(57)【要約】  本開示は、ワイヤレス誘導電力伝達のための分極コイルシステムに関する放出を低減するためのシステム、方法、および装置を含む。一態様では、少なくとも第１の誘電性コイルと、第１のコイルと実質的に同一面上にある第２の誘電性コイルとを含む磁束パッドが提供される。パッドは、実質的に平坦な面を有する透磁性材料を含む。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面と実質的に平行である。材料のエリアは、第１のコイルのエリアの上方に延び、第２のコイルのエリアの上方に延びる。コイルのエリアは、第１のコイルのエリアおよび第２のコイルのエリアを実質的に囲んでよい。
2017517866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドであって、前記磁束パッドが、
少なくとも導電性の第１のコイルおよび導電性の第２のコイルと、
透磁性材料とを備え、
前記第１のコイルが、実質的に平面であり、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有し、前記第１の外周が、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分を有し、前記第２のコイルが、実質的に平面であり、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有し、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有し、前記第２の外周が、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分を有し、前記第２のコイルが前記第１のコイルと実質的に同一面にあり、
前記透磁性材料が、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、前記実質的に平坦な面と実質的に平行であり、前記第３のエリアが、前記少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分に沿って前記第１のエリアの上方に延び、前記少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分に沿って前記第２のエリアの上方に延び、前記透磁性材料が、前記第１の領域を実質的に覆っていて、前記第２の領域を実質的に覆っている、磁束パッド。
【請求項２】
前記第１のコイルがらせん巻線コイルであり、前記第２のコイルがらせん巻線コイルである、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項３】
前記第１の外周が前記第２の外周に隣接し、前記第１のコイルが前記透磁性材料に隣接し、前記第２のコイルが前記透磁性材料に隣接する、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項４】
前記透磁性材料がフェライトプレートを備える、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項５】
前記少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分が第１の方向に沿って延び、前記少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分が、前記第１の方向と実質的に平行な第２の方向に沿って延びる、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項６】
第３のエリアが、互いに直交する少なくとも２つの方向に前記第１のエリアの上方を延び、前記第３のエリアが、前記少なくとも２つの方向に前記第２のエリアの上方を延びる、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項７】
前記第３のエリアが、４ミリメートルから５０ミリメートルまでの範囲の距離だけ、または前記磁束パッドの分極方向に前記第１のコイルまたは前記第２のコイルのいずれかの主コイル半径の５％から全体的なパッドサイズの２０％の範囲の距離だけ前記第１のエリアの上方に延び、前記第３のエリアが、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離だけ、または前記磁束パッドの前記分極方向に前記第１のコイルまたは前記第２のコイルの前記主コイル半径の５％から前記全体的なパッドサイズの２０％までの間の距離だけ、前記第２のエリアの上方に延びる、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項８】
前記透磁性材料が、２つの直交方向に前記第１の領域全体にわたって延び、前記２つの直交方向に前記第２の領域全体にわたって延びる、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項９】
前記第３の外周が、前記第１の外周から、および前記第２の外周から、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルと実質的に平行な少なくとも２つの直交方向に、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離だけ離間される、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１０】
前記第１のエリアと前記第２のエリアの総和が前記第３エリア未満である、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１１】
前記第１のコイルが前記平面の一方の半分の部分上にあり、前記第２のコイルが前記平面のもう一方の半分の部分上にある、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１２】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルの総和の外側水平寸法が、前記透磁性材料の外側水平寸法未満である、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１３】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが分極コイル構成である、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１４】
前記透磁性材料が、前記磁束パッドによるエネルギー伝達に寄与しない、前記磁束パッドからの磁束放出の一部を低減するように構成される、請求項１に記載の磁束パッド。
【請求項１５】
磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドであって、前記磁束パッドが、
少なくとも導電性の第１のコイルおよび導電性の第２のコイルと、
透磁性材料とを備え、
前記第１のコイルが、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有し、前記第２のコイルが、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有し、前記第２のコイルが、前記第１のコイルと実質的に同一面上にあり、
前記透磁性材料が、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、前記実質的に平坦な面と実質的に平行であり、前記第３のエリアが、前記第１のエリアおよび前記第２のエリアの上方に延び、前記第３のエリアが、前記第１のエリアおよび前記第２のエリアを実質的に囲む、磁束パッド。
【請求項１６】
前記第３のエリアが、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離だけ、前記第１のエリアおよび前記第２のエリアの上方を延びる、請求項１５に記載の磁束パッド。
【請求項１７】
前記第３の外周が、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離だけ、前記第１の外周からおよび前記第２の外周から離間される、請求項１５に記載の磁束パッド。
【請求項１８】
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが分極コイル構成である、請求項１５に記載の磁束パッド。
【請求項１９】
前記透磁性材料が、前記磁束パッドによるエネルギー伝達に寄与しない、前記磁束パッドからの磁束放出の一部を低減するように構成される、請求項１５に記載の磁束パッド。
【請求項２０】
磁束パッドを、前記磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するために使用することを含む方法であって、
前記磁束パッドが、少なくとも導電性の第１のコイルと、導電性の第２のコイルと、透磁性材料とを備え、前記第１のコイルが、実質的に平面であり、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有し、前記第１の外周が、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分を有し、前記第２のコイルが、実質的に平面であり、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有し、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有し、前記第２の外周が、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分を有し、前記第２のコイルが前記第１のコイルと実質的に同一面上にあり、前記透磁性材料が、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルが、前記実質的に平坦な面と実質的に平行であり、前記第３のエリアが、前記少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分に沿って前記第１のエリアの上方に延び、前記少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分に沿って前記第２のエリアの上方に延び、前記透磁性材料が、前記第１の領域を実質的に覆っていて、前記第２の領域を実質的に覆っている、方法。
【請求項２１】
前記第３のエリアが、前記第１のエリアおよび前記第２のエリアを実質的に囲む、請求項２０に記載の方法。
【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、電気車両などの遠隔システムへのワイヤレス電力伝達、ならびに結合器コイル構成に関係するデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリー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ーを充電するための電気を受信する。バッテリー式電気車両（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、ワイヤレス充電システムおよび方法は、電動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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのいずれの態様も単独では、本明細書で説明する望ましい属性に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について説明する。
【０００４】
本明細書で説明する主題の１つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００５】
本開示の一態様は、パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドを含む。パッドは、少なくとも第１の導電性コイルおよび第２の導電性コイルを備える。第１のコイルは、実質的に平面であり、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第１の外周は、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分を有する。第２のコイルは、実質的に平面であり、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有し、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２の外周は、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分を有する。第２のコイルは第１のコイルと実質的に同一面上にある。パッドは、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料（たとえば、コア）を備える。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面と実質的に平行である。第３のエリアは、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分に沿って第１のエリアの上方に延び、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分に沿って第２のエリアの上方に延びる。透磁性材料は、第１の領域を実質的に覆っていて、第２の領域を実質的に覆っている。本開示の別の態様は、上に記載したように、磁束パッドを備えた誘導電力伝達システムを含む。本開示の別の態様は、上に記載したように、磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信する方法を含む。本方法は、磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するために、上に記載した磁束パッドを使用するステップを含む。
【０００６】
本開示の別の態様は、パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドを含む。パッドは、少なくとも第１の導電性コイルと第２の導電性コイルとを備える。第１のコイルは、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。第２のコイルは、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２のコイルは、第１のコイルと実質的に同一面上にある。パッドは、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する透磁性材料（たとえば、コア）をさらに備える。第１のコイルおよび第２のコイルは、実質的に平坦な面に対して実質的に平行である。第３のエリアは、第１のエリアおよび第２のエリアの上方に延び、第３のエリアは第１エリアおよび第２のエリアを実質的に囲む。本開示の別の態様は、上に記載したように、磁束パッドを備えた誘導電力伝達システムを含む。本開示の別の態様は、上に記載したように、磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信する方法を含む。本方法は、磁束パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するために、上で説明した磁束パッドを使用するステップを含む。
【０００７】
本開示の別の態様は、パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドを含む。パッドは、磁束を送信または受信するための第１の手段を備える。第１の手段は、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有し、第１の領域の境界を画定する第１の内周を有し、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分を有する。パッドは、磁束を送信または受信するための第２の手段をさらに備える。第２の手段は、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有し、第２の領域の境界を画定する第２の内周を有し、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分を有する。第２の手段は第１の手段と実質的に同一面上にある。パッドは、第１の手段および第２の手段によって送信または受信される磁束に影響を及ぼすための第３の手段をさらに備える。第３の手段は、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する。第１の手段および第２の手段は、実質的に平坦な面と実質的に平行である。第３のエリアは、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分に沿って第１のエリアの上方に延び、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分に沿って第２のエリアの上方に延びる。第３の手段は、第１の領域を実質的に覆っていて、第２の領域を実質的に覆っている。
【０００８】
本開示の別の態様は、パッドの上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成された磁束パッドを含む。パッドは、磁束を送信または受信するための第１の手段を備える。第１の手段は、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。パッドは、磁束を送信または受信するための第２の手段をさらに備える。第２の手段は、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２の手段は、第１の手段と実質的に同一面上にある。パッドは、第１の手段および第２の手段によって送信または受信される磁束に影響を及ぼすための第３の手段をさらに備える。第３の手段は、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する。第１の手段および第２の手段は、実質的に平坦な面と実質的に平行である。第３のエリアは、第１のエリアおよび第２のエリアの上方に延び、第１のエリアおよび第２のエリアを実質的に囲む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の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コア構成要素の概略図である。
【図３】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別の機能ブロック図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、電気車両に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｃ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図５Ｄ】本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために利用可能であり得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。
【図８】車両パッドの下の基地パッドの例示的な「二重Ｄ」コイル構成を概略的に示す図である。
【図９Ａ】本明細書で説明するいくつかの実施形態による、透磁性材料が２つのコイルの下のエリアの上方に延びる、互いの上に延びない２つのコイルを有する例示的な磁束パッドを概略的に示す図である。
【図９Ｂ】透磁性材料が２つのコイルの下のエリアの上方に明らかに延びない、互いの上に部分的に延びる２つのコイルを有する例示的な磁束パッドを概略的に示す図である。
【図１０】本明細書で説明するいくつかの実施形態による、例示的なマルチコイルパッドと対照的な例示的なシングルコイルシステムを概略的に示す図である。
【図１１】パッドと車両パッドの間の結合係数ｋ１２の変動と０ｍｍから５０ｍｍの「重複」寸法の関係を示す図である。
【図１２Ａ】放出の変動と０ｍｍから５０ｍｍの範囲にわたる「重複」寸法との間の関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの放出が対応する平面を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂの平面にわたる磁場の大きさを示す図である。
【図１３】損失の変動と０ｍｍから５０ｍｍの範囲にわたる「重複」寸法との間の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面に示された様々な特徴は、縮尺どお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任意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、またはデバイスの構成要素のすべて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。
【００１１】
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、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、または例示として機能すること」を意味し、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１２】
ワイヤレスで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、または結合され得る。
【００１３】
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つもしく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、電気モータ以外に、直接運動のための、または車両のバッテリーを充電するための従来型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）の形態で説明される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して、少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム（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。
【００１４】
図１は、本発明の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が基地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。対応する基地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台の電気車両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ー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を介して基地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。基地ワイヤレス充電システム１０２ａはまた、電力をワイヤレスに伝達または受信するための基地システム誘導コイル１０４ａを含む。電気車両１１２は、バッテリーユニット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とを含み得る。電気車両誘導コイル１１６は、たとえば、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成された電磁場の領域を介して、基地システム誘導コイル１０４ａと相互作用することができる。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態では、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成され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、基地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。たとえば、基地システム誘導コイル１０４ａによって出力されたエネルギーは、電気車両１１２を充電するか、または電気車両１１２に電力供給するのに十分なレベルにあり得る。場合によっては、エネルギー場は、基地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、基地システム誘導コイル１０４ａから遠くに電力を放射しない、基地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、基地システム誘導コイル１０４ａの波長の約１／２π以内にある領域（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。
【００１６】
ローカル分配センター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、かつ通信リンク１０８を介して基地ワイヤレス充電システム１０２ａと通信するように構成され得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、単に運転手が基地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、基地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。また他の実施形態では、電気車両１１２は、オートパイロットシステムによって位置付けされ得、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（ｓｅｒｖｏ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ）、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、または運転手が最低限の介入しか行わずに、電気車両１１２によって自動的、および自律的に実行され得る。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル１１６、基地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。
【００１８】
基地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ーおよび職場などの他の場所の駐車場が含まれる。
【００１９】
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：Ｖｅｈｉｃｌｅ−ｔｏ−Ｇｒｉｄ）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（ｄｏｃｋｉｎｇ−ｔｏ−ｇｒｉｄ）ソリューションを使用することができる。
【００２０】
図１を参照して説明する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。
【００２１】
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、基地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が基地ワイヤレス充電システム１０２ａに電力を伝達するように、相互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。
【００２２】
図２は、図１のワイヤレス電力伝達システム１００の例示的なコア構成要素の概略図である。図２に示すように、ワイヤレス電力伝達システム２００は、インダクタンスＬ１を有する基地システム誘導コイル２０４を含む基地システム送信回路２０６を含み得る。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。本明細書で説明する実施形態は、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。コイルは、電気車両誘導コイル２１６および基地システム誘導コイル２０４に使用され得る。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」と呼ばれ得る。ワイヤレス電力伝達システム２００の動作は、基地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説明されることになるが、これに限定されない。たとえば、上記で論じたように、電気車両１１２は、基地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。
【００２３】
図２を参照すると、電源２０８（たとえば、ＡＣまたはＤＣ）は、基地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。基地ワイヤレス電力充電システム２０２は、基地充電システム電力変換器２３６を含む。基地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。基地充電システム電力変換器２３６は、所望の周波数で電磁場を放出するために、基地システム誘導コイル２０４と直列のキャパシタＣ１を含む基地システム送信回路２０６に電力Ｐ１を供給する。所望の周波数で共振する基地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が提供され得る。基地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、基地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。
【００２４】
基地システム誘導コイル２０４を含む基地システム送信回路２０６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は、実質的に同じ周波数に同調されてよく、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６のうちの１つによって送信された電磁場の近距離場内に位置付けられ得る。この場合、キャパシタＣ２および電気車両誘導コイル１１６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、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６は、互いに結合され得る。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、キャパシタＣ２が提供され得る。要素ｋ（ｄ）は、コイル分離で生じる相互結合係数を表す。等価抵抗Ｒｅｑ，１およびＲｅｑ，２は、誘導コイル２０４および２１６ならびに逆リアクタンスキャパシタＣ１およびＣ２に固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル３１６およびキャパシタＣ２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を提供する。
【００２５】
電気車両電力変換器２３８は、とりわけ、電気車両バッテリーユニット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を提供して、電気車両バッテリーユニット２１８を充電することができる。電源２０８、基地充電システム電力変換器２３６、および基地システム誘導コイル２０４は、上記で論じた様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリーユニット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ーパック（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を通して基地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され得る。電気車両誘導コイル２１６および基地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。
【００２６】
図示されていないが、ワイヤレス電力伝達システム２００は、電気車両バッテリーユニット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、バッテリーへの充電を管理するためのバッテリー管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリー管理システムの一部であり得る。
【００２７】
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え回路（図示せず）を含む場合がある。電気車両誘導コイル２１６を切断することで、充電を中止することができ、（送信機としての働きをする）基地ワイヤレス充電システム１０２ａによって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを使用して、（受信機としての働きをする）電気車両充電システム１１４を基地ワイヤレス充電システム１０２ａから「隠す」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、基地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１１４などの受信機が、基地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。
【００２８】
上述されたように、動作中、車両またはバッテリーに向けてのエネルギー伝達を仮定すると、基地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。上記のように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル１１６の共振周波数および基地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に相互共振関係に従って、基地システム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６は構成される。電気車両誘導コイル２１６が基地システム誘導コイル２０４の近距離場に位置するとき、基地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。
【００２９】
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生じる。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。
【００３０】
図示されていないが、基地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され得る。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され得る。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て、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ーを充電するために、整流器および切替え回路を含むこともできる。
【００３１】
開示される実施形態の全体にわたって説明する電気車両誘導コイル２１６および基地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」という用語は一般に、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指す。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。本明細書で使用する場合、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るタイプの「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的コアを含むように構成され得る。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り得る。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理的コアアンテナにより、より強い電磁場の生成および結合の改善が可能になり得る。
【００３２】
上記で論じたように、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生じる。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。
【００３３】
共振周波数は、上述された誘導コイル（たとえば、基地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、図２に示すように、キャパシタは、電磁場を生成する共振回路（たとえば、基地システム送信回路２０６）を形成するために誘導コイルと直列に追加され得る。したがって、より大きい直径の誘導コイルでは、共振を誘起するために必要な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してよい。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に左右され得る。さらに、誘導コイルの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。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に、高い品質（Ｑ）値を有するように設計され得る。たとえば、Ｑ係数は３００以上であり得る。
【００３４】
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が、誘導コイルから離れて伝播または放射しない場合がある。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。
【００３５】
図３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別の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム３００は、通信リンク３７６、案内リンク３６６、ならびに基地システム誘導コイル３０４および電気車両誘導コイル３１６のための位置合わせシステム３５２、３５４を示す。図２に関して上述されたように、電気車両１１２へのエネルギーフローを仮定すると、図３では、基地充電システム電力インターフェース３５４は、ＡＣ電源またはＤＣ電源１２６などの電源からの電力を充電システム電力変換器３３６に提供するように構成され得る。基地充電システム電力変換器３３６は、基地充電システム電力インターフェース３５４からＡＣ電力またはＤＣ電力を受信して、基地システム誘導コイル３０４をその共振周波数においてまたはその共振周波数近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル３１６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３３８は、電気車両誘導コイル３１６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ーを充電するのに適した電力信号に変換する。
【００３６】
基地ワイヤレス充電システム３０２は基地充電システムコントローラ３４２を含み、電気車両充電システム３１４は電気車両コントローラ３４４を含む。基地充電システムコントローラ３４２は、たとえば、コンピュータ、および電力分配センター、またはスマート電力網などの他のシステム（図示せず）への基地充電システム通信インターフェース１６２を含み得る。電気車両コントローラ３４４は、たとえば、車両搭載コンピュータ、他のバッテリー充電コントローラ、車両内の他の電子システム、および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み得る。
【００３７】
基地充電システムコントローラ３４２および電気車両コントローラ３４４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、基地充電位置合わせシステム３５２は、通信リンク３７６を介して電気車両位置合わせシステム３５４と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、基地システム誘導コイル３０４と電気車両誘導コイル３１６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、基地充電案内システム３６２は基地システム誘導コイル３０４と電気車両誘導コイル３１６とを位置合わせする際にオペレータを案内するためのフィードバック機構を提供する案内リンクを介して、電気車両案内システム３６４と通信することができる。さらに、基地ワイヤレス電力充電システム３０２と電気車両充電システム３１４との間で他の情報を通信するための基地充電通信システム３７２および電気車両通信システム３７４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、基地ワイヤレス電力充電システム３０２と電気車両充電システム３１４の両方の電気車両特性、バッテリー特性、充電ステータス、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両１１２に関する保守および診断データを含み得る。これらの通信チャネルは、たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ｚｉｇｂｅｅ、セルラーなど、別個の物理通信チャネルであり得る。
【００３８】
電気車両コントローラ３４４は、電気車両主バッテリーの充電および放電を管理するバッテリー管理システム（ＢＭＳ）（図示せず）、マイクロ波または超音波レーダー原理に基づく駐車支援システム、半自動式駐車動作を実行するように構成されたブレーキシステム、および駐車の正確性を高め、ひいては基地ワイヤレス充電システム１０２ａおよび電気車両充電システム１１４のうちのいずれかにおける機械的水平誘導コイルの位置合わせの必要性を低減し得る、概ね自動化された駐車「ｐａｒｋ  ｂｙ  ｗｉｒｅ」を支援するように構成されたハンドルサーボシステム（ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｗｈｅｅｌ  ｓｅｒｖｏ  ｓｙｓｔｅｍ）も含み得る。さらに、電気車両コントローラ３４４は、電気車両１１２の電子機器と通信するように構成され得る。たとえば、電気車両コントローラ３４４は、視覚的出力デバイス（たとえば、ダッシュボードディスプレイ）、音響／オーディオ出力デバイス（たとえば、ブザー、スピーカー）、機械的入力デバイス（たとえば、キーボード、タッチスクリーン、および、ジョイスティック、トラックボールなど、ポインティングデバイス）、ならびにオーディオ入力デバイス（たとえば、電子音声認識によるマイクロフォン）と通信するように構成され得る。
【００３９】
さらに、ワイヤレス電力伝達システム３００は、検出およびセンサシステムを含み得る。たとえば、ワイヤレス電力伝達システム３００は、運転手または車両を充電場所に適切に案内するためのシステムとともに使用するセンサ、必要な分離／結合により誘導コイルを相互に位置合わせするためのセンサ、結合を達成するために特定の高さおよび／または位置に電気車両誘導コイル３１６が移動するのを妨げ得るオブジェクトを検出するためのセンサ、ならびにシステムの信頼できる無害および安全な動作を実行するためのシステムとともに使用する安全センサを含み得る。たとえば、安全センサは、安全区域を越えてワイヤレス電力誘導コイル１０４ａ、１１６に近づいてくる動物または子供の存在の検出、加熱され得る（誘導加熱）基地システム誘導コイル３０４に近い金属オブジェクトの検出、基地システム誘導コイル３０４上の白熱オブジェクトなどの危険な事象の検出、ならびに基地ワイヤレス電力充電システム３０２および電気車両充電システム３１４の構成要素の温度監視のためのセンサを含み得る。
【００４０】
ワイヤレス電力伝達システム３００はまた、有線接続を介したプラグイン充電をサポートすることができる。電気車両１１２との間で電力を伝達する前に、有線充電ポートが、２つの異なる充電器の出力を一体化し得る。切替え回路は、ワイヤレス充電と有線充電ポートを介した充電の両方をサポートするために必要な機能を提供し得る。
【００４１】
基地ワイヤレス充電システム３０２と電気車両充電システム３１４との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム３００は、帯域内シグナリングとＲＦデータモデム（たとえば、無認可の帯域内の無線を介したＥｔｈｅｒｎｅｔ）の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用車／所有者への付加価値サービスの提供に十分な帯域幅を提供し得る。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し得る。
【００４２】
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３０４および３１６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、基地ワイヤレス電力充電システム３０２のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上で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。基地充電システム電力変換器３３６は、基地システム誘導コイル３０４によって生成され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、基地システム誘導コイル１０４ａによって生成され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断する際に使用するための基地充電システムコントローラ３４２によって監視することができる。
【００４３】
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の範囲の周波数で電力を伝達するように構成され得る。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。
【００４４】
説明したワイヤレス電力伝達システム１００は、再充電可能または交換可能なバッテリーを含む様々な電気車両１０２で使用され得る。図４は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両４１２に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。本実施形態では、ワイヤレス電力インターフェース（たとえば、充電器‐バッテリーコードレスインターフェース４２６）を組み込んだ、地中に埋め込まれた充電器（図示せず）から電力を受信し得る電気車両バッテリーユニットにとって、低バッテリー位置は有益であり得る。図４において、電気車両バッテリーユニットは、再充電可能バッテリーユニットであってよく、バッテリーコンパートメント４２４に収容されてよい。電気車両バッテリーユニットはワイヤレス電力インターフェース４２６も提供し、ワイヤレス電力インターフェース４２６は、共振誘導コイル、電力変換回路、ならびに地上基地ワイヤレス充電ユニットと電気車両バッテリーユニットとの間の効率的かつ安全なワイヤレスエネルギー伝達のために必要な他の制御および通信機能を含む電気車両ワイヤレス電力サブシステム全体を組み込み得る。
【００４５】
電気車両誘導コイルは、突き出た部分がないように、および地上‐車体の指定間隔が維持され得るように、電気車両バッテリーユニットまたは車体の下側と面一に組み込まれるのが有益であり得る。この構成は、電気車両ワイヤレス電力サブシステム専用の電気車両バッテリーユニット内の何らかの余地を必要とし得る。電気車両バッテリーユニット４２２はまた、バッテリー‐ＥＶコードレスインターフェース４２８、ならびに非接触電力および電気車両４１２と図１に示す基地ワイヤレス充電システム１０２ａとの間の通信を提供する充電器‐バッテリーコードレスインターフェース４２６を含むことができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、図１を参照すると、基地システム誘導コイル１０４ａおよび電気車両誘導コイル１１６は固定位置にあってよく、これらの誘導コイルは、基地ワイヤレス充電システム１０２ａに対する電気車両誘導コイル１１６の全体的配置によって近距離場結合領域内に置かれる。しかしながら、エネルギー伝達を迅速、効率的および安全に実行するために、基地システム誘導コイル１０４ａと電気車両誘導コイル１１６との間の距離は、結合を改善するために短縮される必要があり得る。したがって、いくつかの実施形態では、基地システム誘導コイル１０４ａおよび／または電気車両誘導コイル１１６は、それらの位置合わせを改善するように配置可能および／または移動可能であり得る。
【００４７】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄは、本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。図５Ａは、完全なフェライト埋込み型誘導コイル５３６ａを示している。ワイヤレス電力誘導コイルは、フェライト材料５３８ａおよびフェライト材料５３８ａの辺りに巻かれたコイル５３６ａを含むことができる。コイル５３６ａ自体は、標準的なリッツワイヤから作られ得る。導電シールド５３２ａは、車両の同乗者を過剰なＥＭＦ送信から保護するために提供される。導電シールディングは、プラスチックまたは複合物から作られた車両では特に有益であり得る。
【００４８】
図５Ｂは、結合を高めるための、および導電シールド５３２ｂにおける渦電流（熱放散）を減らすための最適に寸法決定されたフェライトプレート（すなわち、フェライトバッキング）を示している。コイル５３６ｂは、非導電性の非磁性（たとえば、プラスチック）材料に完全に埋め込まれ得る。たとえば、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、コイル５３６ｂは、保護筐体５３４ｂに埋め込まれ得る。磁気結合とフェライトヒステリシス損との間のトレードオフの結果として、コイル５３６ｂとフェライト材料５３８ｂとの間に分離があり得る。
【００４９】
図５Ｃは、コイル５３６ｃ（たとえば、銅リッツワイヤ多巻きコイル）が横（「Ｘ」）方向で移動可能であり得る別の実施形態を示している。図５Ｄは、誘導コイルモジュールが下方向に配置される別の実施形態を示している。いくつかの実施形態では、バッテリーユニットは、ワイヤレス電力インターフェースの一部として、配置可能な電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄおよび配置不可能な電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄのうちの１つを含む。磁場がバッテリー空間５３０ｄに、また車両の内部に浸透するのを防ぐために、バッテリー空間５３０ｄと車両との間に導電シールド５３２ｄ（たとえば、銅板）があり得る。さらに、導電シールド５３２ｄ、コイル５３６ｄ、およびフェライト材料５３８ｄを環境の影響（たとえば、機械的損傷、酸化など）から保護するために、非導電（たとえば、プラスチック）保護層５３３ｄが使用され得る。さらに、コイル５３６ｄは、横Ｘ方向および／またはＹ方向に移動可能であり得る。図５Ｄは、電気車両誘導コイルモジュール５４０ｄがバッテリーユニット本体に対して下方Ｚ方向に配置された一実施形態を示している。
【００５０】
この配置可能な電気車両誘導コイルモジュール５４２ｂの設計は、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄに導電シールディングがないことを除いて、図５Ｂの設計と同様である。導電シールド５３２ｄは、バッテリーユニット本体に付帯している。電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄが配置状態にないときに、保護層５３３ｄ（たとえば、プラスチック層）は、導電シールド５３２ｄと電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄとの間に提供される。電気車両誘導コイルモジュール５４２をバッテリーユニット本体から物理的に分離することは誘導コイルのパフォーマンスに好ましい影響を有し得る。
【００５１】
上で論じたように、配置された電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄは、コイル５３６ｄ（たとえば、リッツワイヤ）およびフェライト材料５３８ｄのみを含むことがある。フェライトバッキングは、結合を高めるために、および車体の底面または導電シールド５３２ｄにおける過剰な渦電流損から保護するために提供され得る。さらに、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄは、電力変換電子機器およびセンサ電子機器への柔軟なワイヤ接続を含み得る。このワイヤ束は、電気車両誘導コイルモジュール５４２ｄを配置するための機械ギアに組み込まれ得る。
【００５２】
図１を参照すると、上述の充電システムは、電気車両１１２を充電するために、または電力網に戻すように電力を伝達するために、様々な場所で使用され得る。たとえば、電力の伝達は、駐車場環境で生じることがある。「駐車エリア」は、本明細書で「駐車スペース」と呼ばれることもあることに留意されたい。車両ワイヤレス電力伝達システム１００の効率性を高めるために、電気車両１１２は、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が関連駐車エリア内の基地ワイヤレス充電システム１０２ａと適切に位置合わせできるようにＸ方向およびＹ方向に沿って位置合わせされ得る。
【００５３】
さらに、開示する実施形態は、１つもしくは複数の駐車スペースまたは駐車エリアを有する駐車場に適用可能であり、駐車場内の少なくとも１つの駐車スペースは基地ワイヤレス充電システム１０２ａを含むことができる。案内システム（図示せず）を使用して、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が基地ワイヤレス充電システム１０２ａと位置合わせされるように、車両オペレータが電気車両１１２を駐車エリアに位置付けるのを支援することができる。案内システムは、電気車両１１２内の電気車両誘導コイル１１６が充電基地（たとえば、基地ワイヤレス充電システム１０２ａ）内の充電誘導コイルと適切に位置合わせされ得るように、電気車両オペレータが電気車両１１２を位置付けるのを支援するための、電子基地の手法（たとえば、無線測位、方向発見原理、ならびに／または光学、準光学および／もしくは超音波感知方法）または機械基地の手法（たとえば、車輪ガイド、トラックまたはストップ）、あるいはそれらの任意の組合せを含むことができる。
【００５４】
上記で論じたように、電気車両充電システム１１４は、電力を送信し、かつ基地ワイヤレス充電システム１０２ａから電力を受信するために、電気車両１１２の下面に配置され得る。たとえば、電気車両誘導コイル１１６は、好ましくは中心位置の近くで車体底面に組み込まれてよく、それにより、ＥＭ露出に関して最大の安全な距離がもたらされ、電気車両の前進駐車および後進駐車が可能になる。
【００５５】
図６は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために使用され得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。図６に示すように、電気車両へのワイヤレス高電力伝達のための潜在的周波数範囲は、３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ帯域のＶＬＦ、いくつかの除外がある３０ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚ帯域の低ＬＦ（ＩＳＭなどの用途）、ＨＦの６．７８ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域６．７６５〜６．７９５ＭＨｚ）、ＨＦの１３．５６ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域１３．５５３〜１３．５６７）、およびＨＦの２７．１２ＭＨｚ（ＩＴＵ−Ｒ  ＩＳＭ−帯域２６．９５７〜２７．２８３）を含み得る。
【００５６】
図７は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。電気車両のワイヤレス充電に有用であり得るいくつかの例示的な送信距離は、約３０ｍｍ、約７５ｍｍ、および約１５０ｍｍである。いくつかの例示的な周波数は、ＶＬＦ帯域の約２７ｋＨｚおよびＬＦ帯域の約１３５ｋＨｚであり得る。
【００５７】
ワイヤレス電気車両充電（ＷＥＶＣ）システムは、様々な結合器コイル構成を使用することができる。たとえば、分極コイル構成、いわゆる「二重Ｄ」コイル設計が前に開示されている。しかしながら、「二重Ｄ」コイル構造のいくつかの実装形態の欠点は、磁束密度の高い放出と、シールド層内の高い電力損失とを含む。図８は、車両パッドの下の基地パッドの例示的な「二重Ｄ」コイル構成を概略的に示す。「二重Ｄ」コイル構造は、２つの平面コイルと、それらの２つの平面コイルの下に、それらの２つのコイルと実質的に平行する平面フェライトパッドとを備える。各コイルの外周は、（たとえば、ｘ軸に対して、またはｙ軸に直交する第１のコイルおよび第２のコイルの外周の直線部分に沿って）フェライトパッドの外周と実質的に整合する。
【００５８】
本明細書で説明するいくつかの実施形態は、コイル構成によってもたらされるエネルギー伝達（たとえば、磁気結合）にかなりの悪影響を及ぼさずに、放出および電力損失が著しく低減されるように、基地パッド構造（たとえば、フェライト層の構造）が最適化される構成を実現する。たとえば、本明細書で説明するいくつかの実施形態は、コイル構造によってもたらされるエネルギー伝達（たとえば、磁気結合）にかなりの悪影響を及ぼさずに、放出および電力損失が著しく低減するように、（たとえば、図９Ａに示すような）「ＤＤコイル」構成を有するパッド構造および（たとえば、図９Ｂに示すような）「双極コイル」構成を有するパッド構造を最適化するために使用され得る。
【００５９】
図９Ａは、本明細書で説明するいくつかの実施形態による、透磁性材料１０３０（たとえば、コア）が２つのコイル１０１０、１０２０の下のエリアの上方に延びる、互いの上に延びない２つのコイル１０１０、１０２０を有する例示的な磁束パッド１０００を概略的に示し、図９Ｂは、互いの上に部分的に延びる２つのコイル１０１０、１０２０を有するが、材料１０３０は２つのコイル１０１０、１０２０の下のエリアの上方に明らかに延びない、例示的な磁束パッドを概略的に示す。図９Ｂの例示的な磁束パッドは、２つのコイル１０１０、１０２０の下のエリアの上方に延びる材料１０３０を有してよく、それによって、本明細書で説明するいくつかの実施形態による別の例示的な磁束パッド１０００を提供する。パッド１０００は、パッド１０００の上方のスペースとの間で磁束を送信または受信するように構成される。パッド１０００は、誘導電力伝達システムの一部であり得る。たとえば、パッド１０００は、電気車両の車両パッド（たとえば、車両パッド１１００）に電力をワイヤレスに伝達するように構成された基地パッドであり得る。パッド１０００は、少なくとも第１の導電性コイル１０１０と第２の導電性コイル１０２０とを備える。第１のコイル１０１０は、実質的に平面であり、第１の外周１０１２を有する。第２のコイル１０２０は、実質的に平面であり、第２の外周１０２２を有する。第２のコイル１０２０は、第１のコイル１０１０と実質的に同一面上にある。図９Ａに概略的に示す例示的なパッド１０００の場合、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０は互いの上に延びず、したがって、第１の外周１０１２によって境界が画定された第１のエリア１０１４および第２の外周１０２２によって境界が画定された第２のエリア１０２４は互いの上に延びない。（たとえば、図９Ｂに概略的に示すように）互いの上に部分的に延びる第１のコイル１０１０と第２のコイルとを有する例示的なパッド１０００の場合、第１の外周１０１２によって境界が画定された第１のエリア１０１４および第２の外周１０２２によって境界が画定された第２のエリア１０２４は互いの上に部分的に延びる（たとえば、第２のコイル１０２０は第１のコイル１０１０上に部分的に延びる）。２つのコイル１０１０、１０２０が互いの上に部分的に延びる領域内で、第１のコイル１０１０は実質的に平面であり、第２のコイル１０２０は実質的に平面であり、コイル１０１０、１０２０のうちの１つまたは両方はコイルの厚みに対処するために完全に平面であることから若干逸脱している。図９Ｂは第２のコイル１０２０が曲がっていることを示すが、他の実装形態では、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０のうちの１つまたは両方は曲がっていない。
【００６０】
パッド１０００は、実質的に平坦な面１０３２を有し、第３のエリア１０３６の境界を画定する第３の外周１０３４を有する（たとえば、フェライトプレートを備える）透磁性材料（たとえば、コア）１０３０をさらに備える。材料１０３０は、少なくとも第１のコイル１０１０および第２のコイル１２０に磁気的に関連付けられ得る。第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０は、実質的に平坦な面１０３２に対して実質的に平行である。（たとえば、図９Ｂに概略的に示すように）２つのコイル１０１０、１０２０が互いの上に部分的に延びる１つまたは複数の領域を有する例示的なパッド１０００の場合、コイル１０１０、１０２０のうちの１つまたは両方は、コイルの厚みに対応するために、実質的に平坦な面１０３２と完全に平行していることから若逸脱している。図９Ａによって概略的に示すように、第１のコイル１０１０は平面１０３２の一方の半分の部分上にあり、第２のコイル１０２０は、平面１０３２のもう一方の半分の部分上にある。
【００６１】
第１の外周１０１２と第２の外周１０２２の総和によって境界が画定されるエリアは第３のエリア１０３６未満であってよい。図９Ａに概略的に示す例示的なパッド１０００の場合、第１のエリア１０１４（「Ａ１」）と第２のエリア１０２４（「Ａ２」）の総和は第３のエリア１０３６（「Ａ３」）よりも小さくてよい（たとえば、Ａ１＋Ａ２＜Ａ３）。（図９Ｂに概略的に示すように）２つのコイル１０１０、１０２０が互いの上に部分的に延びる１つまたは複数の領域を有する例示的なパッド１０００の場合、第１のエリア１０１４と第２のエリア１０２４の総和から第１のエリア１０１４の上を延びる第２のエリア１０２４の部分（「Ａｏｖｅｒ」）を差し引いた値は第３のエリア１０３６よりも小さくてよい（たとえば、Ａ１＋Ａ２−Ａｏｖｅｒ＜Ａ３）。第１のコイル１０１０と第２のコイル１０２０の総和の外側水平寸法は、材料１０３０の外側水平寸法よりも小さくてよい。
【００６２】
いくつかの実施形態では、（たとえば、図９Ａおよび図９Ｂに示す）第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０は、分極コイル構成であってよく、２つの極が、それぞれ、実質的に第１のエリア１０１４および第２のエリア１０２４内で形成されるように駆動され得る。１つの動作モードでは、パッド１０００上のエリア内に実質的に水平磁束（たとえば、共面コイルの平面と平行方向の束）を生成するために、束は一方の極から出て、もう一方の極から入る。いくつかのそのような実施形態では、コイル１０１０、１０２０は、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０の隣接する内側部分内の電流が同じ方向にあるように駆動される。
【００６３】
いくつかの実施形態では、第１のコイル１０１０はらせん巻線コイルであり、第２のコイル１０２０は、らせん巻線コイルであり、いくつかの他の実施形態では、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０は、２つのコイルを形成するように巻かれた単一の導電性ワイヤによって形成される。第１のコイル１０１０は材料１０３０に隣接してよく、第２のコイル１０２０は材料１０３０に隣接してよい。第１の外周１０１２は（図９Ａに概略的に示すように）第２の外周１０２２に隣接してよく、または第１の外周１０１２および第２の外周１０２２は（図９Ｂに概略的に示すように）互いの上に部分的に延びてもよい。
【００６４】
いくつかの実施形態では、第１のコイル１０１０の第１の外周１０１２は少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分１０１６を有し、第２のコイル１０２０の第２の外周１０２２は少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分１０２６を有する。第３のエリア１０３６は、少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分１０１６に沿って第１のエリア１０１４の上方に延びてよく、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分１０２６に沿って第２のエリア１０２４の上方に延びてよい。少なくとも１つの実質的に直線の第１の部分１０１６は、第１の方向に沿って延びてよく、少なくとも１つの実質的に直線の第２の部分１０２６は、第１の方向と実質的に平行な第２の方向に沿って延びてよい。第３のエリア１０３６は、互いに直交する少なくとも２つの方向に第１のエリア１０１４の上方を延びてよく、第３のエリア１０３６は、少なくとも２つの方向に第２のエリア１０２４の上方を延びてよい。いくつかの実施形態では、第３のエリア１０３６は、第１のエリア１０１４および第２のエリア１０２４の上方を延び、第１エリア１０１４および第２のエリア１０２４を実質的に囲む。
【００６５】
図９Ａは、「重複」寸法１０４０（たとえば、第３の外周１０３４と第２の外周１０２２との間の距離）を示す線の対を示す。図９Ｂはそのような「重複」寸法１０４０を示さないが、図９Ｂの第１のコイル１０１０、第２のコイル１０２０、および材料１０３０のサイズは、そのような「重複」寸法１０４０を生み出すように修正され得る。第３のエリア１０３６は、第１のコイル１０１０または第２のコイル１０２０のいずれかの主コイル半径の５％から全体的なパッドサイズ（たとえば、第３の外周１０３４の最端部分同士の間の距離）の２０％の範囲内の距離だけ、第１のエリア１０１４の上方を延びてよい。第３のエリア１０３６は、第１のコイル１０１０または第２のコイル１０２０のいずれかの主コイル半径の５％から全体的なパッドサイズ（たとえば、第３の外周１０３４の最端部分同士の間の距離）の２０％の範囲内の距離だけ、第２のエリア１０２４の上方を延びてよい。第３の外周１０３４は、第１の外周１０１２から、および第２の外周１０２２から、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０と実質的に平行な少なくとも２つの直交方向に、第１のコイル１０１０または第２のコイル１０２０のいずれかの主コイル半径の５％から全体的なパッドサイズ（たとえば、第３の外周１０３４の最端部分同士の間の距離）の２０％の範囲の距離だけ離間されてよい。本明細書で使用する、コイルの「主コイル半径」という句は、パッドの分極方向のコイルの平均コイル半径を指し、「分極方向」という句は、第１のコイル１０１０の中心から第２のコイル１０２０の中心までの方向（たとえば、図９Ａのｘ方向）を指す。たとえば、図９Ａに概略的に示すように、第２のコイル１０２０は、分極方向に内側コイル半径を有し、分極方向に外側コイル半径を有し、第２のコイル１０２０の主コイル半径は、（第２のコイル１０２０上に重ねられた矢印によって示す）分極方向に第２のコイル１０２０の内側コイル半径および外側コイル半径の平均である。
【００６６】
たとえば、８０ミリメートルの主コイル半径と２５０ｍｍの全体的なパッドサイズとを有するコイルの場合、第３のエリア１０３６は、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離（たとえば、２０ミリメートル）だけ第１のエリア１０１４の上方を延びてよく、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離（たとえば、２０ミリメートル）だけ第２のエリア１０２０の上方を延びてよい。第３の外周１０３４は、第１の外周１０１２から、および第２の外周１０２２から、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０と実質的に平行な少なくとも２つの直交方向に、４ミリメートルから５０ミリメートルの範囲の距離（たとえば、２０ミリメートル）だけ離間されてよい。
【００６７】
図９Ａに概略的に示すように、第１のコイル１０１０は、第１のコイル１０１０によって包囲された第１の２次元領域１０１９（たとえば、ホール）の境界を画定する第１の内周１０１８を備えることが可能であり、第２のコイル１０２０は、第２のコイル１０２０によって包囲された第２の２次元領域１０２９（たとえば、ホール）の境界を画定する第２の内周１０２８を備えることが可能である。いくつかの実施形態では、材料１０３０は、第１の領域１０１９を実質的に覆っていて、第２の領域１０２９を実質的に覆っている。本明細書で使用する「第１の領域１０１９を実質的に覆う」および「第２の領域１０２９を実質的に覆う」という句は、第１の領域および第２の領域の全体を覆うことと、それぞれ、第１の領域および第２の領域の少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％を覆うこととを含むが、これに限定されない、その最も広い妥当な解釈を有する。たとえば、材料１０３０は、（たとえば、第１の２次元領域１０１９にわたって２つの直交方向に）第１の領域１０１９に完全にわたって延びてよく、（たとえば、第２の２次元領域１０２９にわたって２つの直交方向に）第２の領域１０２９にわたって完全に延びてよい。図９Ａは、材料１０３０が２つの直交方向に第１の領域１０１９全体にわたって延び、材料１０３０が２つの直交方向に第２の領域１０２９全体にわたって延びる例を概略的に示す。別の例の場合、材料１０３０が実質的に第１の領域１０１９全体にわたって延びる（たとえば、第１の領域１０１９の少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％にわたって延びる）ように、材料１０３０は、１つまたは複数の電線用導管が第１の領域１０１９を通って材料１０３０の一方の側からもう一方の側に供給されるのを可能にするようにサイズ決定された第１の領域１０１９内の１つまたは複数のオリフィスを備え得る。同様に、材料１０３０が実質的に第２の領域１０２９全体にわたって延びる（たとえば、第２の領域１０２９の少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９７％にわたって延びる）ように、材料１０３０は、１つまたは複数の電線用導管が第２の領域１０２９を通って材料１０３０の一方の側からもう一方の側に供給されるのを可能にするようにサイズ決定された第２の領域１０２９内の１つまたは複数のオリフィスを備え得る。第１の領域１０１９内の１つまたは複数のオリフィスは、第１の領域１０１９のエリアの３％未満、第１の領域１０１９のエリアの５％未満、または第１の領域１０１９のエリアの１０％未満のエリアを有し得る。第２の領域１０２９内の１つまたは複数のオリフィスは、第２の領域１０２９のエリアの３％未満、第２の領域１０２９のエリアの５％未満、または第２の領域１０２９のエリアの１０％未満のエリアを有し得る。
【００６８】
図１０は、本明細書で説明するいくつかの実施形態による、例示的なマルチコイルパッド１０００と対照的な例示的なシングルコイルシステムを概略的に示す。例示的なシングルコイルパッドでは、シングルコイルは、アルミニウムシールドの上にあるフェライトプレートの上にある。シングルコイルパッド内のフェライトプレートは、シングルコイルの主磁束（たとえば、エネルギー伝達のために使用されることになる束）とアルミニウムシールドとの相互作用から生じることになる磁束のかなりの損失を避けるために使用される。例示的な分極マルチコイルパッド１０１０では、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０は、アルミニウムシールドの上にある透磁性材料１０３０（たとえば、フェライトプレート）の上にある。例示的な分極マルチコアパッド１０００は、材料１０３０が、寄生磁束（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ）を完全に収集せず（たとえば、第１のコイルおよび第２のコイル１０１０、１０２０の上方に材料１０３０の重複がまったく存在せず）、中央の主磁束をコイルからコイルに案内する場合ですら、妥当なパフォーマンスで電力を（たとえば、別のパッドに）伝達することができる。第１のコイルおよび第２のコイル１０１０、１０２０の上方の材料１０３０の重複は、したがって、エネルギー伝達の機能のために厳密に要求されない場合がある。しかしながら、そのような重複を含めることによって、パッド１０００は、材料１０３０の「収集」特性を使用して、不要な磁束放出および損失（たとえば、パッド１０００によるエネルギー伝達に寄与しない磁束）を低減するように構成され得る。
【００６９】
図１１〜図１３は、本明細書で説明するいくつかの実施形態によるパッド１０００から予想されるいくつかの計算結果を示す。計算は、基地パッドと車両パッドとの間に何のオフセットも伴わず（たとえば、車両パッドは基地パッド上に中心をおき）、「重複」寸法１０４０が可変である、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの全体寸法を有する「ＤＤＱ」コイル構造を備えた車両パッドの下の５５０ｍｍ×５５０ｍｍの全体寸法を有する「二重Ｄ」コイル構造を備えた基地パッドに基づいて実行された。図１１〜図１３の計算は、シールドの外寸およびフェライトプレートの外寸を等しく増大させて、材料１０３０の外寸がコイル１０１０、１０２０の総外寸に「重複」寸法１０４０の二倍を加えた値に等しいように、パッド１０００の寸法を変化させることによって実行された。これらの計算で使用された寸法および特定の値は、単なる例であり、限定的であると見なされるべきではない。
【００７０】
図１１は、パッド１０００と車両パッド１１００との間の結合係数ｋ１２の変動と０ｍｍから５０ｍｍの範囲にわたる「重複」寸法１０４０の関係を示す。結合係数は、最高で５０ｍｍまで「重複」させるためのほんのわずかな低減を示す。したがって、図１０にプロットされた値の範囲にわたるフェライトプレートおよびシールドのサイズを増大することによる、パッド１０００と車両パッド１１００との間の結合係数の不利な低減は存在しない。
【００７１】
図１２Ａは、放出の変動と０ｍｍから５０ｍｍの範囲にわたる「重複」寸法１０４０の関係を示す。図１２Ａにプロットされた最大束密度値は、ｘ軸に直行して配向され、（図１２Ａで「Ｂ＿ｍａｘ＿ｙｚ＿８５０ｍｍ」と標示された）ｘ軸に沿ってパッド１０００の中心点から８５０ｍｍ離れた平面上の基準点において、かつｙ軸に直交して配向され、（図１２Ａで「Ｂ＿ｍａｘ＿ｘｚ＿８５０ｍｍ」と標示された）ｙ軸に沿ってパッド１０００の中心点から８５０ｍｍ離れた平面上の基準点においてモデル化された。これらの平面を図１２Ｂおよび図１２Ｃに示す。図１２Ｃは、これらの２つの平面にわたる磁場の大きさを示す。図１２Ａによって示すように、４ｍｍと５０ｍｍの間の「重複」寸法の場合、著しい放出低減が存在する。
【００７２】
図１３は、損失の変動と０ｍｍから５０ｍｍの範囲にわたる「重複」寸法１０４０との間の関係を示す。プロットされた損失は２つの寄与に分けられる。すなわち、（ｉ）（「Ｌｏｓｓ＿ｆｅｒｒｉｔｅ＿ＢＰ」として示す）パッド１０００の材料１０３０またはフェライトプレート内で生じる励磁損失、および（ｉｉ）（「Ｌｏｓｓ＿ｂａｃｋ＿ｐｌａｔｅ＿ＢＰ」として示す）パッド１０００のシールドまたはバックプレート内で生じる渦電流損失である。図１３に示すように、これらの損失はフェライトプレートとバックプレートの両方に著しい低減を有する。
【００７３】
これらのモデル計算によって示すように、第１のコイル１０１０および第２のコイル１０２０のサイズと比較して材料１０３０（たとえば、フェライトプレート）およびシールドバックプレートのサイズが増大すると、結合係数は、実質的に変わらない状態に留まる（比較可能な電力伝達のために使用されることになるインダクタンスおよび電流も変わらない状態に留まる）が、シールドおよびフェライトプレート内の損失、ならびに放出はかなり減少し、全体効率は増大する。たとえば、５０ｍｍの「重複」寸法を使用すると、シールド内の損失は最高で９０％まで低減可能であり、フェライトプレート内の損失は最大で３５％まで低減可能であり、いずれの場所における放出は最大で５０％まで低減可能である。「重複」寸法を５０ｍｍに増大しなくても、著しい改善を得ることが可能である。たとえば、（ｘ方向とｙ方向の両方で４０ｍｍまでのパッド１０００の全体サイズの増大に対応する）２０ｍｍの「重複」寸法で、放出を７５％まで低減することができ、損失を５５％まで低減することができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、磁束パッドは、磁束を送信または受信するための第１の手段（たとえば、少なくとも第１の導電性コイル）を備える。第１の手段は、実質的に平面であり、第１のエリアの境界を画定する第１の外周を有する。磁束パッドは、磁束を送信または受信するための第２の手段（たとえば、少なくとも第２の導電性コイル）を備える。第２の手段は、実質的に平面であり、第２のエリアの境界を画定する第２の外周を有する。第２の手段は、第１の手段と実質的に同一面上にある。磁束パッドは、第１の手段および第２の手段によって送信または受信される磁束に影響を及ぼすための第３の手段（たとえば、透磁性材料）をさらに備える。第３の手段は、実質的に平坦な面を有し、第３のエリアの境界を画定する第３の外周を有する。第１の手段および第２の手段は、実質的に平坦な面と実質的に平行であり、第３のエリアは、第１のエリアおよび第２のエリアの上方を延び、第１のエリアおよび第２のエリアを実質的に囲む。
【００７５】
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび／もしくはソフトウェアの構成要素、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され得る。一般に、図に示す任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。
【００７６】
様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００７７】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計の制約に依存する。説明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。
【００７８】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明し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、実装あるいは実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、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、または状態機械とすることができる。プロセッサは、また、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の組合せ、１つもしくは複数のマイクロプロセッサのＤＳＰコアと一緒の組合せ、またはそのような任意の他の構成など、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されてもよい。
【００７９】
本明細書で開示する実施形態に関して説明し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具現化されても、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで具現化されても、またはその２つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、１つもしくは複数の命令また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るか、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、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。本明細書で使用するディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、データをレーザで光学的に再生する。上述したものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含められるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ内に存在し得る。その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し得る。
【００８０】
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。
【００８１】
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】
【００８２】
１００  ワイヤレス電力伝達システム
１０２ａ、１０２ｂ  基地ワイヤレス充電システム
１０４ａ  基地システム誘導コイル
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  バッテリーユニット
１３０  ローカル配電センター
１３２  電力バックボーン
２００  ワイヤレス電力伝達システム
２０２  基地ワイヤレス電力充電システム
２０４  基地システム誘導コイル
２０６  基地システム送信回路
２０８  電源
２１０  磁束デバイス
２１４  電気車両充電システム
２１６  電気車両誘導コイル
２１８  電気車両バッテリーユニット、バッテリーユニット
２２２  電気車両受信回路
２３６  基地充電システム電力変換器、電力変換器
２３８  電気車両電力変換器
３００  ワイヤレス電力伝達システム
３０２  基地ワイヤレス充電システム
３０４  基地システム誘導コイル、基地誘導コイル
３１０  磁束デバイス
３１４  電気車両充電システム
３１６  電気車両誘導コイル
３２０  第１の導電性コイル、第１のコイル
３２２  第１の層
３２４  第２の層
３３０  第２の導電性コイル、第２のコイル
３３２  第３の層
３３４  第４の層
３３６  充電システム電力変換器、基地充電システム電力変換器
３３８  電気車両電力変換器
３４０  透磁性材料
３４２  基地充電システムコントローラ、第１の面
３４４  電気車両コントローラ、第２の面
３４６  第１の縁部
３４８  第３の面
３５０  第２の縁部
３５２  位置合わせシステム、基地充電位置合わせシステム
３５４  位置合わせシステム、電気車両位置合わせシステム、基地充電システム電力インターフェース
３５６  通信リンク
３６２  基地充電案内システム
３６４  電気車両案内システム
３６６  案内リンク
３７２  基地充電通信システム
３７４  電気車両通信システム
３７６  通信リンク
４１０  磁束デバイス
４１２  電気車両
４２０  第１の導電性構造
４２２  電気車両バッテリーユニット、第１のコイル
４２４  バッテリーコンパートメント、第２のコイル
４２６  充電器‐バッテリーコードレスインターフェース、ワイヤレス電力インターフェース、第１の平面部分
４２８  バッテリー‐ＥＶコードレスインターフェース
４３０  第２の導電性構造
４３６  第２の平面部分
４４０  第１の導電性構造
５３０ｄ  バッテリー空間
５３２ａ  導電シールド
５３２ｂ  導電シールド
５３２ｄ  導電シールド
５３３ｄ  非導電（たとえば、プラスチック）保護層
５３４ｂ  保護筐体
５３６ａ  フェライト埋込み型誘導コイル、コイル
５３６ｂ  コイル
５３６ｃ  コイル
５３６ｄ  コイル
５３８ａ  フェライト材料
５３８ｂ  フェライト材料
５３８ｄ  フェライト材料
５４２ｄ  電気車両誘導コイルモジュール
１０００  磁束パッド、パッド、マルチコイルパッド、分極マルチコイルパッド
１０１０  第１の導電性コイル、第１のコイル
１０１２  第１の外周
１０１４  第１のエリア
１０１６  第１の部分
１０１８  第１の内周
１０１９  第１の２次元領域、第１の領域
１０２０  第２の導電性コイル、第２のコイル
１０２２  第２の外周
１０２４  第２のエリア
１０２６  第２の部分
１０２８  第２の内周
１０２９  第２の２次元領域、第２の領域
１０３０  透磁性材料
１０３２  実質的に平坦な面
１０３４  第３の外周
１０３６  第３のエリア
１０４０  「重複」寸法
１１００  車両パッド
【図１】
2017517866.tif 000003
【図２】
2017517866.tif 000004
【図３】
2017517866.tif 000005
【図４】
2017517866.tif 000006
【図５Ａ】
2017517866.tif 000007
【図５Ｂ】
2017517866.tif 000008
【図５Ｃ】
2017517866.tif 000009
【図５Ｄ】
2017517866.tif 000010
【図６】
2017517866.tif 000011
【図７】
2017517866.tif 000012
【図８】
2017517866.tif 000013
【図９Ａ】
2017517866.tif 000014
【図９Ｂ】
2017517866.tif 000015
【図１０】
2017517866.tif 000016
【図１１】
2017517866.tif 000017
【図１２Ａ】
2017517866.tif 000018
【図１２Ｂ】
2017517866.tif 000019
【図１２Ｃ】
2017517866.tif 000020
【図１３】
2017517866.tif 000021
【国際調査報告】
2017517866.tif 000022
2017517866.tif 000023
2017517866.tif 000024