JP5005703B2

JP5005703B2 - 結合システム

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Publication number: JP5005703B2
Application number: JP2008542914A
Authority: JP
Inventors: エルエムヤンセン，ヘラルデュス; イェーランヘラック，マリーレ; ホーボー，ヘイスベルト
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: US20080303351A1; WO2007063500A3; US7825544B2; EP1958218A2; JP2009517999A; WO2007063500A2

Description

本発明は、電力及びデータ信号を同時に伝達するための結合システムに関する。その上、本発明は、電力及びデータ信号を結合するよう動作可能な結合装置にも関する。さらに、本発明は、電力及びデータ信号を同時に伝達する方法に関する。追加的に、本発明は、そのような結合システム及び装置を含む機器に関する。

多くの現代的なシステムは、情報を通じて相互作用するよう動作可能な電気装置及びそれらの間のデータ交換の構造を含むが、機能するよう電力が供給されることが必要である。例えば、現代的なコンピュータシステムは、しばしば、電気コネクタを通じてコンピュータバックプレーン又はマザーボードに結合可能な幾つかのモジュールを含み、電気コネクタは、電力をモジュールに供給するための電線、並びに、情報及びデータを伝達するための信号線を含む。そのような構成は、動作時に、モジュール及びバックプレーン又はマザーボードが互いに空間的に固定されたままである状況では満足である。しかしながら、モジュールが使用中にバックプレーン又はマザーボードに対して空間的に移動される必要があるときには、複雑な状況が起こり得る。そのような複雑な状況に対処する一般的な現代的なアプローチは、電力をモジュールに伝達し且つデータ信号をモジュールに結合分離するための可撓リード線を利用することである。

そのような可撓リード線に伴う問題は、それらの導体が加工硬化され得る、即ち、疲労亀裂を発達させ得ることであり、それは破損を招き、故に、電気接続の少なくとも部分的損失を招き得る。他の問題は、可撓リード線が所望の動作を妨害し得る点で、そのような可撓リード線がしばしば不便であることである。相当の電力移動を要求する現代的なシステムでは、可撓リード線は非実用的に扱いにくくなり得る。

Ｊ．Ｍ．Ｂａｒｎａｒｄｅｔａｌ．による“ＯｐｔｉｍｉｚｅｄＬｉｎｅａｒＣｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，１９９７ＩＥＥＥという技術文献中には、可動荷重への代替的な電力供給として、線形無接触電力伝達システムが記載されている。そのようなシステムは、拡張一次巻線をそれぞれ含むように明らかにされ、拡張一次巻線は、動作中に拡張主巻線に沿って摺動可能なコアを備え、コア自体は二次巻線を含む。コアは、非透磁率を示す材料から製造され、非透磁率は、コア内で動作中に一次巻線によって生成される磁束を集中するために１よりも相当に大きい。動作中、交流電力は、一次巻線から二次巻線に結合される。最大で１５ｋＷの電力を移動するために無接触電力伝達システムが必要とされる採鉱用途では、一次巻線は、実質的に５メートルに接近する長さを有し得る。これらの無接触システムは、一次巻線から二次巻線への交流形態の電力の無接触移動における使用のためにのみ文献中で考慮されている。

可変荷重、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードの動作中に荷重への電力を制御するために切換サイリスタ又は切換電力トランジスタ装置を介して結合される可変荷重が二次巻線に結合されるときには、電力の過渡サージが一次巻線に経験され、潜在的な干渉を引き起こし得る。そのような干渉は、荷重が、少なくとも部分的に、その動作がそのような過渡サージによって悪影響を受けるデジタルハードウェアである状況において、特に問題であり得る。そのような過渡サージは、データ誤差及び関連的な間接誤作動を招き得る。その上、もしデータ制御信号がコアを通じて移転される電力と同時にコアを介して通信されるならば、そのような干渉は特に関連する。

データ信号への出力過渡変動によって引き起こされる干渉のこの問題に対する既知の解決策は、第１媒体を介して、例えば、光ファイバ又は無線によってデータを通信することによって、並びに、第２媒体を介して、例えば、前述のように磁気的に電力を結合することによって取り組まれる。しかしながら、そのような解決策は、データ通信が潜在的な散発的無線障害の故に無線、例えば、ＷＬＡＮを介して行われる状況において、増大されたシステムの複雑性及び潜在的な不信頼性を潜在的に生じさせ得る。データ信頼性のそのような問題は、強力な装置、例えば、採鉱設備を制御するときの、或いは、病院環境におけるような生体機能を提供するときの安全臨界用途において特に関連する。

磁気結合が電力及びデータを移転する比較的信頼性のあるアプローチであるという見地から、電力移転及びデータ移転を少なくとも部分的に隔離するよう動作可能な磁気結合が設計され得ることが理解されている。１つのアプローチは、システム内の電力移転及びデータ移転のために相互に隔離された第１及び第２の磁気カプラをそれぞれ使用することである。そのようなアプローチは、刊行された米国特許番号第５，２２９，６５２号に記載されており、そこには、ホストコンピュータとその周辺モジュールとの間の電力及び双方向デジタル通信を提供する非接触的な方法が記載されており、そのような周辺モジュールは、例えば、ＩＣメモリカード、モデム、及び、Ａ／Ｄコンバータを含む。変圧器作用を通じて大量の電力及び高速デジタル通信の両方の移転を効率的にもたらすために磁心が利用される。異なる電力供給電圧又は異なるデータ電圧レベルを必要とする周辺モジュールが収容され得るし、同一のホストシステム内の他の種類のモジュールと混合され得る。コネクタは、噛合の後及び動作中の機械環境応力環境下の双方で、組立体を三次元に整列する移動止め構造を含む。磁心は、電力供給巻線及びデータ巻線の双方を備え、データ巻線は、データ巻線上に付与される電力供給信号がそれ自体を打ち消すよう、反極性の区画を有する。

前述の米国特許番号第５，２２９，６５２号中に記載されるようなアプローチに伴う問題は、移動止め構造の包含及び磁心の実施が、前述の技術文献中に記載されるのに類似する方法での相対空間動作を許容しないことである。電力信号及びデータ信号の相互に隔離された結合をもたらしながらも相対空間動作を許容し得ないことは、本発明によって取り組まれる技術的問題である。

よって、本発明は、前述の問題に少なくとも取り組むことに向けられている。

本発明の目的は、結合構成素子を通じて伝達される電力及びデータ信号の相対的な隔離ももたらしながら、結合構成素子の相対空間動作に適合するよう動作する、結合システムを提供することである。

本発明の第１の特徴によれば、動作中に磁性回路を形成するよう構成される少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアを含む結合装置が提供され、磁性回路は、その中の第１磁性経路を経由して結合装置を通じて第１電気信号を磁気的に結合するための第１の組の電気巻線を備え、磁性回路は、その中の第２磁性経路を経由して装置を通じて第２電気信号を磁気的に結合するための第２の組の電気巻線を備え、第１及び第２の磁性経路は、部分的に空間的に交差し、第１及び第２の組の巻線は、
（ａ）第１の組の巻線が、第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であり、
（ｂ）第２の組の巻線が、第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であるよう構成され、
少なくとも第１及び第２の磁性コアは、動作中にそれらの関連する巻線でそれらの間の相対的な動作を可能にすると同時に、回路を通じて第１及び第２の信号を磁気的に結合する。

本発明は、装置が、比較的低い相互クロストークなしに、そこを通じる電力及びデータ信号の両方を結合し、さらに、装置のコアの相対的動作に適合し得る点で有利である。

選択的に、装置において、少なくとも第１及び第２の磁性コアは、ベースから突出する複数のリムをそれぞれ含み、第１磁性コア上の複数のリムは、実質的に第１方向に細長く、第一方向における第一コアに対する第二コアのそれに沿う動作を支持するよう動作可能であると同時に、回路を通じて第１及び第２の信号を磁気的に結合する。

選択的に、装置において、少なくとも第１及び第２の磁性コアのそれぞれは、ベースを含み、ベースは、そこから突出して、中央リムと、それに隣接する複数の側部リムとを有し、中央リムは、第２磁性経路をもたらすよう動作可能であり、第１磁性経路は、中央リムを実質的に回避し、複数の側部リムを介して通る。

選択的に、装置において、少なくとも第１及び第２の磁性コアの少なくとも１つは、動作中にそれに沿う動作を支持するための実質的に細長い構成素子として実施される。

選択的に、装置において、少なくとも第１及び第２の磁性コアは、実質的にＥ字形状断面を有するコアとして実施される。

選択的に、装置において、少なくとも第１及び第２の磁性コアは、実質的に１よりも大きい大きさのオーダの非透磁率を有する磁性材料からそれぞれ実施される。

本発明の第２の特徴によれば、本発明の第１の特徴に従った結合装置を含む結合システムが提供され、当該システムは、第１信号を生成するための信号生成手段と、装置を通じて動作中に磁気的に結合される第１信号を整流するための整流手段とを含み、第１信号は、整流手段を通じて電力供給をもたらすよう構成される。

選択的に、結合システムにおいて、システムは、装置を通じて動作中に磁気的に結合される第２信号を介して単方向又は双方向データ通信をもたらすよう動作可能であるデータ処理手段をさらに含む。

本発明の第３の特徴によれば、結合装置を通じて第１及び第２の信号を磁気的に結合する方法が提供され、当該方法は、動作中に磁性回路をもたらすよう構成される少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアを含み、回路は、結合装置を通じて第１及び第２の信号をそれぞれ磁気的に結合するために第１の組の電気巻線と第２の組の電気巻線とを備え、当該方法は、
（ａ）回路内の第１磁性経路を経由して装置を通じて第１電気信号を磁気的に結合するために第１信号を前記第１の組の電気巻線に適用するステップと、
（ｂ）回路内の第２磁性経路を経由して装置を通じて第２電気信号を磁気的に結合するために第２信号を第２の組の電気巻線に適用するステップとを含み、
第１及び第２の組の巻線は、
（ｃ）第１の組の巻線が、第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であり、
（ｄ）第２の組の巻線が、第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であるよう構成され、
第１及び第２の磁性経路は、部分的に空間的に交差し、少なくとも第１及び第２の磁性コアは、動作中にそれらの関連する巻線でそれらの間の相対的な動作を可能にすると同時に、回路を通じて前記第１及び第２の信号を磁気的に結合する。

本発明の第４の特徴によれば、被験者を受容するためのキャリアを含む医療システムが提供され、キャリアは、第１及び第２の信号をそこを通じてシステム機器に磁気的に結合するために、少なくとも１つのその周縁に沿って本発明の第１の特徴に従った装置を備え、第１及び第２の信号は、動作中に第１及び第２の信号間にクロストークを実質的に生じさせることなしに、少なくとも１つの装置を通じて磁気的に結合される。

選択的に、医療システムにおいて、第１信号は電力供給信号であり、第２信号はデータ信号である。

選択的に、医療システムにおいて、第１及び第２の信号は、両方ともデータ信号を含み、或いは、第１及び第２の信号は、両方とも電力供給信号を含む。

選択的に、医療システムにおいて、少なくとも１つの装置は、動作中に少なくとも１つの装置に沿う機器の再位置決め及び取付けに適合するよう、キャリアの少なくとも１つの周縁に沿って少なくとも部分的に細長い形態で実施される。

選択的に、医療システムにおいて、キャリアは、２つの横方向周縁と２つの端縁部とを含む細長い形態であり、少なくとも１つの装置は、２つの横方向周縁と２つの端縁部の少なくとも１つに沿って実施される。

選択的に、医療システムにおいて、少なくとも１つの装置は、キャリアから取り外し可能である。

選択的に、医療システムにおいて、少なくとも１つの装置は、機器が動作中に相互にデータを交換するのを可能にするよう動作可能であると同時に、機器に電力供給ももたらす。その上、医療システムは、機器へのデータフローが、選択的に双方向又は単方向のいずれかであるよう選択的に構成される。さらに、医療システムは、その中に含まれる機器に電力供給をもたらすに過ぎず、そこにデータを伝達せず或いはそこからデータを伝達しないようにも選択的に構成される。

本発明の第５の特徴によれば、本発明の第１の特徴に従った結合装置を含む自動車が提供され、磁性データ信号及び電力供給結合を当該自動車に含まれる装置に提供する。より選択的に、自動車において、前記装置は、自動車座席、回転可能な内燃機関、又は、内燃機関トランスミッション装置の少なくとも１つを含む。

本発明の第６の特徴によれば、本発明の第１の特徴に従った家庭電化製品が提供され、磁性データ信号及び電力供給結合を当該家庭用電化製品と互換性のある製品に提供する。

本発明の機能は、付属の請求項によって定められる本発明の範囲から逸脱することなしに、如何なる組み合わせにおいても組み合わせられ易いことが理解されよう。

本発明の実施態様が、付属の図面を参照して、単に一例として今や記載される。

本発明を記載するに際して、結合システムが記載され、次に、結合システムの様々な多様な実用的用途が記載される。

図１を参照すると、本発明に従った結合システムを実施するために適合される磁気結合装置が示されている。磁気結合装置は、概ね１０によって表示されている。装置１０は、細長い筐体２０と、第１コア３０と、第２コア４０とを含む。コア３０，４０の相補的なリムが相互に整列されたままであるよう、第２コア４０は、第１コア３０に対して矢印５０によって指し示される方向に動作中に移動されるよう動作可能である。

筐体２０は、ベース１００と２つの側壁１１０とを有する「Ｕ」字形状の経路として実施されている。選択的に、経路は、プラスチック材料、アルミニウムのような押出非フェライト金属（アルミニウム）、非磁性ステンレス鋼から、或いは、セラミック材料から製造される。筐体２０は、第１コア３０をその中に収容するよう動作可能であり、第１コアは、細長い構成素子として実施され、且つ、非透磁率μ_ｒ、少なくとも１よりも大きい大きさのオーダを有する磁性材料の１つ又はそれよりも多くの当接する「Ｅ」字形状断面区画から選択的に製造される。選択的に、非透磁率μ_ｒは、実質的に１０から１０００の範囲内にある。磁性材料は、装置１０を通じて比較的高いデータ通信帯域幅、例えば、少なくとも数メガヘルツ（ＭＨｚ）帯域幅を支持するために、高周波数で低ヒステリシス損失を示すよう有利に選択される。例えば、高い非透磁率の磁性材料は、選択的に、フェライト材料又は薄い金属珪素鋼シート又は一体に積み重ねられ結合されるワイヤを含む。第１コア３０は、ベース１５０と、ベース１５０から中心に突出する中央リム１６０と、同様にベース１５０から突出する２つの外側リム１７０とを含む実質的に「Ｅ」字形状断面であり、外側リム１７０は、例証されるように、中央リム１６０にそれぞれ隣接している。ベース１５０及びその関連リム１６０，１７０は、選択的に、相互に一体的である。その上、第１コア３０は、有利に、磁気的であり、且つ、例証されるように、中央リム１６０の長手軸について空間対称的である。第１コア３０のベース１５０は、第１コア３０を筐体２０内に収容するために、例証されるように筐体２０のベース１００上に当接するよう動作可能である。それによって、筐体２０は、第１コア３０に機械的支持及び保護をもたらすよう動作可能である。選択的に、第１コア３０は、例えば、樹脂ポッティング又はシリコーンゴム又は類似の高コンプライアント材料の射出によって筐体２０内に埋設され得る。リム１６０，１７０の露出された端面は、選択的に、相互に平行であり、且つ、筐体２０上に当接するベース１５０の遠隔側部を含む平面から等距離にあるが、そのような平行性の要件は、本発明が機能するのに本質的ではない。

装置１０は、第２コア４０をさらに含み、第２コアは、有利に実質的に「Ｅ」字形状断面であり、且つ、第１コア３０と実質的に相補的な断面である。第２コア４０も、選択的に、例証されるように細長い形態であり、１つ又はそれよりも多くの相互に当接する区画を含む。その上、第２コア４０は、例証されるように、ベース２００と、ベース２００から突出する中央リム２１０と、ベース２００から突出する２つの側部リム２２０とを含む。２つの側部リム２２０は、中央リム２１０上にそれぞれ隣接している。第２コア４０は、前述のような第１コア３０と類似する方法で磁性材料から製造される。

動作中、装置１０は、第１コア３０のリム１６０，１７０が図１乃至４に例証されるような方法で第２コア４０のリム２１０，２２０と接触するか或いは近接近するよう配置される。有利に、動作中、リム１６０，２１０の対向する外表面間の間隙距離は、リム１７０，２２０の対向する外表面間の対応する間隙距離と類似して、リム１６０，１７０，２１０，２２０の外表面でフリンジングする磁束を管理可能な程度に制限するために、例えば、少なくともベース１５０，２００の横方向幅よりも小さい大きさのオーダでなければならない。

コア３０，４０は、以下のように相互に協働するよう動作される。
（ａ）第１コア３０上に含まれる第１一次巻線３００によって誘導される第１磁場が、ベース１５０，２００と外側リム１７０，２２０とを含む第１磁性経路を介して、中央リム１６０，２１０を介する実質的に無視可能な磁束結合を伴って、第２コア上に含まれる第１二次巻線に結合されるよう動作可能であり、第１磁性経路は、図２及び４中に例証される矢印３５０によって実質的に定められる。
（ｂ）第１コア３０上に含まれる第２一次巻線４００によって誘導される第２磁場が、中央リム１６０、ベース１５０，２００、及び、外側リム１７０，２２０を介して、第２コア４０上に含まれる第２一次巻線４１０に結合されるよう動作され、第２磁性経路は、図３及び４中の矢印４５０によって実質的に定められる。

第１一次及び二次巻線３００，３１０は、それらが図３中の矢印４５０によって指し示される第２磁性経路に沿って構築される磁場に対して相互に実質的に非感応的であるよう、第１及び第２コア３０，４０上にそれぞれ形成される。同様に、第２一次及び二次巻線４００，４１０は、それらが図２中の矢印３５０によって指し示される第１磁性経路に沿って構築される磁場に対して相互に実質的に非感応的であるよう、第１及び第２コア３０，４０上にそれぞれ形成される。よって、第１巻線３００，３１０は、コア３０，４０を介して結合電力の影響を受け易く、第２巻線４００，４１０に起こる結合が実質的にない。同様に、第２巻線４００，４１０は、コア３０，４０を介して結合データ信号の影響を受け易く、第１巻線３００，３１０に対して起こる結合が実質的にない。代替的に、第１巻線３００，３１０は、コア３０，４０を介して結合データ信号の影響を受け易く、第２巻線４００，４１０に起こる結合が実質的にない。同様に、第２巻線４００，４１０は、コア３０，４０を介して結合電力の影響を受け易く、第１巻線３００，３１０に起こる結合が実質的にない。それによって、コア３０，４０は、それらを通じて電力及びデータ信号の両方を伝達するよう動作可能であり、それらの間に起こるクロストークはない。その上、相乗的に、コア３０，４０は、それらを通じるそのような相互に隔離された電力及びデータ信号の結合も提供するよう動作可能でありながら、第２コア４０は、図１中に含まれる矢印５０によって指し示されるような長手方向に第１コア３０に対して移動される。

本発明がより十分に且つ完全に記載されるために、第１巻線３００，３１０及び第２巻線４００，４１０の実施が、図２及び３をそれぞれ参照して今やさらに解明される。

図２では、第１一次巻線３００が、開始地点から経路指定され、中央リム１６０と第１の側部リム１７０との間の第１間隙を介し、次に、ベース１５０の後方を回り、再び開始地点に向かってベース１５０を途中まで上がり、次に、中央リム１６０と第２の側部リム１７０との間の第２間隙に向かって横断し、第２間隙を介し、次に、ベース１５０の後方を回って示されている。その上、第１二次巻線３１０は、開始地点から経路指定され、ベース２００の後方を介して、第１の側部リム２２０と中央リム２１０との間の第３間隙を回り、次に、開始地点に向かって途中まで下り、次に、第２の側部リム２２０と中央リム２１０との間の第４間隙に向かう方向に向かい、然る後、ベース２００の後方を回り、次に、第４間隙を介して出る。第１一次巻線３００に加えられる電流Ｉ_１が、前述の第１磁性経路の回りに矢印３５０によって指し示される磁場を構築するよう動作可能であり、第１磁性経路は、実質的に中央リム１６０，２１０を含まず、第１一次巻線３００内を流れる電流Ｉ_１は、第１二次巻線３１０内に対応する電流Ｉ_２を誘導するよう動作可能である。図２及び４から、第１一次及び二次巻線３００，３１０は、矢印３５０によって指し示される前述の第１磁性経路の回りに磁場を構築するために、ベース１５０，２００及び／又は側部リム１７０，２２０上に非対向的にあるよう配置される。第１一次及び二次巻線３００，３１０は、単巻き巻線として選択的に実施される。代替的に、第１一次及び二次巻線３００，３１０の１つ又はそれよりも多くは、例えば、装置１０によって要求されるような電圧増大又は電圧減少特性をもたらすために、多重巻き巻線として選択的に実施される。

図３では、第２一次巻線４００が、例証されるように、第１コア３０の中央リム１６０の回りに１つ又はそれよりも多くの巻きとして経路指定されている。同様に、第２二次巻線４１０は、例証されるように、第２コア４０の中央リム２１０の回りの１つ又はそれよりも多くの巻きとして経路指定されている。第２一次巻線４００に加えられる電流Ｉ_３は、前述の第２磁性経路の回りに矢印４５０によって指し示される磁場を構築するよう動作可能であり、第２磁性経路は、それと関連付けられて、側部リム１７０，２２０を通じる対応する磁束に対して相互に対向する空間方向に中央リム１６０，２１０を通じる磁束を有する。第２一次巻線４００内を流れる電流Ｉ_３は、第２二次巻線４１０内に対応する電流Ｉ_４を誘導するよう動作可能である。図３及び４から、第２一次及び二次巻線４００，４１０は、矢印４５０によって指し示される前述の第２磁性経路の回りに磁場を構築するよう配置されることが理解されよう。第２一次及び二次巻線４００，４１０は、単巻き巻線として選択的に実施される。代替的に、第２一次及び二次巻線４００，４１０の１つ又はそれよりも多くは、例えば、装置１０のために要求されるような電圧増大又は電圧減少をもたらすために、多重巻き巻線として選択的に実施される。

巻線３００，３１０，４００，４１０の１つ又はそれよりも多くは、外部絶縁材、例えば、エナメル又はプラスチック材料絶縁材を備える導電性ワイヤから製造される巻線として実施され得る。代替的に、巻線３００，３１０，４００，４１０の１つ又はそれよりも多くは、伝導性金属フィルム、或いは、可撓絶縁フィルム、例えば、Ｋａｐｔｏｎ又は類似のポリアミド及び／若しくはポリエステルプラスチック材料内に絶縁されることによって電気的に絶縁されたストリップ導体として実施され得る。巻線３００，３１０，４００，４１０の他の実施も実現可能であり、本発明の範囲内にあると理解されるべきである。そのような他の実施は、単層又は多層の印刷回路板上に印刷され或いは他の方法で形成される伝導性経路を含む印刷巻線を含む。

図１乃至４中に描写される装置１０は、実質的なクロストーク又は相互干渉が起こさずに電力及びデータ信号の同時磁気結合をもたらすための結合システムの一部として有利に含められる。よって、電子回路が装置１０を通じて結合される電力の整流をもたらすよう動作可能な対応する結合システムを実施するために、並びに、装置１０を通じて結合されるデータ信号を隔離し且つ選択的に復調するために、装置１０は、１つ又はそれよりも多くの電子回路を有利に備える。

装置１０のための巨大な範囲の実用的な用途が潜在的にあり、そのような用途は以下を含むが、それらに限定されない。
（ａ）機械、例えば、部品配置機械又はロボット内の無線動力伝達装置。装置１０は、摩擦を減少し、加工硬化効果による潜在的な故障を回避するよう動作される。本発明に従った磁気結合は、線形又は曲線形態で実施され得る、即ち、第１コア３０は、そのような機械に適合されるべき動作の形態に依存して要求されるような直線又は曲線的に実施され得る。
（ｂ）電子構成素子を含むヘッドが、並びに、選択的に、光学素子も、ワークピースに対して急速に反復的に移動されなければならない、工業的印刷機及びレーザ切断機において。
（ｃ）家庭用動力伝達装置において、例えば、キッチン又はバスルームドレッサにおいて。キッチン調理器具が、例えば、装置１０を使用して実施され得る。ソースパン及びフライパンが、調理器具のホブ領域内に並びにソースパン及びフライパン内に含まれる１つ又はそれよりも多く装置１０を通じる動力伝達によって駆動されるよう動作可能な耐熱素子を含む。ソースパン及びフライパンは、その中に組み込まれる温度センサ及び噴きこぼれセンサによって実施される温度制御を有利に備え、これらのセンサは、噴きこぼれ警告又は温度制御の目的のために、調理器具の中央処理装置に１つ又はそれよりも多くのセンサを通じてデジタルモードで通信して戻すよう動作可能である。
（ｄ）例えば、監視及び測定センサを励起するために、線形に活性化される工具タレットが局所的に電力供給されるべき旋盤のような機械工具において。そのような用途における装置１０は、機械加工動作から生じる破片を潜在的に相対的に受け付けない。
（ｅ）生命維持に必要な生命維持機器が手術中に電力供給され並びにそのような機器との間の双方向通信が提供される集中治療ベッドのような医療用途において。そのような集中治療ベッドは、可撓リード線及び類似の障害の限定的な邪魔だけを伴って、看護スタッフ及び医者に光学的な患者アクセスをもたらす必要がある。その上、機器は、電力供給又はデータ通信の中断が起こることなしに、そのような集中治療ベッドに沿って再位置決め可能でなければならない。さらに、そのような機器は、単に少しの実施例を記述するだけでも生命維持に必要な監視及び／又は診断器具、例えば、心拍モニタ、血圧モニタ、呼吸モニタ、心臓バイパスポンプ、外科用レーザ、焼灼器具、ロボット内視器具、活性内視鏡カメラ、Ｘ線検査機器、ＣＴスキャナ、磁気共鳴映像システム、核医学システム、超音波走査プローブ、薬剤供給器具、透析装置、血液エアレーションモニタを含み得る。そのような機器は、電力を供給される必要があるのみならず、機器がそのような集中治療ベッドから遠隔に配置される外科医又は医者によって動作されるべきときには、双方向データ通信、例えば、ビデオリンクで支持される必要も有する。
（ｆ）自動車用途において、例えば、第１コア３０及びその関連する第２コア４０がガイドの１つ又はそれよりも多くと平行に或いは同時に取り付けられ、それによって、座席内ヒーティング、モータ駆動シート調節、内蔵ＬＣＤビデオスクリーンのような視聴覚的シート設備、ラジオ、及び、そのガイド上の助手席の支持線形摺動調節のような電気機能性を助手席にもたらすよう、助手席がガイド上に取り付けられる状況において。

図５には、概ね８００によって示される医療システムが示されている。医療システム８００は、被験者８２０、例えば、人間の患者を受容するためのベッド８１０を含み、ベッド８１０は、選択的に、前の段落（ｅ）中に記載されたような集中治療ベッド、又は、手術室ベッドである。ベッド８１０は、その周辺領域に、対応する第１コア３０ａ，３０ｂをそれぞれ備える第１筐体２０及び第２筐体２０ｂを含み、第１コア３０ａ，３０ｂは、図１乃至４中に例証された前述のコア３０又はその解明された変形と類似している。その上、ベッド８１０は、その第１端部に、その関連する第１コア３０ｃを備える端部筐体２０ｃをさらに含み、コア３０ｃは、コア３０ａ，３０ｂと設計が類似しているが、より短い長手方向の長さを有する。コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃが共通の電力源として動作し、並びに、そこを通じる単方向方向又は双方向データ通信を支持するよう動作可能なデータバスとしても動作し得るよう、コーナー結合によって相互に一体に結合される。被験者８２０をベッド上に或いはベッドから物理的に持ち上げるためのアクセスをもたらすために、端部筐体２０ｃ及びそのコア３０ｃは、ベッド８１０の第一端部に、例えば、例証されるように、被験者８２０の足付近に選択的にのみ含まれている。選択的に、その第１端部と反対側のベッド８１０の第２端部は、被験者８１０が関連筐体内に取り付けられる第１コアで完全に取り囲まれるよう、端部筐体及び関連する第１コアを追加的に備え得る。より一層選択的に、１つ又はそれよりも多くの筐体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及びそれらの第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ベッド８１０を実質的に再構築する目的のために、ベッド８１０から取り外し可能にされ得る。

筐体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及びそれらの第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、図５に例証されるような前述のコーナー結合を使用して直列に相互に結合され易い。代替的に、筐体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ及びそれらの第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃを相互に結合することの平行的な方法が、選択的に利用可能である。

コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、インターフェース８３０に結合される。インターフェース８３０は、医療システム８００内の電力供給の目的のために、第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃの第１一次巻線３００を駆動するための高周波オシレータ（図示せず）を含み、オシレータは、幹線電力故障の場合にベッド８１０の動作が維持されるよう、無停電電源装置を介して幹線電気を選択的に備える。その上、オシレータは、１キロヘルツから１メガヘルツの周波数範囲内で、より選択的には、２０キロヘルツから１００キロヘルツの範囲内で動作するよう選択的に実施される。第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃから対応する第２コア４０ａ，４０ｂ，４０ｃの第１二次巻線３１０に結合される電力は、医療システム８００内に含まれる機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃに電力供給するよう動作される。第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃが細長い形態であるために、第２コア４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃに沿って動作中にそれぞれ摺動可能に変位可能であると同時に、後に解明されるように、機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃの動作をそれぞれ維持する。

インターフェース８３０は、電力接続８５０及びデータ接続８４０を介して第１コア３０ｂに結合されて示されており、第１コア３０ｂは、第１コア３０ｃを介して直列のコーナー結合によって第１コア３０ａ結合されて示されている。その上、インターフェースは、データ接続８６０を介して遠隔データシステム８７０に結合されても示されている。遠隔データシステム８７０は、有利に、それ自体が他の通信ネットワーク、例えば、被験者８２０に関する患者記録にアクセスするためのインターネットに選択的に結合される病院データベースである。

機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、今やさらに解明される。各機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、その関連する第２コア４０ａ，４０ｂ，４０ｃをそれぞれ含む。各機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、接続部９１０を介してその関連する第２コア４０ａ，４０ｂ，４０ｃの巻線３１０，４１０にそれぞれ結合される整流装置９２０を含む。その上、各整流装置９２０は、その関連する演算装置９５０に電力供給するための電力出力９３０を含み、データを関連する演算装置９５０にデータを供給し並びにそこからデータを伝達するための双方向又は単方向データ出力／入力９４０も含む。整流装置９２０は、インターフェース８３０のオシレータによって生成され、且つ、演算装置９５０を励起するための電圧を生成するためにコア３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって含まれる結合装置１０の第１巻線３００，３１０を介して結合される交流信号を整流するよう動作される。その上、整流装置９２０は、演算装置９５０を装置１０によって提供される医療システム８００内のデータバスに結合するために、結合装置１０の第２巻線４００，４１０を介して結合されるデータ信号を結合するよう動作可能でもある。選択的に、演算装置９５０は、他の通信モード、例えば、非重要データのための無線地域ネットワーク（ＷＬＡＮ）を備える。有利に、安全性に不可欠な或いは生命維持に不可欠なデータフローが、医療システム８００の装置１０を介して実施される。

３つの機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃが図５中に例証されているが、１つ又はそれよりも多くの機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃが被験者８２０のための手術又は介護要件に応答して選択的に含まれることが理解されよう。より選択的に、そのような機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、被験者８２０の介護又は分析中に要求されるように第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃから取り除かれ或いは導入され得る。例えば、様々な機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃが、被験者８２０の状態の向上又は劣化に応答してベッド８１０に選択的に導入され或いは取り除かれる。

第１コア３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及びそれらの関連する第２コア４０ａ，４０ｂ，４０ｃ上にそれぞれ含まれる第２一次及び二次巻線４００，４１０によって、高い信頼性のある単方向又は双方向データ通信が、医療システム８００内に支持される。例えば、２つ又はそれよりも多くの機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、それらの関連する装置１０を介してそれらの間で相互にデータを通信し易い。その上、１つ又はそれよりも多くの機器９００ａ，９００ｂ，９００ｃは、例えば、
（ａ）システム８００から遠隔の医者又は医師から外部的な指示を受け取るために、及び／又は、
（ｂ）遠隔データベース、例えば、遠隔データシステム８７０内に記憶された、例えば、病院又は患者データベース上に記録されたデータにアクセスするために、
インターフェース８３０との双方向又は単方向通信によって選択的に通信し易い。

医療システム８００は、病院又はクリニック内の既存のベッドへの改装として実施され得る。その上、医療システム８００は、歯科用ドリル、吸引ポンプ、焼灼器、歯科用樹脂を硬化するためのＵＶ光源、及び、Ｘ線設備のような様々な機器９００が、最適の患者処置効率を支持するために歯科医に直ちに利用可能である必要がある歯科医業における使用のために修正され易く、それによって、様々なケーブルによって引き起こされる障害は、１つ又はそれよりも多くの装置１０を利用することによって潜在的に回避される。

装置１０の潜在的な修正として、第２コア４０は、円形リム内に選択的に形成され得る。そこでは、リム２１０，２２０の外表面は、例えば、曲線的に、径方向に外向きに面する。その上、本発明のそのような実施態様において、第１コア３０は、そのリム１６０，１７０の外面が、リム２１０，２２０の径方向外向きに面する外表面に向かって小さな径方向距離だけ離れて径方向内向きにそれぞれ面するよう取り付けられるよう実施され得る。そのように実施されるコア３０，４０は、装置が結合力のための径方向磁気カプラ、及び、回転部品上に取り付けられる第２コア４０への双方向信号として機能することを可能にする。この実施態様は、回転機械類において、例えば、電子トランスミッション及び結合が自動車内で利用される自動車用途において使用され易い。代替的に、そのような実施態様は、高い信頼性及び頑健性が主要である航空機用機関のタービンとの使用のためにも構成され得る。代替的に、船舶用機関が、装置１０のそのような修正された回転実施を利用するよう構成され得る。

前述のような装置１０の第１コア３０及び第２コア４０は、２つの電気信号が、装置１０を通じるそれらの間の比較的取るに足らない相互クロストークを伴って伝達され得るよう、２つの相互に異なる磁性経路が動作中に装置１０内に構築されることを可能にするために３つのリムをそれぞれ備えが、第１コア３０及び第２コア４０は、３つよりも多くのリムをそれぞれ含むよう修正され得ることが理解されよう。例えば、コア３０，４０は、３つの相互に異なる磁性経路が装置１０を通じて構築されることを可能にするよう、５つのリムをそれぞれ含むよう修正され得る。このように修正される装置１０は、それらを通じて、比較的取るに足らない相互クロストークを伴う３つの電気信号を伝達し得る。

前述の本発明の実施態様に対する修正は、付属の請求項によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに可能である。

本発明を記載し且つ請求するために使用される「包含する」、「含む」、「組み込む」、「から成る」、「有する」、「ある」のような表現は、非排他的な方法で解釈されること、即ち、明示的に記載されていない品目、部品、又は、素子が存在することも許容することが意図されている。単数に対する言及は、複数に関するようにも解釈されるべきである。

付属の請求項中の括弧内に含まれる数字は、請求項の理解を助けることが意図されており、これらの請求項によって請求される主題事項を限定するように決して解釈されるべきではない。

本発明に従った結合システムのための結合装置を示す概略図であり、装置は、筐体と、筐体内に含まれる第１の細長い磁性のＥ字形状コアと、第１コアに沿って線形摺動的に移動されるよう動作可能な第２の磁性のＥ字形状コアとを含み、第１及び第２コアの端部部材は、それらの間の磁束結合を促進するよう相互に面し且つ整列している。図１の第１及び第２の磁性コアを通じる第１経路を介した結合を示す概略図であり、磁束が第１コアから第２コア内に誘導されている。図１の第１及び第２の磁性コアを通じる第２経路を介した結合を示す概略図であり、磁束が第１コアから第２コア内に誘導されている。図２及び３からの詳細を含む概略図であり、図１内に例証される第１及び第２のコア上に含まれる巻線の並置が例証されている。本発明に従った図１乃至４に実質的に示されるような結合装置を含む医療システムを単純化して示す概略図であり、医療システムは、人間のような被験者を受容するよう構成され、結合装置は、機器が結合装置の使用の故に医療システム内で空間的に移動可能であるよう、電力供給信号及びデータ信号が医療システムの機器に結合されるのを可能にする。

Claims

動作中に磁性回路を形成するよう構成される少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアを含む結合装置であって、前記磁性回路は、その中の第１磁性経路を経由して当該結合装置を通じて第１電気信号を磁気的に結合するための第１の組の電気巻線を備え、前記磁性回路は、その中の第２磁性経路を経由して当該装置を通じて第２電気信号を磁気的に結合するための第２の組の電気巻線を備え、前記第１及び第２の磁性経路は、部分的に空間的に交差し、前記第１及び第２の組の電気巻線は、
（ａ）前記第１の組の電気巻線が、前記第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、前記第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であり、
（ｂ）前記第２の組の電気巻線が、前記第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、前記第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であるよう構成され、
前記少なくとも第１及び第２の磁性コアは、動作中にそれらの関連する電気巻線でそれらの間の相対的な動作を可能にすると同時に、前記回路を通じて前記第１及び第２の信号を磁気的に結合し、
前記少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアは、ベースと３つのリムとを備えるＥ形状の形態をそれぞれ有し、
前記第１の組の電気巻線の第１の一次巻線は、前記第１の磁性コアの隣接するリムの間の中間領域において前記第１の磁性コアの前記ベースの周りに巻回され、
前記第１の組の電気巻線の第１の二次巻線は、前記第２の磁性コアの隣接するリムの間の中間領域において前記第２の磁性コアの前記ベースの周りに巻回され、
前記第２の組の電気巻線の第２の一次巻線は、前記第１の磁性コアの中央リムの周りに巻回され、
前記第２の組の電気巻線の第２の二次巻線は、前記第２の磁性コアの中央リムの周りに巻回される、
結合装置。
前記少なくとも第１及び第２の磁性コアは、ベースから突出する複数のリムをそれぞれ含み、前記第１磁性コア上の前記複数のリムは、実質的に第１方向に細長く、前記第一方向における前記第一コアに対する前記第二コアのそれに沿う動作を支持するよう動作可能であると同時に、前記回路を通じて前記第１及び第２の信号を磁気的に結合する、請求項１に記載の結合装置。
前記少なくとも第１及び第２の磁性コアのそれぞれは、ベースを含み、該ベースは、そこから突出して、中央リムと、それに隣接する複数の側部リムとを有し、前記中央リムは、前記第２磁性経路をもたらすよう動作可能であり、前記第１磁性経路は、前記中央リムを実質的に回避し、前記複数の側部リムを介して通る、請求項１に記載の結合装置。
前記少なくとも第１及び第２の磁性コアの少なくとも１つは、動作中にそれに沿う前記動作を支持するための実質的に細長い構成素子として実施される、請求項１に記載の結合装置。
前記少なくとも第１及び第２の磁性コアは、実質的に１よりも大きい大きさのオーダの非透磁率を有する磁性材料からそれぞれ実施される、請求項１に記載の結合装置。
請求項１に記載の結合装置を含む結合システムであって、当該システムは、第１信号を生成するための信号生成手段と、前記装置を通じて動作中に磁気的に結合される前記第１信号を整流するための整流手段とを含み、前記第１信号は、前記整流手段を通じて電力供給をもたらすよう構成される、結合システム。
当該システムは、前記装置を通じて動作中に磁気的に結合される第２信号を介して単方向又は双方向データ通信をもたらすよう動作可能であるデータ処理手段をさらに含む、請求項６に記載の結合システム。
結合装置を通じて第１及び第２の信号を磁気的に結合する方法であって、
前記結合装置は、動作中に磁性回路をもたらすよう構成される少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアを含み、
該少なくとも第１及び第２の相互に相補的な磁性コアは、ベースと３つのリムとを備えるＥ形状の形態をそれぞれ有し、
前記回路は、前記結合装置を通じて第１及び第２の信号をそれぞれ磁気的に結合するために第１の組の電気巻線と第２の組の電気巻線とを備え、
前記第１の組の電気巻線の第１の一次巻線は、前記第１の磁性コアの隣接するリムの間の中間領域において前記第１の磁性コアの前記ベースの周りに巻回され、
前記第１の組の電気巻線の第１の二次巻線は、前記第２の磁性コアの隣接するリムの間の中間領域において前記第２の磁性コアの前記ベースの周りに巻回され、
前記第２の組の電気巻線の第２の一次巻線は、前記第１の磁性コアの中央リムの周りに巻回され、
前記第２の組の電気巻線の第２の二次巻線は、前記第２の磁性コアの中央リムの周りに巻回され、
当該方法は、
（ａ）前記回路内の第１磁性経路を経由して前記装置を通じて前記第１電気信号を磁気的に結合するために前記第１信号を前記第１の組の電気巻線に適用するステップと、
（ｂ）前記回路内の第２磁性経路を経由して前記装置を通じて前記第２電気信号を磁気的に結合するために前記第２信号を前記第２の組の電気巻線に適用するステップとを含み、
前記第１及び第２の組の電気巻線は、
（ｃ）前記第１の組の電気巻線が、前記第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、前記第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であり、
（ｄ）前記第２の組の電気巻線が、前記第２磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に感応的であり、前記第１磁性経路内に動作中に構築される磁束に対して実質的に非感応的であるよう構成され、
前記第１及び第２の磁性経路は、部分的に空間的に交差し、前記少なくとも第１及び第２の磁性コアは、動作中にそれらの関連する電気巻線でそれらの間の相対的な動作を可能にすると同時に、前記回路を通じて前記第１及び第２の信号を磁気的に結合する、
方法。
被験者を受容するためのキャリアを含む医療システムであって、前記キャリアは、第１及び第２の信号をそこを通じてシステム機器に磁気的に結合するために、少なくとも１つのその周縁に沿って少なくとも１つの請求項１に記載の装置を備え、前記第１及び第２の信号は、動作中に前記第１及び第２の信号間にクロストークを実質的に生じさせることなしに、前記少なくとも１つの装置を通じて磁気的に結合される、医療システム。
前記第１信号は、電力供給信号であり、前記第２信号は、データ信号である、請求項９に記載の医療システム。
前記第１及び第２の信号は、両方とも、データ信号を含み、或いは、前記第１及び第２の信号は、両方とも、電力供給信号を含む、請求項９に記載の医療システム。
前記少なくとも１つの装置は、動作中に前記少なくとも１つの装置に沿う前記機器の再位置決め及び取付けに適合するよう、前記キャリアの前記少なくとも１つの周縁に沿って少なくとも部分的に細長い形態で実施される、請求項９に記載の医療システム。
前記キャリアは、２つの横方向周縁と２つの端縁部とを含む細長い形態であり、前記少なくとも１つの装置は、前記２つの横方向周縁と前記２つの端縁部の少なくとも１つに沿って実施される、請求項９に記載の医療システム。
前記少なくとも１つの装置は、前記キャリアから取り外し可能である、請求項９に記載の医療システム。
前記少なくとも１つの装置は、前記機器が動作中に相互にデータを交換するのを可能にするよう動作可能であると同時に、前記機器に電力供給ももたらす、請求項９に記載の医療システム。
請求項１に記載の結合装置を含む自動車であって、磁性データ信号及び電力供給結合を当該自動車に含まれる装置に提供する、自動車。
請求項１に記載の結合装置を含む家庭電化製品であって、磁性データ信号及び電力供給結合を当該家庭用電化製品と互換性のある製品に提供する、家庭用電化製品。