(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力伝達用の磁場を生成するのに適した誘導電力伝達装置であって、
第一の表面と第二の表面との間に配置される３つ以上のコイルであって、電源により電圧を印加したときに、前記第一の表面では相互に強まり、前記第二の表面では前記第一の表面に対して互いに実質的に弱まる磁場を生成するように配置された３つ以上のコイルを備えており、前記第一および前記第二の表面が互いに対して前面を向く、装置。
【請求項２】
前記コイルが、
中央コイルと、
前記中央コイルの一端に隣接した第一の端部コイルと、
前記中央コイルの他端に隣接した第二の端部コイルと、を含む、請求項１記載の誘導電力伝達装置。
【請求項３】
前記コイルがソレノイドコイルを含む、請求項１または請求項２記載の誘導電力伝達装置。
【請求項４】
前記中央コイルが、前記第一の表面と見かけ上平行な方向にｍｍｆを生成し、前記端部コイルが、前記第一の表面と見かけ上直交する方向にｍｍｆを生成する、請求項２記載の誘導電力伝達装置。
【請求項５】
前記コイルが、使用中、両端の前記端部コイルによって生成される磁場が互いに反対方向になるように配置され、この構成により前記第一の表面を越えてアーチ状の磁束パターンを有する磁場が生成される、請求項２または請求項４記載の誘導電力伝達装置。
【請求項６】
前記端部コイルのメートルあたりの組み合わされたアンペアターンが、前記中央コイルのメートルあたりのアンペアターンよりも少ない、請求項２、請求項４および請求項５のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項７】
前記端部コイルが互いに実質的に同一のアンペアターンを有し、前記中央コイルが、１つの前記端部コイルのアンペアターンの少なくとも２倍のアンペアターンを有する、請求項２および請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項８】
前記第一の表面と垂直な方向における前記端部コイルの長さが、互いに実質的に同一であり、前記第一の表面と平行な方向の前記中央コイルの長さが、各端部コイルの長さの少なくとも約２倍である、請求項２および請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項９】
前記端部コイルが、前記中央コイルと１つ以上のターンを共有する、請求項２および請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１０】
前記中央コイルが、前記第一の表面よりも前記第二の表面に近いほうが長さが長い、請求項２および請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１１】
前記端部コイルが、前記第二の表面よりも前記第一の表面に近いほうが周長が長い、請求項２および請求項４乃至請求項１０のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１２】
第三の端部コイルが前記第一の端部コイルに隣接して提供され、第四の端部コイルが前記第二の端部コイルに隣接して提供される、請求項２および請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１３】
前記第三および第四の端部コイルが、前記第一の端部コイルの磁場と反対の方向に磁場を生成するように配置される、請求項１２記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１４】
前記第三および第四の端部コイルのアンペアターンが、前記第一および第二の端部コイルのアンペアターンの半分以下である、請求項１２または請求項１３記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１５】
前記第一の表面と第二の表面との間の距離が、前記中央コイルの寸法によって規定される、請求項２および請求項４乃至請求項１４のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１６】
前記生成された有効な磁場が、前記第一の表面を越えて、前記第一の表面と前記第二の表面との間の距離とほぼ等しい距離まで延在する、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１７】
前記生成された有効な磁場が、前記第一の表面を越えて、前記第一の表面と垂直な方向において前記第一および第二の端部コイルの長さとほぼ等しい距離まで延在する、請求項２および請求項４乃至請求項１４のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１８】
前記第一の表面から前記装置を越えて所与の距離に延在するＢ場が、前記第二の表面から前記装置を越えて同じ距離に延在するＢ場よりも大きい、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項１９】
前記所与の距離が、前記第一の表面と前記第二の表面との間の距離と実質的に同一である、請求項１８記載の誘導電力伝達装置。
【請求項２０】
前記コイルが基板材料に実質的に囲まれる、請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項２１】
前記コイルが基板材料に埋め込まれる、請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項２２】
前記基板材料が非磁性材料を含む、請求項２０または請求項２１記載の誘導電力伝達装置。
【請求項２３】
前記コイルの巻き数が１である、請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の誘導電力伝達装置。
【請求項２４】
誘導電力伝達用の磁場を提供するのに適した誘導電力伝達装置であって、
第一の軸を中心に互いに分離し、前記第一の軸と見かけ上平行な方向に磁場を生成するように配置された第一のコイル部の対と、
前記第一の軸と垂直に延在する磁場を生成するように配置され、前記軸の一端において磁場を互いに減少させるように、前記第一のコイル部に対して位置合わせされた１つ以上の第二のコイル部と、を備える、装置。
【請求項２５】
車道で用いる、車両向けの誘導電力伝達用の磁場を生成するのに適した車道用誘導電力伝達モジュールであって、路面側および前記路面側と実質的に反対の道路の土台側と、中央コイルと、前記中央コイルの一端に隣接した第一の端部コイルと、前記中央コイルの他端に隣接した第二の端部コイルと、を備えており、前記コイルは、電源により電圧を印加したときに、前記コイルにより生成される磁場が前記道路の土台側で互いに減少させるように配置される、モジュール。
【請求項２６】
前記コイルがコンクリートに囲まれる、請求項２５記載の車道用誘導電力伝達モジュール。
【請求項２７】
前記コイルの巻き数が１である、請求項２５または請求項２６記載の車道用誘導電力伝達モジュール。
【請求項２８】
請求項２５乃至請求項２７のいずれか１項に記載の複数の車道用誘導電力伝達モジュールを備える車道。
【請求項２９】
誘導電力伝達用の磁場を受け取るのに適した誘導電力伝達装置であって、
互いに対して相対する第一の表面および第二の表面と、
第一の表面と第二の表面との間に配置される３つ以上のコイルであって、電源により電圧を印加したときに、前記第一の表面では相互に強まり、前記第二の表面では前記第一の表面に対して互いに実質的に弱まる磁場を生成するように配置された３つ以上のコイルと、を備える、装置。
【請求項３０】
前記コイルがソレノイドコイルを含む、請求項２９記載の誘導電力伝達装置。
【請求項３１】
１つ以上の表面が物理的表面ではない、請求項１記載の装置。
【請求項３２】
前記磁場が前記軸の他端において互いを強める、請求項２４記載の装置。
【請求項３３】
前記磁場が前記路面において互いを強める、請求項２５記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギー源から磁束を生成する、かつ／または磁束を受け取って電気エネルギー源を供給するための装置に関する。本発明は、１つの用途では、車道用誘導電力伝達（ＩＰＴ）用途で用いる磁束発生器またはレシーバとして使用できる誘導電力伝達機器を提供する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＴシステムは、一般に、国際公開第２０１１／０１６７３６号に、特に電動の車道用途に関連して記載されている。当該文献に記載されているシステムでは、パッド−パッドＩＰＴトランスミッション方式を使用している。パッドは、それらの機器のサイズをできる限り小さく維持しつつ、要求される電力を伝達するために、送信および受信パッドの両方にフェライトを含む。ＩＰＴ車道用途用の適切なパッドの具体的な構成は、国際公開第ＷＯ２０１０／０９０５３９号に記載されている。これは、ＩＰＴ磁束トランスミッタまたはレシーバを含み、その文書ではダブルＤパッド設計と呼ばれている（本明細書でもそのように称する）。ダブルＤパッド設計は、優れた性能を有し、その設計に従い構成されたパッド配置は、２５〜３０ｍｍよりも薄く形成される。このため、受信パッドは、車両の下の非常に狭い空間に収まることができる。同様に、ダブルＤ設計に従う送信パッドは、十分に薄く作れるため、例として、充電目的のために車庫の床上または車庫内に設置できる。
【０００３】
ダブルＤパッド設計および他のパッド構造は、通常、必要な磁束を生成するためにフェライトを用いる。フェライトには、壊れやすくかつ高価であるという不具合がある。特に、車両および道路環境では、フェライトは損傷しやすい。車道環境に設置された場合に、それらの装置を持続的に駆動する４０〜５０トントラックなどの車両に耐容性があるＩＰＴ磁束トランスミッションおよび／または受信装置の開発が要望されている。
【０００４】
明細書全体を通した先行技術のあらゆる記載は、その分野において周知であるか、または常識の部分を形成するそのような先行技術における自認として考慮されるべきではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、既存の構成の１つ以上の不具合を解消する車道用誘導電力伝達モジュールを提供することにある。あるいは、本発明の目的は、少なくとも、有効な選択肢を公に提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、以下の記載から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一態様において、誘導電力伝達用の磁場を生成するのに適した誘導電力伝達装置を提供し、この装置は、
互いに対して相対する第一の表面および第二の表面と、
電源により電圧を印加したときに、第一の表面では相互に強まり、第二の表面では互いに実質的に弱まる磁場を生成するように配置された３つ以上のコイルと、を備える。
【０００８】
好ましくは、コイルは、
中央コイルと、
中央コイルの一端に隣接した第一の端部コイルと、
中央コイルの他端に隣接した第二の端部コイルと、を含む。
【０００９】
好ましくは、コイルは、ソレノイドコイルを含む。
【００１０】
好ましくは、中央コイルは、第一の側面と見かけ上平行な方向にｍｍｆを生成し、端部コイルは、第一の側面と見かけ上直交する方向にｍｍｆを生成する。
【００１１】
好ましくは、コイルは、使用中、両端に位置する端部コイルによって生成される磁場が互いに反対方向になるように配置され、この配置により第一の側面を越えてアーチ状の磁束パターンを有する磁場が生成される。
【００１２】
好ましくは、端部コイルのメートルあたりの組み合わされたアンペアターンは、中央コイルのメートルあたりのアンペアターンよりも少ない。
【００１３】
好ましくは、両端に位置する端部コイルは、互いに実質的に同一のアンペアターンを有し、中央コイルは、１つの端部コイルのアンペアターンの少なくとも２倍のアンペアターンを有する。
【００１４】
好ましくは、第一の表面と垂直な方向の端部コイルの長さは、互いに実質的に同一であり、第一の側面と平行な方向の中央コイルの長さは、各端部コイルの長さの少なくとも約２倍である。
【００１５】
好ましくは、端部コイルは、中央コイルと１つ以上のターンを共有する。
【００１６】
好ましくは、中央コイルは、第一の側面よりも第二の側面に近いほうが長さが長い。
【００１７】
好ましくは、端部コイルは、第二の側面よりも第一の側面に近いほうが周長が長い。
【００１８】
好ましくは、第三の端部コイルが第一の端部コイルに隣接して提供され、第四の端部コイルが第二の端部コイルに隣接して提供される。
【００１９】
好ましくは、第三および第四の端部コイルは、第一のコイルの磁場と反対の方向に磁場を生成するように配置される。
【００２０】
好ましくは、第三および第四の端部コイルのアンペアターンは、第一および第二の端部コイルのアンペアターンの半分以下である。
【００２１】
好ましくは、第一の表面と第二の表面との間の距離は、中央コイルの寸法、例として、中央コイルの厚さによって規定される。
【００２２】
好ましくは、生成された有効な磁場は、第一の側面を越えて、第一の表面と第二の表面との間の距離とほぼ等しい距離まで延在する。
【００２３】
好ましくは、生成された有効な磁場は、第一の側面を越えて、第一の表面と垂直な方向において第一および第二の端部コイルの長さとほぼ等しい距離まで延在する。
【００２４】
好ましくは、第一の表面から装置を越えて所与の距離に延在するＢ場は、第二の表面から装置を越えて同じ距離に延在するＢ場よりも大きい。
【００２５】
好ましくは、この所与の距離は、第一の表面と第二の表面との間の距離と実質的に同一である。
【００２６】
好ましくは、コイルは、基板材料に実質的に囲まれる。
【００２７】
好ましくは、コイルは、基板材料に埋め込まれる。
【００２８】
好ましくは、基板材料は、非磁性材料を含む。
【００２９】
好ましくは、コイルの巻き数が１である。
【００３０】
本発明は、別の態様において、誘導電力伝達用の磁場を提供するのに適した誘導電力伝達装置を提供し、この装置は、
第一の軸を中心に互いに分離し、第一の軸と見かけ上平行な方向に磁場を生成するように配置された第一のコイル部の対と、
第一の軸と垂直に延在する磁場を生成するように配置され、軸の一端に強化された磁場を提供し、軸の他端において磁場が互いに相殺するように、第一のコイル部に対して位置合わせされた１つ以上の第二のコイル部と、を備える。
【００３１】
本発明は、別の態様において、車道で用いる、車両向けの誘導電力伝達用の磁場を生成するのに適した車道用誘導電力伝達モジュールを提供する。このモジュールは、路面側および路面側と実質的に反対の道路の土台側と、中央コイルと、中央コイルの一端に隣接した第一の端部コイルと、中央コイルの他端に隣接した第二の端部コイルとを備える。コイルの各々は、電源により電圧を印加したときに、路面側で相互に強まり、道路の土台側で実質的に互いに相殺する磁場を生成するように配置される。
【００３２】
好ましくは、コイルは、コンクリートに囲まれる。
【００３３】
好ましくは、コイルの巻き数が１である。
【００３４】
本発明は、別の態様において、請求項２４〜２６のいずれか１項記載の複数の車道用誘導電力伝達モジュールを備える車道を提供する。
【００３５】
本発明は、別の態様において、誘導電力伝達用の磁場を受け取るのに適した誘導電力伝達装置を提供し、この装置は、
互いに対して相対する第一の表面および第二の表面。
電源により電圧を印加したときに、第一の表面では相互に強まり、第二の表面では互いに実質的に弱まる磁場を生成するように配置された３つ以上のコイルを含む。
【００３６】
本発明は、別の態様において、誘導電力伝達用の磁場を受け取るのに適した誘導電力伝達装置を提供し、この装置は、
互いに対して相対する第一の表面および第二の表面と、
中央コイルと、
中央コイルの一端に隣接した第一の端部コイルと、
中央コイルの他端に隣接した第二の端部コイルと、を備える。
【００３７】
好ましくは、コイルは、ソレノイドコイルを含む。
【００３８】
本発明の別の態様において、磁気的に透過性の材料よりも本質的に物理的に強力な非磁性材料を備えた車道用誘導電力伝達モジュールが提供される。このモジュールは、使用中に磁束が生成される車道の表面に提供するのに適応した第一の側面、および第一の側面と反対側の第二の側面を有する。この装置は、コイルに電圧を印加したときに、第一の側面に強化された磁場を提供し、第二の側面に実質的に相殺された磁場を提供するように配置された複数の隣接したコイルを備える。
【００３９】
好ましくは、コイルは、連続する１本のリッツ線で巻回される。
【００４０】
好ましくは、非磁性材料は、コンクリート、煉瓦、セラミックの１つ以上を備える。
【００４１】
好ましくは、装置は、アルミナ、シリカ、ガラス繊維、ケブラー、または炭素繊維のより多い１つを用いて補強される。
【００４２】
好ましくは、各コイルは、選択された方向に起磁力（ｍｍｆ）を生成して必要な磁束パターンを生成するように配置される。
【００４３】
好ましくは、複数のコイルは、第一および第二の側面と平行の第一の方向にｍｍｆを提供するように配置された中央コイルと、装置の両端に位置し、その両方が第一の方向と反対の方向にｍｍｆを提供する２つの端部コイルと、中央コイルと一方の端部コイルとの間に位置付けられた第一の中間コイルと、中央コイルと他方の端部コイルとの間に位置付けられた第二の中間コイルとを含む。第一の中間コイルは、装置の第一の側面に向かう方向にｍｍｆを提供し、第二の中間コイルは、パッドの第二の側面に向かう方向にｍｍｆを提供する。
【００４４】
一実施形態では、端部コイルの各々は、中央コイルの約半分のｍｍｆを生成する。
【００４５】
別の実施形態では、コイルの各々は、実質的に同一のｍｍｆを生成する。
【００４６】
好ましくは、コイルは、略管状である。
【００４７】
好ましくは、コイルは、略角柱状である。
【００４８】
好ましくは、コイルの各々は、略正方形または矩形角柱状である。
【００４９】
好ましくは、コイルは、第一および第二の側面に対して直角の平面における断面が略正方形または矩形である。一実施形態では、正方形または矩形の断面は、各コイルで実質的に同一である。
【００５０】
別の実施形態では、端部コイルは、それらのターンの数を減らすことによって、他のコイルよりも実質的に少ないｍｍｆを生成するように形成される。端部コイルにおけるｍｍｆは、ゼロまで減らすことができる。本発明の別の態様において、非磁性材料を含む車道ユニットが提供される。このユニットは、使用中に磁束が生成される車道の表面に提供するのに適応した第一の側面、および第一の側面と反対側の第二の側面を有する。この装置は、その内部に複数の導体収容経路を備える。これらの経路は、経路内に供給された導体を収容するように適応し、コイルに電圧を印加したときに、この導体が、第一の側面に強化された磁場、および第二の側面に実質的に相殺された磁場を提供するように配置された複数の隣接したコイルを形成する。
【００５１】
好ましくは、導体収容経路には開口を備える。
【００５２】
好ましくは、導体は、開口に通されてもよい。
【００５３】
好ましくは、単一の連続する導体が使用される。
【００５４】
好ましくは、非磁性材料は、コンクリート、煉瓦、セラミックの１つ以上を備える。
【００５５】
好ましくは、装置は、アルミナ、シリカ、ガラス繊維、または炭素繊維のより多い１つを用いて補強される。
【００５６】
好ましくは、各コイルは、選択された方向に起磁力（ｍｍｆ）を生成して必要な磁束パターンを生成するように配置される。
【００５７】
好ましくは、複数のコイルは、第一および第二の側面と平行の第一の方向にｍｍｆを提供するように配置された中央コイルと、装置の両端に位置し、その両方が第一の方向と反対の方向にｍｍｆを提供する２つの端部コイルと、中央コイルと一方の端部コイルとの間に位置付けられた第一の中間コイルと、中央コイルと他方の端部コイルとの間に位置付けられた第二の中間コイルとを含む。第一の中間コイルは、装置の第一の側面に向かう方向にｍｍｆを提供し、第二の中間コイルは、パッドの第二の側面に向かう方向にｍｍｆを提供する。
【００５８】
一実施形態では、端部コイルの各々は、中央コイルの約半分のｍｍｆを生成する。
【００５９】
別の実施形態では、コイルの各々は、実質的に同一のｍｍｆを生成する。
【００６０】
別の実施形態では、端部コイルが生成するｍｍｆはゼロである。
【００６１】
好ましくは、コイルは、略管状である。
【００６２】
好ましくは、コイルは、略角柱状である。
【００６３】
好ましくは、コイルの各々は、略正方形または矩形角柱状である。
【００６４】
好ましくは、コイルは、第一および第二の側面に対して直角の平面における断面が略正方形または矩形である。一実施形態では、正方形または矩形の断面は、各コイルで実質的に同一である。
【００６５】
好ましくは、単一の連続する導体を使用してすべてのコイルを巻回する。
【００６６】
本発明のさらなる態様は、車道用誘導電力伝達モジュールを提供する方法から構成される。この方法は、
巻型を提供するステップと、
巻型の周囲を非磁性材料で打設し、車道の表面に提供するのに適応した第一の側面、および第一の側面と反対側の第二の側面を有する車道ユニットであって、その内部に複数の導体収容経路を有するユニットを形成するステップと、
コイルに電圧を印加したときに、この導体が、第一の側面に強化された磁場を提供し、第二の側面に実質的に相殺された磁場を提供するように配置された複数の隣接したコイルを形成するように、導体に経路を通り抜けさせるステップと、を含む。
【００６７】
本発明のさらなる態様は、車道用誘導電力伝達モジュールを提供する方法から構成される。この方法は、
複数の隣接したコイルを形成するように配置された導体を提供するステップ。
コイルの周囲を非磁性材料で打設し、車道の表面に提供するのに適応した第一の側面、第一の側面と反対側の第二の側面、およびコイルに電圧を印加したときに、第一の側面に強化された磁場を提供し、第二の側面に実質的に相殺された磁場を提供するように配置されたコイルを有する車道モジュールを形成するステップを含む。
【００６８】
本発明は、さらなる態様において、そこに複数の導電性パスを有する壁、および導電性パスから延伸する導体を備えた誘導電力伝達モジュールを提供する。これらの導電性パスおよび導体は、３つ以上のコイルを提供する。
【００６９】
好ましくは、２つの壁が提供され、導体が壁の間を延伸して３つ以上のコイルを提供する。
【００７０】
好ましくは、壁（複数可）は、プリント基板を備える。
【００７１】
本発明は別の態様において、誘導電力伝達モジュール用の、複数の導電性パスを保持する基板を備える壁を提供する。
【００７２】
好ましくは、壁は、プリント基板を備える。
【００７３】
本発明は、別の態様において、誘導電力伝達モジュールの製造方法を提供する。この方法は、２つの側壁を形成するステップと、各側壁に複数の導電性パスを提供するステップと、導体が側壁の間を延伸して複数のコイルが形成されるように、導体と導電性パスとを電気的に接続するステップとを含む。
【００７４】
好ましくは、方法は、充填材または補強材で壁の間の導体を囲むステップをさらに含む。
【００７５】
さらなる態様における本発明は、上記記載のいずれか１つに係る車道モジュールまたはユニットを含むＩＰＴシステムから構成されるものを広範に言うことができる。
【００７６】
本発明のさらなる態様において、上記記載のいずれか１つに係る複数のモジュールまたはユニットを含む車道が提供される。
【００７７】
好ましくは、車道は、駐車場、車庫床、私道、主要道路の１つ以上を含む。
【００７８】
好ましくは、車道は、コンクリート、骨材、煉瓦、アスファルトの１つ以上の形態で構成される。
【００７９】
好ましくは、装置は、アルミナ、シリカ、ガラス繊維、ケブラー、または炭素繊維のより多い１つを用いて補強される。
【００８０】
本発明は、さらなる態様において、複数の磁束生成モジュールを備えた車道から、車道用誘導電力伝達用の磁場を提供する方法を提供する。この方法は、２つの隣接するモジュールに常に電圧が印加されるように、各モジュールに連続して電圧を加えることを含む。
【００８１】
場合によっては、永久磁石または電磁石の強さは、その双極子モーメント（ＤＭ）に関して記載され得る。ＤＭは、本来、磁石における磁極の極の強さと、それらの間の分離距離とを掛けた値であった。磁場Ｂ内の磁石によって生成されるトルクは、ＤＭ×磁場強度Ｂと、ＤＭと磁場Ｂとの間の正弦とを掛けた値である。この概念は、永久磁石についても使用される。電磁石において、ＤＭはコイルのＮｌとコイルの面積とを掛けた値である。トルクの計算も同じ、すなわち、ｔｏｒｑｕｅ＝ＤＭ×Ｂ×ｓｉｎ（θ）である。場合によっては、この概念は本発明においても有効である。
【００８２】
本発明は、別の態様において、添付図面に示す任意の実施形態を参照して実質的に本明細書に記載したような装置を提供する。
【００８３】
本発明は、別の態様において、広範には、本明細書に開示する任意の新規の特徴、または特徴の任意の新規の組み合わせから構成される。
【００８４】
本発明の他の態様は、以下の記載の形で明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】誘導電力伝達用の、ワイヤのない５つの正方形の車道ユニットまたはモジュールの概略斜視図である。
【図２】図１のユニットの開口１０２に通されたワイヤの巻き線パターンを示す図１のユニットの概略断面図である。
【図３】図２の構成に生成された磁束パターンの二次元シミュレーションを示す図である。
【図４】中央コイルの全幅が２倍である場合の、図２の構成に生成された磁束パターンの二次元シミュレーションを示す図である。
【図５】従来の５つの正方形のピックアップにおける二次元シミュレーションおよび提示を示す図である。
【図６Ａ】図２と類似するが、３倍の中央コイルを有するパッド構成内部の概略断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂの構成に生成された磁束パターンの二次元シミュレーションを示す図である。
【図７】互いにごく接近するが接触しない２つの同一の垂直の磁束コイルから出る磁束経路の二次元シミュレーションを示す図である。
【図８】水平の磁束コイルにおける磁束プロットの二次元シミュレーションを示す図である。
【図９】図７に示す垂直のコイルを、正しい極性で図８に示す水平のコイルに追加したときに生成された磁束パターンを示す図である。コイルは、きっちりと組み合うように同一の角柱正方形形状を有するべきである。これは、４つの正方形が存在するピックアップコイルであり、中央コイルが外側コイルの２倍の面積を有する。
【図１０】その上方に磁束コレクタが存在しない場合の４つの正方形のコイルの磁束パターンの二次元シミュレーションを示す図である。
【図１１】図１０において地上コイルの厚さに等しい高さに磁束コレクタが存在する場合の磁束パターンのシミュレーションを示す図である。
【図１２】図１１においてセクション間に角度変化が付けられた場合の二次元シミュレーションを示す図である。
【図１３】図１２においてセクション間に角度変化が付けられた場合のシミュレーションを示す図である。
【図１４】ＤＤと新しいパッドとの類似性を示す図である。
【図１５】ＤＤと新しいパッドとの類似性を示す図である。
【図１６】二次元におけるすべての特徴を含む好ましい実施形態を示す図である。
【図１７】チャネルのいずれかの側面に提供された、本発明に係る装置を有するチャネルの概略平面図である。
【図１８】図１７のチャネルに使用されるＵＶ光源の概略側面図である。
【図１９】車道に配置された本発明に係る装置の断面を示す概略正面図である。
【図２０】導電性パスを有する基板の形態の車道ユニットの側面の概略等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
以下に記載する誘導電力伝達装置は、パッドの形態で提供することができ、他の形態でも提供できるが利便性のため本明細書ではパッドと呼ぶ。これらの新しいパッドは、それらの内部にフェライトを有さなくてもよく、少なくとも一実施形態ではフェライトを全く有さない。その結果、パッドの構成は、現在知られているものとは極めて異なり得る。新しいパッドは、コンクリート、またはプラスチック、煉瓦もしくはセラミック材などの別の適切な強固な非磁性材料と、リッツ線などの導体とを用いて簡単に作ることができる。特にコンクリートから形成されたパッドは、非常に重いが、有利にも、本明細書に記載するような簡単な製造プロセスにより現場で構成できるため、車道用途での誘導電力伝達に好適である。
【００８７】
コンクリートパッドの図面を図１に示す。これは、コンクリートまたは同種材料などの非磁性材料のユニットまたはブロック１０１を備える。以下にさらに記載するように、これは、リッツ線などの導体が通り抜けることができる開口１０２の形態の一連の導体収容経路を有する。ユニット１０１の上面は、アスファルトで覆われ得る路面であり、底面は車道の土台上に位置し得る。コンクリートブロック１０１は、ワイヤ用の穴１０２を伴って現場で完全に打設できる。ワイヤは、現場以外で作って仕上げられ、現場に運んでコンクリートブロック１０１内に通される。穴１０２は、コンクリートブロックの上面の上方に磁場を生成し、ブロックの底面から出る弱いまたはごくわずかな磁場を生成するパターンに形成される。ワイヤはリッツ線であり、挿入前に完全に終端され、好ましくは、１本の連続するワイヤとして巻回される。その製造において、コンクリートブロックは、穴１０２に適合するだぼを用いて打設できる。だぼは、コンクリートが固まったら取り外すことができる。そのような除去は、コンクリートが、固まるときに縮んでだぼをきつく保持するため、困難な場合がある。あるいは、だぼは、取り外す必要のない、中空を有する非磁性の（例として、プラスチック）管でもよい。コンクリートは補強できるが、金属は使用できず、このため、金属の代わりに、他の適切な材料、例として、短アルミナ、短ガラス繊維、短繊維、カーボンナノチューブ、ケブラー、または非磁性の他の材料を用いて補強できる。アルミナは、非常に強く、非磁性かつ絶縁体であり、好ましい補強材である。パッドは、接着剤、例として、強固なエポキシ樹脂でワイヤを入れる穴をふさいで仕上げられる。これによりワイヤとワイヤを入れるコンクリートとの間のいかなる運動も起こり得ない。
【００８８】
代替的に、ワイヤは、例として、プラスチックなどの非磁性材料から形成され得る１つ以上の巻型を使用して適切な巻き線パターンに形成できる。
【００８９】
次に、ワイヤおよび巻型（複数可）の周りにコンクリートを打設できる。このプロセスでは、ワイヤを開口１０２内に通す必要がない。このプロセスは、必要に応じて、現場で行うこともできる。構成の一部としてパッドの上面は、コンクリートとエポキシ樹脂との混合体である何らかの形のエポキシクリートで仕上げることができる。この上面は、車道における寿命を長くする優れた摩耗特性を有する非常に耐久性のある表面となる。上面を覆い、パッドの側面において下方に延伸する上部にエポキシクリートをモールドすることによって、強固で剥離に耐性がある構造を作り出すことができる。上部は５〜１０ｍｍの厚さでもよい。この作業に適した多くの有標製品があり、その選択には、局地的条件および構成部品の使用可能性の理解がおそらく必要となる。コンクリートパッドは、おそらく非常に重く、より重いものは動きにくいため、高い車軸荷重を有する車両がそれの上を走行する場合の路面への配置において明白な利点となることに留意すべきである。車道に用いるコンクリートは、世界中で十分に入手可能な材料であり、このため、コンクリートから形成されるパッドには独特の利点がある。
【００９０】
図２に明白に示す巻き線パターンは、誘導電力伝達における他の磁気構造に用いるものとは非常に異なる。例として、ダブルＤパッドでは、パッドの一側面のみにワイヤがあり、ピックアップ内における磁束が影響する範囲まで両方の側面において巻き線が存在するように、フェライトが磁気ミラーとして機能する。図１および図２に示す例ではフェライトが存在しないため、両方の側面にワイヤが存在する。これらの側面をつなぐために、追加の垂直の磁束コイルが必要になる。これを図２に明白に示す。これらはダブルＤ構造であることは要求されない。便宜上、図１に示す構造を５ブロックピックアップと呼ぶ。これらのブロックはすべて正方形柱であり、すべて同じサイズであるが、常にそうでなくてもよい。配線図では、第一のブロックに水平の磁束、第二のブロックに垂直の磁束、第三のブロックに水平の磁束、第四のブロックに垂直の磁束、そして第五のブロックに水平の磁束が生成される。これらのブロック、Ｎｌ（すなわち、矢印に示すｍｍｆ）発生器、および磁束は、図６にも非常に明白に示すことができる。これらのパッドを巻回することは、コンクリートの重量ではそれを動かすことがかなり困難であるため、明白な課題となる。この明細書では、巻きプロセスは、巻回する作業がより少なくなるように可能な限り最小化され、そのターンは、少ない数、通常５〜１２である。
【００９１】
配線パターンを、５ブロックパッドで図２の断面図に示す。基本的に、このパターンは、図１に示したブロック１０１の側面に穴パターンとして示すものと同じパターンである。２０１でラベルされた交差印は、図１に示す穴１０２内に送り込まれるワイヤに伝わる、ブロックの側面における電流に相当する。円２０２は、ブロックから出る電流である。空白の正方形は、規則が相いれない所であり、同一の空間が同時に交差印および円を有すべき所の状況に相当する。このような状態ではこれらの位置同士は配線されない。他の状況では２本のワイヤが巻き規則を満たす必要があり得るが、その状態では、両方の状況を同時に満たすような単一のワイヤが使用される。当業者は、要求される機能性を達成するのに使用できる他の代替的な巻き線パターンがあることを認識する。
【００９２】
なおも図２を参照すると、矢印２０４〜２０８がｍｍｆ（コイルによって生成される磁場を生成して方向づけるＮｌベクトル）を示す。示す方向におけるこれらのｍｍｆの効果は、ブロックの上部から出る、２０４でラベルされた上向き矢印から下向き矢印２０５に至る高いアーチの磁束を生成することである。実際には、ブロックの配線に使用されるワイヤの数は、空白スポット（２０３）が有意な効果を有さなくてもよいように、ここに示す数よりも遥かに多くてもよい。図示する例では、各グループのワイヤ同士は、同じ数のターンを有する。実際には、特定の状況に応じて決定されるターンの数を調整できるという利点がある。他の例では、巻き線パターン（それ故に、開口１０２に関するパターン）は、必要な磁束パターンに応じて変化できる。ブロックは、単一のワイヤ、またはそのような大きな巻き線に特有のコモンモード電圧を減少するような本質的に反対方向の２本のワイヤで配線できる。
【００９３】
図１に示すように、１本以上のワイヤが位置付けられた連続する基板または基質（この例ではコンクリート）が提供される。図示する実施形態では、基質は、パッドの上面から、ワイヤのための空間を空けて底面まで延伸する。これらの空間は、その時点で基質面積全体の５０％を占め得、そして穴内のあらゆる空隙を、例として、エポキシ樹脂または接着剤などの材料を用いてふさぐことができる。これにより、剥離しない非常に頑丈な車道ユニットまたはモジュールを作成できる。これは、今日まで、ＩＰＴシステムに用いるすべてのパッド構造を製造するための最も単純なパッドでもある。これは、本質的に、ワイヤを通す基質とワイヤそれ自体の２つの部分のみを有する。車道用途では、要求されるすべての部材は、コンクリートブロックとリッツ線のみである。そのような構造は、１５〜２０分で組み立てることができる。リッツ線が正しい長さに終端処理されて供給され、リッツ線の長さに対応するワイヤ全体にわたる頑丈なカバーがある場合には、プロセスの支援となる。
【００９４】
図３および図４は、この方法で形成されたパッドにおける二次元磁場プロットを示す。図３に示すパッドは、５つのソレノイドコイル３０１〜３０５を有し、それらが生成するパッドの上部から出る磁束とパッドの底部から出る磁束とを比較すると良好な前後磁界比が達成される。これはコイルあたり１６のターンがあり、すべてのコイルが、２５Ａと１６のターンとを掛けた同じＮｌを生成する。各コイルのターン数を変化させることによって、異なる成果が達成され得る。図４は、中央コイルが直列に並ぶ２つのコイル４０１および４０２である６つのコイルパターン４０１〜４０６における磁束プロットを示す。他の詳細は、すべての水平のコイル（４つ）が１２のターンを有し、垂直のコイル（２つ）が１６のターンを有し、すべてのワイヤが同じ電流を有する。このため、このパターンは、４×１２＋２×１６＝８０ターンに２５Ａを掛けた、図３のパターンと厳密に同じアンペアターンを有する。示すように、これらのパターンは、同一の高さおよびほぼ同じ前後磁界比を有するが、図４のコンクリートは、より長い１つの「四角形の」ブロックであるため、主要道路におけるメートルあたりのリッツ線の取り付けのコストがより低くなり、すなわち、２０％のコスト削減となる。要求に応じてターンの数を変えることによって、異なる正方形ブロックにおいて、他のパターンを形成できる。
【００９５】
別の例として、図５は、中央の「コイル」が３つのコイル５０１〜５０３、すなわち、直列に並ぶ３つの正方形ブロックである７つのコイル５０１〜５０７の構成を示す。
【００９６】
図４のパターンは、２つの対称的な半片に分割でき、このため、多くのパッドにおいて、配列１２３４５を、第一のパッドの第二の半分と第二のパッドの第一の半分とを用いて交互構成を形成できるという別の利点がある。これにより、独自のシーケンスと９０度の位相の不一致となるパッドの別のシーケンスを形成できる。それ故に、パッドが移動方向において位置合わせされると、その結果、移動車両において、より少ないステップでのシーケンスの実行が可能になる。各パッドの両方の半片を示すためのシーケンスを、独自のシーケンスに拡大することは、１、１と１／２、２、２と１／２、３、３と１／２、…、で書き込むことができる。ここでは、２つの順次のパッド半片が共にあることが推定され、このため、シーケンスは以下であり得る。
１、１と１／２  第一の完全パッドが動作中。
１、１と１／２、２  第一の完全パッドが動作中、第二のパッドの半分が付け加えられる。
１と１／２、２  第一の半片パッドが完全に停止、第二のパッドが半分動作中。
１、１と１／２、２、２と１／２  パッド１の第二の半分が動作中、パッド２のすべてが動作中。
２、２と１／２  パッド１のすべてが停止、パッド２のすべてが動作中。
【００９７】
代替的な記載は、それらがたとえＡＣ極でも、Ｎ極およびＳ極の特性を適宜表す。Ｎ極およびＳ極を有するブロック１から始まるパターンは、以下のとおりである。
Ｎ，Ｓ  パッド１
Ｎ，Ｓ，Ｎ
＿Ｓ，Ｎ  パッド１−２
＿Ｓ，Ｎ，Ｓ
＿，＿，Ｎ，Ｓ  パッド２
【００９８】
また、このパターンは、その後、変遷の間に少ないステップを含むところから継続する。
【００９９】
この半片に関するステップの実行により、スイッチング時において、パッドの各々を完全に断続的に切り替えるよりも遥かに多い連続する電力伝達モードが生成される。この差異はかなり大きく、１．２ｍ長のパッドにおいて、１．２メートルのステップに対して６０ｃｍのステップとなる。自動車の下に配置されるパッドは、今現在の新しい構成では顕著に小さくなり得、電力の変動も同様にかなり小さくなる。
【０１００】
５つの正方形のパッドにおける代替的な提示を、図６Ａおよび図６Ｂに示す。ここでの図６Ａは、パッドを駆動するＮｌベクトル６０１〜６０５を示す。図６Ｂは、それらのベクトルによって引き起こされる磁束線６０６を示す。Ｎｌベクトルは図２にも示す。これらの磁束線は興味深いが、磁場強度の目安は与えず、実際には、最高の磁束線が非常に弱い磁場に相当する。図３〜図５に示す色または影は、指標となる磁場強度（Ｔ）を与える。しかしながら、ここでの提示は、Ｎｌベクトルの方向が直ちに明白であるため良好である。より長いアレイは、要求に応じて、交互に並ぶ極を用いてパターンを広げることによって、容易にそれらの間の水平部分を作成できる。
【０１０１】
図７〜図９を用いることによって、５つではなく正方形の断面を４つのみ有する構成ブロックを利用したこれらのピックアップについての代替的な理解が得られる。図７は、互いにごく接近するが接触しない２つの垂直の磁束コイル７０１および７０２を用いた磁束パターンを示す。このパターンは、対象となる４つの磁束範囲を有する。両側面から出る磁束、上部から出る磁束、底部から出る磁束である。これらのうち上部から出る磁束のみが、単一の側面における磁束パターンに寄与し、他の磁束は除去する必要がある。同様に、図８は、水平の磁束コイル８０１を用いた磁束パターンを示す。２つの磁束パターンがあり、１つは上部から出、もう１つは底部から出るが、ここでもまた、常に有用になり得るのはこれらの磁束のうちの１つのみである。ただし、２つの垂直のコイルの間の空間に水平の磁束コイルを置くことによって、これらの磁束パターンを組み合わせることができる。すべてのコイルが同一の角柱形状およびサイズを有すれば、コイルを組み合わせて、正しい極性を有する図９の磁束パターンが容易に得られる。
【０１０２】
それ故に、図７および図８の下部における磁場を事実上相殺することによって、パッドの底部から延在する結果生じる磁場を弱めるまたは除去する。対照的に、図７および図８に示す構造の上部における磁場を増大または互いに強化することによって、パッドの上面に高いアーチの形の磁束を形成できる。端部における磁場は、ピックアップ性能にかなり有益であると判明している方法で混合される。過度に強い垂直の磁束によって水平のパターンに必要以上の力を加えないこと、もしくは大きな漏れ磁束が生成され得ないようにすることが重要である。それ故に、メートルあたりの垂直のアンペアターンを、メートルあたりの水平のアンペアターンよりも小さくすべきである。パッドは好都合にも単一のワイヤで巻けるため、このことは、垂直の磁束コイルについてのターンを、水平の磁束コイルについてのコイルよりも小さくする必要があることを意味する。我々のほとんどの例では、これらは、それぞれ、５のターンと１２のターンである。二次元磁束プロットは、端部の巻き数がゼロターンに減らされた以前のパッド設計のものと同じであるため、それは同じ群のものに適合する。ここでこのパッドは、２倍の正方形の中央部３２０ｍｍ×１６０ｍｍ、および２つの垂直ｍｍｆ部分１６０ｍｍ×１６０ｍｍを有する。この例に示すように、端の正方形は５のターン、中央部のものは１２のターンである。
【０１０３】
示す磁束プロットにおいて、中央部を通る磁束はほぼ一定であり、各端面において本質的に９０度に転換する。この磁束パターンは、各ワイヤを流れる電流が２３Ａである状況のパターンである。示すように、磁束パターンは高く、端部における磁束は小さく、ピックアップの背部（底部）から出る磁束は非常に小さい。これは、車道および他の用途において見込みのあるピックアップである。
【０１０４】
車道用途における分析目的のための、このパッドまたはピックアップにおける各ブロックは、本質的に、側面に１辺が１６０ｍｍの正方形ブロックが存在し、中央に位置するブロックはその２倍である。このピックアップにおける概算の平均の磁束経路の長さは、４８０ｍｍである。パッドの幅が４００ｍｍである場合には、その結果、磁束経路の平均面積は、０．１６ｍ×０．４ｍである。それ故に、示すようなすべての総数が２２のターンであるコイルのおおよそのインダクタンスは以下のようになる。
【０１０５】
【数１】
0006348844.tif 000002
【０１０６】
しかしながら、磁束経路は、空中に戻り経路を含む必要があり、この経路が本質的にコイルを通る経路と同じ磁気抵抗を有する場合には、その結果、推定のインダクタンスは、４０μΗの半分になる。明白にも、これは正確な計算方法論ではないが、測定またはシミュレートした値±１０〜２０％のインダクタンス値が与えられる。ここでは厳密な計算は結局為されないため（これは二次元シミュレーションであるから）、無視できないエラーがあるはずである。これらの寸法を有する実験用のプロトタイプのピックアップにおいて測定したインダクタンスは５０μΗであった。
【０１０７】
この簡単な磁気抵抗概念はさらに改良できる。示すように、ここでのパッドまたはピックアップは、２２ターン×２３Ａのそれを駆動するＮｌを有し、パッドの上方の空間では、パッドにおけるＮｌ減少が少ないようである。電気回路の最大電力定理と同様に、ここでは空気経路の磁気抵抗がソースの磁気抵抗と一致するときが最大条件となる。現時点では、空隙磁気抵抗と二乗された空隙内の全磁束とを掛けた値が、以下の式の最大値となる。
【０１０８】
【数２】
0006348844.tif 000003
【０１０９】
ここで、磁束Ｂ２／２μが、磁束Ｂの磁気エネルギー密度（Ｊ／ｍ３）として周知であるため、容積の２倍をそれに掛けることによって、空気の磁気抵抗とパッドの磁気抵抗とが等しい場合に最大化される、パッド上方の空間内のエネルギーが２倍される。この状態では、それ故に、これがＩＰＴ結合の出力を最大化するための状況であり、大変望ましい。それ故に、空隙内のエネルギーを最大にするために、空気の磁気抵抗とパッドの磁気抵抗とをほぼ等しくするべきである。これらの磁気抵抗の長さおよび透磁性は同一であるため、それらにとっての最適条件は同じ面積を有することである。それ故に、所与のピックアップ高に対するパッドの厚さは既知である。ここでのパッドの厚さは１６０ｍｍであり、地面からの高さが１６０ｍｍであるピックアップにはこの厚さが理想である。
【０１１０】
この論点は厳格ではないが、有用な指針であると見出された。ピックアップが３００ｍｍの空隙を有して作動する必要がある場合には、その結果、接地パッドの厚さは３００ｍｍにすべきである。計算の単純化は非常に有用である。ここではこの簡単な相関関係によって確認できるが、より正確な結果はコンピュータシミュレーションによって得ることができる。
【０１１１】
図３、図４および図５はこの相関関係を示す。ここでのピックアップは、構成が異なるが、同じブロックあたりのアンペアターンを維持する異なる数の正方形ブロックで形成される。有効な磁束の高さは、これらの変化とは無関係のようであり、アレイの厚さまたは配列のみが重要であることが示される。ここでの図３は５つのブロックを使用し、図４は６つのブロックを使用し、図５は７つのブロックを使用する。このため、ここでのバリエーションは、中央ブロックの数が１つ、２つまたは３つであり、そして構成ブロックの長さに関してかなり顕著であるが、磁束の高さは本質的に同じままである。
【０１１２】
予測されるように、コンクリートパッドの内部磁気抵抗は、例として、内部磁気抵抗を実際上全く有さないＤＤパッドよりも高い。すなわち、コンクリートパッドは、本質的に、ＤＤおよび他のパッドが電圧源のように作動する場合には、より電流源のように作動する。ＤＤパッドによって追加の磁束経路が生成される場合には、パッドは、それらを磁束で満たす。コンクリートパッドでは、磁束総量がより一定であり、追加の経路が開かれるとその内部に磁束を得るが、既存の磁束経路が犠牲になる。このため、パッド全体にわたるピックアップコイルを有する実際の場面では、磁束はピックアップコイルまで進むが、他の経路にも進み、磁束は減り、特に、漏れ磁束が減少する。漏れ磁束の減少がこの技術の理解において重要な要素であるため、これは技術間の非常に重要な差異となる。
【０１１３】
これらの考慮事柄のすべての実施を図１０〜図１３に示す。図１０は、巻き線パターンを示し、そして４つの正方形が存在するピックアップ（すなわち、中央コイル１００１、ならびにコイル１００２，１００３はあるが、端部コイルのないピックアップ）においてそれが生成する磁束を示す。図１１は、簡単なフェライトストリップコレクタを用いて、この巻き線パターンによって捕らえられた磁束を示す。これらの磁束パターンは、本質的に単一の側面に生じるが、磁束発生器の背部（底部）からも多少の磁束が出る。それ故に、コイル寸法によって規定され得る２つの前面（すなわち、一般的に互いに対向する面）がある。１つの表面では、コイルによって生成された磁場は互いに増大する。他の表面では、それらは実質的に弱められる。所望の磁場効果を生じる表面がコイル配置に対してさまざまな距離に位置し得るため、表面は、必ずしも物理的または連続する表面である必要はない。また、一部の実施形態では、それ自体に画定された表面または側面がない、コイルを簡単に配置できるような装置を提供できる。図面に示す例は、一般に、平坦な前面を示すが、一部の実施形態では、１つ以上の表面が曲面または他の形状を包含でき、表面が必ずしもコイルのみで画定されず、そして必ずしも互いに対して平行でなくてもよいことが認識される。さらに、コイル１００１，１００２，１００３の相対寸法は、描写した図面に示すものと異なってもよい。例として、端部コイル１００２，１００３の高さは、中央コイル１００１の厚さまたは奥行より高くてもよい。同様に、中央コイル１００１の厚さまたは奥行は、端部コイル１００２，１００３の高さより長くてもよい。一部の実施形態では、端部コイル１００２，１００３が互いに異なる寸法であることが有利であり得る。フェライトストリップは、ピックアップの上部における実際上すべての磁束を収集する。図１２および図１３は、２倍の正方形から単一の正方形への変化、そして角度をわずかに変更したものを示す。これは、上部における磁束に与える影響は非常に少ないが、図１２および図１３に示すように、底部から出る漏れ磁束が大幅に減少する。また、図１３に示すように、単一のフェライトストリップを用いた磁束収集は、なおも非常に良好である。漏れ磁束のこの減少は、予期されないが漏れを改善する注目すべき結果である。このことは重要であるため、このバリエーションは有意である。
【０１１４】
図１５との差として漏れ磁束について説明を続けると、図１２および図１３は、それぞれ、ＤＤおよびコンクリートパッドについての磁束プロットを示す。すべてのプロットにおいて、磁束線は２つのカテゴリーに分割できる。潜在的な鎖交磁束が、路面上方のその経路を満たし、その一部は、ピックアップが存在する場合にピックアップに潜在的に鎖交できる。一方で、漏れ磁束は、路面下方のその経路を満たし、決してピックアップに鎖交することはない。完全にパッド内に存在するが、ここでは論点としない他の漏れ磁束経路が存在する。漏れ磁束および潜在的な鎖交磁束に関して、ＤＤおよびコンクリートパッド両方における２つのカテゴリー間には明白な境界が存在する。ＤＤパッドでは、境界線は、水平から約６０度の角度にある。この角度の上方では、すべての磁束は潜在的な鎖交磁束であり、一方で、その下方における磁束は漏れ磁束であり、これでは問題が生じ得る。コンクリートパッドでは、漏れ磁束が地下にあるほとんどの部分においてより困難なく生じるように境界線はほぼ水平である。コンクリートパッドにおける地表面が、巻き線パターンの上部の高さにあることに留意されたい。
【０１１５】
結合係数
優れた磁束パターンが達成されたとしても、接地コイルとピックアップコイルとの結合係数を計算する必要がある。ここでは、重要である３つのインダクタンスおよびそれらの間の相互結合が存在する。これらは以下のとおりである。
１．接地パッドの「主インダクタンス」。これは、ここではＬ１と呼び、一方の磁極面と他方の磁極面との間の、接地パッド内の内部インダクタンスである。図１４に示すように、磁束経路は、経路の長さ、および／または一方の磁極面から他方の磁極面までの距離として概算できる。
２．磁極面から接地パッド上方の空間のインダクタンス。
３．車両の底面におけるピックアップパッドのインダクタンス。
【０１１６】
これらの最後の２つのインダクタンスは、計算はできないが、ダブルＤパッドを用いた正当かつ正確な所与の経験から推定できる。これは、ここで用いる方法であり、必ずしも正確ではないが、明らかに低い結合係数をこの形態のピックアップコイルを用いて推定する必要があることを示す。
【０１１７】
ここで用いるパッドは、１６０ｍｍの正方形サイズを有する４つの正方形のパッドであり、磁極面間のインダクタンスを多少単純化すると、２２のターン、４８０ｍｍの長さ、そして１メートルのパッドに対して１６０ｍｍ×１０００ｍｍの面積を有するソレノイドコイルに相当する。このため、この経路長さのインダクタンスであるＬ１は、以下で与えられる。
【０１１８】
【数３】
0006348844.tif 000004
【０１１９】
磁極面上方の磁束経路のインダクタンスは、ここではＬ２と呼び、ＤＤパッドのそれとほぼ同じであると推定され、ことによると、このサイズおよび電力定格のパッドでは１００μΗである。パッドは、車両下ではピックアップパッドとして作動し、１００μΗのインダクタンスＬ３を有する純粋なＤＤパッドでもよい。ここで用いるようなコンクリートパッドについての磁束パターンと、ダブルＤパッドのそれとの比較は、磁場形状についての類似性がＬ２の値に対するこの近似値を正当化するのに十分である場合には、図１４のコンクリートパッドと、類似するサイズの図１５のダブルＤパッドとの比較により行われる。（この比較は、他の磁束が既に含まれるため、コンクリートパッドにおける巻き線の上列の上方（パッド上方の空域）の磁束についてのみ行われることに留意されたい。）ここで、Ｌ１とＬ２は、それらを通る本質的に同じ磁束を有し、ことによると０．９である結合係数で高度に結合すると推定される。しかしながら、Ｌ２とＬ３は、それほど高度には結合せず、経験からＤＤパッドでは０．４の結合係数を有し得る。これは現実には、この種類の回路において非常に良好な結合係数である。
【０１２０】
接地パッドについて観測されたインダクタンスは、Ｌ１とＬ２との組み合わせである。与えられた数値を用いて、ＬＰ＝Ｌ１＋Ｌ２＋２ｋ１２√（Ｌ１Ｌ２）＝５５０μΗが計算される。
【０１２１】
しかしながら、ピックアップコイル内の結合電圧ＶＯＣは、ｋ２３の結合係数を有するＬ２とＬ３との間の相互インダクタンスが４０μΗのみに相当する。このため、ＬＰとＬ３とに鎖交する明らかな結合係数は、以下によって与えられる。
【０１２２】
【数４】
0006348844.tif 000005
【０１２３】
それ故に、個々のコイルおよびピックアップ間の結合係数がかなり高い場合でも、この特定の回路ではそれらは低く現れる。
【０１２４】
図１１、図１３および図１６は、フェライトベースのＤＤ、ＤＤＱまたはバイポーラパッドが結合して設置され得る位置における、フェライトのストリップを有するパッドの作用を示す。コンクリートパッドは、厚過ぎかつ重過ぎるので、車内の用途には適さないが、大抵の他のパッドタイプ、とりわけ、ＤＤＱおよびバイポーラパッドはその用途に適する。図１１、図１３および図１６のフェライトストリップによる磁束収集の効率は、かなり優れている。先に記載したように、この結合状態においては非結合の磁束が減少することにも留意されたい。
【０１２５】
必ずしもピックアップシステムの一部ではない接地パッドの大きな主インダクタンスＬ１のために、明らかに低い結合係数が生じる。たとえすべての結合係数が完全な１．０であっても、この場合、明らかな結合係数は、わずか０．４であろう。このインダクタンスＬ１は、直列コンデンサを用いて補正できるため本質的に一定である。ここでの直列コンデンサの使用は、直列同調ではなく、パッドについて観測した動作Ｑに影響するが、その駆動に必要な電圧も減少する。
【０１２６】
バリエーション
４つの正方形または４つのブロックのピックアップシステムでは、すべての寸法を特定の用途に合うように調整できる。例として、接地パッドと車両上のピックアップとの間に３００ｍｍの空隙が要求されるピックアップは、原理上は３００ｍｍの厚さであり、末端ブロックから２つの正方形の中央ブロックまでの角度変化を有する。我々は、このピックアップを外側ブロックにおいて５のターンで巻回し、そして中間ブロックを１２のターンで巻回することが、満足できる解決法を提供するらしいことを見出した。外側ブロックは、１つのターンを中央ブロックと共用するため、線形の巻き数は５、７、１２、７および５であり、このピックアップは、５−７−１２ピックアップと呼ばれる。これらの巻回し割合、すなわち、５、７、１２をなおも維持しつつ、ブロックの幅および奥行を変更できる。５つのターンの巻き線の外側には、高励起電流を伴う漏れ磁束が存在し得、これは、パッドの端部の外側から観測可能なかなりの磁束であり得ることが明らかである。この漏れを（非常に明白に）図９に示し、そして漏れ磁束が５つの巻き線の一部に連結するが、パッドの上部には移動しない例を図１０〜図１４に示す。この磁束は大抵、地下に存在するが、５つのターンの巻き線付近のそれ（磁束）を維持するために、それでもなおその漏れの課題を、金属（銅）板またはスクリーンを用いて抑制できる。このスクリーンの効果としては、パッドのインダクタンスをわずかに減少するが、その減少は非常に小さいため外部から観測できない。巻き線に１００Ａを流す、３００ｍｍの深さのピックアップに用いる金属板を図１６に示す。このような状況では、銅に流れる平均電流は、ワイヤの長さに反映する量の電流であり、３０ｃｍのワイヤでは５００Ａ、１ｃｍあたり１７Ａ、または１ｍｍあたり１．７Ａである。表皮厚さが０．３ｍｍであると仮定すると、１ｍｍあたりの抵抗は０．０６Ｏｈｍ／ｍであり、このため損失するワットは、パッドの奥行１ｍごとに１７０ｍＷ／ｍｍであり、３００ｍｍのパッドでは５２ワット／ｍの損失となる。これは無視できない程の大きさであり、パッドの両端に生じるため、１０ｋＷを伝達する１ｍ幅のパッドでは、１％の損失となる。
【０１２７】
ここでの正方形サイズは、性能を改善するために、磁極片がわずかに幅広であるが、ピックアップ全体がより小さくなるようにも調整される。厚さが３００ｍｍの４つの正方形が存在するピックアップは、全幅が１２００ｍｍであると推定され、このピックアップの幅は９１４ｍｍのみであるが、示すように幅に銅スクリーンが追加される。ピックアップは、５、７、１２の巻き数でなおも巻回されるにもかかわらず、見込まれる厚さは３００ｍｍである。銅スクリーンは、その内部に、使用中にコンクリートと銅との接合が剥離しないような、パッドの組み立て中にコンクリートが通り抜け可能な水平スロットを有してもよい。
【０１２８】
パッドの好ましい実施形態を図１６に示す。留意すべき点は、結合高さがパッドの奥行と同じであることである。ただし、このパッドは、空間を確保するために通常のものよりも狭い。巻線の数は、明確に視認できるように、順に５、７、１２、７、５である。ピックアップは、１つの連続するワイヤのピースで巻回することができる。端部に位置する巻き数が５のターンにおけるアンペアターンは、水平の巻き数が１２のターンのアンペアターンよりも少ない。これにより、生成されるＨ場は、垂直方向に１メートルあたり２５のターンであり、水平の１メートルあたり平均３０のターンとなり、垂直および水平の磁束が、鎖交を与えるピックアップの本体に向かう磁束ターンを満たし、漏れない。これはピックアップの重要な特徴であり、すべてのシステムが独自の４つのブロックシステムを含み、垂直ブロック（ブロック１および４）におけるメートルあたりのターンの数は、水平ブロック（ブロック２および３）におけるメートルあたりのターン数以下にすべきである。
【０１２９】
前述のように、本発明に係る装置は、車道に設置するための車道ユニットとして、または車道の一部として提供できる。それ故に、図１９を参照するように、図６Ａの実施形態に従う装置は、示すように車道材料（例として、コンクリート）である基質２２０に囲まれる。この構成では、装置の第一または上部の表面が、車道の表面２２２上またはその付近にあり、表面２２２の上方に利用可能な有効な磁場が形成される。参照する車道は、主要道路、私道、駐車場、車庫床などを含む。
【０１３０】
これらのパッドの好ましい形成手法は、図１に示すような穴パターンにそのまま入る単一のワイヤピースでそれらを巻回することである。これと同じ技術を、図２〜図５、図１０〜図１４および図１６の構造にも応用できる。巻き線は、固体ブロックに通されることはできるが、ブロックが非常に重く、管理が困難なため、この作業は困難となるであろう。あるいは、ワイヤは、外殻に通されることができ、外殻を通り抜けた後、固形材料、例として、コンクリートで充填できる。アセンブリ全体を充填した後、ワイヤの端部をコンクリートまたはエポキシ樹脂で被覆して保護できる。アセンブリの上面も、エポキシ樹脂、またはエポキシ樹脂とコンクリートとの混合体の厚い層で被覆できる。これにより頑丈な耐久性のある表面が与えられ、自動車の走行位置が適当でない場合でも、パッドの上を走行する大型車両を下支えることができる。
【０１３１】
それにもかかわらず、通り抜けさせるべきなおも多くのワイヤがあり、このプロセスの自動化は困難である。
【０１３２】
全く異なる形成手法を図１から予想でき、例証として図２０を参照して示す。ここでの穴を含有する面は、プリント基板でもよい。１つの回路基板を参照番号４００で示し、それらのプリント基板におけるトラック４０２が、巻き線をある穴から次の穴に接続するであろう。図２０に示すトラック４００は一例にすぎない。ＰＣＢ上のトラックは、良好な高周波性能を与える多層の銅トラックでもよい。ここで、貫通孔は、銅または銅張りアルミニウム棒（図示せず）を貫通することができ、棒を挿入し、それらの両端をフローはんだ付けすることによって、アセンブリが完成する。これはピックアップを数分で組み立てることが可能な簡単な技術であり、自動化が比較的に簡単である。
【０１３３】
使用するリッツ線の直径は４ｍｍであり、このリッツ線は、６．３６ｍｍ２の銅の断面積を有し、絶縁体の直径は、ほぼ６ｍｍである。４０ｋＨｚにおける６ｍｍのアルミニウム棒は、０．４１ｍｍの表皮厚さを有し、０．４１×周長＝７．７ｍｍ２の有用な断面積を有する。このため、これは、４０ｋＨｚにおいてもリッツ線に相当する伝導面積を与える有効な接続技術である。アルミニウムは、銅よりも抵抗性であるが、より大きな面積のアルミニウムは、それらの間の隙間を減少する。ＰＣＢ技術には、損失を増大し、回路Ｑを低減する接続が多いという不具合があるが、大幅に低コストになり得る。
【０１３４】
本発明は、ＩＰＴ用途に用いる磁束生成機器として使用する場合には、我々の国際公開第ＷＯ２０１０／０９０５３９号および国際公開第ＷＯ２０１１／０１６７３７号に開示したものを含むピックアップ構造に使用できる。これらの文献は共に、その開示が参照により本明細書に組み入れられる。
【０１３５】
本発明の別の実施形態を図１７および図１８を参照して記載する。一部のランプ用途は、照明用ではなく殺菌用である。ここでは、例として、紫外線放射による下水処理を一般に示すが、管の交換が積極的には行われない業務である特に汚い用途では、ランプおよびその容器の両方の覆いとなり得る、汚水からの被覆物が与えられる。
【０１３６】
ここで、コンクリートを利用するパッド構造１７０１，１７０２１が、解決法を提供する。下水管の壁がコンクリートパッドと並べられ、これらのパッドによって生成される磁場１７０４が、（図１８に示す）ＵＶ管１７０５内に電圧を誘導し、電圧を放出して汚水を殺菌する。これを実行するために、ランプは、閉ループの形態であり、正しい周波数で放射する必要がある。コンクリートチャネル内にかなりの数のこれらの管を設置することによって、汚水が、その内部のすべての不要な有機体を殺すのに十分な強度である管付近に流れるように押し進められる。正しい周波数および正しい電力でのランプの使用により、９９．９９９％の強力な殺菌が可能である。
【０１３７】
これらのランプは、放出および維持がかなり困難であるため、装置は、十分に高い電圧を生成するために、高周波、ことによると５００〜６００ｋＨｚで動作する必要がある。ランプは、接続する端子を有さないため、安定器を使用しなくてもよい。この構成を図１７に示す。両方の側面から磁場が生成され得ることに留意されたい。
【０１３８】
この構成では管の洗浄が容易である。管はフレーム内に位置し、アセンブリ全体が持ち上げられ、洗浄が終わるまで数分間熱した苛性ソーダ内に浸される。管は、好ましくは、より頑丈にするために石英で囲まれる。石英は、非常に頑丈であり、ガラスでは透過しないＵＶ周波数に透過性であることに留意されたい。管が摩耗した場合には、あらゆる分離または接続をせずにそれらの全体を交換できる。これらは完全に清潔な作業である。
【０１３９】
誘導ランプは、公知であり、通常の蛍光灯ランプよりもかなり長い寿命を有するが、コンクリートパッドと組み合わせることで、いくつかの有意な新規性を有する独自の利用ができる。チャネルの両方の側面から出る磁場の使用により、磁場をより均一にでき、殺菌プロセスの一貫性が改善される。
【０１４０】
図１７は、システムの製造方法を示す。幅が４０ｃｍのチャネルは、磁場を生成する両側面に、厚さ３０ｃｍのコンクリートパッドを有する。矩形形状のＵＶ管は、チャネル内で端部が垂直に配置される。磁場は、管内に強い誘導電圧を生成し、それをチャネル内の汚水に放出して照射し、それを殺菌する。
【０１４１】
別の実施形態では、本発明は、キットセットの形で提供される。
【０１４２】
他の実施形態では、装置は共鳴コイルを含む。
【０１４３】
本発明の他の実施形態では、強化表面と相殺表面との間の容積内に３つ以上のコイルが提供される。コイルは、コイルから出たｍｍｆが、強化面で強まり、相殺表面において実質的に弱まるまたは相殺するように、互いに対して配置される。３つ以上のコイルは、電圧が印加されたときに、各表面に対して、互いに反対のｍｍｆを提供する２つの外側コイルと、外側コイルに対して位置合わせされた内側コイルであって、電圧が印加されたときに、外側コイルの間にｍｍｆを提供して、強化面において外側コイルから出るｍｍｆを強め、相殺表面において外側コイルから出るｍｍｆを実質的に弱めるまたは相殺する１つ以上の内側コイルとして配置できる。
【０１４４】
一部の実施形態では、表面は、装置の対向する面に画定された任意の表面でもよい。
【０１４５】
別の実施形態では、本明細書に開示するパッド構造は、屋内電気器具の充電または電力供給などの他のＩＰＴ用途に使用できる。例として、コンクリートを使用する代わりに、より小さいパッドを、内部に１本以上のワイヤが設置される基質である、プラスチックまたは発泡材料などの可塑性の非磁性ポリマーを用いて構成できる。これは、例としてモールド成形で行うことができる。パッドは、かなり薄くてもよく、それ故に、ピックアップをパッド付近に位置付け得るような用途に適している。それ故に、一例では、パッドは、パーソナルコンピュータとともに使用される（適切なピックアップを有する）マウスに電力供給および／または充電を行うマウスパッドを包含することができる。そのようなパッドは、他の機器、例として、携帯電話、タブレットコンピュータ、時計、計算機、歯ブラシなどの充電にも使用できる。他の実施形態には順応性があり、家庭電化製品に充電または電力供給を行うために使用できる、容易に運搬可能なものでもよいし、より大きなタイプでもよい。
【０１４６】
ここで、前述の説明では、既知の均等物を有する本発明の特定の構成要素または完全体を参照し、そのような均等物は、個別に説明されるかのように本明細書に組み入れられる。
【０１４７】
文脈上他の意味に解釈すべき場合を除き、この記載および請求項全体を通じて、「を備える」、「を備えている」などの用語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的意味に解釈される。つまり、「を含むが、これらに限定されない」という意味に解釈される。
【０１４８】
本発明を、例証として、かつその実行可能な実施形態を参照して記載したが、請求項に定義される本発明の範囲または本質から逸することなく、それに変更または改善を為せることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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