JP2021175354A - 送電装置、受電装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents

送電装置、受電装置、制御方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】受電装置とは異なる物体の検出を精度よく行うこと。【解決手段】送電アンテナを介して受電装置へ無線により送電する送電装置は、送電アンテナと、送電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御し、共振回路における電圧または電流の、その共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて受電装置とは異なる物体を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線電力伝送における物体検出技術に関する。
無線電力伝送システムの技術開発が広く行われており、標準化団体Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ（ＷＰＣ）が無線充電規格として策定した規格（ＷＰＣ規格）が広く知られている。このような無線電力伝送では、送電装置が電力を伝送可能な範囲に、異物が存在する場合に、その異物を検出して送受電を制御することが肝要になる。異物とは、受電装置とは異なる物体である。特許文献１では、ＷＰＣ規格に準拠した送受電装置の近傍に異物が存在する場合に、その異物を検出して送受電を制限する手法が記載されている。特許文献２には、送電装置が、受電装置に対して異物検出用の信号を送信して、受電装置からのエコー信号を用いて異物の有無を判定する手法が記載されている。特許文献３には、無線電力伝送システムのコイルを短絡させて異物検出を行う技術が記載されている。
特開２０１７−０７００７４号公報 特開２０１５−０２７１７２号公報 特開２０１７−０３４９７２号公報
本発明は、受電装置とは異なる物体の検出を精度よく行う技術を提供する。
本発明の一態様による送電装置は、送電アンテナを介して受電装置へ無線により送電する送電手段と、前記送電アンテナと、前記送電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御する制御手段と、前記共振回路における電圧または電流の、前記共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて前記受電装置とは異なる物体を検出する検出手段と、を有する。
本発明によれば、受電装置とは異なる物体の検出を精度よく行うことができる。
無線電力伝送システムの構成例を示す図である。 送電装置の構成例を示す図である。 受電装置の構成例を示す図である。 送電装置の制御部の機能構成例を示す図である。 ＷＰＣ規格に従った電力伝送の処理の流れの例を示す図である。 波形減衰法による異物検出の原理を説明する図である。 送電中の送電波形で異物検出を行う方法を説明するための図である。 異物検出を行う方法を説明するための図である。 異物検出を行う方法を説明するための図である。 Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出閾値の設定方法を説明するための図である。 送電装置によって実行される処理の流れの例を示す図である。 受電装置によって実行される処理の流れの例を示す図である。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
（無線電力伝送システムの構成）
図１に、本実施形態の無線電力伝送システムの構成例を示す。本システムは、例えば、無線充電システムである。本システムは、送電装置１０１と受電装置１０２とを含んで構成される。以下では、送電装置１０１をＴＸと呼び、受電装置１０２をＲＸと呼ぶ場合がある。ＲＸは内蔵バッテリを有し、ＴＸから受電した電力をその内蔵バッテリに充電する電子機器である。ＴＸは、例えばＴＸの筐体の一部として用意される充電台１０３に載置されたＲＸに対して無線で送電する電子機器である。なお、充電台１０３はＴＸの一部であるため、以下では、「充電台１０３に戴置された」ことを「ＴＸ（送電装置１０１）に載置された」という場合がある。破線によって示されている範囲１０４は、ＲＸがＴＸから受電が可能な範囲である。なお、ＴＸとＲＸは、無線充電以外のアプリケーションを実行する機能を有しうる。ＲＸは、例えばスマートフォンであり、ＴＸは、例えばそのスマートフォンを充電するためのアクセサリ機器である。なお、ＴＸ及びＲＸは、タブレットや、ハードディスク装置やメモリ装置などの記憶装置であってもよいし、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置であってもよい。また、ＴＸ及びＲＸは、例えば、撮像装置（カメラやビデオカメラ等）やスキャナ等の画像入力装置であってもよいし、プリンタやコピー機、プロジェクタ等の画像出力装置であってもよい。また、ＲＸは、例えば自動車等の車両であってもよいし、ＴＸは自動車のコンソール等に設置される充電器であってもよい。
本システムでは、ＷＰＣ規格に基づいて、無線充電のための電磁誘導方式を用いた無線電力伝送を行う。すなわち、ＴＸとＲＸは、ＴＸの送電アンテナとＲＸの受電アンテナとの間で、ＷＰＣ規格に基づく無線充電のための無線電力伝送を行う。なお、本システムでは、無線電力伝送方式としてＷＰＣ規格で規定された方式が用いられるものとするが、これに限られず、他の方式が用いられてもよい。例えば、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電界共鳴方式、マイクロ波方式、レーザー等を利用した方式などが用いられてもよい。また、本実施形態では、無線電力伝送が無線充電に用いられるものとするが、無線充電以外の用途で無線電力伝送が行われてもよい。
ＷＰＣ規格では、受電装置１０２が送電装置１０１から受電する際に保証される電力の大きさが、Ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ Ｐｏｗｅｒ（以下、「ＧＰ」と呼ぶ）と呼ばれる値によって規定される。ＧＰは、例えば受電装置１０２と送電装置１０１の位置関係が変動して受電アンテナと送電アンテナとの間の送電効率が低下したとしても、受電装置１０２の負荷（例えば、充電用の回路、バッテリー等）への出力が保証される電力値を示す。例えばＧＰが５ワットの場合、受電アンテナと送電アンテナの位置関係が変動して送電効率が低下したとしても、送電装置１０１は、受電装置１０２内の負荷へ５ワットを出力することができるような制御を実行して送電を行う。
また、送電装置１０１から受電装置１０２へ送電を行う際に、送電装置１０１の近傍に受電装置ではない物体である異物が存在する場合、送電のための電磁波が異物に影響して異物の温度を上昇させ、場合によっては異物を破壊してしまいうる。そこで、ＷＰＣ規格では、異物が存在する場合に送電を停止するなどの対処を行うために、送電装置１０１が例えば充電台１０３上に異物が存在することを検出する手法が規定されている。具体的には、送電装置１０１における送電電力と受電装置１０２における受電電力との関係によって異物を検出するＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ（パワーロス）法が規定されている。また、送電装置１０１における送電アンテナ（送電コイル）の品質係数（Ｑ値）の変化により異物を検出するＱ値計測法が規定されている。なお、送電装置１０１は、充電台１０３の上に存在する物体を異物として検出するのみならず、送電装置１０１の近傍に位置する異物を検出するようにしうる。例えば、送電装置１０１は、送電可能な範囲１０４に存在する異物を検出してもよい。
ここで、ＷＰＣ規格で規定されているＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法に基づく異物検出について、図１０を用いて説明する。図１０の横軸は送電装置１０１の送電電力、縦軸は受電装置１０２の受電電力である。なお、異物とは、送電装置１０１から受電装置１０２への送電に影響しうる、受電装置１０２以外の物体であり、例えば導電性を有する金属片等の物体である。
まず、送電装置１０１は、第１送電電力値Ｐｔ１で受電装置１０２に対して送電を行い、受電装置１０２は、第１受電電力値Ｐｒ１の受電電力を得られたものとする。なお、この状態は、Ｌｉｇｈｔ Ｌｏａｄ状態（軽負荷状態）と呼ばれうる。そして、送電装置１０１は、第１送電電力値Ｐｔ１を記憶する。ここで、第１送電電力値Ｐｔ１又は第１受電電力値Ｐｒ１は、予め定められた最小の送電電力又は受電電力である。このとき、受電装置１０２は、受電する電力が最小の電力となるように、負荷を制御する。例えば、受電装置１０２は、受電した電力が負荷（充電回路及びバッテリ等）に供給されないように、受電アンテナから負荷を切断しうる。受電装置１０２は、第１受電電力値Ｐｒ１を送電装置１０１に報告する。送電装置１０１は、受電装置１０２から第１受電電力値Ｐｒ１を受信すると、送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失がＰｔ１−Ｐｒ１（Ｐｌｏｓｓ１）であると算出し、Ｐｔ１とＰｒ１との対応を示すキャリブレーションポイント１０００を作成する。
続いて、送電装置１０１は、送電電力値を第２送電電力値Ｐｔ２に変更し、受電装置１０２に対して送電を行い、受電装置１０２は、第２受電電力値Ｐｒ２の受電電力を得られたものとする。なお、この状態は、Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｌｏａｄ状態（負荷接続状態）と呼ばれうる。そして、送電装置１０１は、第２送電電力値Ｐｔ２を記憶する。ここで、第２送電電力値Ｐｔ２又は第２受電電力値Ｐｒ２は、予め定められた最大の送電電力又は受電電力である。このとき、受電装置１０２は、受電する電力が最大の電力となるように、負荷を制御する。たとえば、受電装置１０２は、受電した電力が負荷に供給されるように、受電アンテナと負荷とを接続する。受電装置１０２は、第２送電電力値Ｐｒ２を送電装置１０１に報告する。送電装置１０１は、受電装置１０２から第２送電電力値Ｐｒ２を受信すると、送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失がＰｔ２−Ｐｒ２（Ｐｌｏｓｓ２）であると算出し、Ｐｔ２とＰｒ２との対応を示すキャリブレーションポイント１００１を作成する。
そして、送電装置１０１は、キャリブレーションポイント１０００とキャリブレーションポイント１００１との間を直線補間する直線１００２を作成する。直線１００２は、送電装置１０１と受電装置１０２の近傍に異物が存在しない状態における送電電力と受電電力の関係を示している。送電装置１０１は、直線１００２に基づいて、異物がない状態において所定の送電電力で送電した場合に受電装置１０２が受電する電力値を予想することができる。例えば、送電装置１０１が第３送電電力値Ｐｔ３で送電した場合は、直線１００２上のＰｔ３に対応する点１００３から、受電装置１０２が受電する第３受電電力値Ｐｒ３を推定することができる。
以上のように、負荷を変えながら測定された送電装置１０１の送電電力値と受電装置１０２の受電電力値との複数の組み合わせに基づいて、負荷に応じた送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失を特定することができる。また、複数の組み合わせに基づく補間により、負荷に応じた送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失の推定が可能となる。このように、送電装置１０１が、送電電力値と受電電力値との組み合わせを取得するために送電装置１０１と受電装置１０２とが行うキャリブレーション処理を、以下では「Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法のＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎ処理（ＣＡＬ処理）」と呼ぶ。
キャリブレーションの後、実際に送電装置１０１がＰｔ３で受電装置１０２に送電した場合に、送電装置１０１が受電装置１０２から受電電力値Ｐｒ３’という値を受信したとする。送電装置１０１は異物が存在しない状態における受電電力値Ｐｒ３から実際に受電装置１０２から受信した受電電力値Ｐｒ３’を引いた値Ｐｒ３−Ｐｒ３’（＝Ｐｌｏｓｓ＿ＦＯ）を算出する。このＰｌｏｓｓ＿ＦＯは、送電装置１０１と受電装置１０２の近傍に異物が存在する場合に、その異物で消費される電力による電力損失と考えることができる。このため、送電装置１０１は、異物で消費されたであろう電力Ｐｌｏｓｓ＿ＦＯがあらかじめ決められた閾値を超えた場合に、異物が存在すると判定することができる。また、送電装置１０１は、事前に、異物が存在しない状態における受電電力値Ｐｒ３から、送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失Ｐｔ３−Ｐｒ３（Ｐｌｏｓｓ３）を算出しておく。そして、送電装置１０１は、受電装置１０２から受信した受電電力値Ｐｒ３’を用いて、送電装置１０１と受電装置１０２との間の電力損失Ｐｔ３−Ｐｒ３’（Ｐｌｏｓｓ３’）を算出する。そして、送電装置１０１は、Ｐｌｏｓｓ３’−Ｐｌｏｓｓ３（＝Ｐｌｏｓｓ＿ＦＯ）を用いて、異物で消費されたであろう電力Ｐｌｏｓｓ＿ＦＯを推定してもよい。
上述のように、異物で消費されたであろう電力Ｐｌｏｓｓ＿ＦＯは、受電電力に基づいてＰｒ３−Ｐｒ３’のように算出されてもよいし、電力損失の大きさに基づいてＰｌｏｓｓ３’−Ｐｌｏｓｓ３のように算出されてもよい。なお、以下では、Ｐｌｏｓｓ３’−Ｐｌｏｓｓ３によりＰｌｏｓｓ＿ＦＯが算出されるものとするが、Ｐｒ３−Ｐｒ３’によりＰｌｏｓｓ＿ＦＯが算出されてもよい。
Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出は、後述するＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズにより得られたデータに基づいて、電力伝送中（後述のＰｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズの間）に実行される。また、Ｑ値計測法による異物検出は、電力伝送前（後述のＤｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇ送信前、ＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズまたはＲｅｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズの間）に実行される。
本実施形態のＲＸとＴＸは、ＷＰＣ規格に基づく送受電制御のための通信を行う。ＷＰＣ規格では、電力伝送が実行されるＰｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズと、実際の電力伝送前の１以上のフェーズとを含んだ、複数のフェーズが規定され、各フェーズにおいて、送受電制御のための必要な通信が行われる。電力伝送前のフェーズは、Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎフェーズ、Ｐｉｎｇフェーズ、Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎフェーズ、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズ、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズを含みうる。なお、以下では、Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎフェーズをＩ＆Ｃフェーズと呼ぶ。以下、各フェーズの処理について説明する。
Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎフェーズでは、ＴＸが、Ａｎａｌｏｇ Ｐｉｎｇを間欠的に送信し、物体がＴＸの充電台に載置されたこと（例えば充電台にＲＸや導体片等が載置されたこと）を検出する。ＴＸは、Ａｎａｌｏｇ Ｐｉｎｇを送信した時の送電アンテナの電圧値と電流値の少なくともいずれか一方を検出し、電圧値がある閾値を下回る場合又は電流値がある閾値を超える場合に物体が存在すると判断し、Ｐｉｎｇフェーズに遷移する。
Ｐｉｎｇフェーズでは、ＴＸが、Ａｎａｌｏｇ Ｐｉｎｇより電力が大きいＤｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇを送信する。Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇの電力の大きさは、ＴＸの上に載置されたＲＸの制御部が起動するのに十分な電力である。ＲＸは、受電電圧の大きさをＴＸへ通知する。このように、ＴＸは、自装置が送信したＤｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇを受信したＲＸからの応答を受信することにより、Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎフェーズにおいて検出された物体がＲＸであることを認識する。ＴＸは、受電電圧値の通知を受けると、Ｉ＆Ｃフェーズに遷移する。また、ＴＸは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇを送信する前に、送電アンテナのＱ値（Ｑ−Ｆａｃｔｏｒ）を測定する。この測定結果は、Ｑ値計測法を用いた異物検出処理を実行する際に使用される。
Ｉ＆Ｃフェーズでは、ＴＸは、ＲＸを識別し、ＲＸから機器構成情報（能力情報）を取得する。ＲＸは、ＩＤ Ｐａｃｋｅｔ及びＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐａｃｋｅｔを送信する。ＩＤ ＰａｃｋｅｔにはＲＸの識別子情報が含まれ、Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐａｃｋｅｔには、ＲＸの機器構成情報（能力情報）が含まれる。ＴＸは、ＩＤ Ｐａｃｋｅｔ及びＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐａｃｋｅｔを受信すると、アクノリッジ（ＡＣＫ、肯定応答）で応答する。そして、Ｉ＆Ｃフェーズが終了する。
Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズでは、ＲＸが要求するＧＰの値やＴＸの送電能力等に基づいてＧＰの値が決定される。またＴＸは、例えばＲＸからの要求に従って、Ｑ値計測法を用いた異物検出処理を実行する。また、ＷＰＣ規格では、一度Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズに移行した後に、ＲＸの要求があった場合に、再度Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズと同様の処理が行われることが規定されている。Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズに移行後に再度この処理が実行されるフェーズは、Ｒｅｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズと呼ばれる。
Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズでは、ＷＰＣ規格に基づいてＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎが実行される。また、ＲＸが所定の受電電力値（軽負荷状態における受電電力値／最大負荷状態における受電電力値）をＴＸへ通知し、ＴＸが、効率よく送電するための調整を行う。ＴＸへ通知された受電電力値は、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出処理のために使用されうる。
Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズでは、送電の開始、継続、及びエラーや満充電による送電停止等のための制御が行われる。ＴＸとＲＸは、これらの送受電制御のために、ＷＰＣ規格に基づいて無線電力伝送を行う際に使用する送電アンテナ及び受電アンテナを用いて、送電アンテナ又は受電アンテナから送信される電磁波に信号を重畳して通信を行う。なお、ＴＸとＲＸとの間で、ＷＰＣ規格に基づく通信が可能な範囲は、ＴＸの送電可能範囲とほぼ同様である。
（送電装置１０１および受電装置１０２の構成）
続いて、本実施形態の送電装置１０１（ＴＸ）及び受電装置１０２（ＲＸ）の構成例について説明する。なお、以下で説明する構成は一例に過ぎず、説明される構成の一部（場合によっては全部）が、他の同様の機能を有する他の構成と置き換えられ又は省略されてもよく、また、さらなる構成が追加されてもよい。さらに、以下の説明で示される１つのブロックが複数のブロックに分割されてもよいし、複数のブロックが１つのブロックに統合されてもよい。また、以下に示す機能ブロックはそれぞれ１つ以上のプロセッサがソフトウェア命令を実行することによって実現されうるが、各機能ブロックに含まれる一部または全部の機能がハードウェアによって実現されていてもよい。
図２は、本実施形態に係る送電装置１０１（ＴＸ）の構成例を示している。ＴＸは、例えば、制御部２０１、電源部２０２、送電部２０３、通信部２０４、送電アンテナ２０５、メモリ２０６、共振コンデンサ２０７および２１２〜２１３、および、スイッチ２０８〜２１１を含んで構成される。なお、図２では、制御部２０１、電源部２０２、送電部２０３、通信部２０４、およびメモリ２０６が別個の機能ブロックとして記載されているが、これらのうちの２つ以上または全部の機能ブロックが、同一チップ内に実装されてもよい。
制御部２０１は、例えば、メモリ２０６に記憶されている制御プログラムを実行することにより、ＴＸ全体の制御を実行する。すなわち、制御部２０１は、図２に示される各機能部の制御を実行する。制御部２０１は、さらに、ＴＸにおける機器認証のための通信を含む送電制御に関する制御を実行する。また、制御部２０１は、無線電力伝送以外のアプリケーションを実行するための制御を行ってもよい。制御部２０１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）等の１つ以上のプロセッサを含んで構成される。なお、制御部２０１は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアで構成されてもよい。また、制御部２０１は、所定の処理を実行するようにコンパイルされたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のアレイ回路を含んで構成されてもよい。制御部２０１は、各種処理を実行中に、記憶しておくべき情報をメモリ２０６に記憶させる。また、制御部２０１は、不図示のタイマを用いて時間を計測しうる。
電源部２０２は、各機能ブロックに電源を供給する。電源部２０２は、例えば、商用電源又はバッテリである。バッテリには、商用電源から供給される電力が蓄電される。
送電部２０３は、電源部２０２から入力される直流又は交流電力を、無線電力伝送に用いる周波数帯の交流周波数の電力に変換し、その電力を送電アンテナ２０５へ入力することによって、ＲＸに受電させるための電磁波を発生させる。送電部２０３は、例えば、電源部２０２が供給する直流電圧を、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）を使用したハーフブリッジ又はフルブリッジ構成のスイッチング回路で交流電圧に変換する。この場合、送電部２０３は、ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを制御するゲ−トドライバを含む。送電部２０３は、さらに、送電アンテナ２０５に入力する電圧（送電電圧）又は電流（送電電流）、又はその両方を調節することにより、出力させる電磁波の強度を制御する。送電電圧又は送電電流を大きくすると電磁波の強度が強くなり、送電電圧又は送電電流を小さくすると電磁波の強度が弱くなる。また、送電部２０３は、制御部２０１の指示に基づいて、送電アンテナ２０５からの送電が開始又は停止されるように、電力の出力制御を行う。また、送電部２０３は、ＷＰＣ規格に対応した受電装置１０２（ＲＸ）の充電部に１５ワット（Ｗ）の電力を出力するだけの電力を供給する能力があるものとする。
通信部２０４は、ＲＸとの間で、上述のようなＷＰＣ規格に基づく送電制御のための通信を行う。通信部２０４は、送電アンテナ２０５から出力される電磁波を変調し、ＲＸへ情報を伝送して、通信を行う。また、通信部２０４は、送電アンテナ２０５から送電されてＲＸが変調した電磁波を復調して、ＲＸが送信した情報を取得する。すなわち、通信部２０４で行う通信は、送電アンテナ２０５から送電される電磁波に信号が重畳されて行われる。また、通信部２０４は、送電アンテナ２０５とは異なるアンテナを用いたＷＰＣ規格とは異なる規格による通信でＲＸと通信を行ってもよいし、複数の通信を選択的に用いてＲＸと通信を行ってもよい。
メモリ２０６は、制御部２０１によって実行される制御プログラムを記憶する。また、メモリ２０６は、ＴＸ及びＲＸの状態（送電電力値、受電電力値等）なども記憶しうる。例えば、ＴＸの状態は、制御部２０１により取得され、ＲＸの状態は、ＲＸの制御部３０１により取得された情報が通信部２０４を介して受信されうる。
スイッチ２０８〜スイッチ２１１は、それぞれ、制御部２０１によって制御され、開放又は短絡を切り替えることによって、ＴＸの回路の構成を切り替える。スイッチ２０８は、ＯＦＦ状態になって開放される場合、送電アンテナ２０５と、その送電アンテナ２０５に接続されている共振コンデンサ２０７とが送電部２０３と切断される。また、スイッチ２０８がＯＮ状態になって短絡される場合、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７が送電部２０３と接続される。
スイッチ２０９〜スイッチ２１１は、それぞれ、対応する共振コンデンサを含んだ直列共振回路を構成可能とするスイッチである。スイッチ２０９は、ＯＮ状態になって短絡される場合、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７が直列共振回路となる。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ１で共振するように構成される。このとき、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７およびスイッチ２０９が形成する閉回路に電流が流れる。スイッチ２１０は、共振コンデンサ２１２が接続されており、ＯＮ状態になって短絡される場合に、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７および共振コンデンサ２１２を含んだ直列共振回路を構成する。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ２で共振するように構成される。このとき、送電アンテナ２０５、共振コンデンサ２０７、共振コンデンサ２１２、およびスイッチ２１０が形成する閉回路に電流が流れる。スイッチ２１１は、共振コンデンサ２１３が接続されており、ＯＮ状態になって短絡される場合に、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７および共振コンデンサ２１３を含んだ直列共振回路を構成可能である。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ３で共振するように構成される。このとき、送電アンテナ２０５、共振コンデンサ２０７、共振コンデンサ２１３、およびスイッチ２１１が形成する閉回路に電流が流れる。
スイッチ２０８がＯＮ状態となって短絡されると共にスイッチ２０９〜スイッチ２１１がＯＦＦ状態になって開放されると、送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７には、送電部２０３から電力が供給される。
図３は、本実施形態による受電装置１０２（ＲＸ）の構成例を示すブロック図である。ＲＸは、例えば、制御部３０１、ＵＩ（ユーザインタフェース）部３０２、受電部３０３、通信部３０４、受電アンテナ３０５、充電部３０６、バッテリ３０７、メモリ３０８、スイッチ３０９〜３１１および３１５、共振コンデンサ３１２〜３１４を含む。なお、図３で別個に示されている機能ブロックのうちの２つ以上または全部の機能ブロックが、同一チップ内に実装されてもよい。また、図３に示される複数の機能ブロックが１つのハードウェアモジュールによって実現されてもよい。
制御部３０１は、例えば、メモリ３０８に記憶されている制御プログラムを実行することにより、ＲＸ全体の制御を実行する。すなわち、制御部３０１は、図３に示される各機能部の制御を実行する。また、制御部３０１は、無線電力伝送以外のアプリケーションを実行するための制御を行いうる。制御部３０１は、例えば、ＣＰＵ又はＭＰＵ等の１つ以上のプロセッサを含んで構成される。なお、制御部３０１は、実行中のＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）との協働によりＲＸ全体（ＲＸがスマートフォンである場合にはそのスマートフォン全体）を制御するようにしてもよい。また、制御部３０１は、ＡＳＩＣ等のハードウェアによって構成されてもよい。また、制御部３０１は、所定の処理を実行するようにコンパイルされたＦＰＧＡ等のアレイ回路を含んで構成されてもよい。制御部３０１は、各種処理を実行中に、記憶しておくべき情報をメモリ３０８に記憶させる。また、制御部３０１は、不図示のタイマを用いて時間を計測しうる。
ＵＩ部３０２は、ユーザに対する各種の出力を行う。各種の出力は、例えば、画面表示、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の点滅や色の変化、スピーカによる音声出力、ＲＸ本体の振動等の動作を含む。このため、ＵＩ部３０２は、例えば、液晶パネル、スピーカ、バイブレーションモータ等を含んで構成される。なお、ＵＩ部３０２は、例えば、ユーザからの操作を受け付けるための入力機構を有してもよい。
受電部３０３は、受電アンテナ３０５を介して、ＴＸの送電アンテナ２０５から放射された電磁波に基づく電磁誘導によって生じた交流電力（交流電圧及び交流電流）を取得する。そして、受電部３０３は、交流電力を直流電力又は所定周波数の交流電力に変換して、バッテリ３０７を充電するための処理を行う充電部３０６に、変換後の電力を出力する。このために、受電部３０３は、例えば、ＲＸにおける負荷に対して電力を供給するために必要な、整流部と電圧制御部を含む。上述のＧＰは、受電部３０３から出力されることが保証される電力量である。受電部３０３は、充電部３０６がバッテリ３０７を充電するための電力を供給し、充電部３０６に１５ワットの電力を出力するだけの電力供給能力があるものとする。
通信部３０４は、ＴＸが有する通信部２０４との間で、上述したようなＷＰＣ規格に基づく受電制御ための通信を行う。通信部３０４は、受電アンテナ３０５から入力された電磁波を復調してＴＸから送信された情報を取得する。また、通信部３０４は、その入力された電磁波を負荷変調することによってＴＸへ送信すべき情報に関する信号を電磁波に重畳することにより、ＴＸへ情報を送信する。なお通信部３０４は、受電アンテナ３０５とは異なるアンテナを用いたＷＰＣ規格とは異なる規格による通信でＴＸと通信を行ってもよいし、複数の通信を選択的に用いてＴＸと通信を行ってもよい。
メモリ３０８は、制御部３０１によって実行される制御プログラムを記憶する。また、メモリ３０８は、ＴＸ及びＲＸの状態なども記憶する。例えば、ＲＸの状態は制御部３０１により取得され、ＴＸの状態はＴＸの制御部２０１により取得された情報が通信部３０４を介して受信されうる。
スイッチ３０９〜３１１および３１５は、それぞれ、制御部３０１によって制御され、開放又は短絡を切り替えることによって、ＲＸの回路の構成を切り替える。
スイッチ３０９は、ＯＮ状態になって短絡される場合、受電アンテナ３０５と、その受電アンテナ３０５に接続された共振コンデンサ３１２が直列共振回路となる。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ４で共振するように構成される。このとき、受電アンテナ３０５、共振コンデンサ３１２、およびスイッチ３０９が形成する閉回路に電流が流れる。スイッチ３１０は、共振コンデンサ３１３が接続されており、スイッチ３１０がＯＮ状態になって短絡される場合、受電アンテナ３０５、共振コンデンサ３１２、および共振コンデンサ３１３が直列共振回路となる。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ５で共振するように構成される。このとき、受電アンテナ３０５、共振コンデンサ３１２、共振コンデンサ３１３、およびスイッチ３１０が形成する閉回路に電流が流れる。スイッチ３１１は、共振コンデンサ３１４が接続されており、スイッチ３１１がＯＮ状態になって短絡される場合に、受電アンテナ３０５、共振コンデンサ３１２、および共振コンデンサ３１４は直列共振回路となる。この直列共振回路は、特定の周波数ｆ６で共振するように構成される。このとき、受電アンテナ３０５、共振コンデンサ３１２、共振コンデンサ３１４、およびスイッチ３１１が形成する閉回路に電流が流れる。
スイッチ３０９〜スイッチ３１１がＯＦＦ状態になり、開放されると、受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２により受電した電力が受電部３０３へ供給される。
スイッチ３１５は、受電した電力を、負荷であるバッテリに供給するか否かを制御するために使用される。また、スイッチ３１５は、負荷の値を制御する機能も有する。スイッチ３１５がＯＮとなり短絡される場合、受電アンテナ３０５によって受電された電力が、充電部３０６を介してバッテリ３０７に供給される。スイッチ３１５がＯＦＦとなり開放される場合、受電アンテナ３０５によって受電された電力が、バッテリ３０７に供給されない。なお、スイッチ３１５は、図３では共振コンデンサ３１２と受電部３０３との間に配置されているが、受電部３０３と充電部３０６との間に配置されてもよい。また、スイッチ３１５は、充電部３０６とバッテリ３０７との間に配置されてもよい。また、図３ではスイッチ３１５が１つのブロックとして示されているが、スイッチ３１５は、充電部３０６の一部または受電部３０３の一部として実現されてもよい。
次に、図４を参照して、ＴＸの制御部２０１の機能について説明する。制御部２０１は、例えば、通信制御部４０１、送電制御部４０２、測定部４０３、設定部４０４、および異物検出部４０５を含んで構成される。通信制御部４０１は、通信部２０４を介したＷＰＣ規格に基づいたＲＸとの制御通信を行う。送電制御部４０２は、送電部２０３を制御し、ＲＸへの送電を制御する。測定部４０３は、後述する波形減衰指標を測定する。また、送電部２０３を介してＲＸに対して送電する電力を計測し、単位時間ごとに平均送電電力を測定する。また、測定部４０３は、送電アンテナ２０５のＱ値を測定する。設定部４０４は、測定部４０３により測定された波形減衰指標に基づいて、例えば算出処理によって、異物検出のために用いる閾値を設定する。異物検出部４０５は、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出機能や、Ｑ値計測法による異物検出機能や、波形減衰法による異物検出処理を行う機能を有する。また、異物検出部４０５は、その他の手法を用いて異物検出処理を行う機能を有してもよい。例えば、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｅａｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）通信機能を有するＴＸにおける異物検出部４０５は、ＮＦＣ規格による相手装置の検出機能を用いて異物検出処理を行ってもよい。また、異物検出部４０５は、異物を検出する以外の機能として、ＴＸ上の状態が変化したことを検出することもできる。例えば、ＴＸは、ＴＸ上の受電装置１０２の数の増減を検出することが可能である。
設定部４０４は、ＴＸが、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法や、Ｑ値計測法や、波形減衰法による異物検出を行う際の異物の有無を判定するための基準となる閾値を設定する。また、設定部４０４は、その他の手法を用いた異物検出処理を行う際に必要となる、異物の有無の判定の基準となる閾値を設定する機能を有してもよい。異物検出部４０５は、設定部４０４によって設定された閾値と、測定部４０３によって測定された波形減衰指標や送電電力やＱ値に基づいて、異物検出処理を行うことができる。
通信制御部４０１、送電制御部４０２、測定部４０３、設定部４０４、および異物検出部４０５は、制御部２０１において動作するプログラムとしてその機能が実現される。各機能部は、それぞれが独立したプログラムによって構成されうる。各機能部は、イベント処理等によってプログラム間の同期を確立しながら、並行して動作しうる。ただし、これらの処理部のうち２つ以上が１つのプログラムによって実現されてもよい。
（ＷＰＣ規格に従った電力伝送のための処理の流れ）
ＷＰＣ規格では、上述のように、Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎフェーズ、Ｐｉｎｇフェーズ、Ｉ＆Ｃフェーズ、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズ、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズ、及びＰｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズが規定されている。以下では、これらのフェーズにおける、送電装置１０１及び受電装置１０２の動作について、図５を用いて説明する。
ＴＸは、送電可能範囲内に存在する物体を検出するため、ＷＰＣ規格のＡｎａｌｏｇ Ｐｉｎｇを繰り返し間欠送信する（Ｆ５０１）。そして、ＴＸは、ＷＰＣ規格のＳｅｌｅｃｔｉｏｎフェーズとＰｉｎｇフェーズとして規定されている処理を実行し、ＲＸが載置されるのを待ち受ける。ＲＸのユーザは、ＲＸ（例えばスマートフォン）を、充電のためにＴＸに近づける（Ｆ５０２）。例えば、ユーザは、ＲＸをＴＸに載置することにより、ＲＸをＴＸに近づける。ＴＸは、送電可能範囲内に物体が存在することを検出すると（Ｆ５０３、Ｆ５０４）、ＷＰＣ規格のＤｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇを送信する（Ｆ５０５）。ＲＸは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇを受信すると、ＴＸがＲＸを検知したことを把握することができる（Ｆ５０６）。また、ＴＸは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｎｇに対する所定の応答があった場合に、検出された物体がＲＸであり、ＲＸが充電台１０３に載置されたと判定することができる。
ＴＸは、ＲＸの載置を検出すると、ＷＰＣ規格で規定されたＩ＆Ｃフェーズの通信により、ＲＸから識別情報と能力情報とを取得する（Ｆ５０７）。ここで、ＲＸの識別情報には、Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ ＣｏｄｅとＢａｓｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ＩＤが含められる。ＲＸの能力情報には、対応しているＷＰＣ規格のバージョンを特定可能な情報要素や、ＲＸが負荷に供給できる最大電力を特定する値であるＭａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｖａｌｕｅ、ＷＰＣ規格のＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ機能を有するかを示す情報が含められる。なお、ＴＸは、ＷＰＣ規格のＩ＆Ｃフェーズの通信以外の方法でＲＸの識別情報と能力情報とを取得してもよい。また、識別情報は、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ ＩＤ等の、ＲＸの個体を識別可能な任意の他の識別情報であってもよい。能力情報として、上述の情報以外の情報が含まれてもよい。
続いて、ＴＸは、ＷＰＣ規格で規定されたＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズの通信により、ＲＸとの間でＧＰの値を決定する（Ｆ５０８）。なお、Ｆ５０８では、ＷＰＣ規格のＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズの通信に限らず、ＧＰを決定する他の手順が実行されてもよい。また、ＴＸは、ＲＸがＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズに対応していないことを示す情報を（例えばＦ５０７において）取得した場合に、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズの通信を行わず、ＧＰの値を（例えばＷＰＣ規格で予め規定された）小さな値としてもよい。本実施形態では、Ｆ５０８において、ＧＰ＝５ワットと決定されたものとする。
ＴＸは、ＧＰの決定後、そのＧＰに基づいてＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎを実行する。Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ処理では、まず、ＲＸが、ＴＸに軽負荷状態（負荷切断状態、送電電力が第１の閾値以下になる負荷状態）における受電電力を含む情報（以下では、この情報を「第１基準受電電力情報」と呼ぶ。）を送信する（Ｆ５０９）。本実施形態では、第１基準受電電力情報は、ＴＸの送電電力が２５０ミリワットの時のＲＸの受電電力情報とする。第１基準受電電力情報は、ＷＰＣ規格で規定されるＲｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐａｃｋｅｔ（ｍｏｄｅ１）を用いて通知されるが、他のメッセージが通知に用いられてもよい。ＴＸは、自装置の送電状態に基づいて、第１基準受電電力情報を受け入れるか否かを判定する。ＴＸは、受け入れる場合は肯定応答（ＡＣＫ）を、受け入れない場合は否定応答（ＮＡＫ）を、ＲＸへ送信する。
ＲＸは、ＴＸからＡＣＫを受信すると（Ｆ５１０）、ＴＸに負荷接続状態（最大負荷状態、送電電力が第２の閾値以上になる負荷状態）における受電電力を含む情報（以下では、この情報を「第２基準受電電力情報」と呼ぶ。）を送信するための処理を行う。本実施形態では、ＧＰが５ワットであることから、第２基準受電電力情報は、例えば、ＴＸの送電電力が５ワットの時のＲＸの受電電力情報とされる。ここで、第２基準受電電力情報は、ＷＰＣ規格で規定されるＲｅｃｅｉｖｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｐａｃｋｅｔ（ｍｏｄｅ２）を用いて通知されるが、他のメッセージを用いてこの通知が行われてもよい。ＲＸは、ＴＸからの送電電力を５ワットまで増加させるために、送電電力増加に対応する値（正の値）を含む送電出力変更指示を送信する（Ｆ５１１）。ＴＸは、この送電出力変更指示を受信した際に、送電電力を増加させることが可能な場合には、ＲＸへＡＣＫで応答すると共に、送電電力を増加する（Ｆ５１２、Ｆ５１３）。第２基準受電電力情報は、ＴＸの送電電力が５ワットの時の受電電力情報である。このため、ＴＸは、５ワットを超える電力増加要求をＲＸから受信した場合は、送電出力変更指示に対してＮＡＫで応答して、送電出力の変更ができないことをＲＸへ通知する（Ｆ５１４）。これにより、規定以上の電力が送電されることを抑止することができる。ＲＸは、ＴＸからＮＡＫを受信することにより、既定の送電電力に達したと判定し、負荷接続状態における受電電力に関する第２基準受電電力情報を、ＴＸへ送信する（Ｆ５１６）。ＴＸは、第１基準受電電力情報および第２基準受電電力情報によって示される受電電力値と、それらの受電電力値がそれぞれ得られた際のＴＸの送電電力値とに基づいて、負荷切断状態と負荷接続状態とにおけるＴＸ−ＲＸ間の電力損失量を算出することができる。また、ＴＸは、それらの電力損失量の関係に基づく補間により、ＴＸの取り得るすべての送電電力（ここでは２５０ミリワットから５ワット）におけるＴＸ−ＲＸ間の電力損失値を推定することができるようになる（Ｆ５１７）。ＴＸは、ＲＸからの第２基準受電電力情報に対してＡＣＫを送信し（Ｆ５１８）、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ処理を完了する。そして、ＴＸがＲＸの充電処理を開始可能と判定した状態でＲＸへの送電処理を開始し、ＲＸの充電が開始される。
なお、送電処理の開始前に、ＴＸとＲＸが機器認証処理を行い（Ｆ５１９）、相互により大きなＧＰに対応可能であると判定した場合、ＧＰが、例えば１５ワット等のより大きな値に再設定されてもよい（Ｆ５２０）。この場合、ＲＸとＴＸは、ＴＸの送電電力を１５ワットまで増加させるために、送電出力変更指示、ＡＣＫ及びＮＡＫを用いてＴＸの送電出力を上昇させる（Ｆ５２１〜Ｆ５２４）。そして、ＴＸ及びＲＸは、ＧＰ＝１５ワットとなったことに応じて、再度Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ処理を実行する。すなわち、ＲＸは、ＴＸの送電電力が１５ワットの時の、ＲＸの負荷接続状態における受電電力を含む情報（以下では、この情報を「第３基準受電電力情報」と呼ぶ。）を送信する（Ｆ５２５）。ＴＸは、第１基準受電電力情報、第２基準受電電力情報、及び第３の基準受電電力情報によって示される受電電力と、それぞれの受電電力が得られた際の送電電力に基づいてＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎを実行する。これにより、ＴＸは、ＴＸの取り得るすべての送電電力（ここでは２５０ミリワットから１５ワット）におけるＴＸ−ＲＸ間の電力損失量を推定することができるようになる（Ｆ５２６）。そして、ＴＸは、ＲＸからの第３基準受電電力情報に対してＡＣＫを送信し（Ｆ５２７）、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ処理を完了する。その後、ＴＸがＲＸの充電処理を開始可能と判定した状態でＲＸへの送電処理を開始し、ＲＸの充電が開始される（Ｆ５２８）。
Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズでは、ＴＸは、ＲＸへ送電する。また、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズでは、上述のＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出が行われる。ここで、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法での異物検出は、送電を継続しながら異物検出を行うことができるため、送電効率を高く保つことができるが、送電装置１０２が大きな電力を送電しているときには異物検出の精度が低下する場合がありうる。このため、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出のみでは、異物の誤検出の可能性や、異物が存在するにも関わらず異物なしと判定されてしまう誤判定の可能性がある。特に、Ｐｏｗｅｒ ＴｒａｎｓｆｅｒフェーズはＴＸが送電を行うフェーズであり、送電中にＴＸとＲＸの近傍に異物が存在すると異物からの発熱等が大きくなるため、このフェーズにおける異物検出精度を向上させることが要求される。そこで、本実施形態では、異物検出精度を向上させるために、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法とは異なる異物検出方法として、下記の波形減衰法を使用して、さらなる異物検出を実行するようにする。
（波形減衰法による異物検出方法）
Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズでは、送電装置１０１は、受電装置１０２に対して送電を行っている。このとき、この送電に関する送電波形（電圧の波形又は電流の波形）を用いて異物検出を行うことができれば、異物検出用信号等を新たに規定して使用することなく、異物を検出することが可能となる。このような手法として、本実施形態では、送電波形の減衰状態に基づいて異物検出を行う方法（この方法を「波形減衰法」と呼ぶ）を用いる。この波形減衰法による異物検出の原理について、図６を用いて説明する。ここでは、送電装置１０１（ＴＸ）から受電装置１０２（ＲＸ）への送電に係る送電波形を用いた異物検出を例に説明する。
図６において、波形は、ＴＸの送電アンテナ２０５に印加される高周波電圧の電圧値６００（以降、単に電圧値と言う）の時間経過に伴う変化を示している。図６の横軸は時間、縦軸は電圧値を表す。ＴＸは、送電アンテナ２０５を介してＲＸに送電を行っている状態から、時間Ｔ0において送電を停止する。すなわち、時間Ｔ0において、電源部２０２からの送電用の電力供給が停止される。ＴＸからの送電に係る送電波形の周波数は、所定の周波数であり、例えばＷＰＣ規格で使用される８５ｋＨｚから２０５ｋＨｚの間の固定された周波数である。点６０１は、高周波電圧の包絡線上の点であり、時間Ｔ1における電圧値である。図中の（Ｔ1、Ａ1）は、時間Ｔ1における電圧値がＡ1であることを示す。同様に、点６０２は、高周波電圧の包絡線上の点であり、時間Ｔ2における電圧値である。図中の（Ｔ2、Ａ2）は、時間Ｔ2における電圧値がＡ2であることを示す。この送電アンテナ２０５の品質係数（Ｑ値）は、時間Ｔ0以降の電圧値の時間変化に基づいて特定することができる。たとえば、電圧値の包絡線上の点６０１および点６０２における時間、電圧値および高周波電圧の周波数ｆに基づいて、式１によりＱ値が算出される。
Ｑ＝πｆ(Ｔ2−Ｔ1)／ln(Ａ1／Ａ2) （式１）
このＱ値は、ＴＸとＲＸとの近傍に異物が存在する場合に低下する。これは、異物が存在する場合には、その異物によってエネルギーの損失が発生するためである。よって、電圧値の減衰の傾きに着目すると、異物が存在しない時よりも、異物が存在する時の方が、異物によるエネルギーの損失が発生するため、点６０１と点６０２を結ぶ直線の傾きが急になり、波形の振幅の減衰率が高くなる。すなわち、波形減衰法は、この点６０１と点６０２との間の電圧値の減衰状態に基づいて異物の有無の判定を行うものである。波形減衰法では、この減衰状態に対応する任意の数値の比較によって、実際の異物の有無の判定が行われうる。例えば、上述のＱ値を用いて判定が行われうる。この場合、Ｑ値が低くなることが、波形減衰率（単位時間当たりの波形の振幅の減少度合い）が高くなることを意味する。また、（Ａ1−Ａ2）／(Ｔ2−Ｔ1)によって算出される、点６０１と点６０２とを結ぶ直線の傾きを用いて判定が行われてもよい。また、電圧値の減衰状態を観測する時間（Ｔ1及びＴ2）が固定の場合、電圧値の差を表す値（Ａ1−Ａ2）や、電圧値の比を表す値（Ａ1／Ａ2）を用いて判定が行われてもよい。また、送電を停止した直後の電圧値Ａ1が一定の場合、所定の時間経過後の、電圧値Ａ2の値を用いて判定を行うこともできる。また、電圧値Ａ1が所定の電圧値Ａ2になるまでの時間（Ｔ2−Ｔ1）の値を用いて判定が行われてもよい。
以上のように、送電停止期間中の電圧値の減衰状態によって異物の有無を判定可能であり、その減衰状態を表す値は複数存在する。本実施形態では、これらの減衰状態を表す値のことを「波形減衰指標」と呼ぶ。例えば、上述のように、式１で算出されるＱ値は、送電に係る電圧値の減衰状態を表す値であり「波形減衰指標」に含まれる。波形減衰指標はいずれも、波形減衰率に対応する値となる。なお、波形減衰法において、波形減衰率そのものが「波形減衰指標」として測定されてもよい。以下では、波形減衰率を波形減衰指標として用いる場合を中心に説明するが、その他の波形減衰指標を用いる場合も同様に本実施形態の内容を適用できる。
なお、図６の縦軸を、送電アンテナ２０５を流れる電流値としても、電圧値の場合と同様に、送電停止期間中の電流値の減衰状態が異物の有無によって変化する。そして、異物が存在する場合は異物が存在しない場合より波形減衰率が高くなる。このため、送電アンテナ２０５を流れる電流値の時間変化に関して上述の方法を適用することによっても、異物を検出することができる。すなわち、電流波形より求められるＱ値、電流値の減衰の傾き、電流値の差、電流値の比、電流値の絶対値、及び所定の電流値になるまでの時間等を波形減衰指標として用いて、異物の有無を判定し、異物を検出することができる。また、電圧値の波形減衰指標と電流値の波形減衰指標とから算出される評価値を用いて異物の有無を判定するなど、電圧値の減衰状態と電流値の減衰状態との両方に基づく異物検出が行われてもよい。なお、上述の例では、ＴＸが送電を一時停止した期間の波形減衰指標を測定するものとしたが、ＴＸが、電源部２０２から供給される電力を、所定の電力レベルからそれより低い電力レベルまで一時的に下げた期間の波形減衰指標を測定してもよい。
波形減衰法により、送電中の送電波形に基づいて異物検出を行う方法について、図７を用いて説明する。図７では、波形減衰法による異物検出を行う際の送電波形が示され、横軸は時間を表し、縦軸は送電アンテナ２０５の電圧値を表す。なお、図６と同様に、縦軸が送電アンテナ２０５を流れる電流の電流値を表すものとしてもよい。なお、ＴＸが送電を開始した直後の過渡応答期間は、送電波形が安定しないことが想定される。このため、この過渡応答期間の間は、ＲＸは、ＴＸに対して通信（負荷変調による通信）を行わないように制御する。また、ＴＸはＲＸに対して通信（周波数偏移変調による通信）を行わないように制御する。ＴＸは、異物検出を行うタイミングになると、送電を一時停止する。この送電を停止により送電波形の振幅が減衰するため、ＴＸは、この減衰波形の波形減衰率を算出する。そして、ＴＸは、算出した波形減衰率が所定の閾値を超えた場合に異物が存在すると判定する。ＴＸは、所定の異物検出期間において異物が検出されなければ、その期間後に、送電を再開する。ＴＸは、送電の再開後、上述の過渡応答期間の待機、異物検出タイミングの特定、送電停止、及び異物検出処理を繰り返し実行する。このようにして、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズにおいて、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法に加えて、波形減衰法による異物検出を行うことができる。
（波形減衰法をＷＰＣ規格に適用した場合の送電装置の処理）
続いて、ＷＰＣ規格にこの波形減衰法を適用して異物検出を行う場合の、送電装置１０１が実行する処理について説明する。波形減衰法による異物検出を実行する場合には、送電装置１０１は、異物が存在しない状態での波形減衰率を予め測定し、それを基準として閾値を算出する。その後、送電装置１０１は、波形減衰法による異物検出を実行し、測定された波形減衰率がその閾値より大きい場合には「異物が存在する」又は「異物が存在する可能性がある」と判定する。一方、送電装置１０１は、測定された波形減衰率がその閾値より小さい場合には「異物が存在しない」又は「異物が存在しない可能性が高い」と判定する。
なお、波形減衰法では、送電装置１０１が一時的に送電を停止し、送電波形の減衰率を観測して異物検出を行うため、送電の一時停止による送電効率の低下を招きうる。一方で、波形減衰法は、大きな電力を送電中であっても、高精度で異物検出が可能である。すなわち、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法で異物を精度よく検出することが困難な状況であっても、波形減衰法を用いることにより、異物をより高精度に検出することができる。
上述の例では、波形減衰法によって異物検出を実行する場合に、異物が存在しない状態での波形減衰率を送電開始前に測定し、それを基準として閾値を算出すると説明した。このために、送電開始後の異物が存在しないと推定されるタイミングにおいて測定した波形減衰率から求められる閾値を用いて、異物検出が実行されてもよい。例えば、ＴＸは、送電中にＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法によって異物が存在しないことを確認して、１回目の波形減衰率測定を実行し、測定された波形減衰率を基準とする閾値を算出する。この１回目の波形減衰率測定は、予めＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法によって異物が存在しないことが確認された直後に実行されるため、測定された波形減衰率は、異物が存在しない状態の波形減衰率であるとみなすことができる。次に、ＴＸは、送電を再開し、異物検出を行うべきと判断したタイミングで、２回目の波形減衰率測定を実行する。そして、２回目の波形減衰率測定の測定結果を、１回目の波形減衰率測定の測定結果又はそれを基準として算出された閾値と比較することにより、異物の有無を判定することができる。すなわち、波形減衰法により異物検出を実行する際には、その時点で測定した波形減衰率を、それ以前の異物が存在しない状態で測定された波形減衰率や対応する閾値と比較してもよい。
また、上述の例では、送電装置１０１からの送電に係る送電波形の周波数が、固定の周波数であるものとした。しかしながら、複数の周波数のそれぞれにおいて、上述の異物検出のための処理を実行し、それらの結果を組みわせることにより、異物の有無を判定してもよい。１つの周波数での波形減衰率だけでなく、複数の周波数での波形減衰率を用いて異物検出を行うことにより、より精度の高い異物検出を行うことが可能となる。これについては後述する。
また、本実施形態では、送電装置１０１が送電を停止した直後、または送電を開始した直後は、過渡応答で送電波形が不安定となるため、各動作に移行する前に待機時間を設けた。このように送電波形の不安定性は、送電の急な開始や急な停止によって引き起こされる。このため、送電装置１０１は、このような送電波形の不安定性を緩和するために、送電を開始する際に送電電力を段階的に上げるように、また、送電を停止する際には送電電力を段階的に下げるように、制御を行ってもよい。なお、送電装置１０１は、送電電力の増加と低減のいずれかのみを段階的に行ってもよいし、両方を段階的に行ってもよい。
（複数の周波数を用いた波形減衰法による異物検出方法）
送電装置１０１と受電装置１０２との間に混入する異物は、送電中に発熱等を引き起こすため、送電装置１０１は、異物が混入された場合に、その異物を早期に検出して、送電の停止や、送電電力の低減等の送電電力制御を行う必要がある。送電装置１０１と受電装置１０２との間に混入する異物は、様々な大きさや形状を有しうる。図６及び図７で説明した波形減衰法では、送電装置１０１は、所定の周波数で送電し、その送電を一時的に停止して送電波形の波形減衰率から異物を検出する。しかしながら、異物で消費されるエネルギーは、周波数によって異なりうる。すなわち、異物Ａが存在する場合には周波数Ｘの波形の波形減衰率は大きいが周波数Ｙの波形の波形減衰率は小さく、異物Ｂが存在する場合には周波数Ｘの波形の波形減衰率は小さいが周波数Ｙの波形の波形減衰率は大きくなること等が想定される。異物の大きさや形状に依存して、異物によって消費されるエネルギーの周波数特性が異なるからである。上述の例において、波形に周波数Ｙを使用していた場合、異物Ａが存在していても波形減衰率が小さく、異物Ａが存在しているにもかかわらず、「異物は存在しない」と誤判定されてしまう可能性がある。このような誤判定を防ぐためには、異物Ａにおいて、周波数Ｙの波形の波形減衰率だけで異物検出を行うのではなく、周波数Ｘの波形の波形減衰率も用いて異物検出を行うことが有効である。すなわち、複数の周波数の波形の減衰率を測定し、異物検出を行うことにより、誤判定が生じる確率を低下させることができる。以下では、このような異物検出を実行する際の送電装置１０１が実行する処理と、受電装置１０１が実行する処理について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、送電装置１０１が実行する処理の流れの例を示しており、図１２は、受電装置１０２が実行する処理の流れの例を示している。
送電装置１０１は、受電装置１０２に送電を行っている間に、受電装置１０２に対して、波形減衰法による異物検出を実行すべきことを、通信により所定のパケットを用いて伝える（Ｓ１１０１、Ｓ１１０２）。受電装置１０２は、そのパケットを受信すると、送電装置１０１に対して異物検出実行要求のコマンドを送信する。このコマンドには、送電装置１０１に異物検出を実行する時間（タイミング）を伝えるための時間情報が含まれうる。なお、異物検出が実行されるべき時間は、送電装置１０１から上述のパケットにより受電装置１０２へ通知されてもよい。これらのようにして、送電装置１０１と受電装置１０２は、異物検出を実行するタイミングの情報を共有する（Ｓ１１０２、Ｓ１２０２）。送電装置１０１は、異物検出を実行する時間において送電を停止する（Ｓ１１０３）。そして、送電装置１０１は、スイッチ２０９をＯＮにして短絡し、周波数ｆ１で共振する、送電アンテナ２０５と、共振コンデンサ２０７、およびスイッチ２０９で形成される閉ループ回路を形成する（Ｓ１１０４）。なお、送電装置１０１は、スイッチ２０９をＯＮにして短絡したのちに、送電を停止するようにしてもよい。また、送電装置１０１は、スイッチ２０９をＯＮにして短絡するのと同時に、送電を停止してもよい。一方、受電装置１０２は、異物検出を実行する時間において、スイッチ３０９をＯＮにして短絡し、周波数ｆ２で共振する、受電アンテナ３０５と、共振コンデンサ３１２、スイッチ３０９で形成される閉ループ回路を形成する（Ｓ１２０３）。これにより、送電装置１０１の送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７において周波数ｆ１の減衰波形が観測され（Ｓ１１０５）、受電装置１０２の受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２において周波数ｆ２の減衰波形が観測される（Ｓ１２０４）。
ここで、送電アンテナ２０５と受電アンテナ３０５は、それらによって無線電力伝送及び無線通信が行われることに裏付けられるように、互いが電磁的に結合している。このため、送電装置１０１に存在する送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７で形成される回路においても、周波数ｆ２の減衰波形を観測することができる（Ｓ１１０６）。また、受電装置１０２に存在する受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２で形成される回路においても、周波数ｆ１の減衰波形は観測可能である（Ｓ１２０５）。ここで、送電装置１０１の送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７で形成される回路で観測される減衰波形、または、受電装置１０２の受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２で形成される回路で観測される減衰波形を、図８に概略的に示す。送電装置１０１が送電を停止すると共にスイッチ２０９をＯＮにして短絡し、受電装置１０２がスイッチ３０９をＯＮにして短絡することにより、図８に示すように、異物検出期間において、周波数ｆ１と周波数ｆ２の混合波形が観測されうる。そして、送電装置１０１と受電装置１０２は、図６および図７を用いて説明したように、この波形減衰指標から異物の有無を検出することが可能となる（Ｓ１１０７、Ｓ１２０６）。送電装置１０１と受電装置１０２は、上述のような動作を行うことで、１つの周波数ではなく、２つの周波数の混合波の波形減衰を観測することができる。そして、送電装置１０１と受電装置１０２は、この混合波の波形減衰指標を観測することにより、異物検出の精度向上を図ることが可能となる。
２つの周波数の混合波から異物を検出する方法について説明する。図８に示すように、異物検出期間において、２つの周波数が混合した波形が観測される。混合波の減衰波形の時間波形を観測することにより、ｆ１とｆ２のそれぞれの波形の減衰率を特定することができる。例えば、図８に示すように、周波数ｆ１の波形の減衰状態と、周波数ｆ２の波形の減衰状態とを、それぞれ特定することができる。これらの周波数ｆ１およびｆ２のそれぞれの減衰波形から、波形減衰指標を特定する方法は、図６および図７に関連して上述した通りである。
送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１およびｆ２の異物が存在しない状態での波形減衰指標をそれぞれ予め算出しておく。そして、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１の異物が存在しない状態での波形減衰指標に基づいて、周波数ｆ１の閾値を算出し、周波数ｆ２の異物が存在しない状態での波形減衰指標に基づいて、周波数ｆ２の閾値を算出する。送電装置１０１又は受電装置１０２は、観測された周波数ｆ１の減衰波形から特定される波形減衰指標と、周波数ｆ１に関して算出しておいた閾値とを比較する。また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、観測された周波数ｆ２の減衰波形から特定される波形減衰指標と、周波数ｆ２に関して算出しておいた閾値とを比較する。そして、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１の波形減衰指標が閾値を超え、かつ、周波数ｆ２の波形減衰指標が閾値を超える場合に、「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定する。また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１の波形減衰指標が閾値を超えた場合、または、周波数ｆ２の波形減衰指標が閾値を超えた場合に、「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定してもよい。すなわち、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１とｆ２とのいずれか一方の波形減衰指標が閾値を超えた場合に「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定しうる。これにより、より確実に異物検出を行うことが可能となる。
なお、上述のように、周波数ｆ１および周波数ｆ２の混合波は、送電装置１０１と受電装置１０２との両方において観測可能である。このため、上述した「２つの周波数の混合波から異物を検出する方法」は、送電装置１０１と受電装置１０２とのいずれにおいても実行可能である。また、上述の実施形態では、周波数ｆ１の閾値と周波数ｆ２の閾値とがそれぞれ別個に設定される場合の例について説明した。しかしながら、これに限られず、これらの閾値として同一の値が設定されるようにしてもよい。また、送電装置１０１は、スイッチ２０９をＯＮにした時に、スイッチ２０８をＯＦＦにして、送電アンテナ２０５および共振コンデンサ２０７と、送電部２０３とを切断してもよい。これにより、波形減衰法により異物検出を行う際に、送電部の影響を除くことが可能となり、より高精度に異物を検出することが可能となる。また、受電装置１０２は、スイッチ３０９をＯＮにした時に、スイッチ３１５をＯＦＦとして、受電アンテナ３０５および共振コンデンサ３１２と、受電部３０３とを切断してもよい。これにより、波形減衰法により異物検出を行う際に、送電部の影響を除くことが可能となり、より高精度に異物を検出することが可能となる。
送電装置１０１と受電装置１０２との少なくともいずれかが以上のように動作して、複数の周波数における電圧又は電流の特性（ここでは減衰波形の波形減衰指標）に基づいて異物検出を行うことにより、より高精度に異物を検出することが可能となる。
（複数の周波数を用いた波形減衰法による異物検出方法の変形例１）
上述の例では、周波数ｆ１の時間波形（減衰波形）と周波数ｆ２の時間波形（減衰波形）とに基づいて異物を検出する方法について説明した。本変形例では、周波数ｆ１およびｆ２の時間波形ではなく、周波数ｆ１および周波数ｆ２の信号スペクトルから異物を検出する。すなわち、時間波形に基づいて異物検出が行われる場合、ノイズが混入して時間波形に乱れが生じた場合に、波形減衰指標を特定することが容易でなくなってしまいうる。これに対して、本変形例では、時間波形に対して演算処理を実行して周波数ごとの信号スペクトル（信号強度、周波数スペクトル）を特定し、その信号スペクトルに基づいて異物を検出することにより、時間波形の乱れに対して堅牢な異物検出を実行可能とする。
本変形例では、例えば、送電装置１０１又は受電装置１０２が、図８に示すような解析対象区間の波形に対して演算処理を実行して、周波数領域における、少なくとも周波数ｆ１およびｆ２の成分を特定可能な形式に変換する。送電装置１０１又は受電装置１０２は、例えば、解析対象区間の波形をフーリエ変換することにより、解析対象区間の周波数ごとの信号スペクトル（信号強度、周波数スペクトル）を特定することができる。解析対象区間の周波数ごとの信号スペクトル（信号強度、周波数スペクトル）は、例えば図９に示すように特定される。送電装置１０１と受電装置１０２との間に異物が存在している場合には異物においてエネルギーが消費されるため、図９に示すような信号スペクトルの強度も弱くなる。
このため、送電装置１０１又は受電装置１０２は、この特性を利用して異物検出を行う。例えば、送電装置１０１又は受電装置１０２は、異物が存在しない状態での周波数ｆ１およびｆ２のそれぞれの信号スペクトルを特定しておく。そして、送電装置１０１又は受電装置１０２は、異物が存在しない状態での周波数ｆ１の信号スペクトルに基づいて、周波数ｆ１の閾値を算出する。また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、異物が存在しない状態での周波数ｆ２の信号スペクトルに基づいて、周波数ｆ２の閾値を算出する。そして、送電装置１０１又は受電装置１０２は、観測された周波数ｆ１の減衰波形から特定された信号スペクトルと、周波数ｆ１の閾値とを比較する。また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、観測された周波数ｆ２の減衰波形から特定された信号スペクトルと、周波数ｆ２の閾値とを比較する。そして、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１の信号スペクトルが閾値を超え、かつ、周波数ｆ２の信号スペクトルが閾値を超えた場合に、「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定する。また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１の信号スペクトルが閾値を超えた場合、または、周波数ｆ２の信号スペクトルが閾値を超えた場合に、「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定する。すなわち、送電装置１０１又は受電装置１０２は、周波数ｆ１と周波数ｆ２との少なくともいずれかの信号スペクトルが閾値を超えた場合に「異物が存在する」または「異物が存在する可能性が高い」と判定する。
これにより、より確実に異物検出を行うことが可能となる。なお、上述のように、周波数ｆ１および周波数ｆ２の混合波は、送電装置１０１と受電装置１０２との両方において観測することができる。このため、本変形例に係る異物検出方法も、送電装置１０１と受電装置１０２とのいずれにおいても実行可能である。また、本変形例でも、周波数ｆ１の閾値と周波数ｆ２の閾値は、別個に設定されてもよいし同一の値となるように設定されてもよい。
このように、送電装置１０１と受電装置１０２との少なくともいずれかが以上のように動作して、複数の周波数の信号スペクトルに基づいて異物検出を行うことにより、より高精度に異物を検出することが可能となる。
（複数の周波数を用いた波形減衰法による異物検出方法の変形例２）
上述の構成では、周波数ｆ１およびｆ２の混合波の時間波形又はその時間波形の周波数ｆ１およびｆ２における信号スペクトルに基づいて異物を検出する方法について説明した。このとき、上述のような構成において、周波数ｆ１とｆ２が非常に近い周波数である場合、異物によるエネルギー消費のこれら周波数における相関が高く、複数の周波数を用いて異物検出を行う際のメリットが少なくなってしまうからである。また、周波数ｆ１と周波数ｆ２の違いがわずかの場合、その合成波において「うなり」が発生し、上述のような異物検出は困難になりうる。このため、本変形例では、周波数ｆ１およびｆ２に代えてこれらの周波数とは異なる周波数を用いて、または、周波数ｆ１およびｆ２に加えてさらなる周波数を用いて、異物の検出を行う。
例えば、送電装置１０１の送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７によって定まる周波数ｆ１と、受電装置１０２の受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２によって定まる周波数ｆ２が、それぞれ所定の周波数範囲内に含まれるように規定する。ここで、周波数ｆ１と周波数ｆ２が予め所定の周波数幅だけ離間するように、所定の周波数範囲がそれぞれ規定される。そして、それぞれの周波数範囲に含まれるように、送電装置１０１の送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７および受電装置１０２の受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２におけるインダクタンス及びキャパシタンスの値が決定される。これにより、周波数ｆ１と周波数ｆ２を、所定の周波数幅だけ離間させることが可能となり、より精度の高い異物検出が可能となる。
また、送電装置１０１又は受電装置１０２は、図２及び図３のように複数の共振コンデンサを有し、それらを切り替えることによって、送電装置１０１における共振周波数と受電装置１０２における共振周波数とを予め所定の周波数幅だけ離間するようにしうる。送電装置１０１と受電装置１０２は、互いに通信を行って、送電装置１０１における第１の共振周波数と、受電装置１０２における第２の共振周波数とを決定する。このとき、第１の共振周波数と第２の共振周波数は、所定の周波数幅だけ離間するように設定される。送電装置１０１は、送電装置１０１と受電装置１０２との間で決定された第１の共振周波数を実現するために、例えば、共振コンデンサ２１２に接続されるスイッチ２１０と、共振コンデンサ２１３に接続されるスイッチ２１１とを制御する。送電装置１０１は、決定した第１の共振周波数が得られる回路構成となるように、スイッチ２０９〜スイッチ２１１の少なくともいずれかをＯＮにする制御を実行する。また、受電装置１０２は、送電装置１０１と受電装置１０２との間で決定された第２の共振周波数を実現するために、例えば、共振コンデンサ３１３に接続されるスイッチ３１０と、共振コンデンサ３１４に接続されるスイッチ３１１とを制御する。受電装置１０２は、決定した第２の共振周波数が得られる回路構成となるように、スイッチ３０９〜スイッチ３１１の少なくともいずれかをＯＮにする制御を実行する。このように、送電装置１０１と受電装置１０２は、複数の共振コンデンサとスイッチを有し、それらを送電装置１０１と受電装置１０２との間で決定された情報に基づいて適切に制御することにより、それぞれの共振周波数を離間させる。これにより、より高精度な異物検出を行うことが可能となる。なお、送電装置１０１および受電装置１０２の共振コンデンサおよびそれが接続されるスイッチは、図２や図３に示すより多く設けられてもよい。これにより、共振周波数の制御をより精密に行うことが可能となり、異物検出をさらに高精度化させることが可能となる。
なお、上述のようにして、共振回路における電圧又は電流の、３つ以上の周波数における特性（例えば時間波形の減衰率等）に基づいて異物検出を行うことができる。このとき、３つ以上の周波数のうちの１つにおける特性が閾値を超える場合に異物が存在すると判定されうる。また、３つ以上の周波数のうちの２つ以上（例えば全部）における特性が閾値を超える場合に異物が存在すると判定されてもよい。
また、送電装置１０１の送電アンテナ２０５と共振コンデンサ２０７によって定まる周波数ｆ１が、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）で使用される周波数帯である１３．５６ＭＨｚあるいはその近傍になるように制御してもよい。これに代えて、または、これに加えて、受電装置１０２の受電アンテナ３０５と共振コンデンサ３１２によって定まる周波数ｆ２が、ＮＦＣで使用される周波数帯である１３．５６ＭＨｚあるいはその近傍になるように制御してもよい。このために、送電装置１０１又は受電装置１０２は、上述のように、インダクタンスとキャパシタンスとの少なくともいずれかを適切に設定し、または、スイッチの制御によって、共振周波数が１３．５６ＭＨｚとなるように制御を行う。これにより、仮に送電装置１０１の上に、受電装置１０２ではない、ＮＦＣを使用する機器や、ＮＦＣタグが置かれた場合であっても、それを検知することが可能となる。なお、ＮＦＣは一例であり、他の無線規格において使用される周波数を、送電装置１０１又は受電装置１０２における共振周波数としてもよい。これにより、送電装置１０１又は受電装置１０２は、その無線規格に準拠する機器が載置されたことを検出することができるようになる。
上述の実施形態では、異物が存在しない状態での波形減衰指標や信号スペクトルを予め測定するタイミングについて説明する。ＷＰＣ規格では、上述のようにＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズにおいて、Ｑ値計測法による異物検出が行われる。そして、異物検出の結果、異物が存在しないと判定された場合に、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズへ遷移する。すなわち、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズ以降のフェーズに遷移したことが、Ｑ値計測法によって異物が存在しないと判定されたことを意味する。このため、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズ、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズのいずれかにおいて波形減衰率を測定することにより、異物が存在しない状態での波形減衰率を測定することができる可能性が高い。このため、異物が存在しない状態での波形減衰率を測定するタイミングは、Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズ、Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎフェーズ、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズのいずれかとすることができる。
一方で、ＮｅｇｏｔｉａｔｉｏｎフェーズにおいてＱ値計測法により異物が存在しないことを確認してから、異物が存在しない状態での波形減衰率の測定を実行するまでの間に、送電装置１０１と受電装置１０２との間に異物が混入する場合がありうる。そして、このような場合には、異物が存在しない状態での波形減衰率を精度よく測定できないことが想定される。このため、異物が存在しないことを確認できた直後に、この波形減衰率の測定が行われるようにすることが有用である。
このために、例えば、受電装置１０２は、送電装置１０１又は受電装置１０２の状態が変化したことを検知し、波形減衰法による異物検出に用いる閾値の更新・追加が必要であるか否かを判定する。そして、受電装置１０２は、閾値の更新・追加が必要であると判定した場合に、送電装置１０１へＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出実行のコマンドを送信する。送電装置１０１は、このコマンドを受信したことに応じて、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出を実行し、異物の有無を判定する。そして、送電装置１０１は、異物が存在しない又は異物が存在しない可能性が高いと判定した場合に、受電装置１０２に対して異物がないことを通知する。受電装置１０２は、波形減衰法による異物検出に用いる閾値の設定や、閾値の更新・追加をするための動作を実行する。すなわち、受電装置１０２は、異物が存在しないことを通知された場合に、送電装置１０１に対して、波形減衰法による異物検出の閾値を設定するための測定の実行を要求するコマンドを送信する。そして、送電装置１０１は、このコマンドを受信したことに応じて送電を一時停止する。また、送電装置１０１と受電装置１０２は、上述のように回路を制御して、周波数ｆ１およびｆ２の波形減衰指標や信号スペクトルを測定する。そして、送電装置１０１は、測定した波形減衰指標や信号スペクトルを用いて、波形減衰法による異物検出の閾値を算出して、閾値として設定する。
このように、受電装置１０２は、波形減衰法の閾値を更新・変更すると判定した場合には、そのための動作を行う直前に、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法によって異物が存在しないことを送電装置１０１に確認させる。そして、受電装置１０２は、異物が存在しないことが確認されたことに応じて、波形減衰法の閾値の更新・変更のための動作を実行する。これにより、波形減衰法による異物検出の閾値の設定のための測定の際に、異物が存在しない状態である確率を十分に高くすることができ、より精度よく異物検出閾値を設定することが可能となる。
上述の例では、波形減衰法の閾値を更新・変更するための動作を行う直前に、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法によって異物が存在しないことを確認する方法について説明した。しかし、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法においても、異物の有無を判定するための閾値が存在する。そして、このＰｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法の閾値についても、波形減衰法と同様に、送電装置１０１又は受電装置１０２の状態が変化した場合に、その閾値を更新・追加することが必要となりうる。この閾値の更新・追加は、Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒフェーズにおいて行うことができる。すなわち、上述の方法と同様に、受電装置１０２は、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法の閾値の設定や更新・変更を行うと判定した場合に、そのための動作を行う直前に、波形減衰法によって異物が存在しないことを確認するための処理を実行する。そして、受電装置１０２は、波形減衰法によって異物が存在しないことが確認されたことに応じて、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法の閾値の更新・変更のための動作を実行しうる。受電装置１０２は、例えば、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法の異物検出に用いる閾値の更新・追加が必要であると判定した場合、送電装置１０１に対して、波形減衰法による異物検出実行のコマンドを送信する。送電装置１０１は、このコマンドを受信したことに応じて、波形減衰法による異物検出を実行し、異物の有無を判定する。そして、送電装置１０１は、異物が存在しない又は異物が存在しない可能性が高いと判定した場合に、受電装置１０２に対して異物がないことを通知する。受電装置１０２は、異物が存在しないことが通知された場合に、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出に用いる閾値の更新・追加をするための動作を実行する。すなわち、受電装置１０２は、異物検出に用いる閾値の更新・追加をするために、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出の閾値を設定するための測定の実行を要求するコマンドを送電装置１０１へ送信する。そして、受電装置１０２は、更新・追加をしたい閾値（ポイント）の送電電力に対応する構成となるように負荷を制御する。送電装置１０１は、そのコマンドを受信すると、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出の閾値を算出して設定する。これにより、Ｐｏｗｅｒ Ｌｏｓｓ法による異物検出の閾値を設定するための測定を実行する際に異物が存在しない状態である確率を十分に高くすることができ、より精度よく異物検出閾値の設定が可能となる。また以上の実施形態では異物検出のために送電を停止させるものとしたが、送電を完全に停止させるのではなく、例えばゼロに近い電力まで、電力を抑制させるものとしてもよい。
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１０１：送電装置、２０１：制御部、２０３：送電部、２０５：送電アンテナ、２０７、２１２〜２１３：共振コンデンサ

Claims (23)

  1. 送電アンテナを介して受電装置へ無線により送電する送電手段と、
    前記送電アンテナと、前記送電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御する制御手段と、
    前記共振回路における電圧または電流の、前記共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて前記受電装置とは異なる物体を検出する検出手段と、
    を有することを特徴とする送電装置。
  2. 前記少なくとも２つの周波数は、前記受電装置において構成される共振回路の共振周波数に対応する周波数を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
  3. 前記送電手段は、前記共振回路が構成される場合に前記受電装置へ送電すべき電力の供給を停止又は抑制し、
    前記特性は、前記電力の供給の停止又は抑制の後の、前記共振回路における電圧または電流の、前記少なくとも２つの周波数のそれぞれにおける時間波形の減衰の状態である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
  4. 前記減衰の状態は、時間に対する前記時間波形の減衰の大きさの比である減衰率に対応する値によって示され、
    前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のいずれかにおける前記値に対応する前記減衰率が閾値を超える場合に、前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
  5. 前記減衰の状態は、時間に対する前記時間波形の減衰の大きさの比である減衰率に対応する値によって示され、
    前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のうちの２つ以上の周波数における前記値に対応する前記減衰率が閾値を超える場合に、前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
  6. 前記送電手段は、前記共振回路が構成される場合に前記受電装置へ送電すべき電力の供給を停止又は抑制し、
    前記特性は、前記電力の供給の停止又は抑制の後の、前記共振回路における電圧または電流の、前記少なくとも２つの周波数のそれぞれにおけるスペクトルの大きさである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
  7. 前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のいずれかにおける前記スペクトルが閾値より低い場合に前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
  8. 前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のうちの２つ以上の周波数における前記スペクトルが閾値より低い場合に前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
  9. 前記制御手段は、前記共振回路の構成を変更することにより、当該共振回路の共振周波数を変更する制御を行う、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の送電装置。
  10. 前記少なくとも２つの周波数は、無線での送電に関する規格とは異なる無線規格で使用される周波数を含む、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の送電装置。
  11. 受電アンテナを介して送電装置から無線により受電する受電手段と、
    前記受電アンテナと、前記受電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御する制御手段と、
    前記共振回路における電圧または電流の、前記共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて前記送電装置とは異なる物体を検出する検出手段と、
    を有することを特徴とする受電装置。
  12. 前記少なくとも２つの周波数は、前記送電装置において構成される共振回路の共振周波数に対応する周波数を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の受電装置。
  13. 前記送電装置は、前記共振回路が構成される場合に前記受電装置へ送電すべき電力の供給を停止又は抑制し、
    前記特性は、前記電力の供給の停止又は抑制の後の、前記共振回路における電圧または電流の、前記少なくとも２つの周波数のそれぞれにおける時間波形の減衰の状態である、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の受電装置。
  14. 前記減衰の状態は、時間に対する前記時間波形の減衰の大きさの比である減衰率に対応する値によって示され、
    前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のいずれかにおける前記値に対応する前記減衰率が閾値を超える場合に、前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項１３に記載の受電装置。
  15. 前記減衰の状態は、時間に対する前記時間波形の減衰の大きさの比である減衰率に対応する値によって示され、
    前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のうちの２つ以上の周波数における前記値に対応する前記減衰率が閾値を超える場合に、前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項１３に記載の受電装置。
  16. 前記送電装置は、前記共振回路が構成される場合に前記受電装置へ送電すべき電力の供給を停止又は抑制し、
    前記特性は、前記電力の供給の停止又は抑制の後の、前記共振回路における電圧または電流の、前記少なくとも２つの周波数のそれぞれにおけるスペクトルの大きさである、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の受電装置。
  17. 前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のいずれかにおける前記スペクトルが閾値より低い場合に前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項１６に記載の受電装置。
  18. 前記検出手段は、前記少なくとも２つの周波数のうちの２つ以上の周波数における前記スペクトルが閾値より低い場合に前記物体が存在することを検出する、ことを特徴とする請求項１６に記載の受電装置。
  19. 前記制御手段は、前記共振回路の構成を変更することにより、当該共振回路の共振周波数を変更する制御を行う、ことを特徴とする請求項１１から１８のいずれか１項に記載の受電装置。
  20. 前記少なくとも２つの周波数は、無線での受電に関する規格とは異なる無線規格で使用される周波数を含む、ことを特徴とする請求項１１から１９のいずれか１項に記載の受電装置。
  21. 送電アンテナを介して受電装置へ無線により送電する送電装置によって実行される制御方法であって、
    前記送電アンテナと、前記送電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御することと、
    前記共振回路における電圧または電流の、前記共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて前記受電装置とは異なる物体を検出することと、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  22. 受電アンテナを介して送電装置から無線により受電する受電装置によって実行される制御方法であって、
    前記受電アンテナと、前記受電アンテナに接続される共振コンデンサとを含んだ共振回路を構成するか否かを制御することと、
    前記共振回路における電圧または電流の、前記共振回路の共振周波数に対応する周波数を含んだ少なくとも２つの周波数における特性に基づいて前記送電装置とは異なる物体を検出することと、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  23. コンピュータに、請求項２１又は２２に記載の制御方法を実行させるためのプログラム。
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