JP2017531987A - 誘導電力伝送システムを動作させる方法及び誘導電力伝送システム - Google Patents

Abstract

本発明は車両に電力を伝送する誘導電力伝送システム（１）を動作させる方法に関し、誘導電力伝送システム（１）は、交番電磁界を生成する１次巻線構造体と、交番電磁界を受け取り、交流出力電圧を生成する２次巻線構造体とを備え、交流出力電圧は整流され、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）に供給され、整流出力電圧（ＵＣ）は、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを変えることによって調整され、ギャップサイズは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）の充電特性に応じて、エネルギー伝送プロセスを準備及び／又は開始及び／又は制御するために調整される。更に、本発明は車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムに関する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムを動作させる方法及びそのような誘導電力伝送システムに関する。

車両、具体的には電気自動車、より具体的には軌道に拘束される車両、及び／又は道路用自動車は、誘導電力伝送によって伝送される電気エネルギーによって動作させることができる。そのような車両は、交番電磁界を受け取り、電磁誘導によって交番電流を生成するように適合される受け取りデバイスを備え、車両の牽引システム又は牽引システムの一部とすることができる回路装置を備えることができる。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る整流器を備えることができる。直流は牽引バッテリの充電又は電気機械の動作に使用されることができる。後者の場合、直流はインバータを用いて交流に変換されることができる。

誘導電力伝送は、例えば２組の３相巻線を使用して実行される。第１組は地面に設置され（１次巻線構造体）、路側電力コンバータ（ＷＰＣ：wayside power converter）によって給電されることができる。第２組の巻線（２次巻線構造体）は車両に取り付けられる。例えば、第２組の巻線は、車両の下に、路面電車の場合にはそのワゴンの幾つかの下に取り付けられることができる。自動車の場合、車両シャーシに取り付けられることができる。第２組の巻線、又は一般に２次側は、しばしば、ピックアップ装置又は受け取りデバイスと呼ばれる。第１組の巻線及び第２組の巻線は、電気エネルギーを車両に伝送する高周波変圧器を形成する。これは静的状態（車両の移動がない場合）及び動的状態（車両が移動している状態）で行なわれることができる。

移動可能な１次要素を含む誘導電力伝送システムが知られている。特許文献１は、１次要素及び車両に取り付けられる２次要素を有する誘導トランスミッタを開示しており、１次要素は、所定の空間領域で３つの空間座標すべてにおいて動くように電力駆動される。

特許文献２は車両のバッテリの誘導充電のためのシステムを開示しており、１次コイルは自動的に配置可能である。

特許文献３は、１次導体と２次コイルとの間の距離を低減させるための駆動手段を有するベースユニットを開示している。

特許文献４は、ベース、シザーリフト、ペデスタル、ジョイント及びチャージャを備える可動自動充電装置を開示している。充電器は、物理的に又は近接的に車両レセプタクルと嵌合するように構成される。

特許文献５は静止部分及び可動部分を含む誘導電力伝送パッドを開示しており、可動部分は１次巻線構造体を含み、可動部分は収縮状態と伸長状態との間で移動可能である。

特許文献６は、電気車両に搭載される誘導ピックアップ装置であって、電気車両は該装置で磁気誘導により生成される電気エネルギーで動作することになっている、誘導ピックアップ装置を開示しており、
− 該装置は、磁界を受け取り、電気エネルギーを生成する少なくとも１つの電気インダクタンスを備えるピックアップ部を備え、
− 該装置は車両に搭載される搭載部を備え、
− 該装置は、搭載部に対するピックアップ部の動きを作動させる１つのアクチュエータ又は１組の少なくとも２つのアクチュエータを備え、
− 搭載部及びピックアップ部は、少なくとも１つの連結部によって互いに可動に連結され、
− ピックアップ部が垂直方向に移動されるように、アクチュエータ又は１組のアクチュエータを作動させることができ、
− ピックアップ部が追加的に又は代替的に横方向に移動されるように、アクチュエータ又は１組のアクチュエータを作動させることができる。

ピックアップ部の動きが、ピックアップ部に搭載される電気的インダクタンスの出力電圧に応じて制御されることが更に開示されている。

図１は、最先端技術による誘導電力伝送システム１の第１のレイアウトを示す。路側（ＷＳ：wayside）及び車両側（ＶＳ：vehicle side）が示されている。直流（ＤＣ）源は、典型的には５００Ｖ〜９００Ｖの範囲の直流出力電圧を供給する。直流電圧源は、その入力電圧よりも高い出力電圧を生成することができる入力電圧生成手段３に出力電圧を供給する。入力電圧生成手段３の出力電圧は、インバータ５及び出力フィルタ６を備える路側電力コンバータ（ＷＰＣ）４に供給される。

入力電圧生成手段３を図２に示す。それは、直列に接続される昇圧コンバータ７、中間回路キャパシタ８、及び降圧コンバータ９を含む。昇圧コンバータ７は、その入力電圧、例えば直流電圧源２（図１参照）の出力電圧、よりも高い電圧を生成する。降圧コンバータ９は、ＷＰＣ４の入力電圧を結果として提供することができる可変直流出力電圧を生成する。従って、入力電圧生成手段３は２段の電圧コンバータによって提供される。

図１に戻って、ＷＰＣ４は、１次巻線構造体及び２次巻線構造体（図示せず）を備える高周波変圧器１０の入力電圧を生成する。高周波変圧器１０の２次巻線構造体は、整流器１１によって整流される交流（ＡＣ）出力電圧を供給し、整流器１１の整流出力電圧は、エネルギー貯蔵要素１２、例えばバッテリもしくはアキュムレータ、に供給され、又は、車両の回路網、特に牽引用回路網に、例えば回路網の直流電圧リンクに供給される。

図３は、最先端技術による別の誘導電力伝送システム１のレイアウトを示す。誘導電力伝送システム１は、入力電圧生成手段３（図２参照）に交流電圧を供給する交流電圧源１３を備える。前記入力電圧生成手段３の出力電圧はＷＰＣ４の入力電圧を供給する。残りの要素、すなわち、高周波変圧器１０、整流器１１、及びエネルギー貯蔵要素１２は、図１を参照して説明したようにＷＰＣ４に接続される。

図３によるレイアウトにおいて、入力電圧生成手段３は交流入力電圧を整流し、ここで昇圧コンバータ７は出力電圧を生成し、且つ（図１に示すレイアウトとは対照的に）力率の補正を提供する。

入力電圧生成手段３の降圧コンバータ９の出力電圧の調整範囲は、エネルギー貯蔵要素１２を最小電圧Ｕ_ｍｉｎから最大電圧Ｕ_ｍａｘまで充電するためにエネルギー貯蔵要素の全充電電圧範囲又は車両の上述の回路網の全動作電圧範囲をカバーする必要がある。しかしながら、これは、昇圧コンバータ７が降圧コンバータ９の入力電圧を変えることを可能にするので、上述の２段のレイアウトにおける昇圧コンバータ７を追加して使用することによってのみ供給可能である。

更に、エネルギー貯蔵要素１２の入力電流を、例えば前記エネルギー貯蔵要素１２の充電状態に応じて、制限することができる。降圧コンバータ９は、最大入力電流を超えないように、エネルギー貯蔵要素１２の実際の入力電流に応じて出力電圧を制御する。

図２に示され、図１及び図３に示すレイアウトで使用される入力電圧生成手段３の２段のレイアウトは、各ステップ、すなわち昇圧コンバータ７による昇圧変換及び降圧コンバータ９による降圧変換が電力損失を発生させるという欠点を有する。このような損失は、昇圧コンバータ７の直流入力電圧及び昇圧コンバータ７の直流出力電圧の電圧レベルが異なる場合に大きくなる。

米国特許第５，６５４，６２１（Ａ）号 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０４２ ３９５（Ａ１）号 独国特許出願公開第１０ ２００７ ０３３ ６５４（Ａ１）号 米国特許出願公開第２０１０／０２３５００６（Ａ１）号 英国特許出願第１４０３５４７．１号（未公開） 国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１３／０６７４１４号

本発明の目的は、車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムを動作させる方法及びそのような誘導電力伝送システムを提供することであり、ここで、誘導電力伝送システムのエネルギー伝送中の電力損失、レイアウトの複雑さ、及びコストが低減される。

少なくとも１つの車両側エネルギー貯蔵要素の充電特性に応じて、エネルギー伝送プロセスを準備する、もしくは開始する、又は制御するために、誘導電力伝送システムの１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップサイズを調整することが本発明の基本的な考えである。

電力を、例えば１次側システムから２次側システム、具体的には車両、に伝送する誘導電力伝送システムを動作させる方法が提案される。

本発明は、あらゆる陸上車両、例えば、鉄道車両（例えば、トラム）のような軌道に拘束される車両への、特に、個人（私用の）乗用車又は公共輸送車両（例えばバス）のような道路自動車へのエネルギー伝送の分野に特に適用されることができる。車両が停止している、すなわち移動していない場合（静的充電）又は車両が動いている場合（動的充電）にエネルギーの伝送を行うことができる。

誘導電力伝送システムは、交番電磁界を生成する１次巻線構造体と交番電磁界を受け取る２次巻線構造体とを備える。更に、２次巻線構造体は、１次巻線構造体によって生成される交番電磁界を受け取ると交流出力電圧を生成する。また、２次巻線構造体は、交番電磁界を受け取ると交番出力電流を生成する。１次巻線構造体によって提供される交番電磁界又は１次巻線構造体によって生成される電磁界と１次巻線構造体によって生成される電磁界を受け取っている間に２次巻線構造体によって生成される電磁界との重ね合わせから生じる交番電磁界は、電力伝送電磁界と呼ぶことができる。

１次巻線構造体は、路側又は経路側１次巻線構造体とすることができ、２次巻線構造体は車両側巻線構造体とすることができる。

２次巻線構造体の交流出力電圧は、例えば整流器によって整流される。整流出力電圧は、エネルギー貯蔵モジュールともまた呼ぶことができる少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素に供給される。整流出力電圧は整流器によって供給される出力電圧を意味し、整流器は車両側要素である。更に、２次巻線構造体の交番出力電流もまた整流され、エネルギー貯蔵要素に供給されることもできる。２次巻線構造体の設計に応じて、２次巻線構造体は電圧源又は電流源を提供することができる。

エネルギー貯蔵要素は、車両の電気回路網の電気的要素、具体的には容量性要素とすることができる。特に、エネルギー貯蔵要素は車両側電気回路網の直流部分の要素とすることができる。

エネルギー貯蔵要素は、例えば、車両のバッテリ又はアキュムレータ、具体的には牽引バッテリとすることができる。代替的に又は追加的に、エネルギー貯蔵要素は、車両側の電気回路網、例えば中間回路の容量性要素、具体的には中間回路キャパシタとすることができる。中間回路は車両側牽引回路網の一部とすることができる。整流された電圧又は中間回路電圧は、例えば車両側コンバータに供給されることができ、車両側コンバータは、車両側電気機械及び／又は任意の他の車両側装置を動作させる交流電圧を生成する。従って、整流出力電圧は、前記バッテリを充電するために、車両側の電気回路網、例えば車両のバッテリ、具体的には牽引バッテリに電力を伝送するために使用されることができる。代替的に又は追加的に、整流出力電圧は、電気機械を動作させるために中間回路キャパシタを介して電気機械に電力を伝送するために使用されることができる。これは、動的エネルギー伝送と呼ぶことができる。

牽引バッテリが中間回路キャパシタに電気的に接続されることは、もちろん可能である。

２次巻線構造体の整流出力電圧は、伝送電圧、整流電圧、又は直流リンク電圧と呼ぶこともできる。２次巻線構造体の整流出力電流は、伝送電流又は整流電流と呼ぶこともできる。

整流出力電圧及び／又は整流出力電流は、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを変えることによって調整される。これは、伝送電圧又は伝送電流の何れか又は両方がギャップサイズを変えることによって所望の値に調整されることができることを意味する。ギャップは、前記１次巻線構造体を備える１次ユニットと、前記２次巻線構造体を備える２次ユニット、すなわち受け取りデバイスとの間のエアギャップを含む。エアギャップは、例えば、１次ユニットの表面、例えば上面、例えば１次ユニットのハウジングの上面と、受け取りデバイスの表面、例えば底面、例えば受け取りデバイスのハウジングの底面との間のギャップとすることができる。受け取りデバイスは、車両に、例えば車両の底面に取り付けられることができる。しかしながら、受け取りデバイスを車両の他の部分、例えば車両の屋根部に取り付けることも可能である。

本発明によれば、ギャップサイズは、エネルギー伝送プロセス、具体的には１次側から２次側電気回路網へのエネルギー伝送プロセスを準備するために調整される。伝送プロセスを準備することは、伝送プロセスの開始前にギャップサイズを調整することを意味する。伝送プロセスは、前述の車両側電気回路網、例えば牽引バッテリ等のバッテリ、及び／又は前述の容量性要素、例えば中間回路キャパシタ、にエネルギーを伝送するプロセスを意味することができる。伝送プロセスがエネルギー貯蔵要素の充電に使用される場合、それは充電プロセスと呼ぶこともできる。この場合、伝送電圧は充電電圧とも呼ばれ、伝送電流は充電電流とも呼ばれる。

エネルギー伝送プロセスを準備することはまた、所望の整流出力電圧及び／又は整流出力電流が供給されるようにギャップサイズが調整され、ここで、１次側から２次側へのエネルギー伝送がまだ行われていない、ことを意味することができる。具体的には、ギャップサイズは、所望の整流出力電圧がエネルギー貯蔵要素の実際の出力電圧以下となるように調整することができる。この場合、伝送電流はエネルギー貯蔵要素に供給されることはない。

代替的に又は追加的に、ギャップサイズはエネルギー伝送プロセスを開始するために調整されることができる。この場合、ギャップサイズは、所望の整流出力電圧がエネルギー貯蔵要素の実際の出力電圧よりも高くなるように調整されることができる。この場合、伝送電流はエネルギー貯蔵要素に供給される。伝送電流はエネルギー貯蔵要素に流れる電流を意味することができる。

代替的に又は追加的に、ギャップサイズはエネルギー伝送プロセスを制御するために調整される。この場合、ギャップサイズはエネルギー伝送プロセス中に調整されることができる。具体的には、ギャップサイズは、少なくとも１つの所望の伝送パラメータ、例えば、２次巻線構造体の所望の出力電力、出力電圧、及び／又は出力電流が供給されるように調整されることができる。例えば、所望の出力電力、出力電流、及び／又は出力電圧が維持される、又は伝送パラメータの所望の経時変化に対応するように、ギャップサイズを調整することが可能である。

ギャップサイズは少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の充電特性に応じて調整される。具体的には、ギャップサイズはエネルギー貯蔵要素の充電状態（ＳＯＣ：state of charge）に応じて調整されることができる。ＳＯＣに応じて、エネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧、例えば開回路電圧、を決定することができ、所望の整流出力電圧を、エネルギー伝送プロセスを準備もしくは開始又は制御するために決定することができ、ギャップサイズを、所望の整流出力電圧が供給されるように調整することができる。

ギャップサイズを調整することは高周波変圧器の電圧比を変化させる。従って、整流出力電圧は、１次巻線構造体及び２次巻線構造体によって提供される高周波変圧器の電圧比を変えることによって調整される。従って、可変ギャップサイズは、所望の整流出力電圧を供給するために第１の操作変数を提供する

要約すると、エネルギー伝送プロセスを準備するために又はエネルギー伝送プロセスを少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の充電特性に応じて開始もしくは制御するためにギャップサイズを調整することは、有利にも、１次巻線構造体に交流入力電圧を供給する路側電力コンバータ（ＷＰＣ）に供給される入力電圧のより小さい電圧調整範囲を使用することを可能にする。

これは、有利にも、結果として、１つの入力電圧生成要素のみ、例えば昇圧コンバータのみ又は降圧コンバータのみ、を使用することを可能にし、最先端技術による２段入力電圧生成手段が１段入力電圧生成手段に低減される。これは、有利にも、誘導電力伝送システムの間の電力損失を低減させ、誘導電力伝送システムの複雑さ、コスト及び構築スペース要件を低減する。

好ましい実施形態では、整流出力電圧及び／又は整流出力電流は、電力伝送電磁界の少なくとも１つの電磁界特性を調整することによって更に調整される。具体的には、少なくとも１つの電磁界特性は、例えば電磁界の強さとすることができる。

好ましくは、少なくとも１つの電磁界特性は、１次側回路要素の少なくとも１つの動作パラメータ、具体的にはＷＰＣ及び／又は入力電圧生成要素の少なくとも１つの動作パラメータ、を調整することによって調整されることができる。ＷＰＣの少なくとも１つの動作パラメータは、例えば、ＷＰＣのデューティサイクル、ＷＰＣの動作周波数、及び／又はＷＰＣによって生成される電圧間の位相シフトとすることができる。

これは、整流出力電圧及び／又は整流出力電流（伝送電圧、伝送電流）が少なくとも２つの操作変数によって制御され、ここで、第１の操作変数は可変ギャップサイズであり、第２の操作変数は電力伝送電磁界の少なくとも１つの電磁界特性である、ことを意味する。

好ましい実施形態では、整流出力電圧は路側電力コンバータの入力電圧を調整することによって更に調整される。この場合、誘導電力伝送システムはＷＰＣを備えることができ、ＷＰＣの入力電圧は前述の入力電圧生成手段の出力電圧によって供給され、ＷＰＣの出力電圧は１次巻線構造体に供給される。

これは、整流出力電圧及び／又は整流出力電流（伝送電圧、伝送電流）が少なくとも２つの操作変数によって制御され、ここで、第１の操作変数は可変ギャップサイズであり、第２の操作変数は、例えば入力電圧生成手段によって変えられることができるＷＰＣの入力電圧である、ことを意味する。

例えば、特にＷＰＣ入力電圧を一定にして、ギャップサイズを変えることによって、整流出力電圧の粗調整を提供することが可能である。粗調整は、例えば、整流出力電圧が、所望の整流出力電圧からの相違が所定の第１の閾値以内になるように整流出力電圧を調整することによって実行されることができる。前記粗調整の後、例えば入力電圧生成手段の出力電圧を調整することによりＷＰＣの入力電圧を調整することによって、微調整が提供されることができる。微調整は、例えば、整流出力電圧が、所望の整流出力電圧からの相違が第２の閾値以内になり、ここで、第２の閾値は第１の閾値よりも小さい、ことを意味することができる。

具体的には、ギャップサイズを変えることによる粗調整は、整流出力電圧が所望の整流出力電圧を中心に第１の電圧区間内に入るように、提供されることができ、ここで、ＷＰＣの入力電圧を調整することによる微調整は、整流出力電圧が所望の整流出力電圧を中心に第２の電圧区間内に入るように、提供され、第２の電圧区間は第１の電圧区間よりも小さい。

これは、有利にも、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の充電特性に従って整流出力電圧の精密な調整を可能にし、先に説明したように、入力電圧生成手段の出力電圧調整範囲に比例することが可能なＷＰＣ入力電圧の電圧調整範囲を小さくすることができる。

ＷＰＣの入力電圧は、所定の最小入力電圧及び所定の最大入力電圧を有する所定の電圧区間内での電圧に制限されることができる。前記電圧区間は、例えば、選択された入力電圧生成手段の特性に依存する可能性がある。

別の実施形態では、ギャップサイズは、具体的には、ＷＰＣの入力電圧、例えば一定の入力電圧を仮定して、所望の整流出力電圧及び／又は整流出力電流が供給されるように調整される。ギャップサイズが調整された後、所望の（可変の）整流出力電圧がＷＰＣの入力電圧を調整することによって供給可能である限り、ギャップサイズは一定に保たれ、ここで、ＷＰＣの入力電圧は所与の電圧上限と下限との間でのみ調整可能である。

例えば、ギャップサイズを調整して、エネルギー伝送プロセスを準備することが可能である。この場合、所与の、特に一定の、ＷＰＣ入力電圧に対して、整流出力電圧が、エネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧に等しい、又はエネルギー貯蔵要素の実際の出力電圧よりも小さいが、特に所定量より小さくないように、ギャップサイズが調整される。この場合、先に説明したように、充電は行われない。エネルギー貯蔵要素の全貯蔵要素電圧は、貯蔵要素によって提供される電圧、具体的には貯蔵要素の開回路電圧を意味することができる。

代替的に、ギャップサイズを調整して、エネルギー伝送プロセスを開始することができる。この場合、整流出力電圧がエネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧よりも高いが、特に所定量よりも高くないように、ギャップサイズが調整される。

ギャップサイズの調整後、ギャップサイズは一定に保たれるが、一方、ＷＰＣの入力電圧は変えられる、例えば、充電特性に従ってエネルギー貯蔵要素の充電を行うために高くされる。

ギャップサイズは、例えばＷＰＣの入力電圧の最大の電圧上限に達するまで一定に保たれることができる。

従って、エネルギー伝送プロセスは、１つ又は複数のフェーズを備えることができる。ＷＰＣ入力電圧の調整範囲、例えば所与の電圧上限と下限との間の範囲が、所望の充電プロセスを提供するために必要な電圧範囲、例えば所望の充電状態、例えば最大充電の状態に達するのに必要な電圧範囲を提供する場合、例えばエネルギー伝送プロセスを準備するために又はエネルギー伝送プロセスを開始するために、ギャップサイズは一度のみ調整されることができる。この場合、エネルギー伝送プロセスは１つのフェーズのみを備える。

ＷＰＣ入力電圧の電圧調整範囲が所望の充電プロセスを実行するために必要な電圧範囲を提供しない場合、特にＷＰＣ入力電圧が最大電圧上限に達する場合、ギャップサイズはエネルギー伝送プロセス中に更に調整されることができる。この場合、エネルギー伝送プロセスは少なくとも２つのフェーズから成り、ギャップサイズは各フェーズの間は一定に保たれるが、フェーズ間で、例えば１つのフェーズから別のフェーズへの遷移時に、変えられることができる。

これは、有利にも、エネルギー貯蔵要素の所与の充電特性に従って整流出力電圧を簡単に制御することを可能にする。

しかしながら、ギャップサイズを連続的に調整することも可能である。

好ましい実施形態では、ギャップサイズは、ＷＰＣの最小入力電圧が所望の整流出力電圧に変換されるように、又は、所望の整流出力電圧とＷＰＣの最小入力電圧による整流出力電圧との差が所定の閾値よりも小さくなるように、調整される。

ギャップサイズは、先に説明したように、エネルギー伝送プロセスを開始するために又はエネルギー伝送プロセスを準備するために調整されることができる。これは、全電圧調整範囲が、エネルギー伝送プロセスの開始時又は多フェーズ充電プロセスの１つのフェーズの開始時に、提供されることを意味する。これは、結果としてギャップサイズを調整する必要性を低減させる。

別の実施形態では、ギャップサイズは、ＷＰＣの入力電圧が最大電圧上限に達する場合に調整される、具体的には再調整される。最大電圧上限は、ＷＰＣの入力電圧の電圧調整範囲の電圧上限に対応することができる。最大電圧上限は前記電圧上限より小さくすることもできる。

ＷＰＣの入力電圧が最大電圧上限に達する場合、整流出力電圧が、ＷＰＣの実際の入力電圧を仮定して、エネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧に等しくなるように、又は、前記出力電圧からの相違が所定量を超えないように、ギャップサイズを調整することが可能である。ＷＰＣの入力電圧を最小電圧まで同時に又は逐次的に変える、例えば低下させる、ことが可能であり、ギャップサイズは、ＷＰＣの前記最小入力電圧を仮定して、整流出力電圧が、エネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧に等しい、又は、前記全貯蔵要素電圧からの相違が所定量を超えないように調整される。具体的には、ギャップサイズは、エネルギー伝送プロセスの次のフェーズを準備又は開始するために調整されることができる。

もちろん、代替的に、ＷＰＣ入力電圧を一定に保ち又はＷＰＣ入力電圧を所定の値に調整し、且つ、実際のＷＰＣ入力電圧を仮定して、所望の充電プロセスを、特に充電プロセスの１つのフェーズ内で、行うことができるように、ギャップサイズを調整することが可能である。

好ましい実施形態では、特にある、例えば一定の、ＷＰＣ入力電圧を仮定して、整流出力電圧が少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の実際の全貯蔵要素電圧に等しくなるように、ギャップサイズが調整される。全貯蔵要素電圧は、例えば貯蔵要素の開回路電圧とすることができる。このような調整は、例えばエネルギー伝送プロセスの前に又はエネルギー伝送プロセスの後続のフェーズの前に、特に後続のフェーズのエネルギー伝送プロセスを準備するために、提供されることができる。この場合、ギャップサイズは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素に伝送電流が供給されないように調整される。

ギャップサイズを調整することによって整流出力電圧を調整することは、粗調整のみをもたらし、従って、所望の充電プロセスの要件が破られる可能性があるので、エネルギー伝送プロセスは、ギャップサイズを調整することによって有利に準備されることができ、一方、その後、実際の充電プロセスはＷＰＣ入力電圧の微調整によって制御される。これは、有利にも、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の信頼できる充電を可能にする。

別の実施形態では、ギャップサイズは連続的に又は段階的に変えられる。ギャップサイズが連続的に変えられる場合、ギャップサイズは所定のサイズ区間の中の各サイズに調整されることができる。ギャップサイズが段階的に変えられる場合、ギャップサイズはサイズ区間の中の可能な全てのサイズのサブセット、例えば２つの所定のギャップサイズ、に調整されることができる。

ギャップサイズを段階的に変えることは、有利にも、後に説明する対応する位置決め手段の設計を単純化する。ギャップサイズを連続的に変えることは、有利にも、より大きい範囲の所望の整流出力電圧を提供することを可能にする。

別の実施形態では、ＷＰＣの入力電圧は昇圧コンバータによって供給される。昇圧コンバータは、ＷＰＣと電圧供給手段との間の電気的接続において単一の電圧変換要素を提供することができる。この場合、昇圧コンバータのみが路側電源手段とＷＰＣとの間に電気的に配置されることができる。具体的には、ＷＰＣの入力電圧は昇圧コンバータによってのみ調整されることができる。

代替的に、路側電力コンバータの入力電圧は降圧コンバータによって供給される。降圧コンバータは、ＷＰＣと電圧供給手段との間の電気的接続において単一の電圧変換要素を提供することができる。昇圧コンバータを参照して説明されたように、降圧コンバータのみが電圧供給手段とＷＰＣとの間に電気的に配置されることができる。具体的には、ＷＰＣの入力電圧は降圧コンバータによってのみ調整されることができる。

更に、路側電力コンバータの入力電圧は、昇圧コンバータと降圧コンバータとの結合、例えば両方のコンバータの直列接続、によって提供されることができる。

要約すると、１段の入力電力生成手段をＷＰＣ用に設けることができる。これは、有利にも、誘導電力伝送中の電力損失を使用する。

別の実施形態では、ギャップサイズは２次側位置決め手段によって変えられる。２次側位置決め手段は、例えば２次巻線構造体又は２次巻線構造体を備える受け取りデバイス（又はその一部）の位置決めを可能にすることができる。代替的に又は追加的に、ギャップサイズは１次側位置決め手段によって変えられる。１次側位置決め手段は、例えば１次巻線構造体又は１次巻線構造体を備える１次ユニット（又はその一部）の位置決めを可能にすることができる。

２次側位置決め手段及び／又は１次側位置決め手段は、例えば２次巻線構造体及び／又は１次巻線構造体の位置を第１の方向に変えることができるように提供されることができ、第１の方向は、電力伝送中に１次側巻線構造体によって生成される交番電磁界の伝播の主方向に対応することができる。第１の方向は、例えば垂直方向とすることができ、垂直方向は、例えば経路の平面に直交に向けられることができる。垂直方向は、例えば車両のヨー軸に平行に向けられることができる。

更に、１次側位置決め手段は、１次巻線構造体を第２の方向及び／又は第３の方向に位置決めすることを可能にすることができる。第２の方向は、例えば１次巻線構造体の延在方向に平行とすることができる。第２の方向は、例えば縦方向とすることができる。第３の方向は、第１及び／又は第２の方向に直交して向けられることができる。第３の方向は、例えば横方向とすることができる。更に、１次側位置決め手段は対応する巻線構造体の回転も可能にすることができる。例えば、１次側位置決め手段が、前述の第１の方向及び／又は第２の方向及び／又は第３の方向の周りの１次側巻線構造体の回転を可能にできることが可能である。

同様に、２次側位置決め手段は、２次巻線構造体を第２の方向及び／又は第３の方向に位置決めすることを可能にすることができる。第２の方向は、例えば２次巻線構造体の延在方向に平行とすることができる。第２の方向は、例えば、特に２次巻線構造体を載せている車両の縦方向とすることができる。縦方向は、例えば車両のロール軸に平行とすることができる。第３の方向は、第１及び／又は第２の方向に直交して向けられることができる。第３の方向は、例えば、特に２次巻線構造体を載せている車両の横方向とすることができる。横方向は車両のピッチ軸に平行とすることができる。更に、２次側位置決め手段はまた、対応する巻線構造体の回転を可能にすることもできる。例えば、一次側位置決め手段が、前述の第１の方向及び／又は第２の方向及び／又は第３の方向の周りの一次側巻線構造体の回転を可能にできることが可能である。

１次巻線構造体と２次巻線構造体とが位置合わせされた状態では、１次側及び２次側のそれぞれの方向を平行に向けることができる。

従って、１次側位置決め手段及び／又は２次側位置決め手段は、対応する巻線構造体の垂直方向の位置決め及び／又は縦方向の位置決め及び／又は横方向の位置決め、並びに、該当する場合、対応する軸回りの回転を可能にすることができる。

要約すると、所望のギャップサイズ及び結果としての所望の整流出力電圧が提供されるように、位置決め手段を制御することができる。

１次側位置決め手段は、例えば特許文献５に記載されており、特許文献５は参照により本開示に組み込まれる。具体的には、誘導電力伝送パッドは固定部分と可動部分とを備えることができ、可動部分は１次巻線構造体を備え、可動部分は収縮状態と伸長状態との間で移動可能である。更に、電力伝送パッドは、可動部分が１組の所定の位置から１つの位置にのみ移動できるように設計されることができ、及び／又は制御可能とすることができ、１組の所定の位置は、収縮状態と伸長状態との間の全ての位置の組のサブセットである。更に、可動部分は、収縮状態又は伸長状態の方へのみ移動可能である。しかしながら、可動部分を収縮状態と伸長状態との間の各位置に動かすことも可能である。

２次側位置決め手段は、例えば特許文献６に記載されており、特許文献６は参照により本開示に組み込まれる。具体的には、電気車両に搭載される誘導ピックアップ装置であって、電気車両は磁気誘導により該装置で生成される電気エネルギーで動作する、誘導ピックアップ装置は、磁界を受け取り、電気エネルギーを生成する少なくとも１つの電気インダクタンス、例えば２次巻線構造体、を備えるピックアップ部を備えることができる。更に、装置は、車両に搭載される搭載部及び、搭載部に対してピックアップ部の移動を作動させる少なくとも１つのアクチュエータ又は１組の少なくとも２つのアクチュエータを備えることができ、搭載部及びピックアップ部は、少なくとも１つの接続部によって互いに移動可能に接続される。アクチュエータ又は１組のアクチュエータを、ピックアップ部が垂直方向に移動されるように作動させることができる。代替的に又は追加的に、ピックアップ部が、代替的に又は追加的に、縦方向及び／又は横方向に移動されるように、アクチュエータ又は１組のアクチュエータを作動させることができる。

更に、第１のアクチュエータは、第１のアクチュエータを動作させることによって延長及び短縮されることができる延長可能部を備えることができ、延長可能部は、第１の移動方向に延長又は短縮される。又、装置は第２のアクチュエータを備えることができ、第２のアクチュエータは、第２のアクチュエータを動作させることによって延長及び短縮されることができる延長可能部を備え、延長可能部は第２の移動方向に延長又は短縮され、第１及び第２の移動方向の少なくとも１つは横方向を含む。

ピックアップ部が、ピックアップ部に搭載される電気インダクタンス、例えば２次巻線構造体、の出力電圧、例えば２次巻線構造体の出力電圧、具体的には整流出力電圧に応じて、垂直方向及び／又は横方向及び／又は縦方向に移動されるように、アクチュエータ又は１組のアクチュエータを作動させることができる。移動は、所望の出力電圧が供給されるように提供されることができる。

従って、３つの構成が可能である。第１の構成では、ギャップサイズは２次側位置決め手段によってのみ変えられることができる。第２の構成では、ギャップサイズは１次側位置決め手段によってのみ変えられることができる。第３の構成では、ギャップサイズは２次側位置決め手段及び１次側位置決め手段の両方によって変えられることができる。

別の実施形態では、ＷＰＣの入力電圧は、所望の伝送電流と実際の伝送電流との間の偏差に応じて制御される。

実際の伝送電流は、例えば、２次側で電流検出手段、例えば電流センサ、を介して測定されることができる。実際の伝送電流に関する情報は、例えば少なくとも１つの通信手段を介して１次側に、例えば２次側制御ユニットから１次側制御ユニットに送信されることができる。例えば、所望の伝送電流がバッテリ又は車両管理システムによって決定されることが可能である。車両側電流制御ユニット又は路側制御ユニットは、実際の入力電流と所望の入力電流との偏差、例えば差、を決定することができる。前記偏差に応じて、ＷＰＣ入力電圧生成手段の路側制御ユニットに対して設定点を決定することができる。

設定点は車両側から１次側に送信されることができる。この場合、充電制御ユニットは車両側に配置される。送信された設定点に応じて、ＷＰＣ入力電圧制御ユニットは、入力電圧生成手段、例えば入力電圧生成手段の出力電圧、を制御することができる。

しかしながら、これは一例に過ぎない。前述したように、例えば、伝送電圧を調整するためにＷＰＣの動作パラメータ、例えばＷＰＣのデューティサイクル、ＷＰＣの動作周波数、及び／又はＷＰＣによって生成される電圧間の位相シフトの設定点を決定することも可能である。

一般に、設定点は、２次巻線構造体内に誘起される電圧を制御するためのパラメータを表すことができる。設定点は、例えば電圧値、電流値、又は電力値として提供されることができる。

設定点又は所望の伝送電流と実際の伝送電流との間の偏差に関する情報は、一方向通信で車両側から１次側に送信されることができる。

別の好ましい実施形態では、ＷＰＣの所望の入力電力とＷＰＣの実際の入力電力との間の偏差が決定される。ＷＰＣの所望の入力電力は、エネルギー貯蔵要素の所望の入力電力とエネルギー貯蔵要素の実際の入力電力との間の偏差に応じて決定される。エネルギー貯蔵要素の所望の入力電力と実際の入力電力との間の前記偏差は、路側で、例えば路側評価もしくは制御ユニットによって、又は車両側で決定されることができる。

ＷＰＣの所望の入力電流は、ＷＰＣの所望の入力電力と実際の入力電力との間の偏差に応じて決定される。前記所望の入力電流はまた路側又は車両側で決定されることができる。ＷＰＣの入力電圧はＷＰＣの所望の入力電流に応じて制御される。入力電圧の制御はまた、路側で、例えば前述の又は他の路側制御ユニットによって実行されることができる。

従って、誘導電力伝送システムは路側に３つの制御ユニットを備えることができる。第１の制御ユニットは、エネルギー貯蔵要素の所望の入力電力と実際の入力電力との間の偏差に基づいて、ＷＰＣの所望の入力電力を決定する。内部制御ユニットとも呼ばれることができる第２の制御ユニットは、ＷＰＣの所望の入力電力と実際の入力電力との間の偏差に基づいて、ＷＰＣの所望の入力電流を決定する。次に、第３の制御ユニットは、ＷＰＣの所望の入力電流に応じて、入力電圧生成手段、例えば昇圧コンバータ、の動作、例えば出力電圧、を制御する。

外部制御ユニットとも呼ばれ得る第１の制御ユニットは、エネルギー貯蔵要素の所望の入力電力と実際の入力電力との間の偏差を低減する電力コントローラを提示する。第１の制御ユニットによって決定される偏差は、誘導電力伝送システムにおける損失に比例する。第２の内部制御ユニットは、例えば、路側から車両側への動力伝達経路が変化する場合に、具体的には高周波変圧器の前述の電圧比が変化する場合に、入力電圧生成手段の出力電力を一定に保つために、入力電圧生成手段の出力電圧を急速に又は迅速に変化させることができる電力制限手段を提供する。第２の内部制御ユニットは入力電圧生成手段の制御ユニットに対して設定点を提供する。入力電圧生成手段の制御ユニットは第３の制御ユニットと呼ぶこともできる。

実際の入力電力及び所望の入力電力又はそれらに関する情報を、車両側から路側、例えば第１の制御ユニット、に送信することが可能である。前記電力は、例えば検知手段を用いて又は車両のエネルギー管理システムによって決定されることができる。例えば、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の実際の入力電流及び実際の入力電圧を検出し、これらの値を車両側から路側に送信することが可能である。また、所望の電流値及び電圧値を車両側から路側に送信することもできる。路側で、例えば第１の制御ユニットによって、対応する所望の入力電力及び実際の入力電力及び対応する偏差を決定することができる。この偏差に基づいて、入力電圧生成手段の所望の出力電力を決定することができる。

入力電圧生成手段の実際の出力電流は、例えば電流センサによって、検出され、第２及び第３の制御ユニットにフィードバックされることができる。また、ＷＰＣの入力電圧に対応する入力電圧生成手段の出力電圧は、例えば電圧センサによって検知され、第２及び／又は第３の制御ユニットにフィードバックされることができる。入力電圧生成手段の実際の出力電流及び実際の出力電圧は、入力電圧生成手段の実際の出力電力を決定することを可能にする。

外部及び内部制御ユニットに基づいて、電力が路側で制限又は制御されるので、エネルギー貯蔵要素の入力電力及び入力電流が超過することはないことが有利にも保証される。

これは、有利にも、路側コントローラが前述の制限を提供するので、路側と車両側との間の双方向通信を実装することを回避する。

好ましい実施形態では、実際の伝送電流、所望の伝送電流、及び実際の伝送電圧が、一方向通信で２次側から１次側に送信される。これは、有利にも、非常に高速な通信を提供し、結果として安全性要件を満たすことを保証する。更に、通信が、特に短時間の間、中断される場合、１次側安全対策を開始することができる。例えば、１次側要素に電力制限を設けることができる。この場合、システムが自己制御式であるので、通信中断でさえ、エネルギー伝送を止める必要はない。伝送電流及び伝送電圧は、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素又はエネルギー貯蔵要素を備える車両側電気回路網の前述の入力電流及び入力電圧に対応することができる。

エネルギーを車両に伝送する誘導電力伝送システムが更に提案され、誘導電力伝送システムは、交番電磁界を生成する１次巻線構造体と、交番電磁界を受け取り、交流出力電圧を生成する２次巻線構造体とを備える。更に、交流出力電圧は、例えば誘導電力伝送システムの整流器によって、整流可能であり、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素に供給可能である。

更に、誘導電力伝送システムは、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを調整する少なくとも１つの手段を備え、整流出力電圧はギャップサイズを変えることによって調整可能である。

本発明によれば、ギャップサイズは、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の充電特性に応じて、エネルギー伝送プロセスを準備及び／又は開始及び／又は制御するために事前に調整可能である。

提案された誘導電力伝送システムは、特に、ギャップサイズ、ＷＰＣの入力電圧、及び他の前述の操作変数を制御するための１つ又は複数の制御ユニットを備えることができる。

提案された誘導電力伝送システムは、有利にも、先に説明した実施形態の１つによる誘導電力伝送システムを動作させる提案された方法を実行することを可能にする。

別の実施形態では、誘導電力伝送システムは、ＷＰＣの調整可能な入力電圧を提供する少なくとも１つの入力電圧生成手段を備え、ＷＰＣは、入力電圧を調整する少なくとも１つの手段を介して電圧供給手段に接続される。電圧供給手段は、例えば、直流電圧供給手段又は交流供給手段、例えば外部電力回路網又はバッテリ、によって提供されることができる。

これは、有利にも、ＷＰＣの入力電圧を調整することによって、追加的に少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素の入力電圧を調整することを可能にする。

別の実施形態では、少なくとも１つの入力電圧生成手段は、昇圧コンバータもしくは降圧コンバータ又はそれらの結合によって提供される。これは、有利にも、入力電圧供給手段の簡単な設計を可能にする。

別の実施形態では、１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを調整する少なくとも１つの手段は、２次側位置決め手段及び／又は１次側位置決め手段によって提供される。この場合、誘導電力伝送システムは一方又は両方の位置決め手段を備えることができる。先に説明したように、位置決め手段を、１次巻線構造体及び／又は２次巻線構造体を平行移動及び／又は回転させるために動作させることができる。

先に説明したように、２次側位置決め手段は持上デバイスによって提供されることができ、且つ／又は１次側位置決め手段は作動手段によって提供されることができる。

別の実施形態では、誘導電力伝送システムは、２次側と１次側との間の一方向通信のための少なくとも１つの手段を備える。前記一方向通信で、実際の伝送電流及び所望の伝送電流並びに／又は実際の伝送電圧及び所望の伝送電圧を車両から路側に送信することができる。

最新技術による誘導電力伝送システムの模式的レイアウトを示す。 最新技術による入力電圧生成手段の概略ブロック図を示す。 最新技術の別の実施形態による誘導電力伝送システムの概略ブロック図を示す。 本発明による誘導電力伝送システムの概略ブロック図を示す。 概略的な制御スキーマを示す。 別の実施形態による概略的な制御スキーマを示す。

本発明を添付の図面を参照して説明する。

図４は、本発明による誘導電力伝送システム１の概略ブロック図を示す。路側ＷＳ及び車両側ＶＳが示されている。

誘導電力伝送システム１は、直流電圧供給手段又は交流電圧供給手段として設計されることができる電圧供給手段２、１３を備える。更に、誘導電力伝送システム１は昇圧コンバータ７を備える。昇圧コンバータ７は所定の出力電圧調整範囲を有することができ、出力電圧調整範囲は、例えば最小電圧Ｕ_ｍｉｎから最大電圧Ｕ_ｍａｘまでの範囲とすることができる。

昇圧コンバータ７によって供給可能な最小電圧Ｕ_ｍｉｎは、昇圧コンバータ７の最大入力電圧よりも高い、例えば電圧供給手段２、１３の最大出力電圧よりも高い、ことが可能である。例えば、最小出力電圧Ｕ_ｍｉｎが、昇圧コンバータ７の内部の電圧降下量だけ昇圧コンバータ７の最大入力電圧を超えることが可能である。全体として、昇圧コンバータ７は、Ｕ_ｍｉｎからＵ_ｍａｘまでの範囲内に出力電圧を調整することができる。

更に、昇圧コンバータ７を、昇圧コンバータ７の最小出力電圧Ｕ_ｍｉｎがエネルギー貯蔵要素１２の最小入力電圧よりも高いように設計することができる。エネルギー貯蔵要素１２は、例えば車両のバッテリによって提供されることができる。更に、昇圧コンバータ７を、昇圧コンバータ７の最大出力電圧Ｕ_ｍａｘがエネルギー貯蔵要素１２の最大入力電圧よりも小さいように設計することができる。

更に、誘導電力伝送システム１は路側電力コンバータ（ＷＰＣ）４を備え、ＷＰＣ４はコンバータ５及び出力フィルタ６を備える。

入力電圧生成手段を提供する昇圧コンバータ７の出力電圧はＷＰＣ４の入力電圧（ＷＰＣ４入力電圧）に等しい。

ＷＰＣ４の出力電圧は、印加されたＷＰＣ４出力電圧により１次巻線構造体によって生成される交番電磁界を受け取る２次巻線構造体をも備える高周波変圧器１０の１次巻線構造体に供給される。更に、誘導電力伝送システム１は２次巻線構造体の交流出力電圧を整流する整流器１１を備える。整流出力電圧Ｕ_Ｃはエネルギー貯蔵要素１２の入力電圧を供給する。整流出力電流Ｉ_Ｃはエネルギー貯蔵要素１２の入力電流を供給する。入力電流Ｉ_Ｃは伝送電流とも呼ばれることができ、入力電圧Ｕ_Ｃは伝送電圧とも呼ばれることができる。

高周波変圧器１０の電圧比ｒは以下のように表すことができる。
ｒ＝Ｕ_ＷＰＣ／Ｕ_Ｃ＝Ｉ_Ｃ／Ｉ_ＷＰＣ （式１）
ここで、Ｉ_ＷＰＣはＷＰＣ４の入力電流を指し、Ｕ_ＷＰＣはＷＰＣ４の入力電圧を指す。

高周波変圧器１０の１次巻線構造体及び／又は２次巻線構造体の位置、特に垂直位置、を変える位置決め手段は図示されていない。

エネルギー貯蔵要素１２の充電を準備するために、エネルギー貯蔵要素１２の充電状態（ＳＯＣ）を決定することができる。所与又は所定のＳＯＣ電圧曲線に応じて、所望の入力電圧Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}を、エネルギー貯蔵要素１２の全貯蔵要素電圧として決定することができる。エネルギー貯蔵要素１２の全貯蔵要素電圧は、例えば内部電圧とエネルギー貯蔵要素１２の内部抵抗による電圧降下との和である。しかしながら、好ましくは、所望の入力電圧Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}が供給されるように、具体的にはエネルギー貯蔵要素１２の直列接続されたバッテリセルの何れかに対して許容セル電圧を超えないように、所望の入力電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}（例えば、図５参照）を決定することができる。

更に、昇圧コンバータ７は、最小出力電圧Ｕ_ｍｉｎがＷＰＣ４に供給されるように制御されることができる。

次に、高周波変圧器１０の１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップサイズは、ＷＰＣ４の最小入力電圧Ｕ_ＷＰＣを仮定して、整流出力電圧Ｕ_Ｃが所望の入力電圧Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}に等しくなるように、調整されることができる。

例えば、所望の入力電圧Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}が６００Ｖに等しく、ＷＰＣ４の最小入力電圧Ｕ_ＷＰＣが６５０Ｖに等しい場合、高周波変圧器１０の１次巻線構造体と２次巻線構造体との間のギャップサイズは、電圧比ｒが１／１．０８３（６００Ｖ／６５０Ｖ）に等しくなるように調整されることができる。この電圧比がギャップサイズを調整することによって正確に提供される場合、所望の入力電圧Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}が整流出力電圧Ｕ_Ｃに等しいので、伝送電流Ｉ_Ｃはエネルギー貯蔵要素１２に供給されない。

従って、エネルギー伝送プロセスはギャップサイズを調整することによって準備される。次いで、昇圧コンバータ７の出力電圧（従ってＷＰＣ４の入力電圧Ｕ_ＷＰＣ）を、昇圧コンバータ７を適切に制御することにより高くすることができる。例えば、所望の充電プロセスを提供する所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}がエネルギー貯蔵要素１２に供給されるまで、昇圧コンバータ７の出力電圧を高くすることが可能である。

ギャップサイズは、昇圧コンバータ７の出力電圧を高くしている間、一定に保たれることができる。しかしながら、昇圧コンバータ７の出力電圧が最大出力電圧Ｕ_ｍａｘに達し、且つ充電が終了されない場合、ギャップサイズは再調整されることができる。この場合、昇圧コンバータ７の出力電圧を最小出力電圧Ｕ_ｍｉｎまで低下させることができ、その後、ＷＰＣ４の最小入力電圧Ｕ_ＷＰＣを仮定して、エネルギー貯蔵要素１２の実際の全貯蔵電圧に等しい整流出力電圧Ｕ_Ｃがエネルギー貯蔵要素１２に供給されるように、ギャップサイズを調整することができる。

昇圧コンバータ７の電圧調整範囲が、例えば６５０Ｖから７５０Ｖまでの範囲であり、エネルギー貯蔵要素１２が６００Ｖから７５０Ｖまでの入力電圧範囲を有し、且つ完全な充電が望まれる場合、ギャップサイズは全充電プロセスの間に少なくとも１回変更されなければならない。

エネルギー伝送プロセスの間、ギャップサイズを連続的に変えることも可能であり、電圧比ｒは、誘導電力伝送システム１を最適動作条件で動作させるように、連続的に提供される。最適動作条件は、例えば、損失、１次又は２次巻線構造体のコイルに流れる電流、及び／又は電力伝送電磁界の漂遊磁界が最小化される場合に、もたらされる。更に、最適動作条件は、損失が１次側と２次側との間に所望の比、例えば１：１の比、で分布する場合に、もたらされることができる。更に、最適動作条件は、電力伝送効率が最大化される場合に、もたらされることができる。

もちろん、昇圧コンバータ７の代わりに降圧コンバータを使用することも可能である。

図５に、本発明による第１の制御スキーマが図示されている。所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}は、例えば車両のエネルギー貯蔵要素管理システムによって決定されることができる。更に、実際の伝送電流Ｉ_Ｃは、例えば実際の伝送電流Ｉ_Ｃを検出することによって決定されることができる。車両側制御ユニット１４は、所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}と実際の伝送電流Ｉ_Ｃとの差に応じて、路側制御ユニット１５に対して設定点を生成し、路側制御ユニット１５は昇圧コンバータ７（図４参照）の動作を制御する。車両は送信機１６を備えることができ、設定点は、送信機１６を介して、特に一方向通信で、路側受信機１７に送信されることができる。

設定点は、例えばＷＰＣ４の所望の入力電圧Ｕ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}に等しい昇圧コンバータ７の所望の出力電圧とすることができる。路側制御ユニット１５は、ＷＰＣ４の実際の入力電圧Ｕ_ＷＰＣがＷＰＣ４の所望の入力電圧Ｕ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}に等しくなるように、昇圧コンバータ７の動作を制御する。

図６には、別の制御スキーマが図示されている。同様に、所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}が、例えば車両側エネルギー貯蔵要素管理システムによって決定される。

所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}は、特に一方向通信で、車両側送信機１６を介して路側受信機１７に送信される。更に、例えば、対応する検出デバイス、例えば電流センサ及び電圧センサ（図示せず）、によって測定されることができる実際の伝送電流Ｉ_Ｃ及び実際の入力電圧Ｕ_Ｃが送信される。所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}、実際の伝送電流Ｉ_Ｃ、及び実際の入力電圧Ｕ_Ｃを用いて、評価ユニット２０は、エネルギー貯蔵要素１２の所望の入力電力を、例えば所望の伝送電流Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}と実際の入力電圧Ｕ_Ｃとの積によって、決定することができる。更に、実際の入力電力、例えば実際の入力電圧Ｕ_Ｃと実際の伝送電流Ｉ_Ｃとの積、は、例えば評価ユニット２０によっても、決定されることができる。エネルギー貯蔵要素１２の所望の入力電力と実際の入力電力との間の偏差は、路側に配置される第１外部制御ユニット１８に対して入力を提供する。第１の外部制御ユニット１８は、ＷＰＣ４の所望の入力電力Ｐ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}を決定する。ＷＰＣ４の実際の入力電力は、例えば別の評価ユニット２１によって、例えばＷＰＣ４の実際の入力電流Ｉ_ＷＰＣと実際の入力電圧Ｕ_ＷＰＣとの積として決定されることができる。ＷＰＣ４の所望の入力電力Ｐ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}と実際の入力電力との間の偏差は、第２の内部制御ユニット１９に対して入力を提供する。第２の内部制御ユニット１９は、前記偏差に応じてＷＰＣ４の所望の入力電圧Ｕ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}を決定する。前記入力電圧Ｕ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}は、昇圧コンバータ７の動作を制御する制御ユニット１５に対して設定点を提供する。

更に、ＷＰＣ４の実際の入力電圧Ｕ_ＷＰＣ及びＷＰＣ４の実際の入力電流Ｉ_ＷＰＣが、第２の内部制御ユニット１９及び制御ユニット１５にフィードバックされることができることが示されている。

Claims (18)

1. 電力を伝送する誘導電力伝送システム（１）を動作させる方法であって、前記誘導電力伝送システム（１）は、交番電磁界を生成する１次巻線構造体と、前記交番電磁界を受け取り、交流出力電圧を生成する２次巻線構造体とを備え、前記交流出力電圧が整流され、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）に供給され、整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）は、前記１次巻線構造体と前記２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを変えることによって調整される、方法であって、
   前記ギャップサイズは、前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）の充電特性に応じて、エネルギー伝送プロセスを準備するために、及び／又はエネルギー伝送プロセスを開始するために、及び／又はエネルギー伝送プロセスを制御するために調整されることを特徴とする方法。
2. 前記整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）及び／又は整流出力電流が、前記電力伝送電磁界の少なくとも１つの電磁界特性を調整することによって更に調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）及び／又は前記整流出力電流は、路側電力コンバータ（４）の入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）を調整することによって更に調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ギャップサイズは、所望の整流出力電圧（Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}）が供給されるように調整され、前記ギャップサイズは、所望の整流出力電圧（Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}）が前記路側電力コンバータ（４）の前記入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）を調整することによって供給可能である限り、一定に保たれ、前記路側電力コンバータ（４）の前記入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）は所与の電圧上限と下限との間で調整可能であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記ギャップサイズは、前記路側電力コンバータ（４）の最小入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）が所望の整流出力電圧（Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}）に変換されるように、又は、前記路側電力コンバータ（４）の前記最小入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）に起因する所望の整流出力電圧（Ｕ_{Ｃ，ｄｅｓ}）と前記整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）との間の差が所定の閾値よりも小さくなるように調整されることを特徴とする請求項１〜４に記載の方法。
6. 前記ギャップサイズは、前記路側電力コンバータ（４）の前記入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）が所定の電圧限度に達している場合、調整されることを特徴とする請求項１〜５に記載の方法。
7. 前記ギャップサイズは、前記整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）が前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）の実際の全貯蔵要素電圧に等しくなるように調整されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記ギャップサイズは、連続的に又は段階的に変えら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。
9. 前記路側電力コンバータ（４）の前記入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）は、昇圧コンバータ（７）もしくは降圧コンバータ又はそれらの結合によって供給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。
10. 前記ギャップサイズは、２次側位置決め手段及び／又は１次側位置決め手段によって変えら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。
11. 前記路側電力コンバータ（４）の前記入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）は、所望の伝送電流（Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}）と実際の伝送電流（Ｉ_Ｃ）との偏差に応じて制御されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
12. 前記路側電力コンバータ（４）の所望の入力電力（Ｐ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}）と前記路側電力コンバータ（４）の実際の入力電力との間の偏差が決定され、前記路側電力コンバータの前記所望の入力電力（Ｐ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}）は、前記エネルギー貯蔵要素（１２）の所望の入力電力と前記エネルギー貯蔵要素（１２）の実際の入力電力との間の偏差に応じて決定され、前記路側電力コンバータ（４）の所望の入力電流（Ｉ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}）は、前記路側電力コンバータ（４）の前記所望の入力電力（Ｐ_{ＷＰＣ，ｄｅｓ}）と前記実際の入力電力との間の偏差に基づいて決定され、前記路側電力コンバータ（４）の入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）は、前記路側電力コンバータ（４）の前記所望の入力電流（Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}）に応じて制御されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
13. 実際の伝送電流（Ｉ_Ｃ）、所望の伝送電流（Ｉ_{Ｃ，ｄｅｓ}）、及び実際の入力電圧（Ｕ_Ｃ）は、一方向通信で前記２次側から前記１次側に送信されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. エネルギーを車両に伝送する誘導電力伝送システムであって、前記誘導電力伝送システム（１）は、交番電磁界を生成する１次巻線構造体と、前記交番電磁界を受け取り、交流出力電圧を生成する２次巻線構造体とを備え、前記交流出力電圧は整流可能であり、少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）に供給可能であり、前記誘導電力伝送システム（１）は、前記１次巻線構造体と前記２次巻線構造体との間のギャップのギャップサイズを調整する少なくとも１つの手段を備え、整流出力電圧（Ｕ_Ｃ）は前記ギャップサイズを変えることによって調整可能である、誘導電力伝送システムであって、
    前記ギャップサイズは、前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵要素（１２）の充電特性に応じて、エネルギー伝送プロセスを準備及び／又は開始及び／又は制御するために調整可能であることを特徴とする誘導電力伝送システム。
15. 前記誘導電力伝送システム（１）は、路側電力コンバータ（４）の調整可能な入力電圧（Ｕ_ＷＰＣ）を提供する少なくとも１つの入力電圧生成手段を備え、前記路側電力コンバータ（４）は、前記少なくとも１つの入力電圧生成手段を介して電圧供給手段（２、１３）に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の誘導電力伝送システム。
16. 前記少なくとも１つの入力電圧生成手段は、昇圧コンバータ（７）もしくは降圧コンバータ又はそれらの結合によって提供されることを特徴とする請求項１５に記載の誘導電力伝送システム。
17. 前記１次巻線構造体と前記２次巻線構造体との間のギャップの前記ギャップサイズを調整する前記少なくとも１つの手段は、２次側位置決め手段及び／又は１次側位置決め手段によって提供されることを特徴とする請求項１４〜１６の何れか一項に記載の誘導電力伝送システム。
18. 前記誘導電力伝送システム（１）は、前記２次側と前記１次側との間の一方向通信のための少なくとも一つの手段を備えることを特徴とする請求項１４〜１７の何れか一項に記載の誘導電力伝送システム。

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