JP2023174678A - 無線電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送信号の存在とその負荷は、異物検出や通信動作などの他の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。【解決手段】無線電力伝送システムのための電力送信機１０１は送信コイル１０３を有し、ドライバ２０１は、電力伝送時間間隔と、電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔とを有する繰り返し時間フレームを採用して、送信コイル１０３のための駆動信号を生成する。ドライバ２０１は、送信コイル１０３のための駆動信号を発生させて電力伝送信号を発生させる。通信装置２０５は、電力受信機１０５からメッセージを受信し、アダプタ２１３は、電力受信機１０５から受信された第１のメッセージに少なくとも応じて、低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させる。シンクロナイザ２０６は、低減電力時間間隔の間に発生されるように、異物検出とテスト信号の生成を同期させる。【選択図】図２

Description

本発明は、無線電力伝送システムの動作に関するものであり、特に、無線電力伝送システムにおける異物検出に関するものである。

現在の電気製品の多くは、外部電源から電源を供給するために専用の電気接点を必要とする。しかし、これは現実的ではない傾向があり、ユーザが物理的にコネクタを挿入するか、またはその他の物理的な電気的接触を確立する必要がある。一般的に、電力要件も大きく異なり、現在、ほとんどのデバイスにはそれぞれ専用の電源が提供されており、その結果、一般的なユーザは多数の異なる電源を持ち、各電源は特定のデバイス専用となっている。内蔵バッテリを使用することで、使用中に電源への有線接続が不要になるかもしれないが、バッテリの充電（または交換）が必要になるため、これは部分的な解決策に過ぎない。また、電池の使用は、装置の重量、潜在的なコストおよびサイズを大幅に増加させる可能性がある。

大幅に改善されたユーザ体験を提供するために、電力送信装置内の送信インダクタから個々の装置内の受信コイルに誘導的に電力が伝送される無線電源装置が提案されている。

磁気誘導による電力伝送はよく知られた概念であり、主に一次送信インダクタ/コイルと二次受信コイルとの間の緊密な結合を有するトランスに適用される。2つの機器間で一次送信コイルと二次受信コイルを分離することで、疎結合トランスの原理を利用した無線電力伝送が可能になる。

このような構成により、ワイヤまたは物理的な電気的接続を必要とせずに、装置への無線電力伝送が可能となる。実際、それは、単に、外部から充電されるか、または電力を供給されるために、送信コイルに隣接して、または送信コイルの上に装置を配置することを可能にする。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有するように構成されることができる。

さらに、そのような無線電力伝送構成は、有利には、電力送信装置が様々な電力受信装置と共に使用できるように設計されることができる。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、現在さらに開発が進められている。このアプローチにより、同じメーカーのものでなくても、あるいは互いに専用のものでなくても、Qi規格に適合した電力送信機は、やはりQi規格に適合した電力受信機と共に使用されることが可能になる。Qi規格はさらに、（例えば、特定の電力ドレインに依存する）特定の電力受信機に適合された動作を可能にするための幾つかの機能を含む。

Qi規格は、Wireless Power Consortium によって開発されており、更なる情報がWireless Power Consortiumのウェブサイト、http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlにおいて見つけることができ、このサイトでは、特に定義された仕様書を見つけることができる。

Qiのような電力伝送システムでは、必要なレベルの電力を電力受信機に伝送するために生成される電磁場が非常に大きなものになることが多い。このような強い場の存在は、多くの状況で周囲に影響を与える可能性がある。

例えば、無線電力伝送の潜在的な問題は、電力が意図せずに、たまたま電力伝送装置の近くにある金属製の物体などに伝送される可能性があるということである。例えば、コイン、鍵、指輪などのような異物が、受電装置を受けるように構成された電力送信機のプラットフォーム上に置かれた場合、送信機のコイルによって生成された磁束は、金属製の物体に渦電流を引き起こし、物体を加熱させる。 熱の上昇は非常に大きく、非常に不都合となる可能性がある。

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て送信電力を減少させ、かつ／または現実に検出が発生した場合にユーザアラート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システムには、異物を検出する機能や、異物が検出された場合に電力を低減する機能が含まれている。具体的には、Qi規格バージョン1.2.1.1のセクション11では、異物検出のための様々な方法が記載されている。

このような異物を検出するための１つの方法は、ＷＯ２０１０５０１８８６８Ａ１に開示されている。別の例は、未知の電力損失の決定に基づくアプローチを開示するWO 2012127335に提供されている。このアプローチでは、電力受信機と電力送信機の両方がそれらの電力を測定し、電力受信機は測定された受信電力を電力送信機に通信する。送信機が送信した電力と受信機が受信した電力との間に有意な差があることを電力送信機が検出した場合、不要な異物が潜在的に存在する可能性があり、安全上の理由から電力伝送を縮小または中止することができる。この電力損失方式では、電力送信機と電力受信機が同期された正確な電力測定を行う必要がある。

例えば、Qi 電力伝送規格では、例えば、整流された電圧と電流を測定し、それらを掛け合わせて、電力受信機の内部電力損失（例えば、整流器、受電コイル、電力受信機の一部である金属部品などの損失）の推定値を加算することにより、電力受信機がその受信された電力を推定する。受電機は、決定された受信電力を、例えば最低限4秒ごとのレートで電力送信機に報告する。

電力送信機は、インバータの直流入力電圧と電流を測定し、それらを乗算して、送信機の内部電力損失の推定値、例えばインバータ、一次コイル、電力送信機の一部である金属部品における推定される電力損失などを差し引いて、その結果を補正することにより、その送信電力を推定する。

電力送信機は、報告された受信電力を送信電力から減算することにより、電力損失を推定することができる。差分が閾値を超えると、送信機は過剰な電力が異物において散逸していると判断し、電力伝送の終了に進むことができる。

あるいは、一次コイルおよび二次コイルならびに対応する容量および抵抗によって形成される共振回路の品質またはＱファクタを測定することも提案されている。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ている可能性がある。

実際には、Qi規格に記載されている方法では、十分な検出精度を得ることは難しい傾向にある。この困難さは、現在の特定の動作条件に関する多くの不確実性によって悪化する。

例えば、特定の問題は、友好的な金属（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分）が潜在的に存在することであり、これらの磁気的および電気的特性が未知である（そして、異なるデバイス間で変化する）可能性があり、したがって、補償が困難である可能性がある。

さらに、望ましくない加熱は、金属異物中で散逸する比較的少量の電力に起因する場合がある。そのため、送信電力と受信電力との間のわずかな電力差であっても検出する必要があり、特に電力伝送の電力レベルが上昇した場合には、これが困難になる場合がある。

Qファクタ低下アプローチは、多くのシナリオで金属物体の存在を検出するためのより良い感度を持っている可能性がある。しかし、それでも十分な精度が得られない場合があり、例えば、友好的な金属の影響を受ける可能性がある。

異物検出の性能は、実際に試験を行う際に存在する特定の動作条件に依存する。例えば、Qi仕様書に記載されているように、電力移動初期化処理の選択フェーズで異物検出のための測定を行う場合、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させないように十分に小さいものでなければならない。しかし、このような小さな信号では、一般的に信号/ノイズ比が悪く、結果として測定の精度が低下する。

測定信号が小さいことが要求されると、他の不利益な影響を及ぼす可能性がある。小さな測定信号にさらされた電力受信機は、測定信号のレベル、一次コイルと二次コイルの結合、整流器の出力にあるキャパシタの充電状態に依存する漏れ電流を示す場合がある。したがって、この漏れ電流は、実際の条件によって異なる場合がある。漏れ電流は電力送信コイルでの反射インピーダンスに影響を与えるため、品質係数の測定も特定の現在の条件に依存する。

もう一つの問題は、異物検出は、典型的には、異物の存在によって引き起こされる比較的小さな変化を、試験が実行される動作条件およびシナリオが大きく変化する可能性のある環境で検出することが望まれる、非常に感度の高い試験であるということである。

したがって、現在のアルゴリズムは最適化されていない傾向があり、いくつかのシナリオや例では最適な性能を提供していない場合がある。特に、異物の存在が検出されなかったり、異物が存在しない場合に誤検出されたりすることがある。

正確な異物検出の困難さは、電力伝送信号の電力レベルが高い場合および／または変動する場合のシナリオでは特に困難である。このように、異物検出は、電力伝送フェーズの間、特に、大きくかつ変動する負荷を示す受電装置の場合には特に困難である。

電力伝送システムの他の動作は、さらに、そのような影響を受けやすい場合がある。例えば、多くの状況において、電力送信機と電力受信機との間の通信は、大きな負荷、特に大きな負荷変動によって悪影響を受ける可能性がある。

多くのシステムでは、電力受信機から電力送信機への通信は、送信されるべきデータに依存して電力伝送信号の負荷が変化する負荷変調を使用することができる。しかし、このような負荷変調は、電力伝送信号の電力伝送負荷が同時に変化すると検出が困難になる場合がある。同様に、電力送信機から電力受信機への通信は、電力伝送信号を変調（例えば、振幅変調または周波数変調）することによって達成されることができるが、そのような変調に対する干渉が、変動する負荷による電力伝送信号のパラメータの変動によって引き起こされる場合がある。

実際、NFC 通信リンクのように完全に別個のキャリアが通信に使用される場合でも、電力伝送信号によって引き起こされる非常に大きくかつ変動する電磁場は、非常に異なる周波数帯にあるにもかかわらず、実質的な干渉を引き起こす可能性がある。

このように、電力伝送信号の存在とその負荷は、異物検出や通信動作などの他の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。

したがって、電力伝送システムのための改善された動作は有利であり、特に、増加した柔軟性、減少したコスト、減少した複雑さ、改善された異物検出、改善された通信、異なる負荷のための改善されたサポート、改善された適応性、後方互換性、および／または改善された性能を可能にするアプローチは有利であるだろう。

したがって、本発明は、好ましくは、単独で、または任意の組み合わせで、上記の欠点のうちの１つ以上を軽減、緩和、または除去することを試みる。

本発明の態様によれば、電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給する電力送信機が提供され、当該電力送信機は、前記電力伝送信号を生成するための送信機コイルであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間、電力伝送時間間隔、及び、前記電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、送信機コイルと、前記送信機コイルが前記電力伝送信号を生成するための駆動信号を生成するドライバと、前記電力受信機からメッセージを受信するための第１通信機と、前記電力受信機から受信された第１メッセージに少なくとも応じて、前記低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるアダプタと、前記低減電力時間間隔の間に生じるように前記電力送信機の動作を同期させるシンクロナイザと、電磁試験信号を生成する試験コイルと、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る試験生成器と、前記低減電力時間間隔の間に前記試験駆動信号に対して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る異物検出器とを有し、前記シンクロナイザは、前記低減電力時間間隔の間に前記電磁試験信号を供給するように前記試験生成器を同期するように構成される。

本発明は、多くの実施形態において改善された性能を提供し、多くのシステムおよび実施形態において全体的に改善された電力伝送動作を提供することができる。例えば、多くの実施形態では、改善された異物検出、および場合によっては通信が、そのような動作のために特に有利な条件を提供するように生成された時間間隔の間にこれらの動作を実行することによって達成され得る。

このアプローチは、多くの実施形態では複雑さを低減し、多くのシステムでは高度な後方互換性を提供することができる。具体的には、Qi規格バージョン 1.2 以前のバージョンに準拠して動作する Qi 無線電力伝送システムでの異物検出や通信の改善に特に適していると思われる。

多くの実施形態では、低減電力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％を超えない。多くの実施形態では、低減電力時間間隔の継続時間は、時間フレームの７０％、８０％、または９０％を下回らない。

電力送信機は、いくつかの実施形態では、低減電力伝送時間間隔の間に、異物検出および場合によっては通信動作を実行するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、電力送信機は、低減電力伝送時間間隔の間に発生するように、異物検出および場合によっては通信動作のいずれかのタイミングを調整するように構成されることができる。

低減電力時間間隔の間、電力伝送信号の電力レベルは、電力送信機から電力受信機に伝送される電力のレベルが低減されることに対応して低減される。低減電力時間間隔の間、電力送信機から電力受信機に伝送される電力の電力レベルは、（その低減電力時間間隔と同じ）電力伝送時間間隔の間に電力送信機から電力受信機に伝送される電力の電力レベルに対して、低減される電力レベル、並びに電力及び電力レベルへの参照は、具体的には、実際の電力（Ｉ-Ｕ-Ｃｏｓφ）に関連していると考えてもよい。

本発明の任意の特徴によれば、タイミング特性は、低減電力時間間隔の継続時間である。

システムは、電力受信機から電力送信機への通信に応じて、低減電力時間間隔の期間を適応させるように構成されていてもよい。これは、多くの実施形態において動作を改善することを可能にし、通信または異物検出などの動作を、それに特に適した条件である時間帯に実行することを可能にすることができる。低減電力時間間隔の継続時間の適応は、異なる相反する要求、例えば、電力送信機から電力受信機への電力の伝送に関する要求および選好と、異物検出および通信に関する要求および選好との間の改善されたトレードオフを確実にすることができる。

電力送信機は、最低限の継続時間を条件として、低減電力時間間隔の継続時間を適応させるように構成されていてもよい。

本発明の任意の特徴によれば、タイミング特性は、連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間である。

いくつかの実施形態では、タイミング特性は、連続する繰り返し時間フレーム間の継続時間である。いくつかの実施形態では、タイミング特性は、繰り返し時間フレームの継続時間である。

システムは、電力受信機から電力送信機への通信に応じて、連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間を適応させるように構成されていてもよい。これは、多くの実施形態において動作を改善することを可能にし、通信または異物検出などの動作を、それに特に適した条件である時間帯に実行することを可能にすることができる。連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間の適応は、異なる相反する要件、例えば、電力送信機から電力受信機への電力の伝送に関する要件および選好と、異物検出および通信に関する要件および選好との間の改善されたトレードオフを確実にすることができる。

電力送信機は、最大期間を条件として、連続する繰り返し時間フレームの低減電力伝送時間の間の期間を適応させるように構成されていてもよい。

本発明の任意の特徴によれば、第１の通信機は、電力受信機にメッセージを送信するように構成され、電力送信機は、第１のメッセージを受信する前に、低減電力時間間隔の継続時間と、連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間とのうちの少なくとも１つを示すメッセージを電力受信機に送信するように構成される。

これは、多くの実施形態において、特に有利な動作を提供することができる。メッセージは、許容可能な値、許可可能な値、制限された値および／または好ましい値を具体的に示すことができる。

メッセージは、具体的には、電力受信機から電力送信機に送信されるこのような情報の要求に応答して送信されてもよい。

本発明の任意の特徴によれば、第１のメッセージは、タイミング特性に対する要求される値を示す要求メッセージであり、電力送信機は、要求された値を受け入れるか拒否するように構成される。

これは、多くの実施形態において、特に有利な動作を提供することができる。それは特に、多くのシナリオで特に有利であるかもしれない、電力受信機が動作の主導権または制御を保持することを可能にする。

本発明の任意の特徴によれば、アダプタは、電力伝送フェーズに先立つ初期化フェーズの間にタイミング特性を決定するように構成される。

これは、多くの実施形態において特に有利な動作を提供することができ、特に多くの実施形態において複雑度が低い動作を可能にすることができる。

本発明の任意の特徴によれば、アダプタは、電力伝送フェーズの間に電力受信機から受信した複数のメッセージに応じて、電力伝送フェーズ中にタイミング特性を動的に適応させるように構成されている。

これは、多くの実施形態において特に有利な動作を提供し、特に現在の状態に対する最適化を可能にし得る。

本発明の任意の特徴によれば、第１の通信装置は、電力受信機との通信を、低減電力時間間隔の間に発生するように同期させるように構成されている。

本発明は、多くの実施形態において、改善された通信を可能にすることができる。このアプローチは、電力伝送フェーズの間の電力受信機と電力送信機との間の通信の精度および／または信頼性を改善することを可能にする。

なお、通信の同期は、例えば、電力制御通信のみ、電力送信機から電力受信機への通信のみ、電力受信機から電力送信機への通信のみなど、一部の通信に対してのみであってもよい。

電力送信機はさらに、電磁試験信号を生成するための試験コイル、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発生器、および、低減電力時間間隔の間に試験駆動信号に対して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配置された異物検出器を有し、シンクロナイザは、低減電力時間間隔の間に電磁試験信号を提供するように試験発生器を同期させるように構成されている。

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可能にし得る。このアプローチは、電力伝送段階における異物検出試験の精度および／または信頼性を向上させることを可能にし得る。多くの実施形態では、このアプローチは、異物検出試験の不確実性およびばらつきを減少させ、それによって性能を向上させることができる。このアプローチは、電力伝送のばらつきや動作条件が異物検出に与える影響を具体的に低減することができる。このアプローチは、例えば、異物検出の間、特定の、例えば予め定められた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てもよい。 これにより、異物検出試験の一貫性や予測性が向上する可能性がある。特に、電磁試験信号に対する電力受信機の影響をより正確かつより確実に推定することを可能にし、したがって、異物検出器がそれに対する補償を改善することを可能にすることができるだろう。

このアプローチは、例えば、電磁信号の高い磁場強度に対応する、高い誘導電圧でありながら軽い負荷の両方で電力受信機を動作させることができる異物検出時間間隔を導入してもよい。 このようなシナリオでは、そのような物体に誘導された電力は、抽出された総電力のより高い割合を占めることになるため、異物の影響がより顕著になる可能性がある。実際、より高い磁気強度は、任意の異物が存在している場合に、より高い誘導信号をもたらす可能性があり、負荷の低減は、異物が存在するかどうかを検出する際の電力受信機の存在の影響を低減させることができる。

異物検出器は、前記電磁試験信号の電力レベルと、前記電力受信機から受信され、前記電磁試験信号の予想される負荷を示す負荷指標により示される電力との差が閾値以上である場合に、前記異物が検出されたと判定するように構成されてもよい。この差が閾値以下である場合、異物検出器は、異物が検出されていないと判断することができる。

異物検出器は、試験コイルを含む共振回路の品質測定値（駆動信号の測定値から決定される）が閾値以下である場合に、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てもよい。

多くの実施形態では、試験コイルと送信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、ドライバと試験生成器は同じ実体であってもよく、したがって、同じ回路が駆動信号と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、電力伝送信号と試験駆動信号は、多くのパラメータ値を共有してもよく、例えば、それらは同じ周波数を有してもよい。

本発明の態様によれば、前述の電力送信機と更に電力受信機とを有する無線電力伝送システムが提供され、前記電力受信機は、前記電力送信機と通信するための第2通信機と、前記電力送信機に第1メッセージを送信するための要求コントローラであって、前記第１メッセージはタイミング特性の要求される値の要求を有する、要求コントローラと、電力送信機からの要求応答を受信し、前記要求応答に応じてタイミング特性を決定するための応答コントローラであって、前記要求応答は、要求された値が電力送信機に受け入れられたかどうかを示す、応答コントローラと、前記電力伝送信号の負荷を、低減電力時間間隔の間低減させるように、適応させるための負荷コントローラと、を有する。

本発明は、無線電力伝送システムの改善された動作を提供することができる。

本発明の任意の特徴によれば、要求コントローラは、電力送信機からタイミング特性制約を要求するように構成され、応答コントローラは、電力送信機からタイミング特性制約指標を受信するように構成され、要求コントローラは、タイミング特性制約に応じて、タイミング特性の要求される値を決定するように構成される。

これは、多くの実施形態において、改善されたおよび／または容易な動作を可能にし得る。

本発明の任意の特徴によれば、タイミング特性は、低減電力時間間隔の継続時間であり、要求コントローラは、最大継続時間を条件にタイミング特性の要求される値を決定するように構成され、アダプタは、最小継続時間に応じてタイミング特性の値を決定するように構成される。

これは、多くの実施形態において、改善されたおよび／または容易な動作を可能にし得る。

いくつかの実施形態では、低減電力時間間隔の継続時間に対して、電力受信機は最大値を課してもよく、電力送信機は最小値を課してもよい。

本発明の任意の特徴によれば、タイミング特性は、連続する繰り返し時間フレームの低減電力伝送時間の間の期間であり、要求コントローラは、最小継続時間を条件にタイミング特性の要求値を決定するように構成され、アダプタは、最大継続時間に応じてタイミング特性の値を決定するように構成されている。

これは、多くの実施形態において、改善されたおよび／または容易な動作を可能にし得る。

いくつかの実施形態では、連続する繰り返し時間フレームの低減電力伝送時間の間の期間に対して、電力受信機は最小値を課してもよく、電力送信機は最大値を課してもよい。

本発明の態様によれば、電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給するための電力送信機の動作方法が提供され、当該方法は、電力送信機が、電力伝送信号を生成するステップであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間に、電力伝送時間間隔、及び、電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、ステップと、電力伝送信号を生成するために送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、電力受信機からメッセージを受信するステップと、電力受信機から受信される第１メッセージに少なくとも応じて低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるステップと、低減電力時間間隔の間に発生するように電力送信機の動作を同期させるステップと、電磁試験信号を生成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、低減電力時間間隔の間に試験駆動信号に対して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を有し、前記同期するステップは、低減電力時間間隔の間に電磁試験信号を提供するために試験駆動信号を同期させることを有する。

本発明の態様によれば、電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給する電力送信機を有する無線電力伝送システムの動作方法が提供され、当該方法は、電力送信機が、電力伝送信号を生成するステップであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間に、電力伝送時間間隔、及び、電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、ステップと、電力伝送信号を生成するために送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、電力受信機からメッセージを受信するステップと、電力受信機から受信される第１メッセージに少なくとも応じて低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるステップと、低減電力時間間隔の間に発生するように電力送信機の動作を同期させるステップと、電磁試験信号を生成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、低減電力時間間隔の間に試験駆動信号に対して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を実行し、前記同期するステップは、低減電力時間間隔の間に電磁試験信号を提供するために試験駆動信号を同期させることを有し、前記方法はさらに、電力受信機が、電力送信機と通信するステップと、電力送信機に第１メッセージを送信するステップであって、第１メッセージが、タイミング特性の要求される値の要求を有する、ステップと、電力送信機から要求応答を受信するステップと、要求応答に応じてタイミング特性を決定するステップであって、要求応答が、要求された値が電力送信機により受諾されたかを示す、ステップと、電力伝送信号の負荷を、低減電力時間間隔の間低減されるように適応させるステップとを実行する。

本発明のこれらおよび他の態様、特徴および利点は、以下に記載される実施形態を参照して明らかにされ、解明されるであろう。

本発明の実施形態を、単に例示として、図面を参照して説明する。
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要素の例を示す図。 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例を示す図。 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例を示す図。 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例を示す図。 図１の無線電力伝送システムの時間フレームの一例を示す図。 本発明のいくつかの実施形態による無線電力伝送システムの時間フレームの例を示す図。

以下の説明では、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した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て説明する。しかしながら、本発明はこのアプリケーションに限定されるものではなく、他の多くの無線電力伝送システムに適用され得ることが理解されるであろう。

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を有する。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を有する。

本実施形態では、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、送信コイルまたはインダクタ１０３によって磁束として伝搬される電磁信号を発生させる。電力伝送信号は、電力送信機から電力受信機へのエネルギー伝送を表す電磁電力伝送成分に対応していてもよく、電力送信機から電力受信機へ電力を伝送する生成された電磁場の成分に対応していると考えてもよい。例えば、受電コイル１０７の負荷がなければ、生成された電磁界から（損失は別として）電力受信機によって電力が取り出されることはない。このようなシナリオでは、送信コイル１０３の駆動は、潜在的に高い電界強度の電磁場を発生させることができるが、電力伝送信号の電力レベルは（損失は別として）ゼロになる。異物が存在するいくつかの状況では、電力伝送信号は、異物への電力伝送に対応する成分を含むと考えられ、したがって、電力伝送信号は、電力送信機によって生成された電磁場から抽出される電力に対応すると考えられ得る。

電力伝送信号は、一般的に約 20 kHz から約 500 kHz の間の周波数を持つことがあり、Qi 対応システムでは通常 95 kHz から 205 kHz の範囲内であることが多い（または、高出力のキッチン・アプリケーションなどでは、周波数は通常 20 kHz から 80 kHz の範囲内であることがある）。送信コイル１０３と受電コイル１０７は緩く結合されているため、受電コイル１０７は、電力送信機１０１からの電力伝送信号を（少なくとも一部を）ピックアップする。このように、送信コイル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へ電力が伝送される。電力伝送信号という用語は、主に、送信コイル１０３と受電コイル１０７との間の誘導信号／磁場（磁束信号）を参照するために使用されるが、同様に、送信コイル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への参照としても考慮され、使用されることが理解されるであろう。

本実施例では、電力受信機105は、特に、受信機コイル107を介して電力を受け取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、金属発熱体のような金属要素を有してもよく、この場合、電力伝送信号は、その要素の直接加熱をもたらす渦電流を直接誘導する。

システムは、十分な電力レベルを伝送するように構成されており、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では、低電力アプリケーション（基本電力プロファイル）では 1～5W の範囲、Qi 規格バージョン 1.2 では 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では 100W までの範囲、キッチン・アプリケーションなどの超高電力アプリケーションでは 100W を超えて 1000W を超える場合がある。

以下では、電力送信機１０１および電力受信機１０５の動作を、一般的にＱｉ規格（本明細書に記載された（または結果的な）修正および拡張を除く）に準拠した実施形態、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より高電力のキッチン規格に適した実施形態を具体的に参照して説明する。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の要素に従うか、またはそれと実質的に互換性がある（ここに記載されている（または結果的な）修正と拡張を除く）。

以下では、図１のシステムの動作について、異物検出を中心に具体的に説明する。

無線電力伝送システムにおいて、物体（典型的には、電力伝送信号から電力を抽出する導電性要素であって、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、意図しない、望ましくない、および／または電力伝送に干渉する要素である）の存在は、電力伝送に非常に不利になることがある。そのような望ましくない物体は、当該分野では異物として知られている。

異物は、動作に電力損失を加えることで効率を低下させるだけでなく、（例えば、電力伝送効率を阻害したり、電力伝送ループなどで直接制御されない電力を取り出したりすることで）電力伝送動作自体を悪化させる可能性がある。 さらに、異物内の電流の誘導（具体的には、異物の金属部分の渦電流）は、しばしば非常に望ましくない異物の加熱をもたらす可能性がある。

このようなシナリオに対応するために、Qi のような無線電力伝送システムには、異物検出機能が搭載されている。具体的には、電力送信機は、異物の有無を検出しようとする機能を有する。その場合、電力送信機は、例えば、電力伝送を終了させるか、または伝送可能な最大電力量を減少させることができる。

Qi 規格で提案されている現在のアプローチは、（送信電力と報告された受信電力とを比較することで）電力損失を検出したり、出力共振回路の品質 Q の劣化を検出したりすることに基づいている。しかし、現在使用されている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判明しており、特に、不正確な検出をもたらし、検出を見落としたり、あるいは、そ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誤検出を引き起こしたりする可能性がある。

異物検出は、電力受信機が電力伝送フェーズに入る前（例えば、電力伝送の初期化中）に行われてもよいし、電力伝送フェーズ中に行われてもよい。 電力伝送フェーズ中の検出は、測定された送信電力と受信電力の比較に基づいて行われることが多いのに対し、電力伝送フェーズの前に行われる検出は、例えば、小さな測定信号を使用して送信コイルの品質係数を測定することによって、反射インピーダンスの測定に基づいて行われることが多い。

本発明者らは、従来の異物検出は最適ではない動作をすることを認識しており、これは、電力送信機の特性、電力受信機の特性、適用される試験条件等のばらつきや不確実性を含む、異物検出が実行される特定の動作条件やシナリオのばらつきや不確実性に起因する部分もあることを認識している。

異物検出試験の課題の一例として、十分に信頼性の高い異物検出を実現するためには、十分に正確な測定を行わなければならないことが挙げられる。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させないように十分に小さくする必要があります。しかし、これは一般的に信号/ノイズ比が悪く、検出精度の低下につながる。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る可能性があり、典型的には相反する要件が存在することになる。

小さな電磁信号にさらされた電力受信機は、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、整流器の出力におけるキャパシタの充電状態に依存した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条件や、個々の電力受信機の特定のパラメータ（キャパシタの特性など）によって変化する可能性がある。漏れ電流は、一次コイルでの反射インピーダンスに影響を与えるため、品質係数の測定も実際の条件に依存し、一般的に、最適な検出を妨げる。

さらに別の問題として、異なる負荷または信号レベルにおいて報告された受信電力指標などに基づいて異物を検出することは、送信電力と受信電力の関係が異なる負荷および信号レベルに応じて異なるため、望ましいものよりも信頼性が低い場合がある。

図１のシステムは、不確実性と変動に対する感度を低減することを目的とした異物検出のためのアプローチを使用しており、それに応じて改善された異物検出を提供することを目的としている。 このアプローチは、多くの実施形態において、改善された異物検出を提供することができ、具体的には、多くの実施形態において、より正確なおよび／または信頼性の高い異物検出を提供することができる。このアプローチは、さらに複雑性が低く、リソース要件が低いことを可能にするだろう。このアプローチの利点は、特に Qi 無線電力伝送システムなど、多くの既存システムに組み込むのに適している可能性があることであり、実際、これは多くの場合、わずかな変更で達成されることができることである。

電力伝送信号の特性（特に特性の変動）によって影響を受ける可能性のある別の動作は、電力受信機と電力送信機との間の（いずれかの方向での）通信である。後述するように、電力受信機から電力送信機への通信は、送信するデータに応じて電力受信機による電力伝送信号の負荷を変化させる負荷変調を用いることが多い。そして、電力送信機は、電力伝送信号を生成する駆動信号において結果として生じる変動を検出し、それから、送信されたデータをデコードすることができる。しかし、電力受信機による電力伝送信号の実効負荷が非常に大きい場合には、負荷変調の影響を判断することが困難であり、この負荷が変動する場合には、さらに複雑になる。

図１のシステムは、不確実性および感度を低減しようとする通信のためのアプローチを使用し、それに応じて、特に電力受信機から電力送信機への負荷変調通信のための、改善された通信性能を提供することを目的とする。 このアプローチは、多くの実施形態では、改善された通信を提供することができ、具体的には、多くの実施形態では、電力受信機から電力送信機へのより正確なおよび／または信頼性の高い通信を提供することができる。このアプローチは、さらに複雑性が低く、リソース要件が低いことを可能にする可能性がある。このアプローチの利点は、特に Qi 無線電力伝送システムなど、多くの既存システムに組み込むのに適しており、実際、これは多くの場合、わずかな変更で達成されることができる。

以下でより詳細に説明されるように、このアプローチは、電力伝送フェーズの間に時分割アプローチを利用しており、異物検出や通信などの動作と電力伝送は、例えば異なる時間間隔で実行され、それによって、これらの間の干渉（具体的には、電力伝送の異物検出/通信への影響）を大幅に低減することができる。

具体的には、無線電力伝送システムにおいて、電力伝送信号は、少なくとも１つの電力伝送時間間隔と１つの低減電力時間間隔を有する繰り返し時間フレームの対象となる。

電力伝送信号の電力レベルは、電力伝送時間間隔に対し、低減電力時間間隔の間に低減され、典型的には、最大許容電力は、電力伝送時間間隔の間よりも低減電力時間間隔の間の電力レベルは５倍、１０倍、または５０倍小さい。電力レベルの低減は、電力送信機および／または電力受信機での動作の結果として引き起こされることができる。例えば、いくつかの実施形態では、電力送信機が、低減電力時間間隔の間に電力伝送信号をオフにするように構成されてもよく、および／または、電力受信機が、低減電力時間間隔の間に負荷を切断するように構成されてもよい。

次に、電力送信機（および典型的には電力受信機）は、低減電力時間間隔の間に実行されるべき１つまたは複数の動作（機能、プロセス、手順）を手配してもよく、すなわち、電力送信機の１つまたは複数の動作の実行を、低減電力時間間隔の間に発生するように同期させることができる。 例えば、それは、典型的には、異物検出の実行、および場合によっては通信を、低減電力時間間隔の間に発生するように同期させることができる。このようにすれば、所定の動作、具体的には異物検出や通信に対する電力伝送や電力伝送信号の影響を低減し、多くの場合、最小限に抑えることができることが達成される。

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している。

電力送信機１０１は、送信コイル１０３に供給される駆動信号を生成することができるドライバ２０１を含み、この送信コイル１０３は、次に、電力受信機１０５への電力伝送を提供することができる電磁的な電力伝送信号を生成する。 電力伝送信号は、（少なくとも）電力伝送フェーズの電力伝送時間間隔の間、提供される。

ドライバ２０１は、典型的には、当業者にはよく知られているように、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形成されるインバータの形態の出力回路を構成してもよい。

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た電力送信機コントローラ２０３をさらに有する。具体的には、電力送信機１０１は、Ｑｉ規格に従って電力制御を行うために必要な機能の多くを含んでいてもよい。

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ており、駆動信号の電力レベルを、したがって、生成される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、電力制御フェーズの間に電力受信機１０５から受信した電力制御メッセージに応じて、電力伝送信号の電力レベルを制御する電力ループコントローラを有する。

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第１通信機２０５を有する（当業者には理解されるであろうが、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）。実施例では、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配置され、第１通信機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ている。当業者は、例えばQi無線電力伝送システムで使用されているような負荷変調の原理を認識していると思われるので、ここではさらに詳細な説明はしない。

多くの実施形態では、第１通信機２０５は、電力受信機１０５にデータを送信するようにさらに構成されており、具体的には、周波数、振幅、または位相変調を使用して電力伝送信号を変調するように構成されていてもよい。

いくつかの実施形態では、通信は、別個の通信コイルを使用して達成されることができる別個の通信チャネルを使用して行われてもよいし、実際には、送信機コイル１０３を使用して行われてもよい。 例えば、いくつかの実施形態では、近距離通信が実装されてもよく、または（例えば、13.56MHzのキャリア周波数を有する）高周波キャリアが電力伝送信号上にオーバーレイされてもよい。

図１乃至３のシステムでは、通信は、電力伝送フェーズの間、低減電力時間間隔で実行される。具体的には、低減電力時間間隔の一部または実際には全部が、電力送信機１０１と電力受信機１０５との間で通信が行われる通信時間間隔であってもよい。具体的には、送信コントローラ２０３は、通信動作（典型的には、データの受信および送信の両方）が、電力伝送フェーズの通信時間間隔、すなわち、通信のために割り当てられた低減電力時間間隔において（実行されるように、第１通信機２０５を同期させるように構成されたシンクロナイザ２０６を有しても／実装してもよい。

これにより、通信性能を大幅に向上させることができる。

電力送信機１０１はさらに、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何らかの導電性要素が存在する可能性があるかどうかを具体的に検出するように構成された異物検出器２０７を有する。

本システムでは、異物検出試験は、異物検出時間間隔、すなわち、異物検出に割り当てられた低減電力時間間隔の間に実行された測定に基づく。

本実施例では、電磁電力伝送信号と異物検出に用いられる電磁試験信号とは、（異なるドライバで駆動される）２つの異なるコイルによって生成される。さらに、これらの信号は異なる用語で呼ばれ、すなわち、電力伝送時間間隔の間に生成される電磁信号は電力伝送信号と呼ばれ、異物検出時間間隔の間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、多くの実施形態では、電磁信号は、電力伝送時間間隔と異物検出時間間隔の両方で同じコイルから生成されてもよく、実際には、電力伝送時間間隔と異物検出時間間隔の両方で同じドライバ等が使用されてもよいことが理解されるであろう。実際、試験信号への参照は、多くの実施形態において、異物検出時間間隔の間の電力伝送信号と同等であると考えられ得る。

異物検出時間間隔の間は、例えば、電力受信機が負荷を切り離して、電力伝送信号の全体の負荷を下げるなどして、電力伝送信号の電力レベルを低下させる。多くの実施形態では、電力受信機１０５は、友好金属（電力受信機自体の金属部分）から生じる負荷、及び、電力受信機の制御機能によって使用される可能性のある少量の電力にのみ対応するように、電力伝送信号の負荷を最小化するように構成されてもよい。電力受信機は、多くの場合、低減電力時間間隔の間に対象負荷を電力伝送信号から完全に切り離すことができる。これは多くの場合、電力伝送信号の負荷を、例えば電力伝送時間間隔の間の５から５０Ｗから、低減電力時間間隔の間の５００ｍＷ未満に低減することができる。

これは、生成される電磁界強度の低下をもたらす（またはそれによって引き起こされる）ことなく、電力伝送信号の電力レベルを低下させることができることに留意すべきである。例えば、電力受信機が負荷を切り離すことにより、電磁界と電力伝送信号から、ひいては送信機コイル１０３への駆動信号から抽出される電力量が減少する。しかし、これは、生成される電界強度の低下をもたらす必要はなく、実際には、受信機コイル１０７に流れる電流に起因する対向電磁界が低減されるので、大きな電界強度が得られる可能性がある。

このように、多くの実施形態では、低減電力時間間隔は、電力伝送時間間隔の間の電力伝送と比較して、電力送信機から電力受信機への電力伝送が低減されること（または、少なくとも、電力伝送時間間隔の間の最大可能／利用可能な電力伝送と比較して、電力送信機から電力受信機への最大可能／利用可能な電力伝送が低減されること）を特徴とする。ただし、送信機コイル１０３で発生する電磁界の強さは変わらない場合もあれば、増加する場合もある。

実際、異物検出が送信機コイル１０３によって生成された電磁界の負荷を測定することに基づいている多くの実施形態では、生成される電磁界が、低減電力間隔の間に意図された動作を実行するのに適した電界強度を有するように、駆動信号を適応させることが望ましい。これは、おそらく、電力伝送時間間隔の間よりも高い電界強度であってもよいが、典型的には、電力受信機が負荷を切断するために、転伝送送される電力の量が減少する。

いくつかの実施形態では、単に駆動信号のパラメータを変更しないことも可能であるが、駆動信号は、典型的には、電力受信機の負荷が低減される低減電力時間間隔の間に適応される。負荷を切り離すと、送信機コイル１０３の減衰が少なくなり、それに応じて、駆動パラメータが変更されないことで、送信機コイル１０３／出力共振回路の電流が増加する。これにより、受信機コイル１０７の誘導電圧が高くなり、状況によっては過電圧状態になる可能性がある。このようなシナリオは、例えば、低減電力時間間隔の間に駆動信号の振幅を減少させるように駆動信号のパラメータを変更することによって対処されることができる。

負荷が低減されることで、多くの場面でより正確な異物検出が可能になる。異物で散逸する電力が総電力散逸のはるかに大きな割合となることになり、実際に典型的には異物で散逸する電力が電力受信機で散逸する電力を上回り、それによってこの異物の電力散逸の検出をはるかに容易にする。

多くの実施形態では、送信機コントローラ２０３は、異物検出時間間隔の間に電力伝送信号の電力レベルを低下させるように構成され、具体的には、（特に、電力伝送信号を生成するためのコイルと異物検出のための電磁試験信号を生成するために異なるコイルを使用する例では）電力伝送信号を完全にオフに切り替えるようにしてもよい。

異物検出が実行される間隔の間、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断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、この信号の特徴や特性を評価して異物検出を行う。

例えば、生成された試験信号（から抽出された電力）の電力レベルが、（典型的には、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）潜在的な異物によって抽出される電力の指標として使用されてもよい。電磁試験信号の電力レベルは、電磁界中の導電要素（受信機コイル１０７を含む）によって電磁試験信号から抽出された電力を反映している。したがってそれは、電力受信機１０５と存在している可能性がある異物との組み合わせによって抽出された電力を示す。電磁信号の電力レベルと電力受信機１０５によって抽出された電力との間の差は、したがって、存在する何らかの異物によって抽出された電力を反映する。異物検出は、例えば、電磁信号の電力レベル（以下、送信電力レベルと称する）が、電力受信機１０５によって抽出された報告電力（以下、受信電力レベルと称する）を超えた場合に、異物の検出が発生したとみなされるような低複雑度の検出であってもよい。

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の比較に応じて行われる。異物を検出したときの反応は、異なる実施形態では異なっていてもよい。しかしながら、多くの実施形態では、電力送信機１０１は、異物の検出に応じて（少なくとも一時的に）電力伝送を終了するように構成されることができる。

試験信号を生成するために、電力送信機１０１は、試験発生器２１１に結合された試験コイル２０９を有する。試験生成器２１１は、異物検出時間間隔の間に試験コイル２０９が電磁試験信号を供給するための試験駆動信号を生成するように構成されている。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、結果として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電界強度を有する対応する電磁界を生成する。

試験生成器２１１は、ドライバ２０１と実質的に同じ機能を有していてもよく、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またはフルブリッジインバータであってもよい。実際には、先に述べたように、多くの実施形態では、試験発生器２１１はドライバ２０１によって実装されてもよく、試験コイル２０９は送信機コイル１０３によって実装されてもよい。 したがって、以下では、試験発生器２１１および試験コイル２０９へのすべての参照は、適切には、電力伝送信号および電磁試験信号の両方の生成に同じコイルが使用される実施形態に対しては、ドライバ２０１および送信機コイル１０３への参照と見なされ得る。このような状況では、生成される電磁信号の電力は、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てもよい。

電力送信機はさらに、後に詳細に説明するように、電力受信機から受信した1つまたは複数のメッセージに応じて、低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるように構成されたアダプタ213を有する。

図３は、電力受信機１０５のいくつかの例示的な要素を示す。

受信機コイル１０７は、スイッチ３０５を介して受信機コイル１０７を負荷３０３に結合する受信機コントローラ３０１に結合されている（すなわち、切替可能な負荷３０５である）。電力受信機コントローラ３０１は、電力受信機コイル１０７で抽出された電力を負荷に適した供給に変換する電力制御経路を含む。また、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な各種の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な機能を含んでいてもよい。

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は第２通信機３０７を有する。

第２通信機３０７は、電力送信機１０１に送信す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ことにより電力送信機にデータを送信するように構成されている。次いで、当業者には周知のように、負荷変動は電力送信機１０１によって検出され、復調される。

実施例では、第２通信機３０７は、電力送信機から送信されたデータを取り出すために、電力伝送信号の振幅、周波数および／または位相変調を復調するようにさらに構成されている。

電力受信機コントローラ３０１は、電力伝送フェーズ中の通信が通信時間間隔、すなわち電力伝送信号の電力レベルが低下する時間間隔で行われるように、第２通信機３０７を制御するようにさらに構成されている。

このように、第１通信機が、低減電力時間間隔の間に発生するように電力受信機との通信を同期させるのと同様に、第２通信機も、低減電力時間間隔の間に発生するように電力送信機との通信を同期させる。

図４は、電力受信機１０５の電力経路の一例の要素の回路図である。本実施例では、電力受信機１０５は、呼称ＬＲＸと呼ばれる受信機コイル１０７を有する。実施例では、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をも含む。受信機コイル１０７は電磁信号に曝され、それに応じてコイル内に交流電圧／電流が誘起される。共振回路は整流ブリッジに結合され、ブリッジの出力に平滑コンデンサＣ１が結合されている。このようにして、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、負荷と同様に平滑キャパシタの大きさに依存する。

ブリッジＢ１と平滑キャパシタＣ１は、スイッチＳ１で図示されたスイッチ３０５を介して、参照符号ＲＬで示される負荷３０３に結合されている。 スイッチ３０５は、それに応じて、負荷を電力経路から接続または切断するために使用することができ、したがって、負荷は、切換可能な負荷３０５である。スイッチＳ１は従来型のスイッチとして示されていますが、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装されてもよいことが理解されるだろう。また、負荷３０３は単純な受動ポートとして図示されているが、もちろん、任意の適切な負荷であってもよいことが理解されるであろう。例えば、負荷３０３は、充電されるバッテリ、携帯電話、または他の通信または計算装置であってもよく、単純な受動負荷等であってもよい。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自体の要素を含む場合がある。このように、図３および図４に図示された負荷３０３は、スイッチ３０５／Ｓ１によって切り離すことができる受信コイル１０７／電磁信号の任意の負荷を表していると考えられ、したがって切替可能な負荷３０５とも呼ばれる。

図４は、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可能な負荷変調キャパシタＣ２をさらに図示する。第２通信機３０７は、電力送信機１０１に送信されるべきデータに応じて変調キャパシタＣ２の負荷が接続及び切断されることができるようにスイッチＳ２を制御し、それによって負荷変調を提供するように構成されることができる。

電力受信機１０５は、電力伝送フェーズの間の各時間フレームの低減電力時間間隔の間に低減電力モードに入るように構成される。実施例では、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を有する（等価的には、スイッチ３０５は負荷コントローラの一部とみなすことができる）。低減電力時間間隔の間、負荷コントローラ３０９は、負荷３０３を電力受信機から切り離すことができ、すなわち、電力受信機コントローラ３０１の負荷、ひいては、電力受信機コイル１０７の負荷を切り離す。 このように、負荷コントローラ３０９は、低減電力時間間隔の間に受信機コイル１０７の負荷を減少させることができる。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の検出または変調の検出が容易になるだけでなく、多くの場合、より重要なことは、電力受信機１０５が、電磁試験信号に対する負荷変動の影響が低減された、よりよく定義されたまたは特定の状態に入ることである。

異物検出間隔の間、受信機コイル１０７の負荷が完全に切り離されていなくてもよいことが理解されるであろう。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してもよい。このように、負荷コントローラ３０９は、受信機コイル１０７が１つ以上の他の負荷によって負荷を受けることを可能にしながら、受信機コイル１０７への装荷から負荷を切断するように構成されてもよい。実際、受信機コイル１０７の装荷は、異物検出間隔中に負荷コントローラ３０９によって切断される負荷と、負荷コントローラ３０９によって切断されない負荷とで構成されていると考えることができる。このように、負荷３０３は、異物検出間隔の間に受信機コイル１０７によって切り離される負荷を表していると考えることができる。この負荷は、それに対して電力伝送が確立される外部負荷または内部負荷の両方を含んでもよいが、例えば、異物検出間隔の間に一時的にスイッチオフされた内部制御機能を含んでもよい。

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の入力での誘導電圧の低下によって切断され、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の蓄積エネルギーによって整流器の出力で高い電圧レベルを維持することができる。これにより、整流器Ｂ１を通る電流を停止し、したがって、切替可能な負荷を効果的に切断することができる。

電力受信機１０５は、電力送信機１０１との間で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装置１０１に送信し、これに応答して、電力送信装置１０１は、電力伝送時間間隔の間の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に電力レベルの増加または減少を要求すること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、測定値と基準値とを比較することにより、適切なエラーメッセージを決定することができる。電力伝送の間、電力コントローラ３１１は、提供された電力レベルと要求された電力レベルとを比較し、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。

前述したように、システムは、電力伝送フェーズの間に繰り返し時間フレームを適用し、この時間フレームは少なくとも１つの電力伝送時間間隔と１つの低減電力時間間隔を有する。このような繰り返し時間フレームの例が図５に示されており、電力伝送時間間隔はＰＴで示され、低減電力時間間隔はＤで示されている。 本実施例では、各時間フレームＦＲＭは、１つの低減電力時間間隔と１つの電力伝送時間間隔のみを有する。しかしながら、他の実施形態では、他の時間間隔が時間フレームに含まれてもよく、または複数の低減電力時間間隔および／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るであろう。具体的には、繰り返し時間フレームは、１以上の異物検出時間間隔と１以上の通信時間間隔など、異なる種類の低減電力時間間隔を有することができる。

このアプローチでは、異物検出や通信などの動作は、低減電力時間間隔において実行されることができるため、異物検出／通信と電力伝送を時間領域で分離することができ、電力伝送から異物検出・通信への相互干渉を低減することができる。このように、電力伝送のための動作条件の変動に起因する変動性や不確実性を異物検出／通信から分離することができ、結果として、より信頼性の高い正確な異物検出／通信を実現することができる。

そして、電力伝送フェーズでは、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の間に電力伝送を実行するように構成されている。具体的には、これらの時間間隔の間、電力送信機および電力受信機は、電力制御ループを動作させてもよい（電力制御ループは、繰り返し時間間隔に対応する通信時間間隔内での通信に基づくものであってもよい）。このように、伝送される電力のレベルを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低減電力時間間隔において、電力伝送信号の電力レベル（具体的には、電力受信機に伝送される電力のレベル）が低減され、多くの場合、最小化される。これは、例えば電力送信機が駆動信号を制限すること（例えばそれを完全にオフにすること）、および／または電力受信機がターゲット負荷を切断することなどによって達成されることができる。

多くの実施形態では、特に、電力伝送信号と異物検出のために使用される電磁試験信号との両方に同じコイルが使用される場合、電力送信機は、低減電力時間間隔の間の電力伝送信号のレベルを、電力伝送時間間隔の間のレベルに対して相対的に減少させるように構成されることができる。多くの状況では、電力伝送信号の電力レベルは、例えば１０乃至１００Ｗのレベルまでのような高いレベルまで増加されてもよいし、（例えば、キッチン機器への電力伝送のための）多くのアプリケーションではさらにかなり高いレベルまで増加されることができる。しかし、低減電力時間間隔の間、生成される電磁信号の電力レベルは、現在の電力または電力伝送時間間隔の間の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ることができる。言い換えれば、異物検出時間間隔の間の電磁試験信号の電力は、電力伝送時間間隔の間の電力伝送信号の最大許容電力レベルよりもかなり（例えば、２、５または１０を下回らない係数で）低い電力レベルに制限されることができる。

前述したように、電力レベルの低下は、生成される電磁界の電界強度の低下に必ずしも対応しない。例えば、電力伝送レベルは、例えば負荷303を切断することによって電力受信機による場の装荷が低減されることによって著しく低減される。図４を参照して、これは、例えば、電界強度の小さな減少によって達成され得、その結果、(LRXにおける)誘導電圧がキャパシタ(C1)の電圧を下回ったままになり、その結果、整流器ブリッジ(B1)がキャパシタ(C1)を受信機コイル(LRX)から効果的に絶縁し、その結果、負荷（RL）の効果的な本質的な切り離しが可能となる。

異物における十分な電力散逸を測定するためには、ひいては異物検出を容易にし、改善させるためには、磁場強度を比較的高く保つことが好ましいだろう。

代替的または追加的に、電力受信機１０５は、電力伝送時間間隔の間のレベルと比較して、低減電力時間間隔の間に生成される電磁試験信号／場の負荷を減少させるように構成されてもよく、すなわち、電力受信機１０５は、電力伝送時間間隔の間の電力伝送信号の装荷と比較して、低減電力時間間隔の間の電磁試験信号の電力受信機１０５の装荷を減少させるように構成されてもよい。具体的には、図３の例では、負荷コントローラ３０９とスイッチ３０５は、異物検出時間間隔の間に切替可能な負荷３０３を切り離し、電力伝送時間間隔の間にそれを接続するように構成されていてもよい。このように、低減電力時間間隔の間、電力受信機１０５は、（典型的には）メイン／ターゲット負荷をスイッチオフしてもよく、実際、多くの実施形態では、電力受信機１０５の継続的な動作に必要な最小限の負荷のみが維持されることができる。

また、図４の例では、異物検出時間間隔の間にスイッチＳ１で負荷を切り離すようにしてもよい。切替可能な負荷３０３がより一定の電力供給を必要とする実施形態では、異物検出時間間隔の間に切替可能な負荷３０３に電力を供給するために、スイッチＳ１がキャパシタＣ１の前に配置されてもよいし、スイッチＳ１の後に別のエネルギーリザーバが提供されてもよいことが理解されるであろう(または、例えば、整流器B1の入力における誘導電圧を低減しつつ、同時に、スイッチ可能な負荷(例えば、バッテリ)における蓄積エネルギーおよび/またはキャパシタC1における蓄積エネルギーによって、整流器B1の出力における高電圧レベルを維持するという前述のアプローチが使用されてもよい)。

したがって、電力受信機１０５は、低減電力時間間隔の間、電力受信機の負荷を減少させてもよい。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、電力伝送時間間隔中の送信機コイル１０３および異物検出時間間隔中の試験コイル２０９のそれぞれの実効抵抗インピーダンスとみなすことができる）。 典型的には、電力伝送信号と電磁試験信号は、対応する特性を有し、したがって、両方とも受信コイル１０７に信号を誘導する。したがって、異物検出時間間隔の間に切替可能な負荷３０３を切り離すことで、負荷が接続されているときの電力伝送時間間隔の間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、電磁試験信号が経験するであろう）の負荷に比べて、電磁試験信号の負荷を相対的に低減することができる。

切換可能な負荷３０３の切断は、電磁試験信号の負荷を低減するだけでなく、この負荷をより予測可能にし、ばらつきを低減する。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大きく変動するだけでなく、同じアプリケーションおよび電力伝送セッションの時間の関数として大幅に変動する可能性がある。このような変動に適応するために、電力制御ループが電力伝送フェーズの間に動作する。しかし、負荷が切り離されることができる（またはそうでなければ例えば所定のレベルに設定されることができる）低減電力時間間隔を導入することにより、電磁界の装荷がより予測可能な基準モードに電力受信機を入れることが可能となる。 このように、例えば、電力受信機がこの基準モードまたは試験モードにあることを前提にして異物検出試験を行うことができるので、例えば、電磁試験信号の所定の装荷を想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による装荷を低減する（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を向上させることができる）ことを可能にするだけでなく、これをより予測可能にすることによって、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ことを可能にする。

このように、図１乃至４のシステム、はるかに改善された異物検出試験アプローチを提供し、この異物検出試験は、より制御された条件下で実行され、それにより、より正確で信頼できる異物検出試験が実行されることを可能にする。同様に、電力伝送動作に起因する干渉が少ない、改善された通信を可能にする環境を提供する。

多くの実施形態では、低減電力時間間隔は、通信時間間隔と異物検出時間間隔の両方を有することができる。

図１のシステムは、電力送信機と電力受信機は、この２つのエンティティ間の通信に基づいて、繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔のタイミング特性を変更するように構成される。

具体的には、電力送信機は、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、低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるためのアダプタ２１３を有する。

多くの実施形態では、電力受信機は、低減電力時間間隔の特定のタイミング特性を要求する１つ以上のメッセージを電力送信機に送信することができる。その後、電力送信機および電力受信機は、これらのタイミング設定を結果としての動作に適用するように進むことができる。

多くの実施形態では、電力送信機および電力受信機は、特に、低減電力時間間隔の継続時間および／または低減電力時間間隔の間の期間、および典型的には連続する低減電力時間間隔の間の期間を確立するために通信するように構成されることができる。

このアプローチは、改善されたトレードオフを提供してもよく、特に、個々のデバイスの特定の特性に、そして多くの実施形態では、個々の電力伝送動作の特定の特性に適応した動作を可能にすることができる。例えば、タイミングは、電力伝送の電力レベルを反映するように適合されることができる。

このアプローチは、低減電力時間間隔の継続時間が、電力送信機および電力受信機だけでなく、潜在的には電力受信機から電力を供給される装置などの最終負荷の動作に影響を与える可能性があることに対処することができる。

しばしば、低減電力時間間隔が長すぎると、装置は有効供給電圧の低下に悩まされる場合がある。これは、例えば、装置の入力（電力受信機の出力）におけるキャパシタが所望されるよりも小さい場合など、装置のエネルギー貯蔵量が制限されている場合に特に重要である。装置は、電力伝送が中断される時間を乗り越えることができなければならず、これは通常、比較的大きなキャパシタを必要とする（多くの実施形態では、電力受信機自体が、一定の出力電圧を提供するための潜在的な電圧調整と同様に、そのようなキャパシタを有する場合があることに留意されたい。しかし、これは単に、記載された問題が外部負荷装置ではなく電力受信機に関連することを意味しているに過ぎない)。

タイムスロットが短すぎると、電力送信機が特定の動作を満足に行うことができない可能性がある。例えば、電力送信機は、測定が実行される時に測定信号が安定していないために、または、十分な数のサンプルを取得することができないために、十分な精度でＦＯＤ測定を行うことができない場合がある。別の例として、短すぎる低減電力時間間隔は、十分な通信帯域幅を提供しない可能性があり、例えば、電力制御報告および他の測定結果の提供をサポートするのに十分なデータを通信することができない可能性がある。

低減電力時間間隔の最適な継続時間は、したがって、電力受信機の特定の動作パラメータおよび実装のような多くの特徴および特性に依存する場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、電力受信機が電力送信機にメッセージを送信することができ、電力送信機は、このメッセージに応じて、低減電力時間間隔のタイミングを適応させるように構成されることができる。

メッセージは、特に明示的に、低減電力時間間隔の所定の継続時間の要求であってもよい。多くの実施形態では、電力受信機は、外部負荷によって引き出されている電力などの動作条件を評価し、負荷への供給電圧が過度に低下するのを防ぐためにエネルギーリザーバ／キャパシタが十分な充電を維持することができる最大時間を計算することができる。例えば、１Aの負荷に対して、２Aの負荷に比べて、最大継続時間が２倍とすることができる。このように、電力受信機は、２Ａの場合は１Ａの負荷に比べて２倍の継続時間の要求を送信してもよい。

別の例として、低減電力時間間隔の継続時間のための適切な値は、例えば、製造段階の間に、電力受信機のために予め定められていてもよい。例えば、電力受信機は、最大充電電流を有するバッテリ充電器であってもよい。内蔵コンデンサが最大充電電流を提供するのに十分な電荷を保持することができる対応する継続時間は、設計段階で決定されて、製造段階において電力受信機に恒久的に記憶される。電力送信機との間で電力伝送を開始する際に、電力受信機は、この値を読み出し、低減電力時間間隔の継続時間の要求を電力送信機に送信することができる。そして、電力伝送フェーズは、記憶された値に応じた低減電力時間間隔による繰り返し時間フレームを使用して進行することができる。電力受信機は、要件および機能が非常に大きく異なる場合があるので、これは、電力送信機および電力伝送動作が電力受信機の個々の特性に適応することを可能にする。

いくつかの実施形態では、システムは、電力受信機から電力送信機に送信されるメッセージに基づいて、低減電力時間間隔の間の期間を設定するように構成されることができる。このシステムは、連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間を具体的に設定してもよく、電力受信機から電力送信機へのメッセージに応じて、低減電力時間間隔の継続時間を効果的に適応させることができる。

十分な平均電力伝送を提供するために、電力伝送時間間隔の間の電力伝送のピーク電力レベルは、これらの期間が短いほど増加する。多くの実施形態では、電力伝送レベルは、（電力送信機によって、または場合によっては、所定の最大電力量を抽出するようにしか設計されていない電力受信機によって）制限される場合がある。このような場合、電力受信機は、次の繰り返し時間間隔の開始前にキャパシタが完全に充電されることを確実にするのに十分な低減電力時間間隔の間の期間の要求を送信してもよい（これは、電力送信機が低減電力時間間隔の間に電力伝送信号をオフにする実施形態に特に適している）。

いくつかの実施形態では、低減電力時間間隔の継続時間と、これらの間の期間の両方に関連する単一の要求が送信されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、繰り返し時間フレームが一定の継続時間を有してもよく、電力受信機は、適用されるべき特定のデューティサイクルを要求してもよい。

多くの実施形態では、電力送信機は、低減電力時間間隔の継続時間に最小継続時間要件を課すように構成されている。この最小継続時間は、低減電力時間間隔で実行されるべき動作が実際に所望の結果を達成するのに十分な時間を有することを保証するために使用されることができる。例えば、それは、十分な信頼性で異物検出を行うことができる（測定信号の設定や安定化のための十分な時間を含む）ことを確実にすることができる。別の例として、電力送信機は、通信が十分な帯域幅を有するために最小継続時間を必要とするように構成されることができる。

多くの実施形態では、電力送信機は、低減電力時間間隔の間の期間に最大期間要件を課すように構成されている。この最大期間は、低減電力時間間隔で実行されるべき動作が十分な頻度で実行されることを保証するために使用されることができる。例えば、それは、許容できないレベルまで加熱される前に異物の出現を確実に検出するために、異物検出が十分に高い頻度で実行されることを確実にすることができる。別の例として、それは、通信が十分な頻度で行われる（例えば、電力制御ループのための十分な更新レートを可能にする）ことを確実にすることができる。

さらに別の例として、いくつかの実施形態では、異物検出のための測定は、精度を向上させるためにおよび／またはいくつかの冗長性を追加するために、複数の低減電力時間間隔に分散されてもよい。これにより、より精度の高い異物検出が可能となる。低減電力時間間隔の継続時間が短く、したがって少数のサンプル／測定のみを可能にする場合、十分な量のサンプル／測定を、補償するために、及び、異物が過度に加熱される前に検出されることを確実にする所定の所要時間内に取得することを可能にするために、低減電力時間間隔の間の期間を短くすることができる。

同様に、電力受信機は、タイミング値に制限を課すように構成されていてもよい。例えば、電力受信機は、エネルギーリザーバ（典型的にはキャパシタ）の放電が許容できない電圧降下をもたらすことなく、十分な電力を外部負荷に提供することができることを確実にする最大値を条件として、低減電力時間間隔の継続時間のための所望の値を決定することができる。

同様に、上述したように、電力受信機は、電力受信機のコンデンサが完全に充電され得ることを確実にする最小値を条件として、低減電力時間間隔の間の期間のための所望の値を決定してもよい。

多くの実施形態では、繰り返し時間間隔のタイミング特性は、電力受信機および電力送信機の両方によって課せられる要件に従うことになる。一般的に、電力送信機と電力受信機の両方には、タイミング値が採用されるために同時に満たされなければならない要件がある。例えば、繰り返し時間間隔の継続時間および／または連続する繰り返し時間間隔の間の期間の設定は、電力送信機および電力受信機の双方の要求を満たす値に従う。

さらに、多くの実施形態では、これは、典型的には、設定されるタイミング特性について、一方の装置（すなわち、電力受信機または電力送信機）が最大値に対する制限を課し、他方の装置が最小値に対する制限を課すことができる。

具体的には、先に説明したように、多くの実施形態では、低減電力時間間隔の継続時間は、電力送信機によって課される最小継続時間と、電力受信機によって課される最大継続時間とに従うだろう。

同様に、多くの実施形態では、低減電力時間間隔の間の期間は、電力送信機によって課される最大期間と、電力受信機によって課される最小期間とに従うだろう。

そのような実施形態は、多くの実施形態において、低減電力時間間隔に対する適切なタイミングの効率的な制御を課すことができ、低減電力時間間隔が、両方のデバイスのための、ひいては全体的な電力伝送のための許容可能な性能を可能にするタイミング特性を有することを保証するように、独立して、複雑さを低減し、より容易な両方のデバイス間の相互作業を可能する。

低減電力時間間隔のタイミング特性を設定するために使用される実際のアプローチおよびメッセージ交換は、個々の実施形態の選好および要件に依存し、異なるシステムにおいて異なるアプローチが使用されることができる。

しかし、Qiのタイプの実装のような多くのシステムでは、電力受信機が適切なタイミング値の要求を送信し、電力送信機が要求された値を受け入れるか否かを判断するというアプローチがとられている。

したがって、図３の電力受信機は、要求メッセージを電力送信機に送信するように構成される要求コントローラ３１１を有し、要求メッセージはタイミング特性の要求値の要求を有する。

例えば、電力受信機は、低減電力時間間隔の継続時間の適切な値を決定することができる。例えば、外部負荷を推定し、そこから（ターゲット負荷と電力受信機自身の両方の）総消費電力を算出することができる。そして、その総消費電力に対して所定の許容値の電圧降下をエネルギー貯蔵が経験するのに要する時間を計算することができる。結果として得られる時間は、低減電力時間間隔の最大の可能な継続時間に対応する。典型的には、電力受信機は、最初は、十分なマージンとより安全な動作ポイントを提供するために十分に低い継続時間を要求することができる。例えば、決定された最大値の半分の低減電力時間間隔の継続時間を要求するメッセージを電力送信機に送信してもよい。

メッセージを受信すると、電力送信機は、要求された継続時間が許容できるかどうかを評価することができる。例えば、要求された継続時間を、十分に正確な異物検出を実行するために必要な事前に記憶された最小時間と比較することができる。要求された継続時間がこの最小時間を超えた場合、電力送信機は要求された継続時間の受け入れに進み、そうでない場合はそれを拒否する。

次に、電力送信機は、要求された値が電力送信機によって受け入れられたかどうかの表示を含む応答メッセージを電力受信機に送信することができる。この応答メッセージは、これに応じて低減電力時間間隔のタイミング特性を決定するように進行する応答コントローラによって受信される。

例えば、応答メッセージは、要求された継続時間が受け入れられたか拒否されたかを示す単一ビットを含むことができる。要求された継続時間が受け入れられた場合、両デバイスは、その後、（電力伝送を開始する前に実行すべき更なる動作や交渉がある場合には、初期化プロセスを完了した後）低減電力時間間隔の合意された継続時間を使用して電力伝送フェーズを実行する。要求された継続時間が拒否された場合、応答コントローラ３１３は、要求コントローラ３１１を制御して、新たな要求を送信することができる。例えば、最大許容値の75％の継続時間を要求してもよい。その後、適切なタイミング特性が合意されるまでこのプロセスが繰り返されることができる。

共通の許容値が合意できない場合、具体的には、電力送信機が、電力受信機によって計算された最大許容継続時間に対応する低減電力時間間隔の継続時間の要求を拒否した場合、電力受信機および電力送信機は、電力伝送プロセスを終了してもよいし、例えば、電力受信機が、低減電力時間間隔を増加させることができるように動作を変更してもよい（例えば、外部負荷に提供され得る最大電力を減少させてもよい）。

同様のアプローチが、低減電力時間間隔の間の期間を設定するために使用され得ることが理解されるであろう。

多くの実施形態では、電力送信機は、タイミング特性の好ましい値または許容値を示すメッセージを電力受信機に送信することができる。例えば、電力送信機は、低減電力時間間隔の最小許容継続時間および／または低減電力時間間隔の間の最大許容継続時間を示す１つ以上のメッセージを電力受信機に送信してもよい（もちろん、いくつかの実施形態では、タイミングパラメータのうちの１つのみを送信してもよい）。そして、電力受信機は、適切な要求値を決定する際に、これらの値を考慮することができる。このようなアプローチは、多くの実施形態において動作を容易にし、電力受信機が送信する必要がある要求の数を減らすことができる。具体的には、電力受信機は、電力送信機が許容する値を推測するのではなく、電力送信機によって許容され得ることが示されている要求値を直接決定することができる。典型的には、例えば、電力送信機における状況が変化しない限り、最初に要求される値が、電力送信機によって受け入れられる。

そのような多くの実施形態では、電力送信機は、推奨値／可能値／許容値を示すメッセージを、電力受信機からのそのような情報の要求に応答して、電力受信機に送信するように構成されることができる。このようにして、電力受信機は、メッセージの交換および動作の推進者のままとなり、メッセージの交換および動作についての主導権および制御を維持することができる。

具体的には、多くの実施形態では、要求コントローラ３１１は、タイミング特性制約を提供するために、このための要求を電力送信機に送信するように第２通信機を制御することができる。このタイミング特性制約は、低減電力時間間隔の継続時間、または連続する低減電力時間間隔の間の期間などの、所定のタイミング特性の値に対する制約を示す。タイミング特性制約は、例えば、最大値、最小値、許容範囲、推奨範囲および／または好ましい範囲などを示してもよい。

次に、電力受信機は、可能であればこの制約に従うように、タイミング特性の要求値を決定することに進むことができる。例えば、課された制約を満たすために必要に応じて、動作を変更したり、外部負荷とのインタフェースを変更したりしてもよい。

多くの実施形態では、適切なタイミング特性の決定は、電力伝送フェーズに先立つ初期化フェーズの間に実行されることができる。このように、新しい電力伝送動作を開始する前に、電力伝送システムは初期化フェーズに入ることができ、その間に、上述したように低減電力時間間隔のために適切なタイミング特性が決定される。次いで、電力送信機および電力受信機は、決定された特性を電力伝送フェーズの間に適用するように進むことができる。特に、繰り返し時間フレームの適切なタイミング特性の決定は、新しい電力伝送動作の初期化中に実行されるネゴシエーションフェーズの間に決定されてもよい。

これにより、複雑性が低く信頼性の高い動作を提供しながら、適切なパラメータを決定することができる。初期化フェーズで決定されたタイミング特性値は、特に、電力伝送フェーズを通して、変更または修正なしで、使用されることができる。

しかしながら、いくつかの実施形態では、タイミング特性は、電力伝送フェーズを通して動的に変更されることができる。いくつかの実施形態では、電力受信機は、所定のタイミング特性の値、例えば、低減電力時間間隔の継続時間を要求するメッセージを動的に繰り返し電力送信機に送信するように構成されることができる。アダプタ２１３は、そのような実施形態では、これらのメッセージに応じて、電力伝送フェーズの間にタイミング特性を動的に適応させるように構成されることができる。

例えば、電力伝送フェーズの間、電力受信機は、ターゲット負荷に提供される電力を継続的に測定してもよい。これが初期化フェーズで合意された期待負荷を下回る場合、電力受信機は、蓄電キャパシタの消耗が遅いことを反映して、現在の値よりも長い、新たな低減電力時間間隔の継続時間を要求するように進むことができる。逆に、ターゲット負荷への電力供給が増加していることを検出した場合には、電力受信機は、現在の継続時間よりも短い継続時間の低減電力時間間隔の要求に進むことができる。電力受信機は、これらの値を連続的に測定し、要求メッセージを電力送信装置に連続的に送信してもよい。

これらのメッセージの受信に応答して、電力送信機は、要求された値を受け入れてもよいし、拒否してもよい。受け入れられた場合は、確認メッセージが電力受信機に送信され、新しい値が採用される。拒否された場合は、拒否メッセージが電力受信機に送信され、前回の値が変更されないまま維持される。

電力受信機および電力送信機は、いくつかの実施形態では、低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させる制御ループを効果的に確立してもよい。

電力伝送フェーズ中のタイミング特性の動的な変更が、初期化フェーズ中の初期値の設定に加えられてもよいことが理解されるであろう。他の実施形態では、電力伝送フェーズは、代わりに、最悪の場合の考慮に基づいて決定された、初期化フェーズを伴わない、同じ所定のタイミング特性値で開始されてもよい。そして、動的制御ループ動作が、これらをより適切な値に適応させる。

以下では、Qiタイプの電力伝送システムのアプローチや配慮点が、非常に具体的な例を挙げて説明される。このシステムでは、低減電力時間間隔は、異物検出時間間隔と通信時間間隔の両方に対応する低減電力時間間隔を含む。

具体的な説明では、以下の頭字語・略語が適用される。

PTx電力送信機
PRx電力受信機
デバイスＰＲｘを含むデバイス、（部分的に）切断可能な負荷、友好金属
友好金属PTｘの磁場に曝されたときに電力を消散する、デバイスの金属
FO異物
FOD異物検出
Com通信
PTxコイルＰＴｘが電力受信機のための磁場（電力伝送信号）を生成するために交流電圧および電流を供給するＰＴｘにおける単一のコイルまたはコイルのセット
TS時間間隔に対応するタイムスロット。
FOD TS異物検出タイムスロット。異物検出のために低減電力時間間隔が使用される。
Com TS通信のために低減電力時間間隔が使用される。

具体的な例では、図６に図示されているような時分割アプローチと繰り返し時間フレームが使用される。図において、NPは、低減電力時間間隔に対応する「電力無し（No Power）」を示しており、典型的には、電力受信機がターゲット負荷を切断したことに起因するものである。PWRは、電力伝送時間間隔を示す。

［FODタイムスロット］
PRxは負荷を切り離す。これは、その負荷に全く（またはほとんど）電力が供給されないことを意味する。PTxは、例えば、測定信号の保存された設定を適用し、友好金属とFOの複合的な影響を測定する。この影響を、友好金属の記憶された予想される影響と比較して、何らかのFOの影響を決定する。次に、決定されたＦＯの影響を使用して、状況が安全であるとみなされる周波数、つまりＦＯの温度上昇が安全な範囲内にあると予想される周波数に関連して駆動信号の最大振幅を決定してもよい（または、いくつかの実施形態では、影響が大きすぎると決定された場合には、単に電力伝送を停止してもよい）。そして、ＰＴｘは、その駆動信号をこの最大値まで制限し、ＰＲｘがこの最大値を超えて駆動信号を制御しようとすると警告を報知する。

ＰＴｘが友好金属とＦＯの複合的な影響の変化を検出した場合、初期化タイムスロットに戻り、ＦＯＤ測定のための条件を再確立してもよい。初期化タイムスロットに戻る早過ぎるトリガを防止するために、ＰＴｘは、複数のＦＯＤタイムスロットの結果を結合する（例えば、平均化ウィンドウを適用する）ことができ、および／または特定のマージン内で駆動信号を調整することができる。

[COM タイムスロット]
PRxは負荷を切り離す。これは、その負荷に全く（またはほとんど）電力が供給されないことを意味する。すると、PRｘは以下の目的のために通信をすることができる。
電力制御情報
識別
PRXの測定結果（例えば、電力受信、バッテリ条件、ハウジング温度）
ＰＲｘの測定結果（例えば、コイル電流、電力供給、部品温度）

［初期化タイムスロット］
典型的には、電力伝送フェーズの前に行われるが、電力伝送フェーズの間、例えば、各繰り返し時間フレームの一部として行われてもよい。

PRxは負荷を切り離す。これは、その負荷には電力が供給されない（または非常に少ない）ことを意味する。

PTxは、以下の条件が成立するように、PTxコイルへの駆動信号を制御する。
- デバイスの友好金属の磁場への影響が、ＰＲｘによって知られているか、またはＰＲｘによって正確に決定することができる。例えば、磁場の所定の振幅と周波数に対する友好金属の電力損失がPRxによって知られている。
- PTxは友好金属とFOの複合的な影響を正確に測定することができる。例えば、送信された電力がＰＴｘによって正確に決定されることができる。

その結果、本システムは、ＦＯが磁場に与える影響を正確に判定することができる。この影響は、好ましくは、ＰＴｘがＰＲｘに電力を供給しているときに、ＰＴｘコイルの磁場に曝されることによって引き起こされるＦＯにおける電力散逸によって引き起こされる温度の予想される増加に関連している。

上記の状況を確立するために、ＰＲｘは、例えば、そのタイプ、許容される周波数範囲、およびオプションとしてＰＴｘコイルのための駆動信号の必要な振幅を通信することによって、適切な磁場に関する情報を提供することができる。後者はもちろんPTxコイルの設計に依存する。さらに、PRxは、誘導される電圧が、デバイスの友好金属が曝されている磁場の良好な指標を与える測定コイルを有することができる。その場合、ＰＲｘは、ＰＲｘが友好金属の影響を正確に判定できるレベルに磁場を制御するための制御情報をＰＴｘに提供することができる。

一旦上記の状況が成立すると、ＰＴｘは、駆動信号の設定と、ＰＲｘで決定された友好金属の予想される影響とを記憶する。

測定と通信を時間的に分離することで、両者の干渉を避けることができる。

実施例では、電力伝送に先立って、ＰＴｘおよびＰＲｘが異なる時間スロットの時間制約をネゴシエーションするネゴシエーション／初期化フェーズが実行される。これらのタイミングには、各スロットの継続時間（SLOT_duration）と、異なるスロット間の時間間隔（SLOT_interval）という2つのパラメータが含まれる。

以下では、個々のタイムスロットに関する電力受信機および電力送信機の考慮事項のいくつかの例が提供される。

［FODに関するPTxの考慮事項］
- PTxは、そのFOD機能のために少なくとも1つのFOD測定を行うことができる最小限のFOD_duration（FOD_duration_min）をサポートし、それより短いＦOD_durationはサポートしない。
- FOD の十分な信頼性を達成するために、PTx は最小限の FOD 測定数（FOD_count_min）に依存する。過剰に加熱する前にFOの存在に反応するために、PTxは最大時間（FOD_detection_max）内に必要なFOD測定を行うことができなければならない。
- 一旦、PTxがFOD_durationをネゴシエートすると、PTxは、FODスロット内で実行できるFOD測定の数（FOD_meas_nr）を計算し、最大FODインターバル時間（FOD_interval_max）を導出することができる。

FOD_interval_max = FOD_detection_max * FOD_meas_nr / FOD_count_min

［COMに関するPTxの考慮事項］
- PTx は、少なくとも 1 つのメッセージを送信／受信できる最小COM_duration (COM_duration_min)をサポートし、それより短い COM_duration はサポートしない。 最小限のメッセージ数を有効にするために、PTx は最小の通信メッセージ数（COM_count_min）に依存する。
- PTxは、一旦COM_durationをネゴシエートすると、COMスロットで処理できる通信メッセージ数（COM_mes_nr）を計算することができる（その逆も同様）。
- PTxは、一旦通信メッセージ数（COM_mes_nr）をネゴシエートすると、通信スロットの最大継続時間（COM_duration_max）を計算することができる。

［ＰＲｘの考慮事項］
- PRxは、最大FODスロット継続時間(FOD_duration_max)または最大COMスロット継続時間(COM_duration_max)を許容し、これらのタイムスロットのいずれかの間に、依存するエネルギー貯蔵が過度に放電されないようにする。
- ＰＲｘは、いずれのタイムスロットの開始時においてもエネルギー貯蔵が十分に充電されることを確実にするために、タイムスロット間隔の最小継続時間（FOD_interval_minまたはCOM_interval_min）を要求する。

以下では、タイミングパラメータを確立するための電力受信機と電力送信機との間のメッセージ相互作用のいくつかの具体例を説明する。

［FODスロットの継続時間］
- (PTxは(PRxの要求に応じて)PRxにFOD_duration_minを通知する)
- PRxはFOD_durationを要求する（最適なＦＯＤのために、ＰＲｘは、好ましくはFOD_duration_maxに近いFOD_durationを要求する）。
- PTxは、提案されたFOD_durationを受け入れるか否かを応答する。

［FODスロット間隔］
- PTxはFOD_interval_maxを計算する。
- (PTxは(PRxの要求に応じて)PRxにFOD_interval_maxを通知する)
- PRxはFOD_intervalを要求する。
-（最適なFODのために、PRxは好ましくはFOD_interval_minに近いFOD_intervalを要求する）。
- PTxは提案されたFOD_intervalを受け入れるか否かを応答する。

［通信スロット継続時間］
- (PTxは(PRxの要求に応じて)COM_duration_minをPRxに通知する。)
- PRxは以下を要求する:
- 最小COM_duration
- または、最小通信メッセージ数 (COM_count_min).
- PTx は、提案された COM_duration を受け入れるか否かを応答する。

［ＣＯＭスロット間隔］
- PTxはCOM_interval_maxを計算する。
- PTxは(PRxの要求に応じて)COM_interval_maxをPRxに通知する。
- PRx は COM_interval を要求する。
- 最適な通信を行うために、PRxは、好ましくはFOD_interval_timeに近いCOM_interval時間を要求する。
- PTxは、提案されたCOM_intervalを受け入れるか否かを応答する。

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てきたことが理解されるであろう。しかしながら、本発明を損なうことなく、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配が使用されてもよいことは明らかであろう。例えば、別々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図示された機能は、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な構造または組織を示すものではなく、記載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。

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好適な形態で実施することができる。本発明は、任意に、少なくとも部分的に、１つ以上のデータプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ上で実行されるコンピュータソフトウェアとして実装されてもよい。
本発明の実施形態の要素およびコンポーネントは、任意の好適な方法で物理的に、機能的に、および論理的に実装されてもよい。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ることができる。このように、本発明は、単一のユニットで実施されてもよいし、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れてもよい。

本発明は、いくつかの実施形態に関連して記載されてきたが、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定される。さらに、ある特徴が特定の実施形態に関連して記載されているように見えるかもしれないが、当業者であれば、記載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てもよいことを認識するであろう。特許請求の範囲において、「有する」という用語は、他の要素またはステップの存在を排除するものではない。

好ましい値への参照は、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、適応プロセスで決定されたことによって好ましい値であること以上の制限を意味するものでは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の値への参照に代えられ得る。

さらに、個別に記載されていても、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いる場合があるが、これらは、有利に組み合わされる可能性があり、異なる請求項に含まれていることは、特徴の組み合わせが実現可能でないことおよび／または有利でないことを意味するものではない。また、ある特徴を特許請求の範囲の１つのカテゴリに含めることは、このカテゴリへの制限を意味するものではなく、むしろ、その特徴が他の特許請求の範囲のカテゴリにも同様に適切に適用可能であることを示す。さらに、請求項中の特徴の順序は、特徴が動作しなければならない特定の順序を暗示するものではなく、特に、方法の請求項の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暗示するものではない。むしろ、ステップは、任意の適切な順序で実行されることができる。また、単数参照は複数を除外するものではない。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。特許請求の範囲に記載された参照符号は、単に明確な例として提供されたものであり、特許請求の範囲をいかなる意味でも制限するものと解釈されてはならない。

Claims (14)

1. 電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給する電力送信機であって、当該電力送信機は、
   前記電力伝送信号を生成するための送信機コイルであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間、電力伝送時間間隔、及び、前記電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、送信機コイルと、
   前記送信機コイルが前記電力伝送信号を生成するための駆動信号を生成するドライバと、
   前記電力受信機からメッセージを受信するための第１通信機と、
   前記電力受信機から受信された第１メッセージに少なくとも応じて、前記低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるためのアダプタと、
   前記低減電力時間間隔の間に生じるように前記電力送信機の動作を同期させるためのシンクロナイザと、
   電磁試験信号を生成するための試験コイルと、
   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る試験生成器と、前記低減電力時間間隔の間に前記試験駆動信号に対して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る異物検出器とを有し、
   前記シンクロナイザは、前記低減電力時間間隔の間に前記電磁試験信号を供給するように前記試験生成器を同期するように構成される、電力送信機。
2. 前記タイミング特性が、前記低減電力時間間隔の継続時間である、請求項１に記載の電力送信機。
3. 前記タイミング特性が、連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間である、請求項１に記載の電力送信機。
4. 前記第１通信機が、前記電力受信機にメッセージを送信するように構成され、前記電力送信機が、前記低減電力時間間隔の継続時間及び連続する繰り返し時間フレームの低減電力時間間隔の間の期間のうちの少なくとも１つを示すメッセージを、前記第１メッセージを受信する前に、前記電力受信機に送信するように構成される、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。
5. 前記第１メッセージが、前記タイミング特性に対して要求される値を示す要求メッセージであり、前記電力送信機が、前記要求される値を受諾するか拒否するように構成される、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。
6. 前記アダプタが、前記電力伝送フェーズの前の初期化フェーズの間に前記タイミング特性を決定するように構成される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力送信機。
7. 前記アダプタが、前記電力伝送フェーズの間に前記電力受信機から受信される複数のメッセージに応じて、前記電力伝送フェーズの間に前記タイミング特性を動的に適応するように構成される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電力送信機。
8. 前記第１通信機が、前記電力受信機との通信を前記低減電力時間間隔の間に発生するように同期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。
9. 請求項１に記載の電力送信機と更に電力受信機とを有する無線電力伝送システムが提供され、
   前記電力受信機は、前記電力送信機と通信するための第２通信機と、
   前記電力送信機に前記第１メッセージを送信するための要求コントローラであって、前記第１メッセージは前記タイミング特性の要求される値の要求を有する、要求コントローラと、
   前記電力送信機から要求応答を受信し、前記要求応答に応じて前記タイミング特性を決定するための応答コントローラであって、前記要求応答は、前記要求される値が前記電力送信機によって受諾されたかを示す、応答コントローラと、
   前記電力伝送信号の装荷を、前記低減電力時間間隔の間低減させるように、適応させるための負荷コントローラと、を有する、無線電力伝送システム。
10. 前記要求コントローラが、前記電力送信機からのタイミング特性制約を要求するように構成され、前記応答コントローラが、前記電力送信機からタイミング特性制約指標を受信するように構成され、前記要求コントローラが、前記タイミング特性制約に応じて、前記タイミング特性の前記要求される値を決定するように構成される、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
11. 前記タイミング特性が、前記低減電力時間間隔の継続時間であり、前記要求コントローラが、最大継続時間に従うように前記タイミング特性の前記要求される値を決定するように構成され、前記アダプタが、最小継続時間に応じて前記タイミング特性の値を決定するように構成される、請求項９又は請求項１０に記載の無線電力伝送システム。
12. 前記タイミング特性が、連続する繰り返し時間フレームの低減電力伝送時間の間の期間であり、前記要求コントローラが、最小期間に従う前記タイミング特性の前記要求される値を決定するように構成され、前記アダプタが、最大期間に応じて前記タイミング特性の値を決定するように構成される、請求項９又は１０に記載の無線電力伝送システム。
13. 電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給するための電力送信機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ステップであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間に、電力伝送時間間隔、及び、前記電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、ステップと、
    前記電力伝送信号を生成するために送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、
    前記電力受信機からメッセージを受信するステップと、
    前記電力受信機から受信される第１メッセージに少なくとも応じて前記低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるステップと、
    前記低減電力時間間隔の間に発生するように前記電力送信機の動作を同期させるステップと、
    電磁試験信号を生成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、
    前記低減電力時間間隔の間に前記試験駆動信号に対して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、
    を実行し、
    前記同期させるステップが、前記低減電力時間間隔の間に前記電磁試験信号を提供するように前記試験駆動信号を同期させることを有する、方法。
14. 電磁電力伝送信号を介して電力受信機に電力を無線で供給するための電力送信機を有する無線電力伝送システム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ステップであって、前記電力伝送信号が、電力伝送フェーズの間に、電力伝送時間間隔、及び、前記電力伝送信号の電力レベルが低減される低減電力時間間隔を少なくとも有する繰り返し時間フレームを使用する、ステップと、
    前記電力伝送信号を生成するために送信機コイルのための駆動信号を生成するステップと、
    前記電力受信機からメッセージを受信するステップと、
    前記電力受信機から受信される第１メッセージに少なくとも応じて前記低減電力時間間隔のタイミング特性を適応させるステップと、
    前記低減電力時間間隔の間に発生するように前記電力送信機の動作を同期させるステップと、
    電磁試験信号を生成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、
    前記低減電力時間間隔の間に前記試験駆動信号に対して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、
    を実行し、
    前記同期させるステップが、前記低減電力時間間隔の間に前記電磁試験信号を提供するように前記試験駆動信号を同期させることを有し、当該方法はさらに、前記電力受信機が、
    前記電力送信機と通信するステップと、
    前記電力送信機に前記第１メッセージを送信するステップであって、前記第１メッセージが、前記タイミング特性の要求される値の要求を有する、ステップと、
    前記電力送信機から要求応答を受信するステップと、
    前記要求応答に応じて前記タイミング特性を決定するステップであって、前記要求応答が、前記要求される値が前記電力送信機により受諾されたかを示す、ステップと、
    前記電力伝送信号の装荷を、前記低減電力時間間隔の間低減されるように適応させるステップと、
    を実行する方法。

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