特許 7525616 電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路、及び電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システム

(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】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路、及び電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20240723BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240723BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20240723BHJP

   B60L 53/122 20190101ALI20240723BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20240723BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J7/00 P

H02J7/00 301D

H01F38/14

B60L53/122

B60L5/00 B

B60M7/00 X

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022543657

(86)(22)【出願日】2021-01-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 EP2021051172

(87)【国際公開番号】W WO2021148453

(87)【国際公開日】2021-07-29

【審査請求日】2022-09-12

(31)【優先権主張番号】102020200579.6

(32)【優先日】2020-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507125295

【氏名又は名称】スミダ・コンポーネンツ・アンド・モジュールズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】ウチェルコ マルコ

(72)【発明者】

【氏名】レンシュ フィレモン

【審査官】山口 大

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１６７９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８４４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

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】

電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路（４００，５００）であって、
前記共振器回路（４００，５００）は、第１の端子（Ａ２；Ａ４）と、第２の端子（Ａ１，Ａ２）と、複数の巻線（１６０）と、複数のコンデンサと、第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と、第２のスイッチング素子（４５０；５５０）とを備え、
前記共振器回路（４００；５００）は、前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）及び前記第２の端子（Ａ１，Ａ２）を介して、電源回路又は整流器に接続可能であり、
前記複数の巻線（１６０）は、巻線の第１のグループ（４２２；５２２）と巻線の第２のグループ（４３２；５３２）とに分けられており、
第１の接続ノード（４６０；５６０）が、前記巻線の第１のグループ（４２２；５２２）と、前記巻線の第２のグループ（４３２；５３２）と、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）とのうちのそれぞれ２つの間に配置され、これにより、前記第１の接続ノード（４６０；５６０）は、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）を介して前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）に接続され、前記巻線の第１のグループ（４２２；５２２）を介して前記第２の端子（Ａ１；Ａ３）に接続され、
前記第１の接続ノード（４６０；５６０）は星形に形成されており、
前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）は、前記巻線の第２のグループ（４３２；５３２）と前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）との間に配置され、
巻線の第３のグループと、これに直列に接続された第３のスイッチング素子とをさらに備え、
前記巻線の第３のグループと、これに直列に接続された前記第３のスイッチング素子とは、前記巻線の第２のグループ（４３２；５３２）と並列に、前記第１の接続ノード（４６０；５６０）に接続される、共振器回路（４００；５００）。

【請求項2】

前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）及び前記第２のスイッチング素子（４
５０；５５０）が、第２の接続ノード（４６５；５６５）を介して前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）に接続され、
前記第２の接続ノード（４６５；５６５）は、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）との間に配置される、請求項１に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項3】

前記第２の接続ノード（４６５；５６５）は、さらに、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と、前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）と、前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）との間に星形に形成され、
前記巻線の第３のグループ及び前記第３のスイッチング素子は、前記第２のグループ（４３２；５３２）及び前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と並列に、前記第１の接続ノード（４６０；５６０）と前記第２の接続ノード（４６５；５６５）との間に接続される、請求項２に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項4】

前記第２の接続ノード（４６５；５６５）は、前記第１のスイッチング素子（４４０
；５４０）と、前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）と、前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）との間に星形に形成される、請求項２又は３に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項5】

巻線の第４のグループ及び第４のスイッチング素子を有するさらなる回路部をさらに備え、
前記さらなる回路部は、前記第２の接続ノード（４６５；５６５）に、前記巻線の第２のグループ（４３２；５３２）と並列に接続される、請求項４に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項6】

前記第２の接続ノード（４６５；５６５）は、さらに、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と、前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）と、前記第１の端子（Ａ２；Ａ４）との間に星形に形成され、
前記さらなる回路部は、前記第２のグループ（４３２；５３２）及び前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）と並列に、前記第１の接続ノード（４６０；５６０）と前記第２の接続ノード（４６５；５６５）との間に接続される、請求項５に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項7】

前記２つのスイッチング素子（４４０，４５０；５４０，５５０）は、前記第１のスイッチング素子（４４０；５４０）が閉じている限り、前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）が開いており、前記第１のスイッチング素子（４５０；５５０）が開いているときのみ、前記第２のスイッチング素子（４５０；５５０）が閉じているように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項8】

前記複数の巻線（１６０）は、板状フェライトコア（１１０）上にハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル（１５０）として設けられている、請求項１～７のいずれか一項に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項9】

前記巻線の第１のグループ（４２２）及び／又は前記巻線の第２のグループ（４３２）は、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージ（Ｌ１．１，Ｌ１．２；Ｌ２．１，Ｌ２．２）からそれぞれ形成されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項10】

前記巻線の第１のグループ（４２２；５２２）は、５ターンから２０ターンの範囲の第１のターン数を有し、前記巻線の第２のグループ（４３２；５３２）は、１ターンから１０ターンの範囲の第２のターン数を有し、
前記第１のターン数は、前記第２のターン数よりも大きい、請求項１～９のいずれか一項に記載の共振器回路（４００；５００）。

【請求項11】

一次共振器装置及び二次共振器装置を用いて電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムであって、
前記一次共振器装置及び前記二次共振器装置のうちの少なくとも１つが、請求項１～１０のいずれか一項に記載の共振器回路（４００；５００）として構成された共振器回路を備える、非接触型エネルギー伝送システム。

【請求項12】

前記巻線の第２のグループ（４３２）は、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージ（Ｌ２．１，Ｌ２．２）から形成され、
前記巻線の第２のグループ（４３２）における前記並列に接続された前記巻線パッケージ（Ｌ２．１，Ｌ２．２）の各々は、それぞれ、関連する追加のコンデンサ（Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２）と直列に接続され、
前記巻線の第２のグループ（４３２）の前記巻線パッケージ（Ｌ２．１，Ｌ２．２）に関連する前記追加のコンデンサ（Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２）は、
前記第２のグループ（４３２）の前記並列の巻線パッケージ（Ｌ２．１，Ｌ２．２）と前記関連する追加のコンデンサ（Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２）との相互接続が、前記非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数よりも大きい共振周波数をもたらし、一方で、前記巻線の第１及び第２のグループ（４２２，４３２）の直列接続のための、前記関連するコンデンサ（Ｃ＿Ｓ１，Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２，Ｃ＿Ｓ３）を有する前記共振器回路（４００）の共振周波数が、前記非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数にほぼ等しい共振周波数であるように、構成されている、請求項１１に記載の非接触型エネルギー伝送システム。

【請求項13】

前記非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数は、８０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲である、請求項１１又は１２に記載の非接触型エネルギー伝送システム。

【請求項14】

前記第２のグループ（４３２）の前記並列の巻線パッケージ（Ｌ２．１，Ｌ２．２）と前記関連する追加のコンデンサ（Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２）との前記相互接続によりもたらされる前記共振周波数が、９０ｋＨｚよりも大きい、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の非接触型エネルギー伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気車両を充電するため、特に、電気車両の駆動用バッテリ若しくはトラクションバッテリを充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路、及び電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギー源から生成される電力の割合の増加、及び温室効果ガスを削減するための広範に及ぶ国際条約により、電気モータ車両、即ち、電気駆動を有するモータ車両は、ますます重要になっている。電気自動車は、例えば地下鉄列車や電気駆動装置を備えた自転車等の乗用車及び貨物車を含む電気モータ車両の例である。一般に、電気自動車は、いわゆる電気駆動装置である電気モータによって駆動され、その移動に必要な電気エネルギーを相互接続された複数のバッテリセル又はセルブロックから構成されるトラクションバッテリに格納する、少なくとも４つの車輪を有する乗客を運ぶための自動車であると理解される。これらの自動車自体は動作中に関連する汚染物質を排出しないため、燃料駆動自動車と比較して排気ガスフリーな自動車に分類される。

【0003】

電子制御された電気モータは、停止状態ですでに最大トルクを送達し、したがって、内燃機関を使用する駆動装置とは異なりマニュアルトランスミッションは通常必要ではなく、また、電気モータは、有害な排出ガスを直接排出することなく内燃機関と比べて静かで運転中の振動がほとんどないが、比較的低開発で規制が不均一な充電インフラストラクチャと、その結果もたらされる、より長い旅行を自発的に管理する電気車両のユーザにとって低いレベルの柔軟性とにより、市場の受け入れの障害となっている。

【0004】

電気自動車と燃料駆動自動車のさらなる大きな違いは、エネルギーストレージを満たすための燃料補給時間と充電時間との比較である。例えば、数分間の燃料補給時間は、現在、電気車両の駆動用バッテリ又はトラクションバッテリを充電するために数十分間（現在、高性能ＤＣ充電ステーションで８０％のバッテリ充電のための約３０分間）要する。

【0005】

但し、全ての充電システムは電気自動車の充電に関しては１つの基準に基づいているが、電気車両専用に作られた異なる種類の充電プラグが存在する。その結果、現在、様々な充電オプションが利用可能であるが、但しそれは製造業者及びモデルに大きく依存している。

【0006】

燃料駆動車両と比較して、有利には、「電気充填ステーション」又は充電ステーションを、多くの車両がその不使用時でも収容される場所、例えば、車庫又は永久的に割り当てられた駐車スペース又は社用車のための社用駐車場に配置することが可能である。ほぼ全ての電気自動車は、通常の家庭用コンセントで充電することができるが、しかしながら、家庭において典型的な１６Ａのヒューズを有する家庭用標準単相プラグ接続では、可能なのは最大３．６ｋＷ（１６Ａ×２３０Ｖ＝３６８０Ｗ）の伝送であり、家庭用コンセントでの電気自動車の充電には、通常、数時間を要すると考えられる。さらに、家庭用コンセントで充電する場合には、他のコンシューマが家庭用コンセントの電気回路の回路に既に接続されている可能性があること、及び、特に電気自動車の充電のために数時間にわたって家庭用コンセントにおいて主電源に継続的に負荷をかけることに関し制限が生じることにも注意すべきである。

【0007】

電気自動車の受け入れの増加は、とりわけ、エレクトロモビリティの増加にリンクしており、電気車両のユーザ利便性の改善が大きな影響を及ぼす可能性があると仮定することは、合理的と思われる。

【0008】

改善に対する１つのアプローチは、例えば、電気車両に搭載された充電式バッテリを充電するための誘導を介して、車に、運転されているか駐車されているときに、エネルギーが非接触で伝送される、開接点なしの非接触充電を提供する。ユーザによるプラグ及び充電ケーブルの取り扱いがなくなるので、市場の受け入れを増加させる機会が生じる。

【0009】

電気自動車用の非接触型充電システムは、一般に、電気エネルギーを出力するように構成された一次共振器装置と、一次共振器装置から出力される電気エネルギーを受け取るように構成された二次共振器装置とを含む。

【0010】

ワイヤレスエネルギー伝送の場合、基本的に、物理的特性が異なる２つの原理があり、即ち、１つ目として、非放射結合とも呼ばれる近距離場におけるワイヤレスエネルギー伝送がある。これには、例えば、一次共振器装置内で生成され、二次共振器装置によって検出される磁束に基づく誘導結合が含まれる。２つ目として、電磁波に基づく、放射エネルギー伝送とも呼ばれる遠距離場におけるエネルギー伝送である。

【0011】

近距離場におけるワイヤレスエネルギー伝送（上記の１つ目参照）は、エネルギー伝送が及ぶのがエネルギー伝送放射線の波長と比べて近い距離であるという観点から制限される。

【0012】

遠距離場におけるエネルギー伝送は、いわゆる自由空間経路損失（即ち、追加の減衰媒体からの干渉又は反射からの干渉なしに自由空間における電磁波の伝搬における出力密度の低減）によって、１％未満の非常に低い程度の効率のみが可能となることから、比較的小さい出力の伝送に限定される。

【0013】

したがって、電気車両の非接触充電のために、現在の電流充電システムは、主に誘導結合による電磁エネルギーの近距離場伝送に向けられており、当該伝送においては、一次コイル又は送信コイルは、地面、例えば歩道又は駐車場に埋め込まれ、二次コイル又は受信コイルは、電気車両に、例えば、アンダーボディに取り付けられる。プライベートセクタでは地面上での取り付けも可能であり、この場合、一次又は送信コイルは少なくとも部分的に地面から突出している。

【0014】

一次コイル及び／又は二次コイルについての知られているコイル構成を、図１ａ、図１ｂ及び図１ｃを参照して以下に説明する。

【0015】

図１ａは、いわゆる「二重Ｄコイル設計」を有するコイル１ａの平面図を模式的に示す。巻線５ａは、図示の構成によれば磁心３ａ上に配置されており、特に、巻線５ａの個々のターン（巻き）は磁心３ａの周囲に巻かれていない。

【0016】

図１ｂは、いわゆる「ソレノイドコイル設計」を有するコイル１ｂを模式的に示したものであり、これによれば、巻線５ｂの個々のターンが磁心３ｂの周囲に巻かれるように巻線５ｂが磁心３ｂの上に配置されている。

【0017】

電気車両のワイヤレス充電のための装置は、例えば、文献ＷＯ２０１６／１１４８９３Ａ１に記載されている。

【0018】

非接触電力伝送装置は、文献ＤＥ１０２０１７２０５２１５Ａ１から公知である。

【0019】

エレクトロモビリティの向上に鑑みて、目的は、概して、同時にコンパクトなコイル設計を維持しつつ、例えば７ｋＷ以上の改善された出力電力を改善された高効率で伝送することができる例えば電気自動車などの電気車両を誘導充電するための特定のコイル設計を提供することである。さらに、目的の１つは、放熱損失により自己発熱を少なくとも低減するコイル設計を提供することである。

【0020】

充電システムの開発において、フレームワーク条件は、一般に、例えば、利用可能な設置空間、所定の最小効率、所定の最小伝送電力、所定の最小絶縁耐力、安定性に関する要件などの他のアスペクトに関して遵守されるべきである。

【0021】

図１ｃは、電気自動車の非接触充電のための公知のシステム１０を概略的に示す。システム１０は、巻線１４を有する一次共振器装置１３を地面側に備え、二次共振器装置１５を車両側に備える。巻線１４は、図１ａに示す二重Ｄ構成にしたがって形成される。デカルト座標系ｘ，ｙ，ｚは、空間における向きを示す。

【0022】

駆動用バッテリ又はトラクションバッテリのための十分な充電電力を得るために、公知のシステムでは１０ｋＷの電力の伝送が要求される。しかしながら、最適なエネルギー伝送は、地面側の一次共振器装置１３に対する二次共振器装置１５の最適配置でのみ起こる。二次共振器装置１５の配置は一次共振器装置１３に対する電気自動車の駐車位置に依存するので、一次共振器装置１３に対する二次共振器装置１５の最適配置は多くの場合確保されない。二次共振器装置１５の最適配置位置に対する現在の駐車位置における二次共振器装置１５のオフセットは、典型的には、例えば、ｘ方向に沿ったオフセットＶｘ及び／又はｙ方向に沿ったオフセットＶｙが存在すると仮定される。地面側の一次共振器装置１３に対する二次共振器装置１５の最適配置に対するオフセットＶｘ及び／又はオフセットＶｙは、一次共振器装置１３と二次共振器装置１５との間の結合を減少させ、これによりエネルギー伝送の効率が損なわれる。

【0023】

システム１０は、一次共振器装置１３と二次共振器装置１５との間の相対的な高さ（即ちｚ方向に沿った距離）が電気自動車の車両クラスに依存することから、充電される電気自動車の車両クラスに応じてオフセットＶｚをさらに有することができる。システム１０は、一次共振器装置１３と二次共振器装置１５との間の特定の高さ、即ち、一次共振器装置１３と二次共振器装置１５との間の特定の高さにおけるシステム１０の動作周波数（即ち、電気自動車を非接触充電するためにシステム１０が動作する周波数）が、一次共振器装置１３と二次共振器装置１５の配置の共振周波数に等しいように設計される。車両側の二次共振器装置１５が特定の高さ（この高さで共振が最適なエネルギー伝送を意味する）に対してオフセットＶｚして配置された状態で電気自動車が充電される場合、システム１０は動作周波数で共振しない。

【0024】

本発明の目的は、オフセットを有しながら、共振を伴って良好な効率で動作することができるシステムを設計することである。使用する共振器、インダクタンス及びコンデンサが過熱したりエネルギー源が過負荷になったりしないようにするには、さまざまな負荷要件に注意する必要がある。

【0025】

図１ｄは、図１ｃのシステム１０の概略的な回路図を示す。同図の一次共振器装置１３は、インダクタンスＬ１，Ｌ２及びコンデンサＣ１を有する入力フィルタ１３ａと、直列接続されたインダクタンスＬ３及び補償コンデンサＣ２を有する一次共振器１３ｂと、を備えている。二次共振器装置１５は、インダクタンスＬ４及びこれに直列接続された補償コンデンサＣ３を有する二次共振器１５ａと、ダイオードＤ１～Ｄ４を有する整流器１５ｂと、バッテリ抵抗Ｒ１及びバッテリ容量Ｃ４で表される充電すべき電気車両（図示せず）の駆動用バッテリ１５ｃと、を備える。入力フィルタには、電源（図示せず）への結合部が設けられている。

【0026】

図１ｅは、図１ｄに示す回路図の簡略化した等価回路図を示す。一次共振器装置１３と二次共振器装置１５との間の誘導結合は、結合共振回路１３ｃによって、図１ｅの単純化された等価回路図に示されており、ここで、相互インダクタンスＭは結合を示し、特に相互インダクタンスＭは一次共振器装置１３と二次共振器装置１５の結合ｋに比例する。図１ｄの等価回路図から導かれる全インピーダンスは、Ｍ^２に間接的に比例する。図１ｅのインダクタンスＬ３－ＭとＬ４－Ｍがおよそ結合ｋに依存しないと仮定すると、相互インダクタンスＭと結合ｋの間の比例関係が仮定できる。したがって、図１ｅの等価回路図から導かれる全インピーダンスもまた、ｋ^２に間接的に比例する。これは、同じ電力消費が与えられると、エネルギー供給源（図示せず）から取り出される電流が増加することを意味する。電流と電圧の比は結合に強く依存し、特に、図１ｃのシステム１０の大きな入力電圧が小さい結合には必要であり、非常に大きな電流の流れが大きい結合で生じる。図１ｃのシステム１０の全インピーダンスは入力フィルタ１３ａの実効インダクタンスに比例するので、入力フィルタ１３ａを介して大きな全インピーダンスが導入され、それによって電流制限が生じ、これは結合が大きい場合に有利である。

【0027】

共振器の出力電力に対する入力フィルタ１３ａの放熱損失の比は、Ｍ^２（即ちｋ^２）に比例するので、結合が大きい場合、入力フィルタ１３ａにおける電力損失と出力電力との比は極めて大きくなる。所望の出力電力を達成するためには非常に大きな入力電流が必要であり、同時に、効率において深刻な損失を生じる。

【0028】

図１ｃのシステム１０の相互インダクタンスＭの変化は、図１ｃのシステム１０の必要な入力電圧に非常に強い影響を及ぼすことが分かる。オフセットが存在する場合、以下に図１ｆを参照して説明するように、相互インダクタンスに大きなばらつきが存在する。

【0029】

図１ｆは、本発明者らによって行われた比較測定の結果をグラフで表す。左側の縦座標は、一次共振器及び二次共振器のインダクタンスの結合ｋへの依存度を、縦座標を参照して表す。相互インダクタンスＭの結合ｋへの依存度を、図１ｆの右側の縦座標を参照して示す。相互インダクタンスＭは結合ｋの変化とともに広い範囲でばらつくことが分かった。したがって、図１ｃに示すシステム１０では、相互インダクタンスＭの強い変化のために作動範囲全体をカバーすることは、図１ｄのシステム１０を同時に効率的に作動させようとするとすると、不可能である。

【0030】

以上の説明を鑑み、回路構造に大きな変更を加えることなく、エネルギー伝送の効率を犠牲にせずに、考え得るオフセットを補償することが目的である。

【0031】

上記の課題及び目的は、独立請求項１に記載の電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路によって本発明の範囲内で解決及び達成され、そのさらなるより有利な発展形態が従属請求項２～１１に記載され、そして独立請求項１２に記載の電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムによって特定され、そのさらなるより有利な発展形態が従属請求項１３～１５に記載される。

【0032】

第１の態様において、本発明は、電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路を提供する。例示的な実施形態では、共振器回路は、第１の端子と、第２の端子と、複数の巻線と、複数のコンデンサと、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを備える。共振器回路は、第１の端子及び第２の端子を介して電源回路又は整流器に接続可能である。したがって、共振器回路は、共振器回路が非接触型エネルギー伝送システムにエネルギーを供給する電源回路に接続されているときに、一次共振器装置において使用することができ、エネルギーを一次共振器装置から二次共振器装置に非接触で伝送することができ、あるいは、共振器回路が非接触型エネルギー伝送システムによって充電される少なくとも１つのバッテリ装置、特に充電される電気車両の駆動用バッテリ又はトラクションバッテリを表す負荷に接続されているときに二次共振器装置において使用することができる。

【0033】

複数の巻線は、巻線の第１のグループと巻線の第２のグループとに分けられている。したがって、本明細書におけるいくつかの例示的な実施形態では、関連する巻線のグループと直列に接続された複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサを、巻線の各グループに関連付けることができる。共振器回路の共振は、各グループに関連付けられたコンデンサによって特定の共振周波数に設定することができ、ここで、巻線のグループに関連付けられた各コンデンサにより、それ自体でグループに関連付けられた特定の共振周波数が設定される。

【0034】

さらに、第１の接続ノードは、巻線の第１のグループと巻線の第２のグループとの間に配置されるとともに、巻線の第１のグループと、巻線の第２のグループと、第１のスイッチング素子とのうちのそれぞれ２つの間に配置され、そして、第１の巻線のグループを介して第１の端子に接続され、これにより、第１の接続ノードが星形に形成される。巻線のグループ、巻線の第２のグループ及び第１のスイッチング素子の各々は、第１の接続ノードに直接接続することができ、特に、第１の接続ノードと、巻線の第１のグループ、巻線の第２のグループ及び第１のスイッチング素子の各々との間にさらなる要素を有さずに接続することができる。第１及び第２のスイッチング素子は、巻線の第１及び第２のグループをオフに切り替えることを可能にする。例えば、巻線の第１及び第２のグループをオフにするか、又は巻線の第２のグループを、巻線の第１のグループ及び巻線の第２のグループの直列接続から排除することができる。巻線の第２のグループは、第１接続ポイントで回路に接続され続けるので、巻線の第２のグループは、第２のスイッチング素子を開くことによってオフに切り替えられたにもかかわらず、規定の電位を有し、電位差による損傷を防止することができる。本明細書における例では、巻線の第１及び第２のグループは第１の接続ノードに直接接続することができ、第１の接続ノードと巻線の各グループとの間にさらなる要素は配置されないので、規定の電位が常に巻線の各グループに適用される。例示的な実施形態では、巻線の各グループは、関連するコンデンサと第１の接続ノードとの間に配置することができる。

【0035】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、共振器回路は、巻線の第３のグループと、これに直列に接続された第３のスイッチング素子とをさらに備え、巻線の第３のグループと、これに直列に接続された第３のスイッチング素子とは、巻線の第２のグループと並列に、第１の接続ノードに接続される。巻線の第３のグループと第３のスイッチング素子で構成される直列接続により、共振器回路のさらなる調整オプションが可能となる。例示的な実施形態では、第１の接続ノードは、少なくとも３つの脚又はビームを有する星形に形成される。巻線の各グループは、第１の接続ノードに直接接続することができ、特に、第１の接続ノードと巻線の各グループとの間にさらなる要素を設けずに接続することができる。

【0036】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態において第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との間には第２の接続ノードが配置され、第２の接続ノードを介して、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子が第１の端子に接続され、第２の接続ノードは、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と第１の端子との間に星形に形成される。共振器回路はまた、巻線の第４のグループとこれに直列に接続された第４のスイッチング素子とを有するさらなる回路部を備えることができ、当該さらなる回路部は、巻線の第２のグループと並列に、第２の接続ノードに接続される。さらに、第２の接続ノードもまた、第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第１の端子の間に星形に形成することができ、第１の接続ノードと第２の接続ノードとの間の回路部を、第２のグループ及びこれに直列に接続された第１のスイッチング素子と並列に接続することができる。第２の接続ノードは、並列に接続された巻線のグループについての共通の下端として設けられており、これは、第１の端子にガルバニック接続されている間に第２のスイッチング素子によって巻線の第２のグループから選択的に絶縁することができる。例示的な実施形態によれば、第２の接続ノードは、少なくとも３本の脚又はビームを有する星形に形成されている。巻線のグループの各々は、これらの間に配置されたスイッチング素子を介してのみ第２の接続ノードに接続することができ、特に、スイッチング素子のうちの関連するスイッチング素子は第２の接続ノードと巻線の各グループとの間に配置されている。本明細書におけるいくつかの例では、第２のスイッチング素子は、第２の接続ノードと巻線の第２のグループとの間に配置することができ、第１のスイッチング素子は、第１の接続ノードと第２の接続ノードとの間に配置され、これにより、第１のスイッチング素子は、巻線の第２のグループ及び第２のスイッチング素子と並列に接続される。換言すれば、第１のスイッチング素子は、第１の接続ノードと第２の接続ノードとの間の第１の回路部に配置され、巻線の第２のグループ及び第２のスイッチング素子は、第１の回路部と並列に接続される第２の回路部に配置される。第１及び第２の回路部は、各々、巻線の第１のグループ及び第１の接続ノードと直列に接続される。

【0037】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、２つのスイッチング素子は、第１のスイッチング素子が閉じている限り、第２のスイッチング素子が開き、第１のスイッチング素子が開いているときにのみ第２のスイッチング素子が閉じているように構成することができる。この構成によれば、有利な動作モードが実現され、これに応じて、巻線の第２のグループのターンを選択的にオン又はオフに切り替えることができ、これにより、共振器回路内のターン数を、第１のグループのターン数又は複数の巻線の総ターン数の間で切り替えることができる。

【0038】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、複数の巻線は、板状のフェライトコアの上にハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルとして設けることができる。この場合、ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルに基づくコイル構造によって、一次共振器装置と二次共振器装置の互いに対する大きな距離及び／又はオフセットに対して比較的大きな結合が可能となる。

【0039】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、巻線の第１のグループは、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージから形成することができる。電気的に同一の巻線パッケージにおいて並列に接続された巻線パッケージの電流値と電圧値は同一であり、並列に接続された巻線パッケージ間の均等化電流が防止される。第１の巻線パッケージの電流容量は、並列に接続された巻線パッケージを使用することによって増加させることができる。

【0040】

第１の態様のいくつかの例示的な実施形態では、巻線の第２のグループは、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージから形成することができる。並列に接続された巻線パッケージを使用することにより、巻線の第２のグループにおけるオフに切り替えられた巻線の未使用ターンの誘導電圧を部分的に又は完全に除去することができる。並列に接続された巻線パッケージを使用することにより、巻線の第２のグループの電流容量も向上させることができる。

【0041】

第１の態様の例示的な実施形態では、巻線の第１のグループは、５ターンから２０ターンの範囲の第１のターン数を有し、巻線の第２のグループは、１ターンから１０ターンの範囲の第２のターン数を有し、第１のターン数は、第２のターン数よりも大きい。これにより、有利なエネルギー伝送効率を有するコンパクトな共振器回路が可能となる。

【0042】

第２の態様では、電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムは、一次共振器装置と二次共振器装置とを備え、一次共振器装置及び二次共振器装置の少なくとも一方は、第１の態様の共振器回路による共振器回路を備える。

【0043】

第２の態様のいくつかの例示的な実施形態では、巻線の第２のグループは、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージから形成され、巻線の第２のグループにおける並列に接続された巻線パッケージの各々は、それぞれ、関連する追加のコンデンサと直列に接続されてもよい。さらに、巻線の第２のグループの巻線パッケージに関連する追加のコンデンサは、第２のグループの並列の巻線パッケージと関連する追加のコンデンサとの相互接続が、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数よりも大きい共振周波数をもたらし、一方で、巻線の第１及び第２のグループの直列接続のための、関連するコンデンサを有する共振器回路の共振周波数が、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数にほぼ等しい共振周波数であるように、構成することができる。このようにして、巻線の第２のグループのオフに切り替えられたターンのインピーダンスを高くし、均等化電流を抑制することができる。さらに、第２のスイッチング素子が開いているとき、巻線の第２のグループの巻線パッケージの並列接続は、巻線の第２のグループの巻線パッケージが互いに非並列となるように切り替えられた直列接続に変わる。これにより、巻線の第２のグループにおけるターンにおいて生じる電圧が相殺されることが保証される。共振器回路の各動作モードにおいて、共振器回路を非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数と共振状態に保つことができる。例えば、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数は８０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲とすることができ、この範囲において良好なエネルギー伝送効率を得ることができる。さらなる例では、第２のグループの並列の巻線パッケージと関連する追加のコンデンサとの前記相互接続によりもたらされる共振周波数を、９０ｋＨｚよりも大きくすることができ、これにより、第２のグループの並列巻線パッケージと関連する追加のコンデンサとの相互接続の共振周波数を、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数から十分に離すことができる。

【0044】

上述の第２の態様の例示的な実施形態では、共振器回路は、非接触型エネルギー伝送システムにおける一次共振器装置及び／又は二次共振器装置として構成することができ、これによって、電気車両のトラクションバッテリを充電するための有利な一次充電システム及び／又は二次充電システムが提供される。

【0045】

上述の態様では、相互インダクタンスは、共振器回路の共振挙動、特にその共振周波数が変化しないままか又は実質的に変化しないまま、調整される。スイッチング素子のスイッチング構成に関係なく、巻線はシステム内に磁気的に残存する。

【0046】

上記及び下記の実施形態において、接続ノードは、複数の線が接続される規定のノードを表す。

【0047】

上述の本発明の態様のさらなる利点及び例示的な実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1a】公知のコイル設計を概略的に示す。

【図1b】公知のコイル設計を概略的に示す。

【図1c】電気自動車の非接触充電のための公知のシステムを概略的に示す。

【図1d】図１ｃに示す電気自動車の非接触充電のためのシステムの回路図を概略的に示す。

【図1e】図１ｄに示す回路図の簡略化した等価回路図を示す。

【図1f】比較測定の結果をグラフで示す。

【図2】いわゆる「ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル設計」によるコイルを模式的に示す。

【図3a】本発明のいくつかの例示的な実施形態による、非接触型充電システムのための誘導性部品を示す。

【図3b】図３ａに示す誘導性部品の底面図を示す。

【図3c】図３ａ及び図３ｂに示す誘導性部品の内側断面図を示す。

【図3d】図３ａから図３ｃに関する巻線本体を有するフェライトコアの側面断面図を示す。

【図4】本発明の例示的な実施形態による、電気車両の非接触充電のためのシステムを概略的に示す。

【図5】本発明の例示的な実施形態による非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路の概略的な回路図を示す。

【図6】本発明のさらなる例示的な実施形態による非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路の概略的な回路図を示す。

【図7】本発明の例示的な実施形態による共振器回路のためのインダクタンスと結合の関係をグラフで示す。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図２は、いわゆる「ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル設計」によるコイル１ｃを概略的に示す。図示のコイル１ｃのコイル設計は、二重Ｄコイル設計（図１ａに図示するような二重Ｄコイル設計）と、ソレノイドコイル設計（図１ｂに図示するようなソレノイドコイル設計）と、の間のハイブリッドを表している。

【0050】

図２の概略図によれば、コイル１ｃは、磁心３ｃの上に巻線５ｃを備え、巻線５ｃはターン（巻き）５ｃ１とさらにターン５ｃ２を備え、ターン５ｃ１及び５ｃ２は、磁心３ｃに対してある角度を付けて巻回されている。これは、各ターン５ｃ１，５ｃ２の巻線軸(Windungsachse)、即ち、各ターン５ｃ１，５ｃ２が配置される平面に垂直な軸が、それぞれ厚さｄに沿った方向から４５°未満の角度でずれることを意味する。比較において、図１ｂに示すソレノイドコイル設計は、巻線５ｂの巻線軸は、磁心３ｂの厚さに沿った方向と略垂直に配向され（したがって、図２の「ｄ」は、図１ｂについても画定されるべきである）、特に、巻線５ｂの巻線軸、即ち、巻線５ｂのターンが配置される平面に垂直な軸は、磁心３ｂの厚さに沿った方向に対して４５°を超える角度に配向されていることが分かる。

【0051】

本発明の様々な例示的な実施形態による非接触充電のためのシステムのための誘導性部品１００を、図３ａから図３ｄを参照して以下に詳細に説明するが、誘導性部品１００は、いわゆる「ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル設計」に対応して形成される。誘導性部品１００は、本発明による非接触型エネルギー伝送システムの例示的な実施形態を表すことができる。

【0052】

図３ａは、誘導性部品１００の上側の上面図を示す。以下において、「上側」との用語は、誘導性部品１００の「下側」と反対の側に配置される誘導性部品１００の側を指すものとし、この「下側」は、電気車両（図示せず）の非接触充電のためのシステムのさらなる誘導性部品（図示せず）に向いている。

【0053】

例示的な実施例では、誘導性部品１００は、電気車両（図示せず）に取り付けることができる。さらに、誘導性部品１００は、上側が車両アンダーボディに向き、下側が、歩道、駐車場床、車庫床などの地面（図示せず）に向くように、取り付けることができる。

【0054】

別の例示的な例では、誘導性部品１００は、例えば、歩道、駐車場床、車庫床など、地面（図示せず）の上又は中に配置することができ、例えば、その中に埋め込むことができる。その場合は下側は、電気車両（図示せず）の車両アンダーボディ（図示せず）に向いているであろう。

【0055】

誘導性部品１００は、板状フェライトコア１１０と、板状フェライトコア１１０の上方に配置され、複数のターン１６０を有するハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル１５０とを備える。複数のターン１６０は、多数のターン（即ち、少なくとも４つのターン）から形成される。図３ａでは、一例としてのターンが参照符号１６６で示されている。したがって、参照符号「１６６」は、一例としての複数のターン１６０の１つのターンを表し、ターン１６６の非限定的な例を表す。

【0056】

複数のターン１６０は複数のグループにグループ化され、各グループは、以下でさらに詳細に説明されるように、複数の間を置かず連続するターンから構成される。

【0057】

図３ａに示すように、板状フェライトコア１１０は、互いに接合されて板状フェライトコア１１０を形成する複数の個々のフェライト板１１１，１１３，１１５から形成されている。代替的に、板状フェライトコア１１０は一体的に形成することができ、特に、単一の板状フェライト素子から形成することができ、その場合、図３ａのイラストとは逆に、板状フェライトコア１１０に接合部は存在しない。

【0058】

いくつかの例示的な実施形態では、一例として図３ａに例示されているように、板状フェライトコア１１０には、例えば誘導性部品の端子１２２，１２４などが省スペースで収容される横方向凹部１１４が設けられており、ここでは誘導性部品の横方向寸法が小さく保たれている。加えて又は代替的に、少なくとも１つのコンデンサなどの容量性部品（図示せず）を凹部１１４内に収容することができる。

【0059】

一例として図３ａに図示されるように、例示的な実施形態によれば、凹部１１４はフェライトコア１１０のテーパ部に設けられ、ここでは、図３ａ及び図３ｂにおいて参照符号Ｌで示されるフェライトコア１１０の長手方向に関し、凹部１１４内のフェライトコア１１０の横方向寸法は、凹部１１４の外のフェライトコア１１０の横方向寸法よりも小さい。長手方向Ｌに垂直な方向は幅方向と呼ばれ、図３ａから図２ｄにおいて参照符号Ｂで示される。

【0060】

本発明の例示的な実施形態では、長手方向Ｌ及び幅方向Ｂの寸法については、Ｌ＞Ｂ、Ｌ≒Ｂ又はＬ＜Ｂである。

【0061】

方向Ｌ及び方向Ｂに垂直な方向を図３ｃ及び図２ｄにおいて厚さ方向Ｄと呼ぶ。厚さ方向Ｄに関し、フェライトコア１１０は、方向Ｌ及び方向Ｂに沿った寸法よりも小さい寸法を有し、即ち、Ｄ＜Ｌ，Ｂである。

【0062】

特定の例示的な実施形態では、Ｄ＜Ｌ／１０、及び／又は、Ｄ＜Ｂ／１０とすることができる。好ましい実施形態では、Ｄ＜Ｌ／２０、及び／又は、Ｄ＜Ｂ／２０である。特定の例示的な実施例によれば、Ｄ＜Ｌ／３０、及び／又は、Ｄ＜Ｂ／３０とすることができる。ＤとＬ，Ｂとに関する結果としてのアスペクト比は、フェライトコア１１０が「板状フェライトコア」であることを明確に示し、厚さに沿った方向は、凹部、例えば凹部１１４などを考慮しない状態で「板状フェライトコア」が最小延在部分を有する方向とされる。

【0063】

例示的な実施形態では、ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイル１５０は、第１の巻線１５２及び第２の巻線１５４を備え、その各々が複数の（特に２つ又は３つ以上の）ターンを備える。図３ａに示される誘導性部品１００の上側の上面図において、第１の巻線１５２が、幅方向Ｂに関して、第２の巻線１５４に対向して配置される板状フェライトコア１１０の端部に配置されるか、又は、第１の巻線１５２の複数のターン部分（例えば、図２ａのターン１６６）が、それぞれ、長手方向Ｌに略平行な板状フェライトコア１１０の少なくとも最大部分にわたって延在する。図３ａは、図３ａに示される図において第１の巻線１５２のターン部分が板状フェライトコア１１０の上に直接延在する限り、第１の巻線１５２のターン部分が長手方向Ｌに平行に板状フェライトコア１１０の上に延在する特別な場合を示しており、このとき、板状フェライトコア１１０の側方へのターン部分は弧状プロファイルを有し、ターン部分は、図３ａに示される図に関して、誘導性部品１００の下側に向かって板状フェライトコア１１０の後ろに延在される。第２の巻線１５４についても同様である。しかしながら、これは、いかなる限定もするものではなく、ターン部分の異なる向き、例えば長手方向Ｌに対して角度をなす向きなどを採用することもできる。

【0064】

第１の巻線１５２は、端子接点１５７，１５８を介して誘導性部品の端子１２２，１２４に電気的及び機械的に接続され、端子接点１５７及び１５８は、それぞれの引き出し部分１６３及び１６４を介して第１の巻線１５２の複数のターンに接続される。端子接点１５７，１５８及び端子１２２，１２４は、例えば、クリンプ接続、ねじ接続、プラグ接続、半田接続等の任意の手段により、互いに電気的及び機械的に接続することができる。したがって、第２の巻線１５４は、端子接点１５５，１５６を介して端子１２２，１２４に接続され、端子接点１５５は、引き出し部分１６１を介して第１の巻線１５４の複数のターンに接続され、端子接点１５６は、引き出し部分１６２を介して第２の巻線１５４の複数のターンに接続される。

【0065】

例示的な実施形態では、引き出し部分１６１，１６２，１６３，１６４は、板状フェライトコア１１０の側面において幅方向Ｂに略平行に延在して、内側に配置されるように延在し、ここで、例示的な実施形態では、引き出し部分１６１，１６２，１６３，１６４は、板状フェライトコア１１０の側面まで、第１及び第２の巻線１５２，１５４の複数のターンにおける最も遠いターン部分よりも小さな距離で、長手方向Ｌに沿って延在する。あるいは、引き出し部分１６１，１６２，１６３，１６４は、第１及び第２の巻線１５２，１５４の複数のターンにおける最も外側のターン部分よりも、板状フェライトコア１１０から遠い距離に配置されてもよく、これによって、その場合、引き出し部分１６１～１６４は外側引き出し部分として提供される。後者の場合（図示せず）、引き出し部分１６１～１６４には、第１及び第２の巻線１５２，１５４の複数のターンのターン部分が重ならない。

【0066】

図３ｂを参照すると、誘導性部品１００の下側の上面図が、図３ａの図による上側の上面図とは逆に示されている。図３ａと図３ｂを比較すると、図３ａ及び図３ｂの上面図において板状フェライトコア１１０の上に直接延在する第１及び第２の巻線１５２，１５４のターンのターン部分は、図３ａの上側の場合、第１及び第２の巻線１５２，１５４のターンの傾斜位置によって、幅方向Ｂに関して、例えば、下側を示す図３ｂの図の場合よりも互いに遠く離れて配置することができ、図３ｂでは、第１及び第２の巻線１５２，１５４のターンのターン部分は、幅方向Ｂに沿って、例えば図３ａと比べてより近い距離で配置することができ、これにより、板状フェライトコア１１０のポール部分１４１，１４３，１４５が、板状フェライトコア１１０における幅方向Ｂの一方の端部の側に形成され、かつ、幅方向Ｂに関して露出したポール部分１４７，１４８，１４９とは反対側の端部に形成され、一方で、図３ａの上側の上面図では、図３ｂに示されるようにポール部分１４１，１４３，１４５とポール部分１４７，１４８，１４９との間に配置された接続部分１１１，１１３，１１５において、板状フェライトコア１１０のみが露出する。

【0067】

図３ｃを参照すると、図３ａ及び図３ｂに示す誘導性部品１００の側面図が示されており、例えば、図３ｂに示される誘導性部品１００は紙面から立ち上がるように傾いており、したがって、端子１２２は側面側から垂直方向に見えている。幅方向Ｂに対する第１及び第２の巻線１５２，１５４のターンの傾斜位置は、図３ｃ示される側面図において見ることができ、即ち、第１の巻線１５２のターンによって形成される面に対する法線が幅方向Ｂに対して斜角で配向されており、このことは、図３ｃにおいてｎによって指定される法線に対する概略的な巻線面ＷＥによって示されており、ここで、角度αは、法線ｎと幅方向Ｂとの間の角度を示す。角度αは、０°と等しくなく、特定の例示的な実施形態では、例えば、５°以上（α≧５°）であるが、これは本発明を限定するものではない。同じことが第２の巻線１５４にも当てはまり、第１の巻線と第２の巻線は、第１の巻線と第２の巻線との間にある厚さ方向Ｄに平行な対称軸に対して鏡面対称に巻回されてもよい。

【0068】

例示的な実施形態では、図３ａから図３ｃに示されるように、誘導性部品１００は、第１の巻線１５２を収容し支持するように構成された第１の支持部材１３２と、第２の巻線を収容し支持するように構成された第２の支持部材１３４と、を有する巻線要素１３０を備える。支持部材１３２は、例えば、長手方向Ｌに沿ってフェライトコア１１０を少なくとも部分的に覆い、射出成形等によって電気絶縁材料から形成される長尺の板状形状を有することができる。

【0069】

図３ｄを参照すると、図３ｃに示される板状フェライトコア１１０は、端子１２２並びに端子接点を有する第１及び第２の巻線１５２，１５４を伴わずに示されている。図３ｄに示す図では、特に板状フェライトコア１１０と巻線要素１３０のみが側面図で示されている。

【0070】

本発明の例示的な実施例によれば、図３ｄに例示的に示されるように、板状フェライトコア１１０は、第１の段部１７１及び第２の段部１７２を備える。段部１７１では、ポール部分１４１の露出表面は、接部分１１１に対して厚さ方向Ｄに沿ってオフセットして配置され、即ち、オフセットＶ１が、段部１７１によって、ポール部分１４１の露出ポール表面と接続部分１１１の同様に配向された表面との間に形成される。したがって、ポール部分１４７は、段部１７２によって接続部分１１１に対してオフセットされ、オフセットは、特に、ポール部分１４７の露出ポール表面と接続部分１１１の同様に配向された表面との間に形成される。これは、本発明の限定ではなく、２つの段部１７１，１７２の代わりに段部１７１，１７２のうちの１つのみが形成されてもよい。代替的に、段部１７１及び１７２は、段部１７１に関連するオフセットが第２の段部１７２に関連するオフセットとは異なるように形成することができる。

【0071】

図３ｄの例示的な図によれば、巻線要素１３０は支持部材１３２，１３３，１３４，１３５を備え、支持部材１３３，１３５は対応する段部１７１，１７２の隣に形成され、これにより、支持部材１３３，１３５は、それぞれ、接続部分１１１に部分的に重なるが、ポール部分１４１又はポール部分１４７の各々には、支持部材１３５又は１３３はそれぞれ重ならない。一方、支持部材１３２，１３４は、段部１７１，１７２に板状フェライトコア１１０の上側の支持部材１３２，１３４が重なるように形成されている。

【0072】

支持部材１３２は、図３ｃに示すように、第２の巻線のターン数に対応する複数の溝１３２ｎを備える。支持部材１３３は、第２の巻線１５４のターン数に応じ、かつ支持部材１３２の溝１３２ｎの数に応じた複数の溝１３３ｎを備える。同じことが、図３ｃの図からの第１の巻線１５２に関して、支持部材１３５及び１３４に当てはまる。

【0073】

溝１３２ｎ，１３３ｎ，１３４ｎ，１３５ｎは、各々、板状フェライトコア１１０の上側又は下側のターン部分をそれぞれ収容し、そして、板状フェライトコア１１０の上側又は下側に沿って、それぞれ、隣接するターン部分を互いに絶縁し、これにより、例えば、ターン部分のシースが省かれる場合においてターン間の短縮を防ぐことができるように構成されている。さらに、支持部材１３２，１３３，１３４，１３５は、第１及び第２の巻線１５２，１５４の機械的固定及び安定化に寄与する。

【0074】

図３ｄは、支持部材１３３，１３５の一部の溝がより深くないか又はより低い高さの隔壁を有する巻線要素１３０の例示的な実施形態を示す。これらの例示的な実施形態は、単に、設置空間に関する支持部材１３３，１３５の構成オプションを例示するものであり、本発明のいかなる限定を構成するものではない。あるいは、支持部材１３３及び／又は１３５の溝は、可能な限り均一としてもよい（即ち、可能な限り均一な深さ又は均一な高い隔壁を有してもよく、ここで、「可能な限り」とは、製造公差の範囲における理想的な場合からの許容可能な偏差、例えば、所定のサイズからの約５％又は約１０％の偏差を意味する）。

【0075】

誘導性部品１００の端子１２２，１２４への第１及び第２の巻線１５２，１５４の接続構成を、図３ｃを参照して説明する。第１の巻線１５２は、この場合、端子接点１５７，１５８を介して端子１２２，１２４に電気的に接続され（第１の巻線１５２の端子接点に関して図３ａを参照）、第２の巻線１５４は、端子接点１５５，１５６を介して誘導性部品１００の端子１２２，１２４に電気的に接続される。第１の巻線１５２内及び第２の巻線１５４内の誘導性部品１００の端子１２２，１２４に電圧が印加されると、第１の回転方向に第１の巻線１５２のターン方向にしたがって第１の巻線１５２を流れる電流が動作中に生じ、一方、第２の巻線１５４を通る流れは、第２の回転方向に第２の巻線１５４のターン方向にしたがって流れ、ここで、第１の回転方向及び第２の回転方向は互いに逆向きである。これによって、図３ｃに模式的に描かれた磁場Ｂの磁力線ＢＬによって示されるように、磁場が生じる。具体的には、磁場Ｂの磁力線ＢＬは、第１及び第２の巻線１５２，１５４における電流の向きによって決定されるように、ポール部分１４１，１４７の一方から出て、ポール部分１４１，１４７の他方に入る。板状フェライトコア１１０において、磁場Ｂの磁力線ＢＬのバックアイアンが、図３ａから図２ｄにより説明される誘導性部品１００のポール部分１４１，１４７の間にある。したがって、誘導性部品１００は、さらなる誘導性部品（図示せず）への良好な結合特性を示し、ここで、図１ａに示されるような公知のコイル設計によるコイル設計と比較して２つの誘導性部品の横方向オフセットには鈍感であり、図１ｂ及び図１ｃにおけるコイル設計と比較して有利な結合挙動を示す。

【0076】

ここで、図４を参照して、電気車両３１２の非接触充電のための充電システム３００を説明する。システム３００１００は、本発明による非接触型エネルギー伝送システムのための別の例示的な実施形態を表すことができる。

【0077】

図４の例によると、充電システム３００には、一次側に誘導性部品３０４ａ，３０４ｂを有する一次共振器装置３０２ａ及び３０２ｂが設けられており、これらは、例えば駐車場又は車庫内に配置されるか、あるいは地面に埋め込まれてもよい。一次共振器装置３０２ａ，３０２ｂは、それぞれの接続ライン３０８，３１０を介して電力分配装置３３０に接続され、電力分配装置は、ライン３３２を介して電力グリッドに接続され、一次共振器装置３０２ａ，３０２ｂ自体が、電気車両３１２を充電するための一次充電システムの要素を提供する。電力分配装置３３０は、例えば、１つ又は複数の外部制御ユニット（図示せず）と通信することができる通信ユニット３３４を備えることができる。本明細書に記載の実施例では、上述の図３ａから図３ｄを参考して記載した誘導性部品１００によって、一次共振器装置３０２ａを提供することができる。

【0078】

車両側のエネルギー貯蔵装置３１８は、電気車両３１２内に設けられ、例えば、充電式バッテリ又は充電式バッテリセルで構成される充電式システムに設けられ、これは、充電コントローラ３１４を介して二次共振器装置３１６、特に駆動用バッテリ又はトラクションバッテリに接続される。１２ボルト又は４８ボルトの車両電気システムで動作する電気車両の車載電子機器のためのエネルギー貯蔵装置とは対照的に、電気車両の駆動用バッテリは、例えば３００Ｖを超える範囲の数百ボルトＤＣの電圧を有し、その結果、エネルギー貯蔵装置３１８の要件及びエネルギー貯蔵装置３１８の性能は、他のエネルギー貯蔵装置と比較して、何倍も高くなる。

【0079】

二次共振器装置３１６は、例えば、図３ａから図３ｂ（誘導性部品１００と２００を比較する）に関して上で記載したように、誘導性部品が収容されるハウジング３１７を備えることができ、これは、電気車両３１２を充電するための二次充電システムの要素として提供することができる。ハウジング３１７は、例えば、電気車両３１２上に機械的に設置するために、電気車両３１２のアンダーボディ上に形成することができる。二次共振器装置３１６は、誘導性部品とともに電磁共振器回路を形成する容量性部品さらに備えることができる。本明細書のいくつかの例示的な実施例では、二次共振器装置３１６は、図３ａから図３ｄを参照して上で説明した誘導性部品１００によって提供することができる。

【0080】

本発明のいくつかの例示的な実施形態では、地面側の一次共振器装置３０２ａは、それぞれが１３ターンを有する並列に接続された２つの巻線を有するコイル構造を備えることができる。車両側の二次共振器装置３１６は、一次共振器装置３０２ａと同一の構造又はそれに類似した構造を有する共振器装置を表すことができ、ターン数が１７．５で、コアにおけるフェライト体積がより小さい。

【0081】

非接触型エネルギー伝送システムのフレームワーク条件を規定する確立された規格は現在存在しないが、軽量電気車両及び電気プラグイン車両のワイヤレス充電のための相互運用性、電磁両立性、ＥＭＦ、最小電力、安全性及び試験に関する許容基準を規定する業界全体の仕様が確立されている。これに基づいて、各々が地面からの距離（いわゆる地面クリアランス又は「ＧＣ」が）が異なる３つの車両クラスが定められており、さらに、一次共振器装置と二次共振器装置との間の許容オフセットが定めされている。距離ＧＣは、１００ｍｍから２５０ｍｍの間でさまざまであってもよく、許容オフセットは、０／０（ｘ方向／ｙ方向）から±７５ｍｍ／±１００ｍｍの範囲内とすることができる。

【0082】

一次共振器装置３０２ａ，３０２ｂのうちの１つの上に電気車両３１２を駐車する場合、充電プロセスは、例えば、充電コントローラ３１４と通信ユニット３３４を介する電力分配装置３３０との間の通信によって開始することができ、上に電気車両３１２が駐車された一次共振器装置、図４の例では一次共振器装置３０２ａが動作する。近距離伝送として、一次共振器装置３０２ａと二次共振器装置３１６との間の誘導結合が確立され、二次共振器装置３１６は一次共振器装置３０２ａから電磁エネルギーを受信し、充電コントローラ３１４（例えば、適切な整流回路を含む）を介してエネルギー貯蔵装置３１８を充電する。エネルギー貯蔵装置３１８の充電状態は充電コントローラ３１４によって監視することができ、充電プロセスは、所望の充電状態に達したときに、電力分配装置３３０との通信によって終了させることができる。充電システム３００は、二次共振器装置３１６と一次共振器装置３０２ａ又は３０２ｂとの間に存在する物体又は生物の有無をそれぞれ検出するように構成されており、したがって、ポジティブ事象（「一次共振器装置の上又は近くに物体又は生物が存在する」）の検出時に充電プロセスを停止することができる。

【0083】

電気車両３１２が最適結合での配置と比較してオフセットを有する配置で駐車された場合、図１ｃから図１ｆに関して上で記載したように、一次共振器装置と二次共振器装置との間のオフセットに起因してシステムのフレームワーク条件に変更が生じる。例えば、一次共振器装置及び二次共振器装置のインダクタンスは、磁気結合ｋ及び相互インダクタンスＭと同様に、オフセットの増加と共に減少する。

【0084】

本発明の例示的な実施形態による図５を参照して、電気車両（図示せず）を充電するための非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路４００の概略的な回路図が提示される。共振器回路４００の概略的な回路図は、非接触型エネルギー伝送システムにエネルギーを供給するための電源回路（図示せず）又は整流回路（図示せず）に接続することができる２つの端子Ａ１及びＡ２を備える。端子Ａ１及びＡ２の下流には、インダクタンスＬ＿Ｆ１．１及びＬ＿Ｆ１．２を有する入力フィルタ装置４１０並びにコンデンサＣ＿Ｆが接続される。さらに、図５の例では、巻線の第１のグループ４２２及び巻線の第２のグループ４３２によって提供される複数の巻線が設けられている。さらに、巻線の第１のグループ４２２に関連するコンデンサＣ＿Ｓ１及び巻線の第２のグループ４３２に関連するコンデンサＣ＿Ｓ３などの複数のコンデンサが設けられている。例示的な実施例では、コンデンサＣ＿Ｓ１は巻線の第１のグループ４２２に直列に接続され、コンデンサＣ＿Ｓ３は巻線の第２のグループ４３２に直列に接続される。共振器回路４００の概略的な回路図は、２つのスイッチング素子４４０及び４５０をさらに含む。巻線の第１のグループ４２２と巻線の第２のグループ４３２との間には、スイッチング素子４４０を介して端子Ａ２に接続される接続ノード４６０が配置され、接続ノード４６０は、巻線の第１のグループ４２２を介して端子Ａ１に接続される。さらに、スイッチング素子４５０は、巻線の第２のグループ４３２と端子Ａ２との間に配置され、スイッチング素子４４０及び４５０の両方は、接続ノード４６５において星形(sternformig)に接続され、接続ノードは、スイッチング素子４４０及び４５０と端子Ａ２との間に星形に配置される。言い換えれば、引き出し線が、接続ノード４６５から発する脚又はビーム(Strahlen)として形成され、スイッチング素子４４０及び４５０並びに端子Ａ２にそれぞれ接続される。図示の実施形態では、スイッチング素子４４０及びスイッチング素子４５０のみが設けられており、これによって回路の複雑化が回避される。接続ノード４６５は、スイッチング素子４４０とスイッチング４５０との間に配置され、スイッチング素子４４０とスイッチング素子４５０は、各々、接続ノード４６５を介して端子Ａ２に接続されている。特に、接続ノード４６５は、星形に形成され、引き出し線が、接続ノード４６５から発する脚又はビームとして形成され、それぞれ、スイッチング素子４４０及び４５０並びに端子Ａ２に接続される。

【0085】

本明細書におけるいくつかの例示的な実施例では、２つのスイッチング素子４４０，４５０は、スイッチング素子４４０が閉じている限りは、スイッチング素子４５０が開くように構成される。この場合、スイッチング素子４５０は、スイッチング素子４４０が開いているときにのみ閉じられる。これにより、スイッチング素子４４０，４５０の構成が、これらの例示的な実施例において定められる。

【0086】

いくつかの例示的な実施形態では、巻線の第１のグループ４２２及び巻線の第２のグループ４３２を含む複数の巻線は、図２及び図３ａから図３ｄに関して上で記載したように、板状フェライトコア（図示せず）の上にハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルとして設けられる。ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルに基づくコイル構造は、一次共振器装置及び二次共振器装置の互いに対する距離及び／又はオフセットが大きくても比較的大きな結合を可能にする。

【0087】

図５の例を参照すると、巻線の第１のグループ４２２は、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージＬ１．１及びＬ１．２から形成されてもよい。この場合、巻線の第１のグループの電流容量を増加させることができ、並列に接続された巻線パッケージＬ１．１及びＬ１．２の電流値及び電圧値は、電気的に同一の巻線パッケージ内で同一であり、これにより、並列に接続された巻線パッケージ間の均等化電流が防止されるように構成されている。並列に接続された巻線パッケージを使用することによる。

【0088】

さらに図５に示されるように、巻線の第２のグループ４３２は、追加的に又は代替的に、並列に接続された２つの電気的に同一の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２から形成されてもよい。並列に接続された巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２を使用することにより、スイッチング素子４５０が開いているときに、一部又は全体が排除されるようにオフに切り替えられた巻線の第２のグループの未使用ターンに誘導電圧が生じることができる。並列に接続された巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２の使用により、巻線の第２のグループ４３２の電流容量を増加させることもできる。本明細書のいくつかの例示的な実施例では、並列に接続された巻線の第２のグループ４３２の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２の各々は、関連する追加のコンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２と直列に接続することができる。たとえば、巻線の第２のグループ４３２の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２に関連する追加のコンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２は以下のように構成することができ、即ち、第２のグループ４３２の並列巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２と関連する追加のコンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２との相互接続が、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数よりも大きい共振周波数を有し、一方で、関連するコンデンサＣ＿Ｓ１，Ｃ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２及びＣ＿Ｓ３を有する直列接続された巻線の第１及び第２のグループ４２２，４３２についての共振器回路４００の共振周波数が、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数と実質的に等しい共振周波数を有するように構成することができる。「実質的に（略）」という用語は、本明細書において、３０％未満、好ましくは１５％未満、より好ましくは１０％未満、例えば５％未満、又はさらに１％未満の逸脱を意味する。こうして、オフに切り替えられた巻線の第２のグループ４３２のターンのインピーダンスが高くなり、均等化電流が抑制される。第２のスイッチング素子４５０が開くと、巻線の第２のグループ４３２の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２の並列接続は直列接続になり、巻線の第２のグループ４３２の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２が互いに非並列となるよう切り替えられる。これにより、巻線の第２のグループ４３２のターンにおいてそれぞれ生じる電圧が相殺されることが保証される。

【0089】

共振器回路４００の各動作モードにおいて、共振器回路４００が非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数で共振状態に保たれることを達成することができる。例えば、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数は、良好なエネルギー伝送効率が得られる８０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲とすることができる。さらなる例では、巻線の第２のグループ４３２の並列巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２と、コンデンサＣ＿Ｓ３だけでなくさらに関連する追加のコンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２と、の相互接続の共振周波数を、９０ｋＨｚよりも大きくすることができ、これにより、巻線の第２のグループ４３２の並列巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２と、関連する追加のコンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２と、の相互接続の共振周波数を、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数から十分に離すことができる。

【0090】

本発明のいくつかの例示的な実施形態では、巻線の第１のグループ４２２は、５ターンから２０ターンの範囲の第１のターン数を有することができ、巻線の第２のグループ４３２は、１ターンから１０ターンの範囲の第２のターン数を有することができる。ここで、第１のターン数は、第２のターン数よりも大きくすることができる。これにより、有利なエネルギー伝送効率を有するコンパクトな共振器回路が可能になる。

【0091】

例示的な実施例では、第１のターン数は、７ターンから１２ターンとすることができ、例えば、８ターン又は９ターン又は１０ターン又は１１ターンとすることができる。第２のターン数は、２ターンから６ターンとすることができ、例えば３ターン又は４ターン又は５ターンとすることができる。しかしながら、これは本発明の限定を構成するものではなく、第１のターン数及び第２のターン数に関し任意の数を考慮することができる。

【0092】

本明細書のいくつかの例示的な実施形態では、共振器回路４００は、電気車両（図示せず）を充電するための一次充電システム（図示せず）内の一次共振器装置であってよく、それによって有利な一次共振器装置を提供してもよく、あるいは、電気車両（図示せず）を充電するための二次充電システム（図示せず）内の二次共振器装置であってもよい。

【0093】

図５に示される共振器回路４００は、例えば、共振器回路の複数の巻線のターン数を動作中に変更する、例えば、減らしたり増やしたりすることを可能にし、例えば、スイッチング素子４４０が閉じておりかつスイッチング素子４５０が開いているときにターン数を減らしたり、あるいは、スイッチング素子４４０が開いておりかつスイッチング素子４５０が閉じているときにターン数を増やしたりすることができる。

【0094】

入力フィルタ４１０に関して、結合チョークを有するＬＣフィルタ配置が、端子Ａ１及びＡ２と、巻線のグループ４２２及び４３２との間で両方の電源ライン内に配置される。

【0095】

巻線の第１のグループ４２２に関して、これは、関連するコンデンサＣ＿Ｓ１（例えば、直列に接続される）によって補償される。

【0096】

巻線の第２のグループ４３２に関して、１つのコンデンサＣ＿Ｓ３がここでは関連付けられている。さらに、図５の例では、コンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２がさらに設けられており、これにより、並列巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２を有する巻線の第２のグループ４３２が３つのコンデンサＣ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２及びＣ＿Ｓ３によって補償されるように構成されている。

【0097】

複数の巻線の全てのターンが使用される動作モードでは、スイッチング素子４４０は開いており、スイッチング素子４５０は閉じている。この場合、巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２は並列であり、コンデンサＣ＿Ｓ２．１，Ｃ＿Ｓ２．２及びＣ＿Ｓ３の組み合わせによって補償される。コンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２の電気容量は、コンデンサの並列接続として合計される。全体として、コンデンサは、システムが動作周波数（例えば、８５ｋＨｚ）で共振的に振る舞うように設計される。

【0098】

上記の動作モードに対してターン数が減少されるような動作モードでは、スイッチング素子４４０は閉じられ、スイッチング素子４５０は開かれる。これにより、巻線の第２のグループ４３２は関連するコンデンサと共にバイパスされる。スイッチング素子４５０を開くことによって、巻線の第２のグループ４３２の巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２の並列接続は、直列接続に転じ、巻線パッケージＬ２．１及びＬ２．２の誘導電圧は互いに相殺される。コンデンサＣ＿Ｓ２．１及びＣ＿Ｓ２．２は、この動作モードにおける巻線の第２のグループ４３２の共振が動作周波数から大きく離れるように設けられる。その結果、作用するインピーダンスが高く、非常に小さな均等化電流しか流れることができなくなる。図５に示されるように、切り離された巻線の第２のグループ４３２のターンは、この動作モードにおいて、接続ポイント４６０で回路に接続され続け、その結果、それらは規定の電位を有し、電位差によって引き起こされる損傷が防止される。

【0099】

接続ノード４６０が３本の脚を有する星形の態様で示されている図５を参照して例示的な実施形態を記載したが、これは本発明のいかなる限定も構成しない。代替的な実施形態（図示せず）では、接続ノード４６０は、３つより多い脚又はビームを有する星形の様式で示されてもよく、３つの脚又はビームは図５に示されるように形成され、星形の接続ノードから発するこれらの３つの脚又はビームに関する各追加の脚又はビームは、接続ノードから、一定のターン数を有するインダクタンスに進み、その後、追加のスイッチング素子（図示せず）を介してこのインダクタンスに接続され、図５の接続ノード４６５に対応する接続ノードに接続されている。したがって、インダクタンスを選択的にオン又はオフに切り替えることによって、異なる巻線数を連続して設定することが可能である。加えて又は代替的に、複数のインダクタンスを互いに並列に接続して、並列に接続されたインダクタンスから形成される回路において効率的なインダクタンスを提供することができる。これにより、回路のインダクタンスをより細かく調整することができる。

【0100】

図示されていないこれらの例示的な実施形態では、電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムには、第１及び第２の端子と、複数の巻線と、複数のコンデンサと、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子と、を備える共振器回路が設けられており、共振器回路は、第１及び第２の端子を介して電源回路又は整流器に接続することができ、複数の巻線は、巻線の第１のグループと、巻線の第２のグループと、少なくとも巻線の第３のグループとに分けられ、巻線の各グループは、関連する巻線のグループに直列に接続される、複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサに関連付けられ、共振器回路は、巻線の第１のグループと、巻線の第２のグループと、少なくとも第３の巻線グループとを星形に接続する接続ノードをさらに備え、その結果、接続ノードは、第１に、巻線の第１のグループと巻線の第２のグループとの間に配置され、接続ノードは第１のスイッチング素子を介して第１の端子に接続され、第２に、接続ノードは、巻線の第１のグループと巻線の第３のグループとの間に配置され、巻線の第３のグループに関連するさらなる（第３の）スイッチング素子を介して第１の端子に接続され、接続ノードは、巻線の第１のグループを介して第２の端子に接続され、第２のスイッチング素子が巻線の第２のグループと第１の端子との間に配置され、巻線の第３のグループに関連するさらなるスイッチング素子が第１の端子に接続される。星形の接続ノードに接続される、関連するさらなる（第４の）スイッチング素子を有する巻線の第４のグループを設けることができ、接続ノードは、巻線の第１のグループと巻線の第４のグループとの間に配置され、巻線の第４のグループに関連するさらなる（第４の）スイッチング素子を介して第１の端子に接続される。これを所望に応じて継続することができ、概して、ｎ個（ｎ＞１）の巻線グループが設けられ、ここで、ｎ番目の巻線グループがｎ番目のスイッチング素子に関連付けられ、そして、ｎ番目の巻線グループが接続ノードに接続されて、接続ノードが巻線の第１のグループとｎ番目の巻線グループとの間に配置されかつｎ番目のスイッチング素子を介して第１の端子に接続されるように構成される。しかしながら、いずれの場合も、接続ノードは、巻線の第１のグループを介して第２の端子に接続され、接続ノードはさらに、第１のスイッチング素子を介して第１の端子に接続される。これは、例えば、３つの脚又はビームを有する星形接続ノード４６０又は４６５の場合には、２つの脚又はビームが、それぞれ、巻線グループ及びスイッチング素子によって形成される直列回路部に接続されるように形成されることを説明する。これは、３つの脚又はビームを有する星形接続ノードについて、２つの脚又はビームがそれぞれ直列回路部に接続されるか、あるいは一般に、ｎ個の脚又はビームを有する星形接続ノードについて、（ｎ－１）個の脚又はビームがそれぞれ直列回路部に接続されることを意味する。

【0101】

本発明のさらなる例示的な実施形態による、非接触型エネルギー伝送システムのための共振器回路５００の概略的な回路図が、図６を参照して示されている。共振器回路５００の概略的な回路図は、非接触型エネルギー伝送システムにエネルギーを供給するための電源回路（図示せず）又は整流回路（図示せず）に接続することができる２つの端子Ａ３及びＡ４を備える。

【0102】

図５に示す共振器回路４００と同様に、端子Ａ３及びＡ４は、入力フィルタ装置（図示せず）を下流に有することができ、この入力フィルタ装置は、図５に示す入力フィルタ装置４１０にしたがって構成することができる。

【0103】

さらに、図６の例では、巻線の第１のグループ５２２と巻線の第２のグループ５３２とによって提供される複数の巻線が設けられている。巻線の第１のグループ５２２がコンデンサＣ４及びＣ５に関連付けられ、巻線の第２のグループ５３２がコンデンサＣ３に関連付けられるように、複数のコンデンサがさらに設けられる。例示的な実施例では、コンデンサＣ４及びＣ５は巻線の第１のグループ５２２に直列に接続され、コンデンサＣ＿３は巻線の第２のグループ５３２に直列に接続される。

【0104】

共振器回路５００の概略的な回路図は、図６の例では、２つのスイッチング素子５４０及び５５０をされに備える。図示する実施形態では、スイッチング素子４４０及びスイッチング素子４５０のみが設けられており、これによって回路の複雑化が回避される。巻線の第１のグループ５２２と巻線の第２のグループ５３２との間には、スイッチング素子５４０を介して端子Ａ４に接続される接続ノード５６０が配置されている。接続ノード５６０はさらに、巻線の第１のグループ５２２を介して端子Ａ３に接続され、そして、スイッチング素子５５０が、巻線の第２のグループ５３２と端子Ａ４との間に配置される。また、接続ノード５６５を介してスイッチング素子５４０及びスイッチング素子５５０の各々が端子Ａ４に接続され、接続ノード５６５はスイッチング素子５４０とスイッチング素子５５０との間に配置されている。

【0105】

本明細書におけるいくつかの例示的な実施例では、２つのスイッチング素子５４０，５５０は、スイッチング素子５４０が閉じている限りは、スイッチング素子５５０が開くように構成される。この場合、スイッチング素子５５０は、スイッチング素子５４０が開いているときにのみ閉じられる。これにより、スイッチング素子５４０，５５０の構成が、これらの例示的な実施例において定められる。

【0106】

いくつかの例示的な実施形態では、巻線の第１のグループ５２２及び巻線の第２のグループ５３２を含む複数の巻線は、図２及び図３ａから図３ｄに関して上で記載したように、板状フェライトコア（図示せず）の上にハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルとして設けられる。ハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルに基づくコイル構造は、一次共振器装置及び二次共振器装置の互いに対する距離及び／又はオフセットが大きくても比較的大きな結合を可能にする。

【0107】

本発明の例示的な実施形態では、巻線のグループ５３２に関連するコンデンサＣ３は以下のように構成されており、即ち、巻線のグループ５３２と関連するコンデンサＣ３との接続により、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数よりも大きい共振周波数が得られるように構成され、一方、巻線の第１及び第２のグループ５２２，５３２と関連するコンデンサＣ３－Ｃ５との直列接続についての共振器回路４００の共振周波数は、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数に実質的に等しい共振周波数を有する。「実質的に（略）」という用語は、本明細書において、３０％未満、好ましくは１５％未満、より好ましくは１０％未満、例えば５％未満、又はさらに１％未満の逸脱を意味する。こうして、オフに切り替えられた巻線の第２のグループ５３２のターンのインピーダンスが高くなり、均等化電流が抑制される。

【0108】

共振器回路５００の各動作モードにおいて、共振器回路５００が非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数で共振状態に保たれることを達成することができる。例えば、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数は、良好なエネルギー伝送効率が得られる８０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲とすることができる。さらなる例では、巻線の第２のグループ５３２と関連するコンデンサＣ３とを合わせたものの共振周波数は、９０ｋＨｚよりも大きくすることができ、その結果、巻線の第２のグループ５３２と関連するコンデンサＣ３の相互接続の共振周波数は、非接触型エネルギー伝送システムの動作周波数から十分離れたものとなる。

【0109】

本発明のいくつかの例示的な実施形態では、巻線の第１のグループ５２２は、５ターンから２０ターンの範囲の第１のターン数を有することができ、巻線の第２のグループ５３２は、１ターンから１０ターンの範囲の第２のターン数を有することができる。ここで、第１のターン数は、第２のターン数よりも大きくすることができる。これにより、有利なエネルギー伝送効率を有するコンパクトな共振器回路が可能になる。

【0110】

例示的な実施例では、第１のターン数は、７ターンから１２ターンとすることができ、例えば、８ターン又は９ターン又は１０ターン又は１１ターンとすることができる。第２のターン数は、２ターンから６ターンとすることができ、例えば３ターン又は４ターン又は５ターンとすることができる。しかしながら、これは本発明の限定を構成するものではなく、第１のターン数及び第２のターン数に関し任意の数を考慮することができる。

【0111】

本明細書のいくつかの例示的な実施形態では、共振器回路５００は、電気車両（図示せず）を充電するための一次充電システム（図示せず）内の一次共振器装置であってよく、それによって有利な一次共振器装置を提供してもよく、あるいは、電気車両（図示せず）を充電するための二次充電システム（図示せず）内の二次共振器装置であってもよい。図５の文脈で説明される共振器回路４００は、以下でより詳細に説明されるように、相互インダクタンスの調整をもたらすが、共振周波数の調整は行われないか又は実質的に行われない。スイッチング素子のスイッチング構成にかかわらず、巻線はシステム内に磁気的に残存する。特に、図５に関する上述の説明からわかるように、巻線Ｌ２．１及びＬ２．２の並列構造設計は、特にスイッチング素子４５０が開いているときに「オフに切り替えられた」場合に、巻線Ｌ２．１及びＬ２．２における放熱損失を低減することができる。

【0112】

図６に示されるように、開スイッチング素子５５０を有する動作モードの場合、巻線の第２のグループ５３２の切り離されたターンは接続ポイント５６０で回路に接続され続け、その結果、それらは明確な電位を有し、電位差によって生じる損傷が防止される。

【0113】

接続ノード５６０が３つの脚を有する星形の態様で示されている図５を参照して例示的な実施形態を記載したが、これは本発明のいかなる限定も構成しない。代替的な実施形態（図示せず）では、接続ノード５６０は、３つより多い脚又はビームを有する星形の様式で示されてもよく、３つの脚又はビームは図５に示されるように形成され、このとき、星形の接続ノードから発するこれらの３つの脚又はビームに関する各追加の脚又はビームは、接続ノードから、一定のターン数を有するインダクタンスに進み、その後、追加のスイッチング素子（図示せず）を介してこのインダクタンスに接続され、図６の接続ノード５６５に対応する接続ノードに接続される。したがって、インダクタンスを選択的にオン又はオフに切り替えることによって、異なる巻線数を連続して設定することが可能である。加えて又は代替的に、複数のインダクタンスを互いに並列に接続して、並列に接続されたインダクタンスから形成される回路において効率的なインダクタンスを提供することができる。これにより、回路のインダクタンスをより細かく調整することができる。

【0114】

図示されていないこれらの例示的な実施形態では、電気車両を充電するための非接触型エネルギー伝送システムには、第１及び第２の端子と、複数の巻線と、複数のコンデンサと、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子とを備える共振器回路が設けられ、共振器回路は、第１及び第２の端子を介して電源回路又は整流器に接続することができ、複数の巻線は、巻線の第１のグループ及び巻線の第２のグループと、少なくとも巻線の第３のグループとに分けられ、各巻線グループは、関連する巻線グループに直列に接続される、複数のコンデンサのうちの少なくとも１つのコンデンサに関連付けられ、共振器回路は、巻線の第１のグループと、巻線の第２のグループと、少なくとも巻線の第３のグループとを星形に接続する接続ノードをさらに備え、その結果、接続ノードは、第１に、巻線の第１のグループと巻線の第２のグループとの間に配置され、接続ノードが第１のスイッチング素子を介して第１の端子に接続され、第２に、接続ノードは、巻線の第１のグループと巻線の第３のグループとの間に配置され、巻線の第３のグループに関連するさらなる（第３の）スイッチング素子を介して第１の端子に接続され、接続ノードは、巻線の第１のグループを介して第２の端子に接続され、第２のスイッチング素子が巻線の第２のグループと第１の端子との間に配置され、巻線の第３のグループに関連するさらなるスイッチング素子が第１の端子に接続される。星形の接続ノードに接続された関連するさらなる（第４の）スイッチング素子を有する巻線の第４のグループも設けることができ、これを星形の接続ノードに接続することができ、接続ノードは、巻線の第１のグループと巻線の第４のグループとの間に配置され、巻線の第４のグループに関連するさらなる（第４の）スイッチング素子を介して第１の端子に接続される。これを所望に応じて継続することができ、概して、ｎ個（ｎ＞１）の巻線グループが設けられ、ここで、ｎ番目の巻線グループがｎ番目のスイッチング素子に関連付けられ、そして、ｎ番目の巻線グループが接続ノードに接続されて、接続ノードが巻線の第１のグループとｎ番目の巻線グループとの間に配置されかつｎ番目のスイッチング素子を介して第１の端子に接続されるように構成される。しかしながら、いずれの場合も、接続ノードは、巻線の第１のグループを介して第２の端子に接続され、接続ノードはまた、第１のスイッチング素子を介して第１の端子に接続される。これは、例えば、３つの脚又はビームを有する星形接続ノード５６０及び／又は５６５の場合には、２つの脚又はビームが、それぞれ、巻線グループ及びスイッチング素子によって形成される直列回路部に接続されるように形成されることを説明する。これは、３つの脚又はビームを有する星形接続ノードについて、２つの脚又はビームがそれぞれ直列回路部に接続されるか、あるいは一般に、ｎ個の脚又はビームを有する星形接続ノードについて、（ｎ－１）個の脚又はビームがそれぞれ直列回路部に接続されることを意味する。

【0115】

図７を参照して、本発明の例示的な実施形態による非接触型エネルギー伝送システムにおける測定結果を示す。図７は、共振器装置のインダクタンス（図７の左縦軸）と一次及び二次共振器装置との間の結合（図７の横軸）との間の測定された関係と、共振器装置の相互インダクタンス（図７の右縦軸）と結合（図７の横軸）との間の関係をグラフで示す。相互インダクタンスＭの変化量は、図１ｆの比較例と比較すると、比較的小さな動作範囲に制限できることが分かる。

【0116】

また、図５に示す接続ノード４６０が３つ以上の脚を有する星形の態様で形成される実施形態（図示せず）では、より多数の巻線の分割を接続することができ、回路の相互インダクタンスＭも、多数のインダクタンスの並列接続で微調整できることが分かる。図７を参照すると、このことは、図７に示されている１つのステップが、いくつかのより小さなステップに置き換えられることを意味し、したがって、相互インダクタンスＭの変化量は、この場合、図７に示されているものよりもさらに小さな動作範囲に制限することができる。

【0117】

要約すると、大きなエアギャップ及び変化する結合条件を伴う伝送システムにおける相互インダクタンスの変化は、機能上重要な変数に関して補償される。いくつかの例示的な実施形態では、相互インダクタンス適応と大きな達成可能結合との組み合わせを有するハイブリッド二重Ｄソレノイドコイルシステムのさらなる利点が利用され、その結果、全ての動作ポイントにおいて大電力を効率的に伝送することができる。システムの機能を損なうことなく、又は大きな追加の損失を引き起こすことなく、共振器回路の特定のターン数を切り離すことを可能にし、相互インダクタンスの変化を制限する回路構造が提供された。本発明の例示的な実施形態では、非接触型エネルギー伝送のための共振器のコイルのコイル構造が可能であり、共振器間の結合に大きなばらつきがあるにもかかわらず、相互インダクタンス適応によって良好な効率が達成される。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図1e】

【図1f】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】