JP6859254B2 - 電力伝送システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は無線分野または誘導的電力伝送の分野のものである。特に、それだけではないが、本発明はコンシューマ電子デバイスの誘導的電力伝送システムおよび方法に係る。

ＩＰＴ技術は発展が進んでいる分野であり、ＩＰＴシステムは今や広範囲のアプリケーションで種々の構成により用いられている。そのようなアプリケーションのひとつは、いわゆる「充電マット」またはパッドにおけるＩＰＴシステムの使用である。そのような充電マットは通常、平面状の充電面を提供し、携帯電子デバイス（例えばスマートフォン）をその上に置いて無線充電または給電を行うことができる。

典型的には、充電マットはひとつ以上の電力送信コイルを有する送信器を含み、それらの電力送信コイルは充電マットの平面状の充電面と平行に設けられる。送信器は送信コイルを駆動し、その結果、送信コイルは平面状の面のごく近傍に時間変化する磁場を生成する。携帯電子デバイスが平面状の面の上または近くに置かれた場合、時間変化する磁場は、デバイスに関連付けられた適切な受信器（例えば、デバイス自体に組み入れられた受信器）の受信コイルに交流電流を誘導する。そして、受信された電力を用いて電池を充電したり、デバイスや他の負荷に電力を供給したりしてもよい。

充電マットデザインに関連する課題は、誘導的電力伝送が十分に効率的であることを保証することである。ひとつのアプローチは、送信コイルと受信コイルとの間の正確な位置合わせを要求することである。例えば、平面状の充電面上にしるしや刻みを設け、ユーザがデバイスを充電マットに置いた場合にコイル間の位置合わせが保証されるようにすることで、これは達成可能である。しかしながら、このアプローチではユーザがデバイスを充電マット上に注意深く置くことが要求されるので、理想的ではない。

充電マットデザインに関する他の課題は、複数のデバイスを効率的かつ低コストに同時に充電することを可能とすることである。ある従来のデザインは、充電マットの面全体に対応する単一の大きな送信コイルを用いる。この例では、ひとつ以上のデバイスを充電マットの面上のどこに置いてもよい。これは、ユーザが充電マット上にデバイスを置くという点でより大きな自由度を与える。しかしながら、大きな送信コイルにより生成される磁場は一様ではなく、充電マットの中央に向かって「弱い場所（weak spots）」を伴う。さらに、面全体が「電力供給」しているので、面のうち充電中のデバイスによって覆われていない任意の箇所が安全上の問題を有するかもしれない。

複数デバイス充電の他の従来のアプローチは、より小さい複数の送信コイルのアレイを有することである。効率的かつ安全な電力伝送を提供するために、充電マットは適切な検出メカニズムを用いてデバイスの位置を検出し、最も近い送信コイルを活性化する。これは単一コイルデザインのようにユーザがデバイスをどこに置くかという点でより大きな自由度を与えるが、隣り合う送信コイルの間の境界は隣り合うコイルの相殺効果によって弱い場所となり、受信器が十分な電力を受信しない虞がある。

非受信器が送信器の範囲に入り、それに望まれない電流（およびしたがって熱）が誘起される場合に、さらなる課題が生じる。これらの非受信器は多くの場合、寄生負荷または異物として知られている。受信デバイスの存在の検出は従来的にも可能であるが、受信器が特定の送信器に合っているものとして受信器を特定することも必要であろう。合わない受信器への電力伝送の試行は、非効率的な電力伝送（したがって、望まれないエネルギの損失）または送信器および／または受信器の故障を引き起こしうる。

上述の課題への自明な解は、送信器に、手動操作の電力スイッチを含めることである。これは送信器にいつ電力を投入するかを制御する手段を提供するが、それは利便性を損ねるものであり、その利便性こそ多くのＩＰＴシステムの目指すところである。それは、受信器が取り除かれた場合にユーザが手動で送信器をきることを要求し、また、ユーザの知識なしでは、送信器の近傍に導入された寄生負荷を許容できない。

本発明は、複数デバイス電力供給のための信頼性の高いかつ効率的な無線電力伝送を達成する誘導的電力伝送システムおよび方法を提供するか、または少なくとも役に立つ選択肢を公に提供する。

例示的な実施の形態によると、電力伝送システムおよびそのシステムの動作方法が提供される。システムは、電力送信器と電力受信器とを備える。電力送信器は複数の送信コイルを有し、コントローラの制御の下で、複数のモードで電力を電力受信器の受信コイルに送信することを複数の送信コイルに選択的に行わせることが可能である。 コントローラは、電力伝送のモードを制御するために、電力受信器の特性を検出するよう構成される。

他の例示的な実施の形態によると、電力送信器と少なくともひとつの電力受信器とを備える電力伝送システムであって、前記電力送信器は複数の送信コイルを有し、コントローラの制御の下で、複数のモードで電力を前記少なくともひとつの電力受信器の受信コイルに送信することを前記複数の送信コイルに選択的に行わせることが可能であり、前記コントローラは、前記電力伝送の前記モードを制御するために、前記電力受信器の特性を検出するよう構成されるシステムが提供される。

前記電力受信器の前記特性は、前記受信器の負荷への電力フローを制御するための回路を前記電力受信器が備えているか否かを含んでもよい。

前記コントローラは前記電力受信器と通信し、前記特性についての情報を前記電力受信器から受信するよう構成されてもよい。前記コントローラは前記電力送信器と前記電力受信器との間で電磁誘導を通じて伝送される電力信号の変調を通じて前記電力受信器と通信するよう構成されてもよい。

電力送信器は、物体検出コイルによって誘起された磁場の中の物体を検出するために設けられた物体検出器を備えてもよい。

前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイスバージョン情報を抽出し、前記バージョン情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御してもよい。

前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイス構成情報を抽出し、前記構成情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御してもよい。前記受信器デバイスに送信される最大電力および／または前記受信器に電力を供給するのに必要な送信コイルの数は、前記構成情報にしたがって制御されてもよい。

受信器位置フェーズ中、エネルギ伝送の前に、前記コントローラは、駆動された送信コイルから前記受信器が受信した信号の強度の指標に関する情報であって前記受信器から受信した情報に基づいて、前記複数の送信コイルのうちのどれを駆動するかを選択的に制御してもよい。受信器位置フェーズ中、前記制御回路は前記電力調整回路からの駆動信号を各電力送信コイルに順番に接続し、各コイルに所定の期間エネルギを与えてもよい。

他の例示的な実施の形態によると、ひとつ以上の受信コイルを有する誘導性電力伝送受信器に電力を供給するための誘導性電力伝送送信器であって、
（１）複数の送信コイル、
（２）駆動時に送信コイルに駆動信号を供給するための電力調整回路、
（３）駆動された送信コイルから受信コイルが受信した信号の強度の指標に関する情報であって前記受信器から前記送信器が受信した情報に基づいて、前記複数の送信コイルのうちのどれが前記電力調整回路によって駆動されるかを選択的に制御する制御回路、を備える送信器が提供される。

受信器位置フェーズ中、前記制御回路は前記電力調整回路からの駆動信号を各電力送信コイルに順番に接続し、各コイルに所定の期間エネルギを与える。前記所定の期間は信号強度パケットを受信するための見込み受信期間に対応する。

前記制御回路は、前記複数の送信コイルのうちのどれが駆動されるべきかを選択するために、コイルが駆動されることに応じて受信器から受信した情報を前記駆動されたコイルに関連付けてもよい。通信モジュールは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る電力信号の変調を検出し、送信コイルと受信コイルとのペアの間の結合の指標を得てもよく、これは好適には受信器が送信した信号強度パケットから信号強度値を抽出し、送信コイルと受信コイルとのペアの間の結合の指標を得ることによる。

前記複数の送信コイルのうちの前記ひとつ以上の選択の次に、前記複数の送信コイルのうちの前記ひとつ以上には前記所定の期間よりも長くエネルギが与えられてもよく、それにより前記受信器からのさらなるパケットの受信が可能となってもよい。前記制御回路は、前記受信器に電力を供給するためにひとつ以上の送信コイルを選択してもよい。最も高い関連付けられた信号強度値を有する単一の送信コイルが選択されてもよい。二つ以上の送信コイルは最も高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルおよび次に高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルであってもよい。

前記制御回路は、前記送信器が受信した情報に含まれる前記電力受信器の特性に応じて、前記電力調整回路を制御してもよい。

送信器は物体検出システムを含み、前記制御システムは前記物体検出システムが物体を検出すると前記送信コイルにエネルギを与えてもよい。

前記通信モジュールは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調信号から受信器識別情報を抽出し、前記識別情報に基づいて前記電力調整回路の動作を制御してもよい。

他の例示的な実施の形態によると、複数の送信コイルを有するＩＰＴ電力送信器とひとつ以上の受信コイルを有する電力受信器とを含むＩＰＴ電力システムにおいて、ひとつ以上の送信コイルを選択的に駆動する方法は、
ａ．受信器位置フェーズ中に、電力送信コイルを順番に駆動して各コイルに所定の期間エネルギを与えるステップと、
ｂ．前記受信器の前記ひとつ以上の受信コイルにエネルギが与えられたことを検出し、それに応じて前記受信器から前記送信器へ信号強度情報を送信するステップと、
ｃ．受信された信号強度情報とエネルギが与えられた送信コイルとを関連付けるステップと、
ｄ．各送信コイルに関連付けられた前記信号強度情報に基づいて、電力伝送中にどの送信コイルを駆動するかを決定するステップと、を含む方法が提供される。

前記所定の期間は信号強度パケットを受信するための見込み受信期間に対応してもよい。前記受信器は、前記電力送信器と前記電力受信器との間で伝送される電力信号の変調によって、前記送信器に信号を送信してもよい。信号強度情報は、受信器識別情報を含みうる信号強度パケットで送信されてもよい。受信器識別情報は、受信器位置フェーズの後に、結合された送信器に識別パケットで送信されてもよい。

前記送信器は前記受信器識別情報に基づいてバージョン情報を決定してもよい。前記送信器の動作の前記モードは前記バージョン情報にしたがって制御されてもよい。前記識別パケットは前記受信器の動作の前記モードを特定するバージョンコードを含んでもよい。前記識別パケットは前記受信器の製造者を特定する製造者コードを含んでもよい。識別パケットは一意の識別子を含んでもよい。

前記通信回路は受信器デバイス構成情報を結合された送信器に、好適には構成パケットで送信する。構成パケットは、送信される最大電力を含んでもよい。電力送信器は、前記送信器が受信した情報に含まれる前記電力受信器の特性に応じて、前記電力受信器に電力を供給してもよい。

各パケットが受信器識別コード、好ましくは一意のコード、を含む場合、電力伝送のモードは受信器識別コードに基づいてもよい。

他の例示的な実施の形態によると、（１）受信コイル、
（２）誘導性電力伝送送信コイルから前記受信コイルが受信した信号の強度を測定するための信号強度測定回路、
（３）誘導性電力伝送送信コイルから電力を受信すると、前記測定された信号強度および受信器識別情報に関する信号を前記誘導性電力伝送送信器に送信する通信回路、を備える誘導性電力伝送受信器が提供される。

他の例示的な実施の形態によると、複数の隣り合う送信コイルを含む誘導性電力伝送送信器であって、各巻き線は中央開口を定め、複数の隣り合うコイルの前記中央開口は共通開口を定め、透磁性材料により形成されるスラグが前記共通開口のうちの少なくともいくつかの中に設けられ、かつ前記複数の送信コイルの上に突き出ている誘導性電力伝送送信器が提供される。

前記スラグは、前記コイルの下に設けられた透磁性材料の層から突き出てもよい。少なくともいくつかの隣り合う送信コイルは複数の層を有してもよく、それら複数の層は交互に配置されてもよい。

他の例示的な実施の形態では、送信器であって、各巻き線は中央開口を定め、複数の隣り合うコイルの前記中央開口は共通開口を定め、透磁性材料により形成されるスラグが前記共通開口のうちの少なくともいくつかの中に設けられる送信器が提供される。

各スラグは送信コイルの上面の上に突き出てもよい。複数の送信コイルが設けられてもよく、各コイルは複数の巻き線層を有し、少なくともいくつかのコイルはオフセットされ、それらの複数の層は交互に配置されてもよい。前記スラグは、前記コイルの下に設けられた透磁性材料の層から突き出てもよい。

少なくともいくつかのコイルの各層の前記巻き線は、電気的に並列に接続された複数の並列巻き線として形成されてもよい。少なくともいくつかのコイルの各層の前記巻き線は、電気的に並列に接続された三つの並列巻き線として形成されてもよい。前記並列巻き線のうちの少なくともいくつかの径方向変位は層間で変わってもよい。あるデザインでは、一対の並列巻き線は、層間において、前記コイルの中央に最も近いのと前記コイルの中央から最も遠いのとの間で入れ替わる。

他の例示的な実施の形態によると、複数の送信コイルを含む誘導性電力伝送送信器であって、各コイルは複数の巻き線層からなり、前記複数の巻き線は、電気的に並列に接続された複数の並列巻き線として形成される誘導性電力伝送送信器が提供される。

複数の並列巻き線は各層上に形成され、層間で互いに接続されてもよい。少なくともいくつかのコイルの各層の前記巻き線は、電気的に並列に接続された三つの並列巻き線として形成されてもよい。並列巻き線のうちの少なくともいくつかの径方向変位は層間で変わってもよい。例えば、一対の並列巻き線は、層間において、前記コイルの中央に最も近いのと前記コイルの中央から最も遠いのとの間で入れ替わる。

各巻きの並列巻き線は巻き線層の間、好ましくは二つの層の間、に分布してもよい。並列巻き線は層間でオフセットされてもよい。

透磁性材料から形成されるスラグは前記巻き線に誘導される電流を実質的に低減するのに十分な程度に各コイルの上方に延びてもよい。スラグは各巻き線の上部の上に各巻き線の高さ程度だけ、もしくは１ミリメートル以上または１ミリメートル程度突き出てもよい。スラグを収容するために各送信コイルの中に四つの共通開口が定められてもよい。前記送信コイルに誘導される電流を低減するために、各送信コイルと各スラグとの間にエアギャップが設けられてもよい。

他の例示的な実施の形態によると、複数の送信コイルを有する誘導性電力伝送送信器であって、コントローラの制御の下で、複数のモードで電力を少なくともひとつの電力受信器の受信コイルに送信することを前記複数の送信コイルに選択的に行わせることが可能であり、
前記コントローラは、前記電力伝送の前記モードを制御するために、前記電力受信器の特性を検出するよう構成される誘導性電力伝送送信器が提供される。

前記電力受信器の前記特性は、前記受信器の負荷への電力フローを制御するための回路を前記電力受信器が備えているか否かを含んでもよい。前記コントローラは、例えば前記電力送信器と前記電力受信器との間で電磁誘導により伝送される電力信号の変調を通じて、前記電力受信器と通信しそのような特性についての情報を電力受信器から受信するよう構成されてもよい。

前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイスバージョン情報を抽出し、前記バージョン情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御してもよい。

前記受信器デバイスに送信される最大電力および／または前記受信器に電力を供給するのに必要な送信コイルの数は、バージョン情報にしたがって制御されてもよい。

他の例示的な実施の形態によると、（１）ひとつ以上の受信コイル、
（２）前記受信コイルにおいて誘導性電力伝送送信コイルから電力を受信すると、前記受信器の前記特性に関する信号を前記誘導性電力伝送送信器に送信する通信回路、を備える誘導性電力伝送受信器が提供される。

受信器は受信器の負荷への電力フローを制御するための電力フローコントローラを含んでもよく、前記通信回路によって通信される前記特性は電力フロー制御特性を含む。

受信器の前記特性はバージョン情報を含んでもよく、バージョン情報は受信器の電力伝送のモードを示してもよい。前記バージョン情報は信号強度パケットに続くパケットで送られてもよい。

特性は構成情報を含んでもよく、構成情報は、前記ひとつ以上の受信コイルに電力を提供するために駆動が必要な送信コイルの数を含んでもよい。

電力送信器から受信した電力信号の強度に関する信号強度情報が他の通信より前に送られてもよい。

「comprise」、「comprises」および「comprising」という用語には、種々の法域の下、排他的な意味または包括的な意味のいずれかが与えられてもよいことは理解される。本明細書の目的のために、およびそうでないと記載されない限り、これらの用語は包括的な意味を有することが意図される。すなわち、これらの用語は、直接的に参照されるリストされたコンポーネントと、潜在的に他の非特定コンポーネントまたは要素と、を含むことを意味するものとしてとらえられるであろう。

本明細書における先行技術への参照は、そのような先行技術が技術常識の一部を形成するとの認定を構成するものではない。

添付の図面は本明細書に組み入れられ本明細書の一部を形成する。添付の図面は本発明の実施の形態を説明し、上述の本発明の概括的な説明および後述の実施の形態の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する役割を有する。

図面：
本発明の典型的なアプリケーションを示す。 本発明の無線電力伝送システムの例示的な構成を示す。 システムの送信器の実施の形態を示す。 送信器のより詳細な例をブロック図の形式で示す。 図５Ａ−５Ｄは、物体検出測定に関する結果を示す。 図５Ａ−５Ｄは、物体検出測定に関する結果を示す。 図５Ａ−５Ｄは、物体検出測定に関する結果を示す。 図５Ａ−５Ｄは、物体検出測定に関する結果を示す。 図６Ａ−６Ｅは、通信プロトコルのデータおよびデータパケット構造を示す。 図６Ａ−６Ｅは、通信プロトコルのデータおよびデータパケット構造を示す。 図６Ａ−６Ｅは、通信プロトコルのデータおよびデータパケット構造を示す。 図６Ａ−６Ｅは、通信プロトコルのデータおよびデータパケット構造を示す。 図６Ａ−６Ｅは、通信プロトコルのデータおよびデータパケット構造を示す。 通信処理ブロックのブロック図を示す。 システムの受信器の実施の形態を示す。 受信器のより詳細な例をブロック図の形式で示す。 受信器の例示的な形態の回路図である。 送信器のインバータの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器のマイクロプロセッサの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器の電力レギュレータの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器の送信コイルアレイの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器のセレクタの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器の物体検出器の機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器の通信モジュールの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 送信器の通信モジュールの機能を改善する例示的な回路の模式図を示す。 図１２Ａおよび１２Ｂは、受信器の整流器の機能を達成するよう動作する例示的な回路であって点Ａおよび点Ｂにおいて接続される回路の模式図を示す。 図１２Ａおよび１２Ｂは、受信器の整流器の機能を達成するよう動作する例示的な回路であって点Ａおよび点Ｂにおいて接続される回路の模式図を示す。 送信器のマイクロプロセッサの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 受信器の通信モジュールの機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 受信器の電流検出回路の機能を達成するよう動作する例示的な回路の模式図を示す。 図１３Ａ−１３Ｃは、送信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１３Ａ−１３Ｃは、送信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１３Ａ−１３Ｃは、送信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、受信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、受信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１４Ａ−１４Ｃは、受信器により行われる制御シーケンスのフロー図である。 図１５Ａ−１５Ｃは、例示的な送信コイルアレイを示す。 図１５Ａ−１５Ｃは、例示的な送信コイルアレイを示す。 図１５Ａ−１５Ｃは、例示的な送信コイルアレイを示す。 図１５Ｄ−１５Ｇは、四層送信コイルで用いられてもよい例示的な巻き線パターンを示す。 図１５Ｄ−１５Ｇは、四層送信コイルで用いられてもよい例示的な巻き線パターンを示す。 図１５Ｄ−１５Ｇは、四層送信コイルで用いられてもよい例示的な巻き線パターンを示す。 図１５Ｄ−１５Ｇは、四層送信コイルで用いられてもよい例示的な巻き線パターンを示す。 図１５Ｈおよび１５Ｊは、例示的な送信コイル構成を示す。 図１５Ｈおよび１５Ｊは、例示的な送信コイル構成を示す。 例示的な送信器の分解組立図である。 図１６の送信器の個々のコンポーネントを示す。 図１７の図面の断面図である。 強磁性凸部とＰＣＢ送信コイル層との間の関係を示す。 図２０Ａおよび２０Ｂは、システムの例示的な物体検出器の等価回路を示す。 図２０Ａおよび２０Ｂは、システムの例示的な物体検出器の等価回路を示す。

図１は、本発明の典型的なアプリケーション１００を示す。無線電力伝送システム１００は送信器すなわち充電「パッド」１０２を有するよう描かれている。充電パッド１０２はその上に置かれた複数のコンシューマ電子デバイス１０４を有する。この場合、デバイスの電気的負荷またはエネルギ蓄積要素（例えば、電池）を無線または非接触で充電することができる。図示の例では、送信器エレクトロニクスと受信器エレクトロニクスとの間の緩結合（loose-coupling）技術を用いて、電磁誘導または誘導的電力伝送（ＩＰＴ）を介して、パッドとデバイスとの間で電力が提供される。しかしながら、そのようなシステムについて、容量的電力伝送などの他のタイプの無線電力伝送もまた可能である。

充電パッド１０２およびデバイス１０４の送信器エレクトロニクスおよび受信器エレクトロニクスは、ゼロでない電力伝送を生じさせるかまたは電力伝送を有効な態様で生じさせるための（パッド内またはパッド上の）送信器エレクトロニクスと（デバイス内またはデバイス上の）受信器エレクトロニクスとの所定の位置合わせを保証する必要なしに、ユーザがパッド上のデバイスの置く位置を任意に選択できるよう構成される。さらに、送信器は、そのように置かれた複数の受信器デバイスを個々別々に充電するよう構成される。送信器と複数の受信器との間のこの「空間的自由度」は実質的に制限されておらず、後述の通りに提供される。

図２に、無線電力伝送システム２００の例示的な構成が示される。複数の受信器２０４、２０６および２０８に電力を伝送するよう構成された送信器２０２が提供される。本例では、図１に示される「スマートフォン」などのコンシューマデバイス構成の三つの受信器が送信器「パッド」に置かれるのが示される。しかしながら、同じタイプまたは異なるタイプの二つ以上の受信器デバイスを収容しそれらに電力を供給するために送信器の「パッド」をスケールしてもよいことは、以下の説明に基づき当業者には理解されるであろう。そのような二つ以上の受信器デバイスは、例えば、複数の電話機、ファブレット、タブレット、ラップトップ、それらの組み合わせ等であり、それぞれが空間的寸法と電力レベルとを有する。例えば、電池を充電するために、スマートフォンは約５ワットから約７．５ワットの電力を必要とする場合があり、一方タブレットは約１５ワットの電力を必要とする場合がある。

送信器２０２は、そのエレクトロニクスおよびコンポーネントを示すブロック図の形態で示される。受信器への伝送用の電力は電源２１０から送信器へ入力される。電源２１０はＡＣ電力またはＤＣ電力のいずれかを送信器２０２へ供給してもよい。ＡＣ電力供給について、電源２１０は例えば商用電源であってもよく、入力方法はケーブル接続であってもよいが、他のＡＣ電源や入力方法も可能である。ＤＣ電力供給について、電源２１０は例えば電池、調整されたＤＣ電源、またはPCへのUSB電力接続などであってもよい。いずれの場合でも、送信器２０２の回路は入力電力を、電力伝送要素２１２を介した伝送に適した信号に変換する。伝送要素２１２はアレイ２１４状に設けられる。示されるように、伝送要素２１２は、ひとつ以上の要素を用いて受信器デバイス２０４−２０８のうちのひとつの受信要素２１６に電力を送信するように構成される。

当業者には理解されるように、ＩＰＴでは、伝送要素および受信要素は誘導的要素であって、該誘導的要素は主（送信）コイルおよび副またはピックアップ（受信）コイルとして提供される。これらのコイルは近くにあると互いに誘導的に結合し、交流電流（ＡＣ）が送信コイルを通るときに誘導される磁場を介して、それらのコイルの間で電力が伝送される。図２の表示では、受信コイル２１６は送信コイル２１２から離れて示され、かつ結合している送信コイルおよび受信コイルのグループは同様のハッチングで示される。これは説明を簡単にすることのみを目的としており、動作中は受信コイルはそれと結合する送信コイルと重なる。

本明細書における「コイル（coils）」という用語は、電気伝導性を有するワイヤを三次元コイル形状または二次元平面コイル形状に巻いた誘導的「コイル」を指すものとして用いられ、そこではプリント回路基板（ＰＣＢ）技術、スタンピングやプリンティング（例えば、スクリーンプリンティングまたは三次元プリンティング）を用いて電気伝導性物質をひとつ以上のＰＣＢ「層」の上の三次元コイル形状や他のコイル状形状に加工してもよいことが理解される。「コイル」という用語の使用は、この意味で限定的であるべきでない。さらに、図２では、送信コイルおよび受信コイルは二次元において総じて楕円形状であるように描かれているが、これは単なる例示であって、円形、三角形、正方形、矩形、および他の多角形形状などの他の二次元形状が可能である。後に詳述されるように、そのような形状はアレイ構成に資するものである。

システムの効率的な動作を可能とするために、送信器２０２が、近くの受信器デバイスの受信コイル２１６に結合可能な送信コイル２１２にのみ電力を供給することが必要である。これにより、供給された電力は受信器への電力伝送に使用され、送信コイルそのものに電力を供給するためには使用されない。この選択的動作は、送信コイルとの関係で受信コイルの位置を知ることが必要であり、これは後述される。

アレイ２１４の複数の送信コイルに選択的に給電する最も単純な方法は、各コイルに専用のまたは少なくともアレイ内のコイルのグループに専用の駆動エレクトロニクスを提供することである。この解は単純ではあるが、必要な電子回路の量は多くなり、したがって回路の複雑さやサイズやコストが加えられることになる。回路の複雑さの増大は、より多くの数のコンポーネントが要求されることを意味し、これにより回路における損失が増大する可能性があり、これは効率的なＩＰＴに要求される効率性に反する。コストの増大はコンシューマ電子産業において特に問題である。該産業では、製造者やベンダの収益率が小さく、したがって該収益率は最適化される必要がある。したがって、本発明のＩＰＴ送信器は、全ての送信コイルに共通の駆動エレクトロニクスを用いる。これは必要な回路を単純化するが、駆動回路を制御する態様の複雑さを増大させる。しかしながら、後述されるように、本発明の制御方法が用いられる場合、この増大する制御複雑さは許容可能となる。送信器駆動エレクトロニクスは図２において駆動または制御回路２１８として示される。制御回路２１８はコントローラ２２０と送信電力調整器２２２とセレクタ２２４とを含む。

コントローラ２２０は、マイクロコントローラやマイクロプロセッサなどのプログラマブル集積回路の形態のデジタルコントローラとして、またはディスクリート回路コンポーネントの形態のアナログコントローラとして、設けられ、かつ、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラを含むかそれであってもよい。本明細書で説明される駆動回路の例では、コイルを駆動するためだけでなく送信器のメイン処理回路としてマイクロコントローラを設けるが、当業者であれば、本システムの特定のアプリケーションに依存して、異なる適用可能な形態のコントローラが等しく用いられうることを理解する。

送信電力調整器２２２は送信コイルを駆動するために入力電力を調整するために用いられる。したがって、送信電力調整器２２２の構成は用いられる電源２１０および送信コイル回路の要件に依存する。例えば、電源２１０がＤＣ電力を供給する場合、送信電力調整器２２２は電力整流機能を伴うＤＣ-ＡＣインバータである。一方、電源２１０がＡＣ電力を供給する場合、送信電力調整器２２２は電力調整機能を伴うＡＣ-ＤＣコンバータと電力整流機能を伴うＤＣ-ＡＣインバータとの組み合わせであり、したがってＤＣ伝送リンクを介したＡＣからＡＣへの電力調整を提供する。いずれの場合においても、送信要素アレイを駆動するのに単一のインバータが用いられる。電源２１０がＡＣ電力を供給する場合に送信電力調整器２２２を直接ＡＣ-ＡＣコンバータとして構成することも可能ではあるが、そのような直接コンバータは多くの場合、高周波出力を生成できないことにより、ＩＰＴアプリケーションには向かない。電力整流ＤＣ−ＡＣインバータは、当業者によく知られているように、スイッチを有するハーフブリッジ整流器やフルブリッジ整流器などのスイッチベースの非同期構成または同期構成の整流器として設けられてもよい。スイッチはダイオードベースのスイッチであってもよく、またはトランジスタや電界効果型トランジスタ（ＦＥＴｓ）や金属酸化物半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴｓ）などの半導体スイッチであってもよい。電力調整ＤＣ−ＡＣコンバータは、ステップアップ（ブースト）コンバータやステップダウン（バック）コンバータやバック−ブーストコンバータやシステム２００の特定のアプリケーションで電力を調整する用に適した他のコンバータタイプと組み合わされたＡＣ−ＤＣコンバータ（ＡＤＣ）として設けられてもよい。本明細書で説明される駆動回路の例では、電源２１０は商用電源レートでＡＣを供給し、送信器または送信電力調整器はＡＤＣを有し、該ＡＤＣは電源２１０により入力されるＡＣ電力をＤＣに変換し、バック−ブーストコンバータは変換されたＤＣ電力を調整し、一対のＦＥＴを有するハーフブリッジ整流器は調整された電力を整流し、もって送信コイル２１２に整流された電力が提供され、要求されている磁束が誘起される。しかしながら、本システムの特定のアプリケーションに依存して、調整器および整流器の異なる適用可能な形態を等しく用いることが可能であることは当業者には理解される。

セレクタ２２４は、送信コイル２１２とは別個であってかつそれに接続された電池またはスイッチアレイとして、または、送信回路にコイル２１２と共に個別に集積されたスイッチとして、設けられてもよい。セレクタ２２４は、スイッチを当業者にはよく理解される態様で駆動するためのデマルチプレクサおよびシフトレジスタを含んでもよい。駆動回路２１８のこれらのコンポーネントの動作および効果は後に詳述される。

送信コイル２１２のアレイ２１４は多くのやり方で構成されうる。送信コイルは、受信コイルと実質的に同じ寸法および構成を有するよう構成されてもよく、この場合、送信コイルと受信コイルとの結合された対が可能となる。あるいはまた、送信コイルは受信コイルよりも大きいかあるいは小さくなるよう構成されてもよく、および／または受信コイルとは異なる構成を有してもよい。実際、受信器デバイスの異なるタイプは寸法や構成が異なる受信コイルを有する可能性がある。そのような場合でも、本発明のシステムおよび方法は、これらの相対的構成の組み合わせをサポート可能である。図２の例では、送信コイル２１２は、受信コイル２１６よりも小さい寸法を有するが、同じ構成すなわち総じて楕円形を有するように描かれている。そのような構成では、複数の送信コイル２１２がひとつの対応する受信コイル２１６と結合することが可能であり、これはハッチングされた送信コイルグループ２１２ａ、２１２ｂおよび２１２ｃとして示されている。複数の送信コイルを用いて単一のより大きな受信コイルに電力を与えることは、伝送される電力の量を、送信器および駆動回路を効率的に用いることを通じて最適化する。図２に示されるように、グループの送信コイルは、相対的向きを含む重なっている受信コイルの配置に基づいて選択される。

図２のアレイ２１４は送信コイル２１２を配置する最も単純な形態である。すなわち、送信コイルの繰り返しパターンが単一の層または平面に設けられ、各コイルはアレイの他の全てのコイルと総じて同一平面上にある。この構成はシンプルであるという利点をもたらすが、アレイの他の構成も可能であり、そのような他の構成は、規則的にまたは不規則に配置された送信コイルの層間オフセットまたは重なりを伴うかまたは伴わない多層または多平面コイルアレイを含む。そのような複雑さが増したアレイは、結合磁場の改善された一様性などの他の利点を提供する。異なるアレイ形態の具体例が後述されるが、空間的に自由な複数デバイスＩＰＴ充電の目的にかなった効果はこれらの例のそれぞれに共通である。

さらに図２を参照すると、送信器２０２はシステム２００のユーザにより用いられる機器２２６を含む。機器２２６は、図１に示されるような発光ダイオード（ＬＥＤ）などのインジケータおよび／またはボタンなどのユーザコントロールを含んでもよい。機器２２６は、システムの動作に関する情報の入出力のために、コントローラ２２０または適用可能なら他の制御回路に接続され、かつ、それにより制御されてもよい。

既述の通り、送信コイルの選択的動作は、送信コイルとの関係での受信コイルの位置の知識を要求する。そのような目的を達成するための種々の従来技術が存在する。しかしながら、例示的な実施の形態では、本発明は比較的シンプルな技術を用いる。すなわち、最初に送信器の近く（例えば、充電範囲内）における受信器または他の物体の存在を検出し（「粗い」検出）、次いで送信コイルに対する受信コイルの相対位置を検出する（「細かい」検出）。これは、本発明のシステムにおいて有利である。受信器の存在が検出された場合にのみ細かい検出のための複数の送信コイルへの十分な電力供給が行われ、それにより送信器の実質的な低電力アイドルまたは「スリープ」モードが可能となるからである。「低い」電力の典型的な値は約１００ｍＷより小さいものであり、好適には約５０ｍＷより小さいものであり、より好適には約数ｍＷから約２０ｍＷ以下の範囲内のものである。

粗い検出の次に細かい検出が続く本発明の二段階受信器検出方法が以下に提供されうる。図３は、本発明のシステムの送信器３０２の実施の形態を示す。図２のように、送信器３０２は、アレイ３１４状の送信要素／コイル３１２と駆動回路３１８とを含むエレクトロニクスを示すブロック図の形態で示されており、駆動回路３１８はコントローラ３２０と送信電力調整器３２２とセレクタ３２４とを含む。加えて、送信器３０２はさらに検出器３２８と通信モジュール３３０とを有するものとして描かれている。図４は、同様のコンポーネント／要素を有する送信器４０２のより詳細な例をブロック図の形態で示す。送信器４０２は、アレイ４１４状の送信要素／コイル４１２と駆動回路４１８とを含み、駆動回路４１８はコントローラ４２０と、送信電力調整器４２２とセレクタ４２４と検出器４２８と通信モジュール４３０とを含む。加えて、送信電力調整器４２２は、前述の通り（バック−ブースト）コンバータ４３２と（ハーフ−ブリッジ）整流器４３４とを有するよう描かれている。送信器３０２および４０２のコンポーネント／要素は送信器２０２の同様なコンポーネント／要素と同様に機能し、送信器３２８および４２８の検出器および通信モジュールは各図において同じ要素を表すことを注意しておく。

検出器はコントローラと連携して受信器の粗い検出に用いられ、一方コントローラは他の回路と連携して細かい検出法に用いられてもよい。検出器４２８は、検出送信要素４３６および関連する検出回路４３８として設けられる。ある実施の形態では、検出送信要素４３２は電力送信要素４１２のアレイ４１４を囲むコイルとして設けられてもよい。他の実施の形態では、検出送信要素４３６は、アレイ４１４の（少なくとも）一部と重なるコイルとして、または複数のコイル（またはコイルのアレイ）として、設けられてもよい。例えば、国際出願公開第WO2014/070026号（その内容は参照により明示的に本明細書に組み入れられる）に開示される検出コイルの構成および動作は、送信要素４３２の適用可能な例示的形態である。検出要素４３６は、受信器が送信器の近くにあるか否か、例えばスマートフォンなどの受信器デバイスが送信パッドまたは充電面に置かれたか、またはそこから取り除かれたか、を判定するために使用される。前述の通り、検出器３２８／４２８の「コイル」は、巻き線コイルやプリント回路コイルやスタンプされたコイルやプリントされたコイルであってもよく、特定のアプリケーションに資するような形状および寸法を有してもよい。

この検出は以下のように達成される。図４に示されるように、コイル４３６は検出回路４３８を介して電力調整器４４０によってコントローラ４２０の制御の下で電力の供給を受ける。電力調整器４４０は電源からの入力電力を検出器４２８によって用いられるものに変換する。すなわち、送信電力調整器の動作と同様に、電力調整器４４０は、受信コイル検出に必要な磁束を誘起するために、検出コイル４３６に調整されたＡＣ信号（電圧／電流）を供給するよう構成される。例えば、電力調整器４４０はバックコンバータ、ブーストコンバータまたはバック−ブーストコンバータと組み合わされたＡＤＣとして設けられてもよい。図４に示される例示的な実施の形態では、電力調整器４４０はＤＣ電力入力４４２からＤＣ電圧が供給されるバック−ブーストコンバータである。ＤＣ電力入力４４２はＡＣアダプタとして設けられてもよい。商用ＡＣ電力またはＤＣ電力、例えばＰＣなどへのＵＳＢ接続を介するもの、は送信器４０２に該ＡＣアダプタで供給される。電力（送信器）コイル４１２および検出コイル４３６の相対的な電圧／電流要件に依存して、電力調整器４４０は駆動回路４１８の一部であってもよいことは、当業者には理解される。図４に示される例示的な実施の形態では、相対的な要件は異なっており、第１電圧レベルを要求する検出器４２８（およびコントローラ４２０）と、第２電圧レベルを要求する送信電力調整器４２２および送信コイル４１２と、で別個の駆動エレクトロニクスが設けられる。これらのパラメータの例示的な値は後述される。いずれの構成においても、ＤＣ電力入力４４２により提供されるＤＣ電圧は、ＥＭＩフィルタブロック４４４による電磁干渉（ＥＭＩ）調整を経た後に、送信器４０２の回路に入力されてもよい。ＥＭＩフィルタブロック４４４はＥＭＩノイズ抑制のためのコモンモードフィルタおよび差分モードフィルタを含む。特にシステムが携帯通信環境において用いられる場合、ＥＭＩノイズを抑制することにより、送信回路の安定性および応答性を高めることができる。

検出器の最もシンプルな形態において、提供される「検出」は基本的に金属探知システムのそれである。当業者にはよく理解されるように、検出器のコイルに電力が供給されると、該コイルはある周波数で振動せしめられる。この振動周波数はコントローラの制御の下、検出回路によって測定される（所定の時間フレーム内でカウントされた、振動周波数信号のエッジの数として）。金属物体が検出コイル、したがって送信器、の近くにあると、それは振動の周波数を変えさせる。したがって、期間内にカウントされるエッジの数が変わる。検出コイルにより放たれる磁束のエネルギを金属が吸収するからである。変化量は、金属物体が吸収するエネルギの量により変わる。したがって、この振動周波数の変化に対する限界またはしきい値を設定することによって、「金属物体」を検出することができる。その変化は単一の期間内において、または一連の期間に亘って、測定（すなわち検出）可能である。エッジを検出しカウントする適切な方法は周知であり、したがって本明細書では詳述しない。

検出コイル振動の周波数は、送信コイルが駆動される周波数とは異なるかそれからオフセットされる周波数範囲に入るように、検出回路のコンポーネント（可変コンポーネントであってもよい）の適切な選択および検出コイルの寸法およびトポロジの適切な選択を通じて選択される。このようにして、検出器によって提供される粗い検出は受信器に給電する際の送信器の動作と干渉しない。本発明の一例では、検出周波数はＭＨｚ範囲内、例えば約１ＭＨｚ、であり、一方電力伝送はｋＨｚ範囲内、例えば約１００ｋＨｚ、である（より具体的な値の範囲は後述される）。この周波数範囲では、検出のための所定の（第１）期間はミリ秒（ｍｓ）範囲内、例えば約４０ｍｓ、である。したがって、物体が送信器の近くに持ってこられたかの「サーチ」は、変化が生じたかを判定するために検出コイルをコンスタントに動作させかつ規則的な時間間隔で振動周波数をサンプリングすることによって実行される。物体が送信「パッド」に置かれた場合にその物体を検出するためだけでなく物体が送信器に向けて、送信器に沿って、または送信器から離れるように動かされるときにその物体を検出するために、検出「パルス」間の（第２）期間として約５００ｍｓが適切であると考えられる。ここで、「近く」は、１００ミリメートル（ｍｍ）未満の範囲、例えば約３ｍｍから約３０ｍｍの範囲、にあるものと考えられ、これはシステムの充電範囲である。しかしながら、第１期間および第２期間は、要求される検出の「粗さ」に依存して、より大きいものまたはより小さいものが選択されてもよい。

検出コイルの動作が送信コイルの動作に相当干渉するということはないが、送信コイルの動作は、充電が発生しているときに検出コイルの振動周波数が変わるという点で、検出コイルの動作に干渉する。これは、部分的には充電中ずっと送信器の充電面に受信器デバイスが存在することによるものであり、また部分的には電力供給された送信コイルの誘導磁場による（より大きな）検出コイルの誘導磁場への影響によるものである。しかしながら、後に詳述するように、振動周波数の突然の変化が測定され、その場合充電シーケンスの影響は周波数デルタ測定のベースラインを単にシフトさせるだけであるから、この影響はシンプルに説明される。

検出のための測定周波数変化のしきい値の設定は、システムのアプリケーションに依存して実験的に決定されてもよいし、較正を通じて設定されてもよいし、動的に決定され送信器表面に複数の受信器デバイスが置かれたことによる周波数値の「ローリング」平均として用いられてもよい。本明細書で説明されるシステムの例示的な実施の形態では、エッジカウントの一連の読み取り値の間の分散として、約５％から約１０％は環境的なもの（例えば、「バックグラウンドノイズ」）とされ、したがって無視される（図５Ａ参照）。スマートフォンなどの実際のコンシューマデバイスは、ＩＰＴシステムが設けられる典型的な環境と比較して多量の金属を含む密な物体であるが、その実際のコンシューマデバイスが送信器表面に置かれた場合、振動周波数のかなり大きな変化が起こる。例えば、典型的なスマートフォンについて、二つの連続する読み取り値の間で周波数のほぼ二倍化が観測され、さらに次の読み取り値に亘って約１５０％から約２００％の増加が見られる（図５Ｂ参照）。そのような「イベント」を用いて細かい検出を「トリガ」し、細かい検出は、検出された「物体」が受信器であるかあるいは送信器に置かれたただの他の金属物体であってしたがって電力供給されるべきでないもの（すなわち、後に詳述されるように、いわゆる「異物」または「寄生負荷」）であるかを判定する。

図５Ａおよび図５Ｂに示される結果は、約１０％以上の周波数変化しきい値を設定することで比較的感度の高い「イベント」検出が可能となり、また例えば約５０％以上の設定により比較的粗いイベント検出が可能となることを示すが、より多くの時間およびエネルギが消費される細かい検出法が用いられる「誤検知（false positives）」が生成されないように、しきい値を設定する際には他のファクタを考慮すべきである。

例えば、システムの近くにある使用環境中の金属の量はバックグラウンド変動に影響を与えうる。システムの最終的な使用環境および場所が未知で非制限的である場合にそのようなファクタを所定の態様で説明することは困難であるが、検出コイルの適切なデザインにより影響のレベルを低減できる。例えば、当業者には理解される通り、方向性コイルトポロジやシールドや磁場シェーピング等を用いてもよい。

さらに、電力送信コイルにエネルギを与えることにより振動周波数が変わりうる。前述の通り、本例では、当業者にはよく理解されるように、送信器コイル４１２に電力が供給されると、該送信器コイル４１２はある周波数で振動せしめられ、その周波数は約１００ｋＨｚから約１２０ｋＨｚである。送信コイルのこの振動は検出コイルにおける振動に影響を与え、検出の読み取り値の分散が約１０％以上となる（図５Ｃ参照）。したがって、粗い検出しきい値を設定する際には、電力伝送コイルまたは充電コイルへの給電の影響を理解し、対処する必要がある。

考慮されなければならない他のファクタは、送信器に結合された受信器によって引き込まれる充電電流による検出回路の振動周波数への影響である。引き込み電流のこの変化は、電池またはコンシューマ電子受信器デバイスの他のエネルギ蓄積デバイスにおける「充電」レベルの時間変化に起因する。送信器側に設けられた電力フローコントロールは、電力送信効率の観点でこれに対処する（詳細は後述）。これは特により長い時間スパン、すなわちスマートフォンの電池を充電するのに必要な期間の長さ、例えば約１時間程度、に亘って観測される。その期間に亘って、電力調整器４４０のバックコンバータ電圧における負荷ステップは受信器から要求される電力量を反映し、その変化量は検出読み取り値に、振動周波数の揺動変化として反映される（図５Ｄ参照）。この時間変化は、コントローラ４２０には知られているバックコンバータ電圧負荷ステップにしたがって振動周波数の「ベースライン」を動的に設定することによって、検出アルゴリズムにおいて対処可能である。無論、一度に電力供給中／充電中のデバイスの数や電力供給中／充電中のデバイスのタイプやこれらのデバイスの相対的な「充電レベル」もまた検出測定に影響を与えることは理解されるであろう。

検出コイルマグネティクスに対するこれらの既知の影響を組み合わせることにより、粗いまたは初期（主）検出レジームについて堅牢で効果的な検出レジームが提供されうる。例えば、複数デバイス充電システムの「モード」やユースケースに基づいて、しきい値の集合を動作中に動的に決定するかプリセットすることができる。そのような「モード」やユースケースは、例えば、給電中／充電中のデバイスがない、所定のタイプのデバイスひとつが給電中／充電中である、他の所定のタイプのデバイスひとつが給電中／充電中である、同じまたは異なるタイプの二つのデバイスが給電中／充電中である、等である。さらに、検出されカウントされるエッジは立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれかであってもよいが、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジとで異なるべきしきい値の分離は、より具体的なカテゴリ化のために用いられてもよい。さらに、静的な値を測定するのではなく送信器において状況の変化を検出することによって、物体検出は一度だけ生じればよく、その場合、「細かい」または第２（副）検出が行われて検出された物体が受信器デバイスでないという結果となったら、検出された物体は副検出を再び行う必要性をトリガしない。

他の例では、ＩＰＴフィールドによる検出フィールドへの影響は、代替的に、上述のようなソフトウエアによってではなくハードウエアによって対処されうるか、またはそのようなソフトウエアによる対処に加えてハードウエアによって対処されうる。図２０Ａは国際出願公開第WO2014/070026号に開示される（自励式）周辺コイルの等価回路を示す。この回路では、「ループ」コイルＬ１の中に金属が置かれると、そのコイルのインダクタンスが変わり、それにより（インダクタＬ１およびキャパシタＣ１の共振回路により提供される）振動周波数が変化し、その変化は図示される比較回路を用いて測定される。しかしながら、上述の通り、電力送信コイルの動作によりループコイルがＩＰＴフィールドと結合し、それにより検出信号を損ねる可能性がある。ＩＰＴフィールドによる検出コイルへの悪影響（すなわち、ノイズ）を低減するために、図２０Ｂに示されるように、検出回路に適切なフィルタを設けてもよい。本例では、インダクタＬ３とキャパシタＣ３とからなるＬＣフィルタが検出コイルＬ１と並列に追加され、インダクタＬ２とキャパシタＣ２とからなるＬＣフィルタが比較回路に設けられる。これにより、インダクタＬ１およびＬ２（比較回路内）とＩＰＴフィールドとの結合は低減される。

上述から理解される通り、物体検出方法は、受信器デバイスを含む物体の存在を検出するために使用可能なだけでなく、同じしきい値レジームを用いてそのような物体がないことを検出するためにも使用可能である。物体がないことは、送信器の充電面から受信器デバイスが除去された場合や、充電面に対して受信器デバイスが動かされた場合である。このようにして、シンプルな態様で、送信器の充電モードを正確に制御することができ、低電力および安全な動作が提供される。

本発明のシステムの送信器の動作では、効率的かつ効果的な物体検出機能が以下のように提供される。送信器への電力投入時、すなわち電源から送信器へ電力が供給されたとき、どの送信コイルにも電力は供給されず、上述のレジームの下で検出コイルに電力が供給され、受信器デバイスを含む物体が送信器の充電範囲内にあるか否かが検出される。送信器に給電されている間は物体検出が連続的に行われ、送信器への給電を止めると物体検出は終わる。

近くに物体を検出すると、システムはコントローラと連携して受信器の検出を行う。この「細かい」検出は、送信「パッド」または充電面をスキャンして検出物体の実際の位置を決めると共にその検出物体が受信器デバイスであるか否かを決めることに相当する。このスキャンは、アレイの送信コイルを選択的に活性化し、そのような送信コイルの離散的な既知の位置に物体があるか否かを決定することによって、達成される。上述のように、検出物体は受信器デバイスであるか、または金属を含む他の物体であってもよい。送信コイルにより送信されるエネルギと金属との相互作用によって検出がより容易となる。送信コイルの活性化は、送信されるエネルギにより、送信コイルと近くの受信コイルとの結合が、その結合される受信コイルに関連付けられた受信回路／負荷に実際に給電／充電することなしに生じるような態様で、実行される。特に、物体検出器を用いて検出された任意の可能性のある物体の位置を、送信コイルと物体との磁気的相互作用を通じて、決定するように、スキャンが行われる。送信コイルアレイの構成に依存して、スキャンおよび検出は多くの方法で実行可能である。例えば、国際出願公開第WO2013/165261号および国際出願公開第WO2014/070026号（両方の内容は参照により明示的に本明細書に組み入れられる）に開示される突入電流測定および検出方法の原理並びに国際出願公開第WO2013/165261号に開示されるスイープ検出方法は、本発明の「細かい」検出方法のテストまたはステップの基礎として用いられうる。あるいはまた、後述の例示的な方法を含む受信器の位置を知る他の方法が用いられてもよい。

国際出願公開第WO2013/165261号および国際出願公開第WO2014/070026号に開示される通り、受信器エレクトロニクスの特性が既知の場合、突入および周波数掃引検出方法を用いて受信器デバイスを「特定」できると共に、そのデバイスの位置を知ることができる。そのように述べたが、受信器を特定しその位置を知る代替的な方法は後述される。この特定は、検出物体が送信器による給電／充電と互換性がある受信器デバイスであるか否かを判定するのを助ける。この機能に関して、本発明のシステムは、コンシューマ電子デバイスの無線給電のための従来のシステムとは以下のように一線を画している。

既述の通り、送信器は同じタイプまたは異なるタイプの二つ以上の受信器デバイスを収め、それらに電力を供給することができる。これらの受信器の「タイプ」は、スマートフォン、タブレット等のデバイスタイプや３ワット、１０ワット等のパワーレーティングタイプを含むだけでなく、産業規格の下で定義された異なる規格書に準拠する受信器タイプを含む。規格の発展を通じて産業規格の規格書が変更になった場合に後方互換性を可能とするために、これらの異なる規格書をサポートすることは重要である。すなわち、規格書の前のバージョンに準拠するデバイスはその規格書の後のバージョンに（完全には）準拠しない可能性がある。したがって、前のバージョンのデバイスの給電／充電を新たなバージョンのデバイス用にデザインされた送信器でサポートすることは、規格の初期の採用者が、少なくとも彼らが前のバージョンのデバイスを漸次廃止して新たなバージョンに置き換えることができるまで、不当な不公平にさらされることはないことを意味する。これは道理ではあるが、規格ベースの規格書の異なる世代は、回路デザインおよび動作において、相補的または互換ではないかもしれない。現在、コンシューマデバイスの無線給電業界は、異なる標準規格団体（ＳＳＯ）により設定されているいくつかの規格書を有する。用いられている無線電力伝送のための基礎技術がとても異なるため、単一のシステムでこれらの競合する規格書をサポートすることはさらに難しい可能性がある。

このコンテキストで、本発明のシステムは、受信器デバイスの「タイプ」または少なくとも送信器に提供されている受信器デバイスの特性を特定するための、かつ、この特定を通じて複数の「タイプ」の受信器デバイスの充電をサポートするための、メカニズムを提供する。本発明のシステムは、送信器が本システムの一部であるか産業規格の規格書の異なるバージョンのものであるかに依らず、受信器デバイスがその送信器に自証するメカニズムを提供する。

本発明のシステムの複数デバイスタイプ給電／充電能力の例示的なアプリケーションとして、図３の通信モジュール３３０の動作を説明する。この例示的な実施の形態では、通信モジュールは産業規格の規格書の第１バージョンで規定される通信要件に準拠する。この場合、その第１バージョンの規格書に準拠する受信器デバイスだけでなく、第１バージョンよりも新しいバージョンである産業規格の規格書の第２バージョンに準拠する受信器デバイスにおいて、特定、通信および給電／充電が実行可能である。そのような複数バージョン受信器サポートを行うために、無線電力伝送の適切なバージョンモードが選択されるよう、送信器３０２は受信器タイプを識別する必要がある。

前のバージョンの規格書は、送信器から受信器への電力伝送について以下の四つのフェーズを有する。
・選択
送信器は、物体の載置および除去があるかについて、送信器（インタフェース）表面を監視する。送信器が物体を検出すると、システムはピンフェーズに進む。
・ピン
送信器はデジタルピンを実行し、応答を聞く。送信器が応答を受信すると、システムは特定および設定フェーズに進む。
・特定および設定
送信器は受信器を特定し、受信器がその出力（負荷）において提供することになっている最大電力量などの設定情報を取得する。受信器が特定され設定されると、システムは電力伝送フェーズに進む。
・電力伝送
送信器は、受信器から受信する制御データに応じてそのコイル電流を調整することで、受信器に電力を提供する。

前のバージョンの規格書のこのレジームでは、任意の他のフェーズから選択フェーズへの遷移は、送信器が受信器への電力信号を除去することを含む。本発明については、これらのフェーズは以下のように行われる。選択フェーズは、前述の通り本発明のシステムによって行われる物体検出を含む。ピンフェーズおよび特定および設定フェーズは本発明の態様で以下に説明されるように行われる。電力伝送フェーズは特定された受信器のバージョンに依存して行われる。すなわち、前のバージョンのモードまたは後のバージョンのモードのいずれかで行われ、前者では送信器が上述のように伝送される電力量を調整し、後者では受信器が後述のように受信側負荷へ運ばれる受信電力量を調整する。以下の記載では、前のバージョンの規格書をバージョンＡと呼び、後のバージョンの規格書をバージョンＢと呼ぶ。より多くのバージョンや異なる規格の規格書のバージョンが同様にサポートされうることは理解される。

まず本発明のピンフェーズが説明される。本実施の形態では、本発明のバージョンＢ送信器（例えば、送信器３０２）は、まず、送信コイル３１２に順番に選択的に給電することによって受信器位置スキャンを行い、バージョンＡまたはバージョンＢ受信器が存在するか否かを判定する。もしなければ位置スキャンは終わる。これは単なる一例であり、同じスキャン内の代わりに、種々のバージョンを順次（例えば、順番に）見つけてもよい。

送信器表面上のどこに受信器デバイスがいるかを検出し、その受信器デバイスを特定するために、送信器と受信器との間の通信プロトコルが用いられてもよい。この通信プロトコルは両方のバージョンの規格書にしたがうものであってもよい。この場合、バージョンＡおよびバージョンＢのデバイスを時間的に効率の良い態様で検出できる。送信器によって給電／充電される前に受信器デバイスが検出されることを待たなくてはならないことによってシステムのユーザ体験が不当に影響を受けることがないようにするために、時間的に効率が良いことが望ましい。図６はバージョンＡの通信プロトコルの例示的な通信またはデータ「パケット」のコンポーネントを示す。パケットはワン（ONE）ビットおよびゼロ（ZERO）ビットからなるビットストリームを含む。図６Ａおよび６Ｂに示されるように、ゼロビットはクロック信号ｔ_ＣＬＫのひとつの周期内のひとつの遷移として符号化され、ワンビットはひとつのクロック周期内の二つの遷移として符号化される。クロック周期は例えば約２ｋＨｚである。ビットは一つの遷移または二つの遷移のいずれかとして符号化されるので、信号の初期状態は重要ではなく、クロック周期の周期内にいくつの遷移があるかのみが重要である。図６Ｃに示されるように、パケットの各バイトは１１ビット非対称シリアルフォーマットで符号化され、そこではひとつのスタートビット、ひとつのオッドパリティビットおよびひとつのストップビットがある。図６（Ｄ）は、四つのパート（部分またはフィールド）を有するパケットを示す。すなわち、１１ビットから２５ビットのプリアンブル部であって、全てのビットがワンに設定される（すなわち、プリアンブル部ではどのバイトも符号化されない）プリアンブル部と、ひとつのバイトからなるヘッダ部であって、パケットタイプおよびメッセージ部バイトの数を示すヘッダ部と、ひとつ以上のバイトからなるメッセージ部と、ヘッダ部バイトとメッセージ部バイトのそれぞれとのＸＯＲとして計算されるひとつのバイトからなるチェックサム部と、である。

動作中、例えば約１００ｍｓから約３００ｍｓまでの所定の期間に亘って、送信器３０２はアレイ３１４の各送信コイル３１２から順に「ピン」を送信する。「ピン」は離散的な非充電エネルギ信号であって、該信号はピンを送信する送信コイルと最近接の受信コイルとを一時的に結合させることができる。セレクタ３２４を用いて選択された送信コイル３１２を介して特定の期間に亘って適切な電力信号を出力するよう送信電力調整器３２２を制御することによって、ピンが得られる。一時的なピン信号により運ばれる電力によって、結合された受信器デバイスは送信器３０２に結合通信パケットを「送る」ことができ、送信器３０２の通信モジュール３３０は受信したパケットを復号して処理するための復号および処理回路を含む。コントローラ３２０の制御の下でこれらの機能を行うための回路が送信器３０２の通信モジュール３３０に設けられてもよいし、またはコントローラ３２０自身の一部として設けられてもよい。受信器が通信対象の情報をパケットに符号化するやり方およびこれらのパケットを「送信」するやり方は後述される。

図７は、コントローラ３２０または通信モジュール３３０に実装されうる、受信されたパケットを復号するためのデコーダ７０２および復号されたパケットを処理するためのステートマシン７０４を示すブロック図である。受信通信パケット内の期間を測定するためのタイマ７０６も示される。デコーダ７０２は、バージョンＡの通信プロトコルにより、少なくとも四つのプリアンブルビットが受信され、かつ、メッセージにパリティエラーが無く、かつ、チェックサムがマッチする場合にのみ、受信パケットのメッセージを正当と考えるよう構成される。しかしながら、他の検証基準も可能である。デコーダ７０２は復号されたメッセージをステートマシン７０４に渡し、またいつエラーを伴うメッセージが受信されたかを示す。ステートマシン７０４は復号されたパケットを処理する。

上述の通り、ピン信号のエネルギを受信する受信器デバイスは、結合通信パケットを送信器に送信することによって応答する。この結合（第１）通信パケットは信号強度パケットの形態であってもよい。信号強度パケットはパケットのメッセージ部のなかで信号強度値を伝える。該メッセージ部はピンを送信する送信コイルと結合された受信コイルとの間の結合の度合いを示す。ステートマシン７０４はこの受信した信号強度パケットを処理し、それにより送信器３０２は、送信伝送コイルに局在的な位置にあるものとして受信器デバイスを位置決めすることができる。当業者には理解されるように、主にＩＰＴフィールドにおける反射信号として、信号強度パケットを受信するのはその送信コイルであるからである。

受信器デバイスの位置決めに加えて、信号強度パケットから、受信器デバイスに給電／充電するための送信コイルまたは複数のコイルを導くことができる。すなわち、上述のように、かつ後に詳述されるように、受信器は、送信コイルのうちのあるひとつと受信器デバイスの受信コイルとの間の結合のレベルを測定し、信号強度を伝えることによって送信器にこの結合レベルを示すよう構成される。したがって、送信器はどの送信コイルまたはどの送信コイルの組み合わせが最良の結合を与えるかを決定することができる。例えば、電力効率を最大化しつつ電力伝送を最大化するために二つ以上の送信コイルの組み合わせを用いる場合、コントローラ３２０は、どの送信コイル３１２が最大の信号強度測定を提供するかおよびその「最良」の送信コイル３１２の隣のどの送信コイル３１２が次に「最良」の信号強度を提供するかを決定してもよい。この場合、その「最良」の二つの送信コイル３１２がセレクタ３２４を用いて電力伝送のために選択される。あるいはまた、前述の突入電流方法などの、同じまたは異なるパラメータの他の測定を用いてもよい。

まず低電力の粗い検出方法を用いて物体を検出し、次いで細かい検出スキャン方法を用いて送信コイルに対する位置を見つける二段階受信器検出方法が説明されたが、単一段階検出方法も本発明の範囲内である。例えば、新たに提供される受信器デバイスを検出する際の、または既存の受信器デバイスの動きを検出する際の、電力効率の重要度が特定のアプリケーションにおいて低いと考えられる場合、特定の状況において、またはシステムから物体検出回路および関連するソフトウエアを合わせて省くことにより、粗い検出を省いてもよい。実際、送信器および受信器の回路は、送信器パッドスキャン中に電力効率が最適化されるように、または結果として得られる検出／位置決めの高速化が低電力の「アイドル」またはスタンバイモードに対する必要性よりも高い価値を有するように、構成されてもよい。

受信器デバイスを位置決めすると、システムは特定および設定フェーズに入る。このフェーズでは、送信器は受信器を特定し、受信器がその出力（負荷）において提供することになっている最大電力量などの設定情報を取得する。例えば、ピン信号のエネルギが受信された場合に、位置決めされた受信器デバイスが送信器に識別通信パケットを送信することによって、これは達成される。この識別（第２）通信パケットはパケットのメッセージ部において受信器デバイスのＩＤを伝える。例えば、メッセージは、バージョンＡの通信プロトコルによると、バージョンコードと製造者コードと基本デバイス識別子とを含む。バージョンコードは受信器がバージョンＡおよび／またはバージョンＢと互換性があることを特定し、製造者コードは受信器の製造者を特定し、基本デバイス識別子は十分な一意性を保証するようランダムに生成された受信器デバイスＩＤ（例えば、デバイスＩＤまたはＩＤコード）である。ステートマシン７０４はこの受信された識別パケットを処理し、よって送信器３０２は位置決めされた受信器デバイスを特定することができる。バージョンＡの通信プロトコルでは、識別パケットは設定（第３）通信パケットを伴う。該設定通信パケットのメッセージ部は受信器デバイスが受信するよう構成されている最大電力を示す。ステートマシン７０４はこの受信された設定パケットを処理し、よって送信器３０２は電力伝送モードのパラメータを適切に設定することができる。バージョンＢの受信器について、設定パケットは、受信器に給電するのに必要な送信コイルの最大数／最小数などの追加的な設定情報を含んでもよい。

送信器からのピンに応じて結合パケット、識別パケットおよび設定パケットを順番に提供する上述のプロトコルの代わりに、システムはより多くのまたはより少ないデータパケットで同様の情報を送信するよう構成されてもよい。図６Ｅは代替的なパケット構造を示し、そこではヘッダ部とメッセージ部との間にＩＤ部またはフィールドが設けられる。これは、基本デバイス識別子などのデバイスのＩＤを全てのデータパケットと共に送信することを可能とし、後述の通りそれは後の通信中に役に立つ場合がある。さらに、バージョンコードおよび製造者コードをＩＤコードから生来的に導出することが可能である場合には、これにより別個の識別データパケットを（生成して）送信する必要性がなくなる。これは位置決めおよび識別スキャンをスピードアップするのを助ける。さらに、特定された受信器デバイスの設定要件を最初に定義するためにＩＤコードがさらに用いられてもよく、この場合、設定データパケットを省いてもよく、それにより本システムの「細かい」検出方法の処理時間をさらにスピードアップすることができる。

電力伝送フェーズを説明するために、まず、本発明に適用可能な受信器デバイスの詳細な例を適用可能な例示的送信器との関係で説明することがためになるであろう。

図８は、本発明のシステムの受信器８０４の実施の形態を示す。受信器８０４は、受信電力管理回路８０６と受信器回路８０８とを含むエレクトロニクスを示すブロック図の形態で示される。受信器回路８０８は、コントローラ８１０と受信電力調整器８１２と通信モジュール８１４と負荷８１６とを含む。図９は、同様のコンポーネント／要素を有する受信器904のより詳細な例をブロック図の形態で示す。受信器９０２は、受信電力管理回路９０６と受信器回路９０８とを含む。受信器回路９０８は、コントローラ９１０と受信電力調整器９１２と通信モジュール９１４と負荷９１６と電流検出回路９１７とを含む。加えて、受信電力調整器９１２は電力整流器９１８と電圧調整器９２０とを有するように描かれており、図３のコイルアレイ３１４から送信されたエネルギがコンテキストのために示されている。受信器８０４および９０４の同様のコンポーネント／要素は互いに同様な態様で機能することを注意しておく。

コントローラ８１０／９１０は、マイクロコントローラやマイクロプロセッサなどのプログラマブル集積回路の形態のデジタルコントローラとして、またはディスクリート回路コンポーネントの形態のアナログコントローラとして、設けられてもよい。本明細書で説明される受信電力管理回路および受信器回路の例では、受信側負荷への電力フロー制御を駆動するためだけでなく受信器のメイン処理回路としてマイクロコントローラを設けるが、当業者であれば、本システムの特定のアプリケーションに依存して、異なる適用可能な形態のコントローラが等しく用いられうることを理解する。

電力整流器９１８は、当業者によく知られているように、スイッチを有するハーフブリッジ整流器やフルブリッジ整流器などのスイッチベースの非同期構成または同期構成の整流器として設けられてもよい。スイッチはダイオードベースのスイッチであってもよく、またはトランジスタやＦＥＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチであってもよい。電圧調整器９２０は低損失レギュレータ（ＬＤＯ）またはシステムの特定のアプリケーションにおいて電圧を調整するために適切な他の回路として設けられてもよい。受信コイルによって受信される電力はＡＣ信号であるから、本明細書で説明される受信器回路９０８の例では、受信電力調整器は電力整流器９１８と電圧調整器９２０とを有する。電力整流器９１８は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧へ変換するフルブリッジ整流器として構成される。電圧調整器９２０は、整流されたＤＣ電圧（すなわち、図９に示される中間電圧）を負荷９１６への搬送に適した電圧へ調整するためのＬＤＯとして構成される。しかしながら、当業者であれば、本システムの特定のアプリケーションに依存して、異なる適用可能な形態の整流器および調整器が等しく用いられうることを理解する。

前述の通り、受信器デバイスがシステムの送信器の結合近傍に持ってこられた場合、受信器デバイスへの給電／充電が許される／可能とされる前に、まず受信器デバイスの存在、相対位置およびＩＤが確かめられる。この機能は、送信器上のデバイス載置の空間的自由度および複数デバイスの同時充電を助けるだけでなく、デバイスが互換性のある態様で給電／充電されることを保証する。これは、前述の通り、異なるＳＳＯ規格書に伴う複数の受信器デバイスバージョンが異なる給電および充電要件、例えば受信側負荷へ運ばれる最大許容可能電圧、を有するからである。この検出および設定フェーズは、受信側負荷を受信器の充電回路、したがって送信器、から切り離し、したがって正しくないまたは望まれない充電に伴う問題がないようにすることで、最も便利に実行される。すなわち、送信器の結合ピンによって受信器がオンされた場合、受信器は初期状態に入る。この初期状態では、当業者には良く理解される態様で、ＬＤＯ９２０をディスエーブルのままにしておくことにより、電力調整器９２４をディスエーブルし、かつ出力負荷９１６を切り離す。初期状態および他の状態において受信側負荷を切り離す他の方法もまた本発明に適用可能である。

電力整流および通信モジュールの包含と共に負荷切り離しをこのように提供することで、バージョンＢの受信器として構成される本発明の受信器は、バージョンＡの受信器と同様となる。しかしながら、ここが同様性が終わるところである。本発明のバージョンＢの受信器とバージョンＡの受信器との間のひとつの機能的差異は、受信側における電力フロー制御の包含である。後の記載から明らかになる通り、バージョンＡの受信器の電力フロー制御は、バージョンＡの受信器とバージョンＡまたはバージョンＢのいずれかである送信器との間の通信を通じて提供され、そこでは送信器は送信される電力量を変えることでそのような通信に応答する。充電可能電池などの受信器デバイスの負荷を過充電または不完全充電しないことを保証するために、また送信電力が不当にかつ望まれない形で無駄にならないように（これはシステムの効率を低下させるからである）、電力フロー制御は必要である。送信側で電力フロー制御を要求することは上手くいくが、通信リンクの使用により制限されることからその動作は比較的遅く、またＩＰＴフィールドを介した電力送信が電力フロー制御の主な手段として用いられることから細かくまたは正確に制御することは難しい。したがって、本発明の受信器に電力フロー制御を提供すること自体が、より動的で正確な形態の制御を可能とする。

受信側の電力フロー制御は知られているが、前述の通り、本発明の特定のアプリケーションは受信回路を小さくしてコンシューマ電子デバイス、例えばスマートフォン、に入れることであることは理解されるべきである。したがって、複雑でやっかいでコンポーネントヘビーな既知の電力フロー制御回路はそのようなアプリケーションに向いていない。そこでは、最終的なゴールは受信器の回路をデバイスのICそのものに集積することである。

本発明の受信器の電力フロー制御は、コントローラの制御の下、受信電力管理回路により提供される。図９に戻り、受信電力管理回路９０６は受信要素（コイル）回路９２２と電力調整器９２４とを含み、電力調整器９２４は受信要素回路９２２から受信電力調整器９１２へ運ばれる電力を調整する。受信電力管理回路の例示的な形態は、米国特許仮出願第61/930,191号および第61/990,409号（いずれもCoupled-Coil Power Control for Inductive Power Transfer Systemsというタイトルであり、それぞれ２０１４年１月２２日、２０１４年５月８日に出願）、米国特許仮出願第62/075,878号および第62/076,714号（いずれもReceived Wireless Power Regulationというタイトルであり、それぞれ２０１４年１１月５日、２０１４年１１月７日に出願）、ニュージーランド仮出願第617604号、第617606号、および第620979号（それぞれ、Power Receiver Having Magnetic Signature and Method of Operating Same、 Contactless Power Receiver and Method of Operating Same、Inductive Power Receiver with Resonant Coupling Regulatorというタイトルであり、それぞれ２０１３年１１月１１日、２０１３年１１月１１日、２０１４年２月７日に出願）、に開示されるチューニング回路および電力調整構成を含む。上記出願の内容は全て参照により明示的に本明細書に組み入れられる。図１０は、バージョンＡおよびバージョンＢ給電／充電のための複数モード動作を提供するよう適合された受信電力管理回路を有する受信器の例示的な実施の形態を示す。

図８および図９と同様に、図１０は、受信電力管理回路1006と受信器回路1008とを有する受信器１００４を示す。受信器回路１００８は、コントローラ1010と受信電力調整器1012と通信モジュール1014と負荷1016とを含む。受信電力調整器１０１２は、ダイオードブリッジのブロック図として示される電力整流器１０１８と、電圧調整器１０２０と、を有する。これらのコンポーネントは、図９の同様のコンポーネントについて説明されたのと同じように構成され、動作してもよい。受信電力管理回路１００６は受信要素回路１０２２と電力調整器１０２４とを有する。

受信要素回路１０２２は、受信要素１０２６と（共振）チューニング要素１０２８および１０３０とを有する二重共振回路として構成される。受信要素は受信（ピックアップまたは副）コイル１０２６として構成される。（第１）チューニング要素１０２８は、当業者には理解される態様でシステムの電力伝送効率を改善するよう構成された直列チューニングキャパシタCsとして示される。（第２）チューニング要素１０３０は、バージョンＡの規格書にしたがいバージョンＡの送信器の共振検出方法を可能とするよう構成された並列チューニングキャパシタＣｐとして示され、これは約１ＭＨｚにチューンされており、本明細書では詳述しない。図示のキャパシタは、当業者には理解される通り、可変キャパシタやインダクタなどの他の固定または可変リアクティブ要素として、またはそのような要素の組み合わせとして、または抵抗などの他のチューニング要素として、提供されてもよい。

図１０に示されるように、受信器１００４は、負荷１０１６への出力電流を検出するために設けられた電流検出回路１０１７を含む。出力電流の検出値はコントローラ１０１０に伝えられる。コントローラ１０１０はバージョンＡモード（後に詳述される）において多くの目的のために検出出力電流情報を用いる。その目的は以下を含む。
(a) バージョンＡ（モード）の送信器に最適な動作ポイントを確立することを要求するため。
(b) バージョンＡ（モード）送信器に送信するものとして、受信電力を決定するため。
(c) 同期整流器１０１８をイネーブルする必要があるか否か（バージョンＡモードでは不要）を判定するため。

バージョンＡ受信器およびバージョンＢ受信器の例示的な形態を説明したので、本発明のシステムによって実装される電力伝送モードの一例を説明する。前述の通り、前のバージョンのＳＳＯ規格書の電力伝送モードでは、送信器は、受信器から受信する制御データに応じてそのコイル電流を調整することで、受信器に電力を提供する。しかしながら、後のバージョンのＳＳＯ規格書では、受信器が前述のようなやり方で受信側負荷に運ばれる受信電力の量を調整する。したがって、この複数バージョン充電環境では、本発明のシステムがいくつかの動作シナリオをサポートする必要がある。これらのシナリオは以下の通り。

(1) バージョンＢモード−バージョンＢ送信器
バージョンＢ送信器がひとつ以上のバージョンＢ受信器デバイスを充電する。
(2) バージョンＢモード−バージョンＢ受信器
バージョンＢ受信器がバージョンＢ送信器によって充電される。
(3) バージョンＡモード−バージョンＢ送信器
バージョンＢ送信器がひとつ以上のバージョンＡ受信器デバイスを充電する。
(4) バージョンＡモード−バージョンＢ受信器
バージョンＢ受信器がバージョンＡ送信器によって充電される。
(5) 複数バージョンモード−バージョンＢ送信器
バージョンＢ送信器がひとつ以上のバージョンＡおよびバージョンＢ受信器デバイスを充電する。

システムがこれらの異なる動作モードのうちのひとつを採用するために、各ケースにおいて、送信器、受信器それぞれのバージョンを決定する必要がある。前述したバージョンＡの通信プロトコルでは、通信は一方向で、すなわち受信器から送信器へ行われる。これは、前述されたような特定および設定フェーズの態様で、受信器のバージョンを送信器に識別させるための良いメカニズムを提供する。しかしながら、それは送信器のバージョンを受信器に識別させるためのメカニズムは提供しない。種々のシナリオを説明する前に、共通要素を説明する。

まず、バージョンＡの通信プロトコルがバージョンＡまたはバージョンＢの受信器特定に適しているので、バージョンＡまたはバージョンＢの送信器からの「ピン」に応じて異なるバージョンの受信器が通信対象の情報をデータパケットに符号化する態様は基本的に同じである。すなわち、受信器９０４の通信モジュール９１４はコントローラ９１０の制御の下で振幅変調（ＡＭ）を用いて遷移を生成する。該遷移は、当業者には理解される態様で種々のデータパケットを作るワンビットおよびゼロビットからなるビットストリームを定義する。例えば、通信モジュール９１４を受信器のＡＣ側に関連スイッチを伴う適切なサイズの二つのキャパシタとして構成することにより振幅変調を提供してもよく、この場合ＡＣ信号は容量性負荷を用いて変調される。さらに、送信器３０２の通信モジュール３３０は、受信器９０４から受信した変調信号を復調するよう、当業者には理解される態様で、構成され、デコーダ７０２に復調されたパケットを与えてもよい。送信器の復調回路の実施の形態の具体例は後述される。

例えば、信号強度パケットについて、（任意のバージョンの）送信器から（デジタル）ピンを受けると、受信要素（コイル）回路９２２は対応するＡＣ信号を生成し、該ＡＣ信号は電力整流器９１８によって中間電圧としての整流されたＤＣ電圧に変換される。中間電圧は、（例えば、電圧分割回路を用いて中間電圧を測定し、電圧検出信号を生成し、それをコントローラ９１０に伝えることによって）コントローラ９１０によってサンプルされる。コントローラ９１０は中間電圧を用いて通信モジュール９１４を制御し、振幅変調を用いて信号強度パケットを生成する。該パケットは中間電圧のレベル、したがって受信コイルとピンを送信するために用いられた送信コイルとの間の結合のレベル（または強度）を示す。

第２に、本例では、バージョンＡは、任意のバージョンの送信器が例えば約１１０ｋＨｚから約２０５ｋＨｚまでの所定の周波数範囲で動作することを要求する。この要件は、後のバージョンの送信器および受信器と前のバージョンの送信器および受信器との互換性を保証するために満たされなければならない。周波数範囲の要件に関して、バージョンＢの送信器およびバージョンＢの受信器の動作周波数は約１１０ｋＨｚに設定される。

第３に、制限された要求周波数範囲は、バージョンＢの送信器が結合されたバージョンＢの受信器と通信する機会を提供し、これにより、図３の実施の形態を参照して分かるように双方向または二方向通信が提供される。バージョンＢの送信器は、アレイ３１４のある（または各）送信コイル３１２で、バージョンＡの動作周波数範囲の外のまたはそれからシフトした離散的な非給電信号を送信するよう構成され、その送信コイル３１２を介してバージョンＢの識別パケットが結合された受信器から受信される。例えば、バージョンＡの動作周波数よりも高い周波数、例えば約３００ｋＨｚから約１ＭＨｚ、の信号が送信される。本実施の形態では、約３００ｋＨｚから約４００ｋＨｚの信号（またはバースト）が送信コイルによって送信される。セレクタ３２４を用いて選択された送信コイル３１２を介して所定の期間に亘って適切な電力信号を出力するよう送信電力調整器３２２を制御することによって、これが得られる。これは、特定されたバージョンＢの受信器にバージョンＢモードで動作するよう知らせる「サイン（signature）」を提供する。本実施の形態では、所定の期間は約１０ｍｓから約５０ｍｓである。

再掲を目的として、電力伝送フェーズの前にシステムによって実行される例示的処理は以下の通りである。送信器へ電源投入されると、初期状態に入り、そこではどの送信コイルにも電力が供給されず、その結果どの近接受信器にも電力は運ばれない。この初期状態において、物体検出は実行され続け、受信器が送信器の充電面上に置かれたかを検出する。物体検出結果のトリガに際し、送信器は充電面全体のスキャンを行い、その上に受信器デバイスを有しうる領域を決定する。前述されたように、このスキャンは、個々の送信コイルにおける突入電流を測定すること、または送信器によるデジタル通信ピンの送信への受信器の応答を探すこと、を含んでもよい。さらに、位置（および識別）スキャンの説明される実施の形態は充電面全体のスキャンを含むが、スキャンが受信器デバイスの発見までだけで行われる場合も本発明の範囲内である。受信器が検出されると、送信器は電力伝送状態に入る。しかしながら、この初期状態の後であっても、送信器は物体検出およびそれによってトリガされる位置および識別スキャンを実行し続けることを注意しておく。この場合、検出された受信器の移動または除去を決定することができ、および／またはさらなる受信器デバイスの載置を検出することができる。

これらの共通要素を理解した上で、本発明のシステムに適用可能な種々のユースケースまたはシナリオを、それらが前に現れた順番すなわちシナリオ（１）から（５）の順番で、電力伝送フェーズの文脈においてかつ図３および図９の例示的な実施の形態を参照して、説明する。正しい動作状態の決定は全てのシナリオについて同じ処理フローで行われるので、この順番はシーケンス的な順序として考えられるものではないことを注意しておく。さらに、システムの実際のオペレーションでは、ここで記載されるもの以外の種々の基準の充足が要求されうる。これらの基準は具体例の文脈で後述される。

シナリオ（１）では、バージョンＢの送信器を用いてひとつ以上のバージョンＢの受信器デバイスを充電する。また、したがって、バージョンＢの送信器はバージョンＢモードにされる必要がある。

前述された例示的レジームにあるように、バージョンＢの受信器は、バージョンＢの送信器から受信したピン（メッセージ）に応じて送信された識別パケットの一部として、それがバージョンＢであることを伝える。送信器３０２の通信モジュール３３０は、コントローラ３２０と連携して（例えば、デコーダ７０２およびステートマシン７０４を用いて）、受信器デバイス９０４がバージョンＢでありかつ識別パケットを受信した送信コイル３１２の結合範囲内にあることを、受信した識別パケットが特定すると決定する。応じて、コントローラ３２０は送信器３０２をバージョンＢモードにする。

バージョンＢの送信器とバージョンＢの受信器とが両方ともバージョンＢモードとなり、シナリオ（２）に関連して議論された態様でバージョンＢモードの電力伝送が開始されうる。バージョンＢモードの電力伝送フェーズにおいて第２のまたは後に続くまたは他のバージョンＢの受信器が送信器３０２の結合近傍に持ってこられた場合、例えば第２のバージョンＢの受信器が充電面に置かれた場合、それにより選択フェーズの物体検出がトリガされ、電力伝送フェーズが中断されると共にピンフェーズおよび特定および設定フェーズが開始されることを注意しておく。これらのフェーズにおいて、既に充電中のバージョンＢの受信器が再発見され、任意の新たな（または移動した）バージョンＢの受信器が発見される。電力伝送フェーズに入った場合、再発見された受信器への給電／充電が再開され、新たに発見された受信器への給電／充電が始まる。送信器によって単一のインバータが用いられているが、バージョンＢモードのバージョンＢの送信器は同時に複数のバージョンＢの受信器デバイスに独立に給電／充電することができる。後述されるように、バージョンＢの受信器そのものによって電力フロー制御が規定されているからである。

電力伝送フェーズに入る前に、送信器３０２は、送信コイルと受信コイル（もしあれば）との間に（金属材料または他の電力吸収材料の）物体があるか否かを決定するためのいわゆる異物検出ステップを実行してもよいことを注意しておく。異物が検出された場合、送信器は送信コイルに給電しないことを選択するであろう。異物が検出されない場合、電力伝送フェーズが始まる。例示的な異物検出方法は、ニュージーランド仮出願第626547号および米国特許仮出願第62/078,103号、第62/094,341号および第62/099,750号に開示される方法であり、これらの出願の内容は参照により明示的に本明細書に組み入れられる。

シナリオ（2）では、バージョンＢの受信器デバイスはバージョンＢの送信器によって充電される。また、したがって、バージョンＢの受信器はバージョンＢモードにされる必要がある。

バージョンＢの受信器のひとつの例示的な実施の形態では、前述の初期状態は中性モードで、すなわち受信器がバージョンＡモードにもバージョンＢモードにも置かれない状態で、実行されてもよい。バージョンＢの受信器の動作のためのバージョンＢモードの選択は、この中性モード初期状態から、以下のように実行可能である。

バージョンＢモードのバージョンＢ送信器では、まず送信器３０２はセレクタ３２４を用いて、識別パケットが受け取られた送信コイル３１２を選択し、自身がバージョンＢ送信器であることをバージョンＢ受信器に対して自証するために、選択されたコイルでシフト周波数バーストを送信する。識別パケットおよび設定パケットを送信した後、受信器９０４のコントローラ９１０は、当業者には理解される態様で、受信器９０４の受信コイル９２２によって受信された送信器３０２からの電力信号の周波数を検出するモード検出アルゴリズムを実行する。受信器９０４が送信器３０２から３００ｋＨｚ信号を検出すると、待機状態に入る。

固定の時間遅延、例えば前述のような約５０ｍｓ、の後、コントローラ３２０は選択された送信コイル３１２の動作周波数をバージョンＢ受信器の充電周波数、例えば約１１０ｋＨｚ、に変更する。待機状態において、コントローラ９１０がモード選択アルゴリズムを実行し続けて送信器３０２から受信されている信号の周波数をチェックし続けているので、受信器９０４は送信電力周波数のこの変更を検出する。１１０ｋＨｚ信号が受信されたことが検出されると、コントローラ９１０で電力調整器９２４およびＬＤＯ９２０をイネーブルし、それにより出力負荷９１６を受信器回路９０８に接続すると共に電力管理回路９０６による受信器９０４における電力フローの制御を可能とすることにより、モード選択アルゴリズムはバージョンＢモードを選択する。

バージョンＢ受信器は、受信側負荷に給電／充電するために動作するべき送信コイルの数を選択するために、待機状態中に、ひとつ以上の設定（第３）通信パケットをバージョンＢ送信器に送信するよう構成されてもよい。

さらに、前のバージョンの規格書の一例では、バージョンＡまたはバージョンＢ受信器とバージョンＡ送信器との間の電力契約を確立するために、送信器が受信器から要求時間間隔、例えば約５００ｍｓ、以内に、正しい信号強度パケットと識別パケットと設定パケットとを受信する必要がある。したがって、バージョンＢ受信器は、前述された初期状態においてそれがバージョンＡ送信器に置かれたと仮定するよう構成されてもよい。すなわち、バージョンＢ受信器のデフォルトモードはバージョンＡモードであり、その結果、バージョンＢ受信器はバージョンＡ電力契約を素早く確立することができる。本例では、モード選択アルゴリズムは周波数検出インタラプトサービスルーチン（ＩＳＲ）として構成される。該ルーチンでは、送信器からのバージョンＢサイン信号が検出された場合、初期状態からバージョンＡモードへのデフォルトの移動が中断される。

バージョンＢ送信器およびバージョンＢ受信器の両方がバージョンＢモードになると、バージョンＢモードの電力伝送が開始され、受信コイル回路９２２および受信電力管理回路９０６の電力調整器９２４および受信電力調整器９１２の構成および動作に適用可能な態様で電力フロー制御が有効化される（例えば、既に参照された米国特許仮出願第61/930,191号、第61/990,409号、第62/075,878号、および第62/076,714号およびニュージーランド仮出願第617694号、第627606号、および第620979号に記載されるように）。

シナリオ（3）では、バージョンＢの送信器を用いてひとつ以上のバージョンＡの受信器デバイスを充電する。また、したがって、バージョンＢの送信器はバージョンＡモードにされる必要がある。

前述された例示的レジームにあるように、バージョンＡの受信器は、バージョンＢの送信器から受信したピン（メッセージ）に応じて送信された識別パケットの一部として、それがバージョンＡであることを伝える。送信器３０２の通信モジュール３３０は、コントローラ３２０と連携して（例えば、デコーダ７０２およびステートマシン７０４を用いて）、受信器デバイスがバージョンＡでありかつ識別パケットを受信した送信コイル３１２の結合範囲内にあることを、受信した識別パケットが特定すると決定する。応じて、コントローラ３２０は送信器３０２をバージョンＡモードにする。

バージョンＢの送信器がバージョンＡモードとなり、例えば以下のようなバージョンＡモードの電力伝送が開始されうる。

前述の通り、送信器３０２のバージョンＡモードにおいて、バージョンＡ受信器の電力フロー制御はバージョンＡ受信器とバージョンＢ送信器との間の通信を通じて提供される。特に、いったんバージョンＡモードになると、送信器３０２のコントローラ３２０は（例えばデコーダ７０２およびステートマシン７０４を用いて）、通信モジュール３３０がバージョンＡ受信器から受信した設定（第３）通信パケットを処理し、バージョンＡ受信器と電力契約を確立する。全ての引き続く電力伝送制御は通信を用いてバージョンＡ受信器によって取り扱われる。例えば、コントローラ３２０は、バージョンＡ受信器によって送信された電力伝送（第４）通信パケットに応答する。電力伝送パケットのメッセージ部は、異なる制御機能を提供するためにバージョンＡ受信器によって使用される。例えば、電力伝送パケットは、電力伝送開始パケットと、電力伝送終了パケットと、電力調整パケットと、エラーパケットと、を含んでもよい。これらのパケットがデコーダ７０２によって復号されステートマシン７０４によって実装されることで、送信器がバージョンＡ規格書に準拠するように電力信号が制御、調整されることを保証する。

送信器３０２が給電開始パケットを受信すると、コントローラ３２０は受信器に給電するために使用されている送信コイル３１２の動作周波数を、給電開始パケットのメッセージ部に規定される動作ポイントへ移動するよう調整し、電力伝送を開始する。本例では、ステートマシン７０４は、送信電力調整器３２２の（バック−ブースト）出力電圧を調整することで、伝送電力量を設定する。

電力伝送が始まると、受信側負荷により要求される電力量が充電および使用状態によって変化するにつれて電力調整パケットがバージョンＡ受信器によって連続的に送信され、該パケットはバージョンＡ受信器で受信されている電力量を調整するために使用される。送信器３０２が電力調整パケットを受信すると、コントローラ３２０は受信器に給電するために使用されている送信コイル３１２の動作周波数を、電力調整パケットのメッセージ部に規定される最適動作ポイントへ移動するよう調整する。本例では、ステートマシン７０４は、各電力調整パケットが受信されると、送信電力調整器３２２の（バック−ブースト）出力電圧を調整することで、伝送電力量を制御する。

送信電力調整器３２２がその動作範囲の限界にあるためにコントローラ３０２が要求されている調整（より高くまたはより低く）を満たすように出力電圧を調整できない場合、コントローラ３２０はセレクタ３２４に異なる送信コイル３１２（またはコイルの集合）を選択させ、それらの選択されたコイルは受信コイルとのフィールド結合をより良くするか悪くするために使用される。

送信器３０２が給電終了パケットまたはエラーパケットを受信すると、コントローラ３２０は電力伝送を止め、電力伝送フェーズからその初期状態へ戻る。エラーパケットは、過熱や過電圧などの受信器内または受信器近傍における種々のエラー条件の存在を示すものとして送信される。

バージョンＡ受信器によって生成され送信される他の可能性のある電力伝送通信パケットは受信電力パケットであり、それは電力伝送フェーズ中連続的に送信されてもよい。バージョンＢ送信器はこれらの受信電力パケットを用いることで、送信されている電力（コントローラに知られている）とバージョンＡ受信器によって受信されている電力量との間の差分を決定することができる。これにより、電力伝送損失の計算が可能となる。送信器は、バージョンＡ電力伝送について受け入れ可能な電力伝送損失の所定のしきい値でプログラムされてもよい。このしきい値は、バージョンＡ受信器以外のまたはそれに加えてのある物体、いわゆる異物、が伝送される電力のいくらかまたは全てを受信している潜在的状況を示す。望まれない影響を低減するために、そのような異物を検出する必要がある。望まれない影響は、例えば、受信器への非効率的な電力伝送や、金属的でありうる異物が伝送電力を吸収し望まれないかつ危ない加熱を引き起こしうること、である。特に、電力伝送損失が所定のしきい値電力伝送損失よりも高いとコントローラ３２０が判定すると、送信器３０２は受信器への給電を止め、異物が熱くなるのを防ぐ。したがって、バージョンＢ送信器は、バージョンＡモードにある間に、電力損失計算を用いて異物検出を行うことができる。

給電終了パケットあるいはエラーパケットの受領（ＣＥＰ）により、または異物が存在する可能性の判定により、電力伝送が終わると、送信器は、例えば音声提示や視覚的提示（例えば、ＬＥＤを用いる）などの機器２２６を通じてユーザにこれらの状況を示してもよい。代替的にまたは追加的に、コントローラは、各状況を異なる態様で、すなわち給電終了とエラー状況とで異なる点滅または色レジームで、示すよう構成されてもよい。これらの機能は、通常動作条件またはエラー動作条件のいずれかにおいて電力伝送フェーズを終了することに関して、送信器のバージョンＢモードにも等しく適用可能である。

本実施の形態の他の例では、受信電力データパケットは、追加的ではなくむしろ電力調整パケットの代わりに、用いられてもよい。すなわち、送信器３０２は、電力フロー制御が必要か否かを、受信電力データパケットに示される受信電力値に基づいて判定するよう構成されてもよい。

バージョンＡモードの電力伝送フェーズにおいて第２のまたは後に続くまたは他のバージョンＡの受信器が送信器３０２の結合近傍に持ってこられた場合、例えば第２のバージョンＡの受信器が充電面に置かれた場合、それにより選択フェーズの物体検出がトリガされ、電力伝送フェーズが中断されると共にピンフェーズおよび特定および設定フェーズが開始されることを注意しておく。これらのフェーズにおいて、既に充電中のバージョンＡの受信器が再発見され、任意の新たな（または移動した）バージョンＡの受信器が発見される。しかしながら、バージョンＢ送信器によって複数のバージョンＢ受信器が個別にかつ同時に給電／充電可能であるバージョンＢモードとは違って、バージョンＡモードでは、一度に一つしかバージョンＡ受信器を給電／充電することができない。これは、電力フロー制御がバージョンＢ受信器自身により規定されるバージョンＢモードとは違って、バージョンＡモードでは、電力フロー制御は送信器によって規定され、バージョンＢ送信器の本例では、これは単一のインバータによって行われるからである。したがって、電力伝送フェーズに再度入ると、送信器３０２は、例えば、再発見された受信器から給電終了パケットが受信されるまで再発見された受信器の給電／充電を復活させ、給電終了パケットが受信された段階で新たに発見された受信器の給電／充電を開始するよう構成されてもよい。あるいはまた、順番にではなく、期間に亘ってバージョンＡ受信器に交互に給電／充電してもよい。

複数のバージョンＡ受信器に同時に給電／充電することは物理的には可能であるが、本例の前のバージョンの規格書により要求されるように各バージョンＡ受信器が最適な電力量を受信していることを保証することはできない。しかしながら、特定のアプリケーションの前のバージョンの規格書が異なる基準および要件を提供する場合、前の規格書バージョンモードにおいて複数の充電をサポートすることができる。

シナリオ（4）では、バージョンＢの受信器デバイスはバージョンＡの送信器によって充電される。また、したがって、バージョンＢの受信器はバージョンＡモードにされる必要がある。

前述の通り、バージョンＢ受信器の初期状態は中性モードで、すなわち受信器がバージョンＡモードにもバージョンＢモードにも置かれない状態で、実行されてもよく、またはデフォルトモードで、すなわちバージョンＢ受信器がバージョンＡ電力契約を素早く確立することができるようにバージョンＢ受信器をバージョンＡモードとすることで、実行されてもよい。これらのモードのいずれにおいても、バージョンＢ送信器と同様に、バージョンＡ送信器は適切な受信器の存在を検出するために「ピン」を間欠的に送信する。バージョンＢ受信器は、前述のような態様と同じ態様で、例えば結合（信号強度）パケットおよび識別（および設定）パケットを伝えることで、バージョンＡ送信器から受信したピンに応答する。しかしながら、シナリオ（２）とは違って、受信器９０４が中性モードにある場合、識別（および設定）パケットを送信した後、バージョンＢ受信器は待機状態には入らない。バージョンＢ送信器とは違って、受信器９０４はバージョンＡ送信器からシフト周波数や他のサイン信号を検出しないからである。むしろ、バージョンＡ送信器は、受信器９０４から受信した設定パケットに基づいて例えば１１０ｋＨｚの動作周波数で電力の送信を開始するであろう。シフト周波数や他のサイン信号を受け取らないことに基づいて、受信器９０４のコントローラ９１０は送信器がバージョンＡであると決定し、したがってバージョンＡモードに入るかそれを維持し、それにより電力契約を確立する。

バージョンＡ受信器と同様に、バージョンＡモードにおいて、バージョンＢ受信器は通信を用いて、全ての引き続く電力伝送制御を取り扱う。例えば、受信器９０４の通信モジュール９１４は電力伝送（第４）通信パケットを生成し、バージョンＡ送信器に送信する。電力伝送パケットのメッセージ部は、異なる制御機能を提供するために受信器９０４によって使用される。例えば、電力伝送パケットは、電力伝送開始パケットと、電力伝送終了パケットと、電力調整パケットと、エラーパケットと、を含んでもよい。これらのパケットがデコーダによって復号されバージョンＡ送信器のステートマシンによって実装されることで、送信器がバージョンＡ規格書に準拠するように電力信号が制御、調整されることを保証する。

給電開始パケットに関して、受信器９０４のコントローラ９１０は中間電圧を測定することで、バージョンＡ規格書の電力伝送の（所定の）開始要件が満たされるか否かをチェックする。本例では、電力伝送の開始要件は、中間電圧が７ボルトよりも高いことである。開始要件が満たされない場合、通信モジュール９１４はコントローラ９１０と連携してエラーパケットを送信し、開始要件が満たされるようバージョンＡ送信器が最適動作ポイントへ動くよう要求する。開始要件が満たされる場合、コントローラ９１０はＬＤＯ９２０をイネーブルし、それにより出力負荷９１６を受信器回路９０８に接続する。バージョンＡモードでは電力調整器９２４はイネーブルされず、したがって電力管理回路９０６は受信器９０４における電力フローを制御しないことを注意しておく。

電力伝送が始まると、コントローラ９１０は負荷９１６への出力を連続的に決定する。これは、ＬＤＯ９２０により出力される電圧または電流を測定することによってなされうる。例示的な実施の形態では、電流検出回路９１７を用いて前述のように出力電流を測定する。出力電流サンプルはコントローラ９１０に伝えられる。コントローラ９１０は例えばルックアップテーブルを参照することによって、所定の値の範囲に対して測定された値をチェックし、所望の中間電圧を判定する。表１は、出力電圧を５Ｖに制御するために５ＶＬＤＯが用いられる本実施の形態について、出力電流と所望の中間電圧との関係の例を示す。この場合、最低ドロップアウト電圧が１．５Ａ出力において１００ｍＶより低くなるようデザインされる。したがって、１００ｍＶのドロップアウトを可能とし、かつ出力電圧を５Ｖに維持するために、中間電圧は５．１Ｖとなるよう制御されてもよい。

例えば受信器デバイスの電池がその満充電状態に近い場合などの低負荷または軽負荷の場合、所望の中間電圧は、受信器９０４が出力電圧に影響を与えることなしに負荷ステップを扱えるように、高い値に設定される。例えば受信器デバイスの電池が充電を必要とする場合などの重い負荷の場合、所望の中間電圧は５．１Ｖに設定され、その結果、中間電圧と出力電圧との間のドロップアウト電圧は０．１Ｖとなり、５Ｖ負荷ＬＤＯ９２０に亘る電力損失が最小化される。

所望の中間電圧を決定した後、受信器９０４のコントローラ９１０は実際の中間電圧をサンプリングすることで、測定された（既知の）出力電流値における所望の中間電圧と実際の中間電圧との差分を決定する。この差分に基づいて、コントローラ９１０は通信モジュール９１４に、電力調整パケットのメッセージの値を設定する。これは、例えば所望の中間電圧と実際の中間電圧との間の計算された差分を所定のスケールファクタで除すことによって達成されてもよい。この電力調整値は、正（例えば、バージョンＡ送信器により多くの電力を提供するよう要求する）または負（例えば、バージョンＡ送信器により少ない電力を提供するよう要求する）のいずれかであってもよい。受信側負荷により要求される電力量が充電および使用状態によって変化するにつれて電力調整パケットが受信器９０４によって連続的に送信され、該パケットは受信器９０４で受信されている電力量を調整するために使用される。

受信器９０４のコントローラ９１０は、通信モジュール９１４を用いて受信電力パケットを生成して送信するよう構成され、この場合、エラーおよび／または異物検出のための電力損失計算がバージョンＡ送信器によって行われうる。受信電力は、送信器から受信器が受信した全電力（電力損失含む）の測定値である。受信電力値は以下のように計算される。受信電力＝出力電流×中間電圧＋評価損失「評価損失」は、回路コンポーネントおよび動作の知識から所与である。

電力伝送フェーズでは、受信器９０４は、任意の規定された／要求された時間間隔内においてバージョンＡ送信器へ電力調整パケットおよび受信電力パケットを報告すると共に、負荷９１６が電力伝送を終了するための条件を満たしたか否かを常に監視する。電力伝送を終了するための条件のうちのいずれかが満たされると、受信器９０４は電力伝送終了パケットを生成してバージョンＡ送信器へ通信モジュール９１４を用いて送信する。ここで電力伝送フェーズは終わり、受信器９０４は初期状態に戻る。

本実施の形態の他の例では、受信電力データパケットは、追加的ではなくむしろ電力調整パケットの代わりに、用いられてもよい。すなわち、受信器９０４は、受信電力データパケットを送信するよう構成され、バージョンＡ送信器は電力フロー制御が必要か否かを、受信電力データパケットに示される受信電力値に基づいて判定してもよい。

バージョンＢ受信器によって生成され送信される他の可能性のある電力伝送通信パケットはエラーパケットである。エラーパケットは、過熱や過電圧などの受信器内または受信器近傍における種々のエラー条件の存在を示すものであり、これらのエラー条件は受信器回路において当業者には良く理解されるように種々の手段を用いてコントローラ９１０によって判定される。

シナリオ（5）では、バージョンＢの送信器を用いてひとつ以上のバージョンＡの受信器デバイスおよびひとつ以上のバージョンＢの受信器デバイスを充電する。また、したがって、バージョンＢの送信器は複数バージョンモードにされる必要がある。

シナリオ（１）および（３）に関して前述された通り、バージョンＡモードでは一度に一つしかバージョンＡ受信器に給電／充電できない。またバージョンＢモードでは、一度に複数のバージョンＢ受信器に給電／充電する。シナリオ（５）の種々の状況においてこれらのモードの基本的な機能は成り立つ。例えば、
(a)バージョンＢ受信器がバージョンＢモードにおいて給電／充電されており、かつバージョンＡ受信器がバージョンＢ送信器にもたらされる、および
(b)バージョンＡ受信器がバージョンＡモードにおいて給電／充電されており、かつバージョンＢ受信器がバージョンＢ送信器にもたらされる。

状況（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、前述の通り、選択フェーズの物体検出によって電力伝送フェーズが中断され、続いてピンフェーズおよび識別および設定フェーズが行われる。本実施の形態では、状況（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、バージョンＢモード充電が優先される。すなわち、状況（ａ）において、既に充電されているバージョンＢ受信器が再発見され、かつバージョンＡ受信器が発見される。この場合、電力伝送フェーズに再度入ると、バージョンＢ送信器は、再発見されたバージョンＢ受信器が満充電されるかまたは送信器から除去されるまで再発見されたバージョンＢ受信器の給電／充電を復活させ、それから、新たに発見されたバージョンＡ受信器の給電／充電を開始する。また、状況（ｂ）において、既に充電されているバージョンＡ受信器が再発見され、かつバージョンＢ受信器が発見される。この場合、電力伝送フェーズに再度入ると、バージョンＢ送信器は、新たに発見されたバージョンＢ受信器が満充電されるかまたは送信器から除去されるまで新たに発見されたバージョンＢ受信器の給電／充電を開始し、それから、再発見されたバージョンＡ受信器の給電／充電を復活させる。しかしながら、これは一例であって、例えばバージョンＢモードよりもバージョンＡモードが優先されてもよい。

さらに、送信器３０２によって複数バージョンモードが実装されてもよく、そこではバージョンＡ受信器およびバージョンＢ受信器が同時にまたは交互に給電される。特定のアプリケーションの前のバージョンの規格書が異なる基準および要件を提供する場合、そのような複数バージョンモードが特に可能となる。

例示的な本実施の形態で、シナリオ（３）、（４）および（５）において、バージョンＡモードは受信器からの通信に応じて送信器によって電力フロー制御が行われることを要求する。この通信電力データ、すなわち電力調整パケットおよび／または受信電力データパケット、の途切れない流れは、バージョンＡ受信器に他のバージョンＡ受信器またはバージョンＢ受信器と同時に給電／充電する能力にさらなる制限を与える。これは、バージョンＡモードで動作する各受信器のメッセージであって前述のバージョンＡ通信プロトコルで用いられるデータストリーム中のメッセージが他のバージョンＡモード受信器のメッセージを破損するか、またはバージョンＢモード受信器に対して充電中断を引き起こす可能性があるからである。

そのようなデータパッケージ衝突への潜在的な解は、デバイス識別子（デバイスＩＤ）をただ識別通信パケットだけに含めるのではなく、バージョンＡ（モード）受信器によって生成され送信される全ての通信パケット／パッケージに含めることである。例えば、図６Ｅに示されるように、データパケットにＩＤコードを含めてもよい。これにより、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）や時分割多元接続（ＴＤＭＡ）などの技術を、個々に識別される受信器から受信したデータパケットのメッセージを復号して実装するために用いることができる。

例えば、結合された受信器がメッセージを送信する必要がある場合、それは利用可能な時間ウインドウまたはスロットの集合のなかからランダム送信ウインドウを選択し、かつ、他の送信ウインドウにおいては黙ったままとなる。これにより、他の受信器デバイスがそれらのウインドウにおいて通信可能となる。一例では、受信器９０４のコントローラ９１０は、一意のデバイスＩＤを、送信ウインドウのランダム選択のためのランダム値のためのシードとして使用するよう構成されてもよい。実装される（バージョンＡ）通信プロトコルがデータ衝突検出またはアクノレッジパケットの類いを有さない場合、送信されたメッセージが成功したのかまたは他の受信器のメッセージとぶつかったのかを受信器が知るすべはない。したがって、受信器９０４は、電力伝送条件が変わるまで、時間スロットの集合のサイクルからランダムに選択された他の時間ウインドウでメッセージを送信し続けてもよい。複数の受信器が給電中／充電中である場合、同じ送信ウインドウを選択した複数の受信器によって引き起こされる通信エラーがある。しかしながら、各受信器が都度異なるランダム送信ウインドウを選択するので、メッセージは破損することなしに後続の送信で通るであろう。この方法を用いたエラー無し通信の確率は、一度に充電可能な受信器の最大数を比較的低く、例えば５より少なく、抑え、かつ、全体の通信時間を増大させずに利用可能な送信時間スロットの数を比較的高く維持する（例えば、約８つの時間ウインドウは十分に速い通信を維持しつつメッセージが通る高い確率を提供する）ことによって、高められる。

シナリオ（１）および（２）では、電力伝送フェーズ中にバージョンＢ送信器によって伝送されるべき電力量は、最初、バージョンＢ受信器と電力契約を確立するためにバージョンＢ受信器から通信モジュール３３０が受信した設定通信パケットおよび／または電力伝送開始通信パケットにしたがって設定される。バージョンＢモードでは、バージョンＡ受信器と同様な受信側電力フロー制御ではなくむしろ、またはそれに加えて、バージョンＢ受信器が通信を用いて電力伝送制御を取り扱うことが可能である。すなわち、バージョンＡモードと同様に、バージョンＡおよびＢの合成モードでは、電力伝送制御はバージョンＢ送信器のみによって、またはバージョンＢ受信器の電力フロー制御との組み合わせで、処理されうる。例えば、バージョンＢ受信器は動的電力フロー制御の所定の範囲を有してもよく、かつバージョンＢ送信器はこの範囲の外の電力伝送制御に用いられてもよい。

この合成モードでは、バージョンＡモードと同様に、送信器のコントローラ３２０はバージョンＢ受信器によって送信される電力伝送通信パケット（電力伝送開始パケットと、電力伝送終了パケットと、電力調整パケットと、エラー制御パケットと、を含む）に応答する。これらのパケットがデコーダ７０２によって復号されステートマシン７０４によって実装されることで、送信器が要求された量の電力をバージョンＢ受信器へ伝送するように電力信号が制御、調整されることことを保証する。

しかしながら、さらなる構成がない場合、この合成モードは、シナリオ（３）、（４）および（５）について上述されたのと同じ、複数のバージョンＢ受信器からの電力伝送パケット間の衝突に苦しむ。これを軽減するため、上述の衝突解法が実装される。しかしながら、少なくともシナリオ（３）および（４）とは違って、バージョンＢ受信器によって提供される電力フロー制御は、この合成モードが、以下のように電力フロー制御および搬送を最適化することを可能とする。

バージョンＢモードでは、同時に複数のバージョンＢ受信器に給電されるので、バージョンＢ送信器は複数のバージョンＢ受信器から複数の電力伝送パケットを受信する。これらの電力伝送パケットの値は典型的には異なっており、したがって伝送される電力量を調整する際のバージョンＢ送信器からの正しい応答はプリセットでない限り未知である。このプリセットは、先に置かれた受信器が後に置かれた受信器よりも優先されることか、またはどの受信器も優先されず、かつ平均または中間電力レベルが伝送されること、であってもよい。

しかしながら、受信器回路内の電力調整器（およびコンディショナ）の構成および受信側負荷への電力フローの効率についての利点に基づいて、受信器内の電力フロー制御回路が負荷電力要件を満たすために、受信電力を増やす（例えば、ブースト制御）よりむしろ受信電力を抑制するまたは減衰させる（例えば、バック制御）ようにすることが好ましい。電力伝送（エラー制御）パケットの値は、受信器によって、送信器によって提供される制御ポイントが所望の制御ポイントと等しい（すなわち、受信電力が負荷によって要求される電力と等しい）場合はゼロ値に、受信電力の減少が要求される場合は負の値に、受信電力の増大が要求される場合は正の値に、設定される。

したがって、合成モードでは、バージョンＢ送信器のコントローラは、最高値を有する電力伝送パケットのみに応答し、その最高電力レベルを要求したバージョンＢ受信器への送信電力を調整するよう構成される。このようにすることで、他のバージョンＢ受信器は、自身の負荷電力要件にしたがい負荷に供給される電力を減らすよう自己調整する。したがって、送信器の電力コントローラは、最大の電力を要求する受信器デバイスに従う。

特に、これは送信器コントローラのＰＩＤコントローラ等によって達成される。そのＰＩＤコントローラは、通信フレーム期間中に全ての電力供給される受信器から全ての電力伝送（エラー制御）値を集め、集められたなかから最大の値（送信コイルにおける最大電流を与えるもの）を電力伝送（エラー制御）値として選択し、選択された値を用いて制御アルゴリズムを更新し、通信フレームの開始時点でフレーム送信の開始と同期して更新された制御値を適用する。最高のＣＥＰ値がゼロでない場合、後続の通信フレームに亘ってその最高値をゼロへと持っていくように更新制御値を設定する。これにより、少なくともその受信器を安定動作状態へ持っていける。

通信パケットまたはパッケージが送信器および受信器の通信モジュールによって生成され送信されることが説明されたが、本発明はこれに限定されない。代替的に、種々のデータパケットのそれぞれは予め定められ、例えばリアルタイムで生成されるよりむしろ、ルックアップテーブルを介しての動作中の後のアクセスのために保持されてもよい。追加的にまたは代替的に、データパケットの種々の部分の少なくともいくつかを個別に予め定めて保持してもよい。この場合、要求されるデータパケットのタイプに依存して、種々の予め定められた部分を他の予め定められた部分および／またはアクティブに生成された部分と組み合わせることによって、データパケットを「生成」する。例えば、プリアンブルおよびヘッダ（およびＩＤ）部は予め定められ、同じタイプまたは複数のタイプの全てのパケットについて共通であってもよく、メッセージおよびチェックサム部は完全に予め定められてもよいし、または一部が予め定められて一部がアクティブにリアルタイムで生成されてもよいし、または完全にアクティブにリアルタイムで生成されてもよい。さらに、当業者には理解されるように、通信パケットの他のデータ構造が可能である。さらに、送信器および受信器の通信モジュールは、対応するコントローラとは別個の要素として描かれているが、本発明はこれに限定されない。例えば、パケット生成、データ保持、データルックアップ、符号化／復号、実装、および送受信のような通信機能は、コントローラ自体の中で行われてもよい。さらに、通信パケットの生成に必要なデータや様々に記述されたデータの測定や計算に必要なデータは、アナログおよび／またはデジタルメモリに保持されてもよい。このメモリは、コントローラとは別個でもよいし、それ専用でもよいし、および／またはコントローラに統合されてもよい。

図１０に示される受信側電力フロー制御の例示的構成はＡＣ側電力調整、すなわちプレレクチフィケーションを実効的に提供することを注意しておく。当業者であれば、ＤＣ側電力調整、すなわちポストレクチフィケーションを実装する構成も等しく適用可能であることを理解する。ＡＣ側調整の場合、電力伝送フェーズ中に上述のＩＰＴ通信と電力フロー制御（調整）とを同時に実行することは困難である。調整がＡＭ通信信号に歪みをもたらすからである。これは、振幅変調の使用が中間電圧を変え、これにより電力調整器が通信期間中に調整の安定状態に留まるよりむしろこの変化を補償すべく電圧を調整するからである。調整量、したがって導入される歪み量は、電力送信器が通信されるデータパケットを正しく分析および／または受信することを妨げるのに十分である可能性があり、この場合電力伝送はエラーで終了する。この状況は以下のように処理されてもよい。

ある実施の形態では、受信器から送信器へのＡＭ通信中、ＡＣ側調整器はコントローラによって非活性化または切り離され（例えば、電源オフ）てもよい。調整器がこの状態にある間、中間電圧は上昇し、これは出力電圧の上昇を招く、すなわち負荷への電圧は実質的に調整されない。しかしながら、この期間中、出力電圧は電圧調整器（ＬＤＯ）によって実質的に一定のレベルに維持されうる。各通信期間は比較的短く、例えば約５０ｍｓ、であり、かつ周期的に、例えば約一秒に一回、発生するからであり、その結果、電圧調整器は電圧調整器に過大な負荷をかけることなく通信期間中に余分な電力を消費できる。したがって、ＡＣ側電力フロー制御が通信中に非活性化された場合、ＤＣ側電力フロー制御が補助で実施される。

他の実施の形態では、受信器のコントローラはデジタルコントローラとして設けられる。デジタルコントローラはＡＭ通信を開始するときにＡＤＣ／コントローラ値を格納し、通信の持続期間の間この格納された値を用いるよう構成され、それにより補助の電力調整段が提供される。基本的に、通信中に電力調整器を完全に非活性化するのではなく、電力調整器は通信前のそれの状態に維持される。このようにすることで、電圧調整器は、電力調整器が完全にオフされる上述の実施の形態のときほどハードに動作する必要はなくなる。中間電圧の変化およびその結果としての出力電圧の変化が低減されるからである。

種々の利用シナリオおよび本発明のシステムがこれらのケースに対処する態様を説明したので、特定の例示的な実施の形態の特定の詳細を説明することはためになる。受信器デバイス１００４について、負荷１０１６に供給されるべき出力電力は約７．５Ｗであり、一方バージョンＡ受信器について出力電力は約５Ｗである。ＬＤＯ１０２０から負荷１０１６への出力電圧は約５Ｖである。これらの動作パラメータは、図１１および図１２に示される例示的な回路によって提供されうる。図１１Ａから図１１Ｇは、図４の送信器の例示的な模式的コンポーネント構成およびパラメータを示し、図１２Ａから図１２Ｄは、図１０の受信器の例示的な模式的コンポーネント構成およびパラメータを示し、これらは既に説明された種々のパラメータや値に補足的なものである。

送信器４０２に関して、整流器４３４は一対のＦＥＴを有するハーフブリッジインバータであり（図１１Ａ参照）、これはコントローラ４２０のマイクロプロセッサによって駆動されて（図１１Ｂ参照）電力調整器４３２のバック−ブーストコンバータ回路からの調整された電力を整流し（図１１Ｃ参照）、かつ送信コイル４１２に整流された電力を提供する。送信コイルアレイ４１４は複数の送信コイル４１２により形成され（図１１Ｄ参照）、各送信コイルはセレクタ４２４としてその送信コイルの一方の側に接続されたスイッチを有する（図１１Ｅ参照）。送信コイルの集合は、その送信コイルの集合に対応するスイッチがオンされた場合、オンされて受信器に電力を供給することができる。物体検出器４２８の検出回路および通信モジュール４３０の復調回路はそれぞれ図１１Ｆおよび図１１Ｇに示されている。

図１１Ａにおいて、入力は以下の通り。DCDC_OUTはバック−ブースト調整器からの１１−２１ＶＤＣ、+10_SWは１０Ｖ線形調整器４４６からのもの、INV_PWM_TおよびINV_PWM_Bはゲート駆動回路４５０を介したマイクロプロセッサからの方形波パルスである。出力は以下の通り。D_ARMは送信コイルを駆動し、図示の回路は送信コイルに（５Ａｒｍｓまでの）高周波ＡＣ電流を提供すると共に約１１０ｋＨｚと約３００ｋＨｚとの間の動作周波数を提供する。

図１１Ｃにおいて、入力は以下の通り。VDC_INはＥＭＩフィルタ４４４ならびに突入電流および逆極性保護回路４５２を介した１９ＶＤＣ入力サプライ４４２であり、DCVOLT_PWM_Tは出力電圧調整を変えるために使用されるマイクロプロセッサからのＰＷＭ信号である。出力は以下の通り。DCDC_OUTはインバータ回路に入力される、１１Ｖから２１Ｖまでで変わるようデザインされたものであり、COIL_VIN_MCUはマイクロプロセッサのピン１３に接続され、バック−ブーストコンバータの出力を検出するために使用され、出力電圧が１１Ｖから２１Ｖに昇圧されるにつれて０．４８Ｖから０．９１Ｖへと変わっていくものであり、図示の回路はインバータに可変入力電圧（１１Ｖ−２１Ｖ）を提供し、それによりバージョンＡ互換性および約４００ｋＨｚの動作周波数を可能とする。

図１１Ｄおよび図１１Ｅにおいて、入力は以下の通り。INDは送信コイルのひとつに接続され、+10V_SWはＤＣサプライ４４６であり、+3V3はＤＣサプライ４４０であり、DCはマイクロプロセッサからのセレクトスイッチ信号であり、SNUBおよびD_SNUBは両方とも、スイッチ電圧レーティングが全ての条件における限界内にあることを保証するために用いられるスナバ回路に接続され、図示の回路は、受信器の位置に依存して送信コイルを選択的にオンするために用いられるコイルスイッチであってスイッチを流れる最大電流が約２Ａであるコイルスイッチを提供する。

図１１Ｆにおいて、入力は以下の通り。+3V3はサプライ４４０であり、3V3_CONTはマイクロプロセッサからのものであって物体検出回路のイネーブル／ディスエーブルのために用いられる。出力は以下の通り。LOOP_COMP+は振動子周波数に比例する周波数を有する方形波である。図示の回路は、約１ＭＨｚに設定された周波数での金属検出器を提供し、そこでは金属物体がパッド表面に置かれると振動子周波数が変化し、その変化がマイクロプロセッサによって検出される。

図１１Ｇにおいて、入力は以下の通り。+5VはＤＣサプライ４４８であり、T-Demod-Signalはインバータ電流に比例するＡＣ信号である。出力は以下の通り。Demod_Out_1は、受信器と通信するのにマイクロプロセッサが使用するものである。図示の回路は、バージョンＢ送信器における電流変調の検出を提供する。

本出願人は、送信器共振回路と受信器共振回路との間のある相互作用によって変調スロープ逆転が発生しうることを見出した。これは、復調回路で検出される合成電流が、送信器の出て行く電流（第１周波数で共振する）と受信器からの入来電流（異なる第２周波数である）との積であるからである。これは変調信号の歪みを引き起こし、したがって通信を妨害しうる。潜在的な解法は、方向性カプラを用いることである。該カプラは外向き送信器電流を排除する。この場合、順方向電流と逆方向電流とを分離することによって、受信器からの内向き変調電流を歪みなしで検出することができる。しかしながら、コンシューマエレクトロニクスにそのような方向性カプラを含めることは、トランスフォーマを含めることになってコストおよび複雑さが増大するので、望ましくない。代替的な解法は、図１１Ｈに示されるように、図１１Ｇの復調回路の入力段に振幅位相検出器１１０２を用いることである。そのような振幅位相検出器では、入力トランスフォーマ１１０４の二つのアームは、図面の右側から結合される（送信コイルからの）信号はキャパシタ１１０６によって調整され、図面の左側から結合される（インバータからの）信号はインダクタ１１０８によって調整される、よう調整される。このようにすることで、順方向電流と逆方向電流とを周波数にしたがって区別することができる。送信器の電流検出コイルの適切な一端を選択することで、受信器のピックアップコイルからの振幅変調信号のレベルを最適化するのに適切な周波数（例えば約１００ｋＨｚ）でそのコイルを共振させることができる。

受信器１００４に関して、電力整流器１０１８はＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するフルブリッジ整流器として構成され、同期構成の四つのＭＯＳＦＥＴを有する。すなわち、ハイサイドの二つのＰチャネルＭＯＳＦＥＴとローサイドの二つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴとを有し（図１２Ａおよび図１２Ｂ参照）、これらはコントローラ１０１０のマイクロプロセッサの制御の下でスイッチする（図１２Ｃ参照）。特に、同期整流器制御はバージョンＡとバージョンＢとの両方に共通である。ハイサイドのＰチャネルＭＯＳＦＥＴはＡＣ信号によって自己駆動され、一方ローサイドのＮチャネルＭＯＳＦＥＴはマイクロプロセッサによって生成されるゲート信号によって制御される。出力電流が７００ｍＡを超えると同期整流器がイネーブルされる（デジタルゲート信号が生成され、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴがオンオフされる）。負荷１０１６が５００ｍＡを下回る場合、同期整流器はディスエーブルされ、電流を伝えるためにＮチャネルＭＯＳＦＥＴのボディダイオードが用いられる。同期整流器がフル同期整流器またはハーフ同期整流器のいずれかで動作しうることは、図１２Ａおよび図１２Ｂから当業者には理解される。ＬＤＯ１０２０の回路もまた図１２Ｂに示される。ＬＤＯ１０２０はマイクロプロセッサ信号のLoad_Enable出力をローに設定することによってディスエーブルされ、これは負荷１０１６をも切り離す。ＬＤＯ１０２０はLoad_Enable信号をハイに設定することによってイネーブルされる。通信モジュール１０１４の変調回路は二つのキャパシタと二つのスイッチとを有し、受信器１００４のＡＣ側においてキャパシタの容量性負荷を変調することによって（図１２Ｄ参照）通信パケット／信号が提供される。電流検出回路は負荷および増幅器と直列に抵抗を有し（図１２Ｅ参照）、出力電流を決定する。マイクロプロセッサはこの情報を用いて送信器に最適動作ポイントを確立することを要求し、送信器から受信した電力を決定し、同期整流器をイネーブルする必要があるかを決定し、低（軽）負荷の場合にはハーフ同期整流器をイネーブルする。

図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、整流器１０１８への入力は以下の通り。AC_in1/2は（図１２Ｄの変調回路からのもの）Ｑ１およびＱ２が自己スイッチすることを可能とするものであり、Sync_Ctrl_PWM_1/2、および5V_Supplyは+5Vサプライスイッチ回路からのものであって該回路は5V_LoadおよびAnalogue_enableを入力として取得し、回路のサプライ電圧を制御することで受信電力管理回路１００６（構成は当業者には理解されるので不図示）のアナログ回路をディスエーブル／イネーブルするのに用いられる。ＬＤＯ１０２０への入力は、Intermediate VoltageとLoad_EnableとDummy_Load_Enable（図１２Ｃのマイクロプロセッサからの）であり、整流器からの出力はIntermediate Voltageである。
ＬＤＯの出力は以下の通り。5V_LoadおよびCurrent_Sense_R。整流器の図示の回路では、Ｄ２−Ｄ３はダイオード直流化半整流を提供するが、マイクロプロセッサによってスイッチＱ４−Ｑ５を同期的にスイッチすることができる。

図12Ｃにおいて、入力は以下の通り。3V3_supplyは+3.3VLDO回路からのものであって、該回路はSoft_Start_Enableを入力として取得し、マイクロプロセッサ（構成は当業者には理解されるので不図示）に給電するために使用される。Intermediate Voltage。AC_in1/2（図１２Ｄの変調回路からのもの）。CurSense_InputおよびCurSense_filtered （図１２Ｅの電流検出回路からのもの）。出力は以下の通り。Comms（通信モジュール１０１４の変調回路のキャパシタをスイッチするＦＥＴを駆動するために用いられる）。Load_Enable（ＬＤＯ１０２０のオン状態およびオフ状態を制御するためのもの）。Sync_Ctrl_PWM_1/2。Soft_Start_Enable（オーバシュートを避けるために使用されるもの）。Dummy_Load_Enable。Analogue_enable。

図１２Ｄにおいて、入力は以下の通り。Comms。出力は以下の通り。AC_in1/2。図示の回路では、４．７ｎＦキャパシタが出力にスイッチされ、それにより受信コイルの電圧の振幅が変調される。これにより、バージョンＡモードにおけるシグナリング状態が提供される。

図１２Ｅにおいて、入力は以下の通り。3V3_Supply。5V_Supply。Current_Sense_R。
出力は以下の通り。CurSense_Input（同期整流器の制御をオフするために用いられる高速出力電流遷移検出のためにマイクロプロセッサの比較器に入力されるもの）およびCurSense_filtered（増幅された出力電流であって、バージョンＡモードおよびバージョンＢモードの間に用いられる出力電力監視のためのアナログ入力としてマイクロプロセッサが取得するもの）。

図１３Ａから図１３Ｃは電力送信器のコントローラによって実装される制御フローのフロー図であり、図１４Ａから図１４Ｃは本発明の電力受信器のコントローラによって実装される制御フローのフロー図であり、それらの送信器および受信器は前述されたようなバージョンＢ送信器および受信器である。

本発明の種々の例示的な実施の形態に係る送信コイルアレイおよび動作が説明される。前述の通り、送信器は、空間的自由度および複数受信器デバイス給電／充電を提供するために、送信コイルのアレイを有する。そのような機能を提供する一つの方法は、多層アレイ状または多平面アレイ状の送信コイルの繰り返しパターンを、各コイルがその層の他のコイルと総じて同一平面上となるような態様で、提供することである。送信コイルの層間オフセットまたは重なりを伴う二層アレイのひとつの潜在的な実施の形態は図１５Ａ−Ｃに示される。そのような構成は、結合磁場の改善された一様性などの利点を提供する。図示の例示的な実施の形態では、送信コイルは、複数のＰＣＢ「層」の上にＰＣＢ技術を用いて製造された導電性材料からなる二次元平面コイル形状として提供される。この実施の形態では、送信コイルは総じて正方形状であるように描かれているが、これは単なる例示であって、円形、三角形、矩形、および他の多角形形状などの他の二次元形状が可能である。そのような形状はアレイ構成に資するものである。例えば、八角形状のコイルを提供することにより、コイルをより密に配置することができ、ＩＰＴフィールドの一様性をさらに高めることができる。

図１５Ａ−Ｃに示されるように、送信コイルの第１層１５１２ａは、ＰＣＢ１５１２ｃ内の送信コイルの第２層１５１２ｂと重なる。図示の例では、第１層１５１２ａは六つのコイルを有し、第２層１５１２ｂは四つのコイルを有するが、他の数のコイルや層に亘る組み合わせも可能である。各コイル１５１２ａおよび１５１２ｂはいくつかの「巻き線」を有し、この場合、巻き線のない内部空間が提供される。すなわち、各送信コイルの径方向中央には導電性物質は存在しない。重なり合うコイルは各コイル内に四つの共通開口を定義する。コイル１５１２ａ内の共通開口１５１２ｄから１５１２ｇを参照。これにより、後述のように、透磁性物質からなるスラグを各共通開口に設けることができる。図示のように、コイルの中心は揃っている。これにより、電力伝送のために二つ以上の隣接する／重なり合うコイルが選択される場合に一様な磁場の生成が助けられる。図１５Ｃに最も明確に示されるように、各ＰＣＢコイル１５１２は四つのＰＣＢ「層」として加工され、これらの層は、Ａとマークされる円形領域に示されるように、第１層および第２層の交互の層とされる。この交互層は、一様な磁場の生成をさらに助ける。しかしながら、第１層および第２層は「交互の層」というよりむしろ「積層」されてもよい。すなわち、第２層の全てのＰＣＢ層は第１層の全てのＰＣＢ層の上に積層されてもよい。二つの層が描かれているが、特定のアプリケーションのＩＰＴフィールドおよび送信コイルアレイ要件に依存して、二つより多い層も可能である。

図１５Ｄから１５Ｇを参照し、四層送信コイル１５２１ａまたは１５１２ｂ（図１５Ｂ）に用いられてもよい特定の巻き線パターンを説明する。図１５ＤはＰＣＢトップ層１１５２０を示し、図１５Ｅは第３ＰＣＢ層１５２１（隣接する重なるコイルのインタリーブされた層である第２ＰＣＢ層）を示し、図１５Ｆは第５ＰＣＢ層１５２２（隣接する重なるコイルのインタリーブされた層である第４ＰＣＢ層）を示し、図１５Ｇは第７ＰＣＢ層１５２３（隣接する重なるコイルのインタリーブされた層である第６ＰＣＢ層および層１５２３の下である第８層）を示す。ＰＣＢ層は、後述のように垂直方向に互いに積層され互いに接続される。

トップ層１５２０ａをまず見ると、第１コイル端子１５２７は三つの並列巻き線１５２４、１５２５および１５２６と接続される。三つの並列巻き線が示されているが、並列巻き線の数はアプリケーションに依存して変わりうることは理解されるであろう。ただひとつのみの巻き線を用いる場合、「表皮効果（skin effect）」により許容不可能な損失および加熱が生じうる。この効果では、巻き線の小さな表面領域に大きな電流が生じる。並列巻き線を設けることで、この影響が改善される。

これらの並列巻き線は二つのループを形成し、終端１５２８、１５２９および１５３０で終わる。終端１５２８、１５２９および１５３０は図１５Ｅに示される第３ＰＣＢ層１５２１の終端１５３１、１５３２および１５３３と互いに接続される（すなわち、終端１５２８は終端１５３１と接続され、終端１５２９は終端１５３２と接続され、終端１５３０は終端１５３３と接続される）。終端１５３１、１５３２および１５３３は並列巻き線１５３４、１５３５および１５３６と接続される。

第１層１５２０では並列巻き線１５２４がコイルの中央に最も近く、かつ、並列巻き線１５２６がコイルの中央から最も離れており、一方で第３ＰＣＢ層１５２１では巻き線１５３４（巻き線１５２６に接続される）がコイルの中央に最も近く、かつ、並列巻き線１５３６（並列巻き線１５２４に接続される）がコイルの中央から最も離れていることが分かるであろう。したがって、層間において、最も内側の並列巻き線と最も外側の並列巻き線とが層間で位置を交換する。

第５層１５２２についても同様に、第３層１５２１の終端１５３７、１５３８および１５３９は図１５Ｆに示される第５ＰＣＢ層１５２２の終端１５４０、１５４１および１５４２と互いに接続される（すなわち、終端１５３７は終端１５４０と接続され、終端１５３８は終端１５４１と接続され、終端１５３９は終端１５４２と接続される）。終端１５４０、１５４１および１５４２は並列巻き線１５４５、１５４４および１５４３と接続される。

第７層１５２３についても同様に、第５層１５２２の終端１５４６、１５４７および１５４８は図１５Ｇに示される第７ＰＣＢ層１５２３の終端１５４９、１５５０および１５５１と互いに接続される（すなわち、終端１５４６は終端１５４９と接続され、終端１５４７は終端１５５０と接続され、終端１５４８は終端１５５１と接続される）。終端１５４９、１５５０および１５５１は並列巻き線１５５２、１５５３および１５５４と接続され、それらは第２コイル終端１５５５に共通に接続される。コイルは、第１コイル終端１５２７と第２コイル終端１５５５とに交流駆動信号を印加することによって駆動されうる。

層間において、コイルの中央に最も近い並列巻き線とコイルの中央から最も遠い並列巻き線とが入れ替わることが分かるであろう。これにより、並列巻き線のうちのひとつだけが、コイルの中央に最も近いところで経験する最も大きな誘導電流にさらされることがないことが保証される。これは、コイルの焼けを避けることを助ける。さらに、並列巻き線は並列巻き線ごとの印加電流を低減し、コイル抵抗を低減する。

図１５Ｈは単一の送信コイル１５５６の一方の側を通じた断面図を示し、該コイル１５５６は透磁性ベース１５５７の上に配置され、該コイル１５５６は透磁性スラグ１５５８を囲む。この場合、単一のコイルが示されるが、そのデザインは上述のインタリーブコイルデザインにも適用可能であることは理解される。送信コイル１５５６は六つのＰＣＢ層１５５９から１５６４として形成され、明確化のため導体のみが示される。層１５５９から１５６４の巻き線は層間でオフセットしていてもよく、これにより電流分布が改善される。各層の導体は、０．２５ｍｍより大きな幅と０．１４ｍｍの厚さと０．２ｍｍより大きな間隔とを有する銅の導体である。前述の実施の形態のように、複数の並列巻き線、好適には三つの並列巻き線が用いられる。並列巻き線は複数の巻き線層の間に分布してもよい。例えば、最初の三つの並列巻き線は層１５５９および層１５６０の両方からの導体を含んでもよい。好適には、並列巻き線の各集合は二つの層の間に分布する。スラグ１５５８はコイル巻き線に誘導される電流を実質的に低減するのに十分な程度にコイル１５５６の上方に延びる。スラグ１５５８は巻き線の上方に、およそ巻き線の高さ程度突き出てもよい。ひとつの好適な実施の形態では、スラグは巻き線の高さの上方に、約１ｍｍ以上延びる。送信コイル１５５６の巻き線に誘導される電流を低減するために、送信コイル１５５６とスラグ１５５８との間にエアギャップ１５６５が設けられる。

図１５Ｊは図１５Ｈの変形例を示す。そこでは、内側のスラグ１５５８に加えて、送信コイル１５５６の外側にスラグ１５６６が設けられる。この構成は送信コイル１５５６に誘導される電流をさらに低減する。実際、受信コイルのフィールドシェーピング効果に起因して、この構成により負荷無しコイルよりむしろ負荷有りコイルにおいて損失を低減できる。しかしながら、追加要素による追加的コストおよび複雑さのため、このデザインはより要求の高いアプリケーションにおいてのみ正当化されうる。

図１５Ｈおよび１５Ｊのデザイン特徴を、適切な適応化により、図１５Ａから１５Ｇの送信コイルアレイに適用可能であることは理解されるであろう。

図１６は、本発明に適用可能な送信器１６０２のＰＣＢコイルアレイ１６１４を分解組立図の形態で示す。送信器１６０２は、トップケーシング１６０３ａと、ボトムケーシング１６０３ｂと、駆動回路が設けられた主ＰＣＢ回路ボード１６０５と、物体検出器と、通信モジュールと、送信器の他の回路と、を備える。ＰＣＢコイルアレイ１６１４は磁性材料層１６０７に配置される。材料層１６０７は、送信コイルアレイに誘導される磁場を強化する物質、例えば強磁性物質やフェライトからなる。図示の通り、材料層１６０７はさらに磁場を強化するための突起１６０９を有する。該突起１６０９は磁性材料層と一体であるか、またはそれに（位置的にまたは接着的に）取り付けられている。これは図１７においてより明確に示される。図１７では、ＰＣＢコイルアレイ１７１４が材料層１７０７に取り付けられる様子が個別に示される。見られるように、ＰＣＢコイルアレイ１７１４は貫通孔１７１４ａを有し、該貫通孔を通じて材料層１７０７の突起１７０９が突き出る。その結果、各送信コイルはその内部に少なくともひとつの突起１７０９を有する。図１８は断面においてこれをより詳細に示す。同様の参照符号は図１７と同様の要素のために用いられる。各突起またはスラグ1809は各巻き線１８１４のトップの上方に、およそ各巻き線１８１４の高さ程度突き出てもよい。好適には、各スラグ1809は各巻き線１８１４のトップの上方に、約１ｍｍ以上突き出る。

見られるように、フェライト材料層の突起またはスラグはＰＣＢコイルアレイ層の上方に突き出る。本出願人は、これが磁場への影響に対してさらなる利点を提供することを見出した。図１９はＰＣＢコイル層１９１４のセグメントの上方に高さｈだけ突き出ている突起１９０９を示す。高さｈは、ＰＣＢコイル層１９１４における次の孔１９１４ａのエッジからの角度θが４５度より小さくなるよう決定される。磁性材料層の突起として提供される代わりに、磁性材料の「スラグ」が磁性材料層があってもなくてもよい独立した要素として設けられてもよく、また送信コイルアレイの加工の一部として、例えばコイルを位置決めするために使用されるＰＣＢまたは他の基板の一部として、設けられてもよいことは理解される。さらに、図示の例では、各コイルは四つの磁性材料要素を囲む。これらの要素は矩形コイルの角の内側にある。この構成は、各コイルの「空洞」内における磁性材料の量を最大化することで好影響を最適化しつつ、コイルアレイの多層化を助ける。より少ない、より多いまたは異なる形状の要素によるコイルおよび磁性材料要素の他の構成が可能であることは理解される。さらに、磁性材料要素が送信コイルアレイのトップ層の上方に突き出ないほうがアプリケーションにより適する場合には、そのようにする必要はない。例えば、要素とコイルアレイとは同一平面上にあってもよい。

送信器マグネティックやＩＰＴフィールドの好影響や強化は、リーズナブルな電力伝送レベルでの一様なまたは増大されたＩＰＴカバレッジを提供するようなフィールドシェーピング、例えばＩＰＴフィールドの高さを増やすこと（送信パッドの直交幾何に対するいわゆる「ｚ高さ」）、を含む。出願人は、同時に給電される隣り合う送信コイルの数を増やすことによってｚ高さを追加的に増やすことができることを見出した。したがって、これらのメカニズム、例えば機械的なものおよび制御的なもの、の組み合わせを用いることで、電力送信器の無線電力伝送の有効範囲を増やすことができる。このようにフィールドをシェーピングすることによって、コイル巻き線に誘導される電流を低減することができ、および／またはコイル巻き線における電流分布を改善することができる。フェライトコアがコイルの表面かそれより下の高さまで延びる場合、コイルの内側巻き線および／または外側巻き線で誘導電流が生じうる。一方、その表面の上方に延びる磁性コアが用いられる場合、電流分布はより一様となり、および／または誘導電流を低減できる。あるいはまた、または組み合わせで、フェライトコアをコイルの外側のエッジに延ばすことおよび／またはそれを受信器の一部まで延ばすことは、コイル電流分布をさらに改善するおよび／または誘導電流をさらに低減するであろう。

送信器コイルアレイの図示の実施の形態はＰＣＢコイルを示す。しかしながら、これはＩＰＴコイルアレイを構成し製造するやり方の例でしかない。コイルは手でまたは機械で巻かれたコイルであってもよいし、または前述のようにスタンピングやプリンティングなどの他のやり方で加工されてもよい。アレイ内におけるコイルの相対配置および機能は、効果的で信頼性が高く効率的な無線電力伝送を提供するＩＰＴフィールドを提供する際の重要なファクタである。

上述の無線電力伝送システムは、複数モデルまたは互換性構成に基づいて、組み合わせとしてのエンドユーザコンシューマエレクトロニクスシステムまたは個別のエンドユーザコンシューマエレクトロニクスシステムとして提供されてもよい。前者の例は送信器およびひとつ以上の受信器が「パッケージ」または「セット」として提供されるものであり、後者の例は送信器が受信器とは別個に取得可能かつそれとは別個に動作可能なユニットとして提供されるものである。あるいはまた、無線電力伝送システムは、オリジナルデザイン製造（ＯＤＭ）や相手先ブランド名製造（ＯＥＭ）の評価や教育目的のキットとして提供されてもよい。それらはコンシューマエレクトロニクスを製造し、その場合、種々の構成や能力がテストされおよび／または無線給電の製品への統合または組み入れが評価される。そのようなキットは、無線電力電送のために必要なコンポーネント、モジュール、インストラクションおよび学習材料と、異なるアプリケーションのための無線電力伝送システムのデザイン、変更、適合、テスト、評価および構成のためのシステム構成および調整、例えば、電力レベルやフィールドカバレッジなど、と、を含んでもよい。

そのような無線電力伝送キットは、本明細書で説明され添付の図面に示される構成および特徴を有する無線電力送信器および複数の無線電力受信器を備えてもよい。キットは、無線電力伝送のキットコンポーネントをアレンジし、構成し、最適化し、適合させ、るためのインストラクションを含んでもよい。インストラクションはシステムのコンポーネントをどのように適合させ、用い、作り、または評価するかを教えてもよい。無線電力電送キットの電子部品は、オシロスコープやマルチメータや電力計や電流計や電圧計やプローブなどの測定機器を用いた動作パラメータの測定を可能とするための複数の電気端子を有してもよい。

本発明の実施の形態の説明によって本発明を説明し、また実施の形態を詳細に説明したが、添付の請求項の範囲をそのような詳細に制限したり限定したりするような意図は全くない。当業者には、追加的な利点や変形例は容易に明らかであろう。したがって、より広い態様における本発明は、示され説明された具体的な詳細や代表的な装置および方法や説明的例示に制限されない。したがって、大きな発明概念の精神や範囲から逸脱することなしに、そのような詳細からの逸脱がなされうる。
［請求項１］
電力送信器と少なくともひとつの電力受信器とを備える電力伝送システムであって、前記電力送信器は複数の送信コイルを有し、コントローラの制御の下で、複数のモードで電力を前記少なくともひとつの電力受信器の受信コイルに送信することを前記複数の送信コイルに選択的に行わせることが可能であり、
前記コントローラは、前記電力伝送の前記モードを制御するために、前記電力受信器の特性を検出するよう構成されるシステム。
［請求項２］
前記電力受信器の前記特性は、前記受信器の負荷への電力フローを制御するための回路を前記電力受信器が備えているか否かを含む請求項１に記載のシステム。
［請求項３］
前記コントローラは前記電力受信器と通信し、前記特性についての情報を前記電力受信器から受信するよう構成される請求項１に記載のシステム。
［請求項４］
前記コントローラは前記電力送信器と前記電力受信器との間で伝送される電力信号の変調を通じて前記電力受信器と通信するよう構成される請求項３に記載のシステム。
［請求項５］
前記電力送信器および前記電力受信器は、前記電力信号がそれらの間を電磁誘導を通じて伝送されるように構成される請求項４に記載のシステム。
［請求項６］
前記電力送信器は、物体検出コイルによって誘起された磁場の中の物体を検出するための物体検出器を備える請求項５に記載のシステム。
［請求項７］
前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイスバージョン情報を抽出し、前記バージョン情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御する請求項３から６のいずれか一項に記載のシステム。
［請求項８］
前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイス構成情報を抽出し、前記構成情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御する請求項３から７のいずれか一項に記載のシステム。
［請求項９］
前記受信器デバイスに送信される最大電力は、前記構成情報にしたがって制御される請求項８に記載のシステム。
［請求項１０］
前記受信器に電力を供給するのに必要な送信コイルの数は、前記構成情報にしたがって制御される請求項８または９に記載のシステム。
［請求項１１］
受信器位置フェーズ中、エネルギ伝送の前に、前記コントローラは、駆動された送信コイルから前記受信器が受信した信号の強度の指標に関する情報であって前記受信器から受信した情報に基づいて、前記複数の送信コイルのうちのどれを駆動するかを選択的に制御する請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
［請求項１２］
受信器位置フェーズ中、前記制御回路は前記電力調整回路からの駆動信号を各電力送信コイルに順番に接続し、各コイルに所定の期間エネルギを与える請求項１１に記載のシステム。
［請求項１３］
前記複数の送信コイルのそれぞれは、少なくともそのコイルと同一平面上にある少なくともひとつの磁性体要素を囲む請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
［請求項１４］
各磁性体要素は各コイルの上方に延びる請求項１３に記載のシステム。
［請求項１５］
請求項１から１４のいずれか一項に記載の前記システムを用いる電力伝送方法であって、前記コントローラは、前記電力受信器に電力を伝送する前に、前記電力受信器の前記特性を検出する方法。
［請求項１６］
ひとつ以上の受信コイルを有する誘導性電力伝送受信器に電力を供給するための誘導性電力伝送送信器であって、
（１）複数の送信コイル、
（２）駆動時に送信コイルに駆動信号を供給するための電力調整回路、
（３）駆動された送信コイルから受信コイルが受信した信号の強度の指標に関する情報であって前記受信器から前記送信器が受信した情報に基づいて、前記複数の送信コイルのうちのどれが前記電力調整回路によって駆動されるかを選択的に制御する制御回路、を備える送信器。
［請求項１７］
受信器位置フェーズ中、前記制御回路は前記電力調整回路からの駆動信号を各電力送信コイルに順番に接続し、各コイルに所定の期間エネルギを与える請求項１６に記載の送信器。
［請求項１８］
前記所定の期間は信号強度パケットを受信するための見込み受信期間に対応する請求項１５または１６に記載の送信機。
［請求項１９］
前記制御回路は、前記複数の送信コイルのうちのどれが駆動されるべきかを選択するために、コイルが駆動されることに応じて受信器から受信した情報を前記駆動されたコイルに関連付ける請求項１７または１８に記載の送信器。
［請求項２０］
結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る電力信号の変調を検出し、送信コイルと受信コイルとのペアの間の結合の指標を得る通信モジュールを含む請求項１９に記載の送信器。
［請求項２１］
前記通信モジュールは、受信器が送信した信号強度パケットから信号強度値を抽出し、送信コイルと受信コイルとのペアの間の結合の指標を得る請求項２０に記載の送信器。
［請求項２２］
前記複数の送信コイルのうちの前記ひとつ以上の選択の次に、前記複数の送信コイルのうちの前記ひとつ以上には前記所定の期間よりも長くエネルギが与えられ、それにより前記受信器からのさらなるパケットの受信が可能となる請求項１７から２１のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項２３］
前記制御回路は、前記受信器に電力を供給するために単一の送信コイルを選択する請求項１６から２２のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項２４］
前記選択された単一の送信コイルは、最も高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルである請求項２３に記載の送信器。
［請求項２５］
前記制御回路は、前記受信器に電力を供給するために二つ以上の送信コイルを選択する請求項１６から２２のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項２６］
前記制御回路は、最も高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルと、次に高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルと、を選択する請求項２５に記載の送信器。
［請求項２７］
前記制御回路は、前記送信器が受信した情報に含まれる前記電力受信器の特性に応じて、前記電力調整回路を制御する請求項１６から２６のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項２８］
物体検出システムを含み、前記制御システムは前記物体検出システムが物体を検出すると前記送信コイルにエネルギを与える請求項１６から２７のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項２９］
前記物体検出システムはひとつ以上の物体検出コイルを含む請求項２８に記載の送信器。
［請求項３０］
前記通信モジュールは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調信号から受信器識別情報を抽出し、前記識別情報に基づいて前記電力調整回路の動作を制御する請求項２０に記載の送信器。
［請求項３１］
複数の送信コイルを有するＩＰＴ電力送信器とひとつ以上の受信コイルを有する電力受信器とを含むＩＰＴ電力システムにおいて、ひとつ以上の送信コイルを選択的に駆動する方法は、
ａ．受信器位置フェーズ中に、電力送信コイルを順番に駆動して各コイルに所定の期間エネルギを与えるステップと、
ｂ．前記受信器の前記ひとつ以上の受信コイルにエネルギが与えられたことを検出し、それに応じて前記受信器から前記送信器へ信号強度情報を送信するステップと、
ｃ．受信された信号強度情報とエネルギが与えられた送信コイルとを関連付けるステップと、
ｄ．各送信コイルに関連付けられた前記信号強度情報に基づいて、電力伝送中にどの送信コイルを駆動するかを決定するステップと、を含む方法。
［請求項３２］
前記所定の期間は信号強度パケットを受信するための見込み受信期間に対応する請求項３１に記載の方法。
［請求項３３］
前記受信器は、前記電力送信器と前記電力受信器との間で伝送される電力信号の変調によって、前記送信器に信号を送信する請求項３１または３２に記載の方法。
［請求項３４］
前記信号強度情報は信号強度パケットで送信される請求項３１から３３のいずれか一項に記載の方法。
［請求項３５］
前記信号強度パケットは受信器識別情報を含む請求項３４に記載の方法。
［請求項３６］
前記送信器は前記受信器識別情報に基づいてバージョン情報を決定する請求項３５に記載の方法。
［請求項３７］
前記送信器の動作の前記モードは前記バージョン情報にしたがって制御される請求項３６に記載の方法。
［請求項３８］
前記受信器位置フェーズの次に、前記受信器は受信器識別情報を結合された送信器に送信する請求項３５から３７のいずれか一項に記載の方法。
［請求項３９］
前記受信器識別情報は識別パケットで送信される請求項３８に記載の方法。
［請求項４０］
前記識別パケットは前記受信器の動作の前記モードを特定するバージョンコードを含む請求項３９に記載の方法。
［請求項４１］
前記識別パケットは前記受信器の前記製造者を特定する製造者コードを含む請求項３９または４０に記載の方法。
［請求項４２］
前記識別パケットは一意の識別子を含む請求項３９から４１のいずれか一項に記載の方法。
［請求項４３］
前記通信回路は受信器デバイス構成情報を結合された送信器に送信する請求項３９から４２のいずれか一項に記載の方法。
［請求項４４］
前記構成情報は構成パケットで送信される請求項４３に記載の方法。
［請求項４５］
前記電力受信器に送信される最大電力は前記構成パケットに含まれる請求項４４に記載の方法。
［請求項４６］
前記送信器は、前記複数の送信コイルのうちのどれが駆動されるべきかを選択するために、コイルが駆動されることに応じて受信器から受信した情報を前記駆動された送信コイルに関連付ける請求項３１から４５のいずれか一項に記載の方法。
［請求項４７］
前記送信器は、前記受信器に電力を供給するために単一の送信コイルを選択する請求項４６に記載の方法。
［請求項４８］
前記選択された単一の送信コイルは、最も高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルである請求項４７に記載の方法。
［請求項４９］
前記制御回路は、前記受信器に電力を供給するために二つ以上の送信コイルを選択する請求項４６に記載の方法。
［請求項５０］
前記制御回路は、最も高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルと、次に高い関連付けられた信号強度値を有する前記送信コイルと、を選択する請求項４９に記載の方法。
［請求項５１］
前記送信器は、前記送信器が受信した情報に含まれる前記電力受信器の特性に応じて、前記受信器に電力を供給する請求項３１から５０のいずれか一項に記載の方法。
［請求項５２］
各パケットは受信器識別コードを含む請求項３８から５１のいずれか一項に記載の方法。
［請求項５３］
前記受信器識別コードは一意の受信器識別コードである請求項５２に記載の方法。
［請求項５４］
前記受信器位置フェーズの前に物体検出ステップを含む請求項３１から５３のいずれか一項に記載の方法。
［請求項５５］
（１）受信コイル、
（２）誘導性電力伝送送信コイルから前記受信コイルが受信した信号の強度を測定するための信号強度測定回路、
（３）誘導性電力伝送送信コイルから電力を受信すると、前記測定された信号強度および受信器識別情報に関する信号を前記誘導性電力伝送送信器に送信する通信回路、を備える誘導性電力伝送受信器。
［請求項５６］
前記受信器が送信する全ての通信において受信器識別情報が送信される請求項５５に記載の受信器。
［請求項５７］
複数の隣り合う送信コイルを含む誘導性電力伝送送信器であって、各巻き線は中央開口を定め、複数の隣り合うコイルの前記中央開口は共通開口を定め、透磁性材料により形成されるスラグが前記共通開口のうちの少なくともいくつかの中に設けられ、かつ前記複数の送信コイルの上に突き出ている誘導性電力伝送送信器。
［請求項５８］
前記スラグは、前記コイルの下に設けられた透磁性材料の層から突き出る請求項５７に記載の送信器。
［請求項５９］
少なくともいくつかの隣り合うコイルは複数の層を有し、それら複数の層は交互に配置される請求項５７または５８に記載の送信器。
［請求項６０］
送信器であって、各巻き線は中央開口を定め、複数の隣り合うコイルの前記中央開口は共通開口を定め、透磁性材料により形成されるスラグが前記共通開口のうちの少なくともいくつかの中に設けられる送信器。
［請求項６１］
最も上のコイルの上層は上面を定め、各スラグは上面の上に突き出る請求項６０に記載の送信器。
［請求項６２］
複数の送信コイルを含み、各コイルは複数の巻き線層からなり、少なくともいくつかのコイルはオフセットされ、それらの複数の層は交互に配置される請求項６０または６１に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項６３］
前記スラグは、前記コイルの下に設けられた透磁性材料の層から突き出る請求項６０から６２のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項６４］
少なくともいくつかのコイルの各層の前記巻き線は、電気的に並列に接続された複数の並列巻き線として形成される請求項６０から６３のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項６５］
少なくともいくつかのコイルの各層の前記巻き線は、電気的に並列に接続された三つの並列巻き線として形成される請求項６４に記載の送信器。
［請求項６６］
前記並列巻き線のうちの少なくともいくつかの径方向変位は層間で変わる請求項６４または６５に記載の送信器。
［請求項６７］
一対の並列巻き線は、層間において、前記コイルの中央に最も近いのと前記コイルの中央から最も遠いのとの間で入れ替わる請求項６６に記載の送信器。
［請求項６８］
複数の送信コイルを含む誘導性電力伝送送信器であって、各コイルは複数の巻き線層からなり、前記複数の巻き線は、電気的に並列に接続された複数の並列巻き線として形成される誘導性電力伝送送信器。
［請求項６９］
前記複数の並列巻き線は各層上に形成され、層間で互いに接続される請求項６８に記載の送信器。
［請求項７０］
少なくともいくつかのコイルの各層の前記複数の巻き線は電気的に並列に接続された三つの並列巻き線として形成される請求項６８または６９に記載の送信器。
［請求項７１］
前記並列巻き線のうちの少なくともいくつかの径方向変位は層間で変わる請求項６８から７０のいずれか一項に記載の送信器。
［請求項７２］
一対の並列巻き線は、層間において、前記コイルの中央に最も近いのと前記コイルの中央から最も遠いのとの間で入れ替わる請求項７１に記載の送信器。
［請求項７３］
各巻きの前記並列巻き線は巻き線層の間に分布する請求項６８に記載の送信器。
［請求項７４］
各巻きの前記並列巻き線は二つの層の間で分けられている請求項７３に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項７５］
前記並列巻き線は層間でオフセットされる請求項６８から７４のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項７６］
各巻き線は透磁性材料から形成されるスラグを含み、該スラグは前記巻き線に誘導される電流を実質的に低減するのに十分な程度に各コイルの上方に延びる請求項５７から７５のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項７７］
各スラグは各巻き線の上部の上に各巻き線の高さ程度だけ突き出る請求項７６に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項７８］
各スラグは各巻き線の上部の上に１ミリメートル以上突き出る請求項７６に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項７９］
各スラグは各巻き線の上部の上に約１ミリメートル突き出る請求項７６に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８０］
各送信コイルの中に四つの共通開口が定められる請求項６８から７９のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８１］
各共通開口にスラグが設けられる請求項８０に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８２］
前記送信コイルに誘導される電流を低減するために、各送信コイルと各スラグとの間にエアギャップが設けられる請求項８１に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８３］
複数の送信コイルを有する誘導性電力伝送送信器であって、コントローラの制御の下で、複数のモードで電力を少なくともひとつの電力受信器の受信コイルに送信することを前記複数の送信コイルに選択的に行わせることが可能であり、
前記コントローラは、前記電力伝送の前記モードを制御するために、前記電力受信器の特性を検出するよう構成される誘導性電力伝送送信器。
［請求項８４］
前記電力受信器の前記特性は、前記受信器の負荷への電力フローを制御するための回路を前記電力受信器が備えているか否かを含む請求項８３に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８５］
前記コントローラは前記電力受信器と通信し、前記特性についての情報を前記電力受信器から受信するよう構成される請求項８３または８４に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８６］
前記コントローラは前記電力送信器と前記電力受信器との間で伝送される電力信号の変調を通じて前記電力受信器と通信するよう構成される請求項８３から８５のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８７］
前記電力信号は電磁誘導により伝送される請求項８６に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８８］
物体検出コイルによって誘起された磁場の中の物体を検出するための物体検出器を備える請求項８３から８７のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項８９］
前記コントローラは、結合された送信コイルと受信コイルとの間を通る変調電力信号から受信器デバイスバージョン情報を抽出し、前記バージョン情報に基づいて電力伝送の前記モードを制御する請求項８５から８８のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９０］
前記受信器デバイスに送信される最大電力は、前記バージョン情報にしたがって制御される請求項８９に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９１］
前記受信器に電力を供給するのに必要な送信コイルの数は、前記バージョン情報にしたがって制御される請求項８９または９０に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９２］
受信器位置フェーズ中、エネルギ伝送の前に、前記コントローラは、駆動された送信コイルから前記受信器が受信した信号の強度の指標に関する情報であって前記受信器から受信した情報に基づいて、前記複数の送信コイルのうちのどれを駆動するかを選択的に制御する請求項８３から９１のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９３］
受信器位置フェーズ中、前記制御回路は前記電力調整回路からの駆動信号を各電力送信コイルに順番に接続し、各コイルに所定の期間エネルギを与える請求項９２に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９４］
前記複数の送信コイルのそれぞれは、少なくともそのコイルと同一平面上にある少なくともひとつの磁性体要素を囲む請求項８３から９３のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９５］
各磁性体要素は各コイルの上方に延びる請求項９４に記載の誘導性電力伝送送信器。
［請求項９６］
（１）ひとつ以上の受信コイル、
（２）前記受信コイルにおいて誘導性電力伝送送信コイルから電力を受信すると、前記受信器の前記特性に関する信号を前記誘導性電力伝送送信器に送信する通信回路、を備える誘導性電力伝送受信器。
［請求項９７］
前記受信器は前記受信器の負荷への電力フローを制御するための電力フローコントローラを含む請求項９６に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項９８］
前記通信回路によって通信される前記特性は電力フロー制御特性を含む請求項９７に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項９９］
前記通信回路は、電力送信器と前記電力受信器との間で送信される電力信号の変調を通じて、前記電力送信器と通信するよう構成される請求項９６から９８のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１００］
前記電力信号は電磁誘導によって送信される請求項９９に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０１］
前記特性はバージョン情報を含む請求項９６から１００のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０２］
前記バージョン情報は前記受信器の電力伝送の前記モードを含む請求項１０１に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０３］
前記バージョン情報は信号強度パケットに続くパケットで送られる請求項１０１または１０２に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０４］
前記特性は構成情報を含む請求項９６から１０３に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０５］
前記構成情報は、前記ひとつ以上の受信コイルに電力を提供するために駆動が必要な送信コイルの数を含む請求項１０４に記載の誘導性電力伝送受信器。
［請求項１０６］
電力送信器から受信した電力信号の強度に関する信号強度情報が他の通信より前に送られる請求項９６から１０５のいずれか一項に記載の誘導性電力伝送受信器。

Claims (12)

1. 無線電力送信器であって、
   複数の送信コイルと、
   前記複数の送信コイルに接続されたコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記複数の送信コイルのうちのひとつ以上の送信コイルを用いて受信された無線電力信号の変調に基づいて前記無線電力送信器の表面上に配置された複数の無線電力受信器の特性を決定し、
   前記複数の無線電力受信器の受信器識別情報を決定し、
   前記決定された受信器特性または前記決定された受信器識別情報に基づいて電力伝送のモードを決定し、
   前記複数の無線電力受信器へ無線電力を提供するために決定された受信器特性、前記決定された受信器識別情報及び前記決定された電力伝送モードのひとつ以上に基づいて前記複数の送信コイルのうちのひとつ以上の送信コイルにエネルギを与えるよう構成され、
   第１のモードにおいて、前記コントローラは、送信されている電力の量を調整することによって電力フローを制御するように前記複数の無線電力受信器のうちのひとつ以上の無線電力受信器からの電力フロー制御通信に応答するように構成され、第２のモードにおいて、前記コントローラは、選択された値へ送信されている電力の量を調整するように構成される無線電力送信器。
2. 複数の駆動回路をさらに備え、各駆動回路は前記複数の送信コイルのそれぞれの少なくともひとつのコイルに接続される、請求項１に記載の無線電力送信器。
3. 前記複数の送信コイルに選択的に接続される少なくともひとつの駆動回路をさらに備える、請求項１に記載の無線電力送信器。
4. 前記複数の無線電力受信器のうちのひとつ以上の無線電力受信器の前記特性は、前記無線電力受信器の負荷への電力フローを制御するための回路を前記無線電力受信器が備えているか否かを含む請求項１に記載の無線電力送信器。
5. 前記コントローラは、前記第２のモードにおいて前記複数の無線電力受信器のうちの２つ以上の無線電力受信器に同時に電力を伝送するように構成される、請求項１に記載の無線電力送信器。
6. 前記コントローラは、前記複数の送信コイルのうちの各それぞれのエネルギを与えられるひとつの送信コイルから受信器によって受信された信号強度の測定に関連して、前記複数の送信コイルのうちのひとつ以上の送信コイルにエネルギを与える前に、前記複数の送信コイルのうちのどのひとつ以上の送信コイルがエネルギを与えるためのものであるか前記複数の無線電力受信器のうちのひとつ以上の無線電力受信器から受信される情報に基づいて決定するように構成される請求項１に記載の無線電力送信器。
7. 無線電力受信器であって、
   ひとつ以上の受信コイル、および、
   無線電力送信器から前記ひとつ以上の受信コイルを用いて第１の無線電力信号を受信すると、前記受信器のひとつ以上の特性及び受信器識別情報を含む前記無線電力送信器への信号を送信するように構成される通信回路、を備え、
   前記信号は前記ひとつ以上の受信コイルによって受信された無線電力信号の変調によって送信され、前記無線電力送信器は、
   前記受信器特性及び前記受信器識別情報に基づいて電力伝送のモードを決定し、
   前記受信器特性に基づいてそれぞれの無線電力受信器に電力を供給するための送信コイルの数を決定し、
   前記複数の無線電力受信器に無線電力を提供するために、前記決定されたモード、前記受信器特性及び前記受信器識別情報に基づいて複数の送信コイルのうちのひとつ以上にエネルギを与え、
   ることができ、
   第１のモードにおいて前記無線電力送信器は、送信されている電力の量を調整することにより電力フローを制御するように前記無線電力受信器から電力フロー制御通信に応答するように構成され、第２のモードにおいて前記無線電力送信器は選択された値へ送信されている電力の量を調整するように構成され、
   前記ひとつ以上の受信コイルは、前記無線電力送信器へ前記信号が送信された後、第２の無線電力信号を受信するように構成され、前記第２の無線電力信号は前記受信器の送信されたひとつ以上の特性に基づく、無線電力受信器。
8. 受信器特性はバージョン情報を含み、
   前記バージョン情報は、前記無線電力受信器の電力伝送の所望のパラメータに関連付けられる、請求項７に記載の無線電力受信器。
9. 前記通信回路は、信号強度パケットに続くパケットで前記バージョン情報を送信するように構成される、請求項８に記載の無線電力受信器。
10. 無線電力送信器と複数の無線電力受信器とを備える電力伝送のためのシステムであって、
    前記無線電力送信器は複数の送信コイル及び前記複数の送信コイルに接続されたコントローラを有し、
    前記コントローラは、
    前記複数の送信コイルのひとつ以上を用いて受信された無線電力信号の変調に基づいて前記複数の無線電力受信器の特性を決定し、
    前記決定された受信器特性および決定された受信器識別情報に基づいて電力伝送のモードを決定し、
    前記決定された受信器特性に基づいて各無線電力受信器に電力を供給するための送信コイルの数を決定し、
    前記複数の無線電力受信器へ無線電力を提供するための決定されたモード、前記決定された受信器特性及び前記決定された受信器識別情報に基づいて前記複数の送信コイルのうちのひとつ以上の送信コイルにエネルギを与えるように構成される、
    第１のモードにおいて、前記コントローラは、送信されている電力の量を調整することによって電力フローを制御するように前記複数の無線電力受信器のうちのひとつ以上の無線電力受信器からの電力フロー制御通信に応答するように構成され、第２のモードにおいて、前記コントローラは、選択された値へ送信されている電力の量を調整するように構成される、
    システム。
11. 前記複数の無線電力受信器のうちのひとつ以上の無線電力受信器の前記特性はバージョンコードを含み、前記無線電力送信器は、前記それぞれのバージョンコードに依存して前記第１または第２のモードで動作するよう構成される請求項１０に記載のシステム。
12. 前記コントローラは、前記第２のモードにおいて前記複数の無線電力受信器のうちの二つ以上の無線電力受信器に同時に電力を伝送するよう構成される請求項１０に記載のシステム。

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