誘導伝送システム

专利摘要:
接続ワイヤの使用なしで電気負荷に電力を供給するための、誘導電力伝送システム。このシステムは、一次インダクタを有する誘導電力アウトレットおよび二次インダクタを有する誘導電力レシーバを含む。さまざまな実施態様において、この電力伝送システムはまた、（ｉ）レシーバとアウトレットとの間でデータ信号を伝えるための、信号伝送システム、（ｉｉ）一次インダクタへの二次インダクタの位置合わせを容易にするための、位置合わせ機構、（ｉｉｉ）それがユーザによって取り扱われることができるようにレシーバを冷却するための熱放散システム、および、（ｉｖ）一次インダクタから二次インダクタまで磁束を導くための磁束ガイド、を組み込むことができる。 ａ
公开号:JP2011514801A
申请号:JP2011500345
申请日:2008-12-18
公开日:2011-05-06
发明作者:アザンコット，ヨッシ；グリーンワルド，オオラ；ベンシャロム，アミール；メユハス，ノアム；レイボヴィッツ，アルフレド；ローデス，ドヴ；ロフェ，アリク
申请人:パワーマット リミテッド；
IPC主号:H02J17-00

专利说明:

[0001] 本発明は、誘導電力伝送を目的とする。より詳しくは、本発明は誘導電力レシーバ経由で電気負荷に無線で電力を供給するための誘導電力アウトレットを提供することに関する。]
背景技術

[0002] 誘導電力カップリングによって、周知のようにエネルギーが電源から接続ワイヤなしで電気負荷まで伝送されることができる。電源が一次コイルに配線され、および、振動電位が一次コイル両端に印加され、それによって、振動磁界を誘導する。振動磁界が、一次コイルの近くに配置される二次コイル内に振動電流を誘導することができる。このようにして、２つのコイルが導電的に接続されることなく、電気エネルギーが電磁誘導によって一次コイルから二次コイルまで伝送されることができる。電気エネルギーが一次コイルから二次コイルまで伝送されるときに、コイルペアが、誘導的に結合されると言われる。二次コイルがそれに対して誘導的に結合されるときに、この種の二次コイルと直列に配線される電気負荷が一次コイルに配線される電源からエネルギーを引き出すことができる。]
[0003] それらが途切れのない電力伝送を与え、追跡ワイヤに対する必要性を最小にするので、誘導型電力アウトレットはより一般の導電電力ソケットより好まれることができる。]
[0004] 低消費電力誘導電力伝送システムが、提案されている。そのような一例が、Ｈｕｉに付与された（特許文献１）内に記載されている。Ｈｕｉのシステムにおいて、平面誘導バッテリ充電配置が、電子装置が充電されることを可能にする。このシステムは、充電されるべき装置が配置される充電表面を有する平面充電モジュールを含む。充電モジュール内で、および充電表面と平行して、一次巻線の少なくとも１つおよび好ましくはアレイが設けられる。一次巻線は、充電されるべき装置内の二次巻線に誘導的に結合する。]
[0005] この種のシステムは、電池を充電するのに適切な比較的低電力で誘導結合を与える。広範な領域にわたって主として均一な方法で、連続的にエネルギーを伝送するＨｕｉの充電表面のようなベースユニットが、コンピュータ、電球、テレビなどに電力を供給する必要があるもののような、高エネルギーシステムの用途に適していないことが、しかしながら認められる。]
[0006] 高出力誘導伝送システムに伴うエネルギー損は、Ｈｕｉの充電表面のような低電力システムにおけるものより一般的に大きい。加えて低電力システムにおいて余剰熱が容易に放散されることができるのに対して、分離した高出力一次コイルまたはその周囲は危険なほど熱くなる場合がある。]
[0007] さらに、高出力一次コイル内の振動電圧は、振動磁界を生成する。二次コイルが一次コイルに誘導的に結合される所で、得られる鎖交磁束は電力を二次コイルによって引き出させる。電力を引き出すのに何の二次コイルもない所で、振動磁界は高エネルギー電磁波を全ての方向に放射させ、それはクレジットカードからデータを消去するような、望ましくない副次的影響を有するかもしれず、および傍観者に、特にペースメーカーを備えた人々に有害である可能性がある。]
[0008] Ｓａｂｏに付与された（特許文献２）が、コードレス器具を再充電するための誘導電力伝送装置を記載する。Ｓａｂｏの装置は、トランスの一次コイルとして役立つ複数のインダクタを含む。トランスの二次コイルが、器具内に配置される。それぞれのコイルとの位置合わせで電力伝送装置にすぐ近くに器具が配置されるときに、電力が装置からトランス経由で器具に誘導的に伝送される。]
[0009] Ｓａｂｏのシステムのインダクタは、アレイに配置されて、それぞれのインダクタを起動させるように選択的に使用可能なスイッチ経由で電源に接続される。これらの選択的に使用可能なスイッチは、電力を節約して、好ましくない電磁界を除去するために設けられる。’７４４（（特許文献２））はしたがって、電磁漏れの問題、同じく、二次コイルが有効範囲内にある場合にだけ、各一次コイルが電源から付勢される必要性を示唆する。さらに、’７４４内に記載されている電力受け取りユニットは、大きくて小型電気装置の用途に、非実用的である。]
先行技術

[0010] 米国特許第７，１６４，２５５号
米国特許第６，８０３，７４４号、名称「位置合わせ独立および自己位置合わせ誘導電力伝送システム」、
米国特許第６，８２５，６２０号、名称「誘導的に結合された安定器回路」
米国特許第７，２１２，４１４号、名称「適応性誘導電源」
米国特許第５，４５５，４６６号、名称「電力およびデータ伝送のための誘導結合システム」]
発明が解決しようとする課題

[0011] したがって、エネルギー効率的な方法で誘導電力アウトレットから誘導電力レシーバまで無線で電力を安全にかつ都合よく供給するための実際的な誘導電力伝送システムに対する必要性が残る。本発明は、この必要性に対処する。]
課題を解決するための手段

[0012] 少なくとも１つの誘導電力レシーバに誘導的に電力を伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレット、電力アウトレットに電力レシーバを位置合わせするための少なくとも１つの位置合わせ機構および電力レシーバから電力アウトレットまで制御信号を伝えるための少なくとも１つの信号伝送システムを備える伝送システムを提供することが、本発明の一目的である。一般的に、この誘導電力アウトレットは、ドライバであって、高周波で一次誘導コイル両端に振動電圧を供給するためのドライバ、経由で電源に配線される少なくとも１つの一次誘導コイル、および一次強磁性コアを備える。誘導電力レシーバは、一次誘導コイルとの結合のための少なくとも１つの二次誘導コイルを備え、この二次誘導コイルは電力レギュレータに配線されている。信号伝送システムは、電力レシーバと関連する信号エミッタおよび電力アウトレットと関連する信号検出器を備える。]
[0013] 任意選択で、位置合わせ機構は電力アウトレットと関連する第１の素子および電力レシーバと関連する第２の磁性素子を備える。一般的に、信号エミッタは光学エミッタを備え、および、信号検出器は光学式検出器を備える。任意選択で、再び、電力レギュレータは電気装置に電力を供給するためのＤＣ出力に誘導電力アウトレットからのＡＣ入力を変換するための整流器を備える。本発明の別の目的は、誘導電力アウトレットから誘導的に電力を受け取るための誘導電力レシーバを提示することである。任意選択で、システムは以下を備える群から選択される電力コンバータを備える：トランス、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、フライバックトランス、フライバックコンバータ、全ブリッジコンバータ、半ブリッジコンバータおよび順方向コンバータ。]
[0014] 本発明の更なる一目的は、少なくとも１つの誘導電力レシーバに誘導的に電力を伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備えた誘導電力伝送システムを提示することであり、この誘導電力アウトレットは、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備え、および、この誘導電力レシーバは、一次インダクタと結合するための少なくとも１つの二次インダクタを備え、二次インダクタは電気負荷に電力を供給するためのものであり、この誘導電力伝送システムは、以下を備えた低熱損失全波整流器を備える：第１の出力端子に配線される１つのアノードおよび第１の入力端子に配線される１つのカソードを有する第１の半波整流器、この第１の出力端子に配線される１つのアノードおよび第２の入力端子に配線される１つのカソードを有する第２の半波整流器、この第１の入力端子に配線される１つのアノードおよび第２の出力端子に配線される１つのカソードを有する第３の半波整流器、および、この第２の入力端子に配線される１つのアノードおよびこの第２の出力端子に配線される１つのカソードを有する第４の半波整流器、この全波整流器は可変的な極性の入力から一定の極性の出力を供給するためのものであり、少なくとも１つの半波整流器が、スイッチのカソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される電子スイッチを備える。]
[0015] 任意選択で、第１の半波整流器が、そのカソードを通して流れる電流が第１の所定の閾値を上回るときに、そのオン設定にあるように構成される第１の電子スイッチを備え、および、第２の半波整流器が、そのカソードを通して流れる電流が第２の所定の閾値を上回るときに、そのオン設定にあるように構成される第２の電子スイッチを備える。好ましくは、少なくとも１つの半波整流器が入力信号の周波数との同期性でそのオンおよびオフ状態の間で切替えられるように構成される電子スイッチを備える。]
[0016] 好ましくは、第１の半波整流器が、そのカソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される第１の電子スイッチを備え、第２の半波整流器が、そのカソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される第２の電子スイッチを備え、第３の半波整流器が、第２の入力端子の電圧信号と同期してそのオンおよびオフ状態の間で切替えられるように構成される第３の電子スイッチを備え、および第４の半波整流器が第１の入力端子の電圧信号と同期してそのオンおよびオフ状態の間で切替えられるように構成される第３の電子スイッチを備える。]
[0017] 一般的に、電子スイッチはトランジスタ、特に、ＭＯＳＦＥＴ素子を備える。好ましくは、電子スイッチは以下を備える：ソース端子、ドレイン端子およびゲート端子を備えたＭＯＳＦＥＴ素子、ＭＯＳＦＥＴ素子と並列にソース端子およびドレイン端子に配線される半波整流器、および、ドレイン端子を通して流れるドレイン電流をモニタして、ドレイン電流が第１の閾値電流を上回るときに、ＭＯＳＦＥＴがそのオン状態に切り替えられ、およびドレイン電流が第２の閾値電流より下に落ちるときに、ＭＯＳＦＥＴがそのオフ状態に切り替えられるように、ゲート端子にゲート信号を送るように構成される電流モニタ。任意選択で、電流モニタは変流器を備える。]
[0018] ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次誘導コイルを備えた少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備えた誘導電力伝送システムを提示することが、本発明の別の目的であり、この一次誘導コイルが電気負荷に配線される少なくとも１つの二次誘導コイルと共に誘導カップルを形成するためのものであり、この二次誘導コイルが誘導電力レシーバと関連し、このドライバが、一次誘導コイル両端に駆動電圧を供給するように構成され、この駆動電圧が、誘導カップルの共振周波数と有意に異なる伝送周波数で振動する。任意選択で、このドライバは一次誘導コイルを電源に断続的に接続するためのスイッチユニットを備える。]
[0019] 好ましくは、誘導電圧が周波数とおよそ線形に変化する範囲内に、伝送周波数が位置する。任意選択で、ドライバはフィードバック信号に応答して伝送周波数を調整するように構成される。]
[0020] 任意選択で、誘導電力アウトレットは、第１の信号および第２の信号を検出するように構成される信号検出器を備え、およびドライバは、第１の信号が検出器によって検出されるときに、伝送周波数を増加させ、および、第２の信号が検出器によって検出されるときに、伝送周波数を減少させるように構成される。フィードバック信号は、電気負荷の動作上のパラメータに関連するデータを全体として運ぶ。動作上のパラメータは、以下を備える群から選択される：電気負荷の必要動作電圧、電気負荷の必要動作電流、電気負荷の必要動作温度、電気負荷の必要動作電力、電気負荷の測定された動作電圧、電気負荷の測定された動作電流、電気負荷の測定された動作温度、電気負荷の測定された動作電力、一次誘導コイルに供給される電力、二次誘導コイルによって受け取られる電力、およびユーザ識別コード。任意選択で、検出器は光学式検出器、無線受信機、オーディオ検出器および電圧ピーク検出器を備えたリストから選ばれる。]
[0021] 好ましくは、ドライバは一次コイルを横切る一次電圧の振幅をモニタするための電圧モニタを更に備える。任意選択で、電圧モニタは一次電圧の有意な増加を検出するように構成される。]
[0022] 好適な実施態様において、駆動電圧が誘導カップルの共振周波数より高い伝送周波数で振動し、一次誘導コイルが、一次コイルを横切る一次電圧の振幅をモニタするための電圧モニタを備えた受付回路に更に配線され、および、二次誘導コイルが、少なくとも１つの電気素子を二次誘導コイルに接続するための伝送回路に更に配線され、それによって、制御信号が伝送回路から受付回路まで転送されることができるように共振周波数を増加させる。任意選択で、二次誘導コイルがブリッジ整流器の２つの入力に配線され、および、電気負荷がブリッジ整流器の２つの出力に配線され、伝送回路が、ブリッジ整流器の１つの入力およびブリッジ整流器の１つの出力に配線される。一般的に、伝送回路は変調された信号を作り出すために入力信号によってビットレート信号を変調するためのモジュレータおよび電気素子を変調された信号に従って二次誘導コイルに断続的に接続するためのスイッチを更に備える。任意選択で、電圧モニタが出力信号を生成するために、ビットレート信号と一次電圧の振幅を相互相関させるための相関器を更に備える。]
[0023] 特定の実施態様において、制御信号が、誘導電力カップリングを横切る電力伝送を調節するために、二次誘導コイルから一次誘導コイルまでフィードバック信号を転送するためにある。ドライバは、フィードバック信号に応答して伝送周波数を調整するように構成されることができる。一般的に、システムは第１の信号および第２の信号を転送するように構成され、およびドライバは第１の信号がレシーバによって受信されるときに伝送周波数を増加させ、および、第２の信号がレシーバによって受信されるときに、伝送周波数を減少させるように構成される。]
[0024] 以下を備えた誘導電力アダプタを提示することが本発明のなお更なる一目的である：誘導電力アウトレットから電力を受け取るための少なくとも１つの誘導電力レシーバ、電力レシーバを少なくとも１つの電気装置に導電的に接続するための少なくとも１つの電力コネクタ、および、このアダプタを取り扱うためのグリップであって、電力レシーバが動作中であるときにユーザが損傷を伴わずにアダプタを取り扱うことができるように電力レシーバから熱的に絶縁される、グリップ。任意選択で、アダプタがプリント回路基板を更に備える。]
[0025] 一般的に、電力レシーバは５０Ｗより上のレートで電力を供給するためにある。好ましくは、アダプタはその中に発生される熱を放散させるための冷却装置を備える。任意選択で、冷却装置は、電力レシーバによって加熱される熱気が空気吹出し口を通してアダプタから流れ出て、および、外側からの冷気が空気吸込み口を通してアダプタに吸い込まれるように、電力レシーバより上にある少なくとも１つの空気吹出し口および電力レシーバより下にある少なくとも１つの空気吸込み口を備える。]
[0026] 好ましくは、アダプタは電力レシーバによって発生される熱を放散させるための少なくとも１つのヒートシンクを更に備える。任意選択で、ヒートシンクは金属ディスクである。一般的に、ヒートシンクはアダプタのケーシングの内径より小さく、それによって空気がヒートシンクとケーシングの間で循環することができる。]
[0027] 誘導電力アウトレットがそれに対して誘導的に結合される電気負荷の非存在下で電力を伝送するのを防止するための伝送ガードを提示することが、本発明の更なる一目的であり、この誘導電力アウトレットは、電気負荷に配線される二次コイルと誘導的に結合するための、電源に接続可能な少なくとも１つの一次コイルを備え、この伝送ガードは、一次コイルが伝送キーの非存在下で電源に接続するのを防止するための少なくとも１つの伝送ロックを備える。]
[0028] 任意選択で、伝送ロックが少なくとも１つのマグネチックスイッチを備え、および、伝送キーが二次コイルと関連する少なくとも１つの磁性素子を備える。一般的に、伝送ロックは、磁性素子のマッチ構成によって起動されるときにだけ、一次コイルを電源に接続するように構成されるマグネチックスイッチのアレイを備える。任意選択で、マグネチックスイッチは磁気センサを備える。]
[0029] 代わりとして、伝送ガードが、解除信号を発するための少なくとも１つのエミッタおよび解除信号を検出するための少なくとも１つの検出器を備え、二次コイルが一次コイルとの位置合わせにもたらされる時、解除信号が、エミッタから検出器まで導かれるように、少なくとも１つのエミッタと少なくとも１つの検出器との間を橋絡するための二次コイルと関連する少なくとも１つのブリッジを、伝送キーが備える。任意選択で、解除信号が光学信号であり、および、ブリッジが少なくとも１つの光学導波管を備える。代わりとして、解除信号が磁気信号であり、および、ブリッジが磁束ガイドを備える。他の実施態様において、伝送キーが二次コイルと関連するエミッタによって発される解除信号を備える。解除信号は光学信号であってもよく、および、この光学信号は伝送ロックを解除するように構成される光学式検出器によって受信される赤外パルスであってもよい。代わりとして、解除信号は磁気信号である。伝送ガードのいくつかの実施態様においてエミッタは、二次コイルである。]
[0030] 任意選択で、伝送ガードは、二次コイルが一次コイルに位置合わせされるときに、電力パルスが二次コイルへ伝送され、および、伝送キーが電力パルスによって起動されるように、一次コイルによって伝送される低出力電力パルスを備える。好ましくは、第１の伝送ロックが二次コイルの有望な存在を示唆する第１の伝送キーによって解除され、および、第２の伝送ロックが二次コイルの存在を確認する第２の伝送キーによって解除される。第１の伝送ロックが一次コイルから伝送される電力パルスを開始し、および第２の伝送キーが二次コイルによって受け取られるこの電力パルスによって起動されることができる。磁性素子が、フェライト磁束誘導コアを備えることができる。さまざまに、解除信号は機械信号、オーディオ信号、超音波信号およびマイクロ波を備える群から選択される。以下を別々に提示することもまた、一目的である：伝送ガードに用いられる伝送キー、請求項４０の伝送ガードに用いられる伝送ロックおよび伝送ガードによって保護される誘導電力アウトレット。]
[0031] 誘導電力アウトレットから電力を受け取るための少なくとも１つの誘導電力レシーバと、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備えた誘導電力アウトレットと、を備えた誘導電力伝送システムを提示することが、本発明のさらに別の目的であり、および、この誘導電力レシーバが一次インダクタとの結合のための少なくとも１つの二次インダクタを備え、この二次インダクタが電気負荷に電力を供給するためのものであり、この誘導電力伝送システムが一次インダクタから二次インダクタまで磁束を導くための少なくとも１つの磁束ガイドを備え、この磁束ガイドが、非晶質強磁性材料を備える。任意選択で、非晶質強磁性材料は３０ミクロン未満の厚さを有する。一般的に、非晶質強磁性材料は２つの重合体層にはさまれる。好ましくは、磁束ガイドは電気的絶縁材料によって分離される複数の層の非晶質強磁性材料を備える。]
[0032] いくつかの実施態様において、磁束ガイドは非晶質強磁性材料のウエハを備える。好ましくは、ウエハは渦電流のビルドアップを減少させるために少なくとも部分的に分割される。任意選択で、ウエハは円形で、少なくとも１つの直径に沿って延伸する割れ目を有している。特定の実施態様において、ウエハは非晶質強磁性材料のシートから切断される。代わりとして、磁束ガイドは非晶質強磁性材料のマイクロワイヤを備える。任意選択で、マイクロワイヤは布を形成する。]
[0033] 少なくとも１つの誘導電力レシーバに誘導的に電力を伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備えた誘導電力伝送システムを提示することが、本発明の特定の一目的であり、この誘導電力アウトレットがドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備え、および、この誘導電力レシーバが一次インダクタとの結合のための少なくとも１つの二次インダクタを備え、この二次インダクタが電気負荷に電力を供給するためのものであり、この誘導電力伝送システムが以下を備える群から選択される最適化構成要素の少なくとも１つを備える：
■電子スイッチのカソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される少なくとも１つの電子スイッチを備えた低熱損失全波整流器、
■電源と一次インダクタとの間に接続されるドライバであって、このドライバが、一次誘導コイル両端に駆動電圧を供給するように構成され、この駆動電圧が一次インダクタおよび二次インダクタによって形成される誘導カップルの共振周波数と有意に異なる伝送周波数で振動する、ドライバ、
■電力レシーバを取り扱うためのグリップを備えた誘導電力アダプタであって、電力レシーバが動作中であるときに、ユーザが損傷なしでアダプタを取り扱うことができるように、グリップが電力レシーバから熱的に絶縁される、アダプタ、
■誘導電力アウトレットがそれに対して誘導的に結合される電気負荷の非存在下で電力を伝送するのを防止するための伝送ガードであって、一次コイルが伝送キーの非存在下で電源に接続するのを防止するための少なくとも１つの伝送ロックを備えた伝送ガード、および、
■一次インダクタから二次インダクタまで磁束を導くための磁束ガイドであって、磁束ガイドが、非晶質強磁性材料を備える、ガイド。]
[0034] 更なる実施態様において、誘導電力伝送システムは上にリストされた最適化構成要素の少なくとも２つを備える。好ましくは、誘導電力伝送システムは最適化構成要素の少なくとも３つを備える。]
図面の簡単な説明

[0035] 本発明のより良い理解のために、および、それがどのように実行に移されるかについて示すために、単に一例として添付の図面に対して、参照が次になされる。]
[0036] 次に詳細に図面に対する特定の参照によって、強調されるのは、示される詳細は、例として、および、本発明の好適な実施態様に関する例証となる議論のためだけにあり、ならびに、本発明の原理および概念上の態様の最も役立って容易に理解される記述であると信じられることを提供するために提示されることである。この点に関しては、本発明の基本理解のために必要であるより、より詳細に本発明の構造細部を示すために何の試みもなされず、本発明のいくつかの形態が実際問題としてどのように具体化されることができるかを当業者に明らかにする図面とともに記述がなされる。添付の図面において：]
[0037] 本発明の例示的な実施態様に従う誘導電力伝送システムを示す模式図である。
図１ａの誘導電力伝送システムに用いられる誘導電力レシーバを示す模式図である。
本発明の例示的な実施態様に従う誘導電力伝送システムの主構成要素のブロック図描写である。
本発明の別の実施態様に従う誘導電力アウトレットのための伝送ガードの主構成要素を示すブロック図である。
伝送ロックが磁気キーによって解除される本発明の更なる一実施態様に従う例示的な伝送ガードによって保護される誘導電力アウトレットの概略図である。
伝送ロックが受動光学伝送キーによって解除可能な本発明の別の実施態様に従う伝送ガードの概略図である。
伝送ロックが受動光学伝送キーによって解除可能な本発明の別の実施態様に従う伝送ガードの概略図である。
伝送ロックが受動光学伝送キーによって解除可能な本発明の別の実施態様に従う伝送ガードの概略図である。
伝送ロックが能動光学伝送キーによって解除可能な本発明の更なる一実施態様に従う伝送ガードの概略図である。
従来技術の全波ダイオードブリッジ整流器の回路図である。
従来技術の電力ＭＯＳＦＥＴの図である。
図３のダイオードブリッジのダイオードのうちの２つが電子スイッチによって置換された第１の同期全波整流器のブロック図である。
図３のダイオードブリッジの全ての４つのダイオードが電子スイッチによって置換された本発明の例示的な一実施態様に従う第２の同期全波整流器のブロック図である。
そのドレイン端子を通して流れる電流からゲート信号を引き出す電流起動電力ＭＯＳＦＥＴを示す模式図である。
正弦波入力電圧の単一サイクルにわたる、図４ｃのＭＯＳＦＥＴのドレイン電流および状態の変化のグラフ図である。
本発明の別の実施態様に従う同期全波ＭＯＳＦＥＴブリッジ整流器を示す回路図である。
本発明の更なる一実施態様に従う誘導パワーアダプタ経由で誘導電力アウトレットによって電力を供給されるコンピュータの模式図を示す。
本発明の例示的な一実施態様に従う誘導電力アダプタの等角投影図である。
例示的な実施態様の電力レシーバの内部構成要素を示す分解図である。
例示的な実施態様の電力レシーバの側面断面図である。
本発明の別の実施態様に従う磁束ガイドを有する誘導電力レシーバの分解図である。
図５ｅの誘導電力レシーバの等角図である。
フィードバック信号経路を備えた誘導電力伝送システムの主要な要素を示すブロック図である。
動作上の電圧の振幅が周波数に従ってどのように変化するかについて示すグラフである。
ラップトップコンピュータが誘導電力アウトレットから電力を引き出していることを示す模式図である。
誘導電力伝送システムで電力伝送周波数を変化させることによって電力伝送を調節するための方法を示す流れ図である。
送電電圧の大きい増加を検出するためのピーク検出器を含む誘導電力伝送システムの回路図である。
本発明の別の実施態様に従う誘導性帰還通路を備えた誘導電力伝送システムの主要な要素を示すブロック図である。
誘導電力伝送システムの動作上の電圧の振幅がシステムの電圧伝送周波数および共振周波数に従ってどのように変化するかについて示すグラフである。
本発明の別の実施態様に従うコイル間の中断されない誘導電力伝送と並行してコイル対コイル信号伝送を与えるための誘導性帰還通路を含む誘導電力伝送システムの回路図である。および、
本発明のなお更なる一実施態様に従う誘導電力伝送システムの二次誘導コイルから一次誘導コイルまで信号を伝送するための方法を示す流れ図である。] 図１ａ 図４ｃ 図５ｅ
実施例

[0038] 参照が、次に本発明の例示的な一実施態様に従う例示的な誘導電力伝送システム１００に用いられる誘導電力アウトレット２００および誘導電力レシーバ３００を示す図１ａおよび１ｂになされる。] 図１ａ
[0039] 誘導電力アウトレット２００は、プラットフォーム２０２内に組み込まれる４つの一次インダクタ２２０ａ−ｄから成る。誘導電力レシーバ３００は、携帯電話３４２を収容するためのケース３０２内に組み込まれる二次インダクタ３２０を含む。携帯電話３４２がケース３０２内に配置されるときに、電力コネクタ３０４が携帯電話３４２と二次インダクタ３２０を電気的に接続する。図１ａに示すように、二次インダクタ３２０が一次インダクタ２２０ｂと誘導的に結合するように、誘導電力レシーバ３００が一次インダクタ２２０ｂの１つとの位置合わせでプラットフォーム２０２に配置されることができる。] 図１ａ
[0040] 次に誘導伝送システム１００の主構成要素を表すブロック図を示す図１ｃを参照して、さまざまな特徴が誘導カップルを横切る電力伝送を改善するために含まれる。] 図１ｃ
[0041] 誘導電力アウトレット２００は、ドライバ２３０経由で電源２４０に配線される一次インダクタ２２０を含む。ドライバ２３０は一般的に一次インダクタ２２０に振動電位を供給するための、例えばスイッチユニットのような電子部品を含む。一次インダクタ２２０を横切る振動電位が、その近傍に振動磁界を生成する。]
[0042] 誘導電力レシーバ３００は、一般的に整流器３３０経由で、電気負荷３４０に配線される二次インダクタ３２０を含む。二次インダクタ３２０は、作動中の一次インダクタ２２０の振動磁界内に配置されるときに、二次電圧が二次インダクタ３２０両端に誘発されるように構成される。二次電圧は、電気負荷３４０に電力を供給するのに用いられることができる。二次インダクタ３２０両端に誘発された二次電圧が交流（ＡＣ）を発生する点に注意されたい。電気負荷３４０が、電気化学セルを充電するためのような直流（ＤＣ）を必要とするところで、整流器３３０がＡＣをＤＣに変換するために設けられる。]
[0043] 非実用的であるか商業的に発展できないと判明した従来技術誘導電力伝送システムと対照的に、本発明の実施態様は誘導電力アウトレット２００から誘導電力レシーバ３００まで電力伝送の効率を向上させるための更なる要素を含む。例えば、本発明の好ましい実施態様は信号伝送システム４００、位置合わせ機構５００および磁束ガイド６００を含む。]
[0044] 信号伝送システム４００は、誘導電力レシーバ３００と誘導電力アウトレット２００との間で信号を伝えるための通路を設ける。信号伝送システム４００は、誘導電力レシーバ３００と関連する信号エミッタ４２０および誘導電力アウトレット２００と関連する信号検出器４４０を含む。信号はとりわけ、電力レシーバ３００の存在を確認して、電力伝送を調節することのような、または必要電力伝送パラメータを伝送するための、種々の機能を実行することができる。後者は、多数の電力レベルで機能するように構成されるシステムで特に役立つ。適切な検出器と組み合わせて光学、誘導、超音波信号エミッタ等のようなさまざまな信号伝送システムが、使われることができる。]
[0045] 位置合わせ機構５００は、一次インダクタ２２０との二次インダクタ３２０の位置合わせを容易にするために設けられ、それによって誘導伝送システム１００の効率を向上させる。ユーザが直接一次インダクタ２２０を見ることが可能な所で、二次インダクタ３２０は直接の目視観察によって位置合わせされることができる。しかしながら、一次インダクタ２２０が不透明な表面の背後に隠される所で、代替位置合わせ機構５００が必要かもしれない。例えば、この種の位置合わせ機構５００は触知できる、視覚のおよび／または聞き取れる徴候を含むことができる。]
[0046] 磁束ガイド６００は、一次インダクタ２２０から二次インダクタ３２０に磁束を導いて、特に近傍で金属または他の導電材料への、誘導電力伝送システム１００からの漏れ磁束を防ぐために設けられる。]
[0047] 従来技術誘導電力伝送システムは、一般的に電気装置に無線で電力を供給するのに効率が悪いかまたは非実用的であった。結果として、追跡ワイヤを減少させるために長く感じられた必要性にもかかわらず、誘導電力伝送の使用は一般に電池の充電のような低電力用途に限られていた。実際的であるために、誘導電力伝送システムは効率的で、安全で控え目でなければならず、好ましくは、小さな寸法を有して、軽量である。以下に記載されているように、本発明の実施態様はこれらの要求条件に答える誘導電力伝送システムを提供する方向を目指す。]
[0048] 本発明の特定の態様は、以下を含む：
■誘導電力アウトレット２００が誘導電力レシーバ３００の非存在下で電力を伝送するのを防止するための伝送ガード。
■ダイオードからの熱損失を減少させるための電子スイッチを使用するＡＣ−ＤＣ整流器３３０。
■ユーザが気持ちよく、かつ、安全に誘導電力レシーバ３００を取り扱うことができるように、熱放散システムを有する誘導電力レシーバ３００。
■薄い材料から作られる磁束ガイド６００、および、それが一次インダクタ２２０と二次インダクタ３２０との間の鎖交磁束を改善するように、同じく周囲への漏れ磁束を防ぐように構成される。
■誘導カップルの共振周波数と実質的に異なる伝送周波数で振動する駆動電圧を発生させるように構成されて、使用可能なドライバ２３０。]
[0049] 上記した態様のどれもが、従来技術に対して単独で有意な改善を示す。しかしながら、特に、任意の誘導電力伝送システム１００が電気装置に電力を供給するために実際的であるために、それが共に上記した特徴のうちの少なくとも２つ以上を組み込むことを必要とする点に注意されたい。これらの特徴を組み込む本発明の実施態様のより詳細な説明が、下記で与えられる。
伝送ガード]
[0050] ここで、本発明の別の実施態様に従って、誘導電力アウトレット２２００が電気負荷２３４０に接続される二次ユニット２３００の非存在下で電力を伝送するのを防止するための伝送ガード２１００を表すブロック図を示す図２ａに対して、参照がなされる。] 図２ａ
[0051] 誘導電力アウトレット２２００は、電気負荷２３４０に配線される二次コイル２３２０と誘導的に結合するための、電源２２４０に配線される一次コイル２２２０から成る。一次コイル２２２０は、一次コイル２２２０を駆動するのに必要なエレクトロニクスを供給するドライバ２２３０経由で電源２２４０に配線される。駆動エレクトロニクスは、例えば、高周波振動電源を供給するスイッチユニットを含むことができる。電力アウトレット２２００が複数の一次コイル２２２０から成る所で、ドライバ２２３０が加えて、どの一次コイル２２２０が駆動されるべきかを選択するためのセレクタから成ることができる。]
[0052] 伝送ガード２１００が電源２２４０と一次コイル２２２０との間で直列に接続される伝送ロック２１２０から成って設けられることは、本発明の本実施態様の特定の一特徴である。伝送ロック２１２０は、それが伝送キー２１４０によって解除されない限り、一次コイル２２２０が電源２２４０に接続するのを防止するように構成される。伝送キー２１４０は、二次ユニット２３００と関連していて、二次コイル２３２０が一次コイル２２２０に位置合わせされることを示唆する役目をする。]
[0053] 図２ｂを参照して、本発明の別の実施態様に従う例示的な磁気伝送ガード２１００によって保護される誘導電力アウトレット２２００の概略図が示される。認証された二次ユニット２３００がそれに対して位置合わせされるときに、電力は保護された電力アウトレット２２００によってだけ供給されることができる。] 図２ｂ
[0054] 保護された電力アウトレット２２００は、一次コイル２２２０とドライバ２２３０との間で電気的に直列に接続されるマグネチックスイッチ２１２２のアレイからなる磁気伝送ロック２１２０を含む。磁性素子２１４２のアレイからなる磁気伝送キー２１４０が、認証された二次ユニット２３００内に設けられる。]
[0055] 伝送キー２１４０内の磁性素子２１４２の構成は、伝送ロック２１２０内のマグネチックスイッチ２１２２の構成にマッチするように選ばれる。認証された二次ユニット２３００は、伝送ロック２１２０と伝送キー２１４０および一次コイル２２２０と二次コイル２３２０の両方を位置合わせすることによって保護された誘導アウトレット２２００と位置合わせされることができる。一旦正確に位置合わせされると、伝送ロック２１２０内の全てのマグネチックスイッチ２１２２が閉じられ、および、ドライバ２２３０がそれによって一次コイル２２２０に接続される。]
[0056] マグネチックスイッチ２１２２のさまざまな例は、例えばリードスイッチ、ホール効果センサ、その他同様を含む従来技術で公知である。この種のマグネチックスイッチ２１２２は、例えば永久磁石のＮ極もしくはＳ極または電磁コイルのような任意の磁性素子２１４２に感度が高くてもよい。ホール効果センサが所定の強度の磁界を検出するように構成されることができる点に更に注意されたい。]
[0057] 特定の実施態様によれば、磁気伝送キー２１４０は二次ユニット２３００内に組み込まれる永久磁石および強磁性素子から成ることができる。このタイプの伝送キーによって生成される磁界の特性は、永久磁性物質の強度および位置、同じく強磁性素子の寸法および特性に依存する。磁気伝送ロック２１２０は、例えばユニポーラホールスイッチのような、マグネチックスイッチのアレイから成ることができ、それが、永久磁石および強磁性素子の特定の組合せによって起動されるときにだけ、それらが一次コイル２２２０をドライバ２２３０に接続するように、戦略的に配置されて、位置を定められる。]
[0058] 永久磁石が一次コイル２２２０に対する二次コイル２３２０の位置合わせで補助するように共通に設けられることができる点に注意される。強磁性素子もまた、一次コイル２２２０から二次コイル２３２０まで磁束誘導を与えるために二次ユニット２３００内に共通に含まれることができる。磁気伝送ロック２１２０は、したがって、これらの構成要素に感度が高いようにされることができる。実際に、さまざまな二次ユニットを検出して、検出された二次ユニットに従い複数の一次コイル２２２０を選択的に接続するように構成される単一の磁気伝送ロック２１２０が、設けられることができる。]
[0059] 図２ａに戻って参照して、伝送ガード２１００の他の実施態様によれば、解除信号ＳＲが検出器２１２４によって受信されるときに、解除されることができる伝送ロック２１２０によって、電力アウトレット２２００が保護されることができる。解除信号ＳＲは伝送キー２１４０によって能動的に発されることができるか、または、代わりとして伝送キーが検出器２１２４の方へ解除信号を受動的に導くことができる。] 図２ａ
[0060] 本発明の更なる一実施態様に従う光伝送−ガード２１００を表す図２ｃ−ｅ内に、受動的な伝送キー２１４０の一例が示される。] 図２ｃ
[0061] 伝送ガード２１００は、誘導電力アウトレット２２００’内に組み込まれる能動光伝送−ロック２１２０’、および、二次ユニット２３００内に組み込まれる受動光伝送−キー２１４０’から成る。]
[0062] 図２ｃを特に参照して、光伝送−ロック２１２０’はスイッチ２１２２’、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光依存抵抗器等のような光学式検出器２１２４’、および発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光学エミッタ２１２６’を含む。スイッチ２１２２’は常時開であるが、解除信号ＳＲが光学式検出器２１２４’によって受信されると、閉じるように構成され、それによって一次コイル２２２０をドライバ２２３０に接続する。光学エミッタ２１２６’は、光学式検出器２１２４’によって直接検出可能でない光学解除信号ＳＲを発するように構成される。] 図２ｃ
[0063] 次に図２ｄを参照して、光伝送−キー２１４０’は光学導波管、光ファイバ、反射器等のようなブリッジング素子２１４２’を含む。ブリッジング素子２１４２’は、二次コイル２３２０が一次コイル２２２０と位置合わせされるとき、光学解除信号ＳＲを光学エミッタ２１２６’から光学式検出器２１２６’の方へ導くように構成される。] 図２ｄ
[0064] 二次ユニット２３００が誘導電力アウトレット２２００と正しく位置合わせされるときに、図２ｅに示すように、二次コイル２３２０が一次コイル２２２０’と位置合わせし、および、受動光伝送−キー２１４０’が光伝送−ロック２１２０’と位置合わせする。光学解除信号ＳＲがしたがって、光学式検出器２１２６’によって検出され、および、スイッチ２１２２’が一次コイル２２２０をドライバ２２３０に接続するように閉じられる。] 図２ｅ
[0065] 多くの材料が赤外光に部分的に半透明である点に注意されたい。見いだされたことは、ＬＥＤなどからの比較的低強度の赤外線信号が、プラスチック、ボール紙、フォーマイカまたは紙シートのような数百ミクロンの一般の材料を、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光依存抵抗器等のような、光学式検出器２１２４’が０．１ｍｍないし２ｍｍのこの種の材料のシートの背後で、信号を受信して処理することができるのに充分な程度に、透過することである。例えば、０．８ｍｍフォーマイカシートの背後から、２４度にわたって８５０ｎｍで送信するＡｖａｇｏ ＨＳＤＬ−４４２０のＬＥＤからの信号が、Ｅｖｅｒｌｉｇｈｔ ＰＤ１５−２２Ｃ−ＴＲ８ＮＰＮフォトダイオードによって検出されることができる。信号通信目的のために、高度な減衰が許容されることができ、および、小さな割合だけの通過率、例えば、送信された信号の強さの０．１％が充分であることができる。]
[0066] 光伝送−キー２１４０’が上記されているとはいえ、他の受動伝送キーが他のタイプの解除信号を導くように構成されるブリッジング素子を組み込むことができることは理解されよう。例えば、強磁性ブリッジが磁性素子からホール効果センサ等のような磁気検出器まで磁気解除信号を送信するために組み込まれることができる。この種の場合の磁気エミッタは、一次コイル自体であってもよい。]
[0067] 代わりとして、オーディオ信号が、高密度素子または例えばマイクロ波導波管に沿って低消費電力マイクロ波を通して導かれることができる。]
[0068] 能動光伝送−キー２１４０”の一例が、本発明の別の実施態様に従う伝送ガード２１００”を表す図２ｆ内に示される。] 図２ｆ
[0069] この実施態様の伝送ガード２１００”は、誘導電力アウトレット２２００内に組み込まれる伝送ロック２１２０”および二次ユニット２３００内に組み込まれる能動光伝送−キー２１４０”を含む。]
[0070] 能動光伝送−キー２１４０”は光学解除信号ＳＲを発するように構成される光学エミッタ２１４２”を含み、および、伝送ロック２１２０”はスイッチ２１２２”および光学式検出器２１２４”を含む。伝送ロック２１２０”は、スイッチ２１２２”を閉じるように構成され、それによって光学式検出器２１２４”が、解除信号ＳＲを受信すると一次コイル２２２０をドライバ２２３０に接続する。]
[0071] 二次ユニット２３００が誘導電力アウトレット２２００と位置合わせされるときに、伝送キー２１４０”は伝送ロック２１２０”の光学式検出器２１２４”によって受信される光学解除信号ＳＲを発し、および、これがスイッチ２１２２”を閉じる。したがって、誘導電力アウトレット２２００”が二次コイル２３２０に電力を伝送することが可能になる。]
[0072] 理解されるであろうことは、解除信号ＳＲは一意の識別子を与えるようにコード化されることができることである。コード化が、周波数、パルス周波数、振幅等の変調によるものであってもよい。例えば認証用の二次ユニットのタイプまたは素性を識別するために、コードが使われることができる。他のデータが、加えて、解除信号内にコード化されることができる。このデータは、必要電力伝送パラメータ、課金情報または電力アウトレットの使用と関連する他の情報を含むことができる。]
[0073] 光学能動伝送キー２１４０”が上記されているとはいえ理解されるであろうことは、他の能動伝送キーが他のタイプの解除信号を発することができることである。例えば、二次コイル２３２０が伝送ロック内に組み込まれる磁気検出器に磁気解除信号を送信するのに用いられることができる。これは、ホール効果センサ等または一次コイル２２２０自体でさえでありえる。]
[0074] 能動的に解除信号を発するために伝送キーは、一般的に電源を必要とする。場合によっては、特に二次ユニットが携帯可能な電気装置に組み込まれる所で、電力は二次ユニットの内部電池によって供給されることができる。代わりとして、電力は一次コイルから二次コイルに伝送される電力パルスから引き出されることができる。]
[0075] 本発明の特定の実施態様において、誘導電力アウトレットが周期的な低エネルギー電力パルスを伝送し、例えば、数ミリ秒持続期間のパルスが、１ヘルツほどの周波数で一次コイルによって伝送されることができる。二次コイルが一次コイルの近傍に持ってこられるときに、電力が、二次コイルに伝送されることができて、能動伝送キーに電力を供給するのに用いられることができる。]
[0076] 伝送ガードの他の実施態様において、二次ユニットと関連する第１の伝送ロック（好ましくは受動伝送ロック）が、第１の伝送ロックを解除し、それによって二次コイルの有望な存在を示唆する。低エネルギー電力パルスが次いで、第２の伝送ロックを解除することができる能動的な第２の伝送キーに電力を供給するために一次コイルによって発され、それによって一次コイルをドライバに接続する。
同期整流器]
[0077] 参照が、次に従来技術の典型的全波整流器３１００の回路図を示す図３ａになされる。整流器は、２つの入力端子Ｔ１およびＴ２および２つの出力端子Ｔ３およびＴ４を有する。交流電流源ＡＣｉｎが２つの入力端子Ｔ１およびＴ２に配線されるときに、直流出力ＤＣｏｕｔが整流器３１００の２つの出力端子Ｔ３およびＴ４から引き出されることができる。] 図３ａ
[0078] ２個のダイオードＤ１およびＤ２がグレーツ回路の第１の枝路３１１０を形成し、および、残りの２個のダイオードＤ３およびＤ４がグレーツ回路の第２の枝路３１２０を形成するように、４個のダイオードＤ１−４が配置される。２個の上流ダイオードＤ１およびＤ３のアノードが第１の出力端子Ｔ３に配線され、および、２個の下流のダイオードＤ２およびＤ４のカソードが第２の出力端子Ｔ４に配線される。第１の上流ダイオードＤ１のカソードおよび第１の下流のダイオードＤ２のアノードが第１の入力端子Ｔ１に配線され、ならびに第２の上流ダイオードＤ３のカソードおよび第２の下流のダイオードＤ４のアノードが第２の入力端子Ｔ２に配線される。]
[0079] 第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力端子Ｔ２に対して正であるときに、電流は第１の下流のダイオードＤ２を通して、および、第２の上流ダイオードＤ３を通して流れる。第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力端子Ｔ２に対して負のときに、電流は第２の下流のダイオードＤ４を通して、および、第１の上流ダイオードＤ１を通して流れる。]
[0080] 図３ａ内に示されるそれのような、ダイオードブリッジ整流器が、入力の極性から独立である一定の極性の出力を生成するのに用いられる。例えば、この種のダイオードブリッジ整流器がＡＣ／ＤＣ電力コンバータ内に使われることができる。任意選択で、出力は平滑コンデンサＣによって平滑にされる。] 図３ａ
[0081] 理解されるであろうことは、極性の各逆転によって各ダイオードから電力が失われることである。高周波電力コンバータにおいて、入力端子Ｔ１およびＴ２の極性が１００ｋＨｚ以上の周波数で振動することができる所で、この種の電力損失がブリッジ回路およびその周囲の構成部品の有意な加熱に結びつくかもしれず、それは、信頼性の低下または故障に結びつく場合がある。]
[0082] 電力損失は、非常により低い関連電力損失を有する図３ａ内に示される電力ＭＯＳＦＥＴのような、電子スイッチによってダイオードを置換することによって減少させられることができる。図４ａは、そのような同期全波整流器４２００のブロック図であり、図３ａのダイオードブリッジの第１の下流のダイオードＤ２および第２の下流のダイオードＤ４が２つの電子スイッチＭ２およびＭ４によって置換されている。] 図３ａ 図４ａ
[0083] オンおよびオフ状態の間でそれらを切替える切換え信号Ｇ２およびＧ４によって、電子スイッチＭ２およびＭ４が制御される。第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力端子Ｔ２に対して正であるときはいつでも、電子スイッチＭ２を制御する切換え信号Ｇ２がオン状態へ切り替えるように同期されなければならない。第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力端子Ｔ２に対して負であるときはいつでも、電子スイッチＭ４を制御する切換え信号Ｇ４がオン状態へ切り替えるように同期されなければならない。]
[0084] 一般的に、この同期化は第２の入力端子Ｔ２の電圧から第１の切換え信号Ｇ２を引き出して、第１の入力端子Ｔ１の電圧から第２の切換え信号Ｇ４を引き出すことによって達成される。]
[0085] ２つのダイオードがＭＯＳＦＥＴによって置換される上記した同期全波整流器４２００は、従来技術のダイオードブリッジ整流器４１００と比較して最高５０％だけ整流器からの電力損失を減少させることができる。電力損失の更なる減少が必要な所で、電子スイッチによって残りの２つのダイオードＤ１およびＤ３を置換することが、望ましいであろう。しかしながら、入力または出力端子間のいずれかにショートを偶然に引き起こすことなく４個の電子スイッチを同期させることは、ずっと困難である。]
[0086] 図４ｂは、図３ａのダイオードブリッジのうちの全ての４個のダイオードＤ１−４が電子スイッチＭ１−４によって置換された第２の同期全波整流器４３００のブロック図である。一定の極性の出力ＤＣｏｕｔを供給するために、切換え信号Ｇ１−４は慎重に制御されることを必要とする。] 図３ａ 図４ｂ
[0087] 第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力Ｔ２の極性に対して正であるときに、第１の上流および第２の下流の電子スイッチＭ１およびＭ４はオフ状態に切り替えられなければならず、および、第１の下流および第２の上流電子スイッチＭ２およびＭ３はオン状態に切り替えられなければならない。第１の入力端子Ｔ１の極性が第２の入力端子Ｔ２の極性に対して負のときに、第１の上流および第２の下流電子スイッチＭ１およびＭ４はオン状態に切り替えられなければならず、および、第１の下流および第２の上流電子スイッチＭ２およびＭ３はオフ状態に切り替えられなければならない。]
[0088] 切換え信号Ｇ１−４の同期は、追加的な制約によって難しくなる。出力端子を横切るショートを防ぐために、共通岐路４３１０、４３２０に沿った上流および下流の電子スイッチが、決して同時にオン状態にあってはならない。実際問題として、第１の枝路４３１０に沿って２個の電子スイッチＭ１およびＭ２を制御する切換え信号Ｇ１およびＧ２の両方ともが入力端子Ｔ１およびＴ２の１つから各々引き出されるときに、２個のスイッチＭ１およびＭ２が周期的に両方ともそれらのオン状態にある。スイッチＭ１およびＭ２が回路の第１の枝路４３１０に沿って隣接するので、ショートが出力端子Ｔ３とＴ４との間に形成される。残りの２個の電子スイッチＭ３およびＭ４を制御する切換え信号Ｇ３およびＧ４が入力端子Ｔ１およびＴ２の１つから各々引き出されるときに、同様のショートが第２の枝路４３２０に沿って起こるかもしれない。]
[0089] 本発明の好ましい実施態様によれば、上流スイッチＭ１およびＭ３用の切換え信号Ｇ１およびＧ３が独立に制御される間、下流の電子スイッチＭ２およびＭ４用の切換え信号Ｇ２およびＧ４だけが入力端子Ｔ１およびＴ２での電圧から直接に引き出される。好ましくは、切換え信号Ｇ１およびＧ３はそれぞれスイッチＭ１およびＭ３のカソード電流の変化に応答する。]
[0090] 図４ｃは例示的な電流起動同期整流器４３３０を示し、それはブリッジ同期整流器４３００に組み込まれる電子スイッチＭとして役立つことができる。電流起動同期整流器４３３０は、図３ｂ内に示されるそれのような、電力ＭＯＳＦＥＴ４１３０および電流モニタ４３３２を含む。電流モニタ４３３２は電力ＭＯＳＦＥＴ ４１３０のドレイン端子４１３６に配線されて、ドレイン電流Ｉｄが所定の閾値Ｉｔｈを上回るときに、電力ＭＯＳＦＥＴのゲート端子４１３８に電流ベースのゲート信号Ｇ１を送信するように構成される。上記例では電流起動同期整流器４３３０がｎチャネルＭＯＳＦＥＴ ４１３０を含むとはいえ、理解されるであろうことは、他の実施態様では、電流起動同期整流器がｐチャネルＭＯＳＦＥＴを組み込むことができるということである。] 図３ｂ 図４ｃ
[0091] 電流起動同期整流器４３３０の機能を理解するために正弦波交流電圧が電流起動同期整流器４３３０のカソード４３３４およびアノード４３３６端子両端に接続される場合を考慮する。図４ｄは、１）カソード４３３４からアノード４３３６までの電圧降下Ｖｄ、２）ドレイン電流Ｉｄ、および、３）１つの電圧サイクル中のＭＯＳＦＥＴ状態の、変化を示す３つのグラフを示す。
■正弦波サイクルの前半に対してカソード４３３４とアノード４３３６との間の電圧降下Ｖｄは負であり、したがって、カソード４３３４の極性はアノード４３３６に対して負である。従って、ドレイン端子４１３６を通して何の電流も流れず、および、ＭＯＳＦＥＴはオフ状態にとどまる。
■正弦波サイクルの後半の初めで、カソード４３３４とアノード４３３６との間の電圧降下Ｖｄは、ゼロより上に増加する。カソード４３３４の極性は、アノード４３３６に対して正になり、それで、小さなドレイン電流Ｉｄがダイオード４１３２を通して流れ始める。この電流は、電流モニタ４３３２で測定される。
■サイクルの第３クォーター中に、カソード４３３４とアノード４３３６との間の電圧降下Ｖｄは、上がり続ける。電流モニタ４３３２は、増加するドレイン電流Ｉｄを測定する。
■ドレイン電流Ｉｄが所定の閾値Ｉｔｈを上回るときに、電流ベースのゲート信号Ｇ１がオン状態へ切り替えるようにＭＯＳＦＥＴ ４１３０を誘発する。
■ＭＯＳＦＥＴ ４１３０がオン状態にある限り、電子スイッチ４１３１のオーム導電性経路を通して電流が流れる。従って、ドレイン電流Ｉｄは電圧降下Ｖｄに比例して変化する。
■サイクルの最終クォーター中に、カソード４３３４とアノード４３３６との間の電圧降下Ｖｄは、減少する。電流モニタ４３３２は、減少するドレイン電流Ｉｄを測定する。
■ドレイン電流が所定の閾値Ｉｔｈより下に落ちるときに、電流ベースのゲート信号Ｇｉがオフ状態へ切り替えるようにＭＯＳＦＥＴ ４１３０を誘発する。] 図４ｄ
[0092] 図４ｅは、本発明の更なる一実施態様に従う誘導電力レシーバ内に組み込まれる同期全波ブリッジ整流器４４００を表す回路図である。電子スイッチＭ１−４は全てＭＯＳＦＥＴトランスであり、３個の端子：ソース端子、ドレイン端子およびゲート端子を有する。上流ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ３は両方ともｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、および、それらのソース端子は整流器の第１の出力端子Ｔ３に両方とも配線される。下流のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２およびＭ４は両方ともｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、および、それらのソース端子は整流器の第２の出力端子Ｔ４に両方とも配線される。第１の上流ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１および第１の下流のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレイン端子は整流器の第１の入力端子Ｔ１に両方とも配線され、および、第２の上流のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３および第２の下流のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４のドレイン端子は整流器の第２の入力端子Ｔ３に両方とも配線される。] 図４ｅ
[0093] 入力端子Ｔ１およびＴ２は、一次コイル（図示せず）に誘導的に結合される電力変圧器の二次コイルＬ２に配線される。二次コイルＬ２は、２個の入力端子Ｔ１およびＴ２に交流入力電流を供給する。]
[0094] 下流のＭＯＳＦＥＴＭ２およびＭ４のゲート端子は、それぞれ平滑回路４４２０、４４４０経由で入力端子Ｔ２およびＴ１に配線される。切換え信号Ｇ２およびＧ４は、したがって、互いに位相外れにある。]
[0095] 上流ＭＯＳＦＥＴＭ１およびＭ３のゲート端子は、それら自体のドレイン電流Ｉｄ１およびＩｄ３によって駆動される切換え信号Ｇ１およびＧ３を受信する。第１の上流ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレイン電流Ｉｄ１が、第１の変流器４４１０によってモニタされ、一次電流モニタコイルＣＴ１Ｐが二次電流モニタＣＴ２ｓに電流信号を転送し、その出力が整流化されて、信号を第一出力端ＯＵＴ１から出力する前に信号を増幅するドライバ４４５０の第１の入力ＩＮ１に中継される。ドライバからのこの第１の出力信号は次いで、ドレイン電流Ｉｄ１が閾値を上回る時、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１がそれ自体をオン状態に切り替えるように第１の上流ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１にフィードバックされる。これは、交流入力ＡＣｉｎと同じ周波数で切換え信号Ｇ１を生成する。]
[0096] 同様に、第２の上流ＭＯＳＦＥＴＭ２のドレイン電流Ｉｄ３が第２の変流器４４３０によってモニタされ、一次電流モニタコイルＣＴ２Ｐが二次電流モニタＣＴ２Ｓに電流信号を転送し、その出力が、整流化されて、信号を第２の出力端ＯＵＴ２から出力する前に信号を増幅するドライバ４４５０の第２の入力ＩＮ２に中継される。ドライバからのこの第２の出力信号は次いで、ドレイン電流Ｉｄ２が閾値を上回る時、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ３がそれ自体をオン状態に切り替えるように第２の上流ＭＯＳＦＥＴ Ｍ３にフィードバックされる。これは、交流入力ＡＣｉｎと同じ周波数で切換え信号Ｇ３を生成する。]
[0097] 上の例において、変流器４４１０、４４３０がドレイン電流Ｉｄ１、Ｉｄ２をモニタするのに用いられるとはいえ、代替実施態様において電流計、検流計、ホール効果センサ等のような他の電流モニタが、好まれることができる。
誘導電力レシーバ内の熱放散]
[0098] 参照が、次に、本発明の更なる一実施態様に従って、誘導電力アダプタ５１００経由で誘導電力アウトレット５２００から電力を引き出すラップトップコンピュータ５３００を示す図５ａになされる。アダプタは、それが動作中である間、それがユーザによって安全に取り扱われることができるように構成される。] 図５ａ
[0099] 電力アダプタ５１００は、ケーシング５１６０内に収納される誘導レシーバ５１２０およびコンピュータ５３００のような電気装置に接続するための電力コネクタ５１４０を含む。誘導レシーバ５１２０は、電力アウトレット５２００内の一次インダクタ５２２０と結合するように構成される二次インダクタ５１２２を含む。一般的に、一次インダクタ５２２０はドライバ５２３０経由で電源５２４０に配線される。ドライバ５２３０は、一次誘導コイル５２２０に振動駆動電圧を供給する。]
[0100] 好ましくは、位置合わせ機構（図示せず）が一次コア５２２０に二次インダクタ５１２２を位置合わせするために設けられる。位置合わせ機構は、電力アダプタ５１００内の二次磁性素子をひっかけるおよび／または係合するように構成される誘導アウトレット内の一次磁性素子から成ることができる。]
[0101] 理解されるであろうことは、電力コンバータの電気構成部品が熱を発生させることである。特に例えば５０Ｗまたは１００Ｗより上の高出力で動作するシステムにおいて、誘導レシーバ５１２０内に発生される熱に伴う複数の問題がある。熱は、総合効率を減少させる可能性があって、さらに構成部品の信頼性を低下させるかもしれない高温を生じる。多くの設計努力がこの課題を克服するのに一般的に必要であり、および、システムの寸法のような他の因子が結果として危うくされるかもしれない。]
[0102] 実際問題として、高温で機能する電力アダプタ５１００の電気構成部品が、選択される。しかしながら、それがユーザによって取り扱われるべき必要条件によって、ケーシング５１６０の最大温度は更に抑えられる。ケーシング５１６０が摂氏５０度ほどより上の高温に達する場合、ユーザはアダプタを取り扱うことを不快と見いだすかもしれず、損傷の危険にさらされさえするかもしれない。ユーザが気持ちよくかつ安全にアダプタ５１００を取り扱うことができるために、手グリップ５１６２から離れるように熱を導くための熱放散システムが本発明の特定の一特徴である。]
[0103] 熱放散システムは、本発明の別の実施態様に従う例示的な誘導電力アダプタ５１００を示す図５ｂ−ｄを参照してよりよく理解されることができる。電力アダプタ５１００の同じ実施態様を通して、図５ｂは等角投影を示し、図５ｃが分解図を示し、および、図５ｄが断面図を示す。] 図５ｂ 図５ｃ
[0104] 例示的な電力アダプタ５１００は、誘導レシーバ５１２０および下部ケーシング５１６０Ｌと上部ケーシング５１６０Ｕとの間に収容されるヒートシンク５１３０、および、収納のために手グリップ５１６２周辺に巻回されることができる電力コネクタ５１４０を含む。]
[0105] 誘導電力レシーバ５１２０は、二次誘導コイル５１２２、強磁性ディスク５１２４およびプリント回路基板（ＰＣＢ）５１２６から成る。例示的な実施態様のヒートシンク５１３０は、誘導レシーバ５１２０と上部ケーシング５１６０Ｕにはさまれる金属ディスクから成る。強磁性ディスク５１２４は、二次誘導コイル５１２２と誘導電力アウトレット５２００の一次誘導コイル５２２０（図１）との間の誘導結合を改善するために磁束誘導コアとして役立つことができる。]
[0106] 電力アダプタ５１００が動作中のときに、熱が誘導レシーバ５１２０の複数の構成部品によって発生する。交流が、二次誘導コイル５１２２内に誘発され、したがってコイルワイヤをヒートアップする。さらに、ホットスポットが、整流器、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、電力レギュレータ、ＬＤＯ、フィードバック伝送器等のような、ＰＣＢ ５１２６上に一般的に設けられる特定の電気構成部品周辺で、一般的に生成される。]
[0107] ヒートシンク５１３０は、一般的に誘導レシーバ５１２０周辺でより均一に熱を分散する役目をするアルミニウム、銅等のような熱伝導材料である。好ましくは、熱バイアがＰＣＢ ５１２６を通して設けられ、および、熱グリースまたは類似した作用物がヒートシンク５１３０、ＰＣＢ ５１２６、強磁性ディスク５１２４と二次コイル５１２２との間の熱接触を改善するのに用いられる。]
[0108] 空気吹出し口５１３２が、上部ケーシングの５１６０Ｕ最上部５１６１内に設けられ、電力アダプタ内部から熱気が環境空気に逃げることができる。空気吸込み口５１３４が、下部ケーシング５１６０Ｌの底部５１６５および側面５１６７に、および、上部ケーシング５１６０Ｕの側面５１６３に設けられ、冷気が下から電力アダプタに入ることができる。ヒートシンクの外径ｄがケーシング５１６０の内径Ｄより小さいことが、例示的な実施態様の特定の一特徴であり、したがって、空気が誘導レシーバ５１２０周辺で循環することができる。したがって、誘導電力レシーバ５１２０によって加熱される熱気が放出口５１３２を通してアダプタ５１００から流れ出て、および、外部からの冷気が前記空気吸込み口５１３４を通してアダプタ５１００に吸い込まれる。手グリップ５１６２は、加えて、断熱材の障壁によって熱から保護されることができる。]
[0109] 空気吹出し口５１３２によって塵が電力アダプタ５１００に入るかもしれない点に注意されたい。したがって、いくつかの実施態様において、塵が放出口５１３２に入るのを防止するためにちりよけが設けられる。例示的実施態様においては、動作中に塵がアダプタ５１００に入るのを防止するために、グリップ５１６２が放出口５１３２に張出してちりよけとして役立つ。動作中でないとき、電力コネクタ５１４０は手グリップ５１６２周辺に巻回されることができ、それによって塵に対する更なる保護を与える。]
[0110] 特定の実施態様において、ＰＣＢ ５１２６が電力アウトレット５２００（図５ａ）内の光学式検出器に信号を送信するためのフィードバック伝送器として使用される発光ダイオード（図示せず）を含む。理解されるであろうことは、この種の実施態様において、明白な照準線が光学エミッタと検出器との間に維持されることが必要なことである。このために、好適な実施態様において、光伝送の波長に透明な光学窓が二次誘導コイル５１２２、フェライトディスク５１２４、下部ケーシング５１６０ＬおよびＰＣＢ ５１２６と一次コイル５２２０との間の他の層を通して設けられる（図５ａ）。
磁束誘導] 図５ａ
[0111] 次に図５ｅおよび５ｆを参照して、誘導電力レシーバ５２００が、本発明の更なる一実施態様に従って、二次インダクタ５２２０、磁束ガイド５２６０およびＰＣＢ ５２７０を含んで示される。二次インダクタ５２２０は、誘導電力アウトレット（図示せず）の一次インダクタから誘導的に電力を受け取るように構成される。磁束ガイド５２６０が、一次インダクタから二次インダクタ５２２０に磁束を導いて、周囲への漏れ磁束を減少させるために設けられる。磁束ガイド５２６０は、強磁性コア５２６２および磁気シールド５２６４から成る。強磁性コア５２６２が、作動中の一次インダクタから二次インダクタ５２２０に磁束を誘導するために設けられる。] 図５ｅ
[0112] 好適な実施態様において、強磁性コア５２６２は非晶質強磁性材料から作られ、一般的に厚さほぼ２０ミクロンくらいのシートからウエハに切断される。１つの例示的な実施態様において、強磁性コアは２枚の非晶質強磁性ウエハ５２６２ａ、５２６２ｂから成る。第１のウエハ５２６２ａは、第１の接着絶縁層５２６５ａによって一次インダクタ５２２０に接着される。第２のウエハ５２６２ｂは、第２の接着絶縁層５２６５ｂによって第１のウエハ５２６２ａに接着される。２枚のウエハ５２６２ａ、５２６２ｂは、一次インダクタから二次インダクタ５２２０まで磁束を導く強磁性コアとして役立つ。強磁性ウエハ５２６２ａ、５２６２ｂが一次インダクタによって生成される振動磁界によるウエハ内の渦電流のビルドアップを防ぐために各々半径方向のスリット５２６５ａ、５２６５ｂを有することが、好適な実施態様の特定の一特徴である。ウエハが円形の断面を有する所で、スリットは円周から直径に沿って内方へ延びることができる。]
[0113] 磁気シールド５２６４が、周囲への漏れ磁束を防ぐために設けられる。好ましくは、磁気シールド５２６４はまた、薄い非晶質強磁性材料シートから製作されて、第３の接着絶縁層５２６５ｃによってＰＣＢに接着されることができる。]
[0114] 理解されるであろうことは、誘導レシーバ５２００が導電性表面または導電性構成部品を含む装置に取り付けられるときに、磁気シールドが特に重要なことである。したがって、例えば、この種の誘導電力レシーバ５２００がコンピュータ、携帯電話等のような、電気装置に取り付けられるときに、磁気シールド５２６４は磁束が電気装置の金属構成部品に漏れて、それらがヒートアップを引き起こすのを防止する。]
[0115] 非晶質強磁性シートは、約２０ミクロンの厚さを有することができる。両側の重合体積層体によって積層される時に、シートの全体的な厚さは、約６０ミクロンである。したがって、誘導システム内に磁束を導くのに用いられる他のフェライト素子と対照的に、非晶質強磁性材料は極めて薄い磁気ガイド５２６０を製作するのに用いられることができる。薄い磁気ガイド５２６０によって、次に誘導電力レシーバ５２００が可撓性で控え目であることができる。理解されるであろうことは、これらの考慮は装置搭載の誘導レシーバの設計および製造においてきわめて重要であるということである。非晶質強磁性材料から磁気誘導素子を製作するさまざまな方法は、とりわけ、印刷、スタンピング、カッティング、非晶質強磁性マイクロワイヤ布などを含む。
非共振周波数での電力伝送]
[0116] 誘導カップルの二次インダクタ内の誘導電圧の強度は、一次インダクタに与えられる電位の振動周波数に従って変化する。振動周波数がシステムの共振周波数に等しいときに、誘導電圧は最も強い。共振周波数ｆＲは、式ｆＲ＝１／２π√ＬＣに従ってシステムのインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣに依存する。]
[0117] 周知の誘導電力伝送システムは、一般的に誘導結合の共振周波数で電力を伝送する。これは、例えば変化する環境条件または一次および二次コイル間の位置合わせの変動に応答して、システムの共振周波数が電力伝送中に変動するかもしれないので、維持するのが困難である可能性がある。]
[0118] したがって、共振で伝送するように設計されている誘導伝送システムは、伝送をシステムの共振周波数に維持するための同調機構を必要とする。同調は、駆動周波数が共振を捜すように調整することによって達成されることができる。例えば、Ｋｕｅｎｎｅｎ他に付与された（特許文献３）が、負荷に電力を誘導的に供給するための安定器回路を捜す共振を記載する。安定器回路は、発振回路、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知回路を含む。電流検知回路は、共振タンク回路内の電流を代表する発振回路に電流フィードバック信号を供給する。電流フィードバック信号は、安定器回路の周波数を駆動して安定器回路に共振を捜させる。安定器回路は、好ましくは共振タンク回路に誘導的に結合される電流制限回路を含む。安定器回路内の電流が所定の閾値を上回るかまたは所定の範囲の外側に落ちるときに、電流制限回路は安定器回路を無効にする。]
[0119] 代わりとして、同調は誘導システムの特性を調整することによって達成されることができる。例えば、Ｂａａｒｍａｎに付与された（特許文献４）が、インバータによって電力を供給される動的に設定可能なタンク回路を有する非接触型電源を記載する。非接触型電源は、１つ以上の負荷に誘導的に結合される。インバータは、ＤＣ電源に接続される。負荷が加えられるかまたはシステムから取り除かれるときに、非接触型電源はタンク回路の共振周波数、インバータ周波数、インバータ負荷サイクルまたはＤＣ電源のレール電圧を変更することが可能である。]
[0120] 上記したもののような同調機構は、共振伝送が、非常に感度が高いので、伝送を共振に維持するために必要である。共振で、システムに対する小さい変動は、伝送される電力に対する大きい変化に結びつく。共振伝送に伴う更なる問題は、必要とされる高送電電圧である。高動作電圧で、回路内のコンデンサおよびトランジスタは、比較的大きいことを必要とする。]
[0121] ここで、非共振周波数で電力を伝送するように適応される誘導電力伝送システム６１００の主要な要素のブロック図を示す図６ａを、参照する。誘導電力伝送システム６１００は、本発明の別の実施態様に従う遠隔の二次ユニット６３００に電力を供給するように構成される誘導電力アウトレット６２００から成る。誘導電力アウトレット６２００は、ドライバ６２３０経由で電源６２４０に配線される一次誘導コイル６２２０を含む。ドライバ６２３０は、一次誘導コイル６２２０に振動駆動電圧を供給するように構成される。] 図６ａ
[0122] 二次ユニット６３００は、一次誘導コイル６２２０に誘導的に結合される電気負荷６３４０に配線される二次誘導コイル６３２０を含む。電気負荷６３４０は、電源６２４０から電力を引き出す。通信路６１２０が、二次ユニット６３００と関連する伝送器６１２２と誘導電力アウトレット６２００と関連するレシーバ６１２４との間に設けられることができる。通信路６１２０は、ドライバ６２３０にフィードバック信号Ｓなどを供給することができる。]
[0123] いくつかの実施態様において、電圧ピーク検出器６１４０が送電電圧の大きい増加を検出するために設けられる。後述するように、ピーク検出器６１４０が二次ユニット６２００の除去、電力ドレインの導入、ショート等を検出するのに用いられることができる。]
[0124] 図６ｂは、動作上の電圧の振幅が伝送周波数によってどのように変化するかについて示すグラフである。伝送周波数がシステムの共振周波数ｆＲと等しいときに、電圧がその最高にあり、この最大振幅が共振ピーク２として公知である点に注意されたい。グラフの傾斜が領域４ａ、４ｂで共振ピーク２のいずれの側にも最も急勾配である点に更に注意されたい。したがって、共振でまたはその周辺で動作する誘導伝送システムでは、周波数の小さな変動が、誘導電圧の大きな変化に結びつく。同様に、システムの共振周波数の小さな変化は、誘導電圧の大きな変化に結びつく。このために、従来技術誘導伝送システムは環境条件の小さな変動または誘導コイル間の位置合わせの変動に一般的にきわめて影響されやすい。] 図６ｂ
[0125] ドライバ６２３０（図６ａ）が、誘導カップルの共振周波数と実質的に異なる伝送周波数で振動する駆動電圧を伝送するように構成されて使用可能であることは、本発明の実施態様の特定の一特徴である。好ましくは、伝送周波数は周波数−振幅グラフの傾斜がより急勾配でない線形に近い領域６、８の１つの範囲内にあるように選択される。] 図６ａ
[0126] ここで、本発明のこの実施態様の１つの利点が、図６ｃを参照して実証されることができる。ラップトップコンピュータ６３４０が二次電力受け取りユニット６３００経由で誘導電力アウトレット６２００から電力を引き出すことを表す模式図が示される。電力受け取りユニット６３００は、誘導電力アウトレット６２００内の一次誘導コイル６２２０に位置合わせされる二次誘導コイル６３２０を含む。二次電力受け取りユニット６３００のいかなる横方向の偏位も、一次誘導コイル６２２０と二次誘導コイル６３２０との間の位置合わせを変える。変化する位置合わせの結果として、コイルペアの合成インダクタンスが変化し、それは、次にシステムの共振周波数を変える。] 図６ｃ
[0127] 誘導電力アウトレット６２００がシステムの共振周波数で電力を伝送する場合、小さな横方向の移動さえ誘導電圧の振幅を有意に減少させるであろう。対比において、本発明の実施態様によれば、誘導電力アウトレット６２００は、共振グラフの傾斜が非常により浅い共振ピーク２（図６ｂ）のいずれの側にも、領域６、８の１つ内の周波数で電力を伝送する。従って、システムは横方向の移動のような変動の非常により大きい許容範囲を有する。] 図６ｂ
[0128] 非共振伝送の別の利点は、伝送周波数が電力伝送を調節するのに用いられることができるということである。周知の誘導電力伝送システムにおいて、電力はドライバによって与えられる送電電圧の負荷サイクルを変更することによって一般的に調節される。したがって、理解されるであろうことは、伝送周波数がシステムの共振周波数と等しくないときに、ドライバ６２３０が電力伝送を調節するために伝送周波数を調整するように構成されることができる。]
[0129] 図６ｂに戻って参照して、伝送の周波数はｆＬのより低い周波数値とｆＵのより上の周波数値の間のカーブのおよそ線形の領域８内にあるように選ばれる。システムの共振周波数ｆＲより高い伝送周波数ｆｔは、Ｖｔの誘導電圧を発生する。誘導電圧は、伝送周波数を減少させることによって増加されることができて、伝送周波数を増加させることによって減少されることができる。例えば、δｆの伝送周波数の増加はδＶの誘導電圧の減少をもたらす。] 図６ｂ
[0130] いくつかの実施態様において、通信路６１２０（図６ａ）が二次ユニット６３００と誘導電力アウトレット６２００との間に設けられる。この種の通信路６１２０は、例えば、電気負荷６３４０によって要求される伝送周波数を示唆することができる必要動作パラメータをドライバ６２３０に伝達するのに用いられることができる。] 図６ａ
[0131] さまざまな伝送器６１２２およびレシーバ６１２４が、通信路６１２０で使われることができる。誘導システムに対してたいていの場合、一次および二次コイル６２２０、６３２０は例えば直流電気的に絶縁され、オプトカップラが、レシーバとして機能するフォトトランジスタに、短い距離を介してコード化された光学信号を送信する伝送器として役立つ発光ダイオードを有することができる。オプトカップラは通常は、伝送器とレシーバとの間に照準線があるように位置合わせされる必要がある。伝送器とレシーバとの間の位置合わせが達成するのが困難かもしれないシステムにおいて、オプトカップリングは不適切かもしれず、および、圧電素子によって送信される超音波信号またはブルートゥース、ＷｉＦｉなどのような無線信号のような代替システムが好まれることができる。代わりとして、一次および二次コイル６２２０、６３２０はそれら自体が伝送器６１２２およびレシーバ６１２４として役立つことができる。]
[0132] 特定の実施態様において、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光伝送器が二次ユニット６３００内に組み込まれて、二次ユニット６３００および電力アウトレット６２００の両方のケーシングを透過することが可能なタイプおよび強度の電磁放射を伝送するように構成されて使用可能である。フォトダイオード、フォトトランジスタ、光依存抵抗器などのような、光レシーバが電磁放射を受け取るために電力アウトレット６２００内に組み込まれる。]
[0133] 通信路６１２０は更に、電力伝送中にフィードバック信号を供給することができる。フィードバック伝送が、電気負荷６２４０の以下のような必要なまたはモニタされた動作パラメータを伝達することができる：
■電気負荷６２４０の必要動作電圧、電流、温度または電力、
■動作中に電気負荷６２４０に供給される測定された電圧、電流、温度または電力、
■動作中に電気負荷６２４０によって受け取られる測定された電圧、電流、温度または電力など。]
[0134] いくつかの実施態様において、ドライバ６２３０内のマイクロコントローラが必要伝送周波数を算出して、それに応じてドライバを調整するためにこの種のフィードバックパラメータを使用することができる。代わりとして、多少電力が必要であるかどうか示唆する単純なフィードバック信号が供給されることができる。]
[0135] 単純なフィードバック信号を使用した電力調節方法の一例が、図６ｄの流れ図に示される。この方法は、以下の諸ステップを含む：
（ａ）ドライバ６２３０がシステムの共振周波数ｆＲより高い伝送周波数ｆｔで振動電圧を供給する。
（ｂ）二次電圧が二次コイル６３２０内に誘発される。
（ｃ）二次ユニット６３００内の電力モニタが、電気負荷６３４０によって受け取られる電力をモニタする。
（ｄ）電気負荷６３４０によって受け取られる電力が所定の範囲内にある場合、その時何の動作もとられない。電気負荷６３４０によって受け取られる電力が所定の範囲より下にある場合、第１のタイプのフィードバック信号Ｓａがドライバに送信される。電気負荷６３４０によって受け取られる電力が所定の範囲より上にある場合、第２のタイプのフィードバック信号Ｓｂがドライバに送信される。
（ｅ）フィードバック信号が、ドライバ６２３０によって受信される。
（ｆ）受信されたフィードバック信号が第１のタイプＳａである場合、伝送周波数は増分値＋δｆ１だけ増加する。受信されたフィードバック信号が第２のタイプＳｂである場合、伝送周波数は増分値−δｆ２だけ減少する。] 図６ｄ
[0136] 上記した電力調節方法を用いて、負荷によって受け取られる電力があまりに大きなときに、電力が受け入れられる範囲に減少させられるまで、一連の第１のタイプのフィードバック信号Ｓａが送信される点に注意されたい。同様に、負荷によって受け取られる電力があまりに小さいときに、電力が受け入れられる範囲に増加するまで、一連の第２のタイプのフィードバック信号Ｓｂが送信される。正の増分値δｆ１が負の増分値δｆ２より大きくても、より小さくても、同じでもよい点に注意する。]
[0137] 代わりとして、周波数調整を使用した他の電力調節方法が、使われることができる。例えば、代替実施態様において、電気負荷の動作パラメータがモニタされることができ、および、それらの値が通信路６１２０経由で電力アウトレットに伝送されることができる。電力アウトレット内のプロセッサが、次いで必要伝送周波数を直接算出することができる。]
[0138] 上に記載されている方法は、共振ピーク２より高い線形領域８（図６ｂ）内に存在する非共振伝送周波数に関連する。しかしながら代替実施態様において、伝送周波数が共振曲線のより低い線形領域６内に位置するときに、周波数制御電力調節が達成されることができることが認められよう。それでもやはり後述するように特定の実施態様に対して、より高い線形８内の伝送周波数の選択が、好まれることができる。] 図６ｂ
[0139] 上記の通りに、誘導カップルの共振周波数ｆＲは式ｆＲ＝１／２π√ＬＣによって与えられ、ここで、Ｌがシステムのインダクタンス、およびＣがシステムのキャパシタンスである。したがって、システムのインダクタンスＬかキャパシタンスＣのいかなる減少も、それによってその共振周波数を増加させる。]
[0140] システムの標準共振周波数より上の周波数で伝送する誘導電力アウトレットにおいて、システムの共振周波数の増加によって送電電圧の大きい増大が生じる。好適な実施態様において、ピーク検出器６１４０（図１）が電力アウトレット６２００の送電電圧をモニタするように設けられ、および、共振周波数の増加を示唆する送電電圧の大きい増大を検出するように構成される。送電電圧のこの種の増大は、電力ドレイン、ショート、二次ユニットの除去等を表すことができる。]
[0141] ピーク検出器の使用の一例として参照が、図６ｃに再びなされる。理解されるであろうことは、デスクトップ環境において、紙用クリップ、金属定規、金属ケーシング、ステープラ、ホール−パンチまたは任意の金属物のような導電体が誘導電力アウトレット６２００と二次電力受け取りユニット６３００との間にもたらされる可能性があることである。一次コイル６２２０によって生成される振動磁界が、それでそれを加熱する導電体内に渦電流を生成しおよびそれによって一次コイル６２２０から電力を消耗させるであろう。この種の電力消耗は、浪費的でおよび／または危険であろう。] 図６ｃ
[0142] 上で記載されているような電力消耗は、システムのインダクタンスＬを減少させる。インダクタンスＬはまた、二次コイル６２２０の除去、ショート等によって減少させられる場合がある。誘導電力アウトレットに配線されるピーク検出器６１４０が、送電電圧の大きい増大としてこれらのシナリオのいずれかを検出するであろう。好ましくは、ピーク検出器６１４０が送電電圧のこの種の増大を検出する場合には、電力伝送システムは更に、停止するか、警告を出すかまたはさもなければユーザおよびシステムを保護するように構成されることができる。]
[0143] 図６ｅは、誘導電力アウトレット６２００および二次ユニット６３００の回路図である。二次ユニット６３００は、整流器６３３０経由で電気負荷６３４０に配線される二次コイル６３２０を備える。] 図６ｅ
[0144] 誘導電力アウトレット６２００は、電源６２４０に接続される半ブリッジコンバータ６２３０によって駆動される一次コイル６２２０を備える。半ブリッジコンバータ６２３０はシステムの共振周波数より高い周波数で一次コイル６２２０を駆動するように構成され、および、ピーク検出器６１４０が送電電圧の増大を検出するように構成される。]
[0145] 半ブリッジコンバータだけが図６Ｅ内に表されるとはいえ、他の可能な駆動回路が以下を含むことに注意されたい：例えばＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、フライバックトランス、全ブリッジコンバータ、フライバックコンバータまたは順方向コンバータ。]
[0146] したがって、システムの共振周波数と異なる周波数で振動する送電電圧を用いることによって、誘導伝送システムは、環境変動および誘導コイル位置合わせの変動に対して、他の伝送システムおよび周波数が電力伝送を調節するのに用いられることができるより、より大きな許容範囲を有する。さらに、伝送周波数がシステムの共振周波数より高いときに、ピーク検出器が障害を示唆するのに用いられることができる。
誘導通信路]
[0147] Ｔｅｒｒｙ Ｊ． ＰａｒｋｓおよびＤａｖｉｄ Ｓ． Ｒｅｇｉｓｔｅｒに付与された（特許文献５）が、電力およびデータを携帯電子装置に誘導的に結合するためのシステムを記載する。パーソナル携帯情報機器（ＰＤＡ）のような、携帯機器は、装置と支持ユニットとの間の誘導リンク経由で電力を供給されるかまたは再充電される。同じ誘導リンクが、また、装置と従来のデスクトップコンピュータのような、第２の電子装置との間でデータ信号を転送するのに用いられる。支持ユニットは、トランスの一次巻線、パワーアンプおよびモジュレータを含む。携帯機器は、整流器の入力と並列に接続される二次巻線を含み、その（整流器）の出力が電池充電回路に、およびモデムに接続され、それが更に装置マイクロプロセッサに接続される。一次および二次巻線がお互いに近接しているときに、支持ユニット上の装置の配置が誘導結合を遂行する。Ｐａｒｋｓのシステムは、したがって、２つのデータ記憶デバイス、例えばＰＤＡおよびコンピュータを同期させるためのデータチャネルを供給するように導かれる。]
[0148] Ｐａｒｋｓのシステムにおいて一次巻線からの二次巻線へのデータ伝送は、電力信号を変調することによって与えられることができる。これは、別々のデータ信号が一次巻線内に誘発される二次巻線によって送信されることを必要とする。電力伝送は、したがって、二次巻線から一次巻線までデータ信号を伝送するために中断されなければならない。結果として、Ｐａｒｋｓのシステムは、電気負荷に対して中断されない誘導電力伝送の調節のためのフィードバック信号を供給することへのいかなる解決策も提供しない。]
[0149] 参照が、次に遠隔の二次ユニット７３００に電力を供給するように構成される誘導電力アウトレット７２００からなる誘導電力伝送システム７１００の主要な要素のブロック図を示す図７ａになされる。誘導電力伝送システム７１００は、本発明の更なる一実施態様に従う誘導通信路７１２０を含む。入力信号Ｓｉｎがアウトレット７２００から二次ユニット７３００まで誘導電力伝送を中断することなく二次ユニット７３００によって供給されるときに、通信路７１２０は電力アウトレット７２００内に出力信号Ｓｏｕｔを生成するように構成される。] 図７ａ
[0150] 誘導電力アウトレット７２００は、ドライバ７２３０経由で電源７２４０に配線される一次誘導コイル７２２０を含む。ドライバ７２３０は、一般的にシステムの共振周波数ｆＲより高い電圧伝送周波数ｆｔで、一次誘導コイル７２２０に振動駆動電圧を供給するように構成される。]
[0151] 二次ユニット７３００は、一次誘導コイル７２２０に誘導的に結合される電気負荷７３４０に配線される二次誘導コイル７３２０を含む。電気負荷７３４０は、電源７２４０から電力を引き出す。電気負荷７３４０が直流供給源、例えば電気化学セル等用の充電装置を必要とする所で、整流器７３３０が二次コイル７３２０内に誘発される交流信号を整流化するために設けられることができる。]
[0152] 誘導通信路７１２０が、一次誘導コイル７２２０から二次誘導コイル７３２０まで中断されない誘導電力伝送と並行して二次誘導コイル７３２０から一次誘導コイル７２２０まで信号を転送するために設けられる。通信路７１２０は、ドライバ７２３０にフィードバック信号を供給することができる。]
[0153] 誘導通信路７１２０は、伝送回路７１２２および受信回路７１２４を含む。伝送回路７１２２は、任意選択で、整流器７３３０経由で、二次コイル７３２０に配線され、および、受信回路７１２４は一次コイル７２２０に配線される。]
[0154] 信号伝送回路７１２２は、それが二次コイル７３２０に接続される時、システムの共振周波数ｆＲが増加するように選択される、少なくとも１つの電気素子７１２６を含む。伝送回路７１２２は、電気素子７１２６を二次コイル７３２０に選択的に接続するように構成される。]
[0155] ]
[0156] 信号受信回路７１２４は、送電電圧の大きい増加を検出するように構成される電圧ピーク検出器７１２８を含むことができる。電圧伝送周波数ｆｔがシステムの共振周波数ｆＲより高いシステムにおいて、送電電圧のこの種の大きい増大は共振周波数ｆＲの増加によって生じることができ、それによって、電気素子７１２６が二次コイル７３２０に接続されたことを示唆する。したがって、伝送回路７１２２は信号パルスを受信回路７１２４に送信するのに用いられることができ、および、コード化された信号がこの種のパルスから作られることができる。]
[0157] いくつかの実施態様によれば、伝送回路７１２２はまた、入力信号Ｓｉｎによってビットレート信号を変調するためのモジュレータ（図示せず）を含むことができる。電気素子７１２６は、次いで変調された信号に従って二次誘導コイル７３２０に接続されることができる。受信回路７１２４は、変調された信号を復調するための復調器（図示せず）を含むことができる。例えば、電圧ピーク検出器７１２８がビットレート信号と一次電圧の振幅を相互相関させるための相関器に接続され、それによって出力信号Ｓｏｕｔを発生することができる。]
[0158] 他の実施態様では、一次電圧の振幅の変化する大きさの複数のピーク電圧を誘発するために選択的に接続される複数の電気素子７１２６が設けられることができる。ピーク検出器７１２８によって検出されるピーク電圧の大きさは、多重信号を転送するのに用いられることができる。]
[0159] 図７ｂは、動作上の電圧の振幅が伝送周波数によってどのように変化するかについて示すグラフである。伝送周波数がシステムの共振周波数ｆＲと等しいときに、電圧がその最高にあり、この最大振幅が共振ピーク２として公知である点に注意されたい。システムの共振周波数ｆＲが増加する場合、新しい共振ピーク２’が生成される。] 図７ｂ
[0160] 本発明の例示的な一実施態様によれば、誘導電力伝送システム７１００は、システムの共振周波数ｆＲより高い所定の伝送周波数ｆｔで動作する。標準動作電圧Ｖｔが、電圧ピーク検出器７１２８によってモニタされる。電気素子７１２６が二次誘導コイル７３２０に接続されるときに、システムの共振周波数は増加する。したがって、動作電圧はより高い値Ｖｔ’に増大する。この増大は、電圧ピーク検出器７１２８によって検出される。]
[0161] 本発明によって、データ信号が一次コイル７２２０から二次コイル７３２０までの電力の誘導伝送と並行して二次コイル７３２０から一次コイル７２２０まで伝送されることができる。従って、信号伝送システムは即時電力調節のためのフィードバック信号を供給するのに用いられることができる。これは、電圧が一次コイル内に誘発されるように、別々のデータ信号が二次誘導コイルに供給される、Ｔｅｒｒｙ Ｊ． ＰａｒｋｓおよびＤａｖｉｄ Ｓ． Ｒｅｇｉｓｔｅｒに付与された（特許文献５）に記載された、システムのような、従来技術誘導信号伝送システムと対照的である。]
[0162] 図７ｃは本発明の別の実施態様に従う、誘導電力アウトレット７２００および二次ユニット７３００の例示的な回路図を示す。誘導性帰還通路７１２０が、中断されない誘導電力伝送と並行してコイルの間で信号を転送するために設けられる。] 図７ｃ
[0163] 誘導電力アウトレット７２００は、電源７２４０に接続される半ブリッジコンバータ７２３０によって駆動される一次コイル７２２０を備える。半ブリッジコンバータ７２３０は、システムの共振周波数より高い周波数で一次コイル７２２０を駆動するように構成される。二次ユニット７３００は、整流器７３３０の入力端子Ｔ１、Ｔ２に配線される二次コイル７３２０および整流器７３３０の出力端子Ｔ３、Ｔ４に配線される電気負荷７３４０を備える。]
[0164] 半ブリッジコンバータ７２３０だけが図７ｃの誘導電力アウトレット７２００内に表されるとはいえ他の駆動回路が使われることができる点に注意されたい。これらは、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、フライバックトランス、全ブリッジコンバータ、フライバックコンバータまたは順方向コンバータを含む。] 図７ｃ
[0165] 誘導性帰還通路７１２０は、二次ユニット７３００内に伝送回路７１２２および誘導電力アウトレット７２００内に受信回路７１２４を備える。伝送回路７１２２は、電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ７１２５経由で整流器７３３０に接続される抵抗器７１２６を備える。モジュレータ７１２３は、電力ＭＯＳＦＥＴ７１２５に入力信号Ｓｉｎを供給することができる。]
[0166] 本実施態様において、伝送回路７１２２が整流器７３３０の１つの入力端子Ｔ１および１つの出力端子Ｔ３に配線される点に注意されたい。この構成は、伝送回路７１２２が接続されるときでも、抵抗器７１２６はＡＣサイクルの２分の１の間にシステムから電力を引き出すだけであり、それによって電力損失を有意に減少させるので特に有利である。]
[0167] 受信回路７１２４は、送電電圧の増大を検出するように構成される電圧ピーク検出器７１２８および出力信号Ｓｏｕｔを発生するための復調器７１２９を含む。]
[0168] ここで図７ｄを参照して、誘導電力伝送システムの二次誘導コイルから一次誘導コイルまで信号を転送するための一方法の、主ステップを示す流れ図が表示される。この方法は、以下の諸ステップを含む：
ステップ（ａ）−一次コイルを横切る一次電圧の振幅をモニタするための電圧モニタに一次誘導コイルを接続する、
ステップ（ｂ）−電気素子を二次誘導コイルに接続するために伝送回路に二次誘導コイルを接続しそれによって誘導電力伝送システムの共振周波数を増加させる、
ステップ（ｃ）−共振周波数より高い初期伝送周波数で一次誘導コイルに振動電圧を供給し、それによって二次誘導コイル内に電圧を誘発する、
ステップ（ｄ）−入力信号でビットレート信号を変調するように伝送回路を使用して変調された信号を作り出し、変調された信号に従って電気素子を二次誘導コイルに断続的に接続する、
ステップ（ｅ）−出力信号を発生するために電圧モニタを使用してビットレート信号と一次電圧の振幅を相互相関させる。] 図７ｄ
[0169] 誘導性帰還通路７１２０が、以下のいずれかまたは全てに関連するデータのようなデータを転送するために使われることができる：
■電気負荷７２４０の必要動作電圧、電流、温度または電力
■動作中に電気負荷７２４０に供給される測定された電圧、電流、温度または電力
■動作中に電気負荷７２４０によって受け取られる測定された電圧、電流、温度または電力など
■ユーザ、電子デバイスおよびこの種の同類の識別データ
■伝送ロックを解除するための伝送キーの解除信号。]
[0170] したがって、誘導通信路は、誘導電力カップリングを横切る電力伝送を調節するために、二次誘導コイルから一次誘導コイルまでフィードバック信号を転送するのに用いられることができる。]
[0171] 例えば、このシステムは、第１の信号が受信されるときに伝送電力を減少させ、かつ第２の信号が受信されるときに伝送電力を増加させるように構成されるドライバによって、２つの信号を転送するように構成されることができる。]
[0172] 電力は、ドライバによって供給される送電電圧の負荷サイクルを変更することによって調節されることができる。さらに、前述のように、ドライバ７２３０は電力伝送を調節するために伝送周波数を調整するように構成されることができる。したがって、ドライバはフィードバック信号に応答して伝送周波数を調整するように構成されることができる。第１の信号が受信されるときに、伝送周波数が増加され、それによって動作電圧を減少させることができ、および第２の信号が受信されるときに、伝送周波数が減少され、それによって動作電圧を増大することができる。]
[0173] したがって、電力伝送を調節するためにおよび／または電力が伝送される間、誘導カップルの二次コイルから一次コイルまでデータ信号を送信するために通信路が設けられる。]
[0174] 本発明のさまざまな実施態様が電力の効率的で、安全で控え目な誘導伝送を可能にする有意な利点を開示することは、上記の記述から明らかである。共に、これらの利点によって誘導送電システムが種々の用途に適している実用的なツールになることができる点に更に注意されたい。]
[0175] 本発明の有効範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定され、かつ先に記載されているさまざまな特徴の組合せおよび副組合せ、同じくその変形例および変更態様を含み、それは、上記の記述を読み込むと即座に、当業者に思いつくであろう。]
[0176] 請求項において、語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、および、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などのようなその変形はリストされた構成要素が含まれることを示唆するが、しかし、一般に他の構成要素の除外を示唆しない。]
[0177] ２、２’共振ピーク
６、８ 領域
１００誘導電力伝送システム
２００誘導電力アウトレット
２０２プラットフォーム
２２０、２２０ａ−ｄ一次インダクタ
２３０ドライバ
２４０電源
３００誘導電力レシーバ
３０２ケース
３０４電力コネクタ
３２０二次インダクタ
３３０整流器
３４０電気負荷
３４２携帯電話
４００信号伝送システム
４２０信号エミッタ
４４０信号検出器
５００位置合わせ機構
６００磁束ガイド
２１００、２１００”伝送ガード
２１２０、２１２０’、２１２０”伝送ロック
２１２２、２１２２’、２１２２” スイッチ
２１２４、２１２４’、２１２４”検出器
２１２６’光学エミッタ
２１４０、２１４０’、２１４０”伝送キー
２１４２磁性素子
２１４２’ブリッジング素子
２１４２” 光学エミッタ
２２００、２２００’、２２００” 誘導電力アウトレット
２２２０、２２２０’一次コイル
２２３０ ドライバ
２２４０ 電源
２３００二次ユニット
２３２０二次コイル
２３４０ 電気負荷
３１００ 整流器
３１１０、３１２０枝路
４１００ダイオードブリッジ整流器
４１３０電力ＭＯＳＦＥＴ
４１３１電子スイッチ
４１３６ドレイン端子
４１３８ゲート端子
４２００ 同期全波整流器
４３００ 同期全波整流器ブリッジ同期整流器
４３１０、４３２０ 枝路
４３３０電流起動同期整流器
４３３２電流モニタ
４３３４カソード
４３３６アノード
４４００ 同期全波ブリッジ整流器
４４１０、４４３０変流器
４４２０、４４４０平滑回路
４４５０ ドライバ
５１００誘導電力アダプタ
５１２０誘導レシーバ
５１２２ 二次インダクタ
５１２４強磁性ディスク
５１２６プリント回路基板（ＰＣＢ）
５１３０ヒートシンク
５１３２空気吹出し口
５１３４空気吸込み口
５１４０ 電力コネクタ
５１６０ケーシング
５１６０Ｌ下部ケーシング
５１６０Ｕ上部ケーシング
５１６１ ケーシング最上部
５１６２手グリップ
５１６３ 上部ケーシング側面
５１６５ 下部ケーシング底部
５１６７ 下部ケーシング側面
５２００ 誘導電力アウトレット 誘導電力レシーバ
５２２０ 一次インダクタ、二次インダクタ
５２３０ ドライバ
５２４０ 電源
５２６０ 磁束ガイド
５２６２強磁性コア
５２６２ａ、５２６２ｂ 非晶質強磁性ウエハ
５２６４磁気シールド
５２６５ａ、５２６５ｂ接着絶縁層、スリット
５２６５ｃ 第３の接着絶縁層
５２７０ ＰＣＢ
５３００コンピュータ
６１００ 誘導電力伝送システム
６１２０通信路
６１２２伝送器
６１２４ レシーバ
６１４０電圧ピーク検出器
６２００ 誘導電力アウトレット、二次ユニット
６２２０一次誘導コイル二次コイル
６２３０ ドライバ、半ブリッジコンバータ
６２４０ 電源 電気負荷
６３００ 二次ユニット
６３２０二次誘導コイル
６３３０ 整流器
６３４０ 電気負荷、コンピュータ
７１００ 誘導電力伝送システム
７１２０ 誘導通信路誘導性帰還通路
７１２２伝送回路
７１２３モジュレータ
７１２４受信回路
７１２５ 電力ＭＯＳＦＥＴスイッチ
７１２６電気素子抵抗器
７１２８ピーク検出器
７１２９復調器
７２００ 誘導電力アウトレット
７２２０ 一次誘導コイル
７２３０ ドライバ 半ブリッジコンバータ
７２４０ 電源 電気負荷
７３００ 二次ユニット
７３２０ 二次誘導コイル
７３３０ 整流器
７３４０ 電気負荷
ＡＣｉｎ交流電流源
Ｃキャパシタンス
ＣＴ１Ｐ、ＣＴ２Ｐ一次電流モニタコイル
ＣＴ２ｓ二次電流モニタ
ｄ ヒートシンクの外径
Ｄ ケーシング５１６０の内径
Ｄ１−４ダイオード
ＤＣｏｕｔ直流出力
ｆＬ、ｆＵ周波数値
ｆＲ共振周波数
ｆｔ伝送周波数
Ｇ１ゲート信号
Ｇ１−４ ゲート信号
Ｉｄ、Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｄ３ドレイン電流
ＩＮ１ 第１の入力
ＩＮ２ 第２の入力
Ｉｔｈ閾値
Ｌインダクタンス
Ｌ２ 二次コイル
Ｍ１−４ 電子スイッチ
ＯＵＴ１ 第一出力端
ＯＵＴ２ 第２の出力端
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂフィードバック信号
Ｓｉｎ入力信号
Ｓｏｕｔ出力信号
ＳＲ解除信号
Ｔ１、Ｔ２入力端子
Ｔ３、Ｔ４出力端子
Ｖｄ電圧降下
Ｖｔ誘導電圧標準動作電圧
Ｖｔ’ より高い動作電圧
δｆ１、δｆ２増分値
δｆ 伝送周波数の増加
δＶ 誘導電圧の減少]

权利要求:

請求項1
少なくとも１つの誘導電力レシーバに誘導的に電力を伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレットと、前記電力アウトレットに前記電力レシーバを位置合わせするための少なくとも１つの位置合わせ機構と、前記電力レシーバから前記電力アウトレットまで制御信号を伝えるための少なくとも１つの信号伝送システムと、を備える誘導伝送システムであって、前記誘導電力アウトレットが、高周波で一次誘導コイル両端に振動電圧を供給するように動作可能な、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次誘導コイル、および一次強磁性コアを備え、前記誘導電力レシーバが、前記一次誘導コイルと結合するための少なくとも１つの二次誘導コイルを備え、前記二次誘導コイルが電力レギュレータに配線されており、そして、前記信号伝送システムが前記電力レシーバと関連する信号エミッタおよび前記電力アウトレットと関連する信号検出器を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項2
請求項１の誘導電力システムであって、前記位置合わせ機構が、前記電力アウトレットと関連する第１の要素および前記電力レシーバと関連する第２の磁性素子を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項3
請求項１の誘導電力レシーバであって、前記信号エミッタが光学エミッタを備え、および、前記信号検出器が光学式検出器を備える、ことを特徴とするレシーバ。
請求項4
請求項１の誘導電力アウトレットから電力を誘導的に受け取るための誘導電力レシーバ。
請求項5
請求項１の誘導電力システムであって、前記電力レギュレータが、前記電気装置に電力を供給するためのＤＣ出力に前記誘導電力アウトレットからのＡＣ入力を変換するための整流器を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項6
少なくとも１つの誘導電力レシーバに電力を誘導的に伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備える誘導電力伝送システムであって、前記誘導電力アウトレットが、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備え、および、前記誘導電力レシーバが、前記一次インダクタと結合するための少なくとも１つの二次インダクタであって、電気負荷に電力を供給するための二次インダクタを備え、前記誘導電力伝送システムが、ａ．第１の出力端子に配線される１つのアノードおよび第１の入力端子に配線される１つのカソードを有する第１の半波整流器、ｂ．前記第１の出力端子に配線される１つのアノードおよび第２の入力端子に配線される１つのカソードを有する第２の半波整流器、ｃ．前記第１の入力端子に配線される１つのアノードおよび第２の出力端子に配線される１つのカソードを有する第３の半波整流器、およびｄ．前記第２の入力端子に配線される１つのアノードおよび前記第２の出力端子に配線される１つのカソードを有する第４の半波整流器、を備えた低熱損失全波整流器であって、可変的な極性の入力から一定の極性の出力を供給するための全波整流器を備え、少なくとも１つの半波整流器が、電子スイッチの前記カソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される前記スイッチを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項7
請求項６のシステムであって、ａ．そのカソードを通して流れる前記電流が第１の所定の閾値を上回るときに、前記第１の半波整流器がそのオン設定にあるように構成される第１の電子スイッチを備え、および、ｂ．そのカソードを通して流れる前記電流が第２の所定の閾値を上回るときに、前記第２の半波整流器がそのオン設定にあるように構成される第２の電子スイッチを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項8
請求項６のシステムであって、少なくとも１つの半波整流器が、入力信号の周波数との同期性でそのオンとオフ状態の間で切替えられるように構成される電子スイッチを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項9
請求項６のシステムであって、ａ．そのカソードを通して流れる前記電流が所定の閾値を上回るときに、前記第１の半波整流器がそのオン状態にあるように構成される第１の電子スイッチを備え、ｂ．そのカソードを通して流れる前記電流が所定の閾値を上回るときに、前記第２の半波整流器がそのオン状態にあるように構成される第２の電子スイッチを備え、ｃ．前記第３の半波整流器が、前記第２の入力端子での電圧信号と同期してそのオンとオフ状態との間で切替えられるように構成される第３の電子スイッチを備え、および、ｄ．前記第４の半波整流器が、前記第１の入力端子での電圧信号と同期してそのオンとオフ状態との間で切替えられるように構成される第３の電子スイッチを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項10
請求項６のシステムであって、前記電子スイッチが、トランジスタを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項11
請求項６のシステムであって、前記電子スイッチが、ＭＯＳＦＥＴ素子を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項12
請求項６のシステムであって、前記電子スイッチが、ソース端子、ドレイン端子およびゲート端子を備えたＭＯＳＦＥＴ素子と、前記ＭＯＳＦＥＴ素子と並列に前記ソース端子および前記ドレイン端子に配線される半波整流器と、ドレイン電流が第１の閾値電流を上回るときに、前記ＭＯＳＦＥＴがそのオン状態に切り替えられ、および、前記ドレイン電流が第２の閾値電流より下に落ちるときに、前記ＭＯＳＦＥＴがそのオフ状態に切り替えられるように、前記ドレイン端子を通して流れる前記ドレイン電流をモニタして、かつゲート信号を前記ゲート端子に送信するように構成される電流モニタと、を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項13
請求項１２のシステムであって、前記電流モニタが、変流器を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項14
ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次誘導コイルを備えた少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備えた誘導電力伝送システムであって、前記一次誘導コイルが、電気負荷に配線される少なくとも１つの二次誘導コイルと共に誘導カップルを形成するためのものであり、前記二次誘導コイルが誘導電力レシーバと関連し、前記ドライバが、前記一次誘導コイル両端に駆動電圧を供給するように構成され、前記駆動電圧が前記誘導カップルの共振周波数と有意に異なる伝送周波数で振動する、ことを特徴とするシステム。
請求項15
請求項１４のシステムであって、前記ドライバが、前記一次誘導コイルを前記電源に断続的に接続するためのスイッチユニットを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項16
請求項１４のシステムであって、誘導電圧が周波数によっておよそ線形に変化する範囲内に、前記伝送周波数がある、ことを特徴とするシステム。
請求項17
請求項１４のシステムであって、前記ドライバが前記フィードバック信号に応答して前記伝送周波数を調整するように構成されるシステム。
請求項18
請求項１４のシステムであって、前記誘導電力アウトレットが第１の信号および第２の信号を検出するように構成される信号検出器を備え、および、前記ドライバが、ａ．前記第１の信号が前記検出器によって検出されるときに、前記伝送周波数を増加させ、および、ｂ．前記第２の信号が前記検出器によって検出されるときに、前記伝送周波数を減少させるように構成される、システム。
請求項19
請求項１７のシステムであって、前記フィードバック信号が、前記電気負荷の動作上のパラメータに関連するデータを具備する、ことを特徴とするシステム。
請求項20
請求項１９のシステムであって、前記動作上のパラメータが、以下、すなわち、ａ．前記電気負荷の必要動作電圧、ｂ．前記電気負荷の必要動作電流、ｃ．前記電気負荷の必要動作温度、ｄ．前記電気負荷の必要動作電力、ｅ．前記電気負荷の測定された動作電圧、ｆ．前記電気負荷の測定された動作電流、ｇ．前記電気負荷の測定された動作温度、ｈ．前記電気負荷の測定された動作電力、ｉ．前記一次誘導コイルに供給される電力、ｊ．前記二次誘導コイルによって受け取られる電力、および、ｋ．ユーザ識別コード、を備えた群から選ばれる、ことを特徴とするシステム。
請求項21
請求項１８のシステムであって、光学式検出器、無線受信機、オーディオ検出器および電圧ピーク検出器を備えたリストから選ばれる前記検出器を特徴とするシステム。
請求項22
請求項１４のシステムであって、前記ドライバが、前記一次コイルを横切る一次電圧の振幅をモニタするための電圧モニタを更に備える、ことを特徴とするシステム。
請求項23
請求項２２のシステムであって、前記電圧モニタが、一次電圧の有意な増大を検出するように構成される、ことを特徴とするシステム。
請求項24
請求項１のシステムであって、トランス、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＡＣコンバータ、フライバックトランス、フライバックコンバータ、全ブリッジコンバータ、半ブリッジコンバータおよび順方向コンバータ、を備えた群から選ばれる電力コンバータを備えたシステム。
請求項25
請求項１４のシステムであって、前記駆動電圧が、前記誘導カップルの前記共振周波数より高い伝送周波数で振動し、ａ．前記一次誘導コイルが、前記一次コイルを横切る一次電圧の振幅をモニタするための電圧モニタを備えた受付回路に、更に配線され、および、ｂ．前記二次誘導コイルが、少なくとも１つの電気素子を前記二次誘導コイルに接続するための伝送回路に、更に配線され、それによって、制御信号が前記伝送回路から前記受付回路へ転送されることができるように前記共振周波数を増加させる、ことを特徴とするシステム。
請求項26
請求項２５のシステムであって、前記二次誘導コイルがブリッジ整流器の２つの入力に配線され、および前記電気負荷が前記ブリッジ整流器の２つの出力に配線され、前記伝送回路が、前記ブリッジ整流器の１つの入力および前記ブリッジ整流器の１つの出力に配線される、ことを特徴とするシステム。
請求項27
請求項２５のシステムであって、前記伝送回路が、変調された信号を作り出すために入力信号によってビットレート信号を変調するためのモジュレータおよび前記電気素子を前記変調された信号に従って前記二次誘導コイルに断続的に接続するためのスイッチを更に備える、ことを特徴とするシステム。
請求項28
請求項２５のシステムであって、前記電圧モニタが、出力信号を発生させるために、前記ビットレート信号と前記一次電圧の振幅を相互相関させるための相関器を更に備える、ことを特徴とするシステム。
請求項29
請求項２５のシステムであって、前記制御信号が、前記二次誘導コイルから前記一次誘導コイルまで誘導電力カップリングを横切る電力伝送を調節するためのフィードバック信号を転送するためのものであるシステム。
請求項30
請求項２９のシステムであって、前記ドライバが前記フィードバック信号に応答して前記伝送周波数を調整するように構成されるシステム。
請求項31
第１の信号および第２の信号を転送するように構成される請求項２９のシステムであって、および前記ドライバが、ｉ．前記第１の信号が前記レシーバによって受信されるときに、前記伝送周波数を増加させ、および、ｉｉ．前記第２の信号が前記レシーバによって受信されるときに、前記伝送周波数を減少させる、ように構成されている、システム。
請求項32
誘導電力アダプタであって、ａ．誘導電力アウトレットから電力を受け取るための少なくとも１つの誘導電力レシーバ、ｂ．前記電力レシーバを少なくとも１つの電気装置に導電的に接続するための少なくとも１つの電力コネクタ、および、ｃ．前記アダプタを取り扱うためのグリップであって、前記電力レシーバが動作中である時にユーザが損傷なしで前記アダプタを取り扱うことができるように、前記電力レシーバから熱的に絶縁されるグリップ、を備えるアダプタ。
請求項33
請求項３２のアダプタであって、さらに、プリント回路基板を備えるアダプタ。
請求項34
請求項３２のアダプタであって、前記電力レシーバが５０Ｗより上のレートで電力を供給するためのものであるアダプタ。
請求項35
請求項３２のアダプタであって、その中で発生する熱を放散させるための冷却装置を備えるアダプタ。
請求項36
請求項３５のアダプタであって、前記冷却装置が、前記電力レシーバより上にある少なくとも１つの空気吹出し口、および、前記電力レシーバより下にある少なくとも１つの空気吸込み口を備え、前記電力レシーバによって加熱される熱気が前記空気吹出し口を通して前記アダプタから流れ出て、および、外側からの冷気が前記空気吸込み口を通して前記アダプタに吸い込まれるようにするアダプタ。
請求項37
請求項３２のアダプタであって、前記電力レシーバによって発生される熱を放散させるための少なくとも１つのヒートシンク、を備えるアダプタ。
請求項38
請求項３７のアダプタであって、前記ヒートシンクが、金属ディスクである、ことを特徴とするアダプタ。
請求項39
請求項３７のアダプタであって、前記ヒートシンクの直径が、前記アダプタのケーシングの内径より小さく、それによって前記ヒートシンクと前記ケーシングとの間を空気が循環することができる、ことを特徴とするアダプタ。
請求項40
誘導電力アウトレットが、それに対して誘導的に結合される電気負荷の不在で電力を伝送するのを防止するための伝送ガードであって、前記誘導電力アウトレットが、前記電気負荷に配線される二次コイルと誘導的に結合するために、電源に接続可能な少なくとも１つの一次コイルを備え、前記伝送ガードが、前記一次コイルが伝送キーの非存在下で前記電源に接続するのを防止するための少なくとも１つの伝送ロックを備える、伝送ガード。
請求項41
請求項４０の伝送ガードであって、前記伝送ロックが少なくとも１つのマグネチックスイッチを備え、および、前記伝送キーが前記二次コイルと関連する少なくとも１つの磁性素子を備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項42
請求項４１の伝送ガードであって、前記伝送ロックが、磁性素子のマッチ構成によって起動されるときにだけ、前記一次コイルを前記電源に接続するように構成されるマグネチックスイッチのアレイを備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項43
請求項４１の伝送ガードであって、前記マグネチックスイッチが、磁気センサを備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項44
請求項４０の伝送ガードであって、解除信号を発するための少なくとも１つのエミッタおよび前記解除信号を検出するための少なくとも１つの検出器、を備え、前記二次コイルが前記一次コイルとの位置合わせにもたらされる時に、前記解除信号が、前記エミッタから前記検出器まで導かれるように、前記少なくとも１つのエミッタと前記少なくとも１つの検出器との間を橋絡するための、前記二次コイルと関連する少なくとも１つのブリッジを前記伝送キーが備える、伝送ガード。
請求項45
請求項４４の伝送ガードであって、前記解除信号が光学信号であり、および、前記ブリッジが少なくとも１つの光学導波管を備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項46
請求項４４の伝送ガードであって、前記解除信号が磁気信号であり、および、前記ブリッジが磁束ガイドを備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項47
請求項４０の伝送ガードであって、前記伝送キーが、前記二次コイルと関連するエミッタによって発される解除信号を備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項48
請求項４７の伝送ガードであって、前記解除信号が、光学信号である、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項49
請求項４８の伝送ガードであって、前記光学信号が、前記伝送ロックを解除するように構成される光学式検出器によって受信される赤外パルスである、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項50
請求項４９の伝送ガードであって、前記解除信号が、磁気信号である、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項51
請求項５０の伝送ガードであって、前記エミッタが、前記二次コイルである、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項52
請求項４０の伝送ガードであって、前記二次コイルが前記一次コイルに位置合わせされる時、前記電力パルスが前記二次コイルへ伝送され、および、前記伝送キーが前記電力パルスによって起動されるように、前記一次コイルによって伝送される、低出力電力パルスを備える伝送ガード。
請求項53
請求項４０の伝送ガードであって、二次コイルの見込みがある存在を示唆する第１の伝送キーによって解除される第１の伝送ロック、および、前記二次コイルの存在を確認する第２の伝送キーによって解除される第２の伝送ロック、を備える伝送ガード。
請求項54
請求項５３の伝送ガードであって、前記第１の伝送ロックが、前記一次コイルから伝送される電力パルスを開始し、および、前記第２の伝送キーが前記二次コイルによって受け取られる前記電力パルスによって起動される、伝送ガード。
請求項55
請求項４１の伝送ガードであって、前記磁性素子が、フェライト磁束誘導コアを備える、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項56
請求項４４の伝送ガードであって、前記解除信号が、機械信号、オーディオ信号、超音波信号およびマイクロ波を備える群から選ばれる、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項57
請求項４７の伝送ガードであって、前記解除信号が、機械信号、オーディオ信号、超音波信号およびマイクロ波を備える群から選ばれる、ことを特徴とする伝送ガード。
請求項58
請求項４０の前記伝送ガードに用いられる伝送キー。
請求項59
請求項４０の前記伝送ガードに用いられる伝送ロック。
請求項60
請求項４０の前記伝送ガードによって保護される誘導電力アウトレット。
請求項61
誘導電力アウトレットから電力を受け取るための少なくとも１つの誘導電力レシーバを備えた誘導電力伝送システムであって、前記誘導電力アウトレットが、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備え、および、前記誘導電力レシーバが、前記一次インダクタと結合するための少なくとも１つの二次インダクタを備え、前記二次インダクタが、電気負荷に電力を供給するためのものであり、前記誘導電力伝送システムが、前記一次インダクタから前記二次インダクタまで磁束を導くための少なくとも１つの磁束ガイドを備え、前記磁束ガイドが、非晶質強磁性材料を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項62
請求項６１の誘導電力伝送システムであって、前記非晶質強磁性材料が、３０ミクロン未満の厚さを有する、ことを特徴とするシステム。
請求項63
請求項６１の誘導電力伝送システムであって、前記非晶質強磁性材料が、２つの重合体層にはさまれる、ことを特徴とするシステム。
請求項64
請求項６１の誘導電力伝送システムであって、前記磁束ガイドが、電気的絶縁材料によって分けられる複数の層の非晶質強磁性材料を備える、ことを特徴とするシステム。
請求項65
請求項６１の誘導電力伝送システムであって、前記磁束ガイドが、前記非晶質強磁性材料のウエハを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項66
請求項６５の誘導電力伝送システムであって、前記ウエハが、渦電流のビルドアップを減少させるために少なくとも部分的に分割されている、システム。
請求項67
請求項６６の誘導電力伝送システムであって、前記ウエハが円形で、かつ少なくとも１つの直径に沿って延伸する割れ目を有する、システム。
請求項68
請求項６５の誘導電力伝送システムであって、前記ウエハが、前記非晶質強磁性材料のシートから切断される、システム。
請求項69
請求項６１の誘導電力伝送システムであって、前記磁束ガイドが、前記非晶質強磁性材料のマイクロワイヤを備える、システム。
請求項70
請求項６９の誘導電力伝送システムであって、前記マイクロワイヤが布を形成する、システム。
請求項71
少なくとも１つの誘導電力レシーバに誘導的に電力を伝送するための少なくとも１つの誘導電力アウトレットを備えた誘導電力伝送システムであって、前記誘導電力アウトレットが、ドライバ経由で電源に配線される少なくとも１つの一次インダクタを備え、および、前記誘導電力レシーバが、前記一次インダクタと結合するための少なくとも１つの二次インダクタを備え、前記二次インダクタが、電気負荷に電力を供給するためのものであり、前記誘導電力伝送システムが、ａ．電子スイッチのカソードを通して流れる電流が所定の閾値を上回るときに、そのオン状態にあるように構成される少なくとも１つの前記電子スイッチを備えた低熱損失全波整流器、ｂ．前記電源と前記一次インダクタとの間に接続されるドライバであって、前記ドライバが、前記一次誘導コイル両端に駆動電圧を供給するように構成され、前記駆動電圧が前記一次インダクタおよび前記二次インダクタによって形成される誘導カップルの共振周波数と有意に異なる伝送周波数で振動する、ドライバ、ｃ．前記電力レシーバを取り扱うためのグリップを備えた誘導電力アダプタであって、前記電力レシーバが動作中のときに、ユーザが損傷なしで前記アダプタを取り扱うことができるように、前記グリップが前記電力レシーバから熱的に絶縁されているアダプタ、ｄ．前記誘導電力アウトレットがそれに対して誘導的に結合される電気負荷の非存在下で電力を伝送するのを防止するための伝送ガードであって、前記一次コイルが伝送キーの非存在下で前記電源に接続するのを防止するための少なくとも１つの伝送ロックを備えた伝送ガード、および、ｅ．前記一次インダクタから前記二次インダクタまで磁束を導くための磁束ガイドであって、前記磁束ガイドが、非晶質強磁性材料を備えるガイド、を備える群から選択される最適化構成要素の少なくとも１つを備える、ことを特徴とするシステム。
請求項72
請求項７１の誘導電力伝送システムであって、前記最適化構成要素のうちの少なくとも２つを備えるシステム。
請求項73
請求項７１の誘導電力伝送システムであって、前記最適化構成要素のうちの少なくとも３つを備えるシステム。