(57)【要約】【課題】装置が誘導一次コイルに対して異なる配向で配置されたときに、電力又は通信或いはその両方を該装置に効率的に誘導結合するための、異なる配向で配置された多数のコイルを有する誘導コイル組立体を提供する。【解決手段】一実施形態において、誘導コイル組立体は、各々が標準的な三次元のデカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の１つに沿って配向された３つのコイルを含む。装置が一次コイルに対して本質的にどの配向であるときも、３つの別個のコイルが、電力及び通信を効率的に伝達する。代替的な実施形態において、本発明の多軸誘導コイル組立体は、異なる配向の複数の磁場の上で、電力又は通信或いはその両方を誘導伝達する一次側部として働くことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導伝達電力及び誘導伝達通信の少なくとも１つを受け取るように、第１の配向で配置された第１のコイルと、
誘導伝達電力及び誘導伝達通信の少なくとも１つを受け取るように、前記第１の配向と異なる第２の配向で配置された第２のコイルと、
を備え、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルが電子装置に電気的に接続可能であり、前記電子装置が、該第１のコイル及び該第２のコイルの少なくとも１つから、電力及び通信の少なくとも１つを受け取るようになったことを特徴とする誘導コイル組立体。
【請求項２】
誘導伝達電力及び誘導伝達通信の少なくとも１つを受け取るように、前記第１の配向及び第２の配向と異なる第３の配向で配置された第３のコイルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導コイル組立体。
【請求項３】
前記第１の配向が前記第２の配向とほぼ垂直であることを特徴とする請求項２に記載の誘導コイル組立体。
【請求項４】
前記第２の配向が前記第３の配向とほぼ垂直であることを特徴とする請求項３に記載の誘導コイル組立体。
【請求項５】
ボビンをさらに含み、前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルの各々が、前記ボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項４に記載の誘導コイル組立体。
【請求項６】
前記ボビンが、第１のスプール、第２のスプール、及び第３のスプールを含むことを特徴とする請求項５に記載の誘導コイル組立体。
【請求項７】
前記第１のスプール、前記第２のスプール、及び前記第３のスプールが互いに一体であることを特徴とする請求項６に記載の誘導コイル組立体。
【請求項８】
前記コイルの各々に誘導される交流を整流し、組み合わせるための整流手段をさらに含み、前記整流手段は、該コイルの各々と電気的に接続され、結果として直流がもたらされることを特徴とする請求項１に記載の誘導コイル組立体。
【請求項９】
電力及び通信の少なくとも１つの誘導伝達のために第１の配向で配置された第１のコイルと、
電力及び通信の少なくとも１つの誘導伝達のために前記第１の配向と異なる第２の配向で配置された第１のコイルと、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルに電気的に接続され、電力及び通信の少なくとも１つを該第１のコイル及び該第２のコイルにもたらし、該第１のコイル及び該第２のコイルが異なる配向で磁気を誘導するようになった電子回路と、
を備えることを特徴とする誘導コイル組立体。
【請求項１０】
電力及び通信の少なくとも１つの誘導受信又は誘導伝達のための、第３の配向の第３のコイルをさらに含み、前記第１の配向は、前記第２の配向及び前記第３の配向とほぼ垂直であり、該第２の配向は前記第３の配向とほぼ垂直であることを特徴とする請求項９に記載の誘導コイル組立体。
【請求項１１】
作動のために電力を必要とする電気的負荷と、
各々が異なる物理的配向で配置され、各々が前記負荷に電気的に接続された、複数のコイルを有する誘導コイル組立体と、
前記コイルの各々に誘導される交流を整流するための整流器と、
を備え、
前記整流手段は、前記コイルの各々と電気的に接続され、直流が前記負荷に適用されるようになることを特徴とする誘導的に動力供給される装置。
【請求項１２】
前記第１の配向及び前記第２の配向と異なる第３の配向の第３のコイルをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１３】
前記第１の配向が前記第２の配向とほぼ垂直であることを特徴とする請求項１２に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１４】
前記第２の配向が前記第３の配向とほぼ垂直であり、
前記第３の配向が前記第１の配向とほぼ垂直であることを特徴とする請求項１３に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１５】
ボビンをさらに含み、前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルの各々が前記ボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項１４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１６】
前記ボビンが、第１のスプール、第２のスプール、及び第３のスプールを含むことを特徴とする請求項１５に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１７】
前記第１のスプール、前記第２のスプール、及び前記第３のスプールが互いに一体であることを特徴とする請求項１６に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項１８】
誘導的に動力供給される装置のための二次側部であって、
第１の角度配向で配置された第１のコイルと、
前記第１の角度配向と異なる第２の角度配向で配置された第２のコイルと、
共通の負荷を用いて前記第１のコイル及び前記第２のコイルを電気的に接続するための回路手段と、
を備えることを特徴とする二次側部。
【請求項１９】
前記第１の角度配向及び前記第２の角度配向が約９０度離れていることを特徴とする請求項１８に記載の二次側部。
【請求項２０】
前記第１の配向及び前記第２の配向と異なる前記第３の角度配向で配置された第３のコイルをさらに含む請求項１９に記載の二次側部。
【請求項２１】
前記第１の角度配向、前記第２の角度配向、及び前記第３の角度配向が、互いから約９０度離れていることを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２２】
前記負荷と、前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルの各々との間に直列接続されたコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の二次側部。
【請求項２３】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルが、前記負荷と、該第１のコイル、該第２のコイル、及び該第３コイルの各々との間に直列接続されたダイオードと半ブリッジ構成で電気的に接続されたことを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２４】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルが、前記負荷と、該第１のコイル、該第２のコイル、及び該第３コイルの各々との間に直列接続された一対のダイオードと全ブリッジ構成で電気的に接続されたことを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２５】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルが、共通のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２６】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルが、ほぼ球形の共通のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２７】
前記第１のコイルが第１のボビンの周りに巻かれ、前記第２のコイルが第２のボビンの周りに巻かれ、前記第３のボビンが第３のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項２０に記載の二次側部。
【請求項２８】
前記第１のボビンが前記第２のボビンの中に嵌め込まれ、前記第２のボビンが前記第３のボビンの中に嵌め込まれることを特徴とする請求項２７に記載の二次側部。
【請求項２９】
前記第１のボビンが第１の直径を有し、前記第２のボビンが第２の直径を有し、前記第３のボビンが第３の直径を有しており、前記第１の直径は前記第２の直径より小さく、前記第２の直径は前記第３の直径より小さいものであり、
前記第１のコイルが前記第２のコイルより多い巻き数を有し、前記第２のコイルが前記第３のコイルより多い巻き数を有することを特徴とする請求項２７に記載の二次側部。
【請求項３０】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルが前記共通の負荷と並列に接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の二次側部。
【請求項３１】
前記第１のコイル及び前記第２のコイルが前記共通の負荷と直列に接続されていることを特徴とする請求項１８に記載の二次側部。
【請求項３２】
負荷と、
前記負荷に電気的に接続され、該負荷に電気的に接続された第１のコイル及び該負荷に電気的に接続された第２のコイルを含む二次側部と、
を備え、
前記第１のコイルは第１の角度配向で配置され、前記第２のコイルは、前記第１の角度配向と異なる第２の角度配向で配置されることを特徴とする誘導的に動力供給される装置。
【請求項３３】
前記第１の角度配向及び前記第２の角度配向が約９０度離れていることを特徴とする請求項３２に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３４】
前記第１の配向及び前記第２の配向と異なる前記第３の角度配向で配置された第３のコイルをさらに含む請求項３３に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３５】
前記第１の角度配向、前記第２の角度配向、及び前記第３の角度配向が、互いから約９０度離れていることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３６】
前記負荷と、前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルの各々との間に直列接続されたコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３７】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルが、前記負荷と、該第１のコイル、該第２のコイル、及び該第３コイルの各々との間に直列接続されたダイオードと半ブリッジ構成で電気的に接続されることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３８】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルが、前記負荷と、該第１のコイル、該第２のコイル、及び該第３のコイルとの間に直接接続された一対のダイオードと全ブリッジ構成で電気的に接続されることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項３９】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルが、共通のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４０】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルが、ほぼ球形の共通のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４１】
前記第１のコイルが第１のボビンの周りに巻かれ、前記第２のコイルが第２のボビンの周りに巻かれ、前記第３のボビンが第３のボビンの周りに巻かれることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４２】
前記第１のボビンが前記第２のボビンの中に嵌め込まれ、前記第２のボビンが前記第３のボビンの中に嵌め込まれることを特徴とする請求項４１に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４３】
前記第１のボビンが第１の直径を有し、前記第２のボビンが第２の直径を有し、前記第３のボビンが第３の直径を有し、前記第１の直径は前記第２の直径より小さく、前記第２の直径は前記第３の直径より小さいものであり、
前記第１のコイルは、前記第２のコイルより多い巻き数を含み、前記第２のコイルは前記第３のコイルより多い巻き数を含むことを特徴とする請求項４２に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４４】
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３コイルが、共通の源を共有することを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４５】
前記第１のコイルが前記第２のコイルの中に入れ子状に嵌め込まれ、前記第２のコイルは前記第３のコイルの中に入れ子状に嵌め込まれることを特徴とする請求項３４に記載の誘導的に動力供給される装置。
【請求項４６】
第１のコイル、第２のコイル、及び第３のコイルと、
前記第１のコイル、前記第２のコイル、及び前記第３のコイルを受けるための３つのスプールを定める一体型ボビンと、
を備え、
前記第１のスプールは第１の方向に延びる軸を有し、前記第２のスプールは前記第１の方向にほぼ垂直な第２の方向に延びる軸を有し、前記第３のスプールは、該第１の方向及び前記第２の方向の両方とほぼ垂直な第３の方向を有し、かつ複数の内側ガイド及び複数の外側ガイドを含んでおり、前記内側ガイド及び前記外側ガイドは、前記第３の方向に重ならない配置になっていることを特徴とする誘導コイル組立体。
【請求項４７】
前記第１のスプールは、前記第３の方向にほぼ平行な方向に延びる一対のガイド壁を含み、前記第２のスプールは、該第３の方向にほぼ平行な方向に延びる一対のガイド壁を含むことを特徴とする請求項４６に記載の誘導コイル組立体。
【請求項４８】
前記第１のコイルは、前記第２のコイルより多いワイヤの巻き数を有し、前記第２のコイルのワイヤは、前記第３のコイルより多いワイヤの巻き数を有することを特徴とする請求項４７に記載の誘導コイル組立体。
【請求項４９】
プロセスにより製造される、三軸誘導コイル組立体のためのボビンであって、
第１の成形片を準備し、
第２の成形片を準備し、
前記第１の成形片及び前記第２の成形片を一緒に閉じて、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に延びる軸を有する第１のスプールと、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に伸びる軸を有する第２のスプールと、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に延びる軸を有し、ほぼ第１の面に沿って延びる複数の内側ガイド及びほぼ第２の面に沿って延びる複数の外側ガイドを含む第３のスプールとを定める成形キャビティを協働して定めるステップと、
を含み、
前記第１の面は、成形された部分を金型から取り出す方向に前記第２の面から実質的に間隔をおいて配置され、前記複数の内側ガイドは、成形された部分を金型から取り出す方向に該複数の外側ガイドと重ならない関係にあり、
材料を前記成形キャビティ内に注入し、
前記成形片を前記キャビティから取り出すステップを含むことを特徴とするボビン。
【請求項５０】
誘導コイル組立体のためのボビンであって、
軸と前記スプールの両側に配置され、前記軸とほぼ垂直に延びる一対のガイド壁とを有するスプールと、
前記ガイド壁の第１のものから延び、前記軸と平行に延びる、該ガイド壁の少なくとも１つとの第１の共通面で終端する自由端を有する取り付けアームと、
を備えることを特徴とするボビン。
【請求項５１】
前記取り付けアームが、前記軸とほぼ垂直に延びる第１区分と、前記第１区分からある角度で延びる第２区分とを含むことを特徴とする請求項５０に記載のボビン。
【請求項５２】
前記第２区分が前記軸とほぼ垂直に延びることを特徴とする請求項５１に記載のボビン。
【請求項５３】
前記第１のガイド壁の一部及び前記取り付けアームの一部が、第２の共通面で終端することを特徴とする請求項５２に記載のボビン。
【請求項５４】
前記第２の共通面が前記軸に対して約４５度で延びることを特徴とする請求項５３に記載のボビン。
【請求項５５】
誘導伝達電力及び誘導伝達通信の少なくとも１つを受け取るように、第１の配向で配置された第１のコイルと、
誘導伝達電力及び誘導伝達通信の少なくとも１つを受け取るように、前記第１の配向と異なる第２の配向で配置された第２のコイルと、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルに電気的に接続された、該第１のコイル及び該第２のコイルから電力及び通信の少なくとも１つを受け取る電子装置と、
を備えることを特徴とする誘導コイル組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力及び通信の誘導伝達に関し、より具体的には、誘導伝達電力及び通信を受け取る方法及び装置に関する。
本発明は、２００３年２月４日に出願された「誘導的に動力供給される装置」という名称の米国特許出願番号第１０／３５７，９３２号の部分継続出願である。
【背景技術】
【０００２】
電力の誘導伝達の原理は、長年周知のものであった。相互インダクタンスの結果として、電力は、電源回路内の一次コイル（又は単に「一次側部」）から二次回路内の二次コイル（又は単に「二次側部」）に無線で伝達される。二次回路は、ランプ、モータ、充電器、又は電気で作動する他の何らかの装置のような装置と電気的に結合される。無線接続は、配線接続された通常の接続と比べて多くの利点をもたらす。無線接続は、感電の危険性を減らすことができ、電源回路と二次回路との間を相対的に高いレベルで電気的に遮蔽することができる。誘導結合は、消費者が有限耐用年数の構成部品を取り替えやすくもできる。例えば、点灯装置との関連においては、直接電気的に接続する必要なしに、誘導的に動力供給されたランプ組立体を容易に取り替えることができる。このことは、プロセスの実行を容易にするだけでなく、感電にさらされる危険も制限する。
【０００３】
しかしながら、電力の誘導伝達の使用は、大部分は、湿潤環境での接続のためといった特定分野の用途に制限された。電力の誘導伝達の使用が制限されるのは、主として電力伝達効率の問題によるものである。誘導結合の効率を改善するために、一次コイル及び二次コイルの構成及び配置を注意深く設計するのは普通のことである。一次側部及び二次側部は、従来、該一次側部と該二次側部との間に最小の隙間を有した状態で、緊密に接合する構成部品内に配置される。例えば、一次側部は、中央開口部を定める基部内に配置されることが多く、二次側部は、該基部の中央開口部内に緊密に嵌合する円筒形の構成部品内に配置されることが多い。この構成及び従来の他の構成は、一次コイルと二次コイルとの間を緊密に同軸かつ半径方向に位置合わせするように設計される。一次コイルと二次コイルとの間に一定の所定の物理的関係を提供する従来の手法を反映する、特許の幾つかの特定の例には、同軸の緊密に相互嵌合する一次コイル及び二次コイルを有する誘導ランプを開示する、Ｈｕｔｃｈｉｓｓｏｎ他への米国特許第５，２６４，９９７号、一定の所定の関係でコイルを配置するように、充電されることになる装置がクレードル内で緊密に嵌合された誘導式充電装置を開示する、ＭｃＥａｃｈｅｒｎ他への米国特許第５，５３６，９７９号、一定の関係でセットされた隣接する誘導コイルを有するシェーバを開示する、Ｔａｍｕｒａ他への米国特許第５，９４９，１５５号、一次コイルと二次コイルとの間の物理的関係が固定された電話用誘導充電器を開示する、Ｖａｎ  Ｌｅｒｂｅｒｇｈｅへの米国特許第５，９５２，８１４号、及び誘導コイル間の正確な所定の位置合わせを保証するための機械的ガイドを有する充電装置を開示する、Ｂｒｏｃｋｍａｎへの米国特許第６，０２８，４１３号が含まれる。一次コイルと二次コイルとの間を正確に位置合わせする従来のやり方は、誘導的に動力供給された装置の全体の設計及び適合性に著しい制限を加えるものであった。
【発明の概要】
【０００４】
上述の問題は、装置に、各々が異なる配向で配置された複数の二次コイルを有する誘導コイル組立体が設けられた本発明によって克服される。多数のコイルにより、装置が一次側部に対するものと異なる配向で配置されたとき、該装置が電力又は通信或いはその両方を効率的に受け取ることが可能になる。
【０００５】
一実施形態において、誘導コイル組立体は、標準的なデカルト座標系のｘ、ｙ、及びｚ軸に沿って配置された３つのコイルを含む。この実施形態においては、一次側部内の装置の配向に関係なく、電力及び通信を効率的に伝達することができる。
【０００６】
別の実施形態においては、誘導コイル組立体は、電力を受け取り、通信を送受信するための単一の組のコイルを含む。この実施形態においては、電力信号が、通信のための搬送信号として働く。代替的な実施形態においては、電力及び通信のために別個のコイルを設けることができる。例えば、電力を受け取るために、第１の組のｘ、ｙ及びｚコイルを設けることができ、通信を受信するために、第２の組のｘ、ｙ及びｚコイルを設けることができる。
【０００７】
一実施形態において、誘導コイル組立体は、該誘導コイル組立体の製造及び組み立てを容易にする一体型ボビンを含む。ボビンは、３つの軸の各々に沿った巻線ガイドを有する別個のスプールを含み、スライド、ピン、又は他の複雑な成形ツールを必要とすることなく、成形を可能にするように設計される。
【０００８】
別の実施形態において、誘導コイル組立体は、電力又は通信或いはその両方を、二次側部に伝達するための一次側部として用いることができる。異なる配向の異なるコイルを有する誘導コイル組立体は、異なる配向の磁場を生成することができ、これにより単一の二次コイルだけを有する誘導装置が異なる配向であるときに十分な誘導結合がもたらされる。
【０００９】
単一のコイルだけを用いる用途においては、磁場内にランダムに置かれた装置を、コイルが磁場にほぼ平行に配向されるように配置することが可能である。こうした状況において、二次側部は、装置に動力供給するための十分な電力を一次側部から受け取ることができない。多数のコイルの使用は、二次コイル構成を設けることによってこの問題に対処するものであり、少なくとも１つのコイルが、一次側部によって生成された磁場の磁束線と少なくとも実質的に交わる可能性を著しく高める。例えば、誘導装置は、互いに９０度で配向された２つのコイルを有する二次側部を含むことができる。この構成を用いて、２つのコイルのうちの少なくとも１つが、磁場の磁束線を超えて延び、一次側部から電力を受け取る。別個のコイルの数は、用途によって変えることができ、例えば、誘導装置は、異なる配向をもつ３つ、４つ、６つ、又は８つのコイルを含み、多種多様の配向において改善された効率を提供することができる。異なる配向の十分な数のコイルを提供するために、誘導装置は、該誘導装置の配向に関係なく、一次側部から電力を受け取るように構成することができる。
【００１０】
本発明は、正確な一次側部／二次側部の位置合わせが存在しないときに、誘導システムの効率を改善する簡単で安価な誘導コイル組立体を提供するものである。本発明は、一次側部内の二次側部の位置が変わり得る環境において、電力及び通信を誘導伝達することを可能にする。誘導コイル組立体は、３つの軸全てに沿って巻線ガイドを提供するボビン上で製造され、さらに、複雑なスライド、ピン、又は他の複雑な成形ツールなしで容易に製造される。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の目的、利点、及び特徴は、好ましい実施形態の詳細な説明及び図面を参照することによって、容易に理解され、認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】本発明の一実施形態による誘導コイル組立体の斜視図である。
【図１ｂ】誘導コイル組立体の平面図である。
【図１ｃ】誘導コイル組立体の正面図である。
【図１ｄ】誘導コイル組立体の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるボビンの斜視図である。
【図３】ボビンの平面図である。
【図４】ボビンの正面図である。
【図５】ボビンの右側の外観図である。
【図６】ボビンを成形する際に用いるための２つの成形片の斜視図である。
【図７】第１の成形片の平面図である。
【図８】第２の成形片の平面図である。
【図９】代替的なボビンの斜視図である。
【図１０】第２の代替的なボビンの斜視図である。
【図１１】第３の代替的なボビンの斜視図である。
【図１２ａ】ボビンが異なる取り付け位置にあることを示す第４の代替的なボビンの斜視図である。
【図１２ｂ】ボビンが異なる取り付け位置にあることを示す第４の代替的なボビンの斜視図である。
【図１２ｃ】ボビンが異なる取り付け位置にあることを示す第４の代替的なボビンの斜視図である。
【図１２ｄ】ボビンが異なる取り付け位置にあることを示す第４の代替的なボビンの斜視図である。
【図１３ａ】誘導源から電力を受け取るための代替的な多軸誘導コイル組立体回路の回路図である。
【図１３ｂ】誘導源から電力を受け取るための代替的な多軸誘導コイル組立体回路の回路図である。
【図１３ｃ】誘導源から電力を受け取るための代替的な多軸誘導コイル組立体回路の回路図である。
【図１４】誘導源から通信を受信するための代替的な多軸誘導コイル組立体回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に従って製造された誘導コイル組立体１０が、図１ａ−ｄに示される。誘導コイル組立体１０は、一般に、互いに対して異なる配向で配置された３つの別個のコイル１２、１４、及び１６を含む。別個のコイル１２、１４、及び１６は、誘導制御回路を通して装置に電気的に接続することができる。本発明の製造及び組み立てを容易にする一体型ボビン２０の周りに、別個のコイル１２、１４、及び１６を巻き付けることができる。本発明は、３つのコイルの実施形態に関して説明されるが、コイルの数を変えることもできる。
【００１４】
上述のように、誘導コイル組立体１０は、種々のコイル１２、１４、及び１６を支持するためのボビン２０を含む。一実施形態において、ボビン２０は、誘導コイル組立体１０を容易に製造し、容易に組み立てるように特に設計された一体型の構造体である。示される実施形態においては、ボビン２０は、互いに対してほぼ直交配置された３つの別個のコイル１２、１４、及び１６を支持するように構成される。より具体的には、ボビン２０は、３つのコイル１２、１４、及び１６を収容し、１つが、三次元のデカルト座標系のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の各々の周りに配向される。示される実施形態において、ボビン２０は、各コイルの両端部を回路基板（図示せず）に電気的に接続するための一対の電気ピン６２ａ−ｂ、６４ａ−ｂ、及び６６ａｂも含む。
【００１５】
製造を容易にするために、ボビン２０は、可動スライド、可動ピン、又は他の複雑な可動成形要素を必要としない二部構成の金型で成形されるように設計することができる。図３、図４、及び図５に示されるように、このことは、成形された部分が金型から外れるのを防止するいずれのアンダーカットも含まないボビン２０の固有の構成によって達成される。図３は、金型が開閉する方向と平行な方向の、ボビン２０の平面図を示す。図４は、金型が開閉する方向と直角な方向の、ボビン２０の正面図を示す。最後に、図５は、図４のように、金型が開閉する方向と直角な方向の、ボビン２０の側面図を示す。ここで図２を参照すると、ボビン２０は、一般に、３つのコイル１２、１４、及び１６の各々について１つの、３つの別個のスプール２２、２４、及び２６を定める。第１のスプール２２は、コア２８と、ワイヤを受けるための幾分楕円形のチャネルを定める一対の対向するガイド壁３０ａ−ｂとを含む。コア２８は、開口部２９を定める。巻き付けを案内し、コイル１２の保持を助けるガイド壁３０ａ−ｂを用いて、第１のコイル１２がコア２８の周りに巻かれる。第２のスプール２４は、第２のコア３４及び第２の対のガイド壁３２ａ−ｂによって定められる。第２のコア３４は、第２のコイル１４を受けるための丸い面を提供するように凸状にすることができる。代替的に、コア３４は、第１のスプール２２のガイド壁３０ａ−ｂの外面によって部分的に定めることもできる。第２の対のガイド壁３２ａ−ｂは、第１のスプール２２のガイド壁３２ａ−ｂと垂直に延びる。巻き付けを案内し、コイル１４の保持を助けるガイド壁３２ａ−ｂを用いて、第２のコイル１４がコア３４の周りに巻かれる。第３のスプール２６は、第３のコア４０、内側ガイド区分３６ａ−ｈ、及び外側ガイド区分３８ａ−ｄによって定められる。コア４０の外面は、コイル１６を受けるための曲面を提供するように凸状にすることができる。代替的に、コア４０は、第２のスプール２４のガイド壁３２ａ−ｂの外面によって部分的に定めることもできる。内側ガイド区分３６ａ−ｈは、共通面に沿って延び、第３のコイル１６のための第１の配線ガイドを協働して定める。同様に、外側ガイド区分３８ａ−ｄは、共通面に沿って延び、第３のコイル１６のための第２の配線ガイドを協働して定める。見られるように、内側ガイド区分３６ａ−ｈは、スプール２６の軸の方向に沿った外側ガイド区分３８ａ−ｄと重ならない。
【００１６】
図６は、開放位置の２つの成形片１００及び１０２を示す斜視図である。従来の方式で互いに近接した成形片１００及び１０２は、ボビン２０の形状の成形キャビティを協働して定める。図６は、成形の輪郭を示し、これにより、２つの成形片１００及び１０２が、可動スライド、可動ピン、可動コア、又は他の可動成形構成部品を必要とすることなく、どのように協働して単一のボビン２０の３つの別個のスプール２２、２４、及び２６を定めるかが示される。一般に、第１の成形片１００がボビン２０の内面を形成し、第２の成形片１０２が外面を形成する。図６乃至図８を参照すると、第１の成形片１００は、第１のコア２８の内面を協働して形成するためのほぼ弧状の凹部１０４ａ−ｂ、（主として重量及び材料を節約するために）コア２８内の開口部を形成するためのブロック１０６、及びガイド壁３０ａ−ｂの内面を形成するためのほぼ弧状のチャネル１０８ａ−ｂを含む、第１のスプール２２の形状に寄与する種々の輪郭を含む。第２のスプール２４については、第１の成形片１００は、第２のコア３４の内面を形成するためのほぼ弧状の凹部１１０と、ガイド壁３２ａ−ｂの内面を形成するほぼ弧状のチャネル１１２ａ−ｂとを定める。第３のスプール２６については、第１の成形片１００は、第３のコア４０の内面を形成するチャネル区分１１４ａ−ｄと、外側ガイド区分３８ａ−ｄの内面を形成する凹部１１６ａ−ｄと、第２の成形片１０２の突出部１３０ａ−ｄを受け、内側ガイド区分３６ａ−ｄの内面を形成する凹部１１８ａ−ｄとを定める。第１の成形片１００は、突出部１３２ａ−ｂを受け、内側ガイド区分３６ｅ−ｈの内面を形成する一対の凹部１２０ａ−ｂも定める。
【００１７】
第２の成形片１０２は、３つのスプール２２、２４、及び２６の外面を定める。スプール２２については、第２の成形片１０２は、コア２８の外面を形成するほぼ弧状の凹部１２２と、ガイド壁３０ａ−ｂの外面を形成するほぼ弧状のチャネル１２４ａ−ｂとを定める。スプール２４については、第２の成形片１０２は、コア３４の外面を形成するほぼ弧状の凹部１２６と、ガイド壁３２ａ−ｂの外面を形成するほぼ弧状のチャネル１２８ａ−ｂとを定める。スプール２６については、第２の成形片は、第１の成形片１００内の凹部１１８ａ−ｄの中に延びる４つの突出部１３０ａ−ｄの組と、凹部１２０ａ−ｂの中に延びる一対の突出部１３２ａ−ｂとを含む。突出部１３０ａ−ｄの各々は、内側ガイド区分３６ａ−ｄの外面を形成するように、凹部１３４ａ−ｄを定める。同様に、突出部１３２ａ−ｂの各々は、内側ガイド区分３６ｅ−ｈの外面を形成するように、凹部１３４ｅ−ｈを定める。
【００１８】
上述の実施形態は、３つのコイル全てについて単一のボビン２０を含むものであるが、誘導コイル組立体が代替的な構成を含むこともできる。例えば、代替的な誘導コイル組立体は、各々のコイルについて別個の単一のスプール・ボビンを含むことができる。図９に示される３つのコイルを有するボビン組立体３２０は、異なる直径を有し、一方が他方の内部に嵌め込まれた３つの別個のボビン３２０ａ−ｃを含む。二次コイル内に誘導される電力が、該コイルの直径に比例する場合には、異なるサイズのボビンの使用により、各々の二次コイルに与えられる電力の不均衡が生じることがある。異なるコイル内に誘導される電力を均衡させることが望ましい用途においては、より小さなスプール３２２、３２４、及び３２６にワイヤの付加的な巻きを加えることができ、より小さなボビンの各々に加えられる正確な付加的な巻き数は、主としてそのサイズによって決まる。例えば、最も外側のボビン３２０ｃ内のコイルの巻き数が７回である場合には、中央のボビン３２０ｂ内のコイルの巻き数を８回とし、最も内側のボビン３２０ｃ内のコイルの巻き数を９回とするのが望ましい。図１０に示される別の代替的な実施形態においては、誘導コイル組立体４１０は、互いの内部に入れ子式に嵌め込まれるのではなく、互いに隣接して配置された３つの別個のボビン４２０ａ−ｃを含むことができる。代替的に、誘導コイル組立体は、球状のボビン（図示せず）を含むことができ、各々のコイルは、所望の位置で、例えば、ｘ、ｙ、及びｚ軸の周りのような所望の方向に、球状のボビンの周りに巻かれる。この実施形態は、３つの二次側部の直径の差を減らすものであり、これによりコイルの均衡が改善される。更に別の代替的な実施形態において、誘導コイル組立体は、様々な位置に配置することができる、接続されていない３つの別個のボビンを含むことができる。この実施形態においては、ボビンは単純な環状のスプールとしてもよく、又はボビンを様々な角度で容易に取り付けることができる固有の形状にしてもよい。固有の多位置ボビン５２０を有する誘導コイルが、図１１及び図１２ａ−ｄに示される。このボビン５２０は、一般に、単一のスプール５２２と、一対のガイド壁５２４ａ−ｂと、取り付けアーム５５０とを含む。種々の構成部品の構成により、ボビン５２０を、様々な配向で、例えば回路基板に取り付けることが可能になる。取り付けアーム５５０は、一般に、２つのアーム区分５５２及び５５４を含む。示される実施形態においては、第１のアーム区分５５２は、一対のレール５５６ａ−ｂを含む。レール５５６ａは、第１のアーム区分５５２の端部に配置される。レール５５６ａ−ｂの断面は三角形にすることができる。例えば、レール５５６ａは、スプールの軸に対して４５度で延びることができる。ある角度でのボビン５２０の取り付けを容易にするために、ガイド壁５２４ａが、取り付けアーム５５０との、より具体的には、第１のアーム区分５５２の端部との共通面で終端することができる。この共通面の角度は、所望の取り付け角で設定される。例えば、示される実施形態においては、共通面は、スプール５２２の軸から４５度で延びる。取り付けを容易にするために、ガイド壁５２４ａは、例えば４５度で、共通面に沿って面取りすることができる。このように、レール５５６ａの角度が付けられた面及びガイド壁５２４ａの面取りされた縁部が、共通面に沿って延び、４５度の角度でボビン５２０を支持するための堅固な構造体を提供する。ボビン５２０はまた、代替的な電気接続又は代替的な取り付けピン、或いはボビン５２０の配向によってその両方として機能する、２つの組の電気ピン５４０ａ−ｂ及び５４２ａ−ｂも含む。図１２ａは、４５度の角度で回路基板に取り付けられたボビン５２０を示す。図１２ｂは、基板を通って部分的に延びる、垂直方向の位置で回路に取り付けられたボビン５２０を示す。図１２ｃは、基板の完全に上（又は下）の位置で回路基板に取り付けられたボビン５２０を示す。最後に、図１２ｄは、水平方向の位置で回路基板に取り付けられたボビン５２０を示す。
【００１９】
更に別の実施形態（図示せず）においては、ボビンは、完全なボビンを形成するように組み立てられる、別個に製造された２つの部品を含むことができる。例えば、ボビンは、２つの同一の成形片から形成することができ、該２つの成形片は、内側ガイド区分３６ａ−ｈと外側ガイド区分３８ａ−ｄとの間に平行にかつその中間に延びる面で割ったときに、ボビン２０の反対側の半分に対応する。この代替的なボビンは２つの別個の部品で形成されるので、互い違いの内側ガイド区分３６ａ−ｈ及び外側ガイド区分３８ａ−ｄを、連続的なガイド壁と取り替えることができる。製造を容易にするために、連続的なガイド壁を成形分割線に配置することができる。この実施形態においては、２つのボビン部品を別個に成形し、次に溶接し、接着剤でつけるか、又は他の方法で相互に固定し、完成したボビンを形成することができる。従来の接着剤又はファスナに代わるものとして、コイル巻線によって、２つのボビン部品を互いに保持することができる。例えば、２つのボビン部品を互いに保持する方向に第１のコイルが巻かれるように、２つの部品を構成することができる。
【００２０】
本質的に誘導的に動力供給される装置の中に本発明の誘導コイル組立体１０を組み込み、磁場内の装置の種々の配向における電力伝達を改善することができる。例えば、携帯電話（図示せず）、携帯情報端末（図示せず）、ノートパッド・コンピュータ（図示せず）、デジタル音楽プレーヤー（図示せず）、又はコンピュータゲーム装置（図示せず）に、誘導コイル組立体１０のような多数のコイルをもつ二次側部を有する誘導的に動力供給される充電器を設けることができる。この文脈においては、誘導コイル組立体１０が、どのような配向でも装置を充電するのに十分な電力を得ることができるので、その配向に配慮することなく、一次コイルが形成する磁場内に、携帯電話、携帯情報端末、ノートパッド・コンピュータ、デジタル音楽プレーヤー、又はコンピュータゲーム装置をランダムに配置することができる。
【００２１】
図１３ａ−ｃは、誘導コイル組立体の３つの実施形態についての回路図を示す。図１３ａは、３つの別個のコイル６７２ａ−ｃからのＤＣ電力を提供する回路６８０を示す。示されるように、３つのコイル６７２ａ−ｃは、負荷に並列接続され、コンデンサ６７４ａ−ｃが、各コイル６７２ａ−ｃと該負荷との間に直列接続される。この実施形態においては、各コンデンサ６７４ａ−ｃ及び各ダイオード６７６ａ−ｃの値は、回路の負荷側に共振回路を提供するように選択される。したがって、これらの値は、負荷（図示せず）の特性によって決まる。この回路６８０は、コンデンサを用いて各コイル内に誘導される電力を組み合わせ、負荷との共振をもたらすことができ、ダイオード６７６ａ−ｃは、回路６８０からの電圧出力を整流する。代替的に、負荷にＡＣ電力を提供するために、ダイオード６７６ａ−ｃを回路６８０から無くすことができる。
【００２２】
図１３ｂは、３つの別個のコイル６７２ａ´−ｃ´からのＤＣ電力を提供する半波整流器回路６８０´を示す。示されるように、３つのコイル６７２ａ´−ｃ´は、各コイル６７２ａ´−ｃ´と負荷との間に並列接続されたダイオード６７６ａ´−ｆ´の構成を通して、該負荷に並列接続される。この実施形態において、各ダイオード６７６ａ´−ｆ´の値は、主として負荷の特性に基づいて求められる。付加的に、コンデンサ６７４ａ´−ｃ´が、コイル６７２ａ´−ｃ´の一方の側と対応するダイオード６７６ａ´−ｆ´との間に直列接続される。各コンデンサ６７４ａ´−ｃ´の値もまた、主として負荷の特性に基づいて求められる。この回路６８０´は、コンデンサを用いて各コイル内に誘導される電力を組み合わせ、負荷との共振をもたらすことができ、ダイオード６７６ａ´−ｆ´は、回路６８０´からの電圧出力を整流する。
【００２３】
図１３ｃは、３つの別個のコイル６７２ａ´´−ｃ´´からのＤＣ電力を提供する全波整流器回路６８０´´を示す。示されるように、３つのコイル６７２ａ´´−ｃ´´は、各コイル６７２ａ´´−ｃ´´と負荷との間に並列接続されたダイオード６７６ａ´´−ｌ´´の構成を通して、該負荷に並列接続される。この実施形態において、各ダイオード６７６ａ´´−ｌ´´の値は、主として負荷の特性に基づいて求められる。付加的に、コンデンサ６７４ａ´´−ｃ´´が、コイル６７２ａ´´−ｃ´´の一方の側と対応するダイオード６７６ａ´´−ｃ´´及びダイオード６７６ｊ´´−ｌ´´との間に直列接続される。各コンデンサ６７４ａ´´−ｃ´´の値もまた、主として負荷の特性に基づいて求められる。これらの回路６８０、６８０´、及び６８０´´の３つ全てが、ＤＣ電力を提供する機能を実行する。回路６８０は、最も安価な設計であると思われ、回路６８０´´は、ＤＣ出力と比べて最も優れた制御を提供し、例えば、回路６８０´´は、他の２つの実施形態と比較すると出力の変動が最も少ないと思われる。
【００２４】
別の代替において、誘導コイル組立体を用いて、通信を誘導伝達することができる。一実施形態においては、このことは、上述の誘導コイル組立体１０と本質的に同一の誘導コイル組立体を用いて達成することができる。この実施形態において、受信した通信信号は、出力信号で搬送される。通信と電力のオーバーレイを可能にするために誘導通信と共に用いられる種々の既存の通信プロトコルがある。別の実施形態においては、通信するために、第２の組のコイルが用いられる。例えば、各々の電力コイルの上に別個の通信コイルを巻き付けることによって、該電力コイルに用いられる同じボビン上に第２の組のコイルを形成することができる。通信コイルは、１巻き又は２巻きのワイヤだけを必要とする。代替的に、第２のボビンを通信コイルのために用いることもできる。従来の多種多様の誘導通信システムと共に、本発明の誘導コイル組立体を容易に用いることができる。例えば、図１４は、通信信号が出力信号と別個である用途に用いるための従来の通信回路を表す回路図である。この回路は、多軸誘導コイル組立体を用いて、一次側部と二次側部との間の通信の簡単な誘導交換を可能にする。コイル６７２ａ´´´−ｃ´´´は、ＲＸライン６９０ａ´´´及びＴＸライン６９０ｂ´´´で表されるトランシーバ６９０ａ´´´−ｂ´´´に並列接続される。回路６７０´´´は、電流を制限し、信号対雑音比を増大させる従来のフィルタリング及び調整構成部品を含むことができ、これにより回路の性能が改善される。例えば、示される回路において、ＲＸライン６９０ｂ´´´は、周波数のスパイク及び雑音を減らして信号対雑音比を増大させるために、抵抗器６９２´´´及びコンデンサ６９４´´´を含むことができる。同様に、回路６７０´´´は、送受信する信号にフィルタをかけ、これを調整するための抵抗器６９６´´´、並びにコンデンサ６８６´´´及び６８８´´´´を含むことができる。この回路６７０´´´は、各々のコイル６７２ａ´´´−ｃ´´´内で誘導される通信信号を組み合わせ、これらの信号をＲＸライン６９０ｂ´´´に適用するか、又はＴＸライン６９０ａ´´´から戻された信号をコイル６７２ａ´´´−ｃ´´´に適用し、通信信号を誘導伝達する。本発明は、コイル６７２ａ´´´−ｃ´´´が並列関係にある回路を含む従来の多種多様の回路のいずれかを用いて実施することもできる。上述のように、本発明は、通信信号が出力信号によって伝えられる用途において用いるのにもよく適している。
【００２５】
主として、誘導一次側部から、電力又は通信或いはその両方を誘導的に受け取る二次コイル組立体に即して説明されたが、本発明は、多軸一次コイルとして用いることもできる。この実施形態（図示せず）においては、異なるコイルが、異なる配向で磁場を生成する。次に、例えば、二次コイルが、多重コイルの誘導一次側部によって生成された磁場のいずれか１つと十分に位置合わせされたときに、単一の二次コイルが、該一次側部に対して異なる配向で、電力又は通信或いはその両方を受け取ることができる。
【００２６】
上記の説明は、本発明の好ましい実施形態のものである。特許請求項の範囲に定められるような本発明の精神及び広い態様から逸脱することなく、種々の変形及び変更をなすことができ、これらは、均等の原則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、冠詞の「１つの」、「この」及び「前記の」を用いる、単数の要素を請求する如何なる言及も、該要素を単数のものに制限するように考えるべきでない。
独占的な所有権又は権利を請求する本発明の実施形態は以上のとおりである。
【図１ａ】
2010177685.tif 000003
【図１ｂ】
2010177685.tif 000004
【図１ｃ】
2010177685.tif 000005
【図１ｄ】
2010177685.tif 000006
【図２】
2010177685.tif 000007
【図３】
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【図４】
2010177685.tif 000009
【図５】
2010177685.tif 000010
【図６】
2010177685.tif 000011
【図７】
2010177685.tif 000012
【図８】
2010177685.tif 000013
【図９】
2010177685.tif 000014
【図１０】
2010177685.tif 000015
【図１１】
2010177685.tif 000016
【図１２ａ】
2010177685.tif 000017
【図１２ｂ】
2010177685.tif 000018
【図１２ｃ】
2010177685.tif 000019
【図１２ｄ】
2010177685.tif 000020
【図１３ａ】
2010177685.tif 000021
【図１３ｂ】
2010177685.tif 000022
【図１３ｃ】
2010177685.tif 000023
【図１４】
2010177685.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスにより製造される、三軸誘導コイル組立体のためのボビンであって、
第１の成形片を準備し、
第２の成形片を準備し、
前記第１の成形片及び前記第２の成形片を一緒に閉じて、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に延びる軸を有する第１のスプールと、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に伸びる軸を有する第２のスプールと、成形された部分を金型から取り出す方向とほぼ垂直に延びる軸を有し、ほぼ第１の面に沿って延びる複数の内側ガイド及びほぼ第２の面に沿って延びる複数の外側ガイドを含む第３のスプールとを定める成形キャビティを協働して定めるステップと、
を含み、
前記第１の面は、成形された部分を金型から取り出す方向に前記第２の面から実質的に間隔をおいて配置され、前記複数の内側ガイドは、成形された部分を金型から取り出す方向に該複数の外側ガイドと重ならない関係にあり、
材料を前記成形キャビティ内に注入し、
前記成形片を前記キャビティから取り出すステップを含むことを特徴とするボビン。
【請求項２】
誘導コイル組立体のためのボビンであって、
軸と、スプールの両側に配置される一対のガイド壁とを有するスプールであって、前記ガイド壁が記軸とほぼ垂直に延びているスプールと、
前記ガイド壁の第１のものから延び、前記軸と平行に延びる、該ガイド壁の少なくとも１つとの第１の共通面で終端する自由端を有する取り付けアームであって、前記軸とほぼ垂直に延びる第１区分と、前記第１区分からある角度で延びる第２区分とを含む取り付けアームと、
前記第１区分を通って延びている電気ピンと、
前記第１区分からほぼ垂直に延びている第１のレールとを備えることを特徴とするボビン。
【請求項３】
前記第２区分が前記軸とほぼ垂直に延びることを特徴とする請求項２に記載のボビン。
【請求項４】
前記第１のガイド壁の一部及び前記取り付けアームの一部が、第２の共通面で終端することを特徴とする請求項３に記載のボビン。
【請求項５】
前記第２の共通面が前記軸に対して約４５度で延びることを特徴とする請求項４に記載のボビン。
【請求項６】
前記第１のレールは、角度を付けられた面を有していることを特徴とする請求項２に記載のボビン。
【請求項７】
前記第１のレールは、概して三角形の断面を有していることを特徴とする請求項６に記載のボビン。
【請求項８】
前記第１区分に概して垂直に延びている第２のレールであって、概して三角形の断面を有する第２のレールをさらに備えている請求項５に記載のボビン。
【請求項９】
誘導コイル組立体のためのボビンであって、
軸と、スプールの両側に配置される一対のガイド壁とを有するスプールであって、前記ガイド壁が前記軸にほぼ垂直に延びているスプールと、
前記ガイド壁の第１のガイド壁から延びている取り付けアームであって、前記ガイド壁の少なくとも１つと第１の共通面で終端する自由端を有し、前記第１の共通面が前記軸に平行に延びており、前記軸にほぼ垂直に延びている第１区分と、該第１区分から前記軸にほぼ垂直に延びている第２区分とを含んでいる取り付けアームとを備え、
前記第１のガイド壁の一部及び前記取り付けアームの一部は、第２の共通面で終端し、前記第２の共通面は、前記軸に対して約４５度で延びていることを特徴とするボビン。