JP6170187B2 - 入力寄生金属の検出 - Google Patents

Description

本発明は非接触電力供給システム用の電力損失説明に関する。

例えば誘導結合を用いて，可搬型電子装置に非接触で電力を送電することが益々普通になりつつある。可搬型装置に給電するために適した多くの誘導電力供給システムは，次の二つの主要部品を含む。（１）少なくとも一つの１次コイルを備えた誘導電源，すなわち１次ユニットであって，１次コイルに交番電流を流して時変電磁界を生成する１次ユニット。（２）１次ユニットとは別の可搬型電子装置，すなわち２次ユニットであって，２次コイルを含み，時変電磁界の近傍に置かれたとき，電磁界が２次コイルに交番電流を誘起して，１次ユニットから２次ユニットへ電力を転送する２次ユニット。

非接触電力供給システムは１００％の効率ではない。すなわち，１次ユニットから２次ユニットへ電力を転送するために，いくらかのエネルギが失われる。例えば，スイッチング回路部品によっていくらかの損失が発生し，１次コイルによってほかの損失が発生することがあり，これはオーム損失と呼ばれることもある。オーム損失は，部品内のオーム抵抗と，部品内を通過する電流の２乗とに比例する。異物，特に金属の異物もまた効率に影響を及ぼし，いくつかの場合には安全性についての懸念を生じることがある。電磁界内に置かれた金属は，寄生（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）金属と呼ばれることがある。電磁界におけるある寄生金属は許容可能である。例えば，多くの可搬型装置は，たとえ非接触電力供給システムによって給電されるものであっても，金属を含むことがある。許容可能な金属は，既知金属又は友好的（ｆｒｉｅｎｄｌｙ）寄生金属と呼ばれることがある。

電磁界内に許容できない量の寄生金属があるかどうかを検出しようとして，いくつかのシステム及び技法が開発されてきた。一つの基本システムは，送電側端末の電気回路内に電力消費検出器を含む。金属片が可搬型装置ではなく送電側端末の上に置かれたとき，送電側端末において消費される電力量は異常に増加する。この異常状態を防止するために，電力消費検出器は送電側端末によって消費される電力量を測定する。測定された消費電力量が所定の上限に達したとき，異常な状況があると判定され，送電が抑圧される。このようなシステムは基本的な寄生金属検出を行うが，次のような欠点がある。例えば，このシステムは，（１）友好的寄生金属，（２）種々の電力量を消費する可搬型装置，又は（３）送電側端末と可搬型装置との不整列による電力損失，を説明できない。

別の寄生金属検出技法もまた開発されている。例えば，いくつかのシステムは，（１）２次ユニットの実際の負荷に供給される電力，（２）２次ユニットの友好的寄生金属，（３）１次ユニットと２次ユニットとの間に単純な１：１関係がない状況，又は（４）２次ユニットの存在が，必ずしもすべての異物を物理的に排除しない状況，を説明できる。これらの技法のいくつかは，２次負荷を切断すること，又は２次ユニットからの情報を１次ユニットに伝送することを含む。これらの技法のいくつかは，２００５年５月１１日出願のStevensの米国特許公開第２００７／０２２８８３３号，"Controlling Inductive Power Transfer Systems"に記載されており，ここにその全体を参照する。

いくつかの先行システムは寄生金属検出を行うことができるが，いくつかの状況においてはこれらのシステムは不適切なことがある。例えば既知のシステムは，既知の損失を十分正確に説明できず，したがって，システムの制約又は停止につながる偽の陽性判定（ｆａｌｓｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ）をあまりに多くもたらす。換言すれば，いくつかの既知の寄生金属検出システムに関する一つの問題は，金属片が望ましくないレベルまで発熱することがあるほど，分解能が低いことである。改善された分解能，すなわち損失を検出する精度，を有する方法を用いることによってこれらの問題を解決することができる。

本発明は１次ユニット及び２次ユニットを含む非接触電力供給システムを提供する。このシステムは，動作中の既知の電力損失の変化を説明することによって，１次ユニットの近傍の寄生金属をより正確に検出することができる。誘導電力供給システムにおける誘導電力転送中の電力損失量は，１次ユニットと２次ユニットとの整列度に依存して変化することがある。さらに，誘導電力転送中の電力損失量もまた，１次ユニットにおけるスイッチング回路の動作周波数の変化，又は２次ユニット負荷の変化によって変化することがある。動作中の既知の電力損失の変化を説明することによって，未知の電力損失量をより正確に測定することができる。さらに，精度を向上させるために，２次測定及び１次測定を同期させてもよい。未知の電力損失の測定が正確であればあるほど，避けることができる偽の陽性寄生金属検出が増える。さらに，真の陽性判定を（時間及び電力しきい値双方において）より早くすることができる。

一つの実施例において，本発明は，予期される入力と測定された入力とを比較することによって寄生金属を検出できる非接触電力供給システムを提供する。現在の実施例において，予期される入力は，１次ユニットと２次ユニットとの不整列による損失を含む，システムにおける様々な既知の損失によって判定される。予期される入力は，電磁界における任意の寄生金属を説明しないため，電磁界内に寄生金属があるとき，予期される入力は測定された入力とは異なる。

一つの実施例においては，非接触電力転送システムを制御するシステム及び方法が提供される。非接触電力供給システムは，スイッチング回路及び電磁界を発生できるタンク回路を備えた１次ユニットと，１次ユニットとは別の少なくとも一つの２次ユニットであって，１次ユニットの近傍にあるとき電磁界と結合して，直接の電気的接触なしに１次ユニットから２次ユニットが電力を誘導で受電できる２次ユニットとを含む。１次ユニットは，回路の中でも，コントローラと，スイッチング回路の前に配置された入力測定ユニットと，スイッチング回路の後に配置されたタンク測定ユニットと，を含む。可搬型装置は，回路の中でも，２次測定ユニットと，コントローラとを含む。２次ユニットから非接触電源へ測定値が時々送信され，非接触電源において，予期される入力を検出するために，上記測定値がコイル測定ユニットからの測定値と共にコントローラによって用いられる。１次測定値及び２次測定値は，測定値を取得して送信するために掛かる時間を説明し，測定値にタイムスタンプを付け，又は加重平均若しくはほかの同期技法を利用することによって同期化される。予期される入力は，電磁界内にある寄生金属の量を決定するために実際の入力と比較される。非接触電力供給システムは，寄生金属の検出に応答して，例えば非接触の電力供給を制限又は停止するなど，種々の行動を取ることができる。

不整列によって増加したオーム損失となる損失と，電磁界における寄生金属による損失とを区別することは困難なことがある。これは一般に，入力電流が通常双方によって影響されるためである。しかし，結合の減少に起因する損失と，寄生金属による損失とは，同様に１次コイル電流に影響を与えない。この差を利用して，入力電力の特性と，１次ユニットコイル電力の特性との双方を含む予測機能は，１次ユニットの近傍に異物があるかどうかを判定することができる。本発明の一つの利点は，結合による損失と，寄生金属による損失とを区別できることであり，いくつかの状況において寄生金属の偽陽性判定を避けることができる。

本発明のいくつかの特徴は，実施例の説明及び図面を参照することによってより十分に理解及び認識できるであろう。

入力寄生金属検出ができる非接触電力供給システムのブロック図の一実施例を示す図である。 入力寄生金属検出の方法の一実施例を示す図である。 種々の異なるシナリオにおける入力電力と電力消費との代表的なグラフを示す図である。 入力寄生金属検出システムを較正する際に用いる幾何学的位置調整システムの代表的な図である。

本発明の実施例を詳細に説明する前に，本発明はその応用において，以降の説明に記載され，又は図面に示された部品の構成及び配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明にはほかの実施例も可能であり，種々の方法で実践又は実行できる。また，ここで用いる表現及び用語は説明のためであり，制限としてとらえることは好ましくない。「含む」，「備える」及びそれらの変形の使用は，それらの後に掲げられた項目及びその均等物，並びに追加の項目及びその均等物を包含するものとする。

本発明は，システムにおける電力損失を説明し，説明できない損失が動作に有害かどうかを理解するシステム及び方法に関する。例えば，電磁界内に寄生金属，損傷した部品又はほかの何かがあって，電力損失を生じることがある。一つの実施例においては，１次コイル電流と，２次電流と，２次電圧とを用いて予期される１次入力電流を決定する。予期される１次入力電流が適切に決定されると，説明できない電力損失が存在するかどうか，そしていくつかの実施例においてはどれだけあるか，を検出するために，測定された１次入力電流と比較される。

入力電流は，非接触電力供給システムにおいて損失又は消費される電力に応じて変化する。例えば，入力電流は，寄生金属損失と，負荷に配電される電力量と，１次及び２次整流損失と，１次スイッチング損失と，タンク回路内損失と，任意の共振コンデンサの等価直列抵抗による損失と，可搬型装置と非接触電源との不整列によって生じる不十分な結合による損失と，システムにおけるほかの損失と，によって影響を受ける。寄生金属によらないシステムにおける種々の損失を推定するために，１次コイル電流と，整流器からの２次電流と，整流器から接地までの２次電圧との測定値とを，ほかの情報と共に用いてもよい。そして，予期される１次入力電流が測定された入力電流と一致しないとき，システムは予期しない電力損失があることが分かり，電磁界内に電力損失を生じる損傷した部品，寄生金属又は別の何かがあると結論付けることができる。寄生金属又は損傷したコンデンサ，コイル若しくは電界効果トランジスタは，損傷すると発熱することがある。いくつかの実施例において，予期される１次入力電流は，友好的寄生金属を説明することができ，ほかの実施例においてはできないことがある。代替実施例においては，予期される入力電流を推定し，又は寄生金属検出に有用な入力電力の別の予期される特性を推定するために，電力のほかの特性を測定してもよい。

入力電流の変化が電磁界内に置かれた寄生金属によるものか，又は１次ユニットと２次ユニットとの間の整列の変化によって増加した損失によるものかを区別することは困難であるため，ある電力損失が不整列によるものか，又は寄生金属によるものかを判定することは困難なことがある。寄生金属が電磁界に加わると同時に結合も変化するため，入力電流は比較的同一に保たれることがある。例えば，利用者が鍵を２次ユニットのそばに投げることによって，２次ユニットが整列しなくなることがある。鍵中の寄生金属は，不整列によって生じた入力電流変化のいくらか，又はすべてを相殺することがある。非接触電力供給システムは，通常は，１次ユニット１０と２次ユニット３０との間の特定の整列を意識しない。その代わり，システムは送電された電力量と受電された電力量とを比較し，既知の許容可能損失を減算することによって，電力損失を計算する。コイル電流を用いることによって，不整列による追加の既知の許容可能損失を説明することができる。

電磁界における寄生金属による損失があるときの入力電力と，予期される電力との関係は，１次ユニットと２次ユニットとが不整列であるときの入力電力と，予期される電力との関係と異なる。すなわち，不整列による入力電力と予期される電力との関係は公式によって得ることができ，測定された場合，測定されたデータが当該公式に当てはまらないときは，例えば寄生金属による追加の未知の電力損失があるという判定を行うことができる。このことは，入力電力及び予期される電力の特性にも同様に当てはまる。例えば，電磁界における寄生金属による損失があるときの入力電流と，コイル電流との関係は，不十分な結合による損失があるときの入力電流と，コイル電流との関係とは異なる。したがって，コイル電流によって予期される入力電流を決定することによって，寄生金属検出の精度を向上させることができる。現在の実施例において，不十分な結合による損失は，１次ユニットと２次ユニットとの間の結合が変化したとき測定値を取得することによって得られたデータを最良適合分析することによって推定される。代替実施例においては，不十分な結合による損失を推定する代わりに計算してもよい。例えば，１次ユニット及び２次ユニットの相対位置が既知であるとき，不整列による電力損失を計算することができる。いくつかのシステムにおいては，不整列に応答して，１次ユニットが，例えば与えられた負荷電流に対して１次電流を増加させることによって，電力を増加させてもよい。これによって，１次コイル電流に依存する損失が増加することになる。このことは，１次電気損失と，コイル損失と，１次及び２次磁気損失と，友好的寄生損失とを含んでもよい。電力レベルの変化によるこれらの変化は，関係を対応付ける公式によって説明することができる。さらに，整列が変化したとき，１次コイルに対する２次コイルの位置が変化するだけでなく，２次ユニット上の任意の友好的寄生金属の位置も変化する。２次シールド又はほかの友好的寄生金属と交差する電磁界の量が変化するとき，友好的寄生電力損失もまた変化する。増加した電力による変化と，整列の変化と，周波数の変化とによる変化はすべて，較正方法を実行している間に説明することができる。

図１は，本発明の一実施例を実現する誘導電力転送システムの部分を示す。システム１００は１次ユニット１０と少なくとも一つの２次ユニット３０とを含む。誘導電力転送システムはいくつかの適切な構成を有することができる。一つの適切な構成は，１又は複数の２次ユニット３０を置くことができる電力転送面である。

さらに図１を参照すると，１次ユニット１０は，１又は複数の２次ユニットに送電する無線電力を発生することができる。１次ユニット１０は概略，ＡＣ／ＤＣ整流器１１と，コントローラ１６と，スイッチング回路１４と，タンク回路２３と，入力検出器回路２４と，タンク検出回路２６と，を含むことができる。この実施例においては，タンク回路２３は１次コイル１２及びコンデンサ１５を含む。しかし，タンク回路２３の構成は応用ごとに異なってもよい。１次コイル１２は，ワイヤのコイルであってもよいし，ほかのインダクタによって受電できる電磁界を発生することができる，本質的に任意のインダクタであってもよい。ＡＣ幹線によって給電される実施例においては，ＡＣ幹線からの電力はＡＣ／ＤＣ整流器１１によって整流され，１次ユニットにおける種々の回路に電力を供給し，コントローラ１６及びスイッチング回路１４と共に，タンク回路２３内に交番電流を発生させるために用いられる。図示していないが，１次ユニット１０はまた，ＤＣ−ＤＣ変換が望まれる実施例においてはＤＣ−ＤＣ変換器も含んでよい。代替として，システムはＡＣ幹線に接続されなくてもよい。例えば一実施例においては，システムは変換器なしで直接ＤＣ入力を受け入れることができる。コントローラ１６は，タンク回路２３内に交番電流を生成させるために，スイッチング回路１４のタイミングを制御するように構成される。いくつかの実施例においては，スイッチング回路１４のタイミングは，２次ユニット３０からのフィードバックに少なくとも部分的に基づいて，スイッチング回路の動作周波数を変化させるように制御してもよい。コントローラ１６は，２次ユニット３０との通信を可能にする通信回路を含んでもよい。コントローラ１６は，例えば後方散乱（ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ）変調方式を用いた誘導結合を用いて通信してもよいし，又は無線周波（ＲＦ）送受信器のような外部通信経路を用いて通信してもよい。

コントローラ１６は，現在の実施例においてはマイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサは，出力をスイッチング回路１４に流すための組み込みデジタルアナログ変換器（図示せず）を備える。代替として，特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）を用いてコントローラ１６及び１次ユニットのほかの回路要素のいくつか又はすべてを実現してもよい。簡潔にするために通信回路をコントローラブロックと共に示しているが，通信回路はコントローラ回路と分離してもよいことを理解されたい。さらに，通信回路は通信のために１次コイルを用いてもよいし，ＲＦ送受信器のような別の通信経路を用いてもよい。

一つの実施例においては，システムは較正ユニットを含むことができる。例えば，１次ユニット１０はコントローラ１６内に較正ユニットを含めてもよいし，システム内のどこに配置してもよい。較正数又は係数は，特定１次ユニットと２次ユニットの間で電力が転送されるとき，１次側のコントローラ１６内及び２次側双方に記憶することができ，較正データは，電磁界における寄生金属のような，説明できない動作中の損失があるかどうかを予測するために，公式内で一緒に結合することができる。

較正ユニットは，システムにおける損失，例えば１次ユニット，２次ユニット又はそれら二つの間の結合における損失についての情報を記憶することができる。設計時に，製造時に及び／又はその後定期的に，１次ユニットにおける損失を較正し，較正ユニット内に記憶してもよい。較正ユニットは，記憶された情報をコントローラ１６に供給して，コントローラ１６が当該情報を，電磁界内に寄生金属があるかどうかを判定する際に用いることができるようにする。この較正ユニットは，１次ユニットにおける変化する損失に対処するために補正情報を変更してもよい。構成ユニットは，１次ユニットと２次ユニットとの間の電気損失及び磁気損失に関係するデータを含むことができる。例えば，較正ユニットは，１次ユニット上の種々の異なる位置に２次ユニットを掃引することによる最良適合分析から得られるデータを含んでもよい。この最良適合は，予期される入力電流を決定するために，公式の係数に変換することができる。例えば一つの実施例においては，予期される入力電流の公式は次のとおりである。
予期される１次入力電流＝０．５＊ｉ_ｓｅｃ＋（０．０５２＊ｉ_ｓｅｃ＊Ｖ_ｓｅｃ）＋（０．０１８＊ｉ_ｃｏｉｌ）−０．００９

予期される１次入力電流は，システムにおける種々の損失を表すいくつかの異なる項を用いて決定される。例えば本実施例においては，項０．５＊ｉ_ｓｅｃは２次整流損失を説明し，項（０．０５２＊ｉ_ｓｅｃ＊Ｖ_ｓｅｃ）は負荷に配電される電力を説明し，項（０．０１８＊ｉ_ｃｏｉｌ）はタンク回路内で失われる電力を説明し，項０．００９はオフセット値である。

現在の実施例におけるｉ_ｓｅｃ値及びＶ_ｓｅｃ値は，２次ＡＣ／ＤＣ整流後の瞬時電流及び電圧，又は類似の所定時間長に渡る平均電流及び電圧のそれぞれの測定値である。本実施例におけるｉ_ｃｏｉｌ値は，１次コイルにおけるピーク電流の測定値である。代替として，ｉ_ｃｏｉｌ値は，ＲＭＳ値，ピーク‐ツ‐ピーク値又はその組合せ（すなわち波高率）であってもよいし，代わりに電圧測定値を用いてもよい。現在の実施例においては，特定時刻における予期される入力電流を決定するために，これら測定値の三つはすべて同期している。外部の電流及び電圧示度を用いて収集されたデータに基づいて，種々の係数が導出される。特に係数は，整列度を変えることによって１次ユニットと２次ユニットとの間の結合が変化したときの電圧及び電流示度のデータに基づく最良適合分析に基づいて選択される。現在の実施例において，予期される入力電流は２次ブリッジ電圧１７Ｖ〜２４Ｖ及び電力範囲０〜６０Ｗに対して有効である。コイル駆動電圧は１９Ｖと仮定される。

一般に，１次コイル電流はコイルとコイルとの間隔によって変化するため，予期される１次入力電流の公式は結合損失を説明することができる。係数は，ｘ及びｚの間隔が変化したときのコイル電流を追跡することを補助する。すなわち，係数は，コイルが水平によりずれたとき，垂直によりずれたとき，かついくぶん平行になったときのコイル電流を追跡することを補助する。本質的に，結合が悪化したとき，入力電流が増加し，コイル電流も増加するが，電磁界内に寄生金属があるときは，入力電流は増加するが，コイル電流は同じだけ増加しないことがある。換言すれば，結合が悪化したとき，入力電流とコイル電流との関係，又は入力電力と予期される電力との関係，又は入力電力の特性と予期される電力の特性との関係は，予期される関係に従う。しかし電磁界内に寄生金属が加わったときは，入力電流とコイル電流との関係は予期される関係から外れる。いくつかの実施例において，係数又は係数を導出するために用いることができる情報のいくつか又はすべてを，２次ユニットから１次ユニットへ送信してもよい。このデータを送信することによって，種々の係数が適切であるとき，１次ユニットを将来出現するかもしれない装置と前方互換にすることができる。

図１のシステムにおいて，１次ユニット１０はコントローラ１６に接続された入力検出器回路２４を含む。入力検出器回路２４は，コントローラ１６によって供給される信号又は内部クロック信号に応答して，スイッチング回路１４によって引き出される電力の特性の測定を行う。入力検出器回路２４は，スイッチング回路１４によって引き出される電力の特性を表す出力をコントローラ１６へ供給する。現在の実施例における入力検出器回路２４は，入力電流を感知することができる瞬時電流感知器である。一般に，入力検出器回路２４は，１次ユニットにおけるスイッチング回路より前のどこに配置してもよい。代替実施例において，入力検出器回路は，入力電力の１又は複数の特性を測定することができる本質的に任意の感知器又は複数の感知器を含んでよい。上記特性は，入力電力を決定するため，又は電磁界内に寄生金属があるかどうか，若しくは別の予期しない損失が発生したかどうかを判定するために用いることができる。入力検出器回路は出力を１次コントローラ１６に伝送する。入力検出器回路の出力は，適切なほかの測定値との同期を補助するために，タイムスタンプを付与し，入力検出器回路２４，コントローラ１６又は１次ユニット１０における任意の場所にバッファしてもよい。さらに，出力を平滑化し，又は構成可能加重平均を適用することができる。一つの実施例においては，プロセッサが標本を取得することができないため，データにギャップがあることがあり，したがって，これらの項は零又は無視可能な重みで加重することができる。いくつかの実施例において，１次ユニットが測定値を同期させることができるように，２次ユニットがどのように，又はいつ，データを標本化したかを記述する同期情報を２次ユニットが提供してもよいし，同期標準を１次ユニットに予めプログラムしてもよい。例えば，２次ユニットはデータにタイムスタンプを付与しなくてもよいが，データが受信された時刻に対して特定の時刻に標本化されたことを期待して，測定値を１次ユニットに提供する。

図１のシステムにおける１次ユニット１０は，コントローラ１６に接続されたタンク検出器回路２６を含む。タンク検出器回路２６は，コントローラ１６によって供給される信号又は内部クロック信号に応答して，タンク回路２３によって引き出される電力の特性の測定を行う。タンク検出器回路２６は，タンク回路２３によって引き出される電力の特性を表す出力をコントローラ１６へ供給する。現在の実施例におけるタンク検出器回路２６はピーク電流検出器である。一般に，タンク検出器回路２６は，タンク回路２３への入力を含み，１次コイル１２とタンク回路２３のコンデンサ１５との間のスイッチング回路より後，又はタンク回路２３より後のどこに配置してもよい。別の実施例において，タンク検出器回路２６は，タンク回路電力の１又は複数の特性を測定することができる本質的に任意の感知器又は複数の感知器を含んでよい。上記特性は，タンク回路電力を決定するため，又は電磁界内に寄生金属があるかどうかを判定するために用いることができる。タンク検出器回路２６は出力を１次コントローラ１６に伝送する。タンク検出器回路の出力は，適切なほかの測定値との同期を補助するために，タイムスタンプを付与し，タンク検出器回路２６，コントローラ１６又は１次ユニット１０における任意の場所にバッファしてもよい。

２次ユニット３０は１次ユニット１０から分離可能であり，２次ユニット３０が１次ユニット１０の近傍にあるとき，１次ユニット１０によって発生される電磁界と結合する２次コイル３２を備える。このようにして，１次ユニット１０から２次ユニット３０へ，直接導電性接触なしに電力を誘導で転送することができる。

図１は，１次ユニット１０から非接触で電力を受電できる２次ユニット３０の一実施例を示している。非接触電力受電に関して，２次ユニット３０は概略，２次コイル３２と，整流器３４と，２次検出回路３６と，コントローラ３８と，負荷４０と，を含む。２次コイル３２は，ワイヤのコイルであってもよいし，１次ユニット１０によって発生された変動電磁界に応答して電力を発生することができる，本質的に任意のほかのインダクタであってもよい。整流器３４はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。図示していないが，ユニット３０はまた，ＤＣ−ＤＣ変換が望まれる実施例においてはＤＣ−ＤＣ変換器も含んでよい。コントローラ３８は整流された電力を負荷４０に印加するように構成されている。本実施例においては，負荷４０はユニット３０の電子回路を表している。いくつかの応用においては，負荷４０は，バッテリ又はユニット３０の電子回路への電力供給を管理できるほかの電力管理回路を含んでもよい。代替実施例においては，コントローラ３８は電力管理回路を含んでもよい。コントローラ３８は，１次ユニット１０との通信を可能にする通信回路を含んでもよい。コントローラ３８は，例えば後方散乱変調方式を用いた誘導結合を用いて通信してもよいし，又はＲＦ送受信器のような外部通信経路を用いて通信してもよい。

図１のシステムにおいて，２次ユニット３０はコントローラ３８に接続された２次検出器回路３６を含む。２次検出器回路３６は，コントローラ３８によって供給される信号又は内部クロック信号に応答して，負荷４０に配電される電力の特性の測定を行う。２次検出器回路３６は，負荷４０に配電される電力の特性を表す出力をコントローラ３８へ供給する。現在の実施例における２次検出器回路３６は，瞬時電流感知器及び瞬時電圧感知器双方を含む。一般に，２次検出器回路３６は，２次ユニットにおけるＡＣ／ＤＣ整流器３４より後のどこに配置してもよい。別の実施例において，２次検出器回路３６は，負荷に配電される電力の１又は複数の特性を測定することができる本質的に任意の感知器又は複数の感知器を含んでよい。上記特性は，負荷に配電される電力を決定するために用いることができる。２次検出器回路３６は出力を２次コントローラ３８に伝送する。２次検出器回路の出力は，適切なほかの測定値との同期を補助するために，タイムスタンプを付与し，２次検出器回路３６，コントローラ３８又は２次ユニット３０における任意の場所にバッファしてもよい。

入力検出器回路２４，タンク検出器回路２６及び２次検出器回路３６（検出器回路と総称する）は，入力電力における電流に直接比例する出力信号を生成するようにした増幅器を含んでもよい。検出器回路はまた，出力信号における変動を除去する帯域通過回路も含んでよい。検出器回路はまた，ろ波された信号を増幅する増幅器も含んでよい。検出器回路はまた，増幅器出力を高信号又は低信号に変換する比較器も含んでよい。種々の検出器回路は，電圧感知器であれ，電流感知器であれ，一般にありふれたものであり，所望の測定値が得られる本質的に任意の種類の感知器であってよい。例えばいくつかの実施例においては，電流感知器は電流感知変成器である。代替として，電流感知器は，分流抵抗器，ホール効果に基づく集積感知器，又は電流をマイクロコントローラが測定できる電圧に変換する任意のほかの装置であってよい。一つの実施例においては，検出器は抵抗器／コンデンサ分圧器であってよい。

１次ユニットが，１次ユニットからの誘導電力供給を制限又は停止するいくつかの状況がある。これらの条件のいくつかは，１次ユニットの近傍に大きな寄生負荷が検出されたことと，１次ユニット１０の近傍にシステムの２次ユニット３０がないことと，２次ユニット３０はあるが現在電力を必要としていないことと，を含む。負荷は，例えば電源が切られているとき，又は再充電可能バッテリ又はセルの場合，バッテリ又はセルが十分に充電されているときは，電力を必要としない。

一つの実施例において，大きな寄生負荷が検出され，予期された入力電流が測定された入力電流より１００ｍＡだけ異なっていた。寄生金属の許容範囲は，予期された入力電流と測定された入力電流との限界差を変更することによって変えることができる。しきい値が高いほど，電磁界における寄生金属の許容レベルが高いことを示す。そして，しきい値が低いほど，電磁界における寄生金属の許容レベルが低いことを示す。現在の実施例においては，１．９Ｗを超える電力が寄生金属に浪費されるとき，システムが確実に誘導電力供給を制限又は停止するように，１００ｍＡのしきい値が選択された。

別の実施例においては，予期される入力電流の計算に友好的寄生金属を用いてもよく，友好的寄生金属は寄生金属があるかどうかを判断する要因とはならない。予期される入力電流の計算に友好的寄生金属を考慮する代替実施例においては，大きな寄生負荷を宣言する基準が異なっていてもよい。

図２は，本発明によって，１次ユニットの近傍に大きな寄生負荷があることを検出する方法を説明するために用いられるフローチャートである。

現在の実施例において，２次ユニットは時折，寄生金属検出パケット（ＰＭＤパケット）を１次ユニットに送信して，１次ユニットが電磁界に寄生金属があるかどうかを判定できるようにする。現在の実施例においては，ＰＭＤパケットは２５０ｍｓごとに１次ユニットへ送信される。代替実施例においては，ＰＭＤパケットは，いくぶん頻繁に送信してもよいし，１次ユニットからの要求に応じて送信してもよいし，１次ユニットが発生した電磁界に寄生金属があるかどうかを判定することが適切である本質的に任意のほかのシナリオによって送信してもよい。

ＰＭＤパケット２０２を送信する時間になったとき，２次検出回路３６はＡＣ／ＤＣ整流の後，電圧測定及び電流測定を開始する。代替として，電力測定を別の感知器システムを用いて行ってもよい。代替実施例においては，２次ユニットにおける別々の位置において別々の測定値を，これらの測定の代わりに，又はこの測定値のほかに取得してもよい。

ＰＭＤパケット用の任意の測定値は，１次ユニットにおける寄生金属検出に有用な任意のほかの情報と共に，パケットのペイロードに組み立てられる。例えば，ＰＭＤパケットは，同期のために測定値が取得された時刻を示すタイムスタンプ情報を含んでもよい。さらに，ＰＭＤパケットは，欠けているデータポイントについての情報，又は平滑化，平均又はほかの加重の作用があったかどうかについての情報を含んでもよい。ＰＭＤパケットはまた，例えば１次ユニットに記憶された参照テーブルにおける種々の情報を参照できるように，装置についての識別情報を含んでもよい。例えばいくつかの１次ユニットは，種々の２次ユニットに関係する友好的寄生金属のテーブルを含んでもよい。いくつかのほかの実施例においては，２次ユニットは直接友好的寄生金属を通知してもよい。ＰＭＤパケットについて述べたが，情報を１次ユニットに送信する形式は重要ではなく，非パケット通信技法もまた可能である。現在の実施例において，パケットは，二つの１０ビット変数であって，双方の変数の最上位ビット（ＭＳＢ）が最後のバイトを共有する変数を含む３バイトのペイロード（全体で５バイト）を含む。現在の実施例においては，ＰＭＤパケットはタイムスタンプ情報を含まないが，その代わりに，ＰＭＤパケットを受信した時刻から２次測定値が取得された時刻までに９ｍｓの遅延があると仮定して１次ユニットは同期する。

ＰＭＤパケットが組み立てられると，１次ユニットへ送信される（ステップ２０８）。ＰＭＤパケットが受信されると，現在の実施例の１次ユニットは，ＰＭＤパケットが受信される前の９ｍｓに対応する，バッファに記憶された１次コイル電流測定値を取得する。この固定された９ｍｓの遅延はＰＭＤパケット送信の待ち時間を説明し，１次側及び２次側の測定値が確実に同期するようにする。

１次ユニットコントローラは，２次ユニットから受信した情報及び１次ユニットからの適切な測定値を用いて予期する入力電流を決定する（ステップ２１２）。上述のとおり，この決定は，最良適合分析によってシステムにおけるいくつかの種々の損失を説明する所定の公式に基づいて実行してもよい。

１次ユニットはまた，同期時刻に１次入力電流を測定する（ステップ２１４）。コイル電流と同様，１次入力電流は同期を補助するためにバッファに記憶してもよい。

１次測定入力電流は，電磁界内に何らかの寄生金属があるかどうかを判定するために，１次予期入力電流又は１次計算入力電流と比較される（ステップ２１６）。測定入力電流と決定入力電力との差は，システムにおける何らかの説明できない損失を表す。現在の実施例においては，数は単純に減算され，差がしきい値よりも大きいときは，システムは，電磁磁界内に相当量の寄生金属があると判定し，非接触電源はいくつかの種々の操作を行ってもよい。例えば，システムは停止してもよいし，出力電力を低下させてもよいし，警告灯を点灯させてもよい（ステップ２１８）。差がしきい値よりも小さいときは，システムは，電磁界内に相当量の寄生金属はないと判定し，システムは何もしないか，又は寄生金属がないことを指示する。そしてシステムは，別のＰＭＤパケットを送信する時間になるまで待機する。

一つの実施例においては，寄生金属が検出されたとき，１次ユニットは何らかの方法でリセットされるまで停止モードに留まる。このようなリセットは，１次ユニットの利用者が手動で行ってもよいし，代替として，コントローラ１６が定期的に誘導電力の供給を再開して，停止モードに留まるかどうかを判定するために，寄生金属検出を繰り返してもよい。

図２に関係して上述した寄生金属検出技法を，別の異なる寄生金属検出技法によって補ってもよい。例えば，いくつかの寄生金属検出は，２次負荷が定期的に切断され，システムがリングダウン状態にあることを確かめられるときは，より高信頼である。リングダウン寄生金属検出を行うためには，１次ユニットの近傍にあるすべての２次ユニットは故意に無負荷状態に設定される。この無負荷状態においては，２次ユニットが実際の負荷に，いかなる誘導受電した電力も供給することが妨げられる。これによってシステムは，２次ユニットの負荷を考慮する必要なく，電磁界における寄生金属についての情報を取得することができる。リングダウン寄生金属検出と，入力電力寄生金属検出とを組み合わせることができれば，いくつかの状況下においてより正確な寄生金属検出が可能になる。

リングダウンの一実施例において，コイルが自己のインダクタンス値及び等価直列抵抗を有する開放２次回路がある。このことは，２次回路が種々の刺激に対して知ることができる方法で応答することを意味する。インパルスが与えられたときは，得られるＲ（等価直列抵抗，ＥＳＲ）Ｌ（コイル）Ｃ（タンクコンデンサ）回路の電圧は，周知の時定数で減衰する。減衰が早いほど，Ｌが低くなるかＥＳＲが高くなることを意味し，よって寄生金属があることを示唆する。あるいは，コイルをある周波数で励起しても，ＲＬＣ回路は予測可能な電圧又は電流を生じる。また，寄生金属は応答を予期した値（高電流，低電圧，など）から偏移させる。

図３は，入力電力と非接触電力供給システム内で消費される電力との関係の三つの代表的シナリオ３００，３０２，３０４を示している。第１シナリオ３００において，１次ユニット及び２次ユニットは整列しており，電磁界内には非友好的寄生金属はない。換言すれば，第１シナリオにおいては説明できない損失はない。このシナリオにおいて，結合１次電力損失３０６，２次電力損失３０８及び負荷３１０によって消費される電力は，入力電力３１２と同一又は実質的に同一である。現在の実施例において，１次電力損失３０６は，１次ユニット磁気回路（ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）３１４（例えば，１次ユニットシールド損失），１次ユニット電子回路３１６（例えば，整流，スイッチング及びろ波の損失）及び１次コイル３１８（例えばＩ^２Ｒ損失）への電力損失を含む。現在の実施例において，２次電力損失３０８は，友好的寄生金属３２０（例えば，２次ユニット損失のうち寄生金属），２次磁気回路３２２（例えば，２次ユニットシールド接触），２次コイル３２４（例えば，Ｉ^２Ｒ損失）及び２次電子回路３２６（例えば，整流，調整及びろ波損失）への電力損失を含む。負荷によって使用される電力及びシステムにおける電力損失を含む既知の電力消費が入力電力と実質的に同一であるときは，システム内に未知の寄生金属のような説明できない損失はない。

第２シナリオ３０２においては，１次ユニット及び２次ユニットは整列していない。２次ユニットが誘導電源と整列していないときは，結合が減少する。これは，２次ユニットに同量の電力を配電するために，１次ユニットがより多くの電力をコイルに配電することになる。より多くの電力が配電されるため，現在の実施例においては損失が増加する。例えば，１次ユニットにおける電子回路損失が大きいほど（Ｉ^２Ｒ，該当するときは整流，スイッチング，動作周波数は偏移した可能性がある），より多くのコイル電流によってコイルにおける電力損失が増え，１次コイルによって発生されるより大きな電磁界によって磁気回路における電力損失が増え，より大きな電磁界によって友好的寄生金属及び異種寄生金属における電力損失が増え，そしていくつかの状況においては，動作周波数が偏移したとき２次損失が増加することがあり，２次整流及び２次コイルにおける損失をわずかに増加させる。いくつかの実施例において，これら２次損失の変化は無視できる。一般に，負荷及び２次ユニット（整流及びコイルを除く）における電力損失は，２次ユニットが依然同一の電力量を引き出している（引き出そうとしている）ため，変化しない。図示した実施例において，（負荷が変化していないため）第１シナリオと同一量の電力を負荷３１０に配電するために（動作周波数，共振周波数，デューティサイクル，電源電圧（ｒａｉｌ ｖｏｌｔａｇｅ）又はあるほかのパラメータのいずれかを調整することによって），追加入力電力３１２が供給される。しかし，１次ユニットと２次ユニットが整列していないため，追加の１次ユニット損失３０６及び２次ユニット損失３０８が生じることがある。現在の実施例においては，１次ユニット磁気回路３１５と，１次ユニット電子回路３１７と，１次コイル３１９と，２次ユニット友好的寄生金属３２１と，２次ユニット磁気回路３２３とにおいて損失が増加する。現在の実施例において，２次コイル３２４と，２次ユニット電子回路３２６と，負荷３１０とにおける電力損失は一定に留まる。入力電力３１２が概略，結合電力損失３０６，３０８及び負荷３１０によって消費される電力に等しいときは，電磁界内には未知の寄生金属のような説明できない電力損失はない。

第３シナリオ３０４においては，１次ユニット及び２次ユニットは整列しているが，一片の寄生金属が電磁界内に置かれている。（三つのシナリオすべてにおいて，負荷は同一であるため）第１及び第２シナリオと同一量の電力を負荷３１０に配電するために（動作周波数，共振周波数，デューティサイクル，電源電圧又はあるほかのパラメータのいずれかを調整することによって），追加入力電力３１２が供給される。しかし，電磁界における一片の未知の寄生金属があるため，追加１次ユニット損失３０６と，追加２次ユニット損失３０８と，ある説明できない電力３２８とが存在することがある。現在の実施例においては，１次ユニット磁気回路３１５と，１次ユニット電子回路３１７と，１次コイル３１９と，２次ユニット友好的寄生金属３２１と，２次ユニット磁気回路３２３とにおいて損失が増加する。現在の実施例においては，２次コイル３２４と，２次ユニット電子回路３２６と，負荷３１０とにおける電力損失は一定に保たれる。入力電力３１２と，結合既知電力損失３０６，３０８及び負荷３１０によって消費される電力との間には大きな差があるため，システムは，電磁界内に未知の寄生金属のような未知の電力損失があると推定することができる。この未知の電力損失を検出したことに応答して，非接触電力転送システムは電力転送を制限又は停止してもよい。

図３におけるシナリオは正確な縮尺で描かれたものではなく，説明を補助するために単に例として提供されたものに過ぎない。さらに，これら三つのシナリオ３００，３０２，３０４に示された，電力損失と負荷によって使用される電力との相対量は，単に代表的なものに過ぎない。いくつかの実施例においては，追加の種別の電力損失があってもよいし，電力損失の種別はより少なくてもよい。例えば，２次ユニットが友好的寄生金属を含まないときは，関係する電力損失はない。図３における種々の損失は，システムがどのように１次ユニットと２次ユニットとの不整列と，電磁界内に置かれた寄生金属との差が分かるかを図示するために誇張されている。入力電力量と，負荷に配電される電力量とを単に比較しても，システムはシナリオ２ ３０２とシナリオ３ ３０４とを区別することはできない。たとえシステムが，１次ユニットと２次ユニットとが整列している場合に種々の損失を説明できても，システムが不整列によって生じる電力損失の変化を説明できないときは，不整列によって大量の偽陽性判定が起きる可能性がある。システムが，動作中の不整列のような電力損失の変化を説明できるときは，システムは偽陽性判定を起こすことは少ない。

上述のとおり，システムは，不整列による電力損失と寄生金属による電力損失とを区別することが困難なこともあるし，十分な分解能がなく，２次ユニットへの非接触電力供給を制限又は停止する結果となる偽陽性判定を起こすこともある。現在の実施例においては，公式が動作中の不整列による損失を説明するため，予期される入力電流又は予期される入力電力は，測定された入力電流又は予期される入力電力と一致する。

不整列又は電磁界内に加えられた寄生金属があるだけではなく，双方が同時にある可能性もある。例えば，利用者が偶然に鍵を充電面に投げ，２次ユニットの位置をずらすことがある。このような状況においては，寄生金属による損失と，不整列による損失とが同時に増加する。システムは入力電力と既知の損失との関係を求めているため，システムは依然として電磁界内に寄生金属があることを識別できる。

現在の実施例においては，１次コイル電流と，２次電流と，２次電圧とが，導出されて製造時にコントローラにコーディングされた公式に当てはめられる。公式は，１次ユニットに関係する固定のインピーダンス値及び抵抗値に基づく既知の損失を考慮して導出される。

図１に関係して上述したもののような，誘導電力転送システムにおいて誘導電力転送を制御する方法の代替実施例を次に説明する。誘導電力転送システム１００は，１次ユニット１０及び２次ユニット３０を含む。１次ユニット１０はタンク回路２３及びスイッチング回路１４を含み，タンク回路及びスイッチング回路双方は電磁界を発生させることができる。システムはまた２次ユニット３０も含み，２次ユニットは，１次ユニットから分離可能であり，１次ユニットと２次ユニットとの間に直接の導電性接触なしに，２次ユニットが１次ユニットからで電力を誘導受電できるように，２次ユニットが１次ユニットの近傍にあるとき，電磁界と結合するようになっている。

一つの実施例において，スイッチング回路は，動作中に種々の異なる動作周波数間を変化する動作周波数で動作する。いくつかの実施例において，１次ユニットの動作周波数又はあるほかのパラメータは，負荷の変化又は負荷からの要求に応じて調整してもよい。例えば２次ユニットが追加電力を要求したとき，１次ユニットは電力出力を増加させるために，動作周波数，デューティサイクル，共振周波数又は電源電圧を調整してもよい。このような１次ユニットの一例が，２００３年１０月２０日出願のＢａａｒｍａｎの米国特許第７，２１２，４１４号に記載されており，ここに全体を参照する。１次ユニットと２次ユニットとの不整列によって変化する電力損失に加えて，電力損失は，スイッチング回路の動作周波数又は２次ユニットに関係する負荷の電力要求によって変化することがある。例えば，プログラム可能電子負荷を用いて，一定電圧で種々の電流又は一定電流で種々の電圧を試験してもよい。

本方法は，１次ユニットにおける入力電力の特性を測定するステップと，１次ユニットのタンク回路における電力の特性を測定するステップと，１次ユニットにおいて少なくとも一つの２次ユニットから情報を受信するステップと，１次ユニットのタンク回路における電力の測定された特性によって，誘導電力転送システムにおける電力装置を推定するステップと，１次ユニットの近傍に許容できない量の寄生金属があることを判定するために，１次ユニットにおける入力電力の測定された特性と，少なくとも一つの２次ユニットからの情報と，推定される電力消費とを比較するステップと，１次ユニットの近傍に許容できない量の寄生金属があることが判定されたことに応答して，１次ユニットからの誘導電力転送を制限又は停止するステップと，を含む。

消費される電力を推定するステップは，誘導電力転送システムにおける電力損失を推定するステップ，２次ユニットの負荷によって引き出される電力を推定するステップ，又は双方を含んでもよい。誘導電力転送システムにおける電力損失の推定は，１次ユニットのタンク回路における電力と，測定された特性と，２次ユニットからの情報とによってもよい。例えば，電力損失推定は，１次ユニット磁気ヒステリシス電力損失と，１次ユニット磁気渦電流電力損失と，１次ユニット電圧電力損失と，１次ユニット抵抗電力損失と，２次ユニット電力損失とを推定するステップと含んでもよい。２次ユニット電力損失に関する情報は，部分的に又はすべて２次ユニットによって提供される。例えば，情報は２次ユニットＩＤ，２次ユニットにおける電力の特性の測定値，２次ユニットにおける電力損失の推定値，一又は複数の電力損失係数（磁気ヒステリシス損失及び磁気渦電流損失を特徴付ける係数を含む），又はそれらの組合せの形態であってもよい。２次ユニット電力損失は，２次ユニット渦電流電力損失と，２次磁気ヒステリシス損失と，２次ユニット電圧電力損失と，２次ユニット抵抗電力損失と，によって記述してもよい。

動作中のシステムにおける種々の電力損失をより正確に測定するために，１次ユニット及び２次ユニットに追加の感知器を含めてもよい。しかし，追加の感知器は，１次ユニット及び２次ユニットの費用及びサイズを増加させることがある。したがって，いくつかの実施例においては，実験データに基づいて電力損失を推定するために，曲線当てはめ分析を用いてもよい。例えば一実施例においては，１次ユニットと，２次ユニットと，電力負荷と，２次ユニット位置（位置及び方法を含む）と，周波数と，友好的寄生金属との種々の組合せについて，実験データを収集することができる。実験的に収集できるデータの種類は，本質的に任意の種類の測定値を含んでよい。一つの実施例においては，収集されるデータは，入力電圧と，入力電流と，入力電力計算値と，１次コイル電圧と，１次コイル電流と，送電電力計算値と，２次コイル電圧と，２次コイル電流と，受電電力計算値と，出力電圧と，ブリッジ電圧と，出力電流と，を含んでもよい。代替実施例においては，追加の，別の，又はより少数の測定値又は計算値を収集してもよい。平均値と，ＲＭＳ値と，電力係数と，波高率と，ピーク値と，電圧／電流位相差と，を含むがそれに限定されない測定値を取得するために任意の技法を用いてもよい。

一つの実施例においては，１次ユニットの近傍に許容できない量の寄生金属があるか，又は故障した部品のような別の説明できない電力損失があるかを判定するために，１次ユニットにおける入力電力の測定された特性と，２次ユニットからの情報と，推定された電力消費とが比較される。この比較は，種々の実施例における種々の技法を含んでもよい。一つの実施例においては，この比較は１次ユニットにおける入力電力の特性と，タンク回路電力の特性と，動作周波数と，２次ユニットからの情報とに基づいて合計電力消費を計算するステップと，計算された合計電力消費と推定された電力消費との差を検出することによって，１次ユニットの近傍に異物があることを判定するステップとを必要とする。

一つの実施例においては，１次ユニットの近傍に許容できない量の寄生金属があるかどうかについての判定は，測定された合計電力消費と測定された電力消費との差をとり，その値をしきい値と比較することによって行うことができる。このしきい値は，動的かつシステムの動作点又は種々のほかの要因に基づいてもよい。値が計算されたしきい値を超えたときは，許容できない量の寄生金属があり，しきい値を超えないときは，存在する寄生金属の量は許容できる。

上述のとおり，最良適合分析は，曲線当てはめと呼ばれることもあるが，１次ユニットに関して種々の異なる位置（位置及び方向）を通って２次ユニットを掃引することによって行うことができる。電磁界に許容できない量の寄生金属があるかどうかを判定するために，この曲線当てはめを，公式又は公式集合の係数に変換することができる。公式集合の一例は次のとおりである。

係数はそれぞれ実験的に決定してもよい。システムにおける部品を物理的に観察することによって個々の電力損失種別に基づいて係数を個別に決定してもよいし，すべての係数を同時に取得するために曲線当てはめを行ってもよい。一つの実施例においては，係数を決定するために，既知の多変量多項回帰技法を用いた腕づくの曲線当てはめ，又は観察されたデータを与えられた公式に当てはめるほかの方法を用いてもよい。これらの技法は一般に曲線当てはめと呼ばれる。別の実施例においては，等価直列抵抗及び電圧低下のような実験台で測定されたパラメータの検査としてデータを収集することによって，実験的に係数が決定される。１次ユニットと，２次ユニットと，負荷と，位置と，友好的寄生金属との種々の組合せについて，データを収集することができる。Ｔｘは１次ユニットすなわち送電器を指し，Ｒｘは２次ユニットすなわち受電器を指す。ｉ_{ｔｘ＿ｃｏｉｌ}は１次ユニットコイル電流を指し，ｉ_{ｔｘ＿ｉｎｐｕｔ}は１次ユニット入力電力を指し，ｉ_{ｒｘ＿ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ}は２次ユニットにおける整流後の電流を指す。現在の実施例においては，係数はすべての負荷に対して同一である。

現在の実施例は１０個の係数を含むが，代替実施例においては追加の，別の又はより少ない係数を用いてもよい。例えば，係数Ｃ７及びＣ８は，寄生金属検出成功率に大きな影響を与えることなく削除することができる。さらに，本方法の理解を助けるために公式集合が提供されたが，代入によって単一の公式を生成することができる。公式は，１次ユニットの近傍に何らかの寄生金属があるかどうかを判定するために，システムにおける入力電力，出力電力及び種々の損失を比較する。Ｔｘは１次ユニットすなわちすなわち送電器を指し，Ｒｘは２次ユニットすなわち受電器を指す。ｉ_{ｔｘ＿ｃｏｉｌ}は１次ユニットコイル電流を指し，ｉ_{ｔｘ＿ｉｎｐｕｔ}は１次ユニット入力電力を指し，ｉ_{ｒｘ＿ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ}は，例えば図１の電流感知器において示した２次ユニットにおける整流器の後の電流を指す。

一つの実施例において，周波数変動を説明することによって電力損失推定をより正確にすることができる。例えば，いくつかの誘導電源は，動作中に１次ユニットのスイッチング回路の動作周波数を変更する。この動作周波数の変化は，システムにおけるどれだけの電力損失があるかに影響を与えることがある。システムにおける電力損失をより正確に推定するために，動作周波数ごとに１次コイルの等価直列抵抗値を決定してもよい。等価直列抵抗のデータ点は，１次ユニット渦電流電力損失を推定するための渦電流電力損失係数を決定するために，曲線当てはめをしてもよい。すなわち，任意の与えられた周波数で任意の与えられた１次ユニット及び２次ユニットに生じる渦電流電力損失を計算することは困難なことがある。複数の周波数で１次ユニット及び２次ユニットの組合せに関する渦電流電力損失がいくらかを実験的に決定することによって，どれだけの損失が予期されるかについての一般化関数を，周波数の関数として開発することができる。これと同じ技法を，周波数に依存するシステムにおける任意の電力損失に用いることができる。すなわち，種々の周波数で，１次ユニット及び２次ユニットの種々の組合せに生じる種々の種類の電力損失についてデータを収集することによって，電力損失が周波数に基づいて変化するとき，電力損失をより良く推定するために，曲線当てはめが動作中に使用できる公式の係数集合を開発する助けとなる。１０個の係数はすべて，製造中に１次ユニット又は２次ユニットに記憶できるように，実験的に決定することができる。一般に１次パラメータは１次ユニットにハードコードされ，２次ユニットパラメータは動作中又は初期化較正ルーチンの際に伝送される。明確にするために，この較正ルーチンはここで説明した係数決定のための較正処理とは別の処理であってもよい。その代わり，この較正ルーチンを用いて，電磁界内に寄生金属があるかどうかを最終判定する処理ユニットが，適切な係数のすべてを利用できることを確かめることができる。

この関数は，システムのある部分に対する古典的に知られた損失モデルに基づくことができる。例えば，磁性材料はヒステリシスによるｉ＊ｆに関係する損失（１次材料についてはＣ１，２次材料についてはＣ２）を有し，磁性材料はこれらの材料における渦電流損失を表す（ｉ＊ｆ）^２に関係する損失（１次材料についてはＣ３，２次材料についてはＣ４）を有し，コンデンサ，コイル及びＦＥＴはｉ^２に関係する「抵抗損失」（Ｃ６，Ｃ８）を有し，２次の合計電力損失は受電電力の線形関数で近似できるため，追加損失を近似するために，受電電力（Ｃ９，Ｃ１０）のスカラ関数を用いることができる。これら主要回路部品のすべてについて物理損失モデルがあることは既知であるため，これらの変数がそれぞれ何であるかを調べるために収集されたデータのすべてについて，多変量多項回帰を行うことができる。係数を探す代替方法は，システム内でそれらを増加的に測定して値を決定することである。これを観察した（収集した）データに対して検証することができる。

上記の公式を参照すると，Ｃ０は１次ユニットオフセットを表し，曲線当てはめ処理の際に，電流に依存しないすべての損失を表すために用いることができる。上述のとおり，Ｃ０を含むすべての係数は同時に最良適合することができる（多変量多項回帰）。又は，ＥＳＲ，電圧降下，などの値を測定することによって実験的に決定されたときは，Ｃ０は残されたものである。これは負荷によって変化しない電力の基本レベル（マイクロが利用するもの，など）を表す。

Ｃ１及びＣ２はそれぞれ，システムにおける１次ユニット及び２次ユニットの磁気ヒステリシス損失を表す。いくつかの実施例において，磁気ヒステリシス損失の係数は零又は零近傍と仮定してもよく，したがって計算から削除される。１次ユニット及び２次ユニットはヒステリシス損失を最小化して計算を単純にするように設計してもよい。上述のとおりＣ３及びＣ４が周波数に対して一定でないとき，Ｃ１及びＣ２は非零と考えてよい。ＥＳＲが測定されたとき，Ｉ^２Ｒ損失モデルであるとの仮定ができる。これが関数（Ｉ＊ｆ）^２Ｒに当てはまるときは，多くの周波数についてＥＳＲを測定し，ｆ^２で除算したとき，結果はＥＳＲのすべての測定値に対して互いに等しい（又は非常に近い）ことを意味する。そうでないときは，別の損失モデルを検討し，（Ｉ＊ｆ）について多項回帰を行ってもよい。

Ｃ３及びＣ４はそれぞれ，１次ユニット磁気渦電流損失及び２次ユニット磁気渦電流損失を表す。Ｃ３及びＣ４を決定するために，１次コイル及び２次コイルの等価直列抵抗（“ＥＳＲ”）が測定される。ＥＳＲはどの磁気材料からも独立である。これは裸（ｂａｒｅ）コイルＥＳＲと呼ばれる。裸コイルＥＳＲは種々の周波数で測定してもよく，例えば現在の実施例において，裸コイルＥＳＲは１１０ｋＨｚから２０５ｋＨｚの周波数範囲で測定される。

Ｃ３を決定するために，１次コイルと，（もしあれば）１次ユニットシールドと，（もしあれば）１次ユニット磁石とのＥＳＲが測定される。これは，１次コイルアセンブリＥＳＲと呼ばれる。１次ユニットシールド及び１次ユニット磁石だけのＥＳＲ（１次磁気回路ＥＳＲと呼ばれることもある）を提供するために，１次コイルアセンブリＥＳＲから裸コイルＥＳＲが減算される。もちろん，これらのＥＳＲ値は現在の実施例の方法と異なる方法で取得してもよい。一つの実施例においては，Ｃ３は１次磁気回路ＥＳＲを，測定値が得られた周波数の２乗で除算して決定される。代替実施例においては，Ｃ３の精度を向上させるため，予期される動作範囲の種々の周波数で複数の測定値を取得してもよい。この場合，各周波数の１次磁気回路ＥＳＲを周波数の２乗で除算し，実験的誤差を説明するためにこれらの値すべての平均を取ってＣ３と見なす。

Ｃ４を決定するために，システムのＥＳＲが測定される。現在の実施例において，システムＥＳＲは，１次ユニットと２次ユニットが整列し，システムが１次コイルと１次ユニットシールドと，１次ユニット磁石と，１次ユニットと２次ユニットとの間のギャップと，２次ユニットコイルと，２次ユニットシールドと，２次ユニット磁石と，任意の友好的寄生金属とを含むときに測定される。現在の実施例において，システムＥＳＲを測定するとき，システムＥＳＲは１次コイルの観点から観察される。２次ユニットアセンブリＥＳＲを得るために，システムＥＳＲから１次ユニットアセンブリＥＳＲ（磁石を含む１次コイル及び１次シールドが存在する）を減算する。一つの実施例においては，Ｃ４は２次ユニットアセンブリＥＳＲを，測定値が得られた周波数の２乗で除算して決定される。代替実施例においては，Ｃ４の精度を向上させるために，予期される動作範囲の種々の周波数で複数の測定値を取得してもよい。この場合，各周波数の２次ユニットアセンブリＥＳＲを周波数の２乗で除算し，実験的誤差を説明するためにこれらの値すべての平均を取ってＣ４と見なす。

また，一つの実施例においては，２次ユニットアセンブリＥＳＲを種々の整列度で取得することによってＣ４をより正確に決定してもよい。すなわち，正確な位置及び方向でＥＳＲ測定値を得るために，例えばＸＹＺテーブル又は回転させたＸＹＺテーブルを用いて２次ユニットが自動的に空間内を動き回るようにしてもよい。現在の実施例において，特定の２次ユニット，例えば電磁界を受けるための２次コイルを備えた携帯電話機と，磁気シールドと，きょう体のような友好的寄生金属と，電子回路と，バッテリと，のＣ４値を得るために，動作周波数と位置との組合せごとに，ＥＳＲ／ｆ^２値のすべてを平均してもよい。

幾何学的位置調整（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）システムの位置実施例が図４に示され，４００と記されている。幾何学的位置調整システム４００は，１次コイル及び２次コイルの相対位置を移動させるために用いることができる。現在の実施例において，幾何学的位置調整システム４００は基板４０２及び位置調整器（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）４０４を含む。基板４０２は１次ユニット又は１次コイル４０６のような１次ユニットの一部と統合されていてもよいし，いくつかの実施例においては１次コイル４０６又は１次ユニットは基板４０２に対して着脱可能であってもよい。可変ギャップ４０８は，誘導電力転送に影響を当たえる種々のサイズのスペーサを積層することによって提供してもよい。代替として，位置調整器４０４はスペーサを用いる代わりに，ギャップ４０８を提供するために，正確なｘ，ｙ及びｚの位置調整を行ってもよい。異物４１０，２次コイル４１２，友好的寄生金属４１４及びほかのものは，位置調整器４０４に対して着脱可能であってよい。現在の実施例は円形コイルを用いているため，位置調整器４０４は単一の方向に移動を与えるだけである。すなわち，スペーサのサイズを増加させることによって垂直位置を変更することができる。代替実施例においては，多軸テーブルを用いてコイルを移動させることができる。単方向位置調整器によっても，移動の位置は三つ組の形態で提供できる。すなわち，１次コイルに対して移動はＸＹ軸に対して斜めであるため，Ｘ及びＹの値は常に同一である。三つ組のＺ成分はギャップ４０８の厚みによって提供される。

Ｃ３及びＣ４を決定する一方法を上述したが，ほかの方法を用いてもよい。次の公式を用いてＣ３及びＣ４を解決すなわち推定するために，任意の既知の技法を用いてもよい。

この公式は，すべての位置のすべての負荷に対して真である。

電磁界内に許容できない量の寄生金属があるかどうかを判定する一般化式に戻ると，Ｃ５及びＣ６は１次ユニット上の電子回路損失を表す。１次ユニット損失は一般に，入力電力量から１次ユニットコイルにおける電力量を減算して決定される。しかし，動作中，これらの電力測定値を得るためのハードウェアを含めることは高価なことがある。さらにいくつかの実施例においては，いくつかの曲線当てはめ係数と，１次ユニット入力電流と，１次ユニットコイル電流とを用いて，１次ユニット電子回路電力損失をより正確に推定することができる。代替実施例においては，１次ユニット電子回路損失を推定するために，別の測定値を用いてもよい。例えば，いくつかの実施例においては，１次ユニットコイル電流だけに基づいて損失を２次式に当てはめてもよい。この実施例においては，Ｃ５は１次項であり，Ｃ６は２次項及び１次ユニット裸コイルＥＳＲである。

Ｃ７及びＣ８は２次ユニット整流器における損失を表す。これらの損失は，２次多項式
Ｐ_{ｒｅｃｅｉｖｅｄ} − Ｐ_{ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ} ＝ Ｃ_７＊ｉ_{ｒｘ−ｒｅｃｔ} ＋ Ｃ_８＊ｉ_{ｒｘ−ｒｅｃｔ} ^２
に曲線当てはめすることができる。

現在の実施例においては，単純にするため，２次ユニットコイルにおける損失は，２次ユニット裸コイルＥＳＲをＣ８に加算することによって，Ｃ８に含めてもよい。代替実施例においては，２次ユニットコイルにおける損失は別の項であってよい。２次ユニットにおいて傾斜切片抵抗網が使用されているときは，Ｃ７及びＣ８は零と推定してもよく，代わりにＣ９及びＣ１０が用いられる。現在の実施例においてＣ７及びＣ８を用いるためには，２次コイル電流の動作中測定が必要である。これらの項を取り除くことによって，計算は依然として十分正確であるが，ハードウェア設計の更なる複雑さを無くすことができる。Ｃ７及びＣ８の代わりに，Ｃ９係数を用いて２次ユニット電力損失量を推定してもよい。

Ｃ９及びＣ１０は一緒に計算することができる。一つの実施例においては，負荷に対してＰ_{ｒｅｃｅｉｖｅｄ} − Ｐ_{ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ}をプロットすることによって，損失を近似する曲線を通って直線を引くことができる。切片はＣ１０であり，２次ユニット電力損失オフセットを表す。項Ｃ９はまた，負荷に配電される電力も説明するため，Ｃ９は１＋傾斜である。

較正システムを用いて誘導電力転送システムを較正する方法の一実施例を次に説明する。

較正システムは，電力試験及び温度試験を行うための試験装置を含んでもよい。電力試験装置は，幾何学的位置調整システム４００と，二つのＡＣ電流プローブと，二つのＤＣ電流プローブと，１０ＭＨｚ ＋ １２ビット ＋ サンプリングの１０チャネルを備えるアナログデジタル変換器と，を含む。アナログデジタル変換器は回路における種々の位置に配置することができ，所望の情報を決定するために十分速いサンプリング及び十分な分解能を有する。試験装置は，幾何学的位置調整システム上のいくつかの位置を通って掃引し，データ点のすべてを標本化する。データ点は１秒の速度又はあるほかの速度で標本化される。生データは保存してもよいし，代替実施例においては，一定の計算値が得られたとき，廃棄してもよい。較正中に種々の値を記録することができる種々の値は上述のとおりであり，値は，システムを通じた種々の電圧，電流，周波数及び位相の測定値を含むと言えば十分である。許容可能な寄生金属の量のしきい値を決定するために，温度試験装置を用いてもよい。

較正方法の一つの実施例においては，受電コイル，負荷，友好的寄生金属，位置及び送電器の種々の組合せを試験することができる。例えば，特定電力量のために設計された２次コイルの種々の形状及びサイズを較正してもよい。種々の負荷，例えば位置ごとの０．２，０．４，０．６，０．８，１，２，３，４，５Ｗの静的負荷を試験することができる。代替として，又は追加で，携帯電話機の特定モデルのような実際に動作する装置又はほかの２次ユニットを試験してもよい。さらに，無負荷構成を試験することができる。種々の友好的寄生金属を試験することができる。例えば，アルミニウム板，銅板，ステンレススチールシート，ブルースチールシート，又は携帯電話機の特定の本体のような材料を試験することができる。現在の実施例においては，友好的寄生金属はそれぞれ２次コイルよりも２５％大きく，このことは寄生金属が２次コイルの端から各方向に２５％広がっていることを意味する。空間における種々の位置又は分離し不整列の種々の位置を測定することができる。現在の実施例においては，方向は一定に保たれるが，五つの異なる位置が測定される。種々の１次ユニット又は１次ユニットにおける１次コイルを試験することができる。

較正方法は，１次ユニットに対して複数の異なる位置に２次ユニットを配置するステップと，複数の異なる負荷で１次ユニットを運転するステップと，位置と負荷との組合せごとに２次ユニットの等価直列抵抗値を決定するステップと，動作周波数と負荷との組合せごとに１次ユニットの等価直列抵抗値を決定するステップと，２次ユニット渦電流電力損失を推定するための２次ユニット渦電流電力損失係数を決定するために，２次ユニットの決定された等価直列抵抗値を曲線当てはめするステップと，１次ユニット渦電流電力損失を推定するための１次ユニット渦電流電力損失係数を決定するために，１次ユニットの決定された等価直列抵抗値を曲線当てはめするステップと，を含む。現在の実施例における１次ユニットは，システム内にある負荷に依存して，動作周波数を調整するため，１次ユニットは負荷又は負荷の位置を変えることによって周波数を変える。この周波数の変更は，システムにおける電力損失に影響を与えることがある。

上述の実施例は単一の２次ユニットに関連して説明したが，動作中又は較正中に，複数の２次ユニットを説明することができる。すなわち，システムにおけるすべての既知の２次ユニット及びこれら２次ユニットに関係する損失を説明するために，公式及び係数を拡張することができる。２次ユニットごとに，２次ユニット電力損失それぞれが複製される。

上記の説明は，本発明の現在の実施例に関するものである。本願の請求項に規定された本発明の精神及びより広い態様から逸脱することなく，種々の代替物及び変更物を作ることができる。本発明は，均等論を含む，特許法の原理によって解釈されるものとする。例えば，「一つの」（ａ，ａｎ），「その」（ｔｈｅ）又は「前記」（ｓａｉｄ）の用語を用いた単数形のいかなる参照も，当該要素を単数に限定するものではない。ここに開示し，規定した本発明は，言及したか，又は文章及び／又は図面から明白な，個々の特徴の２以上のすべての代替の組合せに拡張されることを理解されたい。これらの異なる組合せのすべてが本発明の種々の代替態様をなす。

Claims (18)

1. 寄生金属検出システムを較正する方法であって，
   非接触電力供給を行う１次ユニットを設けるステップと，
   較正データを受信するステップであって，前記較正データは，前記１次ユニットに対する複数の異なる位置への２次ユニットの配置によるものであるステップと，
   前記較正データを用いて前記寄生金属検出システムを較正するステップと，
   を有する方法。
2. 前記較正データは，前記１次ユニットと前記２次ユニットとの間の結合が変化する際の不十分な結合による損失を説明する，請求項１に記載の方法。
3. 前記較正データは，周波数の変化を説明する，請求項１に記載の方法。
4. 前記較正データは，複数の異なる負荷での前記２次ユニットの動作によるものである，請求項１に記載の方法。
5. 前記寄生金属検出システムは，予期された入力と測定された入力とを比較することによって，前記１次ユニットの近傍にある金属を検出する，請求項１に記載の方法。
6. 前記寄生金属検出システムは，結合による損失と，寄生金属による損失とを区別できる，請求項１に記載の方法。
7. 前記較正データは，一又は複数の電力損失係数，又は，一又は複数の電力損失係数を導出するための情報を含む，請求項１に記載の方法。
8. 寄生金属検出システムの較正データを収集する方法であって、
   位置調整システムによって，１次ユニットに対する複数の異なる位置に２次ユニットを移動させるステップと，
   感知器を有する前記２次ユニットによって，前記複数の異なる位置による前記２次ユニットの較正データを収集するステップと，
   動作中又は初期化較正ルーチンの際に前記寄生金属検出システムに伝送するために前記２次ユニットの前記較正データをメモリに記憶するステップと，
   を有する方法。
9. 複数の異なる位置の各々に対する複数の異なる負荷で前記２次ユニットを動作させるステップを更に有し，前記較正データを収集するステップは，複数の異なる位置及び複数の異なる負荷による前記２次ユニットの較正データを収集するステップを含む，請求項８に記載の方法。
10. 前記較正データは，周波数の変化を説明する，請求項８に記載の方法。
11. 前記寄生金属検出システムは，予期された入力と測定された入力とを比較することによって，前記１次ユニットの近傍にある金属を検出する，請求項８に記載の方法。
12. 前記寄生金属検出システムは，結合による損失と，寄生金属による損失とを区別できる，請求項８に記載の方法。
13. 前記較正データは，一又は複数の電力損失係数，又は，一又は複数の電力損失係数を導出するための情報を含む，請求項８に記載の方法。
14. 寄生金属検出システムの較正データを収集する方法であって、
    位置調整システムによって，１次ユニットに対する複数の異なる位置に２次ユニットを移動させるステップと，
    複数の異なる負荷で２次ユニットを動作させるステップと，
    感知器を有する前記２次ユニットによって，前記複数の異なる位置及び前記複数の異なる負荷による前記２次ユニットの較正データを収集するステップと，
    動作中又は初期化較正ルーチンの際に前記寄生金属検出システムに伝送するために前記２次ユニットの前記較正データをメモリに記憶するステップと，
    を有する方法。
15. 前記較正データは，周波数の変化を説明する，請求項１４に記載の方法。
16. 前記寄生金属検出システムは，予期された入力と測定された入力とを比較することによって，１次ユニットの近傍にある金属を検出する，請求項１４に記載の方法。
17. 前記寄生金属検出システムは，結合による損失と，寄生金属による損失とを区別できる，請求項１４に記載の方法。
18. 前記較正データは，一又は複数の電力損失係数，又は，一又は複数の電力損失係数を導出するための情報を含む，請求項１４に記載の方法。

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