JP6397417B2 - 無線エネルギー伝送システムにおける異物検出 - Google Patents

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本願は２０１２年１０月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７１６，４３２号、２０１３年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／８６６，７０３号、および２０１３年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／８７７，４８２号の優先権を主張するものであり、これらの出願の開示全体を本願に参照のために援用する。

本開示は無線エネルギー伝送および無線電力伝送システムの異物デブリ（ＦＯＤ）を検出するための方法に関する。

エネルギーまたは電力は、例えば所有者が共通する「Wireless Energy Transfer Systems（無線エネルギー伝送システム）」と題する、２０１０年５月６日に米国特許出願公開第２０１０／０１０９０９４４５号明細書として公開された米国特許出願第１２／６１３，６８６号、「Integrated Resonator-Shield Structures（一体共振シールド構造）」と題する、２０１０年１２月９日に米国特許出願公開第２０１０／０３０８９３９号明細書として公開された米国特許出願第１２／８６０，３７５号、「Low Resistance Electrical Conductor（低抵抗導電体）」と題する、２０１２年３月１５日に米国特許出願公開第２０１２／００６２３４５号明細書として公開された米国特許出願第１３／２２２，９１５号、および「Multi-Resonator Wireless Energy Transfer for Lighting（照明用多重共振器無線エネルギー伝送）」と題する、２０１２年１０月４日に米国特許出願公開第２０１２／０２４８９８１号明細書として公開された米国特許出願第１３／２８３，８１１号に詳述された、様々な既知の放射または遠視野技術および無放射または近視野技術を使って無線伝送することができる。

米国特許出願公開第２０１０／０１０９０９４４５号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０３０８９３９号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００６２３４５号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２４８９８１号明細書

一般に、第１の態様において、本開示は、少なくとも１つの共振器を有する電源（power source）と、少なくとも１つの共振器を有する受電装置（power receiver）であって、電源から無線伝達された電力を受信するように構成された受電装置と、導電性材料の１つまたは複数のループを有する第１検出器であって、電源と受電装置の間の磁場に基づいて電気信号を生成する第１検出器と、導電性材料を有する第２検出器と、第１および第２検出器に連結される電子制御装置であって、システムの動作中、第１検出器の電気信号を測定し、第１検出器の測定電気信号を第１検出器のベースライン電気情報と比較して、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに関する情報を決定し、第２検出器の静電容量に関する第２検出器の電気信号を測定し、第２検出器の測定電気信号を第２検出器のベースライン電気情報と比較して、電源と受電装置の間に生物がいるか否かに関する情報を決定するように構成された電子制御装置とを含む無線電力伝送システムを特徴とする。

本システムの実施形態は、以下に記載する特徴のうちの何れか１つまたは複数の特徴を含むことができる。

電源は車両充電ステーションの部品であってもよい。受電装置は車両の部品であってもよい。

第１検出器によって生成される電気信号は、電圧および電流のうちの少なくとも１つを含むことができる。第２検出器は電圧および静電容量のうちの少なくとも１つを含むことができる。

第１検出器のベースライン電気情報は、電源と受電装置の間にデブリがない場合の第１検出器の電気信号に対応し得る。第２検出器のベースライン電気情報は、電源と受電装置の間に生物がいない場合の第２検出器の電気信号に対応し得る。

電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに関する情報の決定には、電源と受電装置の間にデブリがあるという尤度値の閾値との比較を含むことができる。電子制御装置は、第１検出器のベースライン電気情報の平均および共分散行列を計算することによって尤度値を決定し、平均および共分散行列に基づいて尤度値を決定するように構成することができる。電源と受電装置の間に生物がいるか否かに関する情報の決定は、第２検出器の測定電気信号の閾値との比較を含むことができる。

第１検出器は、電源と受電装置の間の少なくとも第１面に位置する導電性材料の複数のループを含むことができる。第２検出器は電源と受電装置の間の第２面に位置する一片の導電性材料を含むことができる。第１面と第２面は平行であってもよい。第１面と第２面とは同じ面であってもよい。

第２面の電源によって生成される磁場は半値全幅断面分布（full width at half maximum cross-sectional distribution）を有することができ、第２面で第２検出器を取り囲む最小の円周部は、半値全幅断面分布の１００％以上（例えば１１０％以上、１２０％以上、１３０％以上、１４０％以上、１５０％以上、１７５％以上、２００％以上）の囲まれた領域を有する。

一片の導電性材料は第２面に蛇行経路を形成し得る。一本の導電性材料はほぼ共通の方向に延在する複数のセグメントを含み、セグメントのうちの少なくともいくつかのセグメント間の間隔は共通方向に垂直な方向に変化し得る。第２面における第１領域内の電源によって生成された磁束密度は、第２面における第２領域の磁束密度よりも大きくすることができ、第１領域内の連続するセグメント間の間隔は第２領域におけるものよりも小さくすることができる。

第１検出器は第１面において互いに離間した複数のループを含むことができ、隣接するループ間の間隔は変えることができる。第１面の第１領域で電源によって生成された磁束密度は、第１面の第２領域における磁束密度よりも大きくすることができ、隣接するループ間の間隔は、第２領域よりも第１領域の方が小さくすることができる。第１および第２面は電源よりも受電装置の近傍に配置することができる。

受電装置の少なくとも１つの共振器の総断面積は、受電装置の位置で電源によって生成される磁場の半値全幅断面積の８０%以上（例えば、９０％以上、１００％以上、１２０％以上、１４０％以上、１５０％以上、１７５％以上）とすることができる。

電源は、１ｋＷ以上（例えば、２ｋＷ以上、３ｋＷ以上、４ｋＷ以上、６ｋＷ以上、８ｋＷ以上、１０ｋＷ以上、１５ｋＷ以上、２０ｋＷ以上）の電力を受電装置に伝送するように構成することができる。

電源は複数の電力を異なるエネルギー伝送速度で受電装置に伝送するように構成することができる。電子制御装置は、複数の異なるエネルギー伝送速度のうちから選択された伝送速度で電力を伝送するために電源を調整し、選択されたエネルギー伝送速度に対応するベースライン電気情報を取得するように構成することができる。

ベースライン電気情報を取得するステップは、電子記憶装置から情報を取り出すステップを含むことができる。電子制御装置は、電源の近傍にデブリのない電源を起動して第１検出器で磁束を生成し、磁束に応じて第１検出器の電気信号を測定することによって、ベースライン電気情報を測定するように構成することができる。電子制御装置は、電源を起動して、電源と受電装置を少なくとも部分的に整合させて第１検出器の電気信号を測定するように構成することができる。電子制御装置は、電源を起動して、電源と受電装置の間に電力伝送を生じさせずに第１検出器の電気信号を測定するように構成することができる。

電源は、電源と受電装置の間の位置で、少なくとも６．２５μＴ（例えば少なくとも７μＴ、少なくとも８μＴ、少なくとも１０μＴ、少なくとも１５μＴ、少なくとも２０μＴ、少なくとも３０μＴ、少なくとも５０μＴ）の磁束を生成するように構成することができる。

第１検出器は複数のループを含むことができ、電子制御装置は、複数のループのうちの少なくともいくつかのループによって生成された電気信号を測定し、この測定電気信号に基づいて電源と受電装置の間の不整合に関する情報を決定するように構成することができる。複数のループのうちの少なくともいくつかのループは電源の端部に隣接して置くことができる。電子制御装置は複数のループのうちの少なくともいくつかのループによって生成された電気信号を比較することにより、不整合に関する情報を決定するように構成することができる。

電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、電源と受電装置の間の無線電力伝送を中断するように構成することができる。電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、電源と受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるように構成することができる。電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、無線電力伝送システムのユーザに警報インジケータを提供するように構成することができる。

電子制御装置は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、電源と受電装置の間の無線電力を遮断するように構成することができる。電子制御装置は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、電源によって生成される磁場の大きさ低減するように構成することができる。電子制御装置は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、無線電力伝送システムのユーザに警報インジケータを提供するように構成することができる。

電源内の各共振器は、共振周波数ｆ＝ω／２π、固有損失率ΓおよびＱ値Ｑ＝ω／（２Γ）を有する電磁共振器とすることができ、電源内の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は１００より大きくすることができる。電源内の各共振器は、共振周波数ｆを規定する静電容量およびインダクタンスを有することができる。電源内の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は３００より大きくてもよい。

受電装置内の各共振器は、共振周波数ｆ＝ω／２π、固有損失率ΓおよびＱ値Ｑ＝ω／（２Γ）を有する電磁共振器とすることができ、受電装置内の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は１００より大きくてもよい。受電装置内の各共振器は、共振周波数ｆを規定する静電容量およびインダクタンスを有することができる。受電装置内の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は３００より大きくてもよい。

システムの実施形態は本明細書に開示するその他の任意の特徴も、適切な任意の組み合わせで含むことができる。

別の態様において、本開示は、無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に位置する、導電性材料の１つまたは複数のループを有する第１検出器によって生成された電気信号を測定するステップと、第１検出器によって生成された測定電気信号を第１検出器のベースライン電気情報と比較して、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに関する情報を決定するステップと、導電性材料を有する第２検出器によって生成された、第２検出器の静電容量に関連する電気信号を測定するステップと、第２検出器によって生成された測定電気信号を第２検出器のベースライン電気情報と比較して、電源と受電装置の間に生物がいるか否かに関する情報を決定するステップとを含む方法を特徴とする。

本方法の実施形態は下記の特徴のうちの何れか１つまたは複数の特徴を含むことができる。

本受電装置は車両の部品であってもよい、そして本方法は、電源を使って電力を車両に伝送するステップを含んでもよい。電源と受電装置の間にデブリがない場合の第１検出器のベースライン電気情報は第１検出器の電気信号に対応し得る。第２検出器のベースライン電気情報は、電源と受電装置の間に生物がいない場合の第２検出器の電気信号に対応し得る。

電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに関する情報を決定するステップは、電源と受電装置の間にデブリが位置する尤度値を閾値と比較するステップを含むことができる。本方法は、第１検出器のベースライン電気情報の平均および共分散行列を計算することによって尤度値を決定するステップと、平均および共分散行列に基づいて尤度値を決定するステップとを含むことができる。電源と受電装置の間に生物がいるかどうかに関する情報を決定するステップは、第２検出器の測定電気信号を閾値と比較するステップを含むことができる。

本方法は、電源を使用して、１ｋＷ以上（例えば、２ｋＷ以上、３ｋＷ以上、４ｋＷ以上、６ｋＷ以上、８ｋＷ以上、１０ｋＷ以上、１５ｋＷ以上、２０ｋＷ以上）の電力を受電装置に伝送するステップを含むことができる。

電源は電力を複数の異なるエネルギー伝送速度で受電装置に伝送するように構成することができ、本方法は、複数の異なるエネルギー伝送速度のうちの選択された伝送速度で電力を伝送するために電源を調整するステップと、選択されたエネルギー伝送速度に対応するベースライン電気情報を取得するステップとを含むことができる。ベースライン電気情報を取得するステップは、電子記憶装置から情報を取り出すステップを含むことができる。

本方法は、電源の近傍にデブリのない電源を起動して第１検出器に磁束を生成するステップと、磁束に応じて第１検出器の電気信号を測定して第１検出器のベースライン電気情報を取得するステップとを含むことができる。本方法は、電源を起動して、電源と受電装置を少なくとも部分的に整合させて第１検出器の電気信号を測定するステップを含むことができる。本方法は、電源を起動して、電源と受電装置の間に電力伝送を生じさせずに第１検出器の電気信号を測定するステップを含むことができる。

本方法は、電源と受電装置の間に、６．２５μＴ以上（例えば、７μＴ以上、８μＴ以上、１０μＴ以上、１５μＴ以上、２０μＴ以上、３０μＴ以上、５０μＴ以上）の磁束を生成するステップを含むことができる。

本方法は、第１検出器の複数のループによって生成された電気信号を測定するステップと、測定電気信号に基づいて電源と受電装置の間の不整合に関する情報を決定するステップとを含むことができる。本方法は、複数のループによって生成された電気信号を比較することによって不整合に関する情報を決定するステップを含むことができる。

本方法は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、電源と受電装置の間の無線電力伝送を中断するステップを含むことができる。本方法は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、電源と受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるステップを含むことができる。本方法は、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに対応する尤度値が閾値を超える場合、警報インジケータを提供するステップを含むことができる。

本方法は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、電源と受電装置の間の無線電力伝送を中断するステップを含むことができる。本方法は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、電源と受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるステップを含むことができる。本方法は、第２検出器の測定電気信号が閾値を超える場合、警報インジケータを提供するステップを含むことができる。

本方法は、本明細書に開示する他のステップおよび／または特徴を、必要に応じて任意に組み合わせて含むことができる。

さらなる態様において、本開示はデブリと生物を検出する装置を特徴とし、この装置は、導電性材料の１つまたは複数のループを有し、無線電力伝送システムの電源と受電装置の間の磁場に基づいて電気信号を生成するように構成された第１検出器と、導電性材料を有する第２検出器と、第１および第２検出器に連結された電子制御装置とを含み、該電子制御装置は、無線電力伝送システムの動作中、第１検出器の電気信号を測定し、第１検出器の測定電気信号を第１検出器のベースライン電気情報と比較して無線電力伝送システムの電源と受電装置の間にデブリがあるか否かに関する情報を決定し、第２検出器の静電容量に関連する第２検出器の電気信号を測定し、第２検出器の測定電気信号を第２検出器のベースライン電気情報と比較して無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に生物がいるか否かに関する情報を決定するように構成される。

本装置の実施形態は、任意のシステムに関連して本明細書に開示される任意の特徴を、必要に応じて任意に組み合わせて含むことができる。

別の態様において、本開示は少なくとも１つの共振器を有する電源と、少なくとも１つの共振器を有する受電装置であって、電源によって無線伝達された電力を受信するように構成された受信装置と、電源と受電装置の間に位置する検出器であって、電源と受電装置の間の磁場に基づいて電気信号を生成するように構成された検出器と、電源および検出器に連結された電子制御装置であって、電源を起動して電源と受電装置の間に磁場を生成し、検出器の電気信号を測定し、ベースライン電気情報を測定電気信号と比較することによって電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成された電子制御装置とを含む無線電力伝送システムを特徴とし、ベースライン電気情報は、電源と受電装置の間にデブリがない場合、検出器によって生成された電気信号に関する情報を含み、電子制御装置はベースライン電気情報の平均および共分散行列を決定し、平均および共分散行列に基づいて電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定することによって、ベースライン電気情報を測定信号と比較するように構成される。

システムの実施形態は下記の特徴のうちの何れか１つまたは複数の特徴を含むことができる。

電子制御装置は、平均および共分散行列に基づいて電源と受電装置の間にデブリが位置する尤度値を計算するように構成することができる。電子制御装置は、尤度値に基づいて電源と受電装置の間にデブリが位置する確率値を０〜１の間で計算するように構成することができる。電子制御装置は尤度値を尤度閾値と比較することにより、電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成することができる。

電子制御装置はベースライン電気情報を取得するように構成することができる。電子制御装置は電子記憶装置から情報を取り出してベースライン電気情報を取得するように構成することができる。電子制御装置は、近傍にデブリのない電源を起動して検出器に磁束を生成し、この磁束に応じる検出器の電気信号を測定することにより、ベースライン電気情報を取得するように構成することができる。電子制御装置は電源を起動して、電源と受電装置を少なくとも部分的に整合して検出器の電気信号を測定するように構成することができる。電子制御装置は電源を起動して、電源と受電装置の間に電力伝送を生じさせずに検出器の電気信号を測定するように構成することができる。

ベースライン情報は、システムの異なる動作状態に対応する、検出器によって生成された電気信号に関する情報を含むことができる。異なる動作状態は、電源と受電装置の間の異なるエネルギー伝送速度に対応することができる。異なる動作状態は、電源と受電装置の間の異なる整合に対応することができる。異なる動作状態は、電源の少なくとも１つの共振器によって画定された平面に直角の方向に沿って測定された、電源と受電装置の間の異なる間隔に対応することができる。

電子制御装置は磁束に応じて検出器の電気信号を複数回測定することによってベースライン情報を取得するように構成することができ、平均および共分散行列は電気信号の複数回の測定からの寄与を含むことができる。電子制御装置は異なる動作状態の各々に対応する平均および共分散行列を生成するように構成することができる。電子制御装置は、検出器の測定電気信号を異なる動作状態の各々に対応する平均および共分散行列と比較することによってシステムの動作状態を決定するように構成することができる。

電源は車両充電ステーションの部品であってもよい。受電装置は車両の部品であってもよい。

検出器によって生成された電気信号は、電圧および電流のうちの少なくとも１つを含むことができる。検出器は、電源と受電装置の間に位置する導電性材料の複数のループを含むことができる。複数のループは平面上で相互に離間させることができ、隣接するループ間の間隔は変化させることができる。

平面の第１領域において電源によって生成された磁束密度は、平面の第２領域の磁束密度よりも大きくすることができ、隣接するループ間の間隔は、第２領域よりも第１領域の方を小さくすることができる。

検出器は電源よりも受電装置の近傍に置くことができる。受電装置の少なくとも１つの共振器の総断面積は、受電装置の位置において電源によって生成された磁場の半値全幅断面積の８０％以上（例えば、９０％以上、１００％以上、１２０％以上、１４０％以上、１５０％以上、１７５％以上）とすることができる。

電源は、１ｋＷ以上（例えば、２ｋＷ以上、３ｋＷ以上、４ｋＷ以上、６ｋＷ以上、８ｋＷ以上、１０ｋＷ以上、１５ｋＷ以上、２０ｋＷ以上）の電力を受電装置に伝送するように構成される。

電子制御装置は測定信号をシステムの動作状態に対応するベースライン情報の一部分と比較するように構成することができる。

電源は電源と受電装置の間で、６．２５μＴ以上（例えば７μＴ以上、８μＴ以上、１０μＴ以上、１５μＴ以上、２０μＴ以上、３０μＴ以上、５０μＴ以上）の磁束を生成するように構成することができる。

検出器は導電性材料の複数のループを含むことができ、各々のループは電源が磁場を生成すると電気信号を生成するように構成されており、電子制御装置は複数のループのうちの少なくともいくつかによって生成された電気信号を測定し、測定電気信号に基づいて電源と受電装置の間の不整合に関する情報を決定するように構成することができる。複数のループのうちの少なくともいくつかは電源の端部に隣接して置くことができる。電子制御装置は、複数のループのうちの少なくともいくつかによって生成された電気信号を比較することにより、不整合に関する情報を決定するように構成することができる。電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、電源と受電装置の間の無線電力伝送を中断するように構成することができる。

電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、電源と受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるように構成することができる。電子制御装置は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、無線電力伝送システムのユーザに警報インジケータを提供するように構成することができる。

電源内の各共振器は、共振周波数ｆ＝ω／２π、固有損失率ΓおよびＱ値Ｑ＝ω／（２Γ）を有する電磁共振器とすることができ、電源内の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は１００より大きくすることができる。電源内の各共振器は、共振周波数ｆを規定する静電容量およびインダクタンスを有することができる。

電源の共振器のうちの少なくとも１つのＱ値は３００よりも大きくすることができる。

システムの実施形態は、本明細書に開示する他の特徴を必要に応じて任意に組み合わせて含むことができる。

さらなる態様において、本開示は、電源を起動して無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に磁場を生成するステップと、電源と受信装置の間に位置する検出器によって生成された電気信号を測定するステップと、ベースライン情報を測定電気信号と比較することによって電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップとを含む方法を特徴とし、ベースライン情報は電源と受電装置の間にデブリがない場合に検出器によって生成された電気信号に関する情報を含み、ベースライン電気情報を測定信号と比較するステップは、ベースライン情報の平均および共分散行列を決定するステップと、平均および共分散行列に基づいて電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップとを含む。

本方法の実施形態は下記の特徴のうちの何れか１つまたは複数の特徴を含むことができる。

本方法は、平均および共分散行列に基づいて電源と受電装置の間にデブリが位置する尤度値を決定するステップを含むことができる。本方法は、尤度値に基づいて電源と受電装置の間にデブリが位置する確率値を０〜１の間で決定するステップを含むことができる。本方法は、尤度値を尤度閾値と比較することによって電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップを含むことができる。

本方法は、電子記憶装置から情報を取り出すことによってベースライン情報を取得するステップを含むことができる。本方法は、近傍にデブリのない電源を起動して検出器に磁束を生成し、該磁束に応じた検出器の電気信号を測定してベースライン情報を取得するステップを含むことができる。本方法は、電源を起動するステップと、電源と受電装置とを少なくとも部分的に整合させて検出器の電気信号を測定するステップとを含むことができる。本方法は、電源を起動して、電源と受電装置の間に電力伝送を生じさせずに検出器の電気信号を測定するステップを含むことができる。

ベースライン電気情報は、システムの異なる動作状態に対応する、検出器によって生成された電気信号に関する情報を含むことができる。異なる動作状態は、電源と受電装置の間の異なるエネルギー伝送速度、電源と受電装置の間の異なる整合、および電源の少なくとも１つの共振器によって画定された平面に直角な方向に沿って測定された、電源と受電装置の間の異なる間隔のうちの少なくとも１つに対応する。本方法は、磁束に応じた検出器の電気信号を複数回測定することによってベースライン情報を取得するステップを含むことができ、平均および共分散行列は電気信号の複数回の測定からの寄与を含むことができる。

本方法は、異なる動作状態の各々に対応する平均および共分散行列を生成するステップを含むことができる。本方法は、検出器の測定電気信号を異なる動作状態の各々に対応する平均および共分散行列と比較することにより、システムの動作状態を決定するステップを含むことができる。

本方法は電源を使って電力を車両の受電装置に伝送するステップを含むことができる。本方法は、電源を使って、１ｋＷ以上（例えば、２ｋＷ以上、３ｋＷ以上、４ｋＷ以上、６ｋＷ以上、８ｋＷ以上、１０ｋＷ以上、１５ｋＷ以上、２０ｋＷ以上）の電力を受電装置に伝送するステップを含むことができる。

本方法は、測定信号をシステムの動作状態に対応するベースライン情報の一部分と比較するステップを含むことができる。

本方法は、電源を使用して、電源と受電装置の間に６．２５μＴ以上（例えば、７μＴ以上、８μＴ以上、１０μＴ以上、１５μＴ以上、２０μＴ以上、３０μＴ以上、５０μＴ以上）の磁束を生成するステップを含むことができる。

本方法は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、電源と受電装置の間の無線電力伝送を中断するステップを含むことができる。本方法は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、電源と受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるステップを含むことができる。本方法は、電源と受電装置の間にデブリがある場合、警報インジケータを提供するステップを含むことができる。

本方法の実施形態は、本明細書に開示する任意の他のステップまたは特徴を、必要に応じて任意に組み合わせて含むことができる。

別の態様において、本開示はデブリを検出する装置を特徴とし、該装置は、検出器であって、該検出器が無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に位置する場合、電源と受電装置の間の磁場に基づき電気信号を生成するように構成された検出器と、検出器に連結された電子制御装置であって、電源と受電装置の間の磁場に応じて検出器の電気信号を測定し、ベースライン情報を測定電気信号と比較することによって電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成された電子制御装置とを含み、ベースライン情報は、電源と受電装置の間にデブリがない場合に検出器によって生成された電気信号に関する情報を含み、電子制御装置は、ベースライン情報の平均および共分散行列を決定し、平均および共分散行列に基づいて電源と受電装置の間にデブリがあるか否かを決定することによって、ベースライン情報を測定信号と比較するように構成される。

本装置の実施形態は、任意のシステムに関連する本明細書に開示された任意の特徴を含む、本明細書に記載された任意の特徴を、必要に応じて任意に組み合わせて含むことができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、異物デブリ検出システムは、磁場センサおよび／またはグラジオメータを使って、無線エネルギー伝送システムの共振器の周りの電磁場の乱れを測定することができる。センサおよび／またはグラジオメータは無線エネルギー伝送システムの電磁場に置くことができる。センサおよび／またはグラジオメータはＦＯＤが検出されるはずの領域（an area over which FOD should be detected）をほぼ覆うように配置することができる。車両の無線電力伝送システムの実施形態において、ＦＯＤが検出されるはずの領域は、車両の底面の１つの領域、車両の底面全体、車両の底面よりも大きな領域、または車両の底面の下でない領域（region that may not be under the underside of a vehicle）を含むことができる。センサおよび／またはグラジオメータは、ワイヤループおよび／またはループを形成する印刷導体トレース、８の字ループ、および／または１つまたは複数のループを含む構造体を含み、これらは、１つまたは複数のループによって囲まれた表面領域を横切る磁束量に比例する電気信号を生成する。１つおよび／または複数のループは高入力インピーダンス読み出し回路に接続することができる。読み出し回路はループ内の電圧および／または電流および／または電圧および／または電流の相対位相を測定することができる。実施形態において、システムはＦＯＤの検出確率を増やすために複数のループ層を含むことができる。実施形態において、ループは共振器の摂動品質要因、エネルギー伝送の効率、伝送された電力量、システムによって生成された熱量などの無線電力伝送システムの特性に大きな影響を与えずに動作するように構成することができる。

本開示において、グラジオメータはセンサの一種であると理解されたい。グラジオメータは１つまたは複数の検出器を含むことができる。例えば、１つまたは複数の検出器は検出器の周りの磁束を検出するために使用することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、異物デブリ検出システムは、磁場センサおよび／またはグラジオメータを使って、無線エネルギー伝送システムの共振器の周りの電界における乱れを測定することができる。センサおよび／またはグラジオメータは無線エネルギー伝送システムの電磁場に設置することができる。センサおよび／またはグラジオメータは、ワイヤおよび／または印刷導体トレースおよび／または任意の種類の導電路を含むことができ、導電路は１つでもよいし複数でもよい。１つまたは複数の導電路はＦＯＤの検出が必要な領域をほぼ覆うように構成してもよい。一実施形態において、電界センサはＦＯＤ面を行き来する１つの導電路であってもよく、別の実施形態においてはＦＯＤ面を横断し、別々に、または並列電気接続の後、および／または多重的に感知される、複数の実質的に真直ぐな導電路であってもよい。電界センサおよび／またはグラジオメータは高入力インピーダンス読み出し回路に接続することができる。読み出し回路はセンサ内の電圧および／または電流および／または電圧および／または電流の相対位相を測定することができる。実施形態において、システムはＦＯＤの検出確率を増やすために複数のセンサ層を含んでもよい。実施形態において、センサは共振器の摂動品質係数、エネルギー伝送の効率、伝送電力量、システムによって生成される熱量などの無線電力伝送システムの特性に重大な影響を与えずに動作するように構成することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、少なくとも１つの異物デブリ検出システムを含む無線エネルギー伝送システムを提供する。システムは振動磁場を生成するように構成された少なくとも１つの無線エネルギー伝送源を含むことができる。異物デブリは振動電磁場に位置する磁場センサによって検出することができる。磁場センサの電圧および／または電流は読み出し回路を使って測定することができ、センサからの読み出しに基づくフィードバックループは無線エネルギー源のパラメータの制御に使用することができる。

本開示において、ＦＯＤは異物デブリのことを表すために使用される。ＦＯＤの検出とは、異物検出および／または生物検出（ＬＯＤ）のことであると理解されたい。産業において、生物の検出はＦＯＤよりもＬＯＤと称するのがより一般的になってきているが、ＦＯＤは幅広い材料および物体を含むと一般的に認識されている。本開示において、異物は生物を含むと理解されたい。従って、「ＦＯＤ」および「ＬＯＤ」という用語をどちらも使用するが、ＬＯＤはＦＯＤの検出であると理解されたい。ＦＯＤの検出に関連して開示された技術はＬＯＤにも適用することができ、その逆もある。例えば、ＦＯＤセンサはＬＯＤセンサとして使用することができ、ＦＯＤセンサを使用する方法はＬＯＤセンサに適用することができる。さらに、本開示において、「生物」とは少なくとも一部が生体有機組織、例えば細胞から成る物体を指す。生物は有機体全体（例えば、人間、動物、植物）とすることができる。生物は有機体の一部（例えば、人間、動物または植物のうちの１つまたは複数の四肢または体の部位）であってもよい。また生物は、少なくとも一部がかつて生存していたが今は生存していない有機組織（例えば、樹木の枝、動物の身体）から成る物体（またはその一部）も含むことができる。

受動的ＦＯＤ低減を提供する共振器カバーを有する共振器の側面図を示す略図である； 個々の磁場センサとして使用することができ、２つの個々の磁場ループによってキャプチャされる磁束の違いを感知するグラジオメータに使用することができる２つのワイヤループを示す略図である； Ａは対向する磁気双極子を有するように配置された２つの小さな導体ループの２ローブ構造（このような構造は四重極磁場と称される）を示す略図であり、Ｂは整合された四重極磁場の４ローブ構造を示す略図であり、Ｃは八重極とも称される、対向する四重極磁場の４ローブ構造を示す略図であり、Ｄは線寸法に延在する４ローブ構造を示す略図である。「＋」と「−」の符号は、相対基準フレームにおける各ループの磁気双極子の方向を示している； Ａは高エリアフィルファクタを達成するための、実質的に四角いループを含むＦＯＤ検出器アレイを示す略図であり、Ｂは盲点を除去するために使用することのできる配置である、２つのオフセットアレイを有する実施形態を示す略図である； 読み出し回路に接続された例示的ＦＯＤ検出器を示す略図である； 読み出し回路に接続された例示的ＦＯＤ検出器のアレイを示す略図である； 読み出し回路および同期または基準ループに接続されたＦＯＤ検出器のアレイを示す略図である； ＦＯＤ検出器ループの例示的実施形態を示す略図である； Ａ〜Ｃは８の字グラジオメータセンサからの電圧測定曲線を示すグラフである； 例示的ＥＶ充電器システムのブロック図を示す略図である； Ａ〜Ｃは異なる形状の非対称センサを示す略図である； ＦＯＤセンサの対称配置を示す略図である； ＦＯＤセンサの非対称配置を示す略図である； ＦＯＤセンサの別の非対称配置を示す略図である； ＦＯＤセンサのさらなる非対称配置を示す略図である； ＦＯＤ検出センサ基板の例示的レイアウトを示す略図である； シールドトレースを有するＦＯＤ検出センサ基板の例示的レイアウトを示す略図である； Ａ〜Ｆはセンサの異なる配置を示す略図である； Ａ〜Ｅはセンサの異なる配置を示す略図である； Ａ〜Ｃはセンサの異なる配置を示す略図である； Ａ〜Ｄはセンサの異なる配置を示す略図である； ＦＯＤセンサの配置を示す略図である； 磁場センサを使用して高磁場を検出する一連のステップを示すフローチャートである； 独立型ＦＯＤ検出の一連のステップを示すフローチャートである； ＦＯＤ検出システムにおける動作の異なるモードを実行するための一連のステップを示すフローチャートである； 異物デブリ検出システムと生物デブリ検出システムとを組み合わせた実施形態の略図である； 異物デブリおよび／または生物デブリを検出するコンピュータシステムを含む電子制御装置の実施形態の略図である； 無線電力伝送システムの例示的配置を示す略図である； ソースコイルとデバイスコイルの間の例示的整合を示す略図である； ＦＯＤセンサ基板によって取得されたシミュレーション結果のプロットである； ベースラインパターンを減算した図３０に示すシミュレーション結果のプロットである； シミュレーション結果のプロットを、縮尺を変更したカラーバーで示したものである； ＦＯＤセンサ基板によって取得されたシミュレーション結果のプロットである； ベースラインパターンを減算した図３３に示すシミュレーション結果のプロットである； シミュレーション結果のプロットを、縮尺を変更したカラーバーで示したものである； ＦＯＤセンサ基板によって取得されたシミュレーション結果のプロットである； ＦＯＤセンサ基板によって取得されたシミュレーション結果のプロットである； シミュレーション結果のプロットを、縮尺を変更したカラーバーで示したものである； ベースラインパターンを減算した図３７に示すシミュレーション結果のプロットである； 無線電力伝送システム４０００の略図である； ＦＯＤセンサ基板によって取得されたシミュレーション結果のプロットである； ソースの略図である； ＡはＦＯＤせンサ配置の略図であり、ＢはＬＯＤセンサの略図である； ２つのセンサの測定例をグラフ化したプロットの略図である； ソースの略図である。

例示的であると明示的に記載されていない場合でも、これらの図は例示的実施形態を示すものであると理解されたい。

２つの連結された共振器の間の振動磁場に依存する無線電力伝送システムは、効率的、非放射かつ安全であり得る。共振器の間に挿入された非磁性および／または非金属の物体は、無線エネルギー伝送に使用される磁場とは実質的に相互に作用しない。いくつかの実施形態において、無線電力伝送システムのユーザはこれらの「異物」の存在を検出して、無線電力伝送システムの制御、電力低減、電力切断、警告などを行いたいと考えている。共振器の間に挿入される金属体および／またはその他の物体は、金属および／またはその他の物体が無線エネルギー伝送システムを乱す、および／またはシステムを実質的に加熱するように、無線電力伝送システムの磁場と相互に作用し得る。いくつかの実施形態において、無線電力伝送システムのユーザはこれらの「異物」の存在を検出して、無線電力伝送システムの制御、電力低減、電力切断、警告などを行いたいと考えている。特定の実施形態において、ユーザは無線電力伝送システムの加熱を検出すると、安全な動作のためにシステムを制御し、電力を低減、遮断し、アラームの設定を行うことができる。無線電力伝送、無線電力伝送システムの異物の存在や加熱の検出に関する技術は、例えば、共通に所有する、「Foreign Object Detection in Wireless Energy Transfer Systems（無線エネルギー伝送システムにおける異物検出）」と題する、２０１２年９月１０日に出願された米国特許出願第13/608,956号、「Foreign Object Detection in Wireless Energy Transfer Systems（無線エネルギー伝送システムにおける異物検出）」と題する、２０１１年９月９日に出願された米国仮特許出願第61/532,785号、「Vehicle Charger Safety System and Method（車両充電器安全システムおよび方法）と題する、２０１０年１０月６日に出願された米国特許出願第12/899,281号、および「Wireless Energy Transfer Systems（無線エネルギー伝送システム）」と題する、２００９年９月２５日に出願された米国特許出願第12/567,716号に記載されており、これらの内容を参照として援用する。

無線電力伝送システムの近傍に位置する異物デブリ（ＦＯＤ）は安全なものである、および／またはエネルギー伝送に使用される磁場と安全に相互作用する。安全なＦＯＤの例には、泥、砂、葉っぱ、小枝、雪、グリス、油、水および低周波数磁場と有意に相互作用しないその他の物質がある。実施形態において、ＦＯＤには、無線電力伝送に使用される磁場と安全に相互作用するが、危険が察知された場合、または念には念を入れて、無線伝送システムの共振器に非常に近い領域への侵入が制限される可能性のある物体が含まれる。この種のＦＯＤの一般的な例として、無線車両充電システムの共振器間および／または共振器コイル間で眠るのを好む猫がある。起こりそうもないが、中には人間の暴露効果（exposure effects）が一定の暴露ガイドラインおよび規定を超える高出力システム内の共振器の間に人間、特に子供がいる可能性が感知される場合もある。場合によっては、人間、動物、有機材料などを無線電力伝送システムにおけるＦＯＤの種類といえるだろう。いくつかの実施形態において、猫や人などの生物の検出は生物検出（ＬＯＤ）と称される。実施形態において、ＦＯＤの中にはエネルギー伝送に使用される共振器の特性を乱すように磁場と相互作用するもの、エネルギー伝送に使用される磁場を遮断または低減するもの、または点火、燃焼危険を生じさせるものがある。いくつかのアプリケーションにおいては、高出力充電中に可燃性金属体が発火するほど高温にならないようにする必要があるだろう。金属体の中には、加熱され、それらがまだ熱いうちに人に取り上げられて火傷させたり、または人に不快感を与えるほどの熱静電容量を有するものもある。例として、ツール、コイル、金属片、ソーダ缶、スチールウール、食物（チューイングガム、ハンバーガー）の包み、金属箔のついた煙草の箱などがある。

従って、必要なのは無線電力伝送システムの近傍でＦＯＤの影響を検出または低減するための方法および構造である。

ＦＯＤリスクを低減する方法は、受動的低減技術と能動的低減技術とに分けることができる。受動的低減技術は、ＦＯＤが高電磁場（例えば磁場、電場）の領域に入らない、または残らないようにするために使用することができる。受動的低減技術はＦＯＤが電磁場と危険に相互作用する可能性を低減することができる。能動的低減技術はＦＯＤの存在の検出およびそれとの反応に使用することができる。

本開示において、あるコイル（例えば共振器コイル）から別のコイル（例えば別の共振器コイル）への「無線エネルギー伝送」は、電子デバイス、車両への入力、電球の点灯または電池の充電などの、有用な作業（例えば機械的な作業）を行うためのエネルギー伝送のことを言う。同様に、あるコイル（例えば共振器コイル）から別の共振器（例えば別の共振器コイル）への「無線エネルギー伝送」は、電子デバイス、車両への入力、電球の点灯または電池の充電などの有用な作業を行うための電力伝送のことを言う。無線エネルギー伝送および無線電力伝送はどちらも、別のやり方では主電圧源への接続など、電源への接続を通して提供される、動作電力を提供するためのエネルギーの伝送（または伝達）のことを言う。従って、上記の理解の下で、「無線エネルギー伝送」および「無線電力伝送」という表現は本開示において同じ意味で用いられる。また、「無線電力伝送」および「無線エネルギー伝送」は情報の伝送を伴う、つまり、情報は電磁信号を介して、エネルギーまたは電力と共に、有用な作業を行うために伝送され得る。

いくつかの実施形態において、無線電力伝送システムは電力を受信共振器に無線伝送するためにソース共振器を利用することができる。特定の実施形態において、無線電力伝送は、複数のソース共振器および／または複数のデバイス共振器および／または複数の中間共振器（「リピータ」共振器とも称する）によって拡張することができる。共振器はエネルギーを電磁場（例えば電場、磁場）に保存することのできる電磁共振器であってもよい。どの共振器も共振周波数ｆ＝ω／２π、固有損失率ΓおよびＱ値Ｑ＝ω／（２Γ）（本開示において「固有」Ｑ値とも称する）を有することができ、この場合、ωは角度共振周波数である。例えばシステムの電源または受電装置における共振器の共振周波数ｆは、共振周波数ｆを規定する静電容量およびインダクタンスを有することができる。

いくつかの実施形態において、ソース共振器、レシーバ共振器、リピータ共振器のうちの何れかは、Ｑ＞１００（例えば、Ｑ＞１００，Ｑ＞２００，Ｑ＞３００，Ｑ＞５００，Ｑ＞１０００）の高いＱ値を有することができる。例えば、無線電力伝送システムは１つまたは複数のソース共振器を有する電源を含むことができ、ソース共振器のうちの少なくとも１つはＱ_１＞１００（例えば、Ｑ_１＞１００，Ｑ_１＞２００，Ｑ_１＞３００，Ｑ_１＞５００，Ｑ_１＞１０００）のＱ値を有する。無線電力伝送システムは、１つまたは複数のレシーバ共振器を有する受電装置を含むことができ、レシーバ共振器のうちの少なくとも１つは、Ｑ_２＞１００（例えば、Ｑ_２＞１００，Ｑ_２＞２００，Ｑ_２＞３００，Ｑ_２＞５００，Ｑ_２＞１０００）のＱ値を有する。システムは、Ｑ_３＞１００（例えば、Ｑ_３＞１００，Ｑ_３＞２００，Ｑ_３＞３００，Ｑ_３＞５００，Ｑ_３＞１０００）のＱ値を有する少なくとも１つのレシーバ共振器を含むことができる。Ｑ値の高い共振器を利用することにより、無線電力伝送システムの共振器の少なくともいくつかまたは全ての間に大きなエネルギー結合をもたらすことができる。Ｑ値が高いと、共振器間の「連結時間」が共振器の「損失時間」よりも短くなるような、共振器間の強い結合をもたらすことができる。この手法において、エネルギーは、共振器の損失（例えば加熱損失、放射損失）によるエネルギー損失よりも速い速度で共振器間において効率的に伝送される。特定の実施形態において、幾何平均
よりも大きく、ここで、ｉおよびｊは一対のソース−レシーバ共振器、ソース−リピータ共振器またはリピータ−レシーバ共振器（例えば、ｉ＝１，ｊ＝２，またはｉ＝１，ｊ＝３，またはｉ＝２，ｊ＝３）である。何れの共振器も下記に記載するコイルを含むことができる。Ｑ値の高い共振器の技術は、例えば、「Wireless Energy Transfer Systems（無線エネルギー伝送システム）」と題する、２００９年９月２５日に出願された共通に所有する米国特許出願第１２／５６７，７１６号に記載されており、この内容を参照のために援用する。

（受動的低減技術）
受動的低減技術は、ＦＯＤが共振器間または高電磁場の特定の領域に入らないようにして、ＦＯＤと電磁場の相互作用を防止するために使用することができる。

付加的な例示的実施形態において、無線電力伝送システムにおける共振器カバーの構成は、受動的ＦＯＤ低減技術を提供するものである。実施形態において、ソースおよび／またはデバイスおよび／またはリピータ共振器の筐体は、ＦＯＤが電磁場の大きな共振器および／または共振器コイルの領域に近づくのを防止するように形成することができる。実施形態において、共振器の筐体は、異物が共振器または共振器コイルからの特定の距離よりも近づかないように異物を遠ざける程度に厚いものであってもよい。例えば、筐体は追加の筐体材料および／または空隙および／またはポッティング材および／またはその他の物体および／または共振器コイルと共振器の外面の間の材料を含むことができる。実施形態において、共振器コイル面から筐体面までの距離は、０．５ｍｍ，１ｍｍ，５ｍｍなどとすることができる。実施形態において、共振器コイルの上面と筐体の上面との間の距離は、共振器コイルの底面と筐体の底面との間の距離と異なってもよい。実施形態において、共振器コイルは共振器筐体の最も薄い寸法のほぼ真ん中に配置してもよい。その他の実施形態において、共振器コイルは共振器筐体の最も薄い寸法の中心から実質的にオフセットして置いてもよい。実施形態において、共振器コイルはＦＯＤに露出される表面から実質的に離して置いてもよい。実施形態において、共振器筐体はＦＯＤと共振器の間に最小距離を提供する締め出しゾーン（keep-out zone）を含んでもよい。締め出しゾーンは、締め出しゾーンの外の磁場が安全面や性能面での懸念を生じさせないくらいに確実に十分小さくなるくらいの大きさとしてもよい。

共振器筐体は、筐体上のＦＯＤが筐体またはカバーの表面から転がり落ちる、および共振器および／または高電磁場に近づかないようにするように湾曲させ、角度をもたせて設計することができる。共振器筐体は、重力が物体を共振器から引っ張って遠ざけるように形成し、配置させることができる。いくつかの実施形態において、共振器の筐体および位置は、他の自然または偏在する力を使ってＦＯＤを離すように設計することができる。例えば、水流、風、振動などを、ＦＯＤが共振器の周りの望ましくない領域に蓄積または滞在しないようにするために使用することができる。実施形態において、ＦＯＤが蓄積される可能性のある共振器の表面を地面にほぼ垂直に配置して、物体が共振器に自然に留まって蓄積されないようにしてもよい。

ある程度の受動的ＦＯＤ保護を提供する共振器カバーの例を図１に示す。無線電力伝送システムの磁気共振器１０４は、成形カバー１０２によって囲まれる、すなわち包囲される、または成形カバー１０２の下に置くことができる。カバー１０２は重力によってＦＯＤ１０６がカバー１０２を転げ落ちるように形成することができる。カバー１０２の形状は、電磁場の強さがＦＯＤの加熱またはＦＯＤとの相互作用によって危険な状態を生じさせるほど大きい共振器を取り囲む領域からＦＯＤを共振器の側面に押しやる、および／または離して、ＦＯＤ１０６がカバー１０２の上および／または共振器１０４の近傍に蓄積されないようにするような形状とすることができる。実施形態において、ＦＯＤは、磁場による加熱および／または発火、および／または磁場とのマイナスの相互作用のリスクにこれ以上さらされないように、高磁場領域から十分遠くに離すことができる。いくつかの実施形態において、カバーは円錐形、角錐形、マウンド形、楕円形、球体形などに形成された部分を含むことができる。いくつかの実施形態において、カバーは例えばテフロン（登録商標）のような滑りやすい素材を含み、ＦＯＤをソース共振器とデバイス共振器の間に長く滞在させないようにすることができる。

その他の例示的および非限定的実施形態において、受動的ＦＯＤ技術には、共振器および／または共振器の部品のサイジングを行って、無線電力交換が行われる領域のいずれにおいても最大電磁場密度（例えば、磁場密度、電界密度）を所望する制限以下に低減させる技術が含まれる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤリスクの一部を低減するために比較的大きな共振器コイルを使用することができる。一定レベルの電力伝送において、より大きな共振器コイルを使用することにより、一定量の電力を無線で伝達するために必要とされる単位面積当たりの電磁場強度を減らすことができる。例えば、ソースによって生成される最大電磁場強度は、加熱やその他の危険の発生することが知られている閾値以下に低減することができる。受動的低減技術は常に実行可能、実用的または十分なものではない。例えば、共振器を大きくすることによってＦＯＤの危険を減らすことは、システムのコストもしくは重量制限、または共振器を特定の容積のシステムに一体化させるという要望により、実用的とは言えないだろう。しかしながら、完全な受動的技術が可能でない用途においても、実用的および／または十分な受動的低減技術は、少なくとも部分的にＦＯＤリスクを減らすために使用することができ、能動的低減技術を補完することができる。いくつかの用途においては能動的低減技術のみを使用することができる。

（能動的低減技術）
例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤの能動的低減技術は、特定の物体、特定の種類の物体、金属体、有機物体、熱体、共振器パラメータの摂動および／または磁場分布の摂動を検出することのできる検出システムを含むことができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、金属体などのＦＯＤは、無線エネルギー伝送システムの効率または電力伝送能力に摂動を与えるくらいの大きさ、程度および／または材料組成である場合がある。このような場合、このようなＦＯＤの存在は、無線電力システムのソース共振器および／またはデバイス共振器および／またはリピータ共振器と関連する電圧、電流および／または電力のうちの１つまたは複数の変化を調べることによって決定することができる。ソース、デバイスまたはリピータ共振器のうちの１つまたは複数は、少なくとも１００（例えば、少なくとも２００、少なくとも５００）の固有のＱ値を有することができる。ＦＯＤの中にはエネルギー伝送に使用される共振器のパラメータに摂動を与えるものがある、および／またはエネルギー伝送の特性に摂動を与えるものがある。ＦＯＤは、例えば共振器のインピーダンスを変化させることがある。例示的および非限定的実施形態によれば、これらの摂動は共振器および無線エネルギー伝送の電圧、電流、電力、位相、インピーダンス、周波数などの測定によって検出することができる。予想または予測される値からの変化または逸脱はＦＯＤの存在の検出に使用することができる。例示的実施形態において、無線電力システムにおけるＦＯＤの検出またはＦＯＤへの反応に、専用のＦＯＤセンサは必要でない。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤは無線エネルギー伝送に弱い摂動を与えるだけであり、共振器の電気パラメータおよび／または無線エネルギー伝送の特性をモニタすることによって実質的に検出することはできない。しかしながらこのような物体はなお危険要因を作り出す可能性がある。例えば、磁場と弱く相互作用するだけのＦＯＤは、実質的にまだ加熱される可能性がある。ＦＯＤは無線エネルギー伝送中に生成された磁場または電場によって加熱され得る。電磁場と弱く相互作用するだけであるのに著しく熱せられるＦＯＤの例として、チューイングガムや煙草のパッケージによく見られ、バーガーキングやケンタッキーフライドチキンなどのファストフードに使用される金属箔および包装紙がある。３．３ｋＷの無線エネルギー車両充電システムの共振器の間に配置されると、チューイングガムの包装紙は、共振器および／またはエネルギー伝送システムと関連付けられた電気パラメータを調べることによって検出することはできない。しかしながら、このような包装紙はすばやく熱せられ、やがて張り紙を燃やしてしまうくらいに十分な電力をさらに吸収することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤの能動的低減システムは、無線エネルギー伝送システム上および／またはこの近くの熱いスポット、熱い領域および／または熱い物体を検出する温度センサを含むことができる。システムは、無線エネルギー伝送システム内およびその周囲の熱源、熱勾配などを検出するために、任意の数の温度センサ、赤外線検出器、カメラなどを含むことができる。実施形態において、熱体の感知は、それのみまたは他の能動的および／または受動的低減技術に加えて使用することができ、加熱されたＦＯＤの検出能力のさらなる向上および／またはその他の能動的ＦＯＤ検出システムの誤警報率を低減するために使用することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、２つの共振器間の電磁場に弱く摂動を加えるだけのＦＯＤ物体の能動的低減システムは、ＦＯＤ物体の近くの磁場における小さな変化を測定するためのセンサを含むことができる。例えば、金属箔およびチューイングガムの包み紙は２つの共振器間の磁束を実質的に変えないが、それがコイル、ループ領域、センサまたはグラジオメータの任意の部分を覆うおよび／または遮断する場合、より小さなセンサコイル、ループ、センサまたはグラジオメータを通して磁束を実質的に変えることができる。実施形態において、ＦＯＤの存在によって生じた磁場における局所外乱は、ＦＯＤの近くの磁場の変化、変動、勾配などを測定することによって検出することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤセンサは図２に示す小さなワイヤループ２０２を使って実現することができる。このようなセンサは無線エネルギー伝送に使用される共振器の近くに配置することができる。動作中、無線エネルギー伝送システムはループを通過する磁場を生成することができる。ループはループ２０８の内部を貫通する磁束量に比例する電圧を作り出すことができる。いくつかの実施形態において、ループ内に誘起される電圧は５Ｖ未満である。別の実施形態において、ループ内に誘起される電圧は１０Ｖ未満である。例えば、チューイングガムの包み紙の一部がループを覆う、および／またはループの近くの磁束を偏向および／または吸収するように置かれた場合、ループによって生成された電圧は変化し、電圧の変化を検出することにより、ＦＯＤの存在を示すための決定に使用することができる。実施形態において、導体ループを無線電力伝送システム内のＦＯＤの存在を示すために使用してもよい。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤセンサは図２に示すような２つのワイヤループ２０２，２０４を使って実現することができる。このようなセンサは無線エネルギー伝送に使用される共振器の近くに置くことができる。動作中、無線エネルギー伝送システムは２つのループを通過する磁場を発生させることができる。各々のループは各ループ２０６，２０８の内部を貫通する時変磁束量に比例する電圧を発生させる。２つのループによって生成された電圧間の違いは、ループに近い磁場の勾配への比例である。２つのループが実質的に均一な磁場の領域に置かれ、ループが実質的に同じであれば、２つのループによって生成された電圧の大きさの違いは非常に小さい。例えば、チューイングガムの包み紙がループのうちの１つを部分的に覆い、もう１つのループは覆わないように置かれた場合、２つのループによって生成される電圧の違いは包み紙の存在しない場合よりも存在する方が大きくなる、というのも、ガムの包み紙の金属箔は、通常ループを通過する磁束の一部を偏向および／または吸収するからである。いくつかの実施形態において、ループを通過する磁束は６^＊１０^−６Ｔ・ｍ^−２未満であり得る。

実施形態において、２つのループによって生成された出力信号は互いに減じ合うため、ループの組み合わせによって形成された構造は、感知された磁場がほぼ均一である場合には小さな信号を、そして２つのループ間の磁場に勾配がある場合には適度に大きな信号を生成する。ループおよび／またはコイルが磁場勾配および／または不均一または実質的に不均一な磁場が存在する中で信号を生成するように構成されている場合、これらはグラジオメータとして配置されていると言うことができる。尚、異なるループからの信号は、アナログ回路、デジタル回路、プロセッサ、コンパレータなどを使って減じることができる。尚、ループは、ループの内の１つの表面を横断する磁場によって誘起される電圧が、センサの別のループの内の１つの表面を横断する磁場によって誘起される電圧とほぼ同等および反対となるように、例えば８の字の構成のような特定の構成に接続してもよい。センサおよび／またはグラジオメータの感度は、２つのループ間の電圧差の大きさおよび／または位相に関連させてもよい。

尚、いわゆる「８の字」導体ループは、１つの大きな導体ループを真ん中からつまみ、１つの大きなループが２つのほぼ同じ大きさの小さなループを形成し、１つのループをもう１つのループに対して１８０°、または１８０°の奇数倍ねじることによって形成することができる。実施形態において、８の字の導体ループは、ワイヤ、リッツワイヤ、導管、ＰＣＢトレース、導電性インク、ゲル、塗料、リボンなどを含む任意の種類の導電性トレースを使って実現することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、ループおよび／またはコイルおよび／またはセンサおよび／またはグラジオメータの感度は、特定の大きさまたは特定の大きさ以上の物体を好適に検出するように調整することができる。感度は、誤検出率を下げ、検出システムのノイズを下げ、および／または周波数範囲で動作するために調整することができる。実施形態において、ループの大きさおよび形状はセンサの感度を調整するために調整することができる。例えば、センサのループは、背景信号を下げるため、およびより小さなＦＯＤに対する感度を向上させるために、より小さくしてもよい。しかしながら、センサループが小さすぎると、いくつかのＦＯＤがセンサのループを全て完全に覆ってしまい、ＦＯＤによって信号が生成されなくなる。このようなシナリオは複数のＦＯＤセンサを使用し、これらをＦＯＤが検出されるはずの領域に配置することによって低減させることができる。そして、１つのＦＯＤセンサがＦＯＤを検出しなくても、少なくとも１つの別のセンサが検出する可能性がある。上述の例において、大きなＦＯＤはいくつかのセンサを完璧に覆うが、その他のセンサは一部しか覆わない。一部が覆われるセンサはＦＯＤを検出し、システムを適切に反応するようにプログラムすることができる。実施形態において、ループはより多くの回転（turn）を含むよう、および／または例えば４ループまたは８ループなどの追加ループを含むように調整することができる。実施形態において、ループは回転対称性を有するように配置してもよい、または直線状に配置してもよい、または任意の大きさまたは形状の領域を埋めるような形状にしてもよい。実施形態において、ループは実質的には２次元であるが、他の実施形態において、性能を高めるために３次元に拡大してもよい。例えば、ループセンサをプリント基板（ＰＣＢ）上に実現し、複数のループセンサを１つの層（または８の字を形成するために２つの層）上に実現し、または複数のループセンサをＰＣＢの２つ以上の層に実現させることができる。

グラジオメータを置くことができる、および／または他のグラジオメータおよび／またはループの設計を実装することのできる場所で磁場密度が不均一となる実施形態において、金属体が存在すると、２つのループ電圧間の違いに対応する波形において振幅および／または位相の変化が生じることがある。実施形態において、ループは複数の回転を有することができる。例示的および非限定的実施形態によれば、ループ領域２０６および２０８は、無線エネルギー伝送システムの磁場強度、検出方法の所望される感度、システムの複雑さなどに応じた大きさとすることができる。金属ＦＯＤがループ領域よりも実質的に小さいと、ＦＯＤが存在する場合に弱い信号しか生じない。この弱い信号はノイズや干渉信号に圧倒されるリスクがある。ループが最小被検出ＦＯＤと類似した（例えば３倍以内）の大きさであれば、信号は低い誤警報率での検出に対して十分に大きい。実施形態において、ＦＯＤセンサおよび／またはグラジオメータは、異なる大きさ、形状および／または配置の１つまたは複数のループを含むことができる。実施形態において、ＦＯＤセンサは１つのセンサ、２つ以上のセンサまたはセンサのない領域を含むことができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤセンサの配置はアルゴリズム、コンピューティングシステム、ユーザまたは市場のフィードバックデータ、試験などを介して最適化することができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、金属体の近傍の磁場勾配を測定する別の方法は、磁場の局所勾配に比例する電圧を直接出力できるように、コイル（ループとも称する）を生成することである。このようなコイルは図２に示す２つのコイルとして使用することができるが、必要な電圧測定は１つのみである。例えば、図２に示すループのうちの１つが他のループ領域の２倍で、それを８の字にねじり、８の字の各ローブがほぼ等しい領域を持つが、各ローブにおいて局所磁場によって誘起される電圧の符号が反対である場合、その２つの端子に生成される電圧は２つのローブ間の磁束の差に比例する。両方のループを通過する磁束がほぼ等しい場合、センサからの出力信号はほぼゼロである。図３Ａ〜図３Ｄは、磁場の強さおよび／または密度における局所勾配に比例する電圧を直接生成することのできる、ねじれたループのいくつかの例示的構成を示す。

図２に示す２つのループは磁気双極子、図３Ａのループはグラジオメータおよび／または磁気四重極、そして図３Ｂのループはグラジオメータおよび／または八極子と称することができる。四重極の構成は、左から右の方向に、磁場勾配に比例する電圧を生成することができる。４ローブ構成は磁場勾配（図３Ｂ）および磁場勾配（図３Ｂ）の勾配を測定するように構成することができる。図３Ｄは複数のローブが長さ寸法に延在して、例えば長方形のＦＯＤ検出領域を覆う実施形態を表している。図３Ｄに示すように構成される複数のセンサは、任意の形状および大きさのＦＯＤ検出領域を覆うように配列することができる。実施形態において、偶数のローブを持つ高次の多極子は、磁場に対する空間摂動を測定するようにも構成することもできる。実施形態において、図３Ａ〜図３Ｄに示すローブは、導体、ワイヤ、導体トレースなどの複数の回転を使用することができる。

これらの構成の各々は、ＦＯＤの存在による磁場摂動を測定するという目標を達成することができる。複数のローブを持つ構成は、ローブと類似した特性のＦＯＤを検出する尤度を大幅に低減することなく、より大きな領域を覆うことができる（より大きな場所でＦＯＤを検出することができる）。

図２および図３Ａ〜図３Ｄのループ構成は円形に描かれているが、任意の形状および大きさのループを使用することができる。ＦＯＤが存在しない場合に複数ループの構成がゼロの正味電流および／または正味電圧を生成することが望まれる場合、各ループの断面積は等しい磁束量をキャプチャするように設計されなければならない。実質的に均一な磁場において、ループ領域はほぼ同等である。ループが実質的に不均一な磁場に置かれる場合、ループ領域を、磁場が強い場合はより小さく、そして磁場が弱い場合はより大きくなるように調整し、各ループに誘起される電圧がほぼ同じ大きさで符号が反対となるようにしてもよい。

実施形態において、センサアレイの性能を改善するために、センサアレイを較正し、センサからの信号出力を処理することができる。例えば、ＦＯＤ検出アルゴリズムが制御信号としてセンサ出力の変化を利用する場合、センサはＦＯＤが存在しない場合のその出力信号が可及的ゼロに近くなるように構成することができる。上述の様に、出力信号は、個々のセンサローブの信号が実質的に相互に打ち消さないのであれば、ゼロに非常に近づけることができる。これによってセンサのダイナミックレンジが増大する。ＦＯＤが存在しない場合にセンサによって生成された信号が実質的にゼロでない場合、「背景オフセット」を持つと言うことができ、信号を検出回路で処理してオフセットを除去することができる。実施形態において、アレイ内の異なるセンサは異なる背景オフセットを有することができる。実施形態において、背景オフセットは較正手順で決定することができる。

円形以外の形状は高い面積開口率（high-area fill factor）を持つアレイに適切である。例として、正方形、長方形、六角形、および小さな間質空間を有するその他の形状がある。図４Ａは正方形のコイルの例を示し、この場合、アレイは図示するものよりもさらに拡張することができ、プラスループとマイナスループの数は同じである。

図内の「＋」と「−」の符号はループに誘起される電圧に関連する符号を示すために設けたものである。よって、均一磁場の８の字センサは、１つがプラスで１つがマイナスで示された２つのつながったローブによって表されている、というのもローブは、１つのループにおいて磁場によって誘起された信号が別のループの磁場によって誘起された信号を実質的に打ち消さすように構成されるからである。つまり、プラスとマイナスの符号は、時間における特定の瞬間の誘起電圧の相対符号を示す。尚、振動する磁場において、単一のループ、すなわちローブ内で誘起された電圧は、磁場振動と同じ周波数で変化する。つまり、誘起された電圧が正、すなわち「プラス」方向の場合、時間の一点において誘起される電圧は１／２周期（ｔ_ｃ／２）後の反対の符号となる（ｔ_ｃ＝１／ｆ＝２π／ω＝λ／ｃ）。従って、図中の「プラス」および「マイナス」符号の目的は、１組のループで誘起される瞬時電圧が、２つの「プラス」ループおよび／または２つの「マイナス」ループの場合における同じ相対符号か、または「プラス」と「マイナス」ループの様な反対の符号かの何れかを有することを示すものである。

本開示において、「盲点」は、１つまたは複数のセンサの配置により、１つまたは複数の センサがＦＯＤ（例えばデブリ）を検出することのできない領域のことを指すと理解されたい。図４Ａに示す構成において、対称なＦＯＤを隣接するループ間の特定の場所に置き、磁場摂動が検出可能な磁場勾配を発生させないようにする。このようないわゆる「盲点」の例を図４Ａに示す。例示的および非限定的実施形態によれば、配列されたループの第２層を第１層の上および／または下に置き、図４Ｂに示す様に横方向に移動させることができる。移動量は、センサの第１層の「盲点」が第２層の最大検出可能性または少なくとも十分な検出可能性に対応するように選択することができる。実施形態において、移動は、１つのアレイ検出の可能性に対するＦＯＤの検出の尤度を向上させるような任意の移動とすることができる。このようにして、ＦＯＤを検出することのできない多くの盲点を有する尤度を低減することができる。１つまたは複数の移動されるアレイの同様のスキームは、盲点の低減においてほぼ同じ利点を達成することができる。複数のアレイにおけるループの配列も、不均一な磁場に対応するために変更することができる。

実施形態において、配列されたループの層は、同様の大きさおよび／または形状のループを有することができる。他の実施形態において、配列されたループの層は異なる大きさおよび／または形状のループを有することができる。異なる大きさおよび／または形状を持つ配列されたループの層を有する実施形態において、「盲点」の影響を低減させる、および／またはＦＯＤ検出の尤度を増大させるために、配列されたループを移動させる必要はない。

実施形態において、双極子、四重極、八極子などの個々のループまたはローブは複数の大きさおよび／または不均一な大きさのものであってもよい。グラジオメータが不均一な磁場の領域を覆う実施形態において、ループは、ＦＯＤが存在しない場合、グラジオメータループの出力において最小の電圧を確保できる大きさであってもよい。弱い磁場の領域にはより大きなループを、強い磁場の領域にはより小さなループを配置するようにしてもよい。実施形態において、より均一な磁場にはより大きなループを、より不均一な領域にはより小さなループを配置してもよい。実施形態において、センサアレイのグラジオメータの大きさは変更することができる。実施形態において、より不均一な磁場にはより小さなグラジオメータを配置してもよい。実施形態において、より大きな磁場強度の領域にはより小さなグラジオメータを配置してより小さなＦＯＤの検出能力を提供し、大きなＦＯＤのみの検出が所望されるより小さな磁場強度の領域には、より大きなグラジオメータを配置してもよい。

図１１Ａ，図１１Ｂおよび図１１Ｃはいくつかの非対称なＦＯＤセンサの設計を示す。センサは、不均一な磁場に置かれた場合、通常の動作中、実質的にゼロの電圧信号を提供するような形状、大きさとすることができる。ＦＯＤ検出のために設計された基板または領域に亘るセンサ１２０２のアレイにおいて、ＦＯＤセンサ１２０４は図１２に示すように、領域全体に対称に配置することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは、図１３、図１４および図１５に示すように非対称に配置することができる。実施形態において、センサは高磁場の領域では密集させ、そして低磁場の領域では間隔を広げて配置することができる。例えば、ＦＯＤが加熱される、または磁場と否定的に相互作用する可能性が最も高い最大磁場の領域には、より多くのセンサおよび／またはより高い感度のセンサを置くことが所望される。実施形態において、より低い磁場の領域でセンサの数量および／またはセンサの種類を減らす理由はない。いくつかの実施形態において、アレイ内のＦＯＤセンサの数を減らすことが所望される。例えば、センサが他の回路のために利用することのできる場所を取る、またはセンサがシステムの費用を追加させるような部品を必要とする、または任意のこのような実施上の配慮点がある場合、個々の設計およびアレイ内における配置が特別に設計された複数の個々のＦＯＤセンサを含むＦＯＤシステムを設計するのが好適である。そのような均一および不均一なアレイのいくつかの例を本明細書に記載するが、それらは開示した技術の範囲内における多くの例の中のほんの一部にすぎない。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤセンサのアレイは複数の種類のセンサを含むことができる。実施形態において、ＦＯＤセンサには、単一ループセンサおよび／または双極子ループセンサ／グラジオメータおよび／または四重極ループセンサ／グラジオメータおよび／または八極子ループセンサ／グラジオメータなどがある。ＦＯＤセンサのいくつかの領域は、センサおよび／またはグラジオメータを含まない。ＦＯＤセンサは温度センサ、有機材料センサ、電界センサ、磁場センサ、静電容量センサ、磁気センサ、誘導センサ、運動センサ、重量センサ、圧力センサ、水センサ、振動センサ、光センサなどと、これらのセンサの任意の組み合わせとを含むことができる。

例示的および非限定的実施形態によれば、２つの共振器間の電磁場に弱く摂動を与えるだけのＦＯＤの能動的低減システムは、ＦＯＤの近傍の静電容量素子における静電容量の小さな変化を測定するためのセンサを含むことができる。例えば、無線電力伝送システムの上またはその近くに置かれる物体（例えば、有機材料または金属材料）は、２つの共振器間の磁束を実質的に変えないが、その近傍の導電材料の自己静電容量および／または相互静電容量を実質的に変化させることがある。一般に、導電材料および有機体または金属体のような２つの物体が接近する（しかし空気などの誘電体によって離されたままである）場合、双方の物体の静電容量は変化し、この効果は「相互静電容量」と称される。感度静電容量検出器は何れかの物体の静電容量の変化（すなわち、電圧の変化または直接静電容量測定）を検出するために使用することができ、これによって物体間の相互の接近を検出することができる。このような方法を使うことにより、特定の実施形態において、ＦＯＤの存在によって生じる静電容量素子の静電容量値に対する局所擾乱を、ＦＯＤの近傍の静電容量の変化、変動、勾配などを検出することによって検出することができる。このような方法は、典型的には磁場に大きな摂動を与えない有機体（例えば生物）の検出に特に有益である。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤセンサは図１８に示すような静電容量素子としての一本のワイヤ１８０２を使って実現することができる。ワイヤは、その近傍に物体（例えば、有機体、金属体）がある場合とない場合とでは、異なる静電容量を有する。ワイヤ１８０２が物体の近傍において静電容量の変化を測定する、および／またはそれに反応することができる回路と一体化されている場合、そのワイヤを静電容量センサと称することができる。ワイヤが無線電力伝送システムのエリアおよび／または領域に設置される場合、その静電容量の変化を無線電力伝送のエリアおよび／または領域において特定の種類のＦＯＤが存在することを示すために使用することができる。実施形態において、特定の材料の近接に関連する静電容量を持つ導電材料は、無線電力伝送システム内のＦＯＤの存在を示すために使用することができる。

実施形態において、特定の種類の材料の近接と関連し得る静電容量値を持つ任意の種類の材料および／または構造は、本明細書に記載する静電容量センサ内で使用することができる。ワイヤまたは任意の種類の導電路は魅力的である、というのも、ほぼ任意の大きさおよび形状の感知領域を持つように設計することができ、その性能は無線電力伝送システムの電磁場の存在下において低下しないからである。また、ワイヤ／導電トレースの静電容量は、有機材料などの材料がセンサに触れるほどではないが近くにある場合に変化する。実施形態において、ワイヤ／/導電トレースセンサは、無線電力伝送システムの共振器または共振器筐体と物理的に接触する有機材料を検出することができる。実施形態において、静電容量センサで使用されるワイヤ／トレースは、無線電力伝送システムの回路、ＰＣＢ、ハウジング、モジュール、サブシステムなどに一体化することができる。

本開示において、ワイヤは例示的実施形態であり、ソリッドワイヤ、より線、導電管、プリント基板トレース、導電インク、ゲル、塗料、エポキシなどを含むが、それらに限定されない任意の種類の導電材料も、本明細書に記載する開示技術に適切な静電容量素子であると理解されたい。

実施形態において、静電容量センサは１つまたは複数の静電容量素子を含むことができる。図１８Ａ〜図１８Ｆは静電容量素子のいくつかの例を示す。図１８Ａは静電容量素子１８０２が非対称および／または不規則な形状の実施形態を示す。図１８Ｂは静電容量素子１８０４が正弦波形で、ＦＯＤが検出されるはずの領域１８０６を覆うように配置することのできる実施形態を示す。図１８Ｃは静電容量素子１８０４がＦＯＤセンサ１２０４上に配置された実施形態を示す。図１８Ｄ〜図１８Ｆは１つまたは複数の静電容量素子の構成の実施形態を示す。例えば、１つまたは複数の静電容量素子からのデータは１つまたは複数のポイントで測定され、１つまたは複数のレベルで処理することができる。図１８Ｄはポイント１８０８、１８１０、１８１２および１８１４で測定されたデータを処理１８２４の中心または一次レベルで処理することができることを示している。図１８Ｅおよび図１８Ｆはポイント１８０８、１８１０、１８１２、１８１４および１８１５で測定されたデータが一次プロセッサ（プロセッサ１８２４）および／または二次プロセッサ（プロセッサ１８１６〜１８２２）レベルで処理することができることを示している。いくつかの実施形態において、いくつかのポイントからのデータを平均化し、他のものと比較することができる。例えば、図１８Ｅはポイント１８０８と１８１０を平均化し、ポイント１８１２と１８１４の平均と比較し、さらにポイント１８１５と比較することができる実施形態を示している。

静電容量素子の大きさは、一般に、生物の検出が可能なように要望どおりに選択することができる。いくつかの実施形態において、例えば、電源は静電容量素子の位置する平面に延在する磁場を生成する。磁場は平面内に半値全幅を有する断面磁場強度分布を有する。静電容量素子は、静電容量素子を囲む平面における最小サイズの円周部が、断面磁場分布の半値全幅の１００％以上（例えば１１０％以上、１２０％以上、１３０％以上、１４０％以上、１５０％以上、１７５％以上、２００％以上）の平面に包囲領域を持つように、平面に配置することができる。具体的には、静電容量素子の内のいくつかまたは全てを磁場分布の端部の近く（例えば、電源および／または受電装置の端部の近く）に置くことにより、生体が電源と受電装置の間の領域に侵入する前に検出するために、静電容量素子を使用することができる。

一般に、受電装置および電源はどちらも１つまたは複数の共振器を含むことができ、その各々は１つまたは複数のコイルを含むことができる。いくつかの実施形態において、受電装置の共振器の総断面積は、受電装置の位置で電源によって生成される磁場の半値全幅断面積の８０%以上（例えば、１００％以上、１２０％以上、１４０％以上、１５０％以上、１７５％以上、２００％以上）であってもよい。

受電装置に電力を伝送するために、電源は電源と受電装置の間に磁場（すなわち力線束）を生成する。いくつかの実施形態において、電源は電源と受電装置の間（すなわち電源と受電装置の間の１つまたは複数のポイント）に少なくとも６．２５μＴ（例えば、７μＴ，８μＴ，９μＴ，１０μＴ，１２μＴ，１５μＴ，２０μＴ，３０μＴ，４０μＴ，５０μＴ）の磁束を生成するように構成される。

例えば図１８Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ１２０４は電源と受電装置の間の第１面に位置し、静電容量素子１８０４は電源と受電装置の間の第２面に位置する。第１面と第２面は同じ平面であっても異なる平面であってもよい。何れかの平面または両方の平面は、電源の近く、受電装置の近く、または電源と受電装置の間の領域において電源と受電装置から均等に離れて配置することができる。

図１９は静電容量素子のその他の例示的および非限定的な実施形態を示す。図１９Ａにおいて、囲まれた領域１９０２はＦＯＤが検出されるはずの例示的エリアまたは領域を示す。本実施形態において、静電容量素子１８０２は、ＦＯＤ検出エリアを前後に曲がりくねって走る、例えば蛇行経路を形成する１本のワイヤによって実現することができる。図１９Ｂおよび図１９Ｃは代替的実施形態を示す。図１９Ｄは図１９Ａと類似する実施形態を示すが、ワイヤ経路間の間隔が小さい。一方で、図１９Ｅに示す間隔は大きい。上述の磁気ＦＯＤセンサと同様に、センサの大きさ、形状、配置および設置はＦＯＤセンサの感度に影響を与える。例えば、図１９Ｄに示すセンサ上に置かれる有機材料の小さなブロックは領域１９０２のどこにおいても検出することができるが、図１９Ｅにおいてセンサ上に置かれた同じ材料は、点線の円によって強調されるエリア内では検出されない。いくつかの実施形態において、非常に小さなＦＯＤの検出が所望される場合、図１９Ｄのセンサ設計が好適である。いくつかの実施形態において、大きなＦＯＤのみを検出することが所望される場合、小さなＦＯＤを検出し、他の種類のＦＯＤに対して高い感度を有する検出器を使用すると、検出エラーまたは誤検出が生じるため、図１９Ｅに示すセンサにより近いセンサが好適である。

静電容量センサの特徴を説明する１つの方法として、ＦＯＤアレイの長さに亘るワイヤまたはワイヤセグメント間の間隔、ＦＯＤアレイの幅およびＦＯＤアレイの高さ（３Ｄ配置の場合における）によるものがある。図１９Ａにおいて、静電容量素子を形成するワイヤパターンは、センサのセグメント間に長さ（ΔＬ）および幅（ΔＷ）に沿った実質的に等しい間隔を示している。センサがＦＯＤ領域１９０２として示される平面から外れたセグメントを含む場合、センサは高さセグメント間隔（ΔＨ）を有するものとして説明することができる。図１９に示される静電容量素子はＦＯＤ検出領域を実質的に埋めるように配置されており、ＦＯＤ領域中に小さな感度を与えることができる。用途によってはセンサの感度のより良いＦＯＤ領域を有することが好ましく、ＦＯＤ検出を必要としない領域があっても良い。これらの種類のセンサの例示的実施形態を図２０に示す。

実施形態において、静電容量素子は、ＦＯＤセンサの長さ、幅および高さに沿って変化する間隔を持つセグメントを有する。図２０はＦＯＤセンサのいくつかの例を示す。図２０Ａに示すセンサ１８０２は、小さなＦＯＤに対する感度がＦＯＤ領域１９０２の中心よりも何れかの側面の方が高い。図２０Ｂのセンサ１８０２は、小さなＦＯＤに対する感度がＦＯＤ領域１９０２の側面よりも中心の方が高い。図２０Ｃのセンサ１８０２は、ＦＯＤ領域１９０２の中心よりも隅の方が、小さなＦＯＤに対する感度が高い。図２０Ａ〜図２０Ｃに示すセンサは、２つ以上のセグメント間隔および／または可変のセグメント間隔を有するものとして記載されている。実施形態において、ＦＯＤ検出器の静電容量素子は少なくとも２つの幅セグメント間隔（ΔＷ_１，ΔＷ_２，・・・ΔＷ_ｎ）を有することができる。実施形態において、ＦＯＤ検出器の静電容量素子は少なくとも２つの長さセグメント間隔（ΔＬ_１，Ｌ_２，・・・Ｌ_ｎ）を有することができる。実施形態において、ＦＯＤ検出器の静電容量素子は少なくとも２つの高さセグメント間隔（ΔＨ_１，ΔＨ_２，・・・ΔＨ_ｎ）を有することができる。実施形態において、ＦＯＤ検出器の静電容量素子は一定の、および可変のセグメント間隔の任意の組み合わせを有することができる。

上述の磁場センサの様に、静電容量素子は実質的に２次元（２Ｄ）平面（すなわち上述の様に、導電材料の１つまたは複数のループを含む平面と同じまたは異なる平面）に配置することができる、または３Ｄに配置することができる。図２１は領域１９０２を２つの異なる方向に横断する静電容量素子１８０２の例示的実施形態を示す。実施形態において、これらの静電容量素子の導体を相互に絶縁し、循環電流が無線電力伝送システムの電磁場によって誘起されないようにするのが好ましい。従って、このような素子は相互に積み重ねられる絶縁ワイヤを使って実現することができる、および／またはプリント基板の種々の層の素子を製作することによって実現することができる。

実施形態において、静電容量センサおよび誘導センサは、振動無線電力伝送電磁場のない場合に動作する。例えば、上述の静電容量センサは、無線電力伝送に使用される振動電磁場が存在する場合と振動電磁場が存在しない場合とでは同じ様に動作する。これらのセンサは、電磁場は大きくないがそれでもＦＯＤの検出が所望される無線電力伝送領域でＦＯＤを検出するために使用することができる。図２２は無線電力システムの共振器の端部の周りおよび／または筐体２２０２を越えて延在する静電容量センサ１８０２の実施形態を示す。静電容量センサ１８０２は、物体および／または材料が共振器に近づく、および／またはそれらが共振器間の強い磁場の領域に侵入する前に、それらを検出するために使用することができる。例示的実施形態において、共振器筐体に向かって歩いてくる猫などの動物は静電容量センサ１８０２を通り越えて静電容量に変化を生じさせ、これを検出して共振器コイルの電力の低下または遮断のために使用することができる。実施形態において、静電容量センサは無線電力伝送システムに向かって動いてくる物体の検出に使用することができ、無線電力システムに、無線電力伝送システムの特定のスペース、領域、容積、エリアなどへの生物の侵入を知らせる制御信号を送ることができる。

いくつかの実施形態において、静電容量センサには無線エネルギー伝送中に生成された振動磁場によって悪影響が与えられる。磁場は読み取りの感度に影響を与え得る、または読み取りを変化させることがある。静電容量センサは、好適には、磁場との相互作用を減らすように配置、および／または配向することができる。いくつかの実施形態において、例えば、静電容量センサの導体を共振器の双極子モーメントと平行に配向することが好ましい。図２１Ａ〜２１Ｄは、ＬＯＤの導体の可能な配向を示す。検出領域１９０２の導体１８０２は、図２１Ａ〜２１Ｃに示すように、共振器の双極子モーメントと整合することができる。いくつかの実施形態において、導体は図２１Ｄに示すように複数の配向に配置することができる。干渉の小さい配向の導体は、システムによって自動的に選択することができる。

実施形態において、上述のグラジオメータは、無線電力伝送システムによって生成される磁場を使うのではなく、自身で磁場を生成することができる。グラジオメータはそれ自身の磁場の変化を検出することができる。例示的実施形態において、振動電流および／または電圧をグラジオメータの誘導センサにかける。ＦＯＤの存在する中で検出された振動電流および／または電圧の変化は、ＦＯＤの存在を示すために使用される信号である。振動電流および電圧信号はグラジオメータを直接駆動するために使用することができる。いくつかの実施形態において、振動電流信号は無線電力伝送磁場によってＦＯＤセンサに誘起することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサを直接駆動するのに使用される振動電流の周波数および／または電圧は、センサが特定の種類のＦＯＤに対して特に敏感または鈍感となるように選択することができる。特定の実施形態において、磁気センサに対する振動信号の周波数、大きさおよび／または位相は、物体および／または材料の特性評価、識別および／または分類を行うために変化させることができる。いくつかの実施形態において、周波数、大きさおよび／または位相の範囲に亘って誘起されるＦＯＤ信号の周波数、大きさおよび／または位相は、ＦＯＤを識別して無線電力伝送システムがＦＯＤの存在に反応するか否かを決定するために使用することができる。例えば、ＦＯＤ検出システムは、ＦＯＤの種類、大きさ、材料および／または場所に特有の反射を起こさせる周波数で駆動することができる。別の例では、ＦＯＤ検出システムは、反射シグネチャがＦＯＤの種類、大きさ、材料および／または位置に特有の広帯域信号でも駆動することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムは、無線電力伝送システムを駆動する周波数とは異なる周波数で駆動することができる。これによってＦＯＤ検出システムと無線電力伝送システムとを独立して動作させることができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは誘導センサおよび静電容量センサをどちらも含むことができる。例示的実施形態において、静電容量センサの可変静電容量は、磁場センサの検出回路と一体化させることができる。このような実施形態は、静電容量感知機能のオンとオフが容易であることと、元々このようなセンサからの入力信号を受け取るように設計されていなかったＦＯＤ検出システムに追加することができるという利点がある。

特定の実施形態において、ＦＯＤ検出システムは複数の種類のセンサを含むことができる。いくつかのＦＯＤ検出システムにおいて、異なるセンサ種類のうちの少なくともいくつかは近づけてもよいし、同じスペースを共有してもよいし、および／または同様のまたは同じ領域でＦＯＤを検出してもよい。いくつかの実施形態において、異なるＦＯＤセンサのうちの少なくともいくつかは相互に離してもよいし、および／または異なる領域をモニタしてもよい。例示的実施形態において、ＦＯＤシステムの誘導センサは、無線電力伝送システムにおける磁気共振器の静電容量素子から実質的に離してもよい。

（能動的ＦＯＤ検出処理）
上述のループ、双極子、四重極、八極子などのコイルセンサ／グラジオメータの構成は、振動電磁場の存在下で、振動電圧／電流／信号を出力することができる。実施形態において、振動電磁場は所望の測定信号であってもよい。複数のループからの信号が実質的に相互に打ち消し合われる他の実施形態において、振動信号は、共振器の設計、共振器の位置、ＦＯＤの存在などによる不完全なセンサおよび／またはコイル設計、不均衡なグラジオメータの設計および／または不均一な電磁場によるものである。例示的および非限定的実施形態によれば、読み出し増幅器は特定のコイル、ループセンサ、グラジオメータなどに接続させることができ、高入力インピーダンスを有することができる。この配置はセンサコイル、ループ、ローブ、センサ、グラジオメータなどに大量の循環電流が発生するのを防ぎ、このことにより、無線エネルギー伝送に使用される共振器のＱ値が損なわれる、および／または摂動される。いくつかの実施形態において、ループ、ローブ、コイル、グラジオメータなどは、増幅器および／またはフィルタおよび／またはＡ／Ｄコンバータおよび／または演算増幅器、および／またはコンパレータ、および／またはプロセッサ、および／または高入力インピーダンスを有するように配置することのできる任意の電子部品に接続することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサは導体ループおよび高入力インピーダンスの電子部品を含むことができる。例示的実施形態において、ループ、ローブ、コイル、センサなどに誘起される信号は、任意の入力インピーダンスの処理回路がＦＯＤ信号の処理に使用されることのできるくらい十分に小さくすることができる。信号処理には、信号の検出、信号の増幅、信号の合成、信号の変換（ＡＣからＤＣおよびＤＣからＡＣへ）、信号のクランプ、信号の比較、信号のフィルタリング、信号の記憶、プロセッサへの信号解析などが含まれるが、これらに限定されない。例えば、ＦＯＤ検出システムの駆動周波数は特定の種類のＦＯＤに影響を受けるように選択することができる。いくつかの実施形態において、駆動周波数は無線電力伝送システムの周波数よりも低くてもよい。例えば、駆動周波数は１０ｋＨｚとすることができる、というのも１４５ｋＨｚよりも１０ｋＨｚの方がより多くの損失が生じる金属があるからである。別の例示的および非制限的な実施形態において、広帯域信号をＦＯＤセンサの駆動に使用することができ、スペクトル分析を測定および／または反射信号に対して行い、ＦＯＤの存在を決定してもよい。種々のＦＯＤを種々の反射シグネチャに関連付けることができる。システムは、反射ＦＯＤシグネチャを特徴付けて記憶する学習アルゴリズムを含むことができる。そしてシステムは「既知のＦＯＤ」データベースに基づいてＦＯＤの種類を決定することができる。

いくつかの実施形態において、望ましくないオフセット信号、一定信号および／または振動信号をセンサおよびグラジオメータから減算するために、調整回路を使用してもよい。振動信号は、振動電磁場で任意の種類の捕捉コイルを使用して、または水晶発振器および／またはプロセッサを使用して生成することができる。振動信号の大きさおよび／または位相は、任意の周知の電子信号処理技術を使って生成、調整、操作することができる。実施形態において、ＦＯＤの非存在下においてセンサから生成される一定のオフセットおよび／または振動信号を除去することにより、感度が上がり、背景ノイズが低減され、センサからの誤出力が低減される。

例示的および非限定的実施形態によれば、アレイの少なくとも１つのコイル（ループ、センサ、グラジオメータ）からの少なくとも１つの導体を、図５に示す読み出し増幅器および／またはＡＤコンバータに接続してもよい。ループ導体５０２を増幅器５０６および／またはＡＤコンバータ５０８に接続して出力５０４を生成し、これを無線エネルギー伝送システムの他の素子によって使用することができる、またはマイクロプロセッサなどの処理素子（図示せず）への入力として使用したり、コイル、ループセンサおよび／またはグラジオメータの分析に使用することができる。

特定の実施形態において、アレイ内の特定のまたは全てのコイル、ループ、センサ、グラジオメータなどにかけられる電圧は、順次に測定することができる、または少ない読み取り増幅器またはＡＤコンバータを、図６に示す例示的実施形態のようなアレイをサンプリングするように多重化することができる。例示的実施形態において、グラジオメータ６０２，６０４，６０６のアレイを多重増幅器６０８に接続し、１つまたは複数のＤＡコンバータ６１０に接続してもよい。１つまたは複数のＤＡコンバータ６１２の出力は、無線エネルギー伝送システムの他の素子によって使用することができる、またはコイル、ループセンサおよび／またはグラジオメータの出力を記憶、処理、変換、報告、分析などのために、マイクロプロセッサなどの処理素子（図示せず）への入力として使用することができる。

いくつかの実施形態において、センサおよび／またはグラジオメータループの導体を能動的および／または受動的フィルタ回路に接続して、高周波数または低周波数で高い終端インピーダンスを提供してもよい。特定の実施形態において、センサおよび／またはグラジオメータループの導体を能動的および／または受動的フィルタ回路に接続して、非常に高い周波数または低い周波数で高い終端インピーダンスを提供してもよい。

いくつかの実施形態において、コイル、ループ、センサ、グラジオメータなどの電圧をインクリメントしてサンプリングし、これにより、プロセッサは基準波形に対するコイル、ループ、センサ、グラジオメータなどで誘起される波形の振幅および位相を決定することができる。特定の実施形態において、電圧は振動周期につき、少なくとも２回（すなわち、ナイキストレートまたはそれ以上）サンプリングすることができる。実施形態において、電圧はより少ない周波数（すなわち高次ナイキスト帯）でサンプリングすることができる。電圧波形はサンプリング前にフィルタリングまたは調整することができる。電圧信号は、信号対雑音比の向上またはサンプリングする信号の高調波成分を低減するために処理することができる。電圧波形はサンプリングの後にデジタルフィルタにかけるか、または調整することができる。

いくつかの実施形態において、コイル、ループ、センサ、グラジオメータなどにかかる電流をインクリメントおよびサンプリングして、これにより、プロセッサは基準波形に対するコイル、ループ、センサ、グラジオメータなどで誘起される波形の振幅および位相を決定することができる。特定の実施形態において、電流は振動周期につき少なくとも２回（すなわち、ナイキストレートまたはそれ以上）サンプリングすることができる。実施形態において、電流はより少ない周波数（すなわち高次ナイキスト帯）でサンプリングすることができる。電流波形はサンプリング前にフィルタリングまたは調整することができる。電流信号は信号対雑音比の向上またはサンプリングする信号の高調波成分を低減するために処理することができる。電流波形はサンプリングの後にデジタルフィルタにかけるか、または調整することができる。

実施形態において、ＦＯＤ検出器のコイル、ループ、センサ、グラジオメータなどからの時間サンプル電気信号を処理して、基準信号に関する振幅および位相を決定することができる。基準信号は、無線エネルギー伝送に使用される共振器を励起するために使用される同じクロックから導出してもよい。実施形態において、基準信号はＦＯＤ検出器のコイル、ループ、センサ、グラジオメータなどを導出するために使用される信号から導出してもよい。例示的実施形態において、コイル、ループ、センサ、グラジオメータなどからの信号は、１秒あたり５サンプル未満または１０サンプル未満の割合で、ＦＯＤ検出システムによって処理することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムは、図７に示す無線エネルギー伝送システムの振動磁場に対してセンサおよび／またはグラジオメータの読み取り値を同期化するために、別個の周波数、磁場の大きさおよび／または位相のサンプリングループ７０４およびエレクトロニクス７０２を有することができる。

実施形態において、基準信号は異なる周波数の異なる振動子から発せられたものであってもよい。

ＦＯＤ検出のための８の字四重極構成（図３Ａ）の処理例を以下に示す：
１．ＦＯＤがない場合、８の字ループのうちの１つから時間サンプル電圧波形を収集する；
２．基本周波数部品（またはその高調波）の振幅および／または位相を決定する；
３．ベースライン基準値として振幅および／または位相を保存する；
４．ＦＯＤが存在する場合、同じ８の字ループから電圧波形を収集する；
５．基本周波数部品（またはその高調波）の振幅および／または位相を決定する；
６．振幅および／または位相を基準値と比較する；
７．信号と基準値の違いが所定の閾値を超える場合、ＦＯＤの検出を宣言する。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤの存在下／非存在下における電圧／電流波形の振幅および位相は、極座標プロットおよび／または振幅／位相スペースで比較および／または評価することができる。極座標プロットおよび／または振幅／位相スペースを使用する実施形態において、測定信号と基準信号の間の距離（例えば最小二乗法によって決定される距離）が所定の閾値を超えると、センサにＦＯＤが存在すると決定される。

特定の実施形態において、信号処理はアナログ電子回路、デジタル電子回路または両方を使って行うことができる。いくつかの実施形態では複数のセンサからの信号を比較および処理することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサを無線電力伝送システムの１つ、全て、またはいくつかの共振器に存在させてもよい。いくつかの実施形態において、異なる共振器へのＦＯＤセンサからの信号は、ＦＯＤの存在の決定および／または無線電力システムに制御情報を与えるために処理することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤ検出は制御可能にオンとオフを切り替えることができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤの検出および処理は、無線電力伝送システムの周波数、無線電力システムによって伝送された電力レベル、および／または無線電力伝送のイネーブルおよび／またはディスエーブル時の期間を制御するために使用することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤ検出器は報告システムの一部であってもよく、このシステムはシステムユーザにＦＯＤが存在することを報告する、および／または高レベルのシステムにＦＯＤが存在するか否かを報告するものである。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムは「学習能力」を利用することができ、この能力は特定の種類のＦＯＤの識別に使用され、ＦＯＤの種類を無害、加熱危険、その他の理由による使用不可などに分類するためのシステム識別および／またはシステムフィードバックを含んでいる。一例示的実施形態において、ＦＯＤ検出システムは５Ｗ未満、１０Ｗ未満、２０Ｗ未満の動作電力を必要とする。

例示的および非限定的実施形態によれば、ＦＯＤ検出システムおよび／またはサブシステムに処理能力を埋め込む、および／またはセンサデータを遠隔および／または中央処理装置に送ることができる。処理においては収集した電圧波形を基準波形と比較して、統計的に有意な変化を見つけることができる。処理においては収集した電流波形を基準波形と比較して、統計的に有意な変化を見つけることができる。当業者であれば、波形を複素平面上における振幅および位相、Ｉ成分またはＱ成分、正弦成分または余弦成分に関して比較することができると理解されよう。

実施形態において、ＦＯＤの較正および／または基準および／または計算および／または決定されたベースライン情報は、ＦＯＤサブシステムのメモリ素子に記憶させることができる。実施形態において、ＦＯＤセンサはプリント基板トレースを含むことができ、ＦＯＤシステムはプリント基板上にマイクロコントローラを含むことができる。実施形態において、ＦＯＤシステムのメモリ素子はＦＯＤセンサと同じプリント基板に位置させてもよい。他の実施形態において、ＦＯＤシステムのメモリ素子はＦＯＤシステムから離してもよい。例えば、ＦＯＤシステムからの信号は、コントローラ／プロセッサ／ＡＳＩＣ／ＰＩＣ／ＤＳＰなど、および／または無線電源共振器、デバイス共振器、リピータ共振器または任意の種類のソース、デバイスおよび／またはリピータ電子制御ユニットに含まれる記憶装置に通信することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムからの信号はコンピュータに通信することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤシステムからの信号は無線電力伝送システムの動作の制御に使用することができる。

ＦＯＤ検出システムの特定の、非制限的実施形態を以下に記載する。データは、これらのシステムがＦＯＤ検出器として機能する実施形態から収集されている。

第１の実施形態において、より線は８の字ループに形成され、これは２つのループ間により長いワイヤを有する、図８に示すような四重極を形成している（グラジオメータ１）。第２の実施形態は図８のグラジオメータ２として設計されたものである。８の字ループは約５ｃｍの長さで、各ローブの直径は約２．５ｃｍである。図９Ａ〜図９Ｃは無線エネルギーソース共振器の上に設置された２つのセンサから収集されたサンプル電圧波形を示し、この共振器はデバイス共振器に取り付けられた負荷に３．３ｋＷを供給するように構成されている。図９Ａは図８に示す２つのグラジオメータの小さな残留電圧（〜３０ｍＶ_ｒｍｓ）を示している。残留電圧は不均一な磁場、ローブ領域の僅かな変化、および電気的干渉によるものである。グラジオメータ１および２からの結果はそれぞれ曲線９０４、９０２として示されている。グラジオメータ２の右側のローブにチューイングガムの金属箔を置くと、ローブを通る少なくともいくらかの磁束が遮断され、グラジオメータがより不均衡になる。このシナリオにおいて、振幅の大幅な増加と僅かな位相シフトが、図９Ｂの曲線９０２に示すように見られる。グラジオメータ２の左側のローブに金属箔が移動すると、グラジオメータは再度バランスを失い、その結果、右ローブが遮断された場合と同様の振幅の変化となるが、位相は図９Ｃに示すように約１８０°変化する。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサまたはグラジオメータのこれらの位相および／または振幅読み取り値の変化を、センサにおけるＦＯＤの存在の検出に使用することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサまたはグラジオメータの位相および／または振幅読み取り値におけるこれらの変化は、センサにおけるＦＯＤ位置の検出に使用することができる。

８の字センサの実施形態も、センサコイルまたはループを実現させるプリント基板（ＰＣＢ）の技術を使って作り上げられたものである。本実施形態は、低コスト、高フィルファクタ（ループは任意の形状に製作することができ、標準ＰＣＢ処理技術を使って簡単にタイル化できるから）、高均一性、高再現性、小型などの利点がある。高フィルファクタは個々の８の字センサの１６チャネルアレイのタイル化された長方形ループを使って得られた。印刷ループは均一性が高く、ＦＯＤがない場合、センサからのベースライン読み取り値はより小さく（かつ平坦に）なった。

いくつかの実施形態において、上述のセンサおよび／またはグラジオメータセンサを他の種類のＦＯＤセンサと組み合わせて検出尤度を向上させ、誤警報（システムはＦＯＤがない場合にＦＯＤを検出する）を下げることができる。例えば、１つの温度センサまたは温度センサアレイを共振器アセンブリに一体化させることができる。１つのＦＯＤが熱せられ始めると、これは通常予測される温度測定および／またはらせん状の温度分布を妨げることがある。その逸脱を検出して、システムコントローラへのアラームの送出に使用することができる。実施形態において、温度センサは単体で、または金属体センサと組み合わせて使用してもよい、および／または金属体センサのバックアップまたは確認センサとして使用してもよい。

無線電力の近傍における人間および／または動物などの生物の存在は、ソースと受電装置の間にＦＯＤが存在する、および／または生物が一定の磁界強度の磁場に侵入した場合に検出され、これによって無線電力伝送システムは出力を下げる、および／または遮断する、および／またはアラームまたは警報（例えば、視覚的および／または聴覚信号）を生成することができる。耐容可能、受容可能、許容可能などの磁界強度限度は周波数に依存し、規制限度、安全限度、標準限度、公共認識限度などに基づくことができる。特定の実施形態において、誘電センサは長いワイヤなどの導体からのフリンジ静電容量の変化を測定することができ、生物の近接を検出するために使用することができる。いくつかの実施形態において、この種のセンサは診断テスト中、無線エネルギー伝送前および無線エネルギー伝送中に使用することができる。実施形態において、この種類のセンサは単体で、または任意の種類のＦＯＤ検出器と組み合わせて使用することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤ検出器は人間、生体、生物質などを検出することができる。

（車両充電アプリケーション）
ＦＯＤの検出は、多くの種類の無線エネルギー伝送システムにおいて重要な安全遵守事項である。例として、３．３ｋＷ車両充電システムによるＦＯＤの検出を以下に記載する。

例示的ＥＶ充電システムのブロック図を図１０に示す。このシステムはソースモジュールとデバイスモジュールとに分けることができる。ソースモジュールは充電ステーションの一部であり、デバイスモジュールは電気自動車に装備することができる。電力は共振器を経由してソースからデバイスに無線伝達することができる。伝達電力の閉ループ制御は、ソースとデバイスモジュールの間の帯域内および／または帯域外ＲＦ通信リンクによって行うことができる。

ＦＯＤ検出器システム（図示せず）は種々の場所でシステムに一体化させることができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムはソース共振器などのソースモジュール、ソース共振器、ハウジングまたは筐体に一体化することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤシステムはシステムのデバイス側に一体化することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムは無線電力伝送システムのソース側およびデバイス側の両方に実装することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤ検出システムは識別アルゴリズムを有する複数のセンサおよびプロセッサを含むことができる。プロセッサは、ソース制御電子機器においてインターロックとして作用するインターフェースと接続させることができる。その他のＦＯＤ検出器システムは追加のインターフェースまたは外部のインターフェースを通して充電器システムに接続させることができる。各モジュールにおける局所Ｉ／Ｏ（入力／出力）は、ＦＯＤ検出を利用する無線電力システムにおいて、システムレベルマネジメントおよび制御機能のためにインターフェースを提供することができる。

高出力（３．３ｋＷ以上）の車両充電システムにおけるソース共振器は、巻線および任意選択で任意の磁性体の境界近くにその最大の磁場密度を有する。高磁場領域において、長方形のローブを有する複数の二重８の字コイルを含むセンサアレイは、金属ＦＯＤの不注意な加熱から保護することができる。このアレイはＰＣＢ上に製作することができ、一体化されたフィルタリングと基板に含まれる信号調整器を有することができる。同じ設計の第２ＰＣＢを第１ＰＣＢの少し上または下に配置して、図４Ｂに示すように横に移動させることができる。あるいは、１つの基板にアレイの上下（またはそれ以上）の組を含む多層ＰＣＢを使用してもよい。上述のようなアルゴリズムは、その出力をシステムコントローラに伝送することのできる搭載プロセッサで使用することができる。システムコントローラは金属ＦＯＤ検出器の出力を、測定温度プロファイルまたは誘電が変化するような追加のＦＯＤ検出器の出力と比較することができる。そしてシステムはＦＯＤが検出された場合、システムの出力を下げるかまたは遮断するかを決定することができる。

ＦＯＤ検出システムのいくつかの起こり得る動作モードは下記の通りである：
・充電ステーションの健全性およびステータスチェックを行うため、および車両がソース上を走る前にＦＯＤをチェックするために、車両が非存在下で低電力の診断テストを行う。
・車両が到着してソースモジュール上に配置されたが、高出力充電前に、ＦＯＤ検出器はソースおよび／またはソースの周りの領域にＦＯＤのまだ存在しないことを検証する。
・車両が到着してソースモジュールに配置されたが、高出力充電前に、ＦＯＤ検出器はデバイスにＦＯＤがないことを検証する。
・高出力充電中、１つまたは複数のＦＯＤ検出器は、さらなるＦＯＤが共振器コイル上または共振器コイルの近傍にきていないことを検証する。

低出力診断中にＦＯＤが検出されると、通信信号を車両、充電ステーション、中央処理装置などに設定して、ＦＯＤが特定のソース位置に存在することを示すことができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは通信設備を含むことができる。通信は帯域内および／または帯域外で、電気自動車通信システムの一部であってもよく、または別個のネットワークであってもよい。特定の実施形態において、ソースはユーザまたはドライバに、車両またはその近傍にＦＯＤがあることを知らせてもよい。いくつかの実施形態において、ソースはユーザにＦＯＤの存在を警告するために、視覚的インジケータ、聴覚的インジケータ、物理的インジケータまたは無線インジケータなどを備えてもよい。特定の実施形態において、共振器はそれ自身および／またはその近傍からＦＯＤを除去する機構を含み、ＦＯＤが検出された場合にこのような機構を起動させてもよい。いくつかの実施形態において、ユーザは共振器からＦＯＤを除去する装置を有してもよく、このような装置をソース共振器および／またはデバイス共振器および／またはリピータ共振器などのシステム共振器からＦＯＤを取り除くために使用してもよい。

特定の実施形態において、ＦＯＤを除去するために設計された装置は、金属、導体および／または磁性体などの特定のＦＯＤを引き付けるために使用する磁石を備えていてもよい。 いくつかの実施形態において、ＦＯＤを除去するために設計された装置は、ＦＯＤを除去するために使用することのできるブラシ、ほうき、雑巾（swiffers）、ぼろきれ、モップ、拭き掃除用具などを備えていてもよい。特定の実施形態において、ＦＯＤを除去するために構成された装置は、ＦＯＤを除去するために使用することのできる真空、吸着カップ、ピンセット、ペンチ、粘着ローラ、送風機、扇風機などを備えていてもよい。

（センサデータの処理）
実施形態において、アレイにおける複数のＦＯＤセンサからの読み取り値を別々に処理し、ベースラインまたは別のセンサ、センサアレイ、基準読み取り値、記憶された読み取り値、検索値などからの予想されたおよび／または測定された読み取り値と比較してもよい。他の実施形態において、複数のセンサからの読み取り値を使用し、一緒に分析してセンサアレイ全体の挙動の分析および比較を行ってもよい。複数のセンサからの読み取り値を同時に処理および分析することは、感度、ＦＯＤ識別などの向上へとつながる。本開示において、処理と分析は同時に行うことができると理解されたい。複数のセンサ読み取り値を一緒に処理することにより、データのより高次元化のため、より多くの情報を提供することができる。複数のセンサからのデータの収集および処理は、隣接するセンサの相互関係、完全なセンサシステムの傾向および違いなどの効果、ならびにセンサが別々に分析されていればキャプチャすることができないであろうその他の効果をキャプチャすることができる。複数のセンサからのデータ処理におけるいくつかの課題として、データを効率的に処理して、データからの情報が処理中に失われないことを確認することがある。多次元のデータセットは、ＦＯＤセンサ内の小さな変化を検出する能力を維持しながらデータを継続して検出する中で、記憶、分析するのは困難だろう。

いくつかの実施形態において、複数のセンサからの読み取り値を一緒に処理、分析して、異常なシステム状態またはＦＯＤの存在の識別または警告として使用することのできる、１つまたは複数の数値を計算することができる。データ処理の方法において、システムの読み取り値を比較するためのベースライン値として使用することのできる、複数のセンサからの１つまたは複数の相関、共分散、および平均行列を計算してもよい。ベースラインが一旦確立されると、センサからの読み取り値を効率的な行列動作計算値を使ってベースラインと比較して、新しい読み取り値がベースライン読み取り値に匹敵する可能性または尤度を生成することができる。これらの例示的ステップの詳細を以下に示す。

（ｉ）センサベースラインの計算
ＦＯＤの存在しないベースラインを決定するために、センサアレイ内の少なくとも２つのセンサからの読み取り値を使用して平均および共分散行列を計算することができる。平均および共分散行列はＦＯＤ検出システム動作中に測定データとの比較として使用してもよい。

ｊヶのセンサを有するＦＯＤシステムの例示的実施形態において、各センサｉからの略正弦波信号の振幅ｒ_ｉおよび位相θ_ｉは、各センサからキャプチャすることができる。位相θ_ｉは基準値または信号によって定めることができる。ユーザは基準値または信号を決定することができる。いくつかの実施形態において、基準信号は基準クロック回路から生成することができる。ＦＯＤセンサによって生成された信号が略正弦波でないいくつかの実施形態において、信号処理は、信号の基本成分を実質的に隔離して検出するために行うことができる。ＦＯＤセンサによって生成される信号が略正弦波でない特定の実施形態において、信号処理は信号の少なくとも１つの高調波成分を実質的に隔離して検出するために行うことができる。いくつかの実施形態において、センサ信号の基本成分および高調波成分の任意の組み合わせは、ＦＯＤ検出スキームで測定して利用することができる。位相θ_ｉは全センサの１つまたは複数の基準信号に関して計算することができる。ｊセンサに関して、各センサのｒ_ｉ，θ_ｉは２ｊデータポイントを提供する。ｒ_ｉ，θ_ｉデータは下記に示す数式１（数１）によるアレイフォームｘで表すことができる。

（１）

いくつかの実施形態において、比較のための基準信号は２つ以上あってもよい。複数の基準信号はＦＯＤ検出システムの複数の基準コイルを介して生成することができる。いくつかの実施形態において、基準コイルの配置は無線電力伝送システムの磁場に依存する。例えば、放射状で無線電力伝送システムの共振器コイルの平面に垂直な磁場の場合、基準コイルはその磁場が基準コイル毎に均一になるよう、円形に配置することができる。別の例において、無線電力伝送システムの共振器コイルの平面に平行な磁場の場合、基準コイルは図１２に示すように行または列に配置してもよい。基準コイルからの基準信号または一組の基準信号は、相互に、またはＦＯＤセンサからの信号などと比較してもよい。基準信号または一組の基準信号は、検出されたＦＯＤの場所、サイズ、種類および／または材料に基づいて利用してもよい。

特定の実施形態において、少なくとも１つのセンサからの振幅および位相の読み取りは、関数、回路、計算などによって処理および／または修正し、処理データはアレイで表示することができる。いくつかの実施形態において、測定データを処理するために種々の関数を用いることができる。特定の実施形態において、元のセンサデータの処理および／または修正に使用される関数は、データの次元を下げてはならない。例えば、ある関数を各読み取り値の位相の正弦と余弦をとるために使用する場合、下記に示す数式（２）を使うと下記のアレイｘとなる。

（２）

いくつかの実施形態において、ｘの各データ列は、
値などの規格化因子によって任意選択で規格化してもよい。

例示的実施形態において、ＦＯＤの存在しないベースライン平均および共分散行列を確立するために、システムは複数の組のセンサ読み取り値、例えばｐ組を獲得して、システムの種々の動作点（電力伝送レベル、ソースおよびデバイスモジュールの相対位置など）の複数のデータ行列ｘを生成する。センサの複数の読み取り値は、好適には、システムおよびセンサ読み取り値の有益、共通、特定の、そして予想される動作範囲を表すものである。ｐ組のデータ（任意選択で正規化された）平均μおよび共分散σを使い、下記に示す数式（３）および（４）に従って行列を計算することができる：

（３）

（４）

本例示的実施形態において、共分散行列σは２ｊ×２ｊの行列とすることができる。平均および共分散行列は通常動作中のセンサ読み取り値との比較のためのベースラインとして、システムによって保存することができる。平均および共分散行列は動作中のＦＯＤ尤度を計算するために使用することができる。
（ii）ＦＯＤ尤度の計算

例示的実施形態において、通常動作中、システムはＦＯＤセンサからの読み取り値を収集し、これらの読み取り値を平均および共分散行列の較正ベースラインと比較してＦＯＤが存在するか否かを決定する。比較は、１つまたは複数の簡単に分析または比較可能な数または尤度を生成する関数に基づいて行ってもよい。一実施形態において、ｘがｊＦＯＤセンサからの２ｊデータポイントのアレイである場合、尤度ｙは下記に示す数式（５）に従って計算することができる。

（５）

尤度Ψは下記に示す数式（５．５）に従って計算することができる。

（5.5）

実施形態において、記憶された共分散行列σの逆数を予め計算してもよい。尤度ｙはＦＯＤのインジケータとして使用してもよい。実施形態において、その上下でセンサ読み取りがＦＯＤの存在などのシステムの異常な状態を検出するものと思われるｙの値に閾値を割り当ててもよい。

本例示的処理技術および方法において、ベースラインまたは較正読み取りを記憶するための比較的小さなデータ記憶要件で、システムの異常な状態の尤度を決定するために、複数のセンサ読み取りの挙動を共に効率的に使用することができる。

例示的実施形態において、１つの無線ソース共振器と１つの無線デバイス共振器とを備えるシステムには、ＦＯＤ検出システムがある。ＦＯＤ検出システムは、ソース共振器とデバイス共振器の間に位置する７×７アレイの８の字センサ（全体で４９センサ）を含んでいる。８の字センサはソース共振器の磁場に位置する。ソース共振器が振動磁場を発生させると、磁場は４９のＦＯＤセンサで小さな振動電圧を生成する。ＦＯＤセンサ内の電圧はセンサの周りの磁場分布に依存するので、システムの動作中、磁場グラジオメータとして機能することができる。

無線エネルギー伝送システムの通常の動作中、ＦＯＤセンサからの信号またはＦＯＤセンサの読み取り値は、温度変化、オフセットの変化、出力レベル、他の共振器の存在などによる磁場分布の変化によって変化またはドリフトする。センサの読み取り値は、ＦＯＤが存在しなくても、無線エネルギー伝送システムの通常の動作中に変化またはドリフトする。システムはセンサ読み取りのベースライン範囲または通常のセンサ読み取り値の範囲を決定するために、較正ステップが必要となる。ベースラインの読み取り値は、システムの動作中（システム待機、起動、電力伝達、維持など）におけるＦＯＤセンサ読み取り値を、ＦＯＤの検出、またはＦＯＤセンサ読み取り値をベースラインから異ならせる異常なシステム状態と比較するために使用することができる。

例示的システムにおいて、ベースラインは較正手順中に確立することができる。ベースラインは１つまたは複数のシステムＦＯＤセンサ読み取り値に基づいて計算された平均および共分散行列を含むことができる。ベースラインを決定するために、システムは１つまたは複数のシステム状態（９８データポイント）のセンサ読み取り値の振幅および位相をキャプチャすることができる。各状態のセンサ読み取り値は上述のような平均および共分散行列を計算するために使用することができる。

先述の様に、ｐ測定は較正のために行うものとする。センサデータの各測定は９８の値を含む。 センサデータｘ_ｉの各測定は、従って、下記に示す数式（６）により、サイズ９８の列行列として表すことができる。

（６）

センサデータのｐ測定は、好適には、ＦＯＤの検出され得るシステムの動作点の範囲において生成されるデータを表すことができる。（任意選択で正規化された）データのｐ測定により、平均μおよび共分散σ行列を、下記に示す数式（７）および（８）に従って計算することができる。

（７）

（８）

システムが較正され、平均および共分散行列が保存されて計算されると、システムはシステムの動作中、ＦＯＤセンサの測定値を定期的または継続的にとる。ＦＯＤシステムにおける各センサからの各組の読み取り値に対して、システムは下記に示す数式（９）に従って、システムの近くに存在するＦＯＤの関数ｙに基づき、尤度を計算する。

（９）

確率Ψは下記に示す数式（９．５）に従って計算することができる。

（９．５）

尤度ｙおよび確率ΨはＦＯＤ尤度の決定に使用することができる。最大尤度ｙはΨの最小値に相当する。

ｙの入力、計算、測定または所定の閾値に基づき、システムは計算された値を、閾値以上であればＦＯＤが存在することを意味すると分類して、システムの他の部分を使ってＦＯＤのリスクを低減または調査する。

ＦＯＤ検出システムのいくつかの実施形態において、各センサからの読み取り値には共分散行列および尤度関数の計算において等しい重要性または同等のウエイトを与えることができる。特定の実施形態において、センサには同等でないウエイトまたは重要性を与えることができる。いくつかの実施形態において、多くのセンサのうちの特定のセンサからの読み取り値は、センサのより大きな感度や位置などのため、より重要である。例えば、センサ（すなわちコイル、ループ、８の字ループ）の中には磁場の高い領域に置かれるものもあれば、磁場の低い領域に置かれるものもある。また、本開示に記載される種々のセンサは磁場の高い領域に置かれ、他のセンサは磁場の低い領域に置かれると理解されたい。いくつかの実施形態において、高磁場にあるセンサによって検出された変化は、システムの他のセンサによって検出された変化よりもより重要といえる。平均および共分散行列の計算において、このようなセンサにはより大きな重要性を与え、それらの読み取りにより大きなウエイトを与えることができる。

いくつかの実施形態において、高磁場または「熱い」領域にある共振器のＦＯＤセンサは、低磁場または「冷たい」領域にあるセンサよりも小さく、および／またはより密集させて設計してもよい。「熱い」領域から「冷たい」領域への移行が存在する領域も、より小さなセンサループを配置して、センサループ領域に亘る磁場の不均一性の影響を最小限にすることができる。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサの特定の領域は、等しくないサイズおよび／または形状のローブを有するコイル、ループ、グラジオメータ、８の字センサなどを含んでもよい。このような非対称センサは、高感度、低ノイズおよび／または低温度感度性能を提供するように構成してもよい。いくつかの実施形態において、センサアレイは、アレイにおける少なくとも１つの他のセンサと異なるサイズおよび／または形状および／またはシンメトリ、および／または種類、および／または相対位置、および／または相対配向、および／または導体材料を持つ少なくとも１つのセンサを含むことができる。

特定の実施形態において、システムは複数のベースラインおよび／または共分散行列を有することができる。例えば、システムはシステムの１つまたは複数の特定の状態、位置、温度、湿度、出力レベルなどのベースラインおよび／または共分散行列を有することができる。限定された、または特定のベースラインのために決定または計算された共分散行列がシステムの完璧な動作範囲を表さないいくつかの実施形態において、システムは、当該システムが、ベースラインが決定または計算された特定の状態、位置、出力レベル、および／または状態、位置、出力レベルの範囲などにある場合のみ、ＦＯＤ検出システムを起動するように構成することができる。

例えば、ＦＯＤ検出システムは、特定の出力伝送レベル（例えば３ｋＷ）でのセンサ読み取り値のベースラインで較正された可能性がある。ＦＯＤ検出システムはセンサ読み取りの特定の出力伝送レベル、０．５ｋＷ（例えば、１ｋＷ，２ｋＷ，３ｋＷ，４ｋＷ，５ｋＷ，６ｋＷ，８ｋＷ，１０ｋＷ，１５ｋＷ，２０ｋＷ，５０ｋＷ）のベースラインで較正されている可能性があると理解されたい。ＦＯＤ検出システムは、システムがベースラインのとられた状態で動作しているか否かを決定するために、システムの他のセンサまたは部品からの情報を使用することができる。例えば、ＦＯＤ検出システムはソース共振器増幅器制御回路から情報を受け取り、出力伝送レベルが３ｋＷ、またはこれに近いか否かを決定することができる。ＦＯＤ検出システムが他のサブシステムまたはセンサからシステムの状態を確認すると、ＦＯＤ検出センサは、測定、保存されたベースライン読み取り値と比較してＦＯＤの存在を決定することができる。一例示的実施形態において、ＦＯＤ検出システムは、出力レベル、位置、システム状態、温度、湿度などの検出能力を含むことができる。このような実施形態において、ＦＯＤ検出システムは無線電力伝送システムの他のサブシステムおよび／またはセンサからの情報またはシステムインジケータを受け取らずに、特定の動作状態を確認することができる。いくつかの実施形態において、２つ以上の回路、センサ、サブシステムなどの組み合わせは、無線電力伝送システムの動作状態およびＦＯＤ検出システムに保存されたベースラインおよび／または共分散行列の適用性の決定に使用することができる。

特定の実施形態において、ベースラインおよび／または較正は、システムの通常の、および／または容認可能な動作を表すセンサ読み取り値のために計算することができる。いくつかの実施形態において、ベースラインを計算するために使用されるセンサ読み取り値は、無線エネルギー伝送システムにＦＯＤのない動作、または誤りのない動作のためのものであってもよい。ベースラインの較正において使用されるセンサ読み取り値は、無線エネルギー伝送システムの許容可能な動作状態の部分的または完全な範囲、およびＦＯＤ検出システムからの許容可能な読み取り値の部分的または完全な範囲を表すことができる。

一般に、無線電力伝送システムの種々の異なる動作状態は、ベースラインおよび／または較正情報で表すことができる。いくつかの実施形態において、例えば、システムの電源と受電装置の間の異なるエネルギー伝送速度に対応する複数の異なる動作状態に対するベースライン情報を提供（例えば、検索または測定）することができる。特定の実施形態において、システムの電源と受電装置の間の異なる整合に対応する複数の異なる動作状態に対してベースライン情報を提供することができる。いくつかの実施形態において、電源の共振器によって画定された平面に直交する方向に沿って測定された、システムの電源と受電装置の間の異なる間隔に対応する複数の異なる動作状態に対して、ベースライン情報を提供することができる。

特定の実施形態において、ベースラインの計算または較正に使用されるセンサ読み取り値は、容認不可のシステム挙動または状態を表すものであってもよい。いくつかの実施形態において、ベースラインの計算または較正に使用されるセンサ読み取り値は、システムの近くにＦＯＤが存在する読み取り値のためのものであってもよい。ベースラインの計算のために使用されるセンサ読み取り値は、システムの動作範囲を超える共振器のオフセットのためのものであってもよい。これらの異常または望ましくないシステム状態は、それら独自の平均および共分散行列の確立に使用してもよい。通常動作中のセンサ読み取り値は尤度ｙを計算することによってこれらの読み取り値と比較し、これらの読み取り値が較正に使用される読み取り値と一致する尤度を決定してもよい。尤度が高い場合、システムはＦＯＤが存在すると決定し、検出イベントに対するシステム応答を開始してもよい。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのＦＯＤ検出器システムを有する無線電力伝送システムは、システムの通常の、または許容可能な動作のベースラインを計算または決定するためにセンサ読み取り値を使用することができ、システムの望ましくないまたは許容できない動作または状態のための別のベースラインを計算または決定するためにセンサ読み取り値を使用することができる。いくつかの実施形態において、システムは１つまたは複数の記憶された平均および共分散行列を有する２つ以上の記憶されたベースラインを有することができる。特定の実施形態において、１つまたは複数の平均および共分散行列は、通常の予想されるおよび／または許容可能なシステム状態および／または挙動のセンサ読み取り値を表すことができ、１つまたは複数の平均および共分散行列は、異常な、許容できないおよび／または範囲外のシステム状態および／または挙動のセンサ読み取り値を表すことができる。いくつかの実施形態において、無線エネルギー伝送システムの動作中、ＦＯＤ検出システムはＦＯＤ検出センサからの読み取り値をとり、これらを許容可能／許容不可能なベースラインと比較する。システムは許容可能または許容不可能なベースラインと比較する際に、ＦＯＤセンサ読み取り値がより高い尤度ｙを有するか否かの決定を助けるために、追加処理を行うことができる。

いくつかの実施形態において、ベースラインの較正および計算中、システムを、状態や動作環境の範囲に亘り、共分散行列や尤度関数の計算において各状態や環境に等しい重要性または等しいウエイトを与えるように訓練（train）する、または較正することができる。例えば、状態や動作環境には、ソースとデバイス間の距離、出力レベル、無線電力伝達で使用される周波数、湿度範囲、温度範囲、高度レベルなどがある。特定の実施形態において、いくつかの特定のシステム状態または環境条件には、ベースラインの計算においてより高い重要性やウエイトを与えることができる。いくつかの実施形態において、特定のシステム状態はシステムの通常動作中、より重要となる、またはより起こる可能性が高い。例えば、合衆国の南部で使用されるシステムは合衆国の北部で使用されるシステムよりも高い温度範囲で較正が行われる可能性がある。

特定の実施形態において、より起こる可能性の高いシステム状態にはベースラインの計算においてより高いウエイトを与えることができる。例えば、ベースラインの計算中、通常動作においてより有益な可能性のある状態から、より多くのデータポイント（より多くのｐ測定）を収集することができる。いくつかの実施形態において、ベースラインを確立するための好適な方法は、各状態に対して収集されたサンプル数が動作中におけるその状態の存在する可能性に直接比例するようにベースラインサンプルを収集させるステップを含んでもよい。特定の実施形態において、好適な方法は、通常の動作中に存在する状態の可能性に比例する各状態にウエイトを割り当ててもよい。

例として、ベースライン（ｘ_１，ｘ_２，．．．，ｘ_ｐ）にp測定が含まれる場合、それらにはそれぞれウエイト（ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_ｐ）を加重してもよい。そしてこの方法を使って組み立てられた平均および共分散行列は、下記に示す数式（１０）および（１１）に従って計算することができる。

（１０）

（１１）
（ｉｉｉ）同期化

いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムは振動磁場によって誘起される電圧および／または電流を拾う少なくとも１つの導電コイルを含むことができる。特定の実施形態において、振動電圧/電流信号は、磁場の周波数、磁場の振幅、磁場の位相などの量を決定するために使用することができる。これらの信号はＦＯＤシステムによって使用されるクロックリカバリや位相ロックループに使用することができるので、基準信号と称してもよい。いくつかの実施形態において、基準信号は、個々のセンサからの位相情報を基準位相に対して定めることができるように、位相基準の設定にも使用することができる。特定の実施形態において、無線電力伝送に使用される磁場を検出するために使用されるコイルを「基準コイル」と称することができる。

いくつかの実施形態において、基準コイルは任意の形状および／または大きさとすることができ、ＦＯＤセンサと同様の導体または異なる導体から製作することができる。プリント基板に一体化されたセンサを含むＦＯＤシステムの例示的実施形態において、基準コイルはプリント基板トレース、ワイヤトレース、リッツワイヤトレース、導電リボンなどを使って形成することができる。基準コイルはＦＯＤセンサの一部を覆ってもよい、またはＦＯＤセンサのローブ内に固定してもよい。

特定の実施形態において、ＦＯＤシステムは２つ以上の基準コイルを含んでもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムの動作には、どの基準コイルまたは基準コイルの組み合わせを異なる動作モードで使用することができるのかを決定する方法を含むことができる。特定の実施形態において、基準コイル信号の信号処理は、１つの基準信号が特定のアプリケーションの他の信号よりも良いか、または複数の基準信号の方が良いかを決定するために使用することができる。信号雑音比、調和性、サンプリング感度などのパラメータを測定、計算、比較などして、どの基準コイル信号をＦＯＤシステムで使用することができるのかを決定することができる。

先述の様に、各ＦＯＤセンサの出力は正弦波によって近似させることができる。ＦＯＤの存在は、ＦＯＤが存在しない場合と比較して、センサ信号の強度および位相に影響を与えることがある。信号の位相の変化をチェックするために、基準信号を測定し、センサ信号と基準信号との位相差を使ってセンサ信号の位相の変化を検出することができる。基準信号は磁場に置かれているワイヤループの電圧を測定することによって生成することができる。ＦＯＤの非存在下では、センサ信号と基準信号の間の位相差は変化しない。

よって基準信号に対するセンサ信号の位相差をＦＯＤの検出に使用することができる。
（ｉｖ）直交サンプリング

直交サンプリングは基準信号に対する測定正弦波信号の振幅および相対位相を計算するために使用することができる。ＦＯＤ検出の場合、基準信号に対する測定信号の振幅および相対位相は、ＦＯＤが存在するまたはしない場合の測定信号の分類のためのパラメータとして使用することができる。サンプルされた信号が完全な正弦波でない場合、基準信号に対する直交サンプリングのトリガ信号の相対位相は、基準信号に対する測定信号の振幅および相対位相の計算に影響を与えることがある。このことは、ＦＯＤがない場合、信号振幅および相対位相の計算値に大きな差を生じさせ、センサの感度を下げる。この問題に対する１つの解決策として、直交サンプリングのトリガ信号と基準信号の相対位相が実質的に変わらないことを確実にすることがある。例えば、相対位相をその平均値の１０％以内（例えば５％以内、３％以内、１％以内）に維持する。相対位相は、サンプリング信号と基準信号の相対位相が実質的に変化しないことを確実にするため、および／またはサンプリングトリガ信号と基準信号との相対位置を能動的に測定および制御するために、基準信号を使って直交サンプリングのトリガ信号を生成することによって維持することができる。

基準信号はセンサ信号と同様に、アナログフィルタおよび増幅器を使って処理される。しかしながら、基準信号のゲインはセンサ信号増幅器のゲインとは異なるものを選択することができる。

（ＦＯＤセンサの較正）
いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムおよびセンサは較正手順を有することができる。この手順はシステムに動作の通常の限界を「学習する」または「訓練する」、または適切なベースラインデータ（例えば平均および相関行列）を計算するために使用することができる。適切なベースラインデータとは、無線電力伝送システムの尤度ｙ、不整合、温度、湿度などのパラメータのことを指すが、これらに限定されないと理解されたい。較正手順には、上述の平均および相関行列を決定するための、システムのｐ状態におけるセンサデータ（ｘ）の収集が含まれてもよい。較正手順は、ＦＯＤのない場合のセンサ読み取りの限界または範囲を提供することができる。実施形態において、センサ読み取り値は共振器の移動、共振器の異なるオフセット、温度変化、距離変化または共振器の種類、車両の変化などによって変化または変動する。システムはセンサ読み取り値のどの変化が通常の動作範囲で、どの変化が共振器の近くの異物によるものかを認識する必要がある。いくつかの実施形態において、システムはセンサ読み取り値の範囲および特性と、システムの通常動作内および動作の通常限界内と思われる変化とを識別するための較正または学習位相を必要とする。較正動作は「通常」または「ＦＯＤなし」の読み取り値と分類される、センサ読み取り値のベースラインまたはベースライン範囲を提供することができる。通常の読み取り値範囲外のセンサ読み取り値は、警報信号および／またはＦＯＤ検出または軽減（mitigation）手順をトリガするために使用することができる。

特定の実施形態において、システムは製造中、通常の使用期間中または使用する度に較正することができる。較正の種類、較正時間、複雑性、読み取り数などはシステムの使用シナリオ、所望感度または性能、システムのコストなどによって異なる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムは２つ以上の較正方法を利用することができる。システムは１つの較正方法によって較正してもよいし、使用中または種々の環境および／または展開シナリオに応じて別の較正方法を用いてもよい。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムは製造中またはシステムの展開前に、通常範囲またはセンサ読み取り値の「ＦＯＤなし」の範囲に較正することができる。特定の実施形態において、システムは、オフセット、高さ、共振器、共振器の種類、出力レベル、配向、車両、温度、地面、気候条件などの範囲に亘って較正または「訓練」することができる。学習または較正段階は、予想される使用のシナリオの通常または予想される範囲に亘って異物のない場合にセンサ読み取り値を提供するように構成することができる。較正は、センサ読み取り値をとりながら、新しいシナリオ、オフセット、位置、環境変化などを徐々に提供する制御された環境で行うことができる。センサ読み取り値は位置や環境条件が変化するに従って継続的に取ることができ、位置や環境条件が大幅に変化する場合には周期的に取ることができる。

例えば、較正手順中、ＦＯＤ検出システムは、オフセットの変化または共振器の不整合によるセンサ読み取り値の変化に対して較正することができる。較正手順中、共振器には相互のオフセット、または相互の位置ずらしを行うことができる。共振器が相互にオフセットしている間、おそらくたとえ電力伝送中であってもセンサ読み取り値をモニタし、連続して処理することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムを、状態や環境の変化に適応させるよう、適応技術を使って較正してもよい。特定の実施形態において、センサ読み取り値を、較正中、例えば５ｍｍ、１０ｍｍ以上のオフセット毎など、別々のオフセットで較正してもよい。いくつかの実施形態において、センサ読み取り値を、測定位置毎または特定の測定位置における複数の出力レベルまたは連続して変化する出力レベルにおいて較正してもよい。特定の実施形態において、平均および共分散行列の決定および／または計算に使用する測定ｐ行うために、複数のシステム性能パラメータの設定、変更、スイープなどを行ってもよい。

いくつかの実施形態において、システムの共分散行列は、システムパラメータ、測定、読み取り値などの予想値がゼロの場合、相関行列と同等である。本開示において、「共分散」および「相関」行列という用語はほとんど同じ意味で用いられる。

特定の実施形態において、較正手順中、センサ読み取り値をモニタするが、センサから読み取り値が大きく変化した場合のみ処理または保存を行ってもよい。種々のオフセットの較正中、例えば、オフセットを変更してセンサ読み取り値をモニタしてもよい。センサ読み取り値は、すでに取られて保存された較正データの所定の閾値から読み取り値が逸脱している場合のみ、処理、保存または較正データに追加してもよい。処理データは、所定の閾値分変化した場合のみ、十分に正確な較正のために必要な読み取り数および保存点を低減させてもよい。

適応技術を使ってオフセットの範囲に亘る較正を行う例に戻るが、無線電力システムの動作パラメータは、すでに保存されているセンサの較正データからセンサ読み取り値が異なるようになるまで変更してもよい。保存されたデータと読み取り値が著しく異なるまたは所定の閾値だけ異なる場合、センサ読み取り値を処理し、通常動作中の「ＦＯＤなし」の場合におけるセンサ読み取り値の較正データに追加することができる。この点において、センサデータは一貫性のない間隔で処理することができる。例えば、較正データは、左右方向の５ｍｍ，２０ｍｍ，２２ｍｍおよび２４ｍｍの共振器のオフセットにおいて、これらの場所でのセンサ読み取り値と保存された較正データとの違いに応じてとることができる。別の無線電力システムにおける別の較正手順には、１０ｍｍと２５ｍｍで行われる測定を含むことができる。較正手順は高度にカスタマイズして、較正速度、精度、均一性または任意のシステム変数、パラメータ、仕様などに対して最適化することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサの較正手順には、無線電力システムが少なくとも１つの動作モードである場合の、少なくとも１つのＦＯＤセンサの少なくとも１つの測定が含まれる。特定の実施形態において、ＦＯＤ較正には無線電力システムが少なくとも２つの動作モードである場合の、少なくとも２つのＦＯＤセンサの２つ以上の測定の使用が含まれる。

いくつかの実施形態において、システムに記憶される較正データは、各較正点に対するシステムの状態として保存することができる。保存された較正データは通常動作中のシステムの状態を決定するために使うことができる。例えば、各共振器のオフセット位置に対して、較正データは共振器オフセット位置の情報と共に保存することができる。システムの通常動作中、センサが特定の較正点と同様の読み取り値を生成すると、較正は、共振器のオフセットまたはシステムの状態のその他のパラメータを決定するため、システムによって使用されることができる。いくつかの実施形態において、較正されたＦＯＤシステムを無線電力伝送システムの位置センサとして使用してもよい。例示的無線電力伝送システムの実施形態において、「ｎ」状態があるが、この意味合い（tone）はセンサデータに基づいて区別されることが望ましい。例えば、「ｎ」状態は相対的な共振器の位置であってもよい。また、「ｎ」状態の１つに（０，０，１０）があり、これは共振器コイルの中心がｘ−ｙ平面に整列され、共振器コイルが１０ｃｍ離れている相対位置を表している（従来の（ｘ，ｙ，ｚ）において、ｚはｘ−ｙ平面に垂直な次元である）。別の「ｎ」状態は（−５，１０，１５）であり、これは共振器コイルがｘ方向に‐５ｃｍ、ｙ方向に１０ｃｍ、そしてｚ方向に１５ｃｍオフセットしていることを表している。このような相対的な共振器の位置は無線電力伝送システムの通常の動作範囲内とすることができ、位置データをシステムによって使用して、インピーダンス整合ネットワークの調整、適切な出力レベルの決定、適切な駆動周波数の決定および／またはこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されないその動作の増進または変更を行うことができる。他の実施形態において、共振器の相対位置をシステムの範囲外と決定して、システム制御によって警告を発生し、電源投入を制限し、再位置決めアルゴリズムを開始するなどを行ってもよい。

一例示的実施形態において、較正データを特定のシステム動作位置、配向、出力レベル、周波数などと関連付けることができる。このような実施形態において、ベースラインの計算を動作状態ｉ毎に確立、および／または記憶することができる。各状態ｉはｐデータポイント（測定）を使って特徴付けることができ、（ｘ_{（ｉ，１）}，ｘ_{（ｉ，２）}，．．．，ｘ_（ｉ，ｐ）と表すことができる。ここで、ｉの範囲は１〜ｎまたは０〜ｎ−１、もしくはセットがｎ状態値を含むような値の範囲以上である。これらのｎ状態の各々に対して、各状態ｉはそれ自身の平均および共分散行列を有し、これは下記に示す数式（１２）および（１３）に従って計算することができる。

（１２）

（１３）

新しい測定をｘとすると、システムの最も起こる可能性のある状態（most likely state of the system）は、先述の、そして下記に示す数式（１４）の下記の行列積を計算することによって決定される。

（１４）

確率Ψは下記の数式（１４．５）に従って計算することができる。

（１４．５）

ｙの最大値を持つ状態は、システムの最も起こる可能性の高い状態である。ｙの最大値はΨ_ｉの分布におけるΨの最小値に対応する。

ＦＯＤ検出システムの読み取り値によるシステムの状態に関する情報は、無線エネルギー伝送システムの他の部分によって使用することができる。共振器オフセット、共振器の分離などに関する情報は、ソースの出力およびインピーダンス、周波数などのその出力パラメータをシステムの状態に基づいて制御するために、無線エネルギーソース増幅器の出力および制御回路によって使用することができる。いくつかの実施形態において、他のセンサからの情報は、ＦＯＤ検出システムからのシステム状態予測を精緻化または補完するために使用することができる。温度センサ、誘導センサからの情報および共振器に関する出力および電圧の読み取り値などは、ＦＯＤ検出システムからのシステム状態の予測を補充または精緻化するために使用することができる。

特定の実施形態において、システム状態の情報は他のデバイスまたはシステムによって使用することができる。情報は、例えば、車両充電アプリケーションにおける駐車動作中に共振器の整合を誘導するため、車両によって使用することができる。

いくつかの実施形態において、コスト、システムで使用される部品の耐性、感度要件などに応じて、各システムは較正手順を必要とすることがある。特定の実施形態において、各ＦＯＤ検出システムには無線エネルギー伝送共振器とこれが対をなすシステムとを使って、個々に較正手順が行われる。いくつかの実施形態において、各ＦＯＤ検出システムには、少なくとも１つの特別の、または標準無線エネルギー伝送共振器およびシステムを使って、個々に較正手順が行われる。そしてＦＯＤ検出システムは、異なる１組の無線エネルギー伝送共振器と対にすることができる。

特定の実施形態において、ＦＯＤサブシステムの較正手順は、各種の無線エネルギー伝送システムまたは共振器の種類に対してのみ必要とされる。較正はテストシステムに対して１回行うことができ、１つのシステムからの較正データは、各システムを再較正することなく、同一のまたは同様の全ての無線エネルギー伝送システムにおいて使用することができる。

いくつかの実施形態において、較正手順は無線エネルギー伝送システムの各々の異なる種類または共振器の種類に対してのみ必要とされる。特定のシステムの種類のＦＯＤ検出センサからの読み取りが特徴付けられると、これらは他の類似するシステムのベースライン特性データとして使用することができ、システムのその他のコピーの較正手順が簡素化される。ベースシステム較正からロードされたベースライン較正データを使用すると、各々の連続するシステムコピーは、各システムに対する較正データの収集を完了するために、位置やシステム状態の特定のサブセットのみで較正すればよい。追加の較正手順は、部品のバリエーション、製造の不確実性などによってシステムの特性に小さな違いがある場合、各追加システムコピーに必要である。

特定の実施形態において、１つの特徴付けまたは較正からの情報を他のシステムで使用することができる。いくつかのシステムに関して、最も起こる可能性のある動作位置または状態である、１つのみの位置に電力をスイープすることによって、平均行列を計算することが可能である。共分散行列は、厳密に全てのデータポイントの平均でなくても、この平均値を使って計算することができる。

ｍ測定を動作の最も起こる可能性の高い状態でとるとすると、有効平均_μｅｆｆを数式１５に従って計算することができる。

（１５）

有効共分散は動作の全ての起こる可能性のある状態に亘るｐデータポイントを測定することによって計算することができるが、数式（１６）によるこの有効平均値を使って計算することができる。

（１６）

この方法を使うと、新しいシステムを使用する場合、有効共分散はほぼ変わらず、較正には新しい有効平均値のみが必要となり、これはシステムの１つの状態のみに対して計算されるので、より早く測定することができる。

展開前に較正されるシステムは、無線エネルギー伝送システムの使用および初期化の異なる段階においてＦＯＤを検出することができる。較正がデバイス共振器のない場合のセンサ読み取り値を含む実施形態において、システムはデバイス共振器の到着前にＦＯＤを検出することができる。例えば、車両充電アプリケーションにおいて、ソース共振器は車両の到着前にＦＯＤをチェックすることができる。いくつかの実施形態において、無線エネルギーソースは、車両到着前に電力をＯＮにする、または立ち上げることができる。ソース共振器はＦＯＤ検出センサを励起して読み取り値を取得するために、全出力または全出力の一部まで出力を上げることができる。読み取り値はＦＯＤなしで動作および／または出力が上がるシステムの較正データと比較することができる。読み取り値が保存された較正データから逸脱している場合、ＦＯＤ検出システムは、車両がソースに駐車する前、および／または無線電力の交換が部分的または全面的にＯＮされる前に、ユーザにＦＯＤの可能性を警告するために使用することができる。

車両なしでＦＯＤのチェックを行うことが所望される場合、無線電力システムソースは近接するデバイスコイルなしでソースコイルを励起させる必要がある。この場合、ソースはソースコイルを、通常の電力伝送中にデバイスの存在下で行う場合と同様に励起することができる、またはソースコイルを励起するために別のモードで動作することができる。例えば、デバイスコイルなくソースコイルによって提供されたインピーダンスは、ソース増幅器に通常動作を行わせない。この場合、増幅器およびＦＯＤ検出システムを動作させることができるようにソースコイルによって提供されたインピーダンスを修正するために、インピーダンス整合ネットワーク内に、回路にスイッチインさせることのできる１つまたは複数の素子を存在させることができる。ＦＯＤチェックが完了すると、この１つまたは複数の素子を回路からスイッチアウトさせて、車両が存在する場合に通常の電力伝送動作を行うことができる。

配置前に較正されるシステムは、システムの起動時に無線エネルギー伝送共振器の近くにあるＦＯＤをすぐに検出することができる。例えば車両の駐車後、および無線エネルギー伝送がＯＮされた後、ＦＯＤ検出センサを励起して、保存された較正読み取り値と比較することのできる読み取り値を提供することができる。検出された読み取り値が保存された値と異なる場合、ＦＯＤ検出システムはＦＯＤが存在する信号、警報、表示などを生成することができる。いくつかの実施形態において、無線電力伝送システムはＦＯＤが存在する場合としない場合とでは異なるように動作することができる。

特定の実施形態において、ＦＯＤ検出システムはシステムの配置中に較正することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムはシステムがエネルギー伝送を開始する度に、および／またはシステムが任意のレベルで電力を伝送する際に、較正データを収集することができる。いくつかの実施形態において、システムはエネルギー伝送の開始中にシステム較正を行うことができる。特定の実施形態において、システムはシステムの起動時にＦＯＤがないことを確かめることができる。起動中にＦＯＤのないシステムの環境は、ユーザ、別のシステム、ＦＯＤ除去デバイスなどによって確認することができる。最初の無線エネルギー伝送中、システムは最初のＦＯＤセンサ読み取り値をベースライン読み取り値として使用し、動作中の通常予想される一組の読み取り値を保存、比較、および／または較正することができる。特定の実施形態において、動作の最初の数秒または動作の最初の数分の間、ＦＯＤセンサの１つまたは複数の読み取り値をとり、センサの基準またはベースラインの計算（すなわち、平均および共分散行列の計算）に使用することができる。センサの基準またはベースラインの計算も、無線電力伝送システムの尤度ｙ、不整合、温度、湿度などを含むがこれらに限定されないパラメータの計算を指すと理解されたい。この較正段階中、システムは無線エネルギー伝送システムのパラメータをディザー、変更またはスイープして、動作中の可能性のあるセンサ読み取り値の範囲を提供してもよい。電力、位相、周波数などのパラメータは修正することができる。ベースラインが確立されると、システムを連続的または周期的にモニタして、システムの起動時における較正段階中に計算および測定されたベースライン読み取り値と比較されるＦＯＤセンサで通常に動作させることができる。ベースライン読み取り値からの十分な逸脱は、システム状態が変化してＦＯＤが存在することを示す信号に使用することができる。

いくつかの実施形態において、システム起動中のＦＯＤ較正の使用において、較正はシステムが移動される、変更されるまたは起動される都度行うことができる。特定の実施形態において、共振器オフセット、距離、出力レベル、温度、環境などのシステム動作パラメータの変化は、ＦＯＤの存在によるものではない、ＦＯＤセンサ読み取り値の大きな違いとなる。従って、システムはＦＯＤシステムの寿命期間に亘ってそのベースライン行列に較正データを加え続けることができる。実施形態において、ＦＯＤシステムはシステムのオン時および／または開始時および／または無線電力伝送中に自己較正することができる。いくつかの実施形態において、種々のアルゴリズムを使って磁場における較正データをキャプチャすることができる。例えば、ＦＯＤシステムはシステムを起動する度に、または起動の一回おき、またはｎ回おきなどに較正データを収集してもよい。特定の実施形態において、システムは特定の動作温度、出力レベル、カップリング値などにおいて追加の較正データを収集することができる。いくつかの実施形態において、較正データの収集は適応性があり、時間の経過と共に変化する。例えば、温度範囲に亘って収集された較正データが十分であると考えられる場合、ＦＯＤシステムは温度読み取り値に基づく較正データをそれ以上の収集しない。温度を例として使用したが、共振器の種類、特定の間隔で置かれた共振器、特定の車両種に取り付けられた共振器、特定の出力レベルの共振器、特定の環境における共振器および／またはこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない任意のシステムパラメータを使用することができる。

例えば車両充電アプリケーションにおいて、システムは車両がソースに駐車する毎にＦＯＤセンサ較正を行うことができる。較正中、車両が駐車すると、ソースは、ＦＯＤセンサが測定され、ベースラインが計算、保存される間に、エネルギー伝送を開始してエネルギー伝送のパラメータを変調することができる。最初の較正中、共振器領域において、手動でまたは自動的にＦＯＤの除去、またはＦＯＤのチェックが行われ、計算されたベースラインがシステムの通常（ＦＯＤがない、または低ＦＯＤまたは危険でないＦＯＤなど.）動作中のセンサ読み取り値を確実にキャプチャするようにする。いくつかの実施形態において、車両が駐車して充電される毎に、システムはその最初の起動中に再較正することができる。車両を駐車する毎に車両の位置、種類、高さなどが異なるため、以前にキャプチャされたＦＯＤセンサ較正データは、システムの現在の状態における通常のまたは予想されるＦＯＤセンサ読み取りを表さなくなる。特定の実施形態において、前のベースラインは再較正によって変えることができる。いくつかの実施形態において、前のベースラインを捨てる、上書きする、移動する、無視するなどして、再較正したベースラインを使用することができる。特定の実施形態において、最近、過去および記憶された較正データのいくつかの組み合わせをＦＯＤ検出アルゴリズムで使用することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムはユーザが時間をかけて較正することができる、および／またはシステムは、通常の、そしてＦＯＤのないセンサ読み取りを決定または学習する自己学習またはマシン学習方法を含むことができる。

別の例示的実施形態において、ＦＯＤセンサはプリント基板を含むことができる。プリント基板は導電コイル、ループ、ローブ、センサ、グラジオメータおよび／または８の字を形成するトレースを含むことができる。導電トレースはプリント基板の単層に置くことができる、または導電トレースはプリント基板の複数の層を横切ってもよい。７列と７行の正方形の８の字ＦＯＤの例示的回路基板のトレースを図１６に示す。この回路基板は、ＦＯＤセンサ読み取り回路１６０２と、エネルギー伝送に使用される振動磁場にＦＯＤセンサの位相と強度の読み取り値を同期化する同期コイル１６０４とを含む。

導電トレースはＦＯＤセンサをＦＯＤセンサの他の電子部品に接続するためにも使用することができる。特定の実施形態においてＦＯＤシステムは少なくとも１つの電子マルチプレクサに接続される少なくとも１つのＦＯＤセンサを含むことができる。例示的マルチプレクサはＩＣマルチプレクサ、２×８マルチプレクサなどと称される。例示的実施形態において、ＦＯＤシステムはアナログデバイスＩＣマルチプレクサを含むことができる。実施形態において、ＦＯＤシステムはＡＤＧ１６０７ＢＲＵＺマルチプレクサまたは同様の機能を持つマルチプレクサを含むことができる。いくつかの実施形態において、複数のマルチプレクサをＦＯＤセンサ信号処理のために使用することができる。特定の実施形態において、高入力インピーダンスを持つＩＣマルチプレクサをＦＯＤシステムにおいて使用することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムはＦＯＤシステムと無線電力伝送システムの間での情報交換を可能にする通信設備および／または無線電力伝送システムのコントローラを含むことができる。特定の実施形態において、通信設備は有線設備および／または無線設備であってよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムは情報、制御信号、警報、レポート、ＴＴＬ信号、マイクロコントローラコマンドなどを送信および／または受信することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤシステムはトランシーバを含むことができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムはマイクロコントローラを含むことができる。

特定の実施形態において、ＦＯＤセンサおよび／またはシステムは既存の無線電力システムにアドオンしてもよい。例えば、ＦＯＤセンサおよび／またはシステムは無線電力システムの共振器に取り付け、無線電力システムと有線および／または無線通信リンクで通信するよう、別々に梱包してもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサおよび／またはシステムは無線電力システムの少なくとも１つの部品に一体化させてもよい。例えば、無線電力部品の筐体はＦＯＤセンサおよび／またはシステムを含んでもよい。別の例として、共振器ハウジングに固定されて取り付けられるプラスチックカバーは、ＦＯＤセンサおよび／またはシステムを含んでもよい。

特定の実施形態において、ＦＯＤセンサは、好適には、無線電力伝送システムの振動磁場または無線電力伝送システムの振動電場の何れかを感知することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは主に振動磁場を感知する、または振動磁場のみを感知し、部分的または最小限に振動電界を感知するように設計してもよい。特定の実施形態において、ＦＯＤシステムは磁気共振器の共振器コイルを実質的に覆うように設計してもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは磁気共振器の静電容量素子から実質的に離して設計してもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムの導体ループは無線電力伝送システムの振動電場に無反応であるように設計してもよい。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサは振動電場への露出および振動電場の検出を最小限に抑えるようにシールドを含んでもよい。実施形態において、追加の「非ループ」導電トレースをＦＯＤセンサの導電トレースの上および／または下に追加することができる。図１７は、周囲の電場への感度を低減させるために、ＰＣＢセンサアレイの導電層の１つの層上で使用することのできる非ループ導体１７０２（厚い黒のトレース）の例示的配置を示している。

特定の実施形態において、特別の設計手法はＦＯＤシステムの性能を向上させることができる。例えば、ＦＯＤセンサをセンシング電子機器に接続するために使用される導体を、それらが周囲の磁場から遮蔽されるように配置することができる。いくつかの実施形態において、導電トレースを実質的に相互に上下に配置して、いわゆる「ストリップライン」配置と称されるように時々配置することが好適であろう。導体をこのような配置にすることによって、より小さいおよび／または狭い導電パッドでこれらの信号搬送導体を周囲磁場から遮蔽することが可能となる。

いくつかの実施形態において、センサをシステムの損傷、システムの誤動作、筐体貫通または他の種類の損傷を検出するために使用することができる。システムの損傷は、センサからの１つまたは複数の読み取り値を完全に妨害または変更し、センサ読み取り値に影響を与え得る。誤ったセンサ読み取り値はシステム損傷の種類と程度を決定するために使用することができる。いくつかの実施形態において、センサまたは１組のセンサは、損傷を受けたセンサのバックアップとして作用することができる。特定の実施形態において、信号またはメッセージをシステムのユーザに送り、システムの損傷を知らせてもよい。

人間の組織（手、腕など）の存在を本明細書に記載する誘導ループＦＯＤセンサによって検出することができる。いくつかの実施形態において、誘導ループセンサを調整して、有機組織および／または生体組織を検出することができる。

特定の実施形態において、少なくとも１つのＦＯＤセンサを無線電力伝送システムのデバイス側に設置してもよい。少なくとも１つのＦＯＤセンサをソース側のＦＯＤセンサとは別に、または連動して動作させ、無線電力伝送システムの共振器間のアイテムの検出性能を向上させることができる。ＦＯＤセンサからの信号は、ソースとデバイス共振器および／または共振器コイルの相対位置などのシステムのその他の特性を決定するために使用してもよい。

先に開示した様に、静電容量センサなどの他の種類のセンサを金属ＦＯＤ検出器と一体化させて、共振器間または共振器の周囲の領域に存在する他の種類の物体を検出する追加能力を提供することができる。これらの追加センサは金属ＦＯＤセンサと独立して動作させることができる、またはセンサ信号を金属ＦＯＤセンサからの信号と合成して一緒に処理することもできる。

（不整合および磁場の検出）
無線電力伝送システムは磁場センサを含むことができる。磁場センサは、５０Ｗ，２００Ｗ，１ｋＷ以上の電力を伝送する高出力システムに有益である。例示的および非制限的な実施形態によれば、磁場センサを無線電力伝送システムのソース、デバイスまたはリピータ共振器および／または部品、またはそれらの近くに取り付けてもよい。例えば車両アプリケーションにおいて、磁場センサは地面、ガレージの床、舗道、またはこれらの近くにあるソース共振器に設置することができる。磁場センサはソース共振器筐体、電子部品またはその他の部品に一体化、取り付け、または配置させるか、またはそれらの近くに配置させることができる。いくつかの設置において、磁場センサは車両の周囲の駐車エリアにおけるソースの周囲の地面、床、コンクリート、アスファルトなどに埋め込むことができる。いくつかの実施形態において、磁場センサは、コンクリートまたはアスファルトなどの地面材料で完全に覆うことができるが、駐車場所（例えば公共、個人、屋内、屋外など）によっては地表に設置、取り付け、または接着することができる。磁場センサは無線電力伝送システムのデバイスまたはその近くに一体化、取り付け、または配置することができる。例えば、磁場センサは車両の底面、車両の周囲、車両のキャビン内などの種々の場所に取り付けることができる。磁場センサは読み取り値を提供する無線電力伝送システムの電子部品に接続させることができる。いくつかの実施形態において、センサは無線であってもよく、無線電力伝送システムおよび／または他のエネルギーソースからキャプチャされたエネルギーを取り入れる、または使用することができ、無線通信経路を使って磁場の読み取り値を無線電力伝送システムの１つまたは複数の部品に送信することができる。

電池やハイブリッド電気自動車の無線充電のために構成された無線電力伝送システム、または大量の電力を伝送するその他のアプリケーションにおいて、ユーザのアクセス可能な領域の磁場をモニタすることができる。ユーザのアクセス可能な領域の磁場は、例えば、人体暴露およびＥＭＩ／ＥＭＣ規格を満たすくらい低く保つ必要がある。ソースおよびデバイス共振器の整合の変動は、同じ電力伝送レベルに対するユーザアクセス可能エリアの磁場レベルを大きくしたり小さくしたりすることになる。磁場センサは高磁場、磁場の変化または磁場の特定の分布を検出するために使用することができ、ユーザアクセス可能エリアにおける潜在的な高磁界の表示に使用することができる。センサからの表示は無線電力伝送システムによって使用され、システムは、例えば、電力伝送のレベルを下げて磁場を下げることができる。無線電力伝送システムにおける全ての共振器整合に対する電力伝送を同じレベルに制限するよりも、１つまたは複数の場所の磁場を感知し、この情報をフィードバックループで使用して無線で供給される電力のレベルを制御して、法定制限、および／またはその他の安全、ユーザ快適性または干渉制限内で供給することのできる最大出力レベルで動作させることが望ましい。ユーザアクセス可能領域の境界の近く、例えば、車両の端部、ソース共振器筐体、デバイス共振器筐体、任意の共振器の近くなどに位置する１つまたは複数の磁場センサは、ユーザアクセス可能領域の磁場が一定の安全規制を超えたか否かを判断するために使用することができる。特定の実施形態において、ユーザのアクセス可能な空間に最も近い磁場センサからの読み取り値は単体で使用可能、または１組の複数のセンサ読み取り値においてより優先され、電力制御フィードバックループ内で処理および使用することができる。システムの電力はこのようなフィードバックに基づき、および／またはその他の検出システムからのデータ入力と連動して調整され、高出力無線電力伝送システムの確立された法定要件内での動作を保証する。

いくつかの実施形態において、磁場センサは磁場強度の直接的または正規化された読み取り値を提供することができる。磁場センサは実際の磁場強度に比例または関連する読み取り値を提供するために較正することができる。いくつかの実施形態において、センサは相対的な読み取り値を提供することができる。いくつかの実施形態において、複数のセンサの相対的な読み取り値を潜在的な高磁場の推測または決定のために使用することができる。例えば、無線電力伝送システムのソースおよびデバイス共振器が車両の下にある車両充電アプリケーションにおいて、車両の近くにいる人が暴露され得る車両周辺の潜在的な高磁場をモニタすることが望ましい。車両磁場の近くに立つ人に届き得る潜在的高磁場を検出するために、センサを車両周辺に置いてもよい。センサは磁場強度の直接的な読み取り値を提供することができる。いくつかの実施形態において、センサはセンサ近くの磁場の相対強度を示すように構成することができる。相対表示は、デバイスおよびソース共振器の不整合による潜在的高磁場の決定または推測に使用することができる。共振器の不整合は共振器が整合されている場合と比較すると、磁場分布が異なる。いくつかの実施形態において、不整合が大きくなればなるほど分布の変化は大きくなる。センサからの相対読み取り値は、ユーザアクセス可能エリアにおける変化および潜在的高磁場の検出に使用することができる。

例えば、ソースとデバイス共振器が整合している場合、磁場分布は車両の左右でほぼ均一である。整合条件のもとでは、車両の左右間の最大磁界強度の違いは１０％以下（例えば５％以下）である。例えば不正確な駐車によってソースとデバイス共振器とが不整合である場合、車両の左右の磁場分布は変化し、ソースとデバイス共振器とが整合されている場合ほど均一ではない。特定の実施形態において、ソースとデバイス共振器とが不整合の場合の車両間または車両の左右間の最大磁界強度は、１１％以上（例えば２０％以上）異なる。磁界強度の違いは、いくつかのシステムにおいて、ソースとデバイス共振器の間の不整合および／または車両の境界外の潜在的高磁界に比例または関連する。

いくつかの実施形態において、システムは無線エネルギー伝送共振器の周囲の異なる領域における磁場センサの相対読み取り値をモニタするように構成することができる。相対的読み取り値は予測読み取りと比較することができる。特定の実施形態において、センサ間の読み取り値が予測読み取り値と１５％以上異なる場合、無線システムをエネルギー伝送レベルが低減するように構成してもよい。いくつかの実施形態において、センサ間の読み取り値が予測読み取り値と１１％以上異なる場合、無線エネルギー伝送システムはエネルギー伝送レベルを低減するように構成してもよい。特定の実施形態において、ソースとデバイス共振器間の電力伝送レベルは、センサ間の磁場強度の読み取り値の相対差異に反比例する、または逆に関連する。例えば、車両の左右間の磁場強度の読み取り値が２０％異なる場合、無線エネルギー伝送システムを通常の出力レベルの８０％で動作するように構成することができる。車両の左右間の磁場強度の読み取り値が４０％異なる場合、無線エネルギー伝送システムを通常の出力レベルの５０％で動作するように構成することができる。記載するパーセント値は例示的なものであると理解されたい。

いくつかの実施形態において、磁場センサは、車両の周辺、座席の近く、車両の前などの、人や動物への潜在的高磁界の暴露が生じ得るエリアの近くに設置してもよい。いくつかの実施形態において、磁場センサは、ソースとデバイス共振器が不整合の場合に磁場分布が比較的大きく変化する可能性のある領域に置くことができる。いくつかの実施形態において、磁場センサは、例えばソース共振器の双極子モーメントの近くまたはこれと並べて置くことができる。

特定の実施形態において、磁場センサにはワイヤコイル、ループ、ホールエフェクトセンサ、磁気ダイオードセンサ、磁気トランジスタ、ＭＥＭＳセンサなどがあり、任意の電圧、周波数または光感知方法を使用することができる。

特定の実施形態において、ＦＯＤシステムおよびＦＯＤセンサを１つまたは複数の共振器の周囲の磁場および／または相対磁場分布の測定に使用することができる。いくつかの実施形態において、１つまたは複数のＦＯＤセンサを有するシステムは、共振器の周りの磁場の相対分布を測定するために使用することができる。共振器が不整合であれば、共振器の周りの磁場分布は変化する。１つまたは複数のＦＯＤセンサを有するＦＯＤシステムは、共振器の異なる部分の近くに位置するセンサからの異なる読み取り値を測定することにより、磁場分布の変化を検出することができる。大きいまたは予期しない差は共振器の不整合を示し、これはユーザアクセス可能領域まで磁場分布が及ぶ可能性をもたらす。

ＦＯＤシステムは１つまたは複数の動作モードを含む。１つのモードにおいて、ＦＯＤシステムはＦＯＤの検出に使用され、別のモードでは、ＦＯＤセンサは磁場、磁場分布などを直接的に測定して、車両の整合および／または磁界強度を決定するために使用することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムからの読み取り値は同時に処理し、ＦＯＤを決定または検出する、および／または不整合および／または人のアクセス可能な領域において高磁界となる可能性のある不整合の潜在的警告または表示を提供することができる。

人のアクセス可能な領域において不整合および／または潜在的に高い磁場を検出するために磁場センサを使用する方法の例示的実施形態を図２３に示す。ブロック２３０２において、磁場センサは磁場共振器における、またはその近くの磁界強度の読み取り値をとる。磁場の読み取り値は無線電力伝送システムのセンサモジュールによって収集して処理する。いくつかの実施形態において、読み取り値はＦＯＤセンサを使ってＦＯＤシステムから生成することができる。ブロック２３０４において、センサの読み取り値はセンサ間の磁場の違いを決定するために使用することができる。センサ読み取り値は相互に比較することができる。ブロック２３０６において、センサ読み取り値を予測される読み取り値またはベースライン読み取り値と比較することができる。ベースライン読み取り値にはセンサ読み取り値または共振器が整合する場合の差異範囲が含まれ得る。ベースライン読み取り値には、システムの種々の不整合の予測されるセンサ読み取り値または予測されるセンサ読み取り値の差異が含まれ得る。いくつかの実施形態において、システムはシステムの最も起こる可能性の高い不整合を決定するための最尤計算を含むことができる。ブロック２３０８において、決定された不整合および／または直接センサ読み取り値に基づき、システムの出力レベルを調整して、共振器近くのユーザのアクセス可能な場所における潜在的高磁界を防ぐことができる。

いくつかの実施形態において、外部または他の磁場センサからの読み取り値をＦＯＤシステムによって使うことができる。不整合情報はＦＯＤ読み取り値の精緻化および／またはＦＯＤシステムの較正向上のために使用することができる。

磁場センサを上述の例で説明したが、無線エネルギー伝送システムの共振器および／または電子部品の近くまたは周囲の潜在的に高いまたは異常な磁場を検出するために、同様の手法を電場センサと共に使用することができると理解されたい。

実施形態において、ＦＯＤ検出システムは２つ以上のベースラインおよび／または較正ファイルまたは平均および共分散行列などのセンサの構成を使用することができる。ベースラインまたは較正の構成は、ＦＯＤセンサからの通常のまたは予測される読み取り値を定めるために使用することができる。較正、ベースラインおよび構成ファイルは、読み取り値および／またはＦＯＤが存在すると決定される閾値の情報を含むことができる。例えば、ベースラインファイルは、尤度、平均行列、共分散行列などのベースライン値（「ベースラインパラメータ」とも称する）の情報を含むデータファイルであってもよい。いくつかの実施形態において、較正ファイルは、尤度、平均行列、共分散行列などの情報を含むデータファイルであってもよい。実施形態において、ベースラインまたは較正ファイルもしくは構成は、２つ以上の位置、不整合、共振器の種類、温度などのために定めることができる。実施形態において、システムにおけるオフセットまたは不整合の範囲に対するＦＯＤのない条件下における通常のまたは予想されるＦＯＤセンサ読み取り値を定める較正またはベースラインは、ＦＯＤ検出感度を低減させる。共振器のオフセットまたは不整合の範囲に対する通常のまたは予想されるＦＯＤセンサ読み取り値を定める較正またはベースラインは、１つまたはいくつかの共振器整合に対する通常のＦＯＤセンサ読み取り値を定めるベースラインの較正よりも広い範囲の予想または許容可能な読み取り値を有することができる。ベースラインまたは較正が狭いとセンサの感度または検出能力が高まる。

ＦＯＤ検出システムを有する無線エネルギー伝送システムのいくつかの実施形態において、２つ以上のベースラインおよび／または較正ファイル、範囲および／または設定を使用することができる。いくつかの実施形態において、動作中の共振器の位置、環境、不整合などがわかっていれば、共振器の特定の位置、環境、不整合に対するＦＯＤのない条件において予想される、または通常のセンサ読み取り値、または共振器の可能性のある位置、環境、不整合などのより狭いサブセットに対するＦＯＤのない条件において予想されるまたは通常のセンサ読み取り値を定めるベースラインおよび較正を使用またはロードすることが好ましい。いくつかの実施形態において、より狭いベースラインまたは較正を定めるために、共振器の固定位置へのエネルギー伝送前にベースラインまたは較正を行ってもよい。

例えば、車両アプリケーションの位置検出システムを使って共振器の不整合を決定してもよい。不整合情報は特定のベースラインまたは較正の選択に使用することができる。例えば不整合が４ｃｍだと決定されると、４ｃｍ以下の不整合に対して通常のＦＯＤセンサ読み取り値を表すように構成されたベースラインまたは構成を使用してもよい。共振器の位置または不整合を判断することができない場合、全ての許容できるオフセット、例えば１５ｃｍ以上の通常のＦＯＤセンサ読み取り値を定める構成のベースラインをデフォルトベースラインとして使用してもよい。

別の例において、動作の最初の数秒間または最初の数分間、ＦＯＤセンサの１つまたは複数の読み取り値をとり、センサの基準またはベースラインの計算（すなわち平均および共分散行列の平均の計算）に使用することができる。センサの基準またはベースラインの計算には、無線電力伝送システムの尤度ｙ、不整合、温度、湿度などを含むがこれらに限定されないパラメータの計算も指すことを理解されたい。ベースラインが確立されると、システムは連続的または周期的にモニタされ、システムの起動時における較正段階中に計算および測定されるベースラインの読み取り値と比較されるＦＯＤセンサで正常に動作する。ベースライン読み取り値からの十分な逸脱は、システム状態が変化してＦＯＤが存在する可能性があることを知らせる信号に使用することができる。いくつかの実施形態において、個々の較正ファイルは、無線システムがソースのデバイスに接続されていない独立型構成であり、異なる温度および／または環境、異なるソース構成、車両などに対する共振器の整合がわかっている場合に使用することができる。

ＦＯＤシステムを使ったＦＯＤ検出は能動的である、または１つまたは複数の共振器が連結されて電力を伝送している場合に行うことができる。実施形態においてＦＯＤシステムを使ったＦＯＤ検出は能動的である、または共振器が連結されていない場合に行うことができる。ソース共振器が地面にある、またはその近くにある、またはデバイス共振器が車両の下にある例または車両アプリケーションにおいて、ＦＯＤ検出は車両が駐車する前またはソース上を移動する前に行うことができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤシステムは周期的、または入ってくる車両が表示された際に起動させて、車両が接近してくる前にＦＯＤをチェックすることができる。ＦＯＤが検出されると、ユーザ、車両またはシステムのその他の部品にＦＯＤの存在を示す表示がなされ、充電前にＦＯＤを除去する必要がある。車両がソースに駐車する前にＦＯＤを表示することで、ソース共振器またはその近くのＦＯＤの除去および／またはＦＯＤのチェックが容易になる。

例示的および非制限的実施形態によれば、ＦＯＤ検出システムはＦＯＤの独立型検出のために較正することができる。独立型ＦＯＤ検出は、１つの共振器または１組の共振器およびそれらの個々のＦＯＤ検出システムが開放環境にあり、別の共振器に連結されていない場合に行うことができる。共振器または１組の共振器は、ＦＯＤ検出システムと対になったソースまたはデバイス共振器であってもよい。例えば、車両アプリケーションにおいて、ＦＯＤ検出システムを有するソース共振器は、車庫、駐車場またはデバイス共振器の装備された車両の駐車する別の場所に設置することができる。独立型のＦＯＤ検出において、ＦＯＤ検出システムと対になったソース共振器はデバイス共振器なしでＦＯＤを検出しなくてはならない。いくつかの実施形態において、例えば、独立型ＦＯＤ検出は、車両およびそのデバイス共振器がソース共振器に置かれていない場合、車両充電アプリケーションで行うことができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムおよび／またはソース共振器はデバイス共振器が存在するか否かを検出する必要があり、それに応じて較正することを選択することができる。このような動作モードをサポートするために、ＦＯＤ検出システムは、別の無線電力共振器が存在しない、または強く連結されていない場合、許容できる誤り率で、特定の領域内のＦＯＤを検出することができる。例示的実施形態において、許容できる誤り率は１００，０００の読み取りにつき１誤検出以下である。別の例示的実施形態において、許容できる誤り率は１，０００，０００の読み取りにつき１誤検出以下である。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムはセンサ環境に応じて異なる較正ファイルを使用することができる。較正ファイルは、無線電力伝送システムに関連する温度、湿度、電力、周波数、ソース上の範囲を含むが、これらに限定されない識別子を含むデータファイルであってもよい。いくつかの実施形態において、ベースラインファイルは無線電力伝送システムに関連する情報、温度、湿度、電力、周波数、ソース上の範囲などを含むことができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサおよび／またはシステムの独立型較正は、ソース（またはＦＯＤ検出器が関連付けられた何れかの共振器）によって記憶された、および／またはサーバ、データベース、クラウドロケーションなどへの有線または無線通信によってソースによってアクセスされた較正データ、ファイル、テーブルなどの使用を含むことができる。例示的実施形態において、較正データはＦＯＤ検出システム内に記憶することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムはその動作周波数を調整し、種々の周波数におけるＦＯＤ測定を相互に比較し、および／または少なくとも１つの較正ファイルと比較して、ＦＯＤの存在を決定することができる。他の実施形態において、ベースライン較正ファイルは、ユーザの環境においてＦＯＤ検出中に取得された測定との比較として使用することができる。

いくつかの実施形態において、独立したＦＯＤ検出はソースの表面およびソース上の領域のＦＯＤを検出することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤの検出される共振器上の高さをＺ_ｓｐｅｃとする。ＦＯＤセンサがソース共振器およびデバイス共振器の両方にあるアプリケーションにおいて、ＦＯＤセンサは約Ｚ_ｓｐｅｃ＝Ｚ_ｇａｐ／２の領域においてのみＦＯＤを検出すればよく、ここで、Ｚ_ｇａｐは予想される効率で動作する共振器の最大特定距離である。例示的実施形態において、Ｚ_ｇａｐは５ｃｍ未満（例えば１０ｃｍ未満、２０ｃｍ未満）であってもよい。

いくつかの実施形態において、較正スキームは連続する較正スキームであってもよい。この較正の例は温度、湿度などのゆっくり変化する条件に有益である。他の実施形態において、独立型較正は周期的または断続的な較正スキームであってもよい。

いくつかの実施形態において、較正はＦＯＤ検出システムの製造および／または設置の一部として行うことができる。他の実施形態において、較正は設置後に行ってもよい。

いくつかの実施形態において、ソースＦＯＤ検出システムは非常に低い電力を使って独立した較正を達成することができる。例えば、ソースはＦＯＤ較正を行うために電力を１００Ｗ以上にしない。いくつかの実施形態において、ソースはＦＯＤ較正を行うために電力を５０Ｗ以上にしない。特定の実施形態において、ソースはＦＯＤ較正を行うために電力を３００Ｗ，５００Ｗまたは１ｋＷ以上にしない。

独立したＦＯＤ検出のためのＦＯＤ検出方法の実施形態を図２４に示す。ブロック２４０２において、ＦＯＤ検出システムはＦＯＤ検出を行う表示を受信する。表示は例えばタイマなどの、システムの別の部分から受信してもよい。いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出は入ってくる車両の表示によって引き起こされてもよい。入ってくる車両は無線電力伝送システムのソースに近づくとそのソースにＩＤを送信するように構成してもよい。いくつかのシステムにおいて、ソースは、無線通信経路、ＧＰＳまたはその他の手段を介して入ってくる車両を検出してもよい。車両が充電のために近づいてくることを示す表示は、車両が到着する前に、ＦＯＤ検出システムに起動とＦＯＤのチェックとをトリガすることができる。ブロック２４０４において、ソースまたはシステムの別の部分はデバイスが存在するか否かを確かめるために検出ルーチンを行うことができる。デバイスが検出されない場合、ＦＯＤ検出システムは独立ＦＯＤ検出ルーチンを行うことができる。デバイスの検出は、ソース、通信経路および／または他のセンサへのロードを感知することによって行うことができる。

ブロック２４０６において、ソースを励起して磁場を生成し、ＦＯＤセンサがＦＯＤを検出することができるようにすることができる。ＦＯＤセンサがワイヤループまたは差動ループである、本明細書に記載するような実施形態において、センサが測定を行うために磁場が必要である。いくつかの実施形態において、ソースが励起されてその通常の電力の一部を出力し、その出力はＦＯＤセンサを起動するための磁場を発生させるのに十分な出力に制限される。特定の実施形態において、ソースを励起してそのピーク出力の５％未満（例えば１０％未満、２０％未満）で出力してもよい。いくつかの実施形態において、ソースを励起して１０Ｗ以上（例えば５０Ｗ以上）の電力を出力してもよい。いくつかの実施形態において、ソースを、ソースからの通常の無線電力伝送中に使用されるのと同じ電源および増幅器によって励起してもよい。いくつかの実施形態において、ソースを励起するのに追加の増幅器および／または電源を使用してもよい。より低い出力レベルでより効率のよい、より小さな増幅器を使用してもよい。システムのいくつかの実施形態において、独立したＦＯＤ検出中、ＦＯＤセンサを起動するのに必要な磁場は、別の増幅器によって駆動される別個のワイヤループ、コイル、共振器などによって生成してもよい。ＦＯＤ検出のために使用される磁場は通常無線エネルギー伝送に使用される共振器によって生成することはできない。振動電圧および／または電流によって励起された際に磁場を生成するように構成された追加コイルまたはループは、ＦＯＤセンサコイルの近くに配置することができる。磁場を生成するコイルはＦＯＤセンサコイルにプリント、組み付けまたは一体化することができる。

ブロック２４０８において、ＦＯＤ検出システムは独立したＦＯＤ検出のために特定の構成ファイルおよびベースラインファイルをロードすることができる。構成ファイルは予想されるセンサ読み取り、尤度、中間行列、共分散行列などの情報を含むデータファイルであってもよい。ブロック２４１０において、ＦＯＤ検出システムはＦＯＤセンサ読み取りを処理し、本明細書に記載の検出分析を適用することができる。ＦＯＤが検出されると、ＦＯＤシステムはＦＯＤの表示を生成し、それを無線電力伝送システムの他の部品または部分、車両システム、ユーザなどに送信してもよい。例えば、ＦＯＤが検出されると、ＦＯＤの表示を車両に送信してユーザにＦＯＤがソースまたはその近くに存在することを警告することができる。そしてユーザは駐車してソースが分かりにくくなる前にＦＯＤに気がつき、それを確認する、または除去することができる。

ＦＯＤ検出は独立型構成のデバイス共振器で行うことができる。デバイスはデバイス共振器を励起してＦＯＤセンサを起動させるための振動磁場を生成する増幅器を有することができる。デバイスは磁場を生成するためにＦＯＤセンサに一体化させることができる、またはその近くに置くことのできる追加ループ、コイルなどを有することができる。ループまたはコイルは、無線エネルギー伝送が行われていなくても、励起して磁場を生成し、デバイスの近くのＦＯＤを検出することができる。

本開示において、「ベースラインファイル」に含まれる情報は、「較正ファイル」および／または「構成ファイル」に含むことができると理解されたい。同様に、「較正ファイル」に含まれる情報は、「ベースラインファイル」および／または 「構成ファイル」に含むことができる。同様に、「構成ファイル」に含まれる情報は「ベースライン」および／または「較正ファイル」に含むことができる。

（固定位置デバイスの認識）
例示的および非制限的実施形態によれば、ソースＦＯＤ検出システムはデバイスがソースに対して固定された位置に移動する場合、較正することができる。例えば、その下にデバイスの固定された車両がソースに最初に駐車する時、および／またはソースとデバイスの間で充電サイクルが開始される前に、ソースＦＯＤ検出システムはＦＯＤ検出プログラムへのデバイスの存在の潜在的影響を含むように較正することができる。デバイスを較正に含めることにより、ソースＦＯＤ検出システムはソースとデバイスとの間の空間にあるＦＯＤをより正確に検出することができる。例示的実施形態において、ＦＯＤ検出システムは、独立したＦＯＤ読み取りの前および車両が駐車した後に侵入したＦＯＤを検出することができる。例えば、ＦＯＤ検出器は車両が駐車する際に車両の下によって引きずられたデブリおよび／またはソース共振器の上および／または近くの車両の下に落下したデブリを検出することができる。

いくつかの実施形態において、固定位置デバイス認識較正は各駐車の際に行うことができる。他の実施形態において、ユーザは較正を行うか否かを決定することができる。

いくつかの実施形態において、固定位置デバイス較正を開始するデバイスとソースの間で通信を行ってもよい。

デバイス共振器の存在が較正手順を開始するために磁場を大きく変えてしまういくつかの実施形態において、デバイス共振器および／または共振器コイルを開放する、もしくは短くすることができる、またはその磁場の変化がソースＦＯＤ検出システムを動作、較正、起動させるのに十分なくらい小さくなるような電流で駆動させることができる。特定の実施形態において、デバイス共振器および／または共振器コイルは、ソースにおける磁場の調整で固定位置デバイスの較正を開始させる信号で駆動させることができる。いくつかの実施形態において、デバイスは、デバイスのソース側ＦＯＤ検出システムへの影響を減少させる材料で覆うことができる。

電気信号を与えることによって直接的に駆動させることのできるＦＯＤセンサの実施形態において、ソース側ＦＯＤ検出システムの磁場を可及的に小さくするか、またはデバイスの周波数と異なる周波数で生成し、ソース側ＦＯＤ検出システムへのデバイス存在の影響を最小限に抑えることができる。

車両自体がソース側ＦＯＤ検出システムの領域に対して大きな摂動を生成するいくつかの実施形態において、ソース側ＦＯＤ検出システムがその固定位置デバイス較正において車両の存在を示すような車両のパラメータを識別するような通信を、デバイスとソースの間で行ってもよい。つまり、ＦＯＤ検出システムは、その較正ファイルおよび／または手順、および車両の存在を示すＦＯＤ検出アルゴリズムを処理、調整、強化などすることができる。

（固定位置ＦＯＤ検出）
例示的および非制限的実施形態によれば、ＦＯＤ検出システムは固定位置ＦＯＤ検出較正を行い、これによってシステムは、デバイスがソースに対する空間に固定されている場合にＦＯＤを検出することができる。例えば、車両アプリケーションにおいて、デバイスがその下に取り付けられた車両がソースに駐車すると、ＦＯＤ検出システムは固定位置ＦＯＤ検出較正を開始することができる。いくつかの実施形態において、システムは一度だけＦＯＤ検出較正を行うことができる。いくつかの実施形態において、一度だけのＦＯＤ検出較正によって生成されたデータは、デバイスがソースから離れてしまうまで記憶および使用することができる。これは、例えば、その下にデバイスの取り付けられた車両がその駐車スポットから離れていくまで使用することができる。いくつかの実施形態において、一度だけのＦＯＤ検出較正によって生成されたデータは、充電サイクルが行われている限り、較正ファイルとして使用することができる。充電サイクルが中断、または停止され、そして何らかの理由によって開始されると、固定位置デバイスの較正は固定位置ＦＯＤ検出に続いて再度行うことができる。いくつかの実施形態において、固定位置ＦＯＤ較正ファイルは他の較正ファイルと比較することができる、および／または既存の較正ファイルに組み込むことができる、および／またはカスタム較正ファイルの作成に使用することができる、および／またはＦＯＤ検出システムの訓練に使用することができる。

いくつかの実施形態において、固定位置ＦＯＤ検出はソースの表面上のＦＯＤＺ_ｓｐｅｃ／２を検出することができ、この場合、Ｚ_ｓｐｅｃは無線エネルギー伝送システムにおけるソースとデバイスの間で作用する最大の特定共振器分離である。いくつかの実施形態において、ＦＯＤがソースの表面上においてＺ_ｓｐｅｃ／２を超える場合、デバイス側のＦＯＤ検出システムはＦＯＤ検出の責任を負う。

（不整合の許容）
特定の実施形態において、ＦＯＤ検出システムは、ある共振器の別の共振器に対する不整合を許容するように較正することができる。例えば、無線エネルギー伝送機能の装備された電気自動車のユーザが車両をソース共振器の位置範囲内に繰り返して駐車すると、ＦＯＤ検出システムはユーザの駐車位置範囲を許容するように較正することができる。この範囲はユーザに特有のものである。

いくつかの実施形態において、ユーザはこの種の較正を開始または制御することができる。これはユーザがＦＯＤシステムを異なる速度で訓練することを望む場合に有益である。例えば、無線電力伝送システムおよびＦＯＤ検出システムの装備された車両は、ユーザの変更によって、不整合のために再較正される必要がある。この再較正は相互にカスタマイズすることができる。

（ドリフト補正）
いくつかの実施形態において、ＦＯＤ検出システムはそのＦＯＤ検出におけるドリフトを補正するために較正することができる。ＦＯＤ検出システムの感度および／または特異性は時間と共に変化する。これによってシステムは時間の経過と共に多少不安定になり、通常の動作から逸脱してしまう。この潜在的な変化を補償するために、ＦＯＤ検出システムはその元来の工場設定検出機能に再較正および／またはリセットすることができる。

いくつかの実施形態において、生体の検出較正をＦＯＤ検出システムの製造および／または設置中に行うことができる。他の実施形態において、この種の検出較正は設置後またはユーザが較正を開始した時に行うことができる。いくつかの実施形態において、較正、ベースラインの決定、および検出はＦＯＤセンサの場合と同様に行うことができる。較正中、およびベースライン手順中、センサ読み取り値は生物の存在しない通常の動作条件下において収集することができる。読み取り値に基づき、平均および共分散行列を計算し、これを追加センサ読み取り値が通常の条件に該当するか、または生物が存在するかを決定するために使用することができる。

上述の較正種類の各々は個々に、または他の種類の較正と組み合わせて使用することができる。上述の較正種類の各々は、無線電力伝送システムにおける任意の共振器と関連するＦＯＤ検出システムによって使用することができる。つまり、ＦＯＤは、ソース共振器、デバイス共振器およびリピータ共振器を含む無線電力伝送システムの任意のおよび全ての共振器によって使用することができる。

ＦＯＤの検出が上述の較正の種類またはそれらの任意の組み合わせに基づくいくつかの実施形態において、無線エネルギーシステムはＦＯＤ検出システムの信号に基づいて切断、出力低減および／またはロックアウトすることができる。いくつかの実施形態において、車両のオペレータまたはユーザに通知することができる。

ＦＯＤの検出が誤っている可能性のある特定の実施形態において、ユーザは較正プロセスを再スタートすることができる。ユーザの充電プロセスの再スタートに続いて、較正の種類または上述の較正種類の任意の組み合わせを開始させることができる。

車両アプリケーションの無線電力伝送システムにおいて、ＦＯＤを検出するＦＯＤ検出システムを使用する方法の例示的実施形態を図２５に示す。

ブロック２５０２において、ＦＯＤ検出システムは、ソース共振器の装備された駐車エリアに車両が到着する際、デバイス共振器の装備された車両を認識する。車両は、例えば、車両によって送信された信号の識別、および／またはソース共振器によって生成された磁場の一部がループを通る際に電気信号を生成する、車両の下に取り付けられた１つまたは複数の検出ループに基づいて認識することができる。電気信号は車両によって測定され、識別信号はソース共振器に送信することができる。いくつかの実施形態において、車両の存在は光センサおよび／または圧力センサによって認識することができる。デバイス共振器は切断されたままである。

ブロック２５０４において、ＦＯＤ検出システムは無線電力伝送システム内の任意のＦＯＤの検出を開始する。検出にはソース共振器の周囲にあるＦＯＤの検出および駐車する際に車両が持ち込んだＦＯＤの検出が含まれる。この種の検出は無線電力伝送システムの製造中または設置中に較正することができ、「工場較正」とも称する。

ブロック２５０６において、ＦＯＤ検出システムはユーザにＦＯＤが検出されたか否かを通知する。ＦＯＤは除去され、再度ＦＯＤ検出が行われる。

ブロック２５０８において、ＦＯＤがブロック２５０４で検出されなかった場合、無線電力伝送を開始する。ＦＯＤ検出を無線電力伝送中続ける、およびその間連続的、断続的、または周期的に行ってもよい。

ＦＯＤが無線電力伝送中に検出されると無線電力伝送システムは電力の伝送を停止する。無線電力伝送は、ＦＯＤが除去される、および／またはシステムのユーザに通知されるまで再開されない。一旦ＦＯＤが除去されると、ブロック２５０４に示すようにＦＯＤの検出が再開される。

いくつかの実施形態において、生物検出システムは許容できる誤り率で特定の領域内の生物を検出することができる。一例示的実施形態において、許容できる誤り率は１００，０００読み取りにつき１誤検出以下である。別の例示的実施形態において、許容できる誤り率は１，０００，０００読み取りにつき１誤検出以下である。

異物デブリ検出システムの一実施形態を図２６に示す。システムは、物体および組織が無線エネルギー伝送に使用される共振器に近づくと異物、およびいくつかの実施形態において、生体（猫、ねずみ、人など）を検出するために使用することのできるいくつかのモジュール、ブロックおよび部品を含むことができる。いくつかの構成において、ＦＯＤシステムは外部センサから位置情報を受信することができ、その他のソースから車両情報を受信することができる。位置情報には環境パラメータ、共振器の整合、共振器の距離、無線エネルギー伝送部品の位置、損失性物体の相対位置および生体の存在する領域の位置があり、これらの決定に使用することができる。位置の変化はシステム２６０２によってシステムの較正の変更、システムの感度、検出アルゴリズムなどの調整に使用することができる。例えば、エネルギーを伝送する共振器の周りの磁場分布は共振器間の不整合のオフセットに応じて変化させることができる。磁場分布の変化によってシステム内のＦＯＤセンサの読み取り値が変化し、誤検知が引き起こされ、および／またはＦＯＤ検出のためのシステムの感度が低減される。システムは新しい構成をロードし、処理アルゴリズムを変更し、他の機能を実行して、位置情報を受信した際のセンサ読み取り値の変化を補償する。

いくつかの実施形態において、システムは無線電力伝送パラメータに関連する情報も受信する。パラメータには、無線電力伝送のステータスに関するデータ、どの周波数、どの位相でどれだけの電力が伝送されたかなどに関するデータが含まれる。いくつかの実施形態において、システムは他のセンサおよびシステム部品から情報をさらに受信することができる。システム２６０２は温度センサ、赤外センサ、圧力センサなどから情報を受信し、これらはＦＯＤシステムによって使用される較正またはベースラインの変更、またはＦＯＤ読み取り値を補足するために使用することができる。

ＦＯＤシステムは１つまたは複数のＦＯＤセンサおよび／またはＬＯＤセンサを含むことができる。ＦＯＤセンサは電導体または本明細書に記載のループよりも多くのループを含むことができる。ＬＯＤセンサは電導体または他の静電容量センサを含むことができる。ＦＯＤおよび／またはＬＯＤセンサはワイヤを使って形成することができ、プリント基板上に形成される、または共振器パッケージングまたはその他の基板に蒸着／印刷することができる。センサは共振器の近く、高磁場の近く、生体が存在する可能性のある領域の近くなどに配置または位置させることができる。いくつかの実施形態において、センサは共振器から１０ｃｍまたは１ｍも離して置くように構成してもよい。センサは有線でもよいし、データの無線通信を使って無線電力伝送システムから無線で電力を受信してもよい。センサは読み取り回路に連結させることができ、この回路はセンサ読み取り値を、これらがシステムの他のモジュールによって処理されることができるように、サンプリングし、デジタル化する。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサなどのセンサは、センサを起動させるために振動磁場を必要とする。振動磁場は無線電力伝送システムのソース共振器によって発生させることができる。システム２６０２は、無線電力伝送システムの素子に、共振器を使って磁場を生成するよう、または共振器によって生成された磁場の特性の変更を行うよう、指示または表示を出力することができる。いくつかの実施形態において、システム２６０２は、ＦＯＤセンサを動作させるための振動磁場を発生するように構成された磁場発生器２６０８を含むことができる。磁場発生器２６０８は増幅器に連結された１つまたは複数の導体ループを含むことができる。増幅器はループを駆動して磁場を生成させるせるために振動電圧を生成することができる。

いくつかの実施形態において、システム２６０２は外部入力に基づいて選択可能な、またはセンサ読み取りまたはシステムの他の素子の状態に基づいて自動的に選択される較正モードおよび感知モードを有するように構成することができる。較正モード中、システムはセンサ情報を収集し、構成およびベースラインセンサデータを生成することができる。

動作の較正モード中、システム２６０２の較正エンジン２６１２をセンサ構成またはベースライン読み取り値を定めるために使用することができる。いくつかの実施形態において、較正エンジンはエネルギー伝送状態を検出するように構成することができる。例えば、エネルギー伝送状態には無線電力伝送システムの不整合、温度、湿度がある。エネルギー伝送状態には、平均行列、共分散行列、尤度などのベースラインパラメータがある。較正エンジン２６１２はベースライン読み取り値を生成するための１つまたは複数の組の手順およびルーチンを含むことができる。特定の実施形態において、ベースラインの読み取りには、ＦＯＤの存在しない通常の動作条件下において、１つまたは複数のＦＯＤおよび／またはＬＯＤセンサから読み取り値をとることを含んでもよい。読み取り値は、共振器の種々の温度、配向、オフセット、位置などでとることができる。読み取り値はベースラインの計算に使用してもよく、これには本明細書に記載する平均および共分散行列の計算を含むことができる。特定の実施形態において、平均および共分散行列は異なる温度、配向、位置、環境条件などに関して計算することができる。平均および共分散行列ならびにその他のベースライン読み取り値および設定は、較正保存場所２６１４に記憶してもよい。較正保存場所２６１４に記憶された較正およびベースライン読み取り値の各々の組は、特定の温度、共振器の位置、環境条件などでタグ付けする、またはこれらと関連付けることができる。位置、出力レベル、配向、温度などは、システムが外部センサおよび外部システムから受信することができる。ベースラインおよび較正ファイルは、周期的に、またはユーザ入力に応じて精緻化または更新することができる。センサからの追加読み取り値は周期的に収集して、例えば平均および共分散行列を周期的に更新することができる。

いくつかの実施形態において、較正エンジン２６１２はＦＯＤまたは生物の存在下におけるベースライン読み取り値を定めるために使用することができる。較正エンジンはシステムの近くにＦＯＤが存在する種々の位置、温度、配向におけるセンサ読み取り値をキャプチャすることができる。ＦＯＤおよび生物は、ＦＯＤまたは生物が存在する場合に予想される、または典型的なセンサ読み取り値に対してシステムを訓練するために使用することができる。

システムの動作の感知モード中、検出エンジン２６１６は、ＦＯＤまたは生物が共振器またはその近くにあるか否かを決定するためのセンサからの読み取り値の分析に使用することができる。検出エンジン２６１６はセンサ２６０４および２６０６から読み取り値を受信し、読み取り値を処理して、センサ読み取り値がセンサの近くにＦＯＤまたは生体の存在を示しているか否かを決定することができる。検出エンジンは、センサ読み取り値を１つまたは複数のベースラインファイルまたは較正保存場所２６１４に記憶された較正と比較することができる。比較には本明細書に記載する平均および共分散行列を使った、起こる可能性のあるシステム状態の計算を含むことができる。検出エンジン２６１６は、最も適切なベースラインおよび較正ファイルを選択するために、システム位置、温度、整合、エネルギー伝送パラメータなどに関する情報を受信することができる。いくつかの実施形態において、検出エンジンは２つ以上の異なるベースラインファイルと較正ファイルとを使用することができる。これらの種々のベースラインファイルおよび較正ファイルは、センサ読み取り値の精緻化、ＦＯＤ検出の確認、センサ感度の増減などに使用することができる。例えば、一実施形態において、システムは先ず最初にシステム位置、不整合などの広い範囲に対応する一般的なベースラインを使用することができる。潜在的なＦＯＤ読み取り値が感知されると、システムは分析の感度または識別を増大させるために、２つ目の、異なるベースラインファイルまたは較正ファイルを使用することができる。２つ目のベースラインは、例えば狭い範囲のシステム位置およびオフセットに関する通常のセンサ読み取り値に対応することができる。

いくつかの実施形態において、感知モードと較正モードを同時に実行させることができる。システムの較正エンジン２６１２はシステムの検出エンジン２６１６と同時に実行することができる。ＦＯＤまたは生体が検出されない場合、較正エンジンはベースラインファイルおよび較正ファイルの精緻化のために読み取り値を使用することができる。

システム２６０２の動作中、１つまたは複数のインジケータ２６１８を、光、グラフィックまたはビデオディスプレイおよびサウンドなどの視覚的または聴覚的なインジケータを使って、システムの状態を表示または信号で知らせるために使用することができる。ＦＯＤが検出されると、例えば、共振器の近くにデブリの存在する可能性があることをユーザに示すために、１つまたは複数の光を起動させることができる。いくつかの実施形態において、システムはシステムおよびＦＯＤ／ＬＯＤの状態を外部システムおよび部品に信号で知らせることができる。システム状態の表示は、例えば、車両に送信することができる。

ＦＯＤまたは生体が検出エンジン２６１６によって検出されると、システムはＦＯＤまたは生体を移動させる、デブリを排除してシステムを調整するなどの１つまたは複数の対策を開始することができる。一実施形態において、システム２６０２は無線エネルギー伝送を変更または調整するよう、無線エネルギー伝送システムに信号を送ることができる。例えば、検出エンジンは、ＦＯＤおよび／または生物センサによって生成された電気信号の強度および／または位相に基づき、ＦＯＤまたは生物の大きさまたは影響を分類または決定することができる。分類には、例えば、ＦＯＤおよび／または生物が「問題あり」または「問題なし」の何れかに分類されるシンプルな二元分類スキームが含まれる。測定電気信号の異なる閾値は、ＦＯＤと生物の分類に使用することができる。ＦＯＤの分類に基づき、システム２６０２は無線エネルギー伝送システムに出力低下、周波数変更、共振器のディセーブル、共振器構成の変更などを表示することができる。いくつかのＦＯＤに関して、例えば、全出力（例えば３．３ｋＷ）でのエネルギー伝送は、ＦＯＤに許容できないくらいに高い温度（例えば７０℃）を誘発することがある。無線エネルギー伝送電力を半分に低減することにより、ＦＯＤの加熱を例えば７０℃未満（例えば６０℃未満、５０℃未満、４０℃未満）に制限することができる。実施形態において、温度センサ、赤外センサなどの追加センサを持つフィードバックループは、ＦＯＤの加熱を低減または制御する、または生体への磁場暴露を制御するよう、エネルギー伝送電力を調整するために使用することができる。別の例では、２つ以上のソースおよび／またはデバイス共振器を有する無線エネルギー伝送システムにおいて、共振器はＦＯＤセンサ読み取り値に関して条件付で有効または無効にすることができる。近傍のＦＯＤが検出される共振器は、ＦＯＤのない共振器を全出力で動作させながら無効にする、または低電力に出力を下げることができる。

本開示の図に表示または記載されているモジュール、ブロックなどの構造、順番および数は、本開示の趣旨から逸脱せずに変更または修正することができると理解されたい。例えばモジュールは複数の他のモジュールと組み合わせたり、またはそれらに分割することができる。例えば、１つのモジュールは較正エンジンモジュールおよび検出エンジンモジュールとして機能することができる。モジュールの機能は、ソフトウェア、スクリプト、ハードウェアなどと実行することができる。例えば、図２６に示すシステム２６０２の検出エンジン２６１６は、ソフトウェアモジュール、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイの論理回路として実装することができる。

図２８は１つまたは複数のＦＯＤセンサ基板（「ＦＯＤ検出センサ基板」とも称する）を含む無線電力伝送システムの配置例を示す略側面図である。１つまたは複数のＦＯＤセンサ基板をソースコイル（例えば電源の共振器コイル）または代替的に追加コイルによって生成された磁場分布を検出するために使用することができる。検出された磁場に関する情報（例えば、磁場分布、磁場勾配分布）は、デバイス内の電源コイルにおける１つまたは複数の共振器と受電装置内の１つまたは複数の共振器との不整合を決定するために使用することができる。座標２８４０は描画面において右方向を指すｘ方向と上方向を指すｚ方向とを示している。ｙ方向は描画面に垂直である。

図２８の左上において、配置２８００は（例えば受電装置共振器の）デバイスコイル２８０４に電力を伝送することのできる電源共振器のソースコイル２８０２を含む。ＦＯＤセンサ基板２８０６はソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０４の間に位置する。本例において、ＦＯＤセンサ基板２８０６はソースコイル２８０２の上に約１０ｍｍの距離２８０７で設置されている。他の例において、距離２８０７は３〜５ｍｍ（例えば４〜８ｍｍ、５〜１０ｍｍ、７〜１２ｍｍ、１０〜１５ｍｍ、１５〜２０ｍｍ）であってもよい。距離２８０７は２０ｍｍ以上であってもよい。ＦＯＤセンサ基板２８０６はＦＯＤセンサ基板２８０６を保持する支持体（図示せず）によってソースコイル２８０２に固定することができる。例えば、支持体はＦＯＤセンサ基板２８０６をソースコイル２８０２に固定する、１つまたは複数のポールであってもよい。いくつかの実施形態において、誘電基板をソースコイル２８０２上に置くことができ、ＦＯＤセンサ基板２８０６を誘電基板上に固定することができる。例示的配置２８００において、ソースコイル２８０２の中心軸２８０３とデバイスコイルの中心軸２８０５とは相互に整合している。デバイスコイル２８０５がソースコイル２８０２に対して移動すると、中心軸２８０３および２８０５は不整合になると理解されたい。本例において、ＦＯＤセンサ基板２８０６のソースコイル２８０２に対する位置は支持体によって変化しない。従って、ＦＯＤセンサ基板２８０６を「ソース側ＦＯＤセンサ基板」と称することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ基板２８０６はｘ方向およびｙ方向に沿った中心軸２８０３および２８０５の間の不整合を決定するために使用することができる。

図２８の右上において、配置２８１０は、受電装置共振器のデバイスコイル２８１４に電力を伝送することのできる電源共振器のソースコイル２８１２を含んでいる。ソースコイル２８１２は中心軸２８１３を有し、デバイスコイル２８１４は中心軸２８１５を有する。ＦＯＤセンサ基板２８１６はソースコイル２８１２とデバイスコイル２８１４の間に位置する。本例において、ＦＯＤセンサ基板２８１６はデバイス２８１４の下に約５０ｍｍの距離２８１７で配置されている。他の例において、距離２８１７は５〜１５ｍｍ（例えば１５〜２５ｍｍ、２５〜３５ｍｍ、３５〜４５ｍｍ、４５〜５５ｍｍ）であってもよい。距離２８１７は５０ｍｍ以上でもよい。本例において、 ＦＯＤセンサ基板２８１６はデバイスコイル２８１４に固定されるため、「デバイス側ＦＯＤセンサ基板」とも称することができる。ＦＯＤセンサ基板２８１６は、ｘ方向およびｙ方向に沿った中心軸２８１３と２８１５の間の不整合を決定するために使用することができる。

図２８の左下において、配置２８２０は受電装置共振器のデバイスコイル２８２４に電力を伝送することのできる電源共振器のソースコイル２８２２を含んでいる。ソースコイル２８２２は中心軸２８２３を有し、デバイスコイル２８２４は中心軸２８２５を有する。ＦＯＤセンサ基板２８２６（ソース側センサ基板）はソースコイル２８２６に固定され、ＦＯＤセンサ基板２８２８（デバイス側センサ基板）はデバイスコイル２８２４に固定される。ＦＯＤセンサ基板２８２６および２８２８は、ｘ方向およびｙ方向に沿った中心軸２８２３および２８２５の間の不整合を決定するために独立または連動の何れかによって使用することができる。

図２８の右下において、配置２８３０は受電装置共振器のデバイスコイル２８３４に電力を伝送することのできる電源共振器のソースコイル２８３２を含んでいる。ソースコイル２８３２は中心軸２８２３を有し、デバイスコイル２８３４は中心軸２８２５を有する。ＦＯＤセンサ基板２８３６（ソース側センサ基板）はソースコイル２８３６に固定され、ＦＯＤセンサ基板２８３８（デバイス側センサ基板）はデバイスコイル２８３４に固定される。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ基板２８３６および２８３８のうちの何れか１つのみが存在する。配置２８３０もソースコイル２８３２に固定される追加コイル２８３９を含む。別の例において、追加コイル２８３９はデバイスコイル２８３４に固定される。追加コイル２８３９は磁場を発生させ、これはＦＯＤセンサ基板２８３６および２８３８が独立して、または他の検出器と連動して検出することができ、ｘ方向およびｙ方向に沿った中心軸２８３３と２８３５の間の不整合を決定するために使用される。

ＦＯＤセンサ基板２８０６，２８１６，２８２６，２８２８，２８３６および２８３８は、本開示の図（例えば図１〜図２７）に関連して記載される、ＦＯＤセンサアレイを含むことができると理解されたい。いくつかの実施形態において、ソースおよびデバイスコイルは１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚで動作することができる。例えば、ソースコイルは約１４５ｋＨｚで電力を伝送することができる。他の実施形態において、ソース共振器は約８５ｋＨｚ，約４４ｋＨｚ，約２０ｋＨｚ，約２５０ｋＨｚ，約２．２６ＭＨｚ, 約６．７８ＭＨｚおよび／または約１３．５６ＭＨｚで電力を伝送することができる。実施形態において、ソースは調整可能な周波数を有することができる。例えば、ソースは周波数１４５ｋＨｚ±１０ｋＨｚまたは８５ｋＨｚ±１０ｋＨｚで動作することができる。実施形態において、周波数の動作範囲は中心動作周波数の±５％，±１０％または±２０％とすることができる。ソースおよびデバイスコイルは、例えば、リッツワイヤ、単心ワイヤ、銅管、銅リボンおよび銅、銀、金またはグラフェンなどの高導電材料で被覆された任意の構造体を含む種々の導電材料で製作することができる。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサ基板はソースやデバイスコイルとは異なる形状や大きさを有することができる。ＦＯＤセンサ基板はそれが固定されるソースやデバイスコイルよりも大きな面積を有することができる。例えば、ＦＯＤセンサ基板はソースまたはデバイスコイルの幅よりも約５インチ大きな幅を有することができる。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ基板の大きさは、磁場が最も強い磁場領域によって決定することができる。他の実施形態において、ＦＯＤ基板の大きさおよび形状は、特定の物体が望ましくないレベルまで加熱される領域によって決定することができる、またはサイズおよび形状はこのような領域よりも１０％、２０％、５０％または１００％だけ大きく設定して、設計全体に特定の余分な「安全係数」を提供することができる。また、配置２８００，２８１０，２８２０および２８３０は、ソースコイルによって生成された磁場のエネルギー損失を少なくするために、ソースコイルと隣接するシールドを含むことができると理解されたい。同様に、配置２８００，２８１０，２８２０および２８３０は、デバイスコイルに誘起される磁場のエネルギー損失を少なくするために、デバイスコイルと隣接するシールドを含むことができると理解されたい。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ基板２８０６，２８１６，２８２６，２８２８，２８３６および２８３８は、ソースとデバイスコイルの間のｚ方向における距離を決定するために使用することができる。

図２９は電源共振器のソースコイル２９１０と受電装置共振器のデバイスコイル２９２０の間の整合例を示す略図であり、これは図２８に示すソースとデバイスコイルにそれぞれ対応する。座標２９４０はｘ方向とｙ方向を示す。図２９において、ソースコイル２９１０の中心はｘ＝０ｍｍおよびｙ＝０ｍｍで固定されている。本例において、ソースコイル２９１０の大きさは２００ｍｍ×２００ｍｍである。配置２９００〜２９０９はソースコイル２９１０に対する種々の位置におけるデバイスコイル２９２０を示している。

配置２９００はその中心がｘ＝０ｍｍおよびｙ＝０ｍｍ（ｄｘ＝０，ｄｙ＝０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０１はその中心がｘ＝７５ｍｍおよびｙ＝０ｍｍ（ｄｘ＝７５，ｄｙ＝０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０２はその中心がｘ＝０ｍｍおよびｙ＝７５ｍｍ（ｄｘ＝０，ｄｙ＝７５とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０３はその中心がｘ＝７５ｍｍおよびｙ＝７５ｍｍ（ｄｘ＝７５，ｄｙ＝７５とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０４はその中心がｘ＝１５０ｍｍおよびｙ＝０ｍｍ（ｄｘ＝１５０，ｄｙ＝０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０５はその中心がｘ＝０ｍｍおよびｙ＝１５０ｍｍ（ｄｘ＝１５０，ｄｙ＝１５０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０６はその中心がｘ＝１５０ｍｍおよびｙ＝１５０ｍｍ（ｄｘ＝１５０，ｄｙ＝１５０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０７はその中心がｘ＝３００ｍｍおよびｙ＝０ｍｍ（ｄｘ＝３００，ｄｙ＝０とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０８はその中心がｘ＝０ｍｍおよびｙ＝３００ｍｍ（ｄｘ＝０，ｄｙ＝３００とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。配置２９０９はその中心がｘ＝３００ｍｍおよびｙ＝３００ｍｍ（ｄｘ＝３００，ｄｙ＝３００とも示される）に位置するデバイスコイル２９２０を示す。

図３０〜図３９および図４１に関する開示は、配置２９００〜２９０９に基づく、ＦＯＤセンサ基板を使った測定の電磁シミュレーションの結果を示す。ＦＯＤセンサ基板は８×７アレイのＦＯＤセンサを含み、図３０〜図３９および図４１のプロットは、各ＦＯＤセンサの測定電圧信号を灰色の正方画素で示している。これらの図において、図２９に関連して示すように、ｄｘおよびｄｙの表記はソースコイル２９１０とデバイスコイル２９２０間の相対位置を表す。

図３０は図２８の配置２８００に示すＦＯＤセンサ基板２８０６のシミュレーション結果のプロットである。この例において、ソースコイル２８０２は３Ａの最大振幅振動電流でソースコイル２８０２内に磁場を生成する。これらのシミュレーションにおいて、デバイスコイル２８０４は、デバイスコイル２８０４内で実質的に電流が振動しないように開放回路となっている。座標３０４０はｘ方向およびｙ方向を示している。ＦＯＤセンサ基板２８０６はｘ方向およびｙ方向における中心軸２８０３および２８０５の不整合に応じて、その位置において磁場を検出する。プロット３０００〜３００９は、図２９に示す１０の対応配置２９００〜２９０９に対するＦＯＤセンサ基板２８０６によって測定されたシミュレートされた電圧を示す。カラーバー３０５０は−０．５Ｖ〜０．５Ｖの電圧振幅を示す。

プロット３０００はＦＯＤセンサ基板２８０６におけるＦＯＤセンサの８×７アレイの各々によって測定された電圧を示す。各センサの測定は陰影のある画素で示されている。例えば、画素３０２１は１つのＦＯＤセンサの測定電圧信号を表し、画素３０２２はＦＯＤセンサ基板２８０６における別のＦＯＤセンサの測定電圧信号を表している。画素３０２１は画素３０２２よりも高い電圧に対応する。そうしてＦＯＤセンサ基板２８０６は電圧のパターンを測定する。プロット３０００において、電圧のパターンは軸３０３１に対して比較的左右対称である。

いくつかの実施形態において、例えば、図２に関連して記載したように、どのＦＯＤセンサも１つまたは複数のループを含むことができる。特定の実施形態において、どのＦＯＤセンサも８の字の導体ループを含むことができる。

プロット３００１〜３００９は、配置２９０１〜２９０９で示される様に、ソースコイル２８０２およびデバイスコイル２８０４の異なる整合に関してＦＯＤセンサ基板２８０６のＦＯＤセンサの８×７アレイにおける各々のセンサによって測定された電圧を示す。プロット３０００〜３００９は軸３０３１に対して比較的左右対称な電圧の、質的に同様のパターンを有する。

図３１はベースラインパターンを減算することによってプロット３０００〜３００９の対応するシミュレーション結果から生成された、一連のプロット３１００〜３１０９を示している。この例において、ベースラインパターンは、デバイスコイル２８０４の存在しないＦＯＤセンサ基板２８０６におけるＦＯＤセンサの８×７アレイによって測定された電圧のパターンとして決定される。カラーバー３１５０は−０．０２Ｖ〜０．０２Ｖの電圧の振幅を示す。ベースラインパターンは減算されるので、電圧の範囲はカラーバー３０５０の範囲よりも約２５倍小さく、プロット３１００〜３１０９は実質的に相互に特徴的な電圧パターンを示している。この特徴的なパターンは、相対整合が不明な場合、ソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０６の間の相対整合を決定するためのシグネチャとして使用することができる。例えば、ソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０６の間の種々の既知の整合における電圧パターンは、較正ステップとして実験的に測定することができる。実験的に測定されたパターンは、データ記憶にライブラリとして保存することができる。そしてソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０６の間の整合が不明な場合、ＦＯＤセンサ基板２８０６は電圧パターンの測定に使用することができ、測定されたパターンをライブラリに保存されたパターンと比較して、ソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０６間の不整合および／または相対整合の程度を決定する。比較結果は、例えば測定パターンとライブラリに保存されたパターンの間の整合を決定することによって不明の整合を決定するために使用することができる。整合は、不明の整合が整合されて保存されたパターンに対応する整合に対応することを示す。

図３１に戻るが、プロット３１０７〜３１０９の電圧パターンは視覚的に相互にはっきりと区別するのが困難である。この場合、電圧のパターンは、各プロットのカラー範囲を調整するために縮尺を変更することができる。図３２はそれぞれの電圧パターンを明確に示すために縮尺を変更したカラーバーでプロット３１０７〜３１０９を示したものである。縮尺変更された電圧範囲のため、図３２のプロット３１０７〜３１０９は相互に実質的に明確な電圧パターンを視覚的に示している。これらの明確なパターンはプロット３１０７〜３１０９によって表される対応する整合を区別するために使用することができる。

図３３は図２８の配置２８００に示すＦＯＤセンサ基板２８０６のシミュレーション結果のプロットである。本例において、ソースコイル２８０２は３Ａの最大振幅電流でソースコイル２８０２を振動させて磁場を生成する。これらのシミュレーションにおいて、デバイスコイル２８０２を、潜在的には、電力調整回路、インピーダンス整合回路および共振回路を通して負荷に接続し、ソースコイル２８０２磁場によって誘起された電流がデバイスコイル２８０４内で振動するようにすることができる。座標３３４０はｘ方向およびｙ方向を示す。ＦＯＤセンサ基板２８０６はｘ方向およびｙ方向における中心軸２８０３および２８０５の不整合に応じて、その位置における磁場を検出する。プロット３３００〜３３０９は図２９に示す１０の対応配置２９００〜２９０９に対するＦＯＤセンサ基板２８０６によって測定されたシミュレート電圧を示す。カラーバー３３５０は−１．０Ｖ〜１．０Ｖの電圧振幅を示す。本例において、プロット３３００〜３３０９は同様の形状の電圧パターンであるが、電圧振幅はソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０４の間の相対整合に応じて変動する。プロット３３００に関して、電圧振幅は高い（プロット３０００よりも高い）、というのもデバイスコイル２８０４には電流が存在するからである。ソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０４の相対整合の変化による電圧振幅の変化は、デバイスコイル２８０４が開放回路である場合、プロット３０００〜３００９の場合よりも大きい。例えば、プロット３３０９の電圧振幅はプロット３３００の電圧振幅の約半分である。いくつかの実施形態において、測定パターンにおける電圧振幅の大きな変動は相対整合を決定する精度を向上させることができる。

図３４はベースラインパターンの減算による、プロット３３００〜３３０９からのシミュレーション結果のプロットを示す。この例では、ベースラインパターンは、デバイスコイル２８０４の存在しないＦＯＤセンサ基板２８０６における８×７アレイのＦＯＤセンサによって測定された電圧パターンとして決定される。カラーバー３４５０は−０．５Ｖ〜０．５Ｖの電圧振幅を示す。プロット３４００〜３４０３および３４０５はプロット３１００〜３１０３および３１０５よりも大きな電圧振幅を有する、というのも測定中電流はデバイスコイル２８０４を流れることができるからである。大きな電圧振幅は測定電圧信号の信号雑音比（ＳＮＲ）を向上させる。本例において、プロット３４００〜３４０３および３４０５は視覚的に相互に特徴的な電圧パターンを示している。特徴的なパターンは、相対整合が不明の場合、図３１に関連して説明したものと同様に、ソースコイル２８０２とデバイスコイル２８０４の間の相対整合を決定するシグネチャとして使用することができる。

図３４を参照すると、プロット３４０４および３４０５〜３４０９の電圧パターンを相互に視覚的にはっきりと区別するのは困難である。電圧のパターンは、各プロットのカラー範囲を調整するために縮尺を変更することができる。図３５はプロット間のそれぞれの電圧パターンの違いを明確に示すために、縮尺を変更したカラーバーと共にプロット３４０４および３４０５〜３４０９を示したものである。縮尺変更された電圧範囲のため、図３５のプロット３４０４および３４０５〜３４０９は、視覚的に特徴的な電圧パターンを示している。これらはプロット３４０４および３４０５〜３４０９の対応する整合を区別するために使用することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサはプロット３４００〜３４０９の電圧レベルの測定を可能にするために、大きなダイナミックレンジを有することができる。ＦＯＤセンサはプロット３４０４および３４０６〜３４０９のパターンを区別するための高い感度および分解能も有することができる。よって、ＦＯＤセンサは電圧の大きな変動を測定することができ、小さな変動も区別することができる。特定の実施形態において、ＡＤコンバータはＦＯＤセンサから測定信号を受信することができる。例えば、２０ビットのＡＤコンバータはＦＯＤセンサの１０^−６×最大検出可能電圧の分解能を提供することができる。本例において、最大検出可能電圧が１Ｖの場合、分解能は１μＶとすることができる。ＡＤコンバータは図２７に関連して記載するような制御電子装置に含めることができる。

図３６は図２８の配置２８１０に示すＦＯＤセンサ基板２８１６によって取得されたシミュレーション結果のプロットを示す。本例において、ソースコイル２８１２はソースコイル２８１２内で振動する３Ａの最大振幅電流で磁場を生成する。デバイスコイル２８１４は、デバイスコイル２８１４内で実質的に電流が振動しないように開放回路となっている。座標３６４０はｘ方向およびｙ方向を示す。ＦＯＤセンサ基板２８０６はｘ方向およびｙ方向における中心軸２８１３および２８１５の不整合に応じて、ソースコイル２８１２によって生成された磁場を検出する。プロット３６００〜３６０９は、図２９に示す１０の配置２９００〜２９０９に対してＦＯＤセンサ基板２８１６によって測定された電圧を示している。カラーバー３６５０は−０．２Ｖ〜０．２Ｖの電圧振幅を示している。本例において、プロット３６００〜３６０９はベースラインパターンの減算がなくても特徴的な電圧パターンを示している。この手法はベースライン減算のステップをなくすことによる計算時間とコストの削減という利点がある。

図３６に示す例において、プロット３６００〜３６０９におけるパターンの電圧振幅は、ソースコイル２８１２とデバイスコイル２８１４の間の相対整合に強く依存する。これはＦＯＤセンサ基板２８１６がデバイス側センサ基板であるので、検出磁場を生成するソースコイル２８１４に対して移動するためである。ＦＯＤセンサ基板２８１６がソースコイル２８１２と整合しなくなると、測定電圧はＦＯＤセンサ基板がソースコイルに固定されている場合よりも早く変化するようになる。 この手法は、電圧の測定パターンがソースとデバイスコイルの整合に強く依存するので有利である。

図３７は図２８の配置２８１０に示すＦＯＤセンサ基板２８１６によって取得されたシミュレーション結果のプロットである。本例において、ソースコイル２８１２はソースコイル２８１２内で振動する３Ａの最大振幅電流で磁場を生成する。デバイスコイル２８１４は負荷に接続され、電流はデバイスコイル２８１４内で振動する。座標３７４０はｘ方向およびｙ方向を示す。ＦＯＤセンサ基板２８０６はｘ方向およびｙ方向における中心軸２８１３および２８１５の不整合に応じて、ソースコイル２８１２によって生成された磁場を検出する。プロット３７００〜３７０９は図２９に示す１０の配置２９００〜２９０９に対してＦＯＤセンサ基板２８１６によって測定された電圧を示している。カラーバー３７５０は電圧振幅を示している。図３６の例と同様に、プロット３７００〜３７０９に示す電圧振幅のパターンは、整合位置に強く依存する。しかしながら、プロット３７０４，３７０６および３７０９の電圧パターンは視覚的に相互に区別するのが困難である。電圧パターンは、各プロットの範囲を調整するために縮尺を変更することができる。図３８を参照すると、プロット３７０４および３７０６〜３７０９のカラーバーの各々はそれらのそれぞれの電圧パターンを示すために縮尺が変更されている。その結果、３７０４および３７０６〜３７０９のパターンは明確に区別できる。これらのパターンはプロット３７０４および３７０６〜３７０９の対応する整合を決定するために使用することができる。

図３９はベースラインパターンを減算することによって、プロット３７００〜３７０９から取得したシミュレーション結果のプロットを示す。本例において、ベースラインパターンはソースコイル２８１２の存在しないＦＯＤセンサ基板２８１６のＦＯＤセンサの８×７アレイによって測定された電圧のパターンとして決定される。ベースラインパターンを測定するために、ＦＯＤセンサはデバイスコイル２８１４内に提供される電流によって生成された磁場を測定することができる。例えば、電流はデバイスコイル２８１４に接続された小さな電源によって供給することができる。プロット３９００〜３９０９はプロット３７００〜３７０９からベースラインパターンを減算した後の電圧パターンを示す。カラーバー３９５０は図３９に示されるプロットの電圧振幅を示す。減算後、プロット３９０４および３９０６〜３９０９は、図３７のプロット３７０４および３７０６〜３７０９と比較してより特徴的な電圧パターンを示している。よって、ベースラインパターンの減算されたプロット３９００〜３９０９は、図３７の場合と比較して、ソースコイル２８１２とデバイスコイル２８１４の間の整合の検出可能性を向上させることができる。

プロット３９００〜３９０９はプロット３７００〜３７０９からベースラインパターンを減算した後の電圧パターンを示す。カラーバー３９５０は図３９に示すプロットの電圧振幅を示す。減算後、プロット３９０４および３９０６〜３９０９は図３７のプロット３７０４および３７０６〜３７０９と比較してより特徴的な電圧パターンを示している。よって、ベースラインパターンの減算されたプロット３９００〜３９０９は、図３７の場合と比較して、ソースコイル２８１２とデバイスコイル２８１４の間の整合の検出可能性を向上させることができる。

図４０は電源共振器のソースコイル４００２と受電装置共振器のデバイスコイル４０１２とを含む無線電力伝送システムの略図である。ソースコイル４００２はシールド４００４の上に位置し、デバイスコイル４０１２はシールド４０１４の下に位置する。ソース側ＦＯＤセンサ基板４００６はソースコイル４００２の上に位置し、デバイス側のＦＯＤセンサ基板４０１６はデバイスコイル４０１２の下に位置する。デバイスコイル４０１２、シールド４０１４およびＦＯＤセンサ基板４０１６はデバイスカバー４０１８の下に位置する。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサ基板４００６および４０１６の面積は、ソースコイル４００２およびデバイスコイル４０１２の面積よりもそれぞれ大きくすることができる。座標４０４０はｘ方向およびｚ方向を示す。システム４０００はソース側およびデバイス側の何れかまたは両方に磁性体（例えばフェライト）を含むことができる。例えば、ソースコイル４００２およびデバイスコイル４０１２の何れかまたは両方を磁性体の周りにそれぞれ巻くことができる。図４０に示す配置は例であり、相対距離および寸法は変化させてもよいと理解されたい。

ソースコイル４００２およびデバイスコイル４０１２はそれぞれループ内の振動電流がｘ方向に平行な優性磁気双極子を誘導するように、ｘ方向に平行な軸に巻きついた複数のループを有することができる。一方、ＦＯＤセンサ基板４００６および４０１６のＦＯＤセンサはそれぞれループ内の振動電流がｚ方向に平行な優性磁気双極子を誘導するように、ｚ方向に平行な軸に巻きついた複数のループを有することができる。無線電力伝送システムは電源に接続することのできる追加コイル４０２０をさらに含むことができる。追加コイル４０２０は、コイル４０２０内の振動電流がｚ方向に平行な優性磁気双極子を誘導するように配置することができる。

いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサはソースコイル４００２よりも追加コイル４０２０とより強く連結することができる、というのもＦＯＤセンサと追加コイル４０２０は磁気双極子をｚ方向に誘導することができるからである。このように、ＦＯＤセンサは追加コイル４０２０によって生成された磁場を検出し、ソースコイル４００２とデバイスコイル４０１２の間の整合を決定するために測定された電圧を使用するように構成することができる。この手法により、整合を決定するためにソースコイル４００２に電力を供給する必要がなくなる。その代わりに、追加コイル４０２０はソースコイル４００２がＦＯＤセンサによって検出される特定の電圧レベルを取得するのに必要とされる電力よりも低い電力で使用することができる。これによって位置測定に必要とされる時間を削減することができる、というのも、ソースコイル４００２を起動するために必要とされる時間がなくなるからである。いくつかの実施形態において、追加コイル４０２０はソースコイル４００２に固定される。あるいは、追加コイル４０２０はデバイスコイル４０１２に固定することができる。

図４１は図４０のシステム４０００に示すＦＯＤセンサ基板４００６によって取得されたシミュレーション結果のプロットである。本例において、追加コイル４０２０は、図３０〜図３９に示す例のソースコイル内の３Ａの電流とは対称的に、振動する１Ａの最大振幅電流を有するワイヤのシングルループである。デバイスコイル４０１２は、デバイスコイル４０１２内で実質的に電流が振動しないように開放回路となっている。座標４１４０はｘ方向およびｙ方向を示す。ＦＯＤセンサ基板４００６はｘ方向およびｙ方向におけるソースコイル４００２の不整合に応じて、追加コイル４０２０によって生成される磁場を検出する。プロット４１００〜４１０９は、図２９に示す１０の配置に対してＦＯＤセンサ基板４００６によって測定された電圧を示している。カラーバー４１５０は電圧振幅を示している。本例において、プロット４１００〜４１０９はベースラインパターンの減算されていない視覚的に特徴的な電圧パターンを示している。この手法はベースライン減算のステップをなくすことによる、計算時間とコストの削減という利点がある。 いくつかの実施形態において、追加コイル４０２０は追加コイル４０２０内で振動する１Ａの最大振幅電流によって生成された磁場を増大させることのできる複数のワイヤループを有することができ、これによって信号強度を増大させることができる。この場合、センサによって検出可能な強度よりも信号強度が高い場合、最大振幅電流は１Ａから低減され、これによって追加コイル４０２０の作動コストを低減することができる。

図３０〜３９および図４１に関連して説明した例において、電圧の測定パターンをデータベースライブラリのパターンと比較することができる。比較は測定されたパターンと保存されたパターンとを統計的に関連付けることによって実行することができる。従って、測定パターンを提供するソースコイルとデバイスコイルの整合は、保存されたパターンに対応する整合を有すると判断することができる。

特定の実施形態において、較正ステップは、平均μおよび共分散σ行列の計算および記憶のために実行することができ、これはソースコイルとデバイスコイルの間の整合を決定するための測定の尤度ｙと確率Ψの計算に使用することができる。この場合、より小さな尤度ｙの値とより大きなΨの値は測定の対応する整合を示す。例えば、較正ステップにおいて、ＦＯＤセンサレイにおけるｊセンサは、下記に示す数式（１７）によるアレイフォームｘでデータの計算を行うことができる。

（１７）
ここで｜ｓ_１｜．．．｜ｓ_ｊ｜は各センサの電圧振幅に対応する。このステップにおいて、ｘはソースとデバイスコイルの間の異なる相対整合位置のｎ状態に対して測定される。ｎ状態の各状態ｉはシステムの種々の動作条件（例えば、配向、出力レベル、周波数）におけるｐ測定を使って特徴付けることができ、（ｘ_{（ｉ，１）}，ｘ_{（ｉ，２）}，．．．，ｘ_（ｉ，ｐ）と表すことができる、ここで、ｉは１〜ｎ、０〜ｎ−１またはセットがｎ状態値を含むような値の範囲である。これらのｎ状態の各々に関して、各状態ｉはそれ自身の平均および共分散行列を有することができ、これは下記に示す数式（１８）および（１９）に従って計算することができる。

（１８）

（１９）

新しい測定をｘとすると、システムの最も起こる可能性の高い状態は、先述の行列積および下記に示す数式（２０）に従って計算することによって決定される。

（２０）

確率Ψ_ｉは下記の数式（２１）に従って計算することができる。

（２１）

最小値ｙはΨ_ｉ分布における最大値Ψに対応する。新しい測定ｘに関して、そのソースとデバイスコイル間の対応する相対整合をｉ状態に対応するように決定することができ、これはμ_ｉおよびσ_ｉを有し、最大値Ψまたは較正閾値を上回るΨ値となる。この決定は、尤度ｙの最大値がＦＯＤの存在を示すＦＯＤ検出プロセスとは異なるものであると理解されたい。いくつかの実施形態において、尤度ｙの入力、計算、測定された所定の閾値に基づき、電力伝送システムは、ソースとデバイスコイルの整合を識別するために、尤度ｙの計算値を尤度ｙの閾値以下として分類することができる。

図３０〜図３９および図４１において、プロットは電圧振幅のパターンを示す。いくつかの実施形態において、パターンは測定電圧の振幅および／または位相から生成することができ、上述の様に電源共振器と受電装置共振器の間の整合情報を決定するために使用することができる。この手法はソースコイルとデバイスコイルの間の整合決定において追加情報を提供することができる。例えば較正ステップにおいて、ｊセンサのアレイｘは下記の数式（２２）に従って測定することができる。

（２２）
ここで、ｒ_ｉ,θ_ｉはｊセンサの測定電圧の振幅および位相にそれぞれ対応する。別の例において、データアレイｘは下記の数式（２３）に従って、測定電圧のサインおよびコサインをとって計算することができる。

（２３）

数式（１）〜（１６）に関して説明した少なくともいくつかの技術をソースコイルとデバイスコイルの間の相対整合の決定に適用させることができる。

図３０〜図３９および図４１のプロットは、ＦＯＤセンサのアレイによって測定された、シミュレート電圧を示す。特定の実施形態において、ＦＯＤセンサのアレイはＦＯＤセンサに誘起された電流のパターンを測定する。いくつかの実施形態において、ＦＯＤセンサは電圧勾配を測定するグラジオメータであってもよい。この場合、図３０~図３９に関連して説明した技術を電圧勾配のパターンに適用することができる。

ＦＯＤセンサ基板は８×７アレイの他にセンサのアレイを有することができると理解されたい。センサの数は電圧パターンの測定に必要とされる分解能に基づいて調整することができる。例えば、ＦＯＤセンサ基板は電圧および／または電流パターンを測定するための、本明細書に開示する任意のセンサの配置を含むことができる。

図３０〜図３９のプロットはソース側またはデバイス側の何れかにおける１つのＦＯＤセンサ基板に対するシミュレーション結果に対応している。図３０〜図３９に関連して説明した技術は、例えば、ソース側とデバイス側の両方において複数のＦＯＤセンサ基板を使った配置に適用することができる。

開示した整合測定技術は車両電池充電アプリケーションで使用することができる。例えば、ソースコイルは、家庭の車庫、ドライブウェイ、駐車場または車両が再充電のために停まることのできるその他の場所の電源に接続させることができ、デバイスコイルは車両に固定することができる。この技術は、車両ドライバがデバイスコイル上に車両を駐車する際、デバイスコイルがソースコイルと十分に整合しているか否かを決定するために使用することができる。例えば、この技術はソースとデバイスコイルの中心を３００ｍｍ以内（例えば２００ｍｍ以内、１００ｍｍ以内、５０ｍｍ以内）で整合させるために使用することができる。いくつかの実施形態において、デバイス側ＦＯＤセンサ基板が使用される場合、測定位置は、配線または無線接続によって車両の視覚的または聴覚的デバイスに通信することができる。特定の実施形態において、ソース側ＦＯＤセンサ基板が使用される場合、測定位置は車両の視覚的または聴覚的デバイスに無線送信することができる。そして視覚的または聴覚的デバイスは、車両と電源の間の不整合の程度に関する情報をドライバに伝え、必要であればドライバに車両位置の調整を促すことができる。

２つのコイル間の相対整合を決定するための開示技術（「整合測定」とも称する）は、任意の出力レベルで電力を伝送する無線電力伝送システムで使用することができる。整合測定による相対整合の決定は、効率的な無線電力伝達の保証ならびにシステムの安全な動作のために有益である。例えば、２ｋＷ以上（例えば３ｋＷ以上、５ｋＷ以上）の電力を伝送する無線電力伝送システム（本開示において「高出力無線伝送システム」と称する）は、工場の一部に設置された種々の電源との整合測定が必要な産業機械またはロボットへの電力の伝送に使用することができる。別の例において、０．５ｋＷ以下（例えば０．１ｋＷ以下、０．０５ｋＷ以下）の電力を伝送する無線電力伝送システム（本開示において「低出力無線伝達システム」と称する）は、壁の片側に電力伝送機を、壁のもう片側の受電装置に接続する照明デバイスを設置する必要のある無線照明システムとして使用することができる。このような場合、この開示技術は、共振器またはコイルの整合に際して壁の各側を見るのが容易でない場合に、電力伝送機と受電装置を整合させ、最大の効率および最高の連結整合を見つけるために使用することができる。いくつかの実施形態において、整合測定のための本開示技術は、キャビネット内の照明またはディスプレイ（例えばテレビ、モニタ、プロジェクタ）もしくはプリンタなどの電子デバイスに電力を与える無線電力伝送システムに適用させることができる。

いくつかの実施形態において、整合測定は、１つまたは複数の電源が１つまたは複数の受電装置に電力を伝送する部屋などの、複数の無線ソースおよび受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて有益である。特定の実施形態において、１つまたは複数の電源を、１つまたは複数の受電装置に電力を好適に供給するように制御することができ、整合測定を、最適な連結または効率の高い整合を見つけるために使用することができる。いくつかの実施形態において、整合測定は、１つまたは複数のソースから１つまたは複数の受電装置への無線電力の最適な伝送のためのリピータ共振器の整合または位置づけのために使用することができる。例えば、室内におけるリピータ共振器の位置は、整合測定のための開示技術を使って決定することができる。この手法により、ユーザの視界を遮る壁または物体の存在のためにユーザが共振器を視覚的に整合するのが困難な室内または空間において、ユーザがリピータ共振器を１つまたは複数の電源共振器または１つまたは複数の受電装置共振器に簡単に位置決めすることが可能となり、有利である。例えば、リピータ共振器は壁の周り、隅、物体の周り、床下、天井および家具内に簡単に配置させることができる。

図４２は、電力の無線伝達に使用される異物検出センサを含むソース４２００の略図である。この例では、センサはＬＯＤセンサであり、各ＬＯＤセンサは物体（例えば生物）の存在によるセンサ内の静電容量変化によって誘起される電圧信号を測定する。

図４２の上図において、ソース４２００はソースコイル４２０２の形成されたＰＣＢ４２０４を含む。ソースコイル４２０２は接地電極４２０６によって囲まれている。シールド４２０８は接地電極４２０６を囲んでいる。センサ４２１０はシールド４２０８を囲んでいる。いくつかの実施形態において、例えば、ソースコイル４２０２は約２０インチの幅４２２１と約２２インチの長さ４２２２を有する。図４２の下の断面図では、シールド４２１２はシールド４２０８およびセンサ４２１０の下のＰＣＢ４２０４の別の側面に位置している。いくつかの実施形態において、例えば、接地電極は約１／２インチの幅４２２３を有し、シールド４２０８は約１／４インチの幅４２２４を有し、センサ４２１０は約１／４インチの幅４２２６を有し、シールド４２１２は約９／１６インチの幅４２２７を有し、接地電極４２０６とセンサ４２１０の間の距離４２２５は約１インチである。より一般的には、しかしながら、ソース４２００が電力を受電装置に伝送する特定のアプリケーションに応じて、これらの寸法はそれぞれ大きく変化させることができる。いくつかの別の実施形態において、ソースコイル４０２０は、図４２に示すようにＰＣＢの上にあるのではなく、ＰＣＢ（シールド４２１２と同様にＰＣＢの同じ側）の下に置くことができる。この場合、センサはソースコイル４０２０（図４２に示すソースコイル４０２０の現在の位置）の上に置くことができる。

特定の実施形態において、シールド４２０８はソース４２００の周りに（例えばソースコイル４２０２またはセンサ４２１０によって）形成される電場の分布に影響を与え得る。例えば、シールド４２０８は、異なる電位で駆動される場合と比較して、接地電極４２０６に到達する前に電磁分布がＰＣＢ４２０４の周りにより大きく広がるよう、センサ４２１０と同じ電位で駆動することができる。この手法では、センサ４２１０の静電容量変化に対する電場の寄与を減少させることにより、センサ４２１０の検出範囲を増大させることができる。よって、シールド４２０８は電場のセンサ４２１０への望ましくない影響を低減させるブロックとして作用することができる。この例において、シールド４２０８は接地電極ではない。

いくつかの実施形態において、センサ４２１０はＬＯＤセンサとすることができる。例えば、ＬＯＤセンサは生物がＬＯＤセンサに近づいた際の静電容量変化を検出することができる。

ソース４２００は多くの方法で修正することができる。例えば、図４３Ａはシールド４３０４で囲まれたソースコイル４３０２を含むＬＯＤセンサ配置４３００の略図である。配置４３００は複数のセンサを含むことができる。本例において、シールド４３０４は、シールド４３０４の上側および右側に配置されたセンサ４３１０，４３１２および４３１４によって囲まれている。シールド４３０４は、シールド４３０４の底および左側に配置されたセンサ４３１１，４３１３および４３１５によって囲まれている。点線４３２０は、センサ４３１０，４３１２および４３１４がセンサ４３１１，４３１３および４３１５から離れていることを示している。あるいは、センサ４３１０，４３１２および４３１４はセンサ４３１１，４３１３および４３１５にそれぞれ接続させることができる。点線４３２０はまた、シールド４３０４が点線４３２０の場所で切れていることを示している。これにより、シールド４３０４の損傷閾値よりも大きな振幅で循環電流が形成されることを防ぐことができる。点線４３２０は配置４３００の位置に配置させることができると理解されたい。図４３Ａに示す例において、センサ４３１０〜４３１５はそれぞれ一片の銅基導電材料（例えば金属銅）から形成されている。複数のセンサ４３１０〜４３１５からの測定は移動する物体の位置の決定に使用することができる。例えば、生体が複数のセンサ４３１０〜４３１５を通り過ぎると、各センサ４３１０〜４３１５は測定信号にピークを提供し、これは別のセンサと時間が異なっている。時間の違いを比較することにより、移動体の速度と方向を決定することができる。

いくつかの実施形態において、センサ４３１０〜４３１５は個別のセンサとすることができる。例えば、図４３Ｂの上の図は山形状のセンサ４３５２〜４３５４を含むＬＯＤセンサ４３５０のアレイの略図である。山形状センサ４３５２〜４３５４を生体が通過すると、センサ４３５２〜４３５４による測定信号は、それらの形状のため、突出せずになだらかとなる。これらの測定信号はセンサ４３５２〜４３５４のうちの２つの間に位置する生体の位置を簡単に補間するために使用することができる。図４３Ｂの下の図はシールド４３６２を囲むＬＯＤセンサ４３６４〜４３６７のアレイの略図である。ソースコイル４３６０はシールドの中心に位置する。座標４３４０はｘ方向とｙ方向を示す。

特定の実施形態において、異なるセンサ（例えば、センサ静電容量の変化に対応する信号）で測定される信号は異なる信号雑音比（ＳＮＲ）を有し得る。例えば、図４３Ａに戻るが、センサ４３１４はセンサ４３１４のノイズレベルを上回る信号レベルを検出し、一方でセンサ４３１０はセンサ４３１０のノイズレベルに相当する信号レベルを検出する、というのもセンサ４３１０は電磁場を生成するソースコイル４３０２に、より近いからである。同じ種類のノイズはセンサ４３１０および４３１４の両方の測定に寄与することができる。この場合、例えば、加重減算または相関技術を使って、片方のセンサ（例えばセンサ４３１４）のノイズレベルを別のセンサ（例えばセンサ４３１０）のノイズレベルの除去または低減に使用することができる。例えば、センサ４３１０は検出物体（例えば生体）の存在から意図的にシールドすることができ、このためセンサ４３１０はノイズのみを測定することができる。センサ４３１４はノイズおよび検出物体の存在による信号をどちらも測定することができる。検出物体の存在からの信号の寄与は、ノイズの寄与をなくす、または低減させるため、センサ４３１０および４３１４からの測定信号を減算することによって決定することができる。この手法は複数のセンサに汎用することができる

図４４はプロット４４００および４４１０を示し、これらは時間（ｔ）および電圧（Ｖ）の関数として、２つのセンサからの測定例をそれぞれ示している。プロット４４００は片方のセンサの電圧測定４４０２を示し、プロット４４１０はもう片方のセンサの電圧測定４４１２を示す。電圧はそれぞれのセンサによって検出された静電容量の変化を示している。測定４４１２は測定４４０２の背景レベル４４５１よりも小さな背景レベル４４５３を有する。測定４４１２は測定４４０２よりも約Ｎ倍高いＳＮＲを有する。２つの測定を相互に関連付けて、両方の測定４４０２および４４１２へのノイズの寄与をなくすことができる。例えば、いくつかの実施形態において、測定信号４４０２は、ＳＮＲ率に基づいてそれらの強度を加重した後、測定４４１２から減算することができる。そうすることにより測定４４０２の強度をＮ回減らして、測定４４１２から減算することができる。この手法はノイズの寄与を低減し、結果として生じるＳＮＲを改善することができる。

プロット４４００は閾値レベル４４５０を有し、プロット４４１０は閾値レベル４４５２を有する。閾値レベル４４５０および４４５２は較正ステップによって決定することができる。いくつかの実施形態において、測定４４０２および４４１２の信号は、個々の電圧閾値を超える電圧ピークによって識別することができる。例えば、ピーク４４０４，４４０５，４４０６および４４０７は、そのセンサに近づく誘電物体によって誘起される信号であると識別される、というのもそれらのピークは閾値レベル４４５０よりも高いからである。ピーク４４１４，４４１５，４４１６および４４１７は誘電物体がそのセンサに近づく際、信号として識別される、というのもそれらのピークは閾値レベル４４５２よりも高いからである。識別されたピークの比較は、有用なピークの決定および両方のセンサに寄与するノイズによるピークの削除に使用することができる。

いくつかの実施形態において、複数のＬＯＤセンサの測定信号の比較には、数式（１）〜（２３）に関して説明した技術を使用することができる。例えば較正ステップは、平均μおよび共分散σ行列を生成するために行うことができる。このステップにおいて、ノイズピークまたはドリフトを生じさせる複数のＬＯＤセンサの固有ノイズは、平均μおよび共分散σ行列に含めることができる。物体（例えば生物）を検出するための複数のＬＯＤセンサの使用中、センサはデータアレイｘを提供するために、例えば数式（１）,（２）,（１７）,（２２）および（２３）に類似した方法で信号を測定することができる。この場合、複数のＬＯＤセンサによって測定される１つまたは複数の静電容量の変化は、アレイｘの決定に使用される。較正ステップ後、新しい測定ｘのため、数式（１）〜（２３）に関して説明した技術を尤度ｙおよび／または確率Ψを計算するために使用して、複数のＬＯＤセンサによって測定された静電容量の変化を引き起こした生物の存在を決定することができる。生物の存在の決定は、ＦＯＤ検出処理に関連して記載した技術と同様の方法で実行することができるが、データアレイｘは、磁場センサからの振幅および位相データからでなく、静電容量の感知に基づいて複数のセンサから取得されると理解されたい。特定の実施形態において、大きな尤度ｙは生物の存在を示す。尤度ｙの入力、計算、測定された、または所定の閾値に基づいて、電力伝送システムは尤度ｙの計算値が尤度ｙの閾値である場合、ＬＯＤが存在することを識別することができる。

図４２に戻るが、制御電子装置（例えばコントローラ）はセンサ４２１０およびシールド４２０８に接続させることができる。制御電子装置は、組み合わせられた制御電子装置とセンサ４２１０システムが、生体（例えば、人または動物）の存在しない静電容量である最小寄生静電容量（Ｃ_ｐ）を有するように調整することができる。この調整ステップは、高いＳＮＲのため、センサ４２１０によって測定された小さな静電容量変化の検出をコントローラで行うことが可能となることによって、センサ４２１０の感度を高めることができる。静電容量の変化は、センサ４２１０に近づく生体などの誘電体によって発生する。この手法はセンサ４２１０の静電容量変化検出の最大範囲を増やすことができる。いくつかの実施形態において、制御電子装置は、寄生静電容量を減少させるために、金属部品から隔離された場所に設置することができる。制御電子装置はソース４２００の隅に置いてもよい。寄生静電容量は制御電子装置からセンサまでのルーティング接続長さを減らすことによって低減することができる。制御電子装置とセンサを接続する延長ワイヤを使用する代わりに、トレースが制御電子装置の近くで終わるセンサ４３１０〜４３１５などの長いセンサを使って接続長さを低減することができる。この手法は、物体を検出することのできる領域を増やしながらコントローラへのルーティング接続の必要性を減少させることによって、寄生静電容量を減らすことができる。いくつかの実施形態において、コントローラは、コントローラが誤ピークを検出しないように、ソースコイルに接続された電源がＯＮになった場合、ＯＦＦにすることができる。

特定の実施形態において、センサにかかる電圧の振幅を増やすと、それらのＳＮＲが増大する。制御電子装置は可及的高い電圧をセンサに与えるため、その最大電圧（例えば５Ｖ）で動作する。この手法により、制御電子装置の回路に固有のノイズを低減させることができる。

図４５は異物を検出するセンサを含む、電力を無線伝送するために使用されるソース４５００の略図である。本例において、センサはＬＯＤセンサであり、各ＬＯＤセンサは物体（例えば生物）の存在によるセンサの静電容量変化によって引き起こされる電圧信号を測定する。図４５の左の図において、ソース４５００は、開口スペース４５０１を囲む長方形（例えば正方形）の片であるＰＣＢ４５０２を含むことができる。センサ４５０６はＰＣＢ４５０２の上に位置し、ＰＣＢ４５０２の左半分に片として延在する。センサ４５０８はＰＣＢ４５０２上に位置し、ＰＣＢ４５０２の右半分に片として延在する。シールド４５０４はＰＣＢ４５０２の外周ならびに内周に沿って走る。図４５の右の図において、ソース４５００の一部４５３０の断面は、シールド４５０４が幅４２２０有するＰＣＢ４５０２の周りを部分的に覆っていることを示している。例えば、幅４２２０は１．５インチとすることができる。いくつかの実施形態において、別のＰＣＢ４５０３をＰＣＢ４５０２の下に距離４５２２離して置くことができる。例えば、距離４５２２は１インチとすることができる。接地電極４５１０は別のＰＣＢ４５０３の下に形成することができる。この手法は、センサ４５０６および４５０８による測定信号の信号雑音比を向上させるために、ソース４５００のより低い寄生静電容量を提供することができる。

図４０〜図４５に関連する上述の特徴はソース（例えば、電力を無線で伝達する電源）に関係するが、特徴のいくつかまたは全ては、ソースから無線で電力を受信する受電装置でも実行することができる。特に、このような受電装置は１つまたは複数の共振器を含むことができ、これは、上述の様に動作するように構成された１つまたは複数のコイルおよび１つまたは複数のセンサを含むことができる。

図２８〜図４５に関連して説明した方法およびステップは、１つまたは複数の電子プロセッサおよび／または専用の電子回路などの種々の処理ハードウェア部品を含む制御電子装置で実行することができると理解されたい。例えば、制御電子装置は電圧の種々のパターンをデータ記憶装置に記憶された較正データと比較するように構成してもよい。別の例として、制御電子装置は、図４４に関して説明したように、ノイズの提供を減らすために、２つの異なるＬＯＤセンサからの静電容量変化測定信号間の相関を分析するように構成してもよい。

図２８〜図４５に示すソースコイルおよびデバイスコイルは、電力伝送のために共振器を使用しない無線電力伝送システムにおいて実行することができると理解されたい。本開示技術は無線電力伝送システムに適用させることができる。

図２７は、ＦＯＤ／ＬＯＤ検出システム、較正エンジン、検出エンジンなどの先述のコンピュータ化された電子デバイスの一部として組み込むことのできるコンピュータシステムの実施形態を示す。図２７は種々の実施形態によって提供される方法の種々のステップを行うことのできる、コンピュータシステム６００の一実施形態の略図である。尚、図２７は、その何れかまたは全てを適切に使用することのできる、種々の部品の概要図を提供するだけのものである。図２７は、従って、個々のシステム素子を比較的離して、または比較的一体化して、どのように実行させるかを広範囲に示している。

コンピュータシステム２７００はバス２７０５を介して電気的に接続することのできる（または適切であれば通信している）ハードウェア素子を備えることができる。ハードウェア素子は、１つまたは複数の汎用プロセッサおよび／または１つまたは複数の特殊用途プロセッサ（デジタル信号処理チップ、グラフィック高速化プロセッサ、ビデオデコーダなど）を制限なく含むことのできる１つまたは複数のプロセッサ２７１０；リモートコントローラなどを制限なく含むことのできる１つまたは複数の入力デバイス２７１５；およびディスプレイデバイス、オーディオデバイスなどを制限なく含むことのできる１つまたは複数の出力デバイス２７２０を含むことができる。

コンピュータシステム２７００は１つまたは複数の非一過性記憶デバイス２７２５をさらに備え（および／またはそれらと通信することができ）、これは、局所および／またはネットワークアクセス可能なストレージを制限なく含むことができ、および／またはディスクドライブ、ドライブアレイ、光記憶デバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などのソリッドステート記憶デバイスを制限なく含むことができ、これらはプログラム可能、フラッシュ更新可能などである。このような記憶デバイスは、種々のファイルシステム、データベース構造体などを制限なく含む任意の適切なデータ保存を実行するように構成することができる。

コンピュータシステム２７００は通信サブシステム２７３０も備えることができ、これは、モデム、ネットワークカード（無線または有線）、赤外通信デバイス、無線通信デバイスおよび／またはチップセット（ブルートゥースデバイス、８０２．１１デバイス、ＷｉＦｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、携帯通信デバイなど）などを制限なく含むことができる。通信サブシステム２７３０は、ネットワーク（下記に一例を挙げるネットワークなど）、他のコンピュータシステムおよび／または本明細書に記載される任意の他のデバイスとのデータ交換が可能である。多くの実施形態において、コンピュータシステム２７００は上述のＲＡＭまたはＲＯＭデバイスを含むことのできるワーキングメモリ２７３５をさらに含むことができる。

コンピュータシステム２７００はワーキングメモリ２７３５内に現在位置するように示されているソフトウェア素子も備えることができ、ワーキングメモリにはオペレーティングシステム２７４０、デバイスドライバ、実行可能なライブラリ、および／またはアプリケーションプログラム２７４５などのその他のコードが含まれ、また、コンピュータシステムは、１つまたは複数の種々の実施形態によって提供されるコンピュータプログラムを含み、および／または本明細書に記載された他の実施形態による方法の実行および／またはシステムの構成を行うように設計することができる。単に例として上述の方法に関連して説明した１つまたは複数の処理は、コンピュータ（および／またはコンピュータ内のプロセッサ）によって実行可能なコードおよび／または指示として実行することができ、一態様において、このようなコードおよび／または指示は、記載した方法に従って１つまたは複数の動作を行うために、汎用コンピュータ（または他のデバイス）を構成および／または適合するために使用することができる。

一組のこれらの指示および／またはコードは、上述の非一過性記憶デバイス２７２５などの非一過性コンピュータ可読記憶媒体に記憶することができる。いくつかの場合において、記憶媒体はコンピュータシステム２７００などのコンピュータシステムに組み込むことができる。他の実施形態において、記憶媒体はコンピュータシステムから分離させることができる（例えば、コンパクトディスクなどの取り外し可能な媒体）、および／または設置パッケージ内に設け、記憶媒体はそれに記憶された指示／コードを使って、汎用コンピュータのプログラム、構成および／または適合に使用することもできる。これらの指示はコンピュータシステム２７００によって実行可能な実行可能コードの形態をとってもよい、および／または、（例えば、種々の一般に入手可能なコンパイラ、設置プログラム、圧縮／解凍ユーティリティなどを使用した）コンピュータシステム２７００へのコンパイルおよび／または設置時に、ソースおよび／または設置可能なコードの形態をとってもよい、そして実行可能なコードの形態をとってもよい。

当業者であれば特定の要件に従って大きな変更が行われる可能性があることを理解されよう。例えば、カスタマイズされたハードウェアも使用することができる、および／または特定の素子をハードウェア、ソフトウェア（アプレットなどの携帯ソフトウェアを含む）またはそれらのどちらでも実行することができる。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどの他の計算デバイスへの接続も利用することができる。

上述の様に、一態様において、いくつかの実施形態は開示技術の種々の実施形態に従って方法を実行するために、コンピュータシステム（コンピュータシステム２７００など）を利用することができる。１組の実施形態によれば、このような方法のいくつかまたは全ての手順は、ワーキングメモリ２７３５に含まれる、一連の１つまたは複数の指示（オペレーティングシステム２７４０および／またはアプリケーションプログラム２７４５などのその他のコードに組み込まれる）を実行するプロセッサ２７１０に応じて、コンピュータシステム２７００によって行われる。このような指示は、１つまたは複数の非一過性記憶デバイス２７２５などの別のコンピュータ読み取り可能媒体からワーキングメモリ２７３５に読み込むことができる。単なる例として、ワーキングメモリ２７３５に含まれる一連の指示の実行により、本明細書に記載される方法の１つまたは複数の処理をプロセッサ２７１０に行わせることができる。

本明細書で使用する「機械可読媒体」、「コンピュータ可読記憶媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を特定のやり方で動作させるデータの提供に関与する任意の媒体を指す。これらの媒体は非一過性であってもよい。コンピュータシステム２７００を使用して実行される実施形態において、種々のコンピュータ可読媒体は、実行のため、プロセッサ２７１０への指示／コードの提供に関与することができる、および／またはこのような指示／コードの保存および／または伝達のために使用することができる。多くの実行において、コンピュータ可読媒体は物理的および／または有形の記憶媒体である。このような媒体は不揮発性媒体または揮発性媒体の形態をとることができる。不揮発性媒体には、例えば、非一過性記憶デバイス２７２５のような光ディスクおよび／または磁気ディスクがある。揮発性媒体には、ワーキングメモリ２７３５などのダイナミックメモリが制限なく含まれる。

物理的および／または有形のコンピュータ可読媒体の共通の形式には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープまたは任意のその他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、任意のその他の光媒体、マークのパターンのついた任意のその他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意のその他のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが指示および／またはコードを読みとることのできる任意のその他の媒体が含まれる。

コンピュータ可読媒体の種々の形態は、実行のために、１つまたは複数のシーケンスの１つまたは複数の指示のプロセッサ２７１０への伝送に関与する。単なる例として、指示は最初にリモートコンピュータの磁気ディスクおよび／または光ディスクに運ぶことができる。リモートコンピュータは指示をそのダイナミックメモリにロードし、その指示をコンピュータシステム２７００によって受信および／または実行されるよう、信号として伝送媒体で送ることができる。

通信サブシステム２７３０（および／またはその部品）は一般に信号を受信し、それからバス２７０５がそれらの信号（および／または信号によって運ばれたたデータ、指示など）をワーキングメモリ２７３５に運び、それからプロセッサ２７１０は指示を検索して実行する。ワーキングメモリ２７３５によって受信された指示は、プロセッサ２７１０の実行前または実行後の何れかに、任意選択で非一過性記憶デバイス２７２５に保存することができる。

上述の方法、システムおよびデバイスは例である。構成によっては、必要に応じて種々の処理または部品を削除、交換または追加することができる。例えば、代替構成において、これらの方法は記載されたものとは異なる順序で行ってもよい、および／または種々のステージを追加、削除および／または組み合わせてもよい。また、特定の構成に関して記載した特徴を種々のその他の構成と組み合わせてもよい。同様に構成の異なる態様および要素を組み合わせてもよい。また、技術は進化する、従って要素の多くは例であり、本開示または請求項の範囲を制限しない。

例示的構成（実装を含む）の完璧な理解を提供するために、特定の詳細を明細書に提供した。しかしながら構成はこれらの特定の詳細なく実施することができる。例えば、周知の回路、手順、アルゴリズム、構造、技術は、構成を曖昧にしないように、不必要な詳細を記載せずに示した。本明細書は例示的構成のみを提供するものであり、請求項の範囲、適用性または構成を制限しない。むしろ、先述した構成により、当業者は記載した技術を実行することができる。本開示の趣旨または範囲から逸脱せずに、種々の変更を素子の機能または配置に対して行うことができる。

また、構成は、フローチャートまたはブロック図として示される工程として記載することができる。各図は動作を一連の工程として説明するものであるが、動作の多くを並行して、または同時に行うことができる。さらに、動作の順番は変えてもよい。工程は図に含まれない追加のステップを含んでもよい。さらに、これらの方法の例は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語またはこれらの任意の組み合わせによって実行することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェアまたはマイクロコードで実行する場合、必要なタスクを実行するプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体などの非一過性コンピュータ可読媒体に保存することができる。プロセッサは記載したタスクを実行することができる。

本開示において、「調整」、「評価」、「計算」、「調節」および／または「アルゴリズム」などの用語は、較正手順の一部を説明するため、または較正の同意語として使用することができる。加えて、本開示において、方法または処理の一部である用語は方法それ自体と同意語として使用することができる。例えば、アルゴリズムは計算、調節などと呼ぶことができる。

開示技術を特定の好適な実施形態と関連させて記載してきたが、その他の実施形態は本開示の範囲に含まれると当事者は理解する。例えば、無線電力の伝送に関連する設計、方法、部品構成は、種々の特定のアプリケーションおよびその例に沿って記載した。当業者であれば本明細書に記載された設計、部品、構成または部品を組み合わせて、または交換可能に使用することができ、上述の記載が部品のこのような組み合わせまたは互換性を本明細書に記載されたもののみに制限しないことが理解されよう。

尚、本明細書に記載した技術は、電磁場を使って電力を伝送する任意の無線電力システムに適用することができる。記載された高共振無線電力システムのソース共振器およびデバイス共振器がある場合、当業者であれば、同じセンサ、検出器、アルゴリズム、サブシステムなどが、一次コイル、二次コイルを使った誘導システムに関して記載されると理解されよう。

本明細書で参照する全ての文献を、参照として本明細書に援用する。

Claims (40)

1. デブリを検出する装置であって、
   検出器であって、導電素材の複数の独立したループを含み、無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に該検出器が位置する場合、それぞれのループが、前記電源によって生成されて前記電源と前記受電装置の間に延びる磁場に応じて電気信号を生成するように構成された検出器と、
   前記検出器に連結された制御電子装置であって、
   前記電源によって生成されて前記電源と前記受電装置の間に延びる磁場に応じて前記検出器の前記ループによって生成された前記電気信号を測定し、
   ベースライン情報を測定された前記電気信号と比較することによって前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成された制御電子装置とを備え、
   前記ベースライン情報は、前記電源と前記受電装置の間にデブリがない場合、前記検出器の前記ループのそれぞれによって生成され、測定された電気信号に関する情報を含み、
   前記制御電子装置は、前記ベースライン情報の平均および共分散行列を決定し、該平均および共分散行列に基づいて前記ベースライン情報を測定された前記信号と比較することによって前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成された装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源を起動して前記電源と前記受電装置の間に磁場を生成するように構成された装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置に連結された補助コイルを更に備える装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記補助コイルは、第１面を規定する平面コイルを形成するように配置された導電材料の１つ以上のループを含み、前記検出器は、前記第１面と略平行な第２面にそれぞれ位置する導電材料の１つ以上のループを含む装置。
5. 請求項４に記載の装置において、前記検出器は前記電源と前記受電装置の間に位置する導電材料の複数のループを含み、前記複数のループは平面内で相互に離間され、隣接するループ間の間隔が隣接するループの対ごとに異なる装置。
6. 請求項４に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記補助コイルを起動して前記電源と前記受電装置の間に磁場を生成するように構成された装置。
7. 請求項４に記載の装置において、前記補助コイルによって生成された前記磁場は、前記第１面に垂直な方向に配向された磁気双極子モーメントを有する装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記補助コイルによって生成された前記磁場の前記磁気双極子モーメントは、前記制御電子装置によって前記電源が起動されたときに前記電源によって生成された磁場の磁気双極子モーメントの方向に略垂直である装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記平均および共分散行列に基づいて前記電源と前記受電装置の間にデブリがある尤度値を計算するように構成された装置。
10. 請求項９に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記尤度値に基づき、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある確率を０〜１の間で計算するように構成された装置。
11. 請求項９に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記尤度値を閾値尤度値と比較することにより、前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するように構成された装置。
12. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は前記ベースライン情報を取得するように構成された装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記制御電子装置は電子記憶装置から前記ベースライン情報を取り出すことにより、該ベースライン情報を取得するように構成された装置。
14. 請求項１２に記載の装置において、前記制御電子装置は近傍にデブリのない電源を起動して前記検出器を貫くように磁束を生成し、前記検出器の前記磁束に応じた前記電気信号を測定することによって前記ベースライン情報を取得するように構成された装置。
15. 請求項１４に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源を起動し、前記電源と前記受電装置とを少なくとも部分的に整合させて前記検出器の前記電気信号を測定する
16. 請求項１４に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源を起動し、前記電源と前記受電装置の間に電力伝送を生じさせずに、前記検出器の前記電気信号を測定するように構成された装置。
17. 請求項１４に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記磁束に応じて、前記検出器の電気信号を複数回測定することによって前記ベースライン情報を取得するように構成され、前記平均および共分散行列は前記電気信号の前記複数の測定からの寄与を含む装置。
18. 請求項１に記載の装置において、前記検出器によって生成された前記電気信号は、電圧および電流のうちの少なくとも１つを含む装置。
19. 請求項１に記載の装置において、前記ベースライン情報は、前記検出器によって生成される複数の電気信号に関する情報を含み、前記複数の電気信号は、前記システムの異なる複数の動作状態に対応し、前記制御電子装置は、測定された前記信号を前記システムの前記動作状態に対応する前記ベースライン情報の一部と比較するように構成された装置。
20. 請求項１９に記載の装置において、前記異なる複数の動作状態は、前記電源と前記受電装置の間の異なる複数の整合に対応し、前記制御電子装置は前記複数のループの少なくともいくつかによって生成された電気信号を測定し、測定された該電気信号に基づいて前記電源と前記受電装置の間の不整合に関する情報を決定するように構成された装置。
21. 請求項２０に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記複数のループの少なくともいくつかによって生成された電気信号を比較することにより、前記不整合に関する情報を決定するように構成された装置。
22. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある場合、前記電源と前記受電装置の間の無線電力伝送を中断するように構成された装置。
23. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある場合、前記電源と前記受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるように構成された装置。
24. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記電源と前記受電装置の間にデブリある場合、前記装置のユーザに警告インジケータを提供するように構成された装置。
25. 方法であって、
    無線電力伝送システムの電源と受電装置の間に磁場を生成するステップと、
    前記電源と前記受電装置の間に位置する検出器によって、前記検出器に含まれる導電素材の複数の独立したループによって生成された電気信号を前記磁場に応じて測定するステップと、
    ベースライン情報を測定された前記電気信号と比較することによって前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップとを含み、
    前記ベースライン情報は、前記電源と前記受電装置の間にデブリがない場合、前記検出器の前記ループのそれぞれによって生成され、測定された電気信号に関する情報を含み、
    前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップは、前記ベースライン情報の平均および共分散行列を決定し、該平均および共分散行列に基づき前記ベースライン情報を測定された前記電気信号と比較するステップを含む方法。
26. 請求項２５に記載の方法において、前記平均および共分散行列に基づき、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある尤度値を決定するステップをさらに含む方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、前記尤度値に基づき、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある確率を０〜１の間で決定するステップをさらに含む方法。
28. 請求項２６に記載の方法において、前記尤度値を閾値尤度値と比較することによって、前記電源と前記受電装置の間にデブリがあるか否かを決定するステップをさらに含む方法。
29. 請求項２５に記載の方法において、近傍にデブリのない前記電源を起動して前記検出器を貫くように磁束を生成することによって前記ベースライン情報を取得するステップと、前記磁束に応じた前記検出器の前記電気信号を測定するステップとをさらに含む方法。
30. 請求項２９に記載の方法において、前記電源を起動して、前記電源と前記受電装置とを少なくとも部分的に整合させて前記検出器の前記電気信号を測定するステップをさらに含む方法。
31. 請求項２９に記載の方法において、前記電源を起動して、前記電源と前記受電装置の間に電力伝送を生じさせずに前記検出器の前記電気信号を測定するステップをさらに含む方法。
32. 請求項２５に記載の方法において、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある場合、前記電源と前記受電装置の間の無線電力伝送を中断するステップをさらに含む方法。
33. 請求項２５に記載の方法において、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある場合、前記電源と前記受電装置の間のエネルギー伝送速度を下げるステップをさらに含む方法。
34. 請求項２５に記載の方法において、前記電源と前記受電装置の間にデブリがある場合、警告インジケータを提供するステップをさらに含む方法。
35. 請求項１に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記ベースライン情報に含まれる前記電気信号の少なくとも一部に同等でない重み付けを行い、前記平均および共分散行列を決定するように構成された装置。
36. 請求項２５に記載の方法において、前記ベースライン情報に含まれる前記電気信号の少なくとも一部に同等でない重み付けを行い、前記平均および共分散行列を決定するステップをさらに含む方法。
37. 請求項１に記載の装置において、前記電源によって生成された前記磁場に応じて、導電材料の前記独立したループのそれぞれによって生成される前記電気信号は、信号振幅および位相を含み、前記平均および共分散行列は、前記電気信号の前記信号振幅および位相に基づいて前記制御電子装置によって決定される装置。
38. 請求項３７に記載の装置において、前記制御電子装置は、前記信号振幅および位相を組み合わせて、前記独立したループのそれぞれについての測定データのセットを形成するように構成され、前記データの少なくともいくつかの要素は組み合わされた信号振幅および位相に対応し、前記平均および共分散行列は、前記独立したループのそれぞれについての前記測定データのセットに基づいて前記制御電子装置によって決定される装置。
39. 請求項２５に記載の方法において、前記電源によって生成された前記磁場に応じて導電材料の前記独立したループのそれぞれによって生成される前記電気信号は、信号振幅および位相を含み、前記平均および共分散行列は、前記電気信号の前記信号振幅および位相に基づいて決定される方法。
40. 請求項３９に記載の方法において、前記信号振幅および位相を組み合わせて、前記独立したループのそれぞれについて測定データのセットを形成するステップをさらに含み、前記データの少なくともいくつかの要素は組み合わされた信号振幅および位相に対応し、前記平均および共分散行列は、前記独立したループのそれぞれについての前記測定データのセットに基づいて決定される方法。