JP6738966B2 - 電気自動車に取り付けるための誘導部品および二次共振器デバイス - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は板状フェライトコアおよび板状フェライトコア上に配置されたハイブリッドダブルＤソレノイドコイルを備える誘導デバイスに関する。本発明はさらに対応する誘導デバイスと電気自動車に搭載するための二次共振器デバイスに関する。

背景
再生可能なエネルギ源から生成される電力の割合の増加および温室効果ガスを減少するための広範な国際協定により、電気自動車、すなわち電気で駆動される自動車がますます重要となっている。電気的な車は地下鉄の電車といった乗客車両および貨物車両、電動自転車等をさらに備える電気自動車の例である。一般に、電気的な車は少なくとも４つの車輪を有する乗客を運ぶための自動車であると理解され、それはいわゆる電気駆動体としての電気モータによって駆動され、いくつかの相互接続された電池セルまたはセルブロックで構成される走行用電池に移動に必要な電気エネルギを蓄える。これらの車両が動作中に関連する汚染物質を排出しないので、それらはガソリン駆動車両と比較してゼロエミッション車両に分類される。

電子的に制御された電気モータは内燃機関と比較してすでに静止状態において最大のトルクをもたらすので、手動変速機は内燃機関を使用する駆動とは異なり通常必要ではなく、電気モータは内燃機関と比較して動作中により静かでありほぼ振動がなく有害な排気ガスを直接排出することがないが、比較的未開発で不均一に整流された充電インフラストラクチャと、その結果電気自動車のユーザがより長い走行を自発的に管理する柔軟性の低さとが市場で受け入れられるための障害を提示する。

電気車両とガソリン車両との間のさらに他の著しい違いはエネルギストレージを補充するための充電時間と給油時間の比較である。たとえば、数分の給油時間は数十分（現在、高性能ＤＣ充電ステーションで８０％の電池充電のために約３０分）に直面する。

しかし、電気自動車の充電に関してすべての充電システムは１つの標準に基づいているが、電気自動車のために特別に作成された異なる種類の充電プラグが存在する。結果として、現在さまざまな充電オプションが利用できるが、これらは製造者およびモデルに大きく依存する。

ガソリン車両と比べて、ガレージまたは恒久的に割り当てられた駐車スペースまたは会社の車両のための会社のパーキングロットのような、使用されないときでも多くの車両が収容される場所に「充電ステーション」を有利に配置することが可能である。ほぼすべての電気的な車は任意の通常の家庭用のコンセントにおいて電荷されることができるが、１６Ａのヒューズ付きの家庭用の標準的な単相コネクタは最大２．３ｋＷの送電を可能とするので、電気的な車を家庭用のコンセントにおいて充電することは一般に数時間を要する。さらに、家庭用のコンセントにおいて充電するときに、他の消費体が家庭用のコンセントにおける回路にすでに接続されている可能性があることと、電気自動車の充電のために家庭用コンセントへの電力供給の負荷がより長くなり、特に数時間にわたるという制限が生じることにも留意されたい。

電気的な車の受け入れの増加がとりわけエレクトロモビリティの増加に関連することと、電気自動車の使用性の改善がそこで大きな影響を与え得ることを仮定するのは妥当ではない。

改善のための１つの手法は、たとえば、電気自動車に搭載された電池を充電するために運転中または駐車中にエネルギが誘電によって非接触方式で車に伝達される、開放接点のない非接触充電を提供する。ユーザによるプラグおよび充電ケーブルの取り扱いが除去されるので市場で受け入れられる機会が増える。

電気的な車のための非接触充電システムは電気エネルギを出力するよう構成される一次共振器デバイスと一次共振器デバイスによって出力される電気エネルギを受けるように構成される二次共振器デバイスとを一般に備える。

無線エネルギ伝達の場合、物理プロパティにおいて異なる２つの原理が基本的に存在する。第１のものは近接場内の無線エネルギ伝達であり、非放射結合とも称される。これは、たとえば一次共振器デバイス内で生成され二次共振器デバイスによって検出される磁気的フラックスに基づく誘導性結合を含む。第２のものは遠方場内のエネルギの伝達であり、放射エネルギ伝達とも称され、これは電磁波に基づく。

近接場内の無線エネルギ伝達（上述の第１のものを参照）はエネルギ伝達放射の波長と比較して小さい距離に対するエネルギ伝達範囲の面で限定される。

いわゆる自由空間経路損失（すなわち追加的な減衰媒体からの干渉または反射からの干渉のない自由空間内の電磁場の伝播における電力密度の減少）が１％以下の非常に低い程度の効率性のみを可能とするため、遠方場内のエネルギ伝達は比較的小さい出力の伝達に限定される。

電気自動車の非接触充電のために、提示される充電システムはそのため主に誘導性結合による電磁気的エネルギの近接場伝達に向けられ、一次コイルまたは送信コイルは地面、たとえば舗装またはパーキングロット内に埋め込まれ、同時に二次コイルまたは受信コイルは電気自動車、たとえば本体下に取り付けられる。地面より上に搭載することも民間セクタでは可能であり、一次または送信コイルは地面から少なくとも部分的に突出する。

一次および／または二次コイルのための既知のコイル構成は図１ａ、図１ｂおよび図１ｃを参照して以下に説明される。

図１ａはいわゆる「ダブルＤコイル設計」に従うコイル１ａ上への上面図を概略的に示す。巻線５ａは図示される構成に従い磁心３ａ上に配置され、特に、巻線５ａの個々の周は磁心３ａの周りに延在しない。

図１ｂはいわゆる「ソレノイドコイル設計」に従うコイル１ｂを概略的に示し、これに従い、巻線５ｂの個々の周が磁心３ｂの周りを走るように、巻線５ｂは磁心３ｂ上に配置される。

図１ｃは図１ａのダブルＤコイル設計および図１ｂのソレノイドコイル設計の組み合わせを提示するいわゆる「ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル設計」に従うコイル１ｃを示す。そこでコイル１ｃは磁心３ｃ上の巻線５ｃを備え、これは周５ｃ１およびさらに他の周５ｃ２を備え、周５ｃ１および周５ｃ２は磁心３ｃに対して角度をなして巻かれる。このことは、周５ｃ１，５ｃ２の周軸の各々、すなわち、周５ｃ１および周５ｃ２が配置される平面に垂直な軸はそれぞれに参照符号ｄを付された図１ｃ内の厚み方向から４５°以下だけずらされることを意味する。

他方、図１ｂを参照して見ることができるように、巻線５ｂの周軸は磁心３ｂの厚み方向に実質的に垂直に配向され（図１ｃ内の「ｄ」がまた図１ｂに対して適宜に規定されることを要する）、特に巻線５ｂの周軸、すなわち巻線５ｂの周が配置される平面に垂直な軸は、厚み方向に対して４５°よりも大きい角度で配向される。

無線エネルギ伝達のための既知のコイルトポロジはたとえば国際公開第２０１５／０９４９６４Ａ１号パンフレットに説明される。

電気自動車の無線充電のためのデバイスは、たとえば国際公開第２０１６／１１４８９３Ａ１号に説明される。

電気自動車を充電するための充電デバイスのための二次デバイスは、たとえば欧州特許出願公開第２８５８０７８Ａ１号明細書から既知である。

エレクトロモビリティの改善を考慮して、たとえば７ｋＷ以上の改善された出力電力をある程度改善された効率性において伝達しつつ、コンパクトな設計を維持することができる、電気自動車等の電気的な車を誘導的に充電するための特定のコイル設計を提供することが目的である。さらに、１つの目的は電力損失による自己発熱を少なくとも減少させるコイル設計を提供することである。

充電システムの開発において、たとえば利用できるスペース、所与の最小の効率性、所与の最小の伝達電力、所与の最小の電気強度、安定性の面での必要条件等のようなその他の局面に関して一般的な条件は遵守されるべきである。

発明の簡単な説明
上記の問題および目的は本開示の文脈で独立請求項１に従う誘導デバイスおよび独立請求項１０に従う電気自動車に搭載するための二次共振器デバイスによって解決される。誘導デバイスのさらに有利な実施形態は従属請求項２〜９において規定される。

本開示の１つの局面では、板状フェライトコアと、板状フェライトコア上に配置され、複数の周を有するハイブリッドダブルＤソレノイドコイルとを有する誘導デバイスが提供され、複数の周は少なくとも２つの直接的に連続する周の少なくとも２つのそれぞれのグループにグループ分けされる。グループ内の周の周直径は単調増加または減少し、グループの最後の周から直接後続のグループの第１の周へと直接続く遷移における周直径は（グループにおいて単調増加する周直径の場合）減少し、または（グループにおいて単調減少する周直径の場合）増加する。これはハイブリッドダブルＤソレノイドコイルの個々の周のグループへの唯一の割り当てを可能とする。これに従い規定される複数の周のグループ分けはコイル巻線内の交互配置されるまたはそれぞれに分散された巻線を実現し、連続的に増加する周直径により増加する膨れによって引き起こされる周のための重畳する大きなスペース要件が阻止される。他方、グループを用いた巻線パターンにより周はグループ内のみでグループごとの周数に依存して最大の周直径へと増加する。

それとは対照的に、既知のダブルＤコイル設計は、たとえば図１ａに示されるように、周数に比例して増加する周直径をもたらす。

上述の誘導デバイスの有利な実施形態では、板状フェライトコアはハイブリッドダブルＤソレノイドコイルによって一部重畳された少なくとも１つの段差を備える。段差における構造高さにおける減少が得られることができる。

ここで例示的実施形態では、少なくとも１つの段差は板状フェライトコアの厚み方向に対して垂直な方向に配向される板状フェライトコアの２つのそれぞれに反対に配置された面に形成される。この場合、厚み方向に沿う２つの相互に反対の面の各々における少なくとも１つの段差はオフセットを提供する。これは構造高さの最適化の観点から段差を提供するために簡単かつ効率的な方法を提示する。

誘導デバイスの別の有利な実施形態では、ハイブリッドダブルＤソレノイドコイルは第１の複数の周および第１の端子接点を有する板状フェライトコア上に配置された第１の巻線と、第２の複数の周および第２の端子接点を有する第２の巻線とを備える。第１の端子接点および第２の端子接点は、電圧が端子に印加されるときに第１の巻線および第２の巻線を互いに反対の回転方向を有する電流が通過するように、誘導デバイスの端子に接続される。上述の発明の局面に従うハイブリッドダブルＤソレノイドコイル設計の第１の巻線および第２の巻線はここで端子に平行に接続され、これによりハイブリッドダブルＤソレノイドコイル設計に沿うオーム抵抗が減少し、電力損失が減らされる。

電圧降下が誘導デバイスの端子に印加されたときに第１の巻線および第２の巻線を通過する電流が互いに対して相互に反対の回転方向を有する提示されるように規定される接続構成は、充電システム内の二次要素または一次要素としてのさらに他の誘導デバイスへの有利な結合を引き起こす動作中の磁場構成を可能とする。

例示的実施形態では、板状フェライトコアは板状フェライトコアの対向する端部において第１の巻線および／または第２の巻線の周軸を板状フェライトコア上へと投影することによって得られる方向に対して配置された２つのポールセクションを備え、接続セクションはポールセクション間に配置され、各ポールセクションは接続セクションから板状フェライトコアの厚み方向に沿って配置されつつ、フェライトコア内の段差を形成する。これは構造高さの最適化を達成しつつ、オフセットする方法で配置するポールセクションによって有利な結合プロパティを維持することができる。

別の例示的実施形態では、各ポールセクションは少なくとも部分的に露出され厚み方向に対して垂直に向けられ周セクションが重畳されないポールセクションを備える。このことは、一次または二次要素として機能するさらに他の誘導デバイスへの誘導デバイスの有利な結合動作を可能とする。

誘導デバイスの別の有利な実施形態では、ハイブリッドダブルＤソレノイドコイルは単層で板状フェライトコアの厚み方向に対して垂直な方向に配向された板状フェライトコアの面上を巻かれる。厚み方向に沿う有利な構造高さはそして単層の巻線によってこの実施形態において得られる。

誘導デバイスの１つのさらに有利な実施形態では、誘導デバイスは板状フェライトコアの面上に少なくとも１つの支持部材を配置した巻線要素をさらに備え、少なくとも１つの支持部材は、各々が支持部材上方に配置された周のまさに１つの周セクションを受け入れるそれぞれ複数の溝を備え。それと共に有利な構造高さを提供しつつ、同時に周が短絡することを阻止するために周間の絶縁を提供することが可能である。この実施形態は誘導デバイスの製造において特に有利である。

誘導デバイスの別の有利な実施形態では、端子接点から周に延在する導線セクションは内部に長手方向に引き回され、周セクションによって重畳される。導線セクションは端子接点間の接続を提供し周はここで潜在的な損傷から保護され、同時に、誘導デバイスの厚み方向に垂直な長手方向の寸法は周とフェライトコアとの間に形成される内部スペースの最適な利用によって最小化される。

別の局面では、本発明は電気自動車に搭載するための二次共振器デバイスを提供する。提示される例示的実施形態に従い、二次共振器デバイスはハウジング、容量部品、および上述の局面に従う誘導デバイスを備え、少なくとも誘導デバイスはハウジング内に受け入れられる。

この局面では、小さい構造スペースおよび有利な結合特性を有する二次共振器デバイスが電気自動車の非接触充電において使用するのために提供される。ハウジングはそこで材料に依存して、たとえば、シールディング要素および／またはヒートシンクとして使用されることができる。

図面の簡単な説明
上記に例示された本発明の態様のさらに他の利点および例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。

既知のコイル設計を概略的に図示する。 既知のコイル設計を概略的に図示する。 既知のコイル設計を概略的に図示する。 本発明のいくつかの詳細な実施形態に従う誘導デバイス上への上面図を示す。 図２ａの誘導デバイスの底部側面図を示す。 図２ａおよび図２ｂ内で示される誘導デバイスの内側面断面図を示す。 図２ａ〜図２ｃのための巻線要素を有するフェライトコアの側面断面図を示す。 本発明の例示的実施形態に従う巻線パターンの上面図を概略的に示す。 図３の巻線パターンを断面図において概略的に示す。 本発明の例示的実施形態に従う電気自動車を充電するための充電システムを概略的に示す。

詳細な説明
本発明のいくつかの例示的実施形態に従う誘導デバイス１００は図２ａ〜図２ｄを参照して以下に詳細に説明される。

図２ａは、誘導デバイス１００の頂部側上への上面図を示す。「頂部側」という用語は誘導デバイス１００の「底部側」とは反対に配置され、そして電気自動車（図示しない）の非接触充電のためのシステム内のさらに他の誘導デバイス（図示しない）に面する誘導デバイス１００の側面を以下では意味する。

図示の例では、誘導デバイス１００は電気自動車（図示しない）に取り付けられ得る。さらに、誘導デバイス１００は頂部側が車両下部本体に面しつつ、底部側が舗装、パーキングロットのフロア、ガレージフロア等といった地面（図示しない）に面するように取り付けられ得る。

別の図示の例では、誘導デバイス１００は舗装、駐車場フロア、ガレージフロア等といった（図示しない）地面上にまたは地下に配置され得、たとえばその内部に埋め込まれ得る。底部側はここで電気自動車（図示しない）の車両下部本体（図示しない）に面する。

誘導デバイス１００は板状フェライトコア１１０と板状フェライトコア１１０の上方に配置され複数の周１６０を有するハイブリッドダブルＤソレノイドコイル１５０とを備える。複数の周１６０はここで複数周（すなわち、少なくとも４つの周）によって形成される。周は図２ａ内で例として参照符号１６６を用いて指定される。したがって、参照符号「１６６」は１つの例示的な非限定的例の周１６６に従い、複数の周１６０のうちの単一の周を提示する。

複数の周１６０は複数のグループにグループ分けされ、各々が以下により詳細に論じる方法でいくつかの直接的に連続する周から作られる。

図２ａに示されるように、板状フェライトコア１１０は複数の個々のフェライトプレート１１１，１１３，１１５から形成され、これらは板状フェライトコア１１０を形成するために一緒につながれる。代替的に、板状フェライトコア１１０は一体的に、特に単一のプレート形フェライト要素から形成され得、この場合図２ａ内の図示に反して板状フェライトコア１１０内のつなぎは提示されない。

いくつかの例示的実施形態に従い、例として図２ａに示すように、板状フェライトコア１１０は長手方向のくぼみ１１４を備え得、この中に、たとえば誘導デバイスの端子１２２，１２４が省スペースな方法で収容され、誘導デバイスの長手方向の寸法は小さく維持される。追加的にまたは代替的に、少なくとも１つのキャパシタといった容量部品（図示しない）はくぼみ１１４内に収容され得る。

例として図２ａに示すように、くぼみ１１４は典型的な実施形態に従いフェライトコア１１０のテーパーをつけられるセクションとして提供され、くぼみ１１４内のフェライトコア１１０の長手方向の寸法は図２ａおよび図２ｂ内で参照符号Ｌを用いて指定されるフェライトコア１１０の長手方向に対してくぼみ１１４外側のフェライトコア１１０の長手方向の寸法よりも小さい。長手方向Ｌに垂直な方向は幅方向とも称され、図２ａ〜図２ｄ内で参照符号Ｂを用いて指定される。

本発明の例示的な実施形態に従い、長手方向Ｌおよび幅方向Ｂにおける寸法に対して以下が当てはまる。Ｌ＞Ｂ，Ｌ≒ＢまたはＬ＜Ｂ。

方向Ｌ，Ｂに垂直な方向は、図２ｃおよび図２ｄ内で厚み方向Ｄと称される。厚み方向Ｄに関して、フェライトコア１１０は方向Ｌおよび方向Ｂに沿う寸法よりも小さい寸法を有し、すなわちＤ＜Ｌ，Ｂである。

特定の典型的な実施形態に従い、Ｄ＜Ｌ／１０および／またはＤ＜Ｂ／１０であり得る。好ましい実施形態に従い、Ｄ＜Ｌ／２０および／またはＤ＜Ｂ／２０であり得る。特定の提示される図示の例に従い、Ｄ＜Ｌ／３０および／またはＤ＜Ｂ／３０であり得る。ＤとＬ，Ｂとに関して得られるアスペクト比は、フェライトコア１１０を「板状フェライトコア」として明確に例示し、厚み方向は任意のくぼみ、たとえばくぼみ１１４を考慮することなく「板状フェライトコア」がそれに沿って最少の延在を有する方向として識別される。

例示的実施形態に従い、ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル１５０は第１の巻線１５２および第２の巻線１５４を備え、各々は複数の（より好ましくは２つまたは３つ以上の）周を備える。図２ａ内で示される誘導デバイス１００の頂部側上への上面図では、第１の巻線１５２は幅方向Ｂに対して第２の巻線１５４が配置されたものとは反対の板状フェライトコア１１０の端部において配置され、または第１の巻線１５２の複数の周の周セクション（たとえば、図２ａ内の周１６６）は長手方向Ｌにそれぞれに実質的に平行に板状フェライトコア１１０の少なくとも最大の部分上を延在する。図２ａは、図２ａ内に示される図内の第１の巻線１５２の周セクションが板状フェライトコア１１０上を直接延在する限り周セクションが第１の巻線１５２の板状フェライトコア１１０上を長手方向Ｌに平行に延在し、同時に板状フェライトコア１１０の側への周セクションが円弧の流れを取り、図２ａ内に示される図に関して、誘導デバイス１００の底部側に向かって板状フェライトコア１１０の背後に引き回されるという特別な場合を示す。第２の巻線１５４についても同じことが当てはまる。しかし、これは限定を構成するものではなく、たとえば長手方向Ｌに対して斜め等の周セクションの異なる配向が実装され得る。

第１の巻線１５２は誘導デバイスの端子１２２，１２４に端子接点１５７，１５８を用いて電気的におよび機械的に接続され、端子接点１５７および端子接点１５８はそれぞれ導線セクション１６３および導線セクション１６４を介して第１の巻線１５２の複数の周に接続される。端子接点１５７，１５８および端子１２２，１２４は任意の手段によって、たとえば、圧着接続、ねじ接続、プラグ接続、はんだ接続等によって互いに電気的におよび機械的に接続され得る。したがって、第２の巻線１５４は端子接点１５５，１５６によって端子１２２，１２４に接続され、端子接点１５５は第１の巻線１５４の複数の周に導線セクション１６１によって接続され、端子接点１５６は第２の巻線１５４の複数の周に導線セクション１６２によって接続される。

導線セクション１６１，１６２，１６３，１６４は板状フェライトコア１１０の側において幅方向Ｂに実質的に平行に延在し、例示的実施形態に従い、内側上に引き回され、導線セクション１６１，１６２，１６３，１６４は例示的実施形態に従い第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の複数の周の最も距離のある周セクションよりも長手方向Ｌに沿って板状フェライトコア１１０の側面に対して小さい距離において引き回される。代替的に、導線セクション１６１，１６２，１６３，１６４は、導線セクション１６１〜１６４の外部実装に従い、第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の複数の周の最も外側の周セクションよりも板状フェライトコア１１０に対して大きい距離において配置され得る。後者の場合（図示しない）には、導線セクション１６１〜１６４は第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の複数の周の周セクションによって重畳されない。

図２ａ内の図示に従う頂部側上への上面図とは逆に、図２ｂを参照して、誘導デバイス１００の底部側上への上面図が示される。図２ａと図２ｂとを比較するとき、図２ａおよび図２ｂで図示される上面図内で板状フェライトコア１１０上に直接引き回される第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の周の周セクションは、第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の周の角度を付けられた位置のために図２ａでの頂部側の場合に、たとえば、底部側での図を示す図２ｂの場合よりも幅方向Ｂに対してたとえば互いに大きい距離において配置され得、第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の周の周セクションが幅方向Ｂに沿って図２ｂと比較してたとえば小さい距離において引き回され、これにより板状フェライトコア１１０のポールセクション１４１，１４３，１４５は幅方向Ｂにおいて板状フェライトコア１１０の１つの端部に向かって形成され、幅方向Ｂに対して反対の端部において露出されたポールセクション１４７，１４８，１４９として形成され、同時に図２ａの頂部側上への上面図内において、板状フェライトコア１１０のみがその間に配置される接続セクション１１１，１１３，１１５において露出され、これは図２ｂに示されるようにポールセクション１４１，１４３，１４５とポールセクション１４７，１４８，１４９との間に配置される。

図２ｃを参照して、図２ａおよび図２ｂの誘導デバイス１００の側面図が示され、これはたとえば図２ｂ内で、図２ｂ内で示される誘導デバイス１００が図示される紙面から垂直に傾けられており、これにより図は端子１２２上へと長手方向に垂直である。図２ｃ内で示される長手方向の図では、第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の周の幅方向Ｂに対して角度を付けられた位置が見られ得、すなわち図２ｃ内の垂線ｎに対して巻線平面ＷＥに概略的に示されるように、第１の巻線１５２の周によって形成される平面への垂線は幅方向Ｂに対して斜めの角度において配向され、角度αは垂線ｎと幅方向Ｂとの間の角度を表す。角度αは０°に等しくなく、特定の例示的実施形態に従い、本開示を限定することなくたとえば５°以上である（α＞＝５°）。第２の巻線１５４についても同じことが当てはまり、第１の巻線および第２の巻線は、第１の巻線と第２の巻線との間の厚み方向Ｄに平行に配向された対称軸に対して鏡面対称に巻かれ得る。

例示的実施形態に従い、図２ａ〜図２ｃに示されるように、誘導デバイス１００は第１の巻線１５２を受け支持するように構成される第１の支持部材１３２および第２の巻線を受け支持するように構成される第２の支持部材１３４を有する巻線要素１３０を備える。支持部材１３２はたとえば、フェライトコア１１０を長手方向Ｌに沿って少なくとも部分的に覆い、射出成形などによって電気的絶縁材料から形成される細長いプレート様形状を有することができる。

図２ｄに関して、板状フェライトコア１１０は端子１２２および端子接点を有する第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４なしに図２ｃ内で示される。図２ｄ内の図示に従い、特に板状フェライトコア１１０および巻線要素１３０のみが長手方向の図において示される。

図２ｄ内に図示的に示される本発明の図示の例に従い、板状フェライトコア１１０は第１の段差１７１および第２の段差１７２を備える。段差１７１に従い、ポールセクション１４１の露出された面は厚み方向Ｄに沿って接続セクション１１１に対してオフセットして配置され、すなわち、オフセットＶ１は段差１７１によってポールセクション１４１の露出されたポール面に対して接続セクション１１１の同様に配向された面の間に形成される。したがって、ポールセクション１４７は接続セクション１１１に対して段差１７２によってオフセットされ、オフセットは特にポールセクション１４７の露出されたポール面と接続セクション１１１の同様に配向された面との間に形成される。これは本開示を限定するものではなく、段差１７１，１７２のうちの１つのみが２つの段差１７１，１７２の代わりに形成され得る。代替的に、段差１７１および段差１７２は段差１７１に関連付けられたオフセットが第２の段差１７２に関連付けられたオフセットとは異なるように形成され得る。

図２ｄ内の典型的な図示に従い、巻線要素１３０は支持部材１３２，１３３，１３４，１３５を備え、支持部材１３３，１３５はそれらが部分的に接続セクション１１１に重畳するように対応する段差１７１，１７２の隣に形成され、同時にポールセクション１４１またはポールセクション１４７はそれぞれ、支持部材１３５および支持部材１３３が重畳されない。他方、支持部材１３２，１３４は段差１７１，１７２が板状フェライトコア１１０の頂部側上で支持部材１３２，１３４によって重畳されるように形成される。

支持部材１３２は図２ｃに示されるように第２の巻線の周数に対応する複数の溝１３２ｎを備える。支持部材１３３は第２の巻線１５４の周数に対応し支持部材１３２の溝の数１３２ｎに対応する複数の溝１３３ｎを備える。支持部材１３５および支持部材１３４に対しても図２ｃ内の図示から第１の巻線１５２に対して同じことが当てはまる。

溝１３２ｎ，１３３ｎ，１３４ｎ，１３５ｎは各々板状フェライトコア１１０の頂部側および底部側上でそれぞれに周の周セクションを受け入れ、隣接する周セクションを互いから板状フェライトコア１１０の頂部側および底部側に沿って互いから絶縁し、これによりたとえば周セクションのためのシースが除去された場合でも周の短絡は阻止されることができる。加えて、支持部材１３２，１３３，１３４，１３５は第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の機械的な固定および安定化に寄与する。

図２ｄは、支持部材１３３，１３５のいくつかの溝がより少ない深さである、またはより低い高さの区画壁を有する、巻線要素１３０の典型的な実施形態を示す。これらの典型的な実施形態は構造スペースによる支持部材１３３，１３５の構成オプションを図示するためのものにすぎず、本開示のいかなる限定も構成しない。代替的に、支持部材１３３および／または１３５の溝は可能な限り均一にされることができ（すなわち可能な限り均一の深さまたは均一に高い区画壁を有し、「可能なかぎり」とは、理想的な場合からの製造公差の範囲内における許容可能な偏差、たとえば所定の寸法からの約５％または約１０％の偏差を意味する。

誘導デバイス１００の端子１２２，１２４への第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４の接続構成は図２ｃを参照して以下に説明される。第１の巻線１５２はこの場合、端子接点１５７，１５８によって端子１２２，１２４に電気的に接続され（図２ａの第１の巻線１５２の端子接点参照）、第２の巻線１５４は端子接点１５５，１５６によって誘導デバイス１００の端子１２２，１２４に電気的に接続される。電圧が第１の巻線１５２においておよび第２の巻線１５４において誘導デバイス１００の端子１２２，１２４に印加されるとき、電流は動作中に起こされ、第１の巻線１５２を第１の回転方向において第１の巻線１５２の周方向に従い通過し、同時に第２の巻線１５４を通る流れは第２の回転方向において第２の巻線１５４の周方向に従い、第１の回転方向および第２の回転方向は互いに対して反対に配向される。これは、図２ｃ内の概略的に描かれたＢフィールド線ＢＬによって示されるように、磁場をもたらす。具体的には、第１の巻線および第２の巻線１５２，１５４内の電流の配向によって決定されるように、Ｂフィールド線ＢＬはポールセクション１４１，１４７のうちの１つを出てその他のポールセクション１４１，１４７に入る。板状フェライトコア１１０では、Ｂフィールド線ＢＬの背後の鉄は誘導デバイス１００のポールセクション１４１，１４７間にあり、これは図２ａ〜図２ｄに関して説明される。そのため誘導デバイス１００はさらに他の誘導デバイス（図示しない）への良好な結合プロパティを呈し、図１ａに示されるような既知のコイル設計に従うコイル設計と比較して２つの誘導デバイスの互いに対する長手方向の変位への感度が高くなく、図１ｂおよび図１ｃ内のコイル設計と比較して有利な結合動作を呈する。

本発明の例示的実施形態に従う巻線パターンは図３ａおよび図３ｂを参照してより詳細に説明される。

図３ａは上述の誘導デバイス１００と同様の誘導デバイス２００を概略的に示す。誘導デバイス２００は上述の板状フェライトコア１１０と同様の板状フェライトコア２１０を備える。誘導デバイス２００は上述のハイブリッドダブルＤソレノイドコイル１５０と同様のハイブリッドダブルＤソレノイドコイル２５０をさらに備える。ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル２５０は各々複数の周を有する第１の巻線２５２および第２の巻線２５４を備え、明確さのため１つの周２６６のみが図３ａ内で概略的に示され、参照番号が付されていないさらに他の周を代表する。第１の巻線２５４および第２の巻線２５２は同様に複数の周２６０、特に４つ以上の周を提供する。

例示的実施形態に従い、誘導デバイス２００は上述の誘導デバイス１００の端子１２２，１２４と同様の端子２２２，２２４を備え、これは上述の誘導デバイス１００の端子接点１５５，１５６，１５７，１５８と同様の端子接点２５５，２５６，２５７，２５８に、上述の誘導デバイス１００の導線セクション１６１，１６２，１６３，１６４と同様の導線セクション２６１，２６２，２６３，２６４によって接続される。

上述の板状フェライトコア１１０と同様に、板状フェライトコア２１０は接続セクション２１１とポールセクション２４１，２４３，２４５およびポールセクション２４７，２４８，２４９とを備える。

例示的実施形態に従い、板状フェライトコア２１０は複数のフェライトプレートから組み立てられ得または単一の板状フェライトコア要素から形成され得る。

図３ａの図示では、第１の巻線および第２の巻線２５２，２５４の周軸の投影は破線によって概略的に描かれ、参照符号「Ｗ」を提供され、第１の巻線２５２の周の角度を付けられた位置によりおよび第２の巻線２５４の周の角度を付けられた位置により、本開示の文脈で周によって形成される周平面への垂線として規定される周軸は、それぞれ実際には紙面から角度をなして投影され、または紙面の垂線に対して９０°とは等しくない角度を形成する。

「周軸」のこの理解は、製造観点からの周軸Ｗが主軸に対して紙面から外れる角度ではなく平行に配向されるという点で、製造観点からの周軸の理解とは異なる。製造プロセスでは、周の角度を付けられた位置はワイヤ送りを方向Ｂにおいて追跡することによって生じる。

幅方向Ｂ、長手方向Ｌおよび厚み方向Ｄは図２ａ−２ｄ内の図示に従う誘導デバイスと同様に図３ａおよび図３ｂ内で規定される。

本発明の例示的実施形態に従う巻線パターンは図３ｂを参照して概略的に図示され、そこでは第２の巻線２５４の板状フェライトコア２１０の接続セクション２１１の上方と下方との間の接続線は板状フェライトコア２１０に対してどの頂部側周セクションがどの対応する底部側周セクションに接続されるかを示すための良好な図示のための線によって接続される。

本発明の例示的な実施形態に従い、第２の巻線２５４は第１のグループＩ、第２のグループＩＩ、第３のグループＩＩＩ、第４のグループＩＶおよび第５のグループＶにグループ分けされる。非限定的実施形態に従い、グループの一連の番号付けは端子接点２５６から導線セクション２６２を介して、板状フェライトコア２１０の周りを一周し直接的に連続する周セクション１ａ，２ａ，１ｂを備える第１の周１ａ−１ｂ−２ａへと延びることができる。

たとえば第１のグループＩの第２の周は２ａ−２ｂ−３ａによって与えられ、第３の周は３ａ−３ｂ−４ａによって形成される。

図３ｂの概略図に従い、第１の周１ａ−１ｂ−２ａは周直径ｄ１を割り当てられ、第２の周２ａ−２ｂ−３ａは周直径ｄ２割り当てられ、第３の周３ａ−３ｂ−４ａは周直径ｄ_３を割り当てられる。巻線パターンにより、周直径間の以下の関係が第１のグループＩに当てはまる。ｄ_１＜ｄ_２＜ｄ_３。

例示的実施形態では、第２のグループＩＩの第１の周は４ａ−４ｂ−５ａによって与えられ、第２のグループＩＩの第２の周は５ａ−５ｂ−６ａによって形成され、第２のグループＩＩの第３の周は６ａ−６ｂ−７ａによって形成される。図３ｂの概略図に従い、第１の周４ａ−４ｂ−５ａは周直径ｄ_４を割り当てられ、第２の周５ａ−５ｂ−６ａは周直径ｄ５を割り当てられ、第３の周６ａ−６ｂ−７ａは周直径ｄ６割り当てられる。巻線パターンに基づいて、周直径間の以下の関係が第２のグループＩＩに当てはまる。ｄ_４＜ｄ_５＜ｄ_６。

図３ｂに示される例示的実施形態に従い、１つのグループ内の周は直接的に連続し、単調増加する周直径で連続する。これは本開示の限定を提示せず、代替的に、周直径は、たとえば端子接点２５６の代わりに端子接点２５７から始まることによって番号付けを反映することによって（反対の周方向に対応する）、グループ内で単調減少し得る。

グループの概念は巻線パターンによって唯一に決定されるが、その理由はグループＩ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖのうちの１つから対応する隣接するグループへの遷移がグループ内の傾向に反対の周直径における変化を伴うためである。たとえば直接的に連続しグループを超えるグループＩからグループＩＩへの遷移内の周３ａ−３ｂ−４ａおよび周４ａ−４ｂ−５ａの周直径は以下の通りである。第１のグループＩ内の傾向ｄ_１＜ｄ_２＜ｄ_３および第２のグループＩＩ内の傾向ｄ_４＜ｄ_５＜ｄ_６とは逆にｄ_３（周３ａ−３ｂ−４ａの周直径に対応する）＞ｄ_４（周４ａ−４ｂ−５ａの周直径に対応する）。

したがって、第２の巻線２５４のさらに他のグループＩＩＩ，ＩＶ，Ｖを巻線パターンに基づいて区別することも可能である。

対応する手法は第１の巻線２５２の巻線パターンに同様に書き換えられるが、明瞭さのためにこの時点では省略される。

本発明の例示的な実施形態に従い、端子接点２５６から始まる第１のグループの第１の周、すなわち、周１ａ−１ｂ−２ａは最も外側の周としてまたは幅方向Ｂにおいてポールセクション２４７の端部に最も近くに配置された周として形成されない。代わりに、第１のグループＩの第１の周に直接続く第１のグループＩの周はポールセクション２４７の端部に向かって連続的に外側に巻かれ、これにより第１のグループＩ内の巻線直径の増加が提供される。図３ｂに示された実施形態に関して第１のグループに続く第２のグループＩＩは接続セクション２１１に向かって第１のグループＩに対してより近くに巻かれ、図３ｂに示された実施形態に示されるグループは、時系列に巻かれたグループとして端子接点２５６から開始し、より大きな距離でポールセクション２４７の端部へと、および接続セクション２１１により近く巻かれる。これはそれぞれに交互配置されるまたは側面上に分散された巻線を達成し、周に沿うコイル直径とともに膨らみが単調に増加するグループ分けされていない巻線パターンと比較して、側面上の均一かつ減少された膨らみを提供する。

図３ｂに図示される実施形態に従い、板状フェライトコア２１０の頂部側および底部側上で巻線は１つの層に巻かれ得る。板状フェライトコア２１０の頂部側および底部側上を延在する導線セクション、たとえば図３ｂ内の周セクション１ａ−１３ａおよび周セクション１ｂ−１３ｂはここで単層で巻かれる。これは誘導デバイス２００の厚み方向Ｄに沿う低い全体構造高さを可能とする。

図２ａ−２ｄを参照して説明された誘導デバイス１００と同様に、図３ｂの図示に従うポールセクション２４１，２４７並びに図３ａの図示に従うさらに他のポールセクション２４３，２４５，２４８，２４９は接続セクション２１１に対して厚み方向Ｄに沿いオフセットされて（オフセットを有して）配置される。第１に、ポールセクション２４７，２４８，２４９が露出され、第２に、底部側において誘導デバイス２００の構造高さがポールセクション２４７，２４８，２４９の露出された面の高さレベルを超えて増加されないように、板状フェライトコア２１０の底部側上に配置された周セクション１ｂ−１３ｂは接続セクションの上方に配置され、特に接続セクション２１１に対するポールセクション２４７のオフセットによって形成される段差２７２に隣接する。第１の巻線２５２およびポールセクション２４１，２４３，２４５と接続セクション２１１との間の段差２７１に対しても同じことが当てはまる。このことは、さらに他の誘導デバイス（図示しない）への誘導デバイス２００の結合動作を有利に設定することと、誘導デバイス２００の底部側に向かう誘導デバイス２００の構造高さを低く維持することを可能とする。

電気自動車３１２を充電するための充電システム３００が今度は図４を参照して説明される。

図４に示されるように、一次側誘導デバイス３０４ａ，３０４ｂを有する一次共振器デバイス３０２ａ，３０２ｂが充電システム３００において提供され、たとえばパーキングロット内またはガレージ内で地面に埋められて配意される。一次共振器デバイス３０２ａ，３０２ｂは対応する接続線３０８，３１０を介して配電デバイス３３０に接続され、次いで主電源に導線３３２を介して接続される。配電デバイス３３０はたとえば１つまたは複数の外部コントロールユニット（図示しない）と通信し得る通信ユニット３３４を備え得る。

たとえば再充電可能な電池または再充電可能な電池セルで構成される再充電可能なシステム等の、車両の一部のエネルギストレージデバイス３１８は電気自動車３１２内に提供され、これは充電コントローラ３１４を介して二次共振器デバイス３１６に接続される。二次共振器デバイス３１６はたとえば図２ａ〜図３ｂを参照し上述のように誘導デバイスが受け入れられるハウジング３１７を備え得る（誘導デバイス１００；２００参照）。ハウジング３１７はたとえば電気自動車３１２に機械的に搭載するために電気自動車３１２の本体下部上に形成され得る。二次共振器デバイス３１６は誘導デバイスとともに電磁共振器回路を形成する容量部品３１５をさらに備え得る。

電気自動車３１２を一次共振器デバイス３０２ａ，３０２ｂのうちの１つの上に駐車するときに、充電プロセスはたとえば、充電コントローラ３１４と配電デバイス３３０との間の通信デバイス３３４を介する通信によって開始され得、電気自動車３１２が駐車された一次共振器デバイス、図４の例では一次共振器デバイス３０２ａが動作される。一次共振器デバイス３０２ａと二次共振器デバイス３１６との間の誘導性結合は近接場伝達によって確立され、電磁気的エネルギを一次共振器デバイス３０２ａから受け、エネルギストレージ３１８を（たとえば、適した整流器回路を備える）充電コントローラ３１４を介して充電する。エネルギストレージ３１８の充電の状態はここで充電コントローラ３１４によって監視され得、所望の充電の状態が得られたときに充電プロセスは配電デバイス３３０との通信によって終了されることができる。充電システム３００は二次共振器デバイス３１６と一次共振器デバイス３０２ａまたは３０２ｂとの間の物体の存在を検出するように構成され得、従って、正のイベント（「一次共振器デバイスの上または近くにある物体または生物」）が検出されると充電プロセスは中断され得る。

Claims (10)

1. 板状フェライトコア（１１０；２１０）と前記板状フェライトコア（１１０；２１０）上に配置され、複数の周（１６０；２６０）を備えるハイブリッドダブルＤソレノイドコイル（１５０；２５０）とを備える誘導デバイス（１００；２００）であって、前記複数の周（１６０；２６０）は少なくとも２つの直接的に連続する周の少なくとも２つのグループにグループ分けされ、各々が１つのグループにおいて単調増加するまたは減少する周直径を有し、グループの最後の周は、グループ内の最後の周の直前の周の周直径がグループの最後の周の周直径よりも小さい場合に、続くグループの第１の周のものよりも大きい周直径を有し、グループ内の周直前の最後の周の周直径がグループの最後の周の周直径よりも大きい場合に、続くグループの第１の周のものよりも小さい周直径を有する、誘導デバイス（１００；２００）。
2. 前記板状フェライトコア（１１０；２１０）は前記ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル（１５０）によって少なくとも一部重畳された少なくとも１つの段差（１７１，１７２；２７１）を備える、請求項１に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
3. 前記少なくとも１つの段差（１７１，１７２；２７１）は前記板状フェライトコア（１１０；２１０）の厚み方向（Ｄ）に対して垂直な方向に配向された前記板状フェライトコア（１１０；２１０）の２つの反対に配置された面に形成され、前記２つの反対に配置された面の各々内に前記厚み方向に沿ってオフセット（Ｖ１；Ｖ２）を提供する、請求項２に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
4. 前記ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル（１５０；２５０）は前記板状フェライトコア（１１０；２１０）上に配置され、第１の複数の周および第１の端子接点（１５５，１５６；２５５，２５６）を有する第１の巻線（１５２；２５２）と、第２の複数の周および第２の端子接点（１５７，１５８；２５７，２５８）を有する第２の巻線（１５４；２５４）とを備え、端子接点（１２２，１２４；２２２，２２４）に電圧が印加されると、前記第１の巻線（１５２；２５２）および前記第２の巻線（１５４；２５４）を通過する電流が互いに反対の回転方向を有するように、前記第１および第２の端子接点（１５５−１５８；２５５−２５８）は前記誘導デバイス（１００；２００）の前記端子（１２２，１２４；２２２，２２４）に接続される、請求項１に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
5. 前記板状フェライトコア（１１０；２１０）は前記第１の巻線（１５２；２５２）および／または前記第２の巻線（１５４；２５４）の周軸（Ｗ）を前記板状フェライトコア（１１０；２１０）上へと投影することによって得られる方向に対して前記板状フェライトコア（１１０；２１０）の両端に配置された２つのポールセクション（１４１，１４３，１４５，１４７，１４８，１４９；２４１，２４３，２４５，２４７，２４８，２４９）と、前記ポールセクション（１４１，１４３，１４５，１４７，１４８，１４９；２４１，２４３，２４５，２４７，２４８，２４９）間に配置された接続セクション１１１，１１３，１１５；２１１，２１３，２１５）とを備え、各ポールセクションは前記板状フェライトコアの厚み方向（Ｄ）に沿って前記接続セクション（１１１，１１３，１１５；２１１，２１３，２１５）からオフセットされて配置されるとともに、前記フェライトコア（１１０；２１０）内の段差（１７１，１７２；２７１，２７２）を形成する、請求項４に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
6. 各ポールセクションは少なくとも部分的に露出された、前記厚み方向（Ｄ）に対して垂直に配向された、巻線セクションが重畳されないポール面を有する、請求項５に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
7. 前記ハイブリッドダブルＤソレノイドコイル（１５０；２５０）は前記板状フェライトコア（１１０，２１０）の厚み方向（Ｄ）に対して垂直な方向に配向された前記板状フェライトコア（１１０；２１０）の面上を単層で巻かれる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
8. 前記板状フェライトコア（１１０；２１０）の面上に少なくとも１つの支持部材（１３２，１３４；２３２，２３４）を配置した巻線要素（１３０）をさらに備え、少なくとも１つの支持部材（１３２，１３４；２３２，２３４）は各々が前記支持部材（１３２，１３４；２３２，２３４）上に配置された周のまさに１つの周セクション受け入れるそれぞれの複数の溝（１３２ｎ，１３４ｎ；２３２ｎ，２３４ｎ）を備える、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の誘導デバイス（１００；２００）。
9. 端子接点（１５５，１５６，１５７，１５８；２５５，２５６，２５７，２５８）から周へと延在する導線セクション（１６１，１６２，１６３，１６４，２６１，２６２，２６３，２６４）は内側に長手方向に引き回され、前記導線セクション（１６１，１６２，１６３，１６４；２６１，２６２，２６３，２６４）は周セクションによって重畳される、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の誘導デバイス。
10. 電気自動車（３１２）に搭載するための二次共振器デバイス（３１６）であって、ハウジング（３１７）、容量部品（３１５）および請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記誘導デバイス（１００；２００）を備え、少なくとも前記誘導デバイス（１００，２００）は前記ハウジング（３１７）へと収容される、二次共振器デバイス（３１６）。

Images