JP2019009461A - 複数コイル磁束パッド - Google Patents

Abstract

【課題】磁束を発生させる、または受け取る磁束パッドを提供する。【解決手段】磁束パッドは、磁束を発生させるまたは受け取る磁束パッドであって、コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられている少なくとも３つのコイル２，３，３ａと、少なくとも３つのコイルの中の複数のペアのうちの少なくとも１つによって磁場が生成される、または、受け取られるように、コイルのうちの２つ以上に選択的にエネルギーを印加するために、または、コイルのうちの２つ以上から電力を受け取るために動作可能である電源またはピックアップコントローラとを備える。好ましくは、３つ以上のコイルは、実質的に相互に減結合され、重なり合いおよび／または互いから等間隔に離されている。【選択図】図４ａ

Description

本発明は、磁束を発生させるまたは受け取る装置に関する。本発明は、誘導電力伝送（ＩＰＴ）システムを使用する電力伝送用のパッドのような、ロープロファイルで実質的に平坦な機器への特定的ではあるが唯一ではない用途を有する。

ＩＰＴシステムと、誘導電力伝送用の１次または２次巻線を備えることがある１つ以上の巻線を含むパッドの使用とは、内容が参照によって本出願に組み込まれた、本出願と同一出願人による国際特許出願公開第ＷＯ２００８／１４０３３号に再現されている。

ＩＰＴ電力伝送パッドの１つの実例用途は、電気自動車充電であり、この用途は、本発明の１つの用途の背景技術を提供するためにこの欄において検討されている。しかし、電気自動車充電は、単なる１つの用途の実例であり、本発明は、誘導電力伝送全般に用途がある。電気自動車充電は、自動車が静止している間に、または代替的に、たとえば、自動車が道路に沿って動いている間に起こることがある。ＩＰＴ電力伝送パッドは、電力「ピックアップ」（すなわち、ＩＰＴシステムの２次側巻線）として自動車、および、たとえば、電力の供給源である「充電パッド」（すなわち、１次側巻線）として車庫床面または道路のような固定位置の両方で使用される可能性がある。

ＩＰＴ道路システムの目的は、自動車への物理的な接触なしで静止している、または、動いている自動車に電力を無線伝送することである。システムの伝送部分は、集中コイル（たとえば、上述されたようにパッド）、または、数多くの同様の集中コイル付きの軌道に給電する電源とで構成され、このようなシステムは、適当な周波数、通常は、１０ｋＨｚから１５０ｋＨｚまでのどこかでの動作に同調させられている。レシーバは、自動車が（電力を結合するために十分に接近して）１次側トランスミッタの上方または付近のどちらかで静止しているときに、電力を受け取るために自動車の下部に設置され、連結されている。ピックアップレシーバは、同様に典型的に、電力を調整するために自動車内部にコンバータに接続されている（上述のパッドのような）集中コイルと適切なコントローラとを備える。利便性のため、誘導的に受け取られ得る電力の供給源である道路の部分は、本出願において軌道と呼ばれる。

軌道は、道路の車線の中心に沿って複数のパッドを設置することにより形成されることがある。これは、自動車が軌道に極めて近接して道路に沿って動くときに自動車への基本的に連続的な電力の供給が可能であるという結果をもたらす。

近年、このようなシステムは、持続可能な無線給電型個人輸送を可能にするシステムの潜在能力に起因してますます注目されている。このようなシステムが役に立つように、このシステムは、適度なサイズ（たとえば、１００〜３００ｍｍ）を持つ空隙に亘って十分な電力を伝送できるべきであるだけでなく、自動車・軌道誘導システムへの依存を回避するために、軌道とピックアップとの間の何らかの位置ずれを許容すべきである。道路システムにおいて、このような位置ずれは、動いている自動車に対して横方向（垂直および移動方向の両方に直交）に起こる可能性が最も高いであろう。静止自動車充電に対して、適当な縦位置ずれがある状態で許容電力レベルを伝送する能力は、駐車の容易さを確保するためにとりわけ懸念される。ピックアップパッドにおける電力伝送プロファイルは、理想的には、できるだけ幅広い横方向距離に亘り、両端で滑らかに低下する本質的に一定である（かつ十分である）滑らかな電力プロファイルである。このような電力伝送プロファイルは、システムにおける電子的な（１次および２次）レギュレータに対する要求を軽減し、動作中に有意な変動が１次パッドとレシーバパッドとの間の結合に起こるシステムに亘るかなりの結合のための改良された動作性能を可能にする。

解決されるべきさらなる課題は、地上にある、または、（マットもしくはその他の表面のような）１次構造体の一部としての充電パッドと、特有の自動車またはその他の機器の２次パッドとの間の距離を主に決定する地上高が変動する自動車または電気器具に結合できる必要性である。このような用途において、１次誘導装置が電力要求を満たすために実質的に増加したＶＡで動作することを必要とすることがある２つのパッドの間の結合に著しい変化が存在するであろう。この動作は、規制によって定義された許容限界を超えることがあるシステムに存在する磁場漏れをさらに増加させるであろう。

さらなる課題は、１次誘導パッドおよび２次誘導パッドが分極されているが、結合が存在しないように、従って、電力伝送の可能性が存在しないように、互いに９０度の角度で方向が合わされている場合に生じることがある。

さらにもう１つの課題が数多くの可能なパッド設計および動作方法と、充電パッドとピックアップパッドとの間の潜在的なミスマッチとに起因して生じる。たとえば、地上にあるパッドは、自動車ピックアップと完全に異なった構造を有することがあり、および／または、時間変動条件下で２つの結合パッドの間の空間内部に実質的に異なった磁束形状を生成するために単相、２相または多相システムとして動作させられることがある。このような条件下で、電力を捕捉する固定磁気構造体の能力は、制限されている。

上記課題のいくつかを扱うのに少なくともいくらか助けになる誘導電力伝送装置は、内容が参照によって本出願に組み込まれた、本出願と同一出願人による国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／１６７３７号に記載されている。ＷＯ２０１１／１６７３７の実施形態は、透磁性コアとコアに磁気的に関連付けられている２つの実質的に平坦な重なり合うコイルとを含み、それによって、コイル間に実質的に相互結合が存在しない、磁束を発生させるまたは受け取る磁束パッドを提供する。

本発明の目的は、誘導電力伝送の目的のため磁束を発生させるおよび／または受け取る改良された装置を提供すること、または一般の人々もしくは産業に役に立つ選択肢を提供することである。

第１の態様において、本発明は、磁束を発生させるまたは受け取る磁束パッドであって、
透磁性コアと、
コアに磁気的に関連付けられ、コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように全てが配置されている少なくとも３つの重なり合うコイルと、
を備え、それによって、使用されているコイルの間に相互結合が実質的に存在しない、磁束パッドを広い意味で提供する。

コイルは、好ましくは、コアに近接して、または、コアに当接するコイルの表面が実質的に平坦であるようにコアに当接するために位置付けられている。誤解を避けるために記すと、コイルは、コイルが１つの平面の範囲内に完全に位置しない程度の厚さを有することがある。さらに、当然のことながら、少なくともコイルが重なり合う領域において、平面から外れるある程度の偏りが存在するであろう。「実質的に同一平面にある」という言及は、明細書全体を通じてこれらの限定を前提として解釈されるべきである。

好ましくは、使用されている各コイルは、少なくとも３つのコイルの中の他のコイル全てから実質的に減結合されている。

好ましくは、コイルは、使用中に実質的に完全に磁気的に減結合されている。

好ましくは、コイルは、部分的に重なり合う。

好ましくは、コイルは、実質的に同一平面にある。

好ましくは、コイルは、上記透磁性コアの一方側に設けられ、遮蔽手段がコアのもう一方側に設けられている。

好ましくは、遮蔽手段は、アルミニウムのような適当な材料で作られた遮蔽板を備える。

好ましくは、誘電体カバーがコイルに対して磁気コアの反対のコイル側に設けられている。

好ましくは、磁束パッドは、空間的にも変動する時間変動磁場を生成するために互いに位相が外れている電源からの電流を受け取るために適合している。

好ましくは、コイル内の位相がずれた電流によって生成された磁場は、空間的に、かつ、最終的に磁場の極の間で移動する時間変動磁場を生成する。

第２の態様において、発生された磁束を制御するために複数のモードで動作できるように構成されている磁束を発生させる磁束パッドが提供される。

好ましくは、磁束パッドは、３つ以上のコイルを含み、コイルの中のいずれか１つ以上は、選択的にエネルギーを印加される能力があり、その結果、上記制御が実施されることを可能にする。

好ましくは、コイルは、互いから実質的に磁気的に減結合されている。

コイルのうちのいずれか１つまたは（全部を含む）組み合わせは、要望どおりに、かつ、特有の実施に依存して選択的にエネルギーを印加されることがある。

本出願で使用されるとき、「モード」などは、たとえば、パッドがエネルギーを印加されている２つのコイルとエネルギーを印加されている３つのコイルとの間で切り替わる能力があることを単に意味するものとしてだけではなく、付加的もしくは代替的に、コイルのうちの異なったコイル（但し、同数）がエネルギーを印加されることをも意味するものとして、広義に解釈されるべきであることに注意すべきである。たとえば、３つのコイルパッドのうちの異なったコイルパッドまたは異なったペアが選択的にエネルギーを印加されることがある。

現時点で好ましい実施形態によれば、磁束パッドは、３つの上記コイルを含む。３つのコイルの配備は、付加性能と（磁束の適応性によってもたらされた）柔軟性との間、および、（特に複数コイルの位置付けにおいて）付加構成要素とこれの複雑性との間のバランスを取る。

第２の態様のさらなる特徴は、第１の態様に関連して明確に示された特徴から選ばれることがある。

第３の態様によれば、少なくとも３つのコイルを有している磁束パッドのためのフェライト配置であって、素子が上記コイルのうちの少なくとも２つのコイルの中心間に延在する想像線と相互に位置合わせされ、および／または、平行であるように構成されている複数の細長いフェライト素子を備えるフェライト配置が提供される。

好ましくは、各アレイがコイルの異なったペア間の想像線と位置合わせされている素子の複数のアレイが設けられている。当然のことながら、異なったコイル中心間の想像線は、いくつかの配置において平行であることがある（たとえば、図５を参照のこと）。その結果、同じアレイ（但し、フェライト素子の長手方向と垂直に延在）がコイルの異なったペアのため使用されることがある。

いくつかの実施形態によれば、配置は、コイルを受け入れるように構成されているフェライトの表面に設けられた１つ以上の隆起部および／または陥没部を備える（または組み立てられたときに形成する）。たとえば、参照を簡単にするため、コイルがフェライト配置の上面に位置付けられている配置を考えると、突起フェライト部（群）は、コイルのうちの１つ以上のコイルの外縁部に設けられることがある。付加的または代替的に、隆起部は、１つ以上のコイルの中心に設けられることがある。隆起部のその他の位置が同様に可能であり、陥没部も同様である。隆起部および／または陥没部の設置は、望ましいパターンに倣うように磁束をさらに適合させるために使用される可能性がある。

一実施形態によれば、フェライト配置の広がりまたは組み合わされた動作エリアは、コイルのこれと釣り合っている。

一実施形態によれば、フェライト材料は、コイルの広がりを越えて延在する。好ましくは、広がりが増大したフェライトの配備は、想像線と交差し（または想像線に近接し）、しかし、コイル／フェライト配置の外端部にあるコイルの縁部に設けられている。その他の場所で、コイルは、フェライトの広がりを越えて延在することがある。このようなフェライトおよびコイルの配置は、実質的に想像線に沿って設けられたフェライトだけが相互インダクタンスを増やし、その他の場所にあるフェライト材料は、単にインダクタンスを増やすだけであると考えられるので、効率を改善し、必要とされるフェライト材料の量を削減する可能性がある。想像線に沿ったコイルの広がりを越えてフェライト材料を拡大することは、零れ出た、または、溢れ出た磁束を捕捉するために役立つ可能性がある。発明の本態様は、２つのコイルしか備えないことがあり、３つ以上のコイルを必要とするものとして限定されるべきではない。

好ましくは、フェライト配置は、第１および第２の態様の磁束パッドで用いるため構成されている。

第４の態様において、発明は、誘導電力伝送システムのための電源装置であって、
透磁性コア、および、コアに関連付けられ、コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように全部が位置付けられている少なくとも３つの重なり合うコイルを備える磁束を発生させる磁束パッドと、
１つのコイルにおいて他のコイルにおける電流と異なる位相を有している電流を供給するために適合している電源と、
を備える電源装置を提供する。

好ましくは、電源は、使用されている全部の他のコイルの電流と異なる位相を有するようにいずれか１つのコイルに電流を供給するために適合している。

各コイルにおいて電流に異なる位相を与え、コイル間の重なり合いを調整することは、各コイルが全部の他のコイルから実質的に減結合されることを可能にする。

好ましくは、電源は、時間およびパッド上の空間位置に伴って変動する場を生成するために位相を調整するために適合している。

好ましくは、装置は、パッドの近くで磁場が存在する場所または必要とされない場所を検出し、これに応答して上記コイルのうちの少なくとも１つで電流の位相および／または振幅を調整する手段を備える。

より好ましくは、検出する手段は、上記コイルのうちの少なくとも第１のコイルと上記コイルのうちの少なくとも第２のコイルとの間で相対位相を調整するために適合している。

好ましくは、電源は、コイル毎にインバータを備える。

一実施形態によれば、電源は、一方の動作モードにおいて、電源が上記コイルのうちの第１のコイル（好ましくは、いずれか１つの上記コイル）において上記コイルのうちの第２のコイルにおける電流と位相が９０°ずれている電流を生成するように互いに同期させられる３台のインバータのうちの２台を動作させる。

別の実施形態によれば、電源は、上記コイルのうちの１つ、好ましくは、いずれか１つの上記コイルにおいて電流を生成するために３台のインバータのうちの１台を動作させる。上記コイルのうちの異なったコイルがその他のコイルと独立に駆動される場合、好ましくは、電流が自動車上のコイルに最も近接しているコイルにおいて生成される。

好ましくは、磁束パッドは、移動時間変動磁場を生成する。

一実施形態によれば、電源は、少なくとも３つのコイルのうちの互いに位相が１８０°ずれている少なくとも１つのペアを動作させる。本実施形態において、共通のインバータ、または、各コイルに１つの駆動用の２台のインバータが使用されることがある。

このようにして、本発明は、ＷＯ２０１１／１６７３７に記載された柔軟性および機能性の全てを提供するが、エネルギーを印加されることがある付加的な単コイルまたはコイルのペアを有効にすることにより、ならびに、より多数のコイルがエネルギーを印加されることを可能にすることにより、付加的な機能性および柔軟性を提供し、それによって、磁束がより良く合わされ、電力伝送を改善することを可能にする。たとえば、エネルギーを印加されるコイルは、必要とされる電力伝送のレートまたはピックアップと充電パッドとの間の相対位置に少なくとも部分的に基づいて選択されることがある。

第５の態様において、発明は、誘導電力伝送システムのための電源装置であって、
磁束パッドによって発生させられた磁束を制御するために複数のモードで動作可能であるように構成されている磁束を発生させる磁束パッドと、
電流を磁束パッドに供給するために適合している電源と、
を備える電源装置を提供する。

第５の態様のその他の特徴は、本明細書の開示内容を考慮して発明なしで第１から第４の態様の特徴から容易に導き出せる。誤解を避けるために記すと、磁束パッドは、磁束パッドの少なくとも３つのコイルのうちのいずれか１つまたは組み合わせに選択的にエネルギーを印加することにより複数のモードにおいて動作可能であるように構成されることがある。さらに、エネルギーを印加される特有のコイルは、変化することがある。

第６の態様において、発明は、コイル間に相互磁気結合が存在しない少なくとも３つのコイルを有しているＩＰＴ磁束パッドを提供する方法であって、
コイルを重ね合わせるステップと、
重なり合い位置が実現され、それによって、コイル間に実質的に相互結合が存在しないようにコイル間で重なり合いを変化させるステップと、
を備える方法を概して提供する。

好ましくは、相互結合の不存在は、その他のコイルのうちの少なくとも１つ（但し、好ましくは、全部）のエネルギー印加によってコイルのうちの第１のコイルにおいて誘導された開回路電圧が最小化されるときを検出することにより検出される。

その他のコイルのエネルギー印加は、順番に各コイルにエネルギーを印加すること、および／または、同時に複数のコイルにエネルギーを印加すること、および／または、コイル間で位相が変動する状態を含んで、標準的な使用でエネルギーを印加されるように各コイルに印加することを備えることがある。

一実施形態によれば、重なり合い判定は、上記少なくとも３つのコイルの中のペアを順番に考慮する（すなわち、３つのコイルを有する配置の場合、コイル２に対してコイル１を評価し、コイル３に対してコイル２を評価し、コイル１に対してコイル３を評価する）ことにより実現される。

一実施形態によれば、この方法は、開回路電圧が第１のコイルに対して検出されたときと同様に、実質的に同時に（または、少なくとも同じ動作条件に従う）コイルのうちの第２のコイルにおいて誘導された開回路電圧を検出することを備える。このことは上記複数のコイルのうちの第３のコイル（およびそれ以上）に対して同様に実行されることがある。

第７の態様において、発明は、磁束を発生させる方法であって、
磁束パッドの少なくとも３つのコイルのうちの１つ以上のコイルに選択的にエネルギーを印加すること
を備える方法を提供する。

誤解を避けるために記すと、上記選択的にエネルギーを印加することは、コイルのうちのいずれかの部分集合、または、コイルの全部にエネルギーを印加することを備えることがある。

好ましくは、上記選択的にエネルギーを印加することは、コイル（群）のうちの第１の部分にエネルギーを印加することとコイル（群）のうちの第２の部分にエネルギーを印加することとの間で切り替わることを備える。

第１および第２の部分は、同数または異なった数のコイルを備えることがある。さらに、１つ以上のコイルが両方の部分に共通することがある。

コイルのうちの付加的または代替的な部分は、付加的または代替的にエネルギーを印加されることがある。さらに、上記部分のうちの１つ以上は、上記コイル全てを備えることがある。

第７の態様の方法のさらなる特徴は、第１から第６の態様の類似している特徴から導き出されることがある。

第８の態様において、発明は、磁束を発生させる、または、受け取る磁束パッドであって、
コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられている少なくとも３つのコイルと、
コイルのうちの２つ以上と選択的に導通するように動作して、少なくとも３つのコイルの中の複数のペアのうちの少なくとも１つによって磁界が生成される、または、電力が受け取られるようにすることが可能である電源またはピックアップコントローラと、
を備える磁束パッドにあると広義に考えられることがある。

好ましくは、電源またはピックアップコントローラは、コイルと選択的に導通するように動作して、コイルのうちのいずれか１つ以上にエネルギーを印加する、または、コイルのうちのいずれか１つ以上から電力を受け取ることが可能である。

好ましくは、電源またはピックアップコントローラは、順次に少なくとも３つのコイルにエネルギーを印加するように、または、少なくとも３つのコイルから電力を受け取るように動作可能である。

好ましくは、電源またはピックアップコントローラは、少なくとも３つのコイルの各々において位相、振幅および／または周波数を独立に制御するように動作可能である。

好ましくは、少なくとも３つのコイルが互いから実質的に相互に減結合されている。

好ましくは、少なくとも３つのコイルは、部分的に重なり合う。

好ましくは、少なくとも３つのコイルは、互いから実質的に等間隔に離されている。

好ましくは、磁束パッドは、３つの実質的に相互に減結合されたコイルを備える。

好ましくは、磁束パッドは、
コイルのうちの１つ以上が互いに同相でエネルギーを印加される単相モードと、
コイルのうちの１つ以上が１つ以上の他のコイルと位相を異にして同時にエネルギーを印加される２相モードと、
コイルのうちの３つ以上が互いに位相が異なる状態で同時にエネルギーを印加される多相モードと、
のうちの少なくとも２つを備える複数のモードにおいて動作可能である。

好ましくは、磁束パッドは、透磁性コアをさらに備え、少なくとも３つのコイルがコアに磁気的に関連付けられている。

好ましくは、磁束パッドは、実質的に中心に配置され、少なくとも３つのコイルを取り囲むまたは部分的に重ね合わせるさらなるコイルを備える。

好ましくは、さらなるコイルは、少なくとも１つの動作モードにおいて少なくとも３つのコイルから実質的に相互に減結合されている。

好ましくは、磁束パッドは、
３つの重なり合い、かつ、実質的に相互に減結合され、各々が互いから実質的に等間隔に離されているコイルと、
３つのコイルの極間に低リラクタンス磁気経路を提供する透磁性コアと
を備える。

好ましくは、電源またはピックアップコントローラは、各々のコイルにおいて、振幅、位相、および／または周波数を独立に制御するように動作可能である。

好ましくは、磁束パッドは、少なくとも３相モードにおいて動作可能である。

第９の態様において、発明は、磁束を受け取り、電力を負荷に供給する磁束パッドであって、磁束パッドは、受け取られた磁束を制御するために複数の動作モードにおいて動作可能であるように構成され、上記制御が実施されることを可能にするために選択的に動作させられる能力がある３つ以上のコイルを備える磁束パッドにあると広義に考えられることがある。

第９の態様において、発明は、誘導電力伝送システムのためのピックアップ装置であって、
磁束パッドの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられた少なくとも３つの磁束を備える磁束を受け取る磁束パッドと、
他のコイルと異なった位相で１つのコイルを動作させるために適合しているピックアップコントローラと、
を備えるピックアップ装置にあると広義に考えられることがある。

発明のさらなる態様は、以下の説明から明らかになるであろう。

発明の１つ以上の実施形態は、添付図面を参照して説明されるであろう。

磁束パッドの側面図および平面図のそれぞれである。 直交コイルを含む図１のパッドの側面図および平面図のそれぞれである。 磁束パッドの代替的な形式の側面図および平面図のそれぞれである。 発明の第１の実施形態による磁束パッドの平面図である。 発明の第１の実施形態の変形の平面図である。 発明の第２の実施形態による磁束パッドの平面図である。 コイルが相互に減結合されている周知の２コイルパッドのための概略電源回路を示す図である。 相互に減結合された３コイルパッドのための概略電源回路を示す図である。 負荷との間で電力フローを受け取ることおよび反転することが両方共に可能である、コイルが相互に減結合されている３コイルパッドのための概略レシーバ回路を示す図である。 コイルのうちのいずれかを独立に減結合し、負荷への電力フローを制御することが可能である、コイルが相互に減結合されている３コイルパッドのための概略回路を示す図である。 発明の第３の実施形態による磁束パッドの平面図である。 発明の第４の実施形態による磁束パッドの平面図である。 発明による磁束パッドの２つのさらなる実施形態の平面図である。 図４の実施形態の変形を備える、発明による磁束パッドの５つのさらなる実施形態の平面図である。 図４の実施形態の準最適変形を備える、発明による磁束パッドの４つのさらなる実施形態の平面図である。

図１〜３は、上記国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／１６７３７号から選び出された従来技術の配置である。

図１を参照すると、従来技術の磁束パッド構成が示されている。簡便性のため、この一般的な構成は、本明細書ではＤＤＰパッドと呼ばれ、関連する図面の図において一般にＤＤＰと呼ばれる。

図１に示されたＤＤＰパッドは、２および３と呼ばれ、コア４に磁気的に関連付けられ、コア４の最上部に着座させられた２つの実質的に同一平面にあるコイルを一般に備える。当然のことながら、コア４は、互いに平行に配置されているが、離されているフェライト片もしくは棒５のような複数の個別の長さの透磁性材料で構成されることがある。このパッド構成は、コアが位置しているスペーサ６と、スペーサより下にあるプレート７とを含むことがある。カバー８は、平坦なコイル２および３のもう一方の面に設けられることがある。パディング９がパッドの周囲の付近に設けられることがある。当然のことながら、コイル２および３は、各々が極エリア１０および１１をそれぞれ画定する。このＤＤＰパッド構成は、自動車充電のようなＩＰＴ電力伝送用途に適した非常に優れた特性を示す。コイル２、３は、良好な結合を伴う電気自動車電力伝送のため適した距離で（たとえば、定常的に同じ磁石設計からなることがある）レシーバに結合するために、定常時間変動磁場を生成するように位相をずらして接続され、単一のインバータによって駆動され得る。

次に図２を考えると、図１のＤＤＰ構成が示されるが、直交コイル１２（本明細書では、ＤＤＰＱパッドと呼ばれる）をさらに含んでいる。直交コイルは、適切なインバータによってエネルギーを印加されたときに図１のＤＤＰパッドのような磁束発生器に関して図２に示された構成の横移動が存在するとき、電力伝送プロファイルを拡大する。直交コイルは、その他のコイル２、３が途中で捕捉された磁束の「水平」成分から電力抽出を促進するのに対し、レシーバパッドが途中で捕捉する磁場の「垂直」成分から電力が抽出されることを可能にする。その結果、図２の構成は、磁束レシーバとして適している。

次に図３を考えると、本文書において２極パッド、または、代替的に、ＢＰＰパッドと呼ばれる別の構成が示される。ＢＰＰパッドは、電気自動車の充電および給電のため適した距離で２次レシーバへの優れた結合を可能にするので、上述の図１および２に関連して検討されたＤＤＰパッドに類似する構成を有している。

ＢＰＰパッドは、下から上に、アルミニウムプレート７と、誘電体スペーサ６と、４列のフェライト棒５（本明細書では、フェライトと呼ばれる）を備えるコア４と、２つの平坦な実質的に同一平面にあるが、重なり合いかつ理想的に「長方形」形状であり（実際には、これらは、Ｌｉｔｚワイヤを巻き付ける容易さのため長円形に近い）、横方向に広げられたコイル２、３と、誘電体カバー８とで構成される。コア４は、理想的に全ての磁束がパッドの最上部を通ってコア４から離れる方へ向けられるように、遮蔽体としての役目を果たす。プレート７は、ａ）ある種の環境においてコア４の下に存在するかもしれない小さい漂遊または偽磁場を除去する、および、ｂ）付加的な構造強度を与えるためだけに作用する。表Ａ１は、ＢＰＰパッドの動作プロトタイプの実例寸法を与える。表Ａ２およびＡ３は、図１のＤＰＰパッドおよび図３のＤＤＰＱパッドの実例寸法をそれぞれ与える。

図３のＢＰＰの磁性構造体は、後述されるように、１次側のどちらかのコイル２、３の間に実質的に相互結合が存在しないように設計される。これは、存在する場合にこのようなコイルの電力出力を妨害することになる相互の結合電圧なしで、コイルが何らかの振幅または位相で独立に駆動されることを可能にする。

１つの動作モードにおいて、ＢＰＰ内部の２つのコイルは、図６に概念的に示されるように、周知の電流振幅および位相差で動作する２台の別個の、しかし、同期したインバータを使用して駆動される可能性がある。図６のＨブリッジインバータ内のスイッチは、ＦＥＴとして示されている。実際には、これらのスイッチは、必要に応じて、適当な逆平行ダイオード付きのＩＧＢＴ、または、ＳｉＣ ＪＦＥＴおよびＳｉＣダイオード、またはその他の適当な配置を備えることがある。図６の電源チューニング配置は、各インバータのＨブリッジの出力で周知のＬＣＬトポロジー（たとえば、ＷＯ２００７／１００２６５を参照のこと）を使用する。図３のコイルの各々におけるインダクタンスは、これらが同じ形状および巻数比を有していることに基づいて同一であると仮定される。（電源から見たとおりの、そして、リード線長さ、および、電源チューニングコンデンサＣｐの両端間の電圧を制限するために必要とされることがある直列コンデンサのようなその他の補償素子を含む）このインダクタンスには、値Ｌ１が与えられる。１次インダクタ（Ｌｐ）は、Ｌ１と同一になるように選択され、チューニングコンデンサＣｐは、電源の設計周波数で同一のリアクタンスを有している。添字２および３は、図３のＢＰＰにおいて２および３と呼ばれるコイルに付随させられた回路を表す。コイルが完全に磁気的に減結合されている場合、理想的には、２次レシーバへの電力伝送を制限するために１次インバータ間に電力伝送が存在しないものであるが、レシーバからのコイル上の小さい負荷差に起因して、小さい残留電流をインバータ間に流すことがある何らかの小さい相互結合が存在するであろう。各インバータのＤＣバスが共通であるので、この残差電流は、単にインバータ間を循環し、動作中に性能の問題または損失を引き起こすことがない。

図６に示された２台のインバータは、同期させられることがあるが、同じＲＭＳ振幅を持つ電流を生成するために動作させられることがあり、コイル２、３の各々において位相が９０度ずれて動作している。コイル２、３の電流間で位相を９０°分離させることにより、ＤＤＰの定常時間変動磁場ではなく、空間的に変動し、かつ、時間的に変動する磁場が作られる。ＢＰＰの磁場における空間変動は、コイル２、３の極間での交互の方向における摺動運動として現れることがある。

コイルにおける電流間のその他の相対位相および／または振幅変動は、たとえば、ＩＣＮＩＲＰ規制を満たすために、結合されたレシーバのオフセット特性に起因する動作中の漏れを回避するようにトランスミッタの一方側で磁場照射を削減する必要性がある場合、磁場を成形するために使用されることがあり得る。このようにして、磁場は、たとえば、より大きい磁場強度が必要とされる場所、または、磁場強度が低減されるべき場所を感知することがあるセンサの出力に応答して方向を合わされることがある。同様に、磁場強度は、時間的に変動するが、パッドの全域で磁場が必要とされる場所に依存して空間的に定常であることがある。

図６の回路を使用して位相が１８０度ずれたコイル２、３を動作させることも可能であり、または、これらは、（ＤＤＰ動作の場合と同様に）単に１台のインバータに接続されることがあり得る。この特有の単相動作モードは、ＤＤＰに関して定常時間変動磁場を生成するものである電子制御および電力変換を簡単にするために第２の可能な動作モードである。

ＷＯ２０１１／１６７３７は、ＢＰＰパッドにおいてコイル２、３が上に設置されているフェライト片５の好ましい構成についてのガイダンスをさらに提供する。フェライト片５は、電力伝送を高め、そして、主に片側の磁束場が２次電力レシーバに最も良く結合するように作られることを確実にするために使用されるが、同時に、最小限の量のフェライトが重量を最小に維持し、そして、パッドのインダクタンスを制限するために使用される。このような移動磁場において、フェライト片が、好ましくは、巻線コイルの下に広がるべきであり、さもなければ、磁場は、レシーバに向かって強制的に上向きにされなくてもよいことが明らかにされる。

ＢＰＰの２つの１次コイル２、３が互いに任意の重なり合いの状態（または、重なり合いなしで実質的に隣接した状態）で設置されるとき、コイル間に相互結合が存在するであろう。しかし、ｒ０と表された重なり合い対コイル幅のある種の比に対して、この相互結合は、ほとんど零である。各１次コイルの間に相互結合が存在しないことを確実にするために必要とされる理想的な重なり合いは、フェライトの存在に起因して単純ではないが、単に１つのコイルを固定し、（たとえば、適当な３Ｄシミュレータを介する、または、適当な実験装置を使用する、のどちらか一方で）このコイルに固定周波数の所定の電流でエネルギー印加することにより決定される可能性がある。第２の１次コイルに誘導された開回路電圧は、その後、測定される可能性がある。第２のコイルが重なり合いを変えるために動かされた場合、結合電圧に変化が存在するであろう。これが最小化（理想的には零に）されたとき、理想的な構成が設定される可能性がある。最適な重なり合いは、コイルの下にあるフェライト片の長さに依存する。

ＷＯ２０１１／１６７３７において、コイル下のフェライトが拡大されたときに電力に著しい増加があることが言及され、フェライトが図３のＢＰＰパッド配置に対して少なくともコイル２、３の広がり全体の下に延在すべきことが明白であった。この理由は、ＢＰＰパッドに近接した磁場が表面全体に移動する波として最も良く記述できるからである。

図４（ａ）は、発明の実施形態による図３の配置の変形の平面図を示す。図４（ａ）の磁束パッドは、３つのコイル２、３、３ａと修正されたフェライト５の配置とを含む。そうでなければ、図４（ａ）のパッドの構成は、図３のＢＰＰパッドの構成に概ね合致し、下から上に（図３の上側の図と比較したとき）、ベースプレート７（好ましくは、アルミニウム）と、スペーサ６（好ましくは、誘電体）と、フェライト材料５を備えるコア４と、実質的に同一平面にあるコイル２、３、３ａと、カバー８（好ましくは、誘電体）とを含む。主要な相異点は、３つ全てのコイルの中心または極が三角形配置において互いから実質的に等間隔に離されるように、付加的なコイル３ａがコイル２より上もしくは下、または、コイル３より上に設置されていることである。その上、コア４の構成は、適合させられ、各組の間で６０°もしくは実質的に６０°のオフセットで配置された３組のフェライト５を含み、３組のフェライトは各々がコイル２、３および３ａのそれぞれのペアの中心間に延びる軸と実質的に平行に延在する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の実施形態の変形を示し、コアは、コイルの中心間の想像線の各々に沿って単一のフェライト片または棒５を備え、中心に正三角形を形成する。本実施形態におけるプレート７は、パディングを含んで、重なり合うコイル２、３および３ａの外周と実質的に対応する形状を有している。

図５は、発明の別の実施形態の平面図を示す。図５の配置は、図４の配置と実質的に同じであるが、コア４の内部に４つのコイル２、３、３ａ、３ｂと修正されたフェライト５の配置とを含む。付加的なコイル３ｂは、コイル２、３および３ａの上、下または間に設置されることがある。図示された配置において、フェライト格子は、グリッドを形成するために９０°または実質的に９０°だけ他のフェライトからオフセットした１組のフェライトと共に使用される。

図３の配置の場合と同様に、コイル間の重なり合いの広がりは、所望の減結合を達成するために変えられることがある。より詳しくは、少なくとも３つのコイルのうちの１つ以上は、固定またはそれぞれの固定周波数の所定の電流でエネルギーを印加されることがあり、少なくとも３つのコイルのうちのもう一方のコイルまたは他のコイルとの重なり合いは、少なくとも３つのコイルのうちのもう一方のコイルまたは他のコイルにおける電圧を最小化するように変えられることがある。実際にこのような重なり合いを達成するために、好ましくは、フェライト５は、最初に所定の位置に固定されるべきである（フェライト５の位置および形状の何らかの変化は、相互結合が確実に最小化されるためにコイル間に必要とされる重なり合いに影響を与えるからである）。コイル２、３および３Ａの各々の形状およびサイズは、好ましくは、一致すべきである（但し、発明は、これに限定されない）。コイル２が所定の位置に固定された場合、コイル３は、コイル２にエネルギーを印加している間に、図示された相対位置に移動される可能性がある。コイル２のエネルギー印加からコイル３に結合された開回路電圧は、容易に測定される可能性があり、コイル２と相対的なコイル３の適当な移動は、両方のコイルの理想的な相対位置を決定するために、最小限（理想的には零）に低減される可能性がある。コイル２および３の位置が一旦固定されると、コイル３ａは、概して図４（ａ）に示された位置において追加される可能性がある。コイル３ａが今度はエネルギーを印加される可能性があり、電圧が監視対象のコイル２および３に結合される。コイル２および３の両方と相対的にコイル３ａの位置を調整することにより、結合電圧は、最小限（理想的には零）に低減されるべきであり、この点でこれの位置が固定される。

図４および５において円形コイルが示されているが、発明は、この形状のコイルに限定されない。ほんの一例として、コイルは、代替的に、おおよそ長円形、正方形または長方形構成を有することがある。さらに、同じパッド内部の異なったコイルは、異なった構成を有することがある。たとえば、図４（ａ）の配置を参照すると、コイル２は、長円形でもよく、コイル３、３ａは、円形でもよい。その上、図の円形コイルの横間隔は、隣接したコイルの中心間に延びる想像線または軸が実質的に正三角形もしくは正方形形状を形成するように実質的に等距離でもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。

さらに、特有のフェライト５の配置が図４および５に示されているが、発明は、これに限定されない。十分なサイズを持つ１枚のフェライト材料を含むその他の配置が所望の方法で磁場を方向付けるために、または、より詳しくは、３つ以上の相互に減結合したコイルの極間に低磁気リラクタンスの経路を提供するために講じられることがある。しかし、１枚のフェライト材料に対しフェライト片群の使用は、磁束の制御に関して同様の性能をもたらすので、適切に構成された片群は、フェライトのコストおよび重量を軽減するために有利であるかもしれないことが分かった。他方において、１枚のフェライト材料を備えるコアは、より薄く、その他の用途において有利であることがあり、極間だけに低磁気リラクタンスを持つ経路を提供することを確実にするために成形されることがある。

フェライト片が使用される図４および５に示されるように、これらのフェライト片は、隣接したコイルの中心間に延びる想像線もしくは軸を通過する、または、この想像線もしくは軸と平行になるように配置されることが望ましい。このようにして、フェライト片のアレイが設けられ、各アレイは、上記コイルの中の１つ以上のペア（すなわち、コイル中心間に延びる想像線または軸）と位置合わせされるように構成され得る。

概して、フェライト材料は、（少なくとも図４および５に示されるように）コイルの縁部を越えて延在することが好ましい。しかし、発明は、これに限定されることなく、特有の用途に依存して別々に構成されることがあり、コイルは、実際には、フェライト材料より広いエリアに亘って延在することがある。

一実施形態によれば、フェライト材料は、コイルの選択された領域だけでコイルの外端部を越えて延在し、選択された領域は、上記想像線が上記コイルと交差する場所またはこの場所の付近にある（図３を参照のこと）。付加的または代替的に、コイルのうちの１つ以上は、フェライトの広がりを越えて、好ましくは、上述の選択された領域の外側に延在することがある（再び図３を参照のこと）。

フェライトが図示されるように上下に片のアレイを含むことが可能である図４および５を参照すると、好ましくは、フェライトは、単一層内に所望のパターンを形成するように構成されている。たとえば、図５を参照すると、フェライトは、紙面の上下に延びるフェライト（垂直フェライト）が図示されるとおりであり、そして、左右フェライト（水平フェライト）は、この場合、各々が垂直フェライト間のギャップを横切って延びる複数のより短いフェライトによって形成されるように、好ましくは、水平素子の端部が隣接した垂直フェライトに当接または実質的に当接するように、配置されることがある。

このような方法でフェライトを形成することは、コアの厚さおよび重量を軽減する。

当然のことながら、フェライトは、別の方法で構成されることがある。たとえば、図５の実施例を再び参照すると、片は、重なり合いの領域でより薄くなるように変動する厚さを有することがある。１ステップとして厚さを軽減することは、様々なフェライト素子が連結することを可能にする。

先行する３つの段落において図５に関連して記載されたフェライト配置の実施例は、図５の配置に限定されることが意図されることなく、発明なしに、図４の配置に類似した配置、または、付加的なコイルが追加されたより複雑なフェライト配置を必要とする配置のようなその他の必要とされるフェライト配置に適合させられることがある。

さらに、各フェライト片は、２つ以上のフェライト材料の断片から形成されることがある。このようにして、フェライト材料のより小さい片または断片は、より大きい各断片を形成するために互いに当接または実質的に当接することがある。

付加的または代替的に、隣接したフェライト部分間の一体化の程度は、増大されることがある。たとえば、フェライト配置は、必要に応じて一部分が取り除かれた１枚以上のフェライト材料から形成されることがある。

さらなるコイルは、同様に必要に応じて追加されることがある。

図７は、図４に示されたパッドを駆動するため必要である可能な電源配置を示す。図示されるように、添字２、３および３Ａは、図４においてコイル２、３および３Ａへのインバータトポロジー接続を表現する。

本発明の少なくとも３つのコイルを使用する利点は、パッドが複数のモードで使用されてもよいことである。たとえば、静止自動車充電用途では、充電パッドの少なくとも３つのコイルのうちの単一コイルは、電力を小型実用車上の小型レシーバに結合するために作動されることがあり、作動されるように選択されたコイルは、この実用車上のレシーバに最も良く結合（すなわち、最も良く位置合わせ）されたコイルに依存する。代替的に、コイル全部が互いに同相でエネルギーを印加されることがあり、大型自動車またはより高速な充電を必要とする自動車に給電するために、より大きい定常時間変動磁場を作る。さらに、上記コイル（好ましくは、３個）は、移動空間変動および時間変動磁場を作るために３相システムにおいて使用されることがあり（すなわち、各々は、位相が１２０度ずれている）、または、複数の選択されたコイルは、（すなわち、定常時間変動磁場を作るために）単相システムにおいてエネルギーを印加されることがある。

別のモードにおいて、充電パッドのコイルは、（たとえば、充電対象の自動車上の）ピックアップの姿勢および／または位置合わせに依存してエネルギーを印加されることがある。このモードにおいて、コイルの全部または一部分は、使用中にエネルギーを印加されることがある。たとえば、コイルのペアは、ピックアップによって最も効率的に受け取られる磁場を生成するために、図３のＢＰＰパッド配置を通じて、エネルギーを印加されることがある。エネルギーを印加されたコイルのペアは、たとえば、ピックアップの移動を補償するように磁場を修正するために変えられることがある。一実施形態によれば、少なくとも３つのコイルを収容するパッドのコイルのペアは、最も効率的な磁場を生成する場合、（順次を含んで）選択的にエネルギーを印加されることがある。

少なくとも３つのコイルの存在は、充電パッドによって発生させられた磁場の改善された操作を可能にする。複数のコイルのうちの選択されたコイルだけにエネルギーを印加することに加えて、または、代案として、様々なコイルが様々なレベルにエネルギーを印加されることがあり、それによって、たとえば、充電が行われる自動車の駐車の変動に起因するようなピックアップと充電パッドとの位置ずれを受け入れるために磁場を選択された方向に「操作」する。

少なくとも３つのコイルの使用は、検出された場所に少なくとも部分的に依存して、適切な（理想的には最適な）充電法が実施される可能性があるように、自動車ピックアップの場所を感知するのを付加的または代替的に支援する可能性がある。このことは、ＷＯ２０１１／１６７３７に記載された配置を使用してある程度まで達成可能であるが、付加的なコイルの包含は、検出された位置の精度を高め、少なくとも２つの次元において位置が決定されることを可能にする。

このようにして、付加的な、減結合したコイルの使用は、コイルの全部または一部が使用されることを可能にすることによって発明の装置が使用される方法で柔軟性を増加させ、動作モードを変えることにより、および／または、達成された磁場の改良された操作／位置付けを通じて、電力伝送をさらに改良する（複数の次元において、および／または、より広いエリア全域で制御可能である点で、および／または、ピックアップ位置のより優れた決定、および／または、これの結果としての磁場の適合の点で改良された）。

３相モードにおける図４の三角形配置を動作させることは、高電力伝送の能力があり、可変２次位置合わせに対処する能力を保有し、遠い磁場において内在的な磁場打ち消し（すなわち、低い漏れ／漏れなし）を有しているので、特に有用である。

発明の実施形態は、「充電パッド」（すなわち、１次側巻線）として用いられる特有の用途を有しているが、同じまたは類似した配置は、ピックアップのコイル間の減結合の結果として、同様に電力伝送特性が改善された状態で、ピックアップのため使用されてもよいことが上記から認められるであろう。このような実施形態では、コイルは、電源よりはむしろピックアップコントローラに電気的に結合され、かつ、ピックアップコントローラによって制御され、ピックアップコントローラは、ピックアップコイルから受け取られた電力を負荷に送るために動作可能である。コントローラは、典型的に、電源のインバータではなく、制御可能な整流器または整流器群を備えるものである。

たとえば、図７の回路と本質的に同一である図８の回路は、このような事例では、電気自動車のバッテリーの両端であることもあり得るＤＣコンデンサの両端に接続された負荷への電力伝送を可能にするためにパッドの出力でさらに使用されることがあり得る。各レシーバコイルから入手可能な電力は、監視される可能性があり、小さい場合、各インバータブリッジにおける下端スイッチは、このレシーバコイルを減結合し、これの動作から生じたであろう損失を除去するために閉じられる可能性がある。

発明のさらに別の実施形態において、１次および／または２次パッドは、可逆でもよく、パッドは、別のパッドとの間で電力を受け取る、または、送るためにパッドコイルと選択的に導通するように動作させられることがある。図８の回路は、電力フローを１次側へ逆転するために容易に使用されることがあり得るが、商用電源に戻るこの電力フローを同期させるために、図７の３相整流器は、適当な可逆整流器と置き換えられる必要があることになる。

可逆電力フローが不必要である場合、より簡単な２次回路が使用される可能性があり、これの実例が図９に示されている。各コイルの出力で、チューニングコンデンサは、各ＡＣ回路を共振させるために直列、並列、または両方で使用される可能性がある。ここでは、設計時に必要とされた場合、各コイルからの電流をブーストするために選択自由の直列容量を含んでいる並列共振回路が示されている。これらのチューニングされた回路のうちの各々の出力は、その後、整流され、（共通のＬｄｃおよびＣｄｃを使用して）フィルタ処理され、負荷へのスイッチＳを使用してレギュレートされる。いずれかのコイルへの結合電力が低であると決定された場合、各整流器のベースにある２台のスイッチは、オンにされ、残りのコイルのいずれかにおける電力伝送に影響を与えることなく、回路からこのコイルを減結合するために使用される可能性があり、それによって、この回路に関連付けられた損失を実質的に除去する。各コイルからのこの電力伝送は、整流器の各々においてＡＣ電流の振幅を測定することにより容易に決定される可能性がある。出力ダイオードは、回路内のスイッチのいずれかがオンにされたとき、Ｃｄｃにおけるエネルギーがこの回路内のスイッチのいずれかを介して不必要に放電されないことを確実にする。スイッチＳは、必要とされるときには、全電力フローをレギュレートすること、および、全部で３つのコイルを減結合することの両方のために使用される。

本発明のＩＰＴパッドが磁場を発生させる１次側磁気装置として構成されているいずれの実施形態においても、これは、好ましくは、２次パッドの磁気構造、姿勢、および変位（横またはそれ以外）と無関係に、できる限り効率的に電力を２次または受け取りパッドに結合する。２次パッドは、もしあるとしてもこれらの可変因子をほとんど支配することなく、自動車、携帯電話機、ラップトップまたはその他のこのような電気機器の内部に統合されることがある。すなわち、１次パッドは、好ましくは、様々な可能な２次パッドに、および／または、特有の用途において合理的に予想され得る広範な条件の下で電力を伝送するために適合している点で、汎用的または準汎用的であるように設計されている。

円形２次パッド付きの機器が、たとえば、１次側に関して変化する地上高または変位で近接しているとき、１次から２次に電力を最も良く結合するようにシステムを構成する必要性が存在するであろう。機器が地面に極めて近接している場合、最も良く位置合わせされているコイルが選択されるかもしれないが、２次が遠く離れている場合、コイルのグループは、１次と２次との間により良い結合を生成するために同相で一体的に、または、多相システムとしてエネルギーを印加されることがある。別の重要な検討事項は、熱くなる異質の物体、または、これらの漏れ磁場に晒されることがある人もしくは動物が存在する場所のような関心のある距離で磁場漏れを制限または最小化することである。

国際特許出願公開第ＷＯ２０１０／０９０５３９号または第ＷＯ２０１０／０９０５３８号に開示された機器のような磁気分極している２次機器の場合、この機器の姿勢は、同等の重要性がある。このような状況において、１次コイルは、最良の結合を確保するためにエネルギーを印加されることがあり、コイルが別々に制御される事例では、最も良い姿勢をした単相分極コイルがエネルギーを印加される可能性があるか、または、多相動作は、指定された用途に対して最小限の漏れの状態で最大の結合および電力伝送を確保しながら、電力を伝送するために使用される可能性がある。地上高、位置合わせおよび回転の変動は、全てがどのコイルがどんな条件下で選択されるかの選択に影響を与えることがある。好ましくは、１次グラウンド側のコイルは、これらのコイル間に最小限の相互結合を有しているので、何らかの構成が許容可能であり、隣接するコイルに生じる近傍コイルのエネルギー印加からの結合電圧と、電力フローおよび所望の磁束形状の発生の妨害とのような悪影響なしで使用される可能性がある。しかし、いくつかの相互クロス結合は、十分に小さい場合、装置間の電力結合が制御可能であり、かつ、漏れがこの用途のため必要とされるとおりに含まれていると仮定すると、ある種の構成において許容されることがある。

当然のことながら、図４および５のコイル配置の多くのその他の実施形態または変形が本発明の範囲から逸脱することなく可能である。ある程度の数のこのような実施形態および変形は、一例として簡単に後述される。

コアおよび／または導電プレートを備える基材は、磁場が片側だけにあり、磁場が２次磁気機器への結合を高めるように空間的に向きを定められる可能性があることを確実にするために役立つが、フェライト片５は、本発明に不可欠ではなく、実際には、両側磁束場が許容できるか、または、さらに望ましい場合に省かれることがある。

図１０および１１は、フェライト片５が省かれた、図４および５の実施形態の変形をそれぞれ示す。コアがない場合、アルミニウムまたは銅のような導電材料で作られたバックプレーンは、コイルから適当な距離が設けられると、損失を最小化しながら遮蔽体としての役目を果たすことがある。プレート７は、その結果、たとえば、フェライト充填印刷回路基板（ＰＣＢ）、および／または、アルミニウムプレートを備えることがある。代替的に、両方共にコイルより上および下に位置している２つ以上の２次側に結合する必要があることがある１次パッドの場合のように、両方の方向に磁場を有する要望がある用途が存在することがある。このような事例において、フェライトまたは遮蔽体は、このような結合を可能にするために完全に除去される可能性がある。その他の事例において、構造体より下にある磁場は、いずれかの構造体に不必要に結合できないことがあるので、全く損失を引き起こさないものである。１次の両側に磁場が存在することは、２次機器への結合を低減するが、これは、有意な損失を生成することなく、その結果、１次パッドを生産するコストを最小限に抑えるためにいくつかの状況において好ましいということがある。

図１２（ａ）および１２（ｂ）は、フェライト片５がある場合および無い場合の本発明によるＩＰＴパッドのさらなる実施形態の２つの変形を示す。本実施形態によるパッドは、直交コイル１２と共に４つのコイル２、３、３ａおよび３ｂを備える。４つの円形コイル２、３、３ａおよび３ｂは、各々が集合的に正方形の頂点を定義する中心を有していると考えられ、正方形の対角方向に対向するコイルは、双極子として動作する（図１および２に関連して上述されているように）２つの直交ＤＤＰペアを形成するために重なり合いなしで互いに当接する。ＤＤＰペアの各コイルは、直交ＤＤＰペアのコイルの両方に重なり合い、２つのＤＤＰペアは、それに応じて、相互に減結合される。直交コイル１２は、同様に、ＤＤＰペアの両方から相互に減結合される。１次構造体として、ＤＤＰペアおよび直交コイルは、全てが独立であり、必要に応じて磁場を成形するために、互いに干渉することなく異なる振幅、位相または周波数で動作させられることもある。２次構造体として、ＤＤＰまたは直交コイルは、異なったまたは類似した周波数で別々に同調させられる可能性があり、電力は、用途に基づいて要望される限り、抽出される可能性がある。

図１２の実施形態の１つの可能な動作モードにおいて、ＤＤＰペアは、互いに同相で動作させられることがあり、定常時間変動磁場を発生させる。別のモードにおいて、対角方向に対向するＤＤＰコイルの１つのペアは、他のペアとの位相がずれた状態でエネルギーを印加されることがある。さらに別のモードにおいて、唯一のＤＤＰがエネルギーを印加されることがある。別のさらなるモードにおいて、直交コイル１２は、ＤＤＰペアのいずれかまたは両方と同時にエネルギーを印加されることがある。動作モードと、適切な場合には、エネルギーを印加されたコイルとは、好ましくは、ピックアップによって最も効率的に受け取られる磁場を生成するために選択される。ＩＰＴシステムは、好ましくは、最も効率的な方法で動作するために必要とされるようなモードの間で切り替わる能力があるが、電源設計および／または制御を簡単化するために単一モードまたはモードのうちの１つの選択に限定されることがある。

図１２（ｃ）〜（ｅ）は、図１２（ａ）および１２（ｂ）の実施形態のさらなる変形を示す。図１２（ｃ）の実施形態は、直交コイルを省略する。図１２（ｄ）は、各ＤＤＰペアのコイルが同じサイズでなくてもよいが、それでもなお相互に減結合される能力があることを例示する。直交コイル１２は、図１２（ｅ）に示されるように本実施形態に付け加えられる可能性もある。コイルのＤＤＰペアは、双極子として動作させられるので、直交コイル１２は、本実施形態において両方のＤＤＰペアから相互に減結合されている。

本発明の様々な実施形態によるＩＰＴパッドのコイルは、理想的には互いから完全に減結合されているが、多少のわずかな結合は、避けられないことがある。寸法が表Ａ４に掲載された、試験用の図４（ｂ）のＩＰＴパッドは、たとえば、コイル２と３との間に０．１５％、そして、コイル２と３ａとの間に０．０８％という最適相互結合または結合係数ｋを有していることが示されている。しかし、コイル間の有意な相互結合は、システムの効率に深刻な影響を与えるものであり、相互結合は、理想的には、実際的に可能である限り零に近づくべきである。コイル間で測定された相互結合は、負荷の下で、または、外部フェライト材料がある場合、概して増加することが言及されるべきである。本発明によるＩＰＴパッドは、このようにして、好ましくは、負荷または外部フェライト材料がない場合、約１０％未満、より詳しくは、約２％、または、さらに１％未満である相互結合を有するように設計されている。明細書本文および請求項において、「相互に減結合され」、「減結合なし」などの文言は、このような相互結合を包含することが意図されている。

このような装置の場合、相互に減結合されているコイルがあることは、１台の機器から発生させられた磁束が１次（または２次）における近傍コイルとほぼ等しい割合で出入りするように、コイルの互いに相対的な適切な間隔を必要とし、ここで、近傍コイルを通る正味の磁束は、ほぼ零である。

それにもかかわらず、たとえば、約２０％までのコイル間のより高いレベルの結合が発明の範囲から逸脱することなく少なくともいくつかの用途において許容されることがある。より一層高いレベルの相互減結合は、特に、１次パッドと２次パッドとの間の間隔が狭いいくつかの用途に対して許容されることがある。図１３および１４は、たとえば、約２０％までの低レベルの相互結合が存在することがある発明の実施形態を示す。

図１３（ａ）〜１３（ｅ）は、図４の３コイルＩＰＴパッドのさらなる変形を備える実施形態を示す。

図１３（ａ）のＩＰＴパッドは、本事例では、コイル２、３および３ａを完全に取り囲む理想的には相互に減結合されていないさらなるコイル１３をさらに備える。本実施形態におけるさらなるコイル１３は、好ましくは、このコイルの中心または極が、好ましくは、相互に減結合されているコイル２、３および３ａに関して実質的に中心であるように配置されている。本実施形態における中心コイル１３は、その他のコイルを取り囲むが、その他の実施形態では、実質的に中心にあるコイル１３は、後述されるように３つ以上の他のコイルに外接する、または、部分的に重なることがある。

中心コイル１３は、他のコイルの全部を取り囲む、または、部分的に重なるので、全ての可能な動作モードにおけるこれらのコイルから相互に減結合されることはないであろう。特に、図１３（ａ）の中心コイル１３は、コイル２、３および３ａから、これらの３つ全部のコイルがエネルギーを印加されたとき、実質的に相互に減結合されるものであるが、典型的に、たとえば、コイル２および３だけがエネルギーを印加されるとき、相互に減結合されないであろう。

図１３（ａ）のＩＰＴパッドは、図４の実施形態のコアまたはフェライト片５をさらに省く。プレート７の正方形形状は、中心コイル１３を収容するために図４の三角形プレート７と異なることが分かる可能性もある。

図１３（ｂ）の実施形態は、図１３（ａ）の実施形態に類似しているが、実質的に直交するフェライト片５の格子またはグリッドを備える。当然のことながら、フェライト片５は、このようにして、図４に示されるように、必ずしもコイル２、３および３ａの中心間の想像線と平行に延在しなくてもよい。前述のとおり、コアは、代替的に、１枚のフェライト材料を備えることがある。

図１３（ｃ）の実施形態は、フェライト片５が中心コイル１３の外周を越えて延びる点で、図１３（ｂ）に関してさらなる変形を備える。フェライト片５が中心コイル１３の内部で終端する場合、磁場は、放射するものであり、本実施形態の細長いフェライト片５は、このようにして、概して好ましいものである。

図１３（ｄ）および１３（ｅ）は、コイル２、３および３ａを部分的に取り囲む中心コイル１３をさらに備える、図４の３コイルパッドのさらなる変形を示す。図１３（ｄ）は、フェライト片５が無い場合のＩＰＴパッドの実施形態を示すが、図１３（ｅ）は、コイル２、３および３ａの外周に、または、外周をわずかに越えて延びるフェライト片５の格子を備える。

図１４（ａ）から１４（ｄ）は、一例として、図４の３コイル実施形態のいくつかの準最適変形を例示する。これらの実施形態において、コイル２、３および３ａは、重なり合うことがなく、その結果、相互結合を有するであろう。

本発明の複数コイル構造体が電力を受け取るために２次パッドとして使用される事例において、理想的には、コイルは、各コイルが選択された周波数で電力を受け取るように容易に同調させられる可能性があること、および、電力伝送が最大化されることを確保するために、全てが互いから相互に減結合されるであろう。このような条件下で、コイルが電力を受け取っていないとき、コイルは、どんな動作損失も低減するために、その他のコイルの動作に影響を与えることなくスイッチが切られる可能性がある。それにもかかわらず、２次コイルが完全に相互結合されていない（独立している）場合、動作回路同調Ｑ（回路の負荷によって除算されたコイルのリアクタンス）が低いと仮定すると、わずかな同調が達成される可能性があり、動作は、近傍コイル間に多少の相互結合が存在するにもかかわらず、それでもなお起こる可能性がある。このようなコイルは、スイッチが切られる可能性もあり、これは、隣接したコイルにおける電力伝送にわずかに影響を与えることがあるが、この影響は、自らの駆動ＶＡを増減させる１次グラウンドコイルの動作によって、または、負荷への電力を修正するために２次レギュレータを調整することによって補償される可能性がある。

３つ以上の相互に減結合されたコイルを備える本発明のさらなる実施形態において、異なるチューニングを有する２次機器と結合された動作を可能にするために様々なコイルのうちの１つ以上を異なる周波数に同調させることは、一部の用途では、望ましいことがある。たとえば、高い電力伝送のため、コイルのうちの一部は、４０ｋＨｚでの動作のため設計され、同調させられることがあるが、その他は、８０ｋＨｚで同調させられることがあり、異なった同調周波数で異なった磁気構造体への結合を可能にする。代替的に、より低い電力伝送のため、たとえば、より小型の電気器具または移動可能な家庭用電化機器に対しても同じことを達成するために、一部のコイルは、８００ＭＨｚで同調させられることがあり、その他は、２．４ＧＨｚで同調させられることがある（両方共に免許不要帯域）。

表Ａ１：ＢＰＰの寸法
共通寸法
巻線幅 ８０ｍｍ
フェライト間隔 ３２ｍｍ
フェライト幅 ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔 ５０ｍｍ
Ｙパディング ４６ｍｍ
カバー厚さ ６ｍｍ
コイル高さ ４ｍｍ
フェライト高さ １６ｍｍ
スペーサ厚さ ６ｍｍ
プレート厚さ ４ｍｍ

フェライトの個数に基づく変動
Ａ：ＢＢＰ６：各フェライト片を作るために６個のフェライトスラブを使用
（ＢＢＰ６）フェライト長さ ５５８ｍｍ
（ＢＢＰ６）重なり合い １５６ｍｍ
Ｘコイル間隔 １０ｍｍ
Ｘパディング １０ｍｍ

Ｂ：ＢＢＰ８：各フェライト片を作るために８個のフェライトスラブを使用
フェライト長さ ７７４ｍｍ
重なり合い ７４ｍｍ
Ｘコイル間隔 −８３ｍｍ（−は重なり合いを表す）
Ｘパディング １０ｍｍ

Ｃ：ＢＢＰ１０：各フェライト片を作るために１０個のフェライトスラブを使用
フェライト長さ ９３０ｍｍ
重なり合い ３９ｍｍ
Ｘコイル間隔 −１７４ｍｍ（−は重なり合いを表す）
Ｘパディング １１０ｍｍ（ｎｂ：付加的なフェライトを取り付けるためにパディングに全体で２００ｍｍ追加）

表Ａ２：ＤＤＰの寸法
巻線幅 ８０ｍｍ
内側巻線幅 １２０ｍｍ
フェライト間隔 ３２ｍｍ
フェライト幅 ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔 １０ｍｍ
Ｙパディング ４６ｍｍ
カバー厚さ ６ｍｍ
コイル高さ ４ｍｍ
フェライト高さ １６ｍｍ
スペーサ厚さ ６ｍｍ
プレート厚さ ４ｍｍ
フェライト長さ ５５８ｍｍ
Ｘコイル間隔 １０ｍｍ
Ｘパディング １０ｍｍ

表Ａ３：ＤＤＱＰの寸法
巻線幅 ８０ｍｍ
内側巻線幅 １２０ｍｍ
フェライト間隔 ３２ｍｍ
フェライト幅 ２８ｍｍ
Ｙコイル間隔 １０ｍｍ
Ｙパディング ４６ｍｍ
カバー厚さ ６ｍｍ
コイル高さ ４ｍｍ
フェライト高さ １６ｍｍ
スペーサ厚さ ６ｍｍ
プレート厚さ ４ｍｍ
フェライト長さ ５５８ｍｍ
Ｘコイル間隔 １０ｍｍ
Ｘパディング １０ｍｍ
直交コイル長さ ５３４ｍｍ

表Ａ４：図１２のＩＰＴパッドの寸法
フェライト長さ ５２０ｍｍ
フェライト幅 ２８ｍｍ
フェライト高さ １６ｍｍ
フェライト構造体によって形成された正三角形の各辺 ２００ｍｍ
各コイルの内径 １３０ｍｍ
各コイルの外径 １５０ｍｍ
一方のコイルの中心点からもう一方までの最適距離 １７２ｍｍ
コイル２と３との間の相互結合ｋ ０．１５％
コイル２と３ａとの間の相互結合ｋ ０．０８％

発明は、主として電気自動車の給電または充電における用途に関連して説明されているが、発明は、一般に誘導電力伝送に用途があり、その結果、限定されることなく、高電力もしくは低電力電気器具、または、携帯電話機、コンピュータ機器、および／またはコンピュータ周辺機器のような家庭用電化製品の無線給電または充電を含む様々な産業用または家庭用電気器具に適用されることがあることに留意すべきである。ヒューマン・インターフェース機器（ＨＩＤ）に関連した一例として、本発明による１次磁束パッドは、無線マウスに給電もしくは充電するためにマウスパッドに設けられることがあり、または、周知の１次パッドから電力を受け取るためにマウスに統合されることがある。

文脈が明らかに別のことを必要としない限り、明細書本文および請求項の全体に亘って、語句「備え（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などは、排他的または網羅的な意味ではなく、包含的な意味で、すなわち、「非限定的に含む」という意味で解釈されるべきである。

本明細書におけるいずれかの先行技術の参照は、先行技術が世界中のいずれかの国における努力傾注分野において共通の一般知識の一部を形成するとする自白または何らかの形式の示唆とみなされず、かつ、みなされるべきではない。

発明は、本出願の明細書において言及または指示された部品、要素および特徴に、２つ以上の上記部品、要素もしくは特徴の組み合わせのいずれかまたは全部に個別または集合的に存すると広く言われることもある。

以上の説明において、周知の均等物を有している発明の特定の構成部品または全体が言及されている場合、このような均等物は、個別に記述されているかのように本出願に組み込まれる。

本発明は、一例として、かつ、本発明の可能な実施形態に関連して記載されているが、修正または改良が発明の範囲または趣旨を逸脱することなく実施形態に加えられることがあることが理解されるべきである。

Claims (36)

1. 磁束を発生させるまたは受け取る磁束パッドであって、
   コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられている少なくとも３つのコイルと、
   前記コイルのうちの２つ以上と選択的に導通するように動作して、前記少なくとも３つのコイルの中の複数のペアのうちの少なくとも１つによって磁場が生成される、または、電力が受け取られるようにすることが可能である電源またはピックアップコントローラと、
   を備える、磁束パッド。
2. 前記電源またはピックアップコントローラは、前記コイルと選択的に導通するように動作して、前記コイルのうちのいずれか１つ以上にエネルギーを印加する、または、前記コイルのうちのいずれか１つ以上から電力を受け取ることが可能である、請求項１に記載の磁束パッド。
3. 前記電源またはピックアップコントローラは、順次に前記少なくとも３つのコイルにエネルギーを印加するように、または、前記少なくとも３つのコイルから電力を受け取るように動作可能である、請求項１または請求項２に記載の磁束パッド。
4. 前記電源またはピックアップコントローラは、前記少なくとも３つのコイルの各々において電流の位相、振幅および／または周波数を独立に制御するように動作可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁束パッド。
5. 前記少なくとも３つのコイルは、互いから実質的に相互に減結合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁束パッド。
6. 前記少なくとも３つのコイルは、部分的に重なり合う、請求項１から５のいずれか１項に記載の磁束パッド。
7. 前記少なくとも３つのコイルは、互いから実質的に等距離で離されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の磁束パッド。
8. ３つの実質的に相互に減結合されたコイルを備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の磁束パッド。
9. 前記電源は、
   前記コイルのうちの１つ以上が互いに同相でエネルギーを印加される単相モードと、
   前記コイルのうちの１つ以上が１つ以上の他のコイルと位相がずれた状態で同時にエネルギーを印加される２相モードと、
   前記コイルのうちの３つ以上が互いに位相がずれた状態で同時にエネルギーを印加される多相モードと、
   のうちの少なくとも２つを備える複数のモードで動作可能である、請求項１から８のいずれか１項に記載の磁束パッド。
10. 透磁性コアをさらに備え、前記少なくとも３つのコイルは、前記コアに磁気的に関連付けられている、請求項１から９のいずれか１項に記載の磁束パッド。
11. 実質的に中心に配置され、前記少なくとも３つのコイルを取り囲むまたは前記少なくとも３つのコイルに部分的に重なり合うさらなるコイルをさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の磁束パッド。
12. 前記さらなるコイルは、少なくとも１つの動作モードにおいて前記少なくとも３つのコイルから実質的に相互に減結合されている、請求項１１に記載の磁束パッド。
13. ３つの重なり合い、かつ、実質的に相互に減結合された、各々が互いから実質的に等距離で離されているコイルと、
    前記３つのコイルの極間に低リラクタンス磁気経路を提供する透磁性コアと、
    を備える、請求項１に記載の磁束パッド。
14. 前記電源またはピックアップコントローラは、各コイルにおいて電流の振幅、位相、および／または周波数を独立に制御するように動作可能である、請求項１３に記載の磁束パッド。
15. 前記磁束パッドは、少なくとも３相モードで動作可能である、請求項１３または請求項１４に記載の磁束パッド。
16. 磁束を発生させる磁束パッドであって、前記磁束パッドによって発生させられた前記磁束を制御するために複数のモードにおいて動作可能であるように構成され、前記制御が実施されることを可能にするために選択的にエネルギーを印加される能力がある３つ以上のコイルを備える、磁束パッド。
17. 前記コイルは、互いから実質的に磁気的に減結合されている、請求項１６に記載の磁束パッド。
18. 各コイルが隣接したコイルに部分的に重なり合う、請求項１６または請求項１７に記載の磁束パッド。
19. 前記コイルのうちのいずれか１つまたはいずれかの組み合わせが選択的にエネルギーを印加されることがある、請求項１６から１８のいずれか１項に記載の磁束パッド。
20. 前記複数のモードは、
    前記コイルのうちの１つ以上が互いに同相でエネルギーを印加される単相モードと、
    前記コイルのうちの１つ以上が１つ以上の他のコイルと位相がずれた状態で同時にエネルギーを印加される２相モードと、
    前記コイルのうちの３つ以上が互いに位相がずれた状態で同時にエネルギーを印加される多相モードと、
    のうちの少なくとも２つを備える、請求項１６から１９のいずれか１項に記載の磁束パッド。
21. ３つの実質的に等距離で離されているコイルを備える、請求項１６から２０のいずれか１項に記載の磁束パッド。
22. 前記３つのコイルは、互いに位相が１２０度ずれている多相モードにおいて動作可能である、請求項２１に記載の磁束パッド。
23. さらなる実質的に中心にあるコイルを備える、請求項２１に記載の磁束パッド。
24. 誘導電力伝送システム用の電源装置であって、
    コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられている少なくとも３つのコイルを備え、磁束を発生させる磁束パッドと、
    １つのコイルにおいて他のコイルにおける電流と異なる位相を有している電流を供給するために適合している電源と、
    を備える電源装置。
25. 前記磁束パッドは、透磁性コアをさらに備え、前記少なくとも３つのコイルは、前記コアに磁気的に関連付けられている、請求項２４に記載の電源装置。
26. 前記電源は、使用されている全てのそれぞれの他のコイルにおける電流と異なる位相を有するようにいずれか１つのコイルにおいて電流を供給するために適合している、請求項２４または請求項２５に記載の電源装置。
27. 前記電源は、時間に伴って、および、前記パッド上の空間位置に伴って変動する磁場を生成するように位相を調整するために適合している、請求項２４から２６のいずれか１項に記載の電源装置。
28. 前記パッドの近くで磁場が存在する場所、または、必要とされない場所を検出し、これに応答して前記コイルのうちの少なくとも１つにおける電流の位相および／または振幅を調整する手段を備える、請求項２４から２７のいずれか１項に記載の電源装置。
29. 前記検出する手段は、前記コイルのうちの少なくとも第１のコイルと前記コイルのうちの少なくとも第２のコイルとの間で相対位相を調整するために適合している、請求項２８に記載の電源装置。
30. 前記電源は、コイル毎にインバータを備える、請求項２４から２９のいずれか１項に記載の電源装置。
31. 前記電源は、１つの動作モードにおいて前記電源が前記コイルのうちの第１のコイルにおいて前記コイルのうちの第２のコイルにおける電流と位相が９０°ずれている電流を生成するように互いに同期させられる３台のインバータのうちの２台を動作させる、請求項３０に記載の電源装置。
32. 前記電源は、自動車上のコイルに最も接近している前記コイルのうちの１つにおいて電流を生成するために３台のインバータのうちの１台を動作させる、請求項３０に記載の電源装置。
33. 前記磁束パッドは、移動時間変動磁場を生成する、請求項２４から３０のいずれか１項に記載の電源装置。
34. 前記電源は、前記少なくとも３つのコイルのうちの互いに位相が１８０°ずれている少なくとも１つのペアを動作させる、請求項２４から３０のいずれか１項に記載の電源装置。
35. 磁束を受け取り、電力を負荷に供給する磁束パッドであって、前記磁束パッドは、前記磁束パッドによって受け取られた前記磁束を制御するために複数のモードにおいて動作可能であるように構成され、前記制御が実施されることを可能にするために選択的に動作させられる能力がある３つ以上のコイルを備える、磁束パッド。
36. 誘導電力伝送システムのためのピックアップ装置であって、
    コイルの巻線が実質的に同一平面にあるように位置付けられている少なくとも３つのコイルを備え、磁束を受け取る磁束パッドと、
    他のコイルと異なる位相で１つのコイルを動作させるために適合しているピックアップコントローラと、
    を備えるピックアップ装置。

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