(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力伝達システムに使用される無線電力送信機であって、
前記無線電力送信機及び無線電力受信機は相対的な変位の範囲を有し、
前記無線電力送信機は、
巻線と導磁コアを含み、
該導磁コアは、
第１の部分及び第２の部分を有する円状のベースであって、前記第１の部分及び前記第２の部分は前記ベースから離れる様に伸び、前記第２の部分は少なくとも部分的に前記第１の部分を取り囲む、前記ベースを備えており、
前記無線電力送信機からの前記無線電力受信機の前記相対的な変位の範囲に渡り有効磁束結合を維持する様に、前記第１の部分は、前記ベースから前記第２の部分より長く伸びており、
前記巻線は、
前記第１の部分及び第２の部分の間の空間に少なくとも部分的に前記第１の部分を囲んでおり、そして、
前記巻線は、
前記第２の部分を超えて延びる前記第１の部分を囲む空間を少なくとも部分的占有し、かつ、
前記巻線は、前記第２の部分が前記ベースから前記第１の部分と同じ距離だけ伸びた場合に前記第２の部分により占有される空間を、少なくとも部分的に占有する、ことを特徴とする無線電力送信機。
【請求項２】
前記相対的な変位は、横方向、縦方向、或いは、横方向及び縦方向の変位である、ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。
【請求項３】
前記第１の部分は、前記ベースから前記第２の部分より少なくとも２０パーセント長く伸びることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線電力送信機。
【請求項４】
前記第２の部分は、前記第１の部分を少なくとも部分的に取り囲むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線電力送信機。
【請求項５】
前記ベースは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に設けられた空間への、前記ベースの一方の側からのアクセスを可能にする、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線電力送信機。
【請求項６】
前記少なくとも１つの開口部は、前記ベースの端部にまで伸びることを特徴とする請求項５に記載の無線電力送信機。
【請求項７】
前記ベースは、ディスクであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無線電力送信機。
【請求項８】
前記第１の部分は、前記ディスクの中心から垂直に伸び、前記第２の部分は、前記ディスクの端部から前記第１の部分と同じ方向に伸びることを特徴とする請求項７に記載の無線電力送信機。
【請求項９】
前記第１の部分及び前記ベースは、通信システムが、前記コアの一方の側から前記コアの他方の側に通過することを可能にするチャネルを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線電力送信機。
【請求項１０】
前記空間の巻線は、巻線の複数のレイヤを含むことを徴とする請求項１に記載の無線電力送信機。
【請求項１１】
前記巻線は、偶数のレイヤに配置される、請求項１に記載の無線電力送信機。
【請求項１２】
無線電力伝達システムに使用される無線電力受信機であって、
無線電力送信機及び前記無線電力受信機は相対的な変位の範囲を有し、
前記無線電力受信機は、
巻線と導磁コアを含み、
該導磁コアは、
第１の部分及び第２の部分を有する円状のベースであって、前記第１の部分及び前記第２の部分は前記ベースから離れる様に伸び、前記第２の部分は少なくとも部分的に前記第１の部分を取り囲む、前記ベースを備えており、
前記無線電力送信機からの前記無線電力受信機の前記相対的な変位の範囲に渡り有効磁束結合を維持する様に、前記第１の部分は、前記ベースから前記第２の部分より長く伸びており、
前記巻線は、
前記第１の部分及び第２の部分の間の空間に少なくとも部分的に前記第１の部分を囲んでおり、そして、
前記巻線は、
前記第２の部分を超えて延びる前記第１の部分を囲む空間を少なくとも部分的占有し、かつ、
前記巻線は、前記第２の部分が前記ベースから前記第１の部分と同じ距離だけ伸びた場合に前記第２の部分により占有される空間を、少なくとも部分的に占有する、ことを特徴とする無線電力受信機。
【請求項１３】
前記相対的な変位は、横方向、縦方向、或いは、横方向及び縦方向の変位である、ことを特徴とする請求項１２に記載の無線電力受信機。
【請求項１４】
前記第１の部分は、前記ベースから前記第２の部分より少なくとも２０パーセント長く伸びることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の無線電力受信機。
【請求項１５】
前記第２の部分は、前記第１の部分を少なくとも部分的に取り囲むことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の無線電力受信機。
【請求項１６】
前記ベースは、前記第１の部分と前記第２の部分との間に設けられた空間への、前記ベースの一方の側からのアクセスを可能にする、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線電力受信機。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの開口部は、前記ベースの端部にまで伸びることを特徴とする請求項１６に記載の無線電力受信機。
【請求項１８】
前記ベースは、ディスクであることを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項に記載の無線電力受信機。
【請求項１９】
前記第１の部分は、前記ディスクの中心から垂直に伸び、前記第２の部分は、前記ディスクの端部から前記第１の部分と同じ方向に伸びることを特徴とする請求項１８に記載の無線電力受信機。
【請求項２０】
前記第１の部分及び前記ベースは、通信システムが、前記コアの一方の側から前記コアの他方の側に通過することを可能にするチャネルを含むことを特徴とする請求項１２から１９のいずれか１項に記載の無線電力受信機。
【請求項２１】
前記空間の巻線は、巻線の複数のレイヤを含むことを徴とする請求項１２に記載の無線電力受信機。
【請求項２２】
前記巻線は、偶数のレイヤに配置される、請求項１２に記載の無線電力受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝達システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、無線電力伝達システムの送信機及び受信機に組み込まれる導磁コアに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝達システムは、確立技術及び開発途中の技術の両分野において良く知られている。典型的には、一次側（又は、送信機）は、送信コイル又は複数の送信コイルから時間的に変動する磁界を生成する。この磁界は、二次側（又は、受信機）の適切な受信コイルに交流電流を誘起し、これにより、二次側は、バッテリを充電したり、携帯型装置の様な負荷に電力を供給したりできる。
【０００３】
無線電力伝達システムの設計において克服すべき基本的な問題は、十分な電力伝達量を維持しながら、電力を十分な（一次側と二次側との間の）変位を介して伝達できることを保証することである。
【０００４】
送信コイル又は受信コイルのいずれかに導磁要素を用いることで、システムのパフォーマンスを改良できることが良く知られている。導磁要素は、送信機又は受信機のインダクタンスを増加させる。これは、導磁要素が無い送信機又は受信機と同じインダクタンス値を達成するために、より少ないコイルの巻き数で良いことを意味する。少ないコイル巻き数により、コイルのワイヤの抵抗に起因する損失が結果として減少する。導磁要素は、送信機から受信機に向かうことができる磁界を"成形"する様に構成され得る。磁界の方向を定めることにより、送信機と受信機の結合係数を増加させることができ、これにより、システムのパフォーマンスを増加させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線電力伝達システムにおいて、導磁要素は、巻線の層の底部の平面シートの形状にされ得る。他の応用において、導磁要素は、送信コイル又は受信コイルの巻線が巻きつけられるコアであり得る。
【０００６】
本発明は、送信機と受信機との間の許容変位を改良する、送信機又は受信機において使用される導磁コアを提供し、或いは、有用な選択肢を公共に少なくとも提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的な実施形態によると、第１の部分及び第２の部分を有するベースであって、第１の部分及び第２の部分はベースから離れる様に伸びるベースを有し、送信コアから受信コアの相対的な変位の範囲に渡り有効磁束結合を維持する様に、第１の部分は、ベースから第２の部分より長く伸びる、無線電力伝達システムで使用される導磁コアが提供される。
【０００８】
他の例示的な実施形態によると、第１の部分及び第２の部分を有するベースであって、第１の部分及び第２の部分はベースから離れる様に伸びるベースと、第１の部分及び第２の部分との間に設けられた空間にベースの一方の側からアクセスすることを可能とする、少なくとも１つの開口部と、を有し、送信コアから受信コアの相対的な変位の範囲に渡り有効磁束結合を維持する様に、第１の部分は、ベースから第２の部分より長く伸び、少なくとも１つの開口部は前記ベースの端部まで伸びる、無線電力伝達システムで使用される導磁コアが提供される。
【０００９】
更なる他の例示的な実施形態によると、巻線と導磁コアとを含み、導磁コアは、第１の部分及び第２の部分を有するベースであって、第１の部分及び第２の部分はベースから離れる様に伸びるベースを有し、送信コアから受信コアの相対的な変位の範囲に渡り有効磁束結合を維持する様に、第１の部分は、ベースから第２の部分より長く伸び、第１の部分を取り囲む巻線は、第１の部分と第２の部分との間の空間を少なくとも部分的に取り囲む、無線電力伝達システムで使用される送信機又は受信機が提供される。
【００１０】
他の例示的な実施形態によると、送信機と受信機の両方は、巻線と導磁コアとを含み、送信コアは、第１の部分及び第２の部分を有するベースであって、第１の部分及び第２の部分はベースから離れる様に伸びるベースを有し、送信コアの第１の部分が、送信コアの第２の部分より受信コアにより近くなる様に、第１の部分は、ベースから第２の部分より長く伸びる、無線電力伝達システムで使用される送信機及び受信機が提供される。
【００１１】
用語、"備える"、"含む"、"有する"は、様々な司法権の下において、排他的又は包括的な意味になり得る。本明細書においては、特に断りのない限り、これらの用語は、包括的な意味を意図したものとする。つまり、列挙される構成部品を含むが、他の特定されない構成要素又は部品も含み得ることを意味する。
【００１２】
本明細書の総ての背景技術への言及は、それら技術が共通の一般的知識の部分を構成することを認めるものではない。
【００１３】
明細書に添付する図、本発明の例示的な実施形態、上記本発明の一般的な記載、及び、以下の実施形態の詳細な説明は、本発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による導磁コアを示す図。
【図２】図１の導磁コアの分解図。
【図３】図１の導磁コアの上面図。
【図４】図１の導磁コアの断面図。
【図５】送信機及び受信機の組の断面図。
【図６】導磁コアの断面図。
【図７】導磁コア及びボビンの分解図。
【図８ａ】本発明の一実施形態による送信機の断面図。
【図８ｂ】"ポット・コア"型のコアを有する送信機の断面図。
【図９ａ】異なるコアの組み合わせを有する送信機と受信機のペアの断面図。
【図９ｂ】異なるコアの組み合わせを有する送信機と受信機のペアの断面図。
【図９ｃ】異なるコアの組み合わせを有する送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ａ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｂ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｃ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｄ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｅ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｆ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｇ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｈ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１０ｉ】相対的な変位の配列のための図９ａの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ａ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｂ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｃ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｄ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｅ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｆ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｇ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｈ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１１ｉ】相対的な変位の配列のための図９ｂの送信機と受信機のペアの断面図。
【図１２】本発明の一実施形態によるコネクタを示す図。
【図１３ａ】異なる型の開口部を有する導磁コアを示す図。
【図１３ｂ】異なる型の開口部を有する導磁コアを示す図。
【図１３ｃ】異なる型の開口部を有する導磁コアを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、導磁コア１を示している。その様なコアは、無線電力伝達システムで使用される送信機又は受信機に組み込まれるように構成される。コアは、ベース２を有し、ベース２からは、第１の部分３と第２の部分４が伸びている。ベースは、第１の部分を第２の部分に接続する。重要なことは、第１の部分は、ベースから第２の部分より長く伸びていることである。この、第１の部分と第２の部分の長さの差が、有効磁束結合を、送信コアと受信コアとの間の変位（距離）の範囲において維持することを確実にする。この点についての詳細は後述する。一実施形態として、第１の部分は、第２の部分よりベースから少なくとも２０％、長く伸びている。
【００１６】
図１のコア１において、ベースは、円盤ディスク２である。第１の部分は、ディスクの中心からディスクとは直交する方向に伸びる円柱であり、第２の部分は、ディスの円周から伸びる円筒４である。円柱と円筒は同心である。円柱は、ディスから円筒より長く伸びている。以下では、円柱（第１の部分）、円筒（第２の部分）及びディスクの詳細について説明する。しかし、当業者は、本発明から逸脱しない多くの他の可能な形状が有ることを理解するであろう。例えば、
・ベースは、円以外の他の形状であり得る。
・第１の部分は、円状でなくとも良い。
・第２の部分は、完全な円筒ではなく、第１の部分を、部分的に囲むものであり得る。
・第２の部分は、ベースの中心から伸びる円柱で、第１の部分がディスク端部（縁）から伸びる円筒であり得る。
【００１７】
コア１は、導磁材料で作られる。これは、フェライト又は他の適切な材料であり得る。コアは、単一部品（ピース）として形成することも、図２の分解図に示す様に、個別の部品から作ることもできる。図２において、円柱３、円筒４及びディスク２は、３つの異なる部品である。他の実施形態において、円柱及びディスクは、単一部品であり、円筒は、別の部品として形成され得る。組み立てにより、これらの部品は、幾つかの方法（例えば、接着材）により１つに固定され、或いは、これらは、幾つかの他の手段により近接した位置で保持され得る。当業者は、コアを１つの部品として形成することで、コアのインダクタンス値が改良されることを理解する。逆に、コアを複数の部品で形成することで、製造が簡略化される。さらに、部品を分割することで（直接的に隣接する部品であっても）、コアにおける磁気飽和を抑えることができる。各部品（つまり、円柱、円筒及びディスク）を、複数の部品で構成することができる。例えば、円柱は、"積み上げ"られた、より短い円柱（図示せず）に分割され得る。これも、磁気飽和を抑える。
【００１８】
円柱３及びディスク２は、チャネル５を含み得る。図２に示すコアにおいて、このチャネルは、円柱の長さに渡る穴７（円柱は中がくり抜かれている）と、穴７とその位置が揃えられる、ディスクの中心の穴６を有する。後述する様に、チャネルは、通信システム又は同様のものにおいて、一方のコアから他方のコアへの通過を可能にする。他の実施形態において、チャネルはない（ディスクには中心の穴が無く、円柱は中空ではない）。これは、通信システムの妨げになり得るが、中がくり抜かれた円柱と同じ断面領域を有しながら、円柱の直径をより小さくできる。その様なチャネルは、導磁材料で埋めることができる空間を占有することが理解される。これは、円柱のインダクタンス値を減少させるが、例えば、円柱を長く又は直径を大きくすること等の幾つかの方法により補償され得る。
【００１９】
ディスク２は、円柱３と円筒４との間の空間にディスクの一方の側からのアクセスを可能にする開口部８を含み得る。その様な開口部は、巻線のためのワイヤの、コア１の"内部"への入出力を可能にするために設けられる。図２において、ワイヤの各端部のために２つの開口部８が設けられている。開口部は、ディスクの穴、或いは、（図２に示す様に）ディスク２の端部まで伸びる "切り抜き"８であり得る。ここで、ディスク及び円筒４は、一体に形成され、切り抜きは、円筒の端部にまで伸び得る（効果的には、円筒の全長に渡るスロットを設ける）。後述する様に、その様な切り抜きは、好ましくは穴であり、それは、開口部を取り囲む干渉磁束経路を除去する。
【００２０】
図３は、ディスク２の面と平行面での、コア１の断面図である。図３は、ディスクと、円柱３及び円筒４の断面を示している。前述したチャネル５及び開口部８も示されている。断面図は、円筒及び中がくり抜かれた円柱の厚みが同じであり得ることを示している。磁界は、円筒及び（ディスク経由で）円柱を通過しなければならない。考慮すべき重要な点は、相対的な断面の面積であり、特定部分の合計断面面積により磁束は制限され得る。図３に示すコアにおいて、円柱３の断面の面積が最も小さく、よって、コアを加熱させすぎることなく生成できる磁束の量がこれにより制限され得る。当業者は、この点を考慮してどの様なコアのサイズが必要かを理解することができる。図３は、この特定の実施形態において、コアが円状の断面であることを示している。これは、コアが回転対称である必要がある場合に適切である。
【００２１】
図４は、ディスク２と垂直な面でのコア１の断面図である。図４は、ディスク、円筒４及び円柱３を示している。図４は、チャネル５がどの様にディスク及び円柱を通過しているかも示している。図４は、コアによって定義される境界内の３つの体積を特定するのに役に立つ。
・円柱及び円筒間に設けられる体積（体積Ａ）
・円筒よりディスクから離れた第１部分の周りの体積（体積Ｂ）
・円筒がディスクから円柱と同じだけ伸びた場合に円筒により埋められる体積（体積Ｃ）
【００２２】
詳細を後述する様に、これら３つの体積のそれぞれは、巻線を収容するために使用される。
【００２３】
コアの基本的な形状の記述のため、コアの基本的な形状の利点を示す、送信機又は受信機のためのコアを以下では考慮する。
【００２４】
図５は、送信機９及び受信機１０の断面図である。送信機及び受信機は、一般的に同じ形状であり、双方は、（上述した）導磁コア１、巻線１１、１２及び回路１３、１４を備えている。
【００２５】
送信機９の場合、回路１３は、適切な電源１５に接続され、巻線１１に交流電流を出力する様に構成された送信回路であり、これにより、磁界を生成する。当業者は、その様な送信回路には種々の手法があり、本発明はこの点に限定されないことを理解する。
【００２６】
同様に、受信機１０において、回路１４は、巻線１２からの電力を受け取り、負荷の電力、或いは、バッテリ１６の充電に使用される電力を出力する様に構成された受信回路である。当業者は、その様な受信回路には種々の手法があり、本発明はこの点に限定されないことを理解する。
【００２７】
送信機９及び受信機１０は、円柱３、３´、ベース２、２´、円筒４、４´及び巻線１１、１２を有するコア１、１´を含む。巻線は、一連のワイヤのループを有する。巻線は、コアの体積Ａ、体積Ｂ、体積Ｃを占有する様に構成される。容易に理解されるが、巻き数は、ワイヤのゲージ、コアの相対的なサイズ、及び、送信機及び受信機の要求電力に関連する。好ましくは、偶数の層があり、これは、巻線処理を簡略化する。図６は巻線の一例である。巻線は、層１から始まり、数で示される順に巻かれる。
【００２８】
一実施形態において、図７に示す様に、巻線（図示せず）は、コア１に挿入することができるボビン１７に巻かれ得る。その様なボビンは、コア内部の複数の体積に対応する複数のゾーンにボビンを分離するパティション１８を含み得る。ボビンはゾーン間でワイヤを渡すためのスロット１９を含み得る。
【００２９】
交流電流が巻線に供給されると、磁界が生成される。導磁コアは、送信機（又は受信機）のインダクタンスを増加させるのみならず、磁界の"ガイド"になることが理解される。図８ａは、コア１と巻線１１を有する送信機９の断面を示し、受信機が存在しないときに、送信機により生成される磁界２０を示している。図８ｂは、同じ体積のコア２２及び巻線２３を有するが、円柱と円筒の高さが同じ送信機２１の断面を示している。この種のコアは、"ポット・コア"とも呼ばれる。
【００３０】
図８ａ及び図８ｂの磁界２０、２４を比較すると、本発明のコア１での磁界２０は、コアから遠くに伸びていることが分かる。逆に、ポット・コア２２の磁界２４は、コアに比較的近い位置に留まっている。（実際、磁界は無限に伸び、よって、図８ａ及び図８ｂの磁力線は、電力伝達に利用され得る磁界部分を示し、説明の目的で磁界の相対的な形状を示している。）この差の理由は、以下の通りである。
・短い円筒により、更なる巻線の体積が設けられ（体積Ｃ）、より多くの巻線により磁界のサイズが増加する。
・短い円筒により、磁力線は体積Ｃの巻線の周りに生じ、よって、磁力線はコアからより遠くまで伸びる。
【００３１】
図は、送信機９によって生成される磁界が、本発明のコアによりどの様に"改良"されるかを示しているが、送信コアと受信コアとの間の相対的な変位の範囲において有効磁束結合をコアが維持する方法が、送信機と受信機のペア間で確立される磁界を見ることにより理解される。
【００３２】
図９ａ〜図９ｃは、送信機及び受信機の組の断面図であり、コアの種別により生成される磁界を比較している。比較のため、各送信機及び受信機（それらの円柱及び円筒）は、同じだけ離して並べている。実際には、磁界は無限に伸び、よって、図９ａ〜図９ｃの磁力線は、電力伝達に利用され得る磁界部分を示し、説明の目的で磁界の相対的な形状を示している。
【００３３】
図９ａは、（図５にも示す）本発明のコア１、１´を有する送信機９及び受信機１０を示している。図より、磁力線が、送信機の円柱３から、受信機の円柱３´、受信機のディスク２´を経由し、さらに、受信機の円筒４´から送信機の円筒４にリンクしている。これは、この経路が、（破線で示す様に）送信機の円柱３から送信機の円筒４への経路において低い磁気抵抗（よって、好ましい）を有するからである。比較のため、図９ｂは、通常のポット・コア２２を有する送信機２１及び本発明のコア１´を有する受信機１０を示している。この例では、送信機と受信機との距離は図９ａと同じであるにも拘らず、送信機の円柱２５から受信機の円柱３´、受信機のディスク２´、受信機の円筒４´を経て、送信機の円筒２６に戻る磁束結合は生じていない。これは、送信機の円柱２５から送信機の円筒２６に直接至る経路が、受信機を経由する経路（破線で示す）より磁気抵抗が低い（よって、好ましい）からである。図８ａ及び図８ｂで説明した様に、本発明のコア１は、追加の巻線（体積Ｃ）により埋められる体積が設けられるので、追加の巻線が磁界の強さと大きさを増加させる。これは、本発明のコアが、どの様に、より大きな距離において磁束結合を維持するかを示している。
【００３４】
図９ｃは、本発明のコア１を有する送信機９及び通常のポット・コア２２´を有する受信機２７を示している。図９ａの様に、磁力線は、送信機の円柱３から受信機の円柱２５´、受信機のコア２２´を経由してリンクし、さらに、受信機の円筒２６´から送信機の円筒４にリンクしている。しかしながら、（図９ａ及び図９ｂの受信機の円筒４´と比較して）長い受信機の円筒により、磁力線は、受信機の円柱２５´から受信機の円筒２６´に、受信機のコア２２´の全体を経由することなく、直接向かうかもしれない。このふるまいは、２つの磁力線２８で示されている。よって、受信機にポット・コアを使用することは、本発明のコア程効果的ではない。
【００３５】
図１０ａ〜図１０ｉ及び図１１ａ〜図１１ｉは、相対的な変位のアレイにおける、送信機及び受信機の組の磁界の範囲を示している。図１０ａ〜図１０ｉは、図９ａの送信機９及び受信機１０の組に対応し、図１１ａ〜図１１ｉは、図９ｂの送信機２１及び受信機１０の組に対応している。２つの図を比較することで、本発明のコアが、送信コアと受信コアとの間の相対的な変位のより大きな範囲において有効磁束結合を維持できることが分かる。
【００３６】
相対的な変位は、横方向の変位（つまり、ディスクと平行な面における変位）と、縦方向の変位（ディスクに平行な面とは垂直な方向における変位）と、それらの組み合わせを含み得る。
【００３７】
有効磁束結合は、電力伝達に十分な送信機と受信機との間の磁束結合と考えられる。何が"十分"であるかは、
・負荷の要求電力
・電力損失の許容量（つまり、必要な効率レベル）
を含む、特定のアプリケーションに依存する。
【００３８】
よって、図に示す磁力線は、電力伝達に使用され得る磁界部分の上限を示し、受信機を通過する磁界は、有効磁束結合が有ることを示している。例えば、図１０ａ及び１１ａは、有効磁束結合を示しているが、図１０ｉ及び図１１ｉは、有効磁束結合を示していない。当業者は、図１０ａ〜図１０ｉ及び図１１ａ〜図１１ｉの単一磁力線の利用は、実際の磁界の複雑さを示しておらず、図で使用されている磁力線は、単に説明目的であることを理解する。
【００３９】
相対的な変位の範囲は、十分な電力伝達が依然存在する、送信コアと受信コアとの間の相対的な変位である。相対的な変位の範囲の下限は零、つまり、送信コアと受信コアがそれらの間に空間を設けることなく相互に並べられている場合である。しかしながら、相対的な変位の範囲の上限は、送信機及び受信機の特定の組の特性に依存する。特に、上限は、相互に関連する以下の要因の少なくとも幾つかに依存する。
・コアの体積
・コアのインダクタンス
・コアの巻線の数
・巻線のサイズ
・送信機の巻線に供給される電流
・受信機で使用されるコアの種別
・コアの部分の相対的な形状
・送信機の巻線と受信機巻線の相対的な角度
【００４０】
当業者は、これら要因を考慮し、特定の場合の優先度に依存して要因を異なる様に重み付けして送信機と受信機の組を設計することを理解する。例えば、送信機を特定の大きさ内にしなければならない場合、これはコアの体積を決定する。コアの部分の厚み（よって、コアのインダクタンス）は、許容できる上限内において、十分な電力伝達を確実にする様に、コアに適合する巻線の数に対してバランスを取る必要がある。他の例において、送信機と受信機の組は、大きな上限を達成する様に設計され、これは、多数の巻線を備えた大きなコアを必要とする。これら２つの例は、相対的な変位の範囲の上限が、これら要因と、送信機と受信機の組について要求される動作特性に依存することを示している。
【００４１】
図１０ａ〜図１０ｉ及び図１１ａ〜図１１ｉは、特定の体積のコアを示しているが、本発明のコアは改善であり、相対的な変位の大きな範囲を提供する。
【００４２】
例えば、標準的なコア及び本発明のコアは、特定の縦方向の変位において、有効磁束結合を維持する。これは、図１０ａ及び図１１ａに示されている。より長い縦方向の変位において、本発明のコアは有効磁束結合を維持するが、標準的なコアは有効磁束結合を維持できない。この差は、図１１ｄと図１０ｄの比較により表されている。さらに長い縦方向の変位（相対的な変位の範囲の上限）において、本発明のコアも有効磁束結合を維持しない。この閾値は図１０ｄと図１０ｇの間に存在する。
【００４３】
この様に、ディスクから円筒より長く伸びた円柱を設けることで、受信コアと送信コアとの間の相対的な変位の範囲において維持されるべき有効磁束結合が可能になり、円筒より長く伸びた円柱を持たない同様のコアより、その範囲を大きくできる。
【００４４】
他の利点は、コアがシールドとして動作し、コア及び巻線の"後ろ"（送信側や受信側ではない側）の磁束量を最小化する、コアの形状から生じる。これは、図８ａにおいて、送信機の下の磁力線の欠乏により表されている。その様なシールドは、２つの主な利点をもたらす。
・コア及び巻線の近傍にある金属部品に生じる渦電流による損失を最小化する
・漏れ磁界による干渉から電子部品を保護する。
【００４５】
その様な送信機又は受信機は、図１２に示す様にコネクタ２９に組み込まれる。その様なコネクタは、コネクタの端部を他の電子部品（図示せず）に接続する適切なケーブル３０を含み得る。コネクタは、送信機９又は受信機１０を制御する回路１３、１４の総て又は一部を含み得る。コネクタは、コア１及び巻線１１を包み込むポッティング３１を含み得る。ポッティングは、コア及び巻線の保護と、コア及び巻線が加熱しない様にすることを確実にする。
【００４６】
既に述べた様に、送信機及び受信機は、送信機から受信機やその逆への通信に使用され得る通信システムに適合化され得る。当業者は、その様なデータ・リンクを確立するのに適切な、光システム、無線システム、近距離無線通信（ＮＦＣ）システム及び巻線に適用される信号を変調するシステムといった、多くの数の通信システムが存在することを理解する。（光）見通し線又はアンテナに依存するシステムのために、コア及び巻線の後ろ配置された通信システムを設けることは一般的ではない。特に、コアは、見通し線での接続を妨害、或いは、アンテナにより生成される磁界をシールドするかもしれない。さらに、幾つかのシステムは、アンテナ間が近接していること（例えば、ＮＦＣ）に依存しているかもしれない。よって、通信システム、又は、通信システムの部分は、コアの送信側又は受信側ではない側へのアクセスを提供するコアのチャネルと共に、コアの送信側又は受信側に設けられ得る。通信システムを制御する回路は、送信機又は受信機のための回路に組み込まれ得る。
【００４７】
図５に戻り、ディスク２、２´及び円柱３、３´を通過するコア１、１´のチャネル５は、アンテナ３２、３２´へのアクセスを提供する。アンテナは、コアの送信側及び受信側に位置し、通信システムの残りの部分は、コアの他の側の幾つかの位置にある。送信機のアンテナ３２は送信回路１３に接続される様に構成され、受信機のアンテナ３２´は、受信回路１４に接続される様に構成される。
【００４８】
上述したコアの他の側面は、巻線をコアに導くことを可能にするためにディスクに設けられた開口部である。図１３ａ〜図１３ｃは、様々なコア構成での磁界を示している。図１３ａは、図１のコア１の磁界を示している。磁界は、ディスクの内部で放射状に広がる前に、円筒４に沿って進み、その後、円柱３に沿って進み、円筒に戻る。切り抜き８で、磁界は、切り抜きの周りを進む。ディスクの端部３３にまで伸びる切り抜きを設けることで、磁界は、開口部を取り囲む様に傾けられない。比較のため、図１３ｂは、開口部が穴３５である同様のコア３４を示している。これらの穴は、干渉を与える磁束経路を生成し、よって、磁界は穴を取り囲む。この磁界は、コアを熱する原因となり、電力損失をもたらす。図１３ａ及び図１３ｂの両コアは、中央の穴６、３６を含む。この例において、中央の穴は、磁界の経路にはないため、中央の穴は、干渉を与える磁束経路とならない。言い換えると、コアは、開口部を含むことができ、開口部が磁界の経路にあると、開口部は端部まで延ばすべきである。
【００４９】
図１３ａのコア１において、ディスク２と円筒４は異なる部品である。それらを１つで形成すると、開口部８は、切り抜きではなく、別の穴（上述した問題につながる）である。よって、開口部は、図１３ｃに示す様に、円筒４にスロット３７を含ませることで、円筒の端部に伸ばす様に形成できる。この様に、開口部は、干渉を与える磁束経路を提供しない。円筒は２つの半円筒に分割できる。
【００５０】
実施形態により本発明を説明し、実施形態において詳細を説明したが、出願人には、添付の特許請求の範囲により規定される範囲を、この詳細に限定する意図はない。追加の利点や、修正が当業者には容易に理解される。よって、その広範囲な側面において、本発明は、特定の詳細や、提示した装置、方法や、記述した説明例に限定されない。よって、出願人の一般的な発明概念の範囲又は趣旨から逸脱することがない範囲において、その様な詳細からの修正は可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【図１０ｆ】
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【図１０ｇ】
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【図１０ｈ】
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【図１０ｉ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１１ｆ】
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【図１１ｇ】
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【図１１ｈ】
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【図１１ｉ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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