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▶ ヒタチ−エルジー データ ストレージ コリア，インコーポレイティドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023107754
(43)【公開日】2023-08-03
(54)【発明の名称】無線電力伝送装置及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 50/60 20160101AFI20230727BHJP
H02J 50/80 20160101ALI20230727BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20230727BHJP
【ＦＩ】
H02J50/60
H02J50/80
H02J50/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023008004
(22)【出願日】2023-01-23
(31)【優先権主張番号】10-2022-0009798
(32)【優先日】2022-01-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】509256045
【氏名又は名称】ヒタチ－エルジー データ ストレージ コリア，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100165191
【弁理士】
【氏名又は名称】河合 章
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100159259
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 実
(74)【代理人】
【識別番号】100202740
【弁理士】
【氏名又は名称】増山 樹
(72)【発明者】
【氏名】チン チョル
(57)【要約】
【課題】異物があるか否かを判断する方法を提供する。
【解決手段】本明細書においては無線電力伝送方法及び装置に関する。本明細書の一実施形態に係る無線電力伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送し、電力を伝送する間受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面において、第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得ることができる。電力伝送する間に伝送装置に含まれた共振回路のＱ周波数とＱ値を第２Ｑファクタで検出し、Ｑ平面における第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと第２異物境界線の比較に基づいて電力伝送動作を継続したり、電力伝送動作を停止することができる。第１異物境界線から第１Ｑポイントまでの距離が第１Ｑ距離となるように、第１異物境界線を第２異物境界線に変更することができる。
【選択図】図１２
【解決手段】本明細書においては無線電力伝送方法及び装置に関する。本明細書の一実施形態に係る無線電力伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送し、電力を伝送する間受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面において、第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得ることができる。電力伝送する間に伝送装置に含まれた共振回路のＱ周波数とＱ値を第２Ｑファクタで検出し、Ｑ平面における第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと第２異物境界線の比較に基づいて電力伝送動作を継続したり、電力伝送動作を停止することができる。第１異物境界線から第１Ｑポイントまでの距離が第１Ｑ距離となるように、第１異物境界線を第２異物境界線に変更することができる。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
受信装置に電力を無線で伝送するステップと、
電力伝送する間に、受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを前記受信装置から受信するステップと、
Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面において、前記第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得るステップと、を含む、無線電力伝送方法。
電力伝送する間に、受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを前記受信装置から受信するステップと、
Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面において、前記第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得るステップと、を含む、無線電力伝送方法。
【請求項2】
前記電力伝送する間に伝送装置に含まれた共振回路のＱ周波数とＱ値を第２Ｑファクタで検出するステップと、
前記Ｑ平面において、前記第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと前記第２異物境界線との比較に基づいて電力伝送動作を継続するか、電力伝送動作を停止するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。
前記Ｑ平面において、前記第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと前記第２異物境界線との比較に基づいて電力伝送動作を継続するか、電力伝送動作を停止するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。
【請求項3】
前記継続または停止するステップは、前記Ｑ平面において、前記第２Ｑポイントが、前記第２異物境界線に基づいて異物がある第１領域にあるのか、異物がない第２領域にあるかを確認することを特徴とする、請求項２に記載の無線電力伝送方法。
【請求項4】
前記第１領域は、前記Ｑ平面での前記第２異物境界線に基づいて前記Ｑ周波数がさらに低く前記Ｑ値がさらに高い領域に形成され、前記第２領域は前記Ｑ平面で前記第２異物境界線に基づいて前記Ｑ周波数がさらに高く、前記Ｑ値がさらに低い領域に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の無線電力伝送方法。
【請求項5】
前記継続または停止するステップは、
前記第２Ｑポイントが前記第１領域に属するとき、前記第２Ｑポイントと第２異物境界線との間のＱ距離を計算するステップと、
前記Ｑ距離に基づいて異物判断基準を調整するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の無線電力伝送方法。
前記第２Ｑポイントが前記第１領域に属するとき、前記第２Ｑポイントと第２異物境界線との間のＱ距離を計算するステップと、
前記Ｑ距離に基づいて異物判断基準を調整するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の無線電力伝送方法。
【請求項6】
前記継続または停止するステップは、前記Ｑ距離が第１値より大きいとき、前記電力伝送動作を停止し、前記Ｑ距離が第１値より小さいとき、前記電力伝送動作を継続することを特徴とする、請求項５に記載の無線電力伝送方法。
【請求項7】
前記継続または停止するステップは、前記第２Ｑポイントが前記第２領域に属するときに前記電力伝送動作を継続することを特徴とする、請求項３に記載の無線電力伝送方法。
【請求項8】
前記得るステップは、前記第１異物境界線から前記第１Ｑポイントまでの距離が第１Ｑ距離となるように、前記第１異物境界線を第２異物境界線に変更することを特徴とする、請求項２に記載の無線電力伝送方法。
【請求項9】
前記第１異物境界線と前記第１Ｑ距離は、前記伝送装置の出荷時に前記伝送装置のメモリに貯蔵されていることを特徴とする、請求項８に記載の無線電力伝送方法。
【請求項10】
前記受信装置は、バージョンがＱｉ１．３以上であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電力伝送方法。
【請求項11】
直流電源を交流に変換するためのインバータと、
受信装置の二次コイルとの磁気誘導結合によって電力を伝送するための一次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と、
電力を伝送する間前記共振回路のＱ周波数とＱ値をＱファクタで検出するためのＱファクタ検出部と、
前記受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するための通信部と、
前記電力変換部を制御して前記受信装置に電力を無線で伝送し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面で前記通信部が受信する第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて、第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得る制御部と、を含む、無線電力伝送装置。
受信装置の二次コイルとの磁気誘導結合によって電力を伝送するための一次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と、
電力を伝送する間前記共振回路のＱ周波数とＱ値をＱファクタで検出するためのＱファクタ検出部と、
前記受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するための通信部と、
前記電力変換部を制御して前記受信装置に電力を無線で伝送し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面で前記通信部が受信する第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて、第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得る制御部と、を含む、無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書は、無線で電力を伝送する装置と方法に関し、さらに具体的には、受信装置に付着した異物を効果的に検出する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
通信及び情報処理技術が発達することにつれて、スマートフォン等はスマート端末の使用が徐々に増加しているが、現在スマート端末に多く適用されている充電方式は、電源に接続されたアダプタをスマート端末に直接接続して、外部電源の供給を受け取って充電するか、またはホストのＵＳＢ端子を介してスマート端末に接続してホストのＵＳＢ電源の供給を受け取って充電する方式である。
【0003】
最近には、接続線を介してアダプタ（adaptor）にまたはホストにスマート端末を直接接続しなければならない不便を減らすために、電気的接触なしで磁気結合を用いてバッテリを無線で充電する無線充電方式が徐々にスマート端末に適用されている。
【0004】
無線で電気エネルギーを供給するか又は供給を受けるための方法がいくつかあるが、代表的に、電磁誘導現象に基づく誘導結合(Inductive Coupling)方式と特定周波数の無線電力信号による電磁気的共振現象に基づく共振結合（Electromagnetic Resonance Coupling）方式がある。
【0005】
両方式とも無線充電装置とスマート端末のような電子機器との間に通信チャネルを形成してデータを送受信することで電力伝送の安定性を確保し、伝送効率を高めることができる。誘導結合方式は無線で電力を伝送する間電力受信装置が移動して伝送効率が低下するという問題があり、共振結合方式は通信チャネルにノイズが発生してパワー伝送が中断される現象が発生する問題がある。
【0006】
伝送装置と受信装置との間にコインのような金属異物があるとき、電力損失が発生し、金属異物に無線伝送電力が集中すると発熱の危険があるから、安定した電力伝送を妨げる。したがって、近年、誘導結合方式の無線充電規格を適用する製品に伝送装置に金属異物が置かれているか否かを探知できるＦＯＤ（Foreign Object Detection）機能の実現が必須とされている。
【0007】
伝送パワーと受信パワーとの差を検出してパワー差が所定値以上か否かを判断する技術や電力を伝送しながら測定する伝送コイルのＱ（キュー）値と受信装置で伝送されるＱ値を比較する技術が金属異物を検出するために使用されている。
【0008】
しかし、後者の場合、Ｑ値を伝送しない受信装置には適用できない問題がある。さらに、クリップなどの金属物質のサイズが小さいか、または電力受電装置、例えばスマートフォンのケースに異物がある場合、無線充電器がこれを検出できない場合が発生し、このような場合充電効率が低下し、熱が発生することがある。
【0009】
最新規格（Ｑｉ１．３）では、受信装置がＱ値だけでなくＱ周波数も伝送装置に伝送する内容を含んでおり、このような規格を満たす受信装置が発売されている。しかし、まだ受信装置が提供するＱ周波数を利用して異物を効率的に検出する方案が提示されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本明細書はこのような状況に鑑みたものであり、本明細書の目的は、伝送装置が受信装置に付着した異物があるか否かを効果的に判断する方法を提供することにある。
【0011】
また、本明細書の他の目的は、受信装置が伝達するＱ周波数を用いて異物があるか否かを効果的に判断する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記課題を実現するための本明細書の一実施形態に係る無線電力伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送するステップと、電力を伝送する中に受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するステップとＱ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面において、第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得るステップを含むことを特徴とする。
【0013】
本明細書の他の実施形態に係る無線電力伝送装置は、直流電源を交流に変換するためのインバータと、受信装置の二次コイルとの磁気誘導結合により電力を伝送するための一次コイルとを含む共振回路を含む電力変換部と電力を伝送中に共振回路のＱ周波数とＱ値をＱファクタで検出するためのＱファクタ検出部と、受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するための通信部と、電力変換部を制御して受信装置に電力を無線で送信し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面で通信部が受信する第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得る制御部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
したがって、金属異物が伝送装置上や伝送装置と受信装置との間にあるか否かを効果的に判断することができ、無線電力伝送時に金属異物に出力が集中して発熱が激しくなり火災が発生する危険を事前に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】無線電力伝送装置から電子機器へ電力が無線で伝送されることを概念的に示したものである。
【図2】電磁誘導方式で電力を無線で伝送するための伝送モジュールの電力変換部の回路構成を概念的に示したものである。
【図3】無線電力伝送モジュールと受信モジュールが電力とメッセージを送受信するための構成を示す図である。
【図4】無線電力伝送モジュールと受信モジュールとの間の電力伝送を制御するためのループをブロックで示したものである。
【図5】入力電圧と出力電圧の比を用いてＱ値とＱ周波数を含むＱファクタを検出するための回路と検出されるＱファクタとのグラフを示すものである。
【図6】信号の減衰を検出して異物の有無を判断する概念を示したものである。
【図7】受信装置の位置及び異物の種類と位置を変更しながら測定したＱ値とＱ周波数に基づいて異物がある場合と充電可能な場合を区分するＦＯＤラインをＱ値とＱ周波数を２軸とするＱ平面で設定する例を示したものである。
【図8a】Ｑ平面においてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合とを明確に区分できない例を示したものである。
【図8b】Ｑ平面においてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合とを明確に区分できない例を示したものである。
【図8c】Ｑ平面においてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合とを明確に区分できない例を示したものである。
【図9】Ｑ平面においてＦＯＤラインと受信装置が伝送するＱ値とＱ周波数で決定される座標との間の距離を計算する例を示したものである。
【図10a】受信装置から伝送されるＱ値とＱ周波数でＦＯＤラインにオフセットを加えてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合を明確に区分するようになる例を示したものである。
【図10b】受信装置から伝送されるＱ値とＱ周波数でＦＯＤラインにオフセットを加えてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合を明確に区分するようになる例を示したものである。
【図10c】受信装置から伝送されるＱ値とＱ周波数でＦＯＤラインにオフセットを加えてＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合を明確に区分するようになる例を示したものである。
【図11】本明細書が適用される無線電力伝送装置の構成をブロックで示したものである。
【図12】本明細書に従って異物を検出しながら無線で電力を伝送する方法の動作フローチャートを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本明細書による無線電力伝送装置及び方法に対する実施例を添付する図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
図１は、無線電力伝送装置から電子機器へ電力が無線で電送られることを概念的に示したことである。
【0018】
無線電力伝送装置１は、電子機器２が必要とする電力を無線で伝達する電力伝達装置であるか、無線で電力を伝達することにより電子機器２のバッテリを充電するための無線充電装置で有り得、または接触していない状態で電源が必要な電子機器２に電力を伝達する様々な形態の装置で実現することができる。
【0019】
電子機器２は無線電力伝送装置１から無線で電力を受信して動作可能な機器で、無線で受信される電力を用いてバッテリを充電することもできる。無線で電力を受信する電子機器は、携帯可能な電子機器、例えば、スマートフォンやスマート端末、タブレットコンピュータ、マルチメディア端末、キーボード、マウス、映像または音声の補助装置などの入出力装置、補助バッテリなどを含むことができる。
【0020】
無線電力伝送装置１の無線電力信号による電磁誘導現象に基づく誘導結合方式、すなわち無線電力伝送装置１から伝送する無線電力信号によって電子機器２で共振が発生し、共振現象によって無線電力伝送装置１から電子機器２に接触することなく無線で電力を伝達することができるが、電磁誘導現象により１次コイルで交流電流により磁場を変化させて２次コイル側に電流を誘導することにより電力を伝達する。
【0021】
無線電力伝送装置１の１次コイルに流れる電流の強度が変化すると、その電流により１次コイルまたは伝送コイル（primary coil, TX coil）を通過する磁場が変化し、変化した磁場は電子機器２内の２次コイルまたは受信コイル（secondary coil, RX coil）側に誘導起電力を発生させる。
【0022】
無線電力伝送装置１側の１次コイルと電子機器２側の２次コイルが近づくように無線電力伝送装置１及び電子機器２を配置し、無線電力伝送装置１が１次コイルの電流が変化するように制御すると、電子機器２は２次コイルに誘導された起電力を用いてバッテリのような負荷に電源を供給する。
【0023】
誘導結合方式による無線電力伝達の効率は、無線電力伝送装置１と電子機器２との間の配置と距離の影響を受けるようになるので、無線電力伝送装置１は、平らなインターフェース表面を含むように構成され、インターフェース表面の下部には１次コイルが取り付けられ、インターフェース表面の上部に１つ以上の電子機器が置かれることができる。インターフェース表面下部に取り付けられた１次コイルとインターフェース表面上部に位置した２次コイル間の空間を十分に小さくすることで誘導結合方式による無線電力伝達の効率を上げることができる。
【0024】
インターフェース表面上部には電子機器が置かれる位置を指示するマークが表示されることができるが、インターフェース表面下部に取り付けられた１次コイルと２次コイルとの間の配列が適切に行われるようにする電子機器の位置を指示することができる。電磁機器の位置を案内するための突出形状の構造物がインターフェース表面上部に形成されることもでき、インターフェース表面下部に磁石のような磁性体を形成して電子機器内部に設けられた他極の磁性体との引力により１次コイルと２次コイルがよく配列されるように案内することもできる。
【0025】
図２は電磁誘導方式で電力を無線で伝送するための伝送モジュールの電力変換部の回路構成を概念的に示すことである。
【0026】
無線電力伝送モジュールは大きく電源及びインバータと共振回路で構成される電力変換部を含んで構成され得るが、電源は電圧源または電流源になることができ、電力変換部は、電源から供給される電力を無線電力信号に変換し、無線電力受信モジュールに伝達する。無線電力信号は共振特性を有する磁場または電磁場の形で形成され、共振回路は無線電力信号を発生させるコイルを含む。
【0027】
インバータは、スイッチング素子と制御回路を介して直流入力を所望する電圧と周波数の交流波形に変換するが、図２においてはフルブリッジ(Full-bridge)インバータを示したものであり、ハーフブリッジインバータなど他の種類のインバータも可能である。
【0028】
共振回路は、磁気誘導方式で電力を伝送する１次コイル（Ｌｐ）とキャパシタ（Ｃｐ）を含んで構成されるが、コイルとキャパシタがパワー伝送の基本共振周波数を決める。１次コイルは、電流の変化に応じて無線電力信号に該当する磁場を形成し、平板形態またはソレノイド形態で実現することができる。
【0029】
インバータによって変換された交流電流が共振回路を駆動することにより１次コイルに磁場が形成されるが、インバータを含まれたスイッチのオン／オフタイミングを制御して共振回路の共振周波数に近い周波数の交流を生成して伝送モジュールの伝送効率を高めることができ、インバータを制御することで伝送モジュールの伝送効率を変更することができる。
【0030】
図３は、無線電力伝送モジュールと受信モジュールが電力とメッセージを送受信するための構成を示すことである。
【0031】
電力変換部は、受信モジュールの受信状態にかかわらず一方的に電力を伝送するだけなので、受信モジュールの状態に合うように電力を伝送するためには、受信モジュールから受信状態に関連するフィードバックを受けるための構成が無線電力伝送モジュールに必要である。
【0032】
無線電力伝送モジュール１００は、電力変換部１１０、通信部１２０、制御部１３０及び電源部１４０を含んで構成することができ、無線電力受信モジュール２００は、電力受信部２１０、通信部２２０及び制御部２３０を含んで構成され得、受信される電力が供給される負荷（または電源部）２４０をさらに含んで構成され得る。負荷２４０は、電力受信部２１０から供給される電力で内部バッテリを充電するための充電部を含むことができる。
【0033】
電力変換部１１０は、図２のインバータと共振回路で構成され、無線電力信号を形成するために使用される周波数、電圧、電流などの特性を調整できる回路をさらに含むように構成することができる。
【0034】
通信部１２０は、電力変換部１１０に接続され、伝送モジュール１００から磁気誘導に従って無線で電力を受信する受信モジュール２００によって変調される無線電力信号を復調して電力制御メッセージを検出することができる。
【0035】
制御部１３０は、通信部１２０が検出するメッセージに基づいて、電力変換部１１０の動作周波数、電圧、電流の内、１つ以上の特性を決定し、電力変換部１１０を制御して電力変換部１１０がメッセージに適合した無線電力信号を生成するようにすることができる。通信部１２０と制御部１３０は１つのモジュールで構成することができる。
【0036】
電力受信部２１０は、電力変換部１１０の１次コイルで発生する磁場の変化に応じて誘導起電力が発生する２次コイルとキャパシタからなるマッチング回路を含み、２次コイルに流れる交流電流を整流して直流電流を出力する整流回路を含むことができる。
【0037】
受信モジュールの通信部２２０は、電力受信部２１０に接続され、ＤＣでの抵抗負荷及び／またはＡＣでの容量性負荷を調整する方式で電力受電部の負荷を調整することにより、伝送モジュールと受信モジュールの間の無線電力信号を変化させ、電力制御メッセージを伝送モジュールに伝送することができる。
【0038】
受信モジュールの制御部２３０は、受信モジュールに含まれた各構成要素を制御するが、電力受電部２１０の出力を電流または電圧の形で測定し、これに基づいて通信部２２０を制御して無線電力伝送モジュール１００に電力制御メッセージを伝達することができる。メッセージは、無線電力伝送モジュール１００に無線電力信号の伝達を開始するかまたは終了するように指示することができ、また無線電力信号の特性を調整するようにすることができる。
【0039】
伝送モジュールの電力変換部１１０によって形成された無線電力信号は、電力受信部２１０によって受信され、受信モジュールの制御部２３０は無線電力信号を変調するように通信部２２０を制御するが、制御部２３０は通信部２２０のリアクタンス(reactance)を変更することにより、無線電力信号から受信する電力量が変化するようにする変調過程を行うことができる。無線電力信号から受信される電力量が変わると無線電力信号を形成させる電力変換部１１０の電流及び／または電圧も変わり、無線電力伝送モジュール１００の通信部１２０は、電力変換部１１０の電流及び／または電圧の変更を感知して復調過程を行うことができる。
【0040】
受信モジュールの制御部２３０は、無線電力伝送モジュール１００に伝達するようとするメッセージを含むパケットを生成し、生成されるパケットを含むように無線電力信号を変調し、伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して抽出したパケットをデコードして電力制御メッセージを獲得することができるが、受信モジュールの制御部２３０は、受信されるパワーを調整するために電力受信部２１０を介して受信される電力量に基づいて無線電力信号の特性を変更するように要請するメッセージを伝送することができる。
【0041】
図４は無線電力伝送モジュールと受信モジュールとの間のパワー伝送を制御するためのループをブロックで示したものである。
【0042】
伝送モジュール１００の電力変換部１１０で発生する磁場の変化に従って、受信モジュール２００の電力受信部２１０で電流が誘導され、電力が伝送され、受信モジュールの制御部２３０は、所望する制御点、すなわち所望する出力電流及び／または電圧を選択し、電力受信部２１０を介して受信される電力の実際の制御点を決定する。
【0043】
受信モジュール１００の制御部２３０は、電力が伝送される間に所望する制御点と実際の制御点を用いて制御エラー値を計算するが、たとえば、２つの出力電圧または電流の差を制御エラー値とすることができる。所望の制御点に到達するために少ない電力が要求されると、例えばマイナス値となり、所望の制御点に達するためにさらに多くの電力が必要な場合は、正の値になるように制御エラー値を決定することができる。受信モジュール２００の制御部２３０は、通信部２２０を介して電力受信部２１０のリアクタンスを経時的に変更する方式で計算された制御エラー値を含むパケットを生成して伝送モジュール１００に伝送することができる。
【0044】
伝送モジュールの通信部１２０は、受信モジュール２００によって変調される無線電力信号に含まれるパケットを復調してメッセージを検出するが、制御エラー値を含む制御エラーパケットを復調することができる。
【0045】
伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して抽出した制御エラーパケットをデコードして制御エラー値を獲得し、電力変換部１１０に実際に流れる実際電流値と制御エラー値を用いて受信モジュールが所望の電力を伝送するための新しい電流値を決定できる。
【0046】
伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュールから制御エラーパケットを受信する過程からシステムが安定化すると、１次コイルに流れる実際の電流値が新しい電流値になるように新しい動作点、すなわち１次コイルに印加されるＡＣ電圧の大きさ、周波数、デューティ比などが新たな値になるように電力変換部１１０を制御し、受信モジュールがさらに制御情報やまたは状態情報を通信できるように、新しい動作点を継続するようにする。
【0047】
無線電力伝送モジュール１００と無線電力受信モジュール２００との間の相互作用は選択(selection)、ピング(ping)、識別／構成(identification & configuration)及びパワー伝送(power transfer)を含んで４つの段階からなることができる。選択ステップは、伝送モジュールがインターフェース表面上に置いた対象物を発見するためのステップであり、ピングステップは、対象物が受信モジュールを含むかどうかを確認するステップであり、識別／構成段階は、受信モジュールに電力を送るための準備段階で、受信モジュールから適切する情報を受信し、それに基づいて受信モジュールとパワー伝送契約(Power Transfer Contract)を締結し、パワー伝送段階は伝送モジュールと受信モジュールの相互作用として実際に電力を無線で受信モジュールに伝送するステップである。
【0048】
ピング段階では、受信モジュール２００が１次コイルと受信コイルの磁束結合程度を指す信号強度パケット（Signal Strength Packet、ＳＳＰ）を共振波形の変調を介して伝送モジュール１００に伝送するが、信号強度パケット（ＳＳＰ）は受信モジュールにおいて整流された電圧をモニタリングして生成するメッセージとして、伝送モジュール１００はそれを受信モジュール２００から受信して電力伝送のための初期駆動周波数を選定することに活用することができる。
【0049】
識別／構成段階においては、受信モジュール２００のバージョン、メーカーコード、装置識別情報等を含む識別パケット（Identification Packet）、受信モジュール２００の最大パワー、パワー伝送方法などの情報を含む構成パケット(Configuration Packet)等を受信モジュール２００が伝送モジュール１００に伝送する。
【0050】
パワー伝送段階においては、受信モジュール２００が電力信号を受信する動作点とパワー伝送契約で定めた動作点との差を指す制御エラーパケット（Control Error Packet、ＣＥＰ）、受信モジュール２００がインターフェース表面を介して受信するパワーの平均値を指す受信パワーパケット（Received Power Packet、ＲＰＰ）などを受信モジュール２００が伝送モジュール１００に伝送する。
【0051】
受信パワーパケット（ＲＰＰ）は、受信モジュールの電力受信部２１０の整流電圧、負荷電流、オフセット電力などを考慮した受信電力量データで、受信モジュール２００により電力を受信中に伝送モジュール１００に伝送され続け、伝送モジュール１００はこれを受信して、電力制御のための演算因子として使用する。
【0052】
伝送モジュールの通信部１２０は、それぞれ共振波形の変化からパケットを追出し、制御部１３０は、抽出したパケットをデコードしてメッセージを獲得し、それに基づいて電力変換部１１０を制御して受信モジュール２００が要請するようにパワー伝送特性を変えながら電力を無線で伝送することができる。
【0053】
一方、誘導結合により電力を無線で伝達方式でその効率は周波数特性による影響は少ないが、伝送モジュール１００と受信モジュール２００との間の配列と距離の影響を受けることになる。
【0054】
無線電力信号が到達できる領域を２つに区分できるが伝送モジュール１００が受信モジュール２００に無線で電力を伝達するとき、高効率の磁場が通過できる、インターフェース表面の部分を活動領域と呼ぶことができ、伝送モジュール１００が受信モジュール２００の存在を感知できる領域を感知領域とすることができる。
【0055】
伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュール２００が活動領域又は感知領域に配置されるかまたは除去されたかどうかを感知することができるが、電力変換部１１０で形成される無線電力信号を用いたり、別途備えられたセンサにより受信モジュール２００が活動領域または感知領域に配置されたかどうかを検出することができる。
【0056】
例えば、伝送モジュールの制御部１３０は、感知領域に存在する受信モジュール２００により無線電力信号が影響を受け、電力変換部１１０の無線電力信号を形成するための電力の特性が変化するかどうかをモニタリングすることによって受信モジュール２００の存在を検出することができる。伝送モジュールの制御部１３０は受信モジュール２００の存在を検出した結果に基づいて受信モジュール２００を識別する過程を実行するか、または無線電力伝送を開始するかどうかなどを決定することができる。
【0057】
伝送モジュールの電力変換部１１０は位置決め部をさらに含むことができるが、位置決め部は誘導結合方式による無線電力伝達の効率を高めるために１次コイルを移動または回転させることができ、特に受信モジュール２００が伝送モジュール１００の活動領域内に存在しない場合に使用され得る。
【0058】
位置決定部は、伝送モジュール１００の１次コイルと受信モジュール２００の２次コイルの中心間距離が一定範囲内になるように１次コイルを移動させたり、１次コイルと受信コイルの中心が重畳されるように１次コイルを移動させる駆動部を含むように構成されることができる。このために、伝送モジュール１００は受信モジュール２００の位置を感知するためのセンサや感知部をさらに備えることができ、伝送モジュールの制御部１３０は感知部のセンサから受信する受信モジュール２００の位置情報に基づいて位置決定部を制御することができる。
【0059】
あるいは、伝送モジュールの制御部１３０は、通信部１２０を介して受信モジュール２００との配列または距離に関する制御情報を受信し、これに基づいて位置決め部を制御することもできる。
【0060】
また、伝送モジュール１００は、２つ以上複数の１次コイルを含むように形成されて複数の１次コイルの内、受信モジュール２００の受信コイルと適合に配列される一部のコイルを選択的に用いて伝送効率を向上させることができるが、この場合位置決め部は、複数の１次コイルの内、どれが電力伝達のために使用されるかを決定することができる。
【0061】
活動領域を通過する磁場を形成させる単一１次コイルまたは１つ以上の１次コイルの組み合わせを主要セル(primary cell)と称することができるが、伝送モジュールの制御部１３０は、受信モジュール２００の位置を感知し、これに基づいて活動領域を決定し、活動領域に対応する主要セルを構成する伝送モジュールを接続し、該当伝送モジュールの１次コイルと受信モジュール２００の２次コイルとが誘導結合できるように制御できる。
【0062】
一方、受信モジュール２００は、スマートフォンまたはマルチメディア再生端末を含むスマートフォンやスマート機器のような電子機器内に内蔵され、電子機器が伝送モジュール１００のインターフェース表面の上に垂直または水平方向に一定でない方向や位置に置かれるので、伝送モジュールは広い活動領域を必要とする。
【0063】
活動領域を広げるために複数個の場合の１次コイルを使用する場合、一時コイル数だけ駆動回路が必要であり、複数個の１次コイルの制御が複雑になるので、製品化するとき、伝送モジュールすなわち無線充電器のコストが増加する。さらに、活動領域を拡大するために伝送コイルの位置を変更する方式を適用する場合でも１次コイルの位置を移動するための移送メカニズムを備えなければならないので、体積と重量が大きくなって製作コストが多くなる問題がある。
【0064】
位置が固定された一つの１次コイルを有しても活動領域を拡張する方法があれば効果的であるが、単に１次コイルの大きさを大きくするなら１次コイルの単位面積当たりの磁束密度が低下し、送受信コイル間に磁気結合力が弱くなって期待するほど活動領域が増加することもなく、伝送効率も低下することになる。
【0065】
このように、活動領域の拡大と伝送効率の向上のために、一次コイルの適切な形状とサイズを決定することが重要である。複数の１次コイルを採用するマルチコイル方式が無線電力伝送モジュールの活動領域を拡大する方法として有効である。
【0066】
一方、受信装置と伝送装置との間に異物、特に金属異物が置かれているか否かを検出するための方法の内一つは、伝送装置または受信装置の共振に関連する値であるＱファクタ、すなわちＱ値とＱ周波数が変わってあるか否かを判断することで、貯蔵されているＱファクタと新たに検出したＱファクタが異なると異物があると判断できる。
【0067】
図５は、入力電圧と出力電圧の比を用いてＱ値とＱ周波数を含むＱファクタを検出するための回路と検出されるＱファクタのグラフを示すものである。
【0068】
キャパシタ（Ｃ）とコイル（Ｌ）を含む共振回路に周波数を変えながら交流電圧を入力電圧（Ｖ１）で入力してコイル（Ｌ）の両端にかかる電圧を出力電圧（Ｖ２）で検出し、出力電圧Ｖ２と入力電圧Ｖ１の比を用いて共振特徴に関連するＱファクタを計算することができるが、図５の右グラフで１００ｋＨｚ周波数が共振周波数となり、共振周波数で最も高い出力電圧が発生することを見ることができる。
【0069】
【0070】
共振回路の近くに異物がないと（ＮＯ ＦＯ）、出力信号は時間が進むにつれて回路を構成する抵抗成分による自然減衰が若干発生して徐々に信号が減少するが、共振回路の近くに異物がある時（Ｗｉｔｈ ＦＯ）、異物と共振回路との相互作用により、出力信号は急速に減衰するようになる。
【0071】
このように共振回路を共振周波数付近の周波数で駆動する際に出力信号の減衰度合いを検出して異物の近接が有るか無いかを判断することができる。
【0072】
無線充電器に図５や図６のように異物の近接が有るか無いかを判断するための手段を備えることもできるが、無線充電器は受信装置のＱファクタや共振周波数を知らないため、異物が充電器と受信装置との間にあるか正確に判断するのは容易ではない。
【0073】
近年、無線充電が可能なスマートフォンが多く発売されており、多くのユーザはデバイス保護のために専用ケースに被せて使用し、さらに無線充電器に載せて置くが、ケース内部にＮＦＣのようなＲＦ機能を有するＲＦモジュールを含むクレジットカードを収納することもする。このようなクレジットカードのＲＦモジュールは、無線充電動作を妨げる異物役割をする。
【0074】
無線充電器の上にコインやクリップが置かれた状態で受信装置が無線充電器のインターフェース表面上に置かれて異物が充電を妨げる場合より、受信装置のケース内部にクレジットカードやクリップ等が挟まれた状態で受信装置が無線充電器の上に置かれて異物が充電を妨げる場合がさらに多く発生することになる。
【0075】
本明細書においては、異物のある状態と充電可能な状態と区分できるＱファクタに関する基準を設けて貯蔵し、受信装置を充電する際に共振周波数（またはＱ周波数）とＱ値を含むＱファクタを測定し、それを貯蔵された基準と比較して、現在の充電状況が異物のある状態であるか、それではないと充電が可能な状態であるかを判断することができる。
【0076】
さらに具体的には、無線電力伝送装置を出荷する際、異物のある様々な状況、例えば金属異物を所定間隔で移動しながら複数の第１Ｑファクタ（Ｑ値とＱ周波数の組み合わせ）を求め、また異物がなく充電が可能な様々な状況、例えば受信装置を所定の間隔で移動しながら複数の第２Ｑファクタ（Ｑ値とＱ周波数の組み合わせ）を求め、第１Ｑファクタと第２Ｑファクタを互いに区分できる基準を求め、その基準を貯蔵することができる。基準を貯蔵した無線電力伝送装置は、受信装置に電力を無線で伝送する際に、Ｑファクタを求め、それを貯蔵された基準と比較して異物の有無または充電が可能か否かを判断することができる。
【0077】
異物があるか充電が可能な様々な状況でＱファクタを求め、求めたＱファクタをＱファクタを構成するＱ周波数とＱ値をＸ軸とＹ軸（またはＹ軸とＸ軸）とする平面に位置させて、異物がある状況の座標と充電が可能な状況の座標を区分する線を決定し、これを異物状況と充電可能状況を区分する基準として用いることができる。
【0078】
図７は、受信装置の位置及び異物の種類と位置を変更しながらＱファクタを測定した値に基づいて異物がある場合と充電可能な場合とを区分するＦＯＤラインを設定する例を示したものである。
【0079】
無線電力伝送装置または無線充電器は、受信装置を充電することの前にＱファクタ、すなわち共振周波数であるＱ周波数とその時のＱ値を測定する。
【0080】
以後、様々な状況を模擬してその時ごとのＱファクタを測定するが、無線電力受信装置、例えばスマートフォンに様々な種類の金属異物、例えば各国の様々なサイズのコイン、クリップ、ＮＦＣのような同じＲＦモジュールなどを取り付けて、該当するスマートフォンを充電しながらＱファクタを測定することができる。すなわち、金属異物を取り付けた状態でスマートフォンと伝送装置、すなわち無線充電器の中心で異物を所定の長さ間隔で平面で移動しながらＱファクタを測定し、さらに異物を取り付けない状態でスマートフォンを平面で移動しながらＱファクタを測定することができる。
【0081】
様々な状況で測定したＱファクタを横軸（Ｘ軸）をＱ周波数とし、縦軸（Ｙ軸）をＱ値とするＱ平面に座標で表示するが、図７に示すようにＱ平面に撮られたＱファクタに基づいて異物がある状態と異物がなく、充電が可能な状態を区分できる線を抽出することができる。
【0082】
図７のように、Ｑ周波数が低くなりＱ値が大きくなる方向に形成される第１領域が異物のある状況に対応し、Ｑ周波数が大きくなりＱ値が小さくなる方向に形成される第２領域が異物がなく、充電が可能な状況に対応できる。
【0083】
Ｑ値とＱ周波数を垂直な２つの軸とする平面（簡単にＱ平面と称することができる）で異物のある第１領域と異物がなくて、充電が可能な第２領域を分ける異物境界線を決定することができるが、図７に示すように、直線（ＦＯＤライン）で表現することもでき、または必要に応じて二次曲線またはさらに高い次元の曲線で表現することもできる。その後、異物境界線をＦＯＤラインで表現する。
【0084】
無線充電器は、受信装置が検出されて無線充電を開始するとき、検出された受信装置についてＱファクタを測定し、測定されたＱファクタとＦＯＤラインを比較し、Ｑファクタの座標が異物のある第１領域にあるかそれではないと異物がない第２領域にあるかを確認し、第１領域にあれば充電を中止するか、これをユーザに知らせ、第２領域にあれば充電を直ちにまたは継続することができる。
【0085】
ＦＯＤライン（または異物境界曲線）は、該当する無線充電器を出荷する過程で測定され、無線充電器の不揮発性メモリに貯蔵され得る。しかしながら、すべての無線充電器に対して出荷時にＦＯＤラインを測定して貯蔵することは、コストまたは時間の側面で好ましくない。
【0086】
したがって、複数の同じ製品についてＦＯＤラインを測定し、測定されたＦＯＤラインを平均して１つのＦＯＤラインを求め、各製品を出荷する際に不揮発性メモリに平均したＦＯＤラインを貯蔵することが有利である。
【0087】
しかし、製品ごとにばらつきがあり、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインが当該製品の特性を正確に反映できないことがある。
【0088】
図８ａ～８ｃは、Ｑ平面でＦＯＤラインが異物がある場合と充電可能な場合を明確に区分できない例を示したものであり、各無線充電器について、複数の位置に異物を置いて測定したＱファクタ、異物なしで複数の位置に受信装置を置いて測定したＱファクタ及びメモリに貯蔵されたＦＯＤラインをＱ平面に示すものである。
【0089】
図８ａの無線充電器の場合、メモリに貯蔵されているＦＯＤラインが異物に対して測定してＱ平面に撮ったＱファクタに近すぎる位置にあり、ＦＯＤラインに近接したり、ＦＯＤラインを超えた一部異物のＱファクタについて異物がないことと誤って判断する可能性がある。
【0090】
図８ｂの無線充電器の場合、メモリに貯蔵されているＦＯＤラインが充電可能な受信装置に対して測定してＱ平面に撮られたＱファクタに近すぎる位置にあり、ＦＯＤラインに近接したり、ＦＯＤラインを超えた一部Ｑファクタの場合、異物があることと誤って判断される可能性がある。
【0091】
図８ｃの無線充電器の場合、メモリに貯蔵されているＦＯＤラインが異物に対して測定したＱファクタ群集と充電可能な受信装置に対して測定したＱファクタ群集からある程度距離が離隔されるため、貯蔵されたＦＯＤラインと測定されたＱファクタに基づいて異物のある状態と異物がなく、受信装置のみある状態を比較的正確に区別することができる。
【0092】
このような状況を考慮すると、各無線充電器についてメモリに貯蔵されたＦＯＤラインを校正する必要がある。
【0093】
以前のバージョン、例えばＱｉ１．２の受信装置は、電力を無線で伝送の受けるために伝送装置または無線充電器と誘導結合している状態でＱ値を測定して伝送装置に伝送する。しかし、Ｑ値だけではＱプレーンに点を取ることができず、伝送装置または無線充電器は、受信装置が伝送するＱ値を用いてＦＯＤラインを校正することはできない。
【0094】
一方、最新バージョンのＱｉ１．３の受信装置は、Ｑ値だけでなくＱ周波数を測定して誘導結合している無線充電器に伝送することができる。
【0095】
無線充電器は、受信装置が伝送するＱ値とＱ周波数を用いてメモリに貯蔵されたＦＯＤラインを校正することができる。
【0096】
図９は、Ｑプレーンで受信装置が伝送するＱ値とＱ周波数で決定される座標とＦＯＤラインとの間の距離を計算する例を示すものである。
【0097】
例えば、ｘ軸がＱ周波数でありｙ軸がＱ値であるＱ平面において、メモリに貯蔵されているＦＯＤラインがａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０であり、受信装置が伝達するＱ周波数とＱ値に対応する点（Ｑ点と呼ぶ）Ａの座標が（ｘ１、ｙ１）のとき、ＦＯＤラインとＱ点間のＱ距離ｄはｄ＝｜ａｘ１＋ｂｙ１＋ｃ｜／（ａ＾２＋ｂ＾２）＾（１／２）で計算できる。
【0098】
同じＦＯＤラインを貯蔵する複数の無線充電器に対して、Ｑｉ１．３バージョンの受信装置を誘導結合させ、受信装置からＱ周波数とＱ値を受信し、受信したＱ周波数とＱ値に該当するＱポイントとＦＯＤラインの間の距離を計算できる。
【0099】
【0100】
図８ａのｃａｓｅ１の無線充電器については、受信したＱ周波数とＱ値がそれぞれ８２．４Ｋｈｚと３４．１であり、当該ＱポイントからＦＯＤまでの距離は９６．８を得ることができる。
【0101】
図８ｂのｃａｓｅ２の無線充電器については、受信したＱ周波数とＱ値がそれぞれ８６．２Ｋｈｚと２７．４であり、当該ＱポイントからＦＯＤまでの距離は２３．２を得ることができる。
【0102】
図８ｃのｃａｓｅ３の無線充電器については、受信したＱ周波数とＱ値がそれぞれ８４．０Ｋｈｚと２８．１であり、当該ＱポイントからＦＯＤまでの距離は４３．５を得ることができる。
【0103】
図８ｃのｃａｓｅ３の無線充電器の場合、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインが異物がある場合に測定したＱファクタ群集がある第１領域と異物がない場合に測定したＱファクタ群集がある充電可能な第２領域を相対的に正確に分けているため、図８ｃのｃａｓｅ３の無線充電器に対してＱｉ１．３バージョンの受信装置で伝送されるＱ値とＱ周波数が形成するＱポイントとＦＯＤラインとの間のＱ距離である４３．５を最適のＱ距離で判断できる。
【0104】
無線充電器は、出荷される時に先に説明した方法で得られる最適なＱ距離をメモリに貯蔵することができる。
【0105】
出荷された後、無線充電器は、Ｑｉ１．３バージョンの受信装置に接続されるときに受信装置からＱ値とＱ周波数、すなわちＱファクタの伝達を受け、Ｑ平面で受信装置から受けたＱファクタに該当するＱポイントとメモリに貯蔵されたＦＯＤライン間のＱ距離を計算し、ＱポイントとＦＯＤラインとの間のＱ距離がメモリに貯蔵された最適Ｑ距離となるようにＦＯＤライン（正確にはＦＯＤラインにおける定数ｃ値）を校正することができる。
【0106】
この後、無線充電器は、受信装置と誘導結合した状態でＱファクタを測定し、Ｑ平面で校正されたＦＯＤラインを用いて測定されたＱファクタが異物のある第１領域に属するか異物なしで充電が可能な第２領域にあるか否かを判断して異物の有無をより正確に判断することができるようになる。
【0107】
【0108】
図１０ａ～図１０ｃにおいて、実線は出荷時に無線充電器のメモリに貯蔵されたＦＯＤラインであり、点線は無線充電器をＱｉ１．３バージョンの受信装置と接続した後に受信したＱファクタを用いて校正したＦＯＤラインである。
【0109】
Ｑｉ１．３バージョンの受信装置（異物のない状態で接続されるものを仮定）が伝送するＱファクタは、充電可能な第２領域にある可能性が高い。
【0110】
図１０ａのｃａｓｅ１の場合、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインと第２領域との間の距離が遠いため、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインを受信装置が伝送するＱファクタを用いて補正すると、第２領域にさらに近づく方向に移動することになる。
【0111】
図１０ｂのｃａｓｅ２の場合、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインと第２領域との間の距離が近いため、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインを受信装置が伝送するＱファクタを用いて補正すると、第２領域でさらに離れる方向に移動することになる。
【0112】
図１０ｃのｃａｓｅ３の場合、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインが第１領域と第２領域の中間程度に位置するため、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインを受信装置が伝送するＱファクタを用いて補正してもほとんど位置が変わらない。
【0113】
無線充電器が出荷される時、メモリに貯蔵されたＦＯＤラインが該当製品の特性を正確に反映できず、異物のある第１領域と異物がなくて充電が可能な第２領域を比較的正確に区分できず、第１領域または第２領域に近い偏りでも、無線充電器がＱｉ１．３バージョンの受信装置を充電しながら受信装置からＱ値とＱ周波数を受信すると、これを利用して（ＱポイントからＦＯＤラインまでの距離をメモリに貯蔵された値ができるように）ＦＯＤラインを校正することができ、この後は校正されたＦＯＤラインを利用して異物の有無をより正確に判断できるようになる。
【0114】
図１１は、本明細書が適用される無線電力伝送装置の構成をブロックで示したものである。
【0115】
図１１の伝送装置は、図３に示す伝送モジュールに加えてＱファクタを検出するためのＱファクタ検出部をさらに含むことができる。また、図１１の伝送装置は、ＦＯＤラインに関する情報を貯蔵するための貯蔵手段と、異物の取り付けをユーザに知らせるための出力手段をさらに含むことができる。ＦＯＤラインに関する情報は、ＦＯＤラインデータ及び受信装置が伝送するＱファクタに対応するＱポイントとＦＯＤラインとの間に推奨されるＱ距離を含むことができる。
【0116】
無線電力伝送装置１００又は伝送モジュール１００は、図１１に示すように、電力変換部１１０、通信部１２０、制御部１３０、電源部１４０及びＱファクタ検出部１５０を含んで構成することができる。
【0117】
電力変換部１１０は、図２のインバータと共振回路で構成され、無線電力信号を形成するために使用される周波数、電圧、電流などの特性を調節できる回路をさらに含むように構成され得る。
【0118】
通信部１２０は、電力変換部１１０に接続され、自己誘導に応じて無線で電力を受信する受信装置によって変調される無線電力信号を復調して電力制御メッセージを検出することができる。中電力以上の電力を伝送することができる伝送モジュールの通信部１２０は、ブルートゥース（登録商標）（Bluetooth（登録商標））のような近距離通信手段を含んで受信モジュールと通信することもできる。
【0119】
通信部１２０は、Ｑｉ１．３バージョン以上の受信装置から無線を電力で受信する間の受信装置に含まれた共振回路のＱファクタ、すなわち共振周波数（Ｑ周波数）とそのときのＱ値を含むメッセージを受信して、メッセージに含まれた受信装置のＱ周波数とＱ値を抽出することができる。
【0120】
制御部１３０は、通信部１２０が検出するメッセージに基づいて、電力変換部１１０の動作周波数、電圧、電流の内、１つ以上の特性を決定し、電力変換部１１０を制御して電力変換部１１０がメッセージに適合した無線電力信号を生成するようにすることができる。通信部１２０と制御部１３０は１つのモジュールで構成することができる。
【0121】
電源部１４０は、伝送装置の構成要素に電源を供給することができる。
【0122】
Ｑファクタ検出部１５０は、図５を参照して説明した方法に従って、受信装置に電力を伝送しながら、一次コイルとキャパシタから構成される共振回路のＱファクタ、すなわち共振周波数とそのときのＱ値を検出することができ、共振回路の入力電圧と一次コイルにかかる出力電圧を検出するための電圧センサを含んで構成され得る。
【0123】
伝送モジュール１００は、出力部（図示せず）をさらに含み異物があることをユーザに知らせることができるが、出力部は、画像や光を介してメッセージを出力するディスプレイ部、音を介してメッセージを伝達するサウンド部、振動を介してメッセージを伝達する振動部の内、少なくとも１つ以上を含んで構成され得る。
【0124】
伝送装置の各構成要素を制御する制御部１３０は、Ｑファクタ検出部１５０を介して共振回路のＱファクタ、すなわち共振周波数（またはＱ周波数）とそのときのＱ値を測定し、メモリ（図示せず）に貯蔵されたＦＯＤラインと比較して、測定されたＱファクタがＱ周波数とＱ値から形成される平面で属する領域、すなわち異物のある第１領域または異物のない第２領域にあることを確認し、Ｑファクタが第１領域にあれば異物があると判断し、Ｑファクタが第２領域にあると受信装置が異物が無くて充電が可能な領域にあると判断することができる。
【0125】
制御部１３０は、Ｑファクタ検出部１５０を介して測定したＱファクタが第２領域にあれば異物がないと判断し、受信装置または受信モジュールに対する充電動作を継続することができる。
【0126】
一方、制御部１３０は、Ｑファクタが第１領域にあれば、異物があると判断し、充電動作に異物の影響がどの程度及ぶかを確認するためにＱファクタとＦＯＤライン間の距離を計算し、距離が所定値より大きいと異物が充電に影響を与えると判断して充電を中断させか、距離が所定値以下であれば異物が充電に影響を少なく与えると判断して異物判断基準を緩やかに調整して充電動作を継続することができる。
【0127】
一方、制御部１３０は、通信部１３０を介して受信装置（Ｑｉ１．３バージョン以上の受信装置）からＱファクタ（Ｑ周波数とＱ値）が伝送されると、受信されるＱファクタに該当するＱポイントとＦＯＤライン間のＱ距離がメモリに貯蔵されたＱ距離と同じになるようにＦＯＤラインを調整し、調整したＦＯＤラインをメモリに貯蔵し、この後調整されたＦＯＤラインを異物の有無の判断に用いることができる。
【0128】
【0129】
制御部１３０は、Ｑファクタ検出部１５０を介してＱファクタ、すなわちＱ周波数とＱ値を測定する（Ｓ１２００）。
【0130】
制御部１３０は、測定されたＱファクタに対応するＱポイントとメモリ（図示せず）に貯蔵されたＦＯＤラインとの間のＱ距離を計算することができる（Ｓ１２１０）。
【0131】
また、制御部１３０は、ＱポイントとＦＯＤラインとを比較して、Ｑポイントが異物のある第１領域にあるのか、または異物がなくて充電可能な第２領域にあるかを確認する（Ｓ１２２０）。
【0132】
Ｑポイントが異物のある第１領域にあることと確認されると（Ｓ１２２０でＹＥＳ）、制御部１３０は、異物があることを指すフラグ（ＦＬＡＧ）値を１に設定する（Ｓ１２３０）。Ｑ距離を計算するＳ１２１０ステップは、Ｑポイントが異物のある第１領域にあることと確認された後に実行されることもできる。
【0133】
制御部１３０は、Ｑ平面でＱファクタに対応するＱポイントとＦＯＤラインとの間の距離が所定値より大きいと異物が充電に影響を多く及ぼすことと判断して充電を中断させるか、距離が所定値以下であれば、異物が充電に影響を少なく与えることと判断し、異物判断基準を緩やかに調整して充電動作を継続することができる（Ｓ１２４０）。
【0134】
また、制御部１３０は、異物付着を知らせるアラームメッセージを出力部（図示せず）を介して出力してユーザにこれを知らせることができる（Ｓ１２５０）。
【0135】
一方、制御部１３０は、異物が検出されない場合、すなわち測定したＱファクタに対応するＱポイントをＦＯＤラインと比較してＱポイントが異物がなくて充電可能な第２領域にあることと判断されると（Ｓ１２２０でＮＯ）、メモリ（図示せず）のフラグＦＬＡＧ値を０にリセットし（Ｓ１２６０）、受信装置に対する無線充電動作を開始したりまたは進行中の充電動作を継続する（Ｓ１２７０）。
【0136】
制御部１３０は、受信装置に対する無線充電動作を進めている間、受信装置から受信装置が測定したＱファクタ（Ｑ周波数とＱ値）が受信されるかを確認する（Ｓ１２８０）。
【0137】
制御部１３０は、受信装置からＱファクタを受信すると（Ｓ１２８０でＹＥＳ）、受信されたＱファクタに対応するＱポイントとメモリに貯蔵されているＦＯＤラインとの間のＱ距離を計算し、計算された距離がメモリに貯蔵されているＱ距離に等しくなるようにＦＯＤラインを調整し、調整されたＦＯＤラインをメモリに再貯蔵することができる（Ｓ１２９０）。
【0138】
メモリには、受信装置から受信されるＱファクタを用いて調整されたＦＯＤラインが貯蔵され、この後制御部１３０は、Ｓ１２１０ステップとＳ１２２０ステップで異物の有無の判断には調整されたＦＯＤラインを用いることができる。
【0139】
一方、制御部１３０は、受信装置からＱファクタが受信されなければ（Ｓ１２８０でＮＯ）、Ｓ１２００ステップに進む。
【0140】
制御部１３０は、タイマのカウント値に基づいて図１２の動作を周期的に実行して異物を検出することができる。
【0141】
また、制御部１３０は、異物付着可否を示すフラグを確認し、異物が無い場合に受信装置のバッテリが充電完了するまで電力を伝送する動作を行うこともできる。
【0142】
このように、受信装置が伝送するＱファクタを用いて異物の有無を判断するための基準、例えばＦＯＤラインをより精巧に調整することにより、異物があるか否かをより正確かつ効率的に判断することができ、また、ＦＯＤラインとＱファクタに対応するＱポイントとの間の距離に基づいて異物がある場合でも充電を中断する程度であるか、それではないと充電を継続できる程度であるかを判断することができるようになる。
【0143】
また、異物があるときに異物の有無を画像や音などを通じて知らせたり、電力伝送を中止させて異物により熱が過度に発生したり、火災が発生するのを防ぐことができ、また充電に影響をあまり及ばない異物により充電動作が間欠的に中断されるのを防ぎ、電子機器を迅速に充電できるようになる。
【0144】
本明細書に記載の無線電力伝送方法及び装置は、以下のように説明することができる。
【0145】
一実施形態に係る無線電力伝送方法は、受信装置に電力を無線で伝送するステップと電力を伝送する間受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するステップと、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面における第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得るステップをふくみからなることができる。
【0146】
一実施形態において、無線電力伝送方法は、電力を伝送する間に伝送装置に含まれた共振回路のＱ周波数とＱ値を第２Ｑファクタで検出するステップと、Ｑ平面における第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと第２異物境界線との比較に基づいて電力伝送動作を継続するか、または電力伝送動作を中止するステップをさらに含むことができる。
【0147】
一実施形態において、継続するかまたは停止するステップは、Ｑ平面で第２Ｑポイントが、第２異物境界線に基づいて異物のある第１領域にあるか、または異物のない第２領域にあるかを確認することができる。
【0148】
一実施形態において、第１領域は、Ｑ平面で第２異物境界線に基づいてＱ周波数がさらに低く、Ｑ値がさらに高い領域に形成され、第２領域は、Ｑ平面で第２異物境界線に基づいてＱ周波数がさらに高く、Ｑ値がさらに低い領域に形成することができる。
【0149】
一実施形態において、継続または停止するステップは、第２Ｑポイントが第１領域に属するとき、第２Ｑポイントと第２異物境界線の間のＱ距離を計算するステップと、Ｑ距離に基づいて異物判断基準を調整するステップをさらに含み得る。
【0150】
一実施形態において、継続するかまたは停止するステップは、Ｑ距離が第１の値より大きい場合に電力伝送動作を停止し、Ｑ距離が第１の値より小さい場合に電力伝送動作を継続することができる。
【0151】
一実施形態において、継続または停止するステップは、第２Ｑポイントが第２領域に属するときに電力伝送動作を継続することができる。
【0152】
一実施形態において、得るステップは、第１異物境界線から第１Ｑポイントまでの距離が第１Ｑ距離となるように、第１異物境界線を第２異物境界線に変更することができる。
【0153】
一実施形態において第１異物境界線と第１Ｑ距離は、伝送装置の出荷時に伝送装置のメモリに貯蔵されてあることがある。
【0154】
一実施形態において、受信装置は、バージョンがＱｉ１．３以上であり得る。
【0155】
別の実施形態に係る無線電力伝送装置は、直流電源を交流に変換するためのインバータと、受信装置の二次コイルとの磁気誘導結合により電力を伝送するための一次コイルを含む共振回路を含む電力変換部と電力伝送中に共振回路のＱ周波数とＱ値をＱファクタで検出するためのＱファクタ検出部と受信装置が測定したＱ周波数とＱ値を含む第１Ｑファクタを受信装置から受信するための通信部と電力変換部を制御して受信装置に電力を無線で伝送し、Ｑ周波数とＱ値を２軸とするＱ平面で通信部が受信する第１Ｑファクタに対応する第１Ｑポイントに基づいて第１異物境界線を調整して第２異物境界線を得る制御部を含むことができる。
【0156】
一実施形態において、制御部は、Ｑ平面において、Ｑファクタ検出部が検出する第２Ｑファクタに対応する第２Ｑポイントと第２異物境界線との比較に基づいて電力伝送動作を継続したり、電力伝送動作を停止するように電力変換部を制御することができる。
【0157】
一実施形態において、制御部は、Ｑ平面において、第２Ｑポイントが第２異物境界線にもとづいて異物のある第１領域にあるか、異物のない第２領域にあるかを確認し、第２Ｑポイントが第１領域にあるときに電力伝送を停止し、第２Ｑポイントが第２領域にあるときに電力伝送動作を継続することができる。
【0158】
一実施形態において、第１領域は、Ｑ平面における第２異物境界線に基づいてＱ周波数がさらに低くＱ値がさらに高い領域に形成され、第２領域は、Ｑ平面における第２異物境界線に基づいてＱ周波数がさらに高く、Ｑ値がさらに低い領域に形成することができる。
【0159】
一実施形態において、制御部は、第１異物境界線から第１Ｑポイントまでの距離が第１Ｑ距離となるように、第１異物境界線を第２異物境界線に変更することができる。
【0160】
一実施形態において、無線電力伝送装置は、出荷時に第１異物境界線と第１Ｑ距離を貯蔵しているメモリをさらに含むことができる。
【0161】
本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく様々に修正及び変形できることは、この技術分野で通常の知識を有する者に自明である。したがって、そのような修正または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属するべきである。
【符号の説明】
【0162】
１：無線電力伝送装置
２：電子機器
１００：無線電力伝送モジュール
１１０：電力変換部
１２０：通信部
１３０：制御部
１４０：電源部
１５０：Ｑファクタ検出部
２００：無線電力受信モジュール
２１０：電力受信部
２２０：通信部
２３０：制御部
２４０：負荷
２：電子機器
１００：無線電力伝送モジュール
１１０：電力変換部
１２０：通信部
１３０：制御部
１４０：電源部
１５０：Ｑファクタ検出部
２００：無線電力受信モジュール
２１０：電力受信部
２２０：通信部
２３０：制御部
２４０：負荷
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図9】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図11】
【図12】