JP2018079932A - 道路から電気エネルギーを得る電気車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】道路の内部または道路上の一次側導電経路に誘導的に結合した複数の電力トランスミッションモジュールが、そのモジュールの領域内の道路にある少なくとも一の電気車両に電力を誘導的に供給する電気車両誘導電力システムを提供する。【解決手段】道路から電力供給を受ける電気車両システムは、1つ以上のモジュール１１１に誘導的に電力を供給することを可能とする電源１０１を含むもので、道路の下または道路内に提供される。モジュール１１１は、車両の位置に応じて、選択的に磁界を作って、道路を移動中の１台または２台以上の車両が利用可能である。道路に供給する磁界の存在またはその強度は、車両の種類やカテゴリーによる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、電気車両に誘導電力伝達を行うためのシステムに関するものである。本発明は、車両がその上を走行する道路などのような電気車両の表面から車両に電力を与えることに利用される。

道路を走行する車両に誘導的に電力を供給することについての問題は長年論じられてきた。純粋な電気車両（ＥＶ）すなわち、電気エネルギーのみを頼りとする電気車両、に関連したレンジの不安に打ち勝つにはどうしたらよいかという問題である。車両の走行中に電力を継続的にまたは少なくとも十分なだけ高頻度に供給する能力は多くの利点がある。車載するエネルギー貯蔵装置と車両重量を最小にすることができ、利用できる電力源が限られたときに必要となる長時間の充電をしなくてもよく、ＥＶの電源が少なくなったときにのみ用いればよいからである。

電気車両に道路から誘導的に充電するまたは誘導的に電力を供給することは、以前に論文発表で提案されている。道路から電気エネルギーを得る電気車両（ＲＰＥＶ）システムを提供するというソリューションは、道路を小さいセクションに区切り、充電を必要とする車両が近傍にきたことが判断されたときにエネルギーを供給する誘導ループを実装する手段が論じられている。この手段では、ハイウェイの大きいセクションに電気エネルギーを与える必要はなく、システムの効率が高いものである。どの場合も、ハイウェイに沿ってたくさんの誘導ループが間隔を置いて設けられるが、直接に電源に接続して、通常１から１０ｋＨｚの間の周波数で動作する。各誘導ループは、車両が近傍に来たことを検出すると、直接スイッチングを行う手段によりそれぞれ選択的に電気エネルギーが与えられる。車載されている誘導レシーバがハイウェイ方向に延ばされており、通常、車両が走行しているときに道路にきわめて近接するように制御されている。

たとえば、米国特許第４３３１２２５号および同特許第４８３６３４４号では、誘導性のハイウェイに沿って車両が走行する際に電気化学的なバッテリが充電される手段が記載されている。米国特許第４８３６３４４号では、路面に沿って車両が動く際に電気エネルギーを車両に届けるために約３ｍのハイウェイトランスミッタモジュールのセクションをＯＮ、ＯＦＦ制御ができるリレーが用いられている。誘導性の道路モジュールは道路の長手方向に延ばされて、道路の中央に沿って端から端まで、設置されている。車両への電力制御は道路脇から必要に応じ道路電力モジュールを一時的にオフすることによりシンプルに行われる。米国特許第４３３１２２５号は、同一人の発明であるが、車両ピックアップレシーバと道路誘導トラックとの間のエアギャップを作動時にできるだけ小さくするように、所望の車両レシーバを低くする手段が記載されているとともに、コンデンサスイッチング手段が採用され、ピックアップの同調を動作中どのようなリラクタンスに対しても補償できるように変化させる（これにより、補償したレシービングコイルの出力電圧を調整する。）。

米国特許第５２０７３０４号では、レヒナーは、道路トランスミッタコイルと車載のレシーバの双方の磁気的構造を改善したものを記載している。Ｕ字型とＷ字型の磁心が示唆されている。可変スイッチング可能な補償コンデンサが記載され、電力制御とバッテリの調節を可能にしている。

米国特許第５３１１９７３号では、ツェンは、一次側のコイルのスイッチング制御をする無線通信と誘導ループに沿って車両の誘導を助けるセンサを加えたものについて記載している。さらに、特定の車両を認識して費用を徴収する手段に関連する情報についても記載されている。

米国特許第５８２１７２８号は、先の特許公報に記載された上記の構成要素の多くを組み合わせたシステムについて記載されている。繰り返すが、このシステムは、道の中央線に沿った誘導結合ストリップを用いて道路から電力を得るために、車両のピックアップレシーバを低くする必要があるシステムである。

米国特許第６８７９８８９号では、高速充電システムが提案され、これは、電気機械バッテリ（ＥＭＢ）のような急速充電エネルギー貯蔵装置を用いている。結果的には、誘導トランスミッタモジュール（各モジュールは、３ｍ６５ｃｍくらいの延長された平面状のパンケーキ型のコイルをひとつ備えている）を道路中央に沿って長手方向におかれたものが提案され、ハイウェイの１０％未満の場所に設置されればよいとされている。効率を高めるためには、これらの電力トランスミッタは相対的に高い充電速度を必要としている（トランスミッタモジュールの上方を動いていく間に、最低限１００ｋＷから１４０ｋＷをＥＶに連続的に電力伝達する充電速度）。ＥＶがハイウェイに沿って移動する間に道路トランスミッタモジュールとレシーバコイルの間の磁気的結合を改善するため、調節可能なライドハイトサスペンションと配置が示唆されている。車庫に入庫したり道路際や信号またはほかの便宜な場所に停車する用途では、高い充電速度を実現するには、ピックアップを低くしてエアギャップをほとんどゼロにする必要がある。駐車はラテラル方向に１００ｍｍ以内と考えられているが、ラテラル方向に１０から２０ｍｍ以内にレシービングコイルを調節する機構が提案されている。このような静止状態での充電では盛り上がった雪や氷がピックアップを下げる機構を停止させないように、道路を暖める手段が示唆されている。このスキームは伝達される電力の１０％程度が使われる暖房エレメントを道路に実装することが必要になる。データと費用支払いのための通信手段もまた記載されている。

米国特許第４３３１２２５号明細書 米国特許第４８３６３４４号明細書 米国特許第５２０７３０４号明細書 米国特許第５３１１９７３号明細書 米国特許第５８２１７２８号明細書 米国特許第６８７９８８９号明細書 米国特許第５２９３３０８号明細書

本発明の目的は、道路から電力を受ける電気車両システムの改善であり、また、このようなシステムで用いられる車両や道路である。別の目的として、道路から電力を受ける電気車両の先の提案に対する有用な代替手段を提供することである。

本明細書では、解決策として、電力が道路から移動する車両に誘導的に結合して単一位相のトランスミッタモジュールがハイウェイに沿って間隔をおいておかれるか、小区間に多位相のトラックを置くかのいずれかを用いるＲＰＥＶシステムについて記載している。記載されたシステムは打ち勝つかまたは少なくとも前記の問題の多くを改善するとともに、安全性を改善するものである。また、車両と道路際の電力コントローラとの間の通信に依存しない車載の調節可能なバッテリ充電をすることができる。ＥＶが道路に沿って移動中にまたは停止中、たとえば信号停止や車庫内に駐車している場合などに車載のピックアップレシーバを低くする必要もない。加えて、ドライビング性能と道路のドライビングレーンに沿ったラテラル方向への自由な動きの妥協を大きくすることなく効率的に電力伝達をするという問題もまた、明らかにされた。システムの効率は車両の存在や車両の一般的なタイプやカテゴリーを検出するセンサを用いて最大化され、道路のセクションは、必要に応じ車両の下方にのみ励磁される（エネルギーが供給される）。

したがって、本発明の一態様において開示された発明は、
車両表面に関連付けられた一次側導電経路と、
道路の内部または道路上の一次側導電経路に誘導的に結合した複数の電力トランスミッションモジュールとを備え、
前記電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができる、電気車両誘導電力システム。

前記車両表面は道路であってもよい。

ひとつの実施態様において、一次側導電経路は第１の周波数でエネルギー供給され、前記電力トランスミッションモジュールは第２の周波数でエネルギー供給される。

コントローラが各トランスミッションモジュールに備えられ、車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにしてもよい。ある実施態様では、コントローラは車両に利用できる電力の量を制御する。

利用できる電力量は、電力が供給される車両の電力要求カテゴリーまたは電力が供給される車両のタイプに基づくか、または車両表面のひとつのセクションの車両の数によって決定される。

ひとつまたはそれ以上のコイルが、各電力トランスミッションモジュールに備えられ、前記コイルは車両に誘導電力を伝達する磁界を提供することが好ましい。

ある実施形態において、電力トランスミッションモジュールは、各モジュールに隣り合う一次側導電経路のセクションが実質的に補償されているリアクタンスを有するように、同調されている。

一次側導電性経路が埋められているかまたは車両表面に隣りあっていてもよい。

本発明は、他の態様において、車両表面の内部または車両表面上の複数の電力トランスミッションモジュールとコントローラとを備え、
各電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができ、
前記コントローラは、前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールが誘導電力を車両に利用できるようにして、位相において隣り合うモジュールにエネルギーを与える。

本発明は、さらに別の態様において、車両表面の内部または車両表面上の複数の電力トランスミッションモジュールと、コントローラとを備え、
各電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができ、
前記コントローラは前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにした電気車両誘導電力システムを提供する。

本発明は、他の態様において、位相について一定関係があるエネルギーを与えて磁界を供給するように構成した複数のコイルを備えた電気車両誘導電力システムのためのパワートランスミッションモジュールを提供する。

本発明は、他の態様において、電気車両誘導電力システムのための道路ユニットであって、
前記ユニットは、上面と、上面の下部に備えられた導電性素材の少なくとも一つのコイルであって使用の際に前記上面の上側に延びる磁界を供給するコイルと、前記コイルにエネルギーを与える電力を受けるための接続手段とを備えた道路ユニット。

本発明は、他の態様において、道路上の車両について複数の車両カテゴリーのひとつであることの指示を受けて道路上の車両の位置に対応する場所に磁界を選択的に供給する道路コントローラであって、前記磁界の存在または強度が車両カテゴリーによるように構成された道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、ひとつの態様において、前記車両カテゴリーが非電気車両である場合は、前記コントローラは前記車両に磁界を供給しないようにしてもよい。

本発明は、いくつかの態様において、固有の電力需要にしたがってカテゴリー分けされている。したがって、非電気車両は、電力需要がゼロであり、小型電気車両は、低電力需要であり、大型電気車両は高電力需要である。

ひとつの実施態様において、道路内部または道路脇に車両のカテゴリーを検出するセンサを備える。このセンサはあらかじめ決められた場所に備えて、コントローラがセンサを用いて車両位置を検出し、これにより、車両位置において電力を利用するようにしてもよい。このセンサは、パワートランスミッションモジュールであってもよい。

ひとつの実施態様において、センサはＲＦＩＤレシーバなどのレシーバであってもよい。

本発明は、他の態様において、
道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
道路と関連付けられた電源コントローラに車両の電力需要カテゴリーを指示することができる車両カテゴリー同定器と、
を備えた道路から電気エネルギーを得る電気車両を提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数のパワートランスミッションモジュールを有する道路を備え、
各モジュールは、道路の幅の少なくとも一部に延びているモジュール幅と道路の方向に延びているモジュール長さを有し、
そのモジュール幅はそのモジュール長さより大きいか等しい構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数のパワートランスミッションモジュールを有する道路を備え、
各モジュールは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで、それぞれ道路の反対側に向かって延びるように配置されているように構成された、
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

ひとつの実施態様において、両コイルは道路の長手方向にも沿って延びて構成されている。

ひとつの実施態様において、両コイルは、実質的に道路の幅を横切るように（すなわち、横断方向に）延びるよう構成してもよい。両コイルは、さらに横断方向だけでなく長手方向にも延びるように構成してもよく、横断方向の長さより短いかまたは等しい長さに長手方向に延びていてもよい。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのモジュールは、車両の幅の少なくとも一部に延びているモジュール幅と車両の長手方向に延びているモジュール長さを有し、
そのモジュール幅はそのモジュール長さより大きいか等しく構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのレシーバモジュールは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで、それぞれ車両の反対側に向かって延びるように配置されているように構成された、
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数のパワートランスミッションモジュールを有する道路を備え、
各モジュールは、車両の幅の少なくとも一部に延びているモジュール幅と車両の長手方向に延びているモジュール長さを有し、
そのモジュール幅はそのモジュール長さより小さいか等しく構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数のパワートランスミッションモジュールを有する道路を備え、
各モジュールは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで、それぞれ道路の反対側に向かって延びるように配置されているように構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのレシーバモジュールは、車両の幅の少なくとも一部に延びているモジュール幅と車両の長手方向に延びているモジュール長さを有し、
そのモジュール幅はそのモジュール長さより小さいか等しく構成された、
道路から電気エネルギーを得る電気車両を提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのレシーバモジュールは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで、それぞれ車両の反対側に向かって延びるように配置されているように構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両を提供する。

ひとつの実施態様において、両コイルもまた車両の反対側に向かって延びるように配置されているように構成されている。

ひとつの実施態様において、両コイルは、実質的に道路の幅を横切るように（すなわち、横断方向に）延びるよう構成してもよい。両コイルは、さらに横断方向だけでなく長手方向にも延びるように構成してもよく、横断方向の長さより短いかまたは等しい長さに長手方向に延びていてもよい。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのレシーバモジュールは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで、それぞれ車両の反対側に向かって延びるように配置されるとともに第三のコイルが他の２つのコイルをオーバーラップしているように構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両を提供する

ひとつの実施態様では、第三のコイルは他の２つのコイルとともに積分コイルとして接続されている。

本発明は、他の態様において、
道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる誘導電力レシーバモジュールと、
そのレシーバモジュールは、反対位相で平行に接続された２つのコイルと積分コイルを備えている
道路から電気エネルギーを得る電気車両を提供する。

本発明は、他の態様において、電気車両誘導電力システムのための誘導電力トランスミッションモジュールであって、
磁界を生成するように構成した導電材料からなるコイルと、
そのコイルに流れる電流を制御するコントローラと、を備えた、
電気車両誘導電力システムのための誘導電力トランスミッションモジュール、を提供する。

ひとつの実施態様において、モジュールは他の磁界から電力を受けるレシーバコイルを含んでいる。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
道路と関連付けられて延ばされて設置された１次側導電ループと
１次側導電経路に誘導的に結合した道路内の複数の電力トランスミッションモジュールとを備え、
前記電力トランスミッションモジュールは、そのトランスミッションモジュールの領域内の道路上の１台またはそれ以上の車両があるとき、その１台またはそれ以上の車両に誘導的に電力を供給することができるように構成された
道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

ひとつの実施態様において、コントローラが各トランスミッションモジュールに備えられ、前記コントローラは前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにする。

ひとつの実施態様において、コントローラは車両が利用できる電力量を制御する。利用できる電力量は、電力が供給される車両の電力要求カテゴリーまたは電力が供給される車両のタイプに基づく。

ひとつの実施態様において、コントローラは各車両が利用できる電力量を道路のひとつのセクションの車両の数、または、電力要求カテゴリーおよび道路のひとつのセクションの車両の数の組み合わせによって制御する。

ひとつの実施態様において、ひとつまたはそれ以上のコイルが、各電力トランスミッションモジュールに備えられ、コイルは車両に誘導電力を伝達する磁界を提供する。

ひとつの実施形態において、電力トランスミッションモジュールは、各モジュールに隣り合う一次側導電経路のセクションが実質的に補償されているリアクタンスを有するように、同調されている。

本発明は、他の態様において、電気車両誘導電力システムのための道路ユニットであって、
前記ユニットは、上面と、上面の下部に備えられた導電性素材の少なくとも一つのコイルであって使用の際に前記上面の上側に延びる磁界を供給するコイルと、道路の縦穴の側壁側に隣り合う位置となる側壁と、他のユニットの底壁に対応して隣り合う位置になる底壁とを備えた、道路から電力を受ける電気車両システムのための道路ユニット。

ひとつの実施形態において、道路ユニットは、少なくとも２つの実質的に平面状のコイルが並んで配置されていることを含む。

ひとつの実施形態において、道路ユニットは、電源に接続されている。

ひとつの実施形態において、道路ユニットは、他の磁界からの電力を受けるレシーバコイルを含む。このレシーバコイルは、非対称であってもよい。その代わりとして、れし^バーコイルは、対称であってもよい。ひとつの実施形態において、道路ユニットは、２つの開口を有し、各開口は延ばされた１次側導電ループの片側を受けるように構成され、レシーバコイルと磁心はユニットの中にレシーバコイルが１次側導電ループから誘導的に電力を受けるようにしてもよい。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
道路に埋められあるいは道路の隣に延ばされて設置された１次側導電ループと
1次側導電ループに電力を供給する電源と、を備え、
この道路は道路表面の下部に備えられた導電性素材の複数のコイルであって道路の表面の上方に磁界を供給するコイルを有し、これらのコイルは１次導電ループに誘導的に結合する。

ひとつの実施態様では、導電パスはこれらのコイルの下部に供給される。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数の誘導電力トランスミッションモジュールを有し、道路から電気エネルギーを得る電気車両が電力を複数の誘導電力トランスミッションモジュールから道路を移動中どの瞬間でも受けるように配置されている。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両であって、
道路の表面の上方に供給される磁界から電力を受けることができる複数の誘導電力レシーバを備えている。

ひとつの実施態様では、これらのコイルはレシーバモジュール内に配置され、２つまたはそれ以上のコイルがレシーバモジュール内に備えられている。ひとつの実施態様では、複数のレシーバモジュールが備えられている。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数の電力トランスミッションモジュールを道路内に備え、
前記電力トランスミッションモジュールは、そのトランスミッションモジュールの領域内の道路上の１台またはそれ以上の車両があるとき、その１台またはそれ以上の車両に誘導的に電力を供給することができるように構成され、
道路コントローラを備え、
道路コントローラは各車両が利用できる電力量を道路のひとつのセクションの車両の数、または、電力要求カテゴリーおよび道路のひとつのセクションの車両の数の組み合わせによって制御する。

ひとつの態様において、道路コントローラは、各電力トランスミッションモジュールに関連付けられたトランスミッションコントローラを含み、
トランスミッションコントローラは前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにする。

ひとつの態様において、トランスミッションコントローラは、車両が利用できる電力量を制御する。利用できる電力量は、電力が供給される車両の電力要求カテゴリーまたは電力が供給される車両のタイプに基づく。

ひとつの態様において、トランスミッションコントローラは、パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在することを検出した際に、パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにする。

ひとつの態様において、
トランスミッションコントローラは、パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在することを検出した後にあらかじめ決められた最大時間の間、前記パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにする。

ひとつの態様において、トランスミッションコントローラは、パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在しないことを検出した際に、パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにすることを停止するようにする。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数の電力トランスミッションモジュールを道路内に有する道路を備え、
電力トランスミッションモジュールは、そのトランスミッションモジュールの領域内の道路上の１台またはそれ以上の車両があるとき、その１台またはそれ以上の車両に誘導的に電力を供給することができるように構成され、
車両電力コントローラを備え、
車両電力コントローラは、車両が利用できる電力と車両の瞬間電力要求と車両に関連付けられるバッテリの充電状態とによって車両がうける電力量を制御する、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

ひとつの実施態様において、車両電力コントローラは、車両が受ける電力を制限する。ひとつの実施態様において、車両が受ける電力の制限は車両のタイプまたは車両の電力要求カテゴリーによる。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって
、
複数の多位相誘導電力トランスミッションモジュールを有する道路と、
ひとつ又はそれ以上の多位相誘導電力トランスミッションモジュールに電力を供給して、
各多位相誘導電力トランスミッションモジュールが道路上方に時間変化し回転する磁界を生成する電源と、
を備えた道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

ひとつの実施形態において、多位相誘導電力トランスミッションモジュールは、２つまたはそれ以上の実質的に平面状のコイルを備え、各コイルは他のコイルと異なる位相の電流が流れ、これらのコイルは道路上方に時間変化し回転する磁界を供給するように配置されている。

ひとつの実施形態において、多位相誘導電力トランスミッションモジュールは、２つの実質的に平面状のコイルを含み、これらのコイルはオーバーラップを有して電気的に０度、９０度、１８０度、および２７０度の間隔の導電経路を供給する。

ひとつの実施形態において、導電経路は、実質的に道路を横切る方向に延びている。他の実施形態において、導電経路は、実質的に道路の長手方向に延びている。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数の誘導電力トランスミッションモジュールを有する道路と、
漏洩磁界を少なくするように道路内または道路上に設けられた磁気遮蔽と、を備える道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
複数の誘導電力トランスミッションモジュールを有する道路と、
漏洩磁界を少なくするように各誘導電力トランスミッションモジュール内または誘導電力トランスミッションモジュール上に設けられた磁気遮蔽と、を備える道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
ひとつ又はそれ以上の道路から電気エネルギーを得る電気車両を備え、
前記電気車両は、すくなくともひとつの電力レシービングモジュールを有し、電力レシービングモジュールは道路から電力を誘導的に受けるように構成され、
漏洩磁界を少なくするように道路内または道路上に設けられた磁気遮蔽を備える、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムであって、
ひとつ又はそれ以上の道路から電気エネルギーを得る電気車両を備え、
前記電気車両は、すくなくともひとつの電力レシービングモジュールを有し、電力レシービングモジュールは道路から電力を誘導的に受けるように構成され、
漏洩磁界を少なくするように電力レシービングモジュール内または電力レシービングモジュール上に設けられた磁気遮蔽を備える、道路から電気エネルギーを得る電気車両システムを提供する。

本発明は、他の態様において、磁束を発生しまたは受ける磁束パッドであって、
磁束パッドは磁気透過性磁心と、２つの実質的に平面状でオーバーラップを有するコイル
と、を備え、
前記磁心は、実質的にコイル同士で実質的に磁気的な相互結合がないように磁気的に関連付けられている、
磁束を発生しまたは受ける磁束パッドを提供する。

本発明は、他の態様において、誘導電力伝達システムの１次側電源装置であって、
この誘導電力伝達システムの１次側電源装置は、
磁束を生成する磁束パッドを含み、
この磁束パッドは、磁気透過性磁心とこの磁心と磁気的に関連付けられた２つの実質的に平面状でオーバーラップを有するコイルとを備えており、
一方のコイルを流れる電流と他方のコイルを流れる電流との位相が異なる電流を供給する電源とを含む、
誘導電力伝達システムの１次側電源装置を提供する。

本発明は、他の態様において、磁束を発生しまたは受ける磁束パッドであって、
コイル同士で磁気的な相互結合がない複数の平面状のコイルを有するＩＰＴ磁束パッドを提供する方法であって、
この方法は、以下のステップを含む：
コイル同士がオーバーラップを有するようにするステップ、コイルのオーバーラップを変化させ実質的にコイル同士で相互結合がないようなオーバーラップ位置にするステップ。

一方のコイルを励磁して他方のコイルに誘導される開回路電圧がいつ最小になるかを検出することにより、相互の磁気的結合が存在しないことを検出することが好ましい。

本発明の他の態様は、以降の記載から明らかになる。

本発明の実施態様の例が、添付された図を参照して以下に記述される。

図１Ａは、本発明の一つの実施態様である道路から電力を得る電気車両システムの回路図である。 図１Ｂは、本発明の一つの実施態様であるいくつかの誘導電力トランスミッションモジュールを含む道路の回路図である。 図２Ａは、本発明の一つの実施態様である整合したリアクタンスＬＣＬを用いた制御トポグラフィーの回路図である。 図２Ｂは、本発明の一つの実施態様であるゼロ出力リアクタンスに同調したＬＣを用いた他の制御トポグラフィーの回路図である。 図３は公知のパワーシステムを図解したものである。 図４は、図３に図解したものをＩＰＴシステムに新規に応用したものである。 図５は、本発明の一実施形態であるＩＰＴピックアップの回路を図解したものである。 図６は、図５の回路の時刻に対する電圧をプロットしたグラフである。 図７は、実測波形とシミュレーション波形とを示している。 図８は、θと正規化した負荷抵抗との範囲における観測可能なＱを示している。 図９は、角度θおよびθ´を含む図５の回路における電圧電流関係の例を示している。 図１０は、（θ´−９０）度に対してプロットしたθのグラフである。 図１１は、図５などに示す回路の同調コンデンサとは異なるものについて位相遅れに対する出力電力をプロットしたグラフである。 図１２は、直流出力を供給する直流整流器をさらに含む図５の回路図を実装したものについての回路図例である。 図１３は、交流出力と直流出力の両方を供給するようにした図５の回路図を実装したものについての回路図例である。 図１４は、電力トランスミッションモジュールを示す道路の模式断面立面図である。 図１５は、パッドの形式をとった、新規な誘導電力伝達（ＩＰＴ）電力トランスミッションまたはレセプションモジュールの実施態様の平面図と断面立面図である。 図１６は、巻き配置の例を示す図１５のパッドの模式平面図である。 図１７は、図１５のパッドの模式断面立面図であり、磁束線を示している。 図１８は、図１５のパッドの設計に基づいた新規なパッドの他の実施態様の平面図である。 図１９は、図１７のようなパッドに対する高さ変位から見たインダクタンスの測定値と磁束結合能率のグラフである。 図２０は、円形パッドと図１７のようなパッド（磁極パッドという。）に対する高さ変位から見たインダクタンスの測定値と磁束結合能率のグラフである。 図２１は、２つの隔てられたフェライト磁心の斜視図であり、電力伝達システムにおける性能をシミュレーションするための配置を示している。 図２２は、図２１に示すパッドにおけるコンピューター計算した磁束のプロットであり、フェライト磁心の周りの巻き線に２３Ａの電流が流されている。 図２３は、図２２に言及しているパッドのフェライト磁心における磁束密度を示すコンピューター計算したプロットであり、フェライト磁心の厚さ（Ｚ軸）の中央のＸＹ平面である。 図２４は、図２１の配置の平面図であり、アッセンブリーのフェライト磁心の幅（Ｙ軸）の中央の点におけるＸＺ軸の切断面位置を示している。 図２５は、パッドの間隔が１００ｍｍの図２４の断面のコンピューター計算した磁束のプロットである。 図２６は、パッドの間隔が２００ｍｍの図２４の断面の磁束を示すコンピューター計算したプロットである。 図２８は、パッドの間隔が２００ｍｍの図２４の断面の磁束密度を示すコンピューター計算したプロットである。 図２９Ａは、モジュールの形式で提供されている誘導電力伝達装置の他の実施態様の平面図である。 図２９Ｂは、図２９Ａの装置の側面の立面図である。 図２９Ｃは図２９Ｂの図であるが、磁束も示すものである。 図３０は、誘導電力伝達装置の他の実施例の模式図であり、センターコイルまたは積分（クオドラチャー）コイルを含むものである。 図３１は、図３０の装置のコイルの巻き線配置を説明する電気配線図である。 図３２Ａは磁束トランスミッタ及びレシーバを下から見た斜視図である（上側が磁束トランスミッタである。）。 図３２Ｂは、図３２Ａの配置の上方から見た斜視図である。 図３３Ａは、図３２Ａおよび図３２Ｂの配置のシミュレーションに基づく磁束線を示す。磁束トランスミッタ及びレシーバの間隔が２００ｍｍで、ずれがないときのものである。 図３３Ｂは、図３２Ａおよび図３２Ｂの配置のシミュレーションに基づく磁束線を示す。磁束トランスミッタ及びレシーバがＸ軸方向にずれがあるときのものである。 図３４は、図３２Ａおよび図３２Ｂの配置に対してＸ軸方向に変位があった場合の電力の説明図である。 図３５は、図３２Ａおよび図３２Ｂの配置に対してＹ軸方向に変位があった場合の電力の説明図である。 図３６は、本発明の一つの実施態様である多位相システムを図解したものである。 図３７は、本発明の一つの実施態様である道路から電力を得る電気車両が道路上での使用を図解したものである。 図３８Ａは、本発明の一つの実施態様である道路から電力を得る電気車両の誘導電力レセプションおよびコントロール回路を図解したものである。 図３８Ｂは、本発明の一つの実施態様である道路から電力を得る電気車両の多位相誘導電力レセプションおよびコントロール回路を図解したものである。 図３９Ａは、非補償電力出力を図解したもので、オフセットに対する平面状の横に並べたコイルの出力（青い線）、積分コイルの出力（緑の線）、組み合わせた出力（黒い線）を示す。 図３９Ｂは、本発明の一つの実施態様である道路から電力を得る電気車両へのオフセットのある場合の電力配分を図解したものである。 図４０は、電力制御システムの代替する実施態様を示した回路図であり、１次側電源と道路に供給する電力との間に周波数の変化があるものである。 図４１は、それぞれ、磁束パッドの側面図と平面図とである。 図４２は、それぞれ、積分コイルを含む図１の磁束パッドの側面図と平面図である。 図４３は、それぞれ、別の形式の磁束パッドの側面図と平面図である。 図４４は、前図のパッドの一つのコイルに結合している開回路電圧の一連のグラフである。他方のコイルが励磁された時のコイル同士のオーバーラップの関数として表わされている。 図４５は、それぞれ、垂直空間が１５０ｍｍと２５０ｍｍのオフセットに対する非補償電力のグラフを示す。 図４６は、３種類の異なる磁束パッド構造（図４３のもの）に対する非補償電力のグラフを示す。レシーバパッドはｘ方向またはｙ方向にオフセットを有し、垂直方向は２００ｍｍ隔たっている。 図４７は、それぞれ図４３と図４１のパッド構造の磁界のプロットを示している。１次側の共振電流の一サイクル全体におけるいくつかの時点のものである。 図４８は、図４３のパッド構造の磁界のプロットを示している。磁心のフェライトの数は増加している（上から下の方向に示す）。 図４９は、図４３に示すパッド構造の電力伝達プロフィールの一例のグラフを示す。図４２の例に示すレシーバパッドを有している。

以下に記載された４つの大きなパートからなる磁気工学及び電子工学の技術は、電源、誘導電力トランスミッションまたは誘導電力トランスミッタモジュール、誘導電力レセプションまたは誘導電力レシーバモジュール、およびコントローラである。これらの大きなパートは、以下に順に記載される。見出しが明確になるよう用いられている。以下の記載は、主として、道路および電気車両の応用例として言及される。本発明の関してのいわゆる当業者は、発明がＩＰＴシステム一般への応用例も有するもので、たとえば物流にも用いられると理解するであろう。

（電源−時間変化する磁界を作る単一位相センターライン構造）
ひとつの実施態様において（たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように）、道路などの車両表面のエッジ部に、電源１０１が２つからなるグループで規則的に一連に、約２００ｍ離れて並べられる。各電源１０１は、５０／６０Ｈｚで４００／４８０Ｖの３相のユーティリティ電源に接続され、道路の１００ｍのセクションに与えられる。この明細書は主として「道路」（ｒｏａｄｗａｙ）という用語を、道路（ｒｏａｄ）についていうときに用いる。この用語は、一般に車両表面（ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を含むことを意図しており、車両表面とは、ガレージフロア、駐車場、バス停などの車両が静止している状態も含むものである。図１Ａおよび図１Ｂに示す実施態様は、各電源１０１は１００ｋＷの定格を有するが、実際には、切れ目なく延ばされた１次側導電ループ１０２に２０ｋＨｚの周波数で通常１２５Ａの電流を流す単一位相の出力を行うものである。この電流は約１００Ａから２５０Ａまで応用例により変化する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、各１次側導電ループ１０２は、約１００ｍの長さを有し、道路の１００ｍのセクションに沿って延ばされている。

各電源１０１は、誘導的な結合によって道路内の一連の電力トランスミッションモジュール１１１を駆動する。この誘導結合は、（図１Ａ、１Ｂおよび図２Ａ、２Ｂに示すように）２つの有線のトランスミッションシステムを用いて実現される。このシステムは、電源１０１からピックアップコイル１０３で１２５Ａを供給し、電力モジュールが必要とされるところであればどこにでも置かれる。ピックアップコイル１０３はいろいろな形式をとってもよい。この実施態様では、ピックアップ１０３の形式は国際公開公報ＷＯ２００６／１１８４７４に記載されたもののひとつで、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。このピックアップの形式は、非対称磁心を有し、この明細書では便宜的にＳピックアップという。しかしながら、誘導電力ピックアップの他の形式を用いてもよい。たとえば、対称性のあるＥ字型の磁心や、Ｈ字型の磁心、または他の公知の形状や配置が用いられる。

ピックアップ１０３からの出力は、部分的に直列で、直列コンデンサ１０４で同調されており、コイルからの正確な短絡電流を確保している（電力モジュールインダクタンス１０９を駆動するのに必要である。）。１０３と１０４の組み合わせは平行で、この実施態様ではコンデンサ１０５を動作周波数２０ｋＨｚで用いて同調されている。この同調ＬＣの組み合わせの反射インピーダンスは、１次側供給トラック１０２に反射され、道路（ピックアップ１０３が結合する道路）の１２５Ａが与えられているセクションのリアクタンスは、実質的に補償されて短絡となっている。この性質は、通常の動作条件では（後に記載するように）電力伝達モジュールの約２０％だけがどの瞬間も電力を供給するように、選択されている。残りは使われず、短絡状態になっている。この結果、ループ１０２のリアクタンスは、正確な長さによる通常の値になるよう設計され制御されており、電源電圧を制限する直列の補償コンデンサを追加して壊れないようにする必要がない。通常は工業的な応用例では５０から２００ｍの長さに与える。このループが壊れない性質は、追加的で問題を含むメイン道路のある終端に追加コンデンサの修正を与えるという問題を除去している。このような終端は、損失を追加し（ジョイント終端とコンデンサを追加する損失の両方からの損失）、さらに地面の動きや組み立ての不具合および老朽化の両方により、老朽化するコンデンサ、ジョイント終端の不具合から生ずる不具合のリスクを増加させる。終端は、また問題を加え、配線から防護シースの間に熱サイクル下コンデンサの修正運搬中の湿気防止の困難さなどが存在すると不具合を起こす。

ひとつの実施形態では、図２Ｂに示される平行ＬＣピックアップ（１０３，１０４，１０５）が用いられ、道路に埋められて完全に直列に補償された電力モジュール（図２Ｂの１０８と１０９）を駆動する。この実施形態では、回路要素１０８、１０９の組み合わせを見たリアクタンスは、本質的にゼロである。このように、たとえばスイッチング素子などの回路要素へは可能な限り低い電圧がかかるようになっている。

代替となる別の実施態様が図２Ａに示されており、モジュール１０９のリアクタンスが直列補償１１３，１１４の組み合わせとともに、２０ｋＨｚでの理想的なリアクタンスをコンデンサ１０５と１０３及び１０４の組み合わせに、与えている（電源の共振周波数に同調させたＬＣＬトポロジーを作っている。）

（図２Ａおよび図２Ｂに示された）両実施態様において、コントローラ１０７はスイッチ１０６を制御してモジュールの共振を調整し、モジュール１０９の磁界強度が完全に反転するかまたはコンデンサ１０８または１１４を流れる電流を調整することによって必要な場合変化させるようにしている。隣りのモジュールは時間と同期して位相の順番にエネルギーを与えられ、望まない隣のモジュールとの電力伝達を防止するようにしている。コントローラ１０７の動作はさらに下記に記載される。代替となる別の実施態様では、モジュール１０９は直接電源に接続されてもよい。すなわち、間接的に電源に誘導的に結合しなくてもよい。モーター車両、バスまたはトラックに充電するのに必要な正確な磁界強度は、簡単に決められる。コンデンサ１０９または１１４を流れる電流に制限を設け、道路で使用される車両のタイプまたはカテゴリーにより異なる電力必要量または要求量に応じてあらかじめ決められたレベルにするように制限する。ひとつの実施態様では、磁界強度は３種以上のレベルに制御して、各レベルは道路に沿って走行する車両の電力要求カテゴリーに対応するようにしてもよい。たとえば、ひとつの実施態様では、車両は固有の電力需要によってカテゴリー分けされている。したがって、非電気車両は、電力需要がゼロであり、自動車などの小型電気車両は、低電力需要であり、トラックやバスなどの大型電気車両は高電力需要である。他の実施態様では、カテゴリー分けは固有の車両電力要求よりも車両のユーザの要求に基づいて行ってもよい。

ひとつの実施態様では、各車両に供給する電力のレベルを決定する制御情報は、各車両の車載電力レシーバに関連付けられたＲＦＩＤタグに埋め込まれており、道路内の各電力トランスミッションモジュールの前方あるいは隣りに置かれた追加のセンサを用いて読まれてコントローラ１０７でモニターされる。他の実施態様では、制御情報は、ドライバーが支払おうとする充電率に関して、ドライバーからの応答に基づいて通信経由でコントローラ１０７に送られる。他の実施態様では、車両の存在を他の方法で検出してもよく、車両が各モジュールの上方を通過した際に電力トランスミッションモジュールのコイルのインダクタンスの変化を検出するセンサを用いてもよい。

保護のために、飽和インダクタ１１２が用いられ、１０５にかかる電圧を制限しこれによりどのような急な立ち上がりやスイッチングの過渡現象があってもコントローラのスイッチ１０６を過電圧で破壊されないように保護している。

このようにして、コントローラ１０７は電力を選択的に選択したレベルで利用できるようにしている。たとえば、車両はタイプ別に、非電力、軽電力、重電力にカテゴリー分けしてもよい。その際に、センサは車両のカテゴリーを検知してもよく（さらに後に記載する。）、コントローラ１０７はその車両が利用する磁界を制御する。だから、車両が、非電力であるとすると、利用できる磁界は作られない。車両がたとえば電気バスであるとすると（すなわち、重電力車両の場合）、高磁界強度のものが供給される。

（ＡＣ−ＡＣ電力コントローラ）
ひとつの実施態様において、コントローラ１０７は延ばされたループ１０２から一つ以上の電力トランスミッションモジュールに誘導的に電力伝達をするように制御して、整流ステップを必要とすることなく直接トランスミッションモジュールにＡＣ電源が供給される。上記したコントローラ１０７のようなコントローラの動作は図３から図１３を参照してこれより記載される。

図３は電力システムにおいてよく知られた図（ダイアグラム）であり、ひとつのジェネレータから他のジェネレータまたは負荷に電力がどのように伝達されるかを示している。第１のジェネレータの出力電圧はV₁であり、コイルL₁を通して第２の電圧V₂に接続されている。V₁とV₂の間の位相角がαであるとすると、伝達される電力Pは次の一般式で与えられる。ここに、Xは動作周波数におけるコイルL₁のリアクタンスである。

誘導電力伝達（ＩＰＴ）システムでは、この同じ図は、図４の回路に示すように、やや異なる解釈をされる。この場合、V₁はＩＰＴトラック、すなわち１次側コイルまたはループに流れる電流によりピックアップコイルL₁に誘導された電圧である。したがって、V₁= jωMIであり、Iはトラック電流である。V₂は同調コンデンサの電圧であり、ＩＰＴシステムにおける共振電圧である。通常、V₁とV₂でなす位相角は、回路中にときおり生ずる負荷抵抗Rであらわされる負荷条件の下での図４の回路の動作によって決定される。このような解析は、すべての回路要素が線形である場合に可能である。

しかしながら、本発明の一態様において、２つの新しい回路要素であるスイッチS₁およびS₂が加えられている。図５に示すように、これらのスイッチS₁およびS₂は、それぞれダイオードD₁およびD₂と直列に接続されている。位相角が異なる値になるように回路の挙動が強制される場合がしばしば生じるものであるが、これらのスイッチはそれを妨げるように動作するものである。技術的には、電圧V₂をクランプしてこれらのスイッチがゼロクロスすることを許さないようにすることで実現される。スイッチS₁は同調コンデンサＣにかかる正電圧での上昇を妨げ、スイッチS₂は同調コンデンサにかかる電圧が負になることを妨げる。動作の際は、これらのスイッチは１８０度の間隔でスイッチオンおよびスイッチオフを行う。しかし、図６に示すように、この回路の通常の電圧に比較すると位相遅れが生ずる。通常の共振電圧とスイッチングした場合の波形とのオーバーラップ（重なり）をθで示す。この通常の共振電圧は、回路が実際の負荷で動作しているときは、観測することができない。しかし、トラック電流は同一の位相を有しており、その観測は容易である。スイッチS₁は、波形の負側の半周期の間はおおむねオンであり、特に何も働きはない。そして、通常の正側の半周期の一部の間は、スイッチS₁がオフとなるまでまったく電圧の上昇を許さない。スイッチS₂は、他方の半周期の間、動作を行う。両方のスイッチは１８０度の間オンとなるがまったくオーバーラップ（重なり）は生じない。実際の出力電圧は、その中にフラットとなるわずかな時間を有することができるが、これらは、高いＱの条件では、ほとんど消失している。しかし、波形はまだ変位しておりこのため伝達される電力は制御された状態を保ちながら減少する。

ひとつの実施態様では、トラック電流の位相はトラックの別のセンサによって得られる。そして、位相ロックループを用いて、正確に１８０度導通する方形波の基準電圧を生成することができる。この基準電圧は、必要に応じてマイクロコンピュータにより遅延させることができ、出力電圧を制御するスイッチを駆動するのに適した波形を供給するようにすることができる。スイッチそれ自体は単方向性であるため、電力用ＭＯＳＦＥＴが低価格な選択肢である。これらは、特に容易に駆動できる。１８０度導通のゲート駆動信号による簡素なトランス絶縁に適するためである。図７に、観測された波形とシミュレーションの波形について、高いＱから低いＱに対応した範囲が示されている。実用的な高いＱの回路では角θの間スイッチは通常オンとなっている一方、実際の条件回数ではこれよりずっと小さく、回路の共振位相は変化してスイッチング波形を適応させていることに注意されたい。それにも関わらず、共振波形は必ずしも正確に電力ファクタを統合するものとして位相角をあらわしていない。位相角は変化して電力伝達を調整し、したがって回路はトラックから反射される主要な電力ファクタ負荷を有するからである。

しかしながら、回路解析をすることは困難であるため、コンピュータシミレーションと実際の測定とよい相関を与える共振電圧V₂は、次の式で示される。

図８に、コンピュータシミレーションのプロットをして、上記の数式と比較することができるようにした。 0.1<Q<10の動作の全範囲において合理的にみて正確である。ここで、次の関係があることに注意されたい。

上記の回路は参照電圧を回路に位相情報を与えて開始角を決定するように使用することを参照して記載される。しかしながら、我々は、正確な開始角は回路の共振電圧の符号変化する角度を観察することによって決定できることを見出した。図９に示すように、開始角θに対し回路のＱとθとに一対一の関係にある角度θ´があるが、ピックアップコイルの誘導電圧に関してθ´は、ピックアップコイルに負荷がなければピックアップコイルの誘導電圧は唯一観測できるものである。図１０では、これらの角度の相違を図解したものが示されている。この角度を観測して必要な出力を得られるように角度θで回路を動作させることは容易である。θと（θ´−９０）の相違について相当な注意を払う必要は周波数が４０から５０ｋＨｚにおいてはそれほどなく、これらの角度は注意深く測定する必要があるが、この仕事はマイクロコンピュータを含む現代の電気的要素を用いるいわゆる当業者においては、シンプルなものといえよう。θ（スイッチのひとつに対するスイッチングポイント）が早すぎると、スイッチは短絡し共振コンデンサは破壊される恐れがある。

本発明の当業者は、回路の共振電圧におけるその符号を変化させる角度を決定するにあたりいくつも異なる方法を用いることができるであろう。たとえば、一方法として、コンパレータを用いて、アースを基準としてスイッチ（図５のS₁およびS₂）と直列に接続されたダイオードの伝導を生ずる０．６Ｖ〜１．０Ｖの電圧を検出すればよい。また、他の方法として、ＦＥＴ（スイッチS₁およびS₂として実装されて用いられるもの）のドレインに接続した変流器を用いて各スイッチの電流の始まり（onset）を検出することも考えられる。

記述した回路の動作においては、開始角（firing angle）が変化するように短絡電流と誘導電圧の両方が作用して、ピックアップコイルのインダクタンスＬ、同調コンデンサＣ、ＩＰＴトラック及びピックアップコイルの相互インダクタンスＭのすべてが変化するかのように回路が動作する。Ｍの変動はすでに出力電圧を変化させて制御するのに用いている。しかし、ＬとＣの明らかな変動は図１１で示すように回路の同調に用いることができる。ここではオーバーラップ（重なり）角θが本質的にゼロから１５０度まで変化した際の、回路の出力電力が測定されている。予想されるように、同調コンデンサがぴったり正確であれば最大電力は開始角ゼロで生じている。しかし、同調コンデンサが小さい場合は最大電力は増加した開始角で生じるので、回路はこの開始角を変化させることにより同調させることができる。コンデンサの値が設計値より２０％小さくても、同調を完全にした時と比較してシステムのパワーロスは約１％となるように同調させることができる。ただ、コンデンサは、あまり大きすぎると調整できない。開始角を進めるとスイッチは共振コンデンサの回路を短絡させるためである。

図２Ｂに戻ると、コントローラ１０７は、ＡＣスイッチが完全にオンまたはオフとなる場合は、標準的な並列同調レシーバとして動作し結合はまったくしないことが知られている。そのような場合は、トラック１０２に反射したＶＡＲＳを決定することができ、本質的に一定値をとる。しかしながら、コントローラ１０７が（電力パッド１０９に流れる電流を調整するための）可変クランプ時間をもって動作する場合、予期される負荷の変化に加えて、トラックに反射したＶＡＲＳが変化することになる。もし、これらの反射したＶＡＲＳが補償されずに残るとすると、トラック１０２に結合しているすべてのアクティブなパッドからすべてのＶＡＲＳが反射されるため、電源１０１は同調を大きく外れることになる。しかしながら、各パッドのクランプ時間は知られており、各パッドの電流をおおよそ所望のレベルに保持するためには、動作の間、各パッドのコントローラ１０７により一定に保持されることが好ましい。この情報は、各パッドに接近したトラック１０２に結合したトランスである追加回路に通信することができる。その目的は、回路を再びアクティブに調整してコントローラ１０７の動作によりもたらされた動作時のＶＡＲ負荷をほぼキャンセルするためである。

実際には、電源１０１の出力に可変同調回路をひとつ追加する必要があるかもしれない。ＶＡＲＳのいくつかの小さい変化があると、累積してトラックインダクタンス１０２が所望の量を越えて変化するかもしれないし、電源１０１の動作効率を落としてトリップするおそれがある。これらの累積するＶＡＲＳは不完全な補償、不完全な同調または老朽化や温度条件による繰り返される同調での変化により生ずるであろう。そして高さやオフセットの変化などや相違する数のレシーバを用いる道路に沿って電力を結合する車両から磁気的結合の変化により生ずるであろう。このような理想的な動作からの変化は電源１０１内のブリッジ電流の測定を用いるなどいくつもの方法で検出することができ、この情報は、電源１０１の安全で効率的な動作領域内で効率的なインダクタンス１０２を調整するために用いられる。

（代替としてのモジュールへの高周波電源）
図４０を参照すると、ひとつ以上のモジュールに、延ばされたループ１０２から、電源を供給する代替としての回路が示されている。この回路は、二重ＩＰＴ変換の一部として車両への１次側電源供給１０１を形成する周波数変換を提供する。周波数変換は以下に２０ｋＨｚから１４０ｋＨｚまでについて論じている。いわゆる当業者は他の周波数を用いることができる。周波数は同じであっても、減少するものであってもよい。１４０ｋＨｚへの周波数の増加はモジュールでの磁界はよりＩＣＮＩＲＰの必要を満たすものと考えられることが有利であり、高い効率が、インバータからトランスミッションモジュールまたはパッドまでの短いトランスミッション距離で得ることができる。最初の変換では、電源１０１は電力を３相ユーティリティ電源から得て、延ばされたループ１０２の形式で道路の下に埋められた電線（ワイヤー）で伝搬する１２５Ａの出力電流を生成する。この単一の電線ループは、平行同調コンデンサ７０３により７００Ｖｒｍｓより小さい共振電圧で同調されたピックアップ／トランス７０２に１回巻きで結合される。ピックアップトランス７０２は２次側を６回巻きされ、２１Ａの２次側短絡電流を与える。この電流はダイオード整流器７０４をとお手、ＤＣインダクタに２０あのＤＣ電流を与える。この電流は、４スイッチ構成の整流子／インバータ７０６によってスイッチングされ、ＣＬＣフィルタ０７０７に供給される約１９Ａの交流電流出力を生成する。このフィルターは、特性インピーダンスが３６オームのインピーダンスコンバータであり、Ｃ２に１４０ｋＨｚで６８４Ｖの交流電圧出力を生成する。この電圧はパッドやモジュール１０８，１０９をいくつかの補償コンデンサＣ３およびＣ４とともに駆動する。特に、Ｃ４はパッドまたはモジュールの電圧を１０００Ｖに増加させ、Ｃ３はパッドをその定格負荷で統一電力ファクターに同調させる。この明細書の他のところで論じたように、パッド又はモジュール１０８／１０９は道路上にあるかまたは道路下に埋められ、パッドまたはモジュールの上に停車した車両の下の同様なパッドに誘導的に結合する。これは回路の第２のＩＰＴ変換である。

故障の場合は、Ｃ２の開回路はコミュテイター７０６と短絡して、コミュテイター７０６は整流器７０４と短絡して、ピックアップトランス７０２とコンデンサＣ３は共振回路を形成しシャットダウンする。この結果、電源１０１からはまったく電力が引き出せない。これと反対に、Ｃ２が短絡すると、コミュテイターに対し開回路となり、コミュテイターはすべてのスイッチがオンとなって、保護される。スイッチは通常オンのデバイスであり、回路は通常オンの条件で開始し、容易にこの故障条件にスイッチされる。

回路は２０ｋＨｚで入力され、ダイオードブリッジ７０４によりＤＣに整流され、コミュテイター７０６により１４０ｋＨｚでＡＣに戻されて、１４０ｋＨｚでＩＰＴシステムの電力パッドやモジュールを駆動する。この周波数では、１ｍあたりの電圧降下は非常に大きく道路に沿って使用することは実用的ではない。しかし２０ｋＨｚは道路に沿って使用され、１４０ｋＨｚはインピーダンスコンバータ７０６からパッド１０８／１０９まで数ｍｍの非常に短い接続である。ファイナルステージでのこの高い周波数の使用は能率を向上させるという利点がある。

この周波数変換回路のさらに有利な点は、整流装置が効率的に反応するＶＡＲのフローをブロックするので、２０ｋＨｚで動作するトラック１０２はＶ１４０ｋＨｚ回路に存在するＶＡＲ変化がまったく見られないことである。

（電力トランスミッションおよびレセプションモジュール）
ひとつの実施態様において（図１Ｂに示すように）、電力トランスミッションモジュールは長さ約０．５ｍであるが、長さ２ｍ、幅約７５０ｍｍ、厚さ４０から１５０ｍｍでもよい。
モジュールは、使用の際は、磁束が長手方向または横断方向に車両表面に対して整列するパターンになるようにして配置してもよい。各トランスミッションモジュールは銅線からなるコイルといくつかのフェライト片を取り囲んでおり、（図１４に示すように）道路に位置してその電源から駆動されている場合に、主として道路表面の上方に磁束を生成し、モジュールの下には磁束が最も小さくなるようにして、道路の下にあるワイヤー、パイプ、ケーブルなどがそれらの中に電圧や電流を誘導しないようにしている。このようにして、１２５Ａのフィーダーと電力トランスミッションモジュールは互いにまったく干渉することはない。図１４では、モジュールによって供給する磁界が道路を横切って（すなわち、一方から他方のサイドに）延びているが現れている。他の実施形態では、より望ましいものではないが、トランスミッションモジュールによって供給される磁界は道路の長手方向延びていてもよい。電力トランスミッションモジュールはたとえばコンクリートなどの適切な素材に包まれることにより道路ユニット内に提供されてもよい。ひとつの実施形態では、道路ユニットは２つの開口を含み、各開口は延ばされた１次側導電ループの片側を受けるようになっており、レシーバコイルと磁心１０３はユニット内にレシーバコイルが１次側導電ループから誘導的に電力を受けるように配置されてもよい。このように、道路ユニットは側壁道路の縦穴の側壁側に隣り合う位置となる側壁と、他のユニットの底壁に対応して隣り合う位置になる底壁とを備えている。

ひとつ以上の実施形態に従った電力トランスミッションおよびレセプションモジュールの概略構成は図１５Ａから図２１を参照して例をとおして詳細が以下に記載される。

以下に記載される電力伝達モジュールは、磁束の発生または結合が誘導電力伝達の目的を達成するように、そして、特に電気車両の応用例に有利なようにすることができる。記載されるモジュールは共通して（必ずしも限るものではないが）、電力伝達パッドに関連する独立したユニットの形式で提供される。すなわち、可搬であって通常３次元というよりも２次元といえる配置であり、電気車両の充電などに利用される。この場合、一つのパッドは地面に備えられ（たとえば、ガレージの床上など）、他のパッドは電気車両に備えられている。

図１５の配置を参照すると、モジュールが示されており、３つの漏洩磁束制御技術が組み合わされて大きく改善された性能を作り出している。この点において新規な「磁束パイプ」を用いるパッドが、一般に参照番号１０で示されている。この磁束パイプは、磁極領域１１、１２である２つの別々の磁束トランスミッタ／レシーバを接続している。この磁束パイプ１０は一般に理想的にはまったく磁束が逃げない高い磁束集中をする細長い箇所を提供する。この実施例の磁束パイプ１０は磁心内に磁束が留まるようフェライトの磁心１４を有するとともに、磁心から漏れる磁束を「脅したり」撃退したりするアルミニウム製の背面プレート１５を有している。磁心の上方には分離したアルミニウムプレート１６があり、同様に「脅す」仕事を完遂している。磁束はフェライトにひきつけられ、アルミニウムによって撃退される。電気回路に関しては、コンデンサの静電容量に大きな違いがある。通常、銅は５．６×１０^７であり、空気は１０^１４のオーダである。この状況は、フェライトと空気の磁気透過性の違いが一万分の一のオーダ以下であるので、磁界に関係しない。したがって、磁気回路においては、空気中への漏洩磁束は常に存在するため、最良の結果を得るには、漏洩磁束を制御する必要がある。

磁心１４の端部は、トランスミッタ／レシーバ領域１１、１２を備えている。トッププレート１６は、領域１１、１２をカバーしておらず、磁束は領域から直接上方に、以下に見られるように、向かっている。

プレート１６は、背面プレート１５に電気的に接続しておらず、その組み合わせは短絡したひと巻きを形成することになる。ピックアップに電気的に接続する磁心１４と電磁気的に関連付けられた巻き線があり、第３の磁界制御技術がこの巻き線に関係がある。長いトロイダル巻き線は小規模か、非常に小規模の漏洩磁束を外側に有している。このような状況では、磁束パイプの全長をカバーするトロイダル巻き線は多すぎるインダクタンスを有するが巻き線は、図１６に示すように、磁気的に直列であるが電気的に平行であるようにいくつかの巻き線１７に分かれている。実際には、磁束パイプのひとつまたは各端部にむけて磁気的に直列で電気的に並列に２つの巻き線は、連続巻き線のよい近似であり、状況によっては、単一の巻き線より性能が優れている。

実質的に磁心１４の全長をカバーする巻き線配置を提供することは、磁心からのエスケープが少ないということを意味する。たとえば、電気的に平行で（磁気的に直列の）２つの巻き線を有する実施形態では、各巻き線の磁束の結合は同一でなければならず、本質的に磁心からエスケープする磁束はない。したがって、プレート１６は本質的なものとはいえない。

図１５のモジュールからの磁束経路は、図１７に磁束線２０として示されている。前と同様に、これらはほぼ楕円形に近い形であるが、公知の円形モジュール配置されたフェライトよりもさらに大きいベースから生じており、したがって、さらに大きい間隔で動作できる。ピックアップの中央では、磁束経路は必要に応じ水平である。実際の電力伝達モジュールの実施形態が図１８に示されており、図１９にはこのモジュールに対しての測定した自己インダクタンスと相互インダクタンスが示されている。公知の円形モジュールと図１８の新規のモジュールの性能の比較が図２０に示されている。図１５と図１８のモジュールの設計では、端部１１、１２がそろわなければならないが相対的に実現するのは簡単であるように、二分化されている。

この明細書に開示された新規なモジュール設計の有用な特徴は、１次側および２次側コイルの巻き数がいくつかの実施例では、同一に保たれていることである。このことは従来のＩＰＴシステムの構成と大きく異なるところである。従来は、通常、１次側に１巻きの延ばされたループを有し、２次側に多数回巻きを有するものである。この構成は２つの重要な特徴がある。１）１次側および２次側（すなわち、トランスミッタとレシーバ）の両方の磁気的構造は実質的に同一または類似する。２）２次側出力（すなわちレシーバモジュール）における誘導電圧と非補償電力は、周波数変換に関係して巻きの数を変化させることにより、動作周波数の点で独立である。

これから例を用いて記載するひとつの実施形態では、ＩＰＴレシーバの非補償電力（Ｓ１１）と誘導電圧（Ｖ_oc）は共通に知られており、式（１）および式（２）にあらわされる。ここにI₁は、1次側トラック電流であり、L₁は１次側トラックインダクタンスであり、N₁とN₂はそれぞれ、１次側および２次側の巻きの数である。この例では、N₁とN₂は等しい。

これらの条件の下でレシーバモジュールの定格非補償電力S_u、相互結合電圧V_oc、およびトランスミッタモジュールの終端電圧V₁は以下のように与えられる。

短絡回路電流はM／Lに比例し、巻きの数に独立であることに留意せよ。

ｋは１次側と２次側（すなわち、トランスミッタとレシーバ）の間の磁気結合係数である。先に述べたように、レシーバ誘導電圧と非補償電力は異なる動作周波数において同一である。このことは終端電圧と短絡回路電流もまたは等しいことを意味する。式１および式２は、それぞれ、同一の非補償電力と誘導電圧であって異なる動作周波数に対し、式５、式６のように書き替えられる。ここにN_aは、第１の動作周波数の巻き数であり、N_bは第２の動作周波数の巻き数である。I_aとI_bはそれぞれの電流である。

式（５）から

式（６）と式（７）を用いると、

式（７）と式（８）を用いると、

式５から式９までは、ピックアップ非補償電力とV_ocは異なる周波数に対して同一である一方、１次側電流（すなわち、トランスミッタコイルの電流）は、同一に保たれ、巻き数は式８にしたがって変化する。たとえば、トラスミッターおよびレシーバの両方とも１５回巻いた２つのモジュールの配置は、３８．４ｋＨｚで動作するように設計されるが、レシーバのV_ocと非補償電力を同一に保つためには、２０ｋＨｚでは２１回に巻き数を増加する必要がある。換言すると、この特徴は異なる周波数で用いられるように同一の磁気設計をされたモジュールとすることを可能にし、したがってレシーバモジュールの出力特性は巻き数を調整するだけで同一に保たれる。しかしながら、式１０に示すように磁心の磁束は巻き数と電流に比例し、したがって、電流を一定にして巻き数を変化させると磁心の磁束すなわち磁束密度は変化する。式８を式１０に代入すると、磁心の磁束は、は（fa/fb）^0.5に比例して変化する。これは、式８と等価である。したがって、動作周波数がスケールダウンすると、フェライト磁心の断面積はフェライト飽和を避けるために増加させる必要がある。断面積の増加は、フェライト磁心の厚みを増加させるようにすることが好ましい。モジュールの磁気リラクタンス経路はほぼ同一のままになるからである。

ここで、R_mは磁束経路の磁気リラクタンスである。

磁心の渦電流損失（P_e）とヒステリシス損失（P_h）の式は、式１１および式１２に単位がＷ／ｍ^３で示される。もしフェライト磁心の断面積が同一であれば、２つの異なる周波数での磁心の渦電流損失とヒステリシス損失は式１３および式１４で与えられる。

ここに、nは、素材のシュタインメッツ係数であり、通常、１．６から２の範囲にある。

上記の表式は、同一の断面積および体積に対して磁心のヒステリシス損失は周波数にかかわらず一定に保たれるが磁心の渦電流損失は周波数の低下に伴い比例して低下することを示唆する。フェライト磁心全体の電力損失は、そのヒステリシス損失に支配され、磁心磁束密度以外の充電パッドの属性の多くは動作周波数のスケーリングに対してほぼ同一を保つであろう。

しかしながら、前に論じたように、低い周波数で動作せることのトレードオフは（fa/fb）^0.5による磁心の磁束密度の増加である。したがって、高い磁束密度に適応させて、同一の磁束密度を保つためには、フェライトの断面積は増加させるべきである。このフェライトの体積の増加と磁束密度を一定に保つことにより、フェライト磁心の電力損失密度は、以下に示すように低くなることが期待される。式１１と式１２は１ｍ^３当たりのワットの渦電流損失とヒステリシス損失を表している。したがって、全体の渦電流損失とヒステリシス損失は、それぞれ式１５と式１６に示すフェライトの体積（A*L）を考慮するべきことになる。

Lは充電パッドのフェライト磁心の長さで一定を保つものである。

先に論じた動作周波数が３８．４ｋＨｚから２０ｋＨｚの充電パッドの例を参照すると、磁束密度を同一に保つためには、フェライト面積は1.385（38.4kHz/20kHz）^0.5倍だけ増加させる必要がある。したがって、充電パッドの渦電流損失とヒステリシス損失は２０ｋＨｚで動作させた場合、同一の磁心磁束密度で３８．４ｋＨｚで動作させるのと比較すると、それぞれ、３７．５９％と７２．１７％に減少する。

（モジュール性能のシミュレーション例）
図２１から２８を参照すると、本発明にしたがった結合状態の電力伝達モジュールのシミュレーションが記載され、可能な実施形態とその使用の例を提供する。この例では、電力伝達モジュールの結合したシステムが巻き線開回路のレシーバとシミュレーションされている。図２１は、フェライト磁心の配置を示しており、本質的に９３ｘ２８ｘ１６ｍｍのフェライト基板が接近させ、たがいに接着させてある。フェライトはアルミニウムの壁で可囲まれており、フェライトとアルミニウムのギャップは８ｍｍである。そして、５ｍｍ上方には、アルミニウムの背面プレートがある。駆動されるパッド（すなわち、電源に接続されているパッド）が図２２に示されており、２３Ａの電流で磁気的に直列で電気的に並列に駆動される２つのコイルがある状態を示している。この状況では、磁束密度がフェライトの中間の磁束密度が図２３に示されている。示されているように、磁束パイプはパッドの一端から他端へ磁束を運ぶことについて非常に効率的である。特に、図２５および図２６に見られるように、本質的にパッド間の領域を越える漏洩磁束はない。

結合したモジュールの切断面が図２４に示され、その他の図はこの切断面に沿って測定した測定結果を使用しており、システムの性能を説明している。パッド間の１００ｍｍ間隔の磁束線は図２５に与えられており、２００ｍｍ間隔のものが図２６に与えられている。フェライトの磁束密度は図２８に示されている。シミュレーションが示すように、磁束パイプは効率的にパッドの一端から他端へ磁束を運び、２つのパッド間に良好な磁気的結合を提供している。結合したパッドの磁束密度が図２８に示されている。駆動されるパッドの最大磁束密度はほぼ０．２Ｔであり、このフェライトで安全に飽和以下となっている。ピックアップパッドの磁束密度は、より低い値であるが、ピックアップが共振している場合はトランスミッタパッドと実質的にほぼ同一になるよう増加する。

（別の電力伝達モジュールの実施形態）
上記のモジュール配置に関して、この実施形態のモジュールは磁束が運ばれる高い磁気透過性磁心を用いており、同じ設計の別の配置で使用される所望の磁束経路を提供する。実質的に平板状のコイル、すなわち平面状のコイルが磁束磁心の最上部に位置している。したがって、コイルを通過する磁心を通る直線経路はない。理想的には、互いにきわめて接近した２つのコイルがあるべきである。完璧な配置が図２９Ａから図２９Ｃに示されている。これらの図を参照すると、この配置では２つのコイル１７は本質的にセンターライン１７Ａに沿って接触しており、少々オーバーラップをもっていてもよい。磁束パイプ１０は、磁心１４を備え、コイル１７の端部まで延びている。ひとつの実施形態では、磁心１４は、コイル１７の中心線に沿って備えられ、各コイルの中心の穴を越えて少なくともＡで示される位置にまで延びている。磁心１４はコイル１７の下を位置Ｂまであるいはさらに遠くまで、延びていてもよい。コイル１７の穴は、１次側モジュールまたはピックアップモジュールの磁束レシーバ／トランスミッタ１１、１２である磁極領域の箇所として機能する。一つの実施例では、磁心１４はストリップ状またはレングス状のフェライトバーでできている（図２９Ａ〜Ｃでは示されていない）。ストリップとストリップの間のエアギャップはあってもよく、製造が簡単になる。理想的な磁束経路２０は図２９Ｃに示され、理想的状態としては、磁心１４の片側にのみ存在する。原則として、理想的にはパッドの後面（すなわち、磁心１４の片側であってコイル１７が取り付けられている片側の反対側）に延びる磁束はない。したがって、アルミニウム製の仕切り（スクリーン）やそのほかの磁束防護部材は必要がない。しかしながら、実際には、いくつかの実施形態で軽量の仕切りを用いてもよい。磁心１４を構成するフェライトバーに欠陥や不具合があると、小規模な漏洩磁束が発生することがあるためである。

直近に前記した配置による誘導電力伝達モジュールは、漏洩磁束が少ないため、たいへん使いやすい。モジュールは金属物のすぐ近くにおいても性能が低下することはない。配線などを接続してもほとんど影響がない。

別の実施例において、車両に水平に取り付けられているレシーバパッドまたはトランスミッタモジュールのコイルの配置は、磁束の発生器（水平向きのトランスミッタモジュール）に関してピックアップパッドを長手方向に向けられた磁束の第１の方向（すなわち、磁心１４に対して平行方向で図面ではＸ軸方向）に対しピックアップ、すなわちレシーバを敏感にする。ずれがある場合のレシーバの磁気的な結合を改善するために、固定されたトランスミッタに対して望ましくは垂直である磁束の第２の成分に敏感な「第２の」コイルを配置することができる。

図３０は、レシーバの別な実施例を示している。レシーバには、「水平」な磁束に敏感なコイル２２が中央に配置され、逆位相で接続された外側の２つのコイル１７が垂直成分に敏感な別のコイルを作っている。この電気的接続は図３０には明確には示されていないが、図３１に明示的に示されている。

図２９Ａ〜２９Ｃのレシーバでは、第２のフラットコイル２２も磁心の上方に置くことができ、図３２Ａと３２Ｂに好適な配置が示されている。このコイル２２は磁界の垂直成分に敏感である。もとのオリジナルのピックアップ構造においては、この追加したコイルは磁心１４の片側にのみ存在した。したがって、トランスミッタに向けられたレシーバの側にある磁束線のすべてを理想的に維持する。

図３２Ａおよび３２Ｂに示すように、レシーバだけが中心コイルまたは積分コイル２２を装備できる。この第２のコイルは特にＸ方向（すなわち、水平の長手方向）のずれに対して敏感である。しかし、Ｙ方向（磁心１４に直角である水平の横断方向）には敏感ではない。このことはもとのレシーバがＹ方向のずれに敏感であることを補完する。しかし、もとのレシーバは、構造上、Ｘ方向の動きに対して敏感でない。両方のレシーバコイルを合わせた出力は、レシーバの感度を改善し、レシーバを名目上の理想的な位置にすることができ、必要な電力を結合することもできる。図３２Ａおよび３２Ｂは、また、磁心１４を構成する、間隔をあけたフェライトロッドやフェライトバー２４の配置を示す。

例として、図３２Ａおよび３２Ｂに示すパッドデザインを用いた補償のない磁束線を、図３３Ｂおよび３３Ａに、それぞれずれがあるものとないものを示す。ここに、トランスミッタとレシーバは、レシーバの第２の「垂直磁束」コイル（すなわち、図３２Ａおよび３２Ｂのコイル２２）が加えられた以外は同一である。トランスミッタとレシーバはともに長さが５８８ｍｍあり、幅が４０６ｍｍある。そして、垂直方向に２００ｍｍ離れている。トランスミッタのコイルの電流は２０ｋＨｚにおいて２３Ａである。トランスミッタとレシーバの間に磁束の大部分が存在することに注目すべきである。一方、ほんのわずかな漏洩磁束がこの領域の外側に存在することが示される。図３３Ａでは、この磁束線は第１のレシーバコイルと結合する。一方、図３３Ｂは磁束線の大部分は第２のレシービングコイルと結合する。これにより、ピックアップの出力電力供給能力が改善される。

図３４および図３５では、ずれのある場合とない場合のレシーバパッドコイルの出力から生成されたボルトアンペアが示されている。図３４では、図３２Ａおよび３２Ｂに示されるパッドの磁気的シミュレーションからレシーバコイルの全体のボルトアンペアと個別のボルトアンペアへの寄与を示す。レシーバパッドはＸ方向にずれ（トランスミッタパッドの中心である理想的な位置に比較して）がある。図３４では、曲線２６はコイル２２のボルトアンペアへの寄与を表している。曲線２８はコイル１７の合計のボルトアンペアへの寄与を示している。残りの曲線はコイル１７とコイル２２の全体を表したものである。第２のコイル２２は、前述のように、Ｘ方向のオフセットが０の時に２ＫＷの出力が必要であるとすると、その出力を実質的に改善して、電子的同調によりボルトアンペア出力は約３．２倍になるようにしなくてはならない。コイル２２がない場合は、Ｘ方向のオフセットが１４０ｍｍでは、電子的ブースト（Ｑ）は１７倍必要とされる（実際には、同調感度の問題があり難しい）。これに対して、コイル２２がある場合は、約４．８倍の実効的なブーストが必要であるが、これは容易に実現される。

レシーバのＸ方向のオフセットが０であるときは、コイル２２はＹ方向の感度が敏感でなくともよい。これは図３５に示す磁気的なシミュレーションで確認される。図３５では、コイル２２からの全電力に対する寄与はないことが示されている。しかしながら、コイル１７の合計の出力はもともとこの方向に敏感であるため必要ではない。Ｙ方向の１４０ｍｍのオフセットでは、２ＫＷの出力は約５．５倍の電子的な同調（Ｑ）により得ることができる。

実際には、モジュールのターミナルの電圧は安全が保持できないレベルに到達しないようにするのが望ましい。したがって、いくつかの実施例では、モジュールのターミナルからみたインダクタンスを低下するように、コンデンサがパッドの内部に巻き線に直列に加えられてもよく、これらのターミナルで望ましい限度内（たとえば、３００〜４００ボルト）になるように電圧を制御してもよい。そうしないと、ターミナル電圧は数ｋＶに及ぶことがあるため、望ましいとはいえず、また安全が保持できない恐れもある。コンデンサは装置のどこか配置しやすい場所の近くに巻き線と直列に配置することができる。したがって、いくつかの実施例において、ひとつ以上のコンデンサがパッドの筐体の内部のターミナルポイントに巻き線と直列に配置することができる。他の実施例において、一つのコイルの内部電圧が高くなりすぎるような場合は、コンデンサを巻き線に沿って分けて配置し、巻き線をいくつかの適当なセクションに分けて、直列に接続することができる。

使用の際の装置の周りの漏洩磁束もまた実際上の問題である。したがって、いくつかの実施態様では、鉄または他の吸収素材が漏洩磁束を吸収するために加えられる。車両のレシーバに電力を伝達するためのフロア上に電力伝達モジュールを提供する例では、鉄のシートをフロアとモジュールのベースにあるアルミニウムの間に設けることができる。このように、鉄（または他の損失の多い金属素材またはカーボンファイバー）は周辺の望まない磁界を含む漏洩磁束を吸収し、装置がＩＣＮＩＲＰの基準（６．２５μＴ）内になるようにしている。これは数ワットの吸収であるが、磁界は設計領域の外側に放射されない。本質的に、アルミニウムプレートの大きさと鉄や他の損失の多い金属の寸法は揃うように調整することができ、いくつかのモジュールがある領域においては単一の損失の多いシートを用いればよく、必要に応じそれをモジュールの上に置くことができる。同様に、電力を誘導的に受けるために車両の下側に搭載されたモジュールは、車両のボディ内の鉄が漏洩磁束を吸収するために用いられ、または、ＩＣＮＩＲＰ基準を満たすように必要に応じ鉄が加えられる。

磁気遮蔽も吸収のため道路内または道路上あるいは車両内または車両上に設けてもよく、、漏洩磁束を削減できる。磁気遮蔽はトランスミッションおよび／またはレセプションモジュールの周囲に設けてもよい。適切な金属を含ませた損失の多い磁気塗料や素材も適切な磁気遮蔽の例であり、道路内に鉄を増強してもよい。

道路から電力を得る電気車両システムのひとつの実施例では、ひとつ以上のトランスミッションモジュールが道路ユニットに提供されて、車両レーンの中央のスロットに置かれ、強固なカバーをかけられる。このカバーは磁界を通過させるが、大きいトラックやバスがその上を走行しても容易に支えられることができるようにしたものである。カバーはユニットやモジュールの不可欠の一部であることが望ましい。カバーまたはユニットはセラミック素材やコンクリートであってもよい。

通常の動作では、車両はこれらの電力伝達モジュールにまたがる状態であり、電力は各道路電力モジュールに生成された磁界を用いて車両の適切なレシーバに電力を伝達する。電源から電力モジュールへのすべての電力は１２５Ａ、２０ｋＨｚの完全に絶縁された分配ラインによって運ばれる。安全の観点から、３相ユーティリティ電源は道路で用いられない。道路で用いられる２０ｋＨｚの電力出力は、相対的に低い漏電電流を有し、人間に対する電気ショックが生じない周波数である。このシステムはいくつかの絶縁レベルを有しており、３レベルの絶縁はシステムを大きく安全にしている。

（時間変化して回転する磁界を用いた、大きいラテラルトレランスの多位相構造）
別の道路の代替実施例では、ハイウェイを走行の際により大きいラテラルトレランスを与えるため、それぞれ定格７０から１００ｋＷの２つ以上の電源を用いることができ、２００ｍの一定間隔で置くことが好ましい。各電源は相あたり５０／６０Ｈｚ、４００／４８０Ｖの３相のユーティリティ電源に接続され、約１００ｍを駆動する。ここで再掲するが、各電源は切れ目のないトラックループにおいて周波数２０ｋＨｚ約１２５Ａの電流を駆動するように設計されている。しかしながら、この第２実施形態では、各電源の出力は（定められた箇所にあるもう一方の電源と）同期が取られており、出力電流の位相があらかじめ決められた間隔を有するように制御されている。ひとつの実施形態において、２位相システムは電源／トラックおよびコントローラの数を最小にするのに望ましく、各トランスミッションラインの電流は９０度の位相の違いになるように制御される。いくつかの実施形態で３位相システムが望ましいことがわかっているが、３つの電源と３つのトランスミッションラインはそれぞれ周波数と１２０度間隔になるように制御された位相とが同期した出力電流を提供するようにしてもよい。

先の実施態様のように、電力モジュール４１１は図３６に示されるように各トランスミッションシステムに誘導的に結合している。２相システム（がここでは好ましく）、電力モジュール４１１のコイルとフェライトの配置４０１は２相の巻き線インダクタンス（４０３）を備え、各インダクタンスはリッツ線を用いた同一のＮ回巻きであり、間隔をあけてオーバーラップをもったバイポーラ方式であり、効率よく電気的に０度、＋９０度、＋１８０度、および＋２７０度の間隔で４つのグループになっている。この実施態様では、ワイヤの４つのグループは道路を横切って横断方向に（すなわち、一方のサイドから他方のサイドの方向に）整列している。しかしながら、ワイヤのグループは、他の実施形態では、より望ましいものではないが、道路の長手方向に（すなわち、道路の走行方向に平行に）向かうものでもよい。トランスミッションモジュールによって供給される磁界は道路の長手方向延びていてもよい。フェライトストリップ４０２は、フェライト片を端から端まで置くことにより作られ、コイル４０３がその上に置かれている電力モジュールの背面を横切るように置かれる。フェライトは道路の他の可能な磁束経路を短絡する一方で道路上方の磁束を増強する。これは、図１５から図３５に関連して前記したものおよび図２Ａおよび図２Ｂで示される単相電力伝達モジュール１０９と同様である。

モジュール部分４０１内部の各位相巻き線４０３は、それ自身の制御回路に駆動される。この制御回路は、前記した単相の実施形態のように、（誘導的に結合しトランスミッション線のひとつで駆動される）適切なピックアップと同調とＡＣコントローラを備える。いくつかの実施形態において、モジュール４１１は、部分４０１と、別々に設けられた制御および同調要素とが簡素に設けられている。また、別の代替する実施形態では、部分４０１は直接電源に、すなわち間接的に誘導的に結合するのではなく、位相分離電源に接続してもよい。

図３６に示される実施形態の動作においては、ＡＣコントローラは、各回路の並列同調コンデンサ１０５にかかる同調した同一電圧で駆動する。ひとつの実施形態では多位相モジュールは、通常、幅０．７５ｍから１．５ｍで構成され、０．５ｍから２ｍの長さ（５ｍの長さのセクションやこれより大きいものはいくつかの応用例に好適かもしれないが）を有する。このようなモジュールの深さは、４０ｍｍから１５０ｍｍで単一位相実施形態に関連して上記したように、道路ユニットに含まれるか否かによる。このような道路モジュールまたはユニットは、ハイウェイ中央に沿って位置することが好ましいが、いくつかの応用例では、レーン全体を横切って置いてもよい。

多位相バイポーラ電力パッド構造の別の実施態様が図４１から図４９を参照して記載される。概略のパッド構造は図３２Ａおよび図３２Ｂに記載したものと類似するが、異なる参照番号が記載の明確のために用いられる。

図４１を参照すると、磁束パッド構造が示されている。便宜上、ここではこの基本構成を「ＤＤＰパッド」という。図４１から図４９において基本的に「ＤＤＰ」として参照される。

図４１に示されるＤＤＰパッドは実質的に同一平面内にあるコイル８０２およびコイル８０３を基本的に備えており、これらのコイルは磁気的に関連づけられて磁心８０４の最上部に位置している。図からわかるように、磁心８０４はフェライトストリップまたはフェライトバー８０５などの単一長の複数の磁気透過性素材からなり、各フェライトストリップまたはフェライトバーは互いに平行に間隔をあけて配置されている。パッド構造は磁心が載置されているスペーサー８０６とスペーサーの下側にあるプレート８０７を含んでいる。いくつかの実施態様においては、カバー８０８が平面状のコイル８０２とコイル８０３のもう一方の表面に設けられる。詰め物（パディング）８０９をパッドの周辺部のあたりに備えてもよい。示されるように、コイル８０２とコイル８０３はそれぞれ磁極領域８１０、８１１を画している。図４１に示すＤＤＰパッド構造は、ＩＰＴ電力伝達の利用形態、たとえば車両の充電など、に適しており、良好な特性を示すことを見出した。コイル８０２とコイル８０３は位相が異なるように結線され、単一のインバータが固定位置で時間変化する磁界を生成し、この磁界は、良好な結合がされる電気車両の電力伝達に適した距離におかれたレシーバ（たとえば、実質的に同一の磁気的設計がされたもの）に結合している。

次に図４２では、図４１のＤＤＰ構造が示されているが、さらに積分コイル（クオドラチャーコイル）８１２が含まれている。積分コイルは、図４０から図４９に関して適当な場合はＤＤＰＱパッドとして参照される。上記したように、積分コイルは、適切なインバータによって励磁された時の図４１のＤＤＰパッドのような磁束生成器において、図４２に示す構造がラテラル方向へ移動した際の電力伝達プロファイルを積分コイルによって改善するものである。積分コイルによりレシーバパッドが捕捉した磁界の「垂直」成分から電力を抽出することができる。一方、他のコイル８０２とコイル８０３は捕捉した磁束の「水平」成分から電力を抽出することを容易にする。したがって、図４２の構造は磁束のレシーバとして適するものである。

次に図４３では、バイポーラパッドまたはＢＰＰパッドとして本明細書で参照される他の構造が示されている。ＢＰＰパッドは上記のように図４１および図４２で論じたＤＤＰパッドと同様な構造をしている。ＢＰＰパッドは、電気車両の充電及び給電について適切な距離にある２次側のレシーバに良好な磁気的結合をすることができる。

ＢＰＰパッドは、下から上に、アルミニウムプレート８０７、誘電体であるスペーサー８０６、４列に並ぶフェライトバー８０５（ここでは、「フェライト」という。）を備える平面状の磁心８０４、実質的に同一平面にあるがオーバーラップがあり理想的には長方形の形状でラテラル方向に拡がっている２つの平面状のコイル８０２，８０３（実際には、これらはリッツ線を巻きやすくするために楕円形状となる。）および誘電体であるカバー８０８から構成される。ＢＰＰは図４３に示されており、表Ａ１はシミュレーションや実験的なプロトタイプから実際の寸法を定めたものである。

後述のように、ＢＰＰの磁気的な構造は、１次側のコイル８０２、８０３のいずれの間にも実質的に相互の磁気的結合がないように設計されている。このため、コイル間に結合電圧が生じるとコイルの電力出力に悪影響を与えるのであるが、互いに結合電圧を誘導することなく、いずれのコイルもどのような振幅または位相においても独立に動作させることができる。

ある動作モードにおいては、ＢＰＰ内のこれら２つのコイルは、別々ではあるが同期させた２つのインバータを用いて、既知の電流強度と位相差をもって動作させることができる。もしこれらのコイルが理想的に完全に磁気的に非結合になると、１次側のインバータの間の電力伝達がされることはなく、２次側のレシーバへの電力伝達は制限されない。

ひとつの実施態様において、２つのインバータが同期されているが同一ＲＭＳ（平方自乗平均）の強度を有する電流を生成するように作動され、コイル８０２およびコイル８０３が９０度異なる位相角で作動される。固定位置の利用形態においては、このことは所望の動作周波数で共振するように同調されたＬＣＬ構造を有する２つのＨブリッジのインバータとされるだろう。各ケースの最後のＬは一部がパッドのインダクタンスを用いて構成される。メイン側からの入力電子回路を単純にするために１次側のインバータは共通のＤＣバスを有することが好ましい。コイル８０２およびコイル８０３の電流の間に９０度の位相の隔たりを有することにより、ＤＤＰのような固定位置で時間的に変化する磁界ではなく、空間的に変化するとともに時間的に変化する磁界が作られる。これは、図４７に示されており、その左欄は、ＤＤＰパッドを表し、右欄は、ＢＰＰパッドを表している。ＢＰＰの磁界の空間的な変化は、コイル８０２およびコイル８０３の磁極の間で交互にスライドする動きとして現れている。

留意すべきことは、たとえば、ＩＣＮＩＲＰ（国際非電離放射線学会）に適合させるようにするなど、磁気的に結合されたレシーバの動作中のオフセットによる漏洩磁界を防止するために、トランスミッタの片側から放出される磁界を減少させるというニーズがあるとするならば、他の位相および強度を変化させることにより、そのような磁界を形成することに用いることができる点である。このような場合は、たとえばセンサの出力に応じて磁界の向きを決めることができる。また、磁界が必要とされるパッドの箇所により磁界強度が時間的に変化するが空間的に固定である場合も同様である。

また別の実施形態では、コイル８０２およびコイル８０３は、１８０度異なる位相で動作させることも可能であり、両者をひとつのインバータで単純に接続するようにすることができる（ＤＤＰで作動させる場合）。この単一位相動作モードは、２番目に可能な動作モードであって、固定位置で時間変化のある磁界を生成する電子制御と電力変換を単純なものとする。

比較の手段として、スライドして時間変化する磁界を有するＢＰＰの電力伝達プロフィールは、同一の電流と周波数（数値は表Ａ２に定められている。）において単一位相である１次側電源から駆動されるＤＤＰ磁気構造の電力伝達プロフィールに対して評価される。両システムは、同一の高さとオフセット（数値は表Ａ３に定められている。）において同一のＤＤＱＰレシーバ（すなわち、磁束レシーバとして用いられている図４２のような積分コイルを含むＤＤＰパッド）に結合しており、同一条件の下に評価されている。

与えられたＢＰＰは、スライドして時間変化する磁界、と呼ばれるものを創出する。コイル８０２およびコイル８０３がその上方に置かれているベース内に用いられた４つのフェライトストリップ８０５の好ましい長さを決定することが望ましい。既知のＤＤＰでは、これらのフェライトストリップ８０５は電力伝達を改善するために用いられ、２次側の電力レシーバに最もよく結合するように制御された主に片側からの磁界が作られる。他方、用いられるフェライトの数を最小として、重量を最小にするとともにパッドのインダクタンスを制限している。このスライドして変化する磁界では、フェライトストリップは巻かれているコイルの下側に延びているのが好ましいことが示されており、そうでないと磁界はレシーバの方向である上方に向かうようにできない。

この評価では、フェライトストリップ８０５は、それぞれ９３ｍｍの基準長さの簡単に利用できるスラブを用いて構成された。各ストリップは、便宜上、この基準長さの整数倍が選ばれた。６枚（５５８mm）、８枚（７４４ｍｍ）、および１０枚（９３０ｍｍ）のスラブを一まとめにした構成が研究された。すべての設計において（１０枚のスラブのフェライト構成を除く）、ＢＰＰパッドの外形寸法はＤＤＰと同一にして、同一条件で比較できるようにした。しかしながら、１０枚のフェライト構成ではトランスミッタパッド（もしくはジェネレータパッド）の全長（ｘ方向）を長くせざるを得なくなり、基準長さを越えて２００ｍｍ増加している（比較対象であるＤＤＰ構成を含む他のすべてのパッドと比較して。）。したがって、１０枚のフェライト構成はコイル寸法を越えたフェライトに対する延長のインパクトを考慮する評価に唯一含まれている。表Ａ１で示すように、コイル同士のオーバーラップは、１次側コイルの間で生じる相互の磁気的結合を避けるように構成されているが、３つのＢＰＰコイルのどの構成においても、２つのコイルの端部と端部の距離は同一である。

ＢＰＰの２つの１次側コイル８０２，８０３は、互いに任意のオーバーラップをもって置かれると、コイル間に相互の磁気的結合が生じる。しかしながら、オーバーラップをコイル幅に対しある割合になるようにすると、相互の磁気的結合はほぼゼロとなる。この割合をｒ_０と表記する。オーバーラップは、各１次側コイル間にまったく相互結合が存在しないようにすることが理想的であるが、フェライトが存在するため簡単ではない。しかし、ひとつのコイルを固定して、これを固定した周波数においてあらかじめ決めた電流を流して励磁することにより、決定することができる（たとえば、適切な３Ｄシミュレータによったり、適切な実験的構成を用いたりすればよい）。そうすると、２つ目のコイルに誘導された開回路電圧を測定することができる。この２つ目のコイルを動かしてオーバーラップを変化させると、結合電圧が変化する。これを最小化する（理想的にはゼロとする）と、理想的な相対位置が構成できる。図４４に示すように、最適なオーバーラップは、コイルの下側のフェライトストリップの長さによって変わるものである。６枚、８枚および１０枚のフェライトからなるパッドに対し、オーバーラップの割合ｒ_０は、それぞれ０．５３、０．３４および０．２５であることがわかった。

有限要素法を用いるソフトウェアであるＪＭＡＧ Ｓｔｕｄｉｏ（商標）バージョン１０．０を用いて、すべての磁気的構成についてのシミュレーションを行った。シミュレーションの出力の有効性は、プロトタイプであるＢＰＰを実験室で構成しシミュレーションと比較することにより確認した。ＢＰＰは、ベース内に６枚のフェライトスラブからなるフェライトストリップを用いている。このスケールモデルは、表Ａ１のＢＰＰの外形寸法を用いたが、構成を単純にするため、各コイルは１０回巻きとした。レシーバは表Ａ３に示すＤＤＱＰコイルとした。図４５に示すように、実測値とシミュレーション値を比較し良好な相関があることが示された。

ここに与えられた電力プロフィールは非補償ＶＡ電力出力全体であり、これはレシーバの開回路電圧（Ｖ_ｏｃ）および短絡回路電流（Ｉ_ｓｃ）を測定して決定したものである。非補償ＶＡは、よく知られたパッドの電力性能の評価尺度であり、Ｓ_ｕ＝Ｖ_ｏｃ×Ｉ_ｓｃにより与えられる。ＤＤＱＰレシーバは、コイル８０２、８０３（これらは直列接続とする）と積分コイル（Ｑコイル）１２の２つのセットのコイルを有する。このケースでは、非補償電力は両方のセットにそれぞれ別々に見出される。ピックアップから供給されて利用できる全非補償電力は、２つのセットのコイルから供給される電力の和として単純に計算される電力全体をさし、この電力全体が、電力伝達プロフィールの基礎となるものである。

したがって、各ＢＰＰの設計の電力伝達プロフィールは、３Ｄシミュレーションを用いて、図４６に示すように、確実に決定することができる。ここに、ＢＰＰは２０ｋＨｚの２３Ａ（平方自乗平均）の電流で励磁され、他方レシーバはＤＤＱＰである。相対的な位置を決めるパラメータは、オフセット距離といい、デカルト座標系でｘ_ｏｓ（ラテラル（幅）方向）、ｙ_ｏｓ （長手方向）および ｚ_ｏｓ（垂直方向）である。誘電体であるカバー８０８を介して互いの上部が触れた状態の２つのパッドの相対位置は、（０，０，０）である。垂直方向のオフセットｚ_ｏｓは、２００ｍｍである。

注目すべきことは、コイルの下側にあるフェライトを延ばすと、電力の無視しえない増加があることである。フェライトは少なくともコイル８０２，８０３全体の下にあるように延ばすべきことは明らかである（８枚のフェライトスラブを有するＢＰＰ）。フェライトがベースに加えられるとＢＰＰからの非補償電力が急激に増加する理由は、その磁界が固定位置にないという性質があるからである。ＢＰＰパッドの近傍の磁界は、その表面を横切ってスライドする波として最もよく記述することができる。ＤＤＰは単一位相であるためパルス状に上下に脈動するが、これとは異なる。このスライドする性質は、図４７に明らかに示されているように、ＢＰＰとＤＤＰの根本的な違いである。図４７は、半サイクルの間、位相ごとに磁束密度を比較している。図７では、ＢＰＰ８とＤＤＰがＤＤＱＰレシーバに結合している磁界について両者のプロットが示されており、これらのプロットは１次側の共振電流の一サイクル全体におけるいくつかの時点のものである。上から下に、０，３０，６０，９０，１２０および１５０度のもの（バイポーラにおいては他方の位相は９０度離れて動作する。）を示している。左側の欄のプロットは、８つのフェライトスラブを用いたＢＰＰパッドのものである。右側の欄のプロットは、ＤＤＰパッドのものである。単一位相のＤＤＰパッドからの磁界はパルス状に上下し、パッドの中心に非常に強い磁界を有している。他方、ＢＰＰは、より一定に近い磁界パターンを有するが、このパターンは位相が進むにつれてスライドする波のようにパッドの表面を移動していく。

ＢＰＰのスライドする波は、パッドのエッジ部に局所的に大きい磁界を作る。他方、ＤＤＰパッドは、パッドの中心に強い磁界を保持する。６枚のバージョンでは、コイル端部の下側にフェライトが存在せず、磁界は誘電体であるフィリング材料８０６（木材）によって十分詰められていない。したがって、上方には放射されないが、パッドのアルミニウム製のベースプレート７に過電流を誘導する。図４８では、３種類の構成は、同一の位相で比較されている。図４８は、０度であって垂直方向のオフセットを有するＤＤＱＰレシーバが存在する場合のＢＰＰパッドの磁界のプロットを示しており、それぞれ６枚（上）、８枚（中）、１０枚（下）のスラブが、ベース内にフェライトストリップを形成している。磁束密度は定性的には異なるように現れており、特に右側のエッジ付近は磁束密度が８枚構成および１０枚構成のものでは高くなっているが、６枚構成のものではそうなっていない。１０枚構成のものでは、磁束はさらに限定されており、トラックパッドの側部の「回り込み」磁界も少ない。繰り返すが「回り込み」磁界は、電力伝達を減少させるファクターである。１０枚構成のものでは磁界はピックアップ（すなわち、レシーバパッド）の方向に押し出されることはないからであり、これは好ましいことである。

図４９において、各フェライトベースストリップに８枚のフェライトスラブを備えるＢＰＰ（ＢＰＰ８）がＤＤＰと比較されている。ＢＰＰ８の電力伝達プロフィールはＤＤＰのプロフィールと比較すると、その形状とその最大値において大きな違いがあることがわかる。示されているように、ＢＰＰ８は、最大電力がＤＤＰの約７０％であってＤＤＰと同様の電力プロフィールを有している。しかしながら、示されている電力レベルと達成した結合状態は、たとえば電気車両への電力について実際の利用形態に必要となる距離において適するレベルを実現するものであり、さらにＤＤＰ電力プロフィールに見られるようなオフセットのある場合のピーク周辺の電力の変化については、その割合が大きくないことが示されている。この電力の変化の割合が限定されることは、電力ハイウェイへの利用形態において、ラテラル方向への動きに対して電力の厳しい変動がないであろうことが有利な点である。

他の代替する好ましい実施形態では、バイポーラパッド４０１または他の高揚な多位相構成は２０ｋＨｚｄｅ動作する単一のトラック１０２に結合したひとつ以上の高周波電源を用いてより高い周波数で駆動される。図４０Ａはバイポーラパッド４０１のひとつの可能な実施形態を示しており、電力は、レシーバ１０３と２０ｋＨｚで結合され、コンデンサ１０４、１０５を用いて同調されている。この並列共振回路は、整流器の入力となり、整流器はＤＣインダクタ１２１、ダイオード１２３、および結合切断スイッチ１２２を用いてコンデンサ１２４にかかる電圧を制御する。コンデンサ１２４にかかるＤＣ電圧は、１４０ｋＨｚで動作する２つの標準的な共振インバータ１２５を用いてスイッチングされ、それぞれ１４０ｋＨｚで共振するＬＣＬコンバータで駆動される。このＬＣＬコンバータは回路要素１２６、１２７、１０８とバイポーラパッドのインダクタ４０３を備えている。各インバータ１２５は同期を取られていることが好ましく、前に記載したように、９０度位相がシフトした別のバイポーラパッドの巻き線に、必要であれば、適切な強度およびまたは位相になるよう変化させて、電流を流して駆動する。

もしバイポーラパッドの巻き線が直列に接続されている場合、図４０に示す形式の単一のインバータを用いてこれを動作させることも可能である。単一のインバータは、電力結合に適切な、単一位相の時間変化する磁界を生成する。

いわゆる当業者は、図４０Ａに示されるトポロジーを用いると、多位相磁束トランスミッションパッドまたはトランスミッションモジュールが道路に沿ったひとつの１次側ループ１０２以上の敷設および電力供給の費用なしに提供できることを理解するであろう。したがって、このトポロジーはたとえ周波数変換が採用されないとしても利点がある。

（車両サイド）
（図３７に示すように）、ひとつの実施態様における車両では、ひとつ以上の楕円形状の電力モジュール５０４が、その長軸方向がその幅である道路を横切るように、ボルトなどで車両の下側に取り付けられ、単一位相の電力モジュール１１１または多位相の電力モジュール４１１（図３６）により生成された磁界から誘導的に電力をピックアップしている。モジュール５０４は車両の不可欠な部分として設けられてもよい。他の実施形態では、モジュール５０４はその長軸が車両の走行方向に、すなわち道路に整列して並ぶ長手方向に延びていてもよい。

電力レセプションモジュール５０４によって受ける電力は車載コントローラ５０５によって処理され、その電力需要はマスター電力コントローラ５０６により調整され、高い充電状態に車両に搭載されたバッテリ５０７を維持するように用いられる。車両のひとつ以上の電気モータがバッテリの電力を使用して、車両を駆動する。車両は電力モジュールをまたぐ間に、バッテリは用意に本質的に完全充電を維持する。しかし、車両は遅い交通を追い越すために他のレーンに移行したりあるいは細い道路に向かうために誘導電力道路を降りることもでき、細い道路では、バッテリが必要な電力を配給することができる限りバッテリのみからの電力供給を受けることになる。バッテリ管理が必要になるが、要するに、車両は電力を受ける道路に戻れるならば、必要に応じ駆動することができ、その後、バッテリは完全に再充電されることになる。

完全なシステムの動作においては、車両が電力モジュールの上で特定の車両または車両カテゴリーに応じて適切な磁界強度（電力レベル）にある場合に、電力モジュールは磁界を生成するのみである。そのほかの場合は、コントローラ１０７（図１および図２）によってシャットダウンされるかまたは電源（１０１）がオフとなってシャットダウンし、次回は存在しなくなる。たとえば、車両が電力モジュールに近づくと、ＲＦＩＤタグ（５０２）または他の通信手段が道路のモジュールコントローラに通報し、所望の電力レベルでオンにする。センサ５０１または通信レシーバが電力モジュール（１１１）内に付加することができ、必要な情報を受けてコントローラに知らせる。電力モジュールは、車両の後部の同様なＲＦＩＤタグまたは通信デバイス（５０３）を用いてオフとするかまたはある経過時間後にオフとする。

この実施形態においては、各車両は電力をその下部に位置するレシーバモジュールの数と各レシーバが結合する各道路電力モジュールからの磁界の強度に比例してピックアップする。もし、たとえば、トランスミッタモジュールからの磁界によって４から８ｋＷの間の電力を受け取る能力があるレシーバモジュールが車両の下側に置かれたとすると、２つのそのようなレシーバモジュールを備えた小型車両は８から１６ｋｗの電力を移動中に受けることができる。一方、２つのそのようなレシーバモジュールを備えた大型車両は８から１６ｋｗの電力を移動中に受けることができる。非常に大型のバスは６０ｋＷを越える電力を受けることができる。５５ｍｐｈ（８８ｋｍ／ｈ）の速度では通常の通過車両の電力需要は約２２０ＷＨ／ｍｉｌｅであり、バッテリの充電は１２．１ｋＷの電力が必要となる。このような状況では、２つのレシーバモジュールを装備した車両は、各道路電力モジュールから最大電力を要求する場合は、駆動することを可能にしながら３．９ｋＷの速度で充電することができる。結果として、車両のバッテリの充電は、道路を移動しながら、置き換えることができる。小型車両は、平均的に少ない電力が必要となるため、車両のバッテリに十分に結合する間に、トランスミッタモジュールから低い電力レートの需要を有する。言及したように、ひとつの実施形態では、電力モジュールは（ハイウェイに沿った方向に）長さ約５００ｍｍであり、相対的に近接して集まるように位置しており、３２ｋｗの出力まで可能にする容易に長さ４ｍの車両の下部に取り付けられるようにしている。したがって、本発明は高い道路電力密度を提供する。（トランスミッションモジュールおよび／またはレセプションモジュールの両方の）モジュールのコイルは、上記した長手方向に５００ｍｍよりも、大きく（または小さく）なるようにしてもよい。モジュールの横断方向の（幅方向の寸法）は通常、少なくとも部分的には、道路を使用する車両の幅によって決定される。長手方向に長いコイルは結合を増大するが、長手方向に短いコイル寸法は、車両のコイルの励磁の観点からは、よりフレキシビリティが高いことを意味する（特に異なるサイズの車両）。

ひとつの実施形態では、道路に沿って車両が動くと、トランスミッタ電力モジュールはその動きに同期してオンとオフのスイッチングを繰り返して、常に車両が電力を利用できるようにしているが、システム損失は最小にされる。ユーティリティ電源からバッテリの端子までのトランスミッション効率は、７５％を超えるものと予想される。留意すべきことは、ひとつの実施態様では、完全なシステムは完全にモジュラー化されており、すべてのトランスミッション電力モジュールとレシーバ電力モジュールはそれぞれ同一で大規模システムは単純に同じものをたくさん使用しているだけである。実際には、車両の下のレシーバ電力モジュールは道路に多位相または単一位相のどちらかのトランスミッション電力モジュールの列として用いられる。

時間のどのポイントでも、どれか特定の電源１０１がいくつもの車両を駆動している。通常の動作においては、車両は通常十分な間隔で駆動される（車両間が２秒離れていると仮定すると、５５ｍｐｈ（８８ｋｍ／ｈｒ）では約５０ｍの間隔である）。結果として、このような通常の動作では、いくつも群れをなした電力トランスミッションモジュールが各車両の下部で活性化されるが一時に２台より多くない車両しかハイウェイの１００ｍ中存在できない。遅い速度では、交通のレベルが増大して重大な交通渋滞の場合、たとえば、車両が端から端まで駐車しているなどの場合は、道路の１００ｍ中に２０台程度が充電と補助電力をリクエストするが駆動モータへは電力が必要ないこともあるかもしれない。このような条件下では、各車両の前部にあるＲＦＩＤタグまたは同様のデバイスは、単一の電力モジュールのみを活性化し、ほかのすべてのモジュールは車両の後部にあるＲＦＩＤタグを使用するかまたは自動的にある経過時間後にオフにして不活性化する。結果として、そのような最悪の交通渋滞の場合は、道路セクションに沿った１０ごとの電力トランスミッションモジュールのみ活性化することになるであろう（電力モジュールが０．５ｍあたり１台道路に沿って山のように積まれていると仮定した場合）。そして電力は各車両に約５ｋｗずつ供給するよう制御される（電力が車載補助に加えてバッテリの必要に応じた適切な充電速度であることを可能にするように）。トラックやバスなどの長い車両では、ひとつ以上のＲＦＩＤタグ用いて、２つ（またはそれ以上）のモジュールを必要に応じ高い充電速度で活性化されるようにすることができるであろう。

各電源によって電力を与えられる車両の数が知られている場合、最適化プログラムを実行して、可能な最善の方法で１００ｋＷの利用できる電力を分配してもよい。たとえば、もし、１００ｍの間の５台のトラックすべてが５０ｋＷの需要があるとすると、すべての車両が充電することができないが、各車両への充電速度を２０ｋＷに下げることにより、または、どの車両がバッテリに最少の充電をするかによっていずれかの２台のみフル充電することにより、すべてを一部充電することができるかもしれない。この最適化は、非常に精巧なであり、可能な最善の方法で混合された負荷に充電する間、ＩＰＴ損失を最少にする。したがって、ひとつの実施態様では、コントローラ１０７はより大規模な制御配置の一部を形成する（不図示）。たとえば、コントローラは各電源（すなわち、各１００ｍのループ）に関連付けてもよく、道路セクション上の車両の数と各車両のカテゴリーに関する情報を受ける。このコントローラは制御戦略をインプリメントして、コントローラ１０７が利用できる電力を効率的に分配するような方法で活性化するように命令することができる。いわゆる当業者は、コントローラ（および／またはコントローラ１０７）は通信し、電力要求に関し少なくとも道路上の車両からの情報を受けることを理解するであろう。たとえば、コントローラは非常に低いバッテリ充電条件であることを示す車両や救急車へより多い電力を供給することもできるであろう。

（車両電力制御）
車両側の電力制御は、図３７に示されるように達成される。ＡＣコントローラ５０５を用いる。このコントローラの形式は、コントローラ１０７として本明細書で先に記載されたコントローラと実質的に同一のトポロジーかまたは動作原理に属するものである。

ひとつの実施形態では、レシーバモジュールの構造は、電力伝達モジュールに関連して上記したようなものである。図３８Ａの２つの結合した巻き数（１１０Ａと１１０Ｂ）は、直列に付加され（しかし、代わりに平行に接続してもよい。）、電源の周波数で共振するようにひとつ以上のコンデンサを用いて補償されている出力を生成することが好ましい。適切な結合切断コントローラが用いられ、必要な電力を車載のバッテリに充電するように供給するよう制御することができる。たとえば、米国特許５２９３３０８号のようなもので、この内容は参照によりこの明細書に含まれる。いくつかの応用例において、電力制御の結合切断コントローラのいずれかを使用することが可能である一方、このまし実施形態において、ＡＣコントローラ６０４はこの目的で用いられている。この回路は動作中最小のスイッチング損失を有し共振同調コンデンサ６０２にかかる電圧が直接制御されるようにすることができる。コントローラ６０４は、図３７で参照されたコントローラ５０５と透過である。したがって、バッテリへの電力制御は、道路のトランスミッタモジュールと車両のレシーバモジュールの間の相互結合の変動にもかかわらず、正確にそして安全に調整することができる。変動は、走行中の動きによるレーンの中央線に対するずれの結果および車載重量や車両高さの変動、または道路の表面の欠陥による道路表面と車両の下側の間の間隔の変動による結果である。このようなコントローラが図３８Ａに示されている。コンデンサ６０１、６０２がコイル１１０Ａ，１１０ｂとともに用いられ、同調システムの出力電流と電圧が設計されている。スイッチ６０３はコントローラ６０４を用いて６０２にかかる電圧を変化させるよう制御されている。飽和可能インダクタ６０５が通常動作範囲を上回る過渡現象のサージの場合に過電圧保護のために用いられている。制御されたＡＣ電圧が６０６を用いて整流され、ばてリーに出力される前にインダクタ６０７を用いてフィルタリングされている。先に記載したように、バッテリ管理システムはコントローラ６０４と通信し、ＣＡＮバスのような標準的な通信プロトコルを用いてバッテリ端子の電離湯と電圧の変動をリクエストする。したがって、車両電力コントローラは、車両が利用可能な電力、車両の瞬間電力要求および車両に関連付けられたバッテリの充電状態によって、車両が受ける電力の量を制御している。

第２の実施態様において、第３のコイルがその他のコイルとともに積分コイルとして車両モジュールに加えられ、その構造は図１５から図３６を参照して上記されている。この第３のコイルの目的は、駆動中の車両の動きまたは知られた充電ポイントにおける静止状態の整列に対しラテラルトレランスを加えるものである。図３８Ｂに示すように、個別のコントローラ６０４が別々にこの積分コイル１０１Ｃの電力出力を調整するように用いられている。両回路の組合せで、図３９Ａに示される水平磁界コイル１０１Ａ、１０１Ｂ（青）と垂直磁界コイル１０１Ｃ（緑）の非補償電力プロフィールから示されるように、中央線からのどのような動きに対しても車両モジュールのラテラルトレランスを大幅に改善している。

動作中は、積分コイルのコントローラ６０４は、短絡（結合切断）条件となるよう保持され、短絡電流が十分高くなり（あらかじめ決められた閾値を上回り）電力を供給するであろうことが示されるまで不使用のままとなる。結果として、同調したＡＣ共振回路で循環する共振電流から発生するおそれのあるいかなる損失も、電力が回路から引き出されて利用できるまで、本質的に除去される。水平コイル（１０１Ａおよび１０１Ｂ）の貢献が小さいかまったく電力がないと判明した領域では、このコントローラは回路から結合を切断することができ、これにより、電力制御の効率は高く維持される。この電力制御は図３９Ｂのコンセプトに示されている。

図３８Ｂを再度参照すると、ＤＣインダクタ６０７の出力において結合切断スイッチを動作させて、バッテリへの出力にダイオードを接続することも望ましい。そのような動作においては、そのコイルから効率的に電力を結合することができるにはＡ車両パッドの結合した電力が低すぎる場合は、ＡＣスイッチ６０３は水平または垂直磁束レシーバの結合を切断することのみが必要となる。

車両サイドのレシーバモジュールの選択は道路構造の選択の機会を制限しない。上記したようにどちらにするかの選択権は図１に記載された単一位相道路モジュールかまたは図３７に記載された多位相システムかのいずれかを用いることができる。多位相道路モジュールシステムに対しレシービングコイルのラテラルトレランスは、回転して時間変化する磁界を道路表面の上方に作り出すことですでに改善されている。しかしながら、車両モジュールの積分コイルの付加はずれに対する電力プロファイルを改善する。ここに水平コイルと積分コイルの両方を組み合わせたレシーバの電力出力は常に水平コイルしかないレシーバの電力出力を上回り、積分コイルの直径が道路の位相コイルの直径に近いように選ばれた場合は、特にそうである。結論として、そのようなシステムが選ばれると両方の出力は継続してずれと独立に動作することが望ましい。実際には、最善のシステムの選択はコスト、効率、複雑さ、および重量その他のいくつものファクターに基づいて選ぶことが必要である。

上記したように、コントローラ１０７を参照してこの明細書で先に開示したＡＣ電力伝達と制御方法はＤＣ出力を提供するように用いられる。このアプローチの動作と効果は図１２と図１３を参照して以下論じられる。図１２に示すようにもっとも単純には、ブリッジ整流器と直流誘導器を加えて、交流出力回路と同じ特性を保持したまま、直流出力電圧を供給することができる。ここでは、４つの追加のダイオードがブリッジ整流器を形成するために必要となる。多くの応用例でこの回路は、回路のＤＣ側の接続切断コントローラと用いた従来のＩＰＴ回路と比較して、有利な点がほとんどまたはまったくないとされたが、この回路が極めて有用な少なくともひとつの実用的な適用例がある。電気車両の充電において大きなエアギャップがある場合、設計目的は大きなエアギャップを越えて２ｋＷの電力出力を達成できるかどうかである。ここで問題になるのは、エアギャップが減少する場合は、通常の条件で作動させる時よりも結合電圧が大きくなることである。すなわち、次のようなバリエーションとなる場合が考えられる。電気車両はフラットタイヤを有するかもしれないし、バッテリを充電するフロアモジュール（電源に接続された１次側コイルの配置）の上に位置するレシービングモジュール（すなわち、ピックアップコイルの配置）が修理中であるかもしれない。このような場合では誘導された開回路電圧は通常の値に比べて３倍から４倍高くなる。開示された回路は、角度θを増加させると低下させることができる。このシステムの電源が持続可能な電力供給の制御ができるよう角度θを１２０度に接近するよう変化させればよい。ピックアップコイルの電流、同調コンデンサの電圧および整流器や直流誘導器の電圧はすべて本質的にその定格値をそのまま保ち、何の損傷も生じない。しかしながら、従来のコントローラ（米国特許第５２９３３０８号に開示されるようなもの）では、短絡電流は３倍から４倍大きく、この電流は整流器、直流誘導器、およびスイッチを流れてこれらの回路要素に少なからぬストレスを与えることになる。これらのデバイスの電流定格値を４倍に増加させることは、回路中の直流誘導器の物理的なサイズが大きく増加するため、実用的な提案とはいえない。

図１２の回路は、図１３のように書き直すことができる。図１３では、整流器はスイッチとともに動作し、ダイオードによるブリッジの代わりに２つの追加のダイオードのみが必要となる。この回路は、ＭＯＳＦＥＴ中に逆並行に接続したダイオードを用いることができ、もとの交流回路と比較してみるとダイオードの数を同数に減少させることができる。ＭＯＳＦＥＴ中のダイオードはかなり大きい共振電流をスイッチングすることができる一方、それ以外のダイオードはずっと小さい直流出力電流をスイッチングするので、２つの追加したダイオードは、図５の概念回路図のダイオードよりもはるかに小型にできることに注意されたい。すでに示したように、この回路は直流出力と交流出力を同時に行うことができる。ただし、独立に制御することはできない。しかしながら、これらは、（すでに示したように）アースをひとつの基準値として供給することができるので両方のスイッチは共通の低電圧電源で駆動することができる。

（静止状態での充電）
記載したシステムは、ハイウェイを移動中に車両に電力を供給することに限られない。適切な電力モジュールは、どのような駐車場所でも道路に沿って置くことができ、たとえば、自宅や職場のガレージや空き地などである。このような応用例では、必要となる電力需要によって単一位相または三相のいずれかの主電源に接続される小規模の共振電源から電力モジュールがひとつだけ必要となる。このような静止状態の充電システムは、図１に記載した二重結合システムは必要がなく、その代わり、小型の電源が用いられて、直接エネルギーを与えて地上のひとつのパワーモジュールからの磁界を制御するようにしてもよい。

家庭の充電システムでは、低いコストの充電システムが好ましい。都市の周辺で何千台もの車両に対する２から５ｋＷの充電システムの可能性は、エネルギー供給者によることが好ましい。そして、記載したハイウェイ充電システムと組み合わされたときに多くの顧客の充電ニーズに適合するであろう。

したがって、実際には、多くの家族が単一位相の主電源の充電システムを用いて、静止した車両に約２ｋＷの電力を供給することになろう。このことは適切な位置にそろえられたモジュールの上方に車両を駐車するとすぐに充電を分配するように用いることができる。三相が主電源の地域では、５ｋＷまたはそれ以上の充電ステーションを作ることができ、大規模な電源とこの電力レベルを供給するよう設計され地上に設けられたトランスミッタモジュールとによればよい。車載の電子回路とレシーバモジュールはいずれのシステムでも両立でき、価格と必要とされるよりも高い利用可能な電力の需要とに基づいた道路静止状態充電システムからの低い電力レベルを（適切な通信手段を用いて）リクエストすることができる。

（バス停留所、タクシー乗車所および信号）
道路をベースとしたシステムは理想的にはタクシー乗車所やバス停留所で用いて、バッテリへ分配するエネルギーを増加して待ち時間を最小にすることができる。電力モジュールはバス停留所／タクシー乗り場の全長に沿っておくことができ、バスまたはタクシーのいずれかの決められたレーンに位置させてもよい。バスとタクシーの両方ともゆっくり移行しながら充電することもできる（停止することができるスペースに行列を作っている場合）またはこの電力を得られるレーンに沿った場所のどこかに静止している間でも充電することができる。記載したように、車両の直下の道路にある電力モジュールのみが必要とされる電力需要に適切な電力レベルで活性化される。

Claims (24)

1. 車両表面に関連付けられた一次側導電経路と、
   道路の内部または道路上の一次側導電経路に誘導的に結合した複数の電力トランスミッションモジュールとを備え、
   前記電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができる、電気車両誘導電力システム。
2. 前記車両表面は道路である請求項１記載の電気車両誘導電力システム。
3. 前記一次側導電経路は第１の周波数でエネルギー供給され、前記電力トランスミッションモジュールは第２の周波数でエネルギー供給される請求項１または２記載の電気車両誘導電力システム。
4. 前記第２の周波数は前記第１の周波数より大きくなるようにした請求項３記載の電気車両誘導電力システム。
5. コントローラが各トランスミッションモジュールに備えられ、前記コントローラは前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにした請求項１〜４記載の電気車両誘導電力システム。
6. 前記コントローラは前記車両に利用できる電力量を制御するようにした請求項５記載の電気車両誘導電力システム。
7. 利用できる電力量は、電力が供給される車両の電力要求カテゴリーに基づいて決定される請求項６記載の電気車両誘導電力システム。
8. 利用できる電力量は、電力が供給される車両のタイプに基づいて決定される請求項７記載の電気車両誘導電力システム。
9. 前記コントローラは、各車両に利用できる電力量を、車両表面のひとつのセクションの車両の数によって制御する請求項６から８記載の電気車両誘導電力システム。
10. ひとつまたはそれ以上のコイルが、各電力トランスミッションモジュールに備えられ、前記コイルは車両に誘導電力を伝達する磁界を提供する請求項１から９記載の電気車両誘導電力システム。
11. 前記電力トランスミッションモジュールは、各モジュールに隣り合う前記一次側導電経路の前記セクションが実質的に補償されているリアクタンスを有するように、同調されている請求項１から１０記載の電気車両誘導電力システム。
12. 一次側導電性経路は、埋められているかまたは車両表面に隣りあっている請求項１から１１記載の電気車両誘導電力システム。
13. 本発明は、他の態様において、
    車両表面の内部または車両表面上の複数の電力トランスミッションモジュールとコントローラとを備え、
    各電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができ、
    前記コントローラは、前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールが誘導電力を車両に利用できるようにして、位相において隣り合うモジュールにエネルギーを与えるようにした電気車両誘導電力システム。
14. 車両表面の内部または車両表面上の複数の電力トランスミッションモジュールとコントローラとを備え、
    各電力トランスミッションモジュールは、車両がそのモジュールの領域内の前記車両表面上にあるとき、少なくともひとつの電気車両に電力を誘導的に供給することができ、
    ようにした電気車両誘導電力システム。
    前記コントローラは前記車両が電力をそこから受けるモジュールの十分近くにある時に選択的に各モジュールは誘導電力を車両に利用できるようにした電気車両誘導電力システム。
15. 前記コントローラは、各車両に利用できる電力量を、車両表面のひとつのセクションの車両の数によって制御する請求項１４に記載の電気車両誘導電力システム。
16. 前記コントローラは各車両に利用できる電力量を車両の電力要求によって制御するようにした請求項１５に記載の電気車両誘導電力システム。
17. 前記コントローラは、各車両に利用できる電力量を、前記車両が属する車両カテゴリーによって制御する請求項１４から１６に記載の電気車両誘導電力システム。
18. 前記コントローラは、前記パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在することを検出した際に、前記パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにした請求項１４から１７に記載の電気車両誘導電力システム。
19. 前記コントローラは、前記パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在することを検出した後にあらかじめ決められた最大時間の間、前記パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにした請求項１４から１８に記載の電気車両誘導電力システム。
20. 前記コントローラは、前記パワートランスミッションモジュールの領域内に車両が存在しないことを検出した際に、前記パワートランスミッションモジュールからの電力を利用できるようにすることを停止するようにした請求項１４から１９に記載の電気車両誘導電力システム。
21. 位相について一定関係があるエネルギーを与えて磁界を供給するように構成した複数のコイルを備えた電気車両誘導電力システムのためのパワートランスミッションモジュール。
22. 電気車両誘導電力システムのための道路ユニットであって、
    前記ユニットは、上面と、上面の下部に備えられた導電性素材の少なくとも一つのコイルであって使用の際上面の上側に延びる磁界を供給するコイルと、前記コイルにエネルギーを与える電力を受けるための接続手段とを備えた道路ユニット。
23. 前記接続手段は電力を誘導的に受けるものである請求項２３記載の道路ユニット。
24. 開示された実施態様のうちのいずれかを参照して実質的に本明細書に記載されている電気車両誘導電力システム。

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