(57)【要約】  電力受信機は、電力伝送フェーズの間に無線電力送信機により発生される電力伝送信号から無線電力伝送を受ける。上記電力伝送信号は電力伝送フェーズの間に反復時間フレームを使用していて、該フレームは少なくとも電力伝送期間及び異物検出期間を有する。該電力受信機は、ローカル時間基準を上記反復時間フレームに同期させる同期装置３１１と、電力伝送フェーズの少なくとも一部における異物検出期間の少なくとも一部の間に負荷３０３を切り離す負荷コントローラ３０９とを有する。切り離しのタイミングは、ローカル時間基準に依存する。モードコントローラ３１３は、同期の信頼性尺度に応答して、電力伝送期間に対し第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替える。
2021523667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力伝送フェーズの間に、無線電力送信機からの電力伝送信号から、無線電力伝送を受けるための電力受信機であって、前記電力伝送フェーズの間における前記電力伝送信号は少なくとも電力伝送期間及び異物検出期間を有する反復時間フレームを使用していて、当該電力受信機は、
ローカル時間基準を前記反復時間フレームに同期させるための同期装置と、
前記電力伝送フェーズの少なくとも一部における前記異物検出期間の少なくとも一部の間で負荷を切り離すための負荷コントローラであって、該切り離しのタイミングが前記ローカル時間基準に依存する負荷コントローラと、
前記同期に関する信頼性尺度に応答して、前記電力伝送期間に対して第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるためのモードコントローラであって、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードにおいて異なる電力伝送パラメータが使用されるモードコントローラと、
を有する、電力受信機。
【請求項２】
前記同期装置は前記電力伝送フェーズに入る際に前記ローカル時間基準と前記反復時間フレームとの同期を実行し、前記モードコントローラが、前記電力伝送フェーズに入る際に前記電力受信機を前記第１の動作モードで動作するように制御すると共に、前記同期に関する信頼性尺度が閾値を超えることの検出に応答して前記電力受信機を前記第２の動作モードに切り替える、請求項１に記載の電力受信機。
【請求項３】
前記電力伝送信号に対する信号レベル要求を前記電力送信機に送信するための信号レベルコントローラを更に有し、該信号レベルコントローラは前記第１の動作モードにある場合に前記電力伝送期間の間の前記電力伝送信号の信号レベルを前記異物検出期間の間の前記電力伝送信号の信号レベルとは異なるように制御し、前記同期装置が前記電力伝送期間と前記異物検出期間との間の信号変化に応答して同期を行う、請求項２に記載の電力受信機。
【請求項４】
前記同期装置が前記同期に関する信頼性尺度を前記第１の動作モードにおける動作の持続時間に応答して決定する、請求項１から３の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項５】
前記電力伝送フェーズに入る前に前記電力送信機と通信することにより前記異物検出期間のための一群のパラメータを決定する開始器を更に有し、該一群のパラメータが、
ａ．前記異物検出期間の持続時間、
ｂ．前記異物検出期間の間の間隔、及び
ｃ．前記異物検出期間のための信号レベル、
のうちの少なくとも１つを有する、請求項１から４の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項６】
前記同期装置が前記同期を前記一群のパラメータに基づいて実行する、請求項５に記載の電力受信機。
【請求項７】
前記同期装置が前記信頼性尺度を前記ローカル時間基準から決定された前記異物検出期間のためのタイミングパラメータと前記一群のパラメータのうちの対応するタイミングパラメータとの比較に応答して決定する、請求項５又は６に記載の電力受信機。
【請求項８】
前記電力受信機は、前記電力伝送信号の信号レベルを前記第２の動作モードにあるときよりも前記第１の動作モードにあるときに一層低いレベルに制限するように前記無線電力送信機を制御する、請求項１から７の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項９】
前記負荷コントローラが、前記第２の動作モードにあるときではなく前記第１の動作モードにあるときに、前記電力伝送期間の間に前記電力伝送信号から負荷を切り離す、請求項１から８の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項１０】
前記電力伝送信号に対する電力レベル要求を前記無線電力送信機に送信するための電力レベルコントローラを更に有し、該電力レベルコントローラが前記第１の動作モードにある場合の電力レベルの変化率を前記第２の動作モードにある場合よりも低いレベルに制限する、請求項１から９の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項１１】
前記同期装置が前記同期に関する信頼性尺度を前記電力伝送期間及び前記異物検出期間における前記電力伝送信号の信号レベルの比較に応答して決定する、請求項１から１０の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項１２】
前記モードコントローラが前記電力受信機を前記同期に関する信頼性尺度が閾値より低いことの検出に応答して前記第２の動作モードから前記第１の動作モードに切り替える、請求項１から１１の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項１３】
前記負荷コントローラは前記負荷を前記電力伝送フェーズの少なくとも一部における前記異物検出期間の間に再接続し、該再接続のタイミングが前記ローカル時間基準に依存する、請求項１から１２の何れか一項に記載の電力受信機。
【請求項１４】
前記負荷を再接続する際に前記負荷への電流を制限するための電流制限器を更に有する、請求項１３に記載の電力受信機。
【請求項１５】
電力伝送フェーズの間に、無線電力送信機からの電力伝送信号から、無線電力伝送を受ける電力受信機のための動作方法であって、前記電力伝送フェーズの間における前記電力伝送信号は少なくとも電力伝送期間及び異物検出期間を有する反復時間フレームを使用していて、当該方法は、
ローカル時間基準を前記反復時間フレームに同期させるステップと、
前記電力伝送フェーズの少なくとも一部における前記異物検出期間の少なくとも一部の間に負荷を切り離すステップであって、該切り離しのタイミングが前記ローカル時間基準に依存するステップと、
前記同期に関する信頼性尺度に応答して、前記電力伝送期間に対して第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるステップであって、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードにおいて異なる電力伝送パラメータが使用されるステップと
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線電力伝送システムの動作に関し、特には、これに限定されるものではないが、無線電力伝送システムにおける異物検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のほとんどの電気製品は外部電源から電力を供給するために、専用の電気接点を必要とする。しかしながら、これは、非実用的である傾向があり、ユーザが物理的にコネクタを挿入するか、さもなければ物理的な電気的接触を確立することを必要とする。通常、電力要件も大きく異なり、現在、ほとんどの装置には専用の電源が備えられ、その結果、典型的なユーザは多数の異なる電源を有し、各電源は特定の装置専用である。内蔵バッテリを使用することで、使用中に電源への有線接続が不要になる場合があるが、バッテリの充電（または交換）が必要になるため、これは部分的な解決策を提供するだけである。また、バッテリを使用することは、装置の重量および潜在的なコストおよび寸法を大幅に増大させ得る。
【０００３】
大幅に改善されたユーザ体験を提供するために、電力が電力送信機装置内の送信機インダクタから個々の装置内の受信機コイルに誘導的に転送される無線（ワイヤレス）電源を使用することが提案されている。
【０００４】
磁気誘導を介した電力伝送はよく知られた概念であり、大部分は、一次送信機インダクタ／コイルと二次受信機コイルとの間の密結合を有する変圧器に適用される。一次送信機コイルと二次受信機コイルとを二つの装置間で分離することにより、これらの間の無線（ワイヤレス）電力伝送が疎結合変圧器の原理に基づいて可能になる。
【０００５】
このような構成は、配線または物理的な電気接続を行う必要なく、装置への無線電力伝送を可能にする。確かに、単純に、装置を送信機コイルに隣接して、または該コイル上に配置して、再充電するか、または外部から電力を供給することを可能にできる。例えば、電力送信機装置は、電力を供給するために装置を単に配置できる水平面を有するように構成できる。
【０００６】
さらに、そのような無線電力伝送構成は、電力送信機装置が或る範囲の電力受信機装置と共に使用され得るように有利に設計され得る。特に、Ｑｉ（チー）仕様として知られる無線電力伝送方法が定義され、現在さらに開発されている。この方法は、Ｑｉ仕様を満たす電力送信機装置が、同じ製造業者からのものである必要も、互いに専用である必要もなく、Ｑｉ仕様も満たす電力受信機装置と共に使用されることを可能にする。Ｑｉ規格は、動作を特定の電力受信機装置に適合させる（例えば、特定の電力消費に依存して）ことを可能にするためのいくつかの機能をさらに含んでいる。
【０００７】
Ｑｉ仕様は、無線電力コンソーシアムによって開発され、より詳細な情報は例えば、それらのウェブサイト：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｉｒｅｌｅｓｓｐｏｗｅｒｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌに見出すことができ、特に、定義された仕様書を見出すことができる。
【０００８】
Ｑｉのような電力伝送システムでは、必要なレベルの電力を電力受信機に伝送するために生成される電磁界がしばしば非常に大きくなる。このような強い場の存在は、多くの状況において、周囲に影響を及ぼし得る。
【０００９】
例えば、無線電力伝送に伴う潜在的な問題は、電力が、例えば偶然に電力送信機の近傍にある金属物体に意図せずに伝送される可能性があることである。例えば、硬貨、鍵、指輪等の異物が電力受信機を受け取るように配置された電力送信機プラットフォーム上に配置された場合、送信機コイルによって生成される磁束は金属物体に渦電流を誘導発生させ、このことが該物体を加熱することになる。熱の増加は、非常に重大であり得、非常に不利であり得る。
【００１０】
そのようなシナリオが生じるリスクを低減するために、電力送信機が異物の存在を検出し、肯定的な検出が発生したときに送信電力を低減しおよび／またはユーザ警報を生成できる異物検出を導入することが提案されている。例えば、Ｑｉシステムは、異物を検出し、異物が検出された場合に電力を低減する機能を含む。具体的には、Ｑｉ仕様バージョン１．２．１、セクション１１には異物を検出する様々な方法が記載されている。
【００１１】
このような異物を検出する１つの方法が、国際公開第２０１５０１８８６８号パンフレットに開示されている。別の例は、未知の電力損失を決定することに基づく方法を開示する国際公開第２０１２１２７３３５号パンフレットに提供されている。該方法では、電力受信機と電力送信機の両方がそれらの電力を測定し、受信機はその測定された受信電力を電力送信機に通知する。電力送信機が送信機によって送信された電力と受信機によって受信された電力との間の著しい差を検出すると、望ましくない異物が存在する可能性があり、電力伝送は、安全上の理由で低減または中止され得る。この電力損失方法は、電力送信機と電力受信機によって実行される同期した正確な電力測定を必要とする。
【００１２】
例えば、Ｑｉ電力伝送規格では、電力受信機が例えば、整流された電圧および電流を測定し、それらを乗算し、電力受信機内の内部電力損失（例えば、整流器、受信機コイル、受信機の一部である金属部品の損失など）の推定値を加えることによって、その受信電力を推定する。電力受信機は最小レート、例えば４秒毎に、決定された受信電力を電力送信機に報告する。
【００１３】
電力送信機は、その送信電力を、例えば、インバータのＤＣ入力電圧および電流を測定し、それらを乗算し、その結果をインバータ、一次コイルおよび電力送信機の一部である金属部品における推定電力損失等の該送信機における内部電力損失の推定値を減算することによって補正することにより、推定する。
【００１４】
電力送信機は、送信電力から報告された受信電力を差し引くことにより、電力損失を推定できる。差がしきい値を超える場合、送信機は、過剰な電力が異物内で消費されると仮定し、次いで、電力伝送を終了する（または、それに応じて動作パラメータを調整する、例えば、電力伝送を所与のレベル未満に制限する）ことができる。
【００１５】
他の例として、一次コイルおよび二次コイル並びに対応する容量および抵抗によって形成される共振回路の品質係数またはＱ値を測定することが提案されている。測定されたＱ値の減少は、異物が存在することを示し得る。
【００１６】
実際には、Ｑｉ仕様書に記載された方法を用いて十分な検出精度を達成することは困難でありそうである。この困難性は、特定の現在の動作条件に関する多くの不確実性によって悪化する。
【００１７】
例えば、特定の問題は親和的な金属（すなわち、電力受信機または電力送信機を具現化する装置の金属部品）の潜在的な存在であり、これらの磁気特性および電気特性は未知であり得（かつ、異なる装置間で変化し得）、したがって、補償することが困難であり得るからである。
【００１８】
更に、望ましくない加熱は、相対的に少量の電力が金属異物中で消散されることからさえも生じることがある。従って、送信電力と受信電力との間のわずかな電力の食い違いさえも検出する必要があり、これは、電力伝送の電力レベルが増加する場合には特に困難である可能性がある。
【００１９】
Ｑ値悪化方法は、多くのシナリオにおいて、金属物体の存在を検出するためのより良好な感度を有し得る。しかしながら、この方法も、依然として十分な精度を提供しないことがあり、例えば、親和的な金属の影響を受けることもあり得る。
【００２０】
異物検出の性能は、検査が実際に行われるときに存在する特定の動作条件に左右される。例えば、Ｑｉ仕様に記載されているように、異物検出のための測定が電力伝送初期化プロセスの選択フェーズにおいて実行される場合、電力送信機が測定のために供給する信号は、電力受信機を覚醒させることを防止するために十分に小さくなければならない。しかしながら、このような小さな信号に対しては、信号／雑音比は典型的には劣悪であり、その結果、測定の精度が低下する。
【００２１】
小さな測定信号に対する要求は、他の不利な効果をもたらすことがある。小さな測定信号に曝される電力受信機は、測定信号のレベル、一次コイルと二次コイルとの間の結合、および整流器の出力におけるコンデンサの充電状態に依存する漏れ電流を生じることがある。したがって、この漏れ電流は、実際の状態に応じて異なる可能性がある。漏れ電流は電力送信機コイルでの反射インピーダンスに影響するので、品質係数の測定は特定の電流条件にも依存するであろう。
【００２２】
別の問題は、異物検出が典型的に、異物の存在によって引き起こされる相対的に小さな変化が、検査が実行されている動作条件およびシナリオのおそらく大きな変動を伴う環境において検出されることが望まれるような非常に敏感な検査であることである。
【００２３】
したがって、現在のアルゴリズムは、最適以下である傾向があり、いくつかのシナリオおよび例では、最適以下の性能しか提供し得ない。特に、それらアルゴリズムは、異物の存在が検出されない、または存在しない場合の異物の誤った検出をもたらし得る。
【００２４】
正確な異物検出の困難性は、電力伝送信号の電力レベルが高い場合及び／又は変動する場合のシナリオにおいて特に困難である。従って、異物検出は、電力伝送フェーズ中、特に、大きな変動する負荷を表す電力受信機では、特に困難である。さらに、異物検出および電力伝送についての相反する要件が存在する傾向があり、実際、電力伝送はしばしば、異物検出を妨害する傾向がある。しかしながら、異物検出を改善するために電力伝送動作を修正すると、電力伝送に有害な影響を及ぼす傾向がある。
【００２５】
電力伝送システムの他の動作は、さらに、このような影響に敏感であり得る。例えば、多くの状況において、電力送信機と電力受信機との間の通信は、大きな負荷、特に大きな負荷変動によって負の影響を受ける可能性がある。
【００２６】
多くのシステムにおいて、電力受信機から電力送信機への通信は、電力伝送信号の負荷が送信されるデータに依存して変化される負荷変調を使用できる。しかしながら、このような負荷変調は、電力伝送信号の電力伝送負荷が同時に変化する場合には検出が困難な場合がある。同様に、電力送信機から電力受信機への通信は電力伝送信号を変調する（例えば、振幅または周波数変調）ことによって達成されてもよいが、そのような変調に対する干渉が、変動する負荷による電力伝送信号のパラメータの変動によって引き起こされ得る。
【００２７】
実際、通信にＮＦＣ通信リンクのような完全に分離した搬送波が使用されても、電力伝送信号によって生じる非常に大きく変動する電磁場は、非常に異なる周波数帯域内にあるにもかかわらず、相当な干渉を引き起こす可能性がある。
【００２８】
したがって、電力伝送信号の存在およびその負荷は、異物検出および通信動作などの他の動作に有害な影響を及ぼす可能性がある。
【００２９】
したがって、電力伝送システムのための改善された動作、特には、柔軟性の増大、コストの低減、複雑性の低減、異物検出の改善、通信の改善、異なる負荷のためのサポートの改善、適応性の改善、後方互換性、電力伝送動作への影響の低減、電力伝送動作の改善、および／または性能の改善を可能にする方法が有利であろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって、本発明は、好ましくは上記の欠点の１つ以上を単独でまたは任意の組み合わせで低減、軽減または除去しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明の一態様によれば、電力伝送フェーズ中に無線電力送信機からの電力伝送信号から無線電力伝送を受信するための電力受信機が提供され、前記電力伝送フェーズ中の電力伝送信号は少なくとも電力伝送期間および異物検出期間を有する反復（繰り返し）時間フレームを使用し、前記電力受信機は、ローカル時間基準を前記反復時間フレームに同期させるための同期装置と、前記電力伝送フェーズの少なくとも一部の間に前記異物検出期間の少なくとも一部の間において負荷を切断するための負荷コントローラであって、前記切断のタイミングが前記ローカル時間基準に依存する負荷コントローラと、同期に関する信頼性尺度に応答して前記電力伝送期間のための第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるためのモードコントローラと、を備え、第１の動作モードおよび第２の動作モードにおいて異なる電力伝送パラメータが使用される。
【００３２】
本発明は、多くの実施形態において改善された性能を提供でき、多くのシステムおよび実施形態において全体的に改善された電力伝送動作を提供できる。例えば、多くの実施形態では、異物検出が特に有利な条件を提供するために作成された期間中にそのような検出を実行することによって達成され得る。
【００３３】
この方法は、多くの実施形態で複雑さを低減でき、多くのシステムで高度の下位互換性を提供できる。具体的には、この方法は、例えばＱｉ仕様のバージョン１．２又はそれ以前のバージョンに従って動作するＱｉ無線電力伝送システムにおける異物検出を改善するのに特に適している。
【００３４】
本発明は、多くの実施形態において、より信頼性の高い及び／又は安全な動作を提供できる。特に、本発明は、負荷を切断するときに過電圧状態が発生するリスクを緩和し、低減できる。例えば、電力伝送期間中の電力伝送信号の電力レベルを、信頼性尺度が同期が信頼できないことを示す場合に低減でき、それによって、電力伝送期間中に切断が発生した場合に許容できない過電圧が誘起されるリスクを低減できる。
【００３５】
多くの実施形態では、異物検出期間の持続時間が時間フレームの持続時間の５％、１０％、または２０％以下である。多くの実施形態では、異物検出期間の持続時間が時間フレームの７０％、８０％、または９０％以上である。
【００３６】
異物検出期間の間、電力伝送信号の電力レベルは、電力送信機から電力受信機に伝送される電力のレベルに対応して低減されてもよい。異物検出期間の間、電力送信機から電力受信機に伝送される電力の電力レベルは、電力伝送期間の間において電力送信機から電力受信機に伝送される電力の電力レベルに対して低減され得る。電力レベル、ならびに電力および電力レベルへの言及は、具体的には実電力
【数１】
2021523667.tif 000003
に関連すると考えることができる。
【００３７】
第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の信号レベルに対して異なる限界を適用すること；第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の異なる負荷を採用すること；並びに第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の電力レベルの変化率に対して異なる限界を適用すること；のうちの少なくとも１つによって、前記第１および第２の動作モードは異なる電力伝送パラメータを採用してもよい。前記同期装置は、同期のための信頼性尺度を生成するように構成されてもよい。
【００３８】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記同期装置は電力伝送フェーズに入るときに、前記ローカル時間基準の前記反復時間フレームへの同期を実行するように構成され、前記モードコントローラは電力伝送フェーズに入るときに、第１の動作モードで動作するように電力受信機を制御し、同期の信頼性尺度がしきい値を超えることの検出に応答して、電力受信機を第２の動作モードに切り替えるように構成される。
【００３９】
この構成は、多くの実施形態において、典型的には信頼性があり及び／又は安全な電力伝送動作、および／または改善された異物検出を含む改善された動作を提供できる。この方法は、特に、電力受信機が電力伝送フェーズの間に大量の電力を抽出しようとするシナリオに対して、改善された電力伝送開始を可能にし得る。
【００４０】
本発明の任意の特徴によれば、前記電力受信機は、前記電力伝送信号に対する信号レベル要求を前記電力送信機に送信するための信号レベルコントローラを更に備え、該信号レベルコントローラは、前記第１動作モードにあるとき、前記電力伝送期間の間における前記電力伝送信号の信号レベルが前記異物検出期間の間における前記電力伝送信号の信号レベルと異なるように制御するように構成され、前記同期装置は前記電力伝送期間と前記異物期間との間の信号変動に応じて同期するように構成される。
【００４１】
この構成は、多くの実施形態において改善された性能を提供でき、信頼できる初期タイミング適応および同期を提供できる。
【００４２】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記同期装置は、第１の動作モードにおける動作の持続時間に応答して同期の信頼性尺度を決定するように構成される。
【００４３】
この構成は、多くの実施形態において改善された性能を提供できる。
【００４４】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力受信機は、電力伝送フェーズに入る前に電力送信機と通信することによって、異物期間のための一群のパラメータを決定するように構成された開始器をさらに備え、前記一群のパラメータはａ．異物期間の持続時間、ｂ．異物期間の間の間隔、およびｃ．異物検出期間のための信号レベルのうちの少なくとも１つを備える。
【００４５】
この構成は、より信頼性の高い動作を提供でき、特に、特定の条件への動作の適合を可能にできる。
【００４６】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記同期装置は、前記一群のパラメータに基づいて同期を実行するように構成される。
【００４７】
この構成は、改善された性能を提供し得ると共に、例えば自動同期によって、ネゴシエーションおよびその後の調整によって決定されるパラメータによる動作条件の有利な適応を可能にし得る。
【００４８】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記同期装置は、ローカル時間基準から決定された異物検出期間のタイミングパラメータと、前記一群のパラメータの対応するタイミングパラメータとの比較に応答して信頼性尺度を決定するように構成される。
【００４９】
この構成は、信頼性尺度の特に有利な決定をもたらすことができる。
【００５０】
本発明の任意の特徴によれば、電力受信機は電力送信機を制御して、電力伝送信号の信号レベルを、第１動作モードにあるときは第２動作モードにあるときよりも低いレベルに制限するように構成される。
【００５１】
この構成は、多くの実施形態において改善された及び／又はより信頼性のある動作を提供でき、特に、過電圧状態のリスクを軽減及び／又は低減できる。
【００５２】
本発明の任意の特徴によれば、前記負荷コントローラは第１動作モードにあるときは電力伝送期間中に電力伝送信号から負荷を切断するが、第２動作モードにあるときは切断しないように構成される。
【００５３】
この構成は、改善された動作を提供し得る。
【００５４】
本発明の任意の特徴によれば、電力受信機はさらに、電力伝送信号に対する電力レベル要求を電力送信機に送信するための電力レベルコントローラを備え、該電力レベルコントローラは、第１動作モードにあるときの電力レベルの変化率を、第２動作モードにあるときよりも低いレベルに制限するように構成される。
【００５５】
本発明の任意の特徴によれば、前記同期装置は、電力伝送期間及び異物期間中の電力伝送信号に対する信号レベルの比較に応答して、同期に関する信頼性尺度を決定するように構成される。
【００５６】
この構成は、信頼性尺度の特に有利な決定を提供できる。
【００５７】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記モードコントローラは、同期の信頼性尺度が閾値未満であることの検出に応答して、電力受信機を第２の動作モードから第１の動作モードに切り替えるように構成される。
【００５８】
本発明の任意選択の特徴によれば、前記負荷コントローラは、電力伝送フェーズの少なくとも一部の間における異物検出期間中に負荷を再接続するように構成され、該再接続のタイミングはローカル時間基準に依存する。
【００５９】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力受信機は、負荷を再接続するときに負荷への電流を制限するための電流制限器をさらに備える。
【００６０】
本発明の一態様によれば、電力伝送フェーズ中に無線電力送信機からの電力伝送信号から電力伝送を受信する電力受信機のための動作方法であって、電力伝送フェーズ中の電力伝送信号が少なくとも電力伝送期間および異物検出期間を含む反復時間フレームを採用する動作方法が提供され、該方法は、前記反復時間フレームにローカル時間基準を同期させるステップと；電力伝送フェーズの少なくとも一部の間における異物検出期間の少なくとも一部の間に負荷を切断するステップであって、該切断のタイミングがローカル時間基準に依存するステップと；同期の信頼性尺度に応答して、電力伝送期間に対する第１の動作モードと第２の動作モードとの間を切り換えるステップと；を含み、異なる電力伝送パラメータが第１の動作モードおよび第２の動作モードにおいて採用される。
【００６１】
本発明のこれらおよび他の態様、特徴および利点は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態による電力伝送システムの要素の例を示す。
【図２】図２は、本発明のいくつかの実施形態による電力送信機の要素の例を示す。
【図３】図３は、本発明のいくつかの実施形態による電力受信機の要素の例を示す。
【図４】図４は、電力送信機の出力段の要素の一例を示す。
【図５】図５は、本発明のいくつかの実施形態による電力受信機の要素の例を示す。
【図６】図６は、図１の無線電力伝送システムのための時間フレームの例を示す。
【図７】図７は、本発明のいくつかの実施形態による無線電力伝送システムのための時間フレームの例を示す。
【図８】図８は、本発明のいくつかの実施形態による電力受信機の要素の例を示す。
【図９】図９は、本発明のいくつかの実施形態による電力受信機の要素の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明の実施形態は、単なる例として、図面を参照して説明される。
【００６４】
以下の説明は、Ｑｉ仕様から知られているような電力伝送方法を利用する無線電力伝送システムに適用可能な本発明の実施形態に焦点を当てる。しかしながら、本発明は、この適用例に限定されず、多くの他の無線電力伝送システムに適用されてもよいことが理解されるであろう。
【００６５】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による電力伝送システムの一例を示す。該電力伝送システムは、送信機コイル／インダクタ１０３を含む（またはそれに結合される）電力送信機１０１を備える。該システムは、受信機コイル／インダクタ１０７を含む（またはそれに結合される）電力受信機１０５をさらに備える。
【００６６】
当該システムは、電力送信機１０１から電力受信機１０５に電力を誘導的に伝送できる電磁電力伝送信号を供給する。具体的には、電力送信機１０１は電磁信号を生成し、該信号は送信機コイルまたはインダクタ１０３によって磁束として伝搬される。該電力伝送信号は、電力送信機から電力受信機へのエネルギ伝送を表す電磁電力伝送成分に対応し得るもので、生成される電磁場の電力送信機から電力受信機へ電力を伝送する成分に対応していると考えることができる。例えば、受信コイル１０７の負荷がない場合、（損失とは別に）生成された電磁場から電力受信機によって電力が取り出されることはない。このようなシナリオにおいて、送信機コイル１０３の駆動は潜在的に高い場強度の電磁場を発生させ得るが、電力伝送信号の電力レベルは（損失とは別に）ゼロであろう。異物が存在するいくつかの状況では、電力伝送信号が該異物への電力伝送に対応する成分を含むと考えることができ、したがって、該電力伝送信号は電力送信機によって生成される電磁場から抽出される電力に対応すると考えることができる。
【００６７】
電力伝送信号は典型的には約２０ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚの間の周波数を有し、Ｑｉ互換システムに対しては典型的には９５ｋＨｚ〜２０５ｋＨｚの範囲内である（または例えば、高出力キッチン用途に対しては、周波数は典型的には２０ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの範囲内であり得る）。送信機コイル１０３及び受電コイル１０７は緩く結合されており、従って、受電コイル１０７は、電力送信機１０１からの電力伝送信号（の少なくとも一部）を取り込む。このようにして、電力は、送信機コイル１０３から受電コイル１０７への無線誘導結合を介して、電力送信機１０１から電力受信機１０５に伝送される。電力伝送信号という用語は主に、送信機コイル１０３と受電コイル１０７との間の誘導信号／磁界（磁束信号）を指すために使用されるが、同等に、送信機コイル１０３に提供されるか、または受電コイル１０７によって取り込まれる電気信号に対する呼称としても考えられ、使用され得ることが理解されるであろう。
【００６８】
当該例において、電力受信機１０５は、具体的には受信機コイル１０７を介して電力を受信する電力受信機である。しかしながら、他の実施形態では電力受信機１０５が金属加熱要素のような金属要素を含んでもよく、その場合、電力伝送信号は該要素の直接加熱をもたらす渦電流を直接誘導する。
【００６９】
該システムは、相当な電力レベルを伝送するように構成され、具体的には多くの実施形態において、該電力送信機は５００ｍＷ、１Ｗ、５Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗまたは５００Ｗを超える電力レベルをサポートできる。例えば、Ｑｉ対応アプリケーションの場合、電力伝送は、典型的には、低電力アプリケーション（基本電力プロファイル）では１〜５Ｗの電力範囲、Ｑｉ仕様バージョン１．２では１５Ｗまで、電動工具、ラップトップ、ドローン、ロボットなどの高電力アプリケーションでは１００Ｗまでの範囲、例えばキッチンアプリケーションなどの非常に高電力のアプリケーションでは１００Ｗを超え１０００Ｗを超えるまでとすることができる。
【００７０】
以下では、電力送信機１０１および電力受信機１０５の動作が、概ねＱｉ仕様に従うか（本明細書で説明される（または結果として生じる）修正および拡張を除いて）、または無線電力コンソーシアムによって開発されている高電力キッチン仕様に適した実施形態を特に参照して説明される。特に、電力送信機１０１および電力受信機１０５は、Ｑｉ仕様バージョン１．０、１．１、または１．２の要素に従うか（本明細書で説明される（または結果的な）修正および拡張を除く）、または実質的に互換性があり得る。
【００７１】
以下、図１のシステムの動作を、特に異物検出に焦点を当てて説明する。
【００７２】
無線電力伝送システムにおいて、物体（典型的には電力伝送信号から電力を抽出し、電力送信機１０１または電力受信機１０５の一部ではない導電要素、すなわち、電力伝送に対して意図しない、望ましくない、および／または妨害的要素である）の存在は、電力伝送の間において非常に不利であり得る。このような望ましくない物体は、当該分野において異物として知られている。
【００７３】
異物は、動作に電力損失を付加することによって効率を低下させるだけでなく、電力伝送動作自体を劣化させることもある（例えば、電力伝送効率を妨害することによって、または、例えば、電力伝送ループによって直接制御されない電力を抽出することによって）。さらに、異物内で電流（特に異物の金属部分における渦電流）が誘導されると、該異物の非常に望ましくない加熱が生じ得る。
【００７４】
このようなシナリオに対処するために、Ｑｉなどの無線電力伝送システムは、異物検出のための機能を含む。具体的には、電力送信機は異物が存在するかどうかを検出する機能を備える。もし存在すれば、電力送信機は、例えば電力伝送を終了させ、又は伝送可能な最大電力量を減少させせる。
【００７５】
発明者らは、従来の異物検出が準最適にしか動作せず、これが、電力送信機特性、電力受信機特性、適用される検査条件等の変動及び不確実性を含む異物検出が実行される特定の動作条件及びシナリオにおける変動及び不確実性に部分的に起因することを理解した。
【００７６】
異物検出検査に対する課題の一例は、十分に信頼性のある異物検出を達成するために、十分に正確な測定を行う必要があることである。例えば、異物検出のための測定がＱｉ電力伝送初期化フェーズの選択フェーズで行われる場合、電力送信機がこの測定のために供給する信号は、電力受信機を覚醒させないほど十分に小さくなければならない。しかしながら、このことは、典型的には低下した検出精度をもたらす悪い信号／ノイズ比をもたらす。従って、検出性能は適用される特定の信号レベルに敏感であり、典型的には、矛盾する要求が存在するであろう。
【００７７】
小さな電磁信号に曝される電力受信機は、該電磁信号のレベル、一次コイルと二次コイルとの間の結合、および整流器の出力におけるキャパシタの充電状態に依存する漏れ電流を示し得る。したがって、この漏れ電流は、現在受けている実際の条件に応じて、及び個々の電力受信機の特定のパラメータ（例えば、コンデンサの特性など）に応じて変化する可能性がある。漏れ電流は一次コイルでの反射インピーダンスに影響するので、品質係数の測定は実際の条件にも依存し、これは典型的に最適な検出を妨げる。
【００７８】
例えば、異なる負荷または信号レベルでの報告された受信電力表示に基づいて異物を検出するさらに別の問題は、送信電力と受信電力との間の関係が異なる負荷および信号レベルに対して異なるため、所望されるものより信頼性が低くなり得ることである。
【００７９】
図１のシステムは、異物検出のために、ばらつき（変動）に対する不確実性および感度を低減することを追求し、それに従って、改善された異物検出を提供しようとするアプローチを使用する。このアプローチは、多くの実施形態において改善された異物検出を提供でき、具体的には、多くの実施形態において一層正確および／または信頼性の高い異物検出を提供できる。この方法はさらに、低い複雑さおよび低い資源要件を可能にし得る。この方法の利点は、特にＱｉ無線電力伝送システムのような多くの既存のシステムに含めるのに適し得ることであり、実際、これは、ほとんど修正なしにしばしば達成できる。
【００８０】
以下で詳細に説明するように、当該方法は電力移送フェーズ中に時分割方法を利用し、この場合において、異物検出及び電力移送等の動作は、例えば異なる期間で実行でき、これにより、これらの間の干渉（具体的には、電力伝送が異物検出に及ぼす影響）を大幅に減少できる。
【００８１】
具体的には、無線電力伝送システムの場合、電力伝送信号は少なくとも１つの電力伝送期間と１つの異物検出期間とを含む繰り返し（反復）時間フレームに従う。
【００８２】
電力送信機は異物検出期間中に異物検出を行うように構成され、この動作を容易にするために、電力受信機は負荷を切り離すように構成され、これにより、電力伝送信号の負荷を、電力伝送信号に負荷が掛かるように負荷が接続される電力伝送期間中に比べて軽減する。
【００８３】
特に、多くの異物検出方法は、電力受信機が受け取る／取り出す電力が負荷を切断することによってゼロ（ゼロの近く）まで低減されれば、より正確になる。この状態では、電力送信機から電力が供給されると、該電力は主に電力送信機の近くにある異物により吸収される可能性が高くなる。異物中において取り出されるこのような電力は、電力受信機によって取り出される電力の電力レベルおよび不確実性が大幅に低減され、典型的には例えば該電力受信機の親和的な金属によって取り出される電力のみに低減されるので、はるかに高い精度で測定および検出できる。このことは、電力伝送信号に対する異物の相対的な影響を増大させるだけでなく、典型的には電力受信機によって取り出される電力のより正確な補償を可能にし得る（例えば、親和的な金属によって取り出された電力は較正プロセス中に推定され、その後、異物検出アルゴリズムにおいて補償され得る）。
【００８４】
異物検出期間中の負荷の切断は、電力伝送信号の電力レベルが異物検出期間中において電力伝送期間に対するより低減される結果となり、典型的には、電力受信機によって抽出される電力が電力伝送期間中の電力レベルよりも少なくとも５倍、１０倍、または５０倍低くなり得る。
【００８５】
このように、電力送信部は、電力受信機による電力伝送信号の負荷が大幅に軽減される異物検出期間中に異物検出を行う。更に、電力受信機は、電力伝送信号上の繰り返し時間フレームに同期し、これを用いて、負荷の切断を該切断が異物検出期間と合致するように同期させる。典型的には、負荷は、異物検出期間の決定された開始の直後に切断され、その終了の直前に再接続され、それによって小さな安全マージンを提供する。電力送信機と電力受信機の時間フレーム同期動作の結果として、改善された異物検出が、依然として高い転送電力レベルを可能にしながら実行される。
【００８６】
図２は電力送信機１０１の要素を図示し、図３は図１の電力受信機１０５の要素をより詳細に図示する。
【００８７】
電力送信機１０１は駆動信号を生成できるドライバ２０１を含み、該駆動信号は送信機コイル１０３に供給され、該コイルは、電磁場、したがって電磁電力伝送信号を生成し、該電力伝送信号が電力受信機１０５に対して電力伝送を行なう。該電力伝送信号は、（少なくとも）電力伝送フェーズの電力伝送期間中に供給される。
【００８８】
ドライバ２０１は、当業者により既知のように典型的にはフルブリッジ又はハーフブリッジを駆動することによって形成される、インバータの形態の出力回路を典型的には備えることができる。図４は、インバータがブリッジ構成で結合された４つのＦＥＴによって形成され、さらに送信機コイル１０３（ＬＴｘ）がキャパシタ（ＣＴｘ）に結合されて共振出力回路を形成する、電力送信機の典型的な出力段の例を示す。
【００８９】
電力送信機１０１は、所望の動作原理に従って電力送信機１０１の動作を制御するように構成される電力送信機コントローラ２０３をさらに備える。具体的には、電力送信機１０１はＱｉ仕様書に従って電力制御を実行するために必要な機能の多くを含むことができる。
【００９０】
電力送信機コントローラ２０３は、特に、ドライバ２０１による駆動信号の生成を制御するように構成されており、駆動信号の電力レベル、従って、生成される電力伝送信号／電磁場のレベルを特に制御できる。電力送信機コントローラ２０３は、電力制御フェーズ中に電力受信機１０５から受信される電力制御メッセージに応答して電力伝送信号の電力レベルを制御する電力ループコントローラを備える。
【００９１】
電力受信機１０５からデータおよびメッセージを受信するために、電力送信機１０１は電力受信機１０５からデータおよびメッセージを受信するように構成された第１の通信機２０５を備える（当業者には理解されるように、データメッセージは、１ビットまたは複数ビットの情報を供給できる）。該例では、電力受信機１０５が送信機コイル１０３によって生成された電力伝送信号を負荷変調するように構成され、第１の通信機２０５は送信機コイル１０３の電圧および／または電流の変動を感知し、これらに基づいて負荷変調を復調するように構成される。当業者は、例えばＱｉ無線電力伝送システムで使用されるような負荷変調の原理を知っており、したがって、これらについては、さらに詳細には説明しない。
【００９２】
多くの実施形態では、第１の通信機２０５は電力受信機１０５にデータを送信するようにさらに構成され、特に周波数、振幅、または位相変調を使用して電力伝送信号を変調するように構成できる。
【００９３】
いくつかの実施形態では、通信は、別個の通信コイルを使用してまたは実際に送信機コイル１０３を使用して達成され得る別個の通信チャネルを使用して行なうことができる。例えば、いくつかの実施形態では、近距離無線通信（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が実施化されてもよく、または高周波キャリア（例えば、１３．５６ＭＨｚのキャリア周波数を有する）が電力伝送信号上にオーバーレイされてもよい。
【００９４】
図１−図３のシステムでは、通信は、電力伝送フェーズの間において異物検出期間内で実行される。具体的には、電力送信機１０１と電力受信機１０５との間の通信が行われる通信期間として、異物検出期間の一部または実際にはすべてを使用することもできる。具体的には、送信機コントローラ２０３は第１の通信機２０５を、通信動作（典型的にはデータの受信および送信の両方）が電力伝送フェーズの異物検出期間／通信期間、すなわち、通信のために割り当てられた異物検出期間において（典型的には、異物検出期間のみにおいて）実行されるように同期させることができる。
【００９５】
このことは、通信性能を大幅に改善できる。
【００９６】
電力送信機１０１は、異物検出検査を実施するように、すなわち、何らかの望ましくない導電性要素が発生された電磁場内に存在する可能性があるかどうかを特に検出するように構成された異物検出器２０７をさらに備える。
【００９７】
このシステムでは、異物検出検査は、異物検出期間中、すなわち異物検出に割り当てられた異物検出期間中に実行される測定に基づくものである。
【００９８】
より詳細に後述されるように、異物検出期間において、電力伝送信号の電力レベルは、電力受信機がその負荷を切り離し、電力伝送信号の全体的な負荷を低減することによって低減される。負荷の切断は、負荷を電力伝送信号から切り離すことに対応する（そして、この負荷を電力伝送信号から切断する及び切り離すという用語は同義であるとみなすことができる）。それに応じて、負荷は電力伝送信号から、及び受信コイル１０７から切り離され／切断される。
【００９９】
多くの実施形態では、電力受信機１０５が、親和的な金属（電力受信機自体の金属部分）及び電力受信機の制御機能によって使用されるあり得る少量の電力から生じる負荷にのみ対応するように、電力伝送信号の負荷を最小限に抑えるよう構成されてもよい。電力受信機は、しばしば、異物検出期間の間、電力伝送信号から目標負荷を完全に切断できる。これは、例えば、電力伝送信号の負荷をしばしば、電力伝送期間中の例えば５〜５０Ｗから、異物検出期間中の５００ｍＷ未満に低減できる。
【０１００】
電力伝送信号の電力レベルは、生成された電磁場強度の減少をもたらすことなく（またはそれによって引き起こされることなく）低減され得ることに留意されたい。例えば、電力受信機が負荷を切断すると、電磁場および電力伝送信号から、したがって、送信機コイル１０３に対する駆動信号から抽出される電力量が減少することになる。しかしながら、このことは必ずしも発生される場強度の低下をもたらすものではなく、実際には、受信機コイル１０７内の電流によって引き起こされる対向する電磁場が低減されるので、大きな場強度をもたらし得る。
【０１０１】
従って、多くの実施形態では、異物検出期間が、電力伝送期間中のものと比較して電力送信機から電力受信機への削減された電力伝送によって（又は、少なくとも、電力伝送期間中の最大可能／利用可能電力伝送と比較して、電力送信機から電力受信機への削減された最大可能／利用可能電力伝送によって）特徴付けられる。しかしながら、送信機コイル１０３によって生成される電磁場の強度は、同じままであり得るか、または増加さえし得る。
【０１０２】
実際、異物検出が送信機コイル１０３によって生成された電磁場の負荷を測定することに基づいている多くの実施形態では、生成される電磁場が異物検出期間の間に意図した動作を行うのに適した場の強度を有するように、前記駆動信号を適応させることが望ましい場合がある。これは、おそらく電力伝送期間中よりも更に高い場強度であり得るが、電力受信機が負荷を切断するために、伝送される電力量は減少される。しかしながら、ほとんどの実施形態では、受信機が負荷を切断する場合に場強度が高すぎないことが望ましい（過電圧状態を軽減するために）。
【０１０３】
負荷の低減は、多くの状況において、はるかに正確な異物検出を可能にする。負荷の低減は、異物中で消散される電力が全電力消散のうちのはるかに大きな割合となり、実際には異物中で消散される電力が電力受信機中で消散される電力を超え、これによって、この異物の電力消散の検出をはるかに容易にすることになる。
【０１０４】
図２のアプローチでは、電磁検査信号が送信機コイルを駆動するドライバ２０１によって生成され、したがって、該電磁検査信号は異物検出期間における電力伝送信号に対応すると考えられ得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、電磁検査信号が送信機コイル１０３とは異なるコイル（例えば、専用の検査コイル）によって生成されてもよいことが理解されよう。なお、以下では、電力伝送信号という用語が、電力伝送期間中および異物検出期間中に電力送信機によって生成される電磁場信号を指すために使用される。
【０１０５】
異物検出が行われている期間、すなわち、異物検出期間中に、異物検出器２０７は、異物が存在すると考えられるか否かを判定するための条件を評価できる。異物検出期間の間、電力送信機１０１は電磁検査信号を生成し、この信号の特徴および特性を評価することに基づいて異物検出を行う。
【０１０６】
例えば、生成された電力伝送信号（該信号から抽出される電力）の電力レベルは、潜在的な異物によって抽出される電力の指標として使用されてもよい（典型的には、電力受信機１０５からの予想される電力抽出と比較することによって）。電力伝送信号の電力レベルは、電磁場内に存在する導電性要素（受信機コイル１０７を含む）によって、生成された電磁場から抽出される電力を反映する。従って、該電力レベルは、電力受信機１０５および存在する可能性のある任意の異物の組み合わせによって取り出される電力を示す。電力伝送信号の電力レベルと、電力受信機１０５によって抽出された電力との間の差は、それに応じて、存在する任意の異物によって抽出された電力を反映する。当該異物検出は、例えば、電磁信号の電力レベル（以下、送信電力レベルと呼ぶ）が、電力受信機１０５によって抽出された報告された電力（以下、受信電力レベルと呼ぶ）を超える場合に異物の検出が生じたと見なされる低複雑度検出であってもよい。
【０１０７】
当該アプローチにおいて、異物検出はそれに応じて、送信電力レベルと報告された受信電力レベルとの間の電力レベル比較に基づいたものである。異物の検出に対する反応は、異なる実施形態では異なり得る。しかしながら、多くの実施形態では、電力送信機１０１が異物の検出に応答して（少なくとも一時的に）電力伝送を終了するように構成されてもよい。他の実施形態では、当該電力送信機は、電力伝送が進行することを可能にしながら、電力伝送期間の間、電力伝送信号に低減された電力制限を課すように構成されてもよい。
【０１０８】
図３は、電力受信機１０５のいくつかの例示的な要素を示す。
【０１０９】
受信機コイル１０７は、スイッチ３０５を介して受信機コイル１０７を負荷３０３に結合する電力受信機コントローラ３０１に結合される（すなわち、上記スイッチは切替え可能な負荷３０５である）。電力受信機コントローラ３０１は、受信機コイル１０７によって抽出された電力を、負荷に適した電源に変換する電力制御経路を含む。さらに、電力受信機コントローラ３０１は、電力伝送を実行するために必要とされる様々な電力受信機コントローラ機能、特に、Ｑｉ仕様に従って電力伝送を実行するために必要とされる機能を含む。
【０１１０】
電力受信機１０５から電力送信機１０１への通信をサポートするために、電力受信機１０５は第２の通信機３０７を備える。
【０１１１】
第２の通信機３０７は、電力送信機１０１に送信されるべきデータに応じて受信機コイル１０７の負荷を変化させることによって、電力送信機にデータを送信するように構成される。次いで、当業者には既知であるように、電力送信機１０１によって上記負荷変動が検出され、復調される。
【０１１２】
該例では、第２の通信機３０７がさらに、電力送信機から送信されたデータを取り出すために、電力伝送信号の振幅、周波数、および／または位相変調を復調するように構成される。
【０１１３】
電力受信機コントローラ３０１は、更に、電力伝送フェーズ中の通信が通信期間において、すなわち、電力伝送信号の電力レベルが低減される期間中に実行されるように、第２の通信機３０７を制御するように構成される。
【０１１４】
このようにして、第１の通信機が電力受信機との通信を異物検出期間中に発生するように同期させるのと同様に、第２の通信機も、電力送信機との通信を異物検出期間中に発生するように同期させる。
【０１１５】
図５は、電力受信機１０５の電力経路の一例の要素の回路図を示す。この例では、電力受信機１０５がＬＲＸという名称で参照される受信機コイル１０７を含む。該例では、受信機コイル１０７は共振回路の一部であり、従って電力受信機１０５は共振コンデンサＣＲＸも含む。受信機コイル１０７は、電磁信号／場にさらされ、それに応じて、該コイルにＡＣ電圧／電流が誘導される。該共振回路は、ブリッジの出力に結合された平滑コンデンサＣ１を有する整流ブリッジに結合される。これにより、コンデンサＣ１に直流電圧が発生する。該直流（ＤＣ）電圧上のリップルの大きさは、該平滑コンデンサの大きさおよび負荷に依存する。
【０１１６】
ブリッジＢ１および平滑コンデンサＣ１は、スイッチＳ１によって示されるスイッチ３０５を介して、参照符号ＲＬによって示される負荷３０３に結合される。したがって、スイッチ３０５は、負荷を電力経路から接続または切断するために使用でき、したがって、負荷は切替え可能な負荷３０５となる。スイッチＳ１は通常のスイッチとして示されているが、該スイッチは、もちろん、典型的にはＭＯＳＦＥＴを含む任意の好適な手段によって実施化されてもよいことが理解されるであろう。負荷３０３は単純な受動ポートとして示されているが、もちろん、該負荷は任意の適切な負荷であってもよいことも理解されよう。例えば、負荷３０３は、充電すべきバッテリであってもよく、携帯電話であってもよく、または他の通信若しくは計算装置であってもよく、単純な受動的負荷であってもよい。実際に、負荷３０３は外部のまたは専用の内部負荷である必要はなく、例えば、電力受信機１０５自体の要素を含んでもよい。したがって、図３および図５に示す負荷３０３は、スイッチ３０５／Ｓ１によって切断できる受信機コイル１０７／電磁信号の任意の負荷を表すものとみなすことができ、したがって、該負荷は切替え可能な負荷３０５とも呼ばれる。
【０１１７】
図５はさらに、スイッチＳ２の切り替えに基づいて当該共振回路に並列に接続又は切断できる負荷変調コンデンサＣ２を示す。第２の通信機３０７は、電力送信機１０１に送信されるべきデータに応答して変調コンデンサＣ２の負荷を接続および切断し、これによって負荷変調を提供するように、スイッチＳ２を制御するように構成できる。
【０１１８】
電力受信機１０５は、電力伝送フェーズ中の各時間フレームの異物検出期間（又は複数の期間）中に低減電力モードに入るように構成される。この例では、電力受信機１０５がスイッチ３０５を制御する負荷コントローラ３０９を備える（等価的に、スイッチ３０５は該負荷コントローラの一部とみなすことができる）。異物検出期間の間において、負荷コントローラ３０９は負荷３０３を電力受信機から切り離すことができ、すなわち、電力受信機コントローラ３０１の負荷、したがって、受信機コイル１０７の負荷を切り離すことができる。従って、このようにして、負荷コントローラ３０９は、異物検出期間の間において受信機コイル１０７の負荷を減らすことができる。さらに、電力受信機１０５の負荷が低減され、これによって、他の電力損失を検出し、または変調を検出することを一層容易になるだけでなく、時には一層重要なことに、電力受信機１０５が、電力伝送信号に対する負荷変動の影響が低減される一層明確に定まった又は特定の状態に入ることになる。
【０１１９】
図５の例では、スイッチＳ１を使用して、異物検出期間中に負荷を切断できる。切替可能負荷３０３がより一定の電力供給を必要とする実施形態では、異物検出期間中に該切替可能負荷３０３に電力を供給するために、スイッチＳ１をコンデンサＣ１の前に配置でき、又は他のエネルギ貯留器をスイッチＳ１の後に設けることができることが理解される。
【０１２０】
受信機コイル１０７の負荷は、異物検出期間の間において完全にはオフされ得ないことが理解される。例えば、電力受信機１０５は、例えば、幾つかの内部回路を動作させるための電力を依然として取り出し得る。したがって、負荷コントローラ３０９は、１つまたは複数の他の負荷によって受信コイル１０７に負荷が掛けられることを可能にしながら、負荷を受信コイル１０７に負荷をかけることから切り離すように構成され得る。実際、受信機コイル１０７の負荷は、異物検出期間中に負荷コントローラ３０９によって切断される負荷と、負荷コントローラ３０９によって切断されない負荷とを含むと考えることができる。このように、負荷３０３は、異物検出期間中に受信機コイル１０７によって切断される負荷を表すと考えることができる。この負荷は当該電力伝送が確立される外部負荷または内部負荷の両方を含むことができるのみならず、例えば、異物検出期間中に一時的にオフされる内部制御機能を含むこともできる。
【０１２１】
電力受信機コントローラ３０１は、電力送信機１０１と共に電力制御ループを確立するように構成される。具体的には、電力受信機コントローラ３０１は電力制御メッセージを電力送信機１０１に送信でき、これに応答して、電力送信機１０１は電力伝送期間において電力伝送信号の電力レベルを変更できる。典型的には、電力受信機コントローラ３０１は、電力送信機１０１が電力レベルを増加又は減少させる要求を示す電力制御エラーメッセージを生成できる。電力受信機コントローラ３０１は、測定値を基準値と比較することによって、適切なエラーメッセージを決定できる。電力伝送中に、電力受信機コントローラ３０１は、供給された電力レベルを必要な電力レベルと比較し、この比較に基づいて電力レベルの増加または減少を要求できる。
【０１２２】
前述したように、当該システムは、電力伝送フェーズ中に繰り返し時間フレームを適用し、該時間フレームは少なくとも１つの電力伝送期間および１つの異物検出期間を含む。このような繰り返し時間フレームの一例を図６に示し、ここで、電力伝送期間をＰＴで示し、異物検出期間をＤで示す。該例では、各時間フレームＦＲＭが１つの異物検出期間及び１つの電力伝送期間のみを有している。しかしながら、他の実施形態では、他の期間が時間フレームに含まれてもよく、または複数の異物検出期間および／または電力伝送期間が各時間フレームに含まれてもよいことが理解されるであろう。具体的には、反復時間フレームが１つまたは複数の異物検出期間および１つまたは複数の通信期間などの、異なるタイプの異物検出期間を含むことができる。
【０１２３】
当該方法では、異物検出（例えば、通信等の動作）を異物検出期間で行うことで、異物検出（例えば、通信）と電力伝送とを時間領域で分離させることで、異物検出／通信への電力伝送からの相互干渉を低減させることができる。これにより、電力伝送の動作条件の変動に起因する変動および不確定性を、異物検出（通信）から隔離でき、より信頼性が高く、正確な異物検出（通信）を行うことができる。
【０１２４】
電力伝送フェーズにおいて、電力送信機は、電力伝送フェーズの時間フレームの電力伝送期間の間において電力伝送を行うように構成される。具体的には、これらの期間において、電力送信機及び電力受信機は電力制御ループを動作させることができる（該電力制御ループは、繰り返し期間に対応する通信期間内の通信に基づくことができる）。したがって、伝送される電力のレベルを動的に変更できる。
【０１２５】
電力伝送フェーズの時間フレームの異物検出期間において、電力受信機は負荷を切断／切り離し、その結果、電力伝送信号によって電力受信機に伝送される電力レベルが低下する。
【０１２６】
前述したように、電力レベルの低下は、必ずしも生成された電磁場の場強度の低下に対応するものではない。例えば、電力受信機による場の負荷が低減されることによって（例えば、負荷３０３を切断することによって）電力伝送レベルが著しく低減される場合、結果として生じる電磁場強度／生成される電磁信号の信号レベルは増大する可能性がある。実際に、異物中の十分な電力散逸を測定するために、このように異物検出を容易にし、改善するために、磁場強度を相対的に高く保つことが典型的に望ましい場合がある。同時に、負荷３０３が切断されたときに許容できない過電圧状態を引き起こさないように、場強度が十分に低いことが典型的に望ましい。
【０１２７】
それに応じて、電力受信機１０５は、異物検出期間の間に、電力伝送信号の電力受信機による負荷を低減できる。具体的には、異物検出期間中の電力受信機による電力伝送信号（電磁検査信号として機能する）の負荷が、電力伝送期間中の電力受信機による電力伝送信号の負荷（該負荷は、例えば、電力伝送期間中および異物検出期間中の送信機コイル１０３および検査コイル２０９それぞれの実効抵抗インピーダンスとみなすことができる）よりも小さくなる。
【０１２８】
電力受信機により取り出される電力のレベルを下げることで、如何なる異物の有無も検出し易くなる。これは、取り出される電力の総量が減少されることによって、異物によって取り出される電力に関するより低い電力レベルを検出することがより容易になることに起因し得る。さらに、負荷を切断することによって、電力受信機は典型的に所定の（または少なくとも予測が容易な）状態に入ることができ、それによって、異物検出検査を実行するときに電力受信機の補償を容易にする。
【０１２９】
このように、切替可能負荷３０３の切断は、電力伝送信号の負荷を低減するだけでなく、この負荷をより予測可能にし、かつ変動を低減するようにし得る。典型的に、電力受信機による電力送信機の負荷は、アプリケーションごとにだけでなく、同じアプリケーションおよび電力伝送セッションに対しても時間の関数として実質的に変化し得る。当該電力制御ループは、このような変動に適応するために電力伝送フェーズ中に動作される。しかしながら、負荷が切断され得る異物検出期間を導入することにより、電力受信機を、電磁場の負荷がより予測可能な基準モードに入れることが可能となる。従って、例えば、異物検出検査は、電力受信機がこの基準又は検査モードにあるという仮定に基づいて行うことができ、例えば、電磁検査信号の所定の負荷を仮定できる。したがって、当該方法は、電力受信機１０５による負荷が低減されることを可能にするだけでなく（これによって、任意の異物の相対的な影響がより高くなることによって精度が改善される）、これがより予測可能となり、それによって、異物検出検査中の電力受信機の存在の補償を容易にする。
【０１３０】
したがって、図１−図５のシステムは、異物検出検査がはるかに制御された条件下で実行され、それによって、より正確で信頼性のある異物検出検査が実行されることを可能にする、はるかに改善された異物検出検査方法を提供する。
【０１３１】
このようなシステムにおける重大な問題は、電力受信機と電力送信機とが密接に同期されることが重要であり、特に、電力受信機が適切な時期に負荷を接続し、特に切断することが重要であるということである。例えば、典型的な電力伝送動作の間において、電力伝送信号の電力レベルは、電力伝送期間の間、非常に高くなり得る。電力送信機がこのような強力な磁場および電力伝送信号を発生する時間中に電力受信機の負荷が切断されると、負荷が切断されたときに電力受信機に過電圧が誘起されることがある。負荷が切断されると、送信機コイル（１０３）と電力受信機の受信機コイル（１０７）を介して結合される電力送信機の共振回路は、負荷によって減衰されなくなる。確かに、電力受信機における誘起電圧が、それが負荷を切断するときに電力受信機の構成要素に損傷を与える可能性のあるレベルまで増加する可能性がある。
【０１３２】
しかしながら、前記繰り返し時間フレームは、電力送信機が異物検出期間中に信号レベルを、誘起電圧が電力受信機の構成要素を害しないレベルまで低減することを可能にする。電磁場強度／信号レベルを適切に低減した後に電力受信機が負荷を切断すれば、切断時の過電圧状態を回避できる。例えば、電力受信機は、例えば、電力信号の減少を検出するために受信機コイルにおける誘起電圧を測定して、これを異物検出期間の開始のためのトリガとして使用し、このトリガにおいて自身の負荷の切断に進むことができる。しかしながら、これは、上記減少が異物検出期間の開始の指標として以外の条件によって引き起こされた可能性があるので、あまり信頼性のある方法ではないことが多い。例えば、電力送信機は、電力受信機から以前に受信された制御エラーにより電力信号を減少させ得る。また、負荷の変化も、受信コイルにおける誘導電圧の減少につながる可能性がある。従って、電力受信機は、負荷を切断する際に過電圧及びその構成要素への損傷を防止するために、電力伝送期間において電力信号が高い状況において異物検出期間の開始を決定するための信頼できる方法を必要とする。
【０１３３】
異物検出期間の終了時に、負荷は、電力伝送信号に負荷を掛けるように受信コイル１０７に再接続される。ここでも、増加した電磁場が過電圧状態をもたらすような過度に高い電圧を誘起しないことを保証するために、電力伝送期間の前に負荷を接続することが望ましい。ここでも、電力受信機はその負荷を間に合うように、すなわち電力送信機が信号レベルを増加させる前に、再接続するための信頼できる方法を必要とする。
【０１３４】
したがって、典型的には、負荷の切断および再接続は、異物検出期間内に行われることが有利である。しかしながら、異物検出に利用可能な時間は、正確な測定（十分な平均化を伴う）を可能にするのに十分な大きさであることが望ましい。さらに、これらの相反する優先度は、効率を向上させると共に有効な電力伝送の中断を最小限に抑えるために、異物検出期間をできるだけ短くするという全体的な要望によって制約される。したがって、可能な限り負荷を異物検出期間の開始直後で切断し、可能な限り該負荷を異物検出期間の終わり近くで接続することが望ましい。負荷の安全な切断および最適な性能を達成するためには、電力受信機、特に負荷コントローラ３０９の動作を前記繰り返し時間フレームに確実かつ密接に同期させることが重要である。
【０１３５】
電力受信機の動作のタイミングはローカルな時間基準／時間ベース（タイムベース）に基づいており、負荷コントローラ３０９は、該ローカル時間基準／ベースに基づいて負荷３０３の接続および切断の時間を合わせるように構成される。さらに、電力受信機１０５は、該ローカル時間基準を前記反復時間フレームに同期させるように構成された同期器３１１を備える。このように、電力受信機１０５は、負荷３０３の接続および切断を電力伝送信号の反復時間フレームに同期させるための機能を備える。
【０１３６】
例えば、当業者により既知のように、ローカル時間基準は、タイマ／クロックなどを使用して実施化できる。いくつかの実施形態では、このタイマ／クロックはフリーランニング（自走）タイムベースとでき、同期装置３１１は、前記反復タイムフレームの異なるタイムスロット／期間に対応する該自走タイムベースの時間を決定できる。例えば、同期装置３１１は、該タイムベースのどの時間値が異物検出期間の開始及び終了に対応するかを決定でき、負荷３０３の接続及び切断は、これらの時間に（典型的には小さなオフセットで）生じるようにタイミングを合わせることができる。
【０１３７】
他の実施形態では、同期装置３１１は当該時間基準のパラメータまたは設定を、これが反復時間フレームと合致するように変更するよう構成できる。例えば、カウントダウン（秒読み）タイマは、同期装置３１１が異物検出期間を開始すべきと考える時（またはその直後）に開始でき、同期装置３１１によって決定された異物検出期間の持続時間に対応すると決定された（またはわずかに短い）持続時間を有し得る。この場合、負荷コントローラ３０９は、上記カウントダウンタイマが開始されたときに負荷３０３を切り離し、該カウントダウンタイマがカウントダウンを終了したときに該負荷を再接続するように構成されてもよい。
【０１３８】
多くの実施形態では、同期装置３１１はタイミングループを実施化するように構成でき、前記繰り返し時間フレームと該タイミングループとの間の差を反映するようなエラー信号が生成される。この場合、タイミングループはこのエラー信号によって駆動され、その結果、タイミングエラー／差の最小化に向かうバイアスが生じ、その結果、該タイミングループは前記反復時間フレームと同期される。例えば、タイミングフェーズロックループを、反復時間フレームに、特に異物検出期間に同期されるローカルタイムクロックを生成するように構成できる。
【０１３９】
ローカル時間基準を反復時間フレームに同期させるための該特定の方法は、個々の実施形態の固有の選好および要件に依存し得ることが理解されるであろう。
【０１４０】
例えば、いくつかの実施形態では、送信機コイル１０３を駆動するインバータへの入力が、反復時間フレームと同期され得る動的変動を有する駆動信号を生成できる（例えば、該インバータは周期的に変動する電源電圧（例えば、ＡＣ電源電圧の整流によって生成される）で給電されてもよい）。これは、同期器３１１が検出し、同期できる電力伝送信号の周期的かつ同期された変動をもたらし得る。
【０１４１】
しかしながら、多くの電力送信機では上記駆動信号／電力伝送信号におけるこのような周期的変動は実用的ではなく、又は望ましくなく、例えば、典型的には平滑化され、調整されたＤＣ電圧が上記インバータへの供給電圧として使用される。このような実施形態では、電力送信機が電力伝送期間と異物検出期間との間で電力伝送信号／発生電磁場／信号の性質を変化させるように構成されてもよく、同期器３１１は、これらの変化に基づいてローカル時刻基準を同期させるように構成されてもよい。
【０１４２】
これにより、同期装置３１１は、具体的には負荷３０３の接続および切断のタイミングを、繰り返し時間フレームおよび異物検出期間に密接に同期させることができる。特に、該同期装置は、異物検出期間の開始直後に切断を行うことができ、異物検出期間の終了直前に再接続を行うことができ、それによって、異物検出期間の継続時間を短縮でき、負荷の接続および切断時の信頼性のある動作を保証するオーバーヘッドおよびマージンを最小限に抑えることができる。
【０１４３】
しかしながら、図３の電力受信機では、同期装置３１１は、同期を実行するだけでなく、同期信頼性尺度の生成にも進む。該信頼性尺度は、同期の推定信頼性／精度の指標として生成される。特に、該尺度は、時間基準が反復時間フレームにどれだけ密接に同期されているか、および／または同期が所与の同期ウィンドウ内にある確率を反映すると考えることができる。該信頼性尺度は、同期された時間基準と反復時間フレームとの間の差の推定値を提供するために生成され得る。該推定値は確率論的推定値であってもよい。
【０１４４】
信頼性尺度を決定するための多くの異なるアプローチが記載されるが、特定の方法は個々の実施形態の好みおよび要件に依存し、多くの概して正確な方法が、当業者によって使用され得ることが理解される。
【０１４５】
電力受信機１０５は、同期のために決定された信頼性尺度が供給されるモードコントローラ３１３をさらに備える。モードコントローラ３１３は、電力受信機１０５を異なる動作モード間で切り替えるように構成され、具体的には信頼性尺度に応じて、電力受信機を電力伝送期間に対して第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるように構成される。従って、電力受信機１０５は、電力伝送期間において、電力受信機１０５の同期の信頼性に応じて、特に、繰り返し時間フレームに対する負荷の切断の同期に応じて異なるように動作するよう構成される。
【０１４６】
多くの実施形態では、電力伝送期間の間の電力伝送信号のレベルは、第１のモードにあるときは第２の動作モードにあるときと比較して低下される。
【０１４７】
したがって、同期性能は電力受信機の動作のために考慮され、実際に、該動作は、電力伝送期間において、たとえこれらの動作が異物検出期間中に発生したとしても、負荷の切断（および典型的には再接続）の同期の信頼性に依存して適合される。
【０１４８】
第１及び第２の動作モードは、電力伝送動作のために異なる電力伝送パラメータを具体的に採用できる。例えば、要求される電力レベル、及び／又は電力伝送信号から取り出される負荷及び電力は、第１及び第２の動作モードで異なる場合がある。第１および第２の動作モードは、第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の信号レベルに対して異なる限界を適用すること；第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の異なる負荷を採用すること；並びに第１および第２の動作モードにおいて電力伝送信号の電力レベルの変化率に対して異なる限界を適用すること；のうちの少なくとも１つによって、異なる電力伝送パラメータを採用してもよい。これらの実施例は、後により詳細に記載される。
【０１４９】
モードコントローラ３１３は、前記信頼性尺度が所与の閾値を超えて増加するという検出に応じて、電力受信機１０５を第１の（動作の）モードから第２の（動作の）モードに切り替えるように具体的に構成されてもよい。同様に、モードコントローラ３１３は、当該信頼性尺度が所与の閾値（当該２つの閾値は同じであってもよいが、必ずしもそうである必要はない）を下回ることの検出に応答して、電力受信機１０５を第２の（動作の）モードから第１の（動作の）モードに切り替えるように構成されてもよい。したがって、電力受信機１０５は、同期が信頼できるかどうかに応じて、電力伝送期間中に異なるモードで動作できる。
【０１５０】
これは、多くの実施形態において、より信頼性があり、より安全な動作を提供できる。
【０１５１】
例えば、いくつかの実施形態において、電力受信機１０５、具体的には負荷コントローラ３０９は、第１のモードにあるときには電力伝送期間中に負荷３０３を切断するが、第２のモードにあるときには切断しないように構成される。実際に、この例では、いくつかの実施形態では負荷３０３が第１のモードにあるとき、反復時間フレーム全体の間に切断されてもよく、一方、第２のモードで動作するとき、異物検出期間中の負荷３０３の周期的切断が採用される。したがって、信頼性尺度が同期が信頼できないことを示す場合、負荷３０３は電力伝送期間および異物検出期間の両方の間に、典型的には繰り返し時間フレームの全持続時間にわたって切断されてもよく、一方、信頼性尺度が同期が信頼できることを示す場合、負荷３０３は異物検出期間の間に一時的にのみ切断される。
【０１５２】
加えて、電力受信機において許容できないほど高い誘導電圧を防止するために、電力受信機は、電力送信機によって供給される信号レベルが十分に低いことを保証できる。電力受信機は、制御エラーを送信することによって、電力送信機によって供給される電力信号のレベルを制御できる。具体的には、同期が信頼できないと考えられる場合、電力受信機は電力送信機を制御して電力レベル／信号強度を低減できる。
【０１５３】
このアプローチにおいて、第１のモードは、誘導される信号が潜在的に大きな値を有し得る時間の間には負荷の切断切り替えが存在しないことを保証する。従って、同期におけるエラー又は不正確さは、電力伝送期間中の切断によって発生する過電圧状態をもたらさない。しかしながら、切断が異物検出期間内に発生することを保証するように同期が十分に正確であるとき、当該システムは、電力伝送が実行される（電力送信機によって提供される信号レベルが、電力受信機によって高レベルに制御され得る）と共に、異物検出期間の間に負荷が接続される動作モードに移行する。この異なる動作モードの間でのシフトは、異物検出期間および負荷切断のための設計パラメータおよび基準が第２の動作モードにおいてはるかに信頼性の高いものとなることを可能にする一方、はるかに厳しくマージンがより少ないものにすることも可能にする。これにより、電力受信機の電気部品の損傷を引き起こす可能性のある過電圧状態を防止し、異物検出期間の開始から負荷切断までの余裕が少なくて済むので、異物検出期間を短縮するのに要する時間を短縮できる。
【０１５４】
このようなアプローチは、いくつかの実施形態では、電力伝送フェーズ全体に適用されてもよく、例えば、電力受信機は、同期の状態を連続的に監視し、信頼性尺度が同期が十分に信頼できないことを示すようになった場合には第１モードに切り替わり、次いで、信頼性尺度が再び同期が信頼できることを示す場合には通常動作に切り替わることができる。
【０１５５】
この構成は、厳しくないバッテリ充電のようないくつかの用途には適しているかもしれないが、保証された連続的電力伝送性能が要求される他の用途には不適当であるかもしれない。そのようなシナリオでは、電力受信機は、例えば同期が信頼できなくなった場合に電力伝送動作を完全に終了するように構成され得る。さらに、そのような実施形態では、そのような状況が非常にまれにしか起こらないことを保証するように前記パラメータを決定できる。
【０１５６】
多くの実施形態において、当該システムは、電力伝送フェーズに入るときに最初に同期フェーズを採用するように構成されてもよい。従って、電力伝送位相は、電力伝送信号の低減された電力期間への電力受信機の同期が行われる同期期間で開始できる。このような実施形態において、電力受信機は、第１動作モードにおいて電力伝送フェーズおよび同期フェーズ／期間に入り、信頼性尺度が同期が十分に信頼できることを示す場合にのみ第２モードに切り替わることができる。このような方法は、典型的には連続的な電力伝送を必要とするより重要な用途にも有利である。
【０１５７】
したがって、多くの実施形態では、モードコントローラ３１３が、電力移送フェーズに入ったときに第１動作モードで動作するように電力受信機１０５を制御する。更に、電力伝送フェーズに入る場合に同期装置３１１は前記反復時間フレームに対するローカル時間基準の同期を行う。したがって、当該システムは、電力受信機１０５が反復時間フレームに同期していない（十分に同期されていると保証されない）状態およびモードで、電力伝送フェーズを開始し得る。しかしながら、このことは、電力受信機１０５が電力送信機１０１／繰り返し時間フレームに同期されていない状況に対して適切な性能を提供するように設計され得る第１のモードで該電力受信機１０５が動作することによって補償される。具体例において、このことは、負荷３０３を繰り返し時間フレーム全体にわたって永久的に切断された状態に維持し、これにより負荷３０３の切断によって生じる過電圧状態が生じ得ないことを保証することによって達成される。
【０１５８】
加えて、電力受信機の制御下で電力送信機によって供給される信号レベルは、通常、負荷が永久的に切断されている間に過電圧が発生しないことを保証するために、第１モードにおいて低減される。
【０１５９】
典型的には、この動作は、生成される信号レベルおよび負荷低減が以下のように関連して起こる：
１．  高信号レベルおよび切断された負荷は、過電圧および電力受信機の潜在的損傷につながり得る；
２．  低信号レベルおよび接続された負荷は、不足電圧につながり得、電力受信機の動作を停止させ得る。
【０１６０】
従って、電力受信機は、負荷の接続／切断及び信号レベル設定の両方の動作を、該電力受信機がどのモードにおいて動作しているかに基づいて修正できる。
【０１６１】
特定の例では、安全な初期フェーズに入り、このフェーズでは、同期を実行でき（またはより正確な同期を達成でき）、該フェーズの間において、電力受信機は同期エラーが潜在的に有害な状態を生じさせない「安全」モードで動作するように構成される。該特定の例における電力受信機は、同期フェーズ全体にわたって負荷３０３を切断し、さらに、十分に低い信号レベルの電磁場を生成するように電力送信機を制御する。
【０１６２】
モードコントローラ３１３は、同期が十分に正確であることを信頼度尺度が示すまで、電力受信機１０５をこの第１（安全）モードに維持し、その時点においてモードコントローラ３１３は、「通常」の電力伝送が進行する第２動作モード、具体的には電力伝送期間の間に負荷３０３が接続される第２動作モードに切り替える。したがって、信頼度尺度が十分に正確で信頼性の高い同期が達成されたことを示すまで、電力受信機１０５は「安全」な同期モードのままである。
【０１６３】
上記の例では負荷３０３は同期フェーズの間に完全に切断されるが、他の実施形態では必ずしもそうではないことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、負荷３０３の一部のみが同期フェーズ中に切断されてもよい。すなわち、電力受信機１０５は通常の電力伝送中よりも同期フェーズ中において、より軽い負荷を受信コイル１０７に結合するように構成されてもよい。例えば、負荷は、過電圧状態が許容可能となるレベルまで低減されてもよい。
【０１６４】
異なる実施形態では、ローカル時間基準を反復時間フレームに同期させるために、異なる方法およびアルゴリズムを使用できる。多くの実施形態では、電力送信機１０１は、生成される電磁場のレベルを変化させ、該変化が繰り返し時間フレームに同期されるように構成されてもよい。この場合、同期装置３１１は上記レベル変化を監視し、時間基準をこれに同期させることができる。
【０１６５】
一例として、電力送信機１０１は、各繰り返し時間フレームの開始時に、短く、所定のパターンまたは記号（署名）のレベル変化を挿入するように構成されてもよく、同期装置３１１は、このパターン／署名を検出し、検出された該パターン／署名のタイミングから繰り返し時間フレームの開始時を決定するように構成されてもよい。
【０１６６】
多くの実施形態では、電力送信機１０１は電力伝送期間および異物検出期間において信号レベルが異なるように電磁信号を生成するように構成されてもよく、そして、同期装置３１１はローカル時間基準を結果として生じる信号レベル変化に同期させるように配置されてもよい。具体的には、同期器３１１は、電力伝送信号（具体的には電力受信機コイルに誘起される信号）のレベル遷移のタイミングを検出し、ローカルに生成される繰り返し時間フレームタイミングがこれらの遷移に対応するように、ローカル時間基準を調整または補償できる。例えば、幾つかの実施例では、検出される信号レベル遷移と、ローカル時間基準に従った異物検出期間および電力伝送期間の間の予想される遷移との間の時間差を、ローカル時間基準を制御するフェーズドロックタイミングループのためのエラー信号として使用できる。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、電力送信機がそのような遷移を自律的に導入または保証するように構成されてもよい。しかしながら、他の実施形態では、電力受信機がそのような信号レベル変化を保証するために、電力送信機と通信するように構成されてもよい。
【０１６８】
例えば、電力受信機コントローラ３０１は、同期フェーズ中、従って、電力受信機が第１モードで動作している間に、電力送信機へ電力伝送信号に対する信号レベル要求を送信するように構成できる。これらの信号レベル要求は、電力伝送期間中の電力伝送信号の信号レベルが異物検出期間中の電力伝送信号の信号レベルと異なるように選択できる。これは、許容できない過電圧条件を生成しないほど十分に低い信号レベルを生成するように電力送信機をさらに制御できる。
【０１６９】
具体的には、電力送信機１０１は、異物検出期間の間に、例えば所定のレベルまたは電力受信機と通信して事前に決定されたレベル（後述するように）などの所与の信号レベルを供給するように構成されてもよい。したがって、電力送信機は、フレームの異物検出期間の間に、駆動信号、ひいては生成される電磁場に対する信号レベルを、この静的な値に設定するように構成されてもよい。しかしながら、当該システムは、電力制御ループを、電力伝送期間のレベルを動的に調整するように動作させることもできる。この電力制御ループは、電力伝送フェーズ全体にわたってアクティブであってもよく、必要な電力レベルを供給するために電力伝送信号を適応させるために使用されてもよい。しかしながら、同期フェーズ中に、該電力制御ループを電力受信機によって使用して、電力伝送期間の信号レベルを、異物検出期間中のものとは異なるように適応させることもできる。
【０１７０】
例えば、電力受信機は同期装置３１１が信号レベル遷移を正確に検出するまで（及び、例えば、これらの遷移が所与の大きさを有するまで）、電力増強要求を送信できる。この場合、電力受信機は、電力伝送期間中のレベルをこの好ましいレベルに維持するために、電力増強要求および電力低減要求を送信し続けることができる。
【０１７１】
同期フェーズの間において、電力制御ループは、電力受信機によって同期に適した条件を生成するために然るべく使用されてもよい。このようなアプローチの特別な利点は、実際の電力伝送動作のために既に使用されている機能を使用できることである。例えば、電力送信機は異物検出期間中に電力伝送信号に対して所定の信号レベルを設定し、電力伝送期間中にレベルを設定するために電力制御ループを動作させるだけで、電力伝送フェーズに入ることができる。この方法は、電力受信機が同期フェーズにあるか否かにかかわらず、したがって、電力受信機が第１のモードで動作しているか第２のモードで動作しているかにかかわらず、電力伝送フェーズ全体にわたって継続され得る。事実、電力送信機は、電力受信機が同期動作を行うこと、あるいはこれが可能であることさえ気が付かなくてもよい。このように、この方法は、同期フェーズをサポートするために電力送信機において特別な変更が必要とされないので、より簡単な電力送信機動作を提供し、後方互換性を改善できる。
【０１７２】
多くの実施形態では、当該システムが電力受信機と電力送信機との間のネゴシエーション／通信によって、繰り返し時間フレームに対するパラメータを決定するように構成される。このことは、電力移送フェーズの開始前に実施でき、従って、電力移送フェーズの前に、該電力移送フェーズ中に使用する一群のパラメータを決定できる。
【０１７３】
電力伝送フェーズに入る前に通信によって決定された上記パラメータ群（場合によっては単一のパラメータのみを含み得る）は、異物期間の持続時間；異物期間の間の間隔；および異物検出期間のための信号レベル；のうちの１つまたは複数を含み得る。
【０１７４】
したがって、電力送信機および電力受信機は、後続の電力伝送フェーズ動作のための１つまたは複数のパラメータを決定するために、それらが互いに通信する電力伝送フェーズの前の準備フェーズまたは期間を使用できる。この場合、電力伝送フェーズにおける動作は、この準備フェーズ中に決定されたパラメータに基づくものである。
【０１７５】
例えば、多くの実施形態では、電力受信機が電力伝送フェーズ中に適用されるべきパラメータ値を要求する１つまたは複数のメッセージを電力送信機に送信できる。例えば、発生される電磁信号の特定の信号レベル又は異物検出期間の特定のタイミング特性を要求してもよい。この場合、電力送信機および電力受信機は、これらのパラメータ値、および具体的には結果としての動作のためのこれらのタイミング設定を適用できる。
【０１７６】
多くの実施形態では、電力送信機および電力受信機は、特に、異物検出期間の持続時間および／または異物検出期間の間の持続時間、および典型的には連続する異物検出期間の間の持続時間を確定するために通信するように構成されてもよい。
【０１７７】
当該方法は、改善されたトレードオフを提供でき、特に、個々の装置の特定の特性に、および、多くの実施形態では、個々の電力伝送動作の特定の特性に動作を適合させることを可能にできる。例えば、タイミングを、電力伝送の電力レベルを反映するように適合させることができる。
【０１７８】
当該方法は、異物検出期間の持続時間が電力送信機および電力受信機だけでなく、例えば、電力受信機から電力を供給される装置などのエンド負荷の挙動にも影響を及ぼす可能性があることに対処できる。
【０１７９】
しばしば、異物検出期間が長すぎると、装置は、有効電源電圧の低下を被ることがある。このことは、当該装置のエネルギ蓄積が制限されている場合、例えば、当該装置の入力（電力受信機の出力）におけるキャパシタが望まれるよりも小さい場合などに特に関連する。装置は電力の伝送が中断される時間をブリッジする（埋める）ことができなければならず、このことは、通常、相対的に大きいコンデンサを必要とする（多くの実施形態では、電力受信機自体が、このようなコンデンサおよび潜在的に一定の出力電圧を供給するため電圧調整を含み得ることに留意されたい。しかしながら、これは記載された問題が外部負荷装置ではなく、電力受信機に関連することを意味するにすぎない）。
【０１８０】
タイムスロットが短すぎると、電力送信機は特定の動作を許容可能に実行できなくなる可能性がある。たとえば、測定を実行したときに測定信号が安定していない、またはサンプル数が不足しているなどの理由で、電力送信機が十分な精度でＦＯＤ（異物検出）測定を実行できない場合がある。別の例として、短すぎる異物検出期間は十分な通信帯域幅を提供しないことがあり、例えば、電力制御報告および他の測定結果の提供をサポートするのに十分なデータを通信できないことがある。
【０１８１】
したがって、異物検出期間の最適な持続時間は、電力受信機の特定の動作パラメータおよび構成などの、複数の特徴および特性に依存し得る。従って、いくつかの実施形態では電力受信機は電力送信機にメッセージを送信でき、該電力送信機は、このメッセージに応じて、異物検出期間のタイミングを適応させるように構成できる。
【０１８２】
該メッセージは、特に、異物検出期間の所与の持続時間に対する要求であってもよい。多くの実施形態では、電力受信機は、外部負荷によって引き出される電力のような動作条件を評価でき、エネルギ貯蔵器／キャパシタが該負荷への供給電圧が過度に低下するのを防止するのに十分な電荷を維持できる最大時間を計算できる。例えば、該最大持続時間は、２Ａの負荷と比較して、１Ａの負荷に対しては２倍大きくなり得る。したがって、電力受信機は、１Ａ負荷の場合よりも２Ａの場合の方が２倍大きい持続時間の要求を送信できる。
【０１８３】
他の例として、異物検出期間の持続時間のための適切な値は、電力受信機に関して例えば製造フェーズの間に予め決定されてもよい。例えば、電力受信機は、最大充電電流を有するバッテリ充電器であってもよい。内蔵キャパシタが最大充電電流を供給するのに十分な電荷を保持できる対応する持続時間は、設計フェーズ中に決定でき、製造フェーズ中に電力受信機に恒久的に記憶できる。電力送信機で電力伝送を開始するとき、電力受信機は、この値を取り出し、異物検出期間の持続時間の要求を電力送信機に送信できる。この場合、電力伝送フェーズは、該記憶された値に従った異物検出期間を有する反復時間フレームを使用して進行できる。電力受信機は要件および機能が非常に多様であり得るので、このことは、電力送信機および電力伝送動作が電力受信機の個々の特性に適応することを可能にし得る。
【０１８４】
いくつかの実施形態において、当該システムは、電力受信機から電力送信機に送信されるメッセージに基づいて、異物検出期間の間の持続時間を設定するように構成されてもよい。該システムは、特に、連続する反復時間フレームの異物検出期間の間の持続時間を設定でき、電力受信機から電力送信機へのメッセージングに応答して、異物検出期間の持続時間を効果的に適応させることができる。
【０１８５】
十分な平均電力伝送を提供するために、電力伝送期間中の電力伝送のピーク電力レベルは、これら期間の持続時間が短いほど増加する。多くの実施形態では、電力伝送レベルが（電力送信機によって、または場合によっては所与の最大電力量を抽出するようにのみ設計され得る電力受信機によって）制限され得る。そのような場合、電力受信機は、次の繰り返し期間の開始前にキャパシタが完全に充電されることを確実にするのに十分な異物検出期間の間の持続時間の要求を送信できる（これは、電力送信機が異物検出期間中に電力伝送信号をオフにする実施形態に特に適している）。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、単一の要求が、異物検出期間の持続時間およびこれら期間の間の持続時間の両方に関連して送信されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、反復時間フレームが一定の持続時間を有し、電力受信機は適用されるべき特定のデューティサイクルを要求できる。
【０１８７】
多くの実施形態では、電力送信機が異物検出期間の持続時間に最小持続時間要件を課すように構成される。この最小持続時間は、異物検出期間において実行されるべき動作が、実際に、所望の結果を達成するのに十分な時間を有することを保証するために使用できる。例えば、該最小持続時間は、異物検出を十分な信頼性（測定信号の設定及び安定化のための十分な時間を含む）で行うことができることを保証できる。他の例として、電力送信機は、通信が十分な帯域幅を有するために最小持続時間を必要とするように構成されてもよい。
【０１８８】
多くの実施形態では、電力送信機が異物検出期間の間の持続時間に最大持続時間要件を課すように構成される。この最大持続時間は、異物検出期間において実行されるべき動作が十分に頻繁に実行されることを保証するために使用されてもよい。例えば、該最大持続時間は、異物検出が、異物が許容できないレベルまで加熱され得る前に該異物の出現が検出されることを保証するために、十分に高い頻度で実行されることを保証し得る。他の例として、該最大持続時間は、通信が十分に頻繁に実行されることを保証し得る（例えば、前記電力制御ループのための十分な更新レートを可能にする）。
【０１８９】
さらに別の例として、いくつかの実施形態では、異物検出のための測定が、精度を改善するために、および／または何らかの冗長性を追加するために、複数の低減された電力間隔にわたって分散され得る。これにより、異物検出の精度を高めることができる。低減された電力時間の持続時間が短く、したがって少数のサンプル／測定しか許容しない場合、異物検出期間の間の持続時間は、異物が過度に加熱される前に検出されることを保証する所与の必要な時間内に十分な量のサンプル／測定値を補償し、取得することを可能にするために、短くできる。
【０１９０】
同様に、電力受信機は、タイミング値に制限を課すように構成されてもよい。例えば、電力受信機は、エネルギ貯蔵器（典型的にはコンデンサ）の放電が許容できない電圧降下を生じることなしに、十分な電力を外部負荷に供給できることを保証する最大値を前提として、異物検出期間の持続時間に対する所望の値を決定できる。
【０１９１】
同様に、電力受信機は、前述したように、電力受信機のキャパシタを完全に再充電できることを保証する最小値を条件に、異物検出期間の間の持続時間に対する所望の値を決定できる。
【０１９２】
多くの実施形態において、繰り返し期間のタイミング特性は、電力受信機および電力送信機の両方によって課される要件に従属するであろう。典型的に、電力送信機および電力受信機の両方は、当該タイミング値が採用されるために同時に満たされなければならない要件を有する。例えば、繰り返し期間の持続時間および／または連続する繰り返し期間の間の持続時間の設定は、電力送信機および電力受信機の両方の要件を満たす値に従う。
【０１９３】
さらに、多くの実施形態では、このことは、典型的には、当該装置（すなわち、電力受信機または電力送信機）のうちの一方が最大値に対して制限を課し、他方の装置が設定されるタイミング特性の最小値に対して制限を課すことであり得る。
【０１９４】
具体的には、先に説明したように、多くの実施形態において異物検出期間の持続時間は、電力送信機によって課される最小持続時間と、電力受信機によって課される最大持続時間とに従うものとなり得る。
【０１９５】
同様に、多くの実施形態において、異物検出期間の間の持続時間は、電力送信機によって課される最大持続時間と、電力受信機によって課される最小持続時間とに従うことになり得る。
【０１９６】
このような構成は、多くの実施形態において異物検出期間に対して適切なタイミングの効率的な制御を課すことができ、異物検出期間が両方の装置のために、したがって全体的な電力伝送のために許容可能な性能を可能にするタイミング特性を有することを両装置が独立に保証することにより、低減された複雑さおよびより容易な相互作用を可能にできる。
【０１９７】
異物検出期間のタイミング特性を設定するために使用される正確な方法およびメッセージ交換は、個々の実施形態の好みおよび要件に依存し、異なる方法を異なるシステムで使用できる。
【０１９８】
しかしながら、典型的にＱｉタイプ構成などの多くのシステムでは、この手法は、電力受信機が適切なタイミング値に対する要求を送信し、電力送信機が要求された値を受け入れるかまたは拒絶することに基づく。
【０１９９】
同様に、電力受信機は、準備フェーズ中に指示を送ることによって、異物検出期間中に所与の信号レベルが適用されることを要求できる。この要求は、電力受信機の親和的な金属が生成された信号に及ぼす影響を示す測定値、過電圧を防止するために異物検出期間中に電力受信機に供給されることを要する何らかの最小電力などに基づくことができる。該要求は、通常、公称電力送信機の推定値および動作条件に基づいており、したがって、最悪の場合のシナリオを反映する傾向がある。しかしながら、多くの実施形態では、初期設定を提供するために使用でき、該初期設定は、次いで、電力伝送フェーズの間に動作条件の実際の測定に応答して調整できる。
【０２００】
当該方法の利点は、電力受信機の親和的な金属が所定の電磁場に及ぼす影響を、例えば、製造または設計段階中に決定できることである。この場合、電力受信機はこの値を電力送信機に報告でき、該電力送信機は、異物検出を実行するときに電力受信機の影響を補償できる。この補償は、電力受信機が異物検出検査中に対応する電磁場強度を受ける場合、非常に正確になり得る。
【０２０１】
図７は、当該システムがどのように動作するかの（簡略化された）例を示す。
【０２０２】
最初に、電力伝送フェーズの前に、準備タイムスロット、ＰＲＥＰ  ＴＳが実行される。この準備タイムスロットの間に、電力受信機は負荷３０３を切断する。
【０２０３】
このことは、電力が全く（またはごくわずかしか）負荷に供給されず、したがって、電力送信機によって生成された信号から抽出されないことを意味する。電力送信機は、以下の条件が好ましくは当てはまる状況を確立するために、送信機コイル１０３への駆動信号を制御できる：
・  電力受信機の親和的な金属が磁界に及ぼす影響が、電力受信機によって知られているか、または電力受信機によって正確に決定できる。例えば、磁場の所定の振幅および周波数に対する該親和的な金属における電力散逸が、電力受信機によって知られている。
・  電力送信機は、上記親和的な金属と異物（存在する場合）との複合した影響を正確に測定できる。例えば、送信される電力を電力送信機によって正確に決定できる。
【０２０４】
その結果、当該システムは、磁場に対する異物の影響を正確に決定できる。この影響は、好ましくは、電力送信機が電力受信機に電力を供給しているときに送信機コイル１０３の磁界への露出によって生じる、異物内の電力散逸によって引き起こされる温度の予想される上昇に関係するものである。
【０２０５】
上記の状況を確立するために、電力受信機は、例えば、そのタイプ、許容される周波数範囲、およびオプションとして送信機コイル１０３のためのＡＣ信号の必要な振幅を通信することによって、適切な磁場に関する情報を提供できる。後者は、もちろん、送信機コイル１０３の設計に依存する。加えて、電力受信機は、誘導電圧が当該装置の親和的な金属が露出される場を良好に示す測定コイルを有し得る。その場合、電力受信機は、電力送信機に制御情報を供給して、当該場を、該電力受信機によって親和的な金属の影響を正確に決定できるレベルに制御できる。
【０２０６】
上記の状況が確立されたら、電力送信機は、駆動信号の設定、および電力受信機によって決定された親和的な金属の予想される影響を記憶できる。
【０２０７】
加えて、繰り返し時間フレームの持続時間および異物検出期間の持続時間のような、繰り返し時間フレームのための適切なタイミングパラメータを決定するために、通信を実行できる。
【０２０８】
準備フェーズの終了時に、一群のタイミングパラメータ及び異物検出信号レベルを設定できる。具体的には、該準備フェーズは、異物検出期間、異物検出期間の持続時間、および異物検出期間の間の時間に対する測定信号条件を決定していてもよい。
【０２０９】
その後、電力送信機は電力伝送フェーズ中にこれらの値を使用する。しかしながら、例えば、電力伝送期間と異物検出期間との間の遷移の正確なタイミングに関して、いくらかの変動／不確実性が典型的に存在するであろう。
【０２１０】
次いで、当該システムは、反復時間フレームが適用される電力伝送フェーズに入ることができる。図７の例では、反復時間フレームは、電力伝送期間が後続する異物検出期間で開始する。当該システムは、異物検出期間および電力伝送期間の両方を含む繰り返し時間フレーム全体の間において負荷３０３が切断される同期フェーズにおいて開始する。これは、図７において用語ＮＰ（Ｎｏ  Ｐｏｗｅｒ）によって示されている。
【０２１１】
当該システムは同期を更に実行し、電力受信機で過電圧が発生しないレベルに電力信号を維持しながら、同期が所望の信頼度／レベルに達成されたことを信頼性尺度が示すとき、該システムは通常の電力伝送動作に対応する第２動作モードに切り替わる。このモードでは、負荷３０３は、異物検出期間中は依然として切断されるが、電力伝送期間中は接続される。これが、図７において用語「ＰＷＲ」（電力）によって示されている。簡単かつ簡潔にするために、図７は同期フェーズを単一の反復時間フレームのみを備えるように示すが、典型的には複数の反復時間フレームを含むことが理解されるであろう（多くのアプリケーションでは、同期フェーズは（同期がいつ到達されたと見なされたかに応じて）１０または２０以上の反復時間フレームを含むことができる）。
【０２１２】
異物検出期間中の具体的な動作の一例として、前述したように、電力受信機が負荷３０３を切断することが挙げられる。このことは、負荷／電力受信機に電力が供給されない（またはほとんど供給されない）ことを意味する。電力送信機は、記憶されたドライブ信号の設定を適用し、親和的な金属と存在する何らかの異物との組み合わされた影響を測定する。該電力送信機は、この影響を、記憶された親和的な金属の予想される影響と比較して、該異物の影響を決定する。次に、該電力送信機は、状況が安全であるとみなす周波数、すなわち、異物の温度上昇が安全限界内にあると予想される周波数に関連して、駆動信号／電力伝送信号の最大振幅を決定できる。次いで、電力送信機は、電力伝送信号をこの最大レベルに制限し、電力受信機が電力伝送信号をこの最大値を超えるレベルに制御しようとした場合、警告を報告する。従って、この例では、電力伝送フェーズは異物の存在下では終了されず、むしろ、最大電力伝送信号レベルが異物内の温度上昇が許容レベルに制限されることを保証するレベルまで低下される。
【０２１３】
電力送信機が親和的な金属と異物との複合影響の変化を検出すると、該電力送信機は準備フェーズに戻って異物検出測定の条件を再確立できる。準備タイムスロットに戻るための早期トリガを防ぐために、電力送信機は複数のＦＯＤタイムスロットの結果を組み合わせる（例えば、平均化ウィンドウを適用する）ことができ、および／または、特定のマージン内で駆動信号を調整できる。
【０２１４】
多くの実施形態において、同期装置３１１は準備段階中に決定された一群のパラメータに基づいて同期を実行するように構成される。例えば、決定されたパラメータは同期のための開始パラメータとして使用されてもよく、したがって、タイミングパラメータの初期値は準備フェーズで決定されたものに対応するように設定されてもよい。例えば、異物検出期間から電力伝送期間への（およびその逆の）時間遷移の第１の推定値は、異物検出期間の一致された持続時間およびこれらの間の持続時間（反復時間フレームの持続時間）から決定されてもよい。これらのパラメータは、その後、同期のための初期パラメータとして使用されてもよく、例えば、それらは、測定されたレベル遷移時間と所定の値との間の差を反映するように初期エラー値が決定されるフェーズロックタイミングループのための初期パラメータとして使用されてもよい。
【０２１５】
他の実施形態では、準備フェーズ中に決定された値が、同期に制限を課すことができる。例えば、同期装置３１１は、異物検出期間の継続時間および異物検出期間の間の継続時間を、準備フェーズ中に決定された値に固定的に設定してもよい。次いで、同期装置３１１は、これらの条件下で最良の結果（最小エラー）を達成するように、タイミングオフセット、すなわち遷移の時刻を適応させることができる。
【０２１６】
前記信頼性尺度を決定するために、異なるアプローチが使用されてもよいことが理解されるであろう。多くの実施形態では、信頼性尺度は、現在の値と測定値との間の差を示すエラー信号に基づいて決定されてもよい。例えば、フェーズロックタイミングループの（平均化／ローパスフィルタ処理された）エラー信号は、同期の精度および信頼性の良好な指標を提供し得る。他の実施形態では、信頼性尺度は、代替的に又は追加的に、タイミング値の分散に応じて決定されてもよい。例えば、同期は、最初は比較的信頼性がなく、そのため、例えば、異物検出期間の開始のタイミングの変化は、大幅に変化し得る。しかしながら、同期がより正確になるにつれて、変動は正しい値に落ち着き、変化および変動は低減され得る。
【０２１７】
いくつかの実施形態では、信頼性尺度の決定は、電力受信機が第１モードで動作した時間を考慮に入れてもよい。いくつかの実施形態では、同期は最初的に信頼できるが、時間と共に改善すると考えることができる。いくつかの実施形態では、信頼性尺度は、より長い持続時間よりも短い持続時間に対してより低い信頼性を示すように生成され得る。低複雑度の例として、信頼性尺度は、同期動作が所与の時間にわたってアクティブになるまで、信頼性のない同期を示すように設定され得る。この時間は、典型的には、動的タイミングループ特性（例えば、適応レート）などの同期の動的特性に依存する。この時間の後、信頼性尺度は、エラー信号の大きさに依存する値に設定されてもよい。このような方法は、当該ループが第２動作モードへの切り替えをもたらすタイミングに適切に適合される前に、偶然一致した初期低エラー信号により信頼性尺度が高い信頼性を示すことを防止できる。これにより、同期が適切に達成される前に、電力受信機が第２モードに移行するのを防止できる。
【０２１８】
いくつかの実施形態では、前記信頼性尺度が準備フェーズ中に決定されたパラメータに応答して決定されてもよい。例えば、同期装置３１１は、例えばレベル遷移の検出に基づいて、反復時間フレームに自由に同期するように構成されてもよい。結果として得られるタイミング特性、具体的には、結果として得られる異物検出期間の持続時間およびこれらの間の間隔を、準備フェーズ中に決定された値と比較できる。信頼性尺度は、同期値が所定のフェーズの値（この場合、電力送信機によって印加されることが知られている値に対応すると考えられ得る）とどれだけ密接に一致するかを反映するように生成されてもよい。
【０２１９】
いくつかの実施形態において、同期装置３１１は、電力伝送期間および異物期間の各々における電力伝送信号に関する信号レベルの比較に基づいて、同期のための信頼性尺度を決定するように構成されてもよい。このような方法は、特に、「通常」の電力移送動作の間において、何らかの可能性のある同期フェーズ後の電力伝送フェーズ中の信頼性尺度を決定するのに適し得る。
【０２２０】
多くの実施形態において、同期装置３１１は、潜在的に非常に長い電力伝送動作を通して変動（電力送信機のタイミングまたはローカル時間基準のいずれかの）を追跡するために、電力伝送フェーズの間において電力伝送信号の反復時間フレームに連続的に同期できる。前述したように、このような同期は、期間の間の遷移における電力レベル遷移を検出することに基づくことができる。しかしながら、電力受信機は電力伝送信号の電力レベルを負荷条件に適合するように動的に適応させることができ、従って、電力伝送期間中に必要な電力伝送信号レベルが、電力伝送期間中に使用される所定のレベルに近くなることが可能である。このような場合、同期装置３１１は、遷移を正確に検出できないかも知れず、したがって、同期に失敗する可能性がある。したがって、いくつかの例では、同期化器３１１は、十分に大きな信号レベルステップを検出できない場合、不十分な同期を示す低レベルに信頼性尺度を設定できる。
【０２２１】
前の例は、同期が十分に信頼できることを信頼性尺度が示すことを検出した場合の第１のモードから第２のモードへの切り替えに焦点を当てた。しかしながら、代替的に又は追加的に、モードコントローラ３１３は、信頼性尺度に基づいて、電力受信機を第２のモードから第１のモードに切り替えるように構成されてもよい。具体的には、電力伝送フェーズ中および第２モードにあるときに、信頼性測定値が閾値を下回り、それによって同期もはや信頼できないことを示す場合、モード制御装置３１３は電力受信機を第１動作モードに切り換えてもよい。従って、具体例として、「通常」の電力伝送動作中に同期信頼度が低くなった場合、モードコントローラ３１３は電力受信機を、電力伝送期間中においても電力負荷が切断され、これにより、損傷させる過電圧状態が生じ得ないことを保証する第１モードに切り替えることができる。電力受信機は、さらに、専用の同期プロセスを開始し、例えば、電力送信機と通信して、そのような同期に適したパラメータを適用できる。
【０２２２】
いくつかの実施形態では、電力受信機が、第１の動作モードにおいて、同期動作を改善する可能性が高いアクションをとるように構成され得る。実際、多くの実施形態において、電力受信機は異物検出期間の間においてのみ負荷３０３を切断し、電力伝送期間では依然として負荷を接続し続けることができる。すなわち、第１モードと第２モードとの間で負荷動作に特別な差異はないであろう。しかしながら、電力受信機は、同期動作を修正するように構成されてもよく、電力送信機と特別に通信して、電力受信機による同期を容易にする電力伝送信号のパラメータを変更してもよい。
【０２２３】
具体例として、電力受信機コントローラ３０１は電力送信機と通信して、該電力送信機に、電力伝送期間と異物検出期間との差が増加され、これにより、異なる種類の期間の間の遷移の検出を容易にするように、電力伝送信号／発生電磁場の信号レベルを変化させるよう構成できる。
【０２２４】
例えば、前述のように、電力受信機コントローラ３０１は、電力制御ループを実施化し、電力制御メッセージを電力送信機に送信するように構成される。電力送信機は、これらのメッセージに応答して、電力伝送期間の間に信号レベルを適応させ、電力受信機コントローラ３０１は、取り出される電力を電力受信機により負荷３０３に給電するために必要とされるものと一致させる要求を生成するように構成される。
【０２２５】
しかしながら、電力受信機が第２のモードにあり（通常の電力伝送が進行中であり）、且つ、信頼性尺度が同期はもはや十分に正確ではないことを示す閾値を下回る場合（例えば、異物検出期間および電力伝送期間におけるレベルがほぼ等しいため）、モードコントローラ３１３は電力受信機を、該電力受信機が電力制御メッセージのための動作を、これらメッセージが異物検出期間と電力伝送期間との間に大きな（ｒ）差をもたらすように発生されるように変更する第１の動作モードに切り替えることができる。したがって、電力レベルが、電力受信機が負荷３０３に電力を供給するのに十分である（または高すぎる）場合であっても、電力受信機コントローラ３０１は、異物検出期間の信号レベルと電力伝送期間の信号レベルとの間の差を増加させるために、電力増加要求を送信し続けることができる。例えば、電力増加要求は検出される差が十分に大きくなるまで送信されてもよく、次いで、電力制御は、このレベルを維持するように継続されてもよい。したがって、このような例では、電力制御動作は、電力伝送動作のパラメータ（所要電力レベル）に基づくものから、同期のパラメータ（期間の間の信号レベルステップ）に基づくものに切り替わり得る。
【０２２６】
このようなアプローチは電力伝送フェーズ全体にわたって信頼性のある同期を維持するために特に有利であり得、例えば、電力伝送フェーズに入るときに初期同期フェーズが実行されない実施形態に適用可能であり得る。例えば、電力伝送フェーズは、同期の如何なる初期微調整も必要とせずに、準備フェーズ中に決定された初期パラメータ値に基づいて単に開始できる。電力伝送フェーズは、それに応じて、第２動作モードの電力受信機で直接開始されてもよい。しかしながら、電力伝送フェーズ中の同期が不正確／信頼できなくなることが検出された場合、モードコントローラ３１３は、電力受信機を第１の動作モードに切り替えて、（再）同期を実行できる。
【０２２７】
このようなアプローチは、通常、接続された負荷が多くの電力を取り出さない（相対的に高い抵抗値を有する）場合にのみ適用されるであろう。
【０２２８】
実際、第２の動作モードで電力伝送フェーズを直接開始することは、高い電力需要のために、電力受信機が、高信号レベルを提供するように電力送信機を迅速に制御しようとすることである。そうでなければ、電力受信機での電圧が、該電力受信機が動作可能なレベルよりも低下する可能性があるからである。外部負荷レベルは、通常、電力受信機の制御下になく、受信機は所与の負荷に対処しなければならない。
【０２２９】
このアプローチは、電力伝送フェーズ中の同期が異物検出期間と電力伝送期間との間の信号レベル変動を検出することに基づいて実行されるような例において、特に効率的な動作を提供できる。
【０２３０】
他の例として、いくつかの実施形態では、電力受信機コントローラ３０１が、第１動作モードにあるときの電力レベルに対する変化率を、第２動作モードにあるときよりも低いレベルに制限するように構成されてもよい。例えば、電力受信機が「通常」の電力伝送中および第２の動作モードで動作しているとき、電力受信機は、電力制御ループが高速変動に追従できるように該電力制御ループの高速適応を可能にする電力制御メッセージを送信できる。しかしながら、信頼性尺度が、例えば電力伝送期間と異物検出期間との間の信号レベル変化が小さいという判断のために、同期が信頼できないことを示す場合、モードコントローラ３１３は、電力受信機を、変化率が大幅に制限され得る第１動作モードに切り替えてもよい。具体的には、電力制御ループの動態は、非常に遅いループを実施化するように変更されてもよく、再同期のための時間を可能にし、且つ、同期が依然として信頼性のない間における電力信号の速い増加によって引き起こされる可能性のある負荷が切断されたときの電力受信機での過電圧状態を防止するために、電力レベルを徐々にだけ増加させることができる。多くの実施形態では、当該適応は、電力レベルの迅速な低減はサポートされるが、非常にゆっくりとした増加のみが可能であるというように、非対称であり得る。
【０２３１】
他の実施形態では、電力受信機コントローラ３０１は、そのような状況において、第１のモードに切り替えるときに最大電力信号レベルを提供するように電力送信機を制限するよう構成されてもよく、すなわち、第１の動作モードにあるときよりも第２のモードにあるときに、より高い電力信号レベルを可能にしてもよい。
【０２３２】
当該システムにおいて、前記電力受信機は、前記第２モードで動作している場合に、前記異物検出期間の開始直後に負荷３０３を切断するように構成されてもよく、該電力受信機は、前記異物検出期間の終了直前に負荷を再接続するように構成されていてもよく、該接続及び切断の両方は、前記電力伝送信号の繰り返し時間フレームに同期されたローカル時間基準に基づいて決定される。例えば、異物検出期間の開始時間および終了時間を決定でき、切断および再接続のための切り替え時間は、これらに設定できるが、典型的には異物検出期間内で常に遷移が生じることを保証するために、短い所定の時間オフセットを用いて設定できる。
【０２３３】
いくつかの実施形態では、電力受信機が、負荷を再接続するときに該負荷への電流を制限するように構成された電流制限器を備えることができる。具体的には、該電流制限器は、負荷３０３を再接続する際の大きな突入電流（例えば、負荷３０３が大きな容量性部品を含む場合に発生し得る）のリスクの代わりに、緩やかな増加のみが達成されるように、電流に対する変化率を所与の限界に制限するように構成されてもよい。該電流制限器は、例えば、インダクタの形態で実施化されてもよい。
【０２３４】
図８〜図１０は、負荷３０３が抵抗負荷要素Ｒｌｏａｄと、大きな容量性負荷Ｃｌｏａｄとの両方を有する、このようなアプローチのための回路例を示すために使用される。
【０２３５】
この例では、スイッチＳの開放に対応する異物検出期間の開始時に負荷３０３が切断される。該例では、異物検出期間中、Ｃｂｒｉｄｇｅ上の電圧は一定に保たれる。しかしながら、Ｃｌｏａｄの電圧はＲｌｏａｄによって低下する（負荷３０３が切断されている間において、すなわち、異物検出期間の間において、実効的に、ＣｌｏａｄはＲｌｏａｄによって表される負荷に電力を供給するエネルギ貯留器として作用し得る）。
【０２３６】
この状況において、図８の例のように電流制限が含まれない場合、これらの電圧を再平衡化するために、相対的に高い突入電流がＣｂｒｉｄｇｅからＣｌｏａｄに流れ得る。
【０２３７】
このような問題に対処する解決策は、例えば、このようなサージを避けるためにコンデンサＣｂｒｉｄｇｅとＣｌｏａｄとの間にインダクタを含めることによって電流変化を制限することである。他のしばしば好ましいアプローチは、降圧型（バック）コンバータのスイッチ素子としてＳを使用する降圧型コンバータを実施化することであり得る。このような例が図９に示されており、ここで、降圧型コンバータを形成するために、Ｄｂｕｃｋ及びＬｂｕｃｋが導入されている。多くの実施形態において、殆どのアプリケーションは、いずれにせよ、負荷Ｒｌｏａｄの間の電圧の何らかの後置制御を必要とする故に、このような構成要素はすでに存在するので、これは実質的に複雑さを増加させないであろう。
【０２３８】
上記記載は、明確化のために、本発明の実施態様を異なる機能回路、ユニット、およびプロセッサを参照して説明したことが理解されるであろう。しかしながら、本発明から逸脱することなく、異なる機能回路、ユニット、またはプロセッサ間の機能の任意の適切な分散を使用できることは明らかであろう。例えば、別個のプロセッサまたはコントローラによって実行されることが示されている機能は、同じプロセッサまた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または回路への言及は、厳密な論理的または物理的な構成または編成を示すのではなく、記載された機能を提供するための好適な手段への言及としてのみ見なされるべきである。
【０２３９】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せを含む任意の適切な形態で実施できる。本発明は、任意選択で、１つまたは複数のデータプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ上で実行され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施化され得る。本発明の実施形態の要素および構成要素は、任意の適切な方法で物理的、機能的、および論理的に実施化され得る。実際、斯かる機能は、単一のユニットで、複数のユニットで、または他の機能ユニットの一部として実施化されてもよい。したがって、本発明は、単一のユニットで実施されてもよく、または異なるユニット、回路、およびプロセッサの間で物理的および機能的に分散されてもよい。
【０２４０】
本発明はいくつかの実施形態に関連して説明されてきたが、本明細書に記載された特定の形態に限定されることは意図されていない。むしろ、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。さらに、特徴は特定の実施形態に関連して説明されるように見えるかもしれないが、当業者は説明された実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わされ得ることを認識するであろう。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除するものではない。
【０２４１】
好ましい値への言及は、それが異物検出初期化モードで決定された値であることを超えるいかなる限定も意味しないこと、すなわち、それが適応プロセスで決定されることによって好ましいことが理解されるであろう。好ましい値への参照は、例えば第１の値への参照に置き換えることができる。
【０２４２】
さらに、個別に列挙されているが、複数の手段、要素、回路、または方法ステップは、例えば、単一の回路、ユニット、またはプロセッサによって実施化され得る。さらに、個々の特徴が異なる請求項に含まれてもよいが、これらは場合によっては有利に組み合わされてもよく、異なる請求項に含まれることは特徴の組み合わせが実現可能及び／又は有利ではないことを意味しない。また、請求項の１つのカテゴリに特徴を含めることは、このカテゴリへの限定を意味するものではなく、むしろ、その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、当該特徴が実施されなければならない特定の順序を意味するものではなく、特に、方法の請求項における個々のステップの順序は、当該ステップがこの順序で実施されなければならないことを意味するものではない。むしろ、ステップは、任意の適切な順序で実行されてもよい。さらに、単数形の参照は、複数形を除外しない。従って、「第１」、「第２」等を参照しても、複数を排除するものではない。請求項中の参照符号は、単に明確な例として提供されているにすぎず、請求項の範囲を何らかの方法で限定するものと解釈してはならない。
【図１】
2021523667.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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