JP6216084B2

JP6216084B2 - 無線誘導電力伝送

Info

Publication number: JP6216084B2
Application number: JP2016570817A
Authority: JP
Inventors: ニールフランシスジョーイ; ワーゲニンゲンアンドリースファン; サイモンジョージアバーネシー; クラースヤコブルロフス
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: JP2017520223A; EP3127248A1; EP3322101A1; WO2015193209A1; US11451094B2; RU2017101521A; US20170093222A1; RU2017101521A3; RU2684403C2; CN106464307A; CN106464307B; US9866073B2; US20200343773A1; US10734843B2; US20180123401A1; EP3127248B1; EP3322101B1

Description

本発明は誘導電力伝送に関し、特に、限定されないが、Ｑｉ無線電力伝送規格対応の誘導電力伝送システムに関する。

利用されているポータブルデバイス及びモバイルデバイスの数と種類はこの１０年で爆発的に増加した。例えば、携帯電話、タブレット、メディアプレーヤなどの使用は当たり前になっている。こうしたデバイスは一般的に内蔵バッテリによって給電され、典型的な使用シナリオはバッテリの充電若しくは外部電源からのデバイスの直接配線給電を要することが多い。

ほとんどの今日のシステムは外部電源から給電されるために配線及び／又は明示的な電気接点を要する。しかしながら、これは非実用的な傾向があり、ユーザがコネクタを物理的に挿入するか若しくはそうでなければ物理的電気接点を確立することを要する。これはまた、ワイヤの長さを導入することによりユーザにとって不都合な傾向もある。典型的には、電力要求も著しく異なり、現在ほとんどのデバイスはその専用電源を備え、典型的なユーザは各電源が特定デバイス専用である多数の異なる電源を持つことになる。内蔵バッテリの使用は使用中に電源への配線接続の必要性を防止し得るが、これはバッテリが充電（若しくは費用のかかる交換）を必要とすることになるので部分的な解決法を提供するに過ぎない。バッテリの使用はデバイスの重量を、潜在的にコストとサイズを大幅に増す可能性もある。

著しく改善されたユーザ経験を提供するために、電力が送電デバイス内の送電コイルから個々のデバイス内の受電コイルへ誘導伝送される無線電源を使用することが提案されている。

磁気誘導を介した送電は、一次送電コイルと二次受電コイルの間に密結合を持つ変圧器において主に適用される、周知の概念である。一次送電コイルと二次受電コイルを二つのデバイス間に分離することによって、疎結合変圧器の原理に基づいてこれらのデバイス間の無線電力伝送が可能になる。

こうした構成はいかなる配線若しくは物理的電気接続が作られることも要することなくデバイスへの無線電力伝送を可能にする。実際、これはデバイスが充電されるか若しくは外部から給電されるために送電コイルに隣接して、若しくはその上に置かれることを容易く可能にし得る。例えば、送電デバイスは水平面を備えることができ、その上にデバイスが給電されるために容易く置かれることができる。

さらに、こうした無線電力伝送装置は送電デバイスが様々な受電デバイスと使用されることができるように都合よく設計され得る。特に、Ｑｉ規格として知られる無線電力伝送規格が規定されており、現在さらに開発が進んでいる。この規格はＱｉ規格に適合する送電デバイスが同様にＱｉ規格に適合する受電デバイスと使用されることを、これらが同じ製造業者のものであるか若しくは相互に専用品である必要なしに可能にする。Ｑｉ規格はさらに（例えば特定電力ドレインに依存して）動作を特定受電デバイスに適応させるための何らかの機能を含む。

Ｑｉ規格はワイヤレスパワーコンソーシアムによって策定され、詳細は例えばそのウェブサイト：http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.htmlで見られ、ここで特に既定の規格文書が見られる。

Ｑｉ無線電力規格は送電器が受電器へ保証電力を供給することができなければならないと記述する。必要な特定電力レベルは受電器の設計によって決まる。保証電力を指定するために、条件の各々に対する保証電力レベルを記述するテスト受電器及び負荷条件のセットが定義される。

Ｑｉ規格は互換デバイスが満たさなければならない様々な技術的要件、パラメータ、及び操作手順を規定する。

通信
Ｑｉ規格は受電器から送電器への通信をサポートし、それによって、送電器が特定受電器に適応することを可能にし得る情報を受電器が提供することを可能にする。現在の規格では、受電器から送電器への一方向通信リンクが規定されており、アプローチは受電器が制御素子であるという原理に基づく。送電器と受電器間の電力伝送を準備し制御するために、受電器は特に送電器へ情報を通信する。

一方向通信は受電器が負荷変調を実行することによって達成され、受電器によって二次受電コイルに印加される負荷は電力信号の変調をもたらすように変更される。得られる電気特性の変化（例えば電流引き込みの変動）は送電器によって検出され、デコード（復調）され得る。

従って、物理層において、受電器から送電器への通信チャネルはデータキャリアとして電力信号を使用する。受電器は負荷を変調し、これは送電コイル電流若しくは電圧の振幅及び／又は位相の変化によって検出される。データはバイト及びパケットでフォーマットされる。

より詳しくはＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）パート１チャプタ６を参照のこと。

Ｑｉは一方向通信リンクを使用するが、送電器から受電器への通信を導入することが提案されている。

システム制御
無線電力伝送システムを制御するために、Ｑｉ規格はシステムが動作の異なる時間においてとり得る複数のフェーズ若しくはモードを規定する。より詳しくはＱｉ無線電力仕様（バージョン１．０）パート１チャプタ５を参照のこと。

システムは以下のフェーズにあり得る：

選択フェーズ
このフェーズはシステムが使用されないとき、すなわち送電器と受電器の間に結合がない（すなわち受電器が送電器の近くにない）ときの典型的なフェーズである。

選択フェーズにおいて、送電器はオフモードにあり得るが、オブジェクトが存在する可能性を検出するためにそのインターフェース面をモニタリングする。同様に、受電器は電力信号の存在を待機する。

ピンフェーズ
送電器が、例えばそのインターフェース面上の磁場に影響を及ぼすオブジェクトの存在により、オブジェクトが存在する可能性を検出する場合、システムは送電器が（少なくとも断続的に）電力信号を供給するピンフェーズへ移る。この電力信号は受電器によって検出され、受電器は送電器への初期パッケージの送信に移る。特に、受電器が送電器のインターフェース上に存在する場合、受電器は初期信号強度パケットを送電器へ通信する。信号強度パケットは送電コイルと受電コイル間の結合度の指標を与える。信号強度パケットは送電器によって検出される。

識別及び構成フェーズ
そして送電器と受電器は、受電器が少なくとも識別子と所要電力を通信する識別及び構成フェーズに移る。情報は負荷変調によりマルチデータパケットで通信される。送電器は負荷変調が検出されることを可能にするために識別及び構成フェーズ中一定電力信号を維持する。特に、送電器はこの目的で（負荷変調によって生じる変化を除き）一定振幅、周波数、及び位相で電力信号を供給する。

実際の電力伝送の準備において、受電器はその電子機器を起動するために受信信号を適用し得るが、その出力負荷を切断したままにする。受電器はパケットを送電器へ通信する。これらのパケットは識別及び構成パケットなどの必須メッセージを含むか、又は拡張識別パケット若しくはパワーホールドオフパケットなど何らかの定義済みオプションメッセージを含み得る。

送電器は受電器から受信した情報に従って電力信号の構成へと移る。

電力伝送フェーズ
そしてシステムは、送電器が所要電力信号を供給し、受電器が出力負荷を接続してそれに受信電力を供給する電力伝送フェーズへと移る。

このフェーズ中、受電器は出力負荷条件をモニタリングし、特に所定動作点の実際の値と所望の値との間の制御誤差を測定する。これはこれらの制御誤差を制御誤差メッセージにおいて例えば２５０ｍｓ毎の最低レートで送電器へ通信する。これは送電器へ受電器の継続的な存在の表示を与える。加えて制御誤差メッセージは、送電器が報告された誤差を最小化するように電力信号を適応させる閉ループ電力制御を実施するために使用される。特に、動作点の実際の値が所望の値に等しい場合、受電器は値ゼロの制御誤差を通信し、電力信号に変化を生じない。受電器がゼロと異なる制御誤差を通信する場合、送電器は電力信号を然るべく調節する。

異なるフェーズ間の相互作用が図１に図示される。

Ｑｉは元来５Ｗ未満の電力ドレインを持つデバイスとみなされるローパワーデバイスのための無線電力伝送を規定した。この規格の範囲内に含まれるシステムは送電器から受電器へ電力を伝送するために二つの平面コイル間の誘導結合を使用する。二つのコイル間の距離は典型的には５ｍｍである。この距離を少なくとも４０ｍｍまで拡張することが可能である。

しかしながら、有能電力を増加する作業が進行中であり、特に規格は５Ｗを超える電力ドレインを持つデバイスであるミッドパワーデバイスに拡張されている。

特に、ワイヤレスパワーコンソーシアムはコードレスキッチン家電用の規格を開発するワーキンググループを最近設立した。新規格はキッチン家電と誘導電源間のインターフェースを規定する。所要電力は１００Ｗレンジ（例えばシンプルなジューサー）から１．５‐２．４ｋＷ（典型的にはケトルなどの加熱器具用）まで様々であり得る。

増大する種類のデバイス及びアプリケーションをカバーするＱｉ規格の開発は多数の新たな使用シナリオももたらし、これは既存のＱｉアプローチによって最適にサポートされない可能性がある。

例えば、現在のＱｉ規格において、無線給電デバイスが送電器の上に置かれると、受電器は（ほとんど）瞬時に（識別及び構成フェーズを介した即座の遷移後）送電器によって給電される。これは、例えば充電されるバッテリが通常即時充電を要する充電機能に適している。しかしながら、例えばキッチン家電用など、多くの潜在的な新たなアプリケーションでは、異なる状況が起こり得る。

例えば、キッチン家電などのデバイスが送電器の上に置かれるとき、これは必ずしも瞬時に給電される必要がない。家電は即時利用を目的としない可能性があり、使用される前に長時間スイッチをオフにした状態のままにしておくことが望ましい可能性がある。例えば、無線電力伝送用に設計されたブレンダーがキッチンテーブルトップの送電器エリア上に置かれるかもしれない。しかしながら、これは単に便宜のためかもしれず、ブレンダーはしばらく後になるまで作動する必要がない可能性がある。

家電がスイッチオフの状態にあるとき、送電器によって無線電力信号が供給されないことが望ましい。潜在的に強力な無線電力信号の存在は、電力の浪費と、すぐ近くの意図せぬオブジェクトの潜在的な加熱をもたらす可能性がある（他の近接オブジェクト（金属の鍵など）の導電部に、又は実際に例えば家電自体の金属部品に、渦電流が誘導され得る）。これは例えばこれらのオブジェクトと素子の顕著な加熱をもたらし得る。

同時に、家電がスイッチをオンにされることによって電力が要求されるとき、電力が非常に迅速に供給され、好適にはユーザによって実質的に瞬時に供給されると認識されることが望ましい。このような機能は現在のＱｉアプローチではサポートされない。

また、サポートされるアプリケーションとデバイスにおける増大した種類は、送電器が具体的な現在のシナリオを検出してそれに適応するための機能とアプローチをより困難に、より重大にする傾向がある。従って、現在の動作環境とシナリオの改良された検出が有益であり得る。

改良された電力伝送システムはこのように有利になり得る。特に、改良された動作、改良された電力伝送、柔軟性の増大、実施容易化、動作容易化、現在の状況の検出及び／又は現在の状況への適応の容易化、増大した種類の使用シナリオに対するサポートの向上、並びに／或いは改良された性能を可能にするアプローチが有利であり得る。

従って、本発明は好適には上述の欠点の一つ以上を単独で若しくは任意の組み合わせで軽減、緩和若しくは除去しようとする。

本発明の一態様によれば、送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して受電器へ電力伝送を供給するように構成される送電器を含む無線電力伝送システムが提供され；受電器は、送電器の通信インダクタの負荷を変えることによって送電器へスタンバイモード終了要求を送信するための第一モードコントローラを有し；送電器は、受電器と通信するための通信インダクタと、受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように送電器を制御するための第二モードコントローラと、通信インダクタのインピーダンス変化を検出するための検出器とを有し、第二モードコントローラは検出器がインピーダンス変化を検出することに応答してスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するように構成され、通信インダクタは共振回路の一部であり、検出器は、励起信号の励起の持続期間を超える、共振回路へ振動を生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加し、共振回路へ励起が印加されない瞬間における通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からインピーダンス変化を検出するように構成される。

本発明は無線電力伝送システムの改良された性能及び／又は動作を提供し得る。多くの実施形態において、アプローチは改良されたシナリオ、機能及び／又はアプリケーションの範囲に対して改良されたサポートを提供し得る。

例えばアプローチは、受電器が（即時の）電力伝送を要することなく送電器へ誘導結合され得る、キッチンアプリケーションなどのアプリケーションに改良されたサポートを提供し得る。特に、これは受電器が存在しない従来のフェーズと異なるスタンバイフェーズを導入することによってサポートを提供する。従って、スタンバイフェーズは送電器上に若しくはその近位に位置するが給電されないデバイスをサポートすることができる。さらに、アプローチは低複雑性と、典型的には、電力が供給されるときを受電器が制御する信頼できるアプローチを可能にする。かかるスタンバイフェーズをサポートするための送電器と受電器の両方に対する複雑性の増加は、多くの実施形態において非常に低く維持され得る。アプローチはさらに受電器が電力を要するときに非常に迅速な応答を可能にし得る。

アプローチは多くの実施形態において、キッチン家電などの無線給電デバイスが、電力伝送信号の存在から生じる金属部品における電力損失若しくは潜在的な望ましくない誘導をもたらすことなく、送電器上に位置付けられることを可能にし得る。

さらに、アプローチはデバイスの電源を入れるときに非常に迅速な応答を可能にし、実際に起動は受電器によって制御される。実際、電力伝送フェーズへの遷移の開始と動作は、受電器が存在するか否かの検出（のみ）に基づくのではなく、むしろ開始は具体的には受電器から受信される明示的要求に応答する。従って、受電器は電力伝送フェーズに入るときを能動的に制御し得る。

システムは、電力伝送が実行可能であるが電力伝送が実施されないように受電器が位置付けられる、スタンバイモードで作動し得る。スタンバイモードにおいて、送電器は受電器の存在を検出しているが、電力伝送は行われていない、すなわち送電器は電力伝送フェーズ（例えば電力制御が実行される）にない。スタンバイモードにおいて、送電器は受電器からのスタンバイモード終了要求の送信をモニタリングし得る。送電器は多くの実施形態においてスタンバイモードにあるときにスタンバイモード終了要求をモニタリングするのみであり得る。

電力伝送モードにおいて、送電器は、スタンバイフェーズと対照的に、電力伝送信号を生成し得る。電力伝送モードにあるとき、電力伝送信号は受電器へ電力を供給し得る、すなわち受電器は送電器によって能動的に給電され得る。電力制御フィードバックループが電力伝送モードにおいてサポートされ得る（ただし例えばスタンバイモードではサポートされない）。

受電器は送電器の通信インダクタの負荷を変えるように構成される。負荷の変化は通信インダクタの（実効）インピーダンスにおけるインピーダンス変化を生じる。受電器は特に通信インダクタに誘導結合される負荷を提供し、この負荷における変化が通信インダクタのインピーダンス変化を生じ得る。例えば、受電器は送電器の通信インダクタへ誘導結合されるインダクタを有し得る。送電器の通信インダクタの負荷は受電器のインダクタの特性を変えることによって、又はこれに結合される電気負荷を変えることによって実現され得る。電気負荷は例えばインダクタに結合されるキャパシタンスであり得、このキャパシタを変えることによって、送電器の通信インダクタの負荷が変化する。負荷の変化は送電器の通信インダクタのインピーダンス変化をもたらす。

受電器は送電器の通信インダクタに結合される受信回路を有し、受信回路の電気特性を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成され得る。

例えば、受電器は送電器の通信インダクタに結合される受電器通信インダクタを含み得る。受電器は受電器通信インダクタに結合されるインピーダンスを変えることによって送電器の通信インダクタの負荷を変えるように構成され得る。例えば、受電器通信インダクタは共振回路（送電器通信インダクタを有する共振回路と同様）の一部であり得、共振回路のキャパシタンスは受電器通信インダクタの、ひいては送電器通信インダクタの負荷を変えるように変更され得る。

送電器の通信インダクタのインピーダンス変化は間接的に若しくは直接検出され得る。具体的に、インピーダンス変化は例えば電圧、電流、位相及び／又は共振周波数の変化を検出することによって検出され得る。多くの実施形態において、インピーダンス変化は送電器の通信インダクタの電圧及び／又は電流の変化を検出することによって検出され得る。

多くの実施形態において、送電器の通信インダクタは共振回路の一部であり得る。通信インダクタのインピーダンス変化は共振回路の特性の変化を検出することによって検出され得る。具体的に、通信インダクタのインピーダンス変化は共振回路の共振周波数を変化させ、検出器は共振周波数変化を検出することによってインピーダンス変化を検出し得る。インピーダンス変化は例えば共振回路及び／又は通信インダクタに対する電圧、電流レベル及び／又は位相の変化によって検出され得る。

受電器はこのように受電器の、特に送電器の通信インダクタに誘導結合される受信回路の電気特性を能動的に変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成される。受電器は従って電力伝送が開始されるときを能動的に制御し、これは単に受電器が存在することの自動的な結果として生じるのではない。さらに、送電器は専用スタンバイモードに入り、ここでスタンバイモード終了要求を明示的にモニタリングすることができ、それによって電力伝送が迅速かつ確実に開始されることを可能にし、しばしば電力デバイスのスイッチオンが実質的に瞬時に知覚されるようになる。

受電器は電力伝送信号が受信されないスタンバイモードで受電器を作動させるためのモードコントローラと、受電器のパワーオン状態を検出するためのパワーオン検出器とを有し得る。受電器の遷移コントローラは、検出器がパワーオン状態を検出することに応答して送電器の通信インダクタの負荷を変えることによって送電器へスタンバイモード終了要求を送信するように構成され得る。

スタンバイモードから電力伝送モードへの遷移は直接遷移である必要はなく、例えば識別及び構成フェーズなどの介在モード若しくはフェーズを含み得る。また、遷移は条件付き遷移であってもよく、具体的にシステムは一部のシナリオにおいて電力伝送フェーズへの遷移を終了する可能性があるように構成され得る。例えば、一つ以上のテストが遷移中に実行され得、これらが満たされない場合遷移は終了され得る。

一部の実施形態において、通信インダクタは通信コイルであり得、具体的にはローパワー通信コイルであり得る。一部の実施形態において、通信インダクタは電力伝送信号を生成するために使用される電力伝送インダクタであり得る。

送電器通信インダクタは専用通信インダクタであり得るか、又は具体的には電力伝送信号を生成するためなど、他の目的のためにも使用されるインダクタであり得る。送電器通信インダクタは具体的には送電器電力伝送インダクタでもあり得る。

本発明のオプションの特徴によれば、受電器はパワーオンユーザ入力を受信することに応答してスタンバイモード終了要求を送信するように構成される。

本発明は多くのシナリオにおいて改良されたユーザ経験を提供し、例えばデバイスが送電器上に位置付けられることを可能にしながら無線給電デバイスの動作をユーザが制御することを可能にし得る。

パワーオンユーザ入力は具体的にはオンスイッチの駆動であり得る。受電器は、具体的にはオンスイッチの駆動からの入力など、ユーザ駆動を受信することに応答して通信インダクタの負荷を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成され得る。

本発明のオプションの特徴によれば、通信インダクタは電力伝送信号を生成する送電器パワーコイルから分離している。

パワーインダクタは具体的には通信用に使用されるローパワーコイルであり得る。例えば、電力伝送フェーズ中、送電器は送電器によって変調され得る通信キャリア（例えば変調される振幅、周波数及び／又は位相）を生成し得るか、又は受電器によって負荷変調され得る。

別々の通信インダクタの使用は、電力伝送に対する要求及び特性と、通信に対する要求及び特性との効率的な分離を可能にする。さらに、スタンバイモード終了要求の検出及び送信のためにも通信インダクタを使用することは、より効率的で信頼できるシステムを提供する。例えば、所要の負荷変化は典型的にはパワーインダクタが使用される場合に要求されるものと比較して実質的に削減され得る。

本発明のオプションの特徴によれば、受電器は制御データを有するようにスタンバイモード終了要求を生成するように構成され、送電器は制御データを読み出すための受信器を有し、第二モードコントローラは制御データに基づいてスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を適応させるように構成される。

これは例えば多くのシナリオにおいて改良された機能及び／又はユーザ経験の向上を提供し得る。制御データは例えば電力伝送信号に対する初期電力レベルの表示を含み得る。

本発明の一態様によれば、送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して送電器から電力を受信し、通信インダクタの負荷を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成される受電器を含む無線電力伝送システムのための送電器が提供され；送電器は：受電器と通信するための通信インダクタと；受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように送電器を制御するためのモードコントローラと；通信インダクタのインピーダンス変化を検出するための検出器とを有し、モードコントローラは検出器がインピーダンス変化を検出することに応答してスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するように構成され、通信インダクタは共振回路の一部であり、検出器は、励起信号の励起の持続期間を超える、共振回路へ振動を生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加し、共振回路へ励起が印加されない瞬間における通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からインピーダンス変化を検出するように構成される。

本発明のオプションの特徴によれば、通信インダクタは共振周波数を持つ共振回路の一部であり、検出器は共振周波数の推定に基づいてインピーダンス変化を検出するように構成され、検出器はさらにスタンバイフェーズにおいて共振周波数の推定を決定するように構成される。

インピーダンス変化は共振回路の共振周波数の変化に応答して検出され得る。共振回路は受電器が存在しないオフ（若しくは選択）フェーズ中の第一共振周波数と、受電器が存在するがスタンバイモード終了要求が通信されていないスタンバイフェーズ中の第二共振周波数と、スタンバイモード終了要求が送信されるスタンバイフェーズ中の第三共振周波数とを持ち得る。共振周波数は典型的には、通信インダクタの負荷における変化が共振周波数における変化の検出によって検出されるために十分に異なる。

検出器は特に第二共振周波数、すなわちスタンバイフェーズにおける共振周波数を推定するように構成され得る。この周波数は受電器を有するデバイスの特性、デバイスの正確な位置などを含む複数のパラメータに依存し得る。検出器はスタンバイフェーズにおいて共振周波数を動的に推定し、それに従って動作を適応させるように構成され得る。

共振回路は特に複数のキャパシタと複数のインダクタによって形成され得、通信インダクタはそのうちの一つである。一部のシナリオにおいて、共振回路は例えば一つ以上の抵抗素子も有し得る。一部の実施形態において、共振回路は通信インダクタとキャパシタによって形成され得る。一部の実施形態において、共振回路は並列共振回路であり得る。他の実施形態において、共振回路は直列共振回路であり得る。

本発明のオプションの特徴によれば、通信インダクタは共振回路の一部であり、検出器は共振回路へ励起信号を印加し、通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からインピーダンス変化を検出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し得る。特に、これは典型的にはより正確な検出を可能にし得る。アプローチは多くの実施形態において、電力が送電器によって供給されることを要することなく受電器がスタンバイモード終了要求を送信することを可能にし得る。実際、多くの実施形態では、負荷の完全に手動の変化が実現され得る。

通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の測定は振幅測定であり得る。通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の測定は単一インスタントにおける測定であり得るか、又は例えば時間間隔における平均値、平均ＲＭＳ値などであり得る。

励起信号は一つ以上の励起を有し得る。各励起は例えば電圧若しくは電流パルス、インパルス、遷移、又は例えばステップ変化であり得る。励起は共振回路において振動を発生させる。

本発明のオプションの特徴によれば、励起信号は二つの連続励起について共振回路の振動間の干渉をもたらすタイムオフセットを持つ反復励起を有する。

これはインピーダンス変化の実質的により正確な及び／又は容易な検出を可能にし得る。

各励起は共振回路において振動を生じる。励起信号は連続励起の振動間で干渉が生じるように（時間において）間隔のあいた励起を持つように生成される。（少なくとも）二つの連続励起間の持続期間は振動が終了するのにかかる時間よりも短い。多くの実施形態において、励起は前の励起によって誘導される振動の振幅が誘導された振動の最大振幅の１０％、２０％、若しくはさらに５０％以上になるときまでに生じる。振幅は具体的には通信コイル電圧と電流の少なくとも一方の振幅であり得る。

多くの実施形態において、励起は（少なくとも一部の）連続励起からの派生振動が重なるようなタイミングである。

多くの実施形態において、励起信号はＱ・Ｔ_ｒｅｓ未満の励起間のタイムオフセットを持つように生成され得、Ｑは共振回路の品質係数であり、Ｔ_ｒｅｓは共振回路の共振の時間周期である。

本発明のオプションの特徴によれば、検出器は通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の振幅に基づいて反復励起の反復間隔を適応させるように構成される。

励起のタイミングは振幅に基づいて修正され得る。アプローチは、異なる励起の振動間の干渉が相互作用して、負荷変化の関数として増大した差分を提供するように、励起間のタイミングが制御されることを可能にし得る。

振幅は励起のタイミングに対するタイムオフセットとともに決定され得る。

アプローチは実質的により正確なスタンバイモード終了要求の検出を可能にし得る。

本発明のオプションの特徴によれば、検出器は通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方を最大化するように反復間隔を適応させるように構成される。

これは実質的により正確なスタンバイモード終了要求の検出を可能にし得る。

最大化は具体的にはスタンバイモード終了要求が送信されていないときに実行され得る。

送電器は最も近い前の励起の時間に対するタイムオフセットを伴って通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方を測定するように構成され得る。

これはスタンバイモード終了要求の改良された検出を可能にし得る。

特に、負荷変化検出が、異なる励起の振動が干渉しないように生じる励起に基づく場合、アプローチは測定が実質的に増大した差分を負荷変化に与えることを可能にする。

本発明のオプションの特徴によれば、タイムオフセットは共振回路の共振に対して１０時間周期以上及び６０時間周期未満である。

本発明のオプションの特徴によれば、通信インダクタは共振回路の一部であり、検出器は共振回路に励起信号を印加し、スタンバイモードにあるときの共振回路の共振周波数に対する共振周波数推定に応答して励起信号の励起に対する反復周波数を調節するように構成される。

これは改良された性能を可能にし、特に多くの実施形態においてスタンバイモード終了要求の改良された検出をもたらし得る。共振周波数推定は例えば共振回路に印加される信号の周波数スイープに基づいて生成され得る。

本発明の一態様によれば、送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して受電器へ電力伝送を供給するように構成される送電器を含む無線電力伝送システムのための動作方法が提供され、方法は：受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで送電器が作動するステップと；送電器の通信インダクタの負荷を変えることによって受電器が送電器へスタンバイモード終了要求を送信するステップと；送電器が通信インダクタのインピーダンス変化を検出するステップと；送電器がインピーダンス変化の検出に応答してスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するステップとを有し、通信インダクタは共振回路の一部であり、方法はさらに、送電器が、励起信号の持続期間を超える、共振回路へ振動を生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加するステップを有し、インピーダンス変化の検出は、励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からなされる。

本発明の一態様によれば、送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して送電器から電力を受信し、通信インダクタの負荷を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成される受電器を含む無線電力伝送システム用の送電器のための動作方法が提供され、方法は：受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように送電器を制御するステップと；通信インダクタのインピーダンス変化を検出するステップと；インピーダンス変化の検出に応答してスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するステップとを有し、通信インダクタは共振回路の一部であり、方法はさらに、送電器が、励起信号の持続期間を超える、共振回路へ振動を生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加するステップを有し、インピーダンス変化の検出は、励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からなされる。

本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は下記実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。

本発明の実施形態は、ほんの一例として、図面を参照して記載される。

従来技術にかかる電力伝送システムの動作フェーズの一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの動作フェーズの一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる送電器の要素の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのハーフブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる送電器のためのフルブリッジインバータの要素の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる受電器の要素の一実施例を図示する。異なる共振周波数を伴う共振回路の応答の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の一実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの信号の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の実施例を図示する。本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの要素の実施例を図示する。

以下の記載はＱｉ規格から知られるような電力伝送アプローチを利用する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フォーカスする。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ず、多くの他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。

図２は本発明の一部の実施形態にかかる電力伝送システムの一実施例を図示する。電力伝送システムは送電コイル／インダクタ２０３を含む（若しくはそれに結合される）送電器２０１を有する。システムはさらに受電コイル／インダクタ２０７を含む（若しくはそれに結合される）受電器２０５を有する。

システムは送電器２０１から受電器２０５へ無線誘導電力伝送を供給する。特に、送電器２０１は送電コイル２０３による磁束として伝播される無線電力伝送信号（簡潔に電力信号若しくは誘導電力信号ともよばれる）を生成する。電力伝送信号は典型的には約２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの、及びしばしば約１００ｋＨｚ近い周波数を持ち得る。送電コイル２０３と受電コイル２０７は疎結合であり、従って受電コイル２０７は送電器２０１から電力信号（の少なくとも一部）をピックアップする。従って、送電コイル２０３から受電コイル２０７への無線誘導結合を介して送電器２０１から受電器２０５へ電力が伝送される。電力信号という語は主に送電コイル２０３と受電コイル２０７の間の誘導信号／磁場（磁束信号）をあらわすために使用されるが、当然のことながら均等によりこれは送電コイル２０３に供給される、若しくは受電コイル２０７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得る。

以下、送電器２０１と受電器２０５の動作がＱｉ規格に従って一実施形態を特に参照して記載される（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。特に、送電器２０１と受電器２０５は実質的にＱｉ規格バージョン１．０若しくは１．１に適合し得る（本明細書に記載の（若しくは結果として生じる）修正及び改良を除く）。

前述の通り、電力伝送を制御するために、システムは異なるフェーズ、特に選択フェーズ、ピンフェーズ、識別及び構成フェーズ、電力伝送フェーズを介して進行し得る。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ５を参照のこと。

例えば、受電器２０５との通信をセットアップするとき、送電器２０１は最初に、単に受電器の潜在的存在をモニタリングする選択フェーズにあり得る。送電器２０１はこの目的で例えばＱｉ無線電力仕様に記載のような様々な方法を使用し得る。一つのオプションはアナログピンとよばれるものを実行することである。

"Qi system description, wireless power transfer, volume I: low power, part 1:interface definition", Version 1.1.2, June 2013のAnnex B-1は、送電器の上の磁場に影響を及ぼすオブジェクトの存在に起因する送電器の出力電力回路の（パワーインダクタを含む）直列共振回路の共振周波数のシフトに基づくアナログピン法を記載する。この方法において、送電器はそのパワーインダクタに信号を印加する。これはパワーインダクタ電流をもたらす。測定値はオブジェクトが送電器の上に置かれるか否かに依存する。

測定値は、オブジェクトが存在する結果として共振周波数が変化していないときに最大となる。オブジェクトは受電器若しくは異物であり得る。従って、測定電流が所定閾値下である場合、送電器はオブジェクトが存在すると結論付け得る。送電器は一定間隔でパルスを印加する。この間隔はパルスの持続期間よりもかなり大きい（具体的にAnnex B-1では５００ｍｓの間隔と最大でも７０μｓのパルス持続期間が記載されている）。パワーインダクタ電流は最大でもパルスの数μｓ後（すなわち１９．５μｓ後）に測定されるべきである。

こうした潜在的存在が検出される場合、送電器２０１は電力信号が一時的に生成されるピンフェーズに入る。第一の受電器２０５はその電子機器を起動するために受信信号を適用し得る。電力信号を受信後、受電器２０５は初期パケットを送電器２０１へ通信する。特に、送電器２０１と第一の受電器２０５の間の結合度を示す信号強度パケットが送信される。より詳しくはＱｉ無線電力仕様パート１チャプタ６．３．１を参照のこと。この動作はデジタルピンともよばれる。このように、ピンフェーズにおいて送電器はデジタルピンを実行し、応答を聞く。送電器が受電器を検出する場合、送電器はデジタルピンを拡張し得る。これはシステムが識別及び構成フェーズへ進むことにつながる。

このフェーズにおいて、受電器２０５は出力負荷を切断したままにし、負荷変調を用いて送電器２０１へ通信する。送電器はこの目的で一定振幅、周波数及び位相の電力信号を供給する（負荷変調によって生じる変化を除く）。メッセージは受電器２０５の要請を受けて自身を構成するために送電器２０１によって使用される。このように、識別及び構成フェーズにおいて、送電器は受電器を識別し、受電器から構成情報を受信する。

識別及び構成フェーズの後、システムは実際の電力伝送が行われる電力伝送フェーズに移る。特に、その電力要求を通信した後、受電器２０５は出力負荷を接続してそれに受信電力を供給する。受電器２０５は出力負荷をモニタリングして所定動作点の実際の値と所望の値との制御誤差を測定する。これは電力信号の変更若しくは変更不要の要望とともにこれらの誤差を送電器２０１に示すために、例えば２５０ｍｓ毎の最低レートで送電器２０１へかかる制御誤差を通信する。

このように、電力伝送フェーズにおいて、送電器は受電器へ電力を供給し、受電器から受信する制御データに応じて送信する電力を調節する。

送電器２０１と受電器２０５，２０７の間の電力伝送を準備し制御するために、受電器２０５は送電器２０１へ情報を通信する。かかる通信はＱｉ規格バージョン１．０及び１．１において標準化されている。

物理レベルで、受電器２０５から送電器２０１への通信チャネルは、Ｑｉ規格バージョン１．０及び１．１において無線誘導電力信号をキャリアとして使用して実現される。受電器２０５は受電コイル２０７の負荷を変調することによってデータメッセージを送信する。これは送電器側における電力信号の対応する変動をもたらす。負荷変調は送電インダクタ電流の振幅及び／又は位相の変化によって、又は代替的に若しくは付加的に送電インダクタ２０３の電圧の変化によって検出され得る。この原理に基づいて、受電器２０５はデータを変調することができ、そしてこれは送電器２０１が復調することができる。このデータはバイト及びパケットでフォーマットされる。より詳しくは、Ｑｉ無線電力仕様ともよばれる、http://www.wirelesspowerconsotrium.com/downloads/wirelss-power-specification-part-1.htmlから利用可能な"System description, Wireless Power Transfer, Volume I:Low Power, Part 1:Interface Definition Version 1.0 July 2010, published by the Wireless Power Consortium"、特にチャプタ６：通信インターフェース（又は規格のその後のバージョン）を参照のこと。

図２のシステムは従来のＱｉバージョン１若しくは１．１システムに対していくらかの違いを有する。

第一に、通信は電力伝送信号を用いて（完全に）実行されない。むしろ、図２のシステムでは、個別の通信リンクが受電器２０５と送電器２０１の間に形成される。多くの実施形態において、個別の通信リンクは双方向通信を、すなわち順方向（送電器から受電器）及び逆方向（受電器から送電器）の通信両方をサポートするように構成され得る。

実施例において、個別の通信リンクは送電器２０１と受電器２０５における追加通信インダクタによってサポートされる。従って、送電器２０１は送電器通信インダクタ２０９を有し、受電器２０５は受電器通信インダクタ２１１を有する。送電器通信インダクタ２０９と受電器通信インダクタ２１１は疎結合である。電力伝送フェーズ中、送電器２０１は実施例において、通信キャリア信号を生成し、これを送電器通信インダクタ２０９へ印加するように構成される。生成される通信信号は従って受電器通信インダクタ２１１において電流を誘導する。

送電器２０１から受電器２０５への通信は例えば振幅、周波数及び／又は位相変調によってキャリア信号を直接変調することによって実行され得る。受電器２０５はデータを読み出すためにキャリアを復調し得る。受電器２０５から送電器２０１への通信は例えばキャリア信号を負荷変調することによって実行され得る。

個別の通信インダクタを用いる個別の通信リンクの使用は多くのシナリオにおいてより正確で信頼できる通信を可能にする。特に、これは電力供給とは独立して通信特性の個別最適化を可能にする。例えば、通信キャリア信号の周波数は電力伝送信号の周波数よりも著しく高くなるように選ばれ得る。この分離は高電力アプリケーションにとって、ひいてはＱｉシステムのさらなる開発にとって特に有利である。電力レベルが増加するにつれて、駆動回路、送電器パワーインダクタ２０３などの特性に対する要件はそれらを通信により適さないものにする（例えば確実な検出のために必要な負荷変調の量は電力レベルが増加するにつれて増加する）。

第二に、図２のシステムにおいて、上記フェーズは追加のスタンバイフェーズによって補完される。スタンバイフェーズでは、受電器２０５が送電器２０１によって検出されているが、電力は受電器２０５へ供給されない。従って、スタンバイフェーズにおいて、送電器２０１は電力伝送が可能であるように受電器２０５が位置付けられていることを認識している。しかしながら、電力伝送は開始されず、受電器２０５が電力伝送を明確に要求するのを待機している。

このように、スタンバイフェーズにおいて、送電器２０１は受電器２０５が存在することを検出しており、これは従って電力伝送が開始されることを要求する受電器２０５からの送信を連続的にモニタリングしている。

図２のシステムにおいて、送電器は従って受電器２０５が検出されるときに電力伝送の開始へと自動的に進まない。むしろ、これは受電器２０５からスタンバイモード終了要求が受信されるかモニタリングしながら、電力伝送信号が生成されない、従って電力伝送が起こらないスタンバイフェーズへ進む。かかるスタンバイモード終了要求が受電器２０５から受信されると、送電器２０１は例えばピンフェーズに入り、それ以降Ｑｉ電力伝送初期化プロセスに従うことによって、電力伝送の初期化へと進む。

受電器２０５及び／又は送電器２０１は例えば選択フェーズからスタンバイフェーズへ必ずしも直接移行するのではなく、例えば介在フェーズを介してこれに進み得る。具体的な実施例として、受電器２０５が送電器２０１上に位置するとき、送電器２０１は最初にこれをオブジェクトとして検出し得る。典型的に、これはこのオブジェクトが実際に受電器であるかどうかまだわからない。選択フェーズにおいてオブジェクトの配置を検出した後、送電器２０１は多くの実施形態においてオブジェクトが受電器であるかどうかを決定するピンフェーズへ進む。受電器２０５がこのフェーズにおいてピン信号に応答した後、送電器２０１はオブジェクトが受電器２０５であるとわかる。受電器２０５がこの時点で電力を要求しない場合、これは例えばend power transferパケット若しくは任意の他の適切なパケットを通信することによって、又は第一パケットを通信した後後続パケットを通信しないことによって、送電器２０１へこれを示し得る。

そして送電器２０１はスタンバイフェーズへ移る。

受電器２０５は、受電器２０５を有するデバイスがアクティブ状態に入っていることを検出するときにスタンバイモード終了要求を生成し得る。具体的には、ユーザが手動で受電器２０５上のパワーオンボタンを押してもよく、これが受電器２０５にスタンバイモード終了要求を送信させ得る。

スタンバイモード終了要求の通信は受電器２０５が送電器通信インダクタ２０９の負荷を変えることによってなされる。典型的に、これは受電器２０５が受電器通信インダクタ２１１に（わたって）結合されるインピーダンスの負荷インピーダンスを変えることによってなされ得る。そして負荷の変化は送電器２０１が送電器通信インダクタ２０９の（実効）インピーダンスにおける変化を検出することによって検出される。この変化を検出すると、送電器２０１は電力伝送の初期化へと進む。

特に有利な実施例として、受電器２０５はブレンダー若しくはケトルなどのキッチン家電の一部であり得る。この器具は送電器２０１上に位置付けられ得るが、ユーザは器具をすぐに使用する意図がない。従って、器具の検出に応答して、送電器２０１はスタンバイ動作モードへ進み得る。

そしてユーザ、若しくは例えば器具内のコントローラは、送電器２０１によって検出され得る器具通信回路内のインピーダンス変化をトリガし得る。従って、このインピーダンス変化はスタンバイモード終了要求となり、これは送電器２０１に電力供給を開始させるウェイクアップ信号として扱われ得る。

このように、ユーザ若しくは器具のコントローラは、送電器２０１によって検出され得る器具通信回路内のインピーダンス変化（例えば共振周波数のシフト）をトリガし得る。送電器は、例えば送電器通信インダクタ２０９を通って流れる電流における振幅変化若しくはそれにかかる電圧における振幅変化を測定することによって、スタンバイモード終了要求を検出する。

システムの適切な動作の一実施例が図３に図示される。図はＱｉフェーズアプローチがスタンバイフェーズを含むように修正される一実施例を図示する。図はＱｉピンフェーズに対応するピンフェーズを介するスタンバイフェーズから電力伝送フェーズへの遷移を図示する。

図４は図２の送電器２０１の一部の要素例を図示する。

図４は、送電コイル２０３に結合され、電力信号を生成してこれを送電コイル２０３へ供給する送電器コントローラ４０１を図示する。従って、送電器コントローラ４０１は送電コイル２０３（及び受電コイル２０７）を介して受電器２０５へ無線誘導電力伝送信号を供給する。

送電器コントローラ４０１は送電コイル２０３へ供給される電流と電圧を生成する。送電器コントローラ４０１は典型的にはＤＣ電圧から交流信号を生成するインバータの形の駆動回路を有する。図５はハーフブリッジインバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。交互にＳ１が閉じられる間にＳ２が開かれ、Ｓ２が閉じられる間にＳ１が開かれる。スイッチは所望の周波数で開閉され、それによって出力において交流信号を生成する。典型的にインバータの出力は共振キャパシタを介して送電コイルへ接続される。図６はフルブリッジインバータを示す。スイッチＳ１とＳ２は決して同時に閉じられないように制御される。スイッチＳ３とＳ４は決して同時に閉じられないように制御される。交互にスイッチＳ１とＳ４が閉じられる間にＳ２とＳ３が開かれ、そしてＳ２とＳ３が閉じられる間にＳ１とＳ４が開かれ、それによって出力において方形波信号を生成する。スイッチは所望の周波数で開閉される。

送電器コントローラ４０１は送電器２０１を作動させるための制御機能、及び具体的には電力伝送機能も有する。実施例において、送電器コントローラ４０１はＱｉ規格に従って送電器２０１を作動させるための機能を有する。例えば、送電器コントローラ４０１はＱｉ規格の選択、ピン、識別及び構成、並びに電力伝送フェーズを実行するように構成され得る。

実施例において、送電器２０１は送電器コントローラ４０１によって駆動される単一送電コイル２０３を有する。従って、無線誘導電力信号は単一送電コイル２０３によって生成される。しかしながら、他の実施形態では、例えばドライバによって並列に駆動される複数の送電コイルによって電力伝送信号が生成され得ることが理解される。具体的に、送電器コントローラ４０１の対応する（依存する）出力信号によって駆動されるマルチ送電コイルが無線誘導電力信号を生成するために使用され得る。例えば、二つの受電器に二つの充電ポイントを提供するために二つの送電コイルが異なる位置に位置付けられ得る。二つのコイルは送電器コントローラ４０１から同じ出力信号によって給電され得る。これはマルチ充電ポイントをサポートするために改良された無線誘導電力信号／磁場の分布を可能にし得る。

送電器２０１は送電器通信インダクタ２０９に結合される検出器４０３をさらに有する。検出器４０３は具体的には例えば識別及び構成フェーズと電力伝送フェーズにおいて受電器２０５と送電器２０１の間の双方向通信をサポートし得る。

加えて、検出器４０３は、送電器２０１がスタンバイモードで動作しているときに送電器通信インダクタ２０９についてインピーダンス変化を検出するように構成される。インピーダンス変化は具体的には送電器通信インダクタ２０９を通る電流、送電器通信インダクタ２０９にかかる電圧、又は送電器通信インダクタ２０９がその一部である共振回路の共振周波数における変化によって検出され得る。

具体的に、送電器通信インダクタ２０９は直列共振回路の一部であり得、これは具体的には送電器通信インダクタ２０９と直列共振キャパシタを有し得る。直列共振回路の共振周波数若しくはインピーダンスは受電器２０５による送電器通信インダクタ２０９の負荷に依存し、具体的には送電器通信インダクタ２０９に結合される受電器通信インダクタ２１１の負荷に依存する。検出器４０３は共振周波数変化を検出することによって、及び／又は例えば送電器通信インダクタ２０９の電流若しくは電圧の振幅における変化を検出することによって、これらの変化を検出し得る。検出器４０３の動作の具体的な実施例は後述される。

検出器４０３は送電器モードコントローラ４０５に結合され、これも送電器コントローラ４０１に結合される。送電器モードコントローラ４０５は、受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように受電器２０１を制御するように構成される。

具体的に、送電器２０１が選択フェーズで作動しており、受電器が現在存在している（又は送電器２０１上に置かれている）ことを示すアナログピンを実行するとき、送電器モードコントローラ４０５は通知され得る。応答して、これは送電器コントローラ４０１がピンフェーズへ進む代わりにスタンバイモードに入るように制御し得る。このスタンバイモードにおいて、電力伝送信号は生成されない。具体的な実施例として、送電器モードコントローラ４０５は単に送電器通信器５０１を中止若しくはスリープモードにし、ここでは送電器が続行可能であることを送電器モードコントローラ４０５が示すまで選択フェーズからピンフェーズへの進行が中断される。

多くの実施形態において、送電器２０１が選択フェーズにおいてオブジェクトの存在若しくは発生を検出しているが、検出されたオブジェクトが受電器であるか否か認識することができない場合、これは選択フェーズからピンフェーズに入る。受電器はその存在を示してこのデジタルピンに応答する。しかしながら受電器が電力を必要としない場合、これは例えばend power transferパケットを通信すること、又は第一パケット後に後続パケットを通信しないことによってそれを示す；送電器モードコントローラ４０５は通知され得る。応答して、これは送電器パワーコントローラ４０１がピンフェーズを継続しないように、又は電力伝送フェーズへ進む代わりにスタンバイモードに入るように制御し得る。このスタンバイモードにおいて、電力伝送信号は生成されない。具体的な実施例として、送電器モードコントローラ４０５は単に送電器２０１を中止若しくはスリープモードにし、ここでは送電器がピンフェーズを継続若しくは再開し得ることを送電器モードコントローラ４０５が示すまで、ピンフェーズにおける進行が中断若しくは停止される。従って、送電器は選択フェーズから直接スタンバイフェーズへ入らないかもしれず、典型的にはピンフェーズなど他のフェーズを介してこれに進む可能性があり得る。

スタンバイフェーズ中、送電器モードコントローラ４０５はさらにスタンバイモード終了要求に対応するインピーダンス変化が検出されているという検出器４０３からの指示を待機する。かかる指示が受信される場合、送電器モードコントローラ４０５はスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移の開始へと進む。これは単に、例えば送電器コントローラ４０１に対する、これがスリープ若しくは中止状態から出ることができるという制御信号を送電器モードコントローラ４０５が設定することによって実現され得る、すなわちこれは送電器コントローラ４０１がピンフェーズに入るように進行し、例えば電力伝送の標準Ｑｉセットアップに従うことができることを示すように単に制御信号を設定し得る。

図７は受電器１０５の一部の要素例を図示する。

受電コイル２０７は受電器コントローラ７０１に結合され、これは受電器１０５を作動させるための様々な機能を有し、具体的な実施例ではＱｉ規格に従って受電器１０５を少なくとも部分的に作動させるように構成される。例えば、第一の受電器１０５はＱｉ規格の選択、ピン、識別及び構成、並びに電力伝送フェーズを実行するように構成され得る。

受電器コントローラ７０１は電力伝送フェーズ中に無線誘導電力信号を受信して電力を抽出するように構成される。受電器コントローラ７０１は電力伝送フェーズ中に送電器１０１から給電される負荷である電力負荷７０３に結合される。電力負荷７０３は外部電力負荷であり得るが、ブレンダーのモータ、ケトルの加熱素子などといった、受電デバイスの一部であることが多い。

受電器コントローラ７０１はさらに受電器２０５をスタンバイモードで作動させるように構成される。具体的に、スタンバイフェーズ中、電力伝送信号は受電器通信インダクタ２１１によって受信されない。このフェーズにおいて、受電器コントローラ７０１は例えば、電力が負荷７０３に供給されず、実際にウェイクアップ信号のモニタリングを除き受電器コントローラ７０１によって何の機能も実行されないスリープ状態にスイッチし得る。モニタリングは受動的モニタリングであり得、実際に一部の信号において受電器コントローラ７０１はスタンバイフェーズ中スイッチをオフにされ得、受電器コントローラ７０１は、受電器コントローラ７０１が例えば内部バッテリから電力を供給されることに応答してスリープ状態から出るように構成され得る。

受電器コントローラ７０１はパワーオン状態を検出するように構成されるパワーオン検出器７０５をさらに有する。パワーオン状態は状態又はイベントがパワーオン基準を満たすときに存在するとみなされ得る。基準は具体的には受電器を有するデバイスのスイッチがオンになっている又はオンになっているはずである状況を反映する既定基準であり得る。

図７の実施例において、パワーオン検出器７０５はデバイスのパワーオンを要求するユーザ入力を受信することに応答してパワーオン状態を検出するように構成される。従って、実施例において、受電器はパワーオンユーザ入力を受信することに応答してスタンバイモード終了要求を送信するように構成される。

特に、受電器２０５は具体的には単純な手動ボタン若しくはスイッチであり得るユーザインターフェース７０７を有する。かかるスイッチのユーザ駆動はパワーオン検出器７０５によってパワーオン状態であるとみなされる信号を生成し得る。

パワーオン検出器７０５は遷移コントローラ７０９に結合され、これはさらに受電器通信インダクタ２１１に結合される。遷移コントローラ７０９はパワーオン検出器７０５がパワーオン状態を検出することに応答してスタンバイモード終了要求を送電器２０１へ送信するように構成される。具体的に、遷移コントローラ７０９はパワーオン状態を検出するパワーオン検出器７０５の指示を受信することに応答して、受電器通信インダクタ２１１の負荷を、ひいては送電器通信インダクタ２０９の負荷を変えるように進行し得る。従って、これは送電器201によって検出され得、送電器２０１はピンステージに進み得る、又は再び入り得る。

遷移コントローラ７０９はさらにスリープ状態から覚醒するように受電器コントローラ７０１を制御し得る。遷移コントローラ７０９は例えば受電器コントローラ７０１に内部バッテリを接続し得るか、又はウェイクアップ信号で受電器コントローラ７０１をトリガし得る。受電器コントローラ７０１は電源を入れるためにバッテリ若しくはキャパシタなどのローカルエネルギーストレージを一時的に利用し得る。

他の実施形態において、受電器コントローラ７０１は遷移コントローラ７０９によって能動的にスイッチをオンにされるのではなく、例えばピン信号を受信することに応答してスイッチをオンにし得る。実際、一部の実施形態において、受電器２０５は内部電源を有しておらず、スタンバイフェーズ中に電力を消費しない可能性がある。例えば、スタンバイモード終了要求は受電器通信インダクタ２１１を含む共振回路の一部であるキャパシタをユーザが手動でイン若しくはアウトにスイッチすることによって送信され得る。これは送電器通信インダクタ２０９の負荷における変化を生じ、デジタルピンが実行されるピンフェーズへ送電器が進むことになる。応答して、受電器２０５は電力伝送フェーズへ遷移するために十分に受電器２０５の部品に給電し得るピン電力信号を受信し得、この段階において受電器２０５は完全にパワーオンになり、負荷７０３に電力を供給することができる。

受電器通信インダクタ２１１は送電器２０１との通信のためにも使用され、受電器２０５、及び特に受電器コントローラ７０１は例えば復調器と変調器を含む適切な通信回路を有し得る。

多くの実施形態において、送電器通信インダクタ２０９は共振回路の一部である。実際に多くの実施形態において送電器通信インダクタ２０９は共振キャパシタと直列若しくは並列に結合されることによって直列若しくは並列共振回路を形成し得る（これは複数のキャパシタによって実現される等価キャパシタであり得る）。

かかる実施形態において、検出器４０３は典型的には共振回路の共振周波数の考慮に基づいてインピーダンス変化を検出するように構成され得る。例えば、スタンバイモード終了要求が送信されていないとき、共振回路は第一の共振周波数を持ち得るが、送電器通信インダクタ２０９の負荷がスタンバイモード終了要求の送信と関連して変更されるとき、共振回路の共振周波数は第二の共振周波数に変化し得る。

一部の実施形態において、共振周波数変化は例えば周波数スキャンを実行すること、及び最小若しくは最大電流若しくは電圧を検出することによって直接検出され得る（共振回路が直列共振回路若しくは並列共振回路であるかどうかに依存）。

他の実施形態において、検出はより間接的であり得る。例えば、送電器２０１がスタンバイフェーズにあるときの共振回路の共振周波数は既知であり得る。具体的には、受電器２０５が存在するがスタンバイモード終了要求を送信していないときの共振回路の共振周波数は既知であり得る。検出器４０３は従ってこの周波数を持つテスト信号を生成して共振回路へ印加し得る。対応するインピーダンスが測定され得る（例えばテスト信号の固定電圧振幅に対する電流振幅として、又はテスト信号の固定電流振幅に対する電圧振幅として）。

受電器２０５がスタンバイモード終了要求を送信するとき、共振回路の共振周波数は負荷における変化に起因して変化する。これは共振回路のインピーダンスの変化を、ひいては測定電圧及び／又は電流振幅の変化をもたらす。この変化は検出器４０３によって検出され得、これは従ってスタンバイモード終了要求が受信されていることを送電器モードコントローラ４０５へ示し得る。

かかるアプローチによって対処される問題は、スタンバイフェーズ中の共振周波数が、受電器が存在しない選択フェーズ中の共振周波数と異なることである。

図８は、受電器２０５が送電器２０１上に位置付けられ得る器具の一部であるシナリオについて、異なるフェーズにおいて送電器通信インダクタ２０９を通る電流の一実施例を図示する。

図８はそれぞれ送電器２０１の上に器具が置かれない（実線）及びキッチン家電が置かれる（破線）状況について送電器通信インダクタ電流を図示する。図示の通り、器具が送電器の上に置かれるとき、送電器の共振周波数は７７０ｋＨｚからおよそ７９０ｋＨｚへシフトされる。従って、電流が７７０ｋＨｚにおいて観察される場合、およそ１６０ｍＡの大きな電流降下が検出される。この情報はオブジェクトが送電器の上に置かれているという指示である。

実際、具体的な実施例において、この共振周波数の変化はオブジェクトが存在することを検出するために送電器２０１によって使用され得、そしてこれはオブジェクトが器具であるかどうか、並びにそうであれば器具が即時の電力を要するか否か調べるために通信チャネルの確立へと進み得る。器具は自身を器具として識別し得るが、長時間電力を必要としないかもしれない。器具はこのことを送電器２０１へ通信することができ、その後送電器２０１と受電器２０５の両方が特定のパワーオン駆動を待機するスタンバイフェーズへ進む。

状況の変化、例えば器具の位置のシフト、パワーコイルの範囲内の異物の配置、又はユーザが器具上のボタンを押すこと（これは反射インピーダンスを変化させる）を検出するために、送電器２０１は器具がその上に立っている新たな状況に適応しなければならない。図８に図示の通り、器具が送電器２０１の上に置かれた後、共振回路の共振周波数は変化している。

しかしながら、スタンバイフェーズにおける実際の共振周波数は部品公差、受電器２０５の正確な位置（及び従って送電器通信インダクタ２０９と受電器通信インダクタ２１１との間の結合）などを含む複数の特性に依存し得る。従って、多くの実施形態において、スタンバイフェーズにおける共振周波数はわからない可能性があるが、検出器４０３によって推定され得る。

この推定は例えば周波数スイープを実行すること、及び最大若しくは最小インピーダンス、電流若しくは電圧を検出すること（測定されているパラメータと、共振回路が並列若しくは直列回路であるかどうかに依存）によって実行され得る。図８の実施例において、周波数スイープは具体的には最大電流と、従って最小インピーダンスを検出し得る。

一旦共振周波数が推定されると、検出器４０３はこの推定を用いてスタンバイモード終了要求が送信されているかどうかの決定へと進み得る。例えば、検出器４０３は一定間隔で推定共振周波数に同調されるテスト信号を印加し、派生インダクタ電流が変化するかどうか検出するように進行し得る。

多くの実施形態において、通信インダクタはこのように共振周波数及び品質（Ｑ）係数などといった所与の共振特性を持ち得る共振回路の一部である。かかる実施形態において、検出器４０３は共振回路へ励起信号を印加し得、励起信号は共振回路の振動をもたらし得る。そして検出器４０３は共振回路の応答を検出し得、この応答に基づいてインピーダンス変化を検出し得る。具体的に、検出器４０３は送電器通信インダクタ２０９について電圧及び／又は電流を測定し、電圧及び／又は電流における変化に応答して負荷変化によって生じるインピーダンス変化を検出し得る。

多くの実施形態において、検出器４０３は一つ以上の励起を有する励起信号を共振回路に印加するように構成され得る。各励起は共振回路に振動を生成させる、すなわち共振させる信号であり得る。励起は共振回路を振動させる例えば短いインパルス、パルス、ステップ若しくは遷移であり得る。従って、各励起は共振回路を振動させるエネルギーを共振回路に誘導し得る。さらに、多くの実施形態において、励起から生じる振動は振動を生じる励起よりも長い持続期間を持ち得る。

以下、励起が共振回路に与えられる電圧若しくは電流インパルス／パルスである励起信号が考慮される。さらに、励起信号はパルスの形で複数の励起を有する。便宜上、以下の記載は共振回路が直列共振回路であり、励起信号が直列共振回路に印加される電圧信号であり、検出器４０３が直列共振回路の（従って送電器通信インダクタ２０９の）電流を測定するシナリオにフォーカスする。

パルスの各々について、検出器４０３は電流の振幅を測定し、振幅の値に基づいてこれはスタンバイモード終了要求が送信されているか否か、すなわち受電器２０５が送電器通信インダクタ２０９の負荷を変更したかどうかの決定へと進み得る。

図９は図２のシステムの要素の一実施例を図示し、アプローチをより詳細に説明するために使用される。実施例において、検出器４０３は送電器通信インダクタ２０９（Ｌｃｏｍ＿Ｔｘ）と直列キャパシタ（Ｃｃｏｍ＿Ｔｘ）によって形成される直列共振回路に結合されるＤＣ／ＡＣコンバータ（例えば図５及び６のインバータと同様）を有する。受電器通信インダクタ２１１（Ｌｃｏｍ＿Ｒｘ）は永久並列キャパシタ（Ｃｃｏｍ＿Ｒｘ）と、スイッチ（ｍｏｄ）によって永久並列キャパシタにわたって結合され得る通信若しくは変調キャパシタ（Ｃｍｏｄ）を含む並列共振回路の一部である。

実施例において、受電器通信インダクタ２１１はさらに、負荷キャパシタ（Ｃｌｏａｄ）と負荷レジスタ（Ｒｌｏａｄ）によって形成される負荷に結合されるＡＣ／ＤＣコンバータに結合される。

図９の実施例は、検出器４０３が短期間であるがパルス間の間隔が長いパルスを生成するシナリオに対するシミュレーションによって分析されている。

例えば、選択フェーズにおいて使用されるアナログピンは一定間隔でテスト信号を生成することによって受電器２０５が存在するかどうかを検出し得る。しかしながら、イベント間の間隔はイベントの持続期間よりもかなり長く、Ｑｉ規格は実際に具体的に５００ｍｓの間隔に言及している。二つの信号間の時間は非常に長いので、共振回路の測定特性は各イベントごとに独立している、すなわち前のテスト信号イベントによって生じるいかなる振動も、次のイベントの前に消えている。

シミュレーションにおいて、送電器共振回路の自己共振周波数は６５０ｋＨｚになるように選択され、受電器共振回路の自己共振周波数は７５０ｋＨｚになるように選択される。受電器において、インピーダンスは１５ｎＦの変調キャパシタ（Ｃｍｏｄ）で変更／変調され得る。

図１０は器具が送電器の上に置かれるときに送電器通信インダクタ２０９を通って流れる電流のシミュレーション結果を図示する。変調信号Ｖ（ｍｏｄ）は通信スイッチ（ｍｏｄ）を制御し、従ってこのキャパシタが受電器通信インダクタ２１１にわたって切断若しくは結合されるかどうかを示す。実施例において、検出器４０３は１５４μｓごとに、すなわちＱｉ規格のＡｎｎｅｘＢ‐１で言及される５００ｍｓの反復率よりもかなり短い反復率で、送電器共振回路へ共振周期の１０％の持続期間を持つ短パルスを印加する。しかしながら、図示の通り、各パルスから生じる振動は次のパルスが振動の次のセットを生じる前に終了する。従って、実施例において、異なる励起の応答間のいかなる干渉も無視できる。

典型的に、共振回路の応答の評価は最大信号レベル若しくは振幅信号レベルを測定することによって、すなわちこの場合は最大インダクタ電流を測定することによって実現される。

しかしながら、記載の実施例において、検出器４０３は、励起の時間に対するタイムオフセットを伴って、従って実施例では検出器４０３によって生成されるパルスに対するタイムオフセットを伴って実行される測定に応答してインピーダンス変化を検出するように構成される。検出器４０３は具体的にはパルスの時間に対するオフセットである時間間隔内に電流の振幅を測定し得る。

多くの実施形態において、タイムオフセットは共振回路の共振の１０時間周期以上及び６０時間周期未満である。従って、多くの実施形態において測定は共振回路の励起の生成から、すなわちパルスの時間から１０〜６０時間周期の間に実行される。共振の時間周期はスタンバイモードにあるときの共振回路の共振周波数の逆数に対応し得る。

タイムオフセットの使用は実質的により正確な測定を提供し得、実際に検出器４０３が増大した正確性と信頼性でインピーダンス変化を検出することを可能にし得る。

実際、図１０からわかる通り、励起から生じる振動は変調キャパシタがイン若しくはアウトにスイッチされるかどうかにかかわらず非常に類似する。実際、図１０は二つの場合において振動が実質的に同一であることを示す。

しかしながら、本発明者らはインダクタ電流（若しくは電圧）の振幅をそれが最大であるときに、すなわち励起パルスが印加される若しくはパルスの後第一の振動ピークにあるときに測定する代わりに、例えばｘ番目の振動ピークにおいてそれを測定することなどによって、タイムオフセットを伴ってこれを測定することによって、はるかにより正確な結果が実現され得ることを認識しており、ｘは適切な区別を与えるために十分に大きいが、振動が依然として十分な振幅を持つために十分に小さくなるように選択され得る。多くのシナリオにおいて、１０〜６０時間周期のタイムオフセットはかかる効果をもたらす。

図１１及び１２は単一パルスの結果として生成される電流振動を図示する。図示の通り、電流が第一の振動ピークの一つにおいて測定される場合（すなわち１０より小さいｘ）、ウェイクアップ信号が印加されるときに振幅差はほとんど検出されない。他方、非常に大きな数の振動が生じた後に電流が測定される場合、電流は０に等しいとみなされ得る非常に小さな振幅を持つ（典型的には１００振動より多い）。従って、スタンバイモード終了要求はパルスが印加された直後若しくは十分に長い時間間隔後に正確に検出されることができない。しかしながら、電流がｘ番目の振動ピークにおいて測定される場合（ｘは大き過ぎず小さ過ぎない）、振幅差が検出可能である。ｘは有利には通常１０‐６０の範囲であり得ることが観察されている。

より具体的に、図１１はそれぞれ変調キャパシタが切断されている励起と接続されている励起に対する振動が相互に重ね合わされる実施例を図示する。図１２は励起の時間に対するオフセットである時間間隔に対するクローズアップを図示する。最初に、振動は相互に接近して進み、ほとんど区別がない。しかしながら、図１２によって図示される通り、区別は後でかなり大きくなり、図１２に示されるセクションについて、二つのシナリオ間の区別は適切な時間における振幅電流値を測定することによって可能である。実際、一部の実施形態において、区別はインダクタ電流の位相に応答して実現される可能性がある。従って、図１１と１２の実施例において、励起の時間に対するタイムオフセットを伴って測定が実行されることによって、実質的に改良された検出が実現され得る。

一部の実施形態において、検出器４０３は反復励起を含むように励起信号を生成するように構成され、励起間のタイムオフセットは、二つの連続励起に対する共振回路の振動が相互に干渉するようになっている。従って、反復周波数は励起によって生じる振動が相互に干渉するために十分高い。

励起はこのように、一つの励起から生じる振動が、次の励起が生成される前に、従ってこの励起によって生じる振動が始まる前に消えないよう、十分に頻繁に起こり得る。振動はこのように相互に重なり合い、重畳を形成して結合信号をもたらす。

多くの実施形態において、反復周波数は、前の励起からの振動の振幅が、次の励起が起こるときに９０％未満だけ（又は実際に一部の実施形態では７０％若しくは５０％）抑制されるよう、十分に高い。一つの励起に対する振動の振幅は次の励起が起こるときの初期振幅の少なくとも１０％（又は一部の実施形態では２０％若しくは５０％）であり得る。

非常に接近しており、重複する振動をもたらす反復励起の適用は、送電器通信インダクタに対するインピーダンス変化の、及びひいては電磁環境における変化の、より信頼できる、及び多くの場合促進された検出を提供し得る。

実施形態において、送電器２０１は、送電器通信インダクタ２０９を通る電流振動が消え去る前に新たなパルスが印加されるように、一定間隔で送電器通信インダクタ２０９へ非常に短いパルスを印加する。電流（若しくは電圧）は例えばパルスが印加されるときに、パルスに続く振動ピークにおいて測定され得るか、又はパルスの印加に対するタイムオフセットを伴って測定され得る可能性がある。

発明者らは特に、前のパルスの振動が消える前に新たなパルスが生成されるように反復間隔が削減されるとき、送電器通信インダクタ２０９を通る電流の振幅における顕著な変化が、例えば受電器２０５における負荷キャパシタンスを変えることによる変調に起因する反射インピーダンスの変化から生じることに気付いた。反復間隔は前のパルスの振動の振幅が依然として顕著であるように選択される。

図１３は図９のシステムについてシミュレーション結果を図示する。送電器通信インダクタ（２０９）を通って流れる電流の振幅と位相が、変調スイッチが開いている場合（曲線１３０１）と閉じている場合（曲線１３０３）について示される。見てわかる通り、オブジェクトがその面上に位置付けられないとき、共振回路の共振周波数は６５０ｋＨｚにセットされるが、変調スイッチが開かれるとき、共振回路の共振周波数はおよそ６００ｋＨｚであり、変調スイッチが閉じられるときはおよそ７２５ｋＨｚである。

受電器２０５を有する器具が送電器２０１の面上に置かれるとき、送電器２０１は新たな状況に適応しなければならない。従って受電器２０５からのスタンバイモード終了要求についてモニタリングするとき、およそ６００ｋＨｚの共振周波数が考慮されるべきである。

図１４は新たな励起パルスが１０サイクルごとに（１サイクル＝Ｔ_ｒｅｓ）印加される一実施例について、図９のシステムのシミュレーション結果を図示する。図１３に図示の通り、受電器２０５が送電器２０１の面上に置かれるとき、共振回路の共振周波数は６００ｋＨｚにおよそ等しい。しかしながら、共振周波数を正確に決定するために、印加共振周波数は約６００ｋＨｚ（例えば５８０ｋＨｚと６２０ｋＨｚの間、若しくは５５０ｋＨｚと６５０ｋＨｚの間）でスイープされ得、受電器２０５がいかなる変調も適用することなく、送電器通信インダクタ２０９を通って流れる電流の振幅が測定される。振幅が最大になる周波数は共振回路の共振周波数に対応する。そしてこの周波数は受電器２０５からのスタンバイモード終了要求をモニタリングするために使用される。

図１４において、送電器通信インダクタ２０９を通って流れる電流の振幅は５９６ｋＨｚにおいて最大である。従って、５９６ｋＨｚの共振周波数が検出されている。新たなパルスは従って１０サイクルごとに印加され、１サイクル＝１／５９６ｋＨｚである。見てわかる通り変調キャパシタに依存するインダクタ電流の振幅における非常に大きな変化が存在する。実際、具体的な実施例において、およそ２２５ｍＡの振幅変化が反射インピーダンス変化によって誘導される。具体的に、スタンバイモード終了要求が送信されることに起因して負荷が変更されるとき、（この場合図１３に図示の通りおよそ７２５ｋＨｚに）共振周波数が変化する。これは削減された振幅をもたらす。

図１５は図１４の短い時間間隔を図示し、さらに個々の励起パルスを図示する。見てわかる通り、電流の最大振幅はパルスに続く最初の振動において測定され得る。一部の場合において、最大振幅はパルスが印加されるときに起こり得る。従って、電流は、これらの場合において、この瞬間（すなわちパルスが印加されるとき）においても測定され得る。

図１６は、共振周波数と全く同じではない周波数の１０サイクルごとに新たなパルスが印加される一実施例について、図９のシステムのシミュレーション結果を図示する。従って、実施例において、共振回路の駆動は共振回路の実際の現在の共振周波数に正確に同調されない。具体的な実施例において、想定共振周波数（これに励起パルスが同調される）は実際の共振周波数ではなく、これはスタンバイモード終了要求が送信されるときに削減された振幅差をもたらし得る。実際、具体的な実施例について、想定共振周波数は５９９．７５ｋＨｚであり、これは終了要求が（ほとんど）検出不可能であるシナリオをもたらす。

多くの実施形態において、検出器４０３は共振回路の共振周波数を推定し、推定共振周波数に励起パルスを同期させるように構成され得る。共振周波数の推定は例えば周波数スイープ信号及び共振回路の応答を検出することに基づき得る。

一部の実施形態において、検出器４０３は通信インダクタ電圧及び通信インダクタ電流の少なくとも一方の振幅に基づいて反復励起の反復間隔を適応させるように構成され得る。従って、検出器４０３は送電器通信インダクタ２０９の電圧若しくは電流を測定し、それに従って反復周波数を適応させ得る。具体的に、検出器４０３は通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方を最大化するように反復間隔を適応させるように構成され得る。

例えば、検出器４０３はスタンバイフェーズの時間間隔中に送電器通信インダクタ２０９を通る電流の振幅を測定し得る。振幅は一部の実施形態において（典型的には適応のスピードと比較して短い）適切な時間間隔にわたって平均化され得る。そして検出器４０３は適切な周波数間隔にわたって反復周波数をスイープし、最大振幅値を検出し得る。そして反復周波数は対応する周波数にセットされ得る。別の実施例として、検出器４０３は振幅に対する最大値へ向かって反復周波数を駆動するフィードバック制御ループを実現し得る。

アプローチは改良された性能を可能にし得、具体的には部品変更、送電器２０１に対する受電器２０５の具体的な位置における変動などを含む、現在の状況にシステムが適応することを可能にし得る。

アプローチにおいて、送電器２０１はこのように可能な最大振幅若しくは振幅変化を測定するために所定範囲において間隔を調節し得る。従って、このアプローチは検出方法を最適化し得る。

反復周波数を共振時間周期に同期させることが望ましい可能性がある。反復周波数と共振時間周期の厳密な関係は駆動信号の高調波などを含む複数の因子に依存し得る。従って、励起パルス反復周波数と共振周波数の比率は整数である必要はなく、原則としていかなる実数であってもよい。

典型的に、送電器２０１は正確な共振周波数を知らず、この場合これは所定周波数ｆを仮定し得る。そして送電器２０１は（パルスを印加しながら）この周波数周辺の所定範囲内でスイープし、測定振幅若しくは振幅変化をモニタリングし得る。最大振幅若しくは振幅変化が測定される周波数は送電器の共振周波数に対応する：
Ｔ＝ｎ^＊Ｔ_ｒｅｓ＝ｎ／ｆ_ｒｅｓ＝ｎ／ｆ

以下、一部の具体的な実施例がより詳細に記載される。

図１７は無線電力伝送システムの検出機能の実現の一実施例を図示する。実施例において、変成器（Ｌｐ及びＬｓ）が送電器通信インダクタＬｃｏｍ＿Ｔｘを通って流れる電流を電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換する。そしてこの電圧は４０番目の振動のピークにおいてサンプリングされる。サンプル信号（Ｖｓａｍｐｌｅ＿ｃｔｒ）が送電器のコントローラによって生成される。そしてサンプリングされた電圧ＶｓａｍｐｌｅがＤＣ電圧（典型的にはＶｄｄ／２に等しい）と比較される。

図１８は前と同じパラメータを用いる図１７のシステムのシミュレーション結果を図示する。実施例において、送電器通信インダクタを通る電流は最初に電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換される。そしてこの電圧は４０番目の振動ピークにおいてサンプリングされる。そしてサンプリングされた電圧Ｖｓａｍｐｌｅは単純比較器によって復調される。観察される通り、スタンバイモード終了要求が正確に検出される。図１８は具体的には（上から下に）：変調信号、デコードされた信号値（スタンバイモード終了要求が存在するか否か）、復調された信号とＤＣ基準電圧、及び検知された電圧とサンプル信号を図示する。

前の実施例は、スタンバイモード終了要求を検出するために送電器通信インダクタ２０９と共振回路を通る電流が（所定の瞬間において）測定されることにフォーカスしている。代替案として、送電器通信インダクタ２０９にかかる電圧も測定され得る。

図１９は図１４と同じパラメータを用いて送電器通信インダクタにかかる電圧の一実施例を図示する。具体的な実施例において、スタンバイモード終了要求が送信されるときにおよそ２．５Ｖの電圧変化が生じる。従って通信回路の一次コイルにかかる電圧を測定することによってスタンバイモード終了要求が検出され得る。

図２０は図１７の代替実施例を図示する。図２０のアプローチについては、送電器通信インダクタを通る電流が最初に電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換される。そしてこの電圧はデジタル信号Ｖｓａｍｐｌｅに変換される。そしてこのサンプリングされた信号は送電器の内部マイクロコントローラ／マイクロプロセッサへ供給される。このマイクロコントローラは印加パルスの正確なタイミングの知識を持つ。従って、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）がこの正確な時間においてサンプリングされ得る。この場合、パルスが印加される瞬間における電流が測定され得る。

図１７のシステムと同様に、図２０のシステムもｘ番目（例えば４０番目）の振動ピークにおける信号を測定し得る。送電器２０１はｘ番目の振動ピークにおいて極大値を測定するまでＡＤＣのサンプリング時間を調整し得る。例えば、第一の振動ピークにおいて電流が測定される場合、印加パルスと第一の振動ピークの時間差は送電器の共振周波数のおよそ一周期に対応する。送電器は印加パルス後に一振動周期において最大値を見つけるまで、サンプリング時間を調整し得る。

スタンバイフェーズにあるとき、受電器２０５は給電されず、しばしばこの状態は器具のいかなる内部マイクロコントローラも給電されないという事実によって特徴付けられ得る。

前述の通り、アプローチは送電器によって検出され得る器具通信回路内のインピーダンス変化をユーザがトリガすることに基づき得る。従って、このインピーダンス変化はスタンバイモード終了要求を形成する。図２１はこのアプローチの可能な一実施形態を図示する。プッシュボタンスイッチＳ２が通信／変調スイッチＳ１と並列に実装される。従って、ユーザがプッシュボタンスイッチを押すとき、生成されるインピーダンス変化（Ｃｍｏｄ接続）が送電器によってモニタリングされ得る。この実施例は受電器のマイクロコントローラを伴わないスタンバイモード終了要求を送信する方法を提供する。さらに、必要な唯一の追加部品はプッシュボタンである。従って、部品表における増加は非常に小さい。

スイッチは例えば受電器通信インダクタをショートさせるためなど、他の方法で使用され得ることが留意されるべきである。

代替回路実施例が図２３に図示され、単純なプッシュボタンスイッチの代わりにダブルギャングプッシュボタンスイッチ（Ｓ２及びＳ３）が実装される。これは器具のスイッチがオフにされるべきときなど、マイクロコントローラに情報をさらに提供し得る。

ダブルギャングＳ２／Ｓ３を押すことは例えば：
１．Ｓ２がデータ信号をショートする／ロードすることによって送電器と受電器間のいかなる進行中のデータ伝送をも物理的に遮断し得る。このデータ遮断は送電器によって検出され、パワーダウン／フェイル状態として解釈され、次に送電器をシャットダウンし得る。
２．Ｓ３が閉じて充電器のマイクロコントローラに遮断を生じさせる。これは制御されたパワーダウンを開始し、さらに送電器へ状態情報を通信し得る。
３．何らかの理由で送電器がデータ遮断／負荷変調を認識しそこなう場合、マイクロコントローラはさらに：
ａ．ＯＦＦメッセージを送電器へ送信し得る：
ｂ．セーフティリレーを介してパワーインダクタを切断し得る。

受電器が少なくとも部分的に給電され続ける場合、つまり例えば十分なエネルギーが蓄えられ、及びマイクロコントローラをＳＴＡＮＤＢＹ状態若しくはＯＮ状態に維持するために負荷キャパシタンス（Ｃｌｏａｄ）において十分な電圧レベルが維持される場合、マイクロコントローラはスタンバイモード終了要求を直接生成し得る。

図２３はかかるアプローチの可能な実施例を図示する。ユーザはスイッチＳ２（これは例えばタッチセンサボタン若しくはタッチセンサスクリーンとして実現され得ることが理解される）を通じてマイクロコントローラをトリガする。マイクロコントローラがユーザによって生成されるトリガを検出すると、これはスタンバイからウェイクアップし、一旦覚醒するとこれは送電器へスタンバイモード終了要求を送信し得る。これは図２３に図示の通り受動的になされ得る。この場合、マイクロコントローラは単純に通信／変調スイッチＳ１をトグルし得る。

前の説明において、スタンバイモード終了要求は単に送電器２０１がスタンバイフェーズから出て電力伝送への遷移を開始することを受電器２０５が要求することを示すシングルビットフラッグとして送信される。しかしながら、一部の実施形態において、スタンバイモード終了要求はスタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を適応させるために使用され得る制御データを有し得る。

例えば、スタンバイモード終了要求は要求される初期電力レベルを示すデータを含んでもよく、送電器２０１はこの電力レベルで電力伝送フェーズを初期化するように構成され得る。スタンバイモード終了要求は例えば制御データを示す変化のパターンを伴う一連のインピーダンス変化を伴って送信され得る。

従って、一部の実施形態において、受電器２０５は数ビットを含むメッセージ全体から成るスタンバイモード終了要求を送信し得る。器具と送電器間の標準通信のために使用される負荷変調復調回路がこの場合このデータをデコードするために使用され得る。エネルギーを節約するために、送電器２０１はスタンバイモードにおいて復調回路を非アクティブに維持し得るが、例えばスタンバイモード終了要求のプリアンブルによって生じるインピーダンス変化が一旦検出されると、インピーダンス検出ユニットはプリアンブル及びスタンバイモード終了要求の残りの部分を復調するために復調回路をウェイクアップさせ得る。

前の説明では、共振回路の共振周波数に基づくインピーダンス変換の検出が受電器から送電器へのスタンバイモード終了要求を検出するために使用される。これは改良された性能、柔軟性、及び追加の若しくは改良されたユーザ経験を提供し得る特に有利なアプローチと機能を提供する。

しかしながら、記載の検出アプローチはかかる検出に必ずしも限定されず、原則として送電器のインダクタのインピーダンス変動の他の変化を検出するために使用され得ることが理解される。例えば、重複パルスをもたらす励起を伴う励起信号を生成するアプローチは、例えば異物検出のため、又は受電器が送電器上に位置付けられていることを検出するためなど、他のアプリケーションのためのインピーダンス検出を改良し得る。従って、重複パルスを生じる励起信号の使用は例えば選択フェーズにおいて受電器の存在を検出するために使用される可能性がある。

従って、スタンバイフェーズとスタンバイモード終了要求送信／受信の特徴と態様とは無関係に、重複振動を生成する励起を伴う励起信号を生成するアプローチは他の無線電力伝送システムにおいて使用されることができる。

例えば、送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して受電器へ電力伝送を供給するように構成される送電器を含む無線電力伝送システムが提供され、送電器は：インダクタと；インダクタのインピーダンス変化を検出するための検出器とを有し；インダクタは共振回路の一部であり、検出器は励起信号を共振回路へ印加し、インダクタ電圧とインダクタ電流の少なくとも一方の測定からインピーダンス変化を検出するように構成され、励起信号は反復励起を有し、励起は二つの連続励起に対する共振回路の振動間の干渉をもたらすタイムオフセットを持つ。

インダクタは電力伝送インダクタであり得る、及び／又は例えば送電器通信インダクタであり得る。

インピーダンス変化は例えばオブジェクトの存在若しくは接近を検出するために使用され得る。具体的に、インピーダンス変化が検出基準を満たすことに応答してオブジェクトを検出するオブジェクト検出器が構成され得る。

かかるシステムにおいて、検出器はインダクタ電圧とインダクタ電流の少なくとも一方の振幅に基づいて反復励起の反復間隔を適応させるように構成され得る。

かかるシステムにおいて、検出器はインダクタ電圧とインダクタ電流の少なくとも一方を最大化するように反復間隔を適応させるように構成され得る。

かかるシステムにおいて、送電器は直前の励起の時間に対するタイムオフセットを伴ってインダクタ電圧とインダクタ電流の少なくとも一方を測定するように構成され得る。

かかるシステムにおいて、タイムオフセットは共振回路の共振の１０時間周期以上及び６０時間周期未満であり得る。

かかるシステムにおいて、検出器は共振回路の共振の複数の時間周期に反復励起を同期させるように構成され得る。

当然のことながら明確にするための上記記載は異なる機能回路、ユニット及びプロセッサに関して本発明の実施形態を記載している。しかし当然のことながら異なる機能回路、ユニット若しくはプロセッサ間での機能のいかなる適切な分散も、本発明を損なうことなく使用され得る。例えば、別々のプロセッサ若しくはコントローラによって実行されるように例示される機能が、同じプロセッサ若しくはコントローラによって実行されてもよい。従って、特定の機能ユニット若しくは回路への言及は厳密な論理的若しくは物理的構造若しくは機構を示すのではなく記載の機能を提供するための適切な手段への言及とみなされるに過ぎない。

本発明はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア若しくはこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式で実現され得る。本発明は随意に一つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実現され得る。本発明の実施形態の構成要素及び部品は任意の適切な方法で物理的に、機能的に及び論理的に実現され得る。実際、機能は単一ユニットにおいて、複数のユニットにおいて、若しくは他の機能ユニットの一部として実現され得る。従って、本発明は単一ユニットにおいて実現され得るか、又は異なるユニット、回路及びプロセッサ間に物理的に及び機能的に分散されてもよい。

本発明は一部の実施形態に関して記載されているが、本明細書に記載の特定の形式に限定されないことが意図される。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項にのみ限定される。付加的に、ある特徴は特定実施形態に関して記載されるように見えるかもしれないが、当業者は記載の実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わされ得ることを認識するだろう。請求項において、有するという語は他の要素若しくはステップの存在を除外しない。

さらに、個別に列挙されるが、複数の手段、要素、回路若しくは方法ステップは例えば単一の回路、ユニット若しくはプロセッサによって実現され得る。付加的に、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは場合により好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項への包含は特徴の組み合わせが実現可能及び／又は好都合でないことを示唆しない。請求項の一つのカテゴリへの特徴の包含もこのカテゴリへの限定を示唆せず、むしろ特徴が必要に応じて他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。さらに、請求項における特徴の順序は特徴が実施されなければならないいかなる特定の順序も示唆せず、特に方法の請求項における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示唆しない。むしろ、ステップはいかなる適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数形の参照は複数を除外しない。従って"a"、"ａｎ"、"ｆｉｒｓｔ"、"ｓｅｃｏｎｄ"などの参照は複数を除外しない。請求項における参照符号は単に明確にする実施例として与えられるに過ぎず、決して請求項の範囲を限定するものと解釈されてはならない。

Claims

送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して受電器へ電力伝送を供給するように構成される送電器を含む無線電力伝送システムであって、
前記受電器が前記送電器の通信インダクタの負荷を変えることによって前記送電器へスタンバイモード終了要求を送信するための第一モードコントローラを有し、
前記送電器が、
前記受電器と通信するための通信インダクタと、
前記受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように前記送電器を制御するための第二モードコントローラと、
前記通信インダクタのインピーダンス変化を検出するための検出器とを有し、
前記第二モードコントローラが、前記検出器が前記インピーダンス変化を検出することに応答して前記スタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するように構成され、
前記通信インダクタが共振回路の一部であり、前記検出器が、励起信号の励起の持続期間を超える振動を前記共振回路へ生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加し、前記励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定から前記インピーダンス変化を検出するように構成される、
無線電力伝送システム。
前記受電器がパワーオンユーザ入力を受信することに応答して前記スタンバイモード終了要求を送信するように構成される、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記通信インダクタが前記電力伝送信号を生成する送電コイルから分離している、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記受電器が制御データを有するように前記スタンバイモード終了要求を生成するように構成され、前記送電器が前記制御データを読み出すための受信器を有し、前記第二モードコントローラが前記制御データに基づいて前記スタンバイモードから前記電力伝送モードへの遷移を適応させるように構成される、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して前記送電器から電力を受信し、通信インダクタの負荷を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成される受電器を含む無線電力伝送システムのための送電器であって、
前記受電器と通信するための前記通信インダクタと、
前記受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように前記送電器を制御するためのモードコントローラと、
前記通信インダクタのインピーダンス変化を検出するための検出器とを有し、
前記モードコントローラが、前記検出器が前記インピーダンス変化を検出することに応答して前記スタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するように構成され、
前記通信インダクタが共振回路の一部であり、前記検出器が、励起信号の励起の持続期間を超える振動を前記共振回路へ生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加し、前記励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定から前記インピーダンス変化を検出するように構成される、
送電器。
前記通信インダクタが共振周波数を持つ共振回路の一部であり、前記検出器が前記共振周波数の推定に基づいて前記インピーダンス変化を検出するように構成され、前記検出器がさらに前記スタンバイフェーズにおいて前記共振回路の推定を決定するように構成される、請求項５に記載の送電器。
前記励起信号が、二つの連続励起に対する前記共振回路の振動間の干渉をもたらすタイムオフセットを持つ反復励起を有する、請求項５に記載の送電器。
前記検出器が通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の振幅に基づいて前記反復励起の反復間隔を適応させるように構成される、請求項７に記載の送電器。
前記検出器が前記通信インダクタ電圧と前記通信インダクタ電流の少なくとも一方を最大化するように前記反復間隔を適応させるように構成される、請求項８に記載の送電器。
前記タイムオフセットが前記共振回路の共振の１０時間周期以上及び６０時間周期未満である、請求項１に記載の送電器。
前記共振回路に対する指数時定数が一励起の持続期間の二倍以上である、請求項７に記載の送電器。
前記通信インダクタが共振回路の一部であり、前記検出器が、前記共振回路へ励起信号を印加し、前記スタンバイモードにあるときに前記共振回路の共振周波数に対する共振周波数推定に応答して前記励起信号の励起の反復周波数を調節するように構成される、請求項５に記載の送電器。
送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して受電器へ電力伝送を供給するように構成される送電器を含む無線電力伝送システムのための動作方法であって、
前記送電器が、前記受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するステップと、
前記受電器が、前記送電器の通信インダクタの負荷を変えることによって前記送電器へスタンバイモード終了要求を送信するステップと、
前記送電器が前記通信インダクタのインピーダンス変化を検出するステップと、
前記送電器が前記インピーダンス変化の検出に応答して前記スタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するステップと
を有し、
前記通信インダクタが共振回路の一部であり、
前記方法がさらに、前記送電器が、励起信号の励起の持続期間を超える振動を前記共振回路へ生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加するステップを有し、前記インピーダンス変化の検出が、前記励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からなされる、
方法。
送電器によって生成される無線誘導電力伝送信号を介して前記送電器から電力を受信し、通信インダクタの負荷を変えることによってスタンバイモード終了要求を送信するように構成される受電器を含む無線電力伝送システム用の送電器のための動作方法であって、
前記受電器の存在が検出されるが電力伝送信号が生成されないスタンバイモードで作動するように前記送電器を制御するステップと、
前記通信インダクタのインピーダンス変化を検出するステップと、
前記インピーダンス変化の検出に応答して前記スタンバイモードから電力伝送モードへの遷移を開始するステップと
を有し、
前記通信インダクタが共振回路の一部であり、
前記方法がさらに、前記送電器が、励起信号の励起の持続期間を超える振動を前記共振回路へ生じる少なくとも一つの励起を有する励起信号を印加するステップを有し、前記インピーダンス変化の検出が、前記励起の時間に対するタイムオフセットを伴う通信インダクタ電圧と通信インダクタ電流の少なくとも一方の測定からなされる、
方法。