JP2010526423A - 高信頼性接点および安全システム、ならびに電子機器に電力を供給する方法 - Google Patents

Abstract

電力を電気機器または電子機器に配送する配電表面を含む電子システムである。配電表面は、壁面のコンセント、太陽熱システム、バッテリ、自動車用シガレットライターシステム、発電機器への直接的な接続、および、その他の電源を含むが、それらに限定されない任意の電源によって給電され得る。配電表面は電力を電子機器へ電線無しで配給する。配電表面は、配電表面からの電気を伝導する電気機器上の複数個の接点を介して配電し得る。電気機器は移動機器でもよい。各接点は配電信頼性を高めるために成形されてもよい。配電表面は偶発的な感電から保護するための回路をさらに含んでもよい。

Description

本発明は配電表面を使って電力を１台以上の電子機器に供給する電子システムおよび方法に関係する。

関連出願の相互参照
本願は参照によって全部が本明細書に組み込まれている２００６年５月３日に出願された米国暫定出願第６０／７９７，１４０号の優先権を主張し、本願は、２００７年２月２日に出願された米国特許出願第１１／６７０，８４２号と、２００６年２月２４日に出願された米国暫定出願第６０／７７６，３３２号の優先権をさらに主張する２００７年２月６日に出願された米国特許出願第１１／６７２，０１０号と、分割出願である２００７年３月３日に出願された米国暫定出願第６０／７７８，７６１号、分割出願である２００７年３月１０日に出願された米国暫定出願第６０／７８１，４５６号、および、２つの一部継続特許出願の優先権をそれぞれに主張する２００７年３月５日に出願された米国特許出願番号第１１／６８２，３０９号との一部継続出願であり、分割出願は、参照によって全部が本明細書に同様に組み込まれている２００２年１２月１０日に出願された米国暫定出願第６０／４３２，０７２号、２００３年１月２２日に出願された米国暫定出願第６０／４４１，７９４号、および、２００３年２月４日に出願された米国暫定出願第６０／４４４，８２６号の優先権を主張する２００３年１２月１０日に出願された米国特許出願第１０／７３２，１０３号からの分割である。

発明の背景
おもちゃ、ゲーム機器、携帯電話機、ラップトップコンピュータ、カメラ、および、携帯情報端末のような種々の電子機器がこれらの電子機器に給電する方法と共に開発されている。移動電子機器は、典型的に、電源コードユニットを介して、コンセントのような電源に接続することにより再充電可能であるバッテリを含む。非移動電子機器は、一般に、電源コードユニットを介して給電され、使用中に移動されることが意図されていない電子機器である。

移動機器のための典型的なセットアップでは、電源コードユニットは、電源コードユニットを電源に接続するアウトレットコネクタと、電源コードユニットを対応するバッテリのバッテリ電源レセプタクルに接続するバッテリコネクタとを含む。アウトレットコネクタおよびバッテリコネクタは互いに繋がるので、電気信号がこれらのコネクタの間で流れる。このようにして、電源は電源コードユニットを介してバッテリを充電する。

一部のセットアップでは、電源コードユニットは、ＡＣ入力コードおよびＤＣ出力コードを介してそれぞれアウトレットコネクタおよびバッテリコネクタに接続された電源アダプタをさらに含む。電源アダプタは、アウトレットコネクタおよびＡＣ入力コードを介して電源から受信されたＡＣ入力信号を適合させ、ＤＣ出力信号をＤＣ出力コードへ出力する。ＤＣ出力信号は、バッテリ電源レセプタクルを介して流れ、バッテリを充電するために使用される。

しかし、製造業者は、一般に、独自の電子機器モデルを作り、自社の電源コードユニットと他の製造業者の電子機器または他のタイプの電子機器との間に互換性をもたせない。その結果、ある製造業者によって作られたバッテリコネクタは、典型的に、別の製造業者によって作られたバッテリ電源レセプタクルに適合しない。さらに、あるタイプの機器のために作られたバッテリコネクタは、典型的に、別タイプの機器のために作られたバッテリ電源レセプタクルに適合しない。製造業者は、コスト、法的責任に関する懸念、異なる電源要件、および、より大きい市場占有率を獲得するためといった、いくつかの理由から互換性をもたせない。

これは、消費者に自分の特定の電子機器に互換性のある電源コードユニットを購入する必要をもたらすので、消費者にとって面倒である。人々は機器を頻繁に交換する傾向があるので、電源コードユニットを交換する必要もあることは不便であり、かつ、費用がかかる。さらに、もはや役に立たない電源コードユニットは多くの場合に廃棄され、廃棄物になる。さらに、一般に、消費者はある程度の数の異なったタイプの電子機器を所有し、多量の電源コードユニットと、その状況が作り出す電源コードの絡まりとを扱わなければならないので、電子機器毎に電源コードユニットを所有することは不便である。

本発明の一実施形態は、サポート表面の少なくとも一部分を含み、電源に接続され、電力を供給する能力があり、一部のパッドが第１の電圧レベルにあり、その他のパッドが第２の電圧レベルにある複数個のパッドを有する配電表面と、電気が供給され、サポート表面上のどんな場所にも配置可能であり、サポート表面の少なくとも一部分である配電表面から電力を獲得する電気機器と、電気機器の一部分であり、配電表面との配電可能接触を行うために位置が互いに離間している複数個の接点と、配電表面との配電可能接触のための独立した接点領域としての機能を果たす複数の隆起領域を有する複数個の接点の接点毎の接点面と、を備える電気装置を含むことがある。

本発明の一実施形態は、サポート表面の少なくとも一部分を含み、電源に接続され、電力を供給する能力がある配電表面と、電気が供給され、サポート表面上のどんな場所にも配置可能であり、サポート表面の少なくとも一部分である配電表面から電力を獲得する電気機器と、配電表面上の容量性負荷を検出する容量性負荷検出回路と、容量性負荷が予め設定された容量性負荷限界を超えるときに配電表面をオフに切り替えるシャットダウン回路と、を備える電気装置をさらに含むことがある。

本発明の一実施形態は、サポート表面の少なくとも一部分を含み、電源に接続され、電力を供給する能力があり、一部のパッドが第１の電圧レベルにあり、その他のパッドが第２の電圧レベルにある複数個のパッドを有する配電表面と、電気が供給され、サポート表面上のどんな場所にも配置可能であり、サポート表面の少なくとも一部分である配電表面から電力を獲得する電気機器と、配電表面との配電可能接触を行うために位置が互いに離間している複数個の接点を電気機器に設けるため、電気機器に取り付けられ、電気機器に電気的に接続されている受電機器と、を備える電気装置をさらに含むことがある。

本発明の上記およびその他の特徴、態様および優位性は、添付図面、詳細な説明、および、特許請求の範囲を参照することによって、よりよく理解されるであろう。

図１（ａ）は、電子機器と動作可能に結合される配電サポート構造体を含む、本発明による配電システムの斜視図である。図１（ｂ）は、電力を電子機器に供給する配電表面付きの電子システムの別の実施形態の平面図である。図１（ｃ）は、配電表面から電力を獲得するために設計された接点付きの電子機器の底側斜視図である。図１（ｄ）は、配電表面から電力を獲得するために設計された接点付きの電子機器の側面図である。 図２（ａ）は、配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点の概略斜視図である。図２（ｂ）は、配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点の面の概略平面図である。図２（ｃ）は、配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点の物理形状の側面図である。図２（ｄ）は、配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点の面のトポグラフィー的な平面図である。 図３（ａ）は、配電表面上の手の概略説明図である。図３（ｂ）は、合成された抵抗（Ｒ）および容量（Ｃ）負荷付きの配電表面の等価回路の電気回路図である。図３（ｃ）は、負荷の無い配電表面の電圧波形のグラフ表現である。図３（ｄ）は、人または動物の手またはその他の身体部分が配電表面上に載っているときの、配電表面の電圧波形のグラフ表現である。 図４（ａ）は、バッテリが着脱式裏蓋の背面にアクセス可能である典型的な移動機器の概略図である。図４（ｂ）は、典型的な移動機器の典型的なバッテリの概略図である。図４（ｃ）は、配電表面と共に使用するための接点を既存のバッテリに追加するフレキシブル印刷回路の表側の概略図である。図４（ｄ）は、配電表面と共に使用するための接点を既存のバッテリに追加するフレキシブル印刷回路の底側の概略図である。図４（ｅ）は、既存のバッテリに取り付けられて、配電表面と共に使用するための接点を追加するフレキシブル印刷回路の概略図である。図４（ｆ）は、既存のバッテリに取り付けられた、配電表面と共に使用するための接点を追加するフレキシブル印刷回路の概略図である。 図５（ａ）は、大型ホスト移動機器に取り付けられた、配電表面と共に使用するための接点を追加する着脱式受電機の概略図である。図５（ｂ）は、配電表面と共に使用するための接点を大型ホスト移動機器に追加する着脱式受電機の概略側面図である。図５（ｃ）は、配電表面と共に使用するための接点を大型ホスト移動機器に追加する着脱式受電機の概略正面図である。図５（ｄ）は、配電表面と共に使用するための接点を大型ホスト移動機器に追加する着脱式受電機の概略底面図である。図５（ｅ）は、配電表面と共に使用するための接点を大型ホスト移動機器に追加する着脱式受電機の３次元概略図である。図５（ｆ）は、大型ホスト移動機器に取り付けられた、配電表面と共に使用するための接点を追加するバネ付勢シェルフ付きの着脱式受電機の概略図である。

図１（ａ）は、電力を電気または電子機器１１２に供給する、本発明による、配電表面１１１ａ付きの配電システム１００の斜視図である。システム１００は、本明細書中で検討している特徴、並びにその他の特徴を提供する数多くの種類の実施形態を有する。いくつかの実施形態は、２００７年２月２日に出願された同時係属中の米国特許出願番号第１１／６７０，８４２号、２００７年２月６日に出願された同時係属中の米国特許出願番号第１１／６７２，０１０号、および、２００７年３月５日に出願された同時係属中の米国特許出願番号第１１／６８２，３０９号において検討されている。配電システム１００は、同一または異なる製造業者によって作られた２つ以上の電子機器に給電可能である。この配電システムは様々なタイプの電子機器に給電することも可能である。このことは、消費者が使用する電子機器毎に電源コードユニットを保有する必要性を軽減する。電子機器１１２は、おもちゃ、ゲーム機器、携帯電話機、ラップトップコンピュータ、カメラ、携帯情報端末などのような数多くの異なるタイプであり得る。これらの機器の大半は、移動可能であり、充電式バッテリによって給電される。しかし、本発明は、一般に移動可能であるとは考えられないデスクトップコンピュータのような電子機器にも適用可能である。

システム１００は、電源コードユニット１１３を介して電源（図示せず）に接続された配電サポート構造体１１１を含む。電源は、コンセントまたはバッテリのような数多くの異なるタイプであり得、構造体１１１内の分離された導電性領域にユニット１１３を介して電位差を提供する。電位差は、電子機器１１２が表面１１１ａ上の構造体１１１に搭載されるのに応じて機器１１２に供給される。このようにして、表面１１１ａは電力を電子機器１１２へ配給するため機能する。

電子機器１１２は配電表面によって数多くの異なる方法で給電されることが可能である。たとえば、表面１１１ａは、移動機器の場合によくあるが、機器１１２に含まれているバッテリへ電荷を供給可能である。表面１１１ａによって機器１１２に直接的に給電することも可能である。このことは、機器１１２がバッテリ作動状態でないか、または、機器１１２をそのバッテリが取り外された状態で作動させることが望ましい状況で役に立つ。これについての具体例は、バッテリが取り外された後、電力が表面１１１ａによってラップトップコンピュータに供給されるならば動作可能であるラップトップコンピュータを使用しているときである。

配電サポート構造体１１１は、数多くの異なる材料を含有することが可能であるが、好ましくは、表面１１１ａの少なくとも一部分を画定する分離された導電性領域と伴に絶縁性材料を含有する。より詳細に後述されるように、電子機器１１２に電位差を供給するために導電性領域は分離されている。

本実施形態では、電子機器１１２は、互いに繋がっている接点および電子回路を含み搭載する。動作時には、接点が表面１１１ａと結合すると、回路は、接点を介して配電表面から電位差を受ける。電位差は、電子機器１１２に給電するために使用される所望の電圧を提供するために電子回路によって整流される。回路は、配電表面から電位差を受け、所望の電圧を機器１１２に供給するように設計することが可能になるので、機器１１２に搭載されることが有利である。

配電表面を使って多数の電子機器に給電することが望ましいことがあるので、この特徴は役に立つ。これらの機器は様々な範囲の電圧に応じて動作することがある。一部の状況では、電子機器は同じタイプの機器（すなわち、２台の携帯電話機）である。電子機器は、同じモデルであり、同じ電圧要件を有する可能性があるか、または、電子機器は、様々なモデルであり、様々な電圧要件を有する可能性がある。様々なモデルは、同じ製造業者または異なる製造業者によって製作される可能性がある。他の状況では、電子機器は、異なるタイプの機器（すなわち、携帯電話機およびラップトップコンピュータ）である。様々なタイプの機器は、一般に異なる範囲の電圧を必要とするが、一部の実施例では同じでも構わない。様々なタイプの機器は同じ製造業者または異なる製造業者によって製作される可能性がある。したがって、機器毎の電子回路は、配電表面が、数多くの異なる電圧要件を有する多数の電子機器に電力を供給できるように設計される。

本発明によれば、接点は、電位差が配電表面１１１ａ上での機器１１２の方向性とは無関係に電子回路に供給されるように、配置される。換言すると、電位差はすべての角度φに対して電子回路に供給される。この特徴はいくつかの理由から有利である。たとえば、接点は接点を表面と位置合わせする必要なく表面１１１ａと結合可能であり、少なくとも２個の接点が異なる電位にある。本実施例では、角度φは、構造体１１１の辺と、機器１１２の中を通り表面１１２ａに平行に延在する基準線１４２とのなす角度に対応する。しかし、別の基準が使用されても構わないことに注意されたい。ここでは、角度φは約０°と３６０°との間の値を有する。

この特徴は、電子機器が表面１１１ａ上に多数の様々な方法で配置され得るので、複数の電子機器に給電するときにもまた有利である。このことは、表面１１１ａがより効率的に使用されることを可能にするので、より多くの機器が配電表面上に搭載され、配電表面によって充電され得る。これは、複数の電子機器を個別に充電するために十分なコンセントが利用できない状況において役に立つ。一般に、構造体１１１は、長さＬおよび／または幅Ｗが増加されるときにより多くの電子機器を、長さＬおよび／または幅Ｗが減少されるときにより少ない電子機器を搭載することが可能である。構造体１１１が搭載できる機器の台数は、また、機器のサイズにも依存する。たとえば、携帯電話機は典型的にラップトップコンピュータより小型である。

配電サポート構造体１１１は、数多くの異なる形状を有することが可能であるが、ここでは、配電サポート表面は長方形である表面１１１ａを使って示されているので、構造体１１１は方形状体積を画定する。表面１１１ａは実質的に平坦であるとして示され、別個の導電性領域が絶縁性材料領域によって互いに分離された連続的な表面を画定する。導電性領域間の距離はギャップＧと呼ばれる。表面１１１ａは、対辺１１５ａと１１５ｂとの間、および、対辺１１５ｃと１１５ｄとの間に延在する。対辺１１５ｃおよび１１５ｄは辺１１５ａ及び１１５ｂの両端から辺１１５ａおよび１１５ｂの間に延在する。辺１１５ａおよび１１５ｂは、辺１１５ｃおよび１１５ｄに関して非零の角度に方向付けられている。この特有の実施例では、表面１１１ａが長方形であるので、非零の角度は約９０°である。他の実施例では、表面１１１ａは、曲線状、三角形などでもよい。表面１１１ａが円形であるとき、構造体１１１は円柱状体積を画定する。

図１（ｂ）は、配電システム１０１として具現化された、配電表面を使って電力を電子機器１１２へ供給する電子システムの平面図である。システム１０１はシステム１００と類似し、配電サポート構造体１１１および電源コードユニット１１３を含んでいる。本実施形態では、表面１１１ａ’として表示されている配電表面は、領域１１６および１１７として表示されている２つの別個の導電性領域を含む。領域１１６および１１７は、絶縁性領域１１９によって互いに分離され、別個の連続的な表面を画定する。本明細書では、絶縁性領域１１９によって実現されている導電性領域間の分離の距離は通常ギャップＧと呼ばれている。

領域１１９が、導電性領域１１６と１１７との間に電気的絶縁を提供するので、これらの導電性領域の間に電位差を設けることが可能である。接点が表面１１１ａ’と結合するときに、電流が導電性領域１１６と１１７との間に流れるならば、その電流は、電子機器１１２に搭載された電子回路の中も流れる。このようにして、電力は、機器が配電サポート構造体１１１に搭載されるとき、機器１１２に供給される。もし、電流が電子回路の中を流れることなく領域１１６と１１７との間に流れるならば、その電流は一般的には望ましくない漏れ電流である。典型的に、領域１１６と１１７との間の分離が増加すると、漏れ電流が減少する。同様に、領域１１６と１１７との間の分離が減少するのに従い、漏れ電流は増加する。漏れ電流は絶縁性領域１１９に含有されている材料にも依存する。

本実施形態では、導電性領域１１６は、辺１１５ａに沿って、かつ、辺１１５ｃと１１５ｄとの間に延在するベース接点１１４を含む。領域１１６は、一部が接点パッド１１４ａ、１１４ｂおよび１１４ｃとして表されている第１の複数個の接点パッドをさらに含む。これらの接点パッドはベース接点１１４に接続され、ベース接点から外向きに、かつ、辺１１５ｂへ向かって延在する。導電性領域１１７は、辺１１５ｂに沿って、かつ、辺１１５ｃと１１５ｄとの間に延在するベース接点１１８を含む。領域１１７は、一部が接点パッド１１８ａ、１１８ｂおよび１１８ｃとして表されている第２の複数個の接点パッドをさらに含む。これらの接点パッドはベース接点１１８に接続され、ベース接点から外向きに、かつ、辺１１５ａへ向かって延在する。接点１１４および１１８は辺１１５ｃと辺１１５ｄとの間でずっと延在することに注意されたい。しかし、他の実施形態では、ベース接点は、辺１１５ｃと１１５ｄとの間で部分的に延在することができる。ベース接点１１４および１１８は、本実施例では長方形であるとして表されているが、ベース接点は、他の実施例では、曲線状もしくは三角形のような他の形状を有することも可能であることに注意されたい。

本実施例では、接点パッド１１４ａ〜１１４ｃおよび１１８ａ〜１１８ｃは互いに平行に延在し、交互配置されているので、接点パッド１１４ａは、接点パッド１１８ａと１１８ｂとの間に位置付けられ、接点パッド１１４ｂは接点パッド１１８ｂと１１８ｃとの間に位置付けられている。図１（ｂ）に示されているように、領域１１６および１１７においてはその他の接点パッドは同様に交互配置されている。一部の実施例では、領域１１７および１１８における異なる接点パッドはビアにより接続されることも可能であることに注意されたい。

電源コードユニット１１３は、導電性領域１１６および１１７にそれぞれ接続された導電性線１１３ａおよび１１３ｂを含む。一つの動作モードでは、電源は、対応する導電性線１１３ａおよび１１３ｂを介して導電性領域１１６および１１７に異なる電圧を供給する。このモードでは、領域１１６と１１７との間に電位差が存在し、機器１１２が表面１１１ａ’上に搭載され、接点が表面１１１ａ’と結合しているとき、その電位差に応じて、機器１１２に電力が供給される。このように、表面１１１ａ’が配置され、その結果、電位差が機器１１２に搭載される少なくとも２個の接点の間に供給される。

３つ以上の電位が電源コードユニット１１３によって表面１１１ａ’に供給されることが可能であり、ここでの２つの使用は説明の目的のためであることに注意されたい。たとえば、電源コードユニット１１３は、正、負および零電位を、領域１１６及び１１７と同一または類似の対応する数の導電性領域に提供する３本の導電性線を含むことが可能である。

図１（ｃ）は、配電表面１１１ａから電力を獲得するために設計された接点１２０付きの電子機器１１２の底側の斜視図である。電子機器１１２上の接点１２０は、配電表面１１１ａに設置されることを意図して電子機器１１２の表面に現れる。電子機器上の接点１２０は、少なくとも１個の接点が配電表面１１１ａの第１の導電性ゾーン１１６と電気的に接触し、第２の接点が配電表面１１１ａの第２の導電性ゾーン１１７と電気的に接触するように、構成され得る。

図１（ｄ）は、配電表面１１１ａから電力を獲得するために設計された接点１２０付きの電子機器１１２の側面図である。接点１２０は、配電表面１１１ａとの電気的接触を容易にするために電子機器１１２より下に延在し得る。図１（ｃ）および図１（ｄ）は、実施形態の具体的な部分のより詳細な議論を行う前に、読み手がシステムの全体的な構造を理解しやすいように接点１２０付きの電子機器１１２の関連した構造を示している。配電サポート構造体１１１の構造、幾何学的性質（geometry）、および、付加的な特徴、ならびに電子機器１１２の構造、幾何学的性質、および、付加的な特徴に関するより詳細な開示は、２００７年２月２日に出願された、同時係属中の米国特許出願番号第１１／６７０，８４２号と、２００７年２月６日に出願された、同時係属中の米国特許出願番号第１１／６７２，０１０号と、２００７年３月５日に出願された、同時係属中の米国特許出願番号第１１／６８２，３０９号とに記載されている。

図２（ａ）は、配電表面１１１ａとの配電可能接触を改善するため成形された接点１２０の概略斜視図である。図２（ａ）における図面の３次元的な方向は、２９９に表されたｘｙｚ軸によって示されている。電子機器１１２の成形接点１２０は、電子機器１１２と配電表面１１１ａとの間の配電可能接触のために使用される。成形接点は、複数の、独立した、接触冗長性を達成し、それによって配電信頼性を高めるために特殊な形状（geometry）を使用する。成形接点としては、接触点は全くの点ではなく、代わりに、接触点が別個の複数の接触領域にさらに分割され得る。図示の成形接点１２０は円形ディスクとして示されている。その他の実施形態は他の形状を使用してもよい。目に見える円形の面２０１は、実質的に平面的な配電表面１１１ａと接触する成形接点１２０の面を表現している。面２０１に表されているのは、成形接点１２０における所望の独立した接点領域に対応する３つの「×」マーク２０４である。３つの接触領域によって、３重の、独立した接点冗長性がもたらされるが、他の実施形態は異なる数の接触領域をもっていてもよい。また、少なくとも一つの実施形態では、接触ボタンを図２（ａ）に示されているような、立体角θ２０３の範囲内で揺動（pivot）可能にする手段を設けることが考えられる。鉛直なベクトル２０２は、成形された接触面の表面２０１に対する法線を表現している。３つの接触領域２０４は「×」によって表現されている。しかし、平明さのため、図２（ａ）は接触領域２０４を成形接点の平面状の面の表面２０１より上方に隆起させて表してはいない。

図２（ｂ）は配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点１２０の面２０１の概略平面図である。成形接点の中心２０５から等距離Ｒに位置し、正三角形を形成する３箇所の所望の接触位置２０４が示されている。その他の実施形態は、その他のポイントに接触領域を配置することを選んでもよく、その他の幾何学的な形状および異なる数の接点領域を使用してもよい。それぞれの成形接点１２０は、接触領域２０４が配電表面１１１ａに整列して落ち着くことを可能にするため、電子機器１１２に揺動可能（pivotably）に取り付けられてもよい。

一般に、成形接点１２０の外径は、成形接点１２０が配電表面１１１ａの２個の隣接した電極１１６、１１７を短絡させずに、できる限り大径になるように選ばれる。配電表面１１１ａの電極１１６と１１７との間のギャップはＧとして表されている。パラメータＷ_ｍａｘは、成形された接点１１８によって差し渡される最大距離を画定する。Ｗ_ｍａｘは電極ギャップＧ未満であることが必要である。接触領域２０４の正三角形配置について、Ｗ_ｍａｘは半径Ｒの１．７３２倍であり、Ｗ_ｍｉｎはＲの１．５倍である。したがって、半径Ｒは、ギャップＧの１．７３２分の１未満でなければならない（すなわち、１．７３２＊Ｇであって、０．５７７＊Ｇに等しい。）
図２（ｃ）は、配電表面との配電可能接触を改善するために成形された接点１２０の物理的な形状の側面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）によれば、３つの隆起領域２０４が存在する。各接触領域２０４の最高点は、図２（ａ）および図２（ｂ）におけるマーク「×」の突出（projection）に位置している。

図２（ｄ）は、配電表面１１１ａとの配電可能接触を改善するために成形された接点１２０の面のトポグラフィー的な平面図２１０である。図示されているように、接触領域２０４の等高線は、成形接点の中心２０５から接点領域２０４の最も上昇した点まで増加する高さを示している。複数の等高線はＺ次元における高さの一定の変化を示している。

図３（ａ）は、配電表面１１１ａ上の手３０１の概略図である。導電性ベースの配電表面１１１ａに対し、人または動物が両方の導電性ゾーン１１６、１１７と電気的接触をするならば、人または動物は感電するかも知れない。人または動物の肉体が配電表面と接触すると、出力負荷は典型的に著しく大きな容量成分を有する。感電からの潜在的な損傷を軽減するため、容量性負荷検出回路が、著しく大きな容量性負荷を検出するため配電表面に適用され得る。著しく大きな容量性負荷が検出されると、シャットダウン回路は、感電を防止するか、または、感電からの損傷を最小限に抑えるか、のいずれか一方のため、配電表面を停止することがある。シャットダウン回路は、システムを停止する閾値として、予め設定された容量性負荷限界を使用してもよい。予め設定される容量性負荷限界は、人または動物が配電システムと接触していることを示す容量性負荷閾値に設定され得る。容量性負荷検出及びシャットダウンシステムのための数多くの潜在的な実施形態が存在する。一実施形態は図３（ｂ）から図３（ｄ）を参照して明細書中に記載されている。

図３（ｂ）は、合成された抵抗（Ｒ_ＥＱ）および容量（Ｃ_ＥＱ）負荷を有する配電表面１１１ａの等価回路の電気回路図である。人の手３０１、または、一般に肉体は、並列に接続された等価的な容量および抵抗成分によって表現されることがある。よって、配電表面１１１ａに設けられている電極のような電極の組の上に載っている人の手３０１は、Ｒ_ＥＱおよびＣ_ＥＱが手３０１の負荷を表現している図３（ｂ）に描かれた等価回路によって表現され得る。制御ユニット（図示せず）は、配電表面１１１ａの容量性負荷検出回路およびシャットダウン回路を含み得る。制御ユニットは、ここではＲ_ＥＱおよびＣ_ＥＱにより構成される出力端子３０３の両端の電圧（Ｖ_ＯＰ）を測定する。制御ユニットが著しく大きな容量性負荷を検出すると、制御ユニットは配電表面１１１ａを停止するためにスイッチ３０２を作動させる。

図３（ｃ）は負荷の無い配電表面１１１ａについての電圧波形のグラフ表現である。制御ユニットは、Ｖ_ＯＰを出力端子３０３に印加するスイッチ３０２を閉じる。周期的に、制御ユニットはスイッチ３０１を開き、ある時間の後、出力端子３０３での電圧（Ｖ_ＯＰ）を測定する。この電圧（Ｖ_ＯＰ）は、印加されたテスト電圧Ｖ_ＴＥＳＴの予め設定された限界の範囲内に入らなければならない。具体的には、スイッチ３０１は時点ｔ_ＯＦＦに開かれる。ある時間間隔が経過した後、出力電圧（Ｖ_ＯＰ）が時点ｔ_ＴＥＳＴにおいて測定される。時点ｔ_ＴＥＳＴにおいて、制御ユニットは、プロセスを反復して開始するためにスイッチ３０１を再び閉じることが適切であるかどうかを判定する。スイッチは、制御ユニットがスイッチを開くことを決定し、実際にスイッチを開くために要する時間を考慮して、時点ｔ_ＯＮまで、実際にはオンに切り替わらない。無負荷状態では、出力電圧（Ｖ_ＯＰ）は、スイッチ３０１が開かれたとき、直ちにＶ_ＴＥＳＴまで降下する。実際には、Ｖ_ＴＥＳＴになるまでに要する時間は、テスト電圧（Ｖ_ＴＥＳＴ）を出力端子３０３に接続する抵抗器３０４の値に依存する。Ｖ_ＴＥＳＴになるまでに要する期間は、ある程度までは、システム中に存在する浮遊容量にも依存する。

図３（ｄ）は、人または動物の、手３０１またはその他の身体部分が配電表面１１１ａに載っているときの、配電表面の電圧波形のグラフ表現である。導電性ベースの配電表面１１１ａに適した典型的な電極パターンに対する手３０１または腕の容量は、配電表面１１１ａ装置に本質的に存在する浮遊容量よりかなり大きい。手３０１または腕が配電表面１１１ａに載っている場合のような、有意な容量性負荷の存在下では、電圧は抵抗−容量（ＲＣ）放電特性を示す指数曲線３０５を辿る。所定の時間的遅延がｔ_ＯＦＦとｔ_ＴＥＳＴとの間に存在するとし、上記遅延の間に出力が当該電圧閾値より低下する電圧閾値が存在するとするならば、容量の閾値が与えられ得る。出力端子３０３間に存在する容量が所定の値より大きいならば、時点ｔ_ＴＥＳＴでの電圧は上記所定の閾値の電圧値（Ｖ_ＴＥＳＴ）より高いであろう。電圧は時点ｔ_ＴＥＳＴにおいてＶ_ＴＥＳＴ閾値より下がらないので、制御ユニットはスイッチ３０１を閉じずに、システムは停止される。このように、図３（ｄ）では、時点ｔ_ＴＥＳＴにおける電圧がＶ_ＴＥＳＴを上回ったので、制御ユニットは、システムをオンに戻さなかった。一旦、容量性負荷が取り除かれると、システムは自動的にオンに戻り得る。

一般に、電気機器は、配電表面と共に使用するために、当該受電機の一部分である複数個の接点に電気機器を電気的に接続する受電機を電気機器に取り付けることによって改造され得る。複数個の接点は、配電表面から受電する能力があり、よって、電気機器が配電表面から受電することを可能にさせる。

図４（ａ）は、バッテリ４０１が着脱式裏蓋４０３の背面にアクセス可能である典型的な移動機器１１２の概略図である。一般に、移動機器１１２は、支持表面上に配置されたとき、移動機器の裏蓋４０３および裏面の上に位置することが通常であると考えられる。裏蓋４０３の上に位置する移動機器１１２の場合、図４（ａ）に示されたシステムに従って電線を使わずに電力を配給することは実際的かつ便利である。電線を使わない受電機・電子装置４０４は、移動機器１１２が配電表面１１１ａの上に載っているときに、移動機器１１２が十分に受電し得るように、裏蓋に一体化され得る。受電機は、配電表面１１１ａと電気機器１１２との間の配電のために設計された複数個の接点により構成される。複数個の接点は、その接点が配電表面１１１ａの上に載るように、裏蓋４０３の外側に位置するようにする。裏蓋４０３の内側の接触フィンガー４０５は、移動機器のバッテリ４０１に取り付けられた接点組立体４０６と接触する。接点組立体４０６は移動機器のバッテリ４０１に電気的に接続されている。接点組立体４０６は、接点組立体が裏蓋上の接触フィンガー４０５と電気接触することを可能にする露出接点４０７を有し、これにより、受電機・電子装置４０４の一部である複数個の接点と電気接続する。さらに、移動機器のバッテリ４０１が充電中に過熱しないことを保証するため、移動機器のバッテリ４０１の熱を監視するために受電機・電子装置４０４に温度センサ４０２も組み込まれてもよい。温度センサ４０２、または、その他のセンサが、安全性および／または充電効率を増大させるために組み込まれてもよい。

図４（ｂ）は典型的な移動機器１１２の典型的なバッテリ４０１の概略図である。図示されたバッテリ４０１は、電力転送およびバッテリ管理のため、ホスト移動機器１１２をバッテリに接続することが意図されている接触部４０９を側面に有している。移動機器１１２に対するバッテリの接触部４０９は他の実施形態では他の場所に取り付けられてもよい。バッテリの上部にある露出バッテリ接点４０８は、裏蓋４０３に一体化された受電機４０４からバッテリ４０１に充電電流が流入することを可能にする。一実施形態では、バッテリ４０１は、スマートバッテリであり、バッテリ自体とホスト移動機器１１２との間のデータバスを提供する。実施形態の一変形では、受電機４０４は、バッテリ４０１から入手可能であるスマートデータバス上のデータへのアクセスを持たない。受電機４０４がスマートデータバスへのアクセスをもたないとき、受電機４０４は、バッテリ４０１がホスト移動機器１１２から充電電流を受電しているかもしれないという情報を含むシステム状態に関する完全な情報を保有しない。受電機４０４は、ホスト移動機器１１２がＵＳＢケーブル（たとえば）に繋がれ、ＵＳＢ電源を介して充電されている場合に、スマートデータバスへのアクセスをもたないかもしれない。同時に移動機器１１２が配電表面１１１ａ上に載っているならば、受電機も充電電流をバッテリに供給している可能性があり、バッテリが傷められ、または破壊される可能性がある潜在的に危険な状況を生じさせる。バッテリ温度を監視するために配置された受電機４０４中の温度センサ４０２は安全性を維持するため使用され得る。温度センサ４０２は、バッテリ温度が所定の閾値を超えるならば、受電機４０４からの充電電流を止める。

図４（ｃ）は、配電表面１１１ａと共に使用するための接点を既存のバッテリ４０１に追加するフレキシブル印刷回路４１３の表側の概略図である。バッテリ４０１上の接点は、当業者に知られている技術を使用して、製造業者からのバッテリに組み込んでもよい。一方、既存のバッテリに、フレキシブル回路４１３を使用して、接点が追加されてもよい。フレキシブル回路基板４１３の「表」側は、受電機４０４への接続のための露出接点４１１をバッテリ４０１上に設け、同時に、ホスト移動機器１１２へのバッテリ４０１の接続を可能にする。これは、カットアウト部４１２によって、および、フレキシブル印刷回路４１３の表側と底側との間の通過接続を形成するためにビア４１０により相互に接続された印刷回路４１３の両面上のトレースによって可能になる。図４（ｄ）は、配電表面１１１ａと共に使用するための接点を既存のバッテリ４０１に追加するフレキシブル印刷回路４１３の底側の概略図である。

図４（ｅ）は、既存のバッテリ４０１に取り付けられて、配電表面１１１ａと共に使用するために接点を追加するフレキシブル印刷回路４１３の概略図である。フレキシブル印刷回路４１４の「底」面上の接着剤は、フレキシブル印刷回路４１３がバッテリ４０１に貼り付けられた状態を保つ。バッテリ４０４への電気接続を妨げるので露出トレース４１５上には接着剤は存在しない。

図４（ｆ）は、既存のバッテリに取り付けられた、配電表面と共に使用するために接点を追加するフレキシブル印刷回路の概略図である。フレキシブル印刷回路４１３のトレースおよびカットアウト部４１２はバッテリ接点４０９と整列するように配置される。カットアウト部４１２は、特定のバッテリ接点４０９がホスト移動機器１１２への接続のために露出した状態を保つことを可能にさせる。フレキシブル回路基板４１３が、選択されたバッテリ接点４０９を覆うとき、フレキシブル回路基板４１３の底側に接した回路トレースはバッテリ接点４０９の上に整列され、バッテリ接点４０９と電気接続する。表側トレースもまた選択されたバッテリ接点４０９の上に整列され、ホスト移動機器１１２へのバッテリ接続を複製する。一実施形態では、所与のバッテリ接点４０９の上の表側トレースおよび底側トレースは、フレキシブル印刷回路４１３中のビア４１０を介して接続される。ビア４１０は、ホスト移動機器１１２の動作に影響を与えることなく、選択されたバッテリ接点４０９へのタップを設ける。他の実施形態では、回路が代替的な機能性を提供するために表側トレースと底側トレースとの間に設けられることがある。対応するバッテリ接点４０９への底側トレースの接続は、ホスト移動機器１１２に存在するバネ付勢された接触フィンガー（裏蓋４０３上の接触フィンガー４０５ではない）によって加えられる接触圧力によって実現される。フレキシブル印刷回路４１３は、ホスト移動機器の接触フィンガーの圧力に著しく反発しないように十分な順応性がある。その上、金メッキが良好な電気接続を確保するためにトレース上で使用されてもよい。

図５（ａ）は、大型ホスト移動機器１１２に取り付けられた、配電表面１１１ａと共に使用するために接点を追加する着脱式受電機５０１の概略図である。着脱式受電機５０１は、システムが配電表面１１１ａの上に載っているとき、大型移動機器１１２の重量を支えるように設計され得る。着脱式受電機５０１はホスト移動機器の既存の電力入力ポートに差し込まれる。

図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）および図５（ｅ）は、それぞれ、配電表面１１１ａと共に使用するための接点を大型ホスト移動機器１１２に追加する着脱式受電機５０１の概略側面図、概略正面図、概略底面図、および、３次元概略図である。受電機５０１のプラグ５０２は大型移動機器１１２の電源レセプタクルに差し込まれる。受電機５０１のプラグ５０２は、高さＨが必要に応じて変化できるように上下に滑動可能である。プラグ５０２の高さを変えることは、著しい圧力を電気プラグ５０１に加えることなく、ホスト移動機器１１２がホスト移動機器５０２より下に位置する受電機の一部分の上に載ることを可能にさせる。

図５（ｆ）は、大型ホスト移動機器１１２に取り付けられた、配電表面１１１ａと共に使用するために接点を追加する、バネ付勢シェルフ５０４付きの着脱式受電機５０１の概略図である。電気プラグ５０２は静止しているときにＨを最小化するように僅かにバネ付勢され得る。バネの僅かな圧力は、受電機５０１をホスト移動機器１１２に取り付けられた状態に保つ。それに対して、バネ付勢されたシェルフ５０４はホスト移動機器１１２にクランプするため使用され得る。バネ付勢されたシェルフ５０４の場合、受電機５０１のプラグ５０２は、浮動性であり、上述されているようにバネ荷重が加えられる必要がない。一実施形態は、受電機５０１が数多くのタイプのホスト移動機器１１２と互換性を保つように設計され得る。ホスト移動機器１１２の電力入力に繋がる受電機５０１のプラグ５０２は、数多くのタイプのプラグが受電機５０１に適合するように互換性があるであろう。

上記の方法および実施形態のこれらおよび多数の他の変更および組み合わせは、当業者が容易に想到するので、上に示し、述べた構成およびプロセスのいずれかに本発明を限定することは望ましくない。数多くの例示的な態様および実施形態が上記で検討されているが、当業者は例示的な態様および実施形態のある特定の変更、置換、付加、および、下位の組み合わせを認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲、および、以下に導入される請求項がそういうすべての変更、置換、付加、および、下位の組み合わせを請求項の精神および範囲に含まれるものとして包含するように解釈されることが意図されている。単語“ｃｏｍｐｒｉｓｅ（備える）”とその活用形、“ｈａｖｅ（有する）”とその活用形、“ｉｎｃｌｕｄｅ（含む）”とその活用形は、本明細書および特許請求の範囲で使用されるとき、記載された構成要件またはステップの存在を明確にすることが意図されているが、１つ以上の他の構成要件、ステップ、もしくは、構成要件およびステップの群の存在または追加を排除しない。

Claims (27)

1. サポート表面の少なくとも一部分を備え、電源に接続され、電力を供給する能力があり、一部のパッドが第１の電圧レベルにあり、その他のパッドが第２の電圧レベルにある複数個のパッドを有する配電表面と、
   電気が供給され、サポート表面上の任意の場所に配置可能であり、前記サポート表面の少なくとも一部分である前記配電表面から電力を取得する電気機器と、
   前記電気機器の一部分であり、前記配電表面との配電可能接触を行うために位置が互いに離間している複数個の接点と、
   前記配電表面との配電可能接触のための独立した接点領域としての機能を果たす複数の隆起領域を有する前記複数個の接点の接点毎の接触面と、
   を備える電気装置。
2. 前記複数の隆起領域は、３つの隆起領域を備える、請求項１に記載の電気装置。
3. 前記３つの隆起領域の各隆起領域が高所点を有し、前記３つの隆起領域の高所点が正三角形に配置されている、請求項２に記載の電気装置。
4. 前記正三角形の中心が前記接点の中心位置にある、請求項３に記載の電気装置。
5. 前記複数個の接点の各接点が、前記電気装置に対して立体角の範囲内で揺動できるように揺動可能に取り付けられている、請求項１に記載の電気装置。
6. サポート表面の少なくとも一部分を備え、電源に接続され、電力を供給する能力がある配電表面と、
   電気が供給され、サポート表面上の任意の場所に配置可能であり、前記サポート表面の少なくとも一部分である前記配電表面から電力を取得する電気機器と、
   前記配電表面上の容量性負荷を検出する容量性負荷検出回路と、
   容量性負荷が予め設定された容量性負荷限界を超えるときに前記配電表面をオフに切り替えるシャットダウン回路と、
   を備える電気装置。
7. 前記予め設定された容量性負荷限界が、人および動物の前記配電表面との接触によって前記シャットダウン回路が前記配電表面をオフに切り替えるように設定される、請求項６に記載の電気装置。
8. サポート表面の少なくとも一部分を備え、電源に接続され、電力を供給する能力があり、一部のパッドが第１の電圧レベルにあり、その他のパッドが第２の電圧レベルにある複数個のパッドを有する配電表面と、
   電気が供給され、サポート表面上の任意の場所に配置可能であり、前記サポート表面の少なくとも一部分である前記配電表面から電力を取得する電気機器と、
   前記配電表面との配電可能接触を行うために位置が互いに離間している複数個の接点を前記電気機器に設けるため、前記電気機器に取り付けられ、前記電気機器に電気的に接続される受電機器と、
   を備える電気装置。
9. 前記受電機器が移動機器バッテリに取り付けられるフレキシブル印刷回路基板を備える、請求項８に記載の電気装置。
10. 前記受電機器が、
    移動機器の移動機器バッテリに取り付けられ、前記移動機器バッテリに電気的に接続されるフレキシブル印刷回路と、
    前記移動機器上に適切に設置され、前記複数個の接点から前記移動機器バッテリへの電気的接続が存在するとき、接触フィンガーが前記フレキシブル印刷回路に電気的に接続するように、外側にある前記複数個の接点が電気的に接続される前記接触フィンガーを内側部分に有する前記移動機器の裏蓋と、
    を備える、請求項９に記載の電気装置。
11. 前記移動機器バッテリへ配給された電力を調整するために前記裏蓋に組み込まれた電力および受電電子装置をさらに備える、請求項１０に記載の電気装置。
12. 前記印刷回路基板が前記移動機器と前記移動機器バッテリとの間のバッテリ接続部をもたらすためにカットアウト部を含む、請求項９に記載の電気装置。
13. 前記バッテリの充電中に前記移動機器バッテリの過熱を防止するため、温度を感知し前記バッテリ充電を管理する温度センサ回路をさらに備える、請求項９に記載の電気装置。
14. 前記受電機器が前記電気機器から取り外し可能であり、前記受電機器が前記電気機器の電源レセプタクルに差し込まれるプラグを含む、請求項８に記載の電気装置。
15. 前記受電機器が、前記プラグが単独で前記電気機器を支持しないように、前記電気機器を支持することができる硬化構造体を備える、請求項１４に記載の電気装置。
16. 前記プラグが前記プラグにかかる重量応力をさらに軽減するためにバネ付勢されている、請求項１５に記載の電気装置。
17. 電力を電気機器に供給する方法であって、
    電力をサポート表面に供給するステップと、
    前記サポート表面から受電するために適合した複数個の電気接点と、前記接点に供給された任意の電力を前記電気機器によって使用可能である電力に適合させる回路とを有する受電機器を、前記適合した電力を前記電気機器に接続するように、前記電気機器に取り付けるステップと、
    前記電気接点が前記サポート表面から前記受電機器に電力を伝達し、それによって、前記受電機器が前記電力を前記電気機器に供給するように、前記電気機器付きの前記受電機器を前記サポート表面に設置するステップと、
    を備える方法。
18. 前記受電機器付きの前記電気機器の温度を感知し、前記温度が閾値に達するかまたは超えるときに、前記電気機器への電力の配給を止めるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. サポート表面上に配置可能である電気機器へ電力を配給するために前記サポート表面に給電する方法であって、
    電力が前記サポート表面の分離したエリアとの接触によって得られるように、前記サポート表面の別個の前記分離したエリアを電源の反対極に接続するステップと、
    前記サポート表面上の容量性負荷を検出するステップと、
    前記容量性負荷が閾値に達するかまたは超えるときに前記サポート表面への電力を止めるステップと、
    を備える方法。
20. 電力をサポート表面の全部または一部に供給する手段付きのサポート表面と、
    前記サポート表面上で任意の場所および向きに配置されたときに前記サポート表面から受電し、この任意の場所および向きにおける前記サポート表面からの前記電力を、前記電気機器によって使用可能である電力に適応させ、前記電力を前記電気機器に配給する手段と、
    を備える電気装置。
21. 前記受電する手段が、前記手段を、互いに静止した関係で前記電気機器に一体的に、かつ、取り付けられた場合に前記電気機器に電気接続する形で着脱式に取り付ける手段を含む、請求項２０に記載の電気装置。
22. 前記受電する手段が、前記電気機器の温度を検出し、前記温度が閾値に達するかまたは超えるときに前記電気機器への前記電力の配給を止める手段を含む、請求項２０に記載の電気装置。
23. 前記サポート表面上の容量性負荷を検出し、前記容量性負荷が閾値に達するかまたは超えるときに前記サポート表面への電力を止める手段を含む、請求項２０に記載の電気装置。
24. 前記受電する手段が、受電接触を前記サポート表面の一部分と行わせ、その部分との接触から受電できるようにするために、互いに位置が離間している複数個の接点を含み、
    前記接点の１つずつが、それぞれが導電性であり、受電可能である前記サポート表面の一部分と電気的に接触可能である複数の隆起領域を有する、
    請求項２０または２１に記載の電気装置。
25. 前記複数の隆起領域は、３つの隆起領域を備える、請求項２４に記載の電気装置。
26. 前記受電する手段が前記サポート表面に配置されているときはいつでも、各接点の前記３つの隆起領域の少なくとも１つが前記サポート表面の前記部分の１つと電気的に接触する可能性を高めるために、前記接点が前記サポート表面から受電する前記手段に揺動可能に取り付けられている、請求項２４または２５に記載の電気装置。
27. 前記受電する手段が前記電気機器への配給のための電力を調整する手段を含む、請求項２０または２１に記載の電気装置。

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