JP2018503063A - 誘導電力送信器 - Google Patents
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Abstract
Description
ODフィールドは物体の検出のために用いられ、一方でIPTフィールドは電子デバイス間で意味のあるレベルの電力を無線移送するために用いられる。したがって、IPTフィールドの電力はODフィールドよりも何桁も大きい。この場合、電力移送中に物体検出装置を有効に動作させるためには、ODフィールドをIPTフィールドから実質的に分離することが望ましい。そのような分離を達成する多くの方法を本明細書で説明する。これにより、IPTフィールドの動作が検出に与える望まれない影響を最小化することができ、その結果、本発明の検出方法の信頼性をより高め、かつより堅牢にすることができる。
感度を高めるため、および/または製造コストを低減するため、ODコイルにおけるいくつかの特徴が提供されてもよい。
上述の通り、送信器2のコントローラ8は各検出コイルから電圧を直接的にまたは間接的に提供され、各位置に対して大きさおよび位相を時間に亘って抽出する。このため、コントローラ8は励起コイルドライバと検出回路とを含んでもよい。
Ratiot(n) = Polar Magnitudet(n) / Polar Magnitudet(n-1)
(1)
コントローラ8は次いで一連のチェックを実行することで、算出された比に基づいて、存在する物体のタイプを検出する。ステップ1056では、グループ(または表面)内で最大の比の増大が受信器検出しきい値よりも大きいか否かを決定することによって受信器チェックが行われ、「はい」であれば最大の比の増大の位置が決定され(ステップ1058)、決定された検出コイルにおける受信器の位置が報告され(ステップ1060)、これによりIPTアレイを用いた電力移送が開始されうる。ステップ1056の結果が「いいえ」の場合、ステップ1062では、グループ(または表面)内で最大の比の減少が異物検出しきい値よりも大きいか否かを決定することによって異物チェックが行われ、「はい」であれば最大の比の減少の位置が決定され(ステップ1064)、決定された検出コイルにおける異物の位置が報告され(ステップ1066)、これによりIPTアレイを用いた電力移送は不可となる。ステップ1062の結果が「いいえ」の場合、ステップ1068では、未知の物体が存在すると決定され、その結果IPTアレイを用いた電力移送は不可となる。この「未知」の物体は、受信器しきい値および異物しきい値の適切な選択により、受信器と異物との組み合わせを表してもよい。当業者には理解される態様での種々のシナリオの測定およびモデル化を通じて、そのような選択を行うことができる。
−物体がインタフェース面に置かれたとき(および場所)の物体検出、
−物体が実質的に金属的か否か、
−物体がフェライトを含むか否か、
−物体がL−C並列共振タンクなどの共振回路を有するか否か。
a)FOD励起コイル(1605)は導体または導体アレイ(これは、プライマリコイルから分離されるか隔離されていてもよい)からなり、該導体または導体アレイは印加電流がインタフェース領域の平面を通じて磁束を生成するようにインタフェース領域または面をカバーするよう配置される。導体は、プライマリコイルからの(同じ導体のカウンター巻きセクションへの)磁束リンクが総誘導電圧を最小化するように、「二重カウンター巻きループ」構成で配置されてもよい。
b)FOD検出コイルアレイ(1610)は、インタフェース面に亘って空間的に分布するセルのアレイからなる。各セルは、インタフェース面の近くまたはその上に置かれた物体とリンクする(すなわち、それを通過する)磁束であってFOD励起コイルによって生成された磁束、がFOD検出コイルアレイの少なくともひとつのセル内の導体ともリンクするように構成された導体を含む。
c)励起コイルドライバ(1615)回路は、FOD励起コイルに、連続的なまたはパルス的な励起電流を印加する。
d)物体検出部(1620)は、FOD検出コイルアレイの各セルにおける複素インピーダンスを測定し、評価する。典型的には、これは、各セルからの信号を処理する測定回路を備えてもよく、この場合、その信号は数値演算部によって評価されてもよい。
1.励起コイルドライバをイネーブルすることにより、励起電流IFOD-excitationを印加する。IFOD-excitationの大きさおよび周波数は(システム実装属性と合わせて)、ΦforeignとΦFOD-Detection-Coil-N(各セルにおける)とΦPRx-Secondary-Coilとにおいて十分なレベルの磁束を生成するように設定される。この場合、物体検出システムは二つの異なる物体グループ(異物または正当受信器)の複素インピーダンスを(複素インピーダンスの指標を決定することによって)、それらを区別するのに十分な確度で、評価することができる。IFOD-excitationの周波数は、多くの場合、PRx(1630)のLs、Cs、およびCdによって形成される共振検出周波数fdに近いがそれに厳密に等しくはない点である。
2.FOD検出コイルアレイの各セル(1610)について、終了インピーダンスを印加し、各LFOD-Detection-Coil-N−物体検出回路(1620)によって実装される−での電圧信号の振幅および位相を測定する。複素インピーダンスの指標。
3.セル出力信号の同相成分および直交成分をローカルリファレンス(励起コイルドライバ出力など)で測定することによって、振幅を評価することができる。ベクトルの大きさまたは極形式での大きさを、測定された同相成分および直交成分の二乗の和の平方根として評価することができる。同様に、ベクトル位相角度を、同相成分を直交成分で除した比の逆正接を計算することによって評価することができる。しかしながら、代替的に、これらの測定を決定するための他の方法を用いてもよい。
1.インタフェース面上に何も物体がない場合の各セルの出力ベクトル大きさを評価することによって、「空ボード(empty board)」補正値(例えば、送信器の電源投入時のもの)を記録する。
2.アレイにおけるセル出力ベクトル大きさ(すなわち、複素インピーダンスの指標)の統計的分散(すなわち、標準偏差の二乗)としてσFOD-Detection-Coils 2を周期的に計算する(各セルについての補正値を減算した後の正味値を用いる)。
3.σFOD-Detection-Coils 2がしきい値karray_changeを下回る場合、アイドルのままとし、ステップ2に戻る。しきい値karray_changeは、最終的なシステム実装での予備実験によって確立されてもよい。
4.各セル出力ベクトル大きさをそのセルについての過去の測定で除した比Nslope_cell_Nを評価する。
5.Nslope_cell_Nがしきい値kslope_PRXfound_minを上回る場合、正当なPRxが見つけられた。しきい値kslope_PRXfound_minは、最終的なシステム実装での予備実験によって確立されてもよい。
6.Nslope_cell_Nがしきい値kslope_PRXfound_maxを下回る場合、異物(または異物およびPRxの両方が一緒に)が見つけられた。しきい値kslope_PRXfound_maxは、最終的なシステム実装での予備実験によって確立されてもよい。
7.確度を改善するために、IFOD-excitationの交流周波数でこの分析を繰り返してもよい。
Claims (32)
- 誘導電力送信器のための物体検出システムであって、
励起コイルと、
検出コイルと、を備え、
前記システムは、前記励起コイルへの励起電流の印加に応じた前記検出コイルにおける複素インピーダンスの指標を決定するよう構成され、
前記システムはさらに、複素インピーダンスの前記指標を用いて、物体の存在およびその物体のタイプを検出するよう構成される、物体検出システム。 - 前記複素インピーダンスの位相の変化に応じた前記検出コイルにおける第1タイプの物体、
前記複素インピーダンスの大きさの変化に応じた第2タイプの物体、
前記複素インピーダンスの大きさのしきい値を超えた低下に応じた第3タイプの物体、のうちのひとつ以上を検出するようさらに構成される請求項1に記載の物体検出システム。 - 所定の第1範囲内における複素インピーダンスの前記指標の極形式での大きさの変化を決定することに応じた前記検出コイルにおける受信器タイプの物体、
所定の第2範囲内における複素インピーダンスの前記指標の極形式での大きさの変化を決定することに応じた前記検出コイルにおける異物タイプの物体、のうちのひとつ以上を検出するようさらに構成される請求項1に記載の物体検出システム。 - 所定の第1範囲内における複素インピーダンスの前記指標の前記極形式での大きさの変化を決定することは、複素インピーダンスの前記指標の前記極形式での大きさの受信器検出しきい値を超えた増大を決定することを含み、
所定の第2範囲内における複素インピーダンスの前記指標の前記極形式での大きさの変化を決定することは、複素インピーダンスの前記指標の極形式での大きさの異物検出しきい値を超えた低下を決定することを含む請求項3に記載の物体検出システム。 - 極形式での大きさの増大または低下を決定することは、極形式での大きさの現在の指標と極形式での大きさの過去の指標との比を算出することによって決定される請求項4に記載の物体検出システム。
- 複素インピーダンスの前記指標は、前記検出コイルの電圧の同相成分および直交成分から決定される請求項1から5のいずれか一項に記載の物体検出システム。
- 複数の検出コイルのアレイをさらに備え、
各検出コイルにおいて複素インピーダンスの指標を決定することができる請求項1から6のいずれか一項に記載の物体検出システム。 - 前記複数の検出コイルのグループにおける、複素インピーダンスの所定の指標からの変化の統計的分散を算出するようさらに構成され、
前記システムは、前記統計的分散が統計的分散検出しきい値を上回ることに応じて物体の存在および物体のタイプを検出するよう構成される請求項7に記載の物体検出システム。 - 請求項1から8のいずれか一項に記載の物体検出システムを備える誘導電力送信器。
- 誘導電力移送(IPT)フィールドを生成するよう構成された少なくともひとつの電力伝送コイルを備え、
前記物体検出システムは前記IPTフィールドから実質的に分離されている請求項9に記載の誘導電力送信器。 - 前記励起コイルおよび/または前記検出コイルは、各ループにおける前記IPTフィールドからの実質的に一様な磁束のために構成された二重カウンター巻きループである請求項10に記載の誘導電力送信器。
- 誘導電力移送(IPT)フィールドを生成するよう構成された少なくともひとつの電力伝送コイルを備え、
前記物体検出システムは前記電力伝送コイルを前記励起コイルとして用いる請求項9に記載の誘導電力送信器。 - 前記物体検出システムによる物体の存在およびその物体のタイプの検出に依存して、前記送信器と受信器との間の誘導電力移送が制御される請求項9から12のいずれか一項に記載の誘導電力送信器。
- 誘導電力移送(IPT)フィールドを生成するよう構成された少なくともひとつの電力伝送コイルと、
前記IPTフィールド内のまたはそれに隣接した物体を検出するよう構成された物体検出システムと、を備え、
前記物体検出システムは前記IPTフィールドから実質的に分離されている誘導電力送信器。 - 前記物体検出システムは前記IPTフィールドから実質的に周波数的に分離されている請求項14に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは前記IPTフィールドから実質的に磁場的に分離されている請求項14に記載の送信器。
- 前記物体検出システムはひとつ以上の励起コイルとひとつ以上の検出コイルとを備え、前記励起コイルおよび/または前記検出コイルを通る前記IPTフィールドからの全磁束が最小化される請求項14から16のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記励起コイルおよび/または前記検出コイルは、
各ループにおける前記IPTフィールドからの実質的に一様な磁束のために構成された二重カウンター巻きループ、
前記IPTフィールドからの実質的に一様な量の対向磁束のために構成された単一巻きループ、
各ループにおける前記IPTフィールドからの実質的に非一様な磁束のために構成された、各ループにおける非一様なループサイズおよび/または非一様な巻き数を伴う二重カウンター巻きループ、からなるグループから選択される請求項17に記載の送信器。 - 前記IPTフィールドにおける複数のヌルは、前記検出コイルのより低い感度の領域と実質的に一致するよう構成される請求項17または18に記載の送信器。
- 各励起コイルおよび/または検出コイルは、前記少なくともひとつの伝送コイルに関連付けられた対応するIPT磁性コアの周りに配置される請求項17から19のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記励起コイルおよび前記検出コイルは、プリント回路基板の同じ側に設けられる請求項17から20のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは前記励起コイルへの駆動信号を前記検出コイルからの検出信号と混合または乗算するよう構成されたミキサを備える請求項17から21のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記駆動信号は90度位相切り替えされている請求項22に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは前記位相切り替えされたミキサ出力に基づいて、前記検出信号の前記大きさおよび前記位相を決定するよう構成される請求項22または23に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは、前記検出信号の前記決定された大きさおよび位相から極形式での大きさを決定するよう、かつ、現在決定された極形式での大きさと過去に決定された極形式での大きさとの比を算出することで前記比の時間に亘る増減を検出するよう、構成される請求項23に記載の送信器。
- 複数の前記検出コイルからの前記検出信号はマルチプレクサに接続される請求項23に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは、
所定の物体を所定の位置に置くことと、
前記伝送コイル、前記励起コイルおよび/または前記検出コイル間の位相シフトを所定のひとつ以上のパラメータに対して比べることと、
所定のフィールドを生成して前記検出コイルの出力を所定のひとつ以上のパラメータに対して比べることと、に基づいてひとつ以上の物体決定パラメータを較正および/または調整するよう構成される請求項17から26のいずれか一項に記載の送信器。 - 前記物体検出システムは方向性である請求項14から27のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記物体検出システムは検出された物体のタイプおよび/または位置を決定するよう構成される請求項14から28のいずれか一項に記載の送信器。
- 前記タイプは、金属物体、磁性物体および誘導電力受信器からなるグループから選択される請求項29に記載の送信器。
- 誘導電力送信器の近くの物体の存在およびタイプを検出する方法であって、
励起コイルへの励起電流の印加に応じた検出コイルにおける複素インピーダンスの指標を決定することであって、両方のコイルは前記誘導電力送信器の近くにある、決定することと、
複素インピーダンスの前記指標を用いて、物体の存在およびその物体のタイプを検出することと、を含む方法。 - 所定の第1範囲内における複素インピーダンスの前記指標の極形式での大きさの変化を決定することに応じた受信器タイプの物体、
所定の第2範囲内における複素インピーダンスの前記指標の極形式での大きさの変化を決定することに応じた異物タイプの物体、を検出することをさらに含む請求項31に記載の方法。
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