(57)【要約】  無線電力伝送システム用の電力送信機101は、送信機コイル103とドライバ201とを有し、電力伝送時間間隔と異物検出時間間隔を伴う反復時間フレームを用いて送信機コイル103のための駆動信号を生成する。試験生成器211は、異物検出時間間隔中に試験コイル209に対する試験駆動信号を発生する。異物検出器207は、試験駆動信号の測定されたパラメータに基づいて異物検出試験を行う。電力伝送フェーズに入る前に、アダプタ213は、電力送信機101を制御して、電力受信機105から受信した少なくとも第1のメッセージに応じて、試験駆動信号の信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作させる。異物検出時間間隔の間、試験駆動信号の信号パラメータは好ましい値に設定される。
2020522222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導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電力送信機であって、
前記電力伝送信号を生成する送信機コイル、
前記送信機コイルのための駆動信号を生成するドライバであって、電力伝送フェーズの間、少なくとも電力伝送時間間隔及び異物検出時間間隔を有する反復時間フレームを採用する前記駆動信号を生成するように構成されるドライバ、
前記電力受信機からメッセージを受信する受信機、
電磁試験信号を生成する試験コイル、
前記異物検出時間間隔の間に前記電磁試験信号を提供するために前記試験コイルのための試験駆動信号を生成するように構成された試験生成器、
前記試験駆動信号に対する測定されたパラメータに応じて異物検出試験を実行するように構成された異物検出器、
前記電力伝送フェーズに入る前に、少なくとも前記電力受信機から受信された第1のメッセージに応じて前記試験駆動信号の信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作するように前記電力送信機を制御するアダプタ、
を有し、
前記試験生成器が、前記異物検出時間間隔の間、前記試験駆動信号の前記信号パラメータを前記好ましい値に設定するように構成される、電力送信機。
【請求項２】
前記第1のメッセージが、前記電力受信機の特性の指標を有する、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項３】
前記第1のメッセージが、基準電磁試験信号に対する前記電力受信機の予想される影響の指標を有する、請求項１または請求項２に記載の電力送信機。
【請求項４】
前記第1のメッセージが、前記試験駆動信号の前記信号パラメータに対する制約の指標を有する、請求項１から請求項3のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項５】
前記第１のメッセージが、現在の電力受信機動作値と試験基準電力受信機動作値との間の差分の指標を有する、請求項１から請求項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、前記異物検出器の異物検出試験の制約に応じて前記好ましい値を決定するように構成される、請求項１に記載の電力送信機。
【請求項７】
前記制約が、前記試験駆動信号の最小信号レベルおよび周波数の制約のうちの少なくとも１つである、請求項６に記載の電力送信機。
【請求項８】
前記試験生成器が、前記電力伝送フェーズ前の初期試験インターバルにおいて前記好ましい値に適応された前記試験駆動信号の前記駆動パラメータで前記試験駆動信号を生成するように構成され、前記異物検出器が、前記初期試験インターバルにおいて前記異物検出試験を実行するように構成される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項９】
前記異物検出時間間隔における異物検出試験が異物が存在することを示す場合、前記異物検出器が、前記電力送信機を前記異物検出初期化モードに再び入れる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項１０】
前記アダプタが、前記好ましい値が基準を満たさない場合に前記電力送信機が前記電力伝送フェーズに入ることを防止するように構成される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項１１】
前記異物検出器が、前記異物検出初期化モードにあるときに前記駆動信号の測定された値に応じて前記異物検出試験のパラメータを適応させるように構成される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項１２】
前記アダプタが、前記異物検出時間間隔の間の前記試験駆動信号の測定に応じて前記電力伝送時間間隔の間の前記電力伝送信号のための最大レベルを設定するように構成される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の電力送信機。
【請求項１３】
誘導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を有する無線電力伝送システムであって、
前記電力送信機は、
前記電力伝送信号を生成する送信機コイル、
前記送信機コイルのための駆動信号を生成するドライバであって、電力伝送フェーズの間、少なくとも電力伝送時間間隔及び異物検出時間間隔を有する反復時間フレームを採用する前記駆動信号を生成するように構成され、前記電力伝送信号の電力が、前記電力伝送時間間隔に対して前記異物検出時間間隔の間低減される、ドライバ、
前記電力受信機からメッセージを受信する受信機、
電磁試験信号を生成する試験コイル、
前記異物検出時間間隔の間に前記電磁試験信号を提供するために前記試験コイルのための試験駆動信号を生成するように構成された試験生成器、
前記試験駆動信号に対する測定されたパラメータに応じて異物検出試験を実行するように構成された異物検出器、
前記電力伝送フェーズに入る前に、少なくとも前記電力受信機から受信された第1のメッセージに応じて前記試験駆動信号の信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作するように前記電力送信機を制御するアダプタ、
を有し、
前記試験生成器が、前記異物検出時間間隔の間、前記試験駆動信号の前記信号パラメータを前記好ましい値に設定するように構成され、
前記電力受信機が、
前記電力伝送信号から電力を抽出するための電力受信コイル、
前記異物検出時間間隔の間前記電力受信機の負荷を低減するための異物検出コントローラ、
前記電力送信機に前記第1のメッセージを送信するメッセージ送信機、
を有する、無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記電力受信機が、前記電力受信機における基準状態を引き起こすように前記試験駆動信号をバイアスするために少なくとも１つのメッセージを前記電力送信機に前記電力受信機が送信する異物検出初期化モードで動作するよう前記電力受信機を制御するように構成される電力受信機コントローラを有する、請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
誘導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前記電力送信機の動作方法であって、前記電力送信機が、
前記電力伝送信号を生成する送信機コイル、
電磁試験信号を生成する試験コイル、
前記電力受信機からメッセージを受信する受信機、
を有し、前記方法は、
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であって、前記駆動信号は、電力伝送フェーズの間、少なくとも電力伝送時間間隔及び異物検出時間間隔を有する反復時間フレームを採用する、ステップと、
前記異物検出時間間隔の間前記電磁試験信号を供給する前記試験コイルのための試験駆動信号を生成するステップと、
前記試験駆動信号に対する測定されたパラメータに応じて異物検出試験を実行するステップと、
前記電力伝送フェーズに入る前に、前記電力受信機から受信される少なくとも第1のメッセージに応じて前記試験駆動信号の信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作するように前記電力送信機を制御するステップ、
を有し、
前記試験駆動信号が、異物検出時間間隔の間前記好ましい値に設定された前記信号パラメータにより生成される、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における異物検出に関し、特に、しかし排他的ではなく、例えば、台所器具のような、より高電力の装置に誘導電力伝送を提供する電力送信機のための異物検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のほとんどの電気製品は、外部電源から電力供給され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、またはそうで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、電力要件も著しく異なり、現在、ほとんどの装置は、それら自体の専用電源を備えており、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。内部バッテリの使用は、使用中に電源への有線接続の必要性を回避することができるが、これは、バッテリが再充電（または交換）を必要とするので、部分的な解決策を提供するに過ぎない。バッテリの使用は、装置の重量及び潜在的なコスト及びサイズを実質的に増加させることもある。
【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】
磁気誘導を介する電力伝送は、周知の概念であり、主に、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。2つの装置の間で一次送信機コイルと二次受信機コイルを分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいて、これらの間の無線電力伝送が可能になる。
【０００５】
このような構成は、ワイヤまたは物理的な電気的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、それは、外部から再充電または電力供給されるために、装置が送信機コイルに隣接して、またはその上に配置されることを単に可能にし得る。例えば、電力送信装置は、電力を供給されるために装置がその上に単に配置されることができる水平面を備えて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、電力送信機装置があ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デバイスが、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、同じくQi規格を満たす電力受信機デバイスとともに使用されることを可能にする。Qi規格は、（例えば、特定の電力ドレインに依存して）動作を特定の電力受信デバイスに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む。
【０００７】
Qi規格は、ワイヤレス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）上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。
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、コイン、キー、指輪等のような異物が、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置かれた場合、送信機コイルによって生成された磁束は、金属物体に渦電流を導入し、物体を加熱させる。熱の増加は、非常に重大であり得、非常に不利であり得る。
【０００８】
このようなシナリオが発生す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、送信電力を低減し、および/または肯定的な検出が発生したときに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ための機能を含む。具体的には、Qi規格バージョン1.2.1のセクション11は、異物を検出する様々な方法を記載している。
【０００９】
このような異物を検出する1つの方法が、WO2015018868A1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アプローチを開示するWO 2012127335に提供される。このアプローチでは、電力受信機および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信する。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ることができる。この電力損失方法は、電力送信機及び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。
【００１０】
例えば、Qi電力伝送規格では、電力受信機は、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、電力受信機における内部電力損失（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等の損失）の推定値を加算することによって、その受信電力を推定する。電力受信機は、例えば4秒毎の最小レートで、決定された受信電力を電力送信機に報告する。
【００１１】
電力送信機は、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、例えば、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のような、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って、その送信電力を推定する。
【００１２】
電力送信機は、送信電力から報告された受信電力を減算することによって電力損失を推定することができる。差がしきい値を超える場合、送信機は、過剰な電力が異物で消費されたと仮定し、その後、電力伝送を終了するように進むことができる。
【００１３】
あるいは、一次コイルおよび二次コイルによって形成される共振回路の品質またはQファクタを、対応するキャパシタンスおよび抵抗と共に測定することが提案されている。測定されたQファクタの減少は、異物が存在することを示し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
実際には、Qi規格に記載された方法を使用して十分な検出精度を達成することは困難である傾向がある。この困難性は、特定の現在の動作条件に関する多数の不確実性によって悪化する。
【００１５】
例えば、特定の問題は、フレンドリー金属（すなわち、電力受信機または電力送信機を具現化するデバイスの金属部品）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（かつ異なるデバイス間で変化し得る）、したがって、補償することが困難であり得る。
【００１６】
さらに、望ましくない加熱は、金属性の異物内で消散される比較的少量の電力からであっても生じることがある。したがって、送信電力と受信電力との間のわずかな電力差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ときに特に困難である。
【００１７】
Qファクタ劣化アプローチは、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することができる。しかしながら、それでも十分な精度を提供することができず、例えば、フレンドリー金属の影響を受けることもある。
【００１８】
異物検出の性能は、試験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規格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提供する信号は、電力受信機をウェイクアップすることを防止するのに十分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悪く、結果として測定の精度が低下する。
【００１９】
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。小さな測定信号にさら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示すことがある。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、電力送信機コイルにおける反射インピーダンスに影響を及ぼすので、品質係数の測定はまた、特定の電流条件に依存する。
【００２０】
別の問題は、異物検出が、典型的には非常に敏感な試験であり、異物の存在によって引き起こされる比較的小さな変化が、試験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化を伴う環境において検出されることが望ましいことである。
【００２１】
したがって、現在のアルゴリズムは、最適には及ばない傾向があり、いくつかのシナリオおよび例では、最適に満たない性能を提供することがある。特に、それらは、検出されない異物の存在、または存在しない場合の異物の誤った検出をもたらすことがある。
【００２２】
したがって、改善された物体検出が有利であり、特に、柔軟性の増大、コストの低減、複雑さの低減、物体検出の改善、誤検出および検出失敗の低減、後方互換性、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】
【００２３】
したがって、本発明は、好ましくは、上述の欠点の1つ以上を単独でまたは任意の組み合わせで軽減、緩和または排除することを目的とする。
【００２４】
本発明の一態様によれば、誘導電力伝送信号を介して電力を電力受信機に無線で供給するための電力送信機であって、電力伝送信号を生成するための送信機コイルと、送信機コイルのための駆動信号を生成するドライバであって、電力伝送フェーズ中に、少なくとも電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔を含む反復時間フレームを使用するための駆動信号を生成するように構成されたドライバと、電力受信機からメッセージを受信するための受信機と、電磁試験信号を生成するための試験コイルと、異物検出時間間隔中に電磁試験信号を供給するために試験コイルのための試験駆動信号を生成するように構成された試験生成器と、試験駆動信号に対して測定されたパラメータに応答して異物検出試験を実行するように構成された異物検出器と、電力伝送フェーズに入る前に、電力受信機から受信された少なくとも第1のメッセージに応答して試験駆動信号のための信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作するように電力送信機を制御するアダプタと、を備え、試験生成器は、異物検出時間間隔中に試験駆動信号の信号パラメータを好ましい値に設定するように構成される、電力送信機が提供される。
【００２５】
本発明は、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る。多くのシナリオおよびシステムにおいて、より正確な異物検出が達成され得る。このアプローチは、多くの実施形態において、複雑さを低減することができ、多くのシステムにおいて、高度の下位互換性を提供することができる。具体的には、このアプローチは、例えば、Qi規格のバージョン1.2又はそれ以前に従って動作する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。
【００２６】
このアプローチは、電力伝送フェーズ中の異物検出試験の精度および/または信頼性を改善することを可能にすることができる。多くの実施形態では、この手法は、異物検出試験の不確実性および変動を低減し、それによって性能を改善することができる。このアプローチは、特に、異物検出に対する電力伝送変動および動作条件に対する影響を低減することができる。このアプローチは、例えば、異物検出中に、特定の、例えば、所定の基準シナリオおよび動作点で動作するようにシステムにバイアスをかけることができる。これは、異物検出試験の一貫性および予測可能性を改善することができる。特に、それは、電磁試験信号に対する電力受信機の影響のより正確かつより信頼性のある推定を可能にし、したがって、異物検出器がそのための補償を改善することを可能にし得る。
【００２７】
多くの実施形態では、試験コイルおよび送信機コイルは、同じコイルであってもよい。多くの実施形態では、ドライバおよび試験生成器は、同じエンティティであってもよく、したがって、同じ回路が、駆動信号および試験駆動信号の両方を生成してもよい。多くの実施形態では、電力伝送信号および試験駆動信号は、多くのパラメータ値を共有することができ、例えば、それらは同じ周波数を有することができる。
【００２８】
好ましい値が決定される信号パラメータは、具体的には、周波数、電圧、電流、信号レベル、位相、タイミング、および/または振幅であり得る。
【００２９】
好ましい値は、信号パラメータのためにアダプタによって決定される任意の値であってもよく、例えば、第1のパラメータと同等に呼ばれてもよい。
【００３０】
多くの実施形態では、異物検出時間間隔の継続時間は、時間フレームの継続時間の5%、10%、または20%以下である。多くの実施形態では、異物検出時間間隔の継続時間は、時間フレームの70%、80%、または90%以上である。アダプタは、適応時間間隔において異物検出初期化モードで動作するように電力送信機を制御してもよい。多くの実施形態では、異物検出時間間隔の継続時間は、適応時間間隔の継続時間の5%、10%または20%以下である。
【００３１】
このアプローチは、例えば、電磁信号の高い磁界強度であるが低い負荷に対応する、高い誘導電圧であるが軽い負荷の両方で電力受信機が動作することができる異物検出時間間隔を導入することができる。そのようなシナリオでは、異物の影響は、そのような物体に誘起される電力が抽出される総電力のより高い割合を表すことになるので、より顕著になり得る。実際、より高い磁気強度は、存在する任意の異物においてより高い誘導信号をもたらすことができ、低減された負荷は、異物が存在するかどうかを検出するときに電力受信機の存在の影響を低減することができる。
【００３２】
異物検出器は、電磁試験信号の電力レベルと、電力受信機から受信され、電磁試験信号の予想負荷を示す負荷指標によって示される電力との間の差が閾値を上回る場合に、異物が検出されたと判定するように構成されてもよい。差が閾値を下回る場合、異物検出器は、異物が検出されないと判定することができる。
【００３３】
異物検出器は、試験コイルを含む共振回路の品質尺度（駆動信号の測定値から決定される）が閾値未満である場合に、異物が検出されたと判定するように構成されてもよい。閾値は、典型的には、電力受信機から受信されたメッセージに依存し得る。
【００３４】
本発明の任意の特徴によれば、第1のメッセージは、電力受信機のプロパティの指標を含む。
【００３５】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。これは、特に、異物検出試験が、好ましい値を決定するときに、電力受信機の特定の特性に対する改善された補償を提供することを可能にし得る。それはまた、異物検出試験が個々の電力受信機の特性を補償することを可能にする。
【００３６】
この特性は、例えば、電力受信機のタイプ/クラス/カテゴリの指標であってもよく、および/または電力受信機識別子であってもよい。いくつかの実施形態では、特性の指標は、電力受信機による電磁試験信号の推定負荷、例えば、電力受信機のフレンドリー金属による負荷の指標を示すことができる。いくつかの実施形態では、特性の指標は、例えば、電力受信コイルを含む電力受信機の共振回路の共振周波数の指標などの好ましいパラメータ設定の指標であってもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、特性の指標は、電力受信機による電磁試験信号の推定負荷、例えば、電力受信機のフレンドリー金属による負荷の指標を示すことができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、特性の指標は、電力受信機による電磁試験信号の推定負荷、例えば、電力受信機のフレンドリー金属による負荷の指標を示すことができる。いくつかの実施形態では、特性の指標は、例えば、電力受信機のフレンドリー金属の影響の指標など、送信機コイルを備える共振回路の品質尺度に対する推定された影響を示してもよい。
【００３９】
本発明の任意選択の特徴によれば、第1のメッセージは、基準電磁試験信号に対する電力受信機の予想される影響の指標を含む。
【００４０】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。これは、特に、異物検出試験が、好ましい値を決定するときに、電力受信機の影響に対する改善された補償を提供することを可能にすることができる。それはまた、異物検出試験が個々の電力受信機の影響を補償することを可能にする。
【００４１】
いくつかの実施形態では、特性の指標は、電力受信機による電磁試験信号の推定負荷、例えば、電力受信機のフレンドリー金属による負荷の指標を示すことができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、特性の指標は、電力受信機による電磁試験信号の推定負荷、例えば、電力受信機のフレンドリー金属による負荷の指標を示すことができる。いくつかの実施形態では、特性の指標は、例えば、電力受信機のフレンドリー金属の影響の指標など、送信機コイルを備える共振回路の品質尺度に対する推定された影響を示してもよい。
【００４３】
予想される影響の指標は、例えば、異物検出時間間隔中の電力受信機の予想される電力消費の指標、または試験コイルを備える共振回路の品質尺度に対する予想される影響の指標であってもよい。
【００４４】
本発明の任意選択の特徴によれば、第1のメッセージは、試験駆動信号に対する信号パラメータに対する制約の指標を含む。
【００４５】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。これは、特に、試験駆動信号、したがって電磁試験信号が、改善された異物検出を可能にし、かつ/または許容可能な動作（例えば、異物検出中の十分な電力）を保証することができる特性を有するように生成されることを可能にすることができる。
【００４６】
制約は、具体的には、試験駆動信号の信号レベル（電流、電圧および/または電力）または周波数（例えば、最大および/または最小）に対する制約であり得る。
【００４７】
本発明の任意選択の特徴によれば、第1のメッセージは、現在の電力受信機動作値と試験基準電力受信機動作値との間の差の指標を含む。
【００４８】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。これは、特に、電力送信機が、所望の基準レベル（または間隔）に対応する電磁試験信号の特性をもたらすように試験駆動信号を生成することを可能にし得る。
【００４９】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、異物検出器の異物検出試験の制約に応答して好ましい値を決定するようにさらに構成される。
【００５０】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。特に、それは、たとえ電力受信機が他の値が使用されるべきであることを要求または指示しても、異物検出が試験のための適切な電磁試験信号で実行されることを保証し得る。
【００５１】
本発明の任意選択の特徴によれば、制約は、最小信号レベルおよび試験駆動信号の周波数に対する制約のうちの少なくとも1つである。
【００５２】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。
【００５３】
本発明の任意選択の特徴によれば、試験生成器は、電力伝送フェーズの前の初期試験時間間隔において、好ましい値に適合された試験駆動信号の駆動パラメータを有する試験駆動信号を生成するように構成され、異物検出器は、初期試験時間間隔において異物検出試験を実行するように構成される。
【００５４】
これは、改善された動作を提供することができ、特に、存在する異物による電力伝送フェーズの初期化を回避することができる。また、信頼性を高め、信号パラメータが異物検出に適していない値に設定される危険性を低減することができる。
【００５５】
本発明の任意選択の特徴によれば、異物検出時間間隔における異物検出試験が異物が存在することを示す場合、異物検出器は、電力送信機を異物検出初期化モードに再び入れるように構成される。
【００５６】
これは、多くのシナリオで改善された動作を提供することができる。例えば、それは、多くの実施形態において、システムが、例えば、電力送信機に対する電力受信機の移動によって引き起こされるような、動作条件の突然の変化に対して自動的に再較正することを可能にし得る。
【００５７】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、好ましい値が基準を満たさない場合に、電力送信機が電力伝送フェーズに入ることを防止するように構成される。
【００５８】
これは、改善された動作を提供することができ、特に、存在する異物による電力伝送フェーズの初期化を回避することができる。また、これは、信頼性を高め、信号パラメータが異物検出（または潜在的に任意の他の動作）に適していない値に設定される危険性を低減し得る。
【００５９】
本発明の任意選択の特徴によれば、異物検出器は、異物検出初期化モードにあるときに、駆動信号の測定された値に応答して異物検出試験のパラメータを適合させるように構成される。
【００６０】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。
【００６１】
本発明の任意選択の特徴によれば、アダプタは、異物検出間隔中の試験駆動信号の測定に応答して、電力伝送間隔中の電力伝送信号の最大レベルを設定するように構成される。
【００６２】
これは、多くの実施形態において改善された動作を提供することができる。
【００６３】
本発明の一態様によれば、誘導電力伝送信号を介して電力を電力受信機に無線で供給するための電力送信機を含む無線電力伝送システムが提供され、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と、送信機コイルのための駆動信号を生成するドライバであって、電力伝送フェーズ中に、少なくとも電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔を含む反復時間フレームを使用する駆動信号を生成するように構成され、電力伝送信号の電力が、電力伝送時間間隔に対して異物検出時間間隔中に低減される、ドライバと、電力受信機からメッセージを受信するための受信機と、電磁試験信号を生成するための試験コイルと、異物検出時間間隔中に電磁試験信号を供給するために試験コイル用の試験駆動信号を生成するように構成された試験生成器と、試験駆動信号に対して測定されたパラメータに応答して異物検出試験を実行するように構成された異物検出器と、電力伝送フェーズに入る前に、電力受信機から受信された少なくとも第1のメッセージに応答して試験駆動信号のための信号パラメータの好ましい値が決定される異物検出初期化モードで動作するように電力送信機を制御するアダプタと、を備え、試験生成器は、試験駆動信号の信号パラメータを異物検出時間間隔中に好ましい値に設定するように構成され、電力受信機は、電力伝送信号から電力を抽出するための電力受信コイルと、異物検出時間間隔中に電力受信機の負荷を低減するための異物検出コントローラと、第1のメッセージを電力送信機に送信するためのメッセージ送信器とを備える。
【００６４】
本発明の任意選択の特徴によれば、電力受信機は、電力受信機が少なくとも1つのメッセージを電力送信機に送信して、電力受信機において基準状態を引き起こす方向に試験駆動信号をバイアスする異物検出初期化モードで動作するように電力受信機を制御するように構成された電力受信機コントローラをさらに備える。
【００６５】
これは、改善された異物検出を提供することができ、特に、異物検出試験の改善された信頼性および精度を提供することができる。
【００６６】
多くの実施形態では、アダプタは、基準状態にある電力受信機に対する試験駆動信号の測定に応答して、信号パラメータの好ましい値を決定するように構成されてもよい。
【００６７】
本発明の一態様によれば、誘導電力伝送信号を介して電力を電力受信機に無線で供給する電力送信機のための動作方法が提供され、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と、電磁試験信号を生成するための試験コイルと、電力受信機からメッセージを受信するための受信機と、を備え、当該方法は電力伝送フェーズ中に、電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔を少なくとも含む反復時間フレームを使用する、送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、異物検出時間間隔中に電磁試験信号を供給するために試験コイルのための試験駆動信号を生成するステップと、試験駆動信号に対して測定されたパラメータに応答して異物検出試験を実行するステップと、電力伝送フェーズに入る前に、試験駆動信号のための信号パラメータの好ましい値が少なくとも電力受信機から受信された第1のメッセージに応答して決定される異物検出初期化モードで動作するように電力送信機を制御するステップとを含み、試験駆動信号は、前記異物検出時間間隔中に、前記信号パラメータが前記好ましい値に設定された状態で生成される。
【００６８】
本発明のこれらのおよび他の態様、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】
【００６９】
本発明の実施形態が、単なる一例として、図面を参照して説明される。
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係る電力伝送システムの要素の一例を示す図。
【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受信機の要素の一例を示す図。
【図４】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一例を示す図。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
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であろう。
【００７１】
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を備える。システムはさらに、受信コイル/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を備える。
【００７２】
このシステムは、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は、電磁信号を生成し、この電磁信号は、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播される。電力伝送信号は、典型的には、約20kHzから約500kHzの間の周波数を有することができ、Qi互換システムの場合には、多くの場合、典型的には95kHzから205kHzの範囲内である（または、例えば、高電力キッチン用途の場合、周波数は、典型的には、例えば、20kHzから80kHzの範囲内であることができる）。送信コイル103と受電コイル107とは疎に結合されており、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）を拾う。したがって、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へ伝送される。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、同等性によって、送信機コイル103に提供されるか、または受電コイル107によってピックアップされる電気信号を指すものとしても考えられ、使用され得ることが理解される。
【００７３】
この例では、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、金属加熱素子などの金属素子を含むことができ、その場合、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。
【００７４】
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、電力送信機は、多くの実施形態において、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1〜5W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1000Wを超える範囲とすることができる。
【００７５】
以下では、電力送信機101および電力受信機105の動作は、（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、またはワイヤレスパワー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。
【００７６】
無線電力伝送システムでは、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、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物体は、この分野において、異物として知られる。
【００７７】
異物は、動作に電力損失を加え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おける渦電流）が誘導されると、非常に望ましくない異物の加熱がしばしば発生する。
【００７８】
このようなシナリオに対処するために、Qiのような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しようとする機能を備える。存在する場合、電力送信機は、例えば、電力伝送を終了させるか、または伝送され得る最大電力量を低減させ得る。
【００７９】
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、多くのシナリオにおいて最適ではない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し得、その結果、検出失敗、および/または、このような物体が存在しないにもかかわらず異物が検出される偽陽性が生じる。
【００８０】
異物検出は、電力受信機が電力伝送フェーズに入る前に（例えば、電力伝送の初期化中に）、または電力伝送フェーズ中に実行され得る。電力伝送フェーズ中の検出は、測定された送信された電力と受信された電力との比較に基づくことが多く、電力伝送フェーズの前に行われる検出は、例えば、小さい測定信号を使用することによって送信機コイルの品質係数を測定することによる反射インピーダンスの測定に基づくことが多い。
【００８１】
本発明者らは、従来の異物検出が最適には及ばずに動作し、これは、部分的には、電力送信機特性、電力受信機特性、適用される試験条件などにおける変動および不確実性を含む、異物検出が実行される特定の動作条件およびシナリオにおける変動および不確実性に起因することを理解した。
【００８２】
異物検出試験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提供する信号は、電力受信機をウェイクアップしないように十分に小さくなければならない。しかしながら、これは、典型的には、低い信号/雑音比をもたらし、検出精度の低下をもたらす。したがって、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、相反する要件が存在する。
【００８３】
小さな電磁信号にさらされる電力受信機は、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コンデンサの充電状態に依存する漏れ電流を示すことがある。したがって、この漏れ電流は、現在経験されている実際の状態に応じて、およ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）に応じて変化する可能性がある。漏れ電流は、一次コイルにおける反射インピーダンスに影響を及ぼすので、品質係数の測定も実際の状態に依存し、これは、典型的には最適な検出を妨げる。
【００８４】
例えば、異なる負荷または信号レベルにおける報告された受信電力指標に基づいて異物を検出するさらに別の問題は、送信された電力と受信された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に、所望されるよりも信頼性が低い可能性があることである。
【００８５】
図1のシステムは、変動に対する不確実性および感度を低減しようとする異物検出のための手法を使用し、したがって、改善された異物検出を提供しようとする。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し得、特に、多くの実施形態において、より正確かつ/または信頼性のある異物検出を提供し得る。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することができる。このアプローチの利点は、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ていることであり、実際、これはほとんど修正なしに達成されることが多い。
【００８６】
以下でより詳細に説明するように、このアプローチは、電力伝送フェーズ中に時分割アプローチを利用し、このアプローチでは、異物検出および電力伝送を、例えば別々の時間間隔で実行することができ、それによって、これらの間の干渉（特に、異物検出に対する電力伝送の影響）を実質的に低減することを可能にする。さらに、生成される電磁信号のパラメータは、潜在的に電力送信機および電力受信機の両方のパラメータを含む、特定の試験シナリオに適合され得る。これは、システムが電力伝送フェーズに入る前に実行される適応プロセスによって達成することができ、試験信号の1つまたは複数の好ましいパラメータ値が、電力受信機から受信される少なくとも1つのメッセージに基づいて決定される。
【００８７】
このアプローチは、変動および不確実性を実質的に低減し、典型的には、はるかに正確な異物検出をもたらすことができる。
【００８８】
例えば、異物検出が実行されるとき、異物検出時間間隔中に電力受信機が負荷を切断することによって、電力受信機の負荷の影響および対応する不確実性を低減するか、または除去することさえできる。これは、例えば、不連続な電力供給をもたらし得るが、これは、典型的には短い異物検出間隔の間に電力を提供する、大きなキャパシタのようなエネルギーバッファによって克服され得る。
【００８９】
別の例として、例えば、異物検出時間間隔中に生成される試験信号の周波数または信号レベルは、受信機において特定の基準動作点/条件に対応するように、電力伝送前フェーズ中に決定されてもよい。電力受信機パラメータ/特性は、この特定の設定について周知であり得、したがって、これらは、異物検出試験において補償/考慮され得、より信頼性があり、正確な試験をもたらす。
【００９０】
既存の方法のさらに別の問題は、異物検出試験がそれに対して設計されているか、または試験パラメータが（例えば、システムの技術仕様を介して）それに基づいて決定されている基準電力送信機設計と電力送信機設計との間の差である。これは、例えば、基準電力送信機と比較して、電力送信機において測定される品質係数の差につながり得る。したがって、電力送信機は、電力受信機から受信された予想される品質係数/基準Q係数に関する情報を直接使用することができない。実際、電力送信機は、測定されたQ係数を基準電力送信機の対応するQ係数に変換するか、または、受信された基準品質係数を、その測定されたQ係数にとって意味のある新しい値に変換する必要がある。さらに、Q係数は、送信機の電力コイルから見たときの異物における電力損失の指標を与えるが、異物の加熱に直接関係しない他の態様にも依存する。しかしながら、電力伝送前フェーズ適応の間に測定信号のパラメータを適切に決定することによって、測定信号は、そのような差を潜在的に補償するように設定され得る。
【００９１】
以下では、図1のシステムをより詳細に説明する。この例では、電磁電力伝送信号および異物検出に使用される電磁試験信号は、（異なるドライバによって駆動される）2つの異なるコイルによって生成される。さらに、信号は異なる用語で呼ばれ、すなわち、電力伝送時間間隔中に生成される電磁信号は、電力伝送信号と呼ばれ、異物検出時間間隔中に生成される電磁信号は、電磁試験信号、または単に試験信号と呼ばれる。しかしながら、多くの実施形態では、電磁信号は、電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔の両方において同じコイルから生成されてもよく、実際には、電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔の両方に対して同じドライバなどが使用されてもよいことが理解されよう。実際、多くの実施形態では、試験信号への言及は、異物検出時間間隔中の電力伝送信号と同等であると考えることができる。
【００９２】
図2は電力送信機101の要素を示し、図3は図1の電力受信機105の要素をより詳細に示す。
【００９３】
電力送信機101は、電磁電力伝送信号を生成する送信コイル103に供給される駆動信号を生成し得るドライバ201を含んでおり、それは電力受信機105への電力伝送を提供することができる。電力伝送信号は、電力伝送フェーズの電力伝送時間間隔中に提供される。
【００９４】
ドライバ201は、典型的には、当業者には周知のように、フルブリッジまたはハーフブリッジを駆動することによって典型的に形成されるインバータの形態の出力回路を備えることができる。
【００９５】
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規格に従って電力制御を実行するために必要とされる機能の多くを含み得る。
【００９６】
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、駆動信号の電力レベル、したがって生成された電力伝送信号のレベルを具体的に制御することができる。電力送信機コントローラ203は、電力制御フェーズ中に電力受信機105から受信された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。
【００９７】
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メッセージ受信機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提供することができる）。この例では、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、メッセージ受信機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、これらは、さらに詳細には説明されない。
【００９８】
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、または実際には送信機コイル103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、近距離無線通信が実施されてもよく、または高周波搬送波（例えば、13.56MHzの搬送波周波数を有する）が、電力伝送信号上に重ねられてもよい。
【００９９】
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、生成された電磁場内に望ましくない導電性要素が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。
【０１００】
このシステムでは、異物検出試験は、異物検出時間間隔中に実行される測定に基づく。これらの異物検出時間間隔の間、送信機コントローラ203は、電力伝送信号の電力レベルを低減するように構成され、具体的には、電力伝送信号を生成するために異なるコイルを使用し、電磁試験信号が電力伝送信号を完全にオフに切り替える例であってもよい。
【０１０１】
異物検出が行われている期間、すなわち、異物検出時間間隔の間、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することができる。異物検出時間間隔の間、電力送信機101は、電磁試験信号を生成し、異物検出は、この信号の特徴および特性を評価することに基づく。
【０１０２】
例えば、生成された試験信号（から抽出された電力）の電力レベルは、潜在的な異物によって抽出されている電力の指標として使用されてもよい（典型的には、それを電力受信機105からの予想される電力抽出と比較することによって）。電磁試験信号の電力レベルは、電磁界内の導電性素子（受信コイル107を含む）によって電磁試験信号から抽出される電力を反映する。したがって、それは、電力受信機105と存在する可能性がある任意の異物の組み合わせによって抽出された電力を示す。したがって、電磁信号の電力レベルと電力受信機105によって抽出される電力との間の差は、存在する任意の異物によって抽出される電力を反映する。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）の間の差が、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発生したとみなされる低複雑度検出であってもよい。
【０１０３】
したがって、このアプローチでは、異物検出は、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ている。異物の検出に対する反応は、それぞれの実施形態で異なり得る。しかしながら、多くの実施形態では、電力送信機101は、異物の検出に応答して（少なくとも一時的に）電力伝送を終了させるように構成されてもよい。
【０１０４】
試験信号を生成するために、電力送信機101は、試験生成器211に結合された試験コイル209を備える。試験生成器211は、異物検出時間間隔中に電磁試験信号を供給するために試験コイル209のための試験駆動信号を生成するように構成される。試験駆動信号は、試験コイル209に供給される電気信号であり、その結果、電磁試験信号が生成され、すなわち、試験コイル209は、試験駆動信号に応じた磁界強度を有する対応する電磁界を生成する。
【０１０５】
試験生成器211は、ドライバ201と実質的に同じ機能を備えることができ、例えば、試験生成器211の出力は、ハーフブリッジインバータ又はフルブリッジインバータとすることができる。実際、前述したように、多くの実施形態では、試験生成器211はドライバ201によって実装され、試験コイル209は送信コイル103によって実装されてもよい。したがって、以下では、試験生成器211および試験コイル209へのすべての言及は、電力伝送信号および電磁試験信号の両方の生成のために同じコイルが使用される実施形態のためのドライバ201および試験コイル209への言及として、適宜考慮され得る。そのような状況では、生成された電磁信号の電力は、電力伝送時間間隔に対して異物検出時間間隔の間典型的には固定された基準レベルに適合され得る。
【０１０６】
電力送信機はさらに、電力送信機101が電力伝送フェーズに入る前に、試験駆動信号の1つまたは複数のパラメータの適切な値を決定するように構成されたアダプタを備える。次に、これらの値は、電力伝送フェーズの（少なくとも1つの）異物検出時間間隔中に適用される。なお、アダプタ213については、後に詳述する。
【０１０７】
図3は、電力受信機105のいくつかの例示的な要素を示している。
【０１０８】
受信機コイル107は、スイッチ305を介して負荷303に受信機コイル107を結合する電力受信機301に結合される（すなわち、切り替え可能な負荷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のための適切な供給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。
【０１０９】
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は負荷変調器307を備える。負荷変調器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ように構成される。負荷変動は、その後、当業者に知られているように、電力送信機101によって検出され、復調される。
【０１１０】
図4は、電力受信機105の電力経路の一例の構成要素の回路図を示す。この例では、電力受信機105は、LRXという名称で呼ばれる受信機コイル107を備える。この例では、受信機コイル107は共振回路の一部であり、したがって、電力受信機105は共振キャパシタCRXも含む。受信コイル107は、電磁信号を受け、それに応じて、交流電圧/電流がコイルに誘導される。共振回路は、ブリッジの出力に結合された平滑キャパシタC1を有する整流ブリッジに結合される。これにより、キャパシタC1に直流電圧が発生する。直流電圧のリップルの大きさは、平滑キャパシタの大きさと負荷に依存する。
【０１１１】
ブリッジB1および平滑キャパシタ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、負荷を電力経路に接続または電力経路から切断するために使用されることができ、したがって、負荷は切り替え可能な負荷305である。スイッチS1は従来のスイッチとして示されているが、もちろん、典型的にはMOSFETを含む任意の適切な手段によって実施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、充電されるべきバッテリ、携帯電話、または別の通信もしくは計算装置であってもよく、単純な受動負荷などであってもよい。実際、負荷303は、外部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自体の要素を含むことができる。したがって、図3および図4に示す負荷303は、スイッチ305/S1によって切断することが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考えることができ、したがって、切替可能負荷305とも呼ばれる。
【０１１２】
図4はさらに、スイッチS2の切り替えに基づいて共振回路に並列に接続または切断することができる負荷変調キャパシタC2を示す。負荷変調器307は、変調キャパシタC2の負荷が、電力送信機101に送信されるデータに応答して接続および切断され、それによって負荷変調を提供することができるように、スイッチS2を制御するように構成され得る。
【０１１３】
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時間間隔中に異物検出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は、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は負荷コントローラの一部と見なすことができる）。異物検出時間間隔の間、負荷コントローラ309は、負荷303を電力受信機から切断することができ、すなわち、電力受信機コントローラ301の負荷を切断し、したがって、受信機コイル107の負荷を切断する。これにより、負荷コントローラ309は、異物検出時間間隔における受信コイル107の負荷を軽減することができる。さらに、電力受信機105の負荷が低減され、それによって、他の電力損失を検出することがより容易になるだけでなく、しばしば、より重要なことに、電力受信機105は、電磁試験信号に対する負荷変動の影響が低減される、より明確に定義された、または特定の状態に入る。
【０１１４】
当然のことながら、受信コイル107の負荷は、異物検出間隔の間、完全にはオフにされない場合がある。例えば、電力受信機105は、依然として、例えば、いくつかの内部回路を動作させるための電力を抽出することができる。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に負荷をかけることを可能にしながら、受信コイル107に負荷をかけることから負荷を切り離すように構成され得る。実際、受信コイル107の負荷は、異物検出期間中に負荷コントローラ309によって切断された負荷と、負荷コントローラ309によって切断されていない負荷とから構成される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、電力伝送が確立される外部または内部負荷の両方を含むことができるが、例えば、異物検出間隔中に一時的にオフに切り替えられる内部制御機能を含むこともできる。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、切替可能な負荷は、例えば、整流器B1の入力における誘導電圧の低減によって切断されてもよく、同時に、切替可能な負荷（バッテリであってもよい）および/またはキャパシタC1に蓄積されたエネルギーによって、整流器の出力における高電圧レベルを維持する。これは、整流器B1を通る電流を停止させることができ、したがって、切り替え可能な負荷を効果的に切断することができる。
【０１１６】
電力受信機105は、電力送信機101と電力制御ループを確立するように構成された電力コントローラ311を含む。具体的には、電力コントローラ311は、電力制御メッセージを電力送信機101に送信することができ、それに応答して、電力送信機101は、電力伝送時間間隔中に電力伝送信号の電力レベルを変更することができる。典型的には、電力コントローラ311は、電力送信機101に電力レベルを増加また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することができる。電力コントローラ311は、測定された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してもよい。電力伝送中、電力コントローラ311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することができる。
【０１１７】
前述のように、システムは、時間フレームが少なくとも1つの電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔を含む電力伝送フェーズ中に反復時間フレームを適用する。このような反復時間フレームの例は、図5に示されており、電力伝送時間間隔がPTで示され、異物検出時間間隔がDで示されている。この例では、各時間フレームFRMは、1つの異物検出時間間隔と1つの電力伝送時間間隔のみを含み、これら（および時間フレーム自体）は、各フレーム内で同じ継続時間を有する。しかしながら、他の実施形態では、他の時間間隔（例えば、通信時間間隔など）も時間フレームに含まれてもよく、または複数の異物検出時間間隔および/または電力伝送時間間隔が各時間フレームに含まれてもよいことが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態では、異なる時間間隔（および実際には時間フレーム自体）の継続時間は、動的に変化することができる。
【０１１８】
したがって、このアプローチでは、異物検出および電力伝送が時間領域で分離され、その結果、異物検出への電力伝送からの相互干渉が低減される。したがって、電力伝送のための動作条件の変動に起因する変動性および不確実性を、異物検出から隔離することができ、その結果、より信頼性が高く、正確な異物検出が得られる。
【０１１９】
したがって、電力伝送信号時間間隔において、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時間間隔中に電力伝送を実行するように構成される。具体的には、これらの時間間隔中に、電力送信機101および電力受信機105は、電力制御ループを動作させることができる（電力制御ループは、電力伝送信号時間間隔内の通信に基づくことができ、または、例えば、専用通信時間間隔など、電力伝送信号時間間隔外の通信に基づくことができる。例えば、各異物時間間隔は、複数の交互の電力伝送信号時間間隔および通信時間間隔によって分離されることができる）。したがって、伝送される電力のレベルは、動的に変化させることができる。電力伝送フェーズの時間フレームの異物検出時間間隔において、駆動信号の、したがって電磁試験信号の少なくとも1つのパラメータは、電力伝送フェーズの前に実行される適応動作中に決定される値に設定される。したがって、異物検出時間間隔において、パラメータは、所定の値に設定されてもよい（すなわち、電力伝送フェーズの前に決定される）。対照的に、パラメータは、電力伝送時間間隔中にこの所定の値に制約されないことがある。
【０１２０】
例えば、電力伝送時間間隔の間、システムは、電力受信機からの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変化させることを可能にする電力制御ループを動作させることができる。電力制御ループは、駆動信号/電力伝送信号の電流、電圧、および周波数のうちの少なくとも1つを制御/変化させることができる。対照的に、異物検出時間間隔中に、電力伝送時間間隔中に電力制御ループによって変更されるパラメータは、電力伝送フェーズの前に決定された所定の値に設定されてもよい。
【０１２１】
電力伝送信号および電磁試験信号の両方に同じコイルが使用される多くの実施形態では、電力送信機は、電力伝送時間間隔に対して異物検出時間間隔中に電力伝送信号のレベルを低減するように構成されてもよい。多くの状況では、電力伝送信号の電力レベルは、例えば10~100Wのレベルまで、または多くの用途（例えば、台所器具への電力伝送）ではさらに実質的により高いレベルまで増加することが可能であり得る。しかしながら、異物検出時間間隔の間、生成される電磁信号の電力レベルは、電力伝送時間間隔の間の現在のまたは最大許容電力よりもはるかに低い所定のレベルに低減されてもよい。例えば、電力レベルは1Wを超えない所定のレベルに設定されてもよい。言い換えると、異物検出時間間隔中の電磁試験信号の電力は、電力伝送時間間隔中の電力伝送信号の最大許容電力レベルよりも実質的に（例えば、2、5、または10倍以上）低い電力レベルに制約され得る。
【０１２２】
さらに、電力受信機105は、電力伝送時間間隔中と比較して、異物検出時間間隔中に生成される電磁信号/場の負荷を低減するように構成され、すなわち、電力受信機105は、電力伝送時間間隔中の電力伝送信号の負荷と比較して、異物検出時間間隔中の電磁試験信号の電力受信機105の負荷を低減するように構成される。具体的には、図3の例では、電力受信機105は、異物検出時間間隔中に切替可能な負荷を切断し、電力伝送時間間隔中にそれを接続するように構成される。したがって、異物検出時間間隔中に、電力受信機105は、（典型的には）主負荷をオフに切り替えることができ、実際に、多くの実施形態では、電力受信機105の継続動作に必要な最小負荷のみを維持することができる。
【０１２３】
図4の例では、スイッチS1は、異物検出時間間隔中に負荷を切断するために使用されてもよい。切り替え可能負荷３０３がより一定の電力供給を必要とする実施形態では、異物検出時間間隔中に切り替え可能な負荷303に電力を供給するために、スイッチＳ１がコンデンサＣ１の前に配置されてもよく、またはスイッチＳ１の後に別のエネルギー貯蔵器が設けられてもよいことが理解されよう（または、例えば、切り替え可能な負荷（例えばバッテリー）および/またはコンデンサC1に蓄積されたエネルギーによって整流器B1の出力で高電圧レベルを同時に維持しつつ、整流器B1の入力での誘導電圧を低減する前述のアプローチが使用できる）。
【０１２４】
これにより、電力受信機105は、異物検出期間中の電力受信機の負荷を軽減することができる。具体的には、異物検出時間間隔中の電力受信機による電磁試験信号の負荷は、電力伝送時間間隔中の電力受信機による電力伝送信号の負荷よりも小さくなる（負荷は、例えば、電力伝送時間間隔および異物検出時間間隔それぞれ中の送信機コイル103および試験コイル209それぞれの実効抵抗インピーダンスと考えることができる）。典型的には、電力伝送信号および電磁試験信号は、対応する特性を有し、したがって、両方とも受信コイル107内に信号を誘導する。したがって、異物検出時間間隔中に切替可能負荷303を切断することは、負荷が接続されているときに電力伝送時間間隔中に生成される電力伝送信号によって経験される（したがって、電磁試験信号によって経験されることになる）負荷に対する電磁試験信号の負荷を低減することになる。
【０１２５】
切替可能な負荷303の切断は、電磁試験信号の負荷を低減するだけでなく、この負荷がより予測可能であり、変動が低減されるようにすることができる。典型的には、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ついて時間の関数としても実質的に変化し得る。電力制御ループは、このような変動に適応するように電力伝送フェーズ中に動作する。しかしながら、負荷が切り離され得る（または、例えば、所定のレベルに設定され得る）異物検出時間間隔を導入することによって、電磁場の負荷がより予測可能である基準モードに電力受信機を入れることが可能である。したがって、異物検出試験は、電力受信機がこの基準または試験モードにあるという仮定に基づいて実行されることができ、したがって、例えば、電磁試験信号の所定の負荷を仮定することができる。したがって、このアプローチは、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（それによって、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になることを可能にし、それによって、異物検出試験中の電力受信機の存在の補償を容易にする。
【０１２６】
特定の異物検出時間間隔を含む時間フレームを適用することに加えて、システムはまた、生成された電磁試験信号の1つまたは複数のパラメータ（または特性）の値が、電力伝送フェーズ前適応プロセスに基づいて適応されるアプローチを適用する。したがって、この適応プロセスは、電力伝送フェーズ前に電磁試験信号のパラメータ/特性のうちの1つまたは複数の好ましい値を決定し、その後、後続の電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中にこの好ましい値を適用する。また、パラメータの決定は、電力受信機105から電力送信機101に送信される情報に基づいて行われる。
【０１２７】
したがって、電力伝送フェーズの前の適応間隔中に、電力送信機101は、電磁試験信号のパラメータの好ましい値が電力受信機105からの1つまたは複数のメッセージに基づいて決定される異物検出初期化モードに入る。
【０１２８】
同様に、電力受信機コントローラ301は、電力伝送フェーズの前の適応間隔中に、電力受信機101が少なくとも1つのメッセージを電力送信機101に送信する異物検出初期化モードで動作するように、電力受信機101を制御するように構成される。
【０１２９】
これは、電力伝送フェーズ（PTP）に加えて、電力送信機101および電力受信機105が異物検出初期化モードに入って、後続の電力伝送フェーズの1つまたは複数の、通常はすべての異物検出時間間隔中に適用される電磁試験信号の1つまたは複数のパラメータの好ましい値を決定することができる適応時間間隔ADPも示す図6に示される。
【０１３０】
このアプローチはさらに、電力伝送フェーズの後続の異物検出時間間隔の異物検出試験が、変動性および不確実性が低減された、より予測可能で制御された条件下で実行されることを可能にすることができる。例えば、電磁試験信号のパラメータは、電力受信機101の特性が既知の基準条件に対応する値に設定されてもよい。例えば、電力受信機105における所与の誘導信号レベルをもたらす電磁試験信号に対する電力受信機105による負荷は、設計/製造中に決定され、電力受信機105に記憶されてもよい。使用時に、電力受信機105は、異物検出初期化モードで動作するときに、この誘起される信号レベルを達成するための駆動信号の設定および対応する電力受信機105による負荷に関する情報を提供する一つ以上のメッセージを電力送信機101に送信することができる。電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に、電力送信機101は、次いで、駆動信号パラメータ（例えば、信号レベル）を適切な値に設定することができ、異物検出器207は、例えば、電力受信機105による既知の/推定された電力損失の補償を含む電力損失分析異物検出試験を実行することができる。
【０１３１】
したがって、図1から4のシステムは、はるかに制御された条件下で異物検出試験が実行される非常に改善された異物検出試験アプローチを提供し、それにより、より正確で信頼性の高い異物検出試験の実行を可能にする。
【０１３２】
異物検出初期化モード動作に基づいて設定されるパラメータは、個々の実施形態およびアプリケーションシナリオの傾向および要件に依存し得る。典型的には、電力送信機101は、試験駆動信号、したがって電磁試験信号の電圧、電流、および周波数のうちの少なくとも1つについての好ましい値を決定することができ得る。
【０１３３】
例えば、いくつかの実施形態では、電力受信機105から受信されたメッセージは、送信機コイル103から所与の距離における要求される磁場強度を示すことができる（例えば、電力受信機105は、電力受信機105が電力送信機101上に最適に配置されているときの試験コイル201（送信機コイル103と一緒に配置されていると仮定することができる）から受信コイル107までの予想される距離に対応する距離における必要とされる磁場強度を示すことができる）。電力送信機101は、この必要とされる磁界強度を、必要とされる磁界強度に対応する磁界強度を生じさせる必要とされる試験駆動信号電流に変換することができる。電力受信機105は、さらに、この電界強度に対する電力受信機105における電力損失（具体的には、切り替え可能な負荷303が切断された状態でのフレンドリー金属および内部回路からの電力損失）の指標を提供し得る。
【０１３４】
次に、電力送信機101は、後続の電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に試験駆動信号の電流をこの値に設定するように進むことができ、電力損失ベースの異物検出試験を実行するとき、電力損失を、試験駆動信号の電力から電力受信機101から予想される電力損失を引いたものとして決定することができる。
【０１３５】
多くの実施形態では、電力受信機105から受信されるメッセージは、電力受信機105の特性の指標を含むことができ、アダプタ213は、電力受信機105の特性の指標に応答して、試験駆動信号/電磁試験信号の所与のパラメータの好ましい値を決定するように構成されることができる。
【０１３６】
例えば、上述したように、メッセージは、フレンドリー金属における電力損失と、所与の基準動作条件に対する電力受信機回路による負荷とを示すことができる。別の例として、メッセージ指標は、単に、電力受信機のタイプまたはクラスを示してもよく、アダプタ213は、例えば、電力受信機のタイプ/クラスの範囲の適切な値を備えるローカルストアから電磁試験信号の対応する所定のパラメータ値を取り出すように構成されてもよい。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、指標は、例えば、電力受信機105のための共振周波数（または周波数範囲）の指標であってもよい。これは、例えば、試験駆動信号/電磁試験信号の周波数を示された周波数に設定するために電力送信機101によって使用されてもよく、実際、いくつかの実施形態では、電力送信機101が試験コイル209を含む出力共振回路の共振周波数を調節することを可能にする。このようなシナリオは、出力共振回路のQファクタ（または他の品質尺度）を測定することに基づく異物検出試験に特に適している。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、電力受信機105から受信されたメッセージは、基準試験駆動信号に対する電力受信機の予想される影響の指標を含むことができ、アダプタ213は、電力受信機の予想される影響の指標に応答して、好ましい値を決定し、かつ/または異物検出試験を適応させるように構成され得る。
【０１３９】
例えば、前述したように、電力受信機105は、例えば、電磁試験信号の強度の好ましい設定、従って、試験コイル209を流れる電流の好ましい設定を示すことができる。次に、電力送信機101は、この基準電磁試験信号に対応する基準試験駆動信号を供給することができる。
【０１４０】
代替的に又は追加的に、電力受信機105は、基準電磁試験信号が提供されるときに、例えば、異物検出時間間隔中の（すなわち、切り替え可能負荷303が切断されている状態での）電力受信機105における電力損失を示してもよい。次に、前述したように、例えば、試験駆動信号の測定された電力レベルから、電力受信機105における報告された電力損失を減算することによって、異物検出試験を適応させることができる。
【０１４１】
別の例として、電力受信機105は、受信コイル107を備える電力受信機共振回路の品質の指標を提供してもよい。例えば、抵抗負荷またはQファクタの指標が提供されてもよい。次いで、アダプタ213は、報告された電力受信機Qファクタに基づいて試験コイル209を備える電力送信機出力共振回路のQファクタを測定することに基づいて、例えば異物検出試験を適応させることができる。例えば、より低い報告されたQファクタは、出力共振回路に対する低下した品質尺度が異物が存在することを示し得るかどうかを検出するためのしきい値を低減し得る。
【０１４２】
したがって、いくつかの実施形態では、電力受信機105は、電力送信機101が期待される基準電磁試験信号を提供するとき、すなわち、電磁試験信号が期待される基準特性を有するときに、電磁試験信号に対する電力受信機105の影響を示し得るデータを送信し得る。
【０１４３】
電力送信機101は、これを使用して、試験駆動信号/電磁試験信号のパラメータの期待値を決定することができ、したがって、異物検出試験、具体的には、異物検出のための判定基準を適応させることができる。
【０１４４】
電力受信機105によって提供される情報は、多くの実施形態において、以下のうちの1つまたは複数の決定を提供するか、または可能にすることができる。
−（典型的には、フレンドリー金属を含む）電力受信機による予想される電力損失；
−予想される（最小の）Qファクター；および/または
−予想される最大共振周波数。
【０１４５】
次いで、アダプタ213は、それに応じて、試験駆動信号および/または異物検出試験を適応させることができる。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、電力受信機からのメッセージは、現在の電力受信機動作値と試験基準電力受信機動作値との間の差の指標を含むことができる。例えば、メッセージは、受信コイル107に誘導された信号の現在のレベルと、受信コイル107に誘導される信号の基準/所望のレベルとの間の差の指標を含むことができる。電力送信機101は、指標に応答して電力伝送信号のパラメータを修正するように構成されてもよく、具体的には、現在の動作値が所望の動作値に等しいことを電力受信機からのメッセージが示すレベルに向かって値を駆動することが可能であってもよい。
【０１４７】
一例として、電力送信機101および電力受信機105がともに異物検出初期化モードで動作している電力伝送フェーズ前の適応フェーズ中に、電力受信機105は、例えば、整流器ブリッジB1上の電圧の電流振幅を測定することができる。それは、これを所望のレベルと比較し、差を示すメッセージを電力送信機101に送信することができる。例えば、測定された電圧が所望のレベルの半分だけである場合、電磁試験信号の信号レベルを6dBだけ増加させる要求を送信することができる。電力送信機101は、メッセージの受信に応答して、試験駆動信号のレベルの好ましい値を現在の値よりも6dB高く設定することができる。この好ましい値は、次に、電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に電磁試験信号を生成するために使用されてもよい。
【０１４８】
別の例として、電力受信機における誘導電圧は、専用コイルを使用して測定されてもよい。これは、フレンドリー金属が曝露される磁場の直接的な指標を提供する。測定結果は、電力送信機101に送信され、電力送信機101は、その後、それに応答して試験駆動信号を適応させることができる。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、現在の動作値と基準値との間の差を示すメッセージを送信する電力受信機105のプロセスを反復することができ、具体的には、電力受信機105および電力送信機101は、適応間隔中に、電力受信機105が所望の基準動作点で、例えば、典型的には、受信コイル107に誘導された信号の所望のレベルで動作しているように、試験駆動信号を所望のレベルに向かって駆動する制御ループを実装することができる。電力受信機105は、単に、電磁試験信号のレベルの増加または減少のための指示を繰り返し送信してもよい。次に、結果として得られる電力伝送信号の値が好ましい値として記憶され、これは、電力伝送フェーズの異物時間間隔中に適用され得る。
【０１５０】
より詳細には、適応間隔中に、電力受信機コントローラ301は、電力受信機コイルに誘導された信号のレベルと基準レベルとの間の差を決定するように構成されてもよい。レベルは、典型的には、電圧レベル（具体的には、誘導電圧のレベル）として決定され得るが、他の実施形態では、例えば、電力レベル（具体的には、誘導信号電力のレベル）または電流レベル（具体的には、誘導電流のレベル）とすることができる。誘導信号のレベルの任意の適切な指標が使用されてもよいことが理解されるであろう。
【０１５１】
多くの実施形態では、電力受信機コントローラ301は、誘導信号の電圧レベル指標を基準電圧と比較し、この比較に基づいて試験信号制御メッセージを生成するように構成される。電圧が基準値未満である場合、電磁試験信号のレベルを増加させることを要求する試験信号制御メッセージが送信され、電圧が基準値を超える場合、電磁試験信号のレベルを減少させることを要求する試験信号制御メッセージが送信される。これに応答して、アダプタ213は、試験駆動信号レベルを増加または減少させて、電磁試験信号の対応する変化を提供する。具体的には、単一のメッセージを単に送信するのではなく、電力受信機105および電力送信機101は、試験駆動信号を駆動して異物試験のための所望の基準動作条件を生成する適応間隔中の制御ループを効果的に実装することができる。試験駆動信号のパラメータの好ましい値は、ループが基準条件に対応する所与の値に収束した後の最後の値に設定されてもよい。
【０１５２】
このようにして、電力受信機105は、誘導信号のレベルが基準値に向かって駆動されるように電磁試験信号のレベルを制御することができる。具体的には、受信機コイル107にかかる電圧は、所与の基準電圧に等しくなるように駆動されることができる。
【０１５３】
したがって、このアプローチは、電力受信機105が、典型的には所定の負荷が提供され、誘導信号、具体的には誘導電圧が所定のレベルにある所定の構成を確立する制御を行うことを可能にする。これにより、電力受信機105に対して（電力受信機105自身によって）基準動作条件が設定される。
【０１５４】
いくつかのそのようなシステムでは、電力送信機101に送信されるメッセージは、電力受信機105が異物検出のための所与の基準動作点で動作しているとき、すなわち切替可能な負荷303が切断され、誘導信号レベルが基準レベルである/基準レベルに等しいとき、電力受信機105による電力送信機101の負荷の指標を含むことができる。具体的には、指標は、システムが或るシナリオおよび動作構成で動作しており、切替可能な負荷303が切断され、電力受信機コイル内の誘導信号が基準レベルにある場合に、電磁試験信号から抽出される電力を示すことができる。
【０１５５】
したがって、この負荷指標は、異物検出時間間隔中に電力受信機105が電磁試験信号に及ぼす影響に関する情報を提供する。この期間中、電力送信機101は、（異物が存在せず、切替可能負荷303が切断されているとき）誘導信号の結果として得られるレベルが実質的に基準値になるように、試験駆動信号の値を設定する。
【０１５６】
負荷指標は、典型的には、所定の負荷指標であり得る。これは、誘起された信号レベルが基準レベルにあり、切替可能な負荷303が切断されているという仮定に基づくことができる。多くの実施形態では、所定の負荷指標は、実際には、単にメモリから取り出され、現在の状態に基づく任意の測定または変更によって修正されることなく送信されることによって電力送信機101に送信される格納された値であり得る。実際に、多くの実施形態では、行われる唯一の測定は、これが基準レベルに向かって駆動され得るように、誘起された信号レベルの測定である。しかし、多くの実施形態では、所定の負荷指標もこれとは独立しており、すなわち、所定の負荷指標が取り出され、電力送信機101に送信され、次いで、誘導信号の測定値を使用して、実際の動作条件が所定の負荷指標について想定されるものに等しくなるようにレベルを基準レベルに駆動する。
【０１５７】
例えば、電力受信機の設計または製造段階の間、これは、電磁信号が提供され、電磁検出信号から電力を抽出する他の物体が存在しないことが保証される試験セットアップに配置されてもよい。電力受信機は、切り替え可能な負荷303が切り離されていることに対応する構成に設定されてもよい（例えば、負荷が含まれていなくてもよく、電力受信機のスイッチが負荷を切り離してもよい）。次に、電力受信機は、適切な基準レベルで電磁試験信号を生成する試験セットアップを用いて、異物検出モードで動作することができる。十分に安定した動作が達成されると、電磁試験信号から抽出される電力が測定される（例えば、電磁信号を生成するコイルを駆動する駆動信号の電力を測定することによって）。測定は、厳密に制御された条件下で、高精度の測定装置を用いて実行することができ、したがって、抽出された電力を非常に正確に測定することができる。次いで、測定値は、製造された電力受信機にプログラムされ、所定の負荷指標として使用され得る。
【０１５８】
したがって、所定の負荷指標は、電力送信機に送信され、電力受信機105が異物検出動作構成で動作しているときに、電力受信機が電磁試験信号に及ぼすと予想される負荷の指標を提供する所定の値とすることができる。この値は、単に、受信機コイル107に誘導される信号の実際の電力の測定値ではなく、例えば、電力受信機105自体の導電性要素（しばしばフレンドリーメタルと呼ばれる）によって引き起こされる負荷を含むことができる所定の値である。したがって、そのような実施形態におけるメッセージ送信機313は、異物検出構成で動作する電力受信機105の存在によって、電磁検出信号の予想される負荷を示す所定の負荷指標を送信する。
【０１５９】
電力送信機101のメッセージ受信機205は、所定の負荷指標を受信し、これを異物検出器207に伝送することができる。異物検出器207は、生成された電磁試験信号の電力レベル、すなわち、送信電力レベルを所定の負荷指標と比較することによって、異物検出試験を実行することができる。多くの実施形態では、異物検出器207は、単に、送信機電力レベルから所定の負荷指標を減算することができる。結果が所与の閾値を超える場合、異物検出器207は、異物が検出されたと判定することができ、そうでない場合、異物は検出されなかったと見なされる。
【０１６０】
具体的には、電力送信機は、所定の負荷指標によって電力受信機105から受信電力が報告される異物検出時間間隔中に、その送信電力レベルを決定することができる。これらの値に基づいて、異物検出部207は、送受信電力の差分を算出し、その差分が小さい許容範囲内にあるか否かを確認することができる。この差が範囲外であれば、異物検出部207は、異物が検出されたことを示す。範囲内であれば、異物検出部207は、異物の検出が行われていないことを示す。この範囲は、この電力差によって検出されない金属物体における電力損失が許容可能に低いと考えられるように選択されてもよい。
【０１６１】
もちろん、他の実施形態では、他の、典型的にはより複雑な決定基準を使用することができることを理解されたい。
【０１６２】
別の例として、電力送信機101および電力受信機105は、電力受信機105からのメッセージに応答して試験駆動信号の周波数を適応させる動作を実行することができる。例えば、電力送信機101は、周波数をある範囲の値に順次設定することができ、電力受信機105は、どの設定が最も高い受信値をもたらしたかの指標（最もエネルギー効率のよい伝送に対応し、最適には、電力送信機101および電力受信機105の共振回路の周波数に等しい駆動信号周波数に対応する）を送信することができる。この周波数は、その後、電力伝送フェーズ中の後続の異物検出試験のために使用されてもよい。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、アダプタ213は、異物検出器の異物検出試験の制約に応答して好ましい値を決定するようにさらに構成されてもよい。多くの実施形態では、制約は、試験駆動信号の周波数に対する制約と、試験駆動信号に対する最小信号レベルの制約とのうちの少なくとも1つとすることができる。
【０１６４】
例えば、多くの実施形態では、試験駆動信号および電磁試験信号は、可能性のある異物に誘起される熱を低減し、電力消費を低減し、例えば試験コイル209などの設計要件を低減するので、可能な限り弱いことが望ましい。しかしながら、同時に、異物検出は、信号レベル/電界強度が高いほどより正確になる傾向がある。したがって、いくつかの実施形態では、アダプタ213は、試験駆動信号の信号レベルの好ましい値を決定することができるが、そのレベルは、最小信号レベルの制約を受ける。したがって、電力受信機105から受信した情報にかかわらず、アダプタ213は、電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に試験駆動信号/電磁試験信号に使用される好ましい信号レベルをこの所与のしきい値未満に設定しない。
【０１６５】
別の例として、試験コイル209が出力共振回路の一部である実施形態では、アダプタ213は、電力受信機によって要求されるように試験駆動信号の周波数を設定するが、この周波数が所与の周波数範囲内にあるという制約を受けるように構成されてもよい。これは、特に、試験コイル209を含む試験出力共振回路が、その最適な共振周波数からあまりにも離れて駆動されないことを確実にし得る。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、アダプタ213は、好適な値が基準を満たさない場合に、電力送信機が電力伝送フェーズに入ることを防止するようにさらに構成されてもよい。例えば、好ましい値は、電力受信機105から受信された情報に基づいて決定されてもよく、このプロセスは、パラメータの予想される範囲外の値をもたらす場合がある。例えば、電力受信機105は、非常に高いレベルになるまで、電磁試験信号の増大した電力を連続的に要求することができる。これは、例えば、電力送信機101、電力受信機105におけるエラー、または異物の存在によって引き起こされる異常な状況を示し得る。したがって、アダプタ213は、決定されたパラメータが動作範囲外であると見なすことができ、電力送信機101が電力伝送フェーズに入ることを防止することができ、それによって、エラー状況において高レベル電力伝送が開始されることを防止する。したがって、より弾力的な、信頼性のある電力伝送初期化を達成することができる。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、異物検出器207は、異物検出初期化モードにあるとき、駆動信号の測定値に応答して異物検出試験のパラメータを適合させるように構成されてもよい。
【０１６８】
例えば、好ましい値が決定されたとき、パラメータが好ましい値に設定された状態で、試験駆動信号を生成することができる。具体的には、試験駆動信号は、電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に使用されることになるレベルおよび周波数で生成され得る。駆動試験信号の特性は、例えば、電磁試験信号から抽出された全電力の指標を提供する電圧または電流など、この設定のために測定されてもよい。測定された値は、記憶され、電力伝送フェーズ中の後続の測定のための基準として使用され得る。したがって、異物検出は、異物検出初期化モードでの動作中に、すなわち、電力伝送前フェーズ適応間隔中に行われる基準測定値との比較に基づくことができる。具体的な例として、異物検出試験は、電力伝送フェーズの異物検出時間間隔中に測定された抽出電力が、適応間隔中に測定された抽出電力を所与の閾値だけ超える場合に、異物が検出されたとみなすことができる。
【０１６９】
そのようなアプローチは、典型的には、局所状態への改善された適応を提供し、電力伝送フェーズ中に電力送信機の存在にもたらされる異物によって生じる変化を検出するための典型的に正確な基礎を確立し得る。これは、多くのシナリオにおいて、より正確な異物検出を可能にすることができる。
【０１７０】
多くの実施形態では、電力送信機101は、電力伝送フェーズを開始する前に異物検出試験を実行するようにさらに構成されてもよい。例えば、図6に示すように、電力伝送前フェーズは、適応間隔に続き、電力伝送フェーズに入る前の1つまたは複数の異物検出時間間隔を含むことができる。
【０１７１】
これらの電力伝送前フェーズ中の異物検出時間間隔中に実行される異物検出試験は、異物検出初期化モード動作中、すなわち適応間隔中に決定された試験駆動信号のパラメータ値を使用して実行されてもよい。したがって、電力伝送フェーズに入る前の異物検出試験は、電力伝送フェーズ中に実行されるものと同じであってもよく、すなわち、異物検出試験および生成される試験駆動信号/電磁試験信号の両方に同じパラメータを使用してもよい。
【０１７２】
したがって、このようなアプローチでは、異物検出器207は、電力伝送の前に1つまたは複数の初期試験間隔で異物検出試験を実行することもできる。さらに、電力送信機は、これらの初期試験間隔で実行される異物検出試験が、異物検出が存在しないことを示す場合にのみ、電力伝送フェーズに入るように構成されてもよい。そのようなアプローチは、異物に過剰な熱を引き起こす可能性があるシナリオにおいて高レベルの電力伝送が開始されるリスクを低減することができる。さらに、試験は、電力伝送フェーズ中（特にシステムが専用の基準構成で動作する間）に実行された異物検出試験のすべての利点を用いて実行されることができる。
【０１７３】
異物検出試験が肯定的であること、すなわち異物が存在することに対する電力送信機101の反応は、それぞれの実施形態で異なる場合があることが理解されよう。実際に、多くの実施形態では、異物検出試験が異物が存在し得ることを示す場合、電力送信機101は、電力伝送を終了するように構成され得る。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、異物検出は、異物検出試験が異物が存在し得ることを示す場合に、電力送信機を異物検出初期化モードに再び入れるように構成される。電力送信機101は、この異物検出初期化モードに入ったことの指標を電力受信機105に更に送信することができ、それに応じて、電力受信機105は異物検出初期化モードに入ることができる。したがって、いくつかの実施形態では、システムは、肯定的な異物検出試験に応答して、適応時間間隔/動作モードに効果的に戻ることができる。これにより、システムは、所定の構成に入り、試験駆動信号（すなわち電磁試験信号）のパラメータの好ましい値を決定するプロセスを繰り返すことになる。このプロセスに続いて、電力送信機101は、更にいくつかの異物検出試験を実行することができ、これらが異物が存在しないことを示す場合、電力伝送フェーズに再び入ることに進むことができる。
【０１７５】
このアプローチは、多くの実施形態において、改善された弾力性およびよりロバストな動作を提供することができる。それは、例えば、肯定的な異物検出試験が異物の存在によるものではなく、むしろ不正確な仮定に基づく不正確な異物検出試験によって生じる状況から、システムが自動的に回復することを可能にすることができる。例えば、生成された電磁試験信号が高すぎ、したがって、電力受信機のフレンドリー金属における実際の電力損失が予想よりも高いために異物検出試験が行われる場合、このアプローチは、試験駆動信号および異物検出試験の自動的な「再較正」を可能にすることができる。これが成功した場合（その後、異物が検出されない場合）、システムは、電力伝送を再開することができる。
【０１７６】
このような事象は、例えば、電力送信機の試験コイルに対する電力受信機の位置が変更されたときに発生することがある。このような位置変更は、電力受信機のフレンドリー金属が電力送信機の測定される信号を変化させ、したがって異物試験に影響を及ぼす可能性がある。記載されたアプローチは、システムに、変更された条件に対して自動的に再較正させることができる。
【０１７７】
いくつかの実施形態では、電力送信機101は、異物検出時間間隔中の試験駆動信号の測定に応答して、電力伝送のパラメータ/電力伝送信号を設定するように構成されてもよい。具体的には、アダプタ213は、異物検出間隔中の試験駆動信号の測定に応答して、電力伝送間隔中の電力伝送信号の最大レベルを設定するように構成されてもよい。
【０１７８】
例えば、試験駆動信号の電力は、試験駆動信号の電流および/または電圧の測定値に基づいて決定されてもよい。この電力レベルは、電磁試験信号から抽出されている電力を反映している。これは、電力受信機105によって電磁試験信号から抽出される予想電力と比較される。2つの値が非常に近い場合、電力受信機105のみが存在し、電力伝送時間間隔中の電力伝送信号の高電力レベルが許容されると仮定することができる。しかしながら、差がより大きいが、正の異物検出をもたらすほど十分に高くない場合、測定は、依然として、電力受信機105とは別のエンティティにおいていくらかの電力が失われるというリスクを反映することがある。この場合、電力送信機101は、電力伝送信号の最大電力レベルを低減して、電力受信機の外部の潜在的な電力損失が、例えば過剰な温度への加熱の危険にさらさないように十分に低くなるように保証することができる。
【０１７９】
したがって、いくつかの実施形態では、電力送信機101は、異物検出時間間隔中の測定値を使用して、電力受信機105の外部で結果として生じる電力損失が依然として許容可能な限界内にある潜在的な温度上昇をもたらすと仮定される点で許容可能であると考えられる電力伝送信号の最大振幅（および/または周波数）を決定することができる。電力送信機101は、電力伝送信号をこの最大値に限定し、例えば、この決定された最大レベルを超えて電力レベルを増加させようとする場合、警報を生成するか、又は電力受信器105に警告メッセージを送信することができる。
【０１８０】
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よう。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が使用され得ることは明らかである。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ように示された機能は、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。
【０１８１】
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み合わ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動作するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実装され得る。本発明の一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、および論理的に実装され得る。実際、機能は、単一のユニット、複数のユニット、または他の機能ユニットの一部として実装され得る。したがって、本発明は、単一のユニットで実施することができ、または異なるユニット、回路、およびプロセッサ間で物理的および機能的に分散させることができる。
【０１８２】
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を意図していない。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制限される。さらに、あ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。
【０１８３】
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、すなわち、それが適応プロセスで決定されたという理由で好ましいとされることを超えるいかなる限定も意味しな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。
【０１８４】
さらに、個別に列挙されていたとしても、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装されてもよい。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でないおよび/または有利で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している。さらに、特許請求の範囲における特徴の順序は、特徴を動作させなければならない特定の順序を意味せず、特に、方法請求項における個々のステップの順序は、ステップがこの順序で実行されなければならないことを意味しない。むしろ、ステップは、任意の適切な順序で実行することができる。さらに、単数の参照は、複数を除外しない。したがって、「a」、「an」、「first」、「second」などへの言及は、複数を排除するものではない。特許請求の範囲における参照符号は、単に明確な例として提供されるものであり、決して特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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