(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導による非接触電力伝送のための構成であって、
隣接し合うように、マトリックス状に規則的に配置された複数のコイル（５１、５２、５３、５４、５５、５６）を備え、
各コイル（５１、５２、５３、５４、５５、５６）は少なくとも１つの導体を有し、前記導体は幾何学的な形状の外周に沿って延在し、導体区分又は導体セクションを形成し、前記コイルの中心軸、中心、又は幾何学的中心を１回りにおいて少なくとも１回取り囲み、前記コイル（５１、５２、５３、５４、５５、５６）は、第１の次元、第２の次元、及び第３の次元に延在する平面ユニット（５０）内に配置されており、前記平面ユニット（５０）の前記第１の次元および前記第２の次元における延在が前記第３の次元における延在より著しく大きく、
さらに、前記コイル（５１、５２、５３、５４、５５、５６）は、各コイルが直接隣接するコイルとの少なくとも２つのオーバーラップ領域を有するように、規則的に行状及び／または列状に前記平面ユニット（５０）内に配置されており、
各オーバーラップ領域は、前記導体の各内向きのへこみを構成する局所的に接近する導体区分又は導体セクションを含み、
前記導体の外周における各前記内向きのへこみは、前記平面ユニット（５０）において直接隣接するコイルのすべての対について、コイル間のいずれの電磁結合も最小に保つように、重なり合うコイルの相互インダクタンスを最小化するように選定されている、構成。
【請求項２】
前記コイル（５１、５２、５３、５４、５５、５６）の幾何学的な形状は、導体区分によって接続される角点（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４）を含み、これら区分のうちの少なくとも２つは前記導体の前記内向きのへこみを表す、請求項１に記載の構成。
【請求項３】
前記内向きのへこみは、角点（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４）から見て、或る傾斜角度（α）だけ前記コイル（５０）の中心に向けて傾斜した区分の形状を有する、請求項２に記載の構成。
【請求項４】
前記内向きのへこみは、隣接する導体セクション（Ｗ１、Ｗ３）よりも前記中心により近づくように構成された導体セクション（Ｗ２）の形状を有する、請求項２に記載の構成。
【請求項５】
少なくとも１つのコイルは、巻線方向が変化している少なくとも１つの導体区分を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構成。
【請求項６】
隣接するコイル間のいずれの電磁結合も、％を単位として、５％以下の値を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面型送電コイルからなる、結合を最小化したマトリックスを備えた、誘導による電力伝送のための構成及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導に基づいた非接触電力伝送システムは一般に公知である。基本的にこのシステムの場合、電磁誘導原理に基づいて、１つ又は複数の送電コイル又は一次コイル（コイル、導体ループ、巻線、アンテナ又は通電導体としても知られている）を通る時変の電流フローを使用して、１つ又は複数の相対的に近い位置に配置された受電コイル又は二次コイル内に電圧が生成される。このように誘導された受電コイル中の時変電圧は、さらに、例えば整流されかつ電気回路に電力を供給し、及び／又はバッテリーを充電するために使用され得る。これに関しては特に娯楽用電化製品の多数に使用されており、ここでは例えば、ノートパソコン又はスマートフォンのようなモバイル機器に少なくとも１つの内蔵型受電コイルが装備され、電磁誘導により電力を供給するために、１つ又は複数の送電コイルを装備した表面が例えばテーブルトップの上に配置される。このようにして、例えばモバイル機器の蓄電池又はバッテリーが充電される。電磁誘導原理を用いた他の使用は、例えば無線自動識別システム（ＲＦＩＤ）である。
【０００３】
非接触電力伝送のいくつかの実施事例では、１つ又は複数の送電コイルが平面型のユニットに内蔵されていると有利である。このために、例えばプリント基板（ＰＣＢ）のような多層の基材の上又は中の、例えば薄く巻かれた、印刷された、又はエッチングされたコイルが考えられる。このような平面型のユニットは、非常に多様な方法で日常的な周囲環境、例えば壁、床、引き出し、テーブル等々の中に内蔵され得る。
【０００４】
空間的に隣接するコイル、１つ又は複数の送電コイル及び受電コイルが、電磁結合を形成する。しかしこれは従来型の変圧器と異なり、コア又は少なくとも閉じられたコアを備えていない。それゆえ一般的に、さまざまな形にされた磁場分布を生成すること、及びそれに伴い磁場のさまざまな界成分が電磁誘導のために使用されることが可能である。平面型ユニットに対して水平の界成分（平面型ユニットの面に対して平行）又は平面型ユニット対して垂直の界成分（平面型ユニットの法線ベクトルに対して平行）が電力伝送のために使用される。このようなシステムは、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３によって公知である。さらに、複数の受電コイルを適切に結合することにより、両方の界成分（水平及び垂直）を利用できる可能性がある。このことは、例えば特許文献４に記述されている。
【０００５】
垂直の界成分の場合、一実施事例では、２つの同じ導体ループ（送電コイル及び受電コイル）が、並行に及び同軸に配置されており、わずかな間隔（導体ループの寸法よりはるかに小さい）をあけて高結合（hohen Kopplung）により電力を伝送するために使用され得る。この状況において、２つのコイルの結合として（両方の自己インダクタンスＬ１及びＬ２によって特徴づけられる）、実質的に結合ファクターｋが使用され、この結合ファクターは相互インダクタンスＭと２つの自己インダクタンスの積の平方根との比で表される。つまり、以下の式となる。
【０００６】
【数１】
0005931178.tif 000002
【０００７】
上述の自己インダクタンス及び相互インダクタンスでは十分には記述されていない他の物理的作用、例えば導体経路間の静電結合も考慮に入れなければならないという事実に基づき、概念「結合（Kopplung）」は、本願の文脈では、物理に関連するすべての作用を考慮に入れつつ、２つのコイル間の電磁結合を表す。従って、この結合は伝送路の品質の尺度であり、数量的に０（コイルは結合していない）から１（コイルは最大に結合している）までの範囲となる。定義的には、２つのコイルの結合は釣り合った量であり、これはつまり、第１から第２のコイルへ結合が第２から第１のコイルへの結合と同じであることを意味する。これに関連して、結合又は相互結合の同義語として、同じく負帰還（Gegenkopplung）の概念が使用される。
【０００８】
２つの同じ導体ループが一次コイルと二次コイルとして使用される場合、結合は両コイルの相対位置に大きく左右される。そのため、例えば、両コイルの間隔が拡大されるか又は両コイルのうちの１つが横へずらされると、元々は高かった結合はもはや維持されない。しかし多くの用途で、望ましくは、相対的に位置に依存しない結合、及びそれに伴い、位置に依存しない機能性が保証される。
【０００９】
平面型のより大きな面に可能な限り均質な磁界を生成し、それによって可能な限り均質な結合を達成するという課題は、従来技術により、例えば違う大きさの送電コイル及び受電コイルを選択することによって解決される。それにより、まず達成可能な最大の結合が低減されるが、らせん形状の送電コイルを備えた優れた構想、例えば特許文献５に記述されている構想では、比較的均質な結合の、より大きな水平の範囲が許容されている。これにより、さらに比較的簡単なシステム設計が可能になっている。これに関する別法として、例えば特許文献６又は特許文献７に開示されているように、周期的に並列又は直列に接続されたアンテナ構造が目的に合っていることが判明している。そこでは、多数の小さな送電コイルが平面型ユニットの１つ又は複数のレイヤー上で相互接続されて仮想の大きな送電コイルになるが、これは、可能な限り均質な磁界を生じ、それによってさらに（平面型ユニットを介した）均質な結合が、存在するであろう受電コイルに生じるように相互接続される。
【００１０】
この構成の欠点は、たとえそこに受電機がなくとも、大きい又は仮想的な大きい送電コイルのより近い周囲環境に、望ましくない大きな漂遊電磁界が生じ得ることである。このことは、電磁適合性（ＥＭＶ）や電磁環境適合性（ＥＭＶＵ）の理由から、特に安全の観点から、人間の組織との相互作用及び考えられ得る健康障害という点で不利である。
【００１１】
望ましくない漂遊電磁界の問題は、受電コイルの大きさと比べて小さい送電コイルを選択すると回避され得る。この場合、空間的に受電コイルに直接近接して存在する送電コイルだけが作動され、及びコイルが例えばフェライトのようなシールド作用のある材料で取り囲まれると、漂遊電磁界が大幅に最小化され得る。
【００１２】
このような種類の方法と解決法は、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４及び特許文献１５から公知である。ここでは、単独でスイッチング可能な、平面型ユニット上の切替えできる送電コイルによる磁界（アレイ）が開示されている。相対的な位置決め及びコイル磁界の構成と並んで、上記の文書では個々のコイルの適切な作動と制御についての問題提起も大きな役割を果たしている。しかしながら、この観点は本発明の主題ではない。
【００１３】
この技術の利点は、複数の受電コイルが比較的簡単に電力伝送できることである。なぜならば、それぞれ隣に位置決めされた送電コイルだけがスイッチオンになり、電気が供給されるからである。さらに、上述の解決法では、平面型ユニットを例えば他の送電コイルを加えて拡大することにより、比較的簡単にその大きさを拡大縮小できる。しかしながら、この解決法の重要な欠点は、各送電コイルのために適切なスイッチ開閉装置を用意する必要があることであり、このことは構成及び接続されている電子機器の複雑さ、ひいては費用の上昇につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１１６８４７号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０２１０１０６号
【特許文献３】米国特許第７６３３２６３号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０３０３７４９号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０２７８１１２号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／０１８９９１０号
【特許文献７】米国特許第７１６４２５５号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００７／０１８２３６７号
【特許文献９】米国特許第７２６２７００号
【特許文献１０】米国特許第７５２１８９０号
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００９／０２３７１９Ａ１号
【特許文献１２】米国特許出願公開第２０１０／０３１４９４６号
【特許文献１３】米国特許出願公開第２０１０／０３２８０４４号
【特許文献１４】米国特許出願公開第２０１１／００２５１３３号
【特許文献１５】米国特許第７８９３５６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、均一な誘導電力を１つ又は複数の受電機に伝送することを可能にする装置を提供することであり、送電機に対する受電機の位置は、ある限界以内で、電力伝送の効率性に可能な限りわずかな影響しか及ぼさない。
【００１６】
さらに本発明の課題は、電力の誘導伝送の効率性を送電機側でも、特にコイルを幾何学的に最適化することで最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の観点に従い、電磁誘導を使用した非接触電力伝送のための構成又は装置が提示される。構成又は装置は、複数のコイルを含んでいる。コイルは１つのマトリックス内に配置され得る。コイルは少なくとも１つの導体を備え、導体は、少なくとも１回各コイルの中心軸を巻線内に取り囲む。もちろん、１つのコイルあたり複数回巻かれていてもよく、コイルは、例えばヘリックス形状及び／又はスパイラル形状であり得る。本発明の文脈では、中心軸はコイルの中心を通り、その周りを１回又は複数回のコイル巻線が巻かれている。中心軸は、導体が巻線の形で取り囲む面に対し垂直であり得る。中心軸は、取り囲む面の中心又は幾何学的面重心（Flachenschwerpunkt）にあり得る。ここでは、幾何学的面重心は、１回又は複数回のコイル巻線の幾何学的造形の中心点の定義に用いられる。この幾何学的形状は本明細書で重要な役割を果たす。コイル巻線の形態に応じて、中心点は面重心と一致し、及び相応して同義語として使用し得る。コイル形状が複雑な場合、例えば円におけるような単純な中心点として定義することはもはやできない。従って、ここでは、代わりに幾何学的面重心としても参照される。コイルの中心に関して単純化した場合、コイルの幾何学的形状に応じて中心点又は幾何学的面重心と同一であるか又は十分に同一であり得る。その際、コイルをその中心軸に沿って観察した場合、この点が巻線内にあり及びコイルの中心にあることを前提とする。コイルは、並んで、１つの平面シートに配置されていてよい。これは本文脈では平面型ユニットとも呼ばれている。平面シート又は平面型ユニットは、幾何学的平面であってよいが幾何学的平面でなくともよい。平面シート、層、又は平面型のユニットは、第１の次元、第２の次元及び第３の次元に延伸する。平面型ユニットの第１の次元（長さ、Ｘ軸方向）及び第２の次元（幅、Ｙ軸方向）の延伸は、第３の次元（厚さ、Ｚ軸方向）の延伸よりも大幅に大きい。各コイルの中心軸は、好ましくは少なくとも局部的に、第１の次元及び第２の次元に広げられた面（Ｘ−Ｙ面）に対し、少なくともほぼ垂直に配置されている。すなわち、Ｘ、Ｙ及びＺがデカルト座標の横座標（Abszissen）である場合、コイルの中心軸は実質的に第３の次元の方向、つまりＺ軸方向にある。
【００１８】
加えて、コイルは、平面シート内で、１つのコイルが少なくともそれぞれ２つの又は３つの直接隣接するコイルを備えているように、規則的に行及び／又は列に配置されてよい。ここでコイルの第３の次元の延伸は、第１の次元及び第２の次元の延伸と比べて明らかに小さい。これは平面型送電コイルである。コイルの中心軸に沿った平面図では、コイルが好ましくはマトリックス状に列及び行に配置されている。少なくとも３つの送電コイルがある。有利な一実施形態では、少なくとも２つの列及び／又は２つの行があってよい。有利な実施形態により、少なくとも３つの又は４つのコイルがあってよく、基本的にまた少なくとも２つの又は３つのコイルが１本の線（直線上の中心点）に並んで配置されていてよい。４つのコイルを備えた構成では、直接隣接したコイルは、それぞれ３つの他のコイルであってよい。４つのコイルが１本の線上にある場合（一次元構成）、１つのコイルは最大２つの直接隣接したコイルを持っている。
【００１９】
コイルの中心点又は幾何学的面重心の互いの間隔、並びに各コイルの少なくとも１つの巻線の形及び延伸は、平面シート内で直接隣接しているコイルのすべてのペアにおいて、各コイル間の相互の結合が最小になるように選択される。
【００２０】
この特性により、本発明はすべての公知の構成と区別される。従来、この種の平面構成（例えばプリント基板、パッド、又はテーブル状のような平らな下敷き）では、基本的に生じる磁界の均質性が考慮される。他の解決法では、電力伝送及び受電機の大幅な位置非依存性が、送電コイルが受電機の位置に応じてオン又はオフされることによって達成されることが試みられる。本発明は、個々の送電コイルが相互に最小化された結合により、単独でも、任意に組み合わせ可能に同時に作動されてもよく、それによって効率的な電力伝送のために必要な界分布が１つ又は複数の受電コイルに提供されるという点において、このスイッチ可能な送電コイルの発展形と解釈され得る。同時に受電機の空間的エリアに限定された界分布も保証され得る。従来技術による解決法では、２つの同時に作動される直接隣接した送電コイルが、相互の結合によって、場合によってはシステム機能性の低下を引き起こすかもしれないといった障害が起こり得る。このことは本発明により回避される。ただし送電コイルの相互の結合は考慮しなければならない。本発明により、直接隣接するコイルの結合が最適化（最小化）される。なぜならば、一般に空間的な近さが原因でこれが最大となるからである。このために、さまざまな解決法があり、該解決法が、以下の、本発明の観点に基づいて及び実施例に基づいて説明される。
【００２１】
実際のコイル構成では、ペアの、複数の平らな、隣り合って配置されているコイルの間の負帰還は完全に防止することはできない。さらに、直接隣接していないコイル・ペアの結合も完全に回避することはできない。そのため、本発明により、すべてのコイルの起こり得るすべての結合を最小化する。例となる実施形態において、最小又は最適が５％（その他のすべての検知可能な影響を考慮したｋがマトリックスのすべてのコイル・ペアで０．０５以下）となり得ることが示された。結合は本発明により、約１％まで（その他のすべての検知可能な影響を考慮したｋが０．０１以下）低減され得る。その際、直接隣接していないコイル・ペアの結合も考慮される。
【００２２】
挙げられた最大結合値は、有利には組み得るすべてのペア結合の最大値である。これにより、６つのコイルの規則的な構成は例えば、以下のようなマトリックスとなり得る。
【００２３】
【数２】
0005931178.tif 000003
【００２４】
最大値は１つ又は複数の位置にあり得る。例えばＫ６２は１．３４％に等しくてよい。結合の限界値は、例えば５％、２％又は１％であってよい。限界値が５％又は２％である場合、上記のマトリックスによって記述されたコイルの構成は、本発明により結合の最小化を達成したであろう。そのためにＫ６２は（数量的に）マトリックスの最大結合値を示すはずである。他のすべてのマトリックス記載は、数量的にＫ６２よりも小さい（又は等しい）。マトリックスは対称（symmetrisch）であってよく、主対角線の記載は０になる可能性がある。なぜならば、コイルは、この結合の定義では自分自身とは結合しないか又はこの性質はすでに自己インダクタンス中に含まれているからである。他の定義では、結合ファクターの定義の中において、これらの要素の相互インダクタンスが、自己インダクタンスで代替された場合、主対角線の記載値には１が記載されてもよい。しかし主対角線上の記載は、以下の実施形態では重要ではなく、そのため選択的に０又は１であってよい。
【００２５】
本発明の観点に従い、コイルの多くは実質的に同じ形状を備え得る。これによりコイル構成の設計と最適化が単純になる。
【００２６】
コイルの中心又は幾何学的面重心は、第１の次元で第１の直線上に行毎にあるように配置されてよい。そうすれば、コイルは平らに、隣り合って、その面重心（又は中心若しくは中心点）がすべて１本の直線上にあるように配置されるだろう。第１の次元は、例えばその中にコイルがある平面シート又は平面型ユニットの長さであってよい。
【００２７】
コイルの幾何学的面重心又は中心点はさらに、それが第２の次元で第２の直線上に列毎にあるように配置されてよい。全体として、隣り合って配置されているコイルの規則的なマトリックスが実現する。これにより、コイル構成の最適化がさらに容易になる（erleichtert）。
【００２８】
マトリックスの各行に第１の直線があり、この上にコイルの面重心又は中心若しくは中心点がある。各列に第２の直線があり、この上にコイルの面重心又は中心点がある。
【００２９】
行の（第１の）直線は、平行であってよく、列の（第２の）直線は同様に互いに平行であってよい。
【００３０】
コイルの面重心又は中心点は、好ましくはラスター（Raster）内に配置されていてよい。ラスターは有利には規則的であってよい。
【００３１】
第１の好ましい実施形態に従い、（行の）第１の直線及び（列の）第２の直線はそれぞれ直角に交差してよく、その結果コイルは市松模様（Schachbrettmuster：碁盤目、チェス盤パターン）状に規則的に配置されている。
【００３２】
第２の好ましい構成に従い、第１の直線及び第２の直線はそれぞれ９０°とは等しくない角度で交差してよい。マトリックスのコイルは、ハニカム構造状に配置されていてよい。
【００３３】
別の好ましい構成では、直接隣接するコイル・ペアの巻線はそれぞれペアで重なり合ってよい。これにより、コイルは例えば１つの点又は１つの範囲に、４つのコイルの巻線が同時に１つのセクションを形成するように重なり合って配置されている。これはコイルの相互インダクタンスを最適化するための、別の好ましい処置である。
【００３４】
構成の別の一実施形態では、少なくとも１つのコイルの巻方向（Wicklungssinn）が区分ごとに変わってよい。この場合、コイル巻線は少なくとも１つの区分のために、元々のコイル巻方向とは反対に伸び、及び再び元の巻方向に戻るよう案内される（これにより、逆の巻方向の小さい部分コイルがもたらされ、逆の巻方向の部分巻線の面が、コイル全体の面より小さい）。この処置によっても、結合の最適化が可能である。この構成では、場合によって隣接するコイルの巻線の重なり合い及び巻線のへこみが省略され得る。
【００３５】
本発明の一実施例に従い、各コイルのそれぞれ少なくとも１つの巻線が張られた面は、それぞれ直接隣接したコイル・ペアのために、それぞれペアで重なり合ってよい。このことも、例えばコイルアレイが市松模様状の構成の場合、コイルに囲まれた面がセクションを形成する結果をもたらす。コイル４つの場合、これは構成の中央で１回出現する。
【００３６】
さらに、マトリックスのコイルは、各行及び各列の中において周期的にそれぞれペアで同じ間隔で配置されていてよい。この処置は、同じく構成の最適化を容易にする。
【００３７】
市松模様状のコイル構成の場合、コイル巻線は有利には少なくとも区分ごとに局所で、コイルの中心及び／又は幾何学的面重心に近づき得る。この場合、コイル巻線が幾何学的形状の範囲で、例えば四角形、三角形又は多角形並びに円形であるか又は面取りされて伸びていてよいことを前提としている。正方形の場合、巻線は頂点を厳密に直線で接続するのではなく、連続する頂点の間で少なくとも区分ごとに、頂点間であらかじめ決められている直線の接続よりもより強く中心に近づく。このことは、直角のへこみの形で、又はコイルの中心に向かって傾斜した線分区分で実施可能である。
【００３８】
本発明の観点に従い、各コイルは、コイルの少なくとも１つの巻線が、少なくとも第１の、第２の、第３の及び／又は第４の点において、コイルの幾何学的面重心又は中心に対する最大の間隔を有し、並びに第１の、第２の、第３の及び／又は第４の点が、少なくとも１つの巻線によって定義されたコイルの範囲に沿って、それぞれペアで隣接する点であるように形成されている。
【００３９】
各コイルの少なくとも１つの巻線は、第１の及び第２の点の間で、並びに第２の及び第３の点で少なくとも区分ごとにコイルの面重心又は中心に近づく。このことにより、コイルの交互の相互インダクタンスの最小化が容易になる。重要なことは、このコイルの中心又は面重心への近接が、幾何学的形状の少なくとも２つの互いに隣接した側で実施されることである。
【００４０】
第１の、第２の、第３の及び第４の点は、四角形の角であってよい。他の実施例では、これらは正方形の角又は頂点であってよい。
【００４１】
コイルのハニカム構造内の構成は、各コイルの面重心又は中心が、行の中で隣接する行のコイルの面重心又は中心に対して、第１の次元及び／又は第２の次元においてずらされていることによって達成され得る。このことによって、コイル巻線が少なくとも区分ごとに面重心又は中心に近接することが必ずしも必要ではないハニカム構造がもたらされる。１つの行のコイルの面重心は、別の行のコイルの面重心に関して中心に配置されていてよい。
【００４２】
本発明は同様に、電磁誘導を使用した非接触電力伝送に適している、複数のコイルが１つの平面シート又は平面型ユニット内に用意された構成の製造方法を提示する。この方法に従い、ペアでコイル間の相互の結合が最小化されるよう、コイルが配置され及び寸法決めされている。この場合、有利には直接隣接したコイル・ペアの相互インダクタンスだけが最適化される。ここでは、２つの直接には隣接していないコイルに存在する相互インダクタンスは、直接隣接しているコイルの相互インダクタンスの最適化のための上限として用いられてよい。この場合、市松模様状の構造のために、コイルはそれぞれペアで重なり合ってよい。同様に、巻線は、面重心又は中心がそれぞれ少なくとも区分ごとに直線の幾何学的形状（例えば純粋な四角形又は正方形）から逸脱した形状に近づくように形成されてよい。この方法の他の観点は、本発明の前述の観点及び実施例から明らかである。
【００４３】
本発明はさらに、非接触電力伝送のための方法を提示する。この場合コイルは、それぞれのペアにおいて、組み得るすべてのコイル・ペアの間で電磁結合が最小化されるように配置されるか又は寸法決めされる。
【００４４】
本発明の他の観点及び特徴は、以下の、本発明の好ましい実施例の、図を参照した記述から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例の斜視図である。
【図２Ａ】２つのコイルの相互インダクタンスの最小化の図である。
【図２Ｂ】２つのコイルの相互インダクタンスの最小化の図である。
【図２Ｃ】２つのコイルの相互インダクタンスの最小化の図である。
【図３】図２Ａから図２Ｃに示されたコイルの負帰還の量を横移動（Seitliche Verschiebung）の関数として示した簡略化したグラフである。
【図４Ａ】本発明の図１の実施例の図である。
【図４Ｂ】本発明の図１の実施例の図である。
【図４Ｃ】本発明の図１の実施例の図である。
【図５Ａ】本発明の別の実施例の図である。
【図５Ｂ】本発明の別の実施例の図である。
【図５Ｃ】本発明の別の実施例の図である。
【図５Ｄ】本発明の別の実施例の図である。
【図５Ｅ】本発明の別の実施例の図である。
【図６Ａ】本発明のハニカム構造の別の一実施例の斜視図である。
【図６Ｂ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｃ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｄ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｅ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｆ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｇ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｈ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｉ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｊ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図６Ｋ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図７Ａ】市松模様構造の別の実施例の図である。
【図７Ｂ】市松模様構造の別の実施例の図である。
【図７Ｃ】市松模様構造の別の実施例の図である。
【図７Ｄ】市松模様構造の別の実施例の図である。
【図７Ｅ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図７Ｆ】ハニカム構造の別の実施例の図である。
【図８Ａ】本発明の別の一実施例の図である。
【図８Ｂ】本発明の別の一実施例の図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、本発明の第１の実施例の斜視図である。示されているのは、本発明に従った、結合を最小化したマトリックスであり、誘導による電力伝送のための送電コイル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、・・・からなる。平面シート又は平面型ユニット５０は、平面型の送電ユニットから形成され、この送電ユニットは送電コイル１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ等、及び電源１０から構成され、この電源はすべての送電コイルと接続されている（コイル１１Ａへの接続のみ図示）。送電コイルの形状寸法は、本発明により、すべての送電コイルの相互の電磁結合が相互間で最小化されるように最適化される。これにより、個々の送電コイルの個別の設計と制御が可能になる。例として示された受電機１２は、受電コイル１３を備え、受電ユニット１４と接続されている。この構成の目的は、平面型ユニット５０から受電機１２への、最適化された誘導による（接触又はワイヤレスの）電力伝送である。その際、受電機又は受電コイル１３に結合された電力にとって、平面型ユニット５０上での受電機１２の位置は重要ではない（ほとんど重要ではない）。これは一方で、それぞれ受電ユニットが最も近くに位置決めされた１つ又は複数の送電コイルのみが作動されることによって、かつ他方で同時に、送電コイルの高い実装密度（平面型ユニット５０上に送電コイルのないエリアがない）及び個別の制御手段（個別にも、任意で隣全体も）によって、これらが互いに（マイナスの）影響を与えることなく保証され得る。
【００４７】
平面型ユニット５０は、第１の次元Ｘ、第２の次元Ｙ、及び第３の次元Ｚに延伸する。第１の次元（長さ）での延伸はＸ１である。平面型ユニット５０の第２の次元での延伸はＹ１である。第３の次元での延伸はＺ１である。第１の次元（Ｘ軸方向）及び第２の次元（Ｙ軸方向）の延伸は、第３の次元（Ｚ軸方向）での延伸より格段に大きい。これはＸ１、Ｙ１＞＞Ｚ１である。第３の次元での延伸は、実質的にコイル巻線の数、ペアでのコイルの重なり合い、及び場合によっては他の材料固有の大きさによってもたらされ、その大きさはコイルが取り囲まれている材料によってもあらかじめ決められ得る。特にプリント基板（ＰＲＩＮＴＥＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＢＯＡＲＤ（ＰＣＢ））上のコイル構成が考慮される。
【００４８】
本発明による構成は、それぞれ２つの送電コイルの間の結合ファクターを考慮している。任意の送電コイル内の、それぞれ時間によって変化する電流フローにより、一般に他のすべての送電コイルに電圧が誘導される。このことは、複数の隣り合った送電コイルが電力伝送に関与すると不都合であり得る。なぜならこれは互いに結合し及びそれゆえに妨害し得るからである。この欠点は、本発明により取り除かれるか又は最小化される。本発明による構成は、特に送電コイルの実装密度が高い場合に好都合である。送電コイルの幾何学的最適化は、すべての送電コイルの互いの相互結合が最小化されることを企図している。これにより、マトリックスの送電コイルは、これらが互いに重大な影響を与え合うことなく、任意で別々に又は一緒にスイッチングされ得る。
【００４９】
図２Ａ〜図２Ｃを用いて、以下に例として、コイルの重なり合いとコイルの結合の間の関連を２つの円形コイルについて記述している。これらの図は２つの互いに有意に結合解除（entkoppelten）している円形の導体ループ又はコイル２０、２１であり、さまざまな視点で示されている。２つの導体ループ２０及び２１は、互いに横移動して配置されており、その結果、長さ２３だけ重なり合っている。導体ループ２０には、電流Ｉが流れている。その結果生じるコイル２０の磁力線は、そのいくつかが破線２２によって示されている。磁力線又は磁力線２２の形に基づき、当業者は磁力線が中心Ｍにあるか又はコイル２０の外側にあるかにより、磁力線の方向依存性の種類を識別することができる。両方のコイルの結合が目に見えるように記述する可能性は、両方のコイルの相互インダクタンスの定義にあり、この相互インダクタンスは磁力線の流れの上に、コイル２１に囲まれた面の上に示され得る（斜線部の面、図２Ｂ中）。２つのコイルの特定の移動２３の場合、互いに部分的に反対方向に向いた磁力線２２、２２Ａ及び２２Ｂが、コイル２１の面の上で、フロー全体ひいては結合が有意に０に向かって進むように重なり合う。両方のコイルが十分に電磁結合解除する特定の移動は、例えば材料特性、コイルの寸法及びコイル形状、レイヤー間隔等のような多くのパラメーターに依存し、例えば測定技術により又は模擬的に特定されることができる。図２Ｃではさらに、両方のコイルが互いに対してずらして配置されており、かつ電気的に互いに分離されていることがわかる。このことは、これらコイルが例えば１つのプリント基板の異なったレイヤー上に配設され得ることによって実現され得る。
【００５０】
図３は、横移動に対する負帰還の量が示されたグラフである。図３は、例えば図２Ａ〜図２Ｃにおいて部分的に重なり合ったコイルを使って示された、２つの可変的に横移動する並列コイルの電磁結合の起こり得る推移が示されている。座標原点３３は、縦座標では数量的な結合が０で、及び横座標上には両方のコイルのセンタリングが示されている。正確な曲線推移３０が、例えば両方のコイルの寸法及び形状、又はさらに使用された材料のようなさまざまなパラメーター設定に依存する一方で、２つの基本的な性質が特徴的である。１つは、結合は特定の横移動３１の際に正負変換（Vorzeichenwechsel）が起こっていることである。もう１つは、結合は間隔が大きくなるにつれ（大きな横移動）ますます小さくなることである。結合の正負変換については、相互インダクタンス（結合にとって重要）の定義が磁力の流れの面積積分に基づいて決められるため、当業者は簡単に納得できる。特定の移動３１の場合、例えば図２Ａ〜２Ｃでわかるように、反対方向のフロー部分は互いに相殺される。従ってこの技術により、大幅な結合解除が両方のコイルで達成され得る。このことは、本発明の文脈では、結合がある程度の最低限界又は限界値３４を下回ることを意味する。これは、横移動が範囲３１又は範囲３２のいずれかの中にあるとき成功する。この２つの範囲は、さまざまなコイル形態及びコイルの幾何学的形状のために、本発明に従い、有利に利用される。
【００５１】
従って、本発明により、すべてのコイルが相互間で、又はそれぞれ任意のコイル・ペアが最小の相互結合を備えているように、複数のコイルが１つの平面型ユニット又は平面シート上に設計され、寸法決めされ及び配置される。特にこのペアによる結合ｋは、それぞれ限界値の下にあり、例えば５％以下、２％以下又は１％以下であってよい。こうして任意の送電コイル内の、時間で変化する電流フローは、他のすべての送電コイル内で重大な誘導電圧を引き起こさない。ペアでの結合最小化により同時にすべてのコイルを十分に互いに結合解除する。例えばＲＦＩＤシステム又は一般的に誘導による電力伝送システムへの使用が考えられる。この場合、構成は有利にはモバイル機器の充電に使用し得る。他の応用として、本発明の観点は、有利には誘導による電力伝送システム内のスイッチング可能な送電コイルに使用し得る。
【００５２】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の実施例を示している。この実施例では、平面型ユニット５０は６つのコイル５１、５２、５３、５４、５５及び５６を備えており、市松模様に配置されている。コイルは、本発明により、それぞれペアで及びそれによって全体として有意に結合解除されている。コイルは例としてスパイラル形状であり、３つの巻線を有している。それぞれ２つの直接隣り合った送電コイル、例えばコイル５１及び５２は、平面型ユニットの異なったレイヤー上に配置されている。平面型ユニットは、従って少なくとも或る厚み５７を有していなければならない。Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、本発明の観点に従った十分な電磁結合解除がもたらされるように、コイルが重なり合って配置されている。同様に、それぞれ２つの斜めに（diagonal）隣接してあるコイル、例えばコイル５１及び５５は、部分的に重なり合って配置されている。このことにより、同様にペアでの結合解除は、斜めに（直接でも）隣接したコイルで達成される。十分な結合解除が、２つの直接隣接したコイルでも、２つの斜めに隣接しているコイルでも保障され得るよう、コイルは単純な四角形の形には形成されていない。このことにより、横方向に隣接しているコイルだけではなく、斜めに隣接しているコイルも、ペアで重なり合った面（コイル・ペアのコイル巻線で取り囲まれた面のセクション）が、各コイル・ペアの十分な結合解除がもたらされるよう設計されていることが達成される。単純な四角形の形から逸脱し、コイルの角ははっきり際立っているか又はサイドエッジが内側にへこんでおり、それによって個々のコイルがやや星型の基本形状となる。直接隣接していない２つのコイル、例えばコイル５１及び５３の間の結合は、結合がすでにその他の処置なしに図３の範囲３２の限界値の下にあるほどに、すでに空間的に互いに離れている。図４Ｃには、部分的に重なり合ったコイルが如何に、例えば平面型ユニットの４つの異なったレイヤーに配置されているかが、正面図で示されている。図４Ｂにおける円で囲まれた範囲では、すべての隣接するコイルが重なっている。
【００５３】
例として、同様にコイル５１〜５６の中心点Ｍ１１〜Ｍ２３が記載されている。中心点Ｍ１１〜Ｍ２３は、コイル巻線に取り囲まれた面の面重心を示すことができる。この場合、極度に厳密な数学的形状寸法を前提としていない。むしろコイルの構成を簡略化して記述するために中心点を定義することが重要である。市松模様の構成は、そのように定義されたコイルの中心点Ｍ１１〜Ｍ２３が、規則的にマトリックスの行又は列の中にあることが特徴である。あるいは、これはまた中心点Ｍ１１、Ｍ１２及びＭ１３が直線Ｇ１上にあり、並びに中心点Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３が別の直線Ｇ２上にあり、直線Ｇ１及びＧ２は平行であることによって記述され得る。同様に、中心点Ｍ１１及びＭ２１は直線Ｇ５上に、中心点Ｍ２２、Ｍ１２は直線Ｇ４上に、かつ中心点Ｍ２３及びＭ１３は直線Ｇ３上にある。直線Ｇ３、Ｇ４及びＧ５は同様に互いに平行である。直線Ｇ３、Ｇ４及びＧ５は、列の直線又はマトリックスの列とも呼ばれてよく、他方で直線Ｇ１及びＧ２はマトリックスの行を形成してよい。
【００５４】
図４Ａ〜図４Ｃの実施例のデータは、以下のとおりである。
【００５５】
各コイルの巻線の数は３である。コイルの中心点の間の間隔は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に３０ｍｍである。各コイルの外側の巻線の（正方形の）辺長ａは４２．８４ｍｍである（最適化されている）。中心点の方向へのへこみは、角度α＝７．５７°（最適化されている）によって特徴づけられている（辺長ａ及び角度αは図５Ｂに視覚化されている）。平面型ユニットの厚み（Ｚ軸方向への延伸）（図４Ｃの５７）は１．５ｍｍである。直接関係のないその他の値は、導体経路の幅で１ｍｍであり、及び２つの導体経路の間の間隔も同じく１ｍｍである。
【００５６】
重なりは、中心点の間隔と正方形の大きさから導き出され、計算により例えば（４２．８４ｍｍ−３０ｍｍ）／４２．８４ｍｍ＝３０％となる。
【００５７】
挙げられた最大結合値は、組み得るすべてのペアの結合において数量的に最大のものである。図４の実施例は、６つのコイルすべての個々の結合の例である。
【００５８】
【数３】
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【００５９】
コイル２及び６の間の数量的最大絶対値（行２、列６）は０．０１３４＝１．３４％であることがわかる（マトリックスは対称で、主対角線上の記載はここではゼロである。なぜならば、コイルはこの結合の定義で自分自身と結合していないか、又はこれがすでに自己インダクタンスに考慮されているからである）。コイル２及び６は、図４の例ではコイル５２及び５６、つまり２つの斜めに隣接しているコイルである。
【００６０】
図４Ａ〜図４Ｃの実施例のデータは、典型的な寸法及び材料の中から選択されている。平面型ユニットを机、壁、床、トレイなどの日用物品に統合するためには、個々の送電コイルの延伸が辺長又は直径と共にほんの数ミリメートルから数メートルまで選択できると有利である。下方（小さくなってゆくコイル寸法）へは、理論的に境界は設定されないが、特に製造及び制御エレクトロニクスの費用はコイルが小さくなるほど上昇する。なぜなら平面型ユニット全体の寸法が同じでより多くのコイルが必要になるからである。上方（大きくなってゆくコイル寸法）へは、物理的限界がある。なぜなら周波数が固定されている場合、徐々に大きくなるコイルの延伸は、ある時に波長の大きさに到達し、それによりコイルはもはやコイルとして作用しなくなるからである（自己共振、静電性の作用、放射など）。低いＭＨｚの周波数範囲では、この上限は、例えばほんの数メートルから数メートル（wenige bis einige Meter）になる。送電コイルに有意義な巻線の数は、同様に多くのファクターに依存し、典型的には周波数が上がると少なくなる。導体経路の太さ又は線径については、ミクロン範囲からミリメートル範囲までの値が好ましく、一般により大きな導体経路断面が、コイル品質及び効率の観点から、抵抗損が少ないという効果をもたらすためより好ましい。しかしながら、ここでも、例えば表皮効果又は近接効果のような周波数に依存した効果が導体経路断面の最適な選択に影響する。
【００６１】
図５Ａ〜図５Ｅには、本発明の他の実施例が示されている。同様に、複数の結合解除された送電コイルを備えた平面型ユニット５０又は平面シートが示されている。図５Ａでは、図４Ａとは異なるコイル基本形が使用されているが、これは同じくすべての結合で限界値を下回ることを可能にしており、その結果、すべてのコイルがそれぞれ十分に互いに結合解除されていると見なされ得る。図５Ａでは、斜めに隣接するコイルの結合解除に必要な、コイル面の４つの角の特徴は、図４Ａのような星形の拡張ではなく、むしろの４つの外縁のところで正方形の面が小さくなることで達成されている。個々のコイル、例えば６１の基本形状は、単に模式的に理解される。これはまた、複数の巻線を備えたスパイラル形状及び／又はヘリックス形状のコイルが異なったレイヤーに使用されてもよい。図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅは、再度異なった基本構造を示している。図４Ａでも使用された図５Ｂの星形の構造及び図５Ａに示された図５Ｃの正方形の変形例、それに加えて例えば図５Ｄに示されているような面取りされた角を含むコイルの幾何学的形状も使用され得る。これは図５Ｂの星形の構造でも可能である。さらに、例えば図５Ｅに示されているように、基本構造が平面型ユニットの２つの空間方向（Ｘ及びＹ）で非対称に設計されることが可能である。
【００６２】
この実施例でも、コイル６１〜６６は平面型ユニット５０の中にあり、実質的にＸ−Ｙ平面に配置されている。Ｚ軸方向の延伸は、重なり合いと、巻数、材料などのようなその他のファクターによりあらかじめ決められる。
【００６３】
図５Ｂに示されたコイル形状は、やや星形として描写可能であり、２つのパラメーターによって特徴づけられ得る。それは辺長ａ及び傾斜角度αである。これら２つの数値を最適化し、平らな面に対応する構成を配設することで、隣り合って配置されているコイル・ペアの間で（すなわち斜めにも）、負帰還が簡単に最適化できる。重要なことは、ここで角度α（コイルの中心Ｍに対する巻線の傾き）で特徴づけられる、正方形の形からの逸脱であり、該逸脱が、頂点Ｅ１、Ｅ２及びＥ２、Ｅ３又はＥ３、Ｅ４若しくはＥ４、Ｅ１の間の直線の接続よりも強いことである。コイルはセクションＷ１〜Ｗ８を備えている。セクションＷ１及びＷ２は、隣接する頂点Ｅ１及びＥ２を接続する。頂点Ｅ１〜Ｅ４は、正方形の頂点にある。線分セクションＷ１及びＷ２は、２つの頂点Ｅ１及びＥ２の直線の接続から、角度αで構成の中心Ｍへ移動する分だけ逸脱している。これにより、コイルのへこみは４つすべての辺で実現される。
【００６４】
図５Ｃには本発明の別の実施例が示されている。この幾何学的コイル形態の頂点Ｅ１〜Ｅ４は、同様に正方形の頂点にある。本発明によるへこみは、ここではコイルの中心Ｍへの直角の曲がりによって達成される。これは例えば頂点Ｅ４及びＥ１の間でまずケーブルセクションＷ１０が直線に延在する。その次に巻線が中心Ｍの方に直角に、長さｅだけ曲がる。ケーブルセクションＷ１１では長さｄで巻線が延在し、再びまっすぐになり、端部で直角に中心Ｍから長さｅだけ線分セクションＷ１２の方へ曲がり、端部でまっすぐに線分セクションＷ１２を頂点Ｅ１まで伸びる。このコイルの幾何学的形状の最適化は、すべての直接隣接したコイルの間で（斜めに隣接するコイルでも）負帰還が最小になるまでパラメーターａ、ｄ及びｅを変更することによって、行うことができる。
【００６５】
同様に図５Ｅに示されたコイルの幾何学的形状が最適化され得る。この場合、このコイル形状の頂点が四角形の頂点にあることを考慮しなければならない。この四角形は、辺長ａ及びｂを有している。へこみは、やはりその長さｄ及び奥行きｅによって特徴づけられる。最適化するべきは、この場合、ａ、ｂ、ｄ及びｅであろう。簡略化して、ここでは比率Ｖ＝ａ／ｂがあらかじめ設定され、続いてａ、ｄ及びｅが最適化され得る。そのため、ここでも最適化するべきパラメーターは３つのパラメーターだけであろう。図５Ｂの場合パラメーターａ及びα（つまり２つのパラメーター）を、図５Ｃの場合パラメーターａ、ｄ及びｅ（つまり３つのパラメーター）を最適化しなければならない。さらに、もちろんそれぞれコイル相互の位置を考慮しなければならない。
【００６６】
図６Ａは、本発明の別の実施例である。この場合は、ハニカム状のコイルの構成に関する。ハニカム状のコイルの構成では、平面型ユニット５０内で図５Ｂ又は図５Ｃに従った前述の星形又は角張ったへこみを省略することができる。この場合、それぞれ直接隣接するコイル（例えば７１及び７２）、つまりマトリックスの１つの行の中のコイル又は１つの列の中のコイルが、十分に互いに結合解除される。しかし、斜めに隣接するコイルの結合解除は部分的に断念しなければならない。マトリックス構造内で選択した１つのコイルの最大８つの隣接する（直接及び斜めに）コイルは、ハニカム構造内の行及び列の非正方形の構成により、斜めに隣接するコイルのうちの２つがさらに互いに遠ざけられ、それによってもはや部分的な重なり合いによって結合解除されることができなくなるか、しなくてもよくなるようにゆがめられる。このことは、例えばコイル７１及び７５に該当する。本発明の一実施例に従い、部分的に重なり合った四角形のコイル、多角形又はさらに円形のコイルも使用され得る。示された構成は、隣接するコイルの完全に有意の結合解除なしに機能しているコイル構成に比べてすでに有利である。しかし不利であるのは、図４Ａ及び図５Ａの実施例で可能であるような完全な結合解除が残されていることである。なぜなら、市松模様のシステムにおいて斜めにあるコイル（例えばコイル７１及び７５）が、存在する残留結合によってマイナスの影響を受け得るからである。しかし、市松模様の構成と比べてハニカム構成は、例えばコイルの中心点のラスターがあらかじめ設定されている場合、コイルの幾何学的形状の最適化の際に、相互の十分な結合解除のために、基本構造の幾何学的寸法（つまり１つのパラメーター）のみ、例えば円形の場合は半径だけを考慮すればよい点で有利であると評価され得る。
【００６７】
ハニカム状の構造の他の実施形態は、図６Ｂ〜６Ｋに示されている。図６Ｂは、円形のコイルを備えたハニカム状の構造を示している。図６Ｃ〜６Ｈは、１０個の角、８個の角、７個の角、６個の角及び５個の角を備えた多角形である。図６Ｉは、四角形を備えた実施例を示し、これは図６Ｊと同じである。その際四角形は図６Ｉ及び６Ｊに従い、またその中心点の周りを回転することも可能である。すべての場合で少なくとも直接隣接するコイルは重なり合う。図６Ｋは、三角形のコイルの例である。
【００６８】
図６Ａに示された実施例は、コイル７１、７２、７３（第１の組（Reihe））及び７４、７５、７６（第２の組）を備えた２つの組がそれぞれコイル中心点間の間隔の半分を互いにずらされて配置されている。それぞれ２つの隣接するコイル（例えば７１及び７２又は７１及び７４）の部分的重なり合いは、まさに両方のコイルが十分に互いに結合解除されていると見なされ得るように選択される。直接隣接していないコイル、例えば７１及び７３又は７１及び７６（特別な場合として７１及び７５も）は、すでに、限界結合を下回り、両方のコイルが同様に十分に互いに結合解除されていると見なされ得るほどに互いに遠ざけられている。図６Ｂは、平面図にコイル７１〜７６が示されている。その他の図６Ｃ〜６Ｋに示されているように、ハニカム状の構造の、このような十分に結合解除されるコイルは、規則的な多角形、特に三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形及び十角形を使用しても実現される。この場合、特定の基本構造の中心点周りの回転角度を確定することは不要である。言い換えれば、十分な結合解除は、例えば図６Ｉの正方形によって達成されることができ、例えば、正方形が図６Ｊに示されたような別の回転角度で配置されている場合にも、達成され得る。これは図６Ｆ及び図６Ｇで六角形の場合も示されている。しかしながら、さまざまな回転角度のために、場合によっては、（最適化プロセスで）個々の多角形のサイズを変更することができる。図６Ｂ〜図６Ｋに提示されたすべての形においても、特に円形の場合に、やはりスパイラル形状の、多層の又はさらに巻き付けられたコイルも使用され得ることが有効である。これに加えて、非対称の基本構造も平面型ユニット２つの空間方向に備えられ得る（例えば図６Ｂの円形の代わりに楕円、又は非対称に変更された四角形）。
【００６９】
図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の他の実施例を示している。図７Ａ〜図７Ｆには、送電コイルの基本形状が非対称である、本発明の実施例が示されている。こうして例えば図７Ａのパターンは、関連している図７Ｂに示された基本コイルを備え、図４の星形のパターンの変化形と見なされ得る。しかしながらさらに、本発明にしたがって、すべてのコイルが、最適化された部分的重なり合いにより十分に互いに結合解除されて配置されている。これに応じて、図７Ｃのパターンは、関連している図７Ｄに示された基本コイルを備え、図５Ａの四角形パターンの変化形と見なされることができ、さらにすべてのコイルが最適化された部分的重なり合いによって、十分に互いに結合解除されていると見なされることができる。図７Ｅのパターンも、関連している図７Ｆに示された基本コイルを備え、目的に合わせた部分的重なり合いによってすべてのコイルの十分な結合解除が可能になる。このパターンは、図６Ｊのハニカム構造の非対称の変化形であり、この構造は例えば２層の基材を備えて作られ得る。図７Ａの実施例では、コイル中心点Ｍ１１〜Ｍ２３は市松模様に配置されている。図７Ｃの実施例も同様である。図７Ｅの実施例はやはりハニカム構造である。
【００７０】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の別の実施例を示している。この場合、すべての送電コイルの十分な結合解除は、隣接するコイルの部分的重なり合いによってではなく、図８Ａ及び図８Ｂでコイル８１を使用して示されるように、個々の基本コイルの巻方向を基本コイル面で変えることで達成される。このことは例えば、例えばコイル８１の２つの範囲８２及び８３で巻方向を反対にすることによって達成される。基本コイル内で巻方向を目的に合わせて変えることで（基本コイルの巻方向８４と範囲８２又は８３の巻方向８５又は８６とを参照のこと）、結果として生じる磁力線の方向も変わる。相互インダクタンスひいては２つの（直接及び場合によっては斜めに）隣接するコイルの結合は、最適な幾何学的配置では大幅に最小化され得る。このことによって、同様にすべての送電コイルの大幅な結合低減の目標が達成され得る。この実施例では、場合によっては個々の送電コイルの、存在するであろう１つ又は複数の受電コイルへの結合が、巻方向の変更によって低減されることができ、それによってシステム全体の状態の悪化が伴い得ることがわかる。反対に、コイル構成がより簡単に製造可能であり得る。なぜならば、場合によっては平面型ユニットで必要なレイヤーが少なくてすむからである。
【００７１】
本発明の重要な利点の１つは、任意の送電コイルの時間で変化する電流フローが、コイルマトリックスの隣接するコイルにわずかしか作用しないことである。このことは、複数の送電アンテナが個別に、また同時に制御され、かつそれによって電流フローが企図される、このようなシステムに特に有利である。一般に本発明は送電コイルの高い相対実装密度を可能にする。これによって、平面型ユニット又は平面シートの中にコイルが存在せず、それによって、場合によっては受電コイルの給電がその箇所において不可能となる範囲を回避することが可能である。さらに本発明による構成は任意に拡大縮小可能であることが利点であると評価される。平面型ユニットはこうして２つの空間方向（Ｘ及びＹ）に理論的に任意に拡張され得る。それによって理論的には任意に複数の受電機に給電可能である。さらに本発明により、送電コイルに調和している限り、異なった受電アンテナ形状を利用することができる。全体として、２つの大きな実施事例に分けることができる。１つは、小さい送電アンテナ及びより大きい受電アンテナの場合、もう１つは大きい送電アンテナ及びより小さい受電アンテナの場合である。
【００７２】
この文脈では、アンテナという概念はコイルの同義語として使用される。常に個々の送電コイルしか制御されない特定の場合は、本発明にはほとんど利点はない。なぜならば、誘導された電圧が、非作動の又は分離された隣のコイルにまったく又はほとんど電流フローを生じさせないからである。しかしこの状況は、少なくとも２つの隣接した送電コイルが同時に作動された場合では様子が異なる。結合された送電アンテナの相互の影響により、相互インダクタンスによって個々のアンテナ又はコイルの有効な自己インダクタンスが変化し、このことが例えば、共振回路が離調し、それによってさらに効率性も低下する結果となり得る。本発明の観点により個々の送電アンテナは任意に組み合わせ可能であり、フェーズを同期した制御の場合に、任意に形成された、仮想で効果的なアンテナを形成可能である。非常に多くの小さい送電コイルの例では、これらの上により大きな受電アンテナが配置され、送電アンテナがさまざまに接続されることで、伝送される電力が最適に調整され得る。例えば、個々の作動された送電コイルによって受電機を十分に給電するのに受電コイル内の誘導電圧が不足である場合は、第２の隣接する送電コイルが追加で接続され得る。これによって誘導電圧が、ひいては伝送された電力も高められる。２つの隣接するコイルの部分的重なり合いは同様に、両方のコイルが作動している限り、両方のコイルの重なり合い範囲に最大の磁場を有しているという利点を含んでいる。しかしながら、典型的にはこの範囲は空間的に受電コイルの下側に配置され、そのために、漂遊磁界の低減という理由から、問題ではない又は有利であるとさえ評価される。
【００７３】
複数の大きい送電アンテナが、平面型ユニットにおいて、互いに無関係に空間的に隣り合って作動され、つまりフェーズ同期した制御がない場合、提示された方法で十分な結合解除が確保され、２つのアンテナは互いにまったく又はわずかしか影響し合わない。もしもそうでないとすると、２つのコイルは、従来の方法によってその場所で隣り合って作動され、２つのコイルは互いに入り込んで結合し、かつ結果として生じる電流は、最悪の場合に破壊的に（destruktiv）伝送され得るであろう。このことは、本発明による構成及び本発明による方法には当てはまらない。この場合、目的に合わせた部分的重なり合いにより、むしろ送電コイルの上方の範囲全体がカバーされ得る。
【００７４】
発明による平面シート又は平面型ユニットは、例えばスマートフォン、ノートパソコン、モニター、ランプ及びさらに多くのモバイル機器に電力を供給するために、例えばテーブルの中に入れる又はそのようなものに設置されてよい。これには例えば蓄電池の充電も含まれ得る。テーブルの他に、平面型ユニットは例えば部屋の床又は絨毯に内蔵されてもよい。この場合、同様に例えば掃除機又はスタンドライトのようなモバイル機器に非接触で給電することができる。例えば電気自動車の蓄電池を充電するために、ガレージの床又は建物の外部、例えば公共の広場などにも、平面型ユニットを内蔵することができる。例えば携帯電話のようなより小型のモバイル機器に給電するために、より小型の平面型ユニットを例えば充電クレイドル又は引き出しに内蔵することもできる。例えばデジタル画像フレーム、ランプ、テレビ及びさらに多くのものに給電するために、平面型ユニットを壁に内蔵することも考えられる。
【００７５】
本発明の使用には他にＲＦＩＤ分野もあり得る。この使用例では、平面型ユニット又は平面シートがマルチ機能のＲＦＩＤ送電アンテナとして使用され、磁場は交互の個別の送電流の特別に設定されたフェーズによって異なった形にされ得る。このことは、例えば空間的な位置合わせが最初から固定されていないＲＦＩＤラベルを確実に読み取るために使用され得る。
【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３】
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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６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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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７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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