(57)【要約】本発明は、誘導電力伝送のためのシステムの三相１次巻線構造体（６）を動作させる方法であって、１次巻線構造体（６）は、第１の位相線（Ｐ１）、第２の位相線（Ｐ２）、及び第３の位相線（Ｐ３）を備え、標準動作モードでは、第１の位相入力電圧（Ｕ１）、第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、所定の位相シフトが全ての３つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）間に設けられるように制御され、修正動作モードでは、第１の位相入力電圧（Ｕ１）、第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、一組の位相シフト値が最大で２つの非ゼロ値を含み、全ての非ゼロ位相シフト値が等しいように制御される、方法に関する。更に、本発明は、誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力伝送のためのシステムの三相１次巻線構造体（６）を動作させる方法において、前記１次巻線構造体（６）は、第１の位相線（Ｐ１）、第２の位相線（Ｐ２）、及び第３の位相線（Ｐ３）を備え、標準動作モードでは、第１の位相入力電圧（Ｕ１）、第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、所定の位相シフトが全ての３つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）間に設けられるように制御される方法であって、
修正動作モードでは、前記第１の位相入力電圧（Ｕ１）、前記第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、一組の位相シフト値が最大で２つの非ゼロ値を備え、全ての非ゼロ位相シフト値が等しいように制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の１つがゼロに低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
残りの前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、前記非ゼロ位相シフト値が位相角１８０°であるように制御されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記３つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）のうちの２つは、それらのそれぞれの電圧曲線が等しいように制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記２つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）のうちの少なくとも１つの位相角は、位相角＋／−６０°の倍数だけシフトされることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の周波数は変更されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記位相入力電圧（群）（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の前記周波数／周波数群は、実質的な単相線の共振周波数に適合され、前記実質的な単相線は、前記非ゼロ位相シフト値（群）を提供する前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の入力端子（ＩＰＴ１、ＩＰＴ２、ＩＰＴ３）間に提供される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、所定の２次出力電力が供給されるように制御されることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、前記位相線の各々の電流−電圧曲線が非容量性特性であるように制御されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、最大直流１次側入力電圧が所定の閾値以下であるように制御されることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、位相電流が最小になるように制御されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１、前記第２、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、三相インバータ（３）によって供給され、前記インバータ（３）のスイッチング素子（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６）のスイッチング状態は、所望の前記第１の位相入力電圧（Ｕ１）、所望の前記第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び所望の前記第３の位相入力電圧（Ｕ３）が供給されるように制御されることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１、前記第２、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）の前記制御は、前記１次巻線構造体（６）と２次巻線構造体との幾何学的位置の一致度に適合されることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットにおいて、前記１次ユニット（１）は、第１の位相線（Ｐ１）、第２の位相線（Ｐ２）、及び第３の位相線（Ｐ３）を有する三相１次巻線構造体（６）を備え、前記１次ユニット（１）は、更に、第１の位相入力電圧（Ｕ１）、第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び第３の位相入力電圧（Ｕ３）を制御する少なくとも１つの制御ユニットを備え、標準動作モードでは、前記第１の位相入力電圧（Ｕ１）、前記第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、所定の位相シフトが全ての３つの位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）間に設けられるように制御可能である、１次ユニットであって、
修正動作モードでは、前記第１の位相入力電圧（Ｕ１）、前記第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ３）は、一組の位相シフト値が最大で２つの非ゼロ値を備え、全ての非ゼロ位相シフト値が等しいように制御可能であることを特徴とする１次ユニット。
【請求項１５】
前記１次ユニット（１）は、三相インバータ（３）を備え、前記第１、前記第２、及び前記第３の位相入力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）は、前記三相インバータ（３）によって供給可能であり、前記インバータのスイッチング素子（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６）のスイッチング状態は、所望の前記第１の位相入力電圧（Ｕ１）、所望の前記第２の位相入力電圧（Ｕ２）、及び所望の前記第３の位相入力電圧（Ｕ３）が供給されるように制御可能であることを特徴とする請求項１４に記載の１次ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導電力伝送のためのシステムの三相１次巻線構造体を動作させる方法及び前記誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両、特に電気車両及び／または路線に拘束される車両及び／または道路用自動車、は、誘導電力伝送によって伝送される電気エネルギーで動作することが可能である。
【０００３】
誘導電力伝送は、通常、交番電磁界を生成する１次ユニット及び前記電磁界を受け取る受電装置を備える２次ユニットを使用して行われる。
【０００４】
１次ユニット及び２次ユニットは、例えば、それぞれ一組の三相巻線を備えることができる。１次ユニットの一組の巻線は、地面上に設置することができ（１次巻線構造体）、路傍の電力変換器（ＷＰＣ：wayside power converter）によって給電されることができる。２次ユニットの一組の巻線（２次巻線構造体）は車両上に設置される。例えば、２次巻線構造体は、車両の下に、路面電車の場合はその一部の車両の下に、取り付けることができる。
【０００５】
更に、そのような車両は、交流（ＡＣ：alternating current）を直流（ＤＣ：direct current）に変換するように適合されている整流器を備えることができる。直流は走行用電池を充電するために、または電気機械を動作させるために使うことができる。整流器は受電装置によって供給される交流を直流に変換する。
【０００６】
第１及び２次側は、具体的には１次及び２次巻線構造体は、電気エネルギーを車両に伝送する高周波変圧器の一部とすることができる。この伝送を、静的状態（車両が移動していない時）及び動的状態（車両が移動している時）において行うことができる。
【０００７】
効率的な誘導電力伝送を提供するために、同調誘導電力伝送システムを有することが望ましい。これは、１次及び２次巻線構造体の容量性及び誘導性素子に依存する当該巻線構造体の共振周波数が、所定の動作周波数と一致することを意味する。同調システムにおいて、最大電力伝送効率を達成することができる。
【０００８】
前述の共振周波数は、１次及び２次巻線構造体間の相互結合に依存する。相互結合は、２次巻線構造体に対する相対的な１次巻線構造体の位置の一致度に依存するので、位置一致度は電力伝送効率に影響を与える。特に、位置ずれの場合、電力伝送効率は低下する。
【０００９】
更に、誘導的に電力を自動車に伝送する必要がある場合、小さい寸法の１次ユニットを有することが望ましい。しかしながら、この場合、小さい位置ずれでも、電力伝送効率の著しい低下をもたらすことになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、特に１次巻線構造体と２次巻線構造体との間の位置ずれの場合における電力伝送効率の低減に対する、信頼性が高く且つ迅速な補償を可能にする三相１次巻線構造体及び１次ユニットを動作させる方法を提供することである。
【００１１】
本発明の基本的考えは、所定の動作基準、具体的には誘導電力伝送のためのシステム内での伝送電力、電圧パラメータ、または電流パラメータに関する基準、が満たされるように三相１次巻線構造体の標準動作を修正することであり、その標準動作は、３つの位相入力電圧のうち１つをオフにするか、または該位相入力電圧のうちの少なくとも１つの位相角を修正するかのいずれかによって修正される。
【００１２】
車両への誘導電力伝送のためのシステムの三相１次巻線構造体を動作させる方法を提案する。
【００１３】
本発明は、任意の陸上車両（一時的にのみ陸上に置かれる任意の車両をも含むが、好ましいわけではない）、具体的には、鉄道車両（例えば、路面電車）のような路線に拘束される車両だけでなく個人の（自家用の）乗用車あるいは公共交通車両（例えば、これも路線に拘束される車両であるトロリーバスを含むバス）のような道路用自動車、に適用可能である。
【００１４】
誘導電力伝送システムは、所定の動作周波数、具体的には、２０ｋＨｚから３００ｋＨｚまでの範囲、で動作させることができる。しかしながら、これは、より高いまたはより低い動作周波数の選択を排除するものではない。動作周波数は、誘導電力伝送システムによって伝送される所望の（最大）電力に応じて選択することができる。所望の伝送する電力は、例えば５００ｋＷまで選択可能である。所望の電力は、２次ユニットの出力に供給される電力、例えば２次側電池に供給される電力、に一致することができる。
【００１５】
１次巻線構造体は、第１の位相線、第２の位相線、及び第３の位相線を備える。位相線の幾何学的設計及び幾何学的配置は、計画される用途の要件に応じて選択可能である。
【００１６】
好ましくは、各位相線は、その位相線の経路が互いに隣接して配置される幾つかの副巻線を提供するように設計することができる。この文脈では、副巻線は、所定の領域を囲む、好ましくは完全な、導体ループを表す。導体ループは、それぞれの副巻線の１つの旋回または複数の旋回を提供する、または備えることができる。互いに隣接するとは、前記副巻線の中心軸、具体的には対称軸、が共通の直線に沿って、例えば所定の距離で、他から離れて置かれていることを意味する。直線は位相線の延在の方向と一致することができる。各位相線は偶数のまたは奇数の前記副巻線を提供することができる。副巻線は矩形の形状を有することができる。しかしながら、副巻線は、別の幾何学的形状、例えば円形の幾何学的形状を有することも可能である。
【００１７】
隣り合う、すなわち隣接する、副巻線は反対向きとすることができる。この文脈では、反対向きとは、第１の副巻線の電流の流れが時計方向に向けられており、隣の第２の副巻線の電流の流れが反時計方向に向けられていることを意味する。時計方向は、同一方向を指す並列の中心軸に対して定義することができる。電流が一組の副巻線に流れる場合、隣り合う副巻線は、巻き数に比例した大きさの、具体的には同一の大きさで逆の方向に向いた、磁界を生成することになる。
【００１８】
そのような１次巻線構造体の位相線の設計が英国特許出願第１３０６４０３．５号（未公開）に提案されている。
【００１９】
更に、位相線は、所定数の磁極を提供するように設計することができる。前述の位相線の設計を参照すると、各副巻線は位相線の１つの磁極を提供することができる。
【００２０】
位相線を、１次巻線構造体が動作する場合に、所望の一連の電磁界が生成されるように、互いに所定の距離で配置することもできる。具体的には、位相線を、位相線によって提供される磁極ピッチの幅の３分の２に相当する距離で配置することができる。位相線が２つ以上の副巻線を備える場合、第１の位相線の第１の副巻線の中心軸を、第２の位相線の第１の副巻線の中心軸から、延在方向、例えば共通の延在方向、に沿って所定の距離で配置することができ、前記第２の位相線の中心軸を、第３の位相線の第１の副巻線の中心軸から延在方向に沿って所定の距離で配置することができる。
【００２１】
また、各位相線を所望の磁極ピッチを提供するように設計することもできる。
【００２２】
好ましくは、位相線の経路は８字形である。これは、位相線が、前述の実施形態によると、延在方向に沿って互いに隣接して配置される２つの副巻線を備えることを意味する。
【００２３】
少なくとも１つの位相線のこのような設計は、有利にも１次巻線構造体に必要な設置空間を低減することを可能にする。これは、結果として、１次ユニットの一層のコンパクトな設計を可能にする。１次ユニットは、例えば充電パッドを備えることまたは充電パッドとして設計することができ、充電パッドは地面に組み込まれること、または地面の表面上に設置される（隆起した充電パッド）ことができる。位相線を１次ユニットに組み込むことができる。
【００２４】
標準動作モードにおいて、第１の位相入力電圧、第２の位相入力電圧、及び第３の位相入力電圧は、所定の位相シフトが全ての３つの位相入力電圧間に設けられるように制御される。位相入力電圧は、それぞれの位相線の入力端子と基準電位、例えば、接地電位との間にかかる電圧を表す。位相シフトは全ての３つの位相入力電圧間の位相角で表すことができる。
【００２５】
具体的には、第１の位相入力電圧と第２の位相入力電圧との間の位相シフトは、１２０°の位相角とすることができる。従って、第２の位相入力電圧と第３の位相入力電圧との間の位相シフトは、１２０°の位相角とすることができる。それにより、第１の位相入力電圧と第３の位相入力電圧との間の位相シフトは、２４０°の位相角とすることができる。従って、標準の動作モードにおいて、一組の非ゼロ位相シフト値は、２つの異なる非ゼロ位相シフト値、例えば１２０°及び２４０°を含む。
【００２６】
言い換えれば、第１の位相入力電圧と第２の位相入力電圧との間の第１の差分電圧、特にその差分電圧の経時推移、は、第２の位相入力電圧と第３の位相入力電圧との間の第２の差分電圧と異なり、第２の差分電圧もまた、第１の位相入力電圧と第３の位相入力電圧との間の第３の差分電圧と異なる。
【００２７】
本発明によれば、修正動作モードにおいて、第１の位相入力電圧、第２の位相入力電圧、及び第３の位相入力電圧は、一組の位相シフト値が最大で２つの非ゼロ値を含み、全ての非ゼロ位相シフト値が等しいように制御される。
【００２８】
実在の位相入力電圧間の一組の位相シフト値は、１つのみの非ゼロ値を含むことができる。これは、例えば実在の位相シフト値の数が１つに低減されることを意味する。
【００２９】
代替的に、実在の位相入力電圧間の一組の位相シフト値は、値が等しい２つの非ゼロ値を含むことができる。この場合、残りの位相シフト値はゼロとすることができる。これは、一組の位相シフト値内の異なる非ゼロ位相シフト値の数が減少されることを意味する。この場合、互いに異なる非ゼロ位相シフト値は存在しない。
【００３０】
これは、位相入力電圧間の全ての位相シフトの値は、特定の非ゼロ値に等しいか、またはゼロに等しいかのいずれかであることを意味する。
【００３１】
言い換えれば、実在の位相差分電圧の１つのみまたは２つのみが非ゼロである。第１の代替では、修正動作モードにおいて、非ゼロの位相間の差分電圧が１つのみ存在する。これは、特に３つの位相線の１つがオフに切り替えられ、１つのみの位相差分電圧が存在する場合に当てはまる。代替的に、全ての３つの位相が対応する位相入力電圧で供給され、３つの差分電圧の２つが等しく、且つ差分電圧の１つがゼロである。これは、特に３つの位相入力電圧のうちの２つの位相入力電圧の電圧推移が等しい場合に当てはまる。
【００３２】
修正動作モードは、例えば、２次巻線構造体に対する１次巻線構造体の幾何学的位置一致度に応じて有効化することができる。これは後述する。
【００３３】
本発明によって提案されるように動作モードを修正することで、有利にも、特に位置ずれが１次巻線構造体と２次巻線構造体との間に存在する場合に、所望の電力伝送基準を満たすことが可能になる。
【００３４】
基準相対位置及び／または向きが１次巻線構造体と２次巻線構造体との間に存在し、標準動作モードにおいて、１次巻線構造体及び２次巻線構造体がこの基準相対位置及び／または向きに配置される場合、１次システムは、ある特定の動作周波数、例えば２０ｋＨｚ、で同調されると仮定することができる。
【００３５】
この文脈では、同調されるとは、路傍の電源、例えばＷＰＣ、から無効電力を要求しない、または引き出さないことを意味し得る。本発明の文脈では、ＷＰＣは１次側インバータとも呼ばれ得るインバータを表すことができる。特別な場合には、同調されるとは、各位相線の位相電流及び位相電圧が、少なくとも位相入力電圧／電流の第１の高調波周波数において同相であることを意味し得る。言い換えれば、動作周波数は、それぞれの位相線の入力端子に接続される電気回路の共振周波数に一致する。前記電気回路は、１次側素子だけでなく、１次側に変換される２次側素子も含む。
【００３６】
１次巻線構造体及び２次巻線構造体がこの基準相対位置及び／または向きに配置される場合、１次ユニット及び２次ユニットは位置が合っている。
【００３７】
１次巻線構造体と２次巻線構造体との間の位置一致度は、例えば１次側基準点及び２次側基準点を参照して表すことができる。１次側基準点は、例えば、位相線の１つ、例えば第１の位相線、の幾何学的中心とすることができる。具体的には、基準点は、第１の位相線の第１の副巻線の幾何学的中心とすることができる。
【００３８】
２次側基準点は、２次巻線構造体の位相線、具体的には第１の位相線、の幾何学的中心とすることができる。具体的には、基準点は、２次巻線構造体の第１の位相線の第１の副巻線の中心点とすることができる。
【００３９】
その場合、位置一致度は１次側の座標系に対して表すことができ、長手軸は１次巻線構造体の延在方向に合わせることができ、垂直軸は１次巻線構造体が配置される平面に垂直に向けることができる。その場合、横軸は長手軸及び垂直軸と直角をなすことができる。
【００４０】
１次側の座標系の原点は、例えば１次側基準点に置くことができる。そのような１次側の座標系に対して、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間の相対位置及び／または向きを表すことができる。
【００４１】
位置ずれ、例えば基準相対位置及び／または向きからのずれ、の場合、１次側及び２次側から構成される変圧器は離調することになる。これは、結果として、電力伝送性能を低下させ、１次側の、特に１次側インバータ内の損失を増加させることになる。前記電力伝送性能の低下を補償するために、１次側により大きい電流が必要となり、その結果として、より大きい損失が生成され、且つ総電力伝送効率を低下させることになる。
【００４２】
この影響は、特に幾何学的寸法が小さい１次ユニットに当てはまり、小さい位置ずれが大きい電力伝送性能の低下をもたらすことになる。言い換えれば、小さい寸法の１次ユニットは、位置ずれに関して許容度がより低いという特徴がある。
【００４３】
例えば、２次巻線構造体、例えばピックアップ、の位置ずれの場合、１次巻線構造体の大部分、具体的には１次巻線構造体の位相線の一部、が２次巻線構造体の一部と重ならないことがあり得る。本発明の文脈では、重なるとは、１次巻線構造体及び２次巻線構造体が、前述の垂直方向と直角に向けられていてもよい共通の投影面において重複することを意味する。不完全な重なりの場合、１次巻線構造体に投入されるエネルギーが誘導エネルギー伝送工程に効果的に貢献しないことになる。
【００４４】
位置ずれの場合に修正動作モードを有効化することによって、前述の欠点、具体的には電力伝送性能の低下及び１次巻線構造体内のより大きい電流、は、有利にも完全にまたは少なくとも部分的に補償され得る。
【００４５】
別の実施形態では、位相入力電圧のうちの１つはゼロに低減される。
【００４６】
３つの位相入力電圧のうちの１つのみがゼロに低減されることが重要である。言い換えれば、３つの位相入力電圧のうちの１つがオフに切り替えられる。従って、対応する位相線は動作されない。従って、３つの位相入力電圧のうちの２つのみが存在する。この場合、一組の位相シフト値は１つのみの値を含み、前記値は非ゼロ値である。これにより、実質的な単相システムが効果的に提供され、実質的な単相線は動作している位相線の入力端子間に提供される。後述するように、そのような実質的な単相システムは、有利にも、例えば前記実質的な単相線の共振周波数と一致させるために、実質的な単相線の端子にかかる電圧の動作周波数を変更することを可能にする。これにより、結果として、無効電力が低減され、従って、誘導電力伝送性能が向上する。
【００４７】
位相入力電圧の１つをゼロに低減することは、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のエアギャップに望ましくない減少が生じた場合に、特に効果的である。望ましい誘導電力伝送のために、垂直変位としても表すことができる所定の幅のエアギャップが設けられることが必要である。例えばフラットタイヤまたは車両内の重い負荷により前記エアギャップの幅が減少すれば、余分な電圧が、誘導電力伝送の場合には２次巻線構造体内に生成される可能性がある。これらの余分な電圧は、２次側素子、例えば整流器またはキャパシタ、を損傷する可能性がある。
【００４８】
１つの位相線をオフにすることによって、伝送エネルギーの量が減少する。これは、結果として、有利にも、前述の２次側の余分な電圧を低減する、または除去さえもする。もう１つの利点は、標準動作モードに比べて、１次側のインバータへの入力直流電流を低減することができることである。
【００４９】
好ましい実施形態では、残りの位相入力電圧は、非ゼロ位相シフト値が１８０°であるように制御される。例えば第２の位相線がオフにされる場合、第３の位相入力電圧の位相角は、６０°だけ増加させることができ、これは、第１の位相入力電圧と第３の位相入力電圧との間に１８０°の位相シフトを提供する。位相シフトを１８０°に調整することにより、より高い交流電圧が、残りの位相線の入力端子にかかる。前記交流電流は、例えば、１次巻線構造体により大きい電流を生成する１次側の電流整形フィルタにかけることができる。このより大きい電流は、有利にも、２次側への誘導エネルギー伝送を増加させる。しかしながら、１次側インバータ向けの直流入力電圧は増加されない。
【００５０】
代替の実施形態では、３つの位相入力電圧のうちの２つは、それらのそれぞれの電圧曲線が等しいように制御される。これは、位相入力電圧の経時推移が等しいことを意味する。言い換えれば、これらの２つの（制御された）位相入力電圧の各々と残りの位相入力電圧との間の位相角は等しい。
【００５１】
位相入力電圧の制御は、位相入力電圧の位相角を制御することによって行うことができる。これは、３つの位相入力電圧のうちの２つの位相角が、それらのそれぞれの電圧曲線が等しくなるように制御されることを意味する。
【００５２】
この場合、一組の位相シフト値は、なお３つの値を含むことができ、１つの値はゼロであり、残りの２つの値は等しく且つ非ゼロである。
【００５３】
そのような制御も実質的な単相システムを提供する。例えば、第２及び第３の位相入力電圧の電圧曲線が等しい場合、実質的な単相線が、第１の位相線の入力端子と、同一の電位を有する第３及び第２の位相線の入力端子との間に提供される。後に説明するように、そのような実質的な単相システムは、有利にも、例えば前記実質的な単相線の共振周波数と一致させるために、実質的な単相線の端子にかかる電圧の動作周波数を変更することを可能にする。これにより、結果として、無効電力が低減され、従って、誘導電力伝送性能が向上する。
【００５４】
３つの位相入力電圧のうちの２つを、それらのそれぞれの電圧曲線が等しくなるように制御することは、例えば１次巻線構造体の完全に重なるセクションを提供する位相線の電流を増大させることができ、１次巻線構造体の一部重ならないセクションを提供する位相線の電流は低減されることになる。１次側巻線構造体の部分的に重ならないセクションを提供する位相線の電流を低減することによって、１次側巻線構造体のそれらのセクション内の導通損失の量を有利にも低減することになる。完全に重なる１次側巻線を提供する位相線内のより大きい電流によって、許容可能な位置ずれの範囲が有利にも拡大されることになる。
【００５５】
全体として、修正動作モードを有効化させることによって、伝送されるエネルギーの量は、最も効果的な電力伝送が提供されるように、位相線間に分配される。特に、１次側巻線構造体と２次側巻線構造体との間の位置ずれの場合、１次側位相線は離調されることになる。これは、例えば位置ずれによってもたらされる浮遊インダクタンスの増加による。離調は、容量性または誘導性のリアクタンスをもたらし、これは、結果として、位相電流及び位相電圧がもはや同相でなくなるという結果をもたらし得る。従って、追加の無効電力がインバータによって提供されなければならず、ゼロ電流スイッチングまたはゼロ電圧スイッチングの可能性は、もはや存在しない。そのような位置ずれによる離調の場合、離調の影響を補償し、且つ同調状態で動作することができるシステムを提供する位相入力電圧に対する共通の周波数は、見つけることができない。提案された修正動作モードは、前述の実質的な単相線を作成することによって、この問題を克服する。
【００５６】
好ましい実施形態では、２つの位相入力電圧のうちの少なくとも１つの位相角は、＋／−６０°の倍数だけシフトされる。
【００５７】
これは、有利にも、等しい電圧曲線を達成するために２つの位相入力電圧を容易に制御することを可能にする。
【００５８】
非ゼロ位相シフト値が１８０°と異なり得る所望の値を取るように、残りの位相入力電圧を制御することが可能である。変圧器の２次巻線構造体の端子に供給される電圧、具体的には電圧の振幅、は、位相シフト値に依存するので、前記電圧を非ゼロ位相シフト値に応じて制御することができる。しかしながら、１８０°と異なる非ゼロ位相シフト値は、ＷＰＣのスイッチング素子のゼロ電流スイッチングを抑制する可能性がある。ＷＰＣにおけるスイッチング損失は、１８０°と異なる非ゼロ位相シフト値が選択される場合には、無効電力が路傍の電源から取り出されない場合でさえ、発生する可能性がある。
【００５９】
好ましい実施形態では、位相入力電圧（群）のうちの少なくとも１つ、好ましくは全て、の周波数は変更される。具体的には、全ての残りの位相入力電圧の周波数は、同一の量だけ変更可能である。更に、周波数を、結果として得られる実質上の単相線のリアクタンスが低減されるように変更することができる。これは、有利にも、電力伝送効率を向上させる。
【００６０】
好ましい実施形態では、（残りの）位相入力電圧（群）の周波数／周波数群は実質的な単相線の共振周波数に適合され、実質的な単相線は、（１つの位相線がオフにされている場合は）非ゼロ位相シフト値を提供する、または（３つの位相入力電圧のうちの２つがそれらのそれぞれの電圧曲線が等しいように制御される場合は）等しい非ゼロ位相シフト値を提供する位相入力電圧の入力端子間に提供される。
【００６１】
１つの位相線がオフにされている場合、実質的な単相線は、残りの２つの有効な位相線の入力端子間に提供される。
【００６２】
３つの位相入力電圧のうちの２つがそれらのそれぞれの電圧曲線が等しいように制御される場合、実質的な単相線は、残りの１つの位相線の入力端子と、等しい電圧曲線及びそれ故に共通の電位を有する２つの位相線の入力端子との間に提供される。
【００６３】
そのような適合された周波数では、実質的な単相線のリアクタンスはゼロである。これは、いかなる離調も基準周波数の適合により補償することができることを意味する。従って、離調した三相システムは同調した単相システムに変形される。同調した単相システム内では、無効電力はインバータによって供給される必要はない。また、インバータ内のスイッチング素子のゼロ電圧スイッチングを提供することができる。
【００６４】
別の実施形態では、位相入力電圧は、所定の２次出力電力が供給されるように制御される。２次出力電力は、走行用電池などの２次側エネルギー貯蔵器に供給される充電電力を意味することができる。前記所定の２次出力電力は、例えば７．２ｋＷであることができる。従って、要求された２次出力電力が常に供給されることを確保する制御シナリオを見出す必要がある。
【００６５】
これは、有利にも、位置ずれの場合でさえ、誘導エネルギーの所望の伝送を保証する。
【００６６】
別の実施形態では、位相入力電圧は、各位相線の電流−電圧曲線が非容量性特性となるように制御される。これは、有利にも、１次側インバータのレグの１つにおいて容量性スイッチングを禁止する。容量性スイッチングは、結果として、大量のスイッチング損失を生成する可能性がある。非容量性スイッチングは、１次側電力装置の定格を最小にするために、且つ冷却システムの要件を最小にするためにも必須である。
【００６７】
従って、非容量性の電流−電圧曲線は、有利にも、前述の欠点を克服する。
【００６８】
別の実施形態では、位相入力電圧は、特に１次側インバータの最大直流１次側入力電圧が所定の閾値以下であるように制御される。これは、所望の２次出力電力を供給するために必要な直流入力電圧の上限を低減することができることを意味する。
【００６９】
更に別の実施形態では、位相入力電圧は、位相電流が最小になるように制御される。これは、有利にも、位相線内での抵抗損失を低減させる。
【００７０】
修正動作モードが有効化されれば、例えば、位相入力電圧の修正動作モードの種々の制御シナリオを、その後所定の時間の間有効化することが可能である。その場合、前述の基準の全てまたは殆ど全てを満たす制御シナリオを選択することができる。代替的に、位相入力電圧の特性、例えば振幅及び位相角、を、前述の基準の１つ以上、好ましくは全て、を満たすように適合させることができる。
【００７１】
別の実施形態では、第１、第２、及び第３の位相入力電圧は三相インバータによって供給される。インバータのスイッチング素子、例えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ、のスイッチング状態は、所望の第１の位相入力電圧、所望の第２の位相入力電圧、及び所望の第３の位相入力電圧、具体的には前記入力電圧の所望の経時推移、を供給するように制御される。インバータは３レグ・インバータとすることが可能であり、各レグは、高電位に接続される第１のスイッチング素子及び低電位に接続される第２のスイッチング素子を備える。１つのレグ内のスイッチング素子を、１つの位相線の入力端子の電位を提供する共通電位に接続することができる。
【００７２】
この場合、修正動作モード内の制御シナリオは、インバータのスイッチング素子のスイッチング・パターンによって提供することができる。
【００７３】
言い換えれば、例えば所望の２次出力電力を提供し、容量性スイッチングを回避し、且つ最小範囲の直流入力電圧を提供する前述の基準を満たすスイッチング・パターンを適用することができる。
【００７４】
別の実施形態では、第１、第２、及び第３の位相入力電圧の制御は、１次巻線構造体と２次巻線構造体との幾何学的位置一致度に適合される。これは、位相入力電圧のある特定の制御シナリオが幾何学的な位置一致度に応じて有効化されることを意味する。
【００７５】
例えば、１次及び２次巻線構造体の相対位置及び／または向きを判定、例えば測定、することが可能である。これは、例えば少なくとも１つのセンサ素子を使用することによって行うことができる。相対位置及び／または向きに応じて、例えば巻線構造体の位置が合っているかずれているかという位置一致度状態を判定できる。もちろん、位置一致度（位置ずれ度）を定量的に判定することもできる。位相入力電圧の適正な制御シナリオを、位置一致度状態または定量値に応じて有効化することができる。
【００７６】
もちろん、位相入力電圧のある特定の制御シナリオを、位置一致度状態あるいは判定された相対位置及び／または向きに応じて有効化することも可能である。例えば、較正の工程を行い、ある特定の位置一致度状態あるいは相対位置及び／または向きに対して、最適な制御シナリオ、例えばスイッチング・パターンを決定する。後の時点で現場において、位置一致度状態あるいは相対位置及び／または向きを判定し、対応する制御シナリオを修正動作モードで有効化することができる。
【００７７】
誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットが更に提案され、１次ユニットは、第１の位相線、第２の位相線、及び第３の位相線を有する三相１次巻線構造体を備える。１次ユニットは、更に、第１の位相入力電圧、第２の位相入力電圧、及び第３の位相入力電圧を制御する少なくとも１つの制御ユニットを備える。標準動作モードでは、第１の位相入力電圧、第２の位相入力電圧、及び第３の位相入力電圧は、全ての３つの位相入力電圧間の所定の位相シフトを設けるように制御可能である。標準動作モード内で、異なる非ゼロ位相シフト値の数は３とすることができる。
【００７８】
本発明によれば、修正動作モードでは、第１の位相入力電圧、第２の位相入力電圧、及び第３の位相入力電圧は、一組の位相シフト値が最大で２つの非ゼロ値を含み、全ての非ゼロ位相シフト値が等しいように制御可能である。
【００７９】
提案された１次ユニットに対して、前述の方法の１つを、有利にも、実施することができる。
【００８０】
別の実施形態では、１次ユニットは三相インバータを備え、第１、第２、及び第３の位相入力電圧は、三相インバータによって供給可能であり、インバータのスイッチング素子のスイッチング状態は、所望の第１の位相入力電圧、所望の第２の位相入力電圧、及び所望の第３の位相入力電圧が供給されるように制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
本発明を、添付の図面を参照して説明する。図面は以下に示す。
【００８２】
【図１】誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットの概略回路図である。
【図２】１次ユニットの上に位置する車両の例示的な側面図である。
【図３】標準動作モードでのゲート信号及び電流の例示的な経時推移である。
【図４】修正動作モードの第１の制御シナリオでのゲート信号及び電流の例示的な経時推移である。
【図５】修正動作モードの別の制御シナリオでのゲート信号及び電流の例示的な経時推移である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１は１次ユニット１（図２参照）の概略回路図を示す。１次ユニット１は、インバータ３に直流入力電圧を供給する直流電圧源２を備える。インバータは３つのレグ４ａ、４ｂ、４ｃを備える。
【００８４】
第１のレグ４ａは、第１のスイッチング素子Ｇ１及び第２のスイッチング素子Ｇ２を備える。第１のスイッチング素子Ｇ１の入力端子は、直流電圧源２によって供給される高電位に接続される。第１のスイッチング素子Ｇ１の第２の端子は、第２のスイッチング素子Ｇ２の第１の端子に接続される。第２のスイッチング素子Ｇ２の第２の端子は、直流電圧源２によって供給される低電位に電気的に接続される。第１及び第２のスイッチング素子Ｇ１、Ｇ２の共通の接続点は、第１の位相線Ｐ１の入力端子ＩＴ１も提供する。
【００８５】
インバータ３の残りの２つのレグ４ｂ、４ｃは同様に設計される。具体的には、インバータ３の第２のレグ４ｂは、第１のレグ４ａのスイッチング素子Ｇ１、Ｇ２と同様に接続される第１のスイッチング素子Ｇ３及び第２のスイッチング素子Ｇ４を備える。第２のレグ４ｂの第１のスイッチング素子Ｇ３及び第２のスイッチング素子Ｇ４の共通の接続点は、第２の位相線Ｐ２の入力端子ＩＴ２を提供する。
【００８６】
第３のレグ４ｃは、第１のレグ４ａのスイッチング素子Ｇ１、Ｇ２と同様に設計及び配置される第１のスイッチング素子Ｇ５及び第２のスイッチング素子Ｇ６を備える。第３のレグ４ｃの第１のスイッチング素子Ｇ５及び第２のスイッチング素子Ｇ６の共通の接続点は、第３の位相線Ｐ３の入力端子ＩＴ３を提供する。
【００８７】
各スイッチング素子Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６に対して、還流ダイオードＤ及びスイッチ・キャパシタＣＧが並列に接続される。
【００８８】
１次ユニット１は電流整形フィルタ５を更に備える。電流整形フィルタ５は、誘導性フィルタ素子ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３及び容量性フィルタ素子ＦＣ１、ＦＣ２、ＦＣ３を、位相線ごとに１つずつ備える。各位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３内で、電流整形フィルタ５の誘導性フィルタ素子ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３は、各位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれの入力端子ＩＴ１、ＩＴ２、ＩＴ３に直列に接続される。更に、各位相線内で、それぞれの容量性フィルタ素子ＦＣ１、ＦＣ２、ＦＣ３は、誘導性フィルタ素子ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３に接続され、且つ１次巻線構造体６の誘導性素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と抵抗構造体７の抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３との直列接続に接続される。
【００８９】
電流整形フィルタ５は１次ユニット１を同調するために使用される。
【００９０】
１次ユニット１は更に１次巻線構造体６を備える。１次巻線構造体６は、位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ごとに１つの誘導性素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備える。これらの誘導性素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、電流整形フィルタ５、具体的には誘導性フィルタ素子ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３に直列に接続される。誘導性素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、誘導電力伝送のために交番電磁界を生成する、対応する位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の巻線構造体のインダクタンスを表す。
【００９１】
更に図示されているのは、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を備える１次ユニット１の抵抗構造体７である。これらの抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は各位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の抵抗を表す。
【００９２】
制御ユニット（図示されていない）が、インバータ３の各レグ４ａ、４ｂ、４ｃのスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６、具体的には各スイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６のスイッチング時刻、を制御する。スイッチング時刻、具体的にはスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６が開かれる、または閉じられる時点、を制御することによって、位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の所望の電圧推移を各位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対して供給することができる。スイッチング時刻を制御することによって、位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の振幅及び周波数並びに位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３間の位相シフトも制御することができる。
【００９３】
図２は、経路１０の地表９に沿って走行する車両８の概略側面図を示す。地表９の上に１次ユニット１が設置されている。１次ユニット１を、例えば隆起した充電パッドとして設計することができる。代替的に、１次ユニット１を、経路地表９を提供する地面の中に組み込むことができる。車両８は、受電装置またはピックアップとも呼ぶことができる２次ユニット１１を備える。
【００９４】
図示されているのは、１次ユニット１に対して固定されている１次ユニット１の基準点ＲＰＰである。更に図示されているのは、２次ユニット１１に対して固定されている２次ユニット１１の基準点ＲＰＳである。更に図示されているのは、１次ユニット１の基準点ＲＰＰを原点とする基準座標系の長手軸ｘ及び垂直軸ｚである。長手軸ｘは長手方向に向いている。この長手方向は、例えば車両が経路１０の地表９上をまっすぐ前進する場合は走行方向とすることができる。垂直軸ｚは経路１０の地表９に垂直に向いている。横軸（図示されていない）は図示の長手軸及び垂直軸ｘ、ｚに直角に向いている。基準座標系に対して、長手及び垂直変位は、それぞれ、１次及び２次ユニット１、１１の基準点ＲＰＰ、ＲＰＳ間に設けられる。横変位は図示されていない。
【００９５】
１次ユニット１及び２次ユニット１１の基準相対位置及び／または向きにおいて、１次ユニット１及び２次ユニット１１の電気素子によって、具体的には１次巻線構造体６（図１参照）及び２次巻線構造体（図示されていない）によって、提供される変圧器は同調されている。
【００９６】
これは、所定の基準長手、横、及び／または垂直変位に対して、適用可能な場合には更に所定の基準相対向きに対して、インバータ３は所定の動作周波数で動作することができるが、インバータ３は無効電力を供給または補償する必要はないということを意味する。所定の周波数でインバータ３を動作させることは、スイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６のスイッチング状態を前記動作周波数に合わせて変更ができることを意味することができる。従って、位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３または前記位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の少なくとも第１高調波は前記動作周波数を有する。
【００９７】
言い換えれば、この所定の基準相対位置及び／または向きにおいて、各レグ４ａ、４ｂ、４ｃの入力端子ＩＴ１、ＩＴ２、ＩＴ３に接続される回路構造体の共振周波数は、動作周波数に一致する。入力端子ＩＴ１、ＩＴ２、ＩＴ３に接続される前述の回路構造体は、図１に示される１次側素子だけでなく、２次側素子をも備え、前記２次側素子のインダクタンス、キャパシタンス、及び／または抵抗は１次側に移行され、これら移行された素子はまた回路構造体の一部となることを留意することが重要である。
【００９８】
図３は、図１に示すスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６のゲート信号Ｇ１＿Ｓ、Ｇ２＿Ｓ、Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓ、Ｇ５＿Ｓ、Ｇ６＿Ｓの例示的な経時推移を示す。それぞれのゲート信号Ｇ１＿Ｓ、…、Ｇ６＿Ｓが値１に一致する場合、それぞれのスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６は閉じられている。それぞれのゲート信号Ｇ１＿Ｓ、…、Ｇ６＿Ｓの値が値０に一致する場合、それぞれのスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６は開かれている。第１のスイッチング時刻ｔ１において、第１のレグ４ａの第２のスイッチング素子Ｇ２はオフに切り替えられ、第１のレグ４ａの第１のスイッチング素子Ｇ１はオンに切り替えられる。第１のスイッチング時刻ｔ１の後、直流電圧源２によって供給される直流入力電圧は、第１の位相線Ｐ１の入力端子ＩＴ１に印加される。
【００９９】
第２のスイッチング瞬間ｔ２において、第３のレグ４ｃの第１のスイッチング素子Ｇ５がオフに切り替えられる。このオフへのスイッチング時刻の後の所定の遅延時間内に、第３のレグ４ｃの第２のスイッチング素子Ｇ６がオンに切り替えられる。
【０１００】
第３のスイッチング時刻ｔ３において、第２のレグ４ｂの第２のスイッチング素子Ｇ４がオフに切り替えられる。そのオフへのスイッチング瞬間の後の所定の時間レグ、第２のレグ４ｂの第１のスイッチング素子Ｇ３がオンに切り替えられる。
【０１０１】
第４のスイッチング時刻ｔ４において、第１のレグ４ａの第１のスイッチング素子Ｇ１はオフに切り替えられ、第１のレグ４ａの第２のスイッチング素子Ｇ２はオンに切り替えられる。第５のスイッチング時刻ｔ５において、第３のレグ４ｃの第２のスイッチング素子Ｇ６がオフに切り替えられ、第３のレグ４ｃの第１のスイッチング素子Ｇ５がオンに切り替えられる。第６のスイッチング時刻ｔ６において、第２のレグ４ｂの第１のスイッチング素子Ｇ３がオフに切り替えられ、第２のレグ４ｂの第２のスイッチング素子Ｇ４がオンに切り替えられる。第７のスイッチング時刻ｔ７において、第１の位相線Ｐ１の１スイッチング周期が経過している。同様に、第３の位相線Ｐ３の１スイッチング周期が第８のスイッチング時刻ｔ８において経過しており、第２の位相線Ｐ２の１スイッチング周期が第９のスイッチング時刻ｔ９において経過している。
【０１０２】
所定の時間遅延が、図３に示されている全てのスイッチング・オフ時刻とスイッチング・オン時刻の間に設けられていることが、図示されている。
【０１０３】
従って、位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３は方形波の形状を有する。
【０１０４】
第１の位相入力電圧Ｕ１と第２の位相入力電圧Ｕ２との間の位相角は、第３のスイッチング時刻ｔ３と第１のスイッチング時刻ｔ１との間の時間遅延によって示される。第１の位相入力電圧Ｕ１と第３の位相入力電圧Ｕ３との間の位相シフトは、第１のスイッチング時刻ｔ１と第５のスイッチング時刻ｔ５の間の時間遅延によって提供される。第２の位相入力電圧Ｕ２と第３の位相入力電圧Ｕ３との間の位相シフトは、第３のスイッチング時刻ｔ３と第５のスイッチング時刻ｔ３の間の時間遅延によって提供される。
【０１０５】
第１及び第２の位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２間の位相シフトは、第２及び第３の位相入力電圧Ｕ２、Ｕ３間の位相シフトと等しく、非ゼロ、具体的には１２０°である。更に、第１及び第３の位相入力電圧Ｕ１、Ｕ３間の位相シフトは、第１及び第２の位相入力電圧Ｕ１、Ｕ２間の位相シフトの２倍の値に一致し、例えば２４０°に一致する。従って、一組の位相シフト値は３つの非ゼロ値を含む。
【０１０６】
図３は、標準動作モードの経時推移を示す。更に図示されているのは、電流整形フィルタ５の誘導性フィルタ素子ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３に流れる電流Ｉ＿ＦＬ１、Ｉ＿ＦＬ２、Ｉ＿ＦＬ３である。更に図示されているのは、１次巻線構造体６の誘導性素子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、例えば巻線構造体に流れる巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３の経時推移である。
【０１０７】
標準動作モードでは、電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３は、正弦波の形を有し、１２０°または２４０°の位相シフトを有する。
【０１０８】
図４は、ゲート信号Ｇ１＿Ｓ、Ｇ２＿Ｓ、Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓ、Ｇ５＿Ｓ、Ｇ６＿Ｓの例示的な経時推移を示す。第１のレグ４ａ（図１参照）のゲート信号Ｇ１＿Ｓ、Ｇ２＿Ｓの経時推移は図３に示す経時推移に等しい。
【０１０９】
しかしながら、第２のレグ４ｂのスイッチング素子Ｇ３、Ｇ４のゲート信号Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓの経時推移は、図３に示すゲート信号Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓの経時推移に対して−６０°だけシフトしている。これは、第２のレグ４ｂの第２のスイッチング素子Ｇ４が図３に示すような第３の時刻ｔ３ではなく、第４の時刻ｔ４にオフにされることを意味する。
【０１１０】
また、第３のレグ４ｃのスイッチング素子Ｇ５、Ｇ６のゲート信号Ｇ５＿Ｓ、Ｇ６＿Ｓの経時推移は、図３に示すゲート信号Ｇ５＿Ｓ、Ｇ６＿Ｓの経時推移に対して＋６０°だけシフトしている。これは、第３のレグ４ｃのスイッチング素子Ｇ５、Ｇ６のゲート信号Ｇ５＿Ｓ、Ｇ６＿Ｓの経時推移は、第２のレグ４ｂのスイッチング素子Ｇ３、Ｇ４のゲート信号Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓの経時推移に等しいことを意味する。これは、結果として、第２及び第３の入力電圧Ｕ２、Ｕ３の電圧曲線が等しいことを意味する。
【０１１１】
図４に示すスイッチング・パターンを、特に図２に示す１次ユニット１と２次ユニット１１との間に位置ずれがある場合に、適用することができる。１次ユニット１と２次ユニット１１との間の相対位置及び／または向きが、基準相対位置及び／または向きから逸脱する場合、位置ずれがもたらされ得る。
【０１１２】
更に図示されているのは、フィルタ電流Ｉ＿ＦＬ１、Ｉ＿ＦＬ２、Ｉ＿ＦＬ３及び巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３である。前述したように、第２及び第３の位相のフィルタ電流及び巻線電流Ｉ＿ＦＬ２、Ｉ＿ＦＬ３、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３は、互いに等しい。
【０１１３】
図３に示す巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３の経時推移に比べて、第１の位相線Ｐ１の巻線構造体６の誘導性素子Ｌ１に流れる巻線電流Ｉ＿Ｌ１の最大振幅が増大していることが分かる。対照的に、巻線電流Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３、例えば最大振幅、は減少している。例示的に、より大量の電力が、第１の位相線Ｐ１の巻線構造体６の誘導性素子Ｌ１によって伝送され、より少量の電力が、残りの位相線Ｐ２、Ｐ３の巻線構造体６の誘導性素子Ｌ２、Ｌ３によって、伝送される。これは、例えば、第３の位相線Ｐ３の誘導性素子Ｌ３によって提供される１次側巻線構造体６のセクションが、２次ユニット１１の２次巻線構造体によって部分的にのみ重なっている場合である可能性がある。
【０１１４】
図５は、ゲート信号Ｇ１＿Ｓ、…、Ｇ６＿Ｓの例示的な時間推移を示す。図５に示すスイッチング・パターンにおいて、第１のレグ４ａの第１及び第２のスイッチング素子Ｇ１、Ｇ２のゲート信号Ｇ１＿Ｓ、Ｇ２＿Ｓの経時推移は、図３に示す経時推移に一致する。また、第２のレグ４ｂのスイッチング素子Ｇ３、Ｇ４のゲート信号Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓの経時推移は、図４に示す経時推移に一致する。これは、経時推移が、図３に示すゲート信号Ｇ３＿Ｓ、Ｇ４＿Ｓの経時推移に対して−６０°だけシフトしていることを意味する。
【０１１５】
第３のレグ４ｃのスイッチング素子Ｇ５、Ｇ６は、オフにされている。これは、第３の位相入力電圧Ｕ３はゼロに低減されていることを意味する。
【０１１６】
フィルタ電流Ｉ＿ＦＬ１、Ｉ＿ＦＬ２、Ｉ＿ＦＬ３及び巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２、Ｉ＿Ｌ３も図示されている。第３の位相線Ｐ３のフィルタ電流Ｉ＿ＦＬ３及び巻線電流Ｉ＿Ｌ３はゼロである。巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２が１８０°の位相シフトを有し、それらの最大振幅が、図３に示す対応する巻線電流Ｉ＿Ｌ１、Ｉ＿Ｌ２の最大振幅に比べた場合、増大していることが示されている。例示的に、より大量の電力が、第１及び第２の位相線Ｐ１、Ｐ２の巻線構造体６の誘導性素子Ｌ１、Ｌ２によって伝送されるが、いかなる電力も、第３の位相線Ｐ３の巻線構造体６の誘導性素子Ｌ３によっては伝送されない。そのようなスイッチング・パターンは、例えば、１次及び２次ユニット１、１１の垂直位置ずれが存在する場合、特に差分相対位置の垂直距離が減少する場合、適用可能である。
【０１１７】
シミュレーションが様々な位置ずれのシナリオに対して行われた。全ての位置ずれのシナリオにおいて、誘導電力伝送の様々な基準が分析された。第１の基準は、２次の出力電力が７．２ｋＷに等しかった場合に満たされた。第２の基準は、非容量性スイッチングがスイッチング時刻ｔ１、…、ｔ９（図３、図４、図５参照）において提供された場合に、満たされた。
【０１１８】
提案された方法は、有利にも、誘導電力伝送の既存のシステムのハードウェア構成を変更せずに、例えばソフトウェアの更新で実現可能である。路傍または車両にいかなる受動または能動部品を追加する必要もない。また、既存の部品の定格を変更する必要もない。事実、より低い定格を選択すること、または同じ部品をより低い負荷で使用することさえ可能である。
【０１１９】
前述の非容量性スイッチングは、部品の定格を最小にするために必須である可能性があり、必要な冷却エネルギー量をも削減する。非容量性スイッチングを得るために、位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に割り当てられているスイッチング素子Ｇ１、…、Ｇ６の正のゲート信号に対応する位相線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位相電流は、所定の値より小さいことが可能である。
【０１２０】
シミュレーションは、いかなる位置一致度のシナリオに対しても非容量性スイッチング、すなわち、非容量性特性を有するスイッチングに対する要件を満たすスイッチング・パターンが常に存在することを示した。適合されたスイッチング・パターンが存在し、１次側の位相電流のＲＭＳ値が、対称三相スイッチングと比べた場合、著しく小さいことが示された。これらのより小さい位相電流は、電力伝送能力を全く損なわずに得られる。これは、結果として、より高い効率に向けて、１次損失を最小にするために役立つ。
【０１２１】
シミュレーションは、更に、電流整形フィルタ５に流れる電流を、対称三相スイッチングでの電流に比べて、適合されたスイッチング・パターンを使用して大幅に小さくすることができることを示した。これは、前記キャパシタの等価直列抵抗における損失が大幅に低減されることを意味する。更に、電流整形フィルタ５のキャパシタにかかる電圧は、対称三相スイッチングでの電圧に比べて、適合されたスイッチング・パターンを使用して大幅に低くすることができる。
【０１２２】
シミュレーションは、更に、直流入力電圧の必要な範囲を、対称三相スイッチングに比べて、適合されたスイッチング・パターンを使用して低減することができることを示した。これは、１次巻線構造体に対する２次巻線構造体のあらゆる相対位置及び／または向きに対して、許容可能な直流入力電圧値で適正な電力伝送を得るために適合されたスイッチング・パターンを選択することが可能であることを意味する。これは、ゼロ電圧スイッチングの機能及びより高い効率を維持しつつ、高い制御性（特に、直流入力電圧が限界に近くない場合）を提供する。
【０１２３】
電磁放射が、スイッチング・パターンを変えることによって、大幅に増加しないことも示されている。
【０１２４】
磁極ピッチに対するエアギャップの大きい比は、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のカップリングを、特に幾何学的に短い１次巻線構造体の場合には、極めて高い程度に垂直及び水平のずれの関数として変えさせることができる。従って、電圧及び電流を付加的な手段を使用して対称にすることができたとしても、１次と２次巻線構造体との間の如何なるずれも離調をもたらす可能性がある。スイッチング・パターンを適合させることによって、例えば、次々にスイッチング・パターンを調べることによって、最も好ましいパターンを見つけることができる。得られたスイッチング・パターンは、要求された要件を満たしながら、誘導電力伝送システムの所望の機能を達成させることができる。損失を、適合たれたスイッチング・パターンを使用して低減できる。全体として、システムを、より軽量に、より安価に、且つより信頼性高く設計することができる。
【図１】
2016537953.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2016537953.tif 000006
【図５】
2016537953.tif 000007
【国際調査報告】
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