JP2023071175A - 送信機入力パラメータに基づく異物検査 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤレス電力充電領域上の異物を検出するシステム、装置及び方法を提供する。【解決手段】異物検出を実施するシステム１００において、コントローラ１０４は、ワイヤレス電力送信機（送信機１０２）に誘導結合された充電領域１２２上の物体（異物１２４）を検出し、電力伝送段階の前に入力パラメータテスト２０２を実行する。入力パラメータは、入力電流ｉｉｎと入力電力Ｐｉｎのうちの１つである。コントローラはさらに、測定した入力パラメータを所定の値と比較し、測定した入力パラメータと閾値などの所定の値との比較結果に基づいて、充電領域１２２上の物体が異物かワイヤレス電力受信機かを判定する。【選択図】図２

Description

本出願は、２０２１年１１月１０日に出願された米国仮出願第６３／２７７，６８４号および２０２２年８月９日に出願された米国出願第１７／８８３，９４８号の利益を主張する。米国仮出願第６３／２７７，６８４号および米国出願第１７／８８３，９４８号の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、ワイヤレス電力システムにおける集積回路装置に関し、より具体的には、入力パラメータに基づく異物検出に関する。

ワイヤレス電力システムは、送信コイルを有する送信機と、受信コイルを有する受信機とを含むことができる。一態様では、送信機は、ワイヤレス充電領域を備えた構造に接続されてもよい。受信機を含むデバイスがその充電領域上にまたはその充電領域に近接して配置されたことに応答して、送信コイルと受信コイルは、相互に誘導結合されて、交流（ＡＣ）電力の誘導伝送を容易にできる変圧器を形成することができる。送信機から受信機へのＡＣ電力の伝送は、受信機を含むデバイスのバッテリの充電を容易にすることができる。

一実施形態では、ワイヤレス電力送信器用の半導体装置が一般的に説明される。半導体装置は、送信コイルを駆動してワイヤレス電力をワイヤレス電力受信器に提供するように構成されたドライバ回路を含むことができる。半導体装置はさらに、ドライバ回路に結合され、そのドライバ回路を制御するように構成されたワイヤレス電力送信機を含むことができる。ワイヤレス電力送信機は、ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出するように構成することができる。ワイヤレス電力送信機はさらに、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に、入力電流と入力電力とのうちの１つである入力パラメータを測定するように構成することができる。ワイヤレス電力送信機はさらに、測定した入力パラメータを所定の値と比較するように構成することができる。ワイヤレス電力送信機はさらに、測定した入力パラメータと所定の値との比較の結果に基づいて、その物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定するように構成することができる。

一実施形態では、ワイヤレス電力送信機用の装置が一般的に説明される。装置は、集積回路を含むことができる。集積回路は、ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出するように構成すうことができる。集積回路はさらに、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に、入力電流と入力電力とのうちの１つである入力パラメータを測定するように構成することができる。集積回路はさらに、測定した入力パラメータを所定の値と比較するように構成され得る。集積回路はさらに、測定した入力パラメータと所定の値との比較の結果に基づいて、その物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定するように構成することができる。

一実施形態では、ワイヤレス電力送信機を操作する方法が記述される。この方法は、集積回路によって、ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出することを含むことができる。方法はさらに、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝達段階の前に、集積回路によって、入力電流と入力電力とのうちの１つである入力パラメータを測定することを含むことができる。方法はさらに、集積回路によって、測定した入力パラメータを所定の値と比較することを含むことができる。方法はさらに、集積回路によって、測定した入力パラメータと所定の値との比較の結果に基づいてその物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。

前述の概要は、一例にすぎず、決して限定するように意図されるものではない。上述の例示的な態様、実施形態、および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、および特徴は、図面と次の詳細な説明とを参照することにより明らかになるであろう。図面では、同様な参照符号は、同一または機能的に同様な要素を示す。

一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施できる例示的なシステムを示す図である。 一実施形態において図１の例示的なシステム１００の例示的な実装を示す図である。 一実施形態において図１の例示的なシステム１００の別の例示的な実装を示す図である。 一実施形態において図１の例示的なシステム１００の別の例示的な実装を示す図である。 一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施するプロセスを例示的に示すフロー図である。 一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施する別のプロセスを例示的に示すフロー図である。 一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施する別のプロセスを例示的に示すフロー図である。

ワイヤレス充電の用途およびシステムでは、ＡＣ電力伝送の前に、受信機は、メッセージを送信機に伝達して、受信機の身元を確認することができる。送信機は、受信機の身元を確認することに応答して、電力伝送を始めることができる。電力伝送の間、送信コイルの近くにある異物は、電力損失の増加の原因となる可能性があり、その異物は、潜在的に危険な状況を引き起こし得る程度まで熱くなるかもしれない。

本明細書で説明される方法およびシステムは、電流または電圧を注入して送信コイルを振動させるための増設の回路部品を追加する必要なく、電力伝送の段階前に、異物検出の機能を提供することができる。さらに、本明細書で記載された異物検出は、増設のハードウェアまたは回路部品を追加する必要なく、既存の異物検出の機能に増設の機能として統合することができる。

図１は、一実施形態における送信器の入力パラメータに基づく異物検出を実施できる例示的なシステム１００を示す図である。システム１００は、電力のワイヤレス伝送および／またはデータのワイヤレス送信を容易にできるワイヤレス充電システムであり得る。システム１００は、相互に通信するように構成された送信機１０２と受信機１１２を含むことができる。送信機１０２は、入力電力Ｐ_ｉｎを供給する直流（ＤＣ）電源１０１に接続されるワイヤレス電力送信器であり得、接続したＤＣ電源１０１から交流（ＡＣ）電力を伝送することができる。送信機１０２は、コントローラ１０４よびパワードライバ１０６を含むことまたはそれらに結合することができる。パワードライバ１０６は、ＴＸとラベル付けされたコイルを含むことができる。一実施形態では、コントローラ１０４は、集積回路によって実装することできる。コントローラ１０４は、パワードライバ１０６を制御して操作するように構成することができる。一例では、コントローラ１０４は、パワードライバ１０６に供給される入力電圧Ｖ_ｉｎを制御するように構成することができ、パワードライバ１０６を制御してコイルＴＸを駆動し、磁場を生成することができる。一実施形態では、送信機１０２、コントローラ１０４、および／またはパワードライバ１０６のうち１つまたは複数は、半導体装置としてパッケージ化することができる。パワードライバ１０６は、ワイヤレスパワーコンソーシアム（Ｑｉ）規格、パワーマターズアライアンス（ＰＭＡ）規格、および／または、ワイヤレスパワー用アライアンス（ＷＰ用のＡ、すなわちＲｅｚｅｎｃｅ）規格のようなワイヤレス電力規格によって規定された振動数および構成の範囲でコイルＴＸを駆動することができる。

受信機１１２は、たとえば、ワイヤレスで電力を受け取るように構成できる計算デバイス、携帯電話、タブレットデバイス、ウェアラブルデバイス、および／または、他の電子デバイス内に配置され得るワイヤレス電力受信機であり得る。受信機１１２は、コントローラ１１４および電力整流器１１６を含むことができる。電力整流器１１６は、ＲＸとラベル付けされたコイルを含むことができる。パワードライバ１０６のコイルＴＸによって生成された磁場は、電力整流器１１６のコイルＲＸに電流を誘導することができる。誘導した電流は、ある量のＡＣ電力１１０を、パワードライバ１０６から電力整流器１１６に誘導伝達させることができる。電力整流器１１６は、ＡＣ電力１１０を受け取ってＡＣ電力１１０を、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを有するＤＣ電力に変換することができ、出力電圧Ｖ_ｏｕｔを負荷１１８に供給することができる。負荷１１８は、たとえば、バッテリを充電するように構成されたバッテリ充電器、プロセッサまたはディスプレイに電力を供給するように構成されたＤＣ－ＤＣコンバータ、および／または、操作のためにＤＣ電力を必要とする他の電子部品であり得る。

送信機１０２は、充電器ドック面１２０に接続することができる。充電器ドック面は、充電領域１２２を含むことができる。コイルＴＸは、デバイスが充電領域１２２上に置かれると、ＡＣ電力１１０を送信機１０２から受けることができるように、充電領域１２２に近接することができる。送信機１０２は、充電器ドック面１２０の充電領域１２２をモニタして、物体が充電領域１２２内に置かれているかまたは充電領域１２２から取り除かれているかを検出するように構成することができる。充電領域１２２内の物体の検出に応答して、送信機１０２は、デジタルパルスを送信することができ、応答に耳を傾けて、物体がＡＣ電力１１０を受け取ることができる受信機を含むかどうかを判定することができる。

図１に示す例では、受信機１１２が充電領域１２２上に配置されていることを送信機１０２が検出すると、送信機は、識別段階に進むことができる。受信機１１２が充電領域１２２上に配置されたことに応答して、コイルＴＸおよびコイルＲＸは、誘導結合して変圧器を形成するのに十分に近い互いの距離内にあってもよい。識別段階は、受信機１１２を識別し、構成情報１１１を取得して、受信機１１２との電力契約を作成することを含むことができる。電力契約の作成に応答して、送信機１０２は、ＡＣ電力１１０を受信機１１２に伝送する電力伝送段階を開始することができる。電力契約を作成するために、受信機１１２は、たとえば、受信機１１２に伝送される電力量、ＡＣ電力１１０の電力レベルを増加、減少、または維持するためのコマンド、電力伝送を停止するためのコマンドなどの電力伝送情報を示す通信パケットを送信してもよい。送信機１０２と受信機１１２との間の電力契約は、これらの電力伝送情報を含んでもよい。

一態様では、システム１００が電力伝送段階にないとき、受信機１１２は負荷１１８から切り離されてもよい。受信機１１２が負荷１１８から切り離されたことに応答して、負荷１１８は受信機１１２から電流または電力を引き出していない（たとえば、Ｖ_ｏｕｔはゼロであり得る）。負荷１１８が受信機１１２から電力を引き出していないので、受信機１１２によって送信機１０２から引き出される電流または電力の量と、送信機１０２によってＤＣ電源１０１から引き出される電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）の量とは減少されてもよい。なお、たとえｉ_ｉｎおよびＰ_ｉｎが変化しても、入力電圧Ｖ_ｉｎは依然として一定のままである。電流（ｉ_ｉｎ）および電力（Ｐ_ｉｎ）は、コイルＴＸと、コイルＲＸのような別の物体または金属のような導電性物体との間の結合条件に反映することができる。たとえば、電流（ｉ_ｉｎ）および電力（Ｐ_ｉｎ）は、コイルＴＸに結合されたコイルＲＸのみが存在する場合よりも充電領域１２２上に物体がある場合に高くなり得る（たとえば、非電力伝送段階においてまたは負荷１１８が受信機１１２から取り外されている場合）。

以下により詳細に説明するように、送信機１０２のコントローラ１０４は、送信機１０２によって受信される電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）をモニタするように構成することができる。システム１００が電力伝送段階にない場合、たとえば、システムが識別段階にある場合、コントローラ１０４は、電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）の変化をモニタして、充電領域１２２（またはコイルＴＸとの誘導結合）上に異物１２４が存在するか存在しないかを検出することができる。たとえば、コントローラ１０４は、電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）の増加を検出し、それに応じて、コイルＴＸが、異物であってもなくてもよい対象物体と誘導結合している可能性があると判定することができる。一態様では、異物は、送信機１０２（またはコイルＴＸ）の範囲内に持ち込まれ、不要な電流（および／または熱）を誘導させられる非受信機であり得る。これらの非受信機は、寄生負荷と呼ばれることもある。コントローラ１０４は、電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）の検出された増加値を静的または所定の値と比較して、コイルＴＸに誘導結合された対象物体がコイルＲＸであるかまたは異物１２４であるか（または異物１２４が充電領域１２２上に存在するか存在しないか）を判定するように構成することができる。１つまたは複数の実施形態では、受信機１１２が識別段階で識別または検証されるかどうかに関係なく、送信機１０２によって実行される異物検出は実行することができる。

電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）の増加値が所定の値よりも大きい場合、コイルＴＸは、異物１２４に誘導結合されてもよい。入力電流（ｉ_ｉｎ）または入力電力（Ｐ_ｉｎ）の増加値が所定の値以下の場合、コイルＴＸはコイルＲＸに誘導結合されてもよい。別の実施形態では、入力電流（ｉ_ｉｎ）または入力電力（Ｐ_ｉｎ）の増加値と所定の値との差が閾値範囲内にある場合、コイルＴＸはコイルＲＸに誘導結合されてもよい。コイルＴＸが異物１２４に誘導結合されている可能性があるとコントローラ１０４が判定したことに応答して、コントローラ１０４は電力伝送段階に進まないかもしれない。コイルＴＸがコイルＲＸに誘導結合されている可能性があるとコントローラ１０４が判定したことに応答して、コントローラ１０４は電力伝送段階に進んでもよい。

入力電流（ｉ_ｉｎ）または入力電力（Ｐ_ｉｎ）を使用して異物検出を実行することにより、システム１００は、送信機１０２に増設の回路部品を追加する必要なく、充電領域１２２上に異物を検出することができる。たとえば、システム１００が電力伝送段階の前に電流（ｉ_ｉｎ）または電力（Ｐ_ｉｎ）を使用して異物検出を実行できる場合、コイルＴＸを発振するため電圧または電流を注入するための回路部品を必要とするコイル品質係数検出機能は必要とされないかもしれない。

図２は、一実施形態における図１の例示的なシステム１００の実装例を示す図である。一実施形態では、コントローラ１０４は、電力伝送段階の前に入力パラメータテスト２０２を実行するように構成することができる。入力パラメータテスト２０２の結果は、入力電流（ｉ_ｉｎ）または入力電力（Ｐ_ｉｎ）などの入力パラメータが、任意の異物（たとえば、異物１２４）の位置と充電領域１２２上の基準点２２２との間でのズレまたは距離２２４に伴ってどのように変化するのかを示すことができる。基準点２２２は、充電領域１２２の中心、充電領域１２２上の所定の基準位置、または送信機１０２上の所定の基準点などであり得る。図２は、充電領域１２２の上面斜視図２２０を示す。充電領域１２２上の異物１２４の位置が異なると、距離２２４が変化し得る。

図２に示すように、既知のパターンすなわち曲線２０４は、コイルＴＸがコイルＲＸのみに誘導結合される場合（電力伝送段階の前）および充電領域１２２に異物がない場合に、入力電流（ｉ_ｉｎ）がｉ_０＝０．１２７アンペア（Ａ）に固定され、変化しない可能性があることを示す。送信機１０２（またはコントローラ１０４）によって測定された入力電流が、固定した入力電流ｉ_０である場合、コイルＴＸとコイルＲＸとの間の磁場に干渉する異物は存在しない。任意の異物が充電領域１２２内にある場合（たとえば、異物１２４）、入力電流（ｉ_ｉｎ）は、固定した入力電流ｉ_０から逸脱することがある。距離２２４が変化するにつれて、固定した入力電流ｉ_０からの逸脱量は変化することができる。換言すれば、充電領域１２２上の基準点２２２に対する異物１２４の位置は、固定した入力電流ｉ_０からの入力電流の逸脱量を変えることができる。固定した入力電流ｉ_０は、コントローラ１０４のメモリデバイスに記憶することができる。

入力パラメータテスト２０２は、入力パラメータ（たとえば、入力電流ｉ_ｉｎ）が距離２２４に伴ってどのように変化するかを示す曲線２０６をさらに生成することができる。一実施形態では、入力パラメータテスト２０２は、充電領域１２２上の異なる位置および／または異なる距離２２４にある任意の異物（たとえば、異物１２４または他の異物）の配置に応答して、コントローラ１０４によって入力電流を測定することを含むことができる。距離２２４の異なる値に対応する入力電流は、コントローラ１０４によって測定および記録することができる。曲線２０６によって示される測定した入力電流は、コントローラ１０４のメモリデバイスに基準パターンとして格納することができる。

一実施形態では、異物が充電領域１２２内にある場合、入力電流（ｉ_ｉｎ）はｉ_０よりも大きくなることができ、距離２２４に反比例して変化することができる。たとえば、入力パラメータテスト２０２によって生成された曲線２０６は、距離２２４に伴って入力電流（ｉ_ｉｎ）がどのように変化するかを示すことができる。曲線２０６によって示されるように、距離２２４が増加するにつれて（たとえば、０ミリメートル（ｍｍ）から１６ｍｍまで）、入力電流（ｉ_ｉｎ）は減少する。異物と基準点２２２との間の距離２２４が最大（たとえば、１６ｍｍすなわち充電領域１２２の縁）である場合、曲線２０４と曲線２０６との間の差は依然として存在しており、充電領域１２２内に異物が存在する限り、入力電流（ｉ_ｉｎ）は、固定した入力電流ｉ_０と異なるままである。一実施形態では、固定した入力電流ｉ_０は、所定の値（または静的パラメータすなわち以前測定されたパラメータ）として使用することができ、送信機１０２の入力電流（ｉ_ｉｎ）がこの所定の値より大きい場合、異物（たとえば、異物１２４）は、充電領域１２２上に存在すると見なすことができる。

一実施形態では、コントローラ１０４が、固定した入力電流ｉ_０と異なる入力電流を検出した場合、コントローラ１０４は、異物が充電領域１２２の範囲内および／または基準点２２２に対する異物の位置の範囲内にある可能性があると判定することができる。たとえば、コントローラ１０４が０．１６Ａの入力電流を測定する場合、コントローラ１０４は、０．１６Ａが０．１２７Ａの所定の値と異なると判定することができ、コントローラ１０４は、異物が基準点２２２から約７ｍｍ離れて位置されている可能性があると判定することができる。

一実施形態では、コントローラ１０４は、曲線２０４、２０６に基づいて所定の閾値範囲２２６を決定することができる。たとえば、コントローラ１０４は、曲線２０６（たとえば、基準パターン）の最小値と曲線２０４（たとえば、所定の値すなわち固定した入力電流ｉ_０）の最大値との間の差を所定の閾値範囲２２６として割り当てることができる。所定の値（たとえば、固定した入力電流ｉ_０）と入力電流（ｉ_ｉｎ）との間の差が所定の閾値範囲２２６内にある場合、送信機１０２は、充電領域１２２内に異物が存在しない可能性があると判定することができる。

別の実施形態では、入力パラメータテスト２０２は、入力電力（Ｐ_ｉｎ）が距離２２４に伴ってどのように変化するかを示す入力パラメータ変動パターンを生成することができる。充電領域１２２上の任意の異物の異なる位置に対応する入力電力は、コントロータ１０４によって測定または記録することができる。測定した入力電力は、コントローラ１０４のメモリデバイスに格納することができ、入力電力変動パターンを生成するために使用することができる。

図３は、一実施形態における図１の例示的なシステム１００の実装例を示す図である。一実施形態では、コントローラ１０４は、電力伝送段階の前に動作周波数テスト３０２を実行するように構成することができる。動作周波数テスト３０２の結果は、送信機１０２によって受信される入力電流（ｉ_ｉｎ）または入力電力（Ｐ_ｉｎ）などの入力パラメータが、送信機１０２の動作周波数に伴ってどのように変化するかを示すことができる。図３では、既知のパターンすなわち曲線３０４は、充電領域１２２上に異物がないとコイルＴＸがコイルＲＸのみに（電力伝送段階の前に）誘導結合されていることに応答して、送信機１０２の動作周波数に伴って入力電流（ｉ_ｉｎ）がどのように変化するかを示している。任意の異物が充電領域１２２内にある場合（たとえば、異物１２４）、入力電流（ｉ_ｉｎ）は曲線３０４から逸脱することがある。曲線３０４からの逸脱量は、動作周波数が変化するにつれ、変動することができる。既知のパターンすなわち曲線３０４は、コントローラ１０４のメモリデバイスに格納することができる。

動作周波数テスト３０２は、入力パラメータ（たとえば、入力電流ｉ_ｉｎ）が送信機１０２の動作周波数に伴ってどのように変化するかを示す曲線３０６をさらに生成することができる。一実施形態では、動作周波数テスト３０２は、任意の異物（たとえば、異物１２４または他の異物）が充電領域１２２上に置かれた場合、送信機１０２の異なる動作周波数に応答して、コントローラ１０４によって、入力電流を測定することを含むことができる。曲線３０６によって示されるように、異物が充電領域１２２の範囲内にある場合、入力電流（ｉ_ｉｎ）は、曲線３０４によって示される入力電流値よりも大きくなることがあり、送信機１０２の動作周波数に反比例して変動することがある。送信機１０２の異なる動作周波数に対応する入力電流は、コントローラ１０４によって、測定または記録することができる。曲線３０６によって示される測定した入力電流は、コントローラ１０４のメモリデバイスに基準パターンとして格納することができる。

一実施形態では、コントローラ１０４は、入力パラメータ（たとえば、入力電流ｉ_ｉｎまたは入力電力Ｐ_ｉｎ）の第１の値および入力パラメータの第２の値を測定することができる。入力パラメータの第１の値は、動作周波数が第１の動作周波数である場合の値であり、入力パラメータの第２の値は、動作周波数が第１の動作周波数と異なる第２の動作周波数である場合の値であり得る。コントローラ１０４は、入力パラメータの第１の値、入力パラメータの第２の値、第１の動作周波数、および第２の動作周波数に基づいて、充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。たとえば、コントローラ１０４は、入力パラメータの第１の値と入力パラメータの第２の値との差を、第１の動作周波数と第２の動作周波数との差で除算することにより、充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。

一実施形態では、曲線３０４の中の１つまたは複数の値を所定の値（または静的パラメータすなわち以前に測定されたパラメータ）として使用することができ、送信機１０２の入力電流（ｉ_ｉｎ）がこの所定の値と異なる（たとえば、大きい）場合、コントローラ１０４は、充電領域１２２上に異物が存在すると判定することができる。別の実施形態では、曲線３０４と入力電流との間の差が所定の閾値範囲３２０内にある場合、送信機１０２は、充電領域１２２内に異物が位置しない可能性があると判定することができる。異物検出の感度は、この所定の閾値範囲を調整することによって調整することができる。

一実施形態では、コントローラ１０４は、曲線３０４、３０６に基づいて所定の閾値範囲３２０を決定することができる。たとえば、コントローラ１０４は、曲線３０６（たとえば、基準パターン）の最小値と曲線３０４（たとえば、所定の値）の最大値との間の差を、所定の閾値範囲３２０として割り当てることができる。所定の値と入力電流（ｉ_ｉｎ）との間の差が所定の閾値範囲３２０内にある場合、送信機１０２は、充電領域１２２内に位置される異物が存在しないと判定することができる。

別の実施形態では、動作周波数テスト３０２は、入力電力（Ｐ_ｉｎ）が送信機１０２の動作周波数に伴ってどのように変動するかを示す入力パラメータ変動パターンを作成することができる。送信機１０２の異なる動作周波数に対応する入力電力は、充電領域１２２上の異物に伴って、コントローラ１０４により測定または記録することができる。測定した入力電力は、コントローラ１０４のメモリデバイスに格納することができ、入力電力変動パターンを作成するために使用することができる。

図４は、一実施形態における図１の例示的なシステム１００の別の実装例を示す図である。一実施形態では、コントローラ１０４は、電力伝送段階の前に入力電圧テスト４０２を実行するように構成することができる。入力電圧テスト４０２の結果は、送信機１０２への入力電流（ｉ_ｉｎ）が送信機１０２の、Ｖ_ｉｎとして表示される入力電圧に伴ってどのように変化するかを示すことができる。図４において、曲線４０４は、コイルＴＸがコイルＲＸのみ（電力伝送段階の前）に誘導結合されていることに応答して、送信機１０２の入力電圧（Ｖ_ｉｎ）に伴ってどのように変動するかを示す。任意の異物が充電領域１２２内にある場合（たとえば、異物１２４）、入力電流（ｉ_ｉｎ）は曲線４０４から逸脱することがある。曲線３０４からの逸脱量は、入力電圧Ｖ_ｉｎが変化するにつれて変化することがある。既知のパターンすなわち曲線３０４は、コントローラ１０４のメモリデバイスに格納することができる。

入力電圧テスト４０２は、異物（たとえば、異物１２４）が充電領域上に位置することに応答して（電力伝送段階の前）、送信機１０２の入力電圧Ｖ_ｉｎに伴って入力電流（ｉ_ｉｎ）がどのように変化するかを示す曲線４０６をさらに生成することができる。一実施形態では、入力電圧テスト４０２は、任意の異物（たとえば、異物１２４または他の異物）が充電領域１２２上に置かれた場合の入力電圧Ｖ_ｉｎの異なる値に応答して、コントローラ１０４によって入力電流を測定することを含むことができる。曲線４０６によって示されるように、異物が充電領域１２２内にある場合、入力電流（ｉ_ｉｎ）は、曲線４０４によって示される入力電流値より大きくなることができ、入力電圧Ｖ_ｉｎに伴って変動することができる。異なる入力電圧に対応する入力電流は、コントローラ１０４によって測定または記録することができる。曲線４０６によって示される測定した入力電流は、コントローラ１０４のメモリデバイスに基準パターンとして格納することができる。

一実施形態では、コントローラ１０４は、入力パラメータ（たとえば、入力電流ｉ_ｉｎまたは入力電力Ｐ_ｉｎ）の第１の値および入力パラメータの第２の値を測定することができる。入力パラメータの第１の値は、入力電圧Ｖ_ｉｎが第１の入力電圧である場合の値であり、入力パラメータの第２の値は、入力電圧Ｖ_ｉｎが第１の入力電圧と異なる第２の入力電圧である場合の値であり得る。コントローラ１０４は、入力パラメータの第１の値、入力パラメータの第２の値、第１の入力電圧、および第２の入力電圧に基づいて、充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。たとえば、コントローラ１０４は、入力パラメータの第１の値と入力パラメータの第２の値との差を、第１の入力電圧と第２の入力電圧の差で除算することにより充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。

一実施形態では、曲線４０４のうち１つまたは複数の値を所定の値（または静的パラメータすなわち以前に測定したパラメータ）として使用することができ、送信機１０２の入力電流（ｉ_ｉｎ）がこの所定の値と異なる（すなわち、大きい）場合、コントローラ１０４は、異物が充電領域１２２上に存在すると判定することができる。別の実施形態では、曲線４０４と入力電流との間の差が所定の閾値範囲内にある場合、送信機１０２は、充電領域１２２内に位置する異物が存在しない可能性があると判定することができる。異物検出の感度は、この所定の閾値範囲を調整することによって調整することができる。

一実施形態では、コントローラ１０４は、曲線４０４、４０６に基づいて所定の閾値範囲４２０を決定することができる。たとえば、コントローラ１０４は、曲線４０６（たとえば、基準パターン）の最小値と曲線４０４（たとえば、所定の値）の最大値との間の差を、所定の閾値範囲４２０として割り当てることができる。所定の値と入力電流（ｉ_ｉｎ）との間の差が所定の閾値範囲３２０内にある場合、送信機１０２は、充電領域１２２内に位置される異物が存在しない可能性があると判定することができる。

別の実施形態では、入力電圧テスト４０２は、入力電力（Ｐ_ｉｎ）が入力電圧Ｖ_ｉｎに伴ってどのように変動するかを示す入力パラメータ変動パターンを生成することができる。充電領域１２２上の異物に伴って、異なる入力電圧に対応する入力電力は、コントローラ１０４によって測定または記録することができる。測定した入力電力は、コントローラ１０４のメモリデバイスに格納することができ、入力電力変動パターンを生成するために使用することができる。

図５は、一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施するために電力送信機によって実行されるプロセス５００を例示するフロー図である。プロセス５００は、ブロック５０２、５０４、５０６、および／または５０８のうちの１つまたは複数によって示されるように、１つまたは複数の操作、作用、または機能を含むことができる。個別のブロックとして示されているが、さまざまなブロックを追加のブロックに分割したり、少数のブロックに組み合わせたり、削除したり、または並列に実行したりすることができ、および／または所望な実装に応じて異なる順序で実行することができる。

プロセス５００は、ワイヤレス電力送信機（たとえば、図１から図３の送信機１０２）によって実行することができる。一実施形態では、ブロック５０２、５０４、５０６、および５０８は、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に実行することができる。プロセス５００は、ブロック５０２で開始することができる。ブロック５０２で、送信機は、充電領域（たとえば、図１から図４の充電領域１２２）内の物体を検出することができる。一実施形態では、送信機は、送信機に誘導結合されている物体を検出することによって、充電領域内の物体を検出することができる。物体の検出は、送信機の電力転送段階と異なる段階で実行することができる。プロセス５００は、ブロック５０２からブロック５０４に進むことができる。ブロック５０４において、送信機は、送信機の入力端子で受信される入力パラメータを測定することができる。一実施形態では、入力パラメータは、入力電流および入力電力のうちの１つとすることができる。プロセス５００は、ブロック５０４からブロック５０６に進むことができる。ブロック５０６において、送信機は、測定した入力パラメータを所定の閾値などの所定の値と比較することができる。一実施形態では、閾値は値の範囲であり得る。プロセス５００は、ブロック５０６からブロック５０８に進むことができる。ブロック５０８において、送信機は、測定した入力パラメータと所定の閾値との比較の結果に基づいて、充電領域内に異物が存在するか存在しないかを判定することができ、または、充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。測定した入力パラメータが閾値の範囲外であることを示す比較の結果に応答として、送信機は、物体が異物であると判定することができる。測定した入力パラメータが閾値内にあることを示す比較の結果に応答して、送信機は、物体が受信機であると判定することができる。一実施形態では、送信機は、異物に対応する基準パターンを決定することができる。送信機は、基準パターンおよび所定の値に基づいて閾値範囲を決定することができる。

図６は、一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施するために電力送信機によって実行されるプロセス６００を示すフロー図である。プロセス６００は、ブロック６０２、６０４、６０６、および／または６０８のうちの１つまたは複数によって示されるような１つまたは複数の操作、作用、または機能を含んでもよい。個別のブロックとして示されているが、さまざまなブロックを、追加のブロックに分割したり、少数のブロックに組み合わせたり、削除したり、または、所望の実装に応じて並列で実行したりおよび／または異なる順序で実行したりすることができる。

プロセス６００は、ワイヤレス電力送信機（たとえば、図１から図３の送信機１０２）によって実行することができる。一実施形態では、ブロック６０２、６０４、６０６、および６０８は、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に実行することができる。プロセス６００は、ブロック６０２で開始することができる。ブロック６０２で、送信機は、充電領域（たとえば、図１から図４の充電領域１２２）内の物体を検出することができる。一実施形態では、送信機は、送信機に誘導結合されている物体を検出することによって、充電領域内の物体を検出することができる。物体の検出は、送信機の電力伝送段階と異なる段階で実行することができる。プロセス６００は、ブロック６０２からブロック６０４に進むことができる。ブロック６０４において、送信機は、送信機の入力端子で受信された入力パラメータを測定することができる。一実施形態では、入力パラメータは、入力電流および入力電力のうちの１つであり得る。プロセス６００は、ブロック６０４からブロック６０６に進むことができる。ブロック６０６において、送信機は、測定した入力パラメータを、入力パラメータと別のパラメータとの間の関係を示す既知または所定のパターンなどの所定の値と比較することができる。たとえば、既知のパターンは、充電領域上の異物と基準位置との間の距離と、入力パラメータとの間の関係、入力パラメータと送信機の動作周波数との間の関係、および入力パラメータと送信機の入力電圧との関係のうち１つを示すことができる。さらに、所定の値は、充電領域内に異物が検出されない例に相当することができる。プロセス６００は、ブロック６０６からブロック６０８に進むことができる。ブロック６０８において、送信機は、測定した入力パラメータと所定のパターンとの比較の結果に基づいて、充電領域内に異物が存在するかまたは存在しないかを判定することができ、または、充電領域１２２内の物体が異物であるかまたはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。一実施形態では、測定した入力パラメータが所定の値より大きいことを示す比較の結果に応答して、送信機は、物体が異物であると判定することができる。比較の結果が所定の値未満であることに応答して、送信機は、物体が受信機であると判定することができる。

図７は、一実施形態において送信機入力パラメータに基づいて異物検出を実施するために電力送信機によって実行されるプロセス７００を示すフロー図である。プロセス７００は、ブロック７０２、７０４、７０６、および／または７０８のうちの１つまたは複数によって示されるような１つまたは複数の操作、作用、または機能を含んでもよい。個別のブロックとして示されているが、さまざまなブロックを、追加のブロックに分割したり、少ないブロックに組み合わせたり、削除したり、または、所望の実装に応じて並列で実行したりおよび／または異なる順序で実行したりすることができる。

プロセス７００は、ワイヤレス電力送信機（たとえば、図１から図３の送信機１０２）によって実行することができる。一実施形態では、ブロック７０２、７０４、７０６、および７０８は、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に実行することができる。プロセス７００は、ブロック７０２で開始することができる。ブロック７０２で、送信機は、充電領域（たとえば、図１から図４の充電領域１２２）内の物体を検出することができる。一実施形態では、送信機は、送信機に誘導結合されている物体を検出することによって、充電領域内の物体を検出することができる。物体の検出は、送信機の電力伝送段階と異なる段階で実行することができる。プロセス７００は、ブロック７０２からブロック７０４に進むことができる。ブロック７０４において、送信機は、送信機の入力端子で受信された入力パラメータを測定することができる。一実施形態では、入力パラメータは、入力電流および入力電力のうちの１つであり得る。プロセス７００は、ブロック７０４からブロック７０６に進むことができる。ブロック７０６において、送信機は、測定した入力パラメータを、入力パラメータの固定値などの所定の値と比較することができる。一実施形態では、入力パラメータの固定値は、充電領域上に異物が存在しない場合、送信機のコントローラによって測定された固定入力電流または固定入力電力であり得る。プロセス７００は、ブロック７０６からブロック７０８に進むことができる。ブロック７０８において、送信機は、測定した入力パラメータと入力パラメータの固定値との比較の結果に基づいて、充電領域内に異物が存在するか存在しないかを判定することができ、または、充電領域１２２内の物体が異物またはワイヤレス電力受信機であるかを判定することができる。一実施形態では、測定した入力パラメータが固定値と異なることを示す比較の結果に応答して、送信機は、物体が異物であると判定することができる。測定した入力パラメータが固定値と同じであることを示す比較の結果に応答して、送信機は、物体が受信機であると判定することができる。

図中のフローチャート図およびブロック図は、本発明の様々な実施形態に従ったシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能、および操作を示す。この点に関して、フローチャート図またはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、または命令の一部を表してもよい。いくつかの代替の実装では、ブロックに記載されている機能は、図に記載されている順序から離れて生じてもよい。たとえば、関連する機能に応じて、連続して示される２つのブロックが実際には実質的に同時に実行されてもよいし、または、ブロックが時には逆の順序で実行されてもよい。ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、および、ブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定された機能または作用を実行する特殊用途のハードウェアベースシステムによって実装でき、または、特殊用途のハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行できることにも留意されたい。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態だけを説明することの目的であり、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用される場合、「ｃоｍｐｒｉｓｅ（含む）」および／または「ｃоｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」という用語は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の機能、整数、ステップ、操作、エレメント、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。

以下の特許請求の範囲における対応する構造、材料、作用、および、すべての手段またはステッププラスファンクション要素の等価物は、もしあれば、他の特許請の範囲に記載された要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または作用を含むように意図される。本発明の説明は、例示および説明の目的で提示されたが、網羅的であるように、または開示された形態の本発明に限定されるように意図されていない。多くの変更および変形は、本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに当業者にとって明らかであろう。実施形態は、本発明の原理および実際の適用を最もよく説明するために、および、当業者が、期待された特定の用途に向いている様々な変更を伴って様々な実施形態について本発明を理解できるようにするために選択および説明されている。

Claims (20)

1. ワイヤレス電力送信機用の半導体装置であって、
   送信機コイルを駆動して、ワイヤレス電力受信機にワイヤレス電力を提供するように構成されたドライバ回路と、
   前記ドライバ回路に結合され、前記ドライバ回路を制御するように構成されたワイヤレス電力送信機と、
   を備えており、
   前記ワイヤレス電力送信機は、
   ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出し、
   前記ワイヤレス電力送信機と前記ワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に、入力電流および入力電力のうちの1つである入力パラメータを測定し、
   測定した前記入力パラメータを所定の値と比較し、
   測定した前記入力パラメータと前記所定の値との比較の結果に基づいて、前記物体が異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ように構成された、半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ワイヤレス電力送信機は、
   前記ドライバ回路に供給される電圧である入力電圧を制御し、
   第１の入力パラメータおよび第２の入力パラメータを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記入力電圧が第１の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記入力電圧が前記第１の入力電圧と異なる第２の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、
   前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の入力電圧、および、前記第２の入力電圧に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ようにさらに構成された、半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記ワイヤレス電力送信機は、
   前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の入力電圧と前記第２の入力電圧との差で割った値に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ようにさらに構成された、半導体装置。
4. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記ワイヤレス電力送信機は、
   前記ドライバ回路を駆動するための動作周波数を制御し、
   第１の入力パラメータと第２の入力パラメータとを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記動作周波数が第１の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記動作周波数が前記第１の動作周波数と異なる第２の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、
   前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の動作周波数、および前記第２の動作周波数に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ようにさらに構成された、半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記ワイヤレス電力送信機は、
   前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の動作周波数と前記第２の動作周波数との差で割った値に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ようにさらに構成された、半導体装置。
6. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記所定の値は、測定した前記入力パラメータの固定値であり、
   前記コントローラは、
   測定した前記入力パラメータが前記固定値と異なることに応答して、前記物体が前記異物であると判定し、
   測定した前記入力パラメータが前記固定値と同じであることに応答して、前記物体が前記ワイヤレス電力受信機であると判定する、
   ように構成された、半導体装置。
7. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記所定の値は、前記異物と前記ワイヤレス電力送信機の充電領域上の基準位置との間の距離と、前記入力パラメータとの間の関係に相当する、
   半導体装置。
8. 装置であって、
   前記装置は集積回路を備えており、
   前記集積回路は、
   ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出し、
   前記ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に、入力電流および入力電力のうちの1つである入力パラメータを測定し、
   測定した前記入力パラメータを所定の値と比較し、
   測定した前記入力パラメータと前記所定の値との比較の結果に基づいて、前記物体が異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ように構成された、装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   前記集積回路は、
   第１の入力パラメータおよび第２の入力パラメータを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記入力電圧が第１の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記第１の入力電圧と異なる第２の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、
   前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の入力電圧、および前記第２の入力電圧に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
   ようにさらに構成された、装置。
10. 請求項９に記載の装置において、
    前記集積回路は、
    前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の入力電圧と前記第２の入力電圧との差で割った値に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ようにさらに構成された、装置。
11. 請求項８に記載の装置において、
    前記集積回路は、
    第１の入力パラメータおよび第２の入力パラメータを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記動作周波数が第１の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記動作周波数が前記第１の動作周波数と異なる第２の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、
    前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の動作周波数、および前記第２の動作周波数に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ようにさらに構成された、装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、
    前記集積回路は、
    前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の動作周波数と前記第２の動作周波数との差で割った値に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ようにさらに構成された、装置。
13. 請求項８に記載の装置において、
    前記所定の値は、測定した前記入力パラメータの固定値であり、
    前記集積回路は、
    測定した前記入力パラメータが前記固定値と異なることに応答して、前記物体が前記異物であると判定し、
    測定した前記入力パラメータが前記固定値と同じであることに応答して、前記物体が前記ワイヤレス電力受信機であると判定する、
    ように構成された、装置。
14. 請求項８に記載の装置において、
    前記所定の値は、前記異物と前記ワイヤレス電力送信機の充電領域上の基準位置との間の距離と、前記入力パラメータとの間の関係に相当する、
    装置。
15. ワイヤレス電力送信機を操作する方法であって、
    前記方法は、
    集積回路によって、ワイヤレス電力送信機に誘導結合された物体を検出し、
    前記ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の電力伝送段階の前に、前記集積回路によって、入力電流および入力電力のうちの1つである入力パラメータを測定し、
    前記集積回路によって、測定した前記入力パラメータを所定の値と比較し、
    前記集積回路によって、測定した前記入力パラメータと前記所定の値との比較の結果に基づいて、前記物体が異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ことを含む、方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、
    前記集積回路によって、第１の入力パラメータおよび第２の入力パラメータを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記入力電圧が第１の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記入力電圧が前記第１の入力電圧と異なる第２の入力電圧である場合の前記入力パラメータであり、
    前記集積回路によって、前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の入力電圧、および前記第２の入力電圧に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ことをさらに含む、方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、
    前記物体が前記異物であるか前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定することは、前記集積回路によって、前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の入力電圧と前記第２の入力電圧との差で割った値を決定することを含む、
    方法。
18. 請求項１５に記載の方法において、
    前記集積回路によって、第１の入力パラメータおよび第２の入力パラメータを測定し、前記第１の入力パラメータは、前記動作周波数が第１の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、前記第２の入力パラメータは、前記動作周波数が前記第１の動作周波数と異なる第２の動作周波数である場合の前記入力パラメータであり、
    前記集積回路によって、前記第１の入力パラメータ、前記第２の入力パラメータ、前記第１の動作周波数、および前記第２の動作周波数に基づいて、前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定する、
    ことをさらに含む、方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、
    前記物体が前記異物であるかまたは前記ワイヤレス電力受信機であるかを判定することは、前記集積回路によって、前記第１の入力パラメータと前記第２の入力パラメータとの差を、前記第１の動作周波数と前記第２の動作周波数との差で割った値を決定する、
    ことをさらに含む、方法。
20. 請求項１５に記載の方法において、
    前記所定の値は、
    前記異物と前記ワイヤレス電力送信機の充電領域上の基準位置との間の距離と、前記入力パラメータとの間の関係に相当する、
    ことを含む、方法。

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