JP2020537483A

JP2020537483A - 電気エネルギーを伝送するための共振回路

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Publication number: JP2020537483A
Application number: JP2020521609A
Authority: JP
Inventors: ハインツツェンクナー，
Original assignee: ヒルティアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-12-17
Also published as: CN111279579A; EP3704781A1; EP3346579A1; US11735955B2; US20200336011A1; WO2019086319A1

Abstract

例えば再充電可能な電池である少なくとも１つの電気消費器に、電気エネルギーを伝送するための装置であって、送信デバイス上に共振回路を生成するための少なくとも１つの第１のコイルと少なくとも１つの第１のコンデンサとを有する、電気エネルギーを送信するための少なくとも１つの送信デバイスと、受信デバイス上に共振回路を生成するための少なくとも１つの第２のコイルと少なくとも１つの第２のコンデンサとを有する、送信デバイスによって送信されたエネルギーを受信するための少なくとも１つの受信デバイスであって、電気接続を確立するために消費器に接続可能である、受信デバイスと、電力増幅器と、受信デバイス上の共振回路と消費器との間のインピーダンスを調整するための変圧器と、送信デバイス上の共振回路に電気エネルギーを供給するための電気エネルギー源、特にＡＣ電圧源と、を備える、装置。送信デバイス及び受信デバイスは、送信デバイスによって利用可能になった電気エネルギーを受信デバイスにおいて消費器に供給することができるように、送信デバイスから受信デバイスに電気エネルギーを送信するための共振回路を共同で形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば再充電可能な電池である少なくとも１つの電気消費器に、電気エネルギーを伝送するための装置であって、送信デバイスにおいて共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第１のコイルと少なくとも１つの第１のコンデンサとを有する電気エネルギーを送信するための少なくとも１つの送信デバイスと、受信デバイスにおいて共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第２のコイルと少なくとも１つの第２のコンデンサとを含む、送信デバイスによって送信されたエネルギーを受信するための少なくとも１つの受信デバイスであって、受信デバイスが、電気接続を形成するために消費器に接続可能である、受信デバイスと、電力増幅器と、受信デバイスにおける共振タンク回路と消費器との間のインピーダンスを整合するための変圧器と、送信デバイスにおける共振タンク回路に電気エネルギーを供給するための電気エネルギー源、特にＡＣ電圧源と、を備える、装置に関する。

送信機から受信機への、例えば、誘導伝送の形態での電気エネルギーの無線伝送は、比較的長い間、既に知られている。しかしながら、無線エネルギー伝送に関する従来技術による装置について問題となるのは、伝送中の比較的高いエネルギー損失であり、その結果、伝送中に高い、又は少なくとも十分な効率を達成することが可能ではないことである。

従って、本発明の目的は、高効率で無線エネルギー伝送を達成できる装置を提供することである。

この目的は、独立請求項１に記載の電気エネルギーを伝送するための装置によって達成される。本発明による装置の更に有利な実施形態は、従属請求項２〜８に記載されている。

この場合、目的は、例えば再充電可能な電池である少なくとも１つの電気消費器に、電気エネルギーを伝送するための装置であって、送信デバイスにおいて共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第１のコイルと少なくとも１つの第１のコンデンサとを有する電気エネルギーを送信するための少なくとも１つの送信デバイスと、受信デバイスにおいて共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第２のコイルと少なくとも１つの第２のコンデンサとを含む、送信デバイスによって送信されたエネルギーを受信するための少なくとも１つの受信デバイスであって、受信デバイスが、電気接続を形成するために消費器に接続可能である、受信デバイスと、電力増幅器と、受信デバイスにおける共振タンク回路と消費器との間のインピーダンスを整合するための変圧器と、送信デバイスにおける共振タンク回路に電気エネルギーを供給するための電気エネルギー源、特にＡＣ電圧源と、を備える、装置によって達成される。

本発明は、送信デバイスによって利用可能になった電気エネルギーを受信デバイスにおいて消費器に供給することができるように、送信デバイスから受信デバイスに電気エネルギーを伝送する直列共振タンク回路を共同で形成するための送信デバイス及び受信デバイスを提供する。その結果、効率的な方法で電気エネルギーを伝送できる。

この場合、消費器は、負荷、電気抵抗器、ストレージデバイス、エネルギー貯蔵器、変換器の形態で、又は供給されたエネルギーをそれらの機能に使用可能にできる他の構成要素の形態で、構成することができる。

本発明は、２つの共振高効率共振タンク回路との誘導結合の原理に基づいており、第１のタンク回路には相応して高周波エネルギーが供給され、それによって、電気消費器に利用できるようにするため高周波エネルギーが第２のタンク回路に伝送される。第１のタンク回路は高度に共振しているため、タンク回路にある電気エネルギーは、多くの発振サイクルにわたって比較的ゆっくりとしか減少しない。しかしながら、２つのタンク回路が互いに対して所定の距離を超えていない場合、電気エネルギーは、第２のタンク回路によって取り上げられる。

変圧器は、整合変圧器とも呼ばれ得る。

共振タンク回路は、共振回路とも呼ばれ得る。

電力増幅器は、送信デバイスにおける共振タンク回路の周波数用クロック発生器として働く。この場合、電力増幅器は、低インピーダンス又は高インピーダンスのいずれかのエネルギー源が、送信デバイスにおける共振タンク回路用に生成されるように構成される。

本発明の更に有利な実施形態によれば、送信デバイスにおいて並列共振タンク回路を生成するために、送信デバイスの第１のコイルと第１のコンデンサを互いに並列に接続することができる。この場合、受信デバイスにおいて直列共振タンク回路を生成するために、受信デバイスの第２のコイルと第２のコンデンサとを互いに直列に接続することが可能である。結果として、高電圧値及び低電流値が、送信デバイスにおいて生成され得る。この構成は、特に、送信デバイスに給電するための高インピーダンスエネルギー源の場合に有利である。

更に有利な実施形態によれば、受信デバイスにおいて並列共振タンク回路を生成するために、受信デバイスの第２のコイルと第２のコンデンサとを互いに並列に接続することが可能であり得る。この場合、受信デバイスにおける並列共振タンク回路は、高インピーダンスを有する。ここで、送信デバイスにおいて直列共振タンク回路を生成するために、送信デバイスの第１のコイルと第１のコンデンサとを互いに直列に接続することが可能である。その結果、変圧器における第１の巻線の第２の巻線に対する比をより大きくすることができる。更に、受信デバイスにおいて、より高い電圧値と、同時に低い電流値とを生成することができ、その結果、受信デバイスの第２のコイルにおけるエネルギー損失を低減することができる。

更なる実施形態によれば、第１及び第２のコイルの両方が、１０^５〜１０^６Ωｍの抵抗率、及び５０〜５００、特に１２５の透磁率も有するフェライトコアを含むことが有利であり得る。その結果、受信デバイスにおいて共振タンク回路を効率的な方法で生成することができ、その結果、送信デバイスから受信デバイスに大量のエネルギーを送信することができる。

更にまた、フェライトコアが、ニッケル亜鉛合金（ＮｉＺｎ）を少なくとも部分的に含むことも可能である。その結果、受信デバイスにおいて共振タンク回路を効率的な方法で生成することができ、その結果、送信デバイスから受信デバイスに大量のエネルギーを送信することができる。

更に、更なる実施形態によれば、フェライトコアをＵ字形に、且つ、５．６５ｃｍ^２の断面積を有するように構成することも可能であり得、それによって、送信デバイスから受信デバイスへの電気エネルギーの伝送中に、２００Ｗの入力電力に対して３５Ｗ／ｃｍ^２の電力密度が達成可能である。その結果、受信デバイスにおいて共振タンク回路を効率的な方法で生成することができ、その結果、送信デバイスから受信デバイスに大量のエネルギーを送信することができる。

更なる実施形態によれば、送信デバイスにおける共振タンク回路の周波数が２〜３０ＭＨｚ、特に６．７６５〜６．７９５ＭＨｚ、例えば６．７８ＭＨｚであることが有利であり得る。その結果、受信デバイスにおいて共振タンク回路を効率的な方法で生成することができ、その結果、送信デバイスから受信デバイスに大量のエネルギーを送信することができる。

更なる実施形態によれば、送信デバイスの共振タンク回路及び／又は受信デバイスの共振タンク回路における共振周波数を調整するために、送信デバイス及び／又は受信デバイスが、可変コンデンサ、例えば、トリマコンデンサを備えることが可能であり得る。或いは、送信デバイス及び／又は受信デバイスはまた、トリマコンデンサの代わりに、共振周波数を調整するために適切に作用する電子回路を含むことができる。

更なる実施形態によれば、受信デバイスは、インピーダンス整合により効率を向上させ、また受信デバイスにおける共振タンク回路と消費器との間の減結合のための変圧器を備えることが有利であり得る。或いは、変圧器を、統合変圧器として構成することもできる。

本発明の更に有利な実施形態によれば、変圧器は、受信デバイスにおける共振タンク回路上に付随して追加の巻線として統合することができる。

本発明の更に有利な実施形態によれば、第１のコイル及び／又は第２のコイルのフェライトコアを、多種多様な形状に構成することも可能である。フェライトコアの様々な形状により、本発明による装置の筐体への組み込みは、特定の形状規定、及び特に起こり得るスペース不足に適合させることができる。

図において、同一の構成要素及び同一のタイプの構成要素は、同一の参照符号によって示されている。

図１は、送信デバイスが直列タンク回路を備え、受信デバイスが直列タンク回路を備え、センタータップ付き変圧器とダブルパルスセンタータップ整流器としての整流器とが接続されている、本発明による第１の実施形態に係る概略回路図を示す。図２は、送信デバイスが並列タンク回路を備え、受信デバイスが直列タンク回路を備え、センタータップ付き変圧器とダブルパルスセンタータップ整流器としての整流器とが接続されている、本発明による第２の実施形態に係る概略回路図を示す。図３は、送信デバイスが直列タンク回路を備え、受信デバイスが並列タンク回路を備え、センタータップ付き変圧器とダブルパルスセンタータップ整流器としての整流器とが接続されている、本発明による第３の実施形態に係る概略回路図を示す。図４は、送信デバイスが並列タンク回路を備え、受信デバイスが並列タンク回路を備え、センタータップ付き変圧器とダブルパルスセンタータップ整流器としての整流器とが接続されている、本発明による第４の実施形態に係る概略回路図を示す。図５は、送信デバイスが直列タンク回路を備え、受信デバイスが、直列タンク回路と、ブリッジ整流器を有し、受信デバイスに設けられたセンタータップを有しない変圧器とを備える、本発明による第５の実施形態に係る概略回路図を示す。図６は、ブリッジ整流器と、変圧器を含む受信デバイスのコイルとを備える、本発明による第６の実施形態に係る概略回路図を示す。図７は、ダブルパルスセンタータップ整流器と統合変圧器とを備える、本発明による第７の実施形態に係る概略回路図を示す。図８は、電気抵抗器の形態の負荷を備える、本発明による第８の実施形態に係る概略回路図を示す。図９は、第１の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１０は、第２の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１１は、第３の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１２は、第４の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１３は、第５の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１４は、第１の巻線配置を有する第６の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。図１５は、第２の巻線配置を有する第６の構成における、第１及び／又は第２のコイルのフェライトコアを示す。

図１〜図８は、様々な例示的な実施形態による、送信デバイス２から受信デバイス３に電気エネルギーを送信するための本発明による装置１の概略回路図を示す。

この場合、本発明による装置１は、送信デバイス２及び受信デバイス３を実質的に備える。

送信デバイス２は、電気エネルギーを取り上げ、また受信デバイス３に電気エネルギーを送信又は伝送するように働く。電気エネルギーを供給するために、送信デバイス２は、電気エネルギー源に接続されている。電気エネルギーの供給は、ＡＣ電源の形態で行われる。エネルギー源は、図に示されていない。

受信デバイス３は、送信された電気エネルギーの受信、処理、及び電気消費器４への転送にも役立つ。この場合、電気消費器４は、例えば、統合整流器を有する充電式電池として構成することができる。整流器は、受信デバイス３で生成されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するように働く。

しかしながら、ここでは、消費器４を単に電気抵抗器として構成することも可能である。充電式電池として構成された電気消費器４は、電流を供給し、又は充電式電池を電気エネルギーで充電するために、任意選択的且つ再解放可能な方法で受信デバイス３に接続可能である。この構成によれば、本発明による装置１は、充電式電池として構成された消費器４に対する充電装置として働く。

図１は、本発明による装置１の第１の実施形態に係る概略回路図を示す。既に上述したように、この場合の装置１は、送信デバイス２及び受信デバイス３を実質的に備える。

送信デバイス２は、第１のコイル５及び第１のコンデンサ６を備える。この場合、第１のコイル５及び第１のコンデンサ６は、第１の共振タンク回路が形成されるように互いに直列に接続されている。従って、第１の共振タンク回路は、直列共振タンク回路である。この第１の共振タンク回路は、送信機共振回路とも呼ばれる。更に、送信デバイス２は、送信デバイス２のキャパシタンス又は共振周波数を設定するのに役立つ、第１のトリミングコンデンサ７を備えることができる。第１のトリミングコンデンサ７は、可変コンデンサとも呼ばれ得る。

本発明による装置１の第１の実施形態に係る受信デバイス３は、第２のコイル８及び第２のコンデンサ９を備える。この場合、第２のコイル８及び第２のコンデンサ９は、第２の共振タンク回路が形成されるように互いに直列に接続されている。従って、第２の共振タンク回路は、直列共振タンク回路である。この第２の共振タンク回路は、受信機共振回路とも呼ばれる。更に、受信デバイス３は、受信デバイス３のキャパシタンス又は共振周波数を設定するのに役立つ、第２のトリミングコンデンサ１０を備えることができる。第２のトリミングコンデンサ１０は、可変コンデンサとも呼ばれ得る。

第１の実施形態による装置１は、受信デバイス３で生成されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するための整流器１１を更に備える。第１の実施形態によれば、整流器１１は、ダブルパルスセンタータップ整流器として構成される。整流器１１は、第１のダイオード１３と第２のダイオード１４とを含むダブルパルスセンタータップ接続１２を備える。ダブルパルスセンタータップ接続１２は、より高い効率を生み出すのに役立つ。代替的な実施形態によれば、ダブルパルスセンタータップ接続１２を有する整流器１１の代わりに、単に２つのダイオードの整流器１１を使用することも可能である。或いは、他の適切なタイプの整流器も使用できる。

更に、本発明による装置１の第１の実施形態は、受信デバイス３に接続された変圧器１５を備える。変圧器１５は、電圧を整合するのに役立ち、図に示される実施形態による円形フェライトコア１６を実質的に備える。変圧器１５のフェライトコア１６において、第１の巻線Ｎ１が一方の側に配置され、第２の巻線Ｎ２が第２の側に配置されている。この場合、第１の巻線Ｎ１は第１の巻線数を有し、第２の巻線Ｎ２は第２の巻線数を有する。第１の巻線Ｎ１は、第２の巻線Ｎ２よりも高いラッピング数を含む。

図２は、第２の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第２の実施形態による装置１は、図１の第１の実施形態による装置１に実質的に対応する。第２の実施形態による装置１は、送信デバイス２の第１のコイル５及び第１のコンデンサ６が互いに並列に接続され、その結果、並列共振タンク回路が生成されるという点で、第１の実施形態による装置１とは異なる。本発明による装置１の第２の実施形態に係る受信デバイス３は、加えて、互いに直列に（すなわち、連続的に）接続された第２のコイル８及び第２のコンデンサ９を備え、その結果、直列共振タンク回路が形成される。

図３は、第３の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第３の実施形態による装置１は、図１又は図２の第１又は第２の実施形態による装置１に、それぞれ実質的に対応する。第３の実施形態による装置１は、送信デバイス２の第１のコイル５及び第１のコンデンサ６が互いに直列に（すなわち、連続的に）接続され、その結果、直列共振タンク回路が生成されるという点で、第１又は第２の実施形態による装置１とは異なる。本発明による装置１の第３の実施形態に係る受信デバイス３は、加えて、互いに並列に接続された第２のコイル８及び第２のコンデンサ９を備え、その結果、並列共振タンク回路が形成される。

図４は、第４の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第４の実施形態による装置１は、図１〜図３に対応して示される第１、第２、又は第３の実施形態による装置１に実質的に対応する。第４の実施形態による装置１は、送信デバイス２の第１のコイル５及び第１のコンデンサ６が互いに並列に接続され、その結果、並列共振タンク回路が生成されるという点で、第１、第２、又は第３の実施形態による装置１とは異なる。本発明による装置１の第２の実施形態に係る受信デバイス３は、今度は、互いに並列に接続された第２のコイル８及び第２のコンデンサ９を備え、その結果、並列共振タンク回路が形成される。

図５は、第５の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第５の実施形態による装置１は、図３に示す第３の実施形態による装置１に実質的に対応する。第３の実施形態による装置１とは対照的に、第５の実施形態による受信デバイス３における整流器１１は、ダブルパルスセンタータップ整流器の代わりにブリッジ整流器の形態で構成されている。これは、変圧器１５にセンタータップを備えていない。

図６は、第６の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第６の実施形態による装置１は、図１に示す第１の実施形態による装置１に実質的に対応する。第１の実施形態による装置１とは対照的に、第６の実施形態による装置１における受信デバイス３は、別個又は専用のフェライトコアのない変圧器１５を備える。図６からわかるように、受信デバイス３の第２のコイル８のフェライトコア２０は、変圧器１５のフェライトコアとして働く。変圧器１５用に別個のフェライトコアを使用しない結果として、スペース及びコストを節約できる。更に、第６の実施形態の装置１の整流器１１は、ブリッジ整流器の形態で構成される。

図７は、第７の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第７の実施形態による装置１は、図６に示す第６の実施形態による装置１に実質的に対応する。第６の実施形態による装置１とは対照的に、第７の実施形態による受信デバイス３の整流器１１は、ブリッジ整流器の代わりにダブルパルスセンタータップ整流器として構成される。

図８は、第８の実施形態による本発明に係る装置１の概略回路図を示している。この場合、第８の実施形態による装置１は、図１に示す第１の実施形態による装置１に実質的に対応する。第１の実施形態による装置１とは対照的に、第８の実施形態による装置１では、整流器１１の代わりに消費器４が、受信デバイス３に接続される。第８の実施形態による装置１では、消費器４は、電気抵抗器の形態で構成される。

第１〜第８の実施形態による装置１の場合、送信デバイス２は第１のトリミングコンデンサ７を備え、受信デバイス３は第２のトリミングコンデンサ１０を備える。しかしながら、送信デバイス２のみが第１のトリミングコンデンサ７を備え、受信デバイス３がトリミングコンデンサを備えないことも可能である。更に、受信デバイス３のみがトリミングコンデンサ１０を備え、送信デバイス２がトリミングコンデンサを備えないことも可能である。更に、送信デバイス２も受信デバイス３も、トリミングコンデンサを含まないことも可能である。

更に、第１〜第７の実施形態による消費器４がコンデンサ１７を備えることが可能である。この場合、コンデンサ１７は、セラミックコンデンサ又は電解コンデンサ（ＥＬＣＡ）として構成することができる。

しかしながら、代替的な実施形態によれば、消費器４が２つのコンデンサを備えることも可能である。この場合、２つのコンデンサのうちの一方はセラミックコンデンサとして構成され、他方のコンデンサは電解コンデンサ（ＥＬＣＡ）として構成される。２つのコンデンサは、無線周波数を平滑化し、起こり得る電流変動を補償するためのバッファーとして働く。

コイル及び変圧器の構築に使用される線材は、ＲＦに適して（すなわち、無線周波数に適して）いなければならない。この目的のため、それに応じて、適切な挙動及び使用目的を有する適切なリッツ線又は他の適切な材料を選択すべきである。

図に示されるように、第１のコイル５は、抵抗率１０^５〜１０^６Ωｍ及び透磁率１２５を有するニッケル−亜鉛（ＮｉＺｎ）からなるフェライトコア１８を含む。しかしながら、更なる実施形態によれば、透磁率が５０〜５００、又は特に８０〜２００であることも可能である。

図に示されるように、第２のコイル８はまた、抵抗率１０^５〜１０^６Ωｍ及び透磁率１２５を同様に有するニッケル−亜鉛（ＮｉＺｎ）からなるフェライトコア２０を含む。

第１のコイル５のフェライトコア１８、及び第２のコイル８のフェライトコア２０は、Ｕ字型に、且つ、５．６５ｃｍ２の断面積を有するように構成され、その結果、電気エネルギーの伝送中に、２００Ｗの入力電力に対して３５Ｗ／ｃｍ^２の電力密度が達成される。

図９〜図１５に示すように、第１のコイル５のフェライトコア１８、及び第２のコイル８のフェライトコア２０は、様々な形状に構成することができる。この場合、第１のコイル５のフェライトコア１８、及び第２のコイル８のフェライトコア２０は、本発明による装置１において常に互いに対して配置され、それによってそれぞれのフェライトコア１８、２０の電界放射が互いに対して向けられる。

ここで図９では、第１の構成による第１及び／又は第２のコイル５、８のフェライトコア１８、２０は、Ｕ字型に構成されている。コイルを巻くためのワイヤ３０は、それぞれのフェライトコア１８、２０の周りに巻かれている。

図１０は、第２の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。この場合、第２の構成によるフェライトコア１８、２０は、ベースウェブ４１を実質的に含み、そこから第１及び第２のウェブ４２、４３が、ベースウェブ４１のそれぞれの端部４１ａ、４１ｂにおいてベースウェブ４１に対して垂直に延在する。更に、第１のウェブ４２と第２のウェブ４３との間に、第３のウェブ４４がベースウェブ４１に対して垂直に延在している。第１、第２、及び第３のウェブ４２、４３、４４は、同じ方向Ａに延在している。第３のウェブ４４は、円形断面を有する。第２及び第３のウェブ４２、４３は、長方形断面を有する。

図１１は、第３の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。第３の構成によるフェライトコア１８、２０は湾曲形状を有し、この場合、第１の構成よりも実質的に真っ直ぐになるように構成されている。

図１２は、第４の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。この場合、第４の構成によるフェライトコア１８、２０は、ベースウェブ５１を実質的に含み、そこから第１のウェブ５２及び第２のウェブ５３が、ベースウェブ５１のそれぞれの端部５１ａ、５１ｂにおいて、方向Ａにベースウェブ５１に対して垂直に延在する。第１及び第２のウェブ５２、５３は、円形断面を有する。

図１３は、第５の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。この場合、第５の構成によるフェライトコア１８、２０は、ベースウェブ６１を実質的に含み、そこから第１のウェブ６２及び第２のウェブ６３が、ベースウェブ６１のそれぞれの端部６１ａ、６１ｂにおいて、方向Ａにベースウェブ６１に対して垂直に延在する。第１及び第２のウェブ６２、６３は、長方形断面を有する。

図１４は、第６の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。この場合、第６の構成によるフェライトコア１８、２０は、中心Ｍに円筒形隆起部７２を有するベースプレート７１を備える。ベースプレート７１の第１の端部７１ａに第１のアーチ状隆起部７３が配置され、ベースプレート７１の第２の端部７１ｂに第２のアーチ状隆起部７４が配置されている。この場合、第１及び第２の隆起部７３、７４は、２つのアーチ状隆起部７３、７４のそれぞれの凹面が互いに向けられるように、ベースプレート７１上に配置される。ベースプレート７１上の円筒形隆起部は、２つのアーチ状の隆起部７３、７４の間に配置されている。３つの隆起部７２、７３、７４は全て、ベースプレート７１から同じ方向Ａに延在している。図１４から明らかなように、コイルを巻くためのワイヤ３０は、中央Ｍの円筒状隆起部の周りに、第１の巻線配置に従って巻かれている。

図１５は、第６の構成によるフェライトコア１８、２０を示している。コイルを巻くためのワイヤ３０は、ベースプレート７１上の第２の巻線配置に従って螺旋状に巻かれている。

一般に、フェライトコア１８、２０の周り又はそこにおいて、様々な巻線配置が可能である。ここで、コイルの巻線用のワイヤ３０は、１つの平面のみ、或いは複数の平面、すなわち、ワイヤ３０の複数層が上下に重なり合って配置されることが可能である。複数のグループに細分化された巻線の単層配置も、例えば、寄生巻線容量を低減するために、ここで可能である。

図１〜図８から分かり得るように、送信デバイス２の第１のコイル５と受信デバイス３の第２のコイル８との間に、距離Ｄが延在している。距離Ｄは、約４０ｍｍである。

ここで、送信デバイス２の電力増幅器８０は、送信デバイス２の共振タンク回路の周波数用のクロック発生器として働く。この目的のため、電力増幅器は、ＡＣ電圧源に接続されている。電流源又は電圧源とも呼ばれ得るＡＣ電圧源は図示されておらず、図では単にＰＩＮで示されている。この場合、用途に応じて、電力増幅器８０は、送信デバイス２の共振タンク回路用に、送信デバイス２における低インピーダンス又は高インピーダンスのエネルギーリソースのいずれかを、ＡＣ電圧源と一緒に生成するように構成することができる。

送信デバイス２から受信デバイス３に電気エネルギーを伝送するために、ＡＣ電流の形態の電気エネルギーは、次いで、ＡＣ電圧源ＰＩＮから６．７８ＭＨｚの周波数で電力増幅器８０を介して第１のコイル５に送られる。第１のコイル５及び第１のコンデンサ６は、１．５８μＨのインダクタンス及び３４９×１０^−１２Ｆの電気容量を有する共振タンク回路を生成する。

送信デバイス２の共振タンク回路は高度に共振しているという事実により、このタンク回路にある電気エネルギーは、多数のサイクルにわたって比較的ゆっくりとしか減少しない。受信デバイス３に対する送信デバイス２の本発明による構成により、電気エネルギーの比較的大部分を、送信デバイス２の共振タンク回路から受信デバイス３の共振タンク回路に送信することができる。

送信デバイス２の第１のコイル５、及び受信デバイス３の第２のコイル８の特定の構成の結果として、誘導結合が生じる。２つのコイル５、８における結合電場は、いわゆる非放射近接場であり、エバネセント波とも呼ばれ得る。

コイル５、８間の距離は１／４波長の間隔内になるように選択されるため、電気エネルギーの大部分は、送信デバイス２の第１コイル５から受信デバイス３の第２コイル８に、すなわち低損失のみで送信される。

変圧器１５における巻線Ｎ１、Ｎ２の、相応して選択された比により、インピーダンス整合の他に、更に、消費器に電圧を相応して供給することができるように、適切な大きさの電圧を設定することもできる。典型的な出力電圧範囲は、３Ｖ_ＤＣ（ＤＣ電圧）〜５００Ｖ_ＤＣ（ＤＣ電圧）である。

Claims

例えば再充電可能な電池である少なくとも１つの電気消費器に、電気エネルギーを伝送するための装置（１）であって、
送信デバイス（２）において共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第１のコイル（５）と少なくとも１つの第１のコンデンサ（６）とを有する、電気エネルギーを送信するための少なくとも１つの送信デバイス（２）と、
受信デバイス（３）において共振タンク回路を生成するための少なくとも１つの第２のコイル（８）と少なくとも１つの第２のコンデンサ（９）とを備える、前記送信デバイス（２）によって送信された前記エネルギーを受信するための少なくとも１つの受信デバイス（３）であって、前記受信デバイス（３）が、電気接続を形成するために消費器（４）に接続可能である、受信デバイス（３）と、
電力増幅器（８０）と、
前記受信デバイス（３）における前記共振タンク回路と、前記消費器（４）との間のインピーダンスを整合するための変圧器（１５）と、
前記送信デバイス（２）における前記共振タンク回路に電気エネルギーを供給するための電気エネルギー源（ＰＩＮ）、特にＡＣ電圧源と、を備え、
前記送信デバイス（２）によって利用可能になった前記電気エネルギーを前記受信デバイス（３）において前記消費器（４）に供給することができるように、前記送信デバイス（２）及び前記受信デバイス（３）が、前記送信デバイス（２）から前記受信デバイス（３）に前記電気エネルギーを伝送するための直列共振タンク回路を共同で形成することを特徴とする、装置（１）。
前記送信デバイス（２）の前記第１のコイル（５）及び前記第１のコンデンサ（６）が、前記送信デバイス（２）において、並列共振タンク回路を生成するために、互いに並列に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１）。
前記受信デバイス（３）の前記第２のコイル（８）及び前記第２のコンデンサ（９）が、前記受信デバイス（３）において、並列共振タンク回路を生成するために、互いに並列に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置（１）。
前記第１及び第２のコイル（５、８）の両方が、１０^５〜１０^６Ωｍの抵抗率、及び５０〜５００、特に１２５の透磁率も有するフェライトコア（１８、２０）を含むことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置（１）。
前記フェライトコア（１８、２０）が、ニッケル−亜鉛合金（ＮｉＺｎ）を少なくとも部分的に含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置（１）。
前記送信デバイス（２）から前記受信デバイス（３）への前記電気エネルギーの前記伝送中に、３〜１０００Ｗ、特に２００Ｗの入力電力に対して、１０〜１００Ｗ／ｃｍ^２、特に３５Ｗ／ｃｍ^２の電力密度が達成可能であるように、前記フェライトコア（１８、２０）が、Ｕ字型に、且つ、２〜１０ｃｍ^２、特に５．６５ｃｍ^２の有効断面積を有するように構成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の装置（１）。
前記送信デバイス（２）における前記共振タンク回路の周波数が、２〜３０ＭＨｚ、特に、６．７６５〜６．７９５ＭＨｚ、例えば６．７８ＭＨｚであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置（１）。
前記送信デバイス（２）及び／又は前記受信デバイス（３）が、前記共振周波数を調整するための可変コンデンサ（７、１０）、例えばトリマコンデンサを備えることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置（１）。