DE112012002474T5 - Energieübertragungsvorrichtung und Energieübertragungssytem - Google Patents

Abstract

Das Gehäuse (15) einer Energieübertragungsvorrichtung (101) ist mit einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode (11), einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode (12), einem Energieübertragungsmodul (13) und dergleichen versehen. Eine an einem Endgerät montierte Verkleidung ist mit einer energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode (21), einer energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode (22), einem Energieempfangsmodul (23), einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (24) und dergleichen versehen. Ein Wärmesenkenabschnitt (11S), der mehrere Rippen aufweist, ist an einem Abschnitt der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode (11) ausgebildet. Wenn das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung (101) montiert wird, so ist die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode (21) elektrisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode (11) verbunden, und die energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode (22) ist der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode (12) zugewandt. In diesem Zustand wird die Wärme des Energieempfangsmoduls (23), des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers (24) und dergleichen von der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode (11) dissipiert.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft Energieübertragungsvorrichtungen, die in Energieübertragungssystemen zum Übertragen von Energie unter Ausnutzung der Kopplung elektrischer Felder verwendet werden, und solche Energieübertragungssysteme.
• STAND DER TECHNIK
• Zu Beispielen typischer bekannter Systeme zum Übertragen von Energie zwischen zwei Vorrichtungen, bei denen man die Vorrichtungen nahe zueinander bringt, gehören Magnetfeldkopplungs-Energieübertragungssysteme, bei denen unter Verwendung eines elektromagnetischen Feldes Energie von der Primärspule einer Energieübertragungsvorrichtung zur Sekundärspule einer Energieempfangsvorrichtung durch ein Magnetfeld übertragen wird. Jedoch ist, wenn Energie durch Magnetfeldkopplung übertragen wird, eine hohe Genauigkeit bei der relativen Positionsbeziehung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule erforderlich, da die Größenordnung des die Spulen durchquerenden Magnetflusses einen erheblichen Einfluss auf die elektromotorische Kraft ausübt. Darüber hinaus ist es aufgrund der Verwendung von Spulen schwierig, die Vorrichtungen zu verkleinern.
• Andererseits sind, wie in den Patentdokumenten 1–3 offenbart ist, Energieübertragungssysteme bekannt, die nach dem Prinzip der drahtlosen Kopplung elektrischer Felder arbeiten, wobei Energie von der Kopplungselektrode einer Energieübertragungseinheit zu der Kopplungselektrode einer Lasteinheit unter Verwendung eines quasi-statischen elektrischen Feldes übertragen wird. Bei diesen Systemen wird Energie von der Kopplungselektrode einer Energieübertragungsvorrichtung zu der Kopplungselektrode einer Energieempfangsvorrichtung durch ein elektrisches Feld übertragen. Dieses Verfahren ermöglicht es, daß die Genauigkeit der relativen Positionsbeziehung zwischen den Kopplungselektroden relativ klein ist, und erlaubt auch eine Verringerung der Größen und Dicken der Kopplungselektroden.
• 1 ist ein Schaubild, das die Basiskonfiguration eines in Patentdokument 1 offenbarten Energieübertragungssystems veranschaulicht. Dieses Energieübertragungssystem besteht aus einer Energieübertragungsvorrichtung und einer Energieempfangsvorrichtung. Die Energieübertragungsvorrichtung enthält einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis 1, eine passive Elektrode 2 und eine aktive Elektrode 3. Die Energieempfangsvorrichtung enthält einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Lastkreis 5, eine passive Elektrode 7 und eine aktive Elektrode 6. Weil die aktive Elektrode 3 und die aktive Elektrode 6 nahe beieinander liegen und sich eine Region 4 eines elektrischen Hochspannungsfeldes dazwischen befindet, sind diese zwei Elektroden miteinander durch ein elektrisches Feld gekoppelt.
• ZITIERUNGSLISTE
• Patentdokumente
• Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2009-531009
• Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2009-296857
• Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2009-089520
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Technisches Problem
• In einem kontaktlosen Energieübertragungskreis mit statischem elektrischem Feld sind die Kopplungsabschnitte einer Energieübertragungsvorrichtung und einer Energieempfangsvorrichtung mit einer hohen Spannung so miteinander gekoppelt, daß die Übertragungseffizienz selbst dann hoch ist, wenn die Kopplungsabschnitte klein sind. Darum ist ein Abspanntransformator in der Energieempfangsvorrichtung angeordnet. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler wird verwendet, um eine gewünschte Spannung in einen Lastkreis einzuspeisen. In der Energieempfangsvorrichtung wird beispielsweise aufgrund der Spulen eines solchen Abspanntransformators und Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers Wärme erzeugt. Da des Weiteren – verglichen mit der Energieübertragungsvorrichtung – eine Verkleinerung und eine hochdichte Integration für die Energieempfangsvorrichtung erforderlich sind, ist es allgemein schwierig, eine hohe thermische Kapazität zu realisieren, die ausreicht, um die Wärme zu dissipieren, die während des Empfangs von Energie in der Energieempfangsvorrichtung erzeugt wird. Infolge dessen kann sich die Temperatur der Energieempfangsvorrichtung abnormal erhöhen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieübertragungsvorrichtung und ein Energieübertragungssystem bereitzustellen, wobei das oben beschriebene Problem der Temperaturerhöhung gelöst ist.
• Lösung des Problems
• (1) Eine Energieübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Energieübertragungsvorrichtung, die Energie zu einer Energieempfangsvorrichtung überträgt, die eine energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, eine energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode und einen Energieempfangskreis, der zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode angeordnet ist, enthält, wobei die Energieübertragungsvorrichtung umfaßt: eine energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, die mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode elektrisch gekoppelt (ihr zugewandt) ist, eine energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode elektrisch gekoppelt (ihr zugewandt oder elektrisch mit ihr verbunden) ist, und einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis, der eine Hochfrequenz-Hochspannung zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode anlegt.
• Wenn eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t1 bezeichnet ist, eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t2 bezeichnet ist, eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t3 bezeichnet ist und eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t4 bezeichnet ist, so ist mindestens eine von einer ersten und einer zweiten Ungleichung erfüllt, wobei die erste Ungleichung lautet: t3/t1 > 1 und die zweite Ungleichung lautet: t4/t2 > 1.
• (2) Bevorzugt ist die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden.
• (3) Bevorzugt enthält die Energieübertragungsvorrichtung des Weiteren ein Detektionsmittel, das in einem Montageabschnitt, wo die Energieempfangsvorrichtung montiert ist, eine Detektionselektrode zum Detektieren eines Kopplungszustandes der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode enthält und das anhand des Kopplungszustandes der energieempfangsseitigen passiven Elektrode mit der Detektionselektrode detektiert, ob die Energieempfangsvorrichtung an dem Montageabschnitt montiert ist oder nicht, und wobei eine Dicke der Detektionselektrode maximal so groß ist wie die Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode.
• (4) Bevorzugt ist mindestens eine der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit einer unebenen Oberfläche oder einem Loch versehen.
• (5) Bevorzugt ist ein Wärmeleiter, der thermisch mit mindestens einer der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden ist, angeordnet.
• (6) Bevorzugt enthält die Energieübertragungsvorrichtung des Weiteren Folgendes: ein Gehäuse, das die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode und den Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis aufnimmt, und wobei mindestens eine der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode gebogen ist oder so ausgebildet ist, daß sie sich in dem Gehäuse erstreckt.
• (7) Ein Energieübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Energieempfangsvorrichtung, die eine energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, eine energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode und einen Energieempfangskreis, der zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode angeordnet ist, enthält, und eine Energieübertragungsvorrichtung, die eine energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, die der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode zugewandt ist, eine energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden ist, und einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis, der eine Hochfrequenz-Hochspannung zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode anlegt, enthält.
• Wenn eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t1 bezeichnet ist, eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t2 bezeichnet ist, eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t3 bezeichnet ist und eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t4 bezeichnet ist, so ist mindestens eine von einer ersten und einer zweiten Ungleichung erfüllt, wobei die erste Ungleichung lautet: t3/t1 > 1 und die zweite Ungleichung lautet: t4/t2 > 1.
• (8) Bevorzugt erstreckt sich die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode von einer Position, an der die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode gekoppelt ist, entlang eines Umfangsrandes einer Gehäuse der Energieempfangsvorrichtung.
• Nutzeffekte der Erfindung
• Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Energieübertragungsvorrichtung eine hohe Wärmedissipationseffizienz besitzt, wird die Wärmedissipationseffizienz der Energieempfangsvorrichtung ebenfalls dadurch verbessert, daß die Energieempfangsvorrichtung auf der Energieübertragungsvorrichtung montiert ist, wodurch die Entstehung von Wärme in der Energieempfangsvorrichtung und der Energieübertragungsvorrichtung vermieden wird.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein Schaubild, das die Basiskonfiguration eines in Patentdokument 1 offenbarten Energieübertragungssystems veranschaulicht.
• 2 ist eine perspektivische Außenansicht eines Energieübertragungssystems 401 gemäß einer ersten Ausführungsform.
• 3(a) ist eine Vorderansicht eines Endgerätes mit einer Verkleidung, und 3(B) ist eine Seitenansicht eines Zustands, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an einer Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert wurde.
• 4(a) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht der Energieübertragungsvorrichtung 101, 4(B) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht des Endgerätes mit einer Verkleidung, und 4(C) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Zustands, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert wurde.
• 5 ist ein Ersatzschaltbild des Energieübertragungssystems 401.
• 6(a) bis 6(D) sind Schaubilder, die eine Anzahl verschiedener Beispiele der Struktur einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 veranschaulichen.
• 7(a) ist eine Vorderansicht eines Energieübertragungssystems 402 gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 7(B) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Zustands, in dem ein Endgerät mit einer Verkleidung an einer Energieübertragungsvorrichtung 102 montiert ist.
• 8 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Energieübertragungssystems 402.
• 9 ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Energieübertragungssystems 403 gemäß einer dritten Ausführungsform.
• 10 ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Energieübertragungssystems 404 gemäß einer vierten Ausführungsform.
• 11 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Energieübertragungssystems 404.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Erste Ausführungsform
• 2 ist eine perspektivische Außenansicht eines Energieübertragungssystems 401 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Energieübertragungssystem 401 enthält eine Energieübertragungsvorrichtung 101 und eine Energieempfangsvorrichtung 301. In diesem Beispiel wird die Energieempfangsvorrichtung aus einem Endgerät 30 und einer Verkleidung 201, die den Umfangsrahmen des Endgerätes 30 bedeckt, gebildet. Das Endgerät 30 ist in einem Zustand, in dem der Umfangsrahmen durch die Verkleidung 201 bedeckt ist (im Weiteren ein „Endgerät mit einer Verkleidung” genannt), an der Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert. Wie später noch ausführlich beschrieben wird, ist in der Verkleidung 201 ein Energieempfangskreis ausgebildet, und der Energieempfangskreis ist mit dem Endgerät 30 über einen Verbinder in der Verkleidung 201 verbunden.
• 3(a) ist eine Vorderansicht eines Endgerätes mit einer Verkleidung, und 3(B) ist eine Seitenansicht eines Zustands, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert wurde. Wie in 3(a) gezeigt, ist eine untere Verkleidung 201B verschiebbar am unteren Abschnitt des Endgerätes 30 montiert, und eine obere Verkleidung 201T ist verschiebbar am oberen Abschnitt des Endgerätes 30 montiert. Ein Stecker 29 eines Verbinders ist in der unteren Verkleidung angeordnet, und der Stecker 29 wird mit einer Aufnahmebuchse 39, die an der Unterseite des Endgerätes 30 angeordnet ist, verbunden, sobald die untere Verkleidung 201B an dem Endgerät 30 montiert wird.
• Wie in 3(B) veranschaulicht, wird das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 101 in einer solchen Weise montiert, daß es in die Nut der Energieübertragungsvorrichtung 101 eingesetzt wird. Das Endgerät mit einer Verkleidung braucht aber nicht unbedingt hochkant montiert zu werden, sondern kann auch im Querformat montiert werden, und Strom kann im einen wie im anderen Fall zugeführt werden.
• 4(a) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht der Energieübertragungsvorrichtung 101, 4(B) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht des Endgerätes mit einer Verkleidung, und 4(C) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Zustands, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert wurde.
• Wie in 4(a) veranschaulicht, ist ein Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 101 mit einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12, einem Energieübertragungsmodul 13 und dergleichen versehen. Die energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode 12 ist am Boden der Nut angeordnet, in der das Endgerät mit einer Verkleidung montiert ist. Ein Abschnitt der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 liegt an einer Position frei, die mit einer energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 in Kontakt steht, die geringfügig von der Rückseite der unteren Verkleidung 201B hervorsteht. Ein Wärmesenkenabschnitt 11S, an dem sich mehrere Rippen befinden, ist an einem Abschnitt der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 angeordnet. Die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11, die den Wärmesenkenabschnitt 11S enthält, ist gebogen und so angeordnet, daß sie sich in dem Gehäuse 15 erstreckt. In dem Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 101 sind mehrere schlitzförmige Öffnungen 16 zur Wärmedissipation ausgebildet.
• Wie in 4(B) veranschaulicht, sind die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21, eine energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode 22, ein Energieempfangsmodul 23 und ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 in der unteren Verkleidung 201B angeordnet, die einen Abschnitt der Energieempfangsvorrichtung bildet. Die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 ist in einer solchen Weise ausgebildet, daß sie sich nahe dem Energieempfangsmodul 23 und dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 befindet und diese umgibt.
• Wie in 4(C) veranschaulicht, ist – wenn das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 101 montiert wird – die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 elektrisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 verbunden. Des Weiteren ist die energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode 22 der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12 zugewandt.
• Hier ist die Dicke, t3, der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 größer als die Dicke, t1, der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21. Die Dicke, t4, der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12 ist größer als die Dicke, t2, der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22. Das heißt, es gelten folgende Beziehungen:
  t3/t1 > 1,
  t4/t2 > 1.
• Anders ausgedrückt: Die thermischen Kapazitäten der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode und aktiven Elektrode sind größer als die thermischen Kapazitäten der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode und aktiven Elektrode. Darum wird die Wärme der Energieempfangsvorrichtung durch die Energieübertragungsvorrichtung mit hoher Effizienz dissipiert.
• Da die Wärme der Energieempfangsvorrichtung durch die Verkleidung 201a zu dem Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 101 geleitet wird, wird die Wärme der Energieempfangsvorrichtung außerdem durch das Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 101 dissipiert. Darum ist es bevorzugt, daß das Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 101 und die Verkleidung 201 aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt werden.
• 5 ist ein Ersatzschaltbild des Energieübertragungssystems 401. Das Energieübertragungsmodul 13 der Energieübertragungsvorrichtung 101 enthält einen Hochfrequenzspannungserzeugungskreis OSC, einen Aufspanntransformator TG und eine Induktionsspule LG. Der Hochfrequenzspannungserzeugungskreis OSC erzeugt zum Beispiel eine Hochfrequenzspannung von einhundert Kilohertz bis mehreren zehn Megahertz. Eine durch den Hochfrequenzspannungserzeugungskreis OSC erzeugte Spannung wird durch einen Aufspannkreis, der aus dem Transformator TG und der Induktionsspule LG besteht, aufgespannt und an die passive Elektrode 11 und die aktive Elektrode 12 angelegt. Dieses Energieübertragungsmodul 13 entspricht dem „Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis” der vorliegenden Erfindung.
• Die Verkleidung 201 der Energieempfangsvorrichtung 301 ist mit dem Energieempfangsmodul 23, dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 und einem Lastkreis RL, der dem Endgerät 30 entspricht, versehen. Das Energieempfangsmodul 23 ist zwischen der aktiven Elektrode 22 und der passiven Elektrode 21 verbunden. Das Energieempfangsmodul 23 enthält eine Induktionsspule L1, einen Abspannkreis, der mit einem Abspanntransformator TL arbeitet, und einen Gleichrichterkreis 25, um die abgespannte Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 gibt eine bestimmte Gleichspannung an den Lastkreis RL aus.
• Ein Widerstand r, der zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 verbunden ist, entspricht einem Kontaktwiderstand, der in einer Kontaktregion zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 gebildet wird. Ein Kondensator Cm, der zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12 und der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22 verbunden ist, entspricht einer Kapazität, die zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12 und der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22 erzeugt wird.
• Wenn der Widerstandswert des Widerstandes r mit r bezeichnet wird und die Kapazität des Kondensators Cm an dem kapazitiven Kopplungsabschnitt mit Cm bezeichnet wird, so gilt folgende Beziehung: r << 1/ωCm. Weil die passiven Elektroden der Energieübertragungsvorrichtung 101 und die Verkleidung 201 elektrisch direkt miteinander verbunden sind, wird auf diese Weise das Potenzial der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 ungefähr an das Potenzial der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 angeglichen. Infolge dessen wird das Potenzial der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 stabilisiert, und Schwankungen beim Erdungspotenzial und Lecks von unerwünschten elektromagnetischen Feldern werden vermieden. Da Streukapazität vermieden wird, wird darüber hinaus die Kopplung verstärkt, und es wird eine hohe Übertragungseffizienz erhalten.
• Obgleich die Wärmemengen, die insbesondere durch das Energieempfangsmodul 23 und den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 erzeugt werden, unter den in 5 veranschaulichten Stromkreisen relativ groß sind, werden diese Wärmekomponenten durch die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 zu der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 geleitet. Oder anders ausgedrückt: Die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 wird ebenfalls thermisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 verbunden. Infolge dessen wird Wärme, die durch das Energieempfangsmodul 23 und den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 erzeugte wird, durch die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 dissipiert, wodurch Erhöhungen der Temperaturen des Energieempfangsmoduls 23 und des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 24 vermieden werden.
• 6(a) bis 6(D) sind Schaubilder, die eine Anzahl weiterer Beispiele der Struktur der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 veranschaulichen. In diesen Figuren ist die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 durch eine einfache flache Platte dargestellt. Wie in 6(a) veranschaulicht, kann die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 eine einfache dicke Platte ohne Rippen sein. Alternativ können mehrere Vorsprünge ausgebildet werden, wie in 6(B) veranschaulicht. Wie in 6(C) veranschaulicht, können im Inneren mehrere Löcher H ausgebildet sein. Wenn die Oberfläche der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 vergrößert wird, wie in 6(B) und 6(C) veranschaulicht, so wird die Wärmedissipation von der Übertragungselektrode an die Umgebungsluft erhöht. Wie in 6(D) veranschaulicht, kann die energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode eine Struktur haben, bei der eine Platte 11i, die ein guter Wärmeleiter ist und aus einem Metall oder einem elektrischen Isolator besteht, an eine Metallplatte 11c geklebt ist.
• Zweite Ausführungsform
• 7(a) ist eine Vorderansicht eines Energieübertragungssystems 402 gemäß einer zweiten Ausführungsform, und 7(B) ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Zustands, in dem ein Endgerät mit einer Verkleidung an einer Energieübertragungsvorrichtung 102 montiert wurde.
• Wie in 7(a) veranschaulicht, ist ein Gehäuse 15 der Energieübertragungsvorrichtung 102 mit einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17, einem Energieübertragungsmodul 13 und dergleichen versehen.
• Eine Energieempfangsvorrichtung wird aus einem Endgerät 30 und einer an dem Endgerät 30 montierten Verkleidung 201 gebildet. Die Verkleidung 201 ist mit einer energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21, einer energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22, einem Energieempfangsmodul 23, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 und einem Stecker 29 eines Verbinders versehen. Die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 ist über mindestens drei Flächen des Umfangsrandes der Verkleidung 201 ausgebildet. Der Rest der Konfiguration der Energieempfangsvorrichtung ist der gleiche wie der, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
• Die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 ist am Boden einer Nut angeordnet, in der das Endgerät mit einer Verkleidung montiert ist. Die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 kommt mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 in Kontakt, indem das Endgerät mit einer Verkleidung in dieser Nut montiert wird. Die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 ist gebogen und so angeordnet, daß sie sich in dem Gehäuse 15 erstreckt. Insbesondere ist in der Nähe der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 ein verlängerter Abschnitt 11e ausgebildet, der elektrisch von der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 isoliert und thermisch mit ihr gekoppelt ist. Durch thermisches Verbinden der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 miteinander mittels eines Elements 27, das aus einem elektrisch isolierenden Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxidnitrid, besteht und ein guter Wärmeleiter ist, kann Wärme auf der Energieempfangsseite über einen breiten Bereich zu der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 geleitet werden, und es wird ein sehr guter Wärmedissipationseffekt erreicht. Es ist zu beachten, daß die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 und die energieübertragungsvorrichtungsseitige Detektionselektrode 17 mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 in Kontakt stehen und elektrisch verbunden sind.
• 8 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Energieübertragungssystems 402. In einem Zustand, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 102 montiert ist, ist die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 elektrisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 verbunden. Eine Steuerschaltung 18 detektiert, ob die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 elektrisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 verbunden ist oder nicht, und unterbricht den Betrieb des Energieübertragungsmoduls 13, wenn die elektrische Verbindung nicht detektiert wird. Da keine Energie übertragen wird, wenn die Energieempfangsvorrichtung (das Endgerät mit einer Verkleidung) nicht an der Energieübertragungsvorrichtung mit einer richtigen Positionsbeziehung zwischen beiden montiert ist, wird somit eine Energieübertragung in einem abnormalen Zustand verhindert, wodurch ein abnormales Überhitzen der Energieempfangsvorrichtung und der Energieübertragungsvorrichtung aufgrund einer Abnahme der Energieübertragungseffizienz vermieden wird.
• Auf diese Weise wird in dem Fall, wo mehrere Elektroden vorhanden sind, mit denen die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 in Kontakt steht, durch Erhöhen der thermischen Kapazitäten dieser Elektroden und durch Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 mit diesen Elektroden die Effizienz der Wärmeleitung von der Energieempfangsvorrichtung zu der Energieübertragungsvorrichtung verbessert, und folglich wird der Wärmedissipationseffekt der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 verbessert. Es ist zu beachten, daß, da sich die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 entlang des Umfangsrandes der Verkleidung 201 erstreckt und eine große Oberfläche hat, die Wärme des Energieempfangsmoduls 23 und des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 24 ebenfalls durch die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 dissipiert wird.
• Dritte Ausführungsform
• 9 ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Energieübertragungssystems 403 gemäß einer dritten Ausführungsform.
• Ein Gehäuse 15 einer Energieübertragungsvorrichtung 103 ist mit einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12, einem Energieübertragungsmodul 13 und dergleichen versehen.
• Eine Energieempfangsvorrichtung wird aus einem Endgerät 30 und einer an dem Endgerät 30 montierten Verkleidung 201 gebildet. Die Verkleidung 201 ist mit einer energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21, einer energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22, einem Energieempfangsmodul 23, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24, einer Abschirmplatte 28 und dergleichen versehen. Der Rest der Basiskonfiguration der Energieempfangsvorrichtung ist der gleiche wie der, der in der ersten und der zweiten Ausführungsformen beschrieben wurde.
• Die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 ist am Boden einer Docking-Station ausgebildet, in der ein Endgerät mit einer Verkleidung montiert wird. In einem Zustand, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung in dieser Docking-Station montiert ist, kommt die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 in Kontakt.
• Das Energieübertragungsmodul 13 der Energieübertragungsvorrichtung 103 ist von einer Abschirmungshülle 19 umgeben. Die Abschirmungshülle 19 ist elektrisch mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 durch einen Verdrahtungsleiter 14 verbunden.
• Die Abschirmplatte 28 der Energieempfangsvorrichtung, die in der Nähe des Energieempfangsmoduls 23 und des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 24 angeordnet ist, schirmt diese Komponenten elektrisch ab und ist thermisch mit ihnen gekoppelt. Die Abschirmplatte 28 ist in einer Position angeordnet, die der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 zugewandt ist.
• Mit dieser Struktur wird die Wärme des Energieempfangsmoduls 23 und des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 24 der Energieempfangsvorrichtung durch die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 über die Abschirmplatte 28 und außerdem über die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 dissipiert.
• Vierte Ausführungsform
• 10 ist eine vertikale geschnittene Seitenansicht eines Energieübertragungssystems 404 gemäß einer vierten Ausführungsform. Ein Gehäuse 15 einer Energieübertragungsvorrichtung 104 ist mit einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12, einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektroden, einem Energieübertragungsmodul 13 und dergleichen versehen.
• Eine Energieempfangsvorrichtung wird aus einem Endgerät 30 und einer an dem Endgerät 30 montierten Verkleidung 201 gebildet. Die Verkleidung 201 ist mit einer energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21, einer energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 22, einem Energieempfangsmodul 23, einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 24 und dergleichen versehen. Der Rest der Basiskonfiguration der Energieempfangsvorrichtung ist der gleiche wie der, der in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde.
• Die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 ist entlang der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 in einer solchen Weise ausgebildet und angeordnet, daß sie der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 zugewandt ist. Die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 ist der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 in einem Zustand zugewandt, in dem ein Endgerät mit einer Verkleidung in der Docking-Station montiert ist.
• Da sich die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode 11 in dem Gehäuse 15 in einer Richtung von der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 fort erstreckt, können das Volumen und die Oberfläche der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 vergrößert werden, ohne eine Änderung der Kopplungskapazität zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 oder Streukapazität zu verursachen (ohne negative Effekte zu verursachen).
• 11 ist ein vereinfachtes Schaltbild des Energieübertragungssystems 404. In einem Zustand, in dem das Endgerät mit einer Verkleidung an der Energieübertragungsvorrichtung 104 montiert ist, ist die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode 21 der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 und einer energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 zugewandt. Des Weiteren ist die energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode 22 der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode 12 zugewandt.
• Die vierte Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem Energie von der Energieübertragungsvorrichtung 104 dadurch zu einer Energieempfangsvorrichtung 304 übertragen wird, daß die passiven Elektroden der Energieübertragungsvorrichtung und der Energieempfangsvorrichtung miteinander gekoppelt sind und die aktiven Elektroden der Energieübertragungsvorrichtung und der Energieempfangsvorrichtung miteinander gekoppelt sind.
• Die Steuerschaltung 18 detektiert den Wert einer Kapazität zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen Detektionselektrode 17 und unterbricht den Betrieb des Energieübertragungsmoduls 13, wenn der Kapazitätswert kleiner als eine Schwelle ist.
• Auf diese Weise wird in dem Fall, wo mehrere Elektroden vorhanden sind, die der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 zugewandt sind, durch Erhöhen der thermischen Kapazitäten dieser Elektroden und durch Herstellen einer thermischen Kopplung zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 21 mit diesen Elektroden die Effizienz der Wärmeleitung von der Energieempfangsvorrichtung zu der Energieübertragungsvorrichtung verbessert, und folglich wird der Wärmedissipationseffekt der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode 11 verbessert.
• Wie oben in den mehreren Ausführungsformen beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anstieg der Temperatur einer Energieempfangsvorrichtung vermieden, da die Wärme einer Energieempfangsvorrichtung durch eine Energieübertragungsvorrichtung mit hoher Effizienz dissipiert wird.
• Bezugszeichenliste

H

Löcher

LG, LL

Induktionsspulen

OSC

Hochfrequenzspannungserzeugungskreis

r

Widerstand

RL

Lastkreis

TG

Aufspanntransformator

TL

Abspanntransformator

11

energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode

11c

Metallplatte

11e

verlängerter Abschnitt

11i

Platte

11S

Wärmesenkenabschnitt

12

energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode

13

Energieübertragungsmodul

14

Verdrahtungsleiter

15

Gehäuse

16

Öffnungen

17

energieübertragungsvorrichtungsseitige Detektionselektrode

18

Steuerschaltung

19

Abschirmungshülle

21

energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode

22

energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode

23

Energieempfangsmodul

24

Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler

28

Abschirmplatte

29

Stecker

30

Endgerät

39

Aufnahmebuchse

101–104

Energieübertragungsvorrichtungen

201

Verkleidung

201B

untere Verkleidung

201T

obere Verkleidung

301, 304

Energieempfangsvorrichtungen

401–404

Energieübertragungssysteme

Claims (8)

1. Energieübertragungsvorrichtung, die Energie zu einer Energieempfangsvorrichtung überträgt, die eine energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, eine energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode und einen Energieempfangskreis, der zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode angeordnet ist, enthält, wobei die Energieübertragungsvorrichtung umfaßt: – eine energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, die elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode gekoppelt ist, – eine energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode gekoppelt ist, und – einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis, der eine Hochfrequenz-Hochspannung zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode anlegt, – wobei, wenn eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t1 bezeichnet ist, eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t2 bezeichnet ist, eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t3 bezeichnet ist und eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t4 bezeichnet ist, mindestens eine von einer ersten und einer zweiten Ungleichung erfüllt ist, wobei die erste Ungleichung lautet: t3/t1 > 1 und wobei die zweite Ungleichung lautet: t4/t2 > 1.
2. Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden ist.
3. Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: – ein Detektionsmittel, das in einem Montageabschnitt, wo die Energieempfangsvorrichtung montiert ist, eine Detektionselektrode zum Detektieren eines Kopplungszustandes der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode enthält und das anhand des Kopplungszustandes der energieempfangsseitigen passiven Elektrode mit der Detektionselektrode detektiert, ob die Energieempfangsvorrichtung an dem Montageabschnitt montiert ist oder nicht, – wobei eine Dicke der Detektionselektrode maximal so groß ist wie die Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode.
4. Energieübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit einer unebenen Oberfläche oder einem Loch versehen ist.
5. Energieübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Wärmeleiter, der thermisch mit mindestens einer der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden ist, angeordnet ist.
6. Energieübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: – ein Gehäuse, das die energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode und den Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis aufnimmt, – wobei mindestens eine der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode gebogen ist oder so ausgebildet ist, daß sie sich in dem Gehäuse erstreckt.
7. Energieübertragungssystem, umfassend: – eine Energieempfangsvorrichtung, die umfaßt: – eine energieempfangsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, – eine energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode, und – einen Energieempfangskreis, der zwischen der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode angeordnet ist, und – eine Energieübertragungsvorrichtung, die umfaßt: – eine energieübertragungsvorrichtungsseitige aktive Elektrode, die der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode zugewandt ist, – eine energieübertragungsvorrichtungsseitige passive Elektrode, die elektrisch mit der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode verbunden ist, und – einen Hochfrequenz-Hochspannungs-Erzeugungskreis, der eine Hochfrequenz-Hochspannung zwischen der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode und der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode anlegt, – wobei, wenn eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t1 bezeichnet ist, eine Dicke der energieempfangsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t2 bezeichnet ist, eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode mit t3 bezeichnet ist und eine Dicke der energieübertragungsvorrichtungsseitigen aktiven Elektrode mit t4 bezeichnet ist, mindestens eine von einer ersten und einer zweiten Ungleichung erfüllt ist, wobei die erste Ungleichung lautet: t3/t1 > 1 und wobei die zweite Ungleichung lautet: t4/t2 > 1.
8. Energieübertragungssystem nach Anspruch 7, wobei sich die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode von einer Position, an der die energieempfangsvorrichtungsseitige passive Elektrode mit der energieübertragungsvorrichtungsseitigen passiven Elektrode gekoppelt ist, entlang eines Umfangsrandes einer Gehäuse der Energieempfangsvorrichtung erstreckt.

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