JP2012518982A - 双極子強化型非接触電力伝送のためのシステムおよび方法 - Google Patents
双極子強化型非接触電力伝送のためのシステムおよび方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、ここに参照により本明細書に組み込まれる、2009年2月26日に出願された米国特許出願第61/155,886号の優先権の利益を主張するものである。
・図12は、送電装置222内の複数のホール効果センサH1、H2および制御装置226を示し、上述の説明は、これらのセンサおよび制御装置226が、受電装置224の近接度、送電装置磁石228および受電装置磁石230の相対配向、ならびにスリップ角を検出するために、どのように使用され得るかを説明する。同様のセンサシステム(例えば同様のセンサおよび制御装置)を受電装置224内に設置することが可能であること、および、送電装置222の近接度、送電装置磁石228および受電装置磁石230の相対配向、ならびにスリップ角を検出するためにかかるセンサシステムを使用することが可能であることが理解されよう。受電装置内に配置されるセンサシステムは、送電装置磁石228の移動速度を調節するのではなく、受電装置導体(例えば受電装置コイル(図12には図示しない))間の結合を調節することが可能である。非限定的な例としては、受電装置コイルとロードとの間の電気結合は、スリップ角が所望のレベルから過度に大幅に逸脱する場合に開閉し得るスイッチを含んでもよい。確動動作がロードに対してなされる範囲内にスリップ角が確実に含まれるようにする態様で、かかる結合を調節することが一般的には望ましい。
・図13は、送電装置254および受電装置252が共に回転振動子であり、すなわち送電装置磁石274および受電装置磁石256がそれらの各回転軸276、258を中心として回転移動をするように設置される、一実施形態を示す。他の実施形態においては、送電装置254および受電装置252は、ねじれ振動子を備えてもよく、送電装置磁石274および受電装置磁石256は、それらの各振動軸276、258を中心としてねじれ振動移動をするように(受電装置50の可撓性マウント60(図5)と同様の付勢要素を備える可撓性マウントを使用して)設置される。可撓性マウントおよび振動運動のため以外にも、かかるねじれ振動子の実施形態は、回転システム250について上述したものと同様の特性を有してもよい。
Claims (79)
- 第1の経時変化磁場からエネルギーを引き出すための受電装置であって、
導体と、
前記第1の経時変化磁場内に配置され、前記第1の経時変化磁場に応答して移動するように支持される受電装置磁石と、
を備え、
前記導体および前記受電装置は、前記受電装置磁石の移動が、前記導体の付近に第2の経時変化磁場を生じさせ、それにより前記導体中に電流を誘導するように、互いに対して位置決めされる受電装置。 - 前記導体は、1つまたは複数のコイルを備え、各コイルは、1つまたは複数の導電性ターンを備えた請求項1に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数のコイルのそれぞれについて、前記コイルは、前記第1の経時変化磁場内に配置され、前記第1の磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束に対する、前記第2の経時変化磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束の比率が、10以上である請求項2に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数のコイルのそれぞれについて、前記コイルは、前記第1の経時変化磁場内に配置され、前記第1の磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束に対する、前記第2の経時変化磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束の比率が、100以上である請求項2に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数のコイルのそれぞれについて、前記コイルは、前記第1の経時変化磁場内に配置され、前記第1の磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束に対する、前記第2の経時変化磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束の比率が、1000以上である請求項2に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように、1つまたは複数のマウントにより支持され、前記1つまたは複数のマウントはそれぞれ、前記受電装置磁石が周囲方向から離れるように前記振動軸を中心として移動する際に変形し、前記受電装置磁石に対して復元トルクを加えて前記周囲方向に前記受電装置磁石を戻す、1つまたは複数の付勢要素を備えた請求項1から5のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持される請求項1から5のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記第1の経時変化磁場は、周期的なものであり、前記受電装置磁石は、その結果生じる周期トルクを受け、前記トルクにより、前記第1の経時変化磁場の周期に整合する周期で前記受電装置磁石の周期運動が生じる請求項1から7のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石の前記周期運動と前記周期的な第1の経時変化磁場との間の位相関係が、前記第1の経時変化磁場が前記受電装置磁石に対して確動動作を生じさせるものである請求項8に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に双極の永久磁石を備えた請求項1から9のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に双極の永久磁石を備え、前記受電装置磁石は、前記受電装置磁石の前記振動軸および前記受電装置磁石の前記回転軸の少なくとも一方に対して±20°の範囲内において直交である双極子ベクトルを有する請求項6または7に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に円筒状の形状を有する請求項1から11のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に円筒状の形状を有し、円筒軸が、前記受電装置磁石の前記振動軸および前記受電装置磁石の前記回転軸の少なくとも一方と±20°の範囲内においてほぼ同軸である、請求項6、7または11のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に球状の形状を有する請求項1から11のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、実質的に球状の形状を有し、前記球の直径は、前記受電装置磁石の前記振動軸および前記受電装置磁石の前記回転軸の少なくとも一方と±20°の範囲内においてほぼ同軸である請求項6、7または11のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石は、ネオジムおよびフェライトの中の1つまたは複数を含む請求項1から15のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記導体は、複数のコイルを備え、各コイルは、1つまたは複数の導電性ターンを備え、前記複数のコイルは、前記導体中に誘導される電流が三相電流となるように、前記受電装置磁石に対して配置される請求項1から16のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記受電装置磁石を可動式に支持するための1つまたは複数のサポートを備え、該1つまたは複数のサポートは、セラミック玉軸受および宝石軸受の中の1つまたは複数を備えた請求項1から17のいずれか一項に記載の受電装置。
- スリップ角を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備え、前記スリップ角は、前記第1の経時変化磁場の周期的変化と前記受電装置磁石の対応する周期運動との間の位相差を表す請求項1から18のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数のスリップ角センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記スリップ角を推定し、前記推定されたスリップ角に基づき前記導体と電気ロードとの間の結合を調節することにより前記ロードに対して確動作動が生じるスリップ角を維持する制御装置を備えた請求項19に記載の受電装置。
- 前記スリップ角センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項19または20に記載の受電装置。
- 前記第1の経時変化磁場に対する前記受電装置磁石の配向角度を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項1から21のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数の配向センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記第1の経時変化磁場に対する前記受電装置磁石の配向角度を推定し、前記推定された配向角度がしきい値を上回る場合には出力信号を発するように構成される制御装置を備えた請求項22に記載の受電装置。
- 前記配向センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項22または23に記載の受電装置。
- 前記第1の経時変化磁場の強度を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項1から24のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数の強度センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記第1の経時変化磁場の強度を推定し、前記推定された強度が、第1のしきい値を上回る場合および第2のしきい値を下回る場合のいずれか一方または両方の場合に、出力信号を発するように構成された制御装置を備えた請求項25に記載の受電装置。
- 前記強度センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項25または26に記載の受電装置。
- 前記導体は、バッテリに電気的に接続される請求項1から27のいずれか一項に記載の受電装置。
- 前記バッテリの電荷を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項28に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数の電荷センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記バッテリの前記電荷を推定し、しきい値以上の前記推定された電荷に応答して前記導体と前記バッテリとの間のスイッチの状態を制御するように構成される制御装置を備えた請求項29に記載の受電装置。
- 前記1つまたは複数の電荷センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記バッテリの前記電荷を推定し、前記推定された電荷がしきい値以上である場合に出力信号を発するように構成される制御装置を備えた請求項29に記載の受電装置。
- 第1の経時変化磁場を生成するための送電装置と、
ギャップにより前記送電装置から離間される受電装置と、
を備え、前記受電装置は、
導体と、
前記第1の経時変化磁場内に配置され、前記第1の経時変化磁場に応答して移動するように支持される受電装置磁石と、
を備え、前記導体および前記受電装置は、前記受電装置磁石の移動が前記導体の付近に第2の経時変化磁場を生じさせ、それにより前記導体中に電流を誘導するように、互いに対して位置決めされる電力伝送装置。 - 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、1以上である請求項32に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、5以上である請求項32に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、10以上である請求項32に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、1以上である請求項32に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、5以上である請求項32に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように支持され、前記受動磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、10以上である請求項32に記載の装置。
- 非磁性障壁が、前記送電装置と前記受電装置との間の前記ギャップ内に配置される請求項32から38のいずれか一項に記載の装置。
- 前記障壁は、ヒトまたは動物の組織、非磁性材料を含む壁および非磁性材料を備えた筐体の中の1つまたは複数を備えた請求項39に記載の装置。
- 前記送電装置は、中において移動するように支持された送電装置磁石を備え、前記送電装置磁石の運動により、前記第1の経時変化磁場が生じる請求項32から40のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、振動軸を中心として振動運動するように1つまたは複数のマウントにより支持され、該1つまたは複数のマウントはそれぞれ、前記受電装置磁石が周囲方向から離れるように前記振動軸を中心として移動する際に変形し、前記受電装置磁石に対して復元トルクを加えて前記周囲方向に前記受電装置磁石を戻す、1つまたは複数の付勢要素を備えた請求項41に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように、1つまたは複数のマウントにより支持され、該1つまたは複数のマウントはそれぞれ、前記受電装置磁石が周囲方向から離れるように前記振動軸を中心として移動する際に変形し、前記受電装置磁石に対して復元トルクを加えて前記周囲方向に前記受電装置磁石を戻す、1つまたは複数の付勢要素を備え、前記送電装置磁石および前記受電装置磁石の前記振動軸は、±20°の範囲内において実質的に平行である請求項42に記載の装置。
- 前記受電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように、1つまたは複数のマウントにより支持され、該1つまたは複数のマウントはそれぞれ、前記受電装置磁石が周囲方向から離れるように前記振動軸を中心として移動する際に変形し、前記受電装置磁石に対して復元トルクを加えて前記周囲方向に前記受電装置磁石を戻す、1つまたは複数の付勢要素を備え、前記送電装置磁石および前記受電装置磁石の前記振動軸は、±20°の範囲内において実質的に同軸である請求項42に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、回転軸を中心として回転運動するように支持される請求項41に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持され、前記送電装置磁石および前記受電装置磁石の前記回転軸は、±20°の範囲内において実質的に平行である請求項45に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように支持され、前記送電装置磁石および前記受電装置磁石の前記回転軸は、±20°の範囲内において実質的に同軸である請求項45に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、実質的に双極の永久磁石を備えた請求項41から47のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、前記送電装置磁石の前記振動軸および前記送電装置磁石の前記回転軸の少なくとも一方に対して±20°の範囲内において実質的に直交である磁気双極子ベクトルを有する実質的に双極の磁石を備えた請求項42から45のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置磁石は、モータを備え、前記送電装置磁石は、機械リンク装置を介して前記モータに連結され、モータの移動が、対応する送電装置磁石の移動を生じさせる請求項41から49のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置は、1つまたは複数のコイルを備え、前記送電装置磁石は、前記1つまたは複数のコイルの付近に配置され、前記1つまたは複数のコイル中の経時変化電流が、前記送電装置磁石の対応する移動を生じさせる請求項41から49のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置磁石を可動式に支持するための1つまたは複数のサポートを備え、前記1つまたは複数のサポートは、セラミック玉軸受および宝石軸受の中の1つまたは複数を備えた請求項41から51のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置は、スリップ角を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備え、前記スリップ角は、前記送電装置磁石の周期移動と前記受電装置磁石の対応する周期運動との間の位相差を表す請求項41から52のいずれか一項に記載の装置。
- 前記1つまたは複数のスリップ角センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記スリップ角を推定し、前記推定されたスリップ角に応答して前記送電装置磁石の運動を制御することにより前記導体に電気的に接続されたロードに対して確動作動が伝えられるスリップ角を維持する制御装置を備えた請求項53に記載の装置。
- 前記スリップ角センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項53から54のいずれか一項に記載の装置。
- 送電装置が、前記送電装置磁石に対する前記受電装置磁石の配向角度を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項41から55のいずれか一項に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の配向センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記送電装置磁石に対する前記受電装置磁石の配向角度を推定し、前記推定された配向角度がしきい値を上回る場合には出力信号を発するように構成される制御装置を備えた請求項56に記載の装置。
- 前記配向センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項56または57に記載の装置。
- 前記送電装置は、前記受電装置磁石により生成される前記第2の経時変化磁場の強度を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項41から58のいずれか一項に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の強度センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記第2の経時変化磁場の前記強度を判定し、前記推定された強度が、第1のしきい値を上回る場合および第2のしきい値を下回る場合のいずれか一方または両方の場合に、出力信号を発するように構成される制御装置を備えた請求項59に記載の装置。
- 前記強度センサは、1つまたは複数のホール効果センサを備えた請求項59または60に記載の装置。
- 1つまたは複数のRFID近接センサを備え、前記RFID近接センサは、前記送電装置および前記受電装置の1つまたは複数の中に配置される請求項32から61のいずれか一項に記載の装置。
- 前記導体は、バッテリに電気的に接続される請求項32から62のいずれか一項に記載の装置。
- 前記送電装置は、前記バッテリの電荷を表す1つまたは複数の事象を感知するための1つまたは複数のセンサを備えた請求項63に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の電荷センサは、前記第1の経時変化磁場の生成に付随する電力を検出する請求項64に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の電荷センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記バッテリの前記電荷を推定し、該推定された電荷がしきい値以上であると判定された場合に前記第1の経時変化磁場の生成を中断するように構成される制御装置を備えた請求項65に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の電荷センサから1つまたは複数の信号を受領するために接続され、前記バッテリの前記電荷を推定し、該推定された電荷がしきい値以上である場合に出力信号を発するように構成される制御装置を備えた請求項65に記載の装置。
- 第1の経時変化磁場を生成するための送電装置と、
ギャップにより前記送電装置から離間される受電装置であり、前記第1の経時変化磁場内に配置された可動受電装置磁石を備える受電装置と、
前記受電装置磁石の運動の機械エネルギーを別の形態のエネルギーに変換するための手段と、
を備え、
前記第1の経時変化磁場は、前記第1の経時変化磁場の影響下において前記受電装置磁石を移動させる経時変化トルクを前記受電装置磁石に対して印加し、
前記受電装置磁石は、回転軸を中心とする回転運動および振動軸を中心とする振動運動の少なくとも一方を行うように支持され、前記受電装置磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、1以上である電力伝送装置。 - 前記受電装置磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、5以上である請求項68に記載の装置。
- 前記受電装置磁石の最大運動半径に対する前記ギャップの比率が、10以上である請求項68に記載の装置。
- 電気ロードに対して電荷を送る方法であって、
第1の経時変化磁場内に受電装置磁石を配置するステップと、
前記第1の経時変化磁場に応答して移動するように前記受電装置磁石を支持するステップと、
前記受電装置磁石の移動により1つまたは複数のターンを備えるコイルの付近に第2の経時変化磁場が生じることによって前記コイル中に電流が誘導されるように、前記受電装置に対して前記コイルを位置決めするステップと、
前記ロードに前記コイルを電気的に接続するステップと、
を含む方法。 - 前記第1の磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束に対する、前記第2の経時変化磁場により生成される前記コイルを通るRMS磁束の比率が、10以上である請求項71に記載の方法。
- 1つまたは複数のマウントを使用して、前記第1の経時変化磁場に応答して振動軸を中心として振動運動するように前記受電装置磁石を支持するステップを含み、前記1つまたは複数のマウントはそれぞれ、前記受電装置磁石が周囲方向から離れるように前記振動軸を中心として移動する際に変形し、前記受電装置磁石に対して復元トルクを加えて前記周囲方向に前記受電装置磁石を戻す、1つまたは複数の付勢要素を備えた請求項71または72に記載の方法。
- 前記第1の経時変化磁場に応答して回転軸を中心として回転運動するように前記受電装置磁石を支持するステップを含む請求項71または72に記載の方法。
- 前記第1の経時変化磁場は、周期的なものであり、前記受電装置磁石は、その結果生じる周期トルクを受け、前記トルクにより、前記第1の経時変化磁場の周期に整合する周期で前記受電装置磁石の周期運動が生じる請求項71から74のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ロードはバッテリである請求項71から75のいずれか一項に記載の方法。
- 前記バッテリの電荷を検出するステップと、
前記バッテリの前記電荷がしきい値を上回る場合に、前記コイルと前記ロードとの間の電気接続を切断するステップと、
を含む請求項76に記載の方法。 - 本請求項において開示される任意の特徴、前記特徴の組合せ、または前記特徴の下位組合せを含む装置。
- 本請求項において開示される任意の特徴、前記特徴の組合せ、または前記特徴の下位組合せを含む方法。
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