JP2015202042A - 容量性結合を用いた電力伝達方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電デバイスに電力を伝達するための方法および装置を利用可能にすると同時に、現在利用可能なＤＣ／ＤＣコンバータに典型的な漏電の問題を最小限に抑える手段を提供する。
【解決手段】直流電流を電圧波に変換するステップと、少なくとも２つの電気キャパシタ１２５、１３０への入口で前記電圧波を付与するステップと、前記キャパシタ１２５、１３０からの出口で前記電圧を前記電気的負荷１０５に供給するステップを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的には電気的負荷への電力伝達方法および装置に関する。電気的負荷は、例えば、任意の電気的デバイスまたは電子デバイスであって、そのデバイスが機能するために、および／または、そのデバイスの内部電池を充電するために電気的に電力供給されなければならない、任意の電気的デバイスまたは電子デバイスであり得る。このタイプの電気／電子デバイスの標準的な例は、セルラー電話、コンピュータ、テレビ等である。

充電デバイスに電力を伝達するために現在非常に広範に使用されている解決手段は、例えば共用の電気網により生成される交流電流（ＡＣ）を、充電デバイスに供給するのに適した直流電流（ＤＣ）に変換することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータを使用する解決手段である。

性能が高く、場所を塞ぐことが少なく、および価格が低い、充電デバイスに高電力を伝達することが可能なＡＣ／ＤＣコンバータを実現するために、ある種の典型的な特性を有する回路が一般的に使用される。

まず、回路は、電気網により供給される交流電流を直流電流に変換するように、通常は電気プラグによって電気網に接続可能な、場合によっては電圧および／または電流安定化回路を有する高電圧整流器、通常はダイオード・ブリッジ整流器を備える。高電圧が、整流器からの出力に留まり、それによって、直流電流をその直流電流を充電デバイスに供給するのに適した状態にするために修正するのに適したＤＣ／ＤＣコンバータに付与される。

ＤＣ／ＤＣコンバータは通常、フライバック・タイプ等々の回路タイプによって（現在では、１ｋＨｚの数十分の１または数百分の１程度の）高電圧の電圧の波を生成することが可能なＨＦ（高周波）源を備える。次いで電圧波は、高電圧一次回路（整流器および電圧波の生成器）を、充電デバイスを備える低電圧二次回路からガルバニック絶縁するＨＦ変圧器に送出される。このガルバニック絶縁は、一次回路内の障害または過電圧が、低電圧であり通常はユーザの近くに位置する第２の回路（例えば、セル電話またはコンピュータのコネクタの露出した接点）を危険にさらすことを防止するために必要である。

二次回路の直流電圧を調節するために、能動スイッチにより生成される高周波の波のデューティ・サイクルに関して調停することが通例である。

一般的に二次回路は、変圧器の第２の回路から出る低電圧波を直流低電圧に変換するのに適している、変圧器と充電デバイスとの間に電気的に挿置される、第２の整流器（例えば、センター・タップ変圧器と組み合わされる、単一ブリッジ整流器または二重ダイオード・ブリッジ整流器、同期整流器等）を備える。フィルタが、充電デバイス上の電圧および／または電流を安定化させるために、整流器と充電デバイスとの間に挿置される場合がある。

本分野では、可能な限り多くＤＣ／ＤＣコンバータの寸法を低減する必要性が根強く存在する。この目的を達成するために、充電デバイスに付与するための等しい電力が与えられるとして、ＨＦ源により生成される電圧波の周波数を増大することが基本であり、その理由として、このようにすることで、時間単位にわたって、電気的エネルギーが一次回路から第２の回路に伝達されるサイクルの数が増大され、したがって伝達される電力をもまた増大するということがある。

電圧波の周波数を増大することは、傾向として、変圧器の磁気回路を実現する強磁性材料での漏電、および、能動スイッチをオンおよびオフにスイッチする間の能動スイッチでの動的な漏電を増大する欠点を招き、そのことが、ＨＦ源により生成され得る電圧波の最大周波数に対する、したがって、変圧器、および、コンバータ内で放散される熱の熱除去要素の最小寸法に対する限界を設定する。

上記に鑑みて、本発明の目的は、充電デバイスに電力を伝達するための方法および装置を利用可能にすることであり、それによって同時に、現在利用可能なＤＣ／ＤＣコンバータに典型的な漏電の問題を最小限に抑えることが効果的に可能になる。

本発明のさらなる目的は、同時に一次回路と二次回路との間の効果的なガルバニック絶縁を保証することである。

これらの、さらには他の目的が、独立請求項で伝えられる本発明の様々な実施形態の特性により達成される。従属請求項は、本発明の様々な実施形態の好適な、および／または特に有利な態様を描写する。

本発明の実施形態は、直流電流を電圧波に変換するステップと、少なくとも２つの電気キャパシタへの入口で前記電圧波を付与するステップと、前記キャパシタからの出口で前記電圧を前記電気的負荷に供給するステップと、を含む、電気的負荷への電力伝達方法を開示する。

すなわち、この実施形態は、実質的には、従来技術の変圧器を少なくとも２つの電気的キャパシタで置換し、そのことによって、変圧器での漏電の問題を解決することを含む。

キャパシタのこの対の存在によって、一次回路と二次回路との間のガルバニック絶縁および充電デバイスに供給するのに十分な電力を伝達することを保証することがさらに可能である。

電圧波が供給される各々のキャパシタはインピーダンスとみなされ得るものであり、そのことによって、十分に高い電圧波の周波数および／または十分に大きい電気的キャパシタおよび／または十分に大きな振幅を有する電圧波によって、有利には、電気的キャパシタの対からの出口で、充電デバイスに供給するのに十分に大きい電圧波を得ることが可能である。

本発明の一態様では、方法は、前記電気的キャパシタ（１２５、１３０）からの出口で前記電圧波を整流するステップを含んでもよい。

本発明のこの実施形態は、充電デバイスが直流電流を供給されなければならないときに有利である。

本発明のさらなる態様では、直流電圧を電圧波に変換するステップが、能動スイッチ、例えばトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）をオンおよびオフに交互に切り替えるステップを含んでいてもよい。

すなわち、本発明のこの態様は、スイッチング処置によって電圧波を生成する可能性をもたらし、そのことは、信頼性が高くおよび容易に制御可能である非常に単純な解決手段を表す。

この文脈で、スイッチング処置を用いて電気的キャパシタを介して高電力を送信することが、簡単な普通の仕事ではないということを考えてみることには、それだけの価値がある。少なからぬ量だけ電圧波の振幅を増大することは、ガルバニック絶縁キャパシタの前に変圧器または昇圧回路を、および、ガルバニック絶縁キャパシタの後に変圧器または降圧回路を使用することを意味し、このことには、場所を塞ぐこと、漏電、および価格が比較的増大することが伴う。

電圧波の振幅を増大することは、安全性の点からさらに有害である。他方でキャパシタを増大することは、誘電率がより高い誘電材料を使用すること、および／または、誘電体の厚さを低減することを意味し、このことには、ガルバニック絶縁を比較的悪化させること、および漏電の増大、および／または、アーマチュアの寸法が増大し、その結果として場所を塞ぐことが増大することが伴う。

最後に、例えば、場合によっては共振型またはほぼ共振型の、ブリッジまたはハーフブリッジのスイッチング配置設計などの、既知のタイプの何らかのスイッチング・システムによって電圧波の周波数を増大することは、一般的には、漏電の増大、および、フローティング・ノードを基準とするスイッチの存在に起因して能動スイッチの駆動が困難で高価になることを招く。

この理由で、本発明の態様は、直流電圧を電圧の波に変換するステップが、前記能動スイッチの各遷移ステップ、すなわち、オフ（抑制される）からオン（飽和）へ、およびオンからオフへの両方の間に、前記能動スイッチに付与される電力（電圧および／または電流）を実質的に零値に低下させるステップを含んでいてもよい。

この方法では、漏電がスイッチング・サイクルの間に少なからず低減され、このようにして、サイクルの周波数を、したがって、それらのサイクルにより生成される電圧波の周波数を増大することが可能になり、その結果、同じ付与される電圧が与えられるとして、送信される電力を増大することが可能になり、または、同じ送信される電力が与えられるとして、付与される電圧を低下させることが可能になる。

本発明のさらなる態様では、直流電圧の電圧波への変換ステップが、固定の電位が基準とされた単一の能動スイッチに基づく回路上の体系を使用するステップ、すなわち、上記で説明したモードにしたがって、単一の能動スイッチ、例えば単一のトランジスタ（例えばＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）をオンおよびオフに交番でスイッチするステップを含んでいてもよい。

この方法では、上記で説明した利点だけでなく、回路の複雑性が非常に低減され、かつ能動スイッチのドライバが単純化され、したがってその能動スイッチは、より高い周波数で案内（ｐｉｌｏｔ）され得る。

他方で、この方法を適用するときに起こり得る典型的な問題は、充電デバイスに伝達される電力を制御することが困難であるということであり、そのことは、この伝達される電力が、充電デバイス自体によって決まる場合があり、さらには一定でもなく、事前に知られてもいない場合があるという事実に起因する。

典型的には、実際には、設計点からの作動点の各々の変位が、システムの性能の落ち込みまたは不完全な挙動を決定するので、ただ１つのトランジスタを用いた共振型配置設計が、一定であり知られている負荷に適用可能である。

この理由で、本発明の他の態様は、用いることで充電デバイスに送信される電力を変動させることが可能なモードに関係する。

これらの態様の１つによれば、方法は、前記能動スイッチのオンおよびオフの切替の１または複数のサイクルを防止または変更するステップを含んでいてもよい。

オンおよびオフに切り替えるサイクルが抑制されるとき、すなわち遂行されないとき、充電デバイスに全体として送信される電力は、有利には低減され、高度に効率的であり、伴う漏電が非常に低い。

オンおよびオフに切り替えるサイクルは、例えば、能動スイッチの電気パイロット信号を一時的に中断することにより抑制され得る。

より詳細には、本発明の態様は、充電デバイスに伝達されることになる電力の所定の基準値を基礎として、抑制されるサイクルの数および／または周波数を調節する可能性を含む。

このようにして、有利には、供給されることになる特定の充電デバイスによって、および、一般的には必要性によってより多くのことによって修正され得る、上記で述べた基準値を達成するように、充電デバイスに送信される電力を調節することが可能である。

さらに、より詳細には、伝達される電力を調節することが、例えば、充電デバイスに伝達される電力を測定するステップと、測定された電力と所定の基準値との間の差を算出するステップと、差を最小化するように、抑制されるオンおよびオフにスイッチするサイクルの数および／または周波数を調節するステップと、を含むフィードバック制御によって遂行され得る。

充電デバイスへの電力の調節の第１のモードに加えて、またはその第１のモードの代わりに、電気的負荷に並列に設定される電気的線路上に電圧波を一時的に偏移させるステップを含む調節の第２のモードが使用され得る。

電圧波が電気線路上に偏移させられるとき、充電デバイスは供給されず、そのことによって、その充電デバイスに送信される電力が全体として低減される。

この偏移させるステップを可能にするために、電気線路は、第２の能動スイッチ、例えば第２のトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）および第３のキャパシタを備え得るものであり、第３のキャパシタは、第２の能動スイッチに直列に接続され、第２の能動スイッチがオンにスイッチされる（すなわち飽和である）ときに、充電デバイスに対して短絡回路とみなされるのに十分に高いキャパシタ値を有する。

この場合でもまた、本発明の態様は、充電デバイスに伝達されることになる電力の所定の基準値を基礎として、スイッチするステップの継続期間、および／または、用いることで偏移させるステップが最終的に反復される周波数を調節することを含む。

このようにして、有利には、供給されることになる特定の充電デバイスによって修正され得る基準値を達成するような方途で、充電デバイスに現実に送信される電力を調節することが可能である。

具体的には、伝達される電力を調節することが、例えば、充電デバイスに伝達される電力を測定するステップと、測定された電力と所定の基準値との間の差を算出するステップと、差を最小化するように、偏移ステップの継続期間、および／または、用いることで偏移ステップが最終的に反復される周波数を調節するステップと、を含むフィードバック制御によって遂行され得る。

充電デバイスへの電力を調節するための第３の方策が、初期直流電圧を調節するステップを含んでいてもよい。

初期直流電圧を調節することは、例えば、任意のタイプ、例えば線形、スイッチング、さらには他のもののＤＣ／ＤＣコンバータによって得られるものである。

前述の場合でのように、この方策もまた、例えば実際に伝達された電力のフィードバック制御によって、充電デバイスに伝達することが所望される電力の所定の基準値を基礎として電圧を調節することを含み得る。

この第３の方策は、前述の方策の１つもしくは複数の代わりに、またはそれらと組み合わせて実装され得る。

本発明の異なる態様は、初期直流電圧を生成することに関係する。

この直流電圧は実際には、直流電圧生成器、例えば電池によって生成され得るものであり、または、例えば共用の配電網により提供される交流型の電圧を整流するステップにより生成され得る。

本発明の異なる態様では、各キャパシタの第１のアーマチュアが、ユーザ・デバイス上に設置され、一方で、各電気的キャパシタの第２のアーマチュアが、ユーザ・デバイスとは分離され独立している供給デバイス上に設置され、前記方法が、前記ユーザ・デバイスを、その各々に設置された前記アーマチュアが同一のガルバニック絶縁キャパシタを実現するように供給デバイスに近付けるステップを含む。

本発明のこの態様は、供給デバイスとユーザ・デバイスとの間で、容量性の方法で、ワイヤレスで、電力を伝達するための方法を描写するものであり、すなわちそのユーザ・デバイスは、機能するために、またはそのユーザ・デバイスの内部電池を充電するために、電気的に供給され得る。

このようにして、一方および他方に設置されたアーマチュアが、本明細書で、上記で説明したキャパシタを実現するように、ガルバニック接触なしで、例えばセル電話などの電気的／電子デバイスに、そのデバイスを供給デバイス上に単に置くことにより供給することが可能である。

本発明のさらなる実施形態は、電気的負荷に電力を伝達するための装置であって、少なくとも１対の電気的キャパシタと、直流電圧を電圧波に変換する手段と、前記キャパシタへの入口で前記電圧波を付与する手段と、前記キャパシタからの出口で前記電圧を前記電気的負荷に供給する手段と、を備えた電気的負荷への電力伝達装置を開示する。

本発明のこの実施形態は、本質的には、本明細書で、上記で説明した電力の伝達方法を遂行すること、したがって関係のある利点を得ることを可能にする装置を提供する。

特に２つのキャパシタの存在によって、一次回路と二次回路との間のガルバニック絶縁、さらには、充電デバイスに供給するのに十分である電力を伝達すること、同時に、変圧器の、ならびに、従来技術で使用されている能動素子およびリアクタンス素子での漏電の問題を解決することを保証することが可能である。

本発明の態様では装置は、前記キャパシタからの出口で電圧波を整流する手段もまた備え得る。

本発明のこの実施形態は、充電デバイスが直流電圧を供給されることになるときに有利である。

本発明のさらなる態様では、直流電圧を電圧波に変換する手段が、少なくとも、能動スイッチ、例えばトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）と、交互に能動スイッチをオン（すなわち飽和）およびオフ（すなわち抑制）にスイッチするのに適した電気的パイロット信号を生成するための手段（ドライバ）と、が設けられるスイッチング回路を備え得る。

より詳細には、好ましくは固定の、好ましくは最小で低い電位（接地）に関係する、１つだけの能動スイッチ、例えば１つのトランジスタのみ（ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ等）を利用するスイッチング回路が使用される場合があり、そのことは、信頼性が高く、容易に制御可能であり、および経済的である非常に単純な解決策を表す。あるいは、例えば、関係のあるドライバとともに２つ以上の能動スイッチを備える、他のタイプのスイッチング回路が使用される場合がある。

スイッチング回路（すなわち、そのスイッチング回路を編成する電気的構成要素）は、電圧波がキャパシタに付与されるということのみが大切であるので、ガルバニック絶縁キャパシタの上流、または、そのガルバニック絶縁キャパシタの下流、すなわち、ガルバニック絶縁キャパシタと充電デバイスとの間のいずれかに物理的に位置させられる場合があるということがさらに明示される。

この文脈でもまた、すべての既知のスイッチング回路が、漏電の程度が適度な高電力電圧波を生成することが可能であるとは限らないということを述べることには、それだけの価値がある。

例えば、一部の典型的なスイッチング回路はフローティング・トランジスタを利用し、したがってそのフローティング・トランジスタは、高レベルの動的な漏電を伴う、本来低速のブートストラップ回路またはハード・スイッチング回路が設けられたドライバを必要とし、それらが実際には、最大スイッチング周波数を、したがって、生成される電圧波の周波数を制限する。

この理由で、本発明の好適な態様では、直流電圧の、電圧波への変換手段は、能動スイッチの各々の遷移ステップ、すなわち、オフからオンへ、およびオンからオフへの両方の間に、スイッチング回路の能動スイッチにより放散される電力（電圧および／または電流）を実質的に零値に低下させるように調節される、例えばほぼ共振する、または共振する、リアクタンス回路もまた備える。

リアクタンス回路は、相互に特別に接続される、１つまたは複数のコンデンサおよび１つまたは複数のインダクタを備える電気回路である。リアクタンス回路を調整することは、それぞれ容量および電気的インダクタンスの点から、コンデンサおよびインダクタを設定（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）することにある。

本発明のこの態様では、直流電圧の電圧波への変換手段は、実際上は、スイッチング回路およびリアクタンス回路の両方を考慮して、ｅ、ｆ、ｅ／ｆ等々の級の増幅器の回路と融合可能である（ａｓｓｉｍｉｌａｂｌｅ）回路図を備える。

これにより、能動スイッチのスイッチング・サイクルの間の漏電が少なからず抑えられ、これにより、これらのサイクルの周波数の、したがって、それらのサイクルにより生成される電圧波周波数の増大が行われるということが可能になり、その結果、同じ付与される電圧が与えられるとして、送信される電力が増大され得るものであり、または、同じ送信される電力が与えられるとして、付与される電圧が低下させられ得る。

電圧の周波数を増大することは、送信されることになる同じ電力が与えられるとして、すべてのリアクタンス構成要素、および特にガルバニック絶縁キャパシタの寸法を低減することが可能である利点をもたらす。

本発明の態様ではリアクタンス回路は、電圧波を、充電デバイスに向けて通過するように、その電圧波の基本周波数の少なくとも１つを残してフィルタリングするように調整され得る。

５０％のデューティ・サイクルを有する矩形波電気信号を用いてスイッチング回路の能動スイッチを案内する場合を考慮すると、リアクタンス回路は、生成された電圧の第１の基本周波数が通過することを可能にするように構設され得るものであり、その場合、電圧波の生成手段は、ｅ級増幅器と融合可能であることになる。あるいはリアクタンス回路は、電圧波の第３の基本周波数、および／または、他のより大きな高調波が通過することを可能にするように構設され得るものであり、その場合、電圧波の生成手段は、ｆ級増幅器と融合可能であることになる。これに対して、リアクタンス回路が、ｅ／ｆ級増幅器等々と同様の挙動によって、より高い周波数の基本周波数が通過することを可能にする、または、同時にいくつかの周波数が通過することを可能にするような方途で構設されるということが可能である。

本発明のこの態様には、充電デバイスへの電力の伝達を改善する、および、放散されるエネルギーを最小限に抑える利点がある。

この点で、リアクタンス回路を規定する電気的構成要素は、すべてがガルバニック絶縁キャパシタの上流に、または、すべてがそのガルバニック絶縁キャパシタの下流に、もしくは、ガルバニック絶縁キャパシタと充電デバイスとの間に物理的に位置させられる場合があり、あるいはそれらの電気的構成要素は、部分的にガルバニック絶縁キャパシタの上流に、および部分的にそのガルバニック絶縁キャパシタの下流に分散させられる場合があり、ただしこのことは、このことが効果を修正することなく行われるということが明示される。

さらにガルバニック絶縁キャパシタは、リアクタンス回路の一体部品である場合さえあり、または、そのリアクタンス回路から独立している場合がある。

さらに本発明の態様は、充電デバイスに送信される電力が変動させられ得る方途に関係する。

これらの態様の１つでは装置は、電気的パイロット信号を制御するための手段を備え得るものであり、制御手段が、前記能動スイッチの１つまたは複数の連続的なオンおよびオフに切り替えるサイクルを防止または変更するように、前記電気的パイロット信号の生成を中断または修正するように構成される。

抑制されるサイクルの間、電気的負荷は供給されず、システムは自由減衰振動モードによって振動し続ける。もたらされるサイクルの間、充電デバイスは代わりに供給され、システムは強制振動モードによって振動する。

先に解説したように、本発明のこの態様には、伴う漏電が非常に小さく効率が高い、充電デバイスに送信される全体としての電力の変動を可能にする利点がある。

より詳細には本発明の態様は、制御手段が、負荷に伝達されることになる電力に特有である電気的パラメータの所定の基準値を基礎として、抑制されるサイクルの数および／または周波数（すなわち、パイロット信号の中断の継続期間、および／または、用いることで中断が場合によっては反復され得る周波数）を調節するように構成されるという可能性を含む。

電力に特有である上記の電気的パラメータは、電力自体である場合があり、または、充電デバイスの供給電圧、もしくは場合によっては充電デバイスに送信される供給電流である場合がある。

このようにして、有利には、供給されることになる特定の充電デバイスによって修正され得る、上記で述べた基準値を達成するような方途で、充電デバイスに送信される電力に特有な電気パラメータを調節することが可能である。

さらにより詳細には、制御手段が、適切なセンサを使用して、例えば、低電圧での二次側が元になるフィードバック信号を生成するのに適したセンサによって、または、基にして充電デバイス上の電力が間接的に算出され得る一次側上の１つもしくは複数の電圧および／または電流の値を測定するのに適したセンサを使用して、電力に特有な上記で述べた電気パラメータを測定するように、次いで、電力に特有な電気的パラメータの測定結果と所定の基準値との間の差を算出するように、および、差を最小化するように、抑制されるオンおよびオフにスイッチするサイクルの数および／または周波数を調節するようになどで構成され得る。

制御手段に加えて、またはその制御手段の代わりに、装置は、電気的負荷に並列に設定される電気的線路上に電圧波を一時的に偏移させるための手段を備え得る。

電圧波が電気線路上に偏移させられるとき、充電デバイスは供給されず、そのことによって、その充電デバイスに送信される電力が全体として低減される。

電圧波を偏移させるための手段は、例えば、第２の能動スイッチ、例えばトランジスタ、電気線路に沿って第２の能動スイッチに直列に配置構成される第３の電気キャパシタ、および、交互に第２の能動スイッチをオン（すなわち飽和）およびオフ（すなわち抑制する）にスイッチするための電気的パイロット信号を生成するための手段（ドライバ）を備え得る。

第３の電気キャパシタは、第２の能動スイッチがオンである（すなわち飽和である）ときに、充電デバイスに対して短絡回路とみなされるのに十分に高い値を有さなければならない。

これにより、第２の能動スイッチがオンであるとき、キャパシタにより伝達される電気エネルギーが制御容量上に偏移させられ、一方でその第２の能動スイッチがオフであるとき、充電デバイスがすべてのエネルギーを吸収する。

第２の能動スイッチがオンであるとき、回路内で交換される無効電力のみが存在し、一方でその第２の能動スイッチがオフであるとき、エネルギーが充電デバイスに伝達されるので、システムの効率が絶えず高くあり得るということは注目すべきである。

第２の能動スイッチの電気パイロット信号はＰＷＭ信号等々であり得るものであり、そのことによって、充電デバイスに送信される電力は、電気パイロット信号のデューティ・サイクルに比例する。

第２の能動スイッチのパイロット信号は、スイッチング回路の能動スイッチのパイロット信号とは無関係であることに留意されたい。

本発明の態様は、装置が、充電デバイスに伝達されることになる電力に特有である電気パラメータの所定の基準値を基礎として、偏移ステップの継続期間、および／または、用いることで偏移ステップが最終的に反復される周波数を調節するための手段を備えるという可能性を含む。

この場合でもまた、電力に特有な電気パラメータは、電力自体である場合があり、または、供給充電の電圧、もしくは充電デバイスに送信される供給電流である場合さえある。

この方途では有利には、供給されることになる特定の充電デバイスによって修正され得る基準値を達成するような方途で、充電デバイスに送信される電力に特有な電気パラメータを調節することが可能である。

調節手段は例えば、先に述べた第２の能動スイッチの電気パイロット信号のデューティ・サイクルを調節するように構成される制御回路を備え得る。

より詳細には、制御回路が、電力に特有な上記で述べた電気パラメータを測定するように、電力に特有な電気パラメータの測定結果と所定の基準値との間の差を算出するように、および、差を最小化するように、第２の能動スイッチの電気パイロット信号のデューティ・サイクルを調節するように構成され得る。

この調節システムは非常にリアクタンス性であること、および、出力電圧上のリップルが非常に小さくなり得ることに留意されたい。実際には、電圧波生成回路（例えば、ｅまたはｆまたはｅ／ｆ級）の作動周波数が非常に高いことを考慮して、制御回路は、電圧波生成回路の作動周波数とは無関係に任意の周波数で、したがって必要であれば高い周波数でもまた（ＭＨｚまたは数百ｋＨｚでさえも）、上に述べたようにリップルが非常に小さい状態で作動することが可能である。

この機能図のさらなる利点は、二次側に位置する制御回路が、一次回路に対して完全に独立しているということである。

このことによって、全体の制御処理が低電圧回路側の側で行われるので、一次側から二次側へのフィードバック信号のさらなる高価な送信回路（典型的には、いかなる場合でもガルバニック絶縁を保証する、一次または二次のフィードバック信号の、光アイソレータまたは別の伝達手段）を不要にすることが可能になる。

やはり負荷に送信される電力を調節するために、装置は、上記で説明した手段に加えて、またはその手段の代わりに、初期直流電圧を調節するための手段を備え得る。

調節手段は、例えば、スイッチング回路の上流に位置するＤＣ／ＤＣコンバータ、例えば線形、スイッチング、または任意の他のタイプのＤＣ／ＤＣコンバータを備え得る。

前述の場合でのように、本発明のこの態様は、例えばフィードバック制御図によって、電気的負荷に伝達されることになる電力に特有な電気パラメータ（電力自体、充電デバイスの供給電圧、または充電デバイスの供給電流）を基礎として、電圧を調節するような方途で構成される電圧調節手段もまた備え得る。本発明の異なる態様は、初期直流電圧を生成することに関係する。

本発明の態様では装置は、電圧波を生成する変換手段に供給するための、直流電圧生成器、例えば電池を備え得る。

この場合では装置全体が、実際にはＤＣ／ＤＣコンバータの部類に入ることになる。

あるいは装置は、交流電圧を直流電圧に整流するための、および、電圧波を生成するためのコンバータ手段に直流電圧を供給するなどの、交流電圧源、例えば共用の配電網に接続可能である、出力リップルを低減するためのフィルタを伴う、整流器手段、例えばダイオード・ブリッジ整流器を備え得る。

第２の場合では、装置全体が、実際にはＡＣ／ＤＣコンバータの部類に入る。

本発明の実施形態では、ガルバニック絶縁キャパシタの各々が事前組立の構成要素、すなわちコンデンサである場合があり、したがってキャパシタが同じデバイス内に設置される場合がある。

この実施形態は、装置全体が、実際には、例えば供給または再充電されなければならない電気／電子デバイスなどの電気的負荷に、電気ケーブルを介して接続され得る、（単一の構成要素を意味すると解される）コンバータを構成するようなものである。

あるいは本発明のさらなる実施形態では、装置は、ユーザ・デバイス、および、ユーザ・デバイスとは別々であり独立している供給デバイスを備え、ユーザ・デバイスは、ガルバニック絶縁キャパシタの各々の第１のアーマチュアを備え、一方で供給デバイスは、キャパシタの各々の第２のアーマチュアを備える。

本発明のこの実施形態では、装置は、供給デバイスとユーザ・デバイスとの間で、容量性の方途で、およびワイヤレスで、電力を伝達するのに適したものとなり、そのユーザ・デバイスは、機能することが可能であるように、またはそのユーザ・デバイスの内部電池を充電するために、電気的に供給される。

特にユーザ・デバイスは、受信デバイスに、および放出デバイスに設置されたアーマチュアが、本明細書で、上記で説明したガルバニック絶縁キャパシタを実際に実現するように、供給デバイス上に単に置くことにより供給または再充電され得る、例えばセル電話、コンピュータ等々のような任意の電気／電子デバイスであり得る。

本発明のさらなる特性および利点が、図面の付随する一覧で説明する図の助力によって、非限定的な例として提供する以下の説明を読むことで明らかになろう。

本発明の実施形態による電力を伝達するための装置の単純化された回路図である。 図１の単純化された回路図の変形例の図である。 図１の装置のより詳細な回路図である。 図３の回路図の変形例の図である。 図４の回路図の変形例の図である。 図１の装置の実際上の実現形態を概略的に例示する図である。 図１の装置の第２の実際上の実施形態の概略的な図である。 拡大スケールでの図７の細部のＶＩＩＩの図である。

図１に示すように、本発明の実施形態は、充電デバイス１０５に電力を伝達するための装置１００を提供する。

充電デバイス１０５は、例えば、任意の電気デバイスまたは電子デバイスであって、動作を可能にするために、および／または、そのデバイス自体の内部電池を充電するために電力供給されなければならない、任意の電気デバイスまたは電子デバイスであり得る。このタイプの電気的／電子デバイスの標準的な例は、携帯電話、コンピュータ、テレビ、さらには他のものである。

回路の観点からは、図１の例で示す装置１００はＤＣ／ＤＣコンバータであり、ＤＣ電圧源１１０から、ここでは一般的に電気的抵抗の記号により示される充電デバイス１０５に電力を伝達するのに適している。

ＤＣ電圧源１１０は、例えば電池であってもよい。

あるいは源１１０は、整流器１１１、例えばダイオード・ブリッジ、単一ダイオード、結合された二重ダイオードまたは別の同期整流器を備えていてもよく、整流器１１１は、交流電圧源１１２、例えば２３０Ｖ、５０Ｈｚでの共用の配電網との接続を、源１１２により生成される交流電圧を整流するために行うのに適している。フィルタ安定化器が、整流器１１１の下流にすぐ近くに存在する場合がある。第２の場合では、装置１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータとしてより適正に構成されることになる。

装置１００は概略的には、源１１０に直接接続される一次回路１１５および充電デバイス１０５に直接接続される二次回路１２０を備え、一次回路１１５および二次回路１２０は、少なくとも１対の絶縁電気キャパシタである第１のキャパシタ１２５および第２のキャパシタ１３０により相互に電気的に絶縁される。

一次回路１１５は、源１１０により生成される直流電圧を電圧波に、すなわち電圧パルスの連続体に変換するためのコンバータ１３５を備え、各々の電圧パルスは、最小値から、例えば、ただし必ずしもそうではないが実質的に零から、入力でのＤＣ電圧の実体によって決まる最大値まで変動する。

次いでコンバータ１３５からの出力での電圧波が、キャパシタ１２５および１３０の対に付与され、それらのキャパシタは二次回路１２０に電圧波を送信する。

二次回路１２０は、ＤＣ電圧を新しく得るためにキャパシタの対からの出力での電圧波を整流するのに適している整流器１４０を備えている。整流器１４０は、ブリッジ・ダイオード整流器、単一ダイオード、結合された二重ダイオードまたは別の同期整流器であってもよい。場合によっては、整流器１４０は、電圧の後続の安定化段（例えば、ＬＣフィルタまたは他のもの）と組み合わされてもよい。

次いで整流器１４０から出力される直流電圧が、供給されることになる充電デバイス１０５の入力端子に付与される。

実際上は、充電デバイス１０５は、２つのキャパシタ１２５および１３０の間に直列に接続され、それらのキャパシタは１対のインピーダンスとみなされ得るので、それらのキャパシタによって、整流器１４０で整流され、場合によっては安定化させられ、次いで充電デバイス１０５に供給するために使用されることになる、十分に高い電圧波の二次回路１２０への送信が可能になる。

この点で、他の実施形態では整流器１４０が存在しない場合があり、これにより、充電デバイス１０５に交流電圧を供給することが可能なＤＣ／ＡＣ（またはＡＣ／ＡＣ）コンバータを得るということに留意されたい。

より詳細に考察すると、本発明の好適な態様ではコンバータ１３５は、キャパシタ１２５および１３０に付与される電圧波を生成するのに適しているスイッチング回路１４２を備えている。

一般的にはスイッチング回路１４２は、少なくとも１つの能動スイッチ１５５、例えばトランジスタ（例えば、ＢＪＴバイポーラ接合トランジスタ、ＦＥＴ電界効果トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、さらには他のもの）および能動スイッチ１５５に電気的パイロット信号を付与するためのドライバを備え、その信号は、能動スイッチをオン（すなわち、飽和）およびオフ（抑止）することが可能である。

ここで、本発明の例では、スイッチング回路１４２は、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０の上流に位置されるが、他の実施形態では、同一のスイッチング回路１４２は、電圧波がキャパシタ１２５および１３０に付与されるということのみが重要なので、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０と充電デバイス１０５との間に配置されてもよいこととした。

漏電の低い高周波電圧波を生成するために、コンバータ１３５は、能動スイッチ１５５のオフからオンまたはその逆の各遷移の間に、スイッチング回路１４２の能動スイッチ１５５に付与される電力（例えば、電圧および／または電流）を実質的に零の値に低下させるように調整されたリアクタンス回路１４５、例えば、ほぼ共振型、共振型、または完全に共振型の回路もまた備えていてもよい。電力の値に加えて、好ましくは、能動スイッチ１５５に付与される電力の時間微分も、能動スイッチ１５５のオンからオフまたは場合によってはその逆の各遷移の間に実質的に零であるように、リアクタンス回路１４５が調整される。

ここで、この例のリアクタンス回路１４５は、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０の上流に位置されるが、代わりに、その効果を変更することなく、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０と充電デバイス１０５との間に配置されることも可能であり、その構成要素の一部が、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０の上流に位置され、他のものがガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０の下流に位置されることも可能であることとした。

さらに、ガルバニック絶縁キャパシタ１２５および１３０は、リアクタンス回路１４５の一体部品であってもよく、あるいは、リアクタンス回路１４５から独立していてもよい。

純粋に例として、コンバータ１３５は、全体として、図３でより詳細に示される回路図を提示可能である。

図３の例におけるコンバータ１３５は、ＤＣ電圧源１１０に直列に接続される、通常チョーク・インダクタまたはフィード・インダクタと呼ばれる第１のインダクタ１５０を備えている。通常動作の間、第１のインダクタ１５０は本質的には直流電流生成器として振る舞う。

インダクタ１５０と直列に、コンバータ１３５は、上述の能動スイッチ１５５、例えばトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴまたは他のもの）を備え、能動スイッチ１５５は、インダクタ１５０の出力端子に接続されたヘッド（例えば、ＭＯＳＦＥＴ Ｎ型のドレイン）と、源１１０を有する回路に接続された他方の端部（例えば、ＭＯＳＦＥＴ Ｎ型のソース）と、ドライバ１６０、すなわち、スイッチ１５５のパイロット・ヘッドに対する能動電気パイロット信号を生成および付与するのに適した電気的／電子デバイスに接続されたパイロット・ヘッド（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート）とを有している。

パイロット信号は、例えば、デューティ・サイクルが５０％である矩形波電気的信号であり得る。

駆動信号がオン（例えば、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴのソースより高いゲート電圧）のとき、能動スイッチ１５５はオンに切り替わり（すなわち、能動スイッチ内の電流の通過を可能にする飽和になり）、駆動信号がオフ（ＭＯＳＦＥＴのソースより低いゲート電圧など）のとき、能動スイッチ１５５はオフに切り替わる（または、抑制され、能動スイッチ内の電流の通過を防止する）。

コンバータ１３５は、インダクタ１５０と直列で能動スイッチ１５５とは並列に、キャパシタ１６５を備えていてもよく、その出力端子は、能動スイッチ１５５のヘッドおよび第２の絶縁キャパシタ１３０が接続された電気的分岐部を介して電圧源１１０を有する短絡回路に接続されている。

コンバータ１３５は、インダクタ１５０と直列で能動スイッチ１５５およびキャパシタ１６５の両方と並列に、第１の絶縁キャパシタ１２５と直列に接続されるさらなるインダクタ１７０を備えていてもよい。

インダクタ１７０は、システムが動作原理を変化させることなく、キャパシタ１２５および１３０の上流または下流に配置されて合計値が等しい２つ以上のインダクタに分割されてもよい。このような方法で、能動スイッチ１５５がオンに切替られると、インダクタ１５０は充電される。

代わりに、能動スイッチ１５５がオフに切り替えられると、電流は充電デバイスのみに流れ、インダクタ１５０は放電される。

能動スイッチ１５５は、パイロット信号にしたがってオンおよびオフに交互に切り替えれるので、成功の電圧インパルスが、上述の電圧波を全体として形成する絶縁キャパシタ１２５および１３０に付与され、その電圧波は、次いで二次回路１２０に伝達され、次いで充電デバイス１０５に付与される。

この実施形態において、絶縁キャパシタ１２５および１３０は、コンバータ１３５と充電デバイス１０５との間に含まれるリアクタンスにより全体として構成されるリアクタンス回路の一部を形成し得るということがわかる。

すでに述べたように、このリアクタンス回路は、オフからオンへの、およびオンからオフへの能動スイッチ１５５の遷移の各ステップの間に、能動スイッチ１５５に付与される電力（例えば、電圧および／または電流）が、好ましくは時間におけるその微分も、実質的に零の値を有するように調整される。

この調整は、本質的には、リアクタンス要素の適切な選定からなる。

図４に例示するような他の実施形態において、リアクタンス回路１４５は２つのリアクタンス格子部を備えてもよく、そのうちの第１のリアクタンス格子部１７５は、能動スイッチ１５５が適正に機能することを確実にするためのものであり、後続のリアクタンス格子部１８０は、所望の電力を送信するために使用されるものとは異なる充電によるシステムの正しい調整を確実にするためのものである。

リアクタンス回路１４５は、通常、一次回路１１５と二次回路１２０との間で伝達される電圧波に対する通過帯域フィルタとしてもまた働く。フィルタから通過することが許される周波数の帯域もリアクタンス回路１４５の調整によって決まる。

この点に関し、リアクタンス回路１４５が、電圧波の基本周波数の１つまたは複数を通過させるように調整されることが好ましい。

能動スイッチ１５５が、５０％のデューティ・サイクルを有する電気信号矩形波により導かれる特定の例を考慮すると、電圧波の基本周波数は、奇数次、すなわち第１、第３、第５等のものである。したがって、リアクタンス回路１４５は、電圧の第１基本周波数を通過させるように調整され得るものであり、その場合、コンバータ１３５は、実際にはｅ級増幅器に組込み可能である。あるいは、リアクタンス回路１４５は、電圧の第３基本周波数または他の奇数の高調波を通過させるように調整され得るものであり、その場合、コンバータ１３５は、実際にはｆ級増幅器と同様である。リアクタンス回路１４５が、ｅ／ｆ級増幅器等を実現するような方法で、より高い次数の基本周波数を通過させるように、または、同時により多くの基本周波数を通過させるように調整されるということも可能である。

前述したように、能動スイッチ１５５のオンおよびオフに切り替わるサイクルの間、インダクタ１５０は、充電および放電の継続的なサイクルを経る。

この点に関して、インダクタ１５０を各サイクルで完全に放電させるようにサイズ設定することが好ましい。すなわち、通過する電流が一定とみなされ得る古典的方法で設定されるチョーク・インダクタにおいて起こることとは逆に、この特定の場合では、最大値と零との間で通過する電流を振動する（ただし、反転を回避する）ようにチョーク・インダクタ１５０を設定することができる。このようにして、インダクタの値が大幅に低減される。この特定の場合に関しては、より低いインダクタ値を有することが重要である。なぜならば、全体の寸法および抵抗損が適度な割合に抑えられ得るものであり、例えば、インダクタ自体のコアでの損失が低い、空気または別の材料で被包されるインダクタにより実現されるインダクタが使用され得るからである。

上述したような装置１００に関して起こり得る問題は、充電デバイス１０５に送信される電力の調節にある。このことは、可変の充電および事前には未知の状況でのｅもしくはｆまたはｅ／ｆ級増幅器の使用を制限する問題点である。

このタイプの調整を行うために、図５では装置１００の実施形態を例示するが、その装置１００が図４のものと異なるのは、コンバータ１３５の下流に、好ましくはさらに絶縁キャパシタ１２５および１３０の下流に、整流器１４０とは並列に電気線路が挿入されており、その電気線路は、さらなる能動スイッチ１９０、例えばトランジスタ（例えば、ＢＪＴ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、および他のもの）に直列なキャパシタ１８５を備えるという点のみである。

能動スイッチ１９０は、能動スイッチ１９０のパイロット・ヘッドへのパイロット信号、好ましくはＰＷＭ電気信号等々を生成および付与するのに適したドライバ１９５に接続されていてもよい。

パイロット信号がオンのとき、能動スイッチ１９０はオンとなり（すなわち、線路上の通過を可能にする飽和になり）、一方、駆動信号がオフのとき、能動スイッチ１９０はオフとなる（または、抑制に変わり、線路上の電流の流れを防止する）。

キャパシタ１８５は、能動スイッチ１９０がオンのときに、充電デバイス１０５に対して短絡回路とみなされるのに十分に高い値を有する。

このようにして、能動スイッチ１９０がオンにされるとき、絶縁キャパシタ１２５および１３０から伝達される電気的エネルギは、主にキャパシタ１８５上に迂回させられ、一方でその能動スイッチ１９０がオフのとき、充電デバイス１０５がすべてのエネルギーを吸収する。

したがって、充電デバイス１０５に送信される電力は、能動スイッチ１９０がオンにされる時間に、例えばＰＷＭ電気的パイロット信号のデューティ・サイクルに反比例する。したがって、能動スイッチ１９０の点弧時間を調整することにより、例えばＰＷＭ電気的パイロット信号のデューティ・サイクルを調整することにより、有利には、充電デバイス１０５に伝達される電力を調整することが可能である。

例えばドライバ１９５は、充電デバイス１０５に伝達されることになる電力の特有のパラメータの所定の値を達成するように、ＰＷＭパイロット信号のデューティ・サイクルを調整するように構成される制御回路（例示しない）を備えていてもよい。

電力に特有である電気的パラメータは、電力自体であってもよく、あるいは、その電気的パラメータが、充電の電源の電圧もしくは場合によっては充電デバイスに送信される供給電流であってもよい。

より詳細には、制御回路は、例えば、二次回路１２０に付与される１つまたは複数の電圧および／または電流のセンサによって、充電デバイスに伝達される電力に特有な電気的パラメータを測定すること、電力に特有な電気的パラメータの測定結果と所定の基準値との間の差を算出することおよび差を最小化するように、ＰＷＭ電気的パイロット信号のデューティ・サイクルを調整することを含む、フィードバック制御を行うように構成されていてもよい。

電力を調節するためのこの方法は、図面に示したすべての回路図および同じ形式の他の回路に適用され得ることに留意されたい。

この制御モードに加えて、あるいはこの制御モードの代わりに、充電デバイス１０５に送信される電力は、一次回路１１５上で処置することにより、例えば、能動スイッチ１５５の１つまたは複数のオンおよびオフのサイクルを抑制するように能動スイッチ１５５のパイロット信号パルスの生成を中断することにより調整されてもよい。

抑制されるサイクルの間、インダクタ１５０には電力供給されず、システムは減衰自由振動モードで振動し続ける。実行されるサイクルの間、インダクタ１５０には代わりに供給され、システムは強制振動モードで振動する。

このようにして、数および／または「中断される」パルス周波数を適切に調整することにより、充電デバイス１０５に伝達される電力が効果的に調節される。

この目的のために、ドライバ１６０は、充電デバイス１０５に伝達されることになる電力に特有な電気的パラメータの所定の値にしたがうために、パイロット矩形波の「中断される」電気的インパルスの数および／または周波数を調整するように構成される制御回路（例示しない）を備えていてもよい。

この場合においても、電力に特有な電気的パラメータは、電力自体であってもよく、あるいは、その電気的パラメータが、充電デバイスの電源電圧もしくは場合によっては充電デバイスに送信される供給電流であってもよい。

より詳細には、制御回路は、例えば、二次回路１２０または一次回路１１５に付与される１つまたは複数の電圧および／または電流のセンサによって、充電デバイスに伝達される電力に特有な電気的パラメータを測定すること、電力に特有な電気的パラメータの測定結果と所定の基準値との間の差を算出することおよび差を最小化するように、矩形波ドライブの「中断される」電気的インパルスの数および／または周波数を調節することを含む、フィードバック制御を行うように構成されていてもよい。

この電力調整手法は、図面に示したすべての回路図および同じ形式の他の回路にもまた適用され得る。

上述の方法に加えて、またはそれらの方法の代わりに、充電デバイス１０５に送信される電力が、源１１０により生成される直流電圧を調節することにより調整されてもよい。

図２に示されるように、装置１００は実際には、線形コンバータ、スイッチング・コンバータまたは任意の他の形式等のＤＣ／ＤＣコンバータ２００を備えていてもよく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、源１１０の下流およびスイッチング回路１４２の上流、例えばチョーク・インダクタ１５０（図３から図５の図を参照）の上流に配置される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、入力電圧の値とは異なる出力での電圧値を提供するように構成されていてもよく、したがってその結果として、充電デバイス１０５に送信される電力を修正する。

先の場合におけるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、例えばフィードバック制御ルーチンによって、電気的負荷１０５に伝達されることになる電力に特有な電気的パラメータの所望の値によって電圧を調整するのに適した制御回路（示さない）も備え得る。

この場合においても、電力に特有な電気的パラメータは、電力自体であってもよく、あるいは、その電気的パラメータが、充電デバイスの電源電圧、もしくは場合によっては充電デバイスに送信される供給電流であってもよい。

この解決手段を図２の一般の回路を参照して説明したが、図面に示されたすべての回路図および同じタイプの他のものに適用され得ることは明白である。

図６に例示されるように、本発明の実施形態では、上述装置１００の各バージョンが、充電デバイス１０５にケーブルを介して接続され得る（単一の構成要素を意味する）コンバータ・デバイス２５０として実現されてもよい。

この場合では、特に、存在するならば、コンバータ１３５、絶縁キャパシタ１２５および１３０、整流器１４０、任意のフィルタおよび電圧安定化段ならびに整流器１１１を備えた装置１００のすべての本質的な構成要素が、一方の側部で交流電圧の源１１２またはＤＣ電圧源１１０に、および反対の側部で充電デバイス１０５に接続され得る単一の「不可分の物体」に一体化されていてもよい。

具体的には、絶縁キャパシタ１２５および１３０の各々は、「不可分の物体」内に単一のユニットとして設置される、事前組立のキャパシタとして通例の方法で実現できる。

充電デバイス１０５さえもが、その「不可分の物体」の一部であってもよい。

あるいは、本発明の非常に重要な代替的実施形態では、上述の装置１００の任意のバージョンが、ガルバニック接続のない２つの分離したデバイス間の電力のワイヤレス送信のためのシステムとして実現され得る。

図７に示されるように、前記のワイヤレス送信システムは、例えば電源デバイス３００およびユーザ・デバイス３０５を備え、ユーザ・デバイス３０５は、電源デバイス３００とは別々であり独立しており、すなわち、電源３００とのいかなる形式の物理的／機械的接続も顕示しない。

ユーザ・デバイス３０５は、供給デバイス３００の外部本体またはケーシング３１５から独立したユーザ・デバイス３０５自体の外部本体またはケーシング３１０が設けられる携帯電話、コンピュータ、タブレット、照明システム、テレビ受像機その他の任意の電気的／電子デバイスであり得る。

電源デバイス３００は、交流電圧の源１１２または場合によってはＤＣ電圧源１１０に、ケーブルを介して接続するのに適した単一の「不可分の物体」に一体化され得る、具体的には、存在するならば、コンバータ１３５および整流器１１１を備えた、一次回路１１５を規定する装置１００の構成要素を備え得る。

ユーザ・デバイス３０５は、代わりに、ユーザ・デバイス３０５が動作することを可能にするために、再充電される内部電池および／または供給される電子デバイスにより表され得る、具体的には整流器１４０および充電デバイス１０５を備えた、二次回路１２０を規定する装置１００の構成要素を備え得る。

絶縁キャパシタ１２５および１３０は、電源デバイス３００に組み込まれる１対のアーマチュア３２０およびユーザ・デバイス３０５に組み込まれる別の対のアーマチュア３２５により規定されてもよい。

各アーマチュア３２０および３２５は、誘電材料の層３４５がコーティングされた任意の導電材料の層３４０により実現されてもよい。

アーマチュア３２０および３２５は、ユーザ・デバイス３０５を電源デバイス３００に近付けることにより、例えば、電源デバイス３００上にユーザ・デバイス３０５を配置することにより、各アーマチュア３２０の導体層３４０が、対応するアーマチュア３２５の導体層３４０とともに、および、アーマチュア３２０の導体層３４０とアーマチュア３２５の導体層３４０との間に挿置されたままとなる誘電材料３４５とともに、それぞれ、絶縁キャパシタ１２５または絶縁キャパシタ１３０を実現するように、それぞれのデバイス内に配置されなければならない。

この点に関して、供給デバイス３００のアウター・ケーシング３１５は支持壁部３３０を備え得るものであり、ユーザ・デバイスのアウター・ケーシング３１０は、給電デバイス３００の支持の壁部３３０に面し、その支持の壁部３３０上で支持されることになる基準壁部３３５を備えていてもよい。

アーマチュア３２０は、支持壁部３３０の外部または内部の表面上に付与され得るものであり、一方でアーマチュア３２５は、壁部３３５の外部または内部の表面上に付与され得る。

図８に示されるように各アーマチュア３２０および３２５は、より正確には３つの重畳された層を備え得るものであり、導電層３４０が、上部誘電層３４５と下部誘電層３５０との間に挿置される。下部誘電層３５０は、基板３５５上で支持され得る。各々のアーマチュア３２０の上部誘電層３４５は、アーマチュア３２５の上部層に直接接触するように前もって定められている。

各アーマチュア３２０の基板３５５は、供給デバイス３００の支持壁部３３０の一部分である場合があり、一方で各々のアーマチュア３２５の基板３５５は、ユーザ・デバイス３０５の基準壁部３３５の一部分である場合がある。

基板３５５は、それが導電層３４０から十分に離れているならば、任意の導電材料または誘電材料で作製されてよい。これに対して導電層３４０に非常に近いならば、基板３５５は、経時的に変動する電場により圧迫されるときは、低い漏電および低い誘電率により特徴付けられる誘電体であることがより良好である。基板３５５が誘電材料であるならば、下部誘電層３５０は存在しない場合がある。

下部誘電層３５０は、存在するならば、好ましくは、電場が基板の方向にほとんど伝搬しないように、低い漏電および低い比誘電率により特徴付けられる。

導電層３４０は、場合によってはドープされた、任意の導電性または半導電性の材料の類であり得るが、最良の結果は低抵抗率の材料によって得られる。

上部誘電層３４５は、好ましくは、アーマチュア３２０およびアーマチュア３２５の導電層３２０の間の最良の可能な電気的結合を可能にするべきである。したがって上部誘電層３４５は、好ましくは可能な限り薄く、低い漏電および高い比誘電率により特徴付けられる。

このようにして、ユーザ・デバイス３０５の充電デバイス１０５は、アーマチュア３２０および３２５の、導電層３４０および上部誘電層３４５が、充電デバイス１０５への電力の伝達を可能にする、装置１００の第１の絶縁キャパシタ１２５および第２の絶縁キャパシタ１３０を実現するように、給電デバイス３００のアーマチュア３２０上にユーザ・デバイス３０５のプレート３２５を単に配置することにより、いかなるガルバニック接続もなしで、電力供給または再充電され得る。

提案する配置設計を用いると、アーマチュア３２０および３２５の高電力周波数を可能にする、高周波共振型の、または、パイロットより高い高調波と共振するコンバータ１３５（例えば、「ｅ」、「ｆ」、または「ｅ／ｆ」級）を使用することによって、非常に小さな寸法のアーマチュア３２０および３２５が、セル電話、コンピュータ、カメラ、ＭＰ３プレーヤ、照明システム、例えばＬＥＤシステム、テレビ受像機、さらにはより多くのものなどの、よく使う電子デバイスの内部に容易に収容されるように可能になる。

同時に、アーマチュア３２０および３２５により達成される電圧がきわめて低い（例えば数十ボルト）ということが保証され得るものであり、そのことが、制御回路が存在しないときでさえ、ユーザに対するいかなる危険も回避する。この方途では、非常に高いエネルギー効率、ならびに、全体としての寸法の徹底的な低減、低い作動電圧、高い送信される電力、および低い生産価格が確実にされる。

当然ながら、本分野の技術専門家であれば、以下で請求するような本発明の範囲との関連を絶つことなく、本明細書で、上記で説明したものに対する、技術的、応用的な性質の数多くの修正を行うことが可能である。

１００ 装置
１０５ 電気的負荷
１１０ 直流電圧の源
１１１ 整流器
１１２ 交流電流の源
１１５ 一次回路
１２０ 二次回路
１２５ 第１のキャパシタ
１３０ 第２のキャパシタ
１３５ コンバータ
１４０ 整流器
１４２ スイッチング回路
１４５ リアクタンス回路
１５０ インダクタ
１５５ 能動スイッチ
１６０ ドライバ
１６５ キャパシタ
１７０ インダクタ
１７５ 第１のリアクタンス格子部
１８０ 第２のリアクタンス格子部
１８５ キャパシタ
１９０ 能動スイッチ
１９５ ドライバ
２００ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２５０ コンバータ・デバイス
３００ 供給デバイス
３０５ ユーザ・デバイス
３１０ 外部ケーシング
３１５ 外部ケーシング
３２０ アーマチュア
３２５ アーマチュア
３３０ 支持壁部
３３５ 基準壁部
３４０ 導体層
３４５ 上部誘電層
３５０ 下部誘電層
３５５ 基板

Claims (26)

1. 直流電流を電圧波に変換するステップと、
   第１のキャパシタ（１２５）及び第２のキャパシタ（１３０）を備えた少なくとも２つの電気キャパシタ（１２５、１３０）への入口で前記電圧波を付与するステップと、
   前記キャパシタ（１２５、１３０）からの出口で前記電圧を前記電気的負荷（１０５）に供給するステップと、を含む、電気的負荷（１０５）への電力伝達方法。
2. 前記電気的キャパシタ（１２５、１３０）からの出口で前記電圧波を整流するステップを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記変換ステップが、能動スイッチ（１５５）をオンおよびオフに交互に切り替えるステップを含む請求項１または２に記載の方法。
4. 前記変換ステップが、前記能動スイッチ（１５５）の各遷移ステップの間に、前記能動スイッチ（１５５）により放散される前記電力を実質的に零値に低下させるステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記能動スイッチ（１５５）の１または複数のオン・オフ切替サイクルを防止するステップを含む請求項３または４に記載の方法。
6. 伝達された前記電力の調整が、
   充電デバイスに伝達された前記電力を計測するステップと、
   計測された前記電力及び所定の基準値の差分を算出するステップと、
   前記差分を最小化するように、抑制された前記オン・オフ切替サイクルの数及び又は周波数を調整するステップと、
   を含むフィードバック制御によって行われる請求項５に記載の方法。
7. 前記電気的負荷（１０５）に並列に設定される電気的線路上に前記電圧波を一時的に偏移させるステップを含み、
   前記電気的線路が、第２の能動スイッチ（１９０）と、該第２の能動スイッチに直列に接続されるとともに、前記第２の能動スイッチがオンに切り替えられた場合に前記充電デバイスに対して短絡回路とみなされるのに十分に高いキャパシタ値を有する第３のキャパシタ（１８５）と、を備えた請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 伝送された前記電力の調整が、
   前記充電デバイスに伝送された前記電力を計測するステップと、
   計測された前記電力及び前記所定の基準値の差分を算出するステップと、
   前記差分を最小化するように、前記偏移ステップの継続期間及び又は前記偏移ステップが最終的に反復される周波数を調整するステップと、
   を含むフィードバック制御によって行われる請求項７に記載の方法。
9. 直流電圧を調節するステップを含む請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記直流電圧が、交流電流を整流するステップによって得られる請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 各前記電気的キャパシタ（１２５、１３０）の第１のアーマチュア（３２５）が、ユーザ・デバイス（３０５）上に設置され、一方で、各前記電気的キャパシタ（１２５、１３０）の第２のアーマチュア（３２０）が、前記ユーザ・デバイス（３０５）とは分離され独立している供給デバイス（３００）上に設置され、前記ユーザ・デバイス（３０５）を、その各々に設置された前記アーマチュア（３２０、３２５）が前記キャパシタ（１２５、１３０）を実現するように前記供給デバイス（３００）に近付けるステップを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 第１のキャパシタ（１２５）及び第２のキャパシタ（１３０）を備えた少なくとも１対の電気的キャパシタ（１２５、１３０）と、
    直流電圧を電圧波に変換する手段（１３５）と、
    前記キャパシタ（１２５、１３０）への入口で前記電圧波を付与する手段と、
    前記キャパシタからの出口で前記電圧を前記電気的負荷（１０５）に供給する手段と、を備えた電気的負荷（１０５）への電力伝達装置（１００）。
13. 前記キャパシタ（１２５、１３０）からの出口で前記電圧波を整流する手段（１４０）
    を備えた請求項１２に記載の装置。
14. 前記コンバータ手段（１３５）が、少なくとも、
    能動スイッチ（１５５）と、
    該能動スイッチ（１５５）をオンおよびオフに切り替えるのに適した電気的パイロット信号を生成する手段（１６０）と、
    が設けられたスイッチング回路を備えた請求項１２または１３に記載の装置（１００）。
15. 前記コンバータ手段（１３５）が、前記能動スイッチ（１５５）の各遷移ステップの間に、前記能動スイッチ（１５５）により放散される前記電力を実質的に零値に低下させるように調整されたリアクタンス回路（１４５）を備えた請求項１４に記載の装置（１００）。
16. 前記コンバータ手段（１３５）が、
    ＤＣ電圧源（１１０）及び前記能動スイッチ（１５５）に直列に接続される第１のインダクタ（１５０）と、
    該第１のインダクタ（１５０）に直列に、かつ、前記能動スイッチ（１５５）に並列に接続される更なるキャパシタ（１６５）と、
    を備え、
    前記能動スイッチ（１５５）が、前記インダクタ（１５０）の出力端子に接続されるヘッドと、前記ＤＣ電圧源（１１０）に短絡して接続される他端部と、ドライバ（１６０）に接続されるパイロットヘッドと、を有し、
    前記更なるキャパシタ（１６５）の出力端子が、前記能動スイッチ（１５５）のヘッド及び前記第２の絶縁キャパシタ（１３０）が接続される電気的分岐部を介して前記ＤＣ電圧源（１１０）に短絡して接続される請求項１５に記載の装置（１００）
17. 前記コンバータ手段（１３５）が、前記第１のインダクタ（１５０）及び前記第１の絶縁キャパシタ（１２５）の双方に直列に接続されるとともに、前記能動スイッチ（１５５）及び前記第３のキャパシタ（１６５）の双方に並列に接続される第２のインダクタ（１７０）を備える請求項１６に記載の装置（１００）。
18. 前記リアクタンス回路（１４５）が、前記電圧波に対する帯域通過フィルタとして構成されるとともに、前記電圧の第１基本周波数、前記電圧の第３基本周波数及び他のより高次の奇数高調波からなる群から選ばれる前記電圧波の基本周波数の１又は複数を通過させるように調整される請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置（１００）。
19. 前記電気的パイロット信号を制御する制御手段（１６０）を備え、
    該制御手段が、前記能動スイッチ（１５５）の１つまたは複数の連続的なオン・オフ切替サイクルを防止するように、前記電気的パイロット信号の生成を中断するように構成された請求項１２から１８のいずれか一項に記載の装置（１００）。
20. 前記制御手段が、
    適切なセンサ、前記電気的負荷（１０５）に伝送される電力の電気的パラメータ特性を計測し、
    前記電力の電気的パラメータ特性の計測結果と所定の基準値との差分を算出し、
    該差分を最小化するように、抑制されたオン・オフ切替サイクルの数及び又は周波数を調整するように構成された請求項１９に記載の装置。
21. 前記電気的充電デバイス（１０５）に並列に設定される電気的線路上に前記電圧波を一時的に偏移させる手段（１８５、１９０）を備え、
    該電圧波を偏移させる手段が、第２の能動スイッチ（１９０）と、前記電気的線路に沿って前記第２の能動スイッチ（１９０）に直列に配置された第３の電気キャパシタ（１８５）と、前記第２の能動スイッチ（１９０）を交互にオン及びオフに切り替えるための電気的パイロット信号を生成する手段を備え、
    前記第３の電気キャパシタ（１８５）が、前記第２の能動スイッチがオンである場合に前記電気的負荷（１０５）に対して短絡回路とみなされるのに十分に高い値を有する請求項１２から２０のいずれか一項に記載の装置（１００）。
22. 前記電気的負荷（１０５）に伝送される前記電力の電気的パラメータ特性を計測し、
    前記電力の電気的パラメータ特性の計測結果と前記所定の基準値との差分を算出し、
    該差分を最小化するように、前記第２の能動スイッチの前記電気的パイロット信号のデューティ・サイクルを調整するように構成された制御回路を備えた請求項２１に記載の装置。
23. 前記直流電圧を調節する手段（２００）を備えた請求項１２から２２のいずれか一項に記載の装置（１００）。
24. 前記直流電圧を得るために交流電流を整流する手段（１１１）を備えた請求項１２から２３のいずれか一項に記載の装置（１００）。
25. 各前記キャパシタ（１２５、１３０）が事前に組み立てられた構成要素であり、前記キャパシタ（１２５、１３０）が同じデバイス（２５０）内に設置される請求項１２から２４のいずれか一項に記載の装置（１００）。
26. ユーザ・デバイス（３０５）および該ユーザ・デバイス（３０５）とは分離されて独立している供給デバイス（３００）を備え、前記ユーザ・デバイス（３０５）が、各前記キャパシタ（１２５、１３０）の第１のアーマチュア（３２０）を備え、一方で、前記供給デバイス（３００）が、各前記キャパシタ（１２５、１３０）の第２のアーマチュア（３２０）を備えた請求項１２から２５のいずれか一項に記載の装置（１００）。
    

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