JP6407139B2 - 配線ハーネスおよび無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本技術分野は概して無線電力伝送に関し、より具体的には、バッテリを含む車両などの遠隔システムへの無線電力伝送に関連するデバイス、システム、および方法に関する。特に、本技術分野は、無線電力伝送システムにおいて用いられる配線ハーネスのための配置に関し、より具体的には誘導電力伝送（ＩＰＴ）システムに関する。

バッテリなどのエネルギー貯蔵デバイスから受け取られた電気に由来する移動動力を含む車両などの遠隔システムが導入されてきた。例えば、車両のブレーキからの動力および従来のモータを用いて車両を充電する搭載型充電器を含むハイブリッド電気車両である。電力のみで動く車両は、バッテリを充電するための電力を概して他の供給源から受け取る。バッテリ電気車両（電気車両）にはしばしば、家庭用または業務用ＡＣ供給源などの一種の有線交流電流（ＡＣ）を通じて充電することが提案される。有線充電接続は、電源に物理的に接続されるケーブルまたは他の類似のコネクタを必要とする。ケーブルおよび類似のコネクタは、時々不便または煩雑であり得、また他の欠点を有する。電気車両を充電するために用いられる、自由空間（例えば、無線フィールドを介して）において電力を伝送する能力を持つ無線充電システムは、有線充電の解決策の欠陥のうちのいくつかを克服し得る。そのため、電気車両を充電するために、電力を効率的かつ安全に伝送する無線充電システムおよび方法が望ましい。

無線電力伝送システムは、ベース電源デバイスとピックアップ電源デバイスとの間での電力の伝送に誘導電力伝送（ＩＰＴ）を利用し得る。ベースおよびピックアップデバイスは、典型的に各々のベースおよびピックアップシステムの一部を形成し、電力供給またはバッテリの充電などの機能を実施する分離された構成要素を持つ。空間が限定された場所または最小限の視覚影響が所望される場所への設置を支援するために、それらの物理的な設置面積を最小限に抑えるためにこれらの構成要素を物理的に分離することが概して望ましい。

これまで、各々のベース側およびピックアップ側の構成要素間の接続は、製造中に配線接続されたケーブルの形で構成要素間に永久的な物理的相互接続を提供することによって達成されてきた。これは、構成要素間で伝送される信号が高周波および高電力であるため、かかる接続に必要となるケーブルの性質とあわせて、電力伝送システムに必要な効率性を達成するために必要であった。

しかしながら、かかる配置は、システムの製造、設置、または修理という点で理想的でない。無線電力伝送システムの構成要素のそれぞれが個別に製造および設置され、続いて必要に応じて一緒に接続されることが概して望ましい。

前述の問題のうちの少なくとも１つに対応すること、または少なくとも公衆に対し有用な選択を提供することが、開示される実施形態の目的である。

添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの種々の実施例はそれぞれ、いくつもの態様を有し、そのいずれも本明細書に記載の望ましい特質について全責任を負うものではない。添付の特許請求の範囲を制限することなく、いくつかの顕著な特徴が本明細書に記載される。

本明細書に記載される主題の１つ以上の実装の詳細が、添付の図面および以下の記述に記載される。他の特徴、態様、および長所は、記述、図面、および特許請求の範囲から明白となるであろう。下記の図は正確な縮尺率で描画されているとは限らないことに留意されたい。

本開示の一態様は、無線電力伝送システムを提供する。本システムは、無線電力伝送デバイスを備えることができ、これは第１のコネクタ部分を備えることができる。本システムは、電気デバイスをさらに備えることができ、これは第２のコネクタ部分を備えることができる。本システムは、ケーブルと、このケーブルの一端に第１の終端コネクタ部分とを備えることのできる配線ハーネスを備えることができる。第１の終端コネクタ部分は、第１のコネクタ部分に取り外し可能に接続されるように構成されることができる。配線ハーネスは、ケーブルの他方の一端に第２の終端コネクタ部分を備えることができる。第２の終端コネクタ部分は、第２のコネクタ部分に取り外し可能に接続されるように構成されることができる。電気デバイスは、バッテリ充電システムを備えることができる。電気デバイスは、電源を備えることができる。

別の態様は、無線電力伝送システムのための配線ハーネスに関する。配線ハーネスは、複数のケーブルを備えることができる。それぞれのケーブルが複数の導電性フィラメントを備えることができる。配線ハーネスは、ケーブルの第１の端部に接続された第１のコネクタ部分をさらに備えることができる。第１のコネクタ部分は、複数のピンを備えることができる。それぞれのピンが凹型終端を備えることができる。ケーブルのそれぞれの端部は、各々の凹型終端の中にはんだ付けされることができる。それぞれのケーブルがリッツ線を備えることができる。それぞれのピンが少なくとも定格２３Ａ（ｒｍｓ）であることができる。それぞれのピンが少なくとも定格８３０Ｖ（ｒｍｓ）であることができる。それぞれのピンが銅製であることができる。それぞれのピンが円筒形の接触面を備えることができる。円筒形の接触面は、少なくとも実質的に直径４ｍｍであることができる。ケーブルのうちの少なくとも２つが第１の指定を有し、ケーブルのうちの少なくとも２つが第２の指定を有することができる。第１のコネクタ部分は、第１の指定のケーブルと第２の指定のケーブルとの間の電圧分離が、同一の指定のケーブルの間の電圧分離よりも大きくなるように、ピンを受容するように構成されることができる。第１のコネクタ部分は、ピンの間に導電ループを有しないように構成されることができる。

また別の態様は、無線電力伝送システムのための配線ハーネスを製造する方法に関する。本方法は、それぞれが複数の導電性フィラメントを備える複数のケーブルについて、各々の導電性フィラメントを一緒にはんだ付けして複数の終端処理されたケーブルを形成することを含むことができる。本方法は、それぞれの終端処理されたケーブルを第１のコネクタ部分のピンの各々の凹型終端の中に挿入することを含むことができる。本方法は、導電性フィラメントがピンにはんだ付けされるように、それぞれの終端処理されたケーブルに熱を加えることを含むことができる。導電性フィラメントをはんだ付けすることは、ケーブルの導電性フィラメントをはんだ槽の中に同時に挿入することを含むことができる。はんだ槽の温度は、実質的に摂氏３５０度〜実質的に摂氏５００度の範囲内に維持されることができる。はんだ槽の温度は、実質的に摂氏４５０度に維持されることができる。

前述の、および関連する目標の達成に対し、１つ以上の実施形態は、以下に完全に記述され、また特に特許請求の範囲において指摘される特徴を備える。以下の記述および付随する図面は、１つ以上の実施形態の詳細な特定の説明のための態様について記載される。これらの態様は暗示的であるが、しかしながら、種々の実施形態の原理が採用されることのできる種々の方途のうちのいくつか、および記載の実施形態は、すべてのかかる態様およびその同等物を含むことが意図されている。

全てが新規の態様と考慮されるべき本発明のさらなる態様が、以下の記述から明白となろう。

本発明の例示的実施形態に従う、電気車両を充電するための例示的な無線電力伝送システムの図である。

図１の無線電力伝送システムの例示的な中核的構成要素の概略図である。

本発明の例示的実施形態に従う、無線電力伝送システムのサブセットを図示したものである。

本発明の例示的実施形態に従う、配線ハーネスと無線電力伝送デバイスとの間の接続を図示したものである。

本発明の例示的実施形態に従う、ケーブルとピンとの間の接続を図示したものである。

本発明の例示的実施形態に従う、配線ハーネスを製造するための例示的な方法のフローチャートである。

本発明の例示的実施形態に従う、配線ハーネスのコネクタの中で使用するためのインサートを図示したものである。

本発明の例示的実施形態に従う、コネクタを図示したものである。

図面に図示される種々の特徴は、正確な縮尺率で描画されているとは限らない。したがって、種々の特徴の寸法は、明確にするために適宜拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のうちのいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写しているとは限らない。最後に、本明細書および図面の全体にわたり、類似する機能を表すために類似する参照番号が用いられ得る。

添付の図面と合わせて以下に記載される詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明として意図されるものであり、本発明が実施され得る唯一の実施形態を示すように意図されるものではない。本明細書の全体にわたり用いられる「例示的な」という用語は、「例、事例、または実例としての役割を果たす」という意味であり、必ずしもいかなる他の実施形態よりも好ましいまたは好都合であると解釈されるとは限らない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の十分な理解を提供するという目的のために、特定の詳細を含む。いくつかの事例において、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示される。

電力を無線で伝送することは、物理的な導電体を使用することなく（例えば、電力が自由空間を通じて伝送され得る）電場、磁場、電磁場に関連付けられる、または別様に送信機から受信機への任意の形式のエネルギーを伝送することに関連し得る。無線フィールド（例えば、磁場）への電力の出力は、電力伝送を達成するために「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合され得る。

本明細書において、電気車両は、遠隔システムを説明するために用いられ、その例は、その移動能力の一部として、充電可能なエネルギー貯蔵デバイス（例えば、１つ以上の再充電可能な電気化学セルまたは他の種類のバッテリ）に由来する電気出力を含む車両である。非制限例として、いくつかの電気車両は、電力モータの他に、直接移動のため、または車両のバッテリを充電するために、従来の燃焼機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、すべての移動能力を電気出力から引き出し得る。電気車両は自動車に制限されず、オートバイ、カート、スクーター、および同等物を含み得る。制限されない例として、電気車両（ＥＶ）の形式の遠隔システムが本明細書に記載される。その上、充電可能なエネルギー貯蔵デバイスを用いて少なくとも部分的に電力供給され得る他の遠隔システムもまた企図される（例えば、パーソナルコンピューティングデバイスおよび同等物などの電子デバイス）。

図１は、本発明の例示的実施形態に従う電気車両１１２を充電するための例示的な無線電力伝送システム１００の図である。無線電力伝送システム１００は、電気車両１１２がベース無線充電システム１０２ａの近くに駐車されている間の電気車両１１２の充電を可能にする。２つの電気車両の間隔は、対応するベース無線充電システム１０２ａおよび１０２ｂの上に駐車される駐車場の中に図示されている。いくつかの実施形態において、ローカル分配センター１３０が電力基幹１３２に接続され、かつ電力リンク１１０を通じてベース無線充電システム１０２ａへと交流電流（ＡＣ）または直流（ＤＣ）の供給を提供するように構成され得る。ベース無線充電システム１０２ａはまた、電力を無線で伝送または受信するためのベースシステム誘導コイル１０４ａを含む。電気車両１１２は、バッテリユニット１１８、電気車両誘導コイル１１６、および電気車両無線充電システム１１４を含み得る。電気車両誘導コイル１１６は、例えば、ベースシステム誘導コイル１０４ａによって生成される電磁場の領域を介してベースシステム誘導コイル１０４ａとやりとりし得る。

いくつかの例示的実施形態において、電気車両誘導コイル１１６は、電気車両誘導コイル１１６がベースシステム誘導コイル１０４ａによって産生されるエネルギー場に位置するときに、電力を受信し得る。この場は、ベースシステム誘導コイル１０４ａによるエネルギー出力が電気車両誘導コイル１１６によって捕捉され得る領域に相当する。いくつかの場合、この場は、ベースシステム誘導コイル１０４ａの「近接場」に相当し得る。近接場は、ベースシステム誘導コイル１０４ａから離して電力を放射しないベースシステム誘導コイル１０４ａにおける電流および電荷に起因する、強い反応場が存在する領域に相当し得る。いくつかの場合、以下にさらに記載されるように、近接場は、約１／２π内の波長のベースシステム誘導コイル１０４ａ（および電気車両誘導コイル１１６についてはその逆）の領域に相当し得る。

ローカル分配１３０は、通信バックホール１３４を介して外部供給源（例えば、送電網）と、および通信リンク１０８を介してベース無線充電システム１０２ａと通信するように構成され得る。

いくつかの実施形態において、電気車両誘導コイル１１６は、ベースシステム誘導コイル１０４ａと整列し得、それにより、造作なくベースシステム誘導コイル１０４ａに関連して電気車両１１２を正確に整列させる運転者によって近接場領域内に並べられ得る。他の実施形態において、運転者は、電気車両１１２が無線電力伝送のために正確に置かれたことを確認するために、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、またはそれらの組み合わせを与えられ得る。また他の実施形態において、電気車両１１２は、整列エラーが許容値に達するまで電気車両１１２を前後に（例えば、ジグザグの動き）動かし得るオートパイロットシステムによって位置付けられ得る。これは、電気車両１１２にサーボハンドル、超音波センサ、および車両を調整する知能が装備されていることを条件として、運転者の介在なしで、またはわずかな介在のみで電気車両１１２によって自動的におよび自律的に実施され得る。さらに他の実施形態において、電気車両誘導コイル１１６、ベースシステム誘導コイル１０４ａ、またはそれらの組み合わせは、誘導コイル１１６および１０４ａを、互いに関連してより的確に方向合わせをし、かつこれらの間により効率的な結合を発現させるために、立ち退かせるまたは移動させるための機能性を有し得る。

ベース無線充電システム１０２ａは、種々の場所に位置し得る。非制限例として、いくつかの適切な場所は、電気車両１１２の所有者の自宅の駐車区域。、石油をベースとする給油所にならって作る電気車両無線充電のために留保される駐車区域、およびショッピングセンターおよび勤務先などの他の場所の駐車場を含む。

電気車両を無線で充電することは、多数の利益を提供し得る。例えば、運転者の介在および操作を事実上要さずに充電が自動的に実施され得、よってユーザに対する利便性を向上する。露出した電気接点および機械の摩耗がないことも可能であり得るため、無線電力伝送システム１００の信頼性を向上する。さらに、電気車両１１２は送電網を安定化させるための分散ストレージデバイスとして用いられ得るため、車両のビークルツーグリッド（Ｖ２Ｇ）運用についての能力を増大させるために、グリッドへのドッキングという解決法が用いられ得る。

無線電力伝送システム１００は、図１を参照して記載されるように、審美的および非妨害的な利点をも提供し得る。例えば、車両および／または歩行者にとって妨害となり得る充電用の柱およびケーブルが存在しない場合があり得る。

ビークルツーグリッド能力のさらなる説明として、無線電力送信および受信能力は、例えば電力基幹１３２におけるエネルギー不足の場合に、ベース無線充電システム１０２ａが電気車両１１２に電力を伝送する能力があり、および電気車両１１２もまたベース無線充電システム１０２ａに電力を伝送する能力があるように、互恵的であるように構成され得る。この能力は、需要過多に起因するエネルギー不足、または可変もしくは再生可能なエネルギー生産（例えば、風力または太陽光）における不足の場合に、電気車両が全体の分配システムに電力を供することを可能にすることにより、電力分配グリッドを安定化させるために有用であり得る。

図２は、図１の無線電力伝送システム１００の例示的な中核的構成要素の概略図である。図２に示されるように、無線電力伝送システム２００は、インダクタンスＬ_１を有するベースシステム誘導コイル２０４を含むベースシステム送信回路２０６を含み得る。無線電力伝送システム２００は、インダクタンスＬ_２を有する電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２をさらに含む。本明細書に記載の実施形態は、一次および二次の両方が共通の共振周波数に同調されている場合、一次構造（送信機）から二次構造（受信機）へのエネルギーを、近傍磁界または近傍電磁界を介して効率的に結合する共振構造を形成する、容量的に装荷されたワイヤループ（すなわち、マルチターンコイル）を用い得る。電気車両誘導コイル２１６およびベースシステム誘導コイル２０４にはコイルが用いられ得る。エネルギーの結合に共振構造を用いることは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および／または「共振誘導」と称され得る。無線電力伝送システム２００の動作は、ベース無線電力充電システム２０２から電気車両１１２への電力伝送に基づいて記載されるが、これに制限されない。例えば、上述したように、電気車両１１２はベース無線充電システム１０２ａに電力を伝送し得る。

図２を参照して、電源２０８（例えば、ＡＣまたはＤＣ）は、電気車両１１２にエネルギーを伝送するために、電力Ｐ_ＳＤＣをベース無線電力充電システム２０２に供給する。ベース無線電力充電システム２０２は、ベース充電システム電力変換器２３６を含む。ベース充電システム電力変換器２３６は、標準的な主ＡＣ電力からの電力を適切な電圧レベルでＤＣ電力に変換するように構成されるＡＣ／ＤＣ変換器、およびＤＣ電力を動作周波数で無線高電力伝送に適した電力に変換するように構成されるＤＣ／低周波（ＬＦ）変換器などの回路を含み得る。ベース充電システム電力変換器２３６は、所望される周波数で電磁場を放出するためのベースシステム誘導コイル２０４を持つ、直列または並列構成または両方の組み合わせのリアクタンス性同調構成要素から成り得るベース充電システム同調回路２０５を含むベースシステム送信回路２０６に電力Ｐ_１を供給する。一実施形態において、コンデンサは、所望される周波数で共振するベースシステム誘導コイル２０４を持つ共振回路を形成するために提供され得る。

ベースシステム誘導コイル２０４を含むベースシステム送信回路２０６、および電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２は、実質的に同一の周波数に同調され得、かつベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル１１６のうちの１つによって送信される電磁場の近接場内に位置付けられ得る。この場合、ベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル２１６は、電気車両充電システム同調回路２２１および電気車両誘導コイル２１６を含む電気車両受信回路２２２に電力が送信され得るように、互いに結合され得る。電気車両充電システム同調回路２２１は、所望される周波数で共振する電気車両誘導コイル２１６に共振回路を形成するために提供され得る。コイル分離で生じた相互結合係数は、略図の中においてｋ（ｄ）で表される。等価抵抗Ｒ_ｅｑ，１およびＲ_ｅｑ，２は、誘導コイル２０４および２１６に固有であり得る損失およびいくつかの実施形態においてベース充電システム同調回路２０５および電気車両充電システム同調回路２２１に各々提供され得る任意の非リアクタンスコンデンサを表す。電気車両誘導コイル２１６および電気車両充電システム同調回路２２１を含む電気車両受信回路２２２は、電力Ｐ_２を受信し、この電力Ｐ_２を電気車両充電システム２１４の電気車両電力変換器２３８に提供する。

電気車両電力変換器２３８は、動作周波数での電力を電気車両バッテリユニット２１８の電圧レベルに一致された電圧レベルでのＤＣ電力に戻して変換するように構成されるＬＦ／ＤＣ変換器をとりわけ含み得る。電気車両電力変換器２３８は、電気車両バッテリユニット２１８を充電するための変換された電力Ｐ_ＬＤＣを提供し得る。電源２０８、ベース充電システム電力変換器２３６、およびベースシステム誘導コイル２０４は固定であり得、上述したように種々の場所に設置され得る。バッテリユニット２１８、電気車両電力変換器２３８、および電気車両誘導コイル２１６が、電気車両１１２の一部、またはバッテリパック（図示せず）の一部である電気車両充電システム２１４に含まれ得る。電気車両充電システム２１４はまた、電力をグリッドに返すように、電気車両誘導コイル２１６を通じてベース無線電力充電システム２０２に電力を無線で提供するように構成され得る。電気車両誘導コイル２１６およびベースシステム誘導コイル２０４のそれぞれは、動作モードに基づいて、送信または受信誘導コイルとして機能し得る。

さらに、電気車両充電システム２１４は、電気車両誘導コイル２１６を電気車両電力変換器２３８に選択的に接続および接続解除するためのスイッチング回路（図示せず）を含み得る。電気車両誘導コイル２１６を接続解除することは、充電を一時中断し得、また「負荷」をベース無線充電システム１０２ａ（送信機として動作する）によって「見られた」ように調整し得、これは電気車両充電システム２１４（受信機として動作する）をベース無線充電システム２０２から接続解除するために用いられ得る。負荷変動は、送信機が負荷検出回路を含む場合に検知され得る。したがって、ベース無線充電システム２０２などの送信機は、電気車両充電システム２１４などの受信機がいつベースシステム誘導コイル２０４の近接場に存在するのかを判断するための機構を有し得る。

前述したように、動作中、エネルギー伝送が車両またはバッテリへと向かうと仮定すると、ベースシステム誘導コイル２０４がエネルギー伝送を供給するための場を生成するように、入力電力が電源２０８から供給される。電気車両誘導コイル２１６は、放射された場に結合し、電気車両１１２による貯蔵または消費のための出力電力を生成する。前述したように、いくつかの実施形態において、ベースシステム誘導コイル２０４および電気車両誘導コイル２１６は、電気車両誘導コイル２１６の共振周波数およびベースシステム誘導コイル２０４の共振周波数が非常に近いか、または実質的に同一となるように、相互共振関係に従って構成される。ベース無線電力充電システム２０２と電気車両充電システム２１４との間の伝送損失は、電気車両誘導コイル２１６がベースシステム誘導コイル２０４の近接場に位置するときに極小である。

述べたように、効率的なエネルギー伝送は、電磁波におけるほとんどのエネルギーを非近接場に伝播させるよりはむしろ、送信誘導コイルの近接場におけるエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合させることによって起きる。近接場ににあるときに、結合モードは送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に確立され得る。この近接場結合が起き得る誘導コイル周辺地帯は、本明細書において近接場結合モード領域と称される。

開示される実施形態の全体において記載されるような電気車両誘導コイル２１６およびベースシステム誘導コイル２０４は、「ループ」アンテナ、より具体的にはマルチターンループアンテナと称されるか、またはそのように構成され得る。誘導コイル２０４および２１６もまた、本明細書において「磁気」アンテナと称されるか、またはそのように構成され得る。「コイル」という用語は、別の「コイル」と結合するために、エネルギーを無線で出力または受信し得る構成要素を示すことを意図する。コイルはまた、無線で電力を出力または受信するように構成される種類の「アンテナ」とも称され得る。ループ（例えば、マルチターンループ）アンテナは、フェライト磁心などの空心または物理的磁心を含むように構成され得る。空心ループアンテナは、磁心区域内に他の構成要素を設置することを可能にし得る。強磁性体材料を含む物理的磁心アンテナは、より強い電磁場および改善された結合の発現を可能にし得る。

上述したように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝送は、送信機と受信機との間の一致するまたはほぼ一致する共振の間に起きる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が一致していないときでさえも、エネルギーはより低い効率で伝送され得る。エネルギーの伝送は、送信誘導コイルの近接場からのエネルギーを、送信誘導コイルから自由空間へと伝播させるよりはむしろ、この近接場が確立される領域（例えば、共振周波数の既定の周波数範囲内、または近接場領域の既定の距離内）の中に存在する受信誘導コイルに結合することによって起きる。

共振周波数は、上記に記載されるように、誘導コイル（例えば、ベースシステム誘導コイル２０４）を含む送信回路のインダクタンスおよび静電容量に基づき得る。図２に示されるように、インダクタンスは概して、誘導コイルのインダクタンスであり得、一方、所望される共振周波数での共振構造を作るために、静電容量が誘導コイルに追加され得る。非制限例として、図２に示されるように、電磁場を生成する共振回路（例えば、ベースシステム送信回路２０６）を作るために、コンデンサが誘導コイルと直列に追加され得、これは直列同調共振回路と称され得る。したがって、より大きい直径の誘導コイルについて、共振を誘発する静電容量の値は、コイルの直径またはインダクタンスが増大するにつれて低下し得る。インダクタンスはまた、誘導コイルのターンの巻数にも依存し得る。その上、誘導コイルの直径が増大すると、近接場の効率的なエネルギー伝送区域が増大し得る。他の共振回路が可能である。別の非制限例として、コンデンサは、誘導コイルの２つの終端の間に並列に設置され得る（例えば、代替的に並列同調共振回路と称され得る並列の共振回路）。その上、誘導コイルは、誘導コイルの共振を向上させるために、高い線質（Ｑ）係数を有するように設計され得る。

図１および図２のベース無線充電システム１０２ａ、ベースシステム送信回路２０６、電気車両コイル１１６、および電気車両受信回路２２２は、本明細書において概して無線電力伝送デバイス、またはより具体的には誘導電力伝送デバイスとして個別に称され得るものの例を提供する。特に図１により図示されるように、これらをローカル分配センター１３０、ベース充電電力変換器２３６、電気車両無線充電システム１１４、および電動電力変換器２３６などの他の電気デバイスに各々接続することが所望され、これらは好ましくは接続される無線電力伝送デバイスの遠隔に設置される。

図３は、本発明の例示的実施形態に従う、例示的な無線電力伝送システム３００のサブセットの略図である。ベース無線充電システム３０１の形式の無線電力伝送デバイスは、ケーブル３０４を備える配線ハーネス３０３によって電源３０２の形式の電気デバイスに接続される。配線ハーネスへの言及は、取り外し可能なコネクタによって電気デバイス、典型的にモジュール式デバイスを相互接続するように構成される１群の１つ以上の導電性ケーブルを意味すると理解されるべきである。

ベース無線充電システム３０１および電源３０２はそれぞれ、ソケット３０５ａ、３０５ｂを含む。コネクタ３０６ａ、３０６ｂがケーブル３０４のそれぞれの端部に提供され、それぞれが各々のソケット３０５ａ、３０５ｂによって受容されるように構成される。

無線電力伝送システムの構成要素を接続可能に構成することにより、特に車両の中への設置または充電場所について製造の容易性が高まり得る。これらの構成要素は、配線接続されたケーブルがからまるというリスク、または配線接続されたケーブルにより動きが制限されることなく、より容易に所定位置へと操作され得、および続いて配線ハーネスに接続され得る。これは、別様であれば組立の速度が永久的に相互接続された構成要素の複雑性によって制限され得る製造ラインにおいて特に重要であり得る。

取り外し可能な接続はまた、設置前に永久的物理接続を築くステップを除去し、システムの個別の構成要素がより容易に製造されることを可能にする。これは、構成要素が異なる施設で製造される場合に特に有用であり得る。無線電力伝送システムの保管および輸送もまた、永久的物理接続が築かれるものと比較して簡略化され得る。これはまた、システムから他の構成要素に干渉することなく接続解除され得る個別の構成要素の進行中の修繕または取り換えを支援し得る。

例示的な無線電力伝送システム３００のサブセットはより広範な無線電力伝送システムのベース側を参照して記述されているが、本発明は、本システムの電気車両または受信機側に適用され得るということが理解されるべきである。

一実施形態において、無線電力伝送デバイスと他の電気デバイスを接続するために用いられているケーブルはリッツ線である。本発明において用いられる場合、リッツ線は、高周波数交流電流における配線の使用のより適切な種類のうちの１つであると考えられる。リッツ線は、細いより線の形の多くの導電性フィラメントを含む絶縁被覆から成り、そのそれぞれがエナメルまたはポリウレタンなどの材料を用いて個別に絶縁され、次により合わされるか編まれる。複数の素線が、電流が流れる多くの磁心を有することにより高周波数で発生する表皮効果を効率的にネゲートする。

一実施形態において、ケーブル自体が、これを通る電流によって発生する外部場を最小限に抑えるために折り合わされ得る。この折り合わせのパターンは、用いられるケーブルの数およびこのケーブルの電流の流れる方向に依存し得るということが理解されるべきである。

いくつかの実施形態に従ってリッツ線が用いられ得ることが予測されるが、ケーブルについて代替的な形の電線が用いられ得るということが理解されるべきである。

リッツ線は、コネクタへの接続に関していくつかの困難を示す。それぞれの個別の素線が個別に絶縁されているため、リッツ線を用いることによる利益を得るために、それぞれの素線とコネクタとの間に導電経路を作ることがそもそも難しい。圧着タイプのコネクタは、適用される線に機械的応力を加える。リッツ線の場合、素線は比較的繊細であり、曲げられると損傷しやすい。車両内などの高レベルの振動による影響を受けやすい環境において、圧着は、振動によって引き起こされる長期にわたる微小な曲げにより機能しなくなるという弱点を素線に作り得る。さらに、かかるコネクタは外部の素線のみと接触し得、内部の素線との電気的接続性の形成を素線の圧縮に依存し得る。素線の間に空隙を作ることとあわせて、素線対素線インターフェースに対する依存は、素線が曲がるか、または別様に損傷した場合、低度の接続を招き得る。

図４は、本発明の例示的実施形態に従う、配線ハーネスの一端の雄型コネクタ部分またはプラグ４００、および無線電力伝送デバイスの対応する雌型コネクタ部分またはソケット４０１を図示したものである。配線ハーネスは６つのリッツ線ケーブル４０２を備え、うち３つが図４に示される。プラグ４００は、筐体４０３、インサート４０４、およびインサート４０４によって受容されるピン４０５を備える。ケーブル４０２は、グランド４０７を介して筐体４０３に進入する前はシース４０６によって保護されている。ケーブル４０２はそれぞれ、図５によって図示される手法で各々のピン４０５に接続され得る。

図５は、リッツ線ケーブル５０１のピン５０２への接続の図示を提供する。図６は、図４に図示されるものなどの配線ハーネスを製造する例示的な方法論６００のためのフローチャートである。方法論６００を説明する中で、図３、図４、および図５に対する参照がなされる。

ステップ６０１で、ケーブル５０１の絶縁５０３が除去され、エナメルで５０５被覆された個別の素線５０４を曝露する。ステップ６０３で、素線５０４を、それぞれの素線５０４からエナメル被覆５０５を剥がし、それらを電気的に相互接続するためにはんだ５０６を素線５０４の間の空隙に浸透させるために、実質的に摂氏４５０度に熱したはんだを含むはんだ槽（図示せず）に同時に浸すことにより、ケーブル５０１が終端処理される。はんだの温度はエナメル被覆の材料特性によりさまざまであり得るが、摂氏３５０〜５００度の範囲内であると予想されるということが理解されるべきである。

一実施形態において、ステップ６０３で素線をはんだに浸す前に、温度制約要素、例えば湿った布が、ステップ６０２でケーブルに提供され得る。ケーブルを冷却することにより、はんだ槽からケーブル絶縁５０３およびエナメル被覆５０５への熱伝送が制限され得、これらが融解および溶解する程度を最小限に抑える。

ピン５０２は、ケーブル５０１のはんだ付けされた端部を受容するための、円筒形のレセプタクル５０７の形状の凹型終端を含み、ステップ６０４でこれに終端処理されたケーブル５０１が挿入される。熱が次にステップ６０５で素線５０４またはレセプタクル５０７に加えられ、はんだを融解させて素線５０４とピン５０２との間に連続する接続パスを作成する。

ピン５０２は、直径が実質的に４ミリメートルの円筒形の接触面５０９を有する雄型部分５０８を含む。この円形外面は、ケーブルを通過するＡＣ信号に起因する渦電流効果および近接効果を低減するように働く。高周波数、例えば２０ｋＨｚで、銅の表皮深度は０．４６ミリメートルである。広い周縁を有するピンは、かかる周波数で高レベルの電流がケーブルを通過することを可能にし得る。円筒形の接触面はまた、無線電力伝送デバイス（図示せず）の対応するコネクタ部分のピンの雄型部分５０８と対応する雌型部分との間の接続の程度を最大限にする。この最大限にされた接続は、コネクタを通る電流通過における効率をより良くすることを可能にする。一実施形態において、ピン５０２はまた、銅などの導電性の高い材料から成るが、これは制限を意図しない。一実施形態において、それぞれのピン５０２およびケーブル５０１は、８３０Ｖ（ｒｍｓ）で定格約２３Ａ（ｒｍｓ）であることができ、配線ハーネスが接続されるデバイスのインピーダンスは、約１２オームである。これらの定格は例としてのみ提供されるということが理解されるべきである。

一実施形態において、ＤＣ用途における使用が意図された、部品番号０９ ３２ ０００ ６１０８を有する、Ｈａｒｔｉｎｇ（商標）によって生産されたピンを用いることが望ましい場合がある。概して、上述の性質を有する任意のピンが、本発明の高周波、高電流環境における使用に適切であり得る。コネクタの配線ハーネス側の部分のピンが雄型部分を有することに制限されず、この構成は反転されるか、または組み合わせであり得るということが理解されるべきである。

図４に戻り、ステップ６０６で、それぞれのピン４０５がインサート４０４によって受容され、これがピンを筐体４０３と比較して適切な場所に保持する。筐体４０３はインサート４０４とグランド４０７との間に空隙４０８を有する。リッツ線ケーブル４０２の終端処理の工程中、熱はケーブル４０２の短い長さに沿って個別の素線上のエナメル被覆を溶解させ、固い部位を作る。この固い部位内にある素線はより脆く、よってケーブル４０２が曲げられた場合により損傷しやすい。固い部位を筐体４０３内に含むことは、設置中に配線ハーネスを操作する間のピン４０５での、またはその隣接でのケーブルの固い部位の曲げ、または例えば振動に起因し得る、長期間にわたるわずかな曲げを防ぐか、または少なくとも緩和する。

ソケット４０１は、無線電力伝送デバイス、または無線電力伝送システムにおいて用いられる電気デバイスに取り付けられ、プラグ４００の雄型ピン４０５を受容するように構成される雌型ピン４０９を備える。雌型ピン４０９は第２のインサート４１０によって受容され、これは次にソケット筐体４１１内に取り付けられる。

図７は、本発明の例示的実施形態に従う、図４に図示されるようなプラグまたはソケットのどちらかのコネクタ部分の中で用いられるためのインサート７００の図の外観を図示している。インサート７００は、それぞれがケーブル（図示せず）を終端処理するピン（図示せず）を受容するように構成される６つの開口部７０２ａ〜ｆを有する本体７０１を備える。

無線電力伝送システムは、一方のケーブルが送出ケーブルとして、および他方が帰還ケーブルとして指定される一対のケーブルを含み得る。送出および帰還ケーブルの間の電圧分離を最大限とすることが望ましい。そうするために、コネクタの物理サイズを最小限に抑える一方で、開口部７０２ａ〜ｆは、出開口部７０２ａ〜ｃ、および入開口部７０２ｄ〜ｆの２つの組に分けられる。１組の中の開口部間の距離７０３は、２つの組の間の距離７０４よりも近い。

さらに、インサート７００の本体７０１は、開口部の組の間に導電ループを形成し得るいかなる材料も含まない。これは、出ケーブルと入ケーブルとの間の渦電流の誘発によるエネルギー損失を低減するためである。これはまた、コネクタの他の構成要素にも適用される。一実施形態において、本体７０１はプラスティック製であるが、これは制限を意図せず、任意の適切な材料製であり得る。

図８は、接続されたプラグ８００およびソケット８０１の外観図を図示したものであり、その構成要素は、本発明の例示的実施形態に従い、図４によって図示されるものと類似し得る。プラグ８００は突起８０２を含み、その上に、ソケット８０１に取り付けられたラッチ８０３がかかり、プラグ８００とソケット８０１とを一緒に締結する。無線電力伝送システムが設置される環境、例えば、車両上または車両によって運転される区域内は、衝撃または振動に非常に影響を受けやすい場合があり得、これは摩擦に依存する接続が接続解除となることを招き得る。突起およびラッチによって提供される機械的締結具は、これが発生する可能性を最小限に抑えるための追加的度合いの接続を与える。プラグ８００およびソケット８０１を締結するために他の締結具が用いられ得るということ、および図示されるラッチ機構は制限的であることを意図しないということが理解されるべきである。

上記に記載の方法の種々の動作は、種々のハードウェアおよび／またはソフトウェア構成要素（複数可）、回路、および／またはモジュール（複数可）などの動作を実施する能力を持つ、任意の適切な手段によって実施され得る。概して、図面に図示される任意の動作は、その動作を実施する能力を持つ対応する機能的手段によって実施され得る。

情報および信号は、さまざまな異なる技術および技法の任意のものを用いて表され得る。例えば、上記の記載の全体において言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表され得る。

本明細書に開示される実施形態に関連して記載される、種々の説明のための論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に図示するために、種々の例示的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してこれらの機能性について上記に記載された。かかる機能性がハードウェアとして、またはソフトウェアとして実装されるかどうかは、全体のシステムに課される特定の用途および設計制約に依存する。記載の機能性は、それぞれの特定の用途について異なる方途において実装され得るが、しかしかかる実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を招くものとして解釈されるべきでない。

本明細書に開示される実施形態に関連して記載される種々の説明のためのブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、別個のゲートまたはトランジスタ論理、別個のハードウェア構成要素、または本明細書に記載の機能を実施するように設計される任意の組み合わせによって実装または実施され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、しかし代替において、プロセッサは、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のかかる構成としても実装され得る。

方法またはアルゴリズムのステップ、および本明細書に開示される実施形態に関連して記載される機能は、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、またはこれら２つの組み合わせにおいて直接具現化され得る。ソフトウェアの中に実装された場合、機能は有形の非一持性コンピュータ可読媒体上に保存されるか、または１つ以上の命令またはコードとしてこれに送信され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能なディスク、ＣＤ ＲＯＭ、または当技術分野で既知の任意の他の形式の記憶媒体の中に存在し得る。記憶媒体は、プロセッサがこの記憶媒体から情報を読み出すこと、およびこの記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替において、記憶媒体は、プロセッサに統合され得る。本明細書において使用される場合、ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク、およびブルーレイディスクを含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常データを磁気的に再生するが、ディスク（ｄｉｓｃ）はレーザによってデータを光学的に再生する。上記の組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在し得る。ＡＳＩＣはユーザ端末内に存在し得る。代替において、プロセッサおよび記憶媒体は、別個の構成要素としてユーザ端末内に存在し得る。

本開示を要約することを目的として、本発明の一定の態様、利点、および新規の機能が本明細書に記載された。すべてのかかる利点が任意の特定の本発明の実施形態に従って達成され得るものでは必ずしもないということが理解されよう。ゆえに、本発明は、１つの利点または利点群を達成または最適化するような方途において、本明細書において教示または示唆され得るように他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるように具現化または実行され得る。

上記に記載の実施形態の種々の変形は容易に明白となり、また本明細書に画定される総称的主題は、本発明の精神または範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。ゆえに、本発明は、本明細書に記載の実施形態に制限されることではなく、本明細書に開示される主題および新規の機能と一致する最も広範な範囲を認められることを意図している。

文脈が明確に別様であることを要求しない限り、本明細書および特許請求の範囲の全体にわたり、「〜を含む」、「〜を備える」という用語および同等物は、排他的または網羅的意味とは対照的に、包括的意味において解釈されるものとする。つまり、「含むが制限されない」という意味ということである。

本明細書の全体にわたる先行技術のあらゆる検討は、かかる先行技術が広く既知である、または当技術分野における一般的な常識の一部を形成するということを、いかなる意味においても承認すると解釈されるべきでない。

Claims (16)

1. 無線電力伝送システムのための配線ハーネスであって、
   それぞれが複数の導電性フィラメントを備えてなる、複数のリッツ線ケーブルと、
   前記リッツ線ケーブルの第１の終端に接続される第１のコネクタ部分と、を備え、
   前記第１のコネクタ部分は、それぞれが凹型終端を備える複数のピンを備え、
   前記リッツ線ケーブルのそれぞれの終端が、前記各々の凹型終端の中にはんだ付けされた、配線ハーネス。
2. それぞれのピンが、少なくとも定格２３Ａ（ｒｍｓ）及び／又は８３０Ｖ（ｒｍｓ）である、請求項１に記載の配線ハーネス。
3. それぞれのピンが、銅製であり、及び／又は、それぞれのピンが、円筒形の接触面を備える、請求項１または請求項２に記載の配線ハーネス。
4. 前記円筒形の接触面は、少なくとも実質的に直径４ｍｍである、請求項３に記載の配線ハーネス。
5. 前記リッツ線ケーブルのうちの少なくとも２つが送出ケーブルとして指定され、前記リッツ線ケーブルのうちの少なくとも２つが帰還ケーブルとして指定され、前記第１のコネクタ部分は、前記送出ケーブルとして指定された前記リッツ線ケーブルと前記帰還ケーブルとして指定された前記リッツ線ケーブルとの間の電圧分離が、同一の指定に係る前記リッツ線ケーブルの間の前記電圧分離よりも大きくなるように、前記ピンを受容するように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の配線ハーネス。
6. 前記第１のコネクタ部分は、前記ピンの間に導電ループを有しないように構成される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の配線ハーネス。
7. 前記第１のコネクタ部分は、前記ピンの箇所または付近での前記リッツ線ケーブルの曲げを緩和する筐体を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の配線ハーネス。
8. 前記筐体は、前記第１のコネクタ部分をソケット内に締結する手段を備える、請求項７に記載の配線ハーネス。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の配線ハーネスと、
   第１の終端コネクタ部分を備える無線電力伝送デバイスと、を備え、
   前記配線ハーネスの前記第１のコネクタ部分は、前記無線電力伝送デバイスの前記第１の終端コネクタ部分に取り外し可能に接続されるように構成されてなる、
   無線電力伝送システム。
10. さらに、第２の終端コネクタ部分を備える電気デバイスを備え、前記配線ハーネスは、前記リッツ線ケーブルの第２の終端に第２のコネクタ部分を備え、前記配線ハーネスの前記第２のコネクタ部分は、前記電気デバイスの前記第２の終端コネクタ部分に取り外し可能に接続されるように構成されてなる、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
11. 前記電気デバイスは、バッテリ充電システムを備える、請求項１０に記載の無線電力伝送システム。
12. 無線電力伝送システムのための配線ハーネスを製造する方法であって、
    それぞれが複数の導電性フィラメントを備える複数のリッツ線ケーブルについて、前記各々の導電性フィラメントを一緒にはんだ付けして複数の終端処理されたリッツ線ケーブルを形成することと、
    それぞれの終端処理されたリッツ線ケーブルを第１のコネクタ部分のピンの各々の凹型終端の中に挿入することと、
    前記導電性フィラメントが前記ピンにはんだ付けされるように、それぞれの終端処理されたリッツ線ケーブルに熱を加えることと、を含む、方法。
13. それぞれのリッツ線ケーブルを終端処理することは、前記リッツ線ケーブルの前記導電性フィラメントを、はんだ槽の中に同時に挿入することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記はんだ槽の温度は、実質的に摂氏３５０度〜実質的に摂氏４５０度の範囲内に維持される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記はんだ槽の温度は、実質的に摂氏４５０度に維持される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ピンの箇所または付近での前記リッツ線ケーブルの曲げを防ぐ筐体の中に、前記ピンを挿入することをさらに含む、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の方法。

Images