JP2014512163A - 逆巻き誘導電源 - Google Patents
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Abstract
Description
更に詳しくは、且つ、図1〜図15を参照すれば、第1実施形態による非接触電源が、示されており、且つ、総合的に100として表記されている。図1〜図5には、おもちゃ車両用のループしたトラックセグメントに関するものとして示されているが、非接触電源100は、トラックセグメントに限定されるものではなく、且つ、様々な用途にわたって適合させることができることに留意されたい。例えば、非接触電源100は、湾曲していてもよく又は平坦であってもよく、且つ、基本的に、例えば、携帯電話機、デジタルカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又は充電式電池パックを含む二次コイルを有する任意の携帯型装置に対して電力を供給するようにサイズ設定することができる。別の例として、大きな充電領域を形成するように、複数のコイルからなるアレイを構成することもできる。
次に図6〜図15を参照すれば、第2実施形態による非接触電源100は、1つ又は複数の略直交した二次コイル140内に電流を誘導するべく、一次コイルアレイ130を含む。一次コイルアレイ130は、互いに離隔すると共に共通軸の周りにおいて且つその上部にリモート装置を受け入れるための電力転送表面の下方において巻回された複数の一次コイル132、134、136を含むことができる。一次コイル132、134、136を個別に又は集合的に制御することにより、リモート装置と、特に、二次コイル140と、によって占有されている領域内に協働磁束を生成することができる。一実施形態においては、中間の一次コイル134を任意選択によって短絡させつつ、2つの一次コイル132及び136を互いに180度だけ位相がずれた状態において選択的に駆動し、その間に累積磁束を供給している。1つの中間コイル134のみが示されているが、駆動されている一次コイル132及び136の間には、任意の数の中間コイルを含むことができる。例えば、一次コイルアレイ130は、n個の一次コイルを含むことが可能であり、1〜n個の一次コイルを駆動して磁束の領域を供給する。
上述の実施形態に加えて、一次コイルアレイの更なる例が、図16〜図23に示されており、且つ、170として総合的に表記されている。一次コイルアレイ170は、略平らなボビン172と、互いに離隔した複数の一次コイル182、184と、を含むことができる。一次コイルアレイ170を形成する方法は、ボビン172の離隔した部分の周りにおいて導電要素174を巻回するステップを含むことができる。導電性要素174は、第2一次コイル184から離隔した第1一次コイル182を含むことができる。第1及び第2一次コイル182、184は、逆巻きすることも可能であり、或いは、同一方向に巻回することもできる。逆巻きされている場合に、第1及び第2一次コイル182、184を実質的に同相状態において駆動し、その間に協働磁束の領域を生成することができる。同一方向に巻回されている場合には、導電性要素174を第1及び第2一次コイル182、184の間において切断することができる。次いで、それぞれの一次コイル182、184をインバータに接続することが可能であり、且つ、約180度だけ位相がずれた状態において駆動することができる。或いは、この代わりに、切断された端部を隣接する一次コイルの自由端に対して接続することもできる。結果的に得られる直接接続された一次コイル182、184は、実質的に、一次コイル182、184がまるで逆巻きされているかのように、交流によって駆動することができる。従って、単一の導電性要素174から形成された隣接する一次コイル182、184を分離することにより、一次コイルアレイ170の組立を大幅に単純化することができる。ボビン172に沿って導電性要素174の方向を連続的に反転させるのではなく、それぞれの一次コイル182、184の切断された端部を様々な構成に応じて駆動回路に対して電気的に接続することができる。
第4実施形態においては、一次及び二次コイルの間に大きな結合係数を維持しつつ、電力を平らな表面上の任意の位置の二次コイルに転送する磁束を生成する非接触電源及び方法が提供される。後述するように、結合状態にある複数のコイルは、事実上、二次コイルに対する相対的に大きな結合係数を有する運動可能な磁束生成領域を生成することができる。
第5実施形態による非接触電源が、図25〜図29に示されており、且つ、200によって総合的に表記されている。非接触電源200は、駆動回路210と、一次コイルアレイ250と、を含む。上述の実施形態との関連において説明したように、駆動回路210は、一次コイルアレイ250の複数の一次コイルに対して選択的にエネルギー供給し、携帯型装置によって占有されている領域内に磁束を供給することができる。更には、駆動回路210は、エネルギー供給されている一次コイルの間の電流の逸脱を補償することも可能であると共に/又は、実質的に同一ではない電流によって一次コイルを意図的に駆動することもできる。
Claims (57)
- 少なくとも1つのリモート装置に電力を供給する非接触電源であって、
第1時変電流によって駆動された際に電磁束を供給するための第1誘導一次巻線であって、第1中心線軸を規定する第1誘導一次巻線と、
第2時変電流によって駆動された際に電磁束を供給するための第2誘導一次巻線であって、第2中心線軸を規定する第2誘導一次巻線と
該少なくとも1つのリモート装置をその上部に受け入れるための電力転送表面であって、該第1及び第2誘導一次巻線は、該電力転送表面の下方に位置し、且つ、該中心線軸は、該電力転送表面に対して略平行であり、該第1及び第2誘導一次巻線は、略該第1及び第2誘導一次巻線の間の該電力転送表面の領域内に累積磁束を規定するように動作可能である、電力転送表面と、
を有する非接触電源。 - 該第1誘導一次巻線は、第1方向を中心として巻回され、且つ、第2誘導一次巻線は、該第1方向とは異なる第2方向を中心として巻回されている、請求項1に記載の非接触電源。
- 該第1及び第2誘導一次巻線は、直列に電気的に結合され、これにより、該第1及び第2時変電流は等しい、請求項2に記載の非接触電源。
- 該第1時変電流を生成するべく該第1誘導一次巻線に電気的に結合された第1ドライバと、
該第2時変電流を生成するべく該第2誘導一次巻線に電気的に結合された第2ドライバであって、該第1及び第2時変電流は、実質的に位相がずれている、第2ドライバと、
を更に含む、請求項1に記載の非接触電源。 - 強磁性コア要素を更に含み、該第1及び第2誘導一次巻線は、該強磁性コア要素の周りにおいて巻回される、請求項1に記載の非接触電源。
- 該電力転送表面の反対側に反磁性要素を更に含み、該第1及び第2誘導一次巻線が、その間に位置決めされている、請求項1に記載の非接触電源。
- 第1及び第2チャネルを含むボビンを更に含み、該第1及び第2誘導一次巻線は、それぞれ、該第1及び第2チャネル内において該ボビンの周りに巻回される、請求項1に記載の非接触電源。
- 該ボビンは、実質的に平らである、請求項7に記載の非接触電源。
- 該第1及び第2誘導一次巻線に直交している第3及び第4同軸誘導一次巻線を更に含む、請求項1に記載の非接触電源。
- 該少なくとも1つのリモート装置は、該電力転送表面上の複数の場所に沿って位置決め可能であり、且つ、
該少なくとも1つのリモート装置は、該第1及び第2誘導一次巻線に略直交した誘導2次巻線を含む、
請求項1に記載の非接触電源。 - リモート装置に無線電力を供給する方法であって、
第1軸の周りにおいて巻回された第1の複数の誘導一次巻線を含む非接触電源を提供するステップと、
個別の時変電流によって該第1の複数の誘導一次巻線のうちの第1及び第2誘導一次巻線を駆動し、略該第1及び第2誘導一次巻線の間の領域内において第1累積磁束を該リモート装置に供給するステップと、
を有する方法。 - 該第1及び第2誘導一次巻線内の電流又は電圧を計測するステップと、
該第1及び第2誘導一次巻線を該第1及び第2誘導一次巻線のそれぞれ内の該電流又は電圧が実質的に等しい均衡状態に駆動するステップと、
を更に含む、請求項11に記載の方法。 - 該均衡状態に駆動するステップは、該第1及び第2誘導一次巻線のうちのいずれか内の該時変電流の振幅、デューティサイクル、及び周波数のうちの1つを変化させるステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 該第1及び第2誘導一次巻線内の電流又は電圧を計測するステップと、
該第1及び第2誘導一次巻線を該第1及び第2誘導一次巻線のそれぞれ内の該電流又は電圧が実質的に異なっている不均衡状態に駆動するステップと、
を更に含む、請求項11に記載の方法。 - 該不均衡状態に駆動するステップは、該第1及び第2誘導一次巻線のうちのいずれか内の該時変電流の振幅、デューティサイクル、及び周波数のうちの1つを変化させるステップを含む、請求項14に記載の方法。
- 該駆動ステップは、
第1時変電流によって該第1誘導一次巻線を駆動するステップと、
第2時変電流によって該第2誘導一次巻線を駆動するステップと、
該第1及び第2時変電流のうちの少なくともいずれか内の位相を変化させて該リモート装置に供給される該第1累積磁束を制御するステップと、
を含む、請求項11に記載の方法。 - 該第1及び第2誘導一次巻線は、該第1軸の周りにおいて同一方向に巻回され、且つ、
該個々の時変電流は、実質的に位相がずれている、
請求項11に記載の方法。 - 該第1誘導一次巻線は、該第1軸の周りにおいて第1方向に巻回され、且つ、該第2誘導一次巻線は、該第1軸の周りにおいて第2方向に巻回される、請求項11に記載の方法。
- 該第1軸に略垂直の第2軸の周りにおいて巻回された第2の複数の誘導一次巻線を提供するステップと、
個別の時変電流によって該第2の複数の誘導一次巻線のうちの第1及び第2誘導一次巻線を駆動し、該リモート装置によって略占有されている領域内に第2累積磁束を生成するステップと、
を更に含む、請求項11に記載の方法。 - 該リモート装置をその上部に受け入れるための電力転送表面を提供するステップを更に含み、該第1及び第2の複数の誘導一次巻線は、該電力転送表面の略下方に位置する、請求項19に記載の方法。
- 該個別の時変電流は、第1振幅と、該第1振幅とは異なる第2振幅と、を含む、請求項11に記載の方法。
- 非接触電源を製造する方法であって、
第1及び第2端部部分を有する導電体を提供するステップと、
該導電体を第1方向に巻回して第1誘導一次巻線を形成するステップと、
該導電体を該第1方向とは異なる第2方向に巻回して第2誘導一次巻線を形成するステップであって、該第1及び第2誘導一次巻線は、離隔しており、且つ、実質的に同軸である、ステップと、
該第1及び第2導電体の端部部分を時変電流によって該導電体を駆動するように動作可能である電源に対して電気的に接続するステップと、
を有する方法。 - 該第1及び第2誘導一次巻線は、それぞれ、実質的に同一のインピーダンスを規定する、請求項22に記載の方法。
- 該導電体は、第1導電体であり、且つ、
該方法は、
第2導電体を第1方向に巻回して第3誘導一次巻線を形成するステップと、
該第2導電体を第2方向に巻回して第4誘導一次巻線を形成するステップと、
を更に有し、
該第3及び第4誘導一次巻線は、互いに離隔しており、且つ、該第1及び第2誘導一次巻線に対して略直交しており、且つ、
該第3及び第4誘導一次巻線のそれぞれは、該第1及び第2誘導一次巻線の一部分の周囲を取り囲んでいる、
請求項22に記載の方法。 - 該第2導電体を該電源に電気的に接続するステップを更に含む、請求項24に記載の方法。
- 非接触電源を製造する方法であって、
第1導電体を巻回して第1及び第2同軸誘導一次巻線を形成するステップと、
第1導電体を該第1及び第2誘導一次巻線の間において切断するステップと、
該第1及び第2誘導一次巻線を時変電流によって該第1及び第2誘導一次巻線を駆動するように動作可能な電源に対して電気的に接続するステップであって、該第1及び第2誘導一次巻線は、その間に累積磁束の領域を規定するように離隔している、ステップと、
を有する方法。 - 該第1及び第2誘導一次巻線のそれぞれは、該電源に電気的に接続された第1及び第2リード線を含む、請求項26に記載の方法。
- 該電源は、第1及び第2ドライバを含み、
該方法は、
該第1誘導一次巻線の該第1及び第2リード線を該第1ドライバに電気的に接続するステップと、
該第2誘導一次巻線の該第1及び第2リード線を該第2ドライバに電気的に接続するステップと、
を更に有する、請求項27に記載の方法。 - 該電源は、ドライバを含み、
該方法は、
該第1誘導一次巻線の該第1及び第2リード線を該ドライバに電気的に接続するステップと、
該第2誘導一次巻線の該第1及び第2リード線を該ドライバに電気的に接続するステップと、
を更に含む、請求項27に記載の方法。 - 該電源は、実質的に同相状態において且つ実質的に位相がずれた状態において該第1及び第2誘導一次巻線を選択的に駆動するスイッチング回路を含む、請求項26に記載の方法。
- 第2導電体を巻回して第3及び第4同軸誘導一次巻線を形成するステップを更に含み、該第3及び第4誘導一次巻線は、該第1及び第2誘導一次巻線の一部分の周囲を取り囲んでおり、且つ、該第1及び第2誘導一次巻線に略直交している、請求項26に記載の方法。
- 非接触電源システムであって、
誘導2次巻線を含むリモート装置と、
該リモート装置をその上部に受け入れるための電力転送表面を含み、且つ、該電力転送表面の下方に第1及び第2同軸誘導一次巻線を含み、且つ、該電力転送表面に対して略平行な中心線軸を規定している非接触電源と、
を有し、該誘導2次巻線は、該第1及び第2誘導一次巻線に直交しており、且つ、該第1及び第2誘導一次巻線は、該直交する誘導2次巻線によって略占有されている該電力転送表面の領域内に累積磁束を生成するように動作可能である、
非接触電源システム。 - 該第1誘導一次巻線は、第1方向を中心として巻回され、且つ、該第2誘導一次巻線は、該第1方向とは異なる第2方向を中心として巻回される、請求項32に記載の非接触電源システム。
- 該第1及び第2誘導一次巻線は、直列に電気的に結合される、請求項33に記載の非接触電源システム。
- 該第1時変電流を生成するべく該第1誘導一次巻線に電気的に結合された第1ドライバと、
該第2時変電流を生成するべく該第2誘導一次巻線に電気的に結合された第2ドライバであって、該第1及び第2時変電流は、実質的に位相がずれている、第2ドライバと、
を更に含む、請求項32に記載の非接触電源システム。 - 強磁性コア要素を更に含み、該第1及び第2誘導一次巻線は、該強磁性コア要素の周りにおいて巻回され、且つ、該強磁性コア要素は、該累積磁束を該誘導2次巻線によって略占有されている該電力転送表面の領域に向かってガイドする、請求項32に記載の非接触電源システム。
- 該誘導2次巻線によって略占有されている該電力転送表面の領域内の該累積磁束を増大させるために該第1及び第2誘導一次巻線の下方に反磁性要素を更に含む、請求項32に記載の非接触電源システム。
- 該反磁性要素は、実質的に平らであり、且つ、該電力転送表面と略同一の広がりを有し、該第1及び第2誘導一次巻線は、略該反磁性要素と該電力転送表面の間に位置決めされている、請求項37に記載の非接触電源システム。
- 実質的に平らなボビンを更に含み、該第1及び第2誘導一次巻線は、前記実質的に平らなボビンの周りにおいて巻回される、請求項32に記載の非接触電源システム。
- 誘導2次巻線を含むリモート装置に無線電力を供給する方法であって、
第1軸の周りにおいて巻回された第1の複数の離隔した誘導一次巻線を含む第1一次コイルアレイを提供するステップと、
第1方向における電流によって該複数の誘導一次巻線のうちの第1誘導一次巻線を駆動するステップと、
第2方向における電流によって該複数の誘導一次巻線のうちの第2誘導一次巻線を駆動するステップであって、該誘導2次巻線は、該第1及び第2誘導一次巻線に対して略直交しており、且つ、該第1及び第2誘導一次巻線は、該誘導2次巻線に対して累積磁束を供給するべく、該誘導2次巻線と略接線方向においてアライメントされている、ステップと、
を有する方法。 - 該第1軸と略直交している第2軸の周りにおいて巻回された第2の複数の離隔した誘導一次巻線を含む第2一次コイルアレイを提供するステップと、
第1方向における電流によって該第2の複数の誘導一次巻線のうちの第1誘導一次巻線を駆動するステップと、
第2方向における電流によって該第2の複数の誘導一次巻線のうちの第2誘導一次巻線を駆動するステップであって、該第2の複数の誘導一次巻線のうちの該第1及び第2誘導一次巻線は、該誘導2次巻線に対する該累積磁束に寄与するべく、該誘導2次巻線と接線方向においてアライメントされている、ステップと、
を更に有する、請求項40に記載の方法。 - 該第1及び第2誘導一次巻線近傍の該誘導2次巻線の存在を検出するべく、該第1及び第2誘導一次巻線内の電力の特性を監視するステップを更に含む、請求項40に記載の方法。
- 該電力の特性は、電流、電圧、及び位相のうちの少なくとも1つを含む、請求項42に記載の方法。
- 該第1一次コイルアレイは、強磁性コア要素を含む、請求項40に記載の方法。
- 該第1一次コイルアレイは、実質的に平らなボビンを含む、請求項40に記載の方法。
- 該誘導2次巻線は、該第1の複数の誘導一次巻線に対して実質的に直交している、請求項40に記載の方法。
- 該リモート装置をその上部に着脱自在に受け入れるべく略平らな電力転送表面を提供するステップを更に含む、請求項40に記載の方法。
- 非接触電源であって、
少なくとも1つのリモート装置をその上部に受け入れるための電力転送表面と、
該電力転送表面の下方に位置し、且つ、それぞれが該電力転送表面に対して略平行な軸の周りにおいて巻回された複数の離隔した誘導一次巻線を含む第1一次コイルアレイと、
該複数の誘導一次巻線のそれぞれに電気的に接続された電源であって、該複数の誘導一次巻線のうちの第1の2つを選択的に駆動して第1累積電磁束を規定するように動作可能であり、且つ、該複数の誘導一次巻線のうちの第2の2つを選択的に駆動して第2累積電磁束を規定するように動作可能である、電源と、
を有する非接触電源。 - 該電源は、該複数の誘導一次巻線のうちの該第1の2つを実質的に位相がずれた状態において駆動するように動作可能であり、
該電源は、該複数の誘導一次巻線のうちの該第2の2つを実質的に位相がずれた状態において駆動するように動作可能である、
請求項48に記載の非接触電源。 - 該複数の誘導一次巻線のうちの該第1の2つは、第1距離だけ、分離されており、且つ、
該複数の誘導一次巻線のうちの該第2の2つは、該第1距離とは異なる第2距離だけ、分離されている、
請求項48に記載の非接触電源。 - 該電源は、該第1一次コイルアレイ近傍のリモート装置の存在を検出するべく該複数の誘導一次巻線内の電力の特性を監視するように動作可能である、請求項48に記載の非接触電源。
- それぞれが該第1一次コイルアレイに略直交している軸の周りにおいて巻回された複数の離隔した誘導一次巻線を含む該電力転送表面下方の第2一次コイルアレイを更に含む、請求項48に記載の非接触電源。
- 該電源は、該複数の誘導一次巻線のうちの少なくとも2つを実質的に位相がずれた状態において同時に駆動するドライバ及びスイッチング回路を含む、請求項48に記載の非接触電源。
- 該電源は、該複数の誘導一次巻線のうちの少なくとも2つを実質的に位相がずれた状態において同時に駆動する第1及び第2ドライバを含む、請求項48に記載の非接触電源。
- 該第1一次コイルアレイは、強磁性コア要素を含む、請求項48に記載の非接触電源。
- 該第1一次コイルアレイは、実質的に平らなボビンを含む、請求項48に記載の非接触電源。
- 該リモート装置は、該電力転送表面に対して略垂直の中心線軸を規定する誘導2次巻線を含む、請求項48に記載の非接触電源。
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