(57)【要約】  本発明は、一次部品（１）から二次部品（１’）へエネルギーを非接触式に誘導伝送するための装置に関するものであり、一次部品（１）および二次部品（１’）はそれぞれ少なくとも１つのコイル（１０、１０’）を有し、これらのコイルは互いに誘導結合することができるようになっている。この装置は、一次部品（１）および／または二次部品（１’）が、少なくとも１つの磁界センサーを備え、コイル（１０）およびコイル（１０’）により生成されて少なくとも１つの磁界センサーを用いて測定される磁界を用いて一次部品（１）に対する二次部品（１’）の相対的位置を求めるように構成されることを特徴としている。また、本発明はこのような装置の動作方法にさらに関するものでもある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのコイル（１０）を有する一次部品（１）から少なくとも１つのコイル（１０’）を有する二次部品（１’）までエネルギーを非接触式に誘導伝送するための装置であって、前記少なくとも１つのコイル（１０）および前記少なくとも１つのコイル（１０’）が互いに誘導結合可能であり、前記一次部品（１）および／または前記二次部品（１’）が少なくとも１つの磁界センサーを有しており、前記一次部品（１）および／または前記二次部品（１’）が、前記コイル（１０）および前記コイル（１０’）により生成されて前記少なくとも１つの磁界センサーを用いて測定される磁界を用いて前記一次部品（１）に対する前記二次部品（１’）の側面方向のオフセットを求めるように構成される、装置において、
前記デバイスが、前記一次部品の前記コイル（１０）の軸に沿って前記二次部品（１’）から前記一次部品（１）までの間隔（ｚ０）を前記少なくとも１つの磁界センサーにより測定された前記磁界を用いて求めるようにさらに構成されてなる、装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁界センサーが、前記コイル（１０）および前記コイル（１０’）により信号が誘発される少なくとも１の補助コイル（３０）である、請求項１に記載の装置。  
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁界センサーが前記一次部品（１）内に配置されてなる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記一次部品または前記二次部品（１、１’）の中の前記少なくとも１つの磁界センサーがそれに対応する前記コイル（１０、１０’）に対して側面方向にオフセットされてなる、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも２つの磁界センサーが、前記一次部品および／または前記二次部品（１、１’）の中に、それに対応する前記コイル（１０、１０’）の長手方向の軸を中心として対称となるように配置されてなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
４つの磁界センサーが、前記一次部品および／または前記二次部品（１、１’）の中に、それに対応する前記コイル（１０、１０’）の周りに配置されてなる、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
一次部品（１）のコイル（１０）から二次部品（１’）のコイル（１０’）までエネルギーを非接触式に誘導伝送する装置のための動作方法であって、前記コイル（１０）および前記コイル（１０’）により生成され、少なくとも１つの磁界センサーにより測定される磁界を用いて、前記一次部品（１）に対する前記二次部品（１’）の側面方向のオフセットが求められる、動作方法において、
前記少なくとも１つの磁界センサーにより測定される磁界を用いて、前記一次コイル（１０）の軸に沿った前記二次部品（１’）から前記一次部品（１）までの間隔（ｚ０）がさらに求められることを特徴とする、動作方法。
【請求項８】
前記側面方向のオフセットおよび前記間隔（ｚ０）が前記一次部品（１）の中の前記コイル（１０）の周りに配置される４つの磁界センサーからの測定値を用いて求められる、請求項７に記載の動作方法。
【請求項９】
少なくとも１つの磁界センサーとして少なくとも１の補助コイル（３０）が用いられ、該少なくとも１の補助コイル（３０）の中に誘発される信号が測定される、請求項７または８に記載の動作方法。
【請求項１０】
信号振幅（３１）、とくに前記少なくとも１つの補助コイル（３０）の電圧振幅が信号として評価される、請求項９に記載の動作方法。
【請求項１１】
前記一次部品（１）に対する前記二次部品（１’）の側面方向のオフセット求めるためにまた前記軸に沿った前記二次部品（１’）から前記一次部品（１）までの間隔（ｚ０）を求めるために、互いに対向する２つの補助コイル（３０）からなるペア毎に信号振幅（３１）が計算される、請求項１０に記載の動作方法。
【請求項１２】
前記側面方向のオフセットが、前記コイル（１０）の軸と前記コイル（１０’）の軸との間の動径（ｒ０）と、前記一次部品（１）の前記コイル（１０）の軸から前記二次部品（１’）の前記コイル（１０’）の軸まで延びる間隔ベクトルと規定の空間方向との間の偏角（φ）とを有する、請求項１１に記載の動作方法。
【請求項１３】
前記一次部品（１）に対する前記二次部品（１’）の側面方向のオフセットおよび／または前記二次部品（１’）から前記一次部品（１）までの前記間隔（ｚ０）が与えられた境界値を超える場合、前記一次部品（１）から前記二次部品（１’）へのエネルギーの伝送が抑制される、請求項１１または１２に記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次部品から二次部品へエネルギーを非接触式に誘導伝送するための装置であって、一次部品および二次部品がそれぞれ少なくとも１つのコイルを有し、相互に誘導結合し、一次部品に対する二次部品の側面方向のオフセットが、上述の２つのコイルにより生成されて少なくとも１つの磁界センサーにより測定される磁界を用いて求められる、装置に関するものである。また、本発明は、一次部品のコイルから二次部品のコイルへエネルギーを非接触式に誘導伝送する装置の動作方法にさらに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーの伝送が機械的に接続される接触要素を介してまたは分離される接触要素を介して行われるプラグ・ソケットコネクタと比較して、非接触式のエネルギー伝送装置は、摩耗という点から、差し込み回数が多くかつ振動強度が高いという長所を有している。加えて、電気的負荷がかかった状態での差し込みまたは引き抜きの際の接触焼けが防止される。また、エネルギーを伝送するための非接触式の装置では、高電流負荷がかかっているプラグ・ソケットコネクタを分離する際のアークの発生というような危険性がない。最後に、エネルギーを非接触式に伝送する際に一次部品と二次部品との間にはたとえば医学領域において用いる際に必要となりうるガルバニック絶縁が存在する。加えて、本発明の非接触式装置は、機械的に高価な噛み合い接触を必要としないので、できるだけ滑らかな表面を備えたものとすることが可能となり、このことにより、本発明の非接触式装置は、清潔／衛生に対する必須要件の高い用途、たとえば食料品分野におけるエネルギーの伝送に適したものとなる。
【０００３】
具体的にいえば、エネルギーを非接触式に誘導伝送する技術は、耐磨耗性が高いため、オートメーションの分野、たとえばエネルギーをロボットの交流工具へ伝送する技術として興味深いものとなる。
【０００４】
特許文献１には、一次部品から二次部品へエネルギーを非接触式に誘導伝送するための装置について開示されており、この装置は、たとえばロボットの交流工具にエネルギーを伝送するための機械的なプラグ・ソケット接続装置と交換することができる。一次部品および二次部品はそれぞれ少なくとも１つのコイルを備えており、これらのコイルは、互いに誘導結合することができ、フェライト磁心と協働することができる。フェライト磁心は、装置の構造寸法が小さくかつ伝送表面が小さい場合であっても高い電気的パフォーマンスでの伝送を可能とするようにフェライト磁心の透過性により磁束を高めることができるようになっている。
【０００５】
また、一次部品と二次部品とがそれらの間の距離の最小値の位置に（まだ）配置されておらず、一次部品と二次部品の間にギャップが存在する場合であっても既にエネルギーを高磁束で伝送することが可能となっている。一次部品と二次部品とが側面方向（側面）に沿ってオフセットされている場合、すなわち一次部品のコイルと二次部品とのコイルとが同軸上に配置されていない場合でさえ、エネルギーの伝送を開始することができる。しかしながら、一次部品と二次部品との間の距離が大き過ぎたりかつ／または側面方向のオフセットが大き過ぎたりすると、最大伝送パフォーマンスに影響が及んでしまう。側面方向のオフセットや距離が大きいにもかかわらず接続デバイスの充電が複数の動作状態で可能であるとしても、パフォーマンス要件の高い動作状態では、必要なパフォーマンスで伝送することができずデバイスに予測不能な動作障害が発生してしまう場合もある。
【０００６】
特許文献２にも、エネルギーを誘導伝送するための装置が開示されている。この充電装置は、ケーブルを用いないモバイルデバイス用充電装置としてとくに適している。たとえば、充電装置の一次部品をたとえばテーブルプレートの下側にマウントすることができるので、モバイルデバイス、たとえば充電装置の二次部品を備えた携帯電話をテーブルプレートにセットするだけで携帯電話の充電を行うことができる。
【０００７】
一次部品または二次部品では、磁気センサーとして機能する補助コイルがそれに対応するコイルの周りに配置されている。一次部品と二次部品との間の側面方向のオフセット値は、補助コイルにより測定される磁界強度から求められ、ユーザに対して表示され、そうすることにより、ユーザはモバイルデバイス、ひいては二次部品を側面方向に移動させ、一次部品と一致する位置に位置決めすることができるようになっている。それに代えて、最大可能負荷電流が測定され、この最大可能負荷電流が与えられている閾値を上回る場合に信号が発生されるようになっていてもよい。それに対応する信号は、ユーザおよびモバイルデバイスの少なくとも十分良好な側面方向の位置決めを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８７６７６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２０１３１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、記載の方法は、充電されるコンポーネントの有用性が高く、比較的高い伝送パフォーマンスが重要となる用途、たとえば工業用ロボットにおいて機能的安全性が十分に提供されていない。というのは、距離が変わってしまうと、伝送が急速に中断されてしまうおそれがあるからである。 
【００１０】
本発明は、エネルギーを非接触式に伝送するための冒頭に記載の装置によるモバイルデバイスの充電時の予測不能な動作障害を可能な限り完全に除去するという課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の課題は、独立請求項に記載の具体的な構成を備えた装置およびそのような装置の動作方法により解決される。かかる装置および動作方法の有利な実施形態およびさらなる変形は従属請求項に記載されている。
【００１２】
エネルギーを非接触式に誘導伝送するための冒頭に記載のタイプの装置は、かかる装置が、少なくとも１つの磁界センサーにより測定される磁界を用いて、一次側コイルの軸に沿った二次部品から一次部品までの距離を求めるようにさらに構成されているという点において異なっている。
【００１３】
エネルギーの伝送に用いられる一次部品および二次部品のコイルは、一次部品に対する二次部品の位置を測定するために本発明に従って用いられる漂遊磁場を生成するようになっている。軸方向の距離および側面方向のオフセットを求めることにより、一次部品に対する二次部品の位置決めの初期段階の不正確さを含むすべての不正確さを時間内に認識することができる。求められた位置は、たとえば制御装置に繋がったネットワーク、たとえば自動化システムを介して伝送することができる。理論的に求められた位置から偏差がある場合、ユーザまたはオペレータに通知し、必要ならば、一次部品に対する二次部品の位置を調節することができる。
【００１４】
通常、位置測定は、試験信号用の発信機および試験信号用の受信器の使用により行われている。エネルギーの伝送に用いられる一次部品および二次部品のコイルの漂遊磁場を用いることにより、試験信号としてどのような場合にも存在する信号を用いることができるようになるので、試験信号用の発信機を除去することができる。試験信号用の受信器をたった１台加えることにより、位置測定を少なくとも１つの磁界センサーに移行させることができる。 
【００１５】
本発明の装置の有利な実施形態では、少なくとも１つの磁界センサーは、一次部品のコイルおよび二次部品のコイルが信号を誘発する少なくとも１つの補助コイルである。エネルギーの伝送には交番磁界が用いられる。したがって、補助コイルの使用により磁界測定は非常に簡単に行うことができるようになる。
【００１６】
本発明の装置の他の有利な実施形態では、一次部品内に少なくとも１つの磁界センサーが配置されるようになっている。このようにして、二次部品の位置決めに関する情報が直ちに一次部品内で求めることができ、一次部品の信頼できる動作を保証するために二次部品から一次部品に対して返答するようになっている必要はない。伝送装置の静止部品として一次部品を自動制御装置へデータ技術を用いて接続して位置情報を自動制御装置へ転送するようにすることもできる。
【００１７】
本発明の装置の他の有利な実施形態では、一次部品または二次部品の中の少なくとも１つの磁界センサーがそれに対応するコイルに対して側面方向にオフセットされて配置されるようになっている。好ましくは、少なくとも２つの磁界センサーが一次部品および／または二次部品の中に設けられ、これら２つの磁界センサーがそれに対応するコイルの長手方向の軸を中心とする対称な対として配置される。とくに望ましくは、４つの磁界センサーが一次部品および／または二次部品の中にそれに対応するコイルの周りに配置される。対として配置されると、磁界センサーの信号は、相互に比較することができ、信号の差を観察することができ、側面方向のオフセットについての決め手となる。一次部品と二次部品との間隔および側面方向のオフセットを４つのセンサーを用いて求めることができる。他の実施形態では、間隔および／またはオフセットを求める際の正確さをさらに向上させるために４を超える数の磁界センサーが用いられる場合もある。
【００１８】
一次部品のコイルから二次部品のコイルまでエネルギーを非接触式に誘導伝送する装置のための本発明の動作方法は、一次部品に対する二次部品の側面方向のオフセットおよび軸方向の間隔が一次部品のコイルおよび二次部品のコイルにより生成されて少なくとも１つの磁界センサーにより測定される磁界を用いて求められるという点において異なっている。このことにより、かかる装置に関連して記載される利点がもたらされる。
【００１９】
かかる動作方法の有利な実施形態では、相対的位置が、一次部品のコイルのまわりに配置される４つの磁界センサーからの測定値を用いて求められるようになっている。一次部品と二次部品との間隔および側面に沿った全方向のオフセットを４つのセンサーを用いて求めることができる。好ましくは、少なくとも１つの補助コイルが少なくとも１つの磁界センサーとして用いられ、この少なくとも１つの補助コイル内に誘発される信号が測定される。さらに、信号振幅、とくに少なくとも１つの補助コイルを評価する電圧振幅が信号として用いられる。
【００２０】
かかる動作方法の他の有利な実施形態では、一次部品に対する二次部品の側面方向のオフセットを求めるためにまた軸に沿った二次部品から一次部品までの間隔を求めるために、互いに対向する２つの補助コイルからなるペア毎に信号振幅が計算されるようになっている。好ましくは、側面方向のオフセットは、一次部品のコイルの軸と二次部品のコイルの軸との間の動径と、一次部品のコイルの軸から二次部品のコイルの軸まで延びる間隔ベクトルと規定の空間方向との間の角度（偏角）とを有している。側面方向のオフセットは、一次部品のコイルの軸と二次部品のコイルの軸との間の側面方向の間隔が直ぐに分かり、二次部品が一次部品に対してシフトしている方向が直ぐに分かる極座標で示されている。オフセットが存在する方向は、一次部品のコイルの軸と二次部品のコイルの軸との間の側面方向の間隔の絶対値が一定であったとしても存在する可能性のある回転の不均衡、たとえば一次部品に対して二次部品が回転する場合などについての情報を提供することができる。
【００２１】
かかる動作方法の他の有利な実施形態では、一次部品に対する二次部品の側面方向のオフセットおよび／または二次部品から一次部品までの間隔、すなわち空隙（ａｉｒ  ｇａｐ）の大きさが与えられた境界値を超えている場合、一次部品から二次部品へのエネルギーの伝送が抑制されるようになっている。このようにして、指定された最大パワーまでのエネルギーの妨害なしの伝送を確保することができるようになる。ここで、境界値は、表の形態を有していてもよいし、または、同時に存在することが可能な側面方向のオフセットと間隔との組み合わせ範囲の関数関係が考慮に入れられてもよい。
【００２２】
以下には、本発明が例示的な実施形態を用いて５つの図面を参照しながら詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エネルギーを非接触式に伝送する装置を示す断面図である。
【図２】図１に示された装置を示す他の断面図である。
【図３】一次部品と二次部品とを側面方向に沿ってオフセットした状態にあるエネルギーを非接触式に伝送する装置を示す概略図である。
【図４】位置検出のために補助コイルからの信号のレベルが側面方向のオフセット角度の関数として示されている図である。
【図５】位置検出のために補助コイルからの信号の差が側面方向のオフセット角度の関数として示されている図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、一次部品１から二次部品１’へエネルギーを非接触式に伝送するための本出願にかかる装置を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示された切断線Ａ−Ａに沿って切断して得られる一次部品１を示す断面図である。
【００２５】
以下で一次側要素と呼ばれる一次部品１を構成する要素は図面において参照数字にアポストロフィが付与されていない。以下で二次側要素と呼ばれる二次部品１’を構成する要素は参考番号に適切なアポストロフィが付与されている。同一のまたは同様の機能を有している一次側要素および二次側要素には、同一数字の参照番号が付与されている。以下において一次側または二次側のいずれか一方を明示的に意図しない場合、アポストロフィのない参照数字を用いて、一次側および二次側の両方を指し示している。
【００２６】
一次部品１および二次部品１’はそれぞれハウジング２を備えている。ハウジング２は、プラスチック、アルミニウム、高級鋼などの如きプラグハウジング用の慣習的な材料から製造することができる。ハウジング２は半殻構造を有し、その前側は前板３により閉じられている。前板３とは反対側にある後側の領域では、接続ケーブル５用のケーブル案内口４がハウジング２に設けられている。
【００２７】
各前板３の真後側にはコイル１０が配置されている。このコイルは、フェライト磁心１１に巻き付けられるかまたはコイル本体に巻き付けられてからフェライト磁心１１の中に挿入される。コイル１０は単一の導電体で巻かれたものであってもよい。しかしながら、表皮効果を削減するために高周波数特性を有する多重導電体撚線を使用することが好ましい。
【００２８】
図示されている例示的な実施形態では、フェライト磁心１１とは、外縁部１２および外縁部１２と同心円状に配置される内側ドーム１３を有するラウンドカップ形状の芯のことである。このような配置構造は（円柱対称）Ｅ芯としても表現される。均一な磁束密度を達成するにあたって、フェライト磁心１１の様々な漂遊磁場を考慮に入れると、外縁部１２の断面と内側ドーム１３の断面とはほぼ同じ大きさであることが好ましい。また、異なる幾何学形状を有するフェライト磁心を使用するようにしてもよい。たとえば、円形、二次曲面または長方形のフェライト磁心を備えた二次曲面または長方形の心が用いられてもよい。コイル本体のないコイル、たとえば電導体が互いにくっついて形成されるコイルが用いられてもよい。
【００２９】
フェライト磁心１１はそれに対応する前板３の方向に向いて開いているのに対して、それとは反対側の外縁部１２および内側ドーム１３の部分がカップ状の底部により互いに接続されている。コイル１０は外縁部１２と内側ドーム１３との間の凹部、この図では環状の凹部の中へ挿入されている。コイル１０の外縁部および内縁部とフェライト磁心１１との間に依然として存在するスロットについては、熱伝導媒体で充填することができる。
【００３０】
動作時、一次部品１と二次部品１’とは、それらの前板３、３’が互いに対向するように互いに引き合わせられ、エネルギーが非接触式に誘導伝送される。図１では、この間隔は、伝送スロットを形成し、伝送間隔ｚ０として示されている。伝送間隔ｚ０の許容可能な大きさは、とくにコイル１０および／またはフェライト磁心１１の直径の大きさに応じて０〜数ミリメートルまたは数センチメートルの範囲である。以下の記載では、一次側のコイル１０の軸に沿った方向がｚ方向として表され、また、それに付随する軸がｚ軸として表されている。ｚ方向およびｚ軸に対して直角なｘ方向およびｘ軸ならびにｙ方向およびｙ軸は前板３の平面内にある。
【００３１】
動作時、以下に一次コイル１０としても表示されている一次側コイル１０には交流が印加される。ここで、共振回路が、好ましくは一次コイル１０と共振コンデンサーとにより形成され、その周波数範囲が、数キロヘルツ（ｋＨｚ）〜数百ｋＨｚまでの領域、とくに好ましくは数１０ｋＨｚの領域にある。一次コイル１０に印加される交流はインバータにより利用可能とされる。ここで、たとえばパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式）をインバータ内で用いて交流電圧を生成することができる。インバータは、監視装置および制御装置と一緒に一次部品１のハウジング２の中のプレートスラブ２０に配置されている。図示されているように、電子部品２１が例示の目的でプレートスラブ２０上に記載されている。上述の共振回路と一次コイル１０とから形成される共振回路の過剰な共振振幅の上昇からインバータを防御するために、共振回路は、わずかに超共振状態（ｓｌｉｇｈｔｌｙ  ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｎａｎｔ）にされるように、すなわち共振周波数よりも高い周波数で動作されるようになっている。
【００３２】
エネルギーの伝送は、一次コイル１０と以下で二次コイル１０’と呼ばれる二次側コイル１０’との間の電磁結合（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）により行われる。電磁結合は、フェライト磁心１１、１１’の存在によりとくに効率的となる。電圧が、二次コイル１０’に誘発され、整流化され、電圧変換され、そして場合によっては電圧安定化されて、接続ケーブル５’の出力電圧として伝送されたエネルギーを出力するための準備が整う。二次側の電子部品もプレートスラブ２０に配置される。先の場合と同様に、個々の電子部品２１’が例示の目的で記載されている。有利には、二次側コイルは同期整流を用いることができるようにセンタータップを有している。
【００３３】
一次部品１において、熱伝導要素、たとえば熱伝導マット１４をそれに対応するフェライト磁心１１とプレートスラブ２０との間に配置することができる。二次部品１’においても同様である。一次側および二次側において、プレートスラブ２０に配置される電子構造要素２１は伝送パス上の損失源となる。これらの構造要素２１により生じる損失熱は、熱伝導マット１４を介してフェライト磁心１１へと伝達される。動作時、この熱はプレートスラブ２０との熱結合のない場合と比べてフェライト磁心１１をより高い作業温度まで加熱する。
【００３４】
フェライト磁心１１のフェライト材料が適切な場合には、広い周波数範囲および磁場範囲にわたって、フェライト磁心１１の低温での損失は高温での損失よりも大きくなっている。先に記載のように、電子コンポーネントのパワーが熱としてフェライト磁心１１へ伝達されると、フェライト磁心１１の温度が上がり、ひいては再磁化作用によりフェライト磁心１１のパワー損失が低減する。このことにより、伝送システムの総効率が向上することになる。この効果は一次側でも二次側でも利用することができる。それと同時に、現在のフェライト磁心１１、１１’が熱結合により電子部品２１、２１’用の放熱器として用いられているため、このことは、さらなる効果として、材料の節約、ひいては費用の節約となる。プレートスラブ２０とフェライト磁心１１とを熱結合するにあたって、熱伝導マット１４に代えて、キャストマス（ｃａｓｔ  ｍａｓｓ）が用いられてもよい。
【００３５】
例示的な実施形態には、一次部品１と二次部品１’とを結合する場合に一次部品１と二次部品１’とを側面方向に沿って整合（位置合わせ）させるための噛み合わせ案内要素または位置合わせ要素が設けられていない。このような要素が設けられていないため、一次部品１と二次部品１’とを側面方向の移動により、すなわちｘ方向および／またはｙ方向の移動により動作位置に引き寄せることまたは引き離すことができるようになっている。このことはとくにオートメーションの分野において有利であること明らかである。というのは、接続の確立または解除にあたって一次部品１と二次部品１’との軸方向にさらに移動させる必要がないからである。しかしながら実施形態によっては、計画されている用途に応じて、上述のような案内要素または位置決め要素が設けられる場合もある。
【００３６】
フェライト磁心１１、１１’により、高磁束密度が可能となり、このことにより、磁心容積が小さな場合でさえエネルギーを効率的に伝送することが可能となる。この場合、伝送の観点からいえば、一次部品１と二次部品１’との間の側面方向に沿った相互シフトに関する許容範囲は比較的広い。このことはたとえばオートメーションの分野において大きな利点である。というのは、接触を必要とする従来のプラグ接続を達成するために必要となる高度な位置精度がもはや必要とされないからである。
【００３７】
しかしながら、低パフォーマンスの場合には開始することができた伝送が高パフォーマンスでの伝送の場合の動作時に不意に停止してしまわないようするためまたはその余地を与えないようにするにあたって、一次部品１に対する二次部品１’の位置関係についての情報は有利である。さらに、一次部品１と二次部品１’との間の相互の位置関係が変化することは機械的な問題または電気機械な問題が存在する可能性を示唆する。たとえば、本発明の装置がエネルギーの伝送に用いられるロボットでは、このような問題が運用上の安全性に関する情報に関係するものである場合がある。   
【００３８】
本出願によれば、二次部品１’の位置認識部に向けてエネルギーを伝送するための本発明の装置の一次部品１は、一次コイル１０および二次コイル１０’の漂遊磁場を測定する少なくとも１つの磁界センサーを有している。図示されている例示的な実施形態では、４つの補助コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが、磁界センサーとして使用され、前板３の４つの象限にコイル１０に隣接して配置されている。補助コイル３０ａ、３０ｃ、３０ｂ、３０ｄの２つずつは、コイル１０の中心点に対して互いに対称となっている。図２の断面図では、４つの補助コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの位置が容易に認識可能となっている。以下において、補助コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの個別の１つについて明示的に言及（特定）しない場合、補助コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは参照数字３０により包括的に表される。
【００３９】
補助コイル３０は受信コイルであり、この受信コイルにおいて、信号が、一次コイル１０および二次コイル１０’の漂遊磁場により誘発、調整され、一次部品１のプレートスラブ２０上の評価回路により評価される。補助コイル３０内で誘発された信号のレベルは、一次部品１と二次部品１’との間の間隔ｚ０ならびにｘ方向およびｙ方向からなる側面方向のオフセットの関数で表される。このことは、図３および図４を参照して以下により詳細に説明されている。
【００４０】
図３には、エネルギーを誘導伝送するための装置の一次部品１および二次部品１’が側面に沿って（側面方向に）オフセットされている状態が概略的に示されている。直角座標では、オフセットは、ｘ方向にｘ０で表され、ｙ方向にｙ０で表されている。加えて、間隔ｚ０は、この図では視認できないが、一次部品１と二次部品１’との間に存在していると考えられる。側面方向のオフセットｘ０、ｙ０については、極座標で表すこともでき、その場合、一次コイル１０の中心点と二次コイル１０’の中心点との間の動径ｒ０と、間隔ベクトルとｘ軸との間の偏角φとにより表すこともできる。
【００４１】
図４には、間隔ｚ０が一定で、動径ｒ０が一定である場合、二次部品１’が一次部品１のｚ軸を中心として円状に移動した量に応じて４つの補助コイル３０における信号の振幅３１（ここでは、電圧振幅）がどのように変化するかが例示的に示されている。補助コイル３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの具体的に得られた信号の振幅３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが偏角φの関数として示されている。第一の近似では、信号の振幅３１が偏角φを関数とする特定の正弦波に依存する特性を有することが分かった。これらの正弦波曲線はすべて同じ振幅ｕ＾と同じオフセットｕ０とを有している。
【００４２】
記載の振幅ｕ＾は主に動径ｒ０の大きさの関数であり、オフセットｕ０は主に一次部品１と二次部品１’との間の間隔ｚ０の関数である。一次コイル１０および二次コイル１０’にフェライト磁心１１、１１’を用いると得られる特定の依存性は、動径ｒ０（側面方向のオフセットｘ０、ｙ０）ならびに軸方向の間隔ｚ０の分離を容易にし、有利に働く。フェライト磁心のない空芯コイルを用いた場合、測定される信号振幅が、一次コイルと二次コイルとの間の軸方向の間隔が大きくなるにつれて周囲の金属物体に対して、また、隣接する他のコンポーネントの漂遊磁場に対してますます強い影響を及ぼし、軸方向の間隔ｚ０の測定を困難なものとする。  
【００４３】
両方の場合において、依存性は、動径ｒ０および間隔ｚ０の値が（一次コイル１０および二次コイル１０’の大きさに対して）小さい場合には実質的に線形である。これらの線形依存する比例定数は、エネルギーを伝送するための装置について、一次コイル１０に流れる電流レベルを一定にして既知の動径ｒ０および既知の間隔ｚ０で複数回測定することにより前もって求めることができる。間隔を求めるために記録された測定値は次に一次コイル１０を流れる電流レベルを考慮に入れて比例定数の記録条件に合わせてスケーリングされる。  
【００４４】
エネルギーの伝送用の装置の動作時、未知の間隔ｚ０、未知の動径ｒ０および未知の偏角φを求めるために、まず４つの信号振幅レベル３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが測定される。
【００４５】
対向する補助コイル３０ａ、３０ｃまたは対向する補助コイル３０ｂ、３０ｄの２つの信号振幅３１ａ、３１ｂまたは２つの信号振幅３１ｃ、３１ｄを加算することにより信号振幅３１の正弦波成分が互いに打ち消し合うため、オフセットｕ０の大きさを求めることができる。また、良好な信号対雑音比を得るために、対向する補助コイルのペア３１ａ、３１ｃおよび対向する補助コイルのペア３１ｂ、３１ｄの両方のペアについて、すなわち最終的に４つの信号振幅３１ａ−３１ｄをすべて加算してオフセットｕ０を求めるようにすることができる。間隔ｚ０の大きさについては、オフセットの大きさｕ０から以前に決定された比例定数と一次コイル１０を流れる実際の電流に合わせたスケーリングとを用いて求めることができる。
【００４６】
また、偏角φの大きさについては、２つの対向する補助コイル３０ａ、３０ｃの２つの対向する補助コイル３１ａ、３１ｃの差ならびに２つの対向する補助コイル３０ｂ、３０ｄの２つの対向する補助コイル３１ｂ、３１ｄの差を角度の関数としてプロットすることにより求めることができる。
【００４７】
図５には、２つの信号の差ｕ’である差振幅３１ｅ、３１ｆが再び偏角φの関数として示されている。差信号３１ｅは信号振幅３１ａ、３１ｃから形成され、差信号３１ｆは信号振幅３１ｂ、３１ｄから形成されている。
【００４８】
２つの差信号３１ｅ、３１ｆは正弦波として伝搬され、位相シフトは９０°である。差信号３１ｅ、３１ｆにはオフセットがなく、差信号３１ｅ、３１ｆの振幅はオフセット、すなわち動径ｒ０のみに依存する。動径ｒ０の大きさは、差信号３１ｅ、３１ｆの振幅のうちの１つから一次コイル１０を流れる実際の電流のレベルに合わせてスケーリングした後の前もって求められた比例定数を用いて得られる。差信号３１ｅ、３１ｆの振幅は信号振幅３１ａ−ｄの振幅ｕ＾より２倍大きくなっている。 
【００４９】
最後に、偏角φ、すなわちオフセットの方向について、差信号３１ｅ、３１ｆのうちの一方の位相位置から三角関数により求めることができる。差信号３１ｅ、３１ｆの位相位置は、差信号３１ｅ、３１ｆの０スループット位置から求めることができる。
【００５０】
要約すると、本出願によれば、一次部品１と二次部品１’との間の側面方向のオフセットの動径ｒ０および方向（偏角φ）は、４つの補助コイル３０を用いて、一次コイル１０および二次コイル１０’の漂遊磁場により４つの補助コイル３０内に誘発される信号のレベルと、一次部品１と二次部品１’との間の間隔ｚ０とから求めることができる。また、側面方向のオフセットについての情報に関しては、極座標（動径ｒ０、偏角φ）から直交座標（ｘ０、ｙ０）を計算し、示すこともできる。
【００５１】
側面方向のオフセットおよび間隔に関する情報を一次部品１のデータチャネルにより示すようにすることもできる。この情報を用いることにより、エネルギーを伝送する装置を用いるロボットにおいてエラーを示す一次部品１と二次部品１’との間の相互の位置関係についての問題をたとえばオートメーションコントロールにより認識することができることが分かる。さらに、求められた側面方向のオフセット（ｘ０、ｙ０またはｒ０）および／または求められた間隔ｚ０が一定の境界値を上回る場合、一次部品１から二次部品１’へのエネルギーの伝送が中断されるまたはもともと初期段階において初めから開始されないようにすることもできる。境界値は、表の形態を有していてもよいし、または、同時に存在することが可能な側面方向のオフセットと間隔との組み合わせの範囲の関数関係が考慮に入れられてもよい。  
【００５２】
記載の方法は、二次側が不正確に配置されたことが一次側で認識されるという利点を有している。一次部品１の信頼できる動作を保証するために二次部品１’から一次部品１へ返答する必要はない。
【００５３】
プラグ・ソケットコネクタの他の実施形態では、位置合わせに関して、二次部品から一次部品への返答に基づく安全機構がさらに用いられるようになっている場合もある。  
【００５４】
プラグ・ソケットコネクタの他の実施形態では、共信周波数を通じた共振回路の離調を用いて、また任意選択的に、一次コイルを流れる電流を用いて、側面方向のオフセットおよび／または間隔についての情報が求められるようにさらになっている場合もある。このさらなる測定は、さらに伝送の安全性を上げるためのものとして先に記載された補助コイル３０を用いて間隔を求める方法である管理測定として働きうるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１  一次部品
１’二次部品
２、２’ハウジング
３、３’カバープレート
４、４’接続ケーブル
５、５’ケーブル案内口
１０  一次コイル
１０’二次コイル
１１、１１’フェライト磁心
１２、１２’外縁部
１３、１３’内側ドーム
１４、１４’熱伝導マット
２０、２０’プレートスラブ
２１、２１’電子構造要素
３０ａ−ｄ  補助コイル
３１ａ−ｄ  信号振幅
３１ｅ、３１ｆ  差信号
ｘ０、ｙ０  側面方向のオフセット（直交座標）
ｒ０  動径（極座標）
φ  偏角（極座標）
ｚ０  間隔
ｕ  信号振幅のレベル
ｕ＾  振幅
ｕ０  オフセット
【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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【国際調査報告】
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