JP2017511114A - 誘導式エネルギ伝送用装置 - Google Patents

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Abstract

少なくとも1つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた、本発明の誘導式エネルギ伝送用装置では、上記コイル装置が、1つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な2つのコイル(4、5)を有する。

Description

本発明は、少なくとも1つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置に関する。
定置型の充電ステーションと、移動可能な消費装置との間の無線エネルギ伝送には電気誘導が利用されることが多い。例えば、欧州特許出願公開第1318260号明細書から公知であるのは、門扉において、誘導式エネルギ伝送を用い、この門扉の所定の位置で、この門扉と共に動く蓄電池を充電することである。
別の応用分野は、米国特許第7576514号明細書に説明されている。実質的に平面状に延在しかつ複数の送信コイルを備えた充電ステーションは、載置された移動電話、タブレットなどの蓄電池を充電するのに使用される。
誘導式エネルギ伝送の際には確かに、都度の周波数、幾何学形状及び給電すべき負荷に、送信コイル及び受信コイルを最適化することができるが、受信コイルに種々異なる消費装置を接続したい場合には、一般的には効率が悪化してしまう。なぜならば、負荷抵抗は、受信コイルに最適に調整されないからである。このことから、これを可能にする付加的な電子変換装置が必要になる。
このようなことを背景として本発明が課題とするのは、少なくとも1つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器と、を備えた誘導式エネルギ伝送用装置を提供することであり、ここではインピーダンスの有効な整合を断念しなくても、出力電圧が低いことに起因して、変換器における損失または変換器を構成する上でのコストが低減される。
この技術的な課題は、少なくとも1つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置において、上記コイル装置が、1つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な2つのコイルを有するという請求項1に記載した手段によって解決される。
基板を適切に選択すると、上記2つのコイルは、トランスのように電気的に結合される。受信コイル装置において直接的にこのようなトランス的な変換を行うことの利点は、低い出力電圧を供給できることであり、これによって、インピーダンスの有効な整合を断念しなくても、後続の変換器における損失を低減できることである。
基板として任意の非導電性のプラスチックを使用することができる。特に一般的なプリント基板、シートが適しており、または、消費装置のプラスチックハウジングも適している。
他の形状も十分に可能であるが、コイル幾何学形状として矩形が有利である。このこととは無関係に、上記2つのコイルが、外側巻線及び内側巻線の、一致する外側エッジ及び内側エッジを有するようにする。これにより、複数の外側巻線のエッジはいわば、共通の仮想の1つの管内にあり、複数の内側巻線の内側エッジが、これを取り囲むことになる。この手段の結果、第1には、2つのコイルの良好なカップリングが得られ、第2には、場合によって発生するうず電流の影響が最小化される。
このような受信コイル装置の別の利点は、基板から離隔して受信器の電子回路を形成できることにある。これにより、受信コイル装置は、極めて平坦なコンポーネントになり、このコンポーネントには、上記2つのコイルの共振を決定しかつSMD技術で実施されてほとんど厚さを増すことがない複数の構成部品だけが配置される。
さらにここでは、第2コイルの巻数よりも多くの巻数で設計された第1コイルを有する基板の一方の面が、送信コイルに対向して、消費装置内または消費装置に配置されるように構成されている。このコイルは実際の受信コイルであるが、この受信コイルにより、コンデンサが相互接続されるだけで共振回路が形成される。ターンの数は、伝送周波数によって実質的に決定される。例えば、この巻数は、1MHz乃至10MHzの伝送周波数において8乃至15ターンになる。
第2コイルのターンの数は、格段に少なく設計され、かつ、出力電圧の高さによって決定される。上記消費装置は、よりターンの数の少ないこの第2コイルによって給電される。上で挙げた動作パラメタにおいて、第2コイルのターンの数は、例えば2乃至4であってよい。
目的に適っていることが判明したのは、ターンの数の少ない上記コイルの中間タップにおいて、受信器の、特にマイクロコントローラの供給電力を取り出す場合である。これによって受信器の電力供給と、消費装置の電力供給とが切り離される。
本発明による装置の動作に対しては、第1コイルを共振するように調整することが可能であり、選択的には、第2コイルを共振するように調整しかつ第1コイルを共振からわずかにオフセットさせて動作させることが可能である。
第1コイルを支持している基板の面が送信コイルを向いている場合、第2コイルを支持しているこの基板の面は一様に消費装置の内部を向いている。したがって目的に適っていることが示されたのは、第2コイルを支持する、基板の面にプレート状のフェライトからなるシールドを設けることである。これによって消費装置の内部は、誘導式エネルギ伝送から十分にシールドされる。
概略的かつ簡略的にのみ実施例が示されている図面に基づき、本発明の特徴を詳しく説明する。
本発明による装置の電気的な等価回路図である。 本発明の平面図である。 受信コイル装置が取り付けられた基板を下側から見た図を示している。
図1には、等価回路図で送信器1が略示されており、この送信器は、誘導式エネルギ伝送のため、駆動制御回路2を介し、矢印によって示したように、複数の送信コイル3に個別またはグループ毎に電圧を印加している。
ここでは特に移動式消費装置6に電力を供給するため、送信コイル3から、両向き矢印のように、第1コイル4及び第2コイル5を備えた受信器コイル装置への誘導式エネルギ伝送が行われる。第1及び第2コイル4、5は、以下でさらに詳しく説明するように、1つの基板7の両側に平坦に被着されている。このようなコイル配置構成により、2つのコイル4、5が、両向き矢印によって示したようにトランスに類似して電気的に結合される。
第1コイル4がコンデンサ8と共に単一の共振回路を形成する場合、第2コイル5では消費装置6用の電圧が取り出される。これは、それ自体一般的であるように、コンデンサ9と、整流回路10と、消費装置6の給電電圧の微調整用のDC/DC変換器11とを介して行われる。
このために第2コイル5は、コイル4よりも格段に少ないターンを有する。
消費装置6の給電用の端子の他に第2コイル5は、中間タップ12を有しており、この中間タップ12から、ここでは例えばマイクロコントローラ14として示されている受信回路13が給電され、このマイクロコントローラには、整流器15及びDC/DC変換器16がさらに前置接続されている。
図2及び図3に示した、コイル4及び5を載置している基板7、例えばプリント回路板のビューには、図2の平面図において、例えば、1MHz乃至2MHzの周波数において誘導式にエネルギを伝送するため、11個のターンを有する第1コイル4が示されている。基板7のまさに反対側の下側面には第2コイル5が配置されており、この第2コイル5は、ここでは例えば単に2つのターンしか有していない。
このプリント回路板ないしは基板7には、2つのコイル4、5の他には、コンデンサ8、9と、この例では例えば受信回路13を接続するためのエッジコネクタ17とだけが載置されている。

Claims (10)

  1. 少なくとも1つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置において、
    前記コイル装置が、1つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な2つのコイル(4、5)を有する、ことを特徴とする、
    誘導式エネルギ伝送用装置。
  2. 前記コイル(4、5)が、外側巻線および内側巻線の一致する外側エッジおよび内側エッジを有する、
    請求項1に記載の装置。
  3. 前記受信器(13)の電子回路は、前記基板(7)から離隔されて形成されている、
    請求項1または2に記載の装置。
  4. 前記第2コイル(5)の巻数よりも巻数が多く設計された第1コイル(4)を有する、前記基板(7)の一方の面は、前記送信コイル(3)に対向して、前記消費装置(6)内または前記消費装置(6)に配置されている、
    請求項1から3までのいずれか1項に記載の装置。
  5. 前記消費装置(6)は、前記第2コイル(5)から給電される、
    請求項1から4までのいずれか1項に記載の装置。
  6. 前記第2コイル(5)の中間タップ(12)において、前記受信器(13)の給電電力が取り出される、
    請求項5に記載の装置。
  7. 前記第1コイルは、共振するように調整されている、
    請求項1から6までのいずれか1項に記載の装置。
  8. 前記第2コイルは共振するように調整されており、かつ、前記第1コイルは、前記共振からわずかにオフセットさせて動作させられる、
    請求項1から5までのいずれか1項に記載の装置。
  9. 伝送周波数は、1MHzと10MHzとの間にある、
    請求項1から8までのいずれか1項に記載の装置。
  10. 前記第2コイルのフェライトからなるプレート状のシールドが設けられている、
    請求項1から9までのいずれか1項に記載の装置。
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