JP2013214705A - 櫛歯構造のシールド層及びそのワイヤレス充電トランスミッター - Google Patents

Abstract

【課題】櫛歯構造のシールド層及びそのワイヤレス充電トランスミッターを提供する。
【解決手段】ワイヤレス充電モジュール１１は電源２０に接続され、少なくとも一つのワイヤレス充電コイル及び少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層１２を有し、電源から発生する交流電力を磁場Ｈの電磁輻射に変換し、電子デバイス３０をワイヤレス充電するようになされている。櫛歯構造のシールド層は、ワイヤレス充電モジュールと目標の電子デバイスの間に設けられ、磁場Ｈの電磁輻射が櫛歯構造のシールド層を介することができるようになされている。櫛歯構造のシールド層は、第一エリア及び第二エリアを含む。第一エリアは、基準電位に電気的に接続されている。第二エリアは、第一エリアを介して基準電位に電気的に接続され、電場Ｅの電磁輻射をシールドするが、磁場Ｈの電磁輻射が櫛歯構造のシールド層を介するようになされている。
【選択図】図１

Description

この発明は櫛歯構造のシールド層に関し、特に、少なくとも一側に設けられる櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターに関する。

未来のキャリアは、それを手助けし、コントロールする多くの電子ガイダンス（electronic guidance）を有することができる。追加のセンサー、アクチュエータ、及びワイヤがキャリア内に設けられ、キャリアの大幅な重量増加を招く可能性がある。この状況は、燃料消費量削減の取り組みと矛盾するようである。このようなキャリアの重量増加を回避するため、これらの電気または電子部品／システムは、それらの間のワイヤレス伝送情報にさらに依頼することができる。キャリア内のこれらのワイヤレス通信デバイスは、統合され、組織された方法では現れない可能性がある。これらのワイヤレス通信デバイスは、技術の進歩及び製造業者による電気または電子部品／システムのデザインに伴って、徐々に現れてくる。一般的に、ワイヤレス伝送は無指向で発生する電磁輻射に関係するため、こうした電磁輻射は別の電気、電子部品／システムに干渉／影響する可能性がある。こうした干渉は操作失敗の高リスクや、ひいては安全問題をも招く可能性がある。したがって、オリジナル設備製造メーカー（original equipment manufacturers、ＯＥＭ)等の自動車製造業界のメーカーは、ＥＭＣ及びＥＭＩに符合する高く厳格な基準を定めている。

一方で、携帯用電子デバイスのワイヤレス充電は、将来的に、キャリアにおいて普遍的になる。一般的に、ワイヤレス充電技術は、ワイヤレス充電トランスミッター(またはモジュール)のトランスミッターコイル内における高速交流電流により発生する磁気誘導により電子デバイスを充電するものである。

ワイヤレス充電のプロセスの間、デバイスを充電する磁場Ｈは、限られた極小の距離内でのみ別の電子デバイスに干渉し、これはＯＥＭが受容できる程度のものではあるが、磁場Ｈは電場Ｅを生成する。電場Ｅは、ＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格に符合しない周波数及び振幅にて輻射する。したがって、電場Ｅはキャリア内の別の電子機器に干渉し、安全問題を招く可能性がある。上記の問題は、キャリア外部の別のエリアでも発生する可能性がある。例えば、ラジオや自動車のマルチメディア再生モジュール等のプリント基板（ＰＣＢ）上に設けられる単純な金属シールドは、ワイヤレス充電トランスミッターのトランスミッターコイルが、充電を必要とする電子デバイスとの磁気誘導結合を妨げることから、適当に作用しない。

この発明は、櫛歯構造のシールド層を提供し、櫛歯構造のシールド層の下方に設けられたワイヤレス充電トランスミッターから磁場Ｈが輻射するようになされているが、磁場Ｈから生成される電場Ｅをシールドする。

この発明の実施形態に基づくと、櫛歯構造のシールド層が提供される。櫛歯構造のシールド層は、第一エリア及び第二エリアを含む。第一エリアは、基準電位に接続されている。次に、第二エリアは、第一エリアを通って基準電位に接続される櫛歯のエリアであり、電場Ｅの電磁輻射をシールドするが、電場Ｅの電磁輻射に関連する磁場Ｈの電磁輻射が櫛歯構造のシールド層を介するようになされている。

この発明の実施形態に基づくと、ワイヤレス充電トランスミッターが提供される。ワイヤレス充電トランスミッターは、ワイヤレス充電モジュール及び少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層を有する。ワイヤレス充電モジュールは外部電源に接続され、少なくとも一つのワイヤレス充電コイルを有する。ワイヤレス充電モジュールは、外部電源から発生する交流電力を磁場Ｈの電磁輻射に変換し、目標の電子デバイスをワイヤレス充電する。さらに、少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層は、ワイヤレス充電モジュールと目標の電子デバイスの間に設けられ、磁場Ｈの電磁輻射が少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層を介することができるようになされている。

櫛歯構造のシールド層がワイヤレス充電トランスミッターの少なくとも一つの側面に設けられることで、ワイヤレス充電トランスミッターは目標の電子デバイスをワイヤレス充電することができ、同時に、好ましくない電場Ｅの輻射を所定の閾値よりも低く保つことができる。

以下の図面はこの発明をさらに理解するために提供され、この明細書の一部を構成する。図面は例示的な実施形態を示しており、発明の詳細な説明と共に、この開示の原則を説明するために提供される。
図１は、この発明の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの概要図である。 図２は、この発明の第一の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。 図３は、非シールドワイヤレス充電トランスミッターの電磁輻射測定の概要図である。 図４は、この発明の実施形態に基づく櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの電磁輻射測定の概要図である。 図５は、この発明の別の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの電磁輻射測定の概要図である。 図６は、この発明の別の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの概要図である。 図７は、この発明の第二の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。 図８は、この発明の第三の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。 図９は、この発明の第四の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。

ここで使用する専門用語は特定の実施形態を記述するためのものであり、この発明を限定するものではなく、この発明が開示する範囲は、特許請求の範囲、及びそれと均等なエリアを基準として定めなければならない。

特別に明記しない限り、単数形の記載は複数の対象物を含む。

図１は、この発明の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの概要図である。図１を参照すると、ワイヤレス充電トランスミッター１０は、ワイヤレス充電モジュール１１及びシールド層１２を含む。ワイヤレス充電モジュール１１は、電源２０に電気的に結合され、ワイヤレス充電モジュール１１に交流（ＡＣ）電力を提供することができる。ワイヤレス充電モジュール１１は、電源２０から発生する交流電力を磁場Ｈの輻射に変換するようになされたワイヤレス充電コイル構造（図１では示されていない）を有し、さらに、電子デバイス３０の電池をワイヤレス充電できるようになされている。ユーザーは、電子デバイス３０をシールド層１２の上部に一時的に置くことができる。また、ワイヤレス充電モジュール１１は、シールド層１２に対して、ワイヤレス充電モジュール１１の異なる側に、磁場Ｈ及び電場Ｅのシールドを提供するフェライト系被包（ferritic encapsulation）を有する。例えば、図１において、フェライト系被包はワイヤレス充電モジュール１１の下部に設けられている。

この実施形態において、シールド層１２はワイヤレス充電モジュール１１の上部に設けられ、ワイヤレス充電モジュール１１から発生する電場Ｅの輻射をシールドする。シールド層１２は、櫛歯構造のシールド層であり、各セグメント間に平行スペースを有するストライプ状のエリアを含み、これらのセグメントは櫛歯のエリアと完全に類似している。注意すべき点として、この開示において、ワイヤレス充電モジュール１１のワイヤレス充電コイル構造／充電コイルは、櫛歯構造のシールド層１２の櫛歯のエリアに完全に覆われている。

図２は、この発明の第一の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。図２を参照すると、櫛歯構造のシールド層１２は、第一エリア１２１及び第二エリア１２２を含むことができる。第二エリアは櫛歯のエリアであり、ワイヤレス充電トランスミッター１０の第一エリア１２１とグランド（または基準電位レベル）の電気的接続を介して、グランドに電気的に結合されており、ワイヤレス充電トランスミッター１０には櫛歯構造のシールド層１２が設けられている。第二エリア１２２は、複数の平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎを含み、ｎは２よりも大きい整数である。平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎの間には平行スペースが設けられている。したがって、櫛歯構造のシールド層１２は、櫛歯構造のシールド層１２に近いワイヤレス充電モジュール１１から発生する電場Ｅの輻射をシールドすることができ、一方、櫛歯構造のシールド層１２は、ワイヤレス充電モジュール１１から発生する磁場Ｈの輻射に対しては姿を現さない(または、シールドしない)。

この実施形態において、第一エリア１２１及び第二エリア１２２のグランドシールド（grounded shielding）は、回路経路として、プリント基板（ＰＣＢ）上にプリントされることができる。第一エリア１２１及び第二エリア１２２のシールドは、金属のような導電性材料である。例えば、この実施形態において、ボード１２３として示されるＰＣＢに銅皮膜（copper coating）を初めに施し、次に、第二エリア１２２のセグメント間の平行スペースをボード１２３から剥離して、櫛歯のシールドエリアを形成することができる。しかしながら、この開示ではＰＣＢに限定せず、別の実施形態においては、いかなる非導電性材料もシールドのボード、シールドのキャリア、または箔を構成することができ、それらの上に、第一エリア１２１及第二エリア１２２のグランドシールドが印刷または設けられることができる。

図３は、非シールドワイヤレス充電トランスミッターの電磁輻射測定の概要図である。図３を参照すると、この概要図は、非シールドまたは櫛歯構造のシールド層を使用しないワイヤレス充電モジュールから発生する電磁輻射の実験測定を示している。電磁輻射の測定は、非シールドワイヤレス充電トランスミッターの上部に置かれた目標の電子デバイスに対して行われる。ワイヤレス充電モジュールの電流は、６２０ｍＡから６３０ｍＡである。図３におけるライン３３は、ＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格に基づく電磁輻射閾値のピークを示している。図３におけるライン３４は、ＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格に基づく電磁輻射閾値の平均を示している。ライン３１は、電磁輻射のピークの測定を示している。ライン３２は、電磁輻射の平均の測定を示している。ライン３１、３２、３３及び３４を観察すると、ワイヤレス充電モジュールから発生する輻射は、ボードスペクトラム（board spectrum）におけるＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格のスペクトラムリミットを明らかに超えており、受容できないものであることを結論付けることができる。

図４は、この発明の実施形態に基づく櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッター１０の電磁輻射測定の概要図である。 図４を参照すると、この概要図は、特に、図１から図２に示されるように、櫛歯構造のシールド層１２がシールドされた下での、シールドされたワイヤレス充電モジュール１１から発生する電磁輻射の実験測定を示している。電磁輻射の測定は、櫛歯構造のシールド層の上部に置かれた目標の電子デバイスに対して行われており、櫛歯構造のシールド層１２はワイヤレス充電トランスミッター１０内のワイヤレス充電モジュール１１の上部に設けられている。ワイヤレス充電モジュール１１の電流は、６４０ｍＡから６５０ｍＡの間である。図４におけるライン４３は、ＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格に基づく電磁輻射閾値のピークを示している。図４におけるライン４４は、ＯＥＭのＥＭＣ及びＥＭＩ規格に基づく電磁輻射閾値の平均を示している。ライン４１は、電磁輻射のピークの測定を示している。ライン４２は、電磁輻射の平均の測定を示している。ライン４１、４２、４３及び４４を観察すると、ワイヤレス充電モジュールから発生する輻射は、なおもボードスペクトルにおけるＯＥＭもＥＭＣ及びＥＭＩ基準のスペクトルのリミット内であり、受容できるものであることが分かる。

図５は、この発明の別の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの電磁輻射測定の概要図である。 図５を参照すると、ワイヤレス充電トランスミッター５０は、櫛歯構造のシールド層１２及び５２の二つの層の間に設けられるワイヤレス充電モジュール１１を含むことができる。櫛歯構造のシールド層１２及び５２は、ワイヤレス充電モジュール１１から発生する電場Ｅの電磁輻射をシールドすることができるようになされている。

図６は、この発明の別の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターの概要図である。図６を参照すると、ワイヤレス充電トランスミッター６０は、櫛歯構造のシールド層１２、５２、６２、７２、８２及び９２の六つの層を囲んで設けられるワイヤレス充電モジュール１１を含むことができる。言い換えれば、櫛歯構造のシールド層１２、５２、６２、７２、８２及び９２は、ワイヤレス充電トランスミッター６０の６つの異なる側面にそれぞれ設けることができる。したがって、櫛歯構造のシールド層１２、５２、６２、７２、８２及び９２は、異なる基準方向において、それぞれワイヤレス充電モジュール１１から発生する電場Ｅの電磁輻射をシールドするようになされている。実務の実施においては、ワイヤレス充電トランスミッターは、櫛歯構造のシールド層１２、５２、６２、７２、８２及び９２の任意の組み合わせを有することができ、実務のデザインの需要に応じて、二つ、三つ、四つ、五つまたは六つの櫛歯構造のシールド層の組み合わせであることができる。

図７は、この発明の第二の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。 図７を参照すると、櫛歯構造のシールド層７０は、第一エリア１２１及び第二エリア１２２を含むことができる。第一エリア１２１及び第二エリア１２２はどちらも設置されている。第一の実施形態と比べて、第二エリア１２２は、複数の平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎを有し、各平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎは、それ自身と櫛歯構造のシールド層７０のエッジ基準ライン１２４との間に傾斜角度を有している。注意すべき点として、ワイヤレス充電操作において、ワイヤレス充電コイルまたはコイル構造は第二エリア１２２に完全に覆われるように配置されており、櫛歯構造のシールド層７０は、ワイヤレス充電コイルまたはコイル構造と、ワイヤレス充電を待つ目標の電子デバイスの間に設けられている。

図８は、この発明の第三の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。 図８を参照すると、櫛歯構造のシールド層８０は、第一エリア１２１及び第二エリア１２２を含む。第一エリア１２１及び第二エリア１２２はどちらも設置されている。第一の実施形態と比べて、第二エリア１２２は、複数の平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎを有し、各平行セグメント１２２−１、１２２−２…１２２−ｎは、波形の形状を有するが、互いには交差していない。注意すべき点として、ワイヤレス充電操作において、ワイヤレス充電コイルまたはコイル構造は第二エリア１２２に完全に覆われるように配置されており、櫛歯構造のシールド層８０は、ワイヤレス充電コイルまたはコイル構造とワイヤレス充電を待つ目標の電子デバイスの間に設けられている。

図９は、この発明の第四の実施形態に基づく、櫛歯構造のシールド層の概要図である。図９を参照すると、櫛歯構造のシールド層１００は、非導電層１０２の間に設けられる第一シールド層１０１及び第二シールド層１０３を含むことができる。第一シールド層１０１及び第二シールド層１０３はどちら設置されている。第一シールド層１０１は、複数の平行セグメント１０１−１、１０１−２…１０１−ｎを有し、平行セグメント１０１−１、１０１−２…１０１−ｎの間には平行スペースが設けられている。これと似ているが同様ではなく、第二シールド層１０３は複数の平行セグメント１０３−１、１０３−２…１０３−ｍを有し、平行セグメント１０３−１、１０３−２…１０３−ｍの間には平行スペースが設けられているが、平行セグメント１０３−１、１０３−２…１０３−ｍは、平行セグメント１０１−１、１０１−２…１０１−ｎの第二方向に直交する第一方向に設けられ、ｍは２よりも大きい整数であり、ｎとは異なることができる。ワイヤレス充電操作において、櫛歯構造のシールド層１００は、図１におけるシールド層１２と同様に、ワイヤレス充電モジュールの上部に設けられている。

以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、この発明の保護の範囲は、特許請求の範囲、及びそれと均等なエリアを基準として定めなければならない。

この発明は、少なくともその一側に設けられた櫛歯構造のシールド層を有するワイヤレス充電トランスミッターに関する。

１１ ワイヤレス充電モジュール
１２、５２、６２、７０、７２、８０、８２、９２、１００ 櫛歯構造のシールド層
２０ 電源
３０ 電子デバイス
１２１ 第一エリア
１２２ 第二エリア
１２３ ボード
３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４ ライン
１０、５０ ワイヤレス充電トランスミッター
１０１ 第一シールド層
１０２ 非導電層
１０３ 第二シールド層
１０１−１、１０１−２、…１０１−ｎ、１２２−１、１２２−２、…１２２−ｎ、１０３−１、１０３−２、…１０３−ｍ 平行セグメント

Claims (15)

1. 基準電位に電気的に接続される第一エリアと、
   前記第一エリアを介して前記基準電位に電気的に接続される櫛歯のエリアであり、電場Ｅの電磁輻射をシールドするが、前記電場Ｅの電磁輻射と関連する磁場Ｈの電磁輻射が前記櫛歯構造のシールド層を介するようになされている第二エリアと、
   を備えることを特徴とする櫛歯構造のシールド層。
2. 前記第一エリア及び前記第二エリアはどちらも非導電性材料ボード上に印刷されていることを特徴とする請求項１に記載の櫛歯構造のシールド層。
3. 前記第一エリア及び前記第二エリアはどちらも導電性材料であることを特徴とする請求項１に記載の櫛歯構造のシールド層。
4. 前記第二エリアの前記櫛歯のエリアは、非導電性材料により隔てられる複数の平行セグメントを有することを特徴とする請求項１に記載の櫛歯構造のシールド層。
5. 各前記平行セグメントは、前記櫛歯構造のシールド層の基準ラインとの間に傾斜角度を有することを特徴とする請求項４に記載の櫛歯構造のシールド層。
6. 前記第二エリアの前記櫛歯のエリアは、非導電性材料により隔てられる複数のセグメントからなり、各前記セグメントは、波形の形状を有するが、別のどのセグメントとも互いには交差しないことを特徴とする請求項１に記載の櫛歯構造のシールド層。
7. 外部電源に接続され、少なくとも一つのワイヤレス充電コイルを有し、前記外部電源から発生する交流電力を磁場Ｈの電磁輻射に変換し、目標の電子デバイスをワイヤレス充電するワイヤレス充電モジュールと、
   前記ワイヤレスモジュールと前記目標の電子デバイスの間に設けられる少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層と、
   を備え、
   磁場Ｈの電磁輻射が前記少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層を通過するようになされたことを特徴とするワイヤレス充電トランスミッター。
8. 前記少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層は、前記磁場Ｈの電磁輻射に関連する電場Ｅの電磁輻射から、前記目標の電子デバイスをシールドするようになされたことを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
9. 各前記少なくとも一つの櫛歯構造のシールド層は、
   基準電位に電気的に接続される第一エリアと、
   前記第一エリアを介して前記基準電位に電気的に接続される櫛歯のエリアであり、前記電場Ｅの電磁輻射をシールドするが、前記磁場Ｈの電磁輻射が前記櫛歯構造のシールド層を介するようになされている第二エリアと、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
10. 前記第一エリア及び前記第二エリアはどちらも非導電性材料ボード上に印刷されていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
11. 前記第一エリア及び前記第二エリアはどちらも導電性材料であることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
12. 前記第二エリアの前記櫛歯のエリアは、非導電性材料により隔てられる複数の平行セグメントを有することを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
13. 各前記平行セグメントは、前記櫛歯構造のシールド層の基準ラインとの間に傾斜角度を有することを特徴とする請求項１２に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
14. 前記第二エリアの前記櫛歯のエリアは、非導電性材料により隔てられる複数のセグメントからなり、各前記セグメントは、波形の形状を有するが、別のどのセグメントとも互いには交差しないことを特徴とする請求項9に記載のワイヤレス充電トランスミッター。
15. 前記櫛歯構造のシールド層は、非導電層の間に設けられる第一の櫛歯構造のシールド層及び第二の櫛歯構造のシールド層を含み、前記第一の櫛歯構造のシールド層上の前記平行セグメントの第一方向と前記第二の櫛歯構造のシールド層上の前記平行セグメントの第二方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項１２に記載のワイヤレス充電トランスミッター。