配線及び／又は明示的な電気接点を要する。しかしながら、これは非実用的な傾向があり、ユーザがコネクタを物理的に挿入するか若しくはそうでなければ物理的電気接点を確立することを要する。これはまた、ワイヤの長さを導入することによりユーザにとって不都合な傾向もある。典型的には、電力要求も著しく異なり、現在ほとんどのデバイスはその専用電源を備え、典型的なユーザは各電源が特定デバイス専用である多数の異なる電源を持つことになる。内蔵バッテリは外部電源への配線接続の必要性を防止し得るが、このアプローチはバッテリが充電（若しくは費用のかかる交換）を必要とすることになるので部分的な解決法を提供するに過ぎない。バッテリの使用はデバイスの重量を、潜在的にコストとサイズを大幅に増す可能性もある。
【０００５】
著しく改善されたユーザ経験を提供するために、電力が電力伝送デバイス内の送電コイルから個々のデバイス内の受電コイルへ誘導伝送される無線電源を使用することが提案されている。
【０００６】
磁気誘導を介した送電は、一次送電コイルと二次受電コイルの間に密結合を持つ変圧器において主に適用される、周知の概念である。一次送電コイルと二次受電コイルを二つのデバイス間に分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいてデバイス間の無線電力伝送が可能になる。
【０００７】
こうした構成はいかなる配線若しくは物理的電気接点も要することなくデバイスへの無線電力伝送を可能にする。実際、これはデバイスが充電されるか若しくは外部から給電されるために送電コイルに隣接して、若しくはその上に置かれることを容易く可能にし得る。例えば、送電デバイスは水平面を備えることができ、その上にデバイスが給電されるために容易く置かれることができる。
【０００８】
さらに、こうした無線電力伝送装置は送電デバイスが様々な受電デバイスと使用されることができるように都合よく設計され得る。特に、Ｑｉ規格として知られる無線電力伝送アプローチが規定されており、現在さらに開発が進んでいる。このアプローチはＱｉ規格に適合する送電デバイスが同様にＱｉ規格に適合する受電デバイスと使用されることを、これらが同じ製造業者のものであるか若しくは相互に専用品である必要なしに可能にする。Ｑｉ規格はさらに（例えば特定電力ドレインに依存して）動作を特定受電デバイスに適応させるための何らかの機能を含む。
【０００９】
Ｑｉ規格はワイヤレスパワーコンソーシアムによって策定され、詳細は例えばそのウェブサイト：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見られ、ここで特に既定の規格文書が見られる。
【００１０】
送電器と受電器の相互作用及び相互運用性をサポートするために、これらのデバイスが互いに通信可能であることが好適である、すなわち送電器と受電器間の通信がサポートされる場合、及び好適には通信が双方向にサポートされる場合、望ましい。
【００１１】
Ｑｉ規格は受電器から送電器への通信をサポートし、それによって、送電器が特定受電器に適応することを可能にし得る情報を受電器が提供することを可能にする。現在の規格において、受電器から送電器への一方向通信リンクが定義されており、そのアプローチは受電器が制御素子であるという原理に基づく。送電器と受電器間の電力伝送を準備し制御するために、受電器は送電器へ特異的に情報を通信する。
【００１２】
Ｑｉ規格はますます電力需要の高まるアプリケーションをサポートするために開発されている。例えば、規格は数キロワットの電力を消費するデバイスで使用されることを目的とする。
【００１３】
例えば、無線電力伝送はますますケトル、ブレンダー、フードプロセッサなどといったキッチン家電と使用されることが予想される。特に、無線電力伝送は様々な加熱デバイスに電力を供給するために使用されることが想定される。例えば、コンセプトは例えば磁気誘導を用いて加熱されるケトル及びパンをサポートする調理用コンロにおいて広く使用されることが予想される。
【００１４】
実際、キッチンなどの環境において柔軟な電力を提供するために無線電力伝送が使用され得ることが想定される。多くのシナリオにおいて、無線伝送を供給する装置は加熱用に使用される器具だけでなく非加熱器具の両方をサポートするように設計され得ることが予想される。従って、無線伝送を供給する装置は例えば異なる熱抵抗を持つ異なるエリア若しくは面を持つように設計され得る。例えば、一部のエリアは加熱素子を受けるように設計され得るが、他のエリアは非加熱器具用であり得る。
【００１５】
具体例として、無線電力を供給するためのキッチン家電は、ケトル及びパンなどの加熱器具へ給電するように設計されるエリアと、ブレンダー若しくはフードプロセッサなどの非加熱器具へ電力供給するように設計される第二のエリアとを持つ面（キッチンテーブルトップなど）を提供し得る。従って、一方のエリアは高い熱ロバスト性を持つ材料から作られ得るが、別のエリアは高温に弱い材料から作られ得る。
【００１６】
一例として、図１は非加熱器具への無線電力供給の一例を図示し、図２は加熱器具（パン若しくはケトルなど）への無線電力供給の一例を図示する。
【００１７】
例において、電力供給装置は、電源１０３、送電コイル１０５、及び電源１０３から電力を受信して送電コイル１０５のための駆動信号を生成するインバータ１０７に分割されるように示される送電器１０１を有する。送電コイル１０５はキッチンワークトップ１０９の近くにあるか、又はその内部に組み込まれる。図１の例では非加熱キッチン家電１１１がワークトップ上に位置し、図２の例ではケトルなどの加熱器具１１１がワークトップ上に位置する。図２の加熱器具１１１は加熱素子２０１を持ち、その中で送電器１０１は加熱素子の加熱をもたらす渦電流を誘導し得る。
【００１８】
例において、ワークトップ１０９は図２によって図示される調理ゾーンと図１によって図示されるに食材準備ゾーンに分割され得る。例において、調理ゾーンは例えばケトル若しくはパンを磁気誘導によって加熱する誘導調理プレートを有し得る。パン若しくはケトルの底は非常に熱くなり得、調理ゾーンはそのような温度に耐えるように構成され得る。例えばセラミック調理プレートは２００℃以上の温度に耐えることができる。
【００１９】
同様に、準備ゾーンは器具へ給電するためにワークトップに組み込まれる送電器を有し得る。しかしながら、このエリアの場合、使用される材料は典型的には高温に耐性がない。例えば、典型的なキッチンワークトップは木若しくは御影石などの材料から作られ得る。しかしながら、これらの材料ははるかに低い耐熱性を持つ可能性があり、ケトルの高温にさらされる場合損傷する可能性がある。
【００２０】
調理ゾーンと準備ゾーンの両方において無線送電器を持つことは、予想されるユーザ挙動について懸念をもたらし得る。ユーザはパンが調理用コンロ上にあるときにパンが熱くなると予想する。しかしながら、ユーザは加熱器具へ給電するために準備ゾーンの送電器を使用したい場合もある。しかしながら、これは高温によって生じるワークトップへの損傷をもたらし得る。実際、加熱を含む多くの器具は現在調理ゾーンよりも準備ゾーンに属することが多いとされる。例えば、トースター、湯沸かし器、炊飯器などといった器具は今日、典型的にはコンロ上ではなくキッチンワークトップ上で使用される。調理ゾーンと準備ゾーンによって提供される機能はますます融合し続けることが予想される。
【００２１】
従って、準備ゾーンの送電器が加熱器具、例えば湯沸かし器若しくはフライパンによって受信され得る交流磁束場を生成する場合、潜在的な問題が生じる。これはパン若しくはケトルの下側を非常に熱くさせ得る（典型的には加熱プレート若しくは素子における渦電流の生成に起因）。生成される熱はワークトップへの損傷をもたらし得る。
【００２２】
さらに、加熱器具は典型的には例えば電力伝送信号の電力を制御することによって加熱素子の温度を制御するように構成され得るが、故障若しくはエラーシナリオが面への損傷をもたらす可能性がある不要に高い温度をもたらす可能性がある。例えば、電力伝送信号の電力を調節するために電力制御ループを用いる温度制御は、受電器と送電器間の信頼できる通信を要する。通信エラーが起こる場合、又は実に通信リンクが失われる場合、温度は規制されず、高過ぎる温度をもたらす可能性がある。このようなシナリオは面を保護するために送電器がコースター若しくはトライベット上に位置する場合に起こり得る。このような構成は本質的に送電コイルと受電コイル間の増大した距離をもたらすことになり、これは信頼できない負荷変調通信をもたらし得る。
【００２３】
望ましくない温度は例えば加熱器具において起こる故障からも生じ得る。例えば、故障温度センサは、中で電力伝送信号が渦電流を、従って加熱を誘導する加熱プレートにおける温度が、常にターゲット温度以下で測定されることをもたらし得る。結果として、受電器は送電器から増大した電力を要求し続けることになり、加熱プレートの温度が所望レベルを超えて増加することになる。
【００２４】
より一般的に、ますます高くなる電力レベルにおける無線電力伝送のアプリケーションの増大した柔軟性とバリエーションは、特に電力伝送が被加熱電力消費デバイスをサポートし得る場合、増大したリスクと複雑さにつながっている。これは特に無線電力伝送を用いるキッチンシナリオに当てはまり得るが、かかるアプリケーションに限定されない。
【００２５】
従って、改良された無線電力伝送アプローチが有利であり、特に柔軟性の増大、損傷のリスクの低下、異なるアプリケーションと使用シナリオの改良されたサポート、さらなる安全性、及び特にさらなる若しくは改良された過熱保護、ユーザ操作の容易化、及び／又は改良された性能を可能にするアプローチが有利であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
従って、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和若しくは除去しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の一態様によれば、無線電力伝送システムのための熱バリアが提供され、当該熱バリアは：第一の電磁信号によって給電される受電器に結合するための第一の表面エリア；第二の電磁信号を供給する送電器に結合するための第二の表面エリア；インダクタとキャパシタを含む共振回路を有する電力リピータであって、第一の表面エリアの方へ第二の電磁信号のエネルギーを集中させることによって第一の電磁信号を生成するように構成される、電力リピータ；温度測定を受信するための受信器；共振回路の特性を適応させることによって第一の電磁信号の第一のレベルを制御するためのコントローラであって、温度測定の増加する値に対して第一のレベルを削減するように構成される、コントローラを有する。
【００２８】
本発明は、同時に効率的な電力伝送を保証しながら、例えば無線電力伝送によって加熱されるデバイスが不十分な熱保護を伴う無線送電器とともに使用されることを可能にし得る。
【００２９】
特に、従来の熱バリアの使用はほとんどのシナリオにおいて、送電器の送電コイルと受電器の受電素子（コイル／加熱素子）の間の増加した距離と減少した結合に起因して大幅に劣化した電力伝送性能をもたらす。本発明は送電コイルと受電コイル間の効率的な有効結合を依然保証しながら、送電コイルと受電コイル間の増加した距離を可能にすることによって熱バリアが効率的な熱保護を提供することを可能にし得る。特に、共振回路は増加した磁束が受電器受電素子（コイル／加熱素子）を通過するように磁場を集中させ得る。共振回路は第二の電磁信号からの磁力線を第一の表面エリアの方へガイドする、バイアスする若しくは動かすことによって、第一の表面エリアの方へエネルギーを集中させ得る。共振回路は磁気レンズとして有効に機能し得る。特に、これは第一の表面エリア／受電器の受電素子を通る増加した磁束を供給するように送電器からの磁場を変形し得る。
【００３０】
本発明はさらに送電器から独立し得る温度制御若しくは保護を導入し得る。実際、熱バリアは多くの実施形態において例えばエラー若しくは故障が起こる場合であっても加熱器具が送電器によって給電される過熱を防止し得る、さらなる温度制御及び保護を提供し得る。
【００３１】
例えば、加熱プレートが電力伝送信号によって給電され得、温度が受電器から送電器への電力制御ループによって制御され得る。しかしながら、故障が例えば送電器若しくは受電器の電力若しくは温度制御機能において起こる場合、これは電力伝送信号が適切に制御されないことになり、電力伝送信号が所望の温度にとって強過ぎることになり得る。これは温度上昇をもたらし、損傷をもたらす可能性がある。しかしながら、バリアが例えば加熱素子の温度を反映する温度測定を与えられる場合、このような温度上昇若しくは急騰さえも検出され得、熱バリアはかかるシナリオにおいて電力を、及び従って結果として生じる温度を削減するように進行し得る。熱バリアは多くの実施形態において追加の安全機能を提供し、特に追加の過熱保護を導入し得る。アプローチは従って過熱及び潜在的損傷をもたらす単一点故障のリスクを削減し得る。
【００３２】
多くの実施形態において、アプローチはより効率的な及び典型的にはより速い温度制御／保護を可能にし得る。特に、受電器が送電器からの電力伝送信号の電力レベルを制御する従来の温度調節は比較的遅い（及び典型的には電力制御ループの低更新頻度によって制限される）。
【００３３】
アプローチは改良されたユーザ経験を提供し得、例えば熱バリアが熱動作点を制御することを可能にし得、特にこれは熱バリアが例えば過熱シナリオを検出して対処することを可能にし得る。本発明は無線電力伝送の増大した様々な異なる使用シナリオにとって改良された柔軟性とサポートを可能にし得る。例えば、これは例えば無線送電器が非耐熱性材料から作られるワークトップに設けられ得るキッチン使用シナリオにとって改良されたサポートを提供し得る。
【００３４】
一部の実施形態において、熱バリアは複数の共振回路を有してもよく、例えばインダクタが第一の表面エリアと第二の表面エリア間に分散される。
【００３５】
第一の表面エリアと第二の表面エリアは熱バリアの対向する（及び場合により実質的に平行な）面上にあり得る。
【００３６】
第一の表面エリアは特に受電器を受けるように構成されることによって受電器に結合するように構成され得る。第一の表面エリアは受電器の面に接触する、付着する、接続する、若しくはその面上にあるように構成され得るか、又は受電器がその上に位置付けられる表面エリアを提供し得る。
【００３７】
第二の表面エリアは特に送電器を受けるように構成されることによって送電器に結合するように構成され得る。第二の表面エリアは送電器の面に接触する、付着する、接続する、若しくはその面上にあるように構成され得るか、又は送電器がその上に位置付けられる表面エリアを提供し得る。
【００３８】
受電器は一部の実施形態において導体素子、特に伝導加熱素子を有するか若しくはそれから構成され得る。特に、電力は第一の電磁信号が導体素子に渦電流を生じることによって受信され得る。
【００３９】
第一の電磁信号の第一のレベルは例えば磁束レベル、磁束密度レベル、若しくは電力でベルであり得る。
【００４０】
一部の実施形態において、コントローラは温度測定との所望の絶対的な、漸進的な、若しくは相対的な関係を提供するように第一のレベルを制御するように構成され得、特にコントローラは温度測定に依存して第一のレベルを増加若しくは減少させるように構成され得る。
【００４１】
一部の実施形態において、コントローラは温度測定との所望の関係を提供するように第一のレベルの最大値を制御するように構成され得、特にコントローラは温度測定に依存して最大値を増加若しくは減少させるように構成され得る。
【００４２】
第一のレベル若しくは第一のレベルの最大値と温度測定との関係は非線形関係であり得る。第一のレベル若しくは第一のレベルの最大値と温度測定との関係は区分線系関係であり得る。第一のレベル若しくは第一のレベルの最大値と温度測定との関係は単調減少関係であり得る（第一のレベル若しくは第一のレベルの最大値は温度測定の単調減少関数であり得る）。
【００４３】
温度測定は増加する値が増加する温度を示すように測定温度を示す値であり得る。測定温度は受電器／受電器によって給電される器具の素子の温度であり得、特に第一の電磁信号によって加熱される加熱素子の温度であり得る。
【００４４】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラは温度測定を温度閾値と比較し、温度測定が温度閾値を超える場合に第一のレベルを削減するように構成される。
【００４５】
これは多くの実施形態において有利な低複雑性動作を提供し得る。特徴は特に多くの実施形態において効率的な過熱保護を提供し得る。特に、温度測定が安全閾値を超える温度を示す場合、コントローラは第一の電磁信号のレベルを削減するように進行し得る。例えばコントローラは共振回路のキャパシタをショートカットし、それによって共振回路の共振動作を変更し、受電器への電磁束を効果的にブロックし得る。
【００４６】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラは第一のレベルを最大許容レベルを超えないように制限し、温度測定の増加する値に応答して最大許容レベルを削減するように構成される。
【００４７】
コントローラは第一の電磁信号に対する最大許容レベルを削減することによって第一のレベルを削減し得る。従って、例えば最大許容レベルを超えない限り電力制御が許容され得る。しかしながら、高温に対する最大許容レベルを削減することによって、第一のレベルは温度が低かった場合に生じ得るレベルに対して削減される。
【００４８】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラは温度測定を温度閾値と比較し、温度測定が温度閾値を超えるときに温度測定が温度閾値を超えないときよりも低い値へ最大許容レベルを設定するように構成される。
【００４９】
これは多くの実施形態において有利な低複雑性動作を提供し得る。特徴は特に多くの実施形態において効率的な過熱保護を提供し得る。特に、温度測定が安全閾値を超える温度を示す場合、コントローラは第一の電磁信号のレベルを削減するように進行し得る。例えばコントローラは受電器への共振回路電力伝送のキャパシタをショートカットし、それによって共振回路の共振動作を変更し、受電器への電磁束を効果的にブロックし得る。
【００５０】
多くの実施形態において、温度測定が温度閾値を超えるときの最大許容レベルは多くの低電力アプリケーションの場合わずか５Ｗ、２Ｗ若しくはさらに１Ｗであり、しばしば有利には高電力アプリケーションの場合わずか１０Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗ若しくは２００Ｗである。
【００５１】
温度測定が閾値を超えるときの第一の信号の最大許容レベルは個々の実施形態、アプリケーション及びシナリオの選好と要件に依存し得る。実際、好適な値は受電器を有する器具の熱挙動に依存し、例えば器具の設計者によって決定され得る。これは器具が空気へ熱を伝え得るとき比較的高レベルになり得る。これは器具が環境へ熱を断熱するとき比較的低レベルになり得る。温度測定が閾値を超えるときの最大許容レベルは多くの実施形態において受電器の制御機能が第一の電磁信号によって給電されることを可能にするレベルに設定され得る。
【００５２】
本発明のオプションの特徴によれば、温度測定が温度閾値を超えるときの最大許容レベルは、温度測定が温度閾値を超えないときの最大許容レベルのわずか１０％（若しくは例えば５‐１０％）である。
【００５３】
アプローチは例えば過熱に対する効率的な保護を提供し得る。コントローラは受電器へ与えられる第一の電磁信号のレベルを通常動作と比較して非常に低レベルへ削減するように構成され得る。多くの実施形態において、温度が閾値を超えるときの最大レベルは過剰加熱が起こることを防止するレベルへ削減され得る。例えば、最大許容レベルは受電器の内部制御機能を給電するが加熱負荷は給電しないために十分であるように設定され得る（ほとんどのアプリケーションにおいて、最大許容レベルはかかる実施形態において、これが典型的に内部機能の給電のために十分であるので、約１‐１０Ｗであり得る）。
【００５４】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラは温度測定の増加する値に対して、第二の電磁信号の周波数、送電器の共振回路の共振周波数、及び受電器の共振回路の共振周波数の少なくとも一つと次第に異なるように、共振回路の共振周波数を変更することによってレベルを削減するように構成される。
【００５５】
これは多くの実施形態において効率的な低複雑性動作を提供し得る。
【００５６】
本発明のオプションの特徴によれば、受信器は受電器から温度測定を受信するように構成される。
【００５７】
これは多くの実施形態において効率的な動作を提供し得、例えば第一のレベルの制御が、特に加熱素子の温度など、給電されるデバイスの素子の測定を正確に反映する温度測定に基づくことを可能にし得る。
【００５８】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは温度測定を生成するように構成される温度センサをさらに有する。特に、多くの実施形態において熱バリアは第一の表面エリア及び／又は動作中に受電器に接触するエリアの温度を示すように温度測定を生成するように構成される温度センサを有し得る。
【００５９】
アプローチは熱バリアが、受電器の代わりにいかなる特定の機能若しくは動作も要することなく、追加動作及び／又は安全性を提供し得る内蔵温度制御／保護機能を提供することを可能にし得る。アプローチは効率的な下位互換性を提供し得、熱バリアが例えば過熱保護を提供しながら様々な受電器と使用されることを可能にし得る。
【００６０】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラは温度測定の増加する値に対して第二の電磁信号の第二のレベルと第一の電磁信号の第一のレベルの比率を削減するように特性を変更するように構成される。
【００６１】
これは受電器へ供給される誘導電力の効率的な制御を提供し得る。
【００６２】
本発明のオプションの特徴によれば、温度測定の増加する値に対して、第一の表面エリアに対する第一の電磁信号の磁束密度を第二の表面エリアに対する第二の電磁信号の磁束密度に対して削減することによって第一のレベルを削減するように構成される。
【００６３】
これは受電器へ供給される誘導電力の効率的な制御を提供し得る。
【００６４】
共振回路は特に受電器の受電コイルに達する第一の電磁信号の電力レベルを削減するように修正され得る、すなわちこれは受電器の受電コイルを通過する磁束を削減するように適応され得る。特徴は例えば第二の電磁信号のエネルギーが第一の表面エリア（及び受電器の受電コイル）から離れて広がる若しくは集中するように共振回路が適応されることを可能にし得る。
【００６５】
適応は例えば共振回路のキャパシタンス、インダクタンス、若しくは抵抗の特性を修正することによって実現され得る。
【００６６】
本発明のオプションの特徴によれば、特性は共振周波数である。
【００６７】
これは受電器への電力供給を制御する効率的な方法を提供し、特に電力レベルを調節する若しくはこれが所与のレベルに制限されることを保証する効率的な手段を提供し得る。例えば、受電器によって故障が検出される場合、これは最大電力レベルが熱バリアによって制限されることを要求し得る。これは多くのシナリオにおいて電力を制限するために受電器が送電器と通信するよりも速い反応時間をもたらし得る。アプローチは多くの実施形態において例えば受電器と送電器間の通信における故障若しくはエラーに対してさらなる保護を提供し得る。
【００６８】
共振周波数を適応させることは多くの実施形態において正確で効率的な制御を提供し得、特に比較的正確で段階的な制御を可能にし得る。
【００６９】
共振周波数はキャパシタのキャパシタンス及び／又はインダクタのインダクタンスを修正することによって修正され得る。
【００７０】
本発明のオプションの特徴によれば、コントローラはキャパシタを短絡させること及びインダクタからキャパシタを切断することの少なくとも一つによって共振周波数を変更するように構成される。
【００７１】
一部の実施形態において、共振周波数はキャパシタが切断されること若しくは短絡することによってゼロへ効果的に変更され得る。これは低複雑性適応を可能にし得る、及び／又は受電器に達する信号のエネルギーにおける削減を増加若しくは最大化し得るので、多くのシナリオにおいて特に有利であり得る。
【００７２】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは、コントローラへ結合され、受電器から制御データを受信するように構成される受信器をさらに有し、コントローラは制御データに依存して特性を適応させるように構成される。
【００７３】
これは多くの実施形態において改良された性能を可能にし得る。例えば、これは多くの実施形態において受電器が望ましくない動作（例えば故障若しくは望ましくない使用シナリオ）を検出するシナリオにおいて受電器が迅速に効率的に受電器への電力を制限することを可能にし得る。
【００７４】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは、コントローラに結合され、ユーザ入力を受信するように構成されるユーザインターフェースを有し、コントローラはユーザ入力に依存して特性を適応させるように構成される。
【００７５】
アプローチは改良されたユーザ経験を提供し得、例えば熱バリアの使用が受電器自体によってサポートされない機能を提供することを可能にし得る。
【００７６】
前述の通り、熱バリアは、コントローラに結合され、温度を測定するように構成される温度センサをさらに有し、コントローラは温度に依存して特性を適応させるように構成される。
【００７７】
アプローチは改良されたユーザ経験を提供し得、例えば熱バリアが熱動作点を制御することを可能にし得、特にこれは熱バリアが例えば過熱シナリオを検出して対処することを可能にし得る。
【００７８】
例えば、温度センサが所与のターゲット閾値を超える温度を検出する場合、これはそれに応じて温度を下げるように共振回路をデチューンするように進行し得る。例えば、過熱が検出される場合、コントローラはキャパシタを短絡させるか若しくは切断し得る。
【００７９】
温度センサは特に第一の表面エリア若しくは第二の表面エリアの近位に位置し得る。
【００８０】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは第二の電磁信号の周波数にマッチするように共振回路の共振周波数を適応させるためのコントローラをさらに有する。
【００８１】
これは改良された電力伝送を提供し得、特に改良された第一の表面エリアへのエネルギーの集中を可能にし得る。共振周波数は例えばインダクタを通るピーク若しくは平均電流、若しくは電圧を最大化するように調節され得る。
【００８２】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは送電器と受電器から取り外し可能である。
【００８３】
熱バリアは受電器と送電器とは別個の物理的エンティティであり得る。この特徴は改良された若しくは追加の使用シナリオを可能にし得る。例えば、熱バリアは、送電器がいかなる加熱機能も含まない受電器と直接使用されることを可能にしながら、加熱器具へ電力を供給するためにこれが使用されるときに送電器上に位置付けられ得る個別バリアであり得る。
【００８４】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアは共振回路の特性を修正することによって送電器へデータを送信するように構成される通信ユニットをさらに有する。
【００８５】
これは効率的な通信を可能にし、増大した柔軟性と機能性を可能にし得る。
【００８６】
特性は特に共振回路のインダクタンス、キャパシタンス、若しくは抵抗であり得る。
【００８７】
本発明のオプションの特徴によれば、熱バリアはユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース、及びユーザ入力と熱バリアによって測定される少なくとも一つのパラメータに依存してデータを生成するための通信ユニットをさらに有する。
【００８８】
これは効率的な通信を可能にし、増大した柔軟性と機能性を可能にし得る。
【００８９】
多くの実施形態において、熱バリアは、第二の電磁信号の少なくとも一部の周期について、当該周期の一部にわたってキャパシタを短絡させること及びインダクタからキャパシタを切断することの少なくとも一つによって、共振回路の共振周波数を修正するためのコントローラをさらに有する。
【００９０】
これは共振回路の共振周波数を適応させる特に効率的なアプローチを提供し得る。アプローチは比較的微細な調節を可能にし得、例えば通信、第二の電磁信号への適応、若しくは受電器への電力の調節の目的で共振周波数を修正するために例えば使用され得る。
【００９１】
多くの実施形態において、第一の表面エリアと第二の表面エリアの間の距離は少なくとも１ｃｍである。
【００９２】
本発明は、顕著な深さを伴う熱バリアが断熱と保護を提供することを可能にしながら、改良された電力伝送を提供し得る。送電器と受電器それぞれに結合する表面間の増大した距離は、増大した断熱と保護を可能にする。電力リピータは電力伝送を効率的なままにし、特に送電器と受電器間の効果的なエネルギー結合を可能にし得る。
【００９３】
一部の実施形態において、第一の表面エリアと第二の表面エリア間の距離は少なくとも２ｃｍ、３ｃｍ若しくは５ｃｍでさえある。
【００９４】
一部の実施形態によれば、熱バリアを有する無線電力伝送システムのための受電器が提供され、熱バリアは、第一の電磁信号によって給電される受電器に結合するための第一の表面エリア；第二の電磁信号を供給する送電器に結合するための第二の表面エリア；並びにインダクタとキャパシタを含む共振回路を有する電力リピータを有し、電力リピータは第一の表面エリアの方へ第二の電磁信号のエネルギーを集中させることによって第一の電磁信号を生成するように構成される。
【００９５】
多くの実施形態において、熱バリアは有利には受電器の一部であり得る。器具などの単一デバイスが、受電器と熱バリアの両方を有してもよく、これは典型的には器具／デバイスが耐熱性でない材料と接触することを可能にし得る。
【００９６】
電磁電力信号を用いて受電器へ電力を伝送するための送電器は、インダクタに与えられる駆動信号に応答して電磁電力信号を供給するためのインダクタ；インダクタに対する駆動信号を生成するための電力信号生成器；熱バリアの存在を検出するための検出器；並びに熱バリアが検出されていないときに熱バリアが検出されているときよりも低いレベルへ無線誘導電力信号の電力を制限するための電力コントローラを有し得る。
【００９７】
これは多くのシナリオにおいて改良された機能性及び／又は動作を提供し得る。特に、これは例えば加熱機能をサポートする受電器によって生じる損傷のリスクを軽減し得る。
【００９８】
検出器は熱バリアから生じる信号を検出することに応答して熱バリアの存在を検出するように構成され得る。
【００９９】
これは低複雑性でありながら効率的な検出を可能にし得る。
【０１００】
検出器はインダクタに結合され得、インダクタに対する特性における変化を感知することによって熱バリアの存在を検出するように構成される。
【０１０１】
特に、検出器は熱バリアの共振回路の存在に対応するインピーダンスの変化を検出し得る。
【０１０２】
検出器はインダクタに対する駆動信号の特性に基づいて熱バリアの存在を検出するように構成され得る。例えば検出器はインダクタが所定周波数間隔にわたって特定の特性を持つインピーダンスを供給することを検出し得る。特定の特性は熱バリアにおける共振回路から生じるものに対応し得る。
【０１０３】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は以降に記載の（複数の）実施形態から明らかとなり、それらを参照して説明される。
【０１０４】
本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】無線電力伝送システムの図である。
【図２】無線電力伝送システムの図である。
【図３】無線電力伝送システムの図である。
【図４】無線電力伝送システムの電力経路の図である。
【図５】無線電力伝送システムの電力経路の一部の電圧波形の図である。
【図６】無線電力伝送システムの図である。
【図７】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図８】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図９】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図１０】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図１１】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図１２】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための電力リピータの一実施例の図である。
【図１３】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムの受電器の一部の電力波形の図である。
【図１４】本発明の一部の実施形態にかかる無線電力伝送システムのための送電器の一実施例の図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０６】
以下の記載はキッチンアプリケーションへ、特に無線電力伝送を用いる混合調理及び準備ゾーンキッチン環境へ適用可能な本発明の実施形態にフォーカスする。しかしながら、本発明はこのアプリケーションに限定されず、多くの他のアプリケーション及び無線電力伝送システムに適用され得ることが理解される。
【０１０７】
図３は本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。電力伝送システムは送電コイル／インダクタ１０５を含む（若しくはそれに結合される）送電器１０１を有する。システムはさらに受電コイル／インダクタ３０１を含む（若しくはそれに結合される）受電器１１１を有する。受電コイル／インダクタは一部の実施形態において特に加熱素子などの導体素子であり得る、すなわちこれは変動磁場にさらされるときに電気信号が誘導されるいかなるものでもよい。
【０１０８】
システムは送電器１０１から受電器１１１へ無線誘導電力伝送を提供する。特に、送電器１０１は送電コイル１０５による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２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数を持ち得る。送電コイル１０５と受電コイル３０１は疎結合であり、従って受電コイル３０１は送電器１０１から電力信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、送電コイル１０５から受電コイル３０１への無線誘導結合を介して送電器１０１から受電器１１１へ電力が伝送される。電力信号という語は主に送電コイル１０５と受電コイル３０１の間の磁気若しくは誘導信号（磁束信号）をあらわすために使用され得るが、当然のことながら均等によりこれは送電コイル１０５に供給される電気信号、若しくは実に受電コイル３０１の電気信号への参照としても考慮され使用され得る。
【０１０９】
以下、送電器１０１と受電器１１１の動作がＱｉ規格に従って一実施形態を特に参照して記載される（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。特に、送電器１０１と受電器１１１は実質的にＱｉ規格バージョン１．０若しくは１．１に適合し得る（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。
【０１１０】
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、ピンフェーズ、識別及び構成フェーズ、電力伝送フェーズを介して進行し得る。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ５を参照のこと。
【０１１１】
最初に、送電器１０１は単に受電器の潜在的存在をモニタリングする選択フェーズにある。送電器１０１はこの目的で例えばＱｉ無線電力仕様に記載のような様々な方法を使用し得る。こうした潜在的存在が検出される場合、送電器１０１は電力信号が一時的に生成されるピンフェーズに入る。受電器１１１はその電子機器を起動するために受信信号を適用し得る。電力信号を受信後、受電器１１１は初期パケットを送電器１０１へ通信する。特に、送電器と受電器の間の結合度を示す信号強度パケットが送信される。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ６．３．１を参照のこと。従って、ピンフェーズにおいて受電器１１１が送電器１０１のインターフェースに存在するかどうかが決定される。
【０１１２】
信号強度メッセージの受信により、送電器１０１は識別及び構成フェーズに移る。このフェーズにおいて、受電器１１１はその出力負荷を切断したままにし、負荷変調を用いて送電器１０１へ通信する。送電器はこの目的で一定振幅、周波数及び位相の電力信号を供給する（負荷変調によって生じる変化を除く）。メッセージは受電器１１１の要求を受けて自身を構成するために送電器１０１によって使用される。受電器１１１からのメッセージは連続的に通信されるのではなくある間隔で通信される。
【０１１３】
識別及び構成フェーズの後、システムは実際の電力伝送が行われる電力伝送フェーズに移る。特に、その電力要件を通信した後、受電器１１１は出力負荷を接続してそれに受信電力を供給する。受電器１１１は出力負荷をモニタリングして所定動作点の実際の値と所望の値との制御エラーを測定する。これは電力伝送信号の変更若しくは変更不要の要望とともにこれらのエラーを送電器１０１に示すために、例えば２５０ｍ秒毎の最低レートで送電器１０１へかかる制御エラーを通信する。従って、電力伝送フェーズにおいて、受電器１１１は送電器１０１へ情報を通信するために負荷変調間隔において電力信号の負荷変調も実行する。当然のことながら他の通信アプローチが代替的に若しくは付加的に使用され得る。
【０１１４】
図４は、例えば図１及び２のような、典型的な誘導加熱器具について電力供給経路の一実施例を図示する。電力供給は入力ＡＣ電圧（例えば主電源）を整流するＡＣ／ＤＣ変換器の形の電源１０３を有する。整流主電源信号は送電コイルを含む共振タンク１０５（同調Ｌ‐Ｃ回路）に与えられる高周波駆動信号を生成するインバータ１０７の形のＤＣ／ＡＣ変換器へ与えられる。システムは加熱パンを含み、これは受電コイル４０１（図３の受電コイル３０１に対応）と負荷Ｒ＿Ｓｏｌｅ受電器４０３（受電コイル／導体素子における渦電流損失をあらわす）によってあらわされ得る。
【０１１５】
図５は図４の電力経路の電圧波形を図示する。主電源電圧ＵｍａｉｎｓはＡＣ／ＤＣ変換器１０３によって電圧Ｕｄｃ＿ａｂｓへ整流される。整流主電源電圧をバッファするために使用される大容量キャパシタは、このアプリケーションの主電源全高調波歪を増やすことになるので、これらの類のアプリケーションにおいては通常適用されない。結果として、変動ＤＣ電圧がＡＣ／ＤＣ変換器１０３によって生成される。
【０１１６】
整流電圧Ｕｄｃ＿ａｂｓの特性のために、インバータ１０７の出力電圧Ｕａｃ＿ＨＦは図５に示す形となる。インバータの通常動作周波数は２０ｋＨｚから１００ｋＨｚのオーダーである。
【０１１７】
送電コイルは、受電コイル４０１及び抵抗Ｒ＿Ｓｏｌｅ受電器４０３と一緒に、本質的にインバータ１０７の負荷である。しかしながら、この負荷（誘導及び抵抗の両方）の性質に起因して、負荷の誘導部分をキャンセルするために共振回路が典型的にはインバータ１０７とこの負荷の間で使用される。さらに、共振ネットワークは典型的にはインバータ１０７のスイッチング損失の削減をもたらす。
【０１１８】
例示的なシナリオにおいて、送電器１０１はブレンダー、フードプロセッサ、ケトル、ポット、パンなどを含む様々なキッチン家電に無線電力を供給するためにキッチン環境で使用される。実施例において、送電器１０１は複数の器具へ同時に電力を供給し得る送電器のグループの一部であり得る。送電器の一部は耐熱材料（セラミック材料など）から作られる調理ゾーン内に設けられ得る。送電器のその他は耐熱性でない材料（例えば木製のキッチンワークトップなど）から作られる準備ゾーン内に設けられ得る。従って、ユーザは利用可能な複数の電力位置を持つ可能性があり、そのうち一部は熱くなり得る器具に適し得るが、一方他の電力位置はこれらの位置にとって不適切であり得るような状況にある可能性がある。しかしながら、時にはこれらの位置が熱くなり得る加熱器具へ電力供給するためにも使用され得る場合、ユーザにとって有用であり得る。
【０１１９】
特に、送電器１０１は非耐熱性ワークトップの直下に位置する（若しくはその一部である）ことがあり、その結果ケトル、ポット及びパンなどの加熱器具にとって不適切になる。しかしながら、こうした加熱器具、特に熱伝導素子における渦電流の誘導によって熱を供給し得る加熱器具へ給電するためにこの送電器を使用することが望ましいことがある。しかしながら、電力効率を最大化するためにかかる加熱素子はしばしば送電器と最も接近して接触する器具の部分に置かれ得る。特にワークトップ面内の送電器の場合、器具は加熱素子を底にして設計され得る。使用中、加熱素子は従ってワークトップ面とも接触することになる（図２に図示の通り）。これは典型的には耐熱性でないワークトップへの損傷を生じ得る。
【０１２０】
この問題に対処するために、図６に図示の通りワークトップと器具の間に熱バリア６０１が導入される。熱バリア６０１は適切なセラミック材料からなど、適切な耐熱材料から作られ得る。熱バリア６０１は例えばユーザがワークトップ上に置くことができるコースターとして実現され得、器具（例えばポット若しくはパン）はその場合ユーザによってコースター上に位置付けられ得る。熱バリア６０１は器具の一体部分として実現されてもよい。
【０１２１】
しかしながら、これは無保護の電力位置（送電器１０１）が加熱デバイスへ給電するために使用されることを可能にし得るが、これは典型的には送電器と器具／受電器間の距離Ｚを実質的に増加することにもなる。従って、送電コイルと受電コイル（例えば伝導加熱素子を含む）間の距離が実質的に増加し、これらの間の結合が実質的に減少することになる。
【０１２２】
これは同じ量の磁束場が受電器によってキャプチャされることを実現するために送電コイルにおけるより高い電流の要求をもたらす。より高い電流はインバータと送電コイルにおいてより多くの損失を生じる。また、より高い電流と、送電器と受電器間の増大した距離は、より多くの漏れ磁束をもたらす。これは電磁妨害（ＥＭＩ）及び電磁力（ＥＭＦ）に関する問題につながる。例えば、国際電気標準会議（ＩＥＣ）は無線電力伝送システムにとって考慮されなければならない放射性及び伝導性電磁妨害に対する国際基準を設定し、これらの要件は受電器と送電器間の距離が増加するとますます満たすことが困難になり得る。
【０１２３】
かかる問題に対処するために、インダクタとキャパシタを含む共振回路を有する電力リピータをさらに有する熱バリアが設けられる。共振回路はしばしば単一インダクタと単一キャパシタによって形成され得る。しかし当然のことながら一部の実施形態において共振回路は複数のインダクタ及び／又はキャパシタを含み得る。典型的に、かかる回路は単一キャパシタとインダクタを有する共振回路と等価である。また当然のことながら共振回路は例えばレジスタ若しくはときにスイッチ素子など、他のコンポーネントを含み得る。
【０１２４】
典型的に、回路は図７（概略的にかつインダクタの断面図と共に図示）に図示のような単純な（等価）並列共振回路を形成し得る。本発明の一部の実施形態にかかる熱バリア８０１を用いる電力伝送システムの一実施例が図８に示される。アプローチは図６のものに対応するが、この場合インダクタＬｒｅｐ（断面で図示）とキャパシタＣｒｅｐによって形成される共振回路を有する電力リピータ８０３を有する熱バリア８０１を使用する。
【０１２５】
熱バリア８０１はこのように送電器１０１に近いワークトップ１０９と接触する第二の表面エリア８０５を持つ。従って、熱バリア８０１、及び特に電力リピータ／共振回路８０３は第二の表面エリア８０５を通じて送電器１０１に結合する。送電器１０１はその結果、電力リピータ８０３が主に第二の表面エリア８０５を介して結合する第二の電磁信号／場を生成する。
【０１２６】
さらに、熱バリア８０１は使用時に受電器／器具１１１と接触することを目的とする第一の表面エリア８０７を有する。特に、加熱デバイスの加熱素子２０１が第一の表面エリア８０７上に位置し得る。
【０１２７】
主に第一の表面エリア８０７を通じて供給される第一の磁気信号／磁場を通じて受電器１１１へ無線電力が供給される。従って、熱バリア８０１／電力リピータ８０３への受電器１１１の結合は主に第一の表面エリア８０７を介する。
【０１２８】
特定の実施例において、電力リピータに、特にインダクタＬｒｅｐに達する磁束の大部分は、第二の表面エリア８０５を介して達する。この磁束は第一の磁気信号に対応するとみなされ得る。同様に、電力リピータから、特にインダクタＬから受電器１１１に達する磁束の大部分は、第一の表面エリア８０７を介して達する。この磁束は第一の磁気信号に対応するとみなされ得る。
【０１２９】
熱バリアの深さは典型的に相当であり、実に多くの実施形態において、第一の表面エリア８０７と第二の表面エリア８０５の間の距離は少なくとも１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ若しくは５ｃｍでさえある。このようなかなりの深さは、非常に効率的な断熱と保護を提供し得る。実際、これは典型的には非常に熱い加熱素子が感熱性ワーク面から熱的に分離されることを可能にし得る。しかしながら、付随する欠点は、送電器と受電器間の直接結合が大幅に低下し、電力損失の増加などにつながり得ることである。上記アプローチにおいて、こうした欠点は電力リピータ８０３を有する熱バリアによって軽減される。
【０１３０】
特に、電力リピータ８０３は第二の電磁信号のエネルギーを第一の表面エリアの方へ集中させるように構成される。特に、電力リピータ８０３は第一の電磁信号を供給するために第二の電磁信号からの磁束を集中させる磁気レンズとして効果的にはたらき得る。電力リピータ８０３は共振回路が第二の電磁信号から誘導される電流と振動することによって磁場の集中を実現する。効果的に、共振回路は送電器及び受電器へ結合し、それによって送電器からの磁束が受電器に供給されるときに集中することになる。アプローチは送電コイルと受電コイル／受電素子間の結合全体が、送電コイルと受電コイル／素子間の総距離によってではなく、送電コイルと電力リピータ間、及び電力リピータと受電コイル／素子間の距離によって決定されることを可能にし得る。
【０１３１】
共振回路は送電器によって生成される電力信号の周波数若しくはその付近で共振することによって送電コイルと受電コイル（加熱素子）間の距離を効果的にブリッジし得る。共振回路の共振周波数ｆｒｅｐｅａｔｅｒは次式を用いてインダクタＬｒｅｐとキャパシタＣｒｅｐによって決定され得る：
0006469100.tif 000002
【０１３２】
共振回路のインダクタンス値Ｌｒｅｐは受電器若しくは送電器が近くにない空気中で測定され得る。ＬｒｅｐとＣｒｅｐの典型的な値はそれぞれ２００ｕＨと２００ｎＦであり得、これは２５ｋＨｚの共振周波数ｆｒｅｐｅａｔｅｒをもたらす。しかし当然のことながら具体的な値は個々の実施形態と具体的な共振周波数によって決まる。
【０１３３】
共振回路の共振周波数が電力信号の周波数に適切に同調されるとき、共振電流Ｉｒｅｐが共振回路に誘導される。この条件下で、ループエリア内部の磁力線は送電器によって生成される磁力線と厳密に同相である。結果として、送電器からの磁力線は受電器の方へガイドされる。
【０１３４】
図９は受電器／共振回路８０３の実施例の三次元ビューの画像を示す。インダクタについて典型的な直径は１０ｃｍ‐２５ｃｍの範囲であり得る。
【０１３５】
従って、システムは電力伝送への影響を削減し軽減しながら送電器と受電器間に断熱と保護を提供するために熱バリアを用いるための手段を提供する。特に、熱バリアを作るために必要な送電器と受電器間の増加した距離は、熱バリアのボリューム内の電力リピータによってブリッジされる。
【０１３６】
実施例において、第一の表面エリア８０７と第二の表面エリア８０５は熱バリア８０１の対向面上にある、すなわちそれらは互いに対向する。しかし当然のことながらこれは多くのシナリオにおいて実用的な実施例であり得るが、表面間の幾何学的相互関係は他の実施形態において異なってもよい。
【０１３７】
同様に、第二の表面エリア８０５は実施例において熱バリア８０１が送電器／ワークトップに接触する、特にその上にあることを可能にするように構成される。同様に、第一の表面エリア８０７は特に加熱器具である受電器を受けるように構成される。第一の表面エリア８０７は特に受電器が給電されるときにその上に載るために構成され得る。さらに、実施例において、第一の表面エリア８０７と第二の表面エリア８０５は両方とも使用時に実質的に水平である。しかし当然のことながら他の実施形態において、表面は他の特徴を持ち、送電器及び受電器に他の方法で結合してもよい。
【０１３８】
上記実施例において、熱バリアは送電器と受電器から取り外し可能であり、特に熱バリアは送電器と受電器とは別のエンティティである。これは熱バリアが多くの異なるアプリケーションのために柔軟に使用されることを可能にし得る。例えば、これは熱バリアが、これらが加熱器具とともに使用されるときにキッチン準備ゾーンの電力供給位置上に置かれ得るコースターとして実現されることを可能にし得る。
【０１３９】
しかしながら、一部の実施形態において、熱バリアは受電器自体の一部であり得る。従って、所与の加熱器具は加熱素子と、電力リピータを有する熱バリアの両方を含み得る。例えば、ケトルは底に位置する熱バリアを持ち、加熱素子は熱バリアの上に位置し得る。これは同時に例えば水を沸騰させることを可能にしながら、ケトルが非耐熱性面上にそれを損傷することなく置かれることを可能にし得る。
【０１４０】
かかる器具を用いる無線電力伝送システムの一実施例が図１０に図示される。
【０１４１】
実施例において、送電器１０１はキッチンワークトップの準備ゾーンにある。送電器１０１は交流磁束場を生成する。ケトル１００１は準備ゾーン上で送電器１０１の上に位置する。磁束の一部が、実施例では第一の表面エリア８０７と接触する加熱素子に達する。これは加熱素子において渦電流を生じ、その結果加熱素子が熱くなり水を加熱させることになる。熱バリア８０１の存在のために、ワークトップ１０９は加熱素子において生成される熱に起因する起こり得る損傷から保護される。
【０１４２】
しかしながら、熱バリア８０１の存在のために、送電コイル１０５と加熱素子間の距離が増加する。これに対処するために、電力リピータ８０３が湯沸し器９０１の一体部分である熱バリア８０１に含まれる。そして電力リピータ８０３は送電コイル１０５と加熱素子間のギャップを効果的にブリッジする。
【０１４３】
一部の実施形態において、熱バリアはさらに第二の電磁信号のエネルギーレベルを制御するように構成され得る。特に、これは温度測定情報に基づいて受電器における電磁束／電磁場強度を制御し得る。
【０１４４】
特に、図１１に図示の通り、熱バリア８０１は温度測定に応答して第一の電磁信号の振幅／エネルギーレベルを制御するためのコントローラ１１０１を有し得る。コントローラ１１０１は共振回路の特性を適応させることによってエネルギーレベルを修正するように構成される。特性はほとんどの実施形態において共振回路の共振周波数であり得るが、他の実施形態において例えば共振回路の減衰（ｄａｍｐｅｎｉｎｇ）若しくは損失（すなわち回路のＱ）であってもよい。コントローラ１１０１は特に共振回路の実効インダクタンス、キャパシタンス、若しくは抵抗を修正するように構成され得る。
【０１４５】
特に、電力リピータ８０３によるエネルギーの集中と再送は、共振周波数が第二の電磁信号のものと同じであるとき、及び共振回路に損失がないときに最も強い。しかしながら、これらの値からの逸脱は磁束及び磁場強度が受電器において減少する結果になる。従って、共振周波数（若しくは損失／減衰）を修正することによって、抽出される／できる電力が削減される。例えば、渦電流の量及び従って加熱素子の加熱はコントローラ１１０１によって制御され得る。
【０１４６】
従って、一部の実施形態において、コントローラ１１０１は電力リピータ８０３の挙動を制御することによって、例えば電力リピータ８０３におけるインダクタンス、キャパシタンス、若しくは抵抗値を変えることによって、受電器の方へ伝送される電力を修正し得る。
【０１４７】
電力リピータ８０３の挙動は、受電器１１１の方へ磁束線をガイドするその能力に関して、例えば共振回路についてインダクタンスＬｒｅｐ、キャパシタンスＣｒｅｐ若しくは抵抗値を変えることによって、コントローラ１１０１によって影響され得る。これらのパラメータの一つ以上を変えることは、共振回路のチューニング（若しくはＱ）を、そして磁束線をガイドするその能力を変えることになる。従って、これは受電器への電力伝送を制御する、例えば特に加熱素子の加熱を制御する（追加の）方法を提供する。この制御は他の制御機構に加えて実行され得るか、又は唯一の制御であり得る。例えば、これは送電器によって生成される電力信号の振幅若しくは周波数の従来の修正に付加的な追加制御手段であり得る。
【０１４８】
コントローラ１１０１は温度測定を受信するように構成される温度測定受信器１１０３に結合される。温度測定は多くの実施形態において受電器１１１の一部の温度を示し、しばしば加熱素子２０１の温度を示し得る。一部の実施形態において、温度測定受信器１１０３は外部ソースから、特に受電器１１１からなど、温度測定を受信するように構成され得る。他の実施形態において、温度測定受信器１１０３は内部ソースから、特に熱バリア８０１の一部である温度センサからなど、温度測定を受信するように構成され得る。
【０１４９】
温度測定受信器１１０３は受信した温度測定をコントローラ１１０１へ転送するように構成され、コントローラ１１０１は受信した温度測定に基づいて第一の電磁信号のレベルを制御するように構成される。特に、コントローラ（１１０１）は温度測定の増加する値に対して第一の電磁信号のレベルを削減するように構成される。
【０１５０】
一部の実施形態において、制御は温度が増加するときに第一の電磁信号のレベルが段階的に削減されるような段階的制御であり得る。これは測定温度が増加するときに受電器へ供給される電力を削減する方へ第一の電磁信号をバイアスし、それに従って温度安定化若しくは制御を提供し得る。
【０１５１】
一部の実施形態において、制御はあまり段階的でなくてもよく、特に温度と第一の電磁信号のレベルの間に非線形関係があり得る。
【０１５２】
特定の実施例として、一部の実施形態においてコントローラ１１０１は温度測定が所与の閾値を超える温度を示すことを検出するように構成され得る。これは温度が安全レベルを超えること及びこれが損傷を生じる可能性があるという検出に対応し得る。従って、コントローラ１１０１は共振回路が受電器の方へエネルギーを集中させないように、特にこれが受電器へのエネルギー伝送を能動的に削減しブロックするように、共振回路特性を変更するように進行し得る。これは例えば共振キャパシタンスＣｒｅｐを短絡させ、電力リピータ８０３が受電器１１１への電力伝送をリピートせず、これを効果的に削減することになることによってなされ得る。従って第一の表面エリアを通る磁束は温度が閾値を超えなかった場合に起こり得るものと比較して削減される。
【０１５３】
このように、熱バリア８０１は従って追加の温度制御を導入し得、特に過熱が検出されることができ、この検出が受電器１１１への電力の削減を、ひいては低下した温度をもたらすことができる追加の安全機能を導入し得る。
【０１５４】
当然のことながら一部の実施形態において、レベル減少は温度に直接従ってもよく、例えばレベルは温度が閾値（若しくは例えばヒステリシスを導入する別の閾値）を下回ったことを温度測定が示すときに再度増加され得る。他の実施形態において、減少は例えばラッチ効果を持ち得る。例えば、過熱状況が検出される場合（特に温度測定が値を超えることが検出される場合）、コントローラ１１０１はレベルを低下させ、特に可能な限り受電器１１１への電力集中をブロックするように進行し得る。熱バリア８０１は温度測定が閾値を下回ったとしてもこのモードにとどまってもよく、例えばユーザ入力が受信されるまでブロックモードにとどまり得る。例えば、過熱が熱バリア８０１によって検出される場合、コントローラ１１０１は共振回路の特性を変更して電力伝送をブロックし、警告灯をオンにし、ボタンが押されるのを待機し得る。ユーザがボタンを押すときのみ、熱バリア８０１は通常動作を再開する。
【０１５５】
熱バリア８０１は従って追加機能を提供し得、特に多くの実施形態において追加の安全保護を提供し得る。さらに、この動作は受電器と送電器間の直接電力伝送制御から独立し得る。例えば、受電器と送電器は熱バリアが存在するか否かについていかなる考慮若しくは実に知識も伴わずに、Ｑｉ電力仕様に従って電力伝送を実行するように構成され得る。しかしながら、熱バリア８０１を受電器と送電器の間に挿入することによって、送電器の表面材料にとって増加した保護が実現され得る。加えて、通常電力伝送中、過熱保護が電力伝送をブロックし得る過熱検出を導入しながら、電力リピータ８０３が増加した効率性を提供する。これらの追加機能は受電器及び送電器の動作へのいかなる変更も伴わずに提供されることができ、従ってアプローチは高い下位互換性を持つ。
【０１５６】
過熱は例えば受電器と送電器間の通信における故障に起因して起こり得る。例えば、電力制御データにおけるエラーは供給される磁気信号の電力があまりに高く設定されることになり得る。過熱に対処することを可能にする熱バリアの機能は従ってより信頼できる潜在的により安全な動作を提供し得る。特に、これは一部の実施形態において単一点故障が過度の温度をもたらすことを防止し得る。
【０１５７】
別の実施例として、熱バリア８０１は、熱バリア８０１の材料が耐えられる温度に対応するように設定される閾値を超える、第一の表面エリア８０７と接触する受電器の面の温度を温度測定が示す場合、電力伝送をブロックするように構成され得る。従って、熱バリア８０１は受電器が熱バリア８０１の表面を損傷しないことを保証する自己防御機能を含み得る。
【０１５８】
一部の実施形態において、コントローラ１１０１は温度測定の減少する値に対して第一の電磁信号のレベルを増加させるようにも構成され得る。例えば、温度測定が所望のターゲット値を下回る温度を示す場合、コントローラ１１０１は第一の電磁信号のレベルが増加され、伝送される電力が増加するように特性を変更するように構成され得る。特に、過熱状況の検出のために電力伝送をブロックするように共振回路が以前に修正されていた場合、温度が所与の閾値を下回ったという検出は、コントローラ１１０１が、電力リピート効果が最大化される通常動作の方へ共振回路を戻すことになり得る。
【０１５９】
第一の電磁信号のレベルは、例えば第一の表面エリア８０７を通過する磁束の大きさ、第一の表面エリア８０７に対する磁束密度、及び／又は第一の電磁信号の電力若しくは振幅レベルと等価にみなされ得る。
【０１６０】
第一の電磁信号のレベルの減少は、コントローラ１１０１が、温度測定の増加する値について、第二の表面エリアの第二の電磁信号の磁束密度に対して第一の表面エリアの第一の電磁信号の磁束密度を削減することによるものであり得る。コントローラ１１０１は特に温度測定の増加する値について第二の電磁信号の第二のレベルと第一の電磁信号の第一のレベルの比率を削減するように特性を変更し得る。
【０１６１】
従って、共振回路の特性を変えることによって、第一の表面エリア８０７を通る電磁場の磁束密度、及び従って全磁束と電力が、定電磁場が送電器１０１によって生成される場合削減され得る。従って、第一の電磁信号／場への第二の電磁信号／場の集中の量は共振回路の特性に依存する。共振回路の特性を変えることはその結果、送電器１０１によって生成される電磁信号について変化が起こらない（例えば送電器が依然同じ電力を出力する）場合であっても、第一の表面エリア８０７を通過して受電器１１１（特に加熱プレート２０１）に達する電磁信号／場のレベルが削減され得ることを実現し得る。
【０１６２】
特に、コントローラ１１０１は共振周波数を、受電器の共振回路、送電器の共振回路の共振周波数から、及び／又は第二の電磁信号の周波数から離すことによって、インダクタＬを通る、ひいては第一の表面エリア８０７を通る磁束を削減し得る。典型的に、共振周波数が互いに近づくほど、第一の電磁信号は強くなる、すなわち共振周波数が互いに近づくほど第一の表面エリア８０７を通る第一の電磁信号の電力が増加する。また、共振周波数が第二の電磁信号の周波数に近づくほど、第一の電磁信号は強くなる傾向がある。
【０１６３】
一部の実施形態において、キャパシタＣｒｅｐはコントローラ１１０１によって制御される可変キャパシタとして効果的に実現され得る。従って、コントローラ１１０１はキャパシタの値を、ひいては共振回路の共振周波数を変更して第一の電磁信号のレベルを削減することができる。特定の実施例として、コントローラ１１０１はキャパシタを切断若しくは短絡させ、それによって受電器及び送電器共振回路の共振周波数に近い周波数における共振回路の共振を効果的に停止し得る。これは受電器に対して電力伝送／熱バリア８０１のリピータ効果を効果的に停止する。従って、閾値を超える温度測定の検出に応答してキャパシタを切断すること若しくは短絡させることによって、熱バリア８０１は電力リピート／伝送のほとんどをブロックし得る。効果的に、熱バリア８０１は例えばリピータコイルを短絡させることによって、電力伝送への電磁バリアとして現れることによって受電器への電力供給をオフにし得る。従って、共振回路の共振周波数を修正する特に魅力的な方法は、多くの実施形態において図１２に図示の通りスイッチによってキャパシタを短絡させること若しくは切断することであり得る。
【０１６４】
キャパシタを短絡させることによって、熱バリア内部の共振回路の機能は、受電器／第一の表面エリアの方へ磁場をガイドすることから、受電器／第一の表面エリアへ向かう磁場をブロックすることへと変化する。これは受電器がさらされる場の変化をもたらし、結果として加熱素子における熱生成の変化をもたらす。
【０１６５】
これは受電器に供給される電力の量の非常に効率的で迅速な削減を可能にし、例えば熱バリア自体によってエラー状況が検出される場合に電力を非常に迅速に削減するために例えば使用され得る。
【０１６６】
キャパシタを切断することによって、熱バリア内部の共振回路の機能は、磁場をパン‐受電器の方へガイドすることから、受電器付近の磁場強度を削減することへと変化する。これは電力リピータが存在しないシナリオに対応するシナリオをもたらす。送電コイルを通る電流が変化しない場合、受電器がさらされる場は減少し、結果として加熱素子における熱生成が減少する。アプローチは例えばターゲット温度が実現される場合、例えば水が沸騰している場合に、器具における熱生成を迅速に削減する追加制御手段として例えば使用され得る。
【０１６７】
コントローラ１１０１は一部の実施形態において受電器によって制御され得る。受電器はコントローラ１１０１へ制御データを提供し、これはこの制御データに応答して共振回路の挙動を適応させるように進行し得る。
【０１６８】
例えば、受電器は被給電器具の一部の温度、特に加熱素子２０１の温度などを測定し得る温度センサを有し得る。受電器はこれを適切な通信チャネルを介して（例えばＱｉ電力伝送システムについて規定の通り）送電器へ通信し得る。しかしながら、かかる動作の応答時間は典型的には比較的長く、システムが過熱に反応する前に実質的な遅延を導入する。
【０１６９】
かかる実施形態において、受電器は過熱の検出時に受電器へ供給される電力を可能な限り削減することをバリアに要求する制御信号を熱バリアへ供給し得る。この要求はコントローラへ与えられ、これは応答してキャパシタを短絡させるためにスイッチＳ１を閉じるように進行し得る。
【０１７０】
これは非常に迅速な応答時間と、受電器が利用可能な電力における非常に大きな削減をもたらす。従って、加熱が低下し、過熱シナリオが軽減される。このように、これは送電器を伴わずに実現され得る。
【０１７１】
過熱は例えば受電器と送電器間の通信における故障に起因して起こり得る。例えば、電力制御データにおけるエラーは、供給される磁気信号の電力があまりに高く設定されることになり得る。過熱に対処することを可能にする熱バリアの機能は従ってより信頼できる潜在的により安全な動作を提供し得る。特に、これは一部の実施形態において単一点故障が過度の温度をもたらすことを防止し得る。
【０１７２】
熱バリア８０１が図１０のように器具の一体部分である場合、器具は高速制御機構を実現するために有線接続によってコントローラ１１０１へ制御データを供給し得る。
【０１７３】
熱バリア８０１が器具の一部でない他の実施形態において、熱バリアはコントローラ１１０１へ結合されるデータ受信器を有し、受信器は受電器から制御データを受信するように構成され、受電器は熱バリアへデータを通信し得るデータ送信器を有し得る。これは例えば受電器及び熱バリアにおいてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）若しくはＮＦＣ通信ユニットを用いて実現され得る。
【０１７４】
一部の実施形態において、コントローラ１１０１は代替的に若しくは付加的に熱バリア８０１自体のユーザインターフェースから受信されるユーザ入力によって制御され得る。特に、熱バリア８０１は例えばユーザが最大電力レベルを設定することを可能にするユーザインターフェースを有し得る。電力レベルは例えば器具が最高適正電力レベルにおいて動作するとみなされるときにユーザがボタンを押すことによって設定され得る。共振回路における電流が測定され記憶され得る。将来の動作において、共振回路電流は持続的に測定されて、記憶された値と比較され得る。これが記憶された値を超える場合、コントローラ１１０１は電力リピータの効率を低下させるために共振周波数を変更する若しくは共振回路に減衰（抵抗、損失）を導入するように進行し得る。
【０１７５】
多くの実施形態において、受信器１１０３は受電器１１１から温度測定を受信するように構成され得る。従って、受信器１１０３は受電器１１１から温度測定の形で制御データを受信し得る。温度測定は例えば加熱素子２０１の温度を測定する温度センサによって生成され得、例えば第一の電磁信号の負荷変調を含む任意の適切な通信アプローチを用いて、又はＮＦＣ若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信リンクなど、別の通信リンクを用いて、受信器１１０３へ通信され得る。
【０１７６】
温度測定は個々の実施形態の特定の選好及び要件に依存して適切な更新速度で送信され得る。例えば、多くの実施形態において、新たな温度測定は例えば１‐５秒毎に生成され得る。
【０１７７】
一部の実施形態において、熱バリア８０１自体が過熱保護を有し得る。例えば、熱バリア８０１は受信器１１０３に結合される温度センサを有し得る。温度センサは例えば第一の表面エリア８０７の非常に近くに、若しくは接触して位置し得る。従って、温度センサは効果的に、第一の表面エリア８０７の温度を、ひいては例えば受電器の加熱素子２０１の温度を間接的に、測定し得る。
【０１７８】
温度測定（内部若しくは外部ソースから受信されるかを問わず）は受信器１１０３からコントローラ１１０１へ与えられ、これは測定温度を例えば受電器１１１にとって若しくは熱バリア８０１にとって許容可能とみなされる温度と持続的に比較し得る。これを超える場合、コントローラ１１０１は例えばキャパシタを短絡させることによって共振回路の挙動を変更することによって反応するように進行し得る。
【０１７９】
一部の実施形態において、温度センサは第二の表面エリア８０５に、若しくはその付近に位置し、従ってワークトップに対する接触面の温度を測定し得る。この温度はワークトップを損傷することなく許容可能な最大値とみなされる基準温度とコントローラ１１０１によって比較され得る。この温度を超える場合、コントローラ１１０１は例えばキャパシタを短絡させることによって共振回路の挙動を変更することによって反応するように進行し得る。
【０１８０】
前述の通り、温度センサが例えばプリセット閾値を超える温度測定を生成する場合、コントローラ１１０１は第一の電磁信号のレベルが削減されるように、すなわち加熱素子２０１へ供給される電力が自動的に削減されるように、共振回路の特性を変更するように進行し得る。多くの実施形態において、熱バリア８０１内の温度センサが閾値を超える温度を測定する場合、受電器１１１への電力伝送は効果的にブロックされ得、それによって個別の独立した過熱保護を提供し、これは特に送電器の表面若しくは熱バリア８０１の表面を受電器１１１による過剰加熱に起因する損傷から保護し得る。
【０１８１】
多くの実施形態において、熱バリアは例えばユーザが第一の表面エリア８０７及び／又は第二の表面エリア８０５について基準若しくは閾値温度を設定することを可能にするユーザインターフェースを有し得る。
【０１８２】
かかる実施例において、熱バリア８０１は例えば過熱をもたらす故障が受電器と送電器間の通信において起こる場合を検出し得る。
【０１８３】
例えば、湯沸し器が給電されるシナリオについて送電器と受電器間の通信においてエラーが起こる場合、これが送電器によって検出され対処される前に実質的な遅延があり得る。これは例えば湯沸かし器が過熱する若しくは空焚きすることにつながり得る。しかしながら、熱バリア８０１の制御機能はこれを検出し、共振回路の共振周波数をデチューンするように進行し得る。
【０１８４】
当然のことながら温度測定に依存する第一の電磁信号のレベルの正確なアプローチ及び制御は、個々の実施形態の選好及び要件に、特に所望の動作特性に依存し得る。
【０１８５】
前述の通り、コントローラ１１０１は温度測定を温度閾値と比較して、温度測定が温度閾値を超える場合に第一の電磁信号のレベルを削減するように構成され得る。温度測定が閾値未満である限り、共振回路は特に所与の特性で、特に所与の共振周波数で操作され得る。この動作モードにおいて、共振回路は第一の電磁信号への第二の電磁信号の電力の所与の集中を提供し、典型的には第一の電磁信号と第二の電磁信号の電力間の比率を最大化しようとし得る。第一の電磁信号の電力の制御は例えばＱｉ規格と同様の動作を用いるなど、従来の動作を用いて、並びに特に受電器１１１が送電器１０１へ電力制御メッセージを直接通信し、それによって電力制御ループを実現することによって、実現され得る。
【０１８６】
しかしながら、例えば過熱シナリオが検出されることに対応する、温度測定が閾値を超えて増加する場合、コントローラ１１０１は、第二の電力信号の電力が変化しない場合であっても又は潜在的には（例えば受電器１１１が送電器１０１へ電力増加要求を誤って送信することに起因して）これが増加する場合であっても、第一の電磁信号の電力が削減されるように共振回路の特性を変更するように進行し得る。コントローラ１１０１は特に可能な限り受電器１１１への電力伝送をブロックしようとし、例えば共振回路のキャパシタを短絡若しくは切断し得る。
【０１８７】
多くの実施形態において、コントローラ１１０１は第一の電磁信号に対する最大許容レベルを制御することによって第一の電磁信号のレベルを制御するように構成され得る。最大許容レベルはレベルが超えて増加することをコントローラ１１０１が許さない第一の電磁信号のレベルであり得る。従って、第一の電磁信号のレベルが最大許容レベルを超えて増加することをコントローラ１１０１が検出する場合、これはレベルを削減するように共振回路を変更するように進行する。従って、コントローラ１１０１はこれが最大許容レベルを超えて増加する場合に第一の電磁信号のレベルを削減するように共振回路を修正するように構成される。しかしながらレベルが最大許容レベル未満である場合、コントローラ１１０１は多くの実施形態において共振回路を変更しないままにし、特に最大電力伝送を提供するようにこれを設定し得る。
【０１８８】
コントローラ１１０１が第一の電磁信号のレベルを最大許容レベル未満に維持するように共振回路を制御するように構成される実施形態において、これはさらに温度測定の関数として最大許容レベルを設定するように構成され得る。特に、これは温度測定の増加する値に応答して最大許容レベルを削減し得る。従って、温度が増加すると、コントローラ１１０１は最大許容レベルを修正し得る。かかるアプローチは例えば温度暴走を防止し、例えば温度が増加するにつれて加熱プレート２０１に導入され得る最大電力を段階的に削減し得る。
【０１８９】
一部の実施形態において、コントローラ１１０１は温度測定を温度閾値と比較し、温度測定が閾値を超えるか否かに依存して最大許容レベルを設定するように構成され得る。特に、温度測定が閾値を超える場合、最大許容レベルはこれが閾値を超えない場合よりも低い値に設定される。
【０１９０】
最大許容レベルは多くのシナリオにおいて、温度測定が閾値を上回る場合に、下回る場合よりも実質的に低くなり得る。実際、多くの実施形態において、温度測定が温度閾値を超えるときの最大許容レベルは、温度測定が温度閾値を超えないときの最大許容レベルのわずか５％、１０％、若しくは２０％であり得る（正確な値は特定のアプリケーションによって決まり得る）。
【０１９１】
かかるアプローチは例えば非常に効率的な過熱保護を提供し得る。特に、温度測定が過熱検出のための閾値未満のままである限り、最大許容レベルは高レベルに設定され得る。高レベルは送電器１０１によって生成され得るレベルよりも高く設定されてもよい、すなわちこの場合いかなる電力レベルについても共振回路による電力制限がなくてもよい。多くの場合において、温度測定が閾値を下回るときに最大電力の制限がない場合、最大許容レベルは受電器によって示される最大電力レベルに対応するように、又は送電器１０１によって供給され得る最大電力レベルとみなされ得る。これは通常動作を可能にし、特にケトル若しくはパンなどの高電力アプリケーションをサポートし得る。
【０１９２】
しかしながら、温度測定が閾値を超える場合、コントローラ１１０１は効果的に電力伝送をブロックするように（典型的には迅速に）共振回路を修正するように進行し得る。従って、過熱が検出される場合、コントローラ１１０１は温度が削減されて過熱シナリオが対処されるように電力をブロックする。
【０１９３】
第一の電磁信号のレベルは例えば共振回路の電流、電圧若しくは電力として測定され得る。従って、多くの実施形態において、最大許容レベルは共振回路の最大電流、電圧若しくは電力によってあらわされ得る。例えば多くの実施形態において、最大許容レベルは共振回路に対するインダクタ電流によってあらわされ得、従ってコントローラ１１０１はインダクタＬを通る電流を測定してこれを最大許容電流と比較するように構成され得る。測定電流が最大許容電流を超える場合、コントローラ１１０１は例えばインダクタ電流が削減されるように共振回路の共振周波数を変更するように進行し得る。
【０１９４】
ケトル／受電器の方へ磁束線をガイドする共振回路の能力は特にスイッチＳ１でキャパシタＣｒｅｐを短絡させる若しくは切断することによって削減され得る。温度センサを介して過剰温度が検出される場合、制御ユニットはスイッチＳ１を閉じて（若しくは開いて）キャパシタＣｒｅｐを短絡させる（若しくは切断する）。
【０１９５】
アプローチはこのようにエラー状況の検出において追加の冗長性レイヤを提供し得る。
【０１９６】
一部の実施形態において、コントローラ１１０１は第二の電磁信号の周波数にマッチするように共振回路の共振周波数を適応させるように構成され得る。この動作は例えば通常動作中など、温度測定が閾値レベルを下回る温度を示すときに実行され得る。従って、温度が閾値を超えない限り、コントローラ１１０１は例えば最適電力伝送を提供するように共振回路を適応させるように進行し得る。しかしながら、閾値を超える温度測定が検出される場合、安全動作が優位になり、コントローラ１１０１は例えば受電器への電力伝送をブロックするように共振回路を修正し得る。
【０１９７】
例えば、通常動作中、コントローラ１１０１は共振周波数が変更されるようにキャパシタのキャパシタンスを修正するように構成され得る。コントローラ１１０１はインダクタ／キャパシタを通る電流（例えば絶対平均、振幅若しくはピーク値）を持続的にモニタリングし、電流を最大化するようにキャパシタンスを調節し得る。これは送電器から受電器への電力伝送を最適化する動作周波数への電力リピータ８０３の自動適応を可能にし得る。
【０１９８】
典型的に、共振回路の共振周波数ｆｒｅｐｅａｔｅｒは例えば成分変動、送電器、共振回路及び受電器間の結合係数、送電器における例えばフェライトの存在、送電器内の共振回路の存在などによって影響される。従って、電力信号の周波数において共振する共振回路の所望の効果は多くの実施形態において、かかる効果を補正するように共振周波数を動的に適応させるように熱バリアが構成されることによって改良される。
【０１９９】
共振回路の共振周波数を適応させる若しくは修正するための特に魅力的なアプローチは多くの実施形態において、第二の電磁信号の少なくとも一部の周期について、各周期の一部にわたってキャパシタを一時的に短絡させることである。特に、これはキャパシタンスの効果的な段階的変化を提供し得る。
【０２００】
特に、アプローチは共振周波数の比較的微細な調節を提供するために使用され得る可変キャパシタンスを効果的に提供し得る。
【０２０１】
特定の実施例として、コントローラ１１０１はスイッチＳ１（キャパシタと並列）が開いている間にキャパシタにかかる交流電圧を測定し得る。Ｓ１にかかる電圧がゼロに達した後の信号周期の部分中にスイッチＳ１を閉じることによって（いわゆるゼロ電圧スイッチング）、回路のキャパシタンスは事実上増加され得る。結果として、共振回路の共振周波数が段階的に減少され得る。
【０２０２】
一実施例として、図１３はＣｒｅｐにかかる電圧、Ｌｒｅｐを通る電流、Ｃｒｅｐを通る電流、及びＣｒｅｐに並列なＳ１を通る電流を三つの異なる動作モードについて示す。実施例において、Ｃｒｅｐの値はリピータ回路がその自己共振を持ち得る値の６０％において選ばれる。
【０２０３】
第一のモード（上図）においてスイッチＳ１は開いている。従ってスイッチＳ１を通って電流は流れない。
【０２０４】
第二のモード（中央図）においてスイッチＳ１はＣｒｅｐにかかる電圧がゼロに達した後１．７ｕｓ間閉じられる。その時間中、Ｓ１はＬｒｅｐを通る電流を維持しながらＣｒｅｐの帯電を一時的に妨げる。結果として、リピータ回路の共振周波数は電力信号の周波数に近づく。これはリピータ回路を通るより大きな電流をもたらす。
【０２０５】
第三のモードにおいてスイッチＳ１はＣｒｅｐにかかる電圧がゼロに達した後３．２５ｕｓ間閉じられる。その結果、リピータ回路は電力信号の周波数において共振し、リピータ回路を通る非常に大きな電流をもたらす。
【０２０６】
一部の実施形態において、熱バリア８０１はさらに共振回路の特性を修正することによって送電器へデータを送信するように構成され得る。
【０２０７】
実に、共振回路のキャパシタンス、インダクタンス、若しくは抵抗を修正することは磁場における変化をもたらし、これは送電コイルに反映される。送電器はこの変化を例えば送電コイルにおけるインピーダンス変化として検出することができる。
【０２０８】
従って、一部の実施形態において、熱バリア８０１は通信したいデータに応答して共振回路の特性を変更し得る通信ユニットを有し得る。例えば、通信ユニットが、ビットが"０"若しくは"１"であるかに依存する変化度でわずかに共振周波数を一時的に変更することによってビットが通信され得る。送電器はその変化を、ビットが"０"若しくは"１"であるかに変化度がそれに従って依存する、送電コイルのインピーダンスにおける変化として検出し得る。かかるデータの変調と復調も、受電器と送電器間の通信リンクについて定義されるものと同様の技術に従い得る。
【０２０９】
システムはこのように、通信が受電器と送電器間のみならず、熱バリアと送電器間でもあり得るように、無線電力伝送システムにおいて例えば追加の通信を提供し得る。これは特に追加機能を可能にし、実に熱バリアが供給される送信電力を制御することも可能にし得る。
【０２１０】
例えば、熱バリアがキッチンワークトップと接触する第二の表面エリアの温度を測定する温度センサを有する場合、熱バリアは電力伝送をブロックするように共振回路を変更するだけでなく、この温度が所与の限度を超える場合に送電器へ制御信号も送信し得る。応答して、送電器は過熱のリスクを軽減するために送信電力を削減するように進行し得る。従って、熱バリアは電力供給の制御において、特にワークトップへの損傷を生じ得る過熱の防止において、追加の冗長性を提供し得る。特に、追加される通信は熱バリア自体の過熱が起こらないように熱バリアが送電器からの送信電力を制御することを可能にするために使用され得る。
【０２１１】
一部の実施形態において、熱バリアはユーザがユーザ入力を提供するためのユーザインターフェースを有してもよく、熱バリアはこのユーザ入力に応答して送電器のためのデータを生成し得る。一部の実施形態において、ユーザ入力データは送電器へ直接通信され、それによって熱バリアが（追加の）ユーザインターフェースを送電器へ効果的に追加することを可能にし得る。他の実施形態において、熱バリアはユーザデータを送電器へ直接送信せず、代わりにユーザ入力を内部で使用し、ユーザ入力に依存する制御データを送電器へ提供し得る。例えば、ユーザインターフェースはユーザが過熱状態の検出のための閾値温度を入力することを可能にするために使用され得る。その場合測定される温度はこのユーザ入力閾値温度と比較され、閾値温度が超えられる場合、電力伝送がブロックされ得る（及び場合により制御データが送電器へ送信され得る）。
【０２１２】
一部の実施形態において、器具は送電器への通信リンクを持たなくてもよい。その場合熱バリアは正常動作中に器具への電力伝送を制御し得る。例えばユーザは器具を加熱するための主要インターフェースにとって所望の温度を設定し得る。温度センサを用いて、熱バリアは器具の温度の結果として主要インターフェースの実際の温度を測定し得る。熱バリアは実際の測定温度をユーザによって設定される温度と比較して制御エラーを決定し得る。熱バリアは電力信号をそれに従って適応させるために送電器へ制御エラーを通信することができ、加えて例えば回路を動作周波数へチューニング／デチューニングすることによって器具へ電力信号をガイドするためにその共振回路を制御することができる。従って、このシナリオにおいて、熱バリアは所望の温度が達成されるように例えば第一の電磁信号のレベルを制御し得る。
【０２１３】
特に、温度測定がターゲット温度よりも高い温度を示す場合、第一の電磁信号のレベルは、例えば送電器及び／又は受電器の共振回路の共振周波数から離れている共振周波数を持つように共振回路を調節することによって、並びに／或いは送電器によって生成される第二の電磁信号の周波数へ、削減され得る。
【０２１４】
温度測定がターゲット温度よりも低い温度を示す場合、第一の電磁信号のレベルは、例えば送電器及び／又は受電器の共振回路の共振周波数により近い共振周波数を持つように共振回路を調節することによって、並びに／或いは送電器によって生成される第二の電磁信号の周波数へ、増加され得る。従って、かかるシナリオにおいて、コントローラ１１０１は温度測定の低い値について第一の電磁信号のレベルを増加させるようにも構成され得る。
【０２１５】
実際、実施例において、コントローラ１１０１は温度測定が下限閾値を下回る場合に第一の電磁信号のレベルを増加させ、温度測定が上限閾値を上回る場合に第一の電磁信号のレベルを削減するように構成され得る。上限閾値は下限閾値よりも高いか若しくは等しくなる。第一の電磁信号のレベルの増加若しくは減少の量（及び／又は変化率）は温度測定と適切な閾値間の差の大きさに依存し得る。
【０２１６】
このように、熱バリアは送電器の適応を要しない、又は実際に受電器の多くのシナリオにおいて、温度制御ループを導入し得る。アプローチは過熱保護と組み合わされ得るか（例えば閾値が超えられる場合に電力伝送をブロックする）、又はこれとは独立して実現され得る。
【０２１７】
アプローチは熱バリアが実際に存在するかどうかを検出するように構成される、並びに熱バリアが実際に存在する場合のみ高電力を供給するように構成され得る送電器を利用し得る。
【０２１８】
かかる送電器の素子の一実施例が図１４に示される。送電器は特に例えば図８を参照して前述した送電器に対応し得るが、熱バリアが存在するかどうかを検出するための機能を伴う。
【０２１９】
従って、送電器は電源１０３と、特に供給される電力信号から十分に高い周波数信号を生成するインバータであり得る電力信号生成器１０７を有する。電力信号生成器１０７は送電コイル１０５に結合される。従って、電力信号生成器１０７は駆動信号を生成してこれを送電コイル／インダクタ１０５へ与える。
【０２２０】
加えて、送電器は送電コイル１０５に近い熱バリアの存在を検出するように構成される検出器１４０１を有する。実施例において、検出器１４０１は送電コイル１０５に結合され、送電コイル１０５について特性の変化を感知することによって熱バリアの存在を検出するように構成される。特に、検出器１４０１は熱バリアの共振回路の存在に対応するインピーダンスにおける変化を検出し得る。従って、実施例において、検出器１４０１は送電コイル１０５に対する駆動信号の特性に基づいて熱バリアの存在を検出するように構成される。例えば検出器１４０１は、駆動信号が熱バリアにおける共振回路の効果に対応する特定周波数範囲にわたる固有特性を持つインピーダンスに対応することを検出し得る。
【０２２１】
しかし当然のことながら、存在を検出するためのいかなる適切なアプローチが使用されてもよい。例えば、送電器と熱バリアは各々ＮＦＣ若しくはＲＦＩＤ送信器／受信器を有し、熱バリアの存在は熱バリアとＮＦＣ／ＲＦＩＤ通信（本質的に短距離通信である）を確立する可能性によって検出され得る。かかる実施形態において、通信はさらにデータを交換し得、例えば熱バリアはこれが実際に熱バリアであることを通信し得、場合により熱バリアの様々な特徴若しくは特性も通信し得る。
【０２２２】
従って、一部の実施形態において、検出器は熱バリアから生じる通信信号を検出することに応答して熱バリアの存在を検出するように構成される。他の実施形態において、信号は通信信号でない可能性があり、例えば送電器によって検出され得る弱い非変調信号であり得る。例えば搬送波信号の存在は熱バリアが存在することを示し得る。
【０２２３】
検出器１４０１は電力コントローラ１４０３に結合され、これはさらに電力信号生成器１０７に結合される。電力コントローラ１４０３は特に送電コイル１０５への駆動信号の最大電力を制御するように構成され、従ってどれくらいの電力が受電器へ供給され得るかを制御するように構成される。
【０２２４】
図１４の送電器において、電力コントローラ１４０３は送電コイル１０５によって生成される無線誘導電力信号の電力を、熱バリアが検出されていないときにこれが検出されているときよりも低いレベルに制限するように構成される。従って、生成される電力伝送信号の最大電力レベルは、熱バリアが検出されないとき、検出されるときよりも低くなる。特に、電力コントローラ１４０３は熱バリアが存在しないときに大幅に低いレベルへ最大電力レベルを制限し、熱抵抗を提供する熱バリアが存在することを送電器が確信するときのみ高電力を可能にし得る。
【０２２５】
これは多くのシナリオにおいて、損傷を与え得るレベルに加熱器具を加熱させるには不十分な安全レベルに電力が制限され得るので、送電器表面（すなわち特定の実施例においてワークトップ）への損傷を防止するための効率的なアプローチを提供し得る。しかしながら、これは同時に低電力デバイスへ電力を供給し、熱バリアを使用して高電力加熱を可能にするように自動的に適応し得る。
【０２２６】
アプローチは熱バリアが被給電器具の一部でないシナリオにとって特に適切であり得る。
【０２２７】
実際、前述の通り、電力リピータを伴う熱バリアは被給電器具の一体部分であり得る。しかしながら、被給電器具が熱バリアを含まないシナリオでは、電力リピータを伴うコースターの形の熱バリアが非常に有用な代替案を提供し得る。かかるシナリオにおいて、コースターは熱バリアの存在を保証するために送電器若しくは器具によって検出及び／又は識別される手段を含み得る。コースターはさらに送電器とユーザインターフェースを制御する手段を含み得る。
【０２２８】
アプローチはそれに従って供給される電力を制御し得る。特に、送電器はコースターの存在が検出される場合のみ最大電力を供給し得る。従って、コースターは送電器によって検出及び／又は識別されることができる特徴を含み得る。かかる手段は本質的にコースターにおける共振回路の存在によって実現され得る。例えば送電器が共振回路のない器具を検出する場合、これはコースターが存在しないと結論付け得る。安全の観点からこれは送電器が共振回路を検出する場合のみ（フル）電力を供給し得ることを意味し得る。
【０２２９】
当然のことながら明確にするための上記記載は異なる機能回路、ユニット及びプロセッサに関して本発明の実施形態を記載している。しかし当然のことながら異なる機能回路、ユニット若しくはプロセッサ間での機能のいかなる適切な分散も、本発明を損なうことなく使用され得る。例えば、別々のプロセッサ若しくはコントローラによって実行されるように例示される機能が、同じプロセッサ若しくはコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット若しくは回路への言及は厳密な論理的若しくは物理的構造若しくは機構を示すのではなく記載の機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるに過ぎない。
【０２３０】
本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア若しくはこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実現され得る。本発明は随意に一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実行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現され得る。本発明の実施形態の構成要素及び部品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現され得る。実際、機能は単一ユニットにおいて、複数のユニットにおいて、若しくは他の機能ユニットの一部として実現され得る。従って、本発明は単一ユニットにおいて実現され得るか、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。
【０２３１】
本発明は一部の実施形態に関して記載されているが、本明細書に記載の特定の形式に限定されないことが意図される。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項にのみ限定される。付加的に、ある特徴は特定実施形態に関して記載されるように見えるかもしれないが、当業者は記載の実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合され得ることを認識するだろう。請求項において、有するという語は他の要素若しくはステップの存在を除外しない。
【０２３２】
さらに、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路若しくは方法ステップは例えば単一の回路、ユニット若しくはプロセッサによって実現され得る。付加的に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは場合により好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項への包含は特徴の組み合わせが実現可能及び／又は好都合でないことを示唆しない。請求項の一つのカテゴリへの特徴の包含もこのカテゴリへの限定を示唆せず、むしろ特徴が必要に応じて他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。さらに、請求項における特徴の順序は特徴が実施されなければならないいかなる特定の順序も示唆せず、特に方法の請求項における個々のステップの順序はステップがこの順序で実行されなければならないことを示唆しない。むしろ、ステップはいかなる適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数形の参照は複数を除外しない。従って"a"、"ａｎ"、"ｆｉｒｓｔ"、"ｓｅｃｏｎｄ"などの参照は複数を除外しない。請求項における参照符号は単に明確にする実施例として与えられるに過ぎず、決して請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３−Ｉ】
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【図１３−ＩＩ】
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【図１３−ＩＩＩ】
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【図１４】
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