JP5814229B2 - 電気エネルギー蓄積装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギー蓄積装置に関し、かかる蓄積装置を有する機器（例えば、電気装置又は電子装置）に関する。特に、本発明は、例えば誘導充電システムにおいて時間的に変化する電磁場で使用するための電気エネルギー蓄積装置に関する。

電気エネルギー蓄積装置は、一般に後で使用するための電気エネルギー（場合によっては化学的形態であるが）を蓄積するために用いられる装置であり、再充電可能とすることができる。かかる蓄積装置は、比較的短時間（例えば数ミリ秒）に又は比較的長時間（例えば数時間）に電気エネルギーを蓄積することができる。多数の異なるタイプの電気エネルギー蓄積装置、例えばバッテリ（例えば再充電可能なリチウムベースのバッテリ）、スーパーキャパシタ（例えば電気化学二重層キャパシタ）及びハイブリッドのバッテリ−キャパシタ装置が公知である。例えばバッテリは、必要なときに電流を駆動するための電位エネルギーに変換することができる化学エネルギーの形で電気エネルギーを蓄積することができる。

誘導電力伝送システムで電気エネルギー蓄積装置（例えばバッテリ）を充電することが公知である。例えばかかる誘導充電システムにおいて時間的に変化する電磁場での電気エネルギー蓄積装置の使用は、熱に対する考慮の点で問題があるとされる。例えばあるリチウムベースの二次電池技術には、安全上の理由で充電中は45℃の最高温度制限がある。充電中に生じるいかなる損失も温度上昇の一因となる。充電中に使用される磁場が電気エネルギー蓄積装置自体に及ぶと、その後、任意の導電性のコンポーネントに係る渦電流の熱に起因して損失が発生することが見いだされている。これらの損失は、電気エネルギー蓄積装置内部に直接発生される熱として現れる損失として熱の考慮に影響を与える。

本実施形態の第１の側面に係る実施形態に従って、時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置が提供される。その蓄積装置は、その蓄積装置内で循環するようにその電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように構成される、少なくとも電極の一部を含む。

かかる渦電流の循環により熱が発生するので、循環する渦電流の能力を妨げることは有利である。一実施形態では、その電極の一部は、かかる渦電流が循環するのを実質的に低減するように、又はかかる渦電流がまったく循環できないように構成することができる。

その電極の一部は、その蓄積装置内で循環するようにその電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように形作られてもよい。すなわち、その電極の一部の物理的構造は、渦電流の循環を妨げるのに有効な構造にすることができる。例えば、その電極の一部の構造は、その蓄積装置内で循環するようにその電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるパターンを有してもよい。例えば、そのパターンはその電極の検査で見ることができる。その電極の一部は、渦電流が流れることができる閉ループが実質的にない、又は比較的少ないように構成することができる。

その電極の一部は金属製とすることができる。例えば、その電極の一部は金属で作ることができる。適切な材料の例は、カーボン（例えばアノード用）、例えばLiCoO₂、LiMnO₂、LiFePO₄、Li_cFePO₄F等の金属酸化物（例えばカソード用）、リチウムもしくはリチウムカーボン（例えばアノード用）、銅、アルミニウム、銀、銀の入ったインク又はカーボンを含む。

一実施形態では、その電極の一部は、一端でのみその電極の残り部分と電気的に接続される一つ以上の指状に形成することができる。すなわち、時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置を提供することができる。その蓄積装置は、一端でのみ電極の残り部分と電気的に接続される一つ以上の指状に形成される、少なくとも電極の一部を含む。かかる指状部（finger）は、概略、細長い部材又は先端もしくは突起部とすることができる。例えば各指状部は、各指状部から突き出ている一つ以上のサブ指状部を有してもよい。

各指状部は、概略、滑らかな形状とすることができ、又は実質的に凹凸のある形状とすることができる。一端でのみ接続されることにより、かかる指状部は閉ループ部分を形成できない（他方、その両端が共に接続される場合は閉ループ部分を形成できる）。各指状部は、その電極の幅及び／又はその電極の一部の幅と比較して、概略、狭くすることができる。

各指状部は、その長さ方向に沿って一定な、又は変化する横断面を有することができる。例えば、各指状部は、略正方形又は略矩形の横断面を有することができる。一実施形態では、各指状部は、円形又は三角形の横断面を有してもよい。

各指状部は、その蓄積装置で循環するようにその電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げる大きさとすることができる。すなわち、各指状部は、渦電流が指状部自体に循環するのを妨げるのに十分なほどに、その大きさのそれぞれ（長さ、幅、厚さ）を小さくすることができる。

その電極の一部は、一端でのみ共に電気的に接続される複数の指状に形成されてもよい。すなわち、時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置を提供することができる。その蓄積装置は、一端でのみ共に電気的に接続される複数の指状に形成される、少なくとも電極の一部を含む。かかる構造は手又は櫛と類似する。その指状部及びその指状部の間の電気的な接続部は、その電極の一部の略全てを構成することができる。その指状部がその電極の一部の過半部分を構成し、その電気的な接続部自体がその電極の一部の小さい方の部分を構成してもよい。そのようにして、その電極の一部は、渦電流が流れる閉ループを実質的に全く有さないようにすることができる。

その指状部は略直線としてもよく、各指状部はその長さ方向に沿って略均一の幅を有してもよい。実際に、その電極の指状部は、相互に略同一の幅及び長さを有してもよい。かかる均一構造は、その電極を比較的容易かつ安価に製品の状態にすることができる。例えばその電極の一部は、シートのように概略、薄板状とし、平らにしてもよい。上記の長さと幅に係る大きさはそのシートの面で測ることができ（その面は湾曲していてもよい）、厚さに係る大きさはその面に垂直方向に測ることができる。

その電極の指状部の幅は、その電極の一部の幅又は長さと比較して実質的に短くすることができる。例えばその電極の一部は、幅が狭い多数の指状部で構成することができる。その指状部の幅が狭いほど、その指状部で渦電流が循環しづらくなる傾向にある。例として、その電極の指状部の幅は、0.25mmより短く、0.1mmから0.2mmの範囲内の任意の値とすることができる。

その電極の隣接する指状部の間の各間隔の幅は、その電極の一部の幅又は長さと比較して実質的に短くすることができる。その間隔を狭くするほど、その電極はより完全に平らになり、その電極の一般的電気性能はよりよくなる。例として、その電極の隣接する指状部の間の各間隔の幅は、0.25mmより短く、0.1mmから0.2mmの範囲内の任意の値とすることができる。

例えば、その間隔の幅及び指状部の幅は、相互に同一としてもよく、略均一としてもよい。これにより、上記の電極の製造を促進することできる。

その電極の指状部は、例えば櫛構造のように、その電極の同一の共通部分で全て結合してもよい。共通部分は、その電極の片側から反対側へ指状部が突き出るように、その電極の片側に向かって、又は片側に、もしくは片側に沿って配置することができる。その電極は、その電極の共通部分から反対方向に突き出たその指状部の二つのセットを含んでもよい。その場合、その共通部分は、その電極の一部の中心に向かって配置される。

指状部を有する電極の一部は、その電極の隣接する指状部の間の間隔をそれぞれ形成する一つ以上のスリットをその一部内に有する略シート状に形成することができる。シートは略平らとすることができる。または、シートは湾曲されたもの、巻かれたもの、又は折られたものとしてもよく、他の何らかの三次元の形状としてもよい。

蓄積装置は、略シート状に形成された一部が、その一部のうちの一つをその一部のうちの他の上に積み重ねて層状にされた、複数の電極を含んでもよい。その積み重ねは、隣接する電極の間にはさまれた、電解質層又は分離層を備えてもよい。蓄積装置は角柱の形を有し、その積み重ねはその蓄積装置内部において平面構造で提供されてもよい。蓄積装置は円筒の形を有し、その積み重ねは、その蓄積装置内部において巻き付けられた構造で提供されてもよい。蓄積装置は、例えばいわゆる「ボタン」又は「コイン」形状等の他の形状を有してもよい。

時間的に変化する電磁場は、その電磁場が変化又は変動する基本周波数、つまりメイン周波数又は同調周波数を有する。各電極についてのシートの厚さは、その基本周波数における表皮深度の所定比率未満とすることができる。このようにして、磁場は、ほとんど又は全く損失せずにその電極の一部を貫通又は通過することができる。

基本周波数は、アプリケーションに応じて変えてもよい。一実施形態では、基本周波数は、数十kHzから数十MHzの範囲内とし、10kHzから500kHzの範囲内の任意の値、例えば323kHzとすることができる。所定比率は、アプリケーションに応じて変えてもよい。一実施形態では、所定比率は、1/5から1/30の範囲内とし、例えば1/6又は1/20とすることができる。

蓄積装置が複数の電極を有する場合に、その電極の一部の厚さの合計は、基本周波数における表皮深度の所定比率未満とすることができる。

各電極についてのシートは、例えば略0.01mmから0.2mm（例えば、0.01mm）の厚さを持つアルミニウムのシートで形成することができる。

各電極は、ポリマー基板の面上に提供される一つ以上の指状部を含む一部を有する金属シートを含んでもよい。各ポリマー基板は、その一つ以上の指状部を有さず、間断ないようにしてもよい。各電極は、その同一のポリマー基板の反対の面上に提供される二つの上記の金属シートを含んでもよい。

基板の材料の例は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、マイラー、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＲ−４（Flame Retardent 4）及びＣＥＭ−３（合成エポキシ材料３）を含む。かかる基板は、例えば0.01mm〜0.2mmの厚さにすることができる。例えば、0.05mmのＰＥＴが基板の材料に適切である。かかる材料は、柔軟なＰＣＢタイプの電極をもたらす。

蓄積装置は、例えば金属箔外皮等の外皮を有することができ、その外皮の厚さは、その電磁場の基本周波数における表皮深度の所定比率未満とすることができる。このようにして、磁場は、ほとんど又は全く損失せずに外皮部分を貫通又は通過することができる。例えばその外皮は、略10〜30ミクロンの厚さとすることができる。

蓄積装置は、その時間的に変化する電磁場内にあるときに、誘導的に電力を受信するためのコイルを含むことができる。すなわち、蓄積装置は、誘導電力伝送システムにおいて二次ユニットとして働くように備え付けられてもよい。

本発明の第２の側面に係る実施形態に従って、時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置が提供される。その蓄積装置は、シートの内部からそのシートの端へわたり、且つ一端でのみ共につながった複数のストリップ状にそのシートが形成されるように並べられた一つ以上のスリットをその一部内に有する略シート状に形成される、少なくとも電極の一部を含む。そのように構成された電極は、かかる電磁場内で、渦電流による多大な損失なく使用することができる。

本発明の第３の側面に係る実施形態に従って、時間的に変化する電磁場で使用するために構成される電気エネルギー蓄積装置が提供される。その蓄積装置は、蓄積装置内で循環するように電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように、共につながった複数のストリップを含む電極を含む。そのように構成された電極は、かかる電磁場内で、渦電流による多大な損失なく使用可能とすることができる。

本発明の第４の側面に係る実施形態に従って、その変化が基本周波数を有する、時間的に変化する電磁場で使用するために構成される電気エネルギー蓄積装置が提供される。その蓄積装置は、基本周波数における表皮深度の所定比率未満の厚さの略シート状に形成される、少なくとも電極の一部を含む。そのように構成された電極は、その電磁場が電極を貫通するので、かかる電磁場内で、多大な損失なく使用可能とすることができる。

基本周波数は、アプリケーションに応じて変えてもよい。一実施形態では、基本周波数は、数十kHzから数十MHzの範囲内とし、10kHzから500kHzの範囲内の任意の値、例えば323kHzとすることができる。所定比率は、アプリケーションに応じて変えてもよい。一実施形態では、所定比率は、1/5から1/30の範囲内とし、例えば1/6又は1/20とすることができる。

蓄積装置は、略シート状に形成された一部が、その一部のうちの一つをその一部のうちの他の上に積み重ねて層状にされた複数の電極を含んでもよい。その電極の一部の厚さの合計は、基本周波数における表皮深度の所定比率未満とすることができる。

各電極の一部は、その電極の過半部分又はその電極の実質的に全てとすることができる。

本発明の第５の側面に係る実施形態に従って、その変化が基本周波数を有する、時間的に変化する電磁場で使用するために構成される電気エネルギー蓄積装置が提供される。その蓄積装置は、基本周波数における表皮深度の所定比率未満の厚さの、金属箔表皮等の表皮を含む。そのように構成された表皮は、その電磁場が表皮を貫通するので、かかる電磁場内で、多大な損失なく使用可能とすることができる。

蓄積装置は、例えばバッテリ、スーパーキャパシタ又はハイブリッドのバッテリ−キャパシタ装置等の任意のタイプの電気エネルギー蓄積装置とすることができる。

本発明の第６の側面に係る実施形態に従って、前述の本発明の第１の側面〜第５の側面のうちの何れかに従った蓄積装置を含む電気装置又は電子装置が提供される。かかる装置は、電力を必要とする任意の電気装置又は電子装置としてもよく、例えば携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ノート型パーソナルコンピュータ、個人向けステレオ機器、ＭＰ３プレイヤ及び同類のもの、無線ヘッドセット、自動車充電ユニット、例えば台所用電化製品等の家庭用電化製品、例えばクレジットカード等の個人カード、及び商品の追跡に有用な無線タグ等の、携帯用の電気装置又は電子装置としてもよい。

かかる電気装置又は電子装置は、時間的に変化する電磁場内に配置されたときに電磁誘導により無線で電力を受信するのに適している。その電気装置又は電子装置は、電気装置又は電子装置に電流が誘導されるようにその電磁場と結び付くように構成されるコイルと、受信した電力を蓄積装置及び／又は電気装置もしくは電子装置内の他の電気回路に供給するように、電流を蓄積装置及び／又は電気装置もしくは電子装置内の他の電気回路に供給するための電気回路と、をさらに含む。蓄積装置はその電磁場と関連して低損失を引き起こすように構成されるので、コイルが使用されるときに蓄積装置が十分に電磁場の範囲内にあるように、そのコイルは蓄積装置に隣接して位置付けられる。

本発明の第７の側面に係る実施形態に従って、前述の本発明の第１の側面〜第５の側面のうちの何れかに従った蓄積装置と、その時間的に変化する電磁場内にあるときに、誘導的に電力を受信するのに用いるコイルと、を含む組み合わせが提供される。

本発明の第８の側面に係る実施形態に従って、時間的に変化する電磁場を生成するように作動する一次コイルを有する一次ユニットと、時間的に変化する電磁場内に配置されたときに一次ユニットから電磁誘導により無線で電力を受信するのに適した二次ユニットと、を含む誘導電力伝送システムが提供される。二次ユニットは、二次ユニット内に電流が誘導されるように、その電磁場と結び付くように構成された二次コイルと、前述の本発明の第１の側面〜第５の側面の何れかに従った蓄積装置と、受信した電力を蓄積装置及び／又は二次ユニット内の他の電気回路に供給するように、電流を蓄積装置及び／又は二次ユニット内の他の電気回路に供給するための電気回路と、を含む。かかる蓄積装置はその電磁場と関連して低損失を引き起こすように構成されるため、その一次ユニットは、本発明の実施形態の利益を享受しないシステムの一次ユニットより非効率にできるので、その一次ユニットは、例えばコストを低減した一次ユニットにすることができる。

本発明の第９の側面に係る実施形態に従って、前述の本発明の第１の側面〜第５の側面の何れかに従った蓄積装置の製造方法が提供される。その方法は、フォトリソグラフィー及び化学エッチングにより、又はスクリーン印刷処理もしくはスタンピング処理により一つ以上の指状部を形成することを含む。

本発明の第１０の側面に係る実施形態に従って、時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気コンポーネントが提供される。そのコンポーネントは、そのコンポーネント内で循環するようにその電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように構成される、少なくとも電気端子又はプレートの一部を含む。例えば、その一部は、一端でのみ共につながった複数の指状に形成することができる。かかるコンポーネントは、例えば、キャパシタもしくはバッテリ又は任意の他の電気コンポーネントとすることができる。

一つの側面に係る選択図は、他の側面に等しく適用することができ、逆の場合も同じである。

以下の添付の図面を例としてここに参照がなされるであろう。

本発明の一実施形態に従ったバッテリの構造に係る概略図である。 本発明の一実施形態に従ったバッテリの電極の一部に係る概略トポロジー図である。 本発明の一実施形態に従ったバッテリに対する二次コイルの取り得る配置を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に従ったバッテリに対する二次コイルの取り得る配置を説明する概略図である。 異なる物質の、異なる厚さの層における代表的な吸収（損失）係数を表すプロット図である。 異なる物質の、異なる厚さの層における代表的な反射係数を表すプロット図である。 本発明の一実施形態に従ったバッテリに用いる電極の一部に係る概略トポロジー図である。 本発明の異なる実施形態に従ったバッテリに係る二つの取り得る形状を理解するために有用な概略図である。 本発明の一実施形態に従った誘導電力伝送システムに係る概略図である。

実施形態はバッテリに関して開示されるが、それらの実施形態は本発明の実行例にすぎないことが理解されるべきである。本発明は、より一般には電気エネルギー蓄積装置（例えば、電気回路に使用するエネルギー蓄積装置）に関すると理解されるべきである。

図１は、本発明の一実施形態に従ったバッテリの構造に係る概略図である。バッテリ１は、概略、その構造の外端に金属箔外皮２を含み、その金属箔外皮２に対して内側に隣接するスペーサ４を持つ積層構造を有する。これらの外部素子の間に、電極６及び電解質／分離層８を含む中心層のセットが提供される。

典型的には、中心層は、例えば正電極−電解質−負電極−電解質の形で、電極６と電解質／分離層８の間に層が交互に積み重なるように構成される。そして、このパターンは、数回、例えば１０〜２０回繰り返されてもよい。当然、この配置は中心層の配置の一例であり、本発明の他の実施形態は他の配置により形成してもよい。

簡単にするために図１に示さないが、金属箔外皮２（及び場合によってはスペーサ４も）は、例えば密閉された入れ物（それを通過する電極用の端子）として機能する外殻を中心層の周りに形成してもよい。

他の実施形態では（例えば、ニッケル水素、ニッケルカドミウム等の）異なる電池技術を使用してもよいが、本実施形態におけるバッテリはリチウムイオンポリマー（リチウムポリマー）バッテリである。スーパーキャパシタは、典型的にはリチウムポリマー電池に類似した層構造を使用し、そのため本発明を包含するスーパーキャパシタは、ここに開示されるバッテリの実施形態に類似した形で形成できることが理解される。

リチウムポリマー電池技術は、外皮層２の必要条件が他の技術より厳密でないため、本発明によく適している。例えば、リチウムポリマー電池技術のバッテリでは、外皮は圧力容器として機能する必要がなく、それ故に極めて薄くすることができる。

本実施形態では、金属箔外皮２は、バッテリが動作するように設計された電磁場の基本周波数（駆動周波数）における表皮深度のわずかな比率の厚さを有するように構成される。

一実施形態において、駆動周波数は、数十kHzから数十MHzまでの何れかであることが見込まれる。本実施形態では、例としてバッテリは、数百kHz、例えば323kHzの駆動周波数を持つ時間的に変化する電磁場（代表的には誘導電力伝送システムの）で動作することを意図することが想定される。しかしながら、ここに与えられる大きさ及び他の値は例であり、その値は他の周波数に適合するように調整されてもよいことが理解される。

本実施形態では、金属箔外皮２は10〜30ミクロンの厚さのアルミニウム箔である。例示の駆動周波数における表皮深度のわずかな比率（例えば1/6又は1/20）とすることにより、金属箔外皮２によって磁場はほとんど又は全く損失せず金属箔外皮２を通過できるようになる。かかる薄い外皮は、例えばスペーサ４も同様に、より厚いポリマー基材に付着させることにより、又はバッテリを全部もしくは一部においてプラスチックのケース（図示せず）で取り囲むことにより強化してもよい。そのプラスチックのケースは凹凸を有し（rugged）てもよい。しかしながら、適切な（支持についての）機械的特性、及び例えば浸透性（例えば酸素バリアコーティング）等の化学的特性を有するポリマー層が提供され、単独で金属箔外皮２の代わりに用いられてもよい。

本実施形態の電極６は、例示の駆動周波数における表皮深度のごくわずかな比率の厚さを有するように構成され、この場合も電極６によって磁場はほとんど又は全く損失することなく電極６を通過できるようになる。これは、例えば導電性ポリマー又はカーボン等の低導電物質を用いることにより達成することができる。

特定の物質についての表皮深度は、以下のように簡単に算出することができる。

ここで、δは表皮深度であり、σはその物質の導電性であり、μはその物質の浸透性であり、ωはその電磁場の角周波数（周波数（ヘルツ）×２π）である。

より高導電性の物質（例えば、金属等の金属物質）において、電極は、渦電流が流れる閉ループが全くない又はほとんどない形にパターン形成してもよい。かかる渦電流は、バッテリが動作するように設計された電磁場により生成される。かかる渦電流は熱として現れる損失を引き起こし、本実施形態は、かかる損失を低減するように、すなわち駆動周波数において又は一般に任意の周波数において低渦電流損失を有するように構成される。

一実施形態では、電極は、導電性であるが金属製ではないパターン層で形成されてもよい。かかる層は、例えばカーボン又は金属酸化物とすることができる。

図１から理解できるように、本実施形態では、電極６は櫛型の指状部のセットを有する一部を有するように構成される。かかるパターン形成は、フォトリソグラフィー及び基板上の金属層の化学エッチングにより、又は例えばスクリーン印刷もしくはスタンピング等の他の方法により実施することができる。

図２は、電極６の一部１０に係る概略トポロジー図である。

電極の一部１０は、一端で共に共通部分１４につながった指状部１２のセットを含む。本実施形態において、指状部１２は、全体の形が櫛の形に類似するように、略直線であり、幅が略均一であり、略均一に間隔があけられる。当然、本発明に係る他の実施形態において、指状部は非均一の形及び間隔としてもよい。

本実施形態において、指状部の幅及び間隔は、相互に略同一であり、0.1mm〜0.2mmの範囲内である。これらの幅及び間隔は、実際の実装において、許容できる損失、バッテリ性能及び製造コストを提供するように選択することができる。例えば、渦電流を最小化するように指状部の幅を最小化することができるが、その幅を低減するとバッテリの内部抵抗が増大する。指状部の間隔を最小化することは電極の表面積を最大化し、これにより電極の性能を最大化するが、指状部の間隔を非常に小さくした電極を製造することには費用がかかる。また、指状部の厚さを最小化することはそれらの指状部が使用する駆動周波数における表皮深度の比率を最小化するが、概略、指状部が細いほどそれらを製造するのはより繊細でより高価となる。

いくつかのリチウムポリマーのバッテリ技術において、コレクタ電極の金属製の櫛構造は、各電極６を形成するように、間断ないポリマー電極層と結合することができる。本実施形態において、（例えば、柔軟な両面ＰＣＢを作るときのように）電極パターンはポリマー基板の両側に形成される。指状部のパターンを形成するために導電性のポリマー層が必要な場合、そのポリマー層は基板の両側にコーティングされる。他の実施形態では、犠牲基板上に金属製の電極の櫛構造を形成し、それからその犠牲基板を間断ないポリマー電極層に変えることにより、電極６が製造される。他の実施形態では、金属製の電極の櫛構造は、間断ないポリマー電極層に直接パターン形成される。さらに他の実施形態では、このアプローチはある状況ではバッテリ性能にある程度の損失をもたらすが、コレクタ電極の材料とポリマー電極の材料の両方が、指状部の（櫛）構造を持つようにパターン形成されてもよい。

本実施形態の電池の構造に係る一つの効果は、（誘導電力伝送システムにおける二次コイルである）非シールドの誘導電力受信コイルを、そのシステムにおいて二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、その電池の隣に直接配置できるようにすることである。誘導電力受信コイル（二次コイル）は、例えば透過性のコアを持つ、もしくは持たない円盤状の平面円形コイル状に、又は透過性のコアの周りに巻き付けられた側面の棒状コイル状に形成されてもよい。

図３Ａ及び３Ｂは、バッテリ１に隣接した誘導電力伝送システム（時間的に変化する電磁場を生成するのに使用可能な、対応する一次コイルを有するシステム）で使用する上述した二次コイルの配置を説明する概略図である。（斜視図を表す）図３Ａにおいて、円盤状の平面円形コイル２０は、バッテリ１の主要面（a main face）に隣接する平面に位置付けられ、（断面図を表す）図３Ｂにおいて、棒状のコア２４の周りに巻きつけられた円筒形コイル２２では、バッテリ１の主要面と平行にそのコイルの軸が提供される。

様々な物質の異なる厚さの層における代表的な吸収（損失）係数が図４Ａのプロット図に表される。磁性鋼（４１６ステンレス鋼）についてのトレースに見られるように、浸透性が高いと表皮深度が小さくなるので、一般的にいうと透過性の物質は好ましくない。アルミニウム合金より導電性の低い金属の金属箔外皮を使用することが、一つの選択肢である。例えば、非磁性の３１６ステンレス鋼又はチタン合金箔は、同様の厚さのアルミニウム合金より損失が低くなる。反射係数が高いとカップリングに係る損失が生じ、一般にコアを持たない円盤状の受信コイルで使用するのに好ましくない。図４Ｂは、様々な物質の異なる厚さの層における代表的な反射係数のプロット図を示す。吸収係数及び反射係数は、より複雑な層構造についても算出することができる。本発明の一実施形態に係る実装のための設計の目的は、例えば総吸収係数を0.5%未満に維持し、反射係数を10%未満に維持することである。かかるバッテリは、例えば上述したような二次コイル等の無線の電力受信機に直接隣接して用いることができる。

図５は、図２の一部１０と取り替えて使用することができる電極６の一部３０に係る概略トポロジー図である。当然、本発明の一実施形態に従ったバッテリにおいて、一部１０及び一部３０は、一緒に（例えば、異なる電極に、又は基盤の異なる面の同じ電極に）使用することができる。

電極の一部３０は、共通部分３６から反対方向に突き出た指状部３２及び指状部３４の二つのセットを含む。（図２の一部１０における共通部分はその一部の片側に向かって、又はまさに片側に位置付けられるのに対して）共通部分３６は電極の一部３０の中心に向かって位置付けられる。電極の一部１０と縮尺比が同様であるとみなして比較すると、指状部３２及び指状部３４は（長さに関して）指状部１２の略半分の大きさであり、従って、指状部１２より強く（壊れる可能性を低く）し、内部バッテリの抵抗の低減をもたらすことができることが理解される。

図６は、バッテリ１に係る二つの取り得る形状を理解するために有用な概略図である。図６の（Ａ）（斜視図）において、一実施形態におけるバッテリ１は角柱形状４０を有する。従って、図６の（Ｂ）（断面図）に見られるように、かかるバッテリにおいて、図１のような電極６の積層（及び他の中心層）が平面形状４２で提供される。図６（Ｃ）（斜視図）において、他の実施形態におけるバッテリ１は円柱形状４４を有する。従って、図６（Ｄ）（断面図）に見られるように、かかるバッテリにおいて、図１のような電極６の積層（及び他の中心層）が（「スイスロール」のような）巻き付けられた形状４６で提供される。当然、本発明は、他の実施形態において、例えばボタン形状又はコイン電池形状等の他の電池形状に拡張される。

図７は、本発明の一実施形態に従った、誘導電力伝送システム５０に係る概略図である。システム５０は一次ユニット５２及び二次ユニット５４を含む。

一次ユニット５２は一次コイル５６を含み、二次ユニット５４は二次コイル２０／２２及びバッテリ１を含む。一次ユニット５２は、時間的に変化する電磁場を生成するようにその一次コイル５６を用いるよう作動する。二次ユニット５４内の二次コイル２０／２２は、電流がその二次ユニット５４に誘導されるように、一次ユニット５２に近接したときに電磁場と結び付くよう構成される。そのようにして、一次ユニットから二次ユニットへの電磁誘導により無線で電力が伝送される。

二次ユニット５４において、二次コイル２０／２２は、（誘導電流によって）受信した電力をバッテリ１に（又はより一般的に二次ユニットの電気エネルギー蓄積装置に）及び／又は二次ユニット５４の他の電気回路に供給するように接続される。

図７に図示しないが、システム５０は二つ以上の一次ユニット５２及び／又は二つ以上の二次ユニット５４を含んでもよいことが理解される。例えば、一つの一次ユニット５２が、二つ以上の二次ユニット５４に同時に電力を伝送してもよい。同様に、一つの二次ユニット５４が、二つ以上の一次ユニット５２から同時に電力を受けてもよい。

上記した記述は、発明の現在受け入れられている実施形態についての記述である。添付の請求項に定められるように、発明の精神及びより広い側面から逸脱することなく、様々な変更及び変化がなされ得る。添付の請求項は、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるべきである。例えば冠詞「一つの」、「一つの」、「前記」又は「前記」（「a」、「an」、「the」又は「said」）を用いた単数形での請求項の要素のいかなる参照も、その要素を単数に制限するものと見なすべきではない。

Claims (46)

1. 一次コイルにより生成された時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置であって、
   前記蓄積装置は、前記蓄積装置内で循環するように前記電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように構成される、少なくとも電極の一部を備え、
   前記電気エネルギー蓄積装置は、0.5%未満の吸収係数及び10%未満の反射係数を有し、
   前記電気エネルギー蓄積装置は、二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、二次コイルの直近に位置するように構成され、
   前記電極の前記一部は、一端でのみ前記電極の残り部分と電気的に接続される複数の指状に形成され、
   前記時間的に変化する電磁場は、基本周波数を有し、前記電極の厚さは、前記基本周波数における表皮深度の1/5未満である電気エネルギー蓄積装置。
2. 前記電極の前記一部は、前記蓄積装置内で循環するように前記電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように形作られる、請求項１に記載の蓄積装置。
3. 前記電極の前記一部の構造は、前記蓄積装置内で循環するように前記電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるパターンを有する、請求項１又は２に記載の蓄積装置。
4. 前記電極の前記一部は、渦電流が流れることができる閉ループがないように構成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄積装置。
5. 前記電極の前記一部は金属製である、請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄積装置。
6. 前記一つ以上の指状部のそれぞれは、略正方形又は略矩形の横断面を有する、請求項１に記載の蓄積装置。
7. 前記一つ以上の指状部のそれぞれは、前記蓄積装置内で循環するように前記電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げる大きさとする、請求項１又は６に記載の蓄積装置。
8. 前記指状部及び前記指状部の間の前記電気的な接続部は、前記電極の前記一部の略全てを構成する、請求項１に記載の蓄積装置。
9. 前記指状部は略直線である、請求項１又は８に記載の蓄積装置。
10. 前記電極の前記指状部のそれぞれは、前記指状部の長さ方向に沿って略均一の幅を有する、請求項１，８，９の何れか一項に記載の蓄積装置。
11. 前記電極の前記指状部は、相互に略同一の幅を有する、請求項１、８〜１０の何れか一項に記載の蓄積装置。
12. 前記電極の前記指状部は、相互に略同一の長さを有する、請求項１、８〜１１の何れか一項に記載の蓄積装置。
13. 前記電極の前記指状部の幅は、前記電極の一部の幅又は長さと比較して短い、請求項１、８〜１２の何れか一項に記載の蓄積装置。
14. 前記電極の前記指状部の幅は、0.25mmより短く、0.1mmから0.2mmの範囲内の任意の値である、請求項１、８〜１３の何れか一項に記載の蓄積装置。
15. 前記電極の隣接する指状部の間の一つ以上の間隔のそれぞれの幅は、前記電極の一部の幅又は長さと比較して短い、請求項１、８〜１４の何れか一項に記載の蓄積装置。
16. 前記電極の隣接する指状部の間の一つ以上の間隔のそれぞれの幅は、0.25mmより短く、0.1mmから0.2mmの範囲内の任意の値である、請求項１、８〜１５の何れか一項に記載の蓄積装置。
17. 前記電極の前記指状部は、前記電極の同一の共通部分で全て結合される、請求項１、８〜１６の何れか一項に記載の蓄積装置。
18. 前記共通部分は、前記電極の片側から反対側へ前記指状部が突き出るように、前記電極の前記片側に向かって配置される、請求項１７に記載の蓄積装置。
19. 前記電極は、前記電極の前記共通部分から反対方向に突き出た前記指状部の二つのセットを備える、請求項１７に記載の蓄積装置。
20. 前記共通部分は、前記電極の前記一部の中心に向かって配置される、請求項１９に記載の蓄積装置。
21. 前記指状部を有する前記電極の前記一部は、前記電極の隣接する指状部の間の間隔をそれぞれ形成する一つ以上のスリットを前記一部内に有する略シート状に形成される、請求項１、８〜２０の何れか一項に記載の蓄積装置。
22. 略シート状に形成された前記一部が、前記一部のうちの一つを前記一部のうちの他の上に積み重ねて層状にされた、複数の前記電極を備える、請求項２１に記載の蓄積装置。
23. 前記積み重ねは、隣接する前記電極の間にはさまれた、電解質層又は分離層を備える、請求項２２に記載の蓄積装置。
24. 角柱の形を有し、
    前記積み重ねは、前記蓄積装置内部において平面形状で提供される、請求項２２又は２３に記載の蓄積装置。
25. 円筒の形を有し、
    前記積み重ねは、前記蓄積装置内部において巻き付けられた形状で提供される、請求項２２又は２３に記載の蓄積装置。
26. 前記基本周波数は、10kHzから500kHzの範囲内の任意の値である、請求項１に記載の蓄積装置。
27. 前記電極のそれぞれについての前記シートは、0.01mmから0.2mmの厚さを持つ、銅、アルミニウム、銀、銀の入ったインク、カーボン、リチウム、リチウムカーボン又は金属酸化物で形成される、請求項２１に記載の蓄積装置。
28. 前記電極のそれぞれは、ポリマー基板の面上に提供される一つ以上の指状部を備える前記一部を有する金属シートを備える、請求項１、６〜２７の何れか一項に記載の蓄積装置。
29. 前記ポリマー基板のそれぞれは、前記一つ以上の指状部を有さず、間断ない、請求項２８に記載の蓄積装置。
30. 前記電極のそれぞれは、前記ポリマー基板の反対の面上に提供される二つの前記金属シートを備える、請求項２８又は２９に記載の蓄積装置。
31. 略10〜30ミクロンの厚さである金属箔外皮を有する、請求項１〜３０の何れか一項に記載の蓄積装置。
32. 前記時間的に変化する電磁場内にあるときに、誘導的に電力を受信するためのコイルをさらに備える、請求項１〜３１の何れか一項に記載の蓄積装置。
33. 一次コイルにより生成された時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置であって、
    前記電磁場の変化が基本周波数を有し、
    前記蓄積装置は、
    略シート状に形成される、少なくとも電極の一部と、
    前記電極の周りの外皮と、を備え、
    前記シートは、前記シートの内部から前記シートの端へわたり、且つ一端でのみ共につながった複数のストリップ状に前記シートが形成されるように並べられた一つ以上のスリットを前記一部内に有し、
    前記電極は、前記基本周波数における表皮深さの1/5未満の厚さを有し、
    前記時間的に変化する電磁場は、ほとんど又は全く損失せずに前記外皮を貫通又は通過することができ、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、二次コイルの直近に位置するように構成される電気エネルギー蓄積装置。
34. 一次コイルにより生成された時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置であって、
    前記蓄積装置は、前記蓄積装置内で循環するように前記電磁場により誘導される渦電流の能力を妨げるように、共につながった複数のストリップを備え、基本周波数における表皮深さの1/5未満の厚さを有する電極を備え、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、0.5%未満の吸収係数及び10%未満の反射係数を有し、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、二次コイルの直近に位置するように構成される電気エネルギー蓄積装置。
35. 一次コイルにより生成された時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置であって、
    前記電磁場の変化が基本周波数を有し、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、前記基本周波数における表皮深度の1/5未満の厚さの略シート状に形成され、少なくとも電極の一部を備え、二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、二次コイルの直近に位置するように構成される電気エネルギー蓄積装置。
36. 略シート状に形成された前記一部が、前記一部のうちの一つを前記一部のうちの他の上に積み重ねて層状にされた、複数の前記電極を備える、請求項３５に記載の蓄積装置。
37. 前記電極の一部の前記厚さの合計は、前記基本周波数における表皮深度の前記1/5未満である、請求項３６に記載の蓄積装置。
38. それぞれの前記電極の前記一部は、前記電極の過半部分又は前記電極の全てである、請求項１〜３７の何れか一項に記載の蓄積装置。
39. 一次コイルにより生成された時間的に変化する電磁場で使用するために構成された電気エネルギー蓄積装置であって、
    前記電磁場の変化が基本周波数を有し、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、前記基本周波数における表皮深度の1/5未満の厚さの金属箔表皮等の表皮と、電極を備え、
    前記電極の一部は、一端でのみ前記電極の残り部分と電気的に接続される複数の指状に形成され、
    前記電気エネルギー蓄積装置は、二次コイルの一次コイルへのカップリングに係る過度加温又は過度分解を起こすことなく、二次コイルの直近に位置するように構成される電気エネルギー蓄積装置。
40. バッテリ、スーパーキャパシタ又はハイブリッドのバッテリ−キャパシタ装置である、請求項１〜３９の何れか一項に記載の蓄積装置。
41. 請求項１〜４０の何れか一項に記載の蓄積装置を備える電気装置又は電子装置。
42. 時間的に変化する電磁場内に配置されたときに電磁誘導により無線で電力を受信するのに適し、
    前記電気装置又は前記電子装置は、
    前記電気装置又は前記電子装置に電流が誘導されるように前記電磁場と結び付くように構成されるコイルと、
    前記受信した電力を前記蓄積装置及び／又は前記電気装置もしくは前記電子装置内の他の電気回路に供給するように、前記電流を前記蓄積装置及び／又は前記電気装置もしくは前記電子装置内の他の電気回路に供給するための電気回路と、をさらに備える、請求項４１に記載の電気装置又は電子装置。
43. 前記コイルは、前記蓄積装置に隣接して位置付けられる、請求項４２に記載の電気装置又は電子装置。
44. 請求項１〜４０の何れか一項に記載の蓄積装置と、
    前記時間的に変化する電磁場内にあるときに、誘導的に電力を受信するのに用いるコイルと、を備える電子装置。
45. 時間的に変化する電磁場を生成するように作動する一次コイルを有する一次ユニットと、
    前記時間的に変化する電磁場内に配置されたときに前記一次ユニットから電磁誘導により無線で電力を受信するのに適した二次ユニットと、を備え、
    前記二次ユニットは、
    前記二次ユニット内に電流が誘導されるように、前記電磁場と結び付くように構成された二次コイルと、
    請求項１〜４０の何れか一項に記載の蓄積装置と、
    前記受信した電力を前記蓄積装置及び／又は前記二次ユニット内の他の電気回路に供給するように、前記電流を前記蓄積装置及び／又は前記二次ユニット内の他の電気回路に供給するための電気回路と、を備える誘導電力伝送システム。
46. フォトリソグラフィー及び化学エッチングにより、又はスクリーン印刷処理もしくはスタンピング処理により前記一つ以上の指状部を形成することを含む、請求項１、６〜４０の何れか一項に記載の蓄積装置の製造方法。

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