JP6630716B2 - 誘導電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギー源から磁束を生成するため、及び／または磁束を受け取って電気エネルギー源を提供するための装置に関する。一用途において、本発明は、磁束を結合して、誘導電力伝送（ＩＰＴ）、即ち、無線電力伝送、の用途における使用ための磁束ジェネレータまたはレシーバとしても使用され得る誘導電力伝送機器または構造体を提供する。

無線電力伝送系は、十分な磁場強度が「送電」構造体から「受電」構造体までの必要とされる距離に設けられることを必要とする磁気系と疎結合される。一例は、電気車両を充電することである。電力は、地表中または地表上に設けられる磁束結合機器から、その機器の近くにある車両へ送られ得る。接地機器は、磁束を高いアーチ型のパターンで「投げる」能力と相まって、その磁束の大部分が車両上の別の（おそらくは類似した）磁束結合機器によって収集され得るように、機械的堅牢性を有しなければならない。これは、電気車両に係る厳しい条件によってより困難となり、容易な課題ではない。装置はまた、例えば、双方向系など、逆方向に電力を伝送させることができる必要があり得る。

磁束結合機器は、本明細書内では便宜上、「パッド」と称されるが、それらは他の形態を取り得る。

電気車両（ＥＶ）充電用途のパッドの１つの既知の形態は、概して形状が円形であり、国際特許広報ＷＯ２００８／１４０３３３に記載される。これらのパッドの魅力的特徴は、低エミッションを有することである。しかしながら、それらが提供できる有用な磁束は比較的小さく、かつ高さ、即ち、それらがパッドを越えて磁束を提供できる距離も同様に小さい。直径Ｄを有する、上に参照される刊行物に記載される概して円形のパッドは、おそらくＤ／４の有用な磁束高さを達成することができる。したがって、２００ｍｍのエアギャップを有するＥＶの場合、直径８００ｍｍのパッドが必要になる。

代替的に、２つのコイルまたは巻線を有する磁気偏極したパッド構造体が使用され得る。この一般構造体は、国際特許公報ＷＯ２０１０／０９０５３９及びＷＯ２０１１／０１６７３７に記載される。この構造体を内蔵するパッドは、本明細書内では便宜上、「ＤＤ」パッドと称される（変形は「ＤＤＱ」及び「２極式」）。ＤＤ型パッドは、磁束をはるかに遠くに、理想的には円形パッドよりも２倍遠くに投げることができる。偏極したパッドについては、パッドを移動方向に沿って長手方向（ＸＸ）、または移動方向に沿って横方向（ＹＹ）のどちらに敷設するかの選択をしなければならない。地中のパッドは、ＥＶ下のパッドと同じ配向を有しなければならず、さもなければ、電力伝送は不可能である。ＤＤパッドは、パッドの中央に、互いに接触する（またはほぼ接触する）２つの同一の巻線を有する。これらの巻線は、扁平のアルキメデス螺線であり得、それらは、フェライト片または線状フェライト片を敷いた上に置かれ得る。特徴として、磁場は、フェライトが、バッドの裏から外に出ている磁束がないように、磁極面積間の領域内の巻線の後ろ側に磁束を集中させるように機能するため、パッドの片側からのみ外に出ている。これは、車両用パッドの場合に車内に磁束がないことを意味するため、特に車両用パッドにとって非常に望ましい機能である。

ＤＤパッドの磁束パターンは、２つの磁束領域を特徴とする。パッドの中央において、磁束経路は上方に高くかつ凸であり、別のＤＤパッドへの連結に理想的である。パッドの各端で、磁束は、任意の好適なパッドから離れた方を向いているため、別のパッドに連結することができない。そのため、これらの端磁束は、有用な出力を生成しない。この無駄な磁束が、パッドのインダクタンスに加わり、その結合因子を低減し、それが自動車の下で接触する任意の金属片に損失を引き起こす。生成される全磁束の高い割合がこの分類に入るため、それが軽減されれば、パッドは改善されることとなる。

別のパッド構造体は、フェライトの棒上に巻回される単純なソレノイドコイルを含む。このパッドは、両側から磁束を生成し、通常これらのうちの一方は、アルミニウムスクリーンを用いて除去される。この除去はあまり満足のいくものではなく、パッドは、排除が非常に困難な残渣端磁束を有する。この理由から、これらのパッドは移動方向（ＸＸ）で常に使用され、その結果、自動車の端までの距離はより長くなり、自動車が典型的には縦長であることから、不必要な磁束を除去すべきより長い部が存在する。ソレノイドパッドは、非常に有用な磁束パターンを生成することができるが、それらは、アルミニウムスクリーンにおける著しい損失があるため、効率性が低い。しかしながら、それらは高い漏電量を有せず、これは有益な機能である。

上記の説明、及び本明細書における先行技術へのいかなる参照も、参照される先行技術が任意の国で公開されている、または参照される先行技術が共通の一般知識であるという承認として見なされないものとする。

発明の目的
本発明の目的は、上の問題を克服するか、もしくは少なくとも改善することが可能であり得る、または少なくとも消費者に有用な選択肢を提供する、誘導電力伝送装置を提供することである。

本発明の代替的な目的は、高い磁束使用率を可能にし、低磁束経路長を提供する誘導電力伝送装置を提供することである

本発明のさらなる目的は、以下の説明から明白になる。

したがって、一態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
中央コイルと、
２つの端コイルであって、１つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられる、２つの端コイルと、を備え、
コイルは、実質的に同じＭＭＦを提供するように適合される。

本発明の別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
第１及び第２の端を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
１つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられ、
コイルが実質的に同じＭＭＦを提供するように動作可能であり、その結果、通電されたとき、端コイルが、誘導電力伝送のために、磁束を中央コイルに導いて、装置を越えるアーチ型の磁束パターンを提供する、２つの端コイルを備える。

好ましくは、コイルは、電源により通電されたとき、各コイルによって生成される磁場が、装置の第１の側で互いを実質的に増大させ、かつ装置の第２の（対向する）側で互いを実質的に弱めるように配置される。

一実施形態において、端コイルのそれぞれは、分裂もしくは分岐されるか、または別の方法で配置されて、第１の巻線及び第２の巻線を提供する。

好ましくは、第１の巻線は中央コイルの軸の片側に設けられ、第２の巻線は中央コイルの軸の反対側に設けられる。

一実施形態において、本装置は、磁気透過性部材または構造体を含み得る。

一実施形態において、中央コイルは、磁束またはそれらの成分を軸の方向に生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
１つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられ、端コイルのそれぞれの１つ以上の巻きが中央コイルの軸の片側にあり、かつ残りの巻きが軸の反対側にあり、
端コイルが、通電されたとき、軸の片側で束を弱めるまたは相殺するように、かつ誘導電力伝送のために軸の反対側で、磁束を中央コイルに導いて、装置を越えるアーチ型の束パターンを提供するように動作可能である、２つの端コイルと、を備える。

一実施形態において、中央コイルは、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

一実施形態において、磁気透過性部材が設けられる。本部材は、装置内に、または装置全体に分布される、透過性材料を含み得る。

ある実施形態において、磁気透過性部材は、第１、第２、及び第３の部分を含み、第２及び第３の部分は、第１の部分に垂直である。

ある実施形態において、３つ以上のコイルのうちの少なくとも１つは、磁気透過性部材の３つの部分のそれぞれと関連付けられる。

ある実施形態において、磁気透過性部材はフェライト部材である。

一実施形態において、中央コイルは、軸を有し、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
磁気透過性部材と、
第１及び第２の端を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
１つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられる、２つの端コイルと、を備え、
コイルは、透過性部材と磁気的に関連付けられ、各端コイルの１つ以上の巻きは、磁気透過性部材の片側に設けられ、端コイルの残りの巻きは、磁気透過性部材の反対側に設けられる。

好ましくは、端コイルは、誘導電力伝送のために磁気透過性部材の片側で、磁束を中央コイルに導いて、装置を越えるアーチ型の磁束パターンを提供するように動作可能である。

一実施形態において、中央コイルは、軸を有し、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
両方の端コイルが、中央コイルの一端にまたはそれに隣接して設けられ、端コイルのうちの一方が中央コイルの軸の片側にあり、他方の端コイルが軸の反対側にあり、
端コイルが、通電されたとき、誘導電力伝送のために、磁束を中央コイルに導いて、装置を越える必要な磁束パターンを提供する、２つの端と、を備える。

一実施形態において、中央コイルは、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
４つの端コイルであって、
２つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられ、中央コイルの各端にあるコイルのそれぞれのうちの一方が、中央コイルの軸の片側にあり、他方が軸の反対側にあり、
端コイルが、通電されたとき、軸の片側で磁束を弱めるまたは相殺するように、かつ誘導電力伝送のために軸の反対側で、磁束を中央コイルに導いて、装置を越えるアーチ型の磁束パターンを提供するように動作可能である、４つの端コイルと、を備える。

一実施形態において、中央コイルは、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置が設けられ、本装置は、
第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
１つの端コイルが、中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられる、２つの端コイルと、
第１の構成にあるコイルを動作させて、軸の第１の側で磁束を弱めるまたは相殺し、かつ誘導電力伝送のために軸の第２の反対側で装置を越える磁束を提供するための、及び第２の構成にあるコイルを動作させて、第２の側で磁束を弱めるまたは相殺し、かつ誘導電力伝送のために第１の側で磁束を提供するための手段と、を備える。

好ましくは、本装置は、中間結合器を備える。

一実施形態において、本装置は、装置の片側で磁場から受け取ったエネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵手段、及び装置の片側で磁場から受け取ったエネルギーを貯蔵し、かつ装置の反対側で貯蔵手段からエネルギーを伝送して磁場を提供するために、第１及び第２の構成にあるコイルを動作させるように適合されるスイッチ手段を含む。

一実施形態において、中央コイルは、軸の方向に磁束を生成するまたは受け取り、さらなるコイルは、軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように設けられる。

別の態様において、本発明は、誘導電力伝送のための方法を提供し、本方法は、
第１の構成にある磁束結合装置内のより多くのコイルのうちの１つを動作可能に接続して、装置の第１の側で存在する磁場から誘導的に電力を受け取ることと、
第２の構成にある装置内のより多くのコイルのうちの１つを動作可能に接続して、第１の側に対向する装置の第２の側で磁場を生成することと、を含む。

さらに別の態様において、本発明は、誘導電力伝送のために磁場を生成するまたは受け取るのに好適な誘導電力伝送装置を広範に提供し、本装置は、
第１及び第２の端を有する軸を有する中央コイルと、
２つの端コイルであって、
１つの端コイルが、軸の各端にまたはそれに隣接して設けられ、
中央コイル及び端コイルが、電源により通電されたとき、磁束が、軸に沿って中央コイル内に存在し、かつ端コイルによって装置の第１の側に導かれるように配置される、２つの端コイルと、
軸に直交する方向に磁束を生成するまたは受け取るように動作可能なさらなるコイルと、を備える。

さらなる態様にしたがって、本発明は、添付の図面に関連して実質的に本明細書に記載されるような磁束結合装置を広範に提供する。

すべてのその新規態様において検討されるべき本発明のさらなる態様は、それらの潜在的な実施形態の例として設けられる以下の説明から明らかになる。

本明細書全体にわたる先行技術のいかなる説明も、そのような先行技術が広く知られている、または本分野において共通の一般知識の一部を形成するという承認と全く見なされないものとする。

３つのコイルを有する「Ｈ」形状のフェライトの概略側面図を示す。 矢印によって示される起磁力（ＭＭＦ）例を含む図１ａのフェライトの概略を示す。 巻線、磁位、及びＭＭＦ方向を別個に含む図１ａのフェライトの部分の概略を示す。 図１ｃの磁位及びＭＭＦ方向に基づく磁位例を含む図１ａのフェライトの概略を示す。 本発明の実施形態の磁束パターン及び磁場強度の２Ｄシミュレーションである。 本発明の実施形態の磁場強度の２Ｄシミュレーションである。 パッドの上に磁束コレクタを含む本発明の実施形態の磁場強度の２Ｄシミュレーションである。 高透過性磁気下部構造体を含まない本発明の実施形態の概略側面図である。 扁平の端コイルを含む本発明の実施形態の概略側面図である。 中央コイルの一端にのみに端コイルを含む本発明の実施形態の概略側面図である。 中央コイルに直交する方向に磁束を捕捉または生成するように適合されるさらなるコイル（本明細書では「Ｑ」コイルと称される）を含む本発明の実施形態の平面図である。 図８に示される装置の側面図である。 Ｑコイルを含む別の本発明の実施形態の平面図である。 図１０に示される装置の側面図である。 Ｑコイルを含み、Ｑコイルが２つの個別部分コイルとして巻回される、別の本発明の実施形態の平面図である。 図１２に示される装置の側面図である。 本明細書に記載される磁束結合装置の様々な実施形態と共に使用され得る、同様に高磁気透過性材料のフェライトの２つの異なる配置を例証する平面図である。 図８〜１１に関連して記載されるコイル配置から電力を受け取るための１つの可能性のある配置の回路概略である。 図１２及び１３に関連して記載されるコイル配置から電力を受け取るための１つの可能性のある配置の回路概略である。 図１８に示されるものと概して同様の本発明の実施形態の磁場強度の２Ｄシミュレーションである。 磁束結合構造体のさらなる実施形態の等角図である。

まず図１ａを参照すると、本明細書ではパッド１と称される磁束結合機器が側面図で示される。さらに以下でより詳細に記載されるように、パッド１は、パッドが必要とされる磁場または磁束パターンを提供するように磁束を導くまたは向かわせるように適合される。記載される装置の一用途は、誘導電力伝送系における使用のためである。

多くのＩＰＴ用途において、３次元（高さまたは深さ）にあるよりも２次元において（例えば、水平に）より広範囲であるパッドを使用することが好ましい。しかしながら、「パッド」という用語は、本明細書内では、任意の磁束結合（即ち、磁束生成または受け取り）構造体を指すために使用され、純粋にパッド様の構造体に限定されない。

図１ａを参照すると、フェライトなどの磁気透過性材料で作製されるＨ形状の部材２は、部材２と磁気的に関連付けられる３つのコイル３、４、５を有する。部材２は、一体型の構造体であり得るか、または別個の片もしくは部から作製され得る。さらに以下で記載されるように、本構造体は、他の形態を取り得、例えば、実質的に扁平であり、いくつかの実施形態においては、本構造体は存在しない場合がある。

コイル３、４、５は、さらなる部分コイルに分離され得（例えば、向上された磁束制御を提供するため、または接続点周辺に巻回すること回避するため）、及び／または電気的に連結され得る。

図１ａに示される例において、コイルは、磁気透過性部材２の周りをらせん状に巻回されるか、渦巻き状に巻かれる。しかしながら、コイル３、４、５は、他の形態を取り得る。一実施形態において、コイル３、４、５のすべてまたはいくつかは、扁平コイルであり得る。さらに、コイル３、４、５のいくつかまたはすべては、部材２の表面上もしくはその近くに設けられ得るか、または部材２内にはめ込まれ得る、もしくは埋め込まれ得る。

図１ａは、中央部７の両側に端部６及び８を含む３つの部分または部を有する部材２を示す。部６、７、８は、部材２の別個の部を含み得るか、または一体型構造の部分を含み得る。図１ａは、関連巻線５を有する中央部７を示す。中央部７の第１の端で、第１の端部６は、関連巻線３を有して設けられる。中央部７の第２の端で、第２の端部８は、関連コイル４と共に設けられる。端部６、８は、好ましくは、水平部７に実質的に直交し、かつ互いに実質的に平行であるが、変形形態が可能である。いくつかの実施形態において、ａ）部材２の構造体、及びｂ）コイル３、４、５のうちの１つ以上の巻きの形態、位置、もしくは数のうちの１つまたは両方の変形形態が、必要とされる磁束パターンを生成するために望ましい場合がある。

図１ａ及び１ｂに示される実施形態において、端部６、８は、中央部７の上下に延在して示される。理想的には、完全に均衡した磁気配置を生成するため（さらに以下に記載されるように）、中央部７は、端部６、８と、実質的にそれらの中間点で交差する。端部の形状における変形形態は、水平部７の中間点から離れる動きを必要とし得る。しかしながら、上記のように、変形形態が、使用中必要とされる磁束パターンを提供するために使用され得る。

以下の説明においては、参照磁位９を参照することが有益である。説明を容易にするため、これはＨ部材２の中央に任意に画定されている。

ここで図１ｂを参照すると、磁気透過性部材２が、コイル３、４、５なしで示される。代わりに、矢印１０、１１、１２が示され、それらはコイル３、４、５それぞれの通電によって使用中に生成される起磁力（ＭＭＦ）を表す。ＭＭＦ１０、１１、１２は、図１ａのコイルへの電源の適用により導入される。ＭＭＦは、電力の相もしくは大きさまたは各コイルもしくは巻線内の導電性材料の巻きの数を調節することによって可変し得る。

図１ｂに示される実施形態において、端部６、８に導入されるＭＭＦ１０、１２は、反対方向にある。中央部内のＭＭＦ１１は、２つのＭＭＦ１０、１２を連結し、それによりそれらがパッド１または部材２の所望の側１３、１４で増大されるように方向付けられる。第１の部のＭＭＦ１１が逆にされた場合、表（反対または実質的に別の方を面する）側１５、１６の磁場が増大される。パッドの側は、１つ、または図１ｂに示されるように、複数の面を含み得る。図１ｂは、磁場の伝達のために面１３及び１４が関連する第１の側２２、及び面１５及び１６が関連する第２の側２３を示す。

ここで図１ｃを参照すると、部材２の部６、７、８が、関連コイル３、４、５及び生成されたＭＭＦ１０、１１、１２と共に別個に示される。正数及び負数は、各部内の磁位の任意の大きさを示す。例えば、コイル５は、図１ｃに示されるように、第１の端が＋１の電位を有し、第２の端が−１の電位を有するように磁気透過性材料部７の端を駆動する。部７が存在しなかったとしても、所与の磁位の結果は、コイル５が通電されるときに依然として達成されることが理解されよう。このプロセスは、他の部のそれぞれにおいても同様である。いくつかの実施形態において、複数のコイルが、単一コイル３、４、５のうちの１つ以上の代わりに使用されて、所望のＭＭＦを生成し得る。各コイルは均衡した全体の電位を有するため（例えば、（＋１）＋（−１）＝０）、この設計では正味電位シフトは存在しない。この均衡は、均衡したＭＭＦを有するコイル３、４、５によって達成され得る。コイルのそれぞれは、同じ印加電流で同じ数の巻きを有し得る（Ｆ＝ＮＩ）。いくつかの実施形態において、端コイル３及び４は、例えば、巻線をより容易に作製するため、または通電に対するより優れた制御を可能にするため、２つのコイルに分裂され得る。これは、コイル上の場所に、端子、例えば、完全に別個のコイルのための端子、またはタップの増加を必要とする。この場合、総ＭＭＦは、別個のコイルＭＭＦを合計することによって均衡され得る。

ここで図１ｄを参照すると、部材２は、理想の環境で示される磁位と共に示される。干渉場の重ね合わせが、実質的に最大及び最小磁位を有する第１の側２２、及び実質的にゼロ磁位を有する第２の側２３を生み出している。非理想の環境において、重ね合わせは、面１３、１４を含む第１の側２２で実質的に増大された磁場、及び面１５、１６を含む第２の側２３で実質的に弱められた磁場という結果をもたらし得る。これらの磁位の結果として、磁束は面１３と１４との間を流れ、ならびに面１５及び１６からのもしくはそれらへ流れる磁束は、制限されるか、または実質的にゼロである。したがって、パッド１によって生成される磁束は、実質的にパッドの片側にあり、パッドから離れる方向に向けられる。この磁束は、パッド構造体から延在し、この種または別のパッドタイプのさらなるパッドを含む磁束受け取り機器と結合することができる。弱められた磁場は、先行技術パッドで使用されるようなシールド要素の必要性を軽減または除去し得る。

Ｈ形状の部材は、水平コイルの端に２つの垂直コイルを有すると見なされ得る。これらの垂直コイルは、それらをより効果的に機能させるために両頭式である。図１ｄに示されるように、例えば、この配向にあるパッドが車道で使用されて、静止したまたは動いている電気車両を充電するために車道の上に延在する磁場を提供し得る。

ここで図２を参照すると、本発明の実施形態の２Ｄシミュレーションは、パッド１の第１の側２２上の増大された磁場、及び第２の側２３上の弱められた磁場を示す。非理想的シミュレーションは、ゼロ磁場は第２の側の面１５、１６では達成されないが、図２においてこれらの面の下及び内側でわずかにヌルが示されることを意味する。重要なことに、これらヌルの周辺の領域も、磁場強度が減少した。パッドの上の磁束は、第２の受け取り側のパッドが位置し得る、パッド２の上の空間内へ延在する高磁束領域を生み出すアーチを形成する。パッドは、第１の側２２から延在する高アーチ型の磁束、及び第２の側２３で実質的に低減されたまたは弱められた磁束を生成した。これは、巻線またはコイルが磁気透過性部材２の両側に存在するとしても発生する。

図３を参照すると、２Ｄシミュレーションは、代替の部材２形状を有して示される。この場合、部材２は、片側に拡張された部分を有する。好ましくは、これらは、使用中、部材２の増大された磁場側に位置する。拡張された面１３及び１４は、磁束経路が表面から外へ部材から離れてアーチを描くように促す。それらはまた、部材に非常に近い任意の磁束経路（即ち、水平部材の近くを通過するものの抵抗を低減する。図２と同様に、ナルがパッド１の側のうちの一方の近くに存在し、伸張された磁場がパッドの反対側で見られる。いくつかの場合において、パッドの側は、真向いではない場合があるか、または幾何学的変形形態が存在し得る。先に記載されるように、第２及び第３の部材６、８上のコイル３、４は、２つの部分または部品で示される。この分離は、第１の部材７周辺で発生する。

ここで図４を参照すると、さらなる代替部材２は、第１及び第２の側に拡張された面を有して示される。部材２の形状は、部材形状を調節することによってさらに最適化され得る。フェライトなど、使用される材料の脆性は、利用できる形状の選択肢を制限し得る。さらに図４に示されるのは、磁気透過性コレクタ２１である。コレクタは、例えば、先の図面に関連して記載されるもの、または本明細書において参照される先の刊行物内に記載されるものなど、第２のパッドを表し得る。

図４に示されるシミュレーションにおいて、コレクタ２１は、簡易なフェライト棒として表される。フェライト棒またはコレクタ２１の存在が、改善された磁場構造体を生み出す。これにより磁場は、第１の側でより強力に増幅または増大され、第２の側でナルはより深く出現する。これは、本明細書に記載される新たなパッドが、コレクタ２のもののように好ましい経路が設けられるとき、その経路内で強化される磁束を提供するが、他のあまり好ましくない経路においては低減された磁束を提供することを示唆する。その結果として、パッドは、使用中、またはパッドへ電力を伝送しているとき、特に効率的であり、低漏出量を有する。これは、漏出磁束を制限するために最も重要な時間はパッドが使用中のときであることから、有益である。パッドは、漏出磁束を制限するために使用中でないときには電源を切られ得る。

端コイルは、磁束をある角度（これらの例では９０度）に向かわせるまたは導くように機能し、その結果、コイルからの磁束は一緒になって、実質的に装置の片側のみからループし、その側から延在する所望のアーチ型の磁束パターンを形成し、それが誘導電力伝送のために使用され得るということが分かる。

ここで図５を参照すると、透過性部材２を含まない実施形態が示される。この実施形態において、中央コイル５を通る軸２５が例証され、上記の他の実施形態と同様に、端コイル３、４が軸の両側に１つ以上の巻きを有することが分かる。他の実施形態は、例えば、必要とされる磁気性能を提供するためにコイルの近くに分布され得る、様々な量の透過性材料を含み得ることが分かる。

図６を見ると、コイル３及び４が扁平コイルとして設けられる実施形態が示される。この配置は、薄型という利点を有する。

図７において、軸２５の両側に１つ以上の巻きを有する１つの端コイルが設けられる別の実施形態が示される。ここでも、端コイルは、２つの個別に制御可能なコイルに分裂され得る。この図に示される配置は、必要とされる磁束パターンを提供するために使用され得る。

当業者は、本明細書に記載される装置が、コイルが通電される様式に応じて、片側もしくは反対側で磁場を生成し得る、または受け取り得ることを理解するものとする。実際には、スイッチ手段は、装置の片側で磁場からエネルギーを受け取るまたは生成するように動作可能であるように第１の構成にあるコイルと、反対側で磁場からエネルギーを受け取るまたは生成するための第２の構成にあるコイルとを接続するために使用され得る。したがって、本装置は、中間磁気結合器として使用され得る。コイルは、第１の側で磁場からエネルギーを受け取るように動作可能であり得、次いで第２の側で磁場を提供するためにスイッチ手段を使用して動作可能に再構成され得る。第２の側の磁場は、第１の側に存在する磁場から受け取ったエネルギーから生成される。

一実施形態において、コンデンサなどのエネルギー貯蔵手段要素が、装置の第１の側で時変磁場磁場から受け取ったエネルギーを貯蔵するために使用される。エネルギー貯蔵手段要素内に貯蔵されるエネルギーは、時変磁場の１つ以上のサイクルにわたって受け取られ得る。適切な時点で、貯蔵要素は、磁場が装置の反対側で設けられて、別の磁束結合器によって受け取られ、その結果電力が伝送されるように、コイルに接続され得る。

上記のような中間結合配置は、電力伝送が発生する距離を延長することができる、及び伝送されている電力の流れまたは量を制御することができるという利点を有する。

ここで図８及び９を見ると、別の実施形態が図形で例証され、ここでは、同様の参照番号は、上記の他の実施形態の同様の機能を示す。部材２は、例証を容易にするために材料のソリッドブロックとして示され、図８の平面図では、それがコイルまたは巻線に対して見えるように網掛けされる。材料の一体型の片が示されるが、他の形状及び配置が可能である。いくつかの実施形態において、部材２は、構造的支持を提供するという主な目的を有し得る。他の実施形態において、部材２は、磁束を集中させるための磁気部材として主に機能し得る。また、部材２の形状は、材料の単一の片、または材料の別個の片のどちらで設けられるにしろ、必要とされる磁束密度、磁気飽和、生成されるもしくは受け取られる磁場の形状、物理的な空間の制約などの因子によって、異なり得る。一例が、図１４に図形で例証され、部材２の２つの別個の構造体の可能性が、左側では材料の固体片として、右側では好適な材料、例えばフェライトのいくつかの棒として示される。棒を使用した構造体は、例えば、特許公報ＷＯ２０１０／０９０５３９及びＷＯ２０１１／０１６７３７に記載される。

再び図８及び９を参照すると、端コイル３、４及び中央コイル５は、例証を明確にする目的のため、導電性材料の個々の巻きを示すのではなく、概略で示される。本構造体は、図６に関連して記載されるものに類似しているが、さらなるコイル３２の存在という主な差異があることが分かる。便宜上、コイル３２は、本明細書内では「Ｑ」コイルと称される。上記のように、使用中、中央コイル５内の磁束は、軸２５に沿って存在し（図５を参照のこと）、端コイル３、４によって装置の片側の内外へ導かれる。したがって、本配置は、本構造体の中央、即ち、コイル５の中央の軸２５に直交する方向にある磁束（または磁束成分）を受け取るまたは生成するように適合されない。使用中、コイル３２は、そのような直交磁束成分が生成されるまたは受け取られることを可能にする。Ｑコイル３２の動作は、先行段落において参照される特許刊行物内に記載される。Ｑコイル３２は、磁束が、使用中、そこから受け取られるまたはそこに生成される装置の側で設けられる。

Ｑコイル３２がコイル３、４、５の外側（即ち、外周）に設けられる別の実施形態が、図１０及び１１に示される。ここでも、Ｑコイル３２は、磁束が、使用中、そこから受け取られるまたはそこに生成される装置の側で設けられる。

図１５は、時変磁場から誘導的に電力を受け取るための図８〜１１に関連して記載されるＱコイル実施形態の使用の一例を例証する回路図を示す。単一の巻線として巻回されるコイル３、４、５が示される。コイル３、４、５は、共振回路を提供するためにコンデンサ３６を調整することによって調整され、その出力は、ＤＣインダクタ４０及びスイッチＳを備える制御回路に設けられる前にダイオードブリッジ３８によって整流される。ダイオード４２を介したＤＣフィルタコンデンサ４４（及びひいてはロードＲ）への電力の流れは、スイッチＳを動作させることによって制御される。スイッチＳを開いておくことで、ロードＲへ電力が流れることを可能にし、スイッチを閉じることで、電力が流れることを防ぐ。スイッチＳの動作は、調整される回路における電流の周波数に対して、早い場合または遅い場合がある。上記のものなどの制御回路の動作のさらなる開示は、米国特許第５２９３３０８号に見られ得る。

Ｑコイル３２は、コンデンサ３７を調整することによって共振に調整され、その出力は、上記の制御回路への提供のためにダイオードブリッジ３９によって整流される。

図１２及び１３において、Ｑコイルが２つの部分コイル３２Ａ及び３２Ｂを含むさらなる実施形態が示される。これらの巻線は、さらに以下に記載されるように、位相を異にして接続される。例えば、装置がレシーバとして使用される場合、垂直方向（図１３に示されるように）かつ中心にコイル５を有する磁束成分は、分離、即ち、分岐し、部材２を通って反対方向に移動し得る。分離した磁束は、各部分コイル３２Ａ及び３２Ｂ内に電圧を生成する。図１２及び１３の装置を使用して電力を受け取り、制御するための回路の一例が、図１６に示される。

図１６は、時変磁場から誘導的に電力を受け取るための図１２及び１３に関連して記載されるＱコイル実施形態の使用の一例を例証する回路図を示す。本回路は、図１５に関連して記載されるものと類似しており、同様の機能は同様の番号を有する。ここでも、単一の巻線として巻回されるコイル３、４、５が示される。２つの部分コイル３２Ａ及び３２Ｂは、それらの出力が合計されるように、位相を異にして接続される。部分コイルは、コンデンサ４５を調整することで調整され、共振回路の出力は、ダイオードブリッジ４６を使用して整流される。回路動作の残りは、図１５に関連して記載される通りである。

ここで図１８を参照すると、図６に示される実施形態と類似したいくつかの機能を有し、かつ図１４に示されるものと類似した磁気透過性の基板構造体を使用するパッド構造体の実用実施形態が示される。図１８実施形態において、構造体の内外へ磁束を導く端コイル３及び４は、フェライト棒３０によって分離される「ソレノイド」型の巻線を形成するように、一緒に巻回される２つの分離した扁平コイルから形成される。端コイル３及び４は、棒構造体３０を効果的に連結し得るソレノイドコイル５によって分離される。フェライトは好ましい材料形態であるが、他の高透過性磁気材料も使用され得、材料は、分離した個別の棒の形態ではなく、一体型の単位体として形成され得る。実際には、本発明者らは、棒３０は、市販のフェライト構造体から容易に形成されるため、及び間隔が空いているにもかかわらず、依然として十分に透過性の領域を提供して、磁束をパッド構造体へ導くため、実用性が高いということを発見した。さらに、磁束がパッド構造体を通して伝播することを目的としている長手方向にある棒の配列が、必要とされる方向に低抵抗の経路を提供する。

図１７を見ると、図１８に示されるパッド構造体の中央を通る垂直面における磁束パターンが、横断面で示される。コイル３、４、及び５の構造体を、棒３０と共に横断面内で見ることができ、パッド構造体の裏に（即ち、フェライト棒３０の下の図１７の下方部において）高く制御された磁場を示す。

本発明は、本質的に片側の磁束を提供することができるが、様々な異なる磁場形状を提供するためにも使用され得る高効率の磁束結合器を提供することが分かる。

Claims (9)

1. 誘導電力伝送のために磁場を生成することまたは受け取ることに好適な誘導電力伝送装置であって、
   第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
   ２つの端コイルであって、１つの端コイルが、前記中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられる、２つの端コイルと、を備え、
   前記端コイルのそれぞれが、第１の巻線及び第２の巻線を提供するように配置され、
   前記第１の巻線が前記中央コイルの前記軸の片側に設けられ、前記第２の巻線が前記中央コイルの前記軸の反対側に設けられ、
   前記装置が、前記軸に沿って位置する磁気透過性構造体を含む、誘導電力伝送装置。
2. 通電されたとき、前記端コイルが、誘導電力伝送のために、磁束を前記中央コイルに導いて、前記装置を越えるアーチ型の束パターンを提供するように、前記端コイルが、それぞれ、前記中央コイルに対してある角度で配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記端コイルは、電源により通電されたとき、前記各端コイルによって生成される磁場が、前記装置の第１の側で互いを増大させ、かつ前記第１の側に対向する前記装置の第２の側で互いを実質的に弱めるように、前記中央コイルに対して配置される、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の巻線が前記透過性構造体の片側に設けられ、前記第２の巻線が前記透過性構造体の別の側に設けられる、請求項１に記載の装置。
5. 前記中央コイルによって生成されるまたは受け取られる磁束成分の方向に実質的に直交する方向に、磁束成分を生成するまたは受け取るように適合される、さらなるコイルを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第１及び第２の巻線が扁平巻線を含む、請求項１に記載の装置。
7. 誘導電力伝送のために磁場を生成することまたは受け取ることに好適な誘導電力伝送装置であって、
   第１及び第２の端ならびにそれらの間に軸を有する中央コイルと、
   ２つの端コイルであって、
   １つの端コイルが、前記中央コイルの各端にまたはそれに隣接して設けられ、前記端コイルのそれぞれの１つ以上の巻きが前記中央コイルの前記軸の片側にあり、かつ残りの巻きが前記軸の反対側にあり、
   前記端コイルが、前記中央コイルに対してある角度で配置され、前記端コイルが、通電されたとき、誘導電力伝送のために、前記軸の片側で束を弱めるまたは相殺するように、かつ前記軸の反対側で、磁束を前記中央コイルに導いて、前記装置を越えるアーチ型の束パターンを提供するように動作可能である、２つの端コイルと、を備え、
   前記装置が、前記軸に沿って位置する磁気透過性構造体を含む、誘導電力伝送装置。
8. さらなるコイルが、使用中に磁束が生成される前記装置の片側に設けられ、前記さらなるコイルの巻線の中心軸が、前記中央コイルの前記軸に直交する方向に束を生成するまたは受け取るように設けられる、請求項７に記載の装置。
9. 各端コイルの前記１つ以上の巻きが、前記透過性構造体の片側に設けられ、前記残りの巻きが、前記透過性構造体の別の側に設けられる、請求項８に記載の装置。

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