(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の磁界発生器回路を備えるベースユニットと、
前記ベースユニットから分離可能な装置であって、該装置が前記第１の磁界発生器回路のうちの１つの近傍にある場合に電力を誘導的に受信する受信インダクタを有する装置と、
を有し、
前記第１の磁界発生器回路が、送信領域を形成する面内に配置され、前記ベースユニットは、前記第１の磁界発生器回路のうちから送信回路を、前記受信インダクタが該送信回路の近傍にある場合に決定するコントローラを有し、前記送信回路は前記受信インダクタに電流を誘起させるために第１位相を持つ第１磁界を発生するように動作され、前記送信領域の周辺部に配置された第２の磁界発生器回路は前記第１位相とは反対の位相を持つ第２磁界を発生する補償回路として動作される、
無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記送信回路及び前記少なくとも１つの補償回路が、前記第１磁界の磁束の大きさが前記第２磁界の磁束の大きさに対応するように動作される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の磁界発生器回路が、各々、前記磁界を発生するための複数の巻線を備えるコイルを有する請求項１又は請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記送信回路の前記巻線の数が、前記少なくとも１つの補償回路の巻線の数に対応する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の磁界発生器回路の各々が、前記コントローラに接続されて前記受信インダクタの対応する第１の磁界発生器回路への接近を検出するための関連する検出器を有する請求項１ないし４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記検出器がＲＦＩＤ検出器であり、前記装置がＲＦＩＤタグを有する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記ベースユニットが、前記コントローラに接続されて前記磁界を感知するセンサを有し、これにより、前記補償回路が前記送信回路の遠磁場を最小にするように動作される請求項１ないし６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載のシステムに使用するための装置。
【請求項９】
送信領域を形成する面内に配置された複数の第１の磁界発生器回路と、
前記第１の磁界発生器回路のうちから送信回路を、受信インダクタが該送信回路の近傍にある場合に決定するコントローラと、
を有し、前記送信回路は前記受信インダクタに電流を誘起させるために第１位相を持つ第１磁界を発生するように動作され、前記送信領域の周辺部に配置された第２の磁界発生器回路は前記第１位相とは反対の位相を持つ第２磁界を発生する補償回路として動作される、
無線電力伝送システムに使用するためのベースユニット。
【請求項１０】
複数の第１の磁界発生器回路を備えるベースユニットであって、前記第１の磁界発生器回路が、送信領域を形成する面内に配置される、ベースユニットと、
前記ベースユニットから分離可能な装置であって、該装置が前記第１の磁界発生器回路のうちの１つの近傍にある場合に電力を誘導的に受信する受信インダクタを有する装置と、
を有する無線電力伝送システムを動作させる方法であって、
前記第１の磁界発生器回路のうちの送信回路への前記受信インダクタの接近が決定され、
前記送信回路が、前記受信インダクタに電流を誘起させるために第１磁界を発生するよう動作され、
前記送信領域の周辺部に配置された第２の磁界発生器回路が、前記第１磁界とは反対の位相で第２磁界を発生する補償回路として動作される、
方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で実行された場合に請求項１０に記載の方法を実施するのを可能にするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータプログラムを有するデータ担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送システム及び斯かる無線電力伝送システムを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
"移動型"又は携帯型である電子装置は、今日、種々の商業的及び個人的用途のために使用されている。このような装置の例は、携帯電話、ノートブック型コンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）又は携帯音楽プレーヤを含む。上述した装置は、通常、再充電可能な電池により給電され、斯かる電池は当該装置を動作状態に維持するために定期的に再充電されねばならない。再充電するため又は外部電源を供給するために、各装置は、通常、専用の電源ユニットを有し、斯かる電源ユニットは当該装置に及び壁電源コンセントに接続されねばならない。殆どの装置は互いに互換性がないので、各装置に対して専用の電源ユニットが必要とされる。
【０００３】
使用されている斯様な装置の総数が増加しているという事実により、再充電過程の時間及び手間を低減する無線電源が開発されている。米国特許出願公開第2007/0182367号は、このような無線電源及び充電システムを開示している。再充電されるべき1以上の携帯装置を収容するための表面を持つベースユニットが設けられている。磁界を発生するために上記表面の下には幾つかのインダクタコイルが設けられ、上記磁界は各携帯装置の対応するコイルに電流を誘起させる。この電流を用いることにより、当該装置内の再充電可能な電池を容易に、且つ、再充電されるべき装置の各々に専用の電源ユニットを接続する過程なしで、再充電することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知のシステムは、このような装置を無線で再充電することを可能にするものの、ベースユニット内のインダクタコイルはかなり大きな漂遊磁界を発生し、該漂遊磁界はＥＭＣ感受性環境において問題を生じさせると共に、他の電子装置と望ましくない干渉を生じさせ得る。
【０００５】
従って、本発明の１つの目的は、漂遊磁界が低減される無線電力伝送システム及び斯かるシステムを動作させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、本発明によれば、請求項１に記載の無線電力伝送システム及び請求項１３に記載の無線電力伝送システムを動作させる方法により達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施例に関するものである。
【０００７】
本発明の基本的思想は、磁界により発生される誘導を用いて装置への電力の伝送を可能にするような無線電力伝送システムであって、磁界が当該装置の近傍の領域に、即ち近磁場に集中される一方、遠磁場は第２磁界により相殺され、これにより、有利にも漂遊磁界を低減し、かくして該システムの電磁両立性（ＥＭＣ：electromagnetic compatibility）を向上させるようなシステムを提供するというものである。
【０００８】
該無線電力伝送システムは、複数の磁界発生器回路を備えるベースユニットと、該ベースユニットから分離可能な少なくとも１つの装置であって、該装置が前記発生器回路のうちの１つの近傍にある場合に電力を誘導的に受信するように構成された受信インダクタを備える装置とを有する。
【０００９】
電力を伝送するために、上記磁界発生器回路のうちの少なくとも１つ（以下、"送信回路"と称する）は磁界を発生するように動作され、該磁界は上記装置の受信インダクタに電流を誘起する。効率的なエネルギ伝送を得るためには、上記装置、従って受信インダクタは、上記送信回路の物理的近傍に、即ち該送信回路の磁界の近磁場領域内に居なければならない。前記発生器回路が導体ループ又は巻線として設けられる場合、受信インダクタと送信回路との間の距離は、好ましくは、当該ループ又は巻線の直径の１／４までの範囲内でなければならない。
【００１０】
上記ベースユニットは、上記受信インダクタが上記送信回路の近傍にある場合に上記発生器回路から該送信回路を決定するように構成されたコントローラを更に有する。このようにして、該コントローラは、受信インダクタを備える装置が上記発生器回路のうちの１つの近傍にあり、従って無線電力伝送が必要であるか否かを個別に判定する。
【００１１】
該コントローラは、マイクロコントローラ又はコンピュータ等の、上記ベースユニットを制御するのに適した如何なるタイプのものとすることもできる。該コントローラは、好ましくは、上記ベースユニットの一体部分とすることができるが、該コントローラは、上記ベースユニットに有線及び／又は無線で接続された別体のコンピュータ等の外部ユニットとすることも可能である。
【００１２】
次いで、上記送信回路は、上記受信インダクタに電流を誘起するために、第１位相を持つ第１磁界、即ち第１位相の磁束を持つ第１磁界を発生するように動作される。この場合、上記電流は、当該装置において例えば該装置の電気若しくは電子部品に給電するために又は再充電可能な電池を充電するために供給することができる。
【００１３】
残りの発生器回路のうちの少なくとも１つは、前記第１位相とは反対の位相を持つ第２磁界、即ち前記第１位相とは反対の第２位相の磁束を持つ第２磁界を発生するための補償回路として動作される。本発明の文脈において、"反対の位相"なる用語によれば、上記第１位相に対して１８０°の位相差と理解される。該反対の位相により、上記第１及び第２磁界の磁束は、常に、反対の向きである。この様にして、第２磁界は遠磁場の領域において第１磁界を補償（相殺）するように作用し、これは、有利にも当該システムにより放出される漂遊磁界を低減する一方、近磁場領域における当該装置への効率的な電力伝送を可能にする。
【００１４】
斯かる遠磁場補償効果に加えて、前記発生器回路のうちの少なくとも１つの、前記第１磁界とは逆位相の第２磁界を得るための補償回路として動作は、近磁場領域における送信回路の磁束の大きさ（amplitude）を向上させ、かくして当該装置への誘導的電力伝送を更に改善することができる。この効果は、上記補償回路が、対応する送信回路の近くに又は隣接して配置される場合に特に大であり、従って、これが好ましい。
【００１５】
複数の装置に対する並列電力伝送のために、２以上の装置が、対応する送信回路の近傍にある場合、２以上の送信回路が同時に動作されることも当然可能である。この場合、上記補償回路は、第２磁界の位相が上記複数の送信回路の磁界の和の位相に対して反対となるように動作される。
【００１６】
更に、向上された補償効率のために、上記発生器回路のうちの２以上を補償回路として動作させることもできる。当該システムにおける送信回路又は補償回路として動作されない残りの発生器回路は、好ましくは、該システムの漂遊磁界を更に低減させるために弱い磁界をのみを発生させるように動作させることができる。最も好ましくは、斯かる残りの発生器回路はスイッチオフされる。
【００１７】
上述したように、第２磁界は、遠磁場領域における磁界の相殺を達成するために、前記第１位相とは反対の位相を有する。反対の位相を持つ上記第２磁界を得るために、従来既知の如何なる方法を使用することもできる。好ましくは、上記補償回路は、前記送信回路に供給される信号に対応するが、該信号とは反対の位相の、即ち１８０°位相がずらされた電気信号により動作される。
【００１８】
前記ベースユニットは、前記磁界発生器回路へ対応する磁界の発生のための電流を供給するために斯かる磁界発生器回路に接続された他の制御回路又は１以上の信号発生器等の他の構成部品を有することができる。
【００１９】
遠磁場の領域における磁界の相殺を向上された効率で達成するために、前記送信回路及び前記少なくとも１つの補償回路は、好ましくは、当該送信回路の磁束密度及び表面積に基づく第１磁界の磁束の大きさ（amplitude）が当該補償回路の磁束密度及び表面積に基づく第２磁界の磁束の大きさに対応するように動作される。この場合、上記第１及び第２磁界の磁気ダイポールモーメントの和は、遠磁場において相互に向上された効率で相殺する。前記送信回路及び前記少なくとも１つの補償回路がコイルとして設けられる場合、好ましくは、各コイルの磁束密度及び断面積に基づいて、第１磁界の磁束が第２磁界の磁束と対応するようにする。
【００２０】
本発明の文脈において、磁束に関する"対応する"なる用語は、第１磁界及び第２磁界の磁束の等しい大きさを含むのみならず、±５０％の、好ましくは±２０％の、より好ましくは±１０％の、及び±５％のずれも含むものと理解される。上記範囲内の磁束を選択する結果、遠磁場の一層合理的な低減が得られる。
【００２１】
２以上の送信回路又は２以上の補償回路の動作の場合、斯かる送信回路及び補償回路は、第１磁界の磁束、即ち全送信回路により発生される磁束の大きさが、好ましくは、第２磁界の磁束の大きさ、即ち全補償回路により発生される磁束の和に対応するように動作される。前述したように、第１磁界の磁束は、各送信及び補償回路の磁束密度及び表面積に基づいて、第２磁界の磁束と対応する。
【００２２】
前記磁界発生器回路は、例えば単純な導体ループ又は斯様な導体の１以上の巻線等の、磁界を効率的に発生することができる如何なる好適なタイプのものとすることもできる。好ましくは、斯かる発生器回路は、各々、当該磁界を発生するための複数の巻線を持つコイルを有する。コイルを用いれば、上記磁界を効率的に発生することができると共に、前記装置に対する効率的な電力伝送のための適切な磁界強度を形成することができる。本発明の発展例によれば、上記コイルは印刷回路基板（ＰＣＢ）内の該ＰＣＢの１以上の層内に設けられる。好ましくは、上記コイルは平面コイルとする。即ち、上記コイルはＰＣＢの単一の層内に設けられ、これは、費用効率的な製造を可能にする。
【００２３】
前記受信インダクタは、例えば単純なワイヤループ又はＰＣＢ上に設けられた回路等の電力を誘導的に受信することができる如何なるタイプの導体とすることもできる。好ましくは、該受信インダクタはコイルとする。
【００２４】
前述したように、当該システムの効率は、第２磁界の磁束の大きさが第１磁界の磁束の大きさに近いか又は等しい場合に、有利にも更に向上される。従って、前記送信回路に印加される電圧が前記補償回路に印加される電圧に対応することが好ましい。これに加えて、又はこれの代わりに、前記発生器回路が複数の巻線を持つコイルを各々有する場合、好ましくは、送信回路の巻線の数が補償回路の巻線の数に対応するようにする。２以上の送信回路又は２以上の補償回路が動作される場合、全送信回路の巻線の合計数は、最も好ましくは、全補償回路の巻線の合計数と一致するようにすべきである。
【００２５】
当該装置は、自身の動作のために電力を必要とする如何なるタイプの電気装置又は電子装置とすることもできる。好ましくは、当該装置は、移動型、即ち携帯型の装置、又は例えば医療用途の分野において主電源に直接接続することができないような装置である。最も好ましくは、上記装置は、エネルギ蓄積手段を有する移動型装置であって、該エネルギ蓄積手段は自身を充電するために前記受信インダクタに接続される。該エネルギ蓄積手段は、例えば再充電可能な電池又は例えば"スーパーキャップ"コンデンサのようなコンデンサ等の如何なる好適なタイプとすることもできる。
【００２６】
当該装置の前記送信回路への接近を検出するために、従来既知の如何なる方法も適用することができる。例えば、前記コントローラは前記発生器回路の各々に小電流を供給することができると共に、各回路の状態を監視することにより装置の存在を検出することができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施例によれば、各発生器回路は、前記コントローラに接続されて対応する発生器回路への前記受信インダクタの接近を検出するための関連する検出器を有する。このような構成は、前記送信回路への装置の接近を効率的に検出することを可能にする。
【００２８】
上記検出器は、例えば圧力検出器を用いた重さの変化による、場検出器を用いた電界又は磁界の変化による、超音波による又は光学的検出による等の当該装置の接近を検出する如何なる好適なタイプのものとすることもできる。好ましくは、該検出器は場検出器であり、並列共振回路を有する。この場合、当該装置には例えば軟磁性プレート等の磁気部品が設けられる。当該装置が上記共振回路の近傍に持って行かれた場合、該共振回路の誘導度が増加される。かくして、該共振回路のインピーダンスの変化又は共振周波数の変化を検出することが可能であり、上記装置の接近を検出することが可能となる。
【００２９】
最も好ましくは、上記検出器はＲＦＩＤ検出器とし、上記装置はＲＦＩＤタグを有する。本実施例は、有利にも、装置を検出すると共に、該装置と前記ベースユニットとの間で例えば装置のタイプ、必要とされる電流、電力伝送の時間又は当該システムの効率を向上させるのを可能にするための何らかの他の情報等の追加のデータを伝送することを可能にする。上記ＲＦＩＤタグに含まれる情報は、好ましくは、前記コントローラにより前記送信回路及び補償回路を、それに従って動作させるために使用することができる。例えば、ＲＦＩＤタグは充電時間情報を有することができ、該情報は前記コントローラに伝送され、該コントローラは前記送信回路及び補償回路を特定の期間にわたり動作させる。
【００３０】
本発明の好ましい実施例によれば、前記発生器回路は、送信領域を形成する面内に配置される。この構成は、前記ベースユニットの、従って当該電力伝送システムの効率的な製造を可能にする。更に、該構成は、1以上の装置を収容するための平らな表面を形成することを可能にする。
【００３１】
遠磁場の効率的な相殺のために、前記補償回路は、好ましくは、上記送信領域の周辺上に配置されて前記第２磁界を発生する少なくとも１つの導体巻線を有する。最も好ましくは、上記少なくとも１つの導体巻線は実質的に閉じたループとして形成され、該ループは上記送信領域、即ち前記送信回路及び残りの発生器回路が配置される領域を囲む。本構成は、遠磁場の効率的な相殺を可能にしながら、当該装置への電力伝送のために充分な近磁場を維持する。確かには、斯様な相殺回路は２以上の導体巻線を有することができるか、又は、好ましくは、中間タップを備える複数の導体巻線を有することができ、かくして、動作される導体巻線の数を変化させることができ、従って上記第２磁化の磁束を当該構成の如何なる変更もなしに変化させることができるようにする。このような設計は、例えば動作される送信回路の数が変化され、従って補償されるべき斯かる送信回路の全磁束がそれに応じて変化されるような場合に有効であり得る。
【００３２】
他の例として、前記コントローラを上記複数の発生器回路から少なくとも１つの補償回路を決定するように構成し、前記送信回路及び該補償回路が互いに隣接するようにすることができる。本発明の文脈において、"互いに隣接する"なる用語は、上記補償回路及び送信回路が、これらの間に他の発生器回路を伴わずに、直に隣接していることを意味する。また、この構成によれば、遠磁場は効率的に低減される。これに加えて、前述したように、本実施例は有利にも当該装置に対する電力伝送を更に向上させる。
【００３３】
当然、上記コントローラは上述したような態様で送信回路に隣接する２以上の補償回路を決定するように構成し、かくして、斯かる複数の補償回路が上記送信回路を少なくとも部分的に囲むようにすることができる。
【００３４】
斯かる隣接する発生器回路は、好ましくは、重なり合うように配置することができる。最も好ましくは、斯かる磁界発生器回路は複数の層に配置することができる。例えば、送信回路が配置される第１層を設けることができる一方、少なくとも１つの補償回路が配置される少なくとも第２層を設けることができる。これに加えて、上記送信回路及び／又は補償回路は、好ましくは、上記第１層及び／又は第２層に対し垂直な方向において少なくとも部分的に重なり合うように配置することができる。
【００３５】
前述したように、上記補償回路は、上記送信回路に対して供給される信号に対応するが、該信号に対して反対の位相である信号により動作することができる。遠磁場の効率的低減を達成するために、１以上の補償回路を通過する全電流は、好ましくは、１以上の送信回路を通過する電流に対応するようにする。
【００３６】
他の実施例においては、前記ベースユニットが、前記コントローラに接続されて磁界を、即ち磁束を感知するセンサを有することが好ましい。かくして、送信回路の遠磁場を最小化するために、感知された磁界に従って１以上の補償回路を能動的に制御することが可能となる。このような能動的制御、又は"閉ループ"制御は、補償回路の電圧を変化させることにより得ることができる。補償回路がコイルである場合、電圧の制御の代わりに、又は電圧の制御に加えて、導体巻線の数が変化されるようにして、前記第２磁界の磁束を制御又は設定することができる。例示として、斯かるセンサは、ホールセンサ、又は適切な磁界検出回路を備える簡単なコイルとすることができる。
【００３７】
遠磁場を一層正確に測定するのを可能にし、かくして、遠磁場の低減を更に向上させるために、上記センサは、最も好ましくは、上記送信回路に対して所定の距離に設けられる。例えば、該センサは前記送信領域の若しくは前記ベースユニットの周辺上に配置することができるか、又は該センサは、上記ベースユニットに接続されるが、該ベースユニットに対して所定の距離に配置することが可能な別のユニットにさえ設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明による無線電力伝送システムの第１実施例を三次元分解図で示す。
【図２ａ】図２ａは、動作状態における本発明の第２実施例の概略平面図を示す。
【図２ｂ】図２ｂは、第２の動作状態における図２ａの実施例の概略平面図を示す。
【図２ｃ】図２ｃは、他の動作状態における図２ａの実施例の概略平面図を示す。
【図３ａ】図３ａは、図２ａの実施例の概略回路図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、図２ａの実施例の概略回路図を示す。
【図４ａ】図４ａは、動作状態における第３実施例の概略平面図を示す。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａの実施例の概略回路図を示す。
【図４ｃ】図４ｃは、図４ａの実施例の概略回路図を示す。
【図５】図５は、本発明による無線電力伝送システムの第４実施例を概略平面図で示す。
【図６ａ】図６ａは、図５の実施例の概略回路図を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、図５の実施例の概略回路図を示す。
【図７ａ】図７ａは、第５実施例の概略回路図を示す。
【図７ｂ】図７ｂは、第５実施例の概略回路図を示す。
【図８ａ】図８ａは、第６実施例の概略回路図を示す。
【図８ｂ】図８ｂは、第６実施例の概略回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の上述した及び他の目的、フィーチャ及び利点は、好ましい実施例の下記の説明から明らかとなるであろう。
【００４０】
図１によれば、ベースユニット１には、複数の磁界発生器回路、即ち該ベースユニット１の印刷回路基板の単一層内に配置された平らな螺旋コイル２が設けられている。これらコイル２は、例えばマイクロコントローラとすることが可能なコントローラ３に接続されている。これら接続（図示略）は、例えば多層印刷回路基板の他の層内に設けることができるか、又は適切な配線により設けることができる。コントローラ３は、交番磁界を発生させるべく上記コイル２に所定のＡＣ電圧を供給するために電源ユニット５に接続されている。漂遊磁界を低減するために、ベースユニット１の下面上には軟磁性プレート６が設けられている。各コイル２は、例えばＲＦＩＤ検出器等の関連する検出器４を有し、該検出器はコントローラ３に接続されると共に、関連する各コイル２の中心に配置されている。これら検出器４は、装置１０の接近を検出するように構成され、該装置１０は図１では図示の目的で分解図として示されている。
【００４１】
装置１０は、印刷回路基板の層１３内に設けられた受信インダクタ（即ち、平らな螺旋受信コイル１１）を有している。後述するように、コイル２の磁界を装置１０の残りの部品から遮蔽するために、平らなコイル１１上には軟磁性プレート１２が配設されている。受信コイル１１は整流器１４に接続され、該整流器は受信コイル１１を再充電可能な電池１５に接続する。磁界の結合効率を向上させるために、コンデンサ１６が直列に設けられている。前記コイル２のうちの１つに対する装置１０の接近の検出を可能にするために、装置１０はＲＦＩＤタグ１７を有し、該タグは接近した場合に前記検出器４により検出可能である。ＲＦＩＤタグ１７は、装置１０の充電情報を更に有している。このような充電情報は、装置１０に対する電力伝送を向上させるためにコントローラ３により使用することが可能な、必要とされる電圧、充電時間又は他の何らかのパラメータに関する情報を含むことができる。
【００４２】
装置１０が前記コイル２のうちの１つの近傍にある場合、該コイル２の関連する検出器４がＲＦＩＤタグ１７の存在を、従って装置１０の存在を検出する。この場合、コントローラ３は該コイル２に、電源ユニット５により発生されたＡＣ電圧を供給し、かくして、該コイル２は送信回路２'として動作される。このようにして、該送信回路２'は第１交番磁界８を発生し、該磁界は受信コイル１１に電池１５を充電するための電流を誘起する。漂遊磁界を低減するために、コントローラ３は残りのコイル２のうちの少なくとも１つに反対位相のＡＣ電圧を供給し、かくして、前記第１位相に対し反対の位相を持つ第２磁界が発生される。このようにして、遠磁場は効率的に低減される。図から分かるように、ベースユニット１は拡縮可能であり、特定の数のコイル２に限定されるものではなく、これは用途に依存して変化し得る。例えば、多数のコイル２を備える、むしろ大きなベースユニット１を、複数の装置１０を同時に給電する必要がある場合に使用することができる。
【００４３】
本発明の更なる詳細を図２ａ〜２ｃを参照して説明するが、これら図は、複数の動作状態における無線電力伝送システムの第２実施例の概略平面図を示している。受信コイル１１に電流を誘起するために交番磁界が使用されるので、図２ａ〜２ｃは、当該システムの動作を明瞭にするために、所与の時点における該システムの"寸描（スナップ図）"を示す。
【００４４】
図２ａの実施例によれば、３ｘ４のアレイのコイル２を備えるベースユニット１が、１以上の装置１０（図示略）に電力を無線で伝送するために設けられている。これらコイル２のうちの１つがコントローラ３により送信回路２'として動作され、送信回路２'上に配置された装置１０（図示略）に電力を伝送する。従って、送信回路２'には、コントローラ３により第１位相を持つ第１信号（即ち、図２の寸描によれば矢印７により示されるような第１方向の）が供給され、従って第１位相の（即ち、第１方向の）第１磁界８が発生される。
【００４５】
該送信回路２'に隣接する４つのコイル２は、補償回路２"として動作される。これら補償回路２"には、コントローラ３により上記第１信号に対応するが反対の位相を持つ（即ち、矢印９により示されるように常に反対の方向を持つ）信号が供給される。このように、補償回路２"は上記第１磁界８に対して反対の位相を持つ第２磁界２１を発生する。かくして、第１磁界８は遠磁場において該第２磁界２１により補償される。斯かる遠磁場補償効果に加えて、送信回路２'に隣接する補償回路２"の配置は、第１磁界８を、従って装置１０に対する電力の伝送を向上させる。図２ｂ及び２ｃは、図２ａの実施例を、２つのコイル２が送信回路２'として動作され、複数の補償回路２"が斯かる２つの送信回路２'に隣接して配置される他の動作状態で示している。このようにして、対応する送信回路２'上に配置された２以上の装置１０（図示略）に電力を同時に伝送することが可能である。
【００４６】
図３ａ及び３ｂは、図２ａの実施例の概略回路図を示す。図から分かるように、各コイル２は電源ユニット５に、コントローラ３により制御されるスイッチ３１により接続される。このようにして、各コイル２は、ＡＣ電圧を正又は逆の何れかの方向に供給するように接続することができる。図３ａは、"オフ"状態の構成、即ち全スイッチ３が開状態である構成を示している。図３ｂに示された動作状態は、図２ｃの状態に対応する。コイル２のうちの２つは第１磁界８を発生するために送信回路２'として接続され、２つの近傍の、即ち隣接するコイルは反対の位相で（図３ｂの寸描では補償回路２"として逆方向に）接続され（図３ｂに矢印で示されるように）、第１磁界８の遠磁場を補償する。各スイッチ３１は、それに応じて、各コイル２を電源ユニット５に対して反対の方向で接続するよう設定される。
【００４７】
遠磁場における第１磁界８の補償を向上させるために、補償回路２"により発生される第２磁界の磁束の和（ここでは、ΦＣとして示す）は、電力送信回路２'により発生される磁束（ΦＴｘとして示す）と常に大きさは等しいが反対の方向でなければならない：
【数１】
0005474927.tif 000002
【００４８】
一般的に、コイル２により発生される磁束Φは該コイル２に印加される電圧Ｕに関係し：
【数２】
0005474927.tif 000003
ここで、Ｎはコイル２の巻回数である。コイル２の直径は関係しない。
【００４９】
正弦波状の磁束及び電圧の場合、上記式は複素数を用いて周波数ｆの関数として表すことができる：
【数３】
0005474927.tif 000004
【００５０】
同一の周波数で動作する１つの送信回路２'及び１つの補償回路２"を持つ２コイル（２）システムの場合、遠磁場相殺のための条件は：
【数４】
0005474927.tif 000005
と、簡単に表すことができ、ここで、インデックスＴｘは送信回路２'に関係し、インデックスＣは補償回路２"に関係する。複数の活性送信回路２'(ｎＴｘ)及び複数の補償回路２"(ｎＣ)が存在する場合、送信回路２'の全ての磁束貢献度の和は、全ての補償回路２"の磁束の和と等しくならなければならない。式として表すと、これは：
【数５】
0005474927.tif 000006
となる。
【００５１】
コイル２が近磁場で余り良好に結合されていない場合、式（４）が適用可能であり、技術的実現のための法則は：
【数６】
0005474927.tif 000007
と表すことができる。
【００５２】
対応する数の巻線を持つ同様のコイル２が電力伝送のため（即ち送信回路２'として）及び磁界補償のために（即ち、補償回路２"として）使用される場合、簡単な制御方法は、図２ｃ及び３ｂに示されるように、電力伝送のためにオンされるのと同一の数のコイル２を逆方向ではあるが補償回路として接続することである。
【００５３】
補償効率を更に向上させるために、図４ａ〜４ｃに示されるように、別途制御可能な補償電源ユニット４５を設けることができる。図４ａは、動作状態における第３実施例の概略平面図を示す。図４ａの実施例による電力伝送システムの基本的構成は、図２ａの実施例に、特にコイル２の配置に対応する。
【００５４】
各コイル２は、図４ｂから分かるようにスイッチ３１を用いて、送信コイル２'に電力伝送用のＡＣ電圧（Ｕgen）を供給する電源ユニット５、又は補償回路２"にＡＣ補償電圧（ＵＣ）を供給するための制御可能な補償電源４５の何れかに接続することができる。尚、図４ｂは図４ａによる実施例の概略回路図を示している。コントローラ３は、上記補償電圧を、前述したように活性化される送信回路２'及び補償回路２"の数及びこれらの特性に依存して設定する。
【００５５】
図４ｃは、図４ａによる動作状態の第３実施例の"寸描"を示し、コイル２の幾つかが活性化されている。１つの送信回路２'のみが活性化され、２つの近隣のコイル２はＡＣ補償電圧に補償回路２"として接続されている。この例では、全てのコイル２が等しい特性、即ち巻線数を有し、かくして、コントローラ３は補償電圧の絶対値をＵＣ＝1/2Ｕgenと設定する。
【００５６】
コイル２を送信回路２'として又は補償回路２"の何れかとして動作させる代わりに、図５に示されるように、専用の補償回路５２を設けることもできる。
【００５７】
図５は、本発明による無線電力伝送システムの第４実施例を動作状態での概略平面図で示している。図２ａの実施例とは対照的に、専用の補償回路５２が、コイル２が配置された送信領域を形成するベースユニット１の周辺部上に設けられている。該補償回路５２は第２磁界２１を発生するための複数の巻線を持つコイルにより形成され、該第２磁界は、１以上の送信回路２'により発生される第１磁界８に対し遠磁場での補償を行う。該補償回路５２は、コイル２の各々と同一の巻回数を有する。コイル２及び補償回路５２には、電源５によりＡＣ電圧が供給される。
【００５８】
図６ａ及び６ｂは、図５の実施例の概略回路図を示している。各コイル２は、電源ユニット５により供給されるＡＣ電源電圧に切り換え接続することができる。補償回路５２は同じ電源ユニット５に接続されるが、逆方向である。装置１０（図示略）がコイル２に接近している場合、コントローラ３はスイッチ３１を制御して当該コイル２を送信回路２'として活性化する。図６ａは"オフ"状態の構成を示す一方、図６ｂは図５に従う"寸描"を示し、この場合においては、１つの送信回路２'及び補償回路５２が活性化されている。矢印は、印加される電圧の方向を示している。遠磁場を補償するために、補償回路５２に印加されるＡＣ電圧は、送信回路２'に印加されるＡＣ電圧とは反対の位相、即ち、図で矢印により示されるように図６ｂの"寸描"に従い反対方向である。
【００５９】
他の例によれば、補償効率を更に向上させるために、図７ａ及び７ｂ（本発明の第５実施例の概略回路図を示す）に示されるように別途制御可能な補償電源ユニット７５を設けることも可能である。図７ａ及び７ｂの実施例による電力伝送システムの基本的構成は、図５の実施例、特にコイル２及び補償回路５２の配置に対応する。
【００６０】
コントローラ３は、補償電源ユニット７５を制御する。コントローラ３は、活性化される送信回路２'の数及び補償回路５２の特性に依存して、式（６）に従い補償ＡＣ電圧を設定する。図７ｂは、２つの送信回路２'が活性化された動作状態での図７ａの実施例の"寸描"を示す。補償回路５２が同数の巻線を有する場合、上記補償電圧の絶対値（ＵＣ）は、図に矢印で示されるように、ＵＣ＝２ｘＵgen（送信回路２'に供給される電圧）とならなければならない。この解決策の利点として、補償回路５２はコイル２とは異なる数の巻線を有することができ、一層柔軟となる。
【００６１】
図８ａ及び８ｂは、単一の補償回路８２を備える本発明の他の実施例の概略回路図を示す。図８ａ及び８ｂの実施例による電力伝送システムの基本的構成は、図５の実施例、特にコイル２及び補償回路５２の配置に対応する。
【００６２】
この解決策は、補償回路８２の巻線数を調整することにより式（６）を利用する。完全な補償回路８２は、全コイル２と同一の数の巻回８１を有している。しかしながら、図８ａに示されるように、追加のスイッチ８０が、補償巻線のうちの一部のみを、電源ユニット５の発生器ＡＣ電圧に接続するのを可能にする。例えば、２つの送信回路２'が活性化される場合、補償巻回８１の1/2のみが活性化される。また、３つの送信回路２'が活性化される場合、補償巻回８１の1/3のみが活性化される、等々となる。補償回路８２の巻回は、当該巻線の各部を表す個々の補償インダクタの下の太線により示されるように、密に結合されている。図８ｂは、２つの送信回路２'が活性化された動作状態における図８ａの実施例の"寸描"を示す。図示されるように、スイッチ８０'は、補償回路８２の巻回８１の半分を電源ユニット５に、従ってＡＣ発生器電圧に接続する。
【００６３】
以上、本発明を図面及び上記において詳細に解説及び説明したが、これら解説及び説明は解説的又は例示的なものであって、限定するものではないと見なされたい。上記実施例の全て若しくは幾つか又は単一の実施例のフィーチャは、制限無しに組み合わせ可能である。また、本発明は記載された実施例に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、
−  前記コントローラ３が外部ユニット、例えばマイクロコントローラ又はコンピュータとして設けられ、
−  前記検出器４が圧力検出器、場検出器、超音波近接検出器又は光学検出器であり、前記装置１０が、これらに適合化され、
−  前記コイル２が印刷回路基板の複数の層内に設けられるか、又は個別コイルとして設けられ、
−  前記軟磁性プレート６、１２が、プラスチックフェライト化合物材料、又はミューメタル、メットグラス（metglas）若しくはナノ結晶鉄からなる構造化された高透磁性金属箔を有する、
−  軟磁性プレート６、１２が、印刷回路基板の層として設けられ、
−  装置１０が、電池１５の代わりに、例えば"スーパーキャップ"コンデンサ等の代替的エネルギ蓄積手段を有するか又は有さない、
−  スイッチ３１、８０及び８０'が、例えばＦＥＴ若しくはMOSFETのトランジスタ又はリレーとして設けられ、及び／又は
−  前記発生器回路が複数の層内に配置される、
ような上記実施例による本発明を実施化することができる。
【００６５】
更に、補償回路２"又は８２に供給されるＡＣ補償電圧が式（６）により決定されないような上記実施例による本発明を実施化することもできる。代わりに、校正実行（例えば、工場において又は研究室において）の間において、活性化される送信回路２'の各組み合わせに対して最適なＡＣ補償電圧が決定される。この最適な構成は、コントローラ３に記憶され、動作の間において使用される。最適な設定は、遠磁場に配置された磁界センサを用いて決定される。上記ＡＣ補償電圧は、最小の磁界が測定されるまで変化される。
【００６６】
上記の代わりに又は上記に加えて、補償回路２"、５２又は８２に供給されるＡＣ補償電圧は、閉ループで又は能動的動作で決定され、その場合において、遠磁場はコントローラ３に接続された例えばホールセンサ等の適切なセンサを用いて決定される。該センサは、コイル２から充分に離れて、例えばベースユニット１又は送信領域の外縁部に配置することができるか、又は有線若しくは無線でコントローラ３に接続された別個のユニットに設けることもできる。コントローラ３は上記ＡＣ補償電圧を最適な相殺が達成されるまで変化させる。
【００６７】
開示された実施例の他の変形例は、当業者によれば、図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し及び実施することができる。請求項において、"有する"なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形の表現は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載される幾つかの品目の機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと共に若しくは斯かるハードウェアの一部として供給される固体媒体等の適切な媒体上に記憶し又は斯かる媒体で分配することができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の他の形態で分配することもできる。また、請求項における如何なる符号も、範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１】
0005474927.tif 000008
【図２ａ】
0005474927.tif 000009
【図２ｂ】
0005474927.tif 000010
【図２ｃ】
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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５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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