(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の方向に巻かれた第1のコイルセクションと、
前記第1のコイルセクションと同一平面上にあり前記第1の方向とは反対の第2の方向に巻かれた第2のコイルセクションと
を含む、第1のコイル構造と、
第2のコイル構造と、
フェライトブロック構造とを含み、
前記フェライトブロック構造が、縦方向に延びるスロットによって分離される2つのフェライトブロックセクションと、前記第1のコイル構造から延びる少なくとも1つのワイヤと、前記フェライトブロック構造中の前記縦方向に延びるスロットの一部分を通って延び、前記第2のコイル構造から延びる少なくとも1つのワイヤとを含み、
前記フェライトブロック構造中の前記縦方向に延びるスロットが、前記第1のコイル構造の前記第1のコイルセクションおよび前記第2のコイルセクションの中心を通り、前記第2のコイル構造の中心を通る、充電パッド。
【請求項２】
前記第1のコイルセクションが第1の柱の周りに巻かれ、前記第2のコイルセクションが第2の柱の周りに巻かれ、前記縦方向に延びるスロットが、前記第1の柱と前記第2の柱との間を延びる幾何学的な線に実質的に平行である、請求項1に記載のパッド。
【請求項３】
前記第1の柱および前記第2の柱からの磁束が反対の方向である、請求項2に記載のパッド。
【請求項４】
前記第2のコイル構造が第1の柱の周りに巻かれ、前記縦方向に延びるスロットが前記第1の柱と実質的に交差する、請求項1に記載のパッド。
【請求項５】
前記第2のコイル構造が垂直な磁束と相互作用する、請求項4に記載のパッド。
【請求項６】
前記第2のコイル構造が、前記フェライトブロック構造と前記第1のコイル構造との間に位置する、または
前記フェライトブロック構造が、複数のフェライトタイルを含むモジュール式フェライトブロック組立体である、請求項1に記載のパッド。
【請求項７】
前記フェライトブロック構造を支持する底板と、
前記第1のコイル構造を支持するパッドカバーとを追加で含み、前記底板が、前記第1のコイル構造、前記第2のコイル構造、およびそれらの間に配設される前記フェライトブロック構造によって、前記パッドカバーに固定される、請求項1に記載のパッド。
【請求項８】
前記2つのフェライトブロックセクションの各々が、複数のフェライトブロックの実質的に連続的な組立体である、または
前記第1のコイル構造および前記第2のコイル構造が、前記フェライトブロック構造の一側面に主に配設される、請求項1に記載のパッド。
【請求項９】
フェライトタイルの角の各々が少なくともわずかな面取りを含む、請求項2に記載のパッド。
【請求項１０】
フェライトタイルが、
複数の実質的に長方形のフェライトタイルと、
少なくとも1つの面取りされた角を有する複数のフェライトタイルとを含み、前記面取りされた角がフェライトブロック組立体を通って延びる開口を形成するように互いに隣接して位置するように、前記複数のフェライトタイルのうちの4つが配置される、請求項2に記載のパッド。
【請求項１１】
前記第1のコイル構造が、前記第1のコイルセクションから延びる第1のワイヤと、前記第2のコイルセクションから延びる第2のワイヤとを含み、
前記第2のコイル構造が、前記第2のコイル構造の内部から延びる第3のワイヤと、前記第2のコイル構造の外部から延びる第4のワイヤとを含み、少なくとも前記第1のワイヤ、前記第2のワイヤ、および前記第3のワイヤが、前記フェライトブロック構造中の前記縦方向に延びるスロットの一部分を通って延びる、請求項1に記載のパッド。
【請求項１２】
前記第1のワイヤおよび前記第2のワイヤが、前記第2のコイル構造の中心を通過し、前記第2のコイル構造を間にして前記第1のコイル構造の前記第1のコイルセクションおよび前記第2のコイルセクションと反対側で、前記第2のコイル構造を横切る、請求項11に記載のパッド。
【請求項１３】
前記第2のコイル構造を支持する支持板を追加で含む、請求項12に記載のパッド。
【請求項１４】
前記支持板が、
前記第2のコイル構造の前記内部に位置する第1の複数の溝セグメントと、
前記第2のコイル構造の前記外部に位置し前記第1の複数の溝セグメントと協調して前記第2のコイル構造を横切って延びる少なくとも3つのワイヤ経路を画定する第2の複数の溝セグメントとを含み、
前記第1のワイヤ、前記第2のワイヤ、および前記第3のワイヤが、前記少なくとも3つのワイヤ経路内に保持される、請求項13に記載のパッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は全般にワイヤレス電力伝送に関し、より詳細には、バッテリーを含む車両等の遠隔システムへの、特に、厚さが低減された車両充電パッド等の充電パッドへの、ワイヤレス電力伝送に関するデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリー等のエネルギー蓄積デバイスから受け取られる電気から得られる運動能力を含む、車両等の遠隔システムが導入されてきた。たとえば、ハイブリッド電動車両は、車両のブレーキおよび従来型のモータからの動力を使用して車両を充電する、車載充電器を含む。電気のみである車両は一般に、他の電力源からバッテリーに充電するための電気を受け取る。バッテリー式電動車両(電動車両)はしばしば、家庭または商用のAC電源のような、何らかのタイプの有線の交流電流(AC)を通じて充電されるように提案される。有線の充電接続は、電源に物理的に接続され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、場合によっては不便でありまたは扱いにくいことがあり、他の欠点を有することもある。電動車両を充電するために使用される自由空間で(たとえば、ワイヤレス場を介して)電力を伝送することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電による解決策の欠点の一部を克服し得る。したがって、電動車両を充電するための、電力を効率的かつ安全に伝送するワイヤレス充電システムおよび方法が望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
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、その中の１つの態様のみが本明細書で説明される望ましい属性を担うわけではない。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説明される。
【０００４】
本明細書で説明される主題の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述べられる。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、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。
【０００５】
本開示の一態様は、第1の方向に巻かれた第1のコイルセクションと、第1のコイルセクションと同一平面上にあり第1の方向と反対の第2の方向に巻かれた第2のコイルセクションとを含む第1のコイル構造と、第2のコイル構造と、フェライトブロック構造とを含む、充電パッドを提供し、フェライトブロック構造は、縦方向に延びるスロットによって分離される2つのフェライトブロックセクションを含み、第1のコイル構造から延びる少なくとも1つのワイヤおよび第2のコイル構造から延びる少なくとも1つのワイヤは、フェライトブロック構造中の縦方向に延びるスロットの一部分を通って延びる。
【０００６】
第1のコイルセクションは第1の柱の周りに巻かれてよく、第2のコイルセクションは第2の柱の周りに巻かれてよく、縦方向に延びるスロットは、第1の柱と第2の柱との間を延びる幾何学的な線に実質的に平行であってよい。第1の柱および第2の柱からの磁束は、反対の方向であり得る。
【０００７】
第2のコイル構造は第1の柱の周りに巻かれてよく、縦方向に延びるスロットは第1の柱と実質的に交差してよい。第2のコイル構造は垂直な磁束と相互作用し得る。
【０００８】
フェライトブロック構造中の縦方向に延びるスロットは、第1のコイル構造の第1のコイルセクションおよび第2のコイルセクションの中心を通ってよく、第2のコイル構造の中心を通ってよい。
【０００９】
フェライトブロック構造は、第2のコイル構造を間にして第1のコイル構造と反対側に位置し得る。フェライトブロック構造は、複数のフェライトタイルを含むモジュール式フェライトブロック組立体であり得る。フェライトタイルの角の各々は、少なくともわずかな面取り部を含み得る。フェライトタイルは、複数の実質的に長方形のフェライトタイルと、少なくとも1つの面取りされた角を有する複数のフェライトタイルとを含んでよく、面取りされた角がフェライトブロック組立体を通って延びる開口を形成するように互いに隣接して位置するように、複数のフェライトタイルのうちの4つが配置される。
【００１０】
パッドはまた、フェライトブロック構造を支持する底板と、第1のコイル構造を支持するパッドカバーとを含んでよく、底板は、第1のコイル構造、第2のコイル構造、およびそれらの間に配設されるフェライトブロック構造によって、パッドカバーに固定される。
【００１１】
第1のコイル構造は、第1のコイルセクションから延びる第1のワイヤと、第2のコイルセクションから延びる第2のワイヤとを含んでよく、第2のコイル構造は、第2のコイル構造の内部から延びる第3のワイヤと、第2のコイル構造の外部から延びる第4のワイヤとを含んでよく、少なくとも第1のワイヤ、第2のワイヤ、および第3のワイヤは、フェライトブロック構造中の縦方向に延びるスロットの一部分を通って延びる。第1のワイヤおよび第2のワイヤは、第2のコイル構造の中心を通過し、第2のコイル構造を間にして第1のコイル構造の第1のコイル部分および第2のコイル部分と反対側で、第2のコイル構造を横切り得る。
【００１２】
パッドは、第2のコイル構造を支持する支持板を追加で含み得る。支持板は、第2のコイル構造の内部に位置する第1の複数の溝セグメントと、第2のコイル構造の外部に位置し第1の複数の溝セグメントと協調して第2のコイル構造を横切って延びる少なくとも3つのワイヤ経路を画定する第2の複数の溝セグメントとを追加で含んでよく、第1のワイヤ、第2のワイヤ、および第3のワイヤは、少なくとも3つのワイヤ経路内に保持される。
【００１３】
本開示の一態様は、充電パッドにおいて使用するためのフェライトブロック構造を提供し、この構造は、底板と、底板によって支持される第1のフェライトブロックセクションと、底板によって支持され縦方向に延びるスロットによって第1のフェライトブロックセクションから分離される第2のフェライトブロックセクションとを含む。
【００１４】
第1のフェライトブロックセクションの寸法は、第2のフェライトブロックセクションの寸法に等しくてよい。縦方向に延びるスロットは、底板の縦方向に延びる中心線と揃えられ得る。第1のフェライトブロックセクションおよび第2のフェライトブロックセクションは、接着物によって底板に固定され得る。
【００１５】
フェライトブロック構造は、複数のフェライトタイルを含むモジュール式フェライトブロック組立体であり得る。フェライトタイルの角の各々は、少なくともわずかな面取り部を含み得る。フェライトタイルは、複数の実質的に長方形のフェライトタイルと、少なくとも1つの面取りされた角を有する複数のフェライトタイルとを含んでよく、面取りされた角がフェライトブロック組立体を通って延びる開口を形成するように互いに隣接して位置するように、複数のフェライトタイルのうちの4つが配置される。
【００１６】
本開示の一態様は充電パッドを提供し、この充電パッドは、充電パッドによって捕捉された磁場の水平成分から電力を抽出するための第1の手段と、充電パッドによって捕捉された磁場の垂直成分から電力を抽出するための第2の手段と、第1の電力抽出手段および第2の電力抽出手段とワイヤレス充電システムとの間の結合を増強するための手段と、第1の電力抽出手段から延びる少なくとも1つのワイヤおよび第2の電力抽出手段から延びる少なくとも1つのワイヤの、結合増強手段のセクション間の通過を可能にするための手段とを含む。
【００１７】
第1の電力抽出手段は、第1の方向に巻かれた第1のコイルセクションと、第1のコイルセクションと同一平面上にあり第1の方向と反対の第2の方向に巻かれた第2のコイルセクションとを含む、第1のコイル構造を含んでよく、第1のコイルセクションは第1の柱の周りに巻かれ、第2のコイルセクションは第2の柱の周りに巻かれ、結合増強手段のセクション間の通過を可能にするための手段は、第1の柱と第2の柱との間を延びる幾何学的な線と実質的に平行に延びる。第1の柱および第2の柱からの磁束は、反対の方向であり得る。
【００１８】
第2の電力抽出手段は、第1の柱の周りに巻かれた第2のコイル構造を含んでよく、結合増強手段のセクション間の通過を可能にするための手段は、第1の柱と実質的に交差する。第2のコイルは垂直な磁束と相互作用し得る。
【００１９】
第1の電力抽出手段は、第1の方向に巻かれた第1のコイルセクションと、第1のコイルセクションと同一平面上にあり第1の方向と反対の第2の方向に巻かれた第2のコイルセクションとを含む第1のコイル構造を含んでよく、結合増強手段は、2つのフェライトブロックセクションを含むフェライトブロック構造を含んでよく、結合増強手段のセクション間の通過を可能にするための手段は、2つのフェライトブロックセクションの間の縦方向に延びるスロットを含んでよく、フェライトブロック構造中の縦方向に延びるスロットは、第1のコイル構造の第1のコイルセクションと第2のコイルセクションの中心を通ってよく、第2のコイル構造の中心を通ってよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電動車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝送システムの図である。
【図２】図1のワイヤレス電力伝送システムの例示的な中核的な構成要素の概略図である。
【図３】図1のワイヤレス電力伝送システムの例示的な中核的な構成要素および付随的な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、電動車両の中に配設される交換可能な非接触式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、誘導コイルおよびフェライト材料のバッテリーに対する配置の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、誘導コイルおよびフェライト材料のバッテリーに対する配置の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、誘導コイルおよびフェライト材料のバッテリーに対する配置の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、誘導コイルおよびフェライト材料のバッテリーに対する配置の例示的な構成の図である。
【図６Ａ】車両パッドカバーおよびDDコイル構造の分解図である。
【図６Ｂ】図6Aの組み立てられた車両パッドカバーおよびDDコイルの斜視図である。
【図７Ａ】図6Bの車両パッドカバーおよびDDコイルに対して示される直交コイルおよび支持板の分解図である。
【図７Ｂ】図7Aの組み立てられた構成要素の斜視図である。
【図７Ｃ】図7Bの組み立てられた構成要素の上面図である。
【図８】床板の上で支持される車両充電パッドおよびモジュール式フェライトブロック組立体のための底板の部分的に分解された斜視図である。
【図９Ａ】組み立てられた車両充電パッドの断面である。
【図９Ｂ】図9AのセクションBの詳細図である。
【図９Ｃ】図9AのセクションCの詳細図である。
【図１０】DDコイル構造によって生成される磁束を概略的に図示する図8の底板およびモジュール式フェライトブロック組立体の部分的に分解された斜視図である。
【図１１】直交コイルによって生成される磁束を概略的に図示する図8の底板およびモジュール式フェライトブロック組立体の部分的に分解された斜視図である。
【図１２Ａ】2つの多巻ループを含む単一のコイル構造を含む別の車両パッドの部分的に分解された斜視図である。
【図１２Ｂ】単一の多巻ループを含む単一のコイル構造を含む車両パッドの部分的に分解された斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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ことがある。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ことがある。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図示していないことがある。最後に、同様の参照番号が、明細書および図面全体を通じて同様の特徴を表すために使用され得る。
【００２２】
添付の図面に関して以下で述べられる詳細な説明は、本発明の例示的な実施形態の説明であることが意図され、本発明が実践され得る唯一の実施形態を表すことは意図されない。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、または有利であると解釈されるべきではない。詳細な説明は、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む。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。
【００２３】
ワイヤレスに電力を伝送することは、物理的な導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などと関連付けられる任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝送することを指し得る(たとえば、電力は、自由空間を通って伝送され得る)。電力伝送を実現するために、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。
【００２４】
本明細書では、遠隔システムを説明するために電動車両が使用され、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ー)から得られた電力を含む車両である。非限定的な例として、いくつかの電動車両は、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の内燃機関を含むハイブリッド電動車両であり得る。他の電動車両は、電力からすべての運動能力を引き出すことができる。電動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み得る。限定ではなく例として、遠隔システムは本明細書において、電動車両(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遠隔システム(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)も企図される。
【００２５】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、電動車両112を充電するための例示的なワイヤレス電力伝送システム100の図である。ワイヤレス電力伝送システム100は、電動車両112がベースワイヤレス充電システム102aの近くに駐車されている間の、電動車両112の充電を可能にする。2つの電動車両のための空間が、対応するベースワイヤレス充電システム102aおよび102bの上に駐車されることになる駐車エリアの中に示されている。いくつかの実施形態では、ローカル配電センター130が、電力バックボーン132に接続され、電力リンク110を通じてベースワイヤレス充電システム102aに交流電流(AC)または直流(DC)電源を提供するように構成され得る。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送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。電動車両112は、バッテリーユニット118、電動車両誘導コイル116、および電動車両ワイヤレス充電システム114を含み得る。電動車両誘導コイル116は、たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって生成される電磁場の領域を介して、ベースシステム誘導コイル104aと相互作用し得る。
【００２６】
いくつかの例示的な実施形態では、電動車両誘導コイル116は、電動車両誘導コイル116がベースシステム誘導コイル104aによって生成されるエネルギー場の中に位置するとき、電力を受信することができる。この場は、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されるエネルギーが電動車両誘導コイル116によって捕捉され得る領域に対応する。たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されるエネルギーは、電動車両112を充電または給電するのに十分なレベルにあり得る。いくつかの場合には、この場は、ベースシステム誘導コイル104aの「近接場」に対応し得る。近接場は、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の中の電流および電荷に起因する強い反応場(reactive field)がある、領域に対応し得る。いくつかの場合には、近接場は、以下でさらに説明されるように、ベースシステム誘導コイル104aの波長の約1/2π内にある(かつ電動車両誘導コイル116に対しては電動車両誘導コイル116の約1/2π内にある)領域に対応し得る。
【００２７】
ローカル配電センター130は、通信バックホール134を介して外部の電力源(たとえば、電力網)と、かつ通信リンク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され得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、電動車両誘導コイル116は、ベースシステム誘導コイル104aと揃えられ得るので、単に運転手が電動車両112をベースシステム誘導コイル104aに対して正しく配置することによって、近接場領域内に配設され得る。他の実施形態では、運転手は、電動車両112がワイヤレス電力伝送のために適切に配置されているときを判定するために、視覚的なフィードバック、音声のフィードバック、またはそれらの組合せを与えられ得る。さらに他の実施形態では、電動車両112は、整列の誤差が許容可能な値に達するまで電動車両112を前後に(たとえば、ジグザグの動きで)動かすことができる、オートパイロットシステムによって配置され得る。これは、電動車両112が車両を調整するためのサーボ式ハンドル、超音波センサ、および知能を備えている限り、運転手の介入を伴うことなく、または運転手の最小限の介入を伴うことで、電動車両112によって自動的かつ自律的に実行され得る。さらに他の実施形態では、電動車両誘導コイル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を互いに対してずらして移動させて、それらをより正確に配向し、それらの間のより効率的な結合を促進するための機能を有し得る。
【００２９】
ベースワイヤレス充電システム102aは、種々の位置に配置され得る。非限定的な例として、いくつかの適切な位置は、電動車両112の所有者の自宅の駐車エリア、従来型の石油ベースの給油所にならって作られた電動車両のワイヤレス充電のため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位置にある駐車場を含む。
【００３０】
電動車両をワイヤレスに充電することは、多数の利点をもたらし得る。たとえば、充電が実質的に運転手の介入および操作を伴わずに自動的に実行され得るので、ユーザの利便性が向上する。また、露出した電気的接点および機械的な摩耗がなくなり得るので、ワイヤレス電力伝送システム100の信頼性が向上する。ケーブルおよびコネクタによる操作が必要とされなくてよく、屋外環境において蒸気および水に曝され得るケーブル、プラグ、またはソケットがなくなり得るので、安全性が向上する。また、目に見える、または手の届くソケット、ケーブル、およびプラグがなくなり得るので、電力の充電デバイスの損壊の可能性が減る。さらに、電動車両112は、電力網を安定化するための分散蓄電デバイスとして使用され得るので、Vehicle-to-Grid(V2G)動作のための車両の利用可能性を上げるためにdocking-to-grid解決策が使用されることが可能である。
【００３１】
図1を参照して説明されるようなワイヤレス電力伝送システム100はまた、美観上の利点および障害にならないという利点をもたらし得る。たとえば、車両および/または歩行者の障害となり得る充電用の柱およびケーブルがなくなり得る。
【００３２】
vehicle-to-grid能力のさらなる説明として、ワイヤレス電力送受信能力は、ベースワイヤレス充電システム102aが電力を電動車両112に伝送し、たとえばエネルギー不足のときに電動車両112が電力をベースワイヤレス充電システム102aに伝送するように、相互的であるように構成され得る。この能力は、過大な需要または再生可能エネルギーの産生(たとえば、風力または太陽光)の不足により引き起こされるエネルギー不足の際に、電動車両が配電系統全体へ電力を供給することを可能にすることによって、配電網を安定化するのに有用であり得る。
【００３３】
図2は、図1のワイヤレス電力伝送システム100の例示的な中核的な構成要素の概略図である。図2に示されるように、ワイヤレス電力伝送システム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を含み得る。ワイヤレス電力伝送システム200はさらに、インダクタンスL2を有する電動車両誘導コイル216を含む電動車両受信回路222を含む。本明細書で説明される実施形態は、一次側と二次側の両方が共通の共振周波数に合わされている場合に、磁気的または電磁気的な近接場を介して一次側構造物(送信機)から二次側構造物(受信機)へと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型ワイヤループ(capacitively loaded wire loop)(すなわち、多巻コイル)を使用することができる。このコイルは、電動車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204のために使用され得る。エネルギーを結合するための共振構造を使用することは、「磁気結合された共振」、「電磁結合された共振」、および/または「共振誘導」と呼ばれ得る。ワイヤレス電力伝送システム200の動作は、ベースワイヤレス充電システム202から電動車両112への電力伝送に基づいて説明されるが、それには限定されない。たとえば、上で論じられたように、電動車両112は、電力をベースワイヤレス充電システム102aに伝送することができる。
【００３４】
図2を参照すると、電源208(たとえば、ACまたはDC)が、電力PSDCをベースワイヤレス充電システム202に供給して、エネルギーを電動車両112に伝送する。ベースワイヤレス充電システム202は、ベース充電システム電力コンバータ236を含む。ベース充電システム電力コンバータ236は、標準的な電源であるAC電力から適切な電圧レベルのDC電力へと電力を変換するように構成されるAC/DCコンバータ、および、DC電力をワイヤレス高電力伝送に適した動作周波数の電力に変換するように構成されるDC/低周波(LF)コンバータ等の、回路を含み得る。ベース充電システム電力コンバータ236は、電力P1をベースシステム誘導コイル204と直列のキャパシタC1を含むベースシステム送信回路206に供給して、所望の周波数で電磁場を放出する。キャパシタC1は、所望の周波数で共振するベースシステム誘導コイル204を伴う共振回路を形成するために設けられ得る。ベースシステム誘導コイル204は、電力P1を受信し、電動車両112を充電または給電するの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、ベース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、キロワット(kW)のオーダー(たとえば、1kWから110kWまで、またはそれ以上まで、またはそれ以下までのどこか)にあり得る。
【００３５】
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および電動車両誘導コイル216を含む電動車両受信回路222は、実質的に同じ周波数に合わされてよく、ベースシステム誘導コイル204と電動車両誘導コイル116の1つによって送信される電磁場の近接場の中に配置され得る。この場合、ベースシステム誘導コイル204および電動車両誘導コイル116は、キャパシタC2と電動車両誘導コイル116とを含む電動車両受信回路222に電力が伝送され得るように、互いに結合されるようになり得る。キャパシタC2は、所望の周波数で共振する電動車両誘導コイル216とともに共振回路を形成するために設けられ得る。要素k(d)は、コイルの離隔に起因す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ならびに反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。電動車両誘導コイル216およびキャパシタC2を含む電動車両受信回路222は、電力P2を受信し、電力P2を電動車両充電システム214の電動車両電力コンバータ238に提供する。
【００３６】
電動車両電力コンバータ238は、とりわけ、動作周波数の電力を、電動車両バッテリーユニット218の電圧レベルに一致した電圧レベルのDC電力へ戻るよう変換するように構成される、LF/DCコンバータを含み得る。電動車両電力コンバータ238は、電動車両バッテリーユニット218を充電するために、変換された電力PLDCを提供することができる。電源208、ベース充電システム電力コンバータ236、およびベースシステム誘導コイル204は固定的であり、上で論じられたような種々の位置に配置され得る。バッテリーユニット218、電動車両電力コンバータ238、および電動車両誘導コイル216は、電動車両112の一部またはバッテリーパック(図示せず)の一部である電動車両充電システム214に含まれ得る。電動車両充電システム214は、電動車両誘導コイル216を通じてベースワイヤレス充電システム202に電力をワイヤレスに提供して、電力を電力網に戻すようにも構成され得る。電動車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204の各々は、動作のモードに基づいて、送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとして動作し得る。
【００３７】
示されないが、ワイヤレス電力伝送システム200は、電動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送システム200から安全に切り離すための、負荷切断ユニット(LDU)を含み得る。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、LDUは、負荷をワイヤレス電力伝送システム200から切断することをトリガされ得る。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設けられてよく、または、バッテリー管理システムの一部であってよい。
【００３８】
さらに、電動車両充電システム214は、電動車両誘導コイル216を電動車両電力コンバータ238に選択的に接続し、またはそれから切り離すための、スイッチング回路(図示せず)を含み得る。電動車両誘導コイル216を切り離すことは、充電を中断することを可能にし、また、(送信機として動作する)ベースワイヤレス充電システム102aに対する「見かけの」「負荷」を調整することができ、このことは、ベースワイヤレス充電システム102aから(受信機として動作する)電動車両充電システム114を「隠す」ために使用され得る。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷の変化が検出され得る。したがって、ベースワイヤレス充電システム202等の送信機は、電動車両充電システム114等の受信機がベースシステム誘導コイル204の近接場に存在するときを判定するための機構を有し得る。
【００３９】
上で説明されたように、動作において、車両またはバッテリーへのエネルギー伝送を仮定すると、ベースシステム誘導コイル204がエネルギー伝送を提供するための場を生成するために、入力電力が電源208から提供される。電動車両誘導コイル216は、放射された場に結合し、電動車両112による蓄積または消費のための出力電力を生成する。上で説明されたように、いくつかの実施形態では、ベースシステム誘導コイル204および電動車両誘導コイル116は、電動車両誘導コイル116の共振周波数とベースシステム誘導コイル204の共振周波数が非常に近い、または実質的に同じであるというような相互共振の関係に従って構成される。ベースワイヤレス充電システム202と電動車両充電システム214との間の送信損失は、電動車両誘導コイル216がベースシステム誘導コイル204の近接場に位置しているときは最小限である。
【００４０】
述べられたように、効率的なエネルギー伝送は、エネルギーの大半を電磁波で非近接場において伝播するのではなく、送信側誘導コイルの近接場におけるエネルギーの大部分を受信側誘導コイルに結合することによって、発生する。近接場の中にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間にある結合モードが確立され得る。この近接場結合が発生し得る、誘導コイルの周りの領域は、本明細書では近接場結合モード領域と呼ばれる。
【００４１】
示されないが、ベース充電システム電力コンバータ236および電動車両電力コンバータ238はともに、発振器と、電力増幅器等の駆動回路と、フィルタと、ワイヤレス電力誘導コイルとの効率的な結合のための整合回路とを含み得る。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、制御信号に応答した増幅量を伴って電力増幅器によって増幅され得る。フィルタおよび整合回路は、高調波および他の不要な周波数を除去し、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するために含まれ得る。電力コンバータ236および238はまた、バッテリーを充電するのに適切な電力出力を生成するための、整流器およびスイッチング回路を含み得る。
【００４２】
開示される実施形態全体で説明されるような電動車両誘導コイル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ループアンテナとして示される、または構成され得る。誘導コイル204および216はまた、「磁気」アンテナと本明細書では呼ばれることがあり、またはそれとして構成され得る。「コイル」という用語は、別の「コイル」への結合のためにエネルギーをワイヤレスに出力または受信し得る構成要素を一般に指す。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」とも呼ばれ得る。本明細書で使用される場合、コイル204および216は、電力をワイヤレスに出力し、ワイヤレスに受信し、かつ/またはワイヤレスに中継するように構成される、あるタイプの「電力伝送構成要素」の例である。ループ(たとえば、多巻ループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコア等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は、コア領域内への他の構成要素の配置を可能にし得る。強磁性材料または強磁性材料を含む物理的コアアンテナは、より強い電磁場の展開および結合の改善を可能にし得る。
【００４３】
上で論じられたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝送は、送信機と受信機との間の整合した共振またはほぼ整合した共振の間に発生する。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合していないときでも、エネルギーはより低い効率で伝送され得る。エネルギーの伝送は、送信側誘導コイルからのエネルギーを自由空間へと伝播するのではなく、送信側誘導コイルの近接場からのエネルギーを、この近接場が確立される領域内に(たとえば、所定の周波数範囲の共振周波数内に、または近接場領域から所定の距離内に)存在する受信側誘導コイルに結合することによって発生する。
【００４４】
共振周波数は、上で説明されたような誘導コイル(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き得る。図2に示されるように、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が、キャパシタンスは、所望の共振周波数において共振構造を作成するために、誘導コイルに追加され得る。非限定的な例として、図2に示されるように、電磁場を生成する共振回路(たとえば、ベースシステム送信回路206)を作成するために、キャパシタが誘導コイルと直列に追加され得る。したがって、より直径の大きな誘導コイルでは、共振を引き起こすために必要とされる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大するにつれて低下し得る。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に依存し得る。さらに、誘導コイルの直径が増大するにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝送エリアが増大し得る。その他の共振回路も可能である。別の非限定的な例として、キャパシタが誘導コイルの2つの端子の間に並列に配置され得る(たとえば、並列共振回路)。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの共振を改善するために高い品質(Q)値を有するように設計され得る。たとえば、Q値は300以上であり得る。
【００４５】
上で説明されたように、いくつかの実施形態によれば、互いの近接場の中にある2つの誘導コイルの間の結合電力が開示される。上で説明されたように、近接場は、電磁場が存在するが電磁場が誘導コイルから遠くに伝播または放射し得ない、誘導コイルの周りの領域に対応し得る。近接場結合モード領域は、誘導コイルの物理的な体積に近く、通常は波長の小さい比率の範囲内である体積に対応し得る。いくつかの実施形態によれば、実際の実施形態での近接磁場の振幅は電気タイプのアンテナ(たとえば、小型ダイポール)の近接電場と比較して磁気タイプのコイルではより高い傾向があるので、単巻ループアンテナおよび多巻ループアンテナ等の電磁誘導コイルが、送信と受信の両方のために使用される。これは、ペアの間の潜在的により密な結合を可能にする。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得る。
【００４６】
図3は、図1のワイヤレス電力伝送システム300の例示的な中核的な構成要素および付随的な構成要素を示す別の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝送システム300は、通信リンク376と、案内リンク366と、ベースシステム誘導コイル304および電動車両誘導コイル316のための整列システム352、354とを示す。図2を参照して上で説明されたように、電動車両112へのエネルギーの流れを仮定すると、図3において、ベース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等の電源から充電システム電力コンバータ336に電力を提供するように構成され得る。ベース充電システム電力コンバータ336は、ベース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、共振周波数で、またはその近くで、ベースシステム誘導コイル304を励振することができる。近接場結合モード領域にあるとき、電動車両誘導コイル316は、近接場結合モード領域からエネルギーを受け取り、共振周波数で、またはその近くで発振することができる。電動車両電力コンバータ338は、電動車両誘導コイル316からの発振信号を、電動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。
【００４７】
ベースワイヤレス充電システム302はベース充電システムコントローラ342を含み、電動車両充電システム314は電動車両コントローラ344を含む。ベース充電システムコントローラ342は、たとえば、コンピュータ、配電センター、またはスマート電力網等の他のシステム(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162を含み得る。電動車両コントローラ344は、たとえば、車両の車中コンピュータ、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、および遠隔電子システム等の、他のシステム(図示せず)への電動車両通信インターフェースを含み得る。
【００４８】
ベース充電システムコントローラ342および電動車両コントローラ344は、別々の通信チャネルを伴う特定の用途のためのサブシステムまたはモジュールを含み得る。これらの通信チャネルは、別々の物理チャネルまたは別々の論理チャネルであってよい。非限定的な例として、ベース充電整列システム352は、通信リンク376を通じて電動車両整列システム354と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、ベースシステム誘導コイル304および電動車両誘導コイル316をより厳密に整列するための、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362は、案内リンクを通じて電動車両案内システム364と通信して、ベースシステム誘導コイル304および電動車両誘導コイル316を整列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ことができる。加えて、ベースワイヤレス充電システム302と電動車両充電システム314との間で他の情報を通信するための、ベース充電システム372および電動車両通信システム374によってサポートされる別々の汎用通信リンク(たとえば、チャネル)があってよい。この情報は、電動車両の特性、バッテリーの特性、充電状態、および、ベースワイヤレス充電システム302と電動車両充電システム314の両方の電力能力についての情報、同様に、電動車両112のメンテナンスデータ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(登録商標)、zigbee(登録商標)、セルラーなど等の、別々の物理通信チャネルであり得る。
【００４９】
電動車両コントローラ344はまた、電動車両の主要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)と、マイクロ波または超音波レーダーの原理に基づく駐車支援システムと、半自動の駐車動作を実行するように構成されるブレーキシステムと、より高い駐車精度を提供できる大部分が自動化された駐車「park by wire」によって支援するように構成されるハンドルサーボシステムとを含み得るので、ベースワイヤレス充電システム102aと電動車両充電システム114のいずれにおいても機械的な水平方向の誘導コイル整列の必要性が減る。さらに、電動車両コントローラ344は、電動車両112の電子機器と通信するように構成され得る。たとえば、電動車両コントローラ344は、視覚的出力デバイス(たとえば、ダッシュボードのディスプレイ)、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、トラックボール等のポインティングデバイスなど)、およびオーディオ入力デバイス(たとえば、電子音声認識を伴うマイクロフォン)と通信するように構成され得る。
【００５０】
さらに、ワイヤレス電力伝送システム300は、検出およびセンサシステムを含み得る。たとえば、ワイヤレス電力伝送システム300は、運転手または車両を充電スポットへと適切に案内するためのシステムとともに使用するためのセンサ、要求される離隔/結合を伴って誘導コイルを相互に整列するためのセンサ、電動車両誘導コイル316が結合を達成するために特定の高さおよび/または位置へと移動するのを妨げ得る物体を検出するためのセンサ、および、信頼性のある、損傷を伴わない、かつ安全な、システムの動作を実行するためにシステムとともに使用するための安全センサを含み得る。たとえば、安全センサは、安全範囲を超えてワイヤレス電力誘導コイル104a、116に近づく動物または子供の存在の検出、加熱され得る(誘導加熱)ベースシステム誘導コイル304の近くの金属物体の検出、ベースシステム誘導コイル304上の白熱を発する物体などの危険な事象の検出、および、ベースワイヤレス電力システム302および電動車両充電システム314構成要素の温度監視のための、センサを含み得る。
【００５１】
ワイヤレス電力伝送システム300はまた、有線接続を介したプラグイン充電をサポートし得る。有線充電ポートは、電動車両112への、または電動車両112からの電力の伝送の前に、2つの異なる充電器の出力を統合し得る。スイッチング回路が、ワイヤレス充電と有線充電ポートを介した充電との両方をサポートするために必要とされるような機能を提供することができる。
【００５２】
ベースワイヤレス充電システム302と電動車両充電システム314との間で通信するために、ワイヤレス電力伝送システム300は、帯域内シグナリングとRFデータモデム(たとえば、免許されていない帯域における無線を通じたイーサネット(登録商標))の両方を使用し得る。帯域外通信は、車両のユーザ/所有者への付加価値サービスの配分のために十分な帯域幅を提供することができる。ワイヤレス電力搬送波の低深度の振幅変調または位相変調が、最小限のインターフェースを伴う帯域内シグナリングシステムとして機能し得る。
【００５３】
加えて、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用することなく、ワイヤレス電力リンクを介して実行され得る。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル304および316はまた、ワイヤレス通信送信機として動作するように構成され得る。したがって、ベースワイヤレス充電システム302のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上でのキーイングタイプのプロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含み得る。予め定められたプロトコルにより予め定められた間隔で送信電力レベルをキーイングすることによって(振幅シフトキーイング)、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コンバータ336は、ベースシステム誘導コイル304によって生成される近接場の近傍における動作中の電動車両受信機の存在または不在を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含み得る。例として、負荷感知回路は、電力増幅器への電流の流れを監視し、この電流の流れは、ベースシステム誘導コイル104aによって生成される近接場の近傍での動作中の受信機の存在または不在の影響を受ける。電力増幅器上の負荷の変化の検出が、エネルギーを送信するための発振器を有効にするかどうか、動作中の受信機と通信するかどうか、またはそれらの組合せを判定する際に使用するために、ベース充電システムコントローラ342によって監視され得る。
【００５４】
ワイヤレスの大電力伝送を可能にするために、いくつかの実施形態は、10〜60kHzの範囲の周波数で電力を伝送するように構成され得る。この低周波結合は、ソリッドステートデバイスを使用して達成され得る高度に効率的な電力変換を可能にし得る。加えて、他の帯域と比較して、無線システムとの共存問題が少なくなり得る。
【００５５】
説明されるワイヤレス電力伝送システム100は、再充電可能な、または交換可能なバッテリーを含む、種々の電動車両102とともに使用され得る。図4は、本発明の例示的な実施形態による、電動車両412に配設された交換可能な非接触式バッテリーを示す機能ブロック図である。この実施形態では、ワイヤレス電力インターフェース(たとえば、充電器とバッテリー間のコードレスインターフェース426)を統合し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動車両バッテリーユニットのために、低いバッテリー位置が有利であり得る。図4において、電動車両バッテリーユニットは、再充電可能な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に収容され得る。電動車両バッテリーユニットはまた、ワイヤレス電力インターフェース426を提供し、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、地中のワイヤレス充電ユニットと電動車両バッテリーユニットとの間での効率的かつ安全なワイヤレスエネルギー伝送のために必要とされるような他の制御機能および通信機能を含む、電動車両ワイヤレス電力サブシステム全体を統合し得る。
【００５６】
電動車両誘導コイルは、突出した部分がないように、かつ、規定された地面と車体の間の余裕が保たれ得るように、電動車両バッテリーユニットまたは車体の底面と同一平面上に統合されることが有利であり得る。この構成は、電動車両ワイヤレス電力サブシステムに専用のいくらかの空間を、電動車両バッテリーユニットの中で必要とし得る。電動車両バッテリーユニット422はまた、バッテリーとEVの間のコードレスインターフェース422と、電動車両412と図1に示されるようなベースワイヤレス充電システム102aとの間で非接触の電力および通信を提供する充電器とバッテリー間のコードレスインターフェース426とを含み得る。
【００５７】
いくつかの実施形態では、図1を参照すると、ベースシステム誘導コイル104aおよび電動車両誘導コイル116は、固定された位置にあってよく、誘導コイルは、ベースワイヤレス充電システム102aに対する電動車両誘導コイル116の全体的な配置によって、近接場結合領域内に持ち込まれる。しかしながら、エネルギー伝送を高速に、効率的に、かつ安全に実行するために、ベースシステム誘導コイル104aと電動車両誘導コイル116との間の距離は、結合を改善するために低減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、ベースシステム誘導コイル104aおよび/または電動車両誘導コイル116は、それらをより良好な整列状態にするために、展開可能かつ/または可動であり得る。
【００５８】
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、誘導コイルおよびフェライト材料のバッテリーに対する配置の例示的な構成の図である。図5Aは、完全にフェライトが埋め込まれた誘導コイル536aを示す。ワイヤレス電力誘導コイルは、フェライト材料538aと、フェライト材料538aの周りに巻かれたコイル536aとを含み得る。コイル536a自体は、撚られたリッツ線でできていてよい。導電性シールド532aが、過剰なEMFの伝達から車両の乗客を保護するために設けられ得る。導電性シールディングは、プラスチックまたは複合材料でできている車両において特に有用であり得る。
【００５９】
図5Bは、結合を増強し、導電性シールド532bにおける渦電流(熱放散)を低減するための、理想的な寸法のフェライト板(すなわち、フェライト裏板)を示す。フェライト材料538bは、とりわけ、コイル536bとワイヤレス充電システムとの間の結合を増強するための手段を提供し得る。特に、フェライト材料538bは、コイル536bと、ワイヤレス充電システムのベースシステム誘導コイル104a(図1参照)等のベースシステム誘導コイルとの間の、結合を増強するための手段を提供し得る。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に示されるように、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との間には離隔があり得る。
【００６０】
図5Cは、コイル536c(たとえば、銅リッツ線の多巻コイル)が横(「X」)方向に可動であり得る、別の実施形態を示す。図5Dは、誘導コイルモジュールが下向きの方向に展開される、別の実施形態を示す。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、展開可能な電動車両誘導コイルモジュールと展開不可能な電動車両誘導コイルモジュール540dの1つを含む。磁場がバッテリー空間530dおよび車両の内部を貫通するのを防ぐために、バッテリー空間530dと車両との間には導電性シールド532d(たとえば、銅板)があり得る。さらに、非導電性(たとえば、プラスチック)の保護層534dが、導電性シールド532d、コイル536d、およびフェライト材料538dを環境的な衝撃(たとえば、機械的な損傷、酸化など)から保護するために使用され得る。さらに、コイル536dは、横のX方向および/またはY方向に可動であり得る。図5Dは、電動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向きのZ方向に展開される実施形態を示す。
【００６１】
この展開可能な電動車両誘導コイルモジュール542bの設計は、電動車両誘導コイルモジュール542dにおける導電性シールディングがないことを除き、図5Bの設計と同様である。導電性シールド532dは、バッテリーユニット本体とともにある。電動車両誘導コイルモジュール542dが展開された状態にないとき、保護層534d(たとえば、プラスチック層)が、導電性シールド532dと電動車両誘導コイルモジュール542dとの間に設けられる。バッテリーユニット本体からの電動車両誘導コイルモジュール542dの物理的な離隔は、誘導コイルの性能に良い影響があり得る。
【００６２】
上で論じられたように、展開される電動車両誘導コイルモジュール542dは、コイル536d(たとえば、リッツ線)およびフェライト材料538dのみを含み得る。フェライト裏板は、結合を増強し、車両のアンダーボディまたは導電性シールド532dにおける過剰な渦電流損を防ぐために設けられ得る。その上、電動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、電動車両誘導コイルモジュール542dを展開するための機械的なギアへと統合され得る。
【００６３】
図1を参照すると、上で説明された充電システムは、電動車両112を充電するために、または電力網に電力を戻すために、種々の位置で使用され得る。たとえば、電力の伝送は、駐車場環境で発生し得る。「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送システム100の効率を高めるために、電動車両112は、電動車両112内の電動車両誘導コイル116が関連する駐車エリア内のベースワイヤレス充電システム102aに対して適切に揃えられることを可能にするために、X方向およびY方向に沿って揃えられ得る。
【００６４】
さらに、開示される実施形態は、1つまた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ベースワイヤレス充電システム102aを含み得る。電動車両112内の電動車両誘導コイル116をベースワイヤレス充電システム102aに対して揃えるように、車両のオペレータが電動車両112を駐車エリアにおいて配置するのを支援するために、案内システム(図示せず)が使用され得る。案内システムは、電動車両112内の誘導コイル116が充電ベース(たとえば、ベースワイヤレス充電システム102a)内の充電誘導コイルに対して適切に揃えられることを可能にするように、電動車両のオペレータが電動車両112を配置するのを支援するための、電子ベースの手法(たとえば、無線測位、方向発見原理、ならびに/または光学的な、準光学的な、および/もしくは超音波の感知方法)または機械ベースの手法(たとえば、車輪ガイド、トラックまたはストップ)またはそれらの任意の組合せを含み得る。
【００６５】
上で論じられたように、電動車両充電システム114は、電力を送信し、かつベースワイヤレス充電システム102aから電力を受信するために、電動車両112の下面に配置され得る。たとえば、電動車両誘導コイル116は、好ましくは中心位置の近くで車両のアンダーボディに組み込まれてよく、EM曝露に関して最大の安全な距離をもたらし、電動車両の前向き駐車および後向き駐車を可能にする。
【００６６】
電動車両IPTシステム300では、縦(すなわち、車両112に対して前方/後方)方向および横断(すなわち、左右)方向に許容範囲があることが望ましい。様々な状況では、縦方向または横断方向の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、電動車両IPTシステム300が特定の状況の要件に適合するための許容範囲の柔軟性を有することが望ましい。
【００６７】
ある実施形態によれば、IPTシステムは、フェライトなどの高い透磁率の材料から形成されたコアの上に配置された2つの別々の同一平面のコイルを含む、通常は地面に配置される、ベースコイル配列を含み得る。さらに、シールドおよび追加の磁束形成器として動作する磁気コアの下に、導電性背面板があり得る。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の上の「磁束パイプ」の形状の磁極エリア間の磁束アーク線、IPTシステムの機能空間と呼ばれる高磁束集中ゾーンを生み出す。この構造によって生成され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的なシングル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。
【００６８】
本明細書で説明される様々な実施形態によれば、受信機(ピックアップ)デバイスまたはベースデバイスのコイル配列において、3つ以上のコイルまたはループが使用されることもある。受信機デバイスは、本明細書では車両パッドとも呼ばれる。3つ以上のコイルのうちの最初の2つのコイルまたはループは、ベースコイル配列におけるような「ダブルD」を形成するシングルコイル構造の別々の同一平面ループであり得る。エネルギー伝送の間、この「ダブルD」は、送信機(ベース)デバイス内の「ダブルD」と揃えられる。本明細書で「直交」コイルと呼ばれる3番目のコイルは、磁気透過性のコアの同じ側にある「ダブルD」の上に配置される。「直交」コイルは、受信機デバイスによって捕捉された磁場の水平成分に加えて、垂直成分から電力が抽出されることを可能にし、この電力は「ダブルD」によって抽出される。ソレノイドコイル構造に関しては、「ダブルD」は、磁気モーメントに垂直な方向の送信機デバイスと受信機デバイスとの間のずれには許容範囲を有するが、磁気モーメントに平行な方向のずれの許容範囲はより小さい。車両パッド内の「ダブルD」(DD)および「直交」(Q)から作られる三重コイル配列は、平行な方向でのIPTシステムの許容範囲を改善することができ、したがって、いかなる方向のずれに対しても、システムの全体的な許容範囲を増大させる。しかしながら、他の実施形態では、コイル配列は、以下でより詳細に論じられるように、シングルコイル構造のみを含んでもよい。したがって、DDコイルは、(充電パッド等の)受信デバイスによって捕捉された磁場の水平成分から電力を抽出するための手段を提供することができ、直交コイルは、受信デバイスによって捕捉された磁場の垂直成分から電力を抽出するための手段を提供することができる。
【００６９】
本明細書で説明された実施形態の一態様は、電動車両の充電を実行しながら、低放射レベル(たとえば、ICNIRP'98基準レベルまたは高周波干渉レベルを下回る、たとえば、欧州規格EN300330またはFCC part 15によって定義された限度を下回るEMF曝露レベル)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、車両のアンダーボディが金属であり、かつ/もしくは金属シールドを含む場合でも、かつ/または、地面の構造が導電性の高い材料、たとえば鉄筋コンクリートの地面の中の鉄棒を電気的に含む場合でも、低放射レベルを達成することができる。
【００７０】
車両パッドの上およびベースパッドの下の水平方向の平面的な導電性構造は、一般に、人々が通常の使用事例で位置し得るいくつかの場所で、磁場を実質的に抑制しないことがある。対照的に、そのような導電性構造を伴わずに動作するシステムと比較されると、導電性構造は、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し得る。
【００７１】
「円形」のシングルコイルパッドとは対照的に、導電性背面板、パッドの磁気構造を囲み得るその任意の延長部分、または車両の鉄製アンダーボディもしくは任意の他の追加のアンダーボディのシールディングもしくは導電性の地上構造等の他の導電性表面は、車両内部(乗員室)を除く重要な位置で放射レベルを抑制するのを助けないことがある。これは、磁場の境界条件に関係し得る。導電性の高い表面に直交する磁場の成分は、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)。
【００７２】
図6Aは、車両パッドカバーおよびDDコイル構造の分解図である。車両パッドカバー610は、概ね形状が長方形であり実質的に平面的である。示される実装形態では、車両パッドカバー610の寸法は、本明細書では「縦」方向または前後方向と呼ばれる方向が最も大きく、本明細書では「横」方向または左右方向と呼ばれる方向がいくらか小さく、本明細書では「横断」方向または上下方向と呼ばれる方向がはるかに小さい。図6Aに示され図6Aおよび関連する図に関して使用される、縦方向、横方向、および横断方向の軸ならびに/または向きが、充電パッドおよびその構成要素を説明するために使用されている。これらの用語の使用は、車両、または充電パッドが取り付けられる他のデバイスに対する、充電パッドの特定の取付構成を示唆するものではない。いくつかの実装形態では、充電パッドは、充電パッドの縦軸が車両の前から後ろに延びるように車両に取り付けられ得るが、他の取付構成も使用され得る。
【００７３】
概ね長方形のくぼみが、車両パッドカバー610の一側面に形成され、車両パッドカバーの外周部に延在する上端618によって囲まれる。複数の同心の溝612が、くぼみの底にある丸みのある長方形のくぼみ613に形成され、DDコイル構造620のコイルを受けるような形状にされ寸法にされる。示される実装形態の溝612は、DDコイル構造620を所望の形状に保つような形状にされ寸法にされる、同心の丸みのある長方形の2つの隣接するグループのセクションを含む。
【００７４】
溝612の複数の部分は、くぼみの中心にある底上げされた長方形構造615を通るとともに、同心の丸みのある長方形の2つのグループを接続する移行溝617と、溝612のいくつかおよび移行溝617と概ね垂直である縦方向に延びる溝619とを通る。底上げされたセクション615は、概ね長方形であるものとして本明細書で図示され説明されるが、他の形状および/または寸法も使用され得る。車両パッドカバー610はまた、車両パッドカバー610のより短い側壁を通って延びる少なくとも1つの開口614を含む。4つの杭616が、溝612が形成される車両パッドカバー610の表面から外方向に延び、2つの杭616が溝612の2つのループの各々の内部にある。
【００７５】
DDコイル構造620は、第1の多巻ループまたはコイル622と、第1のコイル622と同一平面上の第2の多巻ループまたはコイル624とを形成するような形状にされる、単一のワイヤから形成される。いくつかの実装形態では、ワイヤは単線のリッツ線である。示される実装形態では、第1のコイル622はワイヤの端部626の近くに位置し、第1のコイル622は第1の柱602の周りで内側から外側へと巻かれ、一方、第2のコイル624はワイヤ端部626の遠くに位置し、第2のコイル624は第2の柱604の周りで外側から内側へと巻かれる。第1のコイル622は第2のコイル626と反対方向に巻かれるので、2つのコイルは、上で論じられたように、それらの間に2つの別個の磁束の磁極エリアおよび磁束線を生成するために反対に駆動されてよく、第1のコイル622および第2のコイル624からの磁束は反対方向になる。
【００７６】
図6Bは、図6Aの組み立てられた車両パッドカバーおよびDDコイルの斜視図である。DDコイル構造620を形成するワイヤの端部626は、第1のコイル622および第2のコイル624を間にして、車両パッドカバー610の溝612と反対側に位置し、車両パッドカバー610の開口614を通過する。DDコイル構造620を形成するワイヤの一端626は、カバー610の底上げされた長方形セクション615に形成される縦方向に延びる溝619(図6A参照)を通過し、一端626は長方形セクション615においてコイル624の内側ループに接続する。コイル624の内側ループに接続する端部626は、カバー610の底上げされた長方形セクション615の中の移行溝617(図6A参照)を通過しコイル624の外側ループにコイル622の外側ループを接続する、DDコイル構造620を形成するワイヤの移行セクション623の一部分の上または下を通る。
【００７７】
図7Aは、図6Bの車両パッドカバーおよびDDコイルに対して示される直交コイルおよび支持板の分解図である。直交支持板630は、カバー板610の底上げされた長方形セクション615を受けるような寸法にされた中心開口632を含む。直交支持板630はまた、中心開口632の外側に位置しカバー板610の杭616を受けるような寸法にされる、4つの開口634を含む。直交支持板630は、直交支持板630の中心開口632を通って延び柱606の周りでループする2つの平行なワイヤで形成される、直交コイル640を支持する。直交コイル640は、柱606に沿って流れる垂直方向の磁束と相互作用する。
【００７８】
直交コイル640は、平行なワイヤが直交コイル640の外側の辺から延びる第1の端部642aと、平行なワイヤが直交コイル640の内側の辺から延びるとともに、直交コイル640を間にして直交支持板630と反対側で直交コイル640のループを横切る第2の端部642bとを含む。直交支持板630はまた、直交コイル640のループのセクションの片側に位置し、直交コイル640のループを横切る4つのワイヤ経路を画定する、溝セグメント636を含む。直交コイル640の第2の端部642bのワイヤは、溝セグメント636によって画定される4つのワイヤ経路の2つに収容される。
【００７９】
図7Bは、図7Aの組み立てられた構成要素の斜視図である。具体的には、車両パッドカバー610の杭616は、直交支持板630の対応する開口634を通って挿入されているので、DDコイル構造620は、車両パッドカバー610と直交支持板630との間に位置することが理解され得る。DDコイル構造620の端部626は、直交支持板630の中心開口632を通過しており、直交コイル640のループの片側にある溝セグメント636によって形成される他の2つのワイヤ経路内に収容されている。DDコイル構造620のワイヤ端部626および直交コイル640の第2の端部642bは、したがって、溝セグメント636によって画定され3つのワイヤ経路の1つに収容され、直交コイル640のループを横切って概ね互いに平行に延びる。直交コイル640のループの外側に、直交コイル640の第1の端部642aは、DDコイル構造620のワイヤ端部626および直交コイル640の第2の端部640bに平行に、車両パッドカバー610の開口614を通って延びる。
【００８０】
図7Cは、図7Bの組み立てられた構成要素の上面図である。DDコイル構造620の第1のコイル622と第2のコイル624との間の移行セクション623は、直交支持板630の開口632を通して見える。DDコイル構造は、第1のコイル622から延び直交支持板630の開口632を上向きに通過する第1の傾斜セクション621と、第2のコイル625から延び直交支持板630の開口632をやはり上向きに通過する第2の傾斜セクション625とを含むことも理解され得る。傾斜セクションは、直交コイル640のコイルを横切る溝セクション636に収容されるワイヤ端部626と接続する。
【００８１】
図8は、床板の上で支持される車両充電パッドおよびモジュール式フェライトブロック組立体のための底板の部分的に分解された斜視図である。底板650は、長方形構造のより短い側の各々から延びる2つの縦方向に延びるタブ652を含む、概ね長方形の平面的な構造である。底板650は、底板650の外周の近くに長方形の形状で並べられる複数の周辺開口654と、底板650の内部領域に位置する4つの内部開口656とを含む。周辺開口654の長方形構成は、車両パッドカバー610の上端618の形状に対応し、支持板650に車両パッドカバー610を固定するために使用され得る。同様に、4つの内部開口656の配置は、車両パッドカバー610の杭616の位置に対応し、また、支持板650に車両パッドカバー610を固定するために使用され得る。限定はされないが、ボルト、ねじ、リベット、クラム、ツメ、およびスナップフィット構成要素、さらには、2つの材料を一緒につなぐ溶接または同様の方法を含む、任意の適切な固定具または他の構成要素が、車両パッドカバー610を底板650に固定するための手段を提供するために、周辺開口654または内部開口656とともに使用され得る。いくつかの実装形態では、底板650に開口は事前に形成されていなくてよい。
【００８２】
底板650の縦方向に延びるタブ652の角の近くに形成される取付開口658は、組み立てられた充電パッドを適所に固定するために、上で論じられた固定具または任意の他の適切な構成要素などの固定具とともに使用され得る。充電パッドが車両充電パッドとして機能する実装形態では、充電パッドは、上で論じられたように車両の下に車両充電パッドを配置するために、車両の下部構造またはフレームに固定され得る。
【００８３】
複数のフェライトタイル670および672を含むモジュール式フェライトブロック組立体660は、接着物を使用して底板の表面に固定される。示される実装形態では、重畳するフェライトタイル670または672と実質的に同じサイズおよび形状となるような寸法にされる複数の接着パッド666が使用されるが、他の実装形態では、単一の粘着シートまたは単一の領域の塗布される接着物が代替的に使用され得る。示される実装形態では、接着物は、3Mによる商標VHBのもとで販売されている接着テープ等の、接着テープであり得る。
【００８４】
示される実装形態では、フェライトタイル670および672は5mmの厚さであり、最長の点で75mmの長さであり、最長の点で35mmの幅であり、示されるように縦方向に延びる最大の寸法で並べられる。フェライトタイル670および672は、示されるように2つの別々の7タイル×4タイルの配列に並べられて、その間の縦方向に延びるスロット664によって分離される2つのフェライトブロックセクション662aと662bを形成する。縦方向に延びるスロット664は、底板650の縦方向に延びる中心線と揃えられる。
【００８５】
図示されるフェライトブロックセクション662aおよび662bは、約525mmという長さまたは縦方向の寸法、約140mmという幅または横方向の寸法、および約5mmという厚さまたは横断方向の寸法を有する、実質的に連続的なフェライトセクションを提供する。具体的な寸法が示される実装形態に対して提供されているが、上記のタイルの数およびタイルの寸法は例示的なものにすぎず、任意の所望のサイズの任意の適切な数のフェライトタイルが、所望される全体的な形状およびサイズのモジュール式フェライトブロック組立体660を形成するために使用され得る。たとえば、いくつかの実装形態では、フェライトブロックの実質的に連続的なセクションの長さは、100mmから3mにわたってよく、幅は50mmから3mにわたってよく、厚さは1mmから50mmにわたってよい。フェライトブロックの実質的に連続的な構成の適切な寸法は、充電パッドの使用方法に基づいて変化し得る。車両用途では、充電パッドのサイズは、電子デバイスのための充電パッドのサイズよりもはるかに大きくなり得る。たとえば、充電パッドの幅および/または長さは、充電パッドが取り付けられることになる車両のサイズに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、たとえば、充電パッドの幅は、車両の幅以下の任意の寸法であってよく、充電パッドの長さは、充電パッドの前方に位置する車両のタイヤと充電パッドの後方に位置するタイヤとの間の距離以下の任意の寸法であってよい。車両の構成要素に対する充電パッドの他の寸法および/または構成も、車両充電パッドの適切な寸法を決定するために使用され得る。
【００８６】
モジュール式フェライトブロック組立体660は、フェライトタイル670およびフェライトタイル672と本明細書では呼ばれる、少なくとも2つの異なる形状のフェライトタイルを含む。具体的には、モジュール式フェライトブロック組立体660は、40個の実質的に長方形のフェライトタイル670と16個の面取りされたフェライトタイル672とを含み、面取りされたフェライトタイル672はその1つの角に16mmの角の面取り部674を含む。面取りされたフェライトブロック672を、底板650の内部開口656の周りに、かつ内部開口656の近くに置かれた各面取り部674に対して配向された状態で並べることによって、面取り部674は協働して、フェライトブロックセクション662aおよび662bの開口668を形成する。これらの内部開口676は、組み立てられた車両充電パッドの剛性を向上させるための、モジュール式フェライトブロック組立体660の内部での固定を可能にする。
【００８７】
示される実装形態では、実質的に長方形のフェライトブロック670の角および面取り部674を含まない面取りされたフェライトブロック672の3つの角も、フェライトブロック構造のより堅牢な組立てを容易にするためにわずかな面取り部を含み得る。個々のフェライトタイル670と672との間の空隙は、組み立てられた充電パッド中の背面フェライト付きコイルのインダクタンスおよびQ値に大きな影響を与え得る。実質的に長方形のフェライトブロック670および面取りされたフェライトブロック672のすべての角を少なくともわずかに面取りすることによって、製造誤差に起因する小さなサイズ変動により良好に対処することができ、フェライトタイル670および672のフェライトブロック構造のほぼ隙間のない組立てを可能にする。これらの小さな面取りがないと、わずかなサイズの変動でも、タイル間の空隙をもたらし得る角の干渉を引き起こすであろう。わずかな面取りは背面フェライト付きコイルの性能に大きな影響を与えないことを、磁気シミュレーションが示している。
【００８８】
密に充填された2つのグループのフェライトタイル670および672を設けることによって、フェライトブロック組立体660は、2つの実質的に連続的なフェライトブロックセクション662aおよび662bを含み得る。開口668と、個々のフェライトタイル670と672との間の小さな隙間または面取りとの存在にもかかわらず、実質的に連続的なフェライトブロックセクション662aおよび662bの磁気性能は、本明細書で説明されるコイル構造とともに使用されるとき、同様の寸法の切れ目のないフェライトセクションのペアの磁気性能と実質的に同じである。
【００８９】
図9Aは、組み立てられた車両充電パッドの断面である。図9Bは図9AのセクションBの詳細な図であり、図9Cは図9AのセクションCの詳細な図である。図9Aの車両充電パッド600は、底板650を車両パッドカバー610に固定し、モジュール式フェライトブロック組立体660、直交コイル640、直交支持板630、およびDDコイル構造620を底板650と車両パッドカバー610との間に固定することによって、組み立てられている。図9Bにおいて理解され得るように、絶縁層682も、モジュール式フェライトブロック組立体660と直交コイル640との間に設けられ得る。取付構造686は、底板650の縦方向に延びるタブ652の角の近くに形成される取付開口658と係合し(図8参照)、上にある車両(図示せず)への車両充電パッド600の固定を可能にする。ワイヤコイルがフェライトコアの周りに巻かれるソレノイド構造とは対照的に、コイルの非ソレノイド構成および車両充電パッド600のフェライト構造では、コイルは全般に、ワイヤの小さな部分がフェライトブロック組立体660の間のスロットを通過する状態で、フェライトブロック組立体660の一側面に配設される。
【００９０】
直交コイル640の第1の端部642bおよびDDコイル構造620のワイヤ端部626は、直交コイル640のループを横切るときに互いに概ね平行に、かつ車両パッド610の中心線に沿って延びるので(図7B参照)、これらの上向きに延びるワイヤセクションは、フェライトブロックセクション662aと662bとの間を縦方向に延びるスロット664と揃えられ得る(図8参照)。図9Cにおいて理解され得るように、DDコイルのワイヤ端部626の上向きに延びるセクション684は、モジュール式フェライトブロック組立体660によって占有される空間に延び、少なくとも、直交コイル640の第1の端部642bおよびDDコイル構造620のワイヤ端部626の厚さの分だけ、車両充電パッド600の全体の厚さを低減する。縦方向に延びるスロット644はしたがって、直交コイル640から延びる少なくとも1つのワイヤ(第1の端部642b等の)およびDDコイル構造620の少なくとも1つのワイヤ(ワイヤ端部626等の)の、フェライトブロックセクション662aと662bとの間の通過を可能にするための手段を提供する。
【００９１】
図10は、DDコイル構造によって生成される磁束を概略的に図示する図8の底板およびモジュール式フェライトブロック組立体の部分的に分解された斜視図である。図11は、直交コイルによって生成される磁束を概略的に図示する図8の底板およびモジュール式フェライトブロック組立体の部分的に分解された斜視図である。モジュール式フェライトブロック組立体660のスロット664の配置により、組み立てられた車両充電パッド600の全体的な厚さ(図9A参照)は、組み立てられた車両充電パッドの磁気性能に大きな影響を与えることなく低減され得る。
【００９２】
スロット664は縦方向に延びるので、スロット664はDDコイル構造620の第1のコイル622と第2のコイル624の両方の中心を、またはその非常に近くを通る(たとえば、図6Aおよび図6B参照)。具体的には、スロット664は、第1のコイル622が巻かれる第1の柱602、および第2のコイル624が巻かれる第2の柱604と実質的に交差する。図10において理解され得るように、DDコイル構造620によって生成される磁束692は、縦方向に延びるスロット664の方向に概ね平行である。スロットはDDコイル構造によって生成される磁束692と概ね揃えられているので、DDコイル構造の磁束経路の磁気抵抗(代替的にリラクタンスと呼ばれる)の上昇はほとんどない。
【００９３】
同様に、スロット664は縦方向に延びるので、スロット664は直交コイル640の中心を通過して延びる(たとえば、図7Aおよび図7B参照)。図11において理解され得るように、スロット664はやはり、直交コイル640によって生成される磁束694に最小限の影響しか有さない位置にあり、それは、磁束694がモジュール式フェライトブロック組立体660に基本的に平行であるか、それから垂直に出て行くかのいずれかであるので、やはり直交コイル640の磁気経路の磁気抵抗にほとんど上昇がないからである。スロット664を含むことが、渦電流の誘起によるフェライトおよび導電性裏板におけるインダクタンスと損失との両方に関して、DDコイル構造620と直交コイル640の両方の性能に小さな影響しか及ぼさないことを、磁気シミュレーションが示している。
【００９４】
上で簡単に論じられたように、縦方向に延びる溝またはスロットを含むフェライト構造の使用は、上で示されたような複数コイル構造を伴う3ループ構成に限定されない。他の実装形態では、溝またはスロットを含むことは、多巻ループの内部から延びるワイヤセクション等の、別のコイルセクションを横切る少なくとも1つのワイヤセクションを伴うコイルを含む、任意の充電パッドの寸法の低減を可能にし得る。
【００９５】
図12Aは、2つの多巻ループを含むシングルコイル構造を含む車両パッドの部分的に分解された斜視図である。車両パッド700aは、その間を縦方向に延びるスロット764によって分離される2つのフェライトセクション762aおよび762bを含む、フェライト構造760を支持する底板750を含む。車両パッド700aはまた、DDコイル構造720の形態のシングルコイル構造726と、DDコイル構造720を保持するような寸法にされた溝712を含み得る車両パッドカバー710とを含む。
【００９６】
DDコイル構造720は、第1の多巻ループまたはコイル722と、第1のコイル722と同一平面上の第2の多巻ループまたはコイル724とを含む。DDコイル構造622(図6A参照)に関して上で論じられたように、第1のコイル722はワイヤの端部726の近くに位置し、内側から外側へと巻かれるが、第2のコイル724はワイヤ端部726から遠くに位置し、外側から内側へと巻かれる。そのような構成では、第1のコイル722および第2のコイル724の内部から延びるワイヤ端部726は、第1のコイル722および第2のコイル724の部分の上または下を通らなければならず、DDコイル構造720の厚さを増大させる。
【００９７】
しかしながら、上で論じられたように、フェライト構造760の2つのフェライトセクション762aと762bとの間を縦方向に延びるスロット764を含むことが、ワイヤ端部726がスロットを通る経路をとることを可能にするので、ワイヤ端部726がコイル722および724を横切るに起因するDDコイル構造720の厚さの増大は、組み立てられた充電パッド700aの全体的な厚さの増大をもたらさない。
【００９８】
図12Bは、単一の多巻ループを含むシングルコイル構造を含む車両パッドの部分的に分解された斜視図である。車両パッド700bは、その間を縦方向に延びるスロット764によって分離される2つのフェライトセクション762aおよび762bを含む、フェライト構造760を支持する底板750を含む。車両パッド700bはまた、単一の多巻ループの形態のシングルコイル構造740と、コイル構造420を保持するような寸法にされた溝711を含み得る車両パッドカバー710とを含む。
【００９９】
いくつかの実施形態では、シングルコイル構造740は、図7Aの直交コイル640のように、2つの平行なワイヤから形成されるコイル構造であり得る。コイル構造740の多巻ループの内部から延びシングルコイル構造740のセクションの上または下を通る1つまたは複数のワイヤ端部742は、コイル構造740の厚さを増大させるが、1つまたは複数のワイヤ端部742が縦方向に延びるスロット764を通過し得るので、組み立てられた車両充電パッド700bの厚さを増大させない。図12Aおよび図12Bの実施形態は特定のコイル構造に関して説明されたが、フェライトセクションの間を縦方向に延びるスロットまたは溝を含めることは、1つまたは複数のコイル構造の一部分が1つまたは複数のコイル構造の別の部分の上または下を通って1つまたは複数のコイル構造の厚さを増大させる、任意の充電パッド構成の寸法を、低減することを可能にし得る。
【０１００】
示された実装形態のいくつかの特徴が上で論じられたが、これらの特徴のすべてが、そのように具体的に特定されない限り、代替的な実装形態の必須の特徴であるとは限らない。フェライトタイルの製造誤差が十分に精密である実装形態では、タイルの角の小さな面取りは除去され得る。いくつかの実装形態では、たとえばより小さな充電パッドでは、杭とデバイスの中心の近くを通る開口とによって提供される内部の固定が省略され得る。
【０１０１】
フェライトブロックは、複数のフェライトタイルから形成されるモジュール式組立体として本明細書のいくつかの実施形態で説明されるが、フェライトブロックは、他の実装形態では、たとえば、スロットによって分離される2つの連続的なフェライトブロックであり得る。フェライトブロックがワイヤより太い実装形態では、2つの別個のフェライトブロックセクションを分離するスロットではなく、くぼみが、連続的なフェライトブロックに形成され得る。フェライトブロックがワイヤより太い他の実装形態では、スロットまたは溝を通過するワイヤの少なくともいくつかは、示されるように並んで配置されなくてよく、より細い溝またはスロットを可能にするために、代わりに他のワイヤに対して横断方向にオフセットされ得る。別の代替的な限定では、スロットは、連続的なフェライトブロックの途中までしか延びなくてよく、フェライトブロックの端まで延びても延びなくてもよい。
【０１０２】
種々の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。
【０１０３】
本明細書で開示される実施形態に関して説明され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、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、上では全般にそれらの機能に関して説明された。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。説明され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、そのような実装形態の決定は、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。
【０１０４】
本明細書で開示される実施形態に関して説明され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、実装または実行され得る。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され得る。
【０１０５】
本明細書で開示される実施形態に関して説明される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、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得る。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であり得る。本明細書で使用される場合、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、データを磁気的に再生し、一方ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。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内に存在し得る。ASICはユーザ端末内に存在し得る。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。
【０１０６】
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で説明されてきた。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るとは限らないことを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書において教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書において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され得る。
【０１０７】
上で説明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され得る。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ように意図するものではなく、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】
【０１０８】
100  ワイヤレス電力伝送システム
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  電動車両
114  電動車両ワイヤレス充電システム
116  電動車両誘導コイル
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
134  通信バックホール
200  ワイヤレス電力伝送システム
202  ベースワイヤレス充電システム
204  ベースシステム誘導コイル
206  ベースシステム送信回路
208  電源
214  電動車両充電システム
216  電動車両誘導コイル
218  電動車両バッテリーユニット
222  電動車両受信回路
236  ベース充電システム電力コンバータ
238  電動車両電力コンバータ
300  電力伝送システム
302  ベースワイヤレス充電システム
304  ベースシステム誘導コイル
314  電動車両充電システム
316  電動車両誘導コイル
336  ベース充電システム充電コンバータ
338  電動車両電力コンバータ
342  ベース充電システムコントローラ
344  電動車両コントローラ
352  ベース充電整列システム
354  電動車両整列システム
354  ベース充電システム電力インターフェース
362  ベース充電案内システム
364  電動車両案内システム
366  案内リンク
372  ベース充電通信システム
374  電動車両通信システム
376  通信リンク
412  電動車両
422  バッテリー
424  BEVバッテリーコンパートメント
426  充電器とバッテリー間のコードレスインターフェース
428  バッテリーからEVへの接触レスインターフェース
530a  バッテリー空間
530b  バッテリー空間
530c  バッテリー空間
530d  バッテリー空間
532a  導電性シールド
532b  導電性シールド
532c  導電性シールド
532d  導電性シールド
534a  保護プラスチック層
534b  保護プラスチック層
534c  保護プラスチック層
534d  保護プラスチック層
536a  多巻コイル
536b  多巻コイル
536c  銅リッツ線多巻コイル
536d  銅リッツ線多巻コイル
538a  フェライト材料
538b  フェライト材料
538c  フェライト材料
538d  フェライト材料
540d  プラスチック充填剤
542d  電装車両誘導コイルモジュール
610  車両パッドカバー
612  溝
613  くぼみ
614  くぼみ
615  底上げされたセクション
616  杭
617  移行溝
618  上端
619  溝
620  DDコイル構造
621  第1の傾斜セクション
622  第1のコイル
623  移行セクション
624  第2のコイル
625  第2の傾斜セクション
626  ワイヤ端部
630  直交支持板
632  中心開口
634  開口
636  溝セグメント
640  直交コイル
642a  第1の端部
642b  第2の端部
650  底板
652  タブ
654  周辺開口
656  内部開口
660  モジュール式フェライトブロック組立体
662a  フェライトブロックセクション
662b  フェライトブロックセクション
664  スロット
666  接着パッド
668  開口
670  フェライトタイル
672  フェライトタイル
674  面取り部
682  絶縁層
684  上方向に延びるセクション
686  取付構造
692  磁束
694  磁束
700a  車両パッド
700b  
710  車両パッドカバー
711  溝
712  溝
720  DDコイル構造
722  第1のコイル
724  第2のコイル
726  シングルコイル構造
740  シングルコイル構造
742  ワイヤ端部
750  底板
760  フェライト構造
762a  フェライトセクション
762b  フェライトセクション
764  スロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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