JP6068659B2 - エネルギー伝送装置、およびエネルギー伝送構成 - Google Patents

Description

本発明は、車軸と少なくとも１つの車輪とを有する車両のためのエネルギー伝送装置であって、車輪の車輪リムは、結合ユニットによって車軸と機械的に結合され、車輪は、車両の前進を可能とするために、路面を滑走するよう構成される、上記エネルギー伝送装置に関する。

さらに、本発明は、車軸と少なくとも１つの車輪とを有する車両のためのエネルギー伝送構成であって、車輪は、車軸と機械的に結合され、車両の前進を可能とするために路面を滑走するよう構成される、上記エネルギー伝送構成に関する。

エネルギー伝送の際には、例えば電気エネルギーが１の物体から他の物体へと伝送される。その際には、伝送のために、例えば電気ケーブルを利用することが可能である。代替的に、無線エネルギー伝送を利用して電気エネルギーを伝送するという選択肢がある。無線エネルギー伝送によって、モビリティがより高くなり、電気的接触の形成時の問題が回避される。これにより、操作快適性を向上させることが可能である。

近接場領域内での無線エネルギー伝送のための物理的な基盤は、容量結合または誘導結合である。

容量的なエネルギー伝送では、送信用極板（Ｆｅｌｄｐｌａｔｔｅ）と受信用極板とが互いに平行に配置され、このようにして、それぞれが平行板コンデンサ（Ｆｌａｅｃｈｅｎｋｏｎｄｅｎｓａｔｏｒ）を構成する。受信用極板に電荷が結合すると、交流電圧が印加された際に、交流電流が、形成された平行板コンデンサを介して流れ、これにより電力が上記電荷へと伝えられる。ただし、誘導的なエネルギー伝送システムの方が少なくとも明らかに効率はよい。

誘導的なエネルギー伝送では、一次側でコイルによって交番磁界が生成される。この交番磁界の少なくとも一部が、同様にコイルを有する二次側を貫通する。これにより、二次側のコイル内で電圧が誘導され、したがって、エネルギーが一次側から二次側へと伝送される。誘導的エネルギー伝送における重要な特性変数は、結合される２つのコイルの結合係数である。結合係数は、コイルの自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの比を介して定義される。結合係数の増大またはコイル間の結合の改善は、例えばコイルの上側または下側に取り付けられ磁束を集束させる強磁性体を利用することにより達成される。これにより、エネルギー伝送の効率が改善される。

さらに、対応する共振回路をコイルと共に形成する、いわゆる共振コンデンサを、一次側と二次側とに配置するという選択肢がある。作動周波数において２つの共振回路が共鳴するように、共振コンデンサの容量値が選択される場合には、コイルの誘導性の影響は解消される。これにより、伝送される電力を最大化し、電力伝送の効率を最適化することが可能である。一次側と二次側とのこのような共鳴動作は、通常では、磁気共鳴方法と呼ばれる。しかしながら、磁気共鳴方法の場合に使用される共振回路によって、電力伝送が、周波数に非常に依存するようになる。

無線エネルギー伝送方式は、例えば、電気的に駆動される車両のトラクションバッテリを充電するために利用することが可能である。四輪車（例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車）のための公知の構成では、例えば、送信用コイルが床の中またはマット上に水平に設置される。受信用コイルは、車両の下部構造（シャーシ）内に水平に存在する。このシステムの伝送可能な電力は、コイルの直径と、無線で橋渡しされるエアギャップとに直接的に依存するということが知られている。コイルが小さく実現されるほど、効率は下がり、さらに、送信用コイルと受信用コイルとの間の有利に橋渡しが可能な間隔も狭くなる。さらに、エネルギー伝送における結合または効率は、２つのコイルの水平方向のずれに影響を受ける。このような理由から、送信用コイルと受信用コイルとは、例えば、比較的大きな同一の直径（例えば３０ｃｍ）を有する。このような構成は、選択されるコイル直径により、シャーシが剥き出しの二輪車（例えば自転車）に組み込むには適さない。

送信用コイルが例えばフロアマット内に配置され、受信用コイルが車両用ステータ内に配置される、二輪車のための構成が公知である。その際に、受信用コイルは、直径が約２〜３ｃｍで実現される。その結果、有利な伝送区間も同様に、ほんの数センチメータ（例えば２〜３ｃｍ）となる。これに応じて、垂直方向および横方向において送信用コイルおよび受信用コイルの位置が正しいことに対する要求が高くなる。送信用コイルと受信用コイルとが、互いに正確に位置付けられていない場合には、結合係数が小さくなり、エネルギー伝送の効率が下がる。これにより、無線エネルギー伝送システムの操作快適性が悪化してしまう。

したがって、本発明は、車軸と少なくとも１つの車輪とを有する車両のためのエネルギー伝送装置であって、車輪の車輪リムは、結合ユニットによって車軸と機械的に結合され、車輪は、車両の前進を可能とするために路面を滑走するよう構成され、エネルギー伝送装置は、電気的なエネルギーソースまたは電気的なエネルギーシンクを接続する接続ユニットと、接続ユニットと電気的に結合され、無線エネルギー伝送を利用して、電気的なエネルギーソースまたは電気的なエネルギーシンクと、車両の外に配置された外部のエネルギー伝送ユニットとの間で電気エネルギーを交換するよう構成された少なくとも１つの伝送要素とを有し、エネルギー伝送装置は、車両の車輪と回転固定に（ｒｏｔａｔｉｏｎｓｆｅｓｔ）接続される、上記エネルギー伝送装置を提供する。

さらに、本発明は、車軸と少なくとも１つの車輪とを有する車両のためのエネルギー伝送構成であって、車輪は、車軸と機械的に結合され、車両の前進を可能とするために路面を滑走するよう構成され、エネルギー伝送構成は、本発明に係るエネルギー伝送装置、および、電気エネルギーの伝送のためにエネルギー伝送装置と誘導的、磁気共鳴的、または容量的に結合される車両の外に配置された外部のエネルギー伝送ユニットを有する、上記エネルギー伝送構成を提供する。

公知のエネルギー伝送システムに対して、本発明に係るエネルギー伝送装置では、車両の車輪または車輪リムが伝送要素を配置するために利用される。したがって、例えば、より大きな受信用コイルを収容するためのアンダーボディが存在しない二輪車のトラクションバッテリも、高い伝送能力により充電するという可能性が生まれる。

さらに、外部のエネルギー伝送ユニットと、車両の車輪と回転固定に接続された伝送要素との間のエネルギー伝送を、車輪の回転時にも実施することが可能である。

エネルギー伝送装置が、車両の複数の車輪に設置される場合には、車両の下部構造内に一重に実現された受信用コイルに比べて、コイル総面積（Ｇｅｓａｍｔ−Ｓｐｕｌｅｎｆｌａｅｃｈｅ）がより大きく効率がよいため、伝送可能な電力が何十倍にもなる。その際に、利用される車輪が、車両の駆動輪であるか否かはあまり問題ではない。

さらに、エネルギー伝送装置は、車輪を有する全ての車両に適しているため、非常に普遍的に使用される。エネルギー伝送装置の場合、従来は伝送要素の配置のためには設けられていない車両の設置空間が利用される。本発明に基づき車両の車輪に伝送要素を配置することによって、エネルギー伝送装置を非常にコンパクトな構造形態で実現することが可能である。

一実施形態において、結合ユニットは車輪ハブを有し、その際に、接続ユニットは、この車輪ハブに当接して配置される。

接続ユニットは、電気的なエネルギーソースまたは電気的なエネルギーシンクを接続するために役立つ。例えば、電気的に駆動される車両のトラクションバッテリは、当該トラクションバッテリに電気エネルギーを充電するために、接続ユニットと電気的に接続されうる。車輪ハブに当接させて接続ユニットを配置することによって、車両のフレームまたはシャーシ内に設置されるトラクションバッテリとの電気的接触を非常に簡単に形成することが可能である。

さらなる別の実施形態において、結合ユニットは複数のスポークを有し、エネルギー伝送装置は、スポーク内に配置された送電線であって、伝送要素と接続ユニットとを電気的に結合する上記送電線を有する。

スポークのうちの１つの中に送電線を配置することによって、伝送要素と接続ユニットとの間の電気的接触のための、構造的に非常に簡素で確実な解決策がもたらされる。したがって、送電線を案内するための追加的な機械的要素であって、車両の重量を増やす可能性がある上記機械的要素は必要ではない。

エネルギー伝送装置は、伝送要素と接続ユニットとの間の電気的接触のために、複数のスポーク内に配置された複数の送電線を有してもよい。

さらなる別の実施形態によれば、伝送要素は、上記エネルギーの伝送のために、外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的、磁気共鳴的（ｍａｇｎｅｔｒｅｓｏｎａｎｔ）、または容量的に結合可能である。

伝送要素は、車両の車輪内に様々な形状で形成されるため、本発明に係るエネルギー伝送装置によって、誘導的、磁気共鳴的、または容量的な伝送方法が実現される。

さらなる別の実施形態において、伝送要素は、車輪リム上または車輪リム内に配置される。

例えば、２８インチ（６２２ｍｍ）のリム直径を有する車輪リム内にコイルを配置することによって、大きなコイル面積に基づき大きな電力を伝送することが可能である。これによりさらに、誘導的な伝送方法の他に、エネルギー密度がより低い伝送方法（例えば、磁気共鳴方法）も、二輪車のために転用することが可能である。公知のシステムの場合、このような方法の適用は、エネルギー密度がより低いため、従来では二輪車に設置できなかったより大きなコイルを利用しなければならないという点で成功していない。

さらに、本発明に係るエネルギー伝送装置の概ねより高い電力密度によって、伝送要素と外部のエネルギー伝送ユニットとの間により大きな間隔を取ることが可能となり、これにより、ユーザにとっては操作快適性が向上する。

さらなる別の実施形態において、伝送要素は、車軸の近傍に結合ユニットに接して配置される。

このような配置によって、伝送要素により引き起こされる慣性力が低減されうる。

さらなる別の実施形態において、伝送要素は、車輪の断面上に配置され、その際に、車軸は、当該断面上に存在する。

車輪の断面上に伝送要素を配置することによって、外部のエネルギー伝送ユニットを、車両に対して様々に位置付けることが可能である。車輪のポジションに依存して、外部のエネルギー伝送ユニットを、例えば、車輪の下、車輪の横、または車輪の前／後ろに配置することが可能である。さらに、さらなる別の伝送要素を、車輪のさらなる別の断面の平面上に配置することも可能である。例えば、第１のコイルに対して直交して配置される第２のコイルが、伝送要素として設けられてもよい。これにより、効率よいエネルギー伝送を行うことが可能な車輪のポジションが複数得られる。

さらなる別の実施形態において、伝送要素はコイルを有する。

このコイルのために、様々な形状が実現されうる。例えば、コイルは、円形または矩形の断面を有してもよい。さらに、伝送要素のコイルと外部のエネルギー伝送ユニットのコイルとの間の結合の改善を達成するために、例えば、コイルの上またはコイルの下に取り付けられ磁束を集束させる強磁性体を使用してもよい。

さらなる別の実施形態において、コイルの縦軸は、車軸と平行に配置される。

本実施形態において、コイルは、車輪リム上／車輪リム内に放射形対称的に（ｒａｄｉａｌｓｙｍｍｍｅｔｒｉｓｃｈ）配置される。その際に、磁場の強化のために、フェライト板またはフェライト磁心が、車輪リム上／車輪リム内に配置されてもよい。伝送要素のコイルの大きな断面によって、大きな電力を伝送することが可能である。

さらなる別の実施形態において、コイルの縦軸は、車軸を周回する円に対して接線方向に（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）配置される。

その際に、エネルギー伝送のために１つ以上のコイルを利用するという可能性が生まれる。例えば、上記コイルは、車輪リム上／車輪リム内に実現されうる。これにより、リムとタイヤの間の、従来では利用されていない既存の設置空間が、コイルを配置するために利用される。代替的に、コイルは、車輪の慣性力を低減させるために、車輪ハブの近傍にも配置されてもよい。

さらなる別の実施形態によれば、エネルギー伝送装置は、磁場の方向および／または強度を検知するよう構成された磁気センサを有する。

磁気センサを利用して、エネルギー伝送のために形成された磁場を正確に決定することが可能である。その結果、例えば、エネルギー伝送の効率を上げるために、エネルギー伝送装置の位置合わせを変更するという可能性が生まれる。

さらなる別の実施形態によれば、伝送要素は蓄電板を有する。

本実施形態では、伝送要素は、外部のエネルギー伝送ユニットと容量的に結合される。慣性力を低減させるために、蓄電板は、好適に車輪のハブ／回転軸の近傍に配置される。容量を増やすために、並列接続された複数の蓄電板が設けられてもよい。

さらなる別の実施形態によれば、エネルギー伝送装置は、車輪のポジションを検知するよう構成されたポジションセンサを有する。

ポジションセンサによって、外部のエネルギー伝送ユニットに対する伝送要素の厳密な位置決めが保証されうる。これにより、高効率のエネルギー伝送が達成される。

さらなる別の実施形態において、エネルギー伝送装置は、接続ユニットと電気的に結合されエネルギー伝送を制御するよう構成された制御ユニットを有する。

制御ユニットをさらに追加して組み込むことによって、エネルギー伝送装置の非常にコンパクトな構造形態が獲得される。車輪の慣性力を最小化するために、制御ユニットは、好適に、ハブの近傍に配置される。さらに、制御ユニットは、ポジションセンサと、磁場の強度を定める磁場センサと、結合されてもよく、この２つのセンサの信号に従ってエネルギー伝送が制御される。

エネルギー伝送構成の一実施形態において、エネルギー伝送装置は、車両のトラクションバッテリと電気的に結合され、外部のエネルギー伝送ユニットは、エネルギー供給ネットワークと電気的に結合される。外部のエネルギー伝送ユニットは、トラクションバッテリを充電するために、電気エネルギーをエネルギー伝送装置へと伝送するよう構成される。

これは、本発明に係るエネルギー伝送構成の好適な実施形態である。本発明に基づいて車両の車輪にエネルギー伝送装置を配置することによって、エネルギー伝送の電力密度が上げられる。このことによって、エネルギー伝送装置と、外部のエネルギー伝送ユニットとの間の間隔をより大きくすることが可能となる。これにより、エネルギー伝送構成の操作快適性が改善される。さらに、より高い電力密度によって、トラクションバッテリのより迅速な充電過程が可能となる。

本発明に係るエネルギー伝送装置の特徴、特性、および利点は、対応して、本発明に係るエネルギー伝送構成にも該当しまたは適用可能であると理解されたい。

外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的または磁場共鳴的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。 外部のエネルギー伝送ユニットと誘導的に結合可能な、電気的に駆動される車両のためのエネルギー伝送装置の一実施形態を示す。

図１ａには、電気的に駆動される車両１２のための本発明に係るエネルギー伝送装置１０の一実施形態が示されている。電気的に駆動される車両１２は、この場合では、電気的に駆動される自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ、電動アシスト自転車）である。自転車１２は２つの車輪１４を有し、図１ａでは、分かり易いように、車輪１４が１つだけ示されている。車輪１４は、車輪リム１６に張られたタイヤ１５を有する。車輪リム１６は、複数のスポーク１８を介して、自転車１２の車軸２２への機械的結合を形成する車輪ハブ２０と接続される。

本例では、電気的に駆動される自転車１２が関わっているため、自転車１２は、当該自転車１２の駆動のために電気エネルギーを提供するトラクションバッテリ２４を有する。これに関して、トラクションバッテリ２４は、電気系統２６を介して接続ユニット２８と接続され、この接続ユニット２８は、車輪ハブモータ３０との電気的接触を形成する。トラクションバッテリ２４により提供される電気エネルギーを利用して、車輪ハブモータ３０は、自転車１２を駆動する。

自転車１２が特定時間の間駆動された後には、トラクションバッテリ２４に再び電気エネルギーを充電する必要がある。この目的のために、自転車１２は、無線エネルギー伝送を利用して転送された電気エネルギーを電気系統２６に蓄えトラクションバッテリ２４を充電するよう構成された本発明に係るエネルギー伝送装置１０を有する。このエネルギー伝送装置１０は、自転車１２の車輪１４と回転固定に接続される。エネルギー伝送装置１０は、伝送要素３２を有し、この場合はコイル３２を有する。コイル３２は少なくとも１つの送電線３４を介して、車輪ハブ２０に当接して配置された接続ユニット２８と電気的に結合される。

有利に、送電線３４はスポーク１８内に形成される。交番磁界に基づきコイル３２内で誘導された電圧、または、コイル３２内で誘導された電流は、送電線３４と、接続ユニット２８と、電気系統２６とを介してトラクションバッテリ２４へと転送されうる。したがって、コイル３２に対して磁場が作用した結果、トラクションバッテリ２４に電気エネルギーが充電されうる。コイル３２は、本実施例では、車輪リム１６上に放射形対称的に配置される。換言すれば、コイル３２の縦軸は、車軸２２に対して平行に配置される。

さらに、磁場の強化または集束のために、フェライト板／フェライト磁心３６が車輪リム１６上に配置される。本発明に基づき車輪リム１６上にコイル３２を配置することによって、コイル３２は大きな直径を有する。これにより、エネルギー伝送の際の高い電力密度を実現することが可能である。その際に、図１ａに描かれるエネルギー伝送は、例えば、コイル３２を例えば１つ利用する誘導的な伝送方法に基づいている。

以下の図では、本発明に係るエネルギー伝送装置１０のさらなる別の実施形態が示されており、このさらなる別の実施形態は全て、エネルギー伝送装置１０が車両１２の車輪１４と回転可能に接続されるという原則に基づいている。したがって、先に記載した実施形態に関して同一の構成要素は、同一の符号で示される。以下の図では、基本的に相違点が解説される。

図１ｂでは、磁場共鳴方法に基づく、エネルギー伝送装置１０のさらなる別の実施形態が示されている。これに関して、例えば巻き数が異なる２つのコイル３２ａ、３２ｂが車輪リム１６上に配置されている。図１ｂから分かるように、コイル３２ａ、３２ｂは、車輪リム１６に対して放射形対称的に配置され、したがって、車輪リム１６とタイヤ１５との間の設置空間を利用する。これにより、非常にコンパクトな構造形態となる。

代替的な実施形態において、コイル３２ａ、３２ｂ、および／または、フェライト板３６が、車輪リム１６内に構成されてもよい。

図２には、エネルギー伝送装置１０と、車両１２の外に配置された外部のエネルギー伝送ユニット４２ａ、４２ｂとを有するエネルギー伝送構成４０が示されている。外部のエネルギー伝送ユニット４２ａ、４２ｂは、コンセント４４を介してエネルギー供給ネットワーク４６と結合され、無線エネルギー伝送方法を利用して、エネルギー供給ネットワーク４６からエネルギー伝送装置１０へと電気エネルギーを伝送するよう構成される。図２で示される実施例では、外部のエネルギー伝送ユニット４２は、エネルギー伝送装置１０と誘導的または磁場共鳴的に結合される。このために、エネルギー伝送ユニット４２は、例えば巻き数が様々でありうるコイル４８を有する。磁場の強化および集束のために、コイル４８の領域内にフェライト磁心５０が配置されてもよい。その際に有利に、コイル４８は基本的に、車輪リム１６に対して平行に配置される。エネルギー伝送装置１０のコイル３２も同様に、巻き数が様々であってもよい。

大きなエネルギーを伝送するために、エネルギー伝送装置１０とエネルギー伝送ユニット４２とは、図２で示される対称面５２に対して対称的に配置される。

図３には、車輪１４の様々な箇所にコイル３２が配置された、エネルギー伝送装置１０のさらなる別の実施形態が示されている。したがって、車輪１４ａでのコイル３２は、車輪リム１６上／車輪リム１６内の配置されている。これに対して、車輪１４ｂでは、コイル３２は車輪ハブモータ３０上に形成されている。車輪１４ｃの場合は、コイル３２は、車輪リム１６上／車輪リム１６内に、および／または、車輪ハブ２０の周囲に実現される。図３から、車輪１４において非常にフレキシブルにコイル３２が位置付けられるということが分かる。

図４ａは、エネルギー伝送構成４０およびエネルギー伝送装置１０のさらなる別の実施形態を示している。本実施例では、コイル３２は、車輪リム１６上／車輪リム１６内に接線方向に（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）配置される。換言すれば、各コイル３２の縦軸が、車軸２２を周回する円に対して接線方向に配置される。磁場の強化のために、フェライト板３６がコイル３２の周囲に設置されてもよい。エネルギー伝送構成４０のエネルギー伝送は、エネルギー伝送ユニット４２とエネルギー伝送装置１０との間の誘導的または磁場共鳴的な結合に基づいている。

図４ｂでは、図４ａに示された実施例による車輪１４の断面が示されている。図４ｂから分かるように、複数のコイル３２が、車輪リム１６に対して接線方向に位置付けられる。フェライト磁心３６は、例えば、コイル軸の周辺に位置付けられてもよい。

図５には、車輪リム１６の断面上にコイル３２が配置された、エネルギー伝送装置１０のさらなる別の実施形態が示されている。本実施例でも、磁場の強化のために、フェライト磁心３６が、コイル３２の周辺に配置されてもよい。コイル３２の電気的接触は、例えばトラクションバッテリ２４への電気的接続を形成する図５では示されない送電線３４を介して行われる。さらに、図５のエネルギー伝送装置１０は、制御ユニット５４、この場合は充電装置５４と、ポジションセンサ５６とを有する。充電装置５４は、トラクションバッテリ２４の充電過程を制御するよう構成される。ポジションセンサ５６は、車輪１４のポジションを検知するよう構成される。したがって、コイル３２は、ポジションセンサ５６を利用して、例えば、路面５８に対して垂直または水平に方向付けられる。これにより、エネルギー伝送装置１０とエネルギー伝送ユニット４２との間のエネルギー伝送の効率を最適化することが可能である。

車輪リム１６の断面上にコイル３２を配置し、ポジションセンサ５６を利用して車輪のポジションを検出することによって、エネルギー伝送ユニット４２を、車両１２に対して相対的に様々なポジションに配置することが可能である。このことが図６に示されている。例えば、エネルギー伝送ユニット４２ａは、車両１２のサイドに置かれてもよい。代替的または追加的に、エネルギー伝送ユニット４２は、車両の前／後ろ、または、車両の下に配置されてもよい（符号４２ｂ、４２ｃ参照）。エネルギー伝送装置１０とエネルギー伝送ユニット４２とが、図６の四輪車１２の各車輪１４に設けられる場合には、充電出力が４倍の値に上がる。

図７ａには、エネルギー伝送構成４０のさらなる別の実施形態が示されている。エネルギー伝送ユニット４２は、ここでは、送信用コイル４８を送信側で制御するために使用することが可能な外部の制御装置６０を有する。エネルギー伝送構成４０は、車両１２のシャーシ内に設置され磁場の方向／強度を検知するよう構成された磁気センサ６２をさらに有する。磁気センサ６２とポジションセンサ５６とにより提供される信号は、エネルギー伝送構成４０の充電準備が整ったことを検出し、および／または、エネルギー伝送の効率を改善するために、例えば、充電装置５４によって評価されてもよい。任意に、磁場の集束のために、フェライトディスク５０またはフェライト磁心５０が利用される。

図７ｂは、エネルギー伝送構成４０のさらなる別の実施形態を示すための、車輪１４の断面を示している。図７ｂから分かるように、充電装置５４は車輪リム１６の内部に配置される。コイル３２とポジションセンサ５６とは、車軸２２の近傍に位置付けられる。コイル３２の電気的接触は、車軸２２内を案内される電気系統２６を介して行われる。

図８に示されるエネルギー伝送構成４０の実施形態では、２つのコイル３２ａ、３２ｂが、車輪１４の断面上または車輪リム１６の断面上に形成される。その際に、コイル３２ｂは、コイル３２ａに対して直交して方向付けられる。これにより、車輪１４の複数の充電ポジションが得られ、効率のよいエネルギー伝送が可能となる。さらに、対応して配置されるエネルギー伝送ユニット４２を利用して、コイル３２ａ、３２ｂを互いに別々に駆動するという可能性が生まれる。

図９では、車輪１４はローラ６４上に配置されている。したがって、車両１２は、ローラ６４上で駆動され、その際に、同時に、車両１２のトラクションバッテリ２４が充電される。例えば、このような形でトラクションバッテリ２４を充電する可能性は、車両１２の製造時の最終検査の間、工場での修理の間、または技術的な検査の間に生じる。

図１０では、エネルギー伝送ユニット４２ａ、４２ｂと、エネルギー伝送装置１０との間の容量結合に基づくエネルギー伝送構成４０の一実施形態が示されている。これに関して、伝送要素３２ａ、３２ｂは、極板（Ｆｅｌｄｐｌａｔｔｅ）／蓄電板３２ａ、３２ｂとして構成される。極板３２ａ、３２ｂは、好適に、車軸２２の近傍の車輪１４内または車輪リム１６内に配置される。対応して、エネルギー伝送ユニット４２ａ、４２ｂは、極板３２ａ、３２ｂと共にコンデンサ構成を成す極板６６ａ、６６ｂを有する。好適に、極板６６ａ、６６ｂは、基本的に極板３２ａ、３２ｂに対して平行に方向付けられる。エネルギー伝送構成４０の駆動時には、極板６６と極板３２との間に、図１０にベクトルＥで示される電界が発生する。

代替的に、図１０で示される極板３２ａの代わりに、コンデンサの表面を増やし、したがって静電容量を増大させるために並列接続された複数の極板が互いに並んで設置されてもよい。さらに、極板３２は、円形または矩形に成形されてもよい。

エネルギー伝送構成４０の伝送可能な電力を増大させるために、エネルギー伝送装置１０とエネルギー伝送ユニット４２とは、図１０に示される対称面５２に対して対称的に構成されうる。本構成では、極板３２は、好適に、主電場の方を向かない面が、適切な絶縁素材または対応する塗装によって、対称面５２の向こう側に存在する極板の浮遊磁場（Ｓｔｒｅｕｆｅｌｄ）から護られる。

本発明に係るエネルギー伝送装置１０および本発明に係るエネルギー伝送構成４０の好適な実施形態を示してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更および修正が行われると理解されたい。

例えば、エネルギー伝送装置１０は、少なくとも１つの車輪を有する任意の車両に設置することが可能である。

さらに、エネルギー伝送装置１０を利用して、車両１２の電気エネルギーも、例えばエネルギー供給ネットワーク４６に蓄えることが可能である。

さらに、エネルギー伝送装置１０では、複数の様々な実施形態を互いに組み合わせることも可能である。

Claims (14)

1. 車軸（２２）と少なくとも１つの車輪（１４）とを有する車両（１２）のためのエネルギー伝送装置（１０）であって、前記車輪（１４）の車輪リム（１６）は、結合ユニット（１８、２０）によって前記車軸（２２）と機械的に結合され、前記車輪（１４）は、前記車両（１２）の前進を可能とするために路面を滑走するよう構成され、
   −電気的なエネルギーソースまたは電気的なエネルギーシンクを接続する接続ユニット（２８）と、
   −前記接続ユニット（２８）と電気的に結合され、無線エネルギー伝送を利用して、前記電気的なエネルギーソースまたは前記電気的なエネルギーシンクと、前記車両（１２）の外に配置された外部のエネルギー伝送ユニット（４２）との間で電気エネルギーを交換するよう構成された少なくとも１つの伝送要素（３２）と、
   を有し、
   前記エネルギー伝送装置（１０）は、前記車両（１２）の前記車輪（１４）と回転固定に接続され、
   前記結合ユニットは、複数のスポーク（１８）を有し、
   前記エネルギー伝送装置（１０）は、前記スポーク（１８）内に配置された送電線（３４）であって、前記伝送要素（３２）と前記接続ユニット（２８）とを電気的に結合する前記送電線（３４）を有する、エネルギー伝送装置（１０）。
2. 前記伝送要素（３２）は、前記電気エネルギーの伝送のために、前記外部のエネルギー伝送ユニット（４２）と、誘導的、磁気共鳴的、または容量的に結合可能である、請求項１に記載のエネルギー伝送装置。
3. 前記伝送要素（３２）は、前記車輪リム（１６）上または前記車輪リム（１６）内に配置される、請求項１、または２に記載のエネルギー伝送装置。
4. 前記伝送要素（３２）は、前記車軸（２２）の近傍に、前記結合ユニットに接して配置される、請求項１、または２に記載のエネルギー伝送装置。
5. 前記伝送要素（３２）は、前記車輪（１４）の断面上に配置され、
   前記車軸（２２）は、当該断面上に存在する、請求項１、または２に記載のエネルギー伝送装置。
6. 前記伝送要素（３２）は、コイルを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
7. 前記コイルの縦軸は、前記車軸（２２）と平行に配置される、請求項６に記載のエネルギー伝送装置。
8. 前記コイルの縦軸は、前記車軸（２２）を周回する円に対して接線方向に配置される、請求項６に記載のエネルギー伝送装置。
9. 前記エネルギー伝送装置（１０）は、磁場の方向と強度との一方または双方を検知するよう構成された磁気センサ（６２）を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
10. 前記伝送要素（３２）は、蓄電板を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
11. 前記エネルギー伝送装置（１０）は、前記車輪（１４）のポジションを検知するよう構成されたポジションセンサ（５６）を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
12. 前記エネルギー伝送装置（１０）は、前記接続ユニット（２８）と電気的に結合されエネルギー伝送を制御するよう構成された制御ユニット（５４）を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
13. 車軸（２２）と少なくとも１つの車輪（１４）とを有する車両（１２）のためのエネルギー伝送構成（４０）であって、前記車輪（１４）は、前記車軸（２２）と機械的に結合され、前記車両（１２）の前進を可能とするために路面を滑走するよう構成され、
    −請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置（１０）と、
    −電気エネルギーの伝送のために前記エネルギー伝送装置（１０）と誘導的、磁気共鳴的、または容量的に結合される、前記車両（１２）の外に配置された外部のエネルギー伝送ユニット（４２）と、
    を有する、エネルギー伝送構成（４０）。
14. 前記エネルギー伝送装置（１０）は、前記車両（１２）のトラクションバッテリ（２４）と電気的に結合され、
    前記外部のエネルギー伝送ユニット（４２）は、エネルギー供給ネットワーク（４６）と電気的に結合されており、前記トラクションバッテリ（２４）を充電するために、電気エネルギーを前記エネルギー伝送装置（１０）へと伝送するよう構成される、請求項１３に記載のエネルギー伝送構成。

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