JP5559312B2 - 多負荷並列磁気回路における共有磁束を用いた電磁機器およびその動作方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、ＤＣ負荷のための電流ドライバとしての電磁誘導装置に関し、より詳細には、磁束がプールとして供給され、それにより入力ＡＣ電力を減少させる並列、多負荷並列回路に関する。

米国特許法施行規則１．９７および１．９８に基づき開示される情報を含む関連技術の詳細
Ｂｒｕｈｎの米国特許出願公開第２００９／００８５４０８号明細書は、ソースデバイスと少なくとも１つの標的装置間の無線エネルギーおよび／またはデータ伝送のための機器および方法を開示し、機器及び方法において、電圧は、ソースデバイス側にあり少なくとも１つの２次コイルにおける少なくとも１つの１次回路の、標的装置にあり少なくとも１つの２次コイルの、および少なくとも１つの共振回路の少なくとも１つのコイルにおける、少なくとも１つの１次コイルにより誘導され、共振回路は１次回路から及び２次回路から絶縁されるように配置される。

Ｔａｎａｋａの米国特許出願公開第２００９／００５８１９０号明細書は、接触することなく、動力伝達装置から伝送される搬送波を受け、受けた搬送波から電力を得る受電装置を開示する。受電装置は所定のインダクタンスを有し、中間タップを備えておらず、その結果搬送波を受け、搬送波に対応する誘導電圧を発生させる通信アンテナと、誘導電圧に基づき駆動電圧を発生させ、発生した駆動電圧を用いて情報処理を行う処理部と、搬送波受信部と処理部間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換部とを少なくとも含む搬送波受信部を含む。

Ｃｏｏｋらの米国特許出願公開第２００９／００５８１８９号明細書は、低周波、例えば１ＭＨｚ未満における電力の伝達を開示する。電力はリッツ線のような撚り線を含む異なる構造物を用いて様々な方法で伝達し得る。誘導子はまた、例えばフェライトコアを使用し得る。パッシブリピータもまた使用し得る。

Ｃｏｏｋらの米国特許出願公開第２００９／００５１２２４号明細書は、無線動力・充電アンテナシステムを開示する。アンテナは高ｑループアンテナであり得る。アンテナは第１部と第２部間の接合を使用し得る。

Ｙｏｄａらの米国特許出願公開第２００９／００２１２１９号明細書は、受電装置の動作を制御する受電側制御回路、および電力供給制御信号を充電制御装置に供給する電力供給制御信号出力端子を含む非接触電力伝達システムの受電装置に具備される受電制御装置を開示し、電力供給制御信号はバッテリへの電力供給を制御する。受電側制御回路は、電力供給制御信号（ＩＣＵＴＸ）が電力供給制御信号出力端子から出力される時間調整を制御する。充電制御装置の動作は、電力供給制御信号（ＩＣＵＴＸ）を用いて強制的に制御される。

ジンらの米国特許出願公開第２００８／０２３１１２０号明細書は、１次コイルを含む電力伝達装置および２次コイルを含む受電装置を有する非接触電力伝達システムを開示し、１次コイルおよび２次コイルは電磁的に互いに接合し、電力伝達装置は電気力を受電装置に伝達するよう構成される。ここで、２次コイルは磁性体を含有し、電力伝達装置は１次コイルへの饋電電流のための饋電部および１次コイルへの饋電を開始した直後に１次コイルの自己インダクタンスの変化を検出するための自己インダクタンス検出部を有する。その際、饋電を開始した直後の饋電部の饋電動作は、自己インダクタンス検出部の検出結果に基づいて決定される。

Ｋｕｅｎｎｅｎらの米国特許出願公開第２００８／０１９１６３８号明細書は、誘導的に負荷に電力を提供するためのバラスト回路を開示する。バラスト回路は、発振器、ドライバ、スイッチング回路、共振タンク回路および電流検出回路を含む。電流検出回路は、共振タンク回路における電流を表す発振器に電流饋電信号を提供する。電流饋電信号は、バラスト回路の周波数を励振し、バラスト回路に共振をシークさせる。好ましくは、バラスト回路は、誘導的に共振タンク回路に接合される電流制限回路を含む。電流制限回路は、バラスト回路における電流が所定の閾値を超える、または所定の範囲から外れた際に、バラスト回路を使用停止にする。

Ｂａａｒｍａｎらの米国特許出願公開第２００８／０１５７６０３号明細書は、独自の識別周波数を使用して、遠隔装置を識別する誘導電力供給システムを開示する。システムは、ＡＩＰＳと、異なる周波数で電力を遠隔装置に誘導的に提供することが可能なタンク回路と、タンク回路の遠隔装置の反射インピーダンスを検出するための検出器とを含む。システムはさらに複数の遠隔総理を含み、それぞれ独自の共振周波数を有する。動作中、遠隔装置が、識別周波数の１つに呼応した共振を確立するまで、複数の独自の識別周波数で遠隔装置に電力を印加することにより、誘導性電場に存在する遠隔装置の種類を識別することが可能である。ＡＩＰＳは、共振が検出情報を評価することにより確立されている際、認識する制御部を含む。一度、遠隔装置の識別が決定されると、ＡＩＰＳは、効果的な動作を確保し、誤った状態を認識することを補助するためにメモリから遠隔装置のための動作パラメータを引き得る。

Ｇｏｈａｒａらの米国特許出願公開第２００２／０１１７８９６号明細書は、電気力が、スライドドア側を滑る車体の２つの部材間の相互誘導作用を介して供給されるような配置を開示する。加えて、異なる誘導起電力をそれぞれ２次側の饋電コイルに生じさせ、電力供給を各２次側饋電コイル配置のためにもたらすような配置を提供する。対応する負荷の特性要件に対応する電気力を供給するために、第１貯蔵部材および第２貯蔵部材を２次側饋電コイルにその間に介入される整流回路を用いてそれぞれ接続する。

Ｓｃｈｅｃｋｅｌらの米国特許出願公開第５３４９１７３号明細書は、情報およびエネルギー伝送のための少なくとも１つのコイルを有する静止部およびエネルギー伝送のためのすくなくとも１つのコイルに接続される発振器を含む非接触情報およびエネルギー伝送のための装置を開示する。可動部は、情報およびエネルギー伝送のための少なくとも１つのコイル、少なくとも１つのコイルの下流に接続される少なくとも１つの整流装置、脈動電圧を運ぶための少なくとも１つの整流装置に接続される少なくとも１つの充電コンデンサを有する。１組のコイルは、エネルギー伝送に使用され、一組のコイルは情報伝送に使用される。可動部のコイルは静止部のコイルと任意に関連する。装置は、情報信号に従い変調され、可動部の別のコイルを介して、可動部のコイルの適切な１つを介して受けるエネルギーの一部を返送することにより、情報を可動部から静止部まで伝送するために可動部に配置される。

Ｆｅｌｌｓらの国際公開第２００９／０２７６７４号は、１次部および１次部から分かれた２次部を具備する誘導電力伝達システムがあることを開示し、１次部は電力伝達面および各々電磁場を発生する動作が可能な２つ以上の電場発生器を具備し、電場発生器は電力伝達面に対し、異なる位置に設置され、２次装置は２次コイルを有する電力受信器を具備し、システムはさらに電力伝達面に対し、電力受信器の少なくとも１つの位置および向きを決定するための決定手段と、電場発生器を制御し、その結果、その決定により選択される少なくとも１つの第１電場発生器および少なくとも１つの第２電場発生器を活性化し、そしてさらに全てに満たない電場発生器を同時に活性化するように、電場発生器の第３のものを不活性化させる制御手段を具備する。

上記の関連技術は、電力伝達装置、非接触情報およびエネルギー伝送器、および無線電力伝送システムを含む多くの誘導回路を開示する。しかし、従来技術は並列磁気回路における磁束を共有するための手段を提供する本回路における固有の概念を開示していない。本開示は、以下の概要に記載するようなこれまで未知の利点を提供することで、従来技術と区別される。

本開示は以下に記載する目的のもとである構造および使用の点での特定の利益を教示する。

本明細書に記載される装置は、複数のまたは少なくとも２つの２次回路と磁力的に接合される１次コイルを有する。各２次回路の１つは２次コイルを有し、各２次コイルは、電気直列接続で、２つの制御コイルと共に、互いに反対方向に巻回される制御コイルと共に同軸に巻回され、直線上に配置される。２次コイルはそのそれぞれの負荷により要求されるような異なる出力電圧のために巻回され得る。各２次回路にある直列コイルは、バッテリおよび負荷の両者と共に電気並列で配置される。ダイオードは、バッテリの活性末端に向かって電流が流れることを保証するよう配置される。バッテリは等価機能性素子のようなコンデンサ回路により置き換えられ得る。各２次回路の１次コイルおよび直列コイルは、物理的に平行な位置に配置され、そのため並列磁気回路配置にまたがり発展される磁気磁束を共有することができる。

上記機器および使用法に固有の第１の目的は、従来技術が教示しない利点を提供することである。

別の目的は、その１次においてより少ない入力電力を使用する一方、複数の可変的な負荷の電流要求に見合うことが可能な磁束共有誘導回路を提供することである。

さらなる目的は、その負荷構成により、入力電力要求を著しく減少させることが可能な該磁束共有誘導回路を提供することである。

またさらなる目的は、並列物理的コイル固定部を有する該磁束共有誘導回路を提供することである。

またさらなる目的は、２次コイルが隣接し同軸に巻回された制御コイルにより制御される該磁束共有誘導回路を提供することである。

本発明の他の特徴および利点は、実施例の方法、本明細書に記載の機器およびその使用法により例証する添付図面と併せて、以下のさらに詳細な記述から明らかになるであろう。

少なくとも１つの本発明の好ましい実施形態は添付の図面で例証される。

本明細書に記載の機器の概略図である。 コイル巻線および透磁性コアならびに機器の一体化された末端構造の側面図である。 図２に示す構造の端面図である。

上記図面は、記載される機器、およびその好ましく、最良の形態の実施形態の少なくとも１つにおける使用法を例証し、それはさらに以下の記述で詳細に定義する。当業者は、その趣旨および範囲を逸脱することなく、ここに記載する事項の変更および改良を行うことができ得る。したがって、例証されるものが例示の目的のためのみ明らかにされ、本装置およびその使用法の範囲における制限として与えられるべきではないことを理解すべきである。

図１の概略電気図を参照すると、１次コイルＰは、その構造において互いに本質的に等しいが、以下に記載するように通常それらの成分値および負荷が異なる２次回路Ａ、ＢおよびＣと共通フェライト構造（磁気回路）Ｆを共有する。図１に示す３つの２次回路Ａ、ＢおよびＣは本発明を可能にし得る一実施例でのみあり、実際、本発明の代用の実施形態において、２次回路は２つのみであってもよく、３つ以上であってもよい。

１次コイルＰは、図に示されるようにＡＣ電源により通電される。フェライト構造Ｆは１次コイルＰおよび３つの別々の２次コイルアセンブリ２０（図３）が別々に巻回された上にコア１０を提供し、２次コイルアセンブリ２０は、２次回路Ａ、ＢおよびＣそれぞれで誘導電流を提供する。１次コイルＰは、互いに逆の北磁極および南磁極をどの瞬間においても有する電磁石として働く。それら磁極はさらに、図２に示すようにフェライト終端構造３０を介して１次コイルのコアに平行にあり、コア１０と一体であるため、２次コイルアセンブリ２０のコアの両端に出現する。

各２次コイルアセンブリ２０は、２次コイルＳおよび２つの制御コイルＣ１およびＣ２を具備し、制御コイルＣ１およびＣ２は一体型、回転等を用いて、しかし逆の巻回方向、つまり、互いに反対に巻回される。それら全てのコアは、共通コア１０に巻回され、その結果、磁気磁束を共有し、直列接続および直線配置で配線される。さらに、示すように、各制御コイルは抵抗器Ｒにより分流される。

ここで、３つの２次コイル全ての実施例として２次回路Ａを参照すると、コイルアセンブリ２０の３つのコイル、すなわちＣ１、ＳおよびＣ２は、バッテリＢａｔおよび負荷Ｌの両者に並列に配置される。ダイオードＤはコイルアセンブリ２０をバッテリＢａｔおよび負荷Ｌと繋ぐ。先に述べたように、回路ＢおよびＣは、それぞれ同様に配置される。ＡＣサイクルの半分の間、バッテリＢａｔの活性末端およびまた負荷Ｌは制御コイルＣ１およびダイオードＤにまたがる分流抵抗器Ｒの直列接続から電気の流れを受ける。残りの半分のサイクルの間、ダイオードＤにより電流の流れはない。

バッテリＢａｔは、その負荷Ｌにまたがる一定のＤＣ電圧を提供する。バッテリＢａｔからの電流の流出は、負荷Ｌのインピーダンスの変化に依存する。コイルアセンブリＣ１、Ｓ、Ｃ２はＡＣサイクルが伝導する半分の時間でバッテリ流出を即座に補填する。

バッテリＢａｔが完全に充電される際、バッテリＢａｔへの電流の流れを断つことにより共通の磁束プールが２次コイルＳを介して流れることを阻止するその制御コイルＣ１の磁束を増加することにより、分流Ｒをまたがる電流が増加する。これが起こると、２次コイルＳの電磁場が崩壊するか、または、少なくとも部分的に崩壊し、１次コイルＰのコア１０における磁束に加える磁束が発生する逆電流を発生させる。

これは１次コイルＰにおける電流の流れを制限し、その結果、１次コイルＰおよび２次コイルＡ、ＢおよびＣを含むシステム全体が、分かれて駆動した場合に３つの２次回路に必要な総電力よりも少ない総体的なＡＣ電力を必要とする。

上記詳細における実施可能体は、記録にある従来技術に渡り新規であると示唆され、装置およびその使用法の少なくとも１つの態様の動作、および上記目的の達成が重要な意味を持つことが示唆される。本実施形態を述べるために本明細書中で使用される単語は、それらが一般的に定義される意味の念においてのみ理解されるだけでなく、本明細書における特別な定義を含む：構造、物質または機構は一般的に定義される趣旨を超えている。したがって、本明細書の内容において１つ以上の意味を含むよう構成要素を理解することができる場合、明細書または構成要素を支持する１つまたは複数の単語により可能な意味全てを包括するようにその使用を理解しなければならない。

本明細書に記載される単語および図面の構成要素の定義は、文献的に明らかとされる構成要素の組み合わせだけでなく、実質的に同様の結果を得るための実質的に同様の方法で同様の機能を果たすための全ての等価構造、物質または機構を含むことを意味する。したがって、この趣旨において、複数の構成要素およびその種々の実施形態の等価代用物が上述の構成要素のいずれか１つのために作製され得ること、単一の構成要素が請求の範において複数の構成要素のために代用されることが熟慮される。

現在既知であるまたは過去に考案された技術の技術者から見ると、主張される発明の主題からの変化は意図される範囲内で等価であり、その種々の実施形態として明確に熟慮される。したがって、現在または過去に当業者により既知である明らかな代用物は定義される範囲内にあると定義される。本開示は、それ故、明確な例証されるものおよび上記のもの、概念的に等価のもの、明らかに代用でありうるもの、そしてまた本質的な理想を組み込んだものを含むと理解することを意味する。

本記述の範囲は添付の請求の範囲との組み合わせによってのみ解釈されるべきであり、本明細書では、名前の挙がった発明者は各々主張する発明の主題が特許を取得することを意図したものであると信じている。

Claims (2)

1. 磁力透過性物質の１次コアに巻回され、前記１次コアがＡＣ電圧により通電される１次コイルと、
   磁力透過性物質の２次コアに巻回される２次コイルを各々が有し、前記１次および２次コアは並列磁気回路として配置される少なくとも２つの２次回路と、
   １組の制御コイルと共に共通の前記２次コアに直列に巻回され、前記制御コイルは前記２次コイルの両側に位置し、ここで前記制御コイルは互いに対し反対方向に巻回され、前記各制御コイルが抵抗器により分流されるコイルアセンブリと、
   前記コイルアセンブリとバッテリおよび負荷の電気的に並列な配置間に配置されるダイオードを各々さらに提供する前記２次回路
   とを含む電磁回路。
2. 並列負荷を有する回路にエネルギーを保存する方法であって、
   ａ）ＡＣ電圧を用いて磁力透過性物質の１次コアに巻回される１次コイルを通電することと、
   ｂ）２次回路の一つは各々一組の制御コイルと共に磁力透過性物質の共通の２次コアに直列に巻回される２次コイルを含むコイルアセンブリを提供し、前記制御コイルが前記２次コイルの両側に位置する２次回路であって、
   前記制御コイルが互いに対し反対方向に巻回され、前記制御コイルが各々抵抗器により分流される少なくとも２つの２次回路に電圧を誘導すること、
   ｃ）並列磁気回路として前記１次コアおよび２次コアを配置すること、および
   ｄ）ダイオードを介して前記各コイルアセンブリから前記バッテリおよび負荷まで電流を誘導すること
   とを含むステップを有する方法。
   

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