JP2016508021A - 無線充電器 - Google Patents

Abstract

本発明は、スタンバイ状態での無線充電機器の電力消費を減らすことに関する。電力消費を減らす方法は、充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも一つの検出信号をパルスとして供給すること、ここで、前記検出信号は、前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定する無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給することと；前記反射信号が非共振条件を満たしているか否かを判断することと；前記反射信号が前記非共振条件を満たしているとの判断に応じて電力伝送回路を活性化することと；を含む。本発明はさらに、装置及びコンピュータプログラム製品に関する。【選択図】図１

Description

背景

電磁誘導は、長い間周知であり、多くのアプリケーションで使用されている。電磁誘導において、時間依存性磁束（time-varying magnetic flux）は、閉じられた導体ループに対して起電力を誘導する。反対に、時間依存性電流は変動磁束を発生させる。変圧器ではこの現象を利用し、誘導結合されたコイルを介して、回路から他のものに無線でエネルギー転送をする。一次コイルは交流電流を変動磁束に変換し、この交流電流が二次コイルを流れるように編成される。さらに、変動磁束は二次コイルを通じて交流電圧を誘導する。入出力電圧の比率は、一次コイル及び二次コイルでの周回数によって調整することが可能である。

ワイヤレス充電は、電磁誘導を利用して無線でエネルギー転送をする一つのアプリケーションである。ワイヤレス充電システムは、一次コイルを備えた充電器（いわゆる、パワー・トランスミッタ）と、二次コイルで充電される機器である被充電機器（いわゆる、パワー・レシーバ）とを備える。充電器内の電流は、これら電磁結合されたコイルを通じ、上記の被充電機器に転送される。そして、誘導電流は追加的な処理をされ、上記の被充電機器のバッテリーを充電するために使用されうる。エネルギーは、誘導結合を通じ、充電器から被充電機器に伝達される。この被充電機器は、上記エネルギーをバッテリー充電用として使用し、または、電力として直接使用することができる。

現在の充電器（例えば、携帯用電子機器の充電器）の傾向は、バッテリー式及び無線誘導の充電器である。これらの充電器は様々な環境で使用するのに適しており、充電器の電気ケーブル用の壁面式の電気コンセントを見つける必要がなく、ケーブルによって携帯用電子機器を充電器に接続する必要がない。しかし、無線充電に適した無線充電器は、無負荷状態でさえ、極めて高い電力消費を伴う場合が多い。これは問題である。なぜなら、スタンバイ状態においても無線充電器のバッテリーが減ってしまい、無線充電器が使用できなくなってしまうからである。

摘要

本願は、一般的に無線バッテリー式の充電機器、いわゆる、スタンバイ状態のバッテリー充電器の電力消費に関するものである。ここで、充電機器は、無線を通じた電磁エネルギー／電力の伝送に使用される。特に、本発明は、スタンバイ状態でのバッテリー式誘導充電機器の電力消費を減らすことに関する。

本発明の様々な態様は、少なくとも無線充電コイルを備える装置、方法、及びコンピュータプログラム製品を含む。また、本発明の様々な実施形態が従属請求項に示されている。

本発明の第１の態様によると、充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも一つの検出信号をパルスとして供給すること、ここで、前記検出信号は、無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給することと；前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定することと；前記反射信号が非共振条件を満たしているか否かを判断することと；前記反射信号が前記非共振条件を満たしているとの判断に応じて電力伝送回路を活性化することとを含む方法が提供される。

一実施形態によると、前記電力伝送回路を活性化することは、デジタルピングによって、前記パワー・トランスミッタの前記充電エリアにある、二次無線充電コイルを備えるパワー・レシーバをサーチすることを含む。一実施形態によると、前記電力伝送回路を活性化することは、前記パワー・トランスミッタの前記無線充電コイルを、前パワー・レシーバの前記二次無線充電コイルに接続することにより、誘導的にエネルギーを伝送することを含む。一実施形態によると、上記の方法は、前記充電エリアの前記パワー・レシーバの存在をモニタすることと；前記パワー・レシーバが取り除かれた場合、または、前記パワー・レシーバの前記バッテリーがフル充電された場合、前記電力伝送回路を非活性化し、前記パワー・トランスミッタの前記無線充電コイルに前記検出信号を供給することと；をさらに含む。一実施形態によると、前記検出信号は高インピーダンスの抵抗を経由して前記コイルに供給される。一実施形態によると、前記信号レベルはダイオードを通して測定される。一実施形態によると、前記反射信号が前記共振条件を満たすか否かを判断することは、前記反射信号の電力レベルを閾値と比較することを含む。一実施形態によると、前記閾値は、前記供給された検出信号の電力レベルの所定比率を含む。

本発明の第２の態様によると、誘導結合によって、誘導エネルギーを伝送するための少なくとも一つの無線充電コイルと；充電エリアと；前記無線充電コイルの並列共振を検出するための共振検出回路と；ＷＬＣ制御回路と；前記無線充電コイルに電力を伝送するための電力伝送回路と；を備える装置を提供する。ここで、前記共振検出回路は、前記無線充電コイルに少なくとも１つの検出信号をパルスとして供給するように構成され、前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定し、前記反射信号が非共振条件を満たすか否かを判断するために、前記検出信号は、前記無線充電コイルの予測共振周波数に対応し、前記ＷＬＣ制御回路は、前記反射信号が前記非共振条件を満たすとの判断に応じて前記電力伝送回路を活性化するように構成される。

一実施形態によると、前記電力伝送回路の活性化は、デジタルピングによって、前記充電エリアにある、二次無線充電コイルを備えるパワー・レシーバをサーチすることを含む。

一実施形態によると、前記電力伝送回路の活性化は、前記無線充電コイルを、前パワー・レシーバの前記二次無線充電コイルに接続することにより、誘導的にエネルギーを伝送することを含む。一実施形態によると、前記装置はさらに、前記充電エリアにある前記パワー・レシーバの存在をモニタするように構成され、前記パワー・レシーバが取り除かれた場合、または、前記パワー・レシーバの前記バッテリーがフル充電された場合、前記装置は、前記電力伝送回路を非活性化し、前記無線充電コイルに前記検出信号を供給するように構成される。一実施形態によると、前記検出信号は高インピーダンスの抵抗を経由して前記無線充電コイルに供給される。一実施形態によると、前記信号レベルはダイオードを通して測定される。一実施形態によると、前記反射信号が前記共振条件を満たすか否かの判断は、前記反射信号の電力レベルを閾値と比較することを含む。一実施形態によると、前記閾値は、前記供給された検出信号の電力レベルの所定比率を含む。

本発明の第３の態様によると、コンピュータプログラムコードを備える持続性コンピュータ可読媒体に具現化される、コンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラムコードは、少なくとも一つのプロセッサで実行されると、装置に、充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも一つの検出信号をパルスとして供給すること、ここで、前記検出信号は無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給することと；前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定することと；前記反射信号が非共振条件を満たしているか否かを判断することと；前記反射信号が前記非共振条件を満たしているとの判断に応じて電力伝送回路を活性化することとを遂行させるように構成される。

本発明の第４の態様によると、充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも一つの検出信号をパルスとして供給する手段、ここで、前記検出信号は、前記無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給する手段と；前記検出信号の供給によって生じる反射信号を測定する手段と；前記反射信号が非共振条件を満たしているか否かを判断する手段と；前記反射信号が前記非共振条件を満たしているとの判断に応じて電力伝送回路を活性化する手段と；を備える装置が提供される。

以下、本発明の様々な実施形態が、添付の図面を参照して詳細に説明される。
例示的実施形態における、無線誘導充電装置のウェイクアップ（wake-up）検出回路の構造を示す図である。 例示的実施形態における、周波数の関数として信号レベルのグラフを図式化した図である。 例示的実施形態における、並列共振の検出方法及び充電方法の主なフローチャートを示す図である。 例示的実施形態によるパワー・トランスミッタの機能を図式化した図である。 例示的実施形態によるパワー・トランスミッタの機能を図式化した図である。 例示的実施形態によるバッテリー式のパワー・トランスミッタ装置を示す図である。

例示的実施形態の説明

無線充電（ＷＬＣ；wireless charging）トランスミッタ等のパワー・トランスミッタ、いわゆるＷＬＣトランスミッタ装置は、ＷＬＣレシーバ等のパワー・レシーバ、いわゆるＷＬＣ受信装置がパワー・トランスミッタのインターフェース面に置かれた場合は、従来の方法を用いて検出することができる。本明細書で「インターフェース面」という語句は、ＷＬＣトランスミッタが、ＷＬＣレシーバに対して誘導エネルギーを伝達する充電エリアを指す。上記従来の方法はアナログピング法（analog ping method）と称され、その目的は、インターフェース面にある物体を検出することである。概して、アナログピングはデジタルピングに先行する。パワー・トランスミッタは、パワー伝達段階に入る前にこのデジタルピングを実行する。デジタルピング段階では、ＷＬＣレシーバはＷＬＣトランスミッタにデジタルデータを伝達し、ＷＬＣに対応する装置としてＷＬＣレシーバ自身を特定することができる。第１の方法は、パワー・トランスミッタの共振周波数のシフトに基づく共振シフト法である。この共振周波数のシフトは、インターフェース面にある（磁気的に活性な）物体の存在に起因する。この方法は、例えば、以下のように遂行される。パワー・トランスミッタが、動作周波数（operating frequency）でその一次コイルに短いパルスを加える。この動作周波数は、上記一次コイルの共振周波数、及び直列共振のキャパシタンスに対応している（インターフェース面に物体がない場合）。これにより、一次コイルの電流を得られる。測定値は、充電エリア内に物体があるか否かに依存する。共振周波数が物体の存在に起因してシフトしていない場合、上記測定値は最大である。これに対し、共振周波数が閾値以下の場合、物体が充電エリア内に存在する。

パワー・レシーバがパワー・トランスミッタの充電エリアに置かれているか否かを検出するための別の例は、キャパシタンス変化である。このアナログピング法は、充電エリアまたは充電エリア近傍にある電極のキャパシタンス変化に基づくものである。このキャパシタンス変化は、充電エリアにある物体の配置に依存する。キャパシタンス検出回路は、１００ｆＦ以下の精度で変化を検出することができる。検出されたキャパシタンス変化が、ある実装時定義の閾値を超過していた場合、パワー・トランスミッタは、物体が充電エリアに配置されたか、または、物体が充電エリアから取り除かれたと判断する。

以下では、本発明のいくつかの実施形態を用いて、上記装置のコンテキスト、例えば、バッテリー式誘導充電装置、無線誘導充電装置を説明する。これらバッテリー式誘導充電装置及び無線誘導充電装置は、機器に対して誘導エネルギーを伝達する。この機器は、例えばモバイル機器であり、このモバイル機器は上記充電装置にプラグ接続されていない。ただし、本発明はバッテリー式の誘導充電装置のみに限定されるものではないことに留意されたい。さらに、誘導エネルギーの伝達、いわゆる、無線による充電が適用可能な装置におけるあらゆる環境で、本発明の様々な実施形態が広く適用可能である。本発明の実施形態では、バッテリー式誘導エネルギー充電装置は、機器に無線で誘導エネルギーを伝達するために使用される場合がある。したがって、本明細書中に記載されるバッテリー式誘導充電装置は、通常、パワー・トランスミッタと称される。一次ＷＬＣコイルを含むパワー・トランスミッタは、誘導結合または磁気共振（いわゆる、二次ＷＬＣコイルを含むパワー・レシーバである装置との誘導エネルギーリンク）による誘導エネルギーの伝達に適している。上記機器は、例えば、携帯電話機、モバイルコンピュータ、モバイル協同機器（mobile collaboration device）、モバイルインターネット機器、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、タブレット型パソコン（ＰＣ）、電子手帳、携帯用ゲーム機、ポータブルメディアプレーヤー、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、デジタルビデオカメラ（ＤＶＣ、デジタル・カムコーダー）、ページャー、小型カーナビゲーション装置（ＰＮＤ）とすることができる。上記パワー・トランスミッタは、上記の装置を充電するのに適した物体（ハンドバック、枕、テーブル、衣服等）に実装することもできる。

従来の共振シフト方法または容量検出に代わって、本発明の実施形態は、パワー・トランスミッタのＷＬＣトランスミッタコイル（一次コイル）の並列自己共振の測定結果を使用する。ここで、電力段に電力供給がされていない間、トランスミッタコイルは、検出コイルとして作用する場合がある。本着想は、物体検出回路に基づく追加的並列共振、いわゆる、ウェイクアップ検出回路部を実装することである。このウェイクアップ検出回路部は、パワー・トランスミッタの充電エリアで、充電される可能性のある装置が検出された場合のみ、パワー・トランスミッタの無線充電（ＷＬＣ）回路をウェイクアップすることができる。さらに、本発明による並列共振検出回路を備える装置では、前述の従来の検出方法（いわゆる、直列共振回路を用いた共振ベースの検出及び／または容量検出）を使用することができる。

１ＭＨｚ未満または１ＭＨｚ近傍の自己共振を有するパワー・トランスミッタのＷＬＣコイルの並列自己共振は、共振パルスバーストとしてＷＬＣコイルに予測共振周波数（〜１ＭＨｚ）を与え、ＡＤ入力と同時に反射信号レベルを検出することによって、測定される場合がある。インダクタンスの変更等により、バーストレベル（burst level）が著しく低下した場合、これは、電力受信手段／装置、または、金属体がパワー・トランスミッタの充電エリアに置かれたことを意味する。そして、この低下の検出後、ＷＰＣピング（デジタルピング）及び利用可能な充電が開始されうる。この低下が検出されるまで、電力段には電力供給がされず、数ミリワットのみのバーストが、並列共振検出回路によって時々供給される。上記の並列自己共振検出回路は、充電器の自動ウェイクアップを可能にし、充電時間を長くすることを可能にする。なぜなら、並列自己共振検出の間、電力段は電力供給されない状態を維持すること（そのため、エネルギーが節約される）ができるためである。この並列共振検出は、人体または鞄の中にある小さな物質では動作しない。そのため、誤動作は、静電容量近接（capacitive proximity）等と比較して極めて稀である。

一般的に、並列共振検出回路は、共振状態での変化を検出するために使用される場合があり、これらの変化は、充電エリアに物体を入れたこと、または、充電エリアから物体を取り除いたことを示すために決定される場合がある。

本発明のある例示的実施形態とその潜在的利点は、添付の図1から図5を参照して理解されよう。

図１は、ＷＬＣトランスミッタ１００に関する追加的機能として実装される、並列共振をベースとした検出回路の一例を示した図である。この並列共振をベースとした検出回路は、ＷＬＣトランスミッタ１００のウェイクアップ検出回路部１１０を備える。ウェイクアップ検出回路部１１０は、マイクロコントローラであってもよい。スイッチ１６０は、並列共振検出回路１１０を、ＷＬＣトランスミッタ１００のＷＬＣ一次コイル１２０に接続する。これにより、並列共振を、ＷＬＣコイル１２０とコンデンサ１７０との間で形成することができる。いくつかの実施形態では、コイル１２０自身の容量が、並列共振検出周波数で並列共振状態をつくるのに十分であり、本回路に別個のコンデンサ１７０が含まれない場合がある。ウェイクアップ検出回路部１１０の１つのピン１１１は、高インピーダンスの抵抗１３０を経由して、ＷＬＣトランスミッタ１００の電力供給されていないＷＬＣコイル１２０に検出信号を定期的に供給する。検出信号のこの定期的な供給は、ポーリング（polling）と呼ばれる。検出信号は、コイル１２０の並列自己共振に対応する共振スイープ（sweep）、バーストでもよい（コイル１２０の充電エリアに物体が存在しない場合）。検出信号は、例えば、１ミリ秒のみ持続する約１ＭＨｚの極めて短いパルスでもよい。コイル１２０への供給に必要なのは、極めて小さい検出電流のみである。この極めて小さい検出電流が、直列共振の大きな検出電流をベースとしたシステムと比較される並列共振ポーリングの利点である。直列共振をベースとした検出において、検出パルスの周波数は低く、共振回路はコイル１２０の直列コンデンサ１８０を備える。これに対して、並列共振検出では、これらのコンデンサ１８０がショートカットを示せるように周波数は高い。さらに、ＷＬＣトランスミッタコイルの並列自己共振（例えば、１ＭＨｚ）は、ＷＬＣトランスミッタコイルシステムを上回って、極めて高いインピーダンス（数キロオーム）を示す。一方、ＷＬＣトランスミッタコイルの実用的な直列共振（例えば、１００ｋＨｚ）は大きな電流を必要とし、その全電流が、この直列共振を介して接地される（数オームの範囲内のインピーダンス）。そのため、充電面（いわゆる、ＷＬＣトランスミッタのインターフェース面）に何もない場合、直列共振ポーリングは大きな電流を必要とする。一方、並列共振ポーリングの間、ＷＬＣトランスミッタの充電面に何もない場合、常に、ＷＬＣトランスミッタ全体にかかるインピーダンスは最大となり、電力消費は最小（小電流）となる。この検出電流は、マイクロコントローラ・ポートによって生成される場合があり（ＷＬＣトランスミッタ１００のピン１１１に対応）、高インピーダンスの抵抗１３０を経由してコイル１２０に供給される。検出パルスを供給するために使用されるマイクロコントローラ・ポートは、例えば、従来の３Ｖ以下の低電力マイクロコントローラ・ポート入出力（ＩＯ）ピンでもよく、この入出力ピンは、検出周波数で数ミリアンペアのパルスを供給することができる。検出信号がコイル１２０に供給された後、ウェイクアップ検出回路部１１０の第２のピン（ＡＤピン１４０）で受信された反射信号が、検出に使用される。換言すると、ダイオード１５０を通じてこの反射信号のレベルを測定する。共振周波数がシフトしていないことを、ウェイクアップ検出回路１１０がＡＤピン１４０での信号から検出した場合、ウェイクアップ回路１１０は、コイル１２０の充電エリアに物体が存在しない旨決定することができる。さらに、共振周波数がシフトしていることを、ウェイクアップ検出回路１１０がＡＤピン１４０での信号から検出した場合、ウェイクアップ回路１１０は、コイル１２０の充電エリアに物体が存在する旨決定することができる。シフトされた共振は、ＡＤピン１４０で低下信号レベルとして検出されうる。このように、低下信号レベルがＡＤピン１４０で測定された場合、ウェイクアップ検出回路部１１０はＷＬＣコイル１２０を活性化させ、並列共振検出が停止される。ＡＤピン１４０は、マイクロコントローラのどのようなアナログ・デジタル変換入力ピンでもよいが、検出レベルが、ピンに準ずる外部構成要素によって高電圧検出レベル〜低電圧検出レベルで調整される場合、簡素なＩＯピンも使用されうる。検出された物体がパワー・レシーバ（ＷＬＣ二次コイルを含む機器）である場合、ＷＬＣコイル１２０はデジタルピング(ping)及び充電を開始することができる。上記の充電は、充電が完了する（電源デバイスのバッテリーがフル充電される）まで、または、電源デバイスがパワー・トランスミッタの充電エリアから取り除かれるまで継続することができる。検出された物体がパワー・レシーバではなく、ある金属物体または金属面である場合、上記ピングが一定期間の後に停止され、並列共振検出が再開される場合がある。ウェイクアップ検出回路１１０（いわゆる、本システムの低電圧制御部分）が、共振検出段階の間に電力供給されさえすれば、省電力が達成されうる。

並列共振の変化を検出するために必要となるのは、この並列共振検出部により、ゆったりした間隔の短いバースト周期のみとなる。このようにして、パワー・トランスミッタの全電力段がＯＦＦに切り替えられ、検出バーストの間、周期的に（全体の１〜１０％の時間）わずか数ミリアンペアの電流が必要とされるだけとなる。

並列共振検出部が充電エリアにある物体（例えば、ＷＬＣレシーバではない小さな金属物体等）を検出した場合、その物体はわずか数ｋＨｚのみ並列共振を変化させる可能性がある。そして、上記物体がＷＬＣレシーバでないことを、デジタルピングによってパワー・トランスミッタが検出した後、並列共振検出部はこの新たな並列共振を再測定し、この新たな並列共振での変化の検出を開始することができる。その後、新たな周波数が、ＷＬＣコイルの並列共振が再度変化するまでポーリングされる場合がある。しかし、新たに検出される共振が、既定の共振範囲内にない場合（既定の共振範囲は、例えば、ＷＬＣ一次コイルの並列共振（既定の共振）±２０ｋＨｚの場合がある）、ＷＬＣレシーバがフル充電されたバッテリーを有しているか、ＷＬＣレシーバ機器が上下逆であるか、大きな金属物体が充電エリアにあること等を意味する場合がある。この場合、並列共振検出は、変化を確認するために既定の共振周波数を用いて続けられる。そして、無線コイルのピング（デジタルピング）が１０分以上等の極めて長いインターバルで開始される場合がある。これは、もはやバッテリーがフル充電されていないパワー・レシーバのバッテリーに電力を補給（いわゆる、供給）するであろう。または、例えば、充電エリアにいくつかの大きな金属が置かれている場合、長いインターバルによって電力が節約される。すなわち、デジタルピングは１０分ごとにのみ開始され、並列共振の検出ごとには開始されない。

正確な並列共振周波数をサーチする代わりに、比例信号レベルウィンドウ（proportional signal level window）をサーチ及び／またはポーリングすることが可能であることも言及すべきである。通常、ウェイクアップ検出回路部の第１のピンからコイルに検出信号が供給された後、この検出信号の信号レベルが低下する。これは、第１ピングと一次コイルとの間の、高インピーダンスの直列抵抗に起因する。図２は、周波数関数として信号レベルのグラフを示している。第１の信号レベルは、ＷＬＣコイルにかかる工場出荷時の信号レベル２１である。第２の信号レベルは、ＷＬＣコイルにかかる検出信号レベル２２である。いずれも、パワー・トランスミッタの充電エリアにパワー・レシーバが存在する場合である。工場出荷時の信号レベルの低下が、矢印２３によって図２に示されている。信号レベルウィンドウが上記の低下レベルに合わせて調整される場合、信号ウィンドウ２４は、工場出荷時のピーク並列共振２５を含む抵抗の範囲と、ピーク共振２５の近傍（例えば、ピーク共振±２０ｋＨｚ）とを含む抵抗の範囲とを含む。パワー・トランスミッタのウェイクアップ検出回路部が信号ウィンドウ２４の範囲にある共振を有する信号レベルを測定する場合、共振シフトは容認され、パワーピング（デジタルピング）は開始されず、並列共振のポーリングが継続されるであろう。しかし、信号レベルがウィンドウ２４の範囲にないことを、ウェイクアップ検出回路部が確認した場合、パワーピングが開始され、並列共振のポーリングは停止するであろう。ウィンドウエリア２４の範囲にある共振をシフトする可能性のある物体は、例えば、鍵、硬貨等の小さな金属物体である場合がある。典型的な誤検出を回避するための十分な許容範囲を確保できるように、ＡＤピンの検出レベルが選択される場合がある。

図３は、並列共振検出及び充電方法３０のフローチャートを示す。ステップ３１では、ウェイクアップ検出回路部が、共振パルスバーストとしてパワー・トランスミッタのＷＬＣコイルに検出信号を供給する。そして、ウェイクアップ検出回路部のマイクロコントローラによって、ＷＬＣコイルにかかる信号レベルを測定する。ステップ３２では、充電回路の共振がシフトされていないか、例えば、供給信号のレベルと検出信号のレベルとを比較することにより、ウェイクアップ検出回路部がチェックする。検出信号のレベルが、ある実装時定義の閾値に達しない場合、ウェイクアップ検出回路部は、物体が充電エリアに配置されたと判断することができ、ステップ３３に記載のとおり充電手続きが開始されるであろう。また、検出信号が閾値より低くない場合、または、充電回路の共振周波数が極わずかにシフトされた場合、本方法はステップ３１に戻る。よって、充電回路の共振がシフトされた場合、または、反射信号レベルがある実装時定義の閾値に達しない場合、反射信号が非共振条件を満たしていると言うことができる。

ステップ３２において、ウェイクアップ検出回路部は、検出信号の共振が上記信号ウィンドウ（例えば、供給信号の共振±２０ｋＨｚ）の範囲外にシフトされているかどうかをチェックすることもある。そして、上記信号ウィンドウの範囲外にシフトされている場合には充電手続きを開始し（ステップ３３）、上記信号ウィンドウの範囲外にシフトされていない場合にはステップ３１に戻る。

無線充電による、並列共振検出とノーマルデバイス検出（アナログピング等）との間の検出責任の分担を説明する、２つの例示的検出グラフと充電手続きとが、図４及び図５の状態図に表されている。

図４には、パワー・トランスミッタの作用例が示されている。図４では、共振周波数状態（Resonance Frequency State；ＲＦＳ）４１において、共振検出回路がパワー・トランスミッタのＷＬＣコイルに工場出荷時共振周波数をプッシュ（push）し、共振条件が満たされているかどうかを検出する。上記の検出は、一定間隔（例えば、特定のタイムアウト周期）で実行される。共振が検出された場合、これは、充電器にパワー・レシーバがないこと（その他のいかなる金属物体もないこと）を意味する。そのため、上記手続きは、この第１の共振検出ループに留まる。これにより、エネルギーを節約することができる。なぜなら、充電プラットフォームに金属物体がない場合、充電回路に電源を入れる必要がないためである。一方、共振が検出されない場合、これは、充電される可能性がある機器（いわゆる、パワー・レシーバ）が検出されていることを意味する。

充電エリアに物体が配置されていない場合、工場出荷時の共振は、一般的に、ＷＬＣ伝送コイルの予測共振周波数を指す。工場出荷時の共振は、製造ライン等で測定し、図６のパワー・トランスミッタ装置６０のメモリ６１に記憶してもよい。工場出荷時の共振は、操作中に機器自身によって測定及び記憶されてもよい。前述のとおり、工場出荷時の共振は、共振周波数での微量な変化（例えば、充電エリアに配置された異物等に起因する変化）を検出した後、更新される場合もある。伝送コイルの特性として予期される共振が記載されているが、この共振周波数は、ＷＬＣ伝送回路（transmitting circuitry）のその他の構成要素の影響も含むことが理解できる。

共振検出回路がＲＦＳ４１において、共振を検出しなかった場合、この手続きはレシーバサーチ状態（Receiver Search State；RSS）４２に移行する。このＲＳＳ４２では充電器に電源が入れられ、通常の無線充電手続き（例えば、デジタルピング）に従ってパワー・レシーバのサーチを開始する。ＲＳＳ４２がパワー・レシーバを見つけなかった場合、上記無線充電手続きは、ＲＦＳ４１に戻る。パワー・レシーバが見つからない理由として考えられるのは、例えば、ＲＦＳ４１によって見つかった物体がＷＬＣレシーバではないこと、または、充電エリアに位置するＷＬＣレシーバがフル充電されており、デジタルピング段階でレスポンスがないことがある。ＲＳＳ４２にすぐに戻らないように、ＲＳＳ４２からＲＦＳ４１に戻った後、ＲＦＳ４１での共振周波数チェックのタイムアウトを長くしてもよい。

ＲＳＳ４２がパワー・レシーバを見つけた場合、この無線充電手続きは充電状態（Charging state）４３に移行する。充電状態（Charging state）４３の間、パワー・トランスミッタの充電回路は、パワー・レシーバがパワー・トランスミッタの充電エリアから取り除かれることを検出し、この無線充電手続きは共振周波数状態（Resonance Frequency state）４１に戻ることができる。充電された機器が取り除かれていることの判断は、並列共振検出、アナログピング、デジタルピング、及び／または充電された機器からの通信の欠落に基づいて実行される場合がある。充電後、この無線充電手続きは、充電終了状態（Charging Finished state）４４に移行する。この状態で充電回路は、パワー・レシーバの存在をモニタし、充電の再開が必要か否か、または、パワー・レシーバが取り除かれているか否かを判断することができる。充電の再開が必要か否かを判断することは、バッテリーの充電レベル及び／または前回の充電からの経過時間をモニタすることを含むことができる。

別の例を図５の状態図に示す。図５では、充電終了状態（Charging Finished state）４４がホールド状態（Hold state）５１に置き換えられている。ホールド状態（Hold state）５１では、ＷＬＣ回路の電源は切られる。そして、共振検出回路は、パワー・レシーバがパワー・トランスミッタの充電エリアにまだあるか否かを判断する。

ＲＦＳ５２は、最初に、充電エリアに物体があることを判断することができる。そして、パワー・トランスミッタのＷＬＣ回路は、ＲＳＳ５３でパワー・レシーバのサーチを開始することができる。一定時間経過後または一定回数の試みの後、パワー・トランスミッタまたは充電器は、物体がパワー・レシーバではないと判断する。本手続きはホールド状態（Hold state）５１に移行することができる。このホールド状態（Hold state）５１では、ＷＬＣ回路の電源は切られる。このホールド状態（Hold state）５１では、パワー・トランスミッタの共振回路が、一定間隔で物体がまだ充電器にあるか否かをチェックする。ＷＬＣ回路は電源が切られているため、電力は節約される。いくつかの実施形態では、共振周波数チェックのタイムアウトが、例えば１０〜１８０秒またはそれ以上である等、ＲＦＳ５２でのタイムアウトより長い場合がある。

パワー・レシーバがＲＳＳ５３で確認された場合、本処理は充電状態（Charging state）５４に移行する。この充電状態（Charging state）５４は、ＷＬＣレシーバのバッテリーがフル充電された後、または、ＷＬＣレシーバがパワー・トランスミッタの充電エリアから取り除かれた後に終了することができる。充電状態（Charging state）５４が、フル充電されたバッテリーに起因して終了した場合、本処理はホールド状態（Hold state）５１に移行する。このホールド状態（Hold state）５１では、ＷＬＣ回路の電源が切られ、共振検出はパワー・レシーバがまだパワー・トランスミッタの充電エリアにあるか否かを検出するために使用される。ホールド状態（Hold state）５１が共振を確認した場合、物体が充電エリアから取り除かれたと判断することができ、本手続きはＲＦＳ５２に戻る。ＲＦＳ５２及びホールド状態（Hold state）５１の双方とも、共振検出を含む。しかし、終了条件（exit condition）が異なる。なぜなら、ＲＦＳ５２は、物体の進入を検出するように構成されており、ホールド状態（Hold state）５１は物体の除去を検出するように構成されているためである。したがって、ＲＦＳ５２での終了条件は共振を検出しないこと、すなわち、ＡＤピンでの反射信号レベルが閾値に達しないことを検出することである。対称的に、ホールド状態（Hold state）５１での終了条件は共振を検出すること、すなわち、ＡＤピンでの反射信号レベルが閾値を超過することを検出することである。

いくつかの実施形態では、ホールド状態（Hold state）５１がタイムアウト期間を含む場合がある。このタイムアウト期間の後、本処理はＲＳＳ５３に再び移行する（この遷移は図５に示されていない）。上記のことは、例えば、パワー・レシーバが長時間充電器に放置され、メンテナンス充電が要求される場合（例えば、夜間等）に有効である。上記のタイムアウト期間は、節電効果を高めるため、例えば、１０〜１８０秒またはそれ以上の場合がある。

いくつかの実施形態では、ＲＳＳ５３でＷＬＣに対応しない物体を検出し、ホールド状態（Hold state）５１に移行した後、充電器が、この充電器に置かれた物体に起因するシフト共振周波数（シフトされた共振周波数）をサーチする場合がある。シフト共振周波数を決定した後、このシフト共振周波数は共振検出で使用される場合がある。

別の実施形態では、充電状態（Charging state）５４からＲＦＳ５２への直接的な遷移がない場合があり、この遷移はホールド状態（Hold state）５１を経由してなされる場合がある。ホールド状態（Hold state）５１でのタイムアウト期間が短い場合、上記のことは特に便利であり、したがって、ホールド状態（Hold state）５１を通過する追加遅延が許容される。

図６は、バッテリー式のパワー・トランスミッタ装置６０の一例を示す。本装置６０はメモリ６１を備え、このメモリ６１は、並列共振検出の操作と伝送方法とに使用されるコンピュータプログラムコードを記憶するよう構成されている。装置６０はプロセッサ６２を備え、このプロセッサ６２がプログラムコードを実行して、装置の機能性を実現する。装置６０はさらに、バッテリー６３またはその他の電力手段を備える。さらに、装置６０はパワー・レシーバのための充電エリア６４を備える。ＷＬＣ一次コイル６５（無線充電コイル）があるが、このコイルはパワー・レシーバを充電するのに適している。このパワー・レシーバは、充電エリア６４に配置／付着された場合、無線でエネルギーを受取るため、少なくとも１つのＷＬＣ二次コイルを備えている。一方、コイル６５には、追加的に二以上のＷＬＣ一次コイルが存在してもよい。装置６０はさらに、一つまたは複数の物理的なボタン、または、一つまたは複数のタッチスクリーンボタンを有していてもよい。装置６０はキーパッドを備えていてもよい。このキーパッドは、タッチスクリーンのキーパッドとしてのディスプレイ、または、物理的なキーパッドとしての装置６０の筐体に備えられる（図示せず）。装置６０はさらに、音声の送受信をするためにマイクやスピーカ（図示せず）を備えることもできる。装置６０は通信インターフェースを備えることもできる（図示せず）。この通信インターフェースは、装置６０を無線ネットワーク及び／または有線ネットワークを介して別の機器に接続するように構成され、上記無線ネットワーク及び／または有線ネットワークによってデータを受信及び／または送信することができる。装置６０はさらに、ユーザインターフェースの表示等を提供するためのディスプレイ及び入出力要素を備えることもできる。さらに、装置６０は「充電が完了しました」等のユーザへの音声メッセージを提供する、スピーカを備えることができる。

パワー・レシーバ（いわゆる、ＷＬＣレシーバ）は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ゲーム機、その他の携帯機器等、パワー・トランスミッタに（いわゆる、ＷＬＣ受電器）よって誘導的に充電されるのに適した携帯機器であってよい。

本明細書において「充電エリアに」という語句は、パワー・レシーバが充電エリアに接触している状態、または、パワー・レシーバが充電エリアに近接している状態を意味する。ここで、この充電エリアは、ＷＬＣパワー・トランスミッタが電力をパワー・レシーバに誘導的に移動させるのに適している。

本発明の様々な実施形態は、メモリに存在するコンピュータプログラムコードを用いて実装でき、関連する装置に本発明を遂行させられる。例えば、機器は、データの処理・送受信を行う回路および電子装置と、メモリにコンピュータプログラムコードと、プロセッサを備えてもよい。プロセッサは、コンピュータプログラムコードを実行すると、機器に本実施形態の構成を遂行させる。

本発明の実施形態は、本明細書に紹介したものに限定されるものではないことは当然であり、請求項の範囲内で様々に変形されうるものであることは明らかである。

Claims (18)

1. 充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも１つの検出信号をパルスとして供給すること、ここで、前記検出信号は、前記無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給することと；
   前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定することと；
   前記反射信号が非共振条件を満たすか否かを判断することと；
   前記反射信号が前記非共振条件を満たすとの判断に応じて、電力伝送回路を活性化することと；
   を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記電力伝送回路を活性化することは、デジタルピングによって、前記パワー・トランスミッタの前記充電エリアにある、二次無線充電コイルを備えるパワー・レシーバをサーチすることを含む、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記電力伝送回路を活性化することは、
   前記パワー・トランスミッタの前記無線充電コイルを、前記パワー・レシーバの前記二次無線充電コイルに接続することにより、誘導的にエネルギーを伝送することを含む、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記充電エリアにある前記パワー・レシーバの存在をモニタすることと；
   前記パワー・レシーバが取り除かれた場合、または、前記パワー・レシーバの前記バッテリーがフル充電された場合、前記電力伝送回路を非活性化することと；
   前記パワー・トランスミッタの前記無線充電コイルに前記検出信号を供給することと；
   をさらに含む方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法において、
   前記検出信号が高インピーダンスの抵抗を経由して前記コイルに供給される方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法において、
   前記信号レベルがダイオードを通して測定される方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法において、
   前記反射信号が前記共振条件を満たすか否かを判断することは、前記反射信号の電力レベルを閾値と比較することを含む、方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   前記閾値は、前記供給された検出信号の電力レベルの所定比率を含む、方法。
9. 誘導結合によって、誘導エネルギーを伝送するための少なくとも一つの無線充電コイルと；
   充電エリアと；
   前記無線充電コイルの並列共振を検出するための共振検出回路と；
   ＷＬＣ制御回路と；
   前記無線充電コイルに電力を伝送するための電力伝送回路と；
   を備える装置であって、
   前記共振検出回路は、前記無線充電コイルに少なくとも１つの検出信号をパルスとして供給するように構成され、
   前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定し、前記反射信号が非共振条件を満たすか否かを判断するために、前記検出信号は、前記無線充電コイルの予測共振周波数に対応し、
   前記ＷＬＣ制御回路は、前記反射信号が前記非共振条件を満たすとの判断に応じて前記電力伝送回路を活性化するように構成される、
   装置。
10. 請求項９に記載の装置において、
    前記電力伝送回路を活性化することは、デジタルピングによって、前記充電エリアにある、二次無線充電コイルを備えるパワー・レシーバをサーチすることを含む、装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、
    前記電力伝送回路を活性化することは、前記無線充電コイルを、前記パワー・レシーバの前記二次無線充電コイルに接続することにより、誘導的にエネルギーを伝送することを含む、装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、
    前記装置はさらに、前記充電エリアにある前記パワー・レシーバの存在をモニタするように構成され、
    前記パワー・レシーバが取り除かれた場合、または、前記パワー・レシーバの前記バッテリーがフル充電された場合、
    前記装置は、前記電力伝送回路を非活性化し、前記無線充電コイルに前記検出信号を供給するように構成される、装置。
13. 請求項９から請求項１２のいずれかに記載の装置において、
    前記検出信号が高インピーダンスの抵抗を経由して前記無線充電コイルに供給される、装置。
14. 請求項９から請求項１３のいずれかに記載の装置において、
    前記信号レベルがダイオードを通して測定される、装置。
15. 請求項９から請求項１４のいずれかに記載の装置において、
    前記反射信号が前記共振条件を満たすか否かを判断することは、前記反射信号の電力レベルを閾値と比較することを含む、装置。
16. 請求項１５に記載の装置において、
    前記閾値は、前記供給された検出信号の電力レベルの所定比率を含む、装置。
17. 装置の処理手段に実行されると、前記装置に、請求項１から８のいずれかに記載の方法を遂行させるように構成されるプログラム命令を備える、コンピュータプログラム。
18. 充電エリアを備えるパワー・トランスミッタの無線充電コイルに、少なくとも１つの検出信号をパルスとして供給する手段、ここで、前記検出信号は、前記無線充電コイルの予測共振周波数に対応する、前記供給する手段と；
    前記検出信号を供給することによって生じる反射信号を測定する手段と；
    前記反射信号が非共振条件を満たすか否かを判断する手段と；
    前記反射信号が前記非共振条件を満たすとの判断に応じて、電力伝送回路を活性化する手段と；
    を備える、装置。