(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を受信するための磁束パッドであって、透磁性体と、前記透磁性体と磁気的に関連する２つのコイルとを含み、前記２つのコイルは重なり合うが最小の相互結合しか有しない磁束パッド。
【請求項２】
前記２つのコイルの磁気特性が同じである、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項３】
前記２つのコイル間に相互結合がない、請求項１または請求項２に記載の磁束パッド。
【請求項４】
前記２つのコイルが完全に磁気的に切り離されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項５】
前記２つのコイルが平らである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項６】
前記２つのコイルが、前記透磁性体の一方の側面上に提供され、遮蔽手段が前記透磁性体のもう一方の側面上に提供されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項７】
前記遮蔽手段が遮蔽板を含む、請求項６に記載の磁束パッド。
【請求項８】
前記遮蔽板がアルミニウムまたはマグネシウムから作られている、請求項７に記載の磁束パッド。
【請求項９】
誘電体カバーが、前記コイルの前記透磁性体と反対側の面上に提供されている、請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１０】
各コイルを調整し、かつ、各調整されたコイルの出力を結合して、それにより電力を提供するように適合された装置を含む、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１１】
１００ｍｍ以上の空隙を越えて電力を伝送するように適合された、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１２】
１００〜３００ｍｍの空隙を越えて電力を伝送するように適合された、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１３】
各コイルは、前記透磁性体よりも外方に延びる寸法を有する、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１４】
前記２つのコイルは、前記透磁性体よりも外方に延びる、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１５】
電力を車両に伝送するように適合されている、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の磁束パッド。
【請求項１６】
誘導性電力伝送のためのピックアップ装置であって、
磁束を受信するための磁束パッドであって、前記パッドが透磁性体、および前記透磁性体と磁気的に関連する２つのコイルを含み、前記２つのコイルは重なり合うが最小の相互結合しか有しない磁束パッドと、
各コイルを調整し、かつ、各調整されたコイルの出力を結合して、前記ピックアップの出力に電力を供給するように適合された装置と、
を含む、ピックアップ装置。
【請求項１７】
前記出力で利用可能な前記電力を調整するための切替え手段をさらに含む、請求項１６に記載のピックアップ装置。
【請求項１８】
前記ピックアップの前記磁束パッドが送信機の磁束パッドと一直線であることを検出する検出手段をさらに含む、請求項１６または請求項１７に記載のピックアップ装置。
【請求項１９】
前記検出手段は、前記２つのコイルの短絡電流又は開回路電圧を検出するように適合されている、請求項１８に記載のピックアップ装置。
【請求項２０】
１００ｍｍ以上の空隙を越えて電力を伝送するように適合された、請求項１６〜１９のいずれか１つに記載のピックアップ装置。
【請求項２１】
１００〜３００ｍｍの空隙を越えて電力を伝送するように適合された、請求項１６〜２０のいずれか１つに記載のピックアップ装置。
【請求項２２】
各コイルは、前記透磁性体よりも外方に延びる寸法を有する、請求項１６〜２１のいずれか１つに記載のピックアップ装置。
【請求項２３】
前記２つのコイルは、前記透磁性体よりも外方に延びる、請求項１６〜２２のいずれか１つに記載のピックアップ装置。
【請求項２４】
電力を車両に伝送するように適合されている、請求項１６〜２３のいずれか１つに記載のピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁束を受信するための装置に関する。本発明は、特に、唯一ではないが、誘導性電力伝送（ＩＰＴ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）システムを利用した電力伝送用のパッドなどの、薄型で、実質的に平らな装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＴシステムおよび、誘導性電力伝送用の一次および二次巻線を含み得る１つまたは複数の巻線を含むパッドの使用が、我々の公開された国際特許出願ＷＯ  ２００８／１４０３３で開示されており、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
ＩＰＴ電力伝送パッドの１つの特定の適用例は、電気自動車の充電であり、その適用例が、本発明の一適用例の背景を提供するために、本節で説明される。しかし、電気自動車の充電は、１つの適用例に過ぎず、本発明は、誘導性電力伝送全般に適用される。電気自動車の充電は、例えば、車両が静止している間、あるいは、車両が車道に沿って移動中に、生じ得る。ＩＰＴ電力伝送パッドは、車両内で、電力の「ピックアップ」（すなわち、ＩＰＴシステムの二次側巻線）として、および、例えば、駐車場床面または車道などの固定位置において、電力がそこから調達される「充電パッド」（すなわち、一次側巻線）としての両方で使用できる。
【０００４】
ＩＰＴ車道システムの目的は、静止しているかまたは移動中の車両に、その車両と物理的に接触することなく、無線で電力を伝送することである。システムの送信部は、集中型コイルを供給する電力供給（例えば、前述したようなパッド）または、かかるシステムが適切な周波数、通常は１０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚの範囲で動作するために調整される多数の同様な集中型コイルを備えたトラックから構成される。受信機が車両の下に配置されている場合、車両が一次送信機の上または近辺のいずれかに（電力を結合するために十分に接近して）静止している時、電力を受信するように結合される。ピックアップ受信機も、通常、電力を調整するための車両内部の変換器および適切なコントローラに接続された集中型コイル（前述したパッドなど）を含む。便宜上、電力がそこから誘導的に受信され得る車道の一部を、本明細書ではトラックと呼ぶ。
【０００５】
トラックは、車道内の車線の中心に沿って複数のパッドを配置することによって形成され得る。この結果として、車両がトラックのすぐ近くの車道に沿って移動する際に、車両に対して本質的に連続した電力供給が可能になる。
【０００６】
近年、かかるシステムは、持続可能な無線電力駆動の個人輸送を可能にするそれらの潜在力のために、ますます注目を集めている。かかるシステムを有効にするためには、そのシステムは、合理的なサイズ（例えば、１００〜３００ｍｍ）の空隙を越えて十分な電力を伝送できる必要があるだけでなく、車両・トラック誘導システムへの依存を回避するために、トラックとピックアップとの間のあらゆる変位（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）に対する耐性を提供する必要もある。車道システムでは、かかる変位は、移動している車両に対して横方向に（垂直および移動方向の両方に対して直角に）最も起こる可能性が高いであろう。静止している車両の充電について、許容可能なレベルの電力を適切な縦方向変位で伝送する能力は、駐車のしやすさを保証するために、特に関心事である。ピックアップパッドにおける電力伝送プロファイルは、各端部で滑らかに傾斜し、横方向に可能な限り広い距離にわたって本質的に一定（かつ十分）である、理想的に平滑な電力プロファイルである。かかる電力伝送プロファイルは、システムにおける電子（一次および二次）調節装置に対する要求を緩和して、動作中に、一次と受信機パッドとの間の結合で著しい変動が経験される場合、システムにわたる同等な結合に対する改善された動作性能を可能にする。
【０００７】
図１を参照すると、Ｂｏｙｓ、Ｃｏｖｉｃ、ＨｕａｎｇおよびＢｕｄｈｉａによって以前に開示された磁束パッド構造が示されているが、それは、車両用途に適した優れた特性を有している。図１の構造は、国際特許公開ＷＯ２０１０／０９０５３９Ａ１で公開されている。便宜上、この一般的な構造は、本明細書ではＤＤＰパッドと呼び、一般に、本明細書における関連する図中ではＤＤＰと参照される。
【０００８】
図１に示すＤＤＰパッドは、通常、２および３で参照されている、２つの実質的に同一平面上にあるコイルを含み、それらは、磁気的にコア４に関連し、その上に置かれている。図から分かるように、コア４は、互いに平行であるが、間隔を空けて配置されている、フェライト片またはバー５などの複数の独自の長さの透過物質から構成され得る。パッド構造は、その上にコアが配置されているスペーサ６、およびそのスペーサの下のプレート７を含み得る。いくつかの実施形態では、カバー８が、平らなコイル２および３のもう一方の表面上に提供され得る。パディング９が、パッドの周囲に提供され得る。図から分かるように、コイル２および３の各々は、それぞれ、磁極面積１０および１１を画定する。このＤＤＰパッド構造は、図１に示すように、車両の充電などのＩＰＴ電力伝送用途に適した非常に良い特性を示す偏極した（ｐｏｌａｒｉｓｅｄ）パッドである。コイル２、３は、直列であるが、電気的に位相がずれて接続され得、良好な結合で電気自動車の電力伝送に適した距離で、受信機（例えば、実質的に同じ磁気設計であり得る）に結合するために磁場を変動させる定常時を生成するために単一のインバータによって駆動され得る。
【０００９】
ここで、図２を参照すると、図１のＤＤＰ構造が示されているが、さらに、直交コイル（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｃｏｉｌ）１２（本明細書では、ＤＤＰＱパッドと呼ぶ）を含む。この構造は、特許公開ＷＯ２０１０／０９０５３９Ａ１でも説明されている。直交コイルは、適切なインバータによって通電される際に、図１のＤＤＰパッドなどの、磁束発生器（ｆｌｕｘ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に関して、図２に示す構造の側方移動がある場合、電力伝送プロファイルを延長する。直交コイルは、受信機パッドがインターセプトする磁場の「垂直」コンポーネントから電力が抽出できるようにし、他方、他のコイル２、３は、インターセプトされた磁束の「水平」コンポーネントからの電力の抽出を容易にする。それ故、図２の構造は、磁束受信機（ｆｌｕｘ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ）として適している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、誘導性電力伝送用に磁束を受信するための装置を提供すること、または少なくとも公衆もしくは業界に有益な選択を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様では、本発明は、概して、磁束を受信するための磁束パッドを提供し、そのパッドは、透磁性コアおよび、そのコアに磁気的に関連する２つの重なり合うコイルを含む。
【００１２】
好ましくは、コイルの磁気特性は、実質的に同一である。
【００１３】
好ましくは、実質的に、コイル間に相互結合はない。
【００１４】
好ましくは、コイルは、実質的に完全に磁気的に切り離されている。
【００１５】
好ましくは、コイルは、部分的に重なり合っている。
【００１６】
好ましくは、コイルは、実質的に平らである。
【００１７】
好ましくは、コイルは、実質的に同一平面上にある。
【００１８】
好ましくは、コイルは、前記透磁性コアの一側面上に提供され、コアのもう一方の側面上に遮蔽手段が提供される。
【００１９】
好ましくは、遮蔽手段は、アルミニウムなどの適切な材料で作られた遮蔽板を含む。
【００２０】
好ましくは、誘電体カバーが、コイルの磁気コアとは反対側の側面上に提供される。
【００２１】
さらなる態様では、本発明は、誘導性電力伝送システムのためのピックアップ装置を提供し、電力供給装置は、
磁束を受信するための磁束パッドであって、そのパッドが、透磁性コア、そのコアに磁気的に関連する２つの実質的に平らで重なり合うコイルを含む、磁束パッド、および
各コイルを調整し、ピックアップの出力に電力を供給するために各調整されたコイルの出力を結合するように適合された装置を含む。
【００２２】
好ましくは、装置は、出力で利用可能な電力を調整するための切替え手段を含む。
【００２３】
さらなる態様では、本発明は、概して、コイル間に相互磁気結合がない複数のコイルを有するＩＰＴ磁束パッドを提供するための方法を提供し、その方法は、
コイルを重ね合わせるステップ、
それによってコイル間に実質的に相互結合がなくなる重なり合う位置が達成されるように、コイル間の重なりを変動させるステップを含む。
【００２４】
好ましくは、相互結合がないことが、コイルの１つに誘導された開回路電圧がもう一方のコイルの通電によって最小限にされる場合を検出することにより、検出される。
【００２５】
本発明のさらなる態様が、以下の説明から明らかになるであろう。
【００２６】
本発明の１つまたは複数の実施形態が、添付の図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】磁束パッドのそれぞれ側面図および平面図である。
【図２】直交コイルを含む図１のパッドのそれぞれ側面図および平面図である。
【図３】磁束パッドの代替形式のそれぞれ側面図および平面図である。
【図４】双極受信機パッドをｃｓＸ＝−８０ｍｍおよび重なり＝１１５ｍｍで示す。
【図５】第１の受信機コイルが通電される場合の、変動するＸコイル間隔（ｃｓＸ）対２つのコイルの変化する「重なり」での、第２の受信機コイルに誘導された電圧。絶対ｃｓＸ値が与えられているが、全ては、図３の負と事実上、一致することに留意する。
【図６】様々なＢＰＲＰ設計の非補償型電力プロファイル対２５０ｍｍの垂直オフセットでの標準的なＤＤＰ。
【図７】２５０ｍｍの固定の高さでＤＤＰ送信機の上に配置された場合の、ｃｓＸ＝−８０ｍｍおよび重なり＝１１５ｍｍのＢＰＲＰ受信機の非補償型電力プロファイル。ここで、各双極コイルの分散が、ＢＰＲＰが、正のｘまたは正のｙ方向のいずれかに横方向にシフトされるにつれて、明確に示される。
【図８】双極受信機パッド（ＢＰＲＰ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｐａｄ）のための非干渉調節器の例。
【図９】ｃｓＸ＝−８０ｍｍおよび重なり＝１１５ｍｍのＢＰＲＰの非補償電力対２５０ｍｍの垂直オフセットでのＤＤＱＰ。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ここで図３を参照すると、本明細書で双極受信機パッド、あるいはＢＰＲＰと呼ぶ、別の構造が示されている。ＢＰＲＰパッドは、電気自動車の充電および電力供給に適した距離で、一次受信機への優れた結合を可能にするので、前述の図１および図２に関して説明したＤＤＰに類似した構造を有するが、非常に類似した結果を達成するために、図２のＤＤＰＱパッドの構造よりも実質的に少ない銅を使用する。ＢＰＲＰは、同一構造の送信機から、または、前述したＤＰＰなどの他の送信機から、磁束を受信するために使用できる。
【００２９】
一実施形態では、ＢＰＲＰパッドは、下から上に、アルミニウムプレート７、誘電体スペーサ６、４列のフェライトバー５（本明細書ではフェライトと呼ぶ）から成るコア４、２つの、横方向に拡がった、平らで実質的に同一平面上にあるが、重なり合い、かつ、理想的には「長方形」をしたコイル２、３（実際には、これらは、リッツ線の巻き易さから、より楕円形であるが）、および誘電体カバー８から構成される。コイル２および３は、垂直磁束にのみ敏感に反応するが、両方のコイルの空間的配置は、他の送信機構造からの電力の結合において特に有利である。コイル２および３は、少なくとも一実施形態では、実質的に同一の磁気特性を有する。コア４は、理想的にすべての磁束が、パッドの上端を通ってコア４を流れるように、シールドとして機能する。プレート７は、ａ）ある実施形態で、コア４の下（図３に示すように）に存在し得る、小さい漂遊磁場または偽の磁場を取り除き、かつｂ）追加の構造的強度を提供するためにのみ機能する。そのため、マグネシウムも同様の結果を達成するために使用でき、これは、それが極めて軽く、機械的衝撃の状況下でパッド内のフェライトが損傷する可能性が低くなるように、高い内部減衰を有するという点において有利である。
【００３０】
ＢＰＲＰの磁気構造は、以下で説明するように、実質的に、一次におけるコイル２、３のいずれの間にも相互結合がないように、設計される。これは、任意の振幅または位相で、電圧を相互に結合することなく、独立してコイルを調整できるようにするが、そのような相互結合は、もし存在すれば、かかるコイルの電力出力を妨害するであろう。各コイルは、他のコイルの磁束捕捉（ｆｌｕｘ  ｃａｐｔｕｒｅ）および電力伝送に影響を及ぼすことなく、独立して調整および調節できる。
【００３１】
ＢＰＲＰの２つの一次コイル２、３が、互いに対して任意の重なりで配置される場合、コイル間に相互結合があるだろう。しかし、重なりのコイル幅に対するある比について、この相互結合はほとんどゼロである。各コイル間に相互結合がないことを確実にするために必要とする理想的な重なりは、ＢＰＲＰおよび隣接する送信機パッド（ＤＤＰ送信機など）の両方内のフェライトの存在のために単純ではないが、ＢＰＲＰを送信機に対して既知の高さでその所望の動作位置に単に配置し、１つのコイルを固定し、これを固定の周波数で所定の電流で通電する（例えば、適切な３Ｄシミュレータを通じて、または適切な実験装置を用いてのいずれかで）ことにより、決定できる。第２の一次コイルに誘導された開回路電圧は、その後、測定できる。第２のコイルが、重なりを変化させるように移動されると、結合電圧が変化するだろう。これが最小限（理想的にはゼロ）にされる場合、理想的な構成が設定できる。特に、理想的な重なりは、送信機フェライトの相対的な近接におけるシフトに起因して、ＤＤＰなどの既知の送信機に対してＢＰＲＰが移動するにつれて、わずかに変化するであろうが、この変化は、両方のパッド間に大きな空隙があると仮定すると、相対的にわずかである。そのため、合理的と考えられるほとんど全ての作用する変動について、ＢＰＲＰのコイル２および３は、数パーセント以内で実質的に互いに切り離されたままであろう。
【００３２】
コイル３および３のこの磁気的分離は、いずれかのコイルを独立して調整でき、互いに影響を及ぼすことなく、出力に対して整流できるようにする。そのため、それらは、他のコイルの磁束捕捉に影響を及ぼすことなく、スイッチを用いてオフにする（独立して送信機から切り離す）こともできる。
【００３３】
本明細書で説明する評価では、フェライト片の長さが一定に保たれ、選択されたパッドの寸法内で可能な限り長くされた。フェライト片は、各々が９３ｍｍの標準長である容易に入手可能なスラブを用いて構築された。各片は、便宜上、この長さの倍数になるように、かつ、評価用に選択された設計で選択され、図４に示すように、各片が９個のフェライトスラブ（８３７ｍｍ）を含んでいた。選択されたコイルの幅は８４ｍｍに固定されていたが、磁束捕捉用のコイルの最適サイズを評価すること、および受信機内で必要とされる銅の量が、流量捕捉を損なうことなく最小限にできるか否かを決定することに興味があった。そのため、フェライト端部と、図３で「Ｘコイル間隔」または「ｃｓＸ」と呼ばれるコイル端部との間の間隔が変更された。この評価では、ｃｓＸは、フェライトがコイルの下に延在する場合、負の値をもつ。図４の例では、フェライトの端部と２１回転から成る８４ｍｍ幅のコイルの端部との間に約４ｍｍの間隔が空くように、（表Ａ３で詳述するように）−８０ｍｍのｃｓＸが使用される。コイルの長さは、図４の２つの受信機コイルの重なりを固定することにより固定される（ここでは、１１５ｍｍの間隔として示されている）。重なりは、前述したように、コイル間に相互結合がないことを確実にするために決定される。コイルのｙ寸法は、パッドの寸法の範囲内で許容可能な最大幅で、一定に維持される。
【００３４】
図５のシミュレーションの結果は、変動するｃｓＸ値に対して、受信機コイル間のゼロ相互結合を確実にするために必要な重なり距離を示す（図中では、ｃｓＸの絶対値がリストされているが、全ては、図３の定義に関して負である）。必要な重なりは、負のｃｓＸが減少するにつれて増加する。ｃｓＸの変動＝−８０、−９０、−１００、−１２０または−１６０ｍｍに対して、必要な重なりは、それぞれ約１１５、１００、８６、６５、および３５ｍｍである。
【００３５】
一実施形態では、ＢＰＲＰ内の２つのコイルは、図８の並列同調非干渉調節器（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｔｕｎｅｄ  ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）の例で示すように、独立して調整され、負荷に対して整流されるが、当業者であれば、このパッドから電力を抽出および調整するために、様々な他の非干渉または不非干渉（ｎｏｎ−ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）制御回路が使用でき、かかる場合には、図示するように並列同調で動作するよりもむしろ、コイル２および３を直列同調することが望ましくあり得ることを理解するであろう。図８は、ピックアップに接続された負荷に電力を供給するためのＩＰＴピックアップ回路の部分を含み得るＢＰＲＰパッドの一構成を示す。２つのコイル８０１および８０２は、本質的に同一で各々がＮ回転を有し、図３および図４に示すように、場を強化するために、いくつかのフェライト片８０３の上にある。コイル８０１および８０２が、公称システム周波数で動作する場合に共振に同調されるように、コンデンサ８０４および８０５が、それぞれコイル８０１および８０２と同じ公称リアクタンスをもつようにシステムの動作周波数で選択される。両方のパッドの出力が、別個のフルブリッジ整流器８０６および８０７を使用して整流され、入力が次いで、ＤＣインダクタ８０８およびコンデンサ８１１を含む共通の低域通過フィルターに適用される。スイッチ８０９が、コンデンサ８１１の出力において構成されるような負荷への電力を調整するために使用でき、スイッチ８０９が閉じられている場合、ダイオード８１０が、コンデンサ８１１が放電しないことを確実にする。ＡＣスイッチ８１２および８１３は随意であるが、一実施形態では、受信機コイル８０１または８０２のいずれかが、共振回路内の損失を最小限にするために結合磁束でない場合、閉じられている。磁束捕捉の単純な測定は、これらＡＣスイッチのいずれかにおける短絡電流である。短絡電流が、適切な閾値を上回っていると判断されると、スイッチを開くことができ、回路が自然に共振するであろう。出力ＤＣコンデンサを通した電圧が調整される場合、各並列同調コンデンサを通したＲＭＳ電圧が固定されるであろう。実際には、出力に供給される電力は、コイル８０１および８０２の各々によって調達されている出力の電圧および電流によって決定されるであろう。
【００３６】
有限要素ソルバーＪＭＡＧ  Ｓｔｕｄｉｏバージョン１０．０が、全ての提案した磁気構造をシミュレートするために使用された。本明細書で与えられている電力プロファイルは、受信機の開回路電圧（Ｖｏｃ）および短絡電流（ｌｓｃ）の別個の測定値を用いて決定される全非補償型ＶＡ電力出力である。非補償型ＶＡは、Ｓｕ＝Ｖｏｃ＊ｌｓｃによって与えられるパッドの電力性能の周知の測定値である。各コイルの結果が独立して制御および処理できるので、本明細書に示す全非補償型電力プロファイルは、単に各受信機コイルの非補償型電力の加算である。
【００３７】
変動するｃｓＸとともに前述した全てのＢＰＲＰ構成の性能が調査され、その結果を図６に示す。それらの相対位置を調節するパラメータは、オフセット距離として参照され、デカルト座標では、すなわち：ｘｏｓ（横）、ｙｏｓ（縦）およびｚｏｓ（垂直）である。この評価では、ＤＤＰ送信機が、フェライトを下に、コイルを上にして、地面に配置されるが、一方、ＢＰＲＰパッドは、そのコイルが下に向き、フェライトがその上に位置するように、配置される。両方のパッドが設計により偏極しているので、好ましくは、各パッド内のフェライト片がｘ軸に沿っている。２つのパッドが、それらの誘電体蓋を接触させて、互いの上に位置している構成は、（０，０，０）である。図６の提示された結果では、垂直オフセットｚｏｓ＝２５０が使用され、ＤＤＰ送信機（図１）が、各々が７つのフェライトスラブを含む６つのフェライト片（各フェライト片の長さは６５１ｍｍである）を使用して構成され（表Ａ１に定義するように）、１０ｍｍの正のｃｓＸ間隔が使用されて（図１）、各々が直列に接続された２１回転を含む８４ｍｍの巻線幅を有し、２０ｋＨｚの２０Ａで通電される。この例ではＤＤＰ送信機が使用されているが、当業者であれば、ＢＰＲＰパッドによって受信された磁束が、例えば、多相システムおよび／またはトラックを含む、いくつかの異なる源から生じ得ることを理解するであろう。
【００３８】
図６から分かるように、ＩＰＴシステム設計者は、必要なプロファイル、すなわち、水平オフセットのないＰｓｕにおける変化を提供するためにｃｓＸを選択できる。設計者は、受信機内の銅の量を最小限にするために、オフセットで必要な電力量に基づいてｃｓＸを選択することもできる。したがって、本発明は、必要な電力出力プロファイルおよび／または必要なコイル／銅の量を可能にする、パッド、またはパッド構造の方法を提供する。
【００３９】
比較する目的で、表Ａ２で説明するようなＢＰＲＰと同一の寸法およびフェライト（６×９片）を有するＤＤＰ受信機（ここでは、直交コイルが使用されていないが）も、周知の受信機としてシミュレートされた。特に、ほとんどのＢＰＲＰ構成は、約１００ｍｍの水平オフセットについてＤＤＰを上回る。ｃｓＸが増加するにつれて、中心で利用可能なピーク電力が低下し、オフセットに伴う電力の変化の割合が縮小される。しかし、−８０ｍｍのｃｓＸは、結果として、オフセットのない理想的な中心位置でのＤＤＰとほとんど同一のピーク電力となり、４０ｍｍを超える水平方向のｘオフセットでＤＤＰを上回る。ｘオフセット方向での電力の減少は、ＤＤＰにおいて周知であり、以下で検討する図２のＤＤＱＰ構造で示すように、直交コイルが導入される場合には、軽減される。
【００４０】
ｃｓＸ＝−８０ｍｍおよび１１５ｍｍの重なりのＢＰＲＰ構成（表Ａ３で定義するように）について、図７は、ＢＰＲＰが図１のＤＤＰ送信機の垂直上方２５０ｍｍに位置する（表Ａ１でのように構成されている）が、ｘまたはｙ方向のいずれかに横方向にシフトされている場合、ＢＰＲＰを構成する受信機コイルの各々の明確な非補償型電力寄与を示す。図７では、これらのコイルの各々の出力は、それぞれラベルＡおよびＢの使用によって示される（ここで、Ａは図４の左側のコイルを表し、Ｂは図４の右側のコイルを表す）。特に、受信機コイルの各々がＤＤＰ送信機から等距離の所にあるので、パッドがｙ方向にシフトされている場合、寄与は同一である。正のｘ方向にシフトされている場合、受信機コイルＢは、送信機からさらに離れるようにシフトされ、それ故、より少ない磁束を捕捉するが、他方、コイルＡは、利用可能な磁束のさらに大きな割合を捕捉する。ＢＰＲＰが反対の負のｘ方向にシフトされている場合、磁束捕捉は自然に反転するであろう。
【００４１】
ｃｓＸ＝−８０ｍｍおよび１１５ｍｍの重なりの最良のＢＰＲＰ構成が、公正な比較を確実にする、表Ａ２で与えられているような寸法を使用して、すなわち、ＢＰＲＰと同じコイル幅、外法寸法およびフェライトの数（６×９片）を使用して、図２のＤＤＱＰ構成と比較された。ＤＤＱＰピックアップは、コイル２、３（ＤＤ）の２つのセット（２つのＤＤコイルが直列であると仮定する）および直交（Ｑ）コイル１２を有する。この場合、非補償型電力が、両方のセットのコイルに関して別々に見られ、ピックアップから利用可能な全非補償型電力が、２つのセットのコイルからの電力の合計として単純に計算される全電力として参照される。それが、電力伝送プロファイルの基礎となるこの全電力である。両方の構造は、各々が７つのフェライトスラブを含む６つのフェライト片を使用するＤＤＰとして構成される送信機パッドを使用して通電され、前述し、表Ａ１で詳述するものと同様に通電される。比較結果を、ｘおよびｙの両方向における非補償型電力変動を示す図９に示す。
【００４２】
特に、ＢＰＲＰは、ｘおよびｙの両方向における望ましいオフセットとほぼ同一の電力プロファイルを有する。比較すると、ＤＤＱＰ出力が同様であり、ここで、直交巻線のみがｘ方向における電力潮流を改善し、それ故、その完全なプロファイルが、ｙ方向での「ＤＤ  ｙｏｓ」およびｘ方向に対する「ＤＤ＋Ｑ  ｘｏｓ」として示される。
【００４３】
その結果、ＢＰＲＰは、利用可能なオフセット範囲の大部分とほぼ同一の電力プロファイルを有する。それは、ＤＤＰよりも１７％多くの銅を必要とするが、ＤＤＱＰは、ＤＤＰよりも５６％多くの銅を使用する。その結果、ＤＤＱＰは、ＢＰＲＰよりも３４％多くの銅を使用し、ｘ方向において僅かに改善された（おそらく、２００〜２５０ｍｍオフセットでせいぜい２０〜２５％の改善）電力プロファイルを生成するだけである。
【００４４】
ＢＰＲＰに対して、様々な周知の非干渉調節器が、電力を抽出するために使用できるか、あるいは、送電網から車両もしくは車両から送電網の構成で必要とされるような双方向の電力伝送を可能にするための同期変換器が使用できる。
【００４５】
表Ａ１：送信機ＤＤＰの寸法
巻線幅                            ８４ｍｍ
内側巻線幅                          ８４ｍｍ
フェライト間隔                             ３３ｍｍ
フェライト幅                        ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔                        １０ｍｍ
Ｙパディング                        ０ｍｍ
カバーの厚さ                        ６ｍｍ
コイルの高さ                        ４ｍｍ
フェライトの高さ                    １６ｍｍ
スペーサの厚さ                             ６ｍｍ
プレートの厚さ                             ４ｍｍ
フェライト長                        ６５１ｍｍ
Ｘコイル間隔（ｃｓＸ）                     １０ｍｍ
Ｘパディング                        ０ｍｍ
【００４６】
表Ａ２：受信機ＤＤＰおよびＤＤＱＰの寸法
巻線幅                            ８４ｍｍ
内側巻線幅                          ８４ｍｍ
フェライト間隔                             ３３ｍｍ
フェライト幅                        ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔                        １０ｍｍ
Ｙパディング                        ０ｍｍ
カバーの厚さ                        ６ｍｍ
コイルの高さ                        ４ｍｍ
フェライトの高さ                    １６ｍｍ
スペーサの厚さ                             ６ｍｍ
プレートの厚さ                             ４ｍｍ
フェライト長                        ８３７ｍｍ
Ｘコイル間隔（ｃｓＸ）                     −８０ｍｍ
Ｘパディング                        ０ｍｍ
直交コイル長                        ５１６ｍｍ
【００４７】
表Ａ３：受信機ＢＰＲＰの寸法
巻線幅                            ８４ｍｍ
フェライト間隔                             ３３ｍｍ
フェライト幅                        ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔                        １０ｍｍ
Ｙパディング                        ０ｍｍ
カバーの厚さ                        ６ｍｍ
コイルの高さ                        ４ｍｍ
フェライトの高さ                    １６ｍｍ
スペーサの厚さ                             ６ｍｍ
Ａｌプレートの厚さ                  ４ｍｍ
フェライト長                        ８３７ｍｍ
重なり                            １１５ｍｍ
Ｘコイル間隔（ｃｓＸ）                     −８０ｍｍ
Ｘパディング                        ０ｍｍ
【００４８】
本明細書に記載する磁束受信機構造も、送信機の存在および受信機と一直線になっていることを感知するためにも使用できる。送信機は、受信機と同様の構造を有し得るが、異なる構造であることもでき、例えば、送信機は、ＷＯ２００８／１４０３３３で開示されているような円形単一コイルパッド構成にできる。コイル２および３が図８のように並列同調されている一例では、整列（または、ずれ）の範囲が、切離しスイッチ８０９を作動すること、およびコイル２、３のうちの１つにおけるＡＣ短絡電流の他に対する振幅および位相を感知することによって検出され、一方、コイルが直列同調されている適用例では、整列（または、ずれ）の範囲は、両方の受信機コイルを再度切り離すこと、ならびにコイル２および３の開回路電圧の振幅および位相を測定することにより、決定できる。
【００４９】
磁気アセンブリの前述の説明は、好ましくは実質的に互いに切り離されている２つの重なり合うコイルを説明しているが、当業者には、ある状況では、実質的に互いに切り離されていない重なり合うコイルを有することは役立ち得ることが明らかであろう。例えば、コイルの幅を広げることは好ましくあり得、それ故、重なりが必要以上に大きくなる。かかる状況では、受信機が適切な送信機と理想的に一直線になっている場合、コイル２および３の両方から受信した結合電力は、それらのコイルが互いに切り離されるように設計された場合よりも少ないであろうが、しかし、コイル２および３の幅が広くされているので、それらは、受信機が適切な送信機から横方向にずれている場合、利用可能な持続をより良く捕捉でき、これは、ずれに対する耐性の改善に役立つようないくつかの設計において利点であり得る。受信コイル２および３の間に導入された意図的な既知の相互結合がある、かかる設計の下では、図８のスイッチ８１２または８１３のいずれかがコイル２または３のいずれかを切り離すために使用されている場合、それは、他の受信機コイルにおける結合電力に必然的に影響を及ぼすであろう。ＡＣスイッチ８１２または８１３を作動させるかどうかに関するかかる判断は、受信機がずれていて、１つのコイル（２または３）のみが全ての利用可能な電力を提供しているような場合に追加されるさらなる損失に対して決定される必要があるが、他方、もう一方の受信コイルは、負荷に対していかなる利用可能な電力を供給することなく、自由に共振することが許可される。いずれの場合にも、出力において電力が必要でない場合に、コイル２および３の両方を切り離すために、出力は、切離しスイッチ８０９を利用して完全に制御できる。
【００５０】
コイルは、好ましくはリッツ線から作られる。（従来の銅ではなく）アルミニウムから製造されたリッツ線は、重要な予期しない利点を提供することが分かっている。アルミニウムは、非常に破損し易く、終端を作成するためにはんだ付けできないので、以前は適していないと考えられていた。しかし、アルミニウムは、直径０．３ｍｍの個別の素線からリッツ線として製造することができ、かかる形態ではさらに軽く、同等な費用に対し、銅と比べて、最大でほぼ７倍程度、役立つワイヤーを提供する。アルミニウムのリッツ線は、本書類に記載するパッド構造、および、制限なく、例えば、ＷＯ２００８／１４０３３３で言及されている円形パッドを含むその他を含む磁気構造を生成および受信する他の磁束で使用することができる。アルミニウムは、銅被覆アルミニウムとして使用することもでき、それは寸法にすることができ、所望であれば、リッツ線を提供するように組み立てることができる。従って、それは、はんだ付けすることができ、リッツ線と同様に、本質的に従来のワイヤーとして使用できる上に、従来の銅線よりも約７５％軽い。
【００５１】
前述の説明では、既知の同等物を有する発明の特定のコンポーネントまたは整数が参照されているが、かかる同等物は、個別に明記されるかのように、本明細書に組み込まれる。
【００５２】
本発明は、例として、その可能な実施形態を参照しながら説明されているが、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、変形または改善がなされ得ることが理解される。
【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８】
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【図９】
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