電気エネルギーの誘導伝送装置
【課題】
【解決手段】
少なくとも２つの同じ種類である一次誘導子を有する静止ユニットから、その近辺に停車している車両に対して電気エネルギーを誘導伝送するための装置において、この静止ユニットの複数の一次誘導子は、互いに対して依存せずに給電されることができ、ここで、この給電は中央制御装置により個別に作動または非作動化されうる。好ましくは、、複数の同じ種類の一次誘導子が規則的に二次元に配列されていて、これらの一次誘導子は、長方形マトリックスの形態に配列されている。各一次誘導子には、中央給電ユニットの各一次誘導子自身用の出力または自身の給電ユニットが割り当てられている。好ましくは、車両は、同じ種類である二次誘導子を複数個有し、これらの複数個の二次誘導子のサイズおよび配列は、車両が少なくとも１つの位置にある際に、複数の二次誘導子と複数の一次誘導子とが同時に対をなして重複するように設計されている。
【解決手段】
少なくとも２つの同じ種類である一次誘導子を有する静止ユニットから、その近辺に停車している車両に対して電気エネルギーを誘導伝送するための装置において、この静止ユニットの複数の一次誘導子は、互いに対して依存せずに給電されることができ、ここで、この給電は中央制御装置により個別に作動または非作動化されうる。好ましくは、、複数の同じ種類の一次誘導子が規則的に二次元に配列されていて、これらの一次誘導子は、長方形マトリックスの形態に配列されている。各一次誘導子には、中央給電ユニットの各一次誘導子自身用の出力または自身の給電ユニットが割り当てられている。好ましくは、車両は、同じ種類である二次誘導子を複数個有し、これらの複数個の二次誘導子のサイズおよび配列は、車両が少なくとも１つの位置にある際に、複数の二次誘導子と複数の一次誘導子とが同時に対をなして重複するように設計されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載された電気エネルギーの誘導伝送装置に関する。この種の装置は、電気車両に設置された再充電可能なバッテリーを誘導充電するために用いられる。今日、この装置は、一次側と二次側とが１：１の割合で作られている。この結果、両側が互いに対して合致するので、エネルギー伝送のために二次側で全く異なる設計を用いることはたやすくはない。少なくとも、二次コイルが一次コイルよりもずっと小さい場合には、効率が非常に低減し、漏れ磁場がずっと大きくなってしまう。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両への電力の誘導伝送を行うシステムを開示しているが、このシステムは、ステーション側の一次側も、車両側の二次側も、それぞれ複数のコイルを有する。一次側のコイル配列と、二次側のコイル配列とは互いに対して対称的になっている。生成される磁場の磁束線を非対称の形状にするために、コイルの共通の給電ユニットは、一次コイルに供給される電流間で位相差を変えることができる。これにより、磁束線の形状は、二次コイルの位置に対して適合されていると考えられる。すなわち、一次コイルに対する二次コイルの可能な横方向のずれは補正されていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５１６１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、電力を充電可能な異なる車両を、１つの同じ充電ステーションで誘導充電するための解決方法であって、かつ、効率が高く、漏れ損失を最低限に抑えた方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する装置により達成される。より有用な変形例は、従属請求項中に開示されている。
【０００６】
静止ユニットから、その近辺に停車している車両に対して電気エネルギーを誘導伝送するために、本発明は少なくとも２つの一次誘導子を提供し、この少なくとも２つの誘導子は、同じ種類であり、互いに対して依存することなく電流が供給されうる誘導子であり、ここで、この電流の供給は中央制御装置により個別に作動または非作動化されうる。
【０００７】
したがって、本発明の核となる思想は、二次誘導子の対応するモジュール化を必然的に意味する一次誘導子のモジュール化を行うことである。好ましくは、複数の同じ種類である一次コイルを規則的に二次元に配列するように設けられ、この一次コイルは、例えば、長方形のマトリックス（行列）の形態を有する。この古典的なマトリックスの形態に代わるものとして、詰め込み密度を高くするために、連続する行を、それぞれ互いに対して縦長方向で、１行の格子間隔の半分の間隔分だけずらすこともできる。
【０００８】
全システムをモジュール化構成とするために、各一次誘導子には、それ自身の給電ユニットが割り当てられることができ、この全ての給電ユニットが、共通の制御装置に接続される。この共通の制御装置が、とりわけ、個々の給電ユニットを作動または非作動化することにより、給電ユニットから個々の一次誘導子に個別に供給される電流を制御する。これに代えて、複数の出力部を有する中央給電ユニットを設けて、各出力部に対して個々の一次誘導子が接続されているように設けることができる。この場合、個々の出力部が制御部により個別に制御される。
【０００９】
いずれの一次誘導子に電流供給されるべきかの決定は、個々の一次誘導子におけるインピーダンス測定値または電圧測定値に基づいて、制御装置によって行われうるが、これによって、各個々の一次誘導子の領域中に二次誘導子が存在するか否かが決定されうる。このために、給電ユニットは、対応する測定装置を備えていて、二次誘導子の位置を検出するための単純な電圧測定の使用には、二次誘導子が励起されていることが要求される。
【００１０】
車両側の二次誘導子の数は、車両の充電電力の要件に応じて、一次誘導子１つと充電ステーションの一次誘導子の全数との間で変動しうる。そして、二次誘導子が複数ある場合には、車両を適切に位置づけることにより、複数の二次誘導子と複数の一次誘導子とが同時に対になって重複するように、複数の二次誘導子が配列されるべきである。二次誘導子の配列が、一次誘導子の配列の少なくとも一部分に一致する際に、これは保証される。
【００１１】
本発明により、電力要件が異なる、異なるサイズの電気車両を誘導充電することができ、かつ、大きい車両の電力要件用に設計された充電ステーション中で、最大充電電力を必要としないようなより小さい車両の場合にも顕著な損失がないような、それぞれの場合でこの異なる電力要件に合致した二次側が可能になる。さらに、より小さい車両用には、本発明は、同程度に最適である充電位置を複数個提供する。すなわち、より小さな車両を位置決めするための許容誤差を提供する。本発明では、１つの充電ステーションで、１つの大きな車両の代わりに、複数のより小さな車両を同時に充電できる。
【００１２】
これ以外にも、本発明によるモジュール化により、より小さい一次誘導子および二次誘導子をより多数個設けることができ、これにより、大量生産におけるコストの利点をもたらす。したがって、給電ユニットにモジュール化を行う場合には、給電ユニットにも同様の点が適用される。本発明の別の利点は、冗長性を備えることである。これにより、一次誘導子および／または二次誘導子および／または給電ユニットの一部分に欠陥がある場合には、その欠陥部品のスイッチを切り、正常な部品のみを使用することにより、遅い充電速度で充電することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気自動車がおおよその充電位置にある本発明の装置の一実施形態を示した概略図である。
【図２】異なる二次コイル配列を備えた複数の異なるサイズの電気車両の概略図である。
【図３】図３の様々なサイズの電気車両が、それぞれ本発明の一次コイル配列での充電位置にあるところを示す図である。
【図４】マトリックス形態での様々な一次コイル配列を複数例示す図である。
【図５】コイルがずらされて、異なる長さのコイルの行を備えた一次コイル配列を示す図である。
【図６】単一の二次コイルを備えた車両が、本発明の一次コイル配列中で様々な充電位置にあるところを示す図である。
【図７】複数の二次コイルを備えた車両が、本発明の別の一次コイル配列中で様々な充電位置にあるところを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
【００１５】
４つの同じ種類の一次コイル１〜４が正方形状に配された本発明の装置のある実施形態を、図１の平面図に概略図示する。１つの二次コイル６のみを備えた電気車両５が、充電のためにまさに一次コイル１〜４の配列の上に位置している。二次コイル６の円形の基部領域は、一次コイル１〜４の基部と区別するために、図１中では網掛け図示されている。この種の図示は、他の全ての図でも基本的に用いられている。二次コイル６の直径は、一次コイル１〜４の直径と合致している。図からわかるように、二次コイル６は、一次コイル４の大部分を覆っているが、完全には覆っていない。しかし、他の一次コイル１〜３からは離れている。したがって、車両５の位置は全体的にはエネルギーの伝送には理想的とは言えないが、存在する全ての一次コイル１〜４のなかでは、一次コイル４が、このために総じて適切である唯一のコイルである。
【００１６】
個々の一次コイル１〜４は、それ自身の給電ユニット７〜１０にそれぞれ接続されていて、この各給電ユニットは、電源ケーブル１１に接続されていて、各給電ユニットは、この電源ケーブルから電力を引き出し、関連する一次コイル１〜４に送電する。一次コイル１〜４への供給に関する動作パラメータ（電圧、電流、周波数）は、二次コイル６への誘導伝送のために最適化され、電源ケーブル１１の動作パラメータとは異なる。
【００１７】
個々の給電ユニット７〜１０は、中央制御装置１２に接続され、この中央制御装置１２が、給電ユニット７〜１０による個々の一次コイル１〜４への電流の供給を必要に応じて制御するという課題を有する。図示した例では、これは、一次コイル６のみが給電され、他の３つの一次コイル１〜３は不作動状態であり続けることを意味する。これは、制御配線１３〜１６により達成されるが、この配線がスイッチ１７〜２０に作用し、これにより、給電ユニット７〜１０が、個々に制御電圧配線２１に切り替えられうる。この切り替え動作により、各給電ユニット７〜１０が作動され、その結果、関連する一次コイル１〜４へ給電される。図示した例では、制御装置１２は、制御配線１６上のスイッチ２０のみに対して閉鎖信号を送り、これによって、給電ユニット１０が作動され、電流を一次コイル４に供給する。残りの制御配線１３〜１５には閉鎖信号が発せられず、スイッチ１７〜１９は開いたままであり、給電ユニット７〜９は不作動なままである。
【００１８】
個々の給電ユニット７〜１０から、信号線２２〜２５が、制御装置１２に向かって伸びている。これらの信号線２２〜２５を通じて、給電ユニット７〜１０中に統合されているインピーダンス測定装置が、それぞれ制御装置１２に対して測定信号を発する。この測定信号は、関連する一次コイル１〜４のインピーダンス値を示している。これらのインピーダンス値は、一次コイル１〜４の領域中に二次コイル６が存在することにより影響を受け、とりわけ、一次コイルが短絡する際（これは、一次コイル配列中に車両が到着した段階では、まだエネルギー伝送がまだ行われていないので難なく可能になる）に影響を受ける。図１に示す状態では、一次コイル４のインピーダンス値のみが、二次コイル６の存在により変化する。残りの一次コイル１〜３のインピーダンス値は、車両５の車体により影響を受けうる。システムの設計が適切であれば、これにより生じるインピーダンスの変化は、二次コイル６により生じる一次コイル４のインピーダンスの変化よりもずっと小さい。
【００１９】
制御装置１２は、個々の一次コイル１〜４のインピーダンス値の分布を観察する評価ユニットを有する。この評価ユニットは、信号線２２〜２５を通って受信した測定信号に基づいて、かつ、閾値との比較に基づいて、一次コイル１〜４のうちのいずれの上に二次コイル６が位置付けられているかを決める。図１で示した状態では、これは、一次コイル４のみであり、その結果、この一次コイル４が電流を受け取る唯一のコイルとして選択される。電気車両５がさらに右方向に動き、この車両の二次コイル６が主に一次コイル１を覆うと、この一次コイル１が選択され、制御配線１３上の信号によりスイッチ１７が閉鎖され、この一次コイル１に割り当てられた給電ユニット７が作動するであろう。
【００２０】
複数の分散型給電ユニット７〜１０を備えたこの上述の実施形態の代わりに、本発明を、単一の中央給電ユニットを用いて作ることも可能で、これが、別々に作動可能な複数の出力を有する（区間コントローラーの概念または変圧器）。
【００２１】
上の例では、単一の二次コイル６を備えた電気車両５を想定した。しかし、本発明の目的は、異なる電力要件を有する異なるサイズの車両に、１つの充電ステーションで充電可能にすることである。このためには、異なるサイズの車両が、図２に図示したように、異なる数の二次コイルを備えていなければならない。右にある１つの二次コイル６を備えた小さい車５の横に、この図の中央には、中程度のサイズの車両５Ａがあり、これは、正方形に配列された４つの二次コイル６Ａを備えている。また、この図の左側には、大きい車両５Ｂがあり、これは正方形に配列された８つの二次コイル６Ｂを備えている。小さい車両５は、例えば乗用車でありえ、中程度のサイズの車両５Ａはバンまたはミニバスでありえ、大きい車両５Ｂはトラックまたはバスでありえる。図２および図３中、車両５・５Ａ・５Ｂの進行方向は上方向である。
【００２２】
図３は、図２に示した様々なサイズの車両５・５Ａ・５Ｂが、８つの一次コイルの長方形の配列（配置）２６上にあるところを示す図である。図１の実施形態の例と同様、この配列２６の各一次コイルには、それ自身の給電ユニットが割り当てられるが、これは、図３およびこれ以降の全ての図ではもはや図示しない。中央制御装置も設けられているが、これももはや図示しない。一次コイルの幾何学的配列２６は、個々のコイルのサイズ、その数および互いに対する配置に関しても、大きな車両５Ｂの二次コイル配列６Ｂの幾何学的な配置と全く同じである。
【００２３】
図３中の左にある大きな車両５Ｂは、この場合、二次コイル配列６Ｂが一次コイル配列２６をほぼ正確に覆っている、すなわち、個々の全ての二次コイルが１つの一次コイルの上にまさに載っていることにより、ほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合、配列６Ｂの全ての一次コイルが作動され、車両５Ｂのバッテリーを充電するのに用いられる。十分に大量の電力が、適切な速度で、大きな車両５Ｂのバッテリーを充電するために伝送されるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６Ｂとが設計されている。図示した進行方向では、大きな車両５Ｂに関する最適な充電位置は１つしか存在しないが、これは、二次コイル配列６Ｂを、一次コイル配列２６で完全に覆おうのは、この１つの位置でしか可能でないからである。進行方向が逆の場合も、最適な充電位置は１つしかない。これは問題とはならない。なぜならば、バスやトラックのような大きな車両は、適切な運転技能を持ち特別な訓練を受けた運転手が運転するので、充電ステーションに駐車する際に、十分正確にこれらの車両を位置付けると信頼することができる。
【００２４】
図３の中央では、４つの二次コイルを備えた二次コイル配列６Ｂが、この場合一次コイル配列２６の半分をほぼ正確に覆っていることにより、すなわち、全ての二次コイルが上述の半分の一次コイルの上に載っていることにより、中程度のサイズの車両５Ａがほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合、配列２６の８つの一次コイルのうちの４つ、すなわち、図３の運転方向で前方の４つのコイルが作動され、車両５Ｂのバッテリーを充電するのに用いられる。この場合、中程度のサイズの車両５Ａのバッテリーに適切な速度で充電するために、十分大量の電力が伝送されうるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６Ａとが設計されている。
【００２５】
図３からわかるように、中程度のサイズの車両５Ａの二次コイル配列６Ａは、大きい車両５Ｂの二次コイル配列６Ｂのまさに半分に相当する。したがって、この中程度のサイズの車両５Ａには、最適な充電位置がいくつか存在する。例えば、中程度のサイズの車両の二次コイル配列６Ｂが、進行方向で一次コイル配列２６の、中央の４つまたは後方の４つの一次コイルをまさに覆うように、この中程度のサイズの車両を位置付けることが可能である。同じことが、逆の進行方向に対しても適用される。中程度のサイズの車両５Ａは、図示した位置に対して±９０°回転させた進行方向に停車することさえもできる。そして、各場合で、一次コイル配列２６の４つの一次コイルを、二次コイル配列６Ｂでまさに覆う最適な充電位置が３つずつ存在する。上述のインピーダンス測定に基づいて、全ての場合で、一次コイル配列２６のうちのいずれの一次コイルが、二次コイル６Ｂのうちの二次コイルにより、エネルギー伝送のために覆われているかを決め、かつ、覆われた一次コイルに対して特定的に電流を供給し、覆われていないコイルを非作動にし続けることが可能である。
【００２６】
図３の右では、単一の二次コイル６が、この場合は一次コイル配列のうちの１つの一次コイル２６をほぼ正確に覆っていることにより、小さい車両５も、ほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合では、配列２６の８つの一次コイルのうちの１つのみが作動され、すなわち、配列２６のうちの進行方向で前方右角に位置するコイルのみが作動され、車両５のバッテリーを充電するのに用いられる。この場合も、小さい車両のバッテリーに適切な速度で充電するために、十分大量の電力が伝送されるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６とが設計されている。
【００２７】
即座にわかるように、小さい車両には最適な充電位置が多数存在し、図３の進行方向だけでも８つあるが、これは、二次コイル６が、一次コイル配列２６の全ての一次コイルに対して随意選択的に並べられることができるからである。同じことが、全く逆の進行方向にも、および±９０°回転させた方向も適用される。
【００２８】
当然、図１〜図３に示された一次コイル配列は、本発明により達成可能な効果を維持しつつ、大いに変更することができる。これらの変形例のいくつかは、図４および図５から見て取れる。図４の左側に示した一次コイル配列２７〜３１は、厳密に長方形の配列であり、右側に示した一次コイル配列２７Ａ〜３１Ａは、平行四辺形形状または略長方形形状である。
【００２９】
考えられる最も単純な配列２７は、２つの一次コイルのみからなり、２段階の車両のサイズに応じて、電力伝送の大まかな段階わけのみが可能である。４つのコイルを備えた正方形の配列２８は、図１に関連してすでに説明をした。配列２９〜３１は、個々の行間と、個々の列間とで同じ間隔をあけた行と列からなるマトリックスの形態に基づいており、上述の拡張版である。
【００３０】
車体の基部（底部）領域は通常長方形であるので、充電されるはずの車両の進行予定方向において、より長い側で、少なくともおおむね長方形にコイルを配列するのが好都合であるように思われる。境界的な場合では、充電されるはずの車両の進行予定方向へ、連続して配列されたコイルを１行のみ設けてもよい。原則的に、現在達成可能な複数の伝送電力のレベルを有する一次コイルの複数行での配列は、既存の車両の長さにより、および二次コイル用に利用可能な空間により制限を受ける。
【００３１】
図４の右側にある対応する配列２７Ａ〜３１Ａは、左側の場合に対して、それぞれ、連続する行が、行の縦長方向で互いに対して相対的に、１行の半分の格子の間隔だけずれている点が異なる。配列３０と配列３０Ａ、配列３１と配列３１Ａとの比較からとりわけわかるように、このようにずらすことにより、一次コイルの詰め込み密度を大きくし、すなわち、所定の直径の一次コイルの所定の数を、より小さい領域中に入れることができる。
【００３２】
図５の一次コイル配列３２は、連続する行同士ずらされているという点では配列２７Ａ〜３１Ａに相当するが、全体として、これは、おおむね長方形でもなく平行四辺形のような形状でもなく、対称軸が全部で６つある六角形の形態を有している。
【００３３】
上述で図３に関連して既に述べた、より少ない数の二次コイルを備えた車両に対する本発明の一次コイル配列の位置許容誤差について、図６および図７に示した例でより明確になる。ここで、図６は、図３の右に基づいた状況から出発するが、この場合、１つの二次コイル６のみを備えた電気車両５が、８つの一次コイルからなる長方形の配列２６の充電ステーションで充電が行われるべきである。この際、車両５の進行予定方向は上方向である。
【００３４】
最も左側に示した車両の位置では、二次コイル６は、進行方向で左側列の最前の一次コイルの上に載っている。その右横に示された車両の位置では、二次コイル６は、左側の列の後ろから２番目の一次コイルの上に乗っている。その右横に示された車両位置では、二次コイル６は、右側の列の前から２番目の二次コイル上に載っている。最後に、最も右側に示した車両の位置では、二次コイル６は、進行方向で右側列の最前の一次コイルの上に載っているが、車両５は、進行進行方向に正確に停車しておらず、これに対して僅かに角度が傾斜している。したがって、図６に基づく状態では、進行方向にも、進行方向に対して横断する方向にも位置許容誤差があり、また、進行予定方向に対して相対的に車両が傾斜している場合にも位置許容誤差がある。
【００３５】
本発明の機能性にとっては、一次コイルの基部領域および二次コイルの基部領域が、図１〜６の場合のように整列している必要はない。図７は、より小さな基部領域を有する二次コイルを備えた車両が、より大きな基部領域を有する一次コイルを備えた充電ステーション中で充電されうる状況の例を示している。ここで示された車両５Ｃは、網掛けで示された二次コイル配列６Ｃを有し、この配列６Ｃは、１行が進行方向に対して連続して置かれた３つの２次コイルからなる１行を２つ（２行）有している。一次コイル配列３３は、全部で１７個の一次コイルからなり、これらは、進行方向に対して７行連続している。さらに、これらの行は、それぞれ、交互に１行の格子の間隔の半分だけ横方向にずれており、または長さが異なる。
【００３６】
図７の左側では、車両５Ｃは、進行予定方向に停車しているが、二次コイル配列６Ｃの二次コイルは、一次コイルの上に部分的にのみ載っていて、部分的に異なる一次コイルの間の間隔上にまさに載っている。この場合、電流は、二次コイルが少なくともおおむね位置付けられている一次コイルにしか電流は供給されない。これらの一次コイルとは、この場合、一次コイル配列３３の中央の列の前方の２つの二次コイルであり、これらの２つのコイル上に、２つの中央の二次コイルの大部分が位置付けられていて、かつ、２つの右側の二次コイルがそれぞれ半分程度位置付けられている。図７では、励起された一次コイルを太線で示す。２つの左側の二次コイルは、複数の一次コイル間の間隔のおおむね中央上に位置付けられている。周辺の一次コイルが同相で給電される場合、その磁場は、これらの間にある二次コイルの領域中で構造上は重複されるが、漏れ損失が非常に高くなると予想され、これらの一次コイルの励起は有意義であるとは思われない。
【００３７】
図７の中央でも、車両５Ｃは進行予定方向で停車しているが、しかし、この場合は、二次コイル配列６Ｃのうち、車両５Ｃの縦長側の左側と右側との外側の４つの二次コイルがそれぞれ、一次コイル配列３３の一次コイルの上に載っていて、中央の２つの二次コイルは、それぞれ、２つの一次コイル配列のまさに間にある。したがって、この場合にも、二次コイルに覆われた太線で示された４つの一次コイルに対して電流が供給されねばならない。
【００３８】
図７の右側では、車両５Ｃが明らかに、進行予定方向に対して傾斜角度をとって停車している。そうであっても、この場合、６つの二次コイルのうちの５つがそれぞれ、一次コイルの上に載っていて、５つの一次コイルが励起可能で、車両５Ｃのバッテリーは、比較的速い速度で充電可能である。二次コイル配列６Ｃの前方の左側の角にある二次コイルのみが、２つの一次コイルのまさに間にあり、したがって一次コイル配列３３による強い交番磁界にさらされることがない。
【００３９】
充電のために、車両が、本発明による充電ステーションの一次コイル配列上を走行すると、充電操作のための車両の位置決めは、上述のインピーダンス測定に加えて、さらにセンサー（例えば、レーダー、超音波、赤外線、光電変換セルに基づくセンサー）により、および、接近する車両と充電ステーションの制御装置との間の無線通信により支援されることができる。とりわけ、この際に、車種が、その二次誘導子の数と配列に関して特定されることができ、これから、充電操作用の１つまたは複数の最適な位置が明らかになり、その位置へ、車両が、インピーダンス測定と可能な追加的なセンサーとの支援により操車されるはずである。
【００４０】
ここで、充電ステーションが二次コイルの位置を検出しやすくするために、車両の到着段階で、車両バッテリーから車両自身の磁場を作るために、二次コイルを励起することも考えられる。しかし、車両の操車に関する詳細は、本発明の対象外である。
【００４１】
大きい車両のバッテリーを高速の充電速度で充電するのには、相対的に高い電力の提供が要求されると理解される。より小さい車両では、この高い電力により、バッテリーを比較的迅速に充電することができる。このようにして、本発明による充電ステーション中では車両の停車時間を短し、これを高い充電電力により補うことができる。
【００４２】
例えば、住宅地では、乗用車のほとんどの車庫が、単一位相の電源接続（２３０Ｖ／１０Ａ）のみを有し、これにより、約２ｋＷの充電電力が得られうる。したがって、このような車庫には、単一の一次コイルが取り付けられることができ、この電力用に設計された給電ユニットにより給電される。車両は、一晩かけて、より長い時間をかけてこの電力で充電される。日中は、同じ車両を、例えば、会社の駐車場で充電可能であり、ここでは、約６ｋＷの伝送電力を備えた３位相接続（４００Ｖ／１６Ａ）が、充電ステーションとして容易に設置可能である。この場合、車両が２つ以上の二次コイルを備えていると有用であり、この２つのうちの１つのみが、家庭での車庫で充電する際に用いられ、２つ以上の二次コイルが、会社の駐車場でより短時間で充電する際に用いられる。
【００４３】
迅速充電用の電気「給油所」は、このコンセプトに基づいて営業されうる。車両が複数の二次コイルを備えている際には、家庭や日常操作では、１つの二次コイルのみが用いられる。しかし、大量のエネルギーが可能な限り迅速に伝送されねばならない際には、複数の二次コイルが用いられる。
【００４４】
ここで一次コイルや二次コイルという場合には、一般的に、結合誘導子を意味し、従来型のコイルであるには及ばない。例えば、その基部領域は、本実施形態の例中の基底として用いられているような円形形状以外のものであってもよく、巻き線は、らせん状である必要はなく、平坦であってもよい。誘導子の形態の正確な設計は、当該分野の専門家の裁量に任せられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載された電気エネルギーの誘導伝送装置に関する。この種の装置は、電気車両に設置された再充電可能なバッテリーを誘導充電するために用いられる。今日、この装置は、一次側と二次側とが１：１の割合で作られている。この結果、両側が互いに対して合致するので、エネルギー伝送のために二次側で全く異なる設計を用いることはたやすくはない。少なくとも、二次コイルが一次コイルよりもずっと小さい場合には、効率が非常に低減し、漏れ磁場がずっと大きくなってしまう。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両への電力の誘導伝送を行うシステムを開示しているが、このシステムは、ステーション側の一次側も、車両側の二次側も、それぞれ複数のコイルを有する。一次側のコイル配列と、二次側のコイル配列とは互いに対して対称的になっている。生成される磁場の磁束線を非対称の形状にするために、コイルの共通の給電ユニットは、一次コイルに供給される電流間で位相差を変えることができる。これにより、磁束線の形状は、二次コイルの位置に対して適合されていると考えられる。すなわち、一次コイルに対する二次コイルの可能な横方向のずれは補正されていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５１６１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、電力を充電可能な異なる車両を、１つの同じ充電ステーションで誘導充電するための解決方法であって、かつ、効率が高く、漏れ損失を最低限に抑えた方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する装置により達成される。より有用な変形例は、従属請求項中に開示されている。
【０００６】
静止ユニットから、その近辺に停車している車両に対して電気エネルギーを誘導伝送するために、本発明は少なくとも２つの一次誘導子を提供し、この少なくとも２つの誘導子は、同じ種類であり、互いに対して依存することなく電流が供給されうる誘導子であり、ここで、この電流の供給は中央制御装置により個別に作動または非作動化されうる。
【０００７】
したがって、本発明の核となる思想は、二次誘導子の対応するモジュール化を必然的に意味する一次誘導子のモジュール化を行うことである。好ましくは、複数の同じ種類である一次コイルを規則的に二次元に配列するように設けられ、この一次コイルは、例えば、長方形のマトリックス（行列）の形態を有する。この古典的なマトリックスの形態に代わるものとして、詰め込み密度を高くするために、連続する行を、それぞれ互いに対して縦長方向で、１行の格子間隔の半分の間隔分だけずらすこともできる。
【０００８】
全システムをモジュール化構成とするために、各一次誘導子には、それ自身の給電ユニットが割り当てられることができ、この全ての給電ユニットが、共通の制御装置に接続される。この共通の制御装置が、とりわけ、個々の給電ユニットを作動または非作動化することにより、給電ユニットから個々の一次誘導子に個別に供給される電流を制御する。これに代えて、複数の出力部を有する中央給電ユニットを設けて、各出力部に対して個々の一次誘導子が接続されているように設けることができる。この場合、個々の出力部が制御部により個別に制御される。
【０００９】
いずれの一次誘導子に電流供給されるべきかの決定は、個々の一次誘導子におけるインピーダンス測定値または電圧測定値に基づいて、制御装置によって行われうるが、これによって、各個々の一次誘導子の領域中に二次誘導子が存在するか否かが決定されうる。このために、給電ユニットは、対応する測定装置を備えていて、二次誘導子の位置を検出するための単純な電圧測定の使用には、二次誘導子が励起されていることが要求される。
【００１０】
車両側の二次誘導子の数は、車両の充電電力の要件に応じて、一次誘導子１つと充電ステーションの一次誘導子の全数との間で変動しうる。そして、二次誘導子が複数ある場合には、車両を適切に位置づけることにより、複数の二次誘導子と複数の一次誘導子とが同時に対になって重複するように、複数の二次誘導子が配列されるべきである。二次誘導子の配列が、一次誘導子の配列の少なくとも一部分に一致する際に、これは保証される。
【００１１】
本発明により、電力要件が異なる、異なるサイズの電気車両を誘導充電することができ、かつ、大きい車両の電力要件用に設計された充電ステーション中で、最大充電電力を必要としないようなより小さい車両の場合にも顕著な損失がないような、それぞれの場合でこの異なる電力要件に合致した二次側が可能になる。さらに、より小さい車両用には、本発明は、同程度に最適である充電位置を複数個提供する。すなわち、より小さな車両を位置決めするための許容誤差を提供する。本発明では、１つの充電ステーションで、１つの大きな車両の代わりに、複数のより小さな車両を同時に充電できる。
【００１２】
これ以外にも、本発明によるモジュール化により、より小さい一次誘導子および二次誘導子をより多数個設けることができ、これにより、大量生産におけるコストの利点をもたらす。したがって、給電ユニットにモジュール化を行う場合には、給電ユニットにも同様の点が適用される。本発明の別の利点は、冗長性を備えることである。これにより、一次誘導子および／または二次誘導子および／または給電ユニットの一部分に欠陥がある場合には、その欠陥部品のスイッチを切り、正常な部品のみを使用することにより、遅い充電速度で充電することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電気自動車がおおよその充電位置にある本発明の装置の一実施形態を示した概略図である。
【図２】異なる二次コイル配列を備えた複数の異なるサイズの電気車両の概略図である。
【図３】図３の様々なサイズの電気車両が、それぞれ本発明の一次コイル配列での充電位置にあるところを示す図である。
【図４】マトリックス形態での様々な一次コイル配列を複数例示す図である。
【図５】コイルがずらされて、異なる長さのコイルの行を備えた一次コイル配列を示す図である。
【図６】単一の二次コイルを備えた車両が、本発明の一次コイル配列中で様々な充電位置にあるところを示す図である。
【図７】複数の二次コイルを備えた車両が、本発明の別の一次コイル配列中で様々な充電位置にあるところを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態例を、図面を参照して説明する。
【００１５】
４つの同じ種類の一次コイル１〜４が正方形状に配された本発明の装置のある実施形態を、図１の平面図に概略図示する。１つの二次コイル６のみを備えた電気車両５が、充電のためにまさに一次コイル１〜４の配列の上に位置している。二次コイル６の円形の基部領域は、一次コイル１〜４の基部と区別するために、図１中では網掛け図示されている。この種の図示は、他の全ての図でも基本的に用いられている。二次コイル６の直径は、一次コイル１〜４の直径と合致している。図からわかるように、二次コイル６は、一次コイル４の大部分を覆っているが、完全には覆っていない。しかし、他の一次コイル１〜３からは離れている。したがって、車両５の位置は全体的にはエネルギーの伝送には理想的とは言えないが、存在する全ての一次コイル１〜４のなかでは、一次コイル４が、このために総じて適切である唯一のコイルである。
【００１６】
個々の一次コイル１〜４は、それ自身の給電ユニット７〜１０にそれぞれ接続されていて、この各給電ユニットは、電源ケーブル１１に接続されていて、各給電ユニットは、この電源ケーブルから電力を引き出し、関連する一次コイル１〜４に送電する。一次コイル１〜４への供給に関する動作パラメータ（電圧、電流、周波数）は、二次コイル６への誘導伝送のために最適化され、電源ケーブル１１の動作パラメータとは異なる。
【００１７】
個々の給電ユニット７〜１０は、中央制御装置１２に接続され、この中央制御装置１２が、給電ユニット７〜１０による個々の一次コイル１〜４への電流の供給を必要に応じて制御するという課題を有する。図示した例では、これは、一次コイル６のみが給電され、他の３つの一次コイル１〜３は不作動状態であり続けることを意味する。これは、制御配線１３〜１６により達成されるが、この配線がスイッチ１７〜２０に作用し、これにより、給電ユニット７〜１０が、個々に制御電圧配線２１に切り替えられうる。この切り替え動作により、各給電ユニット７〜１０が作動され、その結果、関連する一次コイル１〜４へ給電される。図示した例では、制御装置１２は、制御配線１６上のスイッチ２０のみに対して閉鎖信号を送り、これによって、給電ユニット１０が作動され、電流を一次コイル４に供給する。残りの制御配線１３〜１５には閉鎖信号が発せられず、スイッチ１７〜１９は開いたままであり、給電ユニット７〜９は不作動なままである。
【００１８】
個々の給電ユニット７〜１０から、信号線２２〜２５が、制御装置１２に向かって伸びている。これらの信号線２２〜２５を通じて、給電ユニット７〜１０中に統合されているインピーダンス測定装置が、それぞれ制御装置１２に対して測定信号を発する。この測定信号は、関連する一次コイル１〜４のインピーダンス値を示している。これらのインピーダンス値は、一次コイル１〜４の領域中に二次コイル６が存在することにより影響を受け、とりわけ、一次コイルが短絡する際（これは、一次コイル配列中に車両が到着した段階では、まだエネルギー伝送がまだ行われていないので難なく可能になる）に影響を受ける。図１に示す状態では、一次コイル４のインピーダンス値のみが、二次コイル６の存在により変化する。残りの一次コイル１〜３のインピーダンス値は、車両５の車体により影響を受けうる。システムの設計が適切であれば、これにより生じるインピーダンスの変化は、二次コイル６により生じる一次コイル４のインピーダンスの変化よりもずっと小さい。
【００１９】
制御装置１２は、個々の一次コイル１〜４のインピーダンス値の分布を観察する評価ユニットを有する。この評価ユニットは、信号線２２〜２５を通って受信した測定信号に基づいて、かつ、閾値との比較に基づいて、一次コイル１〜４のうちのいずれの上に二次コイル６が位置付けられているかを決める。図１で示した状態では、これは、一次コイル４のみであり、その結果、この一次コイル４が電流を受け取る唯一のコイルとして選択される。電気車両５がさらに右方向に動き、この車両の二次コイル６が主に一次コイル１を覆うと、この一次コイル１が選択され、制御配線１３上の信号によりスイッチ１７が閉鎖され、この一次コイル１に割り当てられた給電ユニット７が作動するであろう。
【００２０】
複数の分散型給電ユニット７〜１０を備えたこの上述の実施形態の代わりに、本発明を、単一の中央給電ユニットを用いて作ることも可能で、これが、別々に作動可能な複数の出力を有する（区間コントローラーの概念または変圧器）。
【００２１】
上の例では、単一の二次コイル６を備えた電気車両５を想定した。しかし、本発明の目的は、異なる電力要件を有する異なるサイズの車両に、１つの充電ステーションで充電可能にすることである。このためには、異なるサイズの車両が、図２に図示したように、異なる数の二次コイルを備えていなければならない。右にある１つの二次コイル６を備えた小さい車５の横に、この図の中央には、中程度のサイズの車両５Ａがあり、これは、正方形に配列された４つの二次コイル６Ａを備えている。また、この図の左側には、大きい車両５Ｂがあり、これは正方形に配列された８つの二次コイル６Ｂを備えている。小さい車両５は、例えば乗用車でありえ、中程度のサイズの車両５Ａはバンまたはミニバスでありえ、大きい車両５Ｂはトラックまたはバスでありえる。図２および図３中、車両５・５Ａ・５Ｂの進行方向は上方向である。
【００２２】
図３は、図２に示した様々なサイズの車両５・５Ａ・５Ｂが、８つの一次コイルの長方形の配列（配置）２６上にあるところを示す図である。図１の実施形態の例と同様、この配列２６の各一次コイルには、それ自身の給電ユニットが割り当てられるが、これは、図３およびこれ以降の全ての図ではもはや図示しない。中央制御装置も設けられているが、これももはや図示しない。一次コイルの幾何学的配列２６は、個々のコイルのサイズ、その数および互いに対する配置に関しても、大きな車両５Ｂの二次コイル配列６Ｂの幾何学的な配置と全く同じである。
【００２３】
図３中の左にある大きな車両５Ｂは、この場合、二次コイル配列６Ｂが一次コイル配列２６をほぼ正確に覆っている、すなわち、個々の全ての二次コイルが１つの一次コイルの上にまさに載っていることにより、ほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合、配列６Ｂの全ての一次コイルが作動され、車両５Ｂのバッテリーを充電するのに用いられる。十分に大量の電力が、適切な速度で、大きな車両５Ｂのバッテリーを充電するために伝送されるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６Ｂとが設計されている。図示した進行方向では、大きな車両５Ｂに関する最適な充電位置は１つしか存在しないが、これは、二次コイル配列６Ｂを、一次コイル配列２６で完全に覆おうのは、この１つの位置でしか可能でないからである。進行方向が逆の場合も、最適な充電位置は１つしかない。これは問題とはならない。なぜならば、バスやトラックのような大きな車両は、適切な運転技能を持ち特別な訓練を受けた運転手が運転するので、充電ステーションに駐車する際に、十分正確にこれらの車両を位置付けると信頼することができる。
【００２４】
図３の中央では、４つの二次コイルを備えた二次コイル配列６Ｂが、この場合一次コイル配列２６の半分をほぼ正確に覆っていることにより、すなわち、全ての二次コイルが上述の半分の一次コイルの上に載っていることにより、中程度のサイズの車両５Ａがほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合、配列２６の８つの一次コイルのうちの４つ、すなわち、図３の運転方向で前方の４つのコイルが作動され、車両５Ｂのバッテリーを充電するのに用いられる。この場合、中程度のサイズの車両５Ａのバッテリーに適切な速度で充電するために、十分大量の電力が伝送されうるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６Ａとが設計されている。
【００２５】
図３からわかるように、中程度のサイズの車両５Ａの二次コイル配列６Ａは、大きい車両５Ｂの二次コイル配列６Ｂのまさに半分に相当する。したがって、この中程度のサイズの車両５Ａには、最適な充電位置がいくつか存在する。例えば、中程度のサイズの車両の二次コイル配列６Ｂが、進行方向で一次コイル配列２６の、中央の４つまたは後方の４つの一次コイルをまさに覆うように、この中程度のサイズの車両を位置付けることが可能である。同じことが、逆の進行方向に対しても適用される。中程度のサイズの車両５Ａは、図示した位置に対して±９０°回転させた進行方向に停車することさえもできる。そして、各場合で、一次コイル配列２６の４つの一次コイルを、二次コイル配列６Ｂでまさに覆う最適な充電位置が３つずつ存在する。上述のインピーダンス測定に基づいて、全ての場合で、一次コイル配列２６のうちのいずれの一次コイルが、二次コイル６Ｂのうちの二次コイルにより、エネルギー伝送のために覆われているかを決め、かつ、覆われた一次コイルに対して特定的に電流を供給し、覆われていないコイルを非作動にし続けることが可能である。
【００２６】
図３の右では、単一の二次コイル６が、この場合は一次コイル配列のうちの１つの一次コイル２６をほぼ正確に覆っていることにより、小さい車両５も、ほぼ最適な充電位置に位置付けられている。この場合では、配列２６の８つの一次コイルのうちの１つのみが作動され、すなわち、配列２６のうちの進行方向で前方右角に位置するコイルのみが作動され、車両５のバッテリーを充電するのに用いられる。この場合も、小さい車両のバッテリーに適切な速度で充電するために、十分大量の電力が伝送されるように、一次コイル配列２６と二次コイル配列６とが設計されている。
【００２７】
即座にわかるように、小さい車両には最適な充電位置が多数存在し、図３の進行方向だけでも８つあるが、これは、二次コイル６が、一次コイル配列２６の全ての一次コイルに対して随意選択的に並べられることができるからである。同じことが、全く逆の進行方向にも、および±９０°回転させた方向も適用される。
【００２８】
当然、図１〜図３に示された一次コイル配列は、本発明により達成可能な効果を維持しつつ、大いに変更することができる。これらの変形例のいくつかは、図４および図５から見て取れる。図４の左側に示した一次コイル配列２７〜３１は、厳密に長方形の配列であり、右側に示した一次コイル配列２７Ａ〜３１Ａは、平行四辺形形状または略長方形形状である。
【００２９】
考えられる最も単純な配列２７は、２つの一次コイルのみからなり、２段階の車両のサイズに応じて、電力伝送の大まかな段階わけのみが可能である。４つのコイルを備えた正方形の配列２８は、図１に関連してすでに説明をした。配列２９〜３１は、個々の行間と、個々の列間とで同じ間隔をあけた行と列からなるマトリックスの形態に基づいており、上述の拡張版である。
【００３０】
車体の基部（底部）領域は通常長方形であるので、充電されるはずの車両の進行予定方向において、より長い側で、少なくともおおむね長方形にコイルを配列するのが好都合であるように思われる。境界的な場合では、充電されるはずの車両の進行予定方向へ、連続して配列されたコイルを１行のみ設けてもよい。原則的に、現在達成可能な複数の伝送電力のレベルを有する一次コイルの複数行での配列は、既存の車両の長さにより、および二次コイル用に利用可能な空間により制限を受ける。
【００３１】
図４の右側にある対応する配列２７Ａ〜３１Ａは、左側の場合に対して、それぞれ、連続する行が、行の縦長方向で互いに対して相対的に、１行の半分の格子の間隔だけずれている点が異なる。配列３０と配列３０Ａ、配列３１と配列３１Ａとの比較からとりわけわかるように、このようにずらすことにより、一次コイルの詰め込み密度を大きくし、すなわち、所定の直径の一次コイルの所定の数を、より小さい領域中に入れることができる。
【００３２】
図５の一次コイル配列３２は、連続する行同士ずらされているという点では配列２７Ａ〜３１Ａに相当するが、全体として、これは、おおむね長方形でもなく平行四辺形のような形状でもなく、対称軸が全部で６つある六角形の形態を有している。
【００３３】
上述で図３に関連して既に述べた、より少ない数の二次コイルを備えた車両に対する本発明の一次コイル配列の位置許容誤差について、図６および図７に示した例でより明確になる。ここで、図６は、図３の右に基づいた状況から出発するが、この場合、１つの二次コイル６のみを備えた電気車両５が、８つの一次コイルからなる長方形の配列２６の充電ステーションで充電が行われるべきである。この際、車両５の進行予定方向は上方向である。
【００３４】
最も左側に示した車両の位置では、二次コイル６は、進行方向で左側列の最前の一次コイルの上に載っている。その右横に示された車両の位置では、二次コイル６は、左側の列の後ろから２番目の一次コイルの上に乗っている。その右横に示された車両位置では、二次コイル６は、右側の列の前から２番目の二次コイル上に載っている。最後に、最も右側に示した車両の位置では、二次コイル６は、進行方向で右側列の最前の一次コイルの上に載っているが、車両５は、進行進行方向に正確に停車しておらず、これに対して僅かに角度が傾斜している。したがって、図６に基づく状態では、進行方向にも、進行方向に対して横断する方向にも位置許容誤差があり、また、進行予定方向に対して相対的に車両が傾斜している場合にも位置許容誤差がある。
【００３５】
本発明の機能性にとっては、一次コイルの基部領域および二次コイルの基部領域が、図１〜６の場合のように整列している必要はない。図７は、より小さな基部領域を有する二次コイルを備えた車両が、より大きな基部領域を有する一次コイルを備えた充電ステーション中で充電されうる状況の例を示している。ここで示された車両５Ｃは、網掛けで示された二次コイル配列６Ｃを有し、この配列６Ｃは、１行が進行方向に対して連続して置かれた３つの２次コイルからなる１行を２つ（２行）有している。一次コイル配列３３は、全部で１７個の一次コイルからなり、これらは、進行方向に対して７行連続している。さらに、これらの行は、それぞれ、交互に１行の格子の間隔の半分だけ横方向にずれており、または長さが異なる。
【００３６】
図７の左側では、車両５Ｃは、進行予定方向に停車しているが、二次コイル配列６Ｃの二次コイルは、一次コイルの上に部分的にのみ載っていて、部分的に異なる一次コイルの間の間隔上にまさに載っている。この場合、電流は、二次コイルが少なくともおおむね位置付けられている一次コイルにしか電流は供給されない。これらの一次コイルとは、この場合、一次コイル配列３３の中央の列の前方の２つの二次コイルであり、これらの２つのコイル上に、２つの中央の二次コイルの大部分が位置付けられていて、かつ、２つの右側の二次コイルがそれぞれ半分程度位置付けられている。図７では、励起された一次コイルを太線で示す。２つの左側の二次コイルは、複数の一次コイル間の間隔のおおむね中央上に位置付けられている。周辺の一次コイルが同相で給電される場合、その磁場は、これらの間にある二次コイルの領域中で構造上は重複されるが、漏れ損失が非常に高くなると予想され、これらの一次コイルの励起は有意義であるとは思われない。
【００３７】
図７の中央でも、車両５Ｃは進行予定方向で停車しているが、しかし、この場合は、二次コイル配列６Ｃのうち、車両５Ｃの縦長側の左側と右側との外側の４つの二次コイルがそれぞれ、一次コイル配列３３の一次コイルの上に載っていて、中央の２つの二次コイルは、それぞれ、２つの一次コイル配列のまさに間にある。したがって、この場合にも、二次コイルに覆われた太線で示された４つの一次コイルに対して電流が供給されねばならない。
【００３８】
図７の右側では、車両５Ｃが明らかに、進行予定方向に対して傾斜角度をとって停車している。そうであっても、この場合、６つの二次コイルのうちの５つがそれぞれ、一次コイルの上に載っていて、５つの一次コイルが励起可能で、車両５Ｃのバッテリーは、比較的速い速度で充電可能である。二次コイル配列６Ｃの前方の左側の角にある二次コイルのみが、２つの一次コイルのまさに間にあり、したがって一次コイル配列３３による強い交番磁界にさらされることがない。
【００３９】
充電のために、車両が、本発明による充電ステーションの一次コイル配列上を走行すると、充電操作のための車両の位置決めは、上述のインピーダンス測定に加えて、さらにセンサー（例えば、レーダー、超音波、赤外線、光電変換セルに基づくセンサー）により、および、接近する車両と充電ステーションの制御装置との間の無線通信により支援されることができる。とりわけ、この際に、車種が、その二次誘導子の数と配列に関して特定されることができ、これから、充電操作用の１つまたは複数の最適な位置が明らかになり、その位置へ、車両が、インピーダンス測定と可能な追加的なセンサーとの支援により操車されるはずである。
【００４０】
ここで、充電ステーションが二次コイルの位置を検出しやすくするために、車両の到着段階で、車両バッテリーから車両自身の磁場を作るために、二次コイルを励起することも考えられる。しかし、車両の操車に関する詳細は、本発明の対象外である。
【００４１】
大きい車両のバッテリーを高速の充電速度で充電するのには、相対的に高い電力の提供が要求されると理解される。より小さい車両では、この高い電力により、バッテリーを比較的迅速に充電することができる。このようにして、本発明による充電ステーション中では車両の停車時間を短し、これを高い充電電力により補うことができる。
【００４２】
例えば、住宅地では、乗用車のほとんどの車庫が、単一位相の電源接続（２３０Ｖ／１０Ａ）のみを有し、これにより、約２ｋＷの充電電力が得られうる。したがって、このような車庫には、単一の一次コイルが取り付けられることができ、この電力用に設計された給電ユニットにより給電される。車両は、一晩かけて、より長い時間をかけてこの電力で充電される。日中は、同じ車両を、例えば、会社の駐車場で充電可能であり、ここでは、約６ｋＷの伝送電力を備えた３位相接続（４００Ｖ／１６Ａ）が、充電ステーションとして容易に設置可能である。この場合、車両が２つ以上の二次コイルを備えていると有用であり、この２つのうちの１つのみが、家庭での車庫で充電する際に用いられ、２つ以上の二次コイルが、会社の駐車場でより短時間で充電する際に用いられる。
【００４３】
迅速充電用の電気「給油所」は、このコンセプトに基づいて営業されうる。車両が複数の二次コイルを備えている際には、家庭や日常操作では、１つの二次コイルのみが用いられる。しかし、大量のエネルギーが可能な限り迅速に伝送されねばならない際には、複数の二次コイルが用いられる。
【００４４】
ここで一次コイルや二次コイルという場合には、一般的に、結合誘導子を意味し、従来型のコイルであるには及ばない。例えば、その基部領域は、本実施形態の例中の基底として用いられているような円形形状以外のものであってもよく、巻き線は、らせん状である必要はなく、平坦であってもよい。誘導子の形態の正確な設計は、当該分野の専門家の裁量に任せられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止ユニットから、その近辺に停車している車両（５）に対して電気エネルギーを誘導伝送するための装置において、前記静止ユニットは、少なくとも２つの一次誘導子（１〜４）を有し、前記少なくとも２つの誘導子は、同じ種類であり、互いに対して依存せずに電流が供給されうる誘導子であり、ここで、この電流の供給は中央制御装置（１２）により個別に作動または非作動化されうることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記静止ユニットは、複数の同じ種類の一次誘導子を規則的に二次元に配列（２６〜３２；２７Ａ〜３１Ａ）したものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一次誘導子は、長方形マトリックス（２６〜３１）の形態に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記一次誘導子の配列（２７Ａ〜３１Ａ；３２）は、複数の行の形態を有し、前記行は、その行内で同じ格子間隔を有し、かつ、同じ行間隔を有し、連続する行が、それぞれ、その縦長方向で、１行の前記格子間隔の半分の間隔分だけずれていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
各一次誘導子（１〜４）には、中央給電ユニットの前記各誘導子のための出力、または、前記各誘導子のための給電ユニット（７〜１０）が割り当てられていて、前記中央給電ユニットまたは前記個々の給電ユニット（７〜１０）は、各一次誘導子（１〜４）へ電流の供給を個別に制御する中央制御装置（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記中央給電ユニットの個々の出力または個々の給電ユニット（７〜１０）は、前記制御装置（１２）により、個々に作動または非作動化されうることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記中央給電ユニットまたは個々の給電ユニット（７〜１０）は、それぞれ、インピーダンスまたは誘導される電圧を各一次誘導子（１〜４）において測定できる測定装置を有することを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置（１２）は、前記静止ユニット内で、個々の一次誘導子（１〜４）のインピーダンス測定値の分布または電圧測定値の分布を決定する評価ユニットを有し、かつ、前記評価ユニット（１２）は、決定されたインピーダンス値または電圧値の分布に応じて、前記一次誘導子（１〜４）への電流の供給を制御することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記測定装置により測定されたインピーダンス値が参照値とは所定の最小量だけ異なる際、または、前記測定装置により測定された電圧値が所定の閾値を上回る場合のみに、前記制御装置（１２）は、一次誘導子（１〜４）への電流の供給を作動させることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記車両（５；５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）は、少なくとも１つの二次誘導子を有し、前記車両（５；５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）が少なくとも１つの位置にある際に、少なくとも前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）の少なくとも１つの二次誘導子と、前記静止ユニットの少なくとも１つの一次誘導子とが重複するように、前記二次誘導子の大きさが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）は、同じ種類で同じ大きさである二次誘導子を複数個有し、前記複数個の二次誘導子は、前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）が少なくとも１つの位置にある際に、前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）の複数の二次誘導子と、前記静止ユニットの一次誘導子とが同時に対をなして重複するように配列されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記二次誘導子は、前記一次誘導子と少なくともおおよそ同じ基部領域を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記二次誘導子は、前記一次誘導子よりも小さい基部領域を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記二次誘導子の配列（６Ａ；６Ｂ）は、前記一次誘導子の配列（２６）の少なくとも一部分の領域と一致することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１】
静止ユニットから、その近辺に停車している車両（５）に対して電気エネルギーを誘導伝送するための装置において、前記静止ユニットは、少なくとも２つの一次誘導子（１〜４）を有し、前記少なくとも２つの誘導子は、同じ種類であり、互いに対して依存せずに電流が供給されうる誘導子であり、ここで、この電流の供給は中央制御装置（１２）により個別に作動または非作動化されうることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記静止ユニットは、複数の同じ種類の一次誘導子を規則的に二次元に配列（２６〜３２；２７Ａ〜３１Ａ）したものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一次誘導子は、長方形マトリックス（２６〜３１）の形態に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記一次誘導子の配列（２７Ａ〜３１Ａ；３２）は、複数の行の形態を有し、前記行は、その行内で同じ格子間隔を有し、かつ、同じ行間隔を有し、連続する行が、それぞれ、その縦長方向で、１行の前記格子間隔の半分の間隔分だけずれていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
各一次誘導子（１〜４）には、中央給電ユニットの前記各誘導子のための出力、または、前記各誘導子のための給電ユニット（７〜１０）が割り当てられていて、前記中央給電ユニットまたは前記個々の給電ユニット（７〜１０）は、各一次誘導子（１〜４）へ電流の供給を個別に制御する中央制御装置（１２）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記中央給電ユニットの個々の出力または個々の給電ユニット（７〜１０）は、前記制御装置（１２）により、個々に作動または非作動化されうることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記中央給電ユニットまたは個々の給電ユニット（７〜１０）は、それぞれ、インピーダンスまたは誘導される電圧を各一次誘導子（１〜４）において測定できる測定装置を有することを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置（１２）は、前記静止ユニット内で、個々の一次誘導子（１〜４）のインピーダンス測定値の分布または電圧測定値の分布を決定する評価ユニットを有し、かつ、前記評価ユニット（１２）は、決定されたインピーダンス値または電圧値の分布に応じて、前記一次誘導子（１〜４）への電流の供給を制御することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記測定装置により測定されたインピーダンス値が参照値とは所定の最小量だけ異なる際、または、前記測定装置により測定された電圧値が所定の閾値を上回る場合のみに、前記制御装置（１２）は、一次誘導子（１〜４）への電流の供給を作動させることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記車両（５；５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）は、少なくとも１つの二次誘導子を有し、前記車両（５；５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）が少なくとも１つの位置にある際に、少なくとも前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）の少なくとも１つの二次誘導子と、前記静止ユニットの少なくとも１つの一次誘導子とが重複するように、前記二次誘導子の大きさが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）は、同じ種類で同じ大きさである二次誘導子を複数個有し、前記複数個の二次誘導子は、前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）が少なくとも１つの位置にある際に、前記車両（５Ａ；５Ｂ；５Ｃ）の複数の二次誘導子と、前記静止ユニットの一次誘導子とが同時に対をなして重複するように配列されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記二次誘導子は、前記一次誘導子と少なくともおおよそ同じ基部領域を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記二次誘導子は、前記一次誘導子よりも小さい基部領域を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記二次誘導子の配列（６Ａ；６Ｂ）は、前記一次誘導子の配列（２６）の少なくとも一部分の領域と一致することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１２−５３３２８０（Ｐ２０１２−５３３２８０Ａ）
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１９９８６（Ｐ２０１２−５１９９８６）
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５９８７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００６８４２
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５０８２３７４４３）コンダクティクス−バンプフラー ゲーエムベーハー (13)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５９８７３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００６８４２
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５０８２３７４４３）コンダクティクス−バンプフラー ゲーエムベーハー (13)
【Ｆターム（参考）】
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