JP2012525113A - 誘導充電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、エネルギー伝送用のコイル及びエネルギー伝送用の制御部を有する移動式電気装置のエネルギー蓄積要素を充電するための誘導充電装置に関する。エネルギー消費量が特に低く、移動式電気装置の存在を高い信頼度で検出することを特徴とする上記の種類の誘導充電装置を提供するため、本発明によれば、制御部を可変静電容量を有するコンデンサに接続することが提案され、このコンデンサは、移動式電気装置が充電位置に配置されているか否かに応じてその静電容量が変化するように構成される。

Description

本発明は、エネルギー伝送用のコイル及びエネルギー伝送用の制御部を有する移動式電気装置のエネルギー蓄積要素を充電するための誘導充電装置に関する。

本発明は更に、誘導充電装置を備えるシステム、及び移動式電気装置、並びに誘導充電装置によって移動式電気装置のエネルギー蓄積要素を充電するための方法に関する。

こうしたタイプのエネルギー伝送システムは、特に移動式電気装置における蓄積要素及び他の電気エネルギーの貯蔵装置を充電するために使用されうるものである。移動式電気装置は、例えば、電動歯ブラシ、電気カミソリ、電気携帯ツール、電気台所用品、電気携帯掃除機、移動式医療装置、携帯電話機、又はあらゆる種類の移動式測定器具でありうる。

コードレスのエネルギー伝送は、特に誘導エネルギー伝送によって実現されうる。その際、充電ユニット内の磁気コイルと、移動式電気装置内の磁気コイルとが、磁気的に可逆的に結合される。これにより、充電ユニット内に１個のコイル、移動式電気装置内に１個のコイルを有する分割型変圧器が与えられる。誘導充電装置内のコイルを介して交流を、移動式電気ユニット内のコイルから電力として取り出すことができる。

このようなエネルギー伝送方式では、携帯装置にエネルギーが伝送されていない場合に、充電ユニットも一次エネルギーを消費する。これは、エネルギー節約の手段の点で不利である。

このため、誘導充電装置に移動式電気装置が存在することを検出する、誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムが開発された。移動式電気装置が存在しない場合には、誘導充電装置はエネルギー伝送を行うことを停止するため、エネルギー消費が最小に抑えられる。

移動式電気装置の存在を検出するための装置及び方法は、先行技術より知られる。例えば、欧州特許出願公開第０ ３５７ ８２９号は、電気装置から発光ダイオードを介して誘導充電装置内の受信ダイオードに信号が送信されることによって、移動式電気装置の存在を検出するシステムについて述べている。移動式電気装置が受信ダイオード上に存在しないことをシステムが検出すると、誘導充電装置は充電動作を停止して、電力供給を停止する。光学的検出以外に、移動式電気装置内の磁石又は電磁石によるリードスイッチ又はマイクロスイッチのスイッチング、並びに磁石とホール素子との組み合わせについても述べられている。

米国特許出願公開第２００４／０００４４６０号は、中央制御ユニットが複数の誘導充電装置の充電活動を制御するシステムについて述べている。移動式電気装置から誘導充電装置への光学的信号の送信によって、データが誘導充電装置に転送される。更に、中央制御ユニットは、無線接続によって移動式電気装置とデータを交換することができる。

ドイツ特許出願公開第１９７ ４１ ２７９号は、誘導充電装置から移動式電気装置へのエネルギーの伝送が、エネルギー伝送コイルの作動回路内の電気素子における変化によって監視されるシステムについて述べている。対応する素子における電圧の特定の閾値によって、充電活動の再開又は停止が決定される。

移動式装置が充電位置にある場合に、周波数が変化する振動回路にエネルギー伝送コイルを組み込むことも知られている。この周波数変化を、移動式電気装置の存在の検出に適用することができる。

英国特許出願公開第２３３ ０ ４６１号は、誘導充電装置における移動式電気装置の存在を、発光素子と受光素子との間の光学的通信によって監視する更なるシステムについて述べている。

国際特許出願公開第０３／０５４８２５号は、誘電結合コイルの作動回路内の要素によって充電活動を制御するシステムについて述べている。同様の装置が、ドイツ特許出願公開第４１ ００ ２７２号に述べられている。

国際特許出願公開第９８／２３０２０号は、エネルギー伝送用のスイッチオン及びスイッチオフ装置をキー／ロックシステムのキーの存在によって検出し、このキー又はロックが、移動式電気装置又は誘導充電装置内に配置されている更なるシステムについて述べている。デジタルキーの光学通信についても述べられている。

多くの光学的存在検出システムの共通点は、移動式電気装置がその存在を示す信号を発信するために比較的大きな電流を使用しなければならない点である。移動式電気装置において利用可能な電池の電力の量は限られているため、あるいは充電装置が更に影響されるために、このことは不利な点である。更に、光学機器は、汚れの影響を受けやすい。したがって、信頼度の高い信号発信が常に保証されているわけではない。

エネルギーの間欠的な伝送によって移動式電気装置の存在を検出し、エネルギー伝送用の作動回路の性質を測定することの難点は、エネルギーが間欠的に供給されるために、このプロセスも多くのエネルギーを必要とする点である。

欧州特許出願公開第０ ３５７ ８２９号 米国特許出願公開第２００４／０００４４６０号 ドイツ特許出願公開第１９７ ４１ ２７９号 英国特許出願公開第２３３ ０ ４６１号 国際特許出願公開第０３／０５４８２５号 ドイツ特許出願公開第４１ ００ ２７２号 国際特許出願公開第９８／２３０２０号

したがって、本発明の目的は、先行技術と比較して、存在検出に要するエネルギー消費量を低減し、存在検出の信頼性を高めることにある。

本発明によれば、この目的は、エネルギー伝送用のコイル及びエネルギー伝送用の制御部を有する、移動式電気装置のエネルギー蓄積要素を充電するための誘導充電装置によって実現されるものであり、ここで制御部は、調整可能な静電容量を有するコンデンサに接続され、コンデンサは、移動式電気装置が充電位置にあるか否かに応じてその静電容量が変化するように構成されている。

移動式電気装置の存在を検出するために容量性測定技術を使用することにより、この技術はエネルギーをほとんど消費せずに行われ、かつ信頼性の高い検出を可能とすることから、上記の目的が達成される。誘導充電装置のコンデンサの静電容量が、移動式電気装置によって影響されることにより、充電位置における移動式電気装置の存在又は不在が検出される。

本出願に関して言えば、充電位置における移動式電気装置の構成の１つは、充電動作の間に、誘導充電装置のエネルギー伝送用のコイルの電磁場が、移動式電気装置側のコイルにも入り込むことにより、誘導充電装置のコイル（送信コイル）からのエネルギーが、移動式電気装置のコイル（受信コイル）に伝送されるというものである。このことは、本発明に関して言えば、充電位置における配置が、充電動作が停止させられる際に移動式電気装置が誘導充電装置の環境内に配置されることにより、誘導充電装置のコイルと移動式電気装置のコイルとの間の電磁的結合が可能となる場合に存在することを意味する。

一般に、誘導充電装置及び移動式電気装置からのコイルは、充電位置におけるこうした結合又は配置を可能とするために、互いに空間的に近接していなければならない。

一実施形態では、移動式電気装置のエネルギー蓄積要素は、任意の種類の蓄積要素、すなわち、二次電池、蓄電コンデンサ、又は電気エネルギーを貯蔵するための他の任意の装置であってよい。

一実施形態では、誘導充電装置は、移動式電気装置をその内部又はその表面上に機械的に取り付けることができるように構成される。コンデンサの静電容量は、移動式電気装置が、誘導充電装置の内部若しくはその表面上に機械的に取り付けられているか否かによって決まる。

移動式電気装置の誘導充電装置上への機械的な取り付けを可能にするため、誘導充電装置は一実施形態において、移動式電気装置を充電するために移動式電気装置のハウジング上の相補的な機構と嵌合する機構、又は移動式電気装置又はそのハウジングが嵌合する機構を有するハウジングを有しており、これにより誘導充電装置の内部又は表面上に保持されるようになっている。一実施形態では、誘導充電装置のハウジングはリング形状に基本的に構成され、移動式電気装置又はそのハウジングを、このリング内に取り付けることができる。

一実施形態では、制御部は、装置の動作中にコンデンサの静電容量を検出して、コンデンサの静電容量に応じてエネルギー伝送を制御するように構成される。

制御部は、コンデンサの静電容量測定の測定結果が制御部に与えられ、制御部がこの測定結果を利用してエネルギー伝送が作動されるべきか否かを判定するように構成されることが好ましい。これにより、測定結果によって、移動式電気装置が充電位置に配置されている、すなわち、移動式電気装置が誘導充電装置の近傍、その表面上又はその内部にあることが検出される場合に、エネルギー伝送が適宜作動される。

本発明の一実施形態では、誘導充電装置のコンデンサの電極は、周波数に影響する静電容量として振動回路に組み込まれるか、あるいは測定静電容量として静電容量測定回路に組み込まれるか、あるいは別の方法で制御回路の状態に影響を与える。

別の実施形態では、コンデンサは少なくとも２枚の電極を有し、誘電体がこれらの電極間に少なくとも部分的に延び、誘電体の誘電率を、機械的、電気的、若しくは磁気的な力を作用させることによって、又は誘電体への場の作用によって変化させることが可能であり、こうした力又は場は、移動式電気装置が充電位置にあるか否かに応じて決まる。例えば誘電体の誘電率は、プレート間に配置された誘電体を機械的に圧縮することによって変化させることができる。

最も簡単な実施形態では、コンデンサは、電極間に電圧が加えられるとその間に電場が形成される少なくとも２個の電極から構成される。電場は、非導電性の誘電体内に入り込む。例えばプレート型コンデンサでは、電場は電極間の体積にそれ自体基本的に限定されうる。しかしながら、電極の他の幾何形状によれば、例えば電極が平行なプレートとして構成される場合のように、電場を電極から比較的遠くに形成することも可能である。これにより、関連する電極が、プレートの寸法と同じオーダーの面積、又は更にはプレートの表面に対して垂直な領域をカバーする。この場合も、電気力線が入り込む任意の非導電性材料によって、コンデンサの誘電体が形成される。したがって、本発明に関して、コンデンサの誘電体は、誘導充電装置が動作する際に、コンデンサの電場が入り込む任意の非導電性材料を特徴付けるものである。これには、実施形態により、誘導充電装置の外部の物質、特に空気及び環境、並びにコンデンサの環境中に置かれる移動式電気装置の要素又は部分も含まれる。

互いに異なる材料がコンデンサの電場内に基本的に置かれると、コンデンサの静電容量は変化する。この効果及び誘電率の他の影響を、移動式電気装置の存在を検出するために利用することができる。誘電率は倍数因子としてコンデンサに含まれることにより、誘電率の変化は、静電容量に基本的に比例的な影響を与える。

一実施形態では、プレート間の誘電体は、少なくとも部分的に交換可能であるように構成され、その場合、電極間に配置される誘電体は、移動式電気装置が充電位置にあるか否かに応じて決まる。

この交換は、例えば、プレート間の空気間隙に誘電体を置くことによって行うことができる。そうすることにより、誘電性の空気が、空気に応じて変化する誘電率を有する別の誘電体によって、例えば移動式電気装置のハウジングの部分によって置き換えられる。

しかしながら、コンデンサのプレート間の誘電体のこうした交換は、誘電性材料からなるブロックをプレート間で動くように配置することによって実現することもできる。これにより、プレート間に配置される材料は、プレート間の空間のどの程度の体積が充填されるか、更にどのような材料によって充填されるかに応じてその値が決まる平均誘電率を有することになる。

別の実施形態では、コンデンサは、互いに対する相対位置及び／又はその形態を変化させることが可能な少なくとも２個の電極を有し、相対位置及び／又は形態は、移動式電気装置が充電位置にあるか否かに応じて決まる。コンデンサの静電容量に影響を与える１つの可能性として、電極の幾何形状を変化させることがある。そのためには、電極の相対位置を互いに対して調整する、例えば、電極の互いに対する距離を変えるか、あるいは電極を互いに対して横方向に動かすことができる。別の選択肢は、例えば、有効表面が変わるように、電極を折り畳むか又は開くことにより、あるいは１つの電極の部材を互いの後方に押すことによって、電極の形態を変化させることである。こうした変化は、この目的のために特別な機構を有しうる、移動式電気装置の存在によってもたらされうる。

本発明の一実施形態では、誘導充電装置はハウジングを有し、少なくとも２個の電極及び１個の誘電体を有するコンデンサがハウジング内に配置され、ハウジングは、外部から誘電体又は電極の少なくとも１つに力を加えることを可能にする変形可能な部分を有する。このような実施形態において、充電しようとする電気装置が誘導充電装置のハウジングと嵌合させられる場合、この目的を意図した移動式電気装置のハウジングの部分が、例えば誘導充電装置の変形可能なハウジング部分に対して押し付けられる。誘導充電装置のハウジング部分の変形によって、例えばコンデンサの誘電体が圧縮され、又は更には電極とコンデンサとの間の距離が変化する。

別の実施形態では、誘導充電装置はハウジングを有し、少なくとも２個の電極を有するコンデンサがハウジング内に配置され、移動式電気装置の部分を内部に配置することが可能な、外部からアクセス可能な凹部が電極間に設けられるようにハウジングが構成される。

充電しようとする移動式電気装置が充電位置に配置されると、移動式電気装置のこの目的を意図したハウジングの部分が凹部と嵌合し、凹部内の誘電性空気が移動式電気装置のハウジング部分の材料と交換される。

別の実施形態では、誘導充電装置がハウジングを有し、コンデンサはオープンプレート型コンデンサとして構成され、装置の動作時に、コンデンサの電場がハウジングの少なくとも一部外側に延びるようになっている。

本発明に関して、オープンプレート型コンデンサとは、プレート型コンデンサの電極を形成するプレートが平行ではなく、互いに対して所定の角度をなしていることを意味する。特別な場合では、２枚のプレートは互いに対して平行であり、その場合、この角度は１８０°である。別の特別な場合では、電極は更に１つの平面上にある。後者の構成では、電場は電極プレートに対して垂直に進み、一方の電極から他方の電極に延びる。電極の中心から進む電気力線は、電極と最大距離を有する円弧として延び、この円弧は電極の横方向の拡がりと同じオーダーである。コンデンサのこうした構成は、例えば、２個の電極が誘導充電装置のハウジングの表面上又はその一定距離だけ下側において互いに隣り合って配置される場合に、電場が誘導充電装置のハウジングから進むことを意味する。このため、移動式電気装置又はこの装置の部分が誘導充電装置の上側の電場内に誘電体として置かれると、これによりコンデンサの静電容量が変化することにより、移動式電気装置の存在を検出することができる。

上記の目的は、上記の誘導充電装置及び特定の移動式電気装置の実施形態を含むシステムによって達成することも可能であり、その場合、移動式電気装置はエネルギー伝送用のコイル及びこのコイルに接続されたエネルギー蓄積要素を有し、移動式電気装置が充電位置に配置されうることによって、コイルの補助により誘導充電装置から移動式電気装置のエネルギー蓄積要素にエネルギーが伝送され、移動式電気装置は、移動式電気装置が充電位置に配置されているか否かに応じて誘導充電装置のコンデンサの静電容量を変化させる機構を有する。

静電容量を変化させるためのこうした機構により、誘導充電装置の移動式電気装置は、移動式電気装置が誘導充電装置の表面上、内部、又はそのすぐ近傍の充電位置にあるか、かつ／又は移動式電気装置がこの装置に機械的に取り付けられる場合に、その存在を示す信号を発信することができる。

本発明に関して、移動式電気装置には、例えば、電動歯ブラシ、電気カミソリ、電気携帯ツール、電気台所用品、電気携帯掃除機、移動式医療装置、携帯電話機、又はあらゆる種類の移動式測定器具が含まれる。

本システムの一実施形態では、移動式電気装置はハウジングを有し、静電容量を変化させるための機構は、移動式電気装置が充電位置に配置される際に、誘導充電装置のハウジングの可撓性部分と嵌合して、コンデンサの少なくとも１つの電極又は誘電体に力を加えるハウジングの部分である。

適切な点として、一実施形態における移動式電気装置はハウジングを有し、静電容量を変化させるための機構は、誘導充電装置が充電位置に配置される際に、コンデンサの電場内に置かれるハウジングの部分である。

本システムの更なる一実施形態では、移動式電気装置はハウジングを有し、静電容量を変化させるための機構は、誘導充電装置が充電位置に配置される際に、誘導充電装置のハウジングの凹部と嵌合するハウジングの部分である。

別の実施形態では、静電容量を変化させるための機構は、誘導充電装置のコンデンサの電場に対する容量性短絡機構として導電性材料部分を有する。移動式電気装置が充電位置に配置される場合、この導電性材料部分は、誘導充電装置のコンデンサの電場内に置かれる。

容量性短絡機構は例えば、金属の小片又は別の導電性材料の小片を含みうる。このような導電性材料がコンデンサの場内に置かれる場合、電気力線は容量性短絡機構によって短絡される。コンデンサの電極に最も近い短絡機構の表面が、容量性短絡機構の１以上の電極を形成する。容量性短絡機構のこの電極が、コンデンサの電極のそれぞれに対する電場を形成する。全体として、容量性短絡機構がコンデンサの場内に置かれることにより、電気力線は電気力線の方向に容量性短絡機構の長さだけ短くなり、これによりコンデンサの静電容量は大きくなる。

この場合の好ましい実施形態は、誘導充電装置のハウジング内に配置されるプレート型コンデンサである。導電性材料部分は移動式電気装置の表面上又は内部に配置され、移動式電気装置が充電位置に置かれる場合に、例えばコンデンサのプレート間の誘導充電装置の表面の凹部内に置かれる。

別の好ましい実施形態では、誘導充電装置のハウジングの表面に近接して有利に配置される、オープンプレート型コンデンサを使用する。この場合、容量性短絡機構は、移動式電気装置のハウジングの表面の下側又は表面上に配置されるシート又は箔として構成することができる。容量性短絡機構は、移動式電気装置が充電位置にある場合に、誘導充電装置の表面の近傍に有利に配置される。電場は、コンデンサの２個の電極の一方から、対向して配置される容量性短絡機構の第１の部分へと、更に容量性短絡機構の第２の部分からこれに対向して配置される第２の電極へと形成される。最初のコンデンサの静電容量は、直列に接続された２個のコンデンサから構成されることになるために大幅に大きくなる。これは静電容量の測定によって、移動式電気装置の存在を検出するために応用することができる。

測定は、例えば電極の前方の誘導充電装置の表面上に水分の膜が存在することによって、負の影響を受けうる。容量性短絡機構の場合とまったく同様に、電極が電気的に絶縁されている場合、水分の導電性により、充電位置に配置された移動式電気装置に電場が到達しなくなるか、あるいは電極が絶縁されていない場合、コンデンサの古典的な短絡に直接結びつく。したがって、コンデンサの電極は、水分が電極から流れ落ちて、短絡を引き起こさないように垂直に配置されるならば、有利である。水分による電気的接続を抑制するための別の可能性は、コンデンサの電極間に鋭い段差を形成し、その毛管作用によって存在するあらゆる水分膜を遮断することである。

別の実施形態では、短絡機構は、互いに通電可能に接続されるとともに、充電時に誘導充電装置のコンデンサの電極の一方と、短絡機構の一方の電極との間に電場が形成されるように配置された２個の電極を有する。

この構成によって、誘導充電装置のコンデンサの各電極と対応する短絡機構の各電極を、２個の電極間に何らの連続的材料も必要とすることなく、互いから大きく離して配置することが可能である。すなわち、充電装置のコンデンサの電極を互いから任意の距離に配置することができる。この利点は、移動式電気装置が充電位置に配置されることにより、誘導充電装置のコンデンサの静電容量が上記のようにして低減され、静電容量の変化が大きくなることである。更に、誘導充電装置内の電極を、任意の適当な位置に配置することができる。

別の好ましい実施形態では、移動式電気装置と誘導充電装置の間でデータを転送するために、短絡機構の電極間の電気的接続のインピーダンスを調節することができる。例えば、短絡機構の２個の電極間にスイッチを配置して、そこでデジタルデータを変調することができる。データ転送は、例えば、コンデンサの第１及び第２の電極に交流を供給し、閉鎖した接続がある場合には、この交流が短絡機構の電極に流れることができるが、電気スイッチが開いている場合には、流れることができないようにすることによって実現可能である。

上記の目的は、エネルギー伝送用の制御部を有する誘導充電装置の補助により、移動式電気装置のエネルギー蓄積要素を充電するための方法によっても達成され、その場合、第１の工程において、誘導充電装置が、充電位置に移動式電気装置が存在することによって決まる、誘導充電装置のコンデンサの静電容量を検出し、第２の工程において、測定結果を閾値と比較し、第３の工程において、比較の結果に応じて、誘導充電装置のコイルと移動式電気装置との間のエネルギー伝送を作動又は停止させる。

これにより、移動式電気装置が充電位置に配置されていない状態と比較して、コンデンサの静電容量が変化することを意味する、移動式電気装置が誘導充電装置の充電位置にある場合にのみ、エネルギー伝送を作動させることが可能である。

本発明の更なる利点、特徴、及び用途の可能性は、以下の好ましい実施形態の説明、並びに対応する図面により与えられる。

誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムの第１の実施形態の概略図。 誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムの別の実施形態の概略図。 誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムの別の実施形態の概略図。 誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムの更に別の実施形態の概略図。

図１〜４の異なる実施形態において、同じ要素は同じ参照符合で示している。

図１は、誘導充電装置１及び移動式電気装置２の概略図を示す。誘導充電装置１のハウジング１８には、エネルギー伝送用の第１のコイル４が収容されており、このコイル４はエネルギー伝送用の第２のコイル３と対向して配置され、第２のコイル３は移動式電気装置２内に配置されている。

図１は、誘導充電装置１に対して充電位置にある移動式電気装置２を示しており、この位置では、コイル３と４とは、装置の作動中にこれらが互いに結合されて、誘導充電装置１から移動式電気装置２へのエネルギー伝送を可能とするように配置されている。

移動式電気装置２は、図１〜４に示される実施形態では電動歯ブラシであり、電気エネルギーを貯蔵するためのコイル３に接続された蓄積要素２３を有している。

誘導充電装置２には、２個の電極５及び６を有するコンデンサ１７が収容されている。圧縮可能な誘電体７が、電極５と６との間に配置されている。その密度に応じて、誘電体７の誘電率、したがってコンデンサ１７の静電容量は変化する。誘電体７の圧縮を可能にするため、誘導充電装置１のハウジング１８は、圧力が加えられると外側から変形可能な柔軟領域９を有している。

これに対して移動式電気装置２は、ハウジング２１の突出したハウジング部分８を有し、これが図に示される充電位置において誘導充電装置１のハウジング１８の柔軟領域９と嵌合し、柔軟領域９を押し込む。柔軟領域９が押し込まれることにより、柔軟領域９の真下に配置されたコンデンサ１７の誘電体７が圧縮されて、その静電容量が変化する。誘電体７は、圧縮を可能にするために、対抗支持部上に移動式電気装置２から遠い方の側面を下にして配置されている。

コンデンサ１７に接続された制御部６が、電動歯ブラシ２が充電位置に保持されていない状態と比較した場合の静電容量の変化を検出して、歯ブラシ２が充電位置にある場合にのみ充電活動を作動させる。

また、誘電体７が柔軟領域９に加えられる圧力のために、コンデンサプレート５と６との間の体積から部分的に押し出されるようにしてもよく（図１では示されていない）、このようにすることによってもコンデンサ１７の静電容量が変化する。詳細には誘電体７の押し出しは、予め張力を加えることによって（バネによって実現可能である）生じさせればよく、これにより誘電体７は、電動歯ブラシ２が充電位置から取り外されると最初の位置に戻ることになる。

柔軟領域９への損傷を防止するため、ハウジングの突起部９は球状の部分として構成されている。

必ずしも縮尺の正しくない図１の表現に反して、コンデンサプレート５と６の距離をその横方向の拡がりよりも小さくすると有利であることが示されている。この構成によってコンデンサの静電容量が大きくなることにより、測定が容易となる。

図２は、誘導充電装置１及び歯ブラシ２を含むシステムの一実施形態を示したものであり、電動歯ブラシ２のハウジング２１は、歯ブラシ２が図に示されるような充電位置にある場合に、突起部２２と相補的な陥凹部内、すなわち、誘導充電装置１のハウジング１８の凹部１９内に延びる、プラスチック材料からなるハウジング突起部２２を有している。凹部１９、したがってハウジング突起部２２は、誘導充電装置１のコンデンサプレート５と６との間に配置されている。凹部２２は、移動式電気装置２が充電のために誘導充電装置１上に保持されていない場合には、空気で満たされている。コンデンサプレート５と６の間でハウジング突起部２２が凹部１９内に置かれると、ハウジング突起部２２が空気を置き換えることによって、コンデンサ１７の誘電率が変化する。ハウジング突起部２２を、コンデンサプレート５と６の間の静電容量を変化させるための機構８として配置することによっても、それに応じて静電容量が変化する。

図３は、本発明の別の実施形態を示す。以下では、図１の実施形態との相違点のみを説明する。

図３には、誘導充電装置１のハウジング１８の表面上の柔軟領域９も示されており、コンデンサの第１の電極５がこの柔軟領域の内側に取り付けられている。コンデンサ１７の第２の電極６が、誘導充電装置１のハウジング１８の内側に更に配置されている。図に示される充電位置に電動歯ブラシ２が配置されていることは、やはり図３においても図１と同様のハウジング突起部８である、静電容量を変化させるための機構が、柔軟領域９に機械的に押し付けられて、この柔軟領域を誘導充電装置のハウジング１８の内部の方向に弾性的に変形させることによって、静電容量が変化することを意味する。柔軟領域９、したがって電極５に加えられる圧力により、電極５及び６が互いに接近して、コンデンサ１７の静電容量が増大する。

図１の実施形態にも示されるように、電動歯ブラシ２が取り外されると、（ハウジング突起部８からの負荷が取り除かれ）、ハウジング１８の柔軟領域９は以前にあった位置へと跳ね返る。このバネ効果は、柔軟領域自体か、更なるバネ（図に示されていない）によって与えることができる。別々の電極５の代わりに、電極５は、例えば、それ自体はプラスチックで形成された非導電性の柔軟領域上の金属コーティングのような、柔軟領域９自体又はその一部を形成する金属製のダイアフラムとすることもできる。静電容量及び／又はハウジング突起部８を変化させるための機構は、柔軟領域９に損傷を与える尖った縁部を有さないような形状に形成されることが好ましい。

図４は、本発明の別の実施形態を示す。上記と同様、図１との相違点についてのみ述べる。

この実施形態では、誘導充電装置１のコンデンサは、オープンプレート型コンデンサ２０として構成されている。電動歯ブラシ９が図に示される充電位置に配置されていない場合には、電気力線は電極５又は電極６のいずれかを起点として、対応する電極６又は電極５へと基本的に半円状に進む。

この実施形態では、電動歯ブラシ２は、接続線１１を介して互いに接続された２枚のプレート状電極１４、１５を含む容量性短絡機構を有している。図４に示されるように、ここで電動歯ブラシ２が充電位置に置かれると、誘導充電装置１のコンデンサ２０の電極５、６から電動歯ブラシ２の電極１４及び１５へと電界１０及び１３が形成される。電極５と１４並びに６と１５は、図に示される充電位置では互いに対向して配置される。これによりコンデンサ２０の静電容量は急激に変化し、この静電容量の変化を充電位置に歯ブラシ２が存在することの指標として検出することができる。

電動歯ブラシ２の容量性短絡機構の電極１４及び１５は、接続線１１を介して互いに接続されており、接続線１１はスイッチ１２によって遮断することができる。スイッチ１２の自動的な作動により、移動式電気装置２から誘導充電装置１へと信号が送信されうる。そのためには、誘導充電装置１のオープンプレート型コンデンサの電極５及び６に交流電圧を加えて、電極５と６との間の電流又は電圧を測定する（その際、交流電圧はスイッチ１２によってデジタル的にコードされる情報のデータ速度よりも高い周波数を有することが有利である）か、あるいは、電極５及び６を含むコンデンサを、測定ダイナミクスがデータ速度よりも有利に高いコンデンサ測定回路に接続する。

以下では、移動式電気装置が充電位置にあるか否かを誘導充電装置によって検出することが可能な更なる構成について述べる。

このような構成は、例えば、光学信号の送信器及び受信器が誘導充電装置内に配置されたシステムとすることができる。移動式電気装置は、移動式電気装置が存在する場合に、送信器からの信号をリフレクタに反射するリフレクタを有する。このリフレクタは、フラットリフレクタとして構成することができる。移動式電気装置が充電される際には、リフレクタは、移動式電気装置の、移動式電気装置を収容するための誘導充電装置の凹部の底部と対向する点に配置される。また、リフレクタは、移動式電気装置が充電を行うために凹部内にある場合に、凹部の側壁の一方と対向する移動式電気装置内の点に配置することもできる。送信器及び／又は受信器は、凹部内のリフレクタと対向する位置にそれぞれ配置される。リフレクタをレトロリフレクタとして構成することにより、この場合、受信器と送信器を互いに隣り合うように配置することができる。別の実施形態では、光学信号の送信器及び受信器を同様に誘導充電装置内に配置し、これにより、移動式電気装置内の送信器によって送信された光が、湾曲したライトガイドに入射し、ライトガイドが光を１８０°偏向して、反射された光が入射するように受信器が配置された誘導充電装置に光を送り返す。移動式電気装置の充電状態を送信するためには、対応する情報を、例えばコードとして、移動式電気装置内の光学送信器により、静的又は点滅光信号によって送信することができる。

別の実施形態では、移動式電気装置上にカラーマーキングを配し、移動式電気装置が充電位置にある場合に、このカラーマーキングが誘導充電装置の色検出センサによって検出される。

別の実施形態では、移動式電気装置上の光ダイオードによって、移動式電気装置の充電状態が示される。送信された光は、誘導充電装置内に配置され、充電位置にある移動式電気装置の存在を示す信号を発信する受信器によって検出される。

別の実施形態では、移動式電気装置の重さによる力を、いずれも誘導充電装置内に配置される圧電素子又は接触マットによって検出する。

更に、移動式電気装置は、誘導充電装置内のクエリー機構によって問い合わせが行われる電磁トランスポンダー（ＲＦＩＤタグ）を有しうる。ＲＦＩＤタグからの応答により、移動式電気装置が充電位置にあることが示される。

誘導充電装置及び移動式電気装置を含むシステムでは、超音波受信器が誘導充電装置上に配置され、超音波送信器が移動式電気装置上に配置される。

これにより、超音波信号が移動式電気装置を送信しているか否かを、誘導充電装置によって監視することができる。監視の結果は、超音波信号が受信されている場合に、充電位置の移動式電気装置の存在を示す信号である。この信号をコード化することにより、他の超音波信号によって信号が誘発される確率レベルを低くすることができる。更に、移動式電気装置は、超音波接続を介して誘導充電装置にデータを送信することもできる。通信は空気を介して行われる。送信器及び受信器は、電気信号と超音波信号との間の変換器としてピエゾ材料を含んでもよい。

別の実施形態では、移動式電気装置からの超音波信号は、超音波信号の送信素子としての固体構造と結合される。この素子は、誘導充電装置の一部を形成する超音波の受信器又は別の送信素子と接触し、超音波受信器に接続されることによって超音波がこれに送信される。移動式電気装置が充電位置にある場合、この手法によって、上記の要素を介した移動式電気装置と誘導充電装置との間の超音波信号の接続が確立される。これにより超音波は、固体構造が伝播する音によって送信される。有利な点として、超音波送信器と超音波検出器との間の超音波信号の接続が、特に、移動式電気装置が充電位置から取り外される際に分離する接続点において充分安定して、かつ／又は減衰が低くなるように実行されることにより、受信器における超音波信号の受信が可能である。

誘導充電装置及び移動式電気装置は、更なる対応するコイルのペアを備えてもよい。これらのコイルを介して、移動式電気装置から、移動式電気装置が充電位置にあることを示す誘導充電装置へと信号を送信することができる。更に、対応するコイルを介して双方向に情報を送信することができる。誤動作を防止するため、更なるコイルのペアは、エネルギー伝送に用いられる周波数とは異なる周波数で動作させられることが好ましい。更なるコイルの周波数は、エネルギー伝送の周波数の整数倍でも、例えば、１／２、１／３、１／４、１／５などといった小さい整数の分母を有する分数でもなければ有利である。

別の構成では、エネルギー伝送用のコイル以外に、別のコイルを誘導充電装置に追加する。例えばフェライト芯のような材料を移動式電気装置内に配置して、別のコイルの誘導率を変化させるためにこの材料を使用することができる。このコイルは、移動式電気装置が充電位置に配置される際に、フェライト芯又はこれに相当するものがコイルの近傍に位置するように、誘導充電装置内に配置されることが好ましい。フェライト芯の代わりに、例えば、鉄、鋼、ニッケル、又はコバルト、又はこれらの材料の１つとの合金などの別の強磁性材料、特に磁気的に軟らかい材料を使用することもできる。

別のコイルは、コイルの外部の渦電流によるエネルギー損失に評価回路が応答するように、測定用電子素子とともに構成してもよい。これは、金属探知機における先行技術である。金属又は別の導電性材料の小片を移動式電気装置の内部又は表面上に配置してもよく、この小片を、移動式電気装置が充電位置にある場合に、別のコイルが導電性材料中に渦電流を誘導する領域に配置する。

磁束磁力計を誘導充電装置内に配置してもよく、その場合、例えば永久磁性材料のような残留誘導性の大きな材料を、移動式電気装置内に配置する。残留誘導性を有する材料は、磁束磁力計の信号変化が充電位置の移動式電気装置の存在を示すように、磁束磁力計の検出領域に配置することが有利である。一実施形態では、磁場を発生するコイルを移動式装置内に配置する。この磁場は、磁束磁力計又はホールプローブによって測定されるので有利である。有利な点として、磁場の強さを変化させることによって、移動式電気装置から誘導充電装置に情報が送信される。この情報は、磁束磁力計又はホールプローブ上にデジタルデータとして存在するので有利である。

別の誘導充電装置においては、可動芯を有する別のコイルが誘導充電装置内に配置され、移動式電気装置が充電位置にある場合に、移動式電気装置の重さによってこの別のコイルが動いて、コイルは離調される。この離調は対応する受信回路によって検出することが可能であり、充電位置にある移動式電気装置の存在を示す信号として用いることができる。

別の装置においては、機械的スイッチが誘導充電装置内に配置され、移動式電気装置が充電位置にある場合に、このスイッチが移動式電気装置の重さによって作動される。スイッチは誘導充電装置の表面の柔軟領域の下に配置すればよく、その場合、スイッチが作動されると柔軟領域は変形させられる。移動式電気装置が充電位置にある場合には、電気的スイッチがエネルギー伝送をオンし、移動式電気装置が充電位置にない場合には、エネルギー伝送をオフする。移動式電気装置の重さによる力の効果は、くさび又は円錐状の力増幅装置の壁内にスイッチを配置し、この装置内に、移動式電気装置の一部を形成する対応したもう一方のくさびを挿入することによって増幅することができる。これにより、振動が加えられた場合にスイッチが誤って入ることがないので、信頼性も高められる。

誘導充電装置は表面上に柔軟領域を有してよく、これを通じて移動式電気装置の重さによる力が、誘導充電装置内に配置された歪みゲージに伝達される。誘導充電装置内の移動式電気装置の存在は、歪みゲージの性質の変化によって検出することができる。

別の実施形態では、コンデンサが移動式電気装置内にあり、このコンデンサが、やはり移動式電気装置内に配置されたコイルと振動回路を形成し、このコイルが誘導充電装置内の第２のコイルと磁気的に相互作用する。誘導充電装置内のコイルは、振動回路に組み込まれる。移動式電気装置内のコンデンサは、振動回路が振動しなくなるように誘導充電装置内の振動回路に影響するように構成及び接続されている。振動の終了により、移動式電気装置が充電位置にあるか否かに関しての判定を誘導充電装置内で行うことができる。コンデンサと移動式電気装置の効果は切替え可能であるため、対応するスイッチング機能の作動により、誘導充電装置内の振動子がオン及びオフされることによってデータを転送することができる。

本明細書に開示されている寸法及び値は、列挙した正確な数値に厳しく制限されるものとして理解すべきではない。それよりむしろ、特に規定がない限り、こうした各寸法は、列挙された値とその値周辺の機能的に同等の範囲との両方を意味することが意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することを意図している。

Claims (14)

1. 移動式電気装置（２）のエネルギー蓄積要素（２３）を充電するための誘導充電装置（１）であって、
   エネルギー伝送用のコイル（４）と、
   エネルギー伝送用の制御部（１６）と、を有し、
   前記制御部（１６）が、可変静電容量を有するコンデンサ（１７、２０）に接続され、前記コンデンサ（１７、２０）が、前記移動式電気装置（２）が充電位置にあるか否かに応じてその静電容量が変化するように構成されていることを特徴とする、誘導充電装置（１）。
2. 前記コンデンサ（１７、２０）が少なくとも２個の電極（５、６）を有し、前記電極（５、６）の間に少なくとも部分的に誘電体（７）が延び、前記誘電体の誘電率は、前記誘電体（７）に力を加えるか又は場の作用によって変化させることが可能であり、前記力又は前記場が、前記移動式電気装置（２）が前記充電位置に配置されているか否かに応じて決まることを特徴とする、請求項１に記載の誘導充電装置（１）。
3. 前記コンデンサ（１７）が少なくとも２個の電極（５、６）を有し、前記電極（５、６）の間に少なくとも部分的に誘電体（７）が延び、前記誘電体（７）が少なくとも部分的に交換可能であり、前記電極（５、６）の間の前記誘電体（７）が、前記移動式電気装置（２）が前記充電位置に配置されているか否かに応じて決まることを特徴とする、請求項１又は２に記載の誘導充電装置（１）。
4. 前記コンデンサ（１７）が、互いに対する相対位置及び／又はその形態を変化させることが可能な少なくとも２個の電極（５、６）を有し、前記相対位置及び／又は形態が、前記移動式電気装置（２）が前記充電位置にあるか否かに応じて決まることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）。
5. 誘導充電装置（１）がハウジング（１８）を有し、少なくとも２個の電極（５、６）及び誘電体を有する前記コンデンサ（１７）が前記ハウジング内に配置され、前記ハウジング（１８）が、外部から前記誘電体（７）又は前記電極（５、６）の少なくとも一方に力を加えることを可能とする変形可能な部分（９）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）。
6. 誘導充電装置（１）がハウジング（１８）を有し、少なくとも２個の電極（５、６）を有する前記コンデンサ（１７）がハウジング内に配置され、前記ハウジング（１８）が、前記電極（５、６）の間に外部からアクセス可能な凹部（１９）が設けられるように構成され、前記移動式電気装置（２）の一部を前記凹部内に配置することが可能であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）。
7. 誘導充電装置（１）がハウジング（１８）を有し、前記コンデンサが少なくとも２個の電極（５、６）を有するオープンプレート型コンデンサ（１９）として構成され、前記装置の動作時に、前記コンデンサ（１９）の電界が前記ハウジングの外部に少なくとも部分的に延びることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）。
8. 前記制御部（１６）が、前記装置の動作中に前記コンデンサ（１７、２０）の前記静電容量を検出し、前記コンデンサ（１７、２０）の前記静電容量に応じてエネルギー伝送を制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の誘導充電装置（１）及び移動式電気装置（２）を備えるシステムであって、前記移動式電気装置（２）は、エネルギー伝送用のコイル（３）及び前記コイルに接続されたエネルギー蓄積要素（２３）を有し、前記移動式電気装置（２）を充電位置に配置することが可能であることによって、前記コイル（３、４）の補助により、前記誘導充電装置（１）から前記移動式電気装置（２）の前記エネルギー蓄積要素（２３）にエネルギーが伝送され、前記移動式電気装置（２）は、前記移動式電気装置（２）が前記充電位置に配置されているか否かに応じて、前記誘導充電装置（１）の前記コンデンサ（１７、１９）の前記静電容量を変化させる機構（８、１４、１５）を有する、システム。
10. 前記移動式電気装置（２）がハウジング（２１）を有し、前記静電容量を変化させるための前記機構が、前記移動式電気装置（２）が前記充電位置に配置されている場合に、前記誘導充電装置（１）の前記ハウジング（１８）の前記可撓性部分（９）と嵌合して、前記コンデンサ（１７）の少なくとも一方の電極（５、６）又は誘電体（７）に力を加える前記ハウジング（２１）の部分（８）であることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 前記移動式電気装置（２）がハウジング（２１）を有し、前記静電容量を変化させるための前記機構が、前記誘導充電装置（２）が前記充電位置に配置されている場合に、前記誘導充電装置（１）の前記ハウジング（１８）の凹部（１９）と嵌合する前記ハウジング（２１）の部分（２２）であることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のシステム。
12. 前記移動式電気装置（２）がハウジング（２１）を有し、前記静電容量を変化させるための前記機構が、前記誘導充電装置（２）が前記充電位置に配置されている場合に、前記コンデンサ（１７、２０）の前記場の中に置かれる前記ハウジング（２１）の部分であることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記静電容量を変化させるための前記機構が、前記誘導充電装置（１）の前記コンデンサ（２０）の電場（１０）に対する容量性短絡機構（１１、１２、１４、１５）としての導電性材料部分を有することを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
14. エネルギー伝送用の制御部（１６）を有する誘導充電装置（１）により、移動式電気装置（２）のエネルギー蓄積要素（２３）を充電するための方法であって、第１の工程において、前記誘導充電装置（１）が、前記誘導充電装置（１）の環境内に前記移動式電気装置（２）が存在することによって決まる、前記誘導充電装置（１）のコンデンサ（１７、２０）の前記静電容量を検出し、第２の工程において、測定結果を閾値と比較し、第３の工程において、前記比較の結果に応じて、前記誘導充電装置（１）のコイル（４）と前記移動式電気装置（２）との間のエネルギー伝送を作動又は停止させることを特徴とする、方法。

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