(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導式のエネルギー伝送システム（１００）において、
電気的な有効電圧源（ＵＥＸ）と接続可能な一次コイル（１０）を有しており、前記一次コイル（１０）は第１のコンデンサ（１５）を介して接地電位（１６）と導電接続されており、および、
前記一次コイル（１０）と誘導結合された二次コイル（２０）を有している、
そのようなエネルギー伝送システムにおいて、
前記一次コイル（１０）によって第１の電極が形成され、該第１の電極との間にキャパシタンスを生じる第２の電極（５０ａ）が接地電位（１６）に導電接続されている第２のコンデンサ（５０）を有しており、
前記有効電圧源（ＵＥＸ）と前記一次コイル（１０）と前記第２のコンデンサ（５０）の前記第２の電極（５０ａ）とが、前記第１のコンデンサ（１５）を介さずに閉じた経路を形成している
ことを特徴とする誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項２】
前記第２のコンデンサ（５０）の前記第２の電極（５０ａ）が、積層されて構成されており、導電性層（９０）が向かい合う表面でそれぞれ絶縁層（７０，８０）により覆われている
ことを特徴とする、請求項１に記載の誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項３】
前記導電性層（９０）が、炭素材料から不織布状に構成されている
ことを特徴とする、請求項２に記載の誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項４】
前記導電性層（９０）が、製織またはプレスされて構成されている
ことを特徴とする、請求項２または３に記載の誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項５】
前記導電性層（９０）が、導電性の補強部材（９１）によって接地電位（１６）と導電接続されている
ことを特徴とする、請求項２から４のいずれか１項に記載の誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項６】
前記第２のコンデンサ（５０）のキャパシタンス値は、前記誘導式のエネルギー伝送システム（１００）の寄生的なアースキャパシタンス（１２，１３，１４）の２倍以上である
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の誘導式のエネルギー伝送システム（１００）。
【請求項７】
誘導式のエネルギー伝送システム（１００）を製造する方法において、次のステップを有しており、すなわち、
一次コイル（１０）が準備され、
前記一次コイル（１０）が第１のコンデンサ（１５）を介して接地電位（１６）と導電接続され、
二次コイル（２０）が準備され、
前記一次コイル（１０）によって第１の電極が形成される第２のコンデンサ（５０）が準備され、
前記第２のコンデンサ（５０）の前記第１の電極との間にキャパシタンスを生じる第２の電極（５０ａ）が接地電位（１６）と導電接続され、前記エネルギー伝送システム（１００）の有効電圧源（ＵＥＸ）と前記一次コイル（１０）と該第２の電極（５０ａ）とが、前記第１のコンデンサ（１５）を介さずに閉じた経路を形成する
方法。
【請求項８】
前記第２の電極（５０ａ）は、導電性層（９０）および前記導電性層（９０）の向かい合う表面にそれぞれ絶縁層（７０，８０）を有するように積層されて構成される、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導電性層（９０）は、不織布状のファブリックとして炭素材料から構成される、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導式のエネルギー伝送システムに関する。さらに本発明は、誘導式のエネルギー伝送システムを製造する方法に関する。
【発明の概要】
【０００２】
誘導式のエネルギー伝送では、原理上、一次コイルと二次コイルとの間の空間的な分離が意図される。このような空間的な分離ができるのは、主として、無接触式の誘導式のエネルギー伝送プロセスないし充電の位置決めの自由があるおかげである。しかし、上述した空間的な分離によって、特に電磁両立性（ＥＭＣ）にとっての欠点も生じる。その原因は、基本的に、一次コイルおよび二次コイルを有する変圧器の開いた設計形式に帰せられる。このことは、良好にカプセル封じされていて一次コイルと二次コイルが可能な限り互いに密接に配置される従来型の変圧器とは対照的である。
【０００３】
このように開いた設計形式により、以下に図１を参照して説明する問題が生じる。図１は、電磁両立性の検査シナリオ中における、上述した従来の「開いた設計形式」の原理的で状況的な等価回路図を示している。巻線が共振インダクタンスを具体化する一次コイル１０と、共振キャパシタンスを具体化する第１のコンデンサ１５とにより形成される、一次側の共振回路を見ることができる。第１のコンデンサ１５は、誘導式のエネルギー伝送システム１００の局所的な接地電位１６につながれている。一次側の共振回路は、励起をする電気的な有効電圧源ＵＥＸによって供給を受ける。励起をする有効電圧源ＵＥＸは、誘導式のエネルギー伝送システム１００のために、電気的な有効信号を提供する。有効電圧源ＵＥＸは、誘導式のエネルギー伝送システム１００のすべての干渉信号を表す電気的な干渉電圧源ＵＳによって重ね合わされる。本発明の意味における干渉信号とは、特に、コモンモードノイズ（英語Ｃｏｍｍｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｎｏｉｓｅ）が意味される。一般に干渉信号とは、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズ（英語Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｎｏｉｓｅ）の両方が意味される。
【０００４】
両方のコイル１０および２０は回路工学的にはそれぞれ電極も形成する。それにより、一次コイルおよび二次コイル１０，２０によって２つの電極が向かい合い、これらの間に寄生的な結合キャパシタンス１１が配置される。寄生的な結合キャパシタンス１１は、特に、コイル１０，２０の両方のハウジングの壁厚によって低くなっており、現在普通の結合キャパシタンス１１の値は約５ｐＦから約２５ｐＦの間である。コイル１０，２０の両方の電極は、それぞれアースに対して寄生的なアースキャパシタンス１２，１３を形成する。アースキャパシタンス１２，１３の通常の値は約２０ｐＦから約４０ｐＦの間である。
【０００５】
誘導式のエネルギー伝送システム１００の二次側は、二次コイル２０と並列につながれた抵抗器６０によって表される電子負荷を有している。この負荷は、たとえば抵抗性の電力消費部（たとえば白熱灯）であってよく、あるいは誘導式の充電器具で普通であるように、蓄電池であってよい。さらに二次構造全体は、負荷６０および接地電位と配線された別のアースキャパシタンス１４を有している。
【０００６】
さらに図１には、電磁両立性測定のために必要となる無線測定受信器の測定抵抗器４０を見ることができる。ここでは測定抵抗器４０は、５０オーム成端抵抗器として構成されるのが好ましい。測定抵抗器４０で降下する電圧はＵＭで表記され、無線測定受信器における電磁的なノイズを表す。
【０００７】
このように図１の回路構造からわかるとおり、上に述べたコモンモードノイズは、アースキャパシタンス１２，１３，１４を介してアースへと流れ出る変位電流を引き起こす可能性がある。このことは、アースキャパシタンス１２，１３，１４を介して破線で示す３つの閉じた循環路によって図示されている。アースにおいて、変位電流は無線測定受信器を介して再び干渉電圧源ＵＳへと流れ戻る。このように図１の等価回路図は、アースキャパシタンス１２，１３，１４を介してのノイズの結合経路を明快な形で図解している。
【０００８】
したがって本発明の課題は、改良された誘導式のエネルギー伝送システムを提供することにある。
【０００９】
第１の態様では、この課題は誘導式のエネルギー伝送システムによって解決され：
−電気的な有効電圧源と接続可能な一次コイルを有し、一次コイルは第１のコンデンサと配線されており、第１のコンデンサはエネルギー伝送システムの局所的な接地電位と配線されており、および、
−一次コイルと誘導結合された二次コイルを有し；一次コイルと、エネルギー伝送システムの局所的な接地電位との間に第２のコンデンサが構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにしてバイパスコンデンサが回路工学的に具体化され、これにより、ノイズにとって代替の経路が創出されるので、前述したノイズをほとんど測定可能ではなくなる。その結果として、誘導式のエネルギー伝送システムの規格適合的な構成を可能にするという利点を有する、非常に効果的なノイズ抑圧方式が創出される。
【００１１】
第２の態様では、この課題は、次のステップを有する誘導式のエネルギー伝送システムを製造する方法によって解決される：
−一次コイルが準備され；
−一次コイルが第１のコンデンサと配線され；
−第１のコンデンサがエネルギー伝送システムの局所的な接地電位と配線され；
−二次コイルが準備され；
−第２のコンデンサの第２の電極が準備され、第２のコンデンサの第２の電極が局所的な接地電位と配線される。
【００１２】
誘導式のエネルギー伝送システムおよび本方法の好ましい発展例は、従属請求項の対象である。
【００１３】
誘導式のエネルギー伝送システムの好ましい発展例は、第２のコンデンサの第１の電極が一次巻線により形成され、第２のコンデンサの第２の電極が接地電位と配線されることを特徴とする。それにより、ノイズ抑圧をするバイパスコンデンサの技術的な具体化が簡単な仕方により可能である。
【００１４】
誘導式のエネルギー伝送システムの別の好ましい発展例は、第２のコンデンサの第２の電極が積層されて構成されており、導電性層が向かい合う表面でそれぞれ絶縁層により覆われることを特徴とする。それにより、第２の電極の電気的な絶縁破壊強さを高めることができるという利点がある。
【００１５】
誘導式のエネルギー伝送システムの別の好ましい発展例は、第２のコンデンサの導電性層が炭素材料から不織布状に構成されていることを特徴とする。このようにして、良好なノイズ除去作用を有する導電性層が提供される。
【００１６】
誘導式のエネルギー伝送システムの別の好ましい発展例は、導電性層が製織またはプレスされて構成されていることを特徴とする。それにより、導電性層の技術的な施工形態について代替的な選択肢が提供される。それにより、バイパスコンデンサについての多彩な設計自由度が促進される。
【００１７】
誘導式のエネルギー伝送システムの別の好ましい発展例は、導電性層が導電性の補強部材によって局所的な接地電位と配線されていることを意図する。それにより、導電性層のための機械的な補強、および導電性層と局所的な接地電位との電気接触の１つの選択肢を具体化できるという利点がある。
【００１８】
誘導式のエネルギー伝送システムの別の好ましい発展例は、第２のコンデンサが少なくとも約２倍、好ましくは約３倍から約５倍、さらに好ましくは約６倍から約１０倍だけ、誘導式のエネルギー伝送システムの寄生的なアースキャパシタンスよりも大きいキャパシタンス値を有することを意図する。このようにして、バイパスコンデンサについて好都合な技術的なキャパシタンス値が具体化される。
【００１９】
次に、複数の図面を参照しながら、本発明についてその他の利点や構成要件とともに詳しく説明する。ここで説明するすべての構成要件は、明細書および図面におけるその記述から独立して、ないしは特許請求の範囲での引用から独立して、本発明の対象物を形成する。図面は特に、本発明の要部をなす原理を図解するために想定されている。
【００２０】
図面には次のものが示されている：
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来型の誘導式のエネルギー伝送システムの原理的なブロック図である。
【図２】本発明による誘導式のエネルギー伝送システムの実施形態である。
【図３】バイパスコンデンサの第２の電極の具体化可能性を示す簡略化した図である。
【図４】本発明による方法の実施形態の原理的な手順である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明では、効果的なノイズ抑圧方策として、第２のコンデンサ５０の形態のバイパスコンデンサが一次回路へ挿入され、そのようにしてノイズを一次回路の内部に保つことが意図される。第２のコンデンサ５０はノイズを干渉電圧源ＵＳへ直接送り返し、そのようにして、ノイズの望ましくない間接的な結合経路を効果的に防止する。第２のコンデンサ５０によって有意なバイパス作用を実現するために、そのキャパシタンスは約２倍、さらに好ましくは約３倍から約５倍、特別に好ましくは約６倍から約１０倍だけ、寄生的なアースキャパシタンス１２，１３，１４で形成される構造全体のアースキャパシタンスよりも大きいのが好ましい。
【００２３】
図２には、バイパスコンデンサの挿入後におけるノイズの電流経路が、破線で図示した閉じた循環路として原理的に示されている。この電流経路は、結果的に、有効電圧源ＵＥＸと、干渉電圧源ＵＳと、一次コイル１０と、第２のコンデンサ５０とを介して閉じた経路を形成する。このように、この電流経路は実質的に測定抵抗器４０を介して延びることがなく、それによって測定可能なノイズが大幅に低減され得る。
【００２４】
バイパスコンデンサを具体化するために、バイパスコンデンサの第１の電極が一次コイル１０の巻線によって形成された後に、第２の電極５０ａの技術的な具体化が必要である。そのために、導電性層９０を一次巻線１０のすぐ近傍に取り付けることが意図される。さらに、バイパスコンデンサのキャパシタンスを可能な限り大きく構成することが重要であり、その際に、上述したキャパシタンスに影響を及ぼすことができる２つの主要な要因は、電極面積の最大化と、両方の電極の相互間隔の最小化である。
【００２５】
図３は、第２のコンデンサ５０の第２の電極５０ａの原理的な技術的な実施形態を著しく簡略化して示している。絶縁フィルムの２つの層を相上下して配置し、これらの間に導電性のグラファイト層ないし炭素層が配置されることが意図されるのが好ましい。すなわち、このように積層された構造が第２の電極５０ａを形成し、これが第１のコンデンサ１５の局所的な接地接続部と導電接続される。一次コイル１０の一次電極との組合せで、このようにしてノイズ除去をするバイパスコンデンサが具体化される。
【００２６】
原則として、電極５０ａの導電性層９０についてはどのような導電性材料でも使用できるが、金属材料、特に強磁性材料は例外であり、それは、このような材料が意図しない渦電流損失やヒステリシス損失を生起することになるからである。
【００２７】
一連の実験で判明したところでは、導電性層９０としての第２のコンデンサ５０の最適化されたノイズ除去作用のために、グラファイト層ないし炭素層の形態の導電性の層ないし電極が最善の結果をもたらす。このときグラファイト層は、塗料によって構成されていてよいのが好ましい。グラファイト層は、炭素繊維ファブリックまたはフェルト類似のファイバファブリックとして製作されるのが特別に好ましく、導電性層９０は不織布状の炭素材料として製織され、もしくはフェルト状にプレスされて構成されていてよい。このようにして形成されるバイパスコンデンサの第２の電極５０ａは、固定的な基準点と、通常は誘導式のエネルギー伝送システム１００の第１のコンデンサ１５の局所的な接地電位１６と、導電接続される。
【００２８】
導電性層９０を機械的に補強するために、アルミニウムまたは銅から構成され、導電性層９０の機械的な補強のために、ないしは接地電位１６への電極５０ａの改善された電気接触のために設けられる、導電性の補強リング９１を利用することができる。
【００２９】
図４は、本発明による方法の実施形態の手順を原理的に示している。
【００３０】
第１のステップ２００で、一次コイル１０が準備される。
【００３１】
第２のステップ２１０で、一次コイル１０が第１のコンデンサ１５と配線される。
【００３２】
第３のステップ２２０で、第１のコンデンサ１５がエネルギー伝送システム１００の局所的な接地電位１６と配線される。
【００３３】
第４のステップ２３０で、二次コイル２０が準備される。
【００３４】
最後に第５のステップ２４０で、第２のコンデンサ５０の第２の電極５０ａが準備され、第２のコンデンサ５０の第２の電極５０ａが局所的な接地電位１６と配線される。
【００３５】
誘導式のエネルギー伝送システム１００は、たとえば電動歯ブラシ、電気自動車などのように、無接触式の誘導式の充電が行われるどのような技術的システムでも適用できるという利点がある。
【００３６】
以上を要約すると、本発明により、電磁的なノイズが実質的に再び干渉源へ送り返され、それによって誘導式のエネルギー伝送システムの効率を最適化するという利点を有する、改善された誘導式のエネルギー伝送システムが提供される。
【００３７】
当業者は、本発明の要部から逸脱することなく、以上に記載されていない、もしくは部分的にしか記載されていない本発明の実施形態を具体化することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  一次コイル
１５  第１のコンデンサ
１６  局所的な接地電位
２０  二次コイル
５０  第２のコンデンサ
５０ａ  第２の電極
７０，８０  絶縁層
９０  導電性層
９１  補強部材
１００  誘導式のエネルギー伝送システム
【図１】
0006500091.tif 000002
【図２】
0006500091.tif 000003
【図３】
0006500091.tif 000004
【図４】
0006500091.tif 000005