特許 7341249 自動車両を再充電するために共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置

(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】

(24)【登録日】2023-08-31

(45)【発行日】2023-09-08

(54)【発明の名称】自動車両を再充電するために共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20230901BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230901BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20230901BHJP

   B60L 53/122 20190101ALI20230901BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20230901BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20230901BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J7/00 301D

H02J7/00 P

H01F38/14

B60L53/122

B60L5/00 B

B60M7/00 X

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021555568

(86)(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-12

(86)【国際出願番号】 EP2020056867

(87)【国際公開番号】W WO2020187747

(87)【国際公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-10-14

(31)【優先権主張番号】1902663

(32)【優先日】2019-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(31)【優先権主張番号】1908453

(32)【優先日】2019-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(31)【優先権主張番号】1908454

(32)【優先日】2019-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(31)【優先権主張番号】1908455

(32)【優先日】2019-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(31)【優先権主張番号】1908456

(32)【優先日】2019-07-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】508075579

【氏名又は名称】ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100202429

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 信人

(72)【発明者】

【氏名】ニコラ、ラベ

(72)【発明者】

【氏名】ガエタン、ディディエ

(72)【発明者】

【氏名】ドニ、ネッター

(72)【発明者】

【氏名】ジュリアン、フォンシャスタニエ

(72)【発明者】

【氏名】ヌールディーヌ、タコラベ

(72)【発明者】

【氏名】アミドレザ、ザンディ

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１３６５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０９７８０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１０６１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７０６３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１８７８４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

Ｂ６０Ｌ ５３／１２２

Ｂ６０Ｌ ５／００

Ｂ６０Ｍ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１キャパシタンス（Ｃ１）、並びにインダクタンス（Ｌ１）及び第１抵抗（Ｒ１）を備える第１巻線（Ｅ１）を備える第２共振回路への共振誘導結合を介した非接触電力伝送を実行する第１共振回路であって、
前記第１共振回路は、値Ｃ２’の第２キャパシタンス（Ｃ２）、並びに値Ｌ２’の第２インダクタンス（Ｌ２）及び値Ｒ２’の第２抵抗（Ｒ２）を備える第２巻線（Ｅ２）を備え、
前記第１共振回路は、ω２＝１／√（Ｌｅｑ×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２、前記第１共振回路の等価インダクタンスであるＬｅｑ、及びｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２を有する
第１共振回路において、
前記等価インダクタンスのインダクタンス値Ｌｅｑ、特に前記第２インダクタンスＬ２（Ｌｅｑ）は所定の態様で変動し、
前記第２インダクタンス（Ｌ２）の値は、Ｌｅｑ＝Ｌ２’である場合、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、前記固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動し、
前記所定の周波数は、前記第１共振回路（２）の前記固有周波数の２倍に等しく、許容誤差ε内にあり、前記許容誤差は、特にεがε＝√（（（１／２）×ｈＬ×ω２ｍｏｙ）^２－（Ｒ２’／Ｌ２’）^２）であるような許容誤差であることを特徴とする、
第１共振回路。

【請求項2】

第１キャパシタンス（Ｃ１）、並びにインダクタンス（Ｌ１）及び第１抵抗（Ｒ１）を備える第１巻線（Ｅ１）を備える第２共振回路への共振誘導結合を介した非接触電力伝送を実行する第１共振回路であって、
前記第１共振回路は、値Ｃ２’の第２キャパシタンス（Ｃ２）、並びに値Ｌ２’の第２インダクタンス（Ｌ２）及び値Ｒ２’の第２抵抗（Ｒ２）を備える第２巻線（Ｅ２）を備え、
前記第１共振回路は、ω２＝１／√（Ｌｅｑ×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２、前記第１共振回路の等価インダクタンスであるＬｅｑ、及びｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２を有する
第１共振回路において、
前記等価インダクタンスのインダクタンス値Ｌｅｑ、特に前記第２インダクタンスＬ２（Ｌｅｑ）は所定の態様で変動し、
前記第２インダクタンス（Ｌ２）の値は、Ｌｅｑ＝Ｌ２’である場合、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、前記固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動し、
角周波数の変動の前記所定の振幅は、厳密には２×（Ｒ２’／Ｌ２’）×√（Ｌ２’×Ｃ２’）より大きい、
第１共振回路。

【請求項3】

前記所定の周波数は、前記第１共振回路（２）の前記固有周波数の２倍に等しく、許容誤差ε内にあり、前記許容誤差は、特にεがε＝√（（（１／２）×ｈＬ×ω２ｍｏｙ）^２－（Ｒ２’／Ｌ２’）^２）であるような許容誤差であることを特徴とする、
請求項２に記載の第１共振回路。

【請求項4】

前記第２インダクタンス（Ｌ２）は、電気的に並列に接続されたソレノイド（５）及び電子電圧インバータ（９）によって形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の第１共振回路。

【請求項5】

第１キャパシタンス（Ｃ１）、並びにインダクタンス（Ｌ１）及び第１抵抗（Ｒ１）を備える第１巻線（Ｅ１）を備える第２共振回路への共振誘導結合を介した非接触電力伝送を実行する第１共振回路であって、
前記第１共振回路は、値Ｃ２’の第２キャパシタンス（Ｃ２）、並びに値Ｌ２’の第２インダクタンス（Ｌ２）及び値Ｒ２’の第２抵抗（Ｒ２）を備える第２巻線（Ｅ２）を備え、
前記第１共振回路は、ω２＝１／√（Ｌｅｑ×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２、前記第１共振回路の等価インダクタンスであるＬｅｑ、及びｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２を有する
第１共振回路において、
前記等価インダクタンスのインダクタンス値Ｌｅｑ、特に前記第２インダクタンスＬ２（Ｌｅｑ）は所定の態様で変動し、
前記第２インダクタンス（Ｌ２）は、ロータ（６）とステータ（３）とをそれらの間にギャップを有して備える可変磁気抵抗組立体によって形成され、
前記ステータ（３）は、ソレノイド（５）と複数のステータアーム（４）とを備え、全ての前記ステータアーム（４）は、前記ソレノイド（５）を電流が通過するときに全体として単一の磁極を形成し、前記磁極は、特に前記ギャップの側から考察され、
前記ロータ（６）は、前記ソレノイド（５）を電流が通過するときに単一の磁極を形成する複数のロータアーム（７）を備え、前記磁極は、特に前記ギャップの側から考察される、
第１共振回路。

【請求項6】

前記第２インダクタンス（Ｌ２）の値は、Ｌｅｑ＝Ｌ２’である場合、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、前記固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動する、
請求項５に記載の第１共振回路。

【請求項7】

前記第２インダクタンス（Ｌ２）は、ロータ（６）とステータ（３）とをそれらの間にギャップを有して備える可変磁気抵抗組立体によって形成され、
前記ステータ（３）は、ソレノイド（５）と複数のステータアーム（４）とを備え、全ての前記ステータアーム（４）は、前記ソレノイド（５）を電流が通過するときに全体として単一の磁極を形成し、前記磁極は、特に前記ギャップの側から考察され、
前記ロータ（６）は、前記ソレノイド（５）を電流が通過するときに単一の磁極を形成する複数のロータアーム（７）を備え、前記磁極は、特に前記ギャップの側から考察される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の第１共振回路。

【請求項8】

前記第１共振回路は、前記第２共振回路に同調されるように配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の第１共振回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送電器共振回路又は受電器共振回路に関し、また、電力を用いて推進される自動車両又は任意の種類の車両を充電又は再充電する目的で、共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

それ自体知られているように、電気エネルギーを貯蔵する装置を備えた自動車両又は任意の他の物体に、この物体が停止しているとき（この場合、静的充電と言われる）又は動いているとき（この場合、動的充電と言われる）、３～１０ｋＷの電力を、非接触伝送を介して供給することは技術的に可能である。次いで、非接触伝送を介したこの供給は、磁気的に結合され、同じ周波数に同調される複数の遠隔電気回路を用いて達成される。磁気結合回路は各々、少なくとも１つの共振ＬＣ素子を備えており、Ｌ及びＣはそれぞれインダクタンス及びキャパシタンスを示す。

【0003】

この種の解決策における問題は、満足できる電力レベル、特に数ｋＷを伝送するためには、各共振回路の動作周波数及び固有周波数に関して、特に８５ｋＨｚ以上程度の高周波数で動作する必要があることである。さらに、この種の解決策は、ソース内及び負荷内に位置する共振素子同士の間に短い距離を必要とする。

【0004】

このような高周波レベルでの動作では、主に、ストランドの断面が非常に小さく、例えば直径０．０７ｍｍ以下であるソフトフェライト及びリッツ線などの高価な部品を使用する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、これらの欠点を少なくとも部分的に軽減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的のために、本発明の第１の主題は、第１キャパシタンス、並びにインダクタンス及び第１抵抗を備える第１巻線を備える第２共振回路、特に送電器又は受電器への共振誘導結合を介した非接触電力伝送を実行する第１共振回路、特に送電器又は受電器であって、
前記第１共振回路は、値Ｃ２’の第２キャパシタンス及び第２巻線を備え、
前記第２巻線は、値Ｌ２’の第２インダクタンス及び値Ｒ２’の第２抵抗を備え、
前記第１共振回路は、ω２＝１／√（Ｌｅｑ×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２、第１共振回路の等価インダクタンスであるＬｅｑ、及びｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２を有する
第１共振回路において、
前記等価インダクタンスのインダクタンス値Ｌｅｑ、特に第２インダクタンスＬ２は所定の態様で変動することを特徴とする第１共振回路に関する。

【0007】

本発明では、送電器第１共振回路が、特に受電器における第２共振回路に磁気的に結合されているとき、第１共振回路、特に送電器によって第２共振回路、特に受電器に供給される落雷電流の振幅を増加させることが可能となる。

【0008】

本発明の一態様によれば、ＬｅｑはＬ２’と等しい。ω２＝１／√（Ｌ２’×Ｃ２’）である。

【0009】

本発明の一実施態様によれば、第１共振回路は送電器共振回路であり、第２共振回路は受電器共振回路である。

【0010】

本発明の一実施態様によれば、第１共振回路は受電器共振回路であり、第２共振回路は送電器共振回路である。

【0011】

一実施態様によれば、第２インダクタンスは磁気回路を備える。

【0012】

一実施態様によれば、第２インダクタンスのインダクタンス値は、第２インダクタンスの磁気回路のリラクタンスの変動によって変動する。

【0013】

一実施態様によれば、第２インダクタンスの磁気回路は、第２巻線に対して可動な少なくとも１つの部分を備える。

【0014】

一実施態様によれば、第２インダクタンスの磁気回路は、第２巻線に対して固定された少なくとも１つの部分を備える。

【0015】

一実施態様によれば、固定部分及び可動部分は、強磁性又はフェリ磁性の材料を備える。

【0016】

一実施態様によれば、可動部分は移動中、突出部が他の突出部に対向して交互に、又は２つの突出部の間に位置するように設定される。

【0017】

一実施態様によれば、第２インダクタンスの磁気回路の可動部分は、電気モータによって駆動される。

【0018】

一実施態様によれば、第２インダクタンスは一体的に作られる。

【0019】

一実施態様によれば、第２インダクタンスは、特に略平坦形状のソレノイドを備える。

【0020】

一実施態様によれば、第２インダクタンスのインダクタンス値は、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動する。

【0021】

したがって、本発明では、特に送電器である第１共振回路内の電流及び電圧の振幅を、より低い周波数及び／又はより長い距離での動作を可能にするのに充分高い増幅利得で増幅することが可能となる。

【0022】

一実施態様によれば、所定の周波数は、特に送電器である第１共振回路を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させるように選択される。

【0023】

したがって、本発明では、従来技術と比して非常に低いレベルの周波数を使用するにもかかわらず、増幅利得の導入によって、送電器共振回路と受電器共振回路との間で満足できるレベルの電力を非接触方法を使用して伝送することが可能となる。

【0024】

一実施態様によれば、第２キャパシタンスは略一定値を有する。

【0025】

一実施態様によれば、第１共振回路及び／又は第２共振回路は、１ｋＷ～５００ｋＷ、特に１ｋｗ～１５０ｋＷの電力を伝送するように配置される。

【0026】

一実施態様によれば、第１共振回路、特に送電器又は受電器は、第２共振回路、特に送電器又は受電器に同調されるように配置される。その結果、第１共振回路及び送電器第２共振回路は、実質的に同じ固有周波数を有する。

【0027】

一実施態様によれば、所定の周波数は、特に送電器である第１共振回路の固有周波数の２倍に等しく、許容誤差内にある。

【0028】

このような所定の周波数は、特に送電器である第１共振回路を流れる電流の振幅を増加させることを可能にする。

【0029】

一実施態様によれば、許容誤差εは、ε＝√（（（１／２）×ｈＬ×ω２ｍｏｙ）^２－（Ｒ２’／Ｌ２’）^２）であるような許容誤差である。

【0030】

したがって、所定の周波数は、（２×ｆ２）－εから（２×ｆ２）＋εの間に含まれる。

【0031】

一実施態様によれば、角周波数の変動の所定の振幅ｈωは、厳密には２×（Ｒ２’／Ｌ２’）×√（Ｌ２’×Ｃ２’）より大きい。

【0032】

一実施態様によれば、第２インダクタンスは、ロータとステータとをそれらの間にギャップを有して備える可変磁気抵抗組立体によって形成され、
前記ステータは、ソレノイドと複数のステータアームとを備え、全てのステータアームは、ソレノイドを電流が通過すると全体として単一の磁極を形成し、前記磁極は、特にギャップの側から考察され、
前記ロータは、ソレノイドを電流が通過すると単一の磁極を形成する複数のロータアームを備え、前記磁極は、特にギャップの側から考察される。

【0033】

一実施態様によれば、２つの隣接するロータアームは非磁性セグメントによって対として分離される。

【0034】

一実施態様によれば、２つの隣接するステータアームは非磁性セグメントによって対として分離される。

【0035】

一実施態様によれば、ステータアームの数はロータアームの数と等しい。

【0036】

変形例として、ステータアームの数はロータアームの数とは異なる。

【0037】

一実施態様によれば、各ステータアームは、ロータの回転軸に対して半径方向に延び、特にステータアームが延びる半径方向に対して垂直方向に積層された積層磁気シートの束を備える。

【0038】

一実施態様によれば、積層体は、ロータの回転軸に対して垂直方向に積層される。

【0039】

変形例として、積層は、ロータの回転軸に平行な方向に実行される。

【0040】

一実施態様によれば、各ロータアームは、ロータの回転軸に対して半径方向に延び、特にロータアームが延びる半径方向に対して垂直方向に積層された積層磁気シートの束を備える。

【0041】

一実施態様によれば、積層体は、ロータの回転軸に対して垂直方向に積層される。

【0042】

変形例として、積層は、ロータの回転軸に平行な方向に実行される。

【0043】

一実施態様によれば、ロータは非磁性シャフトを備える。

【0044】

これにより、磁束は軸方向において、シャフトを通らずにロータアームのみを通ることが可能となる。

【0045】

一実施態様によれば、各ロータアームは、特にロータの回転軸の側に半径方向に設置された突出セグメントを備える。

【0046】

これにより、ロータアームをシャフト上にしっかりと保持することが可能となり、また、外部の磁気源によって生成された磁束を導くことによって磁束漏れを制限することが可能となる。

【0047】

一実施態様によれば、ソレノイドは、平坦なターン、又は同心円状及び／若しくは軸方向に延びる複数のターンを備え、ターンは特にリッツ線を有さない。

【0048】

一実施態様によれば、ソレノイドは、ターンを流れる交流電流が厳密には３ｋＨｚ未満になるように配置される。

【0049】

一実施態様によれば、ターンはリッツ線を備え、リッツ線の断面は厳密には０．２ｍｍより大きい、特に厳密には０．３ｍｍより大きい直径を備える。

【0050】

これにより、ワイヤの数を減らすことができるため、ソレノイドの実装を大幅に簡素化することができる。

【0051】

一実施態様によれば、ロータは、特に所定の速度Ωで回転することを可能にするためにモータに結合され、この速度は、回転数／ｓで表され、Ω＝（（２×ｆ２）±ε）／（Ｎ）であるような速度であり、Ｎはステータアームの数である。

【0052】

一実施態様によれば、第２キャパシタンスは、特に少なくとも９００μＦのポリプロピレンコンデンサを備える。

【0053】

一実施態様によれば、第２インダクタンスは、電気的に並列に接続されたソレノイド及び電子電圧インバータによって形成される。

【0054】

一実施態様によれば、電子電圧インバータは、電力部品、例えば少なくとも２つのアームを形成するＩＧＢＴを備える。

【0055】

一実施態様によれば、電子電圧インバータは、ＤＣ制御電圧を用いて制御されるＡＣ電圧を供給する。

【0056】

一実施態様によれば、ＤＣ制御電圧は、共振誘導結合を介して伝送される電力以上の電力を供給することが可能な電源によって提供される。

【0057】

一実施態様によれば、第１共振回路は、第２インダクタンスと直列に接続された値Ｌ２ｆ’の制御インダクタンスをさらに備える。

【0058】

制御インダクタンスＬ２ｆのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、所定の態様で変動する。

【0059】

本発明の一態様によれば、ＬｅｑはＬ２’＋Ｌ２ｆ’と等しい。ω２＝１／√（（Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’）×Ｃ２’）である。

【0060】

一実施態様によれば、制御インダクタンスは、特に制御インダクタンスの電気的挙動及びインダクタンスＬ２ｆ’の値をエミュレートするように配置された電子電圧インバータによって形成される。

【0061】

本発明では、第１共振回路が第２共振回路に磁気的に結合されているとき、第１共振回路、特に送電器によって第２共振回路、特に受電器に供給される落雷電流の振幅を増加させることが可能となる。

【0062】

一実施態様によれば、電子電圧インバータは、ＡＣ電圧が供給される２つの接続端子を有し、これら２つの接続端子は、間で制御インダクタンスがエミュレートされる２つの端子である。

【0063】

一実施態様によれば、制御インダクタンスのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、Ｌ２ｍｏｙを中心にした時間の関数として正弦関数的に変動して、第２共振回路を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0064】

変形例として、制御インダクタンスのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、固有角周波数ω２の二乗が２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、（ω２ｍｏｙ）^２を中心とした時間の関数として正弦関数的に変動するように変動して、第２共振回路を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0065】

言い換えれば、後者の変形例によれば、制御インダクタンスのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、１／（Ｃ２’×（ω２）^２）に従って時間の関数として変動し、（ω２）^２は、値（ω２ｍｏｙ）^２を中心として時間の関数として正弦波状に変動する。

【0066】

本発明の別の主題は、特に電力を用いて自動車両を充電又は再充電する目的で、共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置において、
電源、特にＡＣ電源と、
第１キャパシタンス、並びにインダクタンス及び第１抵抗を備える第１巻線を備える受電器共振回路を形成する第２共振回路と、
上記のような第１共振回路であって、前記送電器第１共振回路は電源によって通電される第１共振回路と
を備える装置である。第１共振回路は送電器共振回路を形成する。

【0067】

本発明の別の主題は、特に電力を用いて自動車両を充電又は再充電する目的で、共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置において、
電源、特にＡＣ電源と、
第１キャパシタンス、並びにインダクタンス及び第１抵抗を備える第１巻線を備える送電器共振回路を形成する第２共振回路であって、前記第２回路は電源によって通電される第２共振回路と、
上記のような第１共振回路であって、受電器共振回路を形成する第１共振回路と
を備える装置である。

【0068】

本発明のさらなる主題は、自動車両を非接触で充電又は再充電する組立体において、
上記のような共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置と、
前記第１共振回路及び第２共振回路のうち、受電器回路を形成する共振回路に電気的に接続され、前記第１共振回路及び第２共振回路のうち、送電器共振回路を形成する共振回路によって生成される磁場の変動によって生成される電流を整流する整流器と、
前記整流器によって充電される電気エネルギーを貯蔵する装置と
を備える組立体である。

【0069】

本発明は、以下の説明を読み、添付図面を研究することにより、より良く理解されるであろう。これらの図は例示としてのみ与えられており、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0070】

【図1】本発明に係る自動車両を非接触で充電又は再充電する組立体の概略図である。

【図2】本発明に係る共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置の概略図である。

【図3】本発明に係る可変磁気抵抗組立体の概略図である。

【図4】図３の断面Ａ－Ａに沿った組立体の概略図である。

【図5】本発明に係る第２インダクタンスの概略図である。

【図6】本発明に係る共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置の概略図である。

【図7】本発明に係る制御インダクタンスの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0071】

図１に見られるように、自動車両３０は、電気走行用モータ（不図示）、及び自動車両３０の車載ネットワークに電力を供給する目的で電気エネルギーを貯蔵する装置２０、特にバッテリ２０を備える。自動車両３０のバッテリ２０は、例えば４８Ｖ又は３００Ｖの公称電圧を有しており、共振誘導結合１００を介して非接触で電力を伝送する装置を使用して、非接触で充電又は再充電されてもよい。

【0072】

図１の例において、共振誘導結合１００を介して非接触で電力を伝送する装置は、整流器１２に電力を供給するＡＣ電源１０を備え、前記整流器１２は、インバータ１３に電気的に接続されることにより、電源１０の周波数よりも高い周波数で、ここでは送電器回路２を形成する第１共振回路にＡＣ電力を供給する。変形例として、電源１０は直接使用可能な周波数で動作することができ、この場合、整流器１２及びインバータ１３は不要となる。図１の例において、電源１０への有線接続を介して通電されるのは巻線Ｅ０である。次いで、この巻線Ｅ０は誘導結合を介して送電器共振回路２を通電する。

【0073】

変形例（不図示）として、ＡＣ電源１０は、送電器共振回路２をＡＣで直接通電することができる。

【0074】

図１の例において、ここでは受電器共振回路１を形成する第２共振回路は、第１キャパシタンスＣ１及び第１巻線Ｅ１を備える。

【0075】

共振誘導結合を介して非接触で電力を伝送する装置１００は、第２キャパシタンスＣ２及び第２巻線Ｅ２を備える送電器共振回路２をさらに備える。

【0076】

受電器共振回路１が送電器共振回路２に磁気的に結合されると、電力は共振誘導結合を介して送電器共振回路２に非接触で伝送される。この磁気結合は、第１及び第２巻線Ｅ１、Ｅ２が互いに近接しているときに生じる。当該の例において、この結合は、第１及び第２巻線Ｅ１、Ｅ２が略１０ｃｍ～１ｍの距離にあるときに生じる。別の例において、距離が１ｍ～１０ｍであるとき、性能は低下するが結合は生じる。

【0077】

図２に見られるように、電源１０は、送電コイルＬ０と直列に抵抗Ｒ０に接続される。具体的には、図１に示す巻線Ｅ０は、送電コイルＬ０と直列の寄生抵抗Ｒ０を備える。図２では、簡単にするために、整流器１２及びインバータ１３は示されていない。

【0078】

図２に見られるように、受電器共振回路１は、ＲＬＣ回路から成る。具体的には、受電器共振回路１は、第１抵抗Ｒ１及び第１キャパシタンスＣ１と直列の第１インダクタンスＬ１を備える。具体的には、図１に示す第１巻線Ｅ１は、第１インダクタンスＬ１と直列の寄生抵抗Ｒ１を備える。

【0079】

送電コイルＬ０は、第１インダクタンスＬ１と磁気的に結合される。

【0080】

送電器共振回路２はＲＬＣ回路から成る。具体的には、送電器共振回路２は、第２抵抗Ｒ２及び第２キャパシタンスＣ２と直列の第２インダクタンスＬ２を備える。具体的には、図１に示す第２巻線Ｅ２は、第１インダクタンスＬ２と直列の寄生抵抗Ｒ２を備える。

【0081】

第２キャパシタンスＣ２は、少なくとも９００μＦのポリプロピレンコンデンサを備える。

【0082】

図示の例において、受電器共振回路１及び送電器共振回路２は同調されている。したがって、送電器共振回路及び受電器共振回路は、実質的に同じ固有周波数を有する。

【0083】

図２に見られるように、受電コイルＬ３は、図１の整流器１１及びバッテリ２０によって形成される負荷と直列の寄生抵抗を概略的に表す抵抗Ｒ３に電気的に接続される。

【0084】

ここで、図１に示す巻線Ｅ３は、受電コイルＬ３と直列の寄生抵抗を備える。

【0085】

受電コイルＬ３は、第２インダクタンスＬ２に磁気的に結合される。

【0086】

図１及び図２の例において、送電器共振回路２及び送電コイルＬ０は地面上に位置し、受電器共振回路１及び受電コイルＬ３は車両に搭載されている。

【0087】

図１及び図２の例において、第２キャパシタンスは値Ｃ２’を有し、第２インダクタンスは値Ｌ２’を有し、第２抵抗は値Ｒ２’を有する。そして、送電器共振回路２は、ω２＝１／√（Ｌ２’×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２と、ｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２とを有する。

【0088】

第２インダクタンスＬ２のインダクタンス値は所定の態様で変動する。

【0089】

より正確には、第２インダクタンスＬ２のインダクタンス値は、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動する。

【0090】

所定の周波数は、送電器共振回路２を流れるＡＣ電流の振幅を指数関数的に増加させるように選択される。

【0091】

第２インダクタンスＬ２のインダクタンス値Ｌ２’は、２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、Ｌ２ｍｏｙを中心とした時間の関数として正弦関数的に変動して、受電器共振回路１を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0092】

変形例として、第２インダクタンスＬ２のインダクタンス値Ｌ２’は、固有角周波数ω２の二乗が２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、（ω２ｍｏｙ）^２を中心とした時間の関数として正弦関数的に変動するように変動して、受電器共振回路１を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0093】

言い換えれば、この変形例によれば、第２インダクタンスのインダクタンス値Ｌ２’は、１／（Ｃ２’×（ω２）^２）に従って時間の関数として変動し、（ω２）^２は、値（ω２ｍｏｙ）^２を中心として時間の関数として正弦波状に変動する。

【0094】

第２キャパシタンスＣ２は略一定値を有する。「略一定値」とは、温度、摩耗、又は他のあらゆる物理的要因に関連する変動を除外したこのキャパシタンスの値を意味する。

【0095】

所定の周波数は、送電器共振回路２の固有周波数の２倍に等しく、許容誤差ε内にある。この許容誤差εは、ε＝√（（（１／２）×ｈＬ×ω２ｍｏｙ）^２－（Ｒ２’／Ｌ２’）^２）であるような許容誤差である。

【0096】

したがって、所定の周波数は、（２×ｆ２）－εから（２×ｆ２）＋εの間に含まれる。

【0097】

このような所定の周波数により、送電器共振回路２を流れる電流の振幅を増加させることが可能となる。

【0098】

一実施態様によれば、角周波数の変動の所定の振幅ｈωは、厳密には２×（Ｒ２’／Ｌ２’）×√（Ｌ２’×Ｃ２’）より大きい。

【0099】

第２インダクタンスＬ２の１つの例示的な実施形態を、図５を参照して説明する。

【0100】

第２インダクタンスＬ２は、ここでは、電気的に並列に接続されたソレノイド５及び電子電圧インバータ９によって形成される。

【0101】

電子電圧インバータ９は、電力部品、特に少なくとも２つのアームを形成するＩＧＢＴを備える。

【0102】

電子電圧インバータ９は、ＤＣ制御電圧ＶＤＣを用いて制御されるＡＣ電圧を供給する。

【0103】

ＤＣ制御電圧ＶＤＣは、共振誘導結合を介して伝送される電力以上の電力を供給することが可能な電源によって供給される。

【0104】

図５の例において、ソレノイド５は、平坦なターン、又は同心円状に延びる及び／若しくは軸方向に延びる複数のターンを備える。ソレノイド５は、図３を参照して説明したようにステータ３を使用して製造してもよく、ロータ６は、存在しないか、又は静止したまま維持される。

【0105】

図６及び図７の例において、送電器共振回路２は、第２インダクタンスＲ２及び第２キャパシタンスＣ２と直列に接続された値Ｌ２ｆ’の制御インダクタンスＬ２ｆをさらに備える。Ｌｅｑ＝Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’である。

【0106】

第２キャパシタンスは値Ｃ２’を有し、制御インダクタンスは値Ｌ２ｆ’を有し、第２抵抗は値Ｒ２’を有する。さらに、送電器共振回路２は、ω２＝１／√（（Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’）×Ｃ２’）であるような固有角周波数ω２と、ｆ２＝ω２／（２π）であるような固有周波数ｆ２とを有する。

【0107】

制御インダクタンスＬ２ｆのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、所定の態様で変動する。

【0108】

より正確には、制御インダクタンスＬ２ｆのインダクタンス値は、所定の周波数において、平均値Ｌ２ｍｏｙを中心としたインダクタンスの変動の所定の振幅ｈＬで変動するため、固有角周波数は、ω２ｍｏｙ＝１／√（Ｌ２ｍｏｙ×Ｃ２’）により、平均値ω２ｍｏｙを中心とした角周波数の変動の所定の振幅ｈωで変動する。

【0109】

所定の周波数は、受電器共振回路１を流れるＡＣ電流の振幅を指数関数的に増加させるように選択される。

【0110】

制御インダクタンスＬ２ｆのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、Ｌ２ｍｏｙを中心とした時間の関数として正弦関数的に変動して、受電器共振回路１を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0111】

変形例として、制御インダクタンスＬ２ｆのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、固有角周波数ω２の二乗が２×ω２ｍｏｙに等しい角周波数において、（ω２ｍｏｙ）^２を中心とした時間の関数として正弦関数的に変動するように変動して、受電器共振回路１を流れる電流の振幅を指数関数的に増加させる。

【0112】

言い換えれば、後者の変形例によれば、制御インダクタンスのインダクタンス値Ｌ２ｆ’は、１／（Ｃ２’×（ω２）^２）に従って時間の関数として変動し、（ω２）^２は、値（ω２ｍｏｙ）^２を中心として時間の関数として正弦波状に変動する。

【0113】

第２キャパシタンスＣ２は略一定値を有する。「略一定値」とは、温度、摩耗、又は他のあらゆる物理的要因に関連する変動を除外したこのキャパシタンスの値を意味する。

【0114】

所定の周波数は、送電器共振回路２の固有周波数の２倍に等しく、許容誤差ε内にある。この許容誤差εは、ε＝√（（（１／２）×ｈＬ×ω２ｍｏｙ）^２－（Ｒ２’／（Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’））^２）であるような許容誤差である。

【0115】

したがって、所定の周波数は、（２×ｆ２）－εから（２×ｆ２）＋εの間に含まれる。

【0116】

このような所定の周波数により、送電器共振回路２を流れる電流の振幅を増加させることが可能となる。

【0117】

一実施態様によれば、角周波数の変動の所定の振幅ｈωは、厳密には２×（Ｒ２’／（Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’））×√（（Ｌ２’＋Ｌ２ｆ’）×Ｃ２’）より大きい。

【0118】

制御インダクタンスＬ２ｆの１つの例示的な実施形態を、図６を参照して説明する。

【0119】

制御インダクタンスＬ２ｆは、ここでは電子電圧インバータ９によって形成される。

【0120】

電子電圧インバータ９は、電力部品、特に少なくとも２つのアームを形成するＩＧＢＴを備える。

【0121】

電子電圧インバータ９は、ＤＣ制御電圧ＶＤＣを用いて制御されるＡＣ電圧を供給する。

【0122】

ＤＣ制御電圧ＶＤＣは、共振誘導結合を介して伝送される電力以上の電力を供給することが可能な電源によって供給される。

【0123】

ＡＣ電圧が供給される端子は、電子電圧インバータ９によってエミュレートされるなど、制御インダクタンスＬ２ｆを形成する端子である。

【0124】

第２インダクタンスＬ２の例示的な一実施形態を、図３及び図４を参照して説明する。

【0125】

第２インダクタンスＬ２は、ここでは、ロータ６とステータ３とをそれらの間にギャップを有して備える可変磁気抵抗組立体によって形成され、ステータ３は、ソレノイド５と複数のステータアーム４とを備え、全てのステータアーム４は、ソレノイド５を電流が通過すると全体として単一の磁極を形成する。磁極は、ここではギャップの側から考察される。ロータ６は、ソレノイド５を電流が通過すると単一の磁極を形成する複数のロータアーム７を備える。磁極は、ここではギャップの側から考察される。

【0126】

したがって、ソレノイド５は巻線を形成する。ステータは、巻線に対して固定された部分を形成し、ロータは、巻線に対して可動な部分を形成する。

【0127】

図３に見られるように、２つの隣接するロータアーム７は、非磁性セグメントによって対として分離され、２つの隣接するステータアーム４は、非磁性セグメントによって対として分離される。当該の例において、ステータアーム４の数はロータアーム７の数と等しく、この場合、この数は１２に等しい。

【0128】

したがって、ステータ３は、全て同じ極性である複数の突出部を備え、この極性は、Ｎ方向又はＳ方向の意味で、ソレノイド５を流れる電流の位相に依存する。さらに、ロータ６は、全て同じ極性である複数の突出部を備え、この極性は、Ｎ方向又はＳ方向の意味で、ソレノイド５を流れる電流の位相に依存する。ステータ３及びロータ６は各々、磁性材料の不在によって分離された同数の磁気突出部を有する。

【0129】

各ステータアーム４は、ロータの回転軸Ｘに対して半径方向に延び、ステータアーム４が延びる半径方向に対して垂直方向に積層された積層磁気シートの束を備える。当該の例において、積層体は、ロータ６の回転軸Ｘに対して垂直方向に積層される。

【0130】

各ロータアーム７は、ロータの回転軸Ｘに対して半径方向に延び、特にロータアーム７が延びる半径方向に対して垂直方向に積層された積層磁気シートの束を備える。当該の例において、積層体は、ロータの回転軸Ｘに対して垂直方向に積層される。

【0131】

ロータ６は、非磁性材料で作られたシャフト８を備える。これにより、磁束は軸方向において、シャフト８を通らずにロータアーム７のみを通って延びることが可能となる。

【0132】

当該の例において、ロータ６の非磁性シャフト８は、前記シャフト８内に不利な誘導電流が形成されるのを回避するために、積層されておらず、また軟質フェライトで作られていない。

【0133】

図４に見られるように、各ロータアーム７は、特にロータ６の回転軸Ｘの側に半径方向に設置された突出セグメントを備える。これにより、ロータ６を形成する組立体を、機械的により良好に定位置に保持することを可能にしながら、磁束を導くことができる。

【0134】

図３の例において、ソレノイド５は、同心円状に延びる複数のターンを備える。図４の例において、ソレノイド５は、軸方向に延びる複数のターンを備えてもよい。変形例（不図示）として、ソレノイド５は、単一の平坦なターンを備えてもよい。

【0135】

ターンはリッツ線を有さない。変形例として、ターンはリッツ線を備え、リッツ線の断面は厳密には０．２ｍｍより大きい、特に厳密には０．３ｍｍより大きい直径を有する。

【0136】

ソレノイド５は、ソレノイド５が構成されるターンを流れるＡＣ電流が厳密には３ｋＨｚより低い周波数となるように配置される。

【0137】

シャフト８には電動機（不図示）が結合されているため、ロータ６は、回転数／秒で表され、Ω＝（（２×ｆ０）＋／－ε）／（Ｎ）（Ｎはステータアーム４の数）であるような所定の速度Ωで回転駆動されることが可能となり、Ｎはステータアーム４の数である。この所定の速度は、定常状態、すなわち過渡の電気機械的レジームの終わりに測定される。

【0138】

もちろん、上記の説明は、単に例として記載されたものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、様々な構成要素を任意の他の均等物と置き換えることは、前記範囲からの逸脱と見なされるものではない。

【0139】

さらに、本発明の様々な特徴、変形例、及び／又は実施形態は、相互に矛盾するか又は相互に排他的でない限り、様々な組み合わせで互いに関連付けられてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】