KR20230158066A - 모듈식 자속 제어 - Google Patents
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Abstract
차량들의 무선 충전을 위한 모듈식 코일 어셈블리들은 사람들 또는 다른 생물체들이 존재할 수 있는 영역들에서 전자기장(EMF) 레벨들을 제한하도록 설계된 코일 기하구조들 및 통신들을 갖는다. 모듈식 코일 어셈블리들은, 예를 들어 나란한 위상 상쇄 또는 대각선 대 (1x3, 2x3 어레이 구성들에 대한) 전후 위상 상쇄를 제공함으로써 오토 섀시에 의해 제공되는 차폐 내에 주로 있도록 자기장을 성형하는 능력을 갖도록 설계된다. 각각의 코일들의 전력 레벨들 및 주파수 오프셋 쌍별 보상은 상쇄를 개선하고 이에 따라 자기장 노출 가능성을 감소시키도록 제어될 수 있다. 각각의 코일 어셈블리들로부터의 자속 밀도의 위상 상쇄는, 예를 들어, 125° 오프셋에서의 ~50% 상쇄 및 180°에서의 최대 ~100% 상쇄를 제공하는 범위에 걸쳐 변한다. 차량들 및 충전 스테이션들에 대한 충전 프로파일들은 충전 동안 자속 밀도 상쇄를 최대화하는데 이용될 수 있다.
Description
이 특허 출원은 자기 유도의 이용을 통해 무선 충전을 수행하는 무선 전력 전송 코일 시스템을 설명한다. 무선 전력 전송 코일 시스템은 생성된 전체 자속의 제어를 허용하는 모듈식 코일 어셈블리(modular coil assembly)를 포함한다.
무선 전력 전송(Wireless Power Transfer)(WPT)은 공심 변압기에서의 자기 유도를 이용한다. 전력은 패러데이의 자기 유도 법칙(Faraday's Law of magnetic induction)에서 언급된 바와 같이 1차(송신) 코일과 2차(수신) 코일 사이의 자속 연결에 의해 송신 장치로부터 수신 장치로 송신된다.
자기 유도를 통한 무선 전력 송신이 19세기에 도입되었지만 장거리 전력 송신에 적합한 전기 도전성 채널들을 형성하는 분위기의 능력의 오해로 인해 상업적으로 실패하였다. 무선 전력 전송을 위한 개방형 공기 변압기가 Nikola Tesla에 의해 1900년 5월 15일자로 허여된 미국 특허 제649,621호 "Apparatus for transmission of electrical energy" 및 1900년 3월 20일자로 허여된 미국 특허 제645,576호 "System of transmission of electrical energy"로 특허되었다.
최근에, 자기 유도를 통한 무선 전력 송신은 전기 기구들을 충전하는데, 그리고 더 최근에는 전기 차량들을 충전하는데 이용되었다. 자속의 정밀한 제어는 효율적인 전력 전송을 위해 그리고 주변 환경으로의 자속 누설의 최소화를 위해 바람직하다. 예를 들면, 미국 제8,934,857호에 설명된 바와 같이, 기생 안테나들은, 예를 들면, 작은 송신 안테나의 커버리지 영역을 확장하거나 큰 송신 안테나의 필드를 집중시킴으로써 무선 전력 송신기의 생성된 필드의 분포를 선택적으로 수정하기 위해 송신 안테나와 근사하게 이용되었다.
이제, 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는 개념들의 선택을 간단한 형태로 소개하기 위한 다양한 예들이 설명된다. 요약은 청구된 주제의 범위를 제한하는데 이용되도록 의도되지 않는다.
샘플 실시예들에서, 직선 x-y 그리드 패턴(rectilinear x-y grid pattern)으로 배열된 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 코일 어레이가 제공된다. 각각의 코일 어셈블리는 충전 세션 동안 이웃 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상(out-of-phase)인 주파수에서 충전 신호를 생성하고, 이에 의해 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호는 이웃 코일 어셈블리가 충전 동안 동상(in-phase)인 가산적 자속 밀도(additive magnetic flux density)와 비교하여 이웃 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다. 코일 어레이는 지면(ground)에 탑재될 수 있고, 충전될 차량과 연관된 통신 디바이스로부터 셋업 파라미터들을 수신하는 코일 어레이와 연관된 통신 디바이스를 더 포함할 수 있다. 충전 사이트 서버는 셋업 파라미터들을 이용하여 코일 어레이의 충전 파라미터들을 제공할 수 있다. 코일 어레이에 대한 충전 파라미터들의 적용은 차량에 대한 배제 구역 내에 주로 있는 충전 동안의 가산 자속 밀도의 생성을 야기할 수 있다.
각각의 코일 어셈블리는 상이한 전원에 의해 구동될 수 있고, 각각의 코일 어셈블리는 결정된 진폭을 갖는 충전 신호를 송신할 수 있다. 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호는 상쇄 간섭을 제공하기 위해 이웃 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호와 대략 180° 이상일 수 있다. 샘플 실시예들에서, 각각의 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 코일 어셈블리의 충전 신호와 25° 내지 180° 이상인 주파수에서 충전 신호를 생성하면서도 여전히 유리한 결과를 낳을 수 있다.
n=2 및 m=2인 코일 어레이의 샘플 구성들에서, 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제1 코일 어셈블리 쌍과 병렬로 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함할 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 각각의 코일 어셈블리가 별개의 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제2 코일 어셈블리 쌍 각각은 동일한 송신 주파수 및 전력 레벨을 공유할 수 있지만, 원하는 상쇄 간섭을 제공하기 위해 각각의 코일 어셈블리 쌍에서의 코일 어셈블리들 사이에는 설정된 위상차가 있다.
n=2 및 m=2인 코일 어레이의 다른 구성들에서, 코일 어레이는 서로 대각선으로 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제1 코일 어셈블리 쌍과 x-y 방향들로 나란히 서로 대각선으로 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함할 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 각각의 코일 어셈블리가 별개의 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍은 제1 주파수 및 전력 레벨을 공유할 수 있고, 제2 코일 어셈블리 쌍은 제2 주파수 및 전력 레벨을 공유할 수 있으며, 제1 및 제2 주파수들은 상이하여, 각각의 코일 어셈블리는 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리들과 설정된 위상차를 갖는다.
n=2 및 m=2인 코일 어레이의 또 다른 구성들에서, 코일 어레이는 서로 나란히 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제1 코일 어셈블리 쌍과 병렬로 서로 나란히 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함할 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍 및 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 각각의 코일 어셈블리가 별개의 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 제1 코일 어셈블리 쌍은 제1 주파수 및 전력 레벨을 공유할 수 있고, 제2 코일 어셈블리 쌍은 제2 주파수 및 전력 레벨을 공유할 수 있으며, 제1 및 제2 주파수들은 상이하여, 각각의 코일 어셈블리는 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리들과 설정된 위상차를 갖는다.
n=1 및 m=3인 코일 어레이의 추가적인 구성들에서, 코일 어레이는 행 내의 각각의 제1, 제2 및 제3 코일 어셈블리들을 포함할 수 있다. 제1 및 제3 코일 어셈블리들은 제1 주파수, 위상 및 전력 레벨을 갖는 제1 충전 신호들을 출력할 수 있다. 제2 코일 어셈블리는 제1 코일 어셈블리와 제3 코일 어셈블리 사이에 배치되고, 제1 주파수 및 전력 레벨을 갖는 제2 충전 신호를 출력하도록 구성될 수 있지만, 제2 충전 신호는 제1 충전 신호와 이상이다.
n=1 및 m=3인 코일 어레이의 더 추가적인 구성들에서, 코일 어레이는 행 내의 각각의 제1, 제2 및 제3 코일 어셈블리들을 포함할 수 있다. 제1 및 제3 코일 어셈블리들은 제1 주파수, 제1 위상 및 제1 전력 레벨을 갖는 제1 충전 신호들을 출력할 수 있다. 제2 코일 어셈블리는 제1 코일 어셈블리와 제3 코일 어셈블리 사이에 배치되고, 제1 주파수를 갖는 제2 충전 신호를 출력하도록 구성될 수 있지만, 제2 충전 신호는 제1 충전 신호와 이상이고, 제1, 제2 및 제3 코일 어셈블리들이 동일한 전력 레벨을 갖는 충전 신호들을 출력하는 가산적 자속 밀도와 비교하여 가산적 자속 밀도를 감소시키도록 설정되는 제1 전력 레벨과 상이한 제2 전력 레벨을 갖는다. 유리하게는, 제1 및 제2 전력 레벨들은 충전 동안 가산적 자속 밀도를 차량에 대한 배제 구역 내에 주로 남아 있게 성형하도록 조정될 수 있다.
샘플 실시예들에서, 제1 전력 레벨 및 제2 전력 레벨은 제1 및 제3 코일 어셈블리들 대 제2 코일 어셈블리 사이의 전류 비율 및 제1 및 제3 코일 어셈블리들이 제2 코일 어셈블리에 의해 운반되는 전류와 대략 180° 이상인 전류를 운반할 때 상쇄되는 자속 밀도의 비율의 함수인 곡선 상에서 제1 충전 신호와 제2 충전 신호 사이의 최대 자속 상쇄가 발생하는 영역으로 설정될 수 있다. 제1 및 제2 전력 레벨들은 제1 충전 신호와 제2 충전 신호 사이의 최소 자속 상쇄가 최대화되는 지점과 근사하게 설정될 수 있다.
n=2 및 m=3인 코일 어레이의 또 다른 구성에서, 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍, 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍, 및 서로 인접하여 배치된 제3 코일 어셈블리 쌍을 포함할 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍은 서로 병렬일 수 있고 제1 주파수를 갖는 제1 충전 신호들을 출력할 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 각각의 쌍에서의 각각의 코일 어셈블리가 별개의 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍 중의 코일 어셈블리는 원하는 상쇄 간섭을 제공하기 위해 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리와 설정된 위상차를 갖는 충전 신호를 출력할 수 있다.
n=2 및 m=3인 코일 어레이의 추가적인 구성에서, 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍, 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍, 및 서로 인접하여 배치된 제3 코일 어셈블리 쌍을 포함할 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍은 서로 병렬일 수 있고 제1 주파수를 갖는 제1 충전 신호들을 출력할 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받을 수 있거나, 또는 각각의 쌍에서의 각각의 코일 어셈블리가 별개의 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 각각의 코일 어셈블리 쌍에서의 제1 코일 어셈블리는 각각의 코일 어셈블리 쌍의 제2 코일 어셈블리와 설정된 위상차를 가질 수 있고, 이에 의해 각각의 코일 어셈블리 쌍 중의 코일 어셈블리는 인접한 코일 어셈블리 쌍 중의 인접한 코일 어셈블리에 의해 출력되는 충전 신호와 동일한 위상을 갖는 충전 신호를 출력한다.
다른 샘플 실시예들에서, 차량 코일 어레이 및 지면 코일 어레이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템이 제공된다. 차량 코일 어레이는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함할 수 있다. 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 수신할 수 있고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다. 유사하게, 지면 코일 어레이는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함할 수 있다. 각각의 지면 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 생성할 수 있고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다.
무선 전력 전송 시스템의 샘플 실시예들에서, 지면 코일 어레이는 차량 코일 어셈블리가 비동작인 때를 검출하고, 동작 차량 코일 어셈블리들과 정렬되는 지면 코일 어셈블리들만을 활성화시켜 충전 신호들을 송신할 수 있다. 각각의 차량 코일 어셈블리에 대한 디폴트 및 이력 측정들의 충전 프로파일에 액세스하기 위해 충전 세션 동안 차량 코일 어레이 및/또는 지면 코일 어레이에 의해 액세스가능한 데이터 저장소가 또한 제공될 수 있다. 충전 프로파일은 충전 세션 동안 충전 파라미터들을 설정하기 위한 주파수 응답 및 충전 모델들을 포함할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템의 샘플 실시예들에서, 충전 프로파일은 차량 코일 어셈블리 주파수 오프셋; 지면 코일 어셈블리의 메이크, 모델, 및 제조자; 차량 코일 어셈블리들의 수; 차량 코일 어셈블리들의 포지셔닝; 차량 코일 어셈블리의 최소 및 최대 전류 및 전압 지원; 차량 코일 어셈블리들의 건강성 상태; 차량 코일 어셈블리들의 온도 제한들; 차량 코일 어셈블리들의 온도 판독들; 및/또는 차량 코일 어셈블리들에 대한 냉각 가용성을 포함할 수 있다. 지면 코일 어레이는 또한 충전될 차량에 대한 충전 프로파일로부터 충전될 차량의 차량 코일 어셈블리들의 수 및 배치를 획득하고, 충전 신호들을 송신하기 위해, 충전될 차량에 대한 차량 코일 어셈블리들의 수 및 배치에 대응하는 코일 어셈블리들의 r x s 어레이로부터 지면 코일 어셈블리들의 패턴을 선택할 수 있다.
무선 전력 전송 시스템의 다른 샘플 실시예들에서, 데이터 저장소는 정렬된 차량 코일 어셈블리 또는 차량 코일 어셈블리들의 쌍에 기반하여 각각의 지면 코일 어셈블리 또는 지면 코일 어셈블리들의 쌍에 대한 자기 신호 특성들을 포함하는 지면 코일 어셈블리에 대한 충전 파라미터들을 추가로 저장할 수 있다. 지면 코일 어셈블리에 대한 충전 파라미터들은 충전 세션 동안의 순간 전력 레벨, 충전 신호 주파수, 주파수 드리프트, 신호 위상 오프셋, 및/또는 공칭 코일-대-코일 갭을 포함할 수 있다. 지면 코일 어셈블리에 대한 충전 파라미터들은 또한 전력 가용성; 환경 인자들; 및/또는 내부 온도, 이용량, 지면 코일 어셈블리당 코일들의 수, 지면 코일 어셈블리당 턴들의 수, 및/또는 지면 코일 어셈블리가 표면 탑재되는지 또는 동일 높이 탑재되는지를 포함하는 지면 코일 어셈블리 조건들을 포함할 수 있다. 지면 코일 어셈블리에 대한 충전 파라미터들은 지면 코일 어셈블리의 메이크, 모델 및 제조자; 지면 코일 어셈블리의 자율 정렬 능력; 지면 코일 어셈블리의 최소 및 최대 전류 및 전압 지원; 지면 코일 어셈블리에 이용가능한 통신 프로토콜들; 및/또는 지면 코일 어셈블리의 통신 대역폭을 추가로 포함할 수 있다.
추가의 샘플 실시예들에서, 차량 코일 어레이 및 지면 코일 어레이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템이 제공되고, 차량 코일 어레이는 지면 코일 어레이에 에너지를 송신한다. 차량 코일 어레이는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함한다. 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 생성할 수 있고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다. 지면 코일 어레이는 일치하는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 지면 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함할 수 있다. 각각의 지면 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 수신할 수 있고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다.
무선 전력 전송 시스템의 다른 샘플 실시예에서, 차량 코일 어레이는 지면 코일 어레이보다 크다. 이 실시예는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 지면 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 지면 코일 어레이를 포함한다. 각각의 지면 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 생성할 수 있고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다. 차량 코일 어레이는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함할 수 있다. 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 수신할 수 있고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킨다.
복수의 코일 어레이를 포함하는 전기 차량 충전 시스템이 또한 제공되며, 각각의 코일 어레이는 설정된 주파수에서 충전 신호를 생성하는 적어도 하나의 코일 어셈블리를 포함한다. 코일 어레이들에 의해 생성되는 충전 신호들에 의해 생성된 총 자속을 측정하기 위한 적어도 하나의 센서가 또한 제공된다. 자속 밀도들의 가산적 핫 스폿(additive hot spot)을 식별하고 자속 밀도들의 가산적 핫 스폿에서 자속 밀도들을 감소시키기 위해 자속 밀도들의 가산적 핫 스폿 근방에 있는 코일 어레이들 중 적어도 하나의 코일 어레이의 전력, 위상, 및/또는 주파수 오프셋들을 조정하기 위한 수단이 또한 제공된다.
전기 차량을 충전하는 방법들이 또한 설명되며, 이에 의해 충전 지점과 전기 차량이 서로 통신을 개시하고, 충전 지점은 전기 차량의 충전을 위해 충전 지점을 셋업하기 위한 셋업 데이터를 전기 차량으로부터 수신한다. 셋업 데이터는 전기 차량의 제조자, 전기 차량의 모델 및/또는 배제 구역을 포함할 수 있다. 그 다음, 충전 지점은, 배제 구역을 넘어 연장되지 않는 자속 밀도를 갖는 충전 신호를 생성하기 위해 셋업 데이터에 기반하여 지면 1차 코일들 및 활성화된 지면 1차 코일들에 대한 연관된 전력 레벨들을 활성화시킨다. 예를 들어, 전기 차량의 제조자 또는 모델은 어느 지면 1차 코일들을 활성화시킬지 그리고 활성화된 지면 1차 코일들에 대한 전력 레벨들을 데이터베이스에서 검색하는데 이용될 수 있다. 충전 지점은 수신된 셋업 데이터로부터 결정되는 전기 차량의 2차 코일들의 결정된 레이아웃에 따라 지면 1차 코일들을 활성화시킬 수 있다. 충전 지점은 또한 배제 구역 내에 충전 신호에 의해 생성되는 자속을 맞추기 위해 필요에 따라 셋업 데이터에 기반하여 충전 신호의 파라미터들을 조정할 수 있다.
샘플 실시예들에서, 충전 지점과 전기 차량은 충전 지점이 대기 상태에 있는 동안 유도성 통신 비컨을 방출하고 전기 차량이 충전 지점에 접근하고 있음을 확립하는 응답을 전기 차량으로부터 수신함으로써 서로 통신을 개시할 수 있다.
이 요약 섹션은 본 발명의 주제의 양태들을 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공되며, 본 발명의 주제의 추가 설명은 상세한 설명의 텍스트에 후속한다. 이 요약 섹션에 열거된 요소들의 특정의 조합 및 순서는 청구된 주제의 요소들에 대한 제한을 제공하도록 의도되는 것이 아니다. 오히려, 이 섹션은 아래의 상세한 설명에서 설명되는 실시예들 중 일부의 요약된 예들을 제공한다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 이러한 및 다른 유익한 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래의 2차 코일 어셈블리 및 1차 코일 어셈블리의 고레벨 구성요소 설계를 예시한다.
도 2는 2개의 정현파 신호의 가산적 파괴적 상쇄(additive destructive cancellation)를 예시한다.
도 3a는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 인라인(in-line) 쌍의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 3b는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 단일 병렬 쌍의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 3c는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 병렬 쌍들의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 4는 충전 세션 동안 단일 1차 및 2차 코일 어셈블리에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5a는 동상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5b는 이상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5c는 이상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 병렬 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 6a는 동상 충전 세션 동안 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 6b는 이상 충전 세션 동안 나란히 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다. 이 구성에서, 대각선 듀오들은 동상이고, 인접한 듀오들은 이상이다.
도 6c는 각각의 쌍이 별개의 주파수에서 동작하는 이상 충전 세션 동안 대각선으로 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 6d는 이상 충전 세션 동안 나란히 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다. 이 구성에서, 대각선 듀오들은 이상이다.
도 7a는 동상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7b는 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7c는 전력 제어를 수반한 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7d는 전력 제어를 수반한 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에서 달성가능한 플럭스 상쇄의 범위를 예시한다.
도 8a는 동상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 8b는 대각선 쌍별 이상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 8c는 나란한 쌍별 이상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 9는 세단형 전기 차량에 대한 단일 2차 코일 어셈블리 설비의 예시적인 배치를 예시한다.
도 10은 밴형 전기 차량에 대한 단일 쌍의 2차 코일 어셈블리 설비들의 예시적인 배치를 예시한다.
도 11은 수송 버스형 전기 차량에 대한 3개의 2차 코일 어셈블리 설비들의 클러스터의 예시적인 배치를 예시한다.
도 12는 통근 버스형 전기 차량에 대한 6개의 2차 코일 어셈블리 설비들의 클러스터의 예시적인 배치를 예시한다.
도 13은 4개의 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 대한 자속 상쇄 대 대각선 쌍별 위상차들의 플롯을 예시한다.
도 14는 샘플 실시예에서의 무선 전력 전송 시스템에 대한 고레벨 구성요소 설계를 예시한다.
도 15는 무선 충전 세션에 수반되는 전기 차량의 서브시스템들을 도식적으로 예시한다.
도 16은 유도 결합된 무선 충전 세션에 대한 OTA(over-the-air) 시그널링을 예시한다.
도 17은 샘플 실시예에서 전기 차량을 충전하는 방법을 보여준다.
도 18은 샘플 실시예에서 광역 자속 관리를 갖춘 충전 스테이션을 그래픽적으로 예시한다.
도 1은 종래의 2차 코일 어셈블리 및 1차 코일 어셈블리의 고레벨 구성요소 설계를 예시한다.
도 2는 2개의 정현파 신호의 가산적 파괴적 상쇄(additive destructive cancellation)를 예시한다.
도 3a는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 인라인(in-line) 쌍의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 3b는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 단일 병렬 쌍의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 3c는 샘플 실시예에서의 1차 코일 어셈블리들의 병렬 쌍들의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시한다.
도 4는 충전 세션 동안 단일 1차 및 2차 코일 어셈블리에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5a는 동상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5b는 이상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 5c는 이상 충전 세션 동안 한 쌍의 모듈식 병렬 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들에 의해 생성된 자속 밀도를 지형적으로 예시한다.
도 6a는 동상 충전 세션 동안 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 6b는 이상 충전 세션 동안 나란히 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다. 이 구성에서, 대각선 듀오들은 동상이고, 인접한 듀오들은 이상이다.
도 6c는 각각의 쌍이 별개의 주파수에서 동작하는 이상 충전 세션 동안 대각선으로 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 6d는 이상 충전 세션 동안 나란히 쌍을 이루는 4개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다. 이 구성에서, 대각선 듀오들은 이상이다.
도 7a는 동상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7b는 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7c는 전력 제어를 수반한 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 7d는 전력 제어를 수반한 이상 충전 세션 동안 3개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 1x3 인라인 클러스터에서 달성가능한 플럭스 상쇄의 범위를 예시한다.
도 8a는 동상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 8b는 대각선 쌍별 이상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 8c는 나란한 쌍별 이상 충전 세션 동안 6개의 모듈식 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x3 클러스터에 의해 생성된 자속 밀도를 예시한다.
도 9는 세단형 전기 차량에 대한 단일 2차 코일 어셈블리 설비의 예시적인 배치를 예시한다.
도 10은 밴형 전기 차량에 대한 단일 쌍의 2차 코일 어셈블리 설비들의 예시적인 배치를 예시한다.
도 11은 수송 버스형 전기 차량에 대한 3개의 2차 코일 어셈블리 설비들의 클러스터의 예시적인 배치를 예시한다.
도 12는 통근 버스형 전기 차량에 대한 6개의 2차 코일 어셈블리 설비들의 클러스터의 예시적인 배치를 예시한다.
도 13은 4개의 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들의 2x2 클러스터에 대한 자속 상쇄 대 대각선 쌍별 위상차들의 플롯을 예시한다.
도 14는 샘플 실시예에서의 무선 전력 전송 시스템에 대한 고레벨 구성요소 설계를 예시한다.
도 15는 무선 충전 세션에 수반되는 전기 차량의 서브시스템들을 도식적으로 예시한다.
도 16은 유도 결합된 무선 충전 세션에 대한 OTA(over-the-air) 시그널링을 예시한다.
도 17은 샘플 실시예에서 전기 차량을 충전하는 방법을 보여준다.
도 18은 샘플 실시예에서 광역 자속 관리를 갖춘 충전 스테이션을 그래픽적으로 예시한다.
본 명세서에 설명된 무선 전력 전송 코일 시스템 및 연관된 방법의 실시예들은 본 개시내용의 일부를 형성하는 첨부 도면들 및 예들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 쉽게 이해될 수 있다. 본 설명은 본 명세서에서 설명 및/또는 도시된 특정 제품들, 방법들, 조건들 또는 파라미터들로 제한되지 않으며, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예로서 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 임의의 청구된 주제를 제한하는 것을 의도하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이와 유사하게, 개선을 위한 가능한 메커니즘 또는 동작 모드 또는 이유에 관한 임의의 설명은 예시적인 것에 불과하고, 본 명세서에 설명되는 주제는 개선을 위한 임의의 이러한 제안된 메커니즘 또는 동작 모드 또는 이유의 정확성 또는 부정확성에 의해 제약되어서는 안 된다. 본문 전체에 걸쳐, 설명은 방법 및 이러한 방법을 구현하기 위한 시스템/소프트웨어 양쪽 모두를 참조하는 것으로 인식된다.
예시적인 실시예들의 상세한 설명이 이제 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명이 가능한 구현들의 상세한 설명을 제공하지만, 이러한 상세들은 예시적인 것으로 의도되고 본 발명의 주제의 범위를 결코 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다. "배터리"라는 용어는 본 명세서에서 일반적인 화학 에너지 저장 시스템을 묘사하는데 사용되며, 다른 휴대용 에너지 저장 시스템들(예를 들어, 고체 상태 배터리들, 가역 연료 전지들, 울트라-커패시터들)로 대체, 보충, 또는 혼성화될 수 있다는 점에 유의한다. 또한, 이용되는 예들 중 다수는 온보드 시스템들에 전력을 공급하고 정지형 전기 차량(EV)의 배터리들을 충전하는데 이용되는 무선 전력 전송(WPT) 시스템의 것이지만, 이러한 이용은 결코 고려된 유일한 이용이 아니다.
쌍을 이루는 도전성 1차 및 2차 도전성 코일들 사이의 자기 링크를 통해 전력을 전송하는 능력은 잘 알려져 있다. 이러한 시스템들은 일반적으로 무선 전력 전송(WPT) 시스템들로 알려져 있다. 클러스터들에 배치된 대칭 코일들에 기반한 모듈식 WPT는 제조가능성, 배치 유연성, 동적 프로비저닝, 및 고전력 전송 효율에서 이점들을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
개방-코어 변압기 기반의 무선 전력 전송 시스템의 코일 쌍에 의해 생성된 자속은 송신되는 전력 레벨에 따라 스케일링된다. 고전력 시스템들에서, 자속은 전자기 잡음을 생성하고 인간 노출 한계들을 초과할 수 있다. 충전 시간을 최소화하기 위해 전기 차량 시장에서 고전력 충전이 필요하기 때문에, 자속을 관리하는 기술들이 요망된다.
모든 공심 변압기 기반의 WPT 시스템들은 WPT 시스템의 바로 근방을 넘어 연장되는 자속을 생성한다. 이 플럭스와 연관된 에너지의 대부분(>95%)은 각각의 교류 사이클마다 WPT 변압기 회로의 커패시턴스로 재순환된다. 재순환되지 않은 에너지의 대부분(>99%)은 코일들 내부 및 그 주위의 자성, 유전성 및 도전성 재료들에서 열 에너지가 된다. 에너지의 작은 비율이 방사되고, 이 에너지와 연관된 라디오 주파수(RF) 전자기파들은 비-이온화 방사(NIR)의 형태이다. 에너지 전송은 대다수의 자속이 자기 코일들 사이를 통과하고 이 영역(구역 1)이 인간 및 전자장치 노출 한계들을 초과한다는 것을 나타낸다. 코일 둘레 외부이지만 전기 차량의 주변 내부(즉, 배제 구역 또는 구역 2)의 근접장 자속 밀도는 인간 및/또는 전자장치 노출 한계를 초과할 수 있다. 배제 구역 묘사(구역 3) 밖에서, 실현된 총 자속 밀도는 설정된 임계치 밖에서 단조로 감소한다.
측정가능한 자속은 구역 1 및 구역 2 내에서, 즉 배제 구역 묘사 내에서 주로 발생된다. 배제 구역 밖에서는, 임계치 미만의 자속 밀도만이 허용가능하다. 배제 구역 임계치는 법적 또는 규제 기관들을 통해, 조작자의 결정에 의해, 또는 자기 효과들의 인간 지각의 한계들에 의해 설정될 수 있다.
WPT 시스템의 1차 코일과 같은 전자기적으로 짧은 안테나들의 경우, 근접장(반응) 범위는 안테나 0으로부터 λ/2π까지의 거리로서 정의되며, 여기서 λ는 파장이다. 예시적인 85kHz WPT 시스템에서, 이것은 근접장 범위가 561 미터 범위 위이고, 근접장에서의 자기 충전 신호에 대해 자기장 강도 및 자기장 전력이 1/(r3) 및 1/(r6)의 레이트들(여기서, r = 반경)로 각각 강하한다는 것을 의미한다. 자기장 강도(H-필드, 미터당 암페어 단위로 측정됨)는 자속 밀도(B-필드, 테슬라 단위로 측정됨) x 선형 자기 재료들에서의 그리고 (공기, 섬유유리, 진공 등과 같은) 비자기 재료들에서의 비례 상수와 동일하다.
시스템의 유도성 에너지를 저장하고 전력 전송을 중재하는 재순환 플럭스는 방사선이 아니라 사람들이 노출될 수 있는 영역들에 존재할 수 있다. 이러한 RF 전자기장들(EMF들)에 대한 인간의 노출에 대한 가이드라인들은 전기 전자 기술자 협회(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 문서 C95.1-2019 - 전기, 자기, 및 전자기장들에 대한 인간 노출에 관한 안전 레벨들에 대한 IEEE 표준, 0Hz 내지 300GHz 및 전자자기장들에 대한 노출을 제한하는 가이드라인들(GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO ELECTROMAGNETICFIELDS)(100KHz 내지 300GHz)이라는 명칭의 국제 비-이온화 방사선 보호 위원회(ICNIRP) 문서에서 찾을 수 있다.
WPT 시스템들에 의해 생성되는 RF EMF들을 감소시켜 노출 가이드라인들에 대한 준수를 보장하면서 더 높은 시스템 전력 처리량을 허용하는 것은 제조자 및 사용자의 관심들 둘 다에 있다. 더 낮은 코일-대-코일 효율이 재순환되지 않은 자속의 대응적으로 증가된 레벨들과 연관되기 때문에, 노출 가이드라인들에 관계없이 재순환되지 않은 자속을 최소화하는 것은 제조자 및 사용자의 관심사이다.
능동 및 수동 자기장 저감 방법 모두는 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 헬름홀츠(Helmholtz) 코일 및 맥스웰(Maxwell) 코일과 같은 능동 시스템들은 외부 자기장들이 억제될 수 있는 일정한 필드 볼륨들을 생성하기 위해 보조 코일들이 이용되는 잘 알려진 예들이다.
수동 자기 차폐는 높은 비투자율 및 높은 포화점을 갖는 강자성 재료들을 이용하여 자속을 채널링하거나 반자성 재료들을 이용하여 자속을 시프트한다. 이러한 재료들의 예들은 ASTM A753-08(2013); "Standard Specification for Wrought Nickel-Iron Soft Magnetic Alloys" 및 MIL-N-14411 Revision C, November 23, 1977; "NICKEL-IRON ALLOY, HIGH MAGNETIC PERMEABILITY, SHEET, STRIP, AND WIRE"에서 발견될 수 있다.
그러나, 능동 및 수동 접근법들 양자 모두는 원하지 않는 자속을 억제하는 효능을 넘어서 무선 전력 전송 시스템에서 이용하는데 결함들을 갖는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 능동 접근법은, 이 때 정확한 진폭, 주파수, 및 위상의 상쇄 신호를 생성하기 위해 전력공급될 필요가 있는 추가의 자기 구조물(예를 들어, 권선, 라디에이터, 루프(들))의 설치를 요구할 수 있다. 이러한 능동적인 기생 접근법의 일 예는 미국 특허 제9,306,635호에서 발견될 수 있다. 많은 능동 경우들에서는, 피드백 제어 루프를 생성하기 위해 하나 이상의 자기적으로 민감한 안테나가 필요할 것이다. 능동 제어 시스템은, 전력 공급된 기생 상쇄 루프들로 인해, WPT 시스템의 전력 전송 효율을 불가피하게 낮출 것이다. 반면에, 수동 시스템은 재료들, 설치 및 배치의 초기 비용, 및 각각의 무선 충전 세션 전후에 차폐를 제자리에 기계적으로 조종하는데 필요한 도구의 유지에 대한 지속적인 비용 둘 다를 겪는다.
샘플 실시예에서의 조정된 자속 감소 시스템 및 방법은 기생 루프들 또는 차폐 재료의 이동을 요구하지 않고, 전력 효율을 상승시키며, 움직이는 부분들에 대한 필요성을 제거한다. 본 명세서에 설명된 조정된 자속 감소 시스템은 무선 전력 전송 장치를 넘어서 추가적인 장비의 필딩을 요구하지 않는다. 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 조정된 자속 감소 시스템은 매칭하는 2차 코일 어셈블리들을 서빙하는 2개 이상의 공동-배치된 1차 코일 어셈블리들을 갖는 모듈식 1차 코일 구성을 요구할 수 있다.
조정된 상쇄 접근법에서, 이웃하는 듀오들 사이의 쌍형성과 충전 신호 전압, 전류 및 위상의 조정으로 클러스터들에 전력-전송 1차 및 2차 코일들(듀오들)을 배치하는 것은 WPT 시스템에 의해 생성된 합산 자속이 크게 감소되게 한다. 보조적인 비-전력 전송 상쇄 루프들 또는 코일들에 대한 필요성이 없다. 코일들의 지원되는 클러스터 구성들은, 예를 들어, 1x2, 2x2, 2x3 등을 포함한다. 쌍형성되지 않은 클러스터 구성들(예를 들어, 1x3, 1x5)은 또한 클러스터 내의 각각의 코일에 대해 전압, 전류 및 위상이 조정되는 클러스터 내의 이웃 및/또는 인접 코일들의 가상 쌍형성으로부터 이익을 얻을 수 있다.
클러스터들은 2차 코일 클러스터의 크기 및 기하구조의 매칭에 기반하여 1차 코일들의 동적 선택을 허용하도록 특정 용도(예를 들어, 전기 차량 클래스 - 자동차, 소형 트럭 등)를 위해 크기조정될 수 있다. 지면 배치에 따라, 클러스터링은 동적으로 프로비저닝될 수 있다. 일 예에서, 2x1 2차 클러스터를 갖는 전기 차량(EV)은 3x2 지면 클러스터에 의해 충전될 수 있고, 자속을 감소시키기 위해 각각의 정렬된 코일 쌍들에 대한 위상, 전압, 및 전류 제어 전력 전송을 이용할 수 있다.
충전기와 (예를 들어, "정적 및 동적 공진 유도 무선 충전에 이용하기 위한 근접장 전이중 데이터 링크(Near field, full duplex data link for use in static and dynamic resonant induction wireless charging)"라는 명칭의 미국 특허 제10,135,496호에서와 같은) 장비 또는 충전될 디바이스 사이의 양방향 통신을 이용하는 것은 거의 실시간 이벤트 및 상태(예를 들어, 배터리 충전 레벨)의 통신을 허용할 뿐만 아니라, 차량 제어기(예를 들어, 배터리 관리 시스템(BMS))와 충전 스테이션(예를 들어, 각각의 GA 및 각각의 GA 클러스터를 태스킹하는 충전 스테이션 제어기) 사이의 각각의 시스템의 능력에 관한 정보의 교환을 허용한다.
본 명세서의 도 4 내지 도 8c에 도시된 일정한 자속 밀도의 윤곽들은 1차 코일 어셈블리와 2차 코일 어셈블리 사이에 전송되는 전력에 의존한다. 각각의 도면에서, 1차 코일 어셈블리들의 클러스터에 대한 입력 전류에 대한 변경들이 윤곽선 간격을 수축 또는 확장시키지만 플럭스 밀도의 윤곽들의 지형적 매핑의 전체 형상을 변경하지는 않도록, 전역 플럭스 밀도는 1차 코일 전류에 따라 선형으로 스케일링된다. 이것은 각각의 클러스터 및 도시된 각각의 전류-위상 관계에 대해 유효하다.
도 1
도 1은 유도 결합된 무선 전력 전송을 위한 종래의 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오(100)의 주요 구성요소들을 분해도로 예시한다.
예시적인 실시예에서, 2차 코일 어셈블리(105)는 차량의 배터리 관리 시스템(BMS)(도시되지 않음)으로의 필요한 연결들과 함께 전기 차량(EV) 아래에 설치된다. 이 실시예에서, 2차 코일 어셈블리(105)는 EV의 밑면에 부착되지만, 다른 탑재 위치들이 가능하다.
EMF 실드(101)는 EV의 금속 구성요소들 상에 와전류가 유도되는 것을 방지하면서도 EV에 기계적 및 전기적 전력 상호연결을 제공하는 역할을 한다.
2차 백킹 코어(102), 명목상 페라이트 재료의 연속적인 평평한 슬래브 또는 성형된 연속적인 시트는 자속을 차량으로부터 멀리 재지향시키는 역할을 한다. "백킹 코어(backing core)" 및 "페라이트(ferrite)"라는 용어들은, 자속을 안내하는데 이용되는 재료들을 설명하는데 사용되며, 이러한 재료들의 선택을 제한하려는 의도는 아니다. 양자의 용어들은 본 명세서에서, 고투자율이 1보다 실질적으로 더 큰(명목상 >100) 비투자율을 의미하는 고투자율 자기 재료의 임의의 구성에 대한 일반적인 것으로서 사용된다. 페라이트라는 용어는 백킹 코어의 구성에 이용될 수 있는 다른 유사하거나 호환가능한 재료의 이러한 이용을 배제하는 것을 의미하지 않으며, 층상 금속 시트, 분말화된 산화물, 소결된 분말화된 산화물, 및/또는 평평한 슬래브 또는 성형된 시트 토폴로지로 제조될 수 있는 비정질 금속을 포함할 수 있다.
2차 코일(103)은 자기적으로 전송된 에너지를 위한 수신기이고, 도체들의 평면 나선(즉, 권선들)을 포함할 수 있다. 나선은 원형 또는 직사각형일 수 있고, 백킹 코어(102) 및 EMF 실드(101)보다 면적 또는 직경이 더 작다. 샘플 나선형 코일 구성이 "WIRELESS POWER TRANSFER THIN PROFILE COIL ASSEMBLY"라는 명칭의 미국 특허 출원 제16/615,290호의 도 7 내지 도 10과 관련하여 설명되며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
2차 코일 어셈블리 커버(104)는 액체 및 먼지 유입으로부터 전자장치를 보호하기 위한 경량의 자기적으로 불활성인 하우징이다.
도 1의 실시예에서, 1차 코일 어셈블리(110)는 포장도로의 표면과 동일 높이가 되도록 포장도로의 표면 또는 지하에 설치된다.
1차 코일 어셈블리 커버(106)는 1차 코일 어셈블리(110)로의 액체 및 먼지 유입을 방지하면서 무거운 하중을 다룰 수 있는 자기적으로 불활성인 하우징이다.
1차 코일(107)은 자기적으로 전송된 에너지를 위한 송신기이고, 도체들의 평면 나선(즉, 권선들)을 포함할 수 있다. 나선은 원형 또는 직사각형일 수 있다. 원치 않는 자속 생성을 최소화하기 위해, 1차 코일(107) 및 2차 코일(103)은 면적 또는 직경이 동일하지만, 상이한 턴 수를 갖는 코일 권선들을 포함할 수 있다. 양방향 시스템에서, 1차 코일(107)과 2차 코일(103)은 듀티들(duties)과 방향들을 스와핑하여 전력이 차량으로부터 지면으로 송신되게 할 수 있다는 점에 유의한다.
1차 백킹 코어(108), 명목상 페라이트 재료의 연속적인 평평한 슬래브 또는 성형된 연속적인 시트는 자속을 지면으로부터 멀리 그리고 다시 2차 코일(103)을 향해 재지향시키는 역할을 한다.
지면 플레이트(109)는 1차 코일 어셈블리의 나머지를 기계적으로 지지하는 역할을 한다. 지면 플레이트는 또한 전기 접지에 대한 상호연결을 제공할 수 있다. 도 1에서는 자기장 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 전기 커넥터들, 구조적 부재들, 냉각 배관, 및 센서들이 생략되어 있다.
도 2
도 2는 쌍을 이룬 정현파들의 파괴적 상쇄의 예를 예시한다. 시간(X-축) 및 진폭(Y-축)에 의해 플로팅된 제1 신호(201)는 파장(202), 진폭(203), 및 제로(0)의 위상의 특성들을 보여준다. 시간(X-축) 및 진폭(Y-축)에 의해 플로팅된 제2 신호(205)가 또한 도시되어 있다. 제2 신호(205)는 제1 신호(201)와 동일한 진폭(206) 및 파장(207)을 갖지만, 위상차(208)는 180°이다. 신호(201 및 205)가 합산될 때, 제3 시간(X-축) 및 진폭(Y-축) 좌표계 상에 플로팅된 도시된 바와 같은 결과적인 신호(209)는 신호들(201 및 205) 사이의 180° 위상차로 인한 상쇄 간섭에 의해 무효화된다.
도 3a
도 3a는 (지면 어셈블리(GA)로도 알려진) 인라인 모듈식 1차 코일 어셈블리들의 쌍을 이룬 세트(300)의 물리적 특성들을 예시한다. 1차 코일들은 직사각형(전형적으로 정사각형) 또는 타원형(전형적으로 원형) 나선들일 수 있다. 제1 1차 코일 어셈블리(301)는 인접하고 이웃한 제2 1차 코일 어셈블리(302)와 함께 배치된다. 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)은 갭(304)에 의해 분리된다. 이 예에서, 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)은 길이(305) 및 폭(306)이 동일하고, 축(303)을 따라 충전될 차량의 이동 방향(310)과 일렬로 정렬되며, 관계에 있어서 직선이다. 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)의 중간 지점들(307 및 308)(보어사이트(boresight)라고도 알려짐)은 거리(309)만큼 분리된다.
갭(304)은 개별 모듈식 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)을 전기적 및 자기적 양자 모두로 격리시키는 역할을 한다. (미국 특허 출원 일련 번호 제16/615,290호, "WIRELESS POWER TRANSFER THIN PROFILE COIL ASSEMBLY"의 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이) 백킹 코어 층 및 EMF 실드가 코일 권선들보다 크기 때문에, 갭(304)은 이웃 코일 어셈블리들의 EM 실드들 사이의 거리이다. 자기 격리는 제1 1차 코일 어셈블리(301)로부터 제2 1차 코일 어셈블리(302)로의 자속의 가산(또는 파괴적인 상쇄에 의한 감산)뿐만 아니라 1차 코일 어셈블리로부터 정렬되지 않은 근처의 2차 코일 어셈블리로의 자속의 가산을 방지하기 위해 갭(304)의 크기조정에 의해 달성된다. 인라인 구성에 기반하여 더 큰 클러스터들을 생성하기 위해, 추가적인 2차 어셈블리들(및 대응하는 지면 기반 1차 어셈블리들)이 차량 섀시의 길이까지 클러스터의 단부에 추가되어, 인접하는 2차 어셈블리들 사이에 필요한 분리 갭(304)을 유지할 수 있다. 인라인 클러스터의 전방은 충전될 차량의 이동 방향으로 도 3a의 좌측(310)에 대해 정의된다.
도 3b
도 3b는 샘플 실시예에서 1차 코일 어셈블리들의 단일 병렬 쌍을 갖는 충전 지점 클러스터(311)의 물리적 특성을 기하학적으로 예시한다. 1차 어셈블리 코일들은 직사각형(전형적으로 정사각형) 또는 타원형(전형적으로 원형) 나선들일 수 있다. 제1 1차 코일 어셈블리(301)는 인접하고 이웃한 제2 1차 코일 어셈블리(302)와 함께 배치되며, 양 어셈블리(301 및 302)는 차량 섀시 정중선(303)의 양측에 대칭적으로 배치된다. 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)은 갭(304)에 의해 분리된다. 이 예에서, 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)은 길이(305) 및 폭(306)이 동일하고, 축(303)을 따라 정렬되며, 관계에 있어서 직선이다. 인접한 1차 코일 어셈블리들(301 및 302)의 중간 지점들(307 및 308)(보어사이트라고도 알려짐)은 거리(309)만큼 분리된다. 병렬(311) 클러스터의 전방은 충전될 차량의 이동 방향으로 도 3b의 좌측(310)에 대해 정의된다.
도 3c
도 3c는 병렬 행들로 배열된 제1 쌍(301, 302) 및 제2 쌍(313, 314)을 가지는 1차 코일 어셈블리들의 2x2 클러스터(312)의 물리적 특성들을 기하학적으로 예시하며, 각각의 쌍의 하나의 멤버는 차량 섀시 중심선(303)의 양측에 위치된다. 제1 병렬 1차 코일 어셈블리 쌍(301, 302)은 제1 갭(304)만큼 서로 분리된다. 제1 병렬 1차 코일 어셈블리 쌍(301, 302)은 거리(309)만큼 분리된 각각의 보어사이트들(307 및 308)을 갖는다. 제2 병렬 1차 코일 어셈블리 쌍(313, 314)은 제1 갭(304)만큼 서로 분리된다. 제2 병렬 1차 코일 어셈블리 쌍(313, 314)은 거리(309)만큼 분리된 각각의 보어사이트들(315, 316)을 갖는다. 병렬 1차 코일 어셈블리 쌍들의 각각의 쌍들은 직선으로 정렬되고 제2 갭(318)만큼 분리되며, 이에 의해 각각의 보어사이트들(308, 315 및 309, 316)은 충전될 차량의 이동 방향(310)으로 좌우로 제2 거리(317)만큼 분리된다. 2x2 클러스터(312)는 2개의 나란한 쌍들, 2개의 대각선 쌍들, 및 심지어 2개의 전후 쌍들로서 특징지어질 수 있다.
또한, 이웃 1차 어셈블리들(2-대-2n)은 차량 섀시 중심선(303)의 양측에 병렬로 쌍들을 추가함으로써 도 3c에 도시된 모듈식 클러스터를 확장하도록 설치될 수 있다. 인접한 1차 어셈블리들은 1차 어셈블리들의 모듈식 클러스터에서의 가장 가까운 이웃 또는 가장 가까운 이웃들(모두 인접함)이다. 모듈식 클러스터 내의 인접하지 않은 1차 어셈블리들은 이웃하는 것으로서 정의된다. 1차 코일 어셈블리들 사이의 2x2(및 더 큰 2xn, n>2) 클러스터 쌍형성에 의해, 나란한(차량 정중선의 양측에 병렬), 대각선, 또는 전후(둘 모두 차량 정중선의 동일한 측) 클러스터 쌍형성들을 이용하는 것이 가능해진다.
1차 어셈블리들의 클러스터(단일 1차 어셈블리 또는 1차 어셈블리들의 클러스터를 포함함)는 무선 충전 지점이라고도 불릴 수 있다. 공통 제어 하의 무선 충전 지점들의 지리적으로 그룹화된 세트는 무선 충전 스테이션으로 지칭된다. 공통 제어 하의 무선 충전 지점들의 큰 그룹들은 또한 무선 충전 저장소들 또는 무선 충전 설비들로서 정의될 수 있다.
상업적으로 배치된 200kW 시스템(20kHz의 중심 주파수를 각각 갖는 50kW에서의 4개의 1차 코일 어셈블리)은 이웃하는 1차 코일 어셈블리들 사이에 101.6mm 분리를 가졌다. 나중에, 또한 상업적으로 배치된, 300kW 시스템(85kHz의 중심 주파수를 각각 갖는 75kW에서의 4개의 1차 코일 어셈블리)은 이웃하는 1차 코일 어셈블리들 사이에 75mm 분리를 가졌다. 1차 코일 어셈블리들(및 정합된 2차 코일들)의 더 가까운 간격은, 오정렬 상황들에서의 간섭을 감소시키고 따라서 1차 코일 어셈블리 듀오와 2차 코일 어셈블리 듀오 사이의 오정렬에 대한 전체 감도를 감소시키기 위해 최소 간격이 유지되는 기계적 및 설치 고려사항들을 위해 조정될 수 있다.
유도 결합된 무선 전력 전송 시스템이 활성일 때, 1차 코일 및 2차 코일에서의 교류에 의해 자속이 생성된다. 코일들을 둘러싸는 영역에서, 이 자속의 분포는 각각의 코일의 자기 중심에 위치된 다이폴 소스의 자기장에 대한 방정식들에 의해 매우 잘 근사화된다. 이 필드는 일반적으로 토로이드형(도넛) 형상을 가지며, 자속은 다면 방향으로 지향된다(도넛 홀을 통해 루프로 둘러싸인다). 임의의 자기 다이폴 소스에서와 같이, 필드 강도(등가적으로 플럭스 밀도)는 다이폴로부터의 거리의 세제곱(1/r3)에 따라 강하한다.
하나의 작업 200kW 실시예에서, 1차 코일 어셈블리들은 각각 902mm 길이 및 902mm 폭이었다. 제2 작업 300kW 실시예에서, 1차 코일 어셈블리들은 각각 725mm 길이 및 675mm 폭이었다.
도 4
도 4는 충전 세션 동안 1차 코일 어셈블리(401)의 중심으로부터의 거리(미터 단위)를 나타내는 양 축을 갖는 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 단일의 큰 1차 코일 어셈블리(401)에 의해 생성된 일정한 자속 밀도의 윤곽을 예시한다. 이것은 전기 차량 본체로부터의 차폐가 가정되지 않기 때문에 최악의 경우의 모델이다.
도 4의 자기장들은 다른 도전성 재료들(와전류들의 소스) 및 자기 재료들의 존재 시에 도전성 코일들에 의해 생성된 자속 밀도를 결정하기 위해 유한 요소 방법(FEM) 계산들을 이용하여 모델링되었다.
전력을 2차 코일 어셈블리(도시되지 않음)에 능동적으로 전송할 때, 총 자속 밀도는 1차 코일 어셈블리(401)의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 전력을 2차 코일 어셈블리(도시되지 않음)에 능동적으로 전송할 때, 총 자속 밀도는 1차 코일 어셈블리(401)의 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 1차 코일 어셈블리(401)를 바로 둘러싸면, 제1 윤곽선(404)은 316μT(마이크로테슬라)의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽선(405)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(406)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(407)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(408)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(409)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
안전한 자기장 노출 한계에 대한 최근의 제안된 노출 규칙은 독립적인 비영리 그룹(ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection))으로부터의 노출 규칙 및 기술 전문 공학 및 표준 협회(IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers))로부터의 노출 규칙을 포함한다. 미국 연방 통신 위원회(United States Federal Communications Commission)는 자기 노출에 대한 새로운 제한들이 문헌(Docket ET 19-226, "Targeted Changes to Commission Rules Regarding Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields")에서 무선 전력 전송에 필요한지를 조사하고 있다.
("Guidelines for limiting exposure to electromagnetic fields (100 kHz to 300 GHz), Health Phys 118; March 2020"로부터의) 제안된 ICNIRP 제한은 27μT(31.6μT 윤곽에 매우 가까움)인 반면, ("IEEE C95.1-2019 - IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields, 0 Hz to 300 GHz"로부터의) 관련 IEEE 한계는 공칭 85 킬로헤르츠 자기 충전 신호에 대해 200μT(316μT와 31.6μT 윤곽 사이)이다. 이러한 윤곽들은 모두 1차 코일 어셈블리(401) 주위에 중심을 둔 전형적인 차량 폭(402) 내에 있다.
도 5a
도 5a는 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)에 의해 생성된 일정한 자속 밀도의 윤곽들을 예시하며, 여기서, 양 축들은 동상 충전 세션 동안 한 쌍의 1차 코일 어셈블리들(501 및 502) 사이의 갭 내의 중심 지점으로부터의 거리(미터 단위)를 나타낸다. 이 경우, 한 쌍의 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)은 공통 소스로부터 전력을 공급받고, 자기 제어기(도시되지 않음)에 의해 설정된 바와 같이 실질적으로 동일한 진폭, 주파수, 및 위상 자기 신호들을 방출한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다.
가산적 자속 밀도는 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(505)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(506)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(507)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(508)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(509)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(510)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
자동차의 공칭 폭(503)(1.8 미터) 및 공칭 길이(504)가 특정 실시예의 예시를 위해 그려진다. 도시된 바와 같이, 도 5a에 도시된 모듈식 쌍의 1차 코일 어셈블리는 자동차 충전에 이용하기에 매우 적합하다. 2차 코일 어셈블리(들)를 차량의 밑면에 배치함으로써, 승객들 및 행인들은 자속의 차폐 및 차량 아래에서의 크롤링에 의해서만 진입가능한 배제 구역 둘 다를 얻는다. 비활성일 때, 자기 충전 신호가 존재하지만, 저전력 유도성 통신 신호들이 존재할 수 있다.
자동차들, 트럭들, 버스들, 및 다른 도로 기반 차량들의 설계는 길이가 차량의 폭을 초과하는 일관된 설계를 따른다. (단일 1차 코일 어셈블리(도 1 참조)의 원형 필드들에 비해) 필드들의 일반적으로 타원형 패턴과 비교하여, 도 5a의 1x2 코일 어셈블리는 금속 자동차 본체로부터의 추가적인 차폐와 자동차 본체, 프레임, 및 휠들에 의해 제공된 배제 영역 둘 다를 이용한다.
모든 서빙되는 EV에 대해, 개별 2차 코일 어셈블리들의 세트가 각각의 차량과 영구적으로 연관된다. 각각의 2차 코일 어셈블리에 대한 주파수 응답에 관한 정보는 차량에 의해 또는 중앙(랜드사이드) 저장소에서 유지될 수 있다. 각각의 쌍 내의 각각의 1차 코일 어셈블리에 대한 충전 주파수를 조정함으로써, 주파수 응답에서의 불일치들(예를 들어, 2차 코일 어셈블리들의 상이한 제조자들, 메이크들, 모델들에 의해 생성됨)이 최소화될 수 있다. 새로운 주파수에서의 쌍은 여전히 이상일 것이므로, 감소된 효율을 희생하여 자속의 실질적인 상쇄가 실현된다.
도 5b
도 5b는 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 한 쌍의 모듈식 인라인 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)에 의해 생성된 일정한 자속 밀도의 윤곽들을 예시하며, 양 축들은 이상 충전 세션 동안 한 쌍의 1차 코일 어셈블리들(501 및 502) 사이의 갭 내의 중심 지점으로부터의 거리(미터 단위)를 보여준다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다. 이 경우, 한 쌍의 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)은 다수의 소스들로부터 전력을 공급받고, 결정된 진폭 및 주파수에 관하여 실질적으로 동일한 자기 충전 신호들을 생성하지만, 자기 충전 신호들 사이의 위상차는 대략 180°로 설정되었다. 이와 관련하여 이용되는 바와 같이, "대략"은 ±10°를 의미한다.
2개의 충전 신호에 대한 결과적인 가산적 자속 밀도는 윤곽선들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(508)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(509)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(510)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(511)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(512)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(513)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
자동차의 공칭 폭(503)(1.8 미터) 및 공칭 길이(504)가 특정 실시예의 예시를 위해 그려진다. 도시된 바와 같이, 도 5b에 도시된 모듈식 쌍의 1차 코일 어셈블리는 자동차 충전에 이용하기에 매우 적합하다. 2차 코일 어셈블리(들)를 차량의 밑면에 배치함으로써, 승객들 및 행인들은 자속의 차폐 및 차량 아래에서의 크롤링에 의해서만 진입가능한 배제 구역 둘 다를 얻는다. 비활성일 때, 자기 충전 신호는 존재하지 않는다.
도 5c
도 5c는 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)의 나란한 쌍에 의해 생성된 일정한 자속 밀도의 윤곽들을 지형적으로 예시하며, 여기서 양 축들은 이상 충전 세션 동안 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)의 쌍 사이의 갭 내의 중심 지점으로부터의 거리(미터 단위)를 보여준다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(501 및 502)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다. 이 경우, 한 쌍의 모듈식 1차 코일 어셈블리 듀오들(501 및 502)은 다수의 소스들로부터 전력을 공급받고, 결정된 진폭 및 주파수에 관하여 실질적으로 동일한 자기 충전 신호들을 생성하지만, 자기 충전 신호들 사이의 위상차는 대략 180°로 설정되었다. 2개의 충전 신호에 대한 결과적인 가산적 자속 밀도는 윤곽선들에 의해 도시되어 있고, 90도 회전된 것을 제외하고는, 도 5b의 실시예에서와 동일하다.
2개의 충전 신호에 대한 결과적인 가산적 자속 밀도는 윤곽선들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(505)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(506)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(507)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(507)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(512)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
자동차의 공칭 폭(503)(1.8 미터) 및 공칭 길이(504)가 특정 실시예의 예시를 위해 그려진다. 예시된 바와 같이, 도 5c에 도시된 모듈식 쌍의 1차 코일 어셈블리 클러스터의 2x1 나란한 구성은 (이 실시예에서와 같이 차량의 밑면 상에 2차 코일 어셈블리(들)를 배치할 때) 자동차 섀시에 의해 형성된 배제 구역 외부의 자속의 더 큰 면적으로 인해 도 5b에 도시된 1x2 인라인 구성보다 자동차 충전에서의 이용에 덜 적합하다.
승용차들, 트럭들, 버스들, 및 다른 도로 기반 차량들은 길이가 차량의 폭을 초과하고 차량 폭이 도로 차선 폭에 의해 제한되는 일관된 설계를 따르기 때문에, 일정한 자속 밀도의 윤곽들의 기하학적 성형은 금속성 자동차 본체에 의해 제공된 추가적인 차폐에 의해 더 잘 영향을 받을 수 있다. 자동차 본체, 프레임, 및 휠들에 의해 제공되는 1차 코일 어셈블리들 주위의 배제 영역은 잠재적인 EMF 노출을 추가로 제한할 수 있다는 것에 유의한다.
도 6a
도 6a는 2x2 클러스터로 배열된 4개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 개별 1차 코일 어셈블리들의 크기가 주어지면, 이러한 기하학적 배열은 밴, 트럭, 트레일러, 또는 버스 섀시 아래에 설치하기에 매우 적합하다. 도 6a에서, 1차 코일 어셈블리들 각각은 공통 소스로부터 전력을 공급받고 송신 주파수, 위상 및 전력 레벨들을 공유한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(601, 602, 603, 및 604)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다.
동상 충전 세션 동안의 가산적 자속 밀도는 원점이 1차 코일 어셈블리들의 2x2 클러스터의 중심에 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(607)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(608)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(609)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(610)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(611)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
인간의 노출에 관하여, 4개의 1차 코일 어셈블리(601, 602, 603, 및 604) 모두가 동일한 주파수 및 위상에서 송신하는 이 시나리오는 자속 밀도의 최악의 경우를 보여준다. 공칭 자동차 폭(605) 및 길이(606)로부터 알 수 있는 바와 같이, 4x4 클러스터는 이러한 치수들을 갖는 자동차 아래에 설치될 가능성이 없다. 그러나, 버스(공칭 섀시 폭 2.6 미터)와 같은 더 큰 차량들은 추가적인 중첩을 제공할 것이고, 따라서 상승된 자속 밀도로부터 승객들 및 행인들을 차폐할 것이다.
도 6b
도 6b는 2x2 클러스터로 배열된 4개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(601, 602, 603, 및 604)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다. 또한, 이 예에서, 1차 코일 어셈블리들은 제1 쌍(601 및 602) 및 제2 쌍(603 및 604)으로 분리되고, 각각의 쌍은 별개의 소스로부터 전력을 공급받거나 개별적으로 전력을 공급받지만, 각각의 쌍은 동일한 송신 주파수 및 전력 레벨들을 공유하지만 나란히 쌍을 이루는 1차 코일 어셈블리들 사이에 설정된 위상차(예를 들어, 180°)를 갖는다.
이전에 논의한 바와 같이, 이상 충전 세션 동안 쌍을 이루는 1차 코일 어셈블리들 사이의 위상차는 송신되는 자기 충전 신호들의 상쇄 간섭을 초래한다. 가산적 자속 밀도는 원점이 1차 코일 어셈블리들의 2x2 클러스터의 중심에 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(614)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(615)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(616)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(617)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(618)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
(1μT 윤곽(618)에 의해 도시된 바와 같은) 자기장의 결과적인 형상은 면적이 감소될 뿐만 아니라, 승객 진입 및 진출이 예상되는 EV 측들로 우선적으로 낮아진다. 버스(공칭 섀시 폭 2.6 미터)와 같은 더 큰 차량들은 추가적인 중첩을 제공할 것이고, 따라서 상승된 자속 밀도로부터 승객들 및 행인들을 차폐할 것이다.
도 6c
도 6c는 2x2 클러스터로 배열된 4개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(601, 602, 603, 및 604)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다.
이 실시예에서, 1차 코일 어셈블리들은 대각선 제1 쌍(601 및 603) 및 대각선 제2 쌍(602 및 604)으로 분리되고, 각각의 쌍은 별개의 소스로부터 전력을 공급받거나 개별적으로 전력을 공급받지만, 각각의 쌍은 쌍 멤버들 사이의 설정된 위상차(예를 들어, ~180°)를 갖는 동일한 전력 레벨들을 공유한다. 2차 어셈블리(도시되지 않음)에서 주파수 오프셋을 보상하기 위해, 제1 대각선 1차 코일 쌍(601 및 603)은 이상 충전 세션 동안 제2 대각선 1차 코일 쌍(602 및 604)과는 상이한 주파수에서 송신하도록 설정된다.
제1 윤곽(614)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(615)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(616)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(617)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(618)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
자속 밀도 윤곽들의 결과적인 패턴은 둥근 정사각형 형상을 갖지만, 도 6a에 도시된 공칭 패턴 및 영역에 비해 플럭스 밀도 감소에서의 이점을 여전히 제공한다. 필드 패턴의 성형은 또한 클러스터의 측면들 및 이에 따른 EV의 측면들에 대한 감소가 두드러진다는 점에서 유리하다.
도 6d
도 6d는 2x2 클러스터로 배열된 4개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(601, 602, 603, 및 604)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다. 그러나, 이 예에서, 1차 코일 어셈블리들은 나란한 제1 쌍(601 및 604) 및 나란한 제2 쌍(602 및 603)으로 분리되고, 각각의 쌍은 별개의 소스로부터 전력을 공급받거나 개별적으로 전력을 공급받지만, 각각의 쌍은 동일한 송신 주파수 및 전력 레벨들을 공유하지만, 이상 충전 세션 동안 나란히 쌍을 이루는 제1 및 제2 1차 코일 어셈블리들 사이에 설정된 위상차(예를 들어, 180°)를 갖는다.
도 6d에서, 제1 윤곽(614)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(615)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(616)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(617)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(618)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
도 6b(이상 1차 코일 어셈블리들의 나란한 쌍형성) 및 도 6c(이상 1차 코일 어셈블리들의 대각선 쌍형성)와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 나란한 구성은 대각선 구성과 마찬가지로 자속 밀도를 감소시키지 않는다.
도 7a
도 7a는 1x3 클러스터로 배열된 3개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이러한 기하학적 배열은 밴, 트럭, 트레일러, 또는 버스 섀시 아래에 설치되도록 의도된다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(701, 702 및 703)은 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다.
동상 충전 세션 동안의 가산적 자속 밀도는 중심 1차 코일 어셈블리(702)의 중심에 원점이 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽에 의해 도시된다. 제1 윤곽(706)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(707)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(708)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(709)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(710)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(711)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
일정한 자속 밀도의 윤곽들의 타원형 패턴들은 생성된 EMF의 감소가 요망되는 WPT 시스템에서 이용하기에 매우 적합한데, 그 이유는 EV의 중심선을 따른 클러스터의 배열이 행인들의 최대 격리 및 차폐를 생성하기 때문이다.
도 7b
도 7b는 1x3 클러스터로 배열된 3개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 개별 1차 코일 어셈블리들의 크기가 주어지면, 이러한 기하학적 배열은 밴, 트럭, 트레일러, 또는 버스 섀시 아래에 설치하기에 매우 적합하다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(701, 702, 및 703)은 행으로 배치된다(일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 동일한 테셀레이션이 이용된다). 데카르트 평면은 중심 1차 코일 어셈블리(702)의 중간 지점에 중심을 둔다.
앞서 논의된 바와 같이, 쌍을 이룬 1차 코일 어셈블리들 사이의 위상차는 이상 충전 세션 동안 송신되는 자기 충전 신호들의 상쇄 간섭을 초래한다. 클러스터에 3개의 1차 코일 어셈블리가 있는 경우, 쌍형성의 수정된 버전이 요구될 수 있다. 동일한 충전 신호 전력, 주파수, 및 위상을 송신하도록 제1 1차 코일 어셈블리(701) 및 제3 1차 코일 어셈블리(703)를 설정한 다음, 제1 1차 코일 어셈블리(701) 및 제3 1차 코일 어셈블리(703)와 동일한 전력 및 주파수이지만 이상인 충전 신호를 송신하도록 중간 1차 코일 어셈블리(702)를 설정함으로써, 자속 밀도의 실질적인 감소가 달성될 수 있다.
가산적 자속 밀도는 중심 1차 코일 어셈블리(702)의 중심에 원점이 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(713)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(714)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(715)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(716)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(717)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(718)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
도 7a의 자기장 윤곽들 대 공칭에 의해 도시된 바와 같은 필드의 감소가 상당하다. 윤곽들이 EV 측들로 많이 감소되는 필드의 성형이 또한 유리하다.
도 7c
도 7c는 1x3 클러스터로 배열된 3개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(701, 702, 및 703)은 행으로 배치된다(일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 동일한 테셀레이션이 이용된다). 데카르트 평면은 중심 1차 코일 어셈블리(702)의 중간 지점에 중심을 둔다.
동일한 충전 신호 전력, 주파수 및 위상을 송신하도록 제1 1차 코일 어셈블리(701) 및 제3 1차 코일 어셈블리(703)를 설정한 다음, 제1 1차 코일 어셈블리(701) 및 제3 1차 코일 어셈블리(703)와 동일한 주파수이지만 이상(예를 들어, 180°)인 충전 신호를 송신하도록 중간 1차 코일 어셈블리(702)를 설정하는 것에 더하여, 위상 조정이 단독으로 달성할 수 있는 것보다 자속 밀도의 더 큰 감소를 생성하기 위해 중간 1차 코일 어셈블리(702)의 전력이 증가될 수 있다(대안적으로, 제1 1차 코일 어셈블리(701) 및 제3 1차 코일 어셈블리(703)에 대한 충전 신호의 전력이 감소될 수 있다).
전력 제어를 수반한 이상 충전 세션의 이 예에서, 외측 1차 코일들(701 및 703)은 중간 1차 코일(702)의 전류의 70%를 운반하도록 설정된다. 따라서, 전력 레벨들은 외측 코일들(701 및 703)에서 50%이고 중간 코일(702)에서 50%이다. 제1 윤곽(721)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(722)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(723)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(724)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(725)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
(자속 밀도 윤곽들에 의해 도시된 바와 같은) 자기장의 면적은 전력 제어에 의해 감소된다. 전력 제어 레벨들에 대한 조정들은 EV 섀시 차폐 및 배제 영역에 가장 잘 맞도록 자속 밀도를 성형하는데 추가로 이용될 수 있다.
도 7d
도 7d는 이상 충전 세션 동안 가상 쌍별 상쇄 및 전력 제어를 수반한 1x3 1차 코일 어셈블리 클러스터를 이용할 때의 유효 자속 밀도 감소를 예시한다. 자기 상쇄 대 전류 차이의 백분율은, 외측 2개의 코일에서의 전류가 중심 코일과 180도 이상이고 외측 코일 전류가 중심 코일 전류의 비율로서 변할 때 획득될 수 있다. 도 7d에서, X-축은 내측 및 외측 코일 세트들 사이의 전류 비율(백분율 단위)을 나타내고, Y-축은 하나의 코일 세트(예를 들어, 외측 코일들)가 다른 세트(예를 들어, 내측 코일)에 의해 운반되는 전류와 대략 180도 이상인 전류를 운반할 때 상쇄되는 플럭스 밀도의 비율을 나타낸다.
곡선(726)은 통상적인 차량 에지(1.3m)에 대응하는 커플러들 옆의 라인을 따라 달성가능한 플럭스 밀도 상쇄의 최대치를 나타낸다. 곡선(726)은 3개의 영역(729, 730 및 731)을 갖는다. 영역(729)에서, 외측 세트들 내의 전류는 최대 상쇄를 허용하기에는 너무 낮다. 영역(730)에서, 외측 세트들 내의 전류는 최대 상쇄를 허용하기에 적절한 레벨에 있다. 영역(731)에서, 외측 세트들 내의 전류는 최대 상쇄를 허용하기에는 너무 높다. 영역들(730 또는 731)에서의 동작은 감소된 자속의 이점들을 부여하면서 상황 요구에 전달되는 전력을 맞춤화한다.
곡선(727)은 전형적인 차량 에지(1.3m)에 대응하는 커플러들 옆의 라인을 따라 달성가능한 플럭스 밀도 상쇄의 최소치(최악의 경우)를 나타낸다. 곡선(727)은 2개의 영역(732 및 733)을 갖고, 728에서 하나의 최대치를 갖는다. 영역(732)에서, 최소 상쇄는 외측 세트들에서의 전류가 증가함에 따라 증가한다. 영역(733)에서, 최소 상쇄는 외측 세트들에서의 전류가 증가함에 따라 감소한다. 이러한 영역들은 최소 상쇄가 가장 큰 지점을 둘러싼다. 이 지점을 근사화하는 동작은 그것이 또한 최상의 최대 상쇄를 갖는 곡선(726)에 대한 영역(730)에 있기 때문에 필드들에서의 가장 상당한 전체 감소를 보장한다.
도 8a
도 8a는 동상 충전 세션 동안 2x3 클러스터로 배열된 6개의 모듈식 1차 코일 어셈블리들의 클러스터를 예시한다. 개별 1차 코일 어셈블리들의 크기가 주어지면, 이러한 기하학적 배열은 트럭, 트레일러, 또는 버스와 같은 더 큰 차량들 아래에 설치하기에 매우 적합하다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(801, 802, 및 803)은 제1 행에 배치되고, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(804, 805, 및 806)은 일치하는 직선 그리드 패턴에서 동일한 테셀레이션을 따르는 제2 행에 배치된다. 데카르트 평면 맵은 1차 코일 어셈블리들(802 및 805)의 중심 쌍 사이의 중간 지점에 중심을 둔다.
제1 윤곽(807)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(808)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(809)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(810)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(811)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
도 8b
도 8b는 2x3 클러스터로 배열된 6개의 1차 코일 어셈블리의 모듈식 클러스터를 예시한다. 이러한 기하학적 배열은 더 큰 트럭, 트레일러, 또는 버스 섀시 아래에 설치되도록 의도된다. 이 예에서, 모듈식 1차 코일 어셈블리들(801, 802, 803, 804, 805, 및 806)은 차량의 길이를 따라 2행 x 3열(2x3)의 일치하는 직선 그리드 패턴을 따르는 테셀레이션에 배치된다.
도 8b에서, 자기 에너지는 제1 쌍(801 및 804), 제2 쌍(802 및 805), 및 제3 쌍(803 및 806)에 의해 0도 및 180도 위상 시프트들 둘 다의 오프셋들 둘 다로 송신된다. 이 대각선 패턴은 각각의 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오가 충전 세션 동안 반대되는 위상 오프셋의 듀오들에 의해서만 이웃하게 한다.
가산적 자속 밀도는 원점이 1차 코일 어셈블리(802)와 1차 코일 어셈블리(805) 사이의 중간 지점에서 클러스터의 중심에 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(814)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(815)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(816)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(817)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(818)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(819)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
윤곽들에 의해 알 수 있는 바와 같이, 자속 밀도는 모든 6개의 1차 코일 어셈블리들이 (도 8a에 도시된 바와 같이) 동일한 위상에서 송신하는 경우에 비해 1 미터, 2 미터 및 3 미터 범위들에서 실질적으로 감소된다. 또한, 유의할 점은, 도 8b에 도시된 자속 밀도의 윤곽들에 의해 설명된 바와 같은 자기장의 형상이 측면 방향으로 실질적으로 유리하게 감소된다는 것이다. 차량의 정중선을 따른 2차 코일 어셈블리들의 배치를 가정하면, 차량의 섀시는 이 구성에 대한 자속의 차폐 및 인간 배제 영역 둘 다를 제공할 것이다.
도 8c
도 8c에서, 자기 에너지는 나란한 쌍별 이상 충전 세션 동안 제1 쌍(801 및 804), 제2 쌍(802 및 805), 및 제3 쌍(803 및 806)에 의해 0도 및 180도 위상 시프트들 모두에서 송신된다. 이 패턴은 좌우 자속 상쇄 방식을 셋업한다.
가산적 자속 밀도는 원점이 1차 코일 어셈블리(802)와 1차 코일 어셈블리(805) 사이의 중간 지점에서 클러스터의 중심에 배치된 데카르트 좌표계 상에 플로팅된 일정한 자속 밀도의 윤곽들에 의해 도시된다. 제1 윤곽(820)은 316μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제2 윤곽(821)은 100μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제3 윤곽(822)은 31.6μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제4 윤곽(823)은 10μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제5 윤곽(824)은 3.16μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다. 제6 윤곽(825)은 1μT의 일정한 자속 밀도를 나타낸다.
나란한 쌍별 상쇄는 더 큰 면적 및 덜 유리한 성형 모두를 갖는 등가 자속 밀도를 초래한다. EV 측들에 대한 등가 자속 밀도의 범위에서의 증가는 행인들 및 진입 또는 진출 승객들에 대한 노출을 감소시키는 목표와 반대이다.
도 9
도 9는 택시로서 일반적으로 이용되는 유형의 일반적인 전기 또는 하이브리드 세단의 2개의 도면을 예시한다. 측면도(901)는 샘플 단일의 차량 탑재 2차 코일 어셈블리(903)를 도시한다. 2차 코일 어셈블리는 수신기 또는 차량 어셈블리(VA)로도 알려져 있다.
상부 투시도(902)는 불균일한 도로 표면들로부터 코일 어셈블리에 대한 손상의 기회를 줄이기 위해 세단 섀시의 중간에서의 좌우의 그리고 전방 휠들의 바로 뒤의 2차 코일 어셈블리(904)의 배치를 도시한다. 배제 구역(905)은 차량의 언더캐리지의 주변부에 의해 생성된 비교적 액세스불가능한 영역을 도시한다. 샘플 실시예들에서, 충전 동안 생성되는 자기장은 유리하게 배제 구역(905) 내에 주로 있도록 성형되고 제한된다.
도 10
도 10은 수송 차량으로서 일반적으로 이용되는 유형의 일반 전기 또는 하이브리드 밴의 2개의 도면들을 예시한다. 측면도(1001)는 1x2 쌍의 차량 탑재 2차 코일 어셈블리들(1003 및 1004)에 대한 포지셔닝 옵션을 예시한다. 상부 투시도(1002)는 불균일한 도로 표면들로부터 코일 어셈블리들에 대한 손상의 기회를 줄이기 위해 섀시의 중간선을 따라 좌우로 그리고 전방 휠들 뒤에 가깝게 제1(1005) 및 제2(1006) 수신기를 탑재하기 위한 유리한 위치를 도시한다. 배제 구역(1007)은 차량의 언더캐리지의 주변부에 의해 생성된 비교적 액세스불가능한 영역을 도시한다. 충전 동안 생성되는 자기장은 유리하게 배제 구역(1007) 내에 주로 있도록 성형되고 제한된다.
도 11
도 11은 일반적인 전기 또는 하이브리드 수송 버스의 2개의 도면을 예시한다. 측면도(1101)는 차량 탑재 2차 코일 어셈블리들의 2x2 클러스터(1103)에 대한 포지셔닝 옵션을 예시한다. 상부 투시도(1102)는 불균일한 도로 표면들로부터 코일 어셈블리들에 대한 손상의 기회를 줄이기 위해 섀시의 중간선을 따라 좌우로 그리고 전방 휠들 뒤에 가깝게 2차 클러스터(1104)를 탑재하기 위한 유리한 위치를 도시한다. 배제 구역(1105)은 차량의 언더캐리지의 주변부에 의해 생성된 비교적 액세스불가능한 영역을 도시한다. 충전 동안 생성되는 자기장은 유리하게 배제 구역(1105) 내에 주로 있도록 성형되고 제한된다.
도 12
도 12는 측면도(1201) 및 상부 투시도(1202)의 일반적인 전기 또는 하이브리드 버스 상의 2차 또는 수신기 클러스터의 예를 예시한다. 측면도(2101)는 차량 탑재 2차 코일 어셈블리들의 2x3(2-by-3) 클러스터(1203)에 대한 포지셔닝 옵션을 예시한다. 상부 투시도(1202)는 불균일한 도로 표면들로부터 코일 어셈블리들에 대한 손상의 기회를 줄이기 위해 버스 섀시의 밑면의 중간선을 따라 좌우로 그리고 전방 휠들 뒤에 가깝게 예시적인 2x3 2차 클러스터(1204)를 탑재하기 위한 예시적인 위치를 도시한다. 배제 구역(1205)은 차량의 언더캐리지의 주변부에 의해 생성된 비교적 액세스불가능한 영역을 도시한다. 충전 동안 생성되는 자기장은 유리하게 배제 구역(1205) 내에 주로 있도록 성형되고 제한된다. 전술한 바와 같이, 임계치 아래의 자속 밀도만이 배제 구역 밖에서 허용가능하다.
도 9 내지 도 12는 방출들을 추가로 줄이기 위해 자기 실드로서 금속 섀시 본체를 이용하는 기계적 고려사항들(커브들, 스피드 범프들로부터의 손상의 확률을 줄인다) 사이의 엔지니어링 트레이드오프를 예시한다. 차량 섀시가 변동되고 모듈식 2차 어셈블리들의 수가 변동됨에 따라, 자속에 대한 노출을 최소화하기 위해 (공급된 전력, 주파수, 위상, 및 2차 어셈블리 레이아웃을 통해 조율되는 바와 같은 파괴적 상쇄를 이용하여) 자기장을 성형하는 능력은 유용성이 증가한다.
도 9 내지 도 12에서, 배제 구역 둘레는 금속 차량 본체 또는 언더캐리지의 윤곽과 일치하는 것으로 도시된다. 대안적인 실시예들에서, 배제 구역은 차량 주변부에 의해 윤곽이 그려진 영역의 더 작은 부분 또는 더 큰 확장일 수 있고, 자속 밀도의 상이한 레벨들에 대응하는 다수의 영역들을 포함할 수 있다. 더 작은 영역은, 예를 들어, FOD(foreign object detection) 시스템 또는 LOD(living object detection system)의 센서 커버리지에 의해 제한될 수 있다. 더 큰 영역은 물리적 배리어들 또는 마킹들에 의해 묘사된 킵-어웨이 구역에 의해 정의될 수 있다. FOD 또는 LOD 시스템 센서 커버리지 영역은 또한 차량 윤곽보다 큰 배제 구역을 확립하는데 이용될 수 있다. 그 다음, 이러한 더 작고 더 큰 배제 구역들은 임계치를 초과하는 자속 밀도의 생성된 영역에 대한 바람직한 성형을 달성하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 생성된 자기장의 영역의 성형은 배제 영역 크기 및 경계들의 조정을 위해 이용될 수 있다.
도 13
도 13은 대표적인 2x2 클러스터(도 6b에서와 같이 대각선으로 쌍을 이루는 4개의 1차 및 2차 코일 어셈블리 듀오들)에 대한 자속 밀도의 상쇄 대 대각선 쌍별 위상차들의 플롯을 예시한다. X-축은 쌍을 이룬 세트들 사이의 위상각을 나타낸다. Y-축은 클러스터의 중심으로부터 (전형적인 수송 또는 학교 버스의 에지에 대응하는) 1.3 미터에서의 플럭스 밀도의 상쇄의 양을 나타낸다. 2개의 라인(1301, 1302)은 이상각들에서의 플럭스 밀도 상쇄의 상이한 크기들을 나타낸다. 제1 라인(1301)은 클러스터에 중심을 둔 1.3m 반경 원을 따라 달성될 수 있는 플럭스 밀도 상쇄의 최대량을 나타낸다. 이러한 최대 상쇄는 일반적으로 2x2 클러스터에 의해 형성된 그리드의 축을 따른다. 제2 라인(1302)은 클러스터에 중심을 둔 1.3m 반경 원을 따라 달성될 수 있는 플럭스 밀도 상쇄의 최소량을 나타낸다. 이 최소 상쇄는 일반적으로 2x2 클러스터에 의해 형성된 그리드의 대각선을 따른다.
모든 위상 오프셋들이 최상의(1301) 및 최악의(1302) 경우들 모두에 대해 일부 상쇄를 보여주지만, 최악의 경우(1302) 라인은, 조정된 1차 어셈블리 쌍들 사이의 0 내지 25도의 위상 오프셋으로 연장하는 제1 영역(1303)에서, 본질적으로 상쇄가 달성되지 않는다는 것(<1%)을 보여준다. 따라서, 25도에서 180도로 연장되는 제2 영역(1304)에서의 위상 오프셋들이 바람직하다.
도 14
도 14는 배터리 저장소를 갖는 전기 차량들을 위해 본 명세서에 설명된 모듈식 코일 어셈블리들을 통합하도록 적응될 수 있는 고전력 무선 전력 전송 시스템을 예시한다. 배터리 저장소는 습전지, 건전지, 및 고체 상태 배터리들뿐만 아니라 용량성 저장소 및 가역 연료 전지들 및 이들의 조합들(즉, 하이브리드) 에너지 저장소를 포함한다.
이 시스템에서, 지면측 전자장치(1401)는 조정된 전력 신호를 1차 코일 어셈블리(1402)에 제공한다. 고전력 시스템에서 선호되는 바와 같이, 1차 코일 어셈블리(1402)는 1차 코일 권선(1403) 및 정합된 커패시터(1404 및 1405)를 갖는 균형화된 직렬-직렬 구성을 가질 수 있다.
에어-갭(1410)에 걸쳐, 2차 코일 어셈블리(1406)는 1차 코일 어셈블리(1402)에 의해 생성된 자기 신호를 수신하는데 이용된다. 2차 코일 어셈블리(1406)는 또한, 2차 코일 권선(1407) 및 정합된 커패시터(1408 및 1409)를 갖는 균형화된 직렬-직렬 구성을 가질 수 있다. 2차 코일 어셈블리(1406)에 의해 생성된 AC 전력 레벨, 주파수, 및 위상(즉, AC 신호 데이터)은 이러한 측정들을 디지털 데이터링크(1412)를 통해 능동 정류기 제어기(ARC)(1413)에 보고하는 센서(1411)에 의해 측정된다. ARC(1413)는 AC 신호 데이터를 이용하여 신호를 예측 모델링하여 제로 크로싱을 결정함으로써 능동 정류를 최적화한다. 정류 제어 신호는 제어 링크(1417)를 통해 능동 정류기(1416)로 전달되고, 능동 정류기는 AC 신호 입력(1415)을 취하여 이를 DC 전력 출력(1419)으로 변환한다. 정류기 모듈 내의 온도 센서들(도시되지 않음)은 디지털 데이터링크들(1418)을 이용하여 ARC(1413)에 보고한다. 전력 조정기(1420)는 정류기(1416)의 DC 출력(1419)을 취하고 필터(1421)에서 리플 및 잡음을 제거하여 배터리 팩(1424)을 충전한다. 조정된 DC 신호 특성은 센서(1422)에 의해 모니터링되고 디지털 데이터링크(1423)를 통해 ARC(1413)에 다시 보고된다.
단일의 일반 컴퓨터 또는 컴퓨터들의 클러스터 및 소프트웨어 데이터베이스로서 구체화되거나, 각각이 컴퓨팅 자원들 및 데이터베이스들을 갖는 다수의 지리적으로 다양한 사이트들을 갖는 분산된 실시예로서 구성된 랜드사이드 데이터 저장소(1426)는 차량 상에 설치된 각각의 2차 코일 어셈블리에 대한 디폴트 및 이력 측정들의 충전 프로파일들을 유지할 수 있다. 저장소(1426)는, 차량이 충전되고 있을 때 충전 세션 파라미터들을 설정하기 위해 충전 사이트 제어기(1428)(사이트 관리 소프트웨어 및 데이터베이스 소프트웨어를 실행하는 일반 컴퓨터 또는 컴퓨터 클러스터)에 의해 데이터 네트워크(1427)를 통해 요청될 수 있는, 주파수 응답 및 충전 모델들을 포함하는 성능 데이터를 포함한다.
이들 충전 세션 파라미터들은, 정렬된 2차 코일(또는 정렬된 1차 및 2차 코일의 쌍들)에 기반한 각각의 1차 코일 어셈블리 또는 1차 코일 어셈블리 쌍(예를 들어, 충전 세션 동안의 순간 전력 레벨, 기준 신호 주파수, 주파수 드리프트, 신호 위상 오프셋, 및 공칭 코일-대-코일 갭)에 대한 자기 신호 특성들, 및 전력 가용성, 환경 인자들(예를 들어, 온도) 및 설치된 1차 코일 어셈블리 조건들(예를 들어, 내부 온도(들), 이용 인자들, 1차 코일당 코일들의 수, 1차 코일당 턴들의 수, 표면 탑재된 또는 동일 높이 탑재된 1차 코일 어셈블리(들))과 같은 로컬 조건들을 포함할 수 있다.
충전 세션 파라미터들은 또한 표 1에 예시된 유형의 1차 코일 어셈블리 또는 1차 코일 어셈블리 쌍의 충전기 프로파일을 포함할 수 있다:
자동차 충전 관련 데이터는 또한 데이터 저장소(1426)에 저장될 수 있다. 이 데이터는 배터리 노화 정보(예를 들어, 하나 이상의 충전 세션에 대한 충전 시간 대 배터리 충전 상태)뿐만 아니라 섀시 상의 2차 코일 어셈블리들의 위치, 및 EV 본체에 의해 제공되는 EM 차폐를 포함할 수 있다.
아래의 표 2는 데이터 저장소(1426)에 저장되고/되거나 차량 측에 저장되고 충전 동안 지면 측 충전기에 통신될 수 있는 샘플 차량 충전 프로파일을 제공한다.
차량 충전 프로파일 및 준 실시간 데이터에 대한 액세스는, 충전 사이트 제어기(1428)를 통해, 유도성 통신 시스템(도시되지 않음)을 통한 에어 갭(1410)에 걸친 2차 코일 및/또는 하중으로부터의 피드백뿐만 아니라, 1차 코일 어셈블리 센서들로부터의 데이터에 기반하여 세션 개시 및 충전 세션 동안 각각의 1차 코일을 재구성하는 능력을 WPT에 제공한다.
충전 사이트 제어기(1428)에 대한 액세스는 디지털 데이터링크(1429, 1430)를 통해, 각각의 제1 1차 및 2차 코일 어셈블리들(1431) 및 제2 1차 및 2차 코일 어셈블리들(1432)이 동일한 프로파일 정보에 액세스한다. 충전 지점에서 각각의 1차 및 2차 코일 어셈블리(1431, 1432)에 의해 발생된 전류는 양의 배터리 단자(1433) 및 음의 배터리 단자(1434)에서 결합되어 차량 배터리 팩(1424)을 충전하는데 이용된다.
제1 ARC(1413) 및 제2 ARC(도시되지 않음)는 디지털 데이터링크(1435)를 통한 저장 및 보고를 위해 AC 및 DC 전력 특성들 둘 다를 네트워킹된 제어기(1414)에 보고한다.
도 15
도 15는 샘플 실시예들에서 자동 무선 충전과 관련된 전기 차량 시스템들을 고레벨에서 예시한다. 예시된 바와 같이, 전기 차량(1500)은 1차 지면 코일 어셈블리(1501)로부터 무선 충전을 수신하는 2차 차량 코일 어셈블리(1502)(이 경우, 단일 코일 유닛)를 구비한다. 배터리 관리 시스템(BMS)(1509)은 배터리 팩(1504)의 모니터링 및 관리를 담당한다. 용어 "배터리 팩"은 본 명세서에서 일반적인 화학 에너지 저장 시스템을 묘사하는데 사용되며, 다른 휴대용 에너지 저장 시스템들(예를 들어, 고체 상태 배터리 어레이들, 가역 연료 전지들, 울트라-커패시터들)로 대체, 보충, 또는 혼성화될 수 있다는 점에 유의한다. 알고리즘들에 기반하여, BMS(1509)는 충전 레벨들 및 온도들을 모니터링하면서 충전 레이트들을 설정하고 개별 셀(또는 셀 뱅크) 충전/방전을 균형화함으로써 성능을 관리하고 범위 및 수명을 최대화한다.
BMS(1509)는 2차 어셈블리(1502)에 의해 제공되는 유도성 통신 트랜시버 시스템에 의해 지원되는 다운링크 데이터링크(1505) 및 업링크 데이터링크(1506)를 통해 송신되는 메시징을 이용하여 충전 세션(및 연관된 물류, 과금, 및 센서 판독)을 제어한다. BMS(1509)의 데이터 저장소는 아이덴티티 및 허가 정보, 배터리 전압, 및 최대 전류 레벨 설정을 포함한다. BMS(1509)는, 선택적으로, 차량 및 설치된 2차 어셈블리들에 대한 자기 충전 데이터 프로파일의 로컬 버전 또는 서브세트를 포함할 수 있다. 무선 충전 제어기(1503)는 데이터 링크(1507)를 통해 차량 네트워크와 유도성 통신 트랜시버 시스템을 변환 및 브리징하도록 기능한다. BMS(1509)는 예를 들어, 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network)(CAN) 버스를 통해 구현될 수도 있는 유선 또는 무선 데이터링크(1510)를 통해 송신되는 센서 데이터를 배터리 팩(1504)으로부터 수신한다.
2차 차량 코일 어셈블리(1502)는 직류를 고전류 버스(1508)를 통해 배터리 팩(1504)에 전달한다. 배터리 팩(1504)이 완전히 충전되는 경우들에서, 전류는 또한 대기열에 있고 충전 지점의 최대 전류 레벨 설정과 정렬되고 통신하는 동안 통신들, 엔터테인먼트, 및 환경 제어와 같은, 차량(1500)의 온보드 시스템들과 전환되거나 공유될 수 있다.
도 16
도 16은 샘플 실시예들에서 단일 충전 지점에서의 자동 무선 충전에 이용되는 무선 충전 신호들 및 범위들을 예시한다. 자동 충전을 위해, 여기서 포장 도로(1602)의 표면과 동일 높이가 되도록 내장된 것으로 도시된 지면 1차 어셈블리(1601)는 충전 동안 차량 2차 어셈블리(1603)와 실질적으로 정렬되고 통신한다. 이 예에서, 2차 어셈블리(1603)는 차량 섀시(1604)의 밑면에 탑재된다.
충전 신호(1605)가 개시될 수 있기 전에, 업링크(1606) 및 다운링크(1607) 데이터 경로는, 예를 들어, 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제10,135,496호에 설명된 바와 같이, 통신 디바이스들을 이용해서 유도성 통신 링크들을 이용해서 확립된다. 유도성 링크들(1606 및 1607)은 거의 1차 지면 코일 어셈블리(1601)의 크기(대략 500 밀리미터)를 초과하지 않는 접근 범위(1608) 및 출발 범위(1609)로 전력 제한된다. 정렬 프로세스에 관한 추가 정보는 "Method and apparatus for the alignment of a vehicle and charging coil prior to wireless charging"라는 명칭의 미국 특허 제10,814,729호; "Method of and apparatus for detecting coil alignment error in wireless inductive power transmission"이라는 명칭의 미국 특허 제10,193,400호; 및 "Method and apparatus for the alignment of vehicles prior to wireless charging including a transmission line that leaks a signal for alignment"라는 명칭의 미국 특허 제10,040,360호에서 발견될 수 있으며, 그 내용들은 본 명세서에 참조로 포함된다. 대안적인 단거리 로컬 영역 무선 네트워킹 기술들(예를 들어, 블루투스, 지그비, Wi-Fi) 또는 장거리 무선 광역 네트워크(WWAN) 기술들(예를 들어, LTE, 커넥티드-카 무선 패킷 데이터 시스템들, 차량-대-인프라스트럭처(V2I), 차량-대-사물(V2X)과 같은 셀룰러 기술)을 이용한 다른 실시예들이 이용될 수 있다.
도 17
도 17은 샘플 실시예에서 전기 차량을 충전하는 방법(1700)을 예시하는 흐름도이다. 도시된 예에서, 충전 지점은 양방향 통신이 개시될 때까지 대기 상태(1701)에 있다. 충전 지점은 대기 상태에 있는 동안 유도성 통신 비컨을 방출할 수 있다. 대안적으로, 충전 지점은, 충전 사이트 제어기(1428)가 라디오 통신 시스템(예를 들어, WLAN(Wireless Local Area Network) 또는 광역 라디오 통신 시스템(예를 들어, 셀룰러 패킷 라디오 시스템들)) 또는 전기 차량이 충전 지점에 접근하고 있음을 표시하는 다른 차량 검출 메커니즘을 통한 도착 정보의 수신으로 인해 비컨을 명령할 때만 비컨을 방출하기 시작할 수 있다.
양방향 통신은 통신 개시 상태(1702)에서 시작된다. 통신 개시 상태(1702)에 들어가기 위해, 양방향 통신 링크가 셋업되고, 충전에 대한 인증 및 허가가 확립된다. 1차 코일 어셈블리(들)를 2차 코일 어셈블리(들)와 정렬하기 전에 통신 개시 상태(1702)에 진입할 수 있고, 신뢰성있는 양방향 링크가 보장되면 셋업 데이터 획득(1703)이 시작될 수 있지만, 프로파일 획득 상태(1704)는 정렬이 완료된 후까지 시작되지 않을 것이다.
일단 양방향 통신이 개시되고 확립되면(그리고 따라서 충전될 EV의 존재가 보장되면), 충전 세션 셋업 데이터는 EV의 컴퓨터 시스템과 랜드사이드 인증, 허가, 및 결제 서비스 사이에서 전달될 수 있다. 이 셋업 데이터 획득 상태(1703)의 일부로서 또는 별개의 프로파일 획득 상태(1704)의 일부로서, EV의 유도성 충전 능력들에 관한 상세들이 획득된다. 셋업 데이터 획득 상태(1703)는 또한 요청된 차량의 충전 전력 레벨에 대한 상세들을 포함할 수 있다.
EV의 충전 프로파일은 EV 설계자 및 조작자의 선택에 기반하여 여러 방식으로 획득될 수 있다. 하나의 사례에서, EV의 컴퓨터 시스템들(예컨대, 배터리 관리 시스템(BMS), 또는 자동화된 운전 시스템(ADS))은 다운로드를 위한 충전 프로파일을 포함한다. 또 다른 사례에서, 충전 프로파일은 셋업 데이터 획득 상태(1703)에서 조기에 획득된 EV 정보를 이용하여 랜드사이드 데이터 저장소로부터 다운로드된다. 대안적으로, 일반적인 EV 메이크-모델-제조자 충전 프로파일이 이용될 수 있거나(EV, 랜드사이드 저장소, 또는 로컬 캐시로부터 획득되거나), 또는 어떠한 충전 프로파일 또는 EV 메이크-모델-제조자 정보도 이용가능하지 않은 경우, 발견된 EV 2차 코일 어셈블리들의 수 및 레이아웃에 기반한 디폴트 충전 프로파일이 이용될 수 있다.
프로파일 획득 상태(1704)에서 충전 프로파일이 획득되면, 충전 파라미터 설정 상태(1705)에 진입한다. 충전 파라미터 설정 상태(1705)에서, 각각의 1차 코일 어셈블리에 대한 충전 신호는 주파수, 진폭 및 위상에 관하여 설정된다. 충전 신호에 대한 파라미터들은 획득된 자기 프로파일 및 요청된 충전 전력 레벨에 기반하여 배제 구역 내에 주로 있는 자기장을 갖는 충전 신호로 설정된다.
충전 개시 상태(1706)의 시작에서 충전 지점은 충전 신호를 턴 온한다. 일단 충전이 시작되면, 충전 상태(1707)는 1708에서 충전이 완료되거나 다른 방식으로 종료되었다고 결정될 때까지 유지된다. 정상 완료 이벤트는 EV에 의한 세션의 종료(예를 들어, 배터리 충만), 충전 사이트 제어기(1428)에 의한 세션에 의한 종료(예를 들어, 선결제 허가 레벨이 충족됨) 또는 1차 또는 2차 코일 어셈블리들에 의한 종료(예를 들어, EV가 충전 지점으로부터 구동되었다는 검출)를 포함한다. 임의의 정상 충전 세션 완료 이벤트 후에, 충전 지점 상태는 대기 상태(1701)로 복귀한다. 비정상적인 세션 종료 이벤트(예를 들어, 과열이 검출됨)는 결함으로 고려되고, 결함이 해결될 때까지, 충전 지점이 정지 상태(1709)로 설정된 충전 세션(1707)의 즉각적인 종료를 초래한다.
추가적인 실시예들
양방향
밀착 결합된 전력 전송 코일들만이 수반되기 때문에, 감소된 총 자속에서의 양방향 전력 전송은 이전에 설명된 위상, 주파수, 및 전력 제어를 이용하여 어느 한 방향에 대해 가능하게 된다. 양방향 전력 전송은, 로컬 AC 그리드에 공급하기 위해 지면 측 상의 AC-DC-AC 또는 AC/AC 변환뿐만 아니라 차량 상의 DC 대 AC 변환의 추가를 요구할 수 있다.
혼합 및 매칭
유도성 통신 링크 및 각각의 1차 코일 어셈블리에서의 충전 신호의 주파수, 전력 레벨, 및 위상에 대한 제어에 의해, 임의의 큰 그리드들이 구성될 수 있다. 각각의 충전 세션에 대해, 1차 코일 어셈블리들의 고유 패턴이 전력을 송신하도록 선택될 수 있다. 일 예에서, 1차 코일 어셈블리들의 3x3 그리드가 구성된다. EV 상의 2차 코일들의 수 및 배치를 결정하기 위해 차량 프로파일을 이용하여, EV는, 1차 코일 어셈블리들의 세트가 EV의 2차 코일 어셈블리들과 정렬되도록, EV에 송신되는 차선 표시자들 또는 통신 신호들을 통해 운전자 또는 자동화된 조종에 의해 조종될 수 있다. 3x3 예는 2차 코일 어셈블리들의 3x3 어레이들뿐만 아니라, 지면 측 상의 3x3 코일 어셈블리의 적절한 서브세트가 활성화되는 1x1, 1x2, 1x3, 및 2x3 어레이들을 갖는 것들로 차량들을 충전할 수 있을 것이다.
특정 경우들에서, EV들은 더 작은 어레이들을 갖는 1차 코일 어셈블리들로부터 충전될 수 있다. 예를 들어, 1x2 1차 어레이는 EV 탑재 2x3 2차 어레이를 충전하는데 이용될 수 있으며, 여기서 2개의 1차 코일 어셈블리는 6개의 2차 코일 어셈블리 중 2개와 정렬된다.
EV가 비동작인 하나 이상의 2차 코일 어셈블리를 가지고 있는 경우에, 충전 스테이션은 기능적 2차 코일 어셈블리들에 정렬되는 1차 코일 어셈블리들만을 이용하여 EV를 충전할 수 있다.
각각의 상황에서, 그리고 선택적으로 EV의 자기 충전 프로파일에 기반하여, 1차 코일 어셈블리들에 의해 생성되는 충전 신호의 주파수, 위상, 및 전력은 자기 방출들을 제한하도록 조정될 수 있다.
광역 균형화
단일 충전 지점(단일 차량을 서빙하는 1차 코일 어셈블리들의 클러스터)에서뿐만 아니라, (예를 들어, 저장소, 주차장, 교통 대기열 또는 철도역에서의) 다수의 충전 지점들의 밀접하게 이격된 배치들에서 모듈식 1차 코일 어셈블리들 각각에 대한 주파수, 위상 및 전력을 제어하는 능력이다.
최대 자기장(예를 들어, 자속 밀도)의 매핑은 배치 시의 센서 판독들로부터 또는 모델링에 의해 생성될 수 있다. 모델은 충전 지점들 또는 다른 연관된 전기 장비로부터 유래하는 총 자속 밀도를 측정하는데 이용될 수 있는 하나 이상의 별개의 안테나의 실시간 로컬 센서 어레이를 이용하여 생성되거나 보강될 수 있다.
3차원 총 자속 밀도는 프로세서에 의해 계산되거나 자속 밀도들의 임의의 가산적 '핫 스폿들'을 식별하는 수단으로서 기능하도록 처리 능력들을 갖는 센서들을 통해 획득된다. 일련의 최상의 경우, 최악의 경우의 모델들이 식별 수단에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 지면 레벨 및 헤드 레벨 모델들은 식별 수단에 의해 생성될 수 있다.
그 후, 전력, 위상 및 주파수 오프셋들은 원하는 안전/노출 임계치(예를 들어, FCC 파트 15, 파트 18, IEEE C.95 또는 ICNRIP 임계치들의 조작자 정의 부분) 위의 자속 밀도들의 임의의 영역들을 감소시키거나 제거하기 위해 자기 충전 신호들을 재균형화하는데 이용될 수 있다.
도 18
도 18은 샘플 실시예에서 광역 자속 관리를 갖춘 충전 스테이션을 그래픽으로 나타낸다. 도 18의 실시예는 다수의 모듈식 무선 충전 지점의 조정을 통해 자기장 균형을 제공한다. 충전 스테이션(1801)은 포장된 영역(1802) 및 풍경 영역들(1803)을 포함한다. 풍경 영역들(1803)은 무선 충전 지점들에 전력을 공급하는데 필요한 전력 공급장치들(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 둔덕들, 와이어 배리어들, 및 벽들의 설치에 의해 동작시 충전 지점들(1804)에 의해 생성되는 자속을 분리하고 포함하는 것을 도울 수 있다. 점유된 충전 지점들(1805, 1806, 및 1807)은 자속을 생성하는 반면, 비동작 충전 지점들(1804)은 정지해 있다. 가산적 자속 밀도의 면적들을 최소화하기 위해, 동작 중인 충전 지점들(1805, 1806, 및 1807)의 위상을 조정하기 위해 미리 결정된 모델들이 적용될 수 있다. 하나 이상의 자기 안테나(1808)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 상쇄 간섭을 통해 광역 자속 완화 방식을 증강, 모니터링 또는 보완하도록 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 단일의 중앙에 위치된 모니터링 안테나 스테이션(1808)이 도시되어 있다. 다수의 안테나 스테이션들은 충전 스테이션의 주변을, 알려진 가산적 핫 스폿들에서, 또는 보호되지 않은 보행자 트래픽을 갖는 영역들에서 모니터링하고 필요에 따라 상쇄 간섭 신호들을 제공하는 수단으로서 배치될 수 있다. 안테나 스테이션들은 자속 밀도들의 가산적 핫 스폿에서 자속 밀도들을 감소시키기 위해 각각의 코일 어셈블리들로부터의 충전 신호들을 균형화하도록 자속 밀도들의 가산적 핫 스폿 부근에서 코일 어셈블리들의 전력, 위상, 및/또는 주파수 오프셋들을 조정하기 위한 신호들을 각각의 코일 어셈블리들에 제공할 수 있다.
결론
본 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서에서 설명된 토폴로지 및 회로 구현 방법론이 자속 밀도가 코일 어셈블리가 탑재되는 차량의 치수들 및 특성들에 따라 제어되는 것을 가능하게 한다는 것을 인식할 것이다.
이용된 예들 및 도면들은 각각이 동일한 평면에 배열된 코일들을 갖는 기하학적으로 대칭인 1차 및 2차 코일 어셈블리들의 클러스터들을 설명한다. 설명의 편의를 위해 동일한 크기들 및 동일 평면 코일 배치들의 이용이 이용되었다. 비-대칭 코일들, 비-직선 그리드 배치들 및 비-동일 평면 배치들은 본 명세서에 설명되는 원리들 및 기술들을 이용하여 자기장의 생성을 관리하지만 잠재적으로 더 낮은 성능을 가질 수 있다.
다양한 구현들이 위에서 설명되었지만, 이들은 제한이 아니라 단지 예로서 제시되었다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 위에 설명된 시스템들 및 방법들과 연관된 요소들 중 임의의 것은 위에 제시된 원하는 기능 중 임의의 것을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직한 구현의 폭 및 범위는 전술한 샘플 구현들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 한다.
본 명세서에 논의된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 방법들의 양태들을 구현하는 로직, 커맨드들, 또는 명령어들은 데스크톱 또는 노트북 개인용 컴퓨터들과 같은 컴퓨팅 시스템, 태블릿들, 넷북들, 및 스마트폰들과 같은 모바일 디바이스들, 클라이언트 단말들 및 서버-호스팅된 머신 인스턴스들 등에 대한 임의의 수의 폼 팩터들을 포함하는 컴퓨팅 시스템에서 제공될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 또 다른 실시예는, 다른 형태의 프로그래밍된 로직, 하드웨어 구성, 또는 이러한 기술의 기능을 수행하는 각각의 수단을 갖는 장치를 포함한 전문화된 구성요소나 모듈을 포함한, 다른 형태로의 본 명세서에서 논의된 기술들의 통합을 포함한다. 이러한 기술들의 기능들을 구현하는데 이용되는 각각의 알고리즘들은 본 명세서에 설명되는 전자적 동작들의 일부 또는 전부, 또는 첨부 도면들 및 이하의 상세한 설명에 도시된 다른 양태들의 시퀀스를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 방법들을 구현하기 위한 명령어들을 포함하는 이러한 시스템들 및 컴퓨터 판독가능한 매체는 또한 샘플 실시예들을 구성한다.
본 명세서에 설명된 능동 정류기 제어기(1413), 차량의 전류 충전 사이트 제어기(1428), 및/또는 차량 충전 제어기(1414)의 모니터링 및 제어 기능들은 일 실시예에서 소프트웨어로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 로컬 또는 네트워킹된, 하나 이상의 비일시적 메모리 또는 다른 유형의 하드웨어 기반 저장 디바이스와 같은 컴퓨터 판독가능한 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 디바이스 상에 저장된 컴퓨터 실행가능한 명령어들로 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 기능들은 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있는 모듈들에 대응한다. 다수의 기능들은 원하는 대로 하나 이상의 모듈에서 수행될 수 있고, 설명된 실시예들은 단지 예들이다. 소프트웨어는 디지털 신호 프로세서, ASIC, 마이크로프로세서, 또는 개인용 컴퓨터, 서버 또는 다른 컴퓨터 시스템과 같은 컴퓨터 시스템 상에서 동작하는 다른 유형의 프로세서 상에서 실행되어, 이러한 컴퓨터 시스템을 구체적으로 프로그래밍된 머신으로 전환할 수 있다.
예들은, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 프로세서들, 로직, 또는 다수의 구성요소들, 모듈들, 또는 메커니즘들(본 명세서에서 "모듈들")을 포함할 수 있거나, 또는 이들 상에서 동작할 수 있다. 모듈들은 지정된 동작들을 수행할 수 있는 유형의 엔티티들(예를 들어, 하드웨어)이고, 특정 방식으로 구성되거나 배열될 수 있다. 예에서, 회로들은 모듈로서 지정된 방식으로 (예컨대, 내부적으로 또는 다른 회로들과 같은 외부 엔티티들에 대하여) 배열될 수 있다. 예에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(예를 들어, 독립형, 클라이언트 또는 서버 컴퓨터 시스템) 또는 하나 이상의 하드웨어 프로세서의 전부 또는 일부는 지정된 동작들을 수행하도록 동작하는 모듈로서 펌웨어 또는 소프트웨어(예를 들어, 명령어들, 애플리케이션 부분, 또는 애플리케이션)에 의해 구성될 수 있다. 예에서, 소프트웨어는 머신 판독가능한 매체 상에 상주할 수 있다. 소프트웨어는, 모듈의 기본 하드웨어에 의해 실행될 때, 하드웨어가 지정된 동작들을 수행하게 한다.
따라서, "모듈"이라는 용어는 유형의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 엔티티를 포괄하는 것으로 이해되며, 지정된 방식으로 동작하거나 본 명세서에 설명된 임의의 동작의 일부 또는 전부를 수행하도록 물리적으로 구성되거나, 구체적으로 구성되거나(예를 들어, 하드와이어드), 또는 임시적으로(예를 들어, 일시적으로) 구성되는(예를 들어, 프로그래밍되는) 엔티티이다. 모듈들이 일시적으로 구성되는 예들을 고려하면, 모듈들 각각은 시간 상 임의의 한 순간에 인스턴스화될 필요는 없다. 예를 들어, 모듈들이 소프트웨어를 이용하여 구성된 범용 하드웨어 프로세서를 포함하는 경우, 범용 하드웨어 프로세서는 상이한 시간들에서 각각의 상이한 모듈들로서 구성될 수 있다. 소프트웨어는 그에 따라, 예를 들어, 하나의 시간 인스턴스에서는 특정의 모듈을 구성하고 상이한 시간 인스턴스에서는 상이한 모듈을 구성하도록 하드웨어 프로세서를 구성할 수 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 명세서에 포함된 개시내용은 차량으로의 전력의 제공에 관한 것이지만, 이것은 많은 가능한 응용들 중 하나일 뿐이고, 비-차량 응용을 포함한 다른 실시예들이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 칫솔, 셀룰러 전화, 및 기타의 디바이스를 충전하는데 이용되는 것들(예를 들어, PowerMatTM) 등의, 휴대형 소비자 전자 디바이스 충전기와 같은 수 많은 비-차량 유도성 충전 응용이 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이들 및 다른 이러한 응용들은 아래의 청구항들의 범위 내에 포함된다.
Claims (31)
- 직선 x-y 그리드 패턴(rectilinear x-y grid pattern)으로 배열된 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 코일 어레이로서,
각각의 코일 어셈블리는 충전 세션 동안 이웃 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상(out-of-phase)인 주파수에서 충전 신호를 생성하고, 이에 의해 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호는 상기 이웃 코일 어셈블리가 충전 동안 동상(in-phase)인 가산적 자속 밀도(additive magnetic flux density)와 비교하여 상기 이웃 코일 어셈블리에 의해 송신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시키는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
상기 코일 어레이는 지면(ground)에 탑재되고, 충전될 차량과 연관된 통신 디바이스로부터 셋업 파라미터들을 수신하는 상기 코일 어레이와 연관된 통신 디바이스, 및 상기 셋업 파라미터들을 이용하여 상기 코일 어레이의 충전 파라미터들을 설정함으로써 충전 동안의 상기 가산적 자속 밀도가 상기 차량에 대한 배제 구역(exclusion zone) 내에 주로 있게 하는 충전 사이트 서버를 더 포함하는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
각각의 코일 어셈블리는 상이한 전원에 의해 구동되고, 각각의 코일 어셈블리는 결정된 진폭을 갖는 충전 신호를 송신하는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
상기 코일 어셈블리에 의해 송신되는 상기 충전 신호는 상기 이웃 코일 어셈블리에 의해 송신되는 상기 충전 신호와 대략 180° 이상인, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=2 및 m=2이고, 상기 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제1 코일 어셈블리 쌍과 병렬로 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함하고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 전원 및 제2 전원에 의해 전력을 공급받거나, 각각의 코일 어셈블리는 별개의 전원에 의해 전력을 공급받고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제2 코일 어셈블리 쌍 각각은 동일한 송신 주파수 및 전력 레벨을 공유하지만 각각의 코일 어셈블리 쌍에서의 코일 어셈블리들 사이에는 설정된 위상차가 있는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=2 및 m=2이고, 상기 코일 어레이는 서로 대각선으로 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제1 코일 어셈블리 쌍과 x-y 방향들로 나란히 서로 대각선으로 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함하고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 전원 및 제2 전원에 의해 전력을 공급받거나, 각각의 코일 어셈블리는 별개의 전원에 의해 전력을 공급받고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍은 제1 주파수 및 전력 레벨을 공유하고, 상기 제2 코일 어셈블리 쌍은 제2 주파수 및 전력 레벨을 공유하고, 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 상이하며, 이에 의해 각각의 코일 어셈블리는 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리들과 설정된 위상차를 갖는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=2 및 m=2이고, 상기 코일 어레이는 서로 나란히 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제1 코일 어셈블리 쌍과 병렬로 서로 나란히 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍을 포함하고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍 및 상기 제2 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 전원 및 제2 전원에 의해 전력을 공급받거나, 각각의 코일 어셈블리는 별개의 전원에 의해 전력을 공급받고, 상기 제1 코일 어셈블리 쌍은 제1 주파수 및 전력 레벨을 공유하고, 상기 제2 코일 어셈블리 쌍은 제2 주파수 및 전력 레벨을 공유하고, 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수는 상이하며, 이에 의해 각각의 코일 어셈블리는 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리들과 설정된 위상차를 갖는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=1 및 m=3이고, 상기 코일 어레이는 행 내의 각각의 제1, 제2 및 제3 코일 어셈블리들을 포함하고, 상기 제1 코일 어셈블리 및 상기 제3 코일 어셈블리는 제1 주파수, 위상 및 전력 레벨을 갖는 제1 충전 신호들을 출력하고, 상기 제2 코일 어셈블리는 상기 제1 코일 어셈블리와 상기 제3 코일 어셈블리 사이에 배치되고 상기 제1 주파수 및 전력 레벨을 갖는 제2 충전 신호를 출력하지만, 상기 제2 충전 신호는 상기 제1 충전 신호와 이상인, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=1 및 m=3이고, 상기 코일 어레이는 행 내의 각각의 제1, 제2 및 제3 코일 어셈블리들을 포함하고, 상기 제1 코일 어셈블리 및 상기 제3 코일 어셈블리는 제1 주파수, 제1 위상, 및 제1 전력 레벨을 갖는 제1 충전 신호들을 출력하고, 상기 제2 코일 어셈블리는 상기 제1 코일 어셈블리와 상기 제3 코일 어셈블리 사이에 배치되고 상기 제1 주파수를 갖는 제2 충전 신호를 출력하지만, 상기 제2 충전 신호는 상기 제1 충전 신호와 이상이고, 상기 제1, 제2, 및 제3 코일 어셈블리들이 동일한 전력 레벨을 갖는 충전 신호들을 출력하는 가산적 자속 밀도와 비교하여 상기 가산적 자속 밀도를 감소시키도록 설정되는 상기 제1 전력 레벨과 상이한 제2 전력 레벨을 갖는, 코일 어레이. - 제9항에 있어서,
상기 제1 전력 레벨 및 상기 제2 전력 레벨은 충전 동안 상기 가산적 자속 밀도를 차량에 대한 배제 구역 내에 주로 남아 있게 성형하도록 조정되는, 코일 어레이. - 제9항에 있어서,
상기 제1 전력 레벨 및 상기 제2 전력 레벨은 상기 제1 및 제3 코일 어셈블리들 대 상기 제2 코일 어셈블리 사이의 전류 비율 및 상기 제1 및 제3 코일 어셈블리들이 상기 제2 코일 어셈블리에 의해 운반되는 전류와 대략 180° 이상인 전류를 운반할 때 상쇄되는 자속 밀도의 비율의 함수인 곡선 상에서 상기 제1 충전 신호와 상기 제2 충전 신호 사이의 최대 자속 상쇄가 발생하는 영역으로 설정되고, 상기 제1 전력 레벨 및 상기 제2 전력 레벨은 상기 제1 충전 신호와 상기 제2 충전 신호 사이의 최소 자속 상쇄가 자속 밀도의 최대 비율을 갖는 지점과 근사하게 설정되는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=2 및 m=3이고, 상기 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍, 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍, 및 서로 인접하여 배치된 제3 코일 어셈블리 쌍을 포함하고, 각각의 코일 어셈블리 쌍은 서로 병렬이고 제1 주파수를 갖는 제1 충전 신호들을 출력하고, 각각의 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받거나, 각각의 쌍에서의 각각의 코일 어셈블리는 별개의 전원에 의해 전력을 공급받고, 각각의 코일 어셈블리 쌍 중의 코일 어셈블리는 충전 동안 x-y 방향들에서의 인접한 코일 어셈블리와 설정된 위상차를 갖는 충전 신호를 출력하는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
n=2 및 m=3이고, 상기 코일 어레이는 서로 인접하여 배치된 제1 코일 어셈블리 쌍, 서로 인접하여 배치된 제2 코일 어셈블리 쌍, 및 서로 인접하여 배치된 제3 코일 어셈블리 쌍을 포함하고, 각각의 코일 어셈블리 쌍은 서로 병렬이고 제1 주파수를 갖는 제1 충전 신호들을 출력하고, 각각의 코일 어셈블리 쌍은 각각의 제1 및 제2 전원들에 의해 전력을 공급받거나, 각각의 쌍에서의 각각의 코일 어셈블리는 별개의 전원에 의해 전력을 공급받고, 각각의 코일 어셈블리 쌍에서의 제1 코일 어셈블리는 각각의 코일 어셈블리 쌍의 제2 코일 어셈블리와 설정된 위상차를 갖고, 각각의 코일 어셈블리 쌍의 코일 어셈블리는 인접한 코일 어셈블리 쌍 중의 인접한 코일 어셈블리에 의해 출력되는 충전 신호와 동일한 위상을 갖는 충전 신호를 출력하는, 코일 어레이. - 제1항에 있어서,
각각의 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 코일 어셈블리의 충전 신호와 25° 내지 180° 이상인 주파수에서 상기 충전 신호를 생성하는, 코일 어레이. - 무선 전력 전송 시스템으로서,
직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 차량 코일 어레이 - 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 충전 신호를 수신하고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -; 및
직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함하는 지면 코일 어레이(ground coil array) - 각각의 지면 코일 어셈블리는 상기 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 상기 주파수에서 상기 충전 신호를 생성하고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 상기 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 상기 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 지면 코일 어레이는 차량 코일 어셈블리가 비동작인 때를 검출하고, 충전 신호들을 송신하기 위해 동작 차량 코일 어셈블리들과 정렬되는 상기 지면 코일 어셈블리들만을 활성화시키는, 무선 전력 전송 시스템. - 제15항에 있어서,
각각의 차량 코일 어셈블리에 대한 디폴트 및 이력 측정들의 충전 프로파일에 액세스하기 위해 충전 세션 동안 상기 차량 코일 어레이 또는 상기 지면 코일 어레이 중 적어도 하나에 의해 액세스가능한 데이터 저장소를 더 포함하고, 상기 충전 프로파일은 상기 충전 세션 동안 충전 파라미터들을 설정하기 위한 주파수 응답 및 충전 모델들을 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 충전 프로파일은 차량 코일 어셈블리 주파수 오프셋; 상기 지면 코일 어셈블리의 메이크, 모델, 및 제조자; 차량 코일 어셈블리들의 수; 상기 차량 코일 어셈블리들의 포지셔닝; 상기 차량 코일 어셈블리의 최소 및 최대 전류 및 전압 지원; 상기 차량 코일 어셈블리들의 건강성 상태; 상기 차량 코일 어셈블리들의 온도 제한들; 차량 코일 어셈블리들의 온도 판독들; 또는 상기 차량 코일 어셈블리들에 대한 냉각 가용성 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 지면 코일 어레이는 충전될 차량에 대한 상기 충전 프로파일로부터 충전될 상기 차량의 차량 코일 어셈블리들의 수 및 배치를 획득하고, 충전 신호들을 송신하기 위해, 충전될 상기 차량에 대한 상기 차량 코일 어셈블리들의 수 및 배치에 대응하는 코일 어셈블리들의 r x s 어레이로부터 지면 코일 어셈블리들의 패턴을 선택하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제17항에 있어서,
상기 데이터 저장소는 정렬된 차량 코일 어셈블리 또는 차량 코일 어셈블리들의 쌍에 기반하여 각각의 지면 코일 어셈블리 또는 지면 코일 어셈블리들의 쌍에 대한 자기 신호 특성들을 포함하는 상기 지면 코일 어셈블리에 대한 충전 파라미터들을 추가로 저장하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 지면 코일 어셈블리에 대한 상기 충전 파라미터들은 충전 세션 동안의 순간 전력 레벨, 충전 신호 주파수, 주파수 드리프트, 신호 위상 오프셋, 또는 공칭 코일-대-코일 갭 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 지면 코일 어셈블리에 대한 상기 충전 파라미터들은 전력 가용성; 환경 인자들; 또는 내부 온도, 이용량, 지면 코일 어셈블리당 코일들의 수, 지면 코일 어셈블리당 턴들의 수, 또는 상기 지면 코일 어셈블리가 표면 탑재되는지 또는 동일 높이 탑재되는지 중 적어도 하나를 포함하는 지면 코일 어셈블리 조건들 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 지면 코일 어셈블리에 대한 상기 충전 파라미터들은 상기 지면 코일 어셈블리의 메이크, 모델 및 제조자; 상기 지면 코일 어셈블리의 자율 정렬 능력; 상기 지면 코일 어셈블리의 최소 및 최대 전류 및 전압 지원; 상기 지면 코일 어셈블리에 이용가능한 통신 프로토콜들; 또는 상기 지면 코일 어셈블리의 통신 대역폭 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 전송 시스템으로서,
직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 차량 코일 어레이 - 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 상기 충전 신호를 생성하고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 생성되는 상기 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -; 및
일치하는 직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 지면 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함하는 지면 코일 어레이 - 각각의 지면 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 상기 충전 신호를 수신하고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 수신되는 상기 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 무선 전력 전송 시스템으로서,
직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 지면 코일 어셈블리들의 n x m 어레이(여기서, n ≥ 1 및 m ≥ 2)를 포함하는 지면 코일 어레이 - 각각의 지면 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 지면 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 상기 충전 신호를 생성하고, 이에 의해 각각의 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 지면 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 지면 코일 어셈블리에 의해 생성되는 상기 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -; 및
직선 x-y 그리드 패턴으로 배열된 차량 코일 어셈블리들의 r x s 어레이(여기서, r ≥ n 및 s ≥ m)를 포함하는 차량 코일 어레이 - 각각의 차량 코일 어셈블리는 충전 신호가 충전 세션 동안 인접한 차량 코일 어셈블리의 충전 신호와 이상인 주파수에서 상기 충전 신호를 수신하고, 이에 의해 각각의 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 충전 신호는 x-y 방향들에서의 인접한 차량 코일 어셈블리들이 충전 동안 동상인 가산적 자속 밀도와 비교하여 x-y 방향들에서의 상기 인접한 차량 코일 어셈블리에 의해 수신되는 상기 충전 신호와 상쇄 간섭하여 충전 동안 가산적 자속 밀도를 감소시킴 -
를 포함하는, 무선 전력 전송 시스템. - 전기 차량 충전 시스템으로서,
복수의 코일 어레이들 - 각각의 코일 어레이는 설정된 주파수에서 충전 신호를 생성하는 적어도 하나의 코일 어셈블리를 포함함 -;
상기 코일 어레이들에 의해 생성되는 충전 신호들에 의해 생성된 총 자속을 측정하는 적어도 하나의 센서; 및
자속 밀도들의 가산적 핫 스폿(additive hot spot)을 식별하고, 자속 밀도들의 상기 가산적 핫 스폿에서 자속 밀도들을 감소시키기 위해 자속 밀도들의 상기 가산적 핫 스폿 근방에 있는 상기 코일 어레이들 중 적어도 하나의 코일 어레이의 전력, 위상, 및 주파수 오프셋들 중 적어도 하나를 조정하기 위한 수단
을 포함하는, 전기 차량 충전 시스템. - 전기 차량을 충전하는 방법으로서,
충전 지점과 상기 전기 차량이 서로 통신들을 개시하는 단계;
상기 충전 지점이 상기 전기 차량의 충전을 위해 상기 충전 지점을 셋업하기 위한 셋업 데이터를 상기 전기 차량으로부터 수신하는 단계 - 상기 셋업 데이터는 상기 전기 차량의 제조자, 상기 전기 차량의 모델, 또는 배제 구역 중 적어도 하나를 포함함 -; 및
상기 충전 지점이 상기 배제 구역 내에 주로 남아 있는 자속 밀도를 갖는 충전 신호를 생성하기 위해 상기 셋업 데이터에 기반하여 지면 1차 코일들 및 활성화된 지면 1차 코일들에 대한 연관된 전력 레벨들을 활성화시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제27항에 있어서,
상기 전기 차량의 제조자 또는 모델 중 적어도 하나를 이용하여 어느 지면 1차 코일들을 활성화시킬지 그리고 상기 활성화된 지면 1차 코일들에 대한 전력 레벨들을 데이터베이스에서 검색하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제27항에 있어서,
상기 충전 지점은 수신된 셋업 데이터로부터 결정되는 상기 전기 차량의 2차 코일들의 결정된 레이아웃에 따라 상기 지면 1차 코일들을 활성화시키는, 방법. - 제27항에 있어서,
상기 충전 지점은 주로 상기 배제 구역 내에 상기 충전 신호에 의해 생성되는 자속을 맞추기 위해 필요에 따라 상기 셋업 데이터에 기반하여 상기 충전 신호의 파라미터들을 조정하는, 방법. - 제27항에 있어서,
상기 충전 지점과 상기 전기 차량이 서로 통신들을 개시하는 단계는 상기 충전 지점이 대기 상태에 있는 동안 유도성 통신 비컨을 방출하고 상기 전기 차량이 상기 충전 지점에 접근하고 있음을 확립하는 응답을 상기 전기 차량으로부터 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
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