(57)【要約】  本発明はバッテリーを再充電する装置（１）に関する。当該装置は回路を有する。当該回路は、第１の層（１７）にある少なくとも１つの第１のコイル（８）、及び第２の層（１９）にある少なくとも１つの第２のコイル（２１）を有する。本発明によるコイル（４−１６、２１−２５）は反対方向の磁界（２８、２９）を有する。反対方向の磁界は離れた範囲で互いに打ち消し合う。従って、生体系及び電気機械に与える偶発的な影響は回避される。
2009508331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、バッテリーを再充電し、前記装置は回路を有し、前記回路は、第１の層にある少なくとも１つの第１のコイル、及び第２の層にある少なくとも１つの第２のコイルを有し、前記コイルは反対方向の磁界を有する、装置。
【請求項２】
前記コイルは同一のインダクタンスを有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記コイルは並列に接続される、請求項１及び／又は２記載の装置。
【請求項４】
反対方向の磁界を有する前記コイルは互いの上に配置される、請求項１乃至３の何れか１項記載の装置。
【請求項５】
重ね合わされた前記コイルは、コイルの外径の１／２０乃至前記外径の１倍だけ、有利には前記外径の１／４だけ間隔を離される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記コイルは前記コイルの直接の近隣から磁気的に切り離される、請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの磁気的導電性コアは前記コイルの間に配置される、請求項１乃至６の何れか１項記載の装置。
【請求項８】
コイルの巻き線は平面に螺旋状に配置される、請求項１乃至７の何れか１項記載の装置。
【請求項９】
前記装置は平坦な表面を有する、請求項１乃至８の何れか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記回路はオン−オフ・スイッチを有する、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記オン−オフ・スイッチはダイオードである、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記回路は試験回路を有する、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
再充電可能なユニットであって、回路を有し、前記回路は共振回路を有する、ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーを再充電する装置に関する。当該装置は回路を有する。当該回路は、第１の層にある少なくとも１つの第１のコイル、及び第２の層にある少なくとも１つの第２のコイルを有する。再充電可能なユニットはバッテリーを備えた回路を有する。
【背景技術】
【０００２】
このようなバッテリーを再充電する装置は特許文献１から知られている。印刷回路基板は、螺旋状コイルが複数層に配置されるようエッチングされる。これに関し、コイルの巻き線は１つの層に存在する。高磁束密度は、同一方向に巻かれたコイルの巻き線が相殺されるように少なくとも２つの層が互いの上に存在する場合に得られる。これらの磁界は大面積に亘り散乱し、従って偶発的に電気機械及び生体系に影響してしまうという欠点がある。従って、大電力出力は上記のように転送できない。
【特許文献１】英国特許第２３８９７２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的はバッテリーを再充電する装置及び再充電可能バッテリーを改善することである。特に、漂遊磁界が制限され、及び大電力消費が可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
当該目的は従属請求項の特徴により達成される。本発明によると、コイルは反対方向の磁界を有する。反対方向の磁界は離れた範囲で互いに打ち消し合う。
【０００５】
簡単な方法では、コイルは同一のインダクタンスを有する。単純なコイル形状及びコイルの単純な幾何学的配置は、同一のコイル・インダクタンスで得られる。
【０００６】
有利なことに、コイルは並列に接続される。再充電可能ユニットがコイルの上方に配置される場合、並列接続の電流が変化し、再充電過程の間にコイルの下側より多くの電流がコイルの上側に流れるようにする。当該ユニットは再充電される。電流は如何なる負荷も有さず並列枝路に均等に分配される。
【０００７】
有利なことに、反対方向の磁界を有するコイルは互いの上に配置される。再充電過程はコイルを互いの上に直接配置することにより支援される。
【０００８】
有利なことに、重ね合わされたコイルは、コイルの外径の１／２０乃至当該外径の１倍だけ、有利には該外径の１／４だけ間隔を離される。外側コイル巻線の１／４に等しい直径の距離は、再充電過程と離れた範囲の磁界を打ち消すこととの両方に有利であることが証明されている。直径の１／４の距離で、上側コイルとより強く結合する。
【０００９】
有利なことに、コイルはコイルの直接の近隣から磁気的に切り離される。相殺コイルは直接の近隣が切り離されるよう、重ね合わされ及び相対配置を有する。
【００１０】
有利なことに、少なくとも１つの磁気導電コアはコイル間に配置される。１つのコア、望ましくは２つのコアがコイル間に設けられる場合、磁束線は２つのコアの内部を走り、従って重ね合わされたコイルは互いに影響されない。従って、同一の効果により、コイル間の距離は縮小され、ユニットはより平坦に作成できる。コイル間の距離は従って、コイルの外径の１／４０から１／４００まで縮小され得る。コアは鉄心又はフェライト・コアとしても参照される。
【００１１】
有利なことに、コイルの巻き線は平面に螺旋状に配置される。製造はこの形状により簡易化される。
【００１２】
有利なことに、装置は平坦な表面を有する。ユニットはより簡単に装置に位置付けられ得る。
【００１３】
有利なことに、回路はオン−オフ・スイッチを有する。電流はオン−オフ・スイッチを用い低減され得る。また装置は再充電過程の間のみ切り替えられる。
【００１４】
オン−オフ・スイッチは単にダイオードである。ダイオードは動作中、つまり再充電過程の間、バイアスされる。
【００１５】
有利なことに、回路は試験回路を有する。試験回路を用い、再充電されるべきユニットが装置に存在するか否かが検証され得る。試験回路はミリ秒又は秒の周期でオン及びオフに切り替えられる。
【００１６】
本発明による再充電可能ユニットは共振回路を有する。従って、より大きい電力消費及びより短い再充電時間が得られる。
【００１７】
本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施例から明らかであり、及び当該実施例を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
異なる図中の同一の参照符号は同様の又は同一の要素を示す。
【００１９】
図１Ａ及び１Ｂはバッテリーを再充電する装置１を示す。当該装置は回路２を有する。回路２は、周波数変換器及びオン及びオフを切り替える制御ユニットを備えた電力制御ユニット３を有する。更に、回路２は導電性結合するコイル４−１６を有する。装置１は可塑性のある多層印刷回路基板１７を有する可塑性パッドである。多層印刷回路基板１７は４つの層１８−２１を有する。装置１はＩＰＰと略される導電性電力パッドとしても参照される。コイル４−１６は互いに重ね合わされ、相殺する。コイル４−１６の重ね合わせ及び形状は、隣接するコイル４−１６が互いに磁気的に相互作用しないように選択される。コイル４−７は並列に接続され、電力制御ユニット３により電流を供給される。コイル８−１２の第２の並列接続、及びコイル１２−１６の第３の並列接続は、同様に電力制御ユニット３により電流を供給される。更なる層２０及び２１では、更なるコイル２２−２６が並列接続されたコイル８−１２の下方に配置される。コイル８−１２は２つの層１８及び１９に配置される。それぞれの場合に、２つのコイル８と２２、９と２３、１１と２５、１２と２６は、正確に互いの上に配置され及び並列接続に接続される。コイルは外径２７を有する。また重ね合わされたコイルは互いに距離２８だけ離れている。距離２８は外側のコイルの巻きの直径を基準として、コイルの外径２７の１／４である。
【００２０】
図２は、並列接続の２つの重ね合わされたコイル８及び２２を示す。コイル８及び２２は同一のインダクタンス（Ｌ１＝Ｌ２）を有する。コイル８及び２２は螺旋状であり、磁界２９及び３０が反対方向に形成されるよう接続される。総電流Ｉｇはコイルを通じて流れる。コイルは電流を２つの等しい大きさの並列電流Ｉ１及びＩ２に中立的に分ける。装置１のコイル８の上方に位置付けられたユニットが再充電される場合、誘導性結合により上側コイル８は下側コイル２２より多くの負荷を与えられる。電流Ｉ１は従って電流Ｉ２より大きい。
【００２１】
図３は、コイル８及び２２の間に配置された２つのフェライト・コア３１及び３２を示す。従って２つのコイル８及び２２の誘導性結合は弱められる。コイル８及び２２の間の距離２８は再び縮小される。
【００２２】
図４はコイル装置４０を示す。コイル配置４０は、Ｌｇとして示され、１又は複数の重ね合わされた並列接続されたコイル対８と２２、９と２３、１０と２４、１１と２５、１２と２６を表す。ＵＤＣとして示されるダイオード電圧４１が印加されると、ダイオード４２はバイアスされ解放される。ＵＡＣとして示される交流電圧４３を印加することにより、電流はコイル装置Ｌｇを通じて流れ、そしてユニットが再充電され得る。交流電圧ＵＡＣを印加しているとき、コイル装置Ｌｇのインピーダンスが変化するか否かが検証される。インピーダンスの変化は、再充電ユニットがパッド１に存在する場合に生じる。検証は数ミリ秒又は数秒の範囲内で可能である。コイル４４及びキャパシター４５は並列回路を形成する。当該並列回路はキャパシター４６と直列に接続される。コイル４４及びキャパシター４５及び４６は、Ｌ２、Ｃ２、及びＣ１としても参照される。この電子構成要素４４、４５、４６の直列構成はＡＣ電圧４３及びＤＣ電圧４１の間の結合を防ぐ。
【００２３】
図５は再充電ユニット５０を示す。再充電ユニット５０は、Ｒ３としても示されるバッテリー５１、Ｃ３としても示されるキャパシター５２、及びＬ３としても示されるコイル５３を有する。コイル５３はコイル４−１６の少なくとも１つと容量性結合され得、従ってバッテリー５１は再充電可能である。コイル５３及びキャパシター５２は共振回路を形成し、従ってバッテリー５１は効率的に再充電され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】制御ユニット及びコイルを有する回路を有する装置の概略平面図である。
【図１Ｂ】コイルを有する装置の側断面図を示す。
【図２】反対方向の磁界を有する２つの重ね合わされた並列接続されたコイルの等価回路図を示す。
【図３】反対方向の磁界を有する２つの重ね合わされた並列接続されたコイル及びコイル間の２つの磁気コアの等価回路図を示す。
【図４】コイル装置をオン及びオフに切り替えるダイオードを有する等価回路図を示す。
【図５】共振回路を有する再充電されるべきユニットのための電子回路の等価回路図を示す。
【図１Ａ】
2009508331.tif 000003
【図１Ｂ】
2009508331.tif 000004
【図２】
2009508331.tif 000005
【図３】
2009508331.tif 000006
【図４】
2009508331.tif 000007
【図５】
2009508331.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月9日(2008.5.9)
【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】
装置であって、バッテリーを再充電し、前記装置は回路を有し、前記回路は、第１の層にある少なくとも１つの第１のコイル、及び第２の層にある少なくとも１つの第２のコイルを有し、反対方向の磁界を有する前記コイルは互いの上に配置される、装置。
【請求項２】
前記コイルは同一のインダクタンスを有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記コイルは並列に接続される、請求項１及び／又は２記載の装置。
【請求項４】
重ね合わされた前記コイルは、コイルの外径の１／２０乃至前記外径の１倍だけ、有利には前記外径の１／４だけ間隔を離される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記コイルは前記コイルが前記コイルの直接の近隣から磁気的に切り離されるよう、重ね合わされ及び相対配置を有する、請求項１乃至４の何れか１項記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つの磁気的導電性コアは前記コイルの間に配置される、請求項１乃至５の何れか１項記載の装置。
【請求項７】
コイルの巻き線は平面に螺旋状に配置される、請求項１乃至６の何れか１項記載の装置。
【請求項８】
前記装置は平坦な表面を有する、請求項１乃至７の何れか１項記載の装置。
【請求項９】
前記回路はオン−オフ・スイッチを有する、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記オン−オフ・スイッチはダイオードである、請求項９記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリーを再充電する装置に関する。当該装置は回路を有する。当該回路は、第１の層にある少なくとも１つの第１のコイル、及び第２の層にある少なくとも１つの第２のコイルを有する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電磁気誘導により電力を供給するために用いられる非接触充電機器を開示している。電力送信側及び電力受信側にある複数のコイルは、対向位置に離されて配置され、従って隣接するコイルにより生成された磁束は反対方向に向けられる。電力送信側の隣接するコイルは並んで配置される。電力受信側に生成される熱はバッテリー缶により輻射される。
【０００３】
特許文献２は、コイル間に生成される電磁気誘導動作に従う非接触により電力を送信するコードレスパワーステーションを開示する。２次コイルは対向コイルとして動作し、電流を誘起する磁束を受信する。
【０００４】
バッテリーを再充電する装置は特許文献３から知られている。印刷回路基板は、螺旋状コイルが複数層に配置されるようエッチングされる。これに関し、コイルの巻きは１つの層に存在する。高磁束密度は、同一方向に巻かれたコイルの巻きが相殺されるように少なくとも２つの層が互いの上に存在する場合に得られる。これらの磁界は大面積に亘り散乱し、従って偶発的に電気機械及び生体系に影響してしまうという欠点がある。従って、大電力出力は上記のように転送できない。
【特許文献１】米国特許第Ａ−６００８６２２号明細書
【特許文献２】特開平７−２３１５８６号明細書
【特許文献２】英国特許第２３８９７２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はバッテリーを再充電する装置及び再充電可能バッテリーを改善することである。特に、漂遊磁界が制限され、及び大電力消費が可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
当該目的は従属請求項の特徴により達成される。本発明によると、反対方向の磁界を有するコイルは互いの上に配置される。反対方向の磁界は離れた範囲で互いに打ち消し合う。
【０００７】
簡単な方法では、コイルは同一のインダクタンスを有する。単純なコイル形状及びコイルの単純な幾何学的配置は、同一のコイル・インダクタンスで得られる。
【０００８】
有利なことに、コイルは並列に接続される。再充電可能ユニットがコイルの上方に配置される場合、並列接続の電流が変化し、再充電過程の間にコイルの下側より多くの電流がコイルの上側に流れるようにする。当該ユニットは再充電される。再充電過程はコイルを互いの上に直接に配置することにより支援される。電流は如何なる負荷も有さず並列枝路に均等に分配される。
【０００９】
有利なことに、重ね合わされたコイルは、コイルの外径の１／２０乃至当該外径の１倍だけ、有利には該外径の１／４だけ間隔を離される。外側コイル巻線の１／４に等しい直径の距離は、再充電過程と離れた範囲の磁界を打ち消すこととの両方に有利であることが証明されている。直径の１／４の距離で、上側コイルとより強く結合する。
【００１０】
有利なことに、コイルはコイルがコイルの直接の近隣から磁気的に切り離されるよう、重ね合わされ及び相対配置を有する。相殺コイルは直接の近隣が切り離されるよう、重ね合わされ及び相対配置を有する。
【００１１】
有利なことに、少なくとも１つの磁気導電コアはコイル間に配置される。１つのコア、望ましくは２つのコアがコイル間に設けられる場合、磁束線は２つのコアの内部を走り、従って重ね合わされたコイルは互いに影響されない。従って、同一の効果により、コイル間の距離は縮小され、ユニットはより平坦に作成できる。コイル間の距離は従って、コイルの外径の１／４０から１／４００まで縮小され得る。コアは鉄心又はフェライト・コアとしても参照される。
【００１２】
有利なことに、コイルの巻きは平面に螺旋状に配置される。製造はこの形状により簡易化される。
【００１３】
有利なことに、装置は平坦な表面を有する。ユニットはより簡単に装置に位置付けられ得る。
【００１４】
有利なことに、回路はオン−オフ・スイッチを有する。電流はオン−オフ・スイッチを用い低減され得る。また装置は再充電過程の間のみ切り替えられる。
【００１５】
オン−オフ・スイッチは単にダイオードである。ダイオードは動作中、つまり再充電過程の間、バイアスされる。
【００１６】
本発明の上述の及び他の態様は、本願明細書に記載される実施例から明らかであり、及び当該実施例を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
異なる図中の同一の参照符号は同様の又は同一の要素を示す。
【００１８】
図１Ａ及び１Ｂはバッテリーを再充電する装置１を示す。当該装置は回路２を有する。回路２は、周波数変換器及びオン及びオフを切り替える制御ユニットを備えた電力制御ユニット３を有する。更に、回路２は導電性結合するコイル４−１６を有する。装置１は可塑性のある多層印刷回路基板１７を有する可塑性パッドである。多層印刷回路基板１７は４つの層１８−２１を有する。装置１はＩＰＰと略される導電性電力パッドとしても参照される。コイル４−１６は互いに重ね合わされ、相殺する。コイル４−１６の重ね合わせ及び形状は、隣接するコイル４−１６が互いに磁気的に相互作用しないように選択される。コイル４−７は並列に接続され、電力制御ユニット３により電流を供給される。コイル８−１２の第２の並列接続、及びコイル１２−１６の第３の並列接続は、同様に電力制御ユニット３により電流を供給される。更なる層２０及び２１では、更なるコイル２２−２６が並列接続されたコイル８−１２の下方に配置される。コイル８−１２は２つの層１８及び１９に配置される。それぞれの場合に、２つのコイル８と２２、９と２３、１１と２５、１２と２６は、正確に互いの上に配置され及び並列接続に接続される。コイルは外径２７を有する。また重ね合わされたコイルは互いに距離２８だけ離れている。距離２８は外側のコイルの巻きの直径を基準として、コイルの外径２７の１／４である。
【００１９】
図２は、並列接続の２つの重ね合わされたコイル８及び２２を示す。コイル８及び２２は同一のインダクタンス（Ｌ１＝Ｌ２）を有する。コイル８及び２２は螺旋状であり、磁界２９及び３０が反対方向に形成されるよう接続される。総電流Ｉｇはコイルを通じて流れる。コイルは電流を２つの等しい大きさの並列電流Ｉ１及びＩ２に中立的に分ける。装置１のコイル８の上方に位置付けられたユニットが再充電される場合、誘導性結合により上側コイル８は下側コイル２２より多くの負荷を与えられる。電流Ｉ１は従って電流Ｉ２より大きい。
【００２０】
図３は、コイル８及び２２の間に配置された２つのフェライト・コア３１及び３２を示す。従って２つのコイル８及び２２の誘導性結合は弱められる。コイル８及び２２の間の距離２８は再び縮小される。
【００２１】
図４はコイル装置４０を示す。コイル配置４０は、Ｌｇとして示され、１又は複数の重ね合わされた並列接続されたコイル対８と２２、９と２３、１０と２４、１１と２５、１２と２６を表す。ＵＤＣとして示されるダイオード電圧４１が印加されると、ダイオード４２はバイアスされ解放される。ＵＡＣとして示される交流電圧４３を印加することにより、電流はコイル装置Ｌｇを通じて流れ、そしてユニットが再充電され得る。交流電圧ＵＡＣを印加しているとき、コイル装置Ｌｇのインピーダンスが変化するか否かが検証される。インピーダンスの変化は、再充電ユニットがパッド１に存在する場合に生じる。検証は数ミリ秒又は数秒の範囲内で可能である。コイル４４及びキャパシター４５は並列回路を形成する。当該並列回路はキャパシター４６と直列に接続される。コイル４４及びキャパシター４５及び４６は、Ｌ２、Ｃ２、及びＣ１としても参照される。この電子構成要素４４、４５、４６の直列構成はＡＣ電圧４３及びＤＣ電圧４１の間の結合を防ぐ。
【００２２】
図５は再充電ユニット５０を示す。再充電ユニット５０は、Ｒ３としても示されるバッテリー５１、Ｃ３としても示されるキャパシター５２、及びＬ３としても示されるコイル５３を有する。コイル５３はコイル４−１６の少なくとも１つと容量性結合され得、従ってバッテリー５１は再充電可能である。コイル５３及びキャパシター５２は共振回路を形成し、従ってバッテリー５１は効率的に再充電され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】制御ユニット及びコイルを有する回路を有する装置の概略平面図である。
【図１Ｂ】コイルを有する装置の側断面図を示す。
【図２】反対方向の磁界を有する２つの重ね合わされた並列接続されたコイルの等価回路図を示す。
【図３】反対方向の磁界を有する２つの重ね合わされた並列接続されたコイル及びコイル間の２つの磁気コアの等価回路図を示す。
【図４】コイル装置をオン及びオフに切り替えるダイオードを有する等価回路図を示す。
【図５】共振回路を有する再充電されるべきユニットのための電子回路の等価回路図を示す。
【国際調査報告】
2009508331.tif 000009
2009508331.tif 000010
2009508331.tif 000011