特許 6585104 誘導電力伝達システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6585104

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】誘導電力伝達システム

(51)【国際特許分類】

   H01F 38/14 20060101AFI20190919BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20190919BHJP

   H02J 50/90 20160101ALI20190919BHJP

   B60L 53/12 20190101ALN20190919BHJP

   B60L 5/00 20060101ALN20190919BHJP

   B60M 7/00 20060101ALN20190919BHJP

【ＦＩ】

   H01F38/14

   H02J50/12

   H02J50/90

   !B60L53/12

   !B60L5/00 B

   !B60M7/00 X

【請求項の数】32

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-10860(P2017-10860)

(22)【出願日】2017年1月25日

(62)【分割の表示】特願2015-208300(P2015-208300)の分割

【原出願日】2010年8月6日

(65)【公開番号】特開2017-120916(P2017-120916A)

(43)【公開日】2017年7月6日

【審査請求日】2017年1月25日

(31)【優先権主張番号】16/273,701

(32)【優先日】2009年8月7日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】504448092

【氏名又は名称】オークランド ユニサービシズ リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＵＣＫＬＡＮＤ ＵＮＩＳＥＲＶＩＣＥＳ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100091502

【弁理士】

【氏名又は名称】井出 正威

(72)【発明者】

【氏名】コビック，グラント アンソニー

(72)【発明者】

【氏名】キッシン，マイケル，ルガレ

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５０８３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０３７８２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１８９９１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１６４２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０４５８４７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｈ０１Ｆ ３８／１８

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

Ｂ６０Ｌ １／００−１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００−１５／４２

Ｂ６０Ｌ ５３／１２

Ｂ６０Ｍ １／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁束を発生しまたは受けるための磁束パッドであって、
磁気透過性のコアと、前記コアに磁気的に関連づけられた平面状の２つの部分的にオーバーラップしているコイルとを備え、それにより前記２つのコイルの間には相互の磁気的結合が実質的になくなるようにされており、
前記磁気透過性のコアは、所定長さの複数の磁気透過性素材を含み、これらの磁気透過性素材は互いに平行しているが離隔して前記コイルの全体にわたって延びる、磁束パッド。

【請求項2】

実質的に１００ｍｍを越えるエアギャップの間で電力を伝達するようにされた、請求項１に記載の磁束パッド。

【請求項3】

実質的に１００〜３００ｍｍのエアギャップの間で電力を伝達するようにされた、請求項１又は２に記載の磁束パッド。

【請求項4】

前記コイルはいずれも前記磁気透過性素材の一方の側の面に備えられ、さらに遮蔽手段が前記磁気透過性素材の他方の側の面に備えられている請求項１〜３の何れか１項に記載の磁束パッド。

【請求項5】

前記遮蔽手段はアルミニウムでできた遮蔽プレートを備える請求項４に記載の磁束パッド。

【請求項6】

誘電体であるカバーを前記コイルの前記磁気透過性素材とは反対の側に備えている請求項１〜５の何れか１項に記載の磁束パッド。

【請求項7】

前記コイルが互いに位相が異なる電流を電源から受けるように構成されている、請求項１〜６の何れか１項に記載の磁束パッド。

【請求項8】

前記の互いに位相が異なる電流により、時間的変化とともに空間的変化をともなう磁界を生成する、請求項７記載の磁束パッド。

【請求項9】

前記の互いに位相が異なる電流により生成された磁界が時間的に変化する磁界を生成するとともに、空間的に交互に磁極の間を移動する請求項８記載の磁束パッド。

【請求項10】

前記コイルが相対的に位相および／または強度が変化する電流を電源から受け取ることにより、所望の磁界のパターンが生成されるように構成されている、請求項１に記載の磁束パッド。

【請求項11】

前記相対的な位相および／または強度の変化がセンサーの出力に応答して生成される、請求項１０に記載の磁束パッド。

【請求項12】

各コイルの寸法は前記磁気透過性素材よりも大きい、請求項１〜１１の何れか１項に記載の磁束パッド。

【請求項13】

前記コイルはいずれも前記磁気透過性素材の上方にある、請求項１〜１２の何れか１項に記載の磁束パッド。

【請求項14】

誘導電力伝達（ＩＰＴ）システムのための電源装置であって、
前記電源装置は、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の磁束を生成する磁束パッドと、電源とを含み、
前記パッドは、磁気透過性のコアと、前記コアに磁気的に関連づけられた平面状の２つのオーバーラップしているコイルとを備え、それより前記２つのコイルの間には相互の磁気的結合が実質的になくなるようにされており、
前記電源は、一方のコイルを流れる電流と、該電流とは異なる位相を有する他方のコイルを流れる電流とを供給するように構成されている、前記電源装置。

【請求項15】

前記電源は、前記コイルを独立に駆動するように構成されている、請求項１４に記載の電源装置。

【請求項16】

前記電源は、時間的に変化するとともに前記パッド上の空間的位置も変化する磁界を生成するように位相を調整するように構成された、請求項１４又は１５に記載の電源装置。

【請求項17】

前記電源は、さらに、一方のコイルを流れる電流の強度を、他方のコイルを流れる電流の強度に対して変化させるように動作する、請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項18】

実質的に１００ｍｍを越えるエアギャップの間で電力を伝達するようにされた、請求項１４乃至１７の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項19】

実質的に１００〜３００ｍｍのエアギャップの間で電力を伝達するようにされた、請求項１４乃至１８の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項20】

さらに検出調整手段を含み、前記検出調整手段は前記パッドの近傍のどこで磁界を必要とするかまたは必要としないかを検出し、センシング手段の出力に対する応答として前記コイルを流れる電流の相対的な位相および／または振幅を調整する、請求項１４乃至１９の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項21】

前記電源は、各コイルにインバータを含む請求項１４乃至２０の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項22】

前記電源は、２つのインバータを備え、これらのインバータは、一方のコイルに流れる電流と９０度位相が異なる他方のコイルに流れる電流を生成するように互いに同期される、請求項１４乃至２１の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項23】

前記磁束パッドは、スライドして時間変化する磁界を生成する、請求項１４乃至２２の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項24】

前記電源は、互いに１８０度位相が異なるように前記コイルを動作させるように構成された、請求項１４乃至２０の何れか１項に記載の電源装置。

【請求項25】

前記電源は前記コイルを両方とも励磁させるための一つのインバータを含む請求項２４に記載の電源装置。

【請求項26】

互いにオーバーラップしているが、最小の相互の磁気的結合しか有しない平面状の２つのコイルを用意すること、
互いに平行しているが離隔して前記コイルの全体にわたって延びる所定長さの複数の磁気透過性素材を含んでなるコアを用意すること、
および、
一方のコイルを流れる電流と異なる位相および／または強度を有する他方のコイルを流れる電流を供給すること、
を含む、ワイヤレス電力伝送を容易にするための磁束の生成方法。

【請求項27】

さらに、前記コイルを独立に駆動することを含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

さらに、一方のコイルを流れる電流の強度を、他方のコイルを流れる電流の強度に対して変化させることを含む、請求項２６又は２７に記載の方法。

【請求項29】

実質的に１００ｍｍを越えるエアギャップの間で電力を伝達することを含む、請求項２６乃至２８の何れか１項に記載の方法。

【請求項30】

実質的に１００〜３００ｍｍのエアギャップの間で電力を伝達することを含む、請求項２６乃至２９の何れか１項に記載の方法。

【請求項31】

時間的に変化するとともに前記コイル上の空間的位置も変化する磁界を生成するように、前記位相および／または強度を調整することを含む、請求項２６乃至３０の何れか１項に記載の方法。

【請求項32】

前記コイルの近傍のどこで磁界を必要とするかまたは必要としないかを検出すること、および、センシング手段の出力に対する応答として前記コイルを流れる電流の相対的な位相および／または振幅を調整することを含む、請求項２６乃至３１の何れか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（誘導電力伝達装置）
本発明は、磁束を発生しまたは受ける装置に関するものである。本発明は、これに限らないが、特に、誘導電力伝達（ＩＰＴ）を用いて電力伝達を行うパッドなどのように、外形が低く実質的に平面状であるデバイスに利用される。

【背景技術】

【0002】

ＩＰＴシステムと、誘導電力伝達のための１次側または２次側の巻き線からなる一つ以上の巻き線を含むパッドの使用は、国際公開公報ＷＯ２００８／１４０３３で紹介されている。その内容は、ここに参照によって組み込まれる。

【0003】

一つの利用形態としてのＩＰＴ電力伝達パッドは、電気自動車等電気車両への充電である。この利用形態はこのセクションにおいて本発明のひとつの利用形態の背景を提供するために論じられる。しかしながら、電気車両への充電はひとつの例であり、本発明は、誘導電力伝達全体への利用形態に及ぶものである。電気車両への充電は、たとえば、車両が静止状態であっても道路を移動中であっても行うことができる。ＩＰＴ電力伝達パッドは、電力の「ピックアップ」（すなわち、ＩＰＴシステムの２次側の巻き線）として使われるとともに、電力が供給される「充電パッド」（すなわち、１次側の巻き線）として、たとえばガレージの床や道路などに固定されて使われることもある。

【0004】

ＩＰＴ道路システムの目的は、ワイヤレスで車両との物理的な接触をせずに静止または移動している車両に電力を伝達するものである。このシステムの送電部は、コイル（たとえば、前述のようなパッドなど）に電力を供給する電源やたくさんの同様のコイルを有するトラックから構成されており、このようなシステムは、通常１０ｋＨｚから１５０ｋＨｚ程度の適切な周波数で動作するように同調されている。レシーバーが車両の下面側に置かれ、車両が上方または近傍（電力を結合して送れるよう十分近く）に来た時に電力を受けられるよう１次側のトランスミッターに結合される。ピックアップレシーバーもまた、通常、コンバータに接続されたコイル（上記のパッドなど）と車載された適切な電力のレギュレータから構成される。便宜上、電力が誘導的に受けられる道路の箇所をここでは、「トラック」と呼ぶ。

【0005】

トラックは道路の走行帯（レーン）中央に沿って置かれた複数のパッドにより形成される。このことにより、車両がトラックの直近を道路に沿って移動する際に、電力を車両へ実質的に連続して供給することができる。

【0006】

近年、このようなシステムは、持続的にワイヤレスで、電力を個人の輸送機関に提供することができる可能性があるため、注目を集めている。このようなシステムが有用であるためには、合理的な大きさのエアギャップ（たとえば、１００−３００mm）を越えて十分な電力を伝達できるだけではなく、トラックとピックアップの距離が変動しても許容し、車両をトラックに誘導する誘導装置に頼らないようにしなくてはならない。道路システムにおいては、移動中の車両に対してこのような距離変動はラテラル方向（垂直方向及び移動方向の両者に対し直角となる方向）には十分起こりうることである。充電中の静止状態の車両に対しては、適切な長手方向の変位に対し受容できるレベルの電力を伝達する能力は、駐車を簡単にできるようにするため、特別な関心事である。ピックアップパッドの電力伝達のプロフィール（分布図）は滑らかなプロフィールであることが理想である。ラテラル方向の距離に対しできる限り広い範囲で本質的に一定であって（かつ不足なく）、両端部では滑らかな低下があることが好ましい。このような電力伝達プロフィールであれば、道路システムの電子制御レギュレータ（１次側および２次側）への要求を緩和し、動作時に１次側とレシーバーパッドとの結合に無視しえない変動が生じるシステムに対して、全体的に同等の結合をするように動作性能を改善することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開公報ＷＯ２００８／１４０３３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、誘導的に電力を伝達するために磁束を発生しおよび／または受ける装置を提供することであり、また、少なくとも公衆または産業に有用な選択肢を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（発明のサマリー）
本発明の一態様において、磁束を発生しまたは受けるための磁束パッドであって、磁気透過性のコアとこのコアに磁気的に関連づけられた実質的に平面状でオーバーラップ（重なり合い）のある２つのコイルとを備え、これにより、前記コイルは相互の磁気的結合を実質的に有しない磁束パッド、を広く提供することである。

【0010】

これらのコイルはいずれも実質的に完全に磁気的に非結合であることが好ましい。

【0011】

これらのコイルはいずれも部分的にオーバーラップがあることが好ましい。

【0012】

これらのコイルはいずれも実質的に同一平面内にあることが好ましい。

【0013】

これらのコイルはいずれも磁気透過性コアの片側の面に備えられ、さらに遮蔽手段が他方の片側の面に備えられていることが好ましい。

【0014】

この遮蔽手段はアルミニウムなどの適切な材料でできた遮蔽プレートを備えることが好ましい。

【0015】

誘電体であるカバーが磁気透過性コアの反対側であってコイルの側に備えられていることが好ましい。

【0016】

互いに位相が異なる電源からの電流を受けるように構成され、時間的変化とともに空間的変化をともなう磁界を生成することが好ましい。

【0017】

コイルを流れる異なる位相の電流により生成された磁界が時間的に変化する磁界を生成するとともに、空間的に交互に磁極の間を移動することが好ましい。

【0018】

本発明の他の実施態様として、ＩＰＴシステムのための電源装置であって、この電源装置は、磁束を生成する磁束パッドと電源とを含み、パッドは、磁気透過性のコアとコアに磁気的に関連づけられ実質的に平面状でオーバーラップのある２つのコイルとを備え、前記電源は、一方のコイルを流れる電流と異なる位相を有する他方のコイルを流れる電流とを供給する前記電源装置、を提供する。

【0019】

時間的に変化するとともにパッド上の空間的位置によっても変化する磁界を生成するように位相を調整するように構成されていることが好ましい。

【0020】

さらに検出調整手段を含み、この検出調整手段はパッドの近傍において必要とするかまたは必要としない磁界がどこにあるか検出し、センシング手段の出力に対する応答としてコイルを流れる電流の相対的な位相および／または振幅を調整することが好ましい。

【0021】

電源装置は、各コイルにインバータを含むことが好ましい。

【0022】

電源装置は、２つのインバータを備え、これらのインバータは互いに同期をとって、一方のコイルに流れる電流と９０度位相が異なる電流が他方のコイルに流れるように生成することが好ましい。

【0023】

磁束パッドは、スライドして時間変化する磁界を生成することが好ましい。

【0024】

電源装置は、別な構成として、互いに１８０度位相が異なるようにコイルを動作させてもよい。この実施態様では、一つのインバータを用いてもよい。

【0025】

本発明の他の態様として、コイル同士に相互の磁気的結合がない複数のコイルを有するＩＰＴ磁気パッドを供給する方法であって、コイル同士にオーバーラップを持たせるステップと、コイル同士のオーバーラップを変化させてコイル同士の相互の磁気的結合が実質的になくなるようにオーバーラップの位置を決定するステップとを含む前記方法、を広く提供する。

【0026】

一方のコイルを励磁して他方のコイルに誘導される開回路電圧がいつ最小になるかを検出することにより、相互の磁気的結合が存在しないことを検出することが好ましい。
本発明の他の態様は、以降の記載から明らかになる。

【0027】

本発明のひとつ以上の実施態様が、添付された図を参照して以下に記述される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、それぞれ、磁束パッドの側面図と平面図である。

【図2】図２は、それぞれ、積分コイルを含む図１の磁束パッドの側面図と平面図である。

【図3】図３は、それぞれ、別の形式の磁束パッドの側面図と平面図である。

【図4】図４は、前図のパッドの一つのコイルに結合している開回路電圧の一連のグラフである。他方のコイルが励磁された時のコイル同士のオーバーラップの関数として表わされている。

【図5】図５は、それぞれ、垂直空間が１５０ｍｍと２５０ｍｍのオフセットに対する非補償電力のグラフを示す。

【図6】図６は、３種類の異なる磁束パッド構造（図３のもの）に対する非補償電力のグラフを示す。レシーバーパッドはｘ方向またはｙ方向にオフセットを有し、垂直方向は２００ｍｍ隔たっている。

【図7】図７は、それぞれ図３と図１のパッド構造の磁界のプロットを示している。１次側の共振電流の一サイクル全体におけるいくつかの時点のものである。

【図8】図８は、図３のパッド構造の磁界のプロットを示している。コアのフェライトの数は増加している（上から下の方向に示す）。

【図9】図９は、図３に示すパッド構造の電力伝達プロフィールの一例のグラフを示す。図２の例に示すレシーバーパッドを有している。

【発明を実施するための形態】

【0029】

（ひとつまたはそれ以上の好ましい実施態様の記述）
図１を参照すると、磁束パッド構造が示されている。便宜上、ここではこの基本構成を「ＤＤＰパッド」という。関連する図において基本的に「ＤＤＰ」として参照される。

【0030】

図１に示されるＤＤＰパッドは実質的に同一平面内にあるコイル２およびコイル３を基本的に備えており、これらのコイルは磁気的に関連づけられてコア４の最上部に位置している。図からわかるように、コア４はフェライトストリップまたはフェライトバー５などの単一長の複数の磁気透過性素材からなり、各フェライトストリップまたはフェライトバーは互いに平行に間隔をあけて配置されている。パッド構造はコアが載置されているスペーサー６とスペーサーの下側にあるプレート７を含んでいる。いくつかの実施態様においては、カバー８が平面状のコイル２とコイル３のもう一方の表面に設けられる。詰め物（パディング）９をパッドの周辺部のあたりに備えてもよい。示されるように、コイル２とコイル３はそれぞれ磁極領域１０、１１を画している。図１に示すＤＤＰパッド構造は、ＩＰＴ電力伝達の利用形態、たとえば車両の充電など、に適しており、良好な特性を示すものである。コイル２とコイル３は位相が異なるように結線され、単一のインバータが固定位置で時間変化する磁界を生成し、この磁界は、良好な結合がされる電気車両の電力伝達に適した距離におかれたレシーバー（たとえば、実質的に同一の磁気的設計がされたもの）に結合している。

【0031】

次に図２では、図１のＤＤＰ構造が示されているが、さらに積分コイル（クオドラチャーコイル）１２が含まれている（ここでは、ＤＤＰＱパッドという。）。適切なインバータによって励磁された時の図１のＤＤＰパッドのような磁束生成器において、図２に示す構造がラテラル方向へ移動した際の電力伝達プロファイルを積分コイルによって改善するものである。積分コイルによりレシーバーパッドが捕捉した磁界の「垂直」成分から電力を抽出することができる。一方、他のコイル２とコイル３は捕捉した磁束の「水平」成分から電力を抽出することを容易にする。したがって、図２の構造は磁束のレシーバーとして適するものである。

【0032】

次に図３では、バイポーラパッドまたはＢＰＰパッドとして本明細書で参照される他の構造が示されている。ＢＰＰパッドは上記のように図１および図２で論じたＤＤＰパッドと同様な構造をしている。ＢＰＰパッドは、電気車両の充電及び給電について適切な距離にある２次側のレシーバーに良好な磁気的結合をすることができる。

【0033】

ＢＰＰパッドは、下から上に、アルミニウムプレート７、誘電体であるスペーサー６、４列に並ぶフェライトバー５（ここでは、「フェライト」という。）を備える平面状のコア４、実質的に同一平面にあるがオーバーラップがあり理想的には長方形の形状でラテラル方向に拡がっている２つの平面状のコイル２，３（実際には、これらはリッツ線を巻きやすくするために楕円形状となる。）および誘電体であるカバー８から構成される。コア４は遮蔽体として働き、理想的にはすべての磁束がコア４からパッドの最上部に向けて放たれる。プレート７は、単に、ａ）ある環境下でコア４の下に存在する場合がある小規模の漏洩磁界または擬似的な磁界を除去し、ｂ）構造上の強度を加える、というものである。
ＢＰＰは図３に示されており、表Ａ１はシミュレーションや実験的なプロトタイプから実際の寸法を定めたものである。

【0034】

後述のように、ＢＰＰの磁気的な構造は、１次側のコイル２、３のいずれの間にも実質的に相互の磁気的結合がないように設計されている。このため、コイル間に結合電圧が生じるとコイルの電力出力に悪影響を与えるのであるが、互いに結合電圧を誘導することなく、いずれのコイルもどのような振幅または位相においても独立に動作させることができる。

【0035】

ある動作モードにおいては、ＢＰＰ内のこれら２つのコイルは、別々ではあるが同期させた２つのインバータを用いて、既知の電流強度と位相差をもって動作させることができる。もしこれらのコイルが理想的に完全に磁気的に非結合になると、１次側のインバータの間の電力伝達がされることはなく、２次側のレシーバーへの電力伝達は制限されない。

【0036】

ひとつの実施態様において、２つのインバータが同期されているが同一ＲＭＳ（平方自乗平均）の強度を有する電流を生成するように作動され、コイル２およびコイル３が９０度異なる位相角で作動される。固定位置の利用形態においては、このことは所望の動作周波数で共振するように同調されたＬＣＬ構造を有する２つのＨブリッジのインバータとされるだろう。各ケースの最後のＬは一部がパッドのインダクタンスを用いて構成される。メイン側からの入力電子回路を単純にするために１次側のインバータは共通のＤＣバスを有することが好ましい。コイル２およびコイル３の電流の間に９０度の位相の隔たりを有することにより、ＤＤＰのような固定位置で時間的に変化する磁界ではなく、空間的に変化するとともに時間的に変化する磁界が作られる。これは、図７に示されており、その左欄は、ＤＤＰパッドを表し、右欄は、ＢＰＰパッドを表している。ＢＰＰの磁界の空間的な変化は、コイル２およびコイル３の磁極の間で交互にスライドする動きとして現れている。

【0037】

留意すべきことは、たとえば、ＩＣＮＩＲＰ（国際非電離放射線学会）に適合させるようにするなど、磁気的に結合されたレシーバーの動作中のオフセットによる漏洩磁界を防止するために、トランスミッターの片側から放出される磁界を減少させるというニーズがあるとするならば、コイルを流れる電流の間の相対的な位相および／または強度を変化させることにより、そのような磁界を形成することに用いることができる点である。このような場合は、より大きい磁界強度が必要とされる箇所や磁界強度を減少させるべき箇所をセンシングするセンサーの出力に応じて磁界の向きを決めることができる。また、磁界が必要とされるパッドの箇所により磁界強度が時間的に変化するが空間的に固定である場合も同様である。

【0038】

また別の実施形態では、コイル２およびコイル３は、１８０度異なる位相で動作させることも可能であり、両者をひとつのインバータで単純に接続するようにすることができる（ＤＤＰで作動させる場合）。この単一位相動作モードは、２番目に可能な動作モードであって、固定位置で時間変化のある磁界を生成する電子制御と電力変換を単純なものとする。

【0039】

比較の手段として、スライドして時間変化する磁界を有するＢＰＰの電力伝達プロフィールは、同一の電流と周波数（数値は表Ａ２に定められている。）において単一位相である１次側電源から駆動されるＤＤＰ磁気構造の電力伝達プロフィールに対して評価される。
両システムは、同一の高さとオフセット（数値は表Ａ３に定められている。）において同一のＤＤＱＰレシーバー（すなわち、磁束レシーバーとして用いられている図２のような積分コイルを含むＤＤＰパッド）に結合しており、同一条件の下に評価されている。

【0040】

与えられたＢＰＰは、スライドして時間変化する磁界、と呼ばれるものを創出する。コイル２およびコイル３がその上方に置かれているベース内に用いられた４つのフェライトストリップ５の好ましい長さを決定することが望ましい。既知のＤＤＰでは、これらのフェライトストリップ５は電力伝達を改善するために用いられ、２次側の電力レシーバーに最もよく結合するように制御された主に片側からの磁界が作られる。他方、用いられるフェライトの数を最小として、重量を最小にするとともにパッドのインダクタンスを制限している。このスライドして変化する磁界では、フェライトストリップは巻かれているコイルの下側に延びているのが好ましいことが示されており、そうでないと磁界はレシーバーの方向である上方に向かうようにできない。

【0041】

この評価では、フェライトストリップ５は、それぞれ９３ｍｍの基準長さの簡単に利用できるスラブを用いて構成された。各ストリップは、便宜上、この基準長さの整数倍が選ばれた。６枚（５５８mm）、８枚（７４４ｍｍ）、および１０枚（９３０ｍｍ）のスラブを一まとめにした構成が研究された。すべての設計において（１０枚のスラブのフェライト構成を除く）、ＢＰＰパッドの外形寸法はＤＤＰと同一にして、同一条件で比較できるようにした。しかしながら、１０枚のフェライト構成ではトランスミッターパッド（もしくはジェネレータパッド）の全長（ｘ方向）を長くせざるを得なくなり、基準長さを越えて２００ｍｍ増加している（比較対象であるＤＤＰ構成を含む他のすべてのパッドと比較して。）。したがって、１０枚のフェライト構成はコイル寸法を越えたフェライトに対する延長のインパクトを考慮する評価に唯一含まれている。表Ａ１で示すように、コイル同士のオーバーラップは、１次側コイルの間で生じる相互の磁気的結合を避けるように構成されているが、３つのＢＰＰコイルのどの構成においても、２つのコイルの端部と端部の距離は同一である。

【0042】

ＢＰＰの２つの１次側コイル２，３は、互いに任意のオーバーラップをもって置かれると、コイル間に相互の磁気的結合が生じる。しかしながら、オーバーラップをコイル幅に対しある割合になるようにすると、相互の磁気的結合はほぼゼロとなる。この割合をｒ_０と表記する。オーバーラップは、各１次側コイル間にまったく相互結合が存在しないようにすることが理想的であるが、フェライトが存在するため簡単ではない。しかし、ひとつのコイルを固定して、これを固定した周波数においてあらかじめ決めた電流を流して励磁することにより、決定することができる（たとえば、適切な３Ｄシミュレータによったり、適切な実験的構成を用いたりすればよい）。そうすると、２つ目のコイルに誘導された開回路電圧を測定することができる。この２つ目のコイルを動かしてオーバーラップを変化させると、結合電圧が変化する。これを最小化する（理想的にはゼロとする）と、理想的な相対位置が構成できる。図４に示すように、最適なオーバーラップは、コイルの下側のフェライトストリップの長さによって変わるものである。６枚、８枚および１０枚のフェライトからなるパッドに対し、オーバーラップの割合ｒ_０は、それぞれ０．５３、０．３４および０．２５であることがわかった。

【0043】

有限要素法を用いるソフトウェアであるＪＭＡＧ Ｓｔｕｄｉｏ（商標）バージョン１０．０を用いて、すべての磁気的構成についてのシミュレーションを行った。シミュレーションの出力の有効性は、プロトタイプであるＢＰＰを実験室で構成しシミュレーションと比較することにより確認した。ＢＰＰは、ベース内に６枚のフェライトスラブからなるフェライトストリップを用いている。このスケールモデルは、表Ａ１のＢＰＰの外形寸法を用いたが、構成を単純にするため、各コイルは１０回巻きとした。レシーバーは表Ａ３に示すＤＤＱＰコイルとした。図５に示すように、実測値とシミュレーション値を比較し良好な相関があることが示された。

【0044】

ここに与えられた電力プロフィールは非補償ＶＡ電力出力全体であり、これはレシーバーの開回路電圧（Ｖ_ｏｃ）および短絡回路電流（Ｉ_ｓｃ）を測定して決定したものである。
非補償ＶＡは、よく知られたパッドの電力性能の評価尺度であり、Ｓ_ｕ＝Ｖ_ｏｃ×Ｉ_ｓｃにより与えられる。ＤＤＱＰレシーバーは、コイル２、３（これらは直列接続とする）と積分コイル（Ｑコイル）１２の２つのセットのコイルを有する。このケースでは、非補償電力は両方のセットにそれぞれ別々に見出される。ピックアップから供給されて利用できる全非補償電力は、２つのセットのコイルから供給される電力の和として単純に計算される電力全体をさし、この電力全体が、電力伝達プロフィールの基礎となるものである。

【0045】

したがって、各ＢＰＰの設計の電力伝達プロフィールは、３Ｄシミュレーションを用いて、図６に示すように、確実に決定することができる。ここに、ＢＰＰは２０ｋＨｚの２３Ａ（平方自乗平均）の電流で励磁され、他方レシーバーはＤＤＱＰである。相対的な位置を決めるパラメータは、オフセット距離といい、デカルト座標系でｘ_ｏｓ（ラテラル（幅）方向）、 ｙ_ｏｓ（長手方向） およびｚ_ｏｓ（垂直方向）である。誘電体であるカバー８を介して互いの上部が触れた状態の２つのパッドの相対位置は、（０，０，０）である。垂直方向のオフセットｚ_ｏｓは、２００ｍｍである。

【0046】

注目すべきことは、コイルの下側にあるフェライトを延ばすと、電力の無視しえない増加があることである。フェライトは少なくともコイル２，３全体の下にあるように延ばすべきことは明らかである（８枚のフェライトスラブを有するＢＰＰ）。フェライトがベースに加えられるとＢＰＰからの非補償電力が急激に増加する理由は、その磁界が固定位置にないという性質があるからである。ＢＰＰパッドの近傍の磁界は、その表面を横切ってスライドする波として最もよく記述することができる。ＤＤＰは単一位相であるためパルス状に上下に脈動するが、これとは異なる。このスライドする性質は、図７に明らかに示されているように、ＢＰＰとＤＤＰの根本的な違いである。図７は、半サイクルの間、位相ごとに磁束密度を比較している。図７では、ＢＰＰ８とＤＤＰがＤＤＱＰレシーバーに結合している磁界について両者のプロットが示されており、これらのプロットは１次側の共振電流の一サイクル全体におけるいくつかの時点のものである。上から下に、０，３０，６０，９０，１２０および１５０度のもの（バイポーラにおいては他方の位相は９０度離れて動作する。）を示している。左側の欄のプロットは、８つのフェライトスラブを用いたＢＰＰパッドのものである。右側の欄のプロットは、ＤＤＰパッドのものである。単一位相のＤＤＰパッドからの磁界はパルス状に上下し、パッドの中心に非常に強い磁界を有している。他方、ＢＰＰは、より一定に近い磁界パターンを有するが、このパターンは位相が進むにつれてスライドする波のようにパッドの表面を移動していく。

【0047】

ＢＰＰのスライドする波は、パッドのエッジ部に局所的に大きい磁界を作る。他方、ＤＤＰパッドは、パッドの中心に強い磁界を保持する。６枚のバージョンでは、コイル端部の下側にフェライトが存在せず、磁界は誘電体であるフィリング材料６（木材）によって十分詰められていない。したがって、上方には放射されないが、パッドのアルミニウム製のベースプレート７に過電流を誘導する。図８では、３種類の構成は、同一の位相で比較されている。図８は、０度であって垂直方向のオフセットを有するＤＤＱＰレシーバーが存在する場合のＢＰＰパッドの磁界のプロットを示しており、それぞれ６枚（上）、８枚（中）、１０枚（下）のスラブが、ベース内にフェライトストリップを形成している。磁束密度は定性的には異なるように現れており、特に右側のエッジ付近は磁束密度が８枚構成および１０枚構成のものでは高くなっているが、６枚構成のものではそうなっていない。
１０枚構成のものでは、磁束はさらに限定されており、トラックパッドの側部の「回り込み」磁界も少ない。繰り返すが「回り込み」磁界は、電力伝達を減少させるファクターである。１０枚構成のものでは磁界はピックアップ（すなわち、レシーバーパッド）の方向に押し出されることはないからであり、これは好ましいことである。

【0048】

図９において、各フェライトベースストリップに８枚のフェライトスラブを備えるＢＰＰ（ＢＰＰ８）がＤＤＰと比較されている。ＢＰＰ８の電力伝達プロフィールはＤＤＰのプロフィールと比較すると、その形状とその最大値において大きな違いがあることがわかる。示されているように、ＢＰＰ８は、最大電力がＤＤＰの約７０％であってＤＤＰと同様の電力プロフィールを有している。しかしながら、示されている電力レベルと達成した結合状態は、たとえば電気車両への電力について実際の利用形態に必要となる距離において適するレベルを実現するものであり、さらにＤＤＰ電力プロフィールに見られるようなオフセットのある場合のピーク周辺の電力の変化については、その割合が大きくないことが示されている。この電力の変化の割合が限定されることは、電力ハイウェイへの利用形態において、ラテラル方向への動きに対して電力の厳しい変動がないであろうことが有利な点である。

【0049】

【表A1】

【0050】

【表A2】

【0051】

【表A3】

【0052】

上記の記述では、公知の均等物を有する本発明の特定の完成品または構成要素について言及してきたが、これらの均等物は個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれて含まれる。

【0053】

本発明は、実施例と本発明の可能な実施態様を参照して記載されているが、本発明の範囲と趣旨から離れることのない改変や改善をなおその上に行うことができることが理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】