JP2014534558A - 無線充電式バッテリおよびその構成部品 - Google Patents

Abstract

第１および第２の横断的なコイルと、第１および第２コイルを取り囲む第３コイルとを含む、無線充電式バッテリのためのレシーバコイルアセンブリ。無線充電式バッテリの電力レシーバでは、レシーバコイルが使用されてもよい。また、電気化学的電池から取り外し可能な電力レシーバを有する無線充電式バッテリも開示する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線充電式バッテリに関する。排他的ではないものの、より具体的には、本発明は、レシーバコイルの配置形態、バッテリシールドおよび取り外し可能な電力レシーバに関する。

無線充電式バッテリは、長年に渡り、電動歯ブラシ等の広範なデバイスにおいて使用されている。このようなデバイスは、一般的には、非標準バッテリを使用しているか、もしくは交換が容易ではない。通常の消費者用バッテリは、一般的には今も、充電を実行するためにガルバニック接続を必要とする。したがって、特別な方向性またはガルバニック接続を必要とすることなく、充電領域に置かれれば便利に無線充電され得る消費者用充電式バッテリが求められている。

電力レシーバは、できるだけ小型であって、一般的な消費者用途にとって十分なバッテリ容量を保証しなければならない。また、バッテリは充電領域に任意の方向で置かれる可能性、またはデバイス内に任意の方向で存在する可能性があることから、充電用交流磁場と任意の方向で結合できることも必要である。

また、バッテリは、充電磁場において電気化学的電池を過熱させることなく迅速に充電可能であることも必要である。

さらに、バッテリの電力レシーバは、消費者によってリサイクル可能または再使用可能であることが望ましいと思われる。

レシーバコイルの配置形態は幾つか提案されており、これらについては以下に論じる。

国際公開出願第２００１／６７０４６号パンフレットは、十字形のコア（即ち、コアはＸＹＺ座標系の原点の形）上に３つの互いに直交する巻線が巻かれる無線式電力レシーバを開示している。

米国特許第５，２８１，９４１号明細書は、３つの互いに直交する巻線を支持するための球形状を開示している。

米国特許第７，４１４，３８０号明細書は、平行六面体形状のコア上に３つの互いに直交する巻線が巻かれる無線式電力レシーバを開示している。

米国特許第７，２４８，０１７号明細書は、巻線がバッテリ外部のコア上に巻かれる、またはコア上に巻かれてバッテリ内部に収容される無線充電式バッテリを開示している。巻線の軸は、バッテリの長手方向の軸に対して平行である。また、この明細書は、２つの直交する巻線を備えて充電の際のバッテリに回転の自由を与えることも開示している。

米国特許出願公開第２０１１／００８６２５６号明細書は、レシーバ回路がバッテリの一端に置かれ、巻線がバッテリ外部に存在する無線充電式バッテリを開示している。

上述の配置形態は全て、多少かさばるものであり、かつ／または方向によっては結合が弱い。さらに、上述の構造は一体的に形成されるため、再使用が容易ではない。さらに、これらは、電気化学的電池のシールドを備えていない。

国際公開出願第２００１／６７０４６号パンフレット 米国特許第５，２８１，９４１号明細書 米国特許第７，４１４，３８０号明細書 米国特許第７，２４８，０１７号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００８６２５６号明細書

本発明の目的は、これらの問題点の少なくとも幾つかを克服するレシーバコイルアセンブリ、電力レシーバおよび無線充電式バッテリを提供すること、または少なくとも、有益な選択肢を公衆に提供することにある。

ある例示的な実施形態によれば、互いに横断的に配向される磁気軸を有する第１および第２コイルと、第１および第２コイルの磁気軸を横断する磁気軸を有しかつ第１および第２コイルを囲む第３コイルとを含む、充電式バッテリのためのレシーバコイルアセンブリが提供されている。

第３コイルは、好ましくは略環状コイルであり、本アセンブリは、概ね円筒形状であることが好ましい。

第１および第２コイルは、好ましくは十字のアームの周りに巻かれた状態で十字に配置され、第３コイルは十字の周囲に巻かれる。

別の例示的な実施形態によれば、互いに横断的に配向される磁気軸を有する第１、第２および第３コイルを含み、コイルのうちの１つは他のコイルより大きい電力伝達を可能にする、充電式バッテリのためのレシーバコイルアセンブリが提供されている。

第３コイルは、好ましくは他のコイルを囲み、かつ第１および第２コイルは、好ましくは十字に配置される。

第３コイルの電力伝達容量は、第１および第２コイルのそれを、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは２０％上回る。第３コイルの導線の長さは、第１および第２コイルのそれを、好ましくは少なくとも２５％、より好ましくは５０％上回る。

別の例示的な実施形態によれば、電力レシーバと電気化学的電池とを有し、電力レシーバは第１バッテリサブケーシング内に収容されかつ電気化学的電池は第２バッテリサブケーシング内に収容され、第１および第２サブケーシングは取り外し可能である、無線充電式バッテリが提供されている。

電力レシーバは、ユーザによって電気化学的電池から、ねじ、押込み嵌めまたは磁気接続によって取り外し可能であってもよい。

電気化学的電池は、電気化学的電池付近の金属層によって磁気的にシールドされてもよい。この層は、約１表皮深さであってもよく、かつ銅箔で形成されてもよい。

「を備える」の現在形、三人称単数形および現在分詞形による表現は、管轄権が変わっても排他的または包含的意味合いの何れかに帰され得ることが認められる。本明細書の目的に沿って、かつ別段の指摘のない限り、これらの表現は包含的意味合いを持たせるためのものであり、即ち、これらの表現は、記載された構成部品であって使用法が直接言及されているものに加えて、恐らくは明記されていない他の構成部品または構成要素をも包含することを意味するものと理解される。

本明細書における任意の先行技術の参照は、このような先行技術が普通の一般知識の一部を形成することを認めるものではない。

本明細書に組み入れられてその一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、かつこれまでに述べた本発明の一般的説明、および下記の例示的実施形態の説明と共に、本発明の原理を説明する手助けとなる。

ある無線充電式バッテリを示す。 図１に示されているバッテリの電力レシーバコイルアセンブリを示す。 図１に示されているバッテリの電力レシーバを示す概略図である。

図１は、二部構造の無線充電式バッテリを示す。電力レシーバは、第１バッテリサブケーシング２内に収容され、再充電可能な電気化学的電池を収容する第２バッテリサブケーシング３から取り外し可能である。第１バッテリサブケーシング２および第２バッテリサブケーシング３は、ユーザがサブケーシング２をサブケーシング３から取り外しかつ取り外されたサブケーシング２を新しい電気化学的電池を含む新しいサブケーシングへ接続できるように、ねじ山、押込み嵌め接続、磁気結合またはこれらに類似するものによって相互接続されてもよい。

電気化学的電池は、バッテリが充電用交流磁場に位置決めされる際の過熱を回避するために磁気的にシールドされてもよい。これは、電気化学的電池の付近に金属シールドを設けることによって達成されてもよい。これは、サブケーシング３の外側付近に金属箔が装着される形式をとってもよい。金属箔は、約１表皮深さであってもよく、望ましいシールド特性ゆえに、望ましい金属は銅である。

次に、図２を参照すると、ある実施形態によるレシーバコイルアセンブリが示されている。第１巻線４ａおよび４ｂは、十字形フェライトコア６のアームの周りに巻かれ、第２巻線５ａおよび５ｂは、十字形フェライトコア６の他のアームの周りに巻かれる。第３巻線７は、十字形フェライトコア６の周囲付近に巻かれる。理想的には、これらのコイルは、任意の方向において充電用磁場との結合を確実にするために互いに直交する。ただし、空間の制約上又は用途毎に望まれる結合の方向に応じてコイルは直交していなくてもよい。

第３コイルは、好ましくは、円筒形のバッテリケーシングに最も良く適合するように環状である。第３コイルは、他のコイルより大きい電力伝達容量を有するように設計されてもよい。これは、バッテリに、通常もしくは好ましい向きがある場合、例えば第３コイルによって最も速いレートで電力を供給する一方で、第１および第２コイルによって他の向きでも電力伝達が可能である点において望ましいことがある。第３コイルの電力伝達容量は、第１および第２コイルのそれを少なくとも１０％、好ましくは２０％上回ってもよい。これを達成するために、第３コイルの導線の長さは、第１および第２コイルの導線の長さを少なくとも２５％、好ましくは５０％上回ってもよい。

ある例示的な実施形態では、外側のコイルの平均直径は１２ｍｍであって、巻数は５０であるのに対して、第１および第２の巻線の平均直径は約４ｍｍであって、各々巻数は８０である。巻線は全て、０．０５ｍｍゲージの絶縁銅線であってもよい。

図３は、バッテリの構成部品を示す概略図である。コイル４（４ａおよび４ｂ）、コイル５（５ａおよび５ｂ）およびコイル７に誘導される電流はレシーバ回路８へ供給され、レシーバ回路８は、コイルから受け取る交流電流を整流しかつ調整する。バッテリ充電管理回路９は、使用されるバッテリの化学的性質の種類に応じた充電パラメータに従って充電式バッテリ１０への給電を制御する。電力レシーバは、コイル４、５、７とレシーバ回路８とバッテリ充電管理回路９とで構成され、サブケーシング２内に含まれる。充電式バッテリ１０は、サブケーシング３内に収容される。

記載している無線充電式バッテリは、好適な方向における強化された結合を提供すると共に全方向において十分な結合を確実にするコンパクトな構造を提供する。取り外し可能な二部構造のバッテリは、電力レシーバを容易に再利用できるようにし、無駄を防ぐと同時に環境への悪影響を回避する。電気化学的電池のシールドは、過熱を防ぎ、かつ高速充電を可能にする。

本発明をその実施形態に関する記述によって例示し、かつ実施形態を詳述してきたが、添付の特許請求の範囲をこのような詳細に制限すること、または多少なりとも限定することは出願人の意図ではない。当業者には、追加の優位点および変更が容易に明らかであろう。したがって、本発明は、そのより広範な態様において、本明細書に示されかつ記載されている特有の詳細、代表的な装置および方法および例示に限定されない。したがって、このような詳細からの逸脱は、出願人の一般的な発明概念の精神または範囲を逸脱することなく行われてもよい。

Claims (25)

1. 充電式バッテリのためのレシーバコイルアセンブリであって、
   ａ．互いに横断的に配向される磁気軸を有する第１および第２コイルと、
   ｂ．前記第１および第２コイルの前記磁気軸を横断する磁気軸を有し、かつ前記第１および第２コイルを囲む第３コイルと、
   を含むレシーバコイルアセンブリ。
2. 第３コイルは略環状のコイルである、請求項１に記載のレシーバコイルアセンブリ。
3. 前記第１および第２コイルは十字に配置される、請求項１または２に記載のレシーバコイルアセンブリ。
4. 全コイル内に位置決めされるフェライトコアを含む、先行する請求項のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリ。
5. 前記フェライトコアは十字形であり、前記第１および第２コイルは前記十字のアームの周りに巻かれ、かつ前記第３コイルは前記十字の前記アームの端の周囲に巻かれる、請求項４に記載のレシーバコイルアセンブリ。
6. 略円筒の形状である、先行する請求項のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリ。
7. 互いに横断的に配向される磁気軸を有する第１、第２および第３コイルを含み、前記コイルのうちの１つは他のコイルより大きい電力伝達を可能にする、充電式バッテリのためのレシーバコイルアセンブリ。
8. より大きい電力伝達を可能にする前記コイルは他のコイルを囲む、請求項７に記載のレシーバコイルアセンブリ。
9. 前記第１および第２コイルは十字に配置される、請求項７または８に記載のレシーバコイルアセンブリ。
10. 前記第３コイルの電力伝達容量は、前記第１および第２コイルのそれを少なくとも１０％上回る、請求項７〜９のいずれか一項に記載レシーバコイルアセンブリ。
11. 前記第３コイルの電力伝達容量は、前記第１および第２コイルのそれを少なくとも２０％上回る、請求項７〜９のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリ。
12. 前記第３コイルの導線の長さは、前記第１および第２コイルの導線の長さを少なくとも２５％上回る、請求項７〜９のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリ。
13. 前記第３コイルの導線の長さは、前記第１および第２コイルの導線の長さを少なくとも５０％上回る、請求項７〜９のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリ。
14. 先行する請求項のいずれか一項に記載のレシーバコイルアセンブリを含む、無線充電式バッテリのための電力レシーバ。
15. 請求項１４に記載の電力レシーバを含む充電式バッテリ。
16. 電力レシーバと電気化学的電池とを有する無線充電式バッテリであって、前記電力レシーバは第１バッテリサブケーシング内に収容され、かつ前記電気化学的電池は第２バッテリサブケーシング内に収容され、前記第１および第２サブケーシングは取り外し可能である無線充電式バッテリ。
17. 前記電力レシーバは前記電気化学的電池から取り外し可能である、請求項１６に記載の無線充電式バッテリ。
18. 前記電力レシーバは、ユーザによって前記電気化学的電池から取り外し可能である、請求項１７に記載の無線充電式バッテリ。
19. 前記電力レシーバおよび前記電気化学的電池は螺合する、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の無線充電式バッテリ。
20. 前記電力レシーバおよび前記電気化学的電池は磁気的に結合して保持される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の無線充電式バッテリ。
21. 前記電力レシーバおよび前記電気化学的電池は押込み嵌めにより結合して保持される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の無線充電式バッテリ。
22. 前記電気化学的電池は磁気的にシールドされる、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の無線充電式バッテリ。
23. 前記電気化学的電池は、金属層によって磁気的にシールドされる、請求項２２に記載の無線充電式バッテリ。
24. 前記金属層は約１表皮深さである、請求項２３に記載の無線充電式バッテリ。
25. 前記金属は銅である、請求項２３または２４に記載の無線充電式バッテリ。

Images