JP2024512897A - コイルユニットおよび関連方法 - Google Patents

Abstract

コイルユニット（１００、２００、３００）における無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）の温度を制御および／または評価する方法が提供される。方法は、少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）は加熱のために使用され、少なくとも１本のストランド（１１２、２１２、３１２）は無線電力伝送のために使用される少なくとも２本のストランド（１１２と１１４、２１２と２１４、３１２と３１４）を備えている無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）を備えているコイルユニット（１００、２００、３００）を提供することと、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に電流を印加することを備えている。コイルユニット（１００、２００、３００）は、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に電流を提供するように構成されている処理手段（１８、２８、９０）と動作可能に通信状態にある。【選択図】 図６ｂ

Description

本発明は全体的に無線電力伝送の分野に関し、より具体的には、コイルユニットに配置された無線電力コイルの温度を制御および／または評価するための前記コイルユニットに関する。コイルユニットは、無線電力装置とテスト装置との間の無線電力伝送のテストのために使用できる。本発明はまた、コイルユニットにおける無線電力コイルの温度を制御および／または評価する方法にも関する。本発明は更に、少なくとも１つの無線電力送信機コイルを有する無線電力送信機装置からの無線電力伝送の性能をテストする方法に関する。

無線電力伝送は、例えば、モバイル端末、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、カメラ、オーディオプレーヤ、再充電式歯ブラシ、無線ヘッドセット、および種々の他の消費者製品や電気器具などのようなモバイル装置の、例えば、無線バッテリ充電のために、ますます普及することが予期されている。

ワイヤレスパワーコンソーシアムは、Ｑｉ（チー）として知られている無線電力伝送標準規格を開発した。他の知られている無線電力伝送アプローチには、アライアンスフォーワイヤレスパワー（Ａｌｌｉａｎｃｅ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ）とパワーマターズアライアンスが含まれる。

ワイヤレスパワーコンソーシアムによるＱｉとして知られている無線電力伝送標準規格は、制限されることはないが、この文書を通して、本発明に適用可能な、現時点で好適な無線電力伝送方法と称される。しかし発明はまた、上述したものに制限されることはないが、それらを含む他の無線電力伝送標準規格またはアプローチにも一般的に適用できる。追加的に発明は、コイルの温度を知ることに恩典があるすべての種類の巻き線インダクタに適用できる。そのため発明は無線電力伝送に制限されない。

Ｑｉに準拠する装置の動作は、平面コイル間の磁気誘導に依存している。２種類の装置、つまり、無線電力を提供する装置（基地局または無線電力送信機装置と称される）と、無線電力を消費する装置（モバイル装置と称される）の２種類の装置が関係している。電力伝送は基地局からモバイル装置に向けて行われる。この目的のために基地局は、一次コイルを備えているサブシステム（電力送信機）を含み、一方、モバイル装置は、二次コイルを備えているサブシステム（電力受信機）を含んでいる。動作においては、一次コイルと二次コイルは、コアレス共振変圧器の半分ずつをそれぞれ構成している。典型的には、基地局は平坦な表面を有し、その上にユーザは１台以上のモバイル装置を置いて無線バッテリ充電を行うことができ、または、基地局上に置かれたモバイル装置に対する動作電力供給を受けることができる。

動作の間は、多数の異なる要因が無線充電の品質に影響を与える。例えば、無線電力送信機装置により生成された磁場に晒された電力受信機の金属部分において磁気誘導により熱が生成される可能性がある。モバイル装置および／または基地局が過剰の熱に晒されると、幾つかの望ましくない結果が起こり得、例えば、モバイル装置における重要な構成要素を損傷したり、性能が低下したりすることがあり得る。更に、充電効率、そしてそのため、必要な充電時間は、基地局上の電力受信機の向きに依存して変化し得る。

無線充電の品質に影響を与える他の要因は、モバイル装置と基地局との間に異物が置かれるときである。異物はこの状況においては、無線電力送信機または無線電力受信機装置の何れの一部でもない何らかの物体として考えられ、無線電力伝送に対する予期せぬ損失を引き起こし得る。異物により吸収されたエネルギーは、異物における（意図せぬ）加熱という結果になる可能性がある。これは、温度が人間の安全性閾値を超えるときに、深刻な安全性の問題という結果になり得る。それに加えて、過度の温度は異物の近傍における何れかの装置に修復できない損傷を引き起こし得る。異物が、上記の望ましくない加熱結果を引き起こし得るように位置しているときに、無線電力伝送を中断し、無線電力伝送を何等かの方法で制限し、または、電力伝送をまったく開始させない、異なる異物検出機能が存在する。これらの異物を検出するための一般的な方法は、電力損失を計算することにより行われる。この方法においては、電力受信機は、それが送信機から受け取る電力量を報告し、送信機自身が（測定に基づくことがよくある）、それが送信している電力量を計算する。これらの２つの値の差は、異物への電力量と考えられ、それは望ましくない。これらの計算は、電力コイルにおける内部損失（各コイルの巻き線を通して電流が流れることによる）を考慮する必要がある。銅の温度係数は、計算された損失における相当な変化を引き起こす。これらの電力値を推定することにおける如何なるエラーも、潜在的な物体の望ましくない加熱を防止するためにシステムを強制的にシャットダウンし、それは、そうしなければ異物を安全でない温度まで加熱する危険があるからである。

そのため、温度が電力伝送にどのように影響するかを、正確且つ効率的な方法でテストおよび評価する必要がある。多数の先行技術ソリューションが存在するが、それらはすべてそれ自身と関連付けられている欠点を有している。例えば温度は、製品がテストされる、温度制御された部屋を使用して評価できる。これは、テストを開始できる前に装置が順応するために非常に長い時間を必要とする高価且つ大規模なソリューションである。更にこのソリューションは、装置の一部のみが加熱され、他の部分は加熱されないままという状況を除外する。他の先行技術ソリューションは、装置上に局所的な熱を生成するために発熱体を使用することである。無線電力伝送においては、発熱体の追加は、電力伝送を妨害する金属物質を導入することになるか、これを回避するために、ガラス／セラミック熱散布機、または、温度制御された液体を充電表面の周りにポンプで送るなどのような、テストセットアップ（設備一式）に対する高価且つ複雑な修正を必要とする。更に他の先行技術ソリューションは、既存の電力伝送コイルを発熱体として使用し、電力伝送コイルを流れる交流電流上に直流電流を加えることである。これは、テストされている装置の電磁特性を変える静磁場を生成する。例えば、使用されるフェライト材料は、静磁場に晒されると飽和する可能性があり、電力伝送に対して役に立たないものとなり得る。

更に製品製造者は、温度に関して、自身の製品または製品における構成要素を評価することが必要である。先行技術ソリューションは、コイルに追加された温度センサを使用し、そのようなソリューションは、センサが、コイル全体を表していない孤立した位置の温度表示値を提供すると共に、電磁場と干渉する可能性があるので、幾つかの関連付けられている欠点を有している。コイル領域全体をより良好に表すために効果的な位置に複数のセンサを置くことができるが、それ相応の追加コストおよび複雑さという結果になる。

そのため、テストされている装置の、より安定し、より信頼できる温度制御を提供する必要がある。追加的に、この方法は、インダクタを使用する如何なる回路において、その回路におけるインダクタの温度を測定／評価するコストを削減するために使用できる。

発明の目的は、無線電力伝送の技術分野における改良を提供することである。

コイルユニットにおける無線電力コイルの温度を制御および／または評価するための前記コイルユニットが提供される。コイルユニットは、少なくとも１本のストランド（撚り線）は加熱のために使用され、少なくとも１本のストランドは無線電力伝送のために使用され、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドは電流を受けるように構成されている少なくとも２本のストランドを備えている無線電力コイルを備えている。コイルユニットは、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに電流を提供するように構成されている処理手段と動作可能に通信状態にある。

加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに印加される電流は、直流電流または交流電流であってよい。好適な実施形態においては、加熱のために使用される電流は直流電流である。

処理手段は、無線電力伝送のために使用される少なくとも１本のストランドに交流電流を提供するように更に構成できる。

１つの実施形態においては、少なくとも２本のストランドは、リッツ線の一部である。

更なる１つの実施形態においては、少なくとも２本のストランドは、バイファイラ巻き（２本巻き）構造において配置されている。

コイルユニットは無線電力装置に配置できる。無線電力装置は、無線電力送信機装置または無線電力受信機装置であってよい。

コイルユニットは、コイルユニットの温度を監視するための手段と動作可能に通信状態にあることができる。温度を監視するための手段は、抵抗測定のための手段を備えることができる。

第２態様においては、無線電力装置が提供される。無線電力装置は、第１態様に係わるコイルユニットを備えている。

無線電力装置は、少なくとも１つの無線電力コイルを有している更なる無線電力装置が、コイルユニットの無線電力コイルにおける温度変化に対してどのように反応するかをテストするように構成できる。

第３態様においては、コイルユニットにおける無線電力コイルの温度を制御および／または評価する方法が提供される。方法は、少なくとも１本のストランドは加熱のために使用され、少なくとも１本のストランドは無線電力伝送のために使用される少なくとも２本のストランドを備えている無線電力コイルを備えているコイルユニットを提供することと、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに電流を印加することを備えている。電流は、コイルユニットと動作可能に通信状態にある処理手段により提供される。

方法は更に、無線電力コイルの温度変化を監視することを備えることができる。

方法は更に、監視された温度変化に基づいて、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに印加される電流を調整することを備えることができる。

第４態様においては、無線電力装置をテストする方法が提供される。方法は、少なくとも１本のストランドは加熱のために使用され、少なくとも１本のストランドは無線電力伝送のために使用される少なくとも２本のストランドを備えている無線電力コイルを備えているコイルユニットを提供することと、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに電流を印加することを備えている。電流は、コイルユニットと動作可能に通信状態にある処理手段により提供される。

方法は、無線電力装置の性能をテストすること、そしてより具体的には、コイルユニットからの無線電力伝送の性能をテストすることに関することができる。

方法は更に、テストされている無線電力装置が、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに印加される電流により引き起こされる温度変化にどのように反応するかを監視することを備えることができる。

発明の実施形態の目的、特徴、および利点は、付随する図面を参照して、下記の詳細な記述から明白になるであろう。
無線電力受信機装置への無線電力伝送のための無線電力送信機装置の模式ブロック図である。 １つの実施形態に係わるコイルユニットの異なる部分の模式図である。 １つの実施形態に係わるコイルユニットの異なる部分の模式図である。 異なる実施形態に係わるコイルユニットの模式図である。 異なる実施形態に係わるコイルユニットの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 図２ａ～ｂまたは図３ａ～ｂに係わるコイルユニットを備えている異なるシステムの模式図である。 異なる実施形態に係わる方法の模式ブロック図である。 異なる実施形態に係わる方法の模式ブロック図である。 異なる実施形態に係わる方法の模式ブロック図である。 １つの実施形態に係わるコイルユニットを使用するセットアップからの測定データである。 １つの実施形態に係わるコイルユニットを使用するセットアップからの測定データである。

発明の実施形態がここで付随する図面を参照して記述される。しかし、発明は多数の異なる形状で具現化でき、ここにおいて記述されている実施形態に制限されると解釈されるべきではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示が完全および完璧であるように、そして、発明の範囲をこの技術における技量を有する者に完全に伝えるように提供されている。付随する図面において例示されている特別な実施形態の詳細な記述において使用されている用語は、発明を制限する用語であることは意図されていない。図面において、類似の番号は類似の要素を表している。

図１は、無線電力受信機装置１０への無線電力伝送のための無線電力送信機装置２０を例示している。無線電力受信機装置１０はモバイル装置であってよい。モバイル装置１０は、例えば、モバイル端末（例えば、スマートフォン）１０ａ、タブレットコンピュータ１０ｂ（例えば、サーフパッド）、ラップトップコンピュータ１０ｃ、スマートウォッチ１０ｄ、カメラ、オーディオプレーヤ、再充電式歯ブラシ、無線ヘッドセット、または他の種類の消費者製品または電気器具であってよい。

無線電力伝送は、ワイヤレスパワーコンソーシアムによるＱｉ標準規格に準拠するものとして記述されるので、無線電力送信機装置２０は、Ｑｉ用語においては基地局である。しかし既に言及したように、発明は一般的に、背景技術のセクションで言及したものに制限されないが、それらを含む、他の無線電力伝送標準規格またはアプローチにも適用可能である。

無線電力送信機装置２０は、少なくとも１つの無線電力送信機コイル２４を有している無線電力送信機２２を備えている。送信機装置２０は複数の送信機コイルを有することができる。送信機コイルは、間隔を空けた配置、および／または、部分的に重なっている方法で配置できる。

無線電力受信機装置１０は、無線電力受信機コイル１４を有している無線電力受信機１２を備えている。動作においては、無線電力送信機装置２０は、無線電力送信機コイル２４と無線電力受信機コイル１４を介する磁気誘導１８により、無線電力受信機装置１０に電力を無線で伝送する。

無線電力受信機コイル１４により受信された電力は、無線電力受信機装置１０における負荷１６を駆動する。典型的には負荷１６は、リチウムイオンバッテリなどのような再充電式バッテリであってよく、そのため、無線電力送信機装置２０は、無線電力受信機装置１０に対する無線電力充電器のように動作する。他のシナリオにおいては、負荷１６はモバイル装置における電子回路であってよく、無線電力送信機装置２０は、無線電力受信機装置１０に対する無線電力供給源のように動作する。

背景技術のセクションで記述されているように、電磁場を使用する無線電力伝送の重要な態様は安全性である。電磁場を使用することの既知の欠点は、これらの電磁場は、電磁場に晒された金属物体の加熱を引き起こす可能性があるということである。Ｑｉ仕様を利用する装置は、異物のそのような望ましくない加熱に対する保護手段を内蔵しており、この保護手段は、電磁場の両方の側（送信機と受信機側）における電力および／またはエネルギー測定に基づいている。装置は、関心対象であるパラメータ、つまり温度を直接測定または制御することもよくある。

温度は、電力伝送体験に２つの別個の方法で影響を与える。つまり、装置のユーザ／オペレータに対する安全性と、装置の充電性能である。明白なことであるが、如何なる製品表面上の過度の温度は、ユーザの安全性に対する危険をもたらし、常に回避されるべきである。しかし、エンドユーザが晒される温度は、周囲温度（または動作温度）と、損失により追加された追加的熱の結果である。これは、例えば、３０度の上昇という結果になる損失は、動作環境が３０度未満のときは無害であることを意味している。一方、動作環境が３０度を超えると、追加の３０度の上昇は安全性に対する重大な危険をもたらす可能性がある。

安全性に対する危険性に加えて、ほとんどの電子装置は、動作温度が上昇すると性能が落ちるという悪影響を受ける。何らか安全性に対する懸念を引き起こす前に、この低下した性能は、エンドユーザに対する芳しくないユーザ体験という結果になる。例としては、過度の温度変化のために、モバイルフォンの充電速度が低下したり、装置の経年変化が加速することが挙げられる。

そのため本発明は、安全性および性能基準が容認可能なレベルに維持されることを確実にするために、異なる動作温度において無線電力製品のテストを可能にするテスト器具を提供すること、および／または、製品の性能を改良するセットアップを提供することを目的とする。発明は、装置の動作温度が、エンドユーザに対して起こり得るが、テストするのが困難な極端な温度に近づくように制御できる環境を提供することを目的としている。このため、コイルユニット１００、２００が提供される。しかし、より詳細に後述されるように、コイルユニット１００、２００は、テスト以外の他の目的のために使用できる。コイルユニットの動作温度を制御することに加えて、原理は逆にも機能し、コイルユニットの温度は、ストランドの１本の電気特性を観測することにより測定できる。本発明は主に２つの適用領域を有しており、それは、テスト環境を作り出すことおよび製品の性能を改良することである。

図２～３は、コイルユニット１００、２００の２つの異なる実施形態を例示している。両方の実施形態において、コイルユニット１００、２００は、絶縁されたストランド１１２と１１４、および２１２と２１４の少なくとも２つのセットを備えている無線電力コイル１０５、２０５を備えている。少なくとも２本のストランド１１４、２１４の少なくとも１つのセットは無線電力コイル１０５、２０５を加熱するために使用され、少なくとも１本のストランド１１４、２１４の少なくとも１つのセットは無線電力伝送のために使用される。加熱のために使用されるストランド１１４、２１４の少なくとも１つのセットは電流を受けるように構成されている。電流は、結果としての静磁場が最小になるようにコイル構造を通って経路を戻るが、加熱効果は残る。電流は直流電流であることが好ましいが、交流電流であってもよい。

ここで図２ａ～ｂにおいて示されている実施形態を参照する。図２ａは、複数の個々のストランド１１２、１１４を備えているリッツ線１１０を例示している。ストランド１１２、１１４は典型的には、一緒に配置された細い絶縁線である。１つの実施形態においては、ストランドは平行に一緒に撚り合されている。１つの代替の実施形態においては、ストランドは単一の束として一緒に撚り合わされている。更なる１つの実施形態においては、複数のストランドの束が一緒に撚り合されている。リッツ線１１０は、図２ｂにおいて分かるようにコイル１０５の巻き線を形成している。典型的には、リッツ線１１０のストランド（１１２）の大半は電力伝送のために使用され、少数のストランド（１１４）は温度測定および／または温度制御のために使用される。

リッツ線は表皮効果を削減するために使用される。表皮効果は、高周波電流が導電体の表面（表皮）の近くを流れる傾向があるときの現象に対する用語である。これは、変化する電流により導電体において磁場が誘導されることにより起こる。磁場は、電流が外部表面以外の何れかの場所を流れることを困難にする。電流は、導線の一部のみに流れることを強いられているので、導線の実効抵抗はより大きくなる。周波数が高いほど、この増大した実効抵抗による導線における損失は大きくなる。リッツ線の巻き線パターンは、各ストランドが導電体の外側にある全体の長さの割合を等しくする。これは、電流を導線ストランドにおいて等しく分布させる効果を有し、抵抗を削減する。

１つの実施形態においては、リッツ線のすべてのストランドは無線電力伝送のために使用され、複数の個々のストランド(リッツ線の一部ではない）は加熱のために使用される。これは図３ｂにおいて示されている。

図２ｂにおいて、１つの実施形態に係わるコイルユニット１００が示されている。コイル１０５を作成するためにリッツ線１００が巻かれる。温度制御のために使用されるストランド１１４は加熱源１４０に接続されている。加熱源１４０は、電流、好ましくは直流電流をストランドに印加するように構成されている装置１４０であってよい。装置は、処理ユニット、発電機などであってよい。または、加熱源はまた、如何なる有意の熱を実際に生成することなく、ストランド１１４の電気特性を測定するためにも使用できる。

無線電力伝送のために使用されるストランド１１２は無線電力源１６０に接続されている。無線電力源は、電力伝送を生成するように構成されている装置１６０であってよい。装置１６０は、交流電流をストランドに提供するように構成されている処理ユニット、または発電機などであってよい。装置１６０はまた、電力伝送のために適している負荷であってもよい。そのため、無線電力伝送のために使用されるストランド１１２は、テスト／評価される装置の種類が何であるかによって、交流電源に接続、または負荷に接続できる。装置１４０と１６０は別個の装置において配置でき、または、単一の装置として配置できる。

そのため、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに印加される電流、好ましくは直流電流は、異なるストランドが使用されるときの交流電流とは完全に独立して制御できる。

温度制御、つまり加熱および／または測定のために使用されるストランド１１４は短絡１２０されている。磁場における擾乱を起こさせないために重要なことは、加熱電流を同じループを行き来させて、それにより巻き線により形成される領域を最小限にすることである。これは、無視できる非常に小さな静磁場という結果になるが、一方同時に、電流は依然として流れ、コイル１０５の加熱を引き起こす。他の恩典は、コイルにおけるストランドの加熱は、このセットアップがエミュレートすることを目指している通常の使用例において加熱が予期される場所に位置しているということである。

１つの実施形態においては、リッツ線を使用して、ストランドの数は好ましくは、５０～１５０本のストランドの範囲である。しかし、理解されるべきであるように、ストランドの他の数も発明の範囲内である。

コイルヒータがリッツ線自身から構築される特定の状況においては、少なくとも３本のストランドが必要である。この特定の状況においては、２本のストランドが、例えば、直流電流を使用して加熱のために使用され、１本のストランドが交流電流のために使用される。交流電流は、前述したように、コイルの全経路を戻る必要がないので１本のストランドを必要とするだけである。

図３ａは、コイルユニット２００の代替の実施形態を示している。コイルユニット２００は少なくとも２本のワイヤを備え、それぞれは少なくとも２本のストランド２１２、２１４を備えている。少なくとも２本のストランド２１２、２１１４は、バイファイラ巻き線構造において配置されている。ストランドは、コイル２０５を作成するために巻かれる。

温度制御のために使用されるストランド２１４は加熱源２４０に接続されている。加熱源２４０は、直流電流などのような電流をストランドに印加するように構成されている装置２４０であってよい。装置は、処理ユニット、発電機などであってよい。

無線電力伝送のために使用されるストランド２１２は無線電力源２６０に接続されている。無線電力源は、電力伝送を生成するように構成されている装置２６０であってよい。装置２６０は、交流電流をストランドに提供するように構成されている処理ユニット、または発電機などであってよい。装置２６０はまた、電力伝送のために適している負荷であってもよい。そのため、無線電力伝送のために使用されるストランド２１２は、テスト／評価される装置の種類が何であるかによって、交流電源に接続、または負荷に接続できる。

無線電力コイル２０５を加熱するために使用される少なくとも１本のストランド２１４は短絡２２０されている。そのため、それは、無線電力源２６０には接続されていない。その代わり、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド２１４は、電流、例えば、直流電流を提供するように構成されている加熱源２４０に接続されている。

図３ｂは、コイルユニット３００の更なる他の実施形態を示している。コイルユニット３００は、コイル３０５を作成するために巻かれているリッツ線を備えている。リッツ線のすべてのストランドは無線電力伝送のために使用され、複数の個々のストランド（リッツ線の一部ではない）は加熱のために使用される。図３ｂにおいては、リッツ線３１２は電力伝送のために使用され、２本の個々のストランド３１４は加熱のために使用される。温度制御のために使用されるストランド３１４は加熱源（示されていない）に接続されている。加熱源は、電流、例えば直流電流をストランド３１４に印加するように構成されている装置であってよい。温度制御、つまり、加熱のために使用されるストランド３１４は短絡３２０されている。無線電力伝送のために使用されるストランド３１２は、無線電力源（示されていない）に接続されている。

示されていないが、図２と図３の実施形態は組み合わせることができる。例えばコイルユニットは、バイファイラ巻き線構造におけるリッツ線を備えることができる。

ここにおいて記述されているコイルユニット１００、２００は、図４～５において示されているように幾つかの使用例に対して使用できる。コイルユニットは、温度を評価するため、および／または、前記温度を測定するために、コイルユニット１００、２００、または前記コイルユニット１００、２００において配置されている無線電力コイル１０５、２０５の前記温度を制御するために使用できる。

コイル１００、２００は、無線充電器および／または受信機などのような無線電力装置の故障モードをエミュレートするための過剰な熱を生成するために使用できる。例えば、電力送信機製品における加熱されたコイルを、受信機装置が、送信機製品からの過剰な温度にどのように応答するかを知るため使用でき、または、電力受信機製品における加熱されたコイルを、送信機装置が、受信機製品からの過剰な温度にどのように応答するかを知るために使用できる。これは、図４ａと図４ｂそれぞれに示されている。追加的に、または代替的に、コイル１００、２００は、コイル自身の動作温度を制御するために使用できる。これは図５ａにおいて示されている。追加的に、または代替的に、コイル１０５、２００の抵抗測定は、コイルユニット１００、２００の温度を推定するために使用できる。抵抗測定はストランド１１４に対してなされ、このようにして、ストランド１１４に対して温度を推定することができ、そのため、ストランド１１２の温度の推定も可能である。

図４ａは、テスト中の装置である無線電力受信機装置１０をテストするように構成されている無線電力送信機装置２０を備えているシステムを示している。無線電力送信機装置２０は、コイルユニット１００、２００と処理手段２８を備えている。無線電力送信機装置２０はまた、好ましくは、コイルユニット１００、２００と処理手段２８を内包している筐体２６も備えている。そのため、この実施形態においては、コイルユニット１００、２００は、無線電力送信機装置２０の一部である。無線電力受信機装置１０は筐体２６の表面２７と連携して置かれている。筐体２６は任意の適切な形状を有することができる。１つの実施形態においては、筐体２６は無線電力受信機装置１０のテストを可能にするように配置されている。筐体２６は、形状において充電器と類似してよい。

動作においては、無線電力送信機装置２０は、コイルユニット１００、２００および、無線電力受信機装置１０における無線電力受信機コイル１４を介する磁気誘導１８により、無線で電力を無線電力受信機装置１０に伝送する。このセットアップを使用する方法は図６ｂにおいて例示されている。

処理手段２８は、テスト中の装置から受信したデータを処理するために構成されている。処理手段２８は、ディスクまたはメモリなどのようなコンピュータ読み取り可能格納媒体に接続され、またはそれを備えている。メモリは、テストセッションに関連するデータを格納するように構成できる。

処理手段２８は、テスト中の装置により取得されたデータを受信するためのインタフェースを備えることができ、またはそれと動作可能に通信状態にあることができる。インタフェースは、単純な配線、ＵＳＢなどのようなシリアルインタフェース、ブルートゥース（登録商標）またはＷｉＦｉなどのような無線インタフェースなどを含む任意の適切なタイプであってよい。通信はまた、有線接続を使用しても達成できる。

処理手段２８は、処理手段２８により取得されたデータ処理結果を通信で送るための、またはそれを提示するための手段を備えることができ、またはそれと動作可能に通信状態にあることができる。これは、装置２０のローカルユーザインタフェース（例えば、ディスプレイ）上に図による情報を提示すること、視覚的および／または聴覚的警報を生成すること、または、外部装置に情報を通信で送ることを含むことができる。そのような外部装置は例えば、コンピュータまたはモバイルフォンであってよい。

図４ｂは、テスト中の装置である無線電力送信機装置２０をテストするように構成されている無線電力受信機装置１０を備えているシステムを示している。無線電力受信機装置１０はコイルユニット１００、２００、３００と処理手段１８を備えている。処理手段１８は、処理手段２８に対して図４ａを参照して記述されたものと同じであってよい。

無線電力受信機装置１０はまた、好ましくは、コイルユニット１００、２００、３００と処理手段１８を内包している筐体１６も備えている。そのため、この実施形態においては、コイルユニット１００、２００、３００は、無線電力受信機装置１０の一部である。無線電力送信機装置２０は、筐体１６の表面１７と連携して置かれている。

筐体１６は、任意の適切な形状を有することができる。１つの実施形態においては、筐体１６は、無線電力送信機装置２０のテストを可能にするように配置されている。筐体１６は、形状においてスマートフォンと類似してよく、例えば、実際には、丸い縁部と角部を有する薄い箱の形状を有している。

動作においては、無線電力送信機装置２０は、コイルユニット１００、２００および、無線電力送信機装置２０における無線電力送信機コイル２４を介する磁気誘導１８により、無線で電力を無線電力受信機装置１０に伝送する。このセットアップを使用する方法は図６ｃにおいて例示されている。

図５ａは、コイルユニット１００、２００が、コイル自身の温度の形状における動作環境を制御するために使用されるセットアップを示している。温度における変化は、動作における変化（例えば、システムの損失）に繋がるので、コイルの温度の制御は、動作を制御することを支援できる。図５ａにおいては、コイルユニット１００、２００が処理手段９０と動作可能に通信状態にあるシステムが示されている。処理手段９０は、温度の変化により引き起こされるシステムにおける変動を検出するように構成されている。処理手段９０は、処理手段１８、２８に対して図４ａ～ｂを参照して記述したものと同じであってよい。

コイルユニット１００、２００は更に、温度を監視するための手段９２と動作可能に通信状態にある。温度を監視するための手段９２は、直流電源、直流電源および／または、抵抗測定を制御するための手段を備えることができる。温度を監視するための手段９２は処理手段９０の一部であってよく、または別個のユニットであってよい。

コイルユニット１００、２００は更に、発電機９１と通信状態にあることができる。発電機９１は、温度変化を引き起こすように構成されている。図５ａにおいては例示されていないが、発電機９１は処理手段９０の一部であることができる。

随意的に、コイルユニット１００、２００は更に、少なくとも１つの温度センサ９４と動作可能に通信状態にあることができる。少なくとも１つの温度センサ９４は、正確な温度測定が可能な任意の適切な先行技術センサであってよい。温度センサ９４は、例えば、熱電対、サーミスタ、ＮＴＣ、ＰＴＣなどであってよい。温度センサが存在する場合、温度データは好ましくは、温度を監視するための手段９２および／または処理手段９０に送信される。温度センサが使用される場合、それは好ましくは、コイルユニット１００、２００による温度推定を検証するために配置される。

図５ｂにおいてはセットアップが示され、コイルユニット１００、２００の温度は抵抗測定を使用して測定される。コイルユニット１００、２００は、図４ａ～ｂを参照して記述されるように、無線電力製品１０、２０と連携して配置されている。

コイルユニット１００、２００は更に、抵抗測定のための手段９６と動作可能に通信状態にある。抵抗測定のための手段９６は好ましくは、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドに印加される電圧と電流を測定するための手段を備えている。少なくとも１本のコイル加熱ストランドに印加される電圧と電流を測定することにより、および室温抵抗についての知識により、コイルの実際の温度を、抵抗における変化に基づいて推定できる。

図５ｃは図５ｂにおけるものと類似のセットアップを示しているが、無線電力製品１０、２０が処理ユニット９０と置き換えられているという違いがある。処理ユニット９０は、例えば、エミュレーションシステムまたはテストシステムであってよい。

図５ｄは図５ｃにおけるものと類似のセットアップを示しているが、処理手段９０と抵抗測定のための手段９６がホスト装置４０において配置されているという違いがある。ホスト装置４０はまた、温度変化を引き起こすように構成されている発電機を備えることができ、またはその発電機に接続することができる。

図６ａは、コイルユニット１００、２００の温度を評価および／または調整する例としての方法を示している。第１ステップにおいて、無線電力コイル１０５、２０５を有しているコイルユニット１００、２００が提供される３１０。無線電力コイル１０５、２０５は、少なくとも２本のストランド１１２、１１４および２１２、２１４を備えている。少なくとも１本のストランド１１４、２１４は加熱のために使用され、少なくとも1本のストランド１１２、２１４は無線電力伝送のために使用される。

次のステップにおいて、電流がコイルユニット１００、２００の部分に印加される３２０。より具体的には、電流が、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド１１４、２１４に印加され、それにより、コイルユニット１００、２００の温度を上昇させる。この電流は、好ましくは直流電流である。

１つのオプションステップにおいて、コイルユニット１００、２００の無線電力コイル１０５、２０５の温度が監視または評価される３３０。１つの実施形態においては、監視されるは温度変化である。代替の実施形態においては、監視されるのは温度値である。更なる１つの実施形態においては、値と変化の両者が監視される。

温度を監視するステップは、無線電力コイル１０５、２０５の抵抗における変化を監視することにより達成できる。抵抗における変化は、温度変化を示している。無線電力コイル１０５、２０５の抵抗における変化は、システムにおける電圧と電流を測定することにより監視できる。より具体的には、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド１１４、２１４に印加される電圧と電流が測定される。

更なるオプションステップにおいて、印加された直流電流は、コイルユニット１００、２００の温度を調整するために調整される。これは、処理ユニットまたは類似の装置により実行できる。直流電流の調整は好ましくは、温度を監視するステップに基づいている。

ステップ３３０と３４０は異なる順序で実行でき、スッテプ３２０～３４０は好ましくは、満足する温度に達するまで反復される。

図６ａにおいて記述されている方法は、電力コイル１０５、２０５への／電力コイル１０５、２０５からの無線電力伝送の間に実行できる。

図６ｂは、無線電力装置１０、２０が温度上昇に対してどのように反応するかをテストするための例としての方法を示している。第１ステップにおいて、無線電力装置１０、２０が提供される４１０。図６ｂにおいて示されている例としての方法においては、無線電力装置は無線電力送信機装置２０である。無線電力送信機装置２０は、無線電力コイル１０５、２０５を有しているコイルユニット１００、２００を備えている。無線電力コイル１０５、２０５は、少なくとも２本のストランド１１２、１１４および２１２、２１４を備えている。少なくとも１本のストランド１１４、２１４は加熱のために使用され、少なくとも１本のストランド１１２、２１４は無線電力伝送のために使用される。無線電力送信機装置２０は更に処理手段２８を備えている。

次のスッテプにおいて、無線電力受信機装置１０が提供される４２０。無線電力受信機装置１０は、この例としての方法においては、テスト中の装置である。無線電力受信機装置１０は好ましくは、無線電力送信機装置２０と連携して配置される４３０。次のステップにおいて、無線電力伝送が、無線電力送信機装置２０と無線電力受信機装置１０との間で開始される。無線電力伝送は、前記において記述したように、交流電流を印加することにより開始できる。

直流電流がコイルユニット１００、２００の部分に印加される４４０。より具体的には、直流電流が、加熱のために使用される少なくとも1本のストランド１１４、２１４に印加され、それにより、無線電力送信機装置２０におけるコイルユニット１００、２００の温度を上昇させる。

１つのオプションステップにおいて、コイルユニット１００、２００の温度が監視される４５０。温度を監視するステップは温度センサにより達成することができる。代替的に、温度を監視するステップは、無線電力コイル１０５、２０５の抵抗における変化を監視することにより達成される。抵抗における変化は温度変化を示している。無線電力コイル１０５、２０５の抵抗における変化は、システムにおける電圧と電流を測定することにより監視できる。より具体的には、加熱のために使用される少なくとも１本のストランド１１４、２１４に印加される電圧と電流が測定される。

オプションステップにおいて、印加された直流電流は、コイルユニット１００、２００の温度を調整するために調整される４６０。これは、コイルユニット１００、２００の一部である処理ユニットまたは類似の装置により、または、コイルユニット１００、２００に動作可能に接続されている処理ユニットまたは類似の装置により実行できる。

追加ステップ４７０は、テスト中の装置、この場合においては、無線電力受信機装置１０が、温度における変化にどのように反応するかを監視することを含んでいる。

ステップ４５０～４７０は異なる順序で実行でき、ステップ４４０～４７０は好ましくは、満足するテストが実行されるまで反復される。更に、無線電力伝送の特徴が監視される追加ステップが可能である。

図６ｃは、無線電力装置１０、２０が温度上昇に対してどのように反応するかをテストするための例としての方法を示している。この方法においては、テスト中の装置は無線電力送信機装置２０であり、コイルユニット１００、２００は、無線電力受信機装置１０において配置されている。そのため、ステップ４１０’、４２０’、および４７０’はそれ相応に修正される。

本発明の発明者は、ここにおいて記述されているコイルユニット１００、２００は、加熱ストランド１１４、２１４を流れる直流電流を調整することにより温度を制御できるということを検証した。２つの実験セットアップの結果は図７ａ～ｂにおいて示されている。

図７ａは、加熱のために使用される少なくとも１本のストランドにおいて直流電流を流すことによりコイル温度を上昇させた測定結果を示している。コイルの開始温度は２２．５℃であり、最終温度は約１００℃であったので、温度における変化は約７５℃であった。この加熱は、２Ａの直流電流を加熱ストランド１１４、２１４に流すことにより達成された。実験は３１分間継続した。実験の間、温度Ｔ（℃で測定された）、回路のインダクタンスＬ（μＨで測定された）、および抵抗Ｒ（ｍΩで測定された）の測定が行われた。測定された抵抗はコイルの等価直列抵抗（ＥＳＲ）である。

図７ａにおける表は、コイルインダクタンスと等価直列抵抗がコイルの加熱にどのように反応するかを示している。コイルの等価直列抵抗は、温度の上昇と共に増大する。これは、銅の抵抗は温度に依存し、１度の上昇当たり約０．４％の正の温度係数を有しているので予期された結果である。７７．４度の上昇で、抵抗は１７．８ｍΩである約３１％増加することが予期される。これは、７６．５－５７．６＝１８．９ｍΩの実際の増加と比較される。これは、テストセットアップを考慮すると誤差範囲内と考えられる。

図７ａにおける表から分かるように、インダクタンスにおいても９．０３－８．９６＝７０ｎＨの小さな変化がある。静磁場（コイル加熱ワイヤで生成されるような）がこの数字に何らかの影響を与えるかどうかを調べるために直流電源を切り、その後、直流電流の極性を反転した。両方の場合においてインダクタンスの測定値は変化しなかった。コイルを冷却させた後もインダクタンス値はより高い側に留まり、温度と共に降下するようには見えない。これは、インダクタンス測定装備の人為結果と考えられ、観測された変化は、７０ｎＨ／８．９６μＨ＝０．８％と無視できるほど小さい。

図７ｂにおける表は、コイル加熱ワイヤの静磁場が、送信機コイルの反射Ｑファクタの測定を擾乱するかどうかを検証するために使用された他のテストセットアップの結果を示している。これは無線電力装置が、コイル加熱ワイヤの存在、または、直流静磁場の存在を検出できるかどうかを検証するための重要なテストである。この実験の間、反射Ｑファクタまたはインダクタンスにおける何らかの変化が観測できるかどうかを調べるために直流電流の極性を反転した。図７ｂにおける表から明らかなように、Ｑファクタは、コイルの温度にも、磁場の極性にも関連する変化を示していない。

そのため、ここにおいて記述されている発明の実施形態は、無線電力伝送を妨害することなくコイルの制御された加熱をもたらすことが確認された。

発明はまた、コイルユニット１００、２００の温度についての知識が装置の性能に対して恩典であり得る任意の受信機または送信機における温度センサを置き換えるためにも使用できる。

発明は、その実施形態を参照して詳細に上述されてきた。しかし、この技術における技量を有する者には容易に理解されるように、他の実施形態は、付随する特許請求の範囲により定義されるように本発明の範囲内で同様に可能である。

Claims (16)

1. コイルユニット（１００、２００、３００）無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）の温度を制御および／または評価するための前記コイルユニット（１００、２００、３００）であって、前記コイルユニット（１００、２００、３００）は、
   少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）が加熱のために使用され、少なくとも１本のストランド（１１２、２１２、３１２）が無線電力伝送のために使用され、加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）が電流を受けるように構成されている前記少なくとも２本のストランド（１１２と１１４、２１２と２１４、３１２と３１４）を備えている無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）を備え、
   前記コイルユニット（１００、２００、３００）は、加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に電流を提供するように構成されている処理手段（１８、２８、９０）と動作可能に通信状態にあることを特徴とする、コイルユニット（１００、２００、３００）。
2. 前記処理手段（１８、２８、９０）は、更に、無線電力伝送のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１２、２１２、３１２）に交流電流を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
3. 前記少なくとも２本のストランド（１１２と１１４、３１２）は、リッツ線の一部であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
4. 前記少なくとも２本のストランド（２１２、２１４）は、バイファイラ巻き線構造において配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルユニット（２００）。
5. 前記コイルユニット（１００、２００、３００）は、無線電力装置（１０、２０）において配置されていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
6. 前記無線電力装置は、無線電力送信機装置（２０）または無線電力受信機装置（１０）であることを特徴とする、請求項５に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
7. 前記コイルユニット（１００、２００、３００）は、前記コイルユニット（１００、２００、３００）の前記温度を監視するための手段と動作可能に通信状態にあることを特徴とする、請求項１から６の何れか１項に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
8. 前記温度を監視するための前記手段は、抵抗測定のための手段（９６）を備えていることを特徴とする、請求項７に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
9. 加熱のために使用される前記電流は直流電流であることを特徴とする、請求項１から８の何れか１項に記載のコイルユニット（１００、２００、３００）。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の前記コイルユニット（１００、２００、３００）を備えていることを特徴とする、無線電力装置（１０、２０）。
11. 前記無線電力装置（１０、２０）は、少なくとも１つの無線電力コイル（２４、１４）を有している更なる無線電力装置（１０、２０）は、前記コイルユニット（１００、２００、３００）の前記無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）における温度変化にどのように反応するかをテストするように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の無線電力装置（１０、２０）。
12. コイルユニット（１００、２００、３００）における無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）の温度を制御および／または評価する方法であって、
    少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）が加熱のために使用され、少なくとも１本のストランド（１１２、２１２、３１２）が無線電力伝送のために使用される前記少なくとも２本のストランド（１１２と１１４、２１２と２１４、３１２と３１４）を備えている無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）を備えているコイルユニット（１００、２００、３００）を提供することと、
    加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に電流を印加することと、を備え、
    前記電流は、前記コイルユニット（１００、２００、３００）と動作可能に通信状態にある処理手段（１８、２８、９０）により提供されることを特徴とする、方法。
13. 前記無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）の温度変化を監視することを更に備えていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記監視された温度変化に基づいて、加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１２、２１４、３１４）に印加される前記電流を調整することを更に備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 無線電力装置（１０、２０）の性能をテストする方法であって、
    少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）が加熱のために使用され、少なくとも１本のストランド（１１２、２１２、３１２）が無線電力伝送のために使用される前記少なくとも２本のストランド（１１２と１１４、２１２と２１４、３１２と３１４）を備えている無線電力コイル（１０５、２０５、３０５）を備えているコイルユニット（１００、２００、３００）を提供することと、
    加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に電流を印加することと、を備え、
    前記電流は、前記コイルユニット（１００、２００、３００）と動作可能に通信状態にある処理手段（１８、２８、９０）により提供されることを特徴とする、方法。
16. テストされている前記無線電力装置（１０、２０）は、加熱のために使用される前記少なくとも１本のストランド（１１４、２１４、３１４）に印加される前記電流により引き起こされる温度変化にどのように反応するかを監視することを更に備えることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

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