JP4403285B2 - 非接触式電力伝送に関する改良 - Google Patents
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Description
i)このシステムは実質的に層状である充電表面及び電磁場を発生する少なくとも一つの手段を含む一次ユニットを具備し、この手段は、充電表面内にある、若しくは、充電表面に平行である所定の領域と実質的に同じ広さである充電表面の少なくとも一つの充電領域を画成するように、所定の領域中に2次元的に分布し、充電領域が充電領域は充電表面に幅と長さをもち、この手段は、その手段に所定の電流が供給され、一次ユニットが有効に電磁的に遮蔽されているときに、その手段によって発生された電磁場が電磁力線の方向と平行に測定された充電領域の四分の1の長さ部分に亘って平均化されたときに充電表面の近傍で充電表面に対して45°以下の角度範囲に入り、充電表面の上に2次元的に分布する電磁力線を有するように構成され、その手段は、充電領域に対して実質的に垂直方向に測定された高さが充電領域の幅と長さの何れかよりも短く、
ii)このシステムは少なくとも一つの電気的導体を含む少なくとも一つの二次装置を具備し、
少なくとも一つの二次装置が一次ユニットの充電領域に又は充電領域の近傍に置かれたとき、電磁力線が少なくとも一つの二次装置の少なくとも一つの導体と結合し、導体の中を流れる電流を誘導する。
i)所定の電流で給電されたときにその手段によって発生され、一次ユニットが有効に電磁的に遮蔽されているときに測定された電磁場が、電磁力線の方向と平行に測定された充電領域の四分の一の長さ部分に沿って平均化されたときに充電表面の近傍で充電表面に対して45°以下の角度範囲に入り、充電領域に亘って平均化されたときに少なくとも一つの充電領域の上に2次元的に分布する電磁力線を有し、
ii)電磁場は、二次装置が充電領域に若しくは充電領域の近傍に置かれたとき二次装置の導体と結合する。
・少なくとも一つの電気コイルからなる一次ユニットが設けられ、各コイルは少なくとも一つのアクティブ領域を備え、二つ以上の導体は、二次装置が特定の方向へ流れる正味の瞬時電流が実質的に非ゼロであるこのアクティブ領域の一部分の近傍に配置できるように、この領域の上に実質的に分布し、
・正味の瞬時電流が実質的に非ゼロである一次ユニットの表面の領域の近傍に二次装置を配置することが可能であるように、高透磁率コアの周りに巻き付けられた導体からなる少なくとも一つの二次装置が設けられ、
これにより、巻線の中心軸が一次ユニットのアクティブ領域の近傍にあり、一次ユニットのアクティブ領域の平面に対して実質的に垂直ではなく、一次ユニットの少なくとも一つのコイルのアクティブ領域内の導体と実質的に平行ではないときに、少なくとも一つの二次装置は電磁誘導を用いて電力を受信する能力を備えている。
・寸法が業界標準のバッテリ又は電池と類似した筐体及び外部電気接続部と、
・エネルギー蓄積手段と、
・オプションの磁束集中手段と、
・電力受信手段と、
・外部電気接続部を介してセルの外側へ配給するため、若しくは、エネルギー蓄積手段を再充電するため、又は、これらの両方のため受信電力を適した形式へ変換する手段と、
を具備する。
一次ユニットは、例えば、
・テーブルの上部及びその他の平坦な表面に載せることができる平坦なプラットフォーム又はパッド
・一次ユニットが目に付かないようにデスク、テーブル、カウンタ、椅子、本棚などの家具に組み込まれた形
・引き出し、箱、自動車の小物入れ、電動工具のような外装物の一部
・壁に取り付けられ、縦型で使用できる平坦なプラットフォーム又はパッド
などのような様々な形式で存在する。
・幹線AC電源コンセント
・自動車のライター用ソケット
・バッテリ
・燃料電池
・太陽パネル
・人力
などのような様々なソースから給電される。
本願に記載される電磁場を発生する手段は以下のすべての導体の構造を含む。
性能を向上させるため一次ユニットで磁性材料を使用することが可能である。
二次装置には様々な形状と形式がある。一般に、優れた磁束漏れを得るため、導体(例えば、コイル巻線)の中心軸は充電領域に対して実質的に垂直にならないようにすべきである。
・携帯型通信装置、例えば、携帯情報端末、パームトップコンピュータ、又は、ラップトップコンピュータ
・携帯型娯楽装置、例えば、音楽再生装置、ゲームコンソール、又は、おもちゃ
・パーソナルケア製品、例えば、歯ブラシ、シェーバー、ヘアカーラー、ヘアローラー
・携帯型映像装置、例えば、ビデオカメラ、又は、カメラ
・加熱を要する内容物の容器、例えば、コーヒーマグ、皿、料理用ポット、マニキュア液及び化粧品容器
・消費者装置、例えば、懐中電灯、時計、送風機
・電動工具、例えば、コードレスドリル及びねじ回し
・ワイヤレス周辺装置、例えば、ワイヤレスコンピュータマウス、キーボード及びヘッドセット
・時間記録装置、例えば、時計、腕時計、ストップウォッチ、及び、アラーム時計
・上記の装置の何れかに挿入するためのバッテリパック
・標準サイズのバッテリセル
バッテリセルのようなインテリジェントでない二次装置の場合、ある種の高機能充電制御手段がセルへの誘導電力を測定し、装置内の多数のセルが種々の充電状態をとる状況を扱うために必要である。さらに、二次セル又はバッテリは別の電気装置の内部に位置するときに簡単に見ることができないので、一次ユニットは「充電された」状態を表示し得ることがより重要になる。
a.円筒はセルの長さより長くても短くても構わない。
a.磁束集中材料の一部分はセルの表面に倣うか、又は、セルの中に埋め込まれる。
b.磁束集中材料の領域は、セルの周囲より広くても狭くてもよく、セルの長さより長くても短くてもよい。
a.一部分は実質的に平坦、円筒形、棒状、又は、任意のその他の形状である。
b.磁束集中材料の幅はセルの直径より広くても狭くてもよい。
c.磁束集中材料の長さはセルの長さより長くても短くてもよい。
・端子電圧が通常よりも高くなる可能性がある。
・特に一部のセルが充電され、その他が充電されていない状況において、直列のセルが異状な動作をすることがある。
・装置を動かし、セルを充電するために十分な電力を供給する必要がある。
・高速充電が誤って実行された場合、セルが破壊される。
図6、9a及び9bに示されるようなコイルでは、二次装置は、一般に、巻線が矢印1で示されるように一次導体内の正味の電流の流れの向きと実質的に平行に置かれたときに限り効率的に結合する。一部のアプリケーションでは、
・二次導体の中心軸が平面と垂直ではなく、かつ、
・二次装置が一次ユニットの密接している
という条件を満たす限り、二次装置の回転とは無関係に二次装置へ効率的に電力を伝送する一次ユニットが必要である。
並列若しくは直列共振回路を用いてコイルを駆動することは技術的に知られている。例えば、直列共振回路において、コイルとコンデンサのインピーダンスは、共振時に大きさが等しく逆向きであるので、回路の総インピーダンスは最小化され、最大電流が一次コイルの中を流れる。二次装置は、典型的に、誘導電圧又は電流を最大化するため、動作周波数にチューンされる。
・高透磁性である磁性材料が二次装置に存在し、一次ユニットの非常に近くで使用される。
・1台以上の二次装置が同時に一次ユニットの非常に近くに運ばれる。
・制御システムを用いて、動作周波数を動的に変化させる。
・制御システムを用いて、共振が所定の周波数で実現されるように容量を動的に変化させる。
・システムがあるインダクタンスの範囲に亘って共振状態を維持する低Qシステムを用いる。
Claims (26)
- 電力伝送表面をもつ電力伝送システムで使用する一次ユニットであって、
前記一次ユニットから分離可能な二次装置が、前記一次ユニットと前記二次装置間に直接的な電気伝導接触を必要とすることなく、前記電力伝送表面の電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に位置して前記一次ユニットから電力を受信するように、前記電力伝送表面は形成され配置される、一次ユニットにおいて、
前記一次ユニットは、交流電源と、電磁場発生器とを備え、
前記電磁場発生器は、前記交流電源に電気的に結合され、
前記電磁場発生器は、前記電力伝送表面に又は前記電力伝送表面の下に配置する実質的に直線状かつ実質的に同一平面上の複数の導電性素子を有し、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域の全面において互いに平行に伸張し、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域上を横切るように分布する電磁場を発生し、
前記複数の導電性素子は、前記二次装置が2つ以上の導電性素子と重なり合うのに十分に小さい距離を有するように配置されており、
前記電力伝送領域の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流が同一の方向であり、
前記導電性素子は単一のコイルの異なる部分であり、
前記単一のコイルは、前記電力伝送領域を形成しない部分を含み、
前記導電性素子と、前記電力伝送領域を形成しない前記部分とは、同一平面上にある
一次ユニット。 - 互いに隣接する導電性素子の少なくとも一対における間隔は、互いに隣接する導電性素子の他の一対における間隔とは異なる、請求項1に記載の一次ユニット。
- 互いに隣接する導電性素子の異なる対における異なる間隔は、前記複数の導電性素子が等間隔となる配置に比較して、前記電力伝送領域を横切る電磁場強度レベルの一様性が改良されるようなものである、請求項1に記載の一次ユニット。
- 前記電磁場の電磁力線が、少なくとも前記電力伝送領域の中央部分において前記電力伝送表面に平行である請求項1記載の一次ユニット。
- 前記電力伝送領域は、前記電力伝送領域の一側面から他の側面に向けて、二次装置が電力を受信するためには配置され得ないような不連続さを持たない請求項1記載の一次ユニット。
- 前記導電性素子が伸長する磁気コアを更に有する請求項1記載の一次ユニット。
- 前記複数の導電性素子が平面に形成された導電性トラックである請求項1記載の一次ユニット。
- 第一の複数の導電性素子及び第二の複数の導電性素子を有し、前記第一導電性素子は発生領域を第一方向に伸長し、前記第二導電性素子は発生領域を第一方向に実質的に垂直である第二位方向に伸長する請求項1記載の一次ユニット。
- 前記第一導電性素子及び前記第二導電性素子を交互に駆動する駆動手段をもつ請求項8記載の一次ユニット。
- 前記第一導電性素子及び前記第二導電性素子を直交に駆動する駆動手段をもつ請求項8記載の一次ユニット。
- 前記一次ユニットは、前記電力伝送表面を提供する主面を有する平坦なプラットフォームの形状である、請求項1記載の一次ユニット。
- 前記電力伝送表面が実質的に平面である請求項1記載の一次ユニット。
- 前記電力伝送表面が湾曲している請求項1記載の一次ユニット。
- 前記電力伝送領域内の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流の位相は同一である、請求項1記載の一次ユニット。
- 直接的な電気伝導接触を必要とすることなく電力を伝送するシステムであって、
前記システムは、交流電源と、電力伝送表面と、一次ユニットと、二次装置とを含み、
前記電力伝送表面は、二次装置が、前記電力伝送表面の電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に位置して電力を受信するように、形成され配置され、
前記一次ユニットは、前記交流電源に電気的に結合され、
前記一次ユニットは、電磁場発生器を含み、
前記電磁場発生器は、前記電力伝送表面に又は前記電力伝送表面の下に配置する実質的に直線状かつ実質的に同一平面上の複数の導電性素子を有し、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域の全面において互いに平行に伸張し、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域上を横切るように分布する電磁場を発生し、
前記複数の導電性素子は、前記二次装置が2つ以上の導電性素子と重なり合うのに十分に小さい距離を有するように配置されており、
前記電力伝送領域の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流が同一の方向であり、
前記二次装置は前記一次ユニットから分離可能であり、二次装置が前記電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に配置される時に、電磁場発生器によって発生した電磁場が結合し、導電体内を流れる電流を誘導し、
前記導電性素子は単一のコイルの異なる部分であり、
前記単一のコイルは、前記電力伝送領域を形成しない部分を含み、
前記導電性素子と、前記電力伝送領域を形成しない前記部分とは、同一平面上にある
少なくとも一つの導電体を有するシステム。 - 前記二次装置が電力を必要とする物体に又は物体により運びこまれ、運びこまれた二次装置が前記電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に配置されることにより、前記物体が前記電力伝送表面に又は前記電力伝送表面の近傍に配置された時に一次ユニットから電力を受けることが可能となる請求項15記載のシステム。
- 前記二次装置が、電力を必要とする物体に適合する又は適合させる再充電可能なバッテリ又はセルに又は再充電可能なバッテリ又は電池により運び込まれる請求項15記載のシステム。
- 前記バッテリ又はセルが前記物体に適合し、前記物体が前記電力伝送表面に又は前記電力伝送表面の近傍に配置されることにより、前記二次装置が前記電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に配置され、バッテリ又はセルが前記物体から離脱することなく再充電が可能である請求項17記載のシステム。
- 前記物体が携帯型電気装置又は電子装置である請求項16記載のシステム。
- 前記物体が移動通信装置である、請求項16記載のシステム。
- 前記電力伝送領域は、異なる複数のそのような物体に又は物体により運びこまれる2つ以上の前記のような二次装置を同時に収容するために十分足りる大きさである、請求項16記載のシステム。
- 前記一次ユニットは、前記電力伝送表面を提供する表面を有する家具のひとつに組み込まれている、請求項15記載のシステム。
- 前記二次装置はコイルを含み、
前記コイルは少なくとも1つの導電体を提供し、
前記コイルは、前記二次装置が前記電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に配置されたとき、前記コイルの中心軸が前記電力伝送表面に対して実質的に垂直とならないように配置される
請求項15記載のシステム。 - 前記電力伝送領域内の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流の位相は同一である、請求項15記載のシステム。
- 電力伝送表面をもつ電力伝送システムで使用する一次ユニットであって、
前記一次ユニットから分離可能な二次装置が、前記一次ユニットと前記二次装置間に直接的な電気伝導接触を必要とすることなく、前記電力伝送表面の電力伝送領域上又は当該電力伝送領域の近傍に位置して前記一次ユニットから電力を受信するように、前記電力伝送表面は形成され配置される、一次ユニットにおいて、
前記一次ユニットは、交流電源と、電磁場発生手段とを備え、
前記電磁場発生手段は、前記交流電源に電気的に結合され、
前記電磁場発生手段は、前記電力伝送表面に又は前記電力伝送表面の下に配置する実質的に直線状かつ実質的に同一平面上の複数の導電性素子を有し、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域の全面において互いに平行に延び、
前記複数の素子は、前記電力伝送領域上を横切るように分布する電磁場を発生し、
前記複数の導電性素子は、前記二次装置が2つ以上の導電性素子と重なり合うのに十分に小さい距離を有するように配置されており、
前記電力伝送領域の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流が同一の方向であり、
前記導電性素子は単一のコイルの異なる部分であり、
前記単一のコイルは、前記電力伝送領域を形成しない部分を含み、
前記導電性素子と、前記電力伝送領域を形成しない前記部分とは、同一平面上にある
一次ユニット。 - 前記電力伝送領域内の全導電性素子に同時に流れる各瞬間電流の位相は同一である、請求項25記載の一次ユニット。
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