JP6607922B2 - モバイル装置用途向け無線エネルギ伝送 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年4月16日に出願された米国特許仮出願第61/980,420号、2014年4月21日に出願された米国特許仮出願第61/981,983号、2014年7月14日に出願された米国特許仮出願第62/024,419号、2014年10月2日に出願された米国特許仮出願第62/059,035号、2014年11月11日に出願された米国特許仮出願第62/078,379号、並びに2014年11月14日に出願された米国特許仮出願第62/079,817号の利益を主張するものであり、これらの出願の内容は参照によって全て本明細書に組み込まれている。
実施態様によっては、エネルギを無線伝送する為の供給源が、複数の層を含んでよい。例えば、これらの層のうちの1つが、導電材料(例えば、銅)を含んでよく、これは電源と結合されてよい。別の層は磁気材料を含んでよく、更に別の層は共振器を含んでよく、この共振器は、別の共振器と互いに十分近接した場合に、その別の共振器と無線エネルギを交換するように構成されている。当然のことながら、他の層も含まれてよい。上述のように、供給側共振器と結合された環境又は電子回路において、例えば、損失の大きな材料に起因する磁場内の損失を減らすために磁気材料が使用されてよいが、それでも装置側共振器内のインダクタンスの変化によって、予想より大きな、又は予想より小さな出力電圧が引き起こされる可能性がある。例えば、装置側共振器のインダクタンスは、(例えば、装置が無線充電の為に供給源に近づいた場合などに)磁気材料の近接に対する応答として増加する場合がある。実施態様によっては、この増加を打ち消すように、供給源で使用されている磁気材料の一部を除去したり、配置したりする場合がある。例えば、上述のように、且つ、少なくとも図4〜5も参照すると、供給源の一例(例えば、供給源402)の磁気材料408内にある、中央穴410を有する供給側共振器コイル406が、装置側共振器のインダクタンスをその、ほぼ元の値まで戻すことが可能である。言い換えれば、この、装置側インダクタンスの「元の値」は、大まかには、自由空間における装置側共振器の自己インダクタンスであると言ってよい。実施態様によっては、少なくとも図5を参照すると、装置の一例(例えば、装置404)が供給源402に対してオフセットしている場合、インダクタンスは更に変化する可能性があり、これは、例えば、装置404が磁気材料408の直接上方にあることによって引き起こされうる。例えば、あくまで例として、供給側共振器406の中心に対する位置平行移動が20mm×40mmの場合を仮定すると、インダクタンスはやはり(例えば、約17%)変化する可能性がある。別の例として、供給側共振器406の中心に対する位置平行移動が10mm×20mmの場合は、インダクタンスはやはり(例えば、約5.6%)変化する可能性がある。
上述のように、供給側共振器と結合されてよい環境又は電子回路において損失の大きな材料に起因する磁場内の損失を減らすために磁気材料が使用されてよいが、それでも装置側共振器内のインダクタンスの変化によって、予想より大きな、又は予想より小さな出力電圧が引き起こされる可能性がある。実施態様によっては、装置側共振器のインダクタンスの変化を防ぐ為に、供給源の磁気材料及び/又は供給側共振器コイルの一部を導電材料で覆ってよい。
実施態様によっては、均一な充電領域が達成されるように、供給側共振器コイルを(例えば、共振器コイルの巻線を使用して)整形してよい。例えば、充電領域が均一であれば、(供給側共振器により)充電領域全体を同等の電力レベルとして、(装置側共振器により)装置を充電できる可能性がある。別の例では、充電領域が均一であれば、充電領域全体の損失率を同等に低くして効率を高めることができる可能性がある。後で詳述するように、(例えば、平行巻線により)コイル全体で電流を均衡させることは、充電領域及び磁場を均一にすること、並びに共振器コイルを対称形にすることに役立ちうる。
無線エネルギ伝送に使用可能な既知の電流検知手法として、例えば、パターン又はワイヤを囲むピックアップループ、ホール効果センサ、電流検知トランス、電流検知抵抗等があってよい。これらの手法では、例えば、無線エネルギ伝送で使用される高電流及び高周波数において損失及び電力消失が過大である場合があり、無線エネルギ伝送に周波数制限がある場合があり、磁気妨害を受けやすい場合があり、高コストである場合があり、これらの手法が装置自体に組み込まれると仮定すると、電流を測定される装置の全体サイズが増える場合がある。
Vout=−C*u0*ur*N*A*(di/dt)
〔付記1〕
第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、前記第3の層は第1の共振器コイルを含み、前記第1の共振器コイルは、第2の共振器コイルが前記第1の共振器コイルに近接した場合に、無線エネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、前記第3の層と、
前記第3の層に近接して配置された前記第4の層であって、複数の導電材料を含む前記第4の層と、
を備える無線エネルギ伝送システム。
〔付記2〕
前記第1の共振器コイルが前記第2の共振器コイルに近接した場合の前記第2の共振器コイルのインダクタンスの変化を、前記複数の導電材料片のサイズ、形状、及び幾何学的位置のうちの少なくとも1つによって小さくする、付記1に記載のシステム。
〔付記3〕
前記形状は長方形である、付記2に記載のシステム。
〔付記4〕
前記形状は正方形である、付記2に記載のシステム。
〔付記5〕
前記導電材料の前記複数片の少なくとも第1の部分が第1の形状であり、前記導電材料の前記複数片の少なくとも第2の部分が第2の形状である、付記2に記載のシステム。
〔付記6〕
前記導電材料の前記複数片の少なくとも一部分が、前記第1の共振器コイルに対して市松模様に配置される、付記2に記載のシステム。
〔付記7〕
前記第1の共振器コイルは銅パターンを含む、付記1に記載のシステム。
〔付記8〕
前記磁気材料はフェライトを含む、付記1に記載のシステム。
〔付記9〕
前記第4の層の前記複数の導電材料片は銅を含む、付記1に記載のシステム。
〔付記10〕
導電材料からなる前記第1の層は銅を含む、付記1に記載のシステム。
〔付記11〕
前記第1の層は、モバイルバッテリ装置の表面と結合されるように構成されている、付記1に記載のシステム。
〔付記12〕
前記磁気材料は、厚さが1mm未満である、付記1に記載のシステム。
〔付記13〕
前記磁気材料は、厚さが0.5mm未満である、付記1に記載のシステム。
〔付記14〕
前記第1の共振器コイルは、少なくとも5Wのエネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、付記1に記載のシステム。
〔付記15〕
前記第1の共振器コイルは、少なくとも10Wのエネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、付記1に記載のシステム。
〔付記16〕
第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、複数の導電材料片を含む前記第3の層と、
前記第3の層に近接して配置された前記第4の層であって、前記第4の層は第1の共振器コイルを含み、前記第1の共振器コイルは、第2の共振器コイルが前記第1の共振器コイルに近接した場合に、無線エネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、前記第4の層と、
を備える無線エネルギ伝送システム。
〔付記17〕
前記第1の共振器が前記第2の共振器に近接した場合の前記第2の共振器のインダクタンスの変化を、前記複数の導電材料片のサイズ、形状、及び幾何学的位置のうちの少なくとも1つによって小さくする、付記16に記載のシステム。
〔付記18〕
前記導電材料の前記複数片の少なくとも第1の部分が第1の形状であり、前記導電材料の前記複数片の少なくとも第2の部分が第2の形状である、付記17に記載のシステム。
〔付記19〕
前記導電材料の前記複数片の少なくとも一部分が、前記第1の共振器に対して市松模様に配置される、付記17に記載のシステム。
〔付記20〕
前記第4の層の前記複数の導電材料片は銅を含む、付記16に記載のシステム。
〔付記21〕
無線エネルギ伝送システム用共振器であって、
第1の共振器コイルであって、第2の共振器コイルに近接した場合に、前記第2の共振器コイルに無線エネルギを伝送するように構成された前記第1の共振器コイルと、
前記第1の共振器コイル内の第1の巻線パターンであって、導電材料を含む前記第1の巻線パターンと、
前記第1の共振器コイル内の第2の巻線パターンであって、導電材料を含む前記第2の巻線パターンと、を備え、
前記第1の巻線のパターンの一部分が、交差点で、前記第2の巻線のパターンの一部分と交差する、
共振器。
〔付記22〕
前記第1の巻線のパターンの前記部分と前記第2の巻線のパターンの前記部分とが前記交差点で交差する際に、前記第1の巻線のパターンの前記部分と前記第2の巻線のパターンの前記部分との物理的接触が発生しない、付記21に記載の共振器。
〔付記23〕
前記第1の共振器コイルはプリント回路基板上に印刷されており、前記第1の巻線のパターンの前記部分は、前記交差点で、前記プリント回路基板の第1の面において止まり、前記プリント回路基板の第2の面において再開され、前記プリント回路基板の前記第2の面にある前記第2の巻線のパターンの前記部分は、前記第2の面において止まり、前記交差点を過ぎてから、前記第1の面において再開される、付記22に記載の共振器。
〔付記24〕
前記第1の巻線のパターンの前記部分は、前記交差点に達する前に、前記プリント回路基板の第1の層にある前記第2の巻線のパターンの前記部分の第1の側において止まり、前記交差点に達してから、前記プリント回路基板の第2の層にある前記第2の巻線のパターンの前記部分の前記第2の側において再開される、付記23に記載の共振器。
〔付記25〕
前記第1の巻線のパターンの第2の部分が、対称な交差点において、前記第2の巻線のパターンの第2の部分と交差する、付記21に記載の共振器。
〔付記26〕
前記交差点は、前記第1の共振器コイルの中央部で発生する、付記21に記載の共振器。
〔付記27〕
前記交差点は、前記第1の共振器コイルの端部で発生する、付記21に記載の共振器。
〔付記28〕
前記第1の巻線及び前記第2の巻線のうちの少なくとも一方のパターンは銅コイルを含む、付記21に記載の共振器。
〔付記29〕
第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、第1の共振器コイルを含む前記第3の層と、
前記第3の層に近接して配置された前記第4の層であって、複数の導電材料片を含む前記第4の層と、
を更に備える、付記21に記載の共振器。
〔付記30〕
第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、前記第3の層は第1の共振器コイルを含み、前記第1の共振器コイルは、第2の共振器コイルに近接した場合に、無線エネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されており、前記第1の共振器コイルは、
前記第1の共振器コイル内の第1の巻線パターンであって、導電材料を含む前記第1の巻線パターンと、
前記第1の共振器コイル内の第2の巻線パターンであって、導電材料を含む前記第2の巻線パターンと、を含み、
前記第1の巻線のパターンの一部分が、交差点で、前記第2の巻線のパターンの一部分と交差する、前記第3の層と、を備え、
前記第4の層は複数の導電材料片を含む、
無線エネルギ伝送システム。
〔付記31〕
前記第1の巻線のパターンの前記部分と前記第2の巻線のパターンの前記部分とが前記交差点で交差する際に、前記第1の巻線のパターンの前記部分と前記第2の巻線のパターンの前記部分との物理的接触が発生しない、付記30に記載のシステム。
〔付記32〕
前記第1の巻線のパターンの前記部分は、前記交差点に達する前に、プリント回路基板の第1の層にある前記第2の巻線のパターンの前記部分の前記第1の側において止まり、前記交差点に達してから、前記プリント回路基板の第2の層にある前記第2の巻線のパターンの前記部分の前記第2の側において再開される、付記31に記載のシステム。
〔付記33〕
前記第1の巻線のパターンの第2の部分が、対称な交差点において、前記第2の巻線のパターンの第2の部分と交差する、付記30に記載のシステム。
〔付記34〕
前記交差点は、前記第1の共振器コイルの中央部で発生する、付記30に記載のシステム。
〔付記35〕
前記交差点は、前記第1の共振器コイルの端部で発生する、付記30に記載のシステム。
〔付記36〕
前記第1の巻線及び前記第2の巻線のうちの少なくとも一方のパターンが銅である、付記30に記載のシステム。
〔付記37〕
前記第2の共振器コイルが前記第1の共振器コイルに近接した場合の前記第2の共振器のインダクタンスの変化を、前記複数の導電材料片のサイズ、形状、及び幾何学的位置のうちの少なくとも1つによって小さくする、付記30に記載のシステム。
〔付記38〕
プリント回路基板であって、少なくとも第1の層、第2の層、及び第3の層を含む前記プリント回路基板と、
導電材料からなるループであって、前記第2の層において直径D3を含む、導電材料からなる前記ループと、
導電材料からなるコイルであって、巻数が少なくとも2である、導電材料からなる前記コイルと、を備え、
導電材料からなる前記コイルは、前記第1、第2、及び第3の層のそれぞれを通して接続された、外径D1及び内径D2を有する前記第1の層及び前記第3の層を占有し、
導電材料からなる前記ループは、導電材料からなる前記コイルと結合されている、
電流検知システム。
〔付記39〕
導電材料からなる前記コイルの内径D2内に導体を引き回すことにより、前記導体の電流値が測定される、付記38に記載のシステム。
〔付記40〕
前記導体は共振器コイルの一部である、付記39に記載のシステム。
〔付記41〕
高調波成分を除去する並列共振回路を更に備える、付記38に記載のシステム。
〔付記42〕
電圧出力を有する差動増幅器を更に備える、付記38に記載のシステム。
〔付記43〕
ピーク検出回路を更に備え、前記ピーク検出回路は、前記電圧出力のピークを追跡し、導体の測定された電流値を求める演算増幅器を含む、付記42に記載のシステム。
〔付記44〕
前記第2及び第3の層に近接した第4の層を更に備え、前記第4の層は、導電材料からなる前記ループ及び導電材料からなる前記コイルのうちの少なくとも一方と結合された、導電材料からなる更なるループを含み、導電材料からなる前記更なる円形ループは、前記第4の層における直径がD3である、付記38に記載のシステム。
〔付記45〕
前記導電材料からなる前記コイルは銅パターンを含む、付記38に記載のシステム。
〔付記46〕
導電材料からなる前記コイルは、ストレート戻り及びバランス巻線のうちの少なくとも一方により構成されている、付記38に記載のシステム。
〔付記47〕
85kHzから20MHzの範囲の周波数を有する電流が測定されるように構成されている、付記38に記載のシステム。
〔付記48〕
導電材料からなる前記コイルは、巻数が少なくとも15である、付記38に記載のシステム。
〔付記49〕
導体を交流電流で駆動するステップと、
付記38に記載の電流検知システムを使用して前記交流電流の振幅値及び位相値を測定するステップと、
を含む電流検知方法。
Claims (20)
- 第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、前記第3の層は第1の共振器コイルを含み、前記第1の共振器コイルは、第2の共振器コイルが前記第1の共振器コイルに近接した場合に、無線エネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、前記第3の層と、
前記第3の層に近接して配置された前記第4の層であって、前記第2の共振器コイルのインダクタンス変化を低減するための複数の導電材料片を含む前記第4の層と、
を備える無線エネルギ伝送システム。 - 前記第1の共振器コイルが前記第2の共振器コイルに近接した場合の前記第2の共振器コイルのインダクタンスの変化を、前記複数の導電材料片のサイズ、形状、及び幾何学的位置のうちの少なくとも1つによって小さくする、請求項1に記載のシステム。
- 前記形状は長方形である、請求項2に記載のシステム。
- 前記形状は正方形である、請求項2に記載のシステム。
- 前記導電材料の前記複数片の少なくとも第1の部分が第1の形状であり、前記導電材料の前記複数片の少なくとも第2の部分が第2の形状である、請求項2に記載のシステム。
- 前記導電材料の前記複数片の少なくとも一部分が、前記第1の共振器コイルに対して市松模様に配置される、請求項2に記載のシステム。
- 前記第1の共振器コイルは銅パターンを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記磁気材料はフェライトを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第4の層の前記複数の導電材料片は銅を含む、請求項1に記載のシステム。
- 導電材料からなる前記第1の層は銅を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の層は、モバイルバッテリ装置の表面と結合されるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記磁気材料は、厚さが1mm未満である、請求項1に記載のシステム。
- 前記磁気材料は、厚さが0.5mm未満である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の共振器コイルは、少なくとも5Wのエネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の共振器コイルは、少なくとも10Wのエネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 第2の層に近接して配置された、導電材料からなる第1の層と、
導電材料からなる前記第1の層と、第3の層と、に近接して配置された、磁気材料からなる前記第2の層と、
前記第2の層と、第4の層と、に近接して配置された前記第3の層であって、第2の共振器コイルのインダクタンス変化を低減するための複数の導電材料片を含む前記第3の層と、
前記第3の層に近接して配置された前記第4の層であって、前記第4の層は第1の共振器コイルを含み、前記第1の共振器コイルは、前記第2の共振器コイルが前記第1の共振器コイルに近接した場合に、無線エネルギを前記第2の共振器コイルに伝送するように構成されている、前記第4の層と、
を備える無線エネルギ伝送システム。 - 前記第1の共振器コイルが前記第2の共振器コイルに近接した場合の前記第2の共振器コイルのインダクタンスの変化を、前記複数の導電材料片のサイズ、形状、及び幾何学的位置のうちの少なくとも1つによって小さくする、請求項16に記載のシステム。
- 前記導電材料の前記複数片の少なくとも第1の部分が第1の形状であり、前記導電材料の前記複数片の少なくとも第2の部分が第2の形状である、請求項17に記載のシステム。
- 前記導電材料の前記複数片の少なくとも一部分が、前記第1の共振器コイルに対して市松模様に配置される、請求項17に記載のシステム。
- 前記第3の層の前記複数の導電材料片は銅を含む、請求項16に記載のシステム。
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