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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-05
(54)【発明の名称】無線充電パッドの異物検出
(51)【国際特許分類】
H02J 50/60 20160101AFI20241128BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20241128BHJP
H01F 38/14 20060101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H02J50/60
H02J50/12
H01F38/14
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024529231
(86)(22)【出願日】2022-11-16
(85)【翻訳文提出日】2024-07-12
(86)【国際出願番号】 IB2022061045
(87)【国際公開番号】W WO2023089504
(87)【国際公開日】2023-05-25
(31)【優先権主張番号】782411
(32)【優先日】2021-11-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NZ
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507061041
【氏名又は名称】オークランド・ユニサーヴィシズ・リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】グラント・アンソニー・コヴィック
(72)【発明者】
【氏名】ドゥリーパ・ジャヤナス・スリマウィサナ
(72)【発明者】
【氏名】ヴァヒド・ザヒリ・バルサリ
(57)【要約】
無線電力伝送パッドは、少なくとも１つの電力伝送コイルと、複数の異物検出コイルとを有する。各異物検出コイルは、隣接する検出コイルから分離されており、また電力伝送コイルからも分離されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの電力伝送コイルと複数の異物検出コイルとを含み、前記各異物検出コイルは隣接する検出コイルから分離され、かつ電力伝送コイルから分離されている、無線電力伝送パッド。
【請求項2】
前記検出コイルは、前記パッド上の異物の位置を検出するように構成されている、請求項１に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項3】
前記異物の存在に応答して前記検出コイルの電圧又はインピーダンスの変化を検出するように構成された検出回路をさらに含む、請求項１又は２に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項4】
前記各検出コイルは、同調回路を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項5】
前記検出コイルは、前記電力伝送コイルの動作周波数とは異なる周波数に同調されている、請求項４に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項6】
複数の前記検出コイルは直列に接続される、請求項１～５のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項7】
コンバータは前記直列接続された検出コイルを駆動する、請求項６に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項8】
前記コンバータは、前記検出コイルに連続的または周期的に通電するように構成される、請求項７に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項9】
前記コンバータは、２つのスイッチのみを有するプッシュプルコンバータを含む、請求項７又は８に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項10】
複数の前記検出コイルは１行に直列接続されている、請求項６～９のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項11】
複数の行は設けられてグリッドを形成する、請求項９に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項12】
少なくとも１つのセンスコイルが、前記各検出コイルに結合される、請求項３～１１のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項13】
前記検出回路は、前記センスコイルに接続されている、請求項１２に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項14】
前記センスコイルは、行または列にグループ化される、請求項１３記載の無線電力伝送パッド。
【請求項15】
前記各検出コイルは、第１センスコイル及び第２センスコイルに結合され、前記第１センスコイルは行にグループ化され、前記第２センスコイルは列にグループ化されている、請求項１４に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項16】
複数の電力伝送コイルをさらに含み、前記電力伝送コイルは、互いに、また隣接する前記検出コイルから分離されるように構成されている、請求項１～１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項17】
１つまたは複数の前記検出コイルによって受信されたデータを検出するための通信回路をさらに含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の無線電力伝送パッド。
【請求項18】
無線電力伝送パッドの電力伝送面上またはその近傍にある物体を検出する方法であって、複数の分離された同調異物検出コイルに通電するステップと、前記パッドの無線電力伝送面上またはその近傍への前記物体の配置に応答して、前記異物検出コイルの少なくとも１つのインピーダンスまたは電圧のいずれかの変化を検出するステップと、を含む、方法。
【請求項19】
前記検出コイルは複数行設けられ、各行の検出コイルは直列に接続され、前記各行に順次通電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】
前記行は、列を有するグリッドを形成するように配置され、各行及び各列を監視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21】
各行および列を監視して電圧の変化を検出するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項22】
前記電圧の変化を閾値と比較するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記検出コイルを同調し、前記電力伝送パッドの動作周波数とは異なる周波数で同調された前記検出コイルに通電するステップをさらに含む、請求項１８～２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項24】
前記検出コイルの１つまたは複数を監視してデータを検出するステップをさらに含む、請求項１８～２３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線電力システムや誘導電力システムと併用する異物検出システムを含む、無線電力伝送検出システムに関する。
【背景技術】
【0002】
無線電力伝送は、従来の物理コネクタや電気配線に代わる便利で堅牢な代替手段を提供する。無線電力伝送の用途としては、ポータブル民生機器（時計や携帯電話など）の充電、可動接合部を越える産業用センサーやアクチュエーターへの電力の供給、組織バリアを越える埋め込み型医療機器の充電、車両（ＥＶ）のための電気機器の充電および電力伝送システムなどが挙げられる。
【0003】
無線電力システムは、一次または送信装置（多くの場合、一次パッドまたは二次パッドと呼ばれる）を使用して動作し、電力を必要とするデバイスの一部であるか、またはそのデバイス、たとえばＥＶや携帯電話などに取り付けられている二次または受信装置と結合するために磁場を発生させる。
【0004】
適切な受信機が存在しないときに送信機が磁場を提供する場合、その磁場は望ましくない影響を引き起こす可能性がある。例えば、金属物体等の異物が存在すると、その物体内に渦電流が誘起される可能性がある。このような状況は、トランスミッタが不適切な負荷に電力を供給することになるため非効率的であり、高電力システムでは火災や安全上のリスクにつながる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一態様では、少なくとも１つの電力伝送コイルおよび複数の検出コイルを含み、各検出コイルは隣接する検出コイルから分離され、電力伝送コイルから分離されている無線電力伝送パッドが開示される。
【0006】
いくつかの実施形態では、複数の電力伝送コイルが設けられ、電力伝送コイル及び検出コイルは、各検出コイルがその隣接する検出コイルから分離され、各検出コイルがその隣接する電力伝送コイルから分離され、各電力伝送コイルがその隣接する電力伝送コイル又はコイルから分離されるように構成される。
【0007】
いくつかの実施形態では、複数の検出コイルは、その電力伝送コイル内または各電力伝送コイル内に入れ子にされる。
【0008】
いくつかの実施形態では、検出コイルおよび電力伝送コイルは、１つまたは複数の層に設けられる。いくつかの実施形態では、電力伝送コイル上の検出コイルは、別個の層に設けられる。いくつかの実施形態では、電力伝送コイルと検出コイルは交互に配置される。
【0009】
いくつかの実施形態では、検出コイルは、コイルのアレイを含む。アレイは、層として設けられてもよい。層は平坦であってもよい。
【0010】
いくつかの実施形態では、隣接するコイルの分離は、コイルを重ね合わせることにより達成されてもよい。
【0011】
いくつかの実施形態では、無線電力伝送パッドは、送信パッドを含む。いくつかの実施形態では、無線電力伝送パッドは、受信パッドを含む。
【0012】
いくつかの実施形態では、検出コイルおよび電力伝送コイルまたはコイルは、正多角形を含む。いくつかの実施形態では、多角形は、正多角形または長方形を含む。他の実施形態では、多角形は六角形を含む。いくつかの実施形態では、検出コイルの形状は、電力伝送コイルまたはコイルの形状と同様である。他の実施形態では、検出コイルの形状は、電力伝送コイルまたはコイルの形状と異なる。
【0013】
いくつかの実施形態では、検出コイルおよび電力伝送コイルまたはコイルは、円形または丸みを帯びたもの、または楕円形などの他の形状を含む。いくつかの実施形態では、４つの重なり合った分離検出コイルは、その電力伝送コイルまたは各電力伝送コイルと併せて使用されてもよい。いくつかの実施形態では、３つの重なり合った分離検出コイルは、その電力伝送コイルまたは各電力伝送コイルと併せて使用されてもよい。
【0014】
いくつかの実施形態では、電力伝送コイルは象限に配置され、検出コイルは各電力伝送コイルの象限に関連付けられたサブ象限に配置される。
【0015】
各検出コイルに関連付けられたパラメータの変化は、無線電力伝送パッド上に置かれた物体に応答して検出されてもよい。いくつかの実施形態では、パラメータは、検出コイルの電圧である。
【0016】
いくつかの実施形態では、検出回路は、各検出コイルに関連付けられている。検出回路は、電圧の変化、あるいは、ピーク正電圧またはピーク負電圧を検出するように構成されている。検出回路は、検出された電圧を閾値と比較してもよい。検出された電圧が閾値を超えた場合、検出回路は出力を提供してもよい。
【0017】
検出回路の出力は、無線電力伝送パッド上に異物等の物体が存在するか否かを判定するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、検出回路の出力を使用して、受信機またはピックアップが無線電力伝送パッド上にあるかどうかを判定してもよい。いくつかの実施形態では、検出回路の出力を使用して、異物を含む物体の無線電力伝送パッド上の位置を決定してもよい。
【0018】
いくつかの実施形態では、検出コイルは、行に、列に、または行と列に配置されてもよい。検出コイルは行ごとまたは列ごとに選択的に動作させてもよい。いくつかの実施形態では、各行または列に順次通電してもよい。いくつかの実施形態では、検出回路は各行または列に関連付けられてもよい。
【0019】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のセンシングコイルは各検出コイルに密接に結合される。前記センシングコイルは、個別の層または複数の層に設けられてもよい。あるいは、センシングコイルを検出コイルと交互に配置してもよい。
【0020】
いくつかの実施形態では、各列に沿って直列接続された第１センスコイル群が提供される。第２群のセンシングコイルを設けることもでき、第２群のセンシングコイルは各列に沿って直列に接続される。検出回路は、検出コイル群毎に設けられ、それによって、検出回路は、任意の行または列に関連付けられた任意の検出コイルの電圧変化を検出してもよい。
【0021】
いくつかの実施形態では、無線電力伝送コイルは、電力伝送コイルまたはコイルに通電するように構成されたスイッチング回路と、１つまたは複数の検出回路からの入力とを有するコントローラまたは制御回路を含む。また、前記コントローラは、一次パッドに結合された二次パッド等の他の電力伝送パッドと通信するための通信回路を有していてもよい。いくつかの実施形態では、通信手段または回路は、一次パッドの１つまたは複数の検出コイルを二次パッドと結合することにより通信を制御する。通信のための結合は、二次パッド上に設けられた検出コイルによって行われてもよい。
【0022】
別の態様では、本開示は、電圧又は電流源によって通電されるように構成された同調された検出コイルと、検出コイル間の電圧又は電圧の変化を検出するアンプとを含む無線電力伝送パッド用の異物検出回路を提供する。
【0023】
いくつかの実施形態では、検出回路は、検出された電圧が閾値を超えた場合に出力を提供するコンパレータをさらに含む。
【0024】
別の態様では、本開示は、２つのスイッチと２つの直流インダクタとを含むプッシュプルコンバータによって駆動される複数の直列接続された同調検出コイルを含む無線電力伝送パッド検出回路を提供する。いくつかの実施形態では、一度に１つのスイッチのみがアクティブになる。これにより、異物検出に対する回路の感度が高くなる。いくつかの実施形態では、スイッチは検出回路の感度に影響を与えない。
【0025】
別の態様では、本開示は、直列接続された同調検出コイルの行を含む無線電力伝送パッド検出回路と、検出コイルの行の一方側に第１直流インダクタと第１スイッチと、検出コイルの行の他方側に第２直流インダクタと第２スイッチとを含む駆動手段を提供する。いくつかの実施形態では、一度に１つのスイッチのみがアクティブになる。これにより、異物検出に対する回路の感度が高くなる。いくつかの実施形態では、スイッチは検出回路の感度に影響を与えない。
【0026】
いくつかの実施形態では、直列接続された任意の数の同調検出コイルがスイッチによって駆動されてもよい。
【0027】
いくつかの実施形態では、２つのスイッチを使用して、行内のすべての検出コイルに同時に通電してもよい。これにより、検出時間を短縮することができる。いくつかの実施形態では、各行のコイルは、例えば例えば連続的にまたはランダムに、個別に選択的に通電してもよい。
【0028】
いくつかの実施形態では、直流インダクタは、電圧源と検出コイルの行との間に設けられ、スイッチは検出コイルの行と接地との間に設けられる。
【0029】
別の態様では、本開示は、電流源によって駆動される複数の直列接続された同調検出コイルを含む無線電力伝送パッド検出回路を提供する。いくつかの実施形態では、電流源は、ＬＣＬネットワークに接続されたＨブリッジを含む。
【0030】
いくつかの実施形態では、直列接続された同調検出コイルは行を構成する。いくつかの実施形態では、複数の行はＨブリッジによって駆動される。いくつかの実施形態では、各行は別のＬＣＬネットワークに接続されている。
【0031】
いくつかの実施形態では、同調検出コイルは電圧源で駆動される。電流制限インピーダンスは、同調検出コイルと直列に設けられてもよい。電流制限インピーダンスは、ディスクリートインダクタまたは共振タンクを含んでもよい。
【0032】
いくつかの実施形態では、検出コイルは、並列同調され、電流源で駆動される。金属物体の存在により、同調検出コイルによって生成される磁場が停止する。したがって、金属物体が充電面に残留している間、検出コイルによって生成された磁場によって金属物体が加熱することはない。
【0033】
いくつかの実施形態では、行を選択的に通電するために、各行と直列にスイッチが設けられる。いくつかの実施形態では、スイッチは、検出回路または異物検出システムの感度に影響を及ぼさない。
【0034】
いくつかの実施形態では、電圧検出回路が各検出コイルに関連付けられる。
【0035】
いくつかの実施形態では、電圧検出回路が各行に関連付けられる。いくつかの実施形態では、複数の行が提供され、各行の隣接する検出コイルが列を備える。いくつかの実施形態では、検出回路は各行および各列に関連付けられる。
【0036】
別の態様では、本開示は、無線電力伝送パッドの電力伝送面上またはその近傍にある物体を検出する方法であって、複数の分離された同調異物検出コイルに通電するステップと、前記パッドの無線電力伝送面上またはその近傍への前記物体の配置に応答して、前記異物検出コイルの少なくとも１つのインピーダンスまたは電圧のいずれかの変化を検出するステップと、を含む、方法を提供する。
【0037】
いくつかの実施形態では、電圧の変化は、閾値を超える電圧を検出するステップを含む。
【0038】
いくつかの実施形態では、電圧検出回路は、各検出コイルに関連付けられている。
【0039】
いくつかの実施形態では、検出コイルは、行または列に配置され、方法は、行または列に選択的に通電するステップを含む。
【0040】
いくつかの実施形態では、各検出コイルは、センシングコイルに密接に結合されており、電圧検出回路は、センシングコイルを介して電圧の変化を検出する。
【0041】
いくつかの実施形態では、複数のセンシングコイルが各検出コイルに緊密に結合される。前記第１センシングコイルは、行に沿って接続された第１センシングコイル群のいずれかを含んでもよい。第２センシングコイルは、列に沿って一緒に接続された第２群のセンシングコイルのうちの１つを含んでもよい。
【0042】
いくつかの実施形態では、検出コイルは、一次パッドに設けられ、二次パッドの１つまたは複数の検出コイルを含む近距離無線通信システムを実装するように構成されてもよい。
【0043】
開示されている主題はまた、本明細書において個別にまたはまとめて言及または示されている部分、要素、および特徴のうちの２つ以上の部分、要素、または特徴のうちのいずれかまたはすべての組み合わせに含まれることができる方法またはシステムを提供している。発明の関連分野において既知の同等物を有する特定の整数が本明細書に記載されている場合には、そのような既知の同等物は本明細書に含まれるものとみなされる。
【0044】
以下の説明から、本発明の別の態様が明らかになるであろうが、これらの態様は、そのすべての新規な態様では考慮されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本発明のいくつかの実施形態を、以下に図面を参照して例として説明する。
【図1】机に設置された本発明の無線充電面の図を示す。
【図2】本発明の無線充電面内で使用できる双極循環モードで動作する２つの隣接する送信コイルの図を示す。
【図3】無線充電面の磁気セルの図を示し、セルは送信コイルとＦｏＤｘコイルで構成され、ＦｏＤｘコイルは、好ましくは４つの直列のより小さいコイルによって形成され、送信コイルから分離された磁気四重極である。
【図4】本発明の無線充電面の２ｘ４磁気セルマトリックスの図であり、ＦｏＤコイルと送信コイルの位置を示す図である。
【図5】磁気セル内の磁場を示し、（ａ）送信コイルの磁場は青で示され、負荷に依存せず一定であり、（ｂ）ＦｏＤｘコイルの磁場は赤で示され、負荷に依存し、金属の存在下で消失する。
【図6】（ａ）送信コイルとＦｏＤｘコイルの両方が互いに影響を与えることなく同時に磁場を生成できることを示し、（ｂ）充電デバイスまたは金属物体がセルから電力を引き出すと、送信機の磁場は一定のままであるが、ＦｏＤｘ磁場は消失する。
【図7】本発明の充電面上の送信コイルを駆動するためのプッシュプル駆動カプラーアレイ（ＰＰＣＡ）構成を示す。
【図8】本発明の充電面とともに使用することができる受信機の磁気設計の実施形態を示す。
【図9】本発明の充電面とともに使用することができる受信側電子回路の例を示す。
【図10】本発明の充電面上の２ｘ２磁気セルマトリックスの図を示す。
【図11】受信機がその上を移動する状態でシミュレートされた１×４磁気セルマトリックスを示す。
【図13a】充電面上で６×６ ＦｏＤｘマトリックスを駆動するために提案された回路を示しており、直列共振タンクの各行をＬＣＬコンバータ（電流源）で駆動している。
【図13b】充電面上で６×６ ＦｏＤｘマトリックスを駆動するために提案された代替回路を示しており、直列共振タンクの各行をプッシュプルコンバータ（電圧源）で駆動する。
【図14】本発明のＦｏＤｘコイルにかかる電圧が異物の存在下でそれ以下Ｖ－
ｔｈｒに低下することを示す。
【図15】スマートフォンなどの受信機が充電面の上に置かれ、６×６ ＦｏＤｘマトリックスの第１行のＦｏＤｘ１２コイルと結合されている様子を示す。
【図16】本発明の充電面で使用される計測回路を示しており、二次側のコントローラはユニバーサル非同期送受信機（ＵＡＲＴ）モジュールを介してＳＮＦＣゲートにデータを送信でき、そのデータはこの計測回路によって一次側で取得できる。
【図17】受信機が本発明のＦｏＤｘ－ＦｏＤｒコイルを介してＮＦＣリンクを開発することを示す。
【図19】２つのＦｏＤコイルの行が負荷されている場合の計測回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【0046】
本発明は、送信パッドなどの無線電力パッドの存在下で、不適切な負荷などの異物を検出するように構成された無線電力伝送システム、装置、および方法である。いくつかの例では、以下で論じるように、送信機は、電力を各受信機に無線で伝送するために１つまたは複数の受信機を配置できる表面などの構造を提供するように構成される。送信機は、例えば電気自動車など、またはモバイル電気および電子機器を含むがこれらに限定されない多くの異なる用途の受信機に無線電力伝送を提供するために使用されてもよい。以下の説明は、モバイルデバイスの充電に無線充電面をどのように利用できるかの例であるが、その用途に限定されるものではない。当業者であれば、本開示に記載の原理に従って送信機の物理的構造、磁気構造、パワーエレクトロニクス部品、およびコントローラを設計することによって、より大きなまたはより小さな負荷またはデバイスに電力を供給できることが理解される。また、本開示は、一次パッドまたは送信パッドが、二次パッドまたは受信パッドと同様または同一の構造を有する双方向システムに適用され得ることが理解される。
【0047】
図１は、本発明の充電面を含む無線電力伝送システム送信機１を示す。充電面１０は、図１（ｂ）に示すように、机の上に置かれた装置２０、例えばノートパソコン２２を送信機１が無線充電できるように、オフィスデスク１５の内部、またはその下に設置されることを目的とする。携帯電話等の他の消費財は、ディスク１により充電されてもよい。図１（ａ）の例に示すように、送信機１は、後述するように、磁場を誘導または整形するためのフェライト２等の透磁性材料と、コントローラ４と、ディスプレイ６と、下部筐体８とを含むように構成されてもよい。多くの無線電力伝送用途には二次装置または受信装置のバッテリの充電が含まれるため、本開示は充電面または充電装置に言及する。しかしながら、充電への言及は必ずしもその用途に限定されないことが理解される。
【0048】
充電面１０は、誘導電力伝送（ＩＰＴ）を使用して、その上にある任意の場所に配置されたデバイスに電力を無線で伝送する。一実施形態では、充電面１０は、充電面内または後ろに配置された複数のコイルから構成される。この例では、６×６送信機（Ｔｘ）マトリックスまたはアレイを形成する３６個の５ｃｍ×５ｃｍ送信コイル（Ｔｘまたは電力伝送コイル）を含む１８０個のコイルがあり、１４４個の検出コイル（ＦｏＤｘコイル）も行と列のマトリックスまたはアレイなどのグリッドに配置されている。電磁露光を減らし、効率を向上させるために、グリッド内のＴｘコイル（矢印２５で示される）のみはデバイスを充電するためにオンになり、これらのＴｘコイルは、これらのＴｘコイルと磁気的に結合するのに十分なほどデバイスの近くにあるものである（つまり、各コイルの電力結合領域内に受信機デバイスを持つＴｘコイル）。
【0049】
この例では、他の用途でも、ユーザは、鍵などの金属物体を誤って充電面１０の上に置く可能性がある。本発明の充電面は、モバイルデバイス（または充電が必要なデバイス）と金属物体（すなわち、異物）とを区別し、そして、デバイスの下にあるＴｘコイルのみをオン（すなわち、アクティブ）にし、残りのＴｘコイルはオフ（すなわち、非アクティブ）に保つように構成されている。本開示は、異物、すなわち送信パッドからエネルギーを吸収する可能性があるが、それを目的としない物体の検出に焦点を当てているが、本発明に開示された検出装置及び方法は、送信パッドでの使用を目的としたデバイスの位置を検出するために使用されてもよい。
【0050】
６×６ Ｔｘマトリクスの行に配置されたすべてのＴｘコイルは、図７を参照して以下に説明するように、ＰＰＣＡ（プッシュプル駆動カプラアレイ）と呼ばれる方法または装置を介して駆動される。ＰＰＣＡには、ここで記載された例が含まれるが、必ずしもこれに限定されるものではない、すなわち、他の駆動手段も含まれる。様々な駆動方法や回路を用いることができるが、本実施例で説明した方法では、アレイ内の並列同調送信コイルのそれぞれに単一のスイッチと直流インダクタのみが割り当てられるため、本発明の充電面の複雑さとコストが削減される。
【0051】
生成された磁場にさらされる他の金属物体の加熱を避けるために、本発明の充電面１０を含む送信機１は、共鳴磁気異物検出（ＦｏＤ）システムを採用する。つまり、各Ｔｘコイルには関連する一連のＦｏＤｘコイルがあり、エネルギーが充電面上の他の金属物体ではなくモバイルデバイスにのみ伝送されることが保証される。ＦｏＤｘコイルは、他のコイル、つまりＴｘコイルや他のＦｏＤｘコイルとの結合が最小限になるように設計されており、コイルと充電面１０上の循環電力との間の磁気相互作用を最小限に抑えるために、一組のＴｘコイルのみに結合される。
【0052】
金属物体を検出するために、ＦｏＤｘコイルはセンシング場とも呼ばれる磁場も生成する。ただし、電力伝送場を生成するＴｘコイルとは異なり、ＦｏＤｘコイルによって生成される磁場は電力を伝送することを目的としたものではない。ＦｏＤｘ磁場は、金属物体が電力を引き出しようとすると消えるように設計されている。各ＦｏＤコイルの電圧は、センシングまたは検出回路によって測定される。この例では、オペアンプベースの回路（センシングまたは検出回路）からなる３６個の個別の検出回路が、金属物体を検出するために使用される。一次コントローラは、ＦｏＤシステムからの受信信号およびＰＰＣＡ構成への発信信号をすべて処理する。図面では具体的に示されていないが、コントローラは、例えば図１５に示すように、Ｈブリッジと連携して動作し、Ｈブリッジと通信し、または制御するように構成してもよい。本明細書に開示されたＦｏＤ技術は、金属物体の検出に有用であるだけでなく、電力が伝送される、または伝送される装置と通信する手段を提供するように構成されてもよい。この例では、ＦｏＤ技術または装置は、一次コントローラがスマートデバイス（または充電される他のデバイス）などのデバイスに一方向近距離通信（ＮＦＣ）リンクを作成することを可能にする。つまり、一次コントローラは、デバイスタイプ、必要な電力、伝送された電力などに関するフィードバックを受信機（Ｒｘ）側から受け取ってもよい。ＮＦＣリンクは、一次コントローラがＴｘコイルとＲｘコイルの間に配置された金属物体を検出するのにも役立つ。
【0053】
この例では、ＦｏＤｘコイルの駆動に必要なコンバータの数を減らすために、各ＦｏＤｘコイルは共振タンクを形成するように並列同調され、６×６ ＦｏＤｘマトリクスの各行のすべての共振タンクは直列に接続される。各行の直列共振タンクは、２つの低周波の連続した直流スイッチを介して共通のＨブリッジに接続されている。その後、コントローラはＦｏＤｘコイルの各行を一度にオンにし、各コイルの両端の電圧を測定する。
【0054】
ＦＯＤシステムの感度を高めながら全体のコストと複雑さを低減することは、本発明の充電面の利点の１つである。この例では、コイルの分離に必要な精度を満たしながら製造を容易にするために、コイルは６層ＰＣＢ上に提供されている。したがって、コイルの異なるセット、例えば、Ｔｘコイル、ＦｏＤｘコイル、またはそれらの一部は、別個の層に設けられてもよい。３６個のＦｏＤｘコイルの両端の電圧を測定するには別の計測器または検出回路が使用されるが、通常の低周波オペアンプを使用して最終価格をさらに下げることができる。
磁気設計
磁気設計
【0055】
本開示では前述したように、一例の充電面１０は、１８０個のコイルを有しており、図示した例では実質的に正多角形であるが、例えば六角形や円形等の他のトポロジを用いることもできる。充電面は、便宜的にパッドまたは結合構造と呼ばれることがあり、一例では、３６個の送信コイルと、３６個のＦｏＤｘコイルを形成する１４４個の四重極（直列の４つのコイル）とを含む。Ｔｘコイル同士の電力循環を避けるために、互いに最小限の衝撃を与える必要がある。この基準を満たすために、図２に示すように、隣接するＴｘコイル３０、３５の各対は、循環モードで動作する双極構造を形成する。この構成により、送信コイル間の相互結合を最小限に抑えることでシステムの効率を向上させるだけでなく、充電面に磁気ヌル点のない受信機側で滑らかな電力プロファイルを実現することができる。
【0056】
以上で詳しく説明したように、ＦｏＤｘコイルは金属物体の検出を目的として設計されており、スマート／充電デバイスへのＮＦＣリンクも作成される。金属物体の加熱を防ぎ、電力損失を回避するために、ＦｏＤｘコイルは、コントローラがＴｘコイルの結合領域に配置された金属物体を検出するのに役立つ。このため、コントローラは、受信コイルの近傍にあるＴｘコイルのみをオンにする。
【0057】
ＦｏＤｘコイルの磁気設計を図３に示す。この例に係る充電面１０の形態では、ＦｏＤｘコイルが３６個形成されている。各Ｆｏｘコイル４５は、磁気四重極を形成するために特定の極性で直列に接続された４つの小さなコイルで構成されている。ＦｏＤｘコイルは、正多角形状のＴｘコイル３０の内部に配置されて磁気セルを形成する。ＦｏＤｘコイル４５およびＴｘコイル３０は磁気セル内で分離され、Ｔｘコイルが四重極から受け取る正味磁束がゼロになる結果、分離された磁気セルを形成する。
【0058】
ＦｏＤｘコイルは、Ｔｘコイルからの分離に加えて、他のセルの隣接する他のＦｏＤｘコイルからも分離され、検出誤差を最小限に抑える。これは、隣接する四極を重ねることによって達成される。ＦｏＤｘコイルは、双極ＤＤモードで動作してもよい（このモードは、国際公開第２０１１／０１６７３７号、国際公開第２０１３／１２２４８３号、または国際公開第２０１０／０９０５３９号のうちの１つ以上に記載されており、その内容はすべて本明細書に組み込まれる）。また、この構成により、ＦｏＤｘコイルが発生する磁場がＺ軸周りに対称になるため、ＦｏＤｘとＦｏＤｒコイルとの結合（後述するように受信コイル）は、デバイスの角度配置、すなわち充電面１０に対する充電されるデバイスの回転位置とは独立している。ＴｘコイルとＦｏＤｘコイルを含む２×６磁気セルマトリックスを図４に示す。本実施例の充電面の好ましい構成は６×６マトリクスであるが、図４に示すような他の構成を用いてもよい。
【0059】
ＴｘコイルとＦｏＤｘコイルとは、磁気セル内で同時に通電してもよく、相互に影響を与えることなく、同時に通電してもよい。しかしながら、コイルを駆動するために使用される電子回路は、あらゆるタイプの二次または受信機、すなわち、充電面１０上または充電面１０の十分近くにあるＲｘコイルまたは金属物体の存在下で、コイルの動作を異なるものにする。送信コイルを駆動するために使用されるＰＰＣＡは、発生させる磁場を一定にし、負荷に依存しない。つまり、負荷によって磁場の大きさに変化が生じることはない。しかし、ＦｏＤｘコイルを駆動する電子回路により、送信コイルとは反対の意味で動作する磁場が発生する。つまり、ＦｏＤｘ磁場は荷重に依存し、金属物体がＦｏＤｘコイルの結合領域に配置されている間、容易に停止または消失するか、実質的または大幅に減少する。図５は、磁気セル内の送信機およびＦｏＤｘコイルによって生成されるこれら２種類の磁場を示す。
プッシュプル駆動カプラーアレイ
プッシュプル駆動カプラーアレイ
【0060】
上述したように、本発明の充電面１０の送信コイルＴｘを駆動するために、プッシュプル駆動カプラアレイ（ＰＰＣＡ）を用いることが好ましい。この構成では、各コイルを駆動するために可能な限り最小限の要素数を使用し、充電面のコストと複雑さを低減する。
【0061】
図７に示すように、各磁気セルの各Ｔｘコイル４０は、補償コンデンサ、ＣＰｔ、Ｃｓｔを介してｆｔに調整されて共振タンクを形成する。各共振タンクは、隣接する共振タンクと共通のＤＣインダクタスイッチペア（ＩＳＰ）を共有している。共振タンクの両端にある２つのＩＳＰは、Ｔｘコイルを駆動するプッシュプルコンバータを形成する。
【0062】
６×６送信機マトリクスの各行のすべてのスイッチＳは、固定周波数ｆｓｗおよび固定５０％デューティサイクルで動作する。各行のスイッチ間の位相シフトは、第１スイッチ、つまりＳｍ０に対して０°または１８０°のいずれかになる。２つの隣接するスイッチを１８０°の位相シフトで駆動すると、それらの間のＴｘコイルが通電され、０°の位相シフトでスイッチが動作すると、対応するＴｘコイルの通電が解除される。非アクティブ化された共振タンクの両端の２つのスイッチを０°で操作すると、非アクティブ化されたカプラがスイッチング周期の半分ごとに短絡される。これは、隣接するコイル間の磁気結合の結果として強い磁場が蓄積するのを防ぐために、マルチコイル設計に特に有益である。
二次または受信機
二次または受信機
【0063】
この例では、二次（受信機）側は、一次（送信機）側で使用されるものと同様のコイル構成を採用している。いくつかの例では、受信コイル構造の一部または全部が一次コイルと同様または同じであってもよい。他の形態の二次側も使用できる。図８に示すように、受信機は１つの正多角形（例えば）形状のコイル５０、ＲＸ、および３つのＦｏＤｒコイル（受信機のＦｏＤコイル）５５で構成されている。第１ＦｏＤコイルに加えて、ＦｏＤｘとＦｏＤｒコイルとの間の位置ずれのヌル磁気結合を回避するために、ＦｏＤｒ１、第２および第３ＦｏＤコイＦｏＤｒ２およびＦｏＤＦｏＤｒ３（好ましくは、図８の極に示すようにＤＤ構造を有する）は二次側に追加される。受信コイルＲＸは送信コイルＴｘから電力を受信し、ＦｏＤｒ１、ＦｏＤｒ２、ＦｏＤｒ３はＦｏＤｘコイルを介して一次側コントローラへのＮＦＣリンクを開発する。
【0064】
ＦｏＤｒコイルは、ＴｘおよびＲｘコイルとの相互作用が最小限になるように設計されている。充電面に採用されたコイル配置は、コイル間の磁気結合を最小限に抑えるものの、ＦｏＤｒとＴｘ間には中心位置がない間に磁気結合がある可能性がある。ＦｏＤｘコイルとＴｘコイルの相互作用を最小限に抑える磁気構造に加えて、ＦｏＤコイルはより高い周波数で動作するように設計されている。ＦｏＤｘコイルをより高い周波数で動作させることで、ＦｏＤｘコイルとＴｘコイル（およびＦｏＤｒコイルとＴｒコイルの間）の電子的な分離が追加されるだけでなく、二次側からより大きなインピーダンスを反映することでＦｏＤシステムの性能が向上する。
【0065】
図９は、受信側のコイルを駆動するために使用される電子回路の例を示している。ＲｘはＬＣＬ補償され、その後に整流器６０とバックコンバータ６５が付いて受信した電力を負荷、すなわちモバイルデバイスのバッテリに調整して伝達する。ＦｏＤｒコイルはより高い周波数でＬＣＬ補償され、それらによって受け取られた電力は抵抗ＲＬに消費される。しかしながら、ＦｏＤｒコイルを介した電力損失の量は制限されており、数ミリワットを超えることはない。ＮＦＣリンクを開発するために、この例ではＵＡＲＴモジュールを含む受信機コントローラ７５によって制御されるＲＬから、ＦｏＤｒ回路をＳＮＦＣから接続および切断してもよい。
磁気シミュレーション
磁気シミュレーション
【0066】
図１０は、隣接するコイル間の磁気結合を示すために、磁気シミュレーションで使用される２ｘ２磁気セルマトリックスを示す。コイルのサイズとコイル間の間隔は、コイル間の磁気結合を最小限に抑えるように設計されている。表１にＴｘコイル間の結合を示し、表２にＦｏＤｘコイルとＴｘコイル間の結合を報告する。表２によれば、ＦｏＤｘと他のコイルとの結合は１％未満であり、Ｔｘコイルとの磁気結合は最大４％に達する。本開示で前に説明したように、ＰＰＣＡ構成は、非活性化されたカプラ上の循環電力を停止するためのＴｘコイル間の相互結合の望ましくない影響を低減する。
【0067】
【表1】
【0068】
【表2】
【0069】
図１１に示すように、ＭＡＸＷＥＬＬプログラムで受信機がその上を移動する１×４磁気セルマトリックスがシミュレートされた。受信コイルと送信コイル間の磁気結合と相互インダクタンスを、１×４磁気セルマトリックスに沿ったさまざまな位置で図１２に示す。一次Ｔｘコイルのバイポーラ構造または分離構造により、受信機はＴｘコイルに対する相互インダクタンスを合理的に一定に保つ。したがって、ＰＰＣＡ構成は、受信コイルと重なる任意の数のＴｘコイルをオンにして電力を伝送することができる。
異物検出（ＦＯＤ）
異物検出（ＦＯＤ）
【0070】
充電面の６×６ ＦｏＤｘマトリックス（本発明の好ましい形態では）を駆動するための提案されたＦＯＤ回路について、図１３ａを参照して説明する。各ＦｏＤｘコイル４５は、ｆｏに並列同調されて、共振タンク７８を形成する。複数の共振タンクが直列に配置され、電流源によって電力が供給される。電流源は、ＨブリッジとＬＣＬネットワークで構成され、すべての直列共振タンクに小さいながらも一定の電流を連続して供給する。この電流の大きさは比較的小さいが、この例ではピーク検出器およびコンパレータ７９で示される検出回路を用いて、検出目的のために無負荷の共振タンクの両端に十分に大きな電圧を引き起こすように選択することができる。直列共振タンクの各行は、ＬＣＬ回路とともに、２つの連続したＤＣスイッチ８２を介して共通のＨブリッジ８０に接続される。
【0071】
ＦｏＤｘコイルの結合領域に位置する異物は、対応する共振タンクのインピーダンスを著しく低下させ、したがって共振タンク全体の電圧を低下させる。共振タンクのインピーダンスの低下は、ＦｏＤｘコイルのインダクタンスまたは抵抗の変化によって引き起こされる可能性がある。フェライトなどの磁性材料を有する異物は、ＦｏＤｘコイルのインダクタンスばらつきを引き起こす可能性があり、アルミニウムなどの金属材料を有する異物は、ＦｏＤｘコイルの反射抵抗を増大させる可能性がある。いずれの場合も、共振タンク間のインピーダンス、したがって電圧は大幅に低下する。コイルの行は、必要に応じて選択的に通電してもよく、例えば、パッド表面をスキャンするために順次通電してもよい。この例において計測回路９０として示される検出回路は、インピーダンスおよび／または電圧の変化を検出するように構成されている。
図１３ｂを参照して、充電面の６×６マトリクス（本発明の好ましい形態では）を駆動できる代替ＦＯＤ回路を説明する。各行には、２つの高周波スイッチ８２と、２つの直流インダクタ８４とが設けられている。Ｖｉが一定であり、例えば、
である限り、Ｖａ１，ｂ１は常に一定であるため、電圧源として機能する。すべてのＦｏＤコイル４５が負荷されると、コンバータは短絡する。このプッシュプル構成における電流を制限するために、１つの共振タンク８８を常に無負荷に保つことができる。これは、共振タンクの１つのＬをディスクリートインダクタなどのインピーダンスに置き換えることによって発生する可能性がある。１つのＦｏＤコイルに金属物体が負荷されている場合、対応する共振タンクの両端の電圧は低下するが、他の共振タンクの両端の電圧は増加する。
ＦＯＤ数理モデリング
図１３ｂを参照して、充電面の６×６マトリクス（本発明の好ましい形態では）を駆動できる代替ＦＯＤ回路を説明する。各行には、２つの高周波スイッチ８２と、２つの直流インダクタ８４とが設けられている。Ｖｉが一定であり、例えば、
【数1】
ＦＯＤ数理モデリング
【0072】
図１４に示すように、負荷されたＦｏＤｘコイル全体の電圧（つまり、異物からの反射インピーダンスで）を、あらかじめ定義された閾値電圧より低下させることは、異物の存在の指標として使用できる。
【0073】
図１４（ａ）は、部分直列補償コンデンサを備えた２つの並列同調ＦｏＤｘコイルを示しており、図１４（ｂ）は、共振周波数における等価抵抗を示し、実際の成分は破線で示されている。式（１）は、無負荷のＦｏＤコイルの両端の電圧をＶ＋
ｔｈｒよりも高く保つために、ＦｏＤｘコイルのＥＳＲ値に最小制限があることを説明している。
ここで、ＱＥＳＲは、
で与えられる共振タンクの無負荷品質係数である。Ｑｔｈｒは、
で与えられる平均閾値電圧（すなわち、
）の目標品質係数である。一方、負荷されたＦｏＤｘコイルの品質係数は、電圧がＶ－
ｔｈｒ以下に低下するのに十分な低い必要がある。ＭＯ（金属物体）の存在下での共振タンクの負荷品質係数の最大制限は、次のように計算できる。
ここで、
であり、金属物体からの反射抵抗は次によって決まる：
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【0074】
ＦｏＤｘコイルへの反射ＭＯインピーダンスは、Ｑｒｅｆで許容できる低下を引き起こすはずである。そうしないと、ＦｏＤｘコイル全体でかなりの電圧低下を引き起こすことはできず、ＦｏＤｘコイルによって発生された磁場は引き続き強いままである。ＭＯに対するＦｏＤシステムの感度を高めるために、Ｑｒｅｆは可能な限り低くする必要がある。これは、ＬＦｏＤを増加させてＲｒｅｆを増加させ、部分補償直列コンデンサＣｓｎを使用してＬｅｆｆを減少させることによって起こり得る。
近距離無線通信（ＮＦＣ）
近距離無線通信（ＮＦＣ）
【0075】
１）受信側のＮＦＣ回路を図９ｂに示す。前述のように、充電面上のＦｏＤｘコイルは、いくつかの例では、２つの目的を果たすことができる。それらは、金属物体検出用に設計されており、受信機への一方向ＮＦＣリンクを作成するために使用または構成することもできる。通信は充電面のＦｏＤｘと受信機側のＦｏＤｒコイルとの間で行われる。受信機が充電面に配置されると、ＦｏＤｒは十分な磁気結合を含むそれらのＦｏＤｘコイルへのデータの送信を開始する。図８ｂに示すように、二次側のスイッチＳＮＦＣの状態により、ＦｏＤｘコイルへの反射インピーダンスが変化し、その両端の電圧と生成される磁場に影響を与える。受信機側のスイッチを介した負荷の接続と切断は、意味のあるデータを一次ＦｏＤｘコイルに送信する手段として使用できる。二次側のコントローラは、ＵＡＲＴモジュールを介してＳＮＦＣゲートにデータを送信し、図１６に示す計測回路によって、一次側でデータを取得することができる。代替の計測回路、または回路構成を図１８を参照して示し、説明する。
【0076】
２）図１６では、この例の計測回路は、負のピーク値と正のピーク値を使用して、コイル全体の電圧を測定する。回路は、直流電圧を測定するために低周波オペアンプを使用している。特に、ＦｏＤコイルインピーダンスを測定する従来の方法とは対照的に、電圧と電流のＲＭＳ値と位相シフトを測定することで、ピーク電圧を測定し、それを閾値と比較する。
【0077】
３）図１７は、図１５に示す回路によって駆動された１行のＦｏＤｘコイルのシミュレーション結果を示している。図８および図９に示す受信回路は、行のＦｏＤｘ１２コイルの上に配置され、ＮＦＣリンクを開発する。受信機は、ＳＮＦＣを介して負荷を接続および切断することで、ＦｏＤｘへの反射インピーダンスの変更を開始する。反射負荷のこの変化は、他のＦｏＤｘコイルに影響を与えることなくＦｏＤｘ１２全体の電圧変化として現れ、計測回路を通じて検出され、Ｖ（ＦｏＤｘ１２）として表示される。
【0078】
４）スマートデバイス（充電が必要なデバイス）は、ＦｏＤｘコイルが充電面の上に配置されると、デバイスＩＤを送信し始め、一次コントローラが対応する送信コイルに適切な電流を通電する。この通信は、スマートデバイスと送信コイルの間に非常に小さな金属物体が置かれた場合に、一次コントローラが適切なアクションを実行するのにも寄与する。この場合、２つの可能なシナリオが発生する可能性がある。
【0079】
５）金属物体（ＭＯ）は、インダクタンスまたは反射抵抗に十分な変化を引き起こし、ＦｏＤｘ磁場の低下を引き起こす。この場合、磁場はすでにＭＯによって消失または実質的に除去されているため、スマートデバイスは反射抵抗を脈動させることによってそれ以上の変化を引き起こすことはできない。そのため、ＦｏＤコイルを介して一次と二次間で通信が行われず、一次コントローラは送信コイルに通電しない。
【0080】
システムの感度は、小さな金属物体がＦｏＤｘ磁場を弱めるほど高くはない。この場合、スマートデバイスは磁気デバイスに変動を引き起こす可能性がある。したがって、ＦｏＤｘコイルを介してスマートデバイスと送信機との間で一方向の通信が可能である。データは、デバイスＩＤに続いて、受信機側で受信した電力量になる。その後、送信機は全体的な効率を計算し、それが期待値より低いかどうかを検出して電力伝送を停止することができる。
【0081】
図１８は、行１００（ｘ軸）と列１１０（ｙ軸）からなるグリッドのＮｘＮマトリックスのために、計測回路の数を２Ｎに減らすことができる代替計測回路を示している。
代替計測回路の目的は、アレイ内のＦｏＤコイルを変圧器で（つまり、密にまたは密接に）結合して、ｘおよびｙグリッドを掃引してＦｏＤポイント、つまり異物の位置を特定できるようにすることである。これには、必要な機器のアンプとワイヤの数が最小限に抑えられ、測定プロセスが高速化されるという利点がある。
代替計測回路の目的は、アレイ内のＦｏＤコイルを変圧器で（つまり、密にまたは密接に）結合して、ｘおよびｙグリッドを掃引してＦｏＤポイント、つまり異物の位置を特定できるようにすることである。これには、必要な機器のアンプとワイヤの数が最小限に抑えられ、測定プロセスが高速化されるという利点がある。
【0082】
３つのコイルが密結合されているため、無負荷のＦｏＤコイルにかかる電圧は、検出コイル１と検出コイル２にかかる電圧と同じになる。図１８に示すように、各行の検知コイル１０５は、層１上のグループとして直列に接続されている。各行の直列接続された検出コイルの両端の電圧はＶｒｎであり、計測回路によって測定される。各列のセンシングコイル１１５は、層２上のグループとして直列に接続される。センシングコイルは、別個の層にあるのではなく、検出コイルと交互に配置することができる。各列の直列接続された検出コイルの両端の電圧はＶｃｎであり、計測回路によって測定される。充電面の上に金属物が置かれていない場合、
（ここで、ＶＵＬ）は、無負荷のＦｏＤコイルの両端の電圧である。金属物体が充電面の上に置かれると、対応する行のＶｒｎと対応する列のＶｃｎがＮ＊ＶＵＬより下がる。
図１９は、領域１２０および１２５によって示されるように、行内の２つのＦｏＤコイルが負荷される場合を示す。この場合、Ｖｒ２、Ｖｃ１、およびＶｃ３は、Ｎ＊ＶＵＬよりも低い電圧に低下する。２行目のＶｒ２の直列センシングコイル間の電圧は、（Ｎ－２）＊ＶＵＬに低下し、連続したＦｏＤｘコイル数をＮとした。これにより、センシングコイルの第１および第３列Ｖｃ１、Ｖｃ３の電圧が（Ｎ－１）＊ＶＵＬに低下する。
【数9】
【数10】
図１９は、領域１２０および１２５によって示されるように、行内の２つのＦｏＤコイルが負荷される場合を示す。この場合、Ｖｒ２、Ｖｃ１、およびＶｃ３は、Ｎ＊ＶＵＬよりも低い電圧に低下する。２行目のＶｒ２の直列センシングコイル間の電圧は、（Ｎ－２）＊ＶＵＬに低下し、連続したＦｏＤｘコイル数をＮとした。これにより、センシングコイルの第１および第３列Ｖｃ１、Ｖｃ３の電圧が（Ｎ－１）＊ＶＵＬに低下する。
【0083】
上記開示は、以下の特徴を含む実施形態を提供する。
１－磁気構造
１－磁気構造
【0084】
ａ． 多重分離構造
ｂ． 各ＦｏＤコイルは、隣接するＦｏＤコイルから分離される。
ｃ． 各ＦｏＤコイルは隣接するＴｘコイルから分離される。
ｄ． 各Ｔｘコイルは、隣接するＴｘコイルから分離される。
ｂ． 各ＦｏＤコイルは、隣接するＦｏＤコイルから分離される。
ｃ． 各ＦｏＤコイルは隣接するＴｘコイルから分離される。
ｄ． 各Ｔｘコイルは、隣接するＴｘコイルから分離される。
【0085】
コイルアレイ内のＦｏＤコイル間の相互結合は、検出誤差を増加させる可能性がある。この問題は、ＦｏＤコイルを分離することによって解決される。したがって、４重コイル（ＦｏＤコイル）は重なり合って互いに分離される。
２－ＦｏＤセンシング
２－ＦｏＤセンシング
【0086】
スイッチ数を減らし、１行あたり２つのスイッチを使用することで、回路の感度と信頼性が向上する。
【0087】
一連の直列共振タンク（分圧器）を駆動するプッシュプルコンバータ（図２）
コンバータの出力電流を制限する追加のメカニズムは、各行に別の共振タンクを直列に配置することで実装できる。
ＬＣＬと直列共振タンク（電流源）を駆動するＨブリッジ（図３）
コンバータの出力電流を制限する追加のメカニズムは、各行に別の共振タンクを直列に配置することで実装できる。
ＬＣＬと直列共振タンク（電流源）を駆動するＨブリッジ（図３）
【0088】
駆動電流は回路パラメータによって制限されている。
【0089】
すべてのＦｏＤコイルを同時に通電することができ、検出時間を最小限に抑えることができる。あるいは、各行に一度に通電して全体的な損失を減らすこともできる。
【0090】
数学分析に基づいて、ＦｏＤコイルと直列抵抗を接続すると、システムの感度が低下する。したがって、ＦｏＤコイルと直列のスイッチの数を制限すると、全体の損失が減少し、ＦｏＤシステムの感度が向上する。
２Ａ－プッシュプルコンバータ：
２Ａ－プッシュプルコンバータ：
【0091】
各行には２つの高周波スイッチと２つのＤＣインダクタが必要である。
Ｖｉが一定であればＶａ１、ｂ１は常に一定であるため、電圧源として機能する。つまり
である。
Ｖｉが一定であればＶａ１、ｂ１は常に一定であるため、電圧源として機能する。つまり
【数11】
【0092】
すべてのＦｏＤコイルが負荷されている場合、コンバータは短絡される。プッシュプル構成で電流を制限するには、１つの共振タンクを常に無負荷にしておく必要がある。これは、共振タンクの１つのＬをディスクリートインダクタに置き換えることによって発生する可能性がある。
【0093】
一方のＦｏＤコイルが金属物体によって負荷されると、対応する共振タンク間の電圧は低下し、他の共振タンク間の電圧は増加する。
選択スイッチを備えた２ＢＬＣＬ回路（常にどちらか１つだけをオンにする必要がある）
選択スイッチを備えた２ＢＬＣＬ回路（常にどちらか１つだけをオンにする必要がある）
【0094】
Ｉ． 各行はＬＣＬ同調され、選択スイッチ、つまり２つの連続した低周波スイッチを介して共通のＨブリッジに接続される。
ＩＩ． 定電流が各行の共振タンクを駆動する。したがって、金属物体が存在すると、負荷付きのＦｏＤコイルの両端の電圧は低下するが、無負荷のＦｏＤコイルの両端の電圧は変化する。
３－センシング技術
ＩＩ． 定電流が各行の共振タンクを駆動する。したがって、金属物体が存在すると、負荷付きのＦｏＤコイルの両端の電圧は低下するが、無負荷のＦｏＤコイルの両端の電圧は変化する。
３－センシング技術
【0095】
計測回路：
負のピーク値と正のピーク値を使用して、コイル全体の電圧を測定する。
－ ＤＣ電圧を測定するためだけに低周波オペアンプを採用している。
－ 電圧と電流のＲＭＳ値とそれらの間の位相シフトを測定することによってＦｏＤコイルのインピーダンスを測定する従来の方法に対して、ピーク電圧を測定してしきい値と比較する。
負のピーク値と正のピーク値を使用して、コイル全体の電圧を測定する。
－ ＤＣ電圧を測定するためだけに低周波オペアンプを採用している。
－ 電圧と電流のＲＭＳ値とそれらの間の位相シフトを測定することによってＦｏＤコイルのインピーダンスを測定する従来の方法に対して、ピーク電圧を測定してしきい値と比較する。
【0096】
説明全体を通して、異なる実施形態における同じ特徴を参照するために、同じ参照符号が使用される。
【0097】
文脈上別段の要件がない限り、明細書全体において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の語は、排他的又は網羅的な意味ではなく、包摂的な意味で、すなわち「含むが限定されない」という意味で説明されるものとする。
本発明は、例を用いて、可能な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく、修正または改良されてもよいことを理解されたい。本発明はまた、本出願の明細書において個別にまたは集合的に参照または示される部分、要素および特徴、および前記部分、要素または特徴の２つ以上の任意またはすべての組み合わせからなる、と広義に言うこともできる。さらに、既知の同等物を有する本発明の特定の成分または整数が参照されている場合、これらの同等物は、別個に説明されているように、本明細書では結合される。
本発明は、例を用いて、可能な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく、修正または改良されてもよいことを理解されたい。本発明はまた、本出願の明細書において個別にまたは集合的に参照または示される部分、要素および特徴、および前記部分、要素または特徴の２つ以上の任意またはすべての組み合わせからなる、と広義に言うこともできる。さらに、既知の同等物を有する本発明の特定の成分または整数が参照されている場合、これらの同等物は、別個に説明されているように、本明細書では結合される。
【0098】
本明細書における先行技術の如何なる説明も、先行技術が周知であること、又はその分野の常識の一部を構成することを認めるものとはみなされない。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図14】
【図14a】
【図14b】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【国際調査報告】