(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスであって、
少なくとも第１の導電性コイルおよび第２の導電性コイルであって、前記第１のコイルが第１の層と第２の層とを有し、前記第２のコイルが第３の層と第４の層とを有し、前記第１の層が前記第３の層と実質的に同一面上にある、少なくとも第１の導電性コイルおよび第２の導電性コイルと、
実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において前記第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において前記第１の面に接触する第３の面とを有する透磁性材料であって、前記第１のコイルが、前記第１の縁部上に延び、前記第１の面の平面に交差し、前記第２のコイルが、前記第２の縁部上に延び、前記第１の面の平面に交差する、透磁性材料と
を備え、
前記第１の縁部において、前記第１の面に面した前記第１の層の面が前記第１の面の少なくとも一部を覆い、前記第２の面に面した前記第２の層の面が前記第２の面の少なくとも一部を覆い、
前記第２の縁部において、前記第１の面に面した前記第３の層の面が前記第１の面の少なくとも一部を覆い、前記第３の面に面した前記第４の層の面が前記第３の面の少なくとも一部を覆う、磁束デバイス。
【請求項２】
前記第１のコイルが、少なくとも１つのらせん巻線コイルを備え、前記第２のコイルが、少なくとも１つのらせん巻線コイルを備える、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項３】
前記第１の縁部が前記第２の縁部の反対にある、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項４】
前記第１のコイルが前記透磁性材料に隣接し、前記第２のコイルが前記透磁性材料に隣接する、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項５】
前記透磁性材料がフェライトプレートを備える、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項６】
前記第１の層および前記第２の層が、前記第１のコイルの積層巻線を備え、前記第３の層および前記第４の層が前記第２のコイルの積層巻線を備える、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項７】
前記第１のコイルの前記第１の層が、前記第１の面の一方の半分の部分上に延び、前記第２のコイルの前記第３の層が、前記第１の面のもう一方の半分の部分上に延びる、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項８】
前記第１のコイルが前記透磁性材料を包囲せず、前記第２のコイルが前記透磁性材料を包囲しない、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項９】
前記第１の層および前記第２の層が、導電性巻線の複数の層を備える、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項１０】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、少なくとも第１の平面部分を有する第１の導電性構造を形成し、前記磁束デバイスが、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第２の導電性構造をさらに備え、前記第２の導電性構造が、前記第１の平面部分と実質的に同一面にある、少なくとも第２の平面部分を有する、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項１１】
前記第１の導電性構造および前記第２の導電性構造が、前記透磁性材料の前記第１の面上を実質的に完全に覆うように構成される、請求項１０に記載の磁束デバイス。
【請求項１２】
前記第１の導電性構造、前記第２の導電性構造、および前記透磁性材料が、電子部品を包含するように構成された領域の境界を少なくとも部分的に画定する、請求項１０に記載の磁束デバイス。
【請求項１３】
前記第１の導電性構造および前記第２の導電性構造が互いの上に積層される、請求項１０に記載の磁束デバイス。
【請求項１４】
前記第１の平面部分が、前記第２の平面部分を包含する、少なくとも１つの領域の境界を少なくとも部分的に画定する、請求項１０に記載の磁束デバイス。
【請求項１５】
前記第１のコイルの前記第１の層が、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、前記第２のコイルの前記第３の層が、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有する、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項１６】
前記第１の領域の第１の中心点および前記第２の領域の第２の中心点が、それぞれ、前記透磁性材料の中心点に対してよりも、前記第１の縁部および前記第２の縁部に対してより近接する、請求項１５に記載の磁束デバイス。
【請求項１７】
前記第１の層および前記第３の層内の前記第１のコイルならびに前記第２のコイルの各々の少なくとも１つの巻線によって画定される第１の幾何平面がそれぞれ、実質的に平坦な第１の面と平行である、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項１８】
前記第１のコイルが、実質的に平坦であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有し、前記第２のコイルが、実質的に平坦であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有し、前記第２のコイルが、前記第１のコイルと実質的に同一面上にあり、
前記透磁性材料が、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、前記実質的に平坦な面と実質的に平行であり、前記第３のエリアに対する前記第１のエリアおよび前記第２のエリアの総和比率が０．９から１．１の範囲である、請求項１に記載の磁束デバイス。
【請求項１９】
磁束デバイスの上方のスペースとの間で電力をワイヤレスに送信または受信するための磁束デバイスであって、
第１の下面が、第２の下面と実質的に同一面上にある、前記第１の下面を有する第１のコイルと、前記第２の下面を有する第２のコイルとを備える、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第１の導電性構造であって、両方とも前記第１の下面および前記第２の下面と実質的に平行な第１の長さと第１の幅とを有し、前記第１の長さが前記第１の幅よりも大きい、第１の導電性構造と、
両方とも前記第１の下面および前記第２の下面と実質的に平行な第２の長さと第２の幅とを有する、前記磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第２の導電性構造であって、前記第２の長さが、前記第１の長さと実質的に平行であり、前記第２の幅よりも大きく、前記第１の導電性構造の少なくとも第１の平面部分が前記第２の導電性構造の第２の平面部分と実質的に同一面上にある、第２の導電性構造と、
実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において前記第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において前記第１の面に接触する第３の面とを有する透磁性材料と、
を備え、
前記第１のコイルが第１の層と第２の層とを有し、前記第２のコイルが第３の層と第４の層とを有し、前記第１の層が前記第３の層と実質的に同一平面上にあり、
前記第１のコイルが、前記第１の縁部上に延び、前記第１の面の平面に交差し、前記第２のコイルが、前記第２の縁部上に延び、前記第１の面の平面に交差し、
前記第１の縁部において、前記第１の面に面した前記第１の層の面が前記第１の面の少なくとも一部を覆い、前記第２の面に面した前記第２の層の面が前記第２の面の少なくとも一部を覆い、
前記第２の縁部において、前記第１の面に面した前記第３の層の面が前記第１の面の少なくとも一部を覆い、前記第３の面に面した前記第４の層の面が前記第３の面の少なくとも一部を覆う、磁束デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にワイヤレス電力伝達に関し、より詳細には、電気車両などの遠隔システムへのワイヤレス電力伝達、ならびに結合器コイルトポロジーに関係するデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーなどのエネルギー蓄積デバイスから受信された電気から導出された運動力を含む、車両などのリモートシステムが導入されている。たとえば、ハイブリッド電気車両は、車両を充電するために、車両のブレーキおよび従来型モータからの電力を使用するオンボード充電器を含む。電気のみの車両は、一般に、他の供給源からバッテリーを充電するための電気を受信する。バッテリー式電気車両（電気車両）は、家庭用または商用の交流（ＡＣ）供給源などの何らかのタイプの有線ＡＣを通して充電されるように提案されることが多い。有線充電接続は、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする。ケーブルおよび同様のコネクタは、時々不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有する場合がある。電気車両を充電するために使用されるように（たとえば、ワイヤレス場を介して）自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服することができる。したがって、ワイヤレス充電システムおよび方法は、電動車両を充電するための、電力を効率的かつ安全に伝達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願第１２／４５１，４３６号
【特許文献２】米国特許出願第１３／１３８，２９９号
【特許文献３】米国特許出願第１３／１３８，２９８号
【特許文献４】米国特許出願第１３／３８９，０９０号
【特許文献５】米国特許出願第１３／７９１，５３８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのいずれの態様も単独では、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００５】
本明細書で説明する主題の１つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００６】
本開示の一態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを備える。第１のコイルは、第１の層と第２の層とを有する。第２のコイルは、第３の層と第４の層とを有する。第１の層は第３の層と実質的に同一面上にある。本磁束デバイスは、実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において第１の面に接触する第３の面とを有する透磁性材料をさらに備える。第１のコイルは、第１の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。第２のコイルは、第２の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。
【０００７】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で電力をワイヤレスに受信または送信するための磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第１の導電性構造をさらに備える。第１の導電性構造は、第１の下面を有する第１のコイルと、第２の下面を有する第２のコイルとを備え、第１の下面は、第２の下面と実質的に同一面上にある。第１の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第１の長さと第１の幅とを有し、第１の長さは第１の幅よりも大きい。本磁束デバイスは、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第２の導電性構造をさらに備える。第２の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第２の長さと第２の幅とを有する。第２の長さは、第１の長さと実質的に平行であり、第２の幅よりも大きい。第１の導電性構造の少なくとも第１の平面部分は、第２の導電性構造の第２の平面部分と実質的に同一面上にある。
【０００８】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを備える。第１のコイルは、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第２のコイルは、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２のコイルは、第１のコイルと実質的に同一面上にある。本磁束デバイスは、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料をさらに備える。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面に対して実質的に平行である。第３のエリアに対する第１のエリアおよび第２のエリアの総和比率は、０．９から１．１の範囲内である。
【０００９】
本開示の別の態様は、磁束を送信または受信するための方法を提供する。本方法は、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを使用して、少なくとも１つの電流を流すステップを含む。第１のコイルは、第１の層と第２の層とを有する。第２のコイルは、第３の層と第４の層とを有する。第１の層は第３の層と実質的に同一面上にある。本方法は、少なくとも１つの電流によって生成されるか、または少なくとも１つの電流を生成する磁束を修正するステップをさらに含む。磁束は、実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において第１の面に接触する第３の面とを有する透磁性材料を使用して修正される。第１のコイルは、第１の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。第２のコイルは、第２の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。
【００１０】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、少なくとも１つの電流を流すための手段と、少なくとも１つの電流によって生成されるか、または少なくとも１つの電流を生成する磁束を修正するための手段とを備える。流す手段は、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを備えることができる。第１のコイルは、第１の層と第２の層とを有する。第２のコイルは、第３の層と第４の層とを有する。第１の層は第３の層と実質的に同一面上にある。修正する手段は、実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において第１の面に接触する第３の面とを有する透磁性材料を備え得る。第１のコイルは、第１の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。第２のコイルは、第２の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。
【００１１】
本開示の別の態様は、磁束を送信または受信するための方法を提供する。本方法は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された、少なくとも第１の導電性構造を使用して、少なくとも１つの第１の電流を流すステップを含む。第１の導電性構造は、第１の下面を有する第１のコイルと、第２の下面を有する第２のコイルとを備え、第１の下面は、第２の下面と実質的に同一面上にある。第１の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第１の長さと第１の幅とを有し、第１の長さは第１の幅よりも大きい。本方法は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された、少なくとも第２の導電性構造を使用して、少なくとも１つの第２の電流を流すステップをさらに含む。第２の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第２の長さと第２の幅とを有する。第２の長さは、第１の長さと実質的に平行であり、第２の幅よりも大きい。第１の導電性構造の少なくとも第１の平面部分は、第２の導電性構造の第２の平面部分と実質的に同一面上にある。
【００１２】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で電力をワイヤレスに受信または送信するための磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、少なくとも１つの第１の電流を流すための第１の手段を備える。第１の流す手段は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第１の導電性構造を備え得る。第１の導電性構造は、第１の下面を有する第１のコイルと、第２の下面を有する第２のコイルとを備え、第１の下面は、第２の下面と実質的に同一面上にある。第１の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第１の長さと第１の幅とを有し、第１の長さは第１の幅よりも大きい。本磁束デバイスは、少なくとも１つの第２の電流を流すための第２の手段をさらに備える。第２の流す手段は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第２の導電性構造を備え得る。第２の導電性構造は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である第２の長さと第２の幅とを有する。第２の長さは、第１の長さと実質的に平行であり、第２の幅よりも大きい。第１の導電性構造の少なくとも第１の平面部分は、第２の導電性構造の第２の平面部分と実質的に同一面上にある。
【００１３】
本開示の別の態様は、磁束を送信または受信するための方法を提供する。本方法は、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを使用して、少なくとも１つの電流を流すステップを含む。第１のコイルは、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第２のコイルは、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２のコイルは、第１のコイルと実質的に同一面上にある。本方法は、少なくとも１つの電流によって生成されるか、または少なくとも１つの電流を生成する磁束を修正するステップをさらに含む。磁束は、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料を使用して修正される。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面に対して実質的に平行である。第３のエリアに対する第１のエリアおよび第２のエリアの総和比率は、０．９から１．１の範囲内である。
【００１４】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、少なくとも１つの電流を流すための手段を備える。流す手段は、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを備えることができる。第１のコイルは、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第２のコイルは、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２のコイルは、第１のコイルと実質的に同一面上にある。本磁束デバイスは、少なくとも１つの電流によって生成されるか、または少なくとも１つの電流を生成する磁束を修正するための手段をさらに備える。修正する手段は、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料を備え得る。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面に対して実質的に平行である。第３のエリアに対する第１のエリアおよび第２のエリアの総和比率は、０．９から１．１の範囲内である。
【００１５】
本開示の別の態様は、磁束デバイスの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイスを提供する。本磁束デバイスは、電流を伝導するための第１の手段と、電流を伝導するための第２の手段とを備える、電力をワイヤレスに送信または受信するための手段を備える。電流を伝導するための第１の手段は、第１の層と第２の層とを有する。電流を伝導するための第２の手段は、第３の層と第４の層とを有する。第１の層は第３の層と実質的に同一面上にある。本磁束デバイスは、実質的に平坦な第１の面と、第１の縁部において第１の面に接触する第２の面と、第２の縁部において第１の面に接触する第３の面とを有する、磁束をチャンネリングするための手段をさらに備える。電流を伝導するための第１の手段は、第１の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。電流を伝導するための第２の手段は、第２の縁部上に延び、第１の面の平面に交差する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電気車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図２】図１のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素の概略図である。
【図３】図１のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、電気車両に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために利用可能であり得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。
【図８Ａ】「円形」タイプの結合器を「ソレノイド」タイプの結合器に変形するプロセスによって生成されていると見なされ得る、一群の「二重コイル」タイプの誘導電力伝達（ＩＰＴ）結合器を示す図である。
【図８Ｂ】「円形」タイプの結合器を「ソレノイド」タイプの結合器に変形するプロセスを概略的に示す図である。
【図９Ａ】「円形」タイプのコイル構造、フェライト構造、および導電性バックプレートを備えた、いわゆる円形タイプの結合器の断面、ならびに、このコイルトポロジーに関する磁場の電流および磁力線の典型的な方向を概略的に示す図である。
【図９Ｂ】Ｒを形成された角を有する矩形のコイル（たとえば、「Ｏ」型コイル）を備えた、図９Ａによる「円形」タイプの結合器モデルの透視図である。
【図１０】コイルが二等分（たとえば、コイルＡおよびコイルＢ）に分割された、図９ＡによるＩＰＴ結合器の断面を概略的に示す図である。
【図１１】左に動かされたコイルＡを概略的に示す図である。
【図１２】右に動かされたコイルＢを概略的に示す図である。
【図１３Ａ】コイルＢと同一面まで下げられたコイルＡ、ならびに「垂直」磁気モーメントを生成する動作のモードに関する磁場の電流方向および磁力線を概略的に示す図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡによるＩＰＴ結合器モデル、より具体的には、実質的に「ゼロ」相互インダクタンスを有するコイルＡおよびコイルＢを有する２つの重複するコイルによって特徴付けられる、いわゆる「双極」タイプの結合器の斜視図である。
【図１４】磁束デバイスが２つの別個の磁極エリア（Ｎ）および（Ｓ）と、１つの極エリアにおいて開始し、もう１つの極エリアにおいて終了する磁力線とによって示される「水平」磁気モーメントを生成するように、コイルＢの電流方向が反転された、図１３ＡによるＩＰＴ結合器トポロジーの断面を概略的に示す図である。
【図１５Ａ】重複しないように、さらに分離され、やや収縮されたコイルＡおよびコイルＢ、ならびに、水平磁気モーメントを生成する動作のモードを示す電流方向および磁力線を概略的に示す図である。
【図１５Ｂ】図１５ＡによるＩＰＴ結合器モデル、より具体的には、ある程度の相互インダクタンスを有する２つの非重複コイルによって、かつ、「二重Ｄフルサイズフェライト」結合器トポロジーと称する、「二重Ｄ」タイプのコイル構造と本質的に同じサイズを有するフェライトバッキングによって特徴付けられる、いわゆる「二重Ｄ」タイプの磁束デバイスの斜視図である。
【図１６Ａ】「二重Ｄ」タイプのコイルの外側部分がフェライトバッキングにオーバーハングしているように、フェライトバッキングの長さおよび幅がより小さく作られた、図１５Ａと同様のＩＰＴ結合器の断面を概略的に示す図である。
【図１６Ｂ】「二重Ｄ、平面オーバーハンギング巻線」結合器トポロジーと称する、図１６ＡによるＩＰＴ結合器モデルの斜視図である。
【図１７Ａ】両前面における巻線がフェライトバッキングの面の平面の下に、バックプレートに近接して積層されるように、さらに外部に動かされ、折り畳まれた「二重Ｄ」タイプのコイルの外側区分を概略的に示す図である。
【図１７Ｂ】「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器トポロジーと称する、図１７ＡによるＩＰＴ結合器モデルの斜視図である。
【図１８】「二重ソレノイド、前面積層巻線」結合器トポロジーと称する、フェライト構造の反対側の、フェライトとバックプレートとの間のエアギャップが増大された、「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器トポロジーのコイルを概略的に示す図である。
【図１９】２つの斜めソレノイドコイルと見なされてよく、「二重ソレノイド、斜め巻線」結合器トポロジーと称する、単層巻に広げられ、磁束デバイスの中央に向けてわずかに動かされたコイルの底区分を概略的に示す図である。
【図２０】「二重ソレノイド、斜め巻線、フルサイズフェライト」結合器トポロジーと称する、フェライトの長さがコイル構造のサイズに整合するように増大された、図１９のＩＰＴ結合器トポロジーの断面を概略的に示す図である。
【図２１】「二重ソレノイド、わずかな斜め巻線」結合器トポロジーと称する、さらに収縮され、中央に向けて動かされた、２つの斜めソレノイドコイルを概略的に示す図である。
【図２２】「二重ソレノイド、隣接巻線」結合器トポロジーと称する、同じ方向に電流と直接隣接する２つのソレノイドコイルを使用したＩＰＴ結合器トポロジーの断面を概略的に示す図である。
【図２３Ａ】平面「ソレノイド」タイプの磁束デバイスと見なされ得る、単一コイルにマージされた２つのコイルを備えたＩＰＴ結合器の断面を概略的に示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ａによる平面「ソレノイド」タイプの結合器モデルの斜視図である。
【図２４】前の図面に示した変形のすべてのステップを示したステップ番号で概略的に示す図である。
【図２５】「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器と称する、フェライト構造のサイズと実質的に同じコイルサイズ（全体的な長さおよび幅の形状因子）を有する「二重Ｄ」タイプ結合器の変形態のモデルの斜視図である。
【図２６Ａ】「二重Ｄ、前面積層巻線」磁束デバイスのモデルの透過トップダウン図である。
【図２６Ｂ】「二重Ｄ、前面積層巻線」磁束デバイスのモデルの分解図である。
【図２６Ｃ】「二重Ｄ、前面積層巻線」磁束デバイスのモデルの斜視切断図である。
【図２６Ｄ】「二重Ｄ、前面積層巻」磁束デバイスを使用した、小型車両パッケージ統合ソリューションにおける電子機器用の潜在的スペースを示す図である。
【図２７Ａ】「二重Ｄ」コイルと「円形」（「Ｑ」）コイルの両方を統合した「交差分極」タイプの結合器（「ＤＤＱ」結合器）のモデルの透過トップダウン図である。
【図２７Ｂ】「二重Ｄ」コイルと「円形」（「Ｑ」）コイルの両方を統合した「交差分極」タイプの結合器（「ＤＤＱ」結合器）のモデルの分解図である。
【図２７Ｃ】「二重Ｄ」コイルと「円形」（「Ｑ」）コイルの両方を統合した「交差分極」タイプの結合器（「ＤＤＱ」結合器）のモデルの斜視切断図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【００１８】
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示として機能すること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１９】
ワイヤレスで電力を伝達することは、物理的な導電体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する（たとえば、電力は、自由空間を通って伝達され得る）ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場（たとえば、磁場）内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合され得る。
【００２０】
本明細書では、リモートシステムを記載するために電気車両が使用され、その一例は、その運動能力の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス（たとえば、１つもしくは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリー）から導出された電力を含む車両である。非限定的な例として、いくつかの電気車両は、電気モータ以外に、直接運動のための、または車両のバッテリーを充電するための従来型内燃機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、電力からすべての運動能力を引き出すことができる。電気車両は自動車に限定されず、オートバイ、カート、スクーターなどを含む場合がある。限定ではなく例として、リモートシステムは、本明細書では電気車両（ＥＶ）の形態で説明される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して、少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム（たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス）も考えられる。
【００２１】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両１１２を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システム１００の図である。ワイヤレス電力伝達システム１００により、電気車両１１２が基地ワイヤレス充電システム１０２ａの近くに駐車している間に、電気車両１１２の充電が可能になる。対応する基地ワイヤレス充電システム１０２ａおよび１０２ｂの上に駐車させるために、２台の電気車両用のスペースが駐車エリア内に示されている。いくつかの実施形態では、ローカル配電センター１３０は、電力バックボーン１３２に接続され、交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）の供給を、電力リンク１１０を介して基地ワイヤレス充電システム１０２ａに提供するように構成することができる。基地ワイヤレス充電システム１０２ａはまた、電力をワイヤレスに伝達または受信するための基地システム誘導コイル１０４ａを含む。電気車両１１２は、バッテリーユニット１１８と、電気車両誘導コイル１１６と、電気車両ワイヤレス充電システム１１４とを含み得る。電気車両誘導コイル１１６は、たとえば、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成された電磁場の領域を介して、基地システム誘導コイル１０４ａと相互作用することができる。
【００２２】
いくつかの例示的な実施形態では、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成されたエネルギー場に電気車両誘導コイル１１６が位置するとき、電気車両誘導コイル１１６は電力を受信することができる。エネルギー場は、基地システム誘導コイル１０４ａによって出力されたエネルギーが電気車両誘導コイル１１６によって捕捉され得る領域に相当する。たとえば、基地システム誘導コイル１０４ａによって出力されたエネルギーは、電気車両１１２を充電するか、または電気車両１１２に電力供給するのに十分なレベルにあり得る。場合によっては、エネルギー場は、基地システム誘導コイル１０４ａの「近距離場」に相当する場合がある。近距離場は、基地システム誘導コイル１０４ａから遠くに電力を放射しない、基地システム誘導コイル１０４ａ内の電流および電荷からもたらされる、強い反応場が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近距離場は、以下でさらに記載されるように、基地システム誘導コイル１０４ａの波長の約１／２π以内にある領域（電気車両誘導コイル１１６の場合も同様）に相当する場合がある。ローカル分配センター１１３０は、通信バックホール１３４を介して外部ソース（たとえば、電力網）と、かつ通信リンク１０８を介して基地ワイヤレス充電システム１０２ａと通信するように構成され得る。
【００２３】
いくつかの実施形態では、単に運転手が基地システム誘導コイル１０４ａに対して電気車両１１２を正確に配置することによって、電気車両誘導コイル１１６は、基地システム誘導コイル１０４ａと位置合わせすることができ、したがって、近距離場の領域内に配置することができる。他の実施形態では、ワイヤレス電力伝達のために電気車両１１２が適切に配置されたときを判断するために、運転手は、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはそれらの組合せを与えられる場合がある。また他の実施形態では、電気車両１１２は、オートパイロットシステムによって位置付けされ得、オートパイロットシステムは、位置合わせ誤差が許容値に達するまで、電気車両１１２を（たとえば、ジグザグ運動で）前後に移動させることができる。これは、電気車両１１２が、車両を調整するためのサーボハンドル（ｓｅｒｖｏ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ）、超音波センサ、およびインテリジェンスを備える場合、運転手が介入することなく、または運転手が最低限の介入しか行わずに、電気車両１１２によって自動的、および自律的に実行され得る。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル１１６、基地システム誘導コイル１０４ａ、またはそれらの組合せは、誘導コイル１１６および１０４ａを互いに対して変位および移動させて、それらをより正確に方向合わせし、それらの間により効率的な結合を生じさせるための機能を有することができる。
【００２４】
基地ワイヤレス充電システム１０２ａは、様々な場所に位置することができる。非限定的な例として、いくつかの適切な場所には、電気車両１１２の所有者の自宅の駐車エリア、従来のガソリンスタンドに倣った電気車両ワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、ならびにショッピングセンターおよび職場などの他の場所の駐車場が含まれる。
【００２５】
ワイヤレスに電気車両を充電することは、数々の利点をもたらすことができる。たとえば、充電は、自動的に、実質的に運転手の介入および操作なしに実行することができ、それによって、ユーザの利便性が向上する。露出した電気接点、および機械的摩耗をなくすこともでき、それによって、ワイヤレス電力伝達システム１００の信頼性が向上する。ケーブルおよびコネクタを用いる操作を不要にすることができ、戸外の環境において湿気および水分にさらされる場合がある、ケーブル、プラグ、またはソケットをなくすことができ、それによって、安全性が向上する。見えるまたはアクセス可能なソケット、ケーブル、およびプラグをなくすこともでき、それによって、電力充電デバイスへの潜在的な破壊行為が減少する。さらに、電力網を安定させるために、電気車両１１２を分散蓄積デバイスとして使用することができるので、ビークルツーグリッド（Ｖ２Ｇ：Ｖｅｈｉｃｌｅ−ｔｏ−Ｇｒｉｄ）動作のための車両の利用可能性を高めるために、ドッキングツーグリッド（ｄｏｃｋｉｎｇ−ｔｏ−ｇｒｉｄ）ソリューションを使用することができる。
【００２６】
図１を参照して説明するワイヤレス電力伝達システム１００は、美的で無害な利点をもたらすこともできる。たとえば、車両および／または歩行者の妨げになる場合がある、充電柱（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｌｕｍｎ）および充電ケーブルをなくすことができる。
【００２７】
ビークルツーグリッド機能のさらなる説明として、ワイヤレス電力の送信機能および受信機能は、基地ワイヤレス充電システム１０２ａが電気車両１１２に電力を伝達し、たとえばエネルギー不足の際に電気車両１１２が基地ワイヤレス充電システム１０２ａに電力を伝達するように、相互的に構成することができる。この機能は、過剰な需要または再生可能エネルギー生産（たとえば、風または太陽）の不足によって引き起こされるエネルギー不足の際に、電気車両が配電システム全体に電力を寄与することを可能にすることによって、配電網を安定させるために有用であり得る。
【００２８】
図２は、図１のワイヤレス電力伝達システム１００の例示的なコア構成要素の概略図である。図２に示すように、ワイヤレス電力伝達システム２００は、インダクタンスＬ１を有する基地システム誘導コイル２０４を含む基地システム送信回路２０６を含み得る。ワイヤレス電力伝達システム２００は、インダクタンスＬ２を有する電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２をさらに含む。本明細書で説明する実施形態は、１次構造（送信機）と２次構造（受信機）の両方が共通の共振周波数に同調されている場合、磁気または電磁気の近距離場を介して１次構造から２次構造にエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する、容量装荷ワイヤループ（すなわち、多巻きコイル）を使用することができる。コイルは、電気車両誘導コイル２１６および基地システム誘導コイル２０４に使用され得る。エネルギーを結合するために共振構造を使用することは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および／または「共振誘導」と呼ばれ得る。ワイヤレス電力伝達システム２００の動作は、基地ワイヤレス電力充電システム２０２から電気車両１１２への電力伝達に基づいて説明されることになるが、これに限定されない。たとえば、上記で論じたように、電気車両１１２は、基地ワイヤレス充電システム１０２ａに電力を伝達することができる。
【００２９】
図２を参照すると、電源２０８（たとえば、ＡＣまたはＤＣ）は、基地ワイヤレス電力充電システム２０２に電力ＰＳＤＣを供給して、電気車両１１２にエネルギーを伝達する。基地ワイヤレス電力充電システム２０２は、基地充電システム電力変換器２３６を含む。基地充電システム電力変換器２３６は、標準的な幹線ＡＣ電力から適切な電圧レベルのＤＣ電力に電力を変換するように構成されたＡＣ／ＤＣ変換器、およびワイヤレス高電力伝達に適した動作周波数の電力にＤＣ電力を変換するように構成されたＤＣ／低周波数（ＬＦ）変換器などの回路を含む場合がある。基地充電システム電力変換器２３６は、所望の周波数で電磁場を放出するために、基地システム誘導コイル２０４と直列のキャパシタＣ１を含む基地システム送信回路２０６に電力Ｐ１を供給する。所望の周波数で共振する基地システム誘導コイル２０４との共振回路を形成するために、キャパシタＣ１が提供され得る。基地システム誘導コイル２０４は電力Ｐ１を受信し、電気車両１１２の充電または電気車両１１２への電力供給に十分なレベルの電力をワイヤレスに送信する。たとえば、基地システム誘導コイル２０４によってワイヤレスに提供される電力レベルは、数キロワット（ｋＷ）程度（たとえば、１ｋＷから１１０ｋＷまでの間、またはこれよりも高いｋＷもしくは低いｋＷ）であり得る。
【００３０】
基地システム誘導コイル２０４を含む基地システム送信回路２０６および電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２は、実質的に同じ周波数に同調されてよく、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６のうちの１つによって送信された電磁場の近距離場内に位置付けられ得る。この場合、キャパシタＣ２および電気車両誘導コイル１１６を含む電気車両受信回路２２２に電力が伝達され得るように、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６は、互いに結合され得る。所望の周波数で共振する電気車両誘導コイル２１６との共振回路を形成するために、キャパシタＣ２が提供され得る。要素ｋ（ｄ）は、コイル分離で生じる相互結合係数を表す。等価抵抗Ｒｅｑ，１およびＲｅｑ，２は、誘導コイル２０４および２１６ならびに逆リアクタンスキャパシタＣ１およびＣ２に固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル３１６およびキャパシタＣ２を含む電気車両受信回路２２２は、電力Ｐ２を受信し、電気車両充電システム２１４の電気車両電力変換器２３８に電力Ｐ２を提供する。
【００３１】
電気車両電力変換器２３８は、とりわけ、電気車両バッテリーユニット２１８の電圧レベルに整合する電圧レベルのＤＣ電力に戻す形で動作周波数の電力を変換するように構成されたＬＦ／ＤＣ変換器を含む場合がある。電気車両電力変換器２３８は、変換された電力ＰＬＤＣを提供して、電気車両バッテリーユニット２１８を充電することができる。電源２０８、基地充電システム電力変換器２３６、および基地システム誘導コイル２０４は、上記で論じた様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリーユニット２１８、電気車両電力変換器２３８、および電気車両誘導コイル２１６は、電気車両１１２の一部またはバッテリーパック（図示せず）の一部である電気車両充電システム２１４に含まれる場合がある。電気車両充電システム２１４はまた、電気車両誘導コイル２１６を通して基地ワイヤレス電力充電システム２０２にワイヤレスに電力を供給して、グリッドに電力を戻すように構成され得る。電気車両誘導コイル２１６および基地システム誘導コイル２０４の各々は、動作モードに基づいて送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとしての働きをすることができる。
【００３２】
図示されていないが、ワイヤレス電力伝達システム２００は、電気車両バッテリーユニット２１８または電源２０８をワイヤレス電力伝達システム２００から安全に切断する負荷切断ユニット（ＬＤＵ）を含む場合がある。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、ＬＤＵは、ワイヤレス電力伝達システム２００から負荷を切断するようにトリガされる場合がある。ＬＤＵは、バッテリーへの充電を管理するためのバッテリー管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリー管理システムの一部であり得る。
【００３３】
さらに、電気車両充電システム２１４は、電気車両誘導コイル２１６を電気車両電力変換器２３８との間で選択的に接続および切断するための切替え回路（図示せず）を含む場合がある。電気車両誘導コイル２１６を切断することで、充電を中止することができ、（送信機としての働きをする）基地ワイヤレス充電システム１０２ａによって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを使用して、（受信機としての働きをする）電気車両充電システム１１４を基地ワイヤレス充電システム１０２ａから「隠す」ことができる。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷変動を検出することができる。したがって、基地ワイヤレス充電システム２０２などの送信機は、電気車両充電システム１１４などの受信機が、基地システム誘導コイル２０４の近距離場に存在するときを判断するための機構を有することができる。
【００３４】
上述されたように、動作中、車両またはバッテリーに向けてのエネルギー伝達を仮定すると、基地システム誘導コイル２０４がエネルギー伝達を提供するための場を発生させるように、電源２０８から入力電力が供給される。電気車両誘導コイル２１６は放射場に結合し、電気車両１１２による蓄積または消費のための出力電力を生成する。上記のように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル１１６の共振周波数および基地システム誘導コイル２０４の共振周波数が非常に近くなるか、または実質的に同じになるように相互共振関係に従って、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６は構成される。電気車両誘導コイル２１６が基地システム誘導コイル２０４の近距離場に位置するとき、基地ワイヤレス電力充電システム２０２と電気車両充電システム２１４との間の送電損失は最小である。
【００３５】
上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場内のエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合することによって生じる。この近距離場にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に結合モードが確立され得る。この近距離場結合が発生できる誘導コイルの周りのエリアは、本明細書では近距離場結合モード領域と呼ばれる。
【００３６】
図示されていないが、基地充電システム電力変換器２３６および電気車両電力変換器２３８は、両方とも、発振器、電力増幅器などのドライバ回路、フィルタ、およびワイヤレス電力誘導コイルと効率的に結合するための整合回路を含む場合がある。発振器は、調整信号に応答して調整され得る所望の周波数を生成するように構成され得る。発振器信号は、電力増幅器によって、制御信号に応答する増幅量で増幅され得る。フィルタおよび整合回路は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去して、電力変換モジュールのインピーダンスをワイヤレス電力誘導コイルに整合させるために含まれる場合がある。電力変換器２３６および２３８は、適切な電力出力を発生させてバッテリーを充電するために、整流器および切替え回路を含むこともできる。
【００３７】
開示される実施形態の全体にわたって説明する電気車両誘導コイル２１６および基地システム誘導コイル２０４は、「ループ」アンテナ、より具体的には、多巻きループアンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合がある。誘導コイル２０４および２１６は、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。「コイル」という用語は一般に、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指す。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。本明細書で使用する場合、コイル２０４および２１６は、電力をワイヤレスに出力、ワイヤレスに受信、および／またはワイヤレスに中継するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の例である。ループ（たとえば、多巻きループ）アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナにより、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になり得る。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理的コアアンテナにより、より強い電磁場の生成および結合の改善が可能になり得る。
【００３８】
上記で論じたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間の整合された共振またはほぼ整合された共振の間に生じる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合されていないときでも、効率を下げてエネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信誘導コイルから自由空間にエネルギーを伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立された領域内（たとえば、共振周波数の所定の周波数範囲内または近距離場領域の所定の距離内）に存在する受信誘導コイルに結合することによって行われる。
【００３９】
共振周波数は、上述された誘導コイル（たとえば、基地システム誘導コイル２０４）を含む送信回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく場合がある。図２に示されたように、インダクタンスは、一般に誘導コイルのインダクタンスであり得るし、一方、キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作成するために誘導コイルに追加される場合がある。非限定的な例として、図２に示すように、キャパシタは、電磁場を生成する共振回路（たとえば、基地システム送信回路２０６）を形成するために誘導コイルと直列に追加され得る。したがって、より大きい直径の誘導コイルでは、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの値は、コイルの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少してよい。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に左右され得る。さらに、誘導コイルの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、キャパシタは、誘導コイル（たとえば、並列共振回路）の２つの端子間に並列に配置される場合がある。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの損失を低減し、誘導結合システムの効率を高めるために、高い固有品質（Ｑ）値を有するように設計され得る。たとえば、固有Ｑ係数は３００以上であり得る。
【００４０】
上述されたように、いくつかの実施形態によれば、互いの近距離場にある２つの誘導コイルの間の電力を結合することが開示される。上述されたように、近距離場は、電磁場が存在する誘導コイルの周りの領域に相当する場合があるが、誘導コイルから離れて伝播または放射しない場合がある。近距離場結合モード領域は、通常は波長のごく一部の中にある、誘導コイルの物理容積に近い容積に相当する場合がある。いくつかの実施形態によれば、１回巻きループアンテナまたは多巻きループアンテナなどの電磁誘導コイルは、送信と受信の両方に使用され、その理由は、実際の実施形態における磁気近距離場振幅が、電気タイプのアンテナ（たとえば、小さいダイポール）の電気近距離場と比較して、磁気タイプのコイルの場合に高い傾向があるためである。これにより、ペア間の潜在的により高い結合が可能になる。さらに、「電気」アンテナ（たとえば、ダイポールおよびモノポール）または磁気アンテナと電気アンテナの組合せが使用される場合がある。
【００４１】
図３は、図１のワイヤレス電力伝達システム１００の例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム３００は、通信リンク３７６、案内リンク３６６、ならびに基地システム誘導コイル３０４および電気車両誘導コイル３１６のための位置合わせシステム３５２、３５４を示す。図２に関して上述されたように、電気車両１１２へのエネルギーフローを仮定すると、図３では、基地充電システム電力インターフェース３５４は、ＡＣ電源またはＤＣ電源１２６などの電源からの電力を充電システム電力変換器３３６に提供するように構成され得る。基地充電システム電力変換器３３６は、基地充電システム電力インターフェース３５４からＡＣ電力またはＤＣ電力を受信して、基地システム誘導コイル３０４をその共振周波数においてまたはその共振周波数近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル３１６は、近距離場結合モード領域にあるとき、近距離場結合モード領域からエネルギーを受信して、共振周波数においてまたは共振周波数の近くで発振することができる。電気車両電力変換器３３８は、電気車両誘導コイル３１６からの発振信号を、電気車両電力インターフェースを介してバッテリーを充電するのに適した電力信号に変換する。
【００４２】
基地ワイヤレス充電システム３０２は基地充電システムコントローラ３４２を含み、電気車両充電システム３１４は電気車両コントローラ３４４を含む。基地充電システムコントローラ３４２は、たとえば、コンピュータ、および電力分配センター、またはスマート電力網などの他のシステム（図示せず）への基地充電システム通信インターフェース１６２を含み得る。電気車両コントローラ３４４は、たとえば、車両搭載コンピュータ、他のバッテリー充電コントローラ、車両内の他の電子システム、およびリモート電子システムなどの他のシステム（図示せず）への電気車両通信インターフェースを含み得る。
【００４３】
基地充電システムコントローラ３４２および電気車両コントローラ３４４は、別個の通信チャネルを有する特定のアプリケーション用のサブシステムまたはモジュールを含む場合がある。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたは別個の論理チャネルであり得る。非限定的な例として、基地充電位置合わせシステム３５２は、通信リンク３７６を介して電気車両位置合わせシステム３５４と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、基地システム誘導コイル３０４と電気車両誘導コイル３１６をより厳密に位置合わせするためのフィードバック機構を提供することができる。同様に、基地充電案内システム３６２は基地システム誘導コイル３０４と電気車両誘導コイル３１６とを位置合わせする際にオペレータを案内するためのフィードバック機構を提供する案内リンクを介して、電気車両案内システム３６４と通信することができる。さらに、基地ワイヤレス電力充電システム３０２と電気車両充電システム３１４との間で他の情報を通信するための基地充電通信システム３７２および電気車両通信システム３７４によってサポートされる、別個の汎用通信リンク（たとえば、チャネル）があり得る。この情報は、基地ワイヤレス電力充電システム３０２と電気車両充電システム３１４の両方の電気車両特性、バッテリー特性、充電ステータス、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両１１２に関する保守および診断データを含み得る。これらの通信チャネルは、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ｚｉｇｂｅｅ、セルラーなど、別個の物理通信チャネルであり得る。
【００４４】
電気車両コントローラ３４４は、電気車両主バッテリーの充電および放電を管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ）（図示せず）、マイクロ波または超音波レーダー原理に基づく駐車支援システム、半自動式駐車動作を実行するように構成されたブレーキシステム、および駐車の正確性を高め、ひいては基地ワイヤレス充電システム１０２ａおよび電気車両充電システム１１４のうちのいずれかにおける機械的水平誘導コイルの位置合わせの必要性を低減し得る、概ね自動化された駐車「ｐａｒｋ  ｂｙ  ｗｉｒｅ」を支援するように構成されたハンドルサーボシステム（ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ  ｓｅｒｖｏ  ｓｙｓｔｅｍ）も含み得る。さらに、電気車両コントローラ３４４は、電気車両１１２の電子機器と通信するように構成され得る。たとえば、電気車両コントローラ３４４は、視覚的出力デバイス（たとえば、ダッシュボードディスプレイ）、音響／オーディオ出力デバイス（たとえば、ブザー、スピーカー）、機械的入力デバイス（たとえば、キーボード、タッチスクリーン、および、ジョイスティック、トラックボールなど、ポインティングデバイス）、ならびにオーディオ入力デバイス（たとえば、電子音声認識によるマイクロフォン）と通信するように構成され得る。
【００４５】
さらに、ワイヤレス電力伝達システム３００は、検出およびセンサシステムを含み得る。たとえば、ワイヤレス電力伝達システム３００は、運転手または車両を充電場所に適切に案内するためのシステムとともに使用するセンサ、必要な分離／結合により誘導コイルを相互に位置合わせするためのセンサ、結合を達成するために特定の高さおよび／または位置に電気車両誘導コイル３１６が移動するのを妨げ得るオブジェクトを検出するためのセンサ、ならびにシステムの信頼できる無害および安全な動作を実行するためのシステムとともに使用する安全センサを含み得る。たとえば、安全センサは、安全区域を越えてワイヤレス電力誘導コイル１０４ａ、１１６に近づいてくる動物または子供の存在の検出、加熱され得る（誘導加熱）基地システム誘導コイル３０４に近い金属オブジェクトの検出、基地システム誘導コイル３０４上の白熱オブジェクトなどの危険な事象の検出、ならびに基地ワイヤレス電力充電システム３０２および電気車両充電システム３１４の構成要素の温度監視のためのセンサを含み得る。
【００４６】
ワイヤレス電力伝達システム３００はまた、有線接続を介したプラグイン充電をサポートすることができる。電気車両１１２との間で電力を伝達する前に、有線充電ポートが、２つの異なる充電器の出力を一体化し得る。切替え回路は、ワイヤレス充電と有線充電ポートを介した充電の両方をサポートするために必要な機能を提供し得る。
【００４７】
基地ワイヤレス充電システム３０２と電気車両充電システム３１４との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム３００は、帯域内シグナリングとＲＦデータモデム（たとえば、無認可の帯域内の無線を介したＥｔｈｅｒｎｅｔ）の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用車／所有者への付加価値サービスの提供に十分な帯域幅を提供し得る。ワイヤレス電力キャリアの低深度振幅または位相変調は、干渉を最小限に抑えた帯域内シグナリングシステムとしての働きをし得る。
【００４８】
さらに、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用せずにワイヤレス電力リンクを介して実行される場合がある。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル３０４および３１６は、ワイヤレス通信送信機としての働きをするように構成される場合もある。したがって、基地ワイヤレス電力充電システム３０２のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上でキーイングタイププロトコルを可能にするためのコントローラ（図示せず）を含む場合がある。既定のプロトコルによる既定の間隔での送信電力レベルのキーイング（振幅シフトキーイング）により、受信機は、送信機からのシリアル通信を検出することができる。基地充電システム電力変換器３３６は、基地システム誘導コイル３０４によって生成された近距離場の近傍で作動中の電子車両受信機の有無を検出するための負荷感知回路（図示せず）を含む場合がある。例として、負荷感知回路は、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成された近距離場の近傍で作動中の受信機の有無によって影響される電力増幅器に流れる電流を監視する。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信するための発振器を有効にすべきかどうか、作動中の受信機と通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを判断する際に使用するための基地充電システムコントローラ３４２によって監視することができる。
【００４９】
ワイヤレス高電力伝達を可能にするために、いくつかの実施形態は、１０〜１５０ｋＨｚの範囲、特に、８０〜９０ｋＨｚの範囲の周波数で電力を伝達するように構成され得る。この低周波数結合により、固体デバイスを使用して実現され得る高効率な電力変換が可能になる場合がある。加えて、他の帯域と比較して無線システムによる共存問題が少なくなる場合がある。
【００５０】
説明したワイヤレス電力伝達システム１００は、再充電可能または交換可能なバッテリーを含む様々な電気車両１０２で使用され得る。図４は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両４１２に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。本実施形態では、ワイヤレス電力インターフェース（たとえば、充電器／バッテリーコードレスインターフェース４２６）を組み込んだ、地中に埋め込まれた充電器（図示せず）から電力を受信し得る電気車両バッテリーユニットにとって、低バッテリー位置は有益であり得る。図４において、電気車両バッテリーユニットは、再充電可能バッテリーユニットであってよく、バッテリーコンパートメント４２４に収容されてよい。電気車両バッテリーユニットはワイヤレス電力インターフェース４２６も提供し、ワイヤレス電力インターフェース４２６は、共振誘導コイル、電力変換回路、ならびに地上基地ワイヤレス充電ユニットと電気車両バッテリーユニットとの間の効率的かつ安全なワイヤレスエネルギー伝達のために必要な他の制御および通信機能を含む電気車両ワイヤレス電力サブシステム全体を組み込み得る。
【００５１】
電気車両誘導コイルは、突き出た部分がないように、および地上／車体の指定間隔が維持され得るように、電気車両バッテリーユニットまたは車体の下側と面一に組み込まれるのが有益であり得る。この構成は、電気車両ワイヤレス電力サブシステム専用の電気車両バッテリーユニット内の何らかの余地を必要とし得る。電気車両バッテリーユニット４２２はまた、バッテリー／ＥＶコードレスインターフェース４２８、ならびに非接触電力および電気車両４１２と図１に示す基地ワイヤレス充電システム１０２ａとの間の通信を提供する充電器／バッテリーコードレスインターフェース４２６を含むことができる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、図１を参照すると、基地システム誘導コイル１０４ａおよび電気車両誘導コイル１１６は固定位置にあってよく、これらの誘導コイルは、基地ワイヤレス充電システム１０２ａに対する電気車両誘導コイル１１６の全体的配置によって近距離場結合領域内に置かれる。しかしながら、エネルギー伝達を迅速、効率的および安全に実行するために、基地システム誘導コイル１０４ａと電気車両誘導コイル１１６との間の距離は、結合を改善するために短縮される必要があり得る。したがって、いくつかの実施形態では、基地システム誘導コイル１０４ａおよび／または電気車両誘導コイル１１６は、それらの位置合わせを改善するように配置可能および／または移動可能であり得る。
【００５３】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄは、本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。図５Ａは、完全なフェライト埋込み型誘導コイル５３６ａを示している。ワイヤレス電力誘導コイルは、フェライト材料５３８ａおよびフェライト材料５３８ａの辺りに巻かれたコイル５３６ａを含むことができる。コイル５３６ａ自体は、標準的なリッツワイヤから作られ得る。導電シールド５３２ａは、車両の同乗者を過剰なＥＭＦ送信から保護するために提供される。導電シールディングは、プラスチックまたは複合物から作られた車両では特に有益であり得る。
【００５４】
図５Ｂは、結合を高めるための、および導電シールド５３２ｂにおける渦電流（熱放散）を減らすための最適に寸法決定されたフェライトプレート（すなわち、フェライトバッキング）を示している。コイル５３６ｂは、非導電性の非磁性（たとえば、プラスチック）材料に完全に埋め込まれ得る。たとえば、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、コイル５３６ｂは、保護筐体５３４ｂに埋め込まれ得る。磁気結合とフェライトヒステリシス損との間のトレードオフの結果として、コイル５３６ｂとフェライト材料５３８ｂとの間に分離があり得る。
【００５５】
図５Ｃは、コイル５３６ｃ（たとえば、銅リッツワイヤ多巻きコイル）が横（「Ｘ」）方向で移動可能であり得る別の実施形態を示している。図５Ｄは、誘導コイルモジュールが下方向に配置される別の実施形態を示している。いくつかの実施形態では、バッテリーユニットは、ワイヤレス電力インターフェースの一部として、配置可能な電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄおよび配置不可能な電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄのうちの１つを含む。磁場がバッテリー空間５３０ｄに、また車両の内部に浸透するのを防ぐために、バッテリー空間５３０ｄと車両との間に導電シールド５３２ｄ（たとえば、銅板）があり得る。さらに、導電シールド５３２ｄ、コイル５３６ｄ、およびフェライト材料５３８ｄを環境の影響（たとえば、機械的損傷、酸化など）から保護するために、非導電（たとえば、プラスチック）保護層５３３ｄが使用され得る。さらに、コイル５３６ｄは、横Ｘ方向および／またはＹ方向に移動可能であり得る。図５Ｄは、電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄがバッテリーユニット本体に対して下方Ｚ方向に配置された一実施形態を示している。
【００５６】
この配置可能な電気車両誘導コイルモジュール５４２ｂの設計は、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄに導電シールディングがないことを除いて、図５Ｂの設計と同様である。導電シールド５３２ｄは、バッテリーユニット本体に付帯している。電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄが配置状態にないときに、保護層５３３ｄ（たとえば、プラスチック層）は、導電シールド４３２ｄと電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄとの間に提供される。電気車両誘導コイルモジュール５４２をバッテリーユニット本体から物理的に分離することは誘導コイルのパフォーマンスに好ましい影響を有し得る。
【００５７】
上で論じたように、配置された電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄは、コイル５３６ｄ（たとえば、リッツワイヤ）およびフェライト材料５３８ｄのみを含むことがある。フェライトバッキングは、結合を高めるために、および車体の底面または導電シールド５３２ｄにおける過剰な渦電流損から保護するために提供され得る。さらに、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄは、電力変換電子機器およびセンサ電子機器への柔軟なワイヤ接続を含み得る。このワイヤ束は、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄを配置するための機械ギアに組み込まれ得る。
【００５８】
図１を参照すると、上述の充電システムは、電気車両１１２を充電するために、または電力網に戻すように電力を伝達するために、様々な場所で使用され得る。たとえば、電力の伝達は、駐車場環境で生じることがある。「駐車エリア」は、本明細書で「駐車スペース」と呼ばれることもあることに留意されたい。車両ワイヤレス電力伝達システム１００の効率性を高めるために、電気車両１１２は、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が関連駐車エリア内の基地ワイヤレス充電システム１０２ａと適切に位置合わせできるようにＸ方向およびＹ方向に沿って位置合わせされ得る。
【００５９】
さらに、開示する実施形態は、１つもしくは複数の駐車スペースまたは駐車エリアを有する駐車場に適用可能であり、駐車場内の少なくとも１つの駐車スペースは基地ワイヤレス充電システム１０２ａを含むことができる。案内システム（図示せず）を使用して、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が基地ワイヤレス充電システム１０２ａと位置合わせされるように、車両オペレータが電気車両１１２を駐車エリアに位置付けるのを支援することができる。案内システムは、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が充電基地（たとえば、基地ワイヤレス充電システム１０２ａ）内の充電誘導コイルと適切に位置合わせされ得るように、電気車両オペレータが電気車両１１２を位置付けるのを支援するための、電子基地の手法（たとえば、無線測位、方向発見原理、ならびに／または光学、準光学および／もしくは超音波感知方法）または機械基地の手法（たとえば、車輪ガイド、トラックまたはストップ）、あるいはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【００６０】
上記で論じたように、電気車両充電システム１１４は、電力を送信し、かつ基地ワイヤレス充電システム１０２ａから電力を受信するために、電気車両１１２の下面に配置され得る。たとえば、電気車両誘導コイル１１６は、好ましくは中心位置の近くで車体底面に組み込まれてよく、それにより、ＥＭ露出に関して最大の安全な距離がもたらされ、電気車両の前進駐車および後進駐車が可能になる。
【００６１】
図６は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために使用され得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。図６に示すように、電気車両へのワイヤレス高電力伝達のための潜在的周波数範囲は、３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ帯域のＶＬＦ、いくつかの除外がある３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ帯域の低ＬＦ（ＩＳＭなどの用途）、ＨＦの６．７８ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域６．７６５〜６．７９５ＭＨｚ）、ＨＦの１３．５６ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域１３．５５３〜１３．５６７）、およびＨＦの２７．１２ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域２６．９５７〜２７．２８３）を含み得る。
【００６２】
図７は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。電気車両のワイヤレス充電に有用であり得るいくつかの例示的な送信距離は、約３０ｍｍ、約７５ｍｍ、および約１５０ｍｍである。いくつかの例示的な周波数は、ＶＬＦ帯域の約２７ｋＨｚおよびＬＦ帯域の約１３５ｋＨｚであり得る。
【００６３】
誘導電力伝達（ＩＰＴ）システムは、エネルギーのワイヤレス伝達のための１つの方法を提供する。ＩＰＴシステムでは、１次（または「送信機」）電力デバイスが、２次（または「受信機」）電力受信機デバイスに電力を送信する。送信機電力デバイスおよび受信機電力デバイスの各々は誘導結合器、たとえば、電流搬送媒体のシングルコイル構成またはマルチコイル構成の巻線を含む。１次インダクタ内の交流電流は、交流磁場を生成する。２次インダクタが１次インダクタに近接して配置されたとき、交流磁場は２次インダクタ内に起電力（ＥＭＦ）を誘起し（ファラデーの法則）、それによって２次電力受信機デバイスに電力を伝達する。
【００６４】
ＩＰＴ磁束デバイスとも呼ばれる場合がある平面ＩＰＴ結合器は、典型的には、磁束を生成または拾い上げるためのロープロファイル平面コイル構造と、フェライトバッキング構造またはコア構造と、磁束の成形および遮蔽のための導電性バックプレートとを備える。フェライト構造は、ギャップをほぼ伴わずに組み立てられた（たとえば、モノリシックブロックを構成する）フェライトタイルを備え得るか、または、フェライト構造は、磁束の主な方向がスラブの長辺に平行な状態で、スラブ間のギャップを伴うフェライトスラブを備え得る。導電性パックプレートは、地面と車体底面との間のスペース内の磁場のために所望される特定の境界条件を達成することを円滑にし得る。
【００６５】
地上基地充電ユニットから電気車両への誘導電力伝達（ＩＰＴ）のために、様々な異なる平面コイル結合器トポロジーが提案されてきた。これらの結合器トポロジーは以下を含むが、これらに限定されない：すなわち、「円形」タイプ（たとえば、フェライトバッキングなど、フェライト構造の上部の上のシングルコイル、たとえば、米国特許出願第１２／４５１，４３６号、「Ｍｕｌｔｉ−ｓｏｕｒｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｐｉｃｋ−ｕｐ」参照）、「ソレノイド」タイプ（たとえば、フェライトコアなど、フェライト構造周囲に巻かれたシングルコイル、たとえば、米国特許出願第１３／１３８，２９９号、「Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｐｐａｒａｔｕｓ」参照）、「二重コイル」タイプ（たとえば、フェライトバッキングなど、本質的に、フェライト構造の上部の上の２つのコイル、たとえば、米国特許出願第１３／１３８，２９８号、「Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｐｐａｒａｔｕｓ」参照）、およびそれらの変形態（たとえば、「双極」タイプ、たとえば、米国特許出願第１３／３８９，０９０号、「Ｂｉ−ｐｏｌａｒ  ｐａｄ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ」参照）である。加えて、追加のコイルを備えたこれらのトポロジーの組合せであるＩＰＴに関する他のコイル結合器トポロジーが提案されている（たとえば、「二重Ｄ」構造を「円形」構造と組み合わせる構成を開示する米国特許出願第１３／７９１，５３８号、「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｐｏｗｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｃｏｉｌ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」）。
【００６６】
同じサイズまたは体積の制約の下で最適化および比較される場合、これらの結合器トポロジーは、結合係数、水平変位ならびに垂直変位に対する許容（たとえば、オフセットおよびエアギャップ高さ）、固有品質値、ならびに車載の場合、車両の直近周囲のまたはその近傍の漏れ磁束密度（たとえば、放出）など、パフォーマンス特性の点で異なる。
【００６７】
数々のコンピュータシミュレーション、ならびに、異なる結合器タイプのトポロジーおよび設計変形態の実際的な測定は、いくつかの実装形態では、「円形」タイプの結合器コイルは、概して、他のタイプの結合器に対して、一定の結合器トポロジーの結合は最も弱く、許容は最小であるが、放出は最低であり、Ｑ値は最高であることを示すのに対して、「ソレノイド」タイプの結合器コイルは、他のタイプの結合器に対して、一定の結合器トポロジーの結合は最も強く、許容は最大であるが、放出レベルは最高であり、Ｑ値は最低であることを示すという証拠を提供している。「二重コイル」タイプまたは「二重Ｄ」タイプの結合器コイルは、「円形」タイプの結合器コイルと「ソレノイド」タイプの結合器コイルとの間のやや中間であり、（たとえば、結合パフォーマンスと放出との間の）設計トレードオフを示すトポロジーとして、それらの結合器コイルを特に興味深いものにしている。
【００６８】
「二重コイル」タイプの結合器コイルのこの態様は、「円形」タイプのトポロジーと「ソレノイド」タイプのトポロジーとの間の変形の一段階として、「二重コイル」タイプの結合器トポロジーを考慮することによって説明され得る。「円形」タイプの結合器トポロジーおよび「ソレノイド」タイプの結合器トポロジーの変形としての「二重コイル」タイプの結合器トポロジーのこの説明は、様々な結合器トポロジーの特性を理解および説明する際に、またこれらの特性を系統的に選択（たとえば、制御）し、パフォーマンス特性間に（たとえば、結合係数と放出との間に）所望されるトレードオフを示す新しい結合器設計を生成するために有益であり得る。
【００６９】
図８Ａは、その部材が「円形」タイプの結合器を「ソレノイド」タイプの結合器に変形させるプロセスの中間段階と見なされ得る、一群の「二重コイル」タイプの結合器設計を示す。具体的には、これらの結合器設計は、いわゆる「双極」結合器、および、特に興味深い、いわゆる「二重Ｄ」結合器の変形態である。
【００７０】
２つの結合器トポロジーが特に興味深い：すなわち、「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器トポロジーおよび「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器トポロジーである。「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器コイルは、放出に有利なトレードオフを表す、「二重Ｄ」タイプの結合器コイルの変形態と見なされ得る。「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器コイルは、結合係数と変位に対する許容とに有利なトレードオフを表す、「二重Ｄ」タイプの結合器コイルの変形態と見なされ得る。基地パッド内に「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器コイルを使用し、電気車両上に「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器コイルを使用することは、両方の結合器コイルとパワーエレクトロニクス（たとえば、整流器）の両方と統合した小型車両パッケージに良好なソリューションを提供し得る。「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器コイルの概念はまた、「二重Ｄ」タイプの結合器コイルと「四重極」タイプの結合器コイルの両方が最適スペース利用と良好なパフォーマンスとを備えた小型車両パッケージに統合されなければならない場合にも有用であり得る。
【００７１】
「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器（たとえば、図１５Ａ、図１５Ｂ、および図２５参照）は、磁束デバイス２１０の上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイス２１０であり得る。本明細書で使用する「磁束デバイス」という用語は、基地パッド、車両パッド、または他のタイプの磁束パッドを含むが、これらに限定されない、その最も広い妥当な解釈を有し、任意の特定の形状、寸法、または構成要素の組合せに限定されない。本明細書で使用する「パッド」という用語は、ワイヤレス電気車両充電システムにおいて使用するように構成されたデバイス（たとえば、基地パッド、車両パッド）を含むが、これに限定されない、その最も広い妥当な解釈を有し、いかなる特定の形状、寸法、または構成要素の組合せにも限定されない。磁束デバイス２１０は、少なくとも第１の導電性コイル２２０と第２の導電性コイル２３０とを備える。第１のコイル２２０は、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第２のコイル２３０は、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２のコイル２３０は、第１のコイル２２０と実質的に同一面上にある。磁束デバイス２１０は、実質的に平坦な面２４２を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料２４０をさらに備える。透磁性材料２４０は、本明細書で「コア」と呼ばれることがある。本明細書で使用する「コア」という用語は、具体的には、中央位置にあること、または他の構成要素によって包み込まれていることに限定されない、その最も広い妥当な解釈を有する。透磁性材料２４０は、少なくとも第１のコイル２２０および第２のコイル２３０に磁気的に関連付けられ得る。第１のコイル２２０および第２のコイル２３０は、実質的に平坦な面２４２に対して実質的に平行である。第３のエリアに対する第１のエリアおよび第２のエリアの総和比率は、０．９から１．１の範囲内である。
【００７２】
「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器（たとえば、図１７Ａおよび図１７Ｂ参照）は、磁束デバイス３１０の上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束デバイス３１０であり得る。本磁束デバイス３１０は、少なくとも第１の導電性コイル３２０と第２の導電性コイル３３０とを備える。第１のコイル３２０は、第１の層３２２と第２の層３２４とを有する。第２のコイル３３０は、第３の層３３２と第４の層３３４とを有する。第１の層３２２は、第３の層３３２と実質的に同一面上にある。磁束デバイス３１０は、実質的に平坦な第１の面３４２と、第１の縁部３４６において第１の面３４２に接触する第２の面３４４と、第２の縁部３５０において第１の面３４２に接触する第３の面３４８とを有する透磁性材料３４０をさらに備える。透磁性材料３４０は、少なくとも第１のコイル３２０および第２のコイル３３０に磁気的に関連付けられ得る。第１のコイル３２０は、第１の縁部３４６上に延び、第１の面３４２の平面に交差する。第２のコイル３３０は、第２の縁部３５０上に延び、第１の面３４２の平面に交差する。
【００７３】
図８Ａは、平面「円形」トポロジーにおいて開始し、平面「ソレノイド」トポロジーにおいて終了する変形のプロセスを介して生成されていると見なされ得るＩＰＴに関する「二重コイル」タイプの結合器トポロジーの選択を示す。この変形プロセスは、概して図８Ｂで概略的に表示される。初期ステップで、「円形」コイルは、第１のコイルと第２のコイルとに分割される。次いで、一方のコイルは左に動かされ、もう一方のコイルは右に動かされる。さらに、両方のコイルは、フェライト構造の幅に延ばされる。以下のステップで、内側区分（たとえば、隣接するコイル区分）の位置がフェライトの上部面上に固定された状態に留まり、外側区分（たとえば、反対側にあるコイル区分）がフェライト構造の下に動かされるように、コイルは、さらに延ばされ、フェライト構造上に引っ張られて、フェライト構造はコイルがコアの周囲に巻かれたコアになる。次のステップで、両方のコイルは、外側コイル区分が中央に向けて動かされ、２つに分離されているが、隣接するソレノイドコイルになるように収縮される。最終的に、２つのソレノイドコイルは単一のソレノイドにマージされる。パフォーマンスの比較可能性のために、変形によって生成されるすべての結合器は等しい形状因子を有すると仮定され得る。
【００７４】
この変形プロセスはまた、図９Ａ〜図９Ｂにおいて開始し、図２３Ａ〜図２３Ｂにおいて終了する一連の概略図でも論証される。これらの概略図は、少なくとも結合器構造の断面図を示し、場合によっては、結合器の斜視（３Ｄ）図をさらに示す。断面図は、概して、一定の尺度で描かれておらず、定性的と見なされるべきである。
【００７５】
図９Ａは、「円形」磁束デバイス（たとえば、図９Ｂの磁束デバイス）の断面を概略的に示す。図９Ａはまた、磁束デバイスの中央の磁極エリア（Ｎ）と、磁束デバイスの周辺ゾーン内の対向極エリア（Ｓ）と、２本の特性磁力線とを示す。図８Ａ〜図８Ｂの他のトポロジーと比較して、いくつかの構成では、すべてのトポロジーに関して同じサイズ（形状因子）と、同じ水平変位および垂直変位とを仮定して、「円形」磁束デバイスの対は、結合係数および許容は最低であるが、Ｑ値は最高であり、放出レベル（たとえば、漏れ磁束）は最低であることを示し得る。低い放出レベルは、垂直磁場成分が導電性バックプレートによって効果的に消去され（たとえば、磁束整形効果）、ＩＰＴ結合システムの機能スペースの外部により少ない漂遊磁束をもたらすということによって説明され得る。「円形」結合器は、したがって、図８Ａ〜図８Ｂに示す一連のトポロジーにおける１つの極端な例と見なされ得る。
【００７６】
図１０、図１１、図１２、および図１３Ａ〜図１３Ｂは、「ソレノイド」への変形のステップ１、２、３、および４を概略的に示す：すなわち、「円形」コイルはコイルＡとコイルＢとに分割され（図１０参照）、コイルＡは左に動かされ（図１１参照）、コイルＢは右に動かされ（図１２参照）、コイルＢに重複しない、コイルＡの部分はコイルＢの平面まで下げられ（たとえば、調整され）（図１３Ａ〜図１３Ｂ参照）、重複するコイルと、フェライト構造の外側寸法と実質的に等しい外側寸法とを備えた二重コイル構造をもたらす。ある程度の重複において、コイルＡとコイルＢとの間のほぼゼロ結合によって特徴付けられる、いわゆる「双極」磁束に遭遇する。ゼロ結合（たとえば、ゼロ相互インダクタンス）は、垂直モード、水平モード、またはそれらの混合モードの分極において「双極」結合器が動作できるように、コイルが異なる大きさおよび位相の電流とは無関係に駆動されることを可能にする。「双極」結合器のある例示的な実施形態のモデルを図１３Ｂに示す。
【００７７】
図１３Ａに示すように、コイルＡとコイルＢとが等しい電流レベルと電流方向で駆動される場合、「双極」結合器は、図１３Ａの極エリア（ＮおよびＳ）と磁力線とによって示す垂直磁気モーメントを生成する「円形」結合器のように機能する。「円形」結合器と同様に、これは、結合と変位許容とは比較的に弱いが、放出レベルが非常に低いことによって特徴付けられる。
【００７８】
変形のステップ５で、図１４に概略的に示すように、コイルＢの電流方向は反転され、２つの極エリア（ＮおよびＳ）と磁力線とによって示されるように、水平分極モードで動作する「双極」結合器をもたらす。コイルのうちの１つの中の電流方向を変更することは、図８Ａ〜図８Ｂに示した様々なトポロジーの最も著しい水平磁気モーメントを生成する「ソレノイド」タイプの結合器に一致し得るある種の挙動を引き起こし得る。したがって、「双極」結合器の特性は実質的に変化する。導電性バックプレートは水平磁界成分に関して何の漂遊磁場消去効果も有しないため、結合および許容は増大し、放出レベルも同様に増大する。対照的に、基地パッド内および車両パッド内の導電性バックプレートの使用、または、単に、車両底面および地面（たとえば、鉄筋コンクリート）内の金属構造の存在は、放出の点で、逆効果をまねく可能性がある。導電性バックプレートは、車両のスチール製の底面構造内および鉄筋コンクリート地面のスチール鉄筋構造内の過度の渦電流損失（たとえば、誘導加熱）を防ぐために使用され得る。他方で、導電性バックプレートの使用は、何らかの水平分極システム（たとえば、「ソレノイド」タイプ）の結合を実質的に改善することができ、金属構造が、概して、結合およびパフォーマンスに悪影響を与える「円形」タイプの磁束デバイスに対して、これらの結合器タイプの高い結合係数を部分的に説明し得る。
【００７９】
図１５Ａ〜図１５Ｂは、非重複になり、両方のコイル２２０、２３０の外側水平寸法と透磁性材料２４０（たとえば、フェライト構造）とが実質的に互いに等しいことによって特徴付けられる「二重Ｄ、フルサイズフェライト」結合器と称するトポロジーをもたらす、２つのコイル２２０、２３０を修正する変形ステップ６の結果を概略的に示す。いくつかの事例では、「二重Ｄ」結合器のこの第１の変形態は「円形」タイプの結合器に「最も近接」しているため、この変形態は、図８Ａ〜図８Ｂに示したシーケンスのすべての「二重Ｄ」変形態の中での最低放出レベルを示し得る。「二重Ｄ、フルサイズフェライト」トポロジーは、「ソレノイド」トポロジー、または「二重Ｄ」トポロジーの他の変形態と比べて、実質的により低い放出を生成するソリューションを提供する可能性を有するため、このトポロジーは、基地充電基地に有用であり得る。
【００８０】
図１５Ａ〜図１５Ｂで示す例示的な構造では、第１のコイル２２０は、第１のエリアの境界を画定する（たとえば、Ｄ型の）第１の外周を有し、第２のコイル２３０は、第２のエリアの境界を画定する（たとえば、Ｄ型の）第２の外周を有し、透磁性材料２４０は、第３のエリアの境界を示す第３の外周を有し、第３のエリアに対する第１のエリアと第２のエリアの総和比率は０．９から１．１の範囲内である。たとえば、第１のエリアと第２のエリアの総和は、第３のエリアに実質的に等しい可能性がある。第１の外周の１つまたは複数の部分（たとえば、実質的に直線の部分）は、第３の外周の１つまたは複数の部分（たとえば、実質的に直線の部分）と実質的に整列し得、第２の外周の１つまたは複数の部分（たとえば、実質的に直線の部分）は第３の外周の１つまたは複数の部分（たとえば、実質的に直線の部分）に実質的に整列し得る。たとえば、第１のコイル２２０と第２のコイル２３０の総和の外側水平寸法（たとえば、第１の外周の実質的に直線の部分から、反対の、第２の外周の実質的に直線の部分までの二重Ｄコイルにわたる第１の長さ）は、透磁性材料２４０の外側水平寸法（たとえば、第１の長さに実質的に平行な第３の外周にわたる第２の長さ）に実質的に等しい可能性がある。第１の外周および第２の外周の他の部分（たとえば、Ｄ型の外周の角など、曲線部分）は、第１のエリアと第２のエリアの総和が第３のエリア未満になり得るように、第３の外周から外れてよい。
【００８１】
図１５Ａ〜図１５Ｂに示す例示的な構造では、透磁性材料２４０は、第３の外周と第３のエリアとを有するモノリシックフェライトプレートである。いくつかの他の構成では、透磁性材料２４０は、互いに機械的に結合されて、透磁性材料２４０を形成する複数の透磁性部分（たとえば、プレート、ロッド、ブロック、タイル）を備え得る。これらの複数の透磁性部分は、互いと少なくとも部分的に離間され得る。たとえば、透磁性材料２４０は、非透磁性材かつ非導電性の材料（たとえば、空気、プラスチック）を備える、少なくとも１つの領域を第３のエリア内に備え得る。少なくとも１つの領域は、互いに隣接する複数の領域、互いと別個である（たとえば、フェライト材料もしくは導電性材料によって分離された）複数の領域、またはそれら両方の複数の領域を備え得る。少なくとも１つの領域は、第３のエリアよりも２０％少ない総和エリア（たとえば、少なくとも１つの領域のエリアの総和）を有し得る。
【００８２】
図１６Ａ〜図１６Ｂに概略的に示した変形ステップ７で、平面「二重Ｄ」巻線が基礎をなすフェライト構造にオーバーハングするように、フェライト構造の長さおよび幅はやや短縮される。このトポロジーは、「二重Ｄ、平面オーバーハンギング巻線」結合器と称され、「二重Ｄ」結合器の実施形態に対応する。このステップは、コイル巻線がフェライト上に引っ張られる、変形の以下の段階に関する予備手段と見なされ得る。フェライトのサイズを削減することは、所与のパッケージ形状因子制約の下でフェライトの前面において巻線用のスペースを提供する。興味深いことに、フェライトの修正は、結合と許容とを高めるが、（図１３Ａ〜図１３Ｂに示したように）前述の「二重Ｄ」変形態に対して放出レベルも高める。
【００８３】
「ソレノイド」タイプの結合器への途中のステップ８で、第１のコイルおよび第２のコイル３２０、３３０（たとえば、「二重Ｄコイル」の「Ｄコイル」）の外側区分が透磁性材料３４０（たとえば、フェライト構造）の前面上に引っ張られる。所与の磁束デバイス形状因子制約とコイル銅断面により、このステップは、多層（たとえば、積層）巻線構造に変形するように初期の「二重Ｄ」結合器の平面巻線構造を用いて実行され、その一例が図１７Ａ〜図１７Ｂに概略的に示される、「二重Ｄ、前面積層巻線」トポロジーと称する、別の「二重Ｄ」変形態をもたらし得る。別の例示的な構造のより詳細な図が図２６Ａ〜図２６Ｄに提供される。
【００８４】
この「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器は、結合と許容の点で、「二重Ｄ、平面オーバーハンギング巻線」結合器よりも優れている可能性があるが、この結合器は「ソレノイド」タイプの結合器に「より近い」ことが見出されているため、より高い放出レベルを示す可能性がある。この変形ステップは、コイル開口を拡大し、コイル巻線（たとえば、第１のコイル３２０と第２のコイル３３０とを介して電流を搬送するコイル巻線のうちの少なくともいくつか）を透磁性材料３４０（たとえば、フェライト構造）の第１の面３４２を下回るほど下げ、磁極エリアを透磁性材料３４０の終端にシフトさせ、したがって、図１７Ａに示すように、より大きな磁束アーチをもたらす。巻線は導電性バックプレートにより近くなるため、この修正は渦電流損も増大させる場合がある。
【００８５】
車両パッケージに厳しい体積制約が存在する場合、この「二重Ｄ、前面積層巻線」トポロジーは、車両上での使用に特に適し、基地パッドよりもかなり小さい車両パッド形状因子にソリューションをもたらす。車両上に搭載された高結合タイプの「二重Ｄ」結合器（たとえば、その例を図１７Ａおよび図１７Ｂに示す、「ソレノイド」または「二重Ｄ、前面積層巻線」磁束デバイス３１０）と組み合わされた、地面上の低放出タイプの「二重Ｄ」トポロジー（たとえば、その例を図１５Ａ、図１５Ｂ、および図２５に示す「二重Ｄ、フルサイズフェライト」磁束デバイス２１０）は、これらの状況の下で有用なソリューションを提供し得る。より大きな基地パッドは放出の主要源であり得、より小さい車両パッドは、主に結合および許容を受け持つことができる。したがって、基地側用に放出最適化されたトポロジーを使用し、車両側用に結合最適化されたトポロジーを使用する手法は、最適トレードオフとして有用であり得る。
【００８６】
図１７Ａ〜図１７Ｂに示す例示的な構造では、第１のコイル３２０は、少なくとも１つのらせん巻線コイルを備え、第２のコイル３３０は、少なくとも１つのらせん巻線コイルを備える。たとえば、第１のコイル３２０は、複数の導電性巻線（たとえば、第１の層３２２および第２の層３２４）を備えることが可能であり、第２のコイル３３０は、複数の導電性巻線（たとえば、第３の層３３２および第４の層３３４）を備えることが可能である。いくつかの実施形態では、第のコイル３２０および第２のコイル３３０は、２つのコイルを形成するように巻かれた単一の導電性ワイヤによって形成される。第１のコイル３２０および第２のコイル３３０は両方とも、（たとえば、図１７Ａ〜図１７Ｂに示すように、第１のコイルおよび第２のコイル３２０、３３０と透磁性材料３４０との間に介在材料を伴わずに、または介在材料を伴って）透磁性材料３４０に隣接し得る。第１のコイル３２０の第１の層３２２は、第１の面３４２の一方の半分の部分上に延びてよく、第２のコイル３３０の第３の層３３２は、第１の面３４２のもう一方の半分の部分上に延びてよい。第１のコイル３２０の第２の層３２４は、第１の面３４２の下に延び（たとえば、第１の面３４２の平面に交差し）、第２のコイル３３０の第４の層３３４は、第１の面３４２の下に延びる（たとえば、第１の面３４２の平面に交差する）。いくつかの実施形態では、第１のコイル３２０も第２のコイル３３０も、透磁性材料３４０を包囲しない（たとえば、第１の面３４２上から第１の面３４２の反対の透磁性材料３４０の底面の下に延びる）。図１７Ａ〜図１７Ｂに示すように、第１のコイル３２０は、第１の面３４２上から第１の面３４２の下に延びてよく（たとえば、第１の面３４２の平面に交差してよく）、第１の縁部３４６において第１の面３４２に接触する第２の面３４４に隣接してよい（たとえば、第１の縁部３４６上に延びてよい）。加えて、第２のコイル３３０は、第１の面３４２上から第１の面３４２の下に延びてよく（たとえば、第１の面３４２の平面に交差してよく）、第２の縁部３５０において第１の面３４２に接触する第３の面３４８に隣接してよい（たとえば、第２の縁部３５０上に延びてよい）。いくつかの実施形態では、第１の縁部３４６は、図１７Ａ〜図１７Ｂに概略的に示すように、第２の縁部３５０の反対であり得る。
【００８７】
図１７Ａ〜図１７Ｂに示す例示的な構造では、透磁性材料３４０は、モノリシックフェライトプレートである。いくつかの他の構成では、透磁性材料３４０は、互いに機械的に結合されて、透磁性材料３４０を形成する複数の透磁性部分（たとえば、プレート、ロッド、ブロック、タイル）を備え得る。これらの複数の透磁性部分は、互いと少なくとも部分的に離間され得る。たとえば、透磁性材料３４０は、非透磁性かつ非導電性の材料（たとえば、空気、プラスチック）を備える、少なくとも１つの領域を備え得る。少なくとも１つの領域は、互いに隣接する複数の領域、互いと別個である（たとえば、フェライト材料もしくは導電性材料によって分離された）複数の領域、またはそれら両方の複数の領域を備え得る。少なくとも１つの領域は、透磁性材料３４０の総エリアよりも２０％少ない総和エリア（たとえば、少なくとも１つの領域のエリアの総和）を有し得る。
【００８８】
いくつかの実施形態では、第１のコイル３２０の第１の層３２２は、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、第２のコイル３３０の第３の層３３２は、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有する。第１の領域の第１の中心点および第２の領域の第２の中心点は、それぞれ、透磁性材料３４０の中心点に対してよりも、第１の縁部３４６および第２の縁部３５０に対してより近い場合がある。いくつかの実施形態では、それぞれ、第１の層３２２および第３の層３３２内の第１のコイル３２０ならびに第２のコイル３３０の各々の少なくとも１つの巻きによって画定される第１の幾何平面は、実質的に平坦な第１の面３４２と平行である。
【００８９】
図２６Ａ〜図２６Ｃはそれぞれ、本明細書で説明するいくつかの実施形態による「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器磁束デバイス３１０のモデルの透過トップダウン図、分解図、および斜視切断図を示す。第１のコイル３２０が第１の縁部３４６上に延び、第１の面３４２の平面に交差し、第２のコイル３３０が第２の縁部３５０上に延び、第１の面３４２の平面に交差するため、本明細書で説明するいくつかの実施形態は、「二重Ｄ、前面積層巻線」結合器磁束デバイス３１０を使用した小型車両パッケージ統合ソリューション内の電子機器に潜在的なスペースを提供する。そのような磁束デバイス３１０の一例の底面図は図２６Ｄによって概略的に示されている。磁束デバイス３１０は、第１のコイル３２０と、第２のコイル３３０と、透磁性材料３４０とによって少なくとも部分的に境界が画定された１つまたは複数の領域３６０を備える。図２６Ｄの１つまたは複数の領域３６０は、第１のコイル３２０および第２のコイル３３０の底面下の透磁性材料３４０の反対側に位置する。これらの領域は、電子部品（たとえば、磁束デバイス３１０の電力変換電子機器およびセンサ電子機器）を包含するように構成され得る。
【００９０】
ステップ９および１０で「二重Ｄ」の変形を続けると、「二重Ｄ」巻線の外側区分をフェライトの前面上に完全に引っ張ることができ、フェライトを持ち上げて、フェライトの下に巻線用のスペースを作ることができる。コイルはフェライトコアの周囲に巻かれているため、図１８に示す、結果として生じる新しいトポロジーは、「ソレノイド」タイプの結合器の変形態と見なされ得る。しかしながら、２つのコイルは非常に斜めであり、「二重ソレノイド、前面積層巻線」トポロジーと称する、前面積層巻線を依然として有する。磁束デバイスの全高（図１８に示さず）が維持される場合、このステップはまた、コイルおよび／またはフェライト構造の厚みを減少させるステップを含み得る。加えて、外側巻線区分は、このとき、バックプレートに非常に近接する可能性があり、コイルのＱ値に悪影響を有し得る。他方で、結合は実質的に増大され得、Ｑ値の損失を部分的に補償し、依然として許容可能な効率性をもたらす。
【００９１】
以下のステップ（ステップ１１、１２、１３、および１４）で、フェライトの下のコイル区分が磁束デバイスの中央に向けて段階的に動かされるように、２つのソレノイドコイルは連続的に収縮され（たとえば、縮小され）、（フェライトの上の）中央区分を固定状態に維持する。この変形プロセスは、「二重ソレノイド」トポロジーのある変形態を形成することができ、最終的に「ソレノイド」トポロジーになる。ステップ１０で、底部コイル区分は折り畳まれず（たとえば、単一平面内のすべての巻線）、図１９Ａ〜図１９Ｄに概略的に示され、「二重ソレノイド、斜め巻線」と称する変形態をもたらす。ステップ１１で、フェライトの長さはその「フルサイズ」に増大され、図２０Ａ〜図２０Ｃに概略的に示すように、「二重ソレノイド、斜め巻線、フルサイズフェライト」と称するトポロジーをもたらす。このトポロジーは、「二重Ｄ、フルサイズフェライト結合器」（たとえば、図１５Ａ〜図１５Ｂ、および図２５参照）と類似と見なされ得る。ステップ１２および１３で、コイルはさらに収縮され、まず、「二重ソレノイド、わずかに斜め」結合器（たとえば、図２０Ａ〜図２０Ｃ）をもたらし、次いで、「二重ソレノイド、コイル隣接」結合器をもたらす。最終的に、ステップ１４で、２つのコイルはマージして、図８Ａ〜図８Ｂに示す、最強の結合を提供するが、すべてのトポロジーの中で最高放出レベルも提供する単一の「ソレノイド」トポロジーになる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、（たとえば、その例が図１７Ａ〜図１７Ｂおよび図２６Ａ〜図２６Ｄによって概略的に示される）削減されたフェライト構造および積層巻線を備える「二重Ｄ前面積層巻線」構成のさらなる利点は、「ＤＤＱ」コイルが垂直磁束成分と水平磁束成分の両方を拾い上げることができるように、本明細書で「四重極」（Ｑ）コイルと呼ばれる、「二重Ｄ」（ＤＤ）コイルと「円形」コイルの両方を統合する（「ＤＤＱ」コイル構成と呼ばれる）、いわゆる、交差分極結合器を設計する際に見出され得る。交差分極結合器は、ｘ方向とｙ方向の両方に同時により多くの変位許容を提供する可能性を有する。この概念はまた基地（たとえば、一次）側に適用され得る。加えて、下でより十分に説明するように、交差分極結合器、すなわち、「ＤＤＱ」コイル構成は、（たとえば、最小エアスペースだけを開放状態に残すことによって）利用可能なスペースを最大可能範囲まで利用するために有用であり得る。
【００９３】
図２７Ａ〜図２７Ｃは、磁束デバイス４１０の上方のスペースとの間で電力をワイヤレスに受信または送信するための例示的な磁束デバイス４１０（たとえば、交差分極結合器、すなわち、「ＤＤＱ」コイル構成）を概略的に示す。磁束デバイス４１０は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第１の導電性構造４２０（たとえば、「ＤＤコイル」）備える。第１の導電性構造４２０は、第１の下面を有する第１のコイル４２２（たとえば、第１のＤコイル）と、第２の下面を有する第２のコイル４２４（たとえば、第２のＤコイル）とを備える。第１のコイル４２０の第１の下面は、第２のコイル４２４の第２の下面と実質的に同一面上にある。第１の導電性構造４２０は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である、第１の長さ（Ｌ１）と第１の幅（Ｗ１）とを有し、第１の長さは第１の幅よりも大きい。磁束デバイス４１０は、磁場を介して電力をワイヤレスに受信または送信するように構成された第２の導電性構造４４０（たとえば、「Ｑコイル」）をさらに備える。第２の導電性構造４４０は、両方とも第１の下面および第２の下面と実質的に平行である、第２の長さ（Ｌ２）と第１の幅（Ｗ２）とを有し、第２の長さは第１の長さと実質的に平行であり、第２の幅よりも大きい。第１の導電性構造４２０の少なくとも第１の平面部分４２６は、第２の導電性構造４３０の第２の平面部分４３６と実質的に同一面上にある。
【００９４】
いくつかの実施形態では、第１の導電性構造４２０は、第２の導電性構造４４０の実質的に平坦な面と平行であり、その面とは異なる層内にある第１の幾何平面を画定する、１つまたは複数の導電性巻線の第１の層を備え、第１の導電性構造４２０は、実質的に平坦な面によって画定された第３の幾何平面と少なくとも部分的に交差する（たとえば、それと同一面上にある）第２の幾何平面を画定する、１つまたは複数の導電性巻線の第２の層をさらに備える。第１の導電性構造４２０は、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し得、第２の導電性構造４４０は、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有し得、第２の導電性構造４４０の１つまたは複数の導電性巻線は、第１の領域および第２の領域内に位置し、第１の層と実質的に同一面にあり、第２の層とは異なる層内に位置する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、図２７Ａ〜図２７Ｃに概略的に示すように、第１の導電性構造４２０（たとえば、第１のコイル４２２および第２のコイル４２４）ならびに第２の導電性構造４４０は、透磁性材料４４０の実質的に平坦な面４４２を実質的に完全に覆うように構成される。いくつかの実施形態では、図２７Ａ〜図２７Ｃに概略的に示すように、第１の導電性構造４２０および第２の導電性構造４３０は互いの上に積層される。図２７Ｃで理解できるように、第１の導電性構造４２０の第１の平面部分４２６は、第２の導電性構造４３０の第２の平面部分４３６を包含する少なくとも１つの領域の境界を少なくとも部分的に画定する。いくつかのそのような実施形態では、磁束デバイス４１０は、（たとえば、最小エアスペースだけを開放状態に残すことによって）利用可能なスペースを最大可能範囲まで利用することによって、最適スペース利用を有利に提供する。
【００９６】
いくつかの実施形態では、図２７Ａに概略的に示すように、第１の長さは第２の長さよりも大きく、第１の幅は第２の幅に実質的に等しい。いくつかの実施形態では、第１のコイル４２２および第２のコイル４２４は、第１のエリアおよび第２のエリアをそれぞれ囲み、第２の導電性構造４３０は第３のエリアを囲む。第１の導電性構造４２０は、第１の導電性構造４２０の第１の長さに沿って延びる第１の幾何直線と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有し得る。いくつかの実施形態では、第１の幾何直線は第２の導電性構造４３０の第２の長さに沿って同様に延びるのに対して、いくつかの他の実施形態では、第１の幾何直線は、第２の導電性構造４３０の第２の長さに沿って延びる第２の幾何直線と実質的に平行である。いくつかの実施形態では、磁束デバイス４１０は、第１の導電性構造４２０と、第２の導電性構造４３０と、透磁性材料４４０とによって少なくとも部分的に境界が画定された、１つまたは複数の領域を備える。１つまたは複数の領域は、第１の導電性構造４２０および第２の導電性構造４３０の底面下の透磁性材料４４０の反対側に位置し得る。これらの領域は、電子部品（たとえば、磁束デバイス４１０の電力変換電子機器およびセンサ電子機器）を包含するように構成され得る。
【００９７】
（たとえば、図２７Ａ〜図２７Ｃに概略的に示す）「ＤＤＱ」コイル構成に対応するために、（たとえば、最小エアスペースだけを開放状態に維持することによって）利用可能なスペースを最大可能範囲まで利用することが有用であり得る。フェライトおよび銅（たとえば、リッツワイヤ）用に利用可能なスペースの最適利用は、（たとえば、車両パッケージに関する）厳しい形状因子制約に関して特に有用であり得る。したがって、フェライトの前面におけるスペースを積層巻線で充填することは、結合とスペース利用の両方の点で好ましい効果を備えた有用な手法であり得る。これは、図２７Ｃの斜視切断図に示すように、「Ｑ」コイルを「ＤＤ」コイルの開口内、およびフェライト構造の真上の同一面内に埋め込むための十分なスペースを提供することができる。この手法は、ロープロファイル磁束デバイスソリューションにとって有用であり得る。フェライトのサイズが削減されることにより、互いの上部にある「ＤＤ」コイル巻線および「Ｑ」コイル巻線の側面区分に対応するために、磁束デバイスの各側上に何らかのスペースも存在し得る。フェライトの側面におけるスペースの最適利用は、図２７Ｂで理解できるように、交互の積層コイル巻線により達成され得る。
【００９８】
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび／もしくはソフトウェアの構成要素、回路、ならびに／またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行され得る。一般に、図に示す任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。たとえば、少なくとも１つの電流を流すための手段、または電流を導くための手段は、導電性コイルを備え得る。加えて、磁束を修正するための手段または磁束をチャンネリングするための手段は、透磁性材料を備え得る。加えて、電力をワイヤレスに送信または受信するための手段は、ワイヤレス電気送信機またはワイヤレス電気受信機を備え得る。
【００９９】
様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【０１００】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計の制約に依存する。説明した機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
【０１０１】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装あるいは実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、また、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサの組合せ、１つもしくは複数のマイクロプロセッサのＤＳＰコアと一緒の組合せ、またはそのような任意の他の構成など、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されてもよい。
【０１０２】
本明細書で開示する実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで具現化されても、またはその２つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、１つもしくは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ  ＲＯＭ、または、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。本明細書で使用するディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、データをレーザで光学的に再生する。上述したものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含められるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ内に存在し得る。そのＡＳＩＣはユーザ端末内に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在し得る。
【０１０３】
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された１つの利点または利点のグループを、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行することができる。
【０１０４】
上述された実施形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  ワイヤレス電力伝達システム
１０２ａ、１０２ｂ  基地ワイヤレス充電システム
１０４ａ  基地システム誘導コイル
１１０  電力リンク
１１２  電気車両
１１４  電気車両ワイヤレス充電システム
１１６  電気車両誘導コイル
１１８  バッテリーユニット
１３０  ローカル配電センター
１３２  電力バックボーン
２００  ワイヤレス電力伝達システム
２０２  基地ワイヤレス電力充電システム
２０４  基地システム誘導コイル
２０６  基地システム送信回路
２０８  電源
２１０  磁束デバイス
２１４  電気車両充電システム
２１６  電気車両誘導コイル
２１８  電気車両バッテリーユニット、バッテリーユニット
２２０  第１の導電性コイル、第１のコイル
２２２  電気車両受信回路
２３０  第２の導電性コイル、第２のコイル
２３６  基地充電システム電力変換器、電力変換器
２３８  電気車両電力変換器
２４０  透磁性材料
２４２  実質的に平坦な面
３００  ワイヤレス電力伝達システム
３０２  基地ワイヤレス充電システム
３０４  基地システム誘導コイル、基地誘導コイル
３１０  磁束デバイス
３１４  電気車両充電システム
３１６  電気車両誘導コイル
３２０  第１の導電性コイル、第１のコイル
３２２  第１の層
３２４  第２の層
３３０  第２の導電性コイル、第２のコイル
３３２  第３の層
３３４  第４の層
３３６  充電システム電力変換器、基地充電システム電力変換器
３３８  電気車両電力変換器
３４０  透磁性材料
３４２  基地充電システムコントローラ、第１の面
３４４  電気車両コントローラ、第２の面
３４６  第１の縁部
３４８  第３の面
３５０  第２の縁部
３５２  位置合わせシステム、基地充電位置合わせシステム
３５４  位置合わせシステム、電気車両位置合わせシステム、基地充電システム電力インターフェース
３５６  通信リンク
３６２  基地充電案内システム
３６４  電気車両案内システム
３６６  案内リンク
３７２  基地充電通信システム
３７４  電気車両通信システム
３７６  通信リンク
４１０  磁束デバイス
４１２  電気車両
４２０  第１の導電性構造
４２２  電気車両バッテリーユニット、第１のコイル
４２４  バッテリーコンパートメント、第２のコイル
４２６  充電器／バッテリーコードレスインターフェース、ワイヤレス電力インターフェース、第１の平面部分
４２８  バッテリー／ＥＶコードレスインターフェース
４３０  第２の導電性構造
４３６  第２の平面部分
４４０  第１の導電性構造
５３０ｄ  バッテリー空間
５３２ａ  導電シールド
５３２ｂ  導電シールド
５３２ｄ  導電シールド
５３３ｄ  非導電（たとえば、プラスチック）保護層
５３４ｂ  保護筐体
５３６ａ  フェライト埋込み型誘導コイル、コイル
５３６ｂ  コイル
５３６ｃ  コイル
５３６ｄ  コイル
５３８ａ  フェライト材料
５３８ｂ  フェライト材料
５３８ｄ  フェライト材料
５４２ｄ  電気車両誘導コイルモジュール
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0006565082.tif 000013
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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