(57)【要約】  電力をワイヤレス伝達するための装置が、第1の巻線経路および第2の巻線経路を有する第1のコイルを含む。本装置は、所定の巻線パターンの第1のコイルおよび第2のコイルを保持するように構成されたホルダーを含む。第1および第2の巻線経路の各々が、複数の連続した巻線グループを含む。複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
2018507671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電電力をワイヤレス伝達するための装置であって、
第1の巻線経路を有する第1のコイルと、
第2の巻線経路を有する第2のコイルと、
所定の巻線パターンの前記第1のコイルおよび前記第2のコイルを保持するように構成されたホルダーと
を含み、
前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、前記複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関して前記ホルダー上の直前の巻線の頂部に配置され、
前記第1の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、前記第2の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される、
装置。
【請求項２】
前記ホルダーが、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの各々の前記巻線を案内するための複数のガイドをさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1のコイルの前記第1の巻線経路が、時計回り方向および反時計回り方向のうちの一方で巻かれ、前記第2のコイルの前記第2の巻線経路が、前記ホルダー内で前記時計回り方向および前記反時計回り方向のうちの他方で巻かれる、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路のいずれかをルーティングするのに十分大きいギャップが前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に存在しないように、互いに隣接して互いに十分近くに配置される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
巻線の第1の層から、巻線の前記第1の層よりもフェライトプレートに近接して配置される巻線の第2の層に遷移するために前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのうちの少なくとも一方の導体にスペースを提供するように構成された面取り端部を有する前記フェライトプレートをさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記スペースが、前記面取り端部によって除去された前記フェライトプレートの一部分を含む、請求項5に記載の装置。
【請求項７】
前記フェライトプレートの少なくとも一部分は、巻線の前記第2の層が巻かれる平面内に配置される、請求項5に記載の装置。
【請求項８】
前記面取り端部の少なくとも一部分は、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの前記導体が、巻線の前記第1の層から巻線の前記第2の層に遷移する、領域にわたって横方向に延出する、請求項5に記載の装置。
【請求項９】
充電電力をワイヤレス伝達するための方法であって、
電流によって、ホルダー内に配置された第1のコイルおよび第2のコイルの各々にエネルギーを与えるステップであって、前記第1のコイルが第1の巻線経路を有し、前記第2のコイルが第2の巻線経路を有する、ステップと、
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルを介して充電電力をワイヤレス伝達するステップと
を含み、
前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、前記複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関して前記ホルダー上の直前の巻線の頂部に配置され、
前記第1の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、前記第2の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される、
方法。
【請求項１０】
前記ホルダーが、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの各々の前記巻線を案内するための複数のガイドをさらに含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記第1のコイルの前記第1の巻線経路が、時計回り方向および反時計回り方向のうちの一方で巻かれ、前記第2のコイルの前記第2の巻線経路が、前記ホルダー内で前記時計回り方向および前記反時計回り方向のうちの他方で巻かれる、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路のいずれかをルーティングするのに十分大きいギャップが前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に存在しないように、互いに隣接して互いに十分近くに配置される、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
フェライトプレートが、巻線の第1の層から、巻線の前記第1の層よりも前記フェライトプレートに近接して配置される巻線の第2の層に遷移するために前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのうちの少なくとも一方の導体にスペースを提供するように構成された面取り端部を有する、請求項9に記載の方法。
【請求項１４】
前記スペースが、前記面取り端部によって除去された前記フェライトプレートの一部分を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記フェライトプレートの少なくとも一部分は、巻線の前記第2の層が巻かれる平面内に配置される、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記面取り端部の少なくとも一部分は、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの前記導体が、巻線の前記第1の層から巻線の前記第2の層に遷移する、領域にわたって横方向に延出する、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
実行されたとき、充電電力をワイヤレス伝達するための装置に、方法を実行させるコードを含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記方法が、
電流によって、ホルダー内に配置された第1のコイルおよび第2のコイルの各々にエネルギーを与えるステップであって、前記第1のコイルが第1の巻線経路を有し、前記第2のコイルが第2の巻線経路を有する、ステップと、
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルを介して充電電力をワイヤレス伝達するステップと
を含み、
前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、前記複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関して前記ホルダー上の直前の巻線の頂部に配置され、
前記第1の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、前記第2の巻線経路の前記連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される、
非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項１８】
前記ホルダーが、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの各々の前記巻線を案内するための複数のガイドをさらに含む、請求項17に記載の媒体。
【請求項１９】
前記第1のコイルの前記第1の巻線経路が、時計回り方向および反時計回り方向のうちの一方で巻かれ、前記第2のコイルの前記第2の巻線経路が、前記ホルダー内で前記時計回り方向および前記反時計回り方向のうちの他方で巻かれる、請求項17に記載の媒体。
【請求項２０】
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路のいずれかをルーティングするのに十分大きいギャップが前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に存在しないように、互いに隣接して互いに十分近くに配置される、請求項17に記載の媒体。
【請求項２１】
フェライトプレートが、巻線の第1の層から、巻線の前記第1の層よりも前記フェライトプレートに近接して配置される巻線の第2の層に遷移するために前記第1のコイルおよび前記第2のコイルのうちの少なくとも一方の導体にスペースを提供するように構成された面取り端部を有する、請求項17に記載の媒体。
【請求項２２】
前記スペースが、前記面取り端部によって除去された前記フェライトプレートの一部分を含む、請求項21に記載の媒体。
【請求項２３】
前記フェライトプレートの少なくとも一部分は、巻線の前記第2の層が巻かれる平面内に配置される、請求項21に記載の媒体。
【請求項２４】
前記面取り端部の少なくとも一部分は、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの前記導体が、巻線の前記第1の層から巻線の前記第2の層に遷移する、領域にわたって横方向に延出する、請求項21に記載の媒体。
【請求項２５】
充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための方法であって、
第1の巻線経路に沿ってホルダー内で第1のコイルを巻くステップと、各々が直前の巻線グループの外周に沿って配置される、複数の連続した巻線グループを含むステップと、
第2の巻線経路に沿って前記ホルダー内で第2のコイルを巻くステップと、各々が直前の巻線グループの内周に沿って配置される、複数の連続した巻線グループを含むステップと
を含み、
前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路の各々の前記複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分が、所定の数の巻線に関して前記ホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される、
方法。
【請求項２６】
前記ホルダーが、前記第1のコイルおよび前記第2のコイルの各々の前記巻線を案内するための複数のガイドをさらに含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２７】
前記ホルダー内で前記第1のコイルの前記第1の巻線経路を時計回り方向および反時計回り方向のうちの一方で巻くステップと、
前記ホルダー内で前記第2のコイルの前記第2の巻線経路を前記時計回り方向および前記反時計回り方向のうちの他方で巻くステップと
をさらに含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２８】
前記第1のコイルを前記第2のコイルと直列に接続するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
【請求項２９】
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルが同じ導体から巻かれる、請求項25に記載の方法。
【請求項３０】
前記第1のコイルおよび前記第2のコイルは、前記第1の巻線経路および前記第2の巻線経路のいずれかをルーティングするのに十分大きいギャップが前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に存在しないように、互いに隣接して互いに十分近くに配置される、請求項25に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、電気車両などの充電可能デバイスのワイヤレス電力充電に関し、より詳細には、ワイヤレス電力伝達アプリケーションにおける非対称多層化積層コイル(asymmetrically layered stacked coil)および/または面取りフェライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力伝達システムは、2次コイルまたは受電コイルがワイヤレスにエネルギーを抽出し得る交番磁界を生成するための1次コイルを利用する。場合によっては、1次コイルおよび/または2次コイルは、パッドサイズおよび性能を最適化するために積層され得る。しかしながら、従来の積層コイル巻線プロセスは、いくつかの他のコイル巻線プロセスよりも不正確で時間がかかる。さらに、「double D」コイル配置における一方のコイルから別のコイルに遷移するための、いくつかのコイルルーティング方式は、リッツ線を変形する可能性がある小さい曲げ半径を必要とし、「double D」コイル配置が利用されるコイル間のギャップをさらに必要とするが、そのコイル配置の磁気性能を悪化させる。さらに、ベースパッドおよび車両パッドの高さを低く保つために、ベースパッドおよび車両パッド内のフェライト構造体のサイズは、特に単一のコイル層から複数のコイル層への遷移領域において、コイル配置用のすきまを確保するのに低減されなければならない。これまでの解決策は、積層コイル構造体を収容するためにフェライト構造体の横方向実寸法を大幅に低減することを含んできた。しかしながら、そのような解決策は、一般に、そのままでは低減するフェライト体積を補うためにフェライト構造体の厚さの増加を必要とするが、この増加はパッド厚さに悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、ワイヤレス電力伝達アプリケーションでは、非対称多層化積層コイルおよび/または面取りフェライトが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
いくつかの実装形態によれば、充電電力をワイヤレス伝達するための装置が提供される。本装置は、第1の巻線経路を有する第1のコイルを含む。本装置は、第2の巻線経路を有する第2のコイルを含む。本装置は、所定の巻線パターンの第1のコイルおよび第2のコイルを保持するように構成されたホルダーを含む。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々は、複数の連続した(successive)巻線グループを含み、複数の連続した巻線グループの各々において、一連の(consecutive)巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
【０００４】
いくつかの他の実装形態では、電力をワイヤレス伝達するための方法が提供される。本方法は、電流によって、ホルダー内に配置された第1のコイルおよび第2のコイルの各々にエネルギーを与えるステップを含む。第1のコイルは第1の巻線経路を有し、第2のコイルは第2の巻線経路を有する。本方法は、第1のコイルおよび第2のコイルを介して充電電力をワイヤレス伝達するステップをさらに含む。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
【０００５】
また他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。本媒体は、実行されたとき、充電電力をワイヤレス伝達するための装置に、方法を実行させるコードを含む。本方法は、電流によって、ホルダー内に配置された第1のコイルおよび第2のコイルの各々にエネルギーを与えるステップを含む。第1のコイルは第1の巻線経路を有し、第2のコイルは第2の巻線経路を有する。本方法は、第1のコイルおよび第2のコイルを介して充電電力をワイヤレス伝達するステップをさらに含む。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
【０００６】
また他の実装形態では、充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための方法が提供される。本方法は、第1の巻線経路に沿ってホルダー内の第1のコイルを巻くステップと、複数の連続した巻線グループを含むステップとを含む。複数の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置される。本方法は、第2の巻線経路に沿ってホルダー内の第2のコイルを巻くステップと、複数の連続した巻線グループを含むステップとをさらに含む。複数の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々の複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。
【０００７】
ここで、上述の態様、ならびに本技術の他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しながら様々な実装形態に関して説明される。ただし、図示の実装形態は、例にすぎず、限定的であることは意図されていない。図面全体にわたって、文脈が別段に規定しない限り、同様の記号は通常、同様の構成要素を識別する。以下の図の相対寸法は、縮尺どおりに描かれていない場合があることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図２】いくつかの他の実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。
【図３】いくつかの実装形態による、送電カプラまたは受電カプラを含む、図2の送電回路または受電回路の一部分の概略図である。
【図４】コイル間のギャップと関連のホルダーとを有する「double D」コイル配置の組立分解等角図である。
【図５】マウンティングするために反転された、図4のコイル配置と関連のホルダーとを含む組立てパッドの等角図である。
【図６】いくつかの実装形態による、対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダーの組立分解等角図である。
【図７】いくつかの実装形態による、図6の対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダーの一部分の組立分解等角図である。
【図８】いくつかの実装形態による、マウンティングするために反転された、図6および図7のコイル配置と関連のホルダーとを含む組立てパッドの等角図である。
【図９】いくつかの実装形態による、非対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダーの組立分解等角図である。
【図１０】いくつかの実装形態による、図9の非対称に巻かれた「double D」コイル配置の第1のコイルおよび関連のホルダーの一部分の組立分解等角図である。
【図１１】いくつかの実装形態による、図9の非対称に巻かれた「double D」コイル配置の第2のコイルおよび関連のホルダーの一部分の組立分解等角図である。
【図１２】いくつかの実装形態による、マウンティングするために反転された、図9〜図11のコイル配置と関連のホルダーとを含む組立てパッドの等角図である。
【図１３】いくつかの実装形態による、面取りフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの組立分解等角図である。
【図１４】図13の面取りフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの側面断面図である。
【図１５】いくつかの実装形態による、面取りフェライト端部の分解図を含む、面取りフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの側面図である。
【図１６】ストレートカットのフェライト端部の分解図を含む、ストレートカットのフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの側面図である。
【図１７】いくつかの実装形態による、面取りフェライトを含むワイヤレス車両充電パッドの底面図、断面図、および分解図である。
【図１８】いくつかの実装形態による、ワイヤレスベース充電パッドよりも上に配置された面取りフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの等角図である。
【図１９】図9のワイヤレスベース充電パッドよりも上に配置された面取りフェライトを含むワイヤレス電気車両充電パッドの上面図である。
【図２０】いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための方法を示すフローチャートである。
【図２１】いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための方法を示すフローチャートである。
【図２２】いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための別の方法を示すフローチャートである。
【図２３】いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための別の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本開示の一部を形成する添付の図面を参照する。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲において説明される例示的な実装形態は、限定的であることを意味しない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてもよく、他の変更が加えられてもよい。本明細書で概して説明し、図に示すように、本開示の態様を、多種多様な異なる構成で配置、置換、結合、および設計することができ、それらのすべてが明示的に企図され本開示の一部を形成することが容易に理解されよう。
【００１０】
ワイヤレス電力伝達は、物理的な電気導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電器から受電器に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達されることがある)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、磁場または電磁場)の中に出力された電力は、「受電カプラ」によって受けられ、取り込まれ、または結合され得る。
【００１１】
本明細書では、遠隔システムについて説明するために電気車両が使用され、その一例は、その運動機能の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス(たとえば、1つまたは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリー)から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、電気モータに加えて、直接の運動のため、または車両のバッテリーを充電するための従来の燃焼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機能を引き出し得る。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み得る。限定的でない例として、本明細書では、遠隔システムは電気車両(EV)の形で説明される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して少なくとも部分的に給電され得る他の遠隔システム(たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス)も企図される。
【００１２】
本明細書で使用する用語は、特定の実装形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示を限定することは意図されない。特定の数の請求項要素が意図される場合、そのような意図は、請求項において明示的に列挙され、そのような列挙がない場合、そのような意図は、存在しないことが理解されよう。たとえば、本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、同様に複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、「および/または」という用語は、関連するリストされた項目の1つまたは複数のいずれかの組合せおよびそれらすべての組合せを含む。「備える」、「備えている」、「含む」、および「含んでいる」という用語は、本明細書で使用される場合、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を指定するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。「のうちの少なくとも1つ」などの表現は、要素の列挙に先行するとき、要素のリスト全体を修飾するものであり、リストの個々の要素を修飾するのではない。
【００１３】
図1は、例示的な実装形態による、ワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。入力電力102は、エネルギー伝達を実行するための送電カプラ114の共振周波数に対応する周波数を有する時変ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を生成するために、電源(図示せず)から送電器104に供給され得る。受電器108は、ワイヤレス場105に結合し得、出力電力110に結合されたデバイス(この図には示さず)による蓄積または消費のための出力電力110を生成し得る。送電器104と受電器108の両方は、距離112だけ分離されている。
【００１４】
1つの例の実装形態では、送電器104および受電器108は、相互共振関係に従って構成される。受電器108の共振周波数および送電器104の共振周波数が実質的に同一であるか非常に近いときに、送電器104と受電器108との間の伝送損失は、最小限である。しかしながら、送電器104と受電器108との間の共振が整合しないときであっても、効率は、影響を受ける可能性があるが、エネルギーは、伝達され得る。たとえば、共振が整合しないとき、効率が低くなることがある。エネルギーの伝達は、送電カプラ114から自由空間にエネルギーを伝搬させるのではなく、送電カプラ114(たとえば、送電コイル)のワイヤレス場105から、ワイヤレス場105の近傍に存在する受電カプラ118(たとえば、受電コイル)にエネルギーを結合することによって行われる。
【００１５】
受電器108は、受電器108が送電器104によって生成されたワイヤレス場105内に位置するとき、電力を受信し得る。ワイヤレス場105は、送電器104によって出力されたエネルギーが受電器108によって取り込まれ得る領域に相当する。ワイヤレス場105は、以下でさらに説明するように、送電器104の「近距離場」に相当し得る。送電器104は、エネルギーを受電器108に結合するための送電カプラ114を含み得る。受電器108は、送電器104から送電されたエネルギーを受電するまたは取り込むための受電カプラ118を含み得る。近接場は、電力を送電カプラ114の外に最小限に放射する送電カプラ114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対応し得る。近接場は、送電カプラ114の約1波長(またはその一部)内にある領域に対応し得る。
【００１６】
上記で説明したように、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させるのではなく、ワイヤレス場105内のエネルギーの大部分を受電カプラ118に結合することによって起こり得る。ワイヤレス場105内に配置されると、送電カプラ114と受電カプラ118との間に「結合モード」が発現され得る。この結合が起こり得る送電カプラ114および受電カプラ118の周囲の領域は、本明細書では、結合モード領域と呼ばれる。
【００１７】
図2は、別の例示的な実装形態による、ワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、図1のシステム100と同様の動作および機能のワイヤレス電力伝達システムであり得る。しかしながら、システム200は、図1と比較して、ワイヤレス電力伝達システム200の構成要素に関する追加の詳細を提供する。システム200は、送電器204および受電器208を含む。送電器204は、発振器222、ドライバ回路224、およびフィルタ/整合回路226を含み得る送電回路206を含み得る。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調整され得る所望の周波数において信号を生成するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に提供し得る。ドライバ回路224は、入力電圧信号(VD)225に基づいて、送電カプラ214の共振周波数において送電カプラ214を駆動するように構成される場合がある。
【００１８】
フィルタ/整合回路226は、高調波または他の望ましくない周波数をフィルタリングし、送電器204のインピーダンスを送電カプラ214に整合させ得る。送電カプラ214を駆動する結果として、送電カプラ214は、たとえば、電気車両のバッテリー236を充電するのに十分なレベルの電力をワイヤレス出力するために、ワイヤレス場205を生成し得る。
【００１９】
受電器208は、整合回路232および整流器回路234を含み得る、受電回路210を含み得る。整合回路232は、受電回路210のインピーダンスを受電カプラ218のインピーダンスに整合させ得る。整流器回路234は、図2に示すように、バッテリー236を充電するために、交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を生成し得る。受電器208および送電器204は、追加として、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth(登録商標)、Zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。受電器208および送電器204は、代替的に、ワイヤレス場205の特性を使用するバンド内シグナリングを介して通信し得る。いくつかの実装形態では、受電器208は、送電器204によって送電され受電器208によって受け取られる電力量がバッテリー236を充電するのに適しているかどうかを判定するように構成され得る。
【００２０】
図3は、いくつかの例示的な実装形態による、図2の送電回路206または受電回路210の一部分の概略図である。図3に示すように、送電回路または受電回路350は、カプラ352を含み得る。カプラ352はまた、「導体ループ」352もしくは「磁気」カプラと呼ばれるか、または「導体ループ」352もしくは「磁気」カプラとして構成され得る。「カプラ」という用語は、一般に、別の「カプラ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するか、または受け取る場合がある構成要素を指す。
【００２１】
ループカプラまたは磁気カプラの共振周波数は、ループカプラまたは磁気カプラのインダクタンスおよびキャパシタンスに基づいている。インダクタンスは、単純にカプラ352によって作成されたインダクタンスであり得るが、キャパシタンスは、所望の共振周波数において共振構造を作り出すためにカプラのインダクタンスに追加され得る。非限定的な例として、共振周波数における信号358を選択する共振回路を作成するために、キャパシタ354およびキャパシタ356が送電回路または受電回路350に追加され得る。したがって、より大きいインダクタンスを示す大きい直径のカプラを使用する、より大きいサイズのカプラの場合、共振を生成するのに必要なキャパシタンスの値は、より低くなり得る。さらに、カプラのサイズが増大するにつれて、結合効率が増大する場合がある。このことは、主にベースカプラと電気車両カプラの両方のサイズが増大する場合に当てはまる。送電カプラの場合、カプラ352の共振周波数に実質的に対応する周波数を有する信号358は、カプラ352への入力であり得る。
【００２２】
図4は、第1のコイル402と第2のコイル404との間のギャップ406と、関連のホルダー410とを有する「double D」コイル配置の組立分解等角図400を示す。「double D」コイル配置は、互いに直列に接続されるか、または同じ導体から巻かれた第1の積層コイル402および第2の積層コイル404を含む。「double D」コイル配置は、第1のコイル402と第2のコイル404との間のギャップ406を含む。ギャップ406は、導体(たとえば、リッツ線)をそのコイル配置にルーティングし、導体を第1のコイル402の巻線から第2のコイル404の巻線に遷移するように提供される。そのような実装形態では、第1のコイル402は、中心から外側に巻かれる場合がある。しかしながら、ギャップ406内およびフェライトチャネル(図示せず)のギャップ内では、導体は、リッツ線導体を変形し性能に悪影響を及ぼす可能性がある、小さい半径408で曲げられなければならない。さらに、図4の設計におけるギャップ406は、コイル配置によって生成される交番磁界の均一性および強度の劣化をもたらす可能性があり、ワイヤレス電力伝達の効率および均一性に直接の悪影響を及ぼす可能性がある。
【００２３】
作製、組立て、または構築の間、第1のコイル402は、図4のコイル配置の向きに対して、底部から上に、かつ内側から外側に巻かれる場合がある。たとえば、小さい半径の曲げ408を超えて導体をトレースする際、導体は、コイル402の一方の側(たとえば、ギャップ406に隣接するコイル402の内側)で、導体の第1の巻きが第1の層上でコイル402の内側からコイル402の外側に巻かれるように、巻かれる。巻線の第1の層が置かれた後、巻線の第2の層が、再び、内側から外側に巻線の第1の層よりも上に置かれる。この巻線パターンは、第1のコイル402の総数の巻線が置かれるまで続けられる。見ることができるように、コイルの他方の側では、巻線はすべて、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに内側から外側に巻かれる。
【００２４】
第1のコイル402が巻かれると、導体は、コイル402と404との間のギャップ406を通してルーティングされ、第1のコイル402について小さい半径408で曲げられ、次いで、第2のコイル404の一方の側(たとえば、コイル404の外側)の各層に関して、底部から上に、かつ内側から外側に巻かれるが、第2のコイル404の他方の側(たとえば、ギャップ406に隣接するコイル404の内側)の各巻線は、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに内側から外側に巻かれる。導体は、最終的に、ギャップ406において、その配置より第2のコイル404の外側から引き出される。
【００２５】
図4にさらに示すように、正確で効率的な巻線を容易にするために、コイルホルダー410が利用され得る。図示のように、ホルダー410は、内側端部(たとえば、前に説明した各コイルの他方の側)の巻きの各々に沿って導体を案内するための複数のリブ412を含む場合があるが、図4の設計における外側(たとえば、前に説明した各コイルの一方の側)上で底部から上に、かつ内側から外側に巻かれる巻線の各々に関して所定の場所に導体を保持するためのリブを含まない場合がある。さらに、図4に示す巻線コイルでは、第1のコイル402の巻き(たとえば、巻線)の数は、第2のコイル404の巻き(たとえば、巻線)の数と同じでない場合があり、したがって、磁気性能が低減される。
【００２６】
図5は、マウンティングするために反転された、図4のコイル配置と関連のホルダー410とを含む組立てパッドの等角図500を示す。図示のように、ホルダー410内に取り付けられた第1のコイル402および第2のコイル404を含むコイル配置は、図4に示す視点から反転され、1つまたは複数のマウンティング孔またはブラケット502を介してベースパッドまたは受電器パッドにマウンティングされる場合がある。したがって、図5において、図4のすべての「底部から上に」、「上部から下に」、「第1の層」、「第2の層」、および「よりも上に」という記述が、図5では反転する。
【００２７】
図6は、いくつかの実装形態による、対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダー610の組立分解等角図600を示す。図6に示すように、「double D」コイル配置は、互いに直列に接続されるか、または同じ導体から巻かれた第1の積層コイル602および第2の積層コイル604を含む。図4および図5の設計とは対照的に、図6では、「double D」コイル配置は、第1のコイル602と第2のコイル604との間のギャップを含まないが、その理由は、導体がここでは対称に巻かれ、導体の入力部および出力部が、巻線よりも上または下に、かつ交差点では巻線に垂直に、そのコイル配置の端部にルーティングされるからである。そのような実装形態では、第1のコイル602は、その中心からその外側に巻かれる場合があり、第2のコイル604は、その外側からその中心に巻かれる場合がある。したがって、巻線は、第1のコイル602と第2のコイル604との間を走る軸の周りに対称である。そのような実装形態では、正確で効率的な巻線を容易にするために、コイルホルダー610が利用され得る。図示のように、ホルダー610は、内側端部(たとえば、前に説明した各コイルの他方の側)の巻きの各々に沿って導体を案内するための複数のリブ612を含み得る。リブ612は、1つおきの巻きを次のレベルまたは巻線の層に案内するためのランプとして使用される場合もある。
【００２８】
作製または構築の間、第1のコイル602は、巻線の層の次のセットまで外側に延出する前に巻線の層の内側の各セットを完成するが、底部から上に、かつ内側から外側に巻かれる場合がある。たとえば、導体は、コイル602の一方の側(たとえば、コイルの外側)で、第1の巻線が第1の層上の最内部の巻きとして巻かれるように、巻かれる。第2の巻線は、次いで、第1の巻線よりも上の第2の層上で巻かれる。第3の巻線は、次いで、第1および第2の巻線の外側に第1の層(たとえば、第1の巻線と同じ層)上で巻かれる場合がある。第4の巻線は、次いで、第3の巻線よりも上に第2の巻線に隣接して第2の層上で巻かれる。第5、第6、第7、および第8の巻線は、第1〜第4の巻線に関して前に説明したように、しかしながらこれらの巻線の外側に巻かれる場合がある。この巻線パターンは、第1のコイル602の総数の巻線が下に置かれるまで続けられる。図6において見ることができるように、コイルの他方の側(たとえば、第2のコイル604に隣接するコイル602の内側)では、巻線はすべて、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに内側から外側に巻かれる。
【００２９】
図4〜図5と図6との間の差をより明確に線引きするために、図7への参照が行われ得る。図7は、いくつかの実装形態による、図6の対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダー610の一部分650の組立分解等角図を示す。第1のコイル602が巻かれると、導体は、次いで、第1のコイル604に関して説明したものとは逆に各層において、第2のコイル604を形成するために上部から下に、かつ外側から内側に巻かれるが、第2のコイル604の他方の側の各巻線は、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに外側から内側に巻かれる。たとえば、第1の巻線634は、第2の巻線632よりも上に巻かれる。第3の巻線630は、次いで、第4の巻線628よりも上に巻かれ、第3の巻線630および第4の巻線628は、それぞれ、第1の巻線634および第2の巻線632に隣接して内側に巻かれる。同様に、第5の巻線626、第6の巻線624、第7の巻線622、および第8の巻線620は、それぞれ、第1の巻線634〜第4の巻線628に関して前に説明したように、しかしながらこれらの巻線の内側に巻かれる場合がある。導体は、最終的に、導体の入力部に隣接する第1のコイルおよび第2のコイル602/604よりも上または下に第2のコイル604の中心より、この配置から引き出される。第2のコイル604が第1のコイル602と対称に巻かれるので、第2のコイル604は、第1のコイル602のように底部から上に巻かれない可能性があるが、図4に示すギャップ406は除去された。したがって、第1のコイルと第2のコイルとの間のギャップも第1のコイルおよび第2のコイルの導体における小さい半径の曲げも必要とせず、第1のコイルおよび第2のコイルの各々に関して底部から上に巻くことができ、各巻線に関して関連のホルダー内のリブおよび/またはランプによって案内することができる、コイル配置を提供する必要がある。
【００３０】
図8は、いくつかの実装形態による、マウンティングするために反転された、図6および図7のコイル配置と関連のホルダーとを含む組立てパッドの等角図800を示す。図示のように、ホルダー610内に取り付けられた第1のコイル602および第2のコイル604を含むコイル配置は、図6に示す視点から反転され、1つまたは複数のマウンティング孔またはブラケット802を介してマウンティングされる場合がある。したがって、図6および図7の視点では、図6および図7のすべての「底部から上に」、「上部から下に」、「第1の層」、「第2の層」、および「よりも上に」という記述が、図8では反転する。
【００３１】
図9は、いくつかの実装形態による、非対称に巻かれた「double D」コイル配置および関連のホルダー910の組立分解等角図900を示す。図9に示すように、「double D」コイル配置は、互いに直列に接続されるか、または同じ導体から巻かれた第1の積層コイル902および第2の積層コイル904を含む。用語の定義では、「double D」構成または配置は、互いに隣り合う2つの「D」の文字のように実質的に見えるように、互いに隣接して配置された少なくとも2つのコイルを含む。「double D」配置の場合、コイルは、実際に文字「D」のように形成される必要はなく、実質的に互いに重なることはなく、互いに隣接して配置されるだけである。図示のように、「double D」コイル配置は、第1のコイル902と第2のコイル904との間に図4で示したギャップを含まない。さらに、第1のコイル902および第2のコイル904を形成するために巻かれた導体の入力部および出力部は、完全に巻かれたコイルよりも上または下で、この配置の端部にルーティングされる。したがって、導体は、図4に示した小さい半径の曲げ408を必要としない。第1のコイル902と第2のコイル904との間にギャップがないので、コイル配置によって生成される交番磁界の均一性および強度の関連の劣化がない。導体は、以下で説明するように、矢印の方向に、第1の巻線経路を有する第1のコイル902と、第2の巻線経路を有する第2のコイル904とを形成するように巻かれる。たとえば、第1のコイル902は、第2のコイル904から反対方向(たとえば、それぞれ、時計回り方向と反時計回り方向、またはその逆)に巻かれる。したがって、第1のコイル902および第2のコイル904は、第1の巻線経路および第2の巻線経路のいずれかをルーティングするのに十分大きいギャップ(たとえば、図4に示したギャップ406)が第1のコイル902と第2のコイル904との間に存在しないように、互いに隣接して互いに十分近くに配置される。
【００３２】
図4〜図8と図9との間の差をより明確に線引きするために、図10および図11への参照が行われ得る。図10は、いくつかの実装形態による、図9の非対称に巻かれた「double D」コイル配置の第1のコイル902および関連のホルダー910の一部分950の組立分解等角図を示す。図10に示すように、作製または構築の間、第1のコイル902は、巻線の層の次のセット(たとえば、連続した巻線グループ(successive winding group))まで外側に延出する前に巻線の層の各セット(たとえば、巻線グループ)を完成するが、底部から上に、かつ内側から外側に巻かれる場合がある。たとえば、導体は、コイル902の一方の側(たとえば、コイルの外側に対応するコイルの少なくとも一部分)で、第1の巻線920が第1の層上の最内部の巻きとして巻かれるように、巻かれる。第2の巻線922は、次いで、第1の巻線920よりも上の第2の層上で巻かれる。第3の巻線924は、次いで、第1の巻線920および第2の巻線922の外側に、かつ第1の層(たとえば、第1の巻線920と同じ層)上で巻かれる場合がある。第4の巻線926は、次いで、第3の巻線924よりも上に、かつ第2の巻線922に隣接して第2の層上で巻かれる。第5の巻線928、第6の巻線930、第7の巻線932、および第8の巻線934は、第1の巻線920〜第4の巻線926に関して前に説明したように、しかしながらこれらの巻線の外側に巻かれる場合がある。この巻線パターンは、第1のコイル902の総数の巻線が置かれるまで続けられる。第1のコイル902の他方の側(たとえば、第2のコイル904に隣接するコイル902の内側)では、巻線はすべて、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに内側から外側に巻かれる。しかしながら、本出願は、そのように限定されず、第2のコイル904に隣接する第1のコイル902の内側の巻線の一部分(または、第1のコイル902全体を含む任意の他の部分)は、第1のコイル902の外側部分に関して説明したように巻かれ、積層される場合がある。
【００３３】
図11は、いくつかの実装形態による、図9の非対称に巻かれた「double D」コイル配置の第2のコイル904および関連のホルダー910の一部分970の組立分解等角図を示す。図11に示すように、第1のコイル902が巻かれると、導体は、次いで、第2のコイル904を形成するために底部から上に、かつ外側から内側(第1のコイル902の逆)に巻かれるが、第2のコイル904の他方の側(たとえば、第1のコイル902に隣接する第2のコイル904の内側)の各巻線は、第1の層(たとえば、同じ層)上で重ねずに外側から内側に巻かれる。しかしながら、本出願は、そのように限定されず、第1のコイル902に隣接する第2のコイル904の内側の巻線の一部分(または、第2のコイル904全体を含む任意の他の部分)は、第2のコイル904の外側部分に関して説明したように巻かれ、積層される場合がある。したがって、第1のコイル902は、第2のコイル904と直列に接続され、同じ導体から巻かれる場合もある。そのような例示的な導体は、リッツ線である場合があり、リッツ線は、高周波数交流を搬送する導体において活性化している表皮効果を最小化するためにリッツ線の外側からリッツ線の内側部分の方に連続的に編まれた複数の導体を含む。
【００３４】
いくつかの実装形態では、(第1のコイル902に関する)第1の巻線経路の第1のエンドポイントは、コイル配置全体(および第1のコイル902)への入力部である場合があるが、第1の巻線経路の第2のエンドポイントは、(第2のコイル904に関する)第2の巻線経路の第1のエンドポイントと同じ場合がある。同様に、第2の巻線経路の第2のエンドポイントは、コイル配置全体(および第2のコイル904)の出力部である場合がある。
図11に示すように、第2のコイル904に関して、第1の巻線1120は、第1の層上で巻かれるが、第2の巻線1122は、第2の層上で第1の巻線1120よりも上に巻かれる。同様に、第3の巻線1124は、第1の巻線1120の内側に第1の巻線1120に隣接して第1の層上で巻かれるが、第4の巻線1126は、第2の層上で第3の巻線1124よりも上に巻かれる。第5の巻線1128、第6の巻線1130、第7の巻線1132、および第8の巻線1134は、それぞれ、第1の巻線1120〜第4の巻線1126に関して説明したように、しかしながらこれらの巻線の内側に巻かれる。導体は、最終的に、導体の入力部に隣接する第1のコイルおよび第2のコイル902/904よりも上または下に第2のコイル904の中心より、この配置から引き出される。第2のコイル904が第1のコイル902に対して非対称に巻かれるので、第2のコイル904は、第1のコイル902のように底部から上に巻かれる可能性がある。さらに、第1のコイル902および第2のコイル904がどちらも底部から上に巻かれるので、コイルホルダー910上の複数のリブ912(たとえば、複数のガイド)は、より正確で効率的な組立て、作製、構築のために第1のコイル902および第2のコイル904の各々の各巻線を案内するために使用される場合があり、1つおきの巻きを次のレベルまたは層に案内するためのランプとして使用される場合もある。したがって、図9〜図11による実装形態は、第1のコイル902と第2のコイル904との間のギャップ、または第1のコイル902および第2のコイル904の導体における小さい半径の曲げを必要とせず、第1のコイルおよび第2のコイルの各々に関して底部から上に巻かれ、巻線の各々に関して関連のホルダー内のリブによって案内することができる、コイル配置を提供する。したがって、第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー910上の直前の巻線の頂部に配置される。さらに、第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
【００３５】
いくつかの実装形態では、第1のコイル902は「電力をワイヤレス伝達するための第1の手段」と呼ばれる場合があり、第2のコイル904は「電力をワイヤレス伝達するための手段」と呼ばれる場合があり、ホルダー910は「所定の巻線パターンで電力をワイヤレス伝達するための第1および第2の手段を保持するための手段」と呼ばれる場合がある。
【００３６】
図12は、マウンティングするために反転された、図9〜図11のコイル配置と関連のホルダー910とを含む組立てパッドの等角図1200を示す。図示のように、ホルダー910内に取り付けられた第1のコイル902および第2のコイル904を含むコイル配置は、図9〜図11に示す視点から反転され、1つまたは複数のマウンティング孔またはブラケット1202を介してマウンティングされる場合がある。したがって、図9〜図11の視点では、図9〜図11のすべての「底部から上に」、「上部から下に」、「第1の層」、「第2の層」、および「よりも上に」という記述が、図12では反転する。
【００３７】
いくつかの実装形態では、図9〜図12に示す積層コイル配置は、単一層コイル配置と比較して厚さの増加を有する。したがって、いくつかの実装形態では、積層コイル配置よりも上または下に配置されたフェライト構造体は、単一層コイル配置と同様のパッド厚さを維持しながら積層コイル配置の少なくとも一部分の増加した厚さを収容するために面取り端部を有し得る。
【００３８】
図13は、いくつかの実装形態による、面取りフェライト1308、1312を含むワイヤレス電気車両充電(WEVC)パッド1300の組立分解等角図を示す。WEVCパッド1300は、ベースパッド(たとえば、ワイヤレス充電電力送電器)または車両パッド(たとえば、ワイヤレス充電電力受電器)であり得る。WEVCパッド1300がベースパッドである場合、図13に示す向きは、マウンティングされる向きとほぼ同じである。WEVCパッド1300が車両パッドである場合、図13に示す向きは、マウンティングされるその向きとはほぼ逆さまに反転される。図13に示すように、WEVCパッド1300は、第1の積層コイル1304、第2の積層コイル1306、およびコイルホルダー1302(たとえば、カバーまたはハウジング)を含み得る。第1のコイル1304および第2のコイル1306は別々に識別されるが、いくつかの実装形態では、これらのコイルは、同じ導体から巻かれる場合があり、したがって、単一のコイルまたはコイル配置の一部分と考えられる場合がある。第1の積層コイル1304および第2の積層コイル1306は、図14のWEVCパッド1300の断面図1400に関してより詳細に説明するように、巻線の複数層を含み得る。WEVCパッド1300は、1つまたは複数のフェライトプレート1308および1312を含むフェライト構造体を含む場合もある。図13には2つのフェライトプレートが示されるが、本出願は、そのように限定されず、任意の数のフェライトプレートまたはタイル(たとえば、構造体)が利用され得る。たとえば、本実装形態は、第1のコイル1304および/または第2のコイル1306の導体をWEVCパッド1300内に、および/またはWEVCパッド1300外にルーティングするためにフェライトプレート1308、1312間のギャップ1360を提供するために2つのフェライトプレート1308、1312を示す。しかしながら、ギャップ1360の位置に溝を有する単一のフェライトプレートがまた、本出願によって企図される。巻線の2つ以上の積層が存在する、第1の積層コイル1304および第2の積層コイル1306が増加した厚さを有するので、これらの位置においてコイルのすぐ下またはすぐ上にフェライトのための低減されたスペースが存在する。したがって、フェライトおよびパッド1300の厚さを低減するために、フェライトプレート1308および1312は、それぞれ、1つまたは複数の面取り端部1310および1314(たとえば、外側端部)を有し得る。図13はフェライトプレート1308、1312の側面または端部の全体を示すが、本出願はそのように限定されず、本明細書で説明した任意の図に関して、任意の面取り端部では、端部全体、または端部の一部分のみのいずれかが、特定の実装形態により、面取りされる場合がある。
【００３９】
フェライト上の面取り端部は、フェライト体積を最大化することを含む、多くのプラスの利益を提供するが、その理由は、フェライトプレート1308、1312が、単一層コイル配置と同じパッド高さを維持するために遷移領域の下で延出しない寸法にカットしなければならない、ストレートエッジのフェライトプレートと比較して、(たとえば、単一層から第1のコイル1304および第2のコイル1306の積層部分への遷移領域の下で)より大きい領域に広がる場合があるからである。加えて、より大きい寸法のフェライトプレート1308、1312を有することによって磁気性能が改善されるが、その理由は、より多くの磁束線が、WEVCパッド1300の端部においてフェライトプレート1308、1312によってキャプチャされる場合があるからである。さらに、フェライトプレート1308、1312および/またはギャップ1360の形態は、第1のコイル1304および第2のコイル1306の導体のルーティングを提供し得る。最終的に、より大きいフェライト体積は熱性能も改善し、その理由は、より大きいフェライト体積が損失を比較的生成しないからである。図14は、図13の設計の利益をより明確に示し得る。
【００４０】
図14は、図13の面取りフェライト1308、1312を含むワイヤレス電気車両充電パッド1300の側面断面図1400を示す。図示のように、図14は、切断線A-A'に沿って切り取られた、図13の側面断面図1400を示す。コイルホルダー1302は、切断線A-A'において第1のコイル1304のみが認識できるが、第1のコイルおよび第2のコイルを保持し得る。第1のコイル1304は、巻線の単一層のみの一部分と、巻線が複数層の巻線内に積層される、コイル1304の特定の側面上の一部分1316および1318とを有する場合がある。したがって、これらの単一層部分と複数層部分との間に、単一層部分から複数層部分1316、1318につながるコイル1304の対角線によって示すように、コイル1304の導体がより低い層(たとえば、第1の層)からより高い層(たとえば、第2の層)に遷移し得る領域が存在する。フェライトプレート1308および1312は各々、それぞれ、面取り端部1310および1314を有する。コイル1304ならびに面取り端部1310および1314の遷移の角度および/または形状が実質的に同じであるので、フェライトプレート1308、1312の増加した幅および長さは、少なくとも遷移領域の範囲内では、完全に単一層のコイル配置によって達成可能であるものと同じパッド高さを維持しながら、達成可能である。したがって、面取り端部1310および1314の表面の角度は、単一層から複数層への導体の遷移角度と実質的に同じである場合がある。さらに、単一層から複数層に遷移するためにコイル1304の導体に提供されるスペースは、面取り端部1310および1314によって除去されたフェライトプレートの一部分を含み得る。したがって、フェライトプレート1308および1312の少なくとも一部分は、巻線の第2の層(たとえば、コイル1304、1306が遷移する任意の層)が巻かれる、平面内に配置される。達成可能なフェライトプレートサイズの差をより容易に諒解するために、ここで、図15および図16への参照が行われ、並列の比較が行われ得る。
【００４１】
図15は、いくつかの実装形態による、面取りフェライト端部1510の分解図1520を含む、面取りフェライト1508、1512を含むワイヤレス電気車両充電パッド1500の側面図を示す。図15は、コイル1504に隣接して配置されたフェライトプレート1508および1512を示す。図14と同様に、パッド1500内に複数のコイルが存在する場合があるが、この特定の破断図では、コイル1504のみが認識できる。分解図1520に示すように、コイル1504は、対角線によって示すように、単一層巻線部分から複数層巻線部分1518に遷移する。フェライトプレート1508は、一方の巻線層から高い巻線層へのコイル導体の遷移のためにスペースが提供されるように、少なくとも1つの面取り端部1510を含む。図16のストレートカット端部1610を有するフェライトプレート1608との比較において明らかであるように、フェライトプレート1508は、同じパッド厚さまたは高さと仮定するコイル1604の外側に向かってフェライトプレート1608が延出することができるものよりもさらに横方向にコイル1504の外側に向かって延出し得る。
【００４２】
図16は、ストレートカットのフェライト端部1610の分解図1620を含む、ストレートカットのフェライト1608、1612を含むワイヤレス電気車両充電パッド1600の側面図を示す。図16は、コイル1604に隣接して配置されたフェライトプレート1608および1612を示す。図14と同様に、パッド1600内に複数のコイルが存在する場合があるが、この特定の破断図では、コイル1604のみが認識できる。分解図1620に示すように、コイル1604は、対角線によって示すように、単一層巻線部分から複数層巻線部分1618に遷移する。図15のように面取り端部ではなく、フェライトプレート1608は、一方の巻線層から高い巻線層へのコイル導体の遷移のためのスペースを提供するために遷移領域を大幅に短くカットされたストレートカット端部1610を含む。したがって、単一層コイル配置に関して同じパッド高さを維持するために、ストレートカット端部1610を有するフェライトプレート1608および1612は、面取り端部1510を有するフェライトプレート1508および1512よりも小さい寸法を有しなければならない。
【００４３】
ストレートエッジのフェライトを超える面取りエッジのフェライトの利益のうちのいくつかをさらに諒解するために、下記のTABLE 1(表1)は、前に説明した、面取り端部対ストレートカット端部を有するテストまたはシミュレートされた車両パッドから取られた性能測定値と、ベースパッドから充電電力をワイヤレス受電しながら面取りソリューションとストレートカットソリューションとの間の変化(たとえば、改善)とを示す。図示のように、TABLE 1(表1)では、ストレートカットフェライト車両パッドは、測定された態様またはシミュレートされた態様において面取り端部フェライト車両パッドよりも不十分に実行する。
【００４４】
【表１】
2018507671.tif 000003
【００４５】
フェライトプレートの許容できる物理的サイズの増加を十分に諒解するために、ここで、図17への参照が行われ、図17は、いくつかの実装形態による、面取りフェライト1708、1712を含むワイヤレス車両充電パッド1700の底面図、断面図1750、および分解図1770を示す。底面図では、充電パッド1700は、バックプレート1702、第1のコイル1704、および第2のコイル1706を含む。第1のコイル1704および第2のコイル1706の下に、少なくとも1つの面取り端部1710および1714をそれぞれ含むフェライトプレート1708および1712が存在する。図17の特定の実装形態では、フェライトプレート1708および1712は各々、面取り端部1710および1714として提供された8mmを含む、66mmの全幅と、203mmの全長とを有する場合がある。
【００４６】
底面図の線A-A'によって示された断面図1750は、第1のコイル1704ならびにフェライトプレート1708および1712の破断図を示す。図17の右に示す領域の分解図1770は、面取り端部1710が、8mmの面取り幅のために約2.5mmの面取り深さを有する面取り端部を介した単一層から複数層部分1718へのコイル1704の遷移のためのスペースを提供し得ることをさらに示す。この特定の実装形態では、面取り端部1710および1714を含むことは、同じ厚さを有するストレートカットのフェライト端部と比較して、約9.2%の増加した全フェライト体積を可能にする場合があり、端部1710および1714の各々の少なくとも面取りした8mmは存在しない。そのような実装形態では、面取り端部1710および1714が第1の層から高い層へのコイル巻線の遷移のためのスペースを提供するので、パッド1700は、ストレートカットのフェライト端部を使用する実装形態の場合よりも約2.5mm薄い高さを有するように作製され得る。さらに、ストレートカットのフェライト端部の場合、空きスペースは、別の材料(たとえば、エポキシ)で充填されなければならない場合があり、このことは、相当するコストを追加する。さらに、面取りフェライト端部とストレートカットのフェライト端部との間の性能の差は小さく見えるかもしれないが、これらの利点は、図17において利用される約30mmの「zギャップ範囲」と比較して、より大きいパッドの実装形態、より高い電力伝達、および車両と地面との間の(たとえば、それぞれ、車両パッドとベースパッドとの間の)より大きい距離範囲をサポートするシステムにおいて増大する。ここで、ベースパッドよりも上に位置する車両パッド内の上記の面取りフェライト概念の実装形態は、図18および図19に関して説明する。
【００４７】
図18は、いくつかの実装形態による、ワイヤレスベース充電パッド1850よりも上に配置された面取りフェライト1808、1812を含むワイヤレス電気車両充電パッド1800の等角図を示す。図18および図19では、車両パッドは、「double D」コイル配置を有し得る。いくつかの実装形態では、ベースパッドは、「double D」コイル配置を有し得る。車両パッドは、ホルダー1802と、バックプレート1802に隣接して配置されたそれぞれの面取り端部1818、1814(図19参照)を有する1つまたは複数のフェライトプレート1808、1812と、第1のコイル1804および第2のコイル1806(図19参照)の「double D」コイル配置とを含み得る。車両パッドは、ベースパッド1850よりも上に配置されるように示される。この配置の上面図は、上記で説明した構成要素の各々の配置をより十分に諒解するために図19に関して説明され得る。
【００４８】
図19は、図18のワイヤレスベース充電パッド1800よりも上に配置された面取りフェライト1808、1812を含むワイヤレス電気車両充電パッド1800の上面図1900を示す。図19に示すように、車両パッドは、ベースパッド1850よりも上に配置される。車両パッド内で、バックプレート1802が他の構成要素の下に(たとえば、後ろに)あるように見えるが、これは見やすい図のためだけであって、バックプレート1802は実際には、図19の閲覧者に最も近い。コンテキストでは、バックプレート1802を、その外側端部を除いて透明として想像することは助けになる場合がある。したがって、(この図の視点からのように、フェライトプレート1808、1812の下面に配置された)それぞれの面取り端部1818、1814を有するフェライトプレート1808および1812は、ホルダー1802に隣接して配置される場合があり、第1のコイル1804および第2のコイル1806は、フェライトプレート1808、1812に隣接して配置される場合がある。
【００４９】
図20は、いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための方法を示すフローチャート2000である。フローチャート2000の方法は、図9〜図12に関して先に説明した、非対称に巻かれたコイル配置を参照してここで説明される。いくつかの実装形態では、フローチャート2000内のブロックの1つまたは複数は、たとえば、図2に関して先に説明した送電回路206または受電回路210などのコントローラによって実行され得る。フローチャート2000の方法について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつさらなるブロックが追加されてもよい。いくつかの実装形態では、フローチャート2000は、送電カプラ(たとえば、ベースパッド)または受電カプラ(たとえば、車両カプラ)のいずれかに適用され得る。
【００５０】
フローチャート2000は、電流によって、ホルダー(たとえば、ホルダー910)内に配置された第1のコイル(たとえば、第1のコイル902)および第2のコイル(たとえば、第2のコイル904)の各々にエネルギーを与えることを含む、ブロック2002で開始し得る。第1のコイルは第1の巻線経路を有し、第2のコイルは第2の巻線経路を有する。
【００５１】
フローチャート2000は、次いで、ブロック2002から、第1のコイルおよび第2のコイルを介して充電電力をワイヤレス伝達することを含む、ブロック2004に進み得る。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々は、複数の連続した巻線グループを含み、複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。さらに、第1の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの外周に沿って配置され、第2の巻線経路の連続した巻線グループの各々は、直前の巻線グループの内周に沿って配置される。
【００５２】
図21は、いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための方法を示すフローチャート2100である。フローチャート2100の方法は、図9〜図12に関して先に説明した、非対称に巻かれたコイル配置を参照してここで説明される。いくつかの実装形態では、フローチャート2100中のブロックのうちの1つまたは複数は、自動化機械によって、または代替として人によって実行されてもよい。フローチャート2100の方法について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつさらなるブロックが追加されてもよい。いくつかの実装形態では、フローチャート2100は、送電カプラ(たとえば、ベースパッド)または受電カプラ(たとえば、車両カプラ)のいずれかの作製に適用され得る。
【００５３】
フローチャート2100は、第1の巻線経路に沿ってホルダー(たとえば、ホルダー910)内で第1のコイル(たとえば、第1のコイル902)を巻くことと、各々が直前の巻線グループの外周に沿って配置される、複数の連続した巻線グループを含むこととを含む、ブロック2102で開始し得る。
【００５４】
フローチャート2100は、次いで、ブロック2102から、たとえば、第2の巻線経路に沿って第2のコイルを巻くことと、各々が直前の巻線グループの内周に沿って配置される、複数の連続した巻線グループを含むこととを含む、ブロック2104に進み得る。第1の巻線経路および第2の巻線経路の各々の複数の連続した巻線グループの各々において、一連の巻線の各巻線の少なくとも一部分は、所定の数の巻線に関してホルダー上の直前の巻線の頂部に配置される。
【００５５】
図22は、いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための別の方法を示すフローチャート2200である。フローチャート2200の方法は、図13〜図18に関して先に説明したワイヤレス電力伝達装置を参照してここで説明される。いくつかの実装形態では、フローチャート2200内のブロックの1つまたは複数は、たとえば、図2の送電回路206または受電回路210内などのコントローラによって実行され得る。フローチャート2200の方法について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつさらなるブロックが追加されてもよい。
【００５６】
フローチャート2200は、巻線の第1の層から、巻線の第1の層よりもフェライトプレートに近接して配置される巻線の第2の層に遷移するためにコイルの導体にスペースを提供するように構成された面取り端部を有するフェライトプレートに隣接して配置された、ワイヤレス電力伝達コイルに電流によってエネルギーを与えることを含む、ブロック2202で開始し得る。
【００５７】
いくつかの実装形態では、フローチャート2200は、次いで、コイルを介して充電電力をワイヤレス伝達することを含む、ブロック2204に進み得る。
【００５８】
図23は、いくつかの実装形態による、充電電力をワイヤレス伝達するための装置を作製するための別の方法を示すフローチャート2300である。フローチャート2300の方法は、図13〜図18に関して先に説明したワイヤレス電力伝達装置を参照してここで説明される。いくつかの実装形態では、フローチャート2300中のブロックのうちの1つまたは複数は、自動化機械によって、または代替として人によって実行されてもよい。フローチャート2300の方法について、本明細書では特定の順序を参照して説明するが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実行されてもよく、または省略されてもよく、かつさらなるブロックが追加されてもよい。
【００５９】
フローチャート2300は、巻線の第1の層から、巻線の第1の層よりもフェライトプレートに近接して配置される巻線の第2の層に遷移するためにワイヤレス電力伝達コイルの導体にスペースを提供するように構成された面取り端部を含むフェライトプレートを提供することを含む、ブロック2302で開始し得る。
【００６０】
いくつかの実装形態では、フローチャート2300は、次いで、巻線の第1の層から巻線の第2の層に遷移する導体の一部分がスペース内に配置されるように、フェライトプレートに隣接してワイヤレス電力伝達コイルを取り付けることを含む、ブロック2304に進み得る。
【００６１】
上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、回路、および/またはモジュールなどの、動作を実行することができる任意の適切な手段によって実行されてもよい。一般に、それらの動作を実行することができる相当する機能的手段によって、図に示された任意の動作が実行されてもよい。
【００６２】
様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して、情報および信号が表されてもよい。たとえば、上記の説明全体にわたって参照される場合があるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、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されてもよい。
【００６３】
本明細書において開示される実装形態に関連して説明した種々の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、または両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアと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、およびステップについて、それらの機能に関して上記において概略的に説明した。そのような機能がハードウェアとして実現されるか、またはソフトウェアとして実現されるかは、特定の用途およびシステム全体に課せられる設計制約によって決まる。説明した機能は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装決定は、実装形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されるべきではない。
【００６４】
本明細書において開示される実装形態に関連した説明した種々の例示的なブロック、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ロジック、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書において説明される機能を実行するように設計されるそれらの任意の組合せを用いて、実装または実行されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替として、プロセッサは、任意の従来型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ(たとえば、DSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成)として実装される場合もある。
【００６５】
本明細書において開示される実装形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、直接ハードウェアにおいて具現化されても、あるいは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において具現化されても、あるいはその2つの組合せにおいて具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されてもよく、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。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、リードオンリーメモリ(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、または当技術分野において既知の任意の形の記憶媒体内に存在する場合がある。記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取り、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、プロセッサと一体化されてもよい。ディスク(disk)およびディスク(disc)は、本明細書で使用するとき、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(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(登録商標)ディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せはまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるものとする。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在する場合がある。
【００６６】
本開示を要約する目的のために、本明細書では、特定の態様、利点、および新規な特徴について説明してきた。任意の特定の実装形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現され得るとは限らないことを理解されたい。したがって、1つまたは複数の実装形態は、本明細書で教示または示唆されている他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示された1つの利点または利点のグループを達成または最適化する。
【００６７】
上記で説明された実装形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、本出願の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、本出願は、本明細書で示す実装形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００６８】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102  入力電力
104  送電器
105  ワイヤレス場
108  受電器
110  出力電力
112  距離
114  送電カプラ
118  受電カプラ
200  ワイヤレス電力伝達システム
204  送電器
205  ワイヤレス場
206  送電回路
208  受電器
210  受電回路
214  送電カプラ
218  受電カプラ
219  別個の通信チャネル
222  発振器
223  周波数制御信号
224  ドライバ回路
225  入力電圧信号
226  フィルタ/整合回路
232  整合回路
234  整流器回路
236  バッテリー
350  送電回路、受電回路
352  カプラ、導体ループ、磁気カプラ
354  キャパシタ
356  キャパシタ
358  信号
402  第1のコイル、第1の積層コイル
404  第2のコイル、第2の積層コイル
406  ギャップ
408  小さい半径
410  ホルダー、コイルホルダー
412  リブ
502  マウンティング孔、ブラケット
602  第1の積層コイル
604  第2の積層コイル
610  コイルホルダー、ホルダー
612  リブ
620  第8の巻線
622  第7の巻線
624  第6の巻線
626  第5の巻線
628  第4の巻線
630  第3の巻線
632  第2の巻線
634  第1の巻線
650  ホルダー610の一部分
802  マウンティング孔、ブラケット
902  第1のコイル
904  第2のコイル
910  ホルダー
912  リブ
920  第1の巻線
922  第2の巻線
924  第3の巻線
926  第4の巻線
928  第5の巻線
930  第6の巻線
932  第7の巻線
934  第8の巻線
950  第1のコイル902および関連のホルダー910の一部分
970  第2のコイル904および関連のホルダー910の一部分
1120  第1の巻線
1122  第2の巻線
1124  第3の巻線
1126  第4の巻線
1128  第5の巻線
1130  第6の巻線
1132  第7の巻線
1134  第8の巻線
1202  マウンティング孔、ブラケット
1300  ワイヤレス電気車両充電パッド、WEVCパッド
1302  コイルホルダー
1304  第1の積層コイル
1306  第2の積層コイル
1308  面取りフェライト、フェライトプレート
1310  面取り端部
1312  面取りフェライト、フェライトプレート
1314  面取り端部
1360  ギャップ
1302  コイルホルダー
1304  第1のコイル
1308  フェライトプレート
1310  面取り端部
1312  フェライトプレート
1314  面取り端部
1316  特定の側面上の一部分
1318  特定の側面上の一部分
1500  ワイヤレス電気車両充電パッド
1504  コイル
1508  面取りフェライト、フェライトプレート
1510  面取りフェライト端部
1512  面取りフェライト、フェライトプレート
1518  複数層巻線部分
1600  ワイヤレス電気車両充電パッド
1604  コイル
1608  フェライト、フェライトプレート
1610  フェライト端部、ストレートカット端部
1612  フェライト、フェライトプレート
1618  複数層巻線部分
1700  ワイヤレス車両充電パッド
1702  バックプレート
1704  第1のコイル
1706  第2のコイル
1708  面取りフェライト、フェライトプレート
1710  面取り端部
1712  面取りフェライト、フェライトプレート
1714  面取り端部
1718  複数層部分
1800  ワイヤレス電気車両充電パッド
1802  ホルダー、バックプレート
1804  第1のコイル
1806  第2のコイル
1808  面取りフェライト、フェライトプレート
1812  面取りフェライト、フェライトプレート
1814  面取り端部
1818  面取り端部
1850  ワイヤレスベース充電パッド、ベースパッド
【図１】
2018507671.tif 000004
【図２】
2018507671.tif 000005
【図３】
2018507671.tif 000006
【図４】
2018507671.tif 000007
【図５】
2018507671.tif 000008
【図６】
2018507671.tif 000009
【図７】
2018507671.tif 000010
【図８】
2018507671.tif 000011
【図９】
2018507671.tif 000012
【図１０】
2018507671.tif 000013
【図１１】
2018507671.tif 000014
【図１２】
2018507671.tif 000015
【図１３】
2018507671.tif 000016
【図１４】
2018507671.tif 000017
【図１５】
2018507671.tif 000018
【図１６】
2018507671.tif 000019
【図１７】
2018507671.tif 000020
【図１８】
2018507671.tif 000021
【図１９】
2018507671.tif 000022
【図２０】
2018507671.tif 000023
【図２１】
2018507671.tif 000024
【図２２】
2018507671.tif 000025
【図２３】
2018507671.tif 000026
【国際調査報告】
2018507671.tif 000027
2018507671.tif 000028
2018507671.tif 000029