(57)【要約】  コンバータ（１２）、蓄積コア（１１）、充電電子機器（１３）、及び、アンテナ構造体が長手方向軸（Ｌ）に沿って内部に配置されるケーシング壁（１００）を有するハウジング１０を有する無線充電式エネルギーストア（１）であって、作用磁場方向に対して使用されるアンテナ構造体の相対的な位置合わせとは無関係に再充電効率の向上を達成し、それにもかかわらず、そのハウジング形態により、小型電気機器におけるバッテリ及びバッテリパックに取って代わって様々に使用できる無線充電式エネルギーストア（１）が望まれる。これは、アンテナ構造体が、−導電ワイヤから形成されて−フレキシブルプリント回路基板上に部分的に重なり合う態様で配置されるフラットコイル（１４，１４’）として形成される少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）を有し、プリント回路基板が少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）と共に蓄積コア（１１）を少なくとも部分的に取り囲み、それにより、ループ長手方向範囲（Ｓ）が長手方向軸（Ｌ）と少なくとも略平行に延びるとともに、ループ横方向範囲（Ｑ）が長手方向軸（Ｌ）に対して少なくとも略垂直に延び、誘導ループ（１４，１４’）の第１の極がコンバータ（１２）の第１の極に接続され、誘導ループ（１４，１４’）の第２の極がコンバータ（１２）の第２の極に接続されるという事実によって達成される。
2019514324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータ（１２）、蓄積コア（１１）、充電電子機器（１３）、及び、アンテナ構造体が長手方向軸（Ｌ）に沿って内部に配置されるケーシング壁（１００）を有するハウジング（１０）を含む無線充電式エネルギーストア（１）であって、
前記アンテナ構造体は、フラットコイル（１４，１４’）として形成される少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）含み、
前記誘導ループは、フレキシブルプリント回路基板上に部分的に重なり合う態様で配置され、
前記プリント回路基板は、前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）と共に、前記蓄積コア（１１）を少なくとも部分的に取り囲み、それにより、ループ長手方向範囲（Ｓ）が前記長手方向軸（Ｌ）と少なくとも略平行に延びるとともに、ループ横方向範囲（Ｑ）が前記長手方向軸（Ｌ）に対して少なくとも略垂直に延び、前記誘導ループ（１４，１４’）の第１の極が前記コンバータ（１２）の第１の極に接続され、前記誘導ループ（１４，１４’）の第２の極が前記コンバータ（１２）の第２の極に接続されることを特徴とする、無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項２】
前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）がフレキシブルプリント回路基板（１００）の表面上に配置され、
前記プリント回路基板は、前記フレキシブルプリント回路基板の背面が前記ケーシング壁（１００）の外面を形成するように前記蓄積コア（１１）の周囲で曲げられる、請求項１に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項３】
前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）は、導電ワイヤから形成されるとともに、前記フレキシブルプリント回路基板（１００）上に固定され又は前記フレキシブルプリント回路基板（１００）に印刷される、請求項２に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項４】
３つ以上の前記誘導ループ（１４，１４’）が部分的に重なり合う態様で前記ハウジング（１０）内に取り付けられて前記長手方向軸（Ｌ）及び前記蓄積コア（１１）の周囲に巻き付けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項５】
前記アンテナ構造体は、少なくとも２つの部分的に重なり合うフラットコイル（１４，１４’）によって形成され、
前記フラットコイル（１４，１４’）は、好ましくは、それらの表面積の２０％以上が前記ケーシング壁（１００）に沿って重なり合う、請求項１から４のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項６】
前記アンテナ構造体は、フラットコイル（１４，１４’）の形態を成す前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）に加えて、少なくとも１つのダイポール（１５）を含み、
前記ダイポール（１５）は、前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）と同じプリント回路基板（１００）に配置されるとともに、少なくとも１つのコンバータ（１２）及び／又は前記充電電子機器（１３）に接続される、請求項１から５のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項７】
前記ダイポール（１５）は、それらの端部領域において蛇行態様で延びる導体トラックを有し、
前記導体トラックの長さが、放射の吸収波長に適合される、請求項６に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項８】
前記ダイポール（１５）は、ダンベル形状に、又は、全体として既知の「ドッグボーン」形状に設計される、請求項６に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項９】
前記アンテナ構造体は、フラットコイル（１４，１４’）の形態を成す前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）に加えて、少なくとも１つのターンスタイルアンテナ（１６）を含み、
前記ターンスタイルアンテナ（１６）は、互いに対して回転される少なくとも２つのダイポールから形成されて、前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）と同じプリント回路基板（１００）に配置されるとともに、前記充電電子機器（１３）に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのダイポール（１５）又は前記少なくとも１つのターンスタイルアンテナ（１６）は、導体トラックがない各誘導ループ（１４，１４’）の中心に配置される、請求項６から９のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）は、前記ループ長手方向範囲（Ｓ）の向きが前記ケーシング壁（１００）の長手方向範囲（Ａ）に向けて傾けられ、したがって前記長手方向軸（Ｌ）に対して傾けられるように、前記ケーシング壁（１００）に固定される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項１２】
前記ハウジング（１０）又は前記ケーシング壁（１００）が、ＡＮＳＩ規格にしたがってバッテリケースの形態を有し、したがって、前記エネルギーストア（１）が異なる小型電気機器において作動され得る、請求項１から１１のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項１３】
前記蓄積コア（１１）はスーパーキャパシタである、請求項１から１２のいずれか一項に記載の無線充電式エネルギーストア（１）。
【請求項１４】
コンバータ（１２）、蓄積コア（１１）、充電電子機器（１３）、及び、アンテナ構造体を含む、ハウジング（１０）及び長手方向軸（Ｌ）を有する無線充電式エネルギーストア（１）のための製造方法において、
−  前記コンバータ（１２）、前記蓄積コア（１１）、及び、前記充電電子機器（１３）を互いに対して配置して電気的に接続するステップと、
−  フラットコイルの形態を成す少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）のアンテナ構造体を前記コンバータ（１２）の第１の端子に電気的に接続するステップと、
−  その一方の表面に前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）が配置されるケーシング壁（１００）としてのフレキシブルプリント回路基板を巻き付けて、前記長手方向軸（Ｌ）と同軸に前記蓄積コア（１１）を取り囲むステップと、
−  前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）を前記コンバータ（１２）の対応する第２の端子に電気的に接続するステップと、当該ステップの後に、
−  前記フレキシブルプリント回路基板によって形成される前記ケーシング壁（１００）の端部の接続によって前記ハウジング（１０）を密封するステップであって、前記プリント回路基板の外面が前記無線充電式エネルギーストア（１）のハウジング外面を形成するステップと、
を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）は、前記ケーシング壁（１００）の内側に固定され、
前記ケーシング壁（１００）及び前記誘導ループ（１４，１４’）を巻き付ける前記ステップは、前記コンバータ（１２）に対する前記誘導ループ（１４，１４’）の第２の極の電気的な接続の前に単一のプロセスステップで行われ、
前記ハウジング（１０）の閉鎖は、前記蓄積コア（１１）の周囲に前記ケーシング壁（１００）を更に巻き付けることによって行われる、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの誘導ループ（１４，１４’）は、接着剤、接着フィルム、又は、インプリントによって前記ケーシング壁（１００）の内側に固定される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記ケーシング壁（１００）の２つの端部が溶接又は接着によって接続され、その結果、前記ハウジング（１０）が閉鎖される、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータ、蓄積コア、一組の充電電子機器、及び、アンテナ構造体が長手方向軸に沿って配置されるケーシング壁を有するハウジングを有するエネルギーストア、及び、コンバータ、蓄積コア、一組の充電電子機器、及び、アンテナ構造体を有する、ハウジング及び長手方向軸を有する無線充電式エネルギーストアのための製造方法について記載する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲の電気バッテリ及びアキュムレータが商業的に入手可能であり、これらは様々なバッテリ給電式の電気消費体で使用され得る。
【０００３】
バッテリ及びアキュムレータという用語は、この出願では、充電式の１次電池、スーパーキャパシタ、及び、充電式の２次電池を指すべく同意語として使用される。複数のセルが互いに接続される場合には、これがバッテリパックと呼ばれ、バッテリという用語と同義であることも意味する。バッテリでは、電気エネルギーを対応する蓄積コアに電気化学的に蓄えることができる。その際、バッテリは、通常、バッテリパックと同等の複数の二次電池から構成される。
【０００４】
近年、キャパシタを伴う蓄積コアがバッテリ又はアキュムレータにおいて付加的に使用されてきており、この場合、電気エネルギーはキャパシタの電場に蓄えられる。電気エネルギーを必要に応じて電気エネルギーストアから引き出すことができる。ここでも、複数のキャパシタ又はスーパーキャパシタを有するバッテリパックをもたらすことができる。
【０００５】
電気エネルギーストアのハウジングは、共通の標準化されたサイズ（ＡＮＳＩ規格）に適合され、その結果、小型電気機器の異なる形態に適したハウジングの所定の形態を伴う管理可能な数の利用可能なハウジングがもたらされる。様々な蓄積コアに基づくバッテリなどのエネルギーストアは、補聴器、携帯電話、ポータブルコンピュータ、カメラ、リモコンから、目覚まし時計や子供のおもちゃにまでわたる異なるサイズの通常は携帯できる小型電気器具において使用可能である。これらの装置のエネルギーストアホルダは、ボタン電池から９Ｖブロックまでのバッテリの利用可能な形態に適合され、また、装置の電子機器は、エネルギーストアの公称電圧及び容量などの性能特性に適合される。
【０００６】
充電式バッテリの使用の増加に起因して、非充電式の一次電池、ひいては使い捨てバッテリの製造及び流通が減少される可能性がある。充電式バッテリは、現在、これらを適切な充電装置によって容易に再充電できるため、小型電気機器での使用が好ましい。多くの場合、今日一般的に使用されている小型電気機器には、充電中に挿入された充電式バッテリが装置内にとどまることができる一方でエネルギーストアの制御された再充電を行うことができるように充電電子機器が設けられる。これは、例えば、コードレス電話や携帯電話に関して特に当てはまる。外部供給源から、供給電圧及び充電電流の形態を成す電気エネルギーが供給され、それにより、充電式バッテリが再充電される。エネルギーストアは、機械的にロバスト性が高くなるように、また、モバイル用途の場合には可能な限り軽量であって、任意の位置で使用できるように設計されなければならず、その場合、放電が防止されなければならない。
【０００７】
充電プロセスを更に簡略化するために、バッテリは、現在、可能な場合には無線で充電される。この無線又は非接触のエネルギー伝達又は電力伝送は、今日、遠隔場（エネルギーストアから充電装置までの距離が≦４００ｃｍ）又は近接場（エネルギーストアから充電装置までの距離が≦２０ｃｍ）における様々な伝送モードを使用して異なる供給源から達成され得る。電磁場は、供給源からのエネルギーを電気エネルギーストアに伝達する。
【０００８】
携帯電話、スマートフォン、パーソナルデジタルアシスタント、ナビゲーションデバイス、又は、タブレットコンピュータを簡単に置くことができるとともに充電プロセスが直ぐに始まる充電装置が市販されている。この充電装置は、送信コイルに接続される充電電子機器を必要とする。例えば携帯電話の誘導受信手段では、送信コイルの交流電流が交流電圧を誘導する。誘導受信手段の交流電圧は、整流されるとともに、携帯電話を充電するために充電電子機器を介して携帯電話のバッテリパックに供給される。
【０００９】
送信コイルと誘導受信手段との誘導結合に加えて、共振誘導結合も行うことができる。これらの方法は、しばらくの間実施されてきており、また、それぞれのユーザ装置の製造業者に関係なく、様々な製造業者からの異なるスマートフォンを誘導又は誘導結合によって異なる充電器で充電できるようにする標準規格が確立されるようになってきた。
【００１０】
米国特許出願公開第２０１４／０００２０１２号明細書の文献は、無線充電式エネルギーストア１について記載する。図１に示されるように、このエネルギーストア１は円筒形状のハウジング１０を有し、このハウジング１０内にはバッテリの形態を成す蓄積コア１１が配置される。ハウジング１０は、標準的なバッテリハウジング、例えばいわゆるＡＡＡバッテリ又はＡＡバッテリでモデル化され、この場合、プラス端子Ｐ及びマイナス端子Ｎのそれぞれが外部からアクセス可能であり、両方の極がハウジング１０内のバッテリ１１に接続される。使用される誘導受信手段は、複数の巻線の状態でバッテリ１１又はハウジング１０の長手方向軸Ｌの周囲に螺旋状に巻回される導電体の形態を成す誘導コイル１４０である。誘導コイル１４０の巻線は、長手方向軸Ｌと同軸に配置されるとともに、マイナス端子Ｎからプラス端子Ｐの方向に経路付けられ、それにより、いずれの場合にもバッテリ１１を完全に取り囲む。最大巻線幅及び巻数は、ハウジング１０の高さｈによって決定される。誘導コイル１４は、単一の層として形成されるとともに、長手方向軸Ｌの経路にわたって巻線内に中空空間を有する。
【００１１】
エネルギー伝達の達成可能な効率は、所望の値を未だ満たしていない。誘導コイル１４０の巻線の長手方向軸周りの同軸上での右回りと左回りとの間の変化は、何ら改善を示すことができなかった。所定のハウジング厚さに起因して多層巻線を達成することが困難であるため、この場合、複数の密集したコイル巻線を用いる単純な改良は不可能である。
【００１２】
米国特許第２０１４１７６０６７号明細書には、請求項１の前段部に係る充電式エネルギーストアが開示される。しかしながら、達成可能な誘導は十分に効率的ではなく、そのため、再充電容量は未だ望み通りに機能しない。また、そのような充電式エネルギーストアの製造は困難である及び／又はコストがかかるように思われる。
【００１３】
また、近接場及び遠隔場放射から、例えばＲＦＩＤ送信機からＷｉ−Ｆｉ送信機までの範囲の無線サービスからの放射電力を使用するようになっている場合、米国特許第２０１４１７６０６７号明細書に係る誘導コイルを伴うアンテナ構造体は、合理的な期間でバッテリを充電するには不十分である。
【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２０１４／０００２０１２号明細書
【特許文献２】米国特許第２０１４１７６０６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、外部電磁場の有効磁場方向に対するアンテナ構造体の相対的な向きに関係なく位置に依存しない充電の向上を達成でき、それにより、再充電プロセスの効率を高め、ハウジングの形態が、小型電気機器のためのバッテリ及びバッテリパックの形状を真似るようになっている、無線充電式エネルギーストアをもたらすことである。
【００１６】
これにより、充電式エネルギーストアを特定の方向に向けることなく再充電できる。アンテナ構造体は、送信コイル又は充電電子機器に対するエネルギーストアの相対的な位置にかかわらず最大エネルギー伝達効率を有するようになっている。
【００１７】
加えて、その製造を簡略化することによってそのような無線充電式エネルギーストアを容易且つ迅速に製造できるようにする解決策が求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置によって達成される。ハウジングの特定の形態は、あらゆるタイプの小型電気機器との最適な互換性を確保し、また、アンテナ構造体の特別な形状は、最適化されたエネルギー吸収を可能にし、したがって、バッテリパック又はハウジングのサイズを変える必要なくバッテリパックの無線充電の向上を達成できるようにする。
【００１９】
例えば、外側ケーシング壁を形成するように部分的に重なり合う誘導ループを有する異なる形状のアンテナ構造体によって、装置を外部電磁放射線の周波数及びエネルギーに適合させることができる。
【００２０】
本発明の主題の好ましい典型的な実施形態は、添付図面と併せて以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術による既知の無線充電式エネルギーストアの概略斜視図を示す。
【図２】本発明に係るエネルギーストアの概略図を示す。
【図３ａ】巻き上げられる前の第１の実施形態における誘導手段としての誘導ループを有する、アンテナ構造体をプリント回路基板上に有するエネルギーストアの斜視図を示す。
【図３ｂ】ハウジングの製造及び密封の直前の図３ａに係るエネルギーストアを示す。
【図４】組み立て前における傾斜したループ長手方向範囲を伴う僅かに変更された誘導ループを有するエネルギーストアを示す。
【図５ａ】アンテナ構造体がフラットコイルの形態で部分的に重なり合う態様で配置される３つの誘導ループから成る製造前の無線充電式エネルギーストアの斜視図を示す。
【図５ｂ】図５ａの線Ａ−Ａに沿ったプリント回路基板の断面図を示す。
【図６】誘導ループが特に具体化されるように、アンテナ構造体が平面内で重なり合う３つの誘導ループを有するプリント回路基板を示す。
【図７】プリント回路基板上に配置されるダイポールを有するアンテナ構造体を示し、ダイポールの異なる構造形態が可能である。
【図８】フラットコイルの形態を成す誘導ループに加えて複数のターンスタイルアンテナを有するアンテナ構造体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２は、一例としてここでは円筒状に形成される、概略的に示される無線充電式エネルギーストア１を示す。円筒状に成形されるケーシング壁１００により形成されるハウジング１０内には、コンバータ１２と、誘導ループ１４の形態を成すアンテナ構造体と、充電電子機器１３とが、プラス端子Ｐとマイナス端子Ｎとの間で長手方向軸に沿って配置される。より良い説明を可能にするために、蓄積コア１１がここではハウジング１０から取り外されて示されている。
【００２３】
蓄積コア１１は、バッテリ、電気化学的手段によって電気エネルギーを内部に蓄えることができるバッテリパック、又は、電気エネルギーが電界の形態で内部に蓄えられる少なくとも１つのキャパシタ又はスーパーキャパシタを有することができる。プラス端子Ｐは、蓄積コア１１のプラス端子、充電電子機器１３のプラス端子、及び、コンバータ１２のプラス端子に接続される。それに対応して、エネルギーストア１のマイナス端子Ｎは、蓄積コア１１のマイナス端子、充電電子機器１３のマイナス端子、及び、コンバータ１２のマイナス端子に接続される。
【００２４】
蓄積コア１１は、誘導結合による近接場（＜波長／２π）又は放射による遠隔場範囲（＞波長／２π）のいずれかにおいて周波数ｆ＝ｃ／λの外部交番電磁場によりアンテナ構造体内で受信交流電圧が生成されることによって再充電可能であり、この例では、アンテナ構造体が誘導ループ１４である。受信交流電圧は、コンバータ１２によって直流電圧に変換されて、充電電子機器１３に供給される。充電電子機器１３によって、ＤＣ電圧が制御された態様で蓄積コア１１に印加され、それにより、前記コアが充電される。コンバータ１２及び充電電子機器１３の実施形態は、当業者には知られている。
【００２５】
誘導及び放射を処理するために、誘導ループ１４の形態を成すアンテナ構造体は、ループ内に配置される導電体として、それが充電電子機器１３とコンバータ１２との間においてハウジング１０内で延びるように配置される。誘導ループ１４は、コンバータ１２のプラス端子とコンバータ１２のマイナス端子との間で延びる。誘導ループ１４は、ここではケーシング壁１００としてのフレキシブルプリント回路基板上に配置されるフラットコイル１４として形成される。フラットコイル１４は、プリント回路基板１００上に単一部品として貼り付けられてそこに固定され得る、或いは、プリント回路基板上に印刷され得る。フレキシブルプリント回路基板１００は、ケーシング壁１００を形成する。そのため、ハウジング１０を形成するために誘導ループ１４の周囲に付加的なカバー及び付加的な壁を配置する必要がない。
【００２６】
設置状態では、蓄積コア１１が、少なくとも１つのそのような誘導ループ１４及び／又はフレキシブルプリント回路基板１００によって少なくとも１回取り囲まれる。この場合の誘導ループ１４は、ループ長手方向範囲Ｓが長手方向軸Ｌと少なくとも略平行に延びる一方で、ループ横方向範囲Ｑが長手方向軸Ｌに対して少なくとも略垂直に延びるように、形成される。
【００２７】
ループ形成は、図３ａからよりよく理解され得る。ここでは、長手方向範囲Ａ及び周方向範囲Ｕを有するケーシング壁１００が示され、このケーシング壁１００には、誘導ループ１４が締結又は結合される。ループ長手方向範囲Ｓは、ケーシング壁１００の長手方向範囲Ａと平行に延び、したがって、完成状態では長手方向軸Ｌと略平行である。ループ横方向範囲Ｑは、ケーシング壁１００の周方向範囲Ｕと平行に延び、したがって、完成状態では長手方向軸Ｌに対して垂直な平面内で延びる。
【００２８】
実線の矢印で示されるように、ケーシング壁１００及び誘導ループ１４は、ケーシング壁１００がエネルギーストア１の閉じられたハウジング１０を形成するまで、コンバータ１２、蓄積コア１１、及び、充電電子機器１３の周囲に巻き付けられる。
【００２９】
無線充電式エネルギーストア１の製造プロセスは、以下のように進行する。
【００３０】
まず最初に、構成要素であるコンバータ１２、蓄積コア１１、及び、充電電子機器１３が、図２の図にしたがって互いに電気的に接続される。その後、アンテナ構造体の一方の端子は、コンバータ１２の対応する端子に接続される。次に、アンテナ構造体は、長手方向軸Ｌと同軸に構成要素の周囲に巻き付けられ、また、アンテナ構造体の依然としてフリーな（空いている）第２の端子が、コンバータ１２の対応する端子に接続される。ケーシング壁１００を形成するプリント回路基板１００上にアンテナ構造体が配置されるため、ケーシング壁１００は、長手方向軸Ｌの周囲に同軸に巻き付けられることによりハウジング１０を閉じるだけで済む。アンテナ構造体が予め周壁１００に固定されてしまっているため、アンテナ構造体及び周壁１００の包囲は、一回の処理ステップで行われる。
【００３１】
組み立て完了直前には、依然として開放しているハウジング１０が図３ｂに示すように見える。この場合、ケーシング壁１００は、誘導ループ１４の形態を成すアンテナ構造体と共に、依然として完全に巻き付けられる必要があり、開ループ端子は接触する必要があり、その後にハウジング１０が密封される必要がある。
【００３２】
ケーシング壁１００の内側に対する又はプリント回路基板１００に対するアンテナ構造体の固定は、接着剤又は接着フィルムを用いて行うことができる。ケーシング壁１００の両端部の取り付けによるケーシング壁１００の締結、したがって、密封されたハウジング１０の形成は、通常、溶接又は接着によって行われる。導電接点を得るために、当業者に知られている選択肢が存在する。
【００３３】
図４には、エネルギーストア１が変更された誘導ループ１４’を伴って示される。ここでのループ長手方向範囲Ｓの向きは、ケーシング壁１００の長手方向範囲Ａに向かって、したがって、長手方向軸Ｌに対して傾けられる。誘導ループ１４’を形成するように敷設されるそのような導電体であっても、交番電磁場に起因する誘導電圧が生成され、この誘導電圧を用いて蓄積コア１１を再充電することができる。ループ構造の形態に応じて、誘導ループ１４’を選択された外部交番電磁場に同調させることができ、それにより、最大の効率を得ることができる。ここでもまた、誘導ループ１４’は、長手方向軸Ｌの周囲に巻き付けられるケーシング壁１００に当接してハウジング１０内に配置され得る。接触は前述の態様で行われる。
【００３４】
ハウジング１０内に十分な空間があれば、アンテナ構造体が互いに隣接して又は部分的に重ね合わせて載置されるようになる複数の誘導ループ１４，１４’を有するようにアンテナ構造体を変更することができ、その後、前述したようにアンテナ構造体を長手方向軸Ｌの周囲に巻き付けることができる。これにより、外部交番電磁場の磁場から吸収され得るエネルギーを増大させることができる。
【００３５】
エネルギーストア１の再充電を最適化するために、２つの誘導ループ１４，１４’又は３つ以上の誘導ループ１４，１４’，１４’’が、ケーシング壁１００を形成するフレキシブルプリント回路基板１００上にアンテナ構造体として配置される。この例が図５ａに示される。
【００３６】
誘導ループ１４，１４’，１４’’は、それぞれ、ケーシング壁１００としてのフレキシブルプリント回路基板１００上に部分的に重なり合って配置されるフラットコイルとして実装される。誘導ループ１４，１４’，１４’’のループ長手方向範囲Ｓは、互いに略平行に延びるとともに、長手方向軸Ｌと平行に延びる。フラットコイル１４，１４’，１４’’として実装される誘導ループの数と重なり合いの度合いとに応じて、プリント回路基板１００に対して垂直に当該プリント回路基板から離れるように突出する対応する数のコイル平面がフレキシブルプリント回路基板１００上に形成される。図５ｂに示されるように、部分的な重なり合いに起因して、フラットコイル１４，１４’，１４’’の一部は、プリント回路基板１００の平面から離れる距離が異なっている。
【００３７】
巻き上げ状態では、図５ａに矢印により示されるように、プリント回路基板は、少なくとも２つの誘導ループ１４，１４’を伴うアンテナ構造体と共に、蓄積コア１１を少なくとも部分的に囲む。プリント回路基板の巻き上げ状態での誘導ループ１４，１４’，１４’’は、ハウジング１０の内部の方向に、したがって、蓄積コア１１、コンバータ１２、及び、充電電子機器１３の方向に面する。この場合、フラットコイル１４，１４’，１４’’のループ長手方向範囲Ｓは、長手方向軸Ｌと少なくとも略平行に延び、一方、ループ横方向範囲Ｑは、長手方向軸Ｌに対して少なくとも略垂直に延びる。誘導ループ１４，１４’，１４’’の第１の端子は、コンバータ１２の第１の極に直接的に又は間接的に接続され、また、誘導ループ１４，１４’，１４’’の第２の端子は、コンバータ１２の第２の端子に接続される。随意的に、それぞれのフラットコイルごとに別個のコンバータ１２を設けることができる。
【００３８】
巻き上げ状態において、フレキシブルプリント回路基板１００の背面は、ケーシング壁１００の外面、したがってハウジング１０の外面を形成する。この湾曲したプリント回路基板１００に起因して、蓄積コア１１、コンバータ１２、充電電子機器１３、及び、フラットコイル１４，１４’，１４’’が外部から保護される。少なくとも２つの誘導ループ１４，１４’，１４’’は、蓄積コア１１と周方向で部分的に重なり合い、この場合、ループ長手方向範囲Ｓは、長手方向軸Ｌと少なくとも略平行に延び、また、ループ横方向範囲Ｑは、長手方向軸Ｌに対して少なくとも略垂直に延びる。
【００３９】
２つ以上の誘導ループ１４，１４’，１４’’が使用される場合に、隣り合う誘導ループ１４，１４’，１４’’をそれらの表面積の２０％以上ケーシング壁１００に沿って重なり合わせると、充電結果の改善が既にもたらされることが実験により分かってきた。
【００４０】
図５ｂに示す図５ａの線Ａ−Ａに沿うプリント回路基板の断面図において明らかなように、誘導ループ１４’は、高い位置にある他の誘導ループ１４，１４’と少なくとも部分的に重なり合う。
【００４１】
実際には、アンテナ構造体は図６ａに示されるように形成され、この場合、フレキシブルプリント回路基板１００上に誘導ループ１４を製造する方法は、当業者には知られている。略矩形に形成されるフラットコイル１４，１４’，１４’’は、コンバータ１２に高電圧を供給する対応する過電圧を得るために、静電容量によって励振周波数で共振するように形成され、この場合、フラットコイル１４、１４’，１４’’は、励振周波数で共振し始めることができ、また、放射及び誘導の両方を用いて充電電流を生成することができる。隣り合う誘導ループ１４，１４’，１４’’の重なり合いは、導体トラックがない又はコイルワイヤがない中心が少なくとも部分的に露出されたままになるように、すなわち、隣り合う誘導ループ１４，１４’，１４’によって重ね合わされないように選択される。矩形フラットコイルの形態を成す誘導ループ１４，１４’，１４’’を有するシェル壁１００は、ハウジング壁として使用されるとともに、蓄積コア１１及び他の内部構成要素の周囲に巻き付けられる。
【００４２】
蓄積コアのケーシングが金属などの導電材料から成る場合、交番磁場は渦電流損失に晒される。したがって、この場合には、数ミリメートル以上の絶縁スペーサ層又はＲＦＩＤ磁気シートとして知られる可撓性の磁性材料から形成される箔を、アンテナ構造体とコアのケーシングとの間に挿入する必要がある。両方の方法により、ループ表面に対して垂直に入射する磁力線が誘導ループを貫くことができ、それにより、誘導が可能となる。図４及び図５のアンテナ構造体は、ｋＨｚ範囲〜ＭＨｚ範囲、例えばＲＦＩＤ範囲から１３．５６ＭＨｚまでの誘導的に使用可能な近接場放射を単に利用するにすぎない。より高い周波数は、誘導ループの巻回数がより少ないとともに単層フィルムを使用する誘導ループの製造が実現可能になるという利点を有する。
【００４３】
スーパーキャパシタを蓄積コア１１として使用する場合には、例えばＷＬＡＮステーション（Ｗｉ−Ｆｉ）に基づくような交番磁界の遠遠隔場で充電のために電磁放射を使用できることも実験により分かってきた。適切な形態が与えられると、少なくとも１つの誘導ループ１４，１４’，１４’’を使用して、ＷＬＡＮ放射がブロードキャストされるときにはいつでも、ＷＬＡＮ放射からのエネルギーを変換する、したがってスーパーキャパシタをほぼ常に充電することができる。スーパーキャパシタにはメモリ効果が生じないため、スーパーキャパシタに何ら悪影響を与えることなく、一定の低レベル充電エネルギーを供給することができる。自由空間減衰に起因して低効率しか達成できない場合であっても、スーパーキャパシタの連続充電が可能である。
【００４４】
例えばＷｉ−Ｆｉのような遠隔場放射を使用できるようにするために、アンテナ構造体を延在させることができる。
【００４５】
ケーシング壁として使用されるプリント回路基板１００上には、図７ａ及び図７ｂに示されるように、複数のダイポール１５が取り付けられるべきである。ダイポール１５は、図示しない導体トラックを使用して、少なくとも１つのコンバータ１２を介して、充電電子機器１３の少なくとも１つの組に接続される。ダイポール１５の特定の形態は可変であり、その場合、形態は、放射の予期される波長又は送信周波数に適合するように且つ効率的な変換のためにアンテナ利得として知られる可能な限り高いアクティブ表面積を有するように調整される。
【００４６】
図７ａには、例えば、紙面内の導体トラックに蛇行形状を有する複数の蛇行形状のダイポール１５が示され、この場合、全てのダイポール１５が互いに平行に方向付けられて離間される。各ダイポール１５の導体トラックは紙面内で折り曲げられ、それにより、導体トラックの結果として得られる長さが放射の波長の一部（好ましくは１／２）に適合される。
【００４７】
図７ｂは、既知のダイポールの他のグループを形成するいわゆるドッグボーン型ダイポール１５’を示す。しかしながら、随意的に、ダイポール１５’の外形はよりダンベル形状であってもよく、その場合、ここでも隣り合うダイポール１５’がプリント回路基板１００’上に互いに離間して配置される。
【００４８】
原理的には、ダイポール１５，１５’は、それらが入射放射と共振して少なくとも１つのコンバータ１２のインピーダンスと整合されるように形成される。
【００４９】
少なくとも２つのダイポール１５，１５’は、回転に依存しない充電設備をもたらし、その場合、蓄積コア１１のケーシングによって覆われない少なくとも１つのダイポールが常に存在する。より大きい直径を有するバッテリの場合には、ダイポール１５，１５’の数が増大され、それにより、ケーシング壁１００が最適に利用される。蓄積コアのケーシング及びバッテリからの距離の計算並びに中間層の材料の選択は、高周波工学から当業者に知られている方法でアンテナ形態から導き出される。
【００５０】
ダイポールの代わりに、単層又は多層のフレキシブルプリント回路基板１００上にプリント回路として貼り付けられる逆さＦ又はパッチのような、平坦な形態に形成され得る他の既知のアンテナタイプを使用することができる。
【００５１】
好ましくは、ダイポール１５，１５’及び誘導ループ１４は、アンテナ構造体として組み合わされてケーシング壁１００上に配置される。そのような場合、ダイポール１５，１５’はそれぞれ誘導ループ１４のトラックがない中心に位置されるべきであり、その結果、全ての構成要素がフレキシブルプリント回路基板１００上に配置される状態で空間を節約でき、ダイポールは誘導ループ１４によって覆われない。ダイポール１５，１５’は、同じプリント回路基板１００上に又は別個のプリント回路基板１００’上に随意的に取り付けられ、好ましくは印刷され得る。ダイポール１５，１５’の縦方向は、ケーシング壁１００の巻き付け方向に対して垂直に又は破線及び矢印により示されるほぼ無線充電式エネルギーストア１の長手方向軸Ｌと平行に向けられるべきである。
【００５２】
更なる選択肢として、少なくとも１つのターンスタイルアンテナ１６を好ましくは誘導ループ１４のトラックがない中心に配置することができ、また、ターンスタイルアンテナ１６は対応するアンテナ構造体を形成することができる。また、少なくとも１つのターンスタイルアンテナ１６は、図示しない導体トラックを使用して、少なくとも１つのコンバータ１２を介して充電電子機器１３の少なくとも１つの組と接続される。
【００５３】
図８に示されるように、そのようなターンスタイルアンテナ１６は、互いに対して好ましくは９０°回転される少なくとも２つのダイポールから形成される。ここでは、一例として、端部領域に蛇行構造を有するターンスタイルアンテナ１６，１６’，１６’’が示され、この場合、ダイポールはほぼダンベル形である。ここでもまた、「ドッグボーン」形状のダイポールが代わりにターンスタイルアンテナ１６，１６’，１６’’を形成ができる。３つ以上のダイポールを互いに対して回転させて重ね合わせることができるため、３つ以上のダイポールから成る交差ダイポールを使用することができる。
【００５４】
ターンスタイルアンテナ１６，１６’，１６’’は、ここでは誘導ループ１４，１４’，１４’’と同じフレキシブルプリント回路基板１００上に配置される。したがって、誘導ループ１４，１４’，１４’’及びターンスタイルアンテナ１６，１６’，１６’’を伴うそのようなアンテナ構造体は、無線充電式エネルギーストア１のケーシング壁１００を形成することができる。巻き付けは前述のように行われる。誘導ループ１４，１４’，１４’’及びターンスタイルアンテナ１６，１６’，１６’’は、好ましくはプリント回路基板１００上に印刷される金属構造体である。しかしながら、フラットコイル１４及びターンスタイルアンテナ１６を別々に製造した後にプリント回路基板１００に固定することができ、その後、蓄積コア１１及び残りの構成要素の巻き付けが行われる。
【００５５】
好ましくは、アンテナ構造体の一部としての誘導ループ１４、ダイポール１５、及び、ターンスタイルアンテナ１６はそれぞれ、それらの出力信号をスイッチングによって付加する又は選択することができるように、下流側に接続される別個のコンバータ１２又は整流器を有するべきである。アンテナ構造体部品である誘導ループ１４、ダイポール１５、及び、ターンスタイルアンテナ１６と単一のコンバータ１２との組み合わせは実現可能であるが、アンテナ部品の相互の離調なしにこの構成を実施することはより困難である。
【００５６】
蓄積コア１１とケーシング壁１００及び／又はアンテナ構造体部品との間に数ミリメートル以上のスペーサ層を設けることができ、その場合、空隙に加えて、当業者に知られているＲＦ信号を透過するプラスチックの層も適している。
【符号の説明】
【００５７】
１  無線充電式エネルギーストア
１０  ハウジング
１００  ケーシング壁／プリント回路基板
Ａ  長手方向範囲
Ｕ  周方向範囲
ｈ  高さ
１１  蓄積コア
１２  コンバータ
１３  充電電子機器
プリント回路基板／ケーシング壁上のアンテナ構造体
１４  誘導ループ
Ｓ  ループ長手方向範囲
Ｑ  ループ横方向範囲
１４０  誘導コイル
１５  ダイポール
１６  ターンスタイルアンテナ
Ｐ  プラス端子
Ｎ  マイナス端子
Ｌ  長手方向軸
【図１】
2019514324.tif 000003
【図２】
2019514324.tif 000004
【図３ａ】
2019514324.tif 000005
【図３ｂ】
2019514324.tif 000006
【図４】
2019514324.tif 000007
【図５ａ】
2019514324.tif 000008
【図５ｂ】
2019514324.tif 000009
【図６】
2019514324.tif 000010
【図７ａ】
2019514324.tif 000011
【図７ｂ】
2019514324.tif 000012
【図８】
2019514324.tif 000013
【国際調査報告】
2019514324.tif 000014
2019514324.tif 000015
2019514324.tif 000016
2019514324.tif 000017