(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置であって、
送信コイルを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記送信アンテナが前記ワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、
送信電力を測定し、送信電力データを生成する送信電力測定部と、
（１）前記制御信号に含まれる電力制御データにもとづいて前記インバータ回路を制御し、送信電力を変化させるとともに、（２）前記ワイヤレス受電装置に送信すべき制御信号にもとづいて前記インバータ回路を制御し、前記電力信号を変調し、（３）前記送信電力データと、前記制御信号に含まれる受信電力データとにもとづいてパワーロスメソッドによる異物検出を行う、ロジック回路と、
を含み、
前記ロジック回路は、
前記ワイヤレス受電装置が第１負荷状態であるときに、前記電力制御データにもとづいて送信電力を制御する第１ステップ、
前記第１負荷状態において受信した第１受信電力データが第１条件を満たすとき、前記電力信号を変調して前記ワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信し、満たさないとき前記電力信号を変調して前記ワイヤレス受電装置に非アクナリッジを送信する第２ステップ、
前記ワイヤレス受電装置が前記第１負荷状態よりも重負荷である第２負荷状態であるときに、前記電力制御データにもとづいて送信電力を制御する第３ステップ、
前記第２負荷状態において受信した第２受信電力データが第２条件を満たすとき、前記電力信号を変調して前記ワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信し、満たさないとき前記電力信号を変調して前記ワイヤレス受電装置に非アクナリッジを送信する第４ステップ、
少なくとも前記第１受信電力データと前記第２受信電力データとにもとづいて、キャリブレーションに必要なデータを生成する第５ステップと、
を含むキャリブレーションシーケンスを実行し、
前記ロジック回路はさらに、
前記キャリブレーションシーケンスの開始から第１所定時間が経過すると、前記第２受信電力データが前記第２条件を満たさなくても強制的にアクナリッジを送信し、前記第２条件を満たす前記第２受信電力データを引き続き待つ第６ステップと、
前記第２条件を満たす前記第２受信電力データを受信すると、キャリブレーションに必要なデータを生成する第７ステップと、
を実行することを特徴とするワイヤレス送電装置。
【請求項２】
前記ロジック回路は、前記第６ステップにおいて、第２所定時間内に前記第２条件を満たす前記受信電力データを受信しないとき、前記キャリブレーションシーケンスを終了し、前記送信電力を所定値以下に制限した状態で、前記ワイヤレス受電装置への送電を開始することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
【請求項３】
Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス送電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のワイヤレス送電装置を備えることを特徴とする充電器。
【請求項５】
ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に使用される制御回路であって、
前記ワイヤレス送電装置は、前記制御回路に加えて、
送信コイルを含む送信アンテナと、
前記送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記送信アンテナが前記ワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、
送信電力を測定し、送信電力データを生成する送信電力測定部と、
前記制御信号に含まれる電力制御データにもとづいて前記インバータ回路を制御し、送信電力を変化させる電力制御部と、
前記送信電力データと、前記制御信号に含まれる受信電力データとにもとづいてパワーロスメソッドによる異物検出を行うシーケンサと、
前記シーケンサが発行するアクナリッジ・非アクナリッジに応じて前記インバータ回路のスイッチング周波数を変化させる変調器と、
を含み、
前記シーケンサは、
前記ワイヤレス受電装置が第１負荷状態であるときに、前記電力制御部に前記電力制御データにもとづいて送信電力を制御するステップ、
前記第１負荷状態において受信した第１受信電力データが第１条件を満たすとき、アクナリッジを発行し、満たさないとき非アクナリッジを発行するステップ、
前記ワイヤレス受電装置が前記第１負荷状態よりも重負荷である第２負荷状態であるときに、前記電力制御部に前記電力制御データにもとづいて送信電力を制御させるステップ、
前記第２負荷状態において受信した第２受信電力データが第２条件を満たすとき、アクナリッジを発行し、満たさないとき非アクナリッジを発行するステップ、
少なくとも前記第１受信電力データと前記第２受信電力データとにもとづくデータ処理を行うステップ、
を含むキャリブレーションシーケンスを実行し、
前記シーケンサは、
前記キャリブレーションシーケンスの開始から第１所定時間が経過すると、前記第２受信電力データが前記第２条件を満たさなくても、強制的なアクナリッジを発行するステップ、
前記第２条件を満たす前記第２受信電力データを引き続き待つステップ、
前記第２条件を満たす前記第２受信電力データを受信すると、前記データ処理を行うステップ、
を実行することを特徴とする制御回路。
【請求項６】
前記シーケンサは、
第２所定時間内に前記第２条件を満たす前記受信電力データを受信しないとき、前記キャリブレーションシーケンスを終了し、前記送信電力を所定値以下に制限した状態で、前記ワイヤレス受電装置への送電を開始することを特徴とする請求項５に記載の制御回路。
【請求項７】
Ｑｉ規格に準拠することを特徴とする請求項５または６に記載の制御回路。
【請求項８】
ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置を備えるＱｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムにおいて、パワーロスメソッドによる異物検出のキャリブレーション方法であって、
前記ワイヤレス受電装置を第１負荷状態とするステップと、
前記ワイヤレス送電装置が、前記ワイヤレス受電装置からのコントロールエラーパケットにもとづいて送信電力を調節するステップと、
前記第１負荷状態において前記ワイヤレス受電装置が受信電力を測定し、測定値を示す第１受信電力データを、前記ワイヤレス送電装置に送信するステップと、
前記ワイヤレス送電装置が、第１条件を満たす前記第１受信電力データを受信すると、前記ワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信するステップと、
前記アクナリッジに応答して、前記ワイヤレス受電装置を、前記第１負荷状態よりも重負荷である第２負荷状態とするステップと、
前記ワイヤレス送電装置が、前記ワイヤレス受電装置からのコントロールエラーパケットにもとづいて送信電力を調節するステップと、
前記第２負荷状態において前記ワイヤレス受電装置が受信電力を測定し、測定値を示す第２受信電力データを、前記ワイヤレス送電装置に送信するステップと、
前記ワイヤレス送電装置が、第２条件を満たす前記第２受信電力データを受信すると、前記ワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信するステップと、
前記ワイヤレス送電装置が、前記第１受信電力データおよび前記第２受信電力データにもとづき、パワーロスメソッドのキャリブレーション処理を行うステップと、
キャリブレーションシーケンスの開始から第１所定時間が経過すると、前記ワイヤレス送電装置が、前記第２受信電力データが前記第２条件を満たさなくても強制的にアクナリッジを送信するステップと、
前記強制的なアクナリッジを受信した前記ワイヤレス受電装置が、前記第２負荷状態を維持し、前記第２受信電力データの測定及び送信を継続するステップと、
を備えることを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項９】
強制的なアクナリッジの送信後、第２所定時間が経過すると、前記キャリブレーションシーケンスを終了し、前記送信電力を所定値以下に制限した状態で、前記ワイヤレス受電装置への送電を開始するステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のキャリブレーション方法。
【請求項１０】
ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置を備えるＱｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムにおいて、パワーロスメソッドによる異物検出のキャリブレーション方法であって、
前記ワイヤレス受電装置の負荷状態を２段階で切り替え、各段階において受信電力および送信電力のペアを測定するステップと、
前記２段階で測定された前記受信電力および前記送信電力のペアにもとづき、キャリブレーション処理を行うステップと、
前記キャリブレーション処理が成功したとき、通常の送電モードに移行するステップと、
前記キャリブレーション処理が失敗したときに、前記キャリブレーションの延長処理を行うステップと、
前記キャリブレーションの延長処理によって、前記キャリブレーションが成功した場合、前記通常の送電モードに移行し、前記キャリブレーションが失敗した場合、前記送信電力を所定値以下に制限するステップと、
を備えることを特徴とするキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電技術に関し、特に送信電力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に電力を供給するために、ワイヤレス給電が普及し始めている。異なるメーカーの製品間の相互利用を促進するために、ＷＰＣ（Wireless Power Consortium）が組織され、ＷＰＣにより国際標準規格であるＱｉ（チー）規格が策定された。
【０００３】
Ｑｉ規格にもとづいたワイヤレス給電は、送信コイルと受信コイル間の電磁誘導を利用したものである。給電システムは、送信コイルを有する給電装置と、受信コイルを有する受電端末で構成される。
【０００４】
図１は、Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システム１０の構成を示す図である。給電システム１０は、送電装置２０（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３０（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３０は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。
【０００５】
送電装置２０は、送信コイル（１次コイル）２２、インバータ回路２４、コントローラ２６、復調器２８を備える。インバータ回路２４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路を含み、送信コイル２２に駆動信号Ｓ１、具体的にはパルス信号を印加し、送信コイル２２に流れる駆動電流により、送信コイル２２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。コントローラ２６は、送電装置２０全体を統括的に制御する。
【０００６】
Ｑｉ規格では、送電装置２０と受電装置３０の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３０から送電装置２０に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３２（２次コイル）から送信コイル２２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３０に対する電力供給量を制御する電力制御データ（パケットともいう）や、受電装置３０の固有の情報を示すデータなどが含まれる。復調器２８は、送信コイル２２の電流あるいは電圧にもとづいて制御信号Ｓ３を復調する。コントローラ２６は、復調された制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データにもとづいて、インバータ回路２４を制御する。
【０００７】
受電装置３０は、受信コイル３２、整流回路３４、平滑キャパシタ３６、変調器３８、負荷４０、コントローラ４２、電源回路４４を備える。受信コイル３２は、送信コイル２２からの電力信号Ｓ２を受信するとともに、制御信号Ｓ３を送信コイル２２に対して送信する。整流回路３４および平滑キャパシタ３６は、電力信号Ｓ２に応じて受信コイル３２に誘起される電流Ｓ４を整流・平滑化し、直流電圧ＶＲＥＣＴに変換する。
【０００８】
電源回路４４は、送電装置２０から供給された電力を利用して図示しない二次電池を充電し、あるいは直流電圧ＶＲＥＣＴを昇圧あるいは降圧し、コントローラ４２やその他の負荷４０に供給する。
【０００９】
コントローラ４２は、整流電圧ＶＲＥＣＴがその目標値に近づくように、送電装置２０からの電力供給量を制御する電力制御データ（コントロールエラーパケット、ＣＥパケットとも称する）を生成する。変調器３８は、電力制御データを含む制御信号Ｓ３を変調し、受信コイル３２のコイル電流を変調することにより、送信コイル２２のコイル電流およびコイル電圧を変調する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０３８８５４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０７９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
Ｑｉ規格は当初、携帯電話端末、スマートホン、タブレット端末など、５Ｗ以下の低電力向けに策定された（Volume I Low Power、以下、Low Power規格という）。続いて、１５Ｗまでの中電力（Volume II Middle Power、以下、Middle Power規格という）の策定の準備が進められ、将来的には１２０Ｗの大電力をサポートすることが計画されている。
【００１２】
この給電システム１０では、送電装置２０と受電端末（電子機器）は、比較的自由な空間に配置されるため、送信コイル２２と受信コイル３２の間、あるいはその近傍に、金属片などの導電性の異物（Foreign Object）が置かれる状況が生じうる。この状態でワイヤレス給電が行われると、異物に電流が流れ、電力損失が発生してしまう。また異物が発熱するという問題がある。そこでＱｉ規格では、異物検出（Foreign Object Detection）が規定されている。
【００１３】
このＦＯＤでは、送電装置２０が送出した電力信号Ｓ２の電力ＰＴＸと、受電装置３０が受信した電力信号Ｓ２の電力ＰＲＸとが比較され、それらの間に許容値を超える不一致（差分）が発生した場合に、異物が存在するものと判定される。これはパワーロスメソッドと称される。図２は、パワーロスメソッドを説明する図である。送信電力ＰＴＸと受信電力ＰＲＸの差分が電力損失（パワーロス）ＰＬＯＳＳであり、異物ＦＯが存在する場合にはパワーロスＰＬＯＳＳが大きく、異物ＦＯが存在しない場合にはパワーロスＰＬＯＳＳは小さくなる。したがってパワーロスメソッドでは、パワーロスＰＬＯＳＳにもとづいて異物ＦＯの有無が判定される。
【００１４】
送信電力ＰＴＸ、受信電力ＰＲＸは、以下の式で与えられる。
ＰＴＸ＝ＰＩＮ−ＰＴＸ＿ＬＯＳＳ
ＰＲＸ＝ＰＯＵＴ＋ＰＲＸ＿ＬＯＳＳ
ＰＩＮ，ＰＯＵＴは精度よく測定できたとしても、送電装置２０における損失ＰＴＸ＿ＬＯＳＳ、受電装置３０における損失ＰＲＸ＿ＬＯＳＳを正確に測定することは困難である。したがって送信電力ＰＴＸ、受信電力ＰＲＸの測定値は、ある程度の誤差を含む。送信電力ＰＴＸや受信電力ＰＲＸそれぞれについて、測定値と実際の値の誤差が大きいと、パワーロスＰＬＯＳＳの誤差も大きくなるため、異物ＦＯを誤検出したり、異物ＦＯを検出できないという問題が生ずる。
【００１５】
Middle Power規格では送信電力が１５Ｗまで引き上げられるため、異物に対してシビアであり、異物検出にはLow Power規格に比べて、さらなる正確性が要求される。そこでMiddle Power規格では、パワーロスメソッドの精度を高めるために、電力のキャリブレーションが規定された。
【００１６】
図３は、Middle Power規格における電力のキャリブレーションを説明する図である。横軸は、受信電力ＰＲＸを、縦軸は送信電力ＰＴＸを表す。キャリブレーションは異物が存在しない状況を想定して行われる。送信電力ＰＴＸ，受信電力ＰＲＸのペアが、２点Ｐ１，Ｐ２において測定される。第１点Ｐ１は、図２の平滑キャパシタ３６から図示しない負荷への供給電力を十分に小さくした軽負荷状態で測定される。軽負荷状態において受電装置３０は、整流電圧ＶＲＥＣＴが目標値と一致するようにＣＥパケットを生成する。送電装置２０は、ＣＥパケットに応答して、要求される送信電力ＰＴＸを送信する。受電装置３０は、整流電圧ＶＲＥＣＴと負荷電流の積にもとづいて出力電力ＰＯＵＴ、ひいては受信電力ＰＲＸ＿ＬＩＧＨＴを測定し、それを示す制御信号Ｓ３を送電装置２０に送信する。送電装置２０は、受信電力ＰＲＸ＿ＬＩＧＨＴを示すデータを受信すると、受電装置３０にアクナリッジＡＣＫを返す。また送電装置２０は、軽負荷状態における送信電力ＰＴＸ＿ＬＩＧＨＴを測定する。
【００１７】
第２点Ｐ２は、図１の平滑キャパシタ３６から電源回路４４への負荷電流を大きくした状態（接続状態という）で測定される。接続状態においても受電装置３０は、整流電圧ＶＲＥＣＴが目標値と一致するようにＣＥパケットを生成する。送電装置２０は、ＣＥパケットに応答して、要求される送信電力ＰＴＸを送信する。受電装置３０は、整流電圧ＶＲＥＣＴと負荷電流の積にもとづいて受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定し、それを示す制御信号Ｓ３を送電装置２０に送信する。送電装置２０は、受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを示すデータを受信すると、受電装置３０にアクナリッジＡＣＫを返す。また送電装置２０は、接続状態における送信電力ＰＴＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定する。
【００１８】
上述のようにキャリブレーションは、異物が存在しない状態で行う必要があるところ、キャリブレーション時間が長くなると、異物によりキャリブレーションが邪魔される可能性が高くなる。したがってキャリブレーションは、１０秒程度の短い時間内で完了することがＱｉ規格により求められる反面、そのような短い時間では、軽負荷状態と接続状態の２点における電力測定が完了しない場合も想定される。
【００１９】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、確実なキャリブレーションが可能なワイヤレス送電装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のある態様は、ワイヤレス受電装置に電力信号を送信するワイヤレス送電装置に関する。ワイヤレス送電装置は、送信コイルを含む送信アンテナと、送信アンテナに交流の駆動信号を印加するインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御回路と、を備える。制御回路は、送信アンテナがワイヤレス受電装置から受信した制御信号を復調する復調器と、送信電力を測定し、送信電力データを生成する送信電力測定部と、（１）制御信号に含まれる電力制御データにもとづいてインバータ回路を制御し、送信電力を変化させるとともに、（２）ワイヤレス受電装置に送信すべき制御信号にもとづいてインバータ回路を制御し、電力信号を変調し、（３）送信電力データと、制御信号に含まれる受信電力データとにもとづいてパワーロスメソッドによる異物検出を行う、ロジック回路と、を含む。
ロジック回路は、以下の処理（ステップ）を含むキャリブレーションシーケンスを実行する。
第１ステップ）  ワイヤレス受電装置が第１負荷状態であるときに、電力制御データにもとづいて送信電力を制御する。
第２ステップ）  第１負荷状態において受信した第１受信電力データが第１条件を満たすとき、電力信号を変調してワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信し、満たさないとき電力信号を変調してワイヤレス受電装置に非アクナリッジを送信する。
第３ステップ）  ワイヤレス受電装置が第１負荷状態よりも重負荷である第２負荷状態であるときに、電力制御データにもとづいて送信電力を制御する。
第４ステップ）  第２負荷状態において受信した第２受信電力データが第２条件を満たすとき、電力信号を変調してワイヤレス受電装置にアクナリッジを送信し、満たさないとき電力信号を変調してワイヤレス受電装置に非アクナリッジを送信する。
第５ステップ）  少なくとも第１受信電力データと第２受信電力データとにもとづいて、所定のデータ処理を行う。
ロジック回路はさらに、
第６ステップ）キャリブレーションシーケンスの開始から第１所定時間が経過すると、第２受信電力データが第２条件を満たさなくても強制的にアクナリッジを送信し、第２条件を満たす第２受信電力データを引き続き待つ。
第７ステップ）  そして第２条件を満たす第２受信電力データを受信すると、所定のデータ処理を実行する。
【００２１】
この態様によると、第１所定時間が経過したときに、強制的なアクナリッジを発行することで、規格の要求を満たすことができる。また、ワイヤレス送電装置は、強制的なアクナリッジの後に、キャリブレーションを延長し、ワイヤレス受電装置から引き続き送られてくる第２受信電力データを受信して第２条件を満たすか否かを引き続き監視し、満たす場合には、その第２受信電力データを利用して、キャリブレーションデータを生成する。これにより、第１所定時間内にキャリブレーションが成功しない状況においても、キャリブレーションが可能となる。
【００２２】
ロジック回路は、第６ステップにおいて、第２所定時間内に第２条件を満たす受信電力データを受信しないとき、キャリブレーションシーケンスを終了し、送信電力を所定値以下に制限した状態で、ワイヤレス受電装置への送電を開始してもよい。
この状態は、キャリブレーションの失敗を意味しており、大電力での給電時に異物検出の精度が低下するおそれがある。したがって送信電力を制限することで、安全性を高めることができる。
【００２３】
ある態様のワイヤレス送電装置はＱｉ規格に準拠してもよい。
【００２４】
本発明の別の態様は充電器に関する。充電器は上述のワイヤレス送電装置を備えてもよい。
【００２５】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のある態様によれば、パワーロスメソッドのキャリブレーションを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｑｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムの構成を示す図である。
【図２】パワーロスメソッドを説明する図である。
【図３】Middle Power規格における電力のキャリブレーションを説明する図である。
【図４】実施の形態に係るワイヤレス送電装置を備える給電システムのブロック図である。
【図５】実施の形態に係るキャリブレーションのフローチャートである。
【図６】キャリブレーション処理の第１のシーケンス図である。
【図７】キャリブレーション処理の第２のシーケンス図である。
【図８】キャリブレーション処理の第３のシーケンス図である。
【図９】送電装置を備える充電器の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２９】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００３０】
実施の形態に係るＱｉ規格に準拠したワイヤレス給電システムにおいては、パワーロスメソッドによる異物検出が行われ、充電開始に先立ち、キャリブレーションが行われる。本実施の形態では、このキャリブレーション機能を備えた送電装置２００について説明する。
【００３１】
図４は、実施の形態に係るワイヤレス送電装置を備える給電システム１００のブロック図である。給電システム１００は、送電装置２００（ＴＸ、Power Transmitter）と受電装置３００（ＲＸ、Power Receiver）と、を備える。受電装置３００は、携帯電話端末、スマートホン、オーディオプレイヤ、ゲーム機器、タブレット端末などの電子機器に搭載される。以下では、送電装置２００および受電装置３００は、Ｑｉ規格に準拠することを前提として説明する。
【００３２】
送電装置２００は、たとえば充電台を有する充電器に搭載される。送電装置２００は、送信アンテナ２０１、インバータ回路２０４および制御回路２１０を備える。送信アンテナ２０１は、直列に接続された送信コイル（１次コイル）２０２および共振コンデンサ２０３を含む。
【００３３】
インバータ回路２０４は、Ｈブリッジ回路（フルブリッジ回路）あるいはハーフブリッジ回路であり、図示しない電源からの直流電圧ＶＤＤを交流の駆動信号Ｓ１に変換し、送信アンテナ２０１に供給する。その結果、送信コイル２０２に流れる駆動電流により、送信コイル２０２に電磁界の電力信号Ｓ２を発生させる。
【００３４】
制御回路２１０は、送電装置２００全体を統括的に制御する。制御回路２１０は、復調器２１２、送信電力測定部２１４、電力制御部２１６、ドライバ２１８、異物検出器２２０、シーケンサ２２２を備える。制御回路２１０は、ひとつの半導体基板に一体に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）であってもよい。
【００３５】
Ｑｉ規格では、送電装置２００と受電装置３００の間で通信プロトコルが定められており、受電装置３００から送電装置２００に対して、制御信号Ｓ３による情報の伝達が可能となっている。この制御信号Ｓ３は、後方散乱変調（Backscatter modulation）を利用して、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調された形で、受信コイル３０２（２次コイル）から送信コイル２０２に送信される。この制御信号Ｓ３には、たとえば、受電装置３００に対する電力供給量を制御する電力制御データ（コントロールエラーパケット、以下ＣＥパケットともいう）が含まれる。ＣＥパケットは、受電装置３００において生成される整流電圧とその目標値との誤差を示しており、整流電圧が目標値より高いとき、ＣＥパケットは負の値をとり、整流電圧が目標値より低いとき、ＣＥパケットは正の値をとる。Ｑｉ規格においては送電装置２００と受電装置３００により、送信電力に関してＰＩＤ（比例・積分・微分）制御のフィードバックループが形成される。
【００３６】
そのほか、制御信号Ｓ３には、受電装置３００の固有の情報を示すデータ、たとえば受電装置３００の受信電力の最大値（最大受信電力）ＰＭＡＸ_RXなどが含まれる。また、パワーロスメソッドによる異物検出を目的として、受電装置３００において測定された受信電力ＰＲＸを示す受信電力データＳ５が含まれる。
【００３７】
復調器２１２は、送信アンテナ２０１がワイヤレス受電装置３００から受信した制御信号Ｓ３を復調する。電力制御部２１６は、制御信号Ｓ３に含まれる電力制御データ（コントロールエラーパケット、以下、ＣＥパケットと称する）にもとづいて、インバータ回路２０４を制御し、送信電力ＰＴＸを変化させる。
【００３８】
送信電力測定部２１４は、パワーロスメソッドによる異物検出、ならびにそのキャリブレーションを目的として、送信電力ＰＴＸを測定し、測定された送信電力ＰＴＸを示す送信電力データＳ６を生成する。送信電力ＰＴＸは、インバータ回路２０４に供給される電源電圧ＶＤＤと、インバータ回路２０４に流れる電流ＩＤＤの積として測定してもよい。
【００３９】
異物検出器２２０は、Power Transfer Phaseにおいて、パワーロスメソッドにもとづいて異物検出を行う。具体的には、受信電力データＳ５と送信電力データＳ６にもとづき、送信電力ＰＴＸと受信電力ＰＲＸを比較し、それらの間に許容値を超える不一致（差分）が発生した場合に、異物が存在するものと判定する。異物が検出されると制御回路２１０は、送電を停止しあるいは送信電力を低下させる。なお、送信電力と受信電力の関係は、シーケンサ２２２により生成されるキャリブレーションデータＳ７にもとづいて補正される。
【００４０】
シーケンサ２２２は、パワーロスメソッドによる異物検出に先立ち、キャリブレーション処理を実行する。キャリブレーション処理とは、キャリブレーションデータＳ７を生成するための一連の処理、もしくはキャリブレーションデータＳ７の生成に必要なデータを取得するための一連の処理を意味する。
【００４１】
変調器２２４は、送電装置２００から受電装置３００へと情報Ｓ８を送信するために、インバータ回路２０４のスイッチング周波数を変調する（ＦＳＫ）。情報Ｓ８は、後述するアクナリッジＡＣＫ、非アクナリッジＮＡＣＫを含む。
【００４２】
電力制御部２１６、異物検出器２２０、シーケンサ２２２、変調器２２４は、ハードウェアとしてロジック回路で構成することができ、したがってそれらをロジック回路２１１と総称する。
【００４３】
続いて、送電装置２００によるキャリブレーション処理について詳細に説明する。キャリブレーション処理は、主としてシーケンサ２２２の制御のもと、制御回路２１０のその他のブロックが動作することにより行われる。
【００４４】
図５は、実施の形態に係るキャリブレーションのフローチャートである。起動処理Ｓ１００において、Ｑｉ規格で定められるAnalog Pingフェーズ、Digital Pingフェーズが実行される。そして送電装置２００と受電装置３００のリンクが確立し、相互に通信が可能となる。
【００４５】
続いて、キャリブレーション処理Ｓ１０２が行われる。キャリブレーション処理Ｓ１０２では、図３を参照して説明したように、異なる２つの負荷状態Ｐ１，Ｐ２において、送信電力ＰＴＸ、受信電力ＰＲＸが測定され、それらの測定値にもとづいたキャリブレーションが行われる。キャリブレーションが成功すれば（ＯＫ）、通常の送電モード（Power Transfer Phase）に移行する（Ｓ１０８）。
【００４６】
キャリブレーション処理Ｓ１０２開始から、第１所定時間τ１（たとえば１０秒）が経過しても、キャリブレーションが完了しない場合（ＮＧ）、キャリブレーションが強制終了される（Ｓ１０３）。
【００４７】
一旦、キャリブレーションＳ１０３が強制終了した後に、キャリブレーションの延長処理（Ｓ１０４）に移行する。この延長処理Ｓ１０４により、キャリブレーションが成功すれば、通常の送電モードＳ１０８に移行する。
【００４８】
延長処理Ｓ１０４に移行したのち、第２所定時間τ２（たとえば１０秒）がさらに経過しても、キャリブレーションが完了しない場合、キャリブレーションが失敗したものとして（ＮＧ）、送信電力制限モードＳ１０６に移行する。送信電力制限モードＳ１０６においては、送信電力ＰＴＸが、所定値以下に制限される。具体的には、送信電力制限モードＳ１０６では、Middle Power（１５Ｗ）に対応した受電装置３０に対して、Low Powerで規定される値（５Ｗ）以下に制限した給電が行われる。
【００４９】
図６は、キャリブレーション処理の第１のシーケンス図である。このシーケンスは、図５において、Ｓ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０８の順で遷移した状態に対応する。はじめに、受電装置（ＲＸ）が第１負荷状態となる（Ｓ２００）。第１負荷状態は、電源回路４４の入力電流が十分に小さい軽負荷状態である。この状態で、整流電圧ＶＲＥＣＴが目標値と一致するようにＣＥパケットが生成され、ＴＸに送信される（Ｓ２０２）。ＴＸの電力制御部２１６は、ＣＥパケットにもとづいて送信電力ＰＴＸを調節する（Ｓ２０４）。
【００５０】
ＲＸにおいて状態が安定すると、そのときの受信電力ＰＲＸ＿ＬＩＧＨＴが測定され（Ｓ２０６）、そのときの測定された受信電力ＰＲＸ＿ＬＩＧＨＴを示す第１受信電力データＳ５＿１がＴＸに送信される（Ｓ２０８）。ＴＸのシーケンサ２２２は、第１受信電力データＳ５＿１が第１条件を満たすか否かを判定し、満たすときに、第１受信電力データＳ５＿１の正常な受信を示すアクナリッジＡＣＫをＲＸに返す（Ｓ２１０）。アクナリッジＡＣＫの送信は、変調器２２４により行われる。第１条件は、第１受信電力データＳ５＿１が、規格で定められた範囲に含まれることであってもよい。続いてＴＸの送信電力測定部２１４は、第１負荷状態における送信電力ＰＴＸ＿ＬＩＧＨＴを測定し、第１送信電力データＳ６＿１を生成する（Ｓ２１２）。
【００５１】
続いて受電装置（ＲＸ）が第２負荷状態となる（Ｓ２１４）。第２負荷状態は、電源回路４４の入力電流がある程度大きい接続状態（Connected State）である。この状態で、整流電圧ＶＲＥＣＴが目標値と一致するようにＣＥパケットが生成され、ＣＥパケットにもとづき送信電力ＰＴＸが調節される（Ｓ２１６，Ｓ２１８）。ＲＸにおいて状態が安定すると、そのときの受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤが測定され（Ｓ２２０）、受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを示す第２受信電力データＳ５＿２がＴＸに送信される（Ｓ２２２）。
【００５２】
ＴＸのシーケンサ２２２は、第２受信電力データＳ５＿２が所定の第２条件を満たすとき、アクナリッジＡＣＫを返す（Ｓ２２４）。第２条件は、第２受信電力データＳ５＿２が、所定値（たとえば５Ｗ）より大きいことであってもよい。続いてＴＸの送信電力測定部２１４は、第２負荷状態における送信電力ＰＴＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定し、第２送信電力データＳ６＿２を生成する（Ｓ２２６）
【００５３】
そしてＴＸのシーケンサ２２２は、２つの負荷状態において測定された送信電力、受信電力にもとづいて、所定のデータ処理を行う（Ｓ２２８）。所定のデータ処理は、パワーロスメソッドのキャリブレーションに必要なキャリブレーションデータＳ７の生成であってもよい。そして通常送電モードに移行する（Ｓ１０８）。通常送電モードＳ１０８においては、キャリブレーションされたパワーロスメソッドにもとづいて、異物検出器２２０により異物検出が行われる。
【００５４】
図７は、キャリブレーション処理の第２のシーケンス図である。このシーケンスは、図５において、Ｓ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０８の順で遷移した状態に対応する。図７には、ステップＳ２１４以降のみが示される。それより前の処理は、図６と同様である。
【００５５】
接続状態において受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤが測定され（Ｓ２２０）、第２受信電力データＳ５＿２がＴＸに送信される（Ｓ２２２）。第２受信電力データＳ５＿２が第２条件を満たさないとき、ＴＸは非アクナリッジＮＡＣＫを返す（Ｓ２３０）。非アクナリッジＮＡＣＫは、アクナリッジＡＣＫと同様に、変調器２２４によるＦＳＫにより送信される。ＮＡＣＫを受けたＲＸは、再度、接続状態の受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定し（Ｓ２２０）、ＴＸに第２受信電力データを送信する（Ｓ２２２）。この処理は、ＲＸがＡＣＫを受信するまで繰り返される。
【００５６】
もし、第１所定時間τ１内にアクナリッジＡＣＫが返れば、図６の制御フローに示すように、送信電力ＰＴＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤが測定され（Ｓ２２６）、キャリブレーションデータＳ７が生成され（Ｓ２２８）、通常の給電が行われる（Ｓ１０８）。
【００５７】
処理Ｓ２２０〜Ｓ２３０の繰り返しにおいて、第１所定時間τ１のうちに、第２条件を満たす第２受信電力データＳ５＿２がＴＸに送信されない場合、シーケンサ２２２は強制的なアクナリッジＡＣＫを発行し、ＴＸからＲＸに送信され、一旦、キャリブレーションが強制終了する（Ｓ１０３）。
【００５８】
これにより、キャリブレーションが延長される（図５のＳ１０３）。ＲＸは、引き続き、受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定し（Ｓ２３４）、第２受信電力データをＴＸに送信する（Ｓ２３６）。その結果、第２条件が満たされればアクナリッジＡＣＫが返される（Ｓ２３８）。この処理は、第２条件が満たされるまで繰り返される。
【００５９】
アクナリッジを送信したＴＸは、送信電力ＰＴＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定し（Ｓ２２６）、キャリブレーション処理（Ｓ２２８）を行う。そして通常の給電が行われる（Ｓ１０８）。
【００６０】
図８は、キャリブレーション処理の第３のシーケンス図である。このシーケンスは、図５において、Ｓ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０６の順で遷移した状態に対応する。図８には、キャリブレーションの強制終了（Ｓ１０３）以降の処理のみが示される。それより前の処理は、図７と同様である。
【００６１】
キャリブレーションの強制終了（Ｓ１０３）の後、キャリブレーションが延長される。この延長期間の間、ＲＸは接続状態での受信電力ＰＲＸ＿ＣＯＮＮＥＣＴＥＤを測定する。ＴＸは、第２受信電力データＳ５＿２が第２条件を満たすか否かが判定される。そして第２条件が満たされない限り、非アクナリッジＮＡＣＫが返される（Ｓ２４０）。図７のアクナリッジＡＣＫ（Ｓ２３８）が返らないまま、第２所定時間τ２が経過すると、送信電力制限モードＳ１０６に移行し、Mid PowerのＲＸに対しても、制限された電力（たとえばLow Powerの５Ｗ）で給電される。
【００６２】
この給電システム１００によれば、第１所定時間τ１が経過したときに、強制的なアクナリッジを発行することで、規格の要求を満たすことができる。また、ワイヤレス送電装置２００は、強制的なアクナリッジの発行の後に、キャリブレーションを延長し、ワイヤレス受電装置３００から引き続き送られてくる第２受信電力データＳ５＿２を受信して第２条件を満たすか否かを引き続き監視し、満たす場合には、その第２受信電力データＳ５＿２を利用して、キャリブレーションデータＳ７を生成する。これにより、第１所定時間τ１内にキャリブレーションが成功しない状況においても、確実なキャリブレーションが可能となる。
【００６３】
また、キャリブレーションを延長したにもかかわらずキャリブレーションが失敗する場合には、送信電力を制限した状態で給電を行うこととした。つまり、異物検出の精度が低い状況では、送信電力を制限することで、安全性を担保することができる。
【００６４】
続いて送電装置２００の用途を説明する。図９は、送電装置２００を備える充電器４００の回路図である。充電器４００は、受電装置３００を備える電子機器５００を充電する。充電器４００は、筐体４０２、充電台４０４、回路基板４０６、を備える。給電対象の電子機器は、充電台４０４上に載置される。インバータ回路２０４や制御回路２１０その他の回路部品は、回路基板４０６上に実装される。送信アンテナ２０１は、充電台４０４の直下にレイアウトされる。充電器４００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１０により直流電圧を受けてもよいし、ＡＣ／ＤＣコンバータを内蔵してもよい。あるいは充電器４００は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの給電線を備えるバスを介して、外部からＤＣ電力の供給を受けてもよい。
【００６５】
実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【００６６】
実施の形態では、Ｑｉ規格について説明したが、本発明は将来策定されるであろうＱｉ規格の派生規格、あるいは別の規格にも適用可能である。
【００６７】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００６８】
１００…給電システム、２００…送電装置、２０１…送信アンテナ、２０２…送信コイル、２０３…共振コンデンサ、２０４…インバータ回路、２１０…制御回路、２１１…ロジック回路、２１２…復調器、２１４…送信電力測定部、２１６…電力制御部、２１８…ドライバ、２２０…異物検出器、２２２…シーケンサ、２２４…変調器、３００…受電装置。
【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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