KR102064473B1 - 유도 전력 전송을 위한 비페라이트 구조들 - Google Patents

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Abstract

유도 전력 전송을 위한 자계를 생성하는데 적절한 유도 전력 전송 장치가 개시된다. 장치는 전력원으로 에너자이징될 때, 각각의 코일에 의해 생성되는 자계들이 제1 표면 상에서 서로 증가되고 제2 표면 상에서 서로 실질적으로 약화되도록 배열되는 3개 이상의 코일들을 갖는다. 제1 및 제2 표면들은 서로에 대해 반대 관계를 갖는다. 또한, 차도를 사용하는 차량에 대한 유도 전력 전송을 위한 자계를 생성하는데 적절한 차도 유도 전력 전송 모듈, 및 유도 전력 전송을 위한 자계를 수신하는데 적절한 유도 전력 전송 장치가 개시된다.

Description

유도 전력 전송을 위한 비페라이트 구조들{NON-FERRITE STRUCTURES FOR INDUCTIVE POWER TRANSFER}
본 발명은 전기 에너지의 소스로부터 자속을 생성하는 장치 및/또는 전기 에너지의 소스를 제공하기 위해 자속을 수신하는 장치에 관한 것이다. 하나의 응용에서, 본 발명은 차도 IPT(inductive power transfer) 응용들에서의 사용을 위해 자속 생성기 또는 수신기로 사용될 수 있는 유도 전력 전송 디바이스를 제공한다.
IPT 시스템들이 전반적으로 그리고 특히 국제 특허 공보 WO 2011/016736에서 전력 공급된 차도 응용과 관련하여 논의된다. 그 공보에 설명된 시스템에서, 패드 투 패드 IPT 송신 방법이 사용된다. 패드들은 요구된 전력을 여전히 전송하면서 디바이스들의 크기를 가능한 한 작게 유지하기 위해 페라이트를 송신기 및 수신기 패드 둘 다에 포함한다. IPT 차도 응용에 대한 적절한 패드들의 특정 구성은 IPT 자속 송신기 또는 수신기를 포함하는 국제 특허 공보 WO 2010/090539에 설명되며, 이는 더블 D 패드 설계로 그 문서에서 지칭된다(그리고 또한 본 문서에서 지칭될 것임). 더블 D 패드 설계는 우수한 성능을 갖고, 설계에 따라 구성되는 패드 배열들은 수신 패드가 차량 아래에서 매우 적은 공간을 차지하도록 25-30 mm 두께 미만으로 이루어질 수 있다. 유사하게, 더블 D 설계에 따른 송신기 패드는 그것이 예를 들어 충전 목적들을 위해 차고의 바닥 상에 또는 바닥 내에 위치될 수 있도록 충분히 얇게 이루어질 수 있다.
더블 D 패드 설계 및 다른 패드 구조들은 전형적으로 요구되는 플럭스를 생성하기 위해 페라이트를 사용한다. 페라이트는 부서지기 쉽고 비용이 많이 드는 단점들을 갖는다. 특히, 차량 및 도로 환경에서, 페라이트는 쉽게 손상된다. 차도 환경에 위치될 때 연속적으로 그들을 지나 주행하는 40-50 톤 트럭들과 같은 차량들에 견딜 수 있는 IPT 플럭스 송신 및/또는 수신 장치를 개발하는 요구가 존재한다.
명세서 전체에서 종래 기술의 어떤 논의는 그러한 종래 기술이 광범위하게 공지되거나 기술분야에서 통상의 일반적인 지식의 일부를 형성하는 허용으로서 결코 간주되지 않아야 한다.
본 발명의 목적은 기존 구성들의 하나 이상의 단점들을 극복하는 차도 유도 전력 전송 모듈을 제공하는 것이다. 대안적으로, 본 발명의 목적은 유용한 선택을 대중에게 적어도 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적들은 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송을 위한 자계를 생성하는데 적절한 유도 전력 전송 장치를 제공하며, 장치는,
서로에 대해 반대 관계인 제1 표면 및 제2 표면;
전력원으로 에너자이징될 때 각각의 코일에 의해 생성되는 자계들이 제1 표면 상에서 서로 증가되고 제2 표면 상에서 서로 실질적으로 약화되도록 배열되는 3개 이상의 코일들을 포함한다.
바람직하게는, 코일들은,
중심 코일;
중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일;
중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함한다.
바람직하게는, 코일들은 솔레노이드 코일들을 포함한다.
바람직하게는, 중심 코일은 mmf를 제1 면에 공칭적으로 평행한 방향으로 생성하고, 엔드 코일들은 mmf들을 제1 면에 공칭적으로 수직인 방향으로 생성한다.
바람직하게는, 코일들은 사용 시에 엔드 코일들에 의해 생성되는 필드들이 반대 방향들이고 제1 면을 넘어 아치형 플럭스 패턴을 갖는 필드가 생성되도록 배열된다.
바람직하게는, 엔드 코일들의 미터 당 결합된 암페어 횟수(ampere-turn)들은 중심 코일의 미터 당 암페어 횟수들 미만이다.
바람직하게는, 엔드 코일들은 실질적으로 동일한 암페어 횟수들을 갖고, 중심 코일은 엔드 코일들 중 하나에 대한 적어도 2배의 암페어 횟수들을 갖는다.
바람직하게는, 제1 표면에 수직인 방향에서 엔드 코일들의 길이는 실질적으로 동일하고, 제1 면에 평행인 방향에서 중심 코일의 길이는 각각의 엔드 코일의 적어도 거의 2배이다.
바람직하게는, 엔드 코일들은 하나 이상의 권회(turn)를 중심 코일과 공유한다.
바람직하게는, 중심 코일은 제1 면보다 제2 면에 더 가까이에서 더 큰 길이를 갖는다.
바람직하게는, 엔드 코일들은 제2 면보다 제1 면에 더 가까이에서 더 큰 둘레를 갖는다.
바람직하게는, 제3 엔드 코일은 제1 엔드 코일에 인접하여 제공되고, 제4 엔드 코일은 제2 엔드 코일에 인접하여 제공된다.
바람직하게는, 제3 및 제4 엔드 코일들은 자계를 제1 코일의 자계와 반대 방향으로 생성하도록 배열된다.
바람직하게는, 제3 및 제4 엔드 코일들은 제1 및 제2 엔드 코일들의 암페어 횟수들의 반 이하를 갖는다.
바람직하게는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 거리는 중심 코일의 치수에 의해 정의된다. 예를 들어 중심 코일의 두께.
바람직하게는, 생성되는 유효 자계는 제1 면을 넘어 제1 표면과 제2 표면 사이의 거리와 거의 같은 거리로 연장된다.
바람직하게는, 생성되는 유효 자계는 제1 면을 넘어 제1 표면에 수직인 방향으로 제1 및 제2 엔드 코일들의 길이와 거의 같은 거리로 연장된다.
바람직하게는, 제1 표면으로부터 장치를 넘어 주어진 거리에서의 B 필드는 제2 표면으로부터 장치를 넘어 동일한 거리에서의 B 필드보다 더 크다.
바람직하게는, 주어진 거리는 제1 표면과 제2 표면 사이의 거리와 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 코일들은 기판 재료에 의해 실질적으로 둘러싸인다.
바람직하게는, 코일들은 기판 재료에 내장된다.
바람직하게는, 기판 재료는 비자성 재료를 포함한다.
바람직하게는, 코일들은 하나의 와인딩을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송을 위한 자계를 제공하는데 적절한 유도 전력 전송 장치를 제공하며, 장치는,
제1 축 주위에서 분리되며, 자계를 제1 축에 공칭적으로 평행인 방향으로 생성하도록 배열되는 한 쌍의 제1 코일 부분들;
제1 축에 평행하게 연장되는 자계를 생성하도록 배열되고 자계를 축의 일단부에서 제공하고 서로를 축의 타단부에서 소거하기 위해 필드들이 증가되도록 제1 코일 부분들에 대해 정렬되는 하나 이상의 제2 코일 부분들을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 차도를 사용하는 차량에 대해 유도 전력 전송을 위한 자계를 생성하는데 적절한 차도 유도 전력 전송 모듈을 제공하며, 모듈은 도로 표면 및 도로 표면과 실질적으로 반대인 도로 기초면(foundation side), 중심 코일, 중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일 및 중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함하며, 코일들은 전력원으로 에너자이징될 때 각각의 코일에 의해 생성되는 자계들이 도로 표면 상에서 서로 증가되고 도로 기초면 상에서 서로 실질적으로 소거되도록 배열된다.
바람직하게는, 코일들은 콘크리트에 의해 둘러싸인다.
바람직하게는, 코일들은 하나의 와인딩을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 청구항 24 내지 26 중 어느 하나에 기재된 복수의 차도 유도 전력 전송 모듈들을 포함하는 차도를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송을 위한 자계를 수신하는데 적절한 유도 전력 전송 장치를 제공하며, 장치는,
서로에 대해 반대 관계인 제1 표면 및 제2 표면;
전력원으로 에너자이징될 때 각각의 코일에 의해 생성되는 자계들이 제1 표면 상에서 서로 증가되고 제2 표면 상에서 서로 실질적으로 약화되도록 배열되는 3개 이상의 코일들을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송을 위한 자계를 수신하는데 적절한 유도 전력 전송 장치를 제공하며, 장치는,
서로에 대해 반대 관계인 제1 표면 및 제2 표면;
중심 코일;
중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일;
중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함한다.
바람직하게는, 코일들은 솔레노이드 코일들을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 투자성 재료보다는 오히려 물리적으로 강한 비자성 재료를 본질적으로 포함하는 차도 유도 전력 전송 모듈이 제공되며, 모듈은 자속이 사용 시에 생성되는 차도의 표면에 제공되도록 적응된 제1 면, 및 제1 면과 반대인 제2 면을 가지며, 장치는 에너자이징될 때 코일들이 제1 면 상에 증가된 자계를 제공하고 제2 면 상에 실질적으로 소거된 자계를 제공하도록 배열된 복수의 인접 코일들을 포함한다.
바람직하게는, 코일들은 하나의 연속 리츠 와이어(litz wire)로 와인딩된다.
바람직하게는, 비자성 재료는 콘크리트; 조적재(masonry); 세라믹 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 장치는 알루미나, 실리카, 섬유 유리, 케블러(kevlar), 또는 탄소 섬유 중 하나 이상을 사용하여 강화된다.
바람직하게는, 각각의 코일은 요구된 자속 패턴을 생성하기 위해 기자력(magneto motive force: mmf)을 선택된 방향으로 생성하도록 배열된다.
바람직하게는, 복수의 코일들은 mmf를 제1 및 제2 면들에 평행인 제1 방향으로 제공하도록 배열되는 중심 코일, 장치의 양단부에 있는 2개의 엔드 코일로서, 엔드 코일들 둘 다가 mmf를 제1 방향과 반대인 방향으로 제공하는 2개의 엔드 코일, 중심 코일과 엔드 코일 사이에 위치되는 제1 중간 코일, 중심 코일과 다른 엔드 코일 사이에 위치되는 제2 중간 코일을 포함하며, 제1 중간 코일은 mmf를 장치의 제1 면을 향하는 방향으로 제공하고 제2 중간 코일은 mmf를 패드의 제2 면을 향하는 방향으로 제공한다.
일 실시예에서, 엔드 코일들은 중심 코일의 mmf의 거의 반을 각각 생성한다.
다른 실시예에서, 코일들은 실질적으로 동일한 mmf를 각각 생성한다.
바람직하게는, 코일들은 실질적으로 솔레노이드이다.
바람직하게는, 코일들은 형태에 있어서 실질적으로 프리즘(prismatic) 형태이다.
바람직하게는, 코일들은 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 프리즘의 형태를 각각 취한다.
바람직하게는, 코일들은 제1 및 제2 면들에 직교하는 평면의 단면에서 실질적으로 정사각형 또는 직사각형이며; 일 실시예에서 정사각형 또는 직사각형 단면은 코일들 각각에 대해 실질적으로 동일하다.
다른 실시예에서, 엔드 코일들은 권회수를 그들에서 감소시킴으로써 다른 코일들보다 실질적으로 더 작은 mmf를 생성하기 위해 제조된다. 엔드 코일들의 mmf는 제로(zero)로 감소될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서, 비자성 재료를 포함하는 차도 유닛이 제공되며, 유닛은 사용 시에 자속이 생성되는 차도의 표면에 제공되도록 적응된 제1 면, 및 제1 면과 반대인 제2 면을 갖고, 장치는 복수의 도체 수용 경로들을 그 내에 포함하고, 경로들은, 도체가 경로들 내에 제공될 때, 에너자이징될 때 코일들이 제1 면 상에 증가된 자계를 제공하고 제2 면 상에 실질적으로 소거된 자계를 제공하도록 배열된 복수의 인접 코일들을 형성하도록 도체를 수용하도록 적응된다.
바람직하게는, 도체 수용 경로들은 구멍들을 포함한다.
바람직하게는, 도체는 구멍들을 통해 나사결합(thread)될 수 있다.
바람직하게는, 단일 연속 도체가 사용된다.
바람직하게는, 비자성 재료는 콘크리트, 조적재; 세라믹 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 장치는 알루미나, 실리카, 섬유 유리, 또는 탄소 섬유 중 하나 이상을 사용하여 강화된다.
바람직하게는, 각각의 코일은 요구된 자속 패턴을 생성하기 위해 기자력(mmf)을 선택된 방향으로 생성하도록 배열된다.
바람직하게는, 복수의 코일들은 mmf를 제1 및 제2 면들에 평행인 제1 방향으로 제공하도록 배열되는 중심 코일, 장치의 양단부에 있는 2개의 엔드 코일로서, 엔드 코일들 둘 다가 mmf를 제1 방향과 반대인 방향으로 제공하는 2개의 엔드 코일, 중심 코일과 엔드 코일 사이에 위치되는 제1 중간 코일, 중심 코일과 다른 엔드 코일 사이에 위치되는 제2 중간 코일을 포함하며, 제1 중간 코일은 mmf를 장치의 제1 면을 향하는 방향으로 제공하고 제2 중간 코일은 mmf를 패드의 제2 면을 향하는 방향으로 제공한다.
일 실시예에서, 엔드 코일들은 중심 코일의 mmf의 거의 반을 각각 생성한다.
다른 실시예에서, 코일들은 실질적으로 동일한 mmf를 각각 생성한다.
다른 실시예에서, 엔드 코일들은 제로 mmf를 생성한다.
바람직하게는, 코일들은 실질적으로 솔레노이드이다.
바람직하게는, 코일들은 형태에 있어서 실질적으로 프리즘 형태이다.
바람직하게는, 코일들은 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 프리즘의 형태를 각각 취한다.
바람직하게는, 코일들은 제1 및 제2 면들에 직교하는 평면의 단면에서 실질적으로 정사각형 또는 직사각형이며; 일 실시예에서 정사각형 또는 직사각형 단면은 코일들 각각에 대해 실질적으로 동일하다.
바람직하게는, 단일 연속 도체는 모든 코일들을 와인딩하기 위해 사용된다.
추가 측면에서, 본 발명은 차도 유도 전력 전송 모듈을 제공하는 방법에 있으며, 방법은,
포머(former)를 제공하는 단계;
차도의 표면에 제공되도록 적응된 제1 면, 및 제1 면에 반대인 제2 면을 갖는 차도 유닛을 형성하기 위해 비자성 재료를 포머 주위에 주조하는 단계로서, 유닛은 복수의 도체 수용 경로들을 그 내에 갖는 단계;
도체가, 에너자이징될 때 코일들이 제1 면 상에 증가된 자계를 제공하고 제2 면 상에 실질적으로 소거된 자계를 제공하도록 배열되는 복수의 인접 코일들을 형성하도록 경로들을 통해 도체를 나사결합하는 단계를 포함한다.
추가 측면에서, 본 발명은 차도 유도 전력 전송 모듈을 제공하는 방법에 있으며, 방법은,
복수의 인접 코일들을 형성하도록 배열된 도체를 제공하는 단계;
차도의 표면에 제공되도록 적응된 제1 면, 및 제1 면에 반대인 제2 면을 갖는 차도 모듈을 형성하기 위해 비자성 재료를 코일들 주위에 주조하는 단계로서, 코일들은 에너자이징될 때 코일들이 제1 면 상에 증가된 자계를 제공하고 제2 면 상에 실질적으로 소거된 자계를 제공하도록 배열되는 단계를 포함한다.
추가 측면에서, 본 발명은 벽 상의 복수의 전도 경로들 및 전도 경로들로부터 연장되는 도체들을 갖는 벽을 포함하는 유도 전력 전송 모듈을 제공하며, 전도 경로들 및 도체들은 3개 이상의 코일들을 제공한다.
바람직하게는, 2개의 벽이 제공되고, 도체들은 3개 이상의 코일들을 제공하기 위해 벽들 사이에 연장된다.
바람직하게는, 벽(들)은 인쇄 회로 기판을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송 모듈용 벽을 제공하며, 벽은 복수의 전도 경로들을 가지고 있는 기판을 포함한다.
바람직하게는, 벽은 인쇄 회로 기판을 포함한다.
다른 측면에서, 본 발명은 유도 전력 전송 모듈의 제조 방법을 제공하며, 방법은 2개의 측벽을 형성하는 단계, 복수의 전도 경로들을 각각의 측벽 상에 제공하는 단계, 및 도체들이 측벽들 사이에 연장되고 복수의 코일들이 형성되도록 도체들을 전도 경로들에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 방법은 충진 재료 또는 강화 재료로 벽들 사이의 도체들을 둘러싸는 단계를 더 포함한다.
추가 측면에서, 본 발명은 광범위하게 이전 진술들 중 어느 하나에 따른 차도 모듈 또는 유닛을 포함하는 IPT 시스템에 있다고 할 수 있다.
본 발명의 추가 측면에서, 이전 진술들 중 어느 하나에 따른 복수의 모듈들 또는 유닛들을 포함하는 차도가 제공된다.
바람직하게는, 차도는 주차장; 차고 바닥; 진입로; 도로 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 차도는 콘크리트, 골재; 조적재; 역청 중 하나 이상으로 구성된다.
바람직하게는, 장치는 알루미나, 실리카, 섬유 유리, 케블러, 또는 탄소 섬유 중 하나 이상을 사용하여 강화된다.
추가 측면에서, 본 발명은 복수의 플럭스 생성 모듈들을 포함하는 차도로부터 차도 유도 전력 전송을 위한 자계를 제공하는 방법을 제공한다. 방법은 2개의 인접 모듈이 임의의 시간에 에너자이징되도록 각각의 모듈을 순차적으로 에너자이징하는 단계를 포함한다.
일부 상황에서, 영구 자석 또는 전자석의 강도는 자석의 DM(dipole moment)에 관해 설명될 수 있다. 원래, DM은 자석 내의 자극들의 자극 강도 곱하기 그들 사이의 분리이었다. 자계 B에서 자석에 의해 생성되는 토크는 DM × 필드 강도 B 곱하기 DM과 필드 B 사이의 각도의 사인이다. 이러한 개념은 여전히 영구 자석들에 사용된다. 전자석들에 대해, D는 코일의 NI 곱하기 코일의 면적이다. 토크 계산들은 토크 = DM × B × 사인(세타)과 동일하다. 일부 상황에서, 이러한 개념은 본 발명에 유용하다.
다른 측면에서, 본 발명은 실질적으로 본 명세서에서 첨부 도면들에 도시된 임의의 실시예에 관해 설명된 바와 같은 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 광범위하게 본 명세서에 개시된 임의의 신규한 특징, 또는 특징들의 임의의 신규한 조합에 있다.
본 발명의 다른 측면들은 이하의 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 유도 전력 전송을 위한 5개의 비와이어 정사각형 차도 유닛 또는 모듈의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 유닛의 구멍들(102)을 통해 나사결합되는 와이어에 대한 와인딩 패턴을 도시하는 도 1의 유닛의 개략 단면이다.
도 3은 도 2의 배열에 대해 생성되는 플럭스 패턴의 2D 시뮬레이션이다.
도 4는 도 2의 배열에 대해 생성되지만 중심 코일의 폭이 2배인 플럭스 패턴의 2D 시뮬레이션이다.
도 5는 종래의 5개의 정사각형 픽업(pick-up)에 대한 2D 시뮬레이션 및 표현이다.
도 6a는 도 2에 도시된 것과 유사하지만, 중심 코일이 3배인 패드 배열을 통한 개략 단면이다.
도 6b는 도 6b의 배열에 대해 생성되는 플럭스 패턴의 2D 시뮬레이션이다.
도 7은 아주 근접하지만 접촉하지 않는 2개의 동일한 수직 플럭스 코일로부터의 플럭스 경로들의 2D 시뮬레이션이다.
도 8은 수평 플럭스 코일에 대한 플럭스 플롯(plot)의 2D 시뮬레이션이다.
도 9는 도 7의 수직 코일들이 바른 극성(correct polarity)을 갖는 도 8의 수평 코일들에 추가될 때 생성되는 플럭스 패턴이다. 코일들은 적절히 서로 맞추어지도록 동일한 프리즘 정사각형 형상을 가져야 한다. 이것은 중심 코일이 외부 코일들의 면적의 2배를 갖는 4개의 정사각형 픽업 코일이다.
도 10은 그것 위에 플럭스 컬렉터를 갖지 않는 4개의 정사각형 코일에 대한 플럭스 패턴의 2D 시뮬레이션이다.
도 11은 도 10에서와 같지만 그라운드(ground) 코일의 두께와 같은 높이에 플럭스 컬렉터를 갖는 플럭스 패턴의 시뮬레이션이다.
도 12는 도 11에서와 같지만 부분들 사이에 각진 전이(transition)를 갖는 2D 시뮬레이션이다.
도 13은 도 12에서와 같지만 부분들 사이에 각진 전이를 갖는 시뮬레이션이다.
도 14 및 도 15는 DD와 신규한 패드 사이의 유사성을 도시한다.
도 16은 모든 특징들이 포함된 2D에서의 바람직한 실시예를 도시한다.
도 17은 채널의 양측에 제공되는 본 발명에 따른 장치를 갖는 채널의 개략 평면도이다.
도 18은 도 17의 채널에 사용되는 UV 라이트의 개략 측면도이다.
도 19는 차도에 본 발명에 따른 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 20은 전도 경로들을 갖는 기판의 형태인 차도 유닛의 면의 개략 등각도이다.
후술되는 유도 전력 전송 장치는 패드의 형태로 제공될 수 있고, 편의 목적들을 위해 본 문서에서 패드로 지칭되지만 다른 형태들로 제공될 수 있다. 이러한 신규한 패드들은 그들 내에 페라이트를 갖지 않을 수 있고, 적어도 일 실시예에서 페라이트가 전혀 존재하지 않는다. 그 결과 패드의 구성은 현재 공지된 것들과 매우 상이할 수 있다. 신규한 패드들은 콘크리트, 또는 플라스틱, 조적재 또는 세라믹 재료와 같은 적절히 견고한 다른 비자성 재료, 및 리츠 와이어와 같은 도체를 사용하여 간단히 제조될 수 있다. 패드들은 특히 콘크리트로 제조될 때, 그들이 매우 무거운 것이 유리하지만 본 명세서에 설명되는 간단한 제조 공정으로 현장에서 구성될 수 있으므로 차도 응용들에서의 유도 전력 전송에 적절하다.
콘크리트 패드의 도면은 도 1에 도시된다. 콘크리트 패드는 더 후술되는 바와 같이, 리츠 와이어와 같은 도체가 나사결합될 수 있는 구멍들(102)의 형태로 일련의 도체 수용 경로들을 갖는, 콘크리트 또는 유사한 재료와 같은 비자성 재료의 유닛 또는 블록(101)을 포함한다. 유닛(101)의 상단 표면은 역청으로 커버될 수 있는 차도 표면이고, 하단 표면은 차도 기초(foundation)들의 위에 있을 수 있다. 콘크리트 블록(101)은 와이어를 위한 구멍들(102)이 완비된 현장에 주조될 수 있고, 와이어는 현장 외에서 제조되어 완성되고, 현장으로 수송되어 콘크리트 블록(101)에 나사결합된다. 구멍들(102)은 블록의 하단 표면 외부에 더 약하거나 무시가능한 필드를 갖고 콘크리트 블록의 상단 표면 위에 자계를 생성할 패턴으로 만들어진다. 와이어는 삽입 전에 완전히 종결될 수 있는 리츠 와이어이고 하나의 연속 와이어로 와인딩되는 것이 바람직하다. 그것의 제조에서, 콘크리트 블록은 구멍들(102)이 있는 도웰들(dowels)을 통해 주조될 수 있고, 도웰들은 콘크리트가 경화될 때 제거될 수 있다. 그러한 제거는 콘크리트가 경화 시에 수축(shrink)되고 도웰들을 단단히 유지하므로 곤란할 수 있지만, 대안적으로 도웰들은 제거될 필요가 없는 중공 비자성(예를 들어 플라스틱) 튜브들일 수 있다. 콘크리트는 강화될 수 있지만 금속은 사용될 수 없으므로, 콘크리트는 대신에 다른 적절한 재료들, 예를 들어 초핑된(chopped) 알루미나, 또는 초핑된 섬유 유리 또는 초핑된 섬유 또는 탄소 나노 튜브들 또는 케블러 또는 비자성인 다른 재료로 강화될 수 있다. 알루미나는 매우 강하고, 비자성이며, 절연체이고 바람직한 강화 재료이다. 패드는 와이어들과 그들이 있는 콘크리트 사이에서 가능한 어떤 이동도 존재하지 않도록 와이어들을 포함하는 구멍들을 아교 ― 예를 들어 강한 에폭시 ―로 플러깅함으로써 완성된다.
대안으로서, 와이어는 예를 들어 플라스틱과 같은 비자성 재료로 제조될 수 있는 하나 이상의 포머(former)들을 사용하여 적절한 와인딩 패턴으로 형성될 수 있다.
그 다음, 콘크리트는 와이어 및 포머(들) 주위에 주조될 수 있다. 이러한 공정은 구멍들(102)을 통해 와이어를 나사결합하는 요구를 회피한다. 이러한 공정은 필요하다면 현장에서 발생할 수도 있다. 구성의 일부로서 패드의 상단 표면은 콘크리트 및 에폭시의 혼합물이고 차도의 긴 수명 동안 우수한 마모 특성들을 갖는 매우 내구성이 강한 표면인 에폭시크리트(epoxycrete)의 어떤 형태로 완성될 수 있다. 에폭시크리트(epoxycrete)는 강하고 박리에 견디는 구조를 제조하기 위해 상단 표면을 커버하고 패드의 면들 아래에 연장되는 캡에 몰딩될 수 있다. 캡은 5-10 mm 두께일 수 있다. 이러한 작업에 적절한 다수의 독점 제품들이 존재하고 선택은 국부 조건들의 이해 및 구성요소들의 가용성을 수반하는 것 같다. 콘크리트 패드들은 매우 무거운 경향이 있으며 ― 더 무거울수록 그들은 높은 차축 하중을 갖는 차량이 그것을 넘어 운전될 때 이동할 가능성이 더 적기 때문에 이것은 분명히 차도 표면 상의 장점이라는 점이 주목되어야 한다. 차도에 대해, 콘크리트는 세계적으로 전적으로 허용가능한 재료이므로, 콘크리트로 제조된 패드는 고유 장점들을 갖는다.
도 2에 분명히 도시된 와인딩 패턴은 유도 전력 전송을 위한 다른 자기 구조들에 사용된 것과 매우 상이하다. 예를 들어, 더블 D 패드에서, 패드의 일면 상에 와이어들만이 존재하고 페라이트는 픽업 내의 플럭스에 관한 한 와인딩이 양면 상에 있는 것으로 나타나도록 자기 미러로서 기능한다. 여기서, 도 1 및 도 2에는, 페라이트가 존재하지 않으므로 와이어들은 양면 상에 있다. 이러한 면들을 함께 연결하기 위해 추가 수직 플럭스 코일들이 요구되며 ― 이는 도 2에 분명히 도시되어 있다. 이들은 더블 D 구조에 요구되지 않는다. 편의상 도 1에 도시된 구조는 5개의 블록 픽업으로 칭해진다. 여기서, 이러한 블록들은 모두 정사각형 프리즘들이고 모두 동일한 크기이지만 이것은 항상 그런 것은 아니다. 배선도는 수평 플럭스를 제1 블록에, 수직 플럭스를 제2 블록에, 수평 플럭스를 제3 블록에, 수직 플럭스를 제4 블록에 그리고 수평 플럭스를 제 5 블록에 생성한다. 또한, 이러한 블록들, NI 생성기들(즉 화살표들에 의해 표시되는 mmf들), 및 플럭스들은 도 6에서 매우 분명히 보여질 수도 있다. 이러한 패드들을 와인딩하는 것은 콘크리트의 중량이 그것들을 이동시키는 것을 상당히 어렵게 하므로 분명히 문제이다. 여기서, 본 명세서에서, 와인딩 공정은 와인딩들이 더 적은 동작들을 수반하도록 적은 권회수 ― 전형적으로 5-12 ― 를 사용함으로써 가능한 모든 경우에 최소화된다.
와이어링 패턴은 5-블록 패드에 대해 도 2의 단면에 도시된다. 본질적으로 이러한 패턴은 구멍 패턴으로서, 도 1의 블록(101)의 면 상에 도시된 것과 동일한 패턴이다. 201로 표시된 X 표는 도 1의 구멍들(102)로 공급되는 와이어들로 운반되는 블록의 면으로의 전류들에 상응한다. 원들(202)은 블록으로부터의 전류들이다. 빈 정사각형들은 규칙들이 충돌하는 상황들에 상응하고 동일한 공간은 X 표 및 원을 동시에 가져야 한다. 이러한 상황에서, 이러한 위치들은 와이어링되지 않는다. 다른 상황에서, 2개의 와이어들이 와인딩 규칙들을 충족시키기 위해 요구될 수 있지만 이러한 상황에서 단일 와이어는 양 조건들을 동시에 충족시키기 위해 사용된다. 당해 기술에서 통상의 기술자들은 요구된 기능성을 달성하기 위해 사용될 수 있는 다른 대안적 와인딩 패턴들이 존재하는 것을 이해할 것이다.
도 2를 더 참조하면, 화살표들(204 내지 208)은 mmf들(코일들에 의해 생성되는 필드들을 생성하고 지향시키는 NI 벡터들임)을 도시한다. 도시된 방향들로의 이러한 mmf들의 효과는 204로 표시된 위쪽 화살표로부터 아래쪽 화살표(205)로 블록의 상단 외부에 높은 아치형 플럭스를 생성하는 것이다. 실제로, 블록을 와이어링할 시에 사용되는 와이어들의 수는 빈 스폿(blank spot)들(203)이 그러한 상당한 효과를 갖지 않도록 여기에 도시된 수보다 훨씬 더 클 수 있다. 예시된 예에서, 와이어들의 각각의 그룹은 동일한 권회수를 갖는다. 실제로, 특정 상황이 지시될 때 권회수를 조정할 수 있는 장점들이 존재하므로, 다른 예들에서 와인딩 패턴(및 따라서 구멍들(102)에 대한 패턴)은 요구된 플럭스 패턴에 의존하여 변경될 수 있다. 블록은 그러한 큰 와인딩에 내재하는 공통 모드 전압들을 감소시키기 위해 본질적으로 반대 방향들에서 단일 와이어 또는 2개의 와이어로 와이어링될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 와이어 또는 와이어들이 위치되는 연속 기판 또는 매트릭스(이러한 예에서 콘크리트)가 존재한다. 예시된 실시예에서, 매트릭스는 패드의 상단 표면으로부터 와이어들이 있는 공간에서 이격된 하단 표면으로 연장되며 ― 이들은 그 지점에서 면적의 50%까지 차지할 수 있고, 구멍들 내의 임의의 공기 공간은 예를 들어 에폭시 또는 아교와 같은 재료를 사용하여 플러깅될 수 있다. 이것은 박리되지 않을 매우 강한 차도 유닛 또는 모듈을 생산할 수 있다. 그것은 또한 지금까지 IPT 시스템들에 사용되는 모든 패드 구조들의 제조에 가장 간단한 패드이다. 그것은 본질적으로 2개의 부분 ― 와이어를 운반하는 매트릭스, 및 와이어 자체만을 갖는다. 차도 응용에서, 요구되는 모두는 콘크리트 블록 및 리츠 와이어이다. 그러한 구조는 15-20분 내에 조립될 수 있다. 공정은 리츠 와이어가 공급되어 정확한 길이에 종결되면, 그리고 리츠 와이어의 전체 길이에 대한 와이어들에 걸친 강한 커버를 가지고 지원된다.
도 3 및 도 4는 이러한 방식으로 제조된 패드들에 대한 2D 필드 플롯들을 도시한다. 도 3은 양호한 전후비를 달성하는 5개의 솔레노이드 코일(301 ― 305)을 갖는 패드이며, 플럭스의 비에서 그것은 패드의 하단 외부의 플럭스와 비교하여 패드의 상단 외부에 생성한다. 여기서, 코일 당 16 권회가 존재하고 모든 코일들은 동일한 NI 생성 25A 곱하기 16 권회를 갖는다. 상이한 결과들은 각각의 코일에 대한 권회수를 변경함으로써 달성될 수 있다. 도 4는 중심 코일이 직렬로 2개의 코일(401 및 402)인 6개의 코일 패턴(401 ― 406)에 대한 플럭스 플롯을 도시한다. 다른 상세들은 모든 수평 코일들(4개)이 12 권회를 갖고, 수직 코일들(2개)이 16 권회를 갖고 모든 와이어들이 동일한 전류를 가지므로 이러한 패턴이 도 3의 패턴과 정확히 동일한 암페어 횟수를 갖는다는 것이다: 4 × 12 + 2 × 16 = 80 권회 곱하기 25A. 알 수 있는 바와 같이, 패턴들은 동일한 높이 및 거의 동일한 전후비를 갖지만 도 4의 콘크리트는 더 긴 하나의 "정사각형" 블록이므로, 그것은 도로의 미터 당 리츠 와이어에 관해 설치하는 더 낮은 비용 ― 20%의 비용 감소이다. 다른 패턴들은 요구되는 바와 같이, 상이한 정사각형 블록들에서 권회수를 변경함으로써 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 도 5는 중심 '코일'이 직렬로 3개의 코일들(501 ― 503)인, 즉 3개의 정사각형 블록인, 7개의 코일(501 - 507)의 종래의 배열을 도시한다.
도 4의 패턴은 그것이 2개의 대칭 절반부로 분할될 수 있고, 따라서 다수의 패드들이 스트링(string) 1 2 3 4 5에 있으므로, 교번 배열이 원래 시퀀스와 위상이 90 도가 다른 패드들의 다른 시퀀스를 형성하기 위해 제2 패드의 제1 절반부와 함께 제1 패드의 제2 절반부를 사용하여 이루어질 수 있다는 점에서 다른 장점을 갖는다. 따라서, 패드들이 주행 방향으로 정렬되면, 이 때 이동하는 차량에 대해 더 작은 스텝들을 갖는 시퀀스가 가능하다. 각각의 패드의 절반부들 둘 다를 나타내기 위해 시퀀스를 확장하면 원래 시퀀스는 1, 1 ½,2,2 ½,3,3 ½ ...로 기록될 수 있으며 2개의 순차 패드 절반부가 함께 온(on)되는 것이 예상되므로, 시퀀스는 다음과 같을 수 있다:
1, 1 ½ 제1 풀 패드 온
1, 1 ½, 2 제1 풀 패드 온, 플러스 절반부 제2 패드
1 ½, 2 제1 절반부 패드가 완전히 오프되고, 제2 패드는 절반부가 온됨
1 ½, 2, 2 ½, 패드 1의 제2 절반부가 온되고, 패드 2 모두가 온됨
2, 2 ½ 패드 1 모두가 오프되고, 패드 2 모두가 온됨
대안적인 설명은 북(north) 및 남(south) 특성들을 갖는 극들을 임의로 나타내는 것이지만 그들은 AC 극들이다. 북 및 남 극을 갖는 블록 1로 시작할 때 패턴은 이하이다:
N, S 패드 1
N, S, N
_ S, N 패드 1-2
- S, N, S
_,_,N, S 패드 2
그리고 패턴은 이 때 전이들 사이에 이러한 작은 스텝들을 갖고 거기에서부터 계속된다.
이러한 절반부 스텝핑은 스위칭 시에 각각의 패드들을 완전히 스위칭 온 및 오프하는 것보다 훨씬 더 많은 연속 전력 전송 모드를 생성한다. 차이는 아주 중요하다 ― 1.2 미터의 스텝과 대조적으로 패드 1.2 m 길이에 대한 60 ㎝의 스텝. 차량 아래의 패드는 이제 신규한 배열로 상당히 더 작을 수 있고, 전력의 변동은 마찬가지로 훨씬 더 작다.
5개의 정사각형 패드에 대한 대안적인 표현이 도 6a 및 도 6b에 도시된다. 여기서, 도 6a는 패드들을 구동하는 NI 벡터들(601 ― 605)을 도시한다. 도 6b는 그것들에 의해 야기되는 플럭스 라인들(606)을 도시한다. NI 벡터들은 또한 도 2에 도시된다. 이러한 플럭스 라인들은 흥미있지만 필드 강도의 어떤 표시도 제공하지 않고, 실제로 최고 플럭스 라인들은 실제로 매우 약한 필드들에 상응한다. 도 3-도 5에서의 컬러들 또는 음영은 표시하는 필드 강도(T)를 나타낸다. 그러나, 여기에서의 표현은 NI 벡터들의 방향이 즉각적으로 분명하므로 NI 벡터들에 알맞다. 더 긴 어레이들은 교번 극들 및 그들 사이의 수평 부분들에 요구되는 바와 같이 패턴들을 연장함으로써 제조하기 쉽다.
5개 대신에 4개의 정사각형 단면 빌딩 블록만을 사용하는 이러한 픽업들에 대한 대안적인 이해는 도 7-도 9을 사용하여 얻어질 수 있다. 도 7은 아주 근접하지만 접촉하지 않는 2개의 수직 플럭스 코일(701 ― 702)에 대한 플럭스 패턴을 도시한다. 이러한 패턴은 관심 있는 4개의 플럭스 영역을 가지며 ― 하나는 각각의 면 및 상단 및 하단 플럭스들 외부에 있다. 이들 중 상단 외부의 플럭스만이 단일 면 플럭스 패턴에 사용되고 다른 것들이 제거되어야 한다. 유사하게, 도 8은 수평 플럭스 코일(801)에 대한 플럭스 패턴을 도시하며 ― 상단 외측에 하나 및 하단 외측에 하나인 2개의 플럭스 패턴이 있지만 또한 이들 중 하나만이 임의의 시간에 유용할 수 있다. 그러나, 이러한 플럭스 패턴들은 2개의 수직 코일 사이의 공간 내에 수평 플럭스 코일들을 배치함으로써 결합될 수 있다. 코일들 모두가 동일한 프리즘 형상들 및 크기들을 갖는다면, 코일들을 함께 맞추는 것이 용이하고 바른 극성으로 도 9의 플럭스 패턴이 획득된다.
그러므로, 도 7 및 도 8의 하부 부분들에서의 자계들은 실제로 패드의 하단으로부터 연장되는 최종 필드를 약화시키거나 제거하기 위해 소거된다. 대조적으로, 도 7 및 도 8에 도시된 구조들의 상부 부분들에서의 필드들은 서로 증가되거나 강화되므로, 높은 아치형 자속이 패드의 상부 표면으로부터 생성될 수 있다. 단부 필드들은 픽업의 성능에 매우 유익한 것으로 나타나는 방식으로 혼합된다. 너무 강하거나 또는 상당한 누설 플럭스가 생성될 수 있는 수직 플럭스들을 사용함으로써 수평 패턴을 오버파워하지 않는 것이 중요하다. 따라서, 수직 암페어 횟수/미터는 미터 당 수평 암페어 횟수보다 더 적어야 한다. 패드들이 단일 와이어로 편리하게 와인딩되므로, 이것은 수직 플럭스 코일들에 관한 횟수가 수평 플럭스 코일들에 관한 코일들보다 더 적어야 하는 것을 의미한다. 본 명세서의 예들의 대부분에서, 이들은 각각 5 횟수 및 12 횟수이다. 2D 플럭스 플롯은 제로 횟수로 감소되는 단부 와인딩들을 갖는 이전 패드 설계들과 동일하고, 따라서 그것은 동일한 군에 들어맞는다. 여기서, 이러한 패드는 이중 320 ㎜ × 160 ㎜ 정사각형 중심 부분, 및 160 ㎜ × 160 ㎜ 2개의 수직 mmf 부분을 갖는다. 이러한 예에서 도시된 바와 같이, 단부 정사각형들에서 5 횟수 및 중심 부분에서 12 횟수가 존재한다.
각각의 단부 부분에서 본질적으로 90 도 회전하는 플럭스 플롯은 중심 부분을 통해 거의 일정한 플럭스를 나타낸다. 플럭스 패턴은 각각의 와이어에서의 전류가 23A인 상황에 대한 것이다. 나타낸 바와 같이, 플럭스 패턴은 적은 단부 플럭스 및 픽업의 후단(하단) 외부의 매우 적은 플럭스를 가지고 높다. 이것은 차도, 및 다른 응용들에 대한 유망한 픽업이다.
차도 응용에 대한 분석 목적들을 위해, 이러한 패드 또는 픽업에서의 각각의 블록은 ― 중심에서 이중 블록을 갖는 - 면 상에서 본질적으로 160 ㎜ 정사각형이다. 픽업에서 평균 플럭스 경로 길이의 개략적 추정값은 480 ㎜이다. 패드가 400 ㎜ 폭이면, 이 때 평균 플럭스 경로의 면적은 0.16 m × 0.4 m 이고, 그러므로 나타낸 바와 같이 모든 22 횟수를 카운트할 때 근사 인덕턴스는 이하이어야 한다.
Figure 112014050777016-pct00001
그러나, 플럭스 경로는 공기 중의 복귀 경로를 포함해야만 하고, 이러한 경로가 본질적으로 코일들을 통한 경로와 동일한 자기 저항을 갖는다면, 이 때 추정된 인덕턴스는 반으로 줄어 40μH가 될 것이다. 분명히, 이것은 정확한 계산 방법이 아니지만, 그것은 측정된 또는 시뮬리레이션된 값들의 10-20% 내의 인덕턴스 값들을 제공한다. 여기서, 단부들에 대한 적절한 고려가 이루어지지 않았으므로(그것은 2D 시뮬레이션임), 상당한 에러가 틀림없이 존재할 것이다. 이러한 치수들을 갖는 실험실 프로토타입 픽업은 50μH의 측정된 인덕턴스를 가졌다.
이러한 간단한 자기 저항 개념이 더 전개될 수 있다. 나타낸 바와 같이, 패드 또는 픽업은 여기서 22 횟수 × 23A로 그것을 구동하는 NI를 갖고, 패드 위의 공간은 이러한 NI를 패드에서의 NI 드롭보다 더 적게 본다. 전기 회로들에서의 최대 전력 법칙과 유사하게, 최대 조건은 공기 경로의 자기 저항이 소스의 자기 저항과 일치할 때 여기에 존재할 것이다. 이러한 점에서, 공기 갭 자기 저항 곱하기 공기 갭에서의 전체 자속의 제곱은 최대일 것이다.
Figure 112014050777016-pct00002
현재
Figure 112014050777016-pct00003
은 자속 B의 자기 에너지 밀도(J/m3)인 것으로 널리 알려져 있어, 그것을 두 배로 곱할 때, 공기의 자기 저항(reluctance) 및 패드의 자기 저항이 같은 경우, 최대화되는 패드 위의 공간에서 체적은 2배의 에너지를 제공한다. 그러므로, 여기에서의 상황들에서, 이것은 IPT 결합의 출력을 최대화하는 조건이고, 매우 바람직하다. 따라서, 공기 갭에서의 최대 에너지에 대해, 공기 및 패드의 자기 저항들은 거의 같아야 한다. 이러한 자기 저항들은 동일한 길이 및 동일한 투자율(permeability)을 가지므로, 최적 조건은 동일한 면적을 갖는 그것들에 대한 것이다. 따라서, 주어진 픽업 높이에 대해, 패드의 두께는 알려져 있다. 여기서 패드는 160 ㎜ 두께이고 ― 그것은 그라운드 위의 160 ㎜인 픽업에 대해 이상적이다.
이러한 논의는 엄격하지 않고 이것은 유용한 지침인 것으로 알려졌으며 ― 픽업이 300 ㎜의 공기 갭으로 작동해야 한다면, 이때 그라운드 패드(ground pad)는 300 ㎜ 두께이어야 한다. 계산의 단순함은 매우 유익하며 ― 더 정확한 결과들은 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 달성될 수 있지만 심지어 여기서 그것들은 이 단순한 등식에 의해 검사될 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 이러한 등식을 도시한다. 여기서 픽업들은 상이한 구성들에서 상이한 수들의 정사각형 블록들로 구축되지만 블록 당 암페어 횟수들을 동일하게 유지한다. 유용한 플럭스 높이는 어레이 또는 스트링의 두께만이 중요하다는 것을 나타내는 이러한 변화들에서 독립적인 것으로 나타난다. 여기서, 도 3은 5개의 블록을 사용하고, 도 4는 6개의 블록을 사용하고, 도 5는 7개의 블록을 사용하여 여기에서의 변형은 1개, 2개, 또는 3개의 빌딩 블록 길이인 중심 블록으로 상당히 중요하지만 플럭스 높이는 본질적으로 동일하게 남는다.
계산된 바와 같이, 콘크리트 패드는 예를 들어 사실상 내부 자기 저항을 전혀 갖지 않는 DD 패드보다 더 높은 내부 자기 저항을 가지며 ― DD 및 다른 패드들이 전압원들과 유사하게 작용하는 경우 콘크리트 패드는 본질적으로 전류원과 더 유사하게 작용한다. DD 패드에서, 추가 플럭스 경로들이 생성되면, 패드는 그것들을 플럭스로 충전할 것이다. 콘크리트 패드에서, 전체 플럭스는 더 일정하고, 추가 경로들이 개방됨에 따라 그들은 플럭스를 그들 내에서 얻지만 기존 플럭스 경로들을 희생한다. 그래서, 실제적인 경우에, 패드를 통해 픽업 코일을 갖는 것은 플럭스가 픽업 코일로 가는 것을 허용하지만, 다른 경로들로의 플럭스가 감소되고 특히 누설 플럭스가 감소된다. 이것은 누설 플럭스의 감소가 기술의 활용에서 중요한 요인이므로, 기술들 사이의 매우 중요한 차이이다.
모든 이러한 고려 사항들의 구현은 도 10-도 13에 도시된다. 도 10은 와인딩 패턴 및 그것이 4개의 정사각형 픽업(즉, 중심 코일(1001), 및 코일들(1002 및 1003)이 존재하도록 엔드 코일들을 갖지 않는 픽업)에 대해 생성하는 플럭스를 도시한다. 도 11은 단순한 페라이트 스트립 컬렉터(ferrite strip collector)를 사용하여 이러한 와인딩 패턴에 의해 캡처되는 플럭스를 도시한다. 이러한 플럭스 패턴들은 본질적으로 단일 면이지만, 플럭스 생성기의 후단(하단) 외부에 일부 플럭스가 존재한다. 따라서, 코일 치수(dimension)들에 의해 정의될 수 있는 2개의 반대 표면(즉, 일반적으로 대향된 표면들)이 존재한다. 하나의 표면에서, 코일들에 의해 생성되는 필드들은 서로 증가된다. 다른 표면에서, 그들은 실질적으로 약화된다. 반드시 원하는 필드 효과들이 발생하는 표면들이 코일 배열에 대해 다양한 거리들에 있을 수 있으므로, 표면들이 물리적 또는 연속적 표면들일 필요는 없다. 또한, 장치는 일부 실시예들에서, 정의된 표면들 또는 면들 그 자체가 없이, 코일들의 단순한 배열로서 제공될 수 있다. 도면들에 도시된 예들이 일반적으로 반대 표면들을 평평한 것으로 도시하지만, 일부 실시예들에서 하나의 표면 또는 둘 다의 표면들이 곡선 또는 다른 형상을 포함할 수 있고, 표면들이 반드시 코일들에 의해 단독으로 정의되는 것은 아니고, 표면들이 반드시 서로 평행일 필요가 없다는 점이 이해될 것이다. 더욱이, 코일들(1001, 1002, 및 1003)의 상대 치수들은 도면들에서 도시된 것들과 다를 수 있다. 예를 들어, 엔드 코일들(1002 및 1003)은 중심 코일(1001)의 두께 또는 깊이보다 더 높을 수 있다. 유사하게, 중심 코일(1001)의 두께 또는 깊이가 엔드 코일들(1002 및 1003)의 높이보다 더 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 엔드 코일들(1002 및 1003)이 상이한 치수들인 것이 유리할 수 있다. 페라이트 스트립 컬렉터는 픽업의 상단에서 플럭스를 사실상 전부 수집한다. 도 12 및 도 13은 이중 정사각형에서 단일 정사각형들로의 전이들이 각진 약간의 수정을 도시한다. 이것은 상단 플럭스 상에서 매우 작은 효과를 갖지만, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 하단 외부의 누설 플럭스가 실질적으로 감소된다. 또한 도 13에 도시된 바와 같이, 페라이트의 단일 스트립을 사용하는 플럭스의 수집은 여전히 매우 양호하다. 이러한 누설 플럭스의 감소는 예상되지 않았던 주목할 만한 결과이지만, 이와 같은 누설을 개선하는 것이 중요하므로 이러한 변화가 중요하다.
누설 플럭스 차이들을 계속하면, 도 15, 도 12 및 도 13은 각각 DD 및 콘크리트 패드들에 대한 플럭스 플롯들을 도시한다. 모든 플롯들에서, 플럭스 라인들은 2개의 카테고리로 분할될 수 있다: 잠재적 연결 플럭스는 차도 표면 위에 그것의 경로를 완성하고, 그것의 일부는 픽업이 존재하면, 픽업에 잠재적으로 연결할 수 있는 한편, 누설 플럭스는 차도 표면 아래에 그것의 경로를 완성하고 픽업에 결코 연결할 수 없다. 패드 내에 전적으로 존재하는 다른 누설 플럭스 경로들이 있지만, 이들은 여기서 문제가 되지 않는다. 누설 및 잠재적 연결 플럭스들에 대해, DD 및 콘크리트 패드들 둘 다에 대한 2개의 카테고리 사이에서 분명한 경계가 존재한다. DD 패드에서, 경계는 수평에 대해 거의 60 도의 각에 있다. 이러한 각 위에서, 모든 플럭스는 잠재적 연결 플럭스인 한편, 그것 아래에서, 플럭스는 누설 플럭스이고 문제들을 야기할 수 있다. 콘크리트 패드에서, 경계 라인은 대부분에 대해 그것이 지하에 있으므로 누설 플럭스가 더 작은 어려움을 제기하도록 거의 수평이다. 콘크리트 패드와의 그라운드 레벨이 와인딩 패턴의 상단 레벨에 있다는 점을 주목한다.
결합 계수
달성되었던 우수한 플럭스 패턴들에도 불구하고, 그라운드 코일에서 픽업 코일로의 결합 계수가 계산되어야 한다. 여기서, 3개의 인덕턴스(inductance) 및 중요한 그것들 사이의 상호 결합이 존재한다. 이들은 다음과 같다:
1. 하나의 극 면과 다른 극 면 사이의 그라운드 패드 내의 내부 인덕턴스인 여기서 L1로 칭해지는 그라운드 패드의 '바디 인덕턴스'. 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 극 면에서 다른 것으로 플럭스 경로는 길이의 경로(l)로 근사화될 수 있다.
2. 극 면에서 그라운드 패드 위의 공간으로의 인덕턴스,
3. 차량의 아랫면 상의 픽업 패드의 인덕턴스.
이러한 마지막 2개의 인덕턴스는 계산하는 것이 불가능하지만 그들은 더블 D 패드들의 경험이 주어지면 적정한 정확도로 추정될 수 있다. 이것은 여기서 사용되는 방법이고, 그것이 반드시 정확한 것은 아니지만 그것은 분명히 낮은 결합 계수들이 픽업 코일의 이러한 형태로 틀림 없이 예상되는 것을 나타낸다.
여기서 사용되는 패드는 160 ㎜의 정사각형 크기를 갖는 4개의 정사각형 패드이고, 일부 간략화들을 행하여 극 면들 사이의 인덕턴스는 1 미터 패드에 대해 22 횟수, 480 ㎜ 길이, 160 ㎜ × 1000 ㎜의 면적을 갖는 솔레노이드 코일에 상응한다. 그래서, 이러한 경로 길이의 인덕턴스(L1)는 이하에 의해 주어진다.
Figure 112014050777016-pct00004
여기서 L2로 칭해지는 극 면들 위의 플럭스 경로들의 인덕턴스는 DD 패드와 매우 동일하게 예상될 것이고 이러한 크기의 패드 및 전력 정격(power rating)에 대해 아마도 100μH이고, 차량 아래에 픽업 패드로서 역할을 하는 패드는 또한 100μH의 인덕턴스를 갖는 진품의 DD 패드 L3일 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이 콘크리트 패드에 대한 플럭스 패턴과 더블 D 패드의 비교는, 필드 형상에서의 유사성이 L2의 값에 대한 이러한 근사값을 정당화하기에 충분한 경우, 콘크리트 패드에 대한 도 14를 유사하게 크기를 가지게 된 더블 D 패드에 대한 도 15와 비교함으로써 행해진다. (비교는 다른 플럭스들이 이미 포함됨에 따라, 단지 콘크리트 패드에서의 와인딩들의 상단 열(row)(즉, 패드 위의 공기 공간) 위의 플럭스에 대한 것인 점을 주목해야 함.) 이제 L1 및 L2는 그것들을 통해 본질적으로 동일한 플럭스를 갖고, 아마 0.9의 결합 계수로 고도로(highly) 결합되는 것으로 예상될 것이다. 그러나, L2 및 L3는 그렇게 고도로 결합되지 않고, DD 패드들의 경험으로부터 0.4의 결합 계수를 가질 수 있다 - 이것은 실제로 이러한 타입의 회로에 대해 매우 양호한 결합 계수이다.
그라운드 패드의 관찰된 인덕턴스는 L1 및 L2의 조합이다.
주어진 도면들에서 LP = L1 +L2 +2k12.√(L1L2) = 550μH이다.
그러나, 픽업 코일 내로의 결합된 전압(V0c)은 k23의 결합 계수로 40 μH인 L2와 L3 사이의 상호 인덕턴스에만 상응하므로, LP 및 L3를 연결하는 겉보기 결합 계수(apparent coupling factor)는 이하에 의해 주어진다.
Figure 112014050777016-pct00005
따라서, 개별 코일들과 픽업들 사이의 결합 계수들이 매우 높더라도, 그들은 이러한 특정 회로에서 낮은 것으로 나타난다.
도 11, 도 13 및 도 16는 페라이트 기반 DD, DDQ, 또는 양극성 패드가 결합된 상태로 배치될 수 있는 위치에서 페라이트의 스트립을 갖는 패드의 동작을 도시한다. 콘크리트 패드는 그것이 너무 두껍고 너무 무거우므로, 차량 내 응용들에 적절하지 않지만, 대부분의 다른 패드 타입들 특히 DDQ 및 양극성 패드들에 적절하다. 도 11, 도 13, 및 도 16에서 페라이트 스트립에 의한 플럭스 수집의 효율은 매우 양호하다. 또한 이러한 결합된 상태에서 비결합된 플럭스들이 상술된 바와 같이 감소된다는 점에 주목한다.
낮은 겉보기 결합 계수는 필연적으로 픽업 시스템의 일부인 그라운드 패드에서의 큰 바디 인덕턴스(L1) 때문에 발생한다. 모든 결합 계수들이 완전한 1.0이었을지라도, 겉보기 결합 계수는 이러한 경우에 대해 여전히 단지 0.4일 것이다. 이러한 인덕턴스(L1)는 그것이 직렬 커패시터를 사용하여 보상될 수 있도록 본질적으로 일정하다. 여기서 직렬 커패시터의 사용은 직렬 동조(series tuning)가 아니며, 그것이 패드에 대한 관찰된 동작 Q에 영향을 주는 동안, 그것은 또한 그것을 구동하는데 요구되는 전압을 감소시킨다.
변형들
4개의 정사각형 또는 4개의 블록 픽업 시스템에서, 모든 치수들은 특정 응용들에 적합하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 차량 상의 픽업과 그라운드 패드 사이에서 300 ㎜의 공기 갭이 요구되는 경우, 픽업은 이론상으로 300 ㎜ 두께이고, 단부 블록들에서 2개의 정사각형 중심 블록으로의 각진 전이를 가질 것이다. 이러한 픽업을 외측 블록들에서 5 횟수 및 중간 블록에서 12 횟수로 와인딩하는 것이 허용가능한 해결법들을 제공할 것으로 보인다는 점을 발견했다. 외측 블록들은 1 횟수를 중심 블록과 공유하므로, 선형 와인딩들은 5개, 7개, 12개, 7개, 및 5개이고, 이러한 픽업은 5-7-12 픽업으로 지칭된다. 블록들의 폭 및 깊이는 이러한 와인딩 비들 ― 5,7,12를 여전히 유지하면서 변화될 수 있다. 5 횟수 와인딩들의 외측 상에 누설 플럭스가 존재할 수 있고 높은 여기 전류들로 이것은 패드의 단부들의 외측에서 관찰가능한 상당한 플럭스일 수 있다는 점이 분명하다. 이러한 누설은 도 9(매우 분명하게) 및 도 10-도 14에서 분명하며, 누설 플럭스는 5 와인딩의 부분들을 연결하지만 패드의 상단으로 이동하지 않는다. 이러한 플럭스는 그러한 논점에도 불구하고 주로 지하에 있지만, 그것은 그것을(플럭스) 5 횟수 와인딩에 근접하게 유지하기 위해 금속(구리) 플레이트 또는 스크린을 사용하여 억제될 수 있다. 이러한 스크린의 영향은 패드 인덕턴스의 약간의 감소이지만 이것은 매우 작아서 그것은 외부에서 관찰될 수 없다. 금속 플레이트가 와인딩들에서 100A를 갖는 300 ㎜ 깊이 픽업에 대해 도 16에 도시된다. 이러한 상황들에서, 구리의 평균 전류는 와이어들에서 반영된 전류이고, 30 ㎝에서 500A 또는 17A/㎝ 또는 1.7A/㎜이다. 0.3 ㎜의 표피 깊이를 가정하면, 저항/㎜는 0.06 Ohms/m이므로 와트 손실은 패드에서 각각의 1 m 깊이에 대해 170 ㎽/㎜이고, 300 ㎜ 패드에 대해서 이것은 무시할 수 없는 52 watts/m의 손실을 제공하고, 패드의 양단부들에서 손실이 발생하기 때문에, 그것은 10 ㎾를 전송하는 1 m 폭 패드에 대하여 1 % 손실이다.
여기서 정사각형 크기들은 또한 성능을 개선하기 위해 조정되었으며 - 극들은 약간 더 넓지만 전체 픽업은 더 작다. 300 ㎜ 두께를 갖는 4개의 정사각형 픽업은 1200 ㎜ 폭인 것으로 예상될 것이고 이러한 픽업은 단지 914 ㎜ 폭이지만 구리 스크린은 도시된 바와 같이 폭에 부가된다. 그럼에도 불구하고, 픽업은 여전히 5개, 7개, 12개의 와인딩으로 와인딩되고 예상된 300 ㎜ 두께이다. 구리 스크린은 콘크리트/구리 접합이 서비스 시에 분리되지 않도록 패드가 제조되고 있을 때 콘크리트가 그것을 통해 통과하는 것을 허용하도록 그것 내에 수평 슬롯들을 가질 수 있다.
패드에 대한 바람직한 실시예는 도 16에 도시된다. 주목할 점들은 결합 높이가 패드 깊이와 동일하다는 것이다. 그러나, 패드는 공간을 절감하기 위해 통상적인 것보다 더 좁다. 와인딩 와이어들의 수들은 가시적이다 ― 5개, 7개, 12개, 7개, 5개. 픽업은 하나의 연속 와이어로 와인딩될 수 있다. 단부 와인딩들의 암페어 횟수 ― 5 횟수 ― 는, 생성되는 H 필드들이 수직으로 미터 당 25 횟수이고 수평으로 미터 당 평균 30 횟수가 되도록, 수평 와인딩들의 암페어 횟수 ― 12 횟수 - 미만이며, 따라서 여기서 수직 및 수평 플럭스들은 연결을 제공하고 누설을 제공하지 않는 픽업의 바디를 향하는 플럭스 횟수들을 만족한다. 이것은 픽업들의 중요한 특징이며 ― 원래의 4개의 블록 시스템을 포함하는 모든 시스템들에 대해, 수직 블록들(블록들 1 및 4)에서의 미터 당 권회수는 수평 블록들(블록들 2 및 3)에서의 미터 당 권회수와 동일하거나 더 작을 것이다.
이상에서 논의된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 차도에서의 배치를 위해 차도 유닛으로서 제공되거나, 차도의 일부로서 제공될 수 있다. 따라서, 도 19를 참조하면, 도 6a의 실시예에 따른 장치는, 유효 자계를 표면(222) 위에서 이용가능하기 위해 장치의 제1, 또는 상부 표면이 차도의 표면(222)에 있거나 표면에 근접하도록, 차도 재료(예를 들어 콘크리트)의 매트릭스(220)에 의해 둘러싸인 것으로 도시된다. 차도에 대한 언급들은 도로들, 진입로들, 주차 공간들, 차고 바닥들 등을 포함한다.
이러한 패드들에 대한 바람직한 구성 기술은 도 1에 도시된 바와 같이, 패드들을 단일 와이어를 사용하여 직접 구멍 패턴 내에 와인딩하는 것이다. 이 동일한 기술은 또한 도 2-도 5 및 도 10 내지 도 14 및 도 16의 구조들에 적용가능하다. 와인딩들은 고체 블록을 통해 나사결합될 수 있지만, 이것은 블록이 매우 무겁고 관리하기 어려울 것이므로 곤란할 것이다. 대안적으로, 와이어들은 쉘(shell)을 통해 나사결합될 수 있고, 나사결합 후에 쉘은 고체 재료 ― 예를 들어 콘크리트로 충전될 수 있다. 충전 후에 전체 어셈블리는 엔드 와이어들을 보호하기 위해 콘크리트 또는 에폭시로 코팅될 수 있다. 어셈블리의 상단 표면은 교통량이 양호하게 정렬되지 않으면, 패드를 통과하는 극심한 교통량을 지원하기 위해 강한 내구성이 있는 표면을 제공하도록 에폭시의 두꺼운 층 ― 또는 에폭시/콘크리트 혼합물 - 로 코팅될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 나사결합되는 다수의 와이어가 여전히 존재하고, 그것은 자동화하기 어려운 공정이다.
완전히 상이한 구성 기술은 도 1로부터 예상될 수 있고, 도 20에 관한 예로서 도시된다. 여기서 구멍들을 포함하는 면들은 인쇄 회로 기판들일 수 있다. 하나의 회로 기판이 참조된 400으로 도시되고, 그러한 인쇄 회로 기판들 상의 트랙들(402)은 와인딩을 위한 하나의 구멍에서 다음 것으로의 연결일 것이다. 트랙들(400)은 도 20에서 단지 예시적이다. PCB 상의 트랙들은 양호한 고주파수 성능을 제공하는 다층 구리 트랙들일 수 있다. 관통 구멍들은 이제 구리 또는 구리 피복 알루미늄 로드들(도시되지 않음)로 나사결합될 수 있고, 어셈블리는 로드들을 삽입하고 그들을 양단부들에서 플로우 솔더링함으로써 완성된다. 이것은 픽업이 수 분 내에 조립되는 것을 허용하는 단순한 기술이고 자동화하기에 비교적 단순하다.
리츠 와이어를 사용하면, 4 ㎜ 직경 리츠 와이어는 6.36 ㎜2의 단면 구리 면적을 갖고, 절연체와 함께 6 ㎜에 근접하는 직경을 갖는다. 40 ㎑에서의 6 ㎜ 알루미늄 로드는 0.41 ㎜의 표피 깊이(skin depth) 및 0.41 × 둘레 = 7.7 ㎜2의 유효 단면적을 가지므로 그것은 40 ㎑에서도 유사한 전도 면적을 리츠 와이어에 제공하는 유용한 연결 기술이다. 알루미늄은 구리보다 더 저항성을 가지지만, 알루미늄의 더 큰 면적은 그들 사이의 갭을 감소시킨다. PCB 기술은 손실들을 증가시키고 회로 Q를 낮출 다수의 연결들을 갖는 단점을 가지지만, 실질적으로 더 낮은 비용일 수 있다.
본 발명은 IPT 응용들에 대한 자속 생성 디바이스로 사용될 때, 본 출원인의 국제 특허 공보 WO2010/090539 및 WO2011/016737에 개시된 것들을 포함하는 픽업 구조들에 사용될 수 있으며, 그 개시들은 본 명세서에 참고문헌으로 둘 다 통합된다.
본 발명의 다른 실시예는 도 17 및 도 18에 관해 설명된다. 일부 램프 응용들은 조명에 대한 것이 아니라 살균에 대한 것이다. 여기서, 예를 들어 UV 방사선에 의한 하수 처리가 일반적이지만, 그것은 램프 및 그것의 홀더 둘 다를 커버하고 있을 수 있는 하수의 코팅을 고려하면 튜브들의 변경이 기꺼이 착수되지 않는 작업인 특히 지저분한 응용이다.
여기서, 콘크리트를 이용하는 패드 구조들(1701 및 1702)이 해결법을 제공한다. 하수관의 벽들은 콘크리트 패드들로 라이닝되고(lined), 이러한 패드들에 의해 생성되는 자계들(1704)은 전압들을 UV 튜브들(1705)(도 18에 도시됨)에서 유도하여 그것들이 하수에 부딪치고 하수를 살균하게 한다. 이것을 수행하기 위해 램프들은 폐루프의 형태이어야 하고 정확한 주파수에서 방사하여야 한다. 이러한 상당한 수의 튜브들을 콘크리트 채널에 위치시킴으로써, 그 강도가 모든 불필요한 유기체들을 하수에서 없애기에 충분한 튜브들의 가까이에서 하수가 강제로 흐르게 한다. 99.999%에 이르는 상당한 살균이 정확한 주파수 및 정확한 전력에서 램프들로 가능할 것이다.
이러한 램프들은 부딪치고 계속 견디기가 상당히 어려우므로, 장치는 충분히 높은 전압들을 생성하기 위해 고주파수 ― 아마 5-600 kHz에서 동작해야 할 것이다. 램프들이 연결 단자들을 갖지 않을 때 어떤 밸러스트(ballast)도 사용될 수 없다. 배열은 도 17에 도시되어 있다. 자계들이 양면으로부터 생성될 수 있다는 점에 주목한다.
이러한 배열에서 튜브들을 청소하는 것은 쉽다: 튜브들은 프레임에 착석되고, 전체 어셈블리는 그것이 청소될 때까지 수분 동안 들어올려져 강한 가성 소다에 침지된다. 튜브들은 그들이 더 견고해지도록 석영으로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 석영은 유리와 달리 매우 강하고 UV 주파수들에 투명하다는 점에 주목한다. 튜브들이 닳아서 못 쓰게 될 때, 아주 많은 튜브들이 임의의 분리들 또는 연결들 ― 완전한 청소 작업 -을 하지 않고 교체될 수 있다.
유도성 램프들은 공지되어 있고 일반 형광 램프들보다 상당히 더 긴 수명들을 갖지만, 그것들을 콘크리트 패드와 결합하는 것은 어떤 중요한 신규성을 갖는 원래의 응용이다. 채널의 양면들로부터의 자계들을 사용하는 것이 자계를 더 균일하게 하고 살균 공정의 일관성을 개선할 것이다.
도 17은 시스템이 어떻게 생성되는지를 도시한다. 40 cm 폭의 채널은 각각의 면 상에 자계를 생성하는 30 cm 두께의 콘크리트 패드들을 갖는다. 직사각형 형상을 갖는 UV 튜브들은 채널에서 수직으로 정면을 향한다. 자계가 강하게 유도된 전압을 튜브들에서 생성하며, 그들이 채널 내의 하수에 부딪치고 하수로 방사하여 하수를 살균하게 한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 키트세트의 형태로 제공된다.
다른 실시예들에서, 장치는 공진 코일들을 포함한다.
다른 실시예들에서, 본 발명은 증가 표면과 소거 표면 사이의 용적 내에 3개 이상의 코일들을 제공하며, 코일들로부터의 mmf들이 증가 표면에서 증가되고 소거 표면에서 실질적으로 약화되거나 소거되도록, 코일들이 서로에 대해 배열된다. 3개 이상의 코일들은, 에너자이징될 때, 각각의 표면에 대해 서로 대향하는 mmf들을 제공하는 2개의 외부 코일 및 에너자이징될 때, 증가 표면에서 외부 코일들로부터의 mmf를 증가시키고 소거 표면에서 외부 코일들로부터의 mmf들을 실질적으로 약화시키거나 소거하기 위해 외부 코일들 사이에 mmf를 제공하도록 외부 코일들에 대해 정렬되는 하나 이상의 내부 코일들로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 표면들은 장치의 대향 면들 상에 정의되는 임의의 표면들일 수 있다.
다른 실시예에서, 본 명세서에 개시된 패드 구조들은 가전 제품들을 충전하는 것 또는 가전 제품들에 전력을 공급하는 것과 같은 다른 IPT 응용들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 콘크리트를 사용하는 것보다는 오히려, 더 작은 형태의 패드는 와이어 또는 와이어가 위치되는 매트릭스인 플라스틱 또는 폼 재료와 같은 가요성 비자성 폴리머를 사용하여 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 몰딩 작업에 의해 발생할 수 있다. 패드는 상당히 얇을 수 있고 따라서 픽업이 패드 가까이에 위치될 수 있는 그러한 응용들에 적절하다. 따라서, 일 예에서, 패드는 개인용 컴퓨터에 사용되는 마우스(적절한 픽업을 가짐)에 전력을 공급하고/하거나 마우스를 충전하는 마우스패드를 포함할 수 있다. 그러한 패드는 다른 디바이스들, 예를 들어 휴대 전화들, 태블릿 컴퓨터들, 시계들, 계산기들, 칫솔들 등을 충전하는데 사용될 수도 있다. 다른 실시예들은 그들이 쉽게 운반될 수 있도록 가요성일 수 있고, 더 큰 형태들은 가전 제품들을 충전하거나 가전 제품들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다.
이전 설명에서, 공지된 균등물들을 갖는 본 발명의 특정 구성요소들 또는 정수들에 대한 참조가 이루어졌지만, 이 때 그러한 균등물들은 개별적으로 설명된 것처럼 본 명세서에 통합된다.
명세서 및 청구항들 도처에서, 맥락이 분명히 다르게 요구하지 않으면, 단어들 "포함하다", "포함하는" 등은 배타적 또는 철저한 의미와 대조적으로 내포적 의미, 즉, "포함하지만 제한되지 않는"의 의미로 해석되어야 한다.
본 발명이 예로서 그리고 그것의 가능한 실시예들에 관해 설명되었지만, 본 발명에 대한 수정들 또는 개선들이 첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 것 없이 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

Claims (35)

  1. 유도 전력 전송을 위한 자계를 생성하기 위한 유도 전력 전송 장치로서, 상기 유도 전력 전송 장치는,
    서로에 대해 반대 관계인 제1 표면과 제2 표면; 그리고
    3개 이상의 코일들을 포함하고,
    상기 3개 이상의 코일들은, 전력원(power source)으로 에너자이징될 때 상기 3개 이상의 코일들 각각에 의해 생성되는 자계들이 상기 제1 표면에서는 서로를 증가시키도록 그리고 상기 제2 표면 상에서는 서로를 약화시키도록, 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은,
    중심 코일;
    상기 중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일(end coil);
    상기 중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은 솔레노이드 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중심 코일은 기자력(magneto motive force: mmf)을 상기 제1 표면과 공칭적으로(nominally) 평행한 방향으로 생성하고, 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 기자력(mmf)들을 상기 제1 표면과 공칭적으로 수직인 방향으로 생성하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은, 사용 시에 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일에 의해 생성되는 필드들이 반대 방향이되어 상기 제1 표면을 넘어 아치형 플럭스 패턴을 갖는 필드가 생성되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일의 미터 당 결합된 암페어 횟수(ampere-turn)들은 상기 중심 코일의 미터 당 암페어 횟수들보다 적은 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 동일한 암페어 횟수들을 갖고, 상기 중심 코일은 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일 중 하나의 엔드 코일의 암페어 횟수들의 적어도 2배의 암페어 횟수들을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 표면에 수직인 방향에서 상기 제1 엔드 코일의 길이와 상기 제2 엔드 코일의 길이는 동일하고, 상기 제1 표면에 평행한 방향에서 상기 중심 코일의 길이는 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일 각각의 길이의 적어도 2배의 길이인 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 하나 이상의 권회(turn)를 상기 중심 코일과 공유하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 중심 코일은 상기 제1 표면보다 상기 제2 표면에 더 가까이에서 더 큰 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 상기 제2 표면보다 상기 제1 표면에 더 가까이에서 더 큰 둘레를 갖는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    제3 엔드 코일이 상기 제1 엔드 코일에 인접하여 제공되고, 제4 엔드 코일이 상기 제2 엔드 코일에 인접하여 제공되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 엔드 코일과 상기 제4 엔드 코일은 자계를 상기 제1 엔드 코일의 자계와 반대 방향으로 생성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제3 엔드 코일과 상기 제4 엔드 코일은 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일의 암페어 횟수들의 반 이하의 암페어 횟수들을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 거리는 상기 중심 코일의 치수에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    생성되는 유효 자계는 상기 제1 표면을 넘어 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 거리와 같은 거리로 연장되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  17. 제2항에 있어서,
    생성되는 유효 자계는 상기 제1 표면을 넘어 상기 제1 표면에 수직인 방향으로 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일의 길이와 같은 거리로 연장되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면으로부터 상기 유도 전력 전송 장치를 넘어 주어진 거리에서의 자계는 상기 제2 표면으로부터 상기 유도 전력 전송 장치를 넘어 동일한 거리에서의 자계보다 더 큰 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 주어진 거리는 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은 기판 재료에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은 기판 재료에 내장되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 기판 재료는 비자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은 하나의 와인딩(winding)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  24. 유도 전력 전송을 위한 자계를 제공하기 위한 유도 전력 전송 장치로서, 상기 유도 전력 전송 장치는,
    제1 축 주위에서 분리되고, 자계를 상기 제1 축에 공칭적으로 평행인 방향으로 생성하도록 배열되는 한 쌍의 제1 코일 부분들; 그리고
    상기 제1 축에 수직으로 연장되는 자계를 생성하도록 배열되는 하나 이상의 제2 코일 부분들을 포함하고,
    상기 하나 이상의 제2 코일 부분들은, 상기 제1 코일 부분들과 상기 제2 코일 부분들 각각에 의해 생성되는 자계들이 상기 제1 축의 일단부에서는 서로를 증가시키도록 그리고 상기 제1 축의 타단부에서는 서로를 소거하도록, 상기 제1 코일 부분들에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  25. 차도(roadway)를 사용하는 차량에 유도 전력을 전송하기 위해 자계를 생성하기 위한 차도 유도 전력 전송 모듈로서, 상기 차도 유도 전력 전송 모듈은,
    도로 표면(surface side)과 상기 도로 표면의 반대편에 있는 도로 기초면(foundation side);
    중심 코일;
    상기 중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일; 그리고
    상기 중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함하고,
    상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은, 전력원으로 에너자이징될 때 상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일 각각에 의해 생성되는 자계들이 상기 도로 표면 상에서는 서로를 증가시키도록 그리고 상기 도로 기초면 상에서는 서로를 소거하도록, 배열되는 것을 특징으로 하는 차도 유도 전력 전송 모듈.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 콘크리트에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 차도 유도 전력 전송 모듈.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은 하나의 와인딩을 포함하는 것을 특징으로 하는 차도 유도 전력 전송 모듈.
  28. 제25항 내지 제27항 중 어느 한 항에 기재된 차도 유도 전력 전송 모듈을 복수 개 포함하는 차도.
  29. 유도 전력 전송을 위해 자계를 수신하기 위한 유도 전력 전송 장치로서, 상기 유도 전력 전송 장치는,
    서로에 대해 반대 관계인 제1 표면과 제2 표면; 그리고
    3개 이상의 코일들을 포함하고,
    상기 3개 이상의 코일들은, 전력원으로 에너자이징될 때 상기 3개 이상의 코일들 각각에 의해 생성되는 자계들이 상기 제1 표면 상에서는 서로를 증가시키도록 그리고 상기 제2 표면 상에서는 서로를 약화시키도록, 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  30. 유도 전력 전송을 위해 자계를 수신하기 위한 유도 전력 전송 장치로서, 상기 유도 전력 전송 장치는,
    서로에 대해 반대 관계인 제1 표면과 제2 표면;
    중심 코일;
    상기 중심 코일의 일단부에 인접한 제1 엔드 코일; 그리고
    상기 중심 코일의 타단부에 인접한 제2 엔드 코일을 포함하고,
    상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일은, 전력원으로 에너자이징될 때 상기 중심 코일과 상기 제1 엔드 코일과 상기 제2 엔드 코일 각각에 의해 생성되는 자계들이 상기 제1 표면에서는 서로를 증가시키도록 그리고 상기 제2 표면 상에서는 서로를 약화시키도록, 배열되는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 3개 이상의 코일들은 솔레노이드 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  32. 조립 시에, 제1항 또는 제24항 또는 제29항 또는 제30항에 기재된 유도 전력 전송 장치를 제공하도록 구성된 키트세트.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 중 하나 혹은 모두는 물리적 표면들이 아닌 것을 특징으로 하는 유도 전력 전송 장치.
  34. 삭제
  35. 삭제
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