(57)【要約】  電流センサは、導体の近傍に配置された感知素子を含み得る。電流センサは、電流が導体内を流れるときに導体において生成される第1の磁場に結合するように構成され得る。感知素子に電気的に接続された出力は、導体内の電流の流れを表す信号を生成することができる。感知素子は、導体に接続された負荷によって生成された第2の磁場の磁力線に平行な平面内に配向され得る。
2018534543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、
前記導体内の電流の流れに起因して第1のロケーションにおいて生成された第1の磁場に結合するように構成された感知素子と、
前記感知素子に電気的に接続され、前記導体内の前記電流の流れを表す信号を生成するように構成された出力とを含み、
前記感知素子が、前記第1のロケーションとは異なる第2のロケーションにおいて前記導体に電気的に接続された負荷によって生成された、前記第1の磁場とは異なる第2の磁場の磁場線に平行な平面内に配向される、電流センサ。
【請求項２】
基板をさらに備え、前記感知素子が、前記基板上に前記導体に隣接して配置された導電性のコイルを備える、請求項1に記載の電流センサ。
【請求項３】
フィルタ回路をさらに備え、前記フィルタ回路が前記導電性のコイルを備える、請求項2に記載の電流センサ。
【請求項４】
前記フィルタ回路がバンドパスフィルタである、請求項3に記載の電流センサ。
【請求項５】
前記基板が、前記導体を担持するプリント回路基板(PCB)に対して垂直に配置される、請求項2に記載の電流センサ。
【請求項６】
前記負荷が、ワイヤレス電力伝達のために外部磁場を生成するように構成された電力送信素子を備え、前記外部磁場が前記第2の磁場を構成する、請求項1に記載の電流センサ。
【請求項７】
前記感知素子が導電性のコイルを備え、前記電流センサが前記感知素子の前記導電性のコイルを備えるフィルタをさらに備え、前記フィルタが前記電力送信素子の共振周波数に同調される、請求項6に記載の電流センサ。
【請求項８】
前記感知素子と前記導体との間に配置された容量性シールドをさらに備え、前記容量性シールドが、前記導体内で生成される電場が前記感知素子に容量結合されるのを防止するのに有効である、請求項1に記載の電流センサ。
【請求項９】
前記容量性シールドが、前記感知素子と前記導体の両方に隣接して配置された導電リード線を備え、前記導電リード線が、自由な第1の端部と、接地電位に電気的に接続するように構成された第2の端部とを備える、請求項8に記載の電流センサ。
【請求項１０】
前記感知素子が、第1の平面上に配置された第1の導電性のコイルと、前記第1の平面から離間された少なくとも第2の平面上に配置された少なくとも第2の導電性のコイルとを備える、請求項1に記載の電流センサ。
【請求項１１】
前記第1の導電性のコイルと前記導体の両方に隣接して配置されるように構成された第1の容量性シールドと、前記第2の導電性のコイルと前記導体の両方に隣接して配置されるように構成された少なくとも第2の容量性シールドとをさらに備える、請求項10に記載の電流センサ。
【請求項１２】
前記第1の導電性のコイルが、前記第2の導電性のコイルに直列に接続される、請求項10に記載の電流センサ。
【請求項１３】
前記第1の導電性のコイルが、多層PCBの第1の層上に形成された第1のトレースを備え、前記第2の導電性のコイルが、前記多層PCBの第2の層上に形成された第2のトレースを備える、請求項10に記載の電流センサ。
【請求項１４】
前記第1の導電性のコイルが、前記導体の片側に配置され、前記第2の導電性のコイルが、前記導体の別の側に配置される、請求項10に記載の電流センサ。
【請求項１５】
フィルタ回路をさらに備え、前記フィルタ回路が、前記第1の導電性のコイルと前記第2の導電性のコイルのいずれかまたは両方を備える、請求項10に記載の電流センサ。
【請求項１６】
前記感知素子が、第1の導電性のコイルと少なくとも第2の導電性のコイルとを備え、前記第1および前記第2のコイルがともに同じ平面上で互いに離間される、請求項1に記載の電流センサ。
【請求項１７】
導体内の電流の流れを感知する方法であって、
前記導体内の前記電流の流れに起因して前記導体から生じる第1の磁場に磁気結合することによって感知信号を生成するステップであって、前記磁気結合することが、前記導体に電気的に接続された負荷を通る前記電流の流れによって生成される第2の磁場の磁力線に平行な平面内で発生する、ステップと、
前記感知信号から出力信号を生成するステップであって、前記出力信号が、前記導体を通る前記電流の流れの量を表す、ステップとを含む方法。
【請求項１８】
前記第1の磁場に磁気結合するステップが、前記導体に隣接して配置され、前記第2の磁場の磁力線に平行な前記平面内に整列された導電性材料のコイル内に、前記第1の磁場を使用して電流を誘導するステップを含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
導電性材料の前記コイルを含むフィルタ回路によって決定される前記感知信号内の周波数成分を減衰させるために前記感知信号をフィルタ処理するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記負荷が、ワイヤレス電力伝達のために外部磁場を生成するように構成された電力送信素子を備え、前記外部磁場が、前記第2の磁場を構成する、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記生成された出力信号が電場からの影響を実質的に受けないように、前記導体内で生成される前記電場から前記感知信号をシールドするステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２２】
前記第1の磁場に磁気結合するステップが、前記導体に隣接して配置された導電性材料の第1のコイルに前記第1の磁場を結合するステップと、前記導体に隣接して配置された導電性材料の第2のコイルに前記第1の磁場を結合するステップとを含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２３】
導体内の電流の流れを感知するための装置であって、
感知信号を生成するために前記導体内の前記電流の流れに起因して前記導体から生じる第1の磁場に磁気結合するための手段であって、前記導体に電気的に接続された負荷を通る前記電流の流れによって生成される第2の磁場の磁力線に平行な平面内に整列される、手段と、
前記感知信号から出力信号を生成するための手段とを含む、装置。
【請求項２４】
前記感知信号をフィルタ処理するための手段をさらに含み、フィルタ処理するための前記手段が、第1の磁場に磁気結合するための前記手段を含む、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
第1の磁場に磁気結合するための前記手段が、導電性材料のコイルを備える、請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
フィルタ処理するための前記手段がバンドパスフィルタである、請求項24に記載の装置。
【請求項２７】
レシーバデバイスに充電電力をワイヤレスに送信するための装置であって、
送信コイルと、
導体を介して前記送信コイルに電気的に結合されたドライバ回路であって、前記導体を介して交流電流を用いて前記送信コイルを駆動するように構成される、ドライバ回路と、
前記導体内の電流の流れを感知するように構成され電流センサとを備え、前記電流センサが、前記導体内の前記電流の流れを示す信号を生成するために前記導体内で前記交流電流によって生成された第1の磁場に結合するように構成された感知コイルを備え、
前記送信コイルが、前記交流電流によって駆動されることに応答して、前記レシーバデバイスに充電電力をワイヤレスに送信するための第2の磁場を生成するように構成され、
前記感知コイルが、前記第2の磁場の磁力線に平行な平面内に配向される、装置。
【請求項２８】
フィルタ回路をさらに備え、前記フィルタ回路が、前記感知コイルと、前記感知コイルに電気的に接続された抵抗器およびキャパシタとを備える、請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
前記フィルタ回路がバンドパスフィルタである、請求項28に記載の装置。
【請求項３０】
前記電流センサが、前記感知コイルに隣接して配置された容量性シールドをさらに備え、前記容量性シールドが、前記導体内で生成される電場が前記感知コイルに容量結合されるのを防止するのに有効であり、前記容量性シールドが、前記導体と前記感知コイルとの間に配置された第2の導体を備える、請求項27に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電流センサに関する。より詳細には、本開示は、磁気誘導を使用する電流センサに関するデバイス、システム、および方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力伝達は、モバイルフォン、コンピュータタブレットなどのポータブル電子デバイスにおいてますます普及している機能である。なぜなら、そのようなデバイスでは通常、バッテリ寿命が長くかつバッテリ重量が軽いことが要求されるからである。電線を使用せずに電子デバイスに電力を供給できることは、ポータブル電子デバイスのユーザにとって好都合なソリューションをもたらす。ワイヤレス電力充電システムは、たとえば、ユーザが物理的な電気接続なしに電子デバイスを充電し、かつ/または電子デバイスに電力を供給するのを可能にする場合があり、したがって、電子デバイスの動作にとって必要な構成要素の数を減らし電子デバイスの使用を簡略化する。
ワイヤレス電力伝達は、消費者電子デバイスにおいて電源が制限されることに起因する問題への独創的なソリューションを製造業者が開発するのを可能にする。ワイヤレス電力伝達は、電力アダプタおよび充電コードなどの従来の充電ハードウェアをなくすことができるので(ユーザと製造業者の両方にとって)全体的なコストを低減させる場合がある。ワイヤレス電力トランスミッタおよび/またはワイヤレス電力レシーバを構成する構成要素(たとえば、磁気コイル、充電プレートなど)は様々なサイズおよび形状を有するので、モバイルハンドヘルドデバイスからコンピュータラップトップまでの広範囲のデバイスに関する工業デザインおよびサポートの点において柔軟性に富んでいる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示のいくつかの態様では、電流センサは、導体内の電流の流れに起因して生じ得る、第1のロケーションにおいて生成される第1の磁場に結合されるように構成された感知素子を含んでもよい。電流センサは、導体内の電流の流れを表す信号を生成するために感知素子に電気的に接続された出力を含んでもよい。感知素子は、第1のロケーションとは異なる第2のロケーションにおいて導体に接続された負荷によって生成された、第1の磁場とは異なる第2の磁場の磁場線に平行な平面内に配向されてもよい。
【０００４】
いくつかの態様では、感知素子は、基板上に配置され、導体に隣接して設置された導電性のコイルを備えてもよい。電流センサは、抵抗器およびキャパシタに接続された導電性のコイルを備えるフィルタ回路をさらに含んでもよい。いくつかの態様では、フィルタ回路はバンドパスフィルタであってもよい。いくつかの態様では、導電性のコイルを担持する基板は、導体を担持するプリント回路基板(PCB)に対して垂直に配置されてもよい。
【０００５】
いくつかの態様では、負荷は、ワイヤレス電力伝達のために外部磁場を生成するように構成された電力送信素子である。外部磁場は、第2の磁場を構成する。いくつかの態様では、感知素子は、導電性のコイルを含んでもよい。いくつかの態様では、電流センサは、感知素子の導電性のコイルを備えるフィルタを含んでもよい。フィルタは、電力送信素子の共振周波数に同調されてもよい。
【０００６】
いくつかの態様では、電流センサは、感知素子に隣接して配置された容量性シールドをさらに含んでもよい。容量性シールドは、導体内の電圧によって生成される電場が感知素子に容量結合されるのを防止することができる。いくつかの態様では、容量性シールドは、感知素子と導体の両方に隣接して配置された導電リード線であってもよい。導電リード線は、接地電位に接続するように構成された自由な第1の端部と第2の端部とを有してもよい。
【０００７】
いくつかの態様では、感知素子は、第1の平面上に配置された第1の導電性のコイルと、第1の平面から離間された少なくとも第2の平面上に配置された少なくとも第2の導電性のコイルとを含んでもよい。第1の導電性のコイルは、第2の導電性のコイルと直列に接続されてもよい。いくつかの態様では、第1の導電性のコイルは、多層PCBの第1の層上に形成されたトレースであってもよく、第2の導電性のコイルは、多層PCBの第2の層上に形成されたトレースであってもよい。いくつかの態様では、第1の導電性のコイルは、導体の片側に配置されてもよく、第2の導電性のコイルは、導体の別の側に配置されてもよい。
【０００８】
いくつかの態様では、電流センサは、第1の導電性のコイルと導体の両方に隣接して配置されるように構成された第1の容量性シールドと、第2の導電性のコイルと導体の両方に隣接して配置されるように構成された少なくとも第2の容量性シールドとを含んでもよい。
【０００９】
いくつかの態様では、電流センサは、第1の導電性のコイルおよび第2の導電性のコイルのいずれかまたは両方を備えるフィルタ回路を含んでもよい。
【００１０】
いくつかの態様では、感知素子は、第1の導電性のコイルと少なくとも第2の導電性のコイルとを含んでもよく、第1および第2の両コイルはともに同じ平面上で互いに離間される。
【００１１】
本開示によるいくつかの態様では、導体内の電流の流れを感知する方法は、導体内の電流の流れに起因して導体から生じる第1の磁場に磁気結合することによって感知信号を生成するステップと、感知信号から出力信号を生成するステップとを含んでもよい。磁気結合は、導体に電気的に接続された負荷を通る電流の流れによって生成される第2の磁場の磁力線に平行な平面内で発生する場合がある。
【００１２】
いくつかの態様では、第1の磁場に磁気結合するステップは、導体に隣接して配置され、第2の磁場の磁力線に平行な平面内に整列された導電性材料のコイル内に、第1の磁場を使用して電流を誘導するステップを含んでもよい。
【００１３】
いくつかの態様では、方法は、導電性材料のコイルを含むフィルタ回路によって決定される感知信号内の周波数成分を減衰させるために感知信号をフィルタ処理するステップをさらに含んでもよい。
【００１４】
いくつかの態様では、負荷は、ワイヤレス電力伝達のために外部磁場を生成するように構成された電力送信素子であってもよく、外部磁場は、第2の磁場を構成する。
【００１５】
いくつかの態様では、方法は、生成された出力信号が電場からの影響を実質的に受けないように、導体内で生成される電場から感知信号をシールドするステップをさらに含んでもよい。
【００１６】
いくつかの態様では、第1の磁場に磁気結合するステップは、導体に隣接して配置された導電性材料の第1のコイルに第1の磁場を結合するステップと、導体に隣接して配置された導電性材料の第2のコイルに第1の磁場を結合するステップとを含んでもよい。
【００１７】
本開示のいくつかの態様では、導体内の電流の流れを感知するための装置は、感知信号を生成するために導体内の電流の流れに起因して導体から生じる第1の磁場に磁気結合するための手段と、感知信号から出力信号を生成するための手段とを含んでもよい。第1の磁場に磁気結合するための手段は、導体に電気的に接続された負荷を通る電流の流れによって生成される第2の磁場の磁力線に平行な平面に整列されてもよい。
【００１８】
いくつかの態様では、装置は、第1の磁場に磁気結合するための手段を含む、第2の信号をフィルタ処理するための手段を含んでもよい。第1の磁場に磁気結合するための手段は、導電性材料のコイルであってもよい。フィルタ処理するための手段はバンドパスフィルタであってもよい。
【００１９】
本開示のいくつかの態様では、レシーバデバイスに充電電力をワイヤレスに送信するための装置は、送信コイルと、導体を介して送信コイルに電気的に結合されたドライバ回路と、導体内の電流の流れを感知するように構成された電流センサとを含んでもよい。ドライバ回路は、導体を介して交流電流を用いて送信コイルを駆動するように構成されてもよい。電流センサは、導体内の電流の流れを示す信号を生成するために、導体内の交流電流によって生成された第1の磁場に結合するように構成された感知コイルを含んでもよい。送信コイルは、交流電流によって駆動されることに応答して、レシーバデバイスに充電電力をワイヤレスに送信するための第2の磁場を生成するように構成されてもよい。感知コイルは、第2の磁場の磁力線に平行な平面内に配向されてもよい。
【００２０】
いくつかの態様では、装置は、感知コイルを備えるフィルタ回路と、感知コイルに電気的に接続された抵抗器およびキャパシタとを含んでもよい。フィルタはバンドパスフィルタであってもよい。
【００２１】
いくつかの態様では、電流センサは、感知コイルに隣接して配置された容量性シールドを含んでもよい。容量性シールドは、導体内で生成される電場が感知コイルに容量結合されるのを防止することができ、容量性シールドは、導体と感知コイルとの間に配置された第2の導体を備える。
【００２２】
以下の詳細な説明および添付図面は、本開示の性質および利点のより十分な理解を提供する。
【００２３】
以下の議論および特に図面に関して、示される詳細が、例示的な議論のための例を表し、本開示の原理および概念的態様の説明を提供するために提示されることが強調される。この点に関して、本開示の基本的な理解のために必要であるものを超える実施態様の詳細を示すための試みはなされていない。以下の議論は、図面に関連して、本開示による実施形態がどのようにして実践され得るのかを当業者に明白にする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、電力送信素子または電力受信素子を含む図2の送信回路または受信回路の一部の概略図である。
【図４Ａ】本開示による電流センサを実施する例示的構成を表す図である。
【図４Ｂ】本開示による電流センサを実施する例示的構成を表す図である。
【図５Ａ】本開示による電流センサの態様を示す図である。
【図５Ｂ】本開示による電流センサの態様を示す図である。
【図５Ｃ】本開示による電流センサの態様を示す図である。
【図６】本開示による電流センサの詳細を示す図である。
【図６Ａ】電流センサの追加の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】電流センサの追加の実施形態を示す図である。
【図７】本開示による電流センサの構成を示す図である。
【図８】本開示によって構成されたフィルタを示す図である。
【図９】電流センサの追加の実施形態を示す図である。
【図９Ａ】電流センサの追加の実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】本開示による電流センサの例示的構成を示す図である。
【図１０Ｂ】本開示による電流センサの例示的構成を示す図である。
【図１０Ｃ】本開示による電流センサの例示的構成を示す図である。
【図１０Ｄ】本開示による電流センサの例示的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ワイヤレス電力伝達は、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーをトランスミッタからレシーバに伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達されてもよい)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレスフィールド(たとえば、磁場または電磁場)内に出力された電力は、「電力受信素子」によって受信され、捕捉され、または結合される場合がある。
【００２６】
図1は、例示的実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。入力電力102が電源(この図には示さず)からトランスミッタ104に供給され、エネルギー伝達を実施するためのワイヤレスフィールド(たとえば、磁場または電磁場)105が生成され得る。レシーバ108は、ワイヤレスフィールド105に結合してもよく、出力電力110に結合されるデバイス(この図には示さず)によって蓄積または消費される出力電力110を生成してもよい。トランスミッタ104とレシーバ108は、距離112だけ離されてもよい。トランスミッタ104は、エネルギーをレシーバ108に送信/結合するための電力送信素子114を含んでもよい。レシーバ108は、トランスミッタ104から送信されたエネルギーを受信するか、または捕捉し/結合するための電力受信素子118を含んでもよい。
【００２７】
1つの例示的実施形態では、トランスミッタ104およびレシーバ108は、相互共振関係に従って構成されてもよい。レシーバ108の共振周波数およびトランスミッタ104の共振周波数が実質的に同じであるか、または極めて近いとき、トランスミッタ104とレシーバ108との間の伝送損失が低減する。したがって、ワイヤレス電力伝達はより長い距離にわたって行われてもよい。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、種々の距離にわたる、様々な誘導電力送信および受信素子構成による電力伝達とを可能にする場合がある。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ワイヤレスフィールド105は、トランスミッタ104の「近距離場」に相当し得る。近距離場は、電力送信素子114から電力を最小限に抑えて放射する電力送信素子114内の電流および電荷から生じる強い反応場が存在する領域に相当し得る。近距離場は、電力送信素子114の約1波長(または、波長の数分の一)内に存在する領域に相当し得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬するのではなく、ワイヤレスフィールド105内のエネルギーの大部分を電力受信素子118に結合することによって発生する場合がある。
【００３０】
いくつかの実装形態では、トランスミッタ104は、電力送信素子114の共振周波数に相当する周波数を有する時変磁場(または電磁場)を出力してもよい。レシーバ108がワイヤレスフィールド105内にあるとき、時変磁場(または電磁場)は、電力受信素子118内に電流を誘導してもよい。上述のように、電力受信素子118が電力送信素子114の周波数で共振するように共振回路として構成される場合、エネルギーが効率的に伝達される場合がある。電力受信素子118において誘導された交流(AC)信号が、負荷を充電するか、または負荷に電力を供給するために供給される場合がある直流(DC)信号を生成するように整流されてもよい。
【００３１】
図2は、別の例示的実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、トランスミッタ204およびレシーバ208を含んでもよい。トランスミッタ204(本明細書では、電力伝達ユニット、PTUとも呼ばれる)は、発振器222と、ドライバ回路224と、フロントエンド回路226とを含み得る送信回路206を含んでよい。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整してもよい所望の周波数で信号を生成するように構成されてもよい。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給してもよい。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、たとえば、電力送信素子214の共振周波数において、電力送信素子214を駆動するように構成されてもよい。ドライバ回路224は、発振器222から方形波を受信し、正弦波を出力するように構成されたスイッチング増幅器であってもよい。
【００３２】
フロントエンド回路226は、高調波または他の望ましくない周波数をフィルタリングするように構成されたフィルタ回路を含んでもよい。フロントエンド回路226は、トランスミッタ204のインピーダンスを電力送信素子214のインピーダンスに整合させるように構成された整合回路を含んでもよい。以下により詳細に説明するように、フロントエンド回路226は、電力送信素子214を含む共振回路を作成するための同調回路を含んでもよい。電力送信素子214を駆動する結果として、電力送信素子214は、バッテリ236を充電するか、または他の方法で負荷に給電するのに十分なレベルで電力をワイヤレスに出力するためにワイヤレスフィールド205を生成する場合がある。
【００３３】
トランスミッタ204は、送信回路206の1つまたは複数の態様を制御するかまたは電力の伝達の管理に関連する他の動作を実現するように構成された送信回路206に動作可能に結合されたコントローラ240をさらに含んでもよい。コントローラ240は、マイクロコントローラであっても、あるいはプロセッサであってもよい。コントローラ240は、特定用途向け集積回路(ASIC)として実装されてもよい。コントローラ240は、直接的または間接的に、送電回路206の各構成要素に動作可能に接続されてもよい。コントローラ240は、送電回路206の構成要素の各々から情報を受信し、受信した情報に基づいて計算を実行するようにさらに構成されてもよい。コントローラ240は、その構成要素の動作を調整する場合がある構成要素の各々のための制御信号(たとえば、信号223)を生成するように構成されてもよい。したがって、コントローラ240は、それによって実行された演算の結果に基づいて、電力伝達を調整または管理するように構成されてもよい。トランスミッタ204は、たとえば、コントローラ240にワイヤレス電力伝達の管理に関係する機能などの特定の機能を実行させるための命令などのデータを記憶するように構成されたメモリ(図示せず)をさらに含んでもよい。
【００３４】
レシーバ208(本明細書では電力受信ユニット、PRUとも呼ぶ)は、フロントエンド回路232と整流器回路234とを含む場合がある受信回路210を含んでもよい。フロントエンド回路232は、受信回路210のインピーダンスを電力受信素子218のインピーダンスに整合させるように構成された整合回路を含んでもよい。以下において説明するように、フロントエンド回路232は、電力受信素子218を含む共振回路を作成するための同調回路をさらに含んでもよい。整流器回路234は、図2に示すように、AC電力入力からDC電力出力を生成し、バッテリ236を充電してもよい。レシーバ208およびトランスミッタ204はさらに、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラーなど)上で通信してもよい。レシーバ208およびトランスミッタ204は、代替的には、ワイヤレスフィールド205の特性を使用して帯域内シグナリングによって通信してもよい。
【００３５】
レシーバ208は、トランスミッタ204によって送信され、レシーバ208によって受信される電力量がバッテリ236を充電するのに適切であるかどうかを判定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、トランスミッタ204は、エネルギー伝達を可能にするための直接場結合係数(k)を有する主に非放射性の場を生成するように構成されてもよい。レシーバ208が、ワイヤレスフィールド205に直接結合してもよく、出力回路または受信回路210に結合されたバッテリ(または負荷)236によって蓄積または消費される出力電力を生成してもよい。
【００３６】
レシーバ208は、ワイヤレス電力レシーバ208の1つまたは複数の態様の管理に関して上記において説明したような送信コントローラ240と同様に構成されたコントローラ250をさらに含んでもよい。レシーバ208は、たとえば、コントローラ250にワイヤレス電力伝達の管理に関係する機能などの特定の機能を実行させるための命令などのデータを記憶するように構成されたメモリ(図示せず)をさらに含んでもよい。
【００３７】
上述のように、トランスミッタ204とレシーバ208は、ある距離だけ離されてもよく、トランスミッタ204とレシーバ208との間の伝送損失を最小限に抑えるように相互共振関係に従って構成されてもよい。
【００３８】
図3は、例示的実施形態による、図2の送信回路206または受信回路210の一部の概略図である。図3に示すように、送信または受信回路350は、電力送信または受信素子352と同調回路360とを含んでもよい。電力送信または受信素子352はまた、アンテナまたは「ループ」アンテナと呼ばれることがあり、あるいはアンテナまたは「ループ」アンテナとして構成される場合がある。「アンテナ」という用語は、一般に、別の「アンテナ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するか、または受信する場合がある構成要素を指す。電力送信または受信素子352はまた、本明細書では「磁気」アンテナ、または誘導コイル、共振器、もしくは共振器の一部と呼ばれることがあり、あるいは「磁気」アンテナ、または誘導コイル、共振器、もしくは共振器の一部として構成される場合がある。電力送信または受信素子352は、電力をワイヤレスに出力するか、または受信するように構成されるタイプのコイルまたは共振器と呼ばれることもある。本明細書で使用する電力送信または受信素子352は、電力をワイヤレスに出力し、かつ/または受信するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の一例である。電力送信または受信素子352は、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含んでもよい(この図に示さず)。
【００３９】
電力送信または受信素子352が同調回路360を含む共振回路または共振器として構成されるとき、電力送信または受信素子352の共振周波数は、インダクタンスおよびキャパシタンスに基づいてもよい。インダクタンスは、単に電力送信または受信素子352を形成するコイルまたはその他のインダクタによって生成されるインダクタンスであってもよい。キャパシタンス(たとえば、キャパシタ)は、所望の共振周波数における共振構造を作成するように同調回路360によって生成されてもよい。非限定的な例として、同調回路360はキャパシタ354を備えてもよく、共振回路を作成するように送信回路および/または受信回路350にキャパシタ356が付加されてもよい。
【００４０】
同調回路360は、電力送信または受信素子352を含む共振回路を形成するための他の構成要素を含んでもよい。別の非限定的な例として、同調回路360は、回路350の2つの端子間に並列に配置されたキャパシタ(図示せず)を含んでもよい。さらに他の設計も可能である。いくつかの実施形態では、フロントエンド回路226内の同調回路は、フロントエンド回路232内の同調回路と同じ設計(たとえば、360)を有してもよい。他の実施形態では、フロントエンド回路226は、フロントエンド回路232とは異なる同調回路設計を使用してもよい。
【００４１】
電力送信素子に関しては、信号358は、電力送信または受信素子352の共振周波数に実質的に相当する周波数を有し、電力送信または受信素子352への入力であってもよい。電力受信素子に関しては、信号358は、電力送信または受信素子352の共振周波数に実質的に相当する周波数を有し、電力送信または受信素子352からの出力であってもよい。本明細書で開示する態様は、概して共振ワイヤレス電力伝達を対象とする場合があるが、本明細書で開示する態様は、ワイヤレス電力伝達のための非共振実装形態内で使用されてもよいことは当業者に諒解されよう。
【００４２】
図2に示す電力送信素子214(たとえば、送信コイル)に注入される電流の正確な測定値は、環境内に放射する電磁(EM)放射の適切なレベルを維持するため、電力伝達特性を測定するためなどに使用されてもよい。いくつかのソリューションは、2つの直列キャパシタにわたる電圧低下を(たとえば、差動増幅器を使用して)測定することに基づいてもよく、1つのキャパシタは、送信コイルのコイルリード線の各々に接続される。このようにして電圧を直接測定することは、両方のコイルリード線は高電圧であるので、差動増幅器を備える差動電圧バッファ回路および増幅器回路の設計に関する技術的課題を生じる可能性がある。さらに、測定を行うためのこのプロセスは、直列キャパシタの背後の電力送信素子214にわたる電圧の測定、および次いで、低域フィルタに供給する電圧の高速スイッチングとともに直列キャパシタの後の電圧を測定することなどを必要として、複雑になる可能性がある。回路は、実装するために高コストの構成要素を必要とする場合があり、測定を行うプロセスは、電力送信素子214に注入され得るスイッチング雑音に起因するかなりの量の電磁干渉(EMI)を生じる可能性がある。
【００４３】
図4Aおよび図4Bを参照すると、議論は次に、負荷に注入される電流の測定を行うために使用され得る、本開示による電流センサの説明に変わる。図4Aは、通電導体42を介して負荷44に接続された電力増幅器40を含む回路網を示す。本開示による電流センサ402は、通電導体42内の電流の流れを感知し、通電導体42内の電流の流れを表す信号を生成するように構成されてもよい。
【００４４】
単に使用法事例を示すための例として、電流センサ402は、図2に示すワイヤレス電力伝達システム200内に組み込まれる場合がある。この例において、電力増幅器40は、トランスミッタ204内のドライバ回路224に対応してもよく、負荷44は、電力送信素子214(たとえば、送信コイル)に対応してもよい。電流センサ402は、電力送信素子214によって生成された磁場を介してレシーバ208(たとえば、PRU)に結合されている電力の量の変動の結果として、ワイヤレス電力伝達の間に電力送信素子214内の負荷変化を検出してもよい。たとえば、電力結合の変動は、PRUが引き出す電力の量、ワイヤレス電力伝達においてトランスミッタ204と関わるPRUの個数などから生じる場合がある。通電導体42は、ドライバ回路224から電力送信素子214に電流を供給する接続(たとえばワイヤ、図示せず)に対応してもよい。もちろん、本開示による電流センサ402が、他の回路内で使用するためにたやすく適合され得ることは諒解されよう。
【００４５】
電流センサ402は、通電導体42に接続の点を提供するために接続404および406を含むことができる。電流センサ402は、導体42内の電流の流れに応答して感知信号を出力するための出力408を含んでもよい。出力408は、たとえば、通電導体42内の電流の流れを表す、またはさもなければ示す出力信号Voutを生成するために、増幅器48など、感知信号から出力信号を生成するための手段に接続されてもよい。いくつかの実施態様において、増幅器48の出力は、通電導体42内の電流の流れを表す電流信号であってもよい。図4Aに示すものなど、他の実施形態では、増幅器48の出力は、通電導体42内の電流の流れを表す出力電圧Voutであってもよい。いくつかの実施形態では、増幅器48の出力は、電力増幅器40を出る電流の流れを制御するためのフィードバック信号として使用されてもよい。他の実施形態において、増幅器48の出力は、システムの動作条件を監視するのに使用され得る。たとえば、図2内に示されたワイヤレス電力伝達システム200の文脈における、いくつかの実施形態において、電流センサ402は、過負荷条件を検出するのに使用され得る。他の実施形態では、電流センサ402は、トランスミッタ204の充電表面上のPRUの配置などを検出するのに使用されてもよい。
【００４６】
図4A内の電力増幅器40は、シングルエンド出力の例を表す。図4Bを参照すると、いくつかの実施形態では、電力増幅器40aは、2つの通電導体42aおよび42bを使用して電力を提供するように構成された差動出力を有してもよい。したがって、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ412は、複数の通電導体(たとえば、42a、42b)に対する電流感知を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態において、たとえば、電流センサ412は、通電導体42aおよび42bに接続の点を提供するために接続404a、404b、406a、および406bを含むことができる。
【００４７】
図5Aは、本開示によって構成された電流センサ402を示す。電流センサ402は、回路基板502上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、回路基板502は、ワイヤレス電力伝達システム(たとえば、図2)の電力送信ユニット(たとえば、図2のトランスミッタ204)内の電子構成要素であってもよい。電流センサ402は、回路基板502上でサポートされる導体542に隣接または近接して配置されてもよく、またはさもなければ設置されてもよい。いくつかの実施形態では、導体542は、回路基板502に貼付されたワイヤであってもよい。他の実施形態では、導体542は、回路基板502上に形成されたトレースなどであってもよい。
【００４８】
導体542は、ワイヤレス電力伝達システムの送信コイル544に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、電流センサ402は、電力源(たとえば、図4Aの電力増幅器40)のハイサイドにおいて導体542に隣接して配置されてもよい。たとえば、導体542は、電力源の出力と送信コイル544との間に接続されてもよい。他の実施形態では、電流センサ402は、導体542のローサイドにおいて設置されてもよい。たとえば、導体542は、送信コイル544と接地との間に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、導体542内の電圧は数十ボルトであり得るので、電流センサ402を導体542のローサイドに設置することで、電圧を2桁から3桁引き下げることができ、したがって電流センサ402内に誘導される電圧が低減される。
【００４９】
本開示によれば、電流センサ402は、ワイヤレス電力伝達動作の間に送信コイル544によって生成され得る磁場546に対して、磁力線が電流センサ402の最小断面積を横切るように配向されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、電流センサ402は、磁場546のいくつかの磁力線(磁束)に平行な平面内に配向されてもよい。図5Aに示す特定の実施形態では、たとえば、送信コイル544は、回路基板502と同じ平面内に配向される。したがって、磁場542は送信コイル544に対して垂直であるので、電流センサ402は、回路基板502に対して垂直に配置される。他の実施形態では、送信コイル544は、回路基板502に対して直角でない角度にあってもよい。したがって、電流センサ402は、送信コイル544からの磁場546の磁力線に平行な平面内に配向されるように、適切な角度で回路基板502に取り付けられる。
【００５０】
図5Bの平面図および図5Cの上面図は、さらに、本開示による電流センサ402と磁場546との間の相対配向を示す。XYZ座標が、基準を設定するために使用される。いくつかの実施形態では、たとえば一般性を失わずに、回路基板502および送信コイル544がXY平面内にある。したがって、電流センサ402は、XZ平面内に配向される。図5Bの平面は、XZ平面にある磁場546のいくつかの磁力線546aを示し、電流センサ402の配向もまた、それらの磁力線546aに平行な平面内にある。磁力線546aに対する電流センサ402の配向は、図5Cに示す上面図にさらに示されている。
【００５１】
図6は、本開示による電流センサ402の詳細を、文脈のために図4Aに示すいくつかの回路要素とともに示す。差し込み図は、図の線A-Aに沿って取られた図を表す。導体542は、電源(たとえば、図4Aの電力増幅器40)を送信コイル544に接続し得る。差し込み図で見られるように、導体542および電流センサ402は、上記で説明したように回路基板502上に配置されてもよい。図5Aで設定されたXYZ座標の基準は、回路基板502上の電流センサ402および導体542の相対配向を示す。
【００５２】
いくつかの実施形態では、電流センサ402は、たとえば基板632によって画定される平面上に配置された感知素子604を備えてもよい。感知素子604は、導電性材料のコイル612(またはループ)を備えてもよい。基板632は、プリント回路基板(PCB)であってもよい。コイル612は、基板632上に形成されたトレースまたは複数のトレースセグメントであってもよい。コイル612に使用される導電性材料は、銅または任意の適切な導電性材料であってもよい。導電性材料は、いくつかの既知の技法のいずれかを使用して基板632上に形成されてもよく、またはさもなければ置かれてもよい。
【００５３】
図6は、基板632の第1の面上に形成されたコイル612を示す。いくつかの実施形態では、コイル612は、1つまたは複数の巻きを有してもよい。コイル612の外端612bは、基板632上の導電性パッドBにおいて終端してもよい。コイル612の内端612aは、基板632を通って形成されたビア614および618と、ビア614をビア618に接続する、基板632の第2の面上に形成されたトレース616とを含むリターンパスによって基板632上の導電性パッドAにおいて終端してもよい。トレースは、ビア618をパッドAに接続してもよい。増幅器(たとえば、図4Aの48)は、パッドA、Bに接続されてもよい。
【００５４】
本開示によれば、電流センサ402は、たとえば導体542の近くに設置されている電流センサ402によって、感知素子604におよび導体542に隣接して配置された容量性シールド622をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、容量性シールド622は、基板632上に形成された導電性トレース(リード線)を備えてもよい。容量性シールド622の一端622aは、「自由」または他の形で接続されないものとすることができる。容量性シールド622の別の端622bは、トレース624を介して導電性パッドCに電気的に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、パッドCは、接地電位に接続されてもよい。他の実施形態において、パッドBおよびパッドCは、共通の電圧基準に接続され得る。本開示のこの態様について、以下に論じる。
【００５５】
図5Aおよび図6に関連する動作において、AC駆動電流が送信コイル544を駆動するために供給されると、導体542を通る電流の流れが、電流センサ402に近い導体542内の第1のロケーションにおいて磁場548を生成することができる(図6の差し込み図)。Y-Z平面内にある磁場548は、全体的に、X-Z平面内にある磁場546(たとえば、図5B)に直交する。電流センサ402の感知素子604構成要素は、磁場548に結合するための手段の役割を果たすことができ、磁場548は、感知素子604内に誘導された電流の流れ(感知信号)をもたらすことができる。感知素子604内に生成された感知信号は、端部612a、612bにおいて供給され、増幅器48によって増幅されて、導体542を通って流れる電流の量を示す出力信号Voutを生成することができる。
【００５６】
上記で説明したように、電流センサ402は、電流を搬送する導体542と感知素子604を備えるコイル612(測定ループ)との間の磁気結合に基づく。したがって、導体542と感知素子604との間の結合の増加は、感知信号の信号対雑音比(SNR)を改善することができる。しかしながら、同時に、感知素子604と磁場の任意の他の源との間の磁気結合の縮退は、感知信号における不正確さを回避するために好ましい場合がある。
【００５７】
いくつかの実施形態では、送信コイル544は、電流センサ542を担持する回路基板502に物理的に近接する場合がある。結果として、電流センサ402は、たとえばワイヤレス電力伝達動作の間に送信コイル544によって生成された磁場546にさらされ得る。一方では、そのように外部で生成される磁場546は電流に比例するので、電流センサ402の感知素子604内で得られた誘導電流の流れ(感知信号)は、SNRを改善する場合がある。他方では、送信コイル544によって生成される磁場546は、磁場の近傍にある電力受信デバイスおよび他のデバイスによって影響を及ぼされ得る。したがって、磁場546内のそのような変動は、電流センサ402に対するエラーの源となり得る。エラーは、磁場546が(たとえば、レシーバ側において変化する負荷条件に起因して)変化するが、導体542内を流れる電流が一定である場合に顕著になり得る。言い換えれば、磁場546内の変動は、たとえ導体542内の電流の流れが一定である場合でも、出力信号Vout内の変動を生成することができる。電流センサ402は、磁場546を調整するためまたは磁場546内の異物を検出するためにフィードバックを提供するのに使用されてもよいので、磁場546が感知信号と干渉しないことを保証することが有益である場合がある。
【００５８】
本開示によれば、たとえば図5A〜図5Cに示すように、磁場546の磁気シールドは、送信コイル544によって生成される磁束に平行に感知素子604を配向することによって達成され得る。いくつかの実装形態では、たとえば、回路基板502は送信コイル544と同じ平面内にある。したがって、そのような実装形態における感知素子604は、回路基板502に対して垂直に配向される。
【００５９】
本開示によって感知素子604を送信コイル544に対して配向することは、磁場546の磁力線によって横切られる感知素子604の断面積を最小にすることができる。横切られる断面積を最小にすることで、送信コイル544によって生成される磁場546の誘導電流の影響、したがって磁場546内の変動が感知素子604内の感知信号に及ぼす影響の最小化がもたらされる。
【００６０】
さらに図5Aおよび図6を参照すると、上記で説明したように、電流が導体542を通って流れるとき、磁場548(図6の差し込み図参照)が、導体542から生じる場合がある。導体542の近傍にある感知素子604は、磁場548に磁気結合する場合がある。感知素子604および導体542の近傍のエリアは、感知エリアと呼ばれる場合がある。磁場548への磁気結合に起因する電圧が、感知素子604内で誘導される場合がある。誘導電圧は、導体542内を流れる電流を表す出力電圧Voutを生成するために、増幅器48によって増幅されてもよい。
【００６１】
導体542が感知素子604に近接することで、キャパシタが発生し得る。送信コイル544が高周波数において高電圧によって駆動される場合、導体542と感知素子604との間の容量結合は、たとえキャパシタンスが小さくても顕著になる場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、送信コイル544は、数十ボルト程度の6.78MHzの信号によって駆動される場合がある。結果として、導体542の電圧電位に起因して生成された電場の感知素子604に対する容量結合は顕著になり得る。感知素子604に結合され得るエネルギーは、生成された出力電圧Voutの誤差を引き起こす可能性がある。
【００６２】
本開示によれば、導体542と感知素子604との間の容量性シールド622は、電場分離を提供することができる。容量性シールド622は、電場を接地電位に容量結合すること、したがって導体542によって生成される電場の影響から出力電圧Voutをシールドすることによって電場を感知素子604から分離することができる。
【００６３】
図6Aは、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ402'を示す。いくつかの実施形態では、電流センサ402'は、第1の平面(たとえば、基板632-1によって画定される)上に配置された導電性材料の第1のコイル(またはループ)612-1と、第2の平面(たとえば、基板632-2によって画定される)上に配置された導電性材料の第2のコイル612-2とを備える感知素子604を備える場合がある。
【００６４】
いくつかの実施形態では、基板632-1、632-2は、多層PCB632'内の層であってもよい。コイル612-1、612-2は、PCB632'のそれぞれの層上に形成されたトレースであってもよい。コイル612-1、612-2を形成するのに使用される導電性材料は、銅または任意の適切な材料であってもよい。トレースは、複数の既知の技法のいずれかを使用して基板632-1、632-2上に形成されてもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態では、コイル612-1、612-2は、たとえば図6Aに示すように直列に接続されてもよい。コイル612-1の外端612-1bは、基板632-1上の導電性パッドBにおいて終端してもよい。ビア614bは、基板632-1上のコイル612-1の内端612-1aを基板632-2上のコイル612-2の内端612-2aに接続する役割を果たしてもよい。ビア614cは、基板632-2上のコイル612-2の外端612-2bを基板632-1上の導電性パッドAに接続してもよい。
【００６６】
本開示によれば、電流センサ402'は、電流センサ402'が導体542に近接して配置されていることによって、感知素子604のコイル612-1と導体542の両方に隣接して配置された第1の容量性シールド622-1と、感知素子604のコイル612-2および導体542に隣接して配置された第2の容量性シールド622-2とをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1の容量性シールド622-1は、基板632-1上に形成された導電性トレース(リード線)を備えてもよく、同様に、第2の容量性シールド622-2は、基板632-2上に形成された導電性トレース(リード線)を備えてもよい。
【００６７】
本開示によれば、容量性シールド622-1、622-2は、各容量性シールドが自由端および接地端を有するように一緒に接続されてもよく、その結果、容量性シールドは閉ループを形成しなくなる。図6Aは、たとえばいくつかの実施形態による接続構成を示す。容量性シールド622-1の一端622-1aは、「自由」または他の形で接続されないものとすることができる。容量性シールド622-1の別の端622-1bは、たとえばトレース624を介して導電性パッドCに接続することができる。同様に、容量性シールド622-2の一端622-2aは、「自由」または他の形で接続されないものとすることができる。容量性シールド622-2の別の端622-2bは、導電性パッドCに接続することができ、たとえば、ビア614aが、端622-2bを端622-1aに接続することができる。いくつかの実施形態において、パッドCは、接地電位に接続され得る。他の実施形態において、パッドBおよびパッドCは、共通の電圧基準に接続され得る。
【００６８】
図6Bは、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ402''を示す。図6Bに示す構成において、容量性シールド622-1、622-2は、連続するトレースを形成するために、エンドツーエンドの形において接続されてもよい。たとえば、容量性シールド622-2の一端622-2bは、自由端とすることができる。容量性シールド622-2の他端622-2aは、たとえばビア614aを使用して、容量性シールド622-1の一端622-1aに接続することができる。容量性シールド622-1の他端622-1bは、たとえばトレース624を使用して、パッドCに接続することができる。当業者は、本開示によるさらなる他の接続構成が可能である可能性があることを諒解するであろう。
【００６９】
本開示によれば、図6Aまたは図6Bの感知素子604は、コイル612-1、612-2に加えて、多層PCB632'のそれぞれの追加の層上に設けられたコイルを備えてもよいことが、当業者には諒解されよう。いくつかの実施形態では、たとえば、PCB632'は、各層に1コイルづつN個のコイルを備える、感知素子604を支持するN層PCBであってもよい。各追加のコイルに付随するものは、同一層上のコイルに隣接して配置された(たとえば、コイルと同一平面の)容量性シールド(トレースリード線)であってもよい。
【００７０】
図7は、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ702を示す。いくつかの実施形態では、回路基板502上に配置された電流センサ702は、導体542内を流れる電流を感知するための二重構造を有してもよい。電流センサ702は、第1のセンサ構成要素702aと、第1のセンサ構成要素702aから離間された第2のセンサ構成要素702bとを備えてもよい。電流センサ702は、第1のセンサ構成要素702aが導体542の一方の側にあり、第2のセンサ構成要素702bが、第1のセンサ構成要素702aに対向して導体542の他方の側にあるように、導体542をまたいでもよい。第1のセンサ構成要素702a内の感知素子(たとえば、図6の604)は、第2のセンサ構成要素702b内の感知素子を備えるコイルの巻き線と同じ、時計回りまたは反時計回りのいずれかの方向に巻かれているコイル(たとえば、図6の612)を備えてもよい。第1および第2のセンサ構成要素702a、702b内のそれぞれのコイルは、それぞれのコイル内の電流の流れを合計するために一緒に接続されてもよい。この二重構造は、図6に示す単一の構造の電流センサ402と比較して増加した電流感知感度を提供することができる。
【００７１】
図8は、本開示による、第2の信号をフィルタ処理するための手段800を示す。最初に図6Aを少しの間参照すると、導体542内の電流の流れを測定することは、感知素子612内に誘導された感知信号の波形の二乗平均平方根(RMS)を決定することを伴う場合がある。RMSは、感知信号におけるピークを測定することおよびゼロ交差を検出することによって位相角を決定することによって決定されてもよい。しかしながら、この手法は、感知信号の波形はいかなる高調波も有してはならないという制約を有する。
【００７２】
高調波の源は、導体542内に電流を供給する電力増幅器(たとえば、図4Aの40)内で生じ得る。いくつかの実装形態では、電力増幅器は非線形増幅器であってもよい。たとえば、ワイヤレス電力システムの高電力出力要件およびコストの制約が、非線形設計を決定づける場合がある。非線形電力増幅器によって生成される電流および電圧は、一般的に、かなりの高調波成分を有する。
【００７３】
本開示によれば、電流測定値に対して、電流センサ402の出力408においてより高いおよびより低い高調波をフィルタで除去するために、バンドパスフィルタが感知信号に対して使用されてもよい。図8は、本開示のいくつかの実施形態による、感知信号をフィルタ処理するための手段800を示す。上記で説明したように、感知素子604(図6)は、導電性材料のコイル612(またはループ)を備える。それゆえ、コイル612はインダクタンスLを有する。コイル612は、抵抗器RとキャパシタCとを使用してバンドパスフィルタ800を生成するために使用され得る。たとえば、抵抗器Rは、電流センサ402上のパッドA(図6)と増幅器48への入力との間に接続されてもよい。キャパシタCは、パッドBと増幅器48への別の入力との間に接続されてもよい。Cの値は、コイル612のインダクタンスLおよび電源の動作周波数に基づいて決定されてもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、動作周波数は、ワイヤレス電力伝達システム内の送信コイル544の共振周波数であってもよい。抵抗器Rは、実際の成分値に対する感度を低減させるために、バンドパスフィルタ800を離調するためおよびバンドパス周波数を広げるために追加され得る小抵抗器であってもよい。
【００７４】
電圧測定のために、容量性分圧器(図示せず)が使用されてもよい。所望の高調波除去を達成するために、たとえば、7次の4段バターワースフィルタ(図示せず)が使用されてもよい。任意の適切なバンドパスフィルタ設計が使用されてもよいことが諒解されよう。
【００７５】
図9は、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ902を示す。いくつかの実施形態では、電流センサ902は、たとえば基板932によって画定される平面上に配置された感知素子904を備えてもよい。感知素子904は、導電性材料の第1のコイル912-1と導電性材料の第2のコイル912-2とを備えてもよい。第1および第2のコイル912-1、912-2は、直列に接続されてもよい。たとえば、ビアが、第1および第2のコイル912-1、912-2を直列に接続するために基板932の対向する表面上のトレースをルーティングするのに使用され得る。
【００７６】
いくつかの実施形態では、感知素子904を備える第1および第2のコイル912-1、912-2は、基板932上で実質的に同一平面にあり、かつ互いに対向する関係にあってもよい。本開示によれば、感知素子904は、コイル912-1、912-2と磁力線との間の交差の面積を最小化するために、送信コイル544によって生成される磁場の磁力線に対して配向されてもよい。いくつかの実施形態では、たとえば、電流センサ904は、送信コイル544によって生成される磁場の磁力線に平行な平面内に配向されてもよい。
【００７７】
電力源(たとえば、図4Aの電力増幅器40)から送信コイル544に駆動電流を供給する導体542は、基板932の表面に沿って進むセグメント542-1を有してもよい。導体セグメント542-1は、コイル912-1、912-2の間を進んでもよい。電流が導体542およびしたがって導体セグメント542-1を通って(たとえば、ワイヤレス電力伝達の間に)流れるとき、磁場が生成され得る。磁場は、次に、両コイル912-1、912-2の中に電流の流れを誘導し、次いでその電流が(たとえば、増幅器48を使用して)増幅されて、導体542内の電流の流れを示す出力信号を生成することができる。
【００７８】
本開示によれば、電流センサ902は、第1のコイル912-1と導体セグメント542-1の両方に隣接して配置された第1の容量性シールド922-1と、第2のコイル912-2と導体セグメント542-1の両方に隣接して配置された第2の容量性シールド922-2とをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、第1および第2の容量性シールド922-1、922-2は、基板932上に形成された導電トレース(リード線)を備えてもよい。それぞれの第1および第2の容量性シールド922-1、922-2の一端は、「自由」または他の形で接続されないものとすることができる。それぞれの第1および第2の容量性シールド922-1、922-2の別の端は、共通の点(たとえば、接地)に接続され得る。
【００７９】
図9Aは、本開示のいくつかの実施形態による電流センサ902'を示す。電流センサ902'は、2つの導体542a、542b内を流れる電流を感知するのに使用され得る。たとえば、電流センサ902'は、差動増幅器の導体内の電流の流れを感知するのに使用されてもよい。たとえば図4Bに示す構成を参照されたい。感知素子904'は、第1、第2、および第3のコイル912-1、912-2、および912-3を備えてもよい。導体542a、542bは、基板932上を進むそれぞれのセグメント542a-1、542b-1を有してもよい。たとえば、導体セグメント542a-1は、コイル912-1と912-2との間を進んでもよく、導体セグメント542b-1は、912-2と912-3との間を進んでもよい。電流センサ902'は、導体セグメント542a-1から発し得る電場からコイル912-1、912-2をシールドするように構成された容量性シールド922-1、922-2を含んでもよい。電流センサ902'は、導体セグメント542b-1から発し得る電場からコイル912-2、912-3をシールドするように構成された容量性シールド922-3、922-4をさらに含んでもよい。
【００８０】
本開示によれば、単一導体電流センサ(たとえば、図5内の402)が、差動電力増幅器とともに使用され得る。差動電力増幅器は、たとえば、送信コイルを駆動するためにワイヤレス電力送信回路網内で一体化され得る。図10Aおよび図10Bは、差動電力増幅器構成の例示的実施形態を概略的に示す。図10Aは、たとえば、負荷1004、1006に接続された差動電力増幅器1002を示す。電流センサ1000a、1000bは、それぞれの導体内の電流の流れを感知するために、導体1042a、1042bに沿って配置され得る。電流センサ1000a、1000bは、増幅器(たとえば、図4Bの48)に接続され得る単一の出力(たとえば、図4Bの408)を生成するために一緒に直列に接続され得る。図6を参照すると、たとえば、電流センサ1000aのパッドBは、電流センサ1000bのパッドAに接続され得る。電流センサ1000aのパッドAおよび電流センサ1000bのパッドBは、増幅器(たとえば、48)への入力とすることができる。
【００８１】
図10Bは、電流センサ1000a、1000bによって感知される導体1042a、1042bがそれぞれの負荷1004、1006からの接地経路に沿って配置され得る構成を示す。電流センサ1000a、1000bは、直列に接続され得る。図10B内に示された構成は、導体1042a、1042b内の線間電圧が接地電位に近いので、いくつかの応用例において有利である可能性がある。
【００８２】
図10Cは、差動増幅器1002の導体1042a、1042b内の電流の流れを感知するための、たとえば図9A内に示されたものなどの二重導体単一電流センサ1000cの構成を示す。図10C内に示された構成は、接地経路に沿った導体1042a、1042bを示す。しかしながら、他の実施形態において、電流センサ1000cによって感知される導体1042a、1042bは、差動電力増幅器1002の出力にあるものとすることができる。
【００８３】
さらなる他の実施形態において、3つ以上の電流センサが使用され得る。たとえば、図10B内に示された2つの単一導体電流センサ1000a、1000bの構成は、直列の形において図10C内に示された二重導体電流センサ1000cに結合され得る。図10Dは、そのような構成の例を示す。
【００８４】
電流センサは、たとえば電力制御のためのフィードバックを提供するために、ワイヤレス電力回路網内で使用され得る。電流センサは、失われた電力の判定に特に有用である可能性がある。たとえば、電流センサは、レシーバが何を受信しているのかに基づいて失われた電力の量を判定するために、またはパッド上の電力を消費する物体の存在を検出するために、送信される電力の量を検出するのに使用され得る。
【００８５】
本開示による電流センサは、感知されている電流の流れと直接には相互作用しない。したがって、電流センサは、電流を供給する電力増幅器内のアンバランスをもたらさない。さらに、本開示による電流センサは、電力増幅器の出力から分離された出力電圧を提供することができる。
【００８６】
本開示による電流センサはスイッチング回路を使用せず、それゆえスイッチング回路の使用に一般的に関連付けられるEMIを放出しない。
【００８７】
本開示による電流センサは、電流とは90°位相がずれている電圧波形を作成することができ、したがって、電流の流れの有用な位相角測定値を提供することができる。さらに、この波形のゼロクロッシングは、位相角の正確な測定を提供するために、電力増幅器出力電圧のゼロクロッシングと比較され得る。この位相角は、負荷電力測定値とインピーダンス測定値との両方に使用され得る。
【００８８】
上記の説明は、特定の実施形態の態様がどのように実装される場合があるかの例とともに、本開示の様々な実施形態を示す。上記の例は、それらの実施形態しかないと見なされるべきでなく、以下の特許請求の範囲によって規定される特定の実施形態の柔軟性および利点を示すために提示されている。上記の開示および以下の特許請求の範囲に基づいて、特許請求の範囲によって規定される本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および均等物が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
40  電力増幅器
40a  電力増幅器
42  通電導体
42a  通電導体
42b  通電導体
44  負荷
48  増幅器
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  トランスミッタ
105  ワイヤレスフィールド
108  レシーバ
110  出力電力
112  距離
114  電力送信素子
118  電力受信素子
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  トランスミッタ
205  ワイヤレスフィールド
206  送信回路
208  レシーバ
210  受信回路
214  電力送信素子
218  電力受信素子
219  通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
225  入力電圧信号(VD)
226  フロントエンド回路
232  フロントエンド回路
234  整流器回路
236  バッテリ
240  コントローラ
250  コントローラ
350  送信または受信回路
352  電力送信または受信素子
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
360  同調回路
402  電流センサ
402'  電流センサ
402''  電流センサ
404  接続
404a  接続
404b  接続
406  接続
406a  接続
406b  接続
408  出力
412  電流センサ
502  回路基板
542  導体
542-1  導体セグメント
542a  導体
542a-1  導体セグメント
542b  導体
542b-1  導体セグメント
544  送信コイル
546  磁場
546a  磁力線
548  磁場
604  感知素子
612  コイル
612-1  導電性材料の第1のコイル
612-1a  コイルの内端
612-1b  コイルの外端
612-2  導電性材料の第2のコイル
612-2a  コイルの内端
612-2b  コイルの外端
612a  コイルの内端
612b  コイルの外端
614  ビア
614a  ビア
614b  ビア
614c  ビア
616  トレース
618  ビア
622  容量性シールド
622-1  第1の容量性シールド
622-1a  容量性シールドの一端
622-1b  容量性シールドの別の端
622-2  第2の容量性シールド
622-2a  容量性シールドの一端
622-2b  容量性シールドの別の端
622a  容量性シールドの一端
622b  容量性シールドの別の端
624  トレース
632  基盤
632'  多層PCB
632-1  基板
632-2  基板
702  電流センサ
702a  第1のセンサ構成要素
702b  第2のセンサ構成要素
800  フィルタ処理するための手段
902  電流センサ
902'  電流センサ
904  感知素子
904'  感知素子
912-1  第1のコイル
912-2  第2のコイル
912-3  第3のコイル
922-1  第1の容量性シールド
922-2  第2の容量性シールド
922-3  容量性シールド
922-4  容量性シールド
932  基板
1000a  電流センサ
1000b  電流センサ
1000c  電流センサ
1002  差動増幅器
1004  負荷
1006  負荷
1042a  導体
1042b  導体
【図１】
2018534543.tif 000003
【図２】
2018534543.tif 000004
【図３】
2018534543.tif 000005
【図４Ａ】
2018534543.tif 000006
【図４Ｂ】
2018534543.tif 000007
【図５Ａ】
2018534543.tif 000008
【図５Ｂ】
2018534543.tif 000009
【図５Ｃ】
2018534543.tif 000010
【図６】
2018534543.tif 000011
【図６Ａ】
2018534543.tif 000012
【図６Ｂ】
2018534543.tif 000013
【図７】
2018534543.tif 000014
【図８】
2018534543.tif 000015
【図９】
2018534543.tif 000016
【図９Ａ】
2018534543.tif 000017
【図１０Ａ】
2018534543.tif 000018
【図１０Ｂ】
2018534543.tif 000019
【図１０Ｃ】
2018534543.tif 000020
【図１０Ｄ】
2018534543.tif 000021
【国際調査報告】
2018534543.tif 000022
2018534543.tif 000023
2018534543.tif 000024