(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力をワイヤレスに伝達するための装置であって、
ベースパッドによって発生された磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成された略長方形の第１の導電性構造であって、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む第１のループおよび第２のループを備え、前記第１のループが第１の下面を有し、前記第２のループが第２の下面を有し、前記第１の下面と前記第２の下面が実質的に同一平面上にあり、第１の導電性構造が、前記第１の導電性構造の略長方形の長辺方向に沿った第１の形状線と各々が交差する第１の縁部および第２の縁部を有する、第１の導電性構造と、
前記第１の導電性構造と略長方形の磁性材料との間に配置され、前記ベースパッドによって発生された磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成された、略長方形の第２の導電性構造であって、第３のエリアを囲む第３のループを備え、前記第２の導電性構造の略長方形の長辺が、少なくとも前記第１の導電性構造の前記第１の縁部と前記第２の縁部との間の前記第１の形状線に沿った距離に等しい、第２の導電性構造と
を備え、
前記第１の導電性構造の略長方形の長辺は、前記第２の導電性構造の略長方形の長辺に実質的に平行に配置されており、
前記第１および第２の導電性構造の略長方形の長辺が、ベースパッドの略長方形の長辺に実質的に垂直に配置されるとき、前記第１および第２の導電性構造は前記磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成されている、装置。
【請求項２】
前記第１の導電性構造および前記第２の導電性構造が、前記磁場を発生させるように構成されたベースパッドの上に配置されるように構成され、前記ベースパッドは、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ベースパッドの上に配置されたとき、前記第１の形状線と直交する前記ベースパッドの略長方形の長辺に沿った第２の形状線を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記磁性材料、第１の導電性構造、および第２の導電性構造によって画定された第１の長方形が、短辺ｃおよび長辺ｃ＋ｄを有し、ｃ割るｄがｃ＋ｄ割るｃに実質的に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ベースパッドによって形成された第２の長方形が、短辺ａおよび長辺ａ＋ｂを有し、ａ割るｂがａ＋ｂ割るａに実質的に等しい、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１および第２の導電性構造が、前記第１および第２の導電性構造の表面エリアをカバーする幾何学的長方形の中心に位置する第１の中心点を画定し、前記ベースパッドが、前記ベースパッドの前記表面エリアをカバーする幾何学的長方形の中心に位置する第２の中心点を画定し、前記第１の中心点と前記第２の中心点との間のオフセット距離を含み、そこでの結合量がしきい値を上回る点のセットが、略長方形の領域を画定し、前記結合量が、前記第１の導電性構造と前記ベースパッドとの間の結合を測定する第１の結合係数および前記第２の導電性構造と前記ベースパッドとの間の結合を測定する第２の結合係数から導出された値によって、少なくとも部分的に定義される、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記ベースパッドが、第４のエリアを画定するループを備え、前記略長方形の領域の長辺は、前記第４のエリアの前記第２の形状線に沿った長さと前記第３のエリアの前記第２の形状線に沿った長さとの間の差分に等しい、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ベースパッドの前記ループは、外縁および内縁を有しており、前記略長方形の領域の短辺が、前記第２の形状線に沿った前記ベースパッドの前記ループの一側における前記外縁と前記内縁との間の第１の中心点と、前記第２の形状線に沿った前記ベースパッドの前記ループの他側における前記外縁と前記内縁との間の第２の中心点との間の距離に等しい、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の導電性構造が、
前記第１のエリアおよび前記第２のエリアを囲むように巻き付けられた第１のコイル、または
前記第１のエリアを囲むように巻き付けられた第２のコイルおよび前記第２のエリアを囲むように巻き付けられた第３のコイル
を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２の導電性構造に結合され、前記第１および第２の導電性構造を介して受信された前記電力の組合せに少なくとも部分的に基づいて、電気車両に電力供給または充電するように構成された、受信回路をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の導電性構造の各々と送信機導電性構造との間の結合量を示す測定値を受信するように構成されたコントローラをさらに備え、前記コントローラが、前記結合量に基づいて前記第１または第２の導電性構造を選択的に非アクティブ化するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置が、前記第１および第２の導電性構造の各々と送信機導電性構造との間の結合量を検出するように構成され、前記結合量に基づいて前記第１および第２の導電性構造内の電流の振幅または位相のうちの少なくとも１つを制御するように構成された、コントローラをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記コントローラが、前記電流の前記振幅または前記位相のうちの少なくとも１つを制御して、電磁放射のレベルをしきい値未満に維持するように構成された、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
電力をワイヤレスに伝達する方法であって、
略長方形のベースパッドによって発生された磁場を介して略長方形の第１の導電性構造を介して電力をワイヤレスに受信するステップであって、前記第１の導電性構造が、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む第１のループおよび第２のループを備え、前記第１のループが第１の下面を有し、前記第２のループが第２の下面を有し、前記第１の下面と前記第２の下面が実質的に同一平面上にあり、前記第１の導電性構造が、前記第１の導電性構造の略長方形の長辺方向に沿った形状線と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する、ステップと、
前記第１の導電性構造と略長方形の磁性材料との間に配置された略長方形の第２の導電性構造を介して、ベースパッドによって発生された電力をワイヤレスに受信するステップであって、前記第２の導電性構造が第３のエリアを囲み、前記第２の導電性構造の略長方形の長辺が、少なくとも前記第１の導電性構造の前記第１の縁部と前記第２の縁部との間の前記形状線に沿った距離に等しい、ステップと
を含み、
前記第１の導電性構造の略長方形の長辺は、前記第２の導電性構造の略長方形の長辺に実質的に平行に、およびベースパッドの略長方形の長辺に実質的に垂直に配置される、方法。
【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、バッテリを含む車両などのリモートシステムへのワイヤレス電力伝達に関係するデバイス、システム、および方法に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル用のコイル配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ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を充電するための電気を受信する。バッテリ式電気車両（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、電気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ワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＰＣＴ公報第ＷＯ２０１０／０９０５３９号
【特許文献２】米国公報第ＵＳ２０１０／０１０９６０４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、それらのどの態様も、本明細書に記載される望ましい属性に単独で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が記載される。
【０００５】
本明細書に記載される主題の１つまたは複数の実装形態の詳細が、下記の添付の図面および発明を実施するための形態において説明される。他の特徴、態様、および利点は、発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。以下の図の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【０００６】
本開示に記載される主題の一態様は、電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、磁場を介して、電力をワイヤレスに受信するように構成された第１の導電性構造を含む。第１の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第１の導電性構造は、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む、第１のループおよび第２のループを含む。第１のループは第１の下面を有し、第２のループは第２の下面を有し、第１の下面と第２の下面は実質的に同一平面上にある。第１の導電性構造は、第１の導電性構造の長さに沿った第１の形状線（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｌｉｎｅ）と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。装置は、第１の導電性構造と磁性材料との間に配置され、磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成された第２の導電性構造をさらに含む。第２の導電性構造は、第３のエリアを囲む第３のループを含む。第２の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第２の導電性構造の長さは、少なくとも第１の導電性構造の第１の縁部と第２の縁部との間の第１の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【０００７】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに通信する方法の実装形態を提供する。方法は、磁場を介して、第１の導電性構造を介して電力をワイヤレスに受信することを含む。第１の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第１の導電性構造は、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む、第１のループおよび第２のループを含む。第１のループは第１の下面を有し、第２のループは第２の下面を有し、第１の下面と第２の下面は実質的に同一平面上にある。第１の導電性構造は、第１の導電性構造の長さに沿った形状線と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。方法は、第１の導電性構造と磁性材料との間に配置された第２の導電性構造を介して、電力をワイヤレスに受信することをさらに含む。第２の導電性構造は、第３のエリアを囲む。第２の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第２の導電性構造の長さは、少なくとも第１の導電性構造の第１の縁部と第２の縁部との間の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【０００８】
本開示に記載される主題のさらに別の態様は、電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、磁場を介して、電力をワイヤレスに受信するための第１の手段を含む。第１の受信手段は、幅よりも大きい長さを有する。第１の受信手段は、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む、第１のループおよび第２のループを含む。第１のループは第１の下面を有し、第２のループは第２の下面を有し、第１の下面と第２の下面は実質的に同一平面上にある。第１の受信手段は、第１の受信手段の長さに沿った形状線と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。装置は、第１の受信手段と磁性材料との間に配置された磁場を介して、電力をワイヤレスに受信するための第２の手段をさらに含む。第２の受信手段は、第３のエリアを囲む。第２の受信手段は、幅よりも大きい長さを有する。第２の受信手段の長さは、少なくとも第１の受信手段の第１の縁部と第２の縁部との間の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【０００９】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、時変信号を出力するように構成された送信回路を含む。装置は、時変信号を受信し、受信機デバイスに電力供給または充電するための電力をワイヤレスに伝達するのに十分なレベルで電磁場を発生させるように構成された、導電性構造をさらに含む。導電性構造は、幅ａおよび長さａ＋ｂを有する長方形の形状因子を有し、ａ割るｂは、ａ＋ｂ割るａに実質的に等しい。
【００１０】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達する方法の実装形態を提供する。方法は、送信回路から時変信号を出力することを含む。方法は、時変信号を受信することと、導電性構造で受信機デバイスに電力供給または充電するための電力をワイヤレスに伝達するのに十分なレベルで電磁場を発生させることとをさらに含み、導電性構造は、幅ａおよび長さａ＋ｂを有する長方形の形状因子を有し、ａ割るｂは、ａ＋ｂ割るａに実質的に等しい。
【００１１】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達する装置を提供する。装置は、時変信号を出力するための手段を含む。装置は、時変信号に基づいて電磁場を発生させるための手段をさらに含む。電磁場は、受信機デバイスに電力供給または充電するための電力をワイヤレスに伝達するのに十分なレベルにある。発生手段は、幅ａおよび長さａ＋ｂを有する長方形の形状因子を有し、ａ割るｂは、ａ＋ｂ割るａに実質的に等しい。
【００１２】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第１の電磁場を介して、電力をワイヤレスに送信または受信するように構成された、第１の導電性構造を含む。第１の導電性構造は、第１のエリアを囲む第１のループを含む。装置は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第２の電磁場を介して、電力をワイヤレスに送信または受信するように構成された、第２の導電性構造をさらに含む。第２の導電性構造は、第１のエリアの内部に配置され、第１の導電性構造と実質的に同一平面上にある。第２の導電性構造は、それぞれ第２のエリアおよび第３のエリアを囲む、第２のループおよび第３のループを含む。第２のループは第２の下面を有し、第３のループは第３の下面を有し、第２の下面と第３の下面は実質的に同一平面上にある。
【００１３】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達する方法の実装形態を提供する。方法は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第１の電磁場を介して、第１の導電性構造で電力をワイヤレスに送信または受信することを含む。第１の導電性構造は、第１のエリアを囲む第１のループを含む。方法は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第２の電磁場を介して、第２の導電性構造で電力をワイヤレスに送信または受信することをさらに含む。第２の導電性構造は、第１のエリアの内部に配置され、第１の導電性構造と実質的に同一平面上にある。第２の導電性構造は、それぞれ第２のエリアおよび第３のエリアを囲む、第２のループおよび第３のループを含む。第２のループは第２の下面を有し、第３のループは第３の下面を有し、第２の下面と第３の下面は実質的に同一平面上にある。
【００１４】
本開示に記載される主題の別の態様は、電力をワイヤレスに伝達するための装置を提供する。装置は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第１の電磁場を介して、電力をワイヤレスに送信または受信するための第１の手段を含む。第１の手段は、第１のエリアを囲む第１のループを含む。装置は、負荷に電力供給または充電するのに十分なレベルにある第２の電磁場を介して、電力をワイヤレスに送信または受信するための第２の手段をさらに含む。第２の手段は、第１のエリアの内部に配置され、第１の手段と実質的に同一平面上にある。第２の手段は、それぞれ第２のエリアおよび第３のエリアを囲む、第２のループおよび第３のループを含む。第２のループは第２の下面を有し、第３のループは第３の下面を有し、第２の下面と第３の下面は実質的に同一平面上にある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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構成要素の概略図である。
【図３】ベースパッドおよび車両パッドの例示的な実施形態を含む、誘導電力伝達システムの上面図および断面図である。
【図４】図３のパッドの実施形態による、ｘ方向およびｙ方向の位置合わせオフセットの関数として、結合係数ｋの例示的な値を示すプロットである。
【図５】図３のパッドの実施形態による、ｘ方向およびｙ方向のオフセットの関数として、１次電流変動の例示的な値を示すプロットである。
【図６】一実施形態による、ベースパッドの上に配列された車両パッドを含む、充電システムの斜視図である。
【図７】一実施形態による、ベースパッドおよび車両パッドの例示的な実施形態を含む、誘導電力伝達システムの上面図および断面図である。
【図８】図７のベースパッドおよび車両パッドについての位置合わせオフセットの関数としての１次電流変動の例示的な値のプロットである。
【図９】一実施形態による、ベースパッドおよび車両パッドを含む、例示的な誘導電力伝達システムの上面図および断面図である。
【図１０】図７および図９のパッドによる、ｘ方向およびｙ方向の位置合わせオフセットの関数として、結合係数ｋの例示的な値を示すプロットである。
【図１１】図９のベースパッドおよび車両パッドの位置合わせオフセットの関数としての１次電流変動の例示的な値のプロットである。
【図１２Ａ】図９のパッドに応じて、ＱコイルおよびＤＤコイルについての例示的な電流フロー構成を示す、例示的なパッドの図である。
【図１２Ｂ】図９のパッドに応じて、ＱコイルおよびＤＤコイルについての例示的な電流フロー構成を示す、例示的なパッドの図である。
【図１２Ｃ】図９のパッドに応じて、ＱコイルおよびＤＤコイルについての例示的な電流フロー構成を示す、例示的なパッドの図である。
【図１３】一実施形態による、ワイヤレス電力伝達パッドの例示的な実施形態の上面図および断面図である。
【図１４】一実施形態による、別の例示的なワイヤレス電力伝達パッドの上面図および断面図である。
【図１５Ａ】一実施形態による、ベースパッドおよび車両パッドを含む、例示的な誘導電力伝達システムの上面図および断面図である。
【図１５Ｂ】一実施形態による、誘導電力伝達システムで使用され得る、例示的な車両パッドの上面図および断面図である。
【図１６】一実施形態による、ベースパッドおよび車両パッドを含む、別の例示的な誘導電力伝達システムの上面図および断面図である。
【図１７】一実施形態による、選択された位置合わせの許容範囲を達成するために、ベースパッドおよび車両パッドの寸法決定用の情報を有する、図９の誘導電力伝達システムを示す図である。
【図１８】図９の「方円形」ベースパッドの上の図９の車両パッドの位置合わせを示す図である。
【図１９】一実施形態による、図９の例示的なベースパッドの上面図である。
【図２０】一実施形態による、図９の例示的な車両パッドの上面図および断面図である。
【図２１Ａ】図２０の車両パッドが図１９のベースパッドの上に位置合わせされたときの、誘導電力伝達システムの位置合わせの許容範囲を示す図である。
【図２１Ｂ】図２０の車両パッドが図１９のベースパッドの上に位置合わせされたときの、誘導電力伝達システムの位置合わせの許容範囲を示す図である。
【図２２Ａ】システムの水平方向の位置合わせの許容範囲を示す水平方向のオフセット（ｙ方向）の関数としての、２つの異なる例示的なパッドの高さでの例示的な結合係数ｋのプロットである。
【図２２Ｂ】システムの垂直方向の位置合わせの許容範囲を示す垂直方向のオフセット（ｘ方向）の関数としての、２つの異なる例示的なパッドの高さでの例示的な結合係数ｋのプロットである。
【図２３】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２４】一実装形態による、電力をワイヤレスに伝達する方法の実装形態のフローチャートである。
【図２５】例示的な実装形態による、ワイヤレス電力受信機の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通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、恣意的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、またはデバイスのすべての構成要素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。
【００１７】
添付の図面に関して下記に記載される発明を実施するための形態は、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、または例示としての働きをすること」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か、または有利であると解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、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。例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践され得ることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、本明細書に提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１８】
電力をワイヤレスに伝達することは、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、または結合することができる。
【００１９】
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つまた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）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）の形態で記載される。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。
【００２０】
図１は、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がベース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。対応するベース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台の電気自動車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を介してベース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。ベース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ベースシステム誘導コイル１０４ａを含む。電気車両１１２は、バッテリユニット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とを含むことができる。電気車両誘導コイル１１６は、たとえば、ベースシステム誘導コイル１０４ａによって発生した電磁場の領域を介して、ベースシステム誘導コイル１０４ａと相互作用することができる。
【００２１】
いくつかの例示的な実施形態では、ベースシステム誘導コイル１０４ａによって発生し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、ベース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。場合によっては、エネルギー場は、ベース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、ベースシステム誘導コイル１０４ａから遠くに電力を放射しない、ベース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、ベースシステム誘導コイル１０４ａの波長の約１／２π以内にある領域（反対に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。
【００２２】
ローカル配電センタ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）と通信し、通信リンク１０８を介してベースワイヤレス充電システム１０２ａと通信するように構成することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、単に運転手がベース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、ベース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。さらに他の実施形態では、電気車両１１２は、オートパイロットシステムによって配置することができ、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、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、または運転手が最小限の介入しか行わずに、電気車両１１２によって自動的かつ自律的に実行することができる。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル１１６、ベース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】
ベース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）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を参照して記載された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、ベースワイヤレス充電システム１０２ａが電気車両１１２に電力を伝達するか、またはたとえばエネルギー不足の際に電気車両１１２がベースワイヤレス充電システム１０２ａに電力を伝達するように、互恵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】
他の何らかの使用事例では、送信機デバイスと受信機デバイスとの位置合わせを改善するか、またはどの送信機デバイスが受信機デバイスに電力を伝達するのにふさわしく配置されているかを識別するプロセスの一環として、反対方向の電力フローは、少量にすぎない場合がある。
【００２９】
したがって、「送信機」、「受信機」、「１次」および「２次」などの用語が、電源から電気車両に、すなわち送信機デバイスまたは１次デバイスから受信機デバイスまたは２次デバイスに電力を伝達するために使用されるときのワイヤレス電力伝達システムの構成要素の通常使用を指すために、本明細書で使用されることが理解されよう。したがって、「送信機」が電力を受信するために使用される場合もあり、「受信機」が電力を送信するために使用される場合もある。これらの用語の使用は、理解しやすいようにシステムのいくつかの構成要素の動作の通常の意味を参照しているが、そのような構成要素の任意の特定の動作に本発明を限定するものではない。
【００３０】
図２は、図１のワイヤレス電力伝達システム１００の例示的な構成要素の概略図である。図２に示されたように、ワイヤレス電力伝達システム２００は、インダクタンスＬ１を有するベースシステム誘導コイル２０４を含むベースシステム送信回路２０６を含むことができる。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。本明細書に記載される実施形態は、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。
【００３１】
共振周波数は、上述された誘導コイル（たとえば、ベース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、キャパシタが、電磁場を発生させる共振回路（たとえば、ベースシステム送信回路２０６）を作成するために誘導コイルに追加されるか、または誘導コイルと統合され、誘導コイルと直列に配列される場合がある。したがって、より大きい直径の誘導コイルの場合、共振を誘起するための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する場合がある。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に依存する場合がある。さらに、誘導コイルの直径が増大するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増大する場合がある。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、誘導コイルの共振を改善するための高品質（Ｑ）因子を有するように設計される場合がある。
【００３２】
コイルは、電気車両誘導コイル２１６およびベースシステム誘導コイル２０４に使用することができる。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」と呼ばれる場合がある。ワイヤレス電力伝達システム２００の動作は、ベース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記載されるが、これに限定されない。たとえば、上記で説明されたように、電気車両１１２は、ベース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。
【００３３】
図２を参照すると、電源２０８（たとえば、ＡＣまたはＤＣ）は、ベース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。ベースワイヤレス電力充電システム２０２は、ベース充電システム電力変換器２３６を含む。ベース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。ベース充電システム電力変換器２３６は、ベース充電システム同調回路２０５を含む、ベースシステム送信回路２０６に電力Ｐ１を供給する。所望の周波数でベースシステム誘導コイル２０４との共振回路を形成するために、ベース充電システム同調回路２０５が提供される場合がある。同調回路２０５は、ベースシステム誘導コイル２０４に結合された１つまたは複数の反応性同調構成要素（たとえば、１つまたは複数のキャパシタ）を含む場合がある。反応性同調構成要素は、ベースシステム誘導コイル２０４と直列構成もしくは並列構成で、または直列構成と並列構成の任意の組合せで、電気的に接続される場合がある。
【００３４】
ベースシステム誘導コイル２０４を含むベースシステム送信回路２０６と、電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２とは、実質的に同じ周波数に同調することができるし、ベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル２１６のうちの１つによって送出された電磁場の近距離場内に配置することができる。この場合、電気車両充電システム同調回路２２１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に電力が伝達され得るように、ベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル２１６は、互いに結合されるようになることができる。電気車両充電システム同調回路２２１は、所望の周波数で電気車両誘導コイル２１６との共振回路を形成するために提供される場合がある。同調回路２２１は、電気車両誘導コイル２１６に結合された１つまたは複数の反応性同調構成要素（たとえば、１つまたは複数のキャパシタ）を含む場合がある。反応性同調構成要素は、電気車両誘導コイル２１６と直列構成もしくは並列構成で、または直列構成と並列構成の任意の組合せで電気的に接続される場合がある。コイル分離で生じる相互結合係数は、要素ｋ（ｄ）によって表される。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、いくつかの実施形態では、それぞれベース充電システム同調回路２０５および電気車両充電システム同調回路２２１において提供され得る任意の逆リアクタンスキャパシタに固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル２１６および電気車両充電システム同調回路２２１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を供給する。
【００３５】
電気車両電力変換器２３８は、とりわけ、電気車両バッテリユニット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を供給して、電気車両バッテリユニット２１８を充電することができる。電源２０８、ベース充電システム電力変換器２３６、およびベースシステム誘導コイル２０４は、上記で説明された様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリユニット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を通してベースワイヤレス電力充電システム２０２に電力をワイヤレスに供給して、グリッドに電力を戻すように構成することができる。電気車両誘導コイル２１６およびベース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。
【００３６】
簡単のために、上記の説明および図２のブロック図は、単一チャネルのワイヤレス電力送信機および単一チャネルのワイヤレス電力受信機に限定されており、単一の１次誘導コイルを駆動する単一の電力ソースが存在し、単一の電力シンク、たとえば整流器に電力を送達する単一の２次誘導コイル（ピックアップ）が存在することを意味することが理解されよう。しかしながら、ワイヤレス電力伝達システム２００は、複数の１次誘導コイルを駆動する複数の（集約された）電力ソース、および複数の電力シンク（たとえば、整流器）に電力を送達する複数の２次誘導コイルから構成されるマルチチャネルタイプのシステムであり得る。二重チャネル構成は、本明細書に記載されるいくつかの実施形態により、コイル配列を使用するシステムを動作するために使用される場合がある。
【００３７】
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、バッテリへの充電を管理するためのバッテリ管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリ管理システムの一部であり得る。
【００３８】
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を切断すると、充電を一時停止することができ、（送信機としての働きをする）ベースワイヤレス充電システム２０２によって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを利用して、（受信機としての働きをする）電気車両充電システム２１４をベースワイヤレス充電システム２０２から分離することができる。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、ベース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２１４などの受信機が、ベース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。
【００３９】
上述されたように、動作中、車両またはバッテリに向けてのエネルギー伝達を仮定すると、ベース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は電磁場に結合し、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。上述されたように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル２１６の共振周波数およびベース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な相互共振関係に従って、ベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル２１６は構成される。電気車両誘導コイル２１６がベースシステム誘導コイル２０４の近距離場に位置するとき、ベース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。
【００４０】
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行われる。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。
【００４１】
上記で説明されたように、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行われる。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、効率を下げておよび／または電力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。
【００４２】
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対応する場合があるが、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。本明細書では、「コイル」という用語は、すべてが単一の中心点に巻き付く導電性材料のいくつかの巻を有する導電性構造の意味で使用される場合がある。「コイル配列」という用語は、いくつかの「コイル」を備える場合がある導電性材料の任意の巻線配列を意味するために使用される。いくつかの例示的な実施形態では、リッツ線は、コイル配列を形成するために使用される場合がある。
【００４３】
図示されていないが、ベース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することができる。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することができる。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、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を充電するために、整流器および切替回路を含むこともできる。
【００４４】
開示された実施形態の全体にわたって記載された電気車両誘導コイル２１６およびベース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たタイプの「アンテナ」と呼ばれる場合もある。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コアを含むように構成することができる。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る場合がある。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理コアアンテナにより、より強い電磁場の発生および結合の改善が可能になる場合がある。
【００４５】
図１および図２を参照して部分的に記載された誘導電力伝達（ＩＰＴ）システムは、エネルギーのワイヤレス伝達の一例を提供する。ＩＰＴ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、インダクタ、通常、電流伝達媒体のコイルまたは巻線の配列を含む。１次インダクタ内の交流電流は、交流磁場を発生させる。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、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。
【００４６】
図３は、ベースパッド３０２および車両パッド３１４の例示的な実施形態を含む、誘導電力伝達システム３００の上面図および断面図である。電気車両およびプラグインハイブリッド車両のＩＰＴシステムでは、１次電力デバイスは地上に位置する場合があり、「ベース」デバイスまたはベースパッド３０２として知られる場合がある。一態様では、ベースパッド３０２は、図１および図２を参照して上述されたベースシステム誘導コイル１０４を含む、ベースワイヤレス充電システム１０２ａに対応する場合がある。２次電力デバイスは電気車両に位置する場合があり、「ピックアップ」デバイスまたは車両パッド３１４として知られる場合がある。一態様では、車両パッド３１４は、図１および図２を参照して上述された電気車両誘導コイル１１６を含む、電気車両ワイヤレス充電システム１１４に対応する場合がある。これらのデバイスは、地上から車両１１２（図１）に電力を送信するために使用される。
【００４７】
ベースパッド３０２は、上述されたように電力伝達を実現するための交流磁場を発生させるように構成された、１次コイル３０４を含む。ベースパッド３０２は、磁性材料３５０（たとえば、フェライト構造）および導電性背面板３６０をさらに含む。磁性材料３５０は、コイル３０４と導電性背面板３６０との間に配置される。車両パッド３１４は、電力が負荷（図示せず）に供給され得るように、１次コイル３０４によって発生した磁場に応答して電流を発生させるように構成された、２次コイル３１６を含む。車両パッド３１４は、コイル３１６と導電性背面板３６２との間に配置され磁性材料３５２をさらに含む。ＩＰＴシステムは、図１もしくは図２に示された、または場合によっては下記に記載される構成要素のうちの１つまたは複数をさらに含む場合があることを諒解されたい。
【００４８】
以下の説明では、ベースパッド３０２が地上に位置し、車両パッド３１４が車両１１２の底（基部）、たとえば車両１１２の中心に取り付けられて最大距離を実現し、磁場にさらされることから人々を保護すると仮定する。その上、いくつかの実施形態によれば、ベースパッド３０２と車両パッド３１４の両方は、水平方向（ｘ寸法、ｙ寸法）に展開し、垂直（ｚ）寸法に低い高さ（断面）を有する、実質的に平面の構造である。
【００４９】
ＩＰＴシステム３００はまた、電力が他の方向、すなわち車両からグリッド（Ｖ２Ｇ）に伝達されるモードで機能することが可能であり得る。このモードでは、車両パッド３１４がベース内で起電力（ＥＭＦ）を誘起するので、車両パッド３１４は技術的に言えば１次デバイスであり、ベースパッド３０２は２次デバイスである。これにより、電気車両バッテリ１１８（図１）に蓄積された電力が、商用電源網（ｍａｉｎｓ  ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ  ｇｒｉｄ）に戻されることが可能になる場合がある。
【００５０】
電気車両ＩＰＴシステム３００では、縦方向（すなわち、車両１１２に対して前方／後方）および逆方向（すなわち、左右）の許容範囲が望ましい。様々な状況では、縦方向または逆方向における位置ずれに対するより大きい程度の許容範囲を有することが有益であり得る。したがって、電気車両ＩＰＴシステム３００が特定の状況の要件に適合する、許容範囲における柔軟性を有することが望ましい。
【００５１】
ＰＣＴ公報第ＷＯ２０１０／０９０５３９号は、通常地上に配置された、ベース（通常は１次）コイル配列が、フェライトなどの高い磁気透過性の材料から形成されたコアの上に配置された２つの別個の共面コイルを含む、電気車両に電力供給するためのＩＰＴシステムを開示している。さらに、シールドおよび追加のフラックスシェーパとして動作する磁気コアの下に、導電性背面板が存在する。この構成では、コイルを通過するコアを通るまっすぐな経路が存在しない。したがって、特に反対方向の電流で駆動された場合、「ダブルＤ」配列と呼ばれるこのコイル配列は、２つの別個の磁極エリアおよびコイル上の「フラックスパイプ」の形状のそれらの間の磁束アーク線、ＩＰＴシステムの機能空間と呼ばれる高磁束集中のゾーンを発生させる。この構造によって発生する磁気モーメントは、実質的に垂直である「円形」パッドと呼ばれる平面の単一コイル構造の磁気モーメントとは反対に、実質的に水平である。
【００５２】
本明細書に記載された様々な実施形態によれば、受信機（ピックアップ）デバイスのコイル配列で、３つ以上のコイルが使用される場合もある。受信機デバイスは、本明細書で車両パッドとも呼ばれる。最初の２つのコイルは、ベースコイル配列の場合のように、「ダブルＤ」を形成する別個の共面コイルであり得る。エネルギー伝達の間、この「ダブルＤ」は、送信機（ベース）デバイス内の「ダブルＤ」と位置合わせされる。本明細書で「直交位相」コイルと呼ばれる３番目のコイルは、透磁性コアの同じ側にある「ダブルＤ」の上の中心に配置される。「直交位相」コイルにより、「ダブルＤ」によって抽出された水平成分に加えて、受信機デバイスによって遮断された磁場の垂直成分から、電力が抽出されることが可能になる、ソレノイドコイル構造に関しては、「ダブルＤ」は、送信機デバイスと受信機デバイスの磁気モーメントに直交する方向で、送信機デバイスと受信機デバイスとの間の位置ずれに対する許容範囲を有するが、送信機デバイスと受信機デバイスの磁気モーメントに平行な方向の位置ずれに対しては、少しの許容範囲しか有していない。車両パッド内の「ダブルＤ」（ＤＤ）および「直交位相」（Ｑ）から成る三重コイル配列により、平行な方向でのＩＰＴシステムの許容範囲が改善され得るし、こうして、いかなる方向の位置ずれに対しても、システムの全体的な許容範囲が増大する。
【００５３】
本明細書に記載された実施形態の一態様は、電気車両の充電を実行しながら、低放射レベル（たとえば、ＩＣＮＩＲＰ’９８基準レベルまたは無線周波数干渉レベルを下回る、たとえば、欧州規格ＥＮ３００３３０またはＦＣＣパート１５によって定義された限度を下回るＥＭＦ被爆レベル）を達成する能力を改善するコイル構造を対象とする。たとえば、いくつかの実施形態は、車両基部が金属であり、および／もしくは金属シールドを含む場合でも、および／または地上構造が電気的に良好な導電性の材料、たとえば鉄筋コンクリートグラウンド内の鉄棒を含む場合、低放射レベルを達成する場合がある。
【００５４】
車両パッドの上およびベースパッドの下の水平面の導電性構造は、一般に、人々が通常の使用事例で位置する場合があるいくつかの場所で、磁場を実質的に抑制しない場合がある。対照的に、そのような導電性構造の不在時に操作されたシステムと比較した場合、それらは、これらの位置で磁束密度を増加させる磁束チャネルとして動作する場合がある。
【００５５】
「円形」単一コイルパッドとは対照的に、導電性背面板、および米国公報第ＵＳ２０１０／０１０９６０４号で開示されたようなパッドの磁気構造を囲繞する場合があるその任意の拡張、または、車両の鉄製基部、もしくは任意の他の追加の基部のシールドなどの他の導電性表面、または導電性の地上構造は、車両内部（乗員室）を除く危険な位置で放射レベルを抑制する助けにはならない場合がある。これは、磁場の境界条件に関係する場合がある。良好な導電性表面に直交する磁場成分は、実質的に存在しない。それらは、誘起された渦電流によって取り消される（レンツの法則）。
【００５６】
車両の下で噴き出す水平方向の磁束を効果的に取り消すために、垂直導電シールドを使用することができる。車両の底に取り付けられる場合、そのようなシールドは、非実用的で、信頼性がなく、高価過ぎ、美観を損なう可能性がある、引込み用の機械的な手段（たとえば、フラップ、金属スカート）を必要とする場合がある。
【００５７】
本明細書に記載された様々な実施形態によれば、「円形」パッドは、低放射用の潜在能力を有する場合がある。図３のベースパッド３０２および車両パッド３１６は、「円形」構成の一例を示す。さらに、磁気コア上の「ダブルＤ」またはソレノイドコイル構造（図示せず）は、位置合わせオフセットに対するより多くの許容範囲、したがって車両の駐車のためのより多くの自由度をもたらすことができる。
【００５８】
低放射レベルは、高い対称度を実現する、実質的に完全に位置合わせされた「円形」パッド（たとえば、同軸コイル配列）によって実現することができる。たとえば、位置合わせオフセットに起因するいかなる非対称も、シールド構造によって取り消されない可能性がある水平方向の磁気モーメントを発生させる場合があり、車両の周囲で測定される放射を増大させる場合がある。
【００５９】
図４は、図３のパッド３０２および３１４の実施形態による、ｘ方向およびｙ方向の位置合わせオフセットの関数として、結合係数ｋの例示的な値を示すプロットである。図４は、ベースパッド面と車両パッド面との間として定義された所与の空隙の高さについての、結合係数ｋと位置合わせオフセットとの間の例示的な関係を示す。空隙の高さは、パッド３０２および３１４の筐体についてのいくらかの厚さを考慮に入れることができる。図４は、結合の比較的速い崩壊が、ｘ方向およびｙ方向におけるオフセットを増大させて発生する場合があることを示す。この挙動は、少なくとも部分的に図３に示された円形のコイル形状の結果であり得る。
【００６０】
図５は、図３のパッド３０２および３１４の実施形態による、ｘ方向およびｙ方向のオフセットの関数として、１次電流変動の例示的な値を示すプロットである。図５に示された値は、回路の複雑さおよびコストの理由で、負荷に送達される一定の電力、一定の２次側負荷電圧（電気車両バッテリ）、および簡単な受動整流器を使用する非適応ワイヤレス電力受信機を仮定し、その結果、２次共振電流は、所望のｘおよびｙのオフセットレンジにわたって実質的に一定のままである。図５は、１次電流変動が、図３に示された円形のコイル形状の場合、少なくとも部分的にコイルの位置合わせに実質的に基づいて、変化する場合があることを示す。たとえば、例示的な値として、図５は、特定のオフセット半径について約４０％の電流変動を示し、正規化された１次電流変動を
【００６１】
【数１】
0006490585.tif 000002
【００６２】
として定義する。
【００６３】
図６は、一実施形態による、ベースパッド６０２の上に配列された車両パッド６１４を含む、充電システム６００の斜視図である。ベースパッド６０２は、導電性背面板６６０（たとえば、シールド）および磁性材料６５０（たとえば、フェライト構造）を含む。（以下「ＤＤコイル」と呼ばれる）「ダブルＤ」コイルは、ベースパッド６０２の磁性材料６５０に実質的に直接載っている、（以下図６を参照してＤＤコイル６０４ａ〜ｂと呼ばれる）コイル６０４ｂおよび６０４ａを含む。ＤＤコイル６０４ａ〜ｂは、各々がそれぞれのエリアを囲む２つのループ６１６ａおよび６１６ｂから形成される場合がある。実施形態によれば、ＤＤコイル６０４ａ〜ｂは、個別のコイル６１６ａおよび６１６ｂ、またはそれぞれのエリアを囲む２つのループを含むような方法で巻き付けられるか、もしくは形成される任意の導電性材料などの単一の導電性構造のいずれかから形成される場合がある。車両パッド６１４はまた、導電性背面板（たとえば、シールド）６６２および磁性材料６５２を含む。車両パッド６１４は、磁性材料６５２に直接配置された（以下ＤＤコイル６１６ａ〜ｂと呼ばれる）ＤＤコイル６１６ａおよび６１６ｂを含む。車両パッド６１４はさらに、追加のコイル６１６ｃを含む。ＤＤコイル６１６ａ〜ｂに加えて使用されるとき、コイル６１６ｃは、（以下「Ｑコイル」と呼ばれる）「直交位相」コイルと呼ばれる場合がある。いくつかの実施形態では、コイル６１６ｃはさらに、単一のエリアを囲むように巻き付かれたとき、「円形」コイルと呼ばれる。Ｑコイル６１６ｃは、ＤＤコイル６１６ａ〜ｂに配置される。図６に示されたように、Ｑコイル６１６ｃの幅は、磁性材料６５２の幅と実質的に同じである。Ｑコイル６１６ｃの長さは、磁性材料６５２の長さよりも実質的に短い。
【００６４】
放射レベルおよび位置ずれの許容範囲は、基本的に関係する場合がある。最小の放射と高い許容範囲を同時に達成することは、困難であり得る。これは、厳しい放射制約の下での誘導電力伝達のジレンマとして考えることができる。
【００６５】
しかしながら、下記に記載される実施形態によれば、放射と許容範囲との間に許容可能なトレードオフが存在する場合がある。一実施形態では、「円形」コイル構造（たとえば、図６のＱコイル６１６ｃ）は、実質的に水平方向の磁気モーメントを発生させる第２のコイル構造に対して特に配置されたときのオフセット状態でサポートされるコイル構造として使用される場合がある。この第２の配列は、ベースパッドの一部または車両パッドの一部または両方の一部であり得る、ＤＤコイル（たとえば、図６のＤＤコイル６１６ａ〜ｂ）であり得る。受信機として動作すると、この第２の構造は、エネルギー受信パッドを遮断する磁束の水平成分を抽出する。ワイヤレス電力送信機として構成されると、この第２のコイル配列は、オフセット状態でワイヤレス電力受信機の「円形」コイルによってエネルギーが抽出されることを可能にする磁場を発生させる。
【００６６】
Ｑコイル６１６ｃ、ＤＤコイル６１６ａ〜ｂを使用するパッドは、ＤＤＱタイプのパッドと呼ばれる場合がある。垂直方向と水平方向の両方の磁気モーメントを発生させることができ、垂直方向と水平方向の両方の磁束成分をピックアップすることができるパッド６６２は、垂直方向と水平方向の両方の偏波をサポートするので、本明細書ではクロスポーラパッドと呼ばれる場合がある。
【００６７】
図７は、一実施形態による、ベースパッド７０２および車両パッド７１４を含む、例示的な誘導電力伝達システム７００の上面図および断面図である。ベースパッド７０２は、磁性材料７５０（たとえば、フェライト構造）の上に配置された「円形」の形状を有するコイル７０４を備える。磁性材料７５０は、導電性背面板７６０の上に配置される。車両パッド７１４はまた、導電性背面板７６２を含む。車両パッド７１４はクロスポーラパッドであり、垂直方向と水平方向の両方の磁束成分をピックアップするように構成され、垂直方向と水平方向の両方の偏波をサポートする。この趣旨で、車両パッド７１４は、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂおよびＱコイル７１６ｃを含む。Ｑコイル７１６ｃは、磁性材料７５２とＤＤコイル７１６ａ〜ｂとの間に配置される。実施形態によれば、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂは、個別のコイル７１６ａおよび７１６ｂ、またはそれぞれのエリアを囲む２つのループ７１６ａおよび７１６ｂを含むように巻き付けられた単一のコイルなどの単一の導電性構造のいずれかから形成される場合がある。
【００６８】
水平偏波された磁気構造（たとえば、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂ）からの放射は、より大きくなる傾向があるので、水平偏波された磁気構造（たとえば、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂ）の使用は、完全に垂直偏波されたシステム内の結合が通常劣化するオフセット状態で、システム性能を高める／ブーストする「ギャップフィルタ」であり得る。これは、本明細書に記載された実施形態により、結果として生じる浮遊磁場が対象のポイントで最小化されるように、コイルを適切に寸法決定すること、およびパッドの電流を制御することによって遂行することができる。（ＤＤＱタイプのパッドを仮定して）ＤＤコイル７１６ａ〜ｂよりも「円形」またはＱコイル７１６ｃが重視される場合があるので、本明細書に記載された対応する実施形態はＱＤＤパッドと呼ばれる。
【００６９】
クロスポーラ配列（たとえば、車両パッドコイル７１６ａ〜ｂおよび７１６ｃ）からの少なくとも１つの利益は、負荷に送達された電力が指定された許容域以内のすべてのオフセット状態で一定に維持される場合の、より少ない応力をもたらすより小さいパッドの電流変動、したがって電力変換時のより低い損失である。別様に述べると、クロスポーラコイル配列を使用することによって、システムの動作可能なまたはロードされた品質係数（以下Ｑ値）における変動は、離調および損失の影響が車両または地上設置の実際の環境で発生する可能性があるので、それらに対してシステムをより強固にレンダリングして、低減および／または最小化することができる。クロスポーラ磁気構造（たとえば、車両パッドコイル７１６ａ〜ｂおよび７１６ｃ）を使用すると、適応型インピーダンスの同調および整合のための追加の損失が大きい回路の使用または緩和要件を回避することができる。クロスポーラ手法を使用することによって、そのような余分の回路は、たとえば、主に、充電サイクルにわたってその電圧を変更する車両バッテリからもたらされるような、様々な空隙の高さおよび／または様々な負荷状態に、システムを適応させる目的で確保することができる。本明細書において図３〜図７またはそれ以外を参照して記載された実施形態によれば、「円形」コイルという用語は、実質的に垂直偏波された磁気モーメントを発生させる任意の形状の単一のコイル構造に使用される場合がある。「円形」コイルは、たとえば、円形、正方形、または実質的に長方形の形状を有する場合がある。「円形」パッドという用語は、「円形」コイルを組み込む任意のパッドに使用される場合がある。「円形」パッド、ならびにそのシールド部材およびその磁気コア部材は、たとえば、円形、正方形、または長方形の形状を有する場合がある。
【００７０】
本明細書において図３〜図７またはそれ以外を参照して記載された実施形態によれば、「ダブルＤ」または「ＤＤ」という用語は、二重のコイル構造を示すために使用される場合があり、実質的に水平偏波された磁気モーメントを発生させるように構成される場合がある。
【００７１】
本明細書において図３〜図７またはそれ以外を参照して記載された実施形態によれば、「ＤＤＱ」または「ＱＤＤ」という用語は、垂直偏波された磁気モーメントと水平偏波された磁気モーメントの両方を発生させるように構成された、三重コイル配列を記述するために本明細書で使用される。
【００７２】
本明細書において図３〜図７またはそれ以外を参照して記載された実施形態によれば、「モノリシック」という用語は、高透磁率の磁性材料、たとえばフェライトの少なくとも１つのブロックから構成される磁気コア構造を記述するために本明細書で使用され、複数のブロック（たとえば、フェライトタイル）の場合、ブロック間のギャップは、ブロックのサイズに比べて小さく、たとえばそれらの長さの１０％未満、およびそれらの幅の１０％未満であり、その結果、構造は真のモノリシック構造と同様の効果を引用する。
【００７３】
上述されたように、例示的な実施形態により、図７のベースパッド７０２は、「円形」コイル構成を備え、車両パッド７１４は、Ｑコイル７１６ｃおよびＤＤコイル７１６ａ〜ｂを有する「ＱＤＤ」タイプの車両パッドである。図７はさらに、座標系（ｘ，ｙ）を示す。
【００７４】
車両パッド７１４は、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂよりもＱコイル７１６ｃが重視されるように構成される。これは、少なくとも以下の例示的な性状によって表される。第１に、Ｑコイル７１６ｃの面積は、パッドの面積に比べて（たとえば、図６に示されたＱコイル６１６ｃに比較して）大きい。一実施形態では、パッドの面積に比べて大きいＱコイル７１６ｃの面積は、実質的に直接磁気コアに隣接する垂直位置によって画定され（図７の断面参照）、両方ともインダクタンス、固有のＱ値、および結合を増大させる。第２に、Ｑコイル７１６ｃの幅は、磁気コア７５２の幅に比べて縮小される（たとえば、Ｑコイル７１６ｃの幅は、磁気コア７５２の幅よりも小さい）。一態様では、Ｑコイル７１６ｃの幅が縮小されると、導電性背面板７６２、ならびに車両パッド７１４を囲繞する場合がある任意の導電性構造（たとえば、背面板７６２および車両の鉄製基部）における損失が削減され、その結果、コイルの固有のＱ値が増大する。第３に、Ｑコイル７１６ｃは、磁気コア７５２とＤＤコイル７１６ａ〜ｂとの間に配置される。ＤＤコイル７１６ａ〜ｂは、磁気コア７５２から少なくともＱコイル７１６ｃの厚さだけ離れて、Ｑコイル７１６ｃの上部に載る。一態様では、この配置は、Ｑコイル７１６ｃを優先して、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂの性能を少なくとも部分的に損なう。
【００７５】
主にＤＤコイルの構成に依存するシステムは、一般に、比較的強い結合から恩恵を受ける場合がある。「円形」ベースのシステムは、一般に、弱い結合に遭遇する場合があり、したがって、効率が結合係数と、１次Ｑ値と２次Ｑ値との幾何平均との積の関数であるとすれば、固有のＱ値に関しても最適化されたコイル構造を有する。これは、様々な形状および上記の顕著な特徴につながる場合がある。
【００７６】
図８は、図７のベースパッド７０２および車両パッド７１４の位置合わせオフセットの関数としての１次電流変動の例示的な値のプロットである。図５の場合のように、アクティブであるとき、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂとＱコイル７１６ｃの両方の共振電流が所望のｘおよびｙのオフセットレンジにわたって実質的に一定のままであり、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂがしきい値よりも実質的に大きいｘオフセットの場合のみアクティブであるという仮定に基づいて、値は例示的な１次電流変動を示す。
【００７７】
より小さいｘオフセットの場合、いくつかの実施形態では、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂ上に実質的に電流が存在しないように、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂは非アクティブ化されているか、または分離されていると仮定される場合がある。図８に示された例示的な値は、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂが非アクティブ化されていると仮定する。いくつかの実施形態では、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂは、位置合わせオフセットに基づいて選択的に分離される。位置合わせオフセットに基づいてＤＤコイル７１６ａ〜ｂが選択的に分離されると、一般に、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂがエネルギー伝達全体に対して実質的に寄与できない、それらのオフセットポイントでの効率が改善される。本明細書に記載された実施形態によれば、Ｑコイル７１６ｃまたはＤＤコイル７１６ａ〜ｂのいずれかが、結合測定値に基づいて選択的に非アクティブ化される場合があることに留意されたい。たとえば、まさに留意されたように、ＤＤコイル７１６ａ〜ｂがエネルギー伝達全体に対して実質的に寄与できない状況では、アクティブ化されたときの他の損失が全体的な効率を低減する場合がある。したがって、この状況では、効率はＤＤコイル７１６ａ〜ｂを非アクティブ化することによって増加する場合がある。上記の仮定が与えられれば、Ｑコイル７１６ｃとＤＤコイル７１６ａ〜ｂの両方の電流（したがって電力損失）も、電力伝達に対するそれらの寄与とは無関係に、実質的に一定のままである。したがって、コイルの分離は、効率を最適化する効果的な方法である考えることができる。ハードの分離の代わりに、２つのコイル構成、すなわちＱコイル７１６ｃおよびＤＤコイル７１６ａ〜ｂのソフト連結またはソフト結合が提供される場合がある。そのような場合、各コイル７１６ｃおよび７１６ａ〜ｂによる電力寄与は、たとえば制御された整流器、たとえば同期整流器を使用して、たとえば各整流器の入力で見られるように、負荷抵抗を選択的に適応させることによって、個別に制御される場合がある。
【００７８】
図８は、例示的な一実施形態により、ｘ方向のオフセットにおける１次電流変動を１０％程度に実質的に低減する図７のＤＤコイル７１６ａ〜ｂの効果を示し、システムが、１５０ｍｍを超えるｘオフセット、または非対称オフセットの許容要件（たとえば、円形ではなく楕円形の許容域）を処理できることを予想する。ｘ方向およびｙ方向で等しい許容要件についての全体的な電流変動は、図７のパッド構成の許容要件に関する全体的な電流変動に関して同様であり得る。
【００７９】
図９は、一実施形態による、ベースパッド９０２および車両パッド９１４の別の実施形態を含む、例示的な誘導電力伝達システム９００の上面図および断面図である。図９はさらに、座標系（ｘ，ｙ）の定義を示す。車両パッド９１４は、図７の車両パッド７１４と同様に構成され、磁性材料９５２（たとえば、フェライト構造）とＤＤコイル９１６ａ〜ｂとの間に配置されたＱコイル９１６ｃを含む。図９に示されたベースパッド９０２は、長方形の形状因子を有する「円形」ベースパッド構成である。ベースパッド９０２は、図３および図７の「円形」パッドならびに図６の「ＱＤＤ」パッドに比較して、長さでは少し大きいが、幅および面積では著しく小さい。ベースパッド９０２は、磁性材料９５０の上に配置された実質的に長方形の形状を有するコイル９０４を含む。磁性材料９５０は、導電性背面板９６０の上に配置される。磁性材料９５０および導電性背面板９６０は、長方形の形状を有する。いくつかの態様では、図９に示された「方円形」ベースパッド９０２は、図７のパッド構成に関する１次電流変動に関して改善された性能を有する場合がある。
【００８０】
上述されたように、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成される。ＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、幅よりも大きい長さを有し、第１の中心点を有する第１のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料の第１の部分と、第２の中心点を有する第２のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料の第２の部分とを含む。第１の部分および第２の部分は、実質的に同一平面上にある下面を有する。ＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、各々がＤＤコイル９１６ａ〜ｂの長さに沿った形状線と交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。Ｑコイル９１６ｃは、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂと磁性材料（たとえば、磁性材料９５０または磁性材料９５０と同様の性状を有する他の材料）との間に配置される。Ｑコイル９１６ｃはさらに、磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成される。Ｑコイル９１６ｃは、第３の中心点を有する第３のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料を備える。Ｑコイル９１６ｃはさらに、幅よりも大きい長さを有する。Ｑコイル９１６ｃの長さは、少なくともＤＤコイル９１６ａ〜ｂの第１の縁部と第２の縁部との間の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【００８１】
図１０は、図７および図９のパッド構成による、ｘ方向およびｙ方向の位置合わせオフセットの関数として、結合係数ｋの例示的な値を示すプロットである。図１０は、ベースパッド９０２と、図７のパッド構成（すなわち、「円形」および「ＱＤＤ」）用の「ＱＤＤ」車両パッド７１４のＱコイル７１６ｃと図９のＱコイル９１６ｃ（「方円形」および「ＱＤＤ」）の両方との間の結合を比較することによって、図９のベースパッド９０２の長方形の形状の効果を示す。図７のパッド構成の場合、ｘオフセットとｙオフセットについて結合係数が同様に減衰する場合があるが、長方形の形状のベースパッド９０２を使用する図９のパッド構成の場合、ｙ方向には実質的に平坦なコースが、ｘ方向には早い減衰が存在する。これらの例示的な値によって示されたように、図９により、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂの偏波の軸がベースパッド９０２の長い方の軸に対して実質的に直角に方向付けされている場合、挙動は、有利なことに車両側の「ＱＤＤ」配列と一致する。図９の構成では、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、ｘ方向における結合の早い減衰を補償するが、ｙ方向ではいかなる補償の必要もない。
【００８２】
図１１は、図９のベースパッド９０２および車両パッド９１４についての位置合わせオフセットの関数としての１次電流変動の例示的な値のプロットである。同じく、２次側の共振電流が所望のｘオフセットレンジおよびｙオフセットレンジにわたって実質的に一定のままであること、ならびにＤＤコイル９１６ａ〜ｂがしきい値よりも大きいｘオフセットの場合のみ使用されることが仮定される。図７を参照して上述されたように、より小さいｘオフセットの場合、いくつかの実施形態では、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂ上に電流が実質的に存在しないように、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂが非アクティブ化される場合があることが仮定される場合がある。図１１では、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、しきい値よりも小さいｘオフセットの場合、非アクティブ化されていると仮定される。図１１は、一実施形態によれば、水平方向のパッドの位置ずれに起因する例示的な合計１次電流変動が２０％の程度であることを示し、それは、たとえば、いくつかの状況で図３に示されたパッド構成と同様のパッド構成で達成可能な値の半分程度であり得る。
【００８３】
図７および図９に示された車両パッド７１４および９１４に示されたような「ＱＤＤ」配列は、たとえば、車両のリムに沿って、またはシステムの安全のために重要であると考えられる特定の磁場の「ホットスポット」内で測定された放射を制御するために使用され得る、現在の構成内のいくらかの自由度を提供する。放射制御は、コイル９１６ａ、９１６ｂ、または９１６ｃのうちの１つの電流の相対振幅および／または相対位相を変更することによって、遂行することができる。電流制御を使用すると、被爆レベルは、たとえば、基準レベルに関してＩＣＮＩＲＰ’９８の順守を達成するように、実質的に低減することができる。
【００８４】
いくつかの実施形態では、Ｑコイル９１６ｃおよびＤＤコイル９１６ａ〜ｂにおける電流の相対方向（相対位相）は、最悪の場合の位置（「ホットスポット」）での磁場の強さを低減するように選択される。
【００８５】
図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃは、Ｑコイル１２１６ｃおよびＤＤコイル１２１６ａ〜ｂについての例示的な電流フローを示す、（たとえば、図９の車両パッド９１４に対応する）例示的なパッド１２１４の図である。パッド１２１４は、磁性材料１２５０（たとえば、フェライト構造）とＤＤコイル１２１６ａ〜ｂとの間に配置されたＱコイル１２１６ｃを含む。図１２Ａは、ＤＤコイル１２１６ａ〜ｂのうちの１つのコイル１２１６ａについての位置に対する相対的な電流方向を示す矢印１２４０を示す。図１２Ｂは、ＤＤコイル１２１６ａ〜ｂのうちの他のコイル１２１６ｂについての位置に対する相対的な電流方向を示す矢印１２４２を示す。図１２Ｃは、パッドのＱコイル１２１６ｃに対する相対的な電流方向を示す矢印１２４４を示す。図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１２Ｃに示されたコイル構成は、車両パッドまたはベースパッドのいずれかに使用され得ることに留意されたい。
【００８６】
電流は高い周波数で交番しているが、相対的な意味での電流方向、たとえば、誘起された電圧の極性を、各コイル１２１６ａ、１２１６ｂ、および１２１６ｃに割り当てることができる。
【００８７】
一実施形態では、放射は、電力変換器に対するコイルの端子の固定された結合を使用することによって、低減することができる。結合係数がその符号を変更するので、車両パッドが負のオフセットから正のオフセットにｘ方向に移動したとき、ＤＤコイル１２１６ａ〜ｂの極性、したがって電流方向は、Ｑコイル１２１６ｃに対してその符号を変更すること（位相の１８０度変更）に留意されたい。磁場のホットスポット（最大）も、たとえば、車両１１２（図１）の左側から車両１１２の右側に移動し、電流の相対方向が最小の磁場の強さに向けて反転されることを必要とする場合があるので、この効果は、協調的に働くことができる。
【００８８】
別の実施形態では、電流方向は、反転スイッチを使用して誘導コイル１２１６ａ、１２１６ｂ、または１２１６ｃの極性を変更することによって、動的に変更することができる。
【００８９】
すでに上述されたように、「ＱＤＤ」コイル配列内の電流制御は、電力損失を低減するために採用される場合もある。
【００９０】
図１３は、一実施形態による、パッド１３０２の例示的な実施形態の上面図および断面図である。パッド１３０２は、ベースパッドまたは車両パッドとして構成される場合があるが、パッド１３０２は、一実施形態により、ベースパッドとして使用するために特に構成される場合がある。図１３は、一実施形態による、（たとえば、図９のベースパッド９０２を参照して上述された構造と同様に）「方円形」パッド１３０２の構造を示し、パッド１３０２用に画定および構成され得る寸法のうちのいくつかを示す。長方形パッド１３０２の長い方の側は、長さと呼ばれる場合がある。パッド１３０２の短い方の側は、したがって幅と呼ばれる。パッド１３０２は、長方形の形状を有するコイル１３０４を含む。一実施形態によれば、コイル１３０４は、リッツ線のコイルから形成される場合がある。コイル１３０４は、寸法１３７４によって画定される外側の長さと、寸法１３７２によって画定される内側の長さとを有する。さらに、コイル１３０４は、寸法１３８４によって画定される外側の幅と、寸法１３８２によって画定される内側の幅とを有する。コイル１３０４は、寸法１３７６によって画定される長さと、寸法１３８６によって画定される幅とを有する、磁性材料１３５０（たとえば、フェライト構造）の上に配置される。磁性材料１３５０は、寸法１３７８によって画定される長さと、寸法１３８８によって画定される幅とを有する、導電性背面板１３６０の上に配置される。加えて、パッド１３０２は、導電性シールド１３６０と磁性材料１３５０との間に、第１の絶縁層１３６２を含む場合がある。パッド１３０２はまた、磁性材料１３５０とコイル１３０４との間に、絶縁層１３６４を含む場合がある。
【００９１】
図１４は、一実施形態による、パッド１４１４の例示的な実施形態の上面図および断面図である。パッド１４１４は、ベースパッドまたは車両パッドとして構成される場合があるが、パッド１４１４は、一実施形態により、車両パッドとして使用するために特に構成される場合がある。図１４は、例示的な実施形態による、（図９の車両パッド９１４と同様に）「ＱＤＤ」タイプのパッド１４１４の構造の一実施形態を示し、パッド１４１４用に画定および構成され得る寸法のうちのいくつかを示す。長方形パッド１４１４の長い方の側は、長さと呼ばれる場合がある。パッド１４１４の短い方の側は、したがって幅と呼ばれる。パッド１４１４は、長方形の形状を有するＱコイル１４１６ｃを含む。一実施形態によれば、コイル１４１６ｃは、リッツ線のコイルから形成される場合がある。Ｑコイル１４１６ｃは、中心点を有する内側部分を囲むように巻き付けられるように構成された、導電性材料を備える導電性構造であり得る。Ｑコイル１４１６ｃの長さは寸法１４２４によって画定され、Ｑコイル１４１６ｃの幅は寸法１４４６によって画定される。加えて、内部領域の縁部までの長さに沿った、Ｑコイル１４１６ｃの縁部のＱコイル１４１６ｃの長さに沿った距離は、寸法１４３２によって画定される。内部領域の縁部までの幅に沿った、Ｑコイル１４１６ｃの縁部のＱコイル１４１６ｃの幅に沿った距離は、寸法１４４４によって画定される。
【００９２】
Ｑコイル１４１６ｃは、ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂと磁性材料１４５０（たとえば、フェライト構造）との間に配置される。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂは、２つの中心点を有する２つの内部領域を囲むように巻き付けられた導電性材料の少なくとも２つのループを有すると考えることができる。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの各部分の長さは、寸法１４２２によって画定される。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの各部分の幅は、寸法１４４８によって画定される。加えて、内部領域の縁部までの長さに沿った、ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの縁部のＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの長さに沿った距離は、寸法１４３０によって画定される。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの２つの部分に分割するポイントと内部領域の対向する縁部のＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの長さに沿った距離は、寸法１４３４によって画定される。さらに、内部領域の縁部までの幅に沿った、ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの縁部のＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの幅に沿った距離は、寸法１４４２によって画定される。磁性材料１４５０は、寸法１４２６によって画定される長さと、寸法１４４８によって画定される幅とを有する。磁性材料１４５０は、寸法１４２８によって画定される長さと、寸法１４４０によって画定される幅とを有する、導電性背面板１４６０の上に配置される。導電性背面板１４６０、磁性材料１４５０、Ｑコイル１４１６ｃ、およびＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの各々の中心点は、位置合わせされる。パッド１４１４の厚さは、寸法１４２０によって画定される。
【００９３】
上述されたように、ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂは、磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成される。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂは、幅よりも大きい長さを有し、第１の中心点を有する第１のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料の第１のループと、第２の中心点を有する第２のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料の第２のループとを含む。第１のループおよび第２のループは、実質的に同一平面上にある下面を有する。ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂは、各々がＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの長さに沿った形状線と交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。Ｑコイル１４１６ｃは、ＤＤコイル１４１６ａ〜ｂと磁性材料（たとえば、磁性材料１４５０または磁性材料１４５０と同様の性状を有する他の材料）との間に配置される。Ｑコイル１４１６ｃはさらに、磁場を介して電力をワイヤレスに受信するように構成される。Ｑコイル１４１６ｃは、第３の中心点を有する第３のエリアを囲むように巻き付けられた導電性材料を備える。Ｑコイル１４１６ｃはさらに、幅よりも大きい長さを有する。Ｑコイル１４１６ｃの長さは、少なくともＤＤコイル１４１６ａ〜ｂの第１の縁部と第２の縁部との間の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【００９４】
パッド１４１４はさらに、導電性背面板１４６０と磁性材料１４５０との間に配置された絶縁層１４６２を含む場合がある。パッド１４１４はさらに、磁性材料１４５０とＱコイル１４１６ｃとの間に配置された絶縁層１４６４を含む場合がある。パッド１４１４はさらに、Ｑコイル１４１６ｃとＤＤコイル１４１６ａ〜ｂとの間に、絶縁層１４６６を含む場合がある。
【００９５】
図１５Ａは、一実施形態による、ベースパッド１５０２および車両パッド１５１４の別の実施形態を含む、例示的な誘導電力伝達システム１５００の上面図および断面図である。図１５Ａはさらに、座標系（ｘ，ｙ）の定義を示す。車両パッド１５１４は、図９の車両パッド９１４と同様に構成され、磁性材料１５５２（たとえば、フェライト構造）とＤＤコイル１５１６ａ〜ｂとの間に配置されたＱコイル１５１６ｃを含む。パッド構成は、「ＱＤＤ」タイプのベースパッド１５０２と、「ＱＤＤ」タイプの車両パッド１５１４とを備える。ベースパッド１５０２は、ＤＤコイル１５０４ａ〜ｂおよびＱコイル１５０４ｃを含む。ＤＤコイル１５０４ａは、Ｑコイル１５０４ｃの開口によって与えられた空き領域を使用して、実質的にＱコイル１５０４ｃと同じ平面内に配列される。したがって、パッドの全体的な厚さは同じままである。
【００９６】
図１５Ａのコイル構成によれば、ベースパッドのＤＤコイル１５０４ａ〜ｂの性能は、Ｑコイル１５０４ｃを優先して、「損なわれる」ように構成され、これは、図７を参照して上述されたように、Ｑコイル１５０４ｃを重視することによる。その上、ＤＤコイル１５０４ａ〜ｂの磁気モーメントの偏波は、車両パッドのＤＤコイル１５１６ａ〜ｂに対して直交する。この構成により、二重チャネルの電力ソースからの電流の振幅と位相に関して選択的に駆動されたとき、位置ずれの許容範囲および／または結合（１次電流）対ｙ方向のオフセットの平坦度が向上する場合がある。
【００９７】
図１５Ｂは、一実施形態による、誘導電力伝達システムで使用され得る、例示的な車両パッド１５１４Ｂの上面図および断面図である。図１５Ｂは、図１５Ａのベースパッド１５０２と同様に構成され得る車両パッド１５１４Ｂの一例を示す。たとえば、車両パッド１５１４Ｂは、ＤＤコイル１５１６Ｂ−ａ〜ｂおよびＱコイル１５１６Ｂ−ｃを含む。ＤＤコイル１５１６Ｂ−ａ〜ｂは、Ｑコイル１５１６Ｂ−ｃの開口によって与えられた空き領域を使用して、実質的にＱコイル１５１６Ｂ−ｃと同じ平面内に配列される。車両パッド１５１４Ｂは、上述されたベースパッド構成のうちのいずれかによって発生した磁場を介して、電力をワイヤレスに受信するように構成される。
【００９８】
図１６は、一実施形態による、ベースパッド１６０２および車両パッド１６１４の別の実施形態を含む、例示的な誘導電力伝達システム１６００の上面図および断面図である。車両パッド１６１４は、図９の車両パッド９１４と同様に構成され、磁性材料１６５２（たとえば、フェライト構造）とＤＤコイル１６１６ａ〜ｂとの間に配置されたＱコイル１６１６ｃを含む。図１６のパッド構成は、「ＱＤＤ」タイプのベースパッド１６０２と、「ＱＤＤ」タイプの車両パッド１６１４とを含む。ベースパッド１６０２は、ＤＤコイル１６０４ａ〜ｂおよびＱコイル１６０４ｃを含む。車両パッド１６１４の構成と同様に、ベースパッドのＱコイル１６０４ｃは、ＤＤコイル１６０４ａ〜ｂと磁性材料１６５０との間に配置される。その上、上述されたように、ベースパッドのＱコイル１６０４ｃは、ベースパッド１６０２の面積に比べて大きく、Ｑコイル１６０４ｃの長さは、ＤＤコイル１６０４ａ〜ｂの縁部の長さをまたがる。
【００９９】
図７〜図１６を参照して記載された実施形態によれば、パッド構成は、放射を低減することを可能にしながら、ｘ方向とｙ方向の両方における所望の位置合わせの許容範囲を満たすために使用することができる。
【０１００】
加えて、本明細書に記載された構成は、確認用のかなりの量のシミュレーションを回避しながら、所望の位置合わせの許容範囲を満たすようにパッドを設計することを実現することができる。別の言い方をすれば、（たとえば、図９、図１３、図１４、図１５、および図１６を参照して）上述されたパッドの基本的な形状を使用すると、特定の位置合わせの許容範囲をもたらす一般的な形状に従って、特定の寸法を選択することが可能になり得る。パッドの一般的な形状が（たとえば、図９を参照して）上述されたパッドの形状に基づく場合、所望の位置合わせの許容範囲が満たされたことを確認するために、かなりの検査および／またはシミュレーションは必要でない場合がある。このことは、以下でさらに記載される。
【０１０１】
図１７は、一実施形態による、選択された位置合わせの許容範囲を達成するために、ベースパッド１７０２および車両パッド１７１４の寸法決定用の情報を有する、図９の誘導電力伝達システムを示す。ベースパッドコイル１７０４は、幅ａを有する長方形の形状因子を有する。ベースパッドコイル１７０４の長さは、幅ａプラス値ｂによって画定することができる。一実施形態によれば、長さａおよびｂは、
【０１０２】
【数２】
0006490585.tif 000003
【０１０３】
のような「黄金」比を実質的に満足するように選択することができる。
【０１０４】
特定の位置合わせの許容範囲はこの寸法決定の関数であり得るし、その結果、この比を満足するようにパッドを設計すると、予測可能な位置合わせの許容範囲を有するパッドがもたらされる場合がある。加えて、いくつかの実施形態では、磁性材料は、両方の寸法に実質的に０．１５＊ａだけ長方形のベースパッドコイルを超えて延在する。
【０１０５】
Ｑ＋ＤＤコイル１７１６ａ〜ｂおよび１７１６ｃから形成された車両パッド１７１４はまた、幅ｃと、ｃプラス別の値ｄによって画定される長さとを有する長方形の形状因子を有する。一実施形態によれば、長さｃおよびｄは、
【０１０６】
【数３】
0006490585.tif 000004
【０１０７】
のような「黄金」比を実質的に満足するように選択することができる。
【０１０８】
したがって、上記の比に従って寸法決定された車両パッド１７１４により、かなりの検証に従事せずに位置合わせの許容範囲を容易に決定することが可能になり得る。いくつかの実施形態では、車両パッド１７１４の長さｃ＋ｄは、ベースパッド１７０２の幅ｗに実質的に等しい。上述されたように、Ｑコイル１７１６ｃは、磁性材料に直接配置され（たとえば、約１ミリメートルの空隙）、Ｑコイル１７１６ｃは、磁性材料１７５２のサイズの約９５％であり、ＤＤコイル１７１６ａ〜ｂは、およそ磁性材料１７５２のサイズである。
【０１０９】
図７および図９を参照すると、たとえば、「円形」コイル９０４（たとえば、単一のエリアを囲む円形または長方形の形状因子）を有するベースパッド９０２を有する実施形態により、放射が低くなる場合がある。ベースパッド９０２内の「円形」コイル９０４は、ベースパッドの金属製導電性背面板９６０および車両１１２（図１）の基部金属または任意の追加のシールド構造によって効果的に抑制された、ドーナッツ状の浮遊磁場を有する、垂直偏波された磁気モーメントを発生させる。対照的に、ＤＤまたは「ソレノイド」構造は、特に鉄筋コンクリートグラウンドの場合、水平の金属表面によって外に「絞り出された」漏洩磁場を有する、水平方向のモーメントを発生させる。「円形」ベースパッド９０２のｙ寸法を拡張して長方形の形状因子を形成すると、ｙ方向の位置合わせオフセットの許容範囲が増加する場合があるが、ｘ方向の許容範囲は減少する。次いで、ｘ許容範囲の不足は、車両パッド９１４内の補足のＤＤコイル９１６ａ〜ｂ構造を使用して（たとえば、Ｑコイル９１６ｃを補足して）、補償することができる。潜在的に著しい放射の源であり得るＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、削減されるが必要なｘ許容範囲を達成するのに十分なアンペア回数で動作する。Ｑコイル９１６ｃに対するＤＤコイル９１６ａ〜ｂの電流方向は、特定の位置（たとえば、磁場の「ホットスポット」）でＱコイル９１６ｃおよびＤＤコイル９１６ａ〜ｂによって発生した磁場成分が実質的に取り消される傾向があるように、選択される。Ｑコイル９１６ｃおよびＤＤコイル９１６ａ〜ｂは、Ｑコイル９１６ｃとＤＤコイル９１６ａ〜ｂとの間に存在する相互結合が実質的にゼロであるように、配置することができる。たとえば、Ｑコイル９１６ｃ内の時変信号は、Ｑコイル９１６ｃ内の時変信号の結果として、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂ内の任意の電圧を実質的に誘起しない場合がある。同様に、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂ内の時変信号は、ＤＤコイル９１６ａ〜ｂ内の時変信号の結果として、Ｑコイル９１６ｃ内の任意の電圧を実質的に誘起しない場合がある。
【０１１０】
加えて、ベースパッドの磁束密度は、物体検出に対する感度要件を緩和することができるＤＤベースパッド６０２（図６）に比較して、たとえば３０％程度低い場合がある。
【０１１１】
図１８は、図９の場合のような「方円形」ベースパッド１８０２の上の、図９の場合のような車両パッド１８１４の位置合わせを示す。図１８では、ＤＤ−Ｑ車両パッド１８１４が、ベースパッド１８０２の上に位置合わせされて示される。図示されたように、ＤＤ−Ｑ車両パッド１８１４の縦軸は、ベースパッド１８０２の縦軸に直交する。別の言い方をすれば、車両パッド１８１４の長さ（すなわち、長い方の寸法）に沿って延びる形状線は、ベースパッド１８０２の長さ（すなわち、長い方の寸法）に沿って延びる形状線に直交する。
【０１１２】
図１９は、一実施形態による、図９の場合のような例示的なベースパッド１９０２の上面図である。図１９はさらに、位置合わせの許容範囲を決定するために、ベースパッド１９０２を寸法決定するための情報を示す。図１９は、磁性材料１９５０（たとえば、フェライト構造）の上に配置された「方円形」コイル１９０４を有する、方円形ベースパッド１９０２を示す。磁性材料１９５０は、導電性背面板１９６０の上に配置される。「方円形」コイル１９０４は、幅に沿ったコイル１９０４の各側の中心からＡの例示的な長方形寸法を有する。「方円形」コイル１９０４はさらに、ｙ方向に窓の長さ（たとえば、コイル１９０４によって囲まれたエリアの長さ）を画定するＢの寸法を有する。中心点１９８２は、パッド１９０２の表面エリアをカバーする長方形の中心として一括して画定されて示される。
【０１１３】
図２０は、一実施形態による、図９の場合のような例示的な車両パッド２０１４の上面図および断面図である。図２０はさらに、図１９と連携して、位置合わせの許容範囲を決定するために、車両パッド２０１４を寸法決定するための情報を示す。図２０は、長方形の車両パッド２０１４を形成する例示的な寸法を有するＤＤＱ車両パッド２０１４の層を示す。車両パッドは、導電性背面板２０６２および磁性材料２０５２（たとえば、フェライト構造）を含む。第１の層では、Ｑコイル２０１６ｃは、磁性材料２０５２の上に配置される。Ｑコイルは、ＣがＱコイル２０１６ｃの窓の幅（たとえば、囲まれたエリアの幅）を画定する長方形の形状を有する。第２の層では、ＤＤコイル２０１６ａ〜ｂは、Ｑコイル２０１６ｃの上に配置される。中心点２０８２は、パッド２０１４の表面エリアをカバーする長方形の中心として一括して画定されて示される。図示されたように、窓（たとえば、ＤＤコイルによって囲まれたエリア）の幅は、少なくとも寸法Ｃと同じ幅である。
【０１１４】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、図２０の場合のような車両パッド２１１４が図１９の場合のようなベースパッド２１０２の上に位置合わせされたときの、誘導電力伝達システムの位置合わせの許容範囲を示す図である。矢印によって画定された領域２１８０は、パッド２１０２のコイルとパッド２１１４のコイルとの間の十分な結合が実現される、システムの位置合わせ許容域を示す。図２１Ａに示されているように、図１９および図２０に関して記載された寸法によれば、ｙ方向に移動するときのシステムの位置合わせの許容範囲は、Ｂ−Ｃの値を乗じた２分の１（ｏｎｅ−ｈａｌｆ）を実質的にプラスまたはマイナスすることによって画定される。加えて、図２１Ｂに示されているように、図１９および図２０に関して記載された寸法によれば、ｘ方向に移動するときのシステムの位置合わせの許容範囲は、Ａの値を乗じた２分の１を実質的にプラスまたはマイナスすることによって画定される。同じように、図１９および図２０を参照して記載されたパッド構成による寸法決定を使用することによって、位置合わせの許容範囲は、容易に決定することができる。かなりの検査およびシミュレーションは、必要ではない場合がある。
【０１１５】
別の言い方をすれば、位置合わせ許容域２１８０は、実質的に長方形の領域によって画定することができる。この位置合わせ許容域２１８０は、電力伝達の量がしきい値を上回る（たとえば、車両パッド２１１４とベースパッド２１０２との間の結合がしきい値を上回る）領域に対応する場合がある。しきい値は、本明細書に記載された実施形態により、負荷に充電するのに十分な電力量に対応する場合がある。別の言い方をすれば、車両パッドの中心点２０８２とベースパッド１９０２の中心点１９８２との間のオフセット距離によって画定され、そこで結合量または効率がしきい値を上回る点のセットが、実質的に長方形の領域を画定する。結合量は、結合量が様々な１次コイルと２次コイルのペアの間の結合の各々の組合せであるように、様々な１次コイルと２次コイルのペアの各々の間の結合を測定する結合係数のセットから導出された値によって定義することができる。効率は、マルチコイル誘導結合システムの最適な使用によって達成可能な最大エネルギー伝達効率として定義することができる。いくつかの実装形態では、結合の組合せは、実質的に効率と等価であり得る。（たとえば、ｙ方向の）位置合わせ許容域２１８０の長さは、寸法ＢとＣとの間の差分を乗じた２分の１のプラスまたはマイナスに実質的に等しい場合がある。さらに、（たとえば、ｘ方向の）位置合わせ許容域２１８０の幅は、寸法Ａを乗じた２分の１のプラスまたはマイナスに実質的に等しい場合がある。このようにして、目標の位置合わせ許容域２１８０が与えられると、目標の位置合わせの許容範囲を達成する車両パッド２１１４およびベースパッド２１０２のコイルの寸法は、たとえば、かなりの検査を必要とせずに、容易に決定することができる。
【０１１６】
図２２Ａは、システムの水平方向の位置合わせの許容範囲を示す水平方向のオフセット（ｙ方向）の関数としての、２つの異なる例示的なパッドの高さでの例示的な結合係数ｋのプロットである。図２２Ａのプロットは、図２１Ａの車両パッド２１１４が図２１Ａのベースパッド２１０２の上で水平に移動するときの、様々な高さでの結合係数に対応する場合がある。図示された結合係数は、ベースパッド２１０２の「方円形」コイル２１０４と車両パッド２１１４のＱコイル２１１６ｃとの間で測定された結合係数であり得る。上述されたように、いくつかの実施形態によれば、水平軸に沿ったベースパッドコイル２１０４と車両パッド２１１４のＤＤコイル２１１６ａ〜ｂとの間の結合は、無視できる場合があるか、またはＤＤコイル２１１６ａ〜ｂは非アクティブ化される場合がある。例示的な結合係数は、図２１Ａのパッド構成の水平オフセットの場合、結合がｙ方向の大きな領域にわたって実質的に一定のままであることを示す。垂直線は、結合がしきい値を下回る場合があるポイントを示す。したがって、システムのｙ許容範囲は、一態様では、結合がしきい値を上回る領域として定義することができる。しきい値は、電気車両に電力供給または充電するための十分な電力伝達を達成するのに十分な結合量に対応する場合がある。
【０１１７】
図２２Ｂは、システムの垂直方向の位置合わせの許容範囲を示す垂直方向のオフセット（ｘ方向）の関数としての、２つの異なる例示的なパッドの高さでの例示的な結合係数ｋのプロットである。図２２Ｂのプロットは、図２１Ｂの車両パッド２１１４が図２１Ｂのベースパッド２１０２の上で垂直に（ｘ方向に）移動するときの、様々な高さでの結合係数に対応する場合がある。ｋ＿１２と示された結合係数は、ベースパッドコイル２１０４と車両パッド２１１４のＤＤコイル２１１６ａ〜ｂとの間の結合に対応する。上述されたように、車両パッド２１１４がベースパッド２１０２に対してｘ方向に移動するとき、ベースパッドコイル２１０４とＤＤコイル２１１６ａ〜ｂとの間で、結合は増大する。ｋ＿１３と示された結合係数は、ベースパッドコイル２１０４と車両パッド２１１４のＱコイル２１１６ｃとの間の結合に対応する。上述されたように、車両パッド２１１４がベースパッド２１０２に対してｘ方向に移動するとき、ベースパッドコイル２１０４とＱコイル２１１６ｃとの間で、結合は減少する。許容域２１８０（図２２Ｂ）の場合、Ｑコイル２１１６ｃとの結合における減少が、ＤＤコイル２１１６ａ〜ｂとの結合における増大によるオフセットであり得るので、ベースパッド２１０２と車両パッドコイル２１１６ａ〜ｂおよび２１１６ｃとの間の組み合わされた結合は、しきい値を上回る場合がある。したがって、十分な電力伝達のための十分な結合がしきい値を上回るｘ方向に、大きいオフセットレンジが存在する場合がある。同じく、ベースパッド２１０２と車両パッド２１１４との間の結合が、ｘ方向とｙ方向の両方でしきい値を上回ったままである、大きい位置合わせの許容範囲が実現される。
【０１１８】
したがって、記載された実施形態によれば、合計ベースパッド電流変動がより少ない位置ずれの許容範囲を改善するパッド構成が提供される。その上、ｘ方向とｙ方向の両方でかなりの許容範囲を提供することができる、長方形または正方形の許容域が実現される。その上、実施形態は、一態様ではベースパッドによって発生する垂直磁束極に起因して、低減された放射を有するように構成される。加えて、いくつかの実施形態では、ベースパッドのサイズは、特にＤＤ方向で縮小される場合がある。加えて、上述された寸法決定が与えられると、パッド構成は、様々な許容域および車両構成用にカスタマイズすることが、より簡単であり得る。加えて、実施形態により、ベースパッド表面の磁束密度がより低くなり得る。
【０１１９】
一態様では、図７〜図２１を参照して記載されたパッド構成は、大きい実質的に「正方形」の許容域にわたって高い効率をもたらす。したがって、本明細書に記載された構成は、放射を低減しながら、高い電力伝達効率を有する位置合わせ用の大きい許容域を実現することができる。
【０１２０】
図２３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。上述された車両パッドまたはベースパッドのいずれも、図２３のワイヤレス電力伝達システムに組み込まれている場合があるか、または図２３を参照して記載された構成要素のうちの任意の１つまたは複数を使用する場合がある。ワイヤレス電力伝達システム２３１０は、通信リンク２３７６、案内リンク２３６６、ならびにベースシステム誘導コイル２３０８および電気車両誘導コイル２３１６のための位置合わせシステム２３５２、２３５４を示す。図２を参照して上述されたように、電気車両１１２に向かうエネルギーフローを仮定すると、図２３では、ベース充電システム電力インターフェースは、ＡＣ電源またはＤＣ電源などの電力源から充電システム電力変換器２３３６に電力を供給するように構成することができる。ベース充電システム電力変換器２３３６は、ベース充電システム電力インターフェースからＡＣ電力またはＤＣ電力を受信して、ベースシステム誘導コイル２３０８をその共振周波数においてまたはその共振周波数の近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル２３１６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２３３８は、電気車両誘導コイル２３１６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を充電するのに適した電力信号に変換する。
【０１２１】
ベースワイヤレス充電システム２３１２はベース充電システムコントローラ２３４２を含み、電気車両充電システム２３１４は電気車両コントローラ２３４４を含む。ベース充電システムコントローラ２３４２は、たとえば、コンピュータ、および配電センタ、またはスマート電力網などの他のシステム（図示せず）へのベース充電システム通信インターフェースを含む場合がある。電気車両コントローラ２３４４は、たとえば、車両上の搭載コンピュータ、他のバッテリ充電コントローラ、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む場合がある。
【０１２２】
ベース充電システムコントローラ２３４２および電気車両コントローラ２３４４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、ベース充電位置合わせシステム２３５２は、通信リンク２３７６を介して電気車両位置合わせシステム２３５４と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、ベースシステム誘導コイル２３０８と電気車両誘導コイル２３１６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、ベース充電案内システム２３６２は、案内リンクを介して電気車両案内システム２３６４と通信して、ベースシステム誘導コイル２３０８と電気車両誘導コイル２３１６を位置合わせする際にオペレータを誘導するために、フィードバック機構を提供することができる。加えて、ベースワイヤレス電力充電システム２３１２と電気車両充電システム２３１４との間で他の情報を通信するための、ベース充電通信システム２３７２および電気車両通信システム２３７４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、ベースワイヤレス電力充電システム２３１２と電気車両充電システム２３１４の両方の電気車両特性、バッテリ特性、充電状態、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両１１２についての保守および診断データを含む場合がある。これらの通信チャネルは、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ｚｉｇｂｅｅ、セルラーなどの別個の物理通信チャネルであり得る。これらのシステムは、任意の適切な方式でベースシステム誘導コイル２３０８と電気車両誘導コイル２３１６の相対位置および／または相対方向を決定し通信するように動作することができる。
【０１２３】
ベースワイヤレス充電システム２３１２と電気車両充電システム２３１４との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム２３１０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イーサネット（登録商標））の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用者／所有者への付加価値サービスの割振りに十分な帯域幅を提供することができる。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することができる。
【０１２４】
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２３０８および２３１６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、ベースワイヤレス電力充電システム２３１２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。ベース充電システム電力変換器２３３６は、ベースシステム誘導コイル２３０８によって発生し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、ベースシステム誘導コイル２３０８によって発生し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定する際に使用するためのベース充電システムコントローラ２３４２によって監視することができる。
【０１２５】
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、１０〜６０ｋＨｚの範囲内の周波数で電力を伝達するように構成することができる。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。
【０１２６】
図２４は、一実施態様による、電力をワイヤレスに伝達する方法２４００の実装形態のフローチャートである。ブロック２４０２で、電力は、磁場を介して、第１の導電性構造を介して、ワイヤレスに受信される。第１の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第１の導電性構造は、それぞれ第１のエリアおよび第２のエリアを囲む、第１のループおよび第２のループを含む。第１のループは第１の下面を有し、第２のループは第２の下面を有し、第１の下面と第２の下面は実質的に同一平面上にある。第１の導電性構造は、第１の導電性構造の長さに沿った形状線と各々が交差する、第１の縁部および第２の縁部を有する。ブロック２４０４で、電力は、第１の導電性構造と磁性材料との間に配置された第２の導電性構造を介して、ワイヤレスに受信される。第２の導電性構造は、第３のエリアを囲む。第２の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有し、第２の導電性構造の長さは、少なくとも第１の導電性構造の第１の縁部と第２の縁部との間の形状線に沿った距離に実質的に等しい。
【０１２７】
図２５は、例示的な実装形態による、ワイヤレス電力受信機２５００の機能ブロック図である。ワイヤレス電力受信機２５００は、図１〜図２４に関して説明された様々なアクションのための手段２５０２および２５０４を含む。
【０１２８】
上述された方法の様々な動作は、様々なハードウェア構成要素および／もしくはソフトウェア構成要素、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することができる。一般に、図に示された任意の動作は、動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行することができる。
【０１２９】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号を表すことができる。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すことができる。
【０１３０】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された様々な例示的な論理ブロック、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することができる。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、およびステップが、概してそれらの機能に関して上述されている。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制約に依存する。記載された機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装できるが、そのような実装の決定は、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。
【０１３１】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された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、本明細書に記載され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、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、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、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。
【０１３２】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載され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、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、またはその２つの組合せで具現化することができる。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もしく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、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、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。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。本明細書で使用する場合、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（登録商標）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、磁気的にデータを再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ内に存在することができる。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することができる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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】
【０１３５】
１００  ワイヤレス電力伝達システム
１０２ａ  ベースワイヤレス充電システム
１０２ｂ  ベースワイヤレス充電システム
１０４ａ  ベースシステム誘導コイル
１０４ｂ  ベースシステム誘導コイル
１０８  通信リンク
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  バッテリユニット
１３０  ローカル配電センタ
１３２  電力バックボーン
１３４  通信バックホール
２００  ワイヤレス電力伝達システム
２０２  ベースワイヤレス電力充電システム
２０４  ベースシステム誘導コイル
２０５  ベース充電システム同調回路
２０６  ベースシステム送信回路
２０８  電源
２１４  電気車両充電システム
２１６  電気車両誘導コイル
２１８  電気車両バッテリユニット
２２１  電気車両充電システム同調回路
２２２  電気車両受信回路
２３６  ベース充電システム電力変換器
２３８  電気車両電力変換器
３００  誘導電力伝達システム
３０２  ベースパッド
３０４  １次コイル
３１４  車両パッド
３１６  ２次コイル
３５０  磁性材料
３５２  磁性材料
３６０  導電性背面板
３６２  導電性背面板
６００  充電システム
６０２  ベースパッド
６０４ａ  ＤＤコイル
６０４ｂ  ＤＤコイル
６１４  車両パッド
６１６ａ  ＤＤコイル
６１６ｂ  ＤＤコイル
６１６ｃ  Ｑコイル
６５０  磁性材料
６５２  磁性材料
６６０  導電性背面板
６６２  導電性背面板
７００  誘導電力伝達システム
７０２  ベースパッド
７０４  コイル
７１４  車両パッド
７１６ａ  ＤＤコイル
７１６ｂ  ＤＤコイル
７１６ｃ  Ｑコイル
７５０  磁性材料
７５２  磁性材料
７６０  導電性背面板
７６２  導電性背面板
９００  誘導電力伝達システム
９０２  ベースパッド
９０４  コイル
９１４  車両パッド
９１６ａ  ＤＤコイル
９１６ｂ  ＤＤコイル
９１６ｃ  Ｑコイル
９５０  磁性材料
９５２  磁性材料
９６０  導電性背面板
９６２  導電性背面板
１２１４  パッド
１２１６ａ  ＤＤコイル
１２１６ｂ  ＤＤコイル
１２１６ｃ  Ｑコイル
１２４０  電流方向を示す矢印
１２４２  電流方向を示す矢印
１２４４  電流方向を示す矢印
１２５０  磁性材料
１３０２  パッド
１３０４  コイル
１３５０  磁性材料
１３６０  導電性背面板
１３６２  第１の絶縁層
１３６４  絶縁層
１３７２  寸法
１３７４  寸法
１３７６  寸法
１３７８  寸法
１３８２  寸法
１３８４  寸法
１３８６  寸法
１３８８  寸法
１４１４  パッド
１４１６ａ  ＤＤコイル
１４１６ｂ  ＤＤコイル
１４１６ｃ  Ｑコイル
１４２０  寸法
１４２２  寸法
１４２４  寸法
１４２６  寸法
１４２８  寸法
１４３０  寸法
１４３２  寸法
１４３４  寸法
１４４０  寸法
１４４２  寸法
１４４４  寸法
１４４６  寸法
１４４８  寸法
１４５０  磁性材料
１４６０  導電性背面板
１４６２  絶縁層
１４６４  絶縁層
１４６６  絶縁層
１５００  誘導電力伝達システム
１５０２  ベースパッド
１５０４ａ  ＤＤコイル
１５０４ｂ  ＤＤコイル
１５０４ｃ  Ｑコイル
１５１４  車両パッド
１５１４Ｂ  車両パッド
１５１６ａ  ＤＤコイル
１５１６ｂ  ＤＤコイル
１５１６ｃ  Ｑコイル
１５１６Ｂ−ａ  ＤＤコイル
１５１６Ｂ−ｂ  ＤＤコイル
１５１６Ｂ−ｃ  Ｑコイル
１５５０  磁性材料
１５５２  磁性材料
１５５２Ｂ  磁性材料
１５６０  導電性背面板
１５６２  導電性背面板
１５６２Ｂ  導電性背面板
１６００  誘導電力伝達システム
１６０２  ベースパッド
１６０４ａ  ＤＤコイル
１６０４ｂ  ＤＤコイル
１６０４ｃ  Ｑコイル
１６１４  車両パッド
１６１６ａ  ＤＤコイル
１６１６ｂ  ＤＤコイル
１６１６ｃ  Ｑコイル
１６５０  磁性材料
１６５２  磁性材料
１６６０  導電性背面板
１６６２  導電性背面板
１７００  誘導電力伝達システム
１７０２  ベースパッド
１７０４  ベースパッドコイル
１７１４  車両パッド
１７１６ａ  ＤＤコイル
１７１６ｂ  ＤＤコイル
１７１６ｃ  Ｑコイル
１７５０  磁性材料
１７５２  磁性材料
１７６０  導電性背面板
１７６２  導電性背面板
１８０２  「方円形」ベースパッド
１８１４  ＤＤ−Ｑ車両パッド
１９０２  ベースパッド
１９０４  「方円形」コイル
１９５０  磁性材料
１９６０  導電性背面板
１９８２  中心点
２０１４  車両パッド
２０１６ａ  ＤＤコイル
２０１６ｂ  ＤＤコイル
２０１６ｃ  Ｑコイル
２０５２  磁性材料
２０６２  導電性背面板
２０８２  中心点
２１０２  ベースパッド
２１０４  コイル
２１１４  車両パッド
２１１６ａ  ＤＤコイル
２１１６ｂ  ＤＤコイル
２１１６ｃ  Ｑコイル
２１８０  位置合わせ許容域
２３０８  ベースシステム誘導コイル
２３１０  ワイヤレス電力伝達システム
２３１２  ベースワイヤレス充電システム
２３１４  電気車両充電システム
２３１６  電気車両誘導コイル
２３３６  ベース充電システム電力変換器
２３３８  電気車両電力変換器
２３４２  ベース充電システムコントローラ
２３４４  電気車両コントローラ
２３５２  ベース充電位置合わせシステム
２３５４  電気車両位置合わせシステム
２３６２  ベース充電誘導システム
２３６４  電気車両誘導システム
２３６６  誘導リンク
２３７２  ベース充電通信システム
２３７４  電気車両通信システム
２３７６  通信リンク
２４００  電力をワイヤレスに伝達する方法
２４０２  ブロック
２４０４  ブロック
【図１】
0006490585.tif 000005
【図２】
0006490585.tif 000006
【図３】
0006490585.tif 000007
【図４】
0006490585.tif 000008
【図５】
0006490585.tif 000009
【図６】
0006490585.tif 000010
【図７】
0006490585.tif 000011
【図８】
0006490585.tif 000012
【図９】
0006490585.tif 000013
【図１０】
0006490585.tif 000014
【図１１】
0006490585.tif 000015
【図１２Ａ】
0006490585.tif 000016
【図１２Ｂ】
0006490585.tif 000017
【図１２Ｃ】
0006490585.tif 000018
【図１３】
0006490585.tif 000019
【図１４】
0006490585.tif 000020
【図１５Ａ】
0006490585.tif 000021
【図１５Ｂ】
0006490585.tif 000022
【図１６】
0006490585.tif 000023
【図１７】
0006490585.tif 000024
【図１８】
0006490585.tif 000025
【図１９】
0006490585.tif 000026
【図２０】
0006490585.tif 000027
【図２１Ａ】
0006490585.tif 000028
【図２１Ｂ】
0006490585.tif 000029
【図２２Ａ】
0006490585.tif 000030
【図２２Ｂ】
0006490585.tif 000031
【図２３】
0006490585.tif 000032
【図２４】
0006490585.tif 000033
【図２５】
0006490585.tif 000034