JP2011508972A - 電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁相互作用による電力伝送装置に関する。本発明は、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを含む、電力を伝送するための一次コイルと、前記一次コイルと共に、電磁相互作用によって、前記電力を伝送するための二次コイルとを有する電力伝送装置であって、前記二次コイルが、前記第１の一次コイルと、前記第２の一次コイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される電力伝送装置を提案する。前記一次コイル及び前記二次コイルの特定の結合及び位置づけにより、前記電力は、前記一次コイルと前記二次コイルとの間で効果的に伝送され得る。それ故、前記伝送装置のサイズは、著しく減らされ得る。本発明は、装置、例えば、照明製品、充電装置などを充電するのに用いられ得る。

Description

本発明は、電磁相互作用による電力伝送装置に関する。

図１は、従来技術の変圧器を示している。この誘導結合トポロジは、電気的接触なしに一次側１０１から二次側１０２に電力を伝送する。一次側１０１と二次側１０２との間の電気的接触がないことは、空気中で用いられ得る、又は水中でさえ用いられ得る完全分離システムの使用を可能にする。これには、変圧器のワイヤ及び接続部が、もはや、攻撃的な環境又は危険な環境によって、損傷を与えられないであろう、又は腐食させられないであろうという付加的な利点がある。

機械的な直径に基づけば、変圧器の最も大きな構成要素は、一次コイルである。従って、全システムのコンパクトさは、一次コイルのサイズに依存し、その最小サイズは、一次側によって必要とされるインダクタンスの量に依存する。技術が発達するにつれて、コンパクトな装置に対する要求が増大しており、故に、電力伝送装置のサイズを減らすことも望ましい。

本発明の目的は、コンパクトなサイズと、高い電力伝送パフォーマンスとを持つ電力伝送装置を提供することにある。

この目的のため、本発明は、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを含む、電力を伝送するための一次コイルと、前記一次コイルと共に、電磁相互作用によって、前記電力を伝送するための二次コイルとを有する電力伝送装置であって、前記二次コイルが、前記第１の一次コイルと、前記第２の一次コイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される電力伝送装置を提案する。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルは、同心状に配設される。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルは、環状である。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルにおけるコイル層の数は、６層以下である。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルにおけるコイル層の数は、３層である。

本発明は、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを有する、電力を伝送するための装置であって、前記装置が、二次コイルと共に、電力を伝送するよう構成され、前記二次コイルが、前記第１のコイルと、前記第２のコイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される装置も提案する。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルは、環状であり、同心状に配設される。

本発明は、電力を伝送するための装置であって、前記装置が、二次コイルを有し、前記二次コイルが、第１の一次コイル及び第２の一次コイルと共に、前記電力を伝送するよう構成され、前記二次コイルが、前記第１の一次コイルと、前記第２の一次コイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される装置も提案する。

任意に、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルは、環状であり、同心状に配設される。

前記一次コイル及び前記二次コイルの特定の結合及び位置づけにより、前記電力は、前記一次コイルと前記二次コイルとの間で効果的に伝送され得る。それ故、前記伝送装置のサイズは、著しく減らされ得る。

本発明のこれら及び他の態様は、本発明の完全な理解をすることを可能にする、以下の図及び請求項に関する本発明の記載から、明らかになるであろう。

ここで、ほんの一例として、添付の図を参照して、本発明を説明する。

従来技術の変圧器を概略的に示す一次コイル及び二次コイルの断面図である。 従来技術の変圧器を概略的に示す一次コイル及び二次コイルの上面図である。 本発明による電力伝送装置を概略的に示す断面図である。 本発明による電力伝送装置を概略的に示す上面図である。 一次コイルと二次コイルとの間の磁界の分布を概略的に示す。 本発明による二次コイルと共に電力を伝送するための第１の一次コイル及び第２の一次コイルを有する装置を概略的に示す上面図である。 本発明による二次コイルと共に電力を伝送するための第１の一次コイル及び第２の一次コイルを有する装置を概略的に示す断面図である。 本発明による一次コイルと共に電力を伝送するための二次コイルを有する装置を概略的に示す。 本発明による一次コイルと共に電力を伝送するための二次コイルを有する装置を概略的に示す。

上記の図面において、同じ参照符号は、同じ、同様の又は対応する特徴又は機能を示す。

以下、一例として、照明用途を例にとって、本発明による電力伝送装置を説明する。この照明システムは、電気的接触なしに一次コイルからの電力を二次コイルに結合するのに変圧器の手法を用いる。この照明システムの現在の用途は、エアダクトの分野におけるその使用であるが、この用途の、より広い範囲への更なる拡張は、可能である。
機械的な直径に基づけば、変圧器の最も大きな構成要素は、一次コイルであり、その最小サイズは、一次側によって必要とされるインダクタンスの量に依存する。一次コイルのインダクタンスの量は、コイル層の数を増やすことによって増やされ得る。一定数のコイル層がある場合には、インダクタンスは、コイルの高さを高くすることによっても増やされ得る。コイルの高さを高くすることによってインダクタンスの量を増やすことは、全システムがより高くなるようにし得る。電力伝送システムの高さが、その電子部品の組み立て高さに制限される場合、コイルは、高い高さではなく、より高いインダクタンスを持つようにして設計される必要がある。

表１は、一例として、必要とされるインダクタンスが600μHである場合には、ワイヤのタイプ及び層の数の計算が、以下の結果を示すことを示している。

巻線損失（最後の列）を考慮する場合、これらの損失に関して最も最適な設計は、６層（最後の行）を持つ設計であることが、表１から分かる。しかしながら、積み重ねられるコイル層の数が増える場合、電力伝送パフォーマンスは、これ以上は改善しない。実験的テストで、最も優れた電力伝送パフォーマンスは、３層積み重ねられたコイル層で実現されることが明らかになった。前記表は、６層の一次コイルは、二次コイルに最も優れた電力伝送を供給しないであろうことを示している。表１に示されているデータによれば、システムは、３層の一次コイル層が用いられる場合、１１．２ワットの損失を持つであろうが、６層の一次コイル層は、これらの損失を考慮に入れる最適な解決策が用いられる場合、３ワットの損失しか持たないであろう。

次の表は、一次コイルにおける電力損失を高さの関数として示している。

見て分かるように、３層の一次コイルの高さの9.2mmから28mmまでの増加は、６層の選択肢の少量の損失（3W）に釣り合わせることもできない。電力伝送パフォーマンスの向上と、電力の損失の低減との間のバランスを達成する必要がある。

それ故、本発明の或る実施例は、図２に示されているような電力伝送装置を提供する。一次コイルは、２つに分けられる、即ち、第１の一次コイル２０１と、第２の一次コイル２０２とに分けられる。二次コイル２０３は、第１の一次コイル２０１と、第２の一次コイル２０２との間に位置付けられる。図２ａは、本発明の或る実施例による電力伝送装置の断面図であり、図２ｂは、本発明の或る実施例による電力伝送装置の上面図である。第１の一次コイル２０１及び第２の一次コイル２０２は、二次コイル２０３の各々の反対側に配設されることが、図２から分かる。

より優れた電力伝送パフォーマンスを達成するためには、第１の一次コイル２０１及び第２の一次コイル２０２のコイル層の数は、好ましくは６層以下であり、例えば３層である。他の例においては、第１の一次コイルの層の数と、第２の一次コイルの層の数とは、異なっていてもよい。

本発明の或る実施例によれば、第１の一次コイル及び第２の一次コイル並びに二次コイルは、環状であってもよく、二次コイルの両側に同心状に配設される。

図３は、一次コイルと二次コイルとの間の磁界の分布を概略的に示している。第１の一次コイル２０１及び第２の一次コイル２０２は、それらが二次コイル２０３に誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される。一次コイルを２つに分けることで、電力損をかなり減らし、コイルのサイズを増さないままにすることができる。本発明によれば、一次コイルは、サイズを変えずに、図１に示されている従来の一次コイルのインダクタンスより80%高いインダクタンスを持つ。このようにして、電力は、一次コイルから二次コイルへ効果的に伝送され得る。他方で、異なる実施例においては、電力が、一次コイルへも伝送され得ることは、同業者には理解できるであろう。

図４は、本発明による二次コイル２０３と共に電力を伝送するための第１の一次コイル２０１及び第２の一次コイル２０２を有する装置を概略的に示しており、図４Ａは、装置の上面図であり、図４Ｂは、装置の断面図である。

図５は、本発明による第１の一次コイル２０１及び第２の一次コイル２０２と共に電力を伝送するための二次コイル２０３を有する装置を概略的に示す。

前述の機構によれば、図４に示されている装置は、図５に示されているような第２の装置に結合させ、第２の装置への電力の伝送及びその逆をするための第１の装置であり得る。

本発明の電力伝送装置の照明システムへの利用は、ほんの一例でしかない。本発明の電力伝送装置は、誘導結合バラストだけでなく、全ての非接触充電装置にも用いられ得る。

本発明の用途の別の例は、電子歯ブラシである。この用途においては、歯ブラシの充電器が、第１の一次コイル及び第２の一次コイルを更に含む一次コイルを含むかもしれず、歯ブラシのハンドセットが、二次コイルを含むかもしれず、二次コイルは、第１の一次コイルと、第２の一次コイルとの間に位置付けられ、第１の一次コイル及び第２の一次コイルは、それらが二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される。このような構造により、電力は、一次コイルから二次コイルへ伝送され得る。好ましくは、第１の一次コイル及び第２の一次コイル並びに二次コイルは、丸く、同心状に配設される。

上記の例においては、電力は、一次コイルから二次コイルへ伝送される。電力は、電磁相互作用理論に基づき、明らかに、二次コイルから一次コイルへも伝送され得る。更に、上記では、一次コイル及び二次コイルの形状は、環状である又は同心状に配設されると述べている。他のケースにおいては、電力が一次コイルと二次コイルとの間で効果的に伝送される限り、コイルの形状は異なっていてもよいことは明らかである。

上記の実施例は、本発明を限定するものではなく、説明するものであって、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱せずに多くの別の実施例を設計することができるであろうことに注意されたい。請求項において、「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項に明記されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素の単数形表記は、複数のこのような要素の存在を除外しない。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。

Claims (9)

1. 第１の一次コイル及び第２の一次コイルを含む、電力を伝送するための一次コイルと、
   前記一次コイルと共に、電磁相互作用によって、前記電力を伝送するための二次コイルとを有する電力伝送装置であって、
   前記二次コイルが、前記第１の一次コイルと、前記第２の一次コイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される電力伝送装置。
2. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルが、同心状に配設される請求項１に記載の電力伝送装置。
3. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルが、環状である請求項２に記載の電力伝送装置。
4. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルにおけるコイル層の数が、６層以下である請求項１に記載の電力伝送装置。
5. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルにおけるコイル層の数が、３層である請求項３に記載の電力伝送装置。
6. 第１の一次コイル及び第２の一次コイルを有する、電力を伝送するための装置であって、前記装置が、二次コイルと共に、電力を伝送するよう構成され、前記二次コイルが、前記第１のコイルと、前記第２のコイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される装置。
7. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルが、環状であり、同心状に配設される請求項６に記載の装置。
8. 電力を伝送するための装置であって、前記装置が、二次コイルを有し、前記二次コイルが、第１の一次コイル及び第２の一次コイルと共に、前記電力を伝送するよう構成され、前記二次コイルが、前記第１の一次コイルと、前記第２の一次コイルとの間に位置付けられ、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが、前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイルが前記二次コイルに誘導する磁界の方向にばらつきがないようにするよう構成される装置。
9. 前記第１の一次コイル及び前記第２の一次コイル並びに前記二次コイルが、環状であり、同心状に配設される請求項８に記載の装置。

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