(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンレス電源結合システムであって、
絶縁層の背後にシールドされた少なくとも１つの一次コイルであって、前記絶縁層の前にあるピンレス電源プラグに関連する二次コイルと誘電結合する一次コイル、を備える少なくとも１つのピンレス電源ジャック、及び
ピンレス電源ジャックに関連する絶縁層の背後にシールドされた一次コイルと誘電結合する少なくとも１つの二次コイルを備える少なくとも１つのピンレス電源プラグ、
から選択される少なくとも１つのユニットを備え、
前記ピンレス電源結合システムは、前記ピンレス電源プラグを前記ピンレス電源ジャックに位置合わせする位置合わせ機構を備え、
前記位置合わせ機構は、前記電源プラグによって担持される少なくとも１つの電磁放射線アンカーと係合するように構成される、前記電源ジャック内に組み込まれる少なくとも１つの電磁放射線スナッグを備えること、を特徴とするピンレス電源結合システム。
【請求項２】
前記位置合わせ機構は、中心軸を中心とした３６０度の回転を通して、前記電源プラグと前記電源ジャックとの間の位置合わせを維持する、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項３】
前記位置合わせ機構は、完全な位置合わせまでの近接度の漸次的なインジケーションを提供するように構成されるインジケータを備える、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項４】
前記位置合わせ機構が、
前記一次コイルが見られる半透明絶縁層、
直接目で見て位置合わせできるように、内部の電源ジャックの位置を示す、前記絶縁層の外表面上の可視マーク、
プラグが前記電源ジャックに位置合わせされたときを示すように構成される被照明インジケータ、
ＬＥＤ、ＬＥＤスケール、ＬＣＤスクリーン、及びこれらの組合せを含む群から選択される被照明インジケータ、
前記プラグが前記電源ジャックに位置合わせされたときに音を発するように構成された可聴インジケータ、
ブザー、ベル、スピーカ、クラッパ、及びこれらの組合せからなる群のうちの少なくとも１つのメンバから選択される可聴インジケータ、及び
吸着器、マジックテープ構成、凸凹構成、磁気要素、及びこれらの組合せからなる群のうちの少なくとも１つのメンバから選択される触覚的インジケータ
からなる群から選択される少なくとも１つのインジケーションを備える、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項５】
前記ピンレス電源ジャックの配列を備える電源表面をさらに備え、前記電源表面は、
前記表面が水平作業面、床、垂直壁、及び天井のうちの少なくとも１つからなること、
前記絶縁層が、ガラス、プラスチックマイカ、フォーマイカ、木、ベニヤ、カンバス、厚紙、石、リノリウム、紙、及びこれらの組合せからなる群のうちの少なくとも１つのメンバから選択される材料から構築されること、
前記絶縁層が、電磁放射線を前記絶縁層の前にある送信器から前記絶縁層の背後にある受信器にガイドする少なくとも１つの経路によって貫通された、概して不透明なパネルを備えること、
前記電源表面が重なった電源ジャックの複数の層を備えること、及び
前記電源表面が重なった電源ジャックの複数の層を備え、前記複数の層は各双のコイル間隔と異なる距離だけずらされること
からなる群から選択される少なくとも１つの制限を特徴とする、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項６】
前記ピンレス電源プラグは、
前記電源プラグが少なくとも１つの電気負荷に接続するための電源コードをさらに備えること、
前記電源プラグが少なくとも１つの光源に結合するための照明器具をさらに備えること、
前記電源プラグがピン付きプラグの導電性ピンを受ける少なくとも１つの導電性ソケットをさらに備え、前記二次コイルが前記導電性ソケットを介して電圧を提供すること、
前記電源プラグが少なくとも１つの光源に結線されること、
前記電源プラグが少なくとも１つの電気負荷に結線されること、及び
前記電源プラグが電子装置と一体であること
からなる群から選択される少なくとも１つの制限を特徴とし、
前記ピンレス電源プラグは、前記一次コイルの配列と誘電結合する、少なくとも２つの重なった二次コイルを備え、前記少なくとも２つの二次コイルは、前記一次コイルの前記配列のコイル間隔と異なる距離だけずらされ、
前記ピンレス電源プラグは、前記一次コイルの配列と誘電結合する、少なくとも２つの重なった二次コイルを備え、前記少なくとも２つの二次コイルは、前記一次コイルの前記配列のコイル間隔の半分未満である距離だけずらされる、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項７】
表面層を透過可能であり、前記表面層の背後にある少なくとも１つの受信器によって受信可能な種類及び強度の電磁放射線を送信する、前記表面層の前にある少なくとも１つの送信器を備える信号転送システムをさらに備える、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項８】
前記一次コイルが前記二次コイルに位置合わせされたとき、前記受信器が前記送信器に位置合わせされるように、前記受信器は前記一次コイルと同軸であり、前記受信器は前記二次コイルと同軸である、請求項７に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項９】
前記送信器は発光ダイオードを含む、請求項７に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１０】
前記送信器は赤外線信号を送信する、請求項７に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１１】
前記受信器は、フォトトランジスタ、フォトダイオード、及び光依存抵抗を含む群から選択される、請求項７に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１２】
前記表面層は、前記電磁放射線を、前記絶縁層の前にある前記送信器から前記絶縁層の背後にある前記受信器にガイドする少なくとも１つの経路によって貫通される概して不透明なパネルを含む、請求項７に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１３】
前記経路は、導波管、光ファイバ、及び窓を含む群から選択される、請求項１２に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１４】
前記一次コイル及び前記二次コイルのうちの少なくとも一方は、概して環状形状を有する、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１５】
前記環状形状は、光送信器、光受信器、磁気的位置合わせ要素、電磁石要素、及び強磁性コアのうちの少なくとも１つによって占められる中心軸を囲む、請求項１４に記載のピンレス電源結合システム。
【請求項１６】
１ワット〜２００ワットの範囲の電力を提供する、請求項１に記載のピンレス電源結合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンレス電源結合システムの提供を対象とする。より詳細には、本発明は、実質的に平坦な表面にわたる効率的な誘電性送電に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的な接続は一般に、プラグ及びジャックによって助けられる。電源ジャックは、電源ジャックが埋め込まれる表面に対して静止した固定式コネクタである。電源プラグは、電源ジャックと電気的に結合するように適合される可動式コネクタである。プラグ−ジャック結合により、プラグに結線された可動式装置を電源ジャックに選択的に接続し、且つ必要なときに切り離し取り外せるようにする。このような電気的結合では、ピンとソケットとの組合せを使用してプラグ及びジャックを共に機械的に結合し、誘電的に接続することが一般である。ピンとソケットとの結合は、プラグをジャックに効率的に位置合わせし、２つが使用中に切り離されないようにする方法を提供し、通常、銅又は黄銅のピンは、ソケットをライニングする導電性要素との導電性接触を形成する。感電から負傷する危険性がある、主電ポイント（ｍａｉｎ  ｐｏｗｅｒ  ｐｏｉｎｔ）内のように電力が送達されている場合、活線を電源ジャックのソケット内で安全にシールドすることができるように、ピンがプラグに設けられることが一般である。それにも関わらず、活線は完全には絶縁されないため、特に小さい指又は他の物体を活きたソケット内に入れたくなり得る子供に対して、メインソケットに関連して負傷する危険性がある。したがって、ソケットガード等を使用するような追加の保護を提供することが一般である。
【０００３】
さらに、ソケットは、メンテナンスされなければ、埃を集め、それが電気的接続を妨げ、又はさらにはソケットを詰まらせ、ピンの挿入を困難にし得る。この理由により、電源ソケットは通常、壁に取り付けられ、上に向かって傾斜しない。この構成は、液体をこぼして短絡又は感電する危険性も低減する。
【０００４】
絶縁された電気接続を提供する誘電性電源コネクタが既知である。例えば、Ｂａｉｌｙ等に付与された（特許文献１）には、電気エネルギーを変圧器及び測定回路に／から転送する誘電結合が記載されている。Ｂａｉｌｙのシステムは、強磁性ロッドに巻かれた単層ソレノイドを有するオス型コネクタと、第２の単相ソレノイドを有するメス型コネクタとからなる。オス型コネクタをメス型コネクタ内に挿入することにより、２つのソレノイドが位置合わせされ、それらの間での誘電エネルギー転送が可能になる。この結合は、露出された接点表面を有するという欠点のない、密閉された信号接続を提供する。
【０００５】
Ｂａｉｌｙのシステムでは、メス型コネクタはやはり、ソケットを表し、オス型コネクタはピンを表す。露出された接点表面はないが、このような電源ジャックは、卓上、カウンター等の平坦である必要がある表面上に配置することはできない。このような表面は、正確には、電気接続に最も都合のよい場所であることが多いため、これにより、目障りで不便で長い電源接続ケーブルが生じる。
【０００６】
受電電気装置を、より大きなエリアを覆う広いベース上のどこにでも配置できるようにする他の電力送達システムが提案されている。これらは、Ｂａｉｌｙに固有の追従する線を必要とせずに移動する自由が提供される。このような一例は、Ｈｕｉに付与された（特許文献２）に記載されている。Ｈｕｉのシステムでは、平坦な誘電性電池充電システムが、電気装置を充電できるように設計される。このシステムは、充電される装置が配置される充電表面を有する平坦な充電モジュールを含む。充電モジュール内に、充電表面に平行して、充電される装置内に形成される二次巻線にエネルギーを誘電結合する少なくとも１つ、好ましくは配列になった一次巻線がある。Ｈｕｉのシステムは、システムを二次巻線が供給されない従来の電子装置と併用できるようにする二次モジュールも提供する。
【０００７】
このようなシステムは、通常、比較的低い電力誘電結合を提供するという点で電池の充電に適切である。しかし、ユニットの全域にわたっておおよそ均等なエネルギー転送を可能にするＨｕｉの充電表面等の広いベースユニットが、一般には、多くの電気装置の高エネルギー要件の提供に適さないことが理解されるであろう。
【０００８】
Ｓａｂｏに付与された「Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｅｌｆ  ａｌｉｇｎｉｎｇ  ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ」という名称の（特許文献３）には、コードレス家電を充電する誘電性電力転送装置が記載されている。これも、二次誘電コイルを一次誘電コイルにピンなしで位置合わせする問題に対処している。Ｓａｂｏの装置は、配列に配置され、各インダクタを活性化するように選択的に動作可能なスイッチを介して電源に接続された複数のインダクタを備える。インダクタは、変圧器の一次コイルとして機能する。変圧器の二次コイルは家電内に配置される。家電が、各コイルが位置合わせされた状態で電源転送装置の近傍に位置決めされると、電力がその装置から家電に変圧器を介して誘電的に転送される。
【０００９】
それにも関わらず、費用効率的で効果的なピンレス電源結合機構に対する必要性が残っており、本発明がこの必要性に応えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７，２１０，９４０号明細書
【特許文献２】米国特許第７，１６４，２５５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８０３，７４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、二次コイルを備えたピンレス電源プラグに誘導結合する、絶縁層の背後でシールドされた一次コイルを備えた少なくとも１つのピンレス電源ジャックを備えたピンレス電源結合装置であって、絶縁層は実質的に平坦であり、ピンレス電源プラグ及び電源ジャックは位置合わせ手段によって位置合わせされる、ピンレス電源結合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
通常、上記電源プラグが中心軸を中心にして３６０度回転する間、上記電源プラグと上記電源ジャックとの位置合わせは維持される。
【００１３】
任意選択的に、位置合わせは、視覚的、可聴的、及び触感的手段から選択される。
【００１４】
任意選択的に、絶縁層は半透明であり、直接的な視覚的位置合わせを可能にする。
【００１５】
代替として、絶縁層は、直接的な視覚的位置合わせを可能にする電源ジャックの位置を示すように視覚的にマークされる。
【００１６】
任意選択的に、位置合わせ手段は、プラグが電源ジャックに位置合わせされたときを示すように構成される被照明インジケータを備える。
【００１７】
通常、被照明インジケータは、ＬＥＤ、ＬＥＤスケール、及びＬＥＤスクリーンを含む群から選択される。
【００１８】
好ましくは、視覚的インジケータは、完全な位置合わせまでの近接度の目盛り付きのインジケーションを提供するように構成される。
【００１９】
任意選択的に、位置合わせ手段は、プラグが電源ジャックに位置合わせされたときを示すように構成される可聴インジケータを含む。
【００２０】
通常、可聴インジケータは、少なくとも１つのブザー、少なくとも１つのベル、少なくとも１つのスピーカ、少なくとも１つのクラッパ、及びこれらの任意の組合せを含む群から選択される。
【００２１】
任意選択的に、可聴インジケータは、完全な位置合わせまでの近接度の目盛り付きインジケーションを提供するように構成される。
【００２２】
好ましくは、位置合わせ手段は、ピンレス電源プラグによって運ばれる少なくとも１つの磁気アンカーと係合するように構成された少なくとも１つの磁気スナッグ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｎａｇ）を含む触覚的インジケータである。
【００２３】
好ましい実施形態では、磁気スナッグは、環状磁気アンカーが任意の角度で上記磁気スナッグに結合し得るような環状構成を有する。
【００２４】
通常、磁気スナッグは、少なくとも１つの永久磁石、少なくとも１つの電磁石、及び少なくとも１つの強磁性要素を含む群から選択される。任意選択的に、磁気アンカーは、少なくとも１つの永久磁石、少なくとも１つの電磁石、及び少なくとも１つの強磁性要素を含む群から選択される。好ましくは、磁気スナッグ及び磁気アンカーの極性は、電源プラグが互換性のある電源ジャックのみと位置合わせされるように選択される。
【００２５】
代替として、位置合わせ手段は、少なくとも１つの吸着器、少なくとも１つのマジックテープ構成、少なくとも１つの凸凹構成、及びこれらの組合せを含む群から選択される触覚的インジケータである。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、ピンレス電源ジャックの配列を備えた電源表面を提供することである。
【００２７】
通常、電源表面は水平作業面である。代替として、電源表面は垂直壁である。また代替として、電源表面は天井である。
【００２８】
本発明のさらに別の目的は、絶縁層の背後でシールドされたピンレス電源ジャックに誘電結合する少なくとも１つの二次コイルを備えるピンレス電源プラグであって、絶縁層は実質的に平坦であり、電源プラグ及び電源ジャックが位置合わせ手段によって位置合わせ可能である、ピンレス電源プラグを提供することである。
【００２９】
任意選択的に、ピンレス電源プラグは、少なくとも２つの二次コイルを備える。好ましくは、ピンレス電源プラグは、上記一次コイルの配列と結合するように適合され、上記少なくとも２つの二次コイルは、上記一次コイルの上記配列のコイル間隔と異なる距離だけオフセットされる。
【００３０】
任意選択的に、位置合わせ手段は、プラグが電源ジャックに位置合わせされたときを示すように構成される視覚的インジケータを備える。
【００３１】
通常、視覚的インジケータは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤスケール、及びＬＥＤスクリーンを含む群から選択される。
【００３２】
好ましくは、視覚的インジケータは、完全な位置合わせまでの近接度の目盛り付きのインジケーションを提供するように構成される。
【００３３】
任意選択的に、位置合わせ手段は、プラグが電源ジャックに位置合わせされたときを示すように構成される可聴インジケータを含む。
【００３４】
通常、この可聴インジケータは、ブザー、ベル、スピーカ、クラッパ、及びこれらの組合せを含む群から選択される。
【００３５】
任意選択的に、可聴インジケータは、全な位置合わせまでの近接度の目盛り付きのインジケーションを提供するように構成される。
【００３６】
好ましくは、位置合わせ手段は、少なくとも１つのピンレス電源プラグの少なくとも１つの磁気スナッグと係合するように構成された少なくとも１つの磁気アンカーを含む触覚的インジケータである。
【００３７】
通常、磁気アンカーは、永久磁石、電磁石、及び強磁性要素のリストから選択される要素からなる群から選択される。
【００３８】
代替として、位置合わせ手段は触覚インジケータである。
【００３９】
代替として、位置合わせ手段は、吸着器、マジックテープ構成、対応する凸凹構成、及びこれらの組合せを含む群から選択される。
【００４０】
任意選択的に、ピンレス電源プラグは、電源コードによって少なくとも１つの電気負荷に接続可能である。
【００４１】
代替として、ピンレス電源プラグは少なくとも１つの電気負荷に結線される。
【００４２】
別の態様では、本発明は、一体装置内で共に永久的に結合されたピンレス電源プラグ及び電気装置を提供することを対象とする。
【００４３】
本発明の一実施形態は、光源に結合されたピンレス電源プラグを含む照明器具を対象とする。
【００４４】
別の実施形態では、ピンレス電源プラグは、ピンレス電源プラグによって担持される少なくとも１つの磁気アンカーと係合するように構成された少なくとも１つの磁気スナッグを含む触覚的インジケータである。
【００４５】
好ましくは、ピンレス電源ジャックは、１ワット〜２００ワットの範囲の電力を提供する。通常、ピンレス電源ジャックは、５ワット〜１１０ワットの範囲の電力を提供する。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態では、電源結合は調整器をさらに備える。任意選択的に、調整器は信号転送システムである。
【００４７】
したがって、本発明の別の目的は、表面層の背後にある一次コイルと一次コイルと位置合わせされる二次コイルとの間の電力転送を調整する信号転送システムであって、表面層を透過可能であり、表面層の背後にある少なくとも１つの光受信器によって受信可能な種類及び強度の電磁放射線を送信する少なくとも１つの光送信器を表面層の前に備える、信号転送システムを提供することである。
【００４８】
好ましくは、光送信器は発光ダイオードを含む。任意選択的に、光送信器は赤外線信号を送信する。通常、光受信器は、フォトトランジスタ、フォトダイオード、及び光依存レジスタを含む群から選択される。
【００４９】
好ましい実施形態では、表面層は、ガラス、プラスチック、雲母、フォーマイカ、木、ベニヤ、カンバス、厚紙、石、リノリウム、及び紙を含む群から選択される材料から構築される。任意選択的に、表面層は、光信号を光受信器にガイドする少なくとも１つの光路が穿孔される概して不透明なパネルを備える。通常、光路は、導波管、光ファイバ、及び窓を含む群から選択される。
【００５０】
光信号は、
・電気負荷の存在、
・電気負荷の所要動作電圧、
・電気負荷の所要動作電流、
・電気負荷の所要動作温度、
・電気負荷の実測動作電圧、
・電気負荷の実測動作電流、
・電気負荷の実測動作温度、及び
・ユーザ識別コード
を含む群のうちの少なくとも１つに関する符号化データを搬送し得る。
【００５１】
任意選択的に、誘電エネルギー結合は、変圧器、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＡＣ−ＤＣ変換器、ＡＣ−ＡＣ変換器、フライバック変成器、フライバック変換器、フルブリッジ変換器、ハーフブリッジ変換器、及びフォワード変換器を含む群から選択される装置である。通常、一次コイルは二次コイルから直流的に絶縁される。
【００５２】
好ましい実施形態では、上記一次コイルが上記二次コイルと位置合わせされたときに、上記光受信器が上記光送信器に位置合わせされるように、光受信器は上記一次コイルと同軸であり、上記光受信器は上記二次コイルと同軸である。
【００５３】
本発明のさらなる態様は、表面層の背後に一次コイルと、表面層の前に二次コイルとを備える誘電結合にわたる電力転送を調整する方法であって、以下のステップ：
ａ．表面層の前に少なくとも１つの光送信器を提供すること、
ｂ．表面層の背後に少なくとも１つの光受信器を提供すること、
ｃ．調整信号を光送信器に通信すること、
ｄ．光送信器が、表面層を透過可能な種類及び強度の電磁放射線として調整信号を送信すること、
ｅ．光受信器が電磁放射線を受信すること、及び
ｆ．調整信号に従って電力転送を調整すること
を含む方法を提供することを対象とする。
【００５４】
任意選択的に、調整信号は、負荷の電力要件の詳細を搬送する。通常、方法は、誘電結合にわたる電力転送を調整し、光信号は、電気負荷の少なくとも１つの動作パラメータを監視し、監視されたパラメータデータを光信号に符号化することによって提供される。代替又は追加として、方法は、誘電結合にわたる電力転送を調整し、光信号は、動作電圧、動作電流、及び動作温度を含む群から選択される少なくとも１つのパラメータに関するデータを搬送する。好ましくは、方法は、電気負荷の存在を検出する事前ステップを含む。
【００５５】
本明細書において使用される用語「ジャック」は、電気プラグから電力を受け取るとともに、電気プラグに電力を提供する任意の固定式コネクタを指す。用語「ジャック」はコネクタの性別によって規定されず、プラグの突出ピンを受けるソケットを有することを示さない。
【００５６】
本明細書において使用される用語「プラグ」は、上述のようにジャックに電気的に接続される任意の可動式コネクタを指す。用語「プラグ」はコネクタの性別によって規定されず、ソケットに嵌合する突起を有することを暗示しない。
【００５７】
性別に基づく定義が用語ジャック及びプラグに使用されることがあるが、上記定義はＩＥＥＥ  ＳＴＤ１００及びＡＮＳＩ  Ｙ３２．１６規格に準拠することが留意されるであろう。
【００５８】
本発明をよりよく理解し、どのように実施され得るかを示すために、これより、純粋に例として添付図面を参照する。
【００５９】
これより、特に図面を詳細に参照して、示される特定の事柄が例としてであり、本発明の好ましい実施形態を説明のために考察することだけを目的とし、本発明の原理及び概念的態様の最も有用で容易に理解される説明と考えられるものを提供する過程で提示されることが強調される。これに関して、本発明の構造的な細部を、本発明の基本的理解に必要な程度以上に詳細に示そうとはされず、説明は、本発明のいくつかの形態を実際に具現し得る方法を当業者に明らかにする図面と併せて行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態による誘電電力転送システムの主要特徴を概略的に表すブロック図である。
【図２ａ】本発明の別の実施形態によるピンレス電源ジャック及びピンレス電源プラグからなるピンレス電源結合の概略図である。
【図２ｂ】電力をコンピュータに提供する、図２ａの電源結合の例示的な応用例を示す。
【図２ｃ】電力を電球に提供する、図２ａの電源結合の例示的な応用例を示す。
【図２ｄ】電力をピンレス電力アダプタに提供する、図２ａの電源結合の例示的な応用例を示す。
【図３ａ】誘電コイルの例示的な構成を概略図で示す。
【図３ｂ】誘電コイルの例示的な構成を分解組立図で示す。
【図４ａ】本発明のさらなる実施形態による、ピンレス電源プラグをピンレス電源ジャックに位置合わせする例示的な触覚的位置合わせ機構を示す。
【図４ｂ】本発明のさらなる実施形態による、ピンレス電源プラグをピンレス電源ジャックに位置合わせする例示的な触覚的位置合わせ機構を示す。
【図４ｃ】本発明のさらなる実施形態による、ピンレス電源プラグをピンレス電源ジャックに位置合わせする例示的な触覚的位置合わせ機構を示す。
【図５ａ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｂ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｃ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｄ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｅ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｆ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｇ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図５ｈ】ピンレス電源結合の触覚的位置合わせ機構に使用される磁気的構成を示す。
【図６ａ】ピンレス電源結合のプラグに取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図６ｂ】ピンレス電源結合のプラグに取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図６ｃ】ピンレス電源結合のプラグに取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図６ｄ】ピンレス電源結合のプラグに取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図６ｅ】ピンレス電源結合のプラグに取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図７ａ】ピンレス電源結合の表面に取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図７ｂ】ピンレス電源結合の表面に取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図７ｃ】ピンレス電源結合の表面に取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図７ｄ】ピンレス電源結合の表面に取り付けられる例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。
【図８ａ】本発明のさらなる実施形態によるピンレス電源結合と併用される可聴的位置合わせ手段を示す。
【図８ｂ】本発明のさらなる実施形態によるピンレス電源結合と併用される可聴的位置合わせ手段を示す。
【図９】ピンレス電源結合を介してコンピュータに転送される電力を調整する例示的な光送信器を示す。
【図１０】ピンレス電源プラグからの誘電電力転送を開始し調整する例示的な信号転送システムの主要特徴を示すブロック図である。
【図１１ａ】本発明のさらに別の実施形態によるピンレス電源ジャックの配列を含む電源表面を示す。
【図１１ｂ】図１１ａの電源表面上に置かれた２つの可動ピンレス電源プラグを示す。
【図１１ｃ】図１１ａの電源表面の一次コイルと結合される２つの二次コイルが提供された電源プラグを示す。
【図１２ａ】電力をコンピュータに提供している、図１１ａの電源表面の例示的な応用例を示す。
【図１２ｂ】電力を電球に提供している、図１１ａの電源表面の例示的な応用例を示す。
【図１２ｃ】電力をピンレス電力アダプタに提供している、図１１ａの電源表面の例示的な応用例を示す。
【図１３】中間層を介して一次ユニットと二次ユニットとの間で光調整信号を転送する方法を示す流れ図フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
これより、本発明の第１の実施形態による、電気負荷１４０にピンなしで給電する、１０００である図１を参照する。電源転送システム１０００は、ピンレス電源結合１００と、位置合わせ機構２００と、電力調整器３００とを含む。
【００６２】
ピンレス電源結合１００は、ピンレス電源ジャック１１０と、ピンレス電源プラグ１２０とを備える。ピンレス電源ジャック１１０は、駆動ユニット１０４を介して電源１０２に結線された一次誘電コイル１１２を含む。ピンレス電源プラグ１２０は、電気負荷１４０に結線された二次誘電コイル１２２を含む。二次コイル１２２が一次コイル１１２の近傍に運ばれ、可変電圧が、駆動ユニット１０４によって一次コイル１１２に印加されると、電力は、電磁誘導によってコイル間を転送することができる。
【００６３】
位置合わせ機構２００が設けられて、一次コイル１１２と二次コイル１２２との位置合わせを容易にし、誘電結合の効率を向上させる。調整器３００は、通信チャネルをピンレス電源プラグ１２０とピンレス電源ジャック１１０との間に提供し、電力転送の調整に使用され得る。
【００６４】
ピンレス電力転送システム１０００の各種要素は、本発明の実施形態間で大きく変わってもよい。選択された例示的な実施形態を以下に説明する。これらは、決して本発明の範囲を制限するものとして理解されるべきではない。
【００６５】
ピンレス電源結合
これより、本発明の第２の実施形態によるピンレス電源結合１００を示す図２ａを参照する。ピンレス電源ジャック１１０は、例えば、実質的に平坦な表面１３０内に組み込むことができ、ピンレス電源プラグ１２０と結合可能である。ピンレス電源ジャック１１０は、絶縁層の背後にシールドされ、駆動ユニット１０４を介して電源１０２に結線され得る環状一次コイル１１２を含む。駆動電極は、例えば、高周波発振電圧源を提供するスイッチユニットを含み得る。
【００６６】
ピンレス電源プラグ１２０は、ピンレス電源ジャック１１０の一次コイル１１２と誘電結合して、本質的に変圧器である電力転送結合を形成するように構成された環状二次コイル１２２を含む。任意選択的に、一次強磁性コア１１４がピンレス電源ジャック１１４内に設けられ、二次強磁性コア１２４がピンレス電源プラグ１２０内に設けられて、エネルギー転送効率を向上させる。
【００６７】
従来技術による既知のピン付き電源結合は平坦な平面内に容易に組み込むことができないことが理解されるであろう。あらゆるピン付き結合の性質は、電力結合を保証するために、ピンを挿入することができるソケットを必要とするというものである。これとは対照的に、本発明の第２の実施形態のピンレス電源結合１００は、ピン又はソケットを有さず、そのため、壁、床、天井、卓上、ワークベンチ、キッチン作業面、棚、ドア等の平坦な表面１３０の給電に都合がよいであろう場所の外面の背後に組み込むことができる。
【００６８】
第２の実施形態の一次コイル１１２は環状の構成であるため、二次コイル１２２への一次コイル１１２の位置合わせは、ピンレス電源プラグ１２０の角度向きから独立していることに特に留意されたい。これにより、ピンレス電源プラグ１２０を、ユーザのニーズに適する任意の都合のよい角度でピンレス電源ジャック１１０に結合することができ、実際に、使用中に回転することが可能である。
【００６９】
例えば、視覚的表示ユニット（ＶＤＵ）は、作業机内に組み込まれた第２の実施形態のピンレス電源ジャック１１０に位置合わせされた第２の実施形態のピンレス電源プラグ１２０を介して電気を引くことができる。コイル１１２、１２２の環状構成により、ＶＤＵの角度は、ピンレス結合１００を破ることなく調整することができる。
【００７０】
従来技術による誘電結合システムは、容易に回転可能ではない。例えば、部分的な回転を達成するために、Ｓａｂｏに付与された（特許文献３）に記載のシステムは、可撓性ワイヤ又はブラシによってコイルを非導電性環状容器の本体上の同心状の整流子に接続する必要がある。そうであっても、Ｓａｂｏのシステムでは、コイル間角度の約半分のみの回転しかできない。これとは対照的に、本発明の第２の実施形態のピンレス電源プラグ１２０は、電源結合１００を連続して維持しながら、環状一次コイル１１２の中心軸を中心として３６０度又はそれ以上の回転が可能である。
【００７１】
誘電エネルギー転送が、強磁性コア１１４、１２４の導入によって著しく向上することが分かっている。結合１００の最適化により、標準のランプ、コンピュータ、キッチン家電等の適切な電気負荷が、例えば、１０Ｗ〜２００Ｗの範囲の電力を引くことができる。
【００７２】
本発明の各種実施形態による図２ａのピンレス電源ジャック１１０の３つの例示的な応用例を図２ｂ〜図２ｄに示す。図２ｂを参照して、電力コード１２１ａによって第１のピンレス電源プラグ１２０ａに接続されたコンピュータ１４０ａを示す。ピンレス電源プラグ１２０ａは、卓上１３０に埋め込まれたピンレス電源ジャック１１０に誘電結合される。それにより、ピンレス電源プラグ１２０ａは、電力をピンレス電源ジャック１１０から引き込み、コンピュータ１４０ａの給電、そのオンボード電池等の充電、又は両方を行うことができる。充電電圧及びコンピュータへの給電電流等のパラメータは、コンピュータのモデルに依存するため、ピンレス電源プラグ１２０ａは、通常は５〜２０Ｖの範囲の電圧を提供するように適合することができ、最高で２００Ｗの電力を転送することができる。代替又は追加として、各種用途の各種電力レベルを転送する種々のピンレス電源ジャック及び／又はピンレス電源プラグを提供してもよい。
【００７３】
図２ｃを参照して、第２のピンレス電源プラグ１２０ｂに一体化された光ソケット１２１ｂに接続された電球１４０ｂを示す。ピンレス電源プラグ１２０ｂは、ピンレス電源ジャック１１０に位置合わせされることによってピンレス電源ジャック１１０に誘電結合し、電力を直接電球１４０ｂに供給することができる。電源プラグ１２０ｂによって提供されるべき電圧及び電力が特定の電球１４０ｂの定格に依存することに留意する。電源ジャック１１０は、閃光型電球には１〜１２Ｖ、北米での主な電球には１１０Ｖ、又は欧州の主な電球には２２０Ｖ等の適切な電力レベル及び電圧を提供するように構成することができる。代替として、プラグ１２０ｂ内の二次コイルは、電圧の送達及び電圧の逓減の両方を行い得る。
【００７４】
これより図２ｄを参照して、従来の電力ソケット１４０ｃを有し、従来のピン付きプラグを有する従来の電力ケーブル（図示せず）を使用する電気負荷（図示せず）を差し込むことができるピンレス電源プラグアダプタ１２０ｃを示す。ピンレスプラグアダプタ１２０ｃは、平坦な表面１３０内に埋め込まれた電源ジャック１１０に結合されて示される。ピンレス電源プラグアダプタ１２０ｃをピンレスジャック１１０に結合することができ、それにより、ピン付きプラグを有する従来の電気装置に電力を供給することができることに留意する。ピンレス電源プラグアダプタ１２０ｃは、通常、北米では主な電圧信号１１０Ｖ  ＡＣ又は欧州では２２０Ｖを提供するように構成されるが、必要であれば、内部整流器を介するＤＣ電圧を含む他の電圧を提供することができる。
【００７５】
ピンレス電源結合１００に使用される誘電コイル１１２、１２２は、巻かれた線で作られてもよく、又は例えばスクリーン印刷若しくはエッチング等の種々の技法によって製造されてもよい。
【００７６】
図３ａ及び図３ｂは、本発明の第３の実施形態による例示的な誘電コイル１２００を概略図及び分解組立図のそれぞれで概略的に示す。誘電コイル１２００は環状の形態であり、ピンレス電源ジャック１１０内の一次コイル１１２又はピンレス電源プラグ１２０内の二次コイル１２２としての使用に適する。コイルは、コイルの全体サイズにわたって特に良好な結合を提供することに留意する。誘電コイル１２００は、複数の導電性リング１２０２ａ〜１２０２ｅを基板１２１４上に積層することによって形成される。誘電コイル１２００は、基板１２１４上の２つの点接点１２１２ａ、１２１２ｂと接触している。各導電性リング１２０２は、スプリットリング１２０４の中心から半径方向に突出し、絶縁ギャップ１２１０のいずれかの側に配置される前端突出接点１２０８及び後端突出接点１２０６を有する。
【００７７】
誘電リング１２０２ａ〜１２０２ｅは、各リングが、各リングに隣接するリングから絶縁されるように積層される。導電性リング１２０２内の絶縁ギャップ１２１０は、最初のリング１２０２ａの前端突出接点が２番目のリング１２０２ｂの後端突出接点１２０６ｂと接触するように構成される。そして、２番目のリング１２０２ｂの前端突出接点１２０８ｂは、３番目のリング１２０２ｃの後端突出接点１２０６ｃに接触し、すべてのリング１２０２ａ〜ｅが一緒になって積層して、誘電コイル１２００を形成するまで同様のことが続く。最後のリング１２０２ｅの前端突出接点及び最初のリング１２０６ａの後端突出接点は延出して、基板１２１４上の接点１２１２ａ、１２１２ｂと電気接点を形成する。この構成が、特に、強磁性コア、磁気的位置合わせ機構（以下に示す）及び／又は光学信号転送システム（以下に示す）に対応する自由中心軸１２０３を有する環状誘電コイル１２００を生み出すことが理解されるであろう。
【００７８】
個々のリング１２０２ａ〜ｅは、回路サンドイッチ（circuit sandwiching）、回路プリント、二次加工プリント（fabrication printing）、回路エッチング、スタンピング等の種々の技法によって製造することができる。図３ａ及び図３ｂに示される第３の実施形態の誘電コイル１２００は単に５つのリング１２０２ａ〜ｅからなるが、このようにして誘電コイルを形成するために積層され得るリングの数は大きく変更されてもよく、その寸法についても同様であることに理解されるであろう。したがって、所望の属性を有する誘電コイルを形成することができる。
【００７９】
位置合わせ機構
電源結合１００の効率は、ピンレス電源プラグ１２０の二次コイル１２２とピンレス電源ジャック１１０の一次コイル１１２との位置合わせに依存する。実質的に平坦な表面１３０が、ガラス又は例えばＰＭＭＡ等の非晶質プラスチック等の透明材料から製造される場合、ユーザは、ピンレス電源プラグ１１０を直接見ることができ、そのため、直接の視覚的観察によってピンレスプラグ１２０をピンレスジャック１１０に位置合わせすることができる。しかし、実質的に平坦な表面１３０が不透明な場合、代替の位置合わせ機構２００が必要であり得る。このような位置合わせ機構２００は、例えば、触覚的、視覚的、及び／又は可聴的なインジケーションを含み得る。
【００８０】
触覚的な位置合わせ機構
これより図４ａ〜図４ｃを参照して、本発明の各種実施形態による３つの例示的な触覚的な機構２１０、２２０、２３０を示す。特に図４ａを参照して、第１の触覚的位置合わせ機構２１０が示され、ピンレス電源ジャック１１０は、環状一次コイル１１２によって囲まれた中央磁気スナック２１２を含み、対応するピンレス電源プラグ１２０は、環状二次コイル１２２によって囲まれた中央磁気アンカー２１４を含む。
【００８１】
この実施形態の一次コイル１１２は一次導電線１１３、好ましくは、一次強磁性コア１１４に巻かれたリッツ線からなり、二次コイル１２２は二次導電線１２３、好ましくは、ここでも、二次強磁性コア１２４に巻かれたリッツ線からなる。位置合わせされると、一次強磁性コア１１４及び二次強磁性コア１２４は、一次コア１１２と二次コア１２２との間の磁束リンクを増大させる磁気結合を形成し、それらの間で電気エネルギーをより効率的に送信できるようにする。
【００８２】
中央磁気スナッグ２１２は、二次コイル１２２がピンレス電源ジャック１１０の一次コイル１１２に最適に位置合わせされたときに、ピンレス電源プラグ１２０によって担持される磁気アンカー２１４と係合するように構成される。磁気アンカー２１４と磁気スナッグ２１２との誘引を操作者が感じることができ、それにより、位置合わせの触覚的インジケーションが提供されることが理解されるであろう。さらに、アンカー−スナッグ構成は、一旦係合すると、ピンレス電源ジャック１１０に位置合わせされたままピンレス電源プラグ１２０をロックするようにも機能する。中央円形磁気スナッグ２１２と同心の環状一次コイル１１２との組合せにより、位置合わせがずれることなく中心軸を中心として中央磁気アンカー２１４を有するプラグ１２０を回転させ、ひいては任意の向きで位置合わせすることが可能である。
【００８３】
第２の触覚的位置合わせ機構２２０が図４ｂに示され、ピンレス電源ジャック１１０は、一次コイル１１２の周囲の４点に配置された４つのコーナー磁気スナッグ２２２ａ〜ｄを含み、一次導電線１１３が一次強磁性コア１１４に巻かれる。４つのコーナー磁気スナッグ２２２ａ〜ｄは、一次コイル１１２と二次コイル１２２とが位置合わされされたときに、ピンレス電源プラグ１２０によって担持される４つのコーナー磁気アンカー２２４ａ〜ｄと磁気的に結合するように構成される。
【００８４】
二次コイル１２２の回転がエネルギー転送を妨げる恐れがあるか、又は望ましくない場合、複数の磁気スナッグ２２２を使用して、中心軸を中心としたプラグ１２０の回転を４つの特定の位置合わせ角度に制限することができる。コンパスの各方位点において、二次強磁性コア１２４は、一次強磁性コア１１４に向けられ位置合わせされる。こうして提供される一次強磁性コア１１４及び二次強磁性コア１２４は、一次コイル１１２と二次コイル１２２との間の磁束リンクを増大させる磁気結合を形成し、それらの間で電気エネルギーをより効率的に送信できるようにする。複数の磁気スナッグ２２２及び磁気アンカー２２４の数及び構成が、各種の複数の離散した位置合わせ角度を提供するように選択され得ることが理解されるであろう。
【００８５】
図４ｃを参照して、第３の触覚的位置合わせ機構２３０を示し、ピンレス電源ジャック１１０は、一次コイル１１２と同心の環状磁気スナッグ２３２を含む。環状磁気スナッグ２３２は、ピンレスプラグ１２０内の二次コイル１２２と同心の環状磁気アンカー２３４と係合するように構成される。環状構成は、電力転送を調整するために、光信号システムの光送信器３１０及び光受信器３２０に適応するために使用され得る自由中心軸を提供する。第３の触覚的位置合わせ機構２３０は、プラグ１２０が、一次コイル１１２と二次コイル１２２との位置合わせをずらすことなく、又は光信号システムの光送信器３１０と光受信器３２０との位置合わせをずらすことなく、その中心軸を中心として回転できるようにする。したがって、電源プラグ１２０は、要件に合うように任意の角度に向けることが可能である。
【００８６】
磁気結合のために、ジャック内の永久磁石又は電磁石が、誘引力をプラグ内の二次永久磁石又は二次電磁石に対して及ぼし得ることが理解されるであろう。代替として、プラグは、それ自体ではない磁石ではないが、磁石に誘引される強磁性材料片が装着され得る。さらに、ジャックは、磁石に誘引される鉄片を含み得、プラグに、永久磁石又は電磁石が提供され得る。この説明として、図５ａ〜図５ｈを参照して、ピンレス電源プラグ１２０をピンレス電源ジャック１１０に結合する際に使用される８つの代替の磁気的位置合わせ機構を示す。永久磁石スナッグ２４１は、永久磁気アンカー２４４、電磁アンカー２４５、又は強磁性要素２４６のいずれかに結合し得る。電磁スナッグ２４２は、永久磁気アンカー２４４、電磁アンカー２４５、又は強磁性要素２４６のいずれかに結合し得る。強磁性スナッグ２４３は、永久磁気アンカー２４４又は電磁アンカー２４５に結合し得る。
【００８７】
ピンレス電源ジャック１１０の一次強磁性コア１１４がそれ自体、強磁性スナッグ２４３として機能し得ることに留意する。代替として、一次コイル１１２は電磁スナッグ２４２として機能し得る。ピンレス電源プラグ１２０の二次強磁性コア１２４が強磁性アンカー２４６として機能し得ることにさらに留意する。代替として、二次コイル１２２は電磁アンカー２４５として機能し得る。
【００８８】
好ましい磁気的位置合わせ構成が、永久磁気アンカー２４４に結合するように構成された永久磁気スナッグ２４１を示す図５ａに示される。磁気スナッグ２４１及び磁気アンカー２４４の向きは、対向する端部が逆の極性を有し、それにより、相互に誘引されるようなものである。特定の実施形態では、２つの別個の種類のピンレス電源ジャック１２０が設けられて、２つの別個の種類のピンレス電源プラグ、例えば、高電力結合及び低電力結合と結合することに留意する。このような実施形態では、例えば、低電力プラグが高電力ジャックと位置合わせされることを回避することが重要である。磁気アンカーは、各種の結合に逆の極性を使用することによって誤った結合を回避し得る。したがって、低電力プラグは、例えば、低電力ジャック上の南を指す磁気スナッグと係合する北を指す磁気アンカーを有し得、高電力プラグは、高電力ジャック上の北を指す磁気スナッグと係合する南を指す磁気アンカーを有し得る。この実施形態の低電力プラグが高電力ジャックの近傍に配置された場合、北を指す磁気アンカーは北を指すスナッグと反発し、結合を位置合わせすることができない。
【００８９】
磁気的機構から離れて、吸着器、マジックテープ構成、凸凹構成等の他のアンカー−スナッグ型の触覚的位置合わせ手段を代替として使用してもよいことが理解されるであろう。同様に、これらは、共通の表面内の選択された異なる電源ジャックのみと選択的に結合するように設計してもよい。
【００９０】
視覚的位置合わせ機構
図６ａ〜図６ｅを参照して、ピンレス電源プラグ１２０の例示的な視覚的位置合わせ機構を示す。図６ａ〜図６ｃは、２つのインジケータＬＥＤ：大まかな位置合わせを示すオレンジＬＥＤ２５２及び細かい位置合わせを示すグリーンＬＥＤ２５４からなる第１の視覚的インジケータ２５０を有するピンレス電源プラグ１２０を示す。ピンレス電源ジャック１１０は、不透明表面１３０の下に隠される。図６ａは、２つのインジケータＬＥＤのうちのいずれもアクティブ化されていないピンレス電源ジャック１１０から離れたところにあるピンレス電源プラグ１２０を示す。図６ｂは、ピンレス電源ジャック１１０と部分的に位置合わせされたピンレス電源プラグ１２０及び点灯されたオレンジインジケータＬＥＤ２５２を示す。これは、プラグ１２０がピンレス電源ジャック１１０の近傍にあるが、ピンレス電源ジャック１１０と適宜位置合わせされていないことをユーザに警告する。図６ｃを参照すると、ピンレス電源プラグ１２０がピンレス電源ジャック１１０と最適に位置合わせされたとき、グリーンインジケータＬＥＤ２５４がアクティブ化されて、プラグ１２０と（隠されている）ジャック１１０とが適宜位置合わせされ、最適な電力転送が可能なことをユーザに通知する。
【００９１】
図６ｄは、ストリップ２６０内に複数のＬＥＤからなる第２の視覚的インジケータを示す。より多数のＬＥＤが近接度を漸次的に示すより多くの程度に提供され、ユーザが隠されたジャックにホームインするのを助けることが理解される。ＬＥＤの代替又は追加として第３の視覚的インジケータを示す図６ｅを参照して、ＬＣＤディスプレイ２６５は、位置合わせの程度のインジケータを提供することに加えて、例えば、プラグに結合された負荷によって消費される電流のインジケーションも提供する代替の視覚的インジケータを提供することができる。
【００９２】
ＬＥＤの性質により、ＬＥＤは照明されるか、又は照明されないかのいずれかであるが、近接度データは、点滅、頻度等によって符号化することができる。他の種類のインジケータランプに供給される電力の強度を使用して、結合の程度を示すことができ、又は点滅するインジケータランプを、点滅の頻度が位置合わせの程度を示すように提供してもよい。実際に、負荷が白熱光源等である場合、位置合わせ不良によって目に見える減光効果が発生するため、それを位置合わせのためにそのまま使用してもよい。
【００９３】
ジャック−プラグ位置合わせのために、プラグ搭載の視覚的インジケータの代替又は追加として、表面搭載視覚的インジケータを提供してもよい。したがって、図７ａ〜図７ｄを参照して、ピンレス電源ジャック１１０が埋め込まれた平坦表面１３０上に配置された例示的な各種の視覚的位置合わせ機構を示す。第４の視覚的インジケータを示す図７ａでは、マーク２７０が、隠されたピンレス電源ジャック１１０の真上の第１の平坦表面１３０上に作られている。これにより、ユーザは、プラグをマーク２７０、ひいては隠されたジャックに物理的に位置合わせできるようにする。図７ｂは、表面１３０内に埋め込まれた２つのインジケータＬＥＤからなる第５の視覚的インジケータ２７２を示す。これは、必要に応じて変更が加えられて、図６ｂ及び図６ｃの実施形態と同様に働き、位置合わせのより細かい漸次的インジケーションを提供する。同様に、図７ｃは、位置合わせを示すために表面１３０内に埋め込まれたストリップ内の複数のＬＥＤからなる第６の視覚的インジケータ２７４を示し、図７ｄは、表面１３０内に埋め込まれたＬＣＤディスプレイからなる第７の視覚的インジケータ２７６を示す。
【００９４】
可聴的位置合わせ機構
代替又は追加として、非視覚的位置合わせ手段を提供してもよく、例えば、可聴信号は、視覚的には得ることが困難な位置合わせを助け得る。ブザー２８０は、例えば、トーン、ピッチ、音量、音質、ビープ周波数等によって位置合わせの近接度の漸次的なインジケーションを提供するように構成することができる。代替として、可聴的位置合わせ手段は、表面１３０内に埋め込まれ、位置合わせされたいか否か、及び位置合わせの程度を示すように鳴るように構成されたブザー２８５を示す図８ｂに示すように表面搭載されてもよい。
【００９５】
電力調整
効率的な電力転送は調整を必要とする。電圧、電流、温度等の二次コイル１２２に提供される電力の特徴を調整するために、装置から電源ジャック１１０へのフィードバックが望ましい。本発明のさらなる実施形態によれば、電力調整器３００は、通信チャネルを負荷に結線された電源プラグ１２０と電源ジャック１１０との間に提供する。
【００９６】
第１の例示的な電力調整器３００を図９に示す。発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光送信器３１０は、ピンレス電源プラグ１２０内に組み込み、ピンレス電源プラグ１２０のケース１２７と実質的に平坦な表面１３０の遮蔽層１３２の両方を透過可能な種類及び強度の電磁放射線を送信するように動作的に構成することができる。表面層１３２を透過する電磁放射線を受信するフォトダイオード、フォトトランジスタ、光依存抵抗等の光受信器３２０が、ピンレス電源ジャック１１０内に組み込まれる。好ましい実施形態では、光送信器３１０及び光受信器３２０は、環状一次コイル１１２の軸に沿って構成される。これにより、ピンレス電源プラグ１２０の３６０度の回転を通して位置合わせを維持することが可能になる。
【００９７】
多くの材料が赤外線光に対して部分的に半透明であることに留意する。ＬＥＤ等からの比較的低い強度の赤外線信号が、数百ミクロンのプラスチック、厚紙、フォーマイカ、又は紙シート等の一般的な材料を、このような材料の０．１ｍｍ〜２ｍｍのシートの背後にあるフォトダイオード、フォトトランジスタ、光依存抵抗等の光受信器３２０が信号を受信して処理できるのに十分な程度まで透過することが分かっている。例えば、８５０ｎｍで２４度にわたって送信するＡｖａｇｏ  ＨＳＤＬ−４４２０ＬＥＤからの信号は、０．８ｍｍフォーマイカシートの背後にあるＥｖｅｒｌｉｇｈｔ  ＰＤ１５−２２Ｃ−ＴＲ８  ＮＰＮフォトダイオードによって検出可能である。信号伝達のために、高度の減衰に耐えることができ、送信された信号強度のごくわずか、例えば０．１％の透過であっても十分であり得る。したがって、性外線信号を使用して、木、プラスチック、フォーマイカ、ベニヤ、ガラス等の数百ミクロンの一般的なシート材料によって互いに直流的に絶縁された通信チャネルを一次ユニットと二次ユニットとの間に提供することができる。
【００９８】
中間表面層が赤外線に対して不透明である場合、特に中間表面層が比較的厚い場合、信号を光受信器３２０にガイドする光路を提供することができる。通常、光路は、光ファイバ等の導波管であり、代替として、光受信器３２０は、表面の前面の開口の背後に配置し、半透明窓で覆うことができる。
【００９９】
誘導結合では、通信チャネルを使用して、データを一次コイルと二次コイルとの間でデータを転送することができる。転送されたデータを使用して、例えば、電力転送を調整することができる。通常、信号は、以下のリストのうちの１つ又は複数の項目に関する符号化データを搬送する。
・電気負荷の存在、
・電気負荷の所要動作電圧、
・電気負荷の所要動作電流、
・電気負荷の所要動作温度、
・電気負荷の実測動作電圧、
・電気負荷の実測動作電流、
・電気負荷の実測動作温度、又は
・ユーザ識別コード。
【０１００】
このような信号は、変圧器、ＤＣ−ＤＣ変換器、ＡＣ−ＤＣ変換器、ＡＣ−ＡＣ変換器、フライバック変成器、フライバック変換器、フルブリッジ変換器、ハーフブリッジ変換器、及びフォワード変換器等の本発明と併用可能な各種誘電エネルギー結合において有用であり得る。
【０１０１】
これより図１０を参照して、電力調整器３００の第２の実施形態による誘電電力転送を開始し調整する例示的な信号転送システムの主要な特徴を示すブロック図が提示される。ピンレス電源ジャック１１０等の誘電電力アウトレットは、表面層１３０によって誘電電力アウトレットから隔てられたピンレス電源プラグ１２０等の二次ユニットに結合されるように構成される。電力は、ピンレス電源プラグ１２０に結線された電気負荷１４０に転送される。
【０１０２】
ピンレス電源ジャック１１０は、一次誘電コイル１１２、ハーフブリッジドライバ１０３、マルチプレクサ３４１、一次マイクロコントローラ３４３、トーン検出器３４５、及び光受信器３４７を含む。ピンレス電源プラグ１２０等の二次ユニットは、二次コイル１２２、受信器３４２、二次マイクロコントローラ３４４、光送信器３４６、及び負荷接続スイッチ３４８からなる。
【０１０３】
誘電電力アウトレットの一次誘電コイル１１２は、マルチプレクサ３４１から駆動信号ＳＤを受信するハーフブリッジドライバ１０３によって駆動される。マルチプレクサ３４１は、初期化信号ＳＩ又は変調信号ＳＭのいずれかを選択する。初期化信号ＳＩは、二次ユニット１２０が存在するとき、誘電電力アウトレット１１０を活性化させる検出手段を提供する。一旦活性化されると、変調信号ＳＭは、電力アウトレット１１０から二次ユニット１２０への電力転送を調整する手段を提供する。
【０１０４】
二次ユニットの検出は、電力アウトレット１１０が活性化されていないときに、初期化信号ＳＩをマルチプレクサ３４１に断続的に送信する一次マイクロコントローラ３４３によって提供される。マルチプレクサ３４１は、初期化信号ＳＩをハーフブリッジドライバ１０３に中継し、これにより、低電力検出パルスが一次コイル１１２によって送信されることになる。二次ユニット１２０が誘電電力アウトレット１１０と位置合わせされた場合、低電力検出パルスが、表面層１３０を横切って二次コイル１２２に誘電的に転送される。受信器３４２は、この検出パルスを受信し、検出信号を二次マイクロコントローラ３４４に中継するように構成され、二次マイクロコントローラ３４４は、信号を負荷コネクタスイッチ３４８に送信して、負荷を接続し、二次ユニット１２０が所定位置にあることを確認する光信号を、表面層１３０を通して送信するように光送信器３４６をトリガする。光信号は、電力アウトレット１１０内の光受信器３４７によって受信され、次に、トーン検出器３４５に中継され、トーン検出器３４５は、確認信号を一次マイクロコントローラ３４３に送信する。一次マイクロコントローラ３４３は、次に、電力転送を調整する変調信号ＳＭを選択するようにマルチプレクサ３４１をトリガすることによって電力アウトレット１１０を活性化する。
【０１０５】
変調信号ＳＭは、光受信器３４７から直接来て、ハーフブリッジドライバ１０３のデューティサイクルの調整に使用される。二次ユニット１２０に転送された電力は、二次マイクロコントローラ３４４によって監視される。二次マイクロコントローラ３４４は、変調信号ＳＭを生成し、光送信器３４６に送信し、光送信器３４６は、デジタル光信号を送信する。こうして、変調信号ＳＭは、一次ユニット１１０の光検出器３４７によって受信され、マルチプレクサ３４１に中継され、ハーフブリッジドライバ１０３の調整に使用される。
【０１０６】
従来技術による誘電電力転送システムは、一次ユニット１１０からの電力を制御し調整する。これとは対照的に、電力調整器のこの第２の実施形態の特徴は、電力転送が、二次ユニット１２０から送信されるデジタル信号によって開始され調整されることである。本発明のこの実施形態の一利点は、調整信号が、負荷に結線されるピンレス電源プラグ１２０内の二次マイクロコントローラ３４４によって決定されることである。したがって、二次マイクロコントローラ３４４への導電性通信チャネルを使用して、アナログ信号を二次マイクロコントローラ３４４に送信し、電力転送を監視することができ、デジタル信号を使用して、ピンレス電源プラグ１２０とピンレス電源ジャック１１０との間で通信することができる。
【０１０７】
マルチコイルシステム
ピンレス電源ジャックへのピンレス電源プラグの位置合わせは、複数の誘電コイルを使用し、それにより、位置合わせロケーションの数を増やすことによって容易にすることができる。
【０１０８】
本発明のさらに別の実施形態による、拡張表面１３００を覆う電力配列１１００内に配置された複数のピンレス電源ジャック１１０ａ〜ｎを図１１ａに示す。電力配列１１００は、ピンレス電源プラグ１２０が、表面１３００上の複数のロケーションにある電源ジャック１１０と位置合わせできるようにする。矩形配置が図１１ａに示されるが、例えば、六角形の閉じた配置等の他の構成も好ましいであろうことに留意する。任意選択的に、複数の重なった電源ジャック１１０の層を提供してもよい。電源プラグは、任意の電源ジャック１１０ａ〜ｎと位置合わせして配置することができるため、その上の殆どどのロケーションに配置されたプラグ１２０にも、又はさらには電源配列１１０上で移動するプラグにさえも電力を提供することができる給電表面を提供することができる。
【０１０９】
図１１ｂを参照して、複数の埋め込みジャックを含む単一の電源配列１１００上に配置された２つのピンレス電源プラグ１２０Ａ、１２０Ｂを示す。プラグ１２０Ａ、１２０Ｂは、矢印で示されるように、表面１３０に平行して自由に移動する。電源配列１１００に沿って移動するプラグ１２０がジャック１１０に近づくにつれて、１２０に関連するアンカー２１４は、ジャック１１０に関連するスナッグ２１２と結合し、それにより、一次コイル１１２は二次コイル１２２と位置合わせさせる。
【０１１０】
電源プラグ１２０Ａが２つのジャック１１０ｋと１１０ｌとの間にある場合、アンカー２１４ａはいかなるスナッグ２１２とも係合しない。結果として、電源プラグ１２０Ａの二次コイル１２２Ａは、いかなる一次コイル１２２とも位置合わせされない。このような状況では、例えば、オレンジＬＥＤインジケータ２５２Ａを使用して、プラグ１２０Ａが位置コイル１１２の近傍にあるが、最適に位置合わせされていないことをユーザに示すことができる。電源プラグ１２０Ｂが、アンカー２１４Ｂが電源ジャック１１０ｂ内に埋め込まれたスナッグ２１２ｂと係合するように電源ジャック１１０ｂとそのまま並んで置かれる場合、二次コイル１２２Ｂは、ジャック１１０ｂの一次コイル１１２ｂと最適に位置合わせされ、これは、例えば、グリーンＬＥＤインジケータ２５４Ｂで示すことができる。
【０１１１】
これより、本発明の別の実施形態による、複数の二次コイル１２０２ａ、１２０２ｂが設けられた電源プラグ１２００を示す図１１ｃを参照する。効率的な誘電電力転送は、電源プラグの二次コイル１２０２のいずれか一方が任意の一次コイル１１２と位置合わせされたときに行うことができる。Ｓａｂｏに付与された（特許文献３）に記載の二重コイルプラグ等の既知のマルチコイル電源プラグが、２つの二次小オイルが両方とも一次コイルに同時に結合されるように、明確且つ回転不可能である必要があることに留意する。従来技術とは対照的に、本発明の本実施形態のマルチコイル電源プラグ１２００では、一時に１個のみの二次コイル１２０２が、１個の一次コイル１１０と位置合わせされる。それにより、位置合わせは任意の角度で達成することが可能であり、マルチコイル電源プラグ１２００は、一次コイル１１０の軸Ｘを中心として３６０度又はそれ以上、回転することができる。
【０１１２】
さらに、マルチコイル電源プラグ１２００では、二次コイル１２０２の間隔は、有利なことに、電力プラットフォーム配列１１００のコイル間隔と異なるように選択することができる。この場合、マルチコイル電源プラグ１２００を電源表面１１００上で横方向に移動することができ、電源配列１１００の駆動ユニットは、マルチコイル電源プラグ１２００の最も近くに配置された一次コイルを活性化することができる。マルチコイル電源プラグ１２００が横方向に移動されると、二次コイル１２０２ａ、１２０２ｂは両方とも、それらの近傍にある一次コイルから電力を受け取る。二次コイル１２０２ａ、１２０２ｂの両方に転送された電力は、ダイオード合算（diode summation）を経て、合計電圧出力を生成する。２つの二次コイル１２０２ａ、１２０２ｂは決して両方とも同時に位置合わせされないため、合計出力電圧は平滑化され、移動している電源プラグへの電力転送に通常関連する電力変動を回避することができる。これは、全体的な効率を増大させるとともに、電源配列１１００に提供される電力を大きく変動させる必要性を低減する。
【０１１３】
誘電電力転送モデルをシミュレーションして、コイル間隔８．８ｃｍの電源表面からの複数の二次コイルへの電力の転送効率を測定した。電圧が、４．４ｃｍ（表面コイル間隔の半分）だけ離間された一対の二次コイルに最も近い一次コイルのみに印加される場合、二次コイル対に転送された総エネルギーの効率は、二次コイル対が表面に沿って横方向に並進移動した場合、８０％未満にはならなかった。この効率は、例えば、互いから２．９ｃｍのところに配置された二次コイルの三つ組みと同時に、二次コイルの数を増やすことによってさらに向上し、９０％の効率が達成された。
【０１１４】
多層電源表面が提供される本発明の他の実施形態では、一次コイル配列の各層が、例えば、表面コイル間隔の半分だけ互いにずらされる。単一コイルのピンレス電源プラグを多層電源表面上に配置することができ、電源表面の駆動ユニットは、層に関係なく、電源プラグの二次コイルとの位置合わせの最も近くに配置された多層電源表面内の一次コイルのみを活性化するように構成される。このようにして、電圧、効率、及び受信コイルに転送される電力は大きく安定化される。
【０１１５】
電源配列１１００は、給電に都合がよい任意の平坦表面１３００内に組み込むことができる。このような表面としては、壁、床エリア、天井、卓上、ワークベンチ、キッチン作業面、及びカウンタートップ、棚、ドア、並びにドアパネル等が挙げられる。
【０１１６】
例えば、図１２ａは、例示的な水平電源配列１１００及び接続ケーブル１２１ａによってコンピュータ１４０ａに電気的に結合されたピンレス電源プラグ１２０ａを示す。ピンレス電源プラグ１２０ａは電源配列１１０上に配置され、電源配列１１０内のピンレス電源ジャック１１０に誘電結合される。コンピュータ１４０ａに供給される電力は、コンピュータ１４０ａに直接給電し、且つ／又はコンピュータ１４０ａの充電式電池を充電し得る。ピンレス電源プラグ１２０ａがケーブル１２１ａによって接続された図１２ａの配置は、通常、コンピュータ１４０ａを電源に接続する際に必要な配線及びケーブル１２１ａの長さ及び数を低減し、したがって、このような配線が邪魔であり、見苦しく、且つ一般に不便である会議室等において有益であり得る。代替として、ピンレス電源プラグ１２０ａをコンピュータ１４０ａに一体化してもよく、それにより、接続ケーブル１２１ａがすべて不要になることに留意する。
【０１１７】
図１２ｂは、例えば、天井に固定される、反転された水平の例示的な電源配列１１００を示す。電球１４０ｂを収容する光ソケット１２１ｂを担持した２つのピンレス照明プラグ１２０ｂが示される。照明プラグ１２０ｂは可動であり、電源配列１１００の複数のピンレス電源ジャック１１０のうちの任意の１つに結合することができる。好ましい実施形態では、照明プラグ１２０ａによって担持される強磁気アンカー２１４は、電源配列１１００内に埋め込まれた磁気スナッグ２１２に対して、照明プラグ１２０ａの重量を支持するのに十分な強度の力を及ぼす。このようにして、ピンレス照明プラグ１２０ａは、容易に移動して、電源配列１１００の周囲の異なる複数のロケーションに再び取り付けることができる。
【０１１８】
図１２ｂに示す電源配列１１００が反転され、電球１２０ｂをその下に吊り下げられることに留意する。部屋の照明等の多くの照明用途では、頭上の照明が高さのより低い照明以外の物体によって邪魔される可能性が低いため、このような構成が好ましい。しかし、照明電源表面は、垂直に吊してもよく、又は壁に埋め込んでもよく、実際に足の下に配置してもよく、任意の他の向きで配置されてもよい。
【０１１９】
家庭用の白熱電球が一般に、１０ワット〜１５０ワットの範囲の電力を必要とするため、照明プラグ１２０ｂがこの電力の電気を供給することが望ましいことに留意する。この電力範囲のエネルギーの誘電伝送は、本明細書において説明した図３ａ及び図３ｂの構成に示されるような高効率コイルの効率的な位置合わせによって可能になる。蛍光電球、ＬＥＤ等の低電力照明ソリューションは通常、より低い電力プラグを使用する。
【０１２０】
図１２ｃを参照して、例えば、部屋の壁に埋め込まれてもよく、又はキャビネットの側面若しくは他の垂直表面に取り付けられてもよい、例示的な垂直電源配列１１００ｃを示す。電源配列１１００ｃは、電気負荷を誘電電源ジャック１１０に結合し、それにより、電力を電気負荷に提供するために、電源ケーブル（図示せず）に接続されたピン付きプラグを差し込むことができる可動電源アウトレット１２０ｄを提供するために使用される。
【０１２１】
２つの可動電源アウトレット１２０ｄも示される。各アウトレット１２０ｄは磁気アンカー２１４を含み、磁気アンカー２１４は、垂直電源配列１１００ｃに埋め込まれた磁気スナッグ２１２に結合されたときに可動電源アウトレット１２０ｄの重量を支持するのに十分な強度のものであり得る。したがって、このような電源アウトレット１２０ｄは、垂直電源配列１１００ｃの周囲を自由に移動し、ピンレス電源ジャック１１０に位置合わせされた任意の位置に配置することができる。さらに、垂直電源配列１１００ｃが図１２ｃに示されるが、可動電源アウトレット１２０ｄを電源配列１１００に任意の向きで結合し得ることが理解されるであろう。
【０１２２】
図１３は、中間層を介して一次ユニットと二次ユニットとの間で光信号を転送する方法を示すフローチャートである。この方法は以下のステップを含む。すなわち、光送信器が二次ユニット内に組み込まれる−ステップ（ａ）、光受信器が一次ユニット内に埋め込まれる−ステップ（ｂ）、光送信器が、表面層を透過可能な種類及び強度の電磁放射線を送信する−ステップ（ｃ）、及び光受信器が電磁放射線を受信する−ステップ（ｄ）。
【０１２３】
このような方法は、上記電気負荷の少なくとも１つの動作パラメータを監視し、監視されたパラメータデータを上記光信号に符号化することにより、誘電結合を介して電力転送を調整する調整信号の送信に適用可能であり得ることが理解されるであろう。同様に、電気負荷の存在、その電力要件、動作電圧、動作電流、動作温度等に関するデータも通信することができる。
【０１２４】
本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定され、本明細書において上述した各種特徴の組合せ及び副次的な組合せの両方、並びに上記説明を読んだ上で当業者が思い付くその変形及び変更を含む。
【０１２５】
特許請求の範囲では、言葉「備える」及び「備えている」、「備え」等のその変形は、列挙された構成要素が含まれることを示すが、一般に、他の構成要素の除外を示さない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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