(57)【要約】  本開示は、ワイヤレス電力伝達用のシステム、方法、および装置を提供する。一態様では、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するように構成された第1の導電性構造を含む装置が提供される。第1の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有し、第1のエリアおよび第2のエリアを囲む同一平面上のループを含む。第1の導電性構造は、第1の導電性構造の長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。装置は、磁場を介してワイヤレスに電力を受信するように構成された第2の導電性構造を含む。第2の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の導電性構造の長さに沿って延びる。第1の形状線は、送信機の導電性構造の長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する。
2015537496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスに電力を受信するための装置であって、
幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するように構成された第1の導電性構造であって、幅よりも大きい長さを有し、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む第1のループおよび第2のループを備え、前記第1のループが第1の下面を有し、前記第2のループが第2の下面を有し、前記第1の下面と前記第2の下面が実質的に同一平面上にあり、前記第1の導電性構造が、前記第1の導電性構造の前記長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する、第1の導電性構造と、
前記磁場を介してワイヤレスに電力を受信するように構成された第2の導電性構造であって、第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有し、前記第1の形状線が第2の導電性構造の前記長さに沿って延びる、第2の導電性構造と
を備え、
前記第1の形状線が、前記送信機の導電性構造の前記長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する、
装置。
【請求項２】
前記第2の導電性構造によって囲まれた前記第3のエリアの中心が、前記第1のループと前記第2のループとの間の点の上に実質的に配置されるように、前記第2の導電性構造が配置された、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1の導電性構造が、
前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲むように巻き付けられた第1のコイル、または
各々がそれぞれ前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲む、第1のコイルおよび第2のコイル
のうちの1つを備え、
前記第2の導電性構造が、前記第3のエリアを囲むように巻き付けられた第3のコイルを備える、
請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造と前記第2の導電性構造との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置された、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記第2の導電性構造と交差する前記第1の導電性構造の磁場の正味の合計が実質的にゼロであるとき、相互結合の前記実質的な不在が少なくとも部分的に起こる、請求項4に記載の装置。
【請求項６】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造の表面領域をカバーする第1の幾何学的な長方形によって画定された第1の中心点を一括して有し、前記送信機の導電性構造が、前記送信機の導電性構造の表面領域をカバーする第2の幾何学的な長方形によって画定された第2の中心点を有し、前記第1の中心点と前記第2の中心点との間のオフセット距離によって画定された、結合量がしきい値を上回る点のセットが実質的に長方形であり、前記結合量が、前記第1の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第1の結合係数、および前記第2の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第2の結合係数から導出された値によって、少なくとも部分的に画定される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、電気車両に取り付けられるように構成され、前記第1の形状線が、前記電気車両の縦軸に実質的に直交する、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、共振周波数で同調可能であり、動作可能である、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造に結合され、前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造を介して受信された電力の組合せの少なくとも一部に基づいて、電気車両に電力供給または充電するように構成された、受信回路をさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１０】
前記第1の導電性構造が実質的に水平偏波された磁気モーメントを有し、前記第2の導電性構造が実質的に垂直偏波されたモーメントを有する、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
ワイヤレスに電力を受信するための方法であって、
第1の導電性構造で、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するステップであって、前記第1の導電性構造が幅よりも大きい長さを有し、前記第1の導電性構造が、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む第1のループおよび第2のループを備え、前記第1のループが第1の下面を有し、前記第2のループが第2の下面を有し、前記第1の下面と前記第2の下面が実質的に同一平面上にあり、前記第1の導電性構造が、前記第1の導電性構造の前記長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する、ステップと、
第2の導電性構造で、前記磁場を介してワイヤレスに電力を受信するステップであって、前記第2の導電性構造が第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有し、前記第1の形状線が前記第2の導電性構造の前記長さに沿って延びる、ステップと
を含み、
前記第1の形状線が、前記送信機の導電性構造の前記長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する、
方法。
【請求項１２】
前記第2の導電性構造によって囲まれた前記第3のエリアの中心が、前記第1のループと前記第2のループとの間の点の上に実質的に配置されるように、前記第2の導電性構造が配置された、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1の導電性構造が、
前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲むように巻き付けられた第1のコイル、または
各々がそれぞれ前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲む、第1のコイルおよび第2のコイル
のうちの1つを備え、
前記第2の導電性構造が、前記第3のエリアを囲むように巻き付けられた第3のコイルを備える、
請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造と前記第2の導電性構造との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置された、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記第2の導電性構造と交差する前記第1の導電性構造の磁場の正味の合計が実質的にゼロであるとき、相互結合の前記実質的な不在が少なくとも部分的に起こる、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造の表面領域をカバーする第1の幾何学的な長方形によって画定された第1の中心点を一括して有し、前記送信機の導電性構造が、前記送信機の導電性構造の表面領域をカバーする第2の幾何学的な長方形によって画定された第2の中心点を有し、前記第1の中心点と前記第2の中心点との間のオフセット距離によって画定された、結合量がしきい値を上回る点のセットが実質的に長方形であり、前記結合量が、前記第1の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第1の結合係数、および前記第2の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第2の結合係数から導出された値によって、少なくとも部分的に画定される、請求項11に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、電気車両に取り付けられるように構成され、前記第1の形状線が、前記電気車両の縦軸に実質的に直交する、請求項11に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、共振周波数で同調可能であり、動作可能である、請求項11に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造を介して受信された電力の組合せの少なくとも一部に基づいて、電気車両に電力供給または充電するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の導電性構造が実質的に水平偏波された磁気モーメントを有し、前記第2の導電性構造が実質的に垂直偏波された磁気モーメントを有する、請求項11に記載の方法。
【請求項２１】
ワイヤレスに電力を受信するための装置であって、
磁場を発生させるための発生手段によって発生した前記磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するための第1の受信手段であって、前記発生手段が幅よりも大きい長さを有し、前記第1の受信手段が幅よりも大きい長さを有し、前記第1の受信手段が、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む第1のループおよび第2のループを備え、前記第1のループが第1の下面を有し、前記第2のループが第2の下面を有し、前記第1の下面と前記第2の下面が実質的に同一平面上にあり、前記第1の受信手段が、前記第1の受信手段の前記長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する、第1の受信手段と、
前記磁場を介してワイヤレスに電力を受信するための第2の受信手段であって、前記第2の受信手段が第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有し、前記第1の形状線が前記第2の受信手段の前記長さに沿って延びる、第2の受信手段と
を備え、
前記第1の形状線が、前記発生手段の前記長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する、
装置。
【請求項２２】
前記第2の受信手段によって囲まれた前記第3のエリアの中心が、前記第1のループと前記第2のループとの間の点の上に実質的に配置されるように、前記第2の受信手段が配置された、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記第1の受信手段が、
前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲むように巻き付けられた第1のコイル、または
各々がそれぞれ前記第1のエリアおよび前記第2のエリアを囲む、第1のコイルおよび第2のコイル
のうちの1つを備え、
前記第2の受信手段が、前記第3のエリアを囲むように巻き付けられた第3のコイルを備える、
請求項21に記載の装置。
【請求項２４】
前記第1の受信手段および前記第2の受信手段が、前記第1の受信手段と前記第2の受信手段との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置された、請求項21に記載の装置。
【請求項２５】
前記第1の受信手段および前記第2の受信手段が、前記第1の受信手段および前記第2の受信手段の表面領域をカバーする第1の幾何学的な長方形によって画定された第1の中心点を一括して有し、前記発生手段が、前記発生手段の表面領域をカバーする第2の幾何学的な長方形によって画定された第2の中心点を有し、前記第1の中心点と前記第2の中心点との間のオフセット距離によって画定された、結合量がしきい値を上回る点のセットが実質的に長方形であり、前記結合量が、前記第1の受信手段と前記発生手段との間の結合を測定する第1の結合係数、および前記第2の受信手段と前記発生手段との間の結合を測定する第2の結合係数から導出された値によって、少なくとも部分的に画定される、請求項21に記載の装置。
【請求項２６】
前記第1の受信手段および前記第2の受信手段が、電気車両に取り付けられるように構成され、前記第1の形状線が、前記電気車両の縦軸に実質的に直交する、請求項21に記載の装置。
【請求項２７】
前記第1の受信手段および前記第2の受信手段が、共振周波数で同調可能であり、動作可能である、請求項21に記載の装置。
【請求項２８】
前記第1の受信手段および前記第2の受信手段に結合され、前記第1の受信手段および前記第2の受信手段を介して受信された電力の組合せの少なくとも一部に基づいて、電気車両に電力供給または充電するように構成された、受信回路をさらに備える、請求項21に記載の装置。
【請求項２９】
前記第1の受信手段が実質的に水平偏波された磁気モーメントを有し、前記第2の受信手段が実質的に垂直偏波されたモーメントを有する、請求項21に記載の装置。
【請求項３０】
時変信号を出力するように構成された電源と、
前記時変信号を受信し、受信機デバイスに電力をワイヤレスに伝達するための磁場を発生させるように構成され、幅よりも大きい長さを有する、送信機の導電性構造と
を備える、ワイヤレスに電力を伝達するためのシステムであって、
前記受信機デバイスが、前記磁場を介してワイヤレスに電力を受信するように構成された第1の導電性構造を備え、前記第1の導電性構造が幅よりも大きい長さを有し、前記第1の導電性構造が、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む第1のループおよび第2のループを備え、前記第1のループが第1の下面を有し、前記第2のループが第2の下面を有し、前記第1の下面と前記第2の下面が実質的に同一平面上にあり、前記第1の導電性構造が、前記第1の導電性構造の前記長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有し、
前記受信機デバイスが、前記磁場を介してワイヤレスに電力を受信するように構成された第2の導電性構造をさらに備え、前記第2の導電性構造が第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有し、前記第1の形状線が前記第2の導電性構造の前記長さに沿って延び、
前記第1の形状線が、前記送信機の導電性構造の前記長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する、
システム。
【請求項３１】
前記受信機デバイスの前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造と前記第2の導電性構造との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置された、請求項30に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造が、前記第1の導電性構造および前記第2の導電性構造の表面領域をカバーする第1の幾何学的な長方形によって画定された第1の中心点を一括して有し、前記送信機の導電性構造が、前記送信機の導電性構造の表面領域をカバーする第2の幾何学的な長方形によって画定された第2の中心点を有し、前記第1の中心点と前記第2の中心点との間のオフセット距離によって画定された、結合量がしきい値を上回る点のセットが実質的に長方形であり、前記結合量が、前記第1の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第1の結合係数、および前記第2の導電性構造と前記送信機の導電性構造との間の結合を測定する第2の結合係数から導出された値によって、少なくとも部分的に画定される、請求項30に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にワイヤレス電力伝達に関し、より詳細には、バッテリを含む車両などのリモートシステムへのワイヤレス電力伝達に関係するデバイス、システム、および方法に関する。より詳細には、本開示は、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル用のコイル配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスから受信された電気から導出された運動力を含む、車両などのリモートシステムが導入されている。たとえば、ハイブリッド電気車両は、車両を充電するために、車両のブレーキおよび従来型モータからの電力を使用するオンボード充電器を含む。電気のみの車両は、一般に、他の供給源からバッテリを充電するための電気を受信する。バッテリ式電気車両(電気車両)は、家庭用または商用の交流(AC)供給源などの何らかのタイプの有線ACを通して充電されるように提案されることが多い。有線充電接続は、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする。ケーブルおよび同様のコネクタは、時々不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有する場合がある。電気車両を充電するために使用されるように(たとえば、ワイヤレス場を介して)自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服することができる。したがって、電気車両を充電するための電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が必要である。
【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、それらのどの態様も、本明細書に記載される望ましい属性に単独で関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴が記載される。
【０００４】
本明細書に記載される主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、下記の添付の図面および発明を実施するための形態において説明される。他の特徴、態様、および利点は、発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。以下の図の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、ワイヤレスに電力を送信するための装置を提供する。装置は、電力源から第1の時変信号を受信することに応答して、第1の磁場を発生させるように構成された第1の導電性構造を含む。装置は、電力源から第2の時変信号を受信することに応答して、第2の磁場を発生させるように構成された第2の導電性構造をさらに含む。第1の構造および第2の構造は、第1の磁場と第2の磁場との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置される。
【０００６】
本開示の別の態様は、ワイヤレスに電力を送信する方法の実装形態を提供する。方法は、電力源から第1の時変信号を受信することに応答して、第1の導電性構造を介して第1の磁場を発生させることを含む。方法は、電力源から第2の時変信号を受信することに応答して、第2の導電性構造を介して第2の磁場を発生させることをさらに含む。第1の構造および第2の構造は、第1の磁場と第2の磁場との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置される。
【０００７】
本開示のさらに別の態様は、ワイヤレスに電力を送信するための装置を提供する。装置は、電力源から第1の時変信号を受信することに応答して、第1の磁場を発生させるための第1の手段を含む。装置は、電力源から第2の時変信号を受信することに応答して、第2の磁場を発生させるための第2の手段をさらに含む。第1の発生手段および第2の発生手段は、第1の磁場と第2の磁場との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置される。
【０００８】
本開示に記載される主題の別の態様は、ワイヤレスに電力を送信するための装置を提供する。装置は、電力源から受信された第1の電流に基づいて、第1の磁場を発生させるように構成された第1の導電性構造を含む。装置は、電力源からの第2の電流に基づいて、第2の磁場を発生させるように構成された第2の導電性構造をさらに含む。装置は、第1の導電性構造および第2の導電性構造の各々と、第1の磁場または第2の磁場を介して電力を受信するように構成された第3の導電性構造との間の、それぞれの結合係数を決定するように構成されたコントローラをさらに含む。コントローラは、結合係数に少なくとも部分的に基づいて、第1の導電性構造および第2の導電性構造に印加される、第1の電流または第2の電流を調整するようにさらに構成される。
【０００９】
本開示に記載される主題の別の態様は、ワイヤレスに電力を送信するための方法の実装形態を提供する。方法は、電力源から受信された第1の電流に基づいて、第1の導電性構造を介して第1の磁場を発生させることを含む。方法は、電力源からの第2の電流に基づいて、第2の導電性構造を介して第2の磁場を発生させることをさらに含む。方法は、第1の導電性構造および第2の導電性構造の各々と、第1の磁場または第2の磁場を介して電力を受信するように構成された第3の導電性構造との間の、それぞれの結合係数を決定することをさらに含む。方法は、結合係数に少なくとも部分的に基づいて、第1の導電性構造および第2の導電性構造に印加される、第1の電流または第2の電流を調整することをさらに含む。
【００１０】
本開示に記載される主題の別の態様は、ワイヤレスに電力を送信するための装置を提供する。装置は、電力源から受信された第1の電流に基づいて、第1の磁場を発生させるための第1の手段を含む。装置は、電力源からの第2の電流に基づいて、第2の磁場を発生させるための第2の手段をさらに含む。装置は、第1の発生手段および第2の発生手段の各々と、第1の磁場または第2の磁場を介して電力を受信するための手段との間の、それぞれの結合係数を決定するための手段をさらに含む。装置は、結合係数に少なくとも部分的に基づいて、第1の発生手段および第2の発生手段に印加される、第1の電流または第2の電流を調整するための手段をさらに含む。
【００１１】
本開示に記載される主題の別の態様は、ワイヤレスに電力を受信するための装置を提供する。装置は、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するように構成された第1の導電性構造を含む。第1の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第1の導電性構造は、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループおよび第2のループを含む。第1のループは第1の下面を有し、第2のループは第2の下面を有し、第1の下面と第2の下面は実質的に同一平面上にある。第1の導電性構造は、第1の導電性構造の長さに沿って延びる第1の形状線(geometric line)と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。装置は、磁場を介してワイヤレスに電力を受信するように構成された第2の導電性構造をさらに含む。第2の導電性構造は、第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の導電性構造の長さに沿って延びる。第1の形状線は、送信機の導電性構造の長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する。
【００１２】
本開示の別の態様は、ワイヤレスに電力を受信する方法の実装形態を提供する。方法は、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、第1の導電性構造でワイヤレスに電力を受信することを含む。第1の導電性構造は、幅よりも大きい長さを有する。第1の導電性構造は、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループおよび第2のループを含む。第1のループは第1の下面を有し、第2のループは第2の下面を有し、第1の下面と第2の下面は実質的に同一平面上にある。第1の導電性構造は、第1の導電性構造の長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。方法は、磁場を介して第2の導電性構造でワイヤレスに電力を受信することをさらに含む。第2の導電性構造は、第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の導電性構造の長さに沿って延びる。第1の形状線は、送信機の導電性構造の長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する。
【００１３】
本開示の別の態様は、ワイヤレスに電力を受信するための装置を提供する。装置は、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するための第1の手段を含む。第1の受信手段は、幅よりも大きい長さを有する。第1の受信手段は、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループおよび第2のループを含む。第1のループは第1の下面を有し、第2のループは第2の下面を有し、第1の下面と第2の下面は実質的に同一平面上にある。第1の受信手段は、第1の受信手段の長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。装置は、磁場を介してワイヤレスに電力を受信するための第2の手段をさらに含み、第2の受信手段は、第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の受信手段の長さに沿って延びる。第1の形状線は、送信機の導電性構造の長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】例示的な実施形態による、電気車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図２】図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的な構成要素の概略図である。
【図３】電気車両のワイヤレス電力伝達システムで使用される例示的な誘導コイルの斜視図である。
【図４】ワイヤレス電力伝達中の図3に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図５】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイルの斜視図である。
【図６】別の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイルの斜視図である。
【図７】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図８】ワイヤレス電力伝達中の図7に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図９】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図１０】ワイヤレス電力伝達中の図9に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図１１】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図１２】ワイヤレス電力伝達中の図11に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図１３】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図１４】ワイヤレス電力伝達中の図13に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図１５】さらに別の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図１６】ワイヤレス電力伝達中の図15に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図１７】さらに別の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの斜視図である。
【図１８】ワイヤレス電力伝達中の図17に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。
【図１９】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイルの概略図である。
【図２０】ワイヤレス電力伝達中の図19に示された誘導コイルのインピーダンスを示すプロットである。
【図２１Ａ】ワイヤレス電力伝達中の図19に示された第2の誘導コイルで見られる電圧および電流を示すベクトル図である。
【図２１Ｂ】ワイヤレス電力伝達中の図19に示された第2の誘導コイルで見られる電圧および電流を示すベクトル図である。
【図２１Ｃ】ワイヤレス電力伝達中の図19に示された第2の誘導コイルで見られる電圧および電流を示すベクトル図である。
【図２２】図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す機能ブロック図である。
【図２３】例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる例示的な方法のフローチャートである。
【図２４】一実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる別の例示的な方法のフローチャートである。
【図２５】一実装形態による、ワイヤレス電力送信機の機能ブロック図である。
【図２６】一実施形態による、ワイヤレスに電力を受信する別の例示的な方法のフローチャートである。
【図２７】一実装形態による、ワイヤレス電力受信機の機能ブロック図である。
【図２８】一実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる別の例示的な方法のフローチャートである。
【図２９】一実装形態による、ワイヤレス電力送信機の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通りに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は、恣意的に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスのすべての構成要素を描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【００１６】
添付の図面に関して下記に記載される発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示としての働きをすること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。本発明の例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践され得ることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、本明細書に提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１７】
ワイヤレスに電力を伝達することは、物理的な導電体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通って伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合することができる。本明細書全体にわたって、「結合」されている2つの構成要素は、直接的または間接的な方法を介したそれらの相互作用を指す場合があり、物理的に接続された(たとえば、有線の)結合または物理的に切断された(たとえば、ワイヤレスの)結合をさらに指す場合があることが理解されよう。
【００１８】
本明細書では、リモートシステムを記載するために電気車両が使用され、その一例は、その運動能力の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス(たとえば、1つまたは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリ)から導出された電力を含む車両である。非限定的な例として、いくつかの電気車両は、電気モータ以外に、直接運動のための、または車両のバッテリを充電するための従来型内燃機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、電力からすべての運動能力を引き出すことができる。電気車両は自動車に限定されず、オートバイ、カート、スクーターなどを含む場合がある。限定ではなく例として、リモートシステムは、本明細書では電気車両(EV)の形態で記載される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して、少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム(たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス)も考えられる。
【００１９】
誘導電力伝達(IPT)システムは、エネルギーのワイヤレス伝達のための1つの方法である。IPTでは、1次(または「送信機」)電力デバイスが、2次(または「受信機」)電力受信機デバイスに電力を送信する。送信機電力デバイスおよび受信機電力デバイスの各々は、インダクタ、通常、電流伝達媒体のコイルまたは巻線の配列を含む。1次インダクタにおける交流電流は、変動する電磁場をもたらす。2次インダクタが1次インダクタの近傍に配置されたとき、変動する電磁場は、2次インダクタ内で起電力(EMF)を誘起し、それによって2次電力受信機デバイスに電力を伝達する。
【００２０】
電気車両およびプラグインハイブリッド車両のIPTシステムでは、1次電力デバイスは地上に位置している場合があり、「ベース」デバイスまたは「ベース」電力パッドと呼ばれる場合がある。2次電力デバイスは、電気車両に位置している場合があり、「ピックアップ」デバイスまたは「ピックアップ」電力パッドと呼ばれる場合がある。これらのデバイスは、ベース(送信機)デバイスからピックアップ(受信機)デバイスに電力を送信するために、一般的に使用される。いくつかのIPTシステムは、他の方法で、すなわち、ピックアップデバイスからベースデバイスに電力が伝達されるモードで機能することもできる。このモードでは、ピックアップがベース内でEMFを誘起するので、ピックアップデバイスが「1次」デバイスとして機能し、ベースデバイスが「2次」デバイスとして機能する。これにより、電気車両のバッテリに蓄積された電力が、幹線電力供給網に戻されることが可能になる場合がある。
【００２１】
PCT公報第WO2010/090539号は、ベース(通常は1次)コイルが、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つの別個の同一平面上のコイルを含む電気車両に、電力供給するためのIPTシステムを開示している。この構成では、コイルを貫通するコアを通るまっすぐな経路は存在しない。コイルは極エリアとして働き、コイル間の磁束線は、コイルの上の「磁束パイプ」、すなわち高磁束密度のゾーンの形態でコイルの間にある。この配列により、コアの側面のコイルの下で磁束はほとんど漏洩しないと考えられる。
【００２２】
同じ公報は、受信機(ピックアップ)デバイスのコイル配列内の3つのコイルの使用も開示する。最初の2つのコイルは、ベースコイル配列内の別個の同一平面上のコイルである。充電中、これらの2つのコイルは、ベースデバイス内の同一平面上のコイルと位置合わせされている。3番目のコイルは、透磁性コアの同じ側で他の2つのコイルの上方の中心に配置される。3番目のコイルにより、最初の2つの同一平面上のコイルによって引き出される水平成分に加えて、受信機デバイスによって遮断された磁場の垂直成分から電力が引き出されることが可能になる。同一平面上のコイルは、同一平面上のコイルの中心間の線に直交する方向における送信機デバイスと受信機デバイスとの間の位置ずれに対する良好な許容範囲を有するが、同一平面上のコイルの中心間の線に平行な方向における位置ずれに対する良好な許容範囲はより少ないと考えられる。受信機デバイス内の3つのコイルの配列は、平行な方向におけるIPTシステムの許容範囲を改善し、したがって任意の方向における位置ずれに対するシステムの許容範囲全体を改善すると考えられる。
【００２３】
PCT公報第WO2011/016737号は、ベースコイル配列が磁気的に分離された2つの重なる平面コイルを含む電気車両に、電力供給するためのIPTシステムを記載する。いくつかのコイル配列は、複雑さおよびコストを増大させ、誘導コイル間の自明でない相互結合を含む場合がある。一態様では、様々なタイプのIPTシステムに適応させることは困難であり得る。
【００２４】
したがって、縦(すなわち、車両に対して前方/後方)の方向と横(すなわち、左右)の方向の両方における、IPTシステムのコイルの位置ずれに対する許容範囲が改善される必要性が残る。
【００２５】
本明細書に記載される実施形態によれば、IPTシステムは、実質的に同じ周波数で共振するように同調された誘導コイル間で電力が送信される、共振誘導結合を使用する場合がある。共振結合は、誘導コイルと直列または並列に誘導性素子および/もしくは容量性素子を追加することによって、または選択された固有のキャパシタンスを有する(たとえば、自己共振の)コイルを選択することによって実現することができる。
【００２６】
共振IPTシステムでは、ピックアップに伝達される利用可能な電力の割合は、1次コイルと2次コイルとの間の結合度に依存する。結合が強ければ強いほど、より多くの電力が2次コイルに伝達される。結合係数は、2次コイルを切断する1次コイルの磁束の分数として定義することができ、少なくとも部分的にシステムの幾何学的形状の関数である。したがって、結合係数は、1次コイルと2次コイルとの間の距離、およびそれらの位置合わせに少なくとも部分的に依存する。
【００２７】
IPTを使用して電気車両を充電するためのワイヤレス電力伝達システムでは、車両が充電されるたびに結合レベルが大きく変動する可能性がある。1次コイルと2次コイルとの間の距離および位置合わせは、コイルの位置、およびピックアップが取り付けられた車両のベースに対する配置に基づいて変化する場合がある。これにより、この変動を補償するシステム内の電力電子部品に対する要求に関する困難がもたらされ、より高価な部品に対する必要が生じ、信頼性が低下し、動作範囲が限定される可能性がある。
【００２８】
図1は、例示的な実施形態による、電気車両112を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システム100の図である。ワイヤレス電力伝達システム100により、電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aの近くに駐車している間に、電気車両112の充電が可能になる。対応するベースワイヤレス充電システム102aおよび102bの上に駐車させるために、2台の電気自動車用のスペースが駐車エリア内に示されている。いくつかの実施形態では、ローカル配電センタ130は、電力バックボーン132に接続され、交流電流(AC)または直流電流(DC)の供給を、電力リンク110を介してベースワイヤレス充電システム102aに提供するように構成することができる。ベースワイヤレス充電システム102aはまた、ワイヤレスに電力を伝達または受信するためのベースシステム誘導コイル104aを含む。電気車両112は、バッテリユニット118と、電気車両誘導コイル116と、電気車両ワイヤレス充電システム114とを含むことができる。電気車両誘導コイル116は、たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって発生した電磁場の領域を介して、ベースシステム誘導コイル104aと相互作用することができる。
【００２９】
いくつかの例示的な実施形態では、ベースシステム誘導コイル104aによって発生したエネルギー場に電気車両誘導コイル116が位置するとき、電気車両誘導コイル116は電力を受信することができる。エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されたエネルギーが、電気車両誘導コイル116によって捕捉され得る領域に相当する。場合によっては、エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aの「近距離場」に相当する場合がある。近距離場は、ベースシステム誘導コイル104aから遠くに電力を放射しない、ベースシステム誘導コイル104a内の電流および電荷からもたらされる、強い反応場が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近距離場は、以下でさらに記載されるように、ベースシステム誘導コイル104aの波長の約1/2π以内にある領域(反対に電気車両誘導コイル116の場合も同様)に相当する場合がある。
【００３０】
ローカル配電センタ130は、通信バックホール134を介して外部ソース(たとえば、電力網)と通信し、通信リンク108を介してベースワイヤレス充電システム102aと通信するように構成することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、単に運転手がベースシステム誘導コイル104aに対して電気車両112を正確に配置することによって、電気車両誘導コイル116は、ベースシステム誘導コイル104aと位置合わせすることができ、したがって、近距離場の領域内に配置することができる。他の実施形態では、ワイヤレス電力伝達のために電気車両112が適切に配置されたときを判断するために、運転手は、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはそれらの組合せを与えられる場合がある。いくつかの実施形態では、フィードバックは、ワイヤレス電力伝達システム100、たとえば、電気車両112もしくは電気車両112のユーザインターフェースに接続されたプロセッサによって、または、ベースワイヤレス充電システム102aに含まれている場合がある信号もしくはセンサ情報から生成される場合がある。さらに他の実施形態では、電気車両112は、オートパイロットシステムによって配置することができ、オートパイロットシステムは、位置合わせ誤差が許容値に達するまで、電気車両112を(たとえば、ジグザグ運動で)前後に移動させることができる。これは、電気車両112が、車両を調整するためのサーボハンドル、超音波センサ、およびインテリジェンスを備える場合、運転手が介入することなく、または運転手が最小限の介入しか行わずに、電気車両112によって自動的かつ自律的に実行することができる。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル116、ベースシステム誘導コイル104a、またはそれらの組合せは、誘導コイル116および104aを互いに対して変位および移動させて、それらをより正確に方向合わせし、それらの間により効率的な結合を生じさせるための機能を有することができる。
【００３２】
ベースワイヤレス充電システム102aは、様々な場所に位置することができる。非限定的な例として、いくつかの適切な場所には、電気車両112の所有者の自宅の駐車エリア、従来のガソリンスタンドに倣った電気車両ワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、ならびにショッピングセンタおよび職場などの他の場所の駐車場が含まれる。
【００３３】
ワイヤレスに電気車両を充電することは、数々の利点をもたらすことができる。たとえば、充電は、自動的に、実質的に運転手の介入および操作なしに実行することができ、それによって、ユーザの利便性が向上する。露出した電気接点、および機械的摩耗をなくすこともでき、それによって、ワイヤレス電力伝達システム100の信頼性が向上する。ケーブルおよびコネクタを用いる操作を不要にすることができ、戸外の環境において湿気および水分にさらされる場合がある、ケーブル、プラグ、またはソケットをなくすことができ、それによって、安全性が向上する。見えるまたはアクセス可能なソケット、ケーブル、およびプラグをなくすこともでき、それによって、電力充電デバイスへの潜在的な破壊行為が減少する。さらに、電力網を安定させるために、電気車両112を分散蓄積デバイスとして使用することができるので、ビークルツーグリッド(V2G)動作のための車両の利用可能性を高めるために、ドッキングツーグリッドソリューションを使用することができる。
【００３４】
図1を参照して記載されたワイヤレス電力伝達システム100は、美的で無害な利点をもたらすこともできる。たとえば、車両および/または歩行者の妨げになる場合がある、充電柱(charge column)および充電ケーブルをなくすことができる。
【００３５】
ビークルツーグリッド機能のさらなる説明として、ワイヤレス電力の送信機能および受信機能は、ベースワイヤレス充電システム102aが電気車両112に電力を伝達し、たとえばエネルギー不足の際に電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝達するように、互恵的に構成することができる。この機能は、過剰な需要または再生可能エネルギー生産(たとえば、風または太陽)の不足によって引き起こされるエネルギー不足の際に、電気車両が配電システム全体に電力を寄与することを可能にすることによって、配電網を安定させるために有用であり得る。
【００３６】
したがって、「送信機」、「受信機」、「1次」、および「2次」などの用語は、電源から電気車両に、すなわち送信機または1次デバイスから受信機または2次デバイスに電力を伝達するために使用されるときのワイヤレス電力伝達システムの構成要素の使用を指すために、本明細書で使用されることが理解されよう。しかしながら、ワイヤレス電力伝達システムは、送信機デバイスと受信機デバイスとの位置合わせを改善する、またはどの送信機デバイスが受信機デバイスに電力を伝達するのにふさわしく配置されているかを識別するプロセスの一部として、いくつかの実施形態では少量であり得る、ある程度の電力を反対方向に伝達する、たとえば電気車両から配電網にエネルギーを伝達するために、これらの構成要素の使用を要する場合がある。したがって、「送信機」が電力を受信するために使用される場合もあり、「受信機」が電力を送信するために使用される場合もある。これらの用語の使用は、理解しやすいようにシステムのいくつかの構成要素の動作の通常の意味を参照しているが、そのような構成要素の任意の特定の動作に実施形態を限定するものではない。
【００３７】
図2は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的な構成要素の概略図である。図2に示されたように、ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL1を有するベースシステム誘導コイル204を含むベースシステム送信回路206を含むことができる。ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL2を有する電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222をさらに含む。本明細書に記載される実施形態は、1次構造(送信機)と2次構造(受信機)の両方が共通の共振周波数に同調されている場合、磁気または電磁気の近距離場を介して1次構造から2次構造にエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する、容量装荷ワイヤループ(すなわち、多巻きコイル)を使用することができる。
【００３８】
共振周波数は、上述された誘導コイル(たとえば、ベースシステム誘導コイル204)を含む送信回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく場合がある。図2に示されたように、インダクタンスは、一般に誘導コイルのインダクタンスであり得るし、一方キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作成するために誘導コイルに追加される場合がある。非限定的な例として、キャパシタが、電磁場を発生させる共振回路(たとえば、ベースシステム送信回路206)を作成するために誘導コイルに追加されるか、または誘導コイルと統合され、誘導コイルと直列に配列される場合がある。したがって、より大きい直径の誘導コイルの場合、共振を誘起するためのキャパシタンスの値は、コイルの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少する場合がある。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に依存する場合がある。さらに、誘導コイルの直径が増大するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増大する場合がある。他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、キャパシタは、誘導コイル(たとえば、並列共振回路)の2つの端子間に並列に配置される場合がある。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの共振を改善するための高品質(Q)因子を有するように設計される場合がある。
【００３９】
共振構造での使用に適合されたコイルは、電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204に使用することができる。エネルギーを結合するために共振構造を使用することは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および/または「共振誘導」と呼ばれる場合がある。ワイヤレス電力伝達システム200の動作は、ベースワイヤレス電力充電システム202から電気車両112への電力伝達に基づいて記載されるが、これに限定されない。たとえば、上記で説明されたように、電気車両112は、ベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝達することができる。
【００４０】
図2を参照すると、電源208(たとえば、ACまたはDC)は、ベースワイヤレス電力充電システム202に電力PSDCを供給して、電気車両112にエネルギーを伝達する。ベースワイヤレス電力充電システム202は、ベース充電システム電力変換器236を含む。ベース充電システム電力変換器236は、標準的な幹線AC電力から適切な電圧レベルのDC電力に電力を変換するように構成されたAC/DC変換器、およびワイヤレス高電力伝達に適した動作周波数の電力にDC電力を変換するように構成されたDC/低周波数(LF)変換器などの回路を含む場合がある。ベース充電システム電力変換器236は、ベースシステム誘導コイル204との直列構成または並列構成または両方の組合せにおける反応性同調構成要素からなる場合があるベース充電システム同調回路205を含む、ベースシステム送信回路206に電力P1を供給して、所望の周波数で電磁場を放出する。所望の周波数で共振するベースシステム誘導コイル204との共振回路を形成するために、キャパシタC1(図示せず)が提供される場合がある。ベースシステム誘導コイル204は電力P1を受信し、電気車両112の充電または電気車両112への電力供給に十分なレベルの電力をワイヤレスに送信する。たとえば、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、数キロワット(kW)程度(たとえば、1kWから110kWまでの間、またはこれよりも高いkWもしくは低いkW)であり得る。
【００４１】
ベースシステム誘導コイル204を含むベースシステム送信回路206と、電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222の両方は、実質的に同じ周波数に同調することができるし、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216のうちの1つによって送出された電磁場の近距離場内に配置することができる。この場合、電気車両充電システム同調回路221および電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222に電力が伝達され得るように、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216は、互いに結合されるようになることができる。電気車両充電システム同調回路221は、所望の周波数で共振する電気車両誘導コイル216との共振回路を形成するために提供される場合がある。コイル分離で生じる相互結合係数は、要素k(d)によって表される。等価抵抗Req,1およびReq,2は、誘導コイル204および216、ならびに、いくつかの実施形態では、それぞれベース充電システム同調回路205および電気車両充電システム同調回路221において提供され得る任意の逆リアクタンスキャパシタに固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル216および電気車両充電システム同調回路221を含む電気車両受信回路222は、電力P2を受信し、電気車両充電システム214の電気車両電力変換器238に電力P2を供給する。
【００４２】
電気車両電力変換器238は、とりわけ、電気車両バッテリユニット218の電圧レベルに整合する電圧レベルのDC電力に戻す形で動作周波数の電力を変換するように構成されたLF/DC変換器を含む場合がある。電気車両電力変換器238は、変換された電力PLDCを供給して、電気車両バッテリユニット218を充電することができる。電源208、ベース充電システム電力変換器236、およびベースシステム誘導コイル204は、上記で説明された様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリユニット218、電気車両電力変換器238、および電気車両誘導コイル216は、電気車両112の一部またはバッテリパック(図示せず)の一部である電気車両充電システム214に含まれる場合がある。電気車両充電システム214はまた、電気車両誘導コイル216を通してベースワイヤレス電力充電システム202にワイヤレスに電力を供給して、グリッドに電力を戻すように構成することができる。電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204の各々は、動作モードに基づいて送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとしての働きをすることができる。
【００４３】
図示されていないが、ワイヤレス電力伝達システム200は、電気車両バッテリユニット218または電源208をワイヤレス電力伝達システム200から安全に切断する負荷切断ユニット(LDU)を含む場合がある。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、LDUは、ワイヤレス電力伝達システム200から負荷を切断するようにトリガされる場合がある。LDUは、バッテリへの充電を管理するためのバッテリ管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリ管理システムの一部であり得る。
【００４４】
さらに、電気車両充電システム214は、電気車両誘導コイル216を電気車両電力変換器238との間で選択的に接続および切断するための切替回路(図示せず)を含む場合がある。電気車両誘導コイル216を切断すると、充電を一時停止することができ、(送信機としての働きをする)ベースワイヤレス充電システム202によって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを利用して、(受信機としての働きをする)電気車両充電システム214をベースワイヤレス充電システム202から分離することができる。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷変動を検出することができる。したがって、ベースワイヤレス充電システム202などの送信機は、電気車両充電システム214などの受信機が、ベースシステム誘導コイル204の近距離場に存在するときを判断するための機構を有することができる。
【００４５】
上述されたように、動作中、車両またはバッテリに向けてのエネルギー伝達を仮定すると、ベースシステム誘導コイル204がエネルギー伝達を提供するための場を発生させるように、電源208から入力電力が供給される。電気車両誘導コイル216は放射場に結合し、電気車両112による蓄積または消費のための出力電力を生成する。上述されたように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル216の共振周波数およびベースシステム誘導コイル204の共振周波数が非常に近くなるか、または実質的に同じになるような相互共振関係に従って、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216は構成され、エネルギーは高効率で伝達される。電気車両誘導コイル216がベースシステム誘導コイル204の近距離場に位置するとき、ベースワイヤレス電力充電システム202と電気車両充電システム214との間の送電損失は最小である。
【００４６】
上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場内のエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合することによって行われる。この近距離場にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に結合モードが確立され得る。この近距離場結合が発生できる誘導コイルの周りのエリアは、本明細書では近距離場結合モード領域と呼ばれる。
【００４７】
図示されていないが、ベース充電システム電力変換器236および電気車両電力変換器238は、両方とも、発振器、電力増幅器などのドライバ回路、フィルタ、およびワイヤレス電力誘導コイルと効率的に結合するための整合回路を含む場合がある。発振器は、調整信号に応答して調整され得る所望の周波数を生成するように構成することができる。発振器信号は、電力増幅器によって、制御信号に応答する増幅量で増幅することができる。フィルタおよび整合回路は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、電力変換モジュールのインピーダンスをワイヤレス電力誘導コイルに整合させるために含まれる場合がある。電力変換器236および238は、適切な電力出力を発生させてバッテリを充電するために、整流器および切替回路を含むこともできる。
【００４８】
開示された実施形態の全体にわたって記載された電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204は、「ループ」アンテナ、より具体的には、多巻きループアンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合がある。誘導コイル204および216は、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されたタイプの「アンテナ」と呼ばれる場合もある。本明細書で使用するコイル204および216は、電力をワイヤレスに出力、ワイヤレスに受信、および/またはワイヤレスに中継するように構成されたタイプの「電力伝達構成要素」の例である。ループ(たとえば、多巻きループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成することができる。空芯ループアンテナにより、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になる場合がある。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理コアアンテナにより、より強い電磁場の発生および結合の改善が可能になる場合がある。
【００４９】
本明細書では、「コイル」という用語は、すべてが1つまたは複数の中心点に巻き付く導電性材料のいくつかの巻を有する局所的巻線配列の意味で使用される。「コイル配列」という用語は、いくつかの「コイル」を備えることができる、導電性材料の任意の巻線配列を意味するために使用される。
【００５０】
上記で説明されたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間の整合された共振またはほぼ整合された共振の間に行われる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合されていないときでも、効率を下げてエネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信誘導コイルから自由空間にエネルギーを伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立された領域内(たとえば、共振周波数の所定の周波数範囲内または近距離場領域の所定の距離内)に存在する受信誘導コイルに結合することによって行われる。
【００５１】
上述されたように、いくつかの実施形態によれば、互いの近距離場にある2つの誘導コイルの間の電力を結合することが開示される。上述されたように、近距離場は、電磁場が存在する誘導コイルの周りの領域に相当する場合がある。近距離場結合モード領域は、通常は波長のごく一部の中にある、誘導コイルの物理容積に近い容積に相当する場合がある。いくつかの実施形態によれば、1回巻きループアンテナまたは多巻きループアンテナなどの電磁誘導コイルは、送信と受信の両方に使用され、その理由は、実際の実施形態における磁気近距離場振幅が、電気タイプのアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場と比較して、磁気タイプのコイルの場合に高い傾向があるためである。これにより、ペア間の潜在的により高い結合が可能になる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナの組合せが使用される場合がある。
【００５２】
図3は、電気車両のワイヤレス電力伝達システム300で使用される誘導コイルの斜視図である。ワイヤレス電力伝達システムは、送信機コイル配列301を含むベースまたは送信機のワイヤレス電力伝達デバイスと、受信機コイル配列302を含むピックアップまたは受信機のワイヤレス電力伝達デバイスとを備える。明確にするために、システム300のコイルのみが図3に示されている。システム300は、たとえば、図1および図2を参照して記載され、そうでない場合本明細書に記載された1つまたは複数のさらなる構成要素を含む場合がある。送信機コイル301は、たとえば、車両駐車スペース内の地上に位置しているワイヤレス電力送信機装置の一部を形成する場合があり、受信機コイル302は、たとえば、電気車両の下側に位置するワイヤレス電力受信機デバイスの一部を形成する場合がある。本明細書では、図3のコイルおよび下記に記載される同様の種類のすべての図は、電気車両の縦方向に見られると仮定することができる。図3は、送信機コイル301を付勢するに際して、送信機コイル301と受信機コイル302との間のワイヤレス電力伝達に適した位置である、送信機コイル301の上に配置された受信機コイル302を示す。
【００５３】
図3の構成では、送信機コイル301は、1つまたは複数の電力源(図示せず)に接続された、2つの実質的に同一平面上の送信機コイル303aおよび303bを備える。一実施形態では、電流は、2つのコイル303aと303bが隣接する部分で同じ方向に流れ、これらの隣接する部分内の電流は、実質的に同じ振幅および位相を有する。
【００５４】
受信機コイル302は、2つの実質的に同一平面上の受信機コイル304aおよび304b、ならびに同一平面上の受信機コイル304aおよび304bの上に配置された第3のコイル305を備える。コイル配列302内のコイルは、電気車両のバッテリに接続することができる。
【００５５】
送信機コイル配列301と受信機コイル配列302の両方は、送信機コイル301の下、受信機コイル302の上に配置されたフェライトコア(図示せず)などの透磁性の部材に関連付けられる。図3のコイル301および302を使用して電力を伝達するために、交流電流が送信機コイル301を通される。これにより、送信機コイル303a内の穴と送信機コイル303b内の穴との間に、「磁束パイプ」、高磁束密度のゾーン、コイル配列301上のルーピングの形態で磁場が作成される。使用中に、受信機コイル302は、受信機コイル304および305が磁束線を交差させ、したがって受信機コイル304および305内の電流を誘起するように配置され、電流は電気車両のバッテリに供給される。
【００５６】
同一平面上の受信機コイル304aおよび304bは、送信機コイル301によって発生した磁束の水平成分から電力を引き出す。単一の受信機コイル305は、送信機コイルによって発生した磁束の垂直成分から電力を引き出す。したがって、組合せで、受信機コイル302のコイルにより、ワイヤレス電力伝達システムの送信機デバイスと受信機デバイスとの間のエネルギー伝達が可能になる。図3を参照して記載された動作および構成は、適用可能な場合、本明細書に記載されるさらなる実施形態に同様に適用することができる。
【００５７】
図4は、ワイヤレス電力伝達中の図3に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。図4は、図3のコイル300によってカバーされるエリア400を平面図で描写する。破線で輪郭を描かれたエリアは、図3に示された送信機コイル301の送信機コイル303aおよび303bからの電力寄与のおおよそのエリアを示す。斜線で網掛けされたエリアは、同一平面上の受信機コイル304aおよび304bに供給された電力のおおよその空間分布を示し、点線で網掛けされたエリアは、単一の受信機コイル305に供給された電力のおおよその空間分布を示す。したがって、エリア401および402は、送信機コイル303aおよび303bから単一の受信機コイル305に供給された電力のおおよその空間分布を表し、エリア403は、送信機コイル303aおよび303bから同一平面上の受信機コイル304aおよび304bに供給された電力のおおよその空間分布を表す。電力寄与の空間分布は、コイルのエリアにわたって絶え間なく変化する場合があることに留意されたい。図4に示されたエリアおよび本明細書内の他の場所のそのような図は、最も高い電力寄与のおおよそのエリア、たとえばあるしきい値を上回る電力寄与のエリアを表す。
【００５８】
図4で太線で示された線404は、図3に示されたコイル配列300についての許容範囲の推定領域を表す。すなわち、線404は、コイル間の電力伝達の量があるレベルよりも下がる前に、コイル配列301の中心とコイル配列302の中心がその上で位置がずれた可能性があるおおよそのエリアをマークする。線404は、ワイヤレス電力伝達システム300のコイルの空間電力分布から生じる許容域を示すにすぎず、それは例示的であり、システム300のコイルの相対的な空間電力分布を説明するように示されていることが理解されよう。同様に、本明細書に記載されるさらなる実施形態についての許容域は例示的であり、たとえば、本明細書に記載される他の実施形態と比較して、コイルの相対的な空間分布を説明するように示される。
【００５９】
図3に示されたコイル配列は、図4のほぼ円形の許容域404を有するように見ることができ、まだかなり効率的に電力を伝達している間にシステムが耐えることができる、送信機コイル配列と受信機コイル配列との間の位置ずれの程度が、縦方向と横方向でほぼ等しいことを意味する。
【００６０】
前述のように、特定の状況の要件に適合するために、電気車両IPTシステムが許容範囲における柔軟性を有することが望ましい場合がある。たとえば、電気車両が充電用の位置に手動で操縦されたとき、人間の運転手は、縦方向よりも横方向での車両の位置合わせを判断することがより上手であることを、調査が示している。したがって、人間の運転手は、縦方向よりも横方向に正確に車両を配置する可能性が高い。これにより、手動で配置された車両の場合、縦方向での位置ずれに対するより大きな許容範囲が望ましいことが暗示される。
【００６１】
一方、状況によっては、横方向での位置ずれに対するより大きい程度の許容範囲を有することが有益な場合がある。単に車両を後方または前方に移動させることによって車両の位置を縦方向に調整することは比較的容易であるが、横方向の再位置合わせは、再駐車の操縦を必要とするので、より困難で時間がかかる。これは、自動制御システムまたは手動により車両が充電のために配置されるときに当てはまる。
【００６２】
加えて、IPTベースのデバイスの上に車両を駐車させるときでも、完全に自動制御されている車両での規制問題が存在する場合がある。いくつかのシステムは、車両が操縦を制御することを可能にするが、アクセルおよびブレーキを手動で制御することを運転手に要求する。そのようなシステムでは、運転手が自動システムよりも上手に縦方向に車両を位置合わせできないことが予想される場合があるので、より大きい位置合わせの許容範囲が縦方向で要求される場合がある。
【００６３】
別の考慮事項は、非電離放射防止に関する国際会議(ICNIRP)によって設定された規制により、車両の境界を越えて、たとえば車両の側面から、人々がそれらの放射にさらされる可能性があるエリアに漏洩する可能性がある、送信機デバイスからの磁場放射を削減することが望ましい場合があることである。これらの放射は、受信機デバイスが位置ずれしたときに、特に存在する可能性がある。送信機デバイスが車両の側面により近く位置合わせされると、電界放射が指数関数的に増大する可能性がある。したがって、放射を最小化するために、送信機デバイスと車両上の受信機デバイスの横方向の位置合わせを最適化することが望ましい。
【００６４】
そのため、図3に示されたコイル配列についてのおおよその許容域404は、状況によっては、車両の位置合わせの許容範囲の要件に適していない場合がある。
【００６５】
加えて、ワイヤレス電力伝達システムの電気車両側のコイル配列302は、導電性材料の3つの個別コイルを備える。この数のコイルは、状況によっては、コイル配列302が取り付けられた電気車両の製造にコストを追加するか、または追加する可能性がある。このコイル配列を動作させ制御するのに必要な電子機器はまた、複雑であり、電気車両の製造にさらなるコストを追加する。コイル配列302のサイズおよび複雑さにより、電気車両に重量が追加される場合もあり、いくつかのシナリオでは、ランニングコストが増大する。
【００６６】
図5は、一実施形態による、ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイル500の斜視図である。使用中、送信機コイル500を含むワイヤレス電力伝達送信機デバイスは、地上面に、たとえば駐車場、ガレージ、充電ステーションなどに配置される場合がある。
【００６７】
送信機コイル500は、第1のコイル構造501および第2のコイル構造502を備える。第2のコイル構造502は、第1のコイル構造501の実質的に中央に隣接して、たとえば第1のコイル構造501の下に配置される。別の実施形態では、第2のコイル配列は、第1のコイル構造の上に配置される場合がある。
【００６８】
図5に示された実施形態では、第1のコイル構造501は、互いに隣接して配置された、2つの実質的に同一平面上の送信機コイル501aおよび501bを備える。別の言い方をすれば、第1のコイル構造501は、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループおよび第2のループを備える。第1のループおよび第2のループは、実質的に同一平面上にある下面を有する。いくつかの実施形態では、第1のコイル構造501は、第1のエリアおよび第2のエリアを囲むように巻き付けられた(たとえば、1つまたは複数の巻きを有する場合がある)単一のコイルから形成される。他の実施形態では、2つの別個のコイル501aおよび501bが使用される場合がある。使用中、同一平面上の送信機コイル501aおよび501bは、1つまたは複数の電力源に接続されることが可能であり得るし、その結果、電流は、1つのコイルの周りを時計回りに流れ、他のコイルの周りを反時計回りに流れ、すなわち、電流は、2つのコイル501aと501bが隣接する部分で同じ方向に流れる。同一平面上の送信機コイル501aおよび501bは、同じ電力源に直列もしくは並列に接続される場合があるか、または代替として、それらは、コイルの隣接する部分内の電流が実質的に同じ振幅および位相を有するように、共通の電力源に接続される場合がある。
【００６９】
第2のコイル構造502は、図5に示された実施形態では、単一の平面送信機コイル502を備える。平面送信機コイル502は、平面送信機コイル502内の穴が2つのコイル501aと501bとの間の点と位置合わせされるように、第1のコイル構造501の下の中心に配置される。別の言い方をすれば、第2の送信機コイル502は第3のエリアを囲み、いくつかの実施形態によれば、第3のエリアの実質的に中心が2つのコイル501aと501bとの間の点の実質的に上に配置されるように、配置することができる。
【００７０】
さらに、送信機コイル502の端部は、一般に、同一平面上の送信機コイル501aおよび501bのそれぞれの内部にある空間に隣接することができる。
【００７１】
送信機コイル配列500全体は、その縦軸に沿った長さを有し、縦軸は2つのコイル501aおよび501bの中心間の線と位置合わせされ、その長さは縦軸に直交する横軸に沿ったその幅よりも大きい。別の言い方をすれば、第1のコイル構造501および第2のコイル構造502は、それらの幅よりも長い長さを有する。第1のコイル構造の幅に沿って、コイル501aと501bとの間を走る形状線は、長さに沿って延びる形状線に直交する。
【００７２】
使用中、平面送信機コイル502はまた、電力源に接続可能である。
【００７３】
第1のコイル構造501および第2のコイル構造502は、電力供給されたとき、各コイル構造501および502によって発生した磁場の間の相互結合が存在しないように構成される。たとえば、図5に示された実施形態では、構成の幾何学的形状の結果、コイル構造501と502との間の相互結合は存在しない。2つのコイル構造によって発生した磁場は、コイル構造500のエリア上の様々な場所で互いから足し引きするが、加算および減算は、相互結合が存在しないように等しい部分で行われる。言い換えれば、第2のコイル配列と交差する第1のコイル配列によって発生した磁場の合計は、実質的にゼロである。このようにして、第1のコイル構造501と第2のコイル構造502との間の相互結合は、実質的に存在しない。別の言い方をすれば、電流(たとえば、時変信号)が第1のコイル構造501に印加されたとき、第1のコイル構造501に印加された電流の結果として、実質的にゼロの電圧が第2のコイル構造502で発生する。同様に、電流(たとえば、時変信号)が第2のコイル構造502に印加されたとき、第2のコイル構造502に印加された電流の結果として、実質的にゼロの電圧が第1のコイル構造501で発生する。第1のコイル構造501は、実質的に水平偏波された磁気モーメントを有することができ、第2のコイル構造502は、実質的に垂直偏波された磁気モーメントを有することができる。
【００７４】
図6は、別の実施形態による、ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイル600の斜視図である。コイル配列600は、図5に示されたコイル配列500と同様であり、それ自体が同一平面上の送信機コイル601aおよび601bを備える第1のコイル構造601と、単一の平面送信機コイル602を備える第2のコイル構造602とを備える。コイル配列600とコイル配列500との間の1つの差異は、平面送信機コイル602のサイズである。図6に示された実施形態では、送信機コイル602は、第1のコイル構造601によってカバーされるエリアと同様のエリアをカバーする。すなわち、各コイル配列601および602内の導電性材料の最も外側の長さは、全体的に揃えられる。
【００７５】
さらなる実施形態は、単一のコイルを備える第1のコイル構造と、同じく単一のコイルを備える第2のコイル構造とを備える。同様に、コイルによって発生する磁場の間に相互結合が存在しないように、第2のコイル配列は第1のコイル配列の下の中心に配置される。この実施形態は、たとえば、図5および図6に示された実施形態よりも制御することが困難であり、小さい許容範囲につながる可能性がある。
【００７６】
コイル配列500またはコイル配列600は、電気車両のワイヤレス電力伝達システム内のワイヤレス電力送信機装置で使用される場合がある。図5または図6には示されていないが、(たとえば、図1もしくは図2または本明細書に記載された他の図の1つまたは複数の構成要素を含む)様々な実施形態によるワイヤレス電力送信機装置は、各々コイル配列500またはコイル配列600に磁気的に関連付けられた1つまたは複数の透磁性部材を備える場合がある。たとえば、コイル配列500またはコイル配列600の下にフェライトコア(図示せず)が配置される場合がある。電力伝達領域に磁場を収容し、エネルギー損失を低減するために、磁気シールドが使用される場合もある。そのようなシステムは、送信機デバイスと受信機デバイスとの間の共振誘導結合を使用することができる。コイル構造501および502は、共振周波数を実現するために、互いに別個に同調することができる。送信機デバイス内のコイル構造501および502の同調は、特に密接に結合されたシステムの場合、受信機デバイスのコイルの影響およびそれらの同調を考慮に入れることもできる。たとえば、並列同調された受信機コイルは、送信機コイルの影響を低減することができ、その結果、送信機コイルの同調は、受信機コイルが存在し短絡されたとき、実行することができる。
【００７７】
たとえば、図5および図6を参照して今記載された様々な実施形態によるワイヤレス電力送信機装置は、いくつかの利益をもたらす。電気車両IPTシステムの送信機側に同一平面上のコイル構造501および単一のコイル502を含めると、電力伝達の比率または効率に悪影響を与えないいくつかのシステムと比較して、受信機構造内の電気車両に必要となり得る部品がより少なくなる。これにより、電気車両の複雑さおよびコストが削減されることが可能になる。加えて、同一平面上のコイル501は水平方向に磁束を供給するが、単一のコイル502は垂直方向に磁束を供給するので、送信機デバイスは、同一平面上のコイル501および単一のコイル502の中の電流の振幅および位相を変更することによって、電気車両受信機デバイスのタイプまたは位置に適応された磁束場を生成するように適応させることができる。各コイル内の電流の振幅および位相の調整は、同時に行うことができる。受信機コイルに電力を供給する2つのコイル配列を有すると、ワイヤレス電力伝達の比率および/または効率が向上することも可能になる。さらに、送信機デバイス内のコイルは、様々なシステム要件に適応することができる、位置ずれに対する様々な程度の許容範囲をもたらすように構成することができる。
【００７８】
ワイヤレス電力送信機装置を組み込む電気車両IPTシステムのいくつかの例示的な実施形態に関して、上記その他の利益をここで説明する。
【００７９】
図7は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム700内の誘導コイル701および702の斜視図である。図7に示されたコイル701および702は、たとえば、電気車両のワイヤレス電力伝達システムで使用することができる。ワイヤレス電力伝達システム700は、それ自体が第1のコイル構造701および第2のコイル構造704を備える(そのコイルの一部のみが示される)ワイヤレス電力送信機装置と、それ自体が受信機コイル構造702を備えるワイヤレス電力伝達受信機デバイスとを備える。送信機コイル構造701および704は、それぞれ、図5のコイル構造501および502と同じであり得る。受信機コイル構造702は、負荷に電気的に接続するように、たとえば電気車両のバッテリに有線接続するように構成された平面受信機コイル705を備える。送信機コイル構造701および704の上に配置された受信機コイル705のように、図7に示されたコイルは電気車両充電の状況内の通常の位置にある。図7に示された位置では、送信機コイル配列701の中心と受信機コイル配列702の中心が垂直に位置合わせされているので、ワイヤレス電力送信機コイル701とワイヤレス電力受信機コイル702は、上手に位置合わせされていると考えることができる。他の実施形態では、上手な位置合わせは、コイル配列のレイアウトおよび幾何学的形状に応じて、コイル配列のうちの異なる配列であると考えることができる。
【００８０】
図3のコイル配列と比較して、図7に示された実施形態のコイル配列は、ワイヤレス電力伝達システムに利点をもたらす。たとえば、通常、電気車両に取り付けられる受信機コイル配列702は、比較的簡単であり、単一の平面コイル705を備える。これにより、電気車両上のIPT構成要素のコストおよび複雑さが低減される。結果として、たとえば、送信機コイル703a、703b、および704の中の電流を制御する必要に起因して、システムの送信機側の複雑さが増大するが、システムの受信機側の利点に鑑みて、状況によっては、これは許容可能であり得る。
【００８１】
加えて、図7に示された送信機デバイス、および本明細書で説明された実施形態による送信機デバイスで複数のコイルを使用すると、送信機コイル配列内の電流が、電力伝達効率を増大させるように制御されることが可能になる。送信機コイル構造703a〜bと送信機コイル構造704の両方が受信機コイル構造702に結合されたとき、送信機コイル703a、703b、および704の中の電流の振幅は、所与の出力電力についての効率を増大させるように調整することができる。たとえば、送信機コイル構造703aおよび703bからの結合と送信機コイル構造704からの結合が等しい場合、2つの送信機コイル配列を通して等しい電流を走らせて、抵抗損失を削減することによって、高い効率を実現することができる。しかしながら、送信機コイル配列703a〜bまたは送信機コイル配列704のうちの1つが非常に低い結合を有する場合、そのコイル配列内の電流をゼロにすることがより効率的であり得る。
【００８２】
図8は、ワイヤレス電力伝達中の図7に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。図4と同様の方式で、図8は、図7のコイル700によってカバーされるエリア800を平面図で描写する。破線で輪郭を描かれたエリア801および802は、図7に示された、コイル構造701の同一平面上の送信機コイル703aおよび703bから受信機コイル705への電力寄与の例示的なおおよその空間分布を示す。実線で輪郭を描かれたエリア803は、単一の送信機コイル704から受信機コイル705への電力寄与の例示的なおおよその空間分布を描写する。太線で示された線804は、図7に示されたコイル配列用のあるしきい値レベルを上回る電力伝達についての推定許容域を表す。
【００８３】
図4に示されたコイルの推定許容域と比較して、コイル700の許容域804は、同一平面上のコイル703aおよび703bの中心間の線に平行な方向に広いが、同一平面上のコイル703aおよび703bの中心間の線に直交する方向に狭い。上述のように、図7のビューが電気車両に対して前方を見ていると仮定すると、これにより、図3のシステムと比較されたとき、コイル配列700は車両の横方向の位置ずれに対する許容範囲が大きくなるが、縦方向の位置ずれに対する許容範囲が小さくなる。上記で説明されているように、いくつかの状況、たとえば、送信機デバイスの上に車両を自動で配置するために、電気車両が制御システムによって制御される場合には、そのような許容範囲が望ましい場合がある。
【００８４】
図7のコイル、ならびに様々な実施形態の範囲内の他のコイル配列は、任意の方向で地上および電気車両に取り付けられ得ることが諒解されよう。すなわち、コイル配列は、図6および図7で描写された縦方向が横方向であり、その逆も同様であるように構成することができる。本明細書で説明された例示的な方向付けは様々な実施形態に限定しておらず、様々な実施形態によるコイル配列は代替的な方向付けで使用される場合があり、その場合、特定の方向に関して本明細書で説明されたコイル配列のいかなる利点も、コイル配列の代替的な方向付けに対して同じ方向に等しく適用されることを、当業者は諒解されよう。
【００８５】
図9は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル900の斜視図である。コイル900は、図5および図7の送信機コイル構造と同様であり、第1の送信機コイル構造901内の同一平面上のコイル903aおよび903bを含む送信機コイル構造901と、単一の送信機コイル904を含むコイル構造904とを備える。図9に示された実施形態では、受信機コイル構造902は、2つの同一平面上の受信機コイル905aおよび905bを備える。
【００８６】
図9に示された実施形態は、単一の受信機コイル配列を有する受信機デバイスとともに複数の送信機コイルを有する送信機デバイスを使用する、上記で説明された利点を所有し、図9の実施形態における単一の受信機コイル構造902は、2つの同一平面上のコイル905aおよび905bを備える。図9の受信機デバイスは、図7のコイルと比較してさらなるコイルを有する場合があり、したがって、より導電性の高い材料、通常リッツワイヤが使用される場合がある。
【００８７】
図10は、ワイヤレス電力伝達中の図9に示されたコイル900の電力寄与の空間分布を示す図である。図8と同様に、同一平面上の受信機コイル905aおよび905bに対する単一の送信機コイル904の電力寄与のおおよそのエリア1001および1002が実線によって示され、2つの同一平面上の送信機コイル903aおよび903bの電力寄与のおおよそのエリア1003が点線で輪郭を描いて示される。図8の電力寄与のエリアと比較して、送信機コイル配列からの寄与の位置が反転しており、すなわち、図8では、単一の送信機コイル704がエリア800内の中心で受信機コイルに対して電力を寄与し、図10では、エリア1000内の中心で受信機コイルに対して電力を寄与するのは、同一平面上の送信機コイル903aおよび903bであることに留意されたい。これらの図において周辺の電力寄与領域に寄与している送信機コイルに、同じ反転が当てはまる。
【００８８】
図4に示されたコイルの推定許容域404と比較して、コイル配列900の許容域1004は、電気車両に対して横方向にさらに広い。したがって、図9のコイル900は、図3に示されたコイル配列よりも、増大した横方向の位置ずれの許容範囲を必要とする状況にさらに適応することができる。図7に示されたコイル配列の推定許容域804と比較して、図10に示された許容域1004は、縦方向にさらに広い。許容域の幅は同様であるので、図9に示されたコイル配列の位置ずれに対する許容範囲全体は、図7に示されたコイル配列よりも大きい。したがって、これらのコイル配列900は、位置ずれに対するより大きい全体的な程度の許容範囲が求められるとき、望ましい場合がある。
【００８９】
さらに、図3に示されたコイルと比較して、図9に示された実施形態における送信機コイル901と受信機コイル902との間の結合は、縦方向でより高い。どのような所与の位置合わせの場合でも、これにより、コイルの側面からのより少ない磁場放射が可能になる。
【００９０】
図11は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム1100内の誘導コイルの斜視図である。さらに、送信機コイル構造1103a〜bおよび1104は、図5に示されたコイル構造501および502と同様である。図11に示された実施形態では、受信機コイル構造1102および1106はまた、コイル構造1102用の2つの同一平面上の受信機コイル1105aおよび1105b、ならびに単一の受信機コイル1106を備えるコイル構造を備える。
【００９１】
図11に示された実施形態は、図3に示されたコイル構造の受信機デバイスと同様のコイル構造を備える受信機デバイスを有する。結果として、図11の実施形態は、図7および図9を参照して記載された利益のうちの少なくともいくつかを実現しない場合がある。実際、コイル配列のコストおよび複雑さは、IPTシステムの送信機側と受信機側の両方に関して、他の実施形態と比較して高い可能性がある。しかしながら、図11に示された実施形態は、いくつかの状況では望ましい場合がある他の利益を所有することができる。
【００９２】
たとえば、図11に示された実施形態は、システム内のコイルの数がより大きいので、所与の送信機の電流について、送信機コイル1101と受信機コイル1102との間のより高い電力伝達率を実現することができる場合がある。これにより、図11のコイルが前に記載された実施形態と比較して高い比率で、またはより低い送信機デバイスもしくはベースデバイスの電流を使用するが同じ比率で電力を伝達するために、使用されることが可能になる場合がある。送信機デバイス内の電流の減少は、ワイヤレス電力伝達システムからの磁場放射を削減するために望ましい場合がある。コイルの側面からの磁場放射の量は、送信機デバイス内の電流におおよそ比例し、したがって、送信機デバイスの電流が低ければ低いほど、電界放射は低い。
【００９３】
図12は、ワイヤレス電力伝達中の図11に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。実線によって輪郭を描かれたエリア1201、1202、および1203は、コイル1100のエリア1200にわたって単一の送信機コイル1104からの電力寄与のエリアを近似し、点線によって輪郭を描かれたエリア1204、1205、および1206は、同一平面上の送信機コイル1103aおよび1103bからの空間的な電力寄与の近似である。点線で網掛けされたエリアは、単一の受信機コイル1106に供給された電力寄与を示し、対角線で網掛けされたエリアは、同一平面上の受信機コイル1105aおよび1105bに供給された電力寄与を示す。本質的に、コイル1100の電力寄与は、図7のコイル700の電力寄与と図9のコイル900の電力寄与の合計である。
【００９４】
太線1207は、図11のコイル配列についての送信機コイル1101および受信機コイル1102の位置ずれに対する許容範囲の領域を表す。この領域は、横方向と縦方向の両方で、図3、図7、および図9のコイル配列についての許容域よりも大きい。したがって、図11のコイル配列は、コイル間の位置ずれに対する全体的により大きい許容範囲であり、そのようなレベルの許容範囲が望ましい場合有用であり得る。
【００９５】
図13は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル1300の斜視図である。図13では、送信機コイル構造1301および1304は、それぞれ図6に示されたコイル構造601および602と同様である。受信機コイル構造1302および1306は、図11の受信機コイル構造1102および1106と同様であり、2つの同一平面上の受信機コイル1305aおよび1305b、ならびに単一の受信機コイル1306を備える。
【００９６】
図11のコイル1100と同様に、コイル1300により、IPTシステムの送信機デバイスと受信機デバイスとの間の電力伝達率が増加する場合がある。さらに、これにより、所与の電力伝達の場合、電力伝達が速くなり、電流が低くなり、したがって、システム構成要素上の緊張が低減され、磁場放射が削減される可能性がある。コイル配列1300は、システムの車両側での場合によってはある程度増大したコストおよび複雑さ、ならびに図11に示された実施形態の単一のコイル1104と比較して大きい単一のコイル1304を伴い、単一のコイル1304は、より多く巻き付けられた導電性材料、したがってより大きい重さおよびコストを要する可能性がある。
【００９７】
図14は、ワイヤレス電力伝達中の図13に示されたコイル1301および1302の電力寄与の空間分布を示す図である。図14に関してわかるように、コイル1300の位置ずれの許容域は、図11のコイル1100の位置ずれの許容域よりも大きい。実線によって輪郭を描かれたエリア1401、1402、および1403は、コイル1300のエリア1400にわたって単一の送信機コイル1304からの電力寄与のエリアを近似し、点線によって輪郭を描かれたエリア1404、1405、および1406は、同一平面上の送信機コイル1303aおよび1303bからの空間的な電力寄与の近似である。点線で網掛けされたエリアは、単一の受信機コイル1306に供給された電力寄与を示し、対角線で網掛けされたエリアは、同一平面上の受信機コイル1305aおよび1305bに供給された電力寄与を示す。太線1407は、送信機コイル1301と受信機コイル1302との間の位置ずれの許容範囲の領域の近似である。
【００９８】
図12の相当する電力寄与図と比較して、コイル1300からの電力寄与の空間分布は、単一の送信機コイル1304の寸法が広いので、横方向に広いことがわかる。結果として、図13のコイル1300は、前に説明されたコイルよりも、横方向での位置ずれに対する大きい許容範囲を有する。
【００９９】
図15は、別の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル1500の斜視図である。図15では、送信機コイル構造1501および1504と(コイル1505aおよび1505bから形成された)受信機コイル構造1502の両方は、図11の受信機コイル構造と同様であり、同一平面上の受信機コイル1505aおよび1505bは、単一の受信機コイル1506に対して実質的に中心にまとめて配置される。別の言い方をすれば、受信機装置は、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造(1501もしくは1504または両方)によって発生する磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するように構成された(1505aおよび1505bを含む)第1の導電性構造1502を含む。第1の導電性構造1502は幅よりも大きい長さを有し、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループ1505aおよび第2のループ1505bを含む。第1のループ1505aおよび第2のループ1505bは、実質的に同一平面上にある下面を有する。第1の導電性構造は、第1の導電性構造1502の長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。第1のループ1505aと第2のループ1505bとの間を走る形状線の幅に沿って延びる第2の形状線は、長さに沿って延びる線と実質的に直交する。受信機装置は、送信機の導電性構造1501からの磁場を介して、ワイヤレスに電力を受信するように構成された第2の導電性構造1506をさらに含む。第2の導電性構造1506は第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の導電性構造1506の長さに沿って延びる。いくつかの実施形態では、第2の導電性構造1506によって囲まれた第3のエリアの中心は、第1のループ1505aと第2のループ1505bとの間の点の上に実質的に配置される。
【０１００】
図15に示されたように、電気車両のバッテリなどの負荷に電気的に接続されるか、または接続可能であり得る受信機コイル構造1502および1506は、(コイル1503aおよび1503bを含む)送信機コイル構造1501および1504と接合されるとき、異なる方向に配列され、図11の受信機コイルと比較して水平面内で実質的に90°まで回転し、その結果、同一平面上の受信機コイル1505aおよび1505bは、同一平面上の送信機コイル1503aおよび1503bと実質的に直交する。すなわち、受信機コイルの縦軸は、送信機の導電性構造1501の送信機コイル1503aおよび1503bの縦軸に全体的に直交する。別の言い方をすれば、同一平面上の受信機コイル1505aおよび1505bの中心間の線は、同一平面上のコイル送信機1503aおよび1503bの中心間の線に実質的に直交する。さらに別の言い方をすれば、第2の導電性構造の長さに沿って延びる、上述された第1の形状線は、送信機の導電性構造1501の長さに沿って延びる第3の形状線に実質的に直交する。
【０１０１】
第1のループ1505aおよび第2のループ1505bは、第1のエリアおよび第2のエリアを囲むように巻き付けられた単一のコイル、または別の実施形態では、第1のエリアおよび第2のエリアを囲むように異なる別個のコイル1505aおよび1505bから形成されるかのいずれかであり得ることを諒解されたい。実際、同一平面上の構造を示す上述された図のうちのいずれにおいても、2つの別個の同一平面上の構造は、第1のエリアおよび第2のエリアを囲むように巻き付けられた単一のコイルから形成されるか、または第1のエリアおよび第2のエリアを囲むように別個のコイルから形成されるかのいずれかであり得ることを諒解されたい。その上、第1の受信機の導電性構造1502および第2の受信機の導電性構造1506は、上記で説明されたように、第1の受信機の導電性構造1502と第2の受信機の導電性構造1506との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置することができる。
【０１０２】
図15の実施形態は、図11および図1に示された実施形態に関して上記で説明された利点および欠点のうちのいくつかを共有する。しかしながら、様々な方向における位置ずれに対する許容範囲は、ここで図16に関して説明されるように、様々な特性を有し、図16は、ワイヤレス電力伝達中の図15に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である。実線によって輪郭を描かれたエリア1601、1602、および1603は、コイル1500のエリア1600にわたって単一の送信機コイル1504からの電力寄与のエリアを近似し、点線によって輪郭を描かれたエリア1604〜1609は、同一平面上の送信機コイル1503aおよび1503bからの空間的な電力寄与の近似である。点線で網掛けされたエリアは、単一の受信機コイル1506に供給された電力寄与を示し、対角線で網掛けされたエリアは、同一平面上の受信機コイル1505aおよび1505bに供給された電力寄与を示す。太線1610は、送信機コイルと受信機コイルとの間の位置ずれの許容範囲の領域の近似である。
【０１０３】
図16に示された電力寄与の空間分布と、図11に示された実施形態に関する図12に示された電力寄与の空間分布との間の比較を行うことができる。単一の受信機コイルに供給された電力寄与を描写する点線のエリアは、両方の場合で同様に分布している。しかしながら、図16では、同一平面上の受信機コイル1505aおよび1505bに供給された電力寄与を描写する対角線で網掛けされたエリアは、エリア1600の上部と下部に沿って位置している。これは、エリア1200の中央に位置している図12の相当する領域と対照的である。
【０１０４】
図16に示された位置ずれに対する許容範囲全体は、図12に示された位置ずれに対する許容範囲全体よりも大きいエリアであり、またより長方形の形状である。別の言い方をすれば、第1の受信機コイル構造1502および第2の受信機コイル構造1506は、第1の中心点(たとえば、コイル構造1505a〜bおよび1506の表面領域をカバーする幾何学的な長方形の中心点)を一括して有する。送信機の導電性構造1503a〜bおよび1504は、第2の中心点(たとえば、送信機の導電性構造の表面領域をカバーする幾何学的な長方形の中心点)を有する。その中で電力伝達の量がしきい値を上回る、第1の中心点と第2の中心点との間のオフセット距離によって画定された点のセットは、実質的に長方形である。これの効果は、第1の方向に直交する方向における位置ずれの量に対する、第1の方向における位置ずれに対する許容量の依存度を低減することである。車両が横方向に下手に位置合わせされても、縦方向における許容範囲の程度は、横方向の位置ずれが重度(たとえば、線1610によって境界が示された領域の境界に近づくこと)でない限り、少ししか影響されないことは、図16の太線1610からわかる。これは、図12の線1207によって描写された、図11に示された実施形態の許容範囲全体と比較することができ、図12では、線1207の楕円上の姿は、横方向における位置ずれが縦方向における位置ずれに対する許容範囲の程度を低減し、逆も同様であることを示す。
【０１０５】
結果として、図15に示された実施形態では、1つの方向における位置ずれは、他の方向における位置ずれの可能性を必ずしも一層高めるとは限らない。それにより、製造業者が、横方向と縦方向の両方で別個に所与のシステムまたは状況の許容範囲の要件を満たすように、送信機コイル配列と受信機コイル配列の両方を設計することも可能になる。この柔軟性により、適切なコイル配列の設計が簡単になる場合がある。
【０１０６】
上述された他の実施形態と比較して、図15に示された実施形態の位置ずれに対する大きい許容範囲により、コイル配列のサイズが縮小され、したがって構成要素のコストも削減しながら特定の許容範囲の程度を維持することが可能になる場合がある。コイル配列のサイズを縮小すると、車両の境界を越える磁場放射が低減される場合もある。
【０１０７】
さらに別の例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム内の誘導コイル1700の斜視図である図17に、同様の例示的な実施形態が示される。図17では、送信機コイル構造1701および1704と受信機コイル構造1702および1706の両方は、図13の受信機コイルと同様であるが、受信機コイル構造1702および1706は、異なる方向に配列され、図13の受信機コイル構造1302および1306と比較して水平面内で実質的に90°まで回転し、その結果、同一平面上の受信機コイル1705aおよび1705bは、同一平面上の送信機コイル1703aおよび1703bに実質的に直交する。
【０１０８】
図17の実施形態は、図15の実施形態に関して上記で説明された利点および欠点のうちの多くを共有する。さらに、それは、ワイヤレス電力伝達中の図17に示されたコイルの電力寄与の空間分布を示す図である図18に示されたように、位置ずれの許容範囲の同様の特性を有する。実線によって輪郭を描かれたエリア1801、1802、および1803は、コイル1700のエリア1800にわたって単一の送信機コイル1704からの電力寄与のエリアを近似し、点線によって輪郭を描かれたエリア1804〜1809は、同一平面上の送信機コイル1703aおよび1703bからの空間的な電力寄与の近似である。点線で網掛けされたエリアは、単一の受信機コイル1706に供給された電力寄与を示し、対角線で網掛けされたエリアは、同一平面上の受信機コイル1705aおよび1705bに供給された電力寄与を示す。太線1810は、送信機コイルと受信機コイルとの間の位置ずれの許容範囲の領域の近似である。
【０１０９】
図17の実施形態の位置ずれの許容範囲の特性は、図15の実施形態の位置ずれの許容範囲の特性と同様であり、図16に関して上述されている。しかしながら、エリア1801、1802、および1803によって描写されたように、単一の送信機コイル1704からの電力寄与の領域は、図16の相当する領域よりも大きい。このことは、図15の単一の送信機コイル1504と比較して、単一の送信機コイル1704のより大きいサイズを反映する。結果として、図16と比較して、図18の様々な送信機コイルからの電力寄与の領域間に、より大きい重複が存在する。したがって、図15の実施形態と比較して、図17の実施形態は、送信機コイルおよび/または受信機コイルのうちの2つ以上が電力寄与を送信/受信しているコイル配列間で、より大きい範囲の位置ずれの場所をもたらす場合がある。これにより、これらの場所におけるより効率的な電力伝達、および、送信機コイル配列のうちの1つが誤動作した場合まだ電力を伝達することが可能であり得るシステムがもたらされる場合がある。
【０１１０】
図15および図17の実施形態では、受信機コイル構造は、送信機コイル構造に対して実質的に直角に方向付けされる。それは関係するコイル構造の相対的な方向付けであり、(図が車両に対して縦方向に見られると仮定して、図15および図17に示されたように)受信機コイル配列が電気車両の下側の横方向に、縦方向に、または他の方向に取り付けられる実施形態が提供される場合がある。送信機コイルのいくつかの配列の場合、下に取り付けられた受信機コイル構造を有する電気車両は、そちらから車両が送信機コイルの上を前進する方向、したがって車両の方向に応じて、送信機コイルに対していずれの方向にも受信機コイルを方向付けできる場合があることも諒解されよう。したがって、電気車両のコントローラまたは運転手は、充電動作中、送信機コイルおよび受信機コイルをどの方向に向けるかについて選択肢を有することができる。この選択肢は、可能な方向に関連付けられた充電の必要な特性によって規定することができる。しかしながら、いくつかの送信機コイル配列は、たとえば、駐車スペースまたはガレージで、車両が実際には1方向から送信機コイル配列の上を前進することしかできないように、地上に取り付けることができる。
【０１１１】
より一般的に、少なくともいくつかの実施形態は、受信機コイル構造と送信機コイル構造が上手に位置合わせされたとき、たとえば、受信機コイル配列と送信機コイル配列の物理的な中心が垂直に位置合わせされたとき、同一平面上の受信機コイルと同一平面上の送信機コイルが結合しないように、または所定のしきい値を下回る結合を有するように方向付けされた、受信機コイル構造および送信機コイル構造を含む。上記の説明は、たとえば、受信機コイルと送信機コイルが実質的に直角に方向付けされたとき、コイル間の結合レベルが非常に低い構成を記載している。
【０１１２】
他の実施形態では、単一の送信機コイル1504または1704がない、図15および図17に示された送信機コイル構造と同様の送信機コイル構造が提供される場合がある。すなわち、これらの実施形態における送信機コイル配列は、同一平面上の送信機コイルのみを備える。図に示されたような受信機コイル構造がそのような送信機コイル構造と中心で位置合わせされた場合、単一の送信機コイルが存在した場合に実現可能であったはずよりも低い比率の電力伝達が存在する場合があることが、図16および図18からわかる。
【０１１３】
再び図6のコイル600を参照すると、ここで記載され、下記でさらに記載されるように、電力伝達効率を高め、いくつかの悪影響を減らすために、コイル配列内の電流の方向を制御することができる。
【０１１４】
一実施形態では、同一平面上の送信機コイル601aと601bが隣接する部分内の電流が同じ方向に流れるように、同一平面上の送信機コイル601aおよび601b内の電流は、反対方向に流れるように構成される場合がある。たとえば、コイル601a内の電流は時計回りに流れる場合があり、コイル601b内の電流は反時計回りに流れ、逆の場合もあり得る。同一平面上の送信機コイル601aおよび601b内の電流の所与の流れ方向の場合、単一の大きい送信機コイル602内の電流は、2つの方向のうちの1つ、時計回りまたは反時計回りのいずれか、すなわちコイル601a内の電流と同じ方向、またはコイル601b内の電流と同じ方向のうちのいずれかに流れることができる。単一のコイル602内の電流がコイル601aと同じ方向に流れる場合、送信機コイル配列600によって発生した磁束場は、コイル601aの方向にコイル配列の中心からオフセットされる。同様に、単一のコイル602内の電流がコイル601bと同じ方向に流れる場合、磁束場は、コイル601bの方向にオフセットされる。したがって、単一の送信機コイル602または同一平面上の送信機コイル601aおよび601bのいずれかの中を電流が流れる方向を変更することによって、最も強い磁束密度の場所を変更することができる。
【０１１５】
図5の送信機コイル500、および様々な実施形態の範囲内の他のコイルの中の電流の方向に対して、同じ考察が適用されるが、同一平面上のコイル501aおよび501bまたは単一のコイル502のいずれかの中で電流を切り替えた結果としての磁場のオフセット量は、コイル配列の縁部が位置合わせされていないので、図6のコイル配列の磁場のオフセット量よりも小さい場合がある。
【０１１６】
ワイヤレス電力伝達システムでのワイヤレス電力伝達中に、受信機コイル配列が送信機コイル配列と位置ずれした場合、コイル内の電流の方向は、最も大きい磁場強度の領域の位置をオフセットして、送信機コイルと受信機コイルとの間の結合レベルを高め、したがってワイヤレス電力伝達の効率を高めるように制御することができる。そのために、ワイヤレス電力伝達システムは、送信機デバイスに対する受信機デバイスの位置を検出するように動作可能な機構を備える場合がある。例示的な位置検出機構を下記でさらに説明する。さらに、システムは、送信機デバイスおよび受信機デバイスの検出された位置に基づいて、送信機デバイスの同一平面上のコイル配列または単一のコイル配列のいずれかまたは両方の中の電流を制御するための機構を備える場合がある。一実施形態では、制御機構は送信機デバイスの中に含まれる場合がある。
【０１１７】
制御機構は、位置検出機構によって識別された送信機コイルに対する受信機コイル配列の位置に応答して、上記コイルの1つまたは両方の中の電流の方向を変更するように動作可能であり得る。たとえば、受信機コイルが図6に示されたように送信機コイル601aの方向で横方向に位置ずれした場合、制御機構は、時計回りまたは反時計回りのいずれかであり得る送信機コイル601a内の電流と同じ方向に、単一のコイル602内の電流を流れさせることができる。これにより、発生した磁場が送信機コイル601aの方向で横方向にオフセットされ、したがって磁場が全体的に受信機コイルに向けられる。代替例では、同一平面上のコイル内の電流の方向が変更される場合がある。これらの例では、位置ずれした受信機デバイスに最も近いどちらかの同一平面上のコイル601内の電流が、単一のコイル602内の電流と同じ方向に流れるように、コイル内の電流が制御される。
【０１１８】
送信機コイルと受信機コイルが上手に位置合わせされた場合、送信機コイルによって発生した最も高い磁場の強度の領域をオフセットしないことがより効率的であり得る。送信機コイル配列と受信機コイル配列の横方向の位置合わせが、ある既定のしきい値以内であることを位置検出機構によって検出された場合、発生した磁場が送信機コイル構造の上で中心に集められ、磁場がオフセットされた場合よりも上手に受信機コイルと位置合わせされるように、制御機構は、同一平面上の送信機コイル601aおよび601bまたは単一のコイル602のいずれかの中を流れる電流をゼロにするように動作可能であり得る。
【０１１９】
別の実施形態では、ワイヤレス電力伝達システムは、ワイヤレス電力受信機デバイスとワイヤレス電力送信機デバイスの相対方向を決定することができる場合がある。いくつかの実施形態では、受信機デバイスと送信機デバイスの相対方向を決定するための機構は、位置検出機構に加えて提供される場合がある。ワイヤレス電力受信機デバイスとワイヤレス電力送信機デバイスの決定された相対方向および/または相対位置に基づいて、電流供給機構は、それに応じて送信機コイルに電流を供給して、たとえば、電力伝達の比率または効率を高めることができる。
【０１２０】
ここで、図17に示された実施形態を参照して、一例が記載される。
【０１２１】
図17に示された位置では、各コイル配列の中心がおおよそ垂直に位置合わせされているので、受信機コイル構造1702および1706は、送信機コイル構造1701および1704と上手に位置合わせされていると考えることができる。図18に示された電力寄与の空間分布を参照すると、横方向でのエリア1800の中央部への最大の電力寄与は、エリア1801、1802、および1803によって示されたように、単一の送信機コイル1704からである。したがって、送信機コイル配列および受信機コイル配列がこの位置合わせの位置にある場合、かつコイル配列が互いに直角に方向付けされている場合、単一の送信機コイル1704のみに電流を供給することは有益であり得る。この場合、同一平面上の送信機コイル1703aおよび1703bに電流、したがって電力を供給すると、その電力の少ししか受信機コイルに伝達されない結果になり、このことは、場合によっては非効率的であり得る。同一平面上の送信機コイルへの電流をゼロにすると、場合によってはさらに電力伝達効率を低減させる可能性がある、非対称の磁場が生成されることを回避することもできる。
【０１２２】
しかしながら、受信機コイル配列1702が送信機コイル配列1701に対して横方向に位置ずれした場合、たとえば、同一平面上のコイル1703aの方向に位置ずれした場合、送信機コイルに電流を異なるように供給することによって、より効率的な電力伝達が実現可能であり得る。図18は、エリア1804〜1809によって示されたように、エリア1800の横方向の縁部に近い領域への電力の著しい寄与が、同一平面上の送信機コイル1703aおよび1703bから来ることを示す。したがって、エリア1800の横方向の縁部に向かう位置ずれは、同一平面上の送信機コイル1703aおよび1703bのみに電流を供給すること、および単一の送信機コイル1704に供給される電流をゼロにすることによって、電力伝達効率が高まることを意味する場合がある。代替として、受信機コイル配列に最も近い送信機コイル1703a内の電流の方向は、上記で説明されたように、単一の送信機コイル1704内の電流と同じであるように制御することができる。
【０１２３】
したがって、送信機コイル配列と受信機コイル配列の相対方向、ならびにそれらの相対位置の両方の決定は、送信機コイルに電流がどれだけ供給されるかを制御するために使用することができる。
【０１２４】
受信機デバイスと送信機デバイスの相対位置および相対方向を決定するために、任意の適切なシステムまたは方法を使用することができる。
【０１２５】
図19は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システム1900内の誘導コイルの概略図である。コイルは、図3〜図18を参照して上述された構成のいずれかで実装することができる。
【０１２６】
システム1900は、上述されたコイル構成によって一般的に図示されたように、送信機または「1次」コイル構造1901と、受信機または「2次」コイル構造1902とを備える。
【０１２７】
1次コイル構造1901は、関連するインダクタンスL1を有する第1の1次コイル構造1903と、関連するインダクタンスL2を有する第2の1次コイル構造1904とを備える場合がある。2次コイル構造1902は、関連するインダクタンスL3を有する場合がある。
【０１２８】
動作中、図2を参照して一般的に記載されたように、電力は電流IL1で第1の1次コイル構造1903に送達され、電流IL2で第2の1次コイル構造1904に送達される。結果として磁場が放射され、磁場は、電流IL3に2次コイル構造1902を通過させる電圧を誘起する。
【０１２９】
第1の1次コイル構造1903および第2の1次コイル構造1904の各々は、2次コイル構造1902と結合される。第1の1次コイル構造1903と2次コイル構造1902との間の結合係数は、本明細書では「k13」と呼ばれる場合があり、第2の1次コイル構造1904と2次コイル構造1902との間の結合係数は、本明細書では「k23」と呼ばれる場合がある。
【０１３０】
結合係数は、任意の適切な機構によって決定することができる。例示的な実施形態では、受信機側、たとえば図2の電気車両充電システム214は、2次コイル構造1902の両端間の短絡電流を測定するための機構を備える場合がある。短絡電流は、サブ回路内のスイッチを選択的に閉めることによって測定することができる。1次コイル構造内の所与の基本電流(または複数の基本電流)の場合、2次インダクタの両端間の短絡電流は、それらの間の結合レベルを示す。短絡電流を測定する任意の適切な機構を使用することができる。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、特に直列同調システムでは、結合を判定するために、開路電圧を測定し使用することができる。短絡電流または開路電圧の測定は、同調トポロジに依存することを諒解されたい。電流源出力が、たとえば並列同調として提示されるような同調の場合、回路を開くことができないので、短絡電流を測定する必要がある。逆に、電圧源出力が、たとえば直列同調として提示された場合、結合係数を決定するために開路電圧が必要になる。
【０１３２】
電圧を測定するための機構および電流を測定するための機構は、ワイヤレス電力伝達システムの1つまたは複数のデバイスと通信しているか、または上記デバイスに統合された別個のデバイスであり得ることを諒解されたい。
【０１３３】
1次コイル構造1901および2次コイル構造1902の各々の間の結合係数を決定するために、電力は、1次コイル構造1903および1904の各々、ならびに/またはそれらの組合せに順次供給することができ、2次コイル構造1902で誘起された電力への個別の寄与の測定が行われる。たとえば、電力は、一定数のミリ秒(たとえば、250ミリ秒)の間だけ第1の1次コイル構造1903のみに供給することができ、2次コイル構造1902で電力が誘起された結果として発生した電流および/または電圧が測定される。次いで、電力は、一定数のミリ秒(たとえば、250ミリ秒)の間第2の1次コイル構造1904のみに供給することができ、2次コイル構造1902で電力が誘起された結果として発生した電流および/または電圧が測定される。次いで、電力は、一定数のミリ秒(たとえば、250ミリ秒)の間共に延びる1次コイル構造1903と1904の両方に供給することができ、2次コイル構造1902で電力が誘起された結果として発生した電流および/または電圧が測定される。これらの電流および/または電圧の測定値から、1次コイル1901および2次コイル1902の各々の間の結合係数を決定することができる。
【０１３４】
結合係数が決定されると、各2次コイル構造1902に対する各1次コイル構造1903および1904の寄与は、送信機または1次コイル1901内に印加されるべき電流IL1およびIL2の振幅および/または相対位相を決定するために使用することができる。例示的な実施形態では、結合係数の決定ならびに/または電流IL1およびIL2用の制御パラメータの決定は、送信機側と受信機側の最初の位置合わせのときに1度だけ、周期的に、電力伝達特性において検出された変化に従ってリアルタイムに、または送信機側と受信機側の間の通信上で、実行することができる。加えて、電流IL1およびIL2の振幅および/または相対位相は、システム1900からの放射を低減し、しきい値を下回る放射を維持するように制御される。
【０１３５】
下記に略述される例示的なシナリオの適用例は、特定のシステムの構成、および、たとえばシステム内の構成要素上の損失を最小化すること、または緊張を低減することに関するシステム設計者の目的によって、大いに影響される場合があることを諒解されたい。
【０１３６】
送信機デバイスと受信機デバイスとの間の結合係数が高ければ高いほど、送信機デバイスから受信機デバイスに電力をワイヤレスに送信するときの電力伝達がより効率的になる。したがって、測定された係数の値は、印加されるべき電流IL1およびIL2の振幅を決定する際に、入力として使用することができる。たとえば、k13>k23の場合、より近い結合を利用し、より効率的に電力を伝達するために、IL1の振幅がIL2に比べて増大する(または第2の1次コイル構造1904を完全にオフにする)場合がある。1次コイル構造1901内の電流における大きい変化は、1つまたは複数の電源上の緊張に起因して、一般的に望ましくない場合があるが、ある程度の変動性は、システムの効率に悪影響を及ぼすことなく許容される場合がある。
【０１３７】
さらに、いくつかのコイル構造を通る電力送達は、いくつかのコイルタイプの一般的により効率的な動作を利用するために優先される場合がある。たとえば、図6の実質的に同一平面上の送信機コイル601aおよび601bを通る電流を増大させることは、単一の平面送信機コイル604を通る電流よりも優先される場合がある。
【０１３８】
例示的な実施形態では、損失を低減するために可能な限り同様であるように、両方の電流の振幅のバランスをとることが好ましい場合がある。
【０１３９】
別の例示的な実施形態では、各1次コイル内の既知の相対損失(たとえば、抵抗損失)に応じて、電流の振幅の一定の比率を決定することが好ましい場合がある。そうする際に、各コイル配列において損失のバランスがとられるように、電流の振幅を制御することができる。
【０１４０】
例示的な実施形態では、電流IL1およびIL2の位相は、上記の電流の振幅に加えて、またはその代わりに制御することができる。電流の位相と振幅の両方は、同時に調整することができる。第1の1次コイル構造1903および第2の1次コイル構造1904によって放射された磁場の結果として、第2のコイル構造1902内で誘起された電圧Voc13およびVoc23は、それぞれ式
【０１４１】
【数１】
2015537496.tif 000003
【０１４２】
によって与えることができる。
【０１４３】
ここで、L1は第1の1次コイル構造1903のインダクタンスであり、L2は第2の1次コイル構造1904のインダクタンスであり、Aは電流IL1とIL2との間の位相差である。
【０１４４】
位相差は、たとえば、望ましいシステム状態を実現するために、システムを同調または離調するために制御することができる。電流IL3は以下の式によって決定することができる。
【０１４５】
【数２】
2015537496.tif 000004
【０１４６】
ここで、Rは2次コイル配列1902の抵抗値であり、Xは2次コイル配列1902のリアクタンスである。
【０１４７】
以下の式は、インダクタンスにかかわらず、2次コイル構造を備える任意の受信機に式の結果を適用することを可能にするために、リアクタンスに対して正規化された電源に対する、VARの相対量および実際の負荷を決定するために使用することができる。
【０１４８】
【数３】
2015537496.tif 000005
【０１４９】
一実施形態では、2つの1次コイル構造1903と1904との間の電流の位相は、0度または180度のいずれか1つである。特定の位相差、0度または180度のいずれかは、2つの1次コイル1901の各々に対する2次コイルの位置に依存する。
【０１５０】
図20は、図19の2次コイル構造1902で見られるインピーダンスの実数成分および虚数成分を示すグラフ2000であり、電流IL1とIL2との間の位相差Aに対して正規化されたインピーダンスをプロットする。トレース2001およびトレース2002は、Voc13によって見られる実数負荷および虚数負荷であり、トレース2003およびトレース2004は、Voc23によって見られる実数負荷および虚数負荷である。
【０１５１】
例示的な実施形態では、位相差は、-0.5<A<0.5以内であるように制御することができる。そうする際に、上述された相対位相によるシステムの同調は、そうでない場合同調の利益を無効にする可能性がある、電源に対する緊張を引き起こさずに実現することができる。
【０１５２】
図21A、図21B、および図21Cは、電流および電圧上の位相差の影響を示す。図21Aは、電流IL1とIL2が同じ位相を有する例示的なシナリオを示すベクトル図である。電圧Voc13とVoc23との間の位相差および電流IL3は、並列同調の当然の結果である。
【０１５３】
図21Bは、IL1がIL2をリードする例示的なシナリオを示すベクトル図である。システムによって見られる結果として生じた電圧(Vocsum)は、図21Aの電圧と比較して減少する場合がある。これにより、1次コイル構造1901でのインダクタンスが低減される場合がある。インダクタンスにおけるこの調整は、システム1900を同調して結合を改善するために使用することができる。位相差が大き過ぎる場合、一方の1次コイル構造が静電性であり、他方が誘導性である場合があり、これにより、2つのコイル構造が反対方向で離調される可能性があることが想定される。これにより、余分なVAR負荷を駆動させるために必要であり得るコイル配列-たとえば、インバータで使用されているHブリッジ-に電力を供給する構成要素において効率が低減され、さらにはこの負荷が大き過ぎた場合障害が生じる。前に説明されたように、これらの影響を低減するために、位相差に関して制限された範囲内でシステムを動作させる得ることが想定される。
【０１５４】
図21Cは、電流IL1とIL2が実質的に逆位相であり、その結果、電圧Voc13とVoc23が互いに対向して、個別のコイル配列の寄与よりも小さいVocsumをもたらす、例示的なシナリオを示すベクトル図である。結果として生じたIL3およびVocsumにおける減少により、送信機での電力需要の低減がもたらされる場合がある。
【０１５５】
低減された電力需要に起因して、電源に関連付けられた任意のインバータの導通角度は、より高い場合がある。これは、電力が導通されている間の時間が増大し、ピーク電流および構成要素によって生まれた関連する緊張が削減されることを示す。
【０１５６】
ここで、図22を参照して、ワイヤレス電力伝達システムの構成要素が記載される。上述された実施形態のうちのいずれも、図22を参照して記載される構成要素のうちの1つまたは複数を使用することができる。たとえば、上述された実施形態と併せて図22の構成要素を使用する実施形態は、受信機デバイスと送信機デバイスの相対位置および相対方向の識別を実現することができる。一実施形態は、位置および/または方向の決定結果に基づいて、送信機コイル内の電流を制御するように動作可能な制御機構(たとえば、コントローラ)をさらに備える。制御機構は、送信機コイル配列および受信機コイル配列の検出された位置/方向に基づいて、適切な電流供給構成を決定するように動作可能なプロセッサを備えることができる。
【０１５７】
図22は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム2210は、通信リンク2276、案内リンク2266、ならびにベースシステム誘導コイル2208および電気車両誘導コイル2216のための位置合わせシステム2252、2254を示す。ベースシステム誘導コイル2208は、図3〜図21を参照して上述された送信機コイル構成の実施形態のうちのいずれからも形成することができる。電気車両誘導コイル2216は、図3〜図21を参照して上述された受信機コイル構成の実施形態のうちのいずれからも形成することができる。図2を参照して上述されたように、電気車両112に向かうエネルギーフローを仮定すると、図22では、ベース充電システム電力インターフェースは、AC電源またはDC電源などの電力源から充電システム電力変換器2236に電力を供給するように構成することができる。ベース充電システム電力変換器2236は、ベース充電システム電力インターフェースからAC電力またはDC電力を受信して、ベースシステム誘導コイル2208をその共振周波数においてまたはその共振周波数の近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル2216は、近距離場結合モード領域にあるとき、近距離場結合モード領域からエネルギーを受信して、共振周波数においてまたは共振周波数の近くで発振することができる。電気車両電力変換器2238は、電気車両誘導コイル2216からの発振信号を、電気車両電力インターフェースを介してバッテリを充電するのに適した電力信号に変換する。
【０１５８】
ベースワイヤレス充電システム2212はベース充電システムコントローラ2242を含み、電気車両充電システム2214は電気車両コントローラ2244を含む。ベース充電システムコントローラ2242は、たとえば、コンピュータ、および配電センタ、またはスマート電力網などの他のシステム(図示せず)へのベース充電システム通信インターフェースを含む場合がある。電気車両コントローラ2244は、たとえば、車両上の搭載コンピュータ、他のバッテリ充電コントローラ、車両内の他の電子システム、およびリモート電子システムなどの他のシステム(図示せず)への電気車両通信インターフェースを含む場合がある。
【０１５９】
ベース充電システムコントローラ2242および電気車両コントローラ2244は、別個の通信チャネルを有する特定のアプリケーション用のサブシステムまたはモジュールを含む場合がある。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたは別個の論理チャネルであり得る。非限定的な例として、ベース充電位置合わせシステム2252は、通信リンク2276を介して電気車両位置合わせシステム2254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2208と電気車両誘導コイル2216をより厳密に位置合わせするためのフィードバック機構を提供することができる。同様に、ベース充電案内システム2262は、案内リンクを介して電気車両案内システム2264と通信して、ベースシステム誘導コイル2208と電気車両誘導コイル2216を位置合わせする際にオペレータを誘導するために、フィードバック機構を提供することができる。加えて、ベースワイヤレス電力充電システム2212と電気車両充電システム2214との間で他の情報を通信するための、ベース充電通信システム2272および電気車両通信システム2274によってサポートされる別個の汎用通信リンク(たとえば、チャネル)があり得る。この情報は、ベースワイヤレス電力充電システム2212と電気車両充電システム2214の両方の電気車両特性、バッテリ特性、充電状態、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両112についての保守および診断データを含む場合がある。これらの通信チャネルは、たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラーなどの別個の物理通信チャネルであり得る。これらのシステムは、任意の適切な方式でベースシステム誘導コイル2208と電気車両誘導コイル2216の相対位置および/または相対方向を決定し通信するように動作することができる。
【０１６０】
ベースワイヤレス充電システム2212と電気車両充電システム2214との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム2210は、帯域内シグナリングとRFデータモデム(たとえば、無認可の帯域内の無線を介したイーサネット（登録商標）)の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用者/所有者への付加価値サービスの割振りに十分な帯域幅を提供することができる。ワイヤレス電力キャリアの低深度振幅または位相変調は、干渉を最小限に抑えた帯域内シグナリングシステムとしての働きをすることができる。
【０１６１】
さらに、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用せずにワイヤレス電力リンクを介して実行される場合がある。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル2208および2216は、ワイヤレス通信送信機としての働きをするように構成される場合もある。したがって、ベースワイヤレス電力充電システム2212のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上でキーイングタイププロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含む場合がある。既定のプロトコルによる既定の間隔での送信電力レベルのキーイング(振幅シフトキーイング)により、受信機は、送信機からのシリアル通信を検出することができる。ベース充電システム電力変換器2236は、ベースシステム誘導コイル2208によって発生した近距離場の近傍で作動中の電子車両受信機の有無を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含む場合がある。例として、負荷感知回路は、ベースシステム誘導コイル2208によって発生した近距離場の近傍で作動中の受信機の有無によって影響される電力増幅器に流れる電流を監視する。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信するための発振器を有効にすべきかどうか、作動中の受信機と通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを判定する際に使用するためのベース充電システムコントローラ2242によって監視することができる。
【０１６２】
ワイヤレス高電力伝達を可能にするために、いくつかの実施形態は、10〜60kHzの範囲内の周波数で電力を伝達するように構成することができる。この低周波数結合により、固体デバイスを使用して実現され得る高効率な電力変換が可能になる場合がある。加えて、他の帯域と比較して無線システムによる共存問題が少なくなる場合がある。
【０１６３】
図23は、例示的な実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる方法2300を示すフローチャートである。図22の構成要素を参照して動作が記載される。
【０１６４】
ブロック2301で、ワイヤレス電力伝達システム2210などのワイヤレス電力伝達システムは、ベースワイヤレス充電システム2212などの送信機側と電気車両充電システム2214などの受信機側との間で、電力がワイヤレスに伝達されるべきことを決定する。電力が伝達されるべきことを決定することは、様々な方法で実現できることを諒解されたい。たとえば、電気車両コントローラ2244は、自分が近傍に存在することをベース充電システムコントローラ2242に通知する信号を送信することができる。別の例示的な実施形態では、ベース充電システムコントローラ2242は、上記で説明されたように近傍で作動中の受信機の有無を検出するために、負荷感知回路を監視することができる。同様に、この技法は電気車両側で実行することができる。
【０１６５】
例示的な実施形態では、必要な動作条件について、送信機側と受信機側との間で追加情報が伝達される場合がある。たとえば、電気車両コントローラ2244は、ベース充電システムコントローラ2242に、電気車両充電システム2214の構成に関する詳細、および/またはワイヤレス電力伝達に好ましいパラメータを送信することができる。そのような詳細により、受信機側の損失、または受信機の構成要素上の許容できない緊張のリスクが決定されることが可能になる場合がある。この情報は、下記で説明されるようなワイヤレス電力伝達用の制御パラメータを決定する際に使用することができる。
【０１６６】
電力が伝達されるべきことを決定すると、ブロック2302で、2次コイル配列へのワイヤレス電力伝達に対する各1次コイル配列の寄与が測定される。たとえば、ベース充電システムコントローラ2242は、たとえば250ミリ秒の間第1の1次コイル配列1903に電力を供給するように、ベース充電システム電力変換器2236に命令することができる。この期間中に、同調トポロジに応じて、ワイヤレス電力伝達からもたらされる2次コイル配列1902の両端間の短絡電流、および/または同じ場所での開路電圧の測定が行われる。これは、第2の1次コイル配列1904について、次いで両方の1次コイル配列について同時に繰り返すことができる。
【０１６７】
ブロック2303で、測定された電圧および/または電流は、1次コイル配列1903および1904の各々と2次コイル配列1902との間の結合係数を決定するための機構(たとえば、プロセッサ)に送信される。たとえば、電圧および/または電流は、電気車両電力変換器2238または別個のデバイス(図示せず)によって測定され、電気車両コントローラ2244に送信される場合がある。他の実施形態では、電圧および/または電流の測定値は、(電気車両通信システム2274とベース充電通信システム2272との間などの)通信リンクを介して、電圧および/もしくは電流を測定するための機構から直接であれ、電気車両コントローラ2244などの中間デバイスを介してであれ、ベース充電システムコントローラ2242に送信される場合がある。
【０１６８】
ブロック2304で、結合係数を決定するための機構(たとえば、ベース充電システムコントローラ2242または電気車両コントローラ2244)は、電圧および/または電流の測定値を使用して、1次コイル配列1903および1904の各々と2次コイル配列1902との間の結合係数を決定する。
【０１６９】
ブロック2305で、1次コイル配列1903および1904への電流の送達用の制御パラメータを決定するための機構は、結合係数を使用して制御パラメータを決定する。制御パラメータを決定するための機構は、任意の適切なプロセッサ、たとえば、ベース充電システムコントローラ2242または電気車両コントローラ2244であり得る。
【０１７０】
制御パラメータを決定するための機構は、結合係数、および1次コイル配列の相対抵抗などの既知のシステムパラメータに基づいて、制御パラメータを決定することができる。制御パラメータを規定するための例示的な考察は、図19、図20、図21A、図21B、および図21Cを参照して前に説明された。
【０１７１】
さらに、例示的な実施形態では、制御パラメータは、前に説明されたように、受信機、たとえば電気車両充電システム2214の動作に関する情報に少なくとも部分的に基づく場合がある。
【０１７２】
さらに、例示的な実施形態では、制御パラメータは、受信機、たとえば電気車両充電システム2214の必要な動作条件に少なくとも部分的に基づく場合がある。言い換えれば、電気車両は、受信機の必要な動作条件で構成することができる。いくつかの実施形態では、どの制御パラメータを使用するかの判定は、システム間の同意に到達するために、送信機システムと受信機システムとの間の通信を含む場合がある。例示的な実施形態では、電気車両充電システムおよびベースワイヤレス充電システム2212は、それらの好ましいパラメータに関する情報を交換することができる。そのような実施形態では、電気車両充電システムおよびベースワイヤレス充電システム2212は、合意したパラメータを選択して動作することができ、たとえば、合意したパラメータは、両方が動作することが可能な最良の(すなわち、最適の)条件に基づいて選択することができる。代替として、合意したパラメータは、電気車両が動作することが可能な最低条件に基づく場合がある。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、受信機または送信機のどちらかで必要な動作条件を実現することが優先される場合がある。たとえば、電力を受信した電気車両充電システム2214を所望の電流に条件づけることは、ベース充電システム電力変換器2236の効率よりも優先される場合がある。制御パラメータの決定は多数の要因によって影響される場合があり、意思決定は特定のワイヤレス電力伝達システム用の設計パラメータに極めて依存する場合があることを諒解されたい。
【０１７４】
ブロック2306で、1次コイル配列1903および1904に電流を送達するための機構、たとえばベース充電システム電力変換器2236は、決定された制御パラメータに従って制御される。たとえば、ベース充電システムコントローラ2242は、電力変換器2236によって1次コイル配列1903および1904に供給されたそれぞれの電流の振幅および/または位相を直接制御することができる。別の実施形態では、電気車両コントローラ2244は、電力変換器2236を間接的に制御するために、ベース充電システムコントローラ2242に必要な制御パラメータを送信することができる。
【０１７５】
システムは、周期的に、または1次コイル配列と2次コイル配列との間の物理的な関係における変化が発生したことを判断すると、ブロック2302に戻ることができる。
【０１７６】
図24は、一実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる別の例示的な方法2400のフローチャートである。ブロック2402で、電力源から時変信号を受信することに応答して、第1の導電性構造501(図5)を介して第1の磁場が発生する。ブロック2404で、電力源から第2の時変信号を受信することに応答して、第2の導電性構造502を介して第2の磁場が発生する。第1の構造および第2の構造は、第1の磁場と第2の磁場との間の相互結合の実質的な不在を維持するように配置される。一実施形態では、方法2400は、図5のコイル501および502を含むベースワイヤレス電力充電システム202(図2)によって実行することができる。
【０１７７】
図25は、一実装形態による、ワイヤレス電力送信機2500の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機2500は、図1〜図24に関して説明された様々なアクションのための手段2502および2504を含むことができる。
【０１７８】
図26は、一実施形態による、ワイヤレスに電力を受信する別の例示的な方法2600のフローチャートである。ブロック2602で、幅よりも大きい長さを有する送信機の導電性構造1501によって発生する磁場を介して、第1の導電性構造1505a〜b(図15)で電力がワイヤレスに受信される。第1の導電性構造1505a〜bは、幅よりも大きい長さを有する。第1の導電性構造1505a〜bは、それぞれ第1のエリアおよび第2のエリアを囲む、第1のループ1505aおよび第2のループ1505bを含む。第1のループ1505aは第1の下面を有し、第2のループ1505bは第2の下面を有し、第1の下面と第2の下面は実質的に同一平面上にある。第1の導電性構造1505a〜bは、第1の導電性構造1505a〜bの長さに沿って延びる第1の形状線と各々が交差する、第1の縁部および第2の縁部を有する。ブロック2604で、磁場を介して第2の導電性構造1506で、電力がワイヤレスに受信される。第2の導電性構造1506は、第3のエリアを囲み、幅よりも大きい長さを有する。第1の形状線は、第2の導電性構造1506の長さに沿って延びる。第1の形状線は、送信機の導電性構造1501の長さに沿って延びる第2の形状線に実質的に直交する。一実施形態では、方法2600は、コイル1502を含むベースワイヤレス電力充電システム1500(図15)によって実行することができる。
【０１７９】
図27は、一実装形態による、ワイヤレス電力受信機2700の機能ブロック図である。ワイヤレス電力受信機2700は、図1〜図26に関して説明された様々なアクションのための手段2702および2704を含むことができる。
【０１８０】
図28は、一実施形態による、ワイヤレス電力伝達システムを動作させる別の例示的な方法2800のフローチャートである。ブロック2802で、電力源から受信された第1の電流に基づいて、第1の導電性構造501(図5)を介して第1の磁場が発生する。ブロック2804で、電力源からの第2の電流に基づいて、第2の導電性構造502を介して第2の磁場が発生する。ブロック2806で、第1の導電性構造および第2の導電性構造の各々と、第1の磁場または第2の磁場を介して電力を受信するように構成された第3の導電性構造との間の、それぞれの結合係数が決定される。ブロック2808で、結合係数に少なくとも部分的に基づいて、第1の導電性構造および第2の導電性構造に印加される、第1の電流または第2の電流が調整される。一実施形態では、方法2800は、図5のコイル501および502を含むベースワイヤレス電力充電システム202(図2)によって実行することができる。
【０１８１】
図29は、一実装形態による、ワイヤレス電力送信機2900の機能ブロック図である。ワイヤレス電力送信機2900は、図1〜図28に関して説明された様々なアクションのための手段2902、2904、2906、および2908を含むことができる。
【０１８２】
上述された方法の様々な動作は、様々なハードウェア構成要素および/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示された任意の動作は、動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行することができる。たとえば、発生させるための手段は導電性構造を備える場合がある。電流を印加するための手段は電源などを備える場合がある。制御するための手段はプロセッサなどを備える場合がある。
【０１８３】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号を表すことができる。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【０１８４】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装することができる。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能に関して上述されている。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。記載された機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装できるが、そのような実装の決定は、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。
【０１８５】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書に記載された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。
【０１８６】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組合せで具現化することができる。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読記録媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読記録媒体を介して送信される場合がある。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD ROM、または、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク（登録商標）(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読記録媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に存在することができる。ASICはユーザ端末内に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
【０１８７】
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行することができる。
【０１８８】
上述された実施形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【０１８９】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102a  ベースワイヤレス充電システム
102b  ベースワイヤレス充電システム
104a  ベースシステム誘導コイル
104b  ベースシステム誘導コイル
108  通信リンク
110  電力リンク
112  電気車両
114  電気車両ワイヤレス充電システム
116  電気車両誘導コイル
118  バッテリユニット
130  ローカル配電センタ
132  電力バックボーン
134  通信バックホール
200  ワイヤレス電力伝達システム
202  ベースワイヤレス電力充電システム
204  ベースシステム誘導コイル
205  ベース充電システム同調回路
206  ベースシステム送信回路
208  電源
214  電気車両充電システム
216  電気車両誘導コイル
218  電気車両バッテリユニット
221  電気車両充電システム同調回路
222  電気車両受信回路
236  ベース充電システム電力変換器
238  電気車両電力変換器
300  電気車両のワイヤレス電力伝達システム
301  送信機コイル配列
302  受信機コイル配列
303a  同一平面上の送信機コイル
303b  同一平面上の送信機コイル
304a  同一平面上の受信機コイル
304b  同一平面上の受信機コイル
305  単一の受信機コイル
400  コイル300によってカバーされるエリア
401  送信機コイル303aから受信機コイル305に供給された電力のおおよその空間分布を表すエリア
402  送信機コイル303bから受信機コイル305に供給された電力のおおよその空間分布を表すエリア
403  送信機コイル303aおよび303bから受信機コイル304aおよび304bに供給された電力のおおよその空間分布を表すエリア
404  コイル300の許容域
500  ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイル
501  第1のコイル構造
501a  同一平面上の送信機コイル
501b  同一平面上の送信機コイル
502  第2のコイル構造
600  ワイヤレス電力送信機装置の誘導コイル
601  第1のコイル構造
601a  同一平面上の送信機コイル
601b  同一平面上の送信機コイル
602  単一の平面送信機コイル
700  ワイヤレス電力伝達システム
701  送信機コイル構造
702  受信機コイル構造
703a  同一平面上の送信機コイル
703b  同一平面上の送信機コイル
704  単一の送信機コイル
705  平面受信機コイル
800  コイル700によってカバーされるエリア
801  送信機コイル703aから受信機コイル705への電力寄与のおおよその空間分布を示すエリア
802  送信機コイル703bから受信機コイル705への電力寄与のおおよその空間分布を示すエリア
803  送信機コイル704から受信機コイル705への電力寄与のおおよその空間分布を示すエリア
804  コイル700の許容域
900  ワイヤレス電力伝達システム
901  送信機コイル構造
902  受信機コイル構造
903a  同一平面上の送信機コイル
903b  同一平面上の送信機コイル
904  単一の送信機コイル
905a  同一平面上の受信機コイル
905b  同一平面上の受信機コイル
1000  コイル900によってカバーされるエリア
1001  受信機コイル905aに対する送信機コイル904の電力寄与のおおよそのエリア
1002  受信機コイル905bに対する送信機コイル904の電力寄与のおおよそのエリア
1003  送信機コイル903aおよび903bの電力寄与のおおよそのエリア
1004  コイル配列900の許容域
1100  ワイヤレス電力伝達システム
1101  送信機コイル構造
1102  受信機コイル構造
1103a  同一平面上の送信機コイル
1103b  同一平面上の送信機コイル
1104  単一の送信機コイル
1105a  同一平面上の受信機コイル
1105b  同一平面上の受信機コイル
1106  単一の受信機コイル
1200  コイル1100によってカバーされるエリア
1201  単一の送信機コイル1104からの電力寄与のエリア
1202  単一の送信機コイル1104からの電力寄与のエリア
1203  単一の送信機コイル1104からの電力寄与のエリア
1204  同一平面上のコイル1103aおよび1103bからの空間電力寄与の近似
1205  同一平面上のコイル1103aおよび1103bからの空間電力寄与の近似
1206  同一平面上のコイル1103aおよび1103bからの空間電力寄与の近似
1207  コイル配列1100の許容域
1300  ワイヤレス電力伝達システム
1301  送信機コイル構造
1302  受信機コイル構造
1303a  同一平面上の送信機コイル
1303b  同一平面上の送信機コイル
1304  単一の送信機コイル
1305a  同一平面上の受信機コイル
1305b  同一平面上の受信機コイル
1306  単一の受信機コイル
1400  コイル1300によってカバーされるエリア
1401  単一の送信機コイル1304からの電力寄与のエリア
1402  単一の送信機コイル1304からの電力寄与のエリア
1403  単一の送信機コイル1304からの電力寄与のエリア
1404  同一平面上のコイル1303aおよび1303bからの空間電力寄与の近似
1405  同一平面上のコイル1303aおよび1303bからの空間電力寄与の近似
1406  同一平面上のコイル1303aおよび1303bからの空間電力寄与の近似
1407  コイル配列1300の許容域
1500  ワイヤレス電力伝達システム
1501  送信機コイル構造
1502  受信機コイル構造
1503a  同一平面上の送信機コイル
1503b  同一平面上の送信機コイル
1504  単一の送信機コイル
1505a  同一平面上の受信機コイル
1505b  同一平面上の受信機コイル
1506  単一の受信機コイル
1600  コイル1500によってカバーされるエリア
1601  単一の送信機コイル1504からの電力寄与のエリア
1602  単一の送信機コイル1504からの電力寄与のエリア
1603  単一の送信機コイル1504からの電力寄与のエリア
1604  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1605  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1606  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1607  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1608  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1609  同一平面上のコイル1503aおよび1503bからの空間電力寄与の近似
1610  コイル配列1500の許容域
1700  ワイヤレス電力伝達システム
1701  送信機コイル構造
1702  受信機コイル構造
1703a  同一平面上の送信機コイル
1703b  同一平面上の送信機コイル
1704  単一の送信機コイル
1705a  同一平面上の受信機コイル
1705b  同一平面上の受信機コイル
1706  単一の受信機コイル
1800  コイル1700によってカバーされるエリア
1801  単一の送信機コイル1704からの電力寄与のエリア
1802  単一の送信機コイル1704からの電力寄与のエリア
1803  単一の送信機コイル1704からの電力寄与のエリア
1804  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1805  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1806  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1807  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1808  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1809  同一平面上のコイル1703aおよび1703bからの空間電力寄与の近似
1810  コイル配列1700の許容域
1900  ワイヤレス電力伝達システム
1901  1次コイル構造
1902  2次コイル構造
1903  第1の1次コイル構造
1904  第2の1次コイル構造
2000  インピーダンスの実数成分および虚数成分を示すグラフ
2001  第1の1次コイル構造によって放射された磁場により第2のコイル構造内で誘起された電圧によって見られる実数負荷のトレース
2002  第1の1次コイル構造によって放射された磁場により第2のコイル構造内で誘起された電圧によって見られる虚数負荷のトレース
2003  第2の1次コイル構造によって放射された磁場により第2のコイル構造内で誘起された電圧によって見られる実数負荷のトレース
2004  第2の1次コイル構造によって放射された磁場により第2のコイル構造内で誘起された電圧によって見られる虚数負荷のトレース
2208  ベースシステム誘導コイル
2210  ワイヤレス電力伝達システム
2212  ベースワイヤレス充電システム
2214  電気車両充電システム
2216  電気車両誘導コイル
2236  ベース充電システム電力変換器
2238  電気車両電力変換器
2242  ベース充電システムコントローラ
2244  電気車両コントローラ
2252  ベース充電位置合わせシステム
2254  電気車両位置合わせシステム
2262  ベース充電誘導システム
2264  電気車両誘導システム
2266  誘導リンク
2272  ベース充電通信システム
2274  電気車両通信システム
2276  通信リンク
【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６】
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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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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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