(57)【要約】  少なくとも１つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた、本発明の誘導式エネルギ伝送用装置では、上記コイル装置が、１つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な２つのコイル（４、５）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置において、
前記コイル装置が、１つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な２つのコイル（４、５）を有する、ことを特徴とする、
誘導式エネルギ伝送用装置。
【請求項２】
前記コイル（４、５）が、外側巻線および内側巻線の一致する外側エッジおよび内側エッジを有する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記受信器（１３）の電子回路は、前記基板（７）から離隔されて形成されている、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２コイル（５）の巻数よりも巻数が多く設計された第１コイル（４）を有する、前記基板（７）の一方の面は、前記送信コイル（３）に対向して、前記消費装置（６）内または前記消費装置（６）に配置されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記消費装置（６）は、前記第２コイル（５）から給電される、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記第２コイル（５）の中間タップ（１２）において、前記受信器（１３）の給電電力が取り出される、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１コイルは、共振するように調整されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２コイルは共振するように調整されており、かつ、前記第１コイルは、前記共振からわずかにオフセットさせて動作させられる、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
伝送周波数は、１ＭＨｚと１０ＭＨｚとの間にある、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２コイルのフェライトからなるプレート状のシールドが設けられている、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置に関する。
【０００２】
定置型の充電ステーションと、移動可能な消費装置との間の無線エネルギ伝送には電気誘導が利用されることが多い。例えば、欧州特許出願公開第１３１８２６０号明細書から公知であるのは、門扉において、誘導式エネルギ伝送を用い、この門扉の所定の位置で、この門扉と共に動く蓄電池を充電することである。
【０００３】
別の応用分野は、米国特許第７５７６５１４号明細書に説明されている。実質的に平面状に延在しかつ複数の送信コイルを備えた充電ステーションは、載置された移動電話、タブレットなどの蓄電池を充電するのに使用される。
【０００４】
誘導式エネルギ伝送の際には確かに、都度の周波数、幾何学形状及び給電すべき負荷に、送信コイル及び受信コイルを最適化することができるが、受信コイルに種々異なる消費装置を接続したい場合には、一般的には効率が悪化してしまう。なぜならば、負荷抵抗は、受信コイルに最適に調整されないからである。このことから、これを可能にする付加的な電子変換装置が必要になる。
【０００５】
このようなことを背景として本発明が課題とするのは、少なくとも１つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器と、を備えた誘導式エネルギ伝送用装置を提供することであり、ここではインピーダンスの有効な整合を断念しなくても、出力電圧が低いことに起因して、変換器における損失または変換器を構成する上でのコストが低減される。
【０００６】
この技術的な課題は、少なくとも１つの送信コイルを有する送信器と、受信コイル装置を有する、消費装置の受信器とを備えた誘導式エネルギ伝送用装置において、上記コイル装置が、１つの基板の両側に被着されかつ巻数の異なる平坦な２つのコイルを有するという請求項１に記載した手段によって解決される。
【０００７】
基板を適切に選択すると、上記２つのコイルは、トランスのように電気的に結合される。受信コイル装置において直接的にこのようなトランス的な変換を行うことの利点は、低い出力電圧を供給できることであり、これによって、インピーダンスの有効な整合を断念しなくても、後続の変換器における損失を低減できることである。
【０００８】
基板として任意の非導電性のプラスチックを使用することができる。特に一般的なプリント基板、シートが適しており、または、消費装置のプラスチックハウジングも適している。
【０００９】
他の形状も十分に可能であるが、コイル幾何学形状として矩形が有利である。このこととは無関係に、上記２つのコイルが、外側巻線及び内側巻線の、一致する外側エッジ及び内側エッジを有するようにする。これにより、複数の外側巻線のエッジはいわば、共通の仮想の１つの管内にあり、複数の内側巻線の内側エッジが、これを取り囲むことになる。この手段の結果、第１には、２つのコイルの良好なカップリングが得られ、第２には、場合によって発生するうず電流の影響が最小化される。
【００１０】
このような受信コイル装置の別の利点は、基板から離隔して受信器の電子回路を形成できることにある。これにより、受信コイル装置は、極めて平坦なコンポーネントになり、このコンポーネントには、上記２つのコイルの共振を決定しかつＳＭＤ技術で実施されてほとんど厚さを増すことがない複数の構成部品だけが配置される。
【００１１】
さらにここでは、第２コイルの巻数よりも多くの巻数で設計された第１コイルを有する基板の一方の面が、送信コイルに対向して、消費装置内または消費装置に配置されるように構成されている。このコイルは実際の受信コイルであるが、この受信コイルにより、コンデンサが相互接続されるだけで共振回路が形成される。ターンの数は、伝送周波数によって実質的に決定される。例えば、この巻数は、１ＭＨｚ乃至１０ＭＨｚの伝送周波数において８乃至１５ターンになる。
【００１２】
第２コイルのターンの数は、格段に少なく設計され、かつ、出力電圧の高さによって決定される。上記消費装置は、よりターンの数の少ないこの第２コイルによって給電される。上で挙げた動作パラメタにおいて、第２コイルのターンの数は、例えば２乃至４であってよい。
【００１３】
目的に適っていることが判明したのは、ターンの数の少ない上記コイルの中間タップにおいて、受信器の、特にマイクロコントローラの供給電力を取り出す場合である。これによって受信器の電力供給と、消費装置の電力供給とが切り離される。
【００１４】
本発明による装置の動作に対しては、第１コイルを共振するように調整することが可能であり、選択的には、第２コイルを共振するように調整しかつ第１コイルを共振からわずかにオフセットさせて動作させることが可能である。
【００１５】
第１コイルを支持している基板の面が送信コイルを向いている場合、第２コイルを支持しているこの基板の面は一様に消費装置の内部を向いている。したがって目的に適っていることが示されたのは、第２コイルを支持する、基板の面にプレート状のフェライトからなるシールドを設けることである。これによって消費装置の内部は、誘導式エネルギ伝送から十分にシールドされる。
【００１６】
概略的かつ簡略的にのみ実施例が示されている図面に基づき、本発明の特徴を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による装置の電気的な等価回路図である。
【図２】本発明の平面図である。
【図３】受信コイル装置が取り付けられた基板を下側から見た図を示している。
【００１８】
図１には、等価回路図で送信器１が略示されており、この送信器は、誘導式エネルギ伝送のため、駆動制御回路２を介し、矢印によって示したように、複数の送信コイル３に個別またはグループ毎に電圧を印加している。
【００１９】
ここでは特に移動式消費装置６に電力を供給するため、送信コイル３から、両向き矢印のように、第１コイル４及び第２コイル５を備えた受信器コイル装置への誘導式エネルギ伝送が行われる。第１及び第２コイル４、５は、以下でさらに詳しく説明するように、１つの基板７の両側に平坦に被着されている。このようなコイル配置構成により、２つのコイル４、５が、両向き矢印によって示したようにトランスに類似して電気的に結合される。
【００２０】
第１コイル４がコンデンサ８と共に単一の共振回路を形成する場合、第２コイル５では消費装置６用の電圧が取り出される。これは、それ自体一般的であるように、コンデンサ９と、整流回路１０と、消費装置６の給電電圧の微調整用のＤＣ／ＤＣ変換器１１とを介して行われる。
【００２１】
このために第２コイル５は、コイル４よりも格段に少ないターンを有する。
【００２２】
消費装置６の給電用の端子の他に第２コイル５は、中間タップ１２を有しており、この中間タップ１２から、ここでは例えばマイクロコントローラ１４として示されている受信回路１３が給電され、このマイクロコントローラには、整流器１５及びＤＣ／ＤＣ変換器１６がさらに前置接続されている。
【００２３】
図２及び図３に示した、コイル４及び５を載置している基板７、例えばプリント回路板のビューには、図２の平面図において、例えば、１ＭＨｚ乃至２ＭＨｚの周波数において誘導式にエネルギを伝送するため、１１個のターンを有する第１コイル４が示されている。基板７のまさに反対側の下側面には第２コイル５が配置されており、この第２コイル５は、ここでは例えば単に２つのターンしか有していない。
【００２４】
このプリント回路板ないしは基板７には、２つのコイル４、５の他には、コンデンサ８、９と、この例では例えば受信回路１３を接続するためのエッジコネクタ１７とだけが載置されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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