(57)【要約】  ワイヤレス容量性電力伝送用のラミネートパネル２０１は、透明保護最上層２０６と、保護最上層２０６の下の写真層２０５と、写真層２０５の下の導電層２０２と、導電層２０２の下の内部コア層２０３とを含む。ラミネートパネル内の１つ以上の導電層が、電力ドライバ１１０に結合する１対の送信側電極を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層と、
前記導電層の上方の非導電最上層と、
前記導電層の下方の内部コア層と、
を含む、ワイヤレス容量性電力伝送用のラミネートパネル。
【請求項２】
前記導電層は、少なくとも１対の送信側電極を形成するようにパターン形成される、請求項１に記載のラミネートパネル。
【請求項３】
２つのラミネートパネルが係合機構によって係合されると、２つの係合された前記ラミネートパネルのそれぞれの送信側電極が互いに電気的に接続されるように、別の同じラミネートパネルを係合する前記係合機構を更に含む、請求項１に記載のラミネートパネル。
【請求項４】
前記非導電最上層と前記導電層との間に写真層を更に含む、請求項１に記載のラミネートパネル。
【請求項５】
電力受信機器にワイヤレスで電力を伝送するシステムであって、
複数のラミネートパネルを含み、
前記複数のラミネートパネルのそれぞれは、
導電層と、
前記導電層の上方の非導電最上層と、
前記導電層の下方の内部コア層と、
を含み、
前記複数のラミネートパネルのうちの第１及び第２のラミネートパネルの前記導電層は、電力ドライバに電気的に結合され、
前記電力受信機器の第１及び第２の受信側電極は、それぞれ、第１及び第２の容量性インピーダンスを形成するように、前記第１及び第２のラミネートパネル上に置かれ、
前記電力ドライバによって生成される電力信号は、前記電力受信機器内の負荷に給電するように、前記第１及び第２のラミネートパネルの前記導電層から前記第１及び第２の受信側電極にワイヤレスで伝送される、システム。
【請求項６】
前記負荷は、前記電力受信機器内でインダクタと直列にあり、前記電力信号の周波数は、前記電力受信機器内の前記インダクタと、前記第１及び第２の容量性インピーダンスとの直列共振周波数に実質的に一致する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１及び第２のラミネートパネルの前記導電層は、導電線又はコネクタで前記電力ドライバの２つの対応する端子に接続することによって、前記電力ドライバに結合する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記電力ドライバに対する前記導電層の抵抗は、１ｋΩ未満である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１及び第２のラミネートパネルの前記導電層は、前記電力ドライバの第１及び第２のドライバ電極を、それぞれ、前記第１及び第２のラミネートパネルの前記導電層の上方に置くことによって、前記電力ドライバに容量結合する、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電力ドライバに対する前記導電層の抵抗は、１ｋΩ未満である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
電力受信機器にワイヤレスで電力を伝送するシステムであって、
ラミネートパネルを含み、
前記ラミネートパネルは、
導電層と、
前記導電層の上方の非導電最上層と、
前記導電層の下方の内部コア層と、
を含み、
前記導電層は、少なくとも、電力ドライバに電気的に結合される第１及び第２の送信側電極を形成するようにパターン形成され、
前記電力受信機器の第１及び第２の受信側電極は、それぞれ、第１及び第２の容量性インピーダンスを形成するように、前記第１及び第２の送信側電極の上方で前記ラミネートパネル上に置かれ、
前記電力ドライバによって生成される電力信号は、前記電力受信機器内の負荷に給電するように、前記第１及び第２の送信側電極から前記第１及び第２の受信側電極にワイヤレスで伝送される、システム。
【請求項１２】
前記負荷は、前記電力受信機器内でインダクタと直列にあり、前記電力信号の周波数は、前記電力受信機器内の前記インダクタと、前記第１及び第２の容量性インピーダンスとの直列共振周波数に実質的に一致する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の送信側電極は、導電線又はコネクタで前記電力ドライバの２つの対応する端子に接続することによって、前記電力ドライバに結合する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電力ドライバに対する前記送信側電極の抵抗は、１ｋΩ未満である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１及び第２の送信側電極は、前記電力ドライバの第１及び第２のドライバ電極を、それぞれ、前記第１及び第２の送信側電極の上方に置くことによって、前記電力ドライバに容量結合する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電力ドライバに対する前記送信側電極の抵抗は、１ｋΩ未満である、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／５２３，９６７号及び２０１２年７月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／６７０，６６１号の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概して、ワイヤレス電力伝送用の容量性給電システム、より具体的には、ラミネート表面から電力を効率よく伝送できるようにする構造体に関する。
【０００３】
ワイヤレス電力伝送とは、電線又は接点を使用しない電力の供給を指し、これにより、電子機器の給電は、ワイヤレス媒体を介して行われる。容量性結合は、ワイヤレスで電力を伝送するために使用される１つの技術である。当該技術は、主にデータ転送及び感知用途に使用されている。容量性結合の一例は、窓に接着されたカーラジオアンテナであり、車内に感知素子がある。容量性結合は更に、電子機器の非接触充電にも使用されている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明と見なされる主題は、本明細書の終わりにおける特許請求の範囲において具体的に指摘されかつ明確に主張される。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面と共に理解される以下の詳細な説明から明らかとなろう。
レス容量性電力伝送用のラミネートパネルによって達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、平坦構造体全体へのワイヤレス電力伝送用の容量性給電システムの典型的な配置である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による容量性給電対応のラミネート床材の図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態による容量性給電対応のラミネート床材の図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による容量性接続を使用したドライバの電力供給を示す。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従って２つの異なるラミネート床材パネルを使用した容量性電力伝送スキームを示す。
【０００６】
なお、開示された実施形態は、本明細書における革新的な教示内容の多くの有利な用途のうちの例に過ぎないことに留意することが重要である。一般に、本願の明細書における記述は、請求された様々な発明のいずれをも必ずしも制限するものではない。更に、幾つかの記述は、ある革新的な特徴には適用されるが、他の特徴には適用されないものもある。一般に、特に明記されない限り、単数の要素は、複数であってもよく、また、複数の要素も単数であってよく、一般性は失われない。図中、同様の参照符号は、幾つかの図面に亘って同様の部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
容量性電力伝送システムは更に、窓、壁、床等といった平坦構造を有する大きい領域全体に電力を伝送するために使用される。当該容量性電力伝送システムの一例が、図１に示されるシステム１００である。図１に示されるように、当該システムの典型的な配置は、負荷１５０及びインダクタ１６０に接続される１対の受信側電極１４１、１４２を含む。システム１００は更に、電力ドライバ１１０に接続された１対の送信側電極１２１、１２２と絶縁層１３０とを含む。
【０００８】
送信側電極１２１、１２２は、絶縁層１３０の一方の側面に配置され、受信側電極１４１、１４２は、絶縁層１３０の他方の側面に配置される。受信側電極１４１、１４２を、絶縁層１３０の両側における送信側電極１２１、１２２に、互いに直接接触しないように、近接させることによって、負荷１５０に電力が供給される。この配置は、送信側電極１２１、１２２と、受信側電極１４１、１４２との対の間に容量性インピーダンスを形成する。したがって、電力ドライバによって生成された電力信号は、送信側電極１２１、１２２から、受信側電極１４１、１４２にワイヤレスで伝送され、負荷１５０が給電される。したがって、負荷１５０に給電するために、機械的なコネクタ又は任意の電気的な接点が不要である。
【０００９】
一実施形態では、送信側電極１２１、１２２とドライバ１１０との接続は、ガルバニック接触による。別の実施形態では、ドライバ１１０と電極１２１、１２２との間に、容量性インカップリングを適用することができ、これにより、有線接続が不要となる。本実施形態は、インフラストラクチャを容易に拡張できるようにするモジュール式インフラストラクチャにおいて有利である。
【００１０】
図１に示されるシステムは、電力信号の周波数をシステムの直列共振周波数に一致させ、これにより、電力伝送の効率を向上させる２つのオプションのインダクタ１１２、１６０を含む。
【００１１】
ドライバ１１０は、コンデンサとインダクタ１１２、１６０とからなる回路の直列共振周波数を有するＡＣ電圧信号を出力する。コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）は、送信側電極１２１、１２２と受信側電極１４１、１４２との容量性インピーダンス（図１では点線で示す）である。容量性インピーダンスと、インダクタ１６０とは、共振周波数において互いを相殺し、これにより、低オーミック回路がもたらされる。ドライバ制御器１１０は、ＡＣ信号を生成するが、その振幅、周波数及び波形が制御可能である。当該出力信号は、典型的に、数十ボルトの振幅と、最大数メガヘルツ（ＭＨｚ）の周波数とを有する。例示的な実施形態では、出力信号は、典型的に、５０Ｖ／４００ｋＨｚである。したがって、システム１００は、電力損失が非常に少ない状態で負荷１５０に電力を供給できる。
【００１２】
負荷は、例えばＬＥＤ、ＬＥＤ列、ランプ、ディスプレイ、コンピュータ、充電器、スピーカー等である。例えばシステム１００は、壁に設置された照明器具に給電するように使用される。
【００１３】
送信側電極１２１、１２２は、受信側電極１４１、１４２に隣接していない方の絶縁層１３０の一方の側面に配置された２つの別箇の導電性材料体から構成される。例えば図１に示されるように、送信側電極１２１、１２２は、絶縁層１３０の底面にある。別の実施形態では、送信側電極１２１、１２２は、絶縁層１３０の両面に配置されてもよい。送信側電極１２１、１２２は、例えば矩形、円形、正方形又はこれらの組み合わせを含む任意の形状であってよい。各送信側電極の導電性材料は、例えば炭素、アルミニウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＰＥＤＯＴといった有機材料、銅、銀、導電性塗料、又は任意の導電性材料であってよい。
【００１４】
受信側電極１４１、１４２は、送信側電極１２１、１２２と同じ導電性材料であっても、異なる導電性材料から作られてもよい。システム１００の総静電容量は、対応する送信側電極及び受信側電極１２１、１４１及び１２２、１４２の重なり領域と、絶縁層１３０の厚さ及び材料特性とによって形成される。システム１００の静電容量は、図１では、Ｃ１及びＣ２として示される。電気的共振を可能とするために、システム１００は更に、誘導性素子を含むべきである。当該素子は、送信側電極又は受信側電極の一部であり、ドライバ１１０と負荷との間に分散配置された１つ以上のインダクタ（例えば図１に示されるインダクタ１６０、１１２）、絶縁層１３０内に組み込まれたインダクタ、又はこれらの任意の組み合わせの形式であってよい。一実施形態では、システム１００に使用されるインダクタは、集中コイルの形式であってよい。
【００１５】
負荷１５０は、ＡＣ双方向電流を流す。一実施形態では、負荷１５０は、ＤＣ電圧を局所的に生成するダイオード又はＡＣ／ＤＣコンバータを含む。負荷１５０は更に、ドライバ１１０によって生成された制御信号に基づき、負荷１５０の様々な機能を制御する又はプログラミングする電子機器を含む。
【００１６】
負荷１５０として機能するランプの調光及び／又は色設定のための別の実施形態は、送信側電極と受信側電極とをずらして置くこと、即ち、対応する電極１２１／１４１及び１２２／１４４が互いに完全には重ならない場合を含む。この場合、電気回路は共振状態から外れ、これにより、ドライバ１１０からランプ（負荷１５０）に伝送される電力は少ない。回路が共振しないこの状態は、離調（detuning）とも呼ばれる。
【００１７】
複数の負荷を含む容量性給電システムでは、様々な負荷によって消費される電力は、互いに異なる。ＡＣ信号の電力は、最大電力を消費する負荷によって決定される。「高電力負荷」と「低電力負荷」とがシステム内で接続される場合、電力ＡＣ信号は、後者の負荷を損傷する可能性がある。この問題を解決するために、過負荷保護が必要である。
【００１８】
床からワイヤレスで電力を供給することが要望されている。１つのアプローチとしては、電力伝送電極を床下に入れることである。１つの一般的な床材の種類としてはラミネート床材がある。ラミネート床材は、ラミネート加工で互いに融合された多層の合成床材製品である。ラミネート床材は、透明保護層下にある写真層で木材（又は、場合により石材）を模倣する。内部コア層は、通常、メラミン樹脂及び繊維板材料でできている。設置を容易にするための接着剤付きの裏面があってもよい。ラミネート床材は、絨毯に対し、耐久性という利点があり、天然の床材に対し、低価格という魅力がある。
【００１９】
上記ラミネート床材は、ワイヤレス給電システム内に形成されるコンデンサの一部を構成する電極を含む。電力受信機器は、コンデンサのカウンタプレートを構成する電極を含む。別のラミネート床要素が、コンデンサの第２の部分を形成する。
【００２０】
一体式導電層を有するラミネート床材は、静電気防止ラミネート床材パネルとして存在する。例えば、ＫＲＯＮＯ  ＯＲＩＧＩＮＡＬ（商標）から、「装飾物のすぐ下にあり、不快な衝撃に対する完全な保護を提供する革新的な層」が組み込まれた静電気防止ラミネート床材パネルが販売されている。しかし、これらのパネルは、層の伝導性が連続的でないか又は効率的な電力伝送には十分ではないため、電力伝送には適していない。
【００２１】
ラミネート床材は、効率的な容量性電力伝送を可能とするためにはその厚さが厚過ぎるという問題がある。この厚さによって容量性結合が非常に小さくなり、効率の高い電力伝送ができない。
【００２２】
本発明は、床材パネルの非導電性の最上層と内部コア層との間に導電層を置くことによって上記問題の解決策を提案する。当該導電層は、電力を容量伝送するように使用される。このアプローチの利点は、保護最上層が薄く、効率の高い電力伝送を可能にする点である。更に非導電性の最上層は、導電層に印加される電圧からユーザを守る。したがって、電力伝送機器内の電極と、電力受信機器内の対応する電極とは、効率高く電力を伝送するように互いに近付けられる。審美的な理由から、電極を隠し、より現実的な木製表面を提供するために、写真層が含まれる。
【００２３】
本明細書に開示される１つの実施形態は、ワイヤレス容量性電力伝送用のラミネートパネルを含み、当該ラミネートパネルは、導電層と、当該導電層の上方の非導電最上層と、当該導電層の下方の内部コア層とを含む。
【００２４】
本明細書に開示される別の実施形態は、電力受信機器にワイヤレスで電力を伝送するシステムを含み、当該システムは、複数のラミネートパネルを含む。当該複数のラミネートパネルのそれぞれは、導電層と、当該導電層の上方の非導電最上層と、当該導電層の下方の内部コア層とを含み、当該複数のラミネートパネルのうちの第１及び第２のラミネートパネルの導電層は、電力ドライバに電気的に結合され、当該電力受信機器の第１及び第２の受信側電極は、当該第１及び第２のパネル上にそれぞれ置かれて第１及び第２のコンデンサを形成し、当該電力ドライバによって生成された電力信号は、第１及び第２のパネルの導電層から第１及び第２の受信側電極にワイヤレスで伝送されて、電力受信機器内の負荷が給電される。
【００２５】
上記負荷は、電力受信機器内でインダクタと直列にあり、電力信号の周波数は、電力受信機器内のインダクタと、第１及び第２のコンデンサ間の容量性インピーダンスとの直列共振周波数に実質的に一致する。
【００２６】
本明細書に開示される別の実施形態は、電力受信機器にワイヤレスで電力を伝送するシステムを含み、当該システムは、ラミネートパネルを含み、当該ラミネートパネルは、導電層と、当該導電層の上方の非導電最上層と、当該導電層の下方の内部コア層とを含み、当該導電層は、少なくとも、電力ドライバに電気的に結合される第１及び第２の送信側電極を形成するようにパターン形成され、当該電力受信機器の第１及び第２の受信側電極は、それぞれ、第１及び第２のコンデンサを形成するように第１及び第２の送信側電極の上方で当該ラミネートパネル上に置かれ、当該電力ドライバによって生成された電力信号は、第１及び第２の送信側電極から第１及び第２の受信側電極にワイヤレスで伝送されて、電力受信機器内の負荷が給電される。
【００２７】
図２に、本発明による一実施形態が示される。ラミネート床材パネル２０１は、導電性材料でできた層２０２と、内部コア層２０３と、写真層２０５と、保護層２０６とを含む。導電層２０２は、内部コア層２０３と保護層２０６との間にある。保護層２０６は、非導電性で、容量性電力伝送システムにおける誘電媒体として機能する。任意選択的ではあるが、写真層２０５は、木材パターン、石材パターン、又は他の色及びパターンを模倣し、通常、審美的理由から含まれる。或いは、単一の層が、写真層と保護層の両方の機能を果たしてもよい。ラミネート床材パネルは、任意選択的な裏地層２０４（例えば音吸収層）を有する。パターン形成された導電層を使用して、又は、複数のラミネート床材パネルを使用して、当該ラミネート床材パネルを介して容量性電力が提供される。図２に示されるように、コア層２０３は、多数の当該ラミネート床材パネルが取り付けられるように、即ち、互いに「カチッ」と嵌るように、係合機構の構成要素として突端部２１１と溝部２１２とを含む。一実施形態によれば、２つのパネルが互いに接続されると、それらの導電層も互いに電気的に接続される。これにより、容量性電力伝送システムに、大きい電極フットプリントが与えられ、したがって、ユーザには、機器に電力を伝送するのに最も適していてかつ最も便利な場所を選択するより多くの柔軟性が与えられる。
【００２８】
図３は、容量性電力伝送に使用できるように導電層がパターン形成される一実施形態を示す。例えば導電層は、２つの送信側電極として機能する２つの導電材料ストリップ３２１、３２２を含む。受信側電極３４１、３４２が導電ストリップ３２１、３２２の上方に配置されるように、負荷３５０が置かれる。受信側電極３４１、３４２は、それぞれ、導電ストリップ３２１、３２２と対にされ、２つのコンデンサインピーダンスが形成される。負荷３５０は、電力受信機器内のインダクタＬ１と直列にされている。より効率的な電力伝送のために、電力信号の周波数は、インダクタと、形成されたコンデンサ間の容量性インピーダンスとの直列共振周波数に実質的に一致している。
【００２９】
本実施形態は更に、パターン形成され、一体にされた導電層を有するラミネート床材パネルを使用する容量性電力伝送方法を提供する。
【００３０】
導電性材料ストリップは、コネクタ又ははんだ接合点等といった導電性接続で、ＡＣ電力ドライバに接続される。しかし、一実施形態では、導電性材料ストリップは、第２の容量性電力接続に接続されてもよい。図４に示されるように、ラミネート床材パネルの一方端付近において、負荷に電力を供給するために、導電ストリップ４２１、４２２と対応する電極４４１、４４２との間に容量性結合が配置される。パネルの他方端では、ドライバから電力を受け取るために、導電ストリップ４２１、４２２と対応する電極４５１、４５２との間に容量性結合が配置される。このようにして、負荷とドライバの配置に関しより多くの自由がある。
【００３１】
別の実施形態では、図５に示されるように、導電層はパターン形成されないが、容量性電力伝送は、電極５４１及び５４２を、２つの異なるラミネート床材パネル５０１、５０２上に置くことによって行われる。本実施形態は、一体にされた導電層で２つのラミネート床材パネルを使用する容量性電力伝送方法を提供する。この場合、ラミネートパネル５０１が、第１の送信側電極として機能する導電層５２１を含み、ラミネートパネル５０２が、第２の送信側電極として機能する導電層５２２を含む。
【００３２】
本発明の一実施形態における導電層の伝導率は、静電気防止ラミネート層の典型的な伝導率より相当に大きい。静電気防止タイル又はラミネートは、接地に対する抵抗が２５，０００オーム（Ω）より大きく、かつ、３５ＭΩ未満であるときに、静電放電（ＥＳＤ）安全であると見なされる。ＥＳＤ安全仕様があることによって、人が感電死する危険が防止される。本発明の一実施形態では、電極が、導電線又はコネクタを介して電力ドライバに結合されると、ドライバに対する電極の抵抗は、２５，０００Ωよりずっと少なく、好適には１ｋΩ未満であり、より好適には１００Ω未満である。本発明の別の実施形態では、電極が、（図４に示される配置におけるように）電力ドライバに容量結合されると、ドライバに対する電極のＤＣ抵抗は、１ｋΩよりずっと大きいが、電極とドライバとの間のすべてのＡＣ損失の和であるＡＣ抵抗は、１ｋΩ未満である。１つの好適な実施形態では、電極とドライバとの間のＡＣ抵抗及びＤＣ抵抗の両方が１ｋΩ未満であり、これにより、ラミネートパネルは、導電線を介するか又は容量性結合によって、電極を電力ドライバに結合する柔軟性を提供できる。ドライバ自体は、感電死の危険を防ぐために接地から絶縁されている。
【００３３】
本明細書において説明した様々な実施形態は、ラミネート床材に関するが、本発明は、ラミネート壁パネル、カウンタートップ、家具の表面等といった他のラミネート表面にも適用可能である。
【００３４】
本発明は、幾つかの実施形態について、かなり詳細に、かつかなりの特殊性を持って説明されたが、本発明は、そのような詳細若しくは実施形態、又は、任意の特定の実施形態のいずれにも限定されるべきことを意図しておらず、むしろ、添付の特許請求の範囲を参照して、従来技術に鑑みて当該特許請求の範囲の可能な限り広義の解釈を提供し、したがって、本発明の意図する範囲を有効に包含すると解釈すべきである。更に、上記は、本発明を、発明者によって予見され、実施可能とする説明のある実施形態に関して説明するが、現在予見されていない本発明の想像上の変更も、当該実施形態に等価なものを依然として表す。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2014524725.tif 000009
2014524725.tif 000010
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