(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
時間変化する磁界からのエネルギを吸収して漏洩磁束を減衰させる比較的高い透磁率の損失性の磁性材料を備える漏洩磁束素子と
を備え、前記漏洩磁束素子は、比較的低い透磁率の領域によって前記コイルから分離され、結合磁束から独立して漏洩磁束のための制御経路を提供するように配置される、磁束結合装置。
【請求項２】
前記比較的低い透磁率の領域は、前記コイルと前記漏洩磁束素子との間の空間を備える、請求項１に記載の磁束結合装置。
【請求項３】
前記漏洩磁束素子は、使用中の磁気飽和を概ね防ぐように構成または配置される、請求項１または２のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項４】
前記漏洩磁束素子は、漏洩磁束を前記コイルに戻す経路を提供する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項５】
前記漏洩磁束素子は、比較的高い透磁率を有する材料の複数の個別のピースを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項６】
前記材料のピースは接合され、あるいは互いに隣接して配置され得る、請求項５に記載の磁束結合装置。
【請求項７】
前記漏洩磁束素子は、前記コイルの周囲を概ね取り巻く、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項８】
前記漏洩磁束素子は、前記コイルの両面のみに存在する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項９】
前記磁束結合装置は、結合磁束の生成または受取りを容易にするために、前記コイルに磁気的に関連する透磁性部材を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項１０】
前記漏洩磁束素子は、前記漏洩磁束素子において磁束がエネルギを損失するようなヒステリシスを有する材料で形成され得る、請求項９に記載の磁束結合装置。
【請求項１１】
前記材料は、高い保磁力および高い残磁力の少なくとも１つを有する、請求項１０に記載の磁束結合装置。
【請求項１２】
前記漏洩磁束素子は、漏洩磁束が生じる領域間に延在し得る、および／または、前記装置が存在する環境において磁束に関する漏洩経路を遮断するように配置され得る、請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項１３】
前記漏洩磁束素子は相対的に非伝導性である、請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項１４】
前記漏洩磁束素子は可撓性である、請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項１５】
前記漏洩磁束素子は、
高透磁率磁気材料を備えた第１層と、
伝導性または低透磁率材料を備えた第２層と
を備える、請求項１に記載の磁束結合装置。
【請求項１６】
前記漏洩磁束素子は、
高透磁率磁気材料を備えた第３層を更に備え、
前記第２層が前記第１層と前記第３層との間の中間層に配置される、請求項１５に記載の磁束結合装置。
【請求項１７】
前記第１層および第３層の少なくとも１つが、時間変化する磁界からのエネルギを吸収する、請求項１５または１６に記載の磁束結合装置。
【請求項１８】
前記第１層および第３層は異なる透磁率を有する、請求項１６または１７に記載の磁束結合装置。
【請求項１９】
前記第１層および第３層の少なくとも１つは、使用中に磁気飽和状態になることを防ぐために十分な容積または厚さを有する、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項２０】
前記第２層は、必要な吸収周波数のために表皮厚さを下回る程度の厚さを有する、請求項１５〜１９のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項２１】
前記第１層および第３層のうち１または複数は、非金属性、非磁気材料によって分離された高透磁率材料の複数の構成層を備える、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項２２】
前記構成層の数は、所与の磁束に関する磁気飽和を防ぐように適合される、請求項２１に記載の磁束結合装置。
【請求項２３】
前記構成層の数は、前記第１層および第３層の少なくとも１つが磁束に関して必要な減衰を提供するように適合される、請求項２１に記載の磁束結合装置。
【請求項２４】
前記第１層、第２層および第３層のうちいずれか１つ以上が、エネルギ消散を容易にするために蛇行した経路を備える、請求項１５〜２３のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項２５】
連続した層における材料は、それぞれの層に電界または磁界を含むように、それらの相対的な伝導率およびリラクタンスにおいて大きな差がある、請求項１５〜２４のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【請求項２６】
伝導性または低透磁率材料の複数の層と交互になったフェリ磁性または強磁性材料の複数の層を更に備える、請求項１５〜２５のうちいずれか１項に記載の磁束結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁界の制御に関する。本発明は、一般に誘導電力伝送（ＩＰＴ）デバイスおよびシステムとして知られる無線電力伝送システムのデバイスおよびシステムに関連する。本発明は、特に無線電力伝送システムのための例えば誘導電力伝送パッドなどの磁束結合装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＴ車道アプリケーションのようないくつかのＩＰＴシステムにおいて関心の高い問題は、そのようなシステムにおけるエアギャップの外へ漏れ出す、あるいは誘導電力伝送のために必要な領域の外へ漏れ出す磁束を抑制することである。この問題は、固定式および可動式のシステムが高電力システムであるか低電力システムであるかに関わらず、それらの充電および給電に関して存在する。その例は、携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートブックコンピュータ、コンピュータ周辺機器、照明装置などの低電力電子デバイスや；家電機器、ロボット、電気自動車（ＥＶ）などの自動走行車両、産業用機器などの高電力デバイスを含む。
【０００３】
この問題は、車道からＥＶ無線充電を行うシステムを例にして説明できる。このようなシステムにおいて、車道は、時間変化する磁束を提供するために電源装置によって励磁され得る磁束結合器を含む。車両側の対応する磁束結合器は、車両が電源装置に無線で（誘導的に）結合されることを可能にする。磁束結合構造の間にはエアギャップが存在する。エアギャップは比較的大きな範囲で変化し、車道磁束結合器と車両の磁束結合器との間にはかなりのずれが生じ得る。結合のための適切な領域内に存在しない磁束（本明細書において結合磁束と称される）は不所望であり、本明細書では漏洩磁束と称する。漏洩磁束は磁束結合構造間の隙間から漏れ出し、他の物体やシステムに干渉を及ぼす。この例においては、比較的大量の電力を電源装置から車両に伝送するため、許容可能な漏洩磁束は極めて低いレベルに維持される必要がある。
【０００４】
車両のすぐ近くで許容される実際の磁束密度は１７μＴであり、これを約６０μＴの地球の磁界と比較すると、両者の主な相違は、地球の磁界は一定の直流磁界であるのに対して、ＩＰＴシステムは１０〜１４０ｋＨｚの間の周波数における交流磁界であるということである。
【０００５】
本発明の目的は、例えばＩＰＴシステムにおけるエアギャップなど、誘導電力伝送のために磁束が必要とされる領域の外に漏れ出す磁界を低減することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明は、
磁気結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
比較的高い透磁率の材料を備える漏洩磁束素子と
を備え、漏洩磁束素子は、比較的低い透磁率の領域によってコイルから分離され、結合磁束から独立した漏洩磁束のための制御経路を提供するように配置される、磁束結合装置を提供する。
【０００７】
比較的低い透磁率の領域は、コイルと漏洩磁束素子との間に空間を有するが、別の材料に置き換えても良い。
【０００８】
漏洩素子は、使用中の磁気飽和を概ね防ぐように構成または配置され得る。漏洩素子はまた、漏洩磁束をコイルに戻すための経路を提供するように位置付け、構成、または配置される。漏洩磁束素子は、比較的高い透磁率を有する材料の複数の個別のピースを備えてもよい。材料のピースは、相互接合、あるいは互いに隣接して配置される。
【０００９】
一実施形態において、漏洩磁束素子は、コイルまたは複数のコイルの周囲を概ね取り巻く。別の実施形態において、漏洩磁束素子は、装置またはコイルの１または複数の（例えば、１または２）側面に概ね関係づけられる。
【００１０】
磁束結合装置は、結合磁束の生成または受取りを容易にするためにコイルに磁気的に関連する透磁性部材を含み得る。漏洩磁束素子は、時間変化する磁界からのエネルギを吸収する材料で形成され得る。一実施形態において、漏洩磁束素子は、漏洩磁束素子における磁束がエネルギを損失するようなヒステリシスを有する材料で形成され得る。好適には、その材料は、高い保磁力または高い残磁力の少なくとも１つを有する。
【００１１】
一実施形態において、漏洩磁束素子は、漏洩磁束が生じる領域間に延在され、および／または、装置が存在する環境において磁束に関する漏洩経路を遮断するように配置され得る。好適には漏洩磁束素子は、相対的に非伝導性である。また漏洩磁束素子は、可撓性であってもよい。
【００１２】
別の態様において、本発明は、
第１層に配置された高透磁率磁気材料と、
第２層に配置された伝導性または低透磁率材料と
を備える電磁波吸収体を提供する。
【００１３】
電磁波吸収体は、第３層に配置された高透磁率磁気材料を更に備えてよく、伝導性または低透磁率層が第１層と第３層との間の中間層に配置される。
【００１４】
好適には、第１または第２の高透磁率層の少なくとも１つは、時間変化する磁界からのエネルギを吸収する。第１および第２の高透磁率層は、異なる透磁率を有し得る。高透磁率層の少なくとも１つは、使用中に層が磁気飽和状態になることを防ぐために十分な容積または厚さを有し得る。低透磁率層は、必要な吸収周波数のために表皮厚さの程度を下回る厚さを有し得る。
【００１５】
一実施形態において、高透磁率層の１または複数は、非金属性、非磁気材料によって分離される高透磁率材料の複数の構成層を備える。構成層の数は、所与の磁束に関して磁気飽和を防ぐように適合される。また、構成層の数は、高透磁率層の少なくとも１つが磁束に関する必要な減衰を提供するように適合される。
【００１６】
層のうちいずれか１つ以上は、エネルギ消散を容易にするために蛇行した経路を備え得る。一実施形態において、連続した層における材料は、それぞれの層に電界または磁界を含むように、それらの相対的な伝導率およびリラクタンスに大きな差がある。本発明はまた、伝導性または低透磁率材料の複数の層と交互になったフェリ磁性または強磁性材料の複数の層を備える電磁波吸収装置も提供する。
【００１７】
別の態様において、本発明は、
磁気結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
比較的高い透磁率の材料を備える漏洩磁束素子と
を備え、漏洩磁束素子は、コイルによって生じる漏洩磁束が漏洩磁束素子に概ね閉じ込められるように、比較的低い透磁率の領域によってコイルから分離される、磁束結合装置を広範に提供する。
【００１８】
一実施形態において、比較的低い透磁率の領域は、コイルと漏洩磁束素子との間の空間を備える。
【００１９】
一実施形態において、漏洩磁束素子はコイルを概ね取り巻く。
【００２０】
一実施形態において、漏洩磁束素子は、比較的高い透磁率を有する材料の複数の個別のピースを備える。材料のピースは、接合され、あるいは互いに隣接して配置され得る。
【００２１】
一実施形態において、磁束結合装置は、結合磁束の生成または受取りを容易にするためにコイルに磁気的に関連する透磁性部材を含む。
【００２２】
本発明の態様は、高透磁率材料によって形成され、漏洩磁束のための経路を定める漏洩素子において、ＩＰＴ結合デバイスまたはパッドの作用領域および／または高透磁率コアから漏れ出す漏洩磁束を集中させ、それによって経路の外側の領域における漏洩磁束が低減される。
【００２３】
漏洩部品は、漏洩素子内の磁束がエネルギを損失するように、高い保磁力を有する材料で形成され得る。
【００２４】
漏洩素子は、漏洩磁束が生じる領域間に延在し得る、および／または、パッドの周囲の環境にわたり磁束に関する漏洩経路を遮断するように配置され得る。
【００２５】
本発明の態様は、２つの経路における磁束を分離するために比較的低い透磁率の領域によって分離された高透磁率を有する上記２つまたはそれ以上の経路に磁束を集中させるための手段を提供する。一方の経路は、ＩＰＴパッドの性能を高めるためにＩＰＴパッド内の結合磁束のための復路を提供するように配置され、他方の経路は、制御経路の傍らで漏洩磁束を低減するためにＩＰＴパッドから漏れ出す漏洩磁束のための制御経路を提供するように配置され得る。
【００２６】
本発明の態様は、ＩＰＴパッド内の磁束のための第１の高透磁率経路と、ＩＰＴパッドから漏れ出す磁束のための第２の高透磁率経路とを提供し、第２の高透磁率経路は、漏洩磁束を遮断し、パッドに関連して存在する領域から遠くへ漏洩磁束を導くようにパッドに対して延在し得る。この遮断およびチャネリングによって、これらの領域内の漏洩磁束が減少する。
【００２７】
別の態様において、本発明は、
結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
コイルに磁気的に関連する透磁性コアと、
コアから分離され、かつコイルによって生じる漏洩磁束がコアに戻されるための経路を提供する透磁性材料で形成された漏洩素子と
を備える磁束結合装置を広範に提供する。
【００２８】
一実施形態において、漏洩素子は、比較的低い透磁率の領域によってコアから分離される。
【００２９】
好適には、漏洩素子の透磁率は、コアの透磁率に相当するか、あるいはそれを上回る。
【００３０】
好適には、漏洩素子はアモルファス金属を備える。漏洩素子は、シート材料の１または複数の層を備え得る。
【００３１】
別の態様において、本発明は、
結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
漏洩磁束のための経路を提供する、高透磁性シート材料で形成された漏洩素子と
を備える磁束結合装置を広範に提供する。
【００３２】
装置は、装置によって生じ、または受け取られる結合磁束のための経路を提供する透磁性コアを含み得る。
【００３３】
漏洩素子の透磁率は、コアの透磁率に相当するか、あるいはそれを上回り得る。
【００３４】
漏洩素子は、比較的低い透磁率の領域によってコアから分離され得る。
【００３５】
別の態様において、本発明は、
結合磁束を生成し、または受け取るためのコイルと、
漏洩磁束のための経路を提供する、高透磁性シート材料で形成された漏洩素子と
を備え、漏洩素子は１または複数の面積あるいは比較的高い磁気リラクタンスを含む、磁気結合装置を広範に提供する。
【００３６】
別の態様において、本発明は、
高透磁率材料で形成された第１の高透磁率素子と、
高透磁率材料で形成された第２の高透磁率素子と、
伝導性または低透磁率材料で形成され、第１および第２の高透磁率素子の間に配置された低透磁率素子と
を備える、１または複数のＩＰＴコイルのためのバッキング素子を提供する。
【００３７】
第２の高透磁率層は１または複数の方向に低透磁率素子および第１の高透磁率層を越えて延在し得る。
【００３８】
第２の高透磁率素子は、材料の１または複数の層またはシートを備え得る。
【００３９】
低透磁率素子は、材料の１または複数の層またはシートを備え得る。
【００４０】
第１の高透磁率層は、１または複数のコイルを有するＩＰＴシステムのための磁束コンセントレータを提供するために適し得る。
【００４１】
第１の高透磁率素子は、強磁性またはフェリ磁性材料であってよい。
【００４２】
第２の高透磁率素子は、強磁性またはフェリ磁性材料であってよい。
【００４３】
高透磁率層は、空気よりも大幅に高い透磁率を有し得る。高透磁率層は、層における磁束を概ね集中させるのに適した高い透磁率を有してよく、それによって層に関する磁束が減少する。
【００４４】
第２の高透磁率素子は使用中、第１の高透磁率層に対して後ろに位置するようにコイルから遠位にあり得る。
【００４５】
第２の高透磁率層は、第１の高透磁率層の保磁力よりも高い保磁力を示し得る。第２の高透磁率層は、第２の高透磁率層が内部に集中した磁束を減衰させるように高い保磁力を有し得る。
【００４６】
第２の高透磁率層は、第１の高透磁率層の透磁率よりも高い透磁率を有し得る。
【００４７】
第２の高透磁率層は、非金属性、非磁気材料によって分離された高透磁率材料の複数の構成層を備え得る。層の数は、第２の高透磁率層が所与の磁束に関して飽和しないような、あるいは第２の高透磁率層が磁束に関する最適な減衰を提供するような数であってよい。
【００４８】
上記素子の１または複数は、１または複数のシート材料を備え得る。
【００４９】
別の態様において、本発明は、１または複数のＩＰＴコイルのための複合バッキング素子を提供し、バッキング素子は、第１の高透磁率層に配置されたフェリ磁性または強磁性材料と、第２の高透磁率層に配置された強磁性またはフェリ磁性材料と、第１および第２の高透磁率層の間の伝導層に配置された伝導性材料とを備える。
【００５０】
別の態様において、本発明は、１または複数のＩＰＴコイルのための複合バッキング素子を提供し、バッキング素子は、第１の高透磁率素子として配置されたフェリ磁性または強磁性材料と、第２の高透磁率層として配置され、かつ第１および第２の高透磁率層の間に配置された低透磁率層に配置されたた強磁性またはフェリ磁性材料とを備える。
【００５１】
別の態様において、本発明は、作用領域内で第２のパッドを励磁するために作用領域内で磁束を引き起こすために励磁される場合に適した誘導電力伝送パッドを提供し、パッドは、作用領域の外側の磁束に対して磁束を作用領域内に集中させるための１または複数の第１の高透磁率素子を備え、パッドは更に、パッドに対して定められた１または複数の領域を回避する経路に作用領域から漏れ出す磁束を集中させるように配置された１または複数の第２の高透磁率素子を備える。
【００５２】
２つの層は、第１および第２の高透磁率層の間に低透磁率または伝導性の領域または層を配置するように伝導層によって分離され得る。低透磁率層は、パッドによって生じる任意の磁束ループが第１および第２の高透磁率層の両方を通って延在することを概ね防ぐために十分に低くあってよい。
【００５３】
第２の高透磁率素子は、２つ以上の漏洩領域を通過する磁束ループが、領域間の高透磁率経路に集中する傾向を持つように、作用領域の外側の２つ以上の漏洩領域間に高透磁率経路を提供するように配置され得る。
【００５４】
本発明の実施形態は、ＩＰＴシステム内の一次または二次パッドのいずれかについて、ＩＰＴパッドまたはＩＰＴパッドのためのバッキングを備え得る。
【００５５】
本発明の実施形態は、上記段落の１または複数において定義されたような特徴を有する一次または二次パッドを備え得る。
【００５６】
本発明の実施形態は、上記段落の１または複数において定義されたような一次および二次パッドを備えるシステムを備え得る。
【００５７】
本発明の別の態様は、パッドの作用領域内の磁束を増大するために磁束を集中させるための１または複数の第１の高透磁率素子と、細長い素子が取り付けられる、伝導性、あるいは低透磁率を有するプレートと、プレートの細長い素子とは反対側に位置付けられた１または複数の第２の高透磁率素子とを有するＩＰＴパッドを提供する。１または複数の第１の高透磁率素子は、フェライトバーを備え得る。１または複数の第２の透磁率素子は、アモルファス金属のシートを備え得る。
【００５８】
本発明の別の態様は、強磁性またはフェリ磁性材料の１または複数の層と、伝導性材料の１または複数の層とを備える。伝導性材料の１または複数の層は、材料に関する表皮厚さを上回る厚さを有し得る。伝導性材料の１または複数の層は、材料に関する表皮厚さとほぼ等しい厚さを有し得る。伝導性材料の１または複数の層は、材料に関する表皮厚さを下回る厚さを有し得る。
【００５９】
１または複数の伝導層は、伝導層によって磁束が反射しないように十分に薄くあってよい。１または複数の伝導層は、磁束が伝導層を通過するように十分に薄くあってよい。
【００６０】
１または複数の強磁性またはフェリ磁性材料は、アモルファス金属を備え得る。本発明はまた、磁気結合構造または構成を提供する方法、および電磁波吸収装置を提供する方法を備える。
【００６１】
更なる態様が以下の説明によって明らかとなるであろう。
【００６２】
本発明の実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】強磁性材料に関する典型的なヒステリシスループである。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、同じ飽和磁束レベルを有する様々な材料に関するヒステリシスループである。
【図３ａ】２つの結合されたＩＰＴパッドの側面図である。
【図３ｂ】漏洩磁束制御または遮蔽を含む２つの結合されたＩＰＴパッドの側面図である。
【図４】２つのＩＰＴパッドの断面図である。
【図４ａ】２つの結合されたパッド構造に関する磁界のシミュレーションであり、（ａ）漏洩磁束制御が一切ない場合である。陰を付けられた領域は、特定の閾値を上回る磁界強度のおおよその面積を示す。
【図４ｂ】２つの結合されたパッド構造に関する磁界のシミュレーションであり、（ｂ）上側パッドの上に単一層漏洩磁束素子を有する場合である。陰を付けられた領域は、特定の閾値を上回る磁界強度のおおよその面積を示す。
【図４ｃ】２つの結合されたパッド構造に関する磁界のシミュレーションであり、（ｃ）上側パッドの上に３層漏洩磁束素子、下側パッドの下に３層漏洩磁束素子を有する場合である。陰を付けられた領域は、特定の閾値を上回る磁界強度のおおよその面積を示す。
【図５】漏洩素子がコイルから分離されたＩＰＴシステムの実施形態である。
【図６】漏洩素子が二重コイルから分離されたＩＰＴシステムの実施形態である。
【図７】漏洩素子が一次コイルから分離され、かつ二次コイルが近くに配置されたＩＰＴシステムの実施形態である。
【図７ａ】漏洩素子を有するシステムおよび有さないシステムに関するＸ軸およびＹ軸における図７の二次パッドの中心に沿った磁束測定値を示す。
【図７ｂ】２種類の漏洩素子がない場合およびある場合のＸ軸およびＹ軸における図７の一次パッドの中心に沿った磁束測定値を示す。
【図８】複数の部分から成る漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図９】一次パッドの両面に漏洩リアクタンスを有する実施形態を示す。
【図１０】透磁性コアを有するＤＤ−ＤＤＱパッドの実施形態を示す。
【図１０ａ】漏洩素子がある場合およびない場合のＸ軸およびＹ軸における図１０の一次パッドの中心に沿った磁束測定値を示す。
【図１１ａ】複数の部分から成る漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１１ｂ】パッドの両面に複数の部分から成る漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１２ａ】様々な形状の漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１２ｂ】様々な形状の漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１２ｃ】様々な形状の漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１２ｄ】漏洩素子がある場合およびない場合のＸ軸における図１２の一次パッドの中心に沿った磁束測定値を示す。
【図１２ｅ】漏洩素子がある場合およびない場合のＸ軸における図１２の一次パッドの中心に沿った磁束測定値を示す。
【図１３】車両の端部に漏洩素子を有する実施形態を示す。
【図１４ａ】層状材料構造の実施形態を断面図で示す。
【図１４ｂ】層状材料構造の実施形態を断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に説明される実施形態は主に、車両用無線電力伝送のための本発明の応用に関するが、それらは本発明の可能な応用の一例に過ぎない。当業者は、本発明が、例えば携帯電話、タブレットコンピュータ、ノートブックコンピュータ、コンピュータ周辺機器、照明装置といった低電力電子デバイスや、例えば家電機器、ロボット、電気自動車（ＥＶ）などの自動走行車両、産業用機器といった高電力デバイスの他の誘導電力伝送の用途にも制限されることなく適用可能であることを理解するであろう。また本発明は、より汎用的な意味において、電磁界を制御または形成する用途に定期用できるということも理解されるであろう。従って本発明は、例えば、携帯電話およびコンピュータを含む携帯型電子機器によって放出されるような電磁エネルギを吸収、消散、または誘導する電磁波吸収装置など、電磁界を誘導し、導き、または吸収する装置をその範囲内に含む。
【００６５】
上述したように、ＩＰＴ車道システムにおいて、電力伝送は、車道（「一次」）磁束結合装置および車載（「二次」）磁束結合装置の両者を結合する磁界によって促進される。そのような磁束結合装置は、（必ずではないが）便宜的に一次パッドおよび二次パッドの形式で提供され、本明細書において「パッド」という用語を用いて称される。そのようなシステムは双方向であってよく、その場合、一次パッドは車両上に存在し、二次パッドは車道に関連するパッドであるということになる。ＩＰＴ車道システムの説明は、参照によってその開示が本願に組み込まれる、国際出願公報ＷＯ２０１１／０１６７３６号に記載されている。
【００６６】
これらのシステムにおいて用いられる磁束結合装置は、異なる様々な形式をとり得る。電力を伝送する結合磁束を生成する磁界の発生時、一次または二次の局所的な他の界も発生する。これらは電力を伝送しないが、それらの近傍を磁束で満たし、この磁束は、近傍に存在する人間を含む物体が磁束によって影響を及ぼされないように抑制されなければならない。磁束に関する遮蔽技術は既に知られており、そのために適した材料は、銅、アルミニウム、他の金属、フェライト、他のフェリ磁性および強磁性材料などである。これらの材料は全て、多かれ少なかれスクリーニング能力を有する。一般に、銅および他の導電性材料は、金属表面で相殺されるようなサインの変化を伴って磁束をそれらの放出点へ反射する傾向がある。フェライトおよび他の磁気透過性材料は、サインの変化を伴わずに磁束を反射する傾向がある。
【００６７】
図１を参照すると、磁気材料の特性は一般的に磁気ヒステリシスループを用いて観察することができ、ここで、ＡＣ磁界強度（Ｈ）は、材料における磁束密度（Ｂ）を生じるために用いられ、その結果得られる磁束密度は、材料に関するヒステリシスループとして知られるものにおいて磁界強度に対して図示される。材料におけるエネルギ損失は、ループによって境界が示される領域２に比例する。低損失材料は通常、非常に細い（すなわち、低い保磁力の）ヒステリシスループに対応し、高損失材料は通常、大幅に太い（すなわち、高い保磁力の）ヒステリシスループを有する。原点からより遠くでループがＢ軸と交差すると、すなわち、材料の残磁力や残留磁気が高くなると、ヒステリシスループによって境界が示された面積は大きくなっていき、他の事物は全て等しくなることが分かるだろう。従って、より大きい保磁力および／または残磁力を有する材料において、より大きい損失が生じることになる。
【００６８】
ループは低損失のまま非線形状を保つことができる。高い磁束密度において材料は飽和し、この飽和現象は、比透磁率が１よりも大きい磁気材料で観察することができる。
【００６９】
ヒステリシスループにおける変化が図２（ａ）〜（ｃ）に見られる。これらの図を参照すると、これらの材料は全て同じ飽和磁束密度を有するが、左側（図２（ａ））におけるループは材料によって経験されるサイクルごとに右側（図２（ｃ））におけるループよりもかなり多くのエネルギを損失する。
【００７０】
理想的には、材料は、パッドの周囲の領域から磁束を遮断するために用いられ、その場合、おそらく規格によって指定されるように、界レベルが低いことが必要である。
【００７１】
多くの環境において、磁気材料は、磁束密度が高すぎ、あるいは温度がキュリー点を上回り、材料の全ての磁気特性が失われるために、スクリーンとして用いることができない。これらの環境において、金属／導体スクリーニングのみが可能であり、そのようなスクリーニングは、「磁束追い出し（ｆｒｉｇｈｔｅｎｉｎｇ）」原理で作用しなければならず、読者はこれを反射磁束として理解するであろう。磁気パッドの場合、高い温度は回避されるべきなので、磁気材料の使用は実際に必要不可欠である。
【００７２】
図３（ａ）を参照すると、２つの結合された磁束結合装置がパッド４、５として図示される。各パッドはコイルを含み、一方のパッドのコイルは、パッド間での電力伝送を可能にする結合磁束の線３によって図内で表される磁界を生じるために励磁され、線６は漏洩磁束を表す。各パッド４、５自体が結合磁束３のための復路を提供する。パッド４および５の両方からの漏洩磁束６が各パッドの周囲に全体的に伝搬する。
【００７３】
しかし、図３（ｂ）に示すように、高透磁性漏洩磁束素子７、８が配置されると、漏洩磁束６は、空気または例えばパッドを取り巻くコンクリートなどの他の材料ではなく素子７、８を通過することになる。例えばフェライトなど高透磁性素子は、結合磁束３のための復路を提供するためにパッド自体に独立して設けられ得る。図３（ｂ）は、各々がそれぞれのパッドの端部を越えて延在する材料のシートの形状で設けられた高透磁性漏洩磁束素子７、８を示し、そのため漏洩磁束は、素子７、８によって設けられる高透磁性領域に衝突する。このように各パッドからの漏洩磁束は、各漏洩磁束素子によって占められた領域内に誘導または案内される。それによって、漏洩磁束の位置は、漏洩磁束のための制御された経路を提供することによって制御することが可能になる。各漏洩磁束素子はまた、漏洩磁束の経路およびそれに伴う位置を、結合磁束とは別に、すなわち独立して制御することを可能にする。従って漏洩磁束は、一方または両方のパッドの近傍における他の領域とは対照的に漏洩磁束素子によって占められた領域に概ね閉じ込められ得る。
【００７４】
図３（ｂ）には２つの結合されたパッドが示されるが、読者は、１つの励磁された（すなわち、結合されていない）パッド、例えばパッド５しか存在しない場合、関連する漏洩磁束素子８が漏洩磁束の制御を支援し続ける一方、結合磁束は、必要な場合、電力伝送のためにパッドの上方の領域において使用可能であることを理解するであろう。漏洩磁束素子は、結合磁束とは無関係に、すなわち結合磁束にほぼ影響せずに、制御経路を提供するように漏洩磁束を案内または誘導することができるような様々な方法で配置され得る。
【００７５】
図３（ｂ）において、漏洩磁束素子７はパッド４から離間され、素子８はパッド５から離間され、低い比透磁率の分離領域を提供することが分かるだろう。低い比透磁率のこの領域は、（例えばパッド内のフェライトコアなど独立した高透磁率素子を含み得る）結合磁束の経路を、漏洩磁束を制御するために提供された低いリラクタンス（高透磁率）の経路から分離する。この分離は、漏洩磁束素子が結合磁束のための経路を提供することがないように、パッドおよびシステムの磁気構造および要件に依存して選択される。分離される間隔は、漏洩磁束素子が飽和することを防ぐようにも選択され得る。更に、漏洩磁束素子が構成される材料および寸法も漏洩磁束素子が飽和することを防ぐように選択され得る。
【００７６】
漏洩磁束素子７は、磁束を反射することによってではなく磁束を自身に引きつけることによって作用するように絶縁体となる材料で形成されなければならない。上述したように、１つが結合磁束に関し、もう１つが漏洩磁束に関する２つの独立した高透磁率経路が用いられる。本発明の一実施形態において、これらの経路は、金属導体によって分離され得る。これらの環境下で、高透磁性経路の一方が僅かに伝導性である場合、この金属セパレータによってその効果は無くなるであろう。例えば、アモルファス金属が漏洩磁束素子のための経路において用いられ得る。例えばＭＥＴＧＬＡＳなどのアモルファス金属部品は、１．２．１０−６Ｏｈｍｓ．ｍの抵抗率を有し得る一方、アルミニウムは、その４４分の１しかない２．７．１０−８Ｏｈｍｓ．ｍの抵抗率を有するので、ＭＥＴＧＬＡＳ部品の伝導率は、金属アルミニウムセパレータが存在する場合、問題なく無視してよい。
【００７７】
このように、スクリーン７の材料は、漏洩磁束がそれを通過するように誘導し、案内し、または引きつけるように高い透磁性を有さなければならない。いくつかの実施形態において、漏洩磁束素子７、８は、その漏洩磁束内のエネルギが吸収され得るように損失性であることが望ましい。素子７、８は、アモルファス金属、あるいは高透磁率を有する（かつ任意選択的に高い保磁力および／または残磁力を有する）他の適切な材料の層によって提供され得る。車道ＩＰＴシステムの例において、漏洩素子は、車両の乗員室内に磁束が伝搬することを防ぐために、車道パッドの周囲に、あるいは作動的に隣接して（下側に沿って）、かつ、車載パッドの上方に配置され得る。
【００７８】
アモルファス金属が用いられる場合、それは可能な限り細くなければならないが飽和してはならず、さもなければその効果が失われることになる。磁気材料における電力損失は、材料に複素透磁率を加えることによって数学的に加算され得る。低透磁率は、約１の比透磁率（μｒ）に関連し得る。例えば空気、木材、アルミニウム、およびコンクリートなどの一般的な材料は、約１の透磁率を有する。高透磁率材料は、２、５、１０、あるいはそれ以上の比透磁率に関連し得る。例えばフェライトは、１６〜６４０の比透磁率を有し得る。但し、透磁率の測定値は、特に高い界強度および周波数において変化することが知られている。
【００７９】
磁気材料における電力損失の効果は、図２（ａ）のループにおけるような「四角形の」ヒステリシスループを伴う材料を用いて非常に明確に見られる。磁気コアが四角形のヒステリシスループから成る場合、ループの右上の角部は、磁気材料におけるピークエネルギに対応する。
【数１】
0006595450.tif 000002
【００８０】
ループのサイクルごとのエネルギ損失は、（およそ）
【数２】
0006595450.tif 000003
である。
【００８１】
従って、ラジアンごとのエネルギ損失は、
【数３】
0006595450.tif 000004
である。
【００８２】
すなわち、磁気Ｑは、
【数４】
0006595450.tif 000005
によって求められる。
【００８３】
同じＱの定義を用いるインダクタについても同様に、
【数５】
0006595450.tif 000006
である。
【００８４】
材料に関するヒステリシスループがさほど「四角形」ではない場合、Ｑは更に大きくなり得るが、本出願において、小さなＱが好適であり、「四角形」のヒステリシスループを伴う材料に対応する。
内部に磁気材料を有するＡＣ回路の分析
【００８５】
実際のＡＣ回路において、成分インダクタンスは、
【数６】
0006595450.tif 000007
であり、式中、記号はそれらの通常の意味を有する。
【００８６】
ＶＡＲ荷重はＩ２ωＬである。
【００８７】
この単純なＡＣ誘導回路について、
【数７】
0006595450.tif 000008
である。
【００８８】
ここで、透磁率が複素数である単一成分について、μ＝μ１−ｊμ‘は
【数８】
0006595450.tif 000009
を表す。
【００８９】
回路内のこの成分のみについて、リアクタンスおよび等価抵抗は、（４）を用いて回路インピーダンスから
【数９】
0006595450.tif 000010
であると求められ得る。
【００９０】
第１項は予想される誘導リアクタンスであり、第２項は抵抗である。
【００９１】
回路Ｑは、誘導リアクタンスを抵抗で割ることによって求められる。すなわち、
【数１０】
0006595450.tif 000011
である。
【００９２】
従って、四角形のヒステリシスループについて、透磁率の複素数部分の値は、
【数１１】
0006595450.tif 000012
である。
【００９３】
アモルファス金属の場合、透磁率はおよそ７０，０００程度であり、よって１００ｋＨＺにおけるμ‘は約
【数１２】
0006595450.tif 000013
である。これは、本出願におけるアモルファス金属の性能を推定するためにシミュレータ内で必要な値である。
【００９４】
本発明の実施形態を含む用途のために役立つ材料は、金属シート、アモルファス金属、アモルファス（粉末状）、コバルト、ＭＥＴＧＬＡＳ、および例えばパーマロイやスーパーマロイなどの合金である。ＦＩＮＥＭＥＴの商標で販売される材料が一例である。これらの材料は、それらの物理特性および価格に大きく幅がある。いくつかの材料、例えばフェライトは非常に硬く砕けやすい。遮蔽目的のための最も伝統的な材料は、おそらく銅およびパーマロイであり、それらは１００，０００を上回る比透磁率を有し得る。アモルファスコバルトもまた非常に高い透磁率を有し、ＭＥＴＧＬＡＳおよびアモルファス金属も同様である。理想的な材料は、柔軟で使い易く、かつ低価格なものである。
【００９５】
車道パッドは、結合されたパッドの周囲に全面的にスクリーンを有することができないので、遮蔽することが困難である。これは、車載パッドが可動式でなければならず、スクリーンがその動きを妨げてはならないなど他の遮蔽問題とは大いに異なる重要な問題である。この場合、個々のパッドは、可能な限り多くの遮蔽を実現するために、「半閉鎖」状態でなければならない。この状況が図３（ａ）および３（ｂ）に概念的に示されており、ここでパッド４は車載パッドであり、パッド５は路上に、あるいは車道内に取り付けられたパッドである。上述の通り、パッド間のエアギャップは、車両の下の隙間を変更しない限り遮蔽することができず、これは許容できない。ここで示される半遮蔽は、漏洩磁束素子スクリーンが中心線から更に延在する場合、著しく効果を増すが、それらのスクリーンを大きくするのにはやはり限界がある。磁束は、（高透磁率材料に関して直角に）漏洩磁束素子スクリーン内へ誘導され、または引きつけられ、パッドの一方の端から他方の端へ伝搬し、その結果、漏洩磁束が他の物体に干渉することを防ぐ漏洩磁束のための経路を提供する。
【００９６】
電動車両の誘導電力供給のための車道パッドは、様々な形状やサイズで提供されるが、幅広いエアギャップを介する電力伝送の観点から、おそらく「ダブルＤ」パッドが利用可能な最善のパッドである。それらのパッドは２つの隣り合った平面コイルを含んでおり、参照によってその内容が本願に組み込まれる国際公報ＷＯ２０１２／０１８２６８号において説明される。しかしこれらの幅広いエアギャップは漏洩の観点からも不都合であり、パッドの側面から多量の磁束を漏れ出させる。漏洩磁束は、パッドの一方の端を他方の端と結び付ける傾向があり、コイルが配置されたパッドのフェライト組織をこの磁束が通るための経路が既に存在する。アルミニウム層は、パッドの構造保全を助けるためにコイル側と反対のフェライトの側に設けられる。いくらかの磁束は、アルミニウムの外側におけるパッド構造の裏側の周囲を循環する。この磁束は少量ではあるが、許容レベルが非常に低いためにやはり問題となる。
【００９７】
図３（ｂ）に示される漏洩磁束素子７、８は、それぞれのパッドのアルミニウムの外側に配置され、漏洩磁束素子を越える全ての漏洩磁束が取り除かれるか、あるいは少なくとも低減されるように、漏洩磁束を素子７、８に閉じ込めることによって漏洩磁束を低減するために用いられ得る。導体となるアルミニウムもまた、パッドの結合された界が生じる面と反対側の面における磁束シールドとして機能し得る。アルミニウムをその構造的役割のために保持すること、および、周回している漏洩磁束を誘導および抑制することによって制御するための漏洩磁束素子を提供するために、例えばアモルファス金属などの高透磁性金属の層を設けることは、非常に有利である。
【００９８】
漏洩磁束が少なく、通常の環境下でアルミニウムによる影響がほとんどなくとも、それが有するそのような効果は有益である。これは、予期せぬ結果である。アモルファス金属層がなくとも、アルミニウム内の磁束は非常に少なく、ごく僅かな影響しか及ぼさない。しかし、アルミニウムがアモルファス金属に置き換えられた場合、界は変形し、著しい量の磁束がアモルファス金属を通り抜け、結合磁束のための別の経路を提供するため、ピックアップシステムの電力伝送性能が低下する。そのため、アモルファス金属が用いられる場合、アルミニウムや同様の界反射特性および／または低透磁率特性を有する金属も配置されることが好都合であり、さもなければパッドの電力出力が減少することになる。読者は、理想的にはパッドのフェライト内に集中することが望ましい磁束が、例えばパッドの出力電力における著しい減少の原因となるのに十分なレベルでアモルファス金属を通過することを防ぐために十分に低い透磁率を有する低透磁率層または領域の役割をアルミニウム層が担っていることを理解するであろう。
【００９９】
このスクリーンのためにアモルファス金属が用いられる場合、アモルファス金属は、原型から変形され得る。通常、アモルファス金属は約１８ミクロンの厚さしかなく脆いが、柔軟である。アモルファス金属は、非常に高い、通常７０，０００になり得る比透磁率、および非常に高い、１．０〜１．３Ｔになり得る最大磁束密度を有する。しかし、アモルファス金属がプラスチックカバーに埋められ、合計１．８ｍｍの厚さになると、この材料は、最大磁束密度が１３ｍＴかつ比透磁率が７００であるとして用いられ得る。この厚さの金属は切断および成形しやすく、多くの用途においてより実用的である。アモルファス金属のより大きな切断面が必要である場合（追加の遮蔽層）、これらの１．８ｍｍのシートを単純に積み重ねることができ、実際のアモルファス金属シートは事実上１．８ｍｍごとに区切られるので、アモルファス金属は層の間の磁束を共有することになる。
【０１００】
アモルファス金属遮蔽アプローチの多様性を示すために、「２極式」パッドと結合された「円形」パッドの断面が図４に示される。円形パッドは、概ね円形の単純なコイルを有し、その下に例えばフェライトなどの透磁性金属が存在する。例えばアルミニウムなどの導体のバッキングプレートが設けられ、パッドの上部は、例えばプラスチックカバーを用いて保護目的のために被覆され得る。２極式パッドは、その内容が参照によって本願に組み込まれる、国際公報ＷＯ２０１２／０１８２６９号において説明される。これらのパッドのパッド構造は、パッドの外側から順に、アルミニウムの層、フェライト（不図示）のための緩衝材としてプラスチックの薄い層、フェライトの層、１または複数の銅コイルの層、および頑丈なプラスチック筐体が存在するという点でダブルＤパッドの構造と基本的に同じである。（原則として、対称性ゆえに、円形パッドは非円形パッドよりも少ない遮蔽しか要さないが、ずれがあった場合、円形パッドは大幅に放散し得る。）同様にダブルＤパッドの場合、まずエアギャップがあり、最大１０ｍｍの厚さの頑丈なプラスチック保護筐体が存在する。次に、厚さ４ｍｍのリッツ線のコイルの層があり、続いて厚さ１６ｍｍのフェライトの層、厚さ１〜２ｍｍの緩衝用プラスチックの層、および厚さ２〜６ｍｍのアルミニウムのバッキングプレートがある。円形パッド、２極式パッド、およびダブルＤパッドにおいて、厚さ２ｍｍの形状のアモルファス金属はアルミニウムプレートの外側に（すなわち、コイルから最も遠い側面に）突き出ており、かつ１より多い層であってよく、アモルファス金属およびアルミニウムはパッドの通常のサイズを越えて延在し得る。車両用途において、遮蔽問題は、車両の外周における不所望の磁束を、１７ｕＴを下回るまで低減することである。不所望の磁束は、車両の中心線であり幅１．６ｍの車両に対応するパッドの中心線から８００ｍｍの、エアギャップの中央で測定される。磁束は、車両の内側に対応するように車載パッドの頂部でも測定され、この磁束は６．２４ｕＴを下回らなければならない。
【０１０１】
遮蔽層は、最初に漏洩を閉じ込めるために、筐体上で、あるいは筐体の一部としても用いられ得る。本発明の一実施形態は、細長いパッドの一方の端から他方の端へ伸びる結合磁束のためのパッドを貫く復路を可能とするために、ＩＰＴコイルに設けられた縦通材フェライトのセット、すなわち線状フェライト素子を伴うパッドを有する。フェライトは、パッドのコイルと反対側の側面を遮蔽し、かつ互いに対してフェライトを位置付ける、例えばアルミニウムなどの金属片上に設置される。いくつかの実施形態において、フェライトは、金属の窪みの中に位置付けられる。例えばアモルファス金属などの高透磁性材料のシートが金属シート上のフェライトの反対側に設置され、パッドの端部を越えて延在する。スクリーンは、別の一次または二次パッドが使用中に位置付けられるはずの領域として定められ得る、パッドの作用領域の外側の漏洩領域内に延在すると考えてよい。スクリーンの周囲のループ内に及ぶはずであった漏洩磁束は、スクリーンを越えて延在する高透磁性材料のシートに衝突する。高透磁性材料のシートによって定められた経路は、漏洩磁束に関する低リラクタンスループの部分を表すので、磁束はその経路を辿る。
【０１０２】
経路は、スクリーンに対しほぼ平坦か、または近接しているため、漏洩磁束はパッドの裏側で低減される。
【０１０３】
高透磁性材料のシートは、１つの漏洩領域から別の漏洩領域へ磁束を導くものと考えられ得る。
【０１０４】
他の実施形態は、円形または他の形状のパッドの漏洩領域間で磁束を導くために、フェライト、スクリーン、およびシートまたは他の適切な形状の素子を有する。シートの形状への適応性は読者には明らかであるだろうが、スクリーンよりも大きい直径を有する高透磁性材料の円形シートを伴う円形スクリーンを含んでもよい。漏洩磁界は一般に、ＩＰＴシステムの一次および二次パッドが電力を伝送するために相互作用する領域の外側の磁束線（磁界）である。いくつかの実施形態において特に懸念されるのは、例えば図３（ａ）に示すＩＰＴシステムの上側および下側のループなど、パッドの裏側を周回する漏洩磁界である。
【０１０５】
電磁界はより一般的には、図１４ａおよび１４ｂに示すような交互層の組み合わせにおいて例えば導体（または他の金属材料）などの低透磁率材料２６とともにアモルファス金属、または任意の高透磁率、または高透磁率かつ損失性材料２５を用いても制御あるいは吸収され得る。例えば、高透磁率材料２５を備える第１層と導体２６を備える第２層との「サンドイッチ」において、サンドイッチの一方の側面における磁界は、最初に高透磁率層を通過することになるが、その層を通り伝搬する際、サンドイッチ内の次の層、すなわち導体において優先的に伝搬する電界を生じる。磁界と電界との固有の関係性ゆえに、磁界が高透磁率材料層を通ってｘ方向に伝搬すると、それによって隣接するアルミニウムの層においてｙ方向への電流が生じることになる。伝導層の次に高透磁率材料２７の第３の層が設けられた場合、この第３の層においてｘ方向に界が存在することになる。低透磁率または伝導性材料の第４の層が追加されてよく、以下同様である。一実施形態において、これらの層は非常に薄いが、関連するコンダクタンスおよびリラクタンスが１つの層と隣接する次の層とで異なって何千回にも上ることによって電流および界がそれらの層に概ね含まれることになる。また、電流は、伝導層、あるいは各伝導層を通ると電力の損失を生じ、高透磁性材料における界は、最初の界が減衰されるように電力の損失を生じる。
【０１０６】
一実施形態において、１または複数の層のための透磁性材料は、必要な減衰を提供するために適切な損失性であり得るアモルファス金属を備え得る。いくつかの実施形態において、低透磁率層のための導体は、アルミニウム箔またはアルミニウム網であってよい。
【０１０７】
実際の研究の測定では、円形コイルの上の磁界は、コイルの３００ｍｍ上で６２マイクロテスラであった。コイルと測定点との間にアモルファス金属の層がある場合、測定された磁束は２９マイクロテスラまで減少した。アモルファス金属の次に別のアルミニウムの層を追加すると、磁束は２マイクロテスラまで減少し、これは非常に驚くべき結果である。更に、この実施形態におけるアルミニウムはアモルファスガラスを遮蔽せず、アモルファスガラスが磁束に損失を加えることを防ぐ。層が逆であった場合、アルミニウム箔の単一層の上の界は、９マイクロテスラであった。アモルファス金属の層を追加すると、界は５マイクロテスラに減少した。層を増やすと更なる減衰が生じるが、アルミニウムはアモルファス金属の何百分の１も低価格であるので、層に関して最適な順序を保つことが望ましい。
【０１０８】
他の実施形態において、アモルファス金属およびアルミニウムは、他の高透磁率損失性材料、および他の伝導性材料に置き換えられる。
【０１０９】
他の実施形態において、アルミニウムは別の伝導性材料に置き換えられる。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、アルミニウムまたは伝導層は、表皮効果厚さ、すなわち表皮厚さよりも薄く、および／または、それに近い。
【０１１１】
他の実施形態において、磁束が層を通過せず、かつ伝導層の間を通ることができるように、伝導層は大幅に厚くなる。いくつかの実施形態において、１層のアモルファス金属および１または１層の導体のみが存在する。
【０１１２】
例えば図３（ｂ）に示すようないくつかの実施形態において、パッドの一方の端から他方の端への閉路上で漏洩磁界を方向付けるために、高透磁性かつ高い保磁力および／または残磁力の材料が、フェライトのコイルと反対側の側面において、パッドのフェライトの裏側に配置される。シートは、漏洩磁束ループのための低リラクタンス経路を定める漏洩磁束素子を備える。実際、それは、シートによって定められる直線を辿りシートの裏側に突き出さないよう図３（ｂ）に示されるように漏洩磁束線を閉じ込め、すなわち抑制する。いくつかの実施形態において、このシートは、高い保磁力を有する材料で形成される。そのためシート内で界はエネルギを失う。ゆえにシートは、界の方向付け、あるいは集中、および界減衰効果を提供すると考えられ得る。いくつかの実施形態において、図３に示す実施形態と同様に、シートは、２つの対向する磁極に近い領域間の経路を形成するように配置される。いくつかの実施形態において、シートは、定められた経路内で磁束線を方向付け、いくつかの実施形態においてエネルギを損失するように、間を磁束線が通る任意の２つの領域間に経路を提供する。シートによって定められた経路を辿るという磁束線の性質によって、磁束線は、領域に閉じ込められ、あるいは領域から排除され得る。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、シートは、磁束線を閉じ込めるための経路を定めるのに適した任意の形状および断面を有する高透磁率部品または素子に置き換えられ得る。いくつかの実施形態は、特に素子における材料の飽和を回避することが必要な場合、より大きい断面を有する素子を有し得る。断面は、漏洩磁界強度によって選択された数のシートを有し得る。漏洩磁界強度がより少ない層を飽和させることになる場合、より多くの層が用いられ得る。層は、非磁性および非伝導性、または金属性の材料のシートあるいは層によって分離され得る。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、伝導シートは、ＩＰＴパッドのフェライトと、漏洩磁束を方向付けるために用いられる高透磁率素子との間に配置される。これらの実施形態のうちいくつかにおいて、パッドは、２つのパッド間の隙間における磁気エネルギを増大するように磁束を方向付けるための例えばフェライトなどの２つ以上の高透磁率層と、漏洩磁束を方向付けるための高透磁率層とを有し得る。いくつかの実施形態において、高透磁率層はいずれもフェライトであってよいが、漏洩磁束を方向付けるための層は高い保磁力および／または残磁力を有する材料で好適に形成されるであろうことが予測される。いくつかの実施形態は、層同士を分離し、それらの間に磁束線が交差することを防ぐように機能するために、２つの高透磁率層の間に、伝導性の、あるいは少なくとも低透磁率の材料の層を有し得る。さもなければ、これは、高い保磁力の材料が、パッド間の隙間におけるエネルギを増大するために集中または方向付けされなければならない結合磁束におけるエネルギ損失を招く原因となるであろう。
【０１１５】
いくつかの実施形態は、パッドの線状フェライトまたはフェライトバーを取り付け、また漏洩磁束を方向付ける材料のシートを取り付けるために、伝導層を用いる。
【０１１６】
これらの実施形態のうちいくつかは、本明細書で説明される機能を実行するために任意の適切な形式の部品または素子を有し得る。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、高透磁率層または素子は、蛇行した経路に形成され得る。これは、層または素子によって閉じ込められた、あるいはそれらの内に集中した漏洩磁束におけるエネルギ損失を増大させるために望ましい。
【０１１８】
様々な実施形態は、ＩＰＴパッドの周囲の様々な領域間の隙間の外側またはパッド間の隙間の外側の領域間で漏洩磁束を方向付ける。これらの領域は、細長いパッドの端部、あるいは四角形のパッドの辺や例えば円形パッドなどのパッドの周囲を取り巻く領域の対辺に存在し得る。従って、いくつかの実施形態のシート、部品、または素子は、単純にパッドの外形と類似した形状であってよい。
【０１１９】
パッド間の隙間は、ＩＰＴパッドまたはＩＰＴシステムの作用または作動領域として読者に認識されるであろう。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、磁束が漏洩素子に追随する傾向を持つように領域間に高透磁性経路を提供するために、漏洩素子は、異なる磁気ポテンシャルの２つの領域間に延在し得る。
【０１２１】
図４（ａ）〜（ｃ）は、結合されたパッドの断面を示すシミュレーションである。パッド４、５は１３７ｍｍの距離（すなわち、１３７ｍｍのエアギャップ）で離れており、下側のパッドは電力供給によって励磁されている。このシミュレーションは１つの特定の製造業者によるアモルファス金属を用いるが、同様の製品が様々な販売元から入手可能である。この場合、それは、遮蔽材料の層を備える漏洩磁束素子に７００の比透磁率および１３ｍＴの最大飽和磁束レベルを与えるために２ｍｍのプラスチックに覆われる。これらの結果のいずれかを最適化するための試みはなされなかった。例えば漏洩磁束スクリーン素子をエアギャップに向けて次第に小さくするか、あるいは方向付けることによって、パッドの厚さは端部で減少し得るが、それをすることに利点があることが明らかであっても、ここでは行われていない。シミュレーションにおいて、縦線２０で陰を付けられた領域は、１６ｕＴを上回る磁界に対応し、例えば車道ＩＰＴシステムなどのいくつかの用途において許容可能な境界線である。チェック２１、斜線２２、および点線２３で陰を付けられた領域は、それぞれ磁気強度が減少している領域を示す。これらのシミュレーションは、複素透磁率を用いず行われている。図４（ａ）に示すシミュレーションは、漏洩磁束素子を有さない。図４（ｂ）において、プラスチックに覆われたアモルファス金属の単一層の形状である漏洩磁束素子が上側パッドの上に設けられる。この素子は７と示され、図３（ｂ）と一致する。図４（ｃ）において、漏洩磁束部品７はパッド４の上側に設けられ、この部品は、プラスチックに覆われたアモルファス金属の３つの単一層を備える。また図４を参照すると、漏洩磁束部品８がパッド５の下側に設けられ、この部品は、プラスチックに包まれたアモルファス金属の３つの単一層を備える。漏洩磁束素子は漏洩磁束を効果的に閉じ込め抑制することが分かる。更に多いまたは少ない数のアモルファス金属材料の層が必要に応じて用いられ得る。
非シート構造
【０１２２】
上述したように、ＦＩＮＥＭＥＴという商標で販売される物質を用いて生成されるシートまたは層状の材料は、ＩＰＴパッドに関する漏洩磁界を低減するための一実施形態を提供する。
【０１２３】
シミュレーションは、実際の測定値と比較され、かなり正確であることが分かった。しかし上述したＦＩＮＥＭＥＴ設計は最適化されておらず、１平方メートルを上回る材料を用いた。漏洩磁束のみを吸収または制御することに着目しつつより少ない材料を用いる更なる実施形態が次に説明される。
【０１２４】
図５を参照すると、パッド型磁束結合構造のコイル１１およびバックプレート１２から漏洩素子１０が分離された実施形態が示される。バックプレート１２は、パッドによって生じる、あるいはパッドによって受け取られる結合磁束のための経路を提供する透磁性材料を備え得る。
円形パッドに関する漏洩磁束の取り巻き
【０１２５】
一実施形態において、内寸（ＩＬｘおよびＩＬｙ）は１５０〜２００ｍｍの範囲内である。外側長さ（ＯＬｘおよびＯＬｙ）は、理想的なまたは必要な量の漏洩の閉じ込めまたは減少を提供するように調整される。一実施形態において約１５０ｍｍ〜２００ｍｍのＯＬｘおよびＯＬｙが良好な漏洩磁束の減少を提供することが分かった。
ＤＤ／ＤＤＱパッドに関する漏洩磁束の取り巻き
【０１２６】
次に図６を参照すると、例えばダブルＤ（ＤＤまたはＤＤＱ）パッドなど、２つ以上のコイル（１１ａおよび１１ｂ）を有するパッドに関する実施形態が示される。上述したように、これらのパッド構造は、国際公報ＷＯ２０１２／０１８２６８号において説明される。ＤＤまたはＤＤＱパッドの場合、極の方向である素子１０の内側長さＸ（ＯＬｘ）は、内側長さＹ（ＩＬＹ）に比べて短いことが望ましい。ＩＬｘについて５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の値が適切であり、ＩＬｙについては約２００ｍｍが適切である。外側長さ（ＯＬｘおよびＯＬｙ）は、理想的な量の漏洩の減少を提供するように調整される。２００ｍｍ〜２５０ｍｍのＯＬｘおよびＯＬｙが良好な漏洩の減少を提供することが分かった。
【０１２７】
別の実施形態が図７に示される。シミュレーションは、二次パッド１５の上側の中央部を占める１５００ｍｍ×１５００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウムシート、および一次パッド１４の下側の中央部を占める１５００ｍｍ×１５００ｍｍ×１ｍｍの銅シートを用いて実行された。これらのシートはいずれも、磁束素子１０や、例えば車両などの物体にパッドを取り付けるために必要な任意のワッシャのための空間を設けるために、パッドから１０ｍｍ離して配置される。図７および後続の図面のほとんどにおいて、これらのアルミニウムシートおよび銅シートは明確性のために図示されない。
【０１２８】
図７の実施形態において、漏洩素子１０は、一次側および二次側の両方で作用するように設計される。これらの設計はいずれも以下で詳述される。図７に示すようにｘ軸およびｙ軸が定められる。一次パッド１４の外寸は７８０ｍｍ×５８５ｍｍであり、二次パッド１５の外寸は３１１ｍｍ×４９５ｍｍである。
【０１２９】
二次側に関する漏洩素子１０は、Ｘ軸およびＹ軸の両方において２００ｍｍのずれで検証された。漏洩素子１０の外寸は１３１０ｍｍ×１１９４ｍｍであり、「孔」寸法は８１１×６９５ｍｍである（図５の寸法を参照するとＯＬｘ＝ＯＬｙ＝２５０、ＩＬｘ＝２００、およびＩＬｙ＝１００に対応する）。用いられる漏洩素子１０の面積は、１平方メートルである。Ｘ軸およびＹ軸の両方における二次パッドの中心に沿った磁束測定値が図７ａおよび図７ｂに示される。
【０１３０】
その結果が表１にまとめられる。
【表１】
0006595450.tif 000014
【０１３１】
一次パッド１４の素子１０に関して２つの漏洩素子設計が提案される。第１の設計（ＦＭ１）は、ＯＬｘ＝２００、ＩＬｘ＝１５０、ＯＬｙ＝２００、ＩＬｙ＝２５０の寸法を有する。第２の設計（ＦＭ２）は、ＯＬｘ＝２００、ＩＬｘ＝１５０、ＯＬｙ＝１００、ＩＬｙ＝２５０の寸法を有する。Ｘ軸およびＹ軸の両方における二次パッドの中心に沿った磁束測定値は、上のグラフに示される。８００ｍｍにおける磁束測定値の結果が表２にまとめられる。
【表２】
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【０１３２】
一実施形態において、いくつかのピースがピクチャフレームの形状で組み立てられ得るように、漏洩素子１０内に切れ目が存在する。この設計は、ＯＬｘ＝２００、ＩＬｘ＝１５５、ＯＬｙ＝２００、ＩＬｙ＝１９０の寸法を有する設計に基づく。これは、漏洩素子を有さない場合と比べてＸ軸において２６．３％、Ｙ軸において２０．４％の漏洩の減少がある。
【０１３３】
図８を参照すると、４つの５ｍｍの切れ目を伴う４ピースから成る漏洩素子１０を有する実施形態が示される。各切れ目は図内で１６と示される。この設計を用いた磁束漏洩は、表３にまとめられ得る。
【表３】
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【０１３４】
Ｙ軸の漏洩は、例えば車両の前面部および背面部によって覆われるためさほど重要ではないとみなされ得るので、２ピースの設計も調査された。この設計は、漏洩素子１０が、一次パッドの傍らに配置され得る２つの「ストリップ」を備えてよく、それらが全ての漏洩磁束に対処するであろうことを提示する。図９に例が示される。このようにいくつかの実施形態において、漏洩素子１０は、コイルまたはコアを取り巻く必要がない。いくつかの実施形態において、透磁性材料のピースまたはストリップが漏洩素子を備えてよく、材料のピースは、漏洩磁束が除去または低減されるべき選択された領域の付近に、すなわち近接して位置付けられる。
【０１３５】
図９の設計を用いた二次パッドの中心から８００ｍｍにおける磁束漏洩が表４にまとめられる。
【表４】
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【０１３６】
見て分かるように、Ｙ方向に漏洩素子が存在しないので、漏洩はＹ軸においてはほとんど低減されないが、Ｘ軸において著しい減少が生じた。上述したこのシミュレーションの結果は、漏洩磁束を大量に低減するようである。漏洩素子１０は、結合磁束によって飽和しないことにより、これらのシチュエーションにおいて効果的であることに注目すべきである。漏洩素子は、結合（すなわち、主な）磁束がそれを通過する場合、同様には作動しないであろう。上述したシミュレーションの全てについて、非補償電力は約±２％変化し、これは有意ではない。
【０１３７】
いくつかのシミュレーションが、ここでＤＤ−ＤＤＱパッド設計に関連して説明される。シミュレーションは、Ｘ方向において一次パッドと二次パッドとの間に２００ｍｍのずれを有して実行される。
【０１３８】
Ｘ方向およびＹ方向が図１０に示される。バー１８は、結合磁束のためのパッドを通る復路を提供するために高透磁率「コア」を生成するために用いられるフェライトを備える。（図６を参照して説明された表記を用いると）Ｘ軸およびＹ軸の両方において良好な漏洩の減少を提供した高性能漏洩素子設計は、ＯＬｘ＝２５０、ＩＬｘ＝１００、ＯＬｙ＝２００、およびＩＬｙ＝２００の寸法を有した。漏洩素子は、一次側に配置された。Ｘ軸およびＹ軸の両方における二次パッドの中心に沿った磁束測定値が図１０ａに示される。
【０１３９】
この設計を用いた二次パッドの中心から８００ｍｍにおける磁束漏洩が表５にまとめられ得る。
【表５】
0006595450.tif 000018
【０１４０】
漏洩素子１０もまた、図８で説明されたパッドに施されたのと同様に小さなピースに切り分けられた。図１１Ａおよび１１Ｂは、取り巻きをどのように４ピースに切ったか（ＦＭ４、図１１Ａ）、および２ピースに切ったか（ＦＭ２、図１１Ｂ）を示す。
【０１４１】
ＦＭ２およびＦＭ４設計を用いた二次パッドの中心から８００ｍｍにおける磁束漏洩が表６にまとめられ得る。
【表６】
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【０１４２】
更なるシミュレーションにおいて、パッドは、Ｘ方向のみに２００ｍｍずれるように整えられた。これらのシミュレーションは、実際の測定値がシミュレーションの結果を立証するとみなされ得るように行われた。
【０１４３】
これらのシミュレーションは、先の試験による最適な結果を用いて行われた。３つのシステムが図１２Ａ〜１２Ｃにおいて以下に示される。
【０１４４】
ＦＭ  １Ｌ（図１２Ａ）設計は、８７５ｍｍ×２３５ｍｍの大きさの２ピースの漏洩素子材料を用いた。幅は２３５ｍに選択された。ＦＭ  ２Ｌ（図１２Ｂ）設計において、ピースの幅は半分にされ、２層の漏洩素子材料が用いられている。ＦＭ  ３Ｌ（図１２Ｃ）設計において、ピースの幅はＦＭ  １Ｌ設計の３分の１であり、３層の素子材料が用いられる。これらの設計全てにおいて用いられるＦＩＮＥＭＥＴの総面積は同じ（０．４１平方メートル）である。
【０１４５】
ＦＭ  １Ｌ、ＦＭ  ２Ｌ、およびＦＭ  ３Ｌ設計を用いた二次パッドの中心から８００ｍｍにおける磁束漏洩が表７にまとめられ得る。
【表７】
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【０１４６】
磁束漏洩は、上記の表から分かるように、著しく減少している。Ｘ方向における磁束線は図１２ｄおよび１２ｅにおいて見られる。
【０１４７】
漏洩磁束を低減しようと試みるために、例えば車両のシル上にも漏洩素子が配置され得ることが提案される。この概念はおおよそシミュレーションされた。２つの１５００ｍｍ×１００ｍｍのストリップが車両の端部に配置される（車両は１５００ｍｍ幅であると仮定される）。これは図１３に示される。
【０１４８】
このシミュレーションは、一次側に漏洩素子が存在せず、シル上の１および２層の漏洩素子材料を用いて実行された。その結果が表８にまとめられる。
【表８】
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【０１４９】
上記から、一般に電磁界を制御または吸収するために用いられ得ること、および／または無線電力伝送用途において不所望の磁界を制御または吸収する構造および材料が説明されたことが分かるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０ａ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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