JP2014517615A

JP2014517615A - 誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム

Info

Publication number: JP2014517615A
Application number: JP2014511788A
Authority: JP
Inventors: トゥルキ，ファイカル; シュミュリング，ベネディクト
Original assignee: パウル・ファーレ・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲー
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2014-07-17
Also published as: DE102011103318A1; EP2601749A1; WO2012163565A1; US20130300211A1; KR20140025323A

Abstract

一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とを有する誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）を提供することであり、これら一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とは、各々、エネルギー伝送用の少なくとも１つのコイル（３、７）とデータ伝送用の少なくとも１つのコイル（４、６）とを有し、エネルギー伝送用の一次側及び二次側のコイルは、各々が単一の巻き方向を有するコイル（３，７）の形式であり、データ伝送用のコイル（４、６）は、各々が少なくとも２つのコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を有するコイル配列である。

Description

本発明は誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システムに関し、該システムは、一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とを有し、該一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とは、各々、少なくとも１つのエネルギー伝送用のコイルと少なくとも１つのデータ伝送用のコイルとを有している。

ＵＳ２０１０／０２０１３１５は、１つの一次コイルと複数の二次コイルとを使用するシステムを開示している。二次側のコイルは、互いに間隔をあけて配列されている。一次コイルの磁場は、二次コイルの位置に応じて、該二次コイルにおいて異なる大きさの電圧を誘導する。この電圧を評価することにより、二次コイルの一次コイルに対する位置を評価することができる。

本発明の目的は、誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システムであって、エネルギー伝送がデータ伝送に影響を与えないものを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有するシステムを備えた発明により達成される。請求項１に記載のシステムの有利な実施形態は、その従属項の特徴から理解されるであろう。
本発明に従うシステムは、誘導性非接触エネルギー伝送の幾つかの既存のシステムの発展形であり、既存のシステムの各々は、エネルギー伝送用の一次コイル及び二次コイルを有している。本発明に従うシステムには、データ伝送用の追加の一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とが配列されている。データ伝送用の追加の一次側のコイル配列及び二次側のコイル配列は、エネルギー伝送用のコイルの領域（ｒｅｇｉｏｎ）に配列される。従って、データ伝送用の追加の一次側のコイル配列及び二次側のコイル配列は、ハウジング又は成形複合物（ｃａｓｔｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）内に、エネルギー伝送用のコイルと共に配列することが可能である。

データ伝送は、単純な信号、例えば入力や出力信号の伝送の間、へこたれる（ｂｅｃｏｍｅｅｘｈａｕｓｔｅｄ）ことがある。しかし、より複雑な信号も伝送可能である。双方向にデータを伝送することも可能である。

二次側への参照は、自由に動く車両又は軌道に縛られた（ｔｒａｃｋ−ｂｏｕｎｄ）車両及び集電装置に概して配列されたピックアップへの参照を含むことも意図している。このようなシステムと共に、コイル配列は、最良の可能な結合係数を達成するように好ましくは平らなコイルとして構築される。

一次側及び二次側のコイル配列は、もっとも単純なケースでは同一の手法により構築することができる。
エネルギー伝送の磁場によるデータ伝送の影響は、データ伝送用のコイルが複数のコイル領域（ｆｉｅｌｄ）を有するときに有利なことに防ぐことができ、データ伝送用のコイルのコイル領域においてエネルギー伝送の磁場により誘導される電圧は、互いに相殺されるとの考えに、本発明は基づいている。コイル領域を形成するコイルは、互いに直列及び並列の一方又は双方に接続された１つのコイルであることができる。この場合には、単純に、誘導される電圧が互いに相殺されるようにコイルが互いに接続されることを確実にすべきである。異なる巻き方向を有するコイルも使用することができる。

途切れない１つの導体（ａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）により全てのコイル領域を構築するか又は巻くことも可能であり、このケースでは、第１の巻方向を有する第１の数のコイル領域及び反対の巻き方向を有する同じ数のコイル領域が提供されることを確実にすべきである。

途切れない１つの導体を使用してデータ送信コイル配列を形成するとき、このことは、コイル同士を接続する必要がなく、コイル配列は２つの接続線のみを有するという有利な立場をもたらす。

また、個別のコイル領域は、相互に異なる数の巻線及びコイル断面積（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎｓｕｒｆａｅ−ａｒｅａｓ）の一方又は双方を有するコイルにより形成することができる。しかし、もっとも単純なケースでは、コイル領域を形成するコイルの断面及びコイルの巻線の数は、同一となるように構築されることが意図される。

エネルギー伝送用のコイルは単一の巻き方向を有するコイルであり、データ伝送用のコイルは、２Ｎの数のコイル領域を有するコイルであって、Ｎは１以上の整数であり、Ｎ個のコイル領域は第１の巻き方向を有し、Ｎ個のコイル領域は反対の巻き方向を有するコイルであり、一次側及び二次側のデータ伝送用のコイルは、少なくともコイル領域の配列に関して相互に同一であるように構築される点で好適な配列は区別される。そのようなコイル配列は、有利なことに途切れない１つの導体によって形成する又は巻くことができる。

特に充電プレート及びピックアップ上の、一次側及び二次側のデータ伝送用のコイル配列の構築及び配列は、最良の可能な結合を達成するように且つ良好な信号の質を確実にするように、有利には同一または類似である。

有利には、エネルギー伝送用の一次側のコイル及び二次側のコイルは、各々、ただ１つの巻き方向を有する。エネルギー伝送用のコイルは、より良好な結合のために平らなコイルとして構築することが意図される。しかし、もちろん、エネルギー伝送用の一次側のコイル及び二次側のコイルは円筒形コイルとしても構築することができる。

本発明に従う誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システムにおいて、一次側のコイル配列及び二次側のコイル配列は、一次側のエネルギー伝送用のコイル及び二次側のエネルギー伝送用のコイルが磁束を発生させるときに正確に相対的に位置決めされ、この磁束は、同時に同一方向に、一次側データ伝送用のコイル及び二次側のデータ伝送用のコイルの一方又は双方の全てのコイル領域まで及ぶものである。一方、正しい位置決めにより、エネルギー伝送のための最良の結合係数が達成され、同時に、データ伝送はエネルギー伝送により影響を受けない。また、結果として、同時に、エネルギー伝送用のコイルによるエネルギー伝送に加えて、データ伝送用のコイル配列を介して破壊的な影響の発生なくデータを伝送することが可能である。

本発明に従うシステムは、エネルギー伝送用の一次側のコイル配列及び二次側のコイル配列が、データ伝送用のコイル配列よりも小さいか、データ伝送用のコイル配列と同じサイズか又はデータ伝送用のコイル配列よりも大きいように構築することができる。従って、データ伝送用のコイル配列がエネルギー伝送用のコイル配列を完全にカバーすると有利である。そのような配列により、データ伝送用のコイル配列は、更に、一次側及び二次側の相対的位置決めのために使用することも可能である。従って、一次側をある手法の駆動により調節することが可能であり、このある手法は、例えば、エネルギー伝送用のコイル及びデータ伝送用のコイル配列を含む一次側のコイル配列を、ピックアップを有し例えばガレージにある車両へと、最適な結合が生じるまで相対的に移動させるものである。また、個別のコイル領域又はコイル配列において誘導された電圧を使用するデータ処理デバイスは、車両を位置決めすること又は正しい位置決め用の対応する方向指示を生成することができる。方向を示すことは、音響及び視覚の一方又は双方の手法で行うことができる。示すものは、例えば、車両自身若しくはガレージに配列することができる。

エネルギー伝送及びデータ伝送用の二次側のコイル配列は、一方の上に他方があるように、特に、一緒にハウジング内に又はまとめて（ｉｎａｍａｓｓ）成形するか又は配列することができる。データ及びエネルギー伝送用の一次側のコイルについても同様である。

寄生容量、特に、導体／アース容量の影響を低く保つために、データ伝送用の一次側のコイル配列は、有利には、トランスによりサプライ・ネットワークから直流的に分離される（ｇａｌｖａｎｉｃａｌｌｙｓｅｐａｒａｔｅｄ）。

本発明について、様々な実施形態及び図面を参照して、以下でより詳細に説明する。

エネルギー伝送用のコイルと、４つのコイル領域を備えたデータ伝送用のコイル配列とを含む一次側のコイル配列の平面図である。本発明に従うエネルギー伝送システムの側面図であり、このシステムは、一次側及び二次側のコイル配列を備えている。同じ巻き方向の４つのコイル領域を有するデータ伝送用の一次側のコイル配列を示している。異なる巻き方の４つのコイル領域を有するデータ伝送用の一次側のコイル配列を示している。異なる巻き方の４つのコイル領域を有するデータ伝送用の一次側のコイル配列を示しており、コイルは途切れない１つの導体により巻かれている。

図１は、エネルギー伝送用のコイル３及びデータ伝送用のコイル配列４を備えた一次側のコイル配列の平面図であり、この配列は４つのコイル領域４ａ〜４ｄを有している。エネルギー伝送用のコイル３及びデータ伝送用のコイル配列４はキャリア２上に配列されている。また、エネルギー伝送用のコイル３及びデータ伝送用のコイル配列４は、図示されていない成形複合物により囲むことができる。二次側のコイル配列は、同一の又は非常に類似に手法で構築することができる。

図２は、一次側及び二次側のコイル配列を備えた本発明に従うエネルギー伝送システム１の側面図であり、このシステムは、エネルギー伝送用のコイル３、７及びデータ伝送用のコイル配列４、６を備えている。エネルギー伝送用のコイル３、７はその寸法に関してわずかに小さく、それによって、一次側と二次側のコイル配列が相対的に正しく位置決めされたときに、データ伝送用のコイル配列４、６がエネルギー伝送用のコイル３、７に関して横方向に突出するようになる。

図３及び４に図解されているように、データ伝送コイル配列は、同じ巻き方向である（図３）か又は異なる巻き方向である（図４）４つのコイル領域４ａ〜４ｄと共に構築することができる。図２に図解した一次側と二次側のコイル配列の相対的な位置決めにより、コイル配列４ａ〜４ｄにおいてエネルギー伝送用のコイルの磁場により誘導される生じる電圧がゼロであることが常に保証されなければならない。図３及び４に図解した配列において個別のコイル領域４ａ〜４ｄを形成するコイルは、互いに直列及び並列の一方又は双方で接続することができる。しかし、データ伝送用のコイル配列の終端で、エネルギー伝送用のコイルの磁場により誘導される生じる電圧がゼロであることは常に保証されるべきである。コイル領域を形成するコイルは、一次側及び二次側において同一の手法により相互接続されなければならず、それによって、それぞれ、一方のコイル配列４又は７の磁場により他方のコイル配列７又は４において生じる電圧を誘導することができ、データ伝送が結果的に可能となる。

図５は、異なる巻き方向ＷＳの４つのコイル領域４ａ〜４ｄを有するデータ伝送用のコイル配列を示し、コイル領域４ａ〜４ｄを形成するコイルは、途切れない１つの導体による個別の巻線により形成される。矢印は、ある時点における電流の向きを示している。相互に隣接する巻線にリンクされ、コイル自身により生ずる電流は反対方向に流れ、それによって、データ伝送用のコイルの面全体の電流はゼロとなる。

データ伝送用のコイル４の下に設置されるエネルギー伝送用のコイル３により生ずる磁束は、データ伝送用のコイル４の個別の巻線において同じ値の誘導電圧を引き起こす。しかし、この誘導電圧のプレフィクスは、相互に隣接するコイルにおいて交互に正負となり、それによって、誘導電圧は全体的にゼロとなる。

もちろん、コイル領域４ａ〜４ｄを形成する巻線が別の形状を有すること、及び、例えば、丸みを帯びた角を有するように、又は、円形となるように構築することは可能である。個別のコイル領域４ａ〜４ｄが異なるサイズ及巻き数の一方又は双方を有するようにすることも可能である。

Claims

一次側のコイル配列と二次側のコイル配列とを有する誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記一次側のコイル配列及び前記二次側のコイル配列は、各々、エネルギー伝送用の少なくとも１つのコイル（３、７）とデータ伝送用の少なくとも１つのコイル（４、６）とを有し、前記エネルギー伝送用の一次側及び二次側のコイルは、各々が単一の巻き方向を有するコイル（３、７）であり、前記データ伝送用のコイル（４，６）は、各々が少なくとも２つのコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を有するコイル配列であることを特徴とするシステム。
請求項１に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記コイル配列の個別のコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）において前記エネルギー伝送用のコイル（３、７）の磁界により誘導される電圧は、前記エネルギー伝送用のコイル（３、７）の磁界が前記コイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の全てを同じ程度通過するように前記一次側及び二次側のコイル配列が相対的に正しく位置決めされる場合に、互いに相殺されてニュートラル状態となることを特徴とするシステム。
請求項１又は２に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、少なくとも１つのコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は第１の巻き方向（ＷＳ）を有するコイルによって形成され、少なくとも１つのコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は反対の巻き方向（ＷＳ）を有するコイルによって形成されることを特徴とするシステム。
請求項１から３の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記データ伝送用のコイルは、２ｎ個のコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を有するコイルであり、ｎは１以上の整数であり、ｎ個のコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は第１の巻き方向（ＷＳ）を有し、ｎ個のコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は反対の巻き方向（ＷＳ）を有し、前記一次側及び二次側のデータ伝送用のコイル（４、６）は、少なくとも前記コイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の配列に関して相互に同一であるように構築されることを特徴とするシステム。
請求項１から４の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記データ伝送用のコイル（４、６）の各コイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は少なくとも１つの巻線を有することを特徴とするシステム。
請求項１から５の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記データ伝送用のコイル（４、６）は、途切れない１つの導体によって、又は、並列若しくは直列に互いに接続された個別のコイルによって形成され、各々、少なくとも１つのコイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）を形成することを特徴とするシステム。
請求項１から６の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記データ伝送用のコイル（４、６）の前記コイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は、異なる巻き数のコイル及び異なる断面積のコイルのうちの一方又は双方により形成されることを特徴とするシステム。
請求項１から７の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記一次側又は二次側のエネルギー伝送用のコイル（３、７）は、前記二次側のコイル配列が前記一次側のコイル配列に関して正しく位置決めされる場合に、前記一次側及び二次側の一方又は双方のデータ伝送用のコイル（４、６）の前記コイル領域（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）の全てに同時に同方向に磁束を発生させることを特徴とするシステム。
請求項１から８の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送用のコイル配列（３、７）は、前記データ伝送用のコイル配列（４、６）において、前記二次側のコイル配列が前記一次側のコイル配列に関して正しく位置決めされる場合に、電圧を誘導しないことを特徴とするシステム。
請求項１から９の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送及びデータ伝送用の一次側及び二次側のコイル配列（３、４、６、７）は、各々、２つの接続線を有することを特徴とするシステム。
請求項１から１０の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送用の一次側及び二次側のコイル配列（３、７）は、前記エネルギー伝送用のコイル配列が前記データ伝送用のコイル配列を完全にカバーするか、又は、前記データ伝送用のコイル配列が前記エネルギー伝送用のコイル配列を完全にカバーするように、前記データ伝送用のコイル配列（４、６）より小さいか、前記データ伝送用のコイル配列（４、６）と同じか、又は前記データ伝送用のコイル配列（４、６）より大きいことを特徴とするシステム。
請求項１から１１の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送用の一次側及び二次側のコイル配列（３、７）は、各々、複数の巻線を有する、円筒形で平らなコイルか、又は、円筒形のコイルにより形成されることを特徴とするシステム。
請求項１から１２の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送及びデータ伝送用の一次側のコイル配列（３、４）は、一方が他方の上に配列され、ハウジング内に共に成形されるか又はまとめて成形されることを特徴とするシステム。
請求項１から１３の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、前記エネルギー伝送及びデータ伝送用の二次側のコイル配列（６、７）は、一方が他方の上に配列され、ハウジング内に共に成形されるか又はまとめて成形されることを特徴とするシステム。
請求項１から１４の何れか一項に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、当該システム（１）は、前記データ伝送用の一次側及び二次側のコイル配列（４、６）において、又は、前記データ伝送用の二次側のコイル配列（６）において誘導される電圧を処理デバイスにより評価し、前記一次側及び二次側のコイル配列が現在どのように相対的に配列されているか、並びに、前記一次側及び二次側のコイル配列を相対的に正しく位置決めするように若しくは最良のカップリング・ファクターを有するように前記一次側及び二次側の一方若しくは双方のコイル配列をどの方向に移動させるべきかのうちの一方又は双方を聴覚及び視覚の一方又は双方により示すことを特徴とするシステム。
請求項１５に記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、聴覚及び視覚の一方又は双方により示すことは、車両において、又は、固定された態様で部屋若しくはガレージにおいて、ディスプレイ・デバイス及びラウドスピーカの一方又は双方により行われることを特徴とするシステム。
請求項１〜１６のうちの何れかに記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）であって、少なくとも１つの前記一次側のデータ伝送用のコイル（４）は、サプライ・ネットワークからトランスにより直流的に分離されることを特徴とするシステム。
請求項１〜１７のうちの何れかに記載の誘導性で非接触のエネルギー及びデータ伝送システム（１）の前記二次側のコイル配列を前記一次側のコイル配列に対して位置決めするための方法であって、データ処理デバイスがデータ伝送用のコイル配列において誘導される電圧を確定し、該電圧を評価して位置信号又は方向信号を発生させることを特徴とする方法。
請求項１８に記載の方法であって、
− 磁界を前記一次側のデータ伝送用のコイル配列により発生させ、前記二次側のデータ伝送用のコイルのコイル配列において誘導される電圧の変化であって、位置変化の結果による電圧の変化を含む電圧の変化を評価して、前記一次側の前記二次側に対する相対位置を確定するか、又は、
− 磁界を前記二次側のデータ伝送用のコイル配列により発生させ、前記一次側のデータ伝送用のコイルのコイル配列において誘導される電圧の変化であって、位置変化の結果による電圧の変化を含む電圧の変化を評価して、前記一次側の前記二次側に対する相対位置を確定する
ことを特徴とする方法。