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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-08
(54)【発明の名称】誘導電力伝送送信機およびシステム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20240401BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023565197
(86)(22)【出願日】2022-04-14
(85)【翻訳文提出日】2023-12-12
(86)【国際出願番号】 IB2022053503
(87)【国際公開番号】W WO2022224092
(87)【国際公開日】2022-10-27
(31)【優先権主張番号】775066
(32)【優先日】2021-04-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】NZ
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523398961
【氏名又は名称】イントディバイス リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】ユ，リ ジュン
(72)【発明者】
【氏名】ハォ，ハォ
(57)【要約】
誘導電力伝送送信機であって：少なくとも１つのインバータを含むインバータサブ回路と、複数の構成要素を備える被調整回路と、を有し、前記構成要素は少なくとも、送信コイルと、インダクタとコンデンサとを備える第１の調整ネットワークと、第１の追加の構成要素を備える第２の調整ネットワークと、を有し、ここで、前記複数の構成要素は、前記被調整回路が：Ｋ係数の変動を補償するために前記送信コイルを通る電流を変化させることができるように、また、送信コイル電流とは無関係に前記インバータサブ回路からの出力電流を供給することができるように、配置されることを特徴とする、誘導電力伝送送信機。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘導電力伝送送信機であって：少なくとも１つのインバータを含むインバータサブ回路と、
複数の構成要素を備える被調整回路と、を有し、前記構成要素は少なくとも、
送信コイルと、
インダクタとコンデンサとを備える第１の調整ネットワークと、
第１の追加の構成要素を備える第２の調整ネットワークと、を有し、
ここで、前記複数の構成要素は、前記被調整回路が：
Ｋ係数の変動を補償するために前記送信コイルを通る電流を変化させることができるように、また、
送信コイル電流とは無関係に前記インバータサブ回路からの出力電流を供給することができるように、
配置されることを特徴とする、誘導電力伝送送信機。
【請求項2】
前記インバータサブ回路からの前記出力電流は、前記送信コイル電流とは異なることを特徴とする、請求項１に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項3】
前記インバータサブ回路からの前記出力電流は、前記送信コイル電流よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項4】
前記送信コイルから前記インバータを切り離す２つの前記調整ネットワークの結果として、前記インバータサブ回路から出力される電流が低減されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項5】
前記インバータサブ回路における電力損失が低減されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項6】
前記被調整回路はさらに、前記インバータサブ回路から前記送信コイルに供給される電力の力率を改善するための少なくとも１つのさらなる追加の構成要素を備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項7】
前記少なくとも１つのさらなる追加の構成要素は、前記力率を変化させるための可変構成要素であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項8】
前記可変構成要素は、可変コンデンサおよび／または可変インダクタであることを特徴とする、請求項７に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項9】
前記インダクタおよび／またはコンデンサおよび／または前記第１の追加の構成要素が、フィルタリングを供給するために前記被調整回路内に配置されることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項10】
前記被調整回路は、ＥＭＩ性能を改善するために、前記インバータサブ回路からの前記出力電流における高調波をフィルタ除去することができることを特徴とする、請求項９に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項11】
前記被調整回路は、送信コイルを通る電流の部分を変化させるための可変である可変構成要素を備えることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項12】
前記可変構成要素は、可変コンデンサおよび／または可変インダクタであることを特徴とする、請求項１１に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項13】
前記送信コイル、前記インダクタ、前記コンデンサ、および前記第１の追加の構成要素は、それぞれ、前記被調整回路の別個の分岐上に配置されることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項14】
前記インダクタは、前記インバータサブ回路の出力に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項15】
前記コンデンサは、前記インバータサブ回路の出力に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項16】
前記コンデンサが配置されている分岐が、前記インダクタが配置されている分岐と交差することを特徴とする、請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項17】
前記コンデンサ、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルは、並列に接続されることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項18】
前記インダクタ、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルは、並列に接続されることを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項19】
前記複数の構成要素は、前記被調整回路が前記送信コイルを通る電流を変化させてＫ係数の変動を補償することができるように、前記送信コイルが直列調整されるかのように前記被調整回路が改造されることができるように、前記被調整回路上に配置されることを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項20】
前記第１の調整ネットワークおよび前記第２の調整ネットワークは共に、Ｋ係数の変動を補償するために送信コイルを通る電流を変化させるための直列被調整回路のノートンおよびテベニン同等物であり、一方で、前記送信コイルから前記インバータを切り離すために、任意選択で前記送信コイルに並列な、１つまたは複数の構成要素を備えることを特徴とする、請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項21】
前記被調整回路は、ノートンの定理を適用して、前記インバータサブ回路の電圧によって供給される電圧源、前記インダクタおよび前記コンデンサの直列接続を電流源、前記インダクタおよび前記コンデンサの並列接続に変換し、電流源を前記送信コイルに供給する第１の調整ネットワークの外観を生成することと、
テブニンの定理を適用して、前記電流源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの並列接続を電圧源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの直列接続に変換し、その結果、前記送信コイルが直列調整されるように見えることと、
によって、改造されることができることを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項22】
前記インダクタおよび前記コンデンサは、前記第１の調整ネットワークが前記送信コイルに前記電流源を供給するように見えるように、前記インダクタおよび前記コンデンサの合成インピーダンスが開回路構成要素の外観を生成するように、前記インダクタの絶対リアクタンスが前記コンデンサの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスをそれぞれ有することを特徴とする、請求項２１に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項23】
前記第１の調整ネットワークはさらに、第２のインダクタを備えることを特徴とする、請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項24】
前記第２のインダクタは前記インバータサブ回路の出力に配置され、前記第２のインダクタは前記第１のインダクタの分岐とは別個の分岐に配置されることを特徴とする、請求項２３に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項25】
前記コンデンサの分岐は、一端において前記第１のインダクタの分岐と交差し、他端において前記第２のインダクタの分岐と交差することを特徴とする、請求項２４に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項26】
前記被調整回路は、ノートンの定理を適用して、前記インバータサブ回路の電圧によって供給される電圧源、前記第１のインダクタ、前記第２のインダクタおよび前記コンデンサの直列接続を電流源、前記第１のインダクタ、前記第２のインダクタおよび前記コンデンサの並列接続に変換し、前記インダクタおよび前記コンデンサは、前記第１の調整ネットワークが前記送信コイルに前記電流源を供給するように見えるように、前記インダクタおよび前記コンデンサの合成インピーダンスが開回路構成要素の外観を生成するように、前記インダクタの合成絶対リアクタンスが前記コンデンサの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスをそれぞれ有することと、
テブニンの定理を適用して、前記電流源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの並列接続を電圧源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの直列接続に変換し、その結果、前記送信コイルが直列調整されるように見えることと、
によって、改造されることができることを特徴とする、請求項２３ないし２５のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項27】
前記第１の調整ネットワークはさらに、第２のコンデンサを備えることを特徴とする、請求項１ないし２１のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項28】
前記第２のコンデンサは前記インバータサブ回路の出力に配置され、前記第２のコンデンサは前記第１のコンデンサの分岐とは別個の分岐に配置されることを特徴とする、請求項２７に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項29】
前記インダクタの分岐は、一端において前記第１のコンデンサの分岐と交差し、他端において前記第２のコンデンサの分岐と交差することを特徴とする、請求項２８に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項30】
前記被調整回路は、ノートンの定理を適用して、前記インバータサブ回路の電圧によって供給される電圧源、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサおよび前記インダクタの直列接続を電流源、前記第１のコンデンサ、前記第２のコンデンサおよび前記インダクタの並列接続に変換し、前記インダクタおよび前記コンデンサは、前記第１の調整ネットワークが前記送信コイルに前記電流源を供給するように見えるように、前記インダクタおよび前記コンデンサの合成インピーダンスが開回路構成要素の外観を生成するように、前記コンデンサの合成絶対リアクタンスが前記インダクタの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスをそれぞれ有することと、
テブニンの定理を適用して、前記電流源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの並列接続を電圧源、前記第１の追加の構成要素、および前記送信コイルの直列接続に変換し、その結果、前記送信コイルが直列調整されるように見えることと、
によって、改造されることができることを特徴とする、請求項２７ないし２９のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項31】
前記被調整回路はさらに、第２の追加の構成要素を備えることを特徴とする、請求項１３ないし１６のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項32】
前記第２の追加の構成要素は、前記コンデンサが配置される分岐と交差する分岐上に配置されることを特徴とする、請求項３１に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項33】
前記第２の追加の構成要素は、前記インダクタが配置される分岐と交差する分岐上に配置されることを特徴とする、請求項３１に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項34】
前記第１の追加の構成要素が配置されている分岐が、前記第２の追加の構成要素が配置されている分岐と交差することを特徴とする、請求項３１ないし３３のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項35】
送信コイルが配置されている分岐が、前記第１の追加の構成要素が配置されている分岐と交差することを特徴とする、請求項３１ないし３４のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項36】
前記被調整回路はさらに、第３の追加の構成要素を備えることを特徴とする、請求項１ないし３５のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項37】
前記第３の追加の構成要素は、前記第２の追加の構成要素の分岐とは別個の分岐上に配置され、前記第３の追加の構成要素の分岐は、一端において前記コンデンサの分岐と交差し、他端において前記第１の追加の構成要素の分岐と交差することを特徴とする、請求項３６に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項38】
前記第３の追加の構成要素は、前記第２の追加の構成要素の分岐とは別個の分岐上に配置され、前記第３の追加の構成要素の分岐は、一端において前記インダクタの分岐と交差し、他端において前記第１の追加の構成要素の分岐と交差することを特徴とする、請求項３６に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項39】
前記第１のインダクタと、前記第２のインダクタと、
前記コンデンサと、
前記第１の追加の構成要素と、
前記第２の追加の構成要素と、
前記第３の追加の構成要素と、
のうちの一つ以上は、任意の組み合わせで、調整可能であるかまたは固定されることを特徴とする、請求項１ないし３８のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項40】
前記第１の追加の構成要素は、コンデンサ、および／またはインダクタ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせであることを特徴とする、請求項１ないし３９のいずれか一項に記載の誘導電力伝送送信機。
【請求項41】
前記第２の追加の構成要素は、インダクタ、および／またはコンデンサ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせであることを特徴とする、請求項１ないし４０のいずれか一項にコンデンサの誘導電力伝送送信機。
【請求項42】
前記第３の追加の構成要素は、インダクタ、および／またはコンデンサ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせであることを特徴とする、請求項１ないし４１のいずれか一項にコンデンサの誘導電力伝送送信機。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘導電力伝送送信機、誘導電力伝送システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
誘導電力伝送は、物理的接続または有線接続を伴わない電気エネルギーの伝送である。典型的な誘導電力伝送システムは電磁場を発生する誘導電力伝送送信機またはプライマリ装置を含み、これは、空間を横切る電力を誘導電力伝送受信機またはセカンダリ装置に伝送するために使用され、この装置は電磁場から電力を抽出し、これを負荷に供給する。典型的な誘導電力伝送送信機は、電源によって駆動され、インバータと、プライマリ調整ネットワークと、プライマリコイルとを備える。典型的な誘導電力伝送受信機は、セカンダリコイルと、セカンダリ調整ネットワークと、整流器と、負荷とを備える。
【0003】
このシステムは、磁場を使用して、プライマリコイルからセカンダリコイルに電力を無線で伝達する。磁場は、プライマリコイルにＡＣ電流を入力することによって生成される。セカンダリコイルは、プライマリコイルによって生成される磁場内に配置されると、接続された負荷を駆動または給電するために、その端子間にＡＣ電圧を生成する。誘導電力伝送は有線およびバッテリの使用を排除することができ、したがって、電子デバイスのモビリティ、利便性、および安全性を高める。
【0004】
本明細書において、特許明細書、他の外部文書、または他の情報源について言及した場合、これは、一般に、本発明の特徴を議論するための文脈を提供することを目的とする。特に明記しない限り、そのような外部文書への言及は、そのような文書またはそのような情報源がいかなる法域においても、先行技術であるか、または当技術分野における共通の一般的知識の一部を形成することの承認として解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【0005】
本発明の少なくともいくつかの好ましい実施形態の目的は、ワイヤレス電力送信機およびシステムを提供すること、および／または公衆に有用な代替手段を少なくとも提供することである。
【0006】
一態様では、本発明は、誘導電力伝送送信機であって：少なくとも１つのインバータを含むインバータサブ回路と、複数の構成要素を備える被調整（同調された）回路と、を有し、前記構成要素は少なくとも、送信コイルと、インダクタとコンデンサとを備える第１の調整ネットワークと、第１の追加の構成要素を備える第２の調整ネットワークと、を有し、ここで、前記複数の構成要素は、前記被調整回路が：Ｋ係数の変化を補償するために前記送信コイルを通る電流を変化させることができるように、また、送信コイル電流とは無関係に前記インバータサブ回路からの出力電流を供給することができるように、配置されることを特徴とする、誘導電力伝送送信機である。
【0007】
任意選択的に、インバータサブ回路からの出力電流は、送信コイル電流とは異なる。
【0008】
任意選択的に、インバータサブ回路からの出力電流は、送信コイル電流よりも小さい。
【0009】
任意選択的に、インバータサブ回路における電力損失が低減される。
【0010】
また、記載されるように、
・ 第１の追加の構成要素
・ インダクタ
・ コンデンサ
のうちの一つ以上は、インバータサブ回路出力電流に加えて送信コイル電流のための電流の流れを供給し、送信コイルに十分な電流を供給するように、被調整回路内に配置される。
・ 第１の追加の構成要素
・ インダクタ
・ コンデンサ
のうちの一つ以上は、インバータサブ回路出力電流に加えて送信コイル電流のための電流の流れを供給し、送信コイルに十分な電流を供給するように、被調整回路内に配置される。
【0011】
また、記載されるように、第１の追加の構成要素は、送信コイルに十分な電流を供給するために、インバータサブ回路出力電流に加えて、送信コイルに電流源を供給するために、送信コイルに並列である。
【0012】
また、記載されるように、インダクタおよび／またはコンデンサは、送信コイルに十分な電流を供給するために、インバータサブ回路出力電流に加えて、送信コイルに電流源を供給するために、送信コイルに並列である。
【0013】
また、記載されるように、インバータサブ回路からの出力電流は送信コイル電流よりも小さく、第１の追加の構成要素および／またはインダクタおよび／またはコンデンサによって供給される電流の流れは、送信コイル電流とインバータサブ回路からの出力電流との間の差に等しい電流を供給することによって、電流補償を供給する。
【0014】
任意選択的に、被調整回路はさらに、インバータサブ回路から送信コイルに供給される電力の力率を改善するための少なくとも１つのさらなる追加の構成要素を備える。
【0015】
任意選択的に、前記少なくとも１つのさらなる追加の構成要素は、力率を変化させるための可変構成要素である。
【0016】
任意選択的に、可変構成要素は、可変コンデンサおよび／または可変インダクタである。
【0017】
任意選択的に、インダクタおよび／またはコンデンサおよび／または第１の追加の構成要素は、被調整回路内に配置されてフィルタリングを供給する。
【0018】
任意選択的に、被調整回路は、ＥＭＩ性能を改善するために、インバータサブ回路からの出力電流における高調波をフィルタ除去することができる。
【0019】
任意選択的に、可変構成要素は、可変コンデンサおよび／または可変インダクタである。
【0020】
任意選択的に、被調整回路は、送信コイルを通る電流の部分を変化させるための可変である可変構成要素を備える。
【0021】
任意選択的に、可変構成要素は、可変コンデンサおよび／または可変インダクタである。
【0022】
任意選択的に、送信コイル、インダクタ、コンデンサ、および第１の追加の構成要素は、それぞれ、被調整回路の別個の分岐上に配置される。
【0023】
任意選択的に、インダクタは、インバータサブ回路の出力に配置される。
【0024】
任意選択的に、コンデンサは、インバータサブ回路の出力に配置される。
【0025】
任意選択的に、コンデンサが配置された分岐は、インダクタが配置された分岐と交差する。
【0026】
任意選択的に、コンデンサ、第１の追加の構成要素、および送信コイルは、並列に接続される。
【0027】
任意選択的に、インダクタ、第１の追加の構成要素、および送信コイルは、並列に接続される。
【0028】
任意選択的に、複数の構成要素は、被調整回路がＫ係数の変化を補償するために、被調整回路が送信コイルを通る電流を変化させることができるように、送信コイルが直列調整されるかのように、被調整回路を改造することができるように、被調整回路上に配置される。
【0029】
任意選択的に、第１の調整ネットワークおよび第２の調整ネットワークは共に、直列被調整回路のノートンおよびテベニン同等物であり、Ｋ係数変化を補償するために送信コイルを通る電流を変化させ、一方で、任意選択的に送信コイルに並列である１つまたは複数の構成要素を備え、送信コイルからインバータを切り離す。
【0030】
任意選択的に、被調整回路は、ノートンの定理を適用して、電圧源（インバータサブ回路の電圧によって供給される）、インダクタおよびコンデンサの直列接続電流源、インダクタおよびコンデンサの並列接続に変換し、電流源を送信コイルに供給する第１の調整ネットワークの外観を生成することと、テブニンの定理を適用して、電流源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの並列接続を電圧源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの直列接続に変換し、その結果、送信コイルが直列調整されるように見えることと、によって、改造されることができる。
【0031】
任意選択的に、インダクタおよびコンデンサはそれぞれ、インダクタの絶対リアクタンスがコンデンサの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスを有し、その結果、インダクタおよびコンデンサの合成インピーダンスは、第１の調整ネットワークが電流源を送信コイルに供給するように見えるように、開回路構成要素の外観を生成する。
【0032】
任意選択的に、第１の調整ネットワークはさらに、第２のインダクタを備える。
【0033】
任意選択的に、第２のインダクタはインバータサブ回路の出力に配置され、第２のインダクタは第１のインダクタの分岐とは別個の分岐に配置される。
【0034】
任意選択的に、コンデンサの分岐は、一端において第１のインダクタの分岐と交差し、他端において第２のインダクタの分岐と交差する。
【0035】
任意選択的に、被調整回路は、ノートンの定理を適用して、電圧源（インバータサブ回路の電圧によって供給される）、第１のおよび第２のインダクタおよびコンデンサの直列接続を電流源、第１のおよび第２のインダクタおよびコンデンサの並列接続に変換し、インダクタおよびコンデンサは、インダクタとコンデンサの合成絶対リアクタンスがコンデンサの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスをそれぞれ有し、その結果、インダクタおよびコンデンサの合成インピーダンスは、第１の調整ネットワークが送信コイルに前記電流源を供給するように見えるように、開回路構成要素の外観を生成することと、テブニンの定理を適用して、電流源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの並列接続を電圧源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの直列接続に変換し、その結果、送信コイルが直列調整されるように見えることと、によって、改造されることができる。
【0036】
任意選択的に、第１の調整ネットワークはさらに、第２のコンデンサを備える。
【0037】
任意選択的に、第２のコンデンサはインバータサブ回路の出力に配置され、第２のコンデンサは第１のコンデンサの分岐とは別個の分岐に配置される。
【0038】
任意選択的に、インダクタの分岐は一端において第１のコンデンサの分岐と交差し、他端において第２のコンデンサの分岐と交差する。
【0039】
任意選択的に、被調整回路は、ノートンの定理を適用して、電圧源（インバータサブ回路の電圧によって供給される）、第１のおよび第２のコンデンサおよびインダクタの直列接続を電流源、第１のおよび第２のコンデンサおよびインダクタの並列接続に変換し、インダクタおよびコンデンサは、コンデンサの合成絶対リアクタンスがインダクタの絶対リアクタンスと実質的に同じであるような絶対リアクタンスをそれぞれ有し、その結果、インダクタおよび前記コンデンサの合成インピーダンスは、第１の調整ネットワークが送信コイルに電流源を供給するように見えるように、開回路構成要素の外観を生成することと、テブニンの定理を適用して、電流源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの並列接続を電圧源、第１の追加の構成要素、および送信コイルの直列接続に変換し、その結果、送信コイルが直列調整されるように見えることと、によって、改造されることができる。
【0040】
任意選択的に、被調整回路はさらに、第２の追加の構成要素を備える。
【0041】
任意選択的に、第２の追加の構成要素は、コンデンサが配置される分岐と交差する分岐上に配置される。
【0042】
任意選択的に、第２の追加の構成要素は、インダクタが配置される分岐と交差する分岐上に配置される。
【0043】
任意選択的に、第１の追加の構成要素が配置されている分岐は、第２の追加の構成要素が配置されている分岐と交差する。
【0044】
任意選択的に、送信コイルが配置されている分岐は、第１の追加の構成要素が配置されている分岐と交差する。
【0045】
任意選択的に、被調整回路はさらに、第３の追加の構成要素を備える。
【0046】
任意選択的に、第３の追加の構成要素は、第２の追加の構成要素の分岐とは別個の分岐に配置され、第３の追加の構成要素の分岐は、一端においてコンデンサの分岐と交差し、他端において第１の追加の構成要素の分岐と交差する。
【0047】
任意選択的に、第３の追加の構成要素は、第２の追加の構成要素の分岐とは別個の分岐に配置され、第３の追加の構成要素の分岐は、一端においてインダクタの分岐と交差し、他端において第１の追加の構成要素の分岐と交差する。
【0048】
任意選択的に、
・ 第１のインダクタと、
・ 第２のインダクタと、
・ コンデンサと、
・ 第１の追加の構成要素と、
・ 第２の追加の構成要素と、
・ 第３の追加の構成要素と、
のうちの一つ以上は、任意の組み合わせで、調整可能であるかまたは固定される。
・ 第１のインダクタと、
・ 第２のインダクタと、
・ コンデンサと、
・ 第１の追加の構成要素と、
・ 第２の追加の構成要素と、
・ 第３の追加の構成要素と、
のうちの一つ以上は、任意の組み合わせで、調整可能であるかまたは固定される。
【0049】
任意選択的に、第１の追加の構成要素は、コンデンサ、および／またはインダクタ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせである。
【0050】
任意選択的に、第２の追加の構成要素は、インダクタ、および／またはコンデンサ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせである。
【0051】
任意選択的に、第３の追加の構成要素は、インダクタ、および／またはコンデンサ、および／または１つまたは複数のコンデンサと１つまたは複数のインダクタとの組み合わせである。
【0052】
本明細書において、「高電力用途」とは、高電力定格の用途（誘導電力伝送方式の用途）を意味するものである。この高電力定格は例えば、約１０ｋＷ以上であり得る。
【0053】
本明細書において、「低電力用途」とは、低電力定格の用途（誘導電力伝送方式の用途）を意味する。この低電力定格は例えば、約１０ｋＷ以下であり得る。
【0054】
本明細書において、「電気自動車の無線充電」とは、産業上／商業上の使用に適した十分な大きさの電気自動車の無線充電に関する。これは、本明細書で説明する誘導電力伝送システムとは異なる設計考慮事項を有しても有しなくてもよい電気自動車の家庭内ワイヤレス充電とは異なる。
【0055】
「コンデンサ」という用語は、当技術分野でよく理解されている用語である。しかしながら、本明細書では、「コンデンサ」は、容量性リアクタンスを有する任意の構成要素を指し得る。「コンデンサ」はまた、構成要素の組み合わせの正味リアクタンスが容量性であるように配置された構成要素の任意の組み合わせ（任意のコンデンサを含んでも含まなくてもよい）を指し得、したがって、コンデンサに改造され得る。非限定的な例は、１つまたは複数のコンデンサと、コンデンサと電気的に等価である１つまたは複数のインダクタとの組み合わせであり得る。
【0056】
用語「インダクタ」は、当技術分野でよく理解されている用語である。しかしながら、本明細書では、「インダクタ」は、誘導性リアクタンスを有する任意の構成要素も指し得る。「インダクタ」はまた、構成要素の組み合わせの正味リアクタンスが誘導性であり、したがって、インダクタに改造され得るように配置された構成要素の任意の組み合わせ（任意のインダクタを含んでも含まなくてもよい）を指し得る。非限定的な例は、１つまたは複数のコンデンサと、インダクタと電気的に等価である１つまたは複数のインダクタとの組み合わせであり得る。
【0057】
本明細書では、「ＬＣＬ同調」という用語は、誘導電力伝送システムのプライマリ／送信コイルならびにセカンダリ／受信コイルに適用することができる同調のタイプを指す。プライマリ／送信コイルのＬＣＬ調整の実施例が図２Ｃに示されており、「ＬＣＬ」における第１の「Ｌ」はブロック１が正味の誘導性リアクタンスを有し、「ＬＣＬ」における「Ｃ」は正味の容量性リアクタンスを有するブロック２を指し、「ＬＣＬ」における第２の「Ｌ」は、（プライマリ／送信コイルのインダクタンスによって供給される）正味の誘導性リアクタンスを有するブロック３を指す。ブロック１～３のそれぞれのリアクタンスは、絶対値が同じであることが望ましい。例えば、ブロック１および３はそれぞれ、＋Ｘの誘導性リアクタンスを有し、ブロック２は－Ｘの容量性リアクタンスを有する。ブロック１および３は、必要に応じて、直列コンデンサを有することができるが、ブロック１および３は、両方ともコンデンサを有するにもかかわらず、正味の誘導性リアクタンスを有するべきである。
【0058】
本明細書では、「直列調整」／「ＬＣ直列調整」という用語は、誘導電力伝送システムのプライマリ／送信コイルならびにセカンダリ／受信コイルに適用することができる調整のタイプを指す。
【0059】
以下に説明される誘導電力伝送システムは様々な用途で使用することができるが、誘導電力伝送システム（説明される実施形態および誘導電力伝送システムを構成するサブ回路を含む）は例えば、（家庭環境に対して）産業／商業環境における電気自動車のワイヤレス充電を含む、高電力用途を有するように設計されていることに留意されたい。そのような設計はたとえ電子回路が回路図上で同様に見える場合でも、より低い電力用途（例えば、携帯電話などの電子デバイスのワイヤレス充電など）のみを有する誘導電力伝送システムとは区別されるべきである。高電力用途を有する誘導電力伝送システムは、低電力用途を有する誘導電力伝送システムを設計するときには適用可能でない特定の設計上の考慮事項を有する。例えば、高電力用途を有する誘導電力伝送システムは熱放散および電力効率に関して著しく大きな問題を有し、少なくとも場合によっては、当業者に知られている技術を使用して十分に対処することができない。これらの特定の設計上の考慮事項（およびそれらのそれぞれの解決策）のいくつかは、詳細な説明において後に論じられる。
【0060】
本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語、および「の少なくとも一部からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ ｐａｒｔ ｏｆ）」について。本明細書中の各記述を解釈し、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を含む独立請求項を示す場合、その用語またはその用語の前に置かれた特徴以外の特徴も存在し得る。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連する用語は、同じように解釈されるべきである。
【0061】
本明細書に開示される数字の範囲（例えば、１～１０）への言及はまた、その範囲内のすべての合理的な数字（例えば、１、１．１、２、３、３．９、４、５、６、６．５、７、８、９および１０）への言及、ならびにその範囲内の任意の合理的な数字の範囲（例えば、２～８、１．５～５．５および３．１～４．７）への言及も包含し、したがって、本明細書に明示的に開示されるすべての範囲のすべての部分範囲が本明細書に明示的に開示される。これらは具体的に意図されたもの実施例に過ぎず、列挙された最低値と最高値との間の数値の全ての可能な組み合わせは同様の方法で本出願において明示的に記載されていると考えられる。
【0062】
本発明はまた、本出願の明細書において個々にまたは集合的に言及または示される部分、要素および特徴、ならびに任意の２つ以上の前記部分、要素または特徴の任意のまたはすべての組み合わせからなると広く言及され得、本発明が関連する技術分野において既知の均等物を有する特定の整数が本明細書において言及される場合、そのような既知の均等物は、あたかも個々に記載されるように本明細書に組み込まれるとみなされる。
【0063】
実施形態は、以下の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】誘導電力伝送システムの概要を示す。
【図2A】異なるタイプのインバータを示す。
【図2B】異なるタイプのインバータを示す。
【図2C】異なる種類のＬＣＬ調整を示す。
【図3A】誘導電力伝送送信機側の異なる種類の被調整回路を示す。
【図3B】誘導電力伝送送信機側の異なる種類の被調整回路を示す。
【図4A】誘導電力伝送受信機側の異なる種類の被調整回路を示す。
【図4B】誘導電力伝送受信機側の異なる種類の被調整回路を示す。
【図5A】一般化されたセカンダリ側を示す。
【図5B】一般化されたセカンダリ側を示す。
【図6A】誘導電力伝送送信機の概要を示す。
【図6B】誘導電力伝送送信機の概要を示す。
【図6C】誘導電力伝送送信機の第１の一般的な実施形態を示す。
【図6D】誘導電力伝送送信機の第２の一般的な実施形態を示す。
【図7】被調整回路の第１の一般的な実施形態の第１の例示的な実施形態を示す。
【図10】被調整回路の第１の一般的な実施形態の第２の例示的な実施形態を示す。
【図11】被調整回路の第１の一般的な実施形態の第３の例示的な実施形態を示す。
【図12A】被調整回路の第１の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークの例示的な実施形態を示す。
【図12B】被調整回路の第２の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークの例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0065】
〔１． 誘導電力伝送システムの概要〕
誘導電力伝送システムの概要は最初に、本明細書に記載される本発明に背景情報を提供するために提供される。以下に説明される誘導電力伝送システムは様々な用途で使用することができるが、誘導電力伝送システム（説明される実施形態および誘導電力伝送システムを構成するサブ回路を含む）は例えば、（家庭環境に対して）産業／商業環境における電気自動車のワイヤレス充電を含む、高電力用途を有するように設計されていることに留意されたい。そのような設計はたとえ電子回路が回路図上で同様に見える場合でも、より低電力の用途（例えば、携帯電話などの電子デバイスのワイヤレス充電など）のみを有する誘導電力伝送システムとは区別されるべきである。高電力用途を有する誘導電力伝送システムは、低電力用途を有する誘導電力伝送システムを設計するときには適用可能でない特定の設計上の考慮事項を有する。例えば、高電力用途を有する誘導電力伝送システムは熱放散および電力効率に関して著しく大きな問題を有し、少なくとも場合によっては、当業者に知られている技術を使用して十分に対処することができない。これらの特定の設計上の考慮事項（およびそれらのそれぞれの解決策）のいくつかは、詳細な説明において後に論じられる。
誘導電力伝送システムの概要は最初に、本明細書に記載される本発明に背景情報を提供するために提供される。以下に説明される誘導電力伝送システムは様々な用途で使用することができるが、誘導電力伝送システム（説明される実施形態および誘導電力伝送システムを構成するサブ回路を含む）は例えば、（家庭環境に対して）産業／商業環境における電気自動車のワイヤレス充電を含む、高電力用途を有するように設計されていることに留意されたい。そのような設計はたとえ電子回路が回路図上で同様に見える場合でも、より低電力の用途（例えば、携帯電話などの電子デバイスのワイヤレス充電など）のみを有する誘導電力伝送システムとは区別されるべきである。高電力用途を有する誘導電力伝送システムは、低電力用途を有する誘導電力伝送システムを設計するときには適用可能でない特定の設計上の考慮事項を有する。例えば、高電力用途を有する誘導電力伝送システムは熱放散および電力効率に関して著しく大きな問題を有し、少なくとも場合によっては、当業者に知られている技術を使用して十分に対処することができない。これらの特定の設計上の考慮事項（およびそれらのそれぞれの解決策）のいくつかは、詳細な説明において後に論じられる。
【0066】
図１は、電力入力１０から電力を無線で伝送して負荷１２に電力を供給する誘導電力伝送システム１の概要を示す。誘導電力伝送システムは、誘導電力伝送送信機３５（「プライマリ装置」、「送信機回路」、「送信機側」、「送信機モジュール」とも呼ばれる）と、誘導電力伝送受信機３６（「セカンダリ装置」、「受信機回路」、「受信機側」、「受信機モジュール」とも呼ばれる）とを備える。誘導電力伝送送信機３５は、電力を無線で伝送する誘導電力伝送システム１の部分である。誘導電力伝送受信機３６は、電力を無線で受信する誘導電力伝送システム１の部分である。
【0067】
まず、誘導電力伝送送信機３５を参照する。誘導電力伝送送信機３５内の誘導電力伝送システム１は、電力入力１０を備える。電力入力１０は、電圧および／または電流入力とすることができる。例えば、電力入力１０は、力率補正（ＰＦＣ）ユニット、ＤＣ－ＤＣ変換器、バッテリ、または他の種類のＤＣ源から生成され得るＤＣ電圧を供給することができる。誘導電力伝送送信機３５内の誘導電力伝送システム１はまた、電力入力の直流を交流出力に変換するために使用されるインバータサブ回路１４を備える。インバータサブ回路１４は少なくとも１つのインバータを含むが、２つ以上であってもよい。インバータサブ回路１４を構成するインバータは、ハーフブリッジ（図２Ａ）、フルブリッジ（図２Ｂ）、別のスイッチング機構、または上記の組み合わせとすることができる。インバータサブ回路１４は、モジュール式スタンドアロン構成要素と考えることができる。電力入力がすでに交流電流を有する場合、インバータサブ回路１４は不要であることを当業者は理解するであろう。誘導電力伝送送信機３５内の誘導電力伝送システム１はまた、電力を無線で伝送するために使用されるプライマリコイル１８（「送信コイル」と交換可能）を備える。プライマリコイル１８は直列または並列に組み合わされた複数のコイルを有する可能性があるが、「プライマリコイル１８」と総称されてもよい。プライマリコイル１８は、プライマリコイル１８および調整サブ回路２０が被調整回路２２を形成するように、調整サブ回路２０によって調整される。被調整回路２２は、モジュール式であると考えることができる。被調整回路２２は、調整サブ回路２０がプライマリコイル１８を調整するコンデンサを有する直列被調整回路（例えば、図３Ａ）であってもよい。あるいは、被調整回路２２は、調整サブ回路２０が調整を供給するコンデンサを有する（並列）ＬＣ被調整回路であってもよい。ただし、被調整回路２２はＬＣＬ被調整回路であることが好ましい（例えば、図３Ｂ）。ＬＣＬ被調整回路２２において、調整サブ回路２０は、ＬＣＬ被調整回路となるプライマリコイル１８のためのコンデンサおよびインダクタを供給する。ＬＣＬ被調整回路２２に使用されるコンデンサは、調整サブ回路２０によって供給される。プライマリコイル１８に加えて、ＬＣＬ調整２２に使用されるインダクタは、調整サブ回路２０によって供給され得る。
【0068】
ここで、誘導電力伝送受信機３６を参照する。誘導電力伝送受信機３６内の誘導電力伝送システム１もまた、プライマリコイル１８から無線で伝送された電力を受信するためのセカンダリコイル２４（「受信コイル」と交換可能）を備える。セカンダリコイル２４は直列または並列に組み合わされた複数のコイルを有する可能性があるが、「セカンダリコイル２４」と総称されてもよい。プライマリコイル１８と同様に、セカンダリコイル２４は、調整サブ回路２６によって調整されて、被調整回路２８を形成する。被調整回路２８は、モジュール式であると考えることができる。被調整回路２８は、調整サブ回路２６が調整を供給するためのインダクタおよびコンデンサを有するＬＣＬ被調整回路（例えば、図４Ａ）であってもよい。あるいは、被調整回路２８は、調整サブ回路２６が調整を供給するコンデンサを有する（並列）ＬＣ被調整回路であってもよい。ただし、被調整回路２８は直列被調整回路であることが好ましい（例えば、図４Ｂ）。直列被調整回路２８では、直列調整されるべきセカンダリコイル２４のためのコンデンサを供給するのは調整サブ回路２６である。誘導電力伝送システム１はまた、誘導電力伝送受信機３６内に、交流入力を直流出力に変換するための整流器サブ回路３２を備える。整流器サブ回路３２は、モジュール式であると考えることができる。誘導電力伝送システム１はまた、誘導電力伝送受信機３６内に負荷１２を備える。当業者は、負荷１２に直流電流を供給することが望ましい状況において、整流器サブ回路３２を有することが望ましいことを理解するであろう。
【0069】
〔１．１ 電力伝送および位置合わせ〕
本発明がその一部を形成し得るような誘導電力伝送システム１は、電気エネルギーが物理的接触なしで伝達されることを可能にする。誘導電力伝送システム１は、負荷１２での受信のために一定の出力を生成するように動作することができるべきである。例えば、これは、電気自動車のワイヤレス充電などの適用のための良好なユーザエクスペリエンスを達成するためであり得る。
本発明がその一部を形成し得るような誘導電力伝送システム１は、電気エネルギーが物理的接触なしで伝達されることを可能にする。誘導電力伝送システム１は、負荷１２での受信のために一定の出力を生成するように動作することができるべきである。例えば、これは、電気自動車のワイヤレス充電などの適用のための良好なユーザエクスペリエンスを達成するためであり得る。
【0070】
本実施形態ではより詳細に説明されるように、これはセカンダリ装置３６の変化に応答して、プライマリ装置がプライマリコイル１８から供給する電力を制御することを含む。例えば、そのような変化は、プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の特定の量の不整合、および／またはセカンダリ装置３６に接続された負荷１２の変化に関連し得る。
【0071】
誘導電力伝送システム１は、プライマリコイル１８およびセカンダリコイル２４が適切に位置合わせされたときに最適に電力を伝送する。位置合わせは、セカンダリコイル２４がプライマリコイル１８によって生成される電磁場の最も強い部分内にあるようなものである。プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間のいかなる不整合も、プライマリ装置３５からセカンダリ装置３６への最適よりも低い電力伝達につながる可能性がある。
【0072】
不整合は、送信機３５と受信機３６との間の距離が十分に近くないこと、および／または送信機３５と受信機３６との間の方位が正しくないことを指し得る。例えば、プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の不整合は例えば、電気自動車がその負荷に応じて異なる地上クリアランスを有することがあり、または電気自動車内に位置するセカンダリコイル２４が、電気自動車が充電される度にプライマリコイル１８と良好に位置合わせされるように駐車することが困難であることがあるため、生じ得る。別の例として、不整合が生じるように、送信機３５と受信機３６との間に傾斜があることもある。
【0073】
プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の不整合は、プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の磁気結合係数（ｋ係数）を変化させ得る。結合係数ｋの変化は、その後、セカンダリ装置３６における電力を変化させ得る。ｋの変化は、ワイヤレス電力伝送システムの電力レベルおよび効率の両方に影響を及ぼす。
【0074】
例えば、セカンダリコイル２４および出力における電力は例えば、プライマリコイル１８およびセカンダリコイル２４がより良好に位置合わせされるにつれて、磁気結合の値が増加するにつれて増加する。他の例では、異なるタイプの調整を使用して、セカンダリコイル２４における電力は、結合係数ｋ（「磁気結合係数」とも呼ばれる）が増加するにつれて減少し得る。
【0075】
誘導電力伝送システムは、広範囲の結合係数ｋおよび負荷条件にわたって動作する。結合係数ｋの変化はプライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の物理的な不整合に起因するが、これは各電荷に対して送信コイル１８と受信機コイル２４との両方を完全に位置合わせさせることが困難であり、車両の地上クリアランスは荷重およびタイヤ圧力に応じて変化するからである。典型的には、磁気結合係数（ｋ係数）は、２倍以上変化し得る。例えば、ｋ係数は、無線電気自動車充電用途の文脈において、プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の最も遠い距離における０．１５の値から、プライマリコイル１８とセカンダリコイル２４との間の最も近い位置における０．３の値に変化し得る。
【0076】
代替的に、セカンダリ装置３６は、コイル１８、２４の不整合に関係しないが、セカンダリ装置３６によって必要とされる、またはセカンダリ装置によって引き出される電力をより多くまたはより少なくする方法で変更されてもよい。１つのそのような例状況では、セカンダリ装置に接続された負荷１２を変更することができ、これにより、負荷１２によって引き出される電力量も変化する。したがって、セカンダリ装置３６は、この変更に応答して負荷１２に十分な電力を供給するために、プライマリ装置３５から引き出されるべき多少の電力を必要とし得る。
【0077】
〔２． Ｋ係数補償〕
誘導電力伝送システム１では、セカンダリ装置３６によって供給される出力電力は、負荷１２への電力を維持するために、好ましくは一定に保たれる。したがって、セカンダリ装置３６の出力において一定の電力を維持するために、電力制御が望まれる。典型的には、この電力制御は、例えば、結合係数ｋの変化を補償するために、プライマリ装置３５およびセカンダリ装置３６の両方に実装することができる。
誘導電力伝送システム１では、セカンダリ装置３６によって供給される出力電力は、負荷１２への電力を維持するために、好ましくは一定に保たれる。したがって、セカンダリ装置３６の出力において一定の電力を維持するために、電力制御が望まれる。典型的には、この電力制御は、例えば、結合係数ｋの変化を補償するために、プライマリ装置３５およびセカンダリ装置３６の両方に実装することができる。
【0078】
係数ｋの変化を補償する能力に関して、誘導電力伝送システム１は、電力制御がセカンダリ装置３６上で実施されるか否かに応じて２つのグループに分けることができる。両方について議論する。
【0079】
〔２．１ セカンダリ装置の電力制御なしのＫ係数補償〕
セカンダリ装置３６上の電力制御を伴わないシステム１の場合、ｋの変化による電力レベルの変化は典型的にはｋの変化の反対方向にプライマリコイル電流（Ｉｐｔ）を調整することによって補償され、その結果、それらの積はほとんど変化しないままである。すなわち、プライマリ装置３５における電力制御は、典型的には、プライマリコイル１８によって供給される電力がシステムの変化と相関して変化するように、プライマリコイル１８に電流を供給することを必要とする。例えば、プライマリ装置３５における電力制御はセカンダリコイル２４との結合係数ｋの変化に関連してプライマリコイル１８に供給される電流を制御する形態をとることができ、その結果、これらの２つの変数の積、すなわち、プライマリ装置３５からセカンダリ装置３６によって受信される電力は、ほとんど変化しないままである。
セカンダリ装置３６上の電力制御を伴わないシステム１の場合、ｋの変化による電力レベルの変化は典型的にはｋの変化の反対方向にプライマリコイル電流（Ｉｐｔ）を調整することによって補償され、その結果、それらの積はほとんど変化しないままである。すなわち、プライマリ装置３５における電力制御は、典型的には、プライマリコイル１８によって供給される電力がシステムの変化と相関して変化するように、プライマリコイル１８に電流を供給することを必要とする。例えば、プライマリ装置３５における電力制御はセカンダリコイル２４との結合係数ｋの変化に関連してプライマリコイル１８に供給される電流を制御する形態をとることができ、その結果、これらの２つの変数の積、すなわち、プライマリ装置３５からセカンダリ装置３６によって受信される電力は、ほとんど変化しないままである。
【0080】
例えば、セカンダリコイル２２がプライマリコイル１８からさらに離れると、結合係数ｋが減少し、したがって、プライマリ装置３５はより多くの電力を生成するために、プライマリコイル１８により多くの電流を供給する。この電力の増加は、結合係数ｋの変化と一致する。したがって、セカンダリ装置３６は、プライマリコイル１８からの増加した電力が結合係数ｋの変化を相殺するので、結合係数ｋの変化の効果を見ない。
【0081】
磁場を介してワイヤレスで電力を伝送するために、送信機３５は、磁場を設定するために送信コイルＬｐｔにＡＣ電流（Ｉｐｔ）を注入する必要がある。セカンダリコイルは、ワイヤレスでエネルギーを受信するために、この磁場内に配置される必要がある。より具体的には、磁場がセカンダリコイルと直列に電圧を誘導し、開回路状態で測定される。したがって、それは、典型的にはセカンダリコイル開回路電圧Ｖｏｃとして知られている。
【0082】
【数1】
【0083】
ここで、ＬｐｔおよびＬｓｔはプライマリセカンダリコイルインダクタンスであり、ω＝２πｆであり、ｆは、ワイヤレス電力伝送システムの動作周波数である。
【0084】
この定義によれば、Ｖｏｃは、動作周波数、プライマリコイル電流、結合係数ｋ、およびコイルインダクタンスに関連する。
【0085】
所与のセカンダリ回路について、Ｖｏｃは、プライマリからセカンダリへ転送される電力の量を決定する。プライマリ回路およびパッドは、Ｖｏｃとして形成することもできる。
【0086】
コイルインダクタンスは典型的には不整合に対して著しく変化せず、周波数は典型的には、ＥＶ充電用途のために（良好な同調状態を維持するために）、固定されるかまたは小さい変化範囲を有するので、ＶｏｃはＩｐｔとｋとの積によって直接制御される。したがって、Ｉｐｔとｋの積を一定に保つことができれば、Ｖｏｃと電力レベルを一定に保つことができる。
【0087】
不整合により、ｋは典型的には２倍以上変化することがあり、これは、一定の電力を維持するために、プライマリコイル電流が、同じ係数だけ逆方向に変化する必要があることを意味する。
【0088】
〔２．１．１ ＬＣＬ被調整プライマリコイル〕
ＬＣＬ被調整プライマリコイルの場合、そのプライマリコイル電流は以下のものとして定義される：
ＬＣＬ被調整プライマリコイルの場合、そのプライマリコイル電流は以下のものとして定義される：
【0089】
【数2】
【0090】
ここで、ＸはＬＣＬネットワークの特性インピーダンスであり、Ｃｐｔの絶対リアクタンス（図３）またはインバータとＣｐｔとの間のすべての構成要素の合成リアクタンスに等しい。また、Ｖｉｎｖはインバータ出力電圧を表す。
【0091】
Ｖｉｎｖは、通常、プライマリコイル電流を制御するために使用される。Ｖｉｎｖは、インバータの入力直流電圧（ＶＤＣ）または位相シフト百分率（θ）を以下の式で変更することで変更できる。
【0092】
【数3】
【0093】
ここで、θは、Ｖｉｎｖを減少させるために０から１００％まで変化し得る。
【0094】
ＶＤＣは、非常に限られた変化範囲（典型的には１．３倍未満）を有する単相または三相力率補正ユニットのいずれかによって生成される。したがって、ＬＣＬ被調整プライマリの大きなｋの変化を補償するために、Ｖｉｎｖを２倍以上変更するために単独で使用することはできない。
【0095】
インバータ位相シフトはＶｉｎｖを変化させるために使用することができるが、大きな位相シフト百分率（すなわち、より低いインバータ出力電圧）で動作することはインバータ電流を増加させ、それはより高いインバータ導通およびスイッチング損失をもたらし、その結果、動作効率を低下させる。
【0096】
したがって、ＬＣＬ被調整プライマリのｋの変化を補償するために、大きな範囲にわたってプライマリコイル電流を変化させることは困難である。
【0097】
〔２．１．２ 直列被調整プライマリコイル〕
直列被調整プライマリの場合、Ｖｉｎｖは、Ｉｐｔを何倍にも変化させるために、ＬＣＬ被調整プライマリほど変更する必要はない。したがって、大きなｋの変化による電力レベル変化を補償するためにＶｄｃの制限された変化に依存することが可能であり、スイッチング損失および導通損失を低減するために０％の最小位相シフトでインバータを動作させることが可能であり得る。この概念は、Ｖｏｃによって駆動される直列被調整プライマリおよび一般化セカンダリを示す図５の助けを借りて以下に説明される。セカンダリ側では、インピーダンスＶｏｃは、セカンダリ回路の残りの部分と直列のセカンダリコイルインダクタを含む。それは本書ではＺ＿Ｖｏｃと表記している。効率性の理由から、Ｚ＿Ｖｏｃは、典型的には主として実数であるように設計される。簡単にするために、それが抵抗器であると仮定する。
直列被調整プライマリの場合、Ｖｉｎｖは、Ｉｐｔを何倍にも変化させるために、ＬＣＬ被調整プライマリほど変更する必要はない。したがって、大きなｋの変化による電力レベル変化を補償するためにＶｄｃの制限された変化に依存することが可能であり、スイッチング損失および導通損失を低減するために０％の最小位相シフトでインバータを動作させることが可能であり得る。この概念は、Ｖｏｃによって駆動される直列被調整プライマリおよび一般化セカンダリを示す図５の助けを借りて以下に説明される。セカンダリ側では、インピーダンスＶｏｃは、セカンダリ回路の残りの部分と直列のセカンダリコイルインダクタを含む。それは本書ではＺ＿Ｖｏｃと表記している。効率性の理由から、Ｚ＿Ｖｏｃは、典型的には主として実数であるように設計される。簡単にするために、それが抵抗器であると仮定する。
【0098】
セカンダリ回路は、図５に示されるように、反射インピーダンスＺｒを使用して表して形成することができ、そこでは、以下の通りである。
【0099】
【数4】
【0100】
プライマリコイルインダクタンスおよびセカンダリコイルインダクタンス（Ｌｐｔ、Ｌｓｔ）は典型的にはｋと共に著しく変化せず、周波数は例えばＥＶ充電用途のために固定されてもよい。したがって、この式によれば、Ｚｒは、ｋが大きいほど大きく、ｋが小さいほど小さくなる。Ｖｉｎｖが固定されると仮定すると、より高いＺｒ（より高いｋの結果として）がプライマリコイル電流を減少させ、逆もまた同様であることが明らかである。Ｉｐｔとｋとの間のこの望ましい関係は以下の式に示され、変動するｋに対してＶｏｃを安定化するのに役立つ（ＶｏｃはＩｐｔとｋとの積であるため）。
【0101】
【数5】
【0102】
したがって、直列被調整プライマリは、そのプライマリコイル電流を自動的に変更させることによってｋの変化を補償することができる。直列被調整プライマリを有するＩＰＴシステムを設計して、固定されたインバータ出力電圧を用いてさえもＶｏｃおよびシステム電力がほとんど変更しないままであるように、ある範囲のｋの変化を完全に補償することが可能である。実際的な制限はそのような補償の有効性を低下させることがあり、その結果、Ｖｉｎｖは、補償を助けるために、依然として少しだけ変化させる必要があり得る。
【0103】
しかしながら、直列被調整プライマリは、高出力用途にとってそれほど魅力的ではない２つの主要な欠点を有する。第一に、高電力用途は、典型的には大きなプライマリコイル電流を必要とする。また、直列構成は、この大電流がインバータを流れる必要があって大きなロスを発生する可能性があることを意味する。第二に、直列被調整ネットワークは、ＬＣＬネットワークと比較して不十分なフィルタであり、これは、インバータの通常の動作により発生するより多くの高次高調波が、プライマリコイルに到達し、近くの空間に放射し、潜在的なＥＭＩの課題を生み出し得ることを意味する。
【0104】
〔２．２ セカンダリ装置の電力制御によるＫ係数補償〕
セカンダリ装置３６上に実装された電力制御を有するシステムの場合、ｋの変化は、プライマリコイル電流によって完全に補償される必要はない。セカンダリ装置３６上で実施される電力制御は、出力電力レベルを部分的に調整することができる。しかしながら、セカンダリ装置３６に電力制御を実装することは、コストおよび複雑さをセカンダリ装置に追加し、これは望ましくない場合がある。
セカンダリ装置３６上に実装された電力制御を有するシステムの場合、ｋの変化は、プライマリコイル電流によって完全に補償される必要はない。セカンダリ装置３６上で実施される電力制御は、出力電力レベルを部分的に調整することができる。しかしながら、セカンダリ装置３６に電力制御を実装することは、コストおよび複雑さをセカンダリ装置に追加し、これは望ましくない場合がある。
【0105】
大きなｋの変化はまた、システムを離調（ｄｅｔｕｎｅ）させる可能性があり、インバータ、インダクタ、およびコンデンサなどの様々な成分に、より高い無効電流を流す。これは、より大きな電流および電圧定格、ならびにより高価な熱管理を伴う構成要素を必要とすることによって、システム効率を低下させ、コストを増大させる。
【0106】
〔２．３ ｋ係数の変化を補償するための送信機トポロジー設計〕
詳細な説明の残りでは、必要なインバータ電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために大きな範囲にわたってプライマリコイル電流が自動的に変化することを可能にし、一方、（トポロジーが実際の直列被調整プライマリよりも有利になるように、）送信コイル電流とは無関係にインバータサブ回路からの出力電流を供給し、任意選択的に、例えば、以下のうちの１つまたは複数を含む他の結果を達成する、誘導電力伝送送信機３５のトポロジーについて説明する：
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）高効率を達成する
・ 高いＥＭＩ性能を達成する
・ 送信コイルを通る電流の制御を達成する。
詳細な説明の残りでは、必要なインバータ電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために大きな範囲にわたってプライマリコイル電流が自動的に変化することを可能にし、一方、（トポロジーが実際の直列被調整プライマリよりも有利になるように、）送信コイル電流とは無関係にインバータサブ回路からの出力電流を供給し、任意選択的に、例えば、以下のうちの１つまたは複数を含む他の結果を達成する、誘導電力伝送送信機３５のトポロジーについて説明する：
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）高効率を達成する
・ 高いＥＭＩ性能を達成する
・ 送信コイルを通る電流の制御を達成する。
【0107】
上記の結果は、誘導電力伝送送信機３５（本明細書で説明する）を、上記で説明したｋ係数補償の様々なトポロジーよりも有利にする。
【0108】
〔３． 誘導電力伝送送信機の一般的な実施形態〕
〔３．１ 概要〕
次に、誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態について説明する。誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態は、誘導電力伝送システム１の一部を形成することができる。
〔３．１ 概要〕
次に、誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態について説明する。誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態は、誘導電力伝送システム１の一部を形成することができる。
【0109】
図６Ａは、誘導電力伝送送信機３５の概要を示す。誘導電力伝送送信機３５は、（ＤＣ）電力入力１０を有する。電力入力１０は、（（ＤＣ）電力入力１０から受け取った）ＤＣ電源をＡＣ電力に変換するためのインバータサブ回路１４に接続する。インバータサブ回路１４は、１つ以上のインバータ３８を有する。誘導電力伝送送信機３５はまた、複数の構成要素を備える被調整回路２２を有する。
【0110】
次に、図６Ａに示す被調整回路２２について説明する。図６Ａに示される被調整回路２２は、送信コイル１８と、第１の調整ネットワーク３７と、第２の調整ネットワーク３９とを備える。被調整回路２２の一端には、インバータサブ回路１４の出力に（直接）配置された第１の調整ネットワーク３７がある。被調整回路２２の他端には、送信コイル１８がある。第２の調整ネットワーク３９は、第１の調整ネットワーク３７と送信コイル１８との間に配置される。
【0111】
第１の調整ネットワークおよび第２の調整ネットワークの目的は、被調整回路２２が、直列調整される送信コイル１８の回路等価物に改造されることを可能にすることであり、セクション２．１．２で論じたように、直列被調整送信コイル１８を有することは、被調整回路２２が、ｋ係数の変化を補償するために、送信コイル１８を通る電流の自動的な変化を可能にすることを意味し：
・ 第１の調整ネットワークの機能は、電圧源Ｖｉｎｖ（インバータ出力）を、第２の調整ネットワークに流れる電流源（Ｉ＿Ｘ）に変換することである。後述するように、第１の調整ネットワークは、少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのコンデンサとを備える。
・ 第２の調整ネットワークの機能は、電流源（Ｉ＿Ｘ）を第２の電圧源に変換して戻すことであり、第２の調整ネットワークは、第２の電圧源によって駆動される送信コイル（Ｌｐｔ）と直列に調整される。第２の調整ネットワークは図６Ａでは送信コイル（Ｌｐｔ）と並列であるように示されているが、実際には、第２の電圧源によって駆動される送信コイル（Ｌｐｔ）と直列である。後述するように、第２の調整ネットワークは、少なくとも１つの電子構成要素を備える。例えば、電子部品は抵抗器、インダクタ、またはコンデンサとすることができるが、これらに限定されない。
・ 第１の調整ネットワークの機能は、電圧源Ｖｉｎｖ（インバータ出力）を、第２の調整ネットワークに流れる電流源（Ｉ＿Ｘ）に変換することである。後述するように、第１の調整ネットワークは、少なくとも１つのインダクタと、少なくとも１つのコンデンサとを備える。
・ 第２の調整ネットワークの機能は、電流源（Ｉ＿Ｘ）を第２の電圧源に変換して戻すことであり、第２の調整ネットワークは、第２の電圧源によって駆動される送信コイル（Ｌｐｔ）と直列に調整される。第２の調整ネットワークは図６Ａでは送信コイル（Ｌｐｔ）と並列であるように示されているが、実際には、第２の電圧源によって駆動される送信コイル（Ｌｐｔ）と直列である。後述するように、第２の調整ネットワークは、少なくとも１つの電子構成要素を備える。例えば、電子部品は抵抗器、インダクタ、またはコンデンサとすることができるが、これらに限定されない。
【0112】
このように、図６Ａの構造はセクション２．１．２に記載された直列被調整プライマリコイルのｋ補償特性を有するが、被調整回路２２の第１の調整ネットワークおよび第２の調整ネットワークが送信コイルのための電流源を供給する（これらの調整ネットワークはそれぞれ、送信コイルに電流の流れを供給する分岐を供給するので。）ので、インバータ内の電流は送信コイル内の電流（Ｌｐｔ）よりもはるかに小さくすることができる。すなわち、インバータサブ回路１４と送信コイル１８との間に第１の調整ネットワーク３７、および第２の調整ネットワーク３９の両方を有することは、インバータサブ回路出力電流を送信コイル電流から「切り離し」、したがって、被調整回路２２を、独立したインバータサブ回路出力および送信コイル電流を有するように設計することを可能にする。すなわち、電流は同じであってもよく、異なるものであってもよい。これにより、インバータサブ回路出力の電流と送信コイルの電流とを独立に設計することができる。したがって、被調整回路２２は、典型的には電力伝達のために大きな磁場を設定するために大きな送信コイル電流を必要とし、インバータサブ回路損失を低減するために最適な（たとえば、最小の）インバータ電流を必要とする、高電力ワイヤレスシステムに特に適している。インバータサブ回路の出力電流は、送信コイル電流よりもはるかに低く設計することが容易である（すなわち、インバータサブ回路が高い入力電圧を有する場合）。これにより、インバータサブ回路における電力損失が低減される。直列被調整プライマリでは、インバータ出力電流が送信コイルに直接接続され、インバータ電流が送信コイル電流と同じになるように強制するので、被調整回路２２において実現されるこのような利点は不可能である。これにより、被調整回路２２は、実際の直列被調整送信コイルよりも有利になる。
【0113】
図６Ｂは、一例として図６Ａの一実施形態を示す。図６Ｂの被調整回路２２の実施形態は図６Ｂの被調整回路２２と同様であるが、被調整回路の実施形態２２は、インバータの力率を改善するのを助けるために、第１の調整ネットワークと第２の調整ネットワークとの間に挿入された１つまたは複数のインバータ力率補正ネットワーク４５、４７も含む。そのようなネットワークは、第１の電流源（第１の調整ネットワークによって変換される電圧源）と直列に配置されると考えられる。第１の定電流源はインバータ力率補正ネットワークの変化の影響を受けないので、このインバータ力率補正ネットワークはインバータ力率制御を電力制御から切り離す。第１の力率補正ネットワーク４５および第２の力率補正ネットワーク４７はそれぞれ、インバータサブ回路１４から供給される電力の力率を改善するための１つまたは複数の構成要素を備える。第１の力率補正ネットワーク４５および第２の力率補正ネットワーク４７の両方は任意選択的にあり、被調整回路２２内に有することが必須ではない。
【0114】
次に、被調整回路２２の様々な実施形態について説明する。後に明らかになるように、本明細書に記載される被調整回路２２の実施形態は、第１の調整ネットワークにおいて、少なくとも１つのインダクタおよび少なくとも１つのコンデンサを備える。本明細書で説明される被調整回路の実施形態はまた、第２の調整ネットワークにおいて、少なくとも１つの追加の構成要素４４を備える。本明細書で説明される被調整回路２２の実施形態はまた、送信コイル１８を備える。
【0115】
本明細書に記載される様々な実施形態は、２つの一般的な実施形態のうちの１つに分類される。第１の一般的な実施形態を図６Ｃに示し、第２の一般的な実施形態を図６Ｄに示す。第１の一般的な実施形態と第２の一般的な実施形態との間の差異はそれぞれの第１の調整ネットワーク３７内にあり、第１の調整ネットワーク内のインダクタおよびコンデンサの位置は、効果的に「スワップアラウンド」（ｓｗａｐｐｅｄ ａｒｏｕｎｄ）される：
・ 図６Ｃを参照すると、第１の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークは、インバータサブ回路１４の出力に配置された少なくとも１つのインダクタを有する。また、インダクタ（複数可）とは別個の分岐上に配置された少なくとも１つのコンデンサも存在する。インダクタとコンデンサの相対位置に基づいて、この一般的な実施形態は「ＬＣ実施形態」と呼ぶことができる。
・ 対照的に、図６Ｄを参照すると、第２の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークは、インバータサブ回路１４の出力に配置された少なくとも１つのコンデンサを有する。また、コンデンサ（複数可）とは別個の分岐上に配置された少なくとも１つのインダクタも存在する。インダクタとコンデンサの相対位置に基づいて、この一般的な実施形態は「ＣＬ実施形態」と呼ぶことができる。
・ 図６Ｃを参照すると、第１の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークは、インバータサブ回路１４の出力に配置された少なくとも１つのインダクタを有する。また、インダクタ（複数可）とは別個の分岐上に配置された少なくとも１つのコンデンサも存在する。インダクタとコンデンサの相対位置に基づいて、この一般的な実施形態は「ＬＣ実施形態」と呼ぶことができる。
・ 対照的に、図６Ｄを参照すると、第２の一般的な実施形態の第１の調整ネットワークは、インバータサブ回路１４の出力に配置された少なくとも１つのコンデンサを有する。また、コンデンサ（複数可）とは別個の分岐上に配置された少なくとも１つのインダクタも存在する。インダクタとコンデンサの相対位置に基づいて、この一般的な実施形態は「ＣＬ実施形態」と呼ぶことができる。
【0116】
【0117】
まず、第１の一般的な実施形態に係る被調整回路２２について、「ブロックレベル」で説明する。
【0118】
図６Ｃに示される被調整回路２２は、送信コイル１８と、第１の調整ネットワーク３７と、第２の調整ネットワーク３９と、第１のインバータ力率補正ネットワーク４５と、第２の力率補正ネットワーク４７とを有する。被調整回路２２の一端には、インバータサブ回路１４の出力に（直接）配置された第１の調整ネットワーク３７がある。被調整回路２２の他端には、送信コイル１８がある。第２の調整ネットワーク３９は、第１の調整ネットワーク３７と送信コイル１８との間に配置される。第１のインバータ力率補正ネットワーク４５および第２のインバータ力率補正ネットワーク４７は、第１の調整ネットワーク３７と第２の調整ネットワーク３９との間に配置される。
【0119】
図６Ｃに示す被調整回路は：
・ インダクタ４０ａおよびインダクタ４０ｂと、コンデンサ４２ｂとを備える第１の調整ネットワーク３７
・ 追加の構成要素４４を含む第２の調整ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４６を含む第１のインバータ力率補正ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４８を備える第２のインバータ力率補正ネットワーク
・ 送信コイル１８
を含む。
・ インダクタ４０ａおよびインダクタ４０ｂと、コンデンサ４２ｂとを備える第１の調整ネットワーク３７
・ 追加の構成要素４４を含む第２の調整ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４６を含む第１のインバータ力率補正ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４８を備える第２のインバータ力率補正ネットワーク
・ 送信コイル１８
を含む。
【0120】
次に、図６Ｃの被調整回路を形成する構成要素についてより詳細に説明する。
【0121】
被調整回路２２は、インバータサブ回路１４の出力に配置されたインダクタ４０ａおよび４０ｂを有する。インダクタ４０ａおよび４０ｂは、別個の分岐上に配置される。インダクタ４０ａ、４０ｂのいずれかは、そのインダクタンスを変化させることができるように調整可能であることができる。被調整回路２２はまた、インダクタ４０ａと４０ｂとの間を接続するコンデンサ４２を有する。コンデンサ４２は、そのキャパシタンスを変化させることができるように、調整可能であることができる。被調整回路２２は、コンデンサ４２、追加の構成要素４４、および送信コイル１８が互いに並列に接続された３つの並列分岐を有する。被調整回路２２はまた、コンデンサ４２と追加の構成要素４４との並列分岐の間に接続された追加の構成要素４６および４８を有する。追加の構成要素４６および４８は、互いに別個の分岐上に配置される。
【0122】
追加の構成要素４４、４６、４８は、それぞれ抵抗性および／またはリアクタンスであるインピーダンスを有する構成要素である。例えば、追加の構成要素４４、４６、４８のいずれも、抵抗器、コンデンサ、またはインダクタとすることができる。追加の構成要素４４、４６、４８のいずれも、固定インピーダンスを有することができる。代替として、追加の構成要素４４、４６、４８のいずれも、そのインピーダンスが変更され得るように調整可能であり得る。追加の構成要素４４、４６、４８のいずれかが抵抗性インピーダンスを有する場合、追加の構成要素は、その抵抗を変化させるように調整することができる。追加の構成要素４４、４６、４８のいずれかがリアクタンスインピーダンスを有する場合、追加の構成要素は、そのリアクタンスを変化させるように調整することができる。リアクタンスは、誘導性と容量性との間で変化させることができる。
【0123】
追加の構成要素４４、４６、４８は抵抗性インピーダンスを有することができるが、これらの構成要素は、リアクタンスインピーダンスのみを有するか、または少なくとも、最小の抵抗を有することが好ましい。したがって、追加の構成要素４４、４６、４８は、抵抗器であるのではなく、コンデンサまたはインダクタであることが好ましい。より好ましくは、追加の構成要素４４はコンデンサであり、追加の構成要素４６、４８はインダクタであり、その結果、追加の構成要素４４、４６、４８は、インバータサブ回路出力から生成される高次高調波をフィルタ除去するフィルタリングを供給し、および／または、インバータサブ回路から出力される電力の力率を改善するフィルタリングを供給する。さらに、追加の構成要素４４は、調整可能なキャパシタンスを有するコンデンサであることがさらにより好ましい。可変コンデンサとして追加の構成要素４４を有することは、インバータサブ回路出力から生成される高次高調波をフィルタ除去することを支援し、および／または、インバータサブ回路から出力される電力の力率を改善する。可変コンデンサとして追加の構成要素４４を有することはまた、送信コイル１８に供給される電流を制御する能力を支援する。
【0124】
被調整回路２２の第１の一般的な実施形態では、図６Ｃに示されるすべての構成要素を有することは必須ではない。しかしながら、この一般的な実施形態では、被調整回路２２は少なくとも、送信コイル１８と、少なくとも１つのインダクタ（インダクタ４０ａまたは４０ｂのいずれかで十分であるが、両方のインダクタ４０ａ、４０ｂが任意選択的に組み込まれてもよい）と１つのコンデンサ（例えば、コンデンサ４２など）とを備える第１の調整ネットワーク３７と、追加の構成要素４４を備える第２の調整ネットワーク３９と、追加の構成要素４６または追加の構成要素４８のいずれかであり得るさらなる追加の構成要素（ただし、追加の構成要素４６、４８の両方が任意選択的に組み込まれてもよい）と、を含むべきである。これにより、被調整回路２２は、Ｋ係数の変化を補償するために、送信コイルを通る電流を変化させることができる。好ましくは、被調整回路２２はまた、送信コイルに供給される電力の力率を改善するために、および／または、送信コイル１８を通る電流を制御するために、追加の構成要素（例えば、構成要素４６、４８など）を有する。これについては、次のセクションでより詳細に説明する。
【0125】
〔４．２ 設計上の考慮事項〕
次に、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態の様々な設計上の考慮事項について説明する。設計上の考慮事項は次のとおりである：
・ 要求されるインバータ出力電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために、大きな範囲にわたってプライマリコイル電流を自動的に変更する一方で、（直列被調整プライマリよりも有利である）送信コイル電流とは無関係に、インバータサブ回路からの出力電流を供給する
・ ＥＭＩ性能の改善を達成する
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）効率の改善を達成する
・ 送信コイル電流を制御する。
次に、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態の様々な設計上の考慮事項について説明する。設計上の考慮事項は次のとおりである：
・ 要求されるインバータ出力電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために、大きな範囲にわたってプライマリコイル電流を自動的に変更する一方で、（直列被調整プライマリよりも有利である）送信コイル電流とは無関係に、インバータサブ回路からの出力電流を供給する
・ ＥＭＩ性能の改善を達成する
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）効率の改善を達成する
・ 送信コイル電流を制御する。
【0126】
これらの利点のそれぞれは、セクション２．１および２．２で説明される被調整回路トポロジーを超える利点を提供することができるものとして、文脈において説明される。各利点については、別々に詳細に説明する。
【0127】
〔４．２．１ ｋ係数の変化を補償するためのプライマリコイル電流の自動変化〕
誘導電力伝送送信機３５は、望ましくは、テベニンおよびノートン回路解析の組み合わせを介して被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造され得るように配置される、複数の構成要素を備える、被調整回路２２を有する。被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造されることを可能にすることによって、被調整回路２２は、セクション２．１．１で上述したのと同じ方法で、ｋ係数の変化に応答してプライマリコイル１８を通る電流を自動的に調整することができる。
誘導電力伝送送信機３５は、望ましくは、テベニンおよびノートン回路解析の組み合わせを介して被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造され得るように配置される、複数の構成要素を備える、被調整回路２２を有する。被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造されることを可能にすることによって、被調整回路２２は、セクション２．１．１で上述したのと同じ方法で、ｋ係数の変化に応答してプライマリコイル１８を通る電流を自動的に調整することができる。
【0128】
この所望の結果を達成するために、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態は、少なくとも、インダクタ（図６Ｃの例では、インダクタ４０ａまたはインダクタ４０ｂのいずれかを有すれば十分である）と、コンデンサ４２と、を少なくとも備える第１の調整ネットワーク３７と、第１の追加の構成要素４４と、第２の追加の構成要素（追加の構成要素４６または４８のいずれかであり得る）とを備える第２の調整ネットワーク３９とを有するべきである。２つのインダクタを有することは任意であるが、必須ではない。追加の構成要素４６、４８を有することは任意であるが、必須ではない。
【0129】
このセクションの残りの部分では、ｋ係数の変化を補償するために被調整回路２２の第１の一般的な実施形態が送信コイル電流の自動変化を供給することを、第１の調整ネットワーク３７および第２の調整ネットワーク３９内の構成要素がどのように可能にするかについての説明を行う。
【0130】
（第１の調整ネットワーク３７内の）インダクタおよびコンデンサは、ノートンの定理を適用して、被調整回路２２を、（インバータサブ回路の電圧によって供給される）電圧源、インダクタおよびコンデンサの直列接続から、電流源、インダクタおよびコンデンサの（回路等価）並列接続に変換することを可能にする。電流源、インダクタおよびコンデンサの（回路等価）並列接続を有することによって、インダクタおよびコンデンサの合成インピーダンスは、（例えば、インダクタおよびコンデンサの絶対リアクタンスが類似であるとき、）並列接続電流源に対して大きなインピーダンスの外観（好ましくは開回路外観）を生成する。好ましくは、コンデンサの絶対容量性リアクタンスは、インダクタの絶対誘導性リアクタンスに実質的に等しいか、または、両方のインダクタ４０ａ、４０ｂが被調整回路２２において使用される場合にはインダクタの絶対合成誘導性リアクタンスに実質的に等しい。したがって、第１の調整ネットワーク３７は定電流源となる。
【0131】
第１の調整ネットワーク３７によって供給される定電流源への変換に続いて、被調整回路２２は、テブニン（Ｔｈｅｖｅｎｉｎ）の定理を適用することによってさらに変換することができる。これは、（第２の調整ネットワーク３９内に）第１の追加の構成要素４４が存在するために可能になる。テベニンの定理を適用して、電流源、第１の追加の構成要素４４、および送信コイル１８の並列接続を、電圧源、第１の追加の構成要素４４、および送信コイル１８の（回路等価）直列接続に変換する。（回路等価）直列接続は、直列調整される送信コイル１８の外観を供給し、セクション２．１．２で説明したように、直列被調整送信コイル１８を有することは、被調整回路２２が、ｋ係数の変化を補償するために送信コイル１８を通る電流の自動的な変化を可能にすることを意味する。
【0132】
さらに、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態では、第１の調整ネットワーク３７は、送信コイル１８に電流の流れを供給するように接続されたコンデンサ４２を有し、第２の調整ネットワーク３９は、送信コイル１８に電流の流れを供給するように追加の構成要素４４を有する。コンデンサ４２および追加の構成要素４４によってそれぞれ供給される電流の流れは、インバータサブ回路の出力から与えられる電流に加えられる。これは、インバータサブ回路の電流出力が、送信コイル電流とは無関係であることを意味する。すなわち、インバータサブ回路１４は、送信コイル１８を流れる電流を一致させる必要がなく、相違させることができる。対照的に、実際の直列被調整送信コイル回路では、インバータサブ回路は常に送信コイル電流と同じである。
【0133】
この差は、実際の直列被調整送信コイル回路よりも有利な被調整回路２２を供給し、以下のように説明することができる。被調整回路２２の設計は、送信コイル電流がインバータサブ回路出力から供給されることを可能にするが、コンデンサ４２を通って流れる電流および／または追加の構成要素４４を通って流れる電流から供給される電流を有することも可能にする。送信コイル電流の一部を他の構成要素から、かつインバータサブ回路出力からのみではなく、供給することによって、インバータサブ回路出力電流は、送信コイル電流よりも小さくなるように設計することができる。これにより、インバータサブ回路の出力電流を低減することができる。これにより、インバータサブ回路における電力損失が低減される。この説明された利点は特に高電力用途に適用可能であるが、当業者は、説明された利点が、高電力用途が考慮されていない場合でも実施され得ることを理解するであろう。
【0134】
説明したように、第１の調整ネットワーク３７から流出する電流はＩ＿Ｘ＝Ｖｉｎｖ／Ｘによってその大きさが決定される電流源と考えることができ、ここで、Ｘは、１つまたは複数のインダクタ（例えば、インダクタ４０ａおよび／または４０ｂ）またはコンデンサ４２のインピーダンスである。この大きさは、回路の残りの部分がどのように変化するかにかかわらず、変化しないままである。したがって、第１の調整ネットワークは、定電流源とみなすことができる。追加の構成要素４６および４８を無視する場合（それらが電流源と直列であるため）、電流源は、追加の構成要素４４および送信コイル１８の両方に流れる。しかしながら、追加の構成要素４４と送信コイル１８との間の電流分布は、追加の構成要素４４のインピーダンス、送信コイル１８のインピーダンス、および、電力とともに変化する反射インピーダンスに完全に依存する。インバータでの電流Ｉ＿ｉｎｖは単位力率にてＩ＿ｉｎｖ＝電力／Ｖｉｎｖであり、Ｖｉｎｖは、インバータサブ回路の入力電圧と位相シフトにより変化可能である。したがって、インバータサブ回路の電流は、プライマリコイルの電流とは無関係である。
【0135】
いくつかの実施形態では、第１の調整ネットワーク３７内に、インダクタと直列に接続された１つまたは複数のコンデンサが存在し得る。代替的に、または追加的に、第１の調整ネットワーク３７内に、コンデンサと直列に接続された１つまたは複数のインダクタが存在し得る。図１２Ａはこの一般的な例を示し、第１の調整ネットワーク３７は少なくともインダクタ４０ａおよびコンデンサ４２を有し、（ｃの値に応じて、）インダクタ４０ａと直列に接続されたコンデンサ４１ａ、ならびに、コンデンサ４２と直列に接続されたインダクタ４３を有することもできる。このような状況では、インバータサブ回路１４の出力における構成要素の合成リアクタンスが、送信コイル１８と並列に接続された構成要素の合成リアクタンスと実質的に同じであることが望ましく、その結果、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態は、電流の自動変化によってＫ補償が供給されるように、直列被調整送信コイルとして改造することができる。
【0136】
この一例は図１２Ａに見ることができ、端子ａとｅとの間の合成リアクタンスはＸであり、これは、合成インピーダンスが誘導性であることを示す。なお、定数ｃは０～１の範囲である。ｃ＝０の場合、端子ａと端子ｅとの間にインダクタ（リアクタンスＸ）が接続され、端子ｅと端子ｆとの間にコンデンサ（リアクタンス－Ｘ）が接続される。Ｃ＞０のとき、インダクタとコンデンサの両方がこれらの端子間に存在する。端子ｅとｆとの間の組み合わされたリアクタンスは－Ｘであり、これは、合成インピーダンスが容量性であることを示す。また、端子ａと端子ｅとの間のリアクタンスと、端子ｂと端子ｆとの間のリアクタンスとの和がＸであれば、リアクタンスＸの一部（ａとｅとの間）は、端子ｂと端子ｆとの間にシフトしてもよい。
【0137】
この一般的な実施形態の文脈において、ＬＣＬ被調整送信コイルを生成するように被調整回路２２内の構成要素またはＬＣＬ被調整送信コイルの回路等価物を配置することは、セクション２．１．１で論じられる理由のために回避されるべきである。それはまた、ｋ係数の変化を補償するために送信コイル電流を自動的に変化させるという利点を実現するために、被調整回路２２が直列被調整送信コイルに変換されることを防止する。図６Ｃの実施例を参照すると、コンデンサ４２、第１の追加の構成要素４４、または第２の追加の構成要素（追加の構成要素４６または追加の構成要素４８のいずれかであり得る）のいずれかが被調整回路２２から省略される場合、被調整回路２２はＬＣＬ被調整送信コイル（またはその回路等価物）のように見え、そのような回路構成は、ｋ係数の変化を補償するためにプライマリコイル電流の自動変化を供給することができないので望ましくない。
【0138】
さらなる具体的な情報は、セクション４．３．１、特に、図８のＡ～Ｆの添付の説明に見ることができる。セクション４．３．１は第１の例示的な実施形態の文脈で説明されるが、当業者は、セクション４．３．１で説明される原理がこの一般的な実施形態ならびに他の例示的な実施形態にも適用されることを認識するであろう。
【0139】
〔４．２．２ ＥＭＩ性能の改善〕
また、誘導電力伝送送信機３５は、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能を被調整回路２２が改善するように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。セクション２．１．２で論じたように、被調整回路が不十分なフィルタリングを供給し、ＥＭＩ性能の問題につながるインバータサブ回路１４から生成される高次高調波の問題に十分に対処しないので、直列被調整送信コイルを有する被調整回路を有することは問題がある。したがって、誘導電力伝送送信機３５に改善されたＥＭＩ性能を供給するために、被調整回路２２は、インバータサブ回路１４から生成される高次高調波をフィルタ除去するフィルタとして機能するか、または、直列被調整回路を有する調整回路から達成され得るものよりも良好なフィルタリングを少なくとも供給することが望ましい。
また、誘導電力伝送送信機３５は、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能を被調整回路２２が改善するように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。セクション２．１．２で論じたように、被調整回路が不十分なフィルタリングを供給し、ＥＭＩ性能の問題につながるインバータサブ回路１４から生成される高次高調波の問題に十分に対処しないので、直列被調整送信コイルを有する被調整回路を有することは問題がある。したがって、誘導電力伝送送信機３５に改善されたＥＭＩ性能を供給するために、被調整回路２２は、インバータサブ回路１４から生成される高次高調波をフィルタ除去するフィルタとして機能するか、または、直列被調整回路を有する調整回路から達成され得るものよりも良好なフィルタリングを少なくとも供給することが望ましい。
【0140】
したがって、被調整回路２２において、改善されたフィルタリングを供給する目的で、インダクタ（インダクタ４０ａまたはインダクタ４０ｂのいずれかで十分である）およびコンデンサ４２を有することが好ましい。コンデンサ４２と共にインダクタをインバータサブ回路１４の出力に配置することにより、送信コイル１８から高次高調波を迂回させるフィルタが供給され、したがって、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能が改善される。
【0141】
高次高調波をフィルタ除去するためには、両方のインダクタ（すなわち、インダクタ４０ａおよびインダクタ４０ｂ）は、コンデンサ４２と共に使用されることが好ましい。また、第１の追加の構成要素４４は容量性であることが好ましい。被調整回路内の第２の追加の構成要素（追加の構成要素４６または追加の構成要素４８のいずれかであり得る）は、インダクタであることが好ましい。さらにより好ましくは、両方の追加の構成要素４６および４８が被調整回路２２内に存在し、両方の追加の構成要素がインダクタである。
【0142】
〔４．２．３ 力率改善〕
また、誘導電力伝送送信機３５は、被調整回路２２がインバータサブ回路１４から供給される電力の力率を改善してインバータサブ回路１４の電力効率を改善することができるように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。この文脈において、改善された力率は、インバータサブ回路出力力率が１に近づくことを指す。力率が１であることは、インバータサブ回路の出力電流がインバータサブ回路の出力電圧と同相であることを意味し、その結果、インバータサブ回路の出力電流の実効値は、インバータサブ回路が出力する所与の電力レベルに対して最小である。
また、誘導電力伝送送信機３５は、被調整回路２２がインバータサブ回路１４から供給される電力の力率を改善してインバータサブ回路１４の電力効率を改善することができるように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。この文脈において、改善された力率は、インバータサブ回路出力力率が１に近づくことを指す。力率が１であることは、インバータサブ回路の出力電流がインバータサブ回路の出力電圧と同相であることを意味し、その結果、インバータサブ回路の出力電流の実効値は、インバータサブ回路が出力する所与の電力レベルに対して最小である。
【0143】
この所望の結果を達成するために、被調整回路２２は追加の構成要素４６または追加の構成要素４８のいずれか一方を有し得るが、そのことは、インバータ力率を１に向かって改善するために、または被調整回路２２の全体的なインピーダンスを（わずかに）誘導性にするためには、必須ではない。任意選択的に、被調整回路は、インバータ力率を１に向かって改善するために、または被調整回路２２の全体インピーダンスを（わずかに）誘導性にするために、追加の構成要素４６と追加の構成要素４８との両方を有することができる。追加の構成要素４６および／または追加の構成要素４８のインピーダンスは、好ましくは調整可能である。
【0144】
被調整回路２２内の構成要素は、力率を改善する目的で任意選択的に調整可能であり得る。例えば、インダクタ４０ａ、インダクタ４０ｂ、コンデンサ４２、追加の構成要素４４、追加の構成要素４６、および追加の構成要素４８のうちの１つまたは複数は、調整可能であり得る。すなわち、それぞれのインピーダンスは、送信コイル１８に供給される力の力率を改善するように調整することができる。
【0145】
〔４．２．４ 送信コイル電流の制御〕
誘導電力伝送送信機３５が、可変なコンデンサまたはインダクタなどの可変である第１の追加の構成要素４４を備える被調整回路２２を有することも望ましい。追加の構成要素４４および送信コイル１８に流れる総電流は第１の調整ネットワーク３７によって供給される定電流源によって固定されるので、追加の構成要素４４のインピーダンスを変化させることは、送信コイル１８を通って流れる電流の部分（第１の調整ネットワーク３７から供給される）を変化させる。
誘導電力伝送送信機３５が、可変なコンデンサまたはインダクタなどの可変である第１の追加の構成要素４４を備える被調整回路２２を有することも望ましい。追加の構成要素４４および送信コイル１８に流れる総電流は第１の調整ネットワーク３７によって供給される定電流源によって固定されるので、追加の構成要素４４のインピーダンスを変化させることは、送信コイル１８を通って流れる電流の部分（第１の調整ネットワーク３７から供給される）を変化させる。
【0146】
〔４．３ 誘導電力伝送送信機の例示的な実施形態〕
次に、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態の範囲内にある例示的な実施形態について説明する。より一般的には、これらの例示的な実施形態は、誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態の範囲内にある。
次に、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態の範囲内にある例示的な実施形態について説明する。より一般的には、これらの例示的な実施形態は、誘導電力伝送送信機３５の一般的な実施形態の範囲内にある。
【0147】
〔４．３．１ 第１の例示的実施形態〕
ここで、誘導電力伝送送信機の第１の例示的な実施形態について、図７および図８のＡ～Ｆを参照して説明する。図７および図８のＡ～Ｆに示される第１の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機１３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力１１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路１１４
・ インバータ３８に対応するインバータ１３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路１２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク１３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク１３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク１４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク１４７
・ インダクタ４０ａに対応するインダクタ１４０ａ（「Ｌ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応するインダクタ１４０ｂ（「Ｌ１Ｂ」）
・ コンデンサ４１ａに対応するコンデンサ１４１ａ（「Ｃ１Ａ」）
・ コンデンサ４１ｂに対応するコンデンサ１４１ｂ（「Ｃ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ１４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応するコンデンサ１４４（「Ｃ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス１４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス１４８（「Ｘ２Ｂ」）。
ここで、誘導電力伝送送信機の第１の例示的な実施形態について、図７および図８のＡ～Ｆを参照して説明する。図７および図８のＡ～Ｆに示される第１の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機１３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力１１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路１１４
・ インバータ３８に対応するインバータ１３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路１２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク１３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク１３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク１４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク１４７
・ インダクタ４０ａに対応するインダクタ１４０ａ（「Ｌ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応するインダクタ１４０ｂ（「Ｌ１Ｂ」）
・ コンデンサ４１ａに対応するコンデンサ１４１ａ（「Ｃ１Ａ」）
・ コンデンサ４１ｂに対応するコンデンサ１４１ｂ（「Ｃ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ１４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応するコンデンサ１４４（「Ｃ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス１４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス１４８（「Ｘ２Ｂ」）。
【0148】
第１の例示的な実施形態の特徴は以下の通りである：
・ インバータは、固定周波数ｆで動作する。（ただし、固定周波数に限定されない）
・ Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｃ１ＡおよびＣ１Ｂの合成インピーダンスは、周波数ｆにおいて（実質的に）＋Ｘである。
・ Ｃ２のインピーダンスは、周波数ｆにおいて（実質的に）－Ｘである。
・ 調整可能インピーダンスＸ２ＡおよびＸ２Ｂは、誘導性または容量性のいずれか、または容量性と誘導性との間の変化であり得る可変リアクタンス素子である。回路内のそれらの固有の位置は、システムの電力レベルに影響を与えることなく、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖの力率を効果的に制御することを可能にする。力率は、ＶｉｎｖとＩｉｎｖとの間の位相差、またはＩｉｎｖとＩ＿Ｘ２との間の位相差を測定することによって決定することができる。次いで、Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂのインピーダンスを調整して、インバータ力率を１に向かって改善するか、または被調整回路の全体インピーダンスをわずかに誘導性にすることができる。
・ Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂはそれぞれ、可変コンデンサ、可変インダクタ、可変コンデンサと直列の固定インダクタ、固定コンデンサと直列の可変インダクタ、または可変もしくは固定のインダクタおよびコンデンサの任意の他の組み合わせを用いて実現され得る。
・ 入力ＤＣ電圧は、プライマリコイル電流Ｉｐｔおよび電力を制御するために変化させることができる。
・ インバータ位相シフトはまた、プライマリコイル電流Ｉｐｔおよび電力を制御するために変化させることができる。
・ 調整トポロジーは、ＬＣＬ被調整、直列被調整セカンダリ、または任意の他のセカンダリトポロジーのいずれかで動作することができる。
・ 被調整ネットワークはインバータで生成された高次高調波がプライマリコイルに到達し、放射することを防止する点で、ＬＣＬおよび直列調整トポロジーよりも良好な高調波フィルタである。したがって、ＬＣＬまたは直列被調整プライマリよりも良好なＥＭＩ性能を有する。
・ コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ４Ａ、およびＣ４Ｂはオプションである。
・ コンデンサＣ１ＡまたはＣ１Ｂは、それぞれＬ１ＡまたはＬ１Ｂと直列に配置することができる。これらのコンデンサの一方または両方を使用することは、全体の正味インダクタンスがＣのキャパシタンスを実質的に打ち消すことができるように、Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂから全体の正味インダクタンスを低減するのに役立ち得るが、これについてはこのセクションで後述する。
・ コンデンサＣ４ＡおよびＣ４Ｂのいずれも、送信コイルと直列に配置することができる。送信コイルにこれらのコンデンサを直列に追加することは、送信コイルが配置される分岐の全体的なリアクタンスを低減し、したがって、送信コイルに供給される電流を増加させる。
・ 調整ネットワークは、ｋの変化に起因するＶｏｃおよび電力レベルの変化を補償するために、プライマリコイル電流を自動的に調整する能力に関して、直列被調整プライマリと同様に動作する。結果として、Ｖｉｎｖの必要な範囲は、ＬＣＬ被調整プライマリと比較して大幅に低減され得る。したがって、高いインバータ電流を回避する。この特別な特性は図８のＡ～Ｆを用いて説明され、これは、提案された回路がどのように直列被調整プライマリに変換され得るかを実証する。
・ インバータは、固定周波数ｆで動作する。（ただし、固定周波数に限定されない）
・ Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｃ１ＡおよびＣ１Ｂの合成インピーダンスは、周波数ｆにおいて（実質的に）＋Ｘである。
・ Ｃ２のインピーダンスは、周波数ｆにおいて（実質的に）－Ｘである。
・ 調整可能インピーダンスＸ２ＡおよびＸ２Ｂは、誘導性または容量性のいずれか、または容量性と誘導性との間の変化であり得る可変リアクタンス素子である。回路内のそれらの固有の位置は、システムの電力レベルに影響を与えることなく、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖの力率を効果的に制御することを可能にする。力率は、ＶｉｎｖとＩｉｎｖとの間の位相差、またはＩｉｎｖとＩ＿Ｘ２との間の位相差を測定することによって決定することができる。次いで、Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂのインピーダンスを調整して、インバータ力率を１に向かって改善するか、または被調整回路の全体インピーダンスをわずかに誘導性にすることができる。
・ Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂはそれぞれ、可変コンデンサ、可変インダクタ、可変コンデンサと直列の固定インダクタ、固定コンデンサと直列の可変インダクタ、または可変もしくは固定のインダクタおよびコンデンサの任意の他の組み合わせを用いて実現され得る。
・ 入力ＤＣ電圧は、プライマリコイル電流Ｉｐｔおよび電力を制御するために変化させることができる。
・ インバータ位相シフトはまた、プライマリコイル電流Ｉｐｔおよび電力を制御するために変化させることができる。
・ 調整トポロジーは、ＬＣＬ被調整、直列被調整セカンダリ、または任意の他のセカンダリトポロジーのいずれかで動作することができる。
・ 被調整ネットワークはインバータで生成された高次高調波がプライマリコイルに到達し、放射することを防止する点で、ＬＣＬおよび直列調整トポロジーよりも良好な高調波フィルタである。したがって、ＬＣＬまたは直列被調整プライマリよりも良好なＥＭＩ性能を有する。
・ コンデンサＣ１Ａ、Ｃ１Ｂ、Ｃ４Ａ、およびＣ４Ｂはオプションである。
・ コンデンサＣ１ＡまたはＣ１Ｂは、それぞれＬ１ＡまたはＬ１Ｂと直列に配置することができる。これらのコンデンサの一方または両方を使用することは、全体の正味インダクタンスがＣのキャパシタンスを実質的に打ち消すことができるように、Ｌ１ＡおよびＬ１Ｂから全体の正味インダクタンスを低減するのに役立ち得るが、これについてはこのセクションで後述する。
・ コンデンサＣ４ＡおよびＣ４Ｂのいずれも、送信コイルと直列に配置することができる。送信コイルにこれらのコンデンサを直列に追加することは、送信コイルが配置される分岐の全体的なリアクタンスを低減し、したがって、送信コイルに供給される電流を増加させる。
・ 調整ネットワークは、ｋの変化に起因するＶｏｃおよび電力レベルの変化を補償するために、プライマリコイル電流を自動的に調整する能力に関して、直列被調整プライマリと同様に動作する。結果として、Ｖｉｎｖの必要な範囲は、ＬＣＬ被調整プライマリと比較して大幅に低減され得る。したがって、高いインバータ電流を回避する。この特別な特性は図８のＡ～Ｆを用いて説明され、これは、提案された回路がどのように直列被調整プライマリに変換され得るかを実証する。
【0149】
図８のＡは第１の例示的な実施形態のトポロジーを示し、図８のＢは、特定の構成要素をそれらのインピーダンスで表すことによって、その等価回路を示す。ノートンの定理によれば、ＶｉｎｖとＬ１Ａ／ＢとＣ１Ａ／Ｂの合成インピーダンス（Ｘ／２）の直列接続を、図８のＣに示すように、電流源が（実質的に）＋Ｘのインピーダンスと並列である並列等価に変換することができる。電流の大きさはＶｉｎｖ／Ｘである。（実質的に）Ｘと（実質的に）－Ｘとの並列接続は、それらの合成インピーダンスが実質的に－Ｘ＾２／（Ｘ－Ｘ）であるので、無限インピーダンスをもたらす（または収束する）。ゼロの分母は無限大である。したがって、図８のＤでは、＋Ｘと－Ｘの両方が（実質的に）除去される。Ｘ２ＡおよびＸ２Ｂは電流源の大きさを変えることができないので、これらの２つの可変インピーダンスブロックも除去することができ、図８のＥの回路に導き、ここで電流源はコンデンサＣ３と並列に配置され、テベニンの定理に従って、図８のＦに示すようにインピーダンスと直列の電圧源に再び変換することができる。電圧の大きさはＶｅｑ＝Ｖｉｎｖ／Ｘ＊ＸＣ３である。
【0150】
図８のＦは明らかに直列被調整回路であり、プライマリコイル電流Ｉｐｔは以下のように表され：
【0151】
【数6】
【0152】
図から分かるように、提案された回路は、ｋの変化による電力およびＶｏｃの変化を補償するためにＩｐｔを自動的に変化させるその能力の点で、直列被調整プライマリ回路と同様に振る舞い、より大きいｋはより小さいＩｐｔにつながり、逆もまた同様である。最後に、調整可能インピーダンスＸ２ＡおよびＸ２Ｂは電流源と直列なので、それらの値を変化させることは電流源の大きさを変化させず、したがって電力レベルを変化させないが、回路内のそれらの固有の位置が、それらがインバータ出力の力率を非常に効果的に制御することを可能にすることは、言及する価値がある。電力とインバータ力率との間のデカップリングは、制御アルゴリズムを単純化する。
【0153】
図９は、誘導電力伝送システム１の一部として、第１の例示的な実施形態を示す。
【0154】
〔４．３．２ 第２の例示的実施形態〕
次に、図１０に示す誘導電力伝送送信機の第２の例示的な実施形態について説明する。図１０に示される第２の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機２３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力２１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路２１４
・ インバータ３８に対応するインバータ２３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路２２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク２３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク２３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク２４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク２４７
・ インダクタ４０ａに対応するインダクタ２４０ａ（「Ｌ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応するインダクタ２４０ｂ（「Ｌ１Ｂ」）
・ コンデンサ４１ａに対応するコンデンサ２４１ａ（「Ｃ１Ａ」）
・ コンデンサ４１ｂに対応するコンデンサ２４１ｂ（「Ｃ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ２４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応する調整可能インピーダンス２４４（「Ｘ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス２４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス２４８（「Ｘ２Ｂ」）。
次に、図１０に示す誘導電力伝送送信機の第２の例示的な実施形態について説明する。図１０に示される第２の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機２３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力２１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路２１４
・ インバータ３８に対応するインバータ２３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路２２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク２３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク２３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク２４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク２４７
・ インダクタ４０ａに対応するインダクタ２４０ａ（「Ｌ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応するインダクタ２４０ｂ（「Ｌ１Ｂ」）
・ コンデンサ４１ａに対応するコンデンサ２４１ａ（「Ｃ１Ａ」）
・ コンデンサ４１ｂに対応するコンデンサ２４１ｂ（「Ｃ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ２４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応する調整可能インピーダンス２４４（「Ｘ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス２４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス２４８（「Ｘ２Ｂ」）。
【0155】
第２の例示的な実施形態は、第１の例示的な実施形態とは異なっており、図７のコンデンサＣ３が調整可能インピーダンスＸ３に置き換えられている。
【0156】
この第２の例示的な実施形態の特徴は以下の通りである：
１． プライマリコイル電流および電力レベルは、インバータ出力電圧に加えてＸ３のインピーダンスを変化させることによっても制御することができる。その結果、インバータの位相シフトおよび入力直流電圧範囲をさらに低減することができる。
１． プライマリコイル電流および電力レベルは、インバータ出力電圧に加えてＸ３のインピーダンスを変化させることによっても制御することができる。その結果、インバータの位相シフトおよび入力直流電圧範囲をさらに低減することができる。
【0157】
２． インピーダンスＸ２ＡおよびＸ２Ｂは、インバータ力率を制御するために使用される。
【0158】
３． Ｘ３は、誘導性でも容量性でもよい。
【0159】
〔４．３．３ 第３の例示的実施形態〕
次に、図１１に示される誘導電力伝送送信機の第３の例示的な実施形態について説明する。図１１に示される第３の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機３３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力３１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路３１４
・ インバータ３８に対応するインバータ３３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路３２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク３３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク３３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク３４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク３４７
・ インダクタ４０ａに対応する（誘導性）調整可能インピーダンス３４０ａ（「Ｘ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応する（誘導性）調整可能インピーダンス３４０ｂ（「Ｘ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ３４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応する調整可能インピーダンス３４４（「Ｘ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス３４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス３４８（「Ｘ２Ｂ」）。
次に、図１１に示される誘導電力伝送送信機の第３の例示的な実施形態について説明する。図１１に示される第３の例示的な実施形態は、以下の特徴を備える：
・ 誘導電力伝送送信機３５に対応する誘導電力伝送送信機３３５
・ 電力入力１０に対応する電力入力３１０
・ インバータサブ回路１４に対応するインバータサブ回路３１４
・ インバータ３８に対応するインバータ３３８
・ 被調整回路２２に対応する被調整回路３２２
・ 第１の調整ネットワーク３７に対応する第１の調整ネットワーク３３７
・ 第２の調整ネットワーク３９に対応する第２の調整ネットワーク３３９
・ 第１のインバータ力率補正ネットワーク４５に対応する第１のインバータ力率補正ネットワーク３４５
・ 第２のインバータ力率補正ネットワーク４７に対応する第２のインバータ力率補正ネットワーク３４７
・ インダクタ４０ａに対応する（誘導性）調整可能インピーダンス３４０ａ（「Ｘ１Ａ」）
・ インダクタ４０ｂに対応する（誘導性）調整可能インピーダンス３４０ｂ（「Ｘ１Ｂ」）
・ コンデンサ４２に対応するコンデンサ３４２（「Ｃ２」）
・ 第１の追加の構成要素４４に対応する調整可能インピーダンス３４４（「Ｘ３」）
・ 第２の追加の構成要素４６に対応する調整可能インピーダンス３４６（「Ｘ２Ａ」）
・ 第３の追加の構成要素４８に対応する調整可能インピーダンス３４８（「Ｘ２Ｂ」）。
【0160】
第３の例示的な実施形態はＸ１ＡおよびＸ１Ｂが調整可能であることを示し、これは、（１）インバータ出力電圧の力率の制御を助け、（２）プライマリコイル電流および電力レベルの制御を助ける。
【0161】
〔５． 被調整回路の第２の（ＣＬ）一般的な実施形態〕
〔５．１ 概要〕
次に、被調整回路の第２の一般的な実施形態について説明する。以下の説明の目的は、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態と第２の一般的な実施形態との間の差を強調することを意図している。被調整回路２２の第１の一般的な実施形態に関する任意の説明は、このセクションで異なるように説明されない限り、第２の一般的な実施形態に適用されることが想定されるべきである。
〔５．１ 概要〕
次に、被調整回路の第２の一般的な実施形態について説明する。以下の説明の目的は、被調整回路２２の第１の一般的な実施形態と第２の一般的な実施形態との間の差を強調することを意図している。被調整回路２２の第１の一般的な実施形態に関する任意の説明は、このセクションで異なるように説明されない限り、第２の一般的な実施形態に適用されることが想定されるべきである。
【0162】
次に、図６Ｄを参照して、被調整回路の第２の一般的な実施形態を説明する。
【0163】
第２の一般的な実施形態に係る被調整回路２２について、まず「ブロックレベル」で説明する。
【0164】
図６Ｄに示される被調整回路２２は、送信コイル１８と、第１の調整ネットワーク３７と、第２の調整ネットワーク３９と、第１のインバータ力率補正ネットワーク４５と、第２の力率補正ネットワーク４７とを有する。被調整回路２２の一端には、インバータサブ回路１４の出力に（直接）配置された第１の調整ネットワーク３７がある。被調整回路２２の他端には、送信コイル１８がある。第２の調整ネットワーク３９は、第１の調整ネットワーク３７と送信コイル１８との間に配置される。第１のインバータ力率補正ネットワーク４５および第２のインバータ力率補正ネットワーク４７は、第１の調整ネットワーク３７と第２の調整ネットワーク３９との間に配置される。
【0165】
図６Ｄに示す被調整回路は：
・ コンデンサ５１ａおよびコンデンサ５１ｂ、ならびにインダクタ５３ｂを備える第１の調整ネットワーク３７
・ 追加の構成要素４４を含む第２の調整ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４６を含む第１のインバータ力率補正ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４８を備える第２のインバータ力率補正ネットワーク
・ 送信コイル１８
を含む。
・ コンデンサ５１ａおよびコンデンサ５１ｂ、ならびにインダクタ５３ｂを備える第１の調整ネットワーク３７
・ 追加の構成要素４４を含む第２の調整ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４６を含む第１のインバータ力率補正ネットワーク
・ 少なくとも追加の構成要素４８を備える第２のインバータ力率補正ネットワーク
・ 送信コイル１８
を含む。
【0166】
次に、図６Ｄの被調整回路を形成する構成要素についてより詳細に説明する。
【0167】
被調整回路２２は、インバータサブ回路１４の出力に配置されたコンデンサ５１ａおよび５１ｂを有する。コンデンサ５１ａおよび５１ｂは、別々の分岐上に配置される。コンデンサ５１ａ、ｂのいずれかは、そのキャパシタンスを変化させることができるように調整可能である。被調整回路２２はまた、コンデンサ５１ａとコンデンサ５１ｂとの間を接続するインダクタ５３を有する。インダクタ５３は、そのインダクタンスを変化させることができるように調整可能とすることができる。被調整回路２２は、インダクタ５３、追加の構成要素４４、および送信コイル１８が互いに並列に接続された３つの並列分岐を有する。被調整回路２２はまた、コンデンサ４２と追加の構成要素４４との並列分岐の間に接続された追加の構成要素４６および４８を有する。追加の構成要素４６および４８は、互いに別個の分岐上に配置される。
【0168】
被調整回路２２の第２の一般的な実施形態では、図６Ｄに示されるすべての構成要素を有することは必須ではない。しかしながら、この一般的な実施形態では被調整回路２２は少なくとも、送信コイル１８と、少なくとも１つのコンデンサ（コンデンサ５１ａまたは５１ｂのいずれかで十分であるが、両方のコンデンサ５１ａ、５１ｂが任意選択的に組み込まれてもよい）と１つのインダクタ（例えば、インダクタ５３など）とを備える第１の調整ネットワーク３７と、追加の構成要素４４を備える第２の調整ネットワーク３９と、を含むべきである。これにより、被調整回路２２は、Ｋ係数の変動を補償するために、送信コイルを通る電流を変化させることができる。
【0169】
〔５．２ 設計上の考慮事項〕
次に、被調整回路２２の第２の一般的な実施形態の様々な設計上の考慮事項について説明する。設計上の考慮事項は次のとおりである：
・ 要求されるインバータ出力電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために、大きな範囲にわたってプライマリコイル電流を自動的に変更する一方で、（直列被調整プライマリよりも有利である）送信コイル電流とは無関係に、インバータサブ回路からの出力電流を供給する
・ ＥＭＩ性能の改善を達成する
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）効率の改善を達成する
・ 送信コイル電流を制御する
・ 電流安定性を改善する。
次に、被調整回路２２の第２の一般的な実施形態の様々な設計上の考慮事項について説明する。設計上の考慮事項は次のとおりである：
・ 要求されるインバータ出力電圧範囲が低減されるように、（直列被調整プライマリと同様の）ｋの変化を補償するために、大きな範囲にわたってプライマリコイル電流を自動的に変更する一方で、（直列被調整プライマリよりも有利である）送信コイル電流とは無関係に、インバータサブ回路からの出力電流を供給する
・ ＥＭＩ性能の改善を達成する
・ （インバータ出力電圧の力率を１に近い値に保つ能力に関して）効率の改善を達成する
・ 送信コイル電流を制御する
・ 電流安定性を改善する。
【0170】
これらの３つの利点のそれぞれは、セクション２．１および２．２で説明される被調整回路トポロジーを超える利点を提供することができるものとして、文脈において説明される。
【0171】
〔５．２．１ ｋ係数の変化を補償するためのプライマリコイル電流の自動変化〕
誘導電力伝送送信機３５は、望ましくは、テベニンおよびノートン回路解析の組み合わせを介して被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造され得るように配置される、複数の構成要素を備える、被調整回路２２を有する。被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造されることを可能にすることによって、被調整回路２２は、セクション２．１．１で上述したのと同じ方法で、ｋ係数の変化に応答してプライマリコイル１８を通る電流を自動的に調整することができる。
誘導電力伝送送信機３５は、望ましくは、テベニンおよびノートン回路解析の組み合わせを介して被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造され得るように配置される、複数の構成要素を備える、被調整回路２２を有する。被調整回路２２が直列被調整プライマリコイル配置に改造されることを可能にすることによって、被調整回路２２は、セクション２．１．１で上述したのと同じ方法で、ｋ係数の変化に応答してプライマリコイル１８を通る電流を自動的に調整することができる。
【0172】
この所望の結果を達成するために、被調整回路２２の第２の一般的な実施形態は、少なくとも、コンデンサ（図６Ｄの例では、コンデンサ５１ａまたはコンデンサ５１ｂのいずれかを有すれば十分である）と、インダクタ５３と、を少なくとも備える第１の調整ネットワーク３７と、第１の追加の構成要素４４を備える第２の調整ネットワーク３９とを有するべきである。２つのコンデンサを有することは任意であるが、必須ではない。追加の構成要素４６、４８を有することは任意であるが、必須ではない。
【0173】
このセクションの残りの部分では、ｋ係数の変化を補償するために被調整回路２２の第２の一般的な実施形態が送信コイル電流の自動変化を供給することを、第１の調整ネットワーク３７および第２の調整ネットワーク３９内の構成要素がどのように可能にするかについての説明を行う。
【0174】
（第１の調整ネットワーク３７内の）インダクタおよびコンデンサは、ノートンの定理を適用して、被調整回路２２を、（インバータサブ回路の電圧によって供給される）電圧源、インダクタおよびコンデンサの直列接続から、電流源、インダクタおよびコンデンサの（回路等価）並列接続に変換することを可能にする。電流源、インダクタおよびコンデンサの（回路等価）並列接続を有することによって、インダクタおよびコンデンサの合成インピーダンスは、（例えば、インダクタおよびコンデンサの絶対リアクタンスが実質的に同じであるとき、）並列接続電流源に対して大きなインピーダンスの外観（好ましくは開回路外観）を生成する。好ましくは、インダクタの絶対誘導性リアクタンスは、コンデンサの絶対容量性リアクタンスに実質的に等しいか、または、両方のコンデンサ５１ａ、ｂが被調整回路２２において使用される場合にはコンデンサの絶対合成容量性リアクタンスに実質的に等しい。したがって、第１の調整ネットワーク３７は定電流源となる。
【0175】
第１の調整ネットワーク３７によって供給される定電流源への変換に続いて、被調整回路２２は、テブニンの定理を適用することによってさらに変換することができる。これは、（第２の調整ネットワーク３９内に）第１の追加の構成要素４４が存在するために可能になる。テベニンの定理を適用して、電流源、第１の追加の構成要素４４、および送信コイル１８の並列接続を、電圧源、第１の追加の構成要素４４、および送信コイル１８の（回路等価）直列接続に変換する。（回路等価）直列接続は、直列被調整送信コイル１８の外観を供給し、セクション２．１．２でしたするように、直列被調整送信コイル１８を有することは、被調整回路２２が、ｋ係数の変化を補償するために送信コイル１８を通る電流の自動的な変化を可能にすることを意味する。
【0176】
さらに、被調整回路２２の第２の一般的な実施形態では、第１の調整ネットワーク３７は、送信コイル１８に電流の流れを供給するように接続されたインダクタ５３を有し、第２の調整ネットワーク３９は送信コイル１８に電流の流れを供給するように追加の構成要素４４を有する。インダクタ５３および追加の構成要素４４によってそれぞれ供給される電流の流れは、インバータサブ回路の出力から供給される電流に加えられる。これは、インバータサブ回路の電流出力が、送信コイル電流とは無関係であることを意味する。すなわち、インバータサブ回路１４は、送信コイル１８を流れる電流を一致させる必要がなく、相違させることができる。対照的に、実際の直列被調整送信コイル回路では、インバータサブ回路は常に送信コイル電流と同じである。
【0177】
この差は、実際の直列被調整送信コイル回路よりも有利な被調整回路２２を供給し、以下のように説明することができる。被調整回路２２の設計は、送信コイル電流がインバータサブ回路出力から供給されることを可能にするが、インダクタ５３を通って流れる電流および／または追加の構成要素４４を通って流れる電流から供給される電流を有することも可能にする。送信コイル電流の一部を他の構成要素から、かつインバータサブ回路出力からのみではなく、供給することによって、インバータサブ回路出力電流は、送信コイル電流よりも小さくなるように設計することができる。これにより、インバータサブ回路の出力電流を低減することができる。これにより、インバータサブ回路における電力損失が低減される。この説明された利点は特に高電力用途に適用可能であるが、当業者は説明された利点が、高電力用途が考慮されていない場合でも実施され得ることを理解するであろう。
【0178】
説明したように、第１の調整ネットワーク３７から流出する電流はＩ＿Ｘ＝Ｖｉｎｖ／Ｘによって大きさが決定される電流源と考えることができ、ここで、Ｘは、１つまたは複数のインダクタ（例えば、コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂ）またはインダクタ５３のインピーダンスである。この大きさは、回路の残りの部分がどのように変化するかにかかわらず、変化しないままである。したがって、第１の調整ネットワークは、定電流源とみなすことができる。追加の構成要素４６および４８を無視する場合（それらが電流源と直列であるため）、電流源は、追加の構成要素４４および送信コイル１８の両方に流れる。しかしながら、追加の構成要素４４と送信コイル１８との間の電流分布は、電力とともに変化する反射インピーダンスに完全に依存する。インバータでの電流Ｉ＿ｉｎｖは単位力率にてＩ＿ｉｎｖ＝電力／Ｖｉｎｖであり、Ｖｉｎｖは、インバータサブ回路の入力電圧と位相シフトにより変化可能である。したがって、インバータサブ回路の電流は、プライマリコイルの電流とは無関係である。
【0179】
いくつかの実施形態では、第１の調整ネットワーク３７内に、コンデンサと直列に接続された１つまたは複数のインダクタが存在し得る。代替的に、または追加的に、第１の調整ネットワーク３７内に、インダクタと直列に接続された１つまたは複数のコンデンサが存在し得る。図１２Ｂはこの一般的な例を示し、第１の調整ネットワーク３７は少なくともコンデンサ５１ａおよびインダクタ５３を有し、（ｃの値に応じて、）コンデンサ５１ａと直列に接続されたインダクタ５０ａ、ならびに、インダクタ５３と直列に接続されたコンデンサ５２を有することもできる。このような状況では、インバータサブ回路１４の出力における構成要素の合成リアクタンスが、送信コイル１８と並列に接続された構成要素の合成リアクタンスと実質的に同じであることが望ましく、その結果、被調整回路２２の第２の一般的な実施形態は、電流の自動変化によってＫ補償が供給されるように、直列被調整送信コイルとして改造することができる。
【0180】
この一例は図１２Ｂに見ることができ、端子ａとｅとの間の合成リアクタンスは－Ｘであり、これは、合成インピーダンスが容量性であることを示す。なお、定数ｃは０～１の範囲である。ｃ＝０の場合、端子ａと端子ｅとの間にコンデンサ（リアクタンス－Ｘ）が接続され、端子ｅと端子ｆとの間にインダクタ（リアクタンスＸ）が接続される。Ｃ＞０のとき、コンデンサとインダクタの両方がこれらの端子間に存在する。端子ｅとｆとの間の組み合わされたリアクタンスはＸであり、これは、合成インピーダンスが誘導性であることを示す。また、端子ａと端子ｅとの間のリアクタンスと、端子ｂと端子ｆとの間のリアクタンスとの和が－Ｘであれば、リアクタンスＸの一部（ａとｅとの間）は、端子ｂと端子ｆとの間にシフトしてもよい。
【0181】
さらなる具体的な情報は、セクション４．３．１、特に、図８のＡ～Ｆの添付の説明に見ることができる。セクション４．３．１は第１の例示的な実施形態の文脈で説明されるが、当業者は、セクション４．３．１で説明される原理がこの一般的な実施形態にも同様に適用されることを認識するであろう。
【0182】
〔５．２．２ ＥＭＩ性能の改善〕
また、誘導電力伝送送信機３５は、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能を被調整回路２２が改善するように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。セクション２．１．２で論じたように、被調整回路が不十分なフィルタリングを供給し、ＥＭＩ性能の問題につながるインバータサブ回路１４から生成される高次高調波の問題に十分に対処しないので、直列被調整送信コイルを有する被調整回路を有することは問題がある。したがって、誘導電力伝送送信機３５に改善されたＥＭＩ性能を供給するために、被調整回路２２は、インバータサブ回路１４から生成される高次高調波をフィルタ除去するフィルタとして機能するか、または、直列被調整回路を有する調整回路から達成され得るものよりも良好なフィルタリングを少なくとも供給することが望ましい。
また、誘導電力伝送送信機３５は、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能を被調整回路２２が改善するように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。セクション２．１．２で論じたように、被調整回路が不十分なフィルタリングを供給し、ＥＭＩ性能の問題につながるインバータサブ回路１４から生成される高次高調波の問題に十分に対処しないので、直列被調整送信コイルを有する被調整回路を有することは問題がある。したがって、誘導電力伝送送信機３５に改善されたＥＭＩ性能を供給するために、被調整回路２２は、インバータサブ回路１４から生成される高次高調波をフィルタ除去するフィルタとして機能するか、または、直列被調整回路を有する調整回路から達成され得るものよりも良好なフィルタリングを少なくとも供給することが望ましい。
【0183】
必須ではないが、被調整回路２２において、コンデンサ５１ａおよび／またはコンデンサ５１ｂと直列に配置されたインダクタを有する（この一般的な実施形態では、コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂを含む分岐に沿った正味容量性インピーダンスを保証しながら。）ことによって、および、インダクタ５３と直列に配置されたコンデンサを有する（この一般的な実施形態では、インダクタ５３を含む分岐に沿った正味誘導性インピーダンスを保証しながら。）ことによって、改善されたフィルタリングを供給することが好ましい。コンデンサ４２と共にインダクタをインバータサブ回路１４の出力に配置することにより、送信コイル１８から高次高調波を迂回させるフィルタが供給され、したがって、誘導電力伝送送信機３５におけるＥＭＩ性能が改善される。
【0184】
必須ではないが、高次高調波をフィルタ除去するためには、コンデンサ５１ａおよびコンデンサ５１ｂの両方と直列に配置されたインダクタは、インダクタ５３と直列に配置されたコンデンサと共に使用されることが好ましい。また、第１の追加の構成要素４４は容量性であることが好ましい。被調整回路内の第２の追加の構成要素（追加の構成要素４６または追加の構成要素４８のいずれかであり得る）は、容量性であることが好ましい。さらにより好ましくは、両方の追加の構成要素４６および４８が被調整回路２２内に存在し、両方の追加の構成要素が容量性である。
【0185】
〔５．２．３ 力率改善〕
また、誘導電力伝送送信機３５は、被調整回路２２がインバータサブ回路１４から供給される電力の力率を改善してインバータサブ回路１４の電力効率を改善することができるように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。被調整回路２２の第１の一般的な実施形態において力率を改善するために使用される技術は、第２の一般的な実施形態にも適用される。
また、誘導電力伝送送信機３５は、被調整回路２２がインバータサブ回路１４から供給される電力の力率を改善してインバータサブ回路１４の電力効率を改善することができるように配置された複数の構成要素を備える被調整回路２２を有することが望ましい。被調整回路２２の第１の一般的な実施形態において力率を改善するために使用される技術は、第２の一般的な実施形態にも適用される。
【0186】
〔５．２．４ 送信コイル電流の制御〕
被調整回路２２の第１の一般的な実施形態に関して説明したのと同じ理由で、誘導電力伝送送信機３５が、可変コンデンサである第１の追加の構成要素４４を備える被調整回路２２を有することも望ましい。
被調整回路２２の第１の一般的な実施形態に関して説明したのと同じ理由で、誘導電力伝送送信機３５が、可変コンデンサである第１の追加の構成要素４４を備える被調整回路２２を有することも望ましい。
【0187】
〔５．２．５ 電流安定性の改善〕
インダクタをコンデンサ５１ａおよび／またはコンデンサ５１ｂと直列に配置する（この一般的な実施形態では、コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂを含む分岐に沿った正味容量性インピーダンスを確保しながら。）ことも好ましい。コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂを有する直列インダクタは、動作安定性を改善するために電流変化率を制限する。
インダクタをコンデンサ５１ａおよび／またはコンデンサ５１ｂと直列に配置する（この一般的な実施形態では、コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂを含む分岐に沿った正味容量性インピーダンスを確保しながら。）ことも好ましい。コンデンサ５１ａおよび／または５１ｂを有する直列インダクタは、動作安定性を改善するために電流変化率を制限する。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【国際調査報告】