JP3197412U - 位置検知装置および無線電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三つの検知コイルおよび計算回路を含み、構成が簡単で、金属外部オブジェクトの位置を正確に検知する位置検知装置を提供する。【解決方法】三つの検知コイル１１１、１１２、１１３の各々は、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクト１８０の存在を検知する。ここで、三つの検知コイル１１１、１１２、１１３は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。計算回路１２０は、三つの検知コイル１１１、１１２、１１３に接続され、金属外部オブジェクト１８０の位置を計算して位置信号を生成するために、検知信号を受信する。【選択図】図１

Description

本考案は、一般に、位置検知技術、特に、金属外部オブジェクトを検知する位置検知装置および無線電力伝送装置に関する。

近年、持ち運び可能な、バッテリーにより駆動される装置の多くが、無線の誘電結合充電装置により充電される。これらの充電装置は、バッテリー充電機能および電力供給装置の機能を発揮する。充電装置は、プライマリコイルを有し、プライマリコイルは、電磁誘導の原理により充電される装置のセカンダリコイルに結合される。電力の伝送は、プライマリコイルおよびセカンダリコイル間において、無線により行われる。

誘電結合された無線電力伝送システムにおいて外部オブジェクトを検知するための方法としては、種々の方法がある。これらの方法には、プライマリコイルにおける電流の周波数の変化により外部オブジェクトを検知するもの、プライマリコイルにおける電流および電圧の不均衡な変化を検知するもの、プライマリコイルからの出力電力の計測に基づくものなどが含まれる。従来知られている外部オブジェクト検知方法は、構成が簡単ではなく、実現が困難である。無線充電システムは、金属外部オブジェクトの位置を正確に検知しない。そのため、無線充電システムの改善が望まれている。

本考案は、金属外部オブジェクトを正確に検知するために、３次元空間内の金属オブジェクトの検知を実現させるような、位置検知装置および無線電力伝送装置を提供する。金属外部オブジェクトの存在を検知するという実現を促進する目的において、使用における利便性を向上させて構成を簡単にするために、対応する電力信号がさらに生成される。

本考案の一実施形態によれば、位置検知装置は、三つの検知コイルおよび計算回路を有する。三つの検知コイルの各々は、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する。ここで、三つの検知コイルは、３次元空間内のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。計算回路は、三つの検知コイルに接続され、検知信号に従い位置信号を生成するために、検知信号を受信して３次元空間内の金属外部オブジェクトの位置を計算する。

本考案は、さらに、プライマリコイル、三つの検知コイル、計算回路、制御回路および電力供給回路を有する無線電力伝送装置を提供する。三つの検知コイルの各々は、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する。ここで、三つの検知コイルは、３次元空間内のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。計算回路は、三つの検知コイルに接続され、検知信号に従い位置信号を生成するために、検知信号を受信して金属外部オブジェクトの位置を計算する。制御回路は、計算回路に接続され、制御信号を生成するために、位置信号を受信する。電力供給回路は、制御回路およびプライマリコイルに接続され、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。

本考案の位置検知装置および無線電力伝送装置によれば、対応する信号を生成するために、三つの検知コイルにより金属外部オブジェクトの存在が検知される。ここで、三つの検知コイルは、３次元空間内のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。そして、３次元空間内での検知は、金属外部オブジェクトを正確に検知するために実現される。さらに、無線電力伝送装置において、制御回路は、計算回路により生成される位置信号に従い、対応する電力信号を生成するために、電力供給回路を制御する。金属外部オブジェクトの存在の検知の実現を促進する目的において、使用における利便性を向上させて構成を簡単にするためである。

本考案の実施形態に係る位置検知装置の概略構成を示す図である。 本考案の実施形態に係る三つの検知コイルの構成を示す図である。 本考案の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。

本考案の他の目的、利点および新規の特徴は、付随する図面と併せて記載される以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

以下の詳細な説明は、本技術の様々な構成を示すことを意図したものであり、本技術が実現される唯一の構成を示すことを意図したものではない。添付された図面は、ここに組み込まれ、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、本技術の十分な理解を提供することを目的として具体的な細部を含む。しかし、本技術がこれらの具体的な細部なしで実現できることは当業者にとって明らかであろう。本技術の思想が不明瞭となることを避けるために、いくつかの例において、周知の構造や構成はブロック図形式で示されている。理解が容易となるように、同様の構成要素には、同一の要素番号を付している。

特定の構成を参照するために、特定の用語が、詳細な説明および実用新案登録請求の範囲を通して使用されている。当業者であれば理解できるように、製造業者はその構成を異なる名称により参照することがある。本明細書は、異なる構成を名称ではなく機能により識別することを意図している。詳細な説明および実用新案登録請求の範囲において、「含む」および「有する」という用語は、オープンエンド形式において用いられ、間接的または直接的に、電気的接続していることを意味すると理解されるべきである。したがって、ある装置が他の装置に電気的に接続されているという場合、その接続は、直接的に電気的接続していてもよいし、あるいは、他の装置および接続を介して間接的に電気的接続していてもよい。以下の説明は、本考案を実施する最善のモードの一つを示す。この説明は、本考案の一般的な原理を示す目的でなされたものであり、限定的な意味を持つものではない。本考案の範囲は、添付された実用新案登録請求の範囲を参照することにより決定される。

さらに、「含む」という用語やその変形は、非排他的に包含する意味を有することを意図されている。したがって、一群の要素を含む処理、方法、物または装置は、これらの要素だけではなく、特に明示されない他の要素、あるいは処理、方法、物または装置に内在する要素も含みうる。他に限定がなされなければ、「〜を含む」という記載によって限定される要素は、その要素を含む処理、方法、物または装置に存在する他の同様の要素を排除するものではない。本システムは、３次元位置検知のために使用され、外部オブジェクト検知（ＦＯＤ）は、システムが検知している対象物である。

図１は、本考案の実施形態に係る位置検知装置の概略構成を示す図である。位置検知装置１００は、三つの検知コイル１１１、１１２、１１３および計算回路１２０を含む。

三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、検知信号をそれぞれ生成するために、金属外部オブジェクト１８０の存在を検知する。図２に示すように、三つの検知コイル１１１、１１２および１１３は、３次元検知空間を形成するために、３次元空間内のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。検知コイルはセンサーとして機能し、伝送コイルは、検知コイルにより識別されるＦＯＤに対して電力を供給するために使用される。

また、三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、たとえば図２に示すような、８の字型の（８−ｆｉｇｕｒｅ）コイルである。図２における三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、８の字型のコイルを表すために、８の字型のみを示したものである。実際には、８の字型に成形された三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、導電性を有する金属線から形成される。導電性を有する金属線は、たとえばエナメルのワイヤである。エナメルのワイヤは巻線を形成するために用いられ、巻線を捻ることにより８の字型が形成される。三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、誘電結合の方法を用いて、金属外部オブジェクト１８０が存在しているか否かを検知する。たとえば、三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、金属外部オブジェクト１８０が位置検知装置１００に接近しているか否かを検知する。

たとえば、金属外部オブジェクト１８０が検知コイル１１１に接近する場合、金属外部オブジェクトはセカンダリコイルを備えているため、誘導結合の影響が発生して、金属外部オブジェクト１８０においてうず電流が発生し、さらにうず電流は、検知コイルにより検知される電磁場を生成する。そして、検知コイル１１１は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成する。一方、金属外部オブジェクト１８０が検知コイル１１１に接近しない場合には、検知コイル１１１および金属外部オブジェクト１８０の間に、誘導結合の影響が発生しない。そして、検知コイル１１１は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成しない。検知コイル１１２および１１３の実施形態は、検知コイル１１１の実施形態を参照してもよいため、説明は省略する。

また、金属外部オブジェクト１８０が、検知コイル１１１および１１２に同時に接近する場合、検知コイル１１１、１１２および金属外部オブジェクト１８０のセカンダリコイルの間に、誘導結合の影響が発生する。そして、検知コイル１１１および１１２の各々は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成する。金属外部オブジェクト１８０が、検知コイル１１２および１１３に同時に接近する場合、検知コイル１１２、１１３および金属外部オブジェクト１８０のセカンダリコイルの間に、誘導結合の影響が発生する。そして、検知コイル１１２および１１３の各々は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成する。金属外部オブジェクト１８０が、検知コイル１１３および１１１に同時に接近する場合、検知コイル１１３、１１１および金属外部オブジェクト１８０のセカンダリコイルの間に、誘導結合の影響が発生する。そして、検知コイル１１３および１１１の各々は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成する。

さらに、金属外部オブジェクト１８０が、検知コイル１１１、１１２および１１３に同時に接近する場合、検知コイル１１１、１１２、１１３および金属外部オブジェクト１８０のセカンダリコイルの間に、誘導結合の影響が発生する。そして、検知コイル１１１、１１２および１１３の各々は、金属外部オブジェクト１８０の存在を示す検知信号を生成する。

計算回路１２０は、三つの検知コイル１１１、１１２および１１３に接続される。計算回路１２０は、検知信号に従い位置信号Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を生成するために、三つの検知コイル１１１、１１２および１１３により生成される検知信号を受信して、金属外部オブジェクト１８０の位置を計算する。

たとえば、検知コイル１１１により生成される検知信号が高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（１，０，０）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＸ軸に接近していると計算する。検知コイル１１２により生成される検知信号が高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（０，１，０）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＹ軸に接近していると計算する。検知コイル１１３により生成される検知信号が高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（０，０，１）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＺ軸に接近していると計算する。

また、検知コイル１１１および１１２により生成される検知信号が同時に高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（１，１，０）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＸ軸およびＹ軸に接近していると計算する。検知コイル１１２および１１３により生成される検知信号が同時に高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（０，１，１）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＹ軸およびＺ軸に接近していると計算する。検知コイル１１３および１１１により生成される検知信号が同時に高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（１，０，１）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＺ軸およびＸ軸に接近していると計算する。

さらに、検知コイル１１１、１１２および１１３により生成される検知信号が同時に高い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（１，１，１）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に接近していると計算する。一方、検知コイル１１１、１１２および１１３により生成される検知信号が同時に低い電圧レベルである場合、計算回路１２０は、位置信号Ｐ（０，０，０）を生成するように、金属外部オブジェクト１８０の位置がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に接近していないと計算する。すなわち、金属外部オブジェクト１８０は、位置検知装置１００に接近していないということである。

本実施形態において、計算回路１２０は、たとえば三つの信号アンプをさらに含んでもよい。三つの信号アンプの各々は、対応する検知コイル１１１、１１２および１１３に接続され、検知信号を正確に判断するために、検知コイル１１１、１１２および１１３の各々の検知信号は増幅される。アンプは、ＡＤＣ（アナログ−デジタルコンバーター）に接続され、信号の振幅に従い位置を判断する。三つのアンプは、前述したように、結果としてＰ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を決定する。

無線電力伝送の適用の一つに関し、前述した計算回路１２０の実施形態は、本考案における実施形態の一つに過ぎず、本考案を限定するものではない。計算回路１２０の配置は、本考案の思想および範囲に該当する実際の要求に従い、調整されてもよい。

図３は、本考案の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す図である。無線電力伝送装置３００は、プライマリコイル３１０、三つの検知コイル３１１、３１２、３１３、計算回路３２０、制御回路３３０および電力供給回路３４０を含む。プライマリコイル３１０は、電力信号を伝送する。すなわち、無線電力伝送装置３００は、無線方式を用いて、プライマリコイル３１０により外部オブジェクトに対して電力信号を伝送する。

三つの検知コイル３１１、３１２および３１３の各々は、検知信号をそれぞれ生成するために、金属外部オブジェクト３８０の存在を検知する。検知信号は、金属外部オブジェクト３８０の存在を示す。本実施形態において、金属外部オブジェクト３８０は、たとえば、プライマリコイル３１０により伝送される電力信号を受信するために、プライマリコイル３１０に誘電結合されるセカンダリコイルを備えている。金属外部オブジェクト３８０は、たとえば、携帯電話、タブレットコンピューター、またはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの電子装置である。

また、三つの検知コイル３１１、３１２および３１３は、３次元検知空間を形成するために、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。図２における三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の配置を参照してもよい。三つの検知コイル３１１、３１２および３１３の実施形態は、図１および図２における三つの検知コイル１１１、１１２および１１３の実施形態を参照してもよいため、説明は省略する。

計算回路３２０は、三つの検知コイル３１１、３１２および３１３に接続される。計算回路３２０は、検知信号に従い位置信号Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を生成するために、三つの検知コイル３１１、３１２および３１３により生成される検知信号を受信して、金属外部オブジェクト３８０の位置を計算する。計算回路３２０の実施形態は、図１における計算回路１２０の実施形態を参照してもよいため、説明は省略する。三つの検知コイル３１１、３１２、３１３および計算回路３２０の組み合わせは、図１における位置検知装置１００として使用されてもよい。

制御回路３３０は、計算回路３２０に接続される。制御回路３３０は、制御信号を生成するために、位置信号を受信する。さらに、制御回路３３０は、位置信号を受信することにより、金属外部オブジェクト３８０が存在しているか否かを判断する。

たとえば、位置信号が、Ｐ（１，０，０）、Ｐ（０，１，０）、Ｐ（０，０，１）、Ｐ（１，１，０）、Ｐ（０，１，１）、Ｐ（１，０，１）、Ｐ（１，１，１）のうちの一つである場合、制御回路３３０は、金属外部オブジェクト３８０が存在していると判断し、たとえば、高い電圧レベルの制御信号を生成する。位置信号が、Ｐ（０，０，０）である場合には、制御回路３３０は、金属外部オブジェクト３８０が存在していないと判断し、たとえば、低い電圧レベルの制御信号を生成する。

電力供給回路３４０は、制御回路３３０およびプライマリコイル３１０に接続される。電力供給回路３４０は、電力信号を生成するために、制御信号を受信する。さらに、電力供給回路３４０は、制御信号に従い、プライマリコイル３１０に対して電力信号を生成するか否かを判断する。

たとえば、制御信号が高い電圧レベルである場合、電力供給回路３４０は、プライマリコイル３１０が充電のために金属外部オブジェクト３８０に対して電力信号を伝送するように、プライマリコイル３１０に対して電力信号を生成する。これにより、プライマリコイル３１０および金属外部オブジェクト３８０のセカンダリコイル間において、無線による電力信号が生成される。具体的には、プライマリコイル３１０および金属外部オブジェクト３８０のセカンダリコイル間の誘電結合の影響により、金属外部オブジェクト１８０を充電するための電力が生成され、または伝送される。プライマリコイル３１０が電力供給回路３４０から電力信号を供給されると、プライマリコイル３１０において磁場が生成される。その結果、金属外部オブジェクト３８０を充電するための電力をさらに生成するように、セカンダリコイルにおいて別の磁場が生成される。本考案において、このようなコイル間の相互作用は、プライマリコイルおよびセカンダリコイル間の電力信号の伝送として定義される。制御信号が低い電圧レベルである場合には、電力供給回路３４０は、プライマリコイル３１０に対して電力信号を生成しない。したがって、本実施形態の無線電力伝送装置３００は、金属外部オブジェクトを正確に検知するための３次元検知空間を提供し、金属外部オブジェクトの存在を検知するという実現を促進する目的において、使用における利便性を向上させて構成を簡単にするために、対応する電力信号を供給する。

前述の実施形態により提供される位置検知装置および無線電力伝送装置によれば、金属外部オブジェクトの存在は、対応する信号を生成する三つの検知コイルにより検知される。ここで、三つの検知コイルは、３次元空間内のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置される。そして、金属外部オブジェクトを正確に検知するための３次元検知空間を提供する。

さらに、無線電力伝送装置において、制御回路は、計算回路により生成される位置信号に従い、対応する電力信号を生成するために、電力供給回路を制御する。金属外部オブジェクトの存在を検知するという実現を促進する目的において、使用における利便性を向上させて構成を簡単にするためである。

位置の計算に対して、三つのコイル間の干渉を減らすため、三つの伝送コイルのうちの一つに伝送する電力を選択して、信号を検知することは可能である。本考案は、その好ましい実施形態に関して説明されているが、好ましい実施形態は、本考案を限定するものではない。実用新案登録請求の範囲に記載された考案の思想および範囲から離れることなく、当業者によって多くの他の可能な修正および変形がなされうると理解されるべきである。

Claims (4)

1. Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置され、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する三つの検知コイルと、
   前記三つの検知コイルに接続され、前記検知信号に従い位置信号を生成するために、前記検知信号を受信して前記金属外部オブジェクトの位置を計算する計算回路と、
   を有する位置検知装置。
2. 前記三つの検知コイルの各々は、８の字型のコイルである請求項１に記載の位置検知装置。
3. 電力信号を伝送するためのプライマリコイルと、
   Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸上にそれぞれ配置され、検知信号を生成するために、金属外部オブジェクトの存在を検知する三つの検知コイルと、
   前記三つの検知コイルに接続され、前記検知信号に従い位置信号を生成するために、前記検知信号を受信して前記金属外部オブジェクトの位置を計算する計算回路と、
   前記計算回路に接続され、制御信号を生成するために、前記位置信号を受信する制御回路と、
   前記制御回路および前記プライマリコイルに接続され、前記電力信号を生成するために、前記制御信号を受信する電力供給回路と、
   を有する無線電力伝送装置。
4. 前記三つの検知コイルの各々は、８の字型のコイルである請求項３に記載の無線電力伝送装置。