JP5583186B2 - フェライト層及び熱伝導性シリコーン層を含むコイル構成を有するコイル装置 - Google Patents

フェライト層及び熱伝導性シリコーン層を含むコイル構成を有するコイル装置 Download PDF

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Description

本願は、2012年1月17日に出願された米国特許仮出願第61/587,272号の優先権を主張するものである。
本発明は、電気自動車の無線充電で使用するトランスジューサに関し、更に詳細には、トランスジューサのコイル構成の外部に熱を効果的に伝達できると同時に、トランスジューサの製造を容易にできる、トランスジューサと関連した設備に関する。
バッテリーの充電に使用されるエネルギの少なくとも一部を、有線接続を使用せずに、充電システムを通して無線で伝送する充電システムを使用して車両のバッテリーを充電することは周知である。
エネルギは、代表的には車両の近くの地面に設置されたソーストランスジューサから伝送される。車両に搭載された対応するトランスジューサがこのエネルギの少なくとも一部を受け取り、次いでこのエネルギを使用し、車両に搭載されたバッテリーを充電する。別のトランスジューサは、バッテリーの充電中、特に高電流充電状態中のコイルからの放熱を補助するため、フェライト層を有するコイルを取り囲む封入エポキシを使用する。しかしながら、封入エポキシトランスジューサは製造費が高く、高速自動製造プロセスを使用して製造するのが困難であり、重量又は質量が比較的大きい。幾つかの実施例ではトランスジューサは、望ましからぬことに、約13.6kg(30ポンド)と質量が大きい。
米国特許仮出願第61/587,272号
かくして、バッテリーの充電中にコイルの外部に熱を効果的に伝達することによってこれらの欠点を解決し、高速製造に資する、全体としての質量が小さい頑丈なトランスジューサエレメントが必要とされている。
本発明の一実施例によれば、コイル装置は、コイル構成が配置されたハウジングを含む。コイル構成は、フェライト層及びフェライト層に重ねた熱伝導性シリコーン層を含む。
本発明の別の実施例によれば、コイル装置の製造方法が提供される。方法の一つの工程は、コイル構成が配置されるハウジングを提供する工程である。方法の別の工程は、コイル構成のフェライト層を提供し、これをハウジングの内面に重ねる工程である。方法の更に別の工程は、コイル構成の熱伝導性シリコーン層を提供し、これをフェライト層に重ねる工程である。
本発明のこの他の特徴、使用、及び利点は、単なる非限定的例として提供された本発明の実施例の以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、更に明らかになるであろう。
本発明を添付図面を参照して更に詳細に説明する。
図1は、エネルギ結合構成と関連した一対のトランスジューサを含む本発明による充電システム(ECS)のブロックダイヤグラムである。 図2は、動物忌避デバイス(ADD)が設けられた車外トランスジューサ及び車内トランスジューサを含む図1の一対のトランスジューサを含むECSの更に詳細なブロックダイヤグラムである。 図3は、ADDが外面に設置された図2のECSの車外トランスジューサの斜視図である。 図4は、車両に搭載された車内トランスジューサが図3のADD/車外トランスジューサと重なって垂直方向に間隔が隔てられて整合した、図2のECSの側面図である。 図5は、図4のECSのADD/車外トランスジューサと車内トランスジューサとの間の距離関係の拡大図である。 図6は、図5の車内トランスジューサの分解図である。 図7は、図6の車内トランスジューサの断面図である。 図8は、図6の車内トランスジューサの製造方法を示す図である。 図9は、図4のECSと関連したADDの使用方法を示す図である。 図10は、図6の車内トランスジューサを含む主ECS及び副ECSを含む、車両に搭載されたエネルギ貯蔵デバイス(ESD)を充電するための本発明の変形例による充電システム(ECS)を示す図である。 図11は、車両に搭載のエネルギ貯蔵デバイス(ESD)を充電するための主ECS及び副ECSを含む、本発明の別の変形例による車両安全システム(PSS)の図であり、PSSは、複数の熱トリガー式電気ブレーカー構成(TTEBAs)を含み、主ECSは図6の車内トランスジューサを含む。
製造が容易であり、比較的小型で軽量のトランスジューサを製造するのが望ましい。更に、トランスジューサを大量製造技術を使用して製造すると、トランスジューサの製造原価が低くなる。望ましくは、トランスジューサの軽量化を図ることにより、車両の燃費を向上できる。特に、小型トランスジューサで3000Wの電位をやりとりした場合、トランスジューサ及びECSの作動を最適にするため、トランスジューサ内部で発生する熱をトランスジューサの外部に迅速に且つ効果的に伝達しなければならない。このことは、トランスジューサが車両に、例えば車両の車台等に取り付けられている場合に望ましい。
充電システムの用途では、一つのトランスジューサが、伝送されたエネルギを受け取る別のトランスジューサに磁気エネルギを無線で伝送する。幾つかの実施例では、トランスジューサは、エネルギを充分に高い転送率で伝達するように形成されている。これは、トランスジューサが、長さ約0.5m×幅0.5m×高さ3cmの物理的な大きさを備えていることを必要とする。別の態様では、トランスジューサは、磁気エネルギではなく誘導エネルギ又は電気エネルギを無線で送受信するように形成されていてもよい。トランスジューサが地面に設置されており、転送トランスジューサが作動したままである場合、地面に設置したトランスジューサ内で発生した熱により、犬や猫等の動物が地面に設置したトランスジューサのハウジングの上やその周りに集まり、発生した熱の温かさを楽しむことになる。例えば、犬や猫が温かいトランスジューサの上に居ようとすれば、こうした動物は、トランスジューサの作動中の高出力の磁気エネルギに曝されることになる。トランスジューサの作動中に磁気エネルギが動物を通過する場合トランスジューサ間の最大エネルギ伝達効率に悪影響が及ぼされ、更に動物の健康にも悪影響が及ぼされる。トランスジューサ間のエネルギ伝達が最大でないと、充電システムは、望ましからぬことに、バッテリーの充電に長時間掛かり、また、望ましからぬことに、充電システムの人間のオペレータにとってエネルギ価格が上昇する。
図1、図2、及び図3を参照すると、充電システム(ECS)10は、動物忌避デバイス(ADD)12を含む車外トランスジューサ24を含む。ADD12は、有利には、動物(図示せず)が、特にECS10の作動中に車外トランスジューサ24に近付こうとしないようにする。ECS10は、車両16に搭載された電気貯蔵デバイス(ESD)又はバッテリー14の充電に使用される。ECS10は、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、インバータ、スイッチ、リレー、トランジスタ、等の電子回路部品で形成されている。バッテリー14は、複数のバッテリー又はバッテリーセルを含んでいてもよい。これらのバッテリー又はバッテリーセルは、ハイブリッド自動車又は電気自動車の充電と関連し、こうした車両の駆動列に動力を加えるのを補助する。ECS10は、エネルギ結合構成20及び車載動力システム22を含む。ECS10のエネルギ結合構成20の一部及び車載動力システム22が車両16に搭載されている。エネルギ結合構成20の別の部分は車両16の外部に設置されており、電源18と連通(通信)するように形成されている。エネルギ結合構成20は、第1コイル装置すなわち車内トランスジューサ26及び第2コイル装置すなわち車外トランスジューサ24を含む。車内トランスジューサ26は、車外トランスジューサ24が無線で伝送した磁気エネルギを受け取り、これを使用してバッテリー14を充電するように形成されている。車外トランスジューサ24は車両16の外部に設置されており、車内トランスジューサ26は車両16に搭載されている。ADD12は、車外トランスジューサ24と関連しており、ペットを飼っているECS10の消費者が購入するか或いは、消費者がECSシステムを購入したときにECSシステムの部分として含まれる。ADD及びADDの他の実施例は、2012年7月19日に出願された、「充電システム用動物忌避デバイス」という表題の米国特許出願第13/552,730号に更に詳細に記載されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。図2乃至図6を参照すると、車外トランスジューサ24は、取り付けの技術分野で周知のように、コンクリートねじ又はボルト等のファスナで地面28にしっかりと固定されていてもよい。更に別の態様では、車外トランスジューサ24は、接着剤で地面に固定されていてもよい。車外トランスジューサ24が地面28に固定されている場合、固定された車外トランスジューサを、本明細書中、地面設置トランスジューサと呼んでもよい。車外トランスジューサ24はハウジング61を含む。ADD12は、車外トランスジューサ24のハウジング61の第1面即ち上外面57にしっかりと取り付けられるように形成されている。車外トランスジューサ24のハウジング61の一部は、車外トランスジューサ24から車内トランスジューサ26に向かう磁気エネルギの転送を最適にできるプラスチック材料製であってもよい。好ましくは、この誘電体部分は、車内トランスジューサ26に面する車外トランスジューサ24の上部分である。全体が金属材料製の車外トランスジューサのハウジングは、望ましからぬことに車外トランスジューサの電磁結合性能に悪影響を及ぼす。車外トランスジューサ24は地面28に固定的に取り付けられており、図4に最もよく示すように車内トランスジューサ26が車外トランスジューサ24と重なるように車内トランスジューサ26が車外トランスジューサ24の近傍にある場合、磁気エネルギは、一般的には、車外トランスジューサ24のハウジング及びADD12を通って上方に車内トランスジューサ26に向かって無線で伝送される。かくして、車外トランスジューサ24が地面28に設置されている場合、ADD12は地面28から離して配置されるように車外トランスジューサ24に配置される。ADD12が車外トランスジューサ24に取り付けられている場合、ADD12は、ADD12が覆うように展開されている場合、動物(図示せず)が地面設置トランスジューサ24に載ろうとしないようにする。更に詳細には、ADD12は、車両16の少なくとも一部がADD12と重なったとき、動物を効果的に忌避するように形成されている。動物が地面設置トランスジューサ24に載っていない場合には、これは、望ましくは、ECS10の作動中、トランスジューサ24、26間の最大エネルギ伝達効率を確保するのを補助する。更に、動物が地面設置トランスジューサ24に載っていない場合には、動物は、地面設置トランスジューサ24から放出される伝送磁気エネルギに曝露され難くなる。地面設置トランスジューサ24の作動中、地面設置トランスジューサ24から遠ざかる方向での距離が大きい場所の遠隔の場所に動物が居る場合、伝送磁気エネルギに対する動物の曝露も低下する。電源18は、エネルギ結合構成20の車外トランスジューサ24に電力を提供する。例えば、電源18は交流電圧(VAC)で作動してもよく、これは、交流120vであってもよい。別の態様では、交流電圧は、交流120vよりも高くてもよい。電源18及びADD12を含む地面設置トランスジューサ24は、各々、車両16の外部に夫々配置されている。ADD12は、ECS10の人間のオペレータ54によって車外トランスジューサ24に固定されてもよい。オペレータ54は、車両16の運転者であってもよい。同様に、車外トランスジューサ24は、人間のオペレータ54によって地面28に固定されてもよい。
ECS10は、更に、送電器30及び電気信号整形デバイス(ESSD)32を含む。送電器30は、電源18及びエネルギ結合構成20との中間に配置されており、これらと電気的に連通している。エネルギ結合構成20の出力53は、下流がESSD32と電気的に連通している。送電器30は、電源18及びADD12を含む車外トランスジューサ24と電気的に連通するように形成されている。車外トランスジューサ24は、送電器30が電源18に電気的に接続されたときに作動するように形成されている。送電器30は、必要な電力を出力38を介して地面設置トランスジューサ24に電圧又は電流の電気信号で供給する。地面設置トランスジューサ24は、磁気エネルギ40を車内トランスジューサ26に無線で伝送するように形成されている。車内トランスジューサ26は無線で伝送された磁気エネルギ40を受け取り、受け取った磁気エネルギを電気エネルギに変換し、これをESSD32に伝送し、電気的に整形した後、これを使用してバッテリー14を充電する。別の態様では、送電器は、電圧及び電流の組み合わせである電気信号を地面設置トランスジューサに供給し、これを作動する。車両16によって制御できる車両側充電器34がESSD32から出力電気信号を受け取る。車両側充電器34は、更に、出力電気信号を発生し、これをバッテリー14に電気的に連通する。車両16に搭載された他の電子デバイスが、車両側充電器34の作動を制御することによって、バッテリー14の充電の許可又は阻止を決定してもよい。例えば、バッテリーがフル充電状態にあることを示す情報が車両側電子デバイスに提供され、この情報が車両側充電器に伝えられ、バッテリーがこれ以上充電できないようにされてもよい。車内トランスジューサ26、ESSD32、及び車両側充電器34は、夫々、車両16に搭載されている。上文中に説明した電源18及び車外トランスジューサ24に取り付けられたADD12の他に、送電器30が車両16の外部に設置されている。ECS10は、更に、車両16の位置決めを容易にする整合手段36を含む。これにより、バッテリー14の充電が行われるように、車内トランスジューサ26及びADD12を含む地面設置トランスジューサ24の整合がなされる。
次に、図3を更に詳細に参照すると、ADD12を含む車外トランスジューサ24の更に詳細な図が示してある。ADD12は、車外トランスジューサ24に取り付けられる前には、車外トランスジューサ24とは別体である。ADD12は、車外トランスジューサ24の上外面57上で展開可能である。平らな上外面57は、車外トランスジューサ24を地面28に固定したとき、第2面即ち下外面63及び地面28とほぼ平行であり、その反対側にある。換言すると、上外面57は、地面設置トランスジューサ24の地面側とは逆方向に向いている。下外面63は、車外トランスジューサ24を地面28にしっかりと固定したとき、地面28と隣接する。ADD12を車外トランスジューサ24の上外面57上で展開したとき、ADD/トランスジューサアッセンブリが形成される。ADD12は、均等でほぼ非可撓性で曲がらない平らなベース41を含む。ベース41は、平らな上外面57に配置されるようになっている。別の態様では、車外トランスジューサの上外面は平らでなくてもよく、例えば円弧状や凹状の外面を備えていてもよい。その場合、ADDのベースは、車外トランスジューサの平らでない上外面にフィットする形状と一致する形態を持つような構造を備えていてもよい。ベース41は、上外面57を覆うように重なるのに充分に大きい寸法を有する。ベース41は、動物忌避エレメント42のアレイがベース41から外方に遠ざかる方向に延びて突出するように、上外面57上に配置される。ADD12を上外面57に配置したとき、動物忌避エレメント42は、上外面57から遠ざかる方向に突出するように延びる。アレイ42は、更に、動物が上外面57に横たわらないようにする上で有効であるように、ベース41の大部分に亘って設けられるのに充分に大きな寸法を備えている。ベース41には、ADD12を車外トランスジューサ24にファスナ59によってしっかりと固定するための通穴が設けられている。ファスナは通穴に受け入れられる。ファスナには、ねじ、ナット、及びボルト、リベット、等が含まれる。別の態様では、ADDのベースを上外面に接着剤で固定してもよい。車外トランスジューサ24を地面28に固定するとき、上外面57及びベース41は、夫々、地面28とほぼ平行であり、動物忌避エレメント42のアレイは、地面28に関して横方向にベース41及び上外面57から外方に延びる。別の態様では、アレイの小柱即ちポストは、垂直方向位置と異なる小さな角度位置をとってもよい。
動物忌避エレメント42のアレイは、円筒形のピン又はポスト44をなして延びている。これらのポスト44は、全体として、ベース41に対して垂直方向に延びる。ポスト44は、均等な全体に中実の材料で形成されている。好ましくは、ポスト44及びベース41は同じ材料で形成されている。別の態様では、ポストは中空であってもよく、これにより、有利には、ADDの製造に使用される材料を減少でき、製造を行う上で材料費を低減する。各ポスト44は、円形の柱状形態を有する。別の態様では、ポストは、ADDのベースからの距離に従って細くなるテーパ形状を備えていてもよい。ADDの製造時にADDを成型金型から取り出し易くするため、テーパ形状ポストが有利である。各ポスト44の端部67は、ベース41から間隔が隔てられている。一実施例では、各ポストのベースと隣接した場所の太さは7mmであり、端部の4mmの太さまで線型をなしてテーパしていてもよい。各ポスト44は、動物忌避エレメント42のアレイの他の隣接したポスト44と物理的に接触していない。アレイにおける各ポストのx方向距離及びy方向距離を最適に選択することにより、ADDの製造に使用される材料を少なくできると同時に製造費を低減できる。更に、ポストが充分に大きく間隔が隔てられていると、ECSの人間のオペレータは、ADD、特にADDのベースの定期的クリーニングを容易に行うことができる。アレイ42は、6×7の忌避エレメントアレイであり、アレイの7個のエレメントが車外トランスジューサ24の左側壁25と近接する。別の態様では、アレイの大きさは、上外面の大きさ及び形状に合った任意の必要な大きさであってもよい。非接触ポスト44は、x方向に所定距離だけ間隔が隔てられており、y方向に所定距離だけ間隔が隔てられている。y方向距離はx方向距離に対して横方向であり、x方向距離及びy方向距離は、地面28とほぼ平行である。x方向距離及びy方向距離は、動物をアレイのポスト間の空間内から押し出すように選択される。
x方向距離及びy方向距離は、車外トランスジューサに載ったり、隣接したポスト間に入り込んだりしないようにするのが望ましい動物の頭部及び/又は動物の体の物理的な大きさに基づいて選択される。一般的には、頭部がポスト間に入り込まない動物は、胴体又は体の残りの部分をポスト間に入れようとはしない。好ましくは、x方向距離及びy方向距離は、夫々、小さな猫の頭部が動物忌避エレメントのアレイの隣接したポスト間に入り込まないようにする大きさになっている。更に好ましくは、x方向距離及びy方向距離は、ほぼ同じ距離でなければならない。動物、特に犬や猫を効果的に忌避するx方向距離及びy方向距離は、約4cm乃至約7cmである。例えば、アレイのx方向及びy方向の両方向での各ポストの5cmの間隔が、猫の頭部及び/又は体及び/又は胴体がトランスジューサに載ったままにならず、ポスト間に入り込まないようにする上で充分なポスト間間隔を提供する。変形例では、テーパ形状ポストは、ADDのベースと隣接したポスト間で計測してx方向及びy方向の両方向で5cmの間隔を有する
ADD12は、誘電体で形成されている。好ましくは、ADDは、ナイロンや熱可塑性プラスチック等のプラスチック材料で形成されている。別の態様では、ADD及び車外トランスジューサのハウジングの上部分は、同じ材料で形成されていてもよい。更に好ましくは、動物忌避エレメントのベース及びアレイは、同じ誘電体で形成されている。ポスト44は、ポスト44がベース41から外方及び上方に突出する柱強度を提供し、少なくとも動物の進入を阻止する上で充分な量の剛性を持つと同時に、通常の作動時に壊れないようにするのに充分な可撓性及び弾性を持つように形成されている。例えば、人間の体重の少なくとも一部又は車両の質量の一部がADDのポストに加わった場合、ADDの少なくとも動物忌避エレメントが壊れることがある。
図3、図4、及び図5を参照すると、これらの図には、ADD12を含む地面設置トランスジューサ24と車内トランスジューサ26の関係が良好に示してある。車両16の長さLは、長さ方向軸線Aに沿った長さである。車両16は、駐車時に、車内トランスジューサ26が地面設置トランスジューサ24から間隔が隔てられており且つ長さ方向軸線Bに沿って実質的に軸線方向で重なるように位置決めされる。図4に最もよく示すように、軸線Bは軸線Aに対してほぼ横方向に配置されている。図5を参照すると、垂直方向距離d1、d2、d3、及びポスト44の高さhが示してある。距離d1、d2、d3、及び高さhは、全て、軸線Bに関する軸線方向距離である。距離d2は、距離d1、d3、及び高さhの夫々よりも大きい距離である。距離d1は、ADD12のベース41からシャシー即ち車両16の車台52までの距離である。距離d2は、地面28から車台52までの距離であり、距離d3は、ポスト41の端部67から車台52までの距離である。距離d3は、車台52とADD12のポスト44の端部67との間の容積空間73を示す。高さhは、ベース41からアレイ42のポスト44の端部67まで計測した高さである。好ましくは、高さhは、アレイ42の全てのポスト44について同じである。距離d2は、車台52とほぼ平らな地面28との間の地上高である。地上高d2は、図4に最もよく示すように、車両16の長さLに沿ってほぼ同じである。地上高についての別の定義は、車両の車台の最も下から突出した部分と地面との間の空間の量である。ADD12は、車外トランスジューサ24上に配置されたADD12の上に車台52がある場合、特に車内トランスジューサ26が車外トランスジューサ24の直上にある場合に空間73から動物を占め出す上で効果的である。ADD12は、更に、上外面57に沿ってベース41に亘り高さh内のアレイ42のポスト44間の空間から動物を占め出す上で有効である。更に、ADDの任意の使用用途において、動物忌避エレメントの高さを正しい大きさにするため、車外トランスジューサの高さを考慮する必要がある。他の幾つかの変形例では、車内トランスジューサ26の下面は、車台の下面の下に突き出して地面からの距離がd2よりも小さいなってもよい。この種の適用では、ADDの動物忌避エレメントは、トランスジューサの少なくとも一部が重なったとき、別の動物が、少なくとも、これらのトランスジューサ間の空間に入り込まないようにする大きさを備えている。
車内トランスジューサ26は、車内トランスジューサ26の平らな外面98が車台52の下外面とほぼ面一であるように車両16に取り付けられている。別の態様では、車内トランスジューサの外面は平らでなくてもよい。車台の下面は、車両16の長さLに沿って地面に最も近い表面である。別の態様では、車内トランスジューサ26は、車内トランスジューサ26の下外面が距離d2よりも大きい所定距離のところに配置されるように、車台52内で凹所をなしていてもよい。ADDのポストのx方向距離及びy方向距離は、軸線Bに対してほぼ垂直に配置されている。図4に最もよく示すように、車両16は、車内トランスジューサ26が軸線Bに沿って実質的に地面設置トランスジューサ24と軸線方向に重なるように、人間の運転者54によって位置決めされる。運転者54は、トランスジューサ24、26が実質的に整合するように車両が正しい位置に到達するのを補助するため、車輪止め46を含む整合手段36を使用する。車輪止め46は、車両16のタイヤ48bが車輪止め46と係合するように位置決めされている。別の態様では、車両16の一つ又はそれ以上のタイヤ48b、48dのところで車輪止めを使用してもよい。車輪止め46は、プラスチック、木材、又は金属等の任意の種類の中実材料で形成されていてもよい。例えば、車輪止めは、商業的に入手可能であり、自動車用品販売店で購入できる。多くの実施例において、人間の運転者は、ECSの作動を管理する人間のオペレータであってもよい。更に別の態様では、車外トランスジューサが完全に車内トランスジューサの下になくてもよく、それでも互いの間で磁気エネルギを通信する上で有効であるように位置決めされる。幾つかの他の変形例では、車外トランスジューサが車内トランスジューサの下にないが車両の車台の下にあってもよく、それでも磁気エネルギの送受信が互いに効果的に行われる。別の態様では、運転者は、ECSのシステム効率を最適にするようにトランスジューサを整合できる他の整合技術を使用してもよい。
動物が空間73内に又はポスト44間の高さh内に形成された他の空間に入り込まないように、車両の使用用途に応じてポスト44の高さh並びにx方向及びy方向のポスト44間間隔を選択し、製造する必要がある。図5に示すように、車内トランスジューサ26の下面98が、車台52の下面と面一に又は車台52の下面から軸線方向に離して配置された状態で車両16に取り付けられている場合、車両16の長さLに亘って距離d3が維持される。好ましくは、距離d3及びx方向距離はほぼ同じ距離寸法であり、y方向距離はx方向とほぼ同じ距離寸法である。この同じ距離関係により、ADD12のポスト44は、有利には、動物、特に動物の頭部又は動物の体の少なくとも一部、又は胴体が空間73に入らないようにするのに充分な高さを持つ。変形例では、車内トランスジューサが長さLに沿って車台の下面の下に突出して延びるように車台に取り付けられており、車内トランスジューサの下外面が地面の比較的近くに設置されている場合には、ポストの高さの大きさを車内トランスジューサの突出に関して効果的に定める必要がある。上文中に説明したように、及び好ましくは、この変形例では、距離d3及びx方向距離はほぼ同じ寸法であり、y方向距離はx方向距離とほぼ同じである。この場合も、この同じ距離関係により、車内トランスジューサが車外トランスジューサと実質的に重なり、動物の少なくとも頭部及び体がポストの端部と車内トランスジューサとの間の空間及びポスト間に形成された空間に入り込まないようにする。例えば、距離d2は、上文中に本明細書中の背景技術で説明した車両について約10cm乃至約25cmの範囲内にあってもよく、距離d3は距離d1よりも約2cm小さくてもよい。この場合、ポストについての適当な高さhが確認され、即ち決定される。d3が、選択された距離d1よりも約2cm小さく、これにより、車両をADDと容易に重なるように位置決めするのに充分であるが、動物がADDと車内トランスジューサとの間の空間に入り込まないようにするのに充分に小さい隙間が提供されることがわかった。有利には、ポストは、トランスジューサ24、26間の空間を効果的に満たすが、車両及びADDの通常の作動中に地上高内で車台とぶつかったり接触したりしないのに充分な高さを有する。別の態様ではトラックが必要とする距離d2の範囲は、25cmよりも大きい。これは、トラックの地上高が、一般的には、車両よりも高いためである。
図6及び図7を参照すると、これらの図は、夫々、車内トランスジューサ26の分解図及び断面図を示す。上フェライトハウジング部分79及び下フェライトハウジング部分82が互いに組み合わさって第1ハウジング86を形成する。部分79、82は、射出成形の技術で使用される任意の周知の方法によって射出成形によって形成されたプラスチック材料等の誘電体で形成されている。部分79、82は、製造費を抑えるため、全く同じに形成されている。別の態様では、第1ハウジングのこれらの部分は構造が異なっていてもよいが、それでも互いに取り付けて第1ハウジングを形成できる。カバー81は、このカバーをキャビティ部分76に取り付けて第2ハウジング87を形成するように形成されている。好ましくは、カバー81は金属材料製である。更に好ましくは、カバー81は、アルミニウム又はアルミニウム合金金属材料製である。アルミニウムは、銅等の他の金属よりも軽量であり、トランスジューサを車両に搭載する上で好ましい。アルミニウムは、更に、熱伝導性であり、車内トランスジューサ26を車両16に取り付ける上で必要な強度を備えている。これとは対照的に、第2ハウジング87のキャビティ部分76は誘電体で形成されている。好ましくは、キャビティ部分76は、第1ハウジング86の部分79、82の形成に使用されたのと同じプラスチック材料で形成される。別の態様では、キャビティ部分の形成に使用された誘電体は、第1ハウジングの部分の形成に使用された誘電体と異なっていてもよい。別の実施例では、カバー及びキャビティ部分の両方が誘電体で形成されていてもよい。更に別の実施例では、カバー及びキャビティ部分の両方が非誘電体で形成されていてもよい。カバー81は、カバー81の周囲に沿って形成された開口部83に配置したファスナ(図示せず)を使用してキャビティ部分76に取り付けられる。これらのファスナは、キャビティ部分76に形成された他の開口部(図示せず)に受け入れられる。例えばファスナは、ねじ山を備えたボルトであってもよい。別の態様では、ファスナは、ねじ又は接着剤であってもよい。かくして、車内トランスジューサ26が完全に組み立てられたとき、第1ハウジング86は第2ハウジング87内に配置される。別の実施例では、アルミニウムカバーは、更に、車両に固定されたとき、車内トランスジューサ用の安定した接地平面を提供する。更に、タブ88がカバー81の縁部から外に延びており、他の開口部89を形成する。これにより他のファスナで車内トランスジューサ26を車両16と関連した構造に取り付ける。こうした構造は、車両16の車台52と関連した支持フレーム(図示せず)であってもよい。
電気的用途で比較的小型の車内トランスジューサが必要とされる場合には、フェライト層72を、同様に小さくしてもよく、これにより熱を車内トランスジューサ26の外に放出する熱制御を行う必要がある。車内トランスジューサを車両に取り付けるとき、車内トランスジューサで望ましからぬ熱イベントが発生する可能性を小さくすることが強く望まれる。
この目的のため、第1ハウジング86はコイル構成71を含む。コイル構成71は、下フェライトハウジング部分82の表面領域の大部分に沿って下フェライトハウジング部分82の内面85と重なるフェライト材料層72を含む。別の実施例では、フェライト層の厚さは5mmであってもよい。更に別の実施例では、フェライト層は、四つの個々のフェライトタイルで形成されていてもよい。軟質で柔軟な弾性の圧縮可能な熱伝導性シリコーン層70がハウジング86内でフェライト層72と重ねてある。一実施例では、熱伝導性材料は、チューインガムのようなコンシステンシー(稠度)を有する。熱伝導性シリコーン層70は、更に、フェライト層72と同様に、下フェライトハウジング部分82の表面領域の大部分を覆う。フェライト層72及び熱伝導性シリコーン層70は、各々、車内トランスジューサ26の製造時に、夫々の商業的に入手可能な可撓性材料シートから充分な大きさに切り出される。部分79、82が層70、72をその間に挟み、組み立て済の第1ハウジング86を形成する。部分79、82は、ねじ(図示せず)によって互いに取り付けることができる。一実施例では、一対のねじが部分79を部分82に取り付け、更に、別のねじ対が部分82を部分79に取り付ける。ワイヤ導線91、好ましくはリッツワイヤが第1ハウジング86に巻き付けてある。リッツワイヤ91は、図7に最もよく示すように、部分79、82の夫々の長さに沿って形成されており且つ配置された複数のスロット状溝74a、74bに配置される。第1ハウジング86及びこれに巻き付けたリッツワイヤ91がキャビティ部分76のキャビティ84に嵌着受け入れされている。ハウジング86とキャビティ部分76の内面との間に空隙層90が形成されるように第1ハウジング86をキャビティ84に嵌着する。車内トランスジューサ26が図4に示すように製造されたとき、空隙層90は、空間がその中で物理的に移動しない静的空隙になる。空隙層90は、キャビティ部分76から外部への熱伝達を効果的に阻止する。キャビティ部分76に形成された盛り上がった延長フット92は、空隙層90の形成を補助する。別の態様では、空隙層の厚さが比較的大きいのが望ましい場合には、フット厚さを更に大きくしてもよい。更に別の態様では、空隙層を使用しなくてもよい。
リッツワイヤ導線は、複数のワイヤ導線から形成されている。リッツワイヤ導線は、ストラップファスナ(図示せず)を使用してハウジング部分79、82の一方又は両方に形成された穴(図示せず)を通して、これらの部分79、82の一方又は両方に固定されてもよい。別の態様では、リッツワイヤは、接着テープで所定の場所に保持される。ストラップ及び/又は接着テープにより、製造時のハウジングの取り扱い中にリッツワイヤが第1ハウジングから動かないようにする。一実施例では、リッツワイヤは、互いに結束した4500本の個々のワイヤ導線を含む。リッツワイヤ導線の両端は、車内トランスジューサの第2ハウジング内に配置されたプリント回路基盤(PCB)(図示せず)に電気的に接続される。
シリコーンを基材とした成型シール(図示せず)を、キャビティ部分76に形成された溝69に入るように形成する。好ましくは、シリコーンを基材とした成型シールは、切れ目や不連続部分がない単一の連続したピースとして形成される。シリコーンを基材としたシールは、連続した形態を備えていてもよく、又は貫通穴が形成された溝69に配置される前に形成される。円形シリコーンを基材としたシールは、更に、カバー部分81をキャビティ部分76に固定するとき、溝69内で圧縮され、外部の塵埃や水等の汚染物が第2ハウジング87で封入された環境に入り込まないようにする。汚染物が車内トランスジューサの第2ハウジングに入り込むと、車内トランスジューサの作動性能が望ましからぬ程に劣化し、車内トランスジューサの使用寿命を短くする。
別の実施例では、プリント回路基盤(PCB)(図示せず)が第2ハウジング内に配置されており、ECS10の電力効率が最適になるようにコイル構成を励磁するように充電が行われる複数のコンデンサを含む。一実施例では、20個以上のコンデンサデバイスがプリント回路基盤上に配置されていてもよい。コンデンサ/PCBを第2ハウジング内に配置することにより、これらの電気部品によって伝達され且つ搬送される高電圧にペットや人間のオペレータが近付くことがなく、そのため、ECS10の安全性が向上する。第1ハウジングのフェライト層は複数のコンデンサのうちの少なくとも一つのコンデンサと電気的に接続し、同調回路を形成する。別の態様では、PCBを車内トランスジューサの第2ハウジングの外側に配置してもよい。他のワイヤ導線又はケーブルをPCBに電気的に接続し、第1ハウジングのキャビティ部分76に形成された開口部78に通し、ESSD32等のECS10の他の電気/電子デバイスに電気的に接続する。高周波交流、高電圧用途でリッツワイヤが特に有用である。これは、電気導線の技術で周知である。リッツワイヤ導線は、リング端子又は別の種類のファスナで終端し、ここにハンダ付けされる。次いで、ハンダ付けされたリング端子をボルト及びナット等のファスナでPCBに取り付けてもよい。複数のコンデンサが設けられたPCBは、PCBの技術で周知のように、組み立てラインで製造されてもよい。
第1ハウジング86の上フェライトハウジング部分79は、更に、誘電体製の第1ハウジング86と異なる材料で形成された一対のハウジング構造即ち部分75を含む。上フェライトハウジング部分79は、上フェライトハウジング部分79の周囲の縁部と近接した一対の反対側の細長い開口部99を形成する。これらの開口部99は、ハウジング部分75を受け入れるように形成されている。好ましくは、ハウジング部分75は、全体に亘って連続した中実材料でできた矩形の立体的形態を持つ一体のピースで形成されている。更に好ましくは、ハウジング部分75は金属材料製である。更に好ましくは、金属材料は銅又は銅合金材料である。別の態様では、ハウジング部分は任意の形状を備えていてもよい。ハウジング部分75は、落とし嵌め込みが容易であり、開口部99によって受け入れられる。そのため、ハウジング部分75の外面は熱伝導性シリコーン層70と直接的に接触する。別の態様では、ハウジング部分はアルミニウム材料で形成されていてもよい。銅材料製のハウジング部分は、これらのハウジング部分がアルミニウム製である場合よりも熱伝導性が高い。フェライト層72は、開口部99がフェライト層72と重なるのに充分な大きさを備えている。
別の熱伝導性シリコーン層77が第1ハウジング86の外側に第1ハウジング86の大部分及び夫々のハウジング部分75の他方の外面と重ねて配置されている。熱伝導性シリコーン層77は、熱伝導性シリコーン層70と同じ材料で形成されている。かくして、熱伝導性シリコーン層77は、二つの別個の熱伝導性シリコーン層70、77が第2ハウジング87内に配置されるように第1ハウジング86とカバー81の内面との間に配置される。好ましくは銅又は銅合金製の非誘電体層即ち金属層80を熱伝導性シリコーン層70に重ねる。金属層80は、車内トランスジューサ26の磁界性能作動(magnetic field performance operation)を高めるための接地平面として適している。別の態様では、金属層は、銅又は銅合金材料と異なるこの他の何らかの金属材料で形成されていてもよい。
熱伝導性シリコーン層70、77及び銅製ハウジング部分75は、有利には、熱を車内トランスジューサ26の第1及び第2のハウジング86、87から良好に放出するのに役立つ。全体として、熱を図7に最もよく示すように車内トランスジューサ26の第1及び第2のハウジング86、87から放熱し伝達するための第1主放熱経路tp1及び第2主放熱経路tp2がある。両放熱経路tp1及びtp2は、第2ハウジング87のキャビティ部分76の内面に対して横方向である。有利には、空隙層90は、熱がキャビティ部分76を通って伝達しないようにする。放熱経路tp1は、第1ハウジング86内のフェライト層72の励起により中央で発生した熱を伝達する。トランスジューサの作動中にフェライト層72が加熱するため、第1ハウジング86内で発生した熱を熱伝導性シリコーン層70によって集め及び/又は吸収する。熱が第1ハウジング86の上フェライトハウジング部分79を透過するため、他方の熱伝導性シリコーン層77が更に熱を集め及び/又は吸収し、吸収した熱を金属層80及びアルミニウムカバー81に伝達し、その結果、熱は、カバー81と隣接した周囲空気環境に伝達される。第2主放熱経路tp2は、第1ハウジング86の周縁部に沿って銅製ハウジング部分75を通る。ハウジング部分75が物理的に及び熱的に熱伝導性シリコーン層72、77と直接的に接触しているため、ハウジング部分75は、有利には、車内トランスジューサ26と隣接した周囲空気環境に放熱するため、大量の熱を金属層80及びカバー81に向かう方向で次々と伝達するのを補助する。周縁部の第2放熱経路tp2は、車内トランスジューサ26から、中央の第1放熱経路tp1よりも多くの熱を伝達するということがわかった。
図8を参照し、車内トランスジューサ26の製造方法100を説明する。方法100の第1工程101は、コイル構成71が内部に配置された第1ハウジング86を提供する工程である。方法100の別の工程102は、コイル構成71のフェライト層72を第1ハウジング86の内面85に重ねる工程である。方法100の更に別の工程103は、コイル構成71の熱伝導性シリコーン層70をフェライト層72に重ねる工程である。方法100の別の工程104は、第1ハウジング86の周囲にワイヤ導線91を巻き付ける工程である。方法100の別の工程105は、ワイヤ導線91を巻き付けた第1ハウジング86を第2ハウジング87のキャビティ部分76のキャビティ84に入れる工程である。方法100の別の工程106は、ハウジング部分75が熱伝導性シリコーン層70と熱的に連通するようにハウジング部分75を第1ハウジング86の開口部99に入れる工程である。方法100の別の工程107は、別の熱伝導性シリコーン層77を第1ハウジング86及び第1ハウジング86のハウジング部分75に重ね、熱伝導性シリコーン層77をハウジング部分75と熱的に連通する工程である。方法100の別の工程108は、金属層80を熱伝導性シリコーン層77に重ねる工程である。カバー81を第2ハウジング87のキャビティ部分76に固定し、車内トランスジューサ26の他のピース又はエレメントを所定の場所に圧縮保持する。一般的には、ハウジング部分75又は熱伝導性シリコーン層77等の個々のエレメントを所定の場所に保持する上で、本明細書中上文中に説明したファスナ以外の追加のファスナは必要とされない。キャビティ部分76及びカバー81は、熱伝導性シリコーン層77及び金属層80と組み合わせたコイルアッセンブリ71の許容差の積み重ねを考慮に入れて製造される。更に、可撓性であり且つ弾性の熱伝導性シリコーン層77は、有利には、コイル構成71、熱伝導性シリコーン層77、及び金属層80を、組み立てた状態の車内トランスジューサ26内の所定の場所に可撓性をなして圧縮し且つ保持するのを補助する。車内トランスジューサの他の層状エレメントの固定に追加のファスナを使用しないため、望ましくは、車内トランスジューサ26を製造する上での労働費を節約し、有利なことには、車内トランスジューサの質量を小さくしておくのを補助する。車内トランスジューサ26は、自動製造組み立てプロセスを使用して製造されてもよく、又は人間のオペレータによって製造されてもよい。更に、開口部99は、車内トランスジューサ26の製造中に人間のオペレータが熱伝導性シリコーン層を正しく整合するのを補助する。
ADD12は、一般的には、ADD12が車外トランスジューサ24に取り付けられていない場合には、ECS10で使用されない。ADD12は、車外トランスジューサ24に取り付けられたとき、一般的には、車外トランスジューサ24が地面28に固定されていない場合及び/又は車外トランスジューサ24が送電器30に電気的に接続されていない場合には使用状態にない。車外トランスジューサ24及び/又は車内トランスジューサ26は、ECS10に電気的に接続されていない場合には使用状態にない。車外トランスジューサ24及び/又は車内トランスジューサ26は、ECS10内に電気的に接続されているが、ECS10がトランスジューサ24、26にエネルギを通すときに使用されていない場合にも使用状態にない。
車外トランスジューサ24及び/又は車内トランスジューサ26は、ECS10で電気的に接続されている場合には、部分的使用状態にあり、ECS10は、ESD14をいつでも充電するが、例えば、充電器34によりシステムがESD14の充電を行わない場合には充電を行わない。
車外トランスジューサ24及び車内トランスジューサ26は、ECS10で電気的に接続されている場合に使用状態にあり、ECS10がESD14を充電する。使用状態にある場合に車内トランスジューサ26が車外トランスジューサ24から無線で受け取ったエネルギの大部分は、車内トランスジューサ26の誘電体キャビティ部分76を通過する。誘電体キャビティ部分76は、トランスジューサ24、26が使用状態にある場合、全体が車外トランスジューサ24のADD12に面する。
図9を参照すると、この図には、ADD12がECS10で使用されている場合の方法200を更に詳細に示してある。方法200の一つの工程202は、ADD12を提供する工程である。ADD12は、均等で撓まないベース41を含む。ベースは、ベースから外方に延びる動物忌避エレメント42のアレイを含む。方法200の別の工程204は、動物忌避エレメント42のアレイが車外トランスジューサ24から外方に延びるようにADD12を車外トランスジューサ24に装着する工程である。これでADD12が機能するが、ADD12は、車外トランスジューサを送電器30に電気的に接続し、送電器を電源18に接続した場合に更に有用である。ADD12は、最良には、特に車外トランスジューサが作動しており、電磁エネルギを伝達している場合に動物が入り込まないようにする上で使用される。提供工程202は、更に、方法200の工程206を含む。この工程では、ADD12を金型で成形する。この工程は、ベース41及び動物忌避エレメント42のアレイを製造組み立てプロセスで一回の型成形作業で一体のピースとして形成する。
図10を参照すると、この図には、ECS300が主ECS301及び副ECS302を含む本発明の更に別の実施例が示してある。主ECS301は、一般的には、高電圧高周波数のECSであり、副ECS302は、一般的には、低電圧低周波数のECSである。主ECS301は、ADD312及び車内トランスジューサ326を含み、本明細書中上文中に説明した実施例の任意の有利な特徴を備えている。
図9に示す電気信号経路の電気信号を更によく理解するため、以下に定義を行う。
60HzACは、60Hzの交流電圧電気信号である。一般的には、交流電圧は、電圧を発生する電源に応じて交流120v又は交流240vである。
HV HFACは、高電圧高周波数交流電流(AC)電気信号である。好ましくは、電圧信号は交流120vであり、電圧信号の周波数は60Hzよりも高い。周波数は、10kHz乃至450kHzの範囲内にあってもよい。
HVDCは、高電圧直流(DC)電気信号である。好ましくは、直流電圧は、直流120vよりも高い。
主ECS301は、ESSD337及びこれと一体の充電器353を含む。即ち、図2の実施例のECS10のESSD32及び車両充電器34とは異なる。更に詳細には、ESSD337は、制御装置/コンバータ327を含む。切換スイッチ303が、制御装置/コンバータ327の下流に、電気出力307を介して電気的に連通している。切換スイッチ303は、信号経路335を介して下流の一体の充電器353と電気的に連通している。切換スイッチ303は、電気出力313を介してバッテリー314と直接的に電気的に連通している。図4の実施例のECS10と異なり、無線電圧計電気デバイス(図示せず)又は安定抵抗器電気デバイス(図示せず)又はインバータ電気デバイス(図示せず)は設けられていない。無線電圧計の機能は、制御装置/コンバータブロック327の制御装置ブロックと一体化されている。かくして、ECS300では、主ECS301は、ECSの比較的簡略化した態様であり、ECSシステムの電力効率を大幅に改善できる。更に、ECS300により、バッテリー314の充電を更に正確に制御できる。別の態様では、制御装置/コンバータの制御装置部分は、主ECSの部分として一体の充電器が含まれる場合には、一体の充電器と電気的に連通していてもよい。
主ECS301は、60Hzよりも高い周波数の高電圧で作動する。副ECS302は、60Hz又はそれ以下の周波数で作動する。信号経路305に沿って主ECS301の制御装置/コンバータ327に入力される第1電流の第1周波数は、副システム302から一体の充電器353への出力323で搬送される第2電流の第2周波数よりも高い。一体の充電器353から出力された電気信号を切換スイッチ303が受け取る。制御装置/コンバータ327は、図4の実施例と同様に、電圧、電流、及び電力を計測する。無線信号経路319、321は、ECS301が最適のシステム電力効率で作動するようにデータを伝送する。信号経路309は、切換スイッチ303の状態を操作する。図4の実施例に示す整合手段の延長が、テニスボール339等の副整合手段であってもよい。これにより、トランスジューサ324、326間で磁気エネルギの伝送を作動的に行うため、トランスジューサ324、326が整合するように車両316を位置決めするのを補助する。最適には、トランスジューサ324、326は、一般的には、図4の実施例と同様に、物理的に軸線方向で整合していてもよい。別の態様では、トランスジューサは軸線方向で整合していなくてもよく、それでもECSは効果的に作動する。更に、無線信号経路321は、図9の実施例に説明したように、車両316に搭載された電気デバイスセンサのデータをに伝送する。車両データバス311が、バッテリー314の現在の充電レベル等の車両情報を制御装置/コンバータ327に伝送する。副システム302は、有利には、人間のオペレータが充電を便利に行うため、ECS300の人間のオペレータに対し、60Hzで充電を行う選択肢を提供する。交流120vの電源で作動する60Hzの副システム及び交流120v以上の電源で作動する60Hz以上の主システムを設けることにより、充電を行う上で、車両がどこで作動するのかに応じて利用可能な様々な選択肢を人間のオペレータに提供する。一つのこのような副システムは、2010年11月19日に出願さ れた「非接触式電気スイッチを持つバッテリー充電器」という表題の米国特許出願第12/950,298号に記載されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
図11を参照すると、本発明の別の変形例による電力安全システム(PSS)407は、本明細書中上文中に説明したようにフェライト層及び熱伝導性シリコーン層を収容した車内トランスジューサ456を含む。車内トランスジューサ456は、車外トランスジューサ455から磁気エネルギを受け取るように形成されている。車内トランスジューサ456が受け取ったエネルギの少なくとも一部を使用し、エネルギ貯蔵デバイス412を充電する。PSS407は、複数の熱トリガー式電気ブレーカー構成(TTEBAs)411が設けられた複数の充電システム(ECS)408、410を含む。ECS408は主ECSであり、ECS410は主ECS408と異なる副ECSである。ECS408、410は、2011年11月29日に出願された「複数の熱トリガー式電気ブレーカー構成を備えた電力安全システム及び方法」という標題の米国特許出願第13/306,327号に更に詳細に記載されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。主ECS408及び副ECS410は、夫々、有利には、エネルギ貯蔵デバイス(ESD)又はバッテリー412を電流で充電するように形成されている。バッテリー412は車両414に搭載されている。PSS407は、第1部分、第2部分、及び第3部分を含む。主ECS408は、第1部分及び第2部分を含む。主ECS408の第1部分は車両414の外部に設置されており、第2部分は車両414に搭載されている。PSS407の第3部分は副ECS410である。PSS407の第1部分、第2部分、及び第3部分を以下に更に詳細に説明する。
主ECS408及び副ECS410は、電気回路の形成で使用された抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、集積回路(IC)、熱動開閉器デバイス、リレー、電源IC、磁気デバイス又は誘導デバイス、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、スイッチ、リレー、等の電気部品の任意の組み合わせで形成されている。バッテリー412等の電気デバイスが車両414に搭載されており、電源417a、417b等の他の電気デバイスがPSS407及び車両414の外部に配置されている。更に、バッテリー412は、PSS407の主システム408及び副システム410の外部に配置されている。主システム408には電源417aによって電力が加えられ、副システム410には電源417bによって電力が加えられる。主システム408及び副システム410の夫々のプラグ432、450は、従来のガレージに設けられているコンセント(図示せず)に取り外し自在に接続される。別の態様では、車両の充電が行われる駐車場又は駐車用ガレージ等の場所にコンセントが設けられていてもよい。主システム408に電力を提供する電源417aは、交流240vの電源であり、副システム410に電力を提供する電源417bは、交流120vの電源である。別の態様では、主システム及び副システムに同じ電源で電力が提供されてもよい。この場合、電源は交流120v又は交流240vである。別の実施例では、主ECS及び/又は副ECSの電源に任意の交流電圧を使用してもよい。これは、車両のバッテリーを充電する上で有効である。更に別の実施例では、主システム及び/又は副システムのいずれかの電源の周波数は、50Hz乃至60Hzであってもよい。更に別の実施例では、主システム及び/又は副システムは、夫々、コンセントが必要とされないように、任意の電圧値の電源に電気的に組み込まれていてもよい。一つ又はそれ以上の電気システムを組み込むことは、主システム又は副システムを使用する必要がある度毎に人間のオペレータが接続する必要がある電気的接続箇所が少なくなるため、人間のオペレータにとって有利である。更に、人間のオペレータは、高電圧エネルギにワイヤで電気的に接続されたPSSの部品を取り扱う必要がなく、これにより人間のオペレータにの安全性が向上する。
PSSの主ECS
車両414の外部の主システム408の第1部分は、電源417aからエネルギを受け取り、受け取ったエネルギを増幅し、増幅したエネルギの少なくとも一部を車両414に搭載された主システム408の第2部分に無線伝送又は伝播する。主システム408の第2部分は、主システム408の第1部分から伝播したエネルギを受け取り且つこれを結合し、無線伝送された結合したエネルギを電流に変換し、次いでこの電流を使用して車両414のバッテリーを充電する。主システム408の第1部分は、直流電源451、コンピュータ453、受信機454、増幅器452、及び車外トランスジューサ455に取り付けられたコードに取り付けられたプラグ450を含む。車両414に取り付けられた主システム408の第2部分は、車内トランスジューサ456、制御装置/整流器457、安定抵抗器445、無線電圧計458、インバータ460、切換スイッチ461、及び主システム408及び/又は副システム407の近くで発生することがある一つ又はそれ以上の望ましからぬ熱イベントから人間のオペレータ(図示せず)を保護するためにバッテリー412の近くに配置されたTTEBA411を含む。TTEBA411は、熱イベントにより夫々のTTEBAの温度が所定の閾値を越え、熱でトリガーされた場合に電気的に作動される。図11に示すように、別のTTEBA411が主システム408のプラグ450に配置されている。車外トランスジューサ455及び車内トランスジューサ456は、車両414の外部で発生し、車両414に伝播し、バッテリー412の充電に使用されるエネルギの少なくとも一部の結合を行うエネルギ結合構成492を形成する。エネルギ結合構成492は、平易な誘導結合構成、電磁結合構成、又は無線電気結合構成として形成されていてもよい。別の態様では、制御装置/整流器ブロックは、主システム内に別体の機能ブロックとして配置されてもよい。コンピュータ453は、受信機454を介して制御装置/整流器457から受け取ったデータを分析し、直流電源451を調節し、制御装置/整流器457の整流器部分の出力を主システム408の電気的使用用途で決まる範囲内に収める。別の態様では、受信機454は、バッテリー412を最適に充電するため、充電器499及び/又は主システム408の車内部分と通信するための送受信器として使用してもよい。制御装置/整流器457は、更に、データを車両データバスを通して充電器499に送信し又は充電器499から受信してもよい。
先ず最初に、プラグ450がコンセントに接続された状態でエネルギを交流240v電源417aによって第1部分に供給する。コンセントは、電源417aの延長部である。直流電源451がエネルギを受け取り、直流電圧を発生し、この直流電圧は増幅器452によって変調され、高周波交流電圧となり、増幅器452から出力される。増幅器452から出力された高周波交流電圧は20kHz乃至200kHzであり、車外トランスジューサ455に供給される。車外トランスジューサ455がこの高周波交流電圧信号を伝送し、車内トランスジューサ456が受け取る。主システム408の第2部分の車内トランスジューサ456は、増幅された高周波交流電圧の少なくとも一部を受け取り、結合し、この部分を信号経路463に沿って制御装置/整流器457に伝送する。制御装置/整流器457は、この電圧を電気的に整流し、対応する直流電流(IDC)を発生する。このIDC電流は、信号経路465に沿ってインバータ460に伝送され、このインバータ460が対応する直流電流を変換し、50Hz乃至60Hzの電流を発生する。この電流は、バッテリー412の充電に使用されるように形成されている。50Hz乃至60Hzの電流は、信号経路466に沿って切換スイッチ461に伝送される。主システム408がバッテリー412を充電できる第1状態に切換スイッチ461が設定されたとき、50Hz乃至60Hzの信号が信号経路467に沿って充電器499に搬送される。切換スイッチ461は、切換スイッチ461の状態を作動中に制御するため、制御装置/整流器457によって、制御信号491を介して選択的に制御される。制御装置/整流器457が切換スイッチ461を第1状態に設定したとき、主システム408が発生した電流は、上文中に説明したように、バッテリー412を充電する。制御装置/整流器457が切換スイッチ461を制御信号491によって第2状態に設定したとき、副システム410はバッテリー412を充電する。別の態様では制御装置は、主システム及び副システムの両方がバッテリーを同時に充電できる第3状態に切換スイッチを設定してもよい。切換スイッチ461は、車両の充電器499と電気的に連通しており、充電器499は、バッテリー412を充電する上で有用な電圧を調節し制御する。充電器499は、バッテリーの充電をPSS407とは別個に制御できるように、車両414の電気的システムによって使用される。かくして、充電器499は、更に、PSS407から受け取った電流によるバッテリー412の充電を変更し、又は管理してもよい。別の態様では、車両の充電器の機能がPSSシステムの部分に含まれていてもよい。更に別の態様では、車両の充電器を使用しなくてもよい。
制御装置/整流器457は、車両のデータバス498と通信する。別の態様では、車両データ通信バスを通して車両の別の電気的デバイスによって切換スイッチを制御してもよい。車両データ通信バス498は、副システム410の電気的接続箇所に関する状態情報を主システム408に通信してもよい。主ECS408は、主ECS408に関する情報を車両の車両データ通信バス498に通信してもよい。無線電圧計458は、制御装置/整流器457の出力での電圧及び/又は電流の大きさを信号経路465に沿って計測する。この電圧情報を主システム408の第1部分の受信機454に無線で通信する。主システム408の電気的作動を最適にするため、車内電圧情報を知ることにより、主システム408が車外トランスジューサ455に供給する電力を可変に調節できる。主ECS408の始動中の信号経路465に沿った電圧の大きさを小さくするため、安定抵抗器445を使用する。別の態様では、主ECSで安定抵抗器を使用しなくてもよい。一実施例では、バッテリーの充電に利用可能な電流は、10A乃至20Aである。主ECS408及び副ECS410は、同じ量の電流でバッテリー412を充電してもよいが、主システム408が、交流240vの電源417aが発生した電力を供給し、バッテリー412を比較的短時間で充電するのに対し、副システム410は、交流120vの電源417bが発生した電力を供給する。別の態様では、車両に搭載されたバッテリーの近くのTTEBAを使用しなくてもよい。別の変形例では、プラグのTTEBAを使用しなくてもよい。更に別の変形例では、主ECSはプラグ450を使用しなくてもよく、その他の方法で電源に電気的に組み込まれていてもよい。その場合、プラグ450で使用されたTTEBAを使用しなくてもよい。この種のESSD形態並びに他のESSD形態は、2012年4月19日に出願された「エネルギを無線伝送するためのエネルギ結合構成を持つ充電システム」という表題の米国特許出願第13/450,881号に記載されている。出典を明示することにより、この出願に開示された全ての内容は本明細書の開示の一部とされる。
PSSの副ECS
副システム410は、充電ステーション416及び電荷結合ハンドル(charge coupler handle) 418を含み、副システム410が供給した電流の少なくとも一部が、車両414に搭載された主システム408の少なくとも一部を通して電気的に伝送されたとき、50Hz乃至60Hzの電流をバッテリー412に供給するように形成されている。副システム410がバッテリー412を充電するとき、主システム408は電気的に断たれ、バッテリー412の充電を行わないように形成されている。主システム408は、バッテリー412を充電するため、結合された副システム410を選択するのにスイッチ461を使用する。別の態様では、副システムは、主システムと組み合わせてバッテリーを充電してもよい。更に別の態様では、副システムは、バッテリー412の充電に有用なPSS10、415と異なる任意の種類のECSであってもよい。
副システム410は、本明細書中上文中に説明したように電気的に作動する。副システム410は、切換スイッチ461がバッテリー412の充電を行う上で副システム410を選択した状態にない場合には、使用状態にない。副システム410は、作動中の電源417bに副システムが電気的に結合されていない場合にも使用状態にない。
主システム408は、車両414の外部に配置された主システム408の第1部分が電源417aに電気的に接続されていない場合には、使用状態にない。主システム408は、切換スイッチ461がバッテリー412を充電するために主システム408を選択した状態にない場合にも使用状態にない。
主システム408は、車両414の外部に配置された主システム408の第1部分が電源417aに電気的に接続されており、主システム408の第2部分が主システム408の第1部分からエネルギを無線で受け取っていない場合に部分的使用状態にある。
主システム408は、車両414の外部に配置された主システム408の第1部分が電源417aに電気的に接続されており、主システム408の第2部分が主システム408の第1部分からエネルギを無線で受け取っており、主システム408の第2部分に電流を伝送した場合に使用状態にある。電流は、バッテリーが充電を必要とする場合に、主システム408の第2部分を通って流れる。副システム410は、切換スイッチ461がバッテリー412を充電するために副システム410を選択した状態にある場合、及び副システム410が作動中の電源417bに電気的に結合されている場合に使用状態にある。
別の態様では、車外トランスジューサ及び車内トランスジューサは、電気的使用用途で必要とされる充分な量のエネルギをこれらのトランスジューサ間で伝送できる任意の物理的な大きさ及び形状を備えていてもよい。
変形例では、ADDを使用しない使用用途で車外トランスジューサを使用してもよい。
別の態様では、フェライト層及び熱伝導性シリコーン層を持つコイル構成を含む車内トランスジューサを本明細書中上文中に説明したが、この種の構成は、例えば車外トランスジューサを含む任意の種類のトランスジューサで使用される。別の変形例では車内トランスジューサ及び車外トランスジューサの両方が、フェライト層及び熱伝導性シリコーン層を使用して形成され、又は本明細書中上文中に説明した他のトランスジューサ特徴のうちの任意の特徴を備えて形成される。地面に設置された車外トランスジューサは、熱を効果的に伝達する必要が小さい。これは、全体としての大きさが車内トランスジューサよりも大きいためである。
更に別の態様では、フェライト層及びフェライト層に重ねた熱伝導性シリコーン層を持つトランスジューサを、トランスジューサが必要とされる車両又は車両以外の任意の用途で使用してもよい。
別の態様では、アルミニウムカバーに向かって上方に熱を伝達するのが望ましいが、熱伝達経路は、熱を車内トランスジューサの外部に更に効果的に伝達するため、車内トランスジューサのキャビティ部分と隣接したフェライト層の他方の側でも得られる。このように比較的大きな熱伝達が得られるように、追加の熱伝導性シリコーン層及び/又は金属層を第1ハウジングの外部に追加し、本明細書中上文中に説明したのと同様の方法で形成してもよい。
別の態様では、地面に設置した車外トランスジューサに取り付けられたADDは、車内トランスジューサが車外トランスジューサと重なったとき、地面に設置した車外トランスジューサの上の空間に飲料の缶等の異物が入り込まないようにできる。
変形例では、ADDのポストの端部は平らでなくてもよい。一実施例では、例えば、端部は、丸みのある凹所をなした端部であってもよい。
別の変形例では、地面設置トランスジューサの上外面は任意の大きさ及び形状であってもよく、ADDのベースは、この形状及び大きさと形態が一致するように形成されていてもよい。
更に別の変形例では、本明細書中に説明したように、ADDをECSの部分としてトランスジューサに設置したが、ADDは、動物を忌避する必要がある任意の種類の装置に設置してもよい。他の態様では、動物を忌避する必要がある任意の装置とは別個にADDを使用してもよい。
他の変形例ではADDの大きさ並びに動物忌避エレメントのアレイの大きさを、動物を忌避する必要がある装置に合わせて調節してもよい。
更に他の変形例では、動物を忌避する必要がある、特に別のデバイスに関して動物が空間に入り込まないようにする必要がある任意の種類のデバイス又は装置でADDが有用であることがわかっている。ADDは、任意の種類の中実材料に取り付けることができる。
別の態様では、車内トランスジューサは、車両の長さに沿って車両の車台の任意の部分に沿って搭載されてもよい。別の態様では、車内トランスジューサは、車両の任意の場所に搭載されてもよい。
別の変形例では、任意の種類のトランスジューサでシリコーン層/フェライト構成を使用してもよい。これには、例えば車外トランスジューサが含まれるが、これに限定されない。
別の態様では、金属層及び/又は金属で覆われたカバーを使用しないトランスジューサを使用してもよい。例えば、カバーは、誘電体で形成されていてもよい。かくして、この種のトランスジューサ構成は、シリコーン層及びフェライト層を使用するけれども、完全に誘電体で形成された第1及び第2のハウジングを使用してもよい。別の実施例では、第1及び第2のハウジングの中間の第2シリコーン層を使用しなくてもよい。これにより、特に熱をトランスジューサの外部に伝達する必要がない使用用途で材料費が低下する。
別の変形例では車内トランスジューサが車台の下面の上方に凹所をなしている場合には、ADDとともに動物が入り込まないようにする上で有効であるように、ここに形成された追加の空間を充填材料で満たしてもよい。充填材料は、例えば、プラスチック材料で形成されてもよく、又はプラスチックパネルで形成されてもよく、空間に動物が入り込まないようにする。
かくして、バッテリーの充電中にフェライト層及び熱伝導性シリコーン層を含む第1ハウジングの外部に熱を効果的に伝達する車内トランスジューサが提供される。二つの熱伝導性シリコーン層は、第1ハウジングの開口部に配置された銅製ハウジング部分と組み合わせて、熱を車内トランスジューサのカバーを通して車内トランスジューサの外部に車内トランスジューサのカバーと隣接した空気環境中に効果的に伝達する。車内トランスジューサを形成するエレメントを層状にすることにより、自動組み立てラインでのトランスジューサの製造を容易にでき、これにより製造費が低下する。アルミニウム金属材料で形成されたカバー及び第1ハウジングの誘電体ハウジング部分等の車内トランスジューサの材料により、車内トランスジューサの重量を軽減できる。ADDは、車外トランスジューサのカバーに容易に取り付けることができる。熱伝導性シリコーン層を含む車内トランスジューサは、多くの様々なECS形態で使用されるようになっている。ADDは、動物及び小さな異物がトランスジューサ間の空間に入り込まないようにし、これによりトランスジューサ間のエネルギ伝達効率を最大にできる。ADDは、熱可塑性プラスチックから成型型で一回の型成形プロセス作業で単一の一体のピースとして形成されてもよい。ADDは、ファスナや接着剤を使用して車外トランスジューサに容易に設置される。動物忌避エレメントは、車外トランスジューサに取り付けられたADDが車両の地上高の許容範囲内にあるが、動物忌避エレメントの端部が車両の車台の下にきたとき、動物の身体が動物忌避エレメントの端部と車内トランスジューサとの間の空間に入り込まないようにするのに充分な高さを有する。このように動物が入り込まないようにすることは、アレイのポストのx方向の間隔がy方向での間隔とほぼ同じであり、ポストの端部と車内トランスジューサの外面との間の間隔の距離がx方向の距離とほぼ同じである場合に特に有効である。動物忌避エレメントは、ADDのベースから上方に突出するように、充分な強度を備えているが、ADDに載った動物が入り込むのに充分に弾性である。ADDは、動物避けを行うのが望ましい地面設置トランスジューサを持つ任意のECSで使用されてもよい。一般的には、ADDは、動物忌避が必要な任意の種類の装置に装着でき、様々な形状及び大きさの多くの装置に装着できるように形成されていてもよい。
本発明を本発明の実施例に関して説明したが、本発明を本発明の実施例に限定しようとするものではなく、本発明は、特許請求の範囲の記載のみによって限定される。
本発明には広範な用途があるということは当業者には容易に理解されよう。上文中に説明した以外の本発明の多くの実施例及びその改良並びに多くの変形、変更、及び等価な構成は、本発明の要旨から逸脱することなく、本発明及び以上の説明から明らかになるであろうし、又はこれから合理的に理解されるであろう。従って、本発明を一つ又はそれ以上の実施例に関して本明細書中に詳細に説明したが、本開示は本発明の単なる例示であって、単に本発明を完全にできるだけ開示する目的のためになされたものであるということは理解されるべきである。以上の開示は、本発明を限定する、又は任意のこのような他の実施例、適合、変形、変更及び等価の構成を排除しようとするものではなく、又はそのように解釈されるべきではなく、本発明は、以下の特許請求の範囲及びその等価物のみによって限定される。
10 充電システム(ECS)
12 動物忌避デバイス(ADD)
14 バッテリー
16 車両
18 電源
20 エネルギ結合構成
22 車載動力システム
24 車外トランスジューサ
26 車内トランスジューサ
28 地面
61 ハウジング
57 第1面即ち上外面

Claims (13)

  1. コイルアッセンブリにおいて
    ェライト層と、
    前記フェライト層に重ねた第1の熱伝導性シリコーン層と
    前記フェライト層及び前記第1の熱伝導性シリコーン層の周囲を取り囲む第1のハウジングと、
    前記第1のハウジングの開口部内に配置された、前記フェライト層とは異なる放熱構造であって、前記第1の熱伝導性シリコーン層と直接的に接触し、前記第1の熱伝導性シリコーン層と熱的に連通する、放熱構造と、
    前記第1のハウジングの周囲に巻き付けられたワイヤ導線と、
    を含む、コイルアッセンブリ
  2. 請求項1に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記第1のハウジングは誘電体で形成されている、コイルアッセンブリ
  3. 請求項1に記載のコイルアッセンブリにおいて、更に、
    前記第1のハウジングの外側に前記第1のハウジングと重なるように配置され、前記放熱構造と熱的に連通する第2の熱伝導性シリコーン層を含む、コイルアッセンブリ
  4. 請求項3に記載のコイルアッセンブリにおいて、更に、
    第2の熱伝導性シリコーン層に重ねた金属層を含む、コイルアッセンブリ
  5. 請求項に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記放熱構造は、銅材料及び銅合金材料のうちの少なくとも一方で棒状に形成されている、コイルアッセンブリ
  6. 請求項に記載のコイルアッセンブリにおいて、さらに、
    前記第1ハウジングを封入するように取り囲む第2ハウジングを含み
    前記第2の熱伝導性シリコーン層は、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングの内面との間に配置され、コイルアッセンブリ
  7. 請求項に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記第2ハウジングは、カバーと、前記第1ハウジングを受け入れる形体のキャビティを含むキャビティ部分とを含み、
    前記第1ハウジングと前記第2ハウジングの前記キャビティ部分の内面との間に空隙が配置されている、コイルアッセンブリ
  8. 請求項に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記カバーは、アルミニウム材料及びアルミニウム合金材料のうちの少なくとも一方で形成されている、コイルアッセンブリ
  9. 請求項1に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記コイルアッセンブリは、エネルギ貯蔵デバイスを充電するように形成された充電システムと関連している、コイルアッセンブリ
  10. 請求項に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    エネルギ貯蔵デバイス及び前記コイルアッセンブリは車両内に搭載されている、コイルアッセンブリ
  11. 請求項1に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記第1のハウジングは、前記フェライト層と前記放熱構造との間に介在する、コイルアッセンブリ。
  12. 請求項1に記載のコイルアッセンブリにおいて、
    前記放熱構造は、前記ワイヤ導線に取り囲まれていない、コイルアッセンブリ。
  13. 電気を無線伝送するよう構成された電気コイルアッセンブリであって、
    フェライト層と、
    前記フェライト層に重ねた第1の熱伝導性シリコーン層と、
    前記フェライト層及び前記第1の熱伝導性シリコーン層を取り囲み、誘電体で形成されているハウジングであって、前記フェライト層から離された開口部が形成されている、ハウジングと、
    前記ハウジングの開口部内に配置された金属構造であって、前記第1の熱伝導性シリコーン層と直接的に接触し、前記第1の熱伝導性シリコーン層と熱的に連通する、金属構造と、
    前記ハウジングの外側に前記ハウジングと重なるように配置され、前記金属構造と熱的に連通する第2の熱伝導性シリコーン層と、
    前記第2の熱伝導性シリコーン層に重ねた金属層であって、前記第1の熱伝導性シリコーン層、前記金属構造、前記第2の熱伝導性シリコーン層、及び前記金属層は協働して前記フェライト層から熱を伝達する、金属層と、
    前記ハウジングの周囲に巻き付けられたワイヤ導線と、
    を含む、電気コイルアッセンブリ
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