(57)【要約】  無線電力伝送システムは、電磁電力伝送信号を介して電力受信機105に電力を無線で供給する電力送信機101を有する。電力送信機101は、電力伝送信号を生成する送信機コイル103と、電力伝送信号を生成するために送信機コイル103のための駆動信号を生成するドライバ201とを含む。異物検知器207は、駆動信号の特性に応じて異物の有無を検出するように構成された異物検知動作を実行する。通信機205は、電力受信機105の負荷に対する負荷電力を表す電力動作点指標を電力受信機105から受信する。アダプタ209は、基準を満たす負荷電力の変化を示す動作点指標に応じて異物検出動作を適応させる。
2022502987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力伝送フェイズの間に電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給するための電力送信機であって、
前記電力伝送信号を生成するための送信機コイルと、
前記電力伝送信号を生成するために前記送信機コイルのための駆動信号を生成するためのドライバと、
前記駆動信号の特性に応じて異物の存在を検出するように構成された異物検出動作を実行するための異物検出器と、
前記電力伝送フェイズの間に前記電力受信機から電力動作点指標を受信するためのコミュニケータであって、前記電力動作点指標は、前記電力受信機の負荷に対する負荷電力を示す、コミュニケータと、
基準を満たす前記負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて前記電力伝送フェイズの間の前記異物検出動作を適応させるためのアダプタと、
を有する電力送信機。
【請求項２】
前記電力動作点指標が前記負荷電力の将来の変化を示す、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項３】
前記アダプタが、
前記基準を満たす目標負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて較正プロセスを開始するように構成され、前記較正プロセスが、前記駆動信号の特性の測定に応じて前記異物検出動作のための較正パラメータを決定するように構成される、請求項１又は請求項２に記載の電力送信機。
【請求項４】
前記較正パラメータが、異物を検出するための検出基準のパラメータである、請求項３に記載の電力送信機。
【請求項５】
前記アダプタが、前記基準を満たす目標負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて、或る時間間隔の間、異物が検出されない方向に前記異物検出動作をバイアスするように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項６】
前記アダプタが、前記基準を満たす目標負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて、或る時間間隔の間、異物を検出しないように前記異物検出動作を適応するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項７】
前記電力動作点指標が、前記電力受信機による現在の電力抽出から独立している、請求項１から６のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項８】
前記電力動作点指標が、前記電力受信機によって前記電力伝送信号から抽出された電力を示すための受信電力レベルメッセージに含まれる、請求項１から７のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項９】
前記電力動作点指標が、目標電力レベルの変化が基準を満たすかについての二進指標である、請求項１から８のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項１０】
電力伝送フェイズの間に電磁電力伝送信号を介して電力送信機から電力を無線で受信するための電力受信機であって、
前記電力伝送信号から電力を抽出するための受信機コイルと、
前記電力伝送信号から抽出された前記電力から負荷に電力を供給するための電力回路と、
前記電力伝送フェイズの間の前記負荷に対する負荷電力を反映する電力動作点を決定するためのプロセッサと、
前記電力動作点を示す電力動作点指標を生成するための指標プロセッサと、
前記電力伝送フェイズの間に前記電力送信機に前記電力動作点指標を送信するためのコミュニケータと、
を有する、電力受信機。
【請求項１１】
前記指標プロセッサが、閾値を超える前記負荷電力の変化を示すように前記電力動作点指標を生成するように構成される、請求項１０に記載の電力受信機。
【請求項１２】
前記負荷に供給される電力のレベルを測定するように構成される負荷決定器をさらに有し、前記プロセッサが、電力の前記レベルに応じて前記電力動作点を決定するように構成される、請求項１１に記載の電力受信機。
【請求項１３】
請求項１に記載の電力送信機と請求項１０に記載の電力受信機とを有する無線電力伝送システム。
【請求項１４】
電磁電力伝送信号を介して電力伝送フェイズの間に電力受信機に電力を無線で供給する電力送信機の動作方法であって、
送信機コイルが前記電力伝送信号を生成するステップと、
前記電力伝送信号を生成するために前記送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、
前記駆動信号の特性に応じて異物の存在を検出するように構成された異物検出動作を実行するステップと、
前記電力伝送フェイズの間に前記電力受信機から電力動作点指標を受信するステップであって、前記電力動作点指標は、前記電力受信機の負荷に対する負荷電力を示す、ステップと、
基準を満たす前記負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて前記電力伝送フェイズの間の前記異物検出動作を適応させるステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
電力伝送フェイズの間に電磁電力伝送信号を介して電力送信機から電力を無線で受信する電力受信機の動作方法であって、
受信機コイルが前記電力伝送信号から電力を抽出するステップと、
前記電力伝送信号から抽出された前記電力から負荷に電力を供給するステップと、
前記電力伝送フェイズの間の前記負荷に対する負荷電力を反映する電力動作点を決定するステップと、
前記電力動作点を示す電力動作点指標を生成するステップと、
前記電力伝送フェイズの間に前記電力送信機に前記電力動作点指標を送信するステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導無線電力伝送に関し、特に、無線電力伝送システムのQi規格に適合する無線電力伝送システムにおける異物検出に関するが、これに限定されるものではない。
【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。典型的には、電力要件も大きく異なり、現在のところ、ほとんどの装置には専用の電源が提供されており、その結果、典型的なユーザは、各電源が特定の装置専用である多数の異なる電源を有することになる。しかし、内蔵バッテリの使用は使用中に電源への有線接続の必要性を回避し得るが、これはバッテリがの再充電（または交換）を必要とするため、部分的な解決策を提供するに過ぎない。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サイズを実質的に増大させ得る。
【０００３】
著しく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伝送される無線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、有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。実際、外部から再充電または電力を供給するために、単に、送信機コイルに隣接してまたはその上に装置を配置することができる。例えば、電力送信機は、電力を供給するために装置を単に配置することができる水平面を有するように構成されることができる。
【０００６】
さらに、そのような無線電力伝送構成は、電力送信機がある範囲の電力受信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規格として知られる無線電力伝送アプローチが定義され、現在さらに開発されている。このアプローチは、Qi規格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規格を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、特定の電力受信装置に動作を適合させる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（例えば、特定の電力ドレインに依存する）。
【０００７】
Qi規格は、ワイヤレスパワー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場がしばしば非常に大きくなる。このような強い磁場の存在は、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、例えば硬貨、キーリング等の異物が電力受信機を受け入れ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る場合、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引き起こし、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、非常に望ましくないことがある。
【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、正の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することが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。
【００１１】
Qi規格は、異物を検出するための様々な方法を記載している:
【００１２】
Qファクタ報告:
【００１３】
この特徴によれば、電力受信機は、その上に電力受信機製品が配置された基準コイルの品質係数を報告する必要がある。電力送信機は、この報告された値から、そのコイルと基準コイルとの間の差を考慮するために必要な調整を適用して、しきい値を導出することができ、測定されたQファクタ値がしきい値未満である場合、異物が存在する（または存在する可能性がある）と結論付けることができる。Qi規格書（v1.2.x）のパート1&2のセクション11.3は、Qファクタ報告機能についてのより詳細を提供する。
【００１４】
電力損失勘定：
【００１５】
この特徴によれば、電力受信機は、受信する電力の量を定期的に報告する必要がある。報告される値は、電力受信機がその負荷に供給する電力量と、電力受信機で発生する損失とで構成される。電力受信機は、典型的には、後者の値を推定しなければならないが、その理由はこのような値を実際に測定することが困難だからである。電力送信機は、典型的には、それがその電源から消費する電力の量を測定し、その損失の推定値を差し引くことによって、それが送信する電力の量を決定する。送信電力値と受信電力値の差は、異物に吸収される電力の量を示す。実験では、300mW以上の差（完全な電力損失推定値を仮定）で異物が望ましくない高温に加熱される危険があることを示している。低いしきい値が与えられると、受信電力および送信電力の推定値が可能な限り正確であることが必須である。
【００１６】
実際には、十分な検出精度を達成することは困難である傾向があり、検出の信頼性を改善するために、異物検出の較正が採用されて、例えば、電力送信機または特定の電力受信機における損失を補償するために、異物検出アルゴリズムの補償を可能にする。
【００１７】
Qi規格には、電力送信機がその異物検出動作、具体的には電力損失推定を改善することを可能にする電力較正機能が含まれる。このアプローチでは、電力受信機はまず低出力（「軽負荷」）状態で動作し、その後、高電力（「接続負荷」）状態で動作する必要がある。電力送信機は、軽負荷時と接続負荷時の較正プロセス時に報告された値を使用して、推定損失と送信された電力量との間の関係を確立する。この関係を確立する際には、磁界中に異物が存在しないことを前提とするため、送信される電力量が受信される電力量と同一であるとみなすことができる。さらに、電力受信機は、電力送信機のインタフェイス表面に静止していると仮定した。
【００１８】
Qi規格は、電力伝送の最初の10 秒以内に較正を終了する必要がある。この制限の理由は、異物が、較正が完了する前に検出されることなく、任意の時間において磁場に偶然に入る可能性があるからである。これは、較正を役に立たないものにし、実際には後続の異物検出を妨げる可能性があるので、潜在的に問題になり得る。この時間制限は、異物が磁場に入る危険性と十分に信頼性のある較正を行うのに必要な時間との間の妥当なトレードオフとして選択された。
【００１９】
Qi規格書（v1.2.x）のパート1&2のセクション11.4は、電力損失勘定機能および較正方法についてのさらなる詳細を提供する。
【００２０】
しかしながら、本発明者は、現在の異物検出アプローチが全ての状況において最適ではないことを認識した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、電力伝送システムの改善された動作が有利であり、特に、柔軟性の増大、コストの低減、複雑さの低減、異物検出の改善、異なる負荷に対するサポートの改善、適応性の改善、下位互換性、および/または性能の改善を可能にするアプローチが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
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軽減、低減または排除しようとするものである。
【００２３】
本発明の一側面によれば、電力伝送フェイズの間に電磁電力伝送信号を介して電力受信機に無線で電力を供給するための電力送信機が提供され、当該電力送信機は、電力伝送信号を生成するための送信機コイル、電力伝送信号を生成するための送信機コイルのための駆動信号を生成するためのドライバ、駆動信号の特性に応じて異物の存在を検出するように構成された異物検出動作を実行するための異物検出器、電力伝送フェイズの間、電力受信機からの電力動作点指標を受信するためのコミュニケータであって、前記電力動作点指標は、前記電力受信機の負荷に対する負荷電力を表す、コミュニケータ、及び基準を満たす負荷電力の変化を示す前記動作点指標に応じて電力伝送フェイズでの異物検出動作を適応させるためのアダプタ、を有する。
【００２４】
本発明は多くの実施形態において改善された動作および/または性能を提供することができ、特に、多くのシナリオにおいて改善された異物検出を提供することができる。このアプローチは、例えば、Qi互換システムに適用されることができ、電力受信機が電力伝送フェイズに入るときに最大電力を即座に抽出しないシナリオのための改善されたパフォーマンスを可能にする。このアプローチは、例えば、異なる負荷モード間で電力受信機の負荷が切り替わる可能性のあるシステム及びシナリオにおいて、改良された異物検出を提供することができる。このアプローチは、低い複雑さで実施されることができ、典型的には、Qiなどの既存のシステムへの導入が比較的容易である。
【００２５】
電力受信機の負荷に対する負荷電力は、電力受信機の負荷に対する目標負荷電力であってもよい。
【００２６】
電力動作点指標は、電力伝送フェイズ中に伝送されてもよい。電力動作点指標は、負荷電力の変化の指標であってもよく、具体的には閾値を超える負荷電力の変化を示すことができる。この変化は、電力伝送フェイズにおける変化であってもよい。
【００２７】
電力動作点指標は、電力受信機の負荷モードおよび/または電力受信機の負荷の変化を示すことができる。
【００２８】
電力動作点指標は、基準を満たす（目標）負荷変化を示すことができる。電力動作点指標は、閾値を超える（目標）負荷変化を示すことができる。電力動作点指標は、基準を満たす/閾値を超える電力受信機からの所望の電力の変化を示す。
【００２９】
電力動作点指標は、電力受信機の負荷に供給される電力にのみ依存することができ、電力経路の任意の他のパラメータから独立することができる。電力動作点指標は、負荷の電力を除いて、電力受信機の任意の電力消費に依存しないことができる。電力動作点指標は、電力伝送をサポートするための任意の制御機能の任意の電力消費とは無関係であってもよい。
【００３０】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力動作点指標は、負荷電力の将来の変化を示す。
【００３１】
これは、多くの実施形態において改善された性能を提供することができる。多くのシナリオでは、電力動作点の変化中の誤検出の確率を低減することができる。
【００３２】
異物検出に用いられる駆動信号の特性は、例えば、周波数特性、位相特性、電圧特性、電流特性、電力特性、波形特性、タイミング特性、及び/又は信号形状特性であってもよい。
【００３３】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、基準を満たす目標負荷電力の変化を示す動作点指標に応じて較正処理を開始するように構成され、較正処理は、駆動信号の特性の測定値に応じて異物検出動作の較正パラメータを決定するように構成される。
【００３４】
これは、異なる電力レベルに対する改善された異物検出を可能にし得る。それは改良された較正データを可能にすることができ、具体的にはある範囲の電力レベルにわたって改良された補償を提供することができる。
【００３５】
較正パラメータは、異物が存在するか否かの検出に使用されるパラメータの決定または計算のための補償パラメータであってもよい。これは、電力損失、電力差、品質係数、検出閾値などの補償を含むことができる。
【００３６】
本発明の任意選択の特徴によれば、較正パラメータは、異物を検出するための検出基準のパラメータである。
これは、多くのシナリオにおいて、改善された異物物体検出を提供することができる。
【００３７】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、基準を満たす目標負荷電力の変化を示す動作点指標に応じて、或る時間間隔の間、異物検出動作を、異物が検出されない方向にバイアスするように構成される。
【００３８】
これは、多くの実施形態において改善された性能を提供することができ、電力受信機の負荷が変化する過渡的状況（例えば、ステップ変化）に関連して、誤った異物検出のリスクを大幅に低減することができる。しかしながら、多くの実施形態では、例えば、異物における電力消散のより極端なケースのような、幾つかの検出機能を依然として可能にすることができる。
【００３９】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、基準を満たす目標負荷電力の変化を示す動作点指標に応じて、或る時間間隔にわたって異物を検出しないように異物検出動作を適合させるように構成される。
【００４０】
これは、多くの実施形態において改善された性能を提供することができ、電力受信機の負荷が変化する過渡的状況（例えば、ステップ変化）に関連して、誤った異物検出のリスクを大幅に低減することができる。
【００４１】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力動作点指標は、電力受信機による現在の電力抽出とは無関係である。
【００４２】
これは、多くの実施形態において、有利な動作、特に異物検出を提供することができる。
【００４３】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力動作点指標は、電力受信機によって電力伝送信号から抽出された電力を示すための受信電力レベルメッセージに含まれる。
【００４４】
これは、多くの実施形態において特に有利な動作を提供することができる。これは、特に、効率的な動作および通信を可能にすることができる。
【００４５】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力動作点指標は、目標電力レベルの変化が基準を満たすかどうかの二進指標である。
【００４６】
これは、多くの実施形態において特に有利な動作を提供することができる。これは、特に、効率的な動作および通信を可能にすることができる。
【００４７】
本発明の一側面によれば、電力伝送フェイズ中に電磁電力伝送信号を介して電力送信機から電力を無線で受信する電力受信機が提供され、当該電力受信機は、電力伝送信号から電力を抽出するための受信機コイル、電力伝送信号から抽出された電力から負荷に電力を供給するための電力回路、電力伝送フェイズ中の負荷に対する負荷電力を反映する電力動作点を決定するためのプロセッサ、電力動作点を示す電力動作点指標を生成するための指標プロセッサ、電力伝送フェイズの間に電力動作点指標を電力送信機に送信するためのコミュニケータ、を有する。
【００４８】
本発明の任意選択の特徴によれば、指標プロセッサは、閾値を超える負荷電力の変化を示す電力動作点指標を生成するように構成される。
【００４９】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力受信機は、負荷に供給される電力のレベルを測定するように構成された負荷決定器をさらに備え、指標プロセッサは、電力のレベルに応じて電力動作点を決定するように構成される。
【００５０】
本発明の一態様によれば、上述した電力受信機及び電力送信機を含む無線電力伝送システムが提供される。
【００５１】
本発明の一側面によれば、電力伝送フェイズ中に電磁電力伝送信号を介して電力受信機に無線で電力を供給する電力送信機の動作方法が提供され、当該方法は、送信機コイルが電力伝送信号を生成し、電力伝送信号を生成するために送信コイルのための駆動信号を生成し、駆動信号の特性に応じて異物の存在を検出するように構成された異物検出動作を実行し、電力伝送フェイズの間、電力受信機の負荷に対する負荷電力を表す電力動作点指標を電力受信機から受信し、基準を満たす負荷電力の変化を示す動作点指標に応じて、電力伝送フェイズの間の異物検出動作を適応させる。
【００５２】
本発明の一側面によれば、電力伝送フェイズの間、電磁電力伝送信号を介して電力送信機から電力を無線で受信する電力受信機の動作方法が提供され、当該方法は、受信機コイルが電力伝送信号から電力を抽出し、電力伝送信号から抽出された電力から負荷に電力を供給し、電力伝送フェイズ中の負荷の負荷電力を反映する電力動作点を決定し、電力動作点を示す電力動作点指標を生成し、電力伝送フェイズの間、電力動作点指標を電力送信機に送信する。
【００５３】
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】
【００５４】
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。
【図１】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素子の例を示す図。
【図２】本発明のいくつかの実施形態による電力伝送システム用の電力送信機の要素の一例を示す図。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による電力伝送システム用の電力受信機の要素の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下の説明は、Qi規格から知られているような電力伝送アプローチ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、この用途に限定されず、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のであろう。
【００５６】
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。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を含む。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。
【００５７】
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することができる電磁電力伝送信号を提供する。具体的には、電力送信機101が電磁信号を生成し、これ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。電力伝送信号は、典型的には、約20kHz乃至約500kHzの間の周波数を有してもよく、Qi互換システムに対しては、典型的には、95kHz乃至205kHzの範囲である（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乃至80kHzの範囲であってもよい）。送信機コイル103と受信機コイル107は緩く結合されており、従って、受信機コイル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）をピックアップする。したがって、電力は、送信機コイル103から受信機コイル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と受信機コイル107との間の誘導信号/磁場（磁束信号）を指すために使用されるが、同様に、送信機コイル103に提供されるか、または受信機コイル107によってピックアップされる電気信号を指すとも考えられ、使用され得ることが理解されるのであろう。
【００５８】
実施例では、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は、金属加熱素子のような金属素子を含んでもよく、この場合、電力伝送信号は素子の直接加熱をもたらす渦電流を直接誘導する。
【００５９】
システムは、実質的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、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することができる。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）の場合は1乃至5Wの電力範囲、Qi規格バージョン1.2の場合は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の場合は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の場合は100Wを超えて1000Wを超える範囲とすることができる。
【００６０】
以下では、電力送信機101および電力受信機105の動作が、（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）一般にQi規格に従うか、または無線電力伝送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規格バージョン1.0、1.1または1.2の要素（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く）に従うか、または実質的に互換性があり得る。
【００６１】
無線電力伝送システムでは、オブジェクト（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、すなわち、電力伝送に対する意図しない、望ましくない、および/または干渉要素である導電性要素）の存在は電力伝送中に非常に不利であり得る。このような望ましくないオブジェクトは、この分野において異物として知られる。
【００６２】
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、異物に電流（特に異物の金属部分に渦電流）が誘導されると、非常に望ましくない異物の加熱が生じることが多い。
【００６３】
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、電力送信器が異物の有無を検出しようとする機能を含む。異物が存在する場合、電力送信機は、例えば、電力伝送を終了させたり、伝送可能な最大電力量を減少させたりする。
【００６４】
Qi規格によって提案されている現在のアプローチは、（送信された電力と報告された受信電力とを比較することによって）電力損失を検出すること、または電力送信機の出力共振回路の品質Qの劣化を検出することに基づいている。しかしながら、現在の使用において、これらのアプローチはいくつかのシナリオにおいて最適以下の性能を提供することが見出されており、それらは、特に、不正確な検出をもたらす場合があり、その結果、このようなオブジェクトが存在しないにもかかわらず異物が検出される、検出失敗および/または偽陽性を生じる。
【００６５】
異物検出は、電力受信機が電力伝送フェイズに入る前に（例えば、電力伝送の初期化中に）、または電力伝送フェイズ中に実行され得る。電力伝送フェイズ中の検出は測定された送信電力と受信電力の比較に基づいて行われることが多いのに対し、電力伝送フェイズの前に行われる検出は反射インピーダンスの測定、例えば、小さな測定信号を使用することによる送信機コイルの品質係数の測定に基づいて行われることが多い。
【００６６】
異物検出を改善するために、Qiは、電力伝送のための初期化プロセス中に、電力伝送開始の10秒以内（システムが電力伝送フェイズに入る10秒以内）に較正プロセスが実行されることを指定する。このように、第1の較正プロセスは、電力受信機が最終負荷に電力を供給する前に実行され、第2の較正プロセスは負荷が接続された（すなわち、電力が供給された）後に実行される。較正プロセスは、電力受信機内のフレンドリ金属の影響を特に決定するために、例えば、電力損失計算/検出がこの電力損失を補償することができるように、実行される。
【００６７】
例えば、較正プロセスの間、電力受信機によって抽出された電力は電力送信機に報告され、電力送信機は、送信された電力（送信機コイル103に供給された電力）からそれを差し引く。この差は、受信機コイル107以外の素子における損失を表す。較正中には異物が存在しないと仮定されるので、この電力損失は、（特に、電力受信機および電力送信機の）フレンドリ金属における電力損失を表すだろう。次に、測定されたフレンドリ金属電力損失値を使用して、電力伝送フェイズ中の電力損失測定/計算を補償することができる。
【００６８】
図1のシステムは、改善された異物検出を提供しようとする異物検出のための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することができ、具体的には、多くの実施形態において、より正確かつ/または信頼性の高い異物検出を提供することができる。このアプローチはさらに、低い複雑さおよび低いリソース要件を可能にし得る。このアプローチの利点は、特にQiワイヤレス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ていることがあり、実際、これはほとんど修正なしに達成される。
【００６９】
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。
【００７０】
電力送信機101は、送信機コイル103に供給される駆動信号を生成することができるドライバ201を有し、送信機コイル103は、次に、電力受信機105への電力伝送を提供する電磁電力伝送信号を生成する。ドライバ201は、当業者に周知のように、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の出力回路を備えることができる。
【００７１】
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をさらに有する。具体的には、電力送信機101は、Qi規格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。
【００７２】
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、特に、駆動信号の電力レベル、従って、生成される電力伝送信号のレベルを制御することができる。電力送信機コントローラ203は、電力制御フェイズ中に電力受信機105から受信した電力制御メッセージに応じ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。
【００７３】
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電力送信機コミュニケータ205を有する（当業者には理解されるように、データメッセージは、1つまたは複数の情報ビットを提供することができる）。例において、電力受信機105は、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、電力送信機コミュニケータ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。
【００７４】
いくつかの実施形態では、通信が別個の通信コイルを使用して、または実際に送信器コイル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実行されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では近距離通信（Near Field Communication）が実装されてもよく、または（例えば、13.56MHzのキャリア周波数を有する）高周波キャリアが電力伝送信号上に重畳されてもよい。
【００７５】
電力送信機101は、異物検出試験を実行するように、すなわち、望ましくない導電性要素が発生した電磁界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をさらに有する。
【００７６】
例えば、生成された電力伝送信号（から抽出された電力）の電力レベルを使用して、潜在的な異物によって抽出されている電力を推定することができる。送信器コイル103に供給される駆動信号の電力レベルは、例えば、駆動信号の電流および電圧の測定値に基づいて決定されることができる。電力受信機は、電力受信機によって電力伝送信号から抽出された電力の電力レベルを報告するメッセージを提供するように構成され、駆動信号の電力レベルと報告された受信電力レベルとの差が決定されることができる。較正中に決定され、フレンドリ金属における散逸を反映する較正値は、結果的に電力損失がカウントされないようにするために減算されてもよい。これが所与の閾値を超える場合、異物検出器207は異物が存在すると判定することができ、超えない場合、異物が存在しないと判定することができる。
【００７７】
多くの異なる異物検出アルゴリズムが知られており、これらは多くの異なる測定値およびパラメータに基づくことができることが理解されよう。任意の適切なアルゴリズムが使用されてもよいことが理解されるであろう。
【００７８】
異物検出は、具体的には、駆動信号の周波数特性、位相特性、電圧特性、電流特性、電力特性、波形特性、タイミング特性、および/または信号形状特性に基づいてもよい。
【００７９】
例えば、所与の条件が発生する周波数（例えば、出力回路の共振、または所与の電流もしくは電力レベル）を検出し、異物が存在するか否かを示すために使用することができる。これに代えてまたはこれに加えて、電流と電圧との間の位相を使用して、電力伝送信号の現在の負荷を示し、したがって、異物が存在するか否かを示すことができる。別の例として、負荷の存在が波形に影響を与え、結果として、例えば、これが方形波の近似から正弦波の近似に変化することがある。異物検出は例えば、駆動信号の電流または電圧が方形波または正弦波信号にどの程度密接に相関するかを決定し、これを使用して、異物を検出することができる。例えば、US2009/0127936に記載されているように、駆動信号がしきい値を横切るタイミングを決定し、このタイミングに応じて異物が存在するかどうかを決定することができる。
【００８０】
多くの実施形態において、駆動信号の電流および/または電圧特性は、異物検出によって使用されてもよい。例えば、品質係数又は電力損失は、当業者に公知であるように、駆動信号の電圧及び/又は電流特性の測定から決定されることができる。
【００８１】
多くの他のアプローチが可能であることが理解されるのであろう。
【００８２】
異物が検出された場合、電力送信機は、例えば、電力伝送を終了するように進むことができ、または、電力伝送信号の電力レベルを、異物の容認できない加熱が生じないことを保証するのに十分に低い特定の最大レベル未満に制限することができる。
【００８３】
図3は、電力受信機105のいくつかの例示的な要素を示す。
【００８４】
受信機コイル107は、負荷コントローラ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。以下では。「負荷」という用語は、負荷によって消費される電力を反映し、したがって、より高い負荷または装荷は、より高い負荷電力レベル（したがって、より低いオーム負荷）に対応する。
【００８５】
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303に適した供給に変換する電力経路を含む。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規格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ことができる。
【００８６】
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、特に負荷変調器であってもよい電力受信機コミュニケータ307を含む。電力受信機コミュニケータ307は、具体的には、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ように構成されてもよい。次いで、当業者には公知であるように、電力送信機101によって負荷変動が検出され、復調される。
【００８７】
電力受信機コミュニケータ307は、いくつかの実施形態では、例えば電力送信機による電力伝送信号の振幅、周波数または位相変調を検出するように動作可能な2方向通信機であってもよい。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達成することができる別個の通信チャネルを使用して実行されることができる。例えば、いくつかの実施形態では近距離通信（Near Field Communication）が実装されてもよく、または（例えば、13.56MHzのキャリア周波数を有する）高周波キャリアが電力伝送信号上に重畳されてもよい。
【００８８】
電力受信機コントローラ301はさらに、異物検出動作をサポートするための機能を備えることができる。具体的には、電力伝送フェイズの間に、受信電力の推定値を決定し、これらをQi規格に従って電力送信機101に報告することができる。受信機電力レベルは例えば、受信機コイル107内の誘導信号の電圧および電流の測定値に基づいて決定されてもよい。
【００８９】
また、電力受信機コントローラ301は、電力伝送フェイズの間およびその開始時の較正プロセスをサポートするための機能を含んでもよい。これは、具体的には、電力受信機コントローラ301が、これらの較正の時間間隔の間に、受信された電力レベルを決定し、電力送信機に報告することによって実行されることができる。
【００９０】
本発明者は、例えば、Qi規格のアプローチは効率的かつ高性能の電力伝送、および実際には異物検出を提供し得るが、いくつかのシナリオでは完全に最適ではない可能性があることを認識した。具体的には、本発明者は、電力伝送フェイズが、電力伝送中の電力受信機の最大負荷、または平均負荷、典型的な負荷、あるいは公称負荷よりもかなり低い負荷で開始されることが多いことを認識した。電力受信機及び負荷は、しばしば、より小さな負荷が最初に接続され、そして後にのみ全負荷電力まで増加される、緩やかな起動プロセスを実行するように構成される。しかし、結果として、電力伝送フェイズの開始時の較正プロセスは、後に経験される負荷よりもかなり低い可能性のある負荷に対して実行される。その結果、較正によって決定される補償値は、電力伝送フェイズの大部分の間、実質的に無負荷であり、実質的に実際の負荷よりもかなり低い可能性のある負荷にのみ関係する。これは、現在の負荷に対する補償値の外挿を必要とすることがある。しかしながら、これは、比較的不確定な補償値が適用されることをもたらし、異物検出の不確実性を増加させ得る。
【００９１】
従って、Qiシステムの既存のアプローチに関する問題は、典型的には補償のために2つのデータポイントのみ、即ち、非常に軽い（接続されていない）負荷および比較的低い接続負荷を使用して、較正された電力曲線を決定することである。その結果得られる較正された電力曲線は、より高い電力レベル/負荷で必要とされる外挿のために、精度が低くなる可能性が高い。従って、較正された電力曲線の精度は、理想的に所望されるよりも低い場合がある。
【００９２】
図1-3の電力伝送システムはそのような問題に対処し、多くの実施形態およびシナリオにおいて改善された性能を提供し得る。システムにおいて、電力受信機105は、動作点における少なくとも幾つかの変化を電力送信機101に通知するようにさらに構成され、特に、電力伝送信号から抽出される電力の実質的な変化を電力送信機101に通知することができる。電力受信機105は、負荷電力に実質的な変化が生じたことを検出することができ、この変化を電力送信機101に通知することができる。例えば、電力伝送フェイズにおいて、例えば、電力受信機/負荷が異なる動作モードに切り替わることによって、負荷に供給される電力が実質的に変化した場合、電力受信機105は、そのような電力動作点の変化が生じた（または生じそうである）ことを示すために、メッセージを電力送信機101に送信することができる。
【００９３】
電力送信機101は情報を受信し、それに応じて異物検知動作を適応させることができる。例えば、電力受信機105が電力動作点を負荷303に供給されている電力についての著しく高い目標に変更したばかりであるという指標に応答して、電力送信機101は、新しいより高い目標負荷電力に対して実行され得る較正を開始することができる。これは、異物検出がはるかに低い電力レベルに対して決定された較正補償値に依存しなくてもよいので、より高い電力レベルにおいて、より信頼性の高い異物検出を提供し得る。
【００９４】
別の例として、電力送信機101は、追加的に又は代替的に、典型的には比較的短い持続時間の間、異物検出基準を変更することができる。これは、負荷変化中の過渡状態の結果として偶発的な誤った異物検出が生じることを防止することができる。例えば、対応する増加した受信電力レベル値が電力受信機105から報告される前に、著しく増加した送信電力を測定することにより、電力送信機101が異物検出決定を行うことを防止することができる。これは、例えば、較正動作の間、異物検出を一時的に中断することもできる。
【００９５】
電力受信機105は、特に、負荷303の（目標）負荷電力を反映する電力動作点を決定するように構成された動作点プロセッサ309を備えることができる。
【００９６】
負荷電力は、電力受信機上の意図された負荷電力、したがって、電力伝送信号上の電力受信機を示す目標負荷電力であってもよい。これは、現在の電力動作点に対して一定である値であってもよい。従って、電力動作点指標は、電力受信機によって負荷に供給されるべき電力の指標である。それは、電力伝送信号から取り出される電力ではなく、負荷に供給される電力を表す。
【００９７】
電力動作点指標は、電力伝送フェイズ中の電力動作点の変化を反映してもよく、具体的には、電力動作点は、電力動作点が変化するときに、電力伝送フェイズ全体にわたって連続的に提供されてもよい。したがって、電力動作点指標は、電力動作点が変化するときに電力伝送フェイズ中の任意の時点で生成され得る。
【００９８】
多くの実施形態では、電力受信機は、負荷303の異なる値に対応する一組の負荷モードに従って動作するように構成され得る。いくつかの実施形態では、負荷モードが単に、異なる負荷電力を反映する低モードおよび高モードであってもよい。他の実施形態では、各負荷が特定の負荷電力レベル（またはその範囲）に関連付けられてもよい。
【００９９】
このような実施形態では、電力受信機は、負荷モードがいつ変化するかを認識することができる。例えば、電力受信機は、低電力モードで電力伝送フェイズを開始するように構成されてもよい。例えば、負荷303が充電されているバッテリである場合、負荷コントローラ305は最初に、電流を比較的低い最大レベルに制限することができ、すなわち、負荷への電力を低いレベルに保つために電流制限を適用することができる。
【０１００】
正常に起動した後、電力受信機は高負荷電力に切り替わることがある。これは、負荷コントローラ305の電流制限器がより高い最大レベルにスイッチングすることによって、または最大充電電流を可能にするために電流制限器を完全にスイッチオフすることによって達成され得る。
【０１０１】
ある時点で、負荷を形成するバッテリはフル充電に近くなり、電力受信機はトリクル充電に切り替わることができる。これは、負荷コントローラ305の電流制限器によって、電流を適切なトリクル充電レベルに制限することによって達成され得る。
【０１０２】
例えば、短い時間間隔の間に大量の電力が取り出されることによって、バッテリが放電されるようになった場合、電力受信機は再び、高電流である、例えば電流制限がない充電モードに切り替わることができる。
【０１０３】
システムが電力制御フェイズで動作している間に生じ得る、これらのモード変更の各々について、電力受信機は、電力動作点の変化が生じていることを示す電力動作点指標を電力送信機に送信することができる。電力動作点指標は単に、変化が生じていることを示してもよく、または、いくつかの実施形態では、例えば、負荷303に対する目標電力レベルの差などの変化の情報を提供してもよい。
【０１０４】
電力動作点指標は基準を満たす負荷変化を示すことができ、具体的には、電力動作点指標がしきい値を超える負荷変化を示すことができる。例えば、負荷に供給されている電力の目標電力レベルの絶対変化が一定の所定値よりも大きい場合に、電力受信機は電力動作点指標を生成し、これを電力送信機に送信することができる。
【０１０５】
上記の例では、負荷コントローラ305および負荷303が電力受信機の固有の部分とみなされることが理解されるのであろう。しかしながら、多くの実施形態では、負荷303は、例えば、外部負荷であると考えることができる。負荷303に供給される電力を制御する負荷コントローラ305が電力受信機の一部である場合、これの動作を使用して、電力動作点の変化がいつ発生するかを判断することができる。あるいは、例えば電力制御機能が電力受信機の外部にある場合、動作点プロセッサ309は、例えば、負荷303に供給される信号の電流および電圧を測定することによって、現在の電力動作点を決定することができる。いくつかの実施形態では、外部負荷が電力受信機と通信して、抽出されている電力に変化が生じていることを示すことができる。
【０１０６】
したがって、いくつかの実施形態では、動作点プロセッサ309は、目標負荷電力が所与の閾値を超えて変化した（または変化する可能性がある）ことを検出するように構成され得る。これは、暗黙の検出であってもよい。例えば、電力受信機および負荷が異なるモードで動作することができ、これらのモードの各々において負荷が十分に異なることが知られている場合、動作点プロセッサ309は、モードが変化したことの検出に応じて、目標負荷電力が所与の量を超えて変化したことを示す電力動作点指標を単に生成することができる。例えば、負荷コントローラ305が充電モードを変更すると、これを動作点プロセッサ309に伝え、このプロセッサは、電力動作点の変化が生じたことを反映する電力動作点指標を生成するように進むことができる。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、電力受信機コントローラ301が負荷303に供給される電力レベルを測定することができる。例えば、電流および電圧を連続的に監視し、これから実効電力を計算することができる。電力受信機コントローラ301は、決定された電力レベル値を、電力レベルに応じて現在の電力動作点を決定するように進むことができる動作点プロセッサ309に供給することができる。例えば、動作点プロセッサ309は、関連する電力レベル範囲を有する一組の動作点を記憶していてもよく、現在の電力レベルをこれらの範囲と比較して、現在の動作点を決定してもよい。電力レベルが第1の電力動作点の範囲内から第2の電力動作点の範囲内に変化する場合、動作点プロセッサ309は、電力動作点が変化したことを示す電力動作点指標を生成させるように進むことができる。
【０１０８】
別の例として、動作点プロセッサ309は、決定された電力レベルを監視して、負荷303に供給される電力の任意のステップ変化を検出することができる。例えば、電力レベルが所与の時間間隔内に所与の量を超えて変化する場合、動作点プロセッサ309は、電力動作点の変化が生じたと見なしてもよく、新しい電力動作点指標が生成され、電力送信機に送信されることができる。
【０１０９】
多くの実施形態では、電力動作点指標は、それに応じて、負荷303に供給される電力の測定値に応じて生成される。
【０１１０】
電力動作点指標は、多くの実施形態において、電力受信機による現在の電力抽出とは無関係であってもよい。電力動作点指標は、目標負荷電力に応じて決定され、したがって、負荷303に供給される（供給されるべき）電力を反映する。電力受信機によって電力伝送信号から抽出される電力は、損失、電力受信機の現在の動作、正確な構成、電力送信機上の電力受信機の位置などを含む、他の多数のパラメータに依存する場合がある。このようなパラメータは、例えば、電力送信機によって生成される磁束密度および電磁界強度を動的に制御して受信機コイル107内に所望の誘導電流をもたらすようにしようとする電力制御メッセージによって調整されることができる。対照的に、電力動作点指標は、負荷303に供給される電力にのみ依存し、電力受信機の電力経路および無線電力伝送の両方の特性を含む、電力経路の任意の他のパラメータから独立するように生成されることができる。
【０１１１】
動作点プロセッサ309は、電力動作点を示す電力動作点指標を生成するように構成された指標プロセッサ311に結合される。例えば、いくつかの実施形態では、電力動作点指標は、電力動作点の変化が生じたことを示す単一の1ビットフラグとして生成されることができる。別の例として、電力動作点指標は、目標負荷電力をワット数として直接記述する値によって、目標負荷電力を直接記述するように生成されることができる。さらに別の例として、（目標）負荷電力値の所定のセットのうちの1つとして（目標）負荷電力を特定するように電力動作点指標を記述することができる。
【０１１２】
指標プロセッサ311は電力受信機コミュニケータ307に結合され、電力受信機コミュニケータ307は、電力動作点指標が供給されて、これを電力送信機101に送信する。
【０１１３】
電力送信機コミュニケータ205は、電力受信機105から電力動作点指標を受信するように構成される。電力送信機コミュニケータ205はアダプタ209に結合され、アダプタ209には、電力受信機105の負荷303に対する（目標）負荷電力を表す電力動作点指標が供給される。
【０１１４】
アダプタ209は更に、異物検出器207に結合されており、基準を満たす電力動作点指標に応じて異物検出動作を適応させるように構成されている。
【０１１５】
この基準は、多くの実施形態において、単に、電力動作点指標が特定の値を有すること、または実際には、電力動作点指標が受信されたことであってもよい。例えば、電力動作点指標は、電力受信機が動作点を変更したことを示す単一ビットであってもよく、この指標の受信に応じて、アダプタ209は、異物検出器207を制御して、例えば、較正を実行し、かつ/または、所与の期間の間異物検出を中断してもよい。
【０１１６】
他の実施形態では、より複雑な基準を適用することができる。例えば、電力動作点指標が目標負荷電力における現在のステップ変化を示す場合、基準は、ステップ変化が所与の閾値を超えるべきであることとすることができる。さらに別の例として、基準は、負荷電力が、以前の較正が実行された負荷電力とは所与の閾値より異なるべきであるということであってもよい。
【０１１７】
多くの実施形態では、アダプタ209は、所与の基準を満たす電力動作点指標を受信することに応じて、較正プロセスを開始するように構成されてもよい。例えば、電力受信機が動作点を変更したことを示す電力動作点指標を含むメッセージを受信することに応じて、アダプタ209は、較正プロセスを開始するように異物検出器207を制御するように構成されてもよい。
【０１１８】
較正動作の実行は、電力伝送動作の初期化中に実行されるもの、および/または、最初に電力伝送フェイズに入るときに使用されるプロセスと同じであってもよい。較正動作は、具体的には、送信された電力を測定し、電力受信機からのメッセージによって示される電力受信機で受信された電力を減算することによって実行されることができる。この差分は、フレンドリ金属における外部由来の電力損失と考えられる。この補償電力損失は、次いで、較正パラメータとして記憶され、現在の動作点での異物検出に適用され得る。
【０１１９】
更に、新しい較正点を他の較正点と共に使用して、異なる伝送電力に対して推定されるフレンドリ金属電力損失を反映する較正曲線を決定することができる。したがって、新しい較正点は、較正曲線を決定するための追加のデータ点を提供し得る。ある動作点における電力受信機が他の動作点に切り替わる場合、電力送信機はさらなる較正を行い、それによって、較正曲線をフィッティングするための更なるデータ点を生成することができる。従って、このアプローチは、より正確な決定されるべき較正曲線をもたらすことができ、それにより、異なる送信電力レベル及び動作点の或る範囲にわたる改善された異物検出をもたらすことができる。
【０１２０】
このアプローチは、電力受信機が電力動作点を変更することが知られている場合、電力伝送信号から抽出される電力の変化は電力動作点の変化によるものであり、同時に導入された異物によるものではない可能性が高いという考察に基づく。前の動作点で行われる異物検出は異物の存在を検出するので、動作点の変化直後に異物が存在しない可能性が高く、したがって、異物が存在しないと仮定して較正処理を行うことができる。これは、新しい電力動作点におけるより正確な異物検出を実行するために使用されることができる追加の補償値を提供する。
【０１２１】
較正は、異物検出のための検出基準を適合させるために使用され得る較正パラメータを決定してもよい。典型的には、較正パラメータは、電力受信機内のフレンドリ金属によって生じ、電力受信機からの受信電力レベル指標に含まれない電力損失を見積もるフレンドリ電力損失値であってもよい。フレンドリ電力損失は、決定された送信電力と示された受信電力との間の差分から減算されて、電力損失についての未知の/不明な推定値を提供することができる。次に、この未知の/不明な電力損失は、所定の電力閾値と比較されることができ、この閾値を超える場合、異物が検出されたとみなされる。あるいは、検出閾値は、送信電力と受信電力との差分が、フレンドリ電力損失を考慮に入れた、より高い閾値と比較されるように、推定されたフレンドリ電力損失に応じて、適応され得る。
【０１２２】
異物検出が送信器コイル103を含む共振回路の品質係数を測定することに基づいている例では、較正処理は、例えば、新しい動作点に対する出力回路の品質係数を推定するために使用されてもよく、そして将来の異物検出は、測定された品質係数を、較正処理の間に測定された品質係数から決定された閾値と比較することに基づいてもよい。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、アダプタ209は、基準を満たす目標負荷電力の変化を示す動作点指標を受信することに応じて、異物検出動作を、或る時間間隔の間、異物の検出なしに向けてバイアスさせるように構成されてもよい。
【０１２４】
例えば、負荷303に対する目標負荷電力のステップが所与の所定の値を超えることを示す電力動作点指標を電力送信機101が受信した場合、アダプタ209は、異物検出を制御して、例えば、5秒間または10秒間などの所定の期間の間、異物検出基準を変更することに進むことができる。
【０１２５】
場合によっては、バイアスは、所与の時間間隔内には正の異物検出が行われないという意味で、絶対的であってもよい。したがって、目標負荷電力の変化を示す電力動作点指標の受信に続いて、異物検出器207は、所与の持続時間の間、すべての正の検出を無視することができ、または単にオフに切り替えることができる。したがって、予想される量よりも送信電力レベルが受信電力レベルを超えたことを異物検出器207が検出したとしても、または異物検出器207が所与の期待される閾値未満の品質係数を測定したとしても、この検出は異物の検出であるとは見なされない。
【０１２６】
そのようなアプローチは特に、過渡状態の間の誤った検出のリスクを回避または低減し得る。それは、送信電力の突然の増加が電力受信機の動作の変化によって引き起こされる状況と、磁場に入る異物によって引き起こされる状況とを区別するために使用されてもよい。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、バイアスはより緩やかであってもよく、何らかの異物検出が依然として可能である。例えば、送信電力と受信電力との間の推定される電力差に対する閾値は、遷移に関連する短いインターバルの間増加され得る。これは、誤った検出のリスクを実質的に減少させると同時に、幾つかのより極端な状況が検出されることを可能にする。
【０１２８】
このアプローチは、一例として、発生する可能性があるいくつかの異なるシナリオを電力送信機が区別することを可能にすることができる。実際、電力受信機が電力動作点を変化させると、電力送信機コイル103を流れる電流と送信される電力の量は、典型的には変化する。しかし、ユーザが電力受信機を動かしたり、磁場中に異物を挿入したりすると、電力送信機コイル電流や送信電力も変化する。電力受信機が電力動作点の変化を電力送信機に知らせると、電力送信機はこれらのシナリオを区別することができる。
【０１２９】
以下では、これを、いくつかの特定のシナリオを考慮することによって説明することができる。システムが、第1の安定動作状態から第2の安定動作状態に遷移したと仮定する（負荷インピーダンス変化に関連する負荷ステップまたはダンプなど）。たとえば、次のシナリオが発生する可能性がある:
【０１３０】
シナリオ1:
-電力送信機コイル電流が増加する。
-送信される電力の量が増加する。
-受信される電力の量は同じままである。
-電力受信機は、その動作点の変化を報告していない。
-磁場中に異物が挿入されている可能性が高い。
【０１３１】
シナリオ2:
-電力送信機コイルの電流が減少した。
-送信される電力の量が減少した。
-受信された電力の量は同じままである。
-電力受信機は、その動作点の変化を報告していない。
-磁場から異物が除去されている可能性が高い。
【０１３２】
シナリオ3:
-電力送信機コイルの電流が増加（または減少）した。
-送信された電力の量が増加（または減少）した。
-受信された電力の量が増加（または減少）した。
-電力受信機は、動作点の変化を報告している。
-この新しい動作状態は較正データを改善するのに適しており、したがって、較正プロセスを開始することができる。
【０１３３】
シナリオ4:
-電力送信機コイルの電流が増減している。
-送信される電力の量は、著しく変化していない。
-受信された電力の量は変化していない。
-電力受信機は、その動作点の変化を報告していない。
-電力受信機が別の位置（通常、カップリングが悪いか又は良好な位置）に移動した可能性がある。注意すべきことであるが、電力受信機におけるフレンドリ金属損失はほぼ同じままであると仮定される（フレンドリ金属損失の変化が大き過ぎて決定できない場合、シナリオ4はシナリオ1と区別できない可能性がある）。この新しい動作状態は較正データを改善するのに適しており、したがって、較正プロセスを開始することができる。
【０１３４】
多くの実施形態では、電力動作点指標は、（目標）負荷電力の将来の変化を示すことができる。したがって、いくつかの実施形態では、電力動作点指標は、電力動作点指標の変化が生じたというよりも、変化が生じようとしていることを反映することができる。したがって、このような場合、電力動作点指標は、現在の又は以前の状態を反映せず、むしろ将来の状態を反映することになる。
【０１３５】
電力動作点指標は、そのような実施形態では例えば、電力受信機および/または負荷303の動作を制御するコントローラによって決定されてもよい。例えば、バッテリ充電の先の例では、負荷コントローラ305は、例えば、低充電電流から高充電電流へ、またはその逆へ、切り替えようとしていることを事前に知っており、従って、これを動作点プロセッサ309に事前に示すことができ、その結果、変化が生じる前に、新しい電力動作点指標が送信される。
【０１３６】
それに応じて、電力送信機は、電力動作点の実際の変化に先立って、異物検出動作を適応させることができる。例えば、それは、異物検出を中断し、及び/又は、実際に発生する電力動作点の変化に備えて較正プロセスを開始することができる。典型的には、電力動作点指標は、電力動作点の変化の直前に提供され、送信されてもよく、電力送信機は、電力動作点指標を受信すると直ぐに、動作の詳細な時間調整を必要とすることなく、単に、異物検出を直ちに中断し、較正を開始することができる。
【０１３７】
将来の電力動作点指標を使用するアプローチは、多くのシナリオにおいて、より効率的で信頼性のある動作をもたらすことができる。例えば、送信される電力に何らかの変化が生じる前に異物検出が一時停止されることができるので、電力動作点間の遷移中の誤検出のリスクを低減することができる。
【０１３８】
電力動作点指標は、電力受信機から電力送信機へ、任意の適切な形態および任意の適切な方法で通信されることができる。これは、例えば、目標負荷電力が変化した、または変化しようとしているという電力受信機による検出に応じて、例えば、非同期的に送信され得る専用メッセージとして通信され得る。
【０１３９】
前述したように、多くの実施形態において、電力動作点指標は、電力レベルの変化が基準を満たすかどうかの二進指標であってもよい。例えば、電力受信機が、目標負荷電力の変化が発生したか、または発生しようとしていると判定した場合、電力受信機は、電力動作点に変化があることを示すために、フラグを設定するか、または単一の1ビットメッセージを送信することができる。したがって、単に電力動作点指標メッセージを受信することが、電力動作点が変化していることの指標であり得る。電力動作点が変化しているという指標に応じて、電力送信機は、前述したように、例えば、所定の時間間隔にわたって異物検出を一時停止し、較正動作を実行するように進むことができる。
【０１４０】
多くの実施形態では、電力動作点指標を別のメッセージの一部として送信することが有利であり得る。これは、多くの場合、メッセージ送信のオーバーヘッドが低減され得るので、より効率的であり得る。例えば、電力動作点指標は、電力動作点が変化しているか否かを示す1ビットフラグを含むフィールドなど、既存のメッセージ内のフィールドとして含めることができる。場合によっては、電力動作点指標は、有利には、他の値またはパラメータを示すためにも使用され得るメッセージのフィールドの特定の値として提供され得る。例えば、典型的な動作中に、フィールドは例えば、受信電力レベルのような値を示すことができるが、電力受信機が目標負荷電力の来るべき変化を検出した場合には、代わりに、この来るべき変化を示す専用パターンを送信することができる。電力送信機がこのパターンを検出した場合、異物検出を中断するように進行し（従って、報告される受信電力レベルは必要とされないであろう）、較正処理を開始することができる。
【０１４１】
したがって、多くの実施形態では、電力動作点指標は、電力受信機によって電力伝送信号から抽出された電力を報告するために使用される受信電力レベルメッセージに含まれてもよい。
【０１４２】
特定の例として、Qi互換システムの場合、受信電力データパケットのモードフィールドを使用して、電力動作点の変化が発生したか、または発生しようとしていることを示すことができる。このメッセージは、現在、電力伝送フェイズ前の較正フェイズが電力受信機によって実行されるときは1のモード設定と、電力伝送フェイズに入るときの較正が実行されるときは2のモード設定とを有することができる。モードフィールドは、そのような実施形態では、電力動作点/目標負荷電力の変化を示すために、例えば3の値に設定されてもよい。
【０１４３】
電力送信機は、ACK応答を用いてこのデータパケットの受信を確認しなければならない。このACK応答が通信エラーにより失われた場合、電力受信機は、ACKを受信するまで、受信電力データパケットを繰り返すことができる。
【０１４４】
そのようなプロトコルを使用するQi互換アプローチの特定の例は、以下の通りであり得る:
1. 電力送信機は、最初に磁場内に異物が存在しないことを確実にするために、電力伝送前異物検出方法を使用する。
2. 電力送信機および電力受信機は、ネゴシエーションフェイズまでのおよびそれを含む電力伝送プロトコルに関与する。
3. 電力送信機および電力受信機は、較正フェイズの第1ステージを実行する（モード=1の受信電力データパケットを使用する，軽負荷）。
4. 電力送信機および電力受信機は、電力伝送フェイズに入ると、較正フェイズの第2ステージを実行する（モード=2の受信電力データパケットを使用する，接続された負荷）。
5. 電力送信機および電力受信機は、適切な電力伝送フェイズに継続し、典型的には、モード=0の受信電力データパケットを使用し、これらのデータパケットに対する電力送信機の応答は、電力受信機に、進行中の電力伝送に関する潜在的な問題を通知する。
6. 電力受信機の電力動作点が所定の閾値を超えて変化するときはいつでも、電力受信機は、モード3の受信電力データパケットを使用して、報告された受信電力を使用してその較正データを更新すべきであること、すなわち、新しい較正処理を実行し、決定された較正データを記憶/使用すべきであることを電力送信機に通知する。
【０１４５】
明確にするための上記の説明は、異なる機能回路、ユニットおよびプロセッサを参照して本発明の実施形態を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で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が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構造または編成を示すのではなく、説明された機能を提供するための適切な手段への言及としてのみ見なされるべきである。
【０１４６】
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することができる。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装され得る。本発明の実施形態の要素およびコンポーネントは、任意の適切な方法で物理的、機能的および論理的に実装され得る。実際、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装されてもよい。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。
【０１４７】
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、或る特徴が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(comprising)」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。
【０１４８】
さらに、個別に列挙されているが、複数の手段、素子、回路または方法ステップが、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装され得る。さらに、個々の特徴が異なる請求項に含まれている場合があるが、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ではない及び/又は有利ではないことを意味しない。また、或る特徴を請求項の1つのカテゴリに含めることは、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、当該特徴が動作し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行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ることができる。さらに、単数への言及は複数を除外しない。従って、「a」、「an」、「第1」、「第2」等への言及は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態様で限定するものと解釈してはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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